WO2017073152A1 - 操作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】　操作体のどの位置を押したときでも同等な操作反力を得ることができる操作装置を提供する。 【解決手段】　操作体２０が押されたときに、接近センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃの検知出力から操作体２０の傾きを検知するとともに、タッチセンサによる操作体２０に対する押圧位置を検知する。制御部では、操作体２０の傾きと押圧位置とからしきい値を変化させ、接近センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃで検知された操作体の押圧距離が前記しきい値を超えたら、押圧操作されたものと認識する。

Description

操作装置

　本発明は、操作体の中央を押圧したときと、中央から離れた場所を押圧したときとで、指などに感じる操作反力の差を小さくできる操作装置に関する。

　車載用の操作装置や各種電子機器に搭載されている操作装置には、静電容量式などのタッチセンサを備えた比較的大きな操作体を備えたものがある。この操作装置は、前記タッチセンサによって操作体の操作面での指の接触位置や指の移動状態が検知される。さらに、操作体が押されたことを検知する検知部材が設けられており、前記検知部材で操作体が押されたことを検知したときに所定の入力操作の実行処理などが行われる。

　この種の操作装置では、操作体を中央から外れた位置で押圧すると操作体が傾くため、操作体を押圧する箇所によって指に感じる操作反力に違いが生じる課題がある。

　特許文献１には、押圧操作するタッチパッドの中央部の下側にスイッチが配置された操作装置が記載されている。図１では、押し下げられたタッチパッドが、一端をヒンジとして傾く動作が説明されている。この場合には、ヒンジに近い位置を押すときと、ヒンジから離れた位置を押すときとで、前記スイッチをＯＮ動作に切替えるときに指に感じる反力に差が生じることが指摘されている。

　そこで、特許文献２の図２以下には、タッチパッドの中央部が前記スイッチで支持され、スイッチを挟む両側にタッチパッドを押し上げる圧縮ばねが設けられた構造が記載されている。タッチパッドがスイッチから離れた位置で押されると、タッチパッドが他方の端部をヒンジとして傾斜するが、このとき押された側に位置する圧縮ばねがタッチパッドへの操作反力を補強することで、タッチパッドの押圧箇所によって反力が変化するのを解消しようというものである。

特開２０１３－２０６０４号公報

　特許文献１に記載された操作装置のタッチパッドは、その中央部が機構式のスイッチで支えられ、スイッチを挟んだ両側が圧縮ばねで支えられた構造とすることで、タッチパッドを中央部から離れた位置で押したときの操作抵抗力の低下分を、圧縮ばねの弾性力で補強しようというものである。

　しかしながら、この構造では、タッチパッドがスイッチの真上である中央部またはその近くで押されて、タッチパッドがほぼ水平姿勢で押し込まれるときに、スイッチの反力とそれぞれの圧縮ばねの弾性力が全て同時に操作抵抗力として作用することになり、タッチパッドを押したときの操作反力がきわめて大きくなってしまう。すなわち、スイッチから離れた箇所が押されたときは圧縮ばねの補強による効果を期待できるが、スイッチの真上やスイッチの近くを押したときは逆に操作反力が過大になってしまい、タッチパッドをどこで押しても均一な反力を発生させる、という目的を十分に達成できるものではない。

　また、特許文献１に記載された構造は、タッチパッドの押し込みを機械式のスイッチで検知する構造であるから成り立つものであり、操作体と支持部の双方に対向する電極を設け、操作体と支持部の接近距離を電極間の静電容量で検知する構造では成り立つものではない。

　本発明は上記従来の課題を解決するものであり、操作体に対する押圧箇所の違いによる操作反力の差を小さくでき、しかも静電容量式などの接近センサを使用した場合にも操作反力のばらつきを抑制できる操作装置を提供することを目的としている。

　本発明は、支持部と、操作体と、前記支持部上で前記操作体を支持する弾性部材と、前記操作体の前記支持部への接近距離を検知する接近センサと、制御部とが設けられた操作装置において、
　前記接近センサによって、または前記接近センサと別に設けられた傾き検知センサによって、前記支持部に対する前記操作体の傾き検知が可能とされており、
　前記制御部では、
　前記接近センサからの検知出力に基づいて押圧操作がなされたと判定するためのしきい値を、前記操作体の傾きに応じて異ならせることを特徴とするものである。

　本発明の操作装置は、前記操作体には、押圧位置を検知するタッチセンサが設けられており、前記制御部は、前記タッチセンサで検知された押圧位置と、前記操作体の傾きに応じて前記しきい値を変化させるものである。

　本発明の操作装置は、前記接近センサが複数設けられており、それぞれの前記接近センサからの検知出力により、前記操作体の傾きを検知するものである。あるいは、前記傾き検知センサは、複数箇所に設けられた荷重センサである。

　本発明の操作装置は、前記弾性部材として、前記操作体の前記支持部への接近距離に応じて反力が増加する複数の第１の弾性部材と、前記操作体の傾きに応じて反力が増加する第２の弾性部材とが設けられていることが好ましい。

　この場合に、前記第２の弾性部材は、前記操作体の傾き量に応じて捻じり量が変化するトーションバーで構成することができる。

　例えば、前記支持部と操作体との間に、前記操作体の傾きを規制するリンク機構が設けられており、前記リンク機構を構成する支持リンクが、前記トーションバーとして機能する。

　また本発明は、支持部と、操作体と、前記支持部上で前記操作体を支持する弾性部材と、前記操作体の前記支持部への接近距離を検知する接近センサと、制御部とが設けられた操作装置において、
　前記操作体には、押圧位置を検知するタッチセンサが設けられており、
　前記制御部では、
　前記接近センサからの検知出力に基づいて押圧操作がなされたと判定するためのしきい値を、前記タッチセンサで検知された押圧位置に応じて変化させることを特徴とするものである。

　本発明の操作装置は、前記操作体の中心を押圧したときと前記中心から離れた位置を押したときとで、前記弾性部材からの反力がほぼ同じ値のときに押圧操作がなされたと判定されるように、前記しきい値が設定されることが好ましい。

　本発明は、接近センサの検出距離が所定の距離となったときに、押圧操作がなされたものと判定されるが、その判定のためのしきい値を、操作体の傾きに応じて異ならせている。あるいは、操作体を押圧する位置に応じて異ならせている。その結果、操作体の中央部を押したときと端部を押したときとで、押圧操作がなされたと判定されるときの操作反力の差を小さくすることができ、好ましくはほぼ同じ操作反力に揃えることが可能になる。

　また、操作体の傾き量に応じて反力が変化するトーションバーなどを付加することで、異なる箇所で押圧操作されたときの操作反力をほぼ同じ値に設定しやすくなる。

本発明の第１の実施の形態の操作装置の分解斜視図、 図１に示す操作装置をＩＩ－ＩＩ線で切断した断面図、 図１に示す操作装置の平面図、 （Ａ）（Ｂ）は、操作体の押圧操作を側面から示す説明図、 本発明の第２の実施の形態の操作装置を示す平面図、 操作体の押圧距離と操作反力との関係を示す線図、 本発明の操作装置の回路ブロック図、

　図１と図２に示す操作装置１は、支持部１０と、操作体２０と、前記支持部１０上で前記操作体２０を支持する弾性支持機構３０とを有している。

　図１と図２に示すように、支持部１０は、上方が開放するケース形状のベース１１と、ベース１１の内部に固定された固定枠１２とを有している。ベース１１と固定枠１２は縦方向（Ｙ方向）の長さ寸法が、幅方向（Ｘ方向）の長さ寸法よりも大きい長尺形状である。

　固定枠１２の縦方向（Ｙ方向）の両端部に、ばね支持面１３が設けられている。それぞれのばね支持面１３上には、押え部材１５がねじ１４で固定されており、押え部材１５の幅方向（Ｘ方向）の両端部と固定枠１２との間に、トーション軸受け部１６，１６が形成されている。

　操作体２０は、可動部材２１と可動部材２１の上に支持されたディスプレイ２２と、ディスプレイ２２を覆う操作パネル２３とを有している。図２に示すように、ディスプレイ２２と操作パネル２３との間にタッチセンサ２４が挟まれている。

　ディスプレイ２２は、カラー液晶パネルやエレクトロルミネッセンスパネルなどで構成されている。操作パネル２３はポリカーボネート樹脂やアクリル樹脂で形成された透明パネルであり、その表面が操作面２３ａとなっている。

　タッチセンサ２４は、樹脂フィルムなどの透明基板にＩＴＯや導電性ナノワイヤで形成された透光性の複数の電極が形成されており、電極間が絶縁されて電極間に静電容量が設定されている。指などの導電体が接近すると、接近した電極と指などとの間に静電容量が形成される。このとき、駆動用の電極にパルス状の駆動電力を与え、検出用の電極の電流を監視することで、指がどの位置に接近したかを検知することができる。

　操作パネル２３は縦方向（Ｙ方向）の長さ寸法が、幅方向（Ｘ方向）の長さ寸法よりも大きい長尺形状である。ディスプレイ２２とタッチパネル１４は、操作パネル２３とほぼ同じ形状で同じ面積を有している。操作体２０の前方（図示上方）から、操作パネル２３を透してディスプレイ２２の表示画面を目視することができる。表示画面を見ながら操作面２３ａのいずれかの箇所に接近させまたは接触させた指をタッチセンサで検知することで、表示画面を見ながら操作を行うことができる。

　弾性支持機構３０は一対の第１の弾性部材３１，３１と同じく一対の第２の弾性部材３２，３２を有している。さらに、支持部１０と操作体２０の一方にはＺ方向に延びる凸部が形成され他方にＺ方向に延びる凹部が形成されている。この凸部が凹部に摺動自在に挿入されて、支持部１０上で操作体２０をＺ方向に移動自在に案内する昇降案内機構が構成されている。

　第１の弾性部材３１は板ばね材料で形成されている。第１の弾性部材３１は固定片３１ａと、固定片３１ａの幅方向（Ｘ方向）の両側に一体に形成された弾性片３１ｂ，３１ｂを有している。固定片３１ａは、固定枠１２に形成されたばね支持面１３に固定されている。弾性片３１ｂは、基端３１ｃと自由端３１ｂが、幅方向（Ｘ方向）に向くように配置されており、弾性片３１ｂはＺ方向への曲げ変形による弾性復元力を発揮する。

　第２の弾性部材３２は、トーションバーと支持リンクとの双方の機能を発揮するものであり、金属棒または金属線で形成されている。第２の弾性部材３２は、縦方向（Ｙ方向）に直線的に延びる可動連結部３２ａと、その両端部に形成されたＵ字状の曲げ部３２ｂ，３２ｂと、Ｕ字状曲げ部３２ｂ，３２ｂの端部である支持連結部３２ｃ，３２ｃとが一体に形成されている。

　図２に示すように、第２の弾性部材３２のそれぞれの支持連結部３２ｃは、支持部１０に設けられたトーション軸受け部１６に支持されている。トーション軸受け部１６では、支持連結部３２ｃがＹ方向へは位置ずれしないが、Ｘ方向へは少し移動でき、しかもＹ軸回りに回転自在となるように支持されている。

　図２に示すように、操作体２０に設けられた可動部材２１の複数箇所に連結軸受け部２５が形成されている。可動部材２１では、連結軸受け部２５がＸ方向に間隔を空けたそれぞれの位置において、さらにＹ方向に間隔を空けて一対ずつ設けられている。第２の弾性部材３２の可動連結部３２ａは、連結軸受け部２５に保持されている。連結軸受け部２５において、可動連結部３２ａはＸ方向とＹ方向へ位置ずれすることなく且つＹ軸回りに回転自在に支持されている。

　図３と図４に示すように、支持部１０と操作体２０との間に第１の接近センサ４０ａと第２の接近センサ４０ｂおよび第３の接近センサ４０ｃが設けられている。接近センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、支持部１０の固定枠１２上に固定された固定電極４１と、操作体２０の可動部材２１に固定された可動電極４２とを有し、固定電極４１と可動電極４２とが所定の面積でＺ方向に対面している。固定電極４１と可動電極４２は一方が駆動電極で他方が検知電極である。駆動電極にパルス状の駆動電流を与え、検知電極に流れる電流を検知することで、固定電極４１と可動電極４２との間の静電容量の変化を検知でき、これにより、固定電極４１と可動電極４２のＺ方向の対向距離の変化（操作体２０の押圧距離の変化）を検知することができる。

　図３には、操作体２０（操作面２３ａ）の中心（重心）Ｏが示されている。接近センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃは中心Ｏに対して均一な開き角度θ＝１２０度で配置されており、しかも中心Ｏから同心円上に配置されている。ただし、３つの接近センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃの開き角度は均一でなくてもよいし、中心Ｏから同心円上に配置されていなくてもよい。ただし、図３に示す配置にしておくと、３つの接近センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃからの検知出力により操作体２０の傾きなどを求めるときの演算が容易である。

　図７に示すように、操作装置１の回路構成は、第１の接近センサ４０ａと第２の接近センサ４０ｂおよび第３の接近センサ４０ｃの検知出力を得る検出回路４４と、検出回路４４からの出力およびタッチセンサ２４からの検知出力を得て演算処理を行う制御部４５とを有している。

　次に、前記操作装置１の動作について説明する。
　図１と図２に示すように、操作体２０は、その長手方向であるＹ方向に延びる一対の第２の弾性部材（トーションバー兼支持リンク）３２，３２によって支持されている。図２に示すように、第２の弾性部材３２は、可動連結部３２ａが操作体２０の可動部材２１に回動自在に支持されており、支持連結部３２ｃが、支持部１０の固定枠１２に形成されたトーション軸受け部１６にＸ方向へ摺動自在で且つ回転自在に支持されている。

　支持部１０と操作体２０との間に前記昇降案内機構が形成され、さらに、一対の支持リンク（第２の弾性部材）３２，３２によって、操作体２０の傾きを抑制するリンク機構が構成されているため、操作体２０は、水平姿勢を保ったままＺ方向へ昇降動作しやすいようになっている。

　操作体２０は、第１の弾性部材３１に形成された４箇所の弾性片３１ｂで、下側から支えられている。図４では、弾性片３１ｂのＺ方向の曲げ変形によるばね定数がＫ１で示されており、それぞれの弾性片３１ｂから操作体２０に与えられるＺ方向の上向きの弾性復元力がＦ１で示されている。弾性復元力Ｆ１は、弾性片３１ｂのＺ方向への撓み量に比例する変数である。

　前述のように、一対の第２の弾性部材３２は一対の平行リンクとして機能しているため、図４（Ａ）に示すように操作体２０が中心Ｏまたはその付近において押圧力Ｐ１で押されると、第２の弾性部材３２が捩じれることなく、操作体２０は水平姿勢のまま支持部１０に接近する。このとき、押圧力Ｐ１を与えている指に作用する操作反力は、計算上は４×Ｆ１である。すなわち、操作反力のばね定数は４×Ｋ１である。

　操作体２０は、一対の第２の弾性部材３２，３２によって水平姿勢を保ったままＺ方向へ昇降動作しやすいようになってはいるが、Ｙ方向の寸法が大きいため、さらには前記昇降案内機構の凸部と凹部との間にがたつきを生じる隙間が形成されるため、図４（Ｂ）に示すように、操作面２３ａのＹ方向の端部に下向きの押圧力Ｐ２が作用すると、操作体２０は支持部１０に対して傾いた姿勢となりやすい。押圧力Ｐ２がほぼ右側の弾性片３１ｂ，３１ｂの真上に作用しているとすると、押圧力Ｐ２を与えている指に対しては、弾性片３１ｂ，３１ｂから操作反力２×Ｆ１が与えられる。この操作反力のばね定数は２×Ｋ１である。

　さらに、図４（Ｂ）に示すように操作体２０に押圧力Ｐ２が与えられて斜めの姿勢になると、一対の第２の弾性部材３２の可動連結部３２ａに捩じりが発生し、操作体２０に対して捩じり弾性の復元力Ｆ２が作用する。トーションバーとして機能する第２の弾性部材３２の捩じり弾性のばね定数はＫθであり、前記復元力Ｆ２は、可動連結部３２ａの捩じり角度に比例する変数である。

　仮に第２の弾性部材３２，３２が設けられていないとすると、中心Ｏ付近に押圧力Ｐ１を与えているときの操作反力（４×Ｆ１）に対して、Ｙ方向の端部に押圧力Ｐ２を与えたときの操作反力（２×Ｆ１）がほぼ１／２程度まで半減することになる。しかし、第２の弾性部材３２，３２を設けることにより、押圧力Ｐ２を与えている指に対して（２×Ｆ１＋２×Ｆ２）の操作反力を与えることができる。これにより、図４（Ａ）に示すように中心Ｏ付近を押したときの操作反力と、図４（Ｂ）に示すように、Ｙ方向の端部を押しているときの操作反力の差を小さくすることが可能である。

　これは、操作体２０の操作面２３ａのどの位置を押したときでも同じであり、例えばＰ１とＰ２の中間が指で押されたときは、弾性片３１ｂで発揮される操作反力は、Ｙ方向に離れて位置するそれぞれの弾性片３１ｂと押圧箇所とのスパン比（テコ比）に応じた値となる。また、第２の弾性部材３２で発揮される操作反力は、可動連結部３２ａの捩じり量に比例するため、操作反力Ｆ２は操作体２０の傾き角度に応じて変化する。さらに、指で感じる捩じりにより操作反力Ｆ２は、操作面２３ａにおいて指で押圧する場所によっても変化する。

　図１と図２に示す第１の弾性部材３１に設けられた弾性片３１ｂは、Ｚ方向の撓み変形によって図４に示すようにＺ方向への操作反力Ｆ１（ばね定数Ｋ１）を発生するが、さらに、この弾性片３１ｂは、幅方向がＹ方向へ向けられているため、操作体２０が図４（Ｂ）に示すように傾斜すると、弾性片３１ｂが捩じり変形し、その復元力により操作体２０に操作反力Ｆ３を与えることができる。このときのばね定数Ｋθ１は、操作体２０の傾斜角度に比例する。

　すなわち、弾性片３１ｂは、Ｚ方向への撓みによるばね定数Ｋ１を持つ第１の弾性部材と、操作体２０の傾きに応じたばね定数Ｋθ１を持つ第２の弾性部材を兼用したものとなる。本発明は、第１の弾性部材と第２の弾性部材の双方を有することを特徴の１つとしているが、第２の弾性部材３２（トーションバー）を使用せずに、弾性片３１ｂのみを使用することで第１の弾性部材と第２の弾性部材の双方を有する構造としてもよい。または、図１に示す第２の弾性部材３２を使用し、第１の弾性部材として圧縮コイルばねなどを使用してもよい。

　支持部１０と操作体２０との接近距離および操作体２０の傾き角度は、第１の接近センサ４０ａと第２の接近センサ４０ｂおよび第３の接近センサ４０ｃからの検知出力から演算される。

　接近距離は、例えば制御部４５において、各接近センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃからの検知出力の平均値を算出することで求められる。前記平均値が制御部４５に設定されるしきい値と一致したら、またはしきい値を超えたら、押圧操作がなされたと判定する。例えば、ディスプレイ２２の表示画面に表示されたメニュー表示を見ながら操作面２３ａに指を触れ、これをタッチセンサ２４で検知している状態で、さらに操作体２０が押され、前記平均値がしきい値を超えて押圧操作がなされたと判定されると、指の接触で選択しているメニュー表示に対向するプログラムの実行処理に移行する。

　あるいは、３個の接近センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃの検出値のうち、距離測定値が最小値となる値を接近距離とし、この接近距離がしきい値と一致したら、またはしきい値を超えたら押圧操作がなされたと判定してもよい。

　なお、算出する接近距離は、実際の距離の算出だけでなく、距離に対応する値であってもよい。例えば、接近センサの検出値から接近距離を算出することなく、接近センサの検出値をそのまま押圧操作の判定に用いてもよい。

　また、第１の接近センサ４０ａと第２の接近センサ４０ｂおよび第３の接近センサ４０ｃの検知出力から、制御部４５において操作体２０の傾きを演算することができる。

　例えば、第２の接近センサ４０ｂの検知出力と第３の接近センサ４０ｃの検知出力との平均値と、第１の接近センサ４０ａの検知出力とを比較することで、Ｘ方向への倒れ角度（Ｙ軸回りの倒れ角度）を算出することができる。また、第２の接近センサ４０ｂの検知出力と、第３の接近センサ４０ｃの検知出力とを比較することでＹ方向への倒れ角度（Ｘ軸回りの倒れ角度）を算出することができる。

　制御部４５では、操作体２０の傾きの演算値と、タッチセンサ２４で検知した操作面２３ａに対する押圧力の作用位置とに基づいて、押圧操作がなされたと判定するための接近距離のしきい値を変化させるように制御する。

　制御部４５では、操作体２０の傾きの演算値と押圧力の作用位置に応じて異なったしきい値を設定するが、この制御では、操作体２０の大小と押圧位置の変化に応じてしきい値を連続して変化させてもよいし、あるいは操作体２０の傾きの大小と押圧位置の変化に応じてしきい値を段階的に変化させてもよい。

　図６は横軸に操作体２０の支持部１０方向への押圧距離（押し込み量）を示し、縦軸は指に感じる操作反力の大きさを示している。この押圧距離は、３個の接近センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃで検知されたものであり、例えば３個の接近センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃによる接近距離の検出値の平均値から求められる。あるいは、３個の接近センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃによる接近距離の検出値の最小値から求められる。

　図６（ｉ）は、図４（Ａ）に示すように、操作体２０の中心（重心）Ｏ付近が押圧力Ｐ１でＺ方向へ押し込まれて、操作体２０が傾くことなくほぼ水平姿勢で下降したときの押圧距離と操作反力との関係を示している。このとき、操作体２０に与えられる操作反力は４×Ｆ１である。Ｆ１は変数であり、そのときのばね定数は４×Ｋ１である。

　図６（ｉｉ）は、図４（Ｂ）に示すように、操作体２０が図示右側の弾性片３１ｂの真上で且つＸ方向の中点において押圧力Ｐ２でＺ方向へ押し込まれたときの、押圧距離と操作反力との関係を示している。このとき、操作体２０が傾くため、操作反力は２×Ｆ１＋２×Ｆ２である。前記操作反力Ｆ２は、操作体２０の傾きを検知し、その傾きに応じた第２の操作部材３２の捩じり角度を想定することで知ることができる。

　なお、図６（ｉｉｉ）は参考のために、押圧力Ｐ２で押し込まれたときに、第２の弾性部材３２が設けられておらず、第１の弾性部材３１の弾性片３１ｂのみで操作反力が与えられる例を示している。このとき、操作反力は２×ｋ１であり、ばね定数は２×Ｆ１である。

　制御部４５では、操作体２０の傾きが規定値以下であると判定しているときは、押圧距離（支持部１０と操作体２０との接近距離）のＬ１をしきい値として設定し、押圧距離がＬ１に至ったかあるいはＬ１を超えたときに押圧操作がなされたと判定する。このときの、押圧距離と操作反力との関係は図６（ｉ）の線図のようになり、押圧距離がＬ１のときの操作反力がＧ１である。例えばＬ１は０．５ｍｍで、操作反力は５Ｎ（ニュートン）である。

　操作装置１には振動発生装置が設けられており、制御部４５において押圧操作がなされたと判定されたときに操作体２０に振動が与えられる。よって、中心Ｏの真上またはその付近を押圧している操作者の指には、操作反力が５Ｎとなったときに、振動が与えられて、押圧操作に至ったと感じるようになる。

　操作体２０の操作面２３ａが中心Ｏから離れた位置で押されると、第２の弾性部材３２，３２がリンク機構として機能しているのにもかかわらず、操作体２０が水平姿勢で下降せずに、傾いて下降する。３個の接近センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃからの検知出力により操作体２０が傾いていると判定されたときは、判定された傾き角度と、タッチセンサ２４で検知された押圧位置の検出値に応じて、押圧操作がなされたと判定すべき押圧距離のしきい値を変化させる。このしきい値の変化は例えば、制御部４５に付随するメモリにテーブルや公式として格納されている。

　例えば、操作体２０が傾いていると検知され、タッチセンサ２４からの検知出力で、図４（Ｂ）に示すように、右側の弾性片３１ｂ，３１ｂの真上で且つＸ方向での中心位置で操作体２０が押されていると検知されたときは、制御部４５では、押圧操作が行われたと判定すべき押圧距離のしきい値をＬ２に変更する。しきい値Ｌ２は図６（ｉｉ）に示す線図に基づいて設定されるものであるが、線図は、タッチセンサ２４で検知された押圧位置と、３個の接近センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃの検知出力から演算された操作体２０の傾き角度に基づいて設定される。

　図６（ｉｉ）の線図では、押圧距離がしきい値Ｌ２のときに、操作反力がほぼＧ１となるように設定されている。よって、制御部４５では、押圧距離のＬ２をしきい値として設定し、押圧距離がＬ２に至ったら、またはＬ２を超えたら押圧操作がなされたものと判定する。このとき指に感じる操作反力は、操作体２０が水平姿勢のまま押されたときとほぼ同じになる。

　操作体２０に押圧力を与える位置が、図４（Ａ）に示す中心Ｏ付近と、図４（Ｂ）に示す端部との中間位置であるときは、タッチセンサ２４からの検知出力から押圧位置がわかり、第１の弾性部材３１から操作体２０に与えられる操作反力が算出される。さらに３個の接近センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃで検知された操作体２０の傾き角度からもそのときの操作反力を算出できる。この算出値に基づいて図６に示す押圧距離と操作反力との関係が守りから読みだされ、制御部４５では、その押圧位置とそのときの操作体２０の傾きに応じて最適なしきい値が設定される。これにより、どの位置を押したときでも操作反力の差を小さくでき、好ましくは操作反力を均一にすることができる。

　以上を整理すると、制御部４５では、
（１）接近センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃからの検知出力から操作体２０が傾くことなく押し込まれていると判定されたときは、押圧操作がなされたと判定するしきい値をＬ１に設定する。
（２）接近センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃからの検知出力から操作体２０が傾いていると判定したら、その押圧位置から４個の弾性片３１ｂからＺ方向に作用する弾性復元力に基づく反力と、そのときの傾き角度によって第２の弾性部材３２から発せられる捻じり量に応じた弾性復元力に基づく反力を想定し、その反力に応じた線図または関係式から、押圧操作がなされたと判定するしきい値（例えばＬ２）を設定する。

　図６の（ｉｉｉ）は、４個の弾性片３１ｂによりＺ方向へ発揮される弾性力のみで操作反力Ｆ１が設定される例が示されているが、このときの操作反力は図６（ｉ）よりもかなり小さい値となる。よって、第２の弾性部材３２の捻じり弾性を利用することで、中心Ｏから離れた位置で操作体２０が押されたときの操作反力の低下を補強できることがわかる。よって、中心Ｏから離れた位置を押したときにその押圧距離を極端に長くしなくても想定する反力Ｇ１（例えば５Ｎ）を得ることができる。

　特に、第２の弾性部材３２のトーションバーの弾性機能を使用すると、操作体２０の傾きが大きくなるに応じて操作反力Ｆ２が強くなるため、操作体２０の傾き角度が大きくなったときに操作反力を補強できるようになる。また、操作体２０の傾き角度の算出値と、その傾きに応じた第２の弾性部材３２の捻じり弾性との関係から、押圧操作がなされたと判定すべきしきい値を設定することで、どの箇所を操作しても同等の操作反力を得ることができるようになる。

　図５は本発明の第２の実施の形態の操作装置１Ａを示している。
　この操作装置１Ａでは、操作体２０の中心Ｏに１個の接近センサ５１が設けられている。この接近センサ５１は、支持部１０に設けられた電極と操作体２０に設けられた電極の対向距離を静電容量の変化で検知するものである。

　操作装置１Ａでは、接近センサ５１の周囲の３か所に傾き検知センサ５０ａ，５０ｂ，５０ｃが設けられている。傾き検知センサ５０ａ，５０ｂ，５０ｃは例えば荷重センサである。この場合に荷重センサから操作体２０に与えられるＺ方向の反力は小さいことが好ましい。

　傾き検知センサ５０ａ，５０ｂ，５０ｃは接触式の場合には前記荷重センサであるが、これに限られることなく、非接触式の光学式変位センサや超音波センサ、磁気センサなども用いることができる。磁気センサの場合は、支持部１０に磁気センサを設け、操作体２０側に電磁コイルや磁石などの磁気発生部を設け、操作体２０と磁気センサとの距離の変化によって傾きを検知する。

　この操作装置１Ａでは、３個の傾き検知センサ５０ａ，５０ｂ，５０ｃで検知された操作体２０の傾き角度と、タッチセンサ２４からの検知出力に応じて、押圧距離に関するしきい値が変更させられる。そして、接近センサ５１の検知出力から、押圧距離が前記しきい値に至ったとき、あるいはしきい値を超えたとときに、押圧操作がなされたと判定する。

　なお、本発明は、第２の弾性部材３２を使用せず、第１の弾性部材３１のみを使用してＺ方向への操作反力を発揮させてもよい。この場合に、押圧距離と操作反力との関係は図６（ｉｉｉ）のようになる。操作体２０の傾斜角度に応じた捩じり弾性を発揮する第２の弾性部材３２が設けられていないときは、操作体２０の傾斜角度を求める必要はなく、タッチセンサ２４の検知出力によって、操作体２０のどの位置が押されているかを検知し、その押圧位置の変化に応じて、押圧操作されたと判定すべきしきい値を設定すればよい。

　また、第１の弾性部材と第２の弾性部材の双方を使用している場合であっても、操作体２０の傾きを検知せずに、操作体２０のどの位置が押圧されているかの情報のみでしきい値を変更してもよい。

１，１Ａ　操作装置
１０　支持部
２０　操作体
２１　可動部材
２２　ディスプレイ
２３　操作パネル
２４　タッチセンサ
３１　第１の弾性部材
３１ｂ　弾性片
３２　第２の弾性部材（支持リンク）
４０ａ，４０ｂ，４０ｃ　接近センサ
４１　固定電極
４２　可動電極
４５　制御部
５０ａ，５０ｂ，５０ｃ　傾き検知センサ
５１　接近センサ
Ｏ　中心

Claims (9)

1. 　支持部と、操作体と、前記支持部上で前記操作体を支持する弾性部材と、前記操作体の前記支持部への接近距離を検知する接近センサと、制御部とが設けられた操作装置において、
   　前記接近センサによって、または前記接近センサと別に設けられた傾き検知センサによって、前記支持部に対する前記操作体の傾き検知が可能とされており、
   　前記制御部では、
   　前記接近センサからの検知出力に基づいて押圧操作がなされたと判定するためのしきい値を、前記操作体の傾きに応じて変化させることを特徴とする操作装置。
2. 　前記操作体には、押圧位置を検知するタッチセンサが設けられており、前記制御部は、前記タッチセンサで検知された押圧位置と、前記操作体の傾きに応じて前記しきい値を変化させる請求項１記載の操作装置。
3. 　前記接近センサが複数設けられており、それぞれの前記接近センサからの検知出力により、前記操作体の傾きを検知する請求項１または２記載の操作装置。
4. 　前記傾き検知センサは、複数箇所に設けられた荷重センサである請求項１または２記載の操作装置。
5. 　前記弾性部材として、前記操作体の前記支持部への接近距離に応じて反力が増加する複数の第１の弾性部材と、前記操作体の傾きに応じて反力が増加する第２の弾性部材とが設けられている請求項１ないし４のいずれかに記載の操作装置。
6. 　前記第２の弾性部材は、前記操作体の傾き量に応じて捻じり量が変化するトーションバーである請求項５記載の操作装置。
7. 　前記支持部と操作体との間に、前記操作体の傾きを規制するリンク機構が設けられており、前記リンク機構を構成する支持リンクが、前記トーションバーとして機能する請求項６記載の操作装置。
8. 　支持部と、操作体と、前記支持部上で前記操作体を支持する弾性部材と、前記操作体の前記支持部への接近距離を検知する接近センサと、制御部とが設けられた操作装置において、
   　前記操作体には、押圧位置を検知するタッチセンサが設けられており、
   　前記制御部では、
   　前記接近センサからの検知出力に基づいて押圧操作がなされたと判定するためのしきい値を、前記タッチセンサで検知された押圧位置に応じて変化させることを特徴とする操作装置。
9. 　前記操作体の中心を押圧したときと前記中心から離れた位置を押したときとで、前記弾性部材からの反力がほぼ同じ値のときに押圧操作がなされたと判定されるように、前記しきい値が設定される請求項１ないし８のいずれかに記載の操作装置。

Images