(57)【要約】【課題】  アクチュエータから操作部材に付与される外力の遅れの影響を軽減できる力覚付与型入力装置を提供すること。【解決手段】  フレーム４に一対の駆動レバー５，６を互いの回転軸が直交するように軸支し、両駆動レバー５，６の交差部分に揺動操作可能な操作レバー７を連結すると共に、両駆動レバー５，６の回転を増速ギヤ列を介してロータリエンコーダ３６，３７で検出し、一対の回転モータ１５，１６によって両駆動レバー５，６を介して操作レバー７に外力を付与する力覚付与型入力装置において、両駆動レバー５，６の回転軸に板ばね１０，１２によって定常的に摩擦抵抗を付与すると共に、増速ギヤ列中に設けられたベルト２２，２６にテンショナー２７，３０によって定常的に張力を付与するようにした。【選択図】  図４
2005332156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作者が手動で操作する操作部材と、この操作部材を変位可能に支持する基台と、前記操作部材の変位量を検出する変位検出手段と、前記操作部材に外力を付与するアクチュエータと、前記変位検出手段の出力信号に基づいて前記アクチュエータの駆動を制御する制御手段とを備え、
前記操作部材の手動操作に伴って動作する可動部材に定常的に摩擦抵抗を付与する摩擦抵抗付与手段を設け、この摩擦抵抗付与手段が前記可動部材に弾接する弾接部材からなることを特徴とする力覚付与型入力装置。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記操作部材と前記変位検出手段との間に前記可動部材としての回転伝達機構を介設し、この回転伝達機構がベルトを介して連結された一対のプーリを有すると共に、前記ベルトに張力を付与するテンショナーが前記摩擦抵抗付与手段であることを特徴とする力覚付与型入力装置。
【請求項３】
請求項１の記載において、前記操作部材が揺動操作可能な操作レバーからなると共に、前記基台に前記操作レバーの揺動操作に連動して回転する一対の駆動レバーを互いの回転軸が直交するように支持し、これら両駆動レバーが前記可動部材を構成していることを特徴とする力覚付与型入力装置。
【請求項４】
請求項３の記載において、前記摩擦抵抗付与手段が前記駆動レバーをその回転軸方向へ付勢する板ばねであることを特徴とする力覚付与型入力装置。
【請求項５】
請求項４の記載において、前記アクチュエータが前記両駆動レバーを介して前記操作レバーに外力を付与する一対の回転モータであり、これら回転モータと駆動レバーとが減速ギヤ列を介して連結されていることを特徴とする力覚付与型入力装置。
【請求項６】
請求項５の記載において、前記変位検出手段がロータリエンコーダであり、このロータリエンコーダのコード板と前記駆動レバーとの間に前記可動部材としての回転伝達機構を介設し、この回転伝達機構がベルトを介して連結された一対のプーリを有すると共に、前記ベルトに張力を付与するテンショナーが前記摩擦抵抗付与手段を構成することを特徴とする力覚付与型入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手動操作される操作部材に電気制御された力覚を付与する力覚付与型入力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、エアコンやオーディオあるいはナビゲーション等の車載用制御機器の機能調整を１つの操作部材に集約し、この操作部材の手動操作によって機器の選択や機能調整等を行う際に、操作部材の操作量や操作方向に応じた抵抗感や推力等の外力を付与することにより、操作フィーリングを良好にして操作性を確実にしたフォースフィードバック機能付きの力覚付与型入力装置が種々提案されている。かかる力覚付与型入力装置の一例として、従来より、操作部材である揺動操作可能な操作レバーと、この操作レバーの揺動運動を直交する一対の駆動レバーの回転運動に変換する変換部と、これら両駆動レバーの回転量および回転方向を検出する一対のロータリエンコーダと、操作レバーに外力を付与する一対の回転モータとを備え、両ロータリエンコーダの出力信号に基づいて両回転モータの駆動をそれぞれ制御することにより、両駆動レバーを介して操作レバーに所望の外力を付与するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図９は上記特許文献１に開示された力覚付与型入力装置の内部構造を示す平面図であり、同図に示すように、基台１００上には第１および第２の回転モータ１０１，１０２と、これら回転モータ１０１，１０２の回転軸に連結された第１および第２のロータリエンコーダ１０３，１０４とが搭載されている。第１の回転モータ１０１の回転軸と第２の回転モータ１０２の回転軸とは互いに直交しており、第１および第２のロータリエンコーダ１０３，１０４は両回転モータ１０１，１０２の回転軸が交わる交点Ｐの近傍に配置されている。また、基台１００には第１および第２の駆動レバー１０５，１０６が回転可能に支持されており、これら駆動レバー１０５，１０６には駆動体１０７を介して操作レバー１０８が連結されている。第１の駆動レバー１０５は第１の回転モータ１０１の回転軸と平行な軸１０５ａを中心に回転可能であり、第１の駆動レバー１０５の先端には第１の回転モータ１０１の回転軸に固着したギヤ１０９に噛合する歯部１０５ｂが形成されている。第２の駆動レバー１０６は第２の回転モータ１０２の回転軸と平行な軸１０６ａを中心に回転可能であり、第２の駆動レバー１０６の先端には第２の回転モータ１０２の回転軸に固着したギヤ１１０に噛合する歯部１０６ｂが形成されている。なお、第１および第２の回転モータ１０１，１０２と第１および第２のロータリエンコーダ１０３，１０４は図示せぬ制御部に接続されており、この制御部は第１および第２のロータリエンコーダ１０３，１０４の出力信号を取り込んで第１および第２の回転モータ１０１，１０２に所望の制御信号を出力する。
【０００４】
このように概略構成された力覚付与型入力装置において、操作者が操作レバー１０８を任意方向、例えば図９のＹ−Ｙ方向へ揺動操作すると、第１の駆動レバー１０５が軸１０５ａを中心に回転し、それに伴ってギヤ１０９と第１のロータリエンコーダ１０３が回転駆動される。操作レバー１０８がＸ−Ｘ方向へ揺動操作された場合は、第２の駆動レバー１０６が軸１０６ａを中心に回転し、それに伴ってギヤ１１０と第２のロータリエンコーダ１０４が回転駆動される。また、操作レバー１０８がＸ方向とＹ方向の中間方向へ揺動操作された場合、第１および第２の駆動レバー１０５，１０６がそれぞれ回転して第１および第２のロータリエンコーダ１０３，１０４が回転駆動される。これらロータリエンコーダ１０３，１０４の出力信号は制御部に取り込まれ、制御部がこの出力信号に基づいて第１および第２の駆動レバー１０５，１０６の回転方向と回転量、すなわち操作レバー１０８の揺動方向と揺動量（揺動角度）を演算し、その演算結果に基づいて第１および第２の回転モータ１０１，１０２に制御信号を出力することにより、操作レバー１０８に所望の操作フィーリングが付与される。例えば、操作レバー１０８が任意方向へ所定角度だけ揺動操作されたとき、第１および第２の回転モータ１０１，１０２が第１および第２の駆動レバー１０５，１０６の回転と逆方向に動作されると、操作レバー１０８に所定の大きさの作動力が付与され、この作動力が操作レバー１０８を手動操作する操作者にクリック感として認識される。
【特許文献１】特開２００３−２２１５９号公報（第５−７頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前述した従来の力覚付与型入力装置では、手動操作中の操作レバーに外力がフィードバックされるまでに、操作レバーからロータリエンコーダへの機械的伝達ロス時間、ロータリエンコーダの反応時間、制御部の演算時間、回転モータの反応時間、回転モータから操作レバーへの機械的伝達ロス時間等が加算されるため、操作レバーを操作する操作者が外力を認識するまでにタイムラグがあり、このタイムラグに起因して実アプリケーション上で種々の問題が発生する。
【０００６】
例えば、複数のメニューが表示された画面上で操作レバーによってカーソルを移動するというアプリケーションを想定した場合、通常、このようなアプリケーションでは各メニューの周囲に選択動作を容易にするための引込力が設定されており、操作者はかかる引込力を回転モータからの外力として認識することになる。しかしながら、カーソルを任意のメニュー（Ａ）から目的とするメニュー（Ｂ）上まで移動する際に、カーソルがメニュー（Ａ）の周囲に設定された引込力の影響を受けてメニュー（Ｂ）を通り越してしまい、操作レバーによる位置制御が目的とする位置に対してオーバーランすることがある。この原因の１つに回転モータの慣性力が大きいことが挙げられるため、操作レバーの操作速度に比例する抵抗力を回転モータから操作レバーに付与し、回転モータの回転速度の上昇を抑制して慣性力が大きくならないようにすれば良いが、実際上は、移動途中の速度変化が急激過ぎて瞬時に抵抗力を付与することはできない。このように、従来の力覚付与型入力装置では、回転モータの回転速度の上昇を抑えることができず、回転モータの慣性力も小さくならないため、外力を付与するタイミングが遅れるという問題があった。
【０００７】
また、前述した従来の力覚付与型入力装置において、操作レバーに伴って動作する駆動レバーの回転を増速ギヤ列を介してロータリエンコーダのコード板に伝達するようにすれば、安価なロータリエンコーダを用いて検出精度の分解能を高めることが可能になるが、回転モータの回転を駆動レバーに伝達する減速ギヤ列に加えてこのような増速ギヤ列を付設すると、両ギヤ列に介在するバックラッシによって駆動系と検出系の両方の伝達機構にガタが発生し、このガタに起因して操作感触が劣化するという問題もあった。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、アクチュエータから操作部材に付与される外力の遅れの影響を軽減できる力覚付与型入力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の力覚付与型入力装置では、操作者が手動で操作する操作部材と、この操作部材を変位可能に支持する基台と、前記操作部材の変位量を検出する変位検出手段と、前記操作部材に外力を付与するアクチュエータと、前記変位検出手段の出力信号に基づいて前記アクチュエータの駆動を制御する制御手段とを備え、前記操作部材の手動操作に伴って動作する可動部材に定常的に摩擦抵抗を付与する摩擦抵抗付与手段を設け、この摩擦抵抗付与手段を前記可動部材に弾接する弾接部材によって構成した。
【００１０】
このように構成された力覚付与型入力装置では、操作部材の手動操作に伴って動作する可動部材に対して摩擦抵抗付与手段から定常的に摩擦抵抗が付与されているため、操作部材にはアクチュエータの駆動制御が間に合わない時にも抵抗が付与されることとなり、しかも、その抵抗は速度変化が生じた直後ほど大きいものとなる。したがって、アクチュエータから操作部材に付与される外力の遅れの影響を軽減することができ、手動操作中の操作部材に外力がフィードバックされるまでのタイムラグを低減することができる。
【００１１】
上記の構成において、操作部材と変位検出手段との間に可動部材としての回転伝達機構を介設し、この回転伝達機構がベルトを介して連結された一対のプーリを有すると共に、このベルトに張力を付与するテンショナーが摩擦抵抗付与手段であると、変位検出手段の分解能が回転伝達機構によって高められるのみならず、回転伝達機構自体に発生する機械的伝達ロス時間がテンショナーによって削減される。
【００１２】
また、上記の構成において、スライドタイプやロータリタイプの操作部材を用いることも可能であるが、操作部材が揺動操作可能な操作レバーからなると共に、基台に操作レバーの揺動操作に連動して回転する一対の駆動レバーを互いの回転軸が直交するように支持し、これら両駆動レバーが可動部材を構成していることが好ましい。
【００１３】
このようなジョイスティックタイプの力覚付与型入力装置において、摩擦抵抗付与手段が駆動レバーをその回転軸方向へ付勢する板ばねであると、可動部材である両駆動レバーに簡単な構成で定常的に摩擦抵抗を付与することができて好ましい。
【００１４】
また、このようなジョイスティックタイプの力覚付与型入力装置において、アクチュエータが両駆動レバーを介して操作レバーに外力を付与する一対の回転モータであり、これら回転モータと駆動レバーとが減速ギヤ列を介して連結されていることが好ましく、このような構成を採用すると、小型の回転モータを用いて操作レバーに外力を付与することができると共に、回転モータの慣性力による操作レバーのオーバーランを防止することができる。
【００１５】
この場合において、変位検出手段がロータリエンコーダであり、このロータリエンコーダのコード板と駆動レバーとの間に可動部材としての回転伝達機構を介設し、この回転伝達機構がベルトを介して連結された一対のプーリを有すると共に、摩擦抵抗付与手段としてベルトに張力を付与するテンショナーを用いることが好ましい。このような構成を採用すると、駆動レバーからロータリエンコーダに至る検出系の伝達機構のガタがテンショナーによって削減されると共に、回転モータから駆動レバーに至る駆動系の伝達機構のガタの影響が板ばねによって軽減されるため、手動操作中の操作レバーに外力がフィードバックされるまでのタイムラグを抑制でき、操作レバーを手動操作する際の操作感触を良好にすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の力覚付与型入力装置は、操作部材の手動操作に伴って動作する可動部材に対して摩擦抵抗付与手段から定常的に摩擦抵抗が付与されるようにしたので、操作部材にはアクチュエータの駆動制御が間に合わない時にも抵抗が付与されることとなり、しかも、その抵抗は速度変化が生じた直後ほど大きいものとなる。したがって、アクチュエータから操作部材に付与される外力の遅れの影響を軽減することができる。また、手動操作中の操作レバーに外力がフィードバックされるまでのタイムラグを低減することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図１は本発明の実施形態例に係る力覚付与型入力装置の斜視図、図２は該力覚付与型入力装置の一方向に沿う断面図、図３は該力覚付与型入力装置の他方向に沿う断面図、図４はスティックコントローラを一方向から見た斜視図、図５は該スティックコントローラを他方向から見た斜視図、図６は動力変換機構の斜視図、図７は該スティックコントローラの部品レイアウトを示す平面図、図８は制御手段を示すブロック図である。
【００１８】
図１〜図３に示すように、本実施形態例に係る力覚付与型入力装置は、合成樹脂製の筐体１と、筐体１の内部に収納されたスティックコントローラ２とを備えており、筐体１は自動車のセンターコンソール等の適宜箇所に設置されるようになっている。この筐体１は、互いに一体化される上面板１ａと側板１ｂ、および側板１ｂの下面開口を閉塞する底板（図示せず）とによって構成されており、上面板１ａの中央部には透孔１ｃが穿設されている。なお、図２，３において側板１ｂは省略されている。
【００１９】
図４と図５に示すように、スティックコントローラ２は箱形形状のフレーム（基台）４を備えており、このフレーム４は平面視Ｌ字状の第１支持体４ａと平面視逆Ｌ字状の第２支持体４ｂとをスペーサ４ｃを介して一体化して構成されている。第１支持体４ａと第２支持体４ｂはアルミニウム等の機械的強度の高い材料で形成されており、フレーム４には第１および第２支持体４ａ，４ｂの各側壁によって平面視四角形の支持部が形成されている。この支持部の内部には第１および第２の駆動レバー５，６が互いの回転軸を直交するように配置されており、第１の駆動レバー５の上部両端は支持部の相対向する２つの側壁に回転可能に支持され、第２の駆動レバー６の上部両端は支持部の相対向する他の２つの側壁に回転可能に支持されている。これら第１および第２の駆動レバー５，６の交差部分には操作レバー７が連結されており、この操作レバー７は透孔１ｃを挿通して筐体１の外部に突出している。第１および第２の駆動レバー５，６は操作レバー７の揺動運動を直交する２つの回転運動に変換する動力変換機構を構成しており、操作レバー７の中央部は第２の駆動レバー６の中央上部にピン８を用いて軸支され、操作レバー７は第２の駆動レバー６の下部に形成された長孔６ａを挿通して第１の駆動レバー５の下部に形成された長孔５ａ内に挿入されている。したがって、操作レバー７を任意方向へ揺動操作すると、その揺動方向に応じて第１および第２の駆動レバー５，６が回転する。
【００２０】
ここで、第１の駆動レバー５の回転軸は一対の軸受け９ａ，９ｂを介してフレーム４の支持部に支持されており、一方の軸受け９ａは第２支持体４ｂの外壁面にねじ止めされた逆Ｔ字形の板ばね１０の弾発力によって他方の軸受け９ｂの方向へ付勢されている。同様に、第２の駆動レバー６の回転軸は一対の軸受け１１ａ，１１ｂを介してフレーム４の支持部に支持されており、一方の軸受け１１ａは第２支持体４ｂの外壁面にねじ止めされた逆Ｔ字形の板ばね１２の弾発力によって他方の軸受け１１ｂの方向へ付勢されている。すなわち、これら板ばね１０，１２は操作レバー７の手動操作に伴って回転する第１および第２の駆動レバー５，６に摩擦抵抗を付与する第１の摩擦抵抗付与手段を構成するものであり、第１および第２の駆動レバー５，６には板ばね１０，１２から回転軸のスラスト方向への摩擦抵抗が定常的に付与されている。
【００２１】
図６に示すように、第１の駆動レバー５の一側面には扇形のギヤ部５ｂが一体形成されており、このギヤ部５ｂの先端には該駆動レバー５の回転軸を中心として円弧状に延びる歯部５ｃが形成されている。また、第１の駆動レバー５の他側面には第１の回動板１３が固着されており、この第１の回動板１３の下端に形成された遮蔽部１３ａはギヤ部５ｂと逆方向へ突出している。同様に、第２の駆動レバー６の一側面には扇形のギヤ部６ｂが一体形成されており、このギヤ部６ｂの先端には該駆動レバー６の回転軸を中心として円弧状に延びる歯部６ｃが形成されている。また、第２の駆動レバー６の他側面には第２の回動板１４が固着されており、この第２の回動板１４の下端に形成された遮蔽部１４ａはギヤ部６ｂと逆方向へ突出している。
【００２２】
前記フレーム４の第２支持体４ｂには第１および第２の回転モータ１５，１６が搭載されており、図７に示すように、これら回転モータ１５，１６は互いの回転軸１５ａ，１６ａが直交するように配置されている。両回転モータ１５，１６の回転軸１５ａ，１６ａの延長線が交わる交点をＰとすると、第１の回転モータ１５の回転軸１５ａは交点Ｐと反対側に突出し、第２の回転モータ１６の回転軸１６ａも交点Ｐと反対側に突出している。第１の回転モータ１５の回転軸１５ａにはギヤ１７が固着されており、このギヤ１７は第１支持体４ａの内側で第１の駆動レバー５に形成されたギヤ部５ｂの歯部５ｃに噛合している。説明の都合上、図５中に第１の回転モータ１５は省略されているが、第１の回転モータ１５から見て回転軸１５ａに固着されたギヤ１７と第１の駆動レバー５に一体化されたギヤ部５ｂとは減速ギヤ列を構成しており、第１の回転モータ１５の回転はこの減速ギヤ列で減速されて第１の駆動レバー５に伝達される。同様に、第２の回転モータ１６の回転軸１６ａにはギヤ１８が固着されており、このギヤ１８は第１支持体４ａの内側で第２の駆動レバー６に形成されたギヤ部６ｂの歯部６ｃに噛合している。これらギヤ１８とギヤ部６ｂは第２の回転モータ１６から見て減速ギヤ列を構成しており、第２の回転モータ１６の回転はこの減速ギヤ列で減速されて第２の駆動レバー６に伝達される。
【００２３】
第１の回転モータ１５の回転軸１５ａには前段側プーリ１９が固着されており、この前段側プーリ１９とギヤ１７は一体化されている。前段側プーリ１９は第１支持体４ａの一側壁から外方へ突出しており、この一側壁には後段側プーリ２０を有する第１のコード板２１が回転可能に軸支されている。前段側プーリ１９と後段側プーリ２０には無端状のベルト２２が巻回されており、両プーリ１９，２０の外周面とベルト２２の内周面には両者間のスリップをなくすための凹凸部が形成されている。そして、これらギヤ１７、前段側プーリ１９、ベルト２２、後段側プーリ２０は第１の駆動レバー５から見て増速ギヤ列を構成しており、第１の駆動レバー５の回転はこの増速ギヤ列で増速されて第１のコード板２１に伝達される。同様に、第２の回転モータ１６の回転軸１６ａには前段側プーリ２３が固着されており、この前段側プーリ２３とギヤ１８は一体化されている。前段側プーリ２３は第１支持体４ａの他側壁から外方へ突出しており、この他側壁には後段側プーリ２４を有する第２のコード板２５が回転可能に軸支されている。前段側プーリ２３と後段側プーリ２４には無端状のベルト２６が巻回されており、両プーリ２３，２４の外周面とベルト２６の内周面には両者間のスリップをなくすための凹凸部が形成されている。そして、これらギヤ１８、前段側プーリ２３、ベルト２６、後段側プーリ２４は第２の駆動レバー６から見て増速ギヤ列を構成しており、第２の駆動レバー６の回転はこの増速ギヤ列で増速されて第２のコード板２５に伝達される。
【００２４】
また、第１支持体４ａの一側壁にはテンショナー２７が回転可能に支持されており、このテンショナー２７は捩りコイルばね２８によって一方向へ回動付勢されている。テンショナー２７の先端部にはローラ２７ａが軸支されており、このローラ２７ａを第１支持体４ａの一側壁に軸支した対向ローラ２９と接近する方向へ付勢することにより、両プーリ１９，２０間を連結するベルト２２に張力が付与されるようになっている。同様に、第１支持体４ａの他側壁には別のテンショナー３０が回転可能に支持されており、このテンショナー３０は捩りコイルばね３１によって一方向へ回動付勢されている。テンショナー３０の先端部にはローラ３０ａが軸支されており、このローラ３０ａを第１支持体４ａの他側壁に軸支した対向ローラ３２と接近する方向へ付勢することにより、両プーリ２３，２４間を連結するベルト２６に張力が付与されるようになっている。すなわち、これらテンショナー２７，３０は操作レバー７の手動操作に伴って動作する増速ギヤ列に摩擦抵抗を付与する第２の摩擦抵抗付与手段を構成するものであり、この増速ギヤ列の構成部品であるベルト２２，２６にはテンショナー２７，３０から圧縮方向への摩擦抵抗が定常的に付与されている。
【００２５】
前記フレーム４の下端には回路基板３３が取り付けられており、この回路基板３３上には第１および第２のフォトインタラプタ３４，３５が実装されている。図示せぬが、両フォトインタラプタ３４，３５はそれぞれＬＥＤ（発光素子）とフォトトランジスタ（受光素子）を有しており、これらＬＥＤとフォトトランジスタは凹部３４ａ，３５ａを介して対向している。前述した第１および第２のコード板２１，２５の外周部はそれぞれ第１および第２のフォトインタラプタ３４，３５の凹部３４ａ，３５ａ内を回転するようになっており、第１および第２のコード板２１，２５の外周部には多数のスリットが形成されている。そして、第１のフォトインタラプタ３４と第１のコード板２１とで第１のロータリエンコーダ３６が構成され、第２のフォトインタラプタ３５と第２のコード板２５とで第２のロータリエンコーダ３７が構成されており、これら第１および第２のロータリエンコーダ３６，３７によって操作レバー７の相対変位量が検出が検出される。すなわち、操作レバー７の揺動操作に伴って第１および第２の駆動レバー５，６が回転すると、その回転が増速ギヤ列を介して第１および第２のコード板２１，２５に伝達され、第１および第２のロータリエンコーダ３６，３７の各フォトインタラプタ３４，３５から９０度の位相差を有する２種類のパルス信号（Ａ相信号とＢ相信号）がそれぞれ出力されるため、これら出力信号に基づいて第１および第２の駆動レバー５，６の相対的な回転量と回転方向、換言すると操作レバー７の揺動方向と揺動量（揺動角度）を検出することができる。
【００２６】
図２と図３および図６に示すように、回路基板３３上には第１および第２のフォトインタラプタ３４，３５とは別に一対のフォトインタラプタ３８，３９が実装されており、これらフォトインタラプタ３８，３９も凹部３８ａ，３９ａを介して対向するＬＥＤ（発光素子）とフォトトランジスタ（受光素子）をそれぞれ有している。第１の回動板１３の遮蔽部１３ａは第１の駆動レバー５の回転に伴って一方のフォトインタラプタ３８の凹部３８ａ内を通過するようになっており、第２の回動板１４の遮蔽部１４ａは第２の駆動レバー６の回転に伴って他方のフォトインタラプタ３９の凹部３９ａ内を通過するようになっており、これら第１の回動板１３とフォトインタラプタ３８および第２の回動板１４とフォトインタラプタ３９との組で絶対位置検出手段が構成されている。ここで、第１および第２の回動板１３，１４の遮蔽部１３ａ，１４ａは第１および第２の回動板１３，１４の回転可動領域の半分を占めており、例えば第１および第２の回動板１３，１４が中立位置から正逆両方向へ３０度（全体で６０度）だけ回転可能である場合、遮蔽部１３ａ，１４ａは第１および第２の回動板１３，１４の中立位置から一方向へ３０度相当分だけ延出している。これにより、操作レバー７が中立位置で起立しているとき、遮蔽部１３ａ，１４ａは凹部３８ａ，３９ａ内の中心から第１および第２の回動板１３，１４の一方向への回転角相当分だけ外方へ向かって突出し、当該位置でフォトインタラプタ３８，３９からの出力が変化するようになっている。したがって、操作レバー７が中立位置から任意方向へ揺動操作され、それに伴って第１および第２の駆動レバー５，６が回転したとき、遮蔽部１３ａ，１４ａが凹部３８ａ，３９ａ内を横切る方向へ移動する場合は、ＬＥＤの光が遮蔽部１３ａ，１４ａで遮断されてフォトインタラプタ３８，３９からオフ信号が出力されるが、遮蔽部１３ａ，１４ａが凹部３８ａ，３９ａから外れる方向へ移動する場合は、ＬＥＤの光がフォトトランジスタで受光されてフォトインタラプタ３８，３９からオン信号が出力される。
【００２７】
図８に示すように、各フォトインタラプタ３４，３５，３８，３９と第１および第２の回転モータ１５，１６は制御部４０に接続されており、この制御部４０はＣＰＵやメモリを内蔵している。このＣＰＵは各フォトインタラプタ３４，３５，３８，３９からの出力信号を取り込み、フォトインタラプタ３８，３９の検知信号に基づいて絶対位置を求めると共に、この絶対位置を基準にして第１および第２のフォトインタラプタ３４，３５の検知信号から第１および第２の駆動レバー５，６の回転方向と回転量、すなわち操作レバー７の揺動方向と揺動量（揺動角度）を演算する。また、制御部４０はメモリに記憶されたデータやプログラムに基づいて制御信号を決定し、この制御信号を第１および第２の回転モータ１５，１６に出力する。この制御信号は操作レバー７に付与される操作フィーリングに対応する信号であり、信号の種類としては振動の発生や作動力（抵抗力または推力）の変更等がある。なお、制御部４０の回路構成部品は回路基板３３の裏面や図示せぬ他の回路基板に実装されている。
【００２８】
次に、このように構成された力覚付与型入力装置の動作について説明する。
【００２９】
力覚付与型入力装置のシステムが中断、すなわちイグニッションスイッチが投入されずに電源オフ状態となっているとき、操作レバー７は直前の電源オフ時に操作された揺動位置で停止している。この状態で電源をオンにしてシステムを起動させると、まず、制御部４０はフォトインタラプタ３８，３９から出力される信号の種類を判定し、フォトインタラプタ３８，３９の出力信号がオン、すなわち第１および第２の回動板１３，１４の遮蔽部１３ａ，１４ａが凹部３８ａ，３９ａから外れた位置にあり、ＬＥＤの光がフォトトランジスタで受光されている場合、制御部４０は第１および第２の回転モータ１５，１６を例えば正転方向に回転制御する。これにより第１および第２の駆動レバー５，６が中立方向へ回転し始め、遮蔽部１３ａ，１４ａが凹部３８ａ，３９ａに近づく方向へ移動する。そして、遮蔽部１３ａ，１４ａが凹部３８ａ，３９ａに入り込み、フォトインタラプタ３８，３９の出力信号がオンからオフに切り替わると、制御部４０は当該位置を基準位置にイニシャライズすると共に、第１および第２の回転モータ１５，１６を停止する。
【００３０】
一方、システムを起動させたとき、フォトインタラプタ３８，３９の出力信号がオフ、すなわち第１および第２の回動板１３，１４の遮蔽部１３ａ，１４ａが凹部３８ａ，３９ａ内にあり、ＬＥＤの光が遮蔽部１３ａ，１４ａで遮断されてフォトトランジスタで受光されない場合、制御部４０は第１および第２の回転モータ１５，１６を逆転方向に回転制御する。これにより第１および第２の駆動レバー５，６が中立方向へ回転し始め、遮蔽部１３ａ，１４ａが凹部３８ａ，３９ａから外れる方向へ移動する。そして、遮蔽部１３ａ，１４ａが凹部３８ａ，３９ａを通過し、フォトインタラプタ３８，３９の出力信号がオフからオンに切り替わると、制御部４０は当該位置を基準位置にイニシャライズすると共に、第１および第２の回転モータ１５，１６を停止する。
【００３１】
したがって、システム起動時に操作レバー７は直前の姿勢に拘わらず中立位置に自動復帰し、以後、操作者は中立位置で起立している操作レバー７を任意方向へ揺動操作することにより、機器の選択や機能調整等を行うことができる。そして、操作者が操作レバー７を中立位置から任意方向へ揺動操作すると、操作レバー７の揺動方向に応じて第１および第２の駆動レバー５，６がそれぞれの回転軸を中心に回転する。例えば、操作レバー７を図７のＹ−Ｙ方向へ揺動操作すると第１の駆動レバー５のみが同方向へ回転し、操作レバー７をＸ−Ｘ方向へ揺動操作すると第２の駆動レバー６のみが同方向へ回転し、操作レバー７をＸ−Ｙ方向（Ｘ方向とＹ方向の間）へ揺動操作すると第１および第２の駆動レバー５，６が共に回転する。その際、第１の駆動レバー５の回転がギヤ部５ｂの歯部５ｃからギヤ１７、前段側プーリ１９、ベルト２２、後段側プーリ２０で増速されて第１のコード板２１に伝達され、第２の駆動レバー６の回転がギヤ部６ｂの歯部６ｃからギヤ１８、前段側プーリ２３、ベルト２６、後段側プーリ２４で増速されて第２のコード板２５に伝達されるため、第１および第２のロータリエンコーダ３６，３７の各フォトインタラプタ３４，３５から９０度の位相差を有する２種類のパルス信号がそれぞれ出力され、これらのパルス信号が相対位置情報として制御部４０に入力される。
【００３２】
制御部４０は第１および第２のロータリエンコーダ３６，３７の各フォトインタラプタ３４，３５から求められる相対位置と前述したフォトインタラプタ３８，３９のオン／オフ信号から求められる絶対位置とに基づいて、第１および第２の駆動レバー５，６の回転方向と回転量を演算すると共に、第１および第２の回転モータ１５，１６に所定の制御信号を出力する。一例を挙げると、操作レバー７が所定方向に所定量だけ揺動操作されたとき、第１および第２の回転モータ１５，１６の回転をギヤ１７，１８とギヤ部５ｂ，６ｂで減速させて第１および第２の駆動レバー５，６に伝達することにより、これら駆動レバー５，６を介して操作レバー７にその揺動方向に抵抗する作動力が付与されると、この作動力が操作レバー７を手動操作する操作者にクリック感として認識される。
【００３３】
このように本実施形態例では、操作者が手動で揺動操作する操作レバー７と、この操作レバー７の揺動操作に連動して回転可能であると共に互いの回転軸を直交する第１および第２の駆動レバー５，６と、第１および第２の駆動レバー５，６の回転を増速ギヤ列を介して検出する第１および第２のロータリエンコーダ３６，３７と、第１および第２の駆動レバー５，６を介して操作レバー７に外力を付与する第１および第２の回転モータ１５，１６と、第１および第２のロータリエンコーダ３６，３７から出力される検知信号に基づいて第１および第２の回転モータ１５，１６の駆動を制御する制御部４０とを備えた力覚付与型入力装置において、第１および第２の駆動レバー５，６に第１の摩擦抵抗付与手段である板ばね１０，１２によって定常的に摩擦抵抗を付与すると共に、増速ギヤ列中に設けられたベルト２２，２６に第２の摩擦抵抗付与手段であるテンショナー２７，３０によって定常的に張力を付与するようにしたので、操作者が手動操作する操作レバー７には第１および第２の回転モータ１５，１６の駆動制御が間に合わない時にも抵抗が付与されることとなり、しかも、その抵抗は速度変化が生じた直後ほど大きいものとなる。したがって、第１および第２の回転モータ１５，１６から操作レバー７に付与される外力の遅れの影響を軽減することができる。また、手動操作中の操作レバー７に外力がフィードバックされるまでのタイムラグを低減することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態例に係る力覚付与型入力装置の斜視図である。
【図２】該力覚付与型入力装置の一方向に沿う断面図である。
【図３】該力覚付与型入力装置の他方向に沿う断面図である。
【図４】スティックコントローラを一方向から見た斜視図である。
【図５】該スティックコントローラを他方向から見た斜視図である。
【図６】動力変換機構の斜視図である。
【図７】該スティックコントローラの部品レイアウトを示す平面図である。
【図８】制御手段を示すブロック図である。
【図９】従来例に係る力覚付与型入力装置の内部構造を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  筐体
２  スティックコントローラ
４  フレーム（基台）
５  第１の駆動レバー
５ｂ  ギヤ部
６  第２の駆動レバー
６ｂ  ギヤ部
７  操作レバー
９ａ，９ｂ，１１ａ，１１ｂ  軸受け
１０，１２  板ばね（第１の摩擦抵抗付与手段）
１５  第１の回転モータ（アクチュエータ）
１６  第２の回転モータ（アクチュエータ）
１７，１８  ギヤ
１９，２３  前段側プーリ
２０，２４  後段側プーリ
２１  第１のコード板
２２，２６  ベルト
２５  第２のコード板
２７，３０  テンショナー（第２の摩擦抵抗付与手段）
２８，３１  捩りコイルばね
３３  回路基板
２４  第１のフォトインタラプタ
３５  第２のフォトインタラプタ
３６  第１のロータリエンコーダ（変位検出手段）
３７  第２のロータリエンコーダ（変位検出手段）
４０  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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