JP4533801B2

JP4533801B2 - 抵抗型センサ

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Publication number: JP4533801B2
Application number: JP2005159184A
Authority: JP
Inventors: 森本　　英夫
Original assignee: Nitta Corp
Current assignee: Nitta Corp
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2025-05-31
Also published as: CN1873388A; JP2006337071A; US20060278013A1; US7255011B2

Description

本発明は、外部から加えられる力の検出を行うために用いて好適な抵抗型センサに関するものである。

抵抗型センサは、操作者によって加えられた力の大きさおよび方向を電気信号に変換する装置として一般的に利用されている。例えば、携帯電話の入力装置として、多次元方向の操作入力を行うための抵抗型センサをいわゆるジョイスティックとして組み込んだ装置が利用されている。

抵抗型センサとしては、Ｘ軸方向に対応したＸ軸出力及びＹ軸方向に対応したＹ軸出力を出力可能なものが一般的である（例えば、特許文献１参照）。この抵抗型センサでは、操作ボタンに加えられた力をＸ軸方向及びＹ軸方向に分けて検出可能である。
特開２００４−３７３５０号公報

しかしながら、抵抗型センサをジョイスティックとして利用する場合には、Ｘ軸方向に対応したＸ軸出力及びＹ軸方向に対応したＹ軸出力を出力するだけでなく、これら以外のＺ軸出力を出力できることが好ましい。例えばＸ軸出力及びＹ軸出力に基づいてカーソルを移動させると共に、Ｚ軸出力に基づいてクリック等の所定操作が行われるジョイステックに抵抗型センサが応用された場合には、Ｘ軸出力及びＹ軸出力を変化させることによってカーソルの位置を所定位置（例えばアイコン上）に移動させた後で、Ｚ軸出力を変化させることによって所定操作を行うことが可能になる。

ここで、Ｘ軸出力、Ｙ軸出力及びＺ軸出力を出力可能な抵抗型センサでは、どのような力が操作ボタンに加えられている場合でも、Ｘ軸方向の力Ｆｘに対応したＸ軸出力、Ｙ軸方向の力Ｆｙに対応したＹ軸出力及びＺ軸方向の力Ｆｚに対応したＺ軸出力が常に出力されることが多い。従って、Ｘ軸出力またはＹ軸出力だけを変化させたい場合でも、Ｚ軸出力が変化してしまう場合がある。一方、Ｚ軸出力だけを変化させたい場合でも、Ｘ軸出力またはＹ軸出力が変化してしまう場合がある。

つまり、上述したように、抵抗型センサをジョイスティックとして利用する場合には、カーソルを移動させる力が加えられた場合に、Ｘ軸出力及びＹ軸出力だけでなく、Ｚ軸出力も変化することによって、所定操作が誤って行われる場合がある。一方、所定操作を行う力が加えられた場合に、Ｚ軸出力だけでなく、Ｘ軸出力及びＹ軸出力も変化することによって、カーソルが移動してしまうため、カーソルの位置を所定位置から移動させないで、所定操作を行うのが難しい場合がある。

そこで、本発明の目的は、操作性がよく、誤操作の少ない抵抗型センサを提供することである。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明の抵抗型センサは、検知部材と、前記検知部材と対向し且つＸ軸上に配置された第１の電極と、前記検知部材と対向し且つＹ軸上に配置された第２の電極と、前記検知部材と前記第１の電極との間において、前記第１の電極に対向し且つ前記検知部材が変位するのに伴って、前記第１の電極に近づく方向に変位可能な第３の電極と、前記検知部材と前記第２の電極との間において、前記第２の電極に対向し且つ前記検知部材が変位するのに伴って、前記第２の電極に近づく方向に変位可能な第４の電極と、前記第１の電極と前記第３の電極との間及び前記第２の電極と前記第４の電極との間にそれぞれ配置された感圧抵抗体と、前記検知部材と対向するように配置されており、接地された複数の第１のスイッチ用電極と、前記第１のスイッチ用電極と対になり且つ前記第１のスイッチ用電極から離隔するように配置されており、接地電位とは異なる電位に保持された複数の第２のスイッチ用電極とを備えており、前記第２のスイッチ用電極が、前記検知部材が変位するのに伴って、前記第１のスイッチ用電極に向かう方向に変位し、前記第１のスイッチ用電極と接触可能であり、前記複数対の第１及び第２のスイッチ用電極の少なくとも一対が接触状態でない場合には、前記第１の電極と前記第３の電極との間の抵抗値の変化が検出されることに基づいて前記検知部材のＸ軸方向に対応した部分の変位を認識可能であり、前記第２の電極と前記第４の電極との間の抵抗値の変化が検出されることに基づいて前記検知部材のＹ軸方向に対応した部分の変位を認識可能であると共に、前記複数対の第１及び第２のスイッチ用電極の全てが接触状態である場合には、前記第１の電極と前記第３の電極との間の抵抗値の変化及び前記第２の電極と前記第４の電極との間の抵抗値の変化が検出されることに基づいて前記検知部材の中心位置の変位を認識可能である。

この構成によると、複数対の第１及び第２のスイッチ用電極の少なくとも一対が接触状態でない場合には、第１の電極と第３の電極との間の抵抗値の変化が検出されることに基づいて検知部材のＸ軸方向に対応した部分の変位が認識されると共に、第２の電極と第４の電極との間の抵抗値の変化が検出されることに基づいて検知部材のＹ軸方向に対応した部分の変位が認識されるのに対し、複数対の第１及び第２のスイッチ用電極の全てが接触状態である場合には、第１の電極と第３の電極との間の抵抗値の変化及び第２の電極と第４の電極との間の抵抗値の変化が検出されることに基づいて検知部材の中心位置の変位が認識される。つまり、複数対の第１及び第２のスイッチ用電極の接触状態に応じて、検知部材の異なる部分の変位が認識される。従って、Ｘ軸方向に対応したＸ軸出力及びＹ軸方向に対応したＹ軸出力と、Ｘ軸方向及びＹ軸方向以外の出力（例えばＺ軸出力）とが排他的に出力されるようになる。その結果、操作性が向上すると共に、誤操作が少なくなる。

本発明の抵抗型センサにおいて、前記第１の電極は、Ｘ軸方向に離隔すると共にＹ軸に対して線対称に配置された一対の電極を有しており、前記第２の電極は、Ｙ軸方向に離隔すると共にＸ軸に対して線対称に配置された一対の電極を有していてもよい。

この構成によると、Ｘ軸方向の力及びＹ軸方向の力を精度よく検出することができる。

本発明の抵抗型センサにおいて、前記複数対の第１及び第２のスイッチ用電極は、前記検知部材の変位方向について前記第１および第２の電極とそれぞれ重なるように配置されていてもよい。

この構成によると、複数対の第１及び第２のスイッチ用電極で構成されるスイッチの位置が操作方向と一致するので、さらに操作性が向上する。

本発明の抵抗型センサは、検知部材と、前記検知部材と対向し且つＸ軸上に配置された一対の第１の電極と、前記検知部材と対向し且つＹ軸上に配置された一対の第２の電極と、前記検知部材と対向し且つ前記一対の第１の電極間及び前記一対の第２の電極間にそれぞれ配置された感圧抵抗体と、前記検知部材と前記一対の第１の電極間に配置された感圧抵抗体との間において、当該感圧抵抗体に対向し且つ前記検知部材が変位するのに伴って、当該感圧抵抗体に近づく方向に変位可能な第３の電極と、前記検知部材と前記一対の第２の電極間に配置された感圧抵抗体との間において、当該感圧抵抗体に対向し且つ前記検知部材が変位するのに伴って、当該感圧抵抗体に近づく方向に変位可能な第４の電極と、前記検知部材と対向するように配置されており、接地された複数の第１のスイッチ用電極と、前記第１のスイッチ用電極と対になり且つ前記第１のスイッチ用電極から離隔するように配置されており、接地電位とは異なる電位に保持された複数の第２のスイッチ用電極とを備えており、前記第２のスイッチ用電極が、前記検知部材が変位するのに伴って、前記第１のスイッチ用電極に向かう方向に変位し、前記第１のスイッチ用電極と接触可能であり、前記複数対の第１及び第２のスイッチ用電極の少なくとも一対が接触状態でない場合には、前記一対の第１の電極間の抵抗値の変化が検出されることに基づいて前記検知部材のＸ軸方向に対応した部分の変位を認識可能であり、前記一対の第２の電極間の抵抗値の変化が検出されることに基づいて前記検知部材のＹ軸方向に対応した部分の変位を認識可能であると共に、前記複数対の第１及び第２のスイッチ用電極の全てが接触状態である場合には、前記一対の第１の電極間の抵抗値の変化及び前記一対の第２の電極間の抵抗値の変化が検出されることに基づいて前記検知部材の中心位置の変位を認識可能である。

この構成によると、複数対の第１及び第２のスイッチ用電極の少なくとも一対が接触状態でない場合には、一対の第１の電極間の抵抗値の変化が検出されることに基づいて検知部材のＸ軸方向に対応した部分の変位が認識されると共に、一つに第２の電極間の抵抗値の変化が検出されることに基づいて検知部材のＹ軸方向に対応した部分の変位が認識されるのに対し、複数対の第１及び第２のスイッチ用電極の全てが接触状態である場合には、一対の第１の電極間の抵抗値の変化及び一対の第２の電極間の抵抗値の変化が検出されることに基づいて検知部材の中心位置の変位が認識される。つまり、複数対の第１及び第２のスイッチ用電極の接触状態に応じて、検知部材の異なる部分の変位が認識される。従って、Ｘ軸方向に対応したＸ軸出力及びＹ軸方向に対応したＹ軸出力と、Ｘ軸方向及びＹ軸方向以外の出力（例えばＺ軸出力）とが排他的に出力されるようになる。その結果、操作性が向上すると共に、誤操作が少なくなる。

本発明の抵抗型センサにおいて、前記一対の第１の電極は、Ｘ軸方向に離隔すると共にＹ軸に対して線対称に２組配置されており、前記一対の第２の電極は、Ｙ軸方向に離隔すると共にＸ軸に対して線対称に２組配置されていてもよい。

本発明の抵抗型センサにおいて、前記複数対の第１及び第２のスイッチ用電極は、前記検知部材の変位方向について前記第３および第４の電極とそれぞれ重なるように配置されていてもよい。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態は本発明の抵抗型センサを、パソコンやカーナビ等の表示装置に接続されたジョイスティック（ポインティングデバイス）に応用したものである。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る抵抗型センサの模式的な断面図である。図２及び図３は、図１の抵抗型センサの各電極の配置を示す図である。図２は、メンブレンシート２０、３０上面からの透視図であり、図３は、メンブレンシート４０、５０上面からの透視図である。

抵抗型センサ１は、人などによって操作されることによって外部から力が加えられる操作ボタン１０と、メンブレンシート２０、３０、４０、５０とを備えている。各メンブレンシートは、例えばＰＥＴフィルム等で形成されている。

メンブレンシート２０の上面には、図２に示すように、電極２１ａ〜２１ｄが形成されており、電極２１ａ〜２１ｄを覆うように抵抗体２２ａ〜２２ｄが設けられている。メンブレンシート３０の下面には、電極３１ａ〜３１ｄが形成されており、電極３１ａ〜３１ｄを覆うように抵抗体３２ａ〜３２ｄが設けられている。そして、メンブレンシート２０とメンブレンシート３０とは、抵抗体２２ａ〜２２ｄと抵抗体３２ａ〜３２ｄとがそれぞれ対向し、且つ、抵抗体同士が常時接触しないように、スペーサ２５を介して貼り合わされている。

また、メンブレンシート４０の上面には、図３に示すように、スイッチ用電極４１ａ〜４１ｄが形成されている。メンブレンシート５０の下面には、スイッチ用電極５１ａ〜５１ｄが形成されている。そして、メンブレンシート４０とメンブレンシート５０とは、電極４１ａ〜４１ｄと電極５１ａ〜５１ｄとがそれぞれ対向し、且つ、電極同士が常時接触しないように、スペーサ４５を介して貼り合わされている。

ここでは、説明の便宜上、図示のとおり、ＸＹＺ三次元座標系を定義し、この座標系を参照しながら各部品に配置説明を行うことにする。すなわち、図１では、メンブレンシート２０上の電極２１ａ〜２１ｄの中心位置に原点Ｏが定義され、右水平方向にＸ軸が、上垂直方向にＺ軸が、紙面に垂直奥行方向にＹ軸がそれぞれ定義されている。従って、メンブレンシート２０の上面は、ＸＹ平面を規定し、メンブレンシート３０、４０、５０上の電極３１ａ〜３１ｄ、４１ａ〜４１ｄ、５１ａ〜５１ｄの中心位置及び操作ボタン１０の中心位置をＺ軸が通ることになる。

また、メンブレンシート３０の上面とメンブレンシート４０の下面とが積層される。このとき、メンブレンシート２０上の電極２１ａ（抵抗体２２ａ）、メンブレンシート３０上の電極３１ａ（抵抗体３２ａ）、メンブレンシート４０上の電極４１ａ及びメンブレンシート５０上の電極５１ａは、Ｘ軸正方向に対応した位置で重なるように配置される。また、メンブレンシート２０上の電極２１ｂ（抵抗体２２ｂ）、メンブレンシート３０上の電極３１ｂ（抵抗体３２ｂ）、メンブレンシート４０上の電極４１ｂ及びメンブレンシート５０上の電極５１ｂは、Ｘ軸負方向に対応した位置で重なるように配置される。

同様に、メンブレンシート２０上の電極２１ｃ（抵抗体２２ｃ）、メンブレンシート３０上の電極３１ｃ（抵抗体３２ｃ）、メンブレンシート４０上の電極４１ｃ及びメンブレンシート５０上の電極５１ｃは、Ｙ軸正方向に対応した位置で重なるように配置される。また、メンブレンシート２０上の電極２１ｄ（抵抗体２２ｄ）、メンブレンシート３０上の電極３１ｄ（抵抗体３２ｄ）、メンブレンシート４０上の電極４１ｄ及びメンブレンシート５０上の電極５１ｄは、Ｙ軸負方向に対応した位置で重なるように配置される。

このように、メンブレンシート２０上の電極２１ａ〜２１ｄ（抵抗体２２ａ〜２２ｄ）は、原点の周りに９０度おきに配置されている。また、電極２１ａと電極２１ｂとは（抵抗体２２ａと抵抗体２２ｂとは）、Ｘ軸に沿って離隔し且つＹ軸に対して対称に配置されており、電極２１ｃと電極２１ｄとは（抵抗体２２ｃと抵抗体２２ｄとは）、Ｙ軸に沿って離隔し且つＸ軸に対して対称に配置されている。メンブレンシート３０〜５０上の電極３１ａ〜３１ｄ（抵抗体３２ａ〜３２ｄ）、電極４１ａ〜４１ｄ、電極５１ａ〜５１ｄについても同様である。

操作ボタン１０は、円板状の部材であり、メンブレンシート５０の上面から離隔して配置された保持層１５の上面に保持されている。操作ボタン１０の中心位置は、Ｚ軸上にあり、各メンブレンシート上の４個の電極の中心位置と一致している。保持層１５の下面には、メンブレンシート５０に向かって突出する４個の凸部１５ａが形成されている。４個の凸部１５ａは、Ｘ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向及びＹ軸負方向に対応した位置の各電極の中心位置に配置されている。保持層１５は、例えばシリコンゴム等の弾性体で形成されている。

次に、抵抗型センサ１の回路構成について、図４を参照して説明する。図４は、抵抗型センサの回路構成を示す図である。

抵抗型センサ１では、メンブレンシート２０上の抵抗体２２ａ〜２２ｄと、それらにそれぞれ対向するメンブレンシート３０上の抵抗体３２ａ〜３２ｄとは、可変抵抗（可変接触抵抗）Ｒ１〜Ｒ４をそれぞれ構成している。そして、可変抵抗Ｒ１〜Ｒ４に接続されたＲ／Ｖ変換回路で変換された電圧信号Ｖ１〜Ｖ４が信号処理回路６０に入力される。

また、抵抗型センサ１では、メンブレンシート４０上の電極４１ａ〜４１ｄと、それらにそれぞれ対向するメンブレンシート５０上の電極５１ａ〜５１ｄとは、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４をそれぞれ構成している。そして、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のＯＮ／ＯＦＦ信号が信号処理回路６０に入力される。そして、信号処理回路６０は、抵抗型センサ１が接続された表示装置７０に対して、カーソル移動信号等の信号を出力する。

従って、例えば操作ボタン１０のＸ軸正方向に対応した部分が上方から押された場合には、保持層１５のＸ軸正方向の凸部１５ａがメンブレンシート５０の上面に接触し、その後、電極５１ａと電極４１ａとが接触する。そして、さらに操作ボタン１０が押されると、抵抗体３２ａと抵抗体２２ａとが接触するようになる。ここで、電極５１ａと電極４１ａとが接触したときに、スイッチＳＷ１がＯＮになるので、操作ボタン１０のＸ軸正方向に対応した部分に操作が行われたことが検知可能である。また、抵抗体３２ａと抵抗体２２ａとの接触具合により、可変抵抗Ｒ１の接触抵抗が変化するので、操作ボタン１０のＸ軸正方向に対応した部分に加えられた力の大きさを検出可能である。操作ボタン１０のＸ軸負方向、Ｙ軸正方向、Ｙ軸負方向に対応した部分が上方から押された場合も同様である。

このように、操作ボタン１０のＸ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、Ｙ軸負方向のいずれかに対応した部分が上方から押された場合には、操作ボタン１０が傾くことにより、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のいずれかがＯＮになる。操作ボタン１０の傾く方向によっては、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の２個または３個がＯＮになる場合もある。これに対し、操作ボタン１０の中央に対応した部分が上方から押された場合（操作ボタン１０が水平に維持された状態で上方から押された場合）には、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の全てがＯＮになる。

次に、抵抗型センサ１の信号処理回路６０における処理手順を、図５を参照して説明する。図５は、抵抗型センサの信号処理回路における処理手順を示すフローチャートである。

スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の少なくとも１つがＯＮであるか否かが判断される（ステップＳ１０１）。そして、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の少なくとも１つがＯＮである場合には、可変接触抵抗Ｒ１〜Ｒ４に接続されたＲ／Ｖ変換回路で変換された電圧信号Ｖ１〜Ｖ４を用いて、次式の演算が行われる（ステップＳ１０２）。
Ｖｘ＝Ｖ１−Ｖ２
Ｖｙ＝Ｖ３−Ｖ４
Ｖｚ＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４

なお、この演算は、ＡＤ変換器等でディジタル信号に変換した後、マイクロコンピュータ等を用いて行ってもよいし、ＯＰアンプを用いて行ってもよいし、ブリッジ回路を構成して直接出力してもよい。また、Ｖｚは、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４の少なくとも１つを含む演算であればよく、上式に限られない。

その後、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の全てがＯＮであるか否かが判断される（ステップＳ１０３）。そして、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の全てがＯＮである場合には、上述の演算で算出されたＶｚの信号を利用して、適当な出力信号Ｓｚに変換される（ステップＳ１０４）。この出力信号Ｓｚは、パソコンやカーナビ等の表示装置に出力され、Ｚ軸方向の力に応じた処理が行われる（ステップＳ１０５）。このとき、Ｖｘ、Ｖｙの信号を変換した出力信号Ｓｘ、Ｓｙは、「操作ボタン１０のＸ軸方向及びＹ軸方向への操作量なし」として出力されるので、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の力に応じた処理は行われない。

一方、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の全てがＯＮでない場合には、上述の演算で算出されたＶｘ、Ｖｙの信号を利用して、適当な出力信号Ｓｘ、Ｓｙに変換される（ステップＳ１０６）。この出力信号Ｓｘ、Ｓｙは、パソコンやカーナビ等の表示装置に出力され、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の力に応じた処理が行われる（ステップＳ１０７）。このとき、Ｖｚの信号を変換した出力信号Ｓｚは、「操作ボタン１０のＺ軸方向への操作量なし」として出力されるので、Ｚ軸方向の力に応じた処理は行われない。

このように、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の全てがＯＮである場合には、出力信号Ｓｘ、Ｓｙに基づく処理は行われないで、出力信号Ｓｚに基づく処理だけが行われる。一方、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の全てがＯＮでない場合には、出力信号Ｓｚに基づく処理は行われないで、出力信号Ｓｘ、Ｓｙに基づく処理だけが行われる。

ところで、ステップＳ１０１で、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の全てがＯＦＦである場合には、一定時間が経過したか否かが判断される（ステップＳ１０８）。そして、一定時間が経過したと判断された場合には、スリープモードに切り換え、システムを省電力状態にする（ステップＳ１０９）。その後、操作によって、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の少なくとも１つがＯＮになるのを検知して、スリープモードから通常の動作モードに切り換える。

次に、抵抗型センサ１の具体的な回路例を図６を参照して説明する。図６は、抵抗型センサの具体的な回路例を示す図である。

メンブレンシート４０上の電極４１ａ〜４１ｄは、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４でプルアップされ、マイクロコンピュータの入力ポートＩＮ（１）〜ＩＮ（４）に接続されている。また、メンブレンシート５０上の電極５１ａ〜５１ｄは、接地されている。ここで、入力ポートＩＮ（１）〜ＩＮ（４）の入力信号が図４のスイッチＳＷ１〜ＳＷ４の信号に相当する。

また、可変抵抗Ｒ１と可変抵抗Ｒ２とが直列に接続され、可変抵抗Ｒ３と可変抵抗Ｒ４とが直列に接続される。そして、可変抵抗Ｒ１〜Ｒ４には、それぞれ抵抗Ｒ２１〜Ｒ２４が並列に接続されている。出力ポートＯＵＴ（１）は、通常の操作時には電源電圧Ｖｄｄを出力する。ここで、抵抗Ｒ２１〜Ｒ２４を並列に接続するのは、可変抵抗Ｒ１〜Ｒ４を構成する各抵抗体が接触していない場合に、節点ａ、ｂに可変抵抗Ｒ１〜Ｒ４と抵抗Ｒ２１〜Ｒ２４との合成抵抗の分圧に応じた電圧を出力するためである。なお、可変抵抗Ｒ１〜Ｒ４には、それぞれ抵抗Ｒ２１〜Ｒ２４が並列に接続されていなくてもよい。

可変抵抗Ｒ１、Ｒ３の一方の端子は、出力ポートＯＵＴ（１）に接続され、可変抵抗Ｒ２、Ｒ４の一方の端子は抵抗Ｒ２５を介して接地されている。抵抗Ｒ２５は、並列にアナログスイッチＳＷ５に接続され、出力端子ＯＵＴ（２）でＯＮ／ＯＦＦができるようになっている。また、節点ａ、ｂ、ｃは、Ａ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄ（Ｘ）、Ａ／Ｄ（Ｙ）、Ａ／Ｄ（Ｚ）に接続されている。

まず、通常の操作状態の場合には、出力ポートＯＵＴ（１）から電源電圧Ｖｄｄが出力され、ブリッジ回路に電源電圧Ｖｄｄが印加される。ここで、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の全てがＯＮでない場合は、出力端子ＯＵＴ（２）を電源電圧Ｖｄｄにして、スイッチＳＷ５をＯＮにする。そして、マイクロコンピュータのＡＤ変換ポートＡ／Ｄ（Ｘ）、Ａ／Ｄ（Ｙ）から取り込んだ節点ａ、ｂの電圧はＸ軸及びＹ軸のデータＶｘ、Ｖｙとして扱い、適当な処理が行われた後で出力され、カーナビや携帯電話の制御回路に送り、表示装置７０のカーソルの移動を行う。このとき、ＡＤ変換ポートＡ／Ｄ（Ｚ）のデータはＺ軸の情報であるが、ＧＮＤに接続された状態となるので、操作ボタン１０の押し込み状態によらず、ＧＮＤ電位に対応した安定した（変化しない）データとなる。

一方、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の全てがＯＮになった場合は、マイクロコンピュータの出力端子ＯＵＴ（２）をＧＮＤ電位にしてスイッチＳＷ５をＯＦＦにする。このとき、可変抵抗Ｒ１〜Ｒ４と抵抗Ｒ２１〜Ｒ２４とで構成したブリッジ回路に抵抗Ｒ２５が直列に接続された状態なるので、節点ｃは各抵抗で分圧された電位となる。これは、操作ボタン１０をＺ軸方向に押し込んだ状態であり、節点ｃの電圧は操作ボタン１０をＺ軸方向に押す力に対応したものとなる。マイクロコンピュータでは、ＡＤ変換ポートＡ／Ｄ（Ｚ）から取り込んだデータをＺ軸のデータＶｚとして扱い、適当な処理が行われた後で出力され、カーナビや携帯電話の制御回路に送り、Ｚ軸のデータに応じた処理を行う。このとき、操作ボタン１０の押し込み状態により、Ｘ軸及びＹ軸のデータＶｘ、Ｖｙも変化するが、マイクロコンピュータでは、Ｘ軸及びＹ軸のデータＶｘ、Ｖｙに変化はないものとして処理する。

次に、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の全てがＯＦＦの状態が続いた場合、操作ボタン１０に対する操作が行われていないと判断し、マイクロコンピュータの出力端子ＯＵＴ（１）をＧＮＤ電位にし、マイクロコンピュータをスリープモードの省電力状態にする。この間、マイクロコンピュータの入力端子ＩＮ（１）〜ＩＮ（４）を割り込み入力に設定する等して、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４がＯＮになるか否かを監視しておく。そして、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の少なくとも１つがＯＮになった場合に、マイクロコンピュータを通常の動作モードに戻す。これにより、省電力化が図れる。

なお、本実施の形態において、例えばメンブレンシート４０上に電極４１ａ〜４１ｄの各中心軸を通るドーム状金属板を各電極４１ａ〜４１ｄから離隔しつつ覆うようにそれぞれ配置することで、操作ボタン１０に対する操作が行われた場合にクリック感を得ることができる。

以上説明したように、本実施の形態の抵抗型センサ１をジョイステック（ポインティングデバイス）に応用した場合には、例えばＸ、Ｙ出力を利用してカーナビの地図表示装置のカーソルを目的の位置まで移動させ、操作ボタン１０をＺ軸方向に押し込むことにより、Ｚ軸出力を利用してＺ軸出力の変化に応じて地図を拡大表示させ、Ｚ軸出力がある閾値を超えれば、Ｚ軸方向の押し込み操作を止めても拡大地図が固定されるようにできる。その後、もう一度、操作ボタン１０をＺ軸方向に押し込みＺ軸出力がある閾値を超えると、この縮尺固定がリセットされ、Ｚ軸出力に応じて拡大／縮小表示して、地図を再び元の縮尺に戻す等の制御が可能にできる。この際、Ｚ軸出力がある閾値を超える場合に、音などで操作者が確認できるようにしておくことが好ましい。このように、Ｘ、Ｙ出力によるカーソルの移動と、Ｚ軸出力による地図の拡大／縮小表示が排他的に行えるので、誤操作が起こらず使いやすいものとなる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る抵抗型センサについて説明する。第２の実施の形態に係る抵抗型センサ１０１が、第１の実施の形態に係る抵抗型センサ１と異なる点は、メンブレンシート２０上の電極及び抵抗体の構成である。なお、抵抗型センサ１０１の構成で抵抗型センサ１の構成と同じ部分は同一の符号を付けて詳細な説明は省略する。

抵抗型センサ１０１は、人などによって操作されることによって外部から力が加えられる操作ボタン１０と、メンブレンシート２０、３０、４０、５０とを備えている。

メンブレンシート２０の上面には、電極１２１ａ〜１２１ｄ、１２２ａ〜１２２ｄ及び抵抗体１２５ａ〜１２５ｄが形成されている。メンブレンシート３０の下面には、電極３１ａ〜３１ｄが形成されている。なお、抵抗型センサ１０１では、第１の実施の形態のように、電極３１ａ〜３１ｄを覆う抵抗体３２ａ〜３２ｄは設けられていない。そして、メンブレンシート２０とメンブレンシート３０とは、抵抗体１２５ａ〜１２５ｄと電極３１ａ〜３１ｄとがそれぞれ対向し、且つ、これらが常時接触しないように、スペーサ２５を介して貼り合わされている。

ここで、メンブレンシート２０の上面では、図８に示すように、例えば電極１２１ａ、１２２ａ及び抵抗体１２５ａは、Ｘ軸正方向に対応した位置に配置されている。そして、電極１２１ａ、１２２ａは、Ｘ軸方向に離隔しており、抵抗体１２５ａは、電極１２１ａと電極１２２ａとの間に挟まれるように設けられている。また、電極１２１ｂ、１２２ｂ及び抵抗体１２５ｂは、Ｘ軸負方向に対応した位置に配置され、電極１２１ｃ、１２２ｃ及び抵抗体１２５ｃは、Ｙ軸正方向に対応した位置に配置され、電極１２１ｄ、１２２ｄ及び抵抗体１２５ｄは、Ｙ軸負方向に対応した位置に配置されている。なお、これらの配置は、電極１２１ａ、１２２ａ及び抵抗体１２５ａと同様である。

従って、抵抗体１２５ａ〜１２５ｄの抵抗値は、それらの両側に配置された電極間の抵抗値として検出される。つまり、例えば抵抗体１２５ａの抵抗値は、その両側に配置された電極１２１ａと電極１２２ａとの間の抵抗値として検出される。

そして、上述したように、抵抗体１２５ａ〜１２５ｄと電極３１ａ〜３１ｄとがそれぞれ対向している。従って、操作ボタン１０のＸ軸正方向に対応した位置が上方から押された場合には、電極４１ａと電極５１ａとが接触した後、電極３１ａが抵抗体１２５ａと接触する。このとき、電極３１ａと抵抗体１２５ａとの接触具合に応じたバイパス回路が抵抗体１２５ａにでき、電極１２１ａと電極１２２ａとの間の抵抗値が小さくなる。従って、抵抗体１２５ａ及び電極３１ａは可変抵抗となり、その抵抗値は操作ボタン１０を押し込む状態に応じて変化する。なお、抵抗体１２５ｂ〜１２５ｄについても同様である。

次に、本発明の第３の実施の形態に係る抵抗型センサについて説明する。第３の実施の形態に係る抵抗型センサが、第１の実施の形態に係る抵抗型センサと異なる点は、メンブレンシート２０上の電極及び抵抗体の構成と、信号処理回路の構成である。なお、本実施の形態の抵抗型センサの構成は、信号処理回路の構成を除くと、第２の実施の形態の抵抗型センサの構成と同じである。

本実施の形態の抵抗型センサの信号処理回路では、図９に示すように、メンブレンシート３０上の電極３１ａ〜３１ｄは、抵抗体１２５ａ〜１２５ｄの片側に配置された電極１２１ａ〜１２１ｄに接続されている。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。

また、上述の実施の形態では、抵抗型センサ１は、Ｘ軸方向に離隔すると共にＹ軸に対して線対称に配置された一対の電極を有しており、且つ、Ｙ軸方向に離隔すると共にＸ軸に対して線対称に配置された一対の電極を有しているが、電極がＸ軸上及びＹ軸上に１個ずつ配置されているだけでもよい。

また、上述の実施の形態では、スイッチ用の電極４１ａ〜４１ｄ、５１ａ〜５１ｄは、操作ボタン１０の変位方向について、抵抗値検出用の電極２１ａ〜２１ｄ、３１ａ〜３１ｄと重なるように配置されているが、これらは重なっていなくてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る抵抗型センサの模式的な断面図である。図１の抵抗型センサの各電極の配置を示す図である。図１の抵抗型センサの各電極の配置を示す図である。抵抗型センサの回路構成を示す図である。抵抗型センサの信号処理回路における処理手順を示すフローチャートである。抵抗型センサの具体的な回路例を示す図である。本発明の第２の実施の形態に係る抵抗型センサの模式的な断面図である。図７の抵抗型センサの各電極の配置を示す図である。本発明の第３の実施の形態に係る抵抗型センサの具体的な回路例を示す図である。

１、１０１抵抗型センサ
１０操作ボタン
２０メンブレンシート
２１ａ〜２１ｄ電極
２２ａ〜２２ｄ抵抗体
３０メンブレンシート
３１ａ〜３１ｄ電極
３２ａ〜３２ｄ抵抗体
４０メンブレンシート
４１ａ〜４１ｄスイッチ用電極
５０メンブレンシート
５１ａ〜５１ｄスイッチ用電極
１２１ａ〜１２１ｄ、１２２ａ〜１２２ｄ電極
１２５ａ〜１２５ｄ抵抗体

Claims

検知部材と、
前記検知部材と対向し且つＸ軸上に配置された第１の電極と、
前記検知部材と対向し且つＹ軸上に配置された第２の電極と、
前記検知部材と前記第１の電極との間において、前記第１の電極に対向し且つ前記検知部材が変位するのに伴って、前記第１の電極に近づく方向に変位可能な第３の電極と、
前記検知部材と前記第２の電極との間において、前記第２の電極に対向し且つ前記検知部材が変位するのに伴って、前記第２の電極に近づく方向に変位可能な第４の電極と、
前記第１の電極と前記第３の電極との間及び前記第２の電極と前記第４の電極との間にそれぞれ配置された感圧抵抗体と、
前記検知部材と対向するように配置されており、接地された複数の第１のスイッチ用電極と、
前記第１のスイッチ用電極と対になり且つ前記第１のスイッチ用電極から離隔するように配置されており、接地電位とは異なる電位に保持された複数の第２のスイッチ用電極とを備えており、
前記第２のスイッチ用電極が、前記検知部材が変位するのに伴って、前記第１のスイッチ用電極に向かう方向に変位し、前記第１のスイッチ用電極と接触可能であり、
前記複数対の第１及び第２のスイッチ用電極の少なくとも一対が接触状態でない場合には、前記第１の電極と前記第３の電極との間の抵抗値の変化が検出されることに基づいて前記検知部材のＸ軸方向に対応した部分の変位を認識可能であり、前記第２の電極と前記第４の電極との間の抵抗値の変化が検出されることに基づいて前記検知部材のＹ軸方向に対応した部分の変位を認識可能であると共に、
前記複数対の第１及び第２のスイッチ用電極の全てが接触状態である場合には、前記第１の電極と前記第３の電極との間の抵抗値の変化及び前記第２の電極と前記第４の電極との間の抵抗値の変化が検出されることに基づいて前記検知部材の中心位置の変位を認識可能であることを特徴とする抵抗型センサ。
前記第１の電極は、Ｘ軸方向に離隔すると共にＹ軸に対して線対称に配置された一対の電極を有しており、
前記第２の電極は、Ｙ軸方向に離隔すると共にＸ軸に対して線対称に配置された一対の電極を有していることを特徴とする請求項１に記載の抵抗型センサ。
前記複数対の第１及び第２のスイッチ用電極は、前記検知部材の変位方向について前記第１および第２の電極とそれぞれ重なるように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の抵抗型センサ。
検知部材と、
前記検知部材と対向し且つＸ軸上に配置された一対の第１の電極と、
前記検知部材と対向し且つＹ軸上に配置された一対の第２の電極と、
前記検知部材と対向し且つ前記一対の第１の電極間及び前記一対の第２の電極間にそれぞれ配置された感圧抵抗体と、
前記検知部材と前記一対の第１の電極間に配置された感圧抵抗体との間において、当該感圧抵抗体に対向し且つ前記検知部材が変位するのに伴って、当該感圧抵抗体に近づく方向に変位可能な第３の電極と、
前記検知部材と前記一対の第２の電極間に配置された感圧抵抗体との間において、当該感圧抵抗体に対向し且つ前記検知部材が変位するのに伴って、当該感圧抵抗体に近づく方向に変位可能な第４の電極と、
前記検知部材と対向するように配置されており、接地された複数の第１のスイッチ用電極と、
前記第１のスイッチ用電極と対になり且つ前記第１のスイッチ用電極から離隔するように配置されており、接地電位とは異なる電位に保持された複数の第２のスイッチ用電極とを備えており、
前記第２のスイッチ用電極が、前記検知部材が変位するのに伴って、前記第１のスイッチ用電極に向かう方向に変位し、前記第１のスイッチ用電極と接触可能であり、
前記複数対の第１及び第２のスイッチ用電極の少なくとも一対が接触状態でない場合には、前記一対の第１の電極間の抵抗値の変化が検出されることに基づいて前記検知部材のＸ軸方向に対応した部分の変位を認識可能であり、前記一対の第２の電極間の抵抗値の変化が検出されることに基づいて前記検知部材のＹ軸方向に対応した部分の変位を認識可能であると共に、
前記複数対の第１及び第２のスイッチ用電極の全てが接触状態である場合には、前記一対の第１の電極間の抵抗値の変化及び前記一対の第２の電極間の抵抗値の変化が検出されることに基づいて前記検知部材の中心位置の変位を認識可能であることを特徴とする抵抗型センサ。
前記一対の第１の電極は、Ｘ軸方向に離隔すると共にＹ軸に対して線対称に２組配置されており、
前記一対の第２の電極は、Ｙ軸方向に離隔すると共にＸ軸に対して線対称に２組配置されていることを特徴とする請求項４に記載の抵抗型センサ。
前記複数対の第１及び第２のスイッチ用電極は、前記検知部材の変位方向について前記第３および第４の電極とそれぞれ重なるように配置されていることを特徴とする請求項４または５に記載の抵抗型センサ。