(57)【要約】【課題】操作軸の中立位置付近での傾倒角度に応じた出力変化が得られる操作装置を提供することを目的としている。【解決手段】本発明の操作装置１は、傾倒可能な操作軸１０と、操作軸１０の傾倒操作状態に応じた電圧値を出力する検知手段２０と、検知手段２０により検出された前記電圧値に基づいて演算した制御信号を出力する出力回路３０とを備え、操作軸１０は復元力によって傾倒操作から復帰する中立位置領域を有し、出力回路３０は、正側の戻り値に対する出力と負側の戻り値に対する出力とを、前記中立位置領域内において連続的に変化させるとともに、前記正側の戻り値に対する出力と前記負側の戻り値に対する出力との出力差を任意の値に設定可能である、ことを特徴とする。【選択図】  図１
2014002595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
傾倒可能な操作軸と、
前記操作軸の傾倒操作状態に応じた電圧値を出力する検知手段と、
前記検知手段により検出された前記電圧値に基づいて演算した制御信号を出力する出力回路とを備え、
前記操作軸は復元力によって傾倒操作から復帰する中立位置領域を有し、
前記中立位置領域は、前記傾倒操作から復帰する動作における傾倒角度の正側及び負側の戻り値を測定して、得られた前記正側の戻り値と前記負側の戻り値との間の傾倒角度領域であって、
前記出力回路は、前記正側の戻り値に対する出力と前記負側の戻り値に対する出力とを前記中立位置領域内において連続的に変化させるとともに、前記正側の戻り値に対する出力と前記負側の戻り値に対する出力との出力差を任意の値に設定可能である、
ことを特徴とする操作装置。
【請求項２】
前記中立位置領域の出力が、前記正側の戻り値に対する出力と前記負側の戻り値に対する出力とを結ぶ直線上に存するように調整可能であることを特徴とする請求項１に記載の操作装置。
【請求項３】
前記中立位置領域の出力は、前記中立位置領域の領域外の出力に比べて、出力変化が少なくなるように調整可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の操作装置。
【請求項４】
前記傾倒操作における負側の傾倒角度の最大値を、所定の出力の最小値以下に変換し、前記傾倒操作における正側の傾倒角度の最大値を、所定の出力の最大値以上に変換することを特徴とする請求項３に記載の操作装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作装置に関し、特に、操作軸の傾倒角度に応じた出力変化が得られる操作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、操作軸を傾倒操作して、その傾倒角度及び傾倒方向に応じた出力を発生させる操作装置（例えばジョイスティック装置）が使用されている。このような操作装置として、特許文献１に開示されているように、傾倒角度を可変抵抗器により検出するものが知られている。図８は、従来の操作装置であるジョイスティック装置１０１を示す斜視図である。ジョイスティック装置１０１は、スティック部（操作軸）１１５の操作方向及びその傾き具合に応じてボリュームを回動させるように、筐体１１０に第１ボリューム（可変抵抗器）１１３、第２ボリューム１１４を備えている。外部から操作力を加えていないときにスティック部（操作軸）１１５の傾倒角度はゼロであり、ここを中立位置として正方向及び負方向の傾倒角度を検出することができる。
【０００３】
可変抵抗器を用いた操作装置において、傾倒角度に応じて可変抵抗器の出力電圧が可変され、この可変抵抗器の出力電圧を出力に変換する出力回路を介して、出力が調整される。従来から知られている操作装置では、操作軸の傾倒角度がゼロの中立位置では出力がほぼ中間の値になるように設定され、傾倒角度が負方向の最大で出力が最小値、傾倒角度が正方向の最大で出力が最大値、になるように直線変換されている。操作力に応じた（大きな）傾倒角度に対して、可変抵抗器に伝達する機構の機械的な遊びを小さくすれば、比較的高い精度（電気的精度）の出力を得ることができる。また、２個のボリューム（可変抵抗器）を異なる傾倒方向が検出できるように配置すれば、操作軸の傾倒角度及び傾倒方向が検出可能である。
【０００４】
一方、操作軸に操作力を加えた状態から操作力を開放すると、ばね部材等による復元力が操作軸に作用する。操作軸は、この復元力によって、操作力に応じた傾倒角度から中立位置に向かって復帰動作する。このとき、可変抵抗器を用いた操作装置においては、機械的な復帰誤差を生じることが知られている。これは、正方向の傾倒角度から中立位置へ復帰させようとしたときの復帰角度（正側の戻り値）、及び、負方向の傾倒角度から中立位置へ復帰させようとしたときの復帰角度（負側の戻り値）はゼロにならず、中立位置として設定された値からの出力ずれを生じるためである。
【０００５】
正側の戻り値と負側の戻り値との間の傾倒角度領域を中立位置領域と定義する。傾倒角度を出力に直線変換する出力回路の場合、中立位置として設定された値に対し、中立位置領域における出力変化は無視できる大きさを越えてしまう。このため、可変抵抗器を用いた操作装置は精度が低いとされていた。
【０００６】
そこで、中立位置への復帰誤差を出力に反映させないように、中立位置領域での傾倒角度は不検出とする不感帯特性をもたせることがおこなわれた。図８に示す特許文献１のジョイスティック装置１０１では、第１ボリューム１１３の出力電圧を第１処理回路チップ１２１で不感帯特性をもたせた出力に変換し、第２ボリューム１１４の出力電圧を第２処理回路チップ１２２で不感帯特性をもたせた出力に変換している。これにより、中立位置での機械的な誤差や中立位置への復帰誤差が出力に反映されず、中立位置領域の出力は中立位置として設定された値のままになるので、見かけ上は高精度な操作装置が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１７３２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、復帰誤差の対策として出力回路に不感帯特性をもたせた出力特性の操作装置であると、操作者が傾倒操作したときにも、中立位置から僅かな角度においては出力が中立位置として設定された値のまま変化しないことになる。
【０００９】
このため、中立位置から僅かな角度に傾倒操作して、中立位置付近で微妙な操作を出力させたいアプリケーションのときにも、アプリケーションに適した出力が得られなかった。また、中立位置付近で僅かな角度に傾倒操作しても出力が変化しないため、操作者の操作フィーリングとして好ましいものではなかった。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するためのものであり、特に、操作軸の中立位置付近での傾倒角度に応じた出力変化が得られる操作装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の操作装置は、傾倒可能な操作軸と、前記操作軸の傾倒操作状態に応じた電圧値を出力する検知手段と、前記検知手段により検出された前記電圧値に基づいて演算した制御信号を出力する出力回路とを備え、前記操作軸は復元力によって傾倒操作から復帰する中立位置領域を有し、前記中立位置領域は、前記傾倒操作から復帰する動作における傾倒角度の正側及び負側の戻り値を測定して、得られた前記正側の戻り値と前記負側の戻り値との間の傾倒角度領域であって、前記出力回路は、前記正側の戻り値に対する出力と前記負側の戻り値に対する出力とを、前記中立位置領域内において連続的に変化させるとともに、前記正側の戻り値に対する出力と前記負側の戻り値に対する出力との出力差を任意の値に設定可能である、ことを特徴とする。
【００１２】
これにより、中立位置領域内において、操作軸を僅かな角度で傾倒操作した場合には、出力を連続的に変化させるとともに、正側の戻り値に対する出力と負側の戻り値に対する出力との出力差を任意の値に設定可能であるので、中立位置領域での傾倒操作に対しても出力が追従変化する。
【００１３】
したがって、操作軸の中立位置付近での傾倒角度に応じた出力変化が得られる。
【００１４】
さらに、本発明の操作装置において、前記中立位置領域の出力が、前記正側の戻り値に対する出力と前記負側の戻り値に対する出力とを結ぶ直線上に存するように調整可能であることを特徴とする。
【００１５】
中立位置領域においては、その傾倒角度の上限（正側の戻り値）と下限（負側の戻り値）との出力差に対応して、正側の戻り値に対する出力と負側の戻り値に対する出力とを結ぶ直線上に存するように出力を調整可能である。中立位置付近で操作軸の傾倒角度を変化させたときに、任意の値に設定された出力差の上下限範囲で直線変換された出力変化が得られるので、不感帯特性では得られない操作フィーリングが得られる。
【００１６】
また、本発明の操作装置において、前記中立位置領域の出力は、前記中立位置領域の領域外の出力に比べて、出力変化が少なくなるように調整可能であることを特徴とする。
【００１７】
中立位置領域の領域外の傾倒角度が大きい傾倒操作に対して、出力変化を大きくするように、負側の傾倒角度に対する第１増幅率及び正側の傾倒角度に対する第２増幅率を用いて、出力に変換することができる。一方、中立位置領域では、第１増幅率及び第２増幅率に比べて出力変化が少なくなる第３増幅率を用いて出力に変換されるので、中立位置付近での操作フィーリングに優れるとともに、見かけ上の復帰精度を向上させることができる。
【００１８】
また、本発明の操作装置において、前記傾倒操作における負側の傾倒角度の最大値を、所定の出力の最小値以下に変換し、前記傾倒操作における正側の傾倒角度の最大値を、所定の出力の最大値以上に変換することを特徴とする。
【００１９】
中立位置領域の領域外の傾倒角度が大きい傾倒操作に対して、負側の傾倒角度の最大値を所定の出力の最小値以下に変換し、正側の傾倒角度の最大値を所定の出力の最大値以上に変換すれば、出力のダイナミックレンジとして最大になるので、見かけ上の分解能が向上し、高精度な操作装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の操作装置によれば、中立位置領域内において、操作軸を僅かな角度で傾倒操作した場合には、出力を連続的に変化させるとともに、正側の戻り値に対する出力と負側の戻り値に対する出力との出力差を任意の値に設定可能であるので、操作軸の中立位置付近での傾倒角度に応じた出力変化が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態の操作装置を示す斜視図である。
【図２】図１に示す操作装置を説明するブロック図である。
【図３】図１に示す操作装置を説明するフローチャートである。
【図４】図１に示す操作装置の出力特性を示したグラフである。
【図５】図４に示す出力特性における中立位置領域を説明するグラフである。
【図６】第１の比較例として従来の操作装置の出力特性を説明するグラフである。
【図７】第２の比較例として不感帯特性をもたせた出力特性を説明するグラフである。
【図８】従来の操作装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００２３】
図１に示すように、操作装置１は、傾倒操作可能な操作軸１０と、操作軸１０の傾倒操作状態に応じた電圧値を出力する検知手段２０と、検出された前記電圧値に基づいて演算した制御信号を出力する出力回路３０と、を備えている。また、操作装置１は筐体１５を有しており、筐体１５の内部に操作軸１０の傾倒角度及び傾倒方向を検知手段２０に伝達する機構を備えている。さらに、検知手段２０として、Ｘ１−Ｘ２方向の傾倒角度を検出する可変抵抗器２１ａと、Ｙ１−Ｙ２方向の傾倒角度を検出する可変抵抗器２１ｂと、を設けている。操作装置１は、検知手段２０として可変抵抗器２１ａ、２１ｂを有しているので、Ｘ１−Ｘ２方向の傾倒角度とＹ１−Ｙ２方向の傾倒角度とを同時に出力することができる。このような操作装置１は、ＸＹ平面の３６０度全方向に亘って、傾倒操作された傾倒角度及び傾倒方向を検出可能である。
【００２４】
可変抵抗器２１ａ、２１ｂは、ケース内に摺動部と抵抗体とを備えて、摺動部が抵抗体に接する位置を可変できるように設けられて、その摺動位置により操作軸１０の傾倒操作状態に応じた電圧値を検出して出力する。筐体１５の内部には、ばね部材（図示しない）が設けられており、操作軸１０は、外力が作用していないときに、Ｚ１−Ｚ２の向きに起立した姿勢を維持できるようになっている。この姿勢を操作軸１０の中立位置と定義している。ばね部材は、ばね状に形成された金属だけでなく、ゴム等の弾性材料であってもよい。
【００２５】
なお、図１では、出力回路３０が一体化された外形形状を示しているが、操作装置１の態様はこれに限定されるものではない。出力回路３０を、別部品として実装基板上で電気配線によって接続してもよい。また、他の電気部品の処理回路を兼用した回路モジュールとして、出力回路３０を備えていてもよい。
【００２６】
さらに、操作装置１は、操作軸１０に固定されて操作者が操作する操作部材と、操作軸１０を突出させるように筐体１５を収納する収納部材と、を有して、操作しやすい形状にデザインされたものであってもよい。
【００２７】
次に、本実施形態の操作装置１の出力について説明する。
【００２８】
図２に示すように、検知手段２０として配置された可変抵抗器２１ａ、２１ｂが出力回路３０に電気接続されており、出力回路３０から、後述する出力が得られる。ここでは、図示しない電源回路から所定の電圧（電源電圧）が可変抵抗器２１ａ、２１ｂの抵抗体の両端に印加されており、摺動部の摺動位置での電圧値（出力電圧）が出力回路３０の入力信号になっている。また、図２に示すように、出力回路３０は出力変換手段３１と記憶手段３２とを備えているが、ＡＤ変換回路を有するマイクロコンピュータで構成されていてもよい。出力回路３０の出力は、可変抵抗器２１ａ、２１ｂのそれぞれに対応した別々の出力信号にする方式、所定の時間間隔で出力信号を順次送信する方式、等のどのような方式であってもよい。
【００２９】
なお、本明細書で「出力」とは、操作対象を制御するために出力回路３０から出力される制御信号としての出力であり、電圧出力もしくは電流出力またはデジタル出力の形態である。この「出力」と区別するため、可変抵抗器２１ａ、２１ｂから出力回路３０に入力される電圧値は「出力電圧」と呼称する。
【００３０】
操作軸１０を所定の方向（たとえばＸ２方向）に最大に傾倒したときに、最大の出力が得られるように、検知手段２０の出力電圧に対する補正値を用いて演算した出力に変換される。操作軸１０の傾倒角度がゼロの中立位置では出力がほぼ中間の値になるように設定されて、中立位置に対して出力が増加する傾倒方向（たとえばＸ２方向）と出力が減少する傾倒方向（たとえばＸ１方向）との出力を得ることができる。操作力に応じた（大きな）傾倒角度に対して、機械的な遊びを小さくすれば、比較的高い精度（電気的精度）の出力を得ることができる。本実施形態では、Ｘ１−Ｘ２方向の傾倒角度を検出する可変抵抗器２１ａと、Ｙ１−Ｙ２方向の傾倒角度を検出する可変抵抗器２１ｂと、を備えているので、それぞれの可変抵抗器の製造ばらつきや取り付けばらつきを考慮する。すなわち、Ｘ１−Ｘ２方向（以下、Ｘ方向と称する）での出力電圧とＹ１−Ｙ２方向（以下、Ｙ方向と称する）での出力電圧は異なる。したがって、補正値を決めるための測定がＸ方向、Ｙ方向、それぞれ別々に行われて、測定値を記憶手段３２に記憶させている。
【００３１】
一方、操作軸１０に操作力を加えた状態から操作力を開放すると、復元力によって操作軸１０は操作力に応じた傾倒角度の状態から中立位置に復帰する。このとき、可変抵抗器２１ａ、２１ｂを用いた操作装置１においては、機械的な復帰誤差を生じることが知られている。これは、正方向の傾倒角度から中立位置へ復帰させたときの復帰角度、及び、負方向の傾倒角度から中立位置へ復帰させたときの復帰角度はゼロにならず、中立位置として設定した値からの出力ずれを生じるためである。
【００３２】
以下、Ｘ方向について詳細に説明する。あらじめ、可変抵抗器２１ａの出力電圧Ｖｘを、Ｘ方向の最大傾倒角度である正負の２点で測定する。本実施形態においては、負側の傾倒角度の最大値と、正側の傾倒角度の最大値と、で出力電圧Ｖｘを測定している。これに加えて、あらかじめ、負側の傾倒角度の最大値から操作力を開放して中立位置に向けて戻った復帰角度に対する出力電圧Ｖｘ（負側の戻り値Ａ）、及び、正側の傾倒角度の最大値から操作力を開放して中立位置に向けて戻った復帰角度に対する出力電圧Ｖｘ（正側の戻り値Ｂ）を測定する。これにより、負側の傾倒角度の最大値での出力電圧Ｖｘ（以下の説明では負側最大値Ｃと称する）と、負側の戻り値Ａと、正側の傾倒角度の最大値での出力電圧Ｖｘ（正側最大値Ｄと称する）と、正側の戻り値Ｂと、が出力電圧Ｖｘの測定値として得られる。本明細書では、負側の戻り値Ａでの傾倒角度と正側の戻り値Ｂでの傾倒角度との間の領域を中立位置領域と定義する。
【００３３】
これら出力電圧の測定値をあらかじめ記憶手段３２に記憶させ、出力変換手段３１において操作装置１の使用時における操作軸１０の傾倒角度が出力ｘに変換される。このとき、負側最大値Ｃ〜負側の戻り値Ａの出力電圧範囲に対して、第１増幅率を用いた出力ｘに変換される。また、正側の戻り値Ｂ〜正側最大値Ｄの出力電圧範囲に対して、第２増幅率を用いた出力ｘに変換される。一方、中立位置領域における負側の戻り値Ａ〜正側の戻り値Ｂの出力電圧範囲に対しては、第１増幅率及び第２増幅率とは異なる、第３増幅率を用いた出力ｘに変換される。
【００３４】
図３に示すように、操作装置１の操作軸１０を操作することによって、ステップＳＴ１で、Ｘ方向の傾倒角度が可変抵抗器２１ａの出力電圧Ｖｘとして出力回路３０に入力される。ステップＳＴ２で、出力電圧Ｖｘが負側の戻り値Ａより小さい電圧であるか判定され、負側の戻り値Ａ以上の場合はステップＳＴ３に、負側の戻り値Ａより小さい場合はステップＳＴ４に進む。ステップＳＴ３では、正側の戻り値Ｂより大きい電圧であるか判定され、ステップＳＴ４に進む。ステップＳＴ４では、上記の判定結果によって、第１増幅率、第２増幅率、または第３増幅率を用いた出力ｘに変換される。この結果、ステップＳＴ５で、変換後の出力ｘが得られる。これらの電気的処理はデジタル回路でおこなうことが実際的である。出力ｘはデジタル信号であるほうが好ましい。
【００３５】
これにより、図４に示すように、操作軸１０のＸ方向の傾倒角度θｘと出力ｘとの関係が得られる。傾倒角度は負側最大値Ｃでの角度θ１、負側の戻り値Ａでの角度θ２、正側の戻り値Ｂでの角度θ３、及び、正側最大値Ｄでの角度θ４によって、３つの領域に分けられている。操作軸１０は、外力が作用していない中立位置での傾倒角度θｘが０度であるが、傾倒操作後は中立位置付近にある負側の戻り値Ａでの角度θ２または正側の戻り値Ｂでの角度θ３に復帰する。
【００３６】
負側最大値Ｃでの角度θ１では変換後に、所定の出力の最小値（０）になるように補正される。同様に、正側最大値Ｄでの角度θ４では変換後に、所定の出力の最大値（Ｍａｘ）になるように補正される。中立位置での出力ｘは、前記所定の出力の最大値（Ｍａｘ）の１／２になるよう設定される。一方、図５に示すように、負側の戻り値Ａでの角度θ２と正側の戻り値Ｂでの角度θ３との出力差は、所望の出力差Ｓに変換される。すなわち、第３増幅率は、負側の戻り値Ａでの角度θ２での出力電圧と、正側の戻り値Ｂでの角度θ３での出力電圧と、の電圧差が所望の出力差Ｓになるように変換される値に設定される。このような設定はアナログ増幅回路やデジタル回路で調整することができる。負側の戻り値Ａでの角度θ２と正側の戻り値Ｂでの角度θ３との間の傾倒角度θｘが中立位置領域である。図４及び図５に示した中立位置領域は分かりやすいように広くしているが、実際の操作装置１における傾倒角度θｘでは数度程度である。中立位置領域においては、出力差Ｓに対応して、正側の戻り値Ｂに対する出力と負側の戻り値Ａに対する出力とを結ぶ直線上に存するように調整されて、出力ｘが変化する。
【００３７】
上述の電気的処理をデジタル回路でおこなう事例について詳述する。ここでは、デジタル回路として、可変抵抗器２１ａの出力電圧Ｖｘをデジタル変換するＡＤ変換部が８ｂｉｔのＡＤコンバータである場合を示す。一般的に、出力電圧Ｖｘの上限値と下限値は印加されている電源電圧（Ｖ）と接地電位（０）であり、ＡＤコンバータの入力電圧の上限値と下限値も同じものが選ばれる。説明上、最小分解能（ＬＳＢ）を用いて、８ｂｉｔのデジタル値を０〜２５５で表わすことにする。あらかじめ、測定された負側の戻り値Ａ、正側の戻り値Ｂ、負側最大値Ｃ、正側最大値Ｄ、をＡＤ変換されたデジタル値として記憶しておく。また、所望の出力差Ｓをデジタル値で設定しておく。たとえば、出力差Ｓは６（ＬＳＢ）に設定され、Ｓ／２をＲと表わすことにする。出力ｘへの変換は以下の数式によって算出できる。
【００３８】
【数１】
2014002595.tif 000003
【００３９】
【数２】
2014002595.tif 000004
【００４０】
【数３】
2014002595.tif 000005
【００４１】
この場合、第１増幅率は、（１２８−Ｒ）／（Ａ−Ｃ）に相当する。同様に、第２増幅率は、{２５５−（１２８＋Ｒ）}／（Ｄ−Ｂ）に相当する。また、第３増幅率は、Ｓ／（Ｂ−Ａ）に相当する。
【００４２】
これにより、図４〜図５に示すように、中立位置での出力ｘは、所定の出力の最大値の１／２である１２８（デジタル値）に補正されて出力される。また、負側最大値Ｃは０（デジタル値）に、正側最大値Ｄは２５５（デジタル値）に補正されて出力される。さらに、中立位置領域は測定された負側の戻り値Ａ、正側の戻り値Ｂの値によらず、所望の出力差Ｓ（＝２×Ｒ）に補正されて出力される。負側の戻り値Ａ及び正側の戻り値Ｂで３つの傾倒角度領域に区分され、それぞれの領域での傾倒角度θｘと出力ｘとの関係は一次関数で表わされる。
【００４３】
比較のために、従来の出力特性を、図６及び図７を参照して説明する。ここでは、説明を簡単にするために、図４で説明した操作装置１に対して、出力回路３０での変換処理のみが異なるものとした。
【００４４】
第１の比較例である図６では、負側最大値Ｃでの角度θ１では変換後に、所定の出力の最小値（０）になるように補正される。同様に、正側最大値Ｄでの角度θ４では変換後に、所定の出力の最大値（Ｍａｘ）になるように補正される。しかしながら、中立位置領域を含む傾倒角度θｘ全体に亘って、一定の増幅率が設定されるため、傾倒角度θｘと出力ｘとの関係は一次関数で表わされる。このとき負側の戻り値Ａでの角度θ２での出力電圧と、正側の戻り値Ｂでの角度θ３での出力電圧と、の電圧差は出力差Ｓ０に変換されている。
【００４５】
操作軸１０は、外力が作用していないときに、Ｚ１−Ｚ２の向きに起立した姿勢を維持できるようになっているが、傾倒状態から操作力が開放されただけでは、傾倒角度θｘは０度に復帰しない。摺動操作可能な機械的な機構を用いているため、この復帰精度の向上には限界がある。図６に示すように、従来から知られている操作装置の出力特性では、出力差Ｓ０が大きいため復帰精度が悪いと見なされ、高精度な制御に適用することができなかった。
【００４６】
これに対し、復帰精度を見かけ上改善するために不感帯特性をもたせることが、特許文献２に開示されている。「不感帯特性」とは、中立位置領域での傾倒角度θｘは不検出とした出力特性である。この場合の特性は、第２の比較例として図７に示すように、中立位置領域の傾倒角度θｘ（θ２〜θ３）では所定の出力の最大値の１／２（Ｍａｘ／２）が出力される。したがって、実際の機械的な復帰精度は悪いにも関わらず、見かけ上の復帰精度が向上する。
【００４７】
しかしながら、図７に示すように、不感帯特性をもたせた場合には、中立位置領域で操作軸１０を中立位置から僅かな角度θｘに傾倒操作したとき、操作者が操作軸１０を操作した感覚を生じているにも関わらず、出力ｘはＭａｘ／２のまま変化しない。このように、中立位置付近で僅かな角度θｘに傾倒操作しても出力ｘが変化しないため、操作者の操作フィーリングとして好ましいものではなかった。ゲーム等の、操作軸１０を中立位置から僅かな角度θｘに傾倒操作して、中立位置付近で微妙な操作を出力させたいアプリケーションのときにも、そのようなアプリケーションに適した出力が得られなかった。また、傾倒角度θｘが中立位置領域を越えたときに、急に出力ｘが変化し始めるので、中立位置と中立位置領域を越える傾倒角度θｘとの間で操作するアプリケーションにも不向きであった。
【００４８】
不感帯特性をもたせた第２の比較例に対して、本実施形態の操作装置１においては、操作軸を大きく傾倒操作して中立位置領域よりも大きい傾倒角度θｘであるときに、第１増幅率または第２増幅率を用いて検知手段２０からの出力電圧が変換され、正側の戻り値に対する出力と負側の戻り値に対する出力とに連続して出力変化する出力を得ることができる。この出力精度は第２の比較例とほぼ同じである。さらに、操作軸１０を僅かな角度θｘに傾倒操作して中立位置領域にあるときは、不感帯特性ではなく、正側の戻り値に対する出力と負側の戻り値に対する出力との出力差を任意の値に設定可能であるので、中立位置領域での傾倒操作に対しても出力ｘが追従変化する。したがって、操作軸１０の傾倒量の中立位置付近での傾倒角度θｘに応じた出力ｘの変化が得られる。図５に示すように、中立位置付近で操作軸の傾倒角度θｘを変化させたときに、任意の値に設定された出力差Ｓの上下限範囲で直線変換された出力変化が得られるので、不感帯特性では得られない操作フィーリングが得られる。
【００４９】
なお、以上の説明においては、出力ｘの範囲を０〜Ｍａｘで同じであるとしたが、より狭い出力範囲だけを用いている場合もあり、そのような場合には、所定の出力ｘとして、増幅率を上げた出力電圧の変換がなされて、出力ｘの範囲を大きくすることが好ましい。中立位置領域の領域外の傾倒角度θｘが大きい傾倒操作に対して、出力変化を大きくするように、負側の傾倒角度に対する第１増幅率及び正側の傾倒角度に対する第２増幅率を用いて、出力に変換することができる。こうすれば、傾倒角度θｘの変化Δθｘに対する出力の変化Δｘが大きくできる。一方、中立位置領域では、第１増幅率及び第２増幅率に比べて出力変化が少なくなる第３増幅率を用いて出力に変換されるので、中立位置付近での操作フィーリングに優れるとともに、見かけ上の復帰精度を向上させることができる。
【００５０】
また、操作装置１の使用環境における温湿度の変化があり、操作装置１の機械的及び電気的な経時変化もあることから、負側最大値Ｃ、正側最大値Ｄ、負側の戻り値Ａ、及び、正側の戻り値Ｂの測定値に対して、変動誤差を見込んでおくことが好ましい。たとえば、負側最大値Ｃでの角度θ１では変換後に、所定の出力の最小値（０）以下になり、負側の戻り値Ａでの角度θ２より変動分だけ負側最大値Ｃでの角度θ１側に中立位置領域を広げて、第１増幅率を設定することができる。こうすれば、傾倒角度θｘの出力範囲が少し狭まるが、使用環境や経時変化の影響を受ける心配が少ない。
【００５１】
第１増幅率及び第２増幅率は、それぞれの領域での傾倒角度θｘと出力ｘとの関係を一次関数以外の出力特性に変換するように設定することもできるが、一次関数の出力特性に変換するように一定値の増幅率であることが好ましい。また、第１増幅率と第２増幅率とが同じ大きさであってもよい。傾倒角度θｘが正方向と負方向では対称であることが好ましいので、傾倒角度θｘの変化Δθｘに対する出力ｘの変化Δｘが同じ大きさになるように設定されていることが好ましい。
【００５２】
また、第３増幅率は、第１増幅率及び第２増幅率に比べて、出力変化が小さくなるように選択することが好適である。傾倒角度θｘが大きい傾倒操作に対して、出力変化を大きくするように、負側の傾倒角度θｘに対する第１増幅率、及び、正側の傾倒角度θｘに対する第２増幅率を用いて、出力ｘに変換することができる。一方、第３増幅率は第１増幅率及び第２増幅率に比べて出力変化が少なくなるように（小さな増幅率で）設定して、出力ｘに変換すれば、第１増幅率及び第２増幅率の大きさに関わらず、中立位置領域での見かけ上の復帰精度を向上させることができる。従来の不感帯特性とは異なり、中立位置領域でも第３増幅率を用いて出力ｘを変化させることができるので、操作者の操作フィーリングに優れている。
【００５３】
また、負側最大値Ｃでの傾倒角度θｘを出力ｘの最小値に合わせて、正側最大値Ｄでの傾倒角度θｘを出力ｘの最大値に合わせて、出力ｘに変換する補正値にしているので、出力ｘのダイナミックレンジとして最大になる。なお、上述の変動ばらつきを考慮しても出力ｘのダイナミックレンジが最大にできるように、第１増幅率と第２増幅率とを上述したより大きめに設定することが、好ましい。すなわち、第１増幅率は、傾倒操作における負側最大値Ｃを、所定の出力ｘの最小値以下に変換する補正値であり、第２増幅率は、傾倒操作における正側最大値Ｄを、所定の出力ｘの最大値以上に変換する補正値であることが好ましい。中立位置領域の領域外の傾倒角度θｘが大きい傾倒操作に対して、負側最大値Ｃを所定の出力の最小値（０）以下に変換し、正側最大値Ｄを所定の出力の最大値（Ｍａｘ）以上に変換すれば、出力ｘのダイナミックレンジとして最大になる。こうすれば、傾倒角度θｘが最大になる前に出力ｘが飽和するので、操作者には変動ばらつきによる影響が感じられない。さらに、見かけ上の分解能が向上し、高精度な操作装置１を得ることができる。
【００５４】
図５を参照して説明したように、操作装置１において、第３増幅率は、正側の戻り値Ｂと負側の戻り値Ａとの差を所望の出力差Ｓに調整する補正値であることが好ましい。中立位置領域において、変換後の出力差Ｓは第３増幅率によって調整可能である。なお、図５に示した中立位置領域は分かりやすいように広くしているが、実際の操作装置１における傾倒角度θｘでは数度程度である。したがって、第３増幅率を選定する際に、第１増幅率及び第２増幅率をほとんど変更する必要がない。第３増幅率は不感帯特性ではなく、また、出力差Ｓは適度な出力差に調整されるように第３増幅率が選ばれているので、操作フィーリングと中立位置付近での出力精度の向上とを両立させることができる。この効果は、不感帯特性では得られないものである。
【００５５】
なお、中立位置領域の傾倒角度θｘは、操作装置１の機械的な組み立てばらつきや使用材料のばらつきによって、個体差を有している。また、検知手段２０は製造ばらつきによる電気的な個体差も有している。このとき、個体差によっては、出力差Ｓに調整されていない状態でも、中立位置領域の出力変化が少ない場合がある。そのような場合も含めて、所定の出力差Ｓになるように調整すれば、操作装置１の個体差による出力ｘの差異を小さくできるので、操作フィーリングの個体差を小さくする効果を有している。ゲーム機のように、複数の操作者が同時に操作するアプリケーションでは、操作フィーリングの個体差が小さいことが有効である。
【００５６】
上述の説明においては、操作装置１の組み立てばらつきによる中立位置のずれを省略した。しかし、中立位置がずれている場合にも、中立位置領域内に含まれているように設定すれば、本発明の効果が損なわれることはない。また、中立位置から対称な角度範囲を中立位置領域として設定するように、第３増幅率を適用する出力電圧の範囲を設定することが、より好ましい。こうすれば、操作装置１の中立位置がずれている感覚をほとんど感じないで、操作者が操作することが可能である。
【００５７】
また、負側の戻り値Ａと正側の戻り値Ｂとを測定して、傾倒角度θｘを３つの領域に分割して補正したが、分割領域をさらに増加させてもよい。その場合においても、負側の戻り値Ａと正側の戻り値Ｂとの間の中立位置領域は第３増幅率を用いて出力ｘに変換することが好ましい。なお、この場合も傾倒角度θｘのほとんどの範囲で、第１増幅率と第２増幅率は一定値の増幅率としておくことが好ましい。一定値の増幅率を用いた演算は処理速度が速く、記憶手段３２も小規模でよい。
【００５８】
以上のＸ方向における詳細な説明内容は、Ｙ方向においても同様である。なお、Ｘ方向とＹ方向とは独立に演算することができ、一方の出力に対して他方の出力の大きさを考慮する必要はない。
【００５９】
本発明の操作装置は、ゲーム用コントローラや電子機器の入力装置に利用できる。
【符号の説明】
【００６０】
１  操作装置
１０  操作軸
１５  筐体
２０  検知手段
２１、２１ａ、２１ｂ  可変抵抗器
３０  出力回路
３１  出力変換手段
３２  記憶手段
１０１  従来の操作装置（ジョイスティック装置）
１０２  従来の操作制御装置の操作部
１１０  筐体
１１３  第１ボリューム
１１４  第２ボリューム
１１５  スティック部
１２１  第１処理回路チップ
１２２  第２処理回路チップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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