JP4555463B2 - 電子機器用入力装置 - Google Patents
電子機器用入力装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4555463B2 JP4555463B2 JP2000400626A JP2000400626A JP4555463B2 JP 4555463 B2 JP4555463 B2 JP 4555463B2 JP 2000400626 A JP2000400626 A JP 2000400626A JP 2000400626 A JP2000400626 A JP 2000400626A JP 4555463 B2 JP4555463 B2 JP 4555463B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- axis
- operation input
- displacement
- electrode
- contact
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Position Input By Displaying (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器用入力装置に関し、特に、携帯電話やゲーム遊戯装置など、所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行する電子機器に対して、方向を示す操作入力を行うための入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話やゲーム遊戯装置などの電子機器では、利用者による所定の操作入力を受け付け、この操作入力に基づいてプログラムが進行する。通常、この種の操作入力は、ディスプレイ画面上に表示されるカーソルやその他の指標を見ながら行うことが多く、上下左右の４方向あるいは斜めも含めた８方向の方向を示す入力が求められるのが一般的である。このような方向性をもった入力を行うために、大別して、２つのタイプの入力装置が利用されている。
【０００３】
第１のタイプの装置は、複数のＯＮ／ＯＦＦスイッチを組み合わせてなる装置であり、通常、上下左右に合計４個のスイッチのボタンを配置し、これらのボタンを適宜押すことにより、所定方向へのスイッチ動作の入力を行うことができる。たとえば、右に配置されたスイッチのボタンを押せば、右方向へのスイッチＯＮ動作を示す入力を行うことができ、カーソルやゲームキャラクタを右方向へ移動させる指示を与えることができる。斜めも含めた８方向へのスイッチ動作を入力する必要がある場合には、上下左右および斜め位置に合計８個のスイッチのボタンを配置した入力装置も利用されている。また、中心位置にもスイッチを配置し、合計５個あるいは９個のボタンにより、種々の指示を入力できるようにした装置も利用されている。
【０００４】
一方、第２のタイプの装置は、いわゆるジョイスティックと呼ばれているタイプの装置であり、所定方向への操作量を入力することができる。上述したスイッチを利用した第１のタイプの装置の場合、特定の位置に配置されたボタンを選択的に押すことにより、特定の方向に関するスイッチ動作を入力することができるが、このスイッチ動作は、あくまでもＯＮ／ＯＦＦの二値状態のいずれかを示すためのものであり、量を入力することはできない。第２のタイプの装置では、たとえば、右方向に５とか下方向に８というように、方向とともに操作量を入力することができる。具体的には、右方向に加える操作力を増せば増すほど、右方向へのより大きな操作量を入力することができる。このようなジョイスティックタイプの装置は、通常、二次元力センサを内蔵しており、加えられた力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分をそれぞれ別個に検出することにより、加えられた操作入力の方向と操作量とを検出することになる。たとえば、Ｘ軸方向成分が＋５であるような操作入力は、右方向に５という操作量を示し、Ｙ軸方向成分が−８であるような操作入力は、下方向に８という操作量を示すことになる。もちろん、Ｘ軸方向成分とＹ軸方向成分とを合成する演算を行うことにより、斜め方向に加えられた操作入力の検出も可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した２つのタイプの入力装置には、いずれも一長一短がある。スイッチを利用した第１のタイプの装置の場合、ＯＮ／ＯＦＦの二値状態の入力しか行うことができないため、たとえば、「カーソルを右方向に３ます動かす」というような操作を行う場合、右方向のボタンを３回繰り返して押す操作を行う必要がある。したがって、「カーソルを右方向に２０ます動かす」というような操作では、ボタンを２０回繰り返して押すという煩雑な操作が必要になる。一方、第２のタイプの装置の場合、操作量を入力することができるので、たとえば、ジョイスティックを軽く右側へ倒した場合は、カーソルが１ます移動するが、深く右側へ倒した場合は、カーソルが１０ます移動する、というような量的な制御を行うことができる。もちろん、ジョイスティックを軽く倒すか深く倒すかによって、カーソルの移動速度を変えることも可能である。しかしながら、「カーソルをあと３ます移動させる」というような操作が必要な場合、ジョイスティックを倒す角度を微妙に調節する必要があり、実際には、３ます移動させるつもりが５ます動いてしまった、というような誤操作が起こりやすい。したがって、カーソルを正確な位置へ移動させる、という点では、第１のタイプの装置を用い、ボタンを押す回数で制御した方が好ましい。
【０００６】
このように、２つのタイプの入力装置は、それぞれ一長一短があるあるため、従来の携帯電話やゲーム遊戯装置などの電子機器では、この２つのタイプの入力装置を併設していることが多い。しかしながら、同一の電子機器に、２種類のタイプの入力装置を併設することは、機器の小型化や低コスト化を阻むことになり、本来、好ましいことではない。
【０００７】
そこで本発明は、特定方向へのスイッチ動作の操作入力と特定方向への操作量の操作入力とを、適宜使い分けることが可能な電子機器用入力装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
(1) 本発明の第１の態様は、所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行する電子機器に対して、方向を示す操作入力を行うための電子機器用入力装置において、
操作入力が加えられていない状態での出力を零点基準出力とし、所定の検出軸に沿った正方向もしくは負方向への操作入力が加えられた場合に、加えられた操作入力の大きさに応じた正もしくは負の検出値を出力する操作入力検出部と、
加えられた操作入力を検出軸に沿った連続的な操作量として取り扱う操作量モードと、加えられた操作入力を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として取り扱うスイッチモードと、のいずれかのモードを設定する機能を有し、電子機器が実行しているプログラムに応じて、いずれか一方のモードを設定するモード設定部と、
操作量モードが設定されている場合には、操作入力検出部によって検出された検出値を、検出軸についての操作量として電子機器に与え、スイッチモードが設定されている場合には、操作入力検出部によって検出された検出値の絶対値を所定のしきい値と比較し、しきい値を越えていればＯＮ状態を示す信号を、しきい値を越えていなければＯＦＦ状態を示す信号を、検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与える操作入力取扱部と、
を設け、
操作入力検出部が、ＸＹＺ三次元座標系において加えられた操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分をそれぞれ独立して検出する機能をもった力センサとして、
上面がＸＹ平面に含まれ、この上面の中心部に座標系の原点がくるように配置された基板と、
基板上方のＺ軸を中心とした位置に配置され、操作入力を受けて変位する変位部と、基板に固定された固定部と、変位部と固定部とを接続する接続部と、を有し、基板上面に取り付けられた変位生成体と、
変位部の下面に形成された接触用変位電極と、
基板の接触用変位電極に対向する位置に形成された接触用固定電極と、
変位部の変位に起因して静電容量値が変化するように、変位部側に形成された変位電極と基板側に形成された固定電極とを有する容量素子からなる４組の検出子と、
を有し、
４組の検出子は、Ｘ軸正方向上、Ｘ軸負方向上、Ｙ軸正方向上、Ｙ軸負方向上にそれぞれ配置され、Ｘ軸上に配置された検出子によって、加えられた操作入力のＸ軸方向成分を検出し、Ｙ軸上に配置された検出子によって、加えられた操作入力のＹ軸方向成分を検出し、
接続部は可撓性を有しており、変位部に操作入力が加えられたときに、接続部が撓みを生じることにより、変位部が基板に対して変位を生じ、
変位部に操作入力が加えられていない場合には、接触用変位電極と接触用固定電極とが非接触な状態を保ち、座標系におけるＺ軸方向成分を含む所定量の操作入力が変位部に加えられた場合には、接触用変位電極と接触用固定電極とが接触状態となり、
容量素子を構成する変位電極と接触用変位電極とは電気的に接続されており、接触用変位電極と接触用固定電極とが接触状態にあるときに、接触用固定電極と容量素子を構成する固定電極との間の静電容量値の変化を電気的に検出することにより、加えられた操作入力の所定方向成分の大きさを認識できる力センサを用いるようにしたものである。
【０００９】
(2) 本発明の第２の態様は、上述の第１の態様に係る電子機器用入力装置において、
接触用変位電極と接触用固定電極との接触状態に基づいて、操作入力検出部から電子機器に対して、クリック操作の入力が行われるようにしたものである。
【００１０】
(3) 本発明の第３の態様は、所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行する電子機器に対して、方向を示す操作入力を行うための入力装置において、
操作入力が加えられていない状態での出力を零点基準出力とし、所定の検出軸に沿った正方向もしくは負方向への操作入力が加えられた場合に、加えられた操作入力の大きさに応じた正もしくは負の検出値を出力する操作入力検出部と、
加えられた操作入力を検出軸に沿った連続的な操作量として取り扱う操作量モードと、加えられた操作入力を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として取り扱うスイッチモードと、のいずれかのモードを設定する機能を有し、電子機器が実行しているプログラムに応じて、いずれか一方のモードを設定するモード設定部と、
操作量モードが設定されている場合には、操作入力検出部によって検出された検出値を、検出軸についての操作量として電子機器に与え、スイッチモードが設定されている場合には、操作入力検出部によって検出された検出値の絶対値を所定のしきい値と比較し、しきい値を越えていればＯＮ状態を示す信号を、しきい値を越えていなければＯＦＦ状態を示す信号を、検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与える操作入力取扱部と、
を設け、
操作入力検出部が、ＸＹＺ三次元座標系において加えられた操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分をそれぞれ独立して検出する機能をもった力センサとして、
上面がＸＹ平面に含まれ、この上面の中心部に座標系の原点がくるように配置された基板と、
基板上方のＺ軸を中心とした位置に配置され、操作入力を受けて変位する変位部と、基板に固定された固定部と、変位部と固定部とを接続する接続部と、を有し、基板上面に取り付けられ、接続部は可撓性を有しており、変位部にＸ軸操作入力が加えられたときに変位部がＸ軸に対して傾斜するような変位を生じ、変位部にＹ軸操作入力が加えられたときに変位部がＹ軸に対して傾斜するような変位を生じる変位生成体と、
基板上面のＸ軸正方向位置に配置された第１の内側電極と、
基板上面のＸ軸負方向位置に配置された第２の内側電極と、
基板上面のＹ軸正方向位置に配置された第３の内側電極と、
基板上面のＹ軸負方向位置に配置された第４の内側電極と、
基板上面のＸ軸正方向位置の第１の内側電極より外側に配置された第１の外側電極と、
基板上面のＸ軸負方向位置の第２の内側電極より外側に配置された第２の外側電極と、
基板上面のＹ軸正方向位置の第３の内側電極より外側に配置された第３の外側電極と、
基板上面のＹ軸負方向位置の第４の内側電極より外側に配置された第４の外側電極と、
第１の内側電極、第１の外側電極、第２の内側電極、第２の外側電極、第３の内側電極、第３の外側電極、第４の内側電極、第４の外側電極のそれぞれに対向するように、変位生成体下面の変位を生じる位置に形成され、変位部がＸ軸正方向に向けて所定量だけ傾斜したときに、その一部分が第１の外側電極に接触し、変位部がＸ軸負方向に向けて所定量だけ傾斜したときに、その一部分が第２の外側電極に接触し、変位部がＹ軸正方向に向けて所定量だけ傾斜したときに、その一部分が第３の外側電極に接触し、変位部がＹ軸負方向に向けて所定量だけ傾斜したときに、その一部分が第４の外側電極に接触するように構成された変位電極と、
変位電極がいずれかの外側電極と接触したときに、第１の内側電極と変位電極とによって構成される第１の容量素子の静電容量を示す第１の静電容量値を、変位電極に接触している外側電極と第１の内側電極との間の電気的特性に基づいて測定し、第２の内側電極と変位電極とによって構成される第２の容量素子の静電容量を示す第２の静電容量値を、変位電極に接触している外側電極と第２の内側電極との間の電気的特性に基づいて測定し、第３の内側電極と変位電極とによって構成される第３の容量素子の静電容量を示す第３の静電容量値を、変位電極に接触している外側電極と第３の内側電極との間の電気的特性に基づいて測定し、第４の内側電極と変位電極とによって構成される第４の容量素子の静電容量を示す第４の静電容量値を、変位電極に接触している外側電極と第４の内側電極との間の電気的特性に基づいて測定し、第１の静電容量値と第２の静電容量値との差に基づいてＸ軸操作入力についての検出値を出力し、第３の静電容量値と第４の静電容量値との差に基づいてＹ軸操作入力についての検出値を出力する検出回路と、
を備える力センサを用いるようにしたものである。
【００１１】
(4) 本発明の第４の態様は、上述の第３の態様に係る電子機器用入力装置において、
変位部下面のＺ軸に沿った位置に押圧棒を設け、基板上面の原点近傍位置にＯＮ／ＯＦＦスイッチを設け、押圧棒に加えられた押圧力に基づいてＯＮ／ＯＦＦスイッチが動作するように構成し、このＯＮ／ＯＦＦスイッチの動作に基づいて、操作入力検出部から電子機器に対して、クリック操作の入力が行われるようにしたものである。
【００１２】
(5) 本発明の第５の態様は、所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行する電子機器に対して、方向を示す操作入力を行うための入力装置において、
操作入力が加えられていない状態での出力を零点基準出力とし、所定の検出軸に沿った正方向もしくは負方向への操作入力が加えられた場合に、加えられた操作入力の大きさに応じた正もしくは負の検出値を出力する操作入力検出部と、
加えられた操作入力を検出軸に沿った連続的な操作量として取り扱う操作量モードと、加えられた操作入力を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として取り扱うスイッチモードと、のいずれかのモードを設定する機能を有し、電子機器が実行しているプログラムに応じて、いずれか一方のモードを設定するモード設定部と、
操作量モードが設定されている場合には、操作入力検出部によって検出された検出値を、検出軸についての操作量として電子機器に与え、スイッチモードが設定されている場合には、操作入力検出部によって検出された検出値の絶対値を所定のしきい値と比較し、しきい値を越えていればＯＮ状態を示す信号を、しきい値を越えていなければＯＦＦ状態を示す信号を、検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与える操作入力取扱部と、
を設け、
操作入力検出部が、ＸＹＺ三次元座標系において加えられた操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分をそれぞれ独立して検出する機能をもった力センサとして、
上面がＸＹ平面に含まれ、この上面の中心部に座標系の原点がくるように配置された基板と、
基板上方のＺ軸を中心とした位置に配置され、操作入力を受けて変位する変位部と、基板に固定された固定部と、変位部と固定部とを接続する接続部と、を有し、基板上面に取り付けられた変位生成体と、
基板の上面のＸ軸正領域、Ｘ軸負領域、Ｙ軸正領域、Ｙ軸負領域にそれぞれ配置された第１の抵抗体、第２の抵抗体、第３の抵抗体、第４の抵抗体と、
変位部の下面の第１の抵抗体、第２の抵抗体、第３の抵抗体、第４の抵抗体にそれぞれ対向する位置に配置された第１の接触用導電体、第２の接触用導電体、第３の接触用導電体、第４の接触用導電体と、
を有し、
接続部は可撓性を有しており、変位部に操作入力が加えられたときに、接続部が撓みを生じることにより、変位部の下面が基板の上面に対して変位を生じ、この変位に基づいて、各接触用導電体の各抵抗体に対する接触状態が変化するように構成され、
各接触用導電体は、弾性変形する導電性材料から構成されており、かつ、各抵抗体に対する接触状態の変化に基づいて接触面の面積が変化する形状を有しており、この接触面の面積の変化に基づいて、変位部に加えられた操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分を検出できる力センサを用いるようにしたものである。
【００１３】
(6) 本発明の第６の態様は、上述の第５の態様に係る電子機器用入力装置において、
基板の上面の原点近傍領域に第５の抵抗体を更に設け、変位部の下面の第５の抵抗体に対向する位置に第５の接触用導電体を設け、第５の接触用導電体の第５の抵抗体に対する接触状態に基づいて、操作入力検出部から電子機器に対して、クリック操作の入力が行われるようにしたものである。
【００１４】
(7) 本発明の第７の態様は、上述の第１〜６の態様に係る電子機器用入力装置において、
モード設定部が、更に、操作量モードとスイッチモードとを混合した取り扱いを行う混合モードを設定する機能を有し、
混合モードが設定されている場合には、操作入力取扱部は、操作入力検出部によって検出された検出値の絶対値を第１のしきい値および第２のしきい値（第１のしきい値＜第２のしきい値）と比較し、第１のしきい値を越えていなければ、ＯＦＦ状態を示す信号を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与え、第１のしきい値と第２のしきい値との間であれば、ＯＮ状態を示す信号を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与え、第２のしきい値を越えていれば、検出値を検出軸についての操作量として電子機器に与える処理を行うようにしたものである。
【００１５】
(8) 本発明の第８の態様は、所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行する電子機器に対して、方向を示す操作入力を行うための入力装置において、
操作入力が加えられていない状態での出力を零点基準出力とし、所定の検出軸に沿った正方向もしくは負方向への操作入力が加えられた場合に、加えられた操作入力の大きさに応じた正もしくは負の検出値を出力する操作入力検出部と、
この操作入力検出部によって検出された検出値の絶対値を第１のしきい値および第２のしきい値（第１のしきい値＜第２のしきい値）と比較し、第１のしきい値を越えていなければ、ＯＦＦ状態を示す信号を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与え、第１のしきい値と第２のしきい値との間であれば、ＯＮ状態を示す信号を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与え、第２のしきい値を越えていれば、検出値を検出軸に沿った連続的な操作量として電子機器に与える混合モード動作を行う機能を有する操作入力取扱部と、
を設け、
操作入力検出部が、ＸＹＺ三次元座標系において加えられた操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分をそれぞれ独立して検出する機能をもった力センサとして、
上面がＸＹ平面に含まれ、この上面の中心部に座標系の原点がくるように配置された基板と、
基板上方のＺ軸を中心とした位置に配置され、操作入力を受けて変位する変位部と、基板に固定された固定部と、変位部と固定部とを接続する接続部と、を有し、基板上面に取り付けられた変位生成体と、
変位部の下面に形成された接触用変位電極と、
基板の接触用変位電極に対向する位置に形成された接触用固定電極と、
変位部の変位に起因して静電容量値が変化するように、変位部側に形成された変位電極と基板側に形成された固定電極とを有する容量素子からなる４組の検出子と、
を有し、
４組の検出子は、Ｘ軸正方向上、Ｘ軸負方向上、Ｙ軸正方向上、Ｙ軸負方向上にそれぞれ配置され、Ｘ軸上に配置された検出子によって、加えられた操作入力のＸ軸方向成分を検出し、Ｙ軸上に配置された検出子によって、加えられた操作入力のＹ軸方向成分を検出し、
接続部は可撓性を有しており、変位部に操作入力が加えられたときに、接続部が撓みを生じることにより、変位部が基板に対して変位を生じ、
変位部に操作入力が加えられていない場合には、接触用変位電極と接触用固定電極とが非接触な状態を保ち、座標系におけるＺ軸方向成分を含む所定量の操作入力が変位部に加えられた場合には、接触用変位電極と接触用固定電極とが接触状態となり、
容量素子を構成する変位電極と接触用変位電極とは電気的に接続されており、接触用変位電極と接触用固定電極とが接触状態にあるときに、接触用固定電極と容量素子を構成する固定電極との間の静電容量値の変化を電気的に検出することにより、加えられた操作入力の所定方向成分の大きさを認識できる力センサを用いるようにしたものである。
【００１６】
(9) 本発明の第９の態様は、上述の第８の態様に係る電子機器用入力装置において、
接触用変位電極と接触用固定電極との接触状態に基づいて、操作入力検出部から電子機器に対して、クリック操作の入力が行われるようにしたものである。
【００１７】
(10) 本発明の第１０の態様は、所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行する電子機器に対して、方向を示す操作入力を行うための入力装置において、
操作入力が加えられていない状態での出力を零点基準出力とし、所定の検出軸に沿った正方向もしくは負方向への操作入力が加えられた場合に、加えられた操作入力の大きさに応じた正もしくは負の検出値を出力する操作入力検出部と、
この操作入力検出部によって検出された検出値の絶対値を第１のしきい値および第２のしきい値（第１のしきい値＜第２のしきい値）と比較し、第１のしきい値を越えていなければ、ＯＦＦ状態を示す信号を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与え、第１のしきい値と第２のしきい値との間であれば、ＯＮ状態を示す信号を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与え、第２のしきい値を越えていれば、検出値を検出軸に沿った連続的な操作量として電子機器に与える混合モード動作を行う機能を有する操作入力取扱部と、
を設け、
操作入力検出部が、ＸＹＺ三次元座標系において加えられた操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分をそれぞれ独立して検出する機能をもった力センサとして、
上面がＸＹ平面に含まれ、この上面の中心部に座標系の原点がくるように配置された基板と、
基板上方のＺ軸を中心とした位置に配置され、操作入力を受けて変位する変位部と、基板に固定された固定部と、変位部と固定部とを接続する接続部と、を有し、基板上面に取り付けられ、接続部は可撓性を有しており、変位部にＸ軸操作入力が加えられたときに変位部がＸ軸に対して傾斜するような変位を生じ、変位部にＹ軸操作入力が加えられたときに変位部がＹ軸に対して傾斜するような変位を生じる変位生成体と、
基板上面のＸ軸正方向位置に配置された第１の内側電極と、
基板上面のＸ軸負方向位置に配置された第２の内側電極と、
基板上面のＹ軸正方向位置に配置された第３の内側電極と、
基板上面のＹ軸負方向位置に配置された第４の内側電極と、
基板上面のＸ軸正方向位置の第１の内側電極より外側に配置された第１の外側電極と、
基板上面のＸ軸負方向位置の第２の内側電極より外側に配置された第２の外側電極と、
基板上面のＹ軸正方向位置の第３の内側電極より外側に配置された第３の外側電極と、
基板上面のＹ軸負方向位置の第４の内側電極より外側に配置された第４の外側電極と、
第１の内側電極、第１の外側電極、第２の内側電極、第２の外側電極、第３の内側電極、第３の外側電極、第４の内側電極、第４の外側電極のそれぞれに対向するように、変位生成体下面の変位を生じる位置に形成され、変位部がＸ軸正方向に向けて所定量だけ傾斜したときに、その一部分が第１の外側電極に接触し、変位部がＸ軸負方向に向けて所定量だけ傾斜したときに、その一部分が第２の外側電極に接触し、変位部がＹ軸正方向に向けて所定量だけ傾斜したときに、その一部分が第３の外側電極に接触し、変位部がＹ軸負方向に向けて所定量だけ傾斜したときに、その一部分が第４の外側電極に接触するように構成された変位電極と、
変位電極がいずれかの外側電極と接触したときに、第１の内側電極と変位電極とによって構成される第１の容量素子の静電容量を示す第１の静電容量値を、変位電極に接触している外側電極と第１の内側電極との間の電気的特性に基づいて測定し、第２の内側電極と変位電極とによって構成される第２の容量素子の静電容量を示す第２の静電容量値を、変位電極に接触している外側電極と第２の内側電極との間の電気的特性に基づいて測定し、第３の内側電極と変位電極とによって構成される第３の容量素子の静電容量を示す第３の静電容量値を、変位電極に接触している外側電極と第３の内側電極との間の電気的特性に基づいて測定し、第４の内側電極と変位電極とによって構成される第４の容量素子の静電容量を示す第４の静電容量値を、変位電極に接触している外側電極と第４の内側電極との間の電気的特性に基づいて測定し、第１の静電容量値と第２の静電容量値との差に基づいてＸ軸操作入力についての検出値を出力し、第３の静電容量値と第４の静電容量値との差に基づいてＹ軸操作入力についての検出値を出力する検出回路と、
を備える力センサを用いるようにしたものである。
【００１８】
(11) 本発明の第１１の態様は、上述の第１０の態様に係る電子機器用入力装置において、
変位部下面のＺ軸に沿った位置に押圧棒を設け、基板上面の原点近傍位置にＯＮ／ＯＦＦスイッチを設け、押圧棒に加えられた押圧力に基づいてＯＮ／ＯＦＦスイッチが動作するように構成し、このＯＮ／ＯＦＦスイッチの動作に基づいて、操作入力検出部から電子機器に対して、クリック操作の入力が行われるようにしたものである。
【００１９】
(12) 本発明の第１２の態様は、所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行する電子機器に対して、方向を示す操作入力を行うための入力装置において、
操作入力が加えられていない状態での出力を零点基準出力とし、所定の検出軸に沿った正方向もしくは負方向への操作入力が加えられた場合に、加えられた操作入力の大きさに応じた正もしくは負の検出値を出力する操作入力検出部と、
この操作入力検出部によって検出された検出値の絶対値を第１のしきい値および第２のしきい値（第１のしきい値＜第２のしきい値）と比較し、第１のしきい値を越えていなければ、ＯＦＦ状態を示す信号を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与え、第１のしきい値と第２のしきい値との間であれば、ＯＮ状態を示す信号を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与え、第２のしきい値を越えていれば、検出値を検出軸に沿った連続的な操作量として電子機器に与える混合モード動作を行う機能を有する操作入力取扱部と、
を設け、
操作入力検出部が、ＸＹＺ三次元座標系において加えられた操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分をそれぞれ独立して検出する機能をもった力センサとして、
上面がＸＹ平面に含まれ、この上面の中心部に座標系の原点がくるように配置された基板と、
基板上方のＺ軸を中心とした位置に配置され、操作入力を受けて変位する変位部と、基板に固定された固定部と、変位部と固定部とを接続する接続部と、を有し、基板上面に取り付けられた変位生成体と、
基板の上面のＸ軸正領域、Ｘ軸負領域、Ｙ軸正領域、Ｙ軸負領域にそれぞれ配置された第１の抵抗体、第２の抵抗体、第３の抵抗体、第４の抵抗体と、
変位部の下面の第１の抵抗体、第２の抵抗体、第３の抵抗体、第４の抵抗体にそれぞれ対向する位置に配置された第１の接触用導電体、第２の接触用導電体、第３の接触用導電体、第４の接触用導電体と、
を有し、
接続部は可撓性を有しており、変位部に操作入力が加えられたときに、接続部が撓みを生じることにより、変位部の下面が基板の上面に対して変位を生じ、この変位に基づいて、各接触用導電体の各抵抗体に対する接触状態が変化するように構成され、
各接触用導電体は、弾性変形する導電性材料から構成されており、かつ、各抵抗体に対する接触状態の変化に基づいて接触面の面積が変化する形状を有しており、この接触面の面積の変化に基づいて、変位部に加えられた操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分を検出できる力センサを用いるようにしたものである。
【００２０】
(13) 本発明の第１３の態様は、上述の第１２の態様に係る電子機器用入力装置において、
基板の上面の原点近傍領域に第５の抵抗体を更に設け、変位部の下面の第５の抵抗体に対向する位置に第５の接触用導電体を設け、第５の接触用導電体の第５の抵抗体に対する接触状態に基づいて、操作入力検出部から電子機器に対して、クリック操作の入力が行われるようにしたものである。
【００２１】
(14) 本発明の第１４の態様は、上述の第８〜第１３の態様に係る電子機器用入力装置において、
操作量モードと混合モードとの少なくとも２通りのモードを設定する機能を有し、電子機器が実行しているプログラムに応じて、いずれかのモードを設定するモード設定部を更に設け、
操作入力取扱部は、操作量モードが設定されている場合には、操作入力検出部によって検出された検出値を、検出軸についての操作量として電子機器に与える操作量モード動作を行い、混合モードが設定されている場合には、混合モード動作を行うようにしたものである。
【００２２】
(15) 本発明の第１５の態様は、上述の第８〜第１３の態様に係る電子機器用入力装置において、
スイッチモードと混合モードとの少なくとも２通りのモードを設定する機能を有し、電子機器が実行しているプログラムに応じて、いずれかのモードを設定するモード設定部を更に設け、
操作入力取扱部は、スイッチモードが設定されている場合には、操作入力検出部によって検出された検出値の絶対値を所定のしきい値と比較し、しきい値を越えていればＯＮ状態を示す信号を、しきい値を越えていなければＯＦＦ状態を示す信号を、検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与えるスイッチモード動作を行い、混合モードが設定されている場合には、混合モード動作を行うようにしたものである。
【００２３】
(16) 本発明の第１６の態様は、上述の第８〜第１３の態様に係る電子機器用入力装置において、
操作量モードとスイッチモードと混合モードとの少なくとも３通りのモードを設定する機能を有し、電子機器が実行しているプログラムに応じて、いずれかのモードを設定するモード設定部を更に設け、
操作入力取扱部は、操作量モードが設定されている場合には、操作入力検出部によって検出された検出値を、検出軸についての操作量として電子機器に与える操作量モード動作を行い、スイッチモードが設定されている場合には、操作入力検出部によって検出された検出値の絶対値を所定のしきい値と比較し、しきい値を越えていればＯＮ状態を示す信号を、しきい値を越えていなければＯＦＦ状態を示す信号を、検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与えるスイッチモード動作を行い、混合モードが設定されている場合には、混合モード動作を行うようにしたものである。
【００２４】
(17) 本発明の第１７の態様は、上述の第１〜第１６の態様に係る電子機器用入力装置において、
操作入力検出部が、力センサによって検出されたＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分に基づいて、Ｘ軸の正方向、Ｘ軸の負方向、Ｙ軸の正方向、Ｙ軸の負方向の４方向のいずれか１つに関する操作入力を、選択的に検出する機能を有するようにしたものである。
【００２５】
(18) 本発明の第１８の態様は、上述の第１７の態様に係る電子機器用入力装置において、
操作入力検出部が、更に、Ｘ軸およびＹ軸に対して４５°をなすＶ軸およびＷ軸を定義したときに、Ｖ軸の正方向、Ｖ軸の負方向、Ｗ軸の正方向、Ｗ軸の負方向の斜め４方向に関する操作入力を、力センサによって検出されたＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分を合成することにより検出する機能を有し、合計８方向のいずれか１つに関する操作入力を選択的に検出する機能を有するようにしたものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。
【００２７】
§１．従来の一般的な電子機器用入力装置
はじめに、携帯電話やゲーム遊戯装置などの電子機器で用いられている従来の一般的な電子機器用入力装置の構成を簡単に述べておく。既に述べたように、この種の入力装置としては、スイッチを利用した第１のタイプの装置と、力センサを利用した第２のタイプの装置とが主に利用されている。
【００２８】
図１および図２は、この第１のタイプの装置の上面図である。ここでは、便宜上、図示のような方向にＸ軸およびＹ軸を定義して、以下の説明を行うことにする。図１に示す入力装置１には、５つのボタンＢ１１〜Ｂ１５が配置されている。ボタンＢ１１，Ｂ１２はＸ軸上に配置され、Ｘ軸正方向（右）および負方向（左）へのスイッチ動作を入力するために利用される。一方、ボタンＢ１３，Ｂ１４はＹ軸上に配置され、Ｙ軸正方向（上）および負方向（下）へのスイッチ動作を入力するために利用される。この４つのボタンにより、上下左右の４方向へのスイッチ動作入力が可能になる。中央に配置されたボタンＢ１５は、方向性をもたないスイッチ動作入力（たとえば、クリック操作）に利用される。
【００２９】
図２に示す入力装置２には、９つのボタンＢ２１〜Ｂ２９が配置されている。ボタンＢ２２，Ｂ２６はＸ軸上に配置され、Ｘ軸正方向（右）および負方向（左）へのスイッチ動作を入力するために利用される。ボタンＢ２６，Ｂ２４はＹ軸上に配置され、Ｙ軸正方向（上）および負方向（下）へのスイッチ動作を入力するために利用される。更に、ボタンＢ２１，Ｂ２３，Ｂ２５，Ｂ２７は、斜め４５°の軸上に配置され、それぞれ斜め方向へのスイッチ動作を入力するために利用される。中央に配置されたボタンＢ２９は、方向性をもたないスイッチ動作入力（たとえば、クリック操作）に利用される。
【００３０】
このように、複数のスイッチのボタンを所定位置に配置した入力装置では、４方向あるいは８方向へのスイッチ動作入力を行うことができるが、このスイッチ動作入力は、あくまでもスイッチのＯＮまたはＯＦＦの二値状態を示す入力であり、操作量を示す入力ではない。ただ、所定方向への操作量は、ボタンを押す回数により、電子機器に伝達することができ、たとえば、「カーソルを２ますだけ右へ移動させる」というような微小な操作量を正確に伝えるときには、図１および図２に示すようなスイッチを利用した第１のタイプの装置が適している。
【００３１】
これに対し、図３〜図５に示す入力装置は、力センサを利用した第２のタイプの装置であり、一般に、ジョイスティックと呼ばれる装置である。ここでは、便宜上、図示のような方向にＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸を定義して、以下の説明を行うことにする。図３は、ゲージ抵抗式力センサを利用したジョイスティック３の斜視図である。ＸＹ平面上には、基板３Ａが配置され、この基板３Ａ上のＺ軸に沿った位置に四角柱状のスティック３Ｂが取り付けられている。このスティック３Ｂの４つの側面には、それぞれゲージ抵抗Ｇ１１〜Ｇ１４が貼り付けられている。操作者は、スティック３ＢをＸ軸あるいはＹ軸の正または負方向に倒すような力を加えることにより、操作入力を与えることができる。たとえば、スティック３ＢをＸ軸正方向に倒すような力を加えれば、ゲージ抵抗Ｇ１１は縮み、ゲージ抵抗Ｇ１２は伸びることになり、それぞれ抵抗値に変化が生じる。そこで、これら両ゲージ抵抗の抵抗値の差を求めることにより、Ｘ軸方向に作用した力の方向（正方向か負方向か）と大きさを検出することができる。同様に、ゲージ抵抗Ｇ１３，Ｇ１４を利用して、Ｙ軸方向に作用した力の方向と大きさを検出することができる。
【００３２】
図４および図５は、容量式力センサを利用したジョイスティック４の側面図および上面図である。ＸＹ平面上には、基板４Ａが配置され、その上に、金属板からなるダイヤフラム４Ｂが配置されている。このダイヤフラム４Ｂの上面には、スティック４Ｃが取り付けられており、ダイヤフラム４Ｂは、基板４Ａの上面にビス４Ｄで固定されている。また、基板４Ａの上面には、固定電極Ｅ１，Ｅ２が配置されており、ダイヤフラム４Ｂは、それ自身が、これら固定電極Ｅ１，Ｅ２に対向する変位電極として機能する。かくして、固定電極Ｅ１と変位電極４Ｂ（ダイヤフラム）とによって第１の容量素子Ｃ１が形成され、固定電極Ｅ２と変位電極４Ｂ（ダイヤフラム）とによって第２の容量素子Ｃ２が形成される。ここで、操作者が、スティック４ＣをＸ軸正または負方向に倒すような操作入力を加えると、容量素子Ｃ１，Ｃ２の電極間隔がそれぞれ変化するため（たとえば、Ｘ軸正方向に倒すと、容量素子Ｃ１の電極間隔は狭くなり、容量素子Ｃ２の電極間隔は広くなる）、両容量素子Ｃ１，Ｃ２の静電容量値の差を求めることにより、Ｘ軸方向に作用した力の方向（正方向か負方向か）と大きさを検出することができる。
【００３３】
この図４および図５に示す容量式のジョイステック４は、Ｘ軸方向への操作入力のみを検出するタイプのものであるが、たとえば、図６の上面図に示すように、基板５Ａ上に４枚の固定電極Ｅ１１〜Ｅ１４を配置し、この上に、スティックが取り付けられたダイヤフラムを配置すれば、４組の容量素子Ｃ１１〜Ｃ１４を構成することができ、Ｘ軸方向およびＹ軸方向への操作入力の検出が可能になる。すなわち、Ｘ軸上に配置された容量素子Ｃ１１，Ｃ１２の静電容量値の差を求めることにより、Ｘ軸方向に作用した力の方向と大きさを検出することができ、Ｙ軸上に配置された容量素子Ｃ１３，Ｃ１４の静電容量値の差を求めることにより、Ｙ軸方向に作用した力の方向と大きさを検出することができる。
【００３４】
このように、スティックに加えられた力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分を独立して検出できる力センサを用いれば、それ以外の方向成分を演算によって求めることも可能である。すなわち、図７に示すようなＸＹ二次元座標系上に、検出されたＸ軸方向成分とＹ軸方向成分とを座標値としてもつ点Ｑをプロットすれば、この点Ｑの位置が作用した力の方向を示し、点Ｑと原点Ｏとの距離が、作用した力の大きさを示すことになる。たとえば、所定の操作入力を加えた結果、Ｘ軸上の点Ｑ（ａ，０）が得られれば、当該操作入力は、大きさａのＸ軸正方向の力であり、Ｘ軸上の点Ｑ（−ｂ，０）が得られれば、当該操作入力は、大きさｂのＸ軸負方向の力であることが認識できる。また、任意の点Ｑ（ｘ，ｙ）が得られた場合は、原点Ｏと点Ｑ（ｘ，ｙ）とを結ぶ直線上の方向を向いた操作入力が加えられたものと認識することができる。
【００３５】
ただ、操作者が加える操作入力は、人間の大まかな感覚によってなされるものであり、必ずしも厳密な方向性をもっているわけではない。そこで、実用上は、予めいくつかの検出軸を定義しておき、加えられた操作入力は、このいずれかの検出軸に沿った操作入力であるものとして取り扱うのが好ましい。たとえば、上下左右の４方向に関する操作入力のみを検出することができれば十分な場合には、Ｘ軸およびＹ軸の２軸を検出軸に設定すればよい。この場合、検出されたＸ軸方向成分とＹ軸方向成分とを座標値としてもつ点Ｑが、Ｘ軸またはＹ軸上になければ、最寄りのＸ軸またはＹ軸への投影点を求め、この投影点に基づいていずれの検出軸に関する操作入力であるかを決定すればよい。たとえば、図示の点Ｑ（ｘ，ｙ）であれば、最寄りのＸ軸またはＹ軸への投影点は、Ｙ軸上の点Ｑｙになるので、このときの操作入力は、Ｙ軸正方向への操作入力であるものとして取り扱えばよい（大きさは、原点Ｏと点Ｑｙとの距離になる）。
【００３６】
もちろん、検出軸はＸ軸およびＹ軸の２軸に限定されるわけではない。たとえば、図示のように、Ｘ軸およびＹ軸に対して４５°をなすＶ軸およびＷ軸を定義し、合計４軸を検出軸とすることもできる。この場合、たとえば、点Ｑ（ａ，ａ）の位置に相当する操作入力が加えられた場合、当該操作入力は、大きさ［ルート２・ａ］のＶ軸正方向の力であることが認識できる。また、図示の点Ｑ（ｘ，ｙ）であれば、最寄りの検出軸への投影点を求めればよい。たとえば、２点Ｑ（ｘ，ｙ），Ｑｙの距離よりも、２点Ｑ（ｘ，ｙ），Ｑｗの距離の方が小さければ、最寄りの検出軸はＷ軸ということになり、投影点はＷ軸上の点Ｑｗということになるので、このときの操作入力は、Ｗ軸正方向への操作入力であるものとして取り扱えばよい（大きさは、原点Ｏと点Ｑｗとの距離になる）。
【００３７】
このように、予めいくつかの検出軸を定義しておけば、加えられた操作入力をいずれかの検出軸に関する操作入力であるとして取り扱うことが可能になる。実用上は、Ｘ軸およびＹ軸の２本の検出軸を定義し、４方向に関する操作入力を検出できるようにするか、あるいは、更にＶ軸およびＷ軸を加えた４本の検出軸を定義し、８方向に関する操作入力を検出できるようにするのが好ましい。もちろん、他の方法で検出軸を定義し、任意の方向に関する操作入力を検出できるようにしてもかまわない。
【００３８】
いずれにせよ、この力センサを利用した第２のタイプの入力装置は、所定方向への操作量を入力することができる点が特徴であり、スイッチを利用した第１のタイプの入力装置とは、この点において大きな違いがある。もっとも、この２種類のタイプの入力装置には、それぞれ一長一短があることは、既に述べたとおりであり、スイッチを利用した第１のタイプの入力装置は、ボタンを押す回数で正確な制御が可能になる利点があり、力センサを利用した第２のタイプの入力装置は、任意の操作量を一度の操作で入力することができる利点がある。
【００３９】
§２．本発明に係る電子機器用入力装置の基本構成および基本動作
本発明に係る電子機器用入力装置を利用すれば、１台の入力装置によって、特定方向へのスイッチ動作の入力と特定方向への操作量の入力とを、適宜使い分けることができるようになる。本発明の第１の特徴は、操作入力の検出には、力センサを有する入力装置（たとえば、図３〜図６に示すような入力装置でよい）を利用しつつ、その検出値の取り扱いを、モード設定によって使い分けるようにする、ということにある。そして、本発明の第２の特徴は、このモード設定を、電子機器が実行しているプログラムに応じて行うようにした点にある。
【００４０】
図８は、本発明に係る電子機器用入力装置の基本構成を示すブロック図である。この入力装置の基本構成要素は、操作入力検出部１０、操作入力取扱部２０、モード設定部３０であり、電子機器４０に対して、方向を示す操作入力を行う機能を有している。ここで、電子機器４０は、たとえば、携帯電話やゲーム遊戯装置など、所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行する装置である。
【００４１】
操作入力検出部１０は、力センサによって構成され、操作入力が加えられていない状態での出力を零点基準出力とし、所定の検出軸に沿った正方向もしくは負方向への操作入力が加えられた場合に、加えられた操作入力の大きさに応じた正もしくは負の検出値を出力する機能を果たす。具体的には、たとえば、図３〜図６に示すような従来の一般的な力センサを操作入力検出部１０として用いることができる。図４および図５に示す力センサは、Ｘ軸を検出軸とする一次元力センサであり、このセンサを操作入力検出部１０として用いた場合には、Ｘ軸に沿った操作入力が得られることになる。
【００４２】
これに対し、図３あるいは図６に示す力センサは、Ｘ軸およびＹ軸を検出軸とする二次元力センサであり、このセンサを操作入力検出部１０として用いた場合には、Ｘ軸およびＹ軸の２つの検出軸を定義して４方向に関する操作入力を検出することもできるし、更に、図７に示すように、Ｖ軸およびＷ軸を検出軸に加えて、合計８方向に関する操作入力を検出することもできる。もちろん、ＸＹ平面上に更に任意の軸を定義し、１２方向、１６方向など、任意の方向に関する操作入力を検出できるようにしてもよい。たとえば、Ｘ，Ｙ，Ｖ，Ｗの４軸を検出軸として８方向に関する操作入力を検出する場合であれば、上述したように、二次元力センサの出力として得られたＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分に基づいて、加えられた操作入力を示す座標点Ｑ（ｘ，ｙ）を、図７に示すようなＸＹ座標系上にプロットし、最寄りの検出軸Ｗへの投影点Ｑｗを求めれば、加えられた操作入力を、原点Ｏと投影点Ｑｗとの距離（あるいは原点Ｏと座標点Ｑ（ｘ，ｙ）との距離でもよい）を操作量とする検出軸Ｗに沿った検出値として出力することができる。このように、操作入力検出部１０から出力される検出値は、いずれか１つの検出軸に関して、正の最大値から負の最大値へ至る検出範囲内の操作量ということになる。
【００４３】
操作入力取扱部２０は、この操作入力検出部１０から出力される検出値を、電子機器４０へと引き渡す仲介機能をもった構成要素である。この操作入力取扱部２０が、操作入力検出部１０から出力された検出値を取り扱う方法は、モード設定部３０において設定されたモードに依存して決定される。モード設定部３０には、操作量モードとスイッチモードとのいずれかが設定される。ここで、操作量モードは、操作入力検出部１０に対して加えられた操作入力を検出軸に沿った連続的な操作量として取り扱うモードであり、いわば操作入力検出部１０を構成する力センサによる検出値をそのまま電子機器４０へと伝えるモードである。一方、スイッチモードは、加えられた操作入力を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として取り扱うモードであり、いわば操作入力検出部１０を構成する力センサによる検出値を、所定方向に関するＯＮ／ＯＦＦスイッチの状態を示す信号として電子機器４０へと伝えるモードである。
【００４４】
モード設定部３０は、電子機器４０が実行しているプログラムに応じて、この操作量モードとスイッチモードとのいずれか一方のモードを設定する機能を有している。電子機器４０は、前述したように、携帯電話やゲーム遊戯装置など、所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行する装置であり、電子機器４０が、操作者に対して何らかの入力要求を行っている場合、そのような入力要求は、何らかのプログラムの実行に基づいて行われていることになる。モード設定部３０は、現在実行中のプログラムに応じて、いずれかのモード設定を行う機能を有している。すなわち、現在実行中のプログラムが、所定の検出軸に沿った連続的な操作量としての操作入力を要求している場合には操作量モードを設定し、所定の検出軸方向へのスイッチ動作としての操作入力を要求している場合にはスイッチモードを設定することになる。
【００４５】
現在実行中のプログラムがいずれのモードを要求しているかを具体的に判断するためには、たとえば、電子機器４０の実行対象となる個々のプログラムごとに、いずれのモードを要求するかを示すテーブルを用意しておき、このテーブルを参照して、要求されているモードを認識するようにすればよい。あるいは、電子機器４０内のメモリやレジスタなどを利用して、モード設定用フラグを用意し、個々のプログラム自身に、自己が要求するモードを示すフラグを設定する機能をもたせるようにしてもよい。なお、本明細書における「プログラム」とは、いわゆる「アプリケーションプログラム」だけではなく、「ＯＳプログラム」、「ライブラリ」、「ルーチン」と呼ばれている種々のプログラムも含む広い概念で用いており、たとえば、同一の「アプリケーションプログラム」が実行中であっても、その中に含まれている各「ルーチン」ごとに、それぞれ異なるモード設定が行われる場合もありうる。
【００４６】
操作入力取扱部２０は、このようにしてモード設定部３０において設定されたモードに応じて、操作入力検出部１０からの検出値に対して異なる取り扱いを行い、これを電子機器４０へと伝える。すなわち、モード設定部３０において操作量モードが設定されている場合には、操作入力検出部１０によって検出された検出値を、そのまま当該検出軸についての操作量として電子機器４０に与える。一方、モード設定部３０においてスイッチモードが設定されている場合には、操作入力検出部１０によって検出された検出値の絶対値を所定のしきい値と比較し、しきい値を越えていればＯＮ状態を示す信号を、しきい値を越えていなければＯＦＦ状態を示す信号を、検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与える。
【００４７】
上述したように、操作入力検出部１０が、加えられた操作入力をある特定の検出軸についての検出値として出力する機能を有する場合には、操作入力取扱部２０は、当該特定の検出軸についての検出値を、設定モードに応じた必要な処理を施した上で、電子機器４０に与えることになる。操作入力検出部１０として、ＸＹＺ三次元座標系において加えられた操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分をそれぞれ独立して検出する機能をもった力センサを用いれば、この力センサによって検出されたＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分に基づいて、特定の検出軸（最寄りの検出軸）に関して加えられた操作入力の大きさに応じた検出値が得られるので、この検出値に設定モードに応じた処理を施した後、電子機器４０へ、現在実行中のプログラムに適した操作入力を伝えることができる。
【００４８】
図９は、操作入力取扱部２０における検出値の取り扱い方法を説明するためのＸＹ座標系を示す図である。操作入力検出部１０として、二次元力センサを用いれば、上述したように、ＸＹ平面上の任意の検出軸についての検出値を得ることができるが、ここでは、Ｘ軸およびＹ軸の２本の検出軸を定義し、４方向に関する操作入力を検出できる操作入力検出部１０を用いた場合を考えてみよう。この場合、二次元力センサによって検出されたＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分に基づいて、Ｘ軸の正方向、Ｘ軸の負方向、Ｙ軸の正方向、Ｙ軸の負方向の４方向のいずれか１つに関する操作入力が、操作入力検出部１０によって選択的に検出されることになる。
【００４９】
たとえば、図９に示すとおり、座標点Ｑ（ｘ１，ｙ１）の位置に相当する操作入力が加えられた場合、操作入力検出部１０において、最寄りの検出軸であるＸ軸上の投影点Ｑ（ｘ１，０）が求められ、Ｘ軸の正方向に関して、操作量ｘ１をもった検出値が選択的に出力されることになる。このような検出値に対して、操作入力取扱部２０は、２通りの取り扱いを行うことになる。まず、モード設定部３０によって操作量モードが設定されていた場合は、操作入力検出部１０によって検出された検出値を、そのまま当該検出軸についての操作量として電子機器４０に与える処理が行われる。具体的には、「Ｘ軸の正方向に関する操作量ｘ１」なる操作入力がそのまま電子機器４０へと伝えられることになる。これは、従来の力センサを利用したタイプの入力装置を用いた場合の動作と同等である。一方、モード設定部３０によってスイッチモードが設定されていた場合は、操作入力検出部１０によって検出された検出値の絶対値を所定のしきい値と比較し、しきい値を越えていればＯＮ状態を示す信号を、しきい値を越えていなければＯＦＦ状態を示す信号を、検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器４０に与える処理が行われる。具体的には、検出値ｘ１の絶対値が、所定のしきい値Ｔｈと比較され、絶対値ｘ１＞ＴｈであればＯＮ状態、絶対値ｘ１≦ＴｈであればＯＦＦ状態を示す信号が、スイッチ動作として電子機器４０に与えられることになる。図９に示す例では、絶対値ｘ１＞Ｔｈであるので、Ｘ軸正方向に関するＯＮ状態を示すスイッチ動作信号が、電子機器４０に与えられることになる。これは、従来のスイッチを利用したタイプの入力装置を用いた場合と同等の動作であり、具体的には、図１に示す４方向入力装置におけるスイッチのボタンＢ１１を押す操作入力と等価になる。
【００５０】
また、図９に示すとおり、座標点Ｑ（ｘ２，ｙ２）の位置に相当する操作入力が加えられた場合、操作入力検出部１０において、最寄りの検出軸であるＹ軸上の投影点Ｑ（０，ｙ２）が求められ、Ｙ軸の負方向に関して、操作量ｙ２をもった検出値が選択的に出力されることになる。このような検出値に対して、操作入力取扱部２０は、２通りの取り扱いを行うことになる。まず、モード設定部３０によって操作量モードが設定されていた場合は、操作入力検出部１０によって検出された検出値を、そのまま当該検出軸についての操作量として電子機器４０に与える処理が行われる。具体的には、「Ｙ軸の正方向に関する操作量ｙ２」なる操作入力がそのまま電子機器４０へと伝えられることになる。これは、従来の力センサを利用したタイプの入力装置を用いた場合の動作と同等である。一方、モード設定部３０によってスイッチモードが設定されていた場合は、操作入力検出部１０によって検出された検出値の絶対値を所定のしきい値と比較し、しきい値を越えていればＯＮ状態を示す信号を、しきい値を越えていなければＯＦＦ状態を示す信号を、検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器４０に与える処理が行われる。具体的には、検出値ｙ２の絶対値が、所定のしきい値Ｔｈと比較され、絶対値ｙ２＞ＴｈであればＯＮ状態、絶対値ｙ２≦ＴｈであればＯＦＦ状態を示す信号が、スイッチ動作として電子機器４０に与えられることになる。図９に示す例では、絶対値ｙ２≦Ｔｈであるので、Ｙ軸負方向に関するＯＦＦ状態を示すスイッチ動作信号が、電子機器４０に与えられることになる。これは、従来のスイッチを利用したタイプの入力装置を用いた場合と同等の動作であり、具体的には、図１に示す４方向入力装置におけるスイッチのボタンＢ１４から指を離す操作入力と等価になる。
【００５１】
以上、Ｘ軸およびＹ軸の２本の検出軸を定義し、４方向に関する操作入力を検出できる操作入力検出部１０を用いた場合についての動作を述べたが、更に、Ｘ軸およびＹ軸に対して４５°をなすＶ軸およびＷ軸を定義し、Ｖ軸の正方向、Ｖ軸の負方向、Ｗ軸の正方向、Ｗ軸の負方向の斜め４方向に関する操作入力を、力センサによって検出されたＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分を合成することにより検出できるようにし、合計８方向のいずれか１つに関する操作入力を選択的に検出する場合の動作も同様である。
【００５２】
この８方向の検出を行う場合、操作入力検出部１０からは、二次元力センサによって検出されたＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分に基づいて、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｖ軸，Ｗ軸のそれぞれについての正負両方向、合計８方向のいずれか１つを選択して、当該選択された方向に関して所定の検出値が出力されることになる。操作入力取扱部２０は、操作量モードが設定されていた場合には、操作入力検出部１０によって検出された検出値を、そのまま当該検出軸についての操作量として電子機器４０に与える。これは、従来の８方向型力センサを利用したタイプの入力装置を用いた場合の動作と同等である。一方、スイッチモードが設定されていた場合は、検出値の絶対値を所定のしきい値と比較し、しきい値を越えていればＯＮ状態を示す信号を、しきい値を越えていなければＯＦＦ状態を示す信号を、検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器４０に与える。これは、従来のスイッチを利用したタイプの入力装置を用いた場合と同等の動作であり、具体的には、図２に示す８方向入力装置におけるスイッチのボタンＢ２１〜Ｂ２８による操作入力と同等の操作入力が可能になる。
【００５３】
結局、スイッチモードが設定されているときは、図９の座標系に破線で示されているように、原点Ｏを中心として半径がしきい値Ｔｈである境界円αを描いた場合に、加えられた操作入力に対応する座標点（またはその最寄りの検出軸上への投影点）が、境界円α内にあればＯＦＦ状態を示すスイッチ動作、境界円α外にあればＯＮ状態を示すスイッチ動作、が操作入力取扱部２０から電子機器４０に伝えられることになる。
【００５４】
図１０は、本発明に係る電子機器用入力装置の基本動作を示す流れ図である。まず、ステップＳ１において、操作者からの操作入力が検出され、続いて、ステップＳ２において、この操作入力に応じた検出軸および検出値が決定される。これらの処理は、操作入力検出部１０において行われる処理であり、たとえば、二次元力センサによって操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分が検出され、この検出結果に基づいて、最寄りの１検出軸が決定され、当該検出軸についての検出値が決定されることになる。こうしてステップＳ２で決定された検出軸および検出値は、操作入力取扱部２０へと与えられる。
【００５５】
続く、ステップＳ３では、モード設定部３０において設定されているモードに応じた分岐処理が行われる。前述したように、モード設定部３０は、現在、電子機器４０において実行されているプログラムに基づいて、操作量モードかスイッチモードかのいずれかのモード設定を行う。ここで、操作量モードが設定されていた場合には、ステップＳ４へと進み、操作入力取扱部２０によって、検出値をそのまま当該検出軸に関する操作量として電子機器４０へ伝える処理が行われる。一方、スイッチモードが設定されていた場合には、ステップＳ５へと進み、検出値の絶対値としきい値Ｔｈとの比較が行われる。検出値の絶対値がしきい値Ｔｈを越えていない場合には、ステップＳ６へと進み、当該検出軸に関するＯＦＦ状態を示すスイッチ動作信号が電子機器４０に与えられる。これに対して、検出値の絶対値がしきい値Ｔｈを越えていた場合には、ステップＳ７へと進み、当該検出軸に関するＯＮ状態を示すスイッチ動作信号が電子機器４０に与えられる。
【００５６】
以上で、加えられた操作入力に対する一連の処理は完了し、入力操作が続行される限り、ステップＳ８を経て、再びステップＳ１へと戻り、次の操作入力に対する処理を行うことになる。モード設定部３０による設定モードは、現在、電子機器４０が実行中のプログラムに応じて変化するため、ステップＳ３における分岐も、その都度変化することになる。
【００５７】
図１１および図１２は、電子機器４０が実行中のプログラムと、モード設定部３０によって設定されるモードと、の関係の具体的な一例を示す図である。この例は、携帯電話を電子機器４０として用いた場合の例であり、図１１は、地図を表示させるプログラム（以下、地図プログラムという）を実行中の画面表示例を示す図であり、図１２は、何らかのアイコンを選択させるためのプログラム（以下、アイコン選択プログラムという）を実行中の画面表示例を示す図である。ここで、地図プログラムは、画面スクロール機能を有しており、上下左右および斜め４方向を含めた合計８方向のいずれかへの操作入力を与えることにより、画面上の地図が各方向にスクロールする機能を有しているものとし、アイコン選択プログラムは、４列３行に並んだ合計１２個のアイコンのうちの１つを選択させる機能を有しているものとする。なお、アイコン選択プログラムでは、選択されているアイコンは、黒枠カーソルＣＵで囲われた状態で示されるものとし（図の例では、時計アイコンが選択された状態となっている）、上下左右および斜め４方向を含めた合計８方向のいずれかへの操作入力を与えることにより、黒枠カーソルＣＵを各方向に移動させることができるものとする。
【００５８】
このような地図プログラムとアイコン選択プログラムとが用意されていた場合、各プログラムごとに、より適したモード設定を行うことができる。個々のプログラムごとに、いずれのモード設定を行えばよいかは、個々のプログラムの利用形態、操作性、表示対象となる情報量などを総合的に考慮して決める必要があるが、一般的には、図１１に示すような地図プログラムの場合であれば、操作量モードに設定し、図１２に示すようなアイコン選択プログラムの場合であれば、スイッチモードに設定するのが好ましい。地図プログラムの場合、操作量モードに設定しておけば、たとえば、右方向に１０とか、左上方向に４というように、所定の方向と操作量とを入力することができるので、いわばアナログ的な操作が可能になり、スクロール量をアナログ操作量として入力することが可能になる。操作者は、スクロール量を多くしたい場合には、図３に示すスティック３Ｂや図４に示すスティック４Ｃの傾斜角度をより大きくした操作入力を行えばよい。
【００５９】
これに対して、アイコン選択プログラムの場合、スイッチモードに設定しておけば、たとえば、黒枠カーソルＣＵを右へ２列分だけ移動させたい場合には、図３に示すスティック３Ｂや図４に示すスティック４Ｃを、右方向に２回倒す操作入力を行えばよい。この操作は、図２に示す入力装置におけるボタンＢ２２を２回押す操作と同等であり、黒枠カーソルＣＵを正確に右へ２列分だけ移動させることが可能になる。これは、いわばデジタル的な操作に対応し、操作回数に基づいて、正確なデジタル量を電子機器４０に伝えることができるようになる。
【００６０】
なお、モード設定部３０によるモード設定処理は、一般的には、個々のプログラムの作成者の意図に基づいて行うようにすればよい。たとえば、図１１に示すような地図プログラムの場合、この地図プログラムの作成者が、操作量モードで入力を受け付けた方がより適していると判断したのであれば、このプログラム内に、操作量モードにすべき旨の指示を入れておくようにすればよい。もっとも、本発明を実施する上では、モード設定部３０によるモード設定処理は、必ずしもプログラム作成者の意図に従う必要はなく、操作者（プログラムの利用者）の意図によって任意のモード設定を行うようにしてもかまわない。たとえば、電子機器４０内のメモリに、個々のプログラムごとのモード設定を示すテーブルを用意しておき、初期設定としては、個々のプログラムごとに、それぞれ作成者が指示したモードを設定しておき、必要に応じて、操作者がこのテーブルを任意に書き換えることができるようにしておけば、個々のプログラムごとに、操作者が最も操作しやすいと考えるモード設定を行うことが可能になる。
【００６１】
§３．混合モードを用いる実施形態
上述したように、本発明に係る電子機器用入力装置では、モード設定部３０において、操作量モードか、スイッチモードかのいずれかのモード設定を行い、操作入力取扱部２０において、各モードに応じた取り扱いを行うことにより、単一の力センサを利用していながら、アナログ的な操作入力（操作量モード）か、デジタル的な操作入力（スイッチモード）かを、実行中のプログラムに応じて選択的に使い分けることが可能になる。ただ、プログラムによっては、この２通りのモード設定だけでは、必ずしも最適な操作性が得られない場合もある。
【００６２】
たとえば、図１３は、いわゆる表計算プログラムの実行画面の一例を示す図である。このような表計算プログラムでは、縦横に配列された多数のセルからなる画面が表示され、操作者は、特定のセルを選択する操作入力を行う必要がある。たとえば、図示の例では、セルＣ３（Ｃの列、３の行に位置するセル）が選択された状態が示されている。ここでは、選択されたセルにハッチングを施して示してある。このように、ある特定のセルが選択されている状態において、選択セルを別なセルに変更するための方法として、通常、入力装置から方向を示す操作入力を与える方法が用意されている。たとえば、図示の状態において、右方向を示す操作入力が与えられた場合、選択セルは、Ｄ３，Ｅ３，Ｆ３，Ｇ３というように右方向へと移動し、下方向を示す操作入力が与えられた場合、選択セルは、Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７というように下方向へと移動してゆく。もちろん、斜め４方向も含めた合計８方向の操作入力を出力する機能をもった操作入力検出部１０を利用している場合には、右下方向といった斜め方向への操作入力を与えることも可能であり、この場合、選択セルは、Ｄ４，Ｅ５，Ｆ６，Ｇ７というように右下方向へと移動する。
【００６３】
さて、このような表計算プログラムにおける「選択セルの移動」を行うためのプログラムを実行する場合に、いずれのモードが適しているかを考えてみよう。まず、操作量モードに設定した場合を考える。この場合、操作用のスティックを右へ軽く倒した場合の右方向への操作量を１とし、右へ深く倒した場合の右方向への操作量を１０とすれば、スティックを倒す角度により、右方向への１〜１０の操作量を与えることができる。そこで、操作量１を１セル分の移動に対応させることにすれば、選択セルを１セル分だけ右に移動させる操作入力から、選択セルを１０セル分だけ右に移動させる操作入力に至るまで、１０段階の操作入力を与えることができる。もちろん、右だけではなく、上下左右あるいは斜め４方向を含めた各方向について、１〜１０セル分の任意の移動量を入力することが可能である。したがって、操作量モードで操作を行えば、選択セルを一気に所望の位置まで移動させることが可能になる。ただし、移動量の大きさは、スティックを倒す指の力加減で調節する必要があるので、たとえば、右方向に４セル分だけ移動させようと意図して操作入力を行ったとしても、実際には、５セル分移動してしまう、というような事態も起こり得る。この場合、左方向に１セル分だけ戻そうとしたら、今度は、２セル分移動してしまった、というようなことにもなり兼ねない。このように、操作量モードに設定した場合、一度の操作で任意の移動量を指定できるという利点はあるものの、正確な位置調節には向かないという欠点もある。
【００６４】
一方、スイッチモードに設定した場合は、この利点と欠点との関係が逆になる。たとえば、右方向に４セル分だけ移動させたい場合であれば、スティックを右方向に所定量（検出値がしきい値Ｔｈを越えるだけの量）だけ倒す操作を、４回繰り返して行えばよい。所定の検出軸に関してＯＮ状態への切換を示すスイッチ動作の操作入力があるごとに、選択セルを当該検出軸方向に１セル分だけ移動させるような処理が実行されるようにしておけば、スティックを所定方向にｎ回倒す操作を行うことにより、選択セルを当該所定方向に正確にｎセル分だけ移動させることができる。ただし、ｎセル分移動させるためには、スティック操作をｎ回繰り返し行わねばならず、選択セルの移動距離が長くなるほど、操作は煩雑にならざるを得ない。
【００６５】
このように、同一のプログラムであっても、操作者の意図している入力内容に応じて、操作量モードを設定した場合が便利な場合と、スイッチモードを設定した場合が便利な場合とが混在するケースもありうる。このような場合には、第３のモードとして、混合モードなるモード設定を行えるようにするとよい。すなわち、モード設定部３０は、現在、電子機器４０が実行中のプログラムに応じて、操作量モード、スイッチモード、混合モード、の３つのモードを設定する機能を有することになる。ここで、混合モードは、操作量モードとスイッチモードとを混合した取り扱いを行うモードであり、操作入力取扱部２０は、この混合モードが設定されていた場合には、第１のしきい値ＴｈＬと、第２のしきい値ＴｈＨとを用いて、次のような処理を行う（ここで、第１のしきい値ＴｈＬ＜第２のしきい値ＴｈＨである）。まず、操作入力検出部１０によって検出された検出値の絶対値を、第１のしきい値ＴｈＬおよび第２のしきい値ＴｈＨと比較する。そして、検出値の絶対値が、第１のしきい値ＴｈＬを越えていなければ、ＯＦＦ状態を示す信号を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器４０に与える。また、検出値の絶対値が、第１のしきい値ＴｈＬと第２のしきい値ＴｈＨとの間であれば、ＯＮ状態を示す信号を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器４０に与える。更に、検出値の絶対値が、第２のしきい値ＴｈＨを越えていれば、得られた検出値を検出軸についての操作量として電子機器４０に与える。
【００６６】
図１４は、このような処理の概念を示す二次元座標系の図である。既に述べたように、操作入力検出部１０からは、与えられた操作入力が、最寄りのいずれかの選択軸に関する検出値として出力されることになり、この出力は、図１４に示すいずれかの検出軸上の座標点として示される。混合モードで処理を行う操作入力取扱部２０は、この座標点の位置に応じて、次の３通りの処理を選択的に実行することになる。すなわち、原点Ｏを中心として、第１のしきい値ＴｈＬを半径とする境界円αと、第２のしきい値ＴｈＨを半径とする境界円βとを描いた場合に、境界円α内に座標点が位置する場合には、ＯＦＦ状態を示す信号を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器４０に与え、境界円αとβとの間の中間区間に座標点が位置する場合には、ＯＮ状態を示す信号を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器４０に与え、境界円β外に座標点が位置する場合には、得られた検出値をそのまま検出軸についての操作量として電子機器４０に与える。
【００６７】
別言すれば、力センサのスティックの傾斜角が、境界円α内に含まれる程度の軽い傾斜角であった場合には、当該傾斜方向に対する最寄りの検出軸について、ＯＦＦ状態を示すスイッチ動作信号が電子機器４０に伝えられ、力センサのスティックの傾斜角が、境界円αとβとの間の中間区間に含まれる中程度の傾斜角であった場合には、当該傾斜方向に対する最寄りの検出軸について、ＯＮ状態を示すスイッチ動作信号が電子機器４０に伝えられ、力センサのスティックの傾斜角が、境界円βの外になる程度の深い傾斜角であった場合には、当該傾斜方向に対する最寄りの検出軸について、当該傾斜角に応じた操作量が電子機器４０に与えられることになる。操作者は、スイッチ動作入力を行いたいと意図した場合には、境界円βの内側に相当する範囲内（境界円αの内側も含めて）でのスティック操作を行えばよいし、操作量入力を行いたいと意図した場合には、境界円βの外側に相当するスティック操作を行えばよい。
【００６８】
図１５は、この混合モードが設定されていた場合の操作入力取扱部２０の動作を示す流れ図である。混合モードを含む３種類のモード設定を行う場合、図１０のステップＳ３からの分岐が３通り用意される。前述したように、操作量モードが設定されていた場合にはステップＳ４へ、スイッチモードが設定されていた場合にはステップＳ５へ、それぞれ分岐することになるが、混合モードが設定されていた場合には、ステップＳ３から図１５のステップＳ１１へと分岐することになる。このステップＳ１１では、まず、操作入力検出部１０から出力された検出値の絶対値が第１のしきい値ＴｈＬを越えているか否かが判断される。越えていない場合（境界円α内の場合）は、ステップＳ１２へと進み、ＯＦＦ状態を示す信号が、検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器４０に与えられる。一方、ステップＳ１１において、検出値の絶対値が第１のしきい値ＴｈＬを越えていると判断された場合（境界円α外の場合）は、ステップＳ１３へと進み、今度は、検出値の絶対値が第２のしきい値ＴｈＨを越えているか否かが判断される。越えていない場合（境界円αとβとの間の場合）は、ステップＳ１４へと進み、ＯＮ状態を示す信号が、検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器４０に与えられる。ステップＳ１３において、検出値の絶対値が第２のしきい値ＴｈＨを越えていると判断された場合（境界円β外の場合）は、ステップＳ１５へと進み、得られた検出値がそのまま検出軸についての操作量として電子機器４０に与えられる。こうして、ステップＳ１２，Ｓ１４，Ｓ１５のいずれかの処理が実行されたら、図１０の流れ図のステップＳ８を経て、ステップＳ１へと戻ることになる。
【００６９】
このような混合モードは、たとえば、図１３に示すような表計算プログラムにおいて、選択セルを移動させるための操作入力を行う場合には便利である。たとえば、図１３に示すように、セルＣ３が選択された状態において、選択セルを右へ２セル分だけ移動させ、セルＥ３を選択する操作を行う場合であれば、図１４に示す境界円αとβとの間の中間領域の範囲内でのＸ軸正方向への操作量入力を２回繰り返して実行すればよい。この場合、操作入力取扱部２０は、Ｘ軸正方向へのＯＮ状態を示すスイッチ動作が、繰り返して２回行われたことを示す信号を電子機器４０へと伝えるので、電子機器４０内で動作している「選択セルの移動」を行うためのプログラムが、選択セルを右側（Ｘ軸正方向）へ２セル分だけ移動させる処理を行うことになる。
【００７０】
一方、図１３に示すように、セルＣ３が選択された状態において、選択セルを右へ４セル分だけ移動させ、セルＧ３を選択する操作を行う場合であれば、上述したスイッチ動作入力を４回繰り返して行うことも可能であるが、図１４に示す境界円βの外側に相当するＸ軸正方向への操作量入力（４セル分の移動量に相当する操作量入力）を１回実行すればよい。この場合、操作入力取扱部２０は、Ｘ軸正方向への所定の操作量を電子機器４０へと伝えるので、電子機器４０内で動作している「選択セルの移動」を行うためのプログラムが、選択セルを右側（Ｘ軸正方向）へ４セル分（操作量に相当する分）だけ移動させる処理を行うことになる。もちろん、実際には、４セル分の移動量に相当する操作量を正確に入力することは困難であるが、続けて、スイッチ動作による操作入力を行うことにより、選択セルの位置に対して細かな修正を加えることができるので、実用上は問題は生じない。たとえば、４セル分の移動に相当する操作量を入力するつもりであったのに、実際には３セル分の移動に相当する操作量しか入力されていなかった場合、選択セルは３セル分しか移動しないことになるが、続いて、ＯＮ状態のスイッチ動作入力（境界円αとβとの間の中間領域の範囲内での操作入力）を行えば、所期の目的の位置へ選択セルを移動させることができる。
【００７１】
このように、混合モードの動作では、操作者の意図によって、操作量モードとスイッチモードとを適宜使い分けることができるので、より柔軟な入力操作が可能になり便利である。しかも、操作者は、セルの移動量が大きい場合には、より大きな操作量（境界円βの外側となるような操作量）を加え、セルの移動量が小さい場合には、中程度の操作量（境界円αとβとの中間領域となるような操作量）を何回かに分けて加える、という直感的な操作を行えばよいので、操作性は極めて良好になる。
【００７２】
なお、ここに示す実施形態では、モード設定部３０によって、操作量モード、スイッチモード、混合モードのいずれかのモード設定を行い、操作入力取扱部２０が、この設定されたモードに応じた処理を実行する例を示したが、入力装置の用途に応じては、混合モード専用で動作する装置も十分に利用価値がある。この場合、モード設定部３０を設ける必要はなく、操作入力取扱部２０は、常に、上述した混合モードによる処理を実行することになる。あるいは、操作量モードと混合モードとの２通りのモードを設定する機能を有するモード設定部３０を設け、電子機器４０が実行しているプログラムに応じて、いずれか一方のモードを設定させるようにし、操作入力取扱部２０が、設定されているモードに応じて、操作量モード動作あるいは混合モード動作を行うようにしてもよい。また、スイッチモードと混合モードとの２通りのモードを設定する機能を有するモード設定部３０を設け、電子機器４０が実行しているプログラムに応じて、いずれか一方のモードを設定させるようにし、操作入力取扱部２０が、設定されているモードに応じて、スイッチモード動作あるいは混合モード動作を行うようにしてもよい。
【００７３】
§４．本発明の利用に適した力センサ
本発明に係る電子機器用入力装置の構成要素である操作入力検出部１０は、力センサを利用して構成される。この力センサは、所定の検出軸に沿った操作入力の大きさを連続的な操作量として検出することができる機能を有していればどのようなものを用いてもかまわない。ただ、実用上は、図４および図５に示す一次元力センサか、図３および図６に示す二次元力センサを用いるのが好ましい。特に、二次元力センサを用いれば、加えられた操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分を独立して検出することができるので、Ｘ軸およびＹ軸に関する操作入力だけでなく、前述したＶ軸やＷ軸などの任意の検出軸に関する操作入力の検出が可能になる。
【００７４】
図４に示す一次元力センサは、図５に示すように、上面に一対の固定電極Ｅ１，Ｅ２が形成された基板４Ａを有しており、この各固定電極Ｅ１，Ｅ２と対向するダイヤフラム４Ｂとによって、容量素子Ｃ１，Ｃ２を構成し、その静電容量値の変化に基づいて、スティック４Ｃに加えられた操作入力のＸ軸方向成分を検出する機能を有している。また、既に§１で述べたように、基板４Ａの代わりに、図６に示すような基板５Ａを用い、４枚の固定電極Ｅ１１〜Ｅ１４を配置し、これらに対向するようなダイヤフラムを設ければ、４組の容量素子Ｃ１１〜Ｃ１４を有する二次元力センサを構成することができる。この二次元力センサでは、Ｘ軸正方向上に配置された容量素子Ｃ１１の静電容量値とＸ軸負方向上に配置された容量素子Ｃ１２の静電容量値との差に基づいて、加えられた操作入力のＸ軸方向成分を検出することができ、Ｙ軸正方向上に配置された容量素子Ｃ１３の静電容量値とＹ軸負方向上に配置された容量素子Ｃ１４の静電容量値との差に基づいて、加えられた操作入力のＹ軸方向成分を検出することができる。
【００７５】
このような二次元力センサは、結局、ＸＹ平面に沿った固定面を有する固定要素（基板５Ａ）と、この固定面に対向する変位面をもった変位要素（ダイヤフラム）と、４組の検出子（容量素子Ｃ１１〜Ｃ１４）と、を有し、加えられた操作入力に基づいて変位要素が固定要素に対して変位を生じるように構成され、かつ、４組の検出子が、Ｘ軸正方向上、Ｘ軸負方向上、Ｙ軸正方向上、Ｙ軸負方向上にそれぞれ配置され、Ｘ軸上に配置された検出子によって、加えられた操作入力のＸ軸方向成分を検出し、Ｙ軸上に配置された検出子によって、加えられた操作入力のＹ軸方向成分を検出することができるタイプのセンサということになる。本発明に係る電子機器用入力装置には、このようなタイプの二次元力センサを用いるのが適している。
【００７６】
なお、実用上は、更に、加えられた操作入力のＺ軸方向成分を検出できるようにし、検出されたＺ軸方向成分に基づいて、操作入力検出部１０から電子機器４０に対して、クリック操作の入力が行われるようにするのが好ましい。このクリック操作の入力は、図１に示すスイッチを利用した４方向入力装置における中央ボタンＢ１５の操作や、図２に示すスイッチを利用した８方向入力装置における中央ボタンＢ２９の操作に相当するものである。たとえば、図１２に示すアイコン選択画面において、黒枠カーソルＣＵを移動させて所望のアイコンを選択した後、当該選択アイコンに対応するアプリケーションソフトウエアを起動する操作を行うような場合は、通常、クリック操作（いわゆるダブルクリック操作も含む）を要求する仕様になっていることが多い。また、図１３に示す表計算プログラムの画面において、選択セルを決定した後、当該選択セルに対して何らかの操作を加える場合にも、クリック操作を要求する仕様になっていることが多い。このように、一般的な電子機器の操作入力には、上下左右の４方向あるいは斜めを含めた８方向の方向を示す操作入力とともに、方向の概念をもたないクリック操作入力が利用されることが多い。したがって、実用上は、加えられた操作入力のＺ軸方向成分をクリック操作入力として独立して検出できる機能を設けておくのが好ましい。以下、本発明に係る電子機器用入力装置に利用するのに適した、Ｚ軸方向成分をクリック操作入力として検出する機能を有する具体的な力センサの例を３つの実施例について説明する。
【００７７】
(1) 第１の実施例に係る力センサ
図１６は、本発明に係る電子機器用入力装置に利用するのに適した第１の実施例に係る力センサの側断面図であり、その基本的な技術思想は、特開２００１−１６５７９０号公報に開示されている。この力センサの主たる構成要素は、基板１１０と、変位生成体１２０と、この変位生成体１２０を基板１１０上に取り付けるための取付具１３０である。ここでは、説明の便宜上、図面における右方向にＸ軸、上方向にＺ軸、紙面に垂直方向にＹ軸をとり、ＸＹＺ三次元座標系を定義する。基板１１０は、上面がＸＹ平面に含まれ、この上面の中心部に座標系の原点Ｏがくるように配置されている。一方、変位生成体１２０は、基板上方のＺ軸を中心とした位置に配置され、操作入力を受けて変位する変位部１２１と、基板に固定された固定部１２３と、変位部１２１と固定部１２３とを接続する接続部１２２と、弾性変形部１２４と、によって構成されている。
【００７８】
変位部１２１は円柱状の部材であり、接続部１２２は、この変位部１２１の周囲に形成された椀を伏せた形状の肉薄の部材であり、固定部１２３は、更にその周囲に形成された円環状の部材である。固定部１２３は取付具１３０によって、基板１１０上に固定されている。また、弾性変形部１２４は、変位部１２１の下面に形成された円柱状の部材である。この変位生成体１２０自体は、シリコンゴムから構成されており、全体として弾性変形を生じる性質を有する。特に、厚みの薄い接続部１２２と、下方に突出した弾性変形部１２４とは、大きな弾性変形を生じる構造となっている。
【００７９】
変位部１２１の下面には、接触用変位電極Ｆ２０Ａ，配線用電極Ｆ２０Ｂ，変位電極Ｆ２０Ｃなる３種類の電極（導電層）が形成されている。接触用変位電極Ｆ２０Ａは、弾性変形部１２４の底面に形成された円盤状の導電層からなり、配線用電極Ｆ２０Ｂは、弾性変形部１２４の側面に形成された円筒状の導電層からなり、変位電極Ｆ２０Ｃは、変位部１２１の底面の周囲部分に形成されたワッシャ状の導電層からなる。配線用電極Ｆ２０Ｂは、接触用変位電極Ｆ２０Ａと変位電極Ｆ２０Ｃとの間の配線層として機能し、これら３種類の電極は相互に接続された１枚の導電層を構成している。一方、基板１１０の上面には、図１７の上面図に示すように、合計９枚の電極（図では、電極パターンの形状を明らかにするために、各電極部分にハッチングを施して示す）が形成されている。最も内側には、４枚の接触用固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４がＸ軸もしくはＹ軸上の位置に配置されており、その周囲には円環状の固定電極Ｅ２９が配置されている。更にその外側には、４枚の固定電極Ｅ２５〜Ｅ２８がＸ軸もしくはＹ軸上の位置に配置されている。ここで、４枚の接触用固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４は、接触用変位電極Ｆ２０Ａと接触可能な位置に配置されており、５枚の固定電極Ｅ２５〜Ｅ２９は、ワッシャ状の変位電極Ｆ２０Ｃに対向する位置に配置されている。
【００８０】
ここでは、固定電極Ｅ２５〜Ｅ２９と、これに対向するワッシャ状の変位電極Ｆ２０Ｃとによって構成される容量素子を、それぞれ容量素子Ｃ２５〜Ｃ２９と呼ぶことにする。これらの各容量素子は、変位部１２１の変位に起因して静電容量値が変化する検出子として機能する。ただし、基板１１０の上面に形成された各固定電極Ｅ２１〜Ｅ２９に対しては、図示されていない配線層によって、この力センサ用の信号処理回路に対する配線がなされているが、変位部１２１側に形成された変位電極Ｆ２０Ｃに対しては、何ら配線は施されていない。したがって、図１６に示すように、変位部１２１に対して何ら操作入力が加えられていない状態では、接触用変位電極Ｆ２０Ａと各接触用固定電極Ｅ２１とは非接触の状態であり、変位電極Ｆ２０Ａ，Ｆ２０Ｂ，Ｆ２０Ｃは、電気的な浮遊状態を維持する。このため、容量素子Ｃ２５〜Ｃ２９の静電容量値を信号処理回路側で検出することはできない。
【００８１】
しかしながら、変位部１２１に所定の操作入力が加えられ、この操作入力が負のＺ軸方向成分を有していれば、可撓性をもった接続部１２２が撓みを生じ、変位部１２１が基板１１０に対して変位を生じることになり、弾性変形部１２４の下端が基板１１０に接近することになる。やがて、接触用変位電極Ｆ２０Ａが、接触用固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４のいずれかに接触するのに十分なＺ軸方向成分をもった操作入力が加えられると、変位電極Ｆ２０Ｃは、接触用固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４のいずれかに接触状態となった接触用変位電極Ｆ２０Ａを介して、信号処理回路に接続されることになり、操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分がそれぞれ独立して検出される。すなわち、容量素子Ｃ２５の静電容量値と容量素子Ｃ２６の静電容量値との差に基づいてＸ軸方向成分の検出がなされ、容量素子Ｃ２７の静電容量値と容量素子Ｃ２８の静電容量値との差に基づいてＹ軸方向成分の検出がなされる。なお、この実施例では、更に、容量素子Ｃ２９の静電容量値に基づいて、Ｚ軸方向成分の検出も可能である。
【００８２】
図１８は、この図１６に示す力センサの等価回路である。上述したように、基板１１０側の電極Ｅ２１〜Ｅ２９に対しては配線が施され、それぞれ端子Ｔ２１〜Ｔ２９に接続されているが、変位部１２１側に形成された各電極Ｆ２０Ａ，Ｆ２０Ｂ，Ｆ２０Ｃは、通常は、図示のとおり電気的に浮遊状態となっている。ところが、Ｚ軸方向成分をもった操作入力が加えられると、スイッチＳＷとして機能する接触用変位電極Ｆ２０Ａが、接触用固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４のいずれかに接触状態となるので、この接触状態になった接触用固定電極に配線されている端子（Ｔ２１〜Ｔ２４のいずれか）と、端子Ｔ２５〜Ｔ２９との間の静電容量値を測定することにより、各容量素子Ｃ２５〜Ｃ２９の静電容量値を得ることができる。
【００８３】
たとえば、操作者が、変位部１２１の上面を、基板１１０に向かって押し込みつつ（Ｚ軸負方向の力を加えつつ）、Ｘ軸正方向への力を加えたとすると、各容量素子Ｃ２５〜Ｃ２９を構成する電極の間隔はいずれも短くなるが、接続部１２２の撓みや弾性変形部１２４の弾性変形に基づいて、変位部１２１がＸ軸正方向へ偏って変位するため、Ｘ軸正方向上に配置された容量素子Ｃ２５を構成する電極間隔は、Ｘ軸負方向上に配置された容量素子Ｃ２６を構成する電極間隔よりも更に短くなり、容量素子Ｃ２５の静電容量値の方が容量素子Ｃ２６の静電容量値よりも大きくなる。かくして、Ｘ軸上に配置された両容量素子Ｃ２５，Ｃ２６の静電容量値の差を測定すれば、操作入力のＸ軸方向成分を得ることができる。同様に、Ｙ軸上に配置された両容量素子Ｃ２７，Ｃ２８の静電容量値の差を測定すれば、操作入力のＹ軸方向成分を得ることができ、また、容量素子Ｃ２９の静電容量値を測定すれば、操作入力のＺ軸方向成分を得ることもできる。
【００８４】
もっとも、このような各容量素子の静電容量値を検出することができるのは、図１８に示す等価回路におけるスイッチＳＷがＯＮになった以降、すなわち、接触用変位電極Ｆ２０Ａが、接触用固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４のいずれかに接触状態となった後である。これは、この力センサが、いわゆる「遊び」の領域を有していることを意味し、操作者が変位部１２１にわずかな操作入力を加えたとしても、そのような操作入力は、信号処理回路によっては検出されないことになる。別言すれば、この実施例に係る力センサを用いた電子機器用入力装置では、変位部１２１の上面をある程度の力で押し込むような操作入力を加えたときに限り、当該操作入力が有効なものとして検出されることになる。
【００８５】
なお、この実施例に係る力センサを用いた場合のクリック操作（Ｘ軸もしくはＹ軸への方向成分をもたない、Ｚ軸負方向のみへの入力操作）の検出は、接触用変位電極Ｆ２０Ａと、４枚の接触用固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４との接触状態に基づいて行うことが可能である。具体的には、たとえば、変位部１２１に対して、Ｚ軸負方向のみへの入力操作が加われば、図１６に示す弾性変形部１２４がそのまま真下へ平行移動し、４枚の接触用固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４のすべてに接触した状態になるので、図１８に示す等価回路において、端子Ｔ２１〜Ｔ２４のすべてが短絡状態になったことが検出されたときに、クリック操作があったものとして取り扱うようにすればよい。あるいは、容量素子Ｃ２９の静電容量値が所定のしきい値以上になっているにもかかわらず、有意なＸ軸方向成分も有意なＹ軸方向成分も検出されていない場合には、弾性変形部１２４が真下へ平行移動したものと判断し、クリック操作があったものとして取り扱うことも可能である。なお、この後者の方法でクリック操作を検出する場合は、図１７に示す４枚の接触用固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４を、互いに短絡している１枚の電極におきかえてもかまわない。
【００８６】
図１９は、上述した第１の実施例に係る力センサ（図１６に示す力センサ）の変形例を示す側断面図である。図１６に示す力センサと異なる点は、弾性変形部１２４を設けていない変位生成体１２０Ａを用い、変位部１２１の下面全体に円盤状の変位電極ＦＦ２０（図１６に示す力センサにおける接触用変位電極Ｆ２０Ａ，配線用電極Ｆ２０Ｂ，変位電極Ｆ２０Ｃの機能を兼ねる）を形成した点と、基板１１０上には、図１６に示す接触用固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４の代わりに、若干高さのある接触用固定電極ＥＥ２１〜ＥＥ２４を設けた点である。高さのある接触用固定電極ＥＥ２１〜ＥＥ２４を設けたことにより、変位電極ＦＦ２０の中央部分が接触用固定電極ＥＥ２１〜ＥＥ２４と接触しやすくなるため、弾性変形部１２４を設けなくても、図１６に示す力センサとほぼ同等の機能を果たすことができるようになる。この変形例の場合も、クリック操作を容量素子Ｃ２９の静電容量値に基づいて検出するのであれば、４枚の接触用固定電極ＥＥ２１〜ＥＥ２４は、互いに短絡した１枚の電極におきかえることができる。
【００８７】
(2) 第２の実施例に係る力センサ
図２０は、本発明に係る電子機器用入力装置に利用するのに適した第２の実施例に係る力センサの側断面図であり、その基本的な技術思想は、特開２００２−１８１６４０号公報に開示されている。この力センサの主たる構成要素は、基板２１０と、変位生成体２２０と、この変位生成体２２０の中央部を覆うキャップ２３０と、この変位生成体２２０を基板２１０上に取り付けるための取付具２４０である。ここでは、説明の便宜上、図面における右方向にＸ軸、上方向にＺ軸、紙面に垂直方向にＹ軸をとり、ＸＹＺ三次元座標系を定義する。基板２１０は、上面がＸＹ平面に含まれ、この上面の中心部に座標系の原点Ｏがくるように配置されている。一方、変位生成体２２０は、基板上方のＺ軸を中心とした位置に配置され、操作入力を受けて変位する変位部２２１と、基板に固定された固定部２２３と、変位部２２１と固定部２２３とを接続する接続部２２２と、によって構成されている。
【００８８】
変位部２２１は円柱状の部材であり、接続部２２２は、この変位部２２１の周囲に形成されたワッシャ状の肉薄の部材であり、固定部２２３は、更にその周囲に形成された円環状の部材である。固定部２２３は取付具２４０によって、基板２１０上に固定されている。キャップ２３０は、その本体として機能する操作体２３１と、この操作体２３１の中心位置から下方へと伸びた押圧棒２３２と、によって構成されており、変位部２２１に接着されている。変位部２２１の中心位置（Ｚ軸に沿った部分）には、押圧棒２３２を挿通するための貫通孔が形成されており、押圧棒２３２は、変位部２２１の下面から更に下方へと突出している。この実施例では、変位生成体２２０はゴムなどの弾性材料によって構成され、キャップ２３０はプラスチックなどの剛性材料によって構成されている。接続部２２２の部分は肉厚が薄い弾性材料で構成されることになるため、十分な可撓性を有している。
【００８９】
基板２１０は、平板状の基本構成要素であり、この実施例の場合、一般的な回路実装用のプリント回路基板を用いている。このように基板２１０としてプリント回路基板を用いると、電極や配線を基板２１０上に形成することが容易になり、量産に適した力センサを実現することができる。図２１は、この基板２１０の上面図である。基板２１０の中心、すなわち、原点Ｏの位置には、薄型スイッチ２５０が配置されている。この薄型スイッチ２５０は、クリック操作入力の検出に用いられるスイッチであり、上方から押し込むような力（Ｚ軸方向成分を有する押圧力）に基づいて動作する。すなわち、定常状態ではＯＦＦ状態を維持しているが、押圧力が加わるとＯＮ状態に変化する。薄型スイッチ２５０の具体的な構造は、どのようなものを採用してもかまわないが、この実施例では、金属ドーム２５１（基板２１０の中心位置に、椀を伏せるようにして配置されている）の変形を利用して動作する機械式スイッチを用いている。
【００９０】
この薄型スイッチ２５０の周囲には、４枚の内側電極Ｅ３１〜Ｅ３４が形成されており、更にその外側には、円環状の単一の共通外側電極Ｅ３０が形成されている。ここで、第１の内側電極Ｅ３１はＸ軸正方向位置に配置され、第２の内側電極Ｅ３２はＸ軸負方向位置に配置され、第３の内側電極Ｅ３３はＹ軸正方向位置に配置され、第４の内側電極Ｅ３４はＹ軸負方向位置に配置されている。各内側電極はいずれも形状および大きさが同一となっており、原点Ｏから同一距離だけ離れた位置に、Ｘ軸もしくはＹ軸に関して対称となるように配置されている。これは、Ｘ軸操作入力とＹ軸操作入力との感度を等しくし、かつ、両者の干渉を避けるための配慮である。一方、共通外側電極Ｅ３０は、各内側電極Ｅ３１〜Ｅ３４の周囲を取り囲むように配置された単一の円環状の電極であり、その中心は原点Ｏに一致する。この共通外側電極Ｅ３０の更に外側に破線で描かれた円は、図２０に示されている変位生成体２２０の外周輪郭位置を示している。
【００９１】
もっとも、共通外側電極Ｅ３０は必ずしも物理的に単一の環状電極によって構成する必要はない。すなわち、原理的には、第１の内側電極Ｅ３１より外側に配置された第１の外側電極と、第２の内側電極Ｅ３２より外側に配置された第２の外側電極と、第３の内側電極Ｅ３３より外側に配置された第３の外側電極と、第４の内側電極Ｅ３４より外側に配置された第４の外側電極と、を基板上に配置すればよい。ただ、後述するように、この実施例で用いる検出回路では、これら各外側電極は電気的に等電位になるように接続されるので、実用上は、物理的に独立した４枚の外側電極をそれぞれ配置するよりも、図示のとおり、物理的に単一の共通外側電極Ｅ３０を配置するのが好ましい。
【００９２】
図２０の側断面図は、この力検出装置をＸＺ平面で切断した断面図に相当する。ただ、図が繁雑になるのを避けるため、この図２０および後述する図２２では、基板２１０上に形成された各電極については、その断面部分のみを示し、断面より奥に見える部分についての図示は省略している。また、４枚の内側電極Ｅ３１〜Ｅ３４の上面には、それぞれ絶縁膜Ｒが形成されている（図２１の上面図においては、絶縁膜Ｒの図示は省略されている）。この絶縁膜Ｒは、ある程度の抵抗をもった一般的なレジスト層によって構成すればよい。
【００９３】
一方、変位生成体２２０の下面（変位部２２１の外側部分および接続部２２２の内側部分）には、ワッシャ状の変位電極Ｅ４０が配置されている。この変位電極Ｅ４０は、図２０の側断面図に示されているとおり、各内側電極Ｅ３１〜Ｅ３４と、共通外側電極Ｅ３０とのそれぞれに対向するような形状および大きさを有しており、変位生成体２２０下面の変位を生じる位置に形成されている。その結果、第１の内側電極Ｅ３１と変位電極Ｅ４０の一部分とによって第１の容量素子Ｃ３１が形成され、第２の内側電極Ｅ３２と変位電極Ｅ４０の一部分とによって第２の容量素子Ｃ３２が形成され、第３の内側電極Ｅ３３と変位電極Ｅ４０の一部分とによって第３の容量素子Ｃ３３が形成され、第４の内側電極Ｅ３４と変位電極Ｅ４０の一部分とによって第４の容量素子Ｃ３４が形成されることになる。各内側電極Ｅ３１〜Ｅ３４の上面に形成された絶縁膜Ｒは、各内側電極と変位電極Ｅ４０とが電気的に接触しないようにする機能を果たしている。
【００９４】
続いて、この力センサの機能を説明しよう。ここでは、図２２に示すような操作入力Ｆ３１が加えられた場合を例にとって説明を行うことにする。このようなＸ軸正方向への操作入力Ｆ３１が加えられると、変位生成体２２０は図２２に示すような変形を生じる。すなわち、操作入力Ｆ３１により接続部２２２が撓み、変位部２２１がＸ軸正方向に向けて傾斜することになる。このとき、押圧棒２３２の先端が支点の役割を果たすことになるが、押圧棒２３２を下方（Ｚ軸負方向）に押すための十分な力はまだ作用していないため、薄型スイッチ２５０はＯＦＦ状態のままである。このように、変位部２２１がＸ軸正方向に向けて傾斜すると、第１の容量素子Ｃ３１（第１の内側電極Ｅ３１と変位電極Ｅ４０の対向部分とによって構成される容量素子）の電極間隔は狭くなり、逆に、第２の容量素子Ｃ３２（第２の内側電極Ｅ３２と変位電極Ｅ４０の対向部分とによって構成される容量素子）の電極間隔は広くなる。その結果、第１の容量素子Ｃ３１の静電容量値Ｃ３１は増加し、第２の容量素子Ｃ３２の静電容量値Ｃ３２は減少する。したがって、静電容量値Ｃ３１，Ｃ３２の差をとれば、この差は、変位部２２１のＸ軸方向への傾斜量を示すことになる。
【００９５】
逆に、変位部２２１をＸ軸負方向に向けて傾斜させるような操作入力が加えられた場合は、図２２における左右を逆にした状態となり、第１の容量素子Ｃ３１の静電容量値Ｃ３１は減少し、第２の容量素子Ｃ３２の静電容量値Ｃ３２は増加する。したがって、静電容量値Ｃ３１，Ｃ３２の差をとれば、この差の符号は逆転する。結局、静電容量値Ｃ３１，Ｃ３２の差の符号は、加えられた操作入力のＸ軸方向成分の符号（Ｘ軸正方向か、Ｘ軸負方向か）を示し、差の絶対値は、加えられた操作入力のＸ軸方向成分の絶対値を示すことになる。同様に、Ｙ軸方向成分の符号および操作量は、第３の容量素子Ｃ３３の静電容量値Ｃ３３と第４の容量素子Ｃ３４の静電容量値Ｃ３４との差によって検出することができる。
【００９６】
なお、ここでは、所定の操作入力が与えられたときに、Ｘ軸上あるいはＹ軸上に配置された一対の容量素子の静電容量値の一方が増加し、他方が減少する、というケースを示したが、場合によっては、一対の容量素子の静電容量値が双方ともに増加する、というケースもありうる。たとえば、押圧棒２３２が変形する材質から構成されており、操作入力Ｆ３１を加えることにより長さ方向に収縮するような場合、操作入力Ｆ３１の作用により全容量素子の電極間隔が狭くなり、全容量素子の静電容量値が増加する。しかし、このように全容量素子の静電容量値が増加するような場合であっても、Ｘ軸上あるいはＹ軸上に配置された一対の容量素子の静電容量値の差によって、操作入力のＸ軸方向成分あるいはＹ軸方向成分を検出できる点については変わりはない。
【００９７】
実際には、図２３に示すような検出回路を用意しておき、Ｘ軸方向成分およびＹ軸方向成分の検出を行うようにすればよい。ここで、Ｃ／Ｖ変換回路２６１〜２６４は、それぞれ容量素子Ｃ３１〜Ｃ３４の静電容量値を電圧値Ｖ３１〜Ｖ３４に変換する回路であり、差分回路２６５，２６６は、各電圧値の差を出力する回路である。すなわち、差分回路２６５が出力端子Ｔｘに出力する信号は、電圧値Ｖ３１とＶ３２との差であり、静電容量値Ｃ３１とＣ３２との差を示す信号ということになる。これは、加えられた操作入力のＸ軸方向成分を示す信号である。同様に、差分回路２６６が出力端子Ｔｙに出力する信号は、電圧値Ｖ３３とＶ３４との差であり、静電容量値Ｃ３３とＣ３４との差を示す信号ということになる。これは、加えられた操作入力のＹ軸方向成分を示す信号である。
【００９８】
このように、２組の容量素子の静電容量値の差に基づいて、作用した力の方向および量を検出する手法は、既に従来の容量式力センサで利用されている技術であるが、ここに示す実施例の特徴は、各容量素子Ｃ３１〜Ｃ３４の静電容量値の検出を行うために、各内側電極Ｅ３１〜Ｅ３４と、これに対向する変位電極Ｅ４０との間の静電容量値を直接測定する代わりに、各内側電極Ｅ３１〜Ｅ３４と、共通外側電極Ｅ３０との間の静電容量値を測定する点にある。たとえば、加えられた操作入力のＸ軸方向成分がある程度大きい場合、図２２に示すように、変位部２２１がＸ軸正方向に向けて所定量だけ傾斜し、変位電極Ｅ４０の一部が共通外側電極Ｅ３０の一部に接触することになる。したがって、この状態では、共通外側電極Ｅ３０と変位電極Ｅ４０とが導通状態となっており、第１の内側電極Ｅ３１と共通外側電極Ｅ３０との間の静電容量は、第１の容量素子Ｃ３１の静電容量値Ｃ３１を示すことになる。結局、Ｘ軸正方向の操作入力、Ｘ軸負方向の操作入力、Ｙ軸正方向の操作入力、Ｙ軸負方向の操作入力のいずれの操作入力があったとしても、その操作量が所定のしきい値以上であれば、変位電極Ｅ４０と共通外側電極Ｅ３０とがいずれかの箇所で接触した状態になるので、共通外側電極Ｅ３０と各内側電極Ｅ３１〜Ｅ３４との間の電気的特性を測定することにより、各容量素子Ｃ３１〜Ｃ３４の静電容量値を求めることが可能になり、与えられた操作入力の各軸方向成分の検出が可能になる。
【００９９】
別言すれば、図２３に示す回路において、容量素子Ｃ３１〜Ｃ３４として描かれている一方の電極はそれぞれ内側電極Ｅ３１〜Ｅ３４であるが、もう一方の電極は、本来、容量素子の対向電極となるべき変位電極Ｅ４０ではなく、基板２１０側に形成された共通外側電極Ｅ３０ということになる。したがって、図２３に示す検出回路が、本来の検出処理を実行するためには、変位電極Ｅ４０と共通外側電極Ｅ３０とがいずれかの箇所で接触し、電気的に導通状態となっていることが前提となる。一般的には、共通外側電極Ｅ３０を接地電位に接続しておくようにし、変位電極Ｅ４０と共通外側電極Ｅ３０とが接触した場合に、変位電極Ｅ４０が接地電位となるような構成にしておけばよい。
【０１００】
なお、この実施例の力センサでは、前述したように、薄型スイッチ２５０により、クリック操作（Ｘ軸もしくはＹ軸への方向成分をもたない、Ｚ軸負方向のみへの入力操作）の検出が可能になる。薄型スイッチ２５０は、押圧棒２３２に加えられた押圧力（Ｚ軸負方向への力）に基づいてＯＮ状態となるＯＮ／ＯＦＦスイッチであるので、この薄型スイッチ２５０の動作に基づいて、操作入力検出部から電子機器に対して、クリック操作の入力を行うことができる。
【０１０１】
(3) 第３の実施例に係る力センサ
図２４は、本発明に係る電子機器用入力装置に利用するのに適した第３の実施例に係る力センサの側断面図であり、その基本的な技術思想は、特開２００１−３１１６７１号公報に開示されている。この力センサの主たる構成要素は、基板３１０と、変位生成体３２０と、この変位生成体３２０を基板３１０上に取り付けるための取付具３３０である。ここでは、説明の便宜上、図面における右方向にＸ軸、上方向にＺ軸、紙面に垂直方向にＹ軸をとり、ＸＹＺ三次元座標系を定義する。基板３１０は、上面がＸＹ平面に含まれ、この上面の中心部に座標系の原点Ｏがくるように配置されている。一方、変位生成体３２０は、基板上方のＺ軸を中心とした位置に配置され、操作入力を受けて変位する変位部３２１と、基板に固定された固定部３２３と、変位部３２１と固定部３２３とを接続する接続部３２２と、によって構成されている。
【０１０２】
変位部３２１は円柱状の部材であり、接続部３２２は、この変位部３２１の周囲に形成された椀状の肉薄の部材であり、固定部３２３は、更にその周囲に形成された方環状の部材である。固定部３２３は取付具３３０によって、基板３１０上に固定されている。この実施例では、変位生成体３２０は絶縁性シリコンゴムを一体成型することにより構成されている。接続部３２２の部分は肉厚が薄いために十分な可撓性を有している。図２５は、変位部３２１に対して、Ｚ軸負方向への操作入力を加えた場合の変位生成体３２０全体の変形態様を示す側断面図である。接続部３２２に撓みが生じることにより、変位部３２１全体が下方へと移動している。
【０１０３】
基板３１０は、上述のとおり、ＸＹ平面に沿った上面を有する平板状の剛体からなる基板であり、この実施例では、ガラスエポキシ基板が用いられている。基板３１０の材質は特に限定されるものではないが、後述するように、その上面には互いに電気的に独立した複数の抵抗体を形成する必要があるため、少なくとも抵抗体の形成面には絶縁性をもたせておく必要がある。したがって、実用上は、絶縁性材料からなるガラスエポキシ基板、ポリイミド基板、ガラス基板などを用いるのが好ましい。もちろん、金属板を基板３１０として用いることも可能であるが、この場合、少なくとも上面の抵抗体形成部分には、絶縁膜を形成する必要がある。
【０１０４】
図２６は、この基板３１０の上面図であり、一点鎖線の矩形は、この上に配置される変位生成体３２０の位置を示している。図２４に示されている基板３１０の断面は、図２６に示す基板３１０をＸ軸に沿って切断した断面である。基板３１０の上面は、ＸＹＺ三次元座標系のＸＹ平面に含まれ、その中心に原点Ｏが定義されている。図示の通り、この基板３１０の上面には、６つの抵抗体Ｒ１〜Ｒ６が形成されている。これらの抵抗体Ｒ１〜Ｒ６は、この実施例の場合、いずれも平板状のカーボンからなる抵抗体であるが、後述する測定に適した抵抗値を有する材質であれば、どのような材質のものを用いてもよく、また、どのような形状のものを用いてもよい。ただ、実用上は、カーボンなどの材料を用いて、基板３１０の上面に印刷により形成することができる平板状の抵抗体を用いるのが好ましい。
【０１０５】
ここで、重要な点は、これら抵抗体Ｒ１〜Ｒ６の配置である。図示のとおり、第１の抵抗体Ｒ１は基板３１０の上面のＸ軸正領域に配置されており、第２の抵抗体Ｒ２は基板３１０の上面のＸ軸負領域に配置されており、第３の抵抗体Ｒ３は基板３１０の上面のＹ軸正領域に配置されており、第４の抵抗体Ｒ４は基板３１０の上面のＹ軸負領域に配置されている。これら４枚の抵抗体Ｒ１〜Ｒ４は、いずれも同一の大きさをもった長方形状をしており、Ｘ軸もしくはＹ軸に関して線対称となるように配置されている。また、原点Ｏと各抵抗体Ｒ１〜Ｒ４との距離も同一となるように配置されている。後述するように、第１の抵抗体Ｒ１および第２の抵抗体Ｒ２は、加えられた操作入力のＸ軸方向成分の検出に用いられ、第３の抵抗体Ｒ３および第４の抵抗体Ｒ４は、加えられた操作入力のＹ軸方向成分の検出に用いられる。
【０１０６】
一方、第５の抵抗体Ｒ５および第６の抵抗体Ｒ６は、互いに同一の大きさをもった正方形状をした平板状抵抗体である。ここで、第５の抵抗体Ｒ５は、その中心点が原点Ｏの位置にくるように配置されているのに対して、第６の抵抗体Ｒ６は、これら抵抗体群の右下あたりに配置されている。後述するように、第５の抵抗体Ｒ５および第６の抵抗体Ｒ６は、加えられた操作入力のＺ軸方向成分の検出に用いられる。ただし、Ｚ軸方向成分の本来の検出値は第５の抵抗体Ｒ５から得られ、第６の抵抗体Ｒ６は、標準となる抵抗値の参照用として用いられるにすぎない。したがって、ここでは、第５の抵抗体Ｒ５を「Ｚ軸用抵抗体」と呼び、第６の抵抗体Ｒ６を「参照用抵抗体」と呼ぶことにする。Ｚ軸用抵抗体Ｒ５は、原理的には、基板３１０の上面のどの位置に配置してもかまわないが、検出感度を高める上では、原点Ｏの位置（Ｚ軸に交差する位置）に配置するのが好ましい。これは、本実施形態に係る変位生成体３２０の構造上、その中心部分（Ｚ軸に交差する部分）における変位が最も大きくなるためである。これに対して、参照用抵抗体Ｒ６は、単に抵抗値を参照するために利用される抵抗体であるので、基板３１０上の任意の位置に配置してかまわない。
【０１０７】
変位生成体３２０は、この基板３１０の上面に配置される部材である。この変位生成体３２０の中央部分に位置する変位部３２１の下面には、図２７に示すように、５つの接触用導電体Ｋ１〜Ｋ５が形成されている。接触用導電体Ｋ１〜Ｋ５は、いずれも半球状をしており、弾性変形する導電性材料によって構成されている。ここでは、弾性変形する導電性材料として、導電性シリコンゴムを用いており、接触用導電体Ｋ１〜Ｋ５は、いずれも導電性シリコンゴムを椀状に成型し、変位部３２１の下面に接着したものである。ここで、これら接触用導電体Ｋ１〜Ｋ５の配置は重要である。すなわち、接触用導電体Ｋ１〜Ｋ５は、それぞれ抵抗体Ｒ１〜Ｒ５に対向する位置に配置されている。図１の側断面図には、接触用導電体Ｋ１，Ｋ２，Ｋ５が、それぞれ抵抗体Ｒ１，Ｒ２，Ｒ５に対向する位置に配置されている様子が明瞭に示されている。なお、参照用抵抗体Ｒ６に対向する位置には、何ら接触用導電体は設けられていない。これは、前述したように、参照用抵抗体Ｒ６が抵抗値を参照するために利用される抵抗体であるためである。
【０１０８】
図２５に示すように、変位部３２１にＺ軸負方向成分を含む操作入力が加わると、接続部３２２に撓みが生じ、変位部３２１の下面が基板３１０の上面に対して変位を生じ、各接触用導電体Ｋ１〜Ｋ５が各抵抗体Ｒ１〜Ｒ５に接触し、更にその接触状態が変化する。より具体的には、各接触用導電体の各抵抗体に対する接触面の面積が変化することになる。本実施例に係る力センサの基本原理は、このような接触面の面積を抵抗体の抵抗値の変化として検出し、加えられた操作入力の大きさを求めようとする点にある。その原理は次のとおりである。
【０１０９】
いま、図２８(a) の側断面図に示されているように、基板３１０の上面に１枚の抵抗体Ｒが形成され、変位部３２１の下面に半球状の接触用導電体Ｋが形成されているものとしよう。図２８(a) は、変位部３２１が基板３１０に接近するように変位し、接触用導電体Ｋが、その下端点において、抵抗体Ｒの中心にほぼ点接触している状態を示している。図２８(b) は、このときの抵抗体Ｒの上面図であり、中心位置に示す黒丸Ｓは、接触用導電体Ｃの接触面を示している。このように、接触用導電体Ｋの下端点が抵抗体Ｒの表面にほぼ点接触している状態では、接触面Ｓは点に近い微小円となる。
【０１１０】
さて、ここで、図２８(b) に示すように、抵抗体Ｒの左右両端から配線を引き出し、これらの配線の端部に端子Ｔ１，Ｔ２を接続し、この両端子Ｔ１，Ｔ２間の抵抗値を測定してみたとする。別言すれば、抵抗体Ｒ上の「接触用導電体Ｋの接触位置（接触面Ｓ）」を挟む２点間の抵抗値が測定されることになる。この場合、接触面Ｓは点に近い微小円であるため、測定される抵抗値に、接触用導電体Ｋはほとんど影響を及ぼすことはなく、測定により得られる抵抗値は、抵抗体Ｒがもっている本来の抵抗値に近い値ということになる。図２８(c) は、このような測定系の等価回路である。接触用導電体Ｋから下方に伸びた矢印は抵抗体Ｒの中央の点に接触しているだけであり、両端子Ｔ１，Ｔ２間には、抵抗体Ｒの本来の抵抗値が現れるだけである。
【０１１１】
これに対して、図２９(a) の側断面図に示されているように、変位部３２１に対して加えられる図の下方（Ｚ軸負方向）への操作入力が更に大きくなったとすると、接触用導電体Ｋは、弾性変形する導電性材質（この例の場合、導電性シリコンゴム）から構成されているため、この押圧力により図のように押し潰された状態となり、抵抗体Ｒに対する接触状態が変化する。接触用導電体Ｋの形状は、このような接触状態の変化に基づいて接触面の面積が変化する形状（この例では、半球状）となっているため、図示のように、接触用導電体Ｋが上下方向に潰れた状態になると、接触面の面積が増加する。図２９(b) は、このときの抵抗体Ｒの上面図であり、円Ｓは、接触用導電体Ｋの接触面を示している。なお、この円Ｓの内部に描かれている同心円は、抵抗体Ｒの表面に加わる圧力分布を示す等圧線である。すなわち、接触圧は円Ｓの中心ほど大きくなる。
【０１１２】
このように接触用導電体Ｋの接触面が大きくなると、両端子Ｔ１，Ｔ２間の抵抗値に変化が生じることになる。すなわち、接触用導電体Ｋは導電体であり、抵抗体Ｒよりもはるかに電流を流しやすい性質をもっているため、両端子Ｔ１，Ｔ２間を流れる電流は、円Ｓで示される接触面の部分においては、抵抗体Ｒ内を通らずに、接触用導電体Ｋ内を迂回してしまうことになる。図２９(c) は、このような測定系の等価回路である。接触用導電体Ｋから下方に伸びた２本の矢印は抵抗体Ｒの２か所に接触しており、この２か所において電流は接触用導電体Ｋ側へと迂回することになる。２本の矢印の間隔は、接触用導電体Ｋの接触面の大きさに応じて広くなる。結局、接触用導電体Ｋの抵抗体Ｒに対する接触面の面積が大きくなればなるほど、両端子Ｔ１，Ｔ２間の抵抗値は減少することになる。
【０１１３】
このようにして、変位部３２１に加えられた操作入力のＺ軸負方向成分が大きくなればなるほど、接触用導電体Ｋの接触面の面積は大きくなり、両端子Ｔ１，Ｔ２間の抵抗値は小さくなる。操作入力のＺ軸負方向成分の大きさと両端子間の抵抗値との間には、必ずしも線形関係は成り立たないが、両者間には一価の関数関係が成り立ち、両端子間の抵抗値を測定することができれば、作用したＺ軸負方向成分の大きさを求めることができる。
【０１１４】
このような原理により、図２４に示す力センサを用いれば、変位部３２１に加えられた操作入力のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の各方向成分を検出できる。この力センサでは、操作入力は、必ずＺ軸負方向成分を伴った形で加える必要がある。たとえば、図２６に示す基板３１０の抵抗体Ｒ１の上方あたりに位置する変位部３２１の一部分を指で下方に押し込むような操作入力を加えたとしよう。このように、Ｘ軸正方向にずれた位置を押し込むような操作入力は、Ｘ軸正方向への操作入力ということになる。この場合、まず、接触用導電体Ｋ１が抵抗体Ｒ１に接触する。押し込む指の力によって、接触用導電体Ｋ１と抵抗体Ｒ１とからなる１組だけが接触状態となる場合もあれば、すべての接触用導電体Ｋ１〜Ｋ５と抵抗体Ｒ１〜Ｒ５とが接触状態になる場合もある。しかしながら、どのような場合であっても、Ｘ軸上に配置された接触用導電体Ｋ１とＫ２とについての潰れ具合を比較すると、Ｋ２に比べてＫ１の方の潰れ具合の方が大きくなる。このため、Ｋ１のＲ１に対する接触面積は、Ｋ２のＲ２に対する接触面積よりも大きくなる。そこで、たとえば、図２６に示す抵抗体Ｒ１，Ｒ２のそれぞれ両端位置の抵抗値を測定したとすれば、抵抗体Ｒ１についての抵抗値の方が抵抗体Ｒ２についての抵抗値よりも小さくなる。両抵抗値の差が大きければ大きいほど、加えられた操作入力のＸ軸方向成分は大きいことになる。
【０１１５】
結局、Ｘ軸上に配された抵抗体Ｒ１，Ｒ２の抵抗値の差により、加えられた操作入力のＸ軸方向成分の検出を行うことができ、Ｙ軸上に配された抵抗体Ｒ３，Ｒ４の抵抗値の差により、加えられた操作入力のＹ軸方向成分の検出を行うことができる。また、この実施例では、抵抗体Ｒ５の抵抗値を測定することにより、加えられた操作入力のＺ軸方向成分の検出も可能である。この場合は、参照用抵抗体Ｒ６の抵抗値と抵抗体Ｒ５の抵抗値とを比較すればよく、両者の抵抗値の差が所定のしきい値以上であった場合には、クリック操作があったものと認識し、電子機器に対してクリック操作の入力を伝えるようにすることができる。
【０１１６】
なお、この実施例に係る力センサを利用する場合は、図３０に示すような検出回路を用意しておくとよい。図３０(a) に示す回路は、抵抗体Ｒ１，Ｒ２を用いて操作入力のＸ軸方向成分の検出値を出力端子Ｔｘに出力する検出回路である。この検出回路では、第１の抵抗体Ｒ１と第２の抵抗体Ｒ２とを、Ｘ軸検出用接続点Ｊｘにおいて直列接続することによりＸ軸検出用抵抗体が形成されている。第１の抵抗体Ｒ１あるいは第２の抵抗体Ｒ２の両端点としては、図２８(b) に示すように、長方形状をした抵抗体の左右の両短辺上の中央点をとっており、電流が図の左右方向に流れるようにしている。もちろん、各抵抗体Ｒの両端点としては、接触用導電体Ｋの接触位置を挟むような２点であれば、どのような端点をとってもかまわないので、たとえば、図２８(b) において、長方形状をした抵抗体の上下の両長辺上の中央点をとり、電流が図の上下方向に流れるようにしてもよい。
【０１１７】
図３０(a) の回路では、第１の抵抗体Ｒ１と第２の抵抗体Ｒ２との直列接続によって構成されるＸ軸検出用抵抗体は、上端が電源Ｖｃｃに接続され、下端が接地されており、両端に一定の電源電圧Ｖｃｃが印加された状態となっている。ここで、出力端子Ｔｘに出力される電圧は、Ｘ軸検出用接続点Ｊｘにおける電圧であり、電源電圧Ｖｃｃを、第１の抵抗体Ｒ１についての抵抗値と第２の抵抗体Ｒ２についての抵抗値とで按分した値に相当する。上述したように、Ｘ軸正方向を示す操作入力が加わると、第２の抵抗体Ｒ２についての抵抗値に比べて、第１の抵抗体Ｒ１についての抵抗値が減少する。したがって、出力端子Ｔｘに出力される電圧は上昇することになる。逆に、Ｘ軸負方向を示す操作入力が加わると、出力端子Ｔｘに出力される電圧は下降することになる。結局、何ら操作入力が加えられていない状態で出力端子Ｔｘに出力される電圧値（理論的には、Ｖｃｃ／２になる）を基準として、この電圧値が上昇した場合には、この上昇幅に相当する大きさをもったＸ軸正方向の操作入力が加えられ、この電圧値が下降した場合には、この下降幅に相当する大きさをもったＸ軸負方向の操作入力が加えられたことになる。このように、図３０(a) の検出回路を用いれば、出力端子Ｔｘの出力電圧に基づいて、加えられた操作入力のＸ軸方向成分の検出が可能になる。
【０１１８】
同様に、図３０(b) に示す検出回路を用いれば、出力端子Ｔｙの出力電圧に基づいて、加えられた操作入力のＹ軸方向成分の検出が可能になる。更に、図３０(c) に示す検出回路を用いれば、出力端子Ｔｚの出力電圧に基づいて、加えられた操作入力のＺ軸方向成分の検出が可能になり、これはクリック操作の検出として利用することができる。
【０１１９】
以上、本発明に係る電子機器用入力装置への利用に適した力センサをいくつかの実施例に基づいて説明したが、もちろん、本発明はこれら実施例として述べた力センサを利用したものに限定されるわけではなく、この他にも種々のタイプの力センサを利用して実施することが可能である。
【０１２０】
【発明の効果】
以上のとおり本発明に係る電子機器用入力装置によれば、特定方向へのスイッチ動作の操作入力と特定方向への操作量の操作入力とを、適宜使い分けることが可能な電子機器用入力装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の一般的なスイッチを利用した４方向タイプの入力装置の上面図である。
【図２】従来の一般的なスイッチを利用した８方向タイプの入力装置の上面図である。
【図３】従来の一般的な二次元力センサを利用したタイプの入力装置の斜視図である。
【図４】従来の一般的な一次元力センサを利用したタイプの入力装置の側面図である。
【図５】図４に示す一次元力センサを利用したタイプの入力装置の上面図である。
【図６】図４に示す一次元力センサを利用したタイプの入力装置を二次元力センサに拡張する場合の基板上の電極配置を示す上面図である。
【図７】二次元力センサによって検出された力のＸ軸方向成分とＹ軸方向成分とを二次元座標系上にプロットする様子を示す図である。
【図８】本発明に係る電子機器用入力装置の基本構成を示すブロック図である。
【図９】図７に示す二次元座標系上に、しきい値Ｔｈを示す境界円αを描いた図である。
【図１０】本発明に係る電子機器用入力装置の基本動作を示す流れ図である。
【図１１】地図を表示させるプログラムを実行中の表示画面を示す図である。
【図１２】アイコンを選択させるプログラムを実行中の表示画面を示す図である。
【図１３】表計算プログラムを実行中の表示画面を示す図である。
【図１４】図７に示す二次元座標系上に、第１のしきい値ＴｈＬを示す境界円αおよび第２のしきい値ＴｈＨを示す境界円βを描いた図である。
【図１５】本発明に係る電子機器用入力装置の混合モード設定時の動作を示す流れ図である。
【図１６】本発明に係る電子機器用入力装置に利用するのに適した第１の実施例に係る力センサの側断面図である。
【図１７】図１６に示す力センサの基板１１０上の電極パターンを示す平面図である。
【図１８】図１６に示す力センサの等価回路である。
【図１９】図１６に示す力センサの変形例を示す側断面図である。
【図２０】本発明に係る電子機器用入力装置に利用するのに適した第２の実施例に係る力センサの側断面図である。
【図２１】図２０に示す力センサの基板２１０の上面図である。
【図２２】図２０に示す力センサの動作を説明する側断面図である。
【図２３】図２０に示す力センサに利用する検出回路を示す回路図である。
【図２４】本発明に係る電子機器用入力装置に利用するのに適した第３の実施例に係る力センサの側断面図である。
【図２５】図２４に示す力センサの動作を説明する側断面図である。
【図２６】図２４に示す力センサの基板３１０の上面図である。
【図２７】図２４に示す力センサの接触用導電体Ｋ１〜Ｋ５の配置を示す図である。
【図２８】図２４に示す力センサにおける接触用導電体Ｃと抵抗体Ｒと第１の接触状態を示す側断面図(a) 、平面図(b) 、等価回路(c) である。
【図２９】図２４に示す力センサにおける接触用導電体Ｃと抵抗体Ｒと第２の接触状態を示す側断面図(a) 、平面図(b) 、等価回路(c) である。
【図３０】図２４に示す力センサに利用する検出回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１…スイッチを利用した４方向入力装置
２…スイッチを利用した８方向入力装置
３…ゲージ抵抗式力センサを利用したジョイスティック
３Ａ…基板
３Ｂ…スティック
４…容量式力センサを利用したジョイスティック
４Ａ…基板
４Ｂ…ダイヤフラム
４Ｃ…スティック
４Ｄ…ビス
５Ａ…基板
１０…操作入力検出部
２０…操作入力取扱部
３０…モード設定部
４０…電子機器
１１０…基板
１２０，１２０Ａ…変位生成体
１２１…変位部
１２２…接続部
１２３…固定部
１２４…弾性変形部
１３０…取付具
２１０…基板
２２０…変位生成体
２２１…変位部
２２２…接続部
２２３…固定部
２３０…キャップ
２３１…操作体
２３２…押圧棒
２４０…取付具
２５０…薄型スイッチ
２５１…金属ドーム
２６１〜２６４…Ｃ／Ｖ変換回路
２６５，２６６…差分回路
３１０…基板
３２０…変位生成体
３２１…変位部
３２２…接続部
３２３…固定部
３３０…取付具
Ｂ１１〜Ｂ１５，Ｂ２１〜Ｂ２９…スイッチのボタン
ＣＵ…黒枠カーソル
Ｃ３１〜Ｃ３４…容量素子
Ｅ１，Ｅ２，Ｅ１１〜Ｅ１４…固定電極
Ｅ２１〜Ｅ２４…接触用固定電極
Ｅ２５〜Ｅ２９…固定電極
ＥＥ２１〜ＥＥ２４…接触用固定電極
Ｅ３０…共通外側電極
Ｅ３１〜Ｅ３４…内側電極
Ｅ４０…変位電極
Ｆ２０Ａ…接触用変位電極
Ｆ２０Ｂ…配線用電極
Ｆ２０Ｃ…変位電極
ＦＦ２０…変位電極
Ｆ３１…操作入力
Ｇ１１〜Ｇ１４…ゲージ抵抗
Ｊｘ，Ｊｙ，Ｊｚ…接続点
Ｋ，Ｋ１〜Ｋ５…接触用導電体
Ｑ…座標点，投影点
Ｒ…絶縁膜／抵抗体
Ｒ１〜Ｒ６…抵抗体
Ｓ…接触面
ＳＷ…スイッチ
Ｔｈ，ＴｈＬ，ＴｈＨ…しきい値
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ２１〜Ｔ２９，Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ…端子
Ｖ３１〜Ｖ３４…電圧
Ｖｃｃ…電源電圧
α，β…境界円
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器用入力装置に関し、特に、携帯電話やゲーム遊戯装置など、所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行する電子機器に対して、方向を示す操作入力を行うための入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話やゲーム遊戯装置などの電子機器では、利用者による所定の操作入力を受け付け、この操作入力に基づいてプログラムが進行する。通常、この種の操作入力は、ディスプレイ画面上に表示されるカーソルやその他の指標を見ながら行うことが多く、上下左右の４方向あるいは斜めも含めた８方向の方向を示す入力が求められるのが一般的である。このような方向性をもった入力を行うために、大別して、２つのタイプの入力装置が利用されている。
【０００３】
第１のタイプの装置は、複数のＯＮ／ＯＦＦスイッチを組み合わせてなる装置であり、通常、上下左右に合計４個のスイッチのボタンを配置し、これらのボタンを適宜押すことにより、所定方向へのスイッチ動作の入力を行うことができる。たとえば、右に配置されたスイッチのボタンを押せば、右方向へのスイッチＯＮ動作を示す入力を行うことができ、カーソルやゲームキャラクタを右方向へ移動させる指示を与えることができる。斜めも含めた８方向へのスイッチ動作を入力する必要がある場合には、上下左右および斜め位置に合計８個のスイッチのボタンを配置した入力装置も利用されている。また、中心位置にもスイッチを配置し、合計５個あるいは９個のボタンにより、種々の指示を入力できるようにした装置も利用されている。
【０００４】
一方、第２のタイプの装置は、いわゆるジョイスティックと呼ばれているタイプの装置であり、所定方向への操作量を入力することができる。上述したスイッチを利用した第１のタイプの装置の場合、特定の位置に配置されたボタンを選択的に押すことにより、特定の方向に関するスイッチ動作を入力することができるが、このスイッチ動作は、あくまでもＯＮ／ＯＦＦの二値状態のいずれかを示すためのものであり、量を入力することはできない。第２のタイプの装置では、たとえば、右方向に５とか下方向に８というように、方向とともに操作量を入力することができる。具体的には、右方向に加える操作力を増せば増すほど、右方向へのより大きな操作量を入力することができる。このようなジョイスティックタイプの装置は、通常、二次元力センサを内蔵しており、加えられた力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分をそれぞれ別個に検出することにより、加えられた操作入力の方向と操作量とを検出することになる。たとえば、Ｘ軸方向成分が＋５であるような操作入力は、右方向に５という操作量を示し、Ｙ軸方向成分が−８であるような操作入力は、下方向に８という操作量を示すことになる。もちろん、Ｘ軸方向成分とＹ軸方向成分とを合成する演算を行うことにより、斜め方向に加えられた操作入力の検出も可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した２つのタイプの入力装置には、いずれも一長一短がある。スイッチを利用した第１のタイプの装置の場合、ＯＮ／ＯＦＦの二値状態の入力しか行うことができないため、たとえば、「カーソルを右方向に３ます動かす」というような操作を行う場合、右方向のボタンを３回繰り返して押す操作を行う必要がある。したがって、「カーソルを右方向に２０ます動かす」というような操作では、ボタンを２０回繰り返して押すという煩雑な操作が必要になる。一方、第２のタイプの装置の場合、操作量を入力することができるので、たとえば、ジョイスティックを軽く右側へ倒した場合は、カーソルが１ます移動するが、深く右側へ倒した場合は、カーソルが１０ます移動する、というような量的な制御を行うことができる。もちろん、ジョイスティックを軽く倒すか深く倒すかによって、カーソルの移動速度を変えることも可能である。しかしながら、「カーソルをあと３ます移動させる」というような操作が必要な場合、ジョイスティックを倒す角度を微妙に調節する必要があり、実際には、３ます移動させるつもりが５ます動いてしまった、というような誤操作が起こりやすい。したがって、カーソルを正確な位置へ移動させる、という点では、第１のタイプの装置を用い、ボタンを押す回数で制御した方が好ましい。
【０００６】
このように、２つのタイプの入力装置は、それぞれ一長一短があるあるため、従来の携帯電話やゲーム遊戯装置などの電子機器では、この２つのタイプの入力装置を併設していることが多い。しかしながら、同一の電子機器に、２種類のタイプの入力装置を併設することは、機器の小型化や低コスト化を阻むことになり、本来、好ましいことではない。
【０００７】
そこで本発明は、特定方向へのスイッチ動作の操作入力と特定方向への操作量の操作入力とを、適宜使い分けることが可能な電子機器用入力装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
(1) 本発明の第１の態様は、所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行する電子機器に対して、方向を示す操作入力を行うための電子機器用入力装置において、
操作入力が加えられていない状態での出力を零点基準出力とし、所定の検出軸に沿った正方向もしくは負方向への操作入力が加えられた場合に、加えられた操作入力の大きさに応じた正もしくは負の検出値を出力する操作入力検出部と、
加えられた操作入力を検出軸に沿った連続的な操作量として取り扱う操作量モードと、加えられた操作入力を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として取り扱うスイッチモードと、のいずれかのモードを設定する機能を有し、電子機器が実行しているプログラムに応じて、いずれか一方のモードを設定するモード設定部と、
操作量モードが設定されている場合には、操作入力検出部によって検出された検出値を、検出軸についての操作量として電子機器に与え、スイッチモードが設定されている場合には、操作入力検出部によって検出された検出値の絶対値を所定のしきい値と比較し、しきい値を越えていればＯＮ状態を示す信号を、しきい値を越えていなければＯＦＦ状態を示す信号を、検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与える操作入力取扱部と、
を設け、
操作入力検出部が、ＸＹＺ三次元座標系において加えられた操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分をそれぞれ独立して検出する機能をもった力センサとして、
上面がＸＹ平面に含まれ、この上面の中心部に座標系の原点がくるように配置された基板と、
基板上方のＺ軸を中心とした位置に配置され、操作入力を受けて変位する変位部と、基板に固定された固定部と、変位部と固定部とを接続する接続部と、を有し、基板上面に取り付けられた変位生成体と、
変位部の下面に形成された接触用変位電極と、
基板の接触用変位電極に対向する位置に形成された接触用固定電極と、
変位部の変位に起因して静電容量値が変化するように、変位部側に形成された変位電極と基板側に形成された固定電極とを有する容量素子からなる４組の検出子と、
を有し、
４組の検出子は、Ｘ軸正方向上、Ｘ軸負方向上、Ｙ軸正方向上、Ｙ軸負方向上にそれぞれ配置され、Ｘ軸上に配置された検出子によって、加えられた操作入力のＸ軸方向成分を検出し、Ｙ軸上に配置された検出子によって、加えられた操作入力のＹ軸方向成分を検出し、
接続部は可撓性を有しており、変位部に操作入力が加えられたときに、接続部が撓みを生じることにより、変位部が基板に対して変位を生じ、
変位部に操作入力が加えられていない場合には、接触用変位電極と接触用固定電極とが非接触な状態を保ち、座標系におけるＺ軸方向成分を含む所定量の操作入力が変位部に加えられた場合には、接触用変位電極と接触用固定電極とが接触状態となり、
容量素子を構成する変位電極と接触用変位電極とは電気的に接続されており、接触用変位電極と接触用固定電極とが接触状態にあるときに、接触用固定電極と容量素子を構成する固定電極との間の静電容量値の変化を電気的に検出することにより、加えられた操作入力の所定方向成分の大きさを認識できる力センサを用いるようにしたものである。
【０００９】
(2) 本発明の第２の態様は、上述の第１の態様に係る電子機器用入力装置において、
接触用変位電極と接触用固定電極との接触状態に基づいて、操作入力検出部から電子機器に対して、クリック操作の入力が行われるようにしたものである。
【００１０】
(3) 本発明の第３の態様は、所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行する電子機器に対して、方向を示す操作入力を行うための入力装置において、
操作入力が加えられていない状態での出力を零点基準出力とし、所定の検出軸に沿った正方向もしくは負方向への操作入力が加えられた場合に、加えられた操作入力の大きさに応じた正もしくは負の検出値を出力する操作入力検出部と、
加えられた操作入力を検出軸に沿った連続的な操作量として取り扱う操作量モードと、加えられた操作入力を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として取り扱うスイッチモードと、のいずれかのモードを設定する機能を有し、電子機器が実行しているプログラムに応じて、いずれか一方のモードを設定するモード設定部と、
操作量モードが設定されている場合には、操作入力検出部によって検出された検出値を、検出軸についての操作量として電子機器に与え、スイッチモードが設定されている場合には、操作入力検出部によって検出された検出値の絶対値を所定のしきい値と比較し、しきい値を越えていればＯＮ状態を示す信号を、しきい値を越えていなければＯＦＦ状態を示す信号を、検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与える操作入力取扱部と、
を設け、
操作入力検出部が、ＸＹＺ三次元座標系において加えられた操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分をそれぞれ独立して検出する機能をもった力センサとして、
上面がＸＹ平面に含まれ、この上面の中心部に座標系の原点がくるように配置された基板と、
基板上方のＺ軸を中心とした位置に配置され、操作入力を受けて変位する変位部と、基板に固定された固定部と、変位部と固定部とを接続する接続部と、を有し、基板上面に取り付けられ、接続部は可撓性を有しており、変位部にＸ軸操作入力が加えられたときに変位部がＸ軸に対して傾斜するような変位を生じ、変位部にＹ軸操作入力が加えられたときに変位部がＹ軸に対して傾斜するような変位を生じる変位生成体と、
基板上面のＸ軸正方向位置に配置された第１の内側電極と、
基板上面のＸ軸負方向位置に配置された第２の内側電極と、
基板上面のＹ軸正方向位置に配置された第３の内側電極と、
基板上面のＹ軸負方向位置に配置された第４の内側電極と、
基板上面のＸ軸正方向位置の第１の内側電極より外側に配置された第１の外側電極と、
基板上面のＸ軸負方向位置の第２の内側電極より外側に配置された第２の外側電極と、
基板上面のＹ軸正方向位置の第３の内側電極より外側に配置された第３の外側電極と、
基板上面のＹ軸負方向位置の第４の内側電極より外側に配置された第４の外側電極と、
第１の内側電極、第１の外側電極、第２の内側電極、第２の外側電極、第３の内側電極、第３の外側電極、第４の内側電極、第４の外側電極のそれぞれに対向するように、変位生成体下面の変位を生じる位置に形成され、変位部がＸ軸正方向に向けて所定量だけ傾斜したときに、その一部分が第１の外側電極に接触し、変位部がＸ軸負方向に向けて所定量だけ傾斜したときに、その一部分が第２の外側電極に接触し、変位部がＹ軸正方向に向けて所定量だけ傾斜したときに、その一部分が第３の外側電極に接触し、変位部がＹ軸負方向に向けて所定量だけ傾斜したときに、その一部分が第４の外側電極に接触するように構成された変位電極と、
変位電極がいずれかの外側電極と接触したときに、第１の内側電極と変位電極とによって構成される第１の容量素子の静電容量を示す第１の静電容量値を、変位電極に接触している外側電極と第１の内側電極との間の電気的特性に基づいて測定し、第２の内側電極と変位電極とによって構成される第２の容量素子の静電容量を示す第２の静電容量値を、変位電極に接触している外側電極と第２の内側電極との間の電気的特性に基づいて測定し、第３の内側電極と変位電極とによって構成される第３の容量素子の静電容量を示す第３の静電容量値を、変位電極に接触している外側電極と第３の内側電極との間の電気的特性に基づいて測定し、第４の内側電極と変位電極とによって構成される第４の容量素子の静電容量を示す第４の静電容量値を、変位電極に接触している外側電極と第４の内側電極との間の電気的特性に基づいて測定し、第１の静電容量値と第２の静電容量値との差に基づいてＸ軸操作入力についての検出値を出力し、第３の静電容量値と第４の静電容量値との差に基づいてＹ軸操作入力についての検出値を出力する検出回路と、
を備える力センサを用いるようにしたものである。
【００１１】
(4) 本発明の第４の態様は、上述の第３の態様に係る電子機器用入力装置において、
変位部下面のＺ軸に沿った位置に押圧棒を設け、基板上面の原点近傍位置にＯＮ／ＯＦＦスイッチを設け、押圧棒に加えられた押圧力に基づいてＯＮ／ＯＦＦスイッチが動作するように構成し、このＯＮ／ＯＦＦスイッチの動作に基づいて、操作入力検出部から電子機器に対して、クリック操作の入力が行われるようにしたものである。
【００１２】
(5) 本発明の第５の態様は、所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行する電子機器に対して、方向を示す操作入力を行うための入力装置において、
操作入力が加えられていない状態での出力を零点基準出力とし、所定の検出軸に沿った正方向もしくは負方向への操作入力が加えられた場合に、加えられた操作入力の大きさに応じた正もしくは負の検出値を出力する操作入力検出部と、
加えられた操作入力を検出軸に沿った連続的な操作量として取り扱う操作量モードと、加えられた操作入力を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として取り扱うスイッチモードと、のいずれかのモードを設定する機能を有し、電子機器が実行しているプログラムに応じて、いずれか一方のモードを設定するモード設定部と、
操作量モードが設定されている場合には、操作入力検出部によって検出された検出値を、検出軸についての操作量として電子機器に与え、スイッチモードが設定されている場合には、操作入力検出部によって検出された検出値の絶対値を所定のしきい値と比較し、しきい値を越えていればＯＮ状態を示す信号を、しきい値を越えていなければＯＦＦ状態を示す信号を、検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与える操作入力取扱部と、
を設け、
操作入力検出部が、ＸＹＺ三次元座標系において加えられた操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分をそれぞれ独立して検出する機能をもった力センサとして、
上面がＸＹ平面に含まれ、この上面の中心部に座標系の原点がくるように配置された基板と、
基板上方のＺ軸を中心とした位置に配置され、操作入力を受けて変位する変位部と、基板に固定された固定部と、変位部と固定部とを接続する接続部と、を有し、基板上面に取り付けられた変位生成体と、
基板の上面のＸ軸正領域、Ｘ軸負領域、Ｙ軸正領域、Ｙ軸負領域にそれぞれ配置された第１の抵抗体、第２の抵抗体、第３の抵抗体、第４の抵抗体と、
変位部の下面の第１の抵抗体、第２の抵抗体、第３の抵抗体、第４の抵抗体にそれぞれ対向する位置に配置された第１の接触用導電体、第２の接触用導電体、第３の接触用導電体、第４の接触用導電体と、
を有し、
接続部は可撓性を有しており、変位部に操作入力が加えられたときに、接続部が撓みを生じることにより、変位部の下面が基板の上面に対して変位を生じ、この変位に基づいて、各接触用導電体の各抵抗体に対する接触状態が変化するように構成され、
各接触用導電体は、弾性変形する導電性材料から構成されており、かつ、各抵抗体に対する接触状態の変化に基づいて接触面の面積が変化する形状を有しており、この接触面の面積の変化に基づいて、変位部に加えられた操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分を検出できる力センサを用いるようにしたものである。
【００１３】
(6) 本発明の第６の態様は、上述の第５の態様に係る電子機器用入力装置において、
基板の上面の原点近傍領域に第５の抵抗体を更に設け、変位部の下面の第５の抵抗体に対向する位置に第５の接触用導電体を設け、第５の接触用導電体の第５の抵抗体に対する接触状態に基づいて、操作入力検出部から電子機器に対して、クリック操作の入力が行われるようにしたものである。
【００１４】
(7) 本発明の第７の態様は、上述の第１〜６の態様に係る電子機器用入力装置において、
モード設定部が、更に、操作量モードとスイッチモードとを混合した取り扱いを行う混合モードを設定する機能を有し、
混合モードが設定されている場合には、操作入力取扱部は、操作入力検出部によって検出された検出値の絶対値を第１のしきい値および第２のしきい値（第１のしきい値＜第２のしきい値）と比較し、第１のしきい値を越えていなければ、ＯＦＦ状態を示す信号を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与え、第１のしきい値と第２のしきい値との間であれば、ＯＮ状態を示す信号を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与え、第２のしきい値を越えていれば、検出値を検出軸についての操作量として電子機器に与える処理を行うようにしたものである。
【００１５】
(8) 本発明の第８の態様は、所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行する電子機器に対して、方向を示す操作入力を行うための入力装置において、
操作入力が加えられていない状態での出力を零点基準出力とし、所定の検出軸に沿った正方向もしくは負方向への操作入力が加えられた場合に、加えられた操作入力の大きさに応じた正もしくは負の検出値を出力する操作入力検出部と、
この操作入力検出部によって検出された検出値の絶対値を第１のしきい値および第２のしきい値（第１のしきい値＜第２のしきい値）と比較し、第１のしきい値を越えていなければ、ＯＦＦ状態を示す信号を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与え、第１のしきい値と第２のしきい値との間であれば、ＯＮ状態を示す信号を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与え、第２のしきい値を越えていれば、検出値を検出軸に沿った連続的な操作量として電子機器に与える混合モード動作を行う機能を有する操作入力取扱部と、
を設け、
操作入力検出部が、ＸＹＺ三次元座標系において加えられた操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分をそれぞれ独立して検出する機能をもった力センサとして、
上面がＸＹ平面に含まれ、この上面の中心部に座標系の原点がくるように配置された基板と、
基板上方のＺ軸を中心とした位置に配置され、操作入力を受けて変位する変位部と、基板に固定された固定部と、変位部と固定部とを接続する接続部と、を有し、基板上面に取り付けられた変位生成体と、
変位部の下面に形成された接触用変位電極と、
基板の接触用変位電極に対向する位置に形成された接触用固定電極と、
変位部の変位に起因して静電容量値が変化するように、変位部側に形成された変位電極と基板側に形成された固定電極とを有する容量素子からなる４組の検出子と、
を有し、
４組の検出子は、Ｘ軸正方向上、Ｘ軸負方向上、Ｙ軸正方向上、Ｙ軸負方向上にそれぞれ配置され、Ｘ軸上に配置された検出子によって、加えられた操作入力のＸ軸方向成分を検出し、Ｙ軸上に配置された検出子によって、加えられた操作入力のＹ軸方向成分を検出し、
接続部は可撓性を有しており、変位部に操作入力が加えられたときに、接続部が撓みを生じることにより、変位部が基板に対して変位を生じ、
変位部に操作入力が加えられていない場合には、接触用変位電極と接触用固定電極とが非接触な状態を保ち、座標系におけるＺ軸方向成分を含む所定量の操作入力が変位部に加えられた場合には、接触用変位電極と接触用固定電極とが接触状態となり、
容量素子を構成する変位電極と接触用変位電極とは電気的に接続されており、接触用変位電極と接触用固定電極とが接触状態にあるときに、接触用固定電極と容量素子を構成する固定電極との間の静電容量値の変化を電気的に検出することにより、加えられた操作入力の所定方向成分の大きさを認識できる力センサを用いるようにしたものである。
【００１６】
(9) 本発明の第９の態様は、上述の第８の態様に係る電子機器用入力装置において、
接触用変位電極と接触用固定電極との接触状態に基づいて、操作入力検出部から電子機器に対して、クリック操作の入力が行われるようにしたものである。
【００１７】
(10) 本発明の第１０の態様は、所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行する電子機器に対して、方向を示す操作入力を行うための入力装置において、
操作入力が加えられていない状態での出力を零点基準出力とし、所定の検出軸に沿った正方向もしくは負方向への操作入力が加えられた場合に、加えられた操作入力の大きさに応じた正もしくは負の検出値を出力する操作入力検出部と、
この操作入力検出部によって検出された検出値の絶対値を第１のしきい値および第２のしきい値（第１のしきい値＜第２のしきい値）と比較し、第１のしきい値を越えていなければ、ＯＦＦ状態を示す信号を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与え、第１のしきい値と第２のしきい値との間であれば、ＯＮ状態を示す信号を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与え、第２のしきい値を越えていれば、検出値を検出軸に沿った連続的な操作量として電子機器に与える混合モード動作を行う機能を有する操作入力取扱部と、
を設け、
操作入力検出部が、ＸＹＺ三次元座標系において加えられた操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分をそれぞれ独立して検出する機能をもった力センサとして、
上面がＸＹ平面に含まれ、この上面の中心部に座標系の原点がくるように配置された基板と、
基板上方のＺ軸を中心とした位置に配置され、操作入力を受けて変位する変位部と、基板に固定された固定部と、変位部と固定部とを接続する接続部と、を有し、基板上面に取り付けられ、接続部は可撓性を有しており、変位部にＸ軸操作入力が加えられたときに変位部がＸ軸に対して傾斜するような変位を生じ、変位部にＹ軸操作入力が加えられたときに変位部がＹ軸に対して傾斜するような変位を生じる変位生成体と、
基板上面のＸ軸正方向位置に配置された第１の内側電極と、
基板上面のＸ軸負方向位置に配置された第２の内側電極と、
基板上面のＹ軸正方向位置に配置された第３の内側電極と、
基板上面のＹ軸負方向位置に配置された第４の内側電極と、
基板上面のＸ軸正方向位置の第１の内側電極より外側に配置された第１の外側電極と、
基板上面のＸ軸負方向位置の第２の内側電極より外側に配置された第２の外側電極と、
基板上面のＹ軸正方向位置の第３の内側電極より外側に配置された第３の外側電極と、
基板上面のＹ軸負方向位置の第４の内側電極より外側に配置された第４の外側電極と、
第１の内側電極、第１の外側電極、第２の内側電極、第２の外側電極、第３の内側電極、第３の外側電極、第４の内側電極、第４の外側電極のそれぞれに対向するように、変位生成体下面の変位を生じる位置に形成され、変位部がＸ軸正方向に向けて所定量だけ傾斜したときに、その一部分が第１の外側電極に接触し、変位部がＸ軸負方向に向けて所定量だけ傾斜したときに、その一部分が第２の外側電極に接触し、変位部がＹ軸正方向に向けて所定量だけ傾斜したときに、その一部分が第３の外側電極に接触し、変位部がＹ軸負方向に向けて所定量だけ傾斜したときに、その一部分が第４の外側電極に接触するように構成された変位電極と、
変位電極がいずれかの外側電極と接触したときに、第１の内側電極と変位電極とによって構成される第１の容量素子の静電容量を示す第１の静電容量値を、変位電極に接触している外側電極と第１の内側電極との間の電気的特性に基づいて測定し、第２の内側電極と変位電極とによって構成される第２の容量素子の静電容量を示す第２の静電容量値を、変位電極に接触している外側電極と第２の内側電極との間の電気的特性に基づいて測定し、第３の内側電極と変位電極とによって構成される第３の容量素子の静電容量を示す第３の静電容量値を、変位電極に接触している外側電極と第３の内側電極との間の電気的特性に基づいて測定し、第４の内側電極と変位電極とによって構成される第４の容量素子の静電容量を示す第４の静電容量値を、変位電極に接触している外側電極と第４の内側電極との間の電気的特性に基づいて測定し、第１の静電容量値と第２の静電容量値との差に基づいてＸ軸操作入力についての検出値を出力し、第３の静電容量値と第４の静電容量値との差に基づいてＹ軸操作入力についての検出値を出力する検出回路と、
を備える力センサを用いるようにしたものである。
【００１８】
(11) 本発明の第１１の態様は、上述の第１０の態様に係る電子機器用入力装置において、
変位部下面のＺ軸に沿った位置に押圧棒を設け、基板上面の原点近傍位置にＯＮ／ＯＦＦスイッチを設け、押圧棒に加えられた押圧力に基づいてＯＮ／ＯＦＦスイッチが動作するように構成し、このＯＮ／ＯＦＦスイッチの動作に基づいて、操作入力検出部から電子機器に対して、クリック操作の入力が行われるようにしたものである。
【００１９】
(12) 本発明の第１２の態様は、所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行する電子機器に対して、方向を示す操作入力を行うための入力装置において、
操作入力が加えられていない状態での出力を零点基準出力とし、所定の検出軸に沿った正方向もしくは負方向への操作入力が加えられた場合に、加えられた操作入力の大きさに応じた正もしくは負の検出値を出力する操作入力検出部と、
この操作入力検出部によって検出された検出値の絶対値を第１のしきい値および第２のしきい値（第１のしきい値＜第２のしきい値）と比較し、第１のしきい値を越えていなければ、ＯＦＦ状態を示す信号を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与え、第１のしきい値と第２のしきい値との間であれば、ＯＮ状態を示す信号を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与え、第２のしきい値を越えていれば、検出値を検出軸に沿った連続的な操作量として電子機器に与える混合モード動作を行う機能を有する操作入力取扱部と、
を設け、
操作入力検出部が、ＸＹＺ三次元座標系において加えられた操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分をそれぞれ独立して検出する機能をもった力センサとして、
上面がＸＹ平面に含まれ、この上面の中心部に座標系の原点がくるように配置された基板と、
基板上方のＺ軸を中心とした位置に配置され、操作入力を受けて変位する変位部と、基板に固定された固定部と、変位部と固定部とを接続する接続部と、を有し、基板上面に取り付けられた変位生成体と、
基板の上面のＸ軸正領域、Ｘ軸負領域、Ｙ軸正領域、Ｙ軸負領域にそれぞれ配置された第１の抵抗体、第２の抵抗体、第３の抵抗体、第４の抵抗体と、
変位部の下面の第１の抵抗体、第２の抵抗体、第３の抵抗体、第４の抵抗体にそれぞれ対向する位置に配置された第１の接触用導電体、第２の接触用導電体、第３の接触用導電体、第４の接触用導電体と、
を有し、
接続部は可撓性を有しており、変位部に操作入力が加えられたときに、接続部が撓みを生じることにより、変位部の下面が基板の上面に対して変位を生じ、この変位に基づいて、各接触用導電体の各抵抗体に対する接触状態が変化するように構成され、
各接触用導電体は、弾性変形する導電性材料から構成されており、かつ、各抵抗体に対する接触状態の変化に基づいて接触面の面積が変化する形状を有しており、この接触面の面積の変化に基づいて、変位部に加えられた操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分を検出できる力センサを用いるようにしたものである。
【００２０】
(13) 本発明の第１３の態様は、上述の第１２の態様に係る電子機器用入力装置において、
基板の上面の原点近傍領域に第５の抵抗体を更に設け、変位部の下面の第５の抵抗体に対向する位置に第５の接触用導電体を設け、第５の接触用導電体の第５の抵抗体に対する接触状態に基づいて、操作入力検出部から電子機器に対して、クリック操作の入力が行われるようにしたものである。
【００２１】
(14) 本発明の第１４の態様は、上述の第８〜第１３の態様に係る電子機器用入力装置において、
操作量モードと混合モードとの少なくとも２通りのモードを設定する機能を有し、電子機器が実行しているプログラムに応じて、いずれかのモードを設定するモード設定部を更に設け、
操作入力取扱部は、操作量モードが設定されている場合には、操作入力検出部によって検出された検出値を、検出軸についての操作量として電子機器に与える操作量モード動作を行い、混合モードが設定されている場合には、混合モード動作を行うようにしたものである。
【００２２】
(15) 本発明の第１５の態様は、上述の第８〜第１３の態様に係る電子機器用入力装置において、
スイッチモードと混合モードとの少なくとも２通りのモードを設定する機能を有し、電子機器が実行しているプログラムに応じて、いずれかのモードを設定するモード設定部を更に設け、
操作入力取扱部は、スイッチモードが設定されている場合には、操作入力検出部によって検出された検出値の絶対値を所定のしきい値と比較し、しきい値を越えていればＯＮ状態を示す信号を、しきい値を越えていなければＯＦＦ状態を示す信号を、検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与えるスイッチモード動作を行い、混合モードが設定されている場合には、混合モード動作を行うようにしたものである。
【００２３】
(16) 本発明の第１６の態様は、上述の第８〜第１３の態様に係る電子機器用入力装置において、
操作量モードとスイッチモードと混合モードとの少なくとも３通りのモードを設定する機能を有し、電子機器が実行しているプログラムに応じて、いずれかのモードを設定するモード設定部を更に設け、
操作入力取扱部は、操作量モードが設定されている場合には、操作入力検出部によって検出された検出値を、検出軸についての操作量として電子機器に与える操作量モード動作を行い、スイッチモードが設定されている場合には、操作入力検出部によって検出された検出値の絶対値を所定のしきい値と比較し、しきい値を越えていればＯＮ状態を示す信号を、しきい値を越えていなければＯＦＦ状態を示す信号を、検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与えるスイッチモード動作を行い、混合モードが設定されている場合には、混合モード動作を行うようにしたものである。
【００２４】
(17) 本発明の第１７の態様は、上述の第１〜第１６の態様に係る電子機器用入力装置において、
操作入力検出部が、力センサによって検出されたＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分に基づいて、Ｘ軸の正方向、Ｘ軸の負方向、Ｙ軸の正方向、Ｙ軸の負方向の４方向のいずれか１つに関する操作入力を、選択的に検出する機能を有するようにしたものである。
【００２５】
(18) 本発明の第１８の態様は、上述の第１７の態様に係る電子機器用入力装置において、
操作入力検出部が、更に、Ｘ軸およびＹ軸に対して４５°をなすＶ軸およびＷ軸を定義したときに、Ｖ軸の正方向、Ｖ軸の負方向、Ｗ軸の正方向、Ｗ軸の負方向の斜め４方向に関する操作入力を、力センサによって検出されたＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分を合成することにより検出する機能を有し、合計８方向のいずれか１つに関する操作入力を選択的に検出する機能を有するようにしたものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。
【００２７】
§１．従来の一般的な電子機器用入力装置
はじめに、携帯電話やゲーム遊戯装置などの電子機器で用いられている従来の一般的な電子機器用入力装置の構成を簡単に述べておく。既に述べたように、この種の入力装置としては、スイッチを利用した第１のタイプの装置と、力センサを利用した第２のタイプの装置とが主に利用されている。
【００２８】
図１および図２は、この第１のタイプの装置の上面図である。ここでは、便宜上、図示のような方向にＸ軸およびＹ軸を定義して、以下の説明を行うことにする。図１に示す入力装置１には、５つのボタンＢ１１〜Ｂ１５が配置されている。ボタンＢ１１，Ｂ１２はＸ軸上に配置され、Ｘ軸正方向（右）および負方向（左）へのスイッチ動作を入力するために利用される。一方、ボタンＢ１３，Ｂ１４はＹ軸上に配置され、Ｙ軸正方向（上）および負方向（下）へのスイッチ動作を入力するために利用される。この４つのボタンにより、上下左右の４方向へのスイッチ動作入力が可能になる。中央に配置されたボタンＢ１５は、方向性をもたないスイッチ動作入力（たとえば、クリック操作）に利用される。
【００２９】
図２に示す入力装置２には、９つのボタンＢ２１〜Ｂ２９が配置されている。ボタンＢ２２，Ｂ２６はＸ軸上に配置され、Ｘ軸正方向（右）および負方向（左）へのスイッチ動作を入力するために利用される。ボタンＢ２６，Ｂ２４はＹ軸上に配置され、Ｙ軸正方向（上）および負方向（下）へのスイッチ動作を入力するために利用される。更に、ボタンＢ２１，Ｂ２３，Ｂ２５，Ｂ２７は、斜め４５°の軸上に配置され、それぞれ斜め方向へのスイッチ動作を入力するために利用される。中央に配置されたボタンＢ２９は、方向性をもたないスイッチ動作入力（たとえば、クリック操作）に利用される。
【００３０】
このように、複数のスイッチのボタンを所定位置に配置した入力装置では、４方向あるいは８方向へのスイッチ動作入力を行うことができるが、このスイッチ動作入力は、あくまでもスイッチのＯＮまたはＯＦＦの二値状態を示す入力であり、操作量を示す入力ではない。ただ、所定方向への操作量は、ボタンを押す回数により、電子機器に伝達することができ、たとえば、「カーソルを２ますだけ右へ移動させる」というような微小な操作量を正確に伝えるときには、図１および図２に示すようなスイッチを利用した第１のタイプの装置が適している。
【００３１】
これに対し、図３〜図５に示す入力装置は、力センサを利用した第２のタイプの装置であり、一般に、ジョイスティックと呼ばれる装置である。ここでは、便宜上、図示のような方向にＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸を定義して、以下の説明を行うことにする。図３は、ゲージ抵抗式力センサを利用したジョイスティック３の斜視図である。ＸＹ平面上には、基板３Ａが配置され、この基板３Ａ上のＺ軸に沿った位置に四角柱状のスティック３Ｂが取り付けられている。このスティック３Ｂの４つの側面には、それぞれゲージ抵抗Ｇ１１〜Ｇ１４が貼り付けられている。操作者は、スティック３ＢをＸ軸あるいはＹ軸の正または負方向に倒すような力を加えることにより、操作入力を与えることができる。たとえば、スティック３ＢをＸ軸正方向に倒すような力を加えれば、ゲージ抵抗Ｇ１１は縮み、ゲージ抵抗Ｇ１２は伸びることになり、それぞれ抵抗値に変化が生じる。そこで、これら両ゲージ抵抗の抵抗値の差を求めることにより、Ｘ軸方向に作用した力の方向（正方向か負方向か）と大きさを検出することができる。同様に、ゲージ抵抗Ｇ１３，Ｇ１４を利用して、Ｙ軸方向に作用した力の方向と大きさを検出することができる。
【００３２】
図４および図５は、容量式力センサを利用したジョイスティック４の側面図および上面図である。ＸＹ平面上には、基板４Ａが配置され、その上に、金属板からなるダイヤフラム４Ｂが配置されている。このダイヤフラム４Ｂの上面には、スティック４Ｃが取り付けられており、ダイヤフラム４Ｂは、基板４Ａの上面にビス４Ｄで固定されている。また、基板４Ａの上面には、固定電極Ｅ１，Ｅ２が配置されており、ダイヤフラム４Ｂは、それ自身が、これら固定電極Ｅ１，Ｅ２に対向する変位電極として機能する。かくして、固定電極Ｅ１と変位電極４Ｂ（ダイヤフラム）とによって第１の容量素子Ｃ１が形成され、固定電極Ｅ２と変位電極４Ｂ（ダイヤフラム）とによって第２の容量素子Ｃ２が形成される。ここで、操作者が、スティック４ＣをＸ軸正または負方向に倒すような操作入力を加えると、容量素子Ｃ１，Ｃ２の電極間隔がそれぞれ変化するため（たとえば、Ｘ軸正方向に倒すと、容量素子Ｃ１の電極間隔は狭くなり、容量素子Ｃ２の電極間隔は広くなる）、両容量素子Ｃ１，Ｃ２の静電容量値の差を求めることにより、Ｘ軸方向に作用した力の方向（正方向か負方向か）と大きさを検出することができる。
【００３３】
この図４および図５に示す容量式のジョイステック４は、Ｘ軸方向への操作入力のみを検出するタイプのものであるが、たとえば、図６の上面図に示すように、基板５Ａ上に４枚の固定電極Ｅ１１〜Ｅ１４を配置し、この上に、スティックが取り付けられたダイヤフラムを配置すれば、４組の容量素子Ｃ１１〜Ｃ１４を構成することができ、Ｘ軸方向およびＹ軸方向への操作入力の検出が可能になる。すなわち、Ｘ軸上に配置された容量素子Ｃ１１，Ｃ１２の静電容量値の差を求めることにより、Ｘ軸方向に作用した力の方向と大きさを検出することができ、Ｙ軸上に配置された容量素子Ｃ１３，Ｃ１４の静電容量値の差を求めることにより、Ｙ軸方向に作用した力の方向と大きさを検出することができる。
【００３４】
このように、スティックに加えられた力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分を独立して検出できる力センサを用いれば、それ以外の方向成分を演算によって求めることも可能である。すなわち、図７に示すようなＸＹ二次元座標系上に、検出されたＸ軸方向成分とＹ軸方向成分とを座標値としてもつ点Ｑをプロットすれば、この点Ｑの位置が作用した力の方向を示し、点Ｑと原点Ｏとの距離が、作用した力の大きさを示すことになる。たとえば、所定の操作入力を加えた結果、Ｘ軸上の点Ｑ（ａ，０）が得られれば、当該操作入力は、大きさａのＸ軸正方向の力であり、Ｘ軸上の点Ｑ（−ｂ，０）が得られれば、当該操作入力は、大きさｂのＸ軸負方向の力であることが認識できる。また、任意の点Ｑ（ｘ，ｙ）が得られた場合は、原点Ｏと点Ｑ（ｘ，ｙ）とを結ぶ直線上の方向を向いた操作入力が加えられたものと認識することができる。
【００３５】
ただ、操作者が加える操作入力は、人間の大まかな感覚によってなされるものであり、必ずしも厳密な方向性をもっているわけではない。そこで、実用上は、予めいくつかの検出軸を定義しておき、加えられた操作入力は、このいずれかの検出軸に沿った操作入力であるものとして取り扱うのが好ましい。たとえば、上下左右の４方向に関する操作入力のみを検出することができれば十分な場合には、Ｘ軸およびＹ軸の２軸を検出軸に設定すればよい。この場合、検出されたＸ軸方向成分とＹ軸方向成分とを座標値としてもつ点Ｑが、Ｘ軸またはＹ軸上になければ、最寄りのＸ軸またはＹ軸への投影点を求め、この投影点に基づいていずれの検出軸に関する操作入力であるかを決定すればよい。たとえば、図示の点Ｑ（ｘ，ｙ）であれば、最寄りのＸ軸またはＹ軸への投影点は、Ｙ軸上の点Ｑｙになるので、このときの操作入力は、Ｙ軸正方向への操作入力であるものとして取り扱えばよい（大きさは、原点Ｏと点Ｑｙとの距離になる）。
【００３６】
もちろん、検出軸はＸ軸およびＹ軸の２軸に限定されるわけではない。たとえば、図示のように、Ｘ軸およびＹ軸に対して４５°をなすＶ軸およびＷ軸を定義し、合計４軸を検出軸とすることもできる。この場合、たとえば、点Ｑ（ａ，ａ）の位置に相当する操作入力が加えられた場合、当該操作入力は、大きさ［ルート２・ａ］のＶ軸正方向の力であることが認識できる。また、図示の点Ｑ（ｘ，ｙ）であれば、最寄りの検出軸への投影点を求めればよい。たとえば、２点Ｑ（ｘ，ｙ），Ｑｙの距離よりも、２点Ｑ（ｘ，ｙ），Ｑｗの距離の方が小さければ、最寄りの検出軸はＷ軸ということになり、投影点はＷ軸上の点Ｑｗということになるので、このときの操作入力は、Ｗ軸正方向への操作入力であるものとして取り扱えばよい（大きさは、原点Ｏと点Ｑｗとの距離になる）。
【００３７】
このように、予めいくつかの検出軸を定義しておけば、加えられた操作入力をいずれかの検出軸に関する操作入力であるとして取り扱うことが可能になる。実用上は、Ｘ軸およびＹ軸の２本の検出軸を定義し、４方向に関する操作入力を検出できるようにするか、あるいは、更にＶ軸およびＷ軸を加えた４本の検出軸を定義し、８方向に関する操作入力を検出できるようにするのが好ましい。もちろん、他の方法で検出軸を定義し、任意の方向に関する操作入力を検出できるようにしてもかまわない。
【００３８】
いずれにせよ、この力センサを利用した第２のタイプの入力装置は、所定方向への操作量を入力することができる点が特徴であり、スイッチを利用した第１のタイプの入力装置とは、この点において大きな違いがある。もっとも、この２種類のタイプの入力装置には、それぞれ一長一短があることは、既に述べたとおりであり、スイッチを利用した第１のタイプの入力装置は、ボタンを押す回数で正確な制御が可能になる利点があり、力センサを利用した第２のタイプの入力装置は、任意の操作量を一度の操作で入力することができる利点がある。
【００３９】
§２．本発明に係る電子機器用入力装置の基本構成および基本動作
本発明に係る電子機器用入力装置を利用すれば、１台の入力装置によって、特定方向へのスイッチ動作の入力と特定方向への操作量の入力とを、適宜使い分けることができるようになる。本発明の第１の特徴は、操作入力の検出には、力センサを有する入力装置（たとえば、図３〜図６に示すような入力装置でよい）を利用しつつ、その検出値の取り扱いを、モード設定によって使い分けるようにする、ということにある。そして、本発明の第２の特徴は、このモード設定を、電子機器が実行しているプログラムに応じて行うようにした点にある。
【００４０】
図８は、本発明に係る電子機器用入力装置の基本構成を示すブロック図である。この入力装置の基本構成要素は、操作入力検出部１０、操作入力取扱部２０、モード設定部３０であり、電子機器４０に対して、方向を示す操作入力を行う機能を有している。ここで、電子機器４０は、たとえば、携帯電話やゲーム遊戯装置など、所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行する装置である。
【００４１】
操作入力検出部１０は、力センサによって構成され、操作入力が加えられていない状態での出力を零点基準出力とし、所定の検出軸に沿った正方向もしくは負方向への操作入力が加えられた場合に、加えられた操作入力の大きさに応じた正もしくは負の検出値を出力する機能を果たす。具体的には、たとえば、図３〜図６に示すような従来の一般的な力センサを操作入力検出部１０として用いることができる。図４および図５に示す力センサは、Ｘ軸を検出軸とする一次元力センサであり、このセンサを操作入力検出部１０として用いた場合には、Ｘ軸に沿った操作入力が得られることになる。
【００４２】
これに対し、図３あるいは図６に示す力センサは、Ｘ軸およびＹ軸を検出軸とする二次元力センサであり、このセンサを操作入力検出部１０として用いた場合には、Ｘ軸およびＹ軸の２つの検出軸を定義して４方向に関する操作入力を検出することもできるし、更に、図７に示すように、Ｖ軸およびＷ軸を検出軸に加えて、合計８方向に関する操作入力を検出することもできる。もちろん、ＸＹ平面上に更に任意の軸を定義し、１２方向、１６方向など、任意の方向に関する操作入力を検出できるようにしてもよい。たとえば、Ｘ，Ｙ，Ｖ，Ｗの４軸を検出軸として８方向に関する操作入力を検出する場合であれば、上述したように、二次元力センサの出力として得られたＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分に基づいて、加えられた操作入力を示す座標点Ｑ（ｘ，ｙ）を、図７に示すようなＸＹ座標系上にプロットし、最寄りの検出軸Ｗへの投影点Ｑｗを求めれば、加えられた操作入力を、原点Ｏと投影点Ｑｗとの距離（あるいは原点Ｏと座標点Ｑ（ｘ，ｙ）との距離でもよい）を操作量とする検出軸Ｗに沿った検出値として出力することができる。このように、操作入力検出部１０から出力される検出値は、いずれか１つの検出軸に関して、正の最大値から負の最大値へ至る検出範囲内の操作量ということになる。
【００４３】
操作入力取扱部２０は、この操作入力検出部１０から出力される検出値を、電子機器４０へと引き渡す仲介機能をもった構成要素である。この操作入力取扱部２０が、操作入力検出部１０から出力された検出値を取り扱う方法は、モード設定部３０において設定されたモードに依存して決定される。モード設定部３０には、操作量モードとスイッチモードとのいずれかが設定される。ここで、操作量モードは、操作入力検出部１０に対して加えられた操作入力を検出軸に沿った連続的な操作量として取り扱うモードであり、いわば操作入力検出部１０を構成する力センサによる検出値をそのまま電子機器４０へと伝えるモードである。一方、スイッチモードは、加えられた操作入力を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として取り扱うモードであり、いわば操作入力検出部１０を構成する力センサによる検出値を、所定方向に関するＯＮ／ＯＦＦスイッチの状態を示す信号として電子機器４０へと伝えるモードである。
【００４４】
モード設定部３０は、電子機器４０が実行しているプログラムに応じて、この操作量モードとスイッチモードとのいずれか一方のモードを設定する機能を有している。電子機器４０は、前述したように、携帯電話やゲーム遊戯装置など、所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行する装置であり、電子機器４０が、操作者に対して何らかの入力要求を行っている場合、そのような入力要求は、何らかのプログラムの実行に基づいて行われていることになる。モード設定部３０は、現在実行中のプログラムに応じて、いずれかのモード設定を行う機能を有している。すなわち、現在実行中のプログラムが、所定の検出軸に沿った連続的な操作量としての操作入力を要求している場合には操作量モードを設定し、所定の検出軸方向へのスイッチ動作としての操作入力を要求している場合にはスイッチモードを設定することになる。
【００４５】
現在実行中のプログラムがいずれのモードを要求しているかを具体的に判断するためには、たとえば、電子機器４０の実行対象となる個々のプログラムごとに、いずれのモードを要求するかを示すテーブルを用意しておき、このテーブルを参照して、要求されているモードを認識するようにすればよい。あるいは、電子機器４０内のメモリやレジスタなどを利用して、モード設定用フラグを用意し、個々のプログラム自身に、自己が要求するモードを示すフラグを設定する機能をもたせるようにしてもよい。なお、本明細書における「プログラム」とは、いわゆる「アプリケーションプログラム」だけではなく、「ＯＳプログラム」、「ライブラリ」、「ルーチン」と呼ばれている種々のプログラムも含む広い概念で用いており、たとえば、同一の「アプリケーションプログラム」が実行中であっても、その中に含まれている各「ルーチン」ごとに、それぞれ異なるモード設定が行われる場合もありうる。
【００４６】
操作入力取扱部２０は、このようにしてモード設定部３０において設定されたモードに応じて、操作入力検出部１０からの検出値に対して異なる取り扱いを行い、これを電子機器４０へと伝える。すなわち、モード設定部３０において操作量モードが設定されている場合には、操作入力検出部１０によって検出された検出値を、そのまま当該検出軸についての操作量として電子機器４０に与える。一方、モード設定部３０においてスイッチモードが設定されている場合には、操作入力検出部１０によって検出された検出値の絶対値を所定のしきい値と比較し、しきい値を越えていればＯＮ状態を示す信号を、しきい値を越えていなければＯＦＦ状態を示す信号を、検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与える。
【００４７】
上述したように、操作入力検出部１０が、加えられた操作入力をある特定の検出軸についての検出値として出力する機能を有する場合には、操作入力取扱部２０は、当該特定の検出軸についての検出値を、設定モードに応じた必要な処理を施した上で、電子機器４０に与えることになる。操作入力検出部１０として、ＸＹＺ三次元座標系において加えられた操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分をそれぞれ独立して検出する機能をもった力センサを用いれば、この力センサによって検出されたＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分に基づいて、特定の検出軸（最寄りの検出軸）に関して加えられた操作入力の大きさに応じた検出値が得られるので、この検出値に設定モードに応じた処理を施した後、電子機器４０へ、現在実行中のプログラムに適した操作入力を伝えることができる。
【００４８】
図９は、操作入力取扱部２０における検出値の取り扱い方法を説明するためのＸＹ座標系を示す図である。操作入力検出部１０として、二次元力センサを用いれば、上述したように、ＸＹ平面上の任意の検出軸についての検出値を得ることができるが、ここでは、Ｘ軸およびＹ軸の２本の検出軸を定義し、４方向に関する操作入力を検出できる操作入力検出部１０を用いた場合を考えてみよう。この場合、二次元力センサによって検出されたＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分に基づいて、Ｘ軸の正方向、Ｘ軸の負方向、Ｙ軸の正方向、Ｙ軸の負方向の４方向のいずれか１つに関する操作入力が、操作入力検出部１０によって選択的に検出されることになる。
【００４９】
たとえば、図９に示すとおり、座標点Ｑ（ｘ１，ｙ１）の位置に相当する操作入力が加えられた場合、操作入力検出部１０において、最寄りの検出軸であるＸ軸上の投影点Ｑ（ｘ１，０）が求められ、Ｘ軸の正方向に関して、操作量ｘ１をもった検出値が選択的に出力されることになる。このような検出値に対して、操作入力取扱部２０は、２通りの取り扱いを行うことになる。まず、モード設定部３０によって操作量モードが設定されていた場合は、操作入力検出部１０によって検出された検出値を、そのまま当該検出軸についての操作量として電子機器４０に与える処理が行われる。具体的には、「Ｘ軸の正方向に関する操作量ｘ１」なる操作入力がそのまま電子機器４０へと伝えられることになる。これは、従来の力センサを利用したタイプの入力装置を用いた場合の動作と同等である。一方、モード設定部３０によってスイッチモードが設定されていた場合は、操作入力検出部１０によって検出された検出値の絶対値を所定のしきい値と比較し、しきい値を越えていればＯＮ状態を示す信号を、しきい値を越えていなければＯＦＦ状態を示す信号を、検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器４０に与える処理が行われる。具体的には、検出値ｘ１の絶対値が、所定のしきい値Ｔｈと比較され、絶対値ｘ１＞ＴｈであればＯＮ状態、絶対値ｘ１≦ＴｈであればＯＦＦ状態を示す信号が、スイッチ動作として電子機器４０に与えられることになる。図９に示す例では、絶対値ｘ１＞Ｔｈであるので、Ｘ軸正方向に関するＯＮ状態を示すスイッチ動作信号が、電子機器４０に与えられることになる。これは、従来のスイッチを利用したタイプの入力装置を用いた場合と同等の動作であり、具体的には、図１に示す４方向入力装置におけるスイッチのボタンＢ１１を押す操作入力と等価になる。
【００５０】
また、図９に示すとおり、座標点Ｑ（ｘ２，ｙ２）の位置に相当する操作入力が加えられた場合、操作入力検出部１０において、最寄りの検出軸であるＹ軸上の投影点Ｑ（０，ｙ２）が求められ、Ｙ軸の負方向に関して、操作量ｙ２をもった検出値が選択的に出力されることになる。このような検出値に対して、操作入力取扱部２０は、２通りの取り扱いを行うことになる。まず、モード設定部３０によって操作量モードが設定されていた場合は、操作入力検出部１０によって検出された検出値を、そのまま当該検出軸についての操作量として電子機器４０に与える処理が行われる。具体的には、「Ｙ軸の正方向に関する操作量ｙ２」なる操作入力がそのまま電子機器４０へと伝えられることになる。これは、従来の力センサを利用したタイプの入力装置を用いた場合の動作と同等である。一方、モード設定部３０によってスイッチモードが設定されていた場合は、操作入力検出部１０によって検出された検出値の絶対値を所定のしきい値と比較し、しきい値を越えていればＯＮ状態を示す信号を、しきい値を越えていなければＯＦＦ状態を示す信号を、検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器４０に与える処理が行われる。具体的には、検出値ｙ２の絶対値が、所定のしきい値Ｔｈと比較され、絶対値ｙ２＞ＴｈであればＯＮ状態、絶対値ｙ２≦ＴｈであればＯＦＦ状態を示す信号が、スイッチ動作として電子機器４０に与えられることになる。図９に示す例では、絶対値ｙ２≦Ｔｈであるので、Ｙ軸負方向に関するＯＦＦ状態を示すスイッチ動作信号が、電子機器４０に与えられることになる。これは、従来のスイッチを利用したタイプの入力装置を用いた場合と同等の動作であり、具体的には、図１に示す４方向入力装置におけるスイッチのボタンＢ１４から指を離す操作入力と等価になる。
【００５１】
以上、Ｘ軸およびＹ軸の２本の検出軸を定義し、４方向に関する操作入力を検出できる操作入力検出部１０を用いた場合についての動作を述べたが、更に、Ｘ軸およびＹ軸に対して４５°をなすＶ軸およびＷ軸を定義し、Ｖ軸の正方向、Ｖ軸の負方向、Ｗ軸の正方向、Ｗ軸の負方向の斜め４方向に関する操作入力を、力センサによって検出されたＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分を合成することにより検出できるようにし、合計８方向のいずれか１つに関する操作入力を選択的に検出する場合の動作も同様である。
【００５２】
この８方向の検出を行う場合、操作入力検出部１０からは、二次元力センサによって検出されたＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分に基づいて、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｖ軸，Ｗ軸のそれぞれについての正負両方向、合計８方向のいずれか１つを選択して、当該選択された方向に関して所定の検出値が出力されることになる。操作入力取扱部２０は、操作量モードが設定されていた場合には、操作入力検出部１０によって検出された検出値を、そのまま当該検出軸についての操作量として電子機器４０に与える。これは、従来の８方向型力センサを利用したタイプの入力装置を用いた場合の動作と同等である。一方、スイッチモードが設定されていた場合は、検出値の絶対値を所定のしきい値と比較し、しきい値を越えていればＯＮ状態を示す信号を、しきい値を越えていなければＯＦＦ状態を示す信号を、検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器４０に与える。これは、従来のスイッチを利用したタイプの入力装置を用いた場合と同等の動作であり、具体的には、図２に示す８方向入力装置におけるスイッチのボタンＢ２１〜Ｂ２８による操作入力と同等の操作入力が可能になる。
【００５３】
結局、スイッチモードが設定されているときは、図９の座標系に破線で示されているように、原点Ｏを中心として半径がしきい値Ｔｈである境界円αを描いた場合に、加えられた操作入力に対応する座標点（またはその最寄りの検出軸上への投影点）が、境界円α内にあればＯＦＦ状態を示すスイッチ動作、境界円α外にあればＯＮ状態を示すスイッチ動作、が操作入力取扱部２０から電子機器４０に伝えられることになる。
【００５４】
図１０は、本発明に係る電子機器用入力装置の基本動作を示す流れ図である。まず、ステップＳ１において、操作者からの操作入力が検出され、続いて、ステップＳ２において、この操作入力に応じた検出軸および検出値が決定される。これらの処理は、操作入力検出部１０において行われる処理であり、たとえば、二次元力センサによって操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分が検出され、この検出結果に基づいて、最寄りの１検出軸が決定され、当該検出軸についての検出値が決定されることになる。こうしてステップＳ２で決定された検出軸および検出値は、操作入力取扱部２０へと与えられる。
【００５５】
続く、ステップＳ３では、モード設定部３０において設定されているモードに応じた分岐処理が行われる。前述したように、モード設定部３０は、現在、電子機器４０において実行されているプログラムに基づいて、操作量モードかスイッチモードかのいずれかのモード設定を行う。ここで、操作量モードが設定されていた場合には、ステップＳ４へと進み、操作入力取扱部２０によって、検出値をそのまま当該検出軸に関する操作量として電子機器４０へ伝える処理が行われる。一方、スイッチモードが設定されていた場合には、ステップＳ５へと進み、検出値の絶対値としきい値Ｔｈとの比較が行われる。検出値の絶対値がしきい値Ｔｈを越えていない場合には、ステップＳ６へと進み、当該検出軸に関するＯＦＦ状態を示すスイッチ動作信号が電子機器４０に与えられる。これに対して、検出値の絶対値がしきい値Ｔｈを越えていた場合には、ステップＳ７へと進み、当該検出軸に関するＯＮ状態を示すスイッチ動作信号が電子機器４０に与えられる。
【００５６】
以上で、加えられた操作入力に対する一連の処理は完了し、入力操作が続行される限り、ステップＳ８を経て、再びステップＳ１へと戻り、次の操作入力に対する処理を行うことになる。モード設定部３０による設定モードは、現在、電子機器４０が実行中のプログラムに応じて変化するため、ステップＳ３における分岐も、その都度変化することになる。
【００５７】
図１１および図１２は、電子機器４０が実行中のプログラムと、モード設定部３０によって設定されるモードと、の関係の具体的な一例を示す図である。この例は、携帯電話を電子機器４０として用いた場合の例であり、図１１は、地図を表示させるプログラム（以下、地図プログラムという）を実行中の画面表示例を示す図であり、図１２は、何らかのアイコンを選択させるためのプログラム（以下、アイコン選択プログラムという）を実行中の画面表示例を示す図である。ここで、地図プログラムは、画面スクロール機能を有しており、上下左右および斜め４方向を含めた合計８方向のいずれかへの操作入力を与えることにより、画面上の地図が各方向にスクロールする機能を有しているものとし、アイコン選択プログラムは、４列３行に並んだ合計１２個のアイコンのうちの１つを選択させる機能を有しているものとする。なお、アイコン選択プログラムでは、選択されているアイコンは、黒枠カーソルＣＵで囲われた状態で示されるものとし（図の例では、時計アイコンが選択された状態となっている）、上下左右および斜め４方向を含めた合計８方向のいずれかへの操作入力を与えることにより、黒枠カーソルＣＵを各方向に移動させることができるものとする。
【００５８】
このような地図プログラムとアイコン選択プログラムとが用意されていた場合、各プログラムごとに、より適したモード設定を行うことができる。個々のプログラムごとに、いずれのモード設定を行えばよいかは、個々のプログラムの利用形態、操作性、表示対象となる情報量などを総合的に考慮して決める必要があるが、一般的には、図１１に示すような地図プログラムの場合であれば、操作量モードに設定し、図１２に示すようなアイコン選択プログラムの場合であれば、スイッチモードに設定するのが好ましい。地図プログラムの場合、操作量モードに設定しておけば、たとえば、右方向に１０とか、左上方向に４というように、所定の方向と操作量とを入力することができるので、いわばアナログ的な操作が可能になり、スクロール量をアナログ操作量として入力することが可能になる。操作者は、スクロール量を多くしたい場合には、図３に示すスティック３Ｂや図４に示すスティック４Ｃの傾斜角度をより大きくした操作入力を行えばよい。
【００５９】
これに対して、アイコン選択プログラムの場合、スイッチモードに設定しておけば、たとえば、黒枠カーソルＣＵを右へ２列分だけ移動させたい場合には、図３に示すスティック３Ｂや図４に示すスティック４Ｃを、右方向に２回倒す操作入力を行えばよい。この操作は、図２に示す入力装置におけるボタンＢ２２を２回押す操作と同等であり、黒枠カーソルＣＵを正確に右へ２列分だけ移動させることが可能になる。これは、いわばデジタル的な操作に対応し、操作回数に基づいて、正確なデジタル量を電子機器４０に伝えることができるようになる。
【００６０】
なお、モード設定部３０によるモード設定処理は、一般的には、個々のプログラムの作成者の意図に基づいて行うようにすればよい。たとえば、図１１に示すような地図プログラムの場合、この地図プログラムの作成者が、操作量モードで入力を受け付けた方がより適していると判断したのであれば、このプログラム内に、操作量モードにすべき旨の指示を入れておくようにすればよい。もっとも、本発明を実施する上では、モード設定部３０によるモード設定処理は、必ずしもプログラム作成者の意図に従う必要はなく、操作者（プログラムの利用者）の意図によって任意のモード設定を行うようにしてもかまわない。たとえば、電子機器４０内のメモリに、個々のプログラムごとのモード設定を示すテーブルを用意しておき、初期設定としては、個々のプログラムごとに、それぞれ作成者が指示したモードを設定しておき、必要に応じて、操作者がこのテーブルを任意に書き換えることができるようにしておけば、個々のプログラムごとに、操作者が最も操作しやすいと考えるモード設定を行うことが可能になる。
【００６１】
§３．混合モードを用いる実施形態
上述したように、本発明に係る電子機器用入力装置では、モード設定部３０において、操作量モードか、スイッチモードかのいずれかのモード設定を行い、操作入力取扱部２０において、各モードに応じた取り扱いを行うことにより、単一の力センサを利用していながら、アナログ的な操作入力（操作量モード）か、デジタル的な操作入力（スイッチモード）かを、実行中のプログラムに応じて選択的に使い分けることが可能になる。ただ、プログラムによっては、この２通りのモード設定だけでは、必ずしも最適な操作性が得られない場合もある。
【００６２】
たとえば、図１３は、いわゆる表計算プログラムの実行画面の一例を示す図である。このような表計算プログラムでは、縦横に配列された多数のセルからなる画面が表示され、操作者は、特定のセルを選択する操作入力を行う必要がある。たとえば、図示の例では、セルＣ３（Ｃの列、３の行に位置するセル）が選択された状態が示されている。ここでは、選択されたセルにハッチングを施して示してある。このように、ある特定のセルが選択されている状態において、選択セルを別なセルに変更するための方法として、通常、入力装置から方向を示す操作入力を与える方法が用意されている。たとえば、図示の状態において、右方向を示す操作入力が与えられた場合、選択セルは、Ｄ３，Ｅ３，Ｆ３，Ｇ３というように右方向へと移動し、下方向を示す操作入力が与えられた場合、選択セルは、Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７というように下方向へと移動してゆく。もちろん、斜め４方向も含めた合計８方向の操作入力を出力する機能をもった操作入力検出部１０を利用している場合には、右下方向といった斜め方向への操作入力を与えることも可能であり、この場合、選択セルは、Ｄ４，Ｅ５，Ｆ６，Ｇ７というように右下方向へと移動する。
【００６３】
さて、このような表計算プログラムにおける「選択セルの移動」を行うためのプログラムを実行する場合に、いずれのモードが適しているかを考えてみよう。まず、操作量モードに設定した場合を考える。この場合、操作用のスティックを右へ軽く倒した場合の右方向への操作量を１とし、右へ深く倒した場合の右方向への操作量を１０とすれば、スティックを倒す角度により、右方向への１〜１０の操作量を与えることができる。そこで、操作量１を１セル分の移動に対応させることにすれば、選択セルを１セル分だけ右に移動させる操作入力から、選択セルを１０セル分だけ右に移動させる操作入力に至るまで、１０段階の操作入力を与えることができる。もちろん、右だけではなく、上下左右あるいは斜め４方向を含めた各方向について、１〜１０セル分の任意の移動量を入力することが可能である。したがって、操作量モードで操作を行えば、選択セルを一気に所望の位置まで移動させることが可能になる。ただし、移動量の大きさは、スティックを倒す指の力加減で調節する必要があるので、たとえば、右方向に４セル分だけ移動させようと意図して操作入力を行ったとしても、実際には、５セル分移動してしまう、というような事態も起こり得る。この場合、左方向に１セル分だけ戻そうとしたら、今度は、２セル分移動してしまった、というようなことにもなり兼ねない。このように、操作量モードに設定した場合、一度の操作で任意の移動量を指定できるという利点はあるものの、正確な位置調節には向かないという欠点もある。
【００６４】
一方、スイッチモードに設定した場合は、この利点と欠点との関係が逆になる。たとえば、右方向に４セル分だけ移動させたい場合であれば、スティックを右方向に所定量（検出値がしきい値Ｔｈを越えるだけの量）だけ倒す操作を、４回繰り返して行えばよい。所定の検出軸に関してＯＮ状態への切換を示すスイッチ動作の操作入力があるごとに、選択セルを当該検出軸方向に１セル分だけ移動させるような処理が実行されるようにしておけば、スティックを所定方向にｎ回倒す操作を行うことにより、選択セルを当該所定方向に正確にｎセル分だけ移動させることができる。ただし、ｎセル分移動させるためには、スティック操作をｎ回繰り返し行わねばならず、選択セルの移動距離が長くなるほど、操作は煩雑にならざるを得ない。
【００６５】
このように、同一のプログラムであっても、操作者の意図している入力内容に応じて、操作量モードを設定した場合が便利な場合と、スイッチモードを設定した場合が便利な場合とが混在するケースもありうる。このような場合には、第３のモードとして、混合モードなるモード設定を行えるようにするとよい。すなわち、モード設定部３０は、現在、電子機器４０が実行中のプログラムに応じて、操作量モード、スイッチモード、混合モード、の３つのモードを設定する機能を有することになる。ここで、混合モードは、操作量モードとスイッチモードとを混合した取り扱いを行うモードであり、操作入力取扱部２０は、この混合モードが設定されていた場合には、第１のしきい値ＴｈＬと、第２のしきい値ＴｈＨとを用いて、次のような処理を行う（ここで、第１のしきい値ＴｈＬ＜第２のしきい値ＴｈＨである）。まず、操作入力検出部１０によって検出された検出値の絶対値を、第１のしきい値ＴｈＬおよび第２のしきい値ＴｈＨと比較する。そして、検出値の絶対値が、第１のしきい値ＴｈＬを越えていなければ、ＯＦＦ状態を示す信号を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器４０に与える。また、検出値の絶対値が、第１のしきい値ＴｈＬと第２のしきい値ＴｈＨとの間であれば、ＯＮ状態を示す信号を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器４０に与える。更に、検出値の絶対値が、第２のしきい値ＴｈＨを越えていれば、得られた検出値を検出軸についての操作量として電子機器４０に与える。
【００６６】
図１４は、このような処理の概念を示す二次元座標系の図である。既に述べたように、操作入力検出部１０からは、与えられた操作入力が、最寄りのいずれかの選択軸に関する検出値として出力されることになり、この出力は、図１４に示すいずれかの検出軸上の座標点として示される。混合モードで処理を行う操作入力取扱部２０は、この座標点の位置に応じて、次の３通りの処理を選択的に実行することになる。すなわち、原点Ｏを中心として、第１のしきい値ＴｈＬを半径とする境界円αと、第２のしきい値ＴｈＨを半径とする境界円βとを描いた場合に、境界円α内に座標点が位置する場合には、ＯＦＦ状態を示す信号を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器４０に与え、境界円αとβとの間の中間区間に座標点が位置する場合には、ＯＮ状態を示す信号を検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器４０に与え、境界円β外に座標点が位置する場合には、得られた検出値をそのまま検出軸についての操作量として電子機器４０に与える。
【００６７】
別言すれば、力センサのスティックの傾斜角が、境界円α内に含まれる程度の軽い傾斜角であった場合には、当該傾斜方向に対する最寄りの検出軸について、ＯＦＦ状態を示すスイッチ動作信号が電子機器４０に伝えられ、力センサのスティックの傾斜角が、境界円αとβとの間の中間区間に含まれる中程度の傾斜角であった場合には、当該傾斜方向に対する最寄りの検出軸について、ＯＮ状態を示すスイッチ動作信号が電子機器４０に伝えられ、力センサのスティックの傾斜角が、境界円βの外になる程度の深い傾斜角であった場合には、当該傾斜方向に対する最寄りの検出軸について、当該傾斜角に応じた操作量が電子機器４０に与えられることになる。操作者は、スイッチ動作入力を行いたいと意図した場合には、境界円βの内側に相当する範囲内（境界円αの内側も含めて）でのスティック操作を行えばよいし、操作量入力を行いたいと意図した場合には、境界円βの外側に相当するスティック操作を行えばよい。
【００６８】
図１５は、この混合モードが設定されていた場合の操作入力取扱部２０の動作を示す流れ図である。混合モードを含む３種類のモード設定を行う場合、図１０のステップＳ３からの分岐が３通り用意される。前述したように、操作量モードが設定されていた場合にはステップＳ４へ、スイッチモードが設定されていた場合にはステップＳ５へ、それぞれ分岐することになるが、混合モードが設定されていた場合には、ステップＳ３から図１５のステップＳ１１へと分岐することになる。このステップＳ１１では、まず、操作入力検出部１０から出力された検出値の絶対値が第１のしきい値ＴｈＬを越えているか否かが判断される。越えていない場合（境界円α内の場合）は、ステップＳ１２へと進み、ＯＦＦ状態を示す信号が、検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器４０に与えられる。一方、ステップＳ１１において、検出値の絶対値が第１のしきい値ＴｈＬを越えていると判断された場合（境界円α外の場合）は、ステップＳ１３へと進み、今度は、検出値の絶対値が第２のしきい値ＴｈＨを越えているか否かが判断される。越えていない場合（境界円αとβとの間の場合）は、ステップＳ１４へと進み、ＯＮ状態を示す信号が、検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器４０に与えられる。ステップＳ１３において、検出値の絶対値が第２のしきい値ＴｈＨを越えていると判断された場合（境界円β外の場合）は、ステップＳ１５へと進み、得られた検出値がそのまま検出軸についての操作量として電子機器４０に与えられる。こうして、ステップＳ１２，Ｓ１４，Ｓ１５のいずれかの処理が実行されたら、図１０の流れ図のステップＳ８を経て、ステップＳ１へと戻ることになる。
【００６９】
このような混合モードは、たとえば、図１３に示すような表計算プログラムにおいて、選択セルを移動させるための操作入力を行う場合には便利である。たとえば、図１３に示すように、セルＣ３が選択された状態において、選択セルを右へ２セル分だけ移動させ、セルＥ３を選択する操作を行う場合であれば、図１４に示す境界円αとβとの間の中間領域の範囲内でのＸ軸正方向への操作量入力を２回繰り返して実行すればよい。この場合、操作入力取扱部２０は、Ｘ軸正方向へのＯＮ状態を示すスイッチ動作が、繰り返して２回行われたことを示す信号を電子機器４０へと伝えるので、電子機器４０内で動作している「選択セルの移動」を行うためのプログラムが、選択セルを右側（Ｘ軸正方向）へ２セル分だけ移動させる処理を行うことになる。
【００７０】
一方、図１３に示すように、セルＣ３が選択された状態において、選択セルを右へ４セル分だけ移動させ、セルＧ３を選択する操作を行う場合であれば、上述したスイッチ動作入力を４回繰り返して行うことも可能であるが、図１４に示す境界円βの外側に相当するＸ軸正方向への操作量入力（４セル分の移動量に相当する操作量入力）を１回実行すればよい。この場合、操作入力取扱部２０は、Ｘ軸正方向への所定の操作量を電子機器４０へと伝えるので、電子機器４０内で動作している「選択セルの移動」を行うためのプログラムが、選択セルを右側（Ｘ軸正方向）へ４セル分（操作量に相当する分）だけ移動させる処理を行うことになる。もちろん、実際には、４セル分の移動量に相当する操作量を正確に入力することは困難であるが、続けて、スイッチ動作による操作入力を行うことにより、選択セルの位置に対して細かな修正を加えることができるので、実用上は問題は生じない。たとえば、４セル分の移動に相当する操作量を入力するつもりであったのに、実際には３セル分の移動に相当する操作量しか入力されていなかった場合、選択セルは３セル分しか移動しないことになるが、続いて、ＯＮ状態のスイッチ動作入力（境界円αとβとの間の中間領域の範囲内での操作入力）を行えば、所期の目的の位置へ選択セルを移動させることができる。
【００７１】
このように、混合モードの動作では、操作者の意図によって、操作量モードとスイッチモードとを適宜使い分けることができるので、より柔軟な入力操作が可能になり便利である。しかも、操作者は、セルの移動量が大きい場合には、より大きな操作量（境界円βの外側となるような操作量）を加え、セルの移動量が小さい場合には、中程度の操作量（境界円αとβとの中間領域となるような操作量）を何回かに分けて加える、という直感的な操作を行えばよいので、操作性は極めて良好になる。
【００７２】
なお、ここに示す実施形態では、モード設定部３０によって、操作量モード、スイッチモード、混合モードのいずれかのモード設定を行い、操作入力取扱部２０が、この設定されたモードに応じた処理を実行する例を示したが、入力装置の用途に応じては、混合モード専用で動作する装置も十分に利用価値がある。この場合、モード設定部３０を設ける必要はなく、操作入力取扱部２０は、常に、上述した混合モードによる処理を実行することになる。あるいは、操作量モードと混合モードとの２通りのモードを設定する機能を有するモード設定部３０を設け、電子機器４０が実行しているプログラムに応じて、いずれか一方のモードを設定させるようにし、操作入力取扱部２０が、設定されているモードに応じて、操作量モード動作あるいは混合モード動作を行うようにしてもよい。また、スイッチモードと混合モードとの２通りのモードを設定する機能を有するモード設定部３０を設け、電子機器４０が実行しているプログラムに応じて、いずれか一方のモードを設定させるようにし、操作入力取扱部２０が、設定されているモードに応じて、スイッチモード動作あるいは混合モード動作を行うようにしてもよい。
【００７３】
§４．本発明の利用に適した力センサ
本発明に係る電子機器用入力装置の構成要素である操作入力検出部１０は、力センサを利用して構成される。この力センサは、所定の検出軸に沿った操作入力の大きさを連続的な操作量として検出することができる機能を有していればどのようなものを用いてもかまわない。ただ、実用上は、図４および図５に示す一次元力センサか、図３および図６に示す二次元力センサを用いるのが好ましい。特に、二次元力センサを用いれば、加えられた操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分を独立して検出することができるので、Ｘ軸およびＹ軸に関する操作入力だけでなく、前述したＶ軸やＷ軸などの任意の検出軸に関する操作入力の検出が可能になる。
【００７４】
図４に示す一次元力センサは、図５に示すように、上面に一対の固定電極Ｅ１，Ｅ２が形成された基板４Ａを有しており、この各固定電極Ｅ１，Ｅ２と対向するダイヤフラム４Ｂとによって、容量素子Ｃ１，Ｃ２を構成し、その静電容量値の変化に基づいて、スティック４Ｃに加えられた操作入力のＸ軸方向成分を検出する機能を有している。また、既に§１で述べたように、基板４Ａの代わりに、図６に示すような基板５Ａを用い、４枚の固定電極Ｅ１１〜Ｅ１４を配置し、これらに対向するようなダイヤフラムを設ければ、４組の容量素子Ｃ１１〜Ｃ１４を有する二次元力センサを構成することができる。この二次元力センサでは、Ｘ軸正方向上に配置された容量素子Ｃ１１の静電容量値とＸ軸負方向上に配置された容量素子Ｃ１２の静電容量値との差に基づいて、加えられた操作入力のＸ軸方向成分を検出することができ、Ｙ軸正方向上に配置された容量素子Ｃ１３の静電容量値とＹ軸負方向上に配置された容量素子Ｃ１４の静電容量値との差に基づいて、加えられた操作入力のＹ軸方向成分を検出することができる。
【００７５】
このような二次元力センサは、結局、ＸＹ平面に沿った固定面を有する固定要素（基板５Ａ）と、この固定面に対向する変位面をもった変位要素（ダイヤフラム）と、４組の検出子（容量素子Ｃ１１〜Ｃ１４）と、を有し、加えられた操作入力に基づいて変位要素が固定要素に対して変位を生じるように構成され、かつ、４組の検出子が、Ｘ軸正方向上、Ｘ軸負方向上、Ｙ軸正方向上、Ｙ軸負方向上にそれぞれ配置され、Ｘ軸上に配置された検出子によって、加えられた操作入力のＸ軸方向成分を検出し、Ｙ軸上に配置された検出子によって、加えられた操作入力のＹ軸方向成分を検出することができるタイプのセンサということになる。本発明に係る電子機器用入力装置には、このようなタイプの二次元力センサを用いるのが適している。
【００７６】
なお、実用上は、更に、加えられた操作入力のＺ軸方向成分を検出できるようにし、検出されたＺ軸方向成分に基づいて、操作入力検出部１０から電子機器４０に対して、クリック操作の入力が行われるようにするのが好ましい。このクリック操作の入力は、図１に示すスイッチを利用した４方向入力装置における中央ボタンＢ１５の操作や、図２に示すスイッチを利用した８方向入力装置における中央ボタンＢ２９の操作に相当するものである。たとえば、図１２に示すアイコン選択画面において、黒枠カーソルＣＵを移動させて所望のアイコンを選択した後、当該選択アイコンに対応するアプリケーションソフトウエアを起動する操作を行うような場合は、通常、クリック操作（いわゆるダブルクリック操作も含む）を要求する仕様になっていることが多い。また、図１３に示す表計算プログラムの画面において、選択セルを決定した後、当該選択セルに対して何らかの操作を加える場合にも、クリック操作を要求する仕様になっていることが多い。このように、一般的な電子機器の操作入力には、上下左右の４方向あるいは斜めを含めた８方向の方向を示す操作入力とともに、方向の概念をもたないクリック操作入力が利用されることが多い。したがって、実用上は、加えられた操作入力のＺ軸方向成分をクリック操作入力として独立して検出できる機能を設けておくのが好ましい。以下、本発明に係る電子機器用入力装置に利用するのに適した、Ｚ軸方向成分をクリック操作入力として検出する機能を有する具体的な力センサの例を３つの実施例について説明する。
【００７７】
(1) 第１の実施例に係る力センサ
図１６は、本発明に係る電子機器用入力装置に利用するのに適した第１の実施例に係る力センサの側断面図であり、その基本的な技術思想は、特開２００１−１６５７９０号公報に開示されている。この力センサの主たる構成要素は、基板１１０と、変位生成体１２０と、この変位生成体１２０を基板１１０上に取り付けるための取付具１３０である。ここでは、説明の便宜上、図面における右方向にＸ軸、上方向にＺ軸、紙面に垂直方向にＹ軸をとり、ＸＹＺ三次元座標系を定義する。基板１１０は、上面がＸＹ平面に含まれ、この上面の中心部に座標系の原点Ｏがくるように配置されている。一方、変位生成体１２０は、基板上方のＺ軸を中心とした位置に配置され、操作入力を受けて変位する変位部１２１と、基板に固定された固定部１２３と、変位部１２１と固定部１２３とを接続する接続部１２２と、弾性変形部１２４と、によって構成されている。
【００７８】
変位部１２１は円柱状の部材であり、接続部１２２は、この変位部１２１の周囲に形成された椀を伏せた形状の肉薄の部材であり、固定部１２３は、更にその周囲に形成された円環状の部材である。固定部１２３は取付具１３０によって、基板１１０上に固定されている。また、弾性変形部１２４は、変位部１２１の下面に形成された円柱状の部材である。この変位生成体１２０自体は、シリコンゴムから構成されており、全体として弾性変形を生じる性質を有する。特に、厚みの薄い接続部１２２と、下方に突出した弾性変形部１２４とは、大きな弾性変形を生じる構造となっている。
【００７９】
変位部１２１の下面には、接触用変位電極Ｆ２０Ａ，配線用電極Ｆ２０Ｂ，変位電極Ｆ２０Ｃなる３種類の電極（導電層）が形成されている。接触用変位電極Ｆ２０Ａは、弾性変形部１２４の底面に形成された円盤状の導電層からなり、配線用電極Ｆ２０Ｂは、弾性変形部１２４の側面に形成された円筒状の導電層からなり、変位電極Ｆ２０Ｃは、変位部１２１の底面の周囲部分に形成されたワッシャ状の導電層からなる。配線用電極Ｆ２０Ｂは、接触用変位電極Ｆ２０Ａと変位電極Ｆ２０Ｃとの間の配線層として機能し、これら３種類の電極は相互に接続された１枚の導電層を構成している。一方、基板１１０の上面には、図１７の上面図に示すように、合計９枚の電極（図では、電極パターンの形状を明らかにするために、各電極部分にハッチングを施して示す）が形成されている。最も内側には、４枚の接触用固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４がＸ軸もしくはＹ軸上の位置に配置されており、その周囲には円環状の固定電極Ｅ２９が配置されている。更にその外側には、４枚の固定電極Ｅ２５〜Ｅ２８がＸ軸もしくはＹ軸上の位置に配置されている。ここで、４枚の接触用固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４は、接触用変位電極Ｆ２０Ａと接触可能な位置に配置されており、５枚の固定電極Ｅ２５〜Ｅ２９は、ワッシャ状の変位電極Ｆ２０Ｃに対向する位置に配置されている。
【００８０】
ここでは、固定電極Ｅ２５〜Ｅ２９と、これに対向するワッシャ状の変位電極Ｆ２０Ｃとによって構成される容量素子を、それぞれ容量素子Ｃ２５〜Ｃ２９と呼ぶことにする。これらの各容量素子は、変位部１２１の変位に起因して静電容量値が変化する検出子として機能する。ただし、基板１１０の上面に形成された各固定電極Ｅ２１〜Ｅ２９に対しては、図示されていない配線層によって、この力センサ用の信号処理回路に対する配線がなされているが、変位部１２１側に形成された変位電極Ｆ２０Ｃに対しては、何ら配線は施されていない。したがって、図１６に示すように、変位部１２１に対して何ら操作入力が加えられていない状態では、接触用変位電極Ｆ２０Ａと各接触用固定電極Ｅ２１とは非接触の状態であり、変位電極Ｆ２０Ａ，Ｆ２０Ｂ，Ｆ２０Ｃは、電気的な浮遊状態を維持する。このため、容量素子Ｃ２５〜Ｃ２９の静電容量値を信号処理回路側で検出することはできない。
【００８１】
しかしながら、変位部１２１に所定の操作入力が加えられ、この操作入力が負のＺ軸方向成分を有していれば、可撓性をもった接続部１２２が撓みを生じ、変位部１２１が基板１１０に対して変位を生じることになり、弾性変形部１２４の下端が基板１１０に接近することになる。やがて、接触用変位電極Ｆ２０Ａが、接触用固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４のいずれかに接触するのに十分なＺ軸方向成分をもった操作入力が加えられると、変位電極Ｆ２０Ｃは、接触用固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４のいずれかに接触状態となった接触用変位電極Ｆ２０Ａを介して、信号処理回路に接続されることになり、操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分がそれぞれ独立して検出される。すなわち、容量素子Ｃ２５の静電容量値と容量素子Ｃ２６の静電容量値との差に基づいてＸ軸方向成分の検出がなされ、容量素子Ｃ２７の静電容量値と容量素子Ｃ２８の静電容量値との差に基づいてＹ軸方向成分の検出がなされる。なお、この実施例では、更に、容量素子Ｃ２９の静電容量値に基づいて、Ｚ軸方向成分の検出も可能である。
【００８２】
図１８は、この図１６に示す力センサの等価回路である。上述したように、基板１１０側の電極Ｅ２１〜Ｅ２９に対しては配線が施され、それぞれ端子Ｔ２１〜Ｔ２９に接続されているが、変位部１２１側に形成された各電極Ｆ２０Ａ，Ｆ２０Ｂ，Ｆ２０Ｃは、通常は、図示のとおり電気的に浮遊状態となっている。ところが、Ｚ軸方向成分をもった操作入力が加えられると、スイッチＳＷとして機能する接触用変位電極Ｆ２０Ａが、接触用固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４のいずれかに接触状態となるので、この接触状態になった接触用固定電極に配線されている端子（Ｔ２１〜Ｔ２４のいずれか）と、端子Ｔ２５〜Ｔ２９との間の静電容量値を測定することにより、各容量素子Ｃ２５〜Ｃ２９の静電容量値を得ることができる。
【００８３】
たとえば、操作者が、変位部１２１の上面を、基板１１０に向かって押し込みつつ（Ｚ軸負方向の力を加えつつ）、Ｘ軸正方向への力を加えたとすると、各容量素子Ｃ２５〜Ｃ２９を構成する電極の間隔はいずれも短くなるが、接続部１２２の撓みや弾性変形部１２４の弾性変形に基づいて、変位部１２１がＸ軸正方向へ偏って変位するため、Ｘ軸正方向上に配置された容量素子Ｃ２５を構成する電極間隔は、Ｘ軸負方向上に配置された容量素子Ｃ２６を構成する電極間隔よりも更に短くなり、容量素子Ｃ２５の静電容量値の方が容量素子Ｃ２６の静電容量値よりも大きくなる。かくして、Ｘ軸上に配置された両容量素子Ｃ２５，Ｃ２６の静電容量値の差を測定すれば、操作入力のＸ軸方向成分を得ることができる。同様に、Ｙ軸上に配置された両容量素子Ｃ２７，Ｃ２８の静電容量値の差を測定すれば、操作入力のＹ軸方向成分を得ることができ、また、容量素子Ｃ２９の静電容量値を測定すれば、操作入力のＺ軸方向成分を得ることもできる。
【００８４】
もっとも、このような各容量素子の静電容量値を検出することができるのは、図１８に示す等価回路におけるスイッチＳＷがＯＮになった以降、すなわち、接触用変位電極Ｆ２０Ａが、接触用固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４のいずれかに接触状態となった後である。これは、この力センサが、いわゆる「遊び」の領域を有していることを意味し、操作者が変位部１２１にわずかな操作入力を加えたとしても、そのような操作入力は、信号処理回路によっては検出されないことになる。別言すれば、この実施例に係る力センサを用いた電子機器用入力装置では、変位部１２１の上面をある程度の力で押し込むような操作入力を加えたときに限り、当該操作入力が有効なものとして検出されることになる。
【００８５】
なお、この実施例に係る力センサを用いた場合のクリック操作（Ｘ軸もしくはＹ軸への方向成分をもたない、Ｚ軸負方向のみへの入力操作）の検出は、接触用変位電極Ｆ２０Ａと、４枚の接触用固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４との接触状態に基づいて行うことが可能である。具体的には、たとえば、変位部１２１に対して、Ｚ軸負方向のみへの入力操作が加われば、図１６に示す弾性変形部１２４がそのまま真下へ平行移動し、４枚の接触用固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４のすべてに接触した状態になるので、図１８に示す等価回路において、端子Ｔ２１〜Ｔ２４のすべてが短絡状態になったことが検出されたときに、クリック操作があったものとして取り扱うようにすればよい。あるいは、容量素子Ｃ２９の静電容量値が所定のしきい値以上になっているにもかかわらず、有意なＸ軸方向成分も有意なＹ軸方向成分も検出されていない場合には、弾性変形部１２４が真下へ平行移動したものと判断し、クリック操作があったものとして取り扱うことも可能である。なお、この後者の方法でクリック操作を検出する場合は、図１７に示す４枚の接触用固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４を、互いに短絡している１枚の電極におきかえてもかまわない。
【００８６】
図１９は、上述した第１の実施例に係る力センサ（図１６に示す力センサ）の変形例を示す側断面図である。図１６に示す力センサと異なる点は、弾性変形部１２４を設けていない変位生成体１２０Ａを用い、変位部１２１の下面全体に円盤状の変位電極ＦＦ２０（図１６に示す力センサにおける接触用変位電極Ｆ２０Ａ，配線用電極Ｆ２０Ｂ，変位電極Ｆ２０Ｃの機能を兼ねる）を形成した点と、基板１１０上には、図１６に示す接触用固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４の代わりに、若干高さのある接触用固定電極ＥＥ２１〜ＥＥ２４を設けた点である。高さのある接触用固定電極ＥＥ２１〜ＥＥ２４を設けたことにより、変位電極ＦＦ２０の中央部分が接触用固定電極ＥＥ２１〜ＥＥ２４と接触しやすくなるため、弾性変形部１２４を設けなくても、図１６に示す力センサとほぼ同等の機能を果たすことができるようになる。この変形例の場合も、クリック操作を容量素子Ｃ２９の静電容量値に基づいて検出するのであれば、４枚の接触用固定電極ＥＥ２１〜ＥＥ２４は、互いに短絡した１枚の電極におきかえることができる。
【００８７】
(2) 第２の実施例に係る力センサ
図２０は、本発明に係る電子機器用入力装置に利用するのに適した第２の実施例に係る力センサの側断面図であり、その基本的な技術思想は、特開２００２−１８１６４０号公報に開示されている。この力センサの主たる構成要素は、基板２１０と、変位生成体２２０と、この変位生成体２２０の中央部を覆うキャップ２３０と、この変位生成体２２０を基板２１０上に取り付けるための取付具２４０である。ここでは、説明の便宜上、図面における右方向にＸ軸、上方向にＺ軸、紙面に垂直方向にＹ軸をとり、ＸＹＺ三次元座標系を定義する。基板２１０は、上面がＸＹ平面に含まれ、この上面の中心部に座標系の原点Ｏがくるように配置されている。一方、変位生成体２２０は、基板上方のＺ軸を中心とした位置に配置され、操作入力を受けて変位する変位部２２１と、基板に固定された固定部２２３と、変位部２２１と固定部２２３とを接続する接続部２２２と、によって構成されている。
【００８８】
変位部２２１は円柱状の部材であり、接続部２２２は、この変位部２２１の周囲に形成されたワッシャ状の肉薄の部材であり、固定部２２３は、更にその周囲に形成された円環状の部材である。固定部２２３は取付具２４０によって、基板２１０上に固定されている。キャップ２３０は、その本体として機能する操作体２３１と、この操作体２３１の中心位置から下方へと伸びた押圧棒２３２と、によって構成されており、変位部２２１に接着されている。変位部２２１の中心位置（Ｚ軸に沿った部分）には、押圧棒２３２を挿通するための貫通孔が形成されており、押圧棒２３２は、変位部２２１の下面から更に下方へと突出している。この実施例では、変位生成体２２０はゴムなどの弾性材料によって構成され、キャップ２３０はプラスチックなどの剛性材料によって構成されている。接続部２２２の部分は肉厚が薄い弾性材料で構成されることになるため、十分な可撓性を有している。
【００８９】
基板２１０は、平板状の基本構成要素であり、この実施例の場合、一般的な回路実装用のプリント回路基板を用いている。このように基板２１０としてプリント回路基板を用いると、電極や配線を基板２１０上に形成することが容易になり、量産に適した力センサを実現することができる。図２１は、この基板２１０の上面図である。基板２１０の中心、すなわち、原点Ｏの位置には、薄型スイッチ２５０が配置されている。この薄型スイッチ２５０は、クリック操作入力の検出に用いられるスイッチであり、上方から押し込むような力（Ｚ軸方向成分を有する押圧力）に基づいて動作する。すなわち、定常状態ではＯＦＦ状態を維持しているが、押圧力が加わるとＯＮ状態に変化する。薄型スイッチ２５０の具体的な構造は、どのようなものを採用してもかまわないが、この実施例では、金属ドーム２５１（基板２１０の中心位置に、椀を伏せるようにして配置されている）の変形を利用して動作する機械式スイッチを用いている。
【００９０】
この薄型スイッチ２５０の周囲には、４枚の内側電極Ｅ３１〜Ｅ３４が形成されており、更にその外側には、円環状の単一の共通外側電極Ｅ３０が形成されている。ここで、第１の内側電極Ｅ３１はＸ軸正方向位置に配置され、第２の内側電極Ｅ３２はＸ軸負方向位置に配置され、第３の内側電極Ｅ３３はＹ軸正方向位置に配置され、第４の内側電極Ｅ３４はＹ軸負方向位置に配置されている。各内側電極はいずれも形状および大きさが同一となっており、原点Ｏから同一距離だけ離れた位置に、Ｘ軸もしくはＹ軸に関して対称となるように配置されている。これは、Ｘ軸操作入力とＹ軸操作入力との感度を等しくし、かつ、両者の干渉を避けるための配慮である。一方、共通外側電極Ｅ３０は、各内側電極Ｅ３１〜Ｅ３４の周囲を取り囲むように配置された単一の円環状の電極であり、その中心は原点Ｏに一致する。この共通外側電極Ｅ３０の更に外側に破線で描かれた円は、図２０に示されている変位生成体２２０の外周輪郭位置を示している。
【００９１】
もっとも、共通外側電極Ｅ３０は必ずしも物理的に単一の環状電極によって構成する必要はない。すなわち、原理的には、第１の内側電極Ｅ３１より外側に配置された第１の外側電極と、第２の内側電極Ｅ３２より外側に配置された第２の外側電極と、第３の内側電極Ｅ３３より外側に配置された第３の外側電極と、第４の内側電極Ｅ３４より外側に配置された第４の外側電極と、を基板上に配置すればよい。ただ、後述するように、この実施例で用いる検出回路では、これら各外側電極は電気的に等電位になるように接続されるので、実用上は、物理的に独立した４枚の外側電極をそれぞれ配置するよりも、図示のとおり、物理的に単一の共通外側電極Ｅ３０を配置するのが好ましい。
【００９２】
図２０の側断面図は、この力検出装置をＸＺ平面で切断した断面図に相当する。ただ、図が繁雑になるのを避けるため、この図２０および後述する図２２では、基板２１０上に形成された各電極については、その断面部分のみを示し、断面より奥に見える部分についての図示は省略している。また、４枚の内側電極Ｅ３１〜Ｅ３４の上面には、それぞれ絶縁膜Ｒが形成されている（図２１の上面図においては、絶縁膜Ｒの図示は省略されている）。この絶縁膜Ｒは、ある程度の抵抗をもった一般的なレジスト層によって構成すればよい。
【００９３】
一方、変位生成体２２０の下面（変位部２２１の外側部分および接続部２２２の内側部分）には、ワッシャ状の変位電極Ｅ４０が配置されている。この変位電極Ｅ４０は、図２０の側断面図に示されているとおり、各内側電極Ｅ３１〜Ｅ３４と、共通外側電極Ｅ３０とのそれぞれに対向するような形状および大きさを有しており、変位生成体２２０下面の変位を生じる位置に形成されている。その結果、第１の内側電極Ｅ３１と変位電極Ｅ４０の一部分とによって第１の容量素子Ｃ３１が形成され、第２の内側電極Ｅ３２と変位電極Ｅ４０の一部分とによって第２の容量素子Ｃ３２が形成され、第３の内側電極Ｅ３３と変位電極Ｅ４０の一部分とによって第３の容量素子Ｃ３３が形成され、第４の内側電極Ｅ３４と変位電極Ｅ４０の一部分とによって第４の容量素子Ｃ３４が形成されることになる。各内側電極Ｅ３１〜Ｅ３４の上面に形成された絶縁膜Ｒは、各内側電極と変位電極Ｅ４０とが電気的に接触しないようにする機能を果たしている。
【００９４】
続いて、この力センサの機能を説明しよう。ここでは、図２２に示すような操作入力Ｆ３１が加えられた場合を例にとって説明を行うことにする。このようなＸ軸正方向への操作入力Ｆ３１が加えられると、変位生成体２２０は図２２に示すような変形を生じる。すなわち、操作入力Ｆ３１により接続部２２２が撓み、変位部２２１がＸ軸正方向に向けて傾斜することになる。このとき、押圧棒２３２の先端が支点の役割を果たすことになるが、押圧棒２３２を下方（Ｚ軸負方向）に押すための十分な力はまだ作用していないため、薄型スイッチ２５０はＯＦＦ状態のままである。このように、変位部２２１がＸ軸正方向に向けて傾斜すると、第１の容量素子Ｃ３１（第１の内側電極Ｅ３１と変位電極Ｅ４０の対向部分とによって構成される容量素子）の電極間隔は狭くなり、逆に、第２の容量素子Ｃ３２（第２の内側電極Ｅ３２と変位電極Ｅ４０の対向部分とによって構成される容量素子）の電極間隔は広くなる。その結果、第１の容量素子Ｃ３１の静電容量値Ｃ３１は増加し、第２の容量素子Ｃ３２の静電容量値Ｃ３２は減少する。したがって、静電容量値Ｃ３１，Ｃ３２の差をとれば、この差は、変位部２２１のＸ軸方向への傾斜量を示すことになる。
【００９５】
逆に、変位部２２１をＸ軸負方向に向けて傾斜させるような操作入力が加えられた場合は、図２２における左右を逆にした状態となり、第１の容量素子Ｃ３１の静電容量値Ｃ３１は減少し、第２の容量素子Ｃ３２の静電容量値Ｃ３２は増加する。したがって、静電容量値Ｃ３１，Ｃ３２の差をとれば、この差の符号は逆転する。結局、静電容量値Ｃ３１，Ｃ３２の差の符号は、加えられた操作入力のＸ軸方向成分の符号（Ｘ軸正方向か、Ｘ軸負方向か）を示し、差の絶対値は、加えられた操作入力のＸ軸方向成分の絶対値を示すことになる。同様に、Ｙ軸方向成分の符号および操作量は、第３の容量素子Ｃ３３の静電容量値Ｃ３３と第４の容量素子Ｃ３４の静電容量値Ｃ３４との差によって検出することができる。
【００９６】
なお、ここでは、所定の操作入力が与えられたときに、Ｘ軸上あるいはＹ軸上に配置された一対の容量素子の静電容量値の一方が増加し、他方が減少する、というケースを示したが、場合によっては、一対の容量素子の静電容量値が双方ともに増加する、というケースもありうる。たとえば、押圧棒２３２が変形する材質から構成されており、操作入力Ｆ３１を加えることにより長さ方向に収縮するような場合、操作入力Ｆ３１の作用により全容量素子の電極間隔が狭くなり、全容量素子の静電容量値が増加する。しかし、このように全容量素子の静電容量値が増加するような場合であっても、Ｘ軸上あるいはＹ軸上に配置された一対の容量素子の静電容量値の差によって、操作入力のＸ軸方向成分あるいはＹ軸方向成分を検出できる点については変わりはない。
【００９７】
実際には、図２３に示すような検出回路を用意しておき、Ｘ軸方向成分およびＹ軸方向成分の検出を行うようにすればよい。ここで、Ｃ／Ｖ変換回路２６１〜２６４は、それぞれ容量素子Ｃ３１〜Ｃ３４の静電容量値を電圧値Ｖ３１〜Ｖ３４に変換する回路であり、差分回路２６５，２６６は、各電圧値の差を出力する回路である。すなわち、差分回路２６５が出力端子Ｔｘに出力する信号は、電圧値Ｖ３１とＶ３２との差であり、静電容量値Ｃ３１とＣ３２との差を示す信号ということになる。これは、加えられた操作入力のＸ軸方向成分を示す信号である。同様に、差分回路２６６が出力端子Ｔｙに出力する信号は、電圧値Ｖ３３とＶ３４との差であり、静電容量値Ｃ３３とＣ３４との差を示す信号ということになる。これは、加えられた操作入力のＹ軸方向成分を示す信号である。
【００９８】
このように、２組の容量素子の静電容量値の差に基づいて、作用した力の方向および量を検出する手法は、既に従来の容量式力センサで利用されている技術であるが、ここに示す実施例の特徴は、各容量素子Ｃ３１〜Ｃ３４の静電容量値の検出を行うために、各内側電極Ｅ３１〜Ｅ３４と、これに対向する変位電極Ｅ４０との間の静電容量値を直接測定する代わりに、各内側電極Ｅ３１〜Ｅ３４と、共通外側電極Ｅ３０との間の静電容量値を測定する点にある。たとえば、加えられた操作入力のＸ軸方向成分がある程度大きい場合、図２２に示すように、変位部２２１がＸ軸正方向に向けて所定量だけ傾斜し、変位電極Ｅ４０の一部が共通外側電極Ｅ３０の一部に接触することになる。したがって、この状態では、共通外側電極Ｅ３０と変位電極Ｅ４０とが導通状態となっており、第１の内側電極Ｅ３１と共通外側電極Ｅ３０との間の静電容量は、第１の容量素子Ｃ３１の静電容量値Ｃ３１を示すことになる。結局、Ｘ軸正方向の操作入力、Ｘ軸負方向の操作入力、Ｙ軸正方向の操作入力、Ｙ軸負方向の操作入力のいずれの操作入力があったとしても、その操作量が所定のしきい値以上であれば、変位電極Ｅ４０と共通外側電極Ｅ３０とがいずれかの箇所で接触した状態になるので、共通外側電極Ｅ３０と各内側電極Ｅ３１〜Ｅ３４との間の電気的特性を測定することにより、各容量素子Ｃ３１〜Ｃ３４の静電容量値を求めることが可能になり、与えられた操作入力の各軸方向成分の検出が可能になる。
【００９９】
別言すれば、図２３に示す回路において、容量素子Ｃ３１〜Ｃ３４として描かれている一方の電極はそれぞれ内側電極Ｅ３１〜Ｅ３４であるが、もう一方の電極は、本来、容量素子の対向電極となるべき変位電極Ｅ４０ではなく、基板２１０側に形成された共通外側電極Ｅ３０ということになる。したがって、図２３に示す検出回路が、本来の検出処理を実行するためには、変位電極Ｅ４０と共通外側電極Ｅ３０とがいずれかの箇所で接触し、電気的に導通状態となっていることが前提となる。一般的には、共通外側電極Ｅ３０を接地電位に接続しておくようにし、変位電極Ｅ４０と共通外側電極Ｅ３０とが接触した場合に、変位電極Ｅ４０が接地電位となるような構成にしておけばよい。
【０１００】
なお、この実施例の力センサでは、前述したように、薄型スイッチ２５０により、クリック操作（Ｘ軸もしくはＹ軸への方向成分をもたない、Ｚ軸負方向のみへの入力操作）の検出が可能になる。薄型スイッチ２５０は、押圧棒２３２に加えられた押圧力（Ｚ軸負方向への力）に基づいてＯＮ状態となるＯＮ／ＯＦＦスイッチであるので、この薄型スイッチ２５０の動作に基づいて、操作入力検出部から電子機器に対して、クリック操作の入力を行うことができる。
【０１０１】
(3) 第３の実施例に係る力センサ
図２４は、本発明に係る電子機器用入力装置に利用するのに適した第３の実施例に係る力センサの側断面図であり、その基本的な技術思想は、特開２００１−３１１６７１号公報に開示されている。この力センサの主たる構成要素は、基板３１０と、変位生成体３２０と、この変位生成体３２０を基板３１０上に取り付けるための取付具３３０である。ここでは、説明の便宜上、図面における右方向にＸ軸、上方向にＺ軸、紙面に垂直方向にＹ軸をとり、ＸＹＺ三次元座標系を定義する。基板３１０は、上面がＸＹ平面に含まれ、この上面の中心部に座標系の原点Ｏがくるように配置されている。一方、変位生成体３２０は、基板上方のＺ軸を中心とした位置に配置され、操作入力を受けて変位する変位部３２１と、基板に固定された固定部３２３と、変位部３２１と固定部３２３とを接続する接続部３２２と、によって構成されている。
【０１０２】
変位部３２１は円柱状の部材であり、接続部３２２は、この変位部３２１の周囲に形成された椀状の肉薄の部材であり、固定部３２３は、更にその周囲に形成された方環状の部材である。固定部３２３は取付具３３０によって、基板３１０上に固定されている。この実施例では、変位生成体３２０は絶縁性シリコンゴムを一体成型することにより構成されている。接続部３２２の部分は肉厚が薄いために十分な可撓性を有している。図２５は、変位部３２１に対して、Ｚ軸負方向への操作入力を加えた場合の変位生成体３２０全体の変形態様を示す側断面図である。接続部３２２に撓みが生じることにより、変位部３２１全体が下方へと移動している。
【０１０３】
基板３１０は、上述のとおり、ＸＹ平面に沿った上面を有する平板状の剛体からなる基板であり、この実施例では、ガラスエポキシ基板が用いられている。基板３１０の材質は特に限定されるものではないが、後述するように、その上面には互いに電気的に独立した複数の抵抗体を形成する必要があるため、少なくとも抵抗体の形成面には絶縁性をもたせておく必要がある。したがって、実用上は、絶縁性材料からなるガラスエポキシ基板、ポリイミド基板、ガラス基板などを用いるのが好ましい。もちろん、金属板を基板３１０として用いることも可能であるが、この場合、少なくとも上面の抵抗体形成部分には、絶縁膜を形成する必要がある。
【０１０４】
図２６は、この基板３１０の上面図であり、一点鎖線の矩形は、この上に配置される変位生成体３２０の位置を示している。図２４に示されている基板３１０の断面は、図２６に示す基板３１０をＸ軸に沿って切断した断面である。基板３１０の上面は、ＸＹＺ三次元座標系のＸＹ平面に含まれ、その中心に原点Ｏが定義されている。図示の通り、この基板３１０の上面には、６つの抵抗体Ｒ１〜Ｒ６が形成されている。これらの抵抗体Ｒ１〜Ｒ６は、この実施例の場合、いずれも平板状のカーボンからなる抵抗体であるが、後述する測定に適した抵抗値を有する材質であれば、どのような材質のものを用いてもよく、また、どのような形状のものを用いてもよい。ただ、実用上は、カーボンなどの材料を用いて、基板３１０の上面に印刷により形成することができる平板状の抵抗体を用いるのが好ましい。
【０１０５】
ここで、重要な点は、これら抵抗体Ｒ１〜Ｒ６の配置である。図示のとおり、第１の抵抗体Ｒ１は基板３１０の上面のＸ軸正領域に配置されており、第２の抵抗体Ｒ２は基板３１０の上面のＸ軸負領域に配置されており、第３の抵抗体Ｒ３は基板３１０の上面のＹ軸正領域に配置されており、第４の抵抗体Ｒ４は基板３１０の上面のＹ軸負領域に配置されている。これら４枚の抵抗体Ｒ１〜Ｒ４は、いずれも同一の大きさをもった長方形状をしており、Ｘ軸もしくはＹ軸に関して線対称となるように配置されている。また、原点Ｏと各抵抗体Ｒ１〜Ｒ４との距離も同一となるように配置されている。後述するように、第１の抵抗体Ｒ１および第２の抵抗体Ｒ２は、加えられた操作入力のＸ軸方向成分の検出に用いられ、第３の抵抗体Ｒ３および第４の抵抗体Ｒ４は、加えられた操作入力のＹ軸方向成分の検出に用いられる。
【０１０６】
一方、第５の抵抗体Ｒ５および第６の抵抗体Ｒ６は、互いに同一の大きさをもった正方形状をした平板状抵抗体である。ここで、第５の抵抗体Ｒ５は、その中心点が原点Ｏの位置にくるように配置されているのに対して、第６の抵抗体Ｒ６は、これら抵抗体群の右下あたりに配置されている。後述するように、第５の抵抗体Ｒ５および第６の抵抗体Ｒ６は、加えられた操作入力のＺ軸方向成分の検出に用いられる。ただし、Ｚ軸方向成分の本来の検出値は第５の抵抗体Ｒ５から得られ、第６の抵抗体Ｒ６は、標準となる抵抗値の参照用として用いられるにすぎない。したがって、ここでは、第５の抵抗体Ｒ５を「Ｚ軸用抵抗体」と呼び、第６の抵抗体Ｒ６を「参照用抵抗体」と呼ぶことにする。Ｚ軸用抵抗体Ｒ５は、原理的には、基板３１０の上面のどの位置に配置してもかまわないが、検出感度を高める上では、原点Ｏの位置（Ｚ軸に交差する位置）に配置するのが好ましい。これは、本実施形態に係る変位生成体３２０の構造上、その中心部分（Ｚ軸に交差する部分）における変位が最も大きくなるためである。これに対して、参照用抵抗体Ｒ６は、単に抵抗値を参照するために利用される抵抗体であるので、基板３１０上の任意の位置に配置してかまわない。
【０１０７】
変位生成体３２０は、この基板３１０の上面に配置される部材である。この変位生成体３２０の中央部分に位置する変位部３２１の下面には、図２７に示すように、５つの接触用導電体Ｋ１〜Ｋ５が形成されている。接触用導電体Ｋ１〜Ｋ５は、いずれも半球状をしており、弾性変形する導電性材料によって構成されている。ここでは、弾性変形する導電性材料として、導電性シリコンゴムを用いており、接触用導電体Ｋ１〜Ｋ５は、いずれも導電性シリコンゴムを椀状に成型し、変位部３２１の下面に接着したものである。ここで、これら接触用導電体Ｋ１〜Ｋ５の配置は重要である。すなわち、接触用導電体Ｋ１〜Ｋ５は、それぞれ抵抗体Ｒ１〜Ｒ５に対向する位置に配置されている。図１の側断面図には、接触用導電体Ｋ１，Ｋ２，Ｋ５が、それぞれ抵抗体Ｒ１，Ｒ２，Ｒ５に対向する位置に配置されている様子が明瞭に示されている。なお、参照用抵抗体Ｒ６に対向する位置には、何ら接触用導電体は設けられていない。これは、前述したように、参照用抵抗体Ｒ６が抵抗値を参照するために利用される抵抗体であるためである。
【０１０８】
図２５に示すように、変位部３２１にＺ軸負方向成分を含む操作入力が加わると、接続部３２２に撓みが生じ、変位部３２１の下面が基板３１０の上面に対して変位を生じ、各接触用導電体Ｋ１〜Ｋ５が各抵抗体Ｒ１〜Ｒ５に接触し、更にその接触状態が変化する。より具体的には、各接触用導電体の各抵抗体に対する接触面の面積が変化することになる。本実施例に係る力センサの基本原理は、このような接触面の面積を抵抗体の抵抗値の変化として検出し、加えられた操作入力の大きさを求めようとする点にある。その原理は次のとおりである。
【０１０９】
いま、図２８(a) の側断面図に示されているように、基板３１０の上面に１枚の抵抗体Ｒが形成され、変位部３２１の下面に半球状の接触用導電体Ｋが形成されているものとしよう。図２８(a) は、変位部３２１が基板３１０に接近するように変位し、接触用導電体Ｋが、その下端点において、抵抗体Ｒの中心にほぼ点接触している状態を示している。図２８(b) は、このときの抵抗体Ｒの上面図であり、中心位置に示す黒丸Ｓは、接触用導電体Ｃの接触面を示している。このように、接触用導電体Ｋの下端点が抵抗体Ｒの表面にほぼ点接触している状態では、接触面Ｓは点に近い微小円となる。
【０１１０】
さて、ここで、図２８(b) に示すように、抵抗体Ｒの左右両端から配線を引き出し、これらの配線の端部に端子Ｔ１，Ｔ２を接続し、この両端子Ｔ１，Ｔ２間の抵抗値を測定してみたとする。別言すれば、抵抗体Ｒ上の「接触用導電体Ｋの接触位置（接触面Ｓ）」を挟む２点間の抵抗値が測定されることになる。この場合、接触面Ｓは点に近い微小円であるため、測定される抵抗値に、接触用導電体Ｋはほとんど影響を及ぼすことはなく、測定により得られる抵抗値は、抵抗体Ｒがもっている本来の抵抗値に近い値ということになる。図２８(c) は、このような測定系の等価回路である。接触用導電体Ｋから下方に伸びた矢印は抵抗体Ｒの中央の点に接触しているだけであり、両端子Ｔ１，Ｔ２間には、抵抗体Ｒの本来の抵抗値が現れるだけである。
【０１１１】
これに対して、図２９(a) の側断面図に示されているように、変位部３２１に対して加えられる図の下方（Ｚ軸負方向）への操作入力が更に大きくなったとすると、接触用導電体Ｋは、弾性変形する導電性材質（この例の場合、導電性シリコンゴム）から構成されているため、この押圧力により図のように押し潰された状態となり、抵抗体Ｒに対する接触状態が変化する。接触用導電体Ｋの形状は、このような接触状態の変化に基づいて接触面の面積が変化する形状（この例では、半球状）となっているため、図示のように、接触用導電体Ｋが上下方向に潰れた状態になると、接触面の面積が増加する。図２９(b) は、このときの抵抗体Ｒの上面図であり、円Ｓは、接触用導電体Ｋの接触面を示している。なお、この円Ｓの内部に描かれている同心円は、抵抗体Ｒの表面に加わる圧力分布を示す等圧線である。すなわち、接触圧は円Ｓの中心ほど大きくなる。
【０１１２】
このように接触用導電体Ｋの接触面が大きくなると、両端子Ｔ１，Ｔ２間の抵抗値に変化が生じることになる。すなわち、接触用導電体Ｋは導電体であり、抵抗体Ｒよりもはるかに電流を流しやすい性質をもっているため、両端子Ｔ１，Ｔ２間を流れる電流は、円Ｓで示される接触面の部分においては、抵抗体Ｒ内を通らずに、接触用導電体Ｋ内を迂回してしまうことになる。図２９(c) は、このような測定系の等価回路である。接触用導電体Ｋから下方に伸びた２本の矢印は抵抗体Ｒの２か所に接触しており、この２か所において電流は接触用導電体Ｋ側へと迂回することになる。２本の矢印の間隔は、接触用導電体Ｋの接触面の大きさに応じて広くなる。結局、接触用導電体Ｋの抵抗体Ｒに対する接触面の面積が大きくなればなるほど、両端子Ｔ１，Ｔ２間の抵抗値は減少することになる。
【０１１３】
このようにして、変位部３２１に加えられた操作入力のＺ軸負方向成分が大きくなればなるほど、接触用導電体Ｋの接触面の面積は大きくなり、両端子Ｔ１，Ｔ２間の抵抗値は小さくなる。操作入力のＺ軸負方向成分の大きさと両端子間の抵抗値との間には、必ずしも線形関係は成り立たないが、両者間には一価の関数関係が成り立ち、両端子間の抵抗値を測定することができれば、作用したＺ軸負方向成分の大きさを求めることができる。
【０１１４】
このような原理により、図２４に示す力センサを用いれば、変位部３２１に加えられた操作入力のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の各方向成分を検出できる。この力センサでは、操作入力は、必ずＺ軸負方向成分を伴った形で加える必要がある。たとえば、図２６に示す基板３１０の抵抗体Ｒ１の上方あたりに位置する変位部３２１の一部分を指で下方に押し込むような操作入力を加えたとしよう。このように、Ｘ軸正方向にずれた位置を押し込むような操作入力は、Ｘ軸正方向への操作入力ということになる。この場合、まず、接触用導電体Ｋ１が抵抗体Ｒ１に接触する。押し込む指の力によって、接触用導電体Ｋ１と抵抗体Ｒ１とからなる１組だけが接触状態となる場合もあれば、すべての接触用導電体Ｋ１〜Ｋ５と抵抗体Ｒ１〜Ｒ５とが接触状態になる場合もある。しかしながら、どのような場合であっても、Ｘ軸上に配置された接触用導電体Ｋ１とＫ２とについての潰れ具合を比較すると、Ｋ２に比べてＫ１の方の潰れ具合の方が大きくなる。このため、Ｋ１のＲ１に対する接触面積は、Ｋ２のＲ２に対する接触面積よりも大きくなる。そこで、たとえば、図２６に示す抵抗体Ｒ１，Ｒ２のそれぞれ両端位置の抵抗値を測定したとすれば、抵抗体Ｒ１についての抵抗値の方が抵抗体Ｒ２についての抵抗値よりも小さくなる。両抵抗値の差が大きければ大きいほど、加えられた操作入力のＸ軸方向成分は大きいことになる。
【０１１５】
結局、Ｘ軸上に配された抵抗体Ｒ１，Ｒ２の抵抗値の差により、加えられた操作入力のＸ軸方向成分の検出を行うことができ、Ｙ軸上に配された抵抗体Ｒ３，Ｒ４の抵抗値の差により、加えられた操作入力のＹ軸方向成分の検出を行うことができる。また、この実施例では、抵抗体Ｒ５の抵抗値を測定することにより、加えられた操作入力のＺ軸方向成分の検出も可能である。この場合は、参照用抵抗体Ｒ６の抵抗値と抵抗体Ｒ５の抵抗値とを比較すればよく、両者の抵抗値の差が所定のしきい値以上であった場合には、クリック操作があったものと認識し、電子機器に対してクリック操作の入力を伝えるようにすることができる。
【０１１６】
なお、この実施例に係る力センサを利用する場合は、図３０に示すような検出回路を用意しておくとよい。図３０(a) に示す回路は、抵抗体Ｒ１，Ｒ２を用いて操作入力のＸ軸方向成分の検出値を出力端子Ｔｘに出力する検出回路である。この検出回路では、第１の抵抗体Ｒ１と第２の抵抗体Ｒ２とを、Ｘ軸検出用接続点Ｊｘにおいて直列接続することによりＸ軸検出用抵抗体が形成されている。第１の抵抗体Ｒ１あるいは第２の抵抗体Ｒ２の両端点としては、図２８(b) に示すように、長方形状をした抵抗体の左右の両短辺上の中央点をとっており、電流が図の左右方向に流れるようにしている。もちろん、各抵抗体Ｒの両端点としては、接触用導電体Ｋの接触位置を挟むような２点であれば、どのような端点をとってもかまわないので、たとえば、図２８(b) において、長方形状をした抵抗体の上下の両長辺上の中央点をとり、電流が図の上下方向に流れるようにしてもよい。
【０１１７】
図３０(a) の回路では、第１の抵抗体Ｒ１と第２の抵抗体Ｒ２との直列接続によって構成されるＸ軸検出用抵抗体は、上端が電源Ｖｃｃに接続され、下端が接地されており、両端に一定の電源電圧Ｖｃｃが印加された状態となっている。ここで、出力端子Ｔｘに出力される電圧は、Ｘ軸検出用接続点Ｊｘにおける電圧であり、電源電圧Ｖｃｃを、第１の抵抗体Ｒ１についての抵抗値と第２の抵抗体Ｒ２についての抵抗値とで按分した値に相当する。上述したように、Ｘ軸正方向を示す操作入力が加わると、第２の抵抗体Ｒ２についての抵抗値に比べて、第１の抵抗体Ｒ１についての抵抗値が減少する。したがって、出力端子Ｔｘに出力される電圧は上昇することになる。逆に、Ｘ軸負方向を示す操作入力が加わると、出力端子Ｔｘに出力される電圧は下降することになる。結局、何ら操作入力が加えられていない状態で出力端子Ｔｘに出力される電圧値（理論的には、Ｖｃｃ／２になる）を基準として、この電圧値が上昇した場合には、この上昇幅に相当する大きさをもったＸ軸正方向の操作入力が加えられ、この電圧値が下降した場合には、この下降幅に相当する大きさをもったＸ軸負方向の操作入力が加えられたことになる。このように、図３０(a) の検出回路を用いれば、出力端子Ｔｘの出力電圧に基づいて、加えられた操作入力のＸ軸方向成分の検出が可能になる。
【０１１８】
同様に、図３０(b) に示す検出回路を用いれば、出力端子Ｔｙの出力電圧に基づいて、加えられた操作入力のＹ軸方向成分の検出が可能になる。更に、図３０(c) に示す検出回路を用いれば、出力端子Ｔｚの出力電圧に基づいて、加えられた操作入力のＺ軸方向成分の検出が可能になり、これはクリック操作の検出として利用することができる。
【０１１９】
以上、本発明に係る電子機器用入力装置への利用に適した力センサをいくつかの実施例に基づいて説明したが、もちろん、本発明はこれら実施例として述べた力センサを利用したものに限定されるわけではなく、この他にも種々のタイプの力センサを利用して実施することが可能である。
【０１２０】
【発明の効果】
以上のとおり本発明に係る電子機器用入力装置によれば、特定方向へのスイッチ動作の操作入力と特定方向への操作量の操作入力とを、適宜使い分けることが可能な電子機器用入力装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の一般的なスイッチを利用した４方向タイプの入力装置の上面図である。
【図２】従来の一般的なスイッチを利用した８方向タイプの入力装置の上面図である。
【図３】従来の一般的な二次元力センサを利用したタイプの入力装置の斜視図である。
【図４】従来の一般的な一次元力センサを利用したタイプの入力装置の側面図である。
【図５】図４に示す一次元力センサを利用したタイプの入力装置の上面図である。
【図６】図４に示す一次元力センサを利用したタイプの入力装置を二次元力センサに拡張する場合の基板上の電極配置を示す上面図である。
【図７】二次元力センサによって検出された力のＸ軸方向成分とＹ軸方向成分とを二次元座標系上にプロットする様子を示す図である。
【図８】本発明に係る電子機器用入力装置の基本構成を示すブロック図である。
【図９】図７に示す二次元座標系上に、しきい値Ｔｈを示す境界円αを描いた図である。
【図１０】本発明に係る電子機器用入力装置の基本動作を示す流れ図である。
【図１１】地図を表示させるプログラムを実行中の表示画面を示す図である。
【図１２】アイコンを選択させるプログラムを実行中の表示画面を示す図である。
【図１３】表計算プログラムを実行中の表示画面を示す図である。
【図１４】図７に示す二次元座標系上に、第１のしきい値ＴｈＬを示す境界円αおよび第２のしきい値ＴｈＨを示す境界円βを描いた図である。
【図１５】本発明に係る電子機器用入力装置の混合モード設定時の動作を示す流れ図である。
【図１６】本発明に係る電子機器用入力装置に利用するのに適した第１の実施例に係る力センサの側断面図である。
【図１７】図１６に示す力センサの基板１１０上の電極パターンを示す平面図である。
【図１８】図１６に示す力センサの等価回路である。
【図１９】図１６に示す力センサの変形例を示す側断面図である。
【図２０】本発明に係る電子機器用入力装置に利用するのに適した第２の実施例に係る力センサの側断面図である。
【図２１】図２０に示す力センサの基板２１０の上面図である。
【図２２】図２０に示す力センサの動作を説明する側断面図である。
【図２３】図２０に示す力センサに利用する検出回路を示す回路図である。
【図２４】本発明に係る電子機器用入力装置に利用するのに適した第３の実施例に係る力センサの側断面図である。
【図２５】図２４に示す力センサの動作を説明する側断面図である。
【図２６】図２４に示す力センサの基板３１０の上面図である。
【図２７】図２４に示す力センサの接触用導電体Ｋ１〜Ｋ５の配置を示す図である。
【図２８】図２４に示す力センサにおける接触用導電体Ｃと抵抗体Ｒと第１の接触状態を示す側断面図(a) 、平面図(b) 、等価回路(c) である。
【図２９】図２４に示す力センサにおける接触用導電体Ｃと抵抗体Ｒと第２の接触状態を示す側断面図(a) 、平面図(b) 、等価回路(c) である。
【図３０】図２４に示す力センサに利用する検出回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１…スイッチを利用した４方向入力装置
２…スイッチを利用した８方向入力装置
３…ゲージ抵抗式力センサを利用したジョイスティック
３Ａ…基板
３Ｂ…スティック
４…容量式力センサを利用したジョイスティック
４Ａ…基板
４Ｂ…ダイヤフラム
４Ｃ…スティック
４Ｄ…ビス
５Ａ…基板
１０…操作入力検出部
２０…操作入力取扱部
３０…モード設定部
４０…電子機器
１１０…基板
１２０，１２０Ａ…変位生成体
１２１…変位部
１２２…接続部
１２３…固定部
１２４…弾性変形部
１３０…取付具
２１０…基板
２２０…変位生成体
２２１…変位部
２２２…接続部
２２３…固定部
２３０…キャップ
２３１…操作体
２３２…押圧棒
２４０…取付具
２５０…薄型スイッチ
２５１…金属ドーム
２６１〜２６４…Ｃ／Ｖ変換回路
２６５，２６６…差分回路
３１０…基板
３２０…変位生成体
３２１…変位部
３２２…接続部
３２３…固定部
３３０…取付具
Ｂ１１〜Ｂ１５，Ｂ２１〜Ｂ２９…スイッチのボタン
ＣＵ…黒枠カーソル
Ｃ３１〜Ｃ３４…容量素子
Ｅ１，Ｅ２，Ｅ１１〜Ｅ１４…固定電極
Ｅ２１〜Ｅ２４…接触用固定電極
Ｅ２５〜Ｅ２９…固定電極
ＥＥ２１〜ＥＥ２４…接触用固定電極
Ｅ３０…共通外側電極
Ｅ３１〜Ｅ３４…内側電極
Ｅ４０…変位電極
Ｆ２０Ａ…接触用変位電極
Ｆ２０Ｂ…配線用電極
Ｆ２０Ｃ…変位電極
ＦＦ２０…変位電極
Ｆ３１…操作入力
Ｇ１１〜Ｇ１４…ゲージ抵抗
Ｊｘ，Ｊｙ，Ｊｚ…接続点
Ｋ，Ｋ１〜Ｋ５…接触用導電体
Ｑ…座標点，投影点
Ｒ…絶縁膜／抵抗体
Ｒ１〜Ｒ６…抵抗体
Ｓ…接触面
ＳＷ…スイッチ
Ｔｈ，ＴｈＬ，ＴｈＨ…しきい値
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ２１〜Ｔ２９，Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ…端子
Ｖ３１〜Ｖ３４…電圧
Ｖｃｃ…電源電圧
α，β…境界円
Claims (18)
- 所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行する電子機器に対して、方向を示す操作入力を行うための入力装置であって、
操作入力が加えられていない状態での出力を零点基準出力とし、所定の検出軸に沿った正方向もしくは負方向への操作入力が加えられた場合に、加えられた操作入力の大きさに応じた正もしくは負の検出値を出力する操作入力検出部と、
加えられた操作入力を前記検出軸に沿った連続的な操作量として取り扱う操作量モードと、加えられた操作入力を前記検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として取り扱うスイッチモードと、のいずれかのモードを設定する機能を有し、電子機器が実行しているプログラムに応じて、いずれか一方のモードを設定するモード設定部と、
前記操作量モードが設定されている場合には、前記操作入力検出部によって検出された検出値を、前記検出軸についての操作量として電子機器に与え、前記スイッチモードが設定されている場合には、前記操作入力検出部によって検出された検出値の絶対値を所定のしきい値と比較し、しきい値を越えていればＯＮ状態を示す信号を、しきい値を越えていなければＯＦＦ状態を示す信号を、前記検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与える操作入力取扱部と、
を備え、
前記操作入力検出部が、ＸＹＺ三次元座標系において加えられた操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分をそれぞれ独立して検出する機能をもった力センサとして、
上面がＸＹ平面に含まれ、この上面の中心部に座標系の原点がくるように配置された基板と、
前記基板上方のＺ軸を中心とした位置に配置され、操作入力を受けて変位する変位部と、前記基板に固定された固定部と、前記変位部と前記固定部とを接続する接続部と、を有し、前記基板上面に取り付けられた変位生成体と、
前記変位部の下面に形成された接触用変位電極と、
前記基板の前記接触用変位電極に対向する位置に形成された接触用固定電極と、
前記変位部の変位に起因して静電容量値が変化するように、前記変位部側に形成された変位電極と前記基板側に形成された固定電極とを有する容量素子からなる４組の検出子と、
を有し、
前記４組の検出子は、Ｘ軸正方向上、Ｘ軸負方向上、Ｙ軸正方向上、Ｙ軸負方向上にそれぞれ配置され、Ｘ軸上に配置された検出子によって、加えられた操作入力のＸ軸方向成分を検出し、Ｙ軸上に配置された検出子によって、加えられた操作入力のＹ軸方向成分を検出し、
前記接続部は可撓性を有しており、前記変位部に操作入力が加えられたときに、前記接続部が撓みを生じることにより、前記変位部が前記基板に対して変位を生じ、
前記変位部に操作入力が加えられていない場合には、前記接触用変位電極と前記接触用固定電極とが非接触な状態を保ち、前記座標系におけるＺ軸方向成分を含む所定量の操作入力が前記変位部に加えられた場合には、前記接触用変位電極と前記接触用固定電極とが接触状態となり、
前記容量素子を構成する変位電極と前記接触用変位電極とは電気的に接続されており、前記接触用変位電極と前記接触用固定電極とが接触状態にあるときに、前記接触用固定電極と前記容量素子を構成する固定電極との間の静電容量値の変化を電気的に検出することにより、加えられた操作入力の所定方向成分の大きさを認識できる力センサを用いるようにしたことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 請求項１に記載の電子機器用入力装置において、
接触用変位電極と接触用固定電極との接触状態に基づいて、操作入力検出部から電子機器に対して、クリック操作の入力が行われるようにしたことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行する電子機器に対して、方向を示す操作入力を行うための入力装置であって、
操作入力が加えられていない状態での出力を零点基準出力とし、所定の検出軸に沿った正方向もしくは負方向への操作入力が加えられた場合に、加えられた操作入力の大きさに応じた正もしくは負の検出値を出力する操作入力検出部と、
加えられた操作入力を前記検出軸に沿った連続的な操作量として取り扱う操作量モードと、加えられた操作入力を前記検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として取り扱うスイッチモードと、のいずれかのモードを設定する機能を有し、電子機器が実行しているプログラムに応じて、いずれか一方のモードを設定するモード設定部と、
前記操作量モードが設定されている場合には、前記操作入力検出部によって検出された検出値を、前記検出軸についての操作量として電子機器に与え、前記スイッチモードが設定されている場合には、前記操作入力検出部によって検出された検出値の絶対値を所定のしきい値と比較し、しきい値を越えていればＯＮ状態を示す信号を、しきい値を越えていなければＯＦＦ状態を示す信号を、前記検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与える操作入力取扱部と、
を備え、
前記操作入力検出部が、ＸＹＺ三次元座標系において加えられた操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分をそれぞれ独立して検出する機能をもった力センサとして、
上面がＸＹ平面に含まれ、この上面の中心部に座標系の原点がくるように配置された基板と、
前記基板上方のＺ軸を中心とした位置に配置され、操作入力を受けて変位する変位部と、前記基板に固定された固定部と、前記変位部と前記固定部とを接続する接続部と、を有し、前記基板上面に取り付けられ、前記接続部は可撓性を有しており、前記変位部にＸ軸操作入力が加えられたときに前記変位部がＸ軸に対して傾斜するような変位を生じ、前記変位部にＹ軸操作入力が加えられたときに前記変位部がＹ軸に対して傾斜するような変位を生じる変位生成体と、
前記基板上面のＸ軸正方向位置に配置された第１の内側電極と、
前記基板上面のＸ軸負方向位置に配置された第２の内側電極と、
前記基板上面のＹ軸正方向位置に配置された第３の内側電極と、
前記基板上面のＹ軸負方向位置に配置された第４の内側電極と、
前記基板上面のＸ軸正方向位置の前記第１の内側電極より外側に配置された第１の外側電極と、
前記基板上面のＸ軸負方向位置の前記第２の内側電極より外側に配置された第２の外側電極と、
前記基板上面のＹ軸正方向位置の前記第３の内側電極より外側に配置された第３の外側電極と、
前記基板上面のＹ軸負方向位置の前記第４の内側電極より外側に配置された第４の外側電極と、
前記第１の内側電極、前記第１の外側電極、前記第２の内側電極、前記第２の外側電極、前記第３の内側電極、前記第３の外側電極、前記第４の内側電極、前記第４の外側電極のそれぞれに対向するように、前記変位生成体下面の変位を生じる位置に形成され、前記変位部がＸ軸正方向に向けて所定量だけ傾斜したときに、その一部分が前記第１の外側電極に接触し、前記変位部がＸ軸負方向に向けて所定量だけ傾斜したときに、その一部分が前記第２の外側電極に接触し、前記変位部がＹ軸正方向に向けて所定量だけ傾斜したときに、その一部分が前記第３の外側電極に接触し、前記変位部がＹ軸負方向に向けて所定量だけ傾斜したときに、その一部分が前記第４の外側電極に接触するように構成された変位電極と、
前記変位電極がいずれかの外側電極と接触したときに、前記第１の内側電極と前記変位電極とによって構成される第１の容量素子の静電容量を示す第１の静電容量値を、前記変位電極に接触している外側電極と前記第１の内側電極との間の電気的特性に基づいて測定し、前記第２の内側電極と前記変位電極とによって構成される第２の容量素子の静電容量を示す第２の静電容量値を、前記変位電極に接触している外側電極と前記第２の内側電極との間の電気的特性に基づいて測定し、前記第３の内側電極と前記変位電極とによって構成される第３の容量素子の静電容量を示す第３の静電容量値を、前記変位電極に接触している外側電極と前記第３の内側電極との間の電気的特性に基づいて測定し、前記第４の内側電極と前記変位電極とによって構成される第４の容量素子の静電容量を示す第４の静電容量値を、前記変位電極に接触している外側電極と前記第４の内側電極との間の電気的特性に基づいて測定し、前記第１の静電容量値と前記第２の静電容量値との差に基づいて前記Ｘ軸操作入力についての検出値を出力し、前記第３の静電容量値と前記第４の静電容量値との差に基づいて前記Ｙ軸操作入力についての検出値を出力する検出回路と、
を備える力センサを用いるようにしたことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 請求項３に記載の電子機器用入力装置において、
変位部下面のＺ軸に沿った位置に押圧棒を設け、基板上面の原点近傍位置にＯＮ／ＯＦＦスイッチを設け、前記押圧棒に加えられた押圧力に基づいて前記ＯＮ／ＯＦＦスイッチが動作するように構成し、このＯＮ／ＯＦＦスイッチの動作に基づいて、操作入力検出部から電子機器に対して、クリック操作の入力が行われるようにしたことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行する電子機器に対して、方向を示す操作入力を行うための入力装置であって、
操作入力が加えられていない状態での出力を零点基準出力とし、所定の検出軸に沿った正方向もしくは負方向への操作入力が加えられた場合に、加えられた操作入力の大きさに応じた正もしくは負の検出値を出力する操作入力検出部と、
加えられた操作入力を前記検出軸に沿った連続的な操作量として取り扱う操作量モードと、加えられた操作入力を前記検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として取り扱うスイッチモードと、のいずれかのモードを設定する機能を有し、電子機器が実行しているプログラムに応じて、いずれか一方のモードを設定するモード設定部と、
前記操作量モードが設定されている場合には、前記操作入力検出部によって検出された検出値を、前記検出軸についての操作量として電子機器に与え、前記スイッチモードが設定されている場合には、前記操作入力検出部によって検出された検出値の絶対値を所定のしきい値と比較し、しきい値を越えていればＯＮ状態を示す信号を、しきい値を越えていなければＯＦＦ状態を示す信号を、前記検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与える操作入力取扱部と、
を備え、
前記操作入力検出部が、ＸＹＺ三次元座標系において加えられた操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分をそれぞれ独立して検出する機能をもった力センサとして、
上面がＸＹ平面に含まれ、この上面の中心部に座標系の原点がくるように配置された基板と、
前記基板上方のＺ軸を中心とした位置に配置され、操作入力を受けて変位する変位部と、前記基板に固定された固定部と、前記変位部と前記固定部とを接続する接続部と、を有し、前記基板上面に取り付けられた変位生成体と、
前記基板の上面のＸ軸正領域、Ｘ軸負領域、Ｙ軸正領域、Ｙ軸負領域にそれぞれ配置された第１の抵抗体、第２の抵抗体、第３の抵抗体、第４の抵抗体と、
前記変位部の下面の前記第１の抵抗体、前記第２の抵抗体、前記第３の抵抗体、前記第４の抵抗体にそれぞれ対向する位置に配置された第１の接触用導電体、第２の接触用導電体、第３の接触用導電体、第４の接触用導電体と、
を有し、
前記接続部は可撓性を有しており、前記変位部に操作入力が加えられたときに、前記接続部が撓みを生じることにより、前記変位部の下面が前記基板の上面に対して変位を生じ、この変位に基づいて、前記各接触用導電体の前記各抵抗体に対する接触状態が変化するように構成され、
前記各接触用導電体は、弾性変形する導電性材料から構成されており、かつ、前記各抵抗体に対する接触状態の変化に基づいて接触面の面積が変化する形状を有しており、この接触面の面積の変化に基づいて、前記変位部に加えられた操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分を検出できる力センサを用いるようにしたことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 請求項５に記載の電子機器用入力装置において、
基板の上面の原点近傍領域に第５の抵抗体を更に設け、変位部の下面の前記第５の抵抗体に対向する位置に第５の接触用導電体を設け、前記第５の接触用導電体の前記第５の抵抗体に対する接触状態に基づいて、操作入力検出部から電子機器に対して、クリック操作の入力が行われるようにしたことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 請求項１〜６のいずれかに記載の電子機器用入力装置において、
モード設定部が、更に、操作量モードとスイッチモードとを混合した取り扱いを行う混合モードを設定する機能を有し、
前記混合モードが設定されている場合には、操作入力取扱部は、操作入力検出部によって検出された検出値の絶対値を第１のしきい値および第２のしきい値（第１のしきい値＜第２のしきい値）と比較し、第１のしきい値を越えていなければ、ＯＦＦ状態を示す信号を前記検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与え、第１のしきい値と第２のしきい値との間であれば、ＯＮ状態を示す信号を前記検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与え、第２のしきい値を越えていれば、前記検出値を前記検出軸についての操作量として電子機器に与える処理を行うことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行する電子機器に対して、方向を示す操作入力を行うための入力装置であって、
操作入力が加えられていない状態での出力を零点基準出力とし、所定の検出軸に沿った正方向もしくは負方向への操作入力が加えられた場合に、加えられた操作入力の大きさに応じた正もしくは負の検出値を出力する操作入力検出部と、
この操作入力検出部によって検出された検出値の絶対値を第１のしきい値および第２のしきい値（第１のしきい値＜第２のしきい値）と比較し、第１のしきい値を越えていなければ、ＯＦＦ状態を示す信号を前記検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与え、第１のしきい値と第２のしきい値との間であれば、ＯＮ状態を示す信号を前記検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与え、第２のしきい値を越えていれば、前記検出値を前記検出軸に沿った連続的な操作量として電子機器に与える混合モード動作を行う機能を有する操作入力取扱部と、
を備え、
前記操作入力検出部が、ＸＹＺ三次元座標系において加えられた操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分をそれぞれ独立して検出する機能をもった力センサとして、
上面がＸＹ平面に含まれ、この上面の中心部に座標系の原点がくるように配置された基板と、
前記基板上方のＺ軸を中心とした位置に配置され、操作入力を受けて変位する変位部と、前記基板に固定された固定部と、前記変位部と前記固定部とを接続する接続部と、を有し、前記基板上面に取り付けられた変位生成体と、
前記変位部の下面に形成された接触用変位電極と、
前記基板の前記接触用変位電極に対向する位置に形成された接触用固定電極と、
前記変位部の変位に起因して静電容量値が変化するように、前記変位部側に形成された変位電極と前記基板側に形成された固定電極とを有する容量素子からなる４組の検出子と、
を有し、
前記４組の検出子は、Ｘ軸正方向上、Ｘ軸負方向上、Ｙ軸正方向上、Ｙ軸負方向上にそれぞれ配置され、Ｘ軸上に配置された検出子によって、加えられた操作入力のＸ軸方向成分を検出し、Ｙ軸上に配置された検出子によって、加えられた操作入力のＹ軸方向成分を検出し、
前記接続部は可撓性を有しており、前記変位部に操作入力が加えられたときに、前記接続部が撓みを生じることにより、前記変位部が前記基板に対して変位を生じ、
前記変位部に操作入力が加えられていない場合には、前記接触用変位電極と前記接触用固定電極とが非接触な状態を保ち、前記座標系におけるＺ軸方向成分を含む所定量の操作入力が前記変位部に加えられた場合には、前記接触用変位電極と前記接触用固定電極とが接触状態となり、
前記容量素子を構成する変位電極と前記接触用変位電極とは電気的に接続されており、前記接触用変位電極と前記接触用固定電極とが接触状態にあるときに、前記接触用固定電極と前記容量素子を構成する固定電極との間の静電容量値の変化を電気的に検出することにより、加えられた操作入力の所定方向成分の大きさを認識できる力センサを用いるようにしたことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 請求項８に記載の電子機器用入力装置において、
接触用変位電極と接触用固定電極との接触状態に基づいて、操作入力検出部から電子機器に対して、クリック操作の入力が行われるようにしたことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行する電子機器に対して、方向を示す操作入力を行うための入力装置であって、
操作入力が加えられていない状態での出力を零点基準出力とし、所定の検出軸に沿った正方向もしくは負方向への操作入力が加えられた場合に、加えられた操作入力の大きさに応じた正もしくは負の検出値を出力する操作入力検出部と、
この操作入力検出部によって検出された検出値の絶対値を第１のしきい値および第２のしきい値（第１のしきい値＜第２のしきい値）と比較し、第１のしきい値を越えていなければ、ＯＦＦ状態を示す信号を前記検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与え、第１のしきい値と第２のしきい値との間であれば、ＯＮ状態を示す信号を前記検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与え、第２のしきい値を越えていれば、前記検出値を前記検出軸に沿った連続的な操作量として電子機器に与える混合モード動作を行う機能を有する操作入力取扱部と、
を備え、
前記操作入力検出部が、ＸＹＺ三次元座標系において加えられた操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分をそれぞれ独立して検出する機能をもった力センサとして、
上面がＸＹ平面に含まれ、この上面の中心部に座標系の原点がくるように配置された基板と、
前記基板上方のＺ軸を中心とした位置に配置され、操作入力を受けて変位する変位部と、前記基板に固定された固定部と、前記変位部と前記固定部とを接続する接続部と、を有し、前記基板上面に取り付けられ、前記接続部は可撓性を有しており、前記変位部にＸ軸操作入力が加えられたときに前記変位部がＸ軸に対して傾斜するような変位を生じ、前記変位部にＹ軸操作入力が加えられたときに前記変位部がＹ軸に対して傾斜するような変位を生じる変位生成体と、
前記基板上面のＸ軸正方向位置に配置された第１の内側電極と、
前記基板上面のＸ軸負方向位置に配置された第２の内側電極と、
前記基板上面のＹ軸正方向位置に配置された第３の内側電極と、
前記基板上面のＹ軸負方向位置に配置された第４の内側電極と、
前記基板上面のＸ軸正方向位置の前記第１の内側電極より外側に配置された第１の外側電極と、
前記基板上面のＸ軸負方向位置の前記第２の内側電極より外側に配置された第２の外側電極と、
前記基板上面のＹ軸正方向位置の前記第３の内側電極より外側に配置された第３の外側電極と、
前記基板上面のＹ軸負方向位置の前記第４の内側電極より外側に配置された第４の外側電極と、
前記第１の内側電極、前記第１の外側電極、前記第２の内側電極、前記第２の外側電極、前記第３の内側電極、前記第３の外側電極、前記第４の内側電極、前記第４の外側電極のそれぞれに対向するように、前記変位生成体下面の変位を生じる位置に形成され、前記変位部がＸ軸正方向に向けて所定量だけ傾斜したときに、その一部分が前記第１の外側電極に接触し、前記変位部がＸ軸負方向に向けて所定量だけ傾斜したときに、その一部分が前記第２の外側電極に接触し、前記変位部がＹ軸正方向に向けて所定量だけ傾斜したときに、その一部分が前記第３の外側電極に接触し、前記変位部がＹ軸負方向に向けて所定量だけ傾斜したときに、その一部分が前記第４の外側電極に接触するように構成された変位電極と、
前記変位電極がいずれかの外側電極と接触したときに、前記第１の内側電極と前記変位電極とによって構成される第１の容量素子の静電容量を示す第１の静電容量値を、前記変位電極に接触している外側電極と前記第１の内側電極との間の電気的特性に基づいて測定し、前記第２の内側電極と前記変位電極とによって構成される第２の容量素子の静電容量を示す第２の静電容量値を、前記変位電極に接触している外側電極と前記第２の内側電極との間の電気的特性に基づいて測定し、前記第３の内側電極と前記変位電極とによって構成される第３の容量素子の静電容量を示す第３の静電容量値を、前記変位電極に接触している外側電極と前記第３の内側電極との間の電気的特性に基づいて測定し、前記第４の内側電極と前記変位電極とによって構成される第４の容量素子の静電容量を示す第４の静電容量値を、前記変位電極に接触している外側電極と前記第４の内側電極との間の電気的特性に基づいて測定し、前記第１の静電容量値と前記第２の静電容量値との差に基づいて前記Ｘ軸操作入力についての検出値を出力し、前記第３の静電容量値と前記第４の静電容量値との差に基づいて前記Ｙ軸操作入力についての検出値を出力する検出回路と、
を備える力センサを用いるようにしたことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 請求項１０に記載の電子機器用入力装置において、
変位部下面のＺ軸に沿った位置に押圧棒を設け、基板上面の原点近傍位置にＯＮ／ＯＦＦスイッチを設け、前記押圧棒に加えられた押圧力に基づいて前記ＯＮ／ＯＦＦスイッチが動作するように構成し、このＯＮ／ＯＦＦスイッチの動作に基づいて、操作入力検出部から電子機器に対して、クリック操作の入力が行われるようにしたことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行する電子機器に対して、方向を示す操作入力を行うための入力装置であって、
操作入力が加えられていない状態での出力を零点基準出力とし、所定の検出軸に沿った正方向もしくは負方向への操作入力が加えられた場合に、加えられた操作入力の大きさに応じた正もしくは負の検出値を出力する操作入力検出部と、
この操作入力検出部によって検出された検出値の絶対値を第１のしきい値および第２のしきい値（第１のしきい値＜第２のしきい値）と比較し、第１のしきい値を越えていなければ、ＯＦＦ状態を示す信号を前記検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与え、第１のしきい値と第２のしきい値との間であれば、ＯＮ状態を示す信号を前記検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与え、第２のしきい値を越えていれば、前記検出値を前記検出軸に沿った連続的な操作量として電子機器に与える混合モード動作を行う機能を有する操作入力取扱部と、
を備え、
前記操作入力検出部が、ＸＹＺ三次元座標系において加えられた操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分をそれぞれ独立して検出する機能をもった力センサとして、
上面がＸＹ平面に含まれ、この上面の中心部に座標系の原点がくるように配置された基板と、
前記基板上方のＺ軸を中心とした位置に配置され、操作入力を受けて変位する変位部と、前記基板に固定された固定部と、前記変位部と前記固定部とを接続する接続部と、を有し、前記基板上面に取り付けられた変位生成体と、
前記基板の上面のＸ軸正領域、Ｘ軸負領域、Ｙ軸正領域、Ｙ軸負領域にそれぞれ配置された第１の抵抗体、第２の抵抗体、第３の抵抗体、第４の抵抗体と、
前記変位部の下面の前記第１の抵抗体、前記第２の抵抗体、前記第３の抵抗体、前記第４の抵抗体にそれぞれ対向する位置に配置された第１の接触用導電体、第２の接触用導電体、第３の接触用導電体、第４の接触用導電体と、
を有し、
前記接続部は可撓性を有しており、前記変位部に操作入力が加えられたときに、前記接続部が撓みを生じることにより、前記変位部の下面が前記基板の上面に対して変位を生じ、この変位に基づいて、前記各接触用導電体の前記各抵抗体に対する接触状態が変化するように構成され、
前記各接触用導電体は、弾性変形する導電性材料から構成されており、かつ、前記各抵抗体に対する接触状態の変化に基づいて接触面の面積が変化する形状を有しており、この接触面の面積の変化に基づいて、前記変位部に加えられた操作入力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分を検出できる力センサを用いるようにしたことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 請求項１２に記載の電子機器用入力装置において、
基板の上面の原点近傍領域に第５の抵抗体を更に設け、変位部の下面の前記第５の抵抗体に対向する位置に第５の接触用導電体を設け、前記第５の接触用導電体の前記第５の抵抗体に対する接触状態に基づいて、操作入力検出部から電子機器に対して、クリック操作の入力が行われるようにしたことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 請求項８〜１３のいずれかに記載の電子機器用入力装置において、
操作量モードと混合モードとの少なくとも２通りのモードを設定する機能を有し、電子機器が実行しているプログラムに応じて、いずれかのモードを設定するモード設定部を更に設け、
操作入力取扱部は、操作量モードが設定されている場合には、操作入力検出部によって検出された検出値を、検出軸についての操作量として電子機器に与える操作量モード動作を行い、混合モードが設定されている場合には、混合モード動作を行うことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 請求項８〜１３のいずれかに記載の電子機器用入力装置において、
スイッチモードと混合モードとの少なくとも２通りのモードを設定する機能を有し、電子機器が実行しているプログラムに応じて、いずれかのモードを設定するモード設定部を更に設け、
操作入力取扱部は、スイッチモードが設定されている場合には、操作入力検出部によって検出された検出値の絶対値を所定のしきい値と比較し、しきい値を越えていればＯＮ状態を示す信号を、しきい値を越えていなければＯＦＦ状態を示す信号を、検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与えるスイッチモード動作を行い、混合モードが設定されている場合には、混合モード動作を行うことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 請求項８〜１３のいずれかに記載の電子機器用入力装置において、
操作量モードとスイッチモードと混合モードとの少なくとも３通りのモードを設定する機能を有し、電子機器が実行しているプログラムに応じて、いずれかのモードを設定するモード設定部を更に設け、
操作入力取扱部は、操作量モードが設定されている場合には、操作入力検出部によって検出された検出値を、検出軸についての操作量として電子機器に与える操作量モード動作を行い、スイッチモードが設定されている場合には、操作入力検出部によって検出された検出値の絶対値を所定のしきい値と比較し、しきい値を越えていればＯＮ状態を示す信号を、しきい値を越えていなければＯＦＦ状態を示す信号を、検出軸の正方向もしくは負方向に関するスイッチ動作として電子機器に与えるスイッチモード動作を行い、混合モードが設定されている場合には、混合モード動作を行うことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 請求項１〜１６のいずれかに記載の電子機器用入力装置において、
操作入力検出部が、力センサによって検出されたＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分に基づいて、Ｘ軸の正方向、Ｘ軸の負方向、Ｙ軸の正方向、Ｙ軸の負方向の４方向のいずれか１つに関する操作入力を、選択的に検出する機能を有することを特徴とする電子機器用入力装置。 - 請求項１７に記載の電子機器用入力装置において、
操作入力検出部が、更に、Ｘ軸およびＹ軸に対して４５°をなすＶ軸およびＷ軸を定義したときに、Ｖ軸の正方向、Ｖ軸の負方向、Ｗ軸の正方向、Ｗ軸の負方向の斜め４方向に関する操作入力を、力センサによって検出されたＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分を合成することにより検出する機能を有し、合計８方向のいずれか１つに関する操作入力を選択的に検出する機能を有することを特徴とする電子機器用入力装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000400626A JP4555463B2 (ja) | 2000-12-28 | 2000-12-28 | 電子機器用入力装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000400626A JP4555463B2 (ja) | 2000-12-28 | 2000-12-28 | 電子機器用入力装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002202852A JP2002202852A (ja) | 2002-07-19 |
| JP4555463B2 true JP4555463B2 (ja) | 2010-09-29 |
Family
ID=18865183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000400626A Expired - Fee Related JP4555463B2 (ja) | 2000-12-28 | 2000-12-28 | 電子機器用入力装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4555463B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007164360A (ja) * | 2005-12-12 | 2007-06-28 | Appside Co Ltd | データ入力装置、データ処理装置、データ入力方法ならびにデータ入力プログラムおよびこれを記録した記録媒体 |
| EP2020025A4 (en) * | 2006-05-22 | 2011-08-24 | Vladimir Vaganov | SEMICONDUCTOR INPUT CONTROL DEVICE |
| JP5001023B2 (ja) * | 2007-02-14 | 2012-08-15 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | ポインティングデバイス及びその信号処理方法 |
| US20090058802A1 (en) * | 2007-08-27 | 2009-03-05 | Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Input device |
| JP6608579B2 (ja) * | 2014-04-03 | 2019-11-20 | 株式会社ミツトヨ | 測定器 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09204274A (ja) * | 1996-01-26 | 1997-08-05 | Nec Corp | 座標入力装置 |
| JPH1011222A (ja) * | 1996-06-19 | 1998-01-16 | Mitsubishi Electric Corp | イベント変換装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05210461A (ja) * | 1992-01-31 | 1993-08-20 | Sony Corp | 表示装置及び表示装置制御用遠隔操作装置 |
| JP3259425B2 (ja) * | 1993-04-09 | 2002-02-25 | ヤマハ株式会社 | パラメータ指示装置 |
| JPH1083255A (ja) * | 1996-09-09 | 1998-03-31 | Pioneer Electron Corp | ポインティング装置 |
-
2000
- 2000-12-28 JP JP2000400626A patent/JP4555463B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09204274A (ja) * | 1996-01-26 | 1997-08-05 | Nec Corp | 座標入力装置 |
| JPH1011222A (ja) * | 1996-06-19 | 1998-01-16 | Mitsubishi Electric Corp | イベント変換装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002202852A (ja) | 2002-07-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1411422A2 (en) | Input device of rotational operation quantity and operating device using this | |
| US7639234B2 (en) | Capacitive sensing and absolute position mapping in displacement type pointing devices | |
| US7372281B2 (en) | Capacitance type sensor | |
| US7255011B2 (en) | Resistance type sensor | |
| US6787865B2 (en) | Pressing direction sensor and input device using the same | |
| US20040056669A1 (en) | Resistance type sensor | |
| JP4429477B2 (ja) | 力検出装置および操作量検出装置 | |
| US20150338982A1 (en) | System, device and method for emulating user interaction with a touch screen device | |
| JP2001510601A (ja) | 触覚センサーを有するコントローラ | |
| JP2003509762A (ja) | 表面実装ポインティング・デバイス | |
| JP4628612B2 (ja) | 可変抵抗要素を用いた力検出装置 | |
| US5914704A (en) | Locator device using capacitance | |
| US5883617A (en) | Pointing device with improved cursor control data | |
| JP4555463B2 (ja) | 電子機器用入力装置 | |
| JP4390971B2 (ja) | 力検出子およびこれを用いた力センサ | |
| JP2003131786A (ja) | 容量素子を用いた力検出装置 | |
| JP4459428B2 (ja) | 操作量検出装置 | |
| CN107315503B (zh) | 一种显示装置 | |
| JP4476511B2 (ja) | 電子機器用入力装置 | |
| CN101655760A (zh) | 电阻式触摸屏屏体、触摸屏控制器及多触摸点识别方法 | |
| JPH09330167A (ja) | ポインティング入力装置 | |
| CN110647260B (zh) | 触控结构、触控屏和电子设备 | |
| EP0950979A1 (en) | Bubble chamber orientation sensor and control device | |
| KR100435533B1 (ko) | 벡터량 검출 센서 및 이를 이용한 원격 제어 장치 | |
| JP2003036132A (ja) | 座標入力装置及び電子機器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20071015 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20091019 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100511 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100624 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100713 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100716 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130723 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4555463 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140723 Year of fee payment: 4 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S201 | Request for registration of exclusive licence |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R314201 |
|
| R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
| R370 | Written measure of declining of transfer procedure |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R370 |
|
| S201 | Request for registration of exclusive licence |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R314201 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| S804 | Written request for registration of cancellation of exclusive licence |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R314803 |
|
| R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
| S804 | Written request for registration of cancellation of exclusive licence |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R314803 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |