JP5207784B2

JP5207784B2 - 入力装置

Info

Publication number: JP5207784B2
Application number: JP2008061532A
Authority: JP
Inventors: 安紀彦竹前; 修二中村; 保小池; 誠之加藤; 武志西野
Original assignee: Fujitsu Component Ltd
Current assignee: Fujitsu Component Ltd
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2008-03-11
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2028-03-11
Also published as: JP2009218116A

Description

本発明は、押されることにより直動する操作ボタンの移動量を検出して、アクチュエータやマニピュレータなどの物理量を制御する入力装置に関する。

指などで押下される操作ボタンの移動量を検出する入力装置の発明の課題に関連している従来の一例として、マグネットとプリント板に実装されたホール素子により、操作ボタンの移動量を検出するものが知られている。しかしながら、マグネットとホール素子を使用する方法は、温度変化の影響を受けやすく、操作ボタンの操作性が変化するという問題があった。例えば、工場出荷時と実際の使用時とで温度の変化がある場合に、ホール素子の特性が変化し、これにより、操作ボタンの操作性が変わり、操作ボタンの移動量を正確に求めることができないという問題があった。

操作ボタンの移動量を求める他の方法の一例として、特許文献１で開示されている方法がある。特許文献１の段落番号［００３３］には、「モータ９の出力軸９ａに回転板１１を設け、この回転板１１には複数のスリット１１ａが円周方向に設けられている。また、このスリット１１ａをはさむ位置にフォトカプラ１２が基台１０に設けられている。更にこの回転板１１にはコイルバネ６が固着されている。ここで、モータ９が回転すると回転板１１のスリット１１ａがフォトカプラ１２の光路を開閉することになり、これを検出することでコイルバネ６の回転量すなわちボタン１の上下移動量を知ることができる。したがってボタン１の上下移動する位置を任意に検出、制御することができるのでボタン１の突出量を可変することができる。」と記載されている。

特開平２００４−１９９９２２号公報

しかしながら、上記従来の方法では、フォトカプラ１２の電源をＯＮ／ＯＦＦする機構が設けられていなく、ボタン１の上下移動量を測定しないときでも、フォトカプラ１２の電源を常時ＯＮにしなければならなかった。

本発明は、温度変化のある環境においても操作ボタンの直線移動量を正確に測定することができる入力装置を提供することを目的とする。また、操作ボタンの操作タイミングに応じて電源をＯＮ／ＯＦＦすることができる入力装置を提供する。

上記問題を解決するため、本発明の請求項１に記載の発明は、基板上に固定されているハウジングと、該ハウジングに上下動自在に弾性支持された状態で装着されている操作ボタンと、該操作ボタンの裏面に一体的に連結され、前記操作ボタンの移動方向に延在し、該移動方向に沿って所定の間隔で設けられた複数のスリットを有する被検出バーと、前記操作ボタンが押下されたときに、該操作ボタンと共に上下動する前記被検出バーの直線移動量をカウントする、対向する一対の発光部と受光部とを有するフォトインタラプタと、前記操作ボタンに設けられ、前記移動方向に延在するバーと、前記操作ボタンが押下された際、前記バーによりオンとなる、前記フォトインタラプタの電源をスイッチングする切替スイッチと、を備える。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の入力装置において、前記切替スイッチがレバースイッチである。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の入力装置において、前記切替スイッチがフォトインタラプタである。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の入力装置において、前記操作ボタンの裏側と前記ハウジングとの間に存する内部空間内で、少なくとも二つの圧縮コイルばねが相互に干渉することなく上下二段に配設され、前記操作ボタンが所定位置まで押下されるまでは、一段目の圧縮コイルばねが圧縮され、前記操作ボタンが前記所定位置を超えて圧縮されると、前記一段目の圧縮コイルばねが圧縮された状態で二段目の圧縮コイルばねが圧縮される。

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の入力装置において、前記ハウジングの内側の壁部に段部が設けられ、該段部を境にして上側と下側に第１の空間と第２の空間を存し、前記第１の空間内にばね定数の小さい圧縮コイルばねが配設され、前記第２の空間内にばね定数の大きい圧縮コイルばねが配設され、前記操作ボタンが所定位置まで押下されるまでは、前記ばね定数の小さい圧縮コイルばねが弱い力で圧縮され、前記操作ボタンが前記所定位置を超えて圧縮されると、前記ばね定数の小さい圧縮コイルばねが圧縮された状態で前記ばね定数の大きい圧縮コイルばねが強い力で圧縮される。

本願の請求項１記載の発明によれば、一対の発光部と受光部とを備えたフォトインタラプタにより被検出バーの検出端の移動量を測定するから、温度変化のある環境においても操作ボタンの移動量を正確に測定することができる。

また、フォトインタラプタにより移動量を検出するから、入力装置の小型化を図ることができる。

さらに、例えば、切替スイッチにより、操作ボタンが操作されていないときはフォトインタラプタの電源をＯＦＦとし、操作ボタンが操作されているときはフォトインタラプタの電源をＯＮにすることができる。これにより、フォトインタラプタの電源を節電することができる。

請求項４記載の発明によれば、一段目の圧縮コイルばねと二段目の圧縮コイルばねが上下二段に配設されているから、操作ボタンを２段アクションで動作させることができる。これにより、操作ボタンの直線移動量に応じて押下力を段階的に変化させることができ、操作ボタンの操作フィーリングを高めることができる。

請求項５記載の発明によれば、ばね定数の小さい圧縮コイルばねとばね定数の大きい圧縮コイルばねとが配設されているから、操作ボタンの操作性がなお一層向上する。

本開示は、一つの代表的用途で使用可能な入力装置に関し、代表的用途としては、内視鏡システムのビデオスコープが挙げられるが、これには限られない。一般に、内視鏡システムは、ビデオスコープとビデオシステム本体とから構成され、ビデオスコープは、操作部、挿入部、コネクタ部を有している。コネクタ部はビデオシステム本体に接続し、ビデオスコープからビデオシステム本体に伝達される画像はモニターで表示されるようになっている。本開示の入力装置は、ビデオスコープの送気送水ボタンや、吸引ボタンとして使用され、検出された操作ボタンの直線移動量に応じて液体や気体の物理量が制御されるようになっている。ビデオスコープの先端部には、臓器内部の粘液や血液で先端部が汚れたときに水や空気を噴出して荒い流すノズルが付いている。

本開示の入力装置１Ａ，１Ｂには、いくつかの新しい独自の特徴が備わっている。以下で詳細に説明するように、本開示の入力装置１Ａ，１Ｂは、基板２上に固定されているハウジング６と、ハウジング６に上下動自在に弾性支持された状態で装着されている操作ボタン１３と、操作ボタン１３の裏面に一体的に連結されている被検出バー２０と、操作ボタン１３が押下されたときに、操作ボタン１３と共に上下動する被検出バー２０の直線移動量をカウントする移動量検出手段２４と、を備えたものである。

図１には、本開示の入力装置の代表的な第１の実施形態が詳細に示されている。第１の実施形態の入力装置１Ａは、基板２の孔部２ａ（図２参照）に連通する筒部８を有するハウジング６と、ハウジング６に上下動自在に装着された操作ボタン１３と、筒部８に設けられ、操作ボタン１３を弾性支持する圧縮コイルばね１８ａと、操作ボタン１３の裏面に一体的に連結された基端２１ａ及び基端２１ａから延出する検出端２１ｂとを有する被検出バー２０と、操作ボタン１３と共に上下動する被検出バー２０の直線移動量をカウントするフォトインタラプタ２４と、を備えている。

図２には、第１の実施形態の入力装置１Ａの断面図が示されている。ハウジング６は、基板２上に固定されている底壁７と、基部が底壁７に一体的に連結され、中心に配置されている筒部８と、筒部８との間に環状の隙間を存するように、筒部８の外側に配置されている周壁９とを備えている。底壁７には、基板２の孔部２ａに連通し、被検出バー２０が挿通する貫通孔７ａが形成されている。筒部８は、圧縮コイルばね１８ａが挿入される大きさに形成されている。圧縮コイルばね１８ａは、下端を底壁７に当接させ、上端を操作ボタン１３の裏面に当接させた状態に配設されている。すなわち、ハウジング６の筒部８と周壁９との間で上下動自在に装着された操作ボタン１３は、圧縮コイルばね１８ａにより常に上向き付勢されている。

操作ボタン１３は、上壁１４と、この上壁１４の縁部に連なる筒状の側壁１５と、上壁１４の裏面の中央に下向きに突設された筒状の取付部１６と、を備えている。取付部１６には、下端開口から被検出バー２０の基端２１ａが挿入されて一体的に固定されている。取付部１６と被検出バー２０の固定方法を制限するものではないが、圧入や接着剤で固定することができる。また、取付部１６の外径は、圧縮コイルばね１８ａの内径と同程度ないしはそれより小さい寸法に形成され、取付部１６の外側に圧縮コイルばね１８ａが外嵌されるようになっている。なお、取付部１６の外周面に鍔部のようなものを設けて、鍔部で圧縮コイルばね１８ａの端部を支持することも可能である。

被検出バー２０は、操作ボタン１３の取付部１６に一体的に連結された径の大きい基端２１ａと、基端２１ａから下向きに延出する径の細い検出端２１ｂとを有する。被検出バー２０の長さは、操作ボタン１３が押下されていない状態において、検出端２１ｂが基板２の裏側から突出する長さに形成されている。検出端２１ｂには、この検出端２１ｂの移動方向に所定の間隔でスリット２２が多数設けられている。一対の発光部（図示せず）と受光部（図示せず）とを有するフォトインタラプタ２４は、検出端２１ｂのスリット２２を通過する光を検出することで、被検出バー２０の直線移動量をカウントするようになっている。

フォトインタラプタ２４は、一対の発光部と受光部とを有し、一対の発光部と受光部との間で被検出バー２０の直線移動量を検知する光遮蔽型のフォトセンサであり、水平な基板２の裏側に設けられている垂直基板３に、被検出バー２０の検出端２１ｂと対応する位置に設けられている。発光部には、発光素子として発光ダイオードを適用でき、受光部には、受光素子としてフォトダイオードを適用することができる。フォトインタラプタ２４は、温度変化の影響を受けづらいため、温度が変化する環境において精度良く直線移動量を検知することができる。

第１の実施形態の入力装置１Ａは、フォトインタラプタ２４の電源をスイッチングするレバースイッチ（切替スイッチ）２５Ａをさらに備えることができる。レバースイッチ２５Ａは、スイッチ本体２６ａと、このスイッチ本体２６ａに枢動自在に連結され、先端が押されることにより枢動してスイッチがＯＮとなる検出部２６ｂとを備え、基板２の裏面固定されている。このレバースイッチ２５Ａは、操作ボタン１３が押されたときにスイッチがＯＮとなり、操作ボタン１３が戻されたときにスイッチがＯＦＦとなるように設定されている。このように、レバースイッチ２５Ａが操作ボタン１３の操作タイミングに応じてスイッチングされ、操作ボタン１３が戻されたときにスイッチがＯＦＦとなるため、フォトインタラプタ２４の電源を常時ＯＮにする必要がなく、操作ボタン１３が操作されていないときの節電を図ることができる。

操作ボタン１３の操作タイミングに応じてレバースイッチ２５Ａをスイッチングするために、操作ボタン１３の下端には、レバースイッチ２５Ａの検出部２６ｂを押す棒状の延長バー１０が突設されている。また、ハウジング６の周壁９の下端には、延長バー１０をガイドするガイド孔１１ａを有するガイド部１１が設けられている。図２（ｂ）に示すように、操作ボタン１３が押されると、操作ボタン１３と共に延長バー１０がガイド部１１のガイド孔１１ａにガイドされつつ下向きに移動して、レバースイッチ２５Ａの検出部２６ａが押され、フォトインタラプタ２４の電源がＯＮになる。図２（ａ）に初期状態が示されているように、操作ボタン１３が元に戻ると、操作ボタン１３と共に延長バー１０がガイド部１１のガイド孔１１ａにガイドされつつ上向きに移動して、レバースイッチ２５Ａの検出部２６ａが初期状態に弾性復帰して、フォトインタラプタ２４の電源がＯＦＦになる。

次に、図３及び図４に示す第２の実施形態の入力装置１Ｂについて説明する。本実施形態の入力装置１Ｂは、上下二段に配設された一段目の圧縮コイルばね１８ａと二段目の圧縮コイルばね１８ｂ、１８ｃにより、操作ボタン１３を２段アクションで動作させるものである。以下で説明するように、第２の実施形態の入力装置１Ｂでは、操作ボタン１３の裏側とハウジング６の筒部８との間に存する内部空間内で、一段目の圧縮コイルばね１８ａと二段目の圧縮コイルばね１８ｂ、１８ｃが相互に干渉することなく上下二段に配設されている。

図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、ハウジング６の筒部８の内面には環状の段部１２が設けられており、この段部１２により、操作ボタン１３の裏側とハウジング６の筒部８との間に存する内部空間が上側の第１の空間と、下側の第２の空間とに区画されている。第１の空間には、段部１２と操作ボタン１３の裏面との間でばね定数の小さい圧縮コイルばね１８ａが弾接されている。第２の空間には、段部１２と基板２上のベースプレート３０との間で二つの圧縮コイルばね１８ｂ，１８ｃが内側と外側で二重に重なって配設されている。第２の空間には二つの圧縮コイルばね１８ｂ，１８ｃが二重に配設されているから、第１の空間に配設されている圧縮コイルばね１８ａに比べてばね力が強くなっている。一段目の圧縮コイルばね１８ａと二段目の圧縮コイルばね１８ｂ，１８ｃは、段部１２を介して上下に配設されているから、互いに干渉しないようになっている。また、二段目の二重の圧縮コイルばね１８ｂ，１８ｃの上端は、中心に孔を有する仕切りプレート３１を介して段部１２に当接している。

第２の実施形態の構成によれば、図４（ａ）に示すように、操作ボタン１３が所定位置まで押下されるまでは、一段目の圧縮コイルばね１８ａのみが圧縮され、図４（ｂ）に示すように、操作ボタン１３が所定位置を超えてさらに圧縮されると、一段目の圧縮コイルばね１８ａが圧縮された状態で二段目の二重の圧縮コイルばね１８ｂ，１８ｃが圧縮されるようになっている。図４（ｃ）は、一段目の圧縮コイルばね１８ａと二段目の二重の圧縮コイルばね１８ｂ，１８ｃとが完全に圧縮された状態を示している。所定位置とは、操作ボタン１３の裏面に設けられた取付部１６の先端が仕切りプレート３１に接する位置をいうものとする。

以上のように、第２の実施形態の入力装置１Ｂは、操作ボタン１３が２段アクションで動作するように構成されているから、２段階で出力を変化させたい場合、例えば、直線移動量に応じて制御される液体や気体の物理量を二段階で調整することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。第１、２の実施形態では、フォトインタラプタ２４の電源をスイッチングするために、レバースイッチ２５Ａが使用されているが、図５に示すように、レバースイッチ２５Ａに代えてフォトインタラプタ２５Ｂを使用することも可能である。フォトインタラプタ２５Ｂを用いた場合は、一対の発光部と受光部との間に被検出バー２０が出入りすることにより、スイッチングが行われるようになっている。

本発明に係る入力装置の第１の実施形態を示す分解斜視図である。（ａ）は図１に示す入力装置の操作ボタンが押下されていないときの断面図、（ｂ）は同じく図１に示す入力装置の操作ボタンが押下されたときの断面図である。本発明に係る入力装置の第２の実施形態を示す分解斜視図である。（ａ）は図３に示す入力装置の操作ボタンが押下されていないときの断面図、（ｂ）は同じく図３に示す入力装置の操作ボタンが一段目まで押下されたときの断面図、（ｃ）は図３に示す入力装置の操作ボタンが二段目まで押下されたときの断面図である。切替スイッチとしてフォトインタラプタが使用されている入力装置の断面図であり、（ａ）は操作ボタンが押下されていないときの図、（ｂ）同じく操作ボタンが押下されたときの図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ入力装置
２基板
６ハウジング
１３操作ボタン
１８ａ圧縮コイルばね
２０被検出バー
２４フォトインタラプタ（移動量検出装置）
２５Ａレバースイッチ（切替スイッチ）

Claims

基板上に固定されているハウジングと、
該ハウジングに上下動自在に弾性支持された状態で装着されている操作ボタンと、
該操作ボタンの裏面に一体的に連結され、前記操作ボタンの移動方向に延在し、該移動方向に沿って所定の間隔で設けられた複数のスリットを有する被検出バーと、
前記操作ボタンが押下されたときに、該操作ボタンと共に上下動する前記被検出バーの直線移動量をカウントする、対向する一対の発光部と受光部とを有するフォトインタラプタと、
前記操作ボタンに設けられ、前記移動方向に延在するバーと、
前記操作ボタンが押下された際、前記バーによりオンとなる、前記フォトインタラプタの電源をスイッチングする切替スイッチと、を備える入力装置。
前切替スイッチがレバースイッチである請求項１に記載の入力装置。
前記切替スイッチがフォトインタラプタである請求項１に記載の入力装置。
前記操作ボタンの裏側と前記ハウジングとの間に存する内部空間内で、少なくとも二つの圧縮コイルばねが相互に干渉することなく上下二段に配設され、前記操作ボタンが所定位置まで押下されるまでは、一段目の圧縮コイルばねが圧縮され、前記操作ボタンが前記所定位置を超えて圧縮されると、前記一段目の圧縮コイルばねが圧縮された状態で二段目の圧縮コイルばねが圧縮される、請求項１〜３の何れか１項に記載の入力装置。
前記ハウジングの内側の壁部に段部が設けられ、該段部を境にして上側と下側に第１の空間と第２の空間を存し、前記第１の空間内にばね定数の小さい圧縮コイルばねが配設され、前記第２の空間内にばね定数の大きい圧縮コイルばねが配設され、前記操作ボタンが所定位置まで押下されるまでは、前記ばね定数の小さい圧縮コイルばねが弱い力で圧縮され、前記操作ボタンが前記所定位置を超えて圧縮されると、前記ばね定数の小さい圧縮コイルばねが圧縮された状態で前記ばね定数の大きい圧縮コイルばねが強い力で圧縮される、請求項４に記載の入力装置。