JP5299001B2 - 入力装置および入力方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁気特性を利用してユーザの操作入力を検出可能な入力装置および入力方法に関する。

磁気と電気は密接な関係にあり、電流や電圧を制御することで磁気を制御することが行われてきた。例えば、ボタンスイッチ、スライドスイッチ、ロータリースイッチ等、多様な開閉器（スイッチ）において、その接点を磁力によって接触させることが行われている。

磁力を用いた開閉器として、コイルと、移動接点および固定接点と、ラテックス膜中に封入した磁性流体とで構成される電磁継電器が提案されている（特許文献１）。かかる電磁継電器では、コイルによる磁力に基づいて磁性流体を封入したラテックス膜が移動接点を変位させ固定接点と接触して接点同士を通電させている。

また、磁力特性の変化を電気的に検出することも行われてきた。例えば、一対の磁性薄膜と電極とが表裏両面に貼着された非磁性体基板で構成されるセンサが提案されている（特許文献２）。かかるセンサは、電極に接続された両磁性薄膜からの信号を加算し、非磁性体基板の撓みによるオフセットを相殺することで、非磁性体基板に外力が加えられたときの磁性薄膜の歪みによるインピーダンスの変化からオフセットのない外力の大きさを検出することができる。

特開昭６３−２０５０２３号公報 特開２００９−８５２０号公報

上述のように、電気的な制御を行うことで磁気を制御したり、磁力特性の変化を電気的に検出することが行われてきたが、このような関係を利用した汎用的な入力装置は存在しなかった。

また、特許文献２のセンサは、接触による小さな応力でも磁性薄膜を歪ませ、そのインピーダンスの変化から操作入力を検出することができるが、かかるセンサは、非磁性体基板と共に変形する磁性薄膜の微小なインピーダンスの変化量を検出しているため、外乱としての小さな磁力の影響を受け易く、精度を高めることができなかった。

本発明は、このような課題に鑑み、ユーザによる操作入力を精度良く検出可能な入力装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の入力装置（１００）は、磁性流体（１４０）と、変形自在に形成された押圧薄膜（１６６）を有し磁性流体を包囲する包囲体（１６０）と、磁界を生成する磁界生成部（１４２）と、を有する１または複数の単位格子（１０４）と、１または複数の単位格子に接続され、包囲体によって包囲される磁性流体の、磁界の向きに垂直な断面積の変化量を検出する面積変化検出部（１８２）と、を備えることを特徴とする。

本発明の入力装置は、磁性流体の形状の変化（所定部分における体積変化）を通じて、押圧薄膜に加えられた外力を検出する。ここでは変形の自由度が高い磁性流体が用いられているため、検出範囲となる形状の最大変化量を大きく設定でき、外部から受ける磁力の影響を排除することができる。また、磁性流体は流動性があり、外力を高頻度で受けても固体同士の接触ほど摩耗のおそれがないので動作不良も回避できる。かかる構成により、ユーザの操作入力の検出精度を向上することができる。

上記入力装置は、磁界生成部が生成する磁界の強さを制御し、磁性流体の磁界の向きに垂直な断面積を変化させる磁界制御部（１８６）をさらに備えてもよい。

本発明の入力装置は、ユーザの操作入力を検出しつつ、磁界制御部を通じて磁性流体を能動的に移動させその粘度の変化によってユーザに与える力覚を制御する。すなわち、検出と力覚の制御の２つの機能を同じ機構を共用して実現する。かかる構成により、入力が正しく受け付けられたことを力覚を通じてユーザに報知でき、ユーザの誤認識による二次的被害を回避することが可能となり、さらに、設置スペースや製造コストを削減できる。

上記磁界制御部は、面積変化検出部が押圧薄膜に加わった外力による断面積の変化量が所定閾値を超えた場合、磁界生成部が生成する磁界の強さを、検出前の待機状態より弱い状態に切り換えてもよい。

磁界の強さを待機状態より弱い状態に切り換えることで、磁性流体の粘度を待機状態よりも低粘度に切り換える。かかる構成により、操作入力で接触した部位が沈み込むため、ユーザは、この形状変化および粘度低下に伴う力覚を確認しつつ、確実に操作入力を行うことができる。

上記磁界制御部は、面積変化検出部が押圧薄膜に加わった外力による断面積の変化量が所定閾値を超えた場合、磁界生成部が生成する磁界の強さを、検出前の待機状態より強い状態に切り換えた後、さらに検出前の待機状態より弱い状態に切り換えてもよい。

磁界の強さを待機状態より強い状態に切り換えた後、さらに弱い状態に切り換えることで、磁性流体の粘度を待機状態よりも高粘度に切り換えた後、低粘度に切り換える。かかる構成により、操作入力で接触した部位が一旦盛り上がり、その後、沈み込むため、ユーザは、このような落差の大きい形状変化および粘度変化に伴う、より把握し易い力覚を確認しつつ、確実に操作入力を行うことができる。

上記磁界制御部は、面積変化検出部が押圧薄膜に加わった外力による断面積の変化量が所定閾値を超えた場合、磁界生成部が生成する磁界の強さを強弱に振動させてもよい。

磁界の強さを強弱に変化させることで、磁性流体を振動させる。かかる構成により、ユーザは、振動による把握し易い力覚を確認しながら、確実に操作入力を行うことができる。

上記磁界生成部は、磁心（１７０）とその磁心を巻回するコイル（１５２）とによる電磁石（１７２）と、電磁石に電力を供給する電力供給部（１５０）とを有し、電磁石の少なくとも一方の磁極（１７４）は、コイルよりも押圧薄膜の近傍に配置されている。

磁極には磁束が集中するため、同じ強さの電流をコイルに流しても、磁極以外の部位よりも磁界を強くできる。かかる磁極を押圧薄膜の近傍に配置する構成により、押圧薄膜の近傍の磁束密度を高め、ユーザに与える力覚の大きさを維持しつつ、単位格子を小さく構成することができる。

上記磁心は略凹の字型に形成され、電磁石の両磁極は、押圧薄膜からの距離を略等しくして対向配置されている。

両磁極が押圧薄膜に対して等しく近い位置に配置される構成により、両磁極に集中する磁束を通じて押圧薄膜の近傍の磁束密度を高め、ユーザに与える力覚の大きさを維持しつつ、単位格子を小さく構成することができる。

上記磁心は略凸の字型に形成され、電磁石の磁極は、押圧薄膜に対向配置されている。

このような、磁束が集中する磁極のうち、略凸の字型の上方にある磁極を押圧薄膜に近く配置し、さらに、下方にある磁極の幅を左右に広げる構成により、押圧薄膜の近傍の磁束密度を高め、ユーザに与える力覚の大きさを維持しつつ、単位格子を小さく構成することができる。さらに、略凸の字型の磁心は比較的小型化し易いことからより小さい空間に単位格子を配置することができ、設計の自由度を高めることができる。

単位格子は複数でマトリクス状に形成され、面積変化検出部は、１つの単位格子の断面積の変化量の測定値を、近傍の他の単位格子の断面積の変化量の測定値によって補正してもよい。

本発明では、近傍の他の単位格子の断面積の変化量も検出し、それぞれの単位格子の検出感度の差異を相互に補って総合的に判断することで、適切な操作入力の検出が可能となり、より適切な磁界制御を遂行できる。

上記単位格子は複数でマトリクス状に形成され、複数の単位格子のそれぞれの磁界制御部は、複数の単位格子のそれぞれの押圧薄膜に加わった外力による断面積の変化量に応じて、生成する磁界の強さを同タイミングで制御してもよい。

本発明では複数の単位格子の押圧薄膜の形状をほぼ同タイミングで変化させる。かかる構成により、複数の押圧薄膜が盛り上がってその盛り上がりを強調したり、複数の単位格子を振動させたりすることで、押圧薄膜に接触しているユーザに力覚を通じてより多くの情報を報知することができる。

上記磁性流体は、強磁性金属微粒子を含むＭＲ流体であってもよい。ＭＲ流体は、比較的弱い磁界でも高粘度となるため、磁界を生成するための電力消費を削減することができる。

面積変化検出部は電圧値または電流値を測定することで磁性流体の磁界の向きに垂直な断面積の変化量を検出してもよい。

かかる構成により、磁性流体の磁界の向きに垂直な断面積の変化量を定量的に測定および比較でき、ユーザの操作入力の検出精度を向上することができる。

上記課題を解決するために、本発明の入力方法は、磁性流体と、変形自在に形成された押圧薄膜を有し磁性流体を包囲する包囲体と、磁界を生成する磁界生成部と、を有する１または複数の単位格子と、を用いた入力方法であって、１または複数の単位格子に接続し、包囲体によって包囲される磁性流体の、磁界の向きに垂直な断面積の変化量を検出し、検出した断面積の変化量に基づいて、磁界生成部が生成する磁界の強さを制御することを特徴とする。

上述した入力装置における技術的思想に対応する構成要素やその説明は、当該入力方法にも適用可能である。

本発明の入力装置は、ユーザによる操作入力を精度良く検出可能な入力装置を提供することが可能となる。

第１の実施形態におけるリモートコントローラの外観と内部を示した説明図である。 第１の実施形態におけるリモコンの概略的な構成を示した機能ブロック図である。 第１の実施形態における磁界生成および電圧測定を説明するための説明図である。 第１の実施形態における単位格子の待機状態を説明するための説明図である。 第１の実施形態における単位格子の押圧時の状態を説明するための説明図である。 第１の実施形態におけるリモコンの力覚の制御を説明するための説明図である。 第１の実施形態における時間経過とＭＲ流体の粘度の関係を示すグラフである。 第１の実施形態におけるリモコンの他の使用形態を説明した説明図である。 第１の実施形態における入力方法の処理の流れを示すフローチャートである。 第１の実施形態における入力方法の他の処理の流れを示すフローチャートである。 第２の実施形態における単位格子を説明するための説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（第１の実施形態：リモートコントローラ１００）
図１は、第１の実施形態におけるリモートコントローラ１００の外観と内部を示した説明図である。特に、図１（ａ）は、リモートコントローラ１００の正面から見た外観図を示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線の断面における形状の概要を示す説明図である。

入力装置としてのリモートコントローラ（以下、単にリモコンと称する）１００は、図１（ａ）に示すように、複数の操作キー１０２を備えている。ユーザが任意の操作キー１０２を押圧すると、リモコン１００は、操作キー１０２に対応する操作入力情報を外部機器に伝送する。またリモコン１００は、図１（ｂ）に示すように内部に単位格子１０４を含み、全ての操作キー１０２にはそれぞれ単位格子１０４が対応付けられている。単位格子１０４については、後に詳述する。

図２は、第１の実施形態におけるリモコン１００の概略的な構成を示した機能ブロック図である。リモコン１００は、中央制御部１１０と、ＲＯＭ１１２と、ＲＡＭ１１４と、通信Ｉ／Ｆ１１６と、複数の単位格子１０４と、電圧測定部１１８と、単位格子切換回路１２０と、を含んで構成される。本実施形態においては、入力装置としてリモコン１００を例に挙げたが、かかる場合に限定されず、入力装置は、オーディオ機器、ＦＡＸ、掃除機、空気清浄機等のユーザの操作入力を受け付ける電子機器の操作部でもよい。

中央制御部１１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路で構成され、ＲＯＭ１１２に記憶された実行プログラムに従って、リモコン１００全体を制御する。ＲＯＭ１１２は、中央制御部１１０で実行されるプログラム等を格納している不揮発性のメモリである。ＲＡＭ１１４は、プログラム実行時の変数等を一時的に格納するための揮発性のメモリであり、後述する電圧測定部１１８が測定した電圧の測定値を一時的に保持する。

通信Ｉ／Ｆ１１６は、共通規格の赤外線通信や無線通信を通じて、ユーザの操作入力を示す操作入力情報を外部機器１３０に送信する。かかる通信は、メーカ独自の仕様の赤外線通信でもよいし、例えばＩｒＤＡ（Infrared Data Association）が策定したＩｒＤＡ ＤＡＴＡ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ等の通信規格を採用することもできる。

電圧測定部１１８は、後述する磁界生成部１４２のコイルに並列に接続され、電力供給部１５０に印加されているときのコイル両端の電圧を測定し、測定した電圧値を後述する面積変化検出部１８２に伝送する。

図３は、第１の実施形態における磁界生成および電圧測定を説明するための説明図である。特に、図３（ａ）は、磁界生成および電圧測定を説明するための説明図であり、図３（ｂ）は、他の例として、磁界生成および電流測定を説明するための説明図である。

図３（ａ）に示すように、磁界生成部１４２を構成する電力供給部１５０は直流の電流源であり、後述する磁界制御部１８６に指示された値の直流電流をコイル１５２に供給し、電圧測定部１１８はコイル１５２両端の直流電圧を測定する。電力供給部１５０が電流を流すとコイル１５２は、電磁石として機能し周囲に磁界を生成する。

一般に、磁極を結ぶ磁路に磁性体が配置されていると、その磁性体によって磁力が伝播し易くなりコイルの電気抵抗が減少してインピーダンスが低下する。従って、磁極を結ぶ磁路における磁性体の位置や密度の変化に応じて、その磁性体の影響を受けたコイルのインピーダンスは変化する。このとき、磁性体は、コイルを含む磁気回路の一部とみなすことができ、本実施形態では後述する磁性流体であるＭＲ（Magneto-Rheological）流体１４０がその役目を負う。

図３（ａ）の回路において、コイル１５２のインピーダンスの変化は、電圧測定部１１８が測定する電圧の変化として現れる。後述する面積変化検出部１８２は、電圧測定部１１８からの電圧の測定値を通じて、ＭＲ流体１４０の、磁界の向きに垂直な断面積の変化量を検出する。

また、図３（ｂ）に示すように、電力供給部１５０として電流源の代わりに電圧源（電池）１５４を配し、電流計１５６を用いてＭＲ流体１４０の磁界の向きに垂直な断面積の変化量を検出してもよい。この場合、電流計１５６は、上述したコイル１５２のインピーダンスの変化に基づく電流の変化を検出する。本実施形態では前述した電圧を測定して磁界の向きに垂直な断面積の変化量を検出する方法を例として説明する。

単位格子切換回路１２０は、アナログスイッチ等で構成され、単位格子切換部１８０の切換信号に従って、電圧測定部１１８および後述する磁界制御部１８６と、複数の単位格子１０４との接続切換を行う。従って、電圧測定部１１８および磁界制御部１８６は、任意の時点において複数の単位格子１０４のうち１つの単位格子１０４と排他的に接続されることとなる。

図４は、第１の実施形態における単位格子１０４の待機状態を説明するための説明図であり、図５は、第１の実施形態における単位格子１０４の押圧時の状態を説明するための説明図である。特に、図４（ａ）および図５（ａ）は、単位格子１０４の上面図であり、図４（ｂ）および図５（ｂ）は、単位格子１０４のＢ−Ｂ線の断面形状の概要を示し、図４（ｃ）および図５（ｂ）は、単位格子１０４のＣ−Ｃ線の断面形状の概要を示す。

単位格子１０４は、ユーザからの操作入力に従った押圧力を受ける受動部として機能し、さらに、ユーザに力覚を与える能動部としても機能する。単位格子１０４は、磁性流体としてのＭＲ流体１４０と、包囲体１６０と、支持基板１６２と、磁界生成部１４２とで構成される。以下、単位格子１０４について図４、５を用いて詳述する。

ＭＲ流体１４０は、コバルト、ニッケル、鉄、その化合物である酸化鉄（フェライト、マグネタイト）、及びそれらの混合物や合金等の強磁性体の微小な粒子である強磁性粒子を、界面活性剤等で表面処理し、水やイソパラフィン等のベース液に高濃度に分散させたコロイド液体（混濁液）であり、磁界中においては磁界の強さに比例して粘度が増加し流動性が減衰する。ＭＲ流体１４０は、比較的弱い磁界でも高粘度となるため、後述する磁界生成部１４２が磁界を生成するための電力消費を削減することができる。

包囲体１６０は、図４（ｂ）（ｃ）に示すように、中空の四角管であるスペーサ１６４と、長方形の薄膜の分離膜（ダイヤフラム）でありスペーサ１６４の上端部を覆う押圧薄膜１６６と、同じく長方形の薄膜の分離膜（ダイヤフラム）で形成されスペーサ１６４内部において押圧薄膜１６６と略平行に配された分離板１６８とで構成され、スペーサ１６４の管上部と押圧薄膜１６６と分離板１６８でＭＲ流体１４０を包囲する。かかる押圧薄膜１６６や分離板１６８の材質は、例えば、プラスチック（高分子材料）であり、ユーザの操作入力の押圧力を受け、操作入力の際の押圧力や後述する力覚の制御によって、盛り上がったり沈み込んだりするように変形自在に形成される。

支持基板１６２は、スペーサ１６４の下端部を支持し、ユーザの操作入力に従った単位格子１０４全体への押圧力を吸収すると共に、磁界生成部１４２を支持する。かかる支持基板１６２とスペーサ１６４と押圧薄膜１６６とで単位格子１０４の筐体を構成する。

磁界生成部１４２は、磁心１７０とその磁心１７０を巻回するコイル（巻線）１５２とによる電磁石１７２と、電磁石１７２に電力を供給する電力供給部１５０とを有し、その電磁石１７２に電力を供給することで、磁心１７０の両端の磁極１７４ａ、１７４ｂ間に磁界を生成する。図４では生成された磁界の磁力線が破線で示されている。また、コイルのインダクタンスは、巻線の巻数、形状および磁心の材質によって決定される。ここでは、巻数、形状および磁心が固定されているのでコイル１５２に印加する電流の変化がほぼ磁界の変化となり、電流制御を通じて磁界を容易に制御することができる。

本実施形態では、電磁石１７２の少なくとも一方の磁極１７４は、コイル１５２よりも押圧薄膜１６６の近傍に配置されている。磁極１７４には磁束が集中するため、同じ強さの電流をコイル１５２に流しても、磁極１７４以外の部位よりも磁界を強くできる。かかる磁極１７４を押圧薄膜１６６の近傍に配置する構成により、押圧薄膜１６６の近傍の磁束密度を高め、後述する、ユーザに与える力覚の大きさを維持しつつ、単位格子１０４を小さく構成することができる。

また、本実施形態において、磁心１７０は、図４（ｂ）に示すように略凹の字型に形成され、電磁石１７２の両磁極１７４（１７４ａ、１７４ｂ）は、押圧薄膜１６６からの距離を略等しくして対向配置されている。

両磁極１７４が押圧薄膜１６６に対して等しく近い位置に配置される構成により、両磁極１７４に集中する磁束を通じて押圧薄膜１６６の近傍の磁束密度を高め、後述する、ユーザに与える力覚の大きさを維持しつつ、単位格子１０４を小さく構成することができる。

また、中央制御部１１０は、ＲＯＭ１１２、ＲＡＭ１１４、およびその他の構成要素と協働して、単位格子切換部１８０、面積変化検出部１８２、通信制御部１８４、および磁界制御部１８６としても機能する。

単位格子切換部１８０は、単位格子切換回路１２０に、電圧測定部１１８および磁界制御部１８６と、複数の単位格子１０４との接続切換を実行させる切換信号を、所定時間毎に伝送する。かかる構成により、複数の単位格子１０４を１つの電圧測定部１１８および１つの磁界制御部１８６で時分割して管理でき、製造コストや占有スペースを削減できる。

面積変化検出部１８２は、電圧測定部１１８が測定する電圧値を基に、単位格子１０４の包囲体１６０によって形成されるＭＲ流体１４０の磁界の向きに垂直な断面積の変化量を検出する。

また、上述したように、電力供給部１５０として電流源の代わりに電圧源（電池）１５４を用いても良い。その場合、面積変化検出部１８２は、電流測定部１５６が測定する電流値を基に、単位格子１０４の包囲体１６０によって形成されるＭＲ流体１４０の磁界の向きに垂直な断面積の変化量を検出する。

電圧値もしくは電流値を用いることで、磁性流体の磁界の向きに垂直な断面積の変化量を定量的に測定および比較でき、ユーザの操作入力の検出精度を向上することができる。

ＭＲ流体１４０の磁界の向きに垂直な断面積は、例えば、図４（ｃ）に示すＭＲ流体１４０の断面の面積であり、図５（ｃ）に示すように、ユーザの操作入力の押圧力によって、変化（ここでは減少）する。面積変化検出部１８２は、かかる断面積の変化量を検出することとなる。以下、面積変化検出部１８２の処理について図４、５を用いて詳述する。

面積変化検出部１８２は、単位格子切換部１８０の切換動作を通じて複数の単位格子１０４すべての測定値を取得しＲＡＭ１１４に記憶するといった一連の動作を繰り返す。そして、面積変化検出部１８２は、それぞれの単位格子１０４を対象に、前回ＲＡＭ１１４に記憶した測定値と今回の測定値とを差分し、その変化量を検出する。つまり、図５に示すようにユーザが押圧薄膜１６６を押下すると、電圧値の変化量が所定閾値以上になる。面積変化検出部１８２は、電圧値の変化量が所定閾値以上になると、有意な変化があった、即ちユーザの押圧があったと判断する。所定閾値以下の場合、外乱と見なして無視する。この有意な変化の有無の判断において、前回の測定値だけではなく、それ以前の測定値も参照してその推移を考慮したり、複数の測定値の変化量の時間平均を算出してもよい。

上述したように、本実施形態のリモコン１００の単位格子１０４には、コイル１５２の近傍に磁心１７０以外の磁性体としてＭＲ流体１４０が配設されている。ユーザが単位格子１０４に対して操作入力を行うと、ＭＲ流体１４０がその操作入力の押圧力によって変形する。面積変化検出部１８２は、このＭＲ流体１４０の磁界の向きに垂直な断面積の変化量を、電圧測定部１１８が測定した、コイル１５２のインピーダンスの変化による電圧の変化を通じて検出している。

ここでは変形の自由度が高いＭＲ流体１４０が用いられているため、検出範囲となる形状の最大変化量を大きく設定でき、外部から受ける磁力の影響を排除することができる。また、ＭＲ流体１４０は流動性があり、外力を高頻度で受けても固体同士の接触ほど摩耗のおそれがないので動作不良も回避できる。かかる構成により、ユーザの操作入力の検出精度を向上することができる。

そして、面積変化検出部１８２は、ＭＲ流体１４０の磁界の向きに垂直な断面積の変化量が所定閾値を超えると、その検出結果を通信制御部１８４に伝送する。通信制御部１８４は、通信Ｉ／Ｆ１１６を通じて、そのとき面積変化検出部１８２が接続されていた単位格子１０４に関連付けられた操作入力を示す操作入力情報を外部機器１３０に送信する。

磁界制御部１８６は、電力供給部１５０がコイル１５２に供給する電力を調節することで磁界生成部１４２が生成する磁界の強さを制御し、ＭＲ流体１４０の磁界の向きに垂直な断面積を変化させ、押圧薄膜１６６に触れているユーザに力覚を与える。

図６は、第１の実施形態におけるリモコン１００の力覚の制御を説明するための説明図である。図６は、図４に示す単位格子１０４のＢ−Ｂ線の断面形状の概要を示しており、特に図６（ａ）は、待機状態を示し、図６（ｂ）は、磁界の強さが弱い、ここでは、磁界が発生していない状態を示し、図６（ｃ）は、磁界の強さが強い状態を示す。

図６（ａ）に示したような、ユーザの操作入力を受け付けるための待機状態においても、断面積の変化量を検出するために、ＭＲ流体１４０には磁界がかけられており、押圧薄膜１６６表面には押圧薄膜１６６の弾性に反した盛り上がりが生じている。

磁界制御部１８６は、面積変化検出部１８２が押圧薄膜１６６に加わった外力による断面積の変化量が所定閾値を超えた場合、待機状態から、ユーザの操作入力を受け付けた後の反応状態に遷移する。反応状態は、操作入力が正しく受け付けられたことをユーザに報知するために設けられた状態であり、待機状態より磁界の強い強磁界状態と待機状態より磁界の弱い弱磁界状態とを順次切り換える動作を含んでいる。

待機状態から反応状態に遷移すると、まず、強磁界状態としてＭＲ流体１４０の粘度は上昇し、図６（ｂ）に示すように、磁力線にそって押圧薄膜１６６の中央を盛り上げ、そこに集中したＭＲ流体１４０分、押圧薄膜１６６の他の部位が沈む。

続いて、弱磁界状態に遷移すると、ＭＲ流体１４０の粘度は低下し、図６（ｃ）に示すように、外力を受けた押圧薄膜１６６の一部が沈み込み、そこで押し退けられたＭＲ流体１４０分、押圧薄膜１６６の他の部位が盛り上がる。

本実施形態では、単位格子１０４が図６に示した待機状態から反応状態（強磁界状態および弱磁界状態）へ遷移し、ユーザに与える力覚を制御する。以下、図７を用いて、この力覚の制御の処理を時系列に説明する。

図７は、第１の実施形態における時間経過とＭＲ流体１４０の粘度の関係を示すグラフである。始め、リモコン１００の電源が切れた状態で、ＭＲ流体１４０の粘度は通常のμ_０である。ユーザが時刻Ｔ_１で、リモコン１００の電源を投入すると、磁界制御部１８６は、各単位格子１０４の磁界生成部１４２に待機状態の強さの磁界を生成させる。すると、ＭＲ流体１４０の粘度はμ_１に上昇し、図６（ａ）に示したように、各単位格子１０４の押圧薄膜１６６が少し盛り上がる（待機状態）。

そして、時刻Ｔ_２でユーザが、任意の操作キー１０２を押下すると、かかる操作キー１０２に対応するＭＲ流体１４０の磁界の向きに垂直な断面積の変化量が検出され、この断面積の変化量が所定閾値を超えると、磁界制御部１８６は、ユーザに操作入力する力覚を与えるべく、磁界生成部１４２が生成する磁界の強さを待機状態より強くさせる（強磁界状態）。すると、ＭＲ流体１４０の粘度はμ_２に上昇し、単位格子１０４は図６（ｂ）のような状態になる。

この時刻Ｔ_３で磁界制御部１８６は、ユーザに操作入力する力覚を与えるべく磁界生成部１４２が生成する磁界の強さを待機状態より弱い、例えば０に降下させる（弱磁界状態）。すると、ＭＲ流体１４０の粘度は急激に下がり、時刻Ｔ_４でリモコン１００の電源投入前のμ_０まで戻って図６（ｃ）のような状態になる。

このように、磁界制御部１８６は、面積変化検出部１８２が押圧薄膜１６６に加わった外力による断面積の変化量が所定閾値を超えたことを検出した場合、磁界生成部１４２が生成する磁界の強さを、検出前の待機状態より強い状態に切り換えた後、さらに検出前の待機状態より弱い状態に切り換える。

この切換動作によって、操作入力で接触した部位が一旦盛り上がり、その後、沈み込む。あるいは、単に磁界の強さを待機状態より弱い状態に切り換えるのみの場合でも、接触した部位は沈みこむ。ユーザは、このような落差の大きい形状変化および粘度変化に伴う、より把握し易い力覚を確認しつつ、確実に操作入力を行うことができる。

さらに、磁界制御部１８６は、上記の断面積の変化量が所定閾値を超えた場合、磁界生成部１４２が生成する磁界の強さを強弱に振動させてもよい。磁界の強さを強弱に変化させることで、ＭＲ流体１４０を振動させる。ユーザは、振動による把握し易い力覚を確認しながら、確実に操作入力を行うことができる。

上述したように、本実施形態のリモコン１００は、ユーザの操作入力を検出しつつ、磁界制御部１８６を通じてＭＲ流体１４０を能動的に移動させその粘度の変化によってユーザに与える力覚を制御する。すなわち、検出と力覚の制御の２つの機能を同じ機構を共用して実現する。

かかる構成により、入力が正しく受け付けられたことを力覚を通じてユーザに報知できる。高粘度と低粘度の落差等を比較的感覚が敏感な指を通じて認識させることで、ユーザの誤認識による二次的被害、例えば同一の操作入力を繰り返し行って不本意な結果を招いたり、操作したつもりが実際には操作入力が受け付けられておらず無駄な時間を過ごしたりすることを回避することが可能となり、さらに、設置スペースや製造コストを削減できる。

図８は、第１の実施形態におけるリモコン１００の他の使用形態を説明した説明図である。図８（ａ）に示すように、リモコン１００の単位格子１０４は複数でマトリクス状に形成されている。そして、図８（ｂ）（ｃ）に示すように、表面に各操作モードにおける操作キー１０２の機能を説明する文字や指標等の図形をプリントした別体のカバー２００（２００ａ、２００ｂ）を被せて使用する。１つの操作キー１０２に対して、複数の単位格子１０４が割り当てられている。

例えば、テレビ機能を利用するテレビモードの場合、図８（ｂ）に示すようにリモコン１００にカバー２００ａを被せ、ビデオ機能を利用するビデオモードの場合、図８（ｃ）に示すようにリモコン１００にカバー２００ｂを被せる。リモコン１００の中央制御部１１０は、指定された操作モード（テレビモード、ビデオモード）に応じて、各単位格子１０４に対応付ける操作キー１０４の機能を切り換える。カバーに電気泳道方式、電子粉流体方式等を用いた電子ペーパーなどの薄い表示素子を用いれば、単一のカバーに、カバー２００ａ、２００ｂ両方の役割を持たせて、適宜切り換えて使用することもできる。

図８において、破線の円２０２の位置の複数の単位格子１０４で所定閾値を超える断面積の変化量を検出すると、テレビモードの場合、中央制御部１１０は、操作入力があったと見なさないが、ビデオモードの場合には、操作キー１０２ａに対する操作入力があったと見なす。これは、テレビモードの場合、円２０２の位置に対応する操作キーがないのに対して、ビデオモードの場合には対応する操作キー１０２ａがあるためである。このように、操作キー１０２よりも小さい複数の単位格子１０４をマトリクス状に配することで、丸型、三角型等、様々な形状の操作キー１０２に適用可能となり、さらに、操作キー１０２の配置が変更可能となり、リモコン１００の機能切換が容易に実行できる。

面積変化検出部１８２は、さらに、１つの単位格子１０４の断面積の変化量の測定値を、近傍の他の単位格子１０４の断面積の変化量の測定値によって補正する。近傍の他の単位格子１０４の断面積の変化量も検出し、それぞれの単位格子１０４の検出感度の差異を相互に補って総合的に判断することで、適切な操作入力の検出が可能となり、より適切な磁界制御を遂行できる。

また、ユーザの指の押圧力によっては複数の単位格子１０４の変化量はそれぞれ異なることとなる。例えば、指の中心に対応する単位格子１０４では変化量は大きく、その近傍では小さくなる。このような変化量の差異によって指による押圧力と判断することで、例えば、リモコン１００に一様にかかる外乱としての磁界を排除することが可能となる。

さらに、複数の単位格子１０４のそれぞれの磁界制御部１８６は、複数の単位格子１０４のそれぞれの押圧薄膜１６６に加わった外力による断面積の変化量に応じて、生成する磁界の強さを同タイミングで制御してもよい。

複数の単位格子１０４の押圧薄膜１６６の形状をほぼ同タイミングで変化させる構成により、複数の押圧薄膜１６６が盛り上がってその盛り上がりを強調したり、複数の単位格子１０４を振動させたりすることで、押圧薄膜１６６に接触しているユーザに力覚を通じてより多くの情報を報知することができる。また、複数の押圧薄膜１６６の盛り上がりが際立って見えるように、光の反射が強い素材を用いることで、形成された文字や指標等の図形を視覚的に示してもよい。

上述したように、本実施形態のリモコン１００を用いることで、変形の自由度が高いＭＲ流体１４０を用い、外部から受ける磁力の影響を低減し、動作不良の発生を抑制して、ユーザによる操作入力を精度良く検出することができる。

（入力方法）
図９は、第１の実施形態における入力方法の処理の流れを示すフローチャートである。初期状態として、リモコン１００の全ての単位格子１０４は待機状態にあるものとする。単位格子切換部１８０が、対象の単位格子１０４を選択もしくは切り換え（Ｓ３００）、面積変化検出部１８２は、対象の単位格子１０４のコイル１５２の電圧の測定値をＲＡＭ１１４に一時的に保持しておく（Ｓ３０２）。

対象の単位格子１０４が待機状態であるか否かを判断し（Ｓ３０４）、待機状態である場合（Ｓ３０４のＹＥＳ）、前回測定した同じ対象の単位格子１０４のコイル１７０の電圧の測定値と、今回の測定値から導出した外力による断面積の変化量が、所定閾値を超えているか否かを判定する（Ｓ３０６）。

変化量が所定閾値を超えていると（Ｓ３０６のＹＥＳ）、中央制御部１１０は、かかる単位格子１０４に対応する操作キー１０２に対する操作入力があったことを示す操作入力情報を、外部機器１３０に向けて送信させる（Ｓ３０８）。かかる単位格子１０４は、待機状態から反応状態に遷移し（Ｓ３１０）、磁界制御部１８６は、タイマのカウントを開始する（Ｓ３１２）。そして、単位格子選択・切換ステップ（Ｓ３００）に戻る。

対象の単位格子１０４が反応状態に遷移したことで待機状態でなくなると（Ｓ３０４のＮＯ）、磁界制御部１８６がカウントしているタイマが第１所定時間を経過しているか否か判定され（Ｓ３１４）、経過していない場合（Ｓ３１４のＮＯ）、第２所定時間が経過しているか否かを判定する（Ｓ３１６）。

第２所定時間が経過していない場合（Ｓ３１６のＮＯ）、磁界制御部１８６は、磁界生成部１４２が生成する磁界の強さを待機状態より強くさせる（Ｓ３１８）。第２所定時間が経過した場合（Ｓ３１６のＹＥＳ）、磁界制御部１８６は、磁界生成部１４２が生成する磁界の強さを待機状態より弱くさせる（Ｓ３２０）。こうして、入力が正しく受け付けられたことを力覚を通じてユーザに報知できる。

第１所定時間が経過していた場合（Ｓ３１４のＹＥＳ）、待機状態に戻し（Ｓ３２２）、タイマをリセットする（Ｓ３２４）。そして、単位格子選択・切換ステップ（Ｓ３００）に戻る。

図１０は、第１の実施形態における他の入力方法の処理の流れを示すフローチャートである。この入力方法は、図９の入力方法と異なり、ユーザの操作入力があると押圧薄膜１６６が振動する振動状態に遷移する。単位格子選択・切換ステップ（Ｓ３００）から操作入力情報送信ステップ（Ｓ３０８）までの処理は、図９において説明した処理と実質的に等しいため、同一の符号を付して説明を省略する。

操作入力情報を送信すると（Ｓ３０８）、磁界制御部１８６は、対象の単位格子１０４を振動状態に遷移させ（Ｓ３６０）、第１タイマと第２タイマのカウントを開始させる（Ｓ３６２）。そして、単位格子選択・切換ステップ（Ｓ３００）に戻る。

対象の単位格子１０４が振動状態となり（Ｓ３０４のＮＯ）、第１タイマがカウントした時間が第３所定時間を超えていない場合（Ｓ３６４のＮＯ）、磁界制御部１８６は、第２タイマがカウントした時間が第４所定時間を超えているか否かを判断する（Ｓ３６６）。第４所定時間を超えていない場合（Ｓ３６６のＮＯ）、前回の磁界の強さを維持し、第４所定時間を超えている場合（Ｓ３６６のＹＥＳ）、現在の磁界の強さが強いか否かを判定して（Ｓ３６８）、磁界が強ければ（Ｓ３６８のＹＥＳ）、磁界を弱くさせ（Ｓ３７０）、弱ければ（Ｓ３６８のＮＯ）、強くさせる（Ｓ３７２）。そして、第２タイマをリセットし、新たにカウントを開始させる（Ｓ３７４）。

第１タイマが第３所定時間を超えている場合（Ｓ３６４のＹＥＳ）、対象の単位格子１０４を待機状態に遷移させ（Ｓ３７６）、第１タイマをリセットする（Ｓ３７８）。

上述したように、本実施形態の入力方法によれば、変形の自由度が高いＭＲ流体１４０を用い、外部から受ける磁力の影響を低減し、動作不良の発生を抑制して、ユーザによる操作入力を精度良く検出することができる。

また、振動状態において、第１タイマと第２タイマを用いる例を説明したが、かかる場合に限定されず、対象の単位格子１０４が選択される毎に、磁界の強さを強弱に切り換えて振動を発生させてもよい。タイマ（第１タイマ、第２タイマ）は、単位格子１０４毎にそれぞれ配設してもよいし、近傍の複数の単位格子１０４でタイマを共用してもよい。

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態では、電磁石１７２を構成する磁心１７０の形状が略凹の字型である単位格子１０４について説明した。以下、第２の実施形態では、単位格子の電磁石１７２を構成する磁心の形状が異なる単位格子４０４について、主にその相違点を説明する。

（単位格子４０４）
図１１は、第２の実施形態における単位格子４０４を説明するための説明図である。特に、図１１（ａ）は、単位格子４０４の内部形状の一部を破線で示した上面図であり、図１１（ｂ）は、単位格子４０４の図１１（ａ）のＤ−Ｄ線の断面形状の概要を示している。

図１１（ｂ）に示すように、単位格子４０４の磁心４７０は、断面形状が略凸の字型に形成され、電磁石１７２の磁極４７４ａは、押圧薄膜１６６に対向配置されている。

このような、磁束が集中する磁極４７４のうち、略凸の字型の上方にある磁極４７４ａを押圧薄膜１６６に近く配置し、さらに、下方にある磁極４７４ｂの幅を左右に広げる構成により、押圧薄膜１６６の近傍の磁束密度を高め、ユーザに与える力覚の大きさを維持しつつ、単位格子４０４を小さく構成することができる。さらに、略凸の字型の磁心４７０は比較的小型化し易いことからより小さい空間に単位格子４０４を配置することができ、設計の自由度を高めることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、押圧薄膜１６６の上側にタッチパネルを重ねる構成をとることができる。タッチパネルと第１の実施形態もしくは第２の実施形態のリモコンとがそれぞれ、ユーザの操作入力を検出し、整合性をとることで、操作入力の検出の精度を向上することができる。また、ユーザに与える力覚を適切に制御することで、ユーザは、確実に操作入力を行うことが可能となる。また、感圧抵抗式のタッチパネルを用いると、リモコンが操作入力を検出し押圧薄膜１６６が盛り上がることで、タッチパネルの圧力感度を高めることができる。

また、電圧源１５４や電流源を各単位格子内に設ける構成を例としたが、１または複数の電圧源や電流源を単位格子外に設けて、スイッチング素子等によって適宜接続するようにしてもよい。

なお、本明細書の入力方法における各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。

本発明は、磁気特性を利用してユーザの操作入力を検出可能な入力装置および入力方法に利用することができる。

１００ …リモートコントローラ（入力装置）
１０４、４０４ …単位格子
１４０ …ＭＲ流体（磁性流体）
１４２ …磁界生成部
１５２ …コイル
１６６ …押圧薄膜
１７０、４７０ …磁心
１７４、４７４ …磁極
１８２ …面積変化検出部
１８４ …磁界制御部

Claims (13)

1. 磁性流体と、変形自在に形成された押圧薄膜を有し前記磁性流体を包囲する包囲体と、磁界を生成する磁界生成部と、を有する１または複数の単位格子と、
   前記１または複数の単位格子に接続され、前記包囲体によって包囲される前記磁性流体の、前記磁界の向きに垂直な断面積の変化量を検出する面積変化検出部と、
   を備えることを特徴とする入力装置。
2. 前記磁界生成部が生成する磁界の強さを制御し、前記磁性流体の前記磁界の向きに垂直な断面積を変化させる磁界制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
3. 前記磁界制御部は、前記面積変化検出部が前記押圧薄膜に加わった外力による前記断面積の変化量が所定閾値を超えた場合、前記磁界生成部が生成する磁界の強さを、検出前の待機状態より弱い状態に切り換えることを特徴とする請求項２に記載の入力装置。
4. 前記磁界制御部は、前記面積変化検出部が前記押圧薄膜に加わった外力による前記断面積の変化量が所定閾値を超えた場合、前記磁界生成部が生成する磁界の強さを、検出前の待機状態より強い状態に切り換えた後、さらに検出前の待機状態より弱い状態に切り換えることを特徴とする請求項２に記載の入力装置。
5. 前記磁界制御部は、前記面積変化検出部が前記押圧薄膜に加わった外力による前記断面積の変化量が所定閾値を超えた場合、前記磁界生成部が生成する磁界の強さを強弱に振動させることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の入力装置。
6. 前記磁界生成部は、磁心とその磁心を巻回するコイルとによる電磁石と、前記電磁石に電力を供給する電力供給部とを有し、
   前記電磁石の少なくとも一方の磁極は、前記コイルよりも前記押圧薄膜の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の入力装置。
7. 前記磁心は略凹の字型に形成され、
   前記電磁石の両磁極は、前記押圧薄膜からの距離を略等しくして対向配置されていることを特徴とする請求項６に記載の入力装置。
8. 前記磁心は略凸の字型に形成され、
   前記電磁石の前記磁極は、前記押圧薄膜に対向配置されていることを特徴とする請求項６に記載の入力装置。
9. 前記単位格子は複数でマトリクス状に形成され、
   前記面積変化検出部は、１つの単位格子の前記断面積の変化量の測定値を、近傍の他の単位格子の前記断面積の変化量の測定値によって補正することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の入力装置。
10. 前記単位格子は複数でマトリクス状に形成され、
    複数の前記単位格子のそれぞれの前記磁界制御部は、前記複数の単位格子のそれぞれの前記押圧薄膜に加わった外力による前記断面積の変化量に応じて、生成する磁界の強さを同タイミングで制御することを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の入力装置。
11. 前記磁性流体は、強磁性金属微粒子を含むＭＲ流体であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の入力装置。
12. 前記面積変化検出部は電圧値または電流値を測定することで前記磁性流体の前記磁界の向きに垂直な断面積の変化量を検出することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の入力装置。
13. 磁性流体と、変形自在に形成された押圧薄膜を有し前記磁性流体を包囲する包囲体と、磁界を生成する磁界生成部と、を有する１または複数の単位格子と、を用いた入力方法であって、
    前記１または複数の単位格子に接続し、前記包囲体によって包囲される前記磁性流体の、前記磁界の向きに垂直な断面積の変化量を検出し、
    検出した前記断面積の変化量に基づいて、前記磁界生成部が生成する磁界の強さを制御することを特徴とする入力方法。

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