(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接触体によって移動可能な接触面と、
前記接触面を露出する開口を有する筐体と、
前記接触面を該接触面と平行な方向に前記筐体に対して移動させる駆動部と、
を備え、
前記接触面の前記接触体による中立位置から所定のＮ（Ｎは自然数）方向へ所定距離の移動が検知されると、前記駆動部から前記接触面に、該接触面を中立位置へと戻す力が作用し、
前記力に抗して前記接触面の位置が第１の時間維持されるとスイッチングがなされ、
前記接触面は前記スイッチングがなされたとき振動することを特徴とする入力機器。
【請求項２】
前記接触体の筐体に対する位置が所定の位置に保たれることでスイッチングがなされることを特徴とする請求項１に記載の入力機器。
【請求項３】
前記接触面が移動するように前記駆動部から加えられた力に抗して前記接触体と該接触面との間に生じる摩擦力によって、前記移動を妨げることを特徴とする請求項１又は２に記載の入力機器。
【請求項４】
前記振動は、前記接触面と平行な所定の方向の動作であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の入力機器。
【請求項５】
前記接触面の位置が維持される時間が第１の時間未満の場合、前記接触面は中立位置に移動することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の入力機器。
【請求項６】
前記力に抗して前記接触面の位置が前記第１の時間よりも長い第２の時間維持されると、さらに前記スイッチングとは異なる別のスイッチングがなされることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の入力機器。
【請求項７】
前記スイッチングを行うスイッチは、オン操作とオフ操作が交互になされるトグルスイッチであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の入力機器。
【請求項８】
前記Ｎは４であることを特徴とする請求項１に記載の入力機器。
【請求項９】
前記Ｎは１であることを特徴とする請求項１に記載の入力機器。
【請求項１０】
前記第１の時間は、前記力が作用している時間以上であることを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多方向の入力機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
多方向入力スイッチの一例として、４方向スイッチが特許文献１に記載されている。このような４方向スイッチを例えば自動車のドアやハンドル（ステアリング）に搭載することが考えられる。例えば、このスイッチは、自動車のボディに備えられる左右のミラーの角度等を運転席から遠隔操作するために用いられるミラースイッチ等として用いることができる。また、カーエアコンやカーオーディオ、車室内照明、後部座席用ＴＶなど、車室内の種々の電子機器のオン／オフ操作を行うスイッチとしても用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１０６３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の４方向スイッチでは、スイッチの位置があらかじめ決められている。このため、利用者が４つのスイッチから所望のスイッチを選択する場合、視覚の助けが必要となる。しかし、視覚の助けを必要とするスイッチは、自動車の運転中に操作する可能性があるスイッチとしては好ましくない。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題としては、上記のものが例として挙げられる。本発明は、視覚の助けを必要とせず、触感により所望のスイッチを選択し、操作することが可能な入力機器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】
【０００６】
請求項に記載の１の発明は、入力機器であって、接触体によって移動可能な接触面と、前記接触面を露出する開口を有する筐体と、前記接触面を該接触面と平行な方向に前記筐体に対して移動させる駆動部と、を備え、前記接触面の前記接触体による中立位置から所定のＮ（Ｎは自然数）方向へ所定距離の移動が検知されると、前記駆動部から前記接触面に、該接触面を中立位置へと戻す力が作用し、前記力に抗して前記接触面の位置が第１の時間維持されるとスイッチングがなされ、前記接触面は前記スイッチングがなされたとき振動することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例に係る入力機器の外観を示す斜視図である。
【図２】利用者が入力機器に対して入力操作を行う様子を示す。
【図３】入力機器に対する入力操作の例を示す。
【図４】入力機器に対する入力操作の例を示す。
【図５】入力機器に対する入力操作の例を示す。
【図６】入力操作の可能な方向を説明する図である。
【図７】入力機器の機能構成を示すブロック図である。
【図８】実施例によるスイッチング動作を示す。
【図９】スイッチング動作のフローチャートである。
【図１０】スイッチング動作のタイミングチャートである。
【図１１】駆動部の構成を模式的に示す斜視図である。
【図１２】駆動部の詳細構成を示す斜視図である。
【図１３】駆動機構の詳細構成を示す斜視図である。
【図１４】入力機器を自動車のステアリングに適用した例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の好適な実施形態では、入力機器は、接触体によって移動可能な接触面と、前記接触面を露出する開口を有する筐体と、前記接触面を該接触面と平行な方向に前記筐体に対して移動させる駆動部と、を備え、前記駆動部による前記移動を前記接触体が妨げることでスイッチングがなされる。
【０００９】
上記の入力機器では、筐体の内部に接触面と駆動部とが設けられる。接触面は、筐体に設けられた開口から露出している。利用者が指などの接触体で接触面に接触し、接触体を動かすことにより接触面は移動する。また、駆動部は、筐体に対して接触面を、それと平行な方向に移動させる。駆動部が接触面を移動させたときに、利用者が接触体を接触面に接触させて接触面の移動を妨げることにより、スイッチングがなされる。この入力機器では、指などの接触体による操作によりスイッチングが可能であるので、視覚の助けを必要としない。
【００１０】
上記の入力機器の一態様では、前記接触体の筐体に対する位置が所定の位置に保たれることでスイッチングがなされる。この態様では、接触体の位置が移動しない場合に、スイッチングがなされる。
【００１１】
上記の入力機器の他の一態様では、前記接触面が移動するように前記駆動部から加えられた力に抗して前記接触体と該接触面との間に生じる摩擦力によって、前記移動が妨げられる。
【００１２】
上記の入力機器の他の一態様では、前記接触面は、前記スイッチングがなされたことを前記接触体に確認させる確認動作を行う。これにより、利用者は自分が行った入力操作によりスイッチングが完了したことを認識することができる。好適な例では、前記確認動作は、前記接触面が該接触面と平行な所定の方向に振動する動作である。利用者は、接触面に接触させた接触体を通じてこの振動を認知することができる。
【００１３】
上記の入力機器の他の一態様では、前記接触面の前記接触体による中立位置から所定のＮ（Ｎは自然数）方向へ所定距離の移動が検知されると、前記駆動部から前記接触面に、該接触面を中立位置へと戻す力が作用する。この力を接触体を通じて感じることにより、利用者は、所定方向へのスイッチ選択操作が受け付けられたことを認識することができる。この場合の好適な例では、前記力に抗して前記接触面の位置が第１の時間維持されると、前記スイッチングがなされる。一方、前記接触面の位置が維持される時間が第１の時間未満の場合、スイッチングはなされず、前記接触面は中立位置に移動する。
【００１４】
また、前記力に抗して前記接触面の位置が前記第１の時間よりも長い第２の時間維持されると、さらに前記スイッチングとは異なる別のスイッチングがなされる。よって、利用者は、接触面の位置を維持する時間を調整することにより、異なる複数のスイッチングを実施することができる。
【００１５】
好適には、前記スイッチングを行うスイッチは、オン操作とオフ操作が交互になされるトグルスイッチである。また、好適な例では、前記Ｎは４又は１である。
【実施例】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。
［装置構成］
図１は、実施例に係る入力機器の外観を示す。入力機器１は、筐体２と、接触面５と、駆動部１０とを備える。筐体２の上面には開口３が設けられており、接触面５と駆動部１０は筐体２の内部に設けられている。接触面５は、例えば矩形のパネルであり、利用者が接触面５に対して接触体を接触させて接触面５を所定方向に移動させることにより入力が行われる。接触体の典型的な例は利用者の指である。
【００１７】
接触面５は、筐体２の上面の直下において、開口３を下側から覆う位置に配置されている。即ち、入力機器１を上側から見た場合、筐体２の上面に設けられた開口３内において接触面５が露出している。接触面５は、矢印６ｘ、６ｙで示すように、駆動部１０により図中のＸ方向及びＹ方向に移動される。なお、Ｘ方向は開口３の左右方向に対応し、Ｙ方向は開口３の上下方向に対応する。以下の説明で「上下方向」とはＹ方向を指し、「左右方向」とはＸ方向を指すものとする。駆動部１０の詳細については後述する。
【００１８】
［入力操作］
図２は、利用者が入力機器１に対して入力操作を行う様子を示す。上述のように、接触面５は開口３の内側においてのみ露出しているので、利用者は開口３の内側において接触面５に接触体を接触させて入力を行う。
【００１９】
図２は、利用者が接触体として指Ｆを用いて入力を行う様子を示している。利用者は、指Ｆを接触面５に接触させて指Ｆを動かし、指Ｆの移動とともに接触面５を移動させる操作を行うことにより、複数の選択肢から１つを選択することができる。具体的には、利用者が指Ｆを図２（Ａ）の位置から図２（Ｂ）の位置まで右方向へ動かすことにより、接触面５は指Ｆと同じ距離だけ右方向へ移動する。
【００２０】
本実施例の入力機器１は、上下左右の４方向の入力が可能であるものとする。図３（Ａ）〜（Ｄ）は、４方向への入力操作の例を示す。なお、図３（Ａ）〜（Ｄ）において、実線の楕円Ｐ１は入力操作による移動前の指Ｆの位置（詳しくは指Ｆが接触面５に接触している領域）を示し、破線の楕円Ｐ２は移動後の指Ｆの位置を示す。指Ｆとともに接触面５が移動するので、指Ｆの位置が楕円Ｐ１からＰ２へ移動するのに伴って、接触面５が略同じ方向へ略同じ距離移動することになる。
【００２１】
図３（Ａ）は上移動（「Ｕ移動」とも呼ぶ。）を示す。上移動は、指Ｆとともに接触面５を上方向へ移動する入力操作である。図３（Ｂ）は下移動（「Ｄ移動」とも呼ぶ。）を示す。下移動は、指Ｆとともに接触面５を下方向へ移動する入力操作である。図３（Ｃ）は右移動（「Ｒ移動」とも呼ぶ。）を示す。右移動は、指Ｆとともに接触面を右方向へ移動する入力操作である。図３（Ｄ）は左移動（「Ｌ移動」とも呼ぶ。）を示す。左移動は、指Ｆとともに接触面５を左方向へ移動する入力操作である。
【００２２】
なお、これらの入力操作は、後述する制御部７が、位置センサ１８から出力される接触面５の位置に基づいて判定する。位置センサ１８は、筐体２に対する接触面５の位置を検出する。例えば、接触面５の移動方向が上方向であれば、その入力操作は上移動と判定される。
【００２３】
図３（Ａ）〜（Ｄ）は、指Ｆを開口３のほぼ中央から上下左右に移動する入力操作を示しているが、指Ｆの移動の開始位置は開口３の中央でなくてもよく、接触面５上の任意の位置で構わない。図４（Ａ）〜（Ｃ）は上移動の他の例を示す。図４（Ａ）に示すように、指Ｆを開口３の下方から中央付近へ移動させる入力操作も上移動と判定される。また、図４（Ｂ）に示すように、移動距離が長い場合でも、移動方向が上方向であれば上移動と判定される。さらに、図４（Ｃ）に示すように、指Ｆの移動の開始位置が開口３の端部に近くても、移動方向が上方向であれば上移動と判定される。
【００２４】
次に、入力操作の判定基準について説明する。本実施例の入力機器１は４方向の入力機器であるので、上下左右の４方向に対して、指Ｆによる接触面５の移動方向が多少斜めであっても、その方向へ移動と判定される。例えば、接触面５の移動方向が４方向に対して１５°以内であれば、その方向への移動と判定される。図５は、上移動の例を示す。図５に示すように、指Ｆによる接触面５の移動方向が正確な上方向（時計の１２時の方向）でなくても、方向のズレが例えば１５°以内であれば、その入力操作は上移動と判定される。一方、接触面５の移動方向が４方向から例えば１５°以上斜めにずれているような場合は、その入力操作は無効と判定される。
【００２５】
また、４方向のいずれかへの移動と判定されるためには、接触面５の移動距離が所定距離以上であることが必要となる。即ち、所定距離より短い距離の入力操作は無効と判定される。
【００２６】
以上より、本実施例では、接触面５が上下左右の４方向から１５°以内の方向に所定距離以上移動する操作が入力操作として判定される。なお、これらの処理は、スマートフォンなどに用いる既存のソフトウェア技術により実現できる。
【００２７】
次に、入力操作の可能な方向について説明する。入力操作が可能な方向は、仮想的な現在位置により決まる。仮想的な現在位置とは、制御部７が把握している現在位置であり、接触面５の筐体２に対する実際の位置とは必ずしも一致しない。
【００２８】
仮想的な現在位置が中立位置Ｎにある場合、図６（Ａ）に示すように、上下左右の４方向への入力操作が可能である。しかし、仮想的な現在位置が上位置Ｕにある場合、その位置から上移動及び左右移動の入力操作は不可能であり、下移動の入力操作のみが可能である。なお、仮想的な現在位置が上位置Ｕから下移動して中立位置Ｎに戻れば、その後は４方向への入力操作が可能となる。
【００２９】
なお、仮想的な位置が上位置Ｕにある場合に上移動および左右の移動が不可能に構成しているのは、利用者にとって操作を複雑にしすぎないためである。仮に、図６（Ａ）のような視覚情報が例えばヘッドアップディスプレイ等で得られるのであれば、仮想的な位置が上位置Ｕにある場合でも上移動および左右の移動が可能に構成してもよい。
【００３０】
［機能構成］
図７は、入力機器１の機能構成を示すブロック図である。図示のように、位置センサ１８及び駆動部１０は、制御部７により制御される。位置センサ１８は、駆動部１０内に設けられるＸ−Ｙ平面用のセンサであり、筐体２に対する接触面５の位置を検出して、位置検出信号を制御部７へ出力する。制御部７は、位置検出信号に基づいて、接触面５の移動方向及び移動距離を認識する。具体的には、制御部７は、位置検出信号に基づいて、接触面５の移動方向が上下左右の４方向から１５°以内であり、かつ、移動距離が所定距離以上である場合に、４方向のいずれかへの移動（上移動、下移動、右移動、左移動のいずれか）であると判定する。
また、制御部７は、駆動部１０を制御して接触面５を上下左右に移動させる。具体的に、制御部７は、利用者による入力操作がなされたときに、駆動部１０により接触面５を一時的にロックしたり、移動させたりするスイッチング動作を行う。
【００３１】
［スイッチング動作］
スイッチング動作は、利用者が指Ｆを使用して４方向のうちの１方向を選択し、さらにスイッチング（スイッチＯＮ）を入力する際に行われる動作である。図８はスイッチング動作の例を示す。図８（Ａ）に示すように、利用者が指Ｆにより接触面５を右方向へ所定距離以上移動させると、入力機器１は、まず接触面５を一時的にロックし、その後、接触面５を反対方向、即ち左方向へゆっくりと小さなトルクで動かし始める。利用者はこの反対方向への動きを指Ｆで認知すると、接触面５に対する指Ｆの圧力を増し、指Ｆと接触面５との間の摩擦力を増大させて、接触面５の反対方向への動きを妨げる。こうして、利用者の指Ｆにより、反対方向への接触面５の移動が所定時間妨げられると、入力機器１はスイッチング（スイッチＯＮ）を行う。具体的には、位置センサ１８により検出された接触面５の位置が所定時間所定位置に維持される（変化しない）場合に、スイッチングがなされる。そして、入力機器１は、スイッチングを行った場合、スイッチング確認動作として接触面５を振動させる。利用者は指Ｆでこの振動を認知し、スイッチングがなされたことを認識することができる。
【００３２】
このように、本実施例では、接触面５上のスイッチの位置が予め決められているわけではなく、接触面５上の任意の位置に対して入力操作を行うことができる。また、接触面５の動きによって、スイッチの選択やスイッチングの完了を使用者に認知させる。よって、使用者は、視覚の助けなしで容易に所望のスイッチを選択し、スイッチングすることができる。さらには、接触面５を移動後の位置に所定時間維持することによりスイッチングするので、スイッチ装置（圧力センサ）などを必要としない。
【００３３】
図９は、スイッチング動作のフローチャートである。この処理は、主として制御部７により実行される。
【００３４】
まず、制御部７は、位置センサ１８からの位置検出信号に基づいて、接触面５がいずれかの方向に移動しているか否かを判定する（ステップＳ１１）。接触面５が移動していない場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、処理はステップＳ１１へ戻る。接触面５が移動している場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、制御部７は、接触面５が移動可能なＡ方向へ所定距離ｄＡ移動したか否かを判定する（ステップＳ１２）。即ち、制御部７は、接触面５の移動が有効であるか否かを判定する。
【００３５】
接触面５がＡ方向への所定距離ｄＡ移動していない場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、処理はステップＳ１５へ進む。一方、接触面がＡ方向へ所定距離ｄＡ移動した場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、制御部７は駆動部１０を制御して接触面５を一時的にロックし、その後、接触面５をステップＳ１１で検出した移動方向と反対方向へゆっくりと移動させる（ステップＳ１３）。この反対方向移動は、接触面５の移動方向に対応するスイッチの選択が受け付けられたことを利用者に伝える意味を有する。即ち、利用者は、指Ｆにより接触面５を移動させた方向と反対方向に接触面５が動き出したことを感知し、スイッチの選択が受け付けられたと認識する。
【００３６】
そして、制御部７は、位置センサ１８からの位置検出信号に基づいて、接触体（指Ｆ）が接触面５の反対方向移動を妨げているか否かを判定する（ステップＳ１４）。具体的には、制御部７は、接触面５の反対方向移動の開始から所定の第１時間以上接触面５の位置が移動していない場合、接触体が接触面５の反対方向移動を妨げていると判定する。なお、実際には、利用者の指の震えや駆動部の誤差程度の小さな移動が生じても、制御部７は接触面５が移動していないと判定する。
【００３７】
接触体が接触面５の反対方向移動を妨げていない場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、処理はステップＳ１５へ進む。この場合、接触体が接触面５から離れた、即ち利用者が指Ｆを接触面５から離したと考えられる。
【００３８】
ステップＳ１５は、接触面５の移動が有効でない場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、又は、接触体が接触面５から離れた場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）に実行され、制御部７は接触面５を元の中立位置に戻す（ステップＳ１５）。そして、処理はステップＳ１１へ戻る。
【００３９】
一方、接触体が接触面５の反対方向移動を妨げている場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、制御部７は駆動部１０を制御して接触面５を振動させる（ステップＳ１７）。この振動は、前述のスイッチング確認動作に相当し、使用者はこの振動を感知することにより、スイッチングが完了したと認識する。
【００４０】
次に、制御部７は、接触体が未だ接触面５の反対方向移動を妨げているか否かを判定する（ステップＳ１８）。具体的には、制御部７は、接触面５の反対方向移動の開始から所定の第２時間以上接触面５の位置が移動していない場合、接触体が接触面５の反対方向移動を妨げていると判定する。接触体が接触面５の反対方向移動を妨げている場合（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、制御部７は、利用者の入力操作が、通常のスイッチングとは異なる長押しであると判定する。そして、処理はステップＳ１６へ戻る。
【００４１】
一方、接触体が接触面５の反対方向移動を妨げていない場合（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、接触体が接触面５から離れたと考えられるので、制御部７は駆動部１０を制御して接触面５を元の中立位置へ戻す（ステップＳ１９）。そして、処理は終了する。
【００４２】
図１０は、スイッチング動作のタイミングチャートの例を示す。図１０において、横軸は時間を示し、縦軸は接触面５の中立位置（Ｎ）からの移動距離を示す。
【００４３】
利用者が接触体としての指Ｆにより接触面５を移動させ、時刻ｔ１で移動距離が所定距離ｄＡに達すると、接触面５は一時的にロックされる。その後の時刻ｔ２以降、接触面５は小さなトルクで反対方向に移動される。この間に指Ｆにより反対方向移動が妨げられなければ、接触面５は大きなトルクで移動され、時刻ｔ３で元の中立位置へ戻る。
【００４４】
一方、時刻ｔ２以降に接触面５の反対方向移動が所定の第１時間以上妨げられると、スイッチングがなされ、スイッチング確認動作として接触面５が振動する。その後、接触面５は大きなトルクで中立位置Ｎへ戻る。
【００４５】
なお、入力操作として長押しが可能な場合には、制御部７は、接触面５の振動後にさらに小さなトルクで反対方向移動を行い、その反対方向移動が所定の第２時間以上妨げられた場合に、長押しと判定する。
【００４６】
［駆動部］
次に、駆動部１０について詳細に説明する。図１１は、接触面５と駆動部１０との位置関係を模式的に示す。図１１において、駆動部１０は、駆動部１０ｘ、１０ｙを有する。駆動部１０ｘは接触面５をＸ方向に移動させるものであり、駆動部１０ｙは接触面５をＹ方向に移動させるものである。これにより、接触面５をＸ−Ｙ方向、即ち上下左右の４方向に移動させることができる。
【００４７】
図１２は、駆動部の詳細構造の一例を示す。なお、説明の便宜上、図１２に示す駆動部１０ａは接触面５を一軸方向に移動させるものとなっている。駆動部１０ａは、接触面５として機能するパネル１１と、パネル１１を移動させる駆動機構１２とを有する。パネル１１の下には位置センサ１８が設けられている。
【００４８】
図１３（Ａ）は、駆動機構１２を示す斜視図であり、図１２におけるパネル１１を除去したものである。また、図１３（Ｂ）は駆動機構１２を図１３（Ａ）と反対側から見た斜視図である。
【００４９】
駆動機構１２は、パネル１１を水平方向にスライドさせるための機構である。具体的には、モータ１３の回転がギア１６ａ〜１６ｃを介してシャフト１５に伝達される。シャフト１５には送りねじが形成されており、シャフト１５が回転すると、送りねじに嵌合されているスライダ１４がシャフト１５と同軸方向に移動する。スライダ１４は、図１２に示したパネル１１を含む表層部材と固定されているため、モータ１３の回転によりパネル１１をスライドさせることができる。また、このスライド動作により発生する指Ｆとの摩擦が、ベクトル成分を持った触感を生成する。さらには、パネル１１の移動の向きを極めて短時間で切り替えることにより、接触面５を振動させることができる。
【００５０】
［適用例］
図１４は、本実施例の入力機器１を自動車のステアリングに適用した例を示す。ステアリング３０の右端部近傍に入力機器１を埋め込み配置し、開口３内で接触面５を露出させる。運転者は運転中に親指などで接触面５に対して入力を行うことにより、車室内の各種の機器を操作することができる。
【００５１】
［変形例］
上記の実施例は、上下左右の４方向への入力が可能な入力機器１を示しているが、本発明の適用はこれには限られない。図１２、１３に示す駆動部を１つ設けて一軸方向（１方向又は２方向）の入力が可能な入力機器を構成してもよいし、駆動部を３つ以上設けてより他方向への入力を可能としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、多方向の入力操作が可能な入力機器に利用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１  入力機器
２  筐体
３  開口
５  接触面
７  制御部
１０  駆動部
１２  駆動機構
１８  位置センサ
【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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