JP7514650B2 - 入力デバイス、スマートフォン、及びゲームコントローラ - Google Patents

Description

本発明は、入力デバイス、スマートフォン、及びゲームコントローラに関する。

従来より、スティックの中心から直交する２軸方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に２つずつ（合計４つ）の歪センサを配置し、４つの歪センサがブリッジ回路を構成し、ブリッジ回路の出力でスティックの操作方向を検出するポインティングデバイスがあった（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３－０４４２１８号公報 特開２０１８－１３２３１３号公報 特開２００３－３０２２２０号公報

従来のポインティングデバイスは、各軸方向の＋方向と－方向に１つずつ設けた歪センサで操作方向を検出するため、ノイズ等の影響を受けやすく、検出精度が低いという課題がある。

そこで、操作方向の検出精度の高い入力デバイス、スマートフォン、及びゲームコントローラを提供することを目的とする。

本発明の実施形態の入力デバイスは、第１面及び第２面を有する平板部と、前記平板部の前記第２面に設けられる突起部とを有するレバーと、前記平板部の前記第１面に貼り付けられる配線基板と、前記突起部に重なる位置を挟んで前記配線基板に実装される複数の歪検出素子と、前記配線基板よりも高い剛性を有し、前記複数の歪検出素子よりも両外側で前記平板部を保持するプレートとを含む。

操作方向の検出精度の高い入力デバイス、スマートフォン、及びゲームコントローラを提供することができる。

実施形態の入力デバイス１００を示す図である。 入力デバイス１００の分解図である。 突起部１３０Ｂと歪検出素子１２５との平面視での位置関係を示す図である。 入力デバイス１００の回路構成を示す図である。 レバー１３０の操作に対するアンプ１８１とアンプ１８４の入力電圧及び出力電圧を示す図である。 レバー１３０の操作に対するアンプ１８１とアンプ１８４の入力電圧及び出力電圧を示す図である。 ＋Ｘ方向、－Ｘ方向、－Ｚ方向の操作を行った場合に検出回路１８０で検出される抵抗値の変化の一例を示す図である。 入力デバイス１００を含む電子機器１０の操作の一例を説明する図である。 入力デバイス１００を含む電子機器１０の操作の他の一例を説明する図である。 実施形態の第１変形例の検出回路１８０Ａの回路構成を示す図である。 実施形態の第２変形例の検出回路１８０Ｂの回路構成を示す図である。 実施形態の第３変形例の入力デバイス１００Ｍを示す図である。 入力デバイス１００Ｍの分解図である。

以下、本発明の入力デバイス、スマートフォン、及びゲームコントローラを適用した実施形態について説明する。

＜実施形態＞
図１は、実施形態の入力デバイス１００を示す図である。図２は、入力デバイス１００の分解図である。入力デバイス１００は、金属プレート１１０、ＦＰＣ(Flexible Printed Circuit board:フレキシブル基板)１２０、歪検出素子１２５、及びレバー１３０を含む。入力デバイス１００は、レバー１３０の突起部１３０Ｂを＋Ｘ方向、－Ｘ方向、又は－Ｚ方向に操作可能な装置である。

以下では、ＸＹＺ座標系を定義して説明する。また、以下では、平面視とはＸＹ面視のことであり、説明の便宜上、－Ｚ方向側を下側又は下、＋Ｚ方向側を上側又は上と称すが、普遍的な上下関係を表すものではない。

金属プレート１１０は、プレートの一例であり、例えばアルミニウム等の金属製である。このため、金属プレート１１０の剛性は、ＦＰＣ１２０の剛性よりも高い。金属プレート１１０は、基部１１０Ａと取付部１１０Ｂを有する。基部１１０Ａは、ＸＹ平面に平行な平板状の部分であり、四隅にかしめ片１１１Ａを有する。４つのかしめ片１１１Ａは、基部１１０Ａの±Ｘ方向の端部側において、±Ｙ方向側の端辺から突出している部分であり、ＦＰＣ１２０の基部１２０Ａの上にレバー１３０の平板部１３０Ａを重ねた状態で、平板部１３０Ａの側面及び上面に設けられた凹部１３１Ａ内で折り曲げられることによって基部１２０Ａを固定する。この状態で、ＦＰＣ１２０の基部１２０Ａは、金属プレート１１０の基部１１０Ａの上面とレバー１３０の平板部１３０Ａの下面との間に挟まれる。

＋Ｘ方向側に設けられる２つのかしめ片１１１Ａと、－Ｘ方向側に設けられる２つのかしめ片１１１Ａとは、Ｘ方向において、４つの歪検出素子１２５よりも両外側でＦＰＣ１２０の基部１２０Ａとレバー１３０の平板部１３０Ａとを保持する。レバー１３０の突起部１３０Ｂを＋Ｘ方向、－Ｘ方向、又は－Ｚ方向に操作可能であるため、歪検出素子１２５よりもＸ軸方向における外側で、ＦＰＣ１２０の基部１２０Ａとレバー１３０の平板部１３０Ａとを固定するためである。なお、かしめ片１１１Ａは、ＦＰＣ１２０の基部１２０Ａとレバー１３０の平板部１３０Ａとを金属プレート１１０の基部１１０Ａにしっかりと固定できればよいため、幾つ設けられていてもよい。

取付部１１０Ｂは、金属プレート１１０をスマートフォンやゲームコントローラ等の電子機器に取り付ける部分である。取付部１１０Ｂは、基部１１０Ａの－Ｙ方向側の端辺から－Ｚ方向に折り曲げられている。なお、このような金属プレート１１０は、板金をパンチングすることによって作成可能である。

ＦＰＣ１２０は、基部１２０Ａと配線部１２０Ｂを有するフレキシブル基板であり、一例としてポリイミド製のフィルム基板である。基部１２０Ａは、金属プレート１１０の基部１１０Ａの上面に配置され、レバー１３０の平板部１３０Ａが重ねられた状態でかしめ片１１１Ａによって固定される部分であり、下面には４つの歪検出素子１２５が実装されている。また、基部１２０Ａの上面は、レバー１３０の平板部１３０Ａの下面に接着剤によって接着されている。基部１２０Ａの上面は、少なくとも４つの歪検出素子１２５が位置する部分においてレバー１３０の平板部１３０Ａの下面に接着されていればよいが、ここでは一例として基部１２０Ａの上面の全体が平板部１３０Ａの下面と接着されていることとする。レバー１３０の突起部１３０ＢがＸ方向に傾けるように操作された際に、平板部１３０Ａに生じる歪みがＦＰＣ１２０の基部１２０Ａの下面に実装された歪検出素子１２５に伝達するようにするためである。

ＦＰＣ１２０は、４つの歪検出素子１２５をブリッジ回路形式で接続する配線を下面に有し、配線は配線部１２０Ｂの端部の端子１２１Ｂに接続されている。端子１２１Ｂは平面視でＬ字型に屈曲した配線部１２０Ｂの端部の下面に設けられている。配線は、一例として銀ペーストをＦＰＣ１２０の下面に印刷することによって作成される。配線自体にも柔軟性を持たせるためである。ただし、配線は銀ペーストをＦＰＣ１２０に印刷したものに限られるものではない。

歪検出素子１２５は、一例として、ナノカーボンで実現される伸縮性導電層の積層体で構成される静電容量式の歪センサであり、４つ設けられている。なお、歪検出素子１２５は、このような構成のものに限定されるものではなく、他の構成のものを用いてもよい。４つの歪検出素子１２５の配置等については、図３を用いて後述する。

レバー１３０は、平板部１３０Ａと突起部１３０Ｂを有し、一例として樹脂製である。平板部１３０Ａは、平面視で矩形状の板状の部材であり、Ｘ方向に長手方向を有する。平板部１３０ＡのＹ方向の幅は、Ｘ方向の長さに比べると短い。スマートフォンやゲームコントローラ等の薄型の電子機器の側面において、Ｙ方向を電子機器の厚さ方向に対応させて実装することを想定しているからである。平板部１３０Ａは、金属プレート１１０の４つのかしめ片１１１Ａに対応する位置の側面及び上面に設けられた凹部１３１Ａを有する。平板部１３０Ａの下面は第１面の一例であり、上面は第２面の一例である。

突起部１３０Ｂは、平板部１３０Ａの上面の中央部から上方向に突出している四角柱状の部分である。突起部１３０ＢのＸ方向及びＹ方向の幅は等しく、一例として２ｍｍである。突起部１３０ＢのＹ方向の両端は、平板部１３０ＡのＹ方向の両端の近傍まで延在している。このような突起部１３０Ｂは、＋Ｘ方向又は－Ｘ方向に傾けるように押圧する操作と、－Ｚ方向に押圧する操作とを行うことが可能であり、＋Ｘ方向又は－Ｘ方向に傾けるように押圧する操作と、－Ｚ方向に押圧する操作とは同時に行うことが可能である。ここで、図３を用いて突起部１３０Ｂと歪検出素子１２５との位置関係を説明する。

図３は、突起部１３０Ｂと歪検出素子１２５との平面視での位置関係を示す図である。図３には、突起部１３０Ｂと４つの歪検出素子１２５との位置関係のみを示す。４つの歪検出素子１２５は、突起部１３０Ｂと重なる位置を挟んで、突起部１３０Ｂの＋Ｘ方向側に２つ配置され、突起部１３０Ｂの－Ｘ方向側に２つ配置されている。突起部１３０Ｂと重なる位置とは、図３に正方形で輪郭を示す突起部１３０Ｂの下に位置する部分である。突起部１３０Ｂと重なる位置を挟んでとは、突起部１３０Ｂとは重ならないように、突起部１３０Ｂの両側に配置されることを意味する。突起部１３０Ｂが±Ｘ方向又は－Ｚ方向に操作されたときに、平板部１３０Ａのうち突起部１３０Ｂと重なっている部分は、突起部１３０Ｂと重なっていない部分よりも変形しにくいからである。

ここで、４つの歪検出素子１２５を＋Ｘ１、＋Ｘ２、－Ｘ１、－Ｘ２として区別する。＋Ｘ１、＋Ｘ２は、突起部１３０Ｂの＋Ｘ方向側に設けられる２つの歪検出素子１２５であり、－Ｘ１、－Ｘ２は、突起部１３０Ｂの－Ｘ方向側に設けられる２つの歪検出素子１２５である。

＋Ｘ１、＋Ｘ２の歪検出素子１２５は、Ｘ方向において突起部１３０Ｂに対して等しい位置でＹ方向に並べられており、－Ｘ１、－Ｘ２の歪検出素子１２５は、Ｘ方向において突起部１３０Ｂに対して等しい位置でＹ方向に並べられている。また、＋Ｘ１、＋Ｘ２の歪検出素子１２５と、－Ｘ１、－Ｘ２の歪検出素子１２５とは、Ｙ方向において突起部１３０Ｂの幅Ｗの範囲内に配置されている。より具体的には、４つの歪検出素子１２５は、平面視において、Ｙ方向における突起部１３０Ｂの幅Ｗの範囲内で突起部１３０Ｂの中心に対して点対称になるように配置されている。突起部１３０Ｂの操作によって平板部１３０Ａに生じる歪みを均等に検出するためである。

図４は、入力デバイス１００の回路構成を示す図である。入力デバイス１００は、さらに検出回路１８０を含む。検出回路１８０は、一例としてＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)によって実現される。

４つの歪検出素子１２５は、ＦＰＣ１２０（図１、図２参照）の配線によって、図４に示すようにブリッジ回路状に接続されている。ブリッジ回路は、端子Ｖと端子Ｇを有する。端子Ｖの電圧値はＶであり、端子Ｇはグランド電位に保持される。＋Ｘ１と－Ｘ１は、端子Ｖと端子Ｇとの間で直列に接続され、＋Ｘ２と－Ｘ２は、端子Ｖと端子Ｇとの間で直列に接続されている。端子Ｖと端子Ｇは、ブリッジ回路の両端子である。また、端子Ｖには抵抗器を介して電源Ｖｚが接続されている。電源Ｖｚは出力電圧Ｖｚが一定の直流電源である。端子Ｖと、＋Ｘ２及び－Ｘ２の中点とは、端子１２１Ｂを介して検出回路１８０に接続されている。

検出回路１８０は、アンプ（ＡＭＰ）１８１、Ｄ／Ａ(Digital to Analog)コンバータ１８２、Ａ／Ｄ(Analog to Digital)コンバータ１８３、アンプ（ＡＭＰ）１８４、Ｄ／Ａコンバータ１８５、及びＡ／Ｄコンバータ１８６を有する。アンプ１８１は差動アンプであり、２つの入力端子には＋Ｘ２と－Ｘ２の中点と、Ｄ／Ａコンバータ１８２の出力端子とが接続されている。Ｄ／Ａコンバータ１８２は、アンプ１８１に所定の電圧を出力する。アンプ１８１は、＋Ｘ２と－Ｘ２の中点の電圧を増幅してＡ／Ｄコンバータ１８３に出力する。

アンプ１８４は差動アンプであり、２つの入力端子には端子Ｖと、Ｄ／Ａコンバータ１８５の出力端子とが接続されている。Ｄ／Ａコンバータ１８５は、アンプ１８４に所定の電圧を出力する。アンプ１８４は、端子Ｖの電圧を増幅してＡ／Ｄコンバータ１８５に出力する。

ここで、図５及び図６を用いて、レバー１３０が操作されたときのアンプ１８１とアンプ１８４の入力電圧の変化について説明する。図５及び図６は、レバー１３０の操作に対するアンプ１８１とアンプ１８４の入力電圧及び出力電圧を示す図である。なお、レバー１３０の操作とは、突起部１３０Ｂを＋Ｘ方向、－Ｘ方向、又は－Ｚ方向に操作することである。

図５に示すように、＋Ｘ方向の操作が行われると、レバー１３０の平板部１３０Ａは、＋Ｘ１及び＋Ｘ２側の下面が下側に凸になり、－Ｘ１及び－Ｘ２側の下面が上側に凸になるように変形する。このため、＋Ｘ１及び＋Ｘ２は引き延ばされて抵抗値が増大し、－Ｘ１及び－Ｘ２は縮められて抵抗値が低下する。この結果、＋Ｘ２と－Ｘ２の中点の電圧は、レバー１３０が操作されていない状態における電圧よりも増大し、上に凸のパルス状の電圧が得られる。このようなパルス状の電圧は、アンプ１８１で増幅されてＡ／Ｄコンバータ１８３に入力される。

また、－Ｘ方向の操作が行われると、レバー１３０の平板部１３０Ａは、＋Ｘ１及び＋Ｘ２側の下面が上側に凸になり、－Ｘ１及び－Ｘ２側の下面が下側に凸になるように変形する。このため、＋Ｘ１及び＋Ｘ２は縮められて抵抗値が低下し、－Ｘ１及び－Ｘ２は引き延ばされて抵抗値が増大する。この結果、＋Ｘ２と－Ｘ２の中点の電圧は、レバー１３０が操作されていない状態における電圧よりも低下し、下に凸のパルス状の電圧が得られる。このようなパルス状の電圧は、アンプ１８１で増幅されてＡ／Ｄコンバータ１８３に入力される。

また、図６に示すように－Ｚ方向の操作が行われると、レバー１３０の平板部１３０Ａは、突起部１３０Ｂが設けられているＸ方向の中央部が最も押し下げられるため、＋Ｘ１及び＋Ｘ２側の下面と、－Ｘ１及び－Ｘ２側の下面とがともに下側に凸になるように変形する。このため、＋Ｘ１及び＋Ｘ２と、－Ｘ１及び－Ｘ２とはともに引き延ばされて抵抗値が増大する。この結果、＋Ｘ２と－Ｘ２の中点の電圧は、レバー１３０が操作されていない状態から変化しない。また、このときに、＋Ｘ１及び＋Ｘ２と、－Ｘ１及び－Ｘ２との抵抗値が増大することにより、端子Ｖの電圧が増大し、端子Ｖで上に凸のパルス状の電圧が得られる。このようなパルス状の電圧は、アンプ１８４で増幅されてＡ／Ｄコンバータ１８６に入力される。

以上より、＋Ｘ方向と－Ｘ方向へのレバー１３０の操作は、Ａ／Ｄコンバータ１８３の出力に基づいて検出し、－Ｚ方向へのレバー１３０の操作は、Ａ／Ｄコンバータ１８６の出力に基づいて検出すればよい。入力デバイス１００は、ブリッジ回路を構成する４つの歪検出素子１２５を含み、４つの歪検出素子１２５は、突起部１３０Ｂの＋Ｘ方向側と－Ｘ方向側に２つずつ配置されている。ブリッジ回路は耐ノイズ性に優れるため、ブリッジ回路の代わりに突起部１３０Ｂの＋Ｘ方向側と－Ｘ方向側とに１つずつ設けた歪検出素子１２５を直列に接続したハーフブリッジ回路を含む場合に比べて、歪検出素子１２５の抵抗値の変化に対するノイズを約３０％低減できる。このため、４つの歪検出素子１２５で構成されるブリッジ回路を含むことにより、ハーフブリッジ回路でレバー１３０の操作を検出する場合に比べて安定的な出力が得られ、＋Ｘ方向、－Ｘ方向、－Ｚ方向の操作を高精度に検出することができる。特に、－Ｚ方向の操作を行う際の出力が安定し、高精度に検出できる。また、ブリッジ回路の出力をアンプ１８１、１８４で増幅するため、ノイズの低減効果は、増幅率の倍数分だけ大きく得られることになる。

図７は、＋Ｘ方向、－Ｘ方向、－Ｚ方向の操作を行った場合に検出回路１８０で検出される抵抗値の変化の一例を示す図である。図７（Ａ）～（Ｃ）において、横軸は操作力をｇ（グラム）単位で示し、縦軸は抵抗値の変化分をカウント値で示す。

図７（Ａ）は、－Ｘ方向の操作を行ったときのＡ／Ｄコンバータ１８３の出力の変化分を抵抗値の変化分（カウント値）に変換した特性を示す。図７（Ｂ）は、＋Ｘ方向の操作を行ったときのＡ／Ｄコンバータ１８３の出力の変化分を抵抗値の変化分（カウント値）に変換した特性を示す。図７（Ｃ）は－Ｚ方向の操作を行ったときのＡ／Ｄコンバータ１８３の出力の変化分を抵抗値の変化分（カウント値）に変換した特性を示す。

図７（Ａ）に示すように、－Ｘ方向の操作を行うとＡ／Ｄコンバータ１８３の出力は線形的に減少する特性を示した。＋Ｘ２と－Ｘ２の中点の電圧は、レバー１３０が操作されていない状態における電圧よりも低下し、下に凸のパルス状の電圧が得られるからである。また、図７（Ｂ）に示すように、＋Ｘ方向の操作を行うとＡ／Ｄコンバータ１８３の出力は線形的に増大する特性を示した。＋Ｘ２と－Ｘ２の中点の電圧は、レバー１３０が操作されていない状態における電圧よりも増大し、上に凸のパルス状の電圧が得られるからである。

また、図７（Ｃ）に示すように、－Ｚ方向の操作を行うとＡ／Ｄコンバータ１８６の出力は線形的に増大する特性を示した。端子Ｖの電圧が増大するからである。また、＋Ｘ方向又は－Ｘ方向の操作を行った場合には、Ａ／Ｄコンバータ１８６の出力は殆ど変化しないため、－Ｚ方向の操作が行われたことは、Ａ／Ｄコンバータ１８６の出力が所定の閾値よりも高くなったときに検出すればよい。Ａ／Ｄコンバータ１８６の出力は、アンプ１８４によって増幅されたブリッジ回路の両端子間の電圧値を表す。ブリッジ回路の両端子間の電圧値は、ブリッジ回路の両端子間の合成抵抗値を表すため、－Ｚ方向の操作が行われたことを検出するためにＡ／Ｄコンバータ１８６の出力が所定の閾値よりも高くなったことを検出することは、ブリッジ回路の両端子間の合成抵抗値が所定値よりも大きくなったことを検出することに相当する。

なお、－Ｚ方向の操作を行ったときには、＋Ｘ１、＋Ｘ２、－Ｘ１、－Ｘ２の歪検出素子１２５の抵抗値の誤差や抵抗値の変化のばらつきがなければＡ／Ｄコンバータ１８３の出力は変化しない。＋Ｘ１、＋Ｘ２、－Ｘ１、－Ｘ２の歪検出素子１２５の抵抗値の誤差や抵抗値の変化のばらつきが生じても、殆どゼロであり、＋Ｘ方向の操作と－Ｘ方向の操作を行った場合に比べて抵抗値の変化が明らかに小さいため、区別可能である。

以上のように、レバー１３０の操作方向を＋Ｘ方向、－Ｘ方向、及び－Ｚ方向に限定し、ブリッジ回路を構成する４つの歪検出素子１２５をＹ方向の幅が狭いスペースに配置することによって、＋Ｘ方向、－Ｘ方向、及び－Ｚ方向の操作を高精度に検出できる。

したがって、操作方向の検出精度の高い入力デバイス１００、スマートフォン、及びゲームコントローラを提供することができる。

また、入力デバイス１００は、Ｙ方向の幅が狭いため、スマートフォンやゲームコントローラ等の薄型の電子機器の側面に実装することが可能である。従来のポインティングデバイスのように２軸方向（Ｘ方向、Ｙ方向）の操作を検出する装置は、Ｙ方向の幅が広いため、薄型の電子機器の側面に実装することはできないが、入力デバイス１００は、レバー１３０の操作方向を＋Ｘ方向、－Ｘ方向、及び－Ｚ方向に限定し、４つの歪検出素子１２５をＹ方向の幅が狭いスペースに配置することによって、スマートフォンやゲームコントローラ等の薄型の電子機器の側面に実装することを可能にしている。

次に、図８及び図９を用いて入力デバイス１００の操作例について説明する。図８は、入力デバイス１００を含む電子機器１０の操作の一例を説明する図である。図８（Ａ）～（Ｄ）には、上段に電子機器１０の操作方向を示し、下段にディスプレイ１２の表示を示す。また、図８（Ａ）～（Ｄ）には、入力デバイス１００のうちの突起部１３０Ｂのみを示す。電子機器１０は、スマートフォンやゲームコントローラ等の薄型の電子機器である。電子機器１０は、－Ｙ方向側のＸＺ面にディスプレイ１２を有する。電子機器１０のＹ方向の厚さは、一例として５ｍｍである。突起部１３０Ｂは、電子機器１０の＋Ｚ方向側のＸＹに略平行な側面から＋Ｚ方向に突出している。

図８（Ａ）は、突起部１３０Ｂを操作していないとき（非操作時）であり、ディスプレイ１２には、一例としてゲームで用いるターゲット１２Ａが表示されている。図８（Ｂ）に示すように突起部１３０Ｂを＋Ｘ方向に操作するとディスプレイ１２の表示がズームインされ、ターゲット１２Ａが大きく表示される。また、図８（Ｃ）に示すように突起部１３０Ｂを－Ｘ方向に操作するとディスプレイ１２の表示がズームアウトされ、ターゲット１２Ａが小さく表示される。また、図８（Ｄ）に示すように突起部１３０Ｂを－Ｚ方向に押し下げる操作を行うとターゲット１２Ａに標的１２Ｂが重ねて表示される。入力デバイス１００では、このような操作を高精度に検出できるため、電子機器１０の操作性が非常に良好になる。

図９は、入力デバイス１００を含む電子機器１０の操作の他の一例を説明する図である。図９（Ａ）は、図８（Ａ）と同様に突起部１３０Ｂを操作していないとき（非操作時）であり、ディスプレイ１２には、一例としてゲームで用いるターゲット１２Ａが表示されている。図９（Ｂ）に示すように突起部１３０Ｂを＋Ｘ方向に操作するとともに－Ｚ方向に押し下げると、ディスプレイ１２の表示がズームインされ、ターゲット１２Ａが大きく表示されるとともにターゲット１２Ａに標的１２Ｂが重ねて表示される。また、図９（Ｃ）に示すように突起部１３０Ｂを－Ｘ方向に操作するとともに－Ｚ方向に押し下げると、ディスプレイ１２の表示がズームアウトされ、ターゲット１２Ａが小さく表示されるとともにターゲット１２Ａに標的１２Ｂが重ねて表示される。入力デバイス１００では、このような複合的な操作を高精度に検出できるため、電子機器１０の操作性が非常に良好になり、電子機器１０の操作方法のバリエーションを広げることができる。

図１０は、実施形態の第１変形例の検出回路１８０Ａの回路構成を示す図である。検出回路１８０Ａは、図４に示す検出回路１８０に対して、アンプ１８１Ｂを追加した構成を有する。なお、図４に示すアンプ１８１は、図１０に示すアンプ１８１Ａに相当する。

アンプ１８１Ｂは、アンプ１８１Ａと同様の差動アンプであり、２つの入力端子のうちの一方は＋Ｘ１と－Ｘ１の歪検出素子１２５の中点に接続され、他方はＤ／Ａコンバータ１８２の出力端子に接続されている。アンプ１８１Ｂの出力端子は、アンプ１８１Ａの出力端子と同様にＡ／Ｄコンバータ１８３の入力端子に接続されている。このような検出回路１８０Ａでは、Ａ／Ｄコンバータ１８３でアンプ１８１Ａと１８１Ｂの出力の平均を取ることができ、操作方向の検出精度をさらに向上させることができる。

図１１は、実施形態の第２変形例の検出回路１８０Ｂの回路構成を示す図である。検出回路１８０Ａは、図４に示す検出回路１８０からＤ／Ａコンバータ１８２を省き、アンプ１８１の２つの入力端子のうちのＤ／Ａコンバータ１８２に接続されていた入力端子を＋Ｘ１と－Ｘ１の歪検出素子１２５の中点に接続した構成を有する。このような検出回路１８０Ａでは、図４に示す検出回路１８０に比べてアンプ１８１の入力電圧を２倍にすることができるため、アンプ１８１における増幅率を低くすることができ、増幅に伴う波形の歪み等を抑制することができる。

図１２は、実施形態の第３変形例の入力デバイス１００Ｍを示す図である。図１３は、入力デバイス１００Ｍの分解図である。入力デバイス１００Ｍは、金属プレート１１０、ＦＰＣ１２０Ｍ、歪検出素子１２５、タクトスイッチ１２５Ｍ、レバー１３０Ｍ、スペーサ１４０、ステム１５０、及びラバーシート１６０を含む。入力デバイス１００Ｍは、レバー１３０Ｍ、スペーサ１４０、ステム１５０、及びラバーシート１６０を一体的に＋Ｘ方向又は－Ｘ方向に操作可能であるとともに、レバー１３０Ｍ及びスペーサ１４０に対してステム１５０を－Ｚ方向に操作可能な装置である。ステム１５０の－Ｚ方向への押圧は、ラバーシート１６０を介して行う。ここでは、図１及び図２に示す構成要素と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

ＦＰＣ１２０Ｍは、基部１２０ＡＭと配線部１２０ＢＭを有するフレキシブル基板であり、一例としてポリイミド製のフィルム基板である。基部１２０ＡＭは、フィルム基板を折り畳んで重ねた構成を有する。基部１２０ＡＭは、＋Ｙ方向側の端部で折り畳まれて、２枚のフィルム基板が重ねられたような構成になっている。基部１２０ＡＭの折り畳まれた部分の上側のフィルム基板の下面側には４つの歪検出素子１２５が実装されている。また、基部１２０ＡＭの折り畳まれた部分の上側のフィルム基板には開口部１２１ＭＡが設けられている。開口部１２１ＭＡは、基部１２０ＡＭの折り畳まれた部分の上側のフィルム基板を貫通しており、平面視で４つの歪検出素子１２５の中央に位置する。基部１２０ＡＭの折り畳まれた部分の上側のフィルム基板と下側のフィルム基板との間には、タクトスイッチ１２５Ｍが設けられている。タクトスイッチ１２５Ｍは、平面視における中心を開口部１２１ＭＡの中心と合わせて配置されている。このため、タクトスイッチ１２５Ｍは、開口部１２１ＭＡから表出している。タクトスイッチ１２５Ｍは、押しボタンスイッチである。

基部１２０ＡＭの上面は、レバー１３０Ｍの平板部１３０ＡＭの下面に接着剤によって接着されている。基部１２０ＡＭの上面は、少なくとも４つの歪検出素子１２５が位置する部分においてレバー１３０Ｍの平板部１３０ＡＭの下面に接着されていればよいが、ここでは一例として基部１２０ＡＭの上面の全体が平板部１３０ＡＭの下面と接着されていることとする。レバー１３０Ｍの突起部１３０ＢＭがＸ方向に傾けるように操作された際に、平板部１３０ＡＭに生じる歪みがＦＰＣ１２０Ｍの基部１２０ＡＭの下面に実装された歪検出素子１２５に伝達するようにするためである。

ＦＰＣ１２０Ｍは、４つの歪検出素子１２５をブリッジ回路形式で接続する配線を下面に有し、配線は配線部１２０ＢＭの端部の端子１２１ＢＭに接続されている。配線部１２０ＢＭは、基部１２０ＡＭの＋Ｘ方向に延在する部分を谷折りにして－Ｙ方向に折り曲げることによって得られる。配線部１２０ＢＭの－Ｙ方向側の端子１２１ＢＭは、配線によって４つの歪検出素子１２５のブリッジ回路に接続されている。

レバー１３０Ｍは、平板部１３０ＡＭと突起部１３０ＢＭを有し、一例として樹脂製である。平板部１３０ＡＭは、図１及び図２に示す平板部１３０Ａと同様であり、４つの凹部１３１ＡＭを有する。凹部１３１ＡＭは、図１及び図２に示す凹部１３１Ａと同様である。

突起部１３０ＢＭは、Ｚ方向に貫通する貫通孔１３１ＢＭを有する点が図１及び図２に示す突起部１３０Ｂと異なる。貫通孔１３１ＢＭは、突起部１３０ＢＭの平面視における中央をＺ方向に貫通している。また、突起部１３０ＢＭと４つの歪検出素子１２５との配置関係は、図２に示す突起部１３０Ｂと４つの歪検出素子１２５との配置関係と同様である。

スペーサ１４０は、レバー１３０Ｍと略同一のＸ方向及びＹ方向の寸法を有する直方体状の部材であり、Ｘ方向における中央の上面側が下方に凹んだ凹部１４１と、Ｘ方向における中央の下面側が下方に突出した凸部１４２とを有する。また、スペーサ１４０は、Ｘ方向における中央をＺ方向に貫通する貫通孔１４３と、２つの孔部１４４とを有する。貫通孔１４３は、凹部１４１から凸部１４２まで貫通しており、上側には円形の開口部を有し、下側には突起部１３０ＢＭに対応した矩形状の開口部を有する。２つの孔部１４４は、凹部１４１において貫通孔１４３の＋Ｘ方向側と－Ｘ方向側に１つずつ設けられている。このようなスペーサ１４０は、貫通孔１４３を突起部１３０ＢＭに突き刺して接着等で固定することによって、レバー１３０Ｍに固定される。

ステム１５０は、基部１５１、プランジャ部１５２、及び係合部１５３を有する。基部１５１は、スペーサ１４０の凹部１４１に対応した形状及びサイズを有し、平面視で略矩形状の板状の部分である。プランジャ部１５２は、基部１５１の下面の中心から下方に延在する円柱状の部分である。係合部１５３は、基部１５１の下面においてプランジャ部１５２の＋Ｘ方向側と－Ｘ方向側から下方に延在する部分であり、下端におけるＸ方向外側の側面に爪部を有する。

このようなステム１５０は、プランジャ部１５２をスペーサ１４０の貫通孔１４３に挿入するとともに、係合部１５３を孔部１４４に挿入することによってスペーサ１４０に対して上下方向に移動可能に取り付けられる。ステム１５０をスペーサ１４０に取り付けた状態で、プランジャ部１５２は、レバー１３０Ｍの突起部１３０ＭＢの貫通孔１３１ＭＢとＦＰＣ１２０Ｍの開口部１２１ＭＡを貫通し、プランジャ１５２の下端は、タクトスイッチ１２５Ｍの上面に当接する。このため、ステム１５０を－Ｚ方向に押すと、タクトスイッチ１２５Ｍが導通状態になり、ステム１５０を下端まで押し切ると、タクトスイッチ１２５Ｍがリターンすることによって、ステム１５０は押す前と同じ位置に復帰する。

ラバーシート１６０は、スペーサ１４０及びステム１５０の上面を覆っており、スペーサ１４０の上面に接着等によって固定される。ラバーシート１６０は、一例として透明な樹脂製の薄いシートであり、平面視におけるＸ方向及びＹ方向のサイズはスペーサ１４０と等しい。ラバーシート１６０は、スペーサ１４０及びステム１５０の上面を保護するために設けられている。

このような入力デバイス１００Ｍにおいて、ラバーシート１６０を介してスペーサ１４０又はステム１５０を＋Ｘ方向又は－Ｘ方向に操作すれば、図１及び図２に示す入力デバイス１００の突起部１３０Ｂを＋Ｘ方向又は－Ｘ方向に操作した状態と等しい出力が４つの歪検出素子１２５を含むブリッジ回路で得られる。また、ステム１５０を－Ｚ方向に押圧すると、図１及び図２に示す入力デバイス１００において突起部１３０Ｂを押圧したときと同様に、端子Ｖの出力が変化するが、入力デバイス１００Ｍは、端子Ｖの出力を用いずに、タクトスイッチ１２５Ｍの出力に基づいて、ステム１５０が－Ｚ方向に押圧されたことを検出する。

以上のように、－Ｚ方向の操作の検出にはタクトスイッチ１２５Ｍを用いてもよい。この場合には、４つの歪検出素子１２５を含むブリッジ回路の出力に基づいて、＋Ｘ方向又は－Ｘ方向への操作を高精度に検出できる入力デバイス１００Ｍを提供することができる。

以上、本発明の例示的な実施形態の入力デバイス、スマートフォン、及びゲームコントローラについて説明したが、本発明は、具体的に開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

１００、１００Ｍ 入力デバイス
１１０ 金属プレート
１１１Ａ かしめ片
１２０、１２０Ｍ ＦＰＣ
１２５ 歪検出素子
１３０、１３０Ｍ レバー
１３０Ａ、１３０ＡＭ 平板部
１３０Ｂ、１３０ＭＢ 突起部

Claims (7)

1. 第１面及び第２面を有する平板部と、前記平板部の前記第２面に設けられる突起部とを有するレバーと、
   前記平板部の前記第１面に貼り付けられる配線基板と、
   前記突起部に重なる位置を挟んで前記配線基板に実装される４つの歪検出素子と、
   前記配線基板よりも高い剛性を有し、前記４つの歪検出素子よりも両外側で前記平板部を保持するプレートと
   を含み、
   前記４つの歪検出素子の長手方向は、前記平板部の長手方向と平行であり、
   前記４つの歪検出素子は、前記突起部に重なる位置を挟んで２つずつ前記配線基板に実装されるとともに、平面視で前記突起部の操作方向に直交する方向において、前記突起部の幅の範囲内に配置されている、入力デバイス。
2. 前記プレートは、前記平板部を保持する複数のかしめ片を有する、請求項１に記載の入力デバイス。
3. 前記４つの歪検出素子は、ブリッジ回路を構成し、
   前記ブリッジ回路の両端子間の合成抵抗値が所定値よりも大きい場合に前記突起部を前記配線基板の方向に押し込む押し込み操作が行われたことを検出する、請求項１又は２に記載の入力デバイス。
4. 前記配線基板は、少なくとも前記４つの歪検出素子の位置において前記平板部に接着される、フレキシブル基板である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の入力デバイス。
5. 前記プレートは金属製である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の入力デバイス。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の入力デバイスを側面に設けたスマートフォンであって、前記４つの歪検出素子の長手方向と、前記平板部の長手方向とは、前記スマートフォンの厚さ方向に直交する、スマートフォン。
7. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の入力デバイスを側面に設けたゲームコントローラであって、前記４つの歪検出素子の長手方向と、前記平板部の長手方向とは、前記ゲームコントローラの厚さ方向に直交する、ゲームコントローラ。

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