(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に電圧が印加されていない固定基板の上方に首振り自在に支承された入力操作部と、該入力操作部の反対側に作用部としての凸球面部を有するアクチュエータを有し、前記凸球面部の表面には面状抵抗体が一体に形成されており、前記入力操作部の動作に対応して前記凸球面部の前記面状抵抗体の一部が前記固定基板の表面上を転接することによって生じる電気的特性を利用して入力操作部の位置データを読み取るようにしたポインティングディバイスにおいて、前記面状抵抗体は平面に展開した場合に円形状をしており、該展開した円形状の面状抵抗体に直交する２方向から電圧を印加するように、前記展開した円形状の面状抵抗体の外周に、該外周のほぼ１／８の長さを有する線状の電極を対向させて配置した少なくとも２対の電極対を等間隔に配置したことを特徴とするポインティングデバイス。
【請求項２】
表面に電圧が印加されていない固定基板の上方に首振り自在に支承された入力操作部と、該入力操作部の反対側に作用部としての凸球面部を有するアクチュエータを有し、前記凸球面部の表面には面状抵抗体が一体に形成されており、前記入力操作部の動作に対応して前記凸球面部の前記面状抵抗体の一部が前記固定基板の表面上を転接することによって生じる電気的特性を利用して入力操作部の位置データを読み取るようにしたポインティングディバイスにおいて、前記面状抵抗体は平面に展開した場合に円形状をしており、該展開した円形状の面状抵抗体に直交する２方向から電圧を印加するように、前記展開した円形状の面状抵抗体の外周に、該外周のほぼ１／８の幅に複数の点電極が等間隔に配置された点電極部を対向させて配置した少なくとも２対の電極対を等間隔に配置したことを特徴とするポインティングデバイス。
【請求項３】
前記凸球面部の前記面状抵抗体と該面状抵抗体と対向する前記固定基板との間にクリック感を発生できる弾性部材を設けたことを特徴とする請求項１又２に記載のポインティングデバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種電気・電子機器で使用される多方向スイッチやコンピュータやゲーム機等において２次元の座標位置を入力するためのジョイスティック等のポインティングデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、各種電気・電子機器で使用される多方向スイッチは、中央の支点部を中心として入力操作部の円周方向を等分割した複数箇所の下面に複数の接点を設けたものがほとんどである。
【０００３】
また、コンピュータのディスプレイ画面上のカーソル移動に用いるポインティングディバイスとしては、たとえば特開平９−２０４２６４号公報に記載されているようなものが知られている。
【０００４】
すなわち、図７に示すように、電極が対向する２辺に配された方形状の抵抗膜を２枚微少間隙を有して向かい合わせた面状抵抗体４０を固定基板４１上に配置し、面状抵抗体４０の上に入力操作用のアクチュエータ４２を搭載している。
【０００５】
アクチュエータ４２は平面から見て略円板状とされ、その面状抵抗体４０と対向する一方の板面は凸球面４３となっている。アクチュエータ４２の他方の板面は平面とされ、円形の操作面４４とされている。そして、凸球面４３が入力操作に応じて面状抵抗体４０の入力面４５に転接し、その接触位置において入力面４５が加圧されるようになっている。そこで、この接触位置を検出して位置データを得、この位置データをカーソルの移動速度と方向とを表すデータに変換し、その変換データをアクチュエータ４２の入力操作中、出力するようにして、接触位置が入力面４５の中心に近い程、カーソルの移動速度を遅くすることで操作性の向上を図るようにしている。
【０００６】
また、Ｘ−Ｙ方向の座標をコンピュータ等に入力するポインティングデバイスとしては、たとえば特開平１１−１６１４２０号公報に記載されているようなものが知られている。
【０００７】
すなわち、図８（ａ）に示すように、面状抵抗体１００と、この面状抵抗体１００に少なくとも２方向から電圧を印加する少なくとも２対の電極対１０１，１０２とを備え、面状抵抗体１００の任意位置における各電極対１０１，１０２による電位を読み出してコンピュータ等に入力する座標情報に変換するようになっており、各電極対１０１，１０２を構成する電極は単一の点電極１０３によって構成されていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の多方向スイッチにあっては、小さな入力操作部の中に設けられる接点の数には限界があり、その機構も複雑で部品点数も多く組み立て作業が繁雑でコスト高となっていた。
【０００９】
また、上記した従来のカーソル移動用のポインティングデバイスにおいては、通常電気回路を形成するために使用される固定基板４１に面状抵抗体４０を設けるには、特定の大きさの空間を占める部品を固定基板４１上に取り付ける作業が発生し、平面的な回路構成を得意とする回路基板メーカーにとっては煩わしいものとなり、特に固定基板４１に取り付けられるアクチュエータ４２との位置関係の精度が求められるため手間がかかりコスト高を招くことになっていた。
【００１０】
また、上記した従来のＸ−Ｙ方向の座標をコンピュータ等に入力するポインティングデバイスにおいては、各電極対１０１，１０２が単一の点電極１０３によって構成されていたので、図８（ｂ）のシミュレーションに示すように、等電位線ｖの分布が点電極１０３近辺が急勾配となり、電圧と座標が直線関係にならなかった。また、実質的に使用可能な入力エリアの電圧範囲が狭くなっていた。
【００１１】
さらに、点電極１０３，１０３付近はその抵抗値変化によって電圧が大きく変化するので、たとえば、図８（ａ）に示すように点電極１０３付近の抵抗１００ａが局部的に上昇すると、図９に示すように全体の電位分布が敏感に反応して等電位線ｖ′の位置が変化してしまうものであった。
【００１２】
この発明は上記した従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、部品点数を削減しアクチュエータと固定基板との位置関係の精度を緩和できる構造を採用することで製品コストを低減できるポインティングデバイスを提供すると共に、各電極対間の電位分布と座標の関係を可及的に直線的になるようにし、入力エリアの電圧範囲を広く取り得、しかも電極付近の抵抗値変化が全体の電圧分布に与える影響が小さいポインティングデバイスを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、表面に電圧が印加されていない固定基板の上方に首振り自在に支承された入力操作部と、該入力操作部の反対側に作用部としての凸球面部を有するアクチュエータを有し、前記凸球面部の表面には面状抵抗体が一体に形成されており、前記入力操作部の動作に対応して前記凸球面部の前記面状抵抗体の一部が前記固定基板の表面上を転接することによって生じる電気的特性を利用して入力操作部の位置データを読み取るようにしたポインティングディバイスにおいて、前記面状抵抗体は平面に展開した場合に円形状をしており、該展開した円形状の面状抵抗体に直交する２方向から電圧を印加するように、前記展開した円形状の面状抵抗体の外周に、該外周のほぼ１／８の長さを有する線状の電極を対向させて配置した少なくとも２対の電極対を等間隔に配置したことを特徴としている。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、表面に電圧が印加されていない固定基板の上方に首振り自在に支承された入力操作部と、該入力操作部の反対側に作用部としての凸球面部を有するアクチュエータを有し、前記凸球面部の表面には面状抵抗体が一体に形成されており、前記入力操作部の動作に対応して前記凸球面部の前記面状抵抗体の一部が前記固定基板の表面上を転接することによって生じる電気的特性を利用して入力操作部の位置データを読み取るようにしたポインティングディバイスにおいて、前記面状抵抗体は平面に展開した場合に円形状をしており、該展開した円形状の面状抵抗体に直交する２方向から電圧を印加するように、前記展開した円形状の面状抵抗体の外周に、該外周のほぼ１／８の幅に複数の点電極が等間隔に配置された点電極部を対向させて配置した少なくとも２対の電極対を等間隔に配置したことを特徴としている。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加えて、前記凸球面部の前記面状抵抗体と該面状抵抗体と対向する前記固定基板との間にクリック感を発生できる弾性部材を設けたことを特徴としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。最初に部品の構造の実施の形態について説明し、次に回路的な構成の実施の形態を説明する。
【００２２】
［発明の実施の形態１］
図１はこの発明に係るポインティングディバイスの実施の形態１の構造を示した要部縦断面図である。
【００２３】
ポインティングディバイス１２のケース２の孔３からアクチュエータ４の入力操作部５が直立した姿勢で突出するようにしている。この入力操作部５には、指に与える感触をよくするため及び滑り止め等の操作性の向上や視認性の向上を目的として、必要に応じてデザイン性を有するキャップ１３を取り付けるようにしている。
【００２４】
アクチュエータ４の入力操作部５と反対側（図１の下方）には作用部としての凸球面部６を形成し、この凸球面部６の表面には面状抵抗体７が一体に形成されている。この面状抵抗体７の材料としては導電性樹脂が好ましい。
【００２５】
アクチュエータ４の入力操作部５の裾部であって凸球面部６との境界に当たる箇所には、可撓性を有するドーム状の薄肉部８が外側に延出するように一体に形成されており、その下端部はアクチュエータ４の土台となる基部９と接続されてスイッチ部材１を形成している。
【００２６】
つまり、スイッチ部材１は入力操作部５と凸球面部６とからなるアクチュエータ４、ドーム状の薄肉部８、基部９が同一の樹脂で一体成形され、このスイッチ部材１がケース２内に納められた状態で固定基板１０に固定されている。
【００２７】
入力操作部５は操作していないときはドーム状の薄肉部８によって直立した姿勢を保っており、その状態から何れかの方向に入力操作部５を倒すように（首振り自在に）操作する場合には、ドーム状の薄肉部８がその際の首振り運動を支承するヒンジ部として機能する。
【００２８】
入力操作部５は操作していないときは、作用部６の表面の面状抵抗体７と固定基板１０とは僅かな間隔を保った状態で離れており、入力操作部５に外力が作用した際に、ドーム状の薄肉部８が弾性変形して面状抵抗体７が固定基板１０に接触するようになっている。
【００２９】
以下、この発明の実施の形態１の作用について説明する。
【００３０】
図２はこの実施の形態１の入力操作部を押し下げた状態を示した要部縦断面図である。
【００３１】
図２に示したように、アクチュエータ４の入力操作部５を真下に押し下げると、入力操作部５の降下度合いに伴いドーム状の薄肉部８の弾性変形が進み、ついには凸球面部６の表面の凸球面を呈した面状抵抗体７の中央部（頂点部）が固定基板１０に接触して入力操作部５の降下が停止する。
【００３２】
すると、面状抵抗体７の中央部に押圧力が作用するため、面状抵抗体７の抵抗値に変化が生じるので、通電された状態の面状抵抗体７に配置された少なくとも２対の電極対による電位を検出するようにしておいてこれを座標情報に変換することで、面状抵抗体７のどの部位が固定基板１０と接触しているかがわかることになる。
【００３３】
したがって、予めこの電位の変化に対応させた特定機能を果たす複数のスイッチ回路を閉じるように設定しておけば、入力操作部５を真下に押し下げる動作及び目的の方向へ倒す操作を加えることで、その動きに対応して固定基板１０に接触して押圧される面状抵抗体７表面の特定のＸ−Ｙ座標位置が定まり、その押圧されている特定の箇所での電位に対応したスイッチ回路が閉じることで目的とする電気的な機能が働くことになる。
【００３４】
この実施の形態１にあっては、アクチュエータ４の入力操作部５、凸球面部６、ドーム状の薄肉部８、基部９及び面状抵抗体７とからなるスイッチ部材１が一体で構成されているため、回路部分を除いた構成部材はスイッチ部材１、固定基板１０及びスイッチ部材１を収容するケース２の３点のみでポイントディバイスが完成できる。使用環境がよくて鋭利な物体等による外傷の発生がない場合にはケース２も不要となり、固定基板１０とスイッチ部材１だけで足りる。
【００３５】
また、面状抵抗体７をアクチュエータ４の凸球面部６の表面に一体に形成するようにしたので、成形された状態で常に面状抵抗体７の頂点部が固定基板１０と最も接近した位置関係となる。したがって、固定基板１０との組立の位置精度に注意を払う必要がなくなり、コスト低減が可能となった。
【００３６】
なお、図１及び図２に示した実施の形態１では、アクチュエータ４の凸球面部６の表面の面状抵抗体７と固定基板１０の表面との間には何ら他の部材を設けていないが、必要に応じて図３に示したように、面状抵抗体７と固定基板１０との間にクリック感を発生することのできる弾性部材１１を設けてもよい。
【００３７】
弾性部材１１は中央部が僅かに隆起したドーム状をしており、樹脂製又は金属製のいずれであってもよい。また、弾性部材１１は面状抵抗体７側又は固定基板１１側のいずれに取り付けてもよい。
【００３８】
このようにすると、クリック感をドーム状の薄肉部８だけで得る場合に比べ、入力操作部に押圧力を与えた際のクリック感が明確になり、操作確認がさらに容易となる。
【００３９】
次に、実施の形態１の回路的な構成について説明する。
【００４０】
図４（ａ）は実施の形態１に係るポインティングデバイスの回路の構成の模式図である。
【００４１】
図４（ａ）において、１２はポインティングデバイスを示すもので、このポインティングデバイス１２は、面状抵抗体７に少なくとも２方向から電圧を印加する少なくとも２対の電極対１４，１５と、を備え、面状抵抗体７の任意位置における各電極対１４，１５による電位を読み出して座標情報に変換するようになっている。
【００４２】
この模式図では、面状抵抗体７は円形状で、２対の電極対１４，１５は、互いに直角の２方向から電圧を印加するように配置されている。各電極対１４，１５は全く同一の構成で、互いに対向する一対の所定の幅を有する線状電極１６，１６によって構成されている。
【００４３】
各線状電極１６は円形の面状抵抗体７の外周に線状に配置されている。図示例では、線状電極１６の長さは面状抵抗体７の外周のほぼ１／８程度の長さとなっており、その対向辺は互いに平行となっている。
【００４４】
各電極対１４，１５には駆動回路１７，１８が接続されている。各駆動回路１７，１８には直流電源１９，１９が接続され、各電極対１４，１５に交互に電圧が印加されるようになっている。図４（ａ）は、一方の電極対１４の駆動回路１７がオン、他方の電極対１５の駆動回路１８がオフ状態であり、スイッチング素子２０を模式的に表示している（オン状態は特に図示せず）。このスイッチング素子２０は電極対１５の電源側の回路と接地側の回路の両方を遮断する。これにより、各電極対１４，１５それぞれによる電位を検出することができる。
【００４５】
図４（ｂ）は、このポインティングデバイスの電位分布のシミュレーション結果を示している。
【００４６】
図示するように、電極対１４に電圧を印加すると、線状電極１６近傍においても電流が線状電極１６の長さ分だけ分散されて流れ電圧変化の勾配は緩やかになり、線状電極１６間に形成される等電位線はほぼ等間隔になる。
【００４７】
このシミュレーションは一方の電極対１４による等電位線ｖのみを示しているが、他方の電極対１５による等電位線についても同様であり、面状抵抗体７の読み取り位置Ｐの座標（ｉ，ｊ）は、それぞれの方向の電極対により形成される電位（Ｖi，Ｖｊ）と対応できる。
【００４８】
電位の読み出し方法としては、固定基板１０に対して面状抵抗体７を動かして読み取り位置（接触位置）Ｐを変える構成とし、その読み取り位置の電位を読み出すようにしている。
【００４９】
電位情報（Ｖｉ，Ｖｊ）と座標位置（ｉ，ｊ）の変換は、面状抵抗体７上の電位情報（Ｖｉ，Ｖｊ）と座標位置（ｉ，ｊ）との関係を予めコンピュータのメモリに入れておけば、接触部分によって読み出した電位情報に基づいて座標位置を特定することができる。
【００５０】
このようにこの実施の形態１によれば、等電位線ｖが等間隔に近くなって電圧と座標が直線関係となり、対応を付けやすい。また、電位が直線的に変化するので、電極対１４，１５間に印加する電圧の使用範囲を広くとれる。さらに、電位が直線的に変化する電位分布となるので、局部的に抵抗値が変化しても、全体の電位分布に与える影響は小さい。
【００５１】
［発明の実施の形態２］
次に、この発明の主として回路的な構成の実施の形態を示す実施の形態２について説明する。
【００５２】
図５（ａ）は実施の形態２に係るポインティングデバイスの回路の構成の模式図である。
【００５３】
以下の説明では、上記実施の形態１と異なる点のみについて説明するものとし、同一の構成部分については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５４】
この実施の形態２は、各電極対１４，１５を、実施の形態２の線状電極１６に代えて、互いに対向して配置される複数の点電極２２によって構成したものである。
【００５５】
図示例では、円形の面状抵抗体７の外周のほぼ１／８程度の幅に、３個の点電極２２が所定間隔でもって配置されている。点電極２２の数および配置については、面状抵抗体７の大きさ，形状に応じて適宜選択される。
【００５６】
電極対１４，１５に電圧を印加すると、図５（ｂ）のシミュレーションに示すように、各点電極２２，２２近傍においても電流が複数の点電極２２に分散されて電圧変化の勾配は緩やかになる。また、電極対１４，１５間に形成される等電位線は、その間隔がほぼ等しい平行線に近くなり、入力電圧に対する使用可能な電圧範囲も広くとれる。
【００５７】
このシミュレーションも、一方の電極対３間の等電位線のみを示しているが、他方の電極対１５による電位線についても同様であり、面状抵抗体７のある位置の座標（ｉ，ｊ）は、それぞれの方向の電極対により形成される電位（Ｖi，Ｖｊ）と対応できる。
【００５８】
したがって、この電位と座標の関係をデータとして予めメモリに入れておくことにより、読み取り位置の電位を読みとってメモリから対応する座標を読み出すことにより、接点位置を特定することができる。
【００５９】
また、電圧変化の勾配が緩やかなので、点電極２２近傍の抵抗１３ａが局部的に変化しても、図６（ａ）のシミュレーション結果に示すように、全体の等電位線分布に与える影響は小さい。
【００６０】
実施の形態１の線状電極１６の場合、図４（ｂ）に示すように、その両端部分で等電位線が急激に変化して他方の電極対１５の線状電極１６と平行となる部分ｖ１が生じるが、複数の点電極２２によって構成すれば、線状電極２２のように端部の影響は小さい。
【００６１】
［発明の実施の形態３］
図６（ｂ）は、上記実施の形態２において、スイッチング素子２０の構成をＣ−ＭＯＳの論理ゲートで構成した実施の形態３を示している。
【００６２】
図示例では実施の形態２の複数の点電極２２を用いた場合を例にとって示しているが、実施の形態１の線電極１６を用いる場合にも適用できることはもちろんである。この例では、各電極対にはそれぞれ一方向にのみ電流を流すように増幅器２３を介してダイオード２４が配置され、それぞれ、Ｈの信号が入った場合に各電極対１４，１５をオンとし、Ｌの信号が入った場合に各電極対１４，１５をオフとするインバータ２５が配置され、各電極対１４，１５に対する制御信号Ｘ，Ｙを交互にＨに切り替え、各電極対１４，１５による電位を読み出す。
【００６３】
なお、上記各回路の構成の模式図では、面状抵抗体７の形状として円形の場合を例示したが、円形に限らず楕円形、四角形等種々の形状について適用できる。また、面状抵抗体は平面構成に限られず、アクチュエータの凸球面部の表面に合わせた凸形状でもよいことはもちろん、その他凹形状の曲面構成としてもよい。さらに、電極対の数は２対以上としてもよく、要するに面状抵抗体に対して少なくとも２方向から電圧を印加する構成であればよい。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項１に記載した発明によれば、面状抵抗体は平面に展開した場合に円形状をしており、該展開した円形状の面状抵抗体に直交する２方向から電圧を印加するように、展開した円形状の面状抵抗体の外周に、該外周のほぼ１／８の長さを有する線状の電極を対向させて配置した少なくとも２対の電極対を等間隔に配置したので、電位と座標が直線関係となり、各電極対の等電位線の間隔がほぼ等間隔となり、電位が直線的に変化するので、電極対間に印加する電圧の使用範囲を広く取れる。また、直線的に変化する電位分布となるので、局部的に抵抗値が変化しても、全体の電位分布に与える影響は小さい。
【００６５】
請求項２に記載した発明によれば、面状抵抗体は平面に展開した場合に円形状をしており、該展開した円形状の面状抵抗体に直交する２方向から電圧を印加するように、展開した円形状の面状抵抗体の外周に、該外周のほぼ１／８の幅に複数の点電極が等間隔に配置された点電極部を対向させて配置した少なくとも２対の電極対を等間隔に配置したので、電位と座標が直線関係となり、各電極対の等電位線の間隔がほぼ等間隔となり、電位が直線的に変化するので、電極対間に印加する電圧の使用範囲を広く取れる。また、直線的に変化する電位分布となるので、局部的に抵抗値が変化しても、全体の電位分布に与える影響は小さい。さらに、線状の電極を採用したものに比べ電位分布をより均一化できると共に、仮に１つの点電極が切れても使用し続けることができるため信頼性が増す。
【００６６】
請求項３に記載した発明によれば、請求項１又は２の効果に加えて、入力操作部に押圧力を加えた際に操作する者に明確なクリック感を与えることができるため、より確実な操作確認を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明に係るポインティングディバイスの実施の形態１の構造を示した要部縦断面図である。
【図２】  同実施の形態１の入力操作部を押し下げた状態を示した要部縦断面図である。
【図３】  同実施の形態１の面状抵抗体と固定基板の間に弾性部材を設けた場合を示す要部縦断面図である。
【図４】  図４（ａ）は実施の形態１に係るポインティングデバイスの回路の構成の模式図であり、図４（ｂ）は同図（ａ）のポインティングデバイスの電位分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図５】  図５（ａ）は実施の形態２に係るポインティングデバイスの回路の構成の模式図であり、図５（ｂ）は同図（ａ）のポインティングデバイスの電位分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】  図６（ａ）は図５（ａ）のポインティングデバイスの電極近くの抵抗値が上昇した場合の電位分布のシミュレーション結果を示す図、図６（ｂ）は実施の形態３の回路の構成の模式図である。
【図７】  従来のカーソル移動に用いるポインティングディバイスを示した要部縦断面図である。
【図８】  図８（ａ）は従来のＸ−Ｙ方向の座標をコンピュータ等に入力するポインティングデバイスの回路の構成の模式図であり、図８（ｂ）は従来の同ポインティングデバイスの電位分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】  図９は図８の従来のポインティングデバイスの電極近くの抵抗値が上昇した場合の電位分布のシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
１          スイッチ部材
４          アクチュエータ
５          入力操作部
６          凸球面部
７          面状抵抗体
８          ドーム状の薄肉部
９          基部
１０        固定基板
１１        弾性部材
１２        ポインティングデバイス
１３        面状抵抗体
１４，１５  電極対
１６        線状電極
２２        点電極
【図１】
0004326672.tif 000002
【図２】
0004326672.tif 000003
【図３】
0004326672.tif 000004
【図４】
0004326672.tif 000005
【図５】
0004326672.tif 000006
【図６】
0004326672.tif 000007
【図７】
0004326672.tif 000008
【図８】
0004326672.tif 000009
【図９】
0004326672.tif 000010