(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11の上に設けた上下可動板12、上下可動板12に設けた中央軸13、中央軸13を中心として前後にシーソ運動可能に設けた左右一対のシーソ部材14、シーソ部材14間の中央軸13と略平行に設けた前軸15と後軸16、前軸15と中央軸13と後軸16に一体に取り付けた回転体17、回転体17の回転量を検出する回転量検出手段18、シーソ部材14が前後のいずれの側に傾いたかを検出する前後傾斜検出手段19、基台11と上下可動板12の一方側との間に設けられ上下可動板が下降変位するときに電気接続するタクトスイッチ20、および基台11と上下可動板12の他方側との間に設けられ上下可動板が左右いずれの側に傾いたかを検出する左右傾斜検出手段21を備えた。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータや携帯電話等の情報機器への指令を指先で入力するデータ入力装置であって、
操作者が指の接触位置を識別可能な触覚手掛かりと、前記接触位置における指の前後方向の運動を識別してデータを入力するデータ入力操作部とを備え、前記接触位置を少なくとも２行３列に６箇所設け、この各位置で指の前後方向の運動を区別することによって、１２種のデータを区別して、携帯電話等で標準となっている４行３列のキー入力と互換のデータ入力を行うことを特徴とするデータ入力装置。
【請求項２】
前記データ入力操作部は、指先が、操作部に接触後、所定の往復運動を実行すると、往復運動前の指運動データの入力をキャンセルすることを特徴とする請求項１に記載のデータ入力装置。
【請求項３】
前記データ入力装置において、指が接触する位置と指の運動方向を検出する手段としてタッチパッドを用い、前記触覚手掛かりとして、当該タッチパッドの表面に設けられた突起を用いることを特徴とする請求項１または２に記載のデータ入力装置。
【請求項４】
前記触覚手掛かりは、指先が、接触後、所定量前後に移動すると、音または振動を発生することによって、操作者に十分な移動量で運動が行われたことを通知することを特徴とする請求項１に記載のデータ入力装置。
【請求項５】
前記データ入力装置において、指が接触する位置と指の運動方向を検出する手段として、前後方向に回転する回転体の配列を用い、前記触覚手掛かりとして、前記回転体配列表面の凹凸を用い、この回転体配列上に指から加わる力の重心位置によって操作者の指が接触する位置を、また操作者が指を置いて回す回転体の回転方向によって指の前後方向の運動方向を検出することを特徴とする請求項１に記載のデータ入力装置。
【請求項６】
前記回転体配列は、前後に１式ずつ並んだ２式の回転体を備え、指の力の重心が前部の回転体に加わるときには、前部の回転体が回転時に周期的に反発力を生じ、後部の回転体が反発力なしに回転し、逆に指の力の重心が後部の回転体に加わるときには、後部の回転体が回転時に周期的に反発力を生じ、前部の回転体が反発力なしに回転し、回転時の反発力がどちらに生じるかによって操作者が前部、後部のどちらに重心がかかっているのかを識別できるように形成したことを特徴とする請求項５に記載のデータ入力装置。
【請求項７】
前記データ入力装置において、指が接触する位置と指の運動方向を検出する手段として、前後に並進運動すると共に左右方向に回転する回転体の配列を用い、前記触覚手掛かりとして、前記回転体配列表面の凹凸を用い、この回転体配列上に指から加わる力の重心位置によって操作者の指が接触する位置を、操作者が指を置いて前後に並進運動させる回転体の移動方向によって指の前後方向の運動方向を検出することを特徴とする請求項１に記載のデータ入力装置。
【請求項８】
請求項５ないし７のいずれか一に記載のデータ入力装置において、前記回転体の回転量に応じて画面のスクロールまたはメニューのカーソル送り、または平仮名入力時の５０音表の行送りをすることを特徴とするデータ入力装置。
【請求項９】
請求項５ないし７のいずれか一に記載のデータ入力装置において、１つの支点の両側に揺動するシーソ構造体を複数配列し、これらのシーソ構造体に指の圧力を加えるときにシーソ構造体の倒れ方のパターンを通じて、指から加わる圧力の重心位置を検出することを特徴とするデータ入力装置。
【請求項１０】
請求項５ないし７のいずれか一に記載のデータ入力装置において、２つの支点を備えたシーソ構造体を用いて、このシーソ構造体に指の圧力を加えるときにシーソ構造体の傾斜の生じ方に基づき、指の圧力の加わる重心位置が２つの支点によって区分される３つ領域のいずれに含まれるのかを検出することを特徴とするデータ入力装置。
【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
【特許文献１７】特開２０００−１９６７２７号公報
【特許文献１８】特開２００１−３６６２４号公報
【特許文献１９】特開２００１−２０２１８１号公報
【特許文献２０】特開２００１−３３１２５１号公報
【特許文献２１】特開平１１−２７２３７８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（特許文献１５）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】
また、特開２００１−３６６２４号公報（特許文献１８）のものは、携帯電話のプッシュボタンの配置間隔が狭いことに起因して生じる誤入力操作を回避するために、二山の突起を有する操作部は上下方向へのスライド、上方への傾斜、下方への傾斜、左方へのシフトといった移動を行わせるようにしている。ところが、このものでは、操作部の移動方向は限定的に構成されているため、カーソルによるポインティング動作、スクロール等の操作といった複雑な３次元座標の情報入力を行うのが困難となる問題がある。
【０００５】
また、特開２００１−３３１２５１号公報（特許文献２０）のものにあっては、一つの文字データを入力する場合、第１の操作部と第２の操作部で入力する文字データを決定し、その後、タクトスイッチに相当する第３の操作部を押し込んで決定した文字データを入力するという手順を踏むため、操作性が悪いという問題がある。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みて工夫されたものであり、携帯電話の入力部、ノート型パーソナルコンピュータのタッチパッド、あるいはマウス等といった文字や指令を入力するのに最適なデータ入力装置に係り、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、日本語、英数字、記号等のデータ入力だけでなく、スクロール等の操作についても正確、簡易、迅速に入力操作が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】
【０００７】
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の一つの形態においては、文字や指令を指先で入力するタッチパッドを有する情報機器であって、そのタッチパッドの表面に、エリアを区分する突起を設け、少なくとも２行３列のエリアの識別を可能とし、各エリアにおいてタッチパッドに接触する指の前後方向の運動を識別することを特徴とする。
【０００８】
これによれば、データ入力装置を、例えば、携帯電話の情報入力部、ノート型パーソナルコンピュータ、あるいはパーソナルコンピュータに使用されるマウス等のデータ入力操作部に適用した場合には、指先をタッチパネル上で動かすときに、指先が突起に触れることにより、指先がどのエリアにあるかを触覚で判定しながら、各エリアにおいて指の前後方向の運動を区別して入力することで、携帯電話の標準キーボードの４行３列のキー入力と互換性のある入力を実行することが可能となり、従来の携帯電話に慣れた操作者が文字や指令等のデータ入力を容易に行えるようになる。
【０００９】
また、突起は、タッチパネル上に適宜の形状を画く形状で形成することが可能であるが、エリアを十文字に仕切るように形成するようにしてもよい。
【００１０】
また、文字や指令を指先で入力する情報機器のデータ入力操作部を、情報機器の画面をスクロールする方向や、ポインタを移動させる方向を指示する方向指示ボタンとして構成することが可能である。
【００１１】
また、データ入力操作部は、指先を押し込んだだけではデータが入力されないが、その押し込んだ力を解除することにより、データが入力されるように構成してもよい。
【００１２】
また、データ入力操作部は、同データ入力操作部を間違って押し込まれたときには、その押し込まれた位置上で指先を往復運動させることによりその押し込まれたデータ入力の位置情報をキャンセルできるようにすることも可能である。
【００１３】
これによれば、データ入力の誤入力、誤操作の場合でも、指先をデータ入力操作部上で往復運動させるだけで、データをキャンセルすることができる。
【００１４】
また、本発明は、情報機器に搭載されたデータ入力装置であって、基台の上に間隙を存して設けられ上下変位可能な上下可動板、この上下可動板に回転可能に設けられた中央軸、当該中央軸を中心として前後にシーソ運動可能に設けられ、指先が押圧されないときは前記上下可動板にほぼ平行を成して中立状態を保持する左右一対のシーソ部材、当該一対のシーソ部材間の前記中央軸を挟んだ略等位置にこの中央軸と略平行に回転可能に配設された前軸および後軸、当該前軸、後軸および前記中央軸に一体に取り付けられ、文字や指令を入力するように形成されたデータ入力操作用の回転体、前記中央軸、前記前軸および前記後軸の各軸の軸端に設けられ、前記回転体の回転量を検出する回転量検出手段、前記シーソ部材と前記上下可動板との間に設けられ前記シーソ部材が前後のいずれの側に傾いたかを検出する前後傾斜検出手段、前記基台と前記上下可動板の一方側との間に設けられ前記上下可動板が下降変位するときに電気接続されてタクトが実行指令されるタクトスイッチ、および前記基台と前記上下可動板の他方側との間に設けられ前記上下可動板が左右いずれの側に傾いたかを検出する左右傾斜検出手段を備えたことを特徴とする。
【００１５】
ここで前記前軸および前記後軸の各軸の回転に対して所定の周期で反発力を生じる機構を設け、この機構が軸端に設けられ、前記シーソ部材が前後のいずれの側に傾くかによって、反発力の生じる側が切り替えられるように工夫されている。その結果、傾いた側の回転軸の回転に対してのみ周期的に反発力を生じ、操作者は、どちら側に反発力が生じるのかを触覚を通じて把握することにより、前記シーソ部材が前後のいずれの側に傾いているのかを確認することができる。
【００１６】
これによれば、中央軸、前軸、後軸に配設されたいずれかの回転体に指からの圧力の重心が加わっているのかを、前記の前後及び左右の傾斜検出手段を通じて、検出すると共に、回転体を指先で回転させることで、「あ、い、う、え、お」といった文字情報を選択して入力したり、メニューを選択したり、スクロールしたり、カーソルを移動させたりすることが可能となる。この際に操作者は回転体配列が作り出す凹凸や、回転時の反発力を通じて、触覚的に自分の操作が正常に行われているのか確認できる。
【００１７】
回転体を回転させるときに、回転体を下方に押し込む力がシーソ部材を介して前後傾斜検出手段に伝えられるので、数ある回転体のうち、中央軸を挟んで前後いずれの側に重心を掛けたか、すなわち、前軸か後軸のいずれかの側に存する回転体に力が作用してシーソ部材が傾斜しているのかが判定できる。
【００１８】
同様に左右の回転体に加わる重心の位置は２つの支点を持つ左右傾斜検出手段を通じて、左側の支点の左に重心がかかる場合には左に傾斜し、左右支点の間に重心がかかる場合には水平に保たれ、そして右側の支点の右に重心がかかる場合には右に傾斜する傾斜パターンの違いに基づき、左右中央の重心位置を識別できる。この重心位置の違いに基づき、２行３列の重心位置の違いを識別し、重心が各位置にあるときに回転体が前後いずれに回転するのかを区別することによって、４行３列相当の情報を区別することが可能になる。したがって、このデータ入力装置によって携帯電話の標準キーボードの４行３列のキー入力と互換性を持つ入力を実行できる。さらに回転体を回転することなく、各重心位置で上下に指を運動することで、携帯電話の十字キーに相当する入力を実行することもできる。さらに回転体の回転量を検出してモニタ画面上のカーソルを移動させたり、メニューを選択したりできる。
【００１９】
また、押し込み力は上下可動板を経由して、タクトスイッチおよび左右傾斜検出手段にも伝達される。タクトスイッチに関しては、上下可動板が下方に変位（移動）することで、タクトスイッチが投入され、この時点で前記重心位置や回転量で選択したメニュー項目や文字の入力を確定したり、選択した範囲の「コピー」や「貼り付け」をしたり、といった命令を実行することができる。
【００２０】
また、左右傾斜検出手段に関しては、指先により上下可動板が左右の支点のいずれかの側に重心が掛けられて傾斜したかを判定するので、これにより、左右の支点を境界点とする３つのエリアを区分して、重心の加わるエリアに応ずる指令信号を出力できる。
【００２１】
本データ入力装置では、上記のように、携帯電話のキーボードと完全に互換性を持つデータ入力が可能であるので、携帯電話の操作方法に準じて、日本語、英数字、記号等のデータ入力をできるばかりでなく、回転体の回転を通じて、平仮名の５０音表の行の選択をより能率良く実行できる。回転体を逆方向に回せば、誤って選択した行を戻すことも可能である。さらに回転体の回転によってカーソルを自在に動かせるので、メニュー選択や、スクロール等の操作をも正確、簡易、迅速に実行できるデータ入力装置を提供できる。
【００２２】
また、中央軸の回転量検出手段は、好ましくは、中央軸の軸端にスリット部材または円盤状部材または電極、抵抗体などを設け、中央軸の回転を検出するロータリエンコーダを形成するのがよい。
【００２３】
係るロータリエンコーダにより、各種のカーソル操作、スクロール操作を実行することが可能になる。
【００２４】
また、前軸および後軸の前記回転量検出手段を、前軸および後軸に、２個の同一の多角形状を有し、かつ、２相のパルスを互いに所定の位相差角を成すように出力するように取り付けられた回転カム部材と、これら回転カム部材に個別に電気接触可能な電気接点手段とで形成するロータリエンコーダの形態としてもよい。
【００２５】
係るロータリエンコーダを有することで、前軸および後軸に取り付けた回転体の回転方向と、その回転量（回転角度）を、「カチカチ感」を伴う反発力を周期的に生成しながら、その反発力と同期の取れた電気信号で検出できるようになる。なお前記多角形カム部材は、前記シーソ部材が前方に傾くときには、前方のカム部材が反発力を生成するバネ部材と接触し、このとき後方のカム部材は同様に設けられたバネ部材から離れ、前方の回転体のみ回転時に周期的な反発力（カチカチ感）を生じると良い。逆に前記シーソ部材が後方に傾くときには、後方のカム部材が反発力を生成するバネ部材と接触し、このとき前方のカム部材は同様に設けられたバネ部材から離れ、後方の回転体のみ回転時に周期的な反発力（カチカチ感）を生じると良い。操作者は、どちら側の回転体にカチカチ感が生じるか触覚によって把握して、シーソ部材がどちら側に傾斜しているのか把握できる。
【００２６】
また、回転カム部材には、その頂角部間のカム接触を行う辺に絶縁体が突き出るように設けると好都合である。
【００２７】
係る絶縁体が存在することで、回転カム部材が電気接点手段に常時電気接触する不都合を回避でき、回転体の回転数を正確に検出することができるようになる。
【００２８】
なお、前記データ入力装置において、左右傾斜検出スイッチを基台の略中央部から左右対称にそれぞれ片持ち梁状に延びる電気回路としての板ばねで形成してもよい。
【００２９】
これによれば、上下可動板に上方から指先による押し込み力が作用しない場合には、上下可動板は板ばねを押しつけないので電気回路は開成し、押し込み力が作用した場合には、２つの支点で分けられる３つのエリアのいずれに圧力の重心があるかにより、左右いずれか、あるいは両者の板ばねが、ばね反力に抗してたわみ変形し、左右いずれかの方向に傾斜させられ、あるいは平行を保ち、その結果、板ばねを介して異なる電気回路が閉成されて３つの傾斜状態を区別する検出信号を出力できる。
【００３０】
また、データ入力装置において、左右傾斜検出スイッチは板ばねの代わりに、例えば、接触部位に穴の開いた絶縁層を挟んで２層に重なった電極を備えるフィルムスイッチで形成することもできる。
【００３１】
また、データ入力装置における左右傾斜検出スイッチを、受発光素子で形成し、光の遮断状況から３つの傾斜状態を識別してもよい。
【００３２】
上述の方式では前後に回転する回転体を用いたが、本発明の別の形態においては、左右に回転する回転体を使用する。すなわち、この別形態においては、基台の上に間隙を存して設けられ、上下に変位可能でかつ２支点シーソ構造で傾斜状態を３通りに変える上下可動板と、この上下可動板に、前後方向に並進運動するようにリンク結合された回転体配列を設け、この回転体配列を構成する回転体は左右に回転するようにする。この回転体配列は中央軸、前記中央軸を挟んだ略等位置にこの中央軸と略平行に回転可能に配設された左軸および右軸、当該左軸、右軸および前記中央軸に一体に取り付けられ、左右に回転する回転体、前記中央軸の軸端に設けられ前記回転体の回転量を検出する回転量検出手段、前記基台と前記上下可動板の一方側との間に設けられ、２つの支点を備えたシーソ機構により、前記シーソ部材が左右のいずれの側に傾いたか、あるいは平行かを検出する左右傾斜検出手段、および前記基台と前記上下可動板の他方側との間に設けられ前記上下可動板が下降変位するときに電気接続してタクトが実行指令されるタクトスイッチを備えたことを特徴とする。
【００３３】
なお回転体配列が前後方向に並進運動することを可能とする機構は、次のように構成する。上下可動板の左右両側に揺動可能にピン結合された同じ長さの第１リンクと第２リンク、当該第１、第２両リンクの上方にそれぞれ回転可能にピン結合され、第１、第２両リンクと協働して平行リンク機構を形成する第３リンク、この第３リンクに設けられ文字や指令を入力するように形成した回転体形状等を有するデータ入力操作部材、前記上下可動板に回転可能にピン結合され、前記平行リンク機構の前後の並進運動に応じて前記第１，第２リンクが左右いずれの方向に傾斜したかを判定するスイッチ部を有する倒立スイッチ、および前記上下可動板と前記第１リンクまたは第２両リンクとの間に設けられ、指から加えられる圧力の重心が前部と後部の回転体のいずれにかかるのかを検出する板バネ状スイッチを備えたことを特徴とする。
【００３４】
これによれば、平行リンク機構が前後いずれかの側に並進すると、これに応じて倒立スイッチが揺動してスイッチ部が作動し、前後いずれかの側に並進したかを判定できる。また、第１、第２両リンクの下部に設けられた板バネスイッチが、指から加えられる圧力が前部後部の回転体のいずれに加えられるかによって、開閉状態を変えて、回転体配列上の前後のいずれに指から圧力が加わるのか検出することができる。
【００３５】
また、本発明の別の形態においては、１つの支点の両側に揺動するシーソ構造体を複数配列した構成を取る。すなわち、基台にシーソ運動可能に水平に対向配置された文字や指令を入力するデータ入力操作用の回転体を有する一対の可動板を２つ設け、前記回転体に対応する両可動板の下部から突き出る突起部、当該突起部と前記基台との間に設けられ、突起部の基台側への押し込みにより前記回転体が押し込まれたことを電気信号で出力するフィルムスイッチを備えるとともに、前記一対の可動板が対向する両端面を、互いに傾斜面で成るカム面で接触するように形成したことを特徴とする。
【００３６】
この発明によれば、いずれかの回転体が押し込まれることにより、その押し込まれた回転体の下方に存する突起部がフィルムスイッチを上から押圧する。その結果、押圧されたフィルムスイッチは導体と電気接続し、電気回路が閉成されることとなり、回転体配列上で指から加わる力の重心位置を検出することが可能となる。
【００３７】
なお、以上の各方式において、指を回転体配列上で回転体に接しながら回転体の回転方向に円滑に動かすことができる。この際に指から加わる圧力の重心の移動速度を上述した各方法で検出し、その速度に連動してカーソルの移動速度を制御することができる。
【発明の効果】
【００３８】
このように本発明によれば、コンパクトな入力デバイスを使い、触覚手掛かりを得ながら、手探りで携帯電話の標準キーボードと十字キーの全操作を、互換性を維持しながら実行できる。しかも平仮名入力時の５０音行送りや、スクロールやカーソル移動を回転体の回転操作により、円滑に実行でき、操作性に優れた小型の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】
【００３９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づいて順次詳述していく。
［第１実施形態］
【００４０】
第１実施形態は、例えば、携帯電話本体やノート型パーソナルコンピュータ等に搭載されるデータ入力装置としての「タッチパネル」に適用される。具体的には、図１（ａ）に示すように、タッチパネル１は合成樹脂製のフィルム状の薄膜で被膜され、平面形状が正方形を成し、９個の正方形状の小エリア（領域）に区分される。その表面は、ユーザ側から視て、図示のような文字の他に、入力しようとする文字、記号、符号等を印刷したもの、あるいは透過光線で浮き彫り文字等を表示されるようにしている。また、タッチパネル１の平面形状は、正方形に限定されるものではなく、縦長四角形、横長四角形、台形、楕円、円形等種々の形状であってもよい。さらに、区分するエリアの数も９個である必要はなく、例えば、図１（ｂ）のように４個に区分されたタッチパッド２でもよいのは勿論である。
【００４１】
タッチパネル１を９区分に仕切られた各エリア（スイッチ）は、それらの周囲（境界）を太線で示したように、微少な高さだけ突出した突条の突起３で区画される。これら突起３は、例えば、タッチパネル１を形成する合成樹脂材と一体成形して形成されるものである。また、各エリア（スイッチ）は指先の微妙な触圧に感応するように形成され、各区分に付与されたデータ入力機能に応じた信号が指令（出力）されるようになっている。なお、図１（ｂ）のタッチパネル２の場合には、太線で図示したように４個のエリアの周囲を仕切るように十文字条の突起４が形成される。この場合、操作者は、突起上に指がある場合に、指は境界領域にあると見なし、突起上に指が乗らない純粋に左右上下の領域にある場合と、境界領域を区別することで、やはり９種の指接触位置を区別することができる。
【００４２】
本第１実施形態によれば、指先がタッチパネル１表面の突起３，４に触れることで、どこの領域に指先が置かれているかを触覚で感知できるので、データ入力装置を視ないでデータ入力操作を実行でき、操作性が格段に向上する。なお、図１（ａ）においては、タッチパネル１中央部の突起３は、二点鎖線で示したような十文字状の突起３ａに形成してもよい。また、図１（ｂ）の場合には、二点鎖線で示すような井桁状の突起４ａに形成してもよい。
［第２実施形態］
【００４３】
第２実施形態に係るデータ入力装置は、図２（ａ）に示したように、例えば、１から９までの数字と、カーソルの移動方向を示す黒塗りの三角符号の矢印マーク（方向指示ボタン）、＊マーク、および＃マークがタッチパネル５（データ入力装置）にスイッチ（ボタン）として施される。数字やマークが付されない無地のポジション５ａ，５ｂは、指先を置いただけでは、データが入力されないエリアとして形成される。例えば、ポジション５ａに置いた指先を下にずらすことで、数字「４」が入力されるようになっている。黒塗りの三角マークのスイッチは、カーソルを移動させる場合に使用されるが、スイッチ上に指先を置いて押圧しただけでは入力されず、押圧状態から指先を上げることによりカーソルへの指令を出力でき、指先を置いてから上げるタイミングを見計らうことで、カーソルの移動量を調整しながら移動できるように構成される。
【００４４】
また、カーソルの移動スイッチである黒塗りの三角ボタンを押し間違えた場合には、指先を置いた黒塗りの三角マークのスイッチ上を指先で適当に往復運動することでデータ入力の位置情報がキャンセルできるようになっている。図２（ｂ）は、各エリアに平仮名を割り当てたときの図である。
【００４５】
データ入力装置として、図２のデザインの他に、例えば、タッチパネルに図３（ａ）（ｂ）に示されるようなデザインを施したデータ入力装置６として形成してもよい。
【００４６】
本第２実施形態によれば、データ入力装置６として形成されたタッチパネルを指先で触圧していくことで、データ入力を容易に行えるようになる。
これらのマークはディスプレイ装置に表示され、指が位置する場所に対応する部位が反転表示されたり、色を変えて表示されたりすれば、ディスプレイの画面を見ながら操作状況を把握することもできる。
［第３実施形態］
【００４７】
次に、図４〜図６に示す第３実施形態を説明する。図４の（ａ）、（ｂ）には第３実施形態に係るデータ入力装置１０の全体構成が示されていて、このデータ入力装置１０は、例えば、携帯電話本体（不図示）に収容され、主として基台１１，基台１１上に設けられる上下可動板１２，上下可動板１２に設けられた中央軸１３，シーソ部材１４，前軸１５，後軸１６，データ入力操作用の回転体１７、回転体１７の回転量を検出する回転量検出手段１８，シーソ部材１４が前後いずれの側に傾斜したかを検出する前後傾斜検出手段１９、各種指令を入力したり、指位置の読み出しタイミングを指定したりするタクトスイッチ２０、および上下可動板１２が左右いずれの側に傾斜したかを検出する左右傾斜検出手段２１から構成される。以下、上記各構成要素について説明していく。なお、図４（ｂ）において、符号Ｆは指先を示し、矢印Ｙはデータ入力装置１０の前後方向、それに直交する方向を左右方向と定義する。
（基台と上下可動板）
【００４８】
基台１１は四角形状の外形を有する平板状のベース部材であり、携帯電話本体に固定される。この基台１１の上には、基台１１と相似形状を有する小さな外形を有する平板状の上下可動板１２が所定間隙を存して上下変位（上下移動）可能、及び左右傾斜可能に設けられる。具体的には、上下可動板１２の前後側面の端面から各２本の突出部１２ａ、１２ｂが設けられ、これら１２ａ，１２ｂが基台１１に固定された後側案内部材１２ｃと前側案内部材１２ｄに形成された長孔１２ｅ，１２ｆに差し込まれる。これら長孔１２ｅ，１２ｆは、上下可動板１２の上下移動と、後述するシーソ運動を可能とするように形成される（図５参照）。このシーソは２つの支点を持つ特殊なシーソであり、左支点の左側に力の重心がかかる場合には左に傾斜し、左右支点間に重心がかかる場合には、水平を保ち、右支点の右側に力の重心が来る場合には右に傾斜する。
【００４９】
前側案内部材１２ｃの長孔１２ｅに差し込まれた突出部１２ａは、基台１１の略中央部で左右方向に対称に片持ち梁のように延びるへの字形状を有する板ばね２１ａの上に着座する。この板ばね２１ａは導体であり、後述する左右傾斜検出手段２１の電気回路の一部として形成される。上下可動板１２は、板ばね２１ａのばね反力により上方から外力が作用しない自然状態では、図５（ｄ）のように基台１１との間に所定間隙を存するようになる。
【００５０】
同様に、後側案内部材１２ｄの長孔１２ｆにも、突出部１２ｂが挿通されていて、基台１１と後側案内部材１２ｄの間に設けた後述のタクトスイッチ２０が有するばね部材（不図示）のばね反力を受けて常時突出部１２ｂを長孔１２ｆの上に係止する方向に付勢する。これにより、上下可動板１２は板ばね２１ａとタクトスイッチのばね部材とのばね反力を受けて、常時基台１１から所定間隙を存して浮き上がるように付勢されながら支持される。
（中央軸、シーソ部材、前軸、後軸）
【００５１】
上下可動板１２の中央部には左右一対の支持脚１２ｇが設けられ、中央軸１３が支持脚１２ｇに回転自在に支持される。そして、中央軸１３に中央軸１３をシーソ運動の回転中心とする左右一対のシーソ部材１４が設けられる。シーソ部材１４は中央軸１３に対して相対回転が可能である。一対のシーソ部材１４の中央軸１３を挟んだ略等位置に、中央軸１３と略平行に配設された前軸１５と後軸１６とが回転可能に設けられる。こうして、中央軸１３，シーソ部材１４，前軸１５および後軸１６によりシーソ装置が形成されることとなる。このシーソ装置は中央軸１３を回転（揺動）中心として基台１１に対して前後方向に揺動する。
（回転体）
【００５２】
回転体は、具体的には球体、すなわち、ボールを採用している（以下、「ボール」という）。中央軸１３に一個、前軸１５と後軸１６とに各二個の手指で回転するボール１７が各軸１３，１５，１６と一体回転するように設けられ、文字や指令を入力するようになっている。なお、このボールは球体形状を有するが、中央軸１３，前軸１５，後軸１６に実質的に回転を付与できる形状を有するものであれば、円板、ソロバンに用いられる珠等であってもよい。
（回転量検出手段）
【００５３】
中央軸１３，前軸１５、および後軸１６の各軸における軸端と上下可動板１２との間には、各ボール１７の回転量を検出するためのロータリエンコーダとしての回転量検出手段１８が設けられる。中央軸１３左方の軸端に設置される中央ロータリエンコーダは、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１８ａと、スリット部材１８ａを挟むように配置した受発光部１８ｂとで構成される。勿論、中央ロータリエンコーダをスリット部材１８ａで形成するのではなく、抵抗部材を貼り付けた円盤状部材で形成し、その抵抗値を測定する可変抵抗方式、電極を複数個設けて接触子との導通状態をカウントする電極方式、反射部材を貼り付けして光りの反射により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ことは言うまでもない。
【００５４】
前軸１５と後軸１６に設けられるロータリエンコーダは、同じ構造を有するので、ここでは、前軸１５のロータリエンコーダの構成について説明する。すなわち、ロータリエンコーダは、前軸の両端に固定した正六角形状（ナット状）の略同一形状を成す４個のカム部材１８ｃ〜１８ｆと、上下可動板１２の基部１８ｋ、１８ｍから片持ち梁状に延びる４個の電気接点１８ｇ〜１８ｊとで形成される。カム部材１８ｃ、１８ｄの取り付け角度は、頂角が３０から少しずれた位相差角、たとえば、図４（ａ）のように、鉛直線から２５度をなし、２相のパルスを出力するように設定して取り付けられる。
【００５５】
図６（ｂ）のようにシーソ部材１４が水平であるとカム部材は回転しても、電気接点に触れることはなく、回転体は回転時に何も反発力を受けることはない。一方、図６（ｃ）や（ｄ）のようにシーソ部材１４が前後に傾斜すると、傾斜した側のカム部材は回転するときに電気接点に接触する。例えばカム部材１８ｃ、１８ｄがボール１７により回転されると、図６（ｅ）に示す無接触の状態から、同（ｆ）のように、頂角が電気接点１８ｇを弾性変形させながら接触し、電気回路が導通する。一方、右側のカム部材１８ｄは左側のカム部材１８ｃと２５度の位相差角をなして設けているので、各カム部材１８ｃ、１８ｄが電気接点１８ｇ、１８ｈに順次導通していくことで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、カム部材を電気接点に触れながら回転することで回転運動に対して周期的な反発力（カチカチ感）を生じながらパルスを発生し、パルス数をカウントできる。これにより、ボール１７の回転量（角度）を検出することができ、また、位相が２５度進むか、遅れるかを観ることにより回転方向を検出することができる。
【００５６】
なお、図６（ｇ）、（ｈ）に示すように、カム部材のカム接触を行う辺（面）に絶縁体の突起１８ｎを設けるようにするのが好ましい。これによって、同図（ｅ）、（ｆ）のように常時カム接触する不具合の生じることを回避でき、ボールの回転量を正確に検出できる。
（前後傾斜検出手段）
【００５７】
前後傾斜検出手段は、シーソ部材１４と上下可動板１２の基部１８ｋとで形成される。シーソ部材１４が中立状態にある場合には、図６（ｂ）のように前後傾斜検出手段は非導通状態にある。前軸１５にあるボール１７を押し込んだ場合には、図６（ｃ）、図１６（ｄ）に示すように、シーソ部材１４がいずれかの基部１８ｋ、１８ｍと電気的に導通しているかで、どちら側に傾斜しているかを検出できる。
（タクトスイッチ）
【００５８】
タクトスイッチ２０は、図５（ａ）のように、前側案内部材１２ｄと基台１１との間に配置され、ばね部材（不図示）のばね力により、案内部材１２ｄを上方へ付勢する。この状態では、タクトスイッチ２０は非導通にあるが、上下可動板１２が上記ばね力に抗して下方へ押しつけられると、同図（ｂ）のようにタクトスイッチ２０が導通することで、例えば、ボール１７で選択されたメニューが実行される。
（左右傾斜検出手段）
【００５９】
基台１１と後側案内部材１２ｃとの間には、左右傾斜検出手段が設けられる。この左右傾斜検出手段は、図５（ｄ）に示されるように、長孔１２ｅに挿入される突出部１２ａと、板ばね２１ａ（導体）と、基台１１に突出する突起１１ａ（導体）とで形成される。
【００６０】
ボール１７が指先で押されて上下可動板１２が、図５（ｅ）に示すように左方に傾斜し、板ばね２１ａが突起１１ａと電気接触して回路が閉成することで左方に位置するボールが傾斜していることを、図５（ｆ）のように左右の板ばね２１ａが同時に左右の突起１１ａに電気接触することで、中央軸１３のボール１７が押し込まれたことを検出する。
【００６１】
こうして、本第３実施形態によれば、ボール１７を設けたシーソ部材１４の前後、左右の傾斜方向、およびボールの回転量の検出、タクトスイッチによる実行指令等の機能がコンパクトに構成されるので、ボールを指先で回転したり押し込んだりするだけの容易な操作によりデータ入力の操作性を格段に向上できる。
［第４実施形態］
【００６２】
図７に示す第４実施形態が上記第３実施形態と大きく異にする構成上の相違点は、第３実施形態では回転体を前後方向に回転させ、シーソ部材１４を中央軸１３を回転軸として前後方向に傾斜させることによって、回転体配列を前後方向に揺動（傾斜）させるのに対して、本第４実施形態では回転体を左右方向に回転させ、平行リンク機構５０のリンク５１、５２等を傾斜させて、回転体配列を前後方向に揺動（並進運動）させる点にある。さらに第４実施形態では、板バネスイッチ５９ａ、５９ｂを用いて、指の重心位置が前後のボールのどちらにかかっているか検出している。また第３実施形態においては中央軸１３，前軸１５，後軸１６のいずれの軸に設けたボール１７についても、それらの回転量をロータリエンコーダで検出する構成を有しているが、本第４実施形態では中央軸１３ａに設けたボール１７ｂを除いた他のボール１７ａについては、その回転量をロータリエンコーダで検出しない構成とした点が異なっている。
【００６３】
次に、図１０、図１１を用いて、前後方向の指の動きを検出する前後傾斜検出手段６０について説明する。図１１、１２は図７の側面図である。ここで、前後傾斜検出手段６０は、上下可動板１２の前後両側に揺動可能にピン結合された同じ長さの第１リンク５１と第２リンク５２、第１、第２両リンクの上方にそれぞれ回転可能にピン結合され、第１、第２両リンク５１，５２と協働して平行リンク機構５０を形成する第３リンク５３、上下可動板１２に回転可能にピン結合され、平行リンク機構５０の変形に応じて第１，第２リンク５１，５２が前後いずれの方向に傾斜したかを判定するスイッチ部５５を有する倒立スイッチ５６で構成される。また、第３リンク５３の下方には、上記倒立スイッチ５６の上方端に係合可能な係止部５８が設けられる。上下可動板１２は案内部材１２ｃ、１２ｄによって、基台１１と連結している。
【００６４】
図１０（ａ）において、ユーザが前側のボール１７ａを押下すると図１０（ｂ）のように前側の接点５９ａが接触状態となる。一方、ユーザが後側のボール１７ａを押下すると図１０（ｃ）のように後側の接点５９ｂが接触状態となる。これによって、前後どちらのボール１７ａが押下されたかを知ることができる。図１１は図１０の押下状態において、さらにボールに前後の力を印加したときの作用を示した図である。図１１（ａ）において、図中後側のボール１７ａを押下し、その状態でボールに図中前方向への力を加えると図１１（ｂ）のように第３リンク５３は、前方向へ移動する。これにより、倒立スイッチ５６は後側の係止部５８に押され前方向に倒れる。図１１（ｃ）は、後側のボールを押下した状態で、後方向に力を加えてずらしたときの図である。この倒立スイッチ５６によって倒れた方向を知ることができる。すなわち、電気接点５９ａ、５９ｂによって、押下された位置（領域）が判別でき、倒立スイッチ５６によって、この位置（領域）における動作方向を検知することができる。
【００６５】
上記以外の構成については、両実施形態とも共通する。なお、図７において、第３実施形態と同一、または共通する部材、部分には同一の符号を付してその詳細な説明は割愛することとする。
【００６６】
このように、本第４実施形態によれば、ボールの回転量を検出するロータリエンコーダが設けられていないが、ボールが左右に回転するので、指をボールに接触したまま、左右に円滑に動かすことができ、その際に板バネスイッチ機構１２、２１等を通じて指の重心位置の変化を検出して、その変化に連動してカーソル等を動かすことができる。
【００６７】
すなわち、長孔１２ｅに挿入される突出部１２ａと、板ばね２１ａ（導体）と、基台１１に突出する突起１１ａ（導体）とで形成される左右傾斜検出手段により、左右のいずれの側に傾斜したかを検出することが可能であり、この傾斜状況から指の重心位置が左右中央のいずれにあるのか判断できる。指を回転体上で左右に動かせば、この重心位置が時間的に変化し、上記導体間の接触関係が変化する時間間隔を計測することによって、指の運動方向と速度を求めることができる。
【００６８】
なお、中央軸１３ａをボール１７ａの回転により回転させることで、そのボールの回転量を検出できるのは勿論である。
【００６９】
また、前後傾斜検出機構６０により、平行リンク機構５０が前後いずれかの側に傾斜すると、これに応じて倒立スイッチ５６が揺動してスイッチ部５５が作動し、前後いずれかの側に傾いたかを判定できる。このように各リンクが前後に傾斜するときにボールは前後に並進運動することになる。
［第３および第４実施形態の変形例１］
【００７０】
上記第３実施形態および第４実施形態における左右傾斜検出手段２１の代わりに、ボールを図示しない図８（ａ）に示す構造の左右傾斜検出手段３１であってもよい。係る変形例における左右傾斜検出手段３１は、基台１１の左右に配置した一対の導体３２，各導体３２の上方に微少間隙を存して設けた３層構造のフィルムスイッチ３３，このフィルムスイッチ３３の上方から面タッチする上下可動板１２側の押圧部３４とで形成される。なお、符号３５は上下可動板１２を常時上方へ付勢するコイルばねを示す。
【００７１】
フィルムスイッチ３３の３層構造は、例えば、下層に電気接点が形成され、中層には上記押圧部３４の下端が進入可能とする孔が形成され、さらに上層には下層の電気接点と導通可能な電気接点が形成されることで構成される。
【００７２】
したがって、本変形例によれば、図８（ｂ）のように左方側に押し込み力を作用させることで、上下可動板１２は左方に傾くと同時に、左方に位置するフィルムスイッチ３１が押圧部３４で押し込まれ、基台１１の導体３２に電気接触して電気が導通する。これにより、上下可動板１２が左方に傾斜したことが検出される。また、同図（ｃ）のように上下可動板１２の中央部位に力を作用させると、上下可動板１２が基台１１と略平行に下方移動する。これにより、左右のフィルムスイッチ３１が同時に電気接触することが可能となる。これにより、上下可動板１２が全体として下降変位したことが検出される。
［変形例２］
【００７３】
上記変形例では、左右傾斜検出手段３１をフィルムスイッチ３３を使用して構成したが、この代わりに、図９（ａ）に示すように、受発光部４０の凹部４１に発光部４２と受光部４３を対向配置し、凹部４１に進退する突出部１２ａが発光部４２からの光を遮光するかどうかを検知するようにすることもできる。係る構成により、上下可動板１２が左右いずれの側に傾斜したかを検出することが可能となる。
［第５実施形態］
【００７４】
第５実施形態に係るデータ入力装置は、情報機器に搭載されたデータ入力装置であって、基台１１にシーソ運動可能に水平に対向配置された文字や指令を入力するデータ入力操作用のボール６１を有する一対の可動板６２，６３、ボール６１に対応する両可動板６２，６３の下部から突き出る突起部６４、突起部６４と基台１１との間に設けられ、突起部６４の基台１１側への押し込みによりボール６１が押し込まれたことを電気信号で出力する図８で示した上記変形例で使用したと同じフィルムスイッチ６５、およびフィルムスイッチ６５下方に所定間隙を存して基台１１に設けた導体６６を備える。また、一対の可動板６２，６３が対向する両端面には、互いに傾斜面で成るカム面６２ａ，６３ａが形成され、カム接触を可能とするようになっている。
【００７５】
この第５実施形態によれば、ボール６１が操作されない図１２（ｂ）に示す状態から、同図（ｃ）のように、左方のボール６１が押し込まれた場合には、その押し込まれたボールの下方に存する突起部６４がフィルムスイッチ６４を上から押圧する。その結果、押圧されたフィルムスイッチ６４は導体６６と電気接続し、電気回路が閉成されることとなり、データを入力することが可能となる。また、中央に配置されたボール６１が押し込まれると、同図（ｄ）に示すようにして電気回路が閉成される。
【００７６】
以上、本発明を第１〜第５実施形態およびそれら変形例により詳述してきたが、具体的な構成はこれら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。
【００７７】
図４に示したように、カム部材１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆを正六角形に形成した場合、互いに３０度にするのでなく、２５度、３５度の位相角を成すように前軸１５，後軸１６に取り付けたが、位相角はこれに限定されるものでなく、ボール１７による前軸１５や後軸１６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、カム部材１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆも正六角形に限定されるものでもない。さらに、上述の各データ入力装置は、前後と左右を必要によって入れ替えて使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の第１実施形態におけるデータ入力装置に係り、（ａ）はタッチパッドの平面図、（ｂ）はその変形例における平面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るデータ入力装置の平面図である。
【図３】図２のデータ入力装置の変形例における平面図である。
【図４】第３実施形態に係り、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【図５】第３実施形態に係り、（ａ）はタクトスイッチが押されない状態を示す部分側面図、（ｂ）はタクトスイッチが押し込まれた状態を示す部分側面図、（ｃ）は基台と上下可動板との関係を示す要部側面図、（ｄ）は左右傾斜検出手段を示す部分正面図、（ｅ）、（ｆ）は作動説明図である。
【図６】第３実施形態に係り、（ａ）は上下可動板上に配設されるシーソ部材、ボールとの相対関係位置を示す平面図、（ｂ）〜（ｄ）はシーソ部材がシーソ運動する状態を説明する要部側面図、（ｅ）〜（ｈ）はカム部材が回転する状態を説明する作用図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係り、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
【図８】第３実施形態および第４実施形態に係る変形例１における作用を説明する部分側面図である。
【図９】第３実施形態および第４実施形態に係る変形例２における作用を説明する部分側面図である。
【図１０】図７の側面図であり、平行リンク機構の作用の説明図である。（その１）
【図１１】図７の側面図であり、平行リンク機構の作用の説明図である。（その２）
【図１２】本発明の第５実施形態に係り、（ａ）は正面図、（ｂ）〜（ｄ）はその側面から観た作動を説明する側面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１、２  タッチパネル（データ入力装置）
３，３ａ、４  突起
５、６  タッチパネル（データ入力装置）
１０  データ入力装置
１１  基台
１１ａ  突起
１２  上下可動板
１２ａ、１２ｂ  突出部
１２ｃ  後側案内部材
１２ｄ  前側案内部材
１２ｅ，１２ｆ  長孔
１２ｇ  支持脚
１３，１３ａ  中央軸
１４，１４ａ  シーソ部材
１５，１５ａ  前軸
１６，１６ａ  後軸
１７，１７ａ  ボール（回転体）
１８  回転量検出手段
１８ａ  スリット部材
１８ｂ  受発光部
１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ、１８ｆ  カム部材
１８ｇ〜１８ｊ  電気接点
１８ｋ、１８ｍ  基部
１９,  ６０  前後傾斜検出手段
２０  タクトスイッチ
２１  左右傾斜検出手段
２１ａ  板ばね
３１  左右傾斜検出手段
３２  導体
３３  フィルムスイッチ
３４  押圧部
３５  コイル
４０  受発光部
４１  凹部
４２  発光部
４３  受光部
５０  平行リンク機構
５１  第１リンク
５２  第２リンク
５３  第３リンク
５４  データ入力操作部材
５５  スイッチ部
５６  倒立スイッチ
５７  タクトスイッチ
５８  係止部
５９ａ、５９ｂ  電気接点
６１  ボール（回転体）
６２，６３  可動板
６４  突起部
６５  フィルムスイッチ
６６  導体
【図１】
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【図２】
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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３】
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