KR102114287B1 - 조작 장치 - Google Patents

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가즈히코 히라츠카
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알프스 알파인 가부시키가이샤
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Abstract

조작체의 어느 위치를 눌렀을 때에도 동등한 조작 반력을 얻을 수 있는 조작 장치를 제공한다.
조작체(20)가 눌려졌을 때에, 접근 센서(40a, 40b, 40c)의 검지 출력으로부터 조작체(20)의 기울기를 검지함과 함께, 터치 센서에 의한 조작체(20)에 대한 가압 위치를 검지한다. 제어부에서는, 조작체(20)의 기울기와 가압 위치로부터 임계값을 변화시키고, 접근 센서(40a, 40b, 40c)에 의해 검지된 조작체의 가압 거리가 상기 임계값을 초과하면, 가압 조작된 것으로 인식한다.

Description

조작 장치
본 발명은, 조작체의 중앙을 가압하였을 때와, 중앙으로부터 떨어진 장소를 가압하였을 때에, 손가락 등에 느껴지는 조작 반력의 차를 작게 할 수 있는 조작 장치에 관한 것이다.
차량 탑재용의 조작 장치나 각종 전자 기기에 탑재되어 있는 조작 장치에는, 정전 용량식 등의 터치 센서를 구비한 비교적 큰 조작체를 구비한 것이 있다. 이 조작 장치는, 상기 터치 센서에 의해 조작체의 조작면에서의 손가락의 접촉 위치나 손가락의 이동 상태가 검지된다. 또한, 조작체가 눌려진 것을 검지하는 검지 부재가 마련되어 있으며, 상기 검지 부재에 의해 조작체가 눌려진 것을 검지하였을 때에 소정의 입력 조작의 실행 처리 등이 행해진다.
이 종류의 조작 장치에서는, 조작체를 중앙으로부터 벗어난 위치에서 가압하면 조작체가 기울기 때문에, 조작체를 가압하는 개소에 따라 손가락에 느껴지는 조작 반력에 차이가 발생하는 과제가 있다.
특허 문헌 1에는, 가압 조작하는 터치 패드의 중앙부의 하측에 스위치가 배치된 조작 장치가 기재되어 있다. 도 1에서는, 눌려 내려진 터치 패드가, 일단을 힌지로 하여 기우는 동작이 설명되어 있다. 이 경우에는, 힌지에 가까운 위치를 누를 때와, 힌지로부터 떨어진 위치를 누를 때에, 상기 스위치를 ON 동작으로 전환할 때에 손가락에 느껴지는 반력에 차가 발생하는 것이 지적되고 있다.
따라서, 특허 문헌 2의 도 2 이하에는, 터치 패드의 중앙부가 상기 스위치에 의해 지지되고, 스위치를 사이에 두는 양측에 터치 패드를 밀어 올리는 압축 스프링이 마련된 구조가 기재되어 있다. 터치 패드가 스위치로부터 떨어진 위치에서 눌려지면, 터치 패드가 타방의 단부를 힌지로 하여 경사지지만, 이 때 눌려진 측에 위치하는 압축 스프링이 터치 패드에 대한 조작 반력을 보강함으로써, 터치 패드의 가압 개소에 따라 반력이 변화되는 것을 해소하고자 하는 것이다.
일본공개특허 특개2013-20604호 공보
특허 문헌 1에 기재된 조작 장치의 터치 패드는, 그 중앙부가 기구식의 스위치에 의해 지지되고, 스위치를 사이에 둔 양측이 압축 스프링에 의해 지지된 구조로 함으로써, 터치 패드를 중앙부로부터 떨어진 위치에서 눌렀을 때의 조작 저항력의 저항분을, 압축 스프링의 탄성력으로 보강하고자 하는 것이다.
그러나, 이 구조에서는, 터치 패드가 스위치의 바로 위인 중앙부 또는 그 가까이에서 눌려져, 터치 패드가 대략 수평 자세로 압입될 때에, 스위치의 반력과 각각의 압축 스프링의 탄성력이 모두 동시에 조작 저항력으로서 작용하는 것이 되어, 터치 패드를 눌렀을 때의 조작 반력이 매우 커져 버린다. 즉, 스위치로부터 떨어진 개소가 눌려졌을 때에는 압축 스프링의 보강에 의한 효과를 기대할 수 있지만, 스위치의 바로 위나 스위치의 가까이를 눌렀을 때에는 반대로 조작 반력이 과대해져 버려, 터치 패드를 어디에서 눌러도 균일한 반력을 발생시킨다고 하는 목적을 충분히 달성할 수 있는 것은 아니다.
또한, 특허 문헌 1에 기재된 구조는, 터치 패드의 압입을 기계식의 스위치에 의해 검지하는 구조이기 때문에 성립하는 것이며, 조작체와 지지부의 쌍방에 대향하는 전극을 마련하여, 조작체와 지지부의 접근 거리를 전극간의 정전 용량으로 검지하는 구조에서는 성립하는 것은 아니다.
본 발명은 상기 종래의 과제를 해결하는 것이며, 조작체에 대한 가압 개소의 차이에 의한 조작 반력의 차를 작게 할 수 있고, 게다가 정전 용량식 등의 접근 센서를 사용한 경우에도 조작 반력의 편차를 억제할 수 있는 조작 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명은, 지지부와, 조작체와, 상기 지지부 상에서 상기 조작체를 지지하는 탄성 부재와, 상기 조작체의 상기 지지부에 대한 접근 거리를 검지하는 접근 센서와, 제어부가 마련된 조작 장치에 있어서,
상기 접근 센서에 의해, 또는 상기 접근 센서와 따로 마련된 기울기 검지 센서에 의해, 상기 지지부에 대한 상기 조작체의 기울기 검지가 가능하게 되어 있으며,
상기 제어부에서는,
상기 접근 센서로부터의 검지 출력에 의거하여 가압 조작이 이루어졌다고 판정하기 위한 임계값을, 상기 조작체의 기울기에 따라 상이하게 하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 조작 장치는, 상기 조작체에는, 가압 위치를 검지하는 터치 센서가 마련되 있으며, 상기 제어부는, 상기 터치 센서에 의해 검지된 가압 위치와, 상기 조작체의 기울기에 따라 상기 임계값을 변화시키는 것이다.
본 발명의 조작 장치는, 상기 접근 센서가 복수 마련되어 있으며, 각각의 상기 접근 센서로부터의 검지 출력에 의해, 상기 조작체의 기울기를 검지하는 것이다. 혹은, 상기 기울기 검지 센서는, 복수 개소에 마련된 하중 센서이다.
본 발명의 조작 장치는, 상기 탄성 부재로서, 상기 조작체의 상기 지지부에 대한 접근 거리에 따라 반력이 증가하는 복수의 제 1 탄성 부재와, 상기 조작체의 기울기에 따라 반력이 증가하는 제 2 탄성 부재가 마련되어 있는 것이 바람직하다.
이 경우에, 상기 제 2 탄성 부재는, 상기 조작체의 기울기량에 따라 비틀림량이 변화되는 토션 바로 구성할 수 있다.
예를 들면, 상기 지지부와 조작체의 사이에, 상기 조작체의 기울기를 규제하는 링크 기구가 마련되어 있으며, 상기 링크 기구를 구성하는 지지 링크가, 상기 토션 바로서 기능한다.
또한 본 발명은, 지지부와, 조작체와, 상기 지지부 상에서 상기 조작체를 지지하는 탄성 부재와, 상기 조작체의 상기 지지부에 대한 접근 거리를 검지하는 접근 센서와, 제어부가 마련된 조작 장치에 있어서,
상기 조작체에는, 가압 위치를 검지하는 터치 센서가 마련되어 있으며,
상기 제어부에서는,
상기 접근 센서로부터의 검지 출력에 의거하여 가압 조작이 이루어졌다고 판정하기 위한 임계값을, 상기 터치 센서에 의해 검지된 가압 위치에 따라 변화시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 조작 장치는, 상기 조작체의 중심을 가압했을 때와 상기 중심으로부터 떨어진 위치를 눌렀을 때에, 상기 탄성 부재로부터의 반력이 대략 동일한 값일 때에 가압 조작이 이루어졌다고 판정되도록, 상기 임계값이 설정되는 것이 바람직하다.
본 발명은, 접근 센서의 검출 거리가 소정의 거리가 되었을 때에, 가압 조작이 이뤄진 것이라고 판정되지만, 그 판정을 위한 임계값을, 조작체의 기울기에 따라 상이하게 하고 있다. 혹은, 조작체를 가압하는 위치에 따라 상이하게 하고 있다. 그 결과, 조작체의 중앙부를 눌렀을 때와 단부를 눌렀을 때에, 가압 조작이 이루어졌다고 판정될 때의 조작 반력의 차를 작게 할 수 있고, 바람직하게는 대략 동일한 조작 반력으로 맞추는 것이 가능해진다.
또한, 조작체의 기울기량에 따라 반력이 변화되는 토션 바 등을 부가함으로써, 상이한 개소에서 가압 조작되었을 때의 조작 반력을 대략 동일한 값으로 설정하기 쉬워진다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태의 조작 장치의 분해 사시도,
도 2는 도 1에 나타내는 조작 장치를 II-II선으로 절단한 단면도,
도 3은 도 1에 나타내는 조작 장치의 평면도,
도 4의 (a), (b)는, 조작체의 가압 조작을 측면에서 나타내는 설명도,
도 5는 본 발명의 제 2 실시 형태의 조작 장치를 나타내는 평면도,
도 6은 조작체의 가압 거리와 조작 반력과의 관계를 나타내는 선도(線圖),
도 7은 본 발명의 조작 장치의 회로 블록도.
도 1과 도 2에 나타내는 조작 장치(1)는, 지지부(10)와, 조작체(20)와, 상기 지지부(10) 상에서 상기 조작체(20)를 지지하는 탄성 지지 기구(30)를 가지고 있다.
도 1과 도 2에 나타내는 바와 같이, 지지부(10)는, 상방이 개방되는 케이스 형상의 베이스(11)와, 베이스(11)의 내부에 고정된 고정 프레임(12)을 가지고 있다. 베이스(11)와 고정 프레임(12)은 세로 방향(Y 방향)의 길이 치수가, 폭 방향(X 방향)의 길이 치수보다 큰 장척 형상이다.
고정 프레임(12)의 세로 방향(Y 방향)의 양단부에, 스프링 지지면(13)이 마련되어 있다. 각각의 스프링 지지면(13) 상에는, 누름 부재(15)가 나사(14)에 의해 고정되어 있으며, 누름 부재(15)의 폭 방향(X 방향)의 양단부와 고정 프레임(12)의 사이에, 토션 베어링부(16, 16)가 형성되어 있다.
조작체(20)는, 가동 부재(21)와 가동 부재(21) 상에 지지된 디스플레이(22)와, 디스플레이(22)를 덮는 조작 패널(23)을 가지고 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 디스플레이(22)와 조작 패널(23)의 사이에 터치 센서(24)가 끼워져 있다.
디스플레이(22)는, 컬러 액정 패널이나 일렉트로루미네선스 패널 등으로 구성되어 있다. 조작 패널(23)은 폴리카보네이트 수지나 아크릴 수지로 형성된 투명 패널이며, 그 표면이 조작면(23a)으로 되어 있다.
터치 센서(24)는, 수지 필름 등의 투명 기판에 ITO나 도전성 나노 와이어로 형성된 투광성의 복수의 전극이 형성되어 있으며, 전극간이 절연되어 전극간에 정전 용량이 설정되어 있다. 손가락 등의 도전체가 접근하면, 접근한 전극과 손가락 등과의 사이에 정전 용량이 형성된다. 이 때, 구동용의 전극에 펄스 형상의 구동 전력을 부여하여, 검출용의 전극의 전류를 감시함으로써, 손가락이 어느 위치에 접근하였는지를 검지할 수 있다.
조작 패널(23)은 세로 방향(Y 방향)의 길이 치수가, 폭 방향(X 방향)의 길이 치수보다 큰 장척 형상이다. 디스플레이(22)와 터치 패널(14)은, 조작 패널(23)과 대략 동일한 형상이며 동일한 면적을 가지고 있다. 조작체(20)의 전방(도면에 나타내는 상방)으로부터, 조작 패널(23)을 투과하여 디스플레이(22)의 표시 화면을 눈으로 확인할 수 있다. 표시 화면을 보면서 조작면(23a) 중 어느 개소에 접근시키거나 또는 접촉시킨 손가락을 터치 센서에 의해 검지함으로써, 표시 화면을 보면서 조작을 행할 수 있다.
탄성 지지 기구(30)는 한 쌍의 제 1 탄성 부재(31, 31)와 마찬가지로 한 쌍의 제 2 탄성 부재(32, 32)를 가지고 있다. 또한, 지지부(10)와 조작체(20)의 일방에는 Z 방향으로 연장되는 볼록부가 형성되고 타방에 Z 방향으로 연장되는 오목부가 형성되어 있다. 이 볼록부가 오목부에 슬라이딩 가능하게 삽입되어, 지지부(10) 상에서 조작체(20)를 Z 방향으로 이동 가능하게 안내하는 승강 안내 기구가 구성되어 있다.
제 1 탄성 부재(31)는 판 스프링 재료로 형성되어 있다. 제 1 탄성 부재(31)는 고정편(31a)과, 고정편(31a)의 폭 방향(X 방향)의 양측에 일체로 형성된 탄성편(31b, 31b)을 가지고 있다. 고정편(31a)은, 고정 프레임(12)에 형성된 스프링 지지면(13)에 고정되어 있다. 탄성편(31b)은, 기단(31c)과 자유단(31b)이, 폭 방향(X 방향)을 향하도록 배치되어 있으며, 탄성편(31b)은 Z 방향으로의 굽힘 변형에 의한 탄성 복원력을 발휘한다.
제 2 탄성 부재(32)는, 토션 바와 지지 링크와의 쌍방의 기능을 발휘하는 것이며, 금속 막대 또는 금속 선으로 형성되어 있다. 제 2 탄성 부재(32)는, 세로 방향(Y 방향)에 직선적으로 연장되는 가동 연결부(32a)와, 그 양단부에 형성된 U자 형상의 벤딩부(32b, 32b)와, U자 형상 벤딩부(32b, 32b)의 단부인 지지 연결부(32c, 32c)가 일체로 형성되어 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 제 2 탄성 부재(32)의 각각의 지지 연결부(32c)는, 지지부(10)에 마련된 토션 베어링부(16)에 지지되어 있다. 토션 베어링부(16)에서는, 지지 연결부(32c)가 Y 방향으로는 위치 어긋나지 않지만, X 방향으로는 조금 이동할 수 있고, 게다가 Y축 둘레로 회전 가능하게 되도록 지지되어 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 조작체(20)에 마련된 가동 부재(21)의 복수 개소에 연결 베어링부(25)가 형성되어 있다. 가동 부재(21)에서는, 연결 베어링부(25)가 X 방향으로 간격을 둔 각각의 위치에 있어서, 또한 Y 방향으로 간격을 두고 한 쌍씩 마련되어 있다. 제 2 탄성 부재(32)의 가동 연결부(32a)는, 연결 베어링부(25)에 유지되고 있다. 연결 베어링부(25)에 있어서, 가동 연결부(32a)는 X 방향과 Y 방향으로 위치 어긋나지 않고 또한 Y축 둘레로 회전 가능하게 지지되어 있다.
도 3과 도 4에 나타내는 바와 같이, 지지부(10)와 조작체(20)의 사이에 제 1 접근 센서(40a)와 제 2 접근 센서(40b) 및 제 3 접근 센서(40c)가 마련되어 있다. 접근 센서(40a, 40b, 40c)는, 지지부(10)의 고정 프레임(12) 상에 고정된 고정 전극(41)과, 조작체(20)의 가동 부재(21)에 고정된 가동 전극(42)을 가지고, 고정 전극(41)과 가동 전극(42)이 소정의 면적에서 Z 방향으로 대면하고 있다. 고정 전극(41)과 가동 전극(42)은 일방이 구동 전극이며 타방이 검지 전극이다. 구동 전극에 펄스 형상의 구동 전류를 부여하여, 검지 전극에 흐르는 전류를 검지함으로써, 고정 전극(41)과 가동 전극(42)의 사이의 정전 용량의 변화를 검지할 수 있으며, 이에 따라, 고정 전극(41)과 가동 전극(42)의 Z 방향의 대향 거리의 변화(조작체(20)의 가압 거리의 변화)를 검지할 수 있다.
도 3에는, 조작체(20)(조작면(23a))의 중심(무게 중심)(O)이 나타나 있다. 접근 센서(40a, 40b, 40c)는 중심(O)에 대하여 균일한 개방 각도 θ=120도로 배치되어 있으며, 또한 중심(O)으로부터 동심원 상에 배치되어 있다. 단, 3개의 접근 센서(40a, 40b, 40c)의 개방 각도는 균일하지 않아도 되고, 중심(O)으로부터 동심원 상에 배치되어 있지 않아도 된다. 다만, 도 3에 나타내는 배치로 해 두면, 3개의 접근 센서(40a, 40b, 40c)로부터의 검지 출력에 의해 조작체(20)의 기울기 등을 구할 때의 연산이 용이하다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 조작 장치(1)의 회로 구성은, 제 1 접근 센서(40a)와 제 2 접근 센서(40b) 및 제 3 접근 센서(40c)의 검지 출력을 얻는 검출 회로(44)와, 검출 회로(44)로부터의 출력 및 터치 센서(24)로부터의 검지 출력을 얻어 연산 처리를 행하는 제어부(45)를 가지고 있다.
이어서, 상기 조작 장치(1)의 동작에 대하여 설명한다.
도 1과 도 2에 나타내는 바와 같이, 조작체(20)는, 그 길이 방향인 Y 방향으로 연장되는 한 쌍의 제 2 탄성 부재(토션 바 겸 지지 링크)(32, 32)에 의해 지지되고 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 제 2 탄성 부재(32)는, 가동 연결부(32a)가 조작체(20)의 가동 부재(21)에 회전 운동 가능하게 지지되어 있으며, 지지 연결부(32c)가, 지지부(10)의 고정 프레임(12)에 형성된 토션 베어링부(16)에 X 방향으로 슬라이딩 가능하고 또한 회전 가능하게 지지되어 있다.
지지부(10)와 조작체(20)의 사이에 상기 승강 안내 기구가 형성되고, 또한, 한 쌍의 지지 링크(제 2 탄성 부재)(32, 32)에 의해, 조작체(20)의 기울기를 억제하는 링크 기구가 구성되어 있기 때문에, 조작체(20)는, 수평 자세를 유지한 채로 Z 방향으로 승강 동작하기 쉽도록 되어 있다.
조작체(20)는, 제 1 탄성 부재(31)에 형성된 4개소의 탄성편(31b)으로, 하측으로부터 지지되고 있다. 도 4에서는, 탄성편(31b)의 Z 방향의 굽힘 변형에 의한 스프링 상수가 K1로 나타나 있으며, 각각의 탄성편(31b)으로부터 조작체(20)에 부여되는 Z 방향의 상 방향의 탄성 복원력이 F1로 나타나 있다. 탄성 복원력(F1)은, 탄성편(31b)의 Z 방향으로의 휨량에 비례하는 변수이다.
상기한 바와 같이, 한 쌍의 제 2 탄성 부재(32)는 한 쌍의 평행 링크로서 기능하고 있기 때문에, 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이 조작체(20)가 중심(O) 또는 그 부근에 있어서 가압력(P1)으로 눌려지면, 제 2 탄성 부재(32)가 비틀리지 않아, 조작체(20)는 수평 자세인 채로 지지부(10)에 접근한다. 이 때, 가압력(P1)을 부여하고 있는 손가락에 작용하는 조작 반력은, 계산상은 4×F1이다. 즉, 조작 반력의 스프링 상수는 4×K1이다.
조작체(20)는, 한 쌍의 제 2 탄성 부재(32, 32)에 의해 수평 자세를 유지한 채 Z 방향으로 승강 동작하기 쉽도록 되어 있지만, Y 방향의 치수가 크기 때문에, 나아가서는 상기 승강 안내 기구의 볼록부와 오목부의 사이에 덜컹거림을 발생시키는 간극이 형성되기 때문에, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 조작면(23a)의 Y방향의 단부에 하 방향의 가압력(P2)이 작용되면, 조작체(20)는 지지부(10)에 대하여 기울어진 자세가 되기 쉽다. 가압력(P2)이 대략 우측의 탄성편(31b, 31b)의 바로 위에 작용하고 있는 것으로 하면, 가압력(P2)을 부여하고 있는 손가락에 대해서는, 탄성편(31b, 31b)으로부터 조작 반력 2×F1이 부여된다. 이 조작 반력의 스프링 상수는 2×K1이다.
또한, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이 조작체(20)에 가압력(P2)이 부여되어 경사진 자세가 되면, 한 쌍의 제 2 탄성 부재(32)의 가동 연결부(32a)에 비틀림이 발생하여, 조작체(20)에 대하여 비틀림 탄성의 복원력(F2)이 작용한다. 토션 바로서 기능하는 제 2 탄성 부재(32)의 비틀림 탄성의 스프링 상수는 Kθ이며, 상기 복원력(F2)은, 가동 연결부(32a)의 비틀림 각도에 비례하는 변수이다.
가령 제 2 탄성 부재(32, 32)가 마련되어 있지 않다고 하면, 중심(O) 부근에 가압력(P1)을 부여하고 있을 때의 조작 반력(4×F1)에 대하여, Y 방향의 단부에 가압력(P2)을 부여하였을 때의 조작 반력(2×F1)이 대략 1/2 정도까지 반감하는 것이 된다. 그러나, 제 2 탄성 부재(32, 32)를 마련함으로써, 가압력(P2)을 부여하고 있는 손가락에 대하여 (2×F1+2×F2)의 조작 반력을 부여할 수 있다. 이에 따라, 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이 중심(O) 부근을 눌렀을 때의 조작 반력과, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, Y 방향의 단부를 누르고 있을 때의 조작 반력의 차를 작게 하는 것이 가능하다.
이것은, 조작체(20)의 조작면(23a)의 어느 위치를 눌렀을 때에도 동일하며, 예를 들면 P1과 P2의 중간이 손가락으로 눌려졌을 때에는, 탄성편(31b)에 의해 발휘되는 조작 반력은, Y 방향으로 떨어져 위치하는 각각의 탄성편(31b)과 가압 개소와의 스판비(span ratio)(지렛대비)에 따른 값이 된다. 또한, 제 2 탄성 부재(32)에 의해 발휘되는 조작 반력은, 가동 연결부(32a)의 비틀림량에 비례하기 때문에, 조작 반력(F2)은 조작체(20)의 기울기 각도에 따라 변화된다. 또한, 손가락으로 느끼는 비틀림에 의한 조작 반력(F2)은, 조작면(23a)에 있어서 손가락으로 가압하는 장소에 따라서도 변화된다.
도 1과 도 2에 나타내는 제 1 탄성 부재(31)에 마련된 탄성편(31b)은, Z 방향의 휨 변형에 의해 도 4에 나타내는 바와 같이 Z 방향으로의 조작 반력(F1)(스프링 상수(K1))을 발생시키지만, 또한, 이 탄성편(31b)은, 폭 방향이 Y 방향을 향하게 되어 있기 때문에, 조작체(20)가 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이 경사지면, 탄성편(31b)이 비틀림 변형되고, 그 복원력에 의해 조작체(20)에 조작 반력(F3)을 부여할 수 있다. 이 때의 스프링 상수(Kθ1)는, 조작체(20)의 경사 각도에 비례한다.
즉, 탄성편(31b)은, Z 방향으로의 휨에 의한 스프링 상수(K1)를 가지는 제 1 탄성 부재와, 조작체(20)의 기울기에 따른 스프링 상수(Kθ1)를 가지는 제 2 탄성 부재를 겸용한 것이 된다. 본 발명은, 제 1 탄성 부재와 제 2 탄성 부재의 쌍방을 가지는 것을 특징 중 하나로 하고 있지만, 제 2 탄성 부재(32)(토션 바)를 사용하지 않고, 탄성편(31b)만을 사용함으로써 제 1 탄성 부재와 제 2 탄성 부재의 쌍방을 가지는 구조로 해도 된다. 또는, 도 1에 나타내는 제 2 탄성 부재(32)를 사용하고, 제 1 탄성 부재로서 압축 코일 스프링 등을 사용해도 된다.
지지부(10)와 조작체(20)와의 접근 거리 및 조작체(20)의 기울기 각도는, 제 1 접근 센서(40a)와 제 2 접근 센서(40b) 및 제 3 접근 센서(40c)로부터의 검지 출력으로부터 연산된다.
접근 거리는, 예를 들면 제어부(45)에 있어서, 각 접근 센서(40a, 40b, 40c)로부터의 검지 출력의 평균값을 산출함으로써 구해진다. 상기 평균값이 제어부(45)에 설정되는 임계값과 일치하면, 또는 임계값을 초과하면, 가압 조작이 이루어졌다고 판정한다. 예를 들면, 디스플레이(22)의 표시 화면에 표시된 메뉴 표시를 보면서 조작면(23a)에 손가락을 접촉하고, 이것을 터치 센서(24)에 의해 검지하고 있는 상태에서, 또한 조작체(20)가 눌려져, 상기 평균값이 임계값을 초과하여 가압 조작이 이루어졌다고 판정되면, 손가락의 접촉으로 선택하고 있는 메뉴 표시에 대향하는 프로그램의 실행 처리로 이행한다.
혹은, 3개의 접근 센서(40a, 40b, 40c)의 검출값 중, 거리 측정값이 최소값이 되는 값을 접근 거리로 하고, 이 접근 거리가 임계값과 일치하거나, 또는 임계값을 초과하면 가압 조작이 이루어졌다고 판정해도 된다.
또한, 산출하는 접근 거리는, 실제의 거리의 산출뿐만 아니라, 거리에 대응하는 값이어도 된다. 예를 들면, 접근 센서의 검출값으로부터 접근 거리를 산출하지 않고, 접근 센서의 검출값을 그대로 가압 조작의 판정에 이용해도 된다.
또한, 제 1 접근 센서(40a)와 제 2 접근 센서(40b) 및 제 3 접근 센서(40c)의 검지 출력으로부터, 제어부(45)에 있어서 조작체(20)의 기울기를 연산할 수 있다.
예를 들면, 제 2 접근 센서(40b)의 검지 출력과 제 3 접근 센서(40c)의 검지 출력과의 평균값과, 제 1 접근 센서(40a)의 검지 출력을 비교함으로써, X 방향으로의 기울어진 각도(Y축 둘레의 기울어진 각도)를 산출할 수 있다. 또한, 제 2 접근 센서(40b)의 검지 출력과, 제 3 접근 센서(40c)의 검지 출력을 비교함으로써 Y 방향으로의 기울어진 각도(X 축 둘레의 기울어진 각도)를 산출할 수 있다.
제어부(45)에서는, 조작체(20)의 기울기의 연산값과, 터치 센서(24)에 의해 검지한 조작면(23a)에 대한 가압력의 작용 위치에 의거하여, 가압 조작이 이루어졌다고 판정하기 위한 접근 거리의 임계값을 변화시키도록 제어한다.
제어부(45)에서는, 조작체(20)의 기울기의 연산값과 가압력의 작용 위치에 따라 상이한 임계값을 설정하지만, 이 제어에서는, 조작체(20)의 대소와 가압 위치의 변화에 따라 임계값을 연속하여 변화시켜도 되고, 혹은 조작체(20)의 기울기의 대소와 가압 위치의 변화에 따라 임계값을 단계적으로 변화시켜도 된다.
도 6은 가로축에 조작체(20)의 지지부(10) 방향으로의 가압 거리(압입량)를 나타내고, 세로축은 손가락에 느껴지는 조작 반력의 크기를 나타내고 있다. 이 가압 거리는, 3개의 접근 센서(40a, 40b, 40c)에서 검지된 것이며, 예를 들면 3개의 접근 센서(40a, 40b, 40c)에 의한 접근 거리의 검출값의 평균값으로부터 구해진다. 혹은, 3개의 접근 센서(40a, 40b, 40c)에 의한 접근 거리의 검출값의 최소값으로부터 구해진다.
도 6의 (i)는, 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 조작체(20)의 중심(무게 중심)(O) 부근이 가압력(P1)으로 Z 방향으로 압입되어, 조작체(20)가 기울지 않고 대략 수평 자세로 하강하였을 때의 가압 거리와 조작 반력과의 관계를 나타내고 있다. 이 때, 조작체(20)에 부여되는 조작 반력은 4×F1이다. F1은 변수이며, 그 때의 스프링 상수는 4×K1이다.
도 6의 (ii)는, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 조작체(20)가 도면에 나타내는 우측의 탄성편(31b)의 바로 위이고 또한 X 방향의 중점에 있어서 가압력(P2)으로 Z 방향으로 압입되었을 때의, 가압 거리와 조작 반력과의 관계를 나타내고 있다. 이 때, 조작체(20)가 기울기 때문에, 조작 반력은 2×F1+2×F2이다. 상기 조작 반력(F2)은, 조작체(20)의 기울기를 검지하고, 그 기울기에 따른 제 2 조작 부재(32)의 비틀림 각도를 상정함으로써 알 수 있다.
또한, 도 6의 (iii)은 참고를 위해, 가압력(P2)으로 압입되었을 때에, 제 2 탄성 부재(32)가 마련되어 있지 않아, 제 1 탄성 부재(31)의 탄성편(31b)만으로 조작 반력이 부여되는 예를 나타내고 있다. 이 때, 조작 반력은 2×k1이며, 스프링 상수는 2×F1이다.
제어부(45)에서는, 조작체(20)의 기울기가 규정값 이하라고 판정하고 있을 때에는, 가압 거리(지지부(10)와 조작체(20)와의 접근 거리)의 L1을 임계값으로서 설정하고, 가압 거리가 L1에 이르렀거나 혹은 L1을 초과하였을 때에 가압 조작이 이루어졌다고 판정한다. 이 때의, 가압 거리와 조작 반력과의 관계는 도 6의 (i)의 선도와 같이 되며, 가압 거리가 L1일 때의 조작 반력이 G1이다. 예를 들면 L1은 0.5mm이며, 조작 반력은 5N(뉴턴)이다.
조작 장치(1)에는 진동 발생 장치가 마련되어 있으며, 제어부(45)에 있어서 가압 조작이 이루어졌다고 판정되었을 때에 조작체(20)에 진동이 부여된다. 따라서, 중심(O)의 바로 위 또는 그 부근을 가압하고 있는 조작자의 손가락에는, 조작 반력이 5N이 되었을 때에, 진동이 부여되어, 가압 조작에 이르렀다고 느끼게 된다.
조작체(20)의 조작면(23a)이 중심(O)으로부터 떨어진 위치에서 눌려지면, 제 2 탄성 부재(32, 32)가 링크 기구로서 기능하고 있음에도 불구하고, 조작체(20)가 수평 자세로 하강하지 않고, 기울어져 하강한다. 3개의 접근 센서(40a, 40b, 40c)로부터의 검지 출력에 의해 조작체(20)가 기울어져 있다고 판정되었을 때에는, 판정된 기울기 각도와, 터치 센서(24)에 의해 검지된 가압 위치의 검출값에 따라, 가압 조작이 이루어졌다고 판정해야 하는 가압 거리의 임계값을 변화시킨다. 이 임계값의 변화는 예를 들면, 제어부(45)에 부수되는 메모리에 테이블이나 공식으로서 저장되어 있다.
예를 들면, 조작체(20)가 기울어져 있다고 검지되고, 터치 센서(24)로부터의 검지 출력에 의해, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 우측의 탄성편(31b, 31b)의 바로 위이고 또한 X 방향에서의 중심 위치에서 조작체(20)가 눌려져 있다고 검지되었을 때에는, 제어부(45)에서는, 가압 조작이 행해졌다고 판정해야 하는 가압 거리의 임계값을 L2로 변경한다. 임계값(L2)은 도 6의 (ii)에 나타내는 선도에 의거하여 설정되는 것이지만, 선도는, 터치 센서(24)에 의해 검지된 가압 위치와, 3개의 접근 센서(40a, 40b, 40c)의 검지 출력으로부터 연산된 조작체(20)의 기울기 각도에 의거하여 설정된다.
도 6의 (ii)의 선도에서는, 가압 거리가 임계값(L2)일 때에, 조작 반력이 대략 G1이 되도록 설정되어 있다. 따라서, 제어부(45)에서는, 가압 거리의 L2를 임계값으로서 설정하고, 가압 거리가 L2에 이르면, 또는 L2를 초과하면 가압 조작이 이루어진 것이라고 판정한다. 이 때 손가락에 느껴지는 조작 반력은, 조작체(20)가 수평 자세인 채로 눌려졌을 때와 대략 동일해진다.
조작체(20)에 가압력을 부여하는 위치가, 도 4의 (a)에 나타내는 중심(O) 부근과, 도 4의 (b)에 나타내는 단부와의 중간 위치일 때에는, 터치 센서(24)로부터의 검지 출력으로부터 가압 위치를 알 수 있고, 제 1 탄성 부재(31)로부터 조작체(20)에 부여되는 조작 반력이 산출된다. 또한 3개의 접근 센서(40a, 40b, 40c)에 의해 검지된 조작체(20)의 기울기 각도로부터도 그 때의 조작 반력을 산출할 수 있다. 이 산출값에 의거하여 도 6에 나타내는 가압 거리와 조작 반력과의 관계가 마모리로부터 읽어 내지고, 제어부(45)에서는, 그 가압 위치와 그 때의 조작체(20)의 기울기에 따라 최적인 임계값이 설정된다. 이에 따라, 어느 위치를 눌렀을 때라도 조작 반력의 차를 작게 할 수 있고, 바람직하게는 조작 반력을 균일하게 할 수 있다.
이상을 정리하면, 제어부(45)에서는,
(1) 접근 센서(40a, 40b, 40c)로부터의 검지 출력으로부터 조작체(20)가 기울지 않고 압입되고 있다고 판정되었을 때에는, 가압 조작이 이루어졌다고 판정하는 임계값을 L1로 설정한다.
(2) 접근 센서(40a, 40b, 40c)로부터의 검지 출력으로부터 조작체(20)가 기울어 있다고 판정하면, 그 가압 위치로부터 4개의 탄성편(31b)으로부터 Z 방향으로 작용하는 탄성 복원력에 의거하는 반력과, 그 때의 기울기 각도에 의해 제 2 탄성 부재(32)로부터 발생되는 비틀림량에 따른 탄성 복원력에 의거하는 반력을 상정하고, 그 반력에 따른 선도 또는 관계식으로부터, 가압 조작이 이루어졌다고 판정하는 임계값(예를 들면 L2)을 설정한다.
도 6의 (iii)은, 4개의 탄성편(31b)에 의해 Z 방향으로 발휘되는 탄성력만으로 조작 반력(F1)이 설정되는 예가 나타나 있지만, 이 때의 조작 반력은 도 6의 (i)보다 상당히 작은 값이 된다. 따라서, 제 2 탄성 부재(32)의 비틀림 탄성을 이용함으로써, 중심(O)으로부터 떨어진 위치에서 조작체(20)가 눌려졌을 때의 조작 반력의 저하를 보강할 수 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 중심(O)으로부터 떨어진 위치를 눌렀을 때에 그 가압 거리를 극단적으로 길게 하지 않아도 상정하는 반력(G1)(예를 들면 5N)을 얻을 수 있다.
특히, 제 2 탄성 부재(32)의 토션 바의 탄성 기능을 사용하면, 조작체(20)의 기울기가 커짐에 따라 조작 반력(F2)이 강해지기 때문에, 조작체(20)의 기울기 각도가 커졌을 때에 조작 반력을 보강할 수 있게 된다. 또한, 조작체(20)의 기울기 각도의 산출값과, 그 기울기에 따른 제 2 탄성 부재(32)의 비틀림 탄성과의 관계로부터, 가압 조작이 이루어졌다고 판정해야 하는 임계값을 설정함으로써, 어느 개소를 조작해도 동등한 조작 반력을 얻을 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시 형태의 조작 장치(1A)를 나타내고 있다.
이 조작 장치(1A)에서는, 조작체(20)의 중심(O)에 1개의 접근 센서(51)가 마련되어 있다. 이 접근 센서(51)는, 지지부(10)에 마련된 전극과 조작체(20)에 마련된 전극의 대향 거리를 정전 용량의 변화에 의해 검지하는 것이다.
조작 장치(1A)에서는, 접근 센서(51)의 주위의 3개소에 기울기 검지 센서(50a, 50b, 50c)가 마련되어 있다. 기울기 검지 센서(50a, 50b, 50c)는 예를 들면 하중 센서이다. 이 경우에 하중 센서로부터 조작체(20)에 부여되는 Z 방향의 반력은 작은 것이 바람직하다.
기울기 검지 센서(50a, 50b, 50c)는 접촉식인 경우에는 상기 하중 센서이지만, 이것에 한정되지 않고, 비접촉식의 광학식 변위 센서나 초음파 센서, 자기 센서 등도 이용할 수 있다. 자기 센서인 경우에는, 지지부(10)에 자기 센서를 마련하고, 조작체(20)측에 전자 코일이나 자석 등의 자기 발생부를 마련하여, 조작체(20)와 자기 센서와의 거리의 변화에 따라 기울기를 검지한다.
이 조작 장치(1A)에서는, 3개의 기울기 검지 센서(50a, 50b, 50c)에서 검지된 조작체(20)의 기울기 각도와, 터치 센서(24)로부터의 검지 출력에 따라, 가압 거리에 관한 임계값이 변경된다. 그리고, 접근 센서(51)의 검지 출력으로부터, 가압 거리가 상기 임계값에 이르렀을 때, 혹은 임계값을 초과하였을 때에, 가압 조작이 이루어졌다고 판정한다.
또한, 본 발명은, 제 2 탄성 부재(32)를 사용하지 않고, 제 1 탄성 부재(31)만을 사용하여 Z 방향으로의 조작 반력을 발휘시켜도 된다. 이 경우에, 가압 거리와 조작 반력과의 관계는 도 6의 (iii)과 같이 된다. 조작체(20)의 경사 각도에 따른 비틀림 탄성을 발휘하는 제 2 탄성 부재(32)가 마련되어 있지 않을 때에는, 조작체(20)의 경사 각도를 구할 필요는 없고, 터치 센서(24)의 검지 출력에 의해, 조작체(20)의 어느 위치가 눌려져 있는지를 검지하여, 그 가압 위치의 변화에 따라, 가압 조작되었다고 판정해야 하는 임계값을 설정하면 된다.
또한, 제 1 탄성 부재와 제 2 탄성 부재의 쌍방을 사용하고 있는 경우라도, 조작체(20)의 기울기를 검지하지 않고, 조작체(20)의 어느 위치가 가압되고 있는지의 정보만으로 임계값을 변경해도 된다.
1, 1A 조작 장치
10 지지부
20 조작체
21 가동 부재
22 디스플레이
23 조작 패널
24 터치 센서
31 제 1 탄성 부재
31b 탄성편
32 제 2 탄성 부재(지지 링크)
40a, 40b, 40c 접근 센서
41 고정 전극
42 가동 전극
45 제어부
50a, 50b, 50c 기울기 검지 센서
51 접근 센서
O 중심

Claims (9)

  1. 지지부와, 조작체와, 상기 지지부 상에서 상기 조작체를 지지하는 탄성 부재와, 상기 조작체의 상기 지지부에 대한 접근 거리를 검지하는 접근 센서와, 제어부가 마련된 조작 장치에 있어서,
    상기 접근 센서에 의해, 또는 상기 접근 센서와 따로 마련된 기울기 검지 센서에 의해, 상기 지지부에 대한 상기 조작체의 기울기 검지가 가능하게 되어 있으며,
    상기 제어부에서는,
    상기 접근 센서로부터의 검지 출력에 의거하여 가압 조작이 이루어졌다고 판정하기 위한 임계값을, 상기 조작체의 기울기에 따라 변화시키고,
    상기 조작체의 중심을 가압했을 때와 상기 중심으로부터 떨어진 위치를 눌렀을 때에, 상기 탄성 부재로부터의 반력이 실질적으로 동일한 값일 때에 가압 조작이 이루어졌다고 판정되도록, 상기 임계값이 설정되는 조작 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조작체에는, 가압 위치를 검지하는 터치 센서가 마련되어 있으며, 상기 제어부는, 상기 터치 센서에 의해 검지된 가압 위치와, 상기 조작체의 기울기에 따라 상기 임계값을 변화시키는 조작 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 접근 센서가 복수 마련되어 있으며, 각각의 상기 접근 센서로부터의 검지 출력에 의해, 상기 조작체의 기울기를 검지하는 조작 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기울기 검지 센서는, 복수 개소에 마련된 하중 센서인 조작 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서
    상기 탄성 부재로서, 상기 조작체의 상기 지지부에 대한 접근 거리에 따라 반력이 증가하는 복수의 제 1 탄성 부재와, 상기 조작체의 기울기에 따라 반력이 증가하는 제 2 탄성 부재가 마련되어 있는 조작 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 탄성 부재는, 상기 조작체의 기울기량에 따라 비틀림량이 변화되는 토션 바인 조작 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 지지부와 조작체와의 사이에, 상기 조작체의 기울기를 규제하는 링크 기구가 마련되어 있으며, 상기 링크 기구를 구성하는 지지 링크가, 상기 토션 바로서 기능하는 조작 장치.
  8. 지지부와, 조작체와, 상기 지지부 상에서 상기 조작체를 지지하는 탄성 부재와, 상기 조작체의 상기 지지부에 대한 접근 거리를 검지하는 접근 센서와, 제어부가 마련된 조작 장치에 있어서,
    상기 조작체에는, 가압 위치를 검지하는 터치 센서가 마련되어 있으며,
    상기 제어부에서는,
    상기 접근 센서로부터의 검지 출력에 의거하여 가압 조작이 이루어졌다고 판정하기 위한 임계값을, 상기 터치 센서에 의해 검지된 가압 위치에 따라 변화시키고,
    상기 조작체의 중심을 가압했을 때와 상기 중심으로부터 떨어진 위치를 눌렀을 때에, 상기 탄성 부재로부터의 반력이 실질적으로 동일한 값일 때에 가압 조작이 이루어졌다고 판정되도록, 상기 임계값이 설정되는 조작 장치.
  9. 삭제
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