(57)【要約】【課題】本発明は、操作者の力を検出する機能と操作者に振動を与える機能を単純な構成で実現できる、操作入力装置等の提供を目的とする。【解決手段】操作者の力を受け付ける操作入力装置であって、インダクタ２０が配置される配置面１０ａを有する基部１０と、配置面１０ａに対向する対向面３０ａと前記力が作用しうる操作面３０ｂとを有しており、前記力が操作面３０ｂに作用することにより対向面３０ａが配置面１０ａに近づくことによって、インダクタ２０のインダクタンスを変化させる変位部材３０と、変位部材３０を変位可能に支持する支持部材５０Ａ，５０Ｂと、インダクタ２０に第１のパルス信号を供給することによってインダクタンスの変化を検出する検出部１６０と、インダクタ２０に第１のパルス信号に対して位相が異なる第２のパルス信号を供給することによって操作面３０ｂを変位させる磁界Ｈを発生させる制御部１７０とを備える、操作入力装置。【選択図】図１５Ｂ
2011090963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作者の力を受け付ける操作入力装置であって、
インダクタが配置される配置面を有する基部と、
前記配置面に対向する対向面と前記力が作用しうる操作面とを有しており、前記力が前記操作面に作用することにより前記対向面が前記配置面に近づくことによって、前記インダクタのインダクタンスを変化させる変位部材と、
前記変位部材を変位可能に支持する支持部材と、
前記インダクタに第１のパルス信号を供給することによって前記インダクタンスの変化を検出する検出手段と、
前記インダクタに前記第１のパルス信号に対して位相が異なる第２のパルス信号を供給することによって前記操作面を変位させる磁界を発生させる制御手段とを備えることを特徴とする、操作入力装置。
【請求項２】
前記インダクタンスの変化の検出結果に応じて、前記第２のパルス信号が供給される、請求項１に記載の操作入力装置。
【請求項３】
前記インダクタンスの変化の検出結果に応じて供給される前記第２のパルス信号の振幅、パルス幅、周期、個数の少なくともいずれか一つが変化する、請求項２に記載の操作入力装置。
【請求項４】
インダクタが配置される配置面に対向する対向面と操作者の力が作用しうる操作面とを有する変位部材を備え、前記力が前記操作面に作用することにより前記対向面が前記配置面に近づくことによって、前記インダクタのインダクタンスが変化する操作入力装置を制御する制御方法であって、
前記インダクタに第１のパルス信号を供給することによって前記インダクタンスの変化を検出する検出ステップと、
前記インダクタに前記第１のパルス信号に対して位相が異なる第２のパルス信号を供給することによって前記操作面を変位させる磁界を生成する磁界生成ステップとを有することを特徴とする、操作入力装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作者の力を受け付ける操作入力装置及びその制御方法に関し、より詳細には、操作者に振動を与えることが可能なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、抵抗膜方式のタッチパネルを用いて使用者の指の押圧時の入力位置及び押圧力を検知するとともに、タッチパネルに振動を与える入力装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この入力装置では、電圧測定回路によって入力位置及び押圧力を検知する一方で、振動モータなどによって使用者に対して振動を与えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２７５６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の従来技術では、操作者の力を検出する機能と操作者に振動を与える機能を別々の独立した構成で実現しているため、入力装置が大型化しやすい。また、振動を与える機能を実現するための構成も複雑である。
【０００５】
そこで、本発明は、操作者の力を検出する機能と操作者に振動を与える機能を単純な構成で実現できる、操作入力装置及びその制御方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る操作入力装置は、
操作者の力を受け付ける操作入力装置であって、
インダクタが配置される配置面を有する基部と、
前記配置面に対向する対向面と前記力が作用しうる操作面とを有しており、前記力が前記操作面に作用することにより前記対向面が前記配置面に近づくことによって、前記インダクタのインダクタンスを変化させる変位部材と、
前記変位部材を変位可能に支持する支持部材と、
前記インダクタに第１のパルス信号を供給することによって前記インダクタンスの変化を検出する検出手段と、
前記インダクタに前記第１のパルス信号に対して位相が異なる第２のパルス信号を供給することによって前記操作面を変位させる磁界を発生させる制御手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明に係る操作入力装置の制御方法は、
インダクタが配置される配置面に対向する対向面と操作者の力が作用しうる操作面とを有する変位部材を備え、前記力が前記操作面に作用することにより前記対向面が前記配置面に近づくことによって、前記インダクタのインダクタンスが変化する操作入力装置を制御する制御方法であって、
前記インダクタに第１のパルス信号を供給することによって前記インダクタンスの変化を検出する検出ステップと、
前記インダクタに前記第１のパルス信号に対して位相が異なる第２のパルス信号を供給することによって前記操作面を変位させる磁界を生成する磁界生成ステップとを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、操作者の力を検出する機能と操作者に振動を与える機能を単純な構成で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例である操作入力装置１の分解図である。
【図２】操作入力装置１の断面図である。
【図３】リターンバネ５１〜５４が設けられた操作入力装置１の分解図である。
【図４】リターンバネが設けられた操作入力装置１の断面図である。
【図５】キー３０がリターンバネに載っている状態を示した操作入力装置１の斜視図である。
【図６】キー３０に操作者の手指が載った状態を示した操作入力装置１の断面図である。
【図７】キー３０の中心を押し下げた状態を示した操作入力装置１の断面図である。
【図８】キー３０のＸ（−）方向の位置を押し下げた状態を示した操作入力装置１の断面図である。
【図９】ＸＹ平面の４５°方向の位置に指が載った操作入力装置１の平面図である。
【図１０】ＸＹＺ空間における力のベクトル図である。
【図１１】ＸＹ平面における力のベクトル図である。
【図１２】インダクタンスの変化を検出する検出回路例のブロック図である。
【図１３】駆動回路６６と受信回路６７のブロック図である。
【図１４】図１３の各点における波形を示した図である。
【図１５Ａ】本発明の実施形態である操作入力装置の原理を説明するための第１の側面図である。
【図１５Ｂ】本発明の実施形態である操作入力装置の原理を説明するための第２の側面図である。
【図１６】図１５Ａ，Ｂに示した状態に操作入力装置１を制御する制御方法で操作入力装置１を動作させたときの波形図である。
【図１７】本発明の一実施例である操作入力装置２の分解図である。
【図１８】キー３０にコアが設けられた図である。
【図１９】各構成部品の位置関係を示した図である。
【図２０】クリックバネ７０とリターンバネ５１〜５４の配置図である。
【図２１】キー３０に操作者の指が載った状態を示した操作入力装置２の断面図である。
【図２２】キー３０のＸ（−）方向の位置を押し下げた状態を示した操作入力装置２の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態の説明を行う。通常、コイル（巻線）等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ｌとした場合、
Ｌ＝Ｋμｎ２Ｓ／ｌ
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、周囲の透磁率を変化させるか、又は磁路長を変化させるかによって、インダクタンスが変化する。本発明の実施形態である操作入力装置は、このインダクタンスの変化を利用する。
【００１１】
本実施形態の操作入力装置は、例えば、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸によって定まる直交座標系のＺ軸方向側から入力される操作者の力を受け付けるものである。Ｚ軸方向とは、Ｚ軸に平行な方向のことをいう。インダクタンスの変化に応じて変化する所定の信号に基づいて、操作者の力が検出される。
【００１２】
また、本実施形態の操作入力装置は、インダクタの周囲に磁界を発生させる電流をそのインダクタに流す。このように発生した磁界によって、操作者の刺激となる変位を、操作者の力が作用しうる操作面に生じさせるものである。
【００１３】
図１５Ａ，図１５Ｂは、本発明の実施形態である操作入力装置の原理を説明するための図であって、その構成の一部を断面図で表した側面図である。図１５Ａは、操作者に操作面３０ｂの変位を感じさせるための磁界が生じていない初期状態を示しており、図１５Ｂは、操作者に操作面３０ｂの変位を感じさせるための磁界が生じている状態を示している。本実施形態の操作入力装置は、基板１０と、インダクタ２０と、変位部材３０と、支持部材５０（５０Ａ，５０Ｂ）と、検出部１６０と、制御部１７０とを備える。
【００１４】
基板１０は、インダクタ２０が配置される配置面１０ａを有する基部である。インダクタ２０は、コイル状のインダクタの断面図で表されている。
【００１５】
変位部材３０は、基板１０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、配置面１０ａに対向する対向面３０ａと操作者の力が作用しうる操作面３０ｂとを有する。変位部材３０は、操作者の力が操作面３０ｂに作用することにより、対向面３０ａが配置面１０ａに近づくことによって、インダクタ２０のインダクタンスを変化させる。変位部材３０はインダクタ２０との間で磁気回路が形成されるものである。例えば、変位部材３０の一部又は全部が、空気より透磁率の高い材質で生成される。
【００１６】
支持部材５０は、対抗面３０ａと配置面１０ａとの間隔が変化するように変位部材３０を変位可能に支持する。支持部材５０は、例えば、対抗面３０ａと配置面１０ａとの間隔が弾性的に変化するように変位部材３０を支持する。より具体的には、支持部材５０は、バネ部材でもよいし、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。例えば、バネ部材を採用することによって、軽量化や構造の単純化を図ることができ、ゴム部材を採用することによって、絶縁性を図ることができる。また、支持部材５０は、粘性を有する粘性部材であってもよい。
【００１７】
検出部１６０は、インダクタ２０に第１のパルス信号を供給することによってインダクタ２０のインダクタンスの変化を検出する検出手段である。検出部１６０は、例えば、インダクタ２０に第１のパルス信号に対応するパルス電流（第１のパルス電流）を供給することによってインダクタ２０の両端に発生するパルス電圧（第１のパルス電圧）に基づいて、インダクタ２０のインダクタンスの変化を検出する。インダクタ２０のインダクタンスの変化の検出結果に応じて、操作面３０ｂ上の作用点の位置や変位部材３０の変位量を算出することができる。
【００１８】
制御部１７０は、インダクタ２０に第１のパルス信号に対して位相が異なる第２のパルス信号を供給することによって操作面３０ｂを変位させる磁界Ｈを発生させる制御手段である。インダクタ２０に第２のパルス信号に対応するパルス電流（第２のパルス電流）が流れることによって生ずる磁界Ｈによって、変位部材３０をインダクタ２０に引き寄せる吸引力Ｆが発生する。インダクタ２０に第２のパルス信号が供給されることによって生ずる吸引力Ｆの大きさ変動によって、操作面３０ｂを有する変位部材３０を振動させる。すなわち、第２のパルス信号は、一時的に振幅が変化する信号であるので、吸引力Ｆの大きさに変動を与えることができる。
【００１９】
操作面３０ｂの変位は、変位部材３０が磁界Ｈにより変位することによって生ずる。磁界Ｈによる吸引力Ｆが無くなる又は弱まると、支持部材５０が変位部材３０を押し戻す力（例えば、弾性力）によって、変位部材３０は図１５Ａの初期状態の位置に戻る。したがって、制御部１７０が磁界Ｈによる吸引力Ｆの大きさを継続的に変動させることによって、変位部材３０と操作面３０ｂは振動する。変位部材３０と操作面３０ｂの振動は、二往復以上の振動に限らず、一往復の振動でもよい。
【００２０】
第１のパルス信号及び第２のパルス信号は、矩形波でもよいし、三角波でもよいし、ノコギリ波でもよい。
【００２１】
したがって、図１５Ａ，１５Ｂに示した本実施形態の操作入力装置の場合、共通のインダクタ２０に対して互いに位相が異なる第１のパルス信号と第２のパルス信号を供給するだけで、力の検出と振動の生成を行うことができる。つまり、操作者の力を検出する機能と操作者に振動を与える機能の両方を、複雑な構造を構成することなく、２種類のパルス信号をインダクタ２０に供給するという単純な構成で実現することができる。また、操作者の力を検出するための構成と操作者に振動を与えるための構成との間で、部品（インダクタ２０）の共有化ができるので、小型化やコスト削減を図ることができる。
【００２２】
続いて、本発明に係る操作入力装置及びその制御方法の具体例について説明する。
【００２３】
図１は、本発明の第１の実施例である操作入力装置１の分解図である。図２は、操作入力装置１の断面図である。
【００２４】
操作入力装置１は、複数のインダクタ（図１の場合、４個のコイル２１，２２，２３，２４）が配置される配置面を有する基板１０を備える。基板１０は、ＸＹ平面に平行な配置面を有する基部である。三次元の直交座標系の基準点である原点Ｏは、その配置面から操作者の力が入力されてくる側（図１の場合、基板１０に対して上側）に所定距離離れた位置に設定されている。基板１０は、樹脂性の基板でもよいが、ヨークの役目を持た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。
【００２５】
コイル２１〜２４は、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２１〜２４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。コイル２１〜２４は、Ｘ（＋），Ｘ（−），Ｙ（＋），Ｙ（−）の４方向に同心円状に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。コイル２１は、原点Ｏに対して正側のＸ軸上に配置され、コイル２２は、原点Ｏに対して正側のＹ軸上に配置され、コイル２３は、原点Ｏに対して負側のＸ軸上に配置され、コイル２４は、原点Ｏに対して負側のＹ軸上に配置されている。
【００２６】
また、操作入力装置１は、基板１０に対して操作者の力が入力されてくる側に設けられた変位部材であるキー３０を備える。板状のキー３０が、基板１０に設けられたコイル２１〜２４の上側に配置されている。キー３０は、コイル２１〜２４が配置された配置面に対向する対向面（図１において、下側の面）と、操作者の力が作用しうる操作面（図１において、上側の面）とを有している。キー３０は、操作者の力が操作面に作用することにより、対向面がコイル２１〜２４が配置される配置面に近づくことによって、４個のコイル２１〜２４の少なくともいずれか一つのインダクタンスを変化させる。キー３０は、コイル２１〜２４のインダクタンスを変化させるため、少なくとも空気より透磁率の高い材質で生成されていればよい。キー３０の比透磁率は、１．００１以上あると好適である。キー３０は、磁性体であってもよい。例えば、鉄やフェライトなどが挙げられる。フェライトなどの粉末を配合した樹脂などでもよい。
【００２７】
キー３０は、ケース４０によってＺ軸方向に移動可能に支持されている。ケース４０は、操作者の力が操作面に作用されていない待機状態（初期状態）でのキー３０の位置を待機位置として、操作者の力が操作面に作用することによって待機位置から基板１０に近づく方向に移動できるように支持する。ケース４０は、基板１０に固定されている。
【００２８】
また、操作入力装置１は、キー３０の対向面と基板１０の配置面との間隔が弾性的に変化するように、対向面と配置面との対向方向にキー３０を弾性的に支持する弾性支持部材を備える。例えば、この弾性支持部材として、図３，４，５に示されるように、キー３０を待機位置に戻すためのリターンバネ５１，５２，５３，５４が、コイル２１〜２４の外側の基板１０の配置面に設置されるとよい。リターンバネ５１〜５４は、板状の弾性体である。
【００２９】
弾性支持部材は、基板１０の配置面とキー３０の対向面との間に設置されるとよい。弾性支持部材は、キー３０とコイル２１〜２４が操作者の力が作用しても接触しないように、キー３０を弾性的に支持する。弾性支持部材は、Ｚ軸に直交するＸＹ平面に対して傾き可能にキー３０を支持し、Ｚ軸方向に移動可能に移動可能に支持する。また、弾性支持部材は、キー３０の対向面が基板１０の配置面から離れる方向に付勢された状態でキー３０を支持してもよい。
【００３０】
弾性支持部材は、操作者の力が作用していない状態でキー３０の操作面がＸＹ平面に平行になるように、キー３０を弾性的に支持する。キー３０の操作面は、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、キー３０の操作面は、円状でもよいし、楕円状でもよいし、多角形状でもよい。
【００３１】
また、操作入力装置１は、コイル２１〜２４の少なくともいずれか一つのインダクタンスの変化により生じた出力信号を検出部１６０（図１５Ａ，１５Ｂ参照）に出力するための出力部を備える。この出力部は、コイルの端部に電気的に接続される。出力部は、コイルに生じたインダクタンスの変化をコイル毎に検知できるように、コイル毎に設けられる。例えば、この出力部として、各コイルの一端に接続された配線及び該配線に接続された端子が設けられるとよい。各端子は、検出部１６０に結線される。
【００３２】
図６，７，８は、操作者が操作入力装置１を操作するときの操作入力装置１の状態を説明するための図である。図６，７，８内の右下の図は、キー３０の操作面上の指の位置を示したものである。
【００３３】
図６は、キー３０の背面である操作面に操作者が力を加えずに指を載せている状態を示している。操作者が指でキー３０を下方向に押しつけていない図６の待機状態では、各コイル２１〜２４のインダクタンスは、変化しない。
【００３４】
図７は、キー３０の操作面の中心部を押し下げた状態を示している。図７の状態では、キー３０と各コイル２１〜２４との距離（図中、Ｄ１，Ｄ２）が縮まることによって、各コイル２１〜２４のインダクタンスが増加する。距離Ｄ１は、Ｘ軸正側方向であるＸ（＋）方向側のＺ軸方向の距離を示し、距離Ｄ２は、Ｘ軸負側方向であるＸ（−）方向側のＺ軸方向の距離を示す。コイル２１のインダクタンスとコイル２３のインダクタンスとの差分に基づいて、キー３０のＸ方向の位置における押し下げ量を検知することができ、コイル２２のインダクタンスとコイル２４のインダクタンスとの差分に基づいて、キー３０のＹ方向の位置における押し下げ量を検知することができる。この押し下げ量は、アナログ値として検知可能である。図７の状態では、Ｘ方向とＹ方向のインダクタンスの差分は、零、又はあらかじめ設定された検出閾値以下であるため、零である。しかしながら、同時に各コイル２１〜２４のインダクタンスの総和も演算することにより、キー３０の操作面のＺ軸上の中心部が押し下げられていることが検知できる。キー３０の操作面の中心部が押し下げられた状態での押し下げ量も、アナログ値として検知可能である。
【００３５】
図８は、キー３０のＸ（−）方向側を押し下げた状態（Ｄ２＜Ｄ１）を示している。図８の状態では、コイル２１のインダクタンスとコイル２３のインダクタンスとの差分に基づいて、キー３０の操作面上のＸ（−）方向の位置に押し下げの作用点があることを検知することができる。
【００３６】
図９〜１２に従って、原点Ｏに対する力の入力方向（ＸＹ平面における入力位置）とその力の大きさ（Ｚ軸方向の押し込み量）の演算方法の具体例について説明する。検出部１６０（図１５Ａ，１５Ｂ参照）が、インダクタンスのＸ方向成分の変化を表す評価値とインダクタンスのＹ方向成分の変化を表す評価値とに基づいて、ＸＹ平面における力の入力位置とＺ軸方向の押し込み量を算出する。
【００３７】
図９に示されるように、ＸＹ平面の４５°方向の位置Ｐ（キー３０の操作面上の作用点）を指で押して操作した場合、インダクタンスの変化（差分）は、Ｘ方向成分とＹ方向成分の両方の成分に発生する。
【００３８】
予め、操作者の力の作用によるインダクタンスの変化量を補正又は正規化しておくと、演算精度を高めたり演算時間を短縮したりすることができる。そこで、ＸＹ平面のすべての方向の押し込みをしていない状態（待機状態）とフルストロークの状態における、４個のコイルそれぞれのインダクタンスが、メモリに予め記憶されている。メモリに記憶されるインダクタンスは、設計値に基づき予め設定された値でもよいし、製造時に実測された値でもよいし、ユーザが使用する際にユーザからの指示信号に基づいて測定されてもよいし、使用中の各インダクタンスの最大値を学習してもよい。このような方法で得られた待機状態での最小値とフルストローク状態での最大値との間で、インダクタンスの検出値は変化する。ＸＹ平面における各方向のインダクタンスを測定する際、コイル毎のインダクタンスを評価してもよいし、対向する一対のコイルのインダクタンスの差分を評価してもよい。この最小値と最大値を使用して、操作者の押し込みに対する各コイルのインダクタンスの変化量を補正又は正規化する。
【００３９】
ＸＹ平面における押された方向（押された位置）と押し込み量を検出する演算を、図９に示されるように、Ｘ（＋）方向とＹ（＋）方向の両成分が有する状態で押された場合を例に挙げて説明する。
【００４０】
インダクタンスのＸ方向成分の変化量は、上記の補正又は正規化された、Ｘ（＋）方向に配置されたコイル２１のインダクタンスの変化量とＸ（−）方向に配置されたコイル２３のインダクタンスの変化量との差であるＸ方向差分値に基づいて、検知される。インダクタンスＹ方向成分の変化量についても、同様に、Ｙ（＋）方向に配置されたコイル２２のインダクタンスの変化量とＹ（−）方向に配置されたコイル２４のインダクタンスの変化量との差であるＹ方向差分値に基づいて、検知される。すなわち、Ｘ方向差分値がインダクタンスのＸ方向成分の変化量を表す評価値に相当し、Ｙ方向差分値がインダクタンスのＹ方向成分の変化量を表す評価値に相当する。
【００４１】
例えば、Ｘ方向差分値の最大値とＹ方向差分値の最大値が共に「１」になるように上記の補正又は正規化が行われた場合、図９の状態では、Ｘ方向差分値が「０．５」であると演算され、Ｙ方向差分値が「０．５」であると演算されたとする。この２つの評価値を各Ｘ，Ｙ座標のベクトルとする。そして、図１０に示されるように、ＸＹ平面に、その２つのベクトルを合成した合成ベクトルを演算する。図１１に示されるように、このＸＹ平面上の合成ベクトルが基準方向（例えば、Ｘ軸方向）となす角度をΘＸＹとする。つまり、合成ベクトルのベクトル長が押し込み量に相当し、ベクトル角度ΘＸＹが力の入力方向に相当する。
【００４２】
この例の場合、合成ベクトルのベクトル長は０．７０７（＝√（０．５２＋０．５２））であり、ベクトル角度ΘＸＹは４５°（＝tan−１（０．５／０．５））である。このような方法により、３６０°全方位の検知と押し込み量の検知が可能となる。また、Ｚ方向に押し込まれた場合を検知するために、各インダクタンスの総和を演算し、キー３０全体の押し込み量の評価値とすることで、Ｚ方向の押し込み量を検知することができる。
【００４３】
図１２は、インダクタンスの変化を検出する検出回路例のブロック図である。インダクタンス検出回路は、コイル２１〜２４それぞれのインダクタンスの変化を検出する算出手段である。インダクタンス検出回路は、演算手段であるＣＰＵ６０と、ＣＰＵ６０の第１の出力ポート６１に接続された駆動回路６６と、一方の端部がグランドに接続されたコイル２１〜２４のもう一方の端部に接続されるマルチプレクサ（ＭＵＸ）６８と、ＣＰＵ６０の第２の出力ポート６２とＡＤポート６３とに接続された受信回路６７とを備える。基板１０上の各コイルは、マルチプレクサ６８によって、共通の受信回路６７及び駆動回路６６を介して、ＣＰＵ６０に接続される。マルチプレクサ６８の接続先の切り替えは、アドレスバス６４を介して、ＣＰＵ６０からのアドレス指定によって一意に選択される。したがって、各コイルのインダクタンスの検知は、その検知タイミングを各コイルでずらして、コイル毎に逐次行われる。
【００４４】
図１３は、図１２における駆動回路６６と受信回路６７のブロック図である。駆動回路６６は、ＣＰＵ６０の出力ポート６１からの出力信号に応じて定電流源６６ａの出力電流をコントロールすることによって、コイル２１〜２４それぞれに電流を流す。受信回路６７は、コイル２１等に電流を流すことに伴い発生する電圧を、アンプ６７ａを通してピークホールド回路６７ｂに入力する（ボトムホールド回路に入力されてもよい）。ピークホールド回路６７ｂによってピークホールドされたピーク値（アナログ値）は、ＡＤポート６３に入力されて、ＡＤコンバータによって、デジタル値に変換される。
【００４５】
図１４は、図１３の各点における波形を示した図である。ＣＰＵ６０の出力ポート６１から矩形波の電圧波形が出力される。この電圧によって、定電流回路６６ａは、コイルに一定の電流を流す。これにより、コイルは微分波形の電圧Ｖ２を発生させる。電圧波形Ｖ２として、電圧波形Ｖ１の立ち上がりに同期した波形２−１が得られるとともに、電圧波形Ｖ１の立下りに同期した波形２−２が得られる。波形２−２は、波形２−１に対して正負が逆側の波形である。アンプ６７ａは、電圧波形Ｖ２を、ＡＤコンバータのダイナミックレンジに適した大きさに増幅する。電圧波形Ｖ２をピークホールドするか又はボトムホールドするかによって、そのホールドした値がＡＤコンバータ（ＡＤポート６３）に取り込まれる。波形２−１，２−２の振幅値は、各コイルのインダクタンスの大きさに比例して大きくなるため、この振幅値を検出することによって、各コイルのインダクタンスの大きさを評価できる。
【００４６】
図１６は、図１５Ａ，Ｂに示した状態に操作入力装置１を制御する制御方法で操作入力装置１を動作させたときの波形図である。図１５Ａ，Ｂで示した検出部１６０及び制御部１７０は、図１２に示したインダクタンス検出回路に相当する。つまり、一つのインダクタンス検出回路によって、制御部１６０と制御部１７０を実現している。図１２，１３，１５Ａ，１５Ｂを参照しながら、図１６の波形図に従って、操作入力装置１の制御方法について説明する。
【００４７】
操作入力装置１の制御方法は、コイル２１〜２４に第１のパルス信号をコイル毎に供給することによってコイル２１〜２４それぞれのインダクタンスの変化を検出するインダクタンス検出ステップを有する。インダクタンス検出回路のＣＰＵ６０は、そのインダクタンス検出ステップで、（ｂ）に示されるように、出力ポート６１から、矩形波の電圧波形Ｖ１として、コイル毎に供給される第１のパルス信号に対応するパルス波形ｐ（ｐ１〜ｐ９）を出力する。パルス波形ｐが出力ポート６１から間欠的に各コイルに出力されることによって、第１のパルス信号が各コイルに間欠的に供給される。また、インダクタンス検出ステップが一定の周期で繰り返されることによって、電圧波形Ｖ１の各パルス波形ｐ１〜ｐ９が一定の周期で出力される。パルス波形ｐは、コイル２１等のインダクタンスの変化を検出するための駆動電圧である。
【００４８】
駆動電圧Ｖ１によって、（ａ）に示されるキー３０の押し下げ量Ｗに応じて、（ｃ）に示されるように、インダクタンスの増加に伴う検出電圧Ｖ３が発生する。押し下げ量Ｗが（ａ）に示されるように変化した場合、検出電圧Ｖ３の振幅も押し下げ量Ｗに比例して増加する。押し下げ量Ｗの増加に伴って検出電圧Ｖ３のパルス波形ｓ３，ｓ４，ｓ５の振幅が増加し、押し下げ量Ｗの減少に伴って検出電圧Ｖ３のパルス波形ｓ６，ｓ７の振幅が減少する。押し下げ量Ｗに変化が無い場合、検出電圧Ｖ３のパルス波形の振幅は同一である（ｓ１，ｓ２，ｓ８，ｓ９）。
【００４９】
また、操作入力装置１の制御方法は、インダクタンス検出ステップで供給される第１のパルス信号に対して位相が異なる第２のパルス信号を、コイル２１〜２４にコイル毎に供給することによって、キー３０の操作面を変位させる磁界Ｈを生成する磁界生成ステップを有する。ＣＰＵ６０は、その磁界生成ステップで、（ｂ）に示されるように、出力ポート６１から、矩形波の電圧波形Ｖ１として、コイル毎に供給される第２のパルス信号に対応するパルス波形ｑ（ｑ１〜ｑ５）を出力する。パルス波形ｑが出力ポート６１から各コイルに出力されることによって、第２のパルス信号が各コイルに供給される。パルス波形ｑが出力されることに伴って、（ｅ）に示されるように、キー３０をコイル側に吸引力Ｆが発生する。
【００５０】
図１６は、インダクタンスの変化の検出結果である検出電圧Ｖ３の振幅に応じて、パルス波形ｑ１〜ｑ５を出力する制御方法を示している。すなわち、振幅が所定の閾値未満の検出電圧Ｖ３の場合、パルス波形ｑは出力されず、振幅が所定の閾値以上の検出電圧Ｖ３が発生した場合、該検出電圧Ｖ３の振幅に対応するパルス波形ｑが出力される。つまり、押し下げ量Ｗに応じて操作面３０ｂの変位を発生させるパルス波形ｑが、検出電圧Ｖ３の振幅に比例した振幅で発生する。そして、パルス波形ｑの振幅に応じた大きさの吸引力Ｆが発生する。
【００５１】
インダクタンスの変化を検出するためのパルス波形ｐの振幅電圧、パルス幅及び出力周期は、インダクタンスの変化を検出電圧Ｖ３によって検出できる程度の大きさであればよく、操作者が感知できる操作面３０ｂの変位を引き起こすことが可能な磁界Ｈを発生させない程度の大きさであればよい。これにより、インダクタンスの変化を検出するタイミングのたびに、操作者に操作面３０ｂの変位を感じさせてしまうことを防止することができる。これに対し、パルス波形ｑに伴い発生する操作面３０ｂの変位は操作者に確実に感知できるようにするため、パルス波形ｑの振幅電圧、パルス幅及び周期は、操作者が感知できる操作面３０ｂの変位を引き起こすことが可能な磁界Ｈを発生させる程度の大きさであればよい。例えば、パルス波形ｑの振幅電圧とパルス幅の少なくともいずれか一方は、パルス波形ｐに比べて、大きくする。
【００５２】
このとき、何ら手当てをしていない場合、操作面３０ｂに変位を与えるためのパルス波形ｑが出力されることによって生成された検出電圧Ｖ３を、インダクタンスの変化を表す信号として、ＣＰＵ６０が誤検出することを防ぐため、例えば、（ｄ）に示されるように、パルス波形ｑが少なくとも発生している期間では、受信回路６７を動作させないようにするためのリセット信号ＶＲを発生させてもよい。これにより、パルス波形ｑが出力されている期間では、（ｃ）に示されるように、検出電圧Ｖ３が生成されないようにすることができる。また、パルス波形ｑはＣＰＵ６０が自ら出力するものであるため、パルス波形ｑに伴い発生する検出電圧Ｖ３を、インダクタンスの変化を表す信号として、ＣＰＵ６０が評価しない（無視する）ようにしてもよい。
【００５３】
また、（ｂ）は、押し下げ量Ｗの大きさに応じた振幅のパルス波形ｑが出力される制御方法を示しているが、（ｆ）に示されるように、押し下げ量Ｗの大きさに応じたパルス幅のパルス波形ｑを出力して操作面３０ｂを変位させる制御方法でもよい。押し下げ量Ｗが大きくなるほど、パルス波形ｑのパルス幅を広くする。
【００５４】
また、（ｇ）に示されるように、押し下げ量Ｗの大きさに応じた個数のパルス波形ｑを出力して操作面３０ｂを変位させる制御方法でもよい。押し下げ量Ｗが大きくなるほど、パルス波形ｑの個数を増大させる。
【００５５】
また、（ｈ）に示されるように、本操作入力装置を使用するアプリケーション（例えば、操作者によって使用される電子機器、より具体的には、ゲーム機器や携帯電話など）によっては、パルス波形ｑはパルス波形ｐと必ずしも同期している必要はないため、複数のパルス波形ｐをまたいで、パルス波形ｑを発生させる時間間隔（パルス波形ｑの出力間隔）を変更してもよい。インダクタンスの変化を検出するためのパルス波形ｐは、インダクタンス変化の検出の時間的分解能（追従速度）に相当するため、短い時間間隔で出力されることが望ましい。一方、操作面３０ｂに変位を付与するためのパルス波形ｑは、操作者に操作面３０ｂの変位が生じたことを感じさせることが必要であるため、パルス波形ｐに比べて出力間隔を長くする。例えば、（ｈ）に示されるように、パルス波形ｐに重複しないように、パルス波形ｐが出力されていない任意の期間に、パルス波形ｑが出力されればよい。
【００５６】
また、パルス波形ｐの出力間隔が狭くなり、パルス波形ｑの出力タイミングを確保することができない場合には、パルス波形ｑをパルス波形ｐよりも優先させて、パルス波形ｑの出力期間ではパルス波形ｐの出力を停止させてもよい。
【００５７】
また、図１６の場合、押し下げ量Ｗに応じた操作面３０ｂの変位を発生させているが、パルス波形ｑの供給態様を変化させることによって、コイルに流れる電流の流れ方が変化するので、操作者に与える振動の態様を変化させることができる。例えば、第２のパルス信号の供給態様を変化させることによりコイルに流す電流の流れ方を変化させることによって、操作者に与える振動の強さ、振動周波数、振動の回数を変化させることができる。また、操作面３０ｂの変位の発生タイミングを、押し下げ量Ｗに応じて変化させることに限らず、キー３０の押し下げ速度、キー３０の操作によって動く対象物（例えば、ディスプレイ上のカーソル、ポインターなど）の移動位置、操作入力装置が使用されるアプリケーション上でのイベント発生に応じて、変化させてもよい。例えば、キー３０の押し下げ量Ｗが所定の値に到達した時に、第２のパルス信号をコイルに供給することによって操作面を変位させる磁界を発生させる。このように操作面３０ｂに発生させた変位によって、操作者にクリック感を感じさせることができる。
【００５８】
図１７は、本発明の第２の実施例である操作入力装置２の分解図である。図１８は、キー３０の基板１０との対向面に、基板１０の配置面に配置されたコイルと同数のコアが設けられていることを示した図である。図１９は、ケース４０、キー３０、コア８１〜８４、コイル２１〜２４、センターキー３１のＺ軸方向から見た位置関係を示した図である。図２０は、クリックバネ７０とリターンバネ５１〜５４の配置図である。図２１は、キー３０に操作者の指が載った状態を示した操作入力装置２の断面図である。図２２は、キー３０のＸ（−）方向の位置を押し下げた状態を示した操作入力装置２の断面図である。上述の実施例と同様の部分については、その説明を省略する。
【００５９】
操作入力装置２は、コイル２１〜２４に囲まれるＺ軸上の中心部に設けられたクリックバネ７０を、基板１０の配置面に備える。クリックバネ７０は、操作面を指で押した操作者にクリック感を与える、ドーム状の弾性部材である。
【００６０】
また、操作入力装置２は、キー３０とクリックバネ７０との間に挟まれることによって保持されるセンターキー３１をＺ軸上に備える。センターキー３１は、クリックバネ７０に接した状態で支持される。これにより、接しない状態で支持される場合に比べて、操作入力装置全体のＺ軸方向の薄肉化が可能である。センターキー３１は、キー３０の操作面に露出した露出面をＺ軸上に有する押下部である。
【００６１】
センターキー３１は、キー３０の操作面と露出面の少なくともいずれか一方の面に操作者の力が作用することにより、クリックバネ７０をＺ軸方向側から変形させる。操作者の力が操作面に作用することによりキー３０及びセンターキー３１が共に押し下がることによって、クリックバネ７０は変形する。また、操作者の力が操作面に作用せずに露出面に作用することにより、キー３０は押し下がらずにセンターキー３１が押し下がることによって、クリックバネ７０が変形する。センターキー３１は、操作面と基板１０の配置面に対向する対向面とを貫通する穴に嵌合して位置決めされている。センターキー３１は、円状でも、楕円状でも、多角形状でもよい。
【００６２】
例えば、センターキー３１の周縁部にはフランジ３１ａが形成されている。フランジ３１ａは、センターキー３１の周縁部に鍔（つば）状に張り出した段差部である。センターキー３１は、キー３０に設けられた中心穴（貫通穴）の周縁部にフランジ３１ａが当接した状態で、キー３０の下側の対向面とクリックバネ７０の頂点部との間に挟まれることによって保持される。センターキー３１の露出面を有する嵌合部は、キー３０の中心穴がガイドの役目を果たすことによって保持される。露出面は、操作者が触れることが可能である。キー３０の操作面とセンターキー３１の露出面の待機状態でのＺ軸方向の位置は、同じであってもよいし、操作面の位置が露出面の位置より基板１０に近い側にあってもよい。操作者の力がキー３０の操作面に作用せずにセンターキー３１の露出面に作用することにより、操作面のＺ軸方向の位置はそのままに、露出面のＺ軸方向の位置が操作面に対してその力の作用方向に移動する。
【００６３】
図１７〜１９に示されるように、４個のコア８１〜８４は、キー３１の上下動と同じ方向に上下動するようにキー３０の対向面側に接続されている。コアは、コイル２１〜２４の少なくともいずれか一つのインダクタンスの絶対値を増加させるインダクタンス増加部材である。コア８１〜８４は、コイルと対向する位置に配置される。コイル８１〜８４の外径は、コイルの内径よりも小さい。
【００６４】
図２０に示されるように、キー３０を待機位置に戻すためのリターンバネ５１，５２，５３，５４が、コイル２１〜２４の外側の基板１０の配置面に設置されるとよい。
【００６５】
図２１，２２は、操作者が操作入力装置２を操作するときの操作入力装置２の状態を説明するための図である。
【００６６】
図２１，２２において、センターキー３１は、クリックバネ７０の頂点部と接しており、キー３０の中央の穴で保持されている。キー３０は、リターンバネ５１〜５４によって下方に落ちないように保持されている。そのため、センターキー３１を指先などで押すとセンターキー３１が単独で下降し、クリックバネ７０を変形させ、指先にクリック感を与えるとともに、センターキー３１が押されたことを検知するための接点を短絡させる。すなわち、スイッチ機能として働く。
【００６７】
図２２において、キー３０をセンターキー３１が嵌合している穴の周辺で押すと、リターンバネを変形させながら、下降する。このとき、センターキー３１にはフランジ３１ａが形成されているため、キー３０の下降に連動してセンターキー３１も下降する。
【００６８】
図２１に示されるように、キー３０を押していない状態では、コア８１〜８４はコイル２１〜２４の上方に位置している。そして、図２２に示されるように、キー３０が押し下げられると、キー３０の下降に伴って、コア８１〜８４がコイル２１〜２４に接触しないようにコイル２１〜２４の内部に進入する。コイルの内部にコアが進入することによって、コイル周辺の透磁率が上昇し、インダクタンスが増加する。特に、コイル２３の上方の操作面に力が加えられているため、４つのコイルの中でコイル２３の周辺の透磁率が上昇し、コイル２３のインダクタンスが増加する。
【００６９】
このインダクタンスの変化を図１２に例示したインダクタンス検出回路などで検出する。一方、キー３０に連動して下降したセンターキー３１により、クリックバネ７０が変形し、クリック感を指先へ与え、且つ、クリックバネ７０によって動作するスイッチが短絡する。そして、操作入力装置２についても、操作入力装置１と同様に、例えば図１６の波形図で例示される制御方法によって、第１のパルス信号と第２のパルス信号を各コイルに供給すればよい。
【００７０】
したがって、第２の実施例によれば、操作者が力を加えていない状態での透磁率を、コアがない場合に比べて高くできるため、インダクタンスの絶対値が上げられる。この効果によって、コイルの高さを低くして、操作入力装置をＺ軸方向で薄くすることができる。また、コイル内にコアが入るときのインダクタンスの上昇傾きは、ヨークが近づくだけの場合より大きく、操作面の押し量に対する感度が上げられる。また、コアの移動によりインダクタンスに変化をもたらせられるので、キー３０にヨークの機能を持たせなくても、インダクタンスの変化を容易に検出することが可能となる。したがって、非磁性材料でキー３０を形成することができる。また、コアはヨークのように薄い形状ではなく、また応力のかからない構造のため、フェライトなどの脆い材料を使用できる。
【００７１】
このように、上述の実施例によれば、操作者の操作入力を検出するための第１のパルス電流が供給されるコイルに、第１のパルス電流に対して位相が異なる第２のパルス電流を供給することによって、操作面を変位させる磁界を発生させることができるので、操作者の力を検出する機能と操作者に振動を与える機能を極めて単純な構成で実現できる。
【００７２】
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。
【００７３】
すなわち、上述の実施例を組み合わせることによって、本発明に係る操作入力装置と操作入力検出装置の他の実施例が考えられる。
【００７４】
また、操作入力装置は、手指に限らず、手のひらで操作するものであってもよい。また、足指や足の裏で操作するものであってもよい。また、キーの操作面は、平面でも、凹面でも、凸面でもよい。
【００７５】
また、例えば図６において、操作者の力の作用によりキー３０自体がたわむことによって、キー３０の対向面と基板１０の配置面との間隔が弾性的に変化してもよい。また、操作者の力の作用によりケース４０自体がたわむことによって、キー３０の対向面と基板１０の配置面との間隔が弾性的に変化してもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１，２  操作入力装置
１０  基板
１０ａ  配置面
２０，２１，２２，２３，２３  コイル（インダクタ）
３０  キー（変位部材）
３０ａ  対向面
３０ｂ  操作面
３１  センターキー
３１ａ  フランジ（鍔）
４０  ケース
５０，５０Ａ，５０Ｂ  支持部材
５１，５２，５３，５４  リターンバネ
６０  ＣＰＵ
６１，６２  出力ポート
６３  ＡＤポート
６４  アドレスバス
６６  駆動回路
６７  受信回路
６８  マルチプレクサ
７０  クリックバネ
８１，８２，８３，８４  コア
１６０  検出部
１７０  制御部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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