JP5095674B2

JP5095674B2 - 入力装置

Info

Publication number: JP5095674B2
Application number: JP2009114606A
Authority: JP
Inventors: 近夫長坂
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2009-05-11
Filing date: 2009-05-11
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2029-05-11
Also published as: JP2010262582A

Description

本発明は、入力装置に関し、特に位置入力時の入力位置ブレを抑制する入力装置に関する。

従来、ロータリ検出器、プッシュスイッチ及びスライドスイッチの機能を併せ持つ位置入力部と、押しボタンスイッチとから構成される入力装置がある（例えば、特許文献１参照）。

この入力装置は、表示部に初期画面が表示され、操作者が位置入力部を動かすと、初期画面がメニュー画面に切り換わり、そのまま位置入力部を回転、スライド、押圧することにより電装品の操作項目の選択や確定操作を行う。制御部は、入力部からの出力に基づき、電装品の操作項目の選択や確定操作に基づく制御処理及び制御ユニットとの通信を行う。

この入力装置によれば、制御手段が、位置入力部の回転方向の変位を検出して操作メニューの同一階層の操作項目のうちの１つを選択状態とするように操作メニューを表示し、位置入力部のスライド方向の変位を検出して選択状態とされている操作項目の上位又は下位の操作メニューを表示し、かつ、位置入力部の押圧方向の変位を検出して選択状態とされている操作項目に対する選択確定処理を実行するので、位置入力部を回転、スライド及び押圧操作という一連の操作で階層化された操作項目の選択や確定操作を行うことができる。これにより、押圧操作を繰り返して行う場合に比べ、操作者の操作負担は大幅に軽減されるとされている。

特開２００４−７０５０５号公報

しかし、特許文献１に示す入力装置では、位置入力部を回転またはスライドさせて位置入力部の変位を検出した後にその状態で位置入力部の押圧操作を行なうので位置入力部の変位が生じやすく、操作者の意図した位置からずれた状態で入力されてしまうという問題があった。

従って、本発明の目的は、回転またはスライド可能な位置入力部とこれの近傍に設けられた入力決定ボタンを有し、入力操作性に優れると共に入力時の入力位置ブレを抑制して入力位置精度の高い入力装置を提供する。

［１］本発明は上記目的を達成するため、移動または回転により入力位置の検出を行なうと共に前記入力位置の調整を行なう駆動部を備えた位置調整部と、前記位置調整部により定められた位置を押圧により入力操作する位置入力部とを備えた入力デバイス部と、前記位置入力部の出力信号が第１の閾値以上のとき、前記入力デバイス部の前記入力位置と調整目標位置との差に基づいて吸込み保持力を発生させ、前記入力デバイス部を前記押圧開始時点の方向へ位置制御する制御部と、を有することを特徴とする入力装置を提供する。

［２］前記位置入力部は、前記位置入力部の出力信号が第２の閾値以上になったとき、前記制御部により位置制御された前記入力デバイス部の位置を入力位置とすることを特徴とする上記［１］に記載の入力装置であってもよい。

［３］また、前記位置入力部は、前記位置入力部の出力信号が第２の閾値以上になったとき、前記調整目標位置を入力位置とすることを特徴とする上記［１］に記載の入力装置であってもよい。

本発明によれば、回転またはスライド可能な位置入力部とこれの近傍に設けられた入力決定ボタンを有し、入力操作性に優れると共に入力時の入力位置ブレを抑制して入力位置精度の高い入力装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る入力装置の入力デバイス部の回転、スライド及び押圧操作の方向等を示す外観斜視図である。本発明の実施の形態に係る入力装置の構成ブロック図である。（ａ）は、本発明の実施の形態に係る入力装置の入力デバイス部の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、ボイスコイルモータ１６０の部分の分解斜視図である。本発明の実施の形態に係る入力装置のブロック線図である。本発明の実施の形態に係る入力装置の動作時の信号波形を示すものであり、（ａ）は、プッシュスイッチの押圧量、（ｂ）は、Ｘ、Ｙ方向またはθ回転方向の位置、（ｃ）は、Ｘ、Ｙ方向またはθ回転方向の吸込み保持力、（ｄ）は、（ｂ）のＡ部拡大図である。

（本発明の実施の形態）
本発明の実施の形態に係る入力装置１は、図１に示すように、操作者が入力装置１の操作ノブ１２０をＸ移動、Ｙ移動、及びθ回転させることにより、後述する表示部にカーソル等の位置を表示させ、所望の位置で、プッシュ（Ｚ方向）操作することによりその位置を入力する。例えば、自動車の車載機器の入力装置として使用でき、具体的には、カーナビゲーション装置の入力、オーディオ機器の入力等に使用できる。また、車載機器の入力装置に限られず、一般機器への入力装置として使用可能である。

本発明の実施の形態に係る入力装置１は、図２、図３に示すように、移動または回転により入力位置の検出を行なうロータリ検出器１２５、Ｘ、Ｙリニアエンコーダ１７０と共に、この入力位置の調整を行なう駆動部としてのボイスコイルモータ１６０を備えた位置調整部と、この位置調整部と一体的に設けられ、ロータリ検出器１２５、Ｘ、Ｙリニアエンコーダ１７０により定められた位置を押圧により入力操作する位置入力部としてのプッシュスイッチ１２６を備えた入力デバイス部１００と、位置入力部の出力信号が第１の閾値以上のとき、入力デバイス部１００の入力位置と押圧開始時点の入力位置との差に基づいて吸込み保持力を発生させ、入力デバイス部１００を押圧開始時点の位置へ位置制御する制御部２００と、を有して構成されている。上記のロータリ検出器１２５、Ｘ、Ｙリニアエンコーダ１７０、および入力決定ボタンとして機能するプッシュスイッチ１２６は、操作ノブ１２０で共通に操作される。尚、本発明の実施の形態では、上記説明したように、位置調整部と位置入力部としてのプッシュスイッチ１２６が一体的に設けられた構成としているが、位置調整部の近傍にプッシュスイッチ１２６が配置されて位置入力できる構成であれば、別体として設けられた構成であってもよい。

入力装置１は、図３に示すように、この入力装置１により動作制御される車載機器３００と接続され、また、例えば車載機器３００の操作メニュー等を表示してロータリ検出器１２５、Ｘ、Ｙリニアエンコーダ１７０により操作メニュー上で入力されるカーソル等を表示する表示部４００に接続されている。

入力装置１は、ベース１１０およびベース１１０を覆うカバー１１１と、操作者が操作できるようにこのカバー１１１から突出して取付けられた操作ノブ１２０と、ベース１１０に取付けられ、ロータリ検出器１２５およびプッシュスイッチ１２６を備えた２次元球面軸受に一端が支持され他端に操作ノブ１２０が取付けられたノブシャフト１３０と、Ｘ方向にはノブシャフト１３０と当接しＹ方向にはノブシャフト１３０と摺動するＸ方向へスライド移動可能なＸキャリッジ１４０と、Ｘキャリッジ１４０と直交しＹ方向にはノブシャフト１３０と当接しＸ方向にはノブシャフト１３０と摺動するＹ方向へスライド移動可能なＹキャリッジ１５０と、Ｘキャリッジ１４０およびＹキャリッジ１５０に搭載されそれぞれに力覚付与するボイスコイルモータ１６０と、Ｘキャリッジ１４０およびＹキャリッジ１５０のそれぞれの移動量を検出するためのリニアエンコーダ１７０と、を有して構成される。

ここで、Ｘキャリッジ１４０およびＹキャリッジ１５０は、それぞれベース１１０に取付けられたＸ方向およびＹ方向へスライド移動可能なリニアスライドガイド１８０に支持されている。

また、ボイスコイルモータ１６０は、入力位置の調整を行なう駆動部として機能し、Ｘキャリッジ１４０またはＹキャリッジ１５０に固定されるボイスコイル１６１と、マグネット１６６と軟磁性材料のヨーク１６７で形成される磁気回路１６５と、で構成される。ボイスコイル１６１は、所定の導電線材１６２がコイル状に巻回されて形成されており、磁気回路１６５から発生する磁束が導電線材１６２を横切るように配置されている。これにより、導電線材１６２に通電されたボイスコイル１６１は、フレミングの左手の法則により電磁力を受け、Ｘキャリッジ１４０またはＹキャリッジ１５０に駆動力を作用させて、操作者に力覚を付与すると共に、後述する吸込み保持力を制御対象（操作ノブ１２０）に作用させて入力位置の調整を行なう。また、図示省略するが、θ回転方向の位置調整制御を行なうＤＣサーボモータ、ステッピングモータ等の回転アクチュエータを備える。

制御部２００は、インターフェース（図示省略）を介して図２に示すように、ロータリ検出器１２５、Ｘ、Ｙリニアエンコーダ１７０、およびプッシュスイッチ１２６と接続されている。制御部２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と閾値等のパラメータ、制御プログラムを記憶した記憶部等、から構成される。

ロータリ検出器１２５は、操作ノブ１２０のθ方向の回転角（位置情報Ｐ）に応じた信号を制御部２００に出力する。あるいは、ロータリエンコーダからの検出パルスを制御部２００に出力し、制御部２００でパルスカウントにより回転角を算出する構成でもよい。

Ｘ、Ｙリニアエンコーダ１７０は、それぞれ操作ノブ１２０のＸ、Ｙ方向の移動に応じてパルスを制御部２００に出力し、制御部２００でパルスカウントにより操作速度Ｖ、及びそれを積分して移動量（位置情報Ｐ）を算出する。尚、リニアエンコーダ１７０による構成に限られず、ポテンショメータ等により絶対位置を検出する構成としてもよい。

プッシュスイッチ１２６は、押圧することによりＯＮ／ＯＦＦ動作するものであれば種々のものが使用できる（図５（ｃ）参照）。

図４は、入力装置１のブロック線図であり、調整目標位置Ｘ１（Ｙ１、θ１）と位置検出部（ロータリ検出器１２５、Ｘ、Ｙリニアエンコーダ１７０）の出力から誤差を負帰還させるフィードバック制御系を構成している。駆動部は、図２、３に示すボイスコイルモータ１６０であって、図４に示すフィードバック制御により、制御対象である操作ノブ１２０の位置を制御して入力位置の調整を行なう。ここで、入力位置の調整は、入力デバイス部の入力位置である位置検出部（ロータリ検出器１２５、Ｘ、Ｙリニアエンコーダ１７０）で検出される位置座標Ｘ（Ｙ、θ）と、調整目標位置Ｘ１（Ｙ１、θ１）との差に基づいて駆動部（ボイスコイルモータ１６０、回転アクチュエータ）を駆動して制御対象（操作ノブ１２０）に吸込み保持力を作用させて入力位置の位置制御を行なう。尚、位置制御の開始は、操作ノブ１２０と一体に設けられたプッシュスイッチ１２６を所定の量だけ押圧した時点である。

（本発明の実施の形態の作用）
上記の位置制御動作を図５に示す動作時の信号波形を用いて説明する。

操作者が操作ノブ１２０をＸ方向、Ｙ方向に移動させることにより、表示部４００に入力位置を示すものとしてカーソル等が表示される。また、操作ノブ１２０をθ回転させることによっても表示部上のカーソル位置を移動させることができる。操作者は、上記のような操作により表示部上のカーソル位置を移動させ、入力位置を定める。

図５（ａ）に示すように、時間Ｔ０において、プッシュスイッチ１２６が押圧開始される。押圧量Ｖが第１の閾値Ｖｔｈ１を越えるとトリガー信号が出力され、時間Ｔ１から図４に示したフィードバック制御が開始され、再び第１の閾値Ｖｔｈ１となるまでの時間Ｔ３まで、図５（ｃ）に示すようにＸ（Ｙ、θ）吸込み保持力が制御対象である操作ノブ１２０に作用する。

ここで、図５（ｂ）に示すように、吸込み保持力が作用すると、プッシュスイッチ１２６の押圧による操作ブレが抑制され、また、操作開始方向へ位置制御する入力位置の調整が行なわれる。図５（ｂ）のＡ部を拡大して図示したものが図５（ｄ）である。時間Ｔ０の押圧開始からプッシュスイッチ１２６の押圧操作により目標座標Ｘ０（Ｙ０、θ０）から、例えば、上方向に位置座標Ｘ（Ｙ、θ）がずれていく。時間Ｔ１からＸ吸込み保持力（Ｙ、θ吸込み保持力）が作用し、時間Ｔ１での調整目標位置Ｘ１（Ｙ１、θ１）と位置座標Ｘ（Ｙ、θ）との差に基づいて、ネガティブフィードバックが作用して吸込み保持力が作用することにより、操作開始方向への入力位置の調整が行なわれる。

ここで、時間Ｔ０の押圧開始時の位置は押圧開始位置Ｘ０（Ｙ０、θ０）であり、吸込み保持力による調整目標位置（引き込み位置）はＸ１（Ｙ１、θ１）であるが、図５（ａ）に示す第１の閾値Ｖｔｈ１を小さく設定することにより調整目標位置Ｘ１（Ｙ１、θ１）を押圧開始位置Ｘ０（Ｙ０、θ０）に近づけることができる。例えば、第１の閾値Ｖｔｈ１を制御部２００のコンパレータ回路のノイズレベル以上の可能な限り小さい値に設定することにより、操作分解能以下の実用上問題ないレベルの調整誤差（引き込み誤差）にすることができる。

また、別の実施の形態として、プッシュスイッチ１２６に静電センサを備えることにより、時間Ｔ０の押圧開始時の押圧開始位置Ｘ０（Ｙ０、θ０）を制御目標として、上記示したようなネガティブフィードバックを行なうことが可能である。

図５（ａ）に示す第２の閾値Ｖｔｈ２までプッシュスイッチ１２６が押圧されると、Ｔ２における位置を入力位置として決定するトリガー信号が出力される。この時間Ｔ２における位置Ｘ２（Ｙ２、θ２）は、Ｔ１〜Ｔ２間のフィードバック制御により吸込み保持力が制御対象である操作ノブ１２０に作用して引き込まれた調整目標位置Ｘ１（Ｙ１、θ１）の近傍である。

また、このＸ２（Ｙ２、θ２）が、調整目標位置Ｘ１（Ｙ１、θ１）から所定値ΔＸ（ΔＹ、Δθ）以上乖離している場合は、Ｘ１（Ｙ１、θ１）を入力位置として決定してもよい。Ｘ２（Ｙ２、θ２）＋ΔＸ（ΔＹ、Δθ）とＸ１（Ｙ１、θ１）をそれぞれコンパレータで比較して小さい方を出力する回路構成としてもよく、また、制御部２００にＣＰＵを備え、Ｘ１（Ｙ１、θ１）とＸ２（Ｙ２、θ２）を比較する判断ステップを有するアルゴリズムにより処理する構成としてもよい。

（本発明の実施の形態の効果）
上記示した実施の形態によれば、以下のような効果を有する。
（１）時間Ｔ１〜Ｔ２において、調整目標位置Ｘ１（Ｙ１、θ１）と位置座標Ｘ（Ｙ、θ）との差に基づいて、ネガティブフィードバックにより操作開始方向への入力位置の調整を行なうので、回転またはスライド可能な位置入力部とこれの近傍に設けられた入力決定ボタンを有し、入力操作性に優れると共に入力時の入力位置ブレを抑制して入力位置精度の高い入力装置を提供することができる。
（２）操作者の操作自体は、本入力装置１の入力方向であるＸ、Ｙ、Ｚ、θ方向を独立して操作できず、各方向が混在した操作力になるが、操作者が最も入力したい方向Ｚ（押圧方向）以外の操作に必要な力（Ｘ、Ｙ吸い込み保持力）を高めることにより、入力したい方向以外の誤操作量を軽減し、意図する操作結果にすることができる。
（３）入力操作すなわち押圧方向操作に伴い操作ノブ１２０がＸＹ移動しても、押圧操作開始方向に操作ノブ１２０を吸い込み制御することにより、押圧操作が別の操作ノブ１２０の方式と同等の操作分解能を得ることができる。これにより、表示画面上でボタン密度を大きく設定することができ、小さな画面面積で多くのボタン配置が可能となる。
（４）操作者が最も入力したい方向以外の操作力（ＸＹ保持力）が高まり、操作しづらい状態になることから、操作者の操作が各方向に混在した操作から、特定の操作方向の切り分けた操作習慣に自然に修正することができる。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、実施の形態において、感圧センサを追加するのとは別に、プッシュスイッチ１２６を２段節度スイッチとして、感圧センサの検知プロセスを初段の接点ＯＮ、プッシュスイッチのＯＮ検出を２段目の接点ＯＮに置き換えてもよい。

１…入力装置、１００…入力デバイス部、１１０…ベース、１１１…カバー、１２０…操作ノブ、１２５…ロータリ検出器、１２６…プッシュスイッチ、１３０…ノブシャフト、１４０…Ｘキャリッジ、１５０…Ｙキャリッジ、１６０…ボイスコイルモータ
１６１…ボイスコイル、１６２…導電線材、１６５…磁気回路、１６６…マグネット、１６７…ヨーク、１７０…リニアエンコーダ、１８０…リニアスライドガイド、２００…制御部、３００…車載機器、４００…表示部

Claims

移動または回転により入力位置の検出を行なうと共に前記入力位置の調整を行なう駆動部を備えた位置調整部と、前記位置調整部により定められた位置を押圧により入力操作する位置入力部とを備えた入力デバイス部と、
前記位置入力部の出力信号が第１の閾値以上のとき、前記入力デバイス部の前記入力位置と調整目標位置との差に基づいて吸込み保持力を発生させ、前記入力デバイス部を前記押圧開始時点の方向へ位置制御する制御部と、
を有することを特徴とする入力装置。
前記位置入力部は、前記位置入力部の出力信号が第２の閾値以上になったとき、前記制御部により位置制御された前記入力デバイス部の位置を入力位置とすることを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
前記位置入力部は、前記位置入力部の出力信号が第２の閾値以上になったとき、前記調整目標位置を入力位置とすることを特徴とする請求項１に記載の入力装置。