操作输入装置 |
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| 申请号 | CN201280008982.8 | 申请日 | 2012-02-13 | 公开(公告)号 | CN103370675B | 公开(公告)日 | 2016-04-06 |
| 申请人 | 三美电机株式会社; | 发明人 | 古河宪一; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种操作输入装置，其特征在于，具备：方向键（10），其在滑动部（120）向关闭方向滑动后的关闭状态下储存于 外壳 （60），并由于滑动部（120）向打开方向滑动而位移至从外壳（60）的开口部（61）突出的 位置 ，与在滑动部（120）向打开方向滑动后的打开状态下作用的操作输入对应地相对于开口部（61）向内侧位移；以及线圈（71a、72a、73a、74a），其以非 接触 的方式检测方向键（10）的位置，并输出与方向键（10）的位移量对应的 信号 ，通过从线圈（71a、72a、73a、74a）输出的信号来检测滑动部（120）的开闭状态。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种操作输入装置，其特征在于，具备： |
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| 说明书全文 | 操作输入装置技术领域背景技术[0002] 作为以往技术，公知有具备如下机构的装置，即，通过使盖体部在与键盘的键顶面平行的方向上滑动移动，从而在露出或者遮挡键顶面的信息处理装置中，与盖体部的滑动移动对应地使键盘的键顶上下升降(例如，参照专利文献1)。在该信息处理装置，设有在通过盖体部的滑动移动而按下键顶时接通的薄膜开关。 [0003] 现有技术文献 [0004] 专利文献 [0005] 专利文献1：日本特开2003-058299号公报 发明内容[0006] 发明所要解决的课题 [0007] 近几年，正在进行如下操作输入装置的开发，即，不像上述的信息处理装置那样仅得到键顶的开/关信号，而是具备利用操作输入的作用来位移的操作部件，并输出与其位移量(换言之，操作输入量)对应的信号。 [0008] 然而，在这样的操作输入装置采用通过使滑动部向打开方向滑动而使操作部件从框体的开口部突出的滑动机构的情况下，以往的技术中，若不设置薄膜开关之类的专用的开关，则无法检测滑动部的开闭状态。 [0009] 因此，本发明的目的在于提供不设置专用的开关、而能够检测滑动部的开闭状态的操作输入装置。 [0010] 用于解决课题的方法 [0011] 为了解决上述的课题，本发明的操作输入装置的特征在于，具备：操作部件，其在滑动部向关闭方向滑动后的关闭状态下储存于框体，并通过上述滑动部向打开方向滑动而位移至从上述框体的开口部突出的位置，与在上述滑动部向打开方向滑动后的打开状态下作用的操作输入对应地相对于上述开口部向内侧位移；以及检测机构，其以非接触的方式检测上述操作部件的位置，并输出与上述操作部件的位移量对应的信号，通过从上述检测机构输出的上述信号来检测上述滑动部的开闭状态。 [0012] 本发明的效果如下。 [0014] 图1是表示本发明的一个实施方式的操作输入装置的结构的分解立体图。 [0015] 图2是表示滑动部向关闭方向滑动后的关闭状态下的操作输入装置的结构的剖视图。 [0016] 图3是表示滑动部向打开方向滑动后的打开状态下的操作输入装置的结构的剖视图。 [0017] 图4是表示赋予了使方向键向线圈侧倾斜的操作输入的倾倒状态下的操作输入装置的结构的剖视图。 [0018] 图5是表示相对于方向键的实际行程量变化的电感和电容的关系的图。 具体实施方式[0019] 参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。 [0020] 本发明的一个实施方式的操作输入装置是受到操作者的手指的力、而输出与该受到的力对应地变化的输出信号的操作接口。基于该输出信号检测操作者的操作输入。通过操作输入的检测，能够使计算机把握与该检测到的操作输入对应的操作内容。 [0021] 例如，在游戏机、电视机等的操作用遥控器、移动电话或音乐播放器等移动终端、个人计算机、电化产品等电子设备中，根据操作者打算的操作内容，能够使在这样的电子设备所具备的显示器的画面上的显示物(例如，光标或指示器等的指示显示、符号等)移动。另外，操作者通过给予规定的操作输入，能够发挥与该操作输入对应的电子设备的所希望的功能。 [0022] 另一方面，通常，对于线圈(卷线)的电感线圈的电感L而言，在将系数设为K、将导磁率设为μ、将线圈的卷数设为n、将截面面积设为S、将磁路长度设为d的情况下，以下关系成立。 [0023] L＝Kμn2S/d [0024] 从该关系式可知，在取决于线圈的卷数、截面面积等形状的参数固定的情况下，通过使周围的导磁率和磁路长度中的至少一个变化，来使电感变化。 [0025] 以下对利用该电感的变化的操作输入装置的实施例进行说明。对于该操作输入装置而言，在由X、Y、Z轴决定的正交坐标系中，接受从+Z坐标方向输入的操作者的力。操作输入装置具备由于操作输入的作用而变化与线圈的位置关系、从而使该线圈的电感变化的位移部件。操作输入装置基于与该电感的大小对应地变化的规定的信号，来检测由于操作者的操作输入而位移的位移部件的动作，从而能够检测该操作输入。 [0026] 图1是表示本发明的一个实施方式的操作输入装置1的结构的分解立体图。图2是表示滑动部120向关闭方向滑动后的关闭状态下的操作输入装置1的结构的剖视图。图3是表示滑动部120向打开方向滑动后的打开状态下的操作输入装置1的结构的剖视图。 图4是表示通过在滑动部120向打开方向滑动后的打开状态下作用的操作输入使方向键10位移而向线圈71a侧倾斜的状态下的操作输入装置1的结构的剖视图。滑动部120例如是安装有操作输入装置1的游戏机等电子设备的盖部件，通过电子设备的滑动机构而在与方向键10的操作面13平行的XY平面内滑动。操作输入装置1具备通过操作输入的作用而位移的方向键10，并输出与其位移量对应的信号。 [0027] 接下来，对操作输入装置1的结构进行说明。 [0028] 操作输入装置1例如具有基板50，该基板50具有配置有多个线圈(本结构的情况下，四个线圈71a、72a、73a、74a)的配置面。基板50是具有与XY平面平行的配置面的基部。基板50例如可以是树脂制的基板(具体而言，FR-4基板)，若确保绝缘性，则为了使之作为磁轭而发挥功能，也可以是以钢板、硅钢板等为基材的铁板基板。 [0029] 四个线圈71a、72a、73a、74a在能够连接与作为三维的正交坐标系的基准点的原点O的距离相等的点的假想的圆的圆周方向上并列。线圈71a～74a是容易计算操作者的力的矢量的点，优选在其圆周方向上等间隔地配置。在各线圈相互具有相同特性的情况下，邻接的两个线圈的重心间的距离相等即可。各线圈在X(+)、X(-)、Y(+)、Y(-)四个方向的各X、Y轴上每隔90°地配置。X(-)方向是在XY平面上与X(+)方向180°反向对置的方向，Y(-)方向是在XY平面上与Y(+)方向180°反向对置的方向。 [0030] 此外，线圈71a～74a也可以在X轴和Y轴所夹着的XY平面内的斜向45°的四个方向上沿圆周方向每隔90°地配置。例如，线圈73a配置于第一象限，线圈74a配置于第二象限，线圈71a配置于第三象限，线圈72a配置于第四象限。 [0031] 方向键10是如下操作部件，即，如图2所示，在滑动部120向关闭方向滑动后的关闭状态下储存于外壳60，并如图3所示，由于滑动部120向与关闭方向反向对置的打开方向滑动而位移至从设于外壳60的上表面的开口部61突出的位置。而且，如图4所示，方向键10是因在滑动部120向打开方向滑动后的打开状态下作用的操作输入而位移的操作部件，根据该操作输入的输入量，而连续地变化从外壳60的开口部61向外壳60的内侧的位移量。 [0032] 操作输入装置1具备以非接触的方式检测方向键10的位置、并输出与方向键10的位移量对应的信号的检测机构。操作输入装置1具有电感因方向键10的位移量以及位移方向而分别变化的线圈71a～74a、和检测部160(参照图1)，来作为该检测机构。 [0033] 线圈71a～74a是通过固定于方向键10的下表面14的磁轭71b～74b而以非接触的方式检测方向键10的位置、并输出与方向键10的位移量对应的信号波形的检测部件。线圈71a～74a例如圆筒状地卷绕线材(导线)。线圈71a～74a的形状优选为圆筒状，但若是筒状即可，例如也可以是方筒状。另外，在提高组装性、耐冲击性的方面，线圈71a～ 74a也可以卷绕成线轴。 [0034] 磁轭71b～74b以与基板50上的线圈71a～74a相同的数量设置在方向键10的凸缘12的下表面，与方向键10的位移联动地位移。方向键10是相对于线圈71a～74a设置在操作者的力输入的一侧、且具有与线圈71a～74a的上端面对置的下表面14、和操作者的力能够直接或者间接地作用的操作面13的板状部件。磁轭是相对磁导率比1高的材质即可。例如，相对磁导率优选为1.001以上，具体而言，优选钢板(相对磁导率5000)等。磁轭也可以不是与方向键10不同的部件、而通过铁氧体等形成为一体。磁轭和线圈一对一地配置在相互对置的位置。方向键10由于操作者的力作用于操作面13，而使线圈71a～ 74a的上端面的上方的磁轭71b～74b的位置变化，从而使线圈71a～74a的电感变化。 [0035] 磁轭71b～74b也可以形成为铁芯状，以便作为铁芯而发挥功能，即，通过操作输入的作用而在线圈71a～74a的内部(即，中空部内)沿线圈71a～74a的中心轴的轴线方向位移，来使线圈71a～74a的电感变化。该情况下，若线圈71a～74a是圆筒状，则磁轭71b～74b优选为圆柱状的磁性体，若线圈71a～74a是方筒状，则磁轭71b～74b优选为棱柱状的磁性体。在磁轭71b～74b为铁芯形状的情况下，方向键10由于操作者的力作用于操作面13，而使线圈71a～74a的中空部内的磁轭71b～74b的位置变化，从而使线圈71a～74a的电感变化。 [0036] 通过分别检测各线圈的电感，能够对操作输入相对于正交坐标系的原点O的输入方向(XY平面的操作输入的输入位置)和该操作输入的大小(针对Z方向的压入量)进行运算。 [0037] 复位弹簧40是在下方以能够位移的方式支承方向键10的支承部件。复位弹簧40是以使配置于方向键10的下表面14的磁轭71b与配置于基板50的线圈71a之间的间隔弹性地变化的方式在下表面14和基板50对置的方向上弹性地支承方向键10的弹性支承部件。 [0038] 复位弹簧40设置在基板50与方向键10的下表面14之间即可。复位弹簧40弹性地支承方向键10，以便即使操作者的力作用于方向键10，方向键10的磁轭71b～74b与基板50的线圈71a～74a也不会接触。复位弹簧40以能够相对于与Z轴正交的XY平面倾斜的方式支承方向键10，并以能够在Z轴方向上移动的方式支承方向键10。另外，复位弹簧40是以在使方向键10的下表面14从基板50上的线圈71a～74a离开的方向上施力的状态支承方向键10的施力支承部件。 [0039] 复位弹簧40弹性地支承方向键10，以使方向键10的操作面13在未作用操作者的力的状态下与XY平面平行。方向键10的操作面13可以是平面，可以是相对于XY平面形成为凹状的面，也可以是相对于XY平面形成为凸状的面。通过将操作面13变更为所希望的形状，能够提高操作者的操作性。另外，方向键10的操作面13可以是圆状，可以是椭圆状，也可以是多边形状。 [0040] 复位弹簧40是设为从外壳60的内部侧朝向开口部61施力的螺旋弹簧。通过将复位弹簧40设为圆锥螺旋弹簧，能够提高弹簧的耐久性，并能够容易使方向键10相对于开口部61倾斜。对于复位弹簧40而言，当方向键10受到操作而下降后，总是对方向键10赋予使之返回方向键10未受到力的初始位置状态的高度(即，图3所示的位置)的朝向上方的力。复位弹簧40是圆锥状的螺旋弹簧，但可以是圆筒状的螺旋弹簧，也可以是无端状的弹性体(例如，橡胶)。 [0041] 如图3所示，操作输入装置1构成为，方向键10以向外壳60的内侧被施力而接触的状态安装于外壳60。即，方向键10与向下方突出地设于外壳60的开口部61的肋抵接，而利用复位弹簧40的反作用力来进行支承。 [0042] 外壳60是供操作输入装置1安装的移动电话等电子设备的框体。操作输入装置1本身也可以具备外壳60。外壳60的上表面的开口部61的形状是圆状，只要与方向键10的形状对照地形成即可，也可以是四边形、八边形等多边形状。 [0043] 通过外壳60，决定方向键10相对于复位弹簧40向上方的作用力而能够向上方移动的最大高度。方向键10的最大行程量被设定在能够以非接触的方式检测方向键10的位置的范围内。也就是，与该最大行程量相当的量的空间能够收在外壳60内。另外，在方向键10被滑动部120堵塞的关闭状态下，方向键10不从外壳60的开口部61突出，从而也不需要在滑动部120侧设置减薄部。 [0044] 滑动部120沿外壳60的上表面滑动。操作输入装置1本身也可以具备滑动部120。在滑动部120的滑动方向的端部设有引导形状121，以使滑动部120的下表面通过沿方向键 10的操作面13滑动而使方向键10向下方移动变得容易。引导形状121例如是锥形状，也可以是曲面形状。在方向键10侧，且在与滑动部120的滑动方向的端部接触的部分，也优选设置引导形状。 [0045] 检测部160例如通过电检测线圈71a的电感的变化，来输出与磁轭71b的连续变化的模拟位移量(换言之，方向键10的位移量(操作输入量))对应的检测信号。检测部160由安装于操作输入装置1的基板50或者未图示的基板(例如，安装操作输入装置1的游戏机等电子设备的基板)的检测电路构成即可。 [0046] 以下，对检测部160检测规定的电感评价值的变化来作为线圈71a的电感的变化的情况进行说明。此外，也同样考虑线圈72b、73b、74b的电感的变化即可，从而省略其说明。 [0047] 例如，检测部160检测与线圈71a的电感的变化等价地变化的物理量，并将该物理量的检测值作为与磁轭71b的位移量等价的值而输出。另外，检测部160也可以通过检测与线圈71a的电感的变化等价地变化的物理量来计算线圈71a的电感，并将该电感的计算值作为与磁轭71b的位移量等价的值而输出。另外，检测部160也可以根据该物理量的检测值或者该电感的计算值运算磁轭71b的位移量，并输出该位移量的运算值。 [0048] 具体而言，检测部160通过向线圈71a供给脉冲信号，来使线圈71a产生与线圈71a的电感的大小对应地变化的信号波形，并基于该信号波形电检测线圈71a的电感的变化即可。 [0049] 例如，随着线圈71a的上端面的上方的(或者、线圈71a的中空部内的)磁轭71b向下方的位移量的增加，线圈71a周边的导磁率增加，且线圈71a的电感增加。随着线圈71a的电感的增加，因脉冲信号的供给而在线圈71a的两端产生的脉冲电压波形的振幅也变大。因此，通过将该振幅设为与线圈71a的电感的变化等价地变化的物理量，并且检测部 160检测该振幅，能够将该振幅的检测值作为与磁轭71b的位移量等价的值而输出。另外，检测部160根据该振幅的检测值计算线圈71a的电感，也能够将该电感的计算值作为与磁轭71b的位移量等价的值而输出。 [0050] 另外，随着线圈71a的电感的增加，因脉冲信号的供给而向线圈71a流动的脉冲电流波形的倾斜变得平缓。因此，通过将该倾斜设为与线圈71a的电感的变化等价地变化的物理量，并且检测部160检测该倾斜，能够将该倾斜的检测值作为与磁轭71b的位移量等价的值而输出。另外，检测部160根据该倾斜的检测值计算线圈71a的电感，也能够将该电感的计算值作为与磁轭71b的位移量等价的值而输出。 [0051] 这样，对于操作输入装置1而言，在滑动部120向关闭方向滑动后的关闭状态下储存于外壳60(参照图2)，并通过滑动部120向打开方向滑动而位移至从外壳60的开口部61突出的位置(参照图3)，与在滑动部120向打开方向滑动后的打开状态下作用的操作输入对应地相对于开口部61向外壳60的内侧位移(参照图4)，作为操作部件，具备方向键 10。另外，作为以非接触的方式检测方向键10的位置、并输出与方向键10的位移量对应的信号的检测机构，具备线圈71a～74以及检测部160。操作输入装置1通过具备这样的结构，不设置专用的开关，而能够检测滑动部120的开闭状态。 [0052] 例如，在表示滑动部120向关闭方向滑动后的关闭状态的图2的状态下，方向键10通过滑动部120克服复位弹簧40的向上方的作用力而在Z方向上被均匀的向下的力按压，并维持为该被按压的状态。方向键10的操作面13整个面与滑动部120的下表面接触而使方向键10整体向下平行移动，从而设置于方向键10的全部磁轭向基板50上的全部线圈接近(在全部磁轭为铁芯形状的情况下，进入全部线圈的中空部内)。由于向全部线圈的接近(向全部线圈的中空部内的进入)，使卷绕全部线圈的周边的导磁率上升，使全部线圈的自身电感几乎相等地增加至最大值。 [0053] 因此，线圈71a～74a或者检测部160能够将如下状态检测为滑动部120的关闭状态，即、在全部的线圈中在规定时间以上持续地检测到方向键10位移至针对外壳60的储存位置时的电感评价值。另一方面，若在任一个线圈在规定时间以上没有检测到方向键10位移至针对外壳60的储存位置时的电感评价值，则能够认为检测到，由于滑动部120向打开方向滑动的打开状态下作用的操作输入，方向键10位移至针对外壳60的储存位置。换句话说，通过是否在全部的线圈中在规定时间以上检测到方向键10位移至针对外壳60的储存位置时的电感评价值，能够检测滑动部120的开闭状态。 [0054] 另外，在表示滑动部120向打开方向滑动的打开状态的图3的状态下，方向键10不会受到滑动部120的Z方向的力，从而由于复位弹簧40的向上方的作用力，使方向键10位移至从外壳60的开口部61突出的位置。由于方向键10整体朝向上方平行移动，所以设置于方向键10的全部磁轭从基板50上的全部线圈分离。由此，卷绕全部线圈的周边的导磁率减少，从而全部线圈的自身电感减少至最小值。 [0055] 因此，线圈71a～74a或者检测部160能够将如下状态检测为滑动部120的打开状态，即，在任一线圈检测到与方向键10位移至针对外壳60的储存位置时的电感评价值不同的电感评价值(例如，比方向键10位移至针对外壳60的储存位置时的电感评价值小的电感评价值)。另外，也可以将在任一线圈检测到方向键10位移至比外壳60的开口部61突出的位置时的电感评价值的状态检测为滑动部120的打开状态。 [0056] 图4是表示赋予了使方向键10向线圈71a侧倾斜的操作输入的倾倒状态下的操作输入装置1的结构的剖视图。克服复位弹簧40的向上方的作用力，在Z方向上被向下的力按压的方向键10经由凸缘12以及/或者复位弹簧40而以基板50为支点倾动，从而磁轭71b向线圈71a接近(在磁轭71b为铁芯形状的情况下，进入线圈71a的中空部内)。由于向线圈71a的接近(向线圈71a的中空部内的进入)，从而卷绕线圈71a的周边的导磁率上升，线圈71a的自身电感增加。在向其它方向倾斜的情况下也能够同样地考虑。因此，基于由线圈71a～74a或者检测部160在各线圈中分别检测到的电感评价值的大小，能够检测方向键10的倾倒方向和行程量。 [0058] 例如，上述的操作输入装置1构成为，通过对以与设置于方向键10的磁轭对置的方式设置于基板50的线圈的电感进行检测，能够对方向键10由于操作输入而向下方位移后的行程量进行检测。然而，例如也可以将基板50上的线圈置换为磁轭，将设置于方向键10的磁轭置换为线圈。 [0059] 另外，上述的操作输入装置1使用线圈来作为电感因操作部件的位移而变化的检测部件，但也可以使用一对电极来作为电容(静电电容)因操作部件的位移而变化的检测部件。即，上述的操作输入装置1中，将基板50上的线圈置换为固定电极，将设置于方向键10的磁轭置换为可动电极即可。该情况下，通过检测设置于基板50的固定电极与设置于方向键10的可动电极之间的静电电容，能够检测方向键10由于操作输入而向下方位移后的行程量。 [0060] 例如，作为一对电极的静电电容的变化，检测规定的静电电容评价值的变化。各一对电极或者检测部160通过是否在全部的一对电极中在规定时间以上检测到方向键10位移至针对外壳60的储存位置时的静电电容评价值，能够检测滑动部120的开闭状态。 [0061] 但是，如图5所示，如上述的操作输入装置1那样通过电感检测方向键10的位移的结构与通过静电电容检测的结构相比，在即使方向键10的行程量大也能够确保线性检测的方面有利。这是由于方向键10的行程量在设计上容易变大。由操作者变大方向键10的行程量带来进行一边调整行程量一边操作的模拟输入时的操作感的提高。 [0062] 另外，弹性地支承方向键10的支承部件并不局限于复位弹簧40之类的弹性部件，可以是橡胶部件，可以是海绵部件，也可以是填充有空气、油的缸体。 [0063] 另外，对于本发明的操作输入装置而言，并不局限于用手指操作，也可以用手掌操作。另外，也可以用脚趾、脚掌操作。另外，操作者接触的面可以是平面，可以是凹面，也可以是凸面。 [0064] 以上，对本发明的优选的实施方式进行了详细说明，但本发明不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的范围的情况下，能够在上述的实施方式进行各种变形、改进以及置换。 |
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