WO2012111631A1 - 操作入力装置 - Google Patents

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WO2012111631A1
WO2012111631A1 PCT/JP2012/053305 JP2012053305W WO2012111631A1 WO 2012111631 A1 WO2012111631 A1 WO 2012111631A1 JP 2012053305 W JP2012053305 W JP 2012053305W WO 2012111631 A1 WO2012111631 A1 WO 2012111631A1
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input device
slide portion
direction key
displaced
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PCT/JP2012/053305
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憲一 古河
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ミツミ電機株式会社
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    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/02—Input arrangements using manually operated switches, e.g. using keyboards or dials
    • G—PHYSICS
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    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0338—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of limited linear or angular displacement of an operating part of the device from a neutral position, e.g. isotonic or isometric joysticks
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H—ELECTRICITY
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    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/965—Switches controlled by moving an element forming part of the switch
    • H03K17/97—Switches controlled by moving an element forming part of the switch using a magnetic movable element
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    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/965—Switches controlled by moving an element forming part of the switch
    • H03K17/975—Switches controlled by moving an element forming part of the switch using a capacitive movable element
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2239/00—Miscellaneous
    • H01H2239/024—Miscellaneous with inductive switch

Definitions

  • the present invention relates to an operation input device that includes an operation member that is displaced by the action of an operation input and that outputs a signal corresponding to the amount of displacement.
  • the keyboard A device having means for moving the key top up and down is known (see, for example, Patent Document 1).
  • This information processing apparatus is provided with a membrane switch that is turned on when the key top is pushed down by the sliding movement of the lid.
  • the conventional technique uses a dedicated switch such as a membrane switch. Without the switch, the open / closed state of the slide portion cannot be detected.
  • an object of the present invention is to provide an operation input device that can detect the open / closed state of the slide portion without providing a dedicated switch.
  • the operation input device of the present invention is stored in the housing in a closed state in which the slide portion slides in the closing direction, and the opening portion of the housing is formed by sliding the slide portion in the opening direction.
  • the operation member that is displaced inwardly from the opening in response to an operation input that is displaced in an open state in which the slide portion is slid in the opening direction and the position of the operation member is not contacted
  • detecting means for outputting a signal corresponding to the amount of displacement of the operating member, and detecting the open / closed state of the slide portion based on the signal output from the detecting means.
  • the open / closed state of the slide portion can be detected without providing a dedicated switch.
  • FIG. 1 It is a disassembled perspective view which shows the structure of the operation input apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows the structure of the operation input apparatus in the closed state which the slide part slid to the closing direction. It is sectional drawing which shows the structure of the operation input apparatus in the open state which the slide part slid to the opening direction. It is sectional drawing which shows the structure of the operation input apparatus in the inclination state to which the operation input which inclines a direction key to the coil side was provided. It is a figure which shows the relationship between the inductance and capacitance which change with respect to the actual stroke amount of a direction key.
  • An operation input device is an operation interface that receives a force from an operator's finger and outputs an output signal that changes in accordance with the received force.
  • An operation input by the operator is detected based on the output signal. By detecting the operation input, it is possible to make the computer grasp the operation content corresponding to the detected operation input.
  • an electronic device such as a remote controller for operation of a game machine, a TV, a portable terminal such as a mobile phone or a music player, a personal computer, an electric appliance, etc.
  • a portable terminal such as a mobile phone or a music player
  • a personal computer an electric appliance, etc.
  • an instruction display such as a cursor or a pointer or a character according to the operation content intended by the operator.
  • a desired function of the electronic device corresponding to the operation input can be exhibited.
  • the inductance L of the inductor of the coil has a coefficient K, permeability ⁇ , n number of coil turns, cross-sectional area S, and magnetic path length d.
  • L K ⁇ n 2 S / d
  • This operation input device receives an operator's force that the Z coordinate is input from a positive direction in an orthogonal coordinate system determined by the X, Y, and Z axes.
  • the operation input device includes a displacement member that changes the inductance of the coil when the positional relationship with the coil is changed by the action of the operation input.
  • the operation input device can detect the operation input by detecting the movement of the displacement member that is displaced by the operation input of the operator based on a predetermined signal that changes in accordance with the magnitude of the inductance.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration of an operation input device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the operation input device 1 in the closed state in which the slide unit 120 is slid in the closing direction.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the operation input device 1 in the open state in which the slide unit 120 is slid in the open direction.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the operation input device 1 in a state in which the direction key 10 is displaced and tilted toward the coil 71a by an operation input that acts in the open state in which the slide unit 120 is slid in the open direction.
  • the slide unit 120 is, for example, a lid member of an electronic device such as a game machine on which the operation input device 1 is mounted.
  • the slide unit 120 moves in an XY plane parallel to the operation surface 13 of the direction key 10 by the slide mechanism of the electronic device.
  • the operation input device 1 includes a direction key 10 that is displaced by the action of an operation input, and outputs a signal corresponding to the amount of displacement.
  • the operation input device 1 includes, for example, a substrate 50 having an arrangement surface on which a plurality of coils (four coils 71a, 72a, 73a, 74a in the case of this configuration) are arranged.
  • the substrate 50 is a base having an arrangement surface parallel to the XY plane.
  • the substrate 50 may be, for example, a resin substrate (specifically, an FR-4 substrate), or an iron plate substrate based on a steel plate or a silicon steel plate so as to function as a yoke if insulation is ensured. Good.
  • the four coils 71a, 72a, 73a, 74a are arranged in a circumferential direction of a virtual circle formed by connecting points having the same distance from the origin O, which is the reference point of the three-dimensional orthogonal coordinate system.
  • the coils 71a to 74a are preferably arranged at equal intervals in the circumferential direction in terms of facilitating calculation of the operator's force vector.
  • the distance between the centers of gravity of two adjacent coils may be equal.
  • Each coil is arranged every 90 ° on the X and Y axes in the four directions of X (+), X ( ⁇ ), Y (+), and Y ( ⁇ ).
  • the X ( ⁇ ) direction is 180 ° opposite to the X (+) direction on the XY plane
  • the Y ( ⁇ ) direction is 180 ° opposite to the Y (+) direction on the XY plane.
  • the coils 71a to 74a may be arranged at 90 ° intervals in the circumferential direction in four directions of 45 ° obliquely in the XY plane sandwiched between the X axis and the Y axis.
  • the coil 73a is arranged in the first quadrant
  • the coil 74a is arranged in the second quadrant
  • the coil 71a is arranged in the third quadrant
  • the coil 72a is arranged in the fourth quadrant.
  • the direction key 10 is stored in the case 60 in a closed state where the slide part 120 is slid in the closing direction, and the slide part 120 is opposite to the closing direction as shown in FIG.
  • the operation member is displaced to a position protruding from an opening 61 provided on the upper surface of the case 60 by sliding in the opening direction.
  • the direction key 10 is an operation member that is displaced by an operation input that acts in an open state in which the slide unit 120 is slid in the opening direction, and according to the input amount of the operation input, The amount of displacement from the opening 61 of the case 60 to the inside of the case 60 changes continuously.
  • the operation input device 1 includes detection means for detecting the position of the direction key 10 in a non-contact manner and outputting a signal corresponding to the amount of displacement of the direction key 10.
  • the operation input device 1 includes, as the detection means, coils 71a to 74a whose inductances respectively change according to the displacement amount and the displacement direction of the direction key 10, and a detection unit 160 (see FIG. 1).
  • the coils 71 a to 74 a are detection members that detect the position of the direction key 10 in a non-contact manner by the yokes 71 b to 74 b fixed to the lower surface 14 of the direction key 10 and output a signal waveform corresponding to the amount of displacement of the direction key 10. is there.
  • a wire conductive wire
  • the shape of the coils 71a to 74a is preferably cylindrical, but may be cylindrical, for example, a rectangular tube.
  • the coils 71a to 74a may be wound around a bobbin in order to improve the assembling property and impact resistance.
  • the yokes 71b to 74b are provided on the lower surface of the flange 12 of the direction key 10 by the same number as the coils 71a to 74a on the substrate 50, and are displaced in conjunction with the displacement of the direction key 10.
  • the direction key 10 is provided on the side where the operator's force is input to the coils 71a to 74a, the lower surface 14 facing the upper end surface of the coils 71a to 74a, and the operator's force is directly or indirectly applied. It is a plate-shaped member which has the operation surface 13 which can act automatically.
  • the yoke may be made of a material having a relative permeability higher than 1.
  • the relative permeability is preferably 1.001 or more, and specifically, a steel plate (relative permeability 5000) or the like is preferable.
  • the yoke can be integrated with ferrite or the like instead of being separated from the direction key 10.
  • the yoke and the coil are arranged one-on-one at positions facing each other.
  • the direction key 10 changes the position of the yokes 71b to 74b above the upper end surfaces of the coils 71a to 74a and changes the inductance of the coils 71a to 74a when the operator's force acts on the operation surface 13.
  • the yokes 71b to 74b are cores that change the inductance of the coils 71a to 74a by displacing the inside of the coils 71a to 74a (that is, inside the hollow portion) in the axial direction of the central axes of the coils 71a to 74a by the action of operation input. It may be formed in a core shape so as to function as.
  • the yokes 71b to 74b are preferably columnar magnetic bodies if the coils 71a to 74a are cylindrical, and are prismatic magnetic bodies if the coils 71a to 74a are rectangular cylinders. It is preferable.
  • the direction key 10 changes the positions of the yokes 71b to 74b in the hollow portions of the coils 71a to 74a by the operator's force acting on the operation surface 13, and the coil 71a Change the inductance of ⁇ 74a.
  • the input direction of the operation input (the input position of the operation input on the XY plane) with respect to the origin O of the Cartesian coordinate system and the magnitude of the operation input (push amount in the Z direction) are calculated. can do.
  • the return spring 40 is a support member that supports the direction key 10 so that it can be displaced downward.
  • the return spring 40 has a direction key in a direction opposite to the lower surface 14 and the substrate 50 so that the interval between the yoke 71b disposed on the lower surface 14 of the direction key 10 and the coil 71a disposed on the substrate 50 changes elastically.
  • 10 is an elastic support member that elastically supports 10.
  • the return spring 40 is preferably installed between the substrate 50 and the lower surface 14 of the direction key 10.
  • the return spring 40 elastically supports the direction key 10 so that the yokes 71b to 74b of the direction key 10 and the coils 71a to 74a of the substrate 50 do not come into contact with each other even when an operator's force acts on the direction key 10. To do.
  • the return spring 40 supports the direction key 10 so as to be tiltable with respect to the XY plane orthogonal to the Z axis, and supports the direction key 10 so as to be movable in the Z axis direction.
  • the return spring 40 is a biasing support member that supports the direction key 10 in a state where the lower surface 14 of the direction key 10 is biased in a direction away from the coils 71 a to 74 a on the substrate 50.
  • the return spring 40 elastically supports the direction key 10 so that the operation surface 13 of the direction key 10 is parallel to the XY plane in a state where the operator's force is not acting.
  • the operation surface 13 of the direction key 10 may be a flat surface, a surface formed in a concave shape with respect to the XY plane, or a surface formed in a convex shape with respect to the XY plane. By changing the operation surface 13 to a desired shape, the operability of the operator can be improved. Further, the operation surface 13 of the direction key 10 may be circular, elliptical, or polygonal.
  • the return spring 40 is a coil spring provided so as to be biased toward the opening 61 from the inside of the case 60. By making the return spring 40 a conical coil spring, the durability of the spring can be improved and the direction key 10 can be easily inclined with respect to the opening 61. When the direction key 10 is operated and lowered, the return spring 40 returns an upward force that returns the height to the initial position state where no force is applied to the direction key 10 (ie, the position shown in FIG. 3). The key 10 is always given.
  • the return spring 40 is a conical coil spring, but may be a cylindrical coil spring or an endless elastic body (for example, rubber).
  • the operation input device 1 is attached to the case 60 in a state where the direction key 10 is urged and contacted to the inside of the case 60 as shown in FIG. That is, the direction key 10 is supported by the reaction force of the return spring 40 in contact with a rib provided so as to protrude downward from the opening 61 of the case 60.
  • the case 60 is a casing of an electronic device such as a mobile phone to which the operation input device 1 is attached.
  • the operation input device 1 itself may include a case 60.
  • the shape of the opening 61 on the upper surface of the case 60 is circular, but may be formed so as to match the shape of the direction key 10 and may be a polygonal shape such as a quadrangle or an octagon.
  • the case 60 determines the maximum height at which the direction key 10 can move upward with respect to the upward biasing force of the return spring 40.
  • the maximum stroke amount of the direction key 10 is set within a range in which the position of the direction key 10 can be detected without contact. That is, a space corresponding to the maximum stroke amount can be covered in the case 60. Further, in the closed state where the direction key 10 is closed by the slide part 120, the direction key 10 does not protrude from the opening 61 of the case 60, so there is no need to provide a meat stealing part on the slide part 120 side.
  • the slide part 120 slides along the upper surface of the case 60.
  • the operation input device 1 itself may include the slide unit 120.
  • an invitation shape 121 that facilitates moving the direction key 10 downward by sliding the lower surface of the sliding portion 120 along the operation surface 13 of the direction key 10.
  • the invitation shape 121 is, for example, a tapered shape and may be a curved surface shape. It is preferable that an invitation shape is also provided on the direction key 10 side at a portion that contacts the end portion of the slide portion 120 in the slide direction.
  • the detection unit 160 electrically detects a change in the inductance of the coil 71a, thereby obtaining an analog displacement amount that continuously changes in the yoke 71b (in other words, a displacement amount (operation input amount) of the direction key 10). A corresponding detection signal is output.
  • the detection unit 160 may be configured by a detection circuit mounted on the substrate 50 of the operation input device 1 or a substrate (not illustrated) (for example, a substrate of an electronic device such as a game machine on which the operation input device 1 is mounted). .
  • the detection unit 160 detects a change in a predetermined inductance evaluation value as a change in the inductance of the coil 71a. Note that the change in inductance of the coils 72b, 73b, and 74b can be considered in the same manner, and the description thereof is omitted.
  • the detection unit 160 detects a physical quantity that changes equivalently to the change in the inductance of the coil 71a, and outputs the detected value of the physical quantity as a value equivalent to the displacement amount of the yoke 71b.
  • the detection unit 160 calculates the inductance of the coil 71a by detecting a physical quantity that changes equivalently to the change in the inductance of the coil 71a, and outputs the calculated value of the inductance as a value equivalent to the displacement of the yoke 71b. You may do it.
  • the detection unit 160 may calculate the displacement amount of the yoke 71b from the detected value of the physical quantity or the calculated value of the inductance, and output the calculated value of the displacement quantity.
  • the detection unit 160 supplies a pulse signal to the coil 71a to generate a signal waveform that changes in accordance with the inductance of the coil 71a in the coil 71a, and the coil based on the signal waveform.
  • the change in inductance of 71a may be detected electrically.
  • the detection unit 160 detects the amplitude, thereby making the detected value of the amplitude equivalent to the displacement of the yoke 71b. Can be output as a value.
  • the detection unit 160 can also calculate the inductance of the coil 71a from the detected value of the amplitude, and output the calculated value of the inductance as a value equivalent to the displacement amount of the yoke 71b.
  • the detection unit 160 detects the inclination and thereby detects the detected value of the inclination equivalent to the displacement amount of the yoke 71b. Can be output as a value.
  • the detection unit 160 can also calculate the inductance of the coil 71a from the detected value of the inclination, and output the calculated value of the inductance as a value equivalent to the displacement amount of the yoke 71b.
  • the operation input device 1 is stored in the case 60 in the closed state in which the slide portion 120 is slid in the closing direction (see FIG. 2), and the sliding portion 120 slides in the opening direction, thereby opening the opening 61 of the case 60. Is displaced from the opening 61 to the projecting position (see FIG. 3), and is displaced inward of the case 60 with respect to the opening 61 in response to an operation input acting in the open state in which the slide part 120 slides in the opening direction (see FIG. 4). ), A direction key 10 is provided as an operation member.
  • coils 71a to 74 and a detector 160 are provided as detecting means for detecting the position of the direction key 10 in a non-contact manner and outputting a signal corresponding to the amount of displacement of the direction key 10.
  • the direction key 10 is uniformly applied in the Z direction against the upward biasing force of the return spring 40 by the slide part 120. It is kept pressed with a downward force.
  • the operation surface 13 of the direction key 10 contacts the lower surface of the slide portion 120 over the entire surface, the entire direction key 10 translates downward, so that all the yokes installed on the direction key 10 are close to all the coils on the substrate 50.
  • all the yokes have a core shape, they enter the hollow portions of all the coils). Proximity to all the coils (entrance into the hollow part of all the coils) increases the permeability around the all coils, and increases the self-inductance of all the coils to almost the same maximum value.
  • the coils 71a to 74a or the detection unit 160 determines that the inductance evaluation value when the direction key 10 is displaced to the storage position in the case 60 is continuously detected for all the coils for a predetermined time or longer. It can be detected as 120 closed states.
  • the inductance evaluation value when the direction key 10 is displaced to the storage position in the case 60 is not detected for any coil for a predetermined time or more, the operation input that has acted in the open state in which the slide unit 120 slides in the open direction.
  • the direction key 10 has been displaced to the storage position in the case 60. That is, it is possible to detect the open / closed state of the slide portion 120 based on whether or not the inductance evaluation value when the direction key 10 is displaced to the storage position in the case 60 is detected for a predetermined time or more for all the coils.
  • the direction key 10 does not receive the force in the Z direction by the slide part 120, so that the return spring 40 is biased upward.
  • the case 60 is displaced to a position protruding from the opening 61.
  • the coils 71a to 74a or the detection unit 160 is different from the inductance evaluation value when the direction key 10 is displaced to the storage position in the case 60 (for example, the direction key 10 is displaced to the storage position in the case 60).
  • a state where an inductance evaluation value smaller than that of the coil is detected for any one of the coils can be detected as an open state of the slide portion 120. Further, even if a state in which the inductance evaluation value when the direction key 10 is displaced to a position protruding from the opening 61 of the case 60 is detected for any one of the coils is detected as an open state of the slide portion 120. Good.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the operation input device 1 in a tilted state in which an operation input for tilting the direction key 10 toward the coil 71a is given.
  • the direction key 10 pressed with a downward force in the Z direction against the upward biasing force of the return spring 40 tilts with the base plate 50 as a fulcrum via the flange 12 and / or the return spring 40, thereby 71b approaches the coil 71a (when the yoke 71b has a core shape, it enters the hollow portion of the coil 71a).
  • the proximity of the coil 71a increases the magnetic permeability around the coil 71a and increases the self-inductance of the coil 71a. The same can be considered when tilting in another direction. Therefore, the tilt direction and stroke amount of the direction key 10 can be detected based on the magnitude of the inductance evaluation value detected for each coil by the coils 71a to 74a or the detection unit 160.
  • the operation input device 1 described above detects the inductance of the coil installed on the substrate 50 so as to face the yoke installed on the direction key 10, the direction key 10 is displaced downward by the operation input.
  • the stroke amount can be detected.
  • the coil on the substrate 50 may be replaced with a yoke, and the yoke installed on the direction key 10 may be replaced with a coil.
  • the operation input device 1 described above uses a coil as a detection member whose inductance changes due to the displacement of the operation member, but as a detection member whose capacitance (capacitance) changes due to the displacement of the operation member.
  • a pair of electrodes may be used. That is, in the operation input device 1 described above, the coil on the substrate 50 may be replaced with a fixed electrode, and the yoke installed on the direction key 10 may be replaced with a movable electrode. In this case, by detecting the electrostatic capacitance between the fixed electrode installed on the substrate 50 and the movable electrode installed on the direction key 10, the stroke amount when the direction key 10 is displaced downward by the operation input is determined. Can be detected.
  • a change in a predetermined capacitance evaluation value is detected as a change in the capacitance of the pair of electrodes.
  • Each pair of electrodes or detection unit 160 includes a slide unit depending on whether or not the capacitance evaluation value when the direction key 10 is displaced to the storage position in the case 60 is detected for a predetermined time or more for all the pair of electrodes. 120 open / closed states can be detected.
  • the stroke amount of the direction key 10 is smaller than the configuration in which the capacitance is detected by capacitance. Even if it is increased, it is advantageous in that detection linearity can be secured. This means that the stroke amount of the direction key 10 can be easily increased by design.
  • the support member that elastically supports the direction key 10 is not limited to an elastic member such as the return spring 40, and may be a rubber member, a sponge member, or a cylinder filled with air or oil.
  • the operation input device of the present invention is not limited to fingers and may be operated with the palm. Moreover, you may operate with a toe or a sole.
  • the surface touched by the operator may be a flat surface, a concave surface, or a convex surface.

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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

操作入力装置において、スライド部（１２０）が閉方向にスライドした閉状態でケース（６０）に格納され、スライド部（１２０）が開方向にスライドすることによりケース（６０）の開口部（６１）から突出する位置まで変位し、スライド部（１２０）が開方向にスライドした開状態で作用する操作入力に応じて開口部（６１）に対して内方に変位する方向キー（１０）と、方向キー（１０）の位置を非接触で検出し、方向キー（１０）の変位量に応じた信号を出力するコイル（７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａ）とを備え、コイル（７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａ）から出力される信号によりスライド部（１２０）の開閉状態を検出することを特徴とする。

Description

操作入力装置
　本発明は、操作入力の作用により変位する操作部材を備え、その変位量に応じた信号を出力する操作入力装置に関する。
　従来技術として、キーボードのキートップ面に対して平行な方向に蓋体部をスライド移動させることにより、キートップ面を露出または遮蔽する情報処理装置において、蓋体部のスライド移動に応じてキーボードのキートップを上下に昇降させる手段を備えるものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。この情報処理装置には、蓋体部のスライド移動によってキートップが押し下げられたときにオンするメンブレンスイッチが設けられている。
特開２００３－０５８２９９号公報
　近年、上述の情報処理装置のように単にキートップのオン／オフ信号を得るのではなく、操作入力の作用により変位する操作部材を備え、その変位量（言い換えれば、操作入力量）に応じた信号を出力する操作入力装置の開発が進んでいる。
　しかしながら、このような操作入力装置に、スライド部が開方向にスライドすることにより筐体の開口部から操作部材が突出するスライド機構を採用する場合、従来の技術では、メンブレンスイッチのような専用のスイッチを設けなければ、スライド部の開閉状態を検出することができない。
　そこで、本発明は、専用のスイッチを設けることなく、スライド部の開閉状態を検出できる操作入力装置を提供することを目的とする。
　上記の課題を解決するため、本発明の操作入力装置は、スライド部が閉方向にスライドした閉状態で筐体に格納され、前記スライド部が開方向にスライドすることにより前記筐体の開口部から突出する位置まで変位し、前記スライド部が開方向にスライドした開状態で作用する操作入力に応じて前記開口部に対して内方に変位する操作部材と、前記操作部材の位置を非接触で検出し、前記操作部材の変位量に応じた信号を出力する検出手段とを備え、前記検出手段から出力される前記信号により前記スライド部の開閉状態を検出することを特徴とする。
　本発明の操作入力装置によれば、専用のスイッチを設けることなく、スライド部の開閉状態を検出することができる。
本発明の一実施形態に係る操作入力装置の構成を示す分解斜視図である。 スライド部が閉方向にスライドした閉状態における操作入力装置の構成を示す断面図である。 スライド部が開方向にスライドした開状態における操作入力装置の構成を示す断面図である。 方向キーをコイル側に傾ける操作入力が付与された傾倒状態における操作入力装置の構成を示す断面図である。 方向キーの実ストローク量に対して変化するインダクタンスとキャパシタンスの関係を示す図である。
　本発明を実施するための形態について、添付の図面を参照することにより説明する。
　本発明の一実施形態に係る操作入力装置は、操作者の手指による力を受けて、その受けた力に応じて変化する出力信号を出力する操作インターフェイスである。その出力信号に基づいて操作者による操作入力が検出される。操作入力の検出によって、その検出された操作入力に対応する操作内容をコンピュータに把握させることができる。
　例えば、ゲーム機、テレビなどの操作用リモートコントローラ、携帯電話や音楽プレーヤーなどの携帯端末、パーソナルコンピュータ、電化製品などの電子機器において、そのような電子機器に備えられるディスプレイの画面上の表示物（例えば、カーソルやポインタなどの指示表示や、キャラクターなど）を、操作者が意図した操作内容に従って、移動させることができる。また、操作者が所定の操作入力を与えることにより、その操作入力に対応する電子機器の所望の機能を発揮させることができる。
　一方、通常、コイル（巻線）のインダクタのインダクタンスＬは、係数をＫ、透磁率をμ、コイルの巻数をｎ、断面積をＳ、磁路長をｄとした場合、
　　　Ｌ＝Ｋμｎ２Ｓ／ｄ
という関係式が成り立つ。この関係式から明らかなように、コイルの巻数や断面積といった形状に依存するパラメータを固定した場合、周囲の透磁率と磁路長の少なくともいずれかを変化させるかによって、インダクタンスが変化する。
　このインダクタンスの変化を利用する操作入力装置の実施例について以下説明する。この操作入力装置は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸によって定まる直交座標系において、Ｚ座標が正の方向から入力される操作者の力を受け付ける。操作入力装置は、操作入力の作用によりコイルとの位置関係が変化することによって、そのコイルのインダクタンスを変化させる変位部材を備えている。操作入力装置は、そのインダクタンスの大きさに応じて変化する所定の信号に基づいて、操作者の操作入力により変位する変位部材の動きを検知することにより、その操作入力を検出することができる。
　図１は、本発明の一実施形態に係る操作入力装置１の構成を示す分解斜視図である。図２は、スライド部１２０が閉方向にスライドした閉状態における操作入力装置１の構成を示す断面図である。図３は、スライド部１２０が開方向にスライドした開状態における操作入力装置１の構成を示す断面図である。図４は、スライド部１２０が開方向にスライドした開状態で作用する操作入力によって方向キー１０が変位してコイル７１ａ側に傾いた状態における操作入力装置１の構成を示す断面図である。スライド部１２０は、例えば、操作入力装置１が搭載される、ゲーム機などの電子機器の蓋部材であって、電子機器のスライド機構によって方向キー１０の操作面１３に対し平行なＸＹ平面内をスライドされる。操作入力装置１は、操作入力の作用により変位する方向キー１０を備え、その変位量に応じた信号を出力する。
　次に、操作入力装置１の構成について説明する。
　操作入力装置１は、例えば、複数のコイル（本構成の場合、４個のコイル７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａ）が配置される配置面を有する基板５０を有する。基板５０は、ＸＹ平面に平行な配置面を有する基部である。基板５０は、例えば樹脂製の基板（具体的には、ＦＲ－４基板）でもよいし、絶縁性を確保すれば、ヨークとして機能させるために鋼板や珪素鋼板などを基材にした鉄板基板でもよい。
　４個のコイル７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａは、三次元の直交座標系の基準点である原点Ｏとの距離が等しい点を結んでできる仮想的な円の円周方向に並べられている。コイル７１ａ～７４ａは、操作者の力のベクトルを算出しやすくするという点で、その円周方向に等間隔に配置されることが好ましい。各コイルが互いに同特性の場合、隣接する２つのコイルの重心間の距離が等しければよい。各コイルは、Ｘ（＋），Ｘ（－），Ｙ（＋），Ｙ（－）の４方向の各Ｘ，Ｙ軸上に９０°毎に配置されている。Ｘ（－）方向は、ＸＹ平面上でＸ（＋）方向に対して１８０°反対向きの方向であり、Ｙ（－）方向は、ＸＹ平面上でＹ（＋）方向に対して１８０°反対向きの方向である。
　なお、コイル７１ａ～７４ａは、Ｘ軸とＹ軸に挟まれるＸＹ平面内の斜め４５°の４方向に、円周方向に９０°毎に配置されていてもよい。例えば、コイル７３ａは第１象限に配置され、コイル７４ａは第２象限に配置され、コイル７１ａは第３象限に配置され、コイル７２ａは第４象限に配置される。
　方向キー１０は、図２に示されるように、スライド部１２０が閉方向にスライドした閉状態でケース６０に格納され、図３に示されるように、スライド部１２０が閉方向に対して反対向きの開方向にスライドすることによりケース６０の上面に設けられた開口部６１から突出する位置まで変位する操作部材である。そして、図４に示されるように、方向キー１０は、スライド部１２０が開方向にスライドした開状態で作用する操作入力によって変位する操作部材であって、その操作入力の入力量に応じて、ケース６０の開口部６１からケース６０の内方への変位量が連続的に変化する。
　操作入力装置１は、方向キー１０の位置を非接触で検出し、方向キー１０の変位量に応じた信号を出力する検出手段を備える。操作入力装置１は、この検出手段として、方向キー１０の変位量及び変位方向によりインダクタンスがそれぞれ変化するコイル７１ａ～７４ａと、検出部１６０（図１参照）とを備える。
　コイル７１ａ～７４ａは、方向キー１０の下面１４に固定されたヨーク７１ｂ～７４ｂによって方向キー１０の位置を非接触で検出し、方向キー１０の変位量に応じた信号波形を出力する検出部材である。コイル７１ａ～７４ａは、例えば、円筒状に線材（導線）が巻かれる。コイル７１ａ～７４ａの形状は円筒状が望ましいが、筒状であればよく、例えば角筒状でもよい。また、コイル７１ａ～７４ａは、組み付け性や耐衝撃性を向上させる点で、ボビンに巻かれたものでもよい。
　ヨーク７１ｂ～７４ｂは、方向キー１０のフランジ１２の下面に、基板５０上のコイル７１ａ～７４ａと同じ数だけ設けられ、方向キー１０の変位に連動して変位する。方向キー１０は、コイル７１ａ～７４ａに対して操作者の力が入力されてくる側に設けられており、コイル７１ａ～７４ａの上端面に対向する下面１４と、操作者の力が直接又は間接的に作用しうる操作面１３とを有する板状部材である。ヨークは、比透磁率が１よりも高い材質であればよい。例えば、比透磁率は１．００１以上あると好適であり、具体的には、鋼板（比透磁率５０００）などが好適である。ヨークは、方向キー１０と別部品にするのではなく、フェライトなどで一体にすることもできる。ヨークとコイルは、一対一で、互いに対向する位置に配置される。方向キー１０は、操作者の力が操作面１３に作用することにより、コイル７１ａ～７４ａの上端面の上方におけるヨーク７１ｂ～７４ｂの位置を変化させて、コイル７１ａ～７４ａのインダクタンスを変化させる。
　ヨーク７１ｂ～７４ｂは、操作入力の作用によりコイル７１ａ～７４ａの内部（すなわち、中空部内）をコイル７１ａ～７４ａの中心軸の軸線方向に変位することによって、コイル７１ａ～７４ａのインダクタンスを変化させるコアとして機能するように、コア状に形成されたものでもよい。この場合、ヨーク７１ｂ～７４ｂは、コイル７１ａ～７４ａが円筒状であれば、円柱状の磁性体であることが好ましく、コイル７１ａ～７４ａが角筒状であれば、角柱状の磁性体であることが好ましい。ヨーク７１ｂ～７４ｂがコア形状の場合、方向キー１０は、操作者の力が操作面１３に作用することにより、コイル７１ａ～７４ａの中空部内におけるヨーク７１ｂ～７４ｂの位置を変化させて、コイル７１ａ～７４ａのインダクタンスを変化させる。
　各コイルのインダクタンスをそれぞれ検出することによって、直交座標系の原点Ｏに対する操作入力の入力方向（ＸＹ平面における操作入力の入力位置）とその操作入力の大きさ（Ｚ方向への押し込み量）を演算することができる。
　リターンバネ４０は、方向キー１０を下方に変位可能に支持する支持部材である。リターンバネ４０は、方向キー１０の下面１４に配置されたヨーク７１ｂと基板５０に配置されたコイル７１ａとの間隔が弾性的に変化するように、下面１４と基板５０との対向方向に方向キー１０を弾性的に支持する弾性支持部材である。
　リターンバネ４０は、基板５０と方向キー１０の下面１４との間に設置されるとよい。リターンバネ４０は、方向キー１０に操作者の力が作用しても、方向キー１０のヨーク７１ｂ～７４ｂと基板５０のコイル７１ａ～７４ａとが接触しないように、方向キー１０を弾性的に支持する。リターンバネ４０は、Ｚ軸に直交するＸＹ平面に対して傾き可能に方向キー１０を支持し、Ｚ軸方向に移動可能に支持する。また、リターンバネ４０は、方向キー１０の下面１４が基板５０上のコイル７１ａ～７４ａから離れる方向に付勢された状態で、方向キー１０を支持する付勢支持部材である。
　リターンバネ４０は、操作者の力が作用していない状態で方向キー１０の操作面１３がＸＹ平面に平行になるように、方向キー１０を弾性的に支持する。方向キー１０の操作面１３は、平らな面でもよいし、ＸＹ平面に対して凹状に形成された面でもよいし、ＸＹ平面に対して凸状に形成された面でもよい。操作面１３を所望の形状に変更することによって、操作者の操作性を向上させることができる。また、方向キー１０の操作面１３は、円状でもよいし、楕円状でもよいし、多角形状でもよい。
　リターンバネ４０は、ケース６０の内部側から開口部６１に向けて付勢するように設けられたコイルバネである。リターンバネ４０を円錐コイルバネにすることで、バネの耐久性を向上させ、方向キー１０を開口部６１に対して傾斜させやすくできる。リターンバネ４０は、方向キー１０が操作されて降下したときに、方向キー１０に力が付与されていない初期位置状態の高さ（すなわち、図３に示す位置）に戻す上向きの力を、方向キー１０に常時付与している。リターンバネ４０は、円錐状のコイルバネであるが、円筒状のコイルバネでも、無端状の弾性体（例えば、ゴム）でもよい。
　操作入力装置１は、図３に示されるように、方向キー１０がケース６０の内側に付勢して接触された状態で、ケース６０に取り付けられる。すなわち、方向キー１０は、ケース６０の開口部６１に下方に突出するように設けられたリブに当接して、リターンバネ４０の反力によって支持されている。
　ケース６０は、操作入力装置１が取り付けられる携帯電話などの電子機器の筐体である。操作入力装置１自体が、ケース６０を備えていてもよい。ケース６０の上面の開口部６１の形状は、円状であるが、方向キー１０の形状に合うように形成されていればよく、四角形や八角形などの多角形状であってもよい。
　ケース６０によって、方向キー１０がリターンバネ４０の上方への付勢力に対して上方に移動可能な最大高さが決められる。方向キー１０の最大ストローク量は、方向キー１０の位置が非接触で検出可能な範囲内に設定される。つまり、この最大ストローク量に相当する分の空間は、ケース６０内でまかなうことができる。また、スライド部１２０によって方向キー１０が塞がれた閉状態では、方向キー１０はケース６０の開口部６１から突出していないため、スライド部１２０側に肉盗み部を設ける必要もない。
　スライド部１２０は、ケース６０の上面に沿ってスライドする。操作入力装置１自体が、スライド部１２０を備えていてもよい。スライド部１２０のスライド方向の端部には、スライド部１２０の下面が方向キー１０の操作面１３に沿ってスライドすることにより方向キー１０を下方へ移動させることを容易にする、誘い形状１２１が設けられている。誘い形状１２１は、例えば、テーパー形状であり、曲面形状でもよい。方向キー１０側にも、スライド部１２０のスライド方向の端部と接触する部分に、誘い形状が設けられていることが好ましい。
　検出部１６０は、例えば、コイル７１ａのインダクタンスの変化を電気的に検出することで、ヨーク７１ｂの連続的に変化するアナログ変位量（言い換えれば、方向キー１０の変位量（操作入力量））に応じた検出信号を出力する。検出部１６０は、操作入力装置１の基板５０又は不図示の基板（例えば、操作入力装置１が搭載される、ゲーム機などの電子機器の基板）に実装される検出回路によって構成されるとよい。
　以下、検出部１６０が、コイル７１ａのインダクタンスの変化として、所定のインダクタンス評価値の変化を検出する場合について説明する。なお、コイル７２ｂ，７３ｂ，７４ｂのインダクタンスの変化についても同様に考えればよいため、その説明は省略する。
　例えば、検出部１６０は、コイル７１ａのインダクタンスの変化に等価的に変化する物理量を検出し、その物理量の検出値をヨーク７１ｂの変位量に等価な値として出力する。また、検出部１６０は、コイル７１ａのインダクタンスの変化に等価的に変化する物理量を検出することによりコイル７１ａのインダクタンスを算出し、そのインダクタンスの算出値をヨーク７１ｂの変位量に等価な値として出力するものでもよい。また、検出部１６０は、その物理量の検出値又はそのインダクタンスの算出値からヨーク７１ｂの変位量を演算し、その変位量の演算値を出力するものでもよい。
　具体的には、検出部１６０は、パルス信号をコイル７１ａに供給することによって、コイル７１ａのインダクタンスの大きさに対応して変化する信号波形をコイル７１ａに発生させ、その信号波形に基づいてコイル７１ａのインダクタンスの変化を電気的に検出するとよい。
　例えば、コイル７１ａの上端面の上方における（又は、コイル７１ａの中空部内における）ヨーク７１ｂの下方への変位量が増加するにつれて、コイル７１ａ周辺の透磁率が増加し、コイル７１ａのインダクタンスが増加する。コイル７１ａのインダクタンスが増加するにつれて、パルス信号の供給によりコイル７１ａの両端に発生するパルス電圧波形の振幅も大きくなる。そこで、その振幅をコイル７１ａのインダクタンスの変化に等価的に変化する物理量とすることで、検出部１６０は、その振幅を検出することによって、その振幅の検出値をヨーク７１ｂの変位量に等価な値として出力することができる。また、検出部１６０は、その振幅の検出値からコイル７１ａのインダクタンスを算出し、そのインダクタンスの算出値をヨーク７１ｂの変位量に等価な値として出力することもできる。
　また、コイル７１ａのインダクタンスが増加するにつれて、パルス信号の供給によりコイル７１ａに流れるパルス電流波形の傾きが緩やかになる。そこで、その傾きをコイル７１ａのインダクタンスの変化に等価的に変化する物理量とすることで、検出部１６０は、その傾きを検出することによって、その傾きの検出値をヨーク７１ｂの変位量に等価な値として出力することができる。また、検出部１６０は、その傾きの検出値からコイル７１ａのインダクタンスを算出し、そのインダクタンスの算出値をヨーク７１ｂの変位量に等価な値として出力することもできる。
　このように、操作入力装置１は、スライド部１２０が閉方向にスライドした閉状態でケース６０に格納され（図２参照）、スライド部１２０が開方向にスライドすることによりケース６０の開口部６１から突出する位置まで変位し（図３参照）、スライド部１２０が開方向にスライドした開状態で作用する操作入力に応じて開口部６１に対してケース６０の内方に変位する（図４参照）、操作部材として、方向キー１０を備えている。また、方向キー１０の位置を非接触で検出し、方向キー１０の変位量に応じた信号を出力する検出手段として、コイル７１ａ～７４及び検出部１６０を備えている。操作入力装置１は、このような構成を具備することにより、専用のスイッチを設けることなく、スライド部１２０の開閉状態を検出できる。
　例えば、スライド部１２０が閉方向にスライドした閉状態を示した図２の状態では、方向キー１０は、スライド部１２０によって、リターンバネ４０の上方への付勢力に抗してＺ方向に均一の下向きの力で押された状態で維持されている。方向キー１０の操作面１３が全面にわたってスライド部１２０の下面に接することにより方向キー１０全体が下向きに平行移動することによって、方向キー１０に設置された全ヨークが基板５０上の全コイルに近接する（全ヨークがコア形状の場合、全コイルの中空部内に進入する）。全コイルへの近接（全コイルの中空部内への進入）によって、全コイルを取り巻く周辺の透磁率が上昇し、全コイルの自己インダクタンスがほぼ等しく最大値まで増加する。
　したがって、コイル７１ａ～７４ａ又は検出部１６０は、ケース６０への格納位置まで方向キー１０が変位したときのインダクタンス評価値が全てのコイルについて所定時間以上継続的に検出されている状態を、スライド部１２０の閉状態として検出できる。一方、ケース６０への格納位置まで方向キー１０が変位したときのインダクタンス評価値がいずれかのコイルについて所定時間以上検出されなければ、スライド部１２０が開方向にスライドした開状態で作用した操作入力によって、方向キー１０がケース６０への格納位置まで変位したとみなして検出できる。つまり、ケース６０への格納位置まで方向キー１０が変位したときのインダクタンス評価値が全てのコイルについて所定時間以上検出されているか否かによって、スライド部１２０の開閉状態を検出できる。
　また、スライド部１２０が開方向にスライドした開状態を示した図３の状態では、方向キー１０は、スライド部１２０によるＺ方向の力を受けなくなるため、リターンバネ４０の上方への付勢力によって、ケース６０の開口部６１から突出する位置まで変位する。方向キー１０全体が上向きに平行移動することによって、方向キー１０に設置された全ヨークが基板５０上の全コイルから離れる。これにより、全コイルを取り巻く周辺の透磁率が減少するので、全コイルの自己インダクタンスが最小値まで減少する。
　したがって、コイル７１ａ～７４ａ又は検出部１６０は、ケース６０への格納位置まで方向キー１０が変位したときのインダクタンス評価値と異なるインダクタンス評価値（例えば、ケース６０への格納位置まで方向キー１０が変位したときよりも小さいインダクタンス評価値）がいずれかのコイルについて検出されている状態を、スライド部１２０の開状態として検出できる。また、ケース６０の開口部６１に対して突出した位置まで方向キー１０が変位したときのインダクタンス評価値がいずれかのコイルについて検出されている状態を、スライド部１２０の開状態として検出してもよい。
　図４は、方向キー１０をコイル７１ａ側に傾ける操作入力が付与された傾倒状態における操作入力装置１の構成を示す断面図である。リターンバネ４０の上方への付勢力に抗して、Ｚ方向に下向きの力で押された方向キー１０がフランジ１２及び／又はリターンバネ４０を介して基板５０を支点に傾動することにより、ヨーク７１ｂがコイル７１ａに近接する（ヨーク７１ｂがコア形状の場合、コイル７１ａの中空部内に進入する）。コイル７１ａへの近接（コイル７１ａの中空部内への進入）によって、コイル７１ａを取り巻く周辺の透磁率が上昇し、コイル７１ａの自己インダクタンスが増加する。他の方向に傾けた場合も同様に考えることができる。したがって、コイル７１ａ～７４ａ又は検出部１６０によって各コイルそれぞれについて検出されたインダクタンス評価値の大きさに基づいて、方向キー１０の傾倒方向とストローク量が検出できる。
　以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形、改良及び置換を加えることができる。
　例えば、上述の操作入力装置１は、方向キー１０に設置されたヨークに対向するように基板５０に設置されたコイルのインダクタンスを検出することによって、方向キー１０が操作入力によって下方に変位したときのストローク量を検知可能にする。しかしながら、例えば、基板５０上のコイルをヨークに置き換え、方向キー１０に設置されたヨークをコイルに置き換えてもよい。
　また、上述の操作入力装置１は、操作部材の変位によりインダクタンスが変化する検出部材として、コイルを使用するものであったが、操作部材の変位によりキャパシタンス（静電容量）が変化する検出部材として、一対の電極を使用するものでもよい。すなわち、上述の操作入力装置１において、基板５０上のコイルを固定電極に置き換え、方向キー１０に設置されたヨークを可動電極に置き換えればよい。この場合、基板５０に設置された固定電極と方向キー１０に設置された可動電極との間の静電容量を検出することによって、方向キー１０が操作入力によって下方に変位したときのストローク量を検知できる。
　例えば、一対の電極の静電容量の変化として、所定の静電容量評価値の変化が検出される。各一対の電極又は検出部１６０は、ケース６０への格納位置まで方向キー１０が変位したときの静電容量評価値が全ての一対の電極について所定時間以上検出されているか否かによって、スライド部１２０の開閉状態を検出できる。
　ただし、図５に示されるように、上述の操作入力装置１のように方向キー１０の変位をインダクタンスで検出する構成は、静電容量で検出する構成に比べて、方向キー１０のストローク量を大きくしても検出リニアリティが確保できる点で有利である。これは、方向キー１０のストローク量を設計上大きくしやすいということである。操作者によって方向キー１０のストローク量が大きいということは、ストローク量を調整しながら操作するアナログ入力を行う際の操作感の向上をもたらす。
　また、方向キー１０を弾性的に支持する支持部材は、リターンバネ４０のような弾性部材に限らず、ゴム部材でもよいし、スポンジ部材でもよいし、空気や油が充填されたシリンダーでもよい。
　また、本発明の操作入力装置は、手指に限らず、手のひらで操作するものあってもよい。また、足指や足の裏で操作するものであってもよい。また、操作者が触れる面は、平面でも、凹面でも、凸面でもよい。
　以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形、改良及び置換を加えることができる。
　本国際出願は、２０１１年２月１８日に出願された日本国特許出願２０１１－０３３８２２号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願２０１１－０３３８２２号の全内容を本国際出願に援用する。

Claims (8)

  1. 　スライド部が閉方向にスライドした閉状態で筐体に格納され、前記スライド部が開方向にスライドすることにより前記筐体の開口部から突出する位置まで変位し、前記スライド部が開方向にスライドした開状態で作用する操作入力に応じて前記開口部に対して内方に変位する操作部材と、
    　前記操作部材の位置を非接触で検出し、前記操作部材の変位量に応じた信号を出力する検出手段とを備え、前記検出手段から出力される前記信号により前記スライド部の開閉状態を検出することを特徴とする操作入力装置。
  2. 　前記筐体の内部側から前記開口部に向けて付勢して前記操作部材を弾性的に支持する支持手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の操作入力装置。
  3. 　前記支持手段は、同一の弾性部材によって、前記スライド部のスライドにより変位する前記操作部材を支持するとともに、前記操作入力により変位する前記操作部材を支持することを特徴とする請求項２に記載の操作入力装置。
  4. 　前記操作部材は、前記操作入力の作用により、前記開口部に対して傾いて変位可能であることを特徴とする請求項１に記載の操作入力装置。
  5. 　前記検出手段は、前記操作部材が前記筐体への格納位置まで変位したときの評価値が所定時間以上検出されているか否かによって、前記スライド部の開閉状態を検出することを特徴とする請求項１に記載の操作入力装置。
  6. 　前記検出手段は、前記操作部材の位置を非接触で検出する部材全てについて、前記評価値が所定時間以上検出されているか否かによって、前記スライド部の開閉状態を検出することを特徴とする請求項５に記載の操作入力装置。
  7. 　前記検出手段は、前記操作部材の変位によりインダクタンスが変化する検出部材を有することを特徴とする請求項１に記載の操作入力装置。
  8. 　前記検出手段は、前記操作部材の変位によりキャパシタンスが変化する検出部材を有することを特徴とする請求項１に記載の操作入力装置。
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