JP4326672B2 - ポインティングデバイス - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種電気・電子機器で使用される多方向スイッチやコンピュータやゲーム機等において2次元の座標位置を入力するためのジョイスティック等のポインティングデバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、各種電気・電子機器で使用される多方向スイッチは、中央の支点部を中心として入力操作部の円周方向を等分割した複数箇所の下面に複数の接点を設けたものがほとんどである。
【0003】
また、コンピュータのディスプレイ画面上のカーソル移動に用いるポインティングディバイスとしては、たとえば特開平9−204264号公報に記載されているようなものが知られている。
【0004】
すなわち、図7に示すように、電極が対向する2辺に配された方形状の抵抗膜を2枚微少間隙を有して向かい合わせた面状抵抗体40を固定基板41上に配置し、面状抵抗体40の上に入力操作用のアクチュエータ42を搭載している。
【0005】
アクチュエータ42は平面から見て略円板状とされ、その面状抵抗体40と対向する一方の板面は凸球面43となっている。アクチュエータ42の他方の板面は平面とされ、円形の操作面44とされている。そして、凸球面43が入力操作に応じて面状抵抗体40の入力面45に転接し、その接触位置において入力面45が加圧されるようになっている。そこで、この接触位置を検出して位置データを得、この位置データをカーソルの移動速度と方向とを表すデータに変換し、その変換データをアクチュエータ42の入力操作中、出力するようにして、接触位置が入力面45の中心に近い程、カーソルの移動速度を遅くすることで操作性の向上を図るようにしている。
【0006】
また、X−Y方向の座標をコンピュータ等に入力するポインティングデバイスとしては、たとえば特開平11−161420号公報に記載されているようなものが知られている。
【0007】
すなわち、図8(a)に示すように、面状抵抗体100と、この面状抵抗体100に少なくとも2方向から電圧を印加する少なくとも2対の電極対101,102とを備え、面状抵抗体100の任意位置における各電極対101,102による電位を読み出してコンピュータ等に入力する座標情報に変換するようになっており、各電極対101,102を構成する電極は単一の点電極103によって構成されていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の多方向スイッチにあっては、小さな入力操作部の中に設けられる接点の数には限界があり、その機構も複雑で部品点数も多く組み立て作業が繁雑でコスト高となっていた。
【0009】
また、上記した従来のカーソル移動用のポインティングデバイスにおいては、通常電気回路を形成するために使用される固定基板41に面状抵抗体40を設けるには、特定の大きさの空間を占める部品を固定基板41上に取り付ける作業が発生し、平面的な回路構成を得意とする回路基板メーカーにとっては煩わしいものとなり、特に固定基板41に取り付けられるアクチュエータ42との位置関係の精度が求められるため手間がかかりコスト高を招くことになっていた。
【0010】
また、上記した従来のX−Y方向の座標をコンピュータ等に入力するポインティングデバイスにおいては、各電極対101,102が単一の点電極103によって構成されていたので、図8(b)のシミュレーションに示すように、等電位線vの分布が点電極103近辺が急勾配となり、電圧と座標が直線関係にならなかった。また、実質的に使用可能な入力エリアの電圧範囲が狭くなっていた。
【0011】
さらに、点電極103,103付近はその抵抗値変化によって電圧が大きく変化するので、たとえば、図8(a)に示すように点電極103付近の抵抗100aが局部的に上昇すると、図9に示すように全体の電位分布が敏感に反応して等電位線v′の位置が変化してしまうものであった。
【0012】
この発明は上記した従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、部品点数を削減しアクチュエータと固定基板との位置関係の精度を緩和できる構造を採用することで製品コストを低減できるポインティングデバイスを提供すると共に、各電極対間の電位分布と座標の関係を可及的に直線的になるようにし、入力エリアの電圧範囲を広く取り得、しかも電極付近の抵抗値変化が全体の電圧分布に与える影響が小さいポインティングデバイスを提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、表面に電圧が印加されていない固定基板の上方に首振り自在に支承された入力操作部と、該入力操作部の反対側に作用部としての凸球面部を有するアクチュエータを有し、前記凸球面部の表面には面状抵抗体が一体に形成されており、前記入力操作部の動作に対応して前記凸球面部の前記面状抵抗体の一部が前記固定基板の表面上を転接することによって生じる電気的特性を利用して入力操作部の位置データを読み取るようにしたポインティングディバイスにおいて、前記面状抵抗体は平面に展開した場合に円形状をしており、該展開した円形状の面状抵抗体に直交する2方向から電圧を印加するように、前記展開した円形状の面状抵抗体の外周に、該外周のほぼ1/8の長さを有する線状の電極を対向させて配置した少なくとも2対の電極対を等間隔に配置したことを特徴としている。
【0014】
また、請求項2に記載の発明は、表面に電圧が印加されていない固定基板の上方に首振り自在に支承された入力操作部と、該入力操作部の反対側に作用部としての凸球面部を有するアクチュエータを有し、前記凸球面部の表面には面状抵抗体が一体に形成されており、前記入力操作部の動作に対応して前記凸球面部の前記面状抵抗体の一部が前記固定基板の表面上を転接することによって生じる電気的特性を利用して入力操作部の位置データを読み取るようにしたポインティングディバイスにおいて、前記面状抵抗体は平面に展開した場合に円形状をしており、該展開した円形状の面状抵抗体に直交する2方向から電圧を印加するように、前記展開した円形状の面状抵抗体の外周に、該外周のほぼ1/8の幅に複数の点電極が等間隔に配置された点電極部を対向させて配置した少なくとも2対の電極対を等間隔に配置したことを特徴としている。
【0015】
請求項2に記載の発明は、請求項1又は2に記載の構成に加えて、前記凸球面部の前記面状抵抗体と該面状抵抗体と対向する前記固定基板との間にクリック感を発生できる弾性部材を設けたことを特徴としている。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。最初に部品の構造の実施の形態について説明し、次に回路的な構成の実施の形態を説明する。
【0022】
[発明の実施の形態1]
図1はこの発明に係るポインティングディバイスの実施の形態1の構造を示した要部縦断面図である。
【0023】
ポインティングディバイス12のケース2の孔3からアクチュエータ4の入力操作部5が直立した姿勢で突出するようにしている。この入力操作部5には、指に与える感触をよくするため及び滑り止め等の操作性の向上や視認性の向上を目的として、必要に応じてデザイン性を有するキャップ13を取り付けるようにしている。
【0024】
アクチュエータ4の入力操作部5と反対側(図1の下方)には作用部としての凸球面部6を形成し、この凸球面部6の表面には面状抵抗体7が一体に形成されている。この面状抵抗体7の材料としては導電性樹脂が好ましい。
【0025】
アクチュエータ4の入力操作部5の裾部であって凸球面部6との境界に当たる箇所には、可撓性を有するドーム状の薄肉部8が外側に延出するように一体に形成されており、その下端部はアクチュエータ4の土台となる基部9と接続されてスイッチ部材1を形成している。
【0026】
つまり、スイッチ部材1は入力操作部5と凸球面部6とからなるアクチュエータ4、ドーム状の薄肉部8、基部9が同一の樹脂で一体成形され、このスイッチ部材1がケース2内に納められた状態で固定基板10に固定されている。
【0027】
入力操作部5は操作していないときはドーム状の薄肉部8によって直立した姿勢を保っており、その状態から何れかの方向に入力操作部5を倒すように(首振り自在に)操作する場合には、ドーム状の薄肉部8がその際の首振り運動を支承するヒンジ部として機能する。
【0028】
入力操作部5は操作していないときは、作用部6の表面の面状抵抗体7と固定基板10とは僅かな間隔を保った状態で離れており、入力操作部5に外力が作用した際に、ドーム状の薄肉部8が弾性変形して面状抵抗体7が固定基板10に接触するようになっている。
【0029】
以下、この発明の実施の形態1の作用について説明する。
【0030】
図2はこの実施の形態1の入力操作部を押し下げた状態を示した要部縦断面図である。
【0031】
図2に示したように、アクチュエータ4の入力操作部5を真下に押し下げると、入力操作部5の降下度合いに伴いドーム状の薄肉部8の弾性変形が進み、ついには凸球面部6の表面の凸球面を呈した面状抵抗体7の中央部(頂点部)が固定基板10に接触して入力操作部5の降下が停止する。
【0032】
すると、面状抵抗体7の中央部に押圧力が作用するため、面状抵抗体7の抵抗値に変化が生じるので、通電された状態の面状抵抗体7に配置された少なくとも2対の電極対による電位を検出するようにしておいてこれを座標情報に変換することで、面状抵抗体7のどの部位が固定基板10と接触しているかがわかることになる。
【0033】
したがって、予めこの電位の変化に対応させた特定機能を果たす複数のスイッチ回路を閉じるように設定しておけば、入力操作部5を真下に押し下げる動作及び目的の方向へ倒す操作を加えることで、その動きに対応して固定基板10に接触して押圧される面状抵抗体7表面の特定のX−Y座標位置が定まり、その押圧されている特定の箇所での電位に対応したスイッチ回路が閉じることで目的とする電気的な機能が働くことになる。
【0034】
この実施の形態1にあっては、アクチュエータ4の入力操作部5、凸球面部6、ドーム状の薄肉部8、基部9及び面状抵抗体7とからなるスイッチ部材1が一体で構成されているため、回路部分を除いた構成部材はスイッチ部材1、固定基板10及びスイッチ部材1を収容するケース2の3点のみでポイントディバイスが完成できる。使用環境がよくて鋭利な物体等による外傷の発生がない場合にはケース2も不要となり、固定基板10とスイッチ部材1だけで足りる。
【0035】
また、面状抵抗体7をアクチュエータ4の凸球面部6の表面に一体に形成するようにしたので、成形された状態で常に面状抵抗体7の頂点部が固定基板10と最も接近した位置関係となる。したがって、固定基板10との組立の位置精度に注意を払う必要がなくなり、コスト低減が可能となった。
【0036】
なお、図1及び図2に示した実施の形態1では、アクチュエータ4の凸球面部6の表面の面状抵抗体7と固定基板10の表面との間には何ら他の部材を設けていないが、必要に応じて図3に示したように、面状抵抗体7と固定基板10との間にクリック感を発生することのできる弾性部材11を設けてもよい。
【0037】
弾性部材11は中央部が僅かに隆起したドーム状をしており、樹脂製又は金属製のいずれであってもよい。また、弾性部材11は面状抵抗体7側又は固定基板11側のいずれに取り付けてもよい。
【0038】
このようにすると、クリック感をドーム状の薄肉部8だけで得る場合に比べ、入力操作部に押圧力を与えた際のクリック感が明確になり、操作確認がさらに容易となる。
【0039】
次に、実施の形態1の回路的な構成について説明する。
【0040】
図4(a)は実施の形態1に係るポインティングデバイスの回路の構成の模式図である。
【0041】
図4(a)において、12はポインティングデバイスを示すもので、このポインティングデバイス12は、面状抵抗体7に少なくとも2方向から電圧を印加する少なくとも2対の電極対14,15と、を備え、面状抵抗体7の任意位置における各電極対14,15による電位を読み出して座標情報に変換するようになっている。
【0042】
この模式図では、面状抵抗体7は円形状で、2対の電極対14,15は、互いに直角の2方向から電圧を印加するように配置されている。各電極対14,15は全く同一の構成で、互いに対向する一対の所定の幅を有する線状電極16,16によって構成されている。
【0043】
各線状電極16は円形の面状抵抗体7の外周に線状に配置されている。図示例では、線状電極16の長さは面状抵抗体7の外周のほぼ1/8程度の長さとなっており、その対向辺は互いに平行となっている。
【0044】
各電極対14,15には駆動回路17,18が接続されている。各駆動回路17,18には直流電源19,19が接続され、各電極対14,15に交互に電圧が印加されるようになっている。図4(a)は、一方の電極対14の駆動回路17がオン、他方の電極対15の駆動回路18がオフ状態であり、スイッチング素子20を模式的に表示している(オン状態は特に図示せず)。このスイッチング素子20は電極対15の電源側の回路と接地側の回路の両方を遮断する。これにより、各電極対14,15それぞれによる電位を検出することができる。
【0045】
図4(b)は、このポインティングデバイスの電位分布のシミュレーション結果を示している。
【0046】
図示するように、電極対14に電圧を印加すると、線状電極16近傍においても電流が線状電極16の長さ分だけ分散されて流れ電圧変化の勾配は緩やかになり、線状電極16間に形成される等電位線はほぼ等間隔になる。
【0047】
このシミュレーションは一方の電極対14による等電位線vのみを示しているが、他方の電極対15による等電位線についても同様であり、面状抵抗体7の読み取り位置Pの座標(i,j)は、それぞれの方向の電極対により形成される電位(Vi,Vj)と対応できる。
【0048】
電位の読み出し方法としては、固定基板10に対して面状抵抗体7を動かして読み取り位置(接触位置)Pを変える構成とし、その読み取り位置の電位を読み出すようにしている。
【0049】
電位情報(Vi,Vj)と座標位置(i,j)の変換は、面状抵抗体7上の電位情報(Vi,Vj)と座標位置(i,j)との関係を予めコンピュータのメモリに入れておけば、接触部分によって読み出した電位情報に基づいて座標位置を特定することができる。
【0050】
このようにこの実施の形態1によれば、等電位線vが等間隔に近くなって電圧と座標が直線関係となり、対応を付けやすい。また、電位が直線的に変化するので、電極対14,15間に印加する電圧の使用範囲を広くとれる。さらに、電位が直線的に変化する電位分布となるので、局部的に抵抗値が変化しても、全体の電位分布に与える影響は小さい。
【0051】
[発明の実施の形態2]
次に、この発明の主として回路的な構成の実施の形態を示す実施の形態2について説明する。
【0052】
図5(a)は実施の形態2に係るポインティングデバイスの回路の構成の模式図である。
【0053】
以下の説明では、上記実施の形態1と異なる点のみについて説明するものとし、同一の構成部分については同一の符号を付してその説明を省略する。
【0054】
この実施の形態2は、各電極対14,15を、実施の形態2の線状電極16に代えて、互いに対向して配置される複数の点電極22によって構成したものである。
【0055】
図示例では、円形の面状抵抗体7の外周のほぼ1/8程度の幅に、3個の点電極22が所定間隔でもって配置されている。点電極22の数および配置については、面状抵抗体7の大きさ,形状に応じて適宜選択される。
【0056】
電極対14,15に電圧を印加すると、図5(b)のシミュレーションに示すように、各点電極22,22近傍においても電流が複数の点電極22に分散されて電圧変化の勾配は緩やかになる。また、電極対14,15間に形成される等電位線は、その間隔がほぼ等しい平行線に近くなり、入力電圧に対する使用可能な電圧範囲も広くとれる。
【0057】
このシミュレーションも、一方の電極対3間の等電位線のみを示しているが、他方の電極対15による電位線についても同様であり、面状抵抗体7のある位置の座標(i,j)は、それぞれの方向の電極対により形成される電位(Vi,Vj)と対応できる。
【0058】
したがって、この電位と座標の関係をデータとして予めメモリに入れておくことにより、読み取り位置の電位を読みとってメモリから対応する座標を読み出すことにより、接点位置を特定することができる。
【0059】
また、電圧変化の勾配が緩やかなので、点電極22近傍の抵抗13aが局部的に変化しても、図6(a)のシミュレーション結果に示すように、全体の等電位線分布に与える影響は小さい。
【0060】
実施の形態1の線状電極16の場合、図4(b)に示すように、その両端部分で等電位線が急激に変化して他方の電極対15の線状電極16と平行となる部分v1が生じるが、複数の点電極22によって構成すれば、線状電極22のように端部の影響は小さい。
【0061】
[発明の実施の形態3]
図6(b)は、上記実施の形態2において、スイッチング素子20の構成をC−MOSの論理ゲートで構成した実施の形態3を示している。
【0062】
図示例では実施の形態2の複数の点電極22を用いた場合を例にとって示しているが、実施の形態1の線電極16を用いる場合にも適用できることはもちろんである。この例では、各電極対にはそれぞれ一方向にのみ電流を流すように増幅器23を介してダイオード24が配置され、それぞれ、Hの信号が入った場合に各電極対14,15をオンとし、Lの信号が入った場合に各電極対14,15をオフとするインバータ25が配置され、各電極対14,15に対する制御信号X,Yを交互にHに切り替え、各電極対14,15による電位を読み出す。
【0063】
なお、上記各回路の構成の模式図では、面状抵抗体7の形状として円形の場合を例示したが、円形に限らず楕円形、四角形等種々の形状について適用できる。また、面状抵抗体は平面構成に限られず、アクチュエータの凸球面部の表面に合わせた凸形状でもよいことはもちろん、その他凹形状の曲面構成としてもよい。さらに、電極対の数は2対以上としてもよく、要するに面状抵抗体に対して少なくとも2方向から電圧を印加する構成であればよい。
【0064】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項1に記載した発明によれば、面状抵抗体は平面に展開した場合に円形状をしており、該展開した円形状の面状抵抗体に直交する2方向から電圧を印加するように、展開した円形状の面状抵抗体の外周に、該外周のほぼ1/8の長さを有する線状の電極を対向させて配置した少なくとも2対の電極対を等間隔に配置したので、電位と座標が直線関係となり、各電極対の等電位線の間隔がほぼ等間隔となり、電位が直線的に変化するので、電極対間に印加する電圧の使用範囲を広く取れる。また、直線的に変化する電位分布となるので、局部的に抵抗値が変化しても、全体の電位分布に与える影響は小さい。
【0065】
請求項2に記載した発明によれば、面状抵抗体は平面に展開した場合に円形状をしており、該展開した円形状の面状抵抗体に直交する2方向から電圧を印加するように、展開した円形状の面状抵抗体の外周に、該外周のほぼ1/8の幅に複数の点電極が等間隔に配置された点電極部を対向させて配置した少なくとも2対の電極対を等間隔に配置したので、電位と座標が直線関係となり、各電極対の等電位線の間隔がほぼ等間隔となり、電位が直線的に変化するので、電極対間に印加する電圧の使用範囲を広く取れる。また、直線的に変化する電位分布となるので、局部的に抵抗値が変化しても、全体の電位分布に与える影響は小さい。さらに、線状の電極を採用したものに比べ電位分布をより均一化できると共に、仮に1つの点電極が切れても使用し続けることができるため信頼性が増す。
【0066】
請求項3に記載した発明によれば、請求項1又は2の効果に加えて、入力操作部に押圧力を加えた際に操作する者に明確なクリック感を与えることができるため、より確実な操作確認を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明に係るポインティングディバイスの実施の形態1の構造を示した要部縦断面図である。
【図2】 同実施の形態1の入力操作部を押し下げた状態を示した要部縦断面図である。
【図3】 同実施の形態1の面状抵抗体と固定基板の間に弾性部材を設けた場合を示す要部縦断面図である。
【図4】 図4(a)は実施の形態1に係るポインティングデバイスの回路の構成の模式図であり、図4(b)は同図(a)のポインティングデバイスの電位分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図5】 図5(a)は実施の形態2に係るポインティングデバイスの回路の構成の模式図であり、図5(b)は同図(a)のポインティングデバイスの電位分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図6】 図6(a)は図5(a)のポインティングデバイスの電極近くの抵抗値が上昇した場合の電位分布のシミュレーション結果を示す図、図6(b)は実施の形態3の回路の構成の模式図である。
【図7】 従来のカーソル移動に用いるポインティングディバイスを示した要部縦断面図である。
【図8】 図8(a)は従来のX−Y方向の座標をコンピュータ等に入力するポインティングデバイスの回路の構成の模式図であり、図8(b)は従来の同ポインティングデバイスの電位分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図9】 図9は図8の従来のポインティングデバイスの電極近くの抵抗値が上昇した場合の電位分布のシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
1 スイッチ部材
4 アクチュエータ
5 入力操作部
6 凸球面部
7 面状抵抗体
8 ドーム状の薄肉部
9 基部
10 固定基板
11 弾性部材
12 ポインティングデバイス
13 面状抵抗体
14,15 電極対
16 線状電極
22 点電極
Claims (3)
- 表面に電圧が印加されていない固定基板の上方に首振り自在に支承された入力操作部と、該入力操作部の反対側に作用部としての凸球面部を有するアクチュエータを有し、前記凸球面部の表面には面状抵抗体が一体に形成されており、前記入力操作部の動作に対応して前記凸球面部の前記面状抵抗体の一部が前記固定基板の表面上を転接することによって生じる電気的特性を利用して入力操作部の位置データを読み取るようにしたポインティングディバイスにおいて、前記面状抵抗体は平面に展開した場合に円形状をしており、該展開した円形状の面状抵抗体に直交する2方向から電圧を印加するように、前記展開した円形状の面状抵抗体の外周に、該外周のほぼ1/8の長さを有する線状の電極を対向させて配置した少なくとも2対の電極対を等間隔に配置したことを特徴とするポインティングデバイス。
- 表面に電圧が印加されていない固定基板の上方に首振り自在に支承された入力操作部と、該入力操作部の反対側に作用部としての凸球面部を有するアクチュエータを有し、前記凸球面部の表面には面状抵抗体が一体に形成されており、前記入力操作部の動作に対応して前記凸球面部の前記面状抵抗体の一部が前記固定基板の表面上を転接することによって生じる電気的特性を利用して入力操作部の位置データを読み取るようにしたポインティングディバイスにおいて、前記面状抵抗体は平面に展開した場合に円形状をしており、該展開した円形状の面状抵抗体に直交する2方向から電圧を印加するように、前記展開した円形状の面状抵抗体の外周に、該外周のほぼ1/8の幅に複数の点電極が等間隔に配置された点電極部を対向させて配置した少なくとも2対の電極対を等間隔に配置したことを特徴とするポインティングデバイス。
- 前記凸球面部の前記面状抵抗体と該面状抵抗体と対向する前記固定基板との間にクリック感を発生できる弾性部材を設けたことを特徴とする請求項1又2に記載のポインティングデバイス。
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