(57)【要約】【課題】手指に必要な操作力を及ぼすことが不自由なユーザだけでなく、健常者においても３次元座標の情報を正確、簡易、迅速に入力可能となるデータ入力装置を提供する。【解決手段】基台5の主平面部6に対して左右に旋回運動可能に形成した旋回軸手段7と、この旋回軸手段7に装着され、主平面部6に対して上下方向に揺動運動可能に形成した操作アーム8と、操作アーム8に設けられ、指先により前後に回転運動するように形成した回転ローラ9とを備えたデータ入力装置1であって、操作アーム8の揺動運動時における操作アーム8の揺動角度を検出する揺動角度検出手段10と、操作アーム8の旋回運動と連動する旋回軸手段7の旋回角度を検出する旋回角度検出手段11と、回転ローラ9の回転運動による回転角度を検出する回転角度検出手段12とを有し、各角度検出手段10〜12により検出される出力信号を組み合わせることより、三次元の位置指定を可能にする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台の主平面部に対して左右に旋回運動可能に形成した旋回軸手段と、当該旋回軸手段に装着され、前記主平面部に対して上下方向に揺動運動可能に形成した操作アームと、前記操作アームに設けられ、指先により前後に回転運動するように形成した回転ローラとを備えたデータ入力装置であって、
前記操作アームの前記揺動運動時における前記操作アームの揺動角度を検出する揺動角度検出手段と、
前記操作アームの前記旋回運動時における前記操作アームの旋回角度を検出する旋回角度検出手段と、
前記回転ローラの前記回転運動による回転角度を検出する回転角度検出手段とを有し、
前記各角度検出手段により検出される出力信号を組み合わせることより、三次元の位置指定が可能であることを特徴とするデータ入力装置。
【請求項２】
前記旋回軸手段は、前記主平面部に回転可能に設けた旋回主軸部と、この旋回主軸部の上端面に突出して前記操作アームの基部を前記揺動運動可能に支持する揺動支持軸部とで形成したことを特徴とする請求項１記載のデータ入力装置。
【請求項３】
前記揺動角度検出手段は、前記操作アームの揺動運動を伝達する揺動運動伝達部材と、この揺動運動伝達部材に連動して前記旋回主軸部上方の前記揺動支持軸部を回転軸として回転するスリット部材または円盤状部材と、前記スリット部材または円盤状部材の回転を検出する第１ロータリエンコーダで形成したことを特徴とする請求項２記載のデータ入力装置。
【請求項４】
前記揺動運動伝達部材は、前記操作アームの基部に設けた入力側歯車またはローラと、この入力側歯車またはローラに常時噛合または接触するとともに、前記揺動支持軸部に相対回転可能に設けた出力側歯車またはリング状部材とで形成されたことを特徴とする請求項３記載のデータ入力装置。
【請求項５】
前記出力側歯車は、前記第１ロータリエンコーダのスリット部材、リング状部材、または円盤状部材と一体に形成したことを特徴とする請求項４記載のデータ入力装置。
【請求項６】
前記旋角度検出手段は、前記旋回主軸部の外周に設けたスリット部材または円盤状部材、および前記基台側に設けられ、前記スリット部材または円盤状部材の回転を検出する第２ロータリエンコーダで形成したことを特徴とする請求項２記載のデータ入力装置。
【請求項７】
前記回転角度検出手段は、２相のパルスが出力可能な計数方式の第３ロータリエンコーダで形成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のデータ入力装置。
【請求項８】
前記第３ロータリエンコーダは、前記操作アームに回転可能に支持される前記回転ローラの回転軸に、２個の同一の多角形状を有し、かつ、２相のパルスを出力する互いに所定の位相差角をなすように取り付けた回転カム部材と、これら回転カム部材に個別に電気接続可能な電気接点手段とで形成されたことを特徴とする請求項７記載のデータ入力装置。
【請求項９】
前記回転カム部材に第１信号ラインを、前記電気接点手段のいずれか一方に第２信号ラインを、さらに前記電気接点手段のいずれか他方に第３信号ラインをそれぞれ形成し、前記第１信号ラインと第２信号ライン、および前記第１信号ラインと第３信号ラインの各電気接触により２相のパルスが出力されることを特徴とする請求項８記載のデータ入力装置。
【請求項１０】
前記第１信号ライン、第２信号ライン、および第３信号ラインは、前記操作アームを経由して前記旋回軸手段に集中配線したことを特徴とする請求項９記載のデータ入力装置。
【請求項１１】
前記電気接点手段は、前記操作アームに設けられるとともに、前記正六角形状の回転カム部材の角部が回転通過する毎にバネ部材に付勢されたバネ力により弾接することにより電気接続することを特徴とする請求項１０記載のデータ入力装置。
【請求項１２】
前記操作アームと前記旋回軸手段との間に復帰バネを設け、この復帰バネのバネ力により前記操作アームが常時中立位置に存するように付勢したことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のデータ入力装置。
【請求項１３】
前記回転ローラと前記基部との間の前記操作アーム中間部位に、指先の下降運動に伴う圧力が印加されることにより、前記操作アームを前記基台の主平面部の中央位置に自動復帰させる復帰ユニット体を設けたことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のデータ入力装置。
【請求項１４】
前記復帰ユニット体は、指先の腹を着座させて前記下降運動に伴う圧力を印加する着座ローラと、この着座ローラの両端から下方に延びる左右一対の支持ステーと、これら支持ステー下端に常時係合可能に設けられ、前記操作アームに開閉可能に支持されて開くように作動する左右一対の開閉手段とを具備し、前記着座ローラの印加時、左右に同時に開くように回動する前記各開閉手段のいずれかが、前記基台の主平面部の左右両側部に存するいずれか一方の側壁部に当接して生じる反力により自動復帰することを特徴とする請求項１３記載のデータ入力装置。
【請求項１５】
前記着座ローラはアームが左右に旋回する際に上方に押し上げられ指を刺激して左右へ旋回したことを通知することを特徴とする請求項１４記載のデータ入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は小型の情報機器に文字や指令を入力する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
身障者はもちろん、健常者においても、視覚、聴覚・触覚（力覚）を総合的に使用してユーザの操作を補助するマルチモーダル・ユーザインターフェイスは、機器の操作を容易として、操作に要する心理的負荷を軽減する目的に有効である。従来、これらの感覚のうち、触覚（力覚）の利用が見過ごされてきたが、近年、下記特許文献にみられるように、触覚（力覚）を活用する入力方式・装置が種々提案されるようになった。
【特許文献１】特開平１１−１６１１５２号公報
【特許文献２】特開平１０−５５２５２号公報
【特許文献３】特開平６−１０２９９７号公報
【特許文献４】特開２００１−３５６８６２号公報
【特許文献５】特開２０００−２９６２３号公報
【特許文献６】特開２０００−２５９３３３号公報
【特許文献７】特開２０００−４７７９２号公報
【特許文献８】特開平１０−１４３３０１号公報
【特許文献９】特開平１１−２２４１６１号公報
【特許文献１０】実開平５−５５２２２号公報
【特許文献１１】特開２００２−２７８６９４号公報
【特許文献１２】特開平３−９０９２２号公報
【特許文献１３】特開平１１−３５３０９１号公報
【特許文献１４】特開２００１−１６６８７１号公報
【特許文献１５】特開２００４−２２０５３５号公報
【特許文献１６】特開２００５−４４１２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、これらの中で例えば、特開２００４−２２０５３５号公報に示された方式のデータ入力装置では、指先の移動に伴い回転する回転体の回転角度を用いて指先の移動位置を検出する方式ではあるが、正確な座標指定を行うには指先に及ぼす操作力を高度に制御しなければならない。そのため、必要な操作力を指先に及ぼすことができない手指の不自由なユーザの場合には、このようなデータ入力装置では、座標指定を円滑に行えないだけでなく、健常者においても、上記従来技術におけるデータ入力装置により簡易、迅速に３次元の座標情報を入力することが困難となる問題がある。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みて工夫されたものであって、手指に必要な操作力を及ぼすことが不自由なユーザだけでなく、健常者においても３次元座標の情報を正確、簡易、迅速に入力可能となるデータ入力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】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するために、次のような手段を講ずることとした。すなわち、本発明に係るデータ入力装置は、基台の主平面部に対して左右に旋回運動可能に形成した旋回軸手段と、当該旋回軸手段に装着され、前記主平面部に対して上下方向に揺動運動可能に形成した操作アームと、前記操作アームに設けられ、指先により前後に回転運動するように形成した回転ローラとを備えたデータ入力装置であって、前記操作アームと前記旋回軸手段との間に設けられ、前記操作アームの前記揺動運動時における前記操作アームの揺動角度を検出する揺動角度検出手段と、前記旋回軸手段と前記基台側との間に設けられ、前記操作アームの前記旋回運動と連動する前記旋回軸手段の旋回角度を検出する旋回角度検出手段と、前記回転ローラの前記回転運動による回転角度を検出する回転角度検出手段とを有し、前記各角度検出手段により検出される出力信号を組み合わせることより、三次元の位置指定が可能であることを特徴とする。
【０００６】
これによれば、旋回軸手段に対して上下方向に揺動運動する操作アームの揺動角度を検出する揺動角度検出手段と、旋回軸手段を中心として左右方向へ旋回運動する操作アームの旋回角度を検出する旋回角度検出手段と、操作アーム上で前後方向に回転運動する回転ローラの回転角度を検出する回転角度検出手段とからの出力信号を組み合わせることにより、軽い操作力によって三次元の位置指定を正確、簡易迅速に行うことができるようになる。
【０００７】
また、旋回軸手段は、好ましくは、前記主平面部に回転可能に設けた旋回主軸部と、この旋回主軸部の上端面に突出して前記操作アームの基部を前記揺動運動可能に支持する揺動支持軸部とで形成するようにしてもよい。
【０００８】
これによれば、旋回角度検出手段と揺動角度検出手段とを、旋回主軸部と揺動支持軸部とにコンパクトに組み込むことができ、データ入力装置を小型化できるようになる。
【０００９】
また、前記揺動角度検出手段は、前記操作アームの揺動運動を伝達する揺動運動伝達部材と、この揺動運動伝達部材に連動して前記旋回主軸部上方の前記揺動支持軸部を回転軸として回転するスリット部材と、このスリット部材を挟むように対向配置された発光部材と受光部材とでなる第１ロータリエンコーダで形成してもよい。
【００１０】
これによれば、第１ロータリエンコーダにより、操作アームの上下方向における機械的な揺動変位を電気的なパルスに変換できるようになる。
【００１１】
なお、上述のスリット部材によって通過光のパルスをカウントする方式以外に、円盤状部材に光や電波を反射させてそのパルスをカウントする方式、あるいは円盤状部材に抵抗部材を貼付して回転角に伴う抵抗値を測定する方式によって実現することもできる。
【００１２】
また、前記揺動運動伝達部材は、前記操作アームの基部に設けた入力側歯車と、この入力側歯車に常時噛合するとともに、前記揺動支持軸部に相対回転可能に設けた出力側歯車とで形成したことを特徴とする。
【００１３】
これによれば、操作アームの揺動運動に起因するトルクを、入力側歯車を経由して出力側歯車に確実に伝達することができる。
【００１４】
なお、歯車に替えて、ローラあるいはリングを用いて、このローラあるいはリングの動作を出力側に伝えるようにしても良い。
【００１５】
また、前記出力側歯車、あるいはローラ、リングは、前記第１ロータリエンコーダのスリット部材または円盤状部材と一体に形成してもよい。
これにより、第１ロータリエンコーダの構成を簡単化できるようになる。  
【００１６】
また、前記旋角度検出手段は、前記旋回主軸部の外周に鍔状に設けたスリット部材、および前記基台側に設けられ、当該スリット部材を挟むように対向配置された発光部材と受光部材でなる第２ロータリエンコーダで形成してもよい。
【００１７】
これによれば、第２ロータリエンコーダにより、操作アームの左右方向における機械的な回転変位（アナログ量）を電気的なパルス（ディジタル量）に変換できるようになる。
【００１８】
前記回転角度検出手段は、２相のパルスが出力可能な計数方式の第３ロータリエンコーダで形成することができる。これによれば、操作アームに配置した回転ローラの回転方向と、その回転角度を検出できるようになる。ここで、計数方式とは、インクリメンタルまたはデクリメンタルによってパルス数をカウントする方式をいう。
なお、計数方式に替えて、抵抗値として回転量を検出するようにしてもよい。
【００１９】
また、前記第３ロータリエンコーダは、前記操作アームに回転可能に支持される前記回転ローラの回転軸に、２個の同一の多角形状を有し、かつ、２相のパルスを出力する互いに所定の位相差角をなすように取り付けた回転カム部材と、これら回転カム部材に個別に電気接続可能な電気接点手段とで形成してもよい。
これによれば、第３ロータリエンコーダを簡単に形成することができる。
【００２０】
また、第３ロータリエンコーダの構成要素である信号ラインは、前記回転カム部材に第１信号ラインを、前記電気接点手段のいずれか一方に第２信号ラインを、さらに前記電気接点手段のいずれか他方に第３信号ラインをそれぞれ形成し、前記第１信号ラインと第２信号ライン、および前記第１信号ラインと第３信号ラインの各電気接触により２相のパルスが出力されるように構成してもよい。
【００２１】
これによれば、第１信号ライン〜第３信号ラインにより、第３ロータリエンコーダの電気回路を形成できるので、２相のパルスを検出できるようになる。
【００２２】
また、前記第１信号ライン、第２信号ライン、および第３信号ラインは、前記操作アームを経由して前記旋回軸手段に集中配線するとよい。
【００２３】
これによれば、電気回路の構成要素である各信号ラインをシンプルに形成でき、データ入力装置を小型化できる。
【００２４】
たとえば、前記回転カム部材の多角形状は、正六角形状であるとともに、前記所定の位相差角を３０度に設定することができる。なお、この場合、位相角を３０度から敢えてずらすことによって、パルスに位相差が生じ、回転ローラの回転方向が前方向か後方向かを検出できるようになる。
【００２５】
また、前記電気接点手段は、前記操作アームに設けられるとともに、前記正六角形状の回転カム部材の角部が回転通過する毎にバネ部材に付勢されたバネ力により弾接することにより電気接続するようにしてもよい。
【００２６】
これによれば、バネ力に付勢された電気接点手段が回転カム部材の角部に弾接する毎に、第１信号ラインと第２信号ラインまたは第１信号ラインと第３信号ラインが導通し、回転ローラの回転方向と回転角度を検出できるようになり、また回転時にクリック感を生成することができる。
【００２７】
また、前記操作アームと前記旋回軸手段との間に復帰バネを設け、この復帰バネのバネ力により前記操作アームが常時中立位置に存するように付勢したことを特徴とする。
これによれば、復帰バネの装着により操作アームの操作性を向上できるようになる。
【００２８】
また、前記回転ローラと前記基部との間の前記操作アーム中間部位に、指先の下降運動に伴う圧力が印加されることにより、前記操作アームを前記基台の主平面部の中央位置に自動復帰させる復帰ユニット体を設けたことを特徴とする。
【００２９】
これによれば、操作アームが左右いずれの側に旋回変位された場合でも、復帰ユニット体を操作することで、操作アームを常にデータ入力装置の中央領域に復帰できる。このため、例えば、携帯電話のモニタ画面上から目を離していても、カーソルが画面の中央に復帰するので、カーソルの位置指定の操作性に便利となるデータ入力装置を得ることができる。
【００３０】
また、前記復帰ユニット体は、指先の腹を着座させて前記下降運動に伴う圧力を印加する着座ローラと、この着座ローラの両端から下方に延びる左右一対の支持ステーと、これら支持ステー下端に常時係合可能に設けられ、前記操作アームに開閉可能に支持されて開くように作動する左右一対の開閉手段とを具備し、前記着座ローラの印加時、左右に同時に開くように回動する前記各開閉手段のいずれかが、前記基台の主平面部の左右両側部に存するいずれか一方の側壁部に当接して生じる反力により自動復帰することを特徴とする。
【００３１】
これによれば、着座ローラを下方に印加したときに外側に開作動する開閉手段が、基台の側壁部内面に当接するので、そのときに発生する反発力により操作アームを基台の中央位置に自動復帰できるようなる。
【００３２】
また、前記各開閉手段は、水平片部と当該水平片部から略直角に屈曲する脚片部とでなるＬ型形状の屈曲部材で形成されると共に、当該左右の脚片部の間に復帰バネを張装して設け、前記着座ローラが前記復帰バネのバネ力により常時上方に強制的に付勢されるように形成したことを特徴とする。
【００３３】
これによれば、指による着座ローラへ作用させる印加力の強さに応じて、支持ステーを介して屈曲部材の水平片部に及ぼす力を加減でき、このため、屈曲部材の開閉角度を任意に制御でき、中央復帰のための制御を円滑に行えるようになる。
【００３４】
なお、バネで付勢する構成に替えて、着座ローラを通常下げておき、アームを左右に旋回させると上方に持ち上げられる構成にしても良い。このようにすれば、左右に動いたときに、操作者の指に刺激が与えられ、操作者は左右に動いたことを認識することができる。
【００３５】
また、前記着座ローラと前記屈曲部材の水平片部との間の前記操作アームに、前記着座ローラから延びる支持ステーの上下移動を安定的にガイドする案内部材を設けるのが好ましい。
【００３６】
これによれば、支持ステーを案内部材によりガイドするので、着座ローラは上下移動するとき、前後左右方向への変位を規制されるため、着座ローラを安定的にガイドできるようになる。
【００３７】
また、前記着座ローラの支持ステー下端にストッパ部を設け、前記支持ステーが前記案内部材から抜け出さないようにするのがよい。
【００３８】
これによれば、着座ローラは案内部材と屈曲部材の水平片部との間に挟まれた状態となって存在するので、案内部材着座ローラへの印加力を作用させないときでも、着座ローラは案内部材から抜け出して脱落することがない。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、例えば、携帯電話等の画面操作において、三次元の座標情報の入力指定を小さな指の操作だけで円滑に行える。また、指を動かす操作力は小さなものでよいので、手指の力が弱いユーザでも種々の操作制御を行うことができる。また、画面から目を離した場合でも、カーソルは画面の中央に復帰するので、操作性の良好なデータ入力装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図１〜図５に示す実施形態に基づいて詳述する。図１は、本発明に係るデータ入力装置１が、ＵＳＢ端子２を介して携帯電話３に電気接続され、手指（あるいは指）４で把持して指令信号を送信操作する状態を示した概略外観図であり、図２はデータ入力装置１の要部を側面から視た状態を示した要部拡大側面図、図３は図２の平面図、図４は図３のＡ−Ａ線における矢視拡大断面図、図５は図３の矢印Ｂ方向から視た一部を断面図で示した要部拡大側面図である。以下において、本実施形態のデータ入力装置は、旋回角度検出手段、揺動角度検出手段、回転角度検出手段等の主要構成に特徴を有するが、これら各構成については、本データ入力装置の基本形態の説明を通じて順次説明していくこととする。なお、本実施形態では携帯電話３に接続してモニタ画面を操作する例を挙げたが、勿論、携帯電話以外のモニタを備えた電子機器にも適宜応用できるのは言うまでもない。
［データ入力装置の基本形態］
【００４１】
本実施形態に係るデータ入力装置１は、基台５の主平面部６に対して左右方向（図３の矢印Ｃ方向）に旋回可能に形成した旋回軸手段７と、この旋回軸手段７に装着され、主平面部６に対して上下方向（図２の矢印Ｄ方向）に揺動運動可能に形成した操作アーム８と、操作アーム８に設けられ、指先４（図１参照）により前後方向（図２の矢印Ｅ方向）に回転運動可能に形成した回転ローラ９とを具備する。
【００４２】
操作アーム８と旋回軸手段７との間には、操作アーム８が矢印Ｄ方向に揺動運動するときの操作アームの揺動角度を検出する揺動角度検出手段１０（後述する第１ロータリエンコーダ）が配置される。また、旋回軸手段７と基台５側との間には、操作アーム８が矢印Ｃ方向に旋回するときに、これと連動して回転する旋回軸手段７の旋回角度を検出する旋回角度検出手段１１（後述する第２ロータリエンコーダ）が設けられる。さらに、回転ローラ９と操作アーム８との間には、回転ローラ９が矢印Ｅ方向に回転運動するときの回転角度を検出する回転角度検出手段１２（後述する第３ロータリエンコーダ）が設けられる。これら第１〜第３ロータリエンコーダ１０〜１２で検出された出力信号を適宜組み合わせることで、三次元の位置をモニタ画面に指定できる構成が本データ入力装置における基本形態となる。
【００４３】
以下、各構成要素をさらに詳細に説明する。すなわち、上記の各構成要素（構成部材）は、後述する旋回角度検出手段１０の受発光部を除いて、旋回軸手段７を介して基台５に旋回可能に装着される構成となる。
【００４４】
旋回軸手段７は、図４に示されるように、主平面部６にピン部材１３を介して旋回可能に設けた旋回主軸部１４と、この旋回主軸部１４の上端面１５に突出する揺動支持軸部１６とで形成される。揺動支持軸部１６には、操作アーム８の基部８ａが揺動可能に貫通して設けられる。この基部８ａと旋回主軸部１４との間には、揺動角度検出手段１１としての第１ロータリエンコーダ１０が形成される。
［第１ロータリエンコーダの構成］  
【００４５】
すなわち、揺動角度検出手段である第１ロータリエンコーダ１０は、具体的には、操作アーム８の揺動運動を伝達する揺動運動伝達部材１７と、この揺動運動伝達部材１７に連動するように旋回主軸部１４の上端面１５に着座するように揺動支持軸部１６に回転自在に填め込まれ、多数の光透過用のスリットを等間隔に形成した円盤状のスリット部材１８と、旋回主軸部１４に固定して設けられた受発光部１９とからなる。上記揺動運動伝達部材１７は、より具体的には、操作アーム８の基部８ａに固定して設けた入力側歯車１７ａと、この入力側歯車１７ａに常時噛合する出力側歯車１７ｂとの傘歯車機構で形成される。この出力側歯車１７ｂは、スリット部材１８と一体的に形成されている。また、上記受発光部１９は、例えば、ＬＥＤでなる発光部材１９ａと、これに対向配置した受光部材１９ｂとからなる。こうして、操作アーム８の揺動運動は、基部８ａに一体的に設けられた入力側歯車１７ａから出力側歯車１７ｂに伝達される。このため、第１ロータリエンコーダ１０により、スリット部材１８は上端面１５にあって、揺動支持軸部１６周りに相対回転することとなり、操作アームの揺動角度を検出することが可能となる。
［第２ロータリエンコーダの構成］
【００４６】
次に、旋回角度検出手段である第２ロータリエンコーダ１１を説明する。すなわち、第２ロータリエンコーダ１１は、上記第１ロータリエンコーダ１０のスリット部材１８下方における旋回主軸部１４の外周に鍔状に一体に配置され、スリット部材１８と同様に多数のスリットを形成したスリット部材２０と、このスリット部材２０を挟むように配置された受発光部２１とでなる。受発光部２１は、上記第１ロータリエンコーダ１０の受発光部１９と対称となる位置に配置され、ＬＥＤでなる発光部材２１ａとスリットを透過した光を受光する受光部材２１ｂを備える。これにより、操作アーム８が旋回運動し、これに連動して旋回主軸部１４がピン部材１３の周りに回転するとき、スリット部材２０が発光部材２１ａの光をよぎりながら回転する。この結果、第２ロータリエンコーダ１１により、旋回主軸部１４、すなわち操作アーム８の旋回角度を検出することができる。
【００４７】
なお、操作アーム８が旋回運動するときには、入力側歯車１７ａが出力側歯車１７ｂに噛合して下方へ押しつけられるようにして係合するため、旋回運動時における旋回トルクは揺動運動伝達部材１７を形成する入力側歯車１７ａを介して出力側歯車１７ｂ、すなわち第１ロータリエンコーダ１０のスリット部材１８にも伝達される。この結果、スリット部材１８も旋回主軸部１４と連動して一体的に回転するようになっているものである。
【００４８】
また、図２，図４に示すように、操作アーム８と、例えば、第１ロータリエンコーダの受発光部１９との間に復帰バネ２２が設けられる。この復帰バネ２２は、操作アームが図２の二点鎖線に示すように上方に揺動しても、操作アームを常時、中立位置に復帰させる機能を有するものである。
［第３ロータリエンコーダ］
【００４９】
次に、回転角度検出手段である第３ロータリエンコーダ１２を説明する。当該第３ロータリエンコーダ１２は、２相のパルスを出力する形態のインクリメンタル方式のロータリエンコーダで形成される。具体的には、操作アーム８を貫通した回転ローラ９の回転軸９ａの両端に固定された回転カム部材２３，２４と、回転カム部材２３，２４に個別に電気接続可能に形成した電気接点手段２５とで構成される。回転カム部材２３，２４は、例えば、図５に示すように、正六角形状をなす略同一形状を有する部材で形成され、それらの頂点が３０度から少しずれた位相差角、たとえば、図示するように２５度をなし、２相のパルスを出力できるように設けられる。また、電気接点手段２５、２６は、例えば、左右両側に設けたケース２５ａ（図３では「ケース」の図示は省略）と、このケース２５ａ内を移動可能に設けた接点２５ｂ、２６ｂと、これら接点を常時回転カム部材２３，２４側へ付勢するバネ２５ｃ、２６ｃとで構成される。バネ２５ｃ、２６ｃのバネ力に付勢された接点２５ｂ、２６ｂは、回転カム部材２３，２４の頂角およびその近傍が当該接点の移動する延長線上に回転変位してきたときに弾接するように設定される。すなわち、一側に存する回転カム部材２３が或る回転方向に回転するとき、接点２５ｂが回転カム部材に６０度毎の間隔で弾接することで電気回路が導通することとなる。一方、他側に存する回転カム部材２４は一側の回転カム部材２３と２５度の位相差角をなして設けているので、それぞれの接点２５ｂ、２６ｂが回転カム部材２３，２４に導通することにより出力されるパルス信号は、タイミング（位相）がずれた状態で出力される。そして、パルス数をカウントすることによって、回転ローラ９の回転角度を検出することができ、また位相が２５度進むか、遅れるかを見ることによって回転方向を検出することができる。
【００５０】
なお、電気回路の構成であるが、操作アーム８が全体として導電性を有する素材で形成される場合には、電気接点手段２５，２６は操作アームに対して絶縁性部材２５ｄ、２６ｄを介して取り付けるようにする。これにより、左右一対の回転カム部材２３，２４により操作アーム８自体を通じた共通の第１信号ラインが、一方の電気接点手段２５により第２信号ラインが、さらに他方の電気接点手段２６により第３信号ラインがそれぞれ形成されて、旋回軸手段７に集中配線する。また、各電気接点手段２５，２６の電線は、例えば、図３に示すように、操作アーム８の内部に絶縁対策されて揺動支持軸部１６へ配線される。
【００５１】
勿論、上記とは反対に、各電気接点手段２５，２６を共通の信号ラインとなるように操作アームに絶縁性部材を介することなく直接に電気接触可能に取り付けてもよく、また、操作アーム自体が非導電性素材で形成される場合には、図３に示す点線のように、回転カム部材２３，２４および電気接点手段２５，２６に接続される電線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を操作アームの内部に配線する形態にすることも可能である。
【００５２】
本実施形態によれば、データ入力装置１を把持して指で操作することで、操作アーム８の矢印Ｄ方向への揺動運動（上下方向のスウィング）は第１ロータリエンコーダ１０により操作アームの揺動角を、操作アームの矢印Ｃ方向への旋回運動（左右方向のスウィング）は第２ロータリエンコーダ１１により操作アームの旋回角を、また、操作アームに取り付けた回転ローラ９の矢印Ｅ方向への回転運動は第３ロータリエンコーダ１２により回転ローラの回転角をそれぞれ検出することができる。このように、指の微少な動きに基づく操作アーム８や回転ローラ９の微少な変化量を正確、確実に検出して三次元の位置指定をできるようになり、指に力の乏しいユーザでも容易にモニタ上で操作を可能にするデータ入力装置を得ることができる。
［本実施形態の変形例］
【００５３】
次に、本実施形態における変形例について説明する。すなわち、本変形例は、図６〜図９に示すように、操作アーム８の略中間部位に復帰ユニット体３０を設けた点において特徴を有するもので、その他の構成は上記実施形態のそれと共通するもので、その詳細な説明は割愛する。なお、回転カム部材や電気接点手段の構成については、その図示を省略した。以下、復帰ユニット体３０の構成を詳細に説明していくこととする。
【００５４】
復帰ユニット体３０は、回転ローラ９と操作アーム８の基部８ａとの間の中間部位に、指先の下降運動に伴う圧力が印加されることにより、操作アーム８を基台５の主平面部６の中央位置に自動復帰させる構成のものである。
【００５５】
復帰ユニット体３０は具体的には、例えば、親指等の指先の腹を着座させて下降運動時に伴う圧力が作用する着座ローラ３１と、この着座ローラ３１の両端から下方に延びると共に、下端から所定高さを有する左右一対の支持ステー３２と、これら支持ステー３１下端に常時係合可能に設けられ、操作アーム８に開閉可能に支持された左右一対の同一形状を成す屈曲部材３３，３４でなる開閉手段とを備えている。そして、これら屈曲部材３３、３４は、水平片部３３ａ，３４ａと、水平片部から略直角に下方に屈曲する脚片部３３ｂ、３４ｂとでＬ字形状に形成される。また、左右の脚片部３３ｂ、３４ｂの間には、復帰バネ３５が張装しても良く、その場合には図８、図９（ａ）に示されるように、屈曲部材３３，３４が閉じた状態に強制的に復帰するように付勢される。符号３６は、操作アーム８に取り付けられた支持軸を示し、これに左右の屈曲部材３３，３４が開閉可能に支持される。
【００５６】
また、着座ローラ３１と屈曲部材の水平片部３３ａ，３４ａとの間の操作アーム８には、板状の案内部材３７が橋渡して設けられる。この案内部材３７には、一対の案内孔３７ａが設けられ、これらに上記支持ステー３２が遊びを存するようにして貫通される。これにより、支持ステー３２、すなわち着座ローラ３１の上下移動を安定的にガイドするようになっている。なお、案内部材３７は操作アーム８間に橋架するように設けたが、橋架しないで、操作アームからそれぞれ片持ち梁的に案内孔３７ａを有した形態で対向するように取り付ける態様でもよい。
【００５７】
さらに、支持ステー３２の下端には、図７に示すストッパ部３８が取り付けられ、着座ローラ３１が上方に抜け出して脱落しないようにしている。これらストッパ部３８は、指からの押圧力が着座ローラ３１に作用しない状態においては、図７、図９（ａ）に示されるように、復帰バネ３５を設けた場合には、そのバネ力により、水平片部３３ａ，３４ａと案内部材３７との間に挟まれ、着座ローラ３１を常時上方位置に持ち上げられた状態を維持するようになっている。
【００５８】
一方、復帰バネ３５を設けなければ、アームが中央に位置するときには着座ローラ３１は下がっており、アームを左右に旋回すると、これが持ち上がり、指を刺激する。これにより、操作者は、指の触覚を通じてアームが左右に来たか否かを判断することが可能となる。
【００５９】
したがって、本変形例によれば、図９（ａ）に示されるように、着座ローラ３１が上方に持ち上げられた状態において、着座ローラ３１に指の圧力を印加して下方に押し込むと、着座ローラ３１は復帰バネ３５のバネ力に抗して下降していく。これに応じて、支持ステー３２は案内孔３７ａをストロークしていき、図９（ｂ）に示すように、ストッパ部３８に押圧された屈曲部材３３，３４は押圧力に応じて支持軸３６周りを同時に外側へ開作動していく。
【００６０】
このため、図９（ｂ）のように、例えば、操作アーム８を基台５の左側に旋回させて、基台５の側壁部５ａに近接する位置まで変位した場合には、着座ローラ３１を下方に沈み込ませて屈曲部材３３、３４を開く。すると、左方に存する屈曲部材３３の脚片部３３ｂの下端外側が側壁部５ａ内側に当接し、そのときに屈曲部材３３に作用する反力により、操作アーム８が図９（ａ）に示すように、データ入力装置の中央部位に復帰させることができる。これにより、操作アーム８が左右いずれの方向に偏倚しても、カーソルをモニタ画面の中央に戻るように構成されることとなる。この結果、画面から目を離して操作したとしても、指で復帰ユニット体３０を押し込むだけで、カーソルを中央位置へ自動復帰できるという実用的効果を発揮する。
以上、本発明を実施形態およびその変形例により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態および変形例に限られるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明の範囲に含まれるものである。
【００６１】
たとえば、上記実施形態では、入力側歯車１７ａと出力側歯車１７ｂとで成る歯車機構で揺動運動伝達部材１７を形成したが、歯車機構の代わりに摩擦ローラと摩擦車との摩擦的係合あるいは接触により揺動運動を伝達する機構で形成してもよい。
【００６２】
また、ロータリエンコーダはスリット部材で形成するのではなく、抵抗部材を貼付した円盤状部材で形成してその抵抗値を測定する可変抵抗方式、電極を複数設けて接触子との導通状態をカウントする電極方式、反射部材を貼付して光の反射によってパルスをカウントする反射方式によって実現するようにしてもよい。
【００６３】
また、回転カム部材２３，２４を正六角形の場合互いに３０度にするのではなく、２５度、３５度の位相角を成すように回転ローラ９に取り付けたが、位相角はこれに限定されるものでなく、回転ローラ９の回転方向を検出できる角度であれば、これ以外の角度であってもよいのは勿論である。また、回転ローラ９も正六角形に限定されるものでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明のデータ入力装置を携帯電話に接続した使用例を示す外観図である。
【図２】本発明の実施形態に係るデータ入力装置の要部を側面から視た状態を示した要部拡大部分側面図である。
【図３】図２を上方から視た平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線における矢視拡大断面図である。
【図５】図３の矢印Ｂ方向から視た一部を断面図で示した要部拡大側面図である。
【図６】本実施形態の変形例における要部外観図である。
【図７】図２と同様の要部拡大部分側面図である。
【図８】図７を上方から視た平面図である。
【図９】（ａ）は着座ローラが下降変位しないで操作アームが中央位置にある状態を、（ｂ）は操作アームが旋回運動を行った場合において、着座ローラに下降変位をさせた状態を示す作用説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  データ入力装置
５  基台
５ａ  側壁部
６  主平面部
７  旋回軸手段
８  操作アーム
８ａ  基部
９  回転ローラ
９ａ  回転軸
１０  揺動角度検出手段（第１ロータリエンコーダ）
１１  旋回角度検出手段（第２ロータリエンコーダ）
１２  回転角度検出手段（第３ロータリエンコーダ）
１３  ピン部材
１４  旋回主軸部
１５  上端面
１６  揺動支持軸部
１７  揺動運動伝達部材
１７ａ  入力側歯車
１７ｂ  出力側歯車
１８  スリット部材
１９  受発光部
１９ａ  発光部材
１９ｂ  受光部材
２０  スリット部材
２１  受発光部
２１ａ  発光部材
２１ｂ  受光部材
２２  復帰バネ
２３、２４  回転カム部材
２５，２６  電気接点手段
２５ａ  ケース
２５ｂ  接点
２５ｃ  バネ
３０  復帰ユニット体
３１  着座ローラ
３２  支持ステー
３３，３４  屈曲部材
３３ａ，３４ａ  水平片部
３３ｂ，３４ｂ  脚片部
３５  復帰バネ
３６  支持軸
３７  案内部材
３７ａ  案内孔  
３８  ストッパ部
【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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