JP4311378B2 - 入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、操作部の変移位置を入力する入力装置に関する。

近年、車両にはオーディオ装置、カーナビゲーション装置、エアコンのように種々の機器が搭載されており、それらの機器を選択的に動作させるために多くの操作スイッチが必要となっている。しかし、操作スイッチの数が増えるとインパネなどに大きな設置面積を確保する必要があり、取り付けコストが増大するとともに操作性が悪化する。そこで、操作を行うための操作入力部に、乗員に対して視覚的な情報伝達機能を持たせた操作デバイスが提案されている（特許文献１参照）。

この操作デバイスは、操作入力部を所定の方向に駆動可能な駆動部を備え、操作入力部への乗員による操作の非入力状態（つまり乗員が操作入力部に触れていない状態）において、上記駆動部を駆動するようになっている。乗員は、操作入力部を注視できない運転操作中であっても、視界内に操作入力部の動きを捉えることができ、操作入力部の動きとして車載機器の状態を容易に把握でき、情報の認知性を高めることができる。
特開２００４−２２４２０２号公報

このように操作部に手が添えられていない状態で、或いは逆に手が添えられている状態で、操作部を通して操作者に情報を伝達するためには、操作部に手が添えられているか否かを正しく検出する必要がある。しかしながら、単に操作部に対する位置変移操作の状態例えば座標変化の状態を検出しても、座標が変化しない時には操作部に手が添えられた状態で操作を停止しているのか操作部から手が離されているのか区別がつかない。このため、操作部に別途タッチセンサなどを取り付ける必要が生じ、構成の複雑化およびコスト高を招く結果となっている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、タッチセンサ等を設けることなく、操作者が操作部に体の一部を添えているか否かを正しく判断することができる入力装置を提供することにある。

請求項１に記載した手段によれば、操作者は、操作部に体の一部を添えた状態で該操作部の変移操作を行ってその位置を変移させ、位置検出手段は、この操作部の変位位置を例えば座標として検出する。この検出した変位位置が入力信号となる。本手段にはこれに加え、操作部の変位位置が指令位置に一致するように操作部に対して変位力を付与する作動手段と、この作動手段に対し所定の軌跡に従って変化する指令位置を出力する操作状態判断手段とが設けられている。

操作者が操作部に体の一部を添えていると、操作部の変移が妨げられるため、指令位置と位置検出手段により検出された変位位置との間に差が生じる。これに対し、操作者が操作部から体を離していると、指令位置と変位位置とは一致する。そこで、操作状態判断手段は、指令位置と変位位置との差分が所定のしきい値を超えたことを条件として、操作者が操作部に体の一部を添えていると判断する。本手段によれば、操作者が触れる操作部にタッチセンサ等を設ける必要がないので、構成を簡単化できコストの上昇を抑えることができる。

請求項２に記載した手段によれば、操作者が操作部に体の一部を添えた状態で位置変移操作を行うと、操作部の変移位置が所定の軌跡に沿って形成された検知領域から外れるので、その外れたことに基づいて操作者が操作部を操作したことを正しく判断することができる。

請求項３に記載した手段によれば、作動手段は、指令位置に替えて指令変位力が入力された場合、操作部に対してその指令変位力に等しい変位力を付与する。操作状態判断手段は、操作者が操作部を操作したと判断した場合、作動手段に対し位置検出手段により検出された変位位置に応じた所定の指令変位力を出力するので、操作者に対し操作部を介して種々の操作感触（力感覚）を与えることができる。

請求項４に記載した手段によれば、操作状態判断手段は、操作者が操作部に体の一部を添えていると判断すると、位置検出手段により検出された変位位置の単位時間当たりのばらつき量を求める。操作者が操作部に体の一部を添えていると、添えていない場合に比べて、操作部の変位位置の単位時間当たりのばらつき量が増加する傾向がある。従って、このばらつき量が所定のしきい値よりも小さい場合には、操作者が操作部から体を離したと判断することができる。

なお、ばらつき量は、請求項５に記載した手段のように、位置検出手段により検出された変位位置の分散とすることが好ましい。

以下、本発明を一人乗りの小型車両に適用した一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図４は、一人乗り小型車両（以下、車両と称す）の形状を概略的に示している。この図４おいて、車両１は、運転者Ｈ（本発明でいう操作者に相当）が乗り込む座席２の下側に４本の駆動輪３（図では３本のみ図示）が取付けられた形態となっている。座席２の前方位置には、モニタ４が使用位置（図示位置）と運転者Ｈの乗降の妨げとならない退避位置との間で出没可能に設けられている。また、座席２における運転者Ｈから見て左側の位置には左側入力装置５が設けられており、座席２の右側の位置には右側入力装置６が設けられている。

図３は、上記左側入力装置５の外観構成を示している。左側入力装置５と右側入力装置６とは左右対称構造であって基本的には同一の構成であるため、右側入力装置６の構成についての説明は省略する。この図３において、左側入力装置５（以下、単に入力装置５と称す）は、本体７と、この本体７にアーム８を介して支持された操作ユニット９と、本体７の上面に複数のスイッチ要素を配置して構成されたスイッチポート１０とを備えている。本体７には、運転者Ｈが座席２に着席した状態で肘や手首を置くことが可能なアームレストを付加してもよい。

図２は、操作ユニット９の模式的な構造を示している。操作ユニット９は、図２（ａ）に示すように頂部に円形の開口部１１ａを備えた略球形状のホルダ部１１を備えている。このホルダ部１１の内部には、図２（ａ）、（ｂ）に示すように操作部１２、アクチュエータ１３、ロータリーエンコーダからなる位置検出センサ１４ｘ、１４ｙ（本発明でいう位置検出手段に相当）、多色発光可能なＬＥＤ１５などが収納されている。

操作部１２は、球面の一部分を切り出した形状を持つ操作面１２ａを備えており、ホルダ部１１内に、当該操作面１２ａを開口部１１ａに臨ませた状態で収納されている。操作面１２ａは透明の樹脂から構成されており、上記ＬＥＤ１５への通電により操作面１２ａの全体が選択した色で発光するようになっている。

ホルダ部１１内に収納された操作部１２は、回動操作（本発明でいう位置変位操作に相当）によりまたはアクチュエータ１３から付与される変位力により、操作面１２ａに係る球形中心Ｃを支点に３６０度方向へ回動可能に設けられている。操作部１２には上記球形中心Ｃを通過するようにレバー１６が取り付けられており、２軸のアクチュエータ１３は、このレバー１６をＸ方向、Ｙ方向にそれぞれ傾倒変位させるためのモータ１７ｘ、１７ｙおよびギア１８ｘａ、１８ｘｂ、１８ｙａ、１８ｙｂを備えている。

モータ１７ｘの回転によりギア１８ｘａ、１８ｘｂを介してＸ方向駆動軸１９が回転すると、操作部１２とレバー１６はＸ方向駆動軸１９を回転中心としてＸ方向に回転変位する。位置検出センサ１４ｘは、Ｘ方向駆動軸１９の回転角度を検出する。同様に、モータ１７ｙの回転によりギア１８ｙａ、１８ｙｂを介してＹ方向駆動軸２０が回転すると、操作部１２とレバー１６はＹ方向駆動軸２０を回転中心としてＹ方向に回転変位する。位置検出センサ１４ｙは、Ｙ方向駆動軸２０の回転角度を検出する。なお、Ｘ方向駆動軸１９とＹ方向駆動軸２０は、レバー１６において上記球形中心Ｃ付近に設けられている。このように構成された操作ユニット９の操作部１２を操作する場合には、図５に示すように、運転者Ｈがその手で操作部１２を回動させることにより行う。

図１は、入力装置５の構成を機能ブロックにより示している。この入力装置５は、運転者Ｈが操作部１２に対して行う回動操作に応じた座標Ｐ２を検出し、その検出座標Ｐ２（本発明でいう変位位置に相当）を車載機器Ｇ例えばナビゲーション装置２１、オーディオ装置２２、エアコン２３などに出力する基本的な入力機能を有している。さらに、入力装置５は、運転者Ｈが操作面１２ａに体の一部（通常の使用形態では手）を添えているか否かを判断する操作状態判断機能と、操作部１２の操作中に操作方向と異なる方向の反力を付与するハプティック制御機能とを備えている。

図１に示す各機能ブロックのうち、ポインタ座標出力部２４、駆動信号Ｉ／Ｆ部２５およびドライバ２６はハードウェアにより構成されるものであり、操作状態判断手段２７はマイクロコンピュータにより構成されてソフトウェア処理されるものである。以下、各機能ブロックの構成について説明する。

ポインタ座標出力部２４は、位置検出センサ１４ｘ、１４ｙから出力されるＸ方向とＹ方向の角度信号に基づいて、Ｘ座標とＹ座標からなるポインタ座標である検出座標Ｐ２を出力するようになっている。駆動信号Ｉ／Ｆ部２５は、上記マイクロコンピュータから指令座標Ｐ１（本発明でいう指令位置に相当）または指令変位力Ｆ１の何れかの信号を入力し、それに基づいてアクチュエータ１３のモータ１７ｘ、１７ｙを駆動するための駆動信号Ｓdx、Ｓdyを生成するようになっている。

具体的には、指令座標Ｐ１が与えられた場合には、検出座標Ｐ２が指令座標Ｐ１に一致するように操作部１２に対して変位力を付与するための駆動信号Ｓdx、Ｓdyを生成し、指令変位力Ｆ１が与えられた場合には、操作部１２に対して指令変位力Ｆ１に等しい変位力を付与するための駆動信号Ｓdx、Ｓdyを生成する。この駆動信号Ｓdx、Ｓdyは、それぞれドライバ２６を介してモータ１７ｘ、１７ｙに与えられるようになっている。なお、上述した駆動信号Ｉ／Ｆ部２５、ドライバ２６およびアクチュエータ１３により作動部３４（本発明でいう作動手段に相当）が構成されている。

操作状態判断手段２７は、指令座標生成部２８、ハプティックデータ生成部２９、切換手段３０、第１判断手段３１、第２判断手段３２および第３判断手段３３として表す各判断機能から構成されている。このうち第１判断手段３１は、操作部１２に手が添えられたか否かを判断するもので、手が添えられると上記車載機器Ｇに対して信号Ｍ１を出力するようになっている。第２判断手段３２は、操作部１２が回動操作されたか否かを判断するもので、回動操作されると車載機器Ｇに対して信号Ｍ２を出力するようになっている。第３判断手段３３は、操作面１２ａから手が離れたか否かを判断するもので、手が離れると車載機器Ｇに対して信号Ｍ３を出力するようになっている。

指令座標生成部２８は、後述する入力モードが「入力待ち」の時に、操作部１２が所定の変位パターン（図７参照）に従って自動的に動くように、その変位パターンの軌跡に対応した指令座標Ｐ１を生成する機能を有している。ハプティックデータ生成部２９は、入力モードが「入力中」の時に、操作部１２に対して操作方向と異なる方向の反力を付与するための指令変位力Ｆ１を生成する機能を有している。切換手段３０は、入力モードに応じて指令座標Ｐ１と指令変位力Ｆ１の何れか一方を選択して駆動信号Ｉ／Ｆ部２５に与えるようになっている。

次に、入力装置５をナビゲーション装置２１に対する入力装置として用いた場合の動作について図６ないし図９も参照しながら説明する。なお、左側入力装置５と右側入力装置６とは同一の機能を有しているため、右側入力装置６についての説明は省略する。

ナビゲーション装置２１は、現在位置を算出する機能、算出した現在位置を地図上に位置付けるマップマッチング処理機能、現在位置から目的地までの経路を探索する経路探索機能、その経路探索結果に応じた案内ルートを地図画面上に表示する経路案内機能、道路交通情報を受信して運転者Ｈに知らせる機能などを有している。地図画面をはじめとする各種の情報は、モニタ４に表示されるとともにスピーカ（図示せず）から出力される。運転者Ｈは、入力装置５を回動操作することにより、上記各機能を選択的に利用することができる。

本実施形態のナビゲーション装置２１は、車両乗降時などに個人認証を行う個人認証部２１ａを有している。この個人認証部２１ａは、操作面１２ａに手を添えた状態で、その手から視覚的に捉えることのできる身体的特徴（指紋、静脈パターンなど）を検出し、周知の識別方法を用いて個人認証を行うものである。このため、図面には明示していないが、操作ユニット９の内部（例えばＬＥＤ１５の近傍）には、小型の照明装置（例えば高輝度ＬＥＤ）、撮影装置（例えばＣＣＤカメラ）、レンズなどが配設されている。身体的特徴は、ナビゲーション装置２１に登録可能となっている。

さて、入力装置５は、操作部１２に対する操作状態に対応した入力モードを用いて制御を行う。操作部１２から手が離れている状態および操作部１２（操作面１２ａ）に手が添えられただけで積極的な回動操作が行われていない状態では、入力モードは「入力待ち」となる。ただし、操作面１２ａに手が添えられただけの状態が時間しきい値τを超えて継続すると、入力モードは「認証中」となる。操作部１２に手が添えられて時間しきい値τ以内に積極的な回動操作が行われると、入力モードは「入力中」となる。

図６は、入力装置５を構成するマイクロコンピュータ（操作状態判断手段２７）が実行する入力処理のフローチャートと操作状態（入力モード）を対応付けて示している。
まず、操作状態判断手段２７は、ステップＳ１において入力処理に用いる初期値を設定する。この初期値は、操作面１２ａに手が添えられたか否かの判断（ステップＳ５）に用いる差分しきい値δ、操作面１２ａから手が離れたか否かの判断（ステップＳ１７）に用いる分散しきい値ε、個人認証処理に移行するか否かの判断（ステップＳ１２）に用いる時間しきい値τおよび検知領域Ωである。初期値の設定が完了すると、ステップＳ２に移行して入力モードを「入力待ち」とする。この状態において、入力装置５は信号Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を出力していない。

入力モードが「入力待ち」である期間（ステップＳ２からステップＳ１２までの期間）、切換手段３０は指令座標生成部２８側に切り換えられる（ただしステップＳ６を除く）。この期間、指令座標生成部２８は、操作部１２が所定の変位パターンに従って動くように、ステップＳ３、Ｓ８においてその変位パターンの軌跡に対応した指令座標Ｐ１を出力する。駆動信号Ｉ／Ｆ部２５は、モータ１７ｘ、１７ｙに対して駆動信号Ｓdx、Ｓdyを与え、これにより操作部１２には検出座標Ｐ２が指令座標Ｐ１に一致するような変位力が作用する。

図７は、変位パターンの軌跡、モータ１７ｘ、１７ｙの駆動信号Ｓdx、Ｓdyおよび操作部１２の動きを示している。図７（ａ）は、操作部１２のレバー１６が仮想的な垂直軸（中立軸）に対し一定角度を持って定速円運動する場合を示しており、図７（ｂ）は、操作部１２のレバー１６が一定平面内で上記垂直軸との角度を一定割合で増減変化させる定速直線運動する場合を示している。何れの場合にも操作部１２は常時変化しており、動きが停止することはない。また、図７（ａ）に示す円の軌跡に替えて、多角形の軌跡を用いてもよい。

操作面１２ａは透明、無模様の球面であるため、外観上、操作部１２（操作面１２ａ）の動きは運転者Ｈに認識しにくくなっており、運転者Ｈの注意力が操作部１２に向かうことを防止している。ただし、既述した特許文献１に記載されているように、操作部１２の動きを積極的に利用する構成とすることも可能である。この図７において、軌跡に沿って幅狭の領域が破線により示されているが、この領域が検知領域Ωである。

さて、操作状態判断手段２７内の第１判断手段３１は、ステップＳ４において検出座標Ｐ２を入力し、ステップＳ５において指令座標Ｐ１と検出座標Ｐ２との差分（絶対値）が差分しきい値δよりも大きいか否かを判断する。操作部１２に作用する変位力は比較的小さいため、操作部１２に手が添えられると操作部１２の変位が妨げられ、指令座標Ｐ１と検出座標Ｐ２との間に差が生じる。一方、操作部１２から手が離れていると、操作部１２の変位は妨げられないので指令座標Ｐ１と検出座標Ｐ２とは一致する。

つまり、指令座標Ｐ１と検出座標Ｐ２との差分が差分しきい値δ以下の場合（ＮＯと判断した場合）には、操作部１２に手が添えられておらず、再びステップＳ３に移行して手が添えられるまでの間上述したステップＳ３、Ｓ４、Ｓ５を繰り返し実行する。一方、指令座標Ｐ１と検出座標Ｐ２との差分が差分しきい値δよりも大きい場合（ＹＥＳと判断した場合）には、操作部１２に手が添えられているので信号Ｍ１を出力するとともにステップＳ６に移行する。

ステップＳ６では、操作入力が可能となったことを操作部１２を介した触感により操作者（運転者Ｈ）に伝えるため、切換手段３０を一時的にハプティックデータ生成部２９側に切り換える。ハプティックデータ生成部２９は、操作部１２を所定の振動パターンで振動させるための指令変位力Ｆ１を出力する。この場合、振動とともにまたは振動に替えて、ナビゲーション装置２１がＬＥＤ１５を所定の発光パターンと発行色とで発光させるようにしてもよい。さらに、スピーカから音声を出力するようにしてもよい。

続くステップＳ７からステップＳ１４の処理は、操作部１２への操作入力待ちである。操作状態判断手段２７内の第２判断手段３２は、ステップＳ７においてタイマ値Ｔａをリセットする。このタイマは、操作部１２に手が添えられただけで積極的な回動操作が行われていない時間を計測するために用いられる。この操作入力待ちの期間中も、指令座標生成部２８は、ステップＳ８において図７に示す変位パターンの軌跡に対応した指令座標Ｐ１を出力する。これにより、操作部１２を検知領域Ω内に止める変位力が作用し、操作部１２をフリー状態とした場合に懸念される不用意な変位操作を回避することができる。

第２判断手段３２は、続くステップＳ９、Ｓ１０において、平均算出時間についての検出座標Ｐ２の平均値を算出する。そして、ステップＳ１１において、検出座標Ｐ２の平均値が検知領域Ωの外側となったか否かを判断する。運転者Ｈが操作部１２に手を添えて回動操作をすると、検出座標Ｐ２は検知領域Ωから外れるので「ＹＥＳ」と判断してステップＳ１３に移行し、信号Ｍ２を出力するとともに入力モードを「入力中」に変更する。ナビゲーション装置２１は、信号Ｍ２が出力されてから信号Ｍ３が出力されるまでの期間（ステップＳ１５からステップＳ１７までの期間）、入力装置５からの検出座標Ｐ２を有効な操作入力として取り込む。

これに対し、運転者Ｈが操作部１２に手を添えただけで回動操作をしないと、検出座標Ｐ２は検知領域Ω内に止まるのでステップＳ１１において「ＮＯ」と判断してステップＳ１２に移行する。ここで、タイマ値Ｔａが時間しきい値τよりも大きいか否かを判断し、大きい（ＹＥＳ）と判断するとステップＳ１４に移行して入力モードを「認証中」に変更する。一方、タイマ値Ｔａが時間しきい値τ以下（ＮＯ）と判断するとステップＳ８に戻る。ナビゲーション装置２１は、信号Ｍ３が出力されるまでの期間（ステップＳ１５からステップＳ１７までの期間）、操作ユニット９の内部に配設された図示しない照明装置と撮影装置を動作させて操作部１２に添えられた手から身体的特徴を検出して個人認証を行う。

入力モードが「入力中」または「認証中」になると、操作状態判断手段２７内の第３判断手段３３は、ステップＳ１５からステップＳ１７までの期間において、切換手段３０をハプティックデータ生成部２９側に切り換える。ハプティックデータ生成部２９は、この期間において、操作部１２に対して操作方向と異なる方向の反力を付与するために指令変位力Ｆ１を出力する。

図８は、操作部１２を上方から見た場合の回動操作範囲と指令変位力Ｆ１との関係を示している。この例では、操作部１２のＸ座標が負になると正方向に向かう正の指令変位力Ｆ１ｘを出力し、Ｘ座標が正になると負方向に向かう負の指令変位力Ｆ１ｘを出力し、Ｙ座標についても同様に制御することにより（Ｘ，Ｙ）＝（０，０）の原点方向に向かう反力が生じる。また、その指令変位力Ｆ１は一定ではなく、原点からやや離れた位置において最大となる。これにより、個人認証中における手ぶれを抑えるとともに、原点付近において過剰な節度感が働くことがなく、座標入力中において原点付近の座標についても高精度に回動設定することができる。

さて、第３判断手段３３は、ステップＳ１５、Ｓ１６において、分散算出時間ごとの検出座標Ｐ２の分散（ばらつき量に相当）を算出する。そして、ステップＳ１７において、検出座標Ｐ２の分散が分散しきい値εよりも小さいか否かを判断する。操作部１２に手が添えられていると、手が添えられていない場合に比べて分散が増加する傾向がある。

図９は、検知領域Ωおよび検出座標Ｐ２の時間変化を示している。図中のＡ領域の＋マークは、操作部１２に手が添えられている場合の検出座標Ｐ２の変化を示しており、Ｂ領域の＋マークは、操作部１２から手が離された直後（操作部１２が原点に復帰する途中）の検出座標Ｐ２の変化を示している。ただし、見易くするためこれらの変化はやや誇張して描かれている。

従って、分散が分散しきい値ε以上の場合（ステップＳ１７でＮＯと判断した場合）には、操作部１２に手が添えられており、再びステップＳ１６に移行して手が離されるまでの間上述したステップＳ１５、Ｓ１６、Ｓ１７を繰り返し実行する。一方、分散が分散しきい値ε以上の場合（ステップＳ１７でＹＥＳと判断した場合）には、操作部１２から手が離されたのでステップＳ２に戻り入力モードを「入力待ち」にする。

以上説明したように本実施形態によれば以下の効果を奏する。
操作者（運転者Ｈ）が手を添える操作部１２を球形中心Ｃを支点に３６０度方向へ回動可能に設け、その操作部１２の回動変位を２次元の検出座標Ｐ２（ポインタ座標）として出力するように構成したので、そのポインタ座標を用いて車載機器Ｇを簡単に操作することができ操作性が向上する。

操作部１２に手が添えられていない状態で、指令座標生成部２８は、所定の変位パターンの軌跡に対応した指令座標Ｐ１を出力し、駆動信号Ｉ／Ｆ部２５は、検出座標Ｐ２がこの指令座標Ｐ１に一致するように操作部１２に対して変位力を付与すべくモータ１７ｘ、１７ｙを駆動するように構成した。そして、操作状態判断手段２７は、指令座標Ｐ１と検出座標Ｐ２との差分が差分しきい値δよりも大きいときに操作部１２に手が添えられたと判断するので、操作部１２にタッチセンサ等を設けることなく操作部１２に触れたことを検出することができる。これにより、操作部１２の構成を簡単化できコストの上昇を抑えることができる。

操作状態判断手段２７は、操作部１２に手が添えられたと判断したときに操作部１２を一時的に振動させるので、操作者は、操作部１２に触れたことが入力装置５、６により認識されたことを触感により確認することができる。また、ＬＥＤ１５を発光させたり音声を出力することにより確認することもできる。

操作部１２に手が添えられたと判断した後も、指令座標生成部２８は、操作部１２に対する回動操作が行われるまでの期間（ただし時間しきい値τ以内）、所定の変位パターンの軌跡に対応した指令座標Ｐ１を出力し続けるので、操作部１２を検知領域Ω内に止める変位力が作用し、意図しないまたは不注意による回動操作を極力防止することができる。

操作状態判断手段２７は、検出座標Ｐ２の平均値が検知領域Ωの外側となった場合に操作部１２に対し回動操作が行われたと判断する。この検知領域Ωは、上記変位パターンの軌跡に沿って設定された幅狭の領域であるため、この幅を上記変位力や操作者の通常の操作力に応じて適切に設定することにより、意図しないまたは不注意による回動操作による座標入力状態（入力モード＝「入力中」）への移行を防止することができる。また、積極的な回動操作が行われた場合に座標入力状態に移行するので、単に操作部１２に触れただけで座標入力状態に移行することを防止することができる。

操作部１２に手が添えられたと判断した後、操作部１２に対する回動操作が行われないまま時間しきい値τが経過すると、ナビゲーション装置２１は自動的に個人認証を開始するので（入力モード＝「認証中」）、操作者（運転者Ｈ）は個人認証を開始するための特別な操作が不要となる。この個人認証の開始時にも、操作部１２を一時的に振動させ、ＬＥＤ１５を発光させ、或いは認証開始を報知する音声を出力するようにしてもよい。

入力モードが「入力中」または「認証中」の場合、操作部１２に対し操作方向と異なる方向の反力を付与するので、操作者は操作感触だけで操作部１２の回動位置を概略的に認識することができる。また、本実施形態では座標に応じて反力の大きさを変化させており、原点からやや離れた位置において最大の反力を与えているので、反力の大きさの感触によって原点からの概略的な離間距離を知ることができる。さらに、反力を適宜設定することにより、操作部１２を操作する運転者Ｈに対し種々の情報を伝達することができる。

操作状態判断手段２７は、入力モードが「入力中」または「認証中」の場合、分散算出時間ごとの検出座標Ｐ２の分散が分散しきい値εよりも小さい場合に操作部１２から手が離れたと判断するので、操作部１２にタッチセンサ等を設ける必要がない。これにより、操作部１２の構成を簡単化できコストの上昇を抑えることができる。

なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
操作ユニット９を含む入力装置５、６の形状や構造は種々に変更して実施できる。操作ユニット９は、半球形状を持ち３６０度方向へ回動可能な操作部１２を備えているが、これに替えて握り部を有する傾倒可能なレバー等を備えて構成してもよい。また、操作部１２は２次元（ＸＹ座標）の自由度を持つものに限らず１次元または３次元の自由度を持つものであってもよい。上記実施形態では操作部１２に手を添えて操作する場合を例に説明したが、手に限らず体の一部（肘、腕、顎、頬、頭部、腹部、足、脚部など）を添えた状態で操作する場合であっても同様に適用できる。

上記実施形態では、操作状態判断手段２７を構成する第１判断手段３１、第２判断手段３２および第３判断手段３３を順次用いた場合を説明したが、第１判断手段３１のみを用いた構成としてもよい。すなわち、第１判断手段３１が指令座標Ｐ１と検出座標Ｐ２との差分に基づいて操作部１２に手が添えられたと判断し信号Ｍ１を出力した後、車載機器Ｇが直ちに検出座標Ｐ２の入力を開始するように構成してもよい。

また、第１判断手段３１と第２判断手段３２のみを用いて、第３判断手段３３を省略した構成としてもよい。この場合には、操作部１２から手が離れたことの検出はなされない。さらに、第３判断手段３３のみを用いた構成としてもよい。上記実施形態では、検出位置Ｐ２の単位時間あたりの分散に基づいて操作部１２から手が離れたか否かを判断したが、操作部１２に手が添えられたか否かを判断してもよい。

個人認証機能は省略可能である。操作部１２に手を添えただけで時間しきい値τを超えて回動操作が行われない場合には、入力モードを「入力中」に変更してもよい。また、操作部１２を振動または変位させて操作者に対し入力を促すように構成してもよい。入力モードが「入力中」または「認証中」の場合、必要に応じて操作部１２に反力を付与すればよい。

上記実施形態では、ナビゲーション装置２１に対する入力を行う場合について説明したが、それ以外の車載機器Ｇ（オーディオ装置２２、エアコン２３など）に対する入力を行う場合でも同様となる。また、一人乗り小型車両の操作盤に適用する構成に限らず、例えば、鉄道車両、航空機、船舶、クレーンなどの他の乗物或いは遊園地用の乗物、人が乗り込んで操作するゲームマシンなどの操作盤、家電機器の操作部やリモコンなどに用いられる種々の入力装置にも適用可能である。

本発明の一実施形態を示す入力装置の機能ブロック図 操作ユニットの模式的な構造を示す図 入力装置の外観を示す斜視図 一人乗り小型車両の外観を概略的に示す斜視図 操作部の操作例を説明するための平面図 マイクロコンピュータが実行する入力処理のフローチャートと操作状態を対応付けて示す図 変位パターンの軌跡、モータの駆動信号および操作部の動きを示す図 操作部の回動操作範囲と指令変位力との関係を示す図 検知領域および検出座標の時間変化を示す図

符号の説明

５、６は入力装置、１２は操作部、１４ｘ、１４ｙは位置検出センサ（位置検出手段）、２７は操作状態判断手段、３４は作動部（作動手段）である。

Claims (5)

1. 操作者が体の一部を添えた状態で位置変位操作を行う操作部と、
   この操作部の変位位置を検出する位置検出手段と、
   指令位置が入力された場合、前記操作部の変位位置が前記指令位置に一致するように前記操作部に対して変位力を付与する作動手段と、
   この作動手段に対し所定の軌跡に従って変化する指令位置を出力するとともに、この指令位置と前記位置検出手段により検出された変位位置との差分を求め、この差分が所定のしきい値を超えたことを条件として前記操作者が前記操作部に体の一部を添えていると判断する操作状態判断手段とを備えていることを特徴とする入力装置。
2. 前記操作状態判断手段は、前記位置検出手段により検出された変位位置が前記所定の軌跡に沿って形成された検知領域から外れたことを条件として、前記操作者により前記操作部の位置変移操作が行われたと判断することを特徴とする請求項１記載の入力装置。
3. 前記作動手段は、指令変位力が入力された場合、前記操作部に対してその指令変位力に等しい変位力を付与するように構成され、
   前記操作状態判断手段は、前記操作部の位置変移操作が行われたと判断した場合、前記作動手段に対し前記位置検出手段により検出された変位位置に応じた所定の指令変位力を出力することを特徴とする請求項２記載の入力装置。
4. 前記操作状態判断手段は、前記操作者が前記操作部に体の一部を添えていると判断した後、前記位置検出手段により検出された変位位置の単位時間当たりのばらつき量を求め、このばらつき量が所定のしきい値よりも小さいことを条件として前記操作者が前記操作部から体を離したと判断することを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の入力装置。
5. 前記ばらつき量は、前記位置検出手段により検出された変位位置の分散であることを特徴とする請求項４記載の入力装置。

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