入力操作装置
【課題】片足だけで、かつ、足を大きく動かさずに、親指の操作により、カーソルやポインタを制御できる入力操作装置を提供する。
【解決手段】足を乗せる足台に、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の力が加わる作用点を有し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の加圧力、または加圧力による歪、または変位を検知し、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力を出力する三軸センサを取り付け、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の任意の方向の外力による圧力を受ける上面が凸を成す形状を有する操作ボタンにより、三軸センサに力を加えて、足の親指で前記操作ボタンをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の任意の方向に操作する足台状の入力操作装置により、繊細な動きが可能な指先以外の足を使用して操作可能である。
【解決手段】足を乗せる足台に、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の力が加わる作用点を有し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の加圧力、または加圧力による歪、または変位を検知し、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力を出力する三軸センサを取り付け、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の任意の方向の外力による圧力を受ける上面が凸を成す形状を有する操作ボタンにより、三軸センサに力を加えて、足の親指で前記操作ボタンをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の任意の方向に操作する足台状の入力操作装置により、繊細な動きが可能な指先以外の足を使用して操作可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、足や肩などのように、手以外の体の部位により、パソコンディスプレイ上でマウスが行うと同様のカーソルやポインタ制御を行うことができる入力操作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パソコンディスプレイ上でポインタやカーソルを移動させる入力装置としてマウスが使われているが、作業状況や身体的な障害によって手のひらと指先が使用できない場合、身体の他の部分を使用してマウスと同等の入力操作を行えるようにすることが望まれる。
【０００３】
足を使用して入力操作を行うものとしては、スリッパ状の履物の裏側にトラックボールを設け、つま先部に複数のスイッチを設けたものが知られている。この入力装置では、スリッパを足に嵌めて床面を前後左右に移動させることにより、トラックボールを回転させてポインタやカーソル移動を行い、所望の位置において、足の親指などでつま先部のスイッチを操作して、クリック操作を行う入力装置である（特許文献１参照）。
また、下駄の前方半分に相当した板の先端部に２つのスイッチを設けて、一方を親指で、他方を残りの指で操作することにより２通りのクリック操作を行う入力装置がある（特許文献２参照）。
【０００４】
また、左足で円盤状の操作板を前後左右の自由な方向に踏み込んで、ポインタやカーソルの移動方向を決定し、右足用の第１のべダルにより、ポインタやカーソルの移動速度を決めて移動させ、右足用の第２のべダルにより、クリック操作を行う入力装置がある（特許文献３参照）。
また、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の３軸の触圧を検出するロボット用の触圧センサが知られている（特許文献４参照）。
また、棒状のジョイスティックの周囲に４個の歪ゲージを設置して、棒のＸ、Ｙ方向の加圧力を検出するジョイスティックが知られている（特許文献５参照）。
また、ジョイスティックを伸縮可能にし、クリック制御に使用するノートパソコン用の小型ジョイスティックが知られている（特許文献６参照）。
【特許文献１】特開２０００−１８１６２１公報（第１頁、第１図等）
【特許文献２】特開２００４−３８３８７号公報（第１頁、第１図等）
【特許文献３】特開平１０−５５２４８号公報（第１頁、第１図等）
【特許文献４】特開２００４−２４５７１７号公報（第１頁、図１、図３等）
【特許文献５】特開平７−３０２１６１号公報（第１頁、第１図等）
【特許文献６】特開２０００−２９３３０５号公報（第１頁、第１図等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１や特許文献２のような従来の入力装置では、足先だけでなく、下肢部を前後左右に動かす必要があった。足先だけを動かすことができる肢体不自由者には使えないという課題があった。また、特許文献３のような入力装置では、両足の使用が必要であり、片方の足先だけでの操作は困難であった。片足だけを大きく動かすことなく、カーソルやポインタを制御できる入力操作装置が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本第一の発明の入力操作装置は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の力が加わる作用点または作用面を具備し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の加圧力、または加圧力による歪、または変位を検知し、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力を出力する三軸センサと、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の任意の方向の外力による圧力を受ける上面が凸を成す形状を有する操作ボタンと、足を乗せる足台を具備し、前記三軸センサを前記足台に取り付け、前記足台上に足を乗せたときに親指が乗る位置に設けた前記操作ボタンにより前記三軸センサを駆動して、親指で前記操作ボタンをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の任意の方向に操作する足台状の入力操作装置である。
かかる構成により、肢体不自由者が足で情報処理の操作を行えるようになる。
【０００７】
本第二の発明の入力操作装置は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の力が加わる作用点または作用面を具備し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の加圧力、または加圧力による歪、または変位を検知し、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力を出力する三軸センサと、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の任意の方向の外力による圧力を受ける上面が凸を成す形状を有する操作ボタンと、前記操作ボタンが受ける圧力の内、Ｘ軸、Ｙ軸の圧力を主として受け、中心部にＺ方向に穴が開いた受圧部、を具備し、前記受圧部は、前記三軸センサの前記Ｘ軸作用点または作用面と、Ｙ軸作用点または作用面に当接し、前記操作ボタンの下面中心部が前記中心部の穴を介して前記三軸センサの前記Ｚ軸作用点または作用面に当接し、前記受圧部は、前記三軸センサの前記Ｚ軸作用点または作用面に当接しない構造であることを特徴とする入力操作装置である。
【０００８】
かかる構成により、肢体不自由者が足などで意図した方向の入力操作を行えるようになる。また、かかる構成により、繊細な動きが可能な指先以外の、繊細な動きが苦手な、あるいは、大きく動かすことが困難な、身体の他の部分を使用して操作可能である。
【０００９】
本第三の発明の入力操作装置は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の力が加わる作用点または作用面を具備し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の加圧力または加圧力による歪または変位を検知し、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力を出力する三軸センサと、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の任意の方向の外力を受ける上面が凸を成す形状を有し、前記Ｘ軸作用点または作用面に圧力を伝えるＸ駆動点または駆動面、前記Ｙ軸作用点または作用面に圧力を伝えるＹ駆動点または駆動面、前記Ｚ軸作用点または作用面に圧力を伝えるＺ駆動点または駆動面を具備する操作ボタン、を具備し、Ｘ駆動点または駆動面と前記Ｘ軸作用点または作用面との間に空隙を設けて、バックラッシュが起きるように結合し、Ｙ駆動点または駆動面と前記Ｙ軸作用点または作用面との間に空隙を設けて、バックラッシュが起きるように結合し、Ｚ駆動点または駆動面と前記Ｚ軸作用点または作用面との間に空隙を設けてなる入力操作装置である。
【００１０】
かかる構成により、肢体不自由者が足などで意図した方向の入力操作を行えるようになる。また、かかる構成により、繊細な動きが可能な指先以外の、繊細な動きが苦手な、あるいは、大きく動かすことが困難な、身体の他の部分を使用して操作可能である。
【００１１】
本第四の発明の入力操作装置は、上記第二、第三入力操作装置と、足を乗せる足台を具備し、前記足台上に足を乗せたときに親指が乗る位置に前記入力操作装置を設け、親指で前記操作ボタンをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の任意の方向に操作する足台状の入力操作装置である。
かかる構成により、肢体不自由者が足などで意図した方向の入力操作を行えるようになる。
【００１２】
本第五の発明の入力操作装置は、前記三軸センサのＸセンサ出力に基づき表示器上の表示マークの左右方向の移動速度に対応するＸ速度制御情報を生成し、前記三軸センサのＹセンサ出力に基づき表示器上の表示マークの上下方向の移動速度に対応するＹ速度制御情報を生成し、前記三軸センサのＺセンサ出力に基づき表示器上の表示マークの位置決定のクリック制御情報を生成する情報処理部であって、Ｘ方向センサ出力、Ｙ方向センサ出力の大きさに応じて、前記表示マークの移動速度を変更させるための情報処理部を更に具備する。また、前記Ｘセンサ出力が所定の大きさ以下の場合、前記Ｘ速度制御情報を停止情報とし、前記Ｙセンサ出力が所定の大きさ以下の場合、前記Ｙ速度制御情報を停止情報とする不感帯領域を設ける。
かかる構成により、肢体を大きく動かすことなく、手を用いるマウスで行うような入力操作を行えるようになる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によってキーボードの打鍵やその他の作業で両手がふさがっている時にも、足を使用することによってパソコンのカーソル等を操作することができる。手の指と比較して運動制御機能の劣る足母指や身体の他の部分でも、大きく動かすことなく、Ｘ、Ｙ方向のカーソルの移動と、Ｚ方向のクリック操作が行いやすくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施の形態１）
【００１５】
図１は、本発明の入力操作装置の外観図である。足を乗せる足台１０の一端に、操作部２０が設置される。操作部２０は、足を足台１０の上に乗せたときの親指の位置に設ける。操作部２０は、通常、足の親指である第１指で、または、第１指と第２指で挟んで前後左右に移動または変位可能になっている。また、操作部２０は、垂直方向に押し込むことができる。
【００１６】
図２は、操作部２０の構造の一例を示す図である。図２においては、操作部２０の上面図と、Ａ−Ａ'における断面図を示している。操作部２０は、球形の一部分の形をした操作ボタン２、操作ボタン２に加わる力を受ける受圧部３、操作ボタン２に加わるＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の圧力を検出する三軸センサ４を具備する。図３は、操作部２０の操作ボタン２、受圧部３、三軸センサ４を分離して示した分解図である。操作ボタン２の球形部は、足の親指で操作しやすい大きさであることが好適である。具体的には、操作ボタン２の球形部の直径は、１５ｍｍ以上、３０ｍｍ以下程度が好ましい。また、操作ボタン２の球形部は、直径約２０ｍｍ程度であることがさらに好適である。
【００１７】
操作ボタン２は、図２、図３に灰色で示した断面を有する回転対称形であり、半球よりやや小さめの球の一部分を成す上部に対して、その下部に円筒形のＺ圧力伝達部２ａを具備する。この例では操作ボタン２は、茸に似た形状である。操作ボタン２は、ゴムなどの弾性体、適度の硬さを有するプラスチック材料などが適している。
【００１８】
受圧部３は、図３に示した斜線ハッチング部分の断面を有する回転対称形の円環である。上部外周には、枠３ｂを設ける。下部には、内面３ａより半径の大きな下切り欠き部分３ｃを設ける。受圧部３にはＺ方向に穴が開いていることになる。なお、内面３ａと下切り欠き部分３ｃの径は、同じでもよいが、受圧部３がずり落ちるのを防ぐために、内面３ａの径をやや小さめにしてもよい。
【００１９】
三軸センサ４は、図２の平面図に八角形で示したＺ起歪板４ｚの８辺の内、Ｘ向きに対向する２辺にＬ形状の２枚のＸ起歪板４ｘを設け、Ｙ向きに対向する２辺にもＬ形状の２枚のＹ起歪板４ｙを設け、Ｘ起歪板４ｘ、Ｙ起歪板４ｙ、Ｚ起歪板４ｚには、歪ゲージ（ストレインゲージ）のようなＸ歪センサ５ｘ、Ｙ歪センサ５ｙ、Ｚ歪センサ５ｚをそれぞれ４個ずつ、合計１２個貼り付けてある。Ｘ起歪板４ｘ、Ｙ起歪板４ｙ、Ｚ起歪板４ｚは、一枚の金属板をプレス加工などにより一体で形成し、図２、図３の形状に折り曲げて作成することができる。三軸センサ４の上部に相当するＺ起歪板４ｚの形状は、八角形以外、例えば円形等でもよい。このような三軸センサ４は、上記特許文献４により公知であるので、詳しい説明は省く。
【００２０】
三軸センサ４は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の加圧力、または加圧力による歪、または変位を検知するセンサであって、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の力が加わる作用点または作用面を具備し、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力を出力する。Ｘ軸の力が加わる作用点または作用面は、Ｘ起歪板４ｘの上端部分である。Ｙ軸の力が加わる作用点または作用面は、Ｙ起歪板４ｙの上端部分である。Ｚ軸の力が加わる作用点または作用面は、三軸センサ４の上面に設けられたＺ起歪板４ｚの中央部分である。なお、Ｚ起歪板４ｚの周囲側面であって、Ｘ起歪板４ｘ、Ｙ起歪板４ｚがない部分にＸ、Ｙ方向の力を加えても、Ｘ、Ｙ方向の作用が加わるからＸ方向、Ｙ方向の作用点を兼ねる。しかし、図２の三軸センサ４の場合は、Ｘ起歪板４ｘ、Ｙ起歪板４ｙの上端部分の方が作用点、作用面として優れている。
【００２１】
操作ボタン２の外周部２ｂは、受圧部３の枠３ｂに嵌め込み固定される。操作ボタン２の外周部２ｂと受圧部３の枠３ｂは、接着剤等により結合してもよい。三軸センサ４の上部は、受圧部３の下切り欠き部分３ｃの中に嵌め込み固定される。最も好ましくは、各２枚のＸ起歪板４ｘとＹ起歪板４ｙの上部を下切り欠き部分３ｃにそれぞれ当接させる。Ｚ起歪板４ｚの周囲部４ｃを、下きり欠き部分３ｃと接着剤等により結合してもよい。なお、Ｚ起歪板４ｚの周辺上面は、受圧部３の下きり欠き部分３ｃの底に当接しないほうがよいので、下きり欠き部分３ｃの中に余り深く嵌め込まないようにする。操作ボタン２のＺ圧力伝達部２ａの下面は、Ｚ起歪板４ｚの上面中央部に当接する。Ｚ圧力伝達部２ａの下面は、Ｚ起歪板４ｚの上面と接着剤等により接着してもよい。
【００２２】
受圧部３は、操作ボタン２が受ける圧力の内、Ｘ軸、Ｙ軸の圧力を主として受ける。受圧部３の下切り欠き部分３ｃの内面は、三軸センサ４の上記Ｘ軸作用点（または作用面）と、Ｙ軸作用点（または作用面）に当接する、Ｘ駆動点（または駆動面）、および、Ｙ駆動点（または駆動面）になる。操作ボタン２の下面中心部であるＺ圧力伝達部２ａは、三軸センサ４の上記Ｚ軸作用点（または作用面）に当接するＺ駆動点（または駆動面）になる。受圧部３は、三軸センサ４のＺ軸作用点（または作用面）には、当接しない構造である。
【００２３】
以上の構成による操作部２０は、図２の断面図に示したように、足台１０に穿った穴の底に設置される。Ｘ起歪板４ｘ、Ｙ起歪板４ｙの下部のＬ型の足の部分は、足台１０に穿った穴の底に螺子止め、または接着止めなどでよい。
【００２４】
使用者が、足を足台１０に乗せ、足の親指を操作ボタン２の上に当てて、操作ボタン２を左右方向（Ｘ方向）に動かそうとして圧力を加えると、Ｘ方向の圧力は、２枚のＸ起歪板４ｘ上の４個のＸ歪センサ５ｘにより、Ｘセンサ出力として計測できる。使用者が、操作ボタン２を前後方向（Ｙ方向）に動かそうとして圧力を加えると、Ｙ方向の圧力は、２枚のＹ起歪板４ｙ上の４個のＹ歪センサ５ｙにより、Ｙセンサ出力として計測できる。または、使用者が、操作ボタン２を下方向（Ｚ方向）に押さえると、Ｚ方向の圧力は、Ｚ起歪板４ｚ上の４個のＺ歪センサ５ｚにより、Ｚセンサ出力として計測できる。
各Ｘ歪センサ５ｘ、Ｙ歪センサ５ｙ、Ｚ歪センサ５ｚから、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力を検出する回路は、上記特許文献４の図３、図４などで周知のブリッジ回路などを適用する。
【００２５】
本実施の形態における操作部２０は、操作ボタン２の外周部２ｂを、受圧部３の枠３ｂに当接させている。三軸センサ４の上部は、受圧部３の下切り欠き部分３ｃの中に嵌め込み固定される。Ｚ起歪板４ｚの上面周囲は、受圧部３の下きり欠き部分３ｃの底に当接しない。操作ボタン２のＺ圧力伝達部２ａの下面は、Ｚ起歪板４ｚの上面中央部に当接する。このようにすると、操作ボタン２にＸ方向の圧力を加えた場合、圧力は、主として、受圧部３の枠３ｂに集中する。枠３ｂは剛体であるから、Ｘ起歪板４の上部に圧力を伝え、Ｘ起歪板４の上部は、右方向に変形するが、Ｚ起歪板４ｚには歪を起こさずＺ起歪板４ｚ全体を右に移動させるだけである。従って、Ｘ方向の圧力がＺ起歪板４ｚ上のＺ歪センサ５ｚに及ぼす力は小さい。足で操作ボタン２にＸ方向の圧力を加えた場合、操作ボタン２にどうしてもＺ方向の力が加わることは避けられないが、Ｚ方向の分力は、受圧部３の枠３の内部の上切欠きの上面が主として受ける。この力は、Ｘ起歪板４ｘに対して垂直にかかるが、Ｚ起歪板４ｚを変形させるようには働かない。残るＺ方向の分力は、Ｚ圧力伝達部２ａを介して、Ｚ起歪板４ｚに対してＺ方向に加わるが、その大きさは、軽減される。従って、Ｘ方向の操作時に発生するＺ方向のクロストークを減らすことができる。
【００２６】
操作ボタン２のＺ圧力伝達部２ａは、Ｚ起歪板４ｚ全体に当接せず、Ｚ起歪板４ｚの中央部分に主として当接しているので、Ｚ方向の圧力によるＺ起歪板４ｚの変形は大きくなる。よって、足によるＺ方向の動作検出の感度を高くすることができる。受圧部３の内面３ａとＺ圧力伝達部２ａの間に空隙を設けているので、受圧部３の力は、Ｚ圧力伝達部２ａを介してＺ起歪板４ｚに加わることがない。従って、受圧部３は、専ら、Ｘ起歪板４ｘに歪を発生させるのに寄与できる。なお、以上の説明は、Ｙ方向についても適用できるので、Ｙ方向の操作によるＺ方向へのクロストークも軽減できる。
【００２７】
次に、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力から、ポインタやカーソルをパソコンディスプレイ上で操作するための情報であるポインタ制御情報を生成する方式について説明する。図４は、ポインタ制御情報を生成する回路のブロック図である。
【００２８】
Ｘセンサ出力は、微小信号であるので、差動増幅器であるＸ信号増幅部３１によりＸ信号Ｖｘに増幅し、情報処理部４０に供給される。Ｙセンサ出力は、差動増幅器であるＹ信号増幅部３２によりＹ信号Ｖｙに増幅し、情報処理部４０に供給される。Ｚセンサ出力は、差動増幅器であるＺ信号増幅部３３によりＺ信号Ｖｚに増幅し、情報処理部４０に供給される。
不感帯設定部３４は、Ｘセンサ出力、または／およびＹセンサ出力、または／およびＺセンサ出力が所定以下の場合に、入力がないものとして動作しないような領域である不感帯領域を設定する手段である。
移動速度設定部３５は、Ｘセンサ出力、または／およびＹセンサ出力の出力に応じて、カーソルやポインタが移動する速度を設定する手段である。
ホールド時間設定部３６は、Ｚセンサ出力を受け付けない時間を設定する手段である。
Ｚ動作点設定部３７は、Ｚ方向の操作によるクリック操作ＯＮの感度を設定する手段である。
【００２９】
不感帯設定部３４、移動速度設定部３５、ホールド時間設定部３６、Ｚ動作点設定部３７は、それぞれ可変抵抗器であって、電源電圧を分圧して生成される不感帯設定電圧Ｖｆ、移動速度設定電圧Ｖｓ、ホールド時間設定電圧Ｖｈ、Ｚ動作点設定電圧Ｖｔｈをそれぞれ情報処理部４０に供給する。情報処理部４０は、Ｘ信号Ｖｘ、Ｙ信号Ｖｙ、Ｚ信号Ｖｚ、不感帯設定電圧Ｖｆ、移動速度設定電圧Ｖｓ、ホールド時間設定電圧Ｖｈ、Ｚ動作点設定電圧Ｖｔｈを受け入れ、ポインタ制御情報である信号ＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢ、Ｚを出力する。マウス信号変換部５０は、ポインタ制御情報である信号ＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢ、Ｚを入力とし、パソコンで広く使用されているＵＳＢ形式やＰＳ／２形式のシリアル情報のマウス出力信号を出力する機能を有する。マウス出力信号をパソコンに供給すると、パソコンディスプレイ上でカーソルやポインタの操作が行える。なお、信号ＸＡ、ＸＢは、後述するＸ速度制御情報であり、信号ＹＡ、ＹＢは、後述するＸ速度制御情報であり、信号Ｚは、後述するクリック情報である。
【００３０】
情報処理部４０において、ＡＤ変換手段４３は、Ｘ信号Ｖｘ、Ｙ信号Ｖｙ、Ｚ信号Ｖｚを、それぞれ、デジタル値Ｄｓｘ、Ｄｓｙ、Ｄｓｚに変換し、デジタルメモリである記憶手段４５に格納する。ＡＤ変換手段４４は、不感帯設定電圧Ｖｆ、移動速度設定電圧Ｖｓ、ホールド時間設定電圧Ｖｈ、Ｚ動作点設定電圧Ｖｔｈを、それぞれ、デジタル値Ｆ、Ｋｓ、Ｈｔ、Ｚｔｈに変換し、記憶手段４５に格納する。演算手段４６は、上記各デジタル値を記憶手段４５から読み出し、後述する演算を行い、演算結果を分周手段４７、出力手段４８に供給する。クロック信号発生手段４１は、情報処理部４０の各部にクロック信号を供給する。分周手段４７は、演算手段４６の演算結果に基づき、クロック周波数を分周して、ポインタ制御情報用の信号ＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢを発生させ出力する。出力手段４８は、演算手段４６の演算結果に基づき、後述する信号Ｚの波形を発生させ出力する。制御部４２は、情報処理部４０の各部に動作指示などを行う。
【００３１】
図５に、記憶手段４５の記憶するデータを示す。デジタル値Ｄｓｘ、Ｄｓｙ、Ｄｓｚ、デジタル値Ｆ、Ｋｓ、Ｈｔ、Ｚｔｈを記憶するエリアに加えて、不感帯処理を行ったＸ方向のデジタル値Ｄｘ、不感帯処理を行ったＹ方向のデジタル値Ｄｙ、Ｚ方向のクリックＯＮ／ＯＦＦを現すデジタル値Ｄｚを記憶するエリア、および、Ｄｘ、Ｄｙに速度係数Ｋｓを乗算した数値の逆数値Ｋｖ・ＤｘとＫｖ・Ｄｙを記憶するエリアを設ける。なお、不感帯処理とは、後述する（ステップＳ１２）〜（ステップＳ１５）と（ステップＳ１７）、（ステップＳ１９）による処理のように、入力変数に対する出力変数の関係を、入力変数が所定の領域内（入力の不感帯領域等という）の場合に、出力変数を全くあるいは殆ど変化させず、入力変数が前記所定の領域以下、または所定の領域以上の値の場合に、入力変数に応じて出力変数を変化させる入出力特性にすることを言う。
【００３２】
次に、情報処理部４０の動作を、図６、図７、図８、図９のフローチャートにより説明する。図６において、情報処理部４０に電源が入ると、制御部４２は、記憶手段４５の図５に示した各エリアのデータを消去する。次に、（ステップＳ１０）において、ＡＤ変換手段４３は、Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚの各信号をＡＤ変換し、変換結果であるデジタル値Ｄｓｘ、Ｄｓｙ、Ｄｓｚを図５に示した記憶手段４５の各エリアに記憶する。次に（ステップＳ１１）に進み、ＡＤ変換手段４４は、Ｖｆ、Ｖｓ、Ｖｈ、Ｖｔｈの各設定電圧をＡＤ変換し、デジタル値Ｆ、Ｋｖ、Ｈｔ、Ｚｔｈを図５に示した記憶手段４５の各エリアに記憶する。次に（ステップＳ１２）に進み、演算手段４６は、ＤｓｘとＦを読み出し、（ステップＳ１３）において、ＤｓｘとＦを比較し、Ｄｓｘ＞ＦがＮｏの場合、（ステップＳ１４）に進み、Ｄｓｘと−Ｆを比較する。Ｄｓｘ＜−ＦがＮｏの場合、（ステップＳ１５）に進み、記憶手段４５にＤｘ＝０を記憶する。次に（ステップＳ１６）に進み、分周手段４７にＤｘ＝０を渡し、分周手段４７は、ポインタ制御情報用の信号ＸＡ、ＸＢのパルス状の交番変化を行なわず、停止情報とする。停止情報とは、それまでの信号ＸＡ、ＸＢ（１または０）の状態を維持し、交番変化しないことを指す。いいかえると、信号ＸＡ、ＸＢは、周波数がゼロであり、カーソルやポインタの移動速度がゼロであることを表す移動速度情報となる。（ステップＳ１３）においてＹｅｓ（図面における「Ｙ」）の場合は、Ｘ歪センサ５ｘによるデジタル値Ｄｓｘが不感帯の値Ｆより大きい。この場合、（ステップＳ１７）に進み、演算手段４６は、Ｄｘ＝Ｄｓｘ−Ｆを算出し、Ｄｘを記憶手段４５に記憶し、（ステップＳ１８）に進み、Ｋｖ・Ｄｘの逆数値を算出し、記憶手段４５の該当するエリアに記憶し、更に分周手段４７に供給する。分周手段４７は、クロック信号をＫｖ・Ｄｘの逆数値に従って分周して、信号ＸＡと信号ＸＢを出力する。信号ＸＡの位相を信号ＸＢの位相に対して所定の時間またはデューティサイクル分だけ進相信号とする。
【００３３】
（ステップＳ１４）においてＹｅｓの場合は、Ｘ歪センサ５ｘによるデジタル値Ｄｓｘが不感帯の値Ｆより絶対値が大きい負の値である。この場合、（ステップＳ１９）に進み、演算手段４６は、Ｄｘ＝（Ｄｓｘ＋Ｆ）を算出し、Ｄｘを記憶手段４５に記憶し、（ステップＳ２０）に進み、Ｋｖ・Ｄｘの逆数値を算出し、分周手段４７に供給する。分周手段４７は、クロック信号をＫｖ・Ｄｘの逆数値の絶対値に従って分周して、信号ＸＡと信号ＸＢを出力する。信号ＸＢの位相を信号ＸＡの位相に対して所定の時間またはデューティサイクル分だけ進相信号とする。
【００３４】
（ステップＳ１６）、（ステップＳ１８）（ステップＳ２０）の次に、（ステップＳ２１）に進む。（ステップＳ２２）から（ステップＳ２９）において、演算手段４６と分周手段４７は、Ｙ歪センサ５ｙによるデジタル値Ｄｓｙと不感帯の値Ｆに基づき、（ステップＳ１３）から（ステップＳ２０）と同様の処理ステップを実行する。
【００３５】
操作ボタン２の操作力が十分に大きくなく、−Ｆ＜Ｄｓｘ＜Ｆ、−Ｆ＜Ｄｓｙ＜Ｆの範囲の場合は、Ｄｘ＝０、Ｄｙ＝０である。すなわち、Ｘ、Ｙ方向に操作の不感帯をもうけていることになる。不感帯とは、小さな入力（力）を検知しても、出力としない領域（力の幅）のことである。
【００３６】
（ステップＳ２５）、（ステップＳ２７）（ステップＳ２９）の次に、図７に示す（ステップＳ３０）に進み、演算手段４６は、Ｚ方向についての情報処理を行う。まず（ステップＳ３０）において、演算手段４６は、記憶手段４５からＺ歪センサ５ｚによるデジタル値ＤｓｚとＺ動作点設定値Ｚｔｈを読み出し、（ステップＳ３１）に進む。（ステップＳ３１）において、Ｄｓｚ＞Ｚｔｈの場合、Ｚ方向のクリック操作が十分に大きい力であると判定し、（ステップＳ３２）に進み、演算手段４６は、Ｄｚ＝１を記憶手段４５に記憶し、出力手段４８にＤｚ＝１を供給する。（ステップＳ３１）において、Ｎｏ（図面における「Ｎ」）の場合、Ｚ方向のクリック操作がないものと判定し、演算手段４６は、Ｄｚ＝０を記憶手段４５に記憶し、出力手段４８にＤｚ＝０を供給する。（ステップＳ３２）、（ステップＳ３３）の処理後は、（ステップＳ１０）に戻る。
【００３７】
図８は、分周手段４７が行う処理の手順のフローチャートである。（ステップＳ４０）において、分周手段４７は、Ｄｘを読み出し、Ｄｘ＝０かどうか判定する。Ｄｘ＝１の場合、判定はＮｏであり、（ステップＳ４１）に進み、記憶手段４５からＫｖ・Ｄｘの逆数値を読み出し、その絶対値（正数）に比例した２進数ＣｘをＸカウンタにセットし、０に向けて、クロック信号発生手段４１が生成するクロック信号に従って、計数を開始する。なお、分周手段４７は、Ｘカウンタを具備する。Ｘカウンタは、クロック信号を計数するＸ軸用のカウンタで、信号ＸＡ、ＸＢを生成するために使用する。Ｘカウンタは、周知のバイナリカウンタであって、ハードウェアにより構成できる。Ｘカウンタは、周知のフリップフロップを複数個従続接続し、クロック信号を各フリップフロップにより順次分周する構成であって、任意の２進数の各ビットを各フリップフロップに書き込むと、これらのフリップフロップにより構成されるレジスタは、その値をクロック信号に同期して、１ずつ減算し、かつ、各フリップフロップの出力をレジスタの値として読み出すことが出来る機能を有するデジタル回路である。次に、（ステップＳ４２）に進み、Ｘカウンタ＝０になるまでループし、Ｘカウンタ＝０になるとＹｅｓになり、（ステップＳ４３）に進む。（ステップＳ４３）において、分周手段４７は、記憶手段４５からＤｘを読み出し、Ｄｘの正負を判定する。Ｄｘが正の場合、Ｙｅｓであり、（ステップＳ４４）に進む。（ステップＳ４４）において、分周手段４７は、信号ＸＡを前の値から反転して出力する。すなわち、信号Ｘの値が０の場合、１とし、前の値が１の場合、０とする。次に（ステップＳ４５）に進み、所定の時間ΔＴ待って、信号ＸＢを前の値から反転して出力し、（ステップＳ４０）に戻る。（ステップＳ４３）において、Ｄｘが負の場合、Ｎｏであり、（ステップＳ４６）に進む。（ステップＳ４６）において、分周手段４７は、信号ＸＢを前の値から反転して出力する。次に（ステップＳ４７）に進み、所定の時間ΔＴ待って、信号ＸＡを前の値から反転して出力し、（ステップＳ４０）に戻る。（ステップＳ４０）においてＹｅｓの場合、Ｄｘ＝０、すなわち、Ｘ方向の操作による圧力が十分に小さい場合であって、（ステップＳ４８）に進み、分周手段４７は、信号ＸＡ、ＸＢ共に、それまでの出力レベルを維持し、（ステップＳ４０）に戻る。（ステップＳ４０）から（ステップＳ４８）の一連の処理は、図６の（ステップＳ１６）、（ステップＳ１８）、（ステップＳ２０）における分周手段４７の行う処理に該当する。
【００３８】
（ステップＳ４４）、（ステップＳ４５）、（ステップＳ４６）、（ステップＳ４７）により分周手段４７が出力する信号ＸＡ、ＸＢは、図１０に示すような交番パルス信号になる。信号ＸＡ、ＸＢの周期は、Ｋｖ・Ｄｘの逆数値をＸカウンタが計数する時間をＴｘとすると、２（Ｔｘ＋ΔＴ）になる。信号ＸＡ、ＸＢの周波数は、１／〔２（Ｔｘ＋ΔＴ）〕になる。操作ボタン２をＸ方向に強く押すと、Ｄｘは大きく、Ｔｘは小さくなり、周波数は高くなる。操作ボタン２をＸ方向に弱く押すと、Ｄｘは小さく、Ｔｘは大きくなり、周波数は低くなる。図１０の（１）Ｘ右方向では、信号ＸＡが信号ＸＢよりΔＴだけ位相が進んだ信号とする。（２）Ｘ左方向では、信号ＸＢが信号ＸＡよりΔＴだけ位相が進んだ信号とする。信号ＸＡとＸＢのどちらの位相が進んでいるかを判定すれば、カーソルやポインタを左右どちらに移動させるかを決めることが可能になる。
【００３９】
分周手段４７は、Ｙ方向のデジタル値Ｄｙに対しても、図８において説明したと同様の処理手順により、記憶手段４５からＫｖ・Ｄｙの逆数値を読み出し、その絶対値に対応する２進数ＣｙをＹカウンタにセットし、０に向けて計数を行い、信号ＹＡと信号ＹＢを出力する。Ｙカウンタは、上記Ｘカウンタと同様のデジタル回路により構成できる。信号ＹＡと信号ＹＢも、図１０の信号ＸＡと信号ＸＢのようにΔＴだけ位相差がある信号になり、信号ＹＡとＹＢのどちらの位相が進んでいるかを判定すれば、カーソルやポインタをディスプレイ上の上下どちらに移動させるかを決めることが可能になる。
【００４０】
なお、Ｘカウンタにセットする２進数Ｃｘ、すなわち、Ｋｖ・Ｄｘの逆数値の絶対値に比例した２進数の数値の範囲は、次のようなものとする。信号ＸＡ、ＸＢの周波数＝１／〔２（Ｔｘ＋ΔＴ）〕の範囲が、広く用いられている周知の手動マウスが内蔵するエンコーダから出力されるエンコーダ信号の周波数範囲になるような２進数値であればよい。すなわち、Ｋｖ・Ｄｘの逆数値の絶対値からＸカウンタ用の上記２進数Ｃｘに変換する際に、上記周波数範囲を満足させる一定の係数を乗算するか、ビットシフトを行えばよい。また、逆数演算は、データ処理が複雑であるので、Ｋｖ・Ｄｘの値を入力とし、（Ｋｖ・Ｄｘ）・Ｃｘ＝一定値となるような２進数Ｃｘを対応させた数値変換テーブルをＲＯＭとして記憶手段４５内部に設けておいてもよい。演算手段４６は、Ｋｖ・Ｄｘの逆数値を演算の代りに、Ｋｖ・Ｄｘを演算して分周手段４７に供給し、分周手段４７は、受け取ったＫｖ・Ｄｘの値を元に、上記数値変換テーブルを参照して、Ｘカウンタ用の２進数Ｃｘを獲得することができる。これらの処理方法は、信号ＹＡ、ＹＢに対しても適用できる。また、演算手段４６が、上記数値変換テーブルを参照して、Ｘカウンタ用、Ｙカウンタ用の２進数Ｃｘ、Ｃｙを獲得し、２進数Ｃｘ、Ｃｙを分周手段４７に供給するようにしてもよい。この場合は、記憶手段４５には、図５におけるＫｖ・Ｄｘの逆数値とＫｖ・Ｄｘの逆数値の記憶エリアは不要になる。逆数演算の計算精度は、それほど必要ではない。従って、近似多項式による近似演算で十分である。数値変換テーブルの場合も、比較的小さなテーブルで十分である。
【００４１】
上記説明では、図１０に示した信号ＸＡと信号ＸＢの位相差は、その周波数が変わっても、時間差ΔＴ一定になる。その代わりに、信号ＸＡ、ＸＢの位相差が一定になるようにしてもよい。このためには、２進数Ｃｘの代りにＣｘ／２をＸカウンタにセットして、クロック信号を目標周波数の２倍の周波数にまず分周し、更に２分周する２段階の分周を行うようにし、２分周する際に、信号ＸＡの反転時刻と信号ＸＢの反転時刻が位相で９０度の関係になるようにすればよい。また、上記、目標周波数の２倍の周波数にまず分周して生成したパルス信号を基にし、これを２分周する際に、位相０度の信号と９０度位相が遅れた信号を生成しておき、（ステップＳ１８）では、前者を信号ＸＡ、後者をＸＢとして出力し、（ステップＳ２０）では、前者を信号ＸＢ、後者をＸＡとして出力するようにしてもよい。
【００４２】
また、１チップマイコンなどで内蔵されている１６ビットタイマー、８ビットタイマーなどのタイマーを利用して、信号ＸＡと信号ＸＢを生成してもよい。これらのタイマーは、任意の２進数を書き込むと、その数値を１チップマイコン内部の決められたクロック周波数に従って１ずつ数値を増加させ、全ビットが１または０になると、所定のプログラムに割り込みを発生させる機能を、一般的に有する。この機能を適用する場合について説明する。分周手段４７は、タイマー割り込みにより起動されるプログラムにより信号ＸＡ、ＸＢを生成する。信号ＸＡ、ＸＢ生成用のプログラムは、図８のフローチャートの代りに、以下の手順の流れとする。すなわち、（ステップＳ６１）は、割り込み待ちのステップ、（ステップＳ６２）は、割込み発生のたびに、２ビットの情報［ＡＢ］＝［１０］、［１１］、［０１］、［００］の４つのパターンを順番に切り替えて生成するステップ、（ステップＳ６３）は、タイマーに上記２進数Ｃｘ／２の２の補数をセットしてカウントを開始させるステップ、（ステップＳ６４）は、割り込み待ち状態に戻るステップであって、これら（ステップＳ６１）〜（ステップＳ６４）をループ状に構成する。タイマーに２進数Ｃｘ／２の２の補数がセットされ、カウントアップが完了して割り込みが発生すると、割り込みは、上記の信号ＸＡ、ＸＢ用のプログラム（ステップＳ６１）〜（ステップＳ６４）を起動する。上記プログラム処理は、割り込みのたびに、（ステップＳ６３）において、タイマーに２進数Ｃｘ／２の２の補数をセットする。従って、タイマーは、２進数Ｃｘ／２個のクロック信号計数周期で、割り込み発生を繰り返すことになる。従って、［ＡＢ］は、［１０］、［１１］、［０１］、［００］のパターンを繰り返すことになる。［ＡＢ］のパターンにより信号を作ると、［ＡＢ］の上位ビットＡによる信号は、信号ＸＡの交番信号波形になり、下位ビットＢは、信号ＸＡの波形より位相が９０度遅れた信号ＸＢの交番信号波形になる。信号ＸＡの位相を信号ＸＢの位相より９０度遅らせる場合は、逆の順序、［ＡＢ］＝［００］、［０１］、［１１］、［１０］の順で４つのパターンを変化させれば良い。上記（ステップＳ６２）のステップにおいて、Ｄｘの正負判定を行い、その結果により［ＡＢ］の変化の順序を選択する。なお、Ｄｘ＝０の場合には、信号ＸＡ、ＸＢを変化させない停止情報にする必要があるが、上記割込みを受け付けない割込み禁止状態にすれば、［ＡＢ］は変化せず、信号ＸＡ、ＸＢも、変化しない停止情報になる。上記［ＡＢ］＝［１０］、［１１］、［０１］、［００］のパターンは、記憶手段４５に格納しておき、上記（ステップＳ６２）のステップにおいて、プログラムにより記憶手段４５から順番に読み出すようにすれば良い。読み出した［ＡＢ］は、信号ＸＡ、ＸＢとして出力される。なお、この方式では、図６のフローチャートの（ステップＳ１８）、（ステップＳ２０）において、上記（ステップＳ６１）〜（ステップＳ６４）の割り込み処理を有効化（エネーブル）し、割り込みを起動させる手順に変更する。また、（ステップＳ１６）においては、上記（ステップＳ６１）〜（ステップＳ６４）の割り込み処理の起動を無効化（ディスエーブル）する処理に変更する。なお、信号ＹＡ、ＹＢについては、別のタイマーを使用して、上記信号ＸＡ、ＸＢと同様の方法で生成することが出来る。
【００４３】
図１０の信号ＸＡ、ＸＢでは、操作ボタン２を右方向に押した場合、信号ＸＡの位相が信号ＸＢに対して進み、カーソルやポインタをディスプレイ上でＸ右方向に移動するものとした。操作ボタン２を右方向に押した場合、逆に信号ＸＢの位相が信号ＸＡに対して進んでいる信号を生成し、マウス信号変換部５０において、ＵＳＢやＰＳ／２のマウス出力信号に変換する際に、カーソルやポインタをディスプレイ上でＸ右方向に移動させるマウス出力信号を生成するようにしてもよい。
【００４４】
図９に、出力手段４８が行う信号Ｚの生成、出力処理の手順のフローチャートを示す。情報処理部４０に電源が入ると、（ステップＳ５０）において、出力手段４８は、Ｚ＝０を信号Ｚとして出力する。次に、（ステップＳ５１）に進み、出力手段４８は、記憶手段４５のＤｚを読み出すか、演算手段４６から受け取ったＤｚを使用して、Ｄｚ＝１か否かを判定する。Ｄｚ＝０の場合、Ｎｏであり、（ステップＳ５１）を繰り返す。Ｄｚ＝１になると、操作ボタン２がＺ方向に強く押されたことを示す状態であり、判定はＹｅｓである。（ステップＳ５２）に進み、出力手段４８は、信号Ｚ＝１を出力する。次に（ステップＳ５３）に進み、Ｚカウンタにホールド時間設定のデジタル値Ｈｔをセットし、０に向けて減算計数を行い、Ｚカウンタが０になるまで待つ。Ｚカウンタは、上記Ｘカウンタと同様のデジタル回路により構成できる。なお、Ｚカウンタは、１チップマイコンのタイマーを使用しても実現できる。Ｚカウンタが０になるまでの間は、信号Ｚ＝１が続くことになる。次に（ステップＳ５４）に進み、Ｄｚ＝０か否かを判定する。Ｄｚ＝０であれば、操作ボタン２のＺ方向の操作が終わっていることを示している。Ｄｚ＝０の場合はＹｅｓであり、（ステップＳ５５）に進み、出力手段４８は、信号Ｚを１から０に変更して出力する。Ｄｚ＝１の場合は、操作ボタン２がＺ方向に操作され続けていることを示す。（ステップＳ５６）に進み、出力手段４８は、演算手段４６から供給されるＤｚが０になるまで、（ステップＳ５６）を繰り返し、Ｄｚ＝０になると（ステップＳ５５）に進み、出力手段４８は、信号Ｚを１から０に変更して出力する。（ステップＳ５５）の後は、（ステップＳ５１）に戻り、Ｄｚ＝１になるのを待つ。図９のような処理により、Ｚ方向の加圧時間が短時間であっても、ホールド時間のデジタル値Ｈｔによって決まるパルス幅以上のパルスが、Ｚ信号として出力される。図１０の（３）Ｚ方向にＤｓｚ、Ｄｚ、信号Ｚの波形の例を示す。ＤｓｚがＺｔｈを越えるまでは、Ｄｚ＝０で、信号Ｚが出ないので、Ｄｓｚ＝０〜Ｚｔｈは、Ｚ方向に対する不感帯になる。
【００４５】
上記のような処理により、本発明の入力操作装置では、Ｘ、Ｙ方向に操作ボタン２を押さえると、信号ＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢが交番パルス信号として出力される。操作ボタン２を強く押さえると、図１０に示した交番パルス信号ＸＡ、ＸＢ（ＹＡ、ＹＢも同様）の周波数が高くなる。この出力信号は、周知の手動マウスに内蔵された回転式のエンコーダが生成する信号と同じ形式の信号である。時間当たりのパルス数が多いほど、マウスの移動が早く、カーソルやポインタの移動速度が大きくなる。信号ＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢをパソコンのＰＳ／２方式のマウスのシリアル出力信号に変換すれば、パソコンディスプレイ上でカーソルやポインタを左右上下に移動可能になる。従って、マウスを移動させる速度によりカーソルやポインタの移動速度を制御するのと同様の使い勝手が得られることになる。また、Ｚ方向の圧力印加は、マウスの左クリックと同様の作用を行わせることに対応させることができる。
【００４６】
上記、信号ＸＡ、ＸＢは、三軸センサ４のＸセンサ出力に基づき、パソコンやＰＤＡやナビゲーションシステム等のディスプレイなどの表示器上のカーソルやポインタなどの表示マークの左右方向の移動速度に対応するＸ速度制御情報であり、信号ＹＡ、ＹＢは、三軸センサ４のＹセンサ出力に基づき表示器上の表示マークの上下方向の移動速度に対応するＹ速度制御情報である。信号Ｚは、三軸センサ４のＺセンサ出力に基づき表示器上の表示マークの位置決定のクリック制御情報である。情報処理部４は、Ｘ方向センサ出力、Ｙ方向センサ出力の大きさに応じて、前記表示マークの移動速度を変更させるためのＸ速度制御情報、Ｙ速度制御情報、クリック制御情報を生成する。
【００４７】
図４におけるマウス信号変換部５０は、信号ＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢ、Ｚを入力とし、パソコンで広く使用されているＵＳＢ形式やＰＳ／２形式のマウス出力信号を出力する機能を有する。このようなマウス信号変換部５０は、マウスコントローラと呼ばれ、専用の集積回路が知られているので、それらを使用すればよい。例えば、台湾の半導体メーカであるＥｌａｎ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（義隆電子、以下ＥＬＡＮ）製の集積回路ＥＭ８４５０２Ａは、ＰＳ／２形式のマウス出力信号を出力する。ＵＳＢ形式やＰＳ／２形式のマウス出力信号は、現在多用されており、周知の情報形式であるので、説明を省く。ＵＳＢ形式やＰＳ／２形式のマウス出力信号は、Ｘ速度制御情報、Ｙ速度制御情報、クリック制御情報を含んだ信号である。従って、情報処理部４０は、マウス信号変換部５０を含む概念としてもよい。また、パソコンなどにおいて、カーソルやポインタをパソコンディスプレイ上に表示し、マウス出力信号に基づき、カーソルやポインタの位置を制御し、移動速度を制御することは、広く行われており、その方法や構成は周知であるので、説明を省く。
【００４８】
シリアルマウス出力信号としては、信号ＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢ、Ｚを適当なサンプリング周波数でサンプルし、その時点での「１」か「０」で表される５ビットの（ＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢ、Ｚ）コードを同期符号か同期信号パターンを付加した直列のコード列として送信する形式が考えられる。しかしこれは、情報としては、信号ＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢ、Ｚを送信するのと等価といえる。ＵＳＢ形式やＰＳ／２形式のマウス出力信号も、信号ＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢ、Ｚを送信するのと、情報としては等価といえる。
【００４９】
次に、不感帯設定部３４、移動速度設定部３５、ホールド時間設定部３６、Ｚ動作点設定部３７の目的、意義について説明する。Ｘ信号増幅部３１のＸ信号Ｖｘは、操作ボタン２を操作しない状態でも、温度、経年変化などにより、０Ｖから多少ずれる。また、操作ボタン２をＺ方向に押さえた場合でも、Ｘ方向にも多少の力が加わる場合がある。Ｘ信号Ｖｘの小さな値は無視して、信号ＸＡ、ＸＢが変化しない停止情報とし、不感帯以上の大きな圧力が加わった場合に、Ｘ方向の操作が行われたものとして、交番パルス状の信号ＸＡ、ＸＢを出力する。Ｙ方向についても、同様に、不感帯を設けている。操作ボタン２をＺ方向に押したときに、カーソルやポインタのディスプレイ上での意図しない移動を防止できる。
【００５０】
移動速度設定電圧Ｖｓは、同じ圧力を操作ボタン２に加えている場合でも、カーソルやポインタのディスプレイ上での移動速度を変更する機能を有する。信号ＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢの周波数は、移動速度設定電圧Ｖｓに従って変更できるからである。カーソルやポインタのディスプレイ上での移動速度を好みに応じて変更できる。また、足に力には、かなりの個人差があるものと推定されるので、個人差を移動速度設定電圧Ｖｓによって補償することにより、どのような人でも、カーソルやポインタのディスプレイ上での移動速度を同じ程度に設定することが可能になる。
ホールド時間設定部３６のホールド時間設定電圧Ｖｈを調節することにより、Ｚ方向の操作が短時間の場合にも、必要なパルス幅のＺ信号を得ることができる。
【００５１】
Ｚ動作点設定部３７のＺ動作点設定電圧Ｖｔｈは、Ｚ方向の操作によるクリック操作ＯＮの感度を変更する機能を有する。Ｚ動作点設定電圧Ｖｔｈを小さくすると、Ｚ方向の弱い操作でもＺ信号を発生させて、Ｚ方向のクリック操作ＯＮにできる反面、操作ボタン２をＸ、Ｙ方向に操作したときに発生するＺ方向のクロストークに反応して、誤って、Ｚ方向のクリックＯＮにしてしまう恐れがある。一方、Ｚ動作点設定電圧Ｖｔｈを大きくすると、操作ボタン２をＺ方向に強く押さないとＺ方向のクリックＯＮにならないので、足の力が弱い人には使いづらくなる。Ｚ動作点設定部３７により、使いやすいＺ動作点の設定が可能になる。Ｚ動作点設定電圧Ｖｔｈやデジタル値Ｚｔｈは、Ｚ方向の不感帯に相当することになる。
【００５２】
上記説明では、操作ボタン２を操作しない状態でのＸ信号増幅部３１、Ｙ信号増幅部３２、Ｚ信号増幅部３３の各出力信号、Ｘ信号Ｖｘ、Ｙ信号Ｖｙ、Ｚ信号Ｖｚの電圧値は、それぞれ、０Ｖ（ボルト）とし、操作ボタン２を右方向に押した場合、Ｘ信号Ｖｘは正電圧となり、左方向の場合、負電圧になり、操作ボタン２を前方方向に押した場合、Ｙ信号Ｖｙは正電圧となり、手前の方向の場合、負電圧になり、正負の電圧、例えば、０Ｖ〜±５Ｖが出力されるものとした。また、Ｄｓｘ、Ｄｓｙは、符号付の２進数であるものとして説明した。しかし、各信号増幅部に５Ｖ単電源の回路を使用し、また、負数を２の補数で表す表現など、他の２進数表現を適用しても、上記の各動作を実現できることは言うまでもない。
【００５３】
次に、実際に試作した入力操作装置について、その特性を簡単に説明する。操作部２０の操作ボタン２のＸ方向、またはＹ方向に５ｋｇｆの力を加えたときの、Ｘ歪センサ５ｘ、Ｙ歪センサ５ｙに発生する歪は、約１０００με（ストレイン）であり、このときのＸ信号増幅部３１、Ｙ信号増幅部３２の出力電圧は、±６Ｖ程度であった。またはＺ方向に１０ｋｇｆの力を加えたときの、Ｚ歪センサ５ｚに発生する歪は、約３５０με（ストレイン）であり、このときのＺ信号増幅部３３の出力電圧は、＋３Ｖ程度であった。ＡＤ変換手段４３は、入力電圧±５Ｖに対応し、１０ビットの出力で、−５１１〜０〜＋５１２の範囲を表せる。不感帯設定電圧Ｖｆによる不感帯デジタル値Ｆは、一例として約４０程度である。
ホールド時間設定用のデジタル値Ｈｔは、クロック信号発生手段４１のクロック信号周波数が１ｋＨｚの場合、１０進数で１５０〜２００、すなわち、１５０〜２００ｍ秒程度が適当であったが、これには限らない。
【００５４】
情報処理部４０のＡＤ変換手段４３、４４、Ｘカウンタ、Ｙカウンタ、Ｚカウンタを除く部分は、通常、ＭＰＵやメモリ等から実現され得る。ＡＤ変換器、複数のカウンタまたはタイマー、クロックジェネレータなどを内蔵している１チップマイコンを使用しても良い。上記図６から図９において説明した処理手順は、通常、ソフトウェアで実現される。当該ソフトウェアは、制御部４２内に設けたＲＯＭ等の記録媒体に記録しておき、制御部４２が読み出して、プログラムを実行する。図８の分周手段４７の処理手順、図９の出力手段４８の処理手順は、時間情報を扱うので、図６、図７における分周手段４７、出力手段４８以外の処理手順とは別々に処理するのが、プログラム作成上簡単である。このためには、信号ＸＡとＸＢの生成手順、信号ＹＡとＹＢの生成手順、信号Ｚの生成手順、および、それ以外の処理手順の４つのプログラムを並列で処理するマルチタスクの実行ができるプロセッサを使用すればよい。マルチタスクプロセッサを使用しない場合は、Ｘカウンタ、Ｙカウンタ、Ｚカウンタによる割込み処理を適用してもよい。また、分周手段４７、出力手段４８など情報処理部４０の一部分、あるいは、情報処理部４０全体をハードウェア（専用回路）で実現しても良い。
【００５５】
記憶手段４５は、不揮発性の記録媒体が好適であるが、揮発性の記録媒体でも実現可能である。不感帯設定部３４、移動速度設定部３５、ホールド時間設定部３６、Ｚ動作点設定部３７は、デジタル値を直接情報処理部４０にパソコンなどにより供給するようにしてもよい。その場合、テンキーやキーボードやマウスやパソコンのメニュー画面によって、デジタル値Ｆ、Ｋｓ、Ｈｔ、Ｚｔｈを設定することが可能である。
なお、図６から図９のフローチャートにおいて、処理プログラムを電源オフや処理終了の割り込みにより処理終了させてもよい。
【００５６】
なお、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力は、微小であるので、ノイズが重畳しやすい。Ｘ信号増幅部３１、Ｙ信号増幅部３２、Ｚ信号増幅部３３に高周波除去のフィルタ特性を持たせて、ノイズ除去を行ってもよい。ＡＤ変換手段４３、４４の出力データを時間的に平均してノイズを除去してもよい。情報処理部４０にデジタルフィルタを設けてノイズ除去してもよい。また、上記不感帯は、ノイズの影響を除去する機能を有する。
【００５７】
上記説明では、不感帯設定部３４による不感帯設定電圧Ｖｆに対して、デジタル処理によりＸ信号Ｖｘ、Ｙ信号Ｖｙに不感帯を付与した。Ｘ信号増幅部３１、Ｙ信号増幅部３２を不感帯つきの演算増幅回路としてもよい。
【００５８】
ノイズの除去や操作ボタン２の微小な動きなどにより、チャタリングのような信号が出る場合、Ｘ信号Ｖｘ、Ｙ信号Ｖｙ、Ｚ信号Ｖｚに関しヒステリシス特性を付加してもよい。ヒステリシス回路も、演算増幅器を用いた回路により作成できる。あるいは、図７のフローチャートにおいて、ＤｓｚがＺｔｈを超えてＤｚ＝１としても、一定量以上変化してＺｔｈ以下にならない場合、Ｄｚ＝１のままとする処理を加えれば、プログラム処理によりヒステリシス特性を実現できる。
【００５９】
Ｚ方向のクリックＯＮの動作時に、カーソルやポインタがＸ、Ｙ方向に意図しない移動をしないように、ＺカウンタのＨｔ計数中は、信号ＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢの出力をそれまでと同じ０または１に維持する停止情報状態とすれば、カーソルやポインタは、ホールド時間中は上下左右に移動しないようにできる。図９の（ステップＳ５３）を実行中は、信号ＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢを変化させない停止情報とする手順を、図８のフローチャートの（ステップＳ４５）、（ステップＳ４７）の次に追加すればよい。
【００６０】
本実施の形態のように、三軸センサ４のＸ、Ｙ、Ｚ軸のＸ歪センサ５ｘ、Ｙ歪センサ５ｙ、Ｚ歪センサ５ｚが、一体化されたＸ起歪板４ｘ、Ｙ起歪板４ｙ、Ｚ起歪板４ｚに設置されている場合、製造寸法誤差などがあると、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力の間にクロストークが発生する恐れがある。また、使用者は、操作ボタン２に正確に、Ｘ方向のみ、Ｙ方向のみ、Ｚ方向のみの圧力を加えることは、足などの場合、一般的に容易ではない。操作ボタン２の操作において、操作意図に相違して、他方向成分が混じるクロストーク成分が発生しがちである。本実施の形態では、そのようなクロストークの影響を、受圧部３や不感帯により軽減することが可能になる。特に肢体不自由などの身体障害者の場合、操作ボタン２をＸ、Ｙ、Ｚ方向に正確に操作することは容易ではないので、本発明は、身体障害者が足で入力操作を行うことを容易にする効果がある。
【００６１】
なお、上記説明では、三軸センサ４のＺ起歪板４ｚの中央部の作用面とＺ圧力伝達部２ａ下面の駆動面が当接するものとしたが、空隙を隔てて互いに当接可能に対向する位置とし、Ｚ方向の操作により、対向位置から互いに当接してＺ圧力伝達部２ａがＺ起歪板４ｚを押し下げる構造にしてもよい。この場合、操作ボタン２の少なくとも上部や外周部分は弾性材料とし、操作ボタン２を押し下げたときに、Ｚ圧力伝達部２ａが、受圧部３の位置を基準として、押し下げられるようにしなければならないことは言うまでもない。
なお、Ｘ起歪板４ｘ、Ｙ起歪板４ｙとＺ起歪板４ｚとが結合されている角の部分の厚さを減らせば、互いの干渉が減るので、三軸センサ４自体によるクロストークの発生を少なく出来る。
【００６２】
なお、本実施の形態における入力操作装置は、足、特に足の親指、以外の部位を使用しても操作され得る。つまり、本入力操作装置は、繊細な動きが可能な指先以外の、繊細な動きが苦手な身体の他の部分を使用して操作可能である。
（実施の形態２）
【００６３】
図１１は、三軸センサ４の上面に位置するＺ起歪板４ｚの形状を変更した三軸センサ４Ａを用いた操作部２０ａの例である。図２の三軸センサ４のＺ起歪板４ｚは、平面形状であった。本実施の形態におけるＺ起歪板４ｚは、図１１に示すように、上に凸の形状とする。このようにすると、Ｚ起歪板４ｚにＸＹ方向の力が働いた場合、Ｚ起歪板４ｚは、上向きに変形しようとする。ＸＹ方向の操作に伴ってＺ方向（下向き）の分力がＺ圧力伝達部２ａに掛かっても、上記上向きの変形と打ち消しあい、Ｚ起歪板４ｚのＺ方向（下向き）の歪は、全く、あるいは、殆ど発生しない。操作ボタン２をＺ方向に押し下げると、Ｚ起歪板４ｚは下向きに変形し、Ｘセンサ出力が発生する。図１１の平面図のＺ起歪板４ｚ（破線）に示すように、Ｚ起歪板４ｚの平面形状を十字型に近づけると、Ｚ起歪板４ｚを下向きに変形し易くできる。
本実施の形態によれば、ＸＹ方向の操作によるＺ方向へのクロストークが少なくなり、意図しないＺ方向のクリックの発生が防止できる。
なお、Ｘ、Ｙ、Ｚセンサ出力の処理は、実施の形態１と同様でよい。
【００６４】
なお、上記説明では、三軸センサ４のＺ起歪板４ｚの中央部の作用面とＺ圧力伝達部２ａ下面の駆動面が当接するものとしたが、空隙を隔てて互いに対向する位置とし、Ｚ方向の操作により、互いに当接してＺ圧力伝達部２ａがＺ起歪板４ｚを押し下げる構造にしてもよい。この場合、操作ボタン２の少なくとも上部や外周部分は弾性材料とし、操作ボタン２を押し下げたときに、Ｚ圧力伝達部２ａが、受圧部３の位置を基準として、押し下げられるようにしなければならないことは言うまでもない。
なお、Ｘ起歪板４ｘ、Ｙ起歪板４ｙとＺ起歪板４ｚとが結合されている角の部分の厚さを減らせば、互いの干渉が減るのでクロストークの発生を少なく出来る。角の部分の幅を減らしても同様の効果が得られる。
（実施の形態３）
次に、クロストークを防止する不感帯を、機構的に実現した本発明の入力操作装置を、図１２により説明する。
【００６５】
本実施の形態の操作部２０Ａにおいて、三軸センサ４Ａは、実施の形態２において説明した三軸センサと同様である。なお、実施の形態１において説明した三軸センサ４でもよい。操作ボタン２は、実施の形態１において説明したとほぼ同様の構造である。Ｚ圧力伝達部２ａは、あってもなくてもよいが、図２の場合より短くしてある。受圧部３は、円盤の中心部に穴３ｄを空けた単純な構造でよい。受圧部３は、指示部６により支えられる。支持部６は、ゴム、ウレタン樹脂などの弾性材料で作ったもので、円形体の中心部が空いた形状である。なお、支持部６は、１つまたは複数個のばね、ばね材で作った支持体でもよい。なお、図１２の平面図においては、支持部６を示す円を省いて描いてある。
【００６６】
受圧部３の穴３ｄの内面は、三軸センサ４Ａの外周より大きくする。従って、足を乗せただけの状態では、穴３ｄの内面は、三軸センサ４ＡのＸ軸、Ｙ軸作用点または作用面であるＸ起歪板４ｘ、Ｙ起歪板４ｙの上部とは当接せず、Ｘ軸、Ｙ軸駆動点と、Ｘ軸、Ｙ軸作用点または作用面との間には、不感帯空隙ができる。操作ボタン２のＺ圧力伝達部２ａの下面は、Ｚ駆動点であるが、Ｚ軸作用点であるＺ起歪板４ｚの中央部とは当接せず、不感帯空隙ができる。従って、操作ボタン２に意図しない方向の外力が少しだけ加わった場合には、各駆動点が、対応する各作用点または作用面に当接しないので、Ｘ、Ｙ、Ｚ各センサ出力は静止状態と変わらない。すなわち、クロストーク出力の発生が防止できる。
【００６７】
なお、操作ボタン２は、実施の形態１と同様弾性体で作成してもよい。受圧部３は、金属、プラスチックス材料などが使用できる。また、操作ボタン２と受圧部３を一体として同じ材料で作成してもよい。上記駆動点と作用点または作用面との位置関係を上記不感帯空隙ができるようにする限り、操作ボタン２と受圧部３の形状は、変更してもよい。
【００６８】
本実施の形態は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の力が加わる作用点または作用面を具備し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の加圧力または加圧力による歪または変位を検知して、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力を出力する三軸センサと、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の任意の方向の外力を受ける上面が、球の一部を成す形状を有し、前記Ｘ軸作用点または作用面に圧力を伝えるＸ駆動点または駆動面、前記Ｙ軸作用点または作用面に圧力を伝えるＹ駆動点または駆動面、前記Ｚ軸作用点または作用面に圧力を伝えるＺ駆動点または駆動面を具備する操作ボタンを具備し、Ｘ駆動点または駆動面と前記Ｘ軸作用点または作用面との間に空隙を設けて、バックラッシュが起きるように結合し、Ｙ駆動点または駆動面と前記Ｙ軸作用点または作用面との間に空隙を設けて、バックラッシュが起きるように結合し、Ｚ駆動点または駆動面と前記Ｚ軸作用点または作用面との間に空隙を設けてなる入力操作装置である。ここでのバックラッシュは、操作ボタン２が、ＸまたはＹ方向の中心位置の近くを前後左右に移動する際に、操作ボタン２の駆動力が三軸センサ４Ａの作用点に働かないことにより起きる遊びと看做せる。
【００６９】
なお、Ｚ起歪板４ｚは、三軸センサ４の場合と同様、平面としてもよいことは言うまでもない。また、Ｘ起歪板４ｘ、Ｙ起歪板４ｙとＺ起歪板４ｚとが結合されている角の部分の厚さを減らせば、互いの干渉が減るのでクロストークの発生を少なくできる。角の部分の幅を減らしても同様の効果が得られる。
なお、本操作部２０ＡのＸ、Ｙ、Ｚセンサ出力の処理は、実施の形態１と同様でよい。
（実施の形態４）
【００７０】
図１３は、操作ボタン２の操作力が、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の歪センサに伝わる途中に、機械的な不感帯を設けた操作部２０Ｂの実施の形態である。本実施の形態の三軸センサ４Ｂは、Ｌ形状のＸ起歪板４ｘをＸ方向に対向するように２枚設け、Ｌ形状のＹ起歪板４ｙをＹ方向に対向するように２枚設けられる。２枚のＸ起歪板４ｘには、Ｘ歪センサ５ｘが２個ずつ貼り付けられている。２枚のＹ起歪板４ｙには、Ｙ歪センサ５ｙが２個ずつ貼り付けられている。４枚の起歪板は、足台１０の底に固定される。Ｚ歪センサ５ｚを４枚の起歪板の中央部、足台１０の底に設置する。操作ボタン２は、半球形の上部を有し、下部に中心軸２ｄが設けられる。中心軸２は、Ｚ圧力伝達部２ｄである。半球形の上部の下面には、Ｘ起歪板４ｘの上端部を挿入する挿入穴２ｘが２個、Ｙ起歪板４ｙの上端部を挿入する挿入穴２ｙが２個、それぞれ、開けられている。ゴム、ウレタン樹脂などの弾性材料で作ったチューブ状の支持部７は、足台１０の底に固定される。支持部７には操作ボタン２のＺ圧力伝達部２ｄが挿入されている。歪センサ５ｚとＺ圧力伝達部２ｄの間には、不感帯空隙２ｚが設けられる。Ｘ起歪板４ｘ、Ｙ起歪板４ｙの上端部は、挿入穴２ｘ、２ｙに挿入されている。操作ボタン２が外力を受けない状態では、操作ボタン２は、支持部７により直立する。
【００７１】
Ｘ起歪板４ｘの上先端部は、Ｘ歪センサ５ｘに歪を与える作用点であるのでＸ作用点と呼ぶ。Ｙ起歪板４ｙの上先端部は、Ｙ歪センサ５ｙに歪を与える作用点であるのでＹ作用点と呼ぶ。挿入穴２ｘは、Ｘ作用点にＸ方向操作力を加えるので、Ｘ駆動点と呼ぶ。挿入穴２ｙは、Ｙ作用点にＹ方向操作力を加えるので、Ｙ駆動点と呼ぶ。操作ボタン２が操作されない状態では、Ｘ起歪板４ｘ、Ｙ起歪板４ｙの上端部は、挿入穴２ｘ、挿入穴２ｙのほぼ中央位置に位置し、Ｘ起歪板４ｘの上端部と挿入穴２ｘは当接せず、Ｙ起歪板４ｙの上端部と挿入穴２ｙは当接せず、離れている。挿入穴２ｘ、挿入穴２ｙは、不感帯の作用をするので、これらの隙間は、不感帯空隙２ｘ、不感帯空隙２ｙとも呼べる。これらは、バックラッシュに相当する。
【００７２】
操作ボタン２にＸ方向の圧力をかけるとＸ駆動点はＸ方向に動くが、不感帯空隙２ｘのために、最初は、Ｘ駆動点がＸ作用点に作用しない。更に圧力をかけると、Ｘ駆動点がＸ作用点に当接し、Ｘ起歪板４ｘが曲がり、Ｘ歪センサ５ｘより、Ｘセンサ出力が得られる。Ｙ方向についても同様である。操作ボタン２をＸＹの斜め方向に操作した場合は、その方向角度に応じた圧力が、Ｘ方向とＹ方向に分圧されて、Ｘ作用点とＹ作用点にかかり、方向角度に応じたＸセンサ出力とＹセンサ出力が得られる。操作ボタン２に加える圧力方向をＸ方向からＹ方向へ徐々に変化させた場合も、連続的にＸセンサ出力、Ｙセンサ出力が変化し、かつ、操作ボタン２から足指への反発力も連続的に変化し、操作感がよい。
【００７３】
操作ボタン２をＺ方向に押し下げた場合、不感帯空隙２ｚがＺ圧力伝達部２ｄと歪センサ５ｚの間に設けられているので、小さい力では、歪センサ５ｚはＺセンサ出力を出さない。操作ボタン２が、不感帯空隙２ｚを越えて押し下げられた場合、歪センサ５ｚに押圧力が加わり、歪センサ５ｚはＺセンサ出力を出力する。Ｚ圧力伝達部２ｄの下面は、Ｚ駆動点であり、歪センサ５ｚの上面がＺ作用点になる。
【００７４】
従って、操作ボタン２をＸＹ方向に操作したときに少々Ｚ方向の力が働いても、不感帯空隙２ｚがあるため、Ｚ方向のクロストークは発生しない。また、操作ボタン２をＺ方向に押し下げた場合、少し斜めに押し下げても、不感帯空隙２ｘ、２ｙがあるため、Ｘ駆動点はＸ作用点に、Ｙ駆動点はＹ作用点に、それぞれ作用せず、ＺからＸＹへのクロストークは発生しにくくなる。また、駆動点が作用点に当接する際に、クリック感が発生し、操作の制御がやりやすい。クリック間が不要の場合は、各空隙に粘性体を充填してもよい。
【００７５】
本実施の形態では、Ｘ歪センサ５ｘ、Ｙ歪センサ５ｙ、Ｚ歪センサ５ｚ相互は、機構的に分離されているので、三軸センサ４Ｂ自体においては、クロストークは発生しない。操作ボタン２の操作においては、操作力自体に、意図しない方向の操作力がクロストークの形で含まれるが、本実施の形態の操作部２０Ｂでは、その影響を軽減できる。
【００７６】
Ｘ歪センサ５ｘ、Ｙ歪センサ５ｙ、Ｚ歪センサ５ｚの出力を、信号ＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢ、Ｚに変換する方法は、上記実施の形態１において図４から図１０により説明したのと同様の方法でよい。なお、不感帯設定部３４、Ｚ動作点設定部３７に関する構成や処理は、あってもなくてもよい。不感帯空隙２ｘ、２ｙ、２ｚだけでクロストークの除去が完全でない場合は、不感帯設定部３４、Ｚ動作点設定部３７に関する構成や処理を適用すればよい。
【００７７】
なお、Ｚ歪センサ５ｚは、ストレインゲージ以外に圧電素子でもよい。また、Ｚ歪センサ５ｚは、機械的接点を有するタクトスイッチ、発光ダイオードと受光素子による光インタラプタ、磁石とホール素子を用いた近接スイッチなどの、ＯＮ／ＯＦＦ検出スイッチでもよい。この場合は、情報処理部４０のＺ信号Ｖｚは、デジタル値Ｄｚとして使用できる。これらのセンサやスイッチを含めて、５ｚは、Ｚ軸センサと呼べる。Ｚ軸センサとして光インタラプタを使用する場合で、遮光板をＺ圧力伝達部２ｄに取り付ける場合は、遮光板が発光ダイオードの光を遮る位置の光線自体が作用点に相当し、遮光板自身が光線に対する駆動点であると定義することができる。すなわち不感帯空隙２ｚを設けるとは、遮光板と発光ダイオード、受光素子の距離を適当な間隔空けることである。また、Ｚ圧力伝達部２ｄが、光インタラプタの遮光板を駆動する場合は、Ｚ圧力伝達部２ｄの下面が駆動点、遮光板が作用点であり、空隙は、Ｚ圧力伝達部２ｄの下面と遮光板との間に設ければ良い。磁石とホール素子を用いた近接スイッチにおいては、磁石を、Ｚ圧力伝達部２ｄに取り付ける場合と、Ｚ圧力伝達部２ｄが空隙を介して磁石を駆動する場合とがあり、遮光板と同様の考え方を適用できる。また、駆動点、作用点は、力、圧力が直接作用する以外に、位置の変化である変位の形で駆動して、光の強さ、磁界の強さなどに作用を及ぼすことも含む概念である。光の強さ、磁界の強さなどが変化を受けることも、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸などの力が加わるという概念に含める。あるいは、操作ボタン２に対する圧力が、変位の形で、光の強さ、磁界の強さに対して伝わると考えても良い。また、磁石の磁力という力が、センサであるホール素子に加わるともいえる。光インタラプタでは、遮光板の遮光力という力が、発光ダイオードと受光素子の間の光線に加わるともいえる。遮光力とは、遮光板が光を遮断する程度を表し、完全な不透明板では遮光力が大きく、半透明板では、社効力が弱く、遮光板が光線をより大きく遮るほど、遮光力は大きい。このように、どのようなセンサを使用しても、力が加わるセンサの作用点と、作用点に力を加える駆動点が存在する。
【００７８】
本実施の形態の三軸センサ４Ｂは、足台１０の上に取り付けたが、１枚の基板上にＸ起歪板４ｘ、Ｘ起歪板４ｘ、および、Ｚ歪センサ５ｚまたはＺ軸センサを取り付けた一体型の三軸センサとし、基板を足台１０に取り付けるようにしてもよい。
（その他の実施の形態および補足）
【００７９】
なお、操作ボタン２を操作しない状態では、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力は、いずれも、０Ｖの電圧であるべきである。しかし、センサの温度特性、経年変化、各起歪板４ｘ、４ｙなどの変形により、０Ｖの出力電圧からずれてオフセット電圧となることがある。このような誤差電圧は、Ｘ信号増幅部３１、Ｙ信号増幅部３２、Ｚ信号増幅部３４でオフセット調整をすればよい。オフセット調整回路は、演算増幅器の回路では周知である。また、上記不感帯設定部３４やＺ動作点設定部３７は、上記オフセットを除去する作用も有する。情報処理部４０に調整モードを設けて、操作ボタン２を操作しない状態でのＤｓｘ、Ｄｓｙ、Ｄｓｚを誤差分として計測し、Ｄｓｘ、Ｄｓｙ、Ｄｓｚから計測した誤差分を引き算した修正値をＤｓｘ、Ｄｓｙ、Ｄｓｚとして使用するようにしてもよい。
【００８０】
本発明の入力操作装置は、パソコン操作に通常使用しない身体の部分であって、比較的随意動作をしやすい部位として足母指を使用する足指用の入力操作装置である。手と比較すると足の母指の運動機能は不十分で、力の調整能力も低い。本発明では、動作点を移動せず、あるいは、殆ど移動させずに、加える力の変化だけでカーソルやポインタを動かすことができる。通常のマウスのように、手元の移動が不必要であり、キーボード操作などで両手使っている場合、カーソル移動のためにそれらの作業を中断してマウスを操作する必要がなくなる。手が使えない状態でも、身体の一部、例えば足母指などを接触するだけで自由にカーソルやポインタを制御できる。
【００８１】
本発明の入力操作装置は、最初に操作ボタン２をＺ方向に押し下げ、そのあと、Ｚ方向に力を加えたまま、ＸＹ方向へ押すことにより、カーソルやポインタをドラッグする操作も可能にする。これは、操作ボタン２の操作により、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力を選択的に出力させるだけでなく、同時に出力させることも可能にしているからである。
【００８２】
操作ボタン２の上面は、真球、楕円球などの球の一部の形状以外でもよく、上に凸の形状で、足の親指が掛けられればよい。操作ボタン２の細部の形状、受圧部３の形状は、上記実施の形態の図面に限らず変更してもよい。図１３に示した操作ボタン２の不感帯空隙２ｘ、２ｙの形状も図１３に限らない。
【００８３】
本発明に使用する三軸センサのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向のセンサを含む各ブロックは、図２の三軸センサ４のように、一体化されていても良いし、図１３の三軸センサ４Ｂのように、３種類のブロック部材が別々でもよい。Ｚ方向のセンサブロックだけが別になっていても良い。
本発明の入力操作装置は、足台１０が垂直になるように立てて、肩の付近に設置すれば、肩を操作ボタン２に押し付けて３軸方向に制御することにより、入力操作が可能である。
上記足台１０は、足全体が乗せられる形状が最も好ましいが、足の前部半分を乗せるようにしてもよい。
なお、本発明は、以上の各実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
以上のように、本発明にかかる入力操作装置は、繊細な動きが苦手な身体の他の部分を使用して操作可能な入力操作装置であり、身体障害者だけでなく、通常の人も入力操作に活用可能な入力操作装置として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の一実施形態による足台形状の入力操作装置の図
【図２】本発明の一実施形態による入力操作装置の操作部の図
【図３】本発明の一実施形態による操作部の分解図
【図４】本発明の一実施形態による入力操作装置の情報処理部の図
【図５】本発明の一実施形態による記憶手段の記憶データの図
【図６】本発明の一実施形態による情報処理部の処理フローチャート
【図７】本発明の一実施形態による情報処理部の処理フローチャート
【図８】本発明の一実施形態による情報処理部の処理フローチャート
【図９】本発明の一実施形態による情報処理部の処理フローチャート
【図１０】本発明の一実施形態による情報処理部の信号波形の図
【図１１】本発明の一実施形態による他の操作部の図
【図１２】本発明の一実施形態による別の操作部の図
【図１３】本発明の一実施形態による別の操作部の図
【符号の説明】
【００８６】
１０ 足台
２０、２０ａ、２０Ａ、２０Ｂ 操作部
２ 操作ボタン
２ａ Ｚ圧力伝達部
２ｂ 外周部
２ｘ、２ｙ 挿入穴
３ 受圧部
３ａ 内面
３ｂ 枠
３ｃ 下きり欠き部分
３ｄ 穴
４、４Ａ、４Ｂ 三軸センサ
４ｘ Ｘ起歪板
４ｙ Ｙ起歪板
４ｚ Ｚ起歪板
４ｃ Ｚ起歪板周囲
５ｘ Ｘ歪センサ
５ｙ Ｙ歪センサ
５ｚ Ｚ歪センサ
６、７ 支持部
３１ Ｘ信号増幅部
３２ Ｙ信号増幅部
３３ Ｚ信号増幅部
３４ 不感帯設定部
３５ 移動速度設定部
３６ ホールド時間設定部
３７ Ｚ動作点設定部
４０ 情報処理部
５０ マウス信号変換部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、足や肩などのように、手以外の体の部位により、パソコンディスプレイ上でマウスが行うと同様のカーソルやポインタ制御を行うことができる入力操作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パソコンディスプレイ上でポインタやカーソルを移動させる入力装置としてマウスが使われているが、作業状況や身体的な障害によって手のひらと指先が使用できない場合、身体の他の部分を使用してマウスと同等の入力操作を行えるようにすることが望まれる。
【０００３】
足を使用して入力操作を行うものとしては、スリッパ状の履物の裏側にトラックボールを設け、つま先部に複数のスイッチを設けたものが知られている。この入力装置では、スリッパを足に嵌めて床面を前後左右に移動させることにより、トラックボールを回転させてポインタやカーソル移動を行い、所望の位置において、足の親指などでつま先部のスイッチを操作して、クリック操作を行う入力装置である（特許文献１参照）。
また、下駄の前方半分に相当した板の先端部に２つのスイッチを設けて、一方を親指で、他方を残りの指で操作することにより２通りのクリック操作を行う入力装置がある（特許文献２参照）。
【０００４】
また、左足で円盤状の操作板を前後左右の自由な方向に踏み込んで、ポインタやカーソルの移動方向を決定し、右足用の第１のべダルにより、ポインタやカーソルの移動速度を決めて移動させ、右足用の第２のべダルにより、クリック操作を行う入力装置がある（特許文献３参照）。
また、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の３軸の触圧を検出するロボット用の触圧センサが知られている（特許文献４参照）。
また、棒状のジョイスティックの周囲に４個の歪ゲージを設置して、棒のＸ、Ｙ方向の加圧力を検出するジョイスティックが知られている（特許文献５参照）。
また、ジョイスティックを伸縮可能にし、クリック制御に使用するノートパソコン用の小型ジョイスティックが知られている（特許文献６参照）。
【特許文献１】特開２０００−１８１６２１公報（第１頁、第１図等）
【特許文献２】特開２００４−３８３８７号公報（第１頁、第１図等）
【特許文献３】特開平１０−５５２４８号公報（第１頁、第１図等）
【特許文献４】特開２００４−２４５７１７号公報（第１頁、図１、図３等）
【特許文献５】特開平７−３０２１６１号公報（第１頁、第１図等）
【特許文献６】特開２０００−２９３３０５号公報（第１頁、第１図等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１や特許文献２のような従来の入力装置では、足先だけでなく、下肢部を前後左右に動かす必要があった。足先だけを動かすことができる肢体不自由者には使えないという課題があった。また、特許文献３のような入力装置では、両足の使用が必要であり、片方の足先だけでの操作は困難であった。片足だけを大きく動かすことなく、カーソルやポインタを制御できる入力操作装置が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本第一の発明の入力操作装置は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の力が加わる作用点または作用面を具備し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の加圧力、または加圧力による歪、または変位を検知し、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力を出力する三軸センサと、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の任意の方向の外力による圧力を受ける上面が凸を成す形状を有する操作ボタンと、足を乗せる足台を具備し、前記三軸センサを前記足台に取り付け、前記足台上に足を乗せたときに親指が乗る位置に設けた前記操作ボタンにより前記三軸センサを駆動して、親指で前記操作ボタンをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の任意の方向に操作する足台状の入力操作装置である。
かかる構成により、肢体不自由者が足で情報処理の操作を行えるようになる。
【０００７】
本第二の発明の入力操作装置は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の力が加わる作用点または作用面を具備し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の加圧力、または加圧力による歪、または変位を検知し、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力を出力する三軸センサと、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の任意の方向の外力による圧力を受ける上面が凸を成す形状を有する操作ボタンと、前記操作ボタンが受ける圧力の内、Ｘ軸、Ｙ軸の圧力を主として受け、中心部にＺ方向に穴が開いた受圧部、を具備し、前記受圧部は、前記三軸センサの前記Ｘ軸作用点または作用面と、Ｙ軸作用点または作用面に当接し、前記操作ボタンの下面中心部が前記中心部の穴を介して前記三軸センサの前記Ｚ軸作用点または作用面に当接し、前記受圧部は、前記三軸センサの前記Ｚ軸作用点または作用面に当接しない構造であることを特徴とする入力操作装置である。
【０００８】
かかる構成により、肢体不自由者が足などで意図した方向の入力操作を行えるようになる。また、かかる構成により、繊細な動きが可能な指先以外の、繊細な動きが苦手な、あるいは、大きく動かすことが困難な、身体の他の部分を使用して操作可能である。
【０００９】
本第三の発明の入力操作装置は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の力が加わる作用点または作用面を具備し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の加圧力または加圧力による歪または変位を検知し、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力を出力する三軸センサと、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の任意の方向の外力を受ける上面が凸を成す形状を有し、前記Ｘ軸作用点または作用面に圧力を伝えるＸ駆動点または駆動面、前記Ｙ軸作用点または作用面に圧力を伝えるＹ駆動点または駆動面、前記Ｚ軸作用点または作用面に圧力を伝えるＺ駆動点または駆動面を具備する操作ボタン、を具備し、Ｘ駆動点または駆動面と前記Ｘ軸作用点または作用面との間に空隙を設けて、バックラッシュが起きるように結合し、Ｙ駆動点または駆動面と前記Ｙ軸作用点または作用面との間に空隙を設けて、バックラッシュが起きるように結合し、Ｚ駆動点または駆動面と前記Ｚ軸作用点または作用面との間に空隙を設けてなる入力操作装置である。
【００１０】
かかる構成により、肢体不自由者が足などで意図した方向の入力操作を行えるようになる。また、かかる構成により、繊細な動きが可能な指先以外の、繊細な動きが苦手な、あるいは、大きく動かすことが困難な、身体の他の部分を使用して操作可能である。
【００１１】
本第四の発明の入力操作装置は、上記第二、第三入力操作装置と、足を乗せる足台を具備し、前記足台上に足を乗せたときに親指が乗る位置に前記入力操作装置を設け、親指で前記操作ボタンをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の任意の方向に操作する足台状の入力操作装置である。
かかる構成により、肢体不自由者が足などで意図した方向の入力操作を行えるようになる。
【００１２】
本第五の発明の入力操作装置は、前記三軸センサのＸセンサ出力に基づき表示器上の表示マークの左右方向の移動速度に対応するＸ速度制御情報を生成し、前記三軸センサのＹセンサ出力に基づき表示器上の表示マークの上下方向の移動速度に対応するＹ速度制御情報を生成し、前記三軸センサのＺセンサ出力に基づき表示器上の表示マークの位置決定のクリック制御情報を生成する情報処理部であって、Ｘ方向センサ出力、Ｙ方向センサ出力の大きさに応じて、前記表示マークの移動速度を変更させるための情報処理部を更に具備する。また、前記Ｘセンサ出力が所定の大きさ以下の場合、前記Ｘ速度制御情報を停止情報とし、前記Ｙセンサ出力が所定の大きさ以下の場合、前記Ｙ速度制御情報を停止情報とする不感帯領域を設ける。
かかる構成により、肢体を大きく動かすことなく、手を用いるマウスで行うような入力操作を行えるようになる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によってキーボードの打鍵やその他の作業で両手がふさがっている時にも、足を使用することによってパソコンのカーソル等を操作することができる。手の指と比較して運動制御機能の劣る足母指や身体の他の部分でも、大きく動かすことなく、Ｘ、Ｙ方向のカーソルの移動と、Ｚ方向のクリック操作が行いやすくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施の形態１）
【００１５】
図１は、本発明の入力操作装置の外観図である。足を乗せる足台１０の一端に、操作部２０が設置される。操作部２０は、足を足台１０の上に乗せたときの親指の位置に設ける。操作部２０は、通常、足の親指である第１指で、または、第１指と第２指で挟んで前後左右に移動または変位可能になっている。また、操作部２０は、垂直方向に押し込むことができる。
【００１６】
図２は、操作部２０の構造の一例を示す図である。図２においては、操作部２０の上面図と、Ａ−Ａ'における断面図を示している。操作部２０は、球形の一部分の形をした操作ボタン２、操作ボタン２に加わる力を受ける受圧部３、操作ボタン２に加わるＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の圧力を検出する三軸センサ４を具備する。図３は、操作部２０の操作ボタン２、受圧部３、三軸センサ４を分離して示した分解図である。操作ボタン２の球形部は、足の親指で操作しやすい大きさであることが好適である。具体的には、操作ボタン２の球形部の直径は、１５ｍｍ以上、３０ｍｍ以下程度が好ましい。また、操作ボタン２の球形部は、直径約２０ｍｍ程度であることがさらに好適である。
【００１７】
操作ボタン２は、図２、図３に灰色で示した断面を有する回転対称形であり、半球よりやや小さめの球の一部分を成す上部に対して、その下部に円筒形のＺ圧力伝達部２ａを具備する。この例では操作ボタン２は、茸に似た形状である。操作ボタン２は、ゴムなどの弾性体、適度の硬さを有するプラスチック材料などが適している。
【００１８】
受圧部３は、図３に示した斜線ハッチング部分の断面を有する回転対称形の円環である。上部外周には、枠３ｂを設ける。下部には、内面３ａより半径の大きな下切り欠き部分３ｃを設ける。受圧部３にはＺ方向に穴が開いていることになる。なお、内面３ａと下切り欠き部分３ｃの径は、同じでもよいが、受圧部３がずり落ちるのを防ぐために、内面３ａの径をやや小さめにしてもよい。
【００１９】
三軸センサ４は、図２の平面図に八角形で示したＺ起歪板４ｚの８辺の内、Ｘ向きに対向する２辺にＬ形状の２枚のＸ起歪板４ｘを設け、Ｙ向きに対向する２辺にもＬ形状の２枚のＹ起歪板４ｙを設け、Ｘ起歪板４ｘ、Ｙ起歪板４ｙ、Ｚ起歪板４ｚには、歪ゲージ（ストレインゲージ）のようなＸ歪センサ５ｘ、Ｙ歪センサ５ｙ、Ｚ歪センサ５ｚをそれぞれ４個ずつ、合計１２個貼り付けてある。Ｘ起歪板４ｘ、Ｙ起歪板４ｙ、Ｚ起歪板４ｚは、一枚の金属板をプレス加工などにより一体で形成し、図２、図３の形状に折り曲げて作成することができる。三軸センサ４の上部に相当するＺ起歪板４ｚの形状は、八角形以外、例えば円形等でもよい。このような三軸センサ４は、上記特許文献４により公知であるので、詳しい説明は省く。
【００２０】
三軸センサ４は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の加圧力、または加圧力による歪、または変位を検知するセンサであって、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の力が加わる作用点または作用面を具備し、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力を出力する。Ｘ軸の力が加わる作用点または作用面は、Ｘ起歪板４ｘの上端部分である。Ｙ軸の力が加わる作用点または作用面は、Ｙ起歪板４ｙの上端部分である。Ｚ軸の力が加わる作用点または作用面は、三軸センサ４の上面に設けられたＺ起歪板４ｚの中央部分である。なお、Ｚ起歪板４ｚの周囲側面であって、Ｘ起歪板４ｘ、Ｙ起歪板４ｚがない部分にＸ、Ｙ方向の力を加えても、Ｘ、Ｙ方向の作用が加わるからＸ方向、Ｙ方向の作用点を兼ねる。しかし、図２の三軸センサ４の場合は、Ｘ起歪板４ｘ、Ｙ起歪板４ｙの上端部分の方が作用点、作用面として優れている。
【００２１】
操作ボタン２の外周部２ｂは、受圧部３の枠３ｂに嵌め込み固定される。操作ボタン２の外周部２ｂと受圧部３の枠３ｂは、接着剤等により結合してもよい。三軸センサ４の上部は、受圧部３の下切り欠き部分３ｃの中に嵌め込み固定される。最も好ましくは、各２枚のＸ起歪板４ｘとＹ起歪板４ｙの上部を下切り欠き部分３ｃにそれぞれ当接させる。Ｚ起歪板４ｚの周囲部４ｃを、下きり欠き部分３ｃと接着剤等により結合してもよい。なお、Ｚ起歪板４ｚの周辺上面は、受圧部３の下きり欠き部分３ｃの底に当接しないほうがよいので、下きり欠き部分３ｃの中に余り深く嵌め込まないようにする。操作ボタン２のＺ圧力伝達部２ａの下面は、Ｚ起歪板４ｚの上面中央部に当接する。Ｚ圧力伝達部２ａの下面は、Ｚ起歪板４ｚの上面と接着剤等により接着してもよい。
【００２２】
受圧部３は、操作ボタン２が受ける圧力の内、Ｘ軸、Ｙ軸の圧力を主として受ける。受圧部３の下切り欠き部分３ｃの内面は、三軸センサ４の上記Ｘ軸作用点（または作用面）と、Ｙ軸作用点（または作用面）に当接する、Ｘ駆動点（または駆動面）、および、Ｙ駆動点（または駆動面）になる。操作ボタン２の下面中心部であるＺ圧力伝達部２ａは、三軸センサ４の上記Ｚ軸作用点（または作用面）に当接するＺ駆動点（または駆動面）になる。受圧部３は、三軸センサ４のＺ軸作用点（または作用面）には、当接しない構造である。
【００２３】
以上の構成による操作部２０は、図２の断面図に示したように、足台１０に穿った穴の底に設置される。Ｘ起歪板４ｘ、Ｙ起歪板４ｙの下部のＬ型の足の部分は、足台１０に穿った穴の底に螺子止め、または接着止めなどでよい。
【００２４】
使用者が、足を足台１０に乗せ、足の親指を操作ボタン２の上に当てて、操作ボタン２を左右方向（Ｘ方向）に動かそうとして圧力を加えると、Ｘ方向の圧力は、２枚のＸ起歪板４ｘ上の４個のＸ歪センサ５ｘにより、Ｘセンサ出力として計測できる。使用者が、操作ボタン２を前後方向（Ｙ方向）に動かそうとして圧力を加えると、Ｙ方向の圧力は、２枚のＹ起歪板４ｙ上の４個のＹ歪センサ５ｙにより、Ｙセンサ出力として計測できる。または、使用者が、操作ボタン２を下方向（Ｚ方向）に押さえると、Ｚ方向の圧力は、Ｚ起歪板４ｚ上の４個のＺ歪センサ５ｚにより、Ｚセンサ出力として計測できる。
各Ｘ歪センサ５ｘ、Ｙ歪センサ５ｙ、Ｚ歪センサ５ｚから、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力を検出する回路は、上記特許文献４の図３、図４などで周知のブリッジ回路などを適用する。
【００２５】
本実施の形態における操作部２０は、操作ボタン２の外周部２ｂを、受圧部３の枠３ｂに当接させている。三軸センサ４の上部は、受圧部３の下切り欠き部分３ｃの中に嵌め込み固定される。Ｚ起歪板４ｚの上面周囲は、受圧部３の下きり欠き部分３ｃの底に当接しない。操作ボタン２のＺ圧力伝達部２ａの下面は、Ｚ起歪板４ｚの上面中央部に当接する。このようにすると、操作ボタン２にＸ方向の圧力を加えた場合、圧力は、主として、受圧部３の枠３ｂに集中する。枠３ｂは剛体であるから、Ｘ起歪板４の上部に圧力を伝え、Ｘ起歪板４の上部は、右方向に変形するが、Ｚ起歪板４ｚには歪を起こさずＺ起歪板４ｚ全体を右に移動させるだけである。従って、Ｘ方向の圧力がＺ起歪板４ｚ上のＺ歪センサ５ｚに及ぼす力は小さい。足で操作ボタン２にＸ方向の圧力を加えた場合、操作ボタン２にどうしてもＺ方向の力が加わることは避けられないが、Ｚ方向の分力は、受圧部３の枠３の内部の上切欠きの上面が主として受ける。この力は、Ｘ起歪板４ｘに対して垂直にかかるが、Ｚ起歪板４ｚを変形させるようには働かない。残るＺ方向の分力は、Ｚ圧力伝達部２ａを介して、Ｚ起歪板４ｚに対してＺ方向に加わるが、その大きさは、軽減される。従って、Ｘ方向の操作時に発生するＺ方向のクロストークを減らすことができる。
【００２６】
操作ボタン２のＺ圧力伝達部２ａは、Ｚ起歪板４ｚ全体に当接せず、Ｚ起歪板４ｚの中央部分に主として当接しているので、Ｚ方向の圧力によるＺ起歪板４ｚの変形は大きくなる。よって、足によるＺ方向の動作検出の感度を高くすることができる。受圧部３の内面３ａとＺ圧力伝達部２ａの間に空隙を設けているので、受圧部３の力は、Ｚ圧力伝達部２ａを介してＺ起歪板４ｚに加わることがない。従って、受圧部３は、専ら、Ｘ起歪板４ｘに歪を発生させるのに寄与できる。なお、以上の説明は、Ｙ方向についても適用できるので、Ｙ方向の操作によるＺ方向へのクロストークも軽減できる。
【００２７】
次に、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力から、ポインタやカーソルをパソコンディスプレイ上で操作するための情報であるポインタ制御情報を生成する方式について説明する。図４は、ポインタ制御情報を生成する回路のブロック図である。
【００２８】
Ｘセンサ出力は、微小信号であるので、差動増幅器であるＸ信号増幅部３１によりＸ信号Ｖｘに増幅し、情報処理部４０に供給される。Ｙセンサ出力は、差動増幅器であるＹ信号増幅部３２によりＹ信号Ｖｙに増幅し、情報処理部４０に供給される。Ｚセンサ出力は、差動増幅器であるＺ信号増幅部３３によりＺ信号Ｖｚに増幅し、情報処理部４０に供給される。
不感帯設定部３４は、Ｘセンサ出力、または／およびＹセンサ出力、または／およびＺセンサ出力が所定以下の場合に、入力がないものとして動作しないような領域である不感帯領域を設定する手段である。
移動速度設定部３５は、Ｘセンサ出力、または／およびＹセンサ出力の出力に応じて、カーソルやポインタが移動する速度を設定する手段である。
ホールド時間設定部３６は、Ｚセンサ出力を受け付けない時間を設定する手段である。
Ｚ動作点設定部３７は、Ｚ方向の操作によるクリック操作ＯＮの感度を設定する手段である。
【００２９】
不感帯設定部３４、移動速度設定部３５、ホールド時間設定部３６、Ｚ動作点設定部３７は、それぞれ可変抵抗器であって、電源電圧を分圧して生成される不感帯設定電圧Ｖｆ、移動速度設定電圧Ｖｓ、ホールド時間設定電圧Ｖｈ、Ｚ動作点設定電圧Ｖｔｈをそれぞれ情報処理部４０に供給する。情報処理部４０は、Ｘ信号Ｖｘ、Ｙ信号Ｖｙ、Ｚ信号Ｖｚ、不感帯設定電圧Ｖｆ、移動速度設定電圧Ｖｓ、ホールド時間設定電圧Ｖｈ、Ｚ動作点設定電圧Ｖｔｈを受け入れ、ポインタ制御情報である信号ＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢ、Ｚを出力する。マウス信号変換部５０は、ポインタ制御情報である信号ＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢ、Ｚを入力とし、パソコンで広く使用されているＵＳＢ形式やＰＳ／２形式のシリアル情報のマウス出力信号を出力する機能を有する。マウス出力信号をパソコンに供給すると、パソコンディスプレイ上でカーソルやポインタの操作が行える。なお、信号ＸＡ、ＸＢは、後述するＸ速度制御情報であり、信号ＹＡ、ＹＢは、後述するＸ速度制御情報であり、信号Ｚは、後述するクリック情報である。
【００３０】
情報処理部４０において、ＡＤ変換手段４３は、Ｘ信号Ｖｘ、Ｙ信号Ｖｙ、Ｚ信号Ｖｚを、それぞれ、デジタル値Ｄｓｘ、Ｄｓｙ、Ｄｓｚに変換し、デジタルメモリである記憶手段４５に格納する。ＡＤ変換手段４４は、不感帯設定電圧Ｖｆ、移動速度設定電圧Ｖｓ、ホールド時間設定電圧Ｖｈ、Ｚ動作点設定電圧Ｖｔｈを、それぞれ、デジタル値Ｆ、Ｋｓ、Ｈｔ、Ｚｔｈに変換し、記憶手段４５に格納する。演算手段４６は、上記各デジタル値を記憶手段４５から読み出し、後述する演算を行い、演算結果を分周手段４７、出力手段４８に供給する。クロック信号発生手段４１は、情報処理部４０の各部にクロック信号を供給する。分周手段４７は、演算手段４６の演算結果に基づき、クロック周波数を分周して、ポインタ制御情報用の信号ＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢを発生させ出力する。出力手段４８は、演算手段４６の演算結果に基づき、後述する信号Ｚの波形を発生させ出力する。制御部４２は、情報処理部４０の各部に動作指示などを行う。
【００３１】
図５に、記憶手段４５の記憶するデータを示す。デジタル値Ｄｓｘ、Ｄｓｙ、Ｄｓｚ、デジタル値Ｆ、Ｋｓ、Ｈｔ、Ｚｔｈを記憶するエリアに加えて、不感帯処理を行ったＸ方向のデジタル値Ｄｘ、不感帯処理を行ったＹ方向のデジタル値Ｄｙ、Ｚ方向のクリックＯＮ／ＯＦＦを現すデジタル値Ｄｚを記憶するエリア、および、Ｄｘ、Ｄｙに速度係数Ｋｓを乗算した数値の逆数値Ｋｖ・ＤｘとＫｖ・Ｄｙを記憶するエリアを設ける。なお、不感帯処理とは、後述する（ステップＳ１２）〜（ステップＳ１５）と（ステップＳ１７）、（ステップＳ１９）による処理のように、入力変数に対する出力変数の関係を、入力変数が所定の領域内（入力の不感帯領域等という）の場合に、出力変数を全くあるいは殆ど変化させず、入力変数が前記所定の領域以下、または所定の領域以上の値の場合に、入力変数に応じて出力変数を変化させる入出力特性にすることを言う。
【００３２】
次に、情報処理部４０の動作を、図６、図７、図８、図９のフローチャートにより説明する。図６において、情報処理部４０に電源が入ると、制御部４２は、記憶手段４５の図５に示した各エリアのデータを消去する。次に、（ステップＳ１０）において、ＡＤ変換手段４３は、Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚの各信号をＡＤ変換し、変換結果であるデジタル値Ｄｓｘ、Ｄｓｙ、Ｄｓｚを図５に示した記憶手段４５の各エリアに記憶する。次に（ステップＳ１１）に進み、ＡＤ変換手段４４は、Ｖｆ、Ｖｓ、Ｖｈ、Ｖｔｈの各設定電圧をＡＤ変換し、デジタル値Ｆ、Ｋｖ、Ｈｔ、Ｚｔｈを図５に示した記憶手段４５の各エリアに記憶する。次に（ステップＳ１２）に進み、演算手段４６は、ＤｓｘとＦを読み出し、（ステップＳ１３）において、ＤｓｘとＦを比較し、Ｄｓｘ＞ＦがＮｏの場合、（ステップＳ１４）に進み、Ｄｓｘと−Ｆを比較する。Ｄｓｘ＜−ＦがＮｏの場合、（ステップＳ１５）に進み、記憶手段４５にＤｘ＝０を記憶する。次に（ステップＳ１６）に進み、分周手段４７にＤｘ＝０を渡し、分周手段４７は、ポインタ制御情報用の信号ＸＡ、ＸＢのパルス状の交番変化を行なわず、停止情報とする。停止情報とは、それまでの信号ＸＡ、ＸＢ（１または０）の状態を維持し、交番変化しないことを指す。いいかえると、信号ＸＡ、ＸＢは、周波数がゼロであり、カーソルやポインタの移動速度がゼロであることを表す移動速度情報となる。（ステップＳ１３）においてＹｅｓ（図面における「Ｙ」）の場合は、Ｘ歪センサ５ｘによるデジタル値Ｄｓｘが不感帯の値Ｆより大きい。この場合、（ステップＳ１７）に進み、演算手段４６は、Ｄｘ＝Ｄｓｘ−Ｆを算出し、Ｄｘを記憶手段４５に記憶し、（ステップＳ１８）に進み、Ｋｖ・Ｄｘの逆数値を算出し、記憶手段４５の該当するエリアに記憶し、更に分周手段４７に供給する。分周手段４７は、クロック信号をＫｖ・Ｄｘの逆数値に従って分周して、信号ＸＡと信号ＸＢを出力する。信号ＸＡの位相を信号ＸＢの位相に対して所定の時間またはデューティサイクル分だけ進相信号とする。
【００３３】
（ステップＳ１４）においてＹｅｓの場合は、Ｘ歪センサ５ｘによるデジタル値Ｄｓｘが不感帯の値Ｆより絶対値が大きい負の値である。この場合、（ステップＳ１９）に進み、演算手段４６は、Ｄｘ＝（Ｄｓｘ＋Ｆ）を算出し、Ｄｘを記憶手段４５に記憶し、（ステップＳ２０）に進み、Ｋｖ・Ｄｘの逆数値を算出し、分周手段４７に供給する。分周手段４７は、クロック信号をＫｖ・Ｄｘの逆数値の絶対値に従って分周して、信号ＸＡと信号ＸＢを出力する。信号ＸＢの位相を信号ＸＡの位相に対して所定の時間またはデューティサイクル分だけ進相信号とする。
【００３４】
（ステップＳ１６）、（ステップＳ１８）（ステップＳ２０）の次に、（ステップＳ２１）に進む。（ステップＳ２２）から（ステップＳ２９）において、演算手段４６と分周手段４７は、Ｙ歪センサ５ｙによるデジタル値Ｄｓｙと不感帯の値Ｆに基づき、（ステップＳ１３）から（ステップＳ２０）と同様の処理ステップを実行する。
【００３５】
操作ボタン２の操作力が十分に大きくなく、−Ｆ＜Ｄｓｘ＜Ｆ、−Ｆ＜Ｄｓｙ＜Ｆの範囲の場合は、Ｄｘ＝０、Ｄｙ＝０である。すなわち、Ｘ、Ｙ方向に操作の不感帯をもうけていることになる。不感帯とは、小さな入力（力）を検知しても、出力としない領域（力の幅）のことである。
【００３６】
（ステップＳ２５）、（ステップＳ２７）（ステップＳ２９）の次に、図７に示す（ステップＳ３０）に進み、演算手段４６は、Ｚ方向についての情報処理を行う。まず（ステップＳ３０）において、演算手段４６は、記憶手段４５からＺ歪センサ５ｚによるデジタル値ＤｓｚとＺ動作点設定値Ｚｔｈを読み出し、（ステップＳ３１）に進む。（ステップＳ３１）において、Ｄｓｚ＞Ｚｔｈの場合、Ｚ方向のクリック操作が十分に大きい力であると判定し、（ステップＳ３２）に進み、演算手段４６は、Ｄｚ＝１を記憶手段４５に記憶し、出力手段４８にＤｚ＝１を供給する。（ステップＳ３１）において、Ｎｏ（図面における「Ｎ」）の場合、Ｚ方向のクリック操作がないものと判定し、演算手段４６は、Ｄｚ＝０を記憶手段４５に記憶し、出力手段４８にＤｚ＝０を供給する。（ステップＳ３２）、（ステップＳ３３）の処理後は、（ステップＳ１０）に戻る。
【００３７】
図８は、分周手段４７が行う処理の手順のフローチャートである。（ステップＳ４０）において、分周手段４７は、Ｄｘを読み出し、Ｄｘ＝０かどうか判定する。Ｄｘ＝１の場合、判定はＮｏであり、（ステップＳ４１）に進み、記憶手段４５からＫｖ・Ｄｘの逆数値を読み出し、その絶対値（正数）に比例した２進数ＣｘをＸカウンタにセットし、０に向けて、クロック信号発生手段４１が生成するクロック信号に従って、計数を開始する。なお、分周手段４７は、Ｘカウンタを具備する。Ｘカウンタは、クロック信号を計数するＸ軸用のカウンタで、信号ＸＡ、ＸＢを生成するために使用する。Ｘカウンタは、周知のバイナリカウンタであって、ハードウェアにより構成できる。Ｘカウンタは、周知のフリップフロップを複数個従続接続し、クロック信号を各フリップフロップにより順次分周する構成であって、任意の２進数の各ビットを各フリップフロップに書き込むと、これらのフリップフロップにより構成されるレジスタは、その値をクロック信号に同期して、１ずつ減算し、かつ、各フリップフロップの出力をレジスタの値として読み出すことが出来る機能を有するデジタル回路である。次に、（ステップＳ４２）に進み、Ｘカウンタ＝０になるまでループし、Ｘカウンタ＝０になるとＹｅｓになり、（ステップＳ４３）に進む。（ステップＳ４３）において、分周手段４７は、記憶手段４５からＤｘを読み出し、Ｄｘの正負を判定する。Ｄｘが正の場合、Ｙｅｓであり、（ステップＳ４４）に進む。（ステップＳ４４）において、分周手段４７は、信号ＸＡを前の値から反転して出力する。すなわち、信号Ｘの値が０の場合、１とし、前の値が１の場合、０とする。次に（ステップＳ４５）に進み、所定の時間ΔＴ待って、信号ＸＢを前の値から反転して出力し、（ステップＳ４０）に戻る。（ステップＳ４３）において、Ｄｘが負の場合、Ｎｏであり、（ステップＳ４６）に進む。（ステップＳ４６）において、分周手段４７は、信号ＸＢを前の値から反転して出力する。次に（ステップＳ４７）に進み、所定の時間ΔＴ待って、信号ＸＡを前の値から反転して出力し、（ステップＳ４０）に戻る。（ステップＳ４０）においてＹｅｓの場合、Ｄｘ＝０、すなわち、Ｘ方向の操作による圧力が十分に小さい場合であって、（ステップＳ４８）に進み、分周手段４７は、信号ＸＡ、ＸＢ共に、それまでの出力レベルを維持し、（ステップＳ４０）に戻る。（ステップＳ４０）から（ステップＳ４８）の一連の処理は、図６の（ステップＳ１６）、（ステップＳ１８）、（ステップＳ２０）における分周手段４７の行う処理に該当する。
【００３８】
（ステップＳ４４）、（ステップＳ４５）、（ステップＳ４６）、（ステップＳ４７）により分周手段４７が出力する信号ＸＡ、ＸＢは、図１０に示すような交番パルス信号になる。信号ＸＡ、ＸＢの周期は、Ｋｖ・Ｄｘの逆数値をＸカウンタが計数する時間をＴｘとすると、２（Ｔｘ＋ΔＴ）になる。信号ＸＡ、ＸＢの周波数は、１／〔２（Ｔｘ＋ΔＴ）〕になる。操作ボタン２をＸ方向に強く押すと、Ｄｘは大きく、Ｔｘは小さくなり、周波数は高くなる。操作ボタン２をＸ方向に弱く押すと、Ｄｘは小さく、Ｔｘは大きくなり、周波数は低くなる。図１０の（１）Ｘ右方向では、信号ＸＡが信号ＸＢよりΔＴだけ位相が進んだ信号とする。（２）Ｘ左方向では、信号ＸＢが信号ＸＡよりΔＴだけ位相が進んだ信号とする。信号ＸＡとＸＢのどちらの位相が進んでいるかを判定すれば、カーソルやポインタを左右どちらに移動させるかを決めることが可能になる。
【００３９】
分周手段４７は、Ｙ方向のデジタル値Ｄｙに対しても、図８において説明したと同様の処理手順により、記憶手段４５からＫｖ・Ｄｙの逆数値を読み出し、その絶対値に対応する２進数ＣｙをＹカウンタにセットし、０に向けて計数を行い、信号ＹＡと信号ＹＢを出力する。Ｙカウンタは、上記Ｘカウンタと同様のデジタル回路により構成できる。信号ＹＡと信号ＹＢも、図１０の信号ＸＡと信号ＸＢのようにΔＴだけ位相差がある信号になり、信号ＹＡとＹＢのどちらの位相が進んでいるかを判定すれば、カーソルやポインタをディスプレイ上の上下どちらに移動させるかを決めることが可能になる。
【００４０】
なお、Ｘカウンタにセットする２進数Ｃｘ、すなわち、Ｋｖ・Ｄｘの逆数値の絶対値に比例した２進数の数値の範囲は、次のようなものとする。信号ＸＡ、ＸＢの周波数＝１／〔２（Ｔｘ＋ΔＴ）〕の範囲が、広く用いられている周知の手動マウスが内蔵するエンコーダから出力されるエンコーダ信号の周波数範囲になるような２進数値であればよい。すなわち、Ｋｖ・Ｄｘの逆数値の絶対値からＸカウンタ用の上記２進数Ｃｘに変換する際に、上記周波数範囲を満足させる一定の係数を乗算するか、ビットシフトを行えばよい。また、逆数演算は、データ処理が複雑であるので、Ｋｖ・Ｄｘの値を入力とし、（Ｋｖ・Ｄｘ）・Ｃｘ＝一定値となるような２進数Ｃｘを対応させた数値変換テーブルをＲＯＭとして記憶手段４５内部に設けておいてもよい。演算手段４６は、Ｋｖ・Ｄｘの逆数値を演算の代りに、Ｋｖ・Ｄｘを演算して分周手段４７に供給し、分周手段４７は、受け取ったＫｖ・Ｄｘの値を元に、上記数値変換テーブルを参照して、Ｘカウンタ用の２進数Ｃｘを獲得することができる。これらの処理方法は、信号ＹＡ、ＹＢに対しても適用できる。また、演算手段４６が、上記数値変換テーブルを参照して、Ｘカウンタ用、Ｙカウンタ用の２進数Ｃｘ、Ｃｙを獲得し、２進数Ｃｘ、Ｃｙを分周手段４７に供給するようにしてもよい。この場合は、記憶手段４５には、図５におけるＫｖ・Ｄｘの逆数値とＫｖ・Ｄｘの逆数値の記憶エリアは不要になる。逆数演算の計算精度は、それほど必要ではない。従って、近似多項式による近似演算で十分である。数値変換テーブルの場合も、比較的小さなテーブルで十分である。
【００４１】
上記説明では、図１０に示した信号ＸＡと信号ＸＢの位相差は、その周波数が変わっても、時間差ΔＴ一定になる。その代わりに、信号ＸＡ、ＸＢの位相差が一定になるようにしてもよい。このためには、２進数Ｃｘの代りにＣｘ／２をＸカウンタにセットして、クロック信号を目標周波数の２倍の周波数にまず分周し、更に２分周する２段階の分周を行うようにし、２分周する際に、信号ＸＡの反転時刻と信号ＸＢの反転時刻が位相で９０度の関係になるようにすればよい。また、上記、目標周波数の２倍の周波数にまず分周して生成したパルス信号を基にし、これを２分周する際に、位相０度の信号と９０度位相が遅れた信号を生成しておき、（ステップＳ１８）では、前者を信号ＸＡ、後者をＸＢとして出力し、（ステップＳ２０）では、前者を信号ＸＢ、後者をＸＡとして出力するようにしてもよい。
【００４２】
また、１チップマイコンなどで内蔵されている１６ビットタイマー、８ビットタイマーなどのタイマーを利用して、信号ＸＡと信号ＸＢを生成してもよい。これらのタイマーは、任意の２進数を書き込むと、その数値を１チップマイコン内部の決められたクロック周波数に従って１ずつ数値を増加させ、全ビットが１または０になると、所定のプログラムに割り込みを発生させる機能を、一般的に有する。この機能を適用する場合について説明する。分周手段４７は、タイマー割り込みにより起動されるプログラムにより信号ＸＡ、ＸＢを生成する。信号ＸＡ、ＸＢ生成用のプログラムは、図８のフローチャートの代りに、以下の手順の流れとする。すなわち、（ステップＳ６１）は、割り込み待ちのステップ、（ステップＳ６２）は、割込み発生のたびに、２ビットの情報［ＡＢ］＝［１０］、［１１］、［０１］、［００］の４つのパターンを順番に切り替えて生成するステップ、（ステップＳ６３）は、タイマーに上記２進数Ｃｘ／２の２の補数をセットしてカウントを開始させるステップ、（ステップＳ６４）は、割り込み待ち状態に戻るステップであって、これら（ステップＳ６１）〜（ステップＳ６４）をループ状に構成する。タイマーに２進数Ｃｘ／２の２の補数がセットされ、カウントアップが完了して割り込みが発生すると、割り込みは、上記の信号ＸＡ、ＸＢ用のプログラム（ステップＳ６１）〜（ステップＳ６４）を起動する。上記プログラム処理は、割り込みのたびに、（ステップＳ６３）において、タイマーに２進数Ｃｘ／２の２の補数をセットする。従って、タイマーは、２進数Ｃｘ／２個のクロック信号計数周期で、割り込み発生を繰り返すことになる。従って、［ＡＢ］は、［１０］、［１１］、［０１］、［００］のパターンを繰り返すことになる。［ＡＢ］のパターンにより信号を作ると、［ＡＢ］の上位ビットＡによる信号は、信号ＸＡの交番信号波形になり、下位ビットＢは、信号ＸＡの波形より位相が９０度遅れた信号ＸＢの交番信号波形になる。信号ＸＡの位相を信号ＸＢの位相より９０度遅らせる場合は、逆の順序、［ＡＢ］＝［００］、［０１］、［１１］、［１０］の順で４つのパターンを変化させれば良い。上記（ステップＳ６２）のステップにおいて、Ｄｘの正負判定を行い、その結果により［ＡＢ］の変化の順序を選択する。なお、Ｄｘ＝０の場合には、信号ＸＡ、ＸＢを変化させない停止情報にする必要があるが、上記割込みを受け付けない割込み禁止状態にすれば、［ＡＢ］は変化せず、信号ＸＡ、ＸＢも、変化しない停止情報になる。上記［ＡＢ］＝［１０］、［１１］、［０１］、［００］のパターンは、記憶手段４５に格納しておき、上記（ステップＳ６２）のステップにおいて、プログラムにより記憶手段４５から順番に読み出すようにすれば良い。読み出した［ＡＢ］は、信号ＸＡ、ＸＢとして出力される。なお、この方式では、図６のフローチャートの（ステップＳ１８）、（ステップＳ２０）において、上記（ステップＳ６１）〜（ステップＳ６４）の割り込み処理を有効化（エネーブル）し、割り込みを起動させる手順に変更する。また、（ステップＳ１６）においては、上記（ステップＳ６１）〜（ステップＳ６４）の割り込み処理の起動を無効化（ディスエーブル）する処理に変更する。なお、信号ＹＡ、ＹＢについては、別のタイマーを使用して、上記信号ＸＡ、ＸＢと同様の方法で生成することが出来る。
【００４３】
図１０の信号ＸＡ、ＸＢでは、操作ボタン２を右方向に押した場合、信号ＸＡの位相が信号ＸＢに対して進み、カーソルやポインタをディスプレイ上でＸ右方向に移動するものとした。操作ボタン２を右方向に押した場合、逆に信号ＸＢの位相が信号ＸＡに対して進んでいる信号を生成し、マウス信号変換部５０において、ＵＳＢやＰＳ／２のマウス出力信号に変換する際に、カーソルやポインタをディスプレイ上でＸ右方向に移動させるマウス出力信号を生成するようにしてもよい。
【００４４】
図９に、出力手段４８が行う信号Ｚの生成、出力処理の手順のフローチャートを示す。情報処理部４０に電源が入ると、（ステップＳ５０）において、出力手段４８は、Ｚ＝０を信号Ｚとして出力する。次に、（ステップＳ５１）に進み、出力手段４８は、記憶手段４５のＤｚを読み出すか、演算手段４６から受け取ったＤｚを使用して、Ｄｚ＝１か否かを判定する。Ｄｚ＝０の場合、Ｎｏであり、（ステップＳ５１）を繰り返す。Ｄｚ＝１になると、操作ボタン２がＺ方向に強く押されたことを示す状態であり、判定はＹｅｓである。（ステップＳ５２）に進み、出力手段４８は、信号Ｚ＝１を出力する。次に（ステップＳ５３）に進み、Ｚカウンタにホールド時間設定のデジタル値Ｈｔをセットし、０に向けて減算計数を行い、Ｚカウンタが０になるまで待つ。Ｚカウンタは、上記Ｘカウンタと同様のデジタル回路により構成できる。なお、Ｚカウンタは、１チップマイコンのタイマーを使用しても実現できる。Ｚカウンタが０になるまでの間は、信号Ｚ＝１が続くことになる。次に（ステップＳ５４）に進み、Ｄｚ＝０か否かを判定する。Ｄｚ＝０であれば、操作ボタン２のＺ方向の操作が終わっていることを示している。Ｄｚ＝０の場合はＹｅｓであり、（ステップＳ５５）に進み、出力手段４８は、信号Ｚを１から０に変更して出力する。Ｄｚ＝１の場合は、操作ボタン２がＺ方向に操作され続けていることを示す。（ステップＳ５６）に進み、出力手段４８は、演算手段４６から供給されるＤｚが０になるまで、（ステップＳ５６）を繰り返し、Ｄｚ＝０になると（ステップＳ５５）に進み、出力手段４８は、信号Ｚを１から０に変更して出力する。（ステップＳ５５）の後は、（ステップＳ５１）に戻り、Ｄｚ＝１になるのを待つ。図９のような処理により、Ｚ方向の加圧時間が短時間であっても、ホールド時間のデジタル値Ｈｔによって決まるパルス幅以上のパルスが、Ｚ信号として出力される。図１０の（３）Ｚ方向にＤｓｚ、Ｄｚ、信号Ｚの波形の例を示す。ＤｓｚがＺｔｈを越えるまでは、Ｄｚ＝０で、信号Ｚが出ないので、Ｄｓｚ＝０〜Ｚｔｈは、Ｚ方向に対する不感帯になる。
【００４５】
上記のような処理により、本発明の入力操作装置では、Ｘ、Ｙ方向に操作ボタン２を押さえると、信号ＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢが交番パルス信号として出力される。操作ボタン２を強く押さえると、図１０に示した交番パルス信号ＸＡ、ＸＢ（ＹＡ、ＹＢも同様）の周波数が高くなる。この出力信号は、周知の手動マウスに内蔵された回転式のエンコーダが生成する信号と同じ形式の信号である。時間当たりのパルス数が多いほど、マウスの移動が早く、カーソルやポインタの移動速度が大きくなる。信号ＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢをパソコンのＰＳ／２方式のマウスのシリアル出力信号に変換すれば、パソコンディスプレイ上でカーソルやポインタを左右上下に移動可能になる。従って、マウスを移動させる速度によりカーソルやポインタの移動速度を制御するのと同様の使い勝手が得られることになる。また、Ｚ方向の圧力印加は、マウスの左クリックと同様の作用を行わせることに対応させることができる。
【００４６】
上記、信号ＸＡ、ＸＢは、三軸センサ４のＸセンサ出力に基づき、パソコンやＰＤＡやナビゲーションシステム等のディスプレイなどの表示器上のカーソルやポインタなどの表示マークの左右方向の移動速度に対応するＸ速度制御情報であり、信号ＹＡ、ＹＢは、三軸センサ４のＹセンサ出力に基づき表示器上の表示マークの上下方向の移動速度に対応するＹ速度制御情報である。信号Ｚは、三軸センサ４のＺセンサ出力に基づき表示器上の表示マークの位置決定のクリック制御情報である。情報処理部４は、Ｘ方向センサ出力、Ｙ方向センサ出力の大きさに応じて、前記表示マークの移動速度を変更させるためのＸ速度制御情報、Ｙ速度制御情報、クリック制御情報を生成する。
【００４７】
図４におけるマウス信号変換部５０は、信号ＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢ、Ｚを入力とし、パソコンで広く使用されているＵＳＢ形式やＰＳ／２形式のマウス出力信号を出力する機能を有する。このようなマウス信号変換部５０は、マウスコントローラと呼ばれ、専用の集積回路が知られているので、それらを使用すればよい。例えば、台湾の半導体メーカであるＥｌａｎ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（義隆電子、以下ＥＬＡＮ）製の集積回路ＥＭ８４５０２Ａは、ＰＳ／２形式のマウス出力信号を出力する。ＵＳＢ形式やＰＳ／２形式のマウス出力信号は、現在多用されており、周知の情報形式であるので、説明を省く。ＵＳＢ形式やＰＳ／２形式のマウス出力信号は、Ｘ速度制御情報、Ｙ速度制御情報、クリック制御情報を含んだ信号である。従って、情報処理部４０は、マウス信号変換部５０を含む概念としてもよい。また、パソコンなどにおいて、カーソルやポインタをパソコンディスプレイ上に表示し、マウス出力信号に基づき、カーソルやポインタの位置を制御し、移動速度を制御することは、広く行われており、その方法や構成は周知であるので、説明を省く。
【００４８】
シリアルマウス出力信号としては、信号ＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢ、Ｚを適当なサンプリング周波数でサンプルし、その時点での「１」か「０」で表される５ビットの（ＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢ、Ｚ）コードを同期符号か同期信号パターンを付加した直列のコード列として送信する形式が考えられる。しかしこれは、情報としては、信号ＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢ、Ｚを送信するのと等価といえる。ＵＳＢ形式やＰＳ／２形式のマウス出力信号も、信号ＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢ、Ｚを送信するのと、情報としては等価といえる。
【００４９】
次に、不感帯設定部３４、移動速度設定部３５、ホールド時間設定部３６、Ｚ動作点設定部３７の目的、意義について説明する。Ｘ信号増幅部３１のＸ信号Ｖｘは、操作ボタン２を操作しない状態でも、温度、経年変化などにより、０Ｖから多少ずれる。また、操作ボタン２をＺ方向に押さえた場合でも、Ｘ方向にも多少の力が加わる場合がある。Ｘ信号Ｖｘの小さな値は無視して、信号ＸＡ、ＸＢが変化しない停止情報とし、不感帯以上の大きな圧力が加わった場合に、Ｘ方向の操作が行われたものとして、交番パルス状の信号ＸＡ、ＸＢを出力する。Ｙ方向についても、同様に、不感帯を設けている。操作ボタン２をＺ方向に押したときに、カーソルやポインタのディスプレイ上での意図しない移動を防止できる。
【００５０】
移動速度設定電圧Ｖｓは、同じ圧力を操作ボタン２に加えている場合でも、カーソルやポインタのディスプレイ上での移動速度を変更する機能を有する。信号ＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢの周波数は、移動速度設定電圧Ｖｓに従って変更できるからである。カーソルやポインタのディスプレイ上での移動速度を好みに応じて変更できる。また、足に力には、かなりの個人差があるものと推定されるので、個人差を移動速度設定電圧Ｖｓによって補償することにより、どのような人でも、カーソルやポインタのディスプレイ上での移動速度を同じ程度に設定することが可能になる。
ホールド時間設定部３６のホールド時間設定電圧Ｖｈを調節することにより、Ｚ方向の操作が短時間の場合にも、必要なパルス幅のＺ信号を得ることができる。
【００５１】
Ｚ動作点設定部３７のＺ動作点設定電圧Ｖｔｈは、Ｚ方向の操作によるクリック操作ＯＮの感度を変更する機能を有する。Ｚ動作点設定電圧Ｖｔｈを小さくすると、Ｚ方向の弱い操作でもＺ信号を発生させて、Ｚ方向のクリック操作ＯＮにできる反面、操作ボタン２をＸ、Ｙ方向に操作したときに発生するＺ方向のクロストークに反応して、誤って、Ｚ方向のクリックＯＮにしてしまう恐れがある。一方、Ｚ動作点設定電圧Ｖｔｈを大きくすると、操作ボタン２をＺ方向に強く押さないとＺ方向のクリックＯＮにならないので、足の力が弱い人には使いづらくなる。Ｚ動作点設定部３７により、使いやすいＺ動作点の設定が可能になる。Ｚ動作点設定電圧Ｖｔｈやデジタル値Ｚｔｈは、Ｚ方向の不感帯に相当することになる。
【００５２】
上記説明では、操作ボタン２を操作しない状態でのＸ信号増幅部３１、Ｙ信号増幅部３２、Ｚ信号増幅部３３の各出力信号、Ｘ信号Ｖｘ、Ｙ信号Ｖｙ、Ｚ信号Ｖｚの電圧値は、それぞれ、０Ｖ（ボルト）とし、操作ボタン２を右方向に押した場合、Ｘ信号Ｖｘは正電圧となり、左方向の場合、負電圧になり、操作ボタン２を前方方向に押した場合、Ｙ信号Ｖｙは正電圧となり、手前の方向の場合、負電圧になり、正負の電圧、例えば、０Ｖ〜±５Ｖが出力されるものとした。また、Ｄｓｘ、Ｄｓｙは、符号付の２進数であるものとして説明した。しかし、各信号増幅部に５Ｖ単電源の回路を使用し、また、負数を２の補数で表す表現など、他の２進数表現を適用しても、上記の各動作を実現できることは言うまでもない。
【００５３】
次に、実際に試作した入力操作装置について、その特性を簡単に説明する。操作部２０の操作ボタン２のＸ方向、またはＹ方向に５ｋｇｆの力を加えたときの、Ｘ歪センサ５ｘ、Ｙ歪センサ５ｙに発生する歪は、約１０００με（ストレイン）であり、このときのＸ信号増幅部３１、Ｙ信号増幅部３２の出力電圧は、±６Ｖ程度であった。またはＺ方向に１０ｋｇｆの力を加えたときの、Ｚ歪センサ５ｚに発生する歪は、約３５０με（ストレイン）であり、このときのＺ信号増幅部３３の出力電圧は、＋３Ｖ程度であった。ＡＤ変換手段４３は、入力電圧±５Ｖに対応し、１０ビットの出力で、−５１１〜０〜＋５１２の範囲を表せる。不感帯設定電圧Ｖｆによる不感帯デジタル値Ｆは、一例として約４０程度である。
ホールド時間設定用のデジタル値Ｈｔは、クロック信号発生手段４１のクロック信号周波数が１ｋＨｚの場合、１０進数で１５０〜２００、すなわち、１５０〜２００ｍ秒程度が適当であったが、これには限らない。
【００５４】
情報処理部４０のＡＤ変換手段４３、４４、Ｘカウンタ、Ｙカウンタ、Ｚカウンタを除く部分は、通常、ＭＰＵやメモリ等から実現され得る。ＡＤ変換器、複数のカウンタまたはタイマー、クロックジェネレータなどを内蔵している１チップマイコンを使用しても良い。上記図６から図９において説明した処理手順は、通常、ソフトウェアで実現される。当該ソフトウェアは、制御部４２内に設けたＲＯＭ等の記録媒体に記録しておき、制御部４２が読み出して、プログラムを実行する。図８の分周手段４７の処理手順、図９の出力手段４８の処理手順は、時間情報を扱うので、図６、図７における分周手段４７、出力手段４８以外の処理手順とは別々に処理するのが、プログラム作成上簡単である。このためには、信号ＸＡとＸＢの生成手順、信号ＹＡとＹＢの生成手順、信号Ｚの生成手順、および、それ以外の処理手順の４つのプログラムを並列で処理するマルチタスクの実行ができるプロセッサを使用すればよい。マルチタスクプロセッサを使用しない場合は、Ｘカウンタ、Ｙカウンタ、Ｚカウンタによる割込み処理を適用してもよい。また、分周手段４７、出力手段４８など情報処理部４０の一部分、あるいは、情報処理部４０全体をハードウェア（専用回路）で実現しても良い。
【００５５】
記憶手段４５は、不揮発性の記録媒体が好適であるが、揮発性の記録媒体でも実現可能である。不感帯設定部３４、移動速度設定部３５、ホールド時間設定部３６、Ｚ動作点設定部３７は、デジタル値を直接情報処理部４０にパソコンなどにより供給するようにしてもよい。その場合、テンキーやキーボードやマウスやパソコンのメニュー画面によって、デジタル値Ｆ、Ｋｓ、Ｈｔ、Ｚｔｈを設定することが可能である。
なお、図６から図９のフローチャートにおいて、処理プログラムを電源オフや処理終了の割り込みにより処理終了させてもよい。
【００５６】
なお、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力は、微小であるので、ノイズが重畳しやすい。Ｘ信号増幅部３１、Ｙ信号増幅部３２、Ｚ信号増幅部３３に高周波除去のフィルタ特性を持たせて、ノイズ除去を行ってもよい。ＡＤ変換手段４３、４４の出力データを時間的に平均してノイズを除去してもよい。情報処理部４０にデジタルフィルタを設けてノイズ除去してもよい。また、上記不感帯は、ノイズの影響を除去する機能を有する。
【００５７】
上記説明では、不感帯設定部３４による不感帯設定電圧Ｖｆに対して、デジタル処理によりＸ信号Ｖｘ、Ｙ信号Ｖｙに不感帯を付与した。Ｘ信号増幅部３１、Ｙ信号増幅部３２を不感帯つきの演算増幅回路としてもよい。
【００５８】
ノイズの除去や操作ボタン２の微小な動きなどにより、チャタリングのような信号が出る場合、Ｘ信号Ｖｘ、Ｙ信号Ｖｙ、Ｚ信号Ｖｚに関しヒステリシス特性を付加してもよい。ヒステリシス回路も、演算増幅器を用いた回路により作成できる。あるいは、図７のフローチャートにおいて、ＤｓｚがＺｔｈを超えてＤｚ＝１としても、一定量以上変化してＺｔｈ以下にならない場合、Ｄｚ＝１のままとする処理を加えれば、プログラム処理によりヒステリシス特性を実現できる。
【００５９】
Ｚ方向のクリックＯＮの動作時に、カーソルやポインタがＸ、Ｙ方向に意図しない移動をしないように、ＺカウンタのＨｔ計数中は、信号ＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢの出力をそれまでと同じ０または１に維持する停止情報状態とすれば、カーソルやポインタは、ホールド時間中は上下左右に移動しないようにできる。図９の（ステップＳ５３）を実行中は、信号ＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢを変化させない停止情報とする手順を、図８のフローチャートの（ステップＳ４５）、（ステップＳ４７）の次に追加すればよい。
【００６０】
本実施の形態のように、三軸センサ４のＸ、Ｙ、Ｚ軸のＸ歪センサ５ｘ、Ｙ歪センサ５ｙ、Ｚ歪センサ５ｚが、一体化されたＸ起歪板４ｘ、Ｙ起歪板４ｙ、Ｚ起歪板４ｚに設置されている場合、製造寸法誤差などがあると、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力の間にクロストークが発生する恐れがある。また、使用者は、操作ボタン２に正確に、Ｘ方向のみ、Ｙ方向のみ、Ｚ方向のみの圧力を加えることは、足などの場合、一般的に容易ではない。操作ボタン２の操作において、操作意図に相違して、他方向成分が混じるクロストーク成分が発生しがちである。本実施の形態では、そのようなクロストークの影響を、受圧部３や不感帯により軽減することが可能になる。特に肢体不自由などの身体障害者の場合、操作ボタン２をＸ、Ｙ、Ｚ方向に正確に操作することは容易ではないので、本発明は、身体障害者が足で入力操作を行うことを容易にする効果がある。
【００６１】
なお、上記説明では、三軸センサ４のＺ起歪板４ｚの中央部の作用面とＺ圧力伝達部２ａ下面の駆動面が当接するものとしたが、空隙を隔てて互いに当接可能に対向する位置とし、Ｚ方向の操作により、対向位置から互いに当接してＺ圧力伝達部２ａがＺ起歪板４ｚを押し下げる構造にしてもよい。この場合、操作ボタン２の少なくとも上部や外周部分は弾性材料とし、操作ボタン２を押し下げたときに、Ｚ圧力伝達部２ａが、受圧部３の位置を基準として、押し下げられるようにしなければならないことは言うまでもない。
なお、Ｘ起歪板４ｘ、Ｙ起歪板４ｙとＺ起歪板４ｚとが結合されている角の部分の厚さを減らせば、互いの干渉が減るので、三軸センサ４自体によるクロストークの発生を少なく出来る。
【００６２】
なお、本実施の形態における入力操作装置は、足、特に足の親指、以外の部位を使用しても操作され得る。つまり、本入力操作装置は、繊細な動きが可能な指先以外の、繊細な動きが苦手な身体の他の部分を使用して操作可能である。
（実施の形態２）
【００６３】
図１１は、三軸センサ４の上面に位置するＺ起歪板４ｚの形状を変更した三軸センサ４Ａを用いた操作部２０ａの例である。図２の三軸センサ４のＺ起歪板４ｚは、平面形状であった。本実施の形態におけるＺ起歪板４ｚは、図１１に示すように、上に凸の形状とする。このようにすると、Ｚ起歪板４ｚにＸＹ方向の力が働いた場合、Ｚ起歪板４ｚは、上向きに変形しようとする。ＸＹ方向の操作に伴ってＺ方向（下向き）の分力がＺ圧力伝達部２ａに掛かっても、上記上向きの変形と打ち消しあい、Ｚ起歪板４ｚのＺ方向（下向き）の歪は、全く、あるいは、殆ど発生しない。操作ボタン２をＺ方向に押し下げると、Ｚ起歪板４ｚは下向きに変形し、Ｘセンサ出力が発生する。図１１の平面図のＺ起歪板４ｚ（破線）に示すように、Ｚ起歪板４ｚの平面形状を十字型に近づけると、Ｚ起歪板４ｚを下向きに変形し易くできる。
本実施の形態によれば、ＸＹ方向の操作によるＺ方向へのクロストークが少なくなり、意図しないＺ方向のクリックの発生が防止できる。
なお、Ｘ、Ｙ、Ｚセンサ出力の処理は、実施の形態１と同様でよい。
【００６４】
なお、上記説明では、三軸センサ４のＺ起歪板４ｚの中央部の作用面とＺ圧力伝達部２ａ下面の駆動面が当接するものとしたが、空隙を隔てて互いに対向する位置とし、Ｚ方向の操作により、互いに当接してＺ圧力伝達部２ａがＺ起歪板４ｚを押し下げる構造にしてもよい。この場合、操作ボタン２の少なくとも上部や外周部分は弾性材料とし、操作ボタン２を押し下げたときに、Ｚ圧力伝達部２ａが、受圧部３の位置を基準として、押し下げられるようにしなければならないことは言うまでもない。
なお、Ｘ起歪板４ｘ、Ｙ起歪板４ｙとＺ起歪板４ｚとが結合されている角の部分の厚さを減らせば、互いの干渉が減るのでクロストークの発生を少なく出来る。角の部分の幅を減らしても同様の効果が得られる。
（実施の形態３）
次に、クロストークを防止する不感帯を、機構的に実現した本発明の入力操作装置を、図１２により説明する。
【００６５】
本実施の形態の操作部２０Ａにおいて、三軸センサ４Ａは、実施の形態２において説明した三軸センサと同様である。なお、実施の形態１において説明した三軸センサ４でもよい。操作ボタン２は、実施の形態１において説明したとほぼ同様の構造である。Ｚ圧力伝達部２ａは、あってもなくてもよいが、図２の場合より短くしてある。受圧部３は、円盤の中心部に穴３ｄを空けた単純な構造でよい。受圧部３は、指示部６により支えられる。支持部６は、ゴム、ウレタン樹脂などの弾性材料で作ったもので、円形体の中心部が空いた形状である。なお、支持部６は、１つまたは複数個のばね、ばね材で作った支持体でもよい。なお、図１２の平面図においては、支持部６を示す円を省いて描いてある。
【００６６】
受圧部３の穴３ｄの内面は、三軸センサ４Ａの外周より大きくする。従って、足を乗せただけの状態では、穴３ｄの内面は、三軸センサ４ＡのＸ軸、Ｙ軸作用点または作用面であるＸ起歪板４ｘ、Ｙ起歪板４ｙの上部とは当接せず、Ｘ軸、Ｙ軸駆動点と、Ｘ軸、Ｙ軸作用点または作用面との間には、不感帯空隙ができる。操作ボタン２のＺ圧力伝達部２ａの下面は、Ｚ駆動点であるが、Ｚ軸作用点であるＺ起歪板４ｚの中央部とは当接せず、不感帯空隙ができる。従って、操作ボタン２に意図しない方向の外力が少しだけ加わった場合には、各駆動点が、対応する各作用点または作用面に当接しないので、Ｘ、Ｙ、Ｚ各センサ出力は静止状態と変わらない。すなわち、クロストーク出力の発生が防止できる。
【００６７】
なお、操作ボタン２は、実施の形態１と同様弾性体で作成してもよい。受圧部３は、金属、プラスチックス材料などが使用できる。また、操作ボタン２と受圧部３を一体として同じ材料で作成してもよい。上記駆動点と作用点または作用面との位置関係を上記不感帯空隙ができるようにする限り、操作ボタン２と受圧部３の形状は、変更してもよい。
【００６８】
本実施の形態は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の力が加わる作用点または作用面を具備し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の加圧力または加圧力による歪または変位を検知して、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力を出力する三軸センサと、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の任意の方向の外力を受ける上面が、球の一部を成す形状を有し、前記Ｘ軸作用点または作用面に圧力を伝えるＸ駆動点または駆動面、前記Ｙ軸作用点または作用面に圧力を伝えるＹ駆動点または駆動面、前記Ｚ軸作用点または作用面に圧力を伝えるＺ駆動点または駆動面を具備する操作ボタンを具備し、Ｘ駆動点または駆動面と前記Ｘ軸作用点または作用面との間に空隙を設けて、バックラッシュが起きるように結合し、Ｙ駆動点または駆動面と前記Ｙ軸作用点または作用面との間に空隙を設けて、バックラッシュが起きるように結合し、Ｚ駆動点または駆動面と前記Ｚ軸作用点または作用面との間に空隙を設けてなる入力操作装置である。ここでのバックラッシュは、操作ボタン２が、ＸまたはＹ方向の中心位置の近くを前後左右に移動する際に、操作ボタン２の駆動力が三軸センサ４Ａの作用点に働かないことにより起きる遊びと看做せる。
【００６９】
なお、Ｚ起歪板４ｚは、三軸センサ４の場合と同様、平面としてもよいことは言うまでもない。また、Ｘ起歪板４ｘ、Ｙ起歪板４ｙとＺ起歪板４ｚとが結合されている角の部分の厚さを減らせば、互いの干渉が減るのでクロストークの発生を少なくできる。角の部分の幅を減らしても同様の効果が得られる。
なお、本操作部２０ＡのＸ、Ｙ、Ｚセンサ出力の処理は、実施の形態１と同様でよい。
（実施の形態４）
【００７０】
図１３は、操作ボタン２の操作力が、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の歪センサに伝わる途中に、機械的な不感帯を設けた操作部２０Ｂの実施の形態である。本実施の形態の三軸センサ４Ｂは、Ｌ形状のＸ起歪板４ｘをＸ方向に対向するように２枚設け、Ｌ形状のＹ起歪板４ｙをＹ方向に対向するように２枚設けられる。２枚のＸ起歪板４ｘには、Ｘ歪センサ５ｘが２個ずつ貼り付けられている。２枚のＹ起歪板４ｙには、Ｙ歪センサ５ｙが２個ずつ貼り付けられている。４枚の起歪板は、足台１０の底に固定される。Ｚ歪センサ５ｚを４枚の起歪板の中央部、足台１０の底に設置する。操作ボタン２は、半球形の上部を有し、下部に中心軸２ｄが設けられる。中心軸２は、Ｚ圧力伝達部２ｄである。半球形の上部の下面には、Ｘ起歪板４ｘの上端部を挿入する挿入穴２ｘが２個、Ｙ起歪板４ｙの上端部を挿入する挿入穴２ｙが２個、それぞれ、開けられている。ゴム、ウレタン樹脂などの弾性材料で作ったチューブ状の支持部７は、足台１０の底に固定される。支持部７には操作ボタン２のＺ圧力伝達部２ｄが挿入されている。歪センサ５ｚとＺ圧力伝達部２ｄの間には、不感帯空隙２ｚが設けられる。Ｘ起歪板４ｘ、Ｙ起歪板４ｙの上端部は、挿入穴２ｘ、２ｙに挿入されている。操作ボタン２が外力を受けない状態では、操作ボタン２は、支持部７により直立する。
【００７１】
Ｘ起歪板４ｘの上先端部は、Ｘ歪センサ５ｘに歪を与える作用点であるのでＸ作用点と呼ぶ。Ｙ起歪板４ｙの上先端部は、Ｙ歪センサ５ｙに歪を与える作用点であるのでＹ作用点と呼ぶ。挿入穴２ｘは、Ｘ作用点にＸ方向操作力を加えるので、Ｘ駆動点と呼ぶ。挿入穴２ｙは、Ｙ作用点にＹ方向操作力を加えるので、Ｙ駆動点と呼ぶ。操作ボタン２が操作されない状態では、Ｘ起歪板４ｘ、Ｙ起歪板４ｙの上端部は、挿入穴２ｘ、挿入穴２ｙのほぼ中央位置に位置し、Ｘ起歪板４ｘの上端部と挿入穴２ｘは当接せず、Ｙ起歪板４ｙの上端部と挿入穴２ｙは当接せず、離れている。挿入穴２ｘ、挿入穴２ｙは、不感帯の作用をするので、これらの隙間は、不感帯空隙２ｘ、不感帯空隙２ｙとも呼べる。これらは、バックラッシュに相当する。
【００７２】
操作ボタン２にＸ方向の圧力をかけるとＸ駆動点はＸ方向に動くが、不感帯空隙２ｘのために、最初は、Ｘ駆動点がＸ作用点に作用しない。更に圧力をかけると、Ｘ駆動点がＸ作用点に当接し、Ｘ起歪板４ｘが曲がり、Ｘ歪センサ５ｘより、Ｘセンサ出力が得られる。Ｙ方向についても同様である。操作ボタン２をＸＹの斜め方向に操作した場合は、その方向角度に応じた圧力が、Ｘ方向とＹ方向に分圧されて、Ｘ作用点とＹ作用点にかかり、方向角度に応じたＸセンサ出力とＹセンサ出力が得られる。操作ボタン２に加える圧力方向をＸ方向からＹ方向へ徐々に変化させた場合も、連続的にＸセンサ出力、Ｙセンサ出力が変化し、かつ、操作ボタン２から足指への反発力も連続的に変化し、操作感がよい。
【００７３】
操作ボタン２をＺ方向に押し下げた場合、不感帯空隙２ｚがＺ圧力伝達部２ｄと歪センサ５ｚの間に設けられているので、小さい力では、歪センサ５ｚはＺセンサ出力を出さない。操作ボタン２が、不感帯空隙２ｚを越えて押し下げられた場合、歪センサ５ｚに押圧力が加わり、歪センサ５ｚはＺセンサ出力を出力する。Ｚ圧力伝達部２ｄの下面は、Ｚ駆動点であり、歪センサ５ｚの上面がＺ作用点になる。
【００７４】
従って、操作ボタン２をＸＹ方向に操作したときに少々Ｚ方向の力が働いても、不感帯空隙２ｚがあるため、Ｚ方向のクロストークは発生しない。また、操作ボタン２をＺ方向に押し下げた場合、少し斜めに押し下げても、不感帯空隙２ｘ、２ｙがあるため、Ｘ駆動点はＸ作用点に、Ｙ駆動点はＹ作用点に、それぞれ作用せず、ＺからＸＹへのクロストークは発生しにくくなる。また、駆動点が作用点に当接する際に、クリック感が発生し、操作の制御がやりやすい。クリック間が不要の場合は、各空隙に粘性体を充填してもよい。
【００７５】
本実施の形態では、Ｘ歪センサ５ｘ、Ｙ歪センサ５ｙ、Ｚ歪センサ５ｚ相互は、機構的に分離されているので、三軸センサ４Ｂ自体においては、クロストークは発生しない。操作ボタン２の操作においては、操作力自体に、意図しない方向の操作力がクロストークの形で含まれるが、本実施の形態の操作部２０Ｂでは、その影響を軽減できる。
【００７６】
Ｘ歪センサ５ｘ、Ｙ歪センサ５ｙ、Ｚ歪センサ５ｚの出力を、信号ＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢ、Ｚに変換する方法は、上記実施の形態１において図４から図１０により説明したのと同様の方法でよい。なお、不感帯設定部３４、Ｚ動作点設定部３７に関する構成や処理は、あってもなくてもよい。不感帯空隙２ｘ、２ｙ、２ｚだけでクロストークの除去が完全でない場合は、不感帯設定部３４、Ｚ動作点設定部３７に関する構成や処理を適用すればよい。
【００７７】
なお、Ｚ歪センサ５ｚは、ストレインゲージ以外に圧電素子でもよい。また、Ｚ歪センサ５ｚは、機械的接点を有するタクトスイッチ、発光ダイオードと受光素子による光インタラプタ、磁石とホール素子を用いた近接スイッチなどの、ＯＮ／ＯＦＦ検出スイッチでもよい。この場合は、情報処理部４０のＺ信号Ｖｚは、デジタル値Ｄｚとして使用できる。これらのセンサやスイッチを含めて、５ｚは、Ｚ軸センサと呼べる。Ｚ軸センサとして光インタラプタを使用する場合で、遮光板をＺ圧力伝達部２ｄに取り付ける場合は、遮光板が発光ダイオードの光を遮る位置の光線自体が作用点に相当し、遮光板自身が光線に対する駆動点であると定義することができる。すなわち不感帯空隙２ｚを設けるとは、遮光板と発光ダイオード、受光素子の距離を適当な間隔空けることである。また、Ｚ圧力伝達部２ｄが、光インタラプタの遮光板を駆動する場合は、Ｚ圧力伝達部２ｄの下面が駆動点、遮光板が作用点であり、空隙は、Ｚ圧力伝達部２ｄの下面と遮光板との間に設ければ良い。磁石とホール素子を用いた近接スイッチにおいては、磁石を、Ｚ圧力伝達部２ｄに取り付ける場合と、Ｚ圧力伝達部２ｄが空隙を介して磁石を駆動する場合とがあり、遮光板と同様の考え方を適用できる。また、駆動点、作用点は、力、圧力が直接作用する以外に、位置の変化である変位の形で駆動して、光の強さ、磁界の強さなどに作用を及ぼすことも含む概念である。光の強さ、磁界の強さなどが変化を受けることも、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸などの力が加わるという概念に含める。あるいは、操作ボタン２に対する圧力が、変位の形で、光の強さ、磁界の強さに対して伝わると考えても良い。また、磁石の磁力という力が、センサであるホール素子に加わるともいえる。光インタラプタでは、遮光板の遮光力という力が、発光ダイオードと受光素子の間の光線に加わるともいえる。遮光力とは、遮光板が光を遮断する程度を表し、完全な不透明板では遮光力が大きく、半透明板では、社効力が弱く、遮光板が光線をより大きく遮るほど、遮光力は大きい。このように、どのようなセンサを使用しても、力が加わるセンサの作用点と、作用点に力を加える駆動点が存在する。
【００７８】
本実施の形態の三軸センサ４Ｂは、足台１０の上に取り付けたが、１枚の基板上にＸ起歪板４ｘ、Ｘ起歪板４ｘ、および、Ｚ歪センサ５ｚまたはＺ軸センサを取り付けた一体型の三軸センサとし、基板を足台１０に取り付けるようにしてもよい。
（その他の実施の形態および補足）
【００７９】
なお、操作ボタン２を操作しない状態では、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力は、いずれも、０Ｖの電圧であるべきである。しかし、センサの温度特性、経年変化、各起歪板４ｘ、４ｙなどの変形により、０Ｖの出力電圧からずれてオフセット電圧となることがある。このような誤差電圧は、Ｘ信号増幅部３１、Ｙ信号増幅部３２、Ｚ信号増幅部３４でオフセット調整をすればよい。オフセット調整回路は、演算増幅器の回路では周知である。また、上記不感帯設定部３４やＺ動作点設定部３７は、上記オフセットを除去する作用も有する。情報処理部４０に調整モードを設けて、操作ボタン２を操作しない状態でのＤｓｘ、Ｄｓｙ、Ｄｓｚを誤差分として計測し、Ｄｓｘ、Ｄｓｙ、Ｄｓｚから計測した誤差分を引き算した修正値をＤｓｘ、Ｄｓｙ、Ｄｓｚとして使用するようにしてもよい。
【００８０】
本発明の入力操作装置は、パソコン操作に通常使用しない身体の部分であって、比較的随意動作をしやすい部位として足母指を使用する足指用の入力操作装置である。手と比較すると足の母指の運動機能は不十分で、力の調整能力も低い。本発明では、動作点を移動せず、あるいは、殆ど移動させずに、加える力の変化だけでカーソルやポインタを動かすことができる。通常のマウスのように、手元の移動が不必要であり、キーボード操作などで両手使っている場合、カーソル移動のためにそれらの作業を中断してマウスを操作する必要がなくなる。手が使えない状態でも、身体の一部、例えば足母指などを接触するだけで自由にカーソルやポインタを制御できる。
【００８１】
本発明の入力操作装置は、最初に操作ボタン２をＺ方向に押し下げ、そのあと、Ｚ方向に力を加えたまま、ＸＹ方向へ押すことにより、カーソルやポインタをドラッグする操作も可能にする。これは、操作ボタン２の操作により、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力を選択的に出力させるだけでなく、同時に出力させることも可能にしているからである。
【００８２】
操作ボタン２の上面は、真球、楕円球などの球の一部の形状以外でもよく、上に凸の形状で、足の親指が掛けられればよい。操作ボタン２の細部の形状、受圧部３の形状は、上記実施の形態の図面に限らず変更してもよい。図１３に示した操作ボタン２の不感帯空隙２ｘ、２ｙの形状も図１３に限らない。
【００８３】
本発明に使用する三軸センサのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向のセンサを含む各ブロックは、図２の三軸センサ４のように、一体化されていても良いし、図１３の三軸センサ４Ｂのように、３種類のブロック部材が別々でもよい。Ｚ方向のセンサブロックだけが別になっていても良い。
本発明の入力操作装置は、足台１０が垂直になるように立てて、肩の付近に設置すれば、肩を操作ボタン２に押し付けて３軸方向に制御することにより、入力操作が可能である。
上記足台１０は、足全体が乗せられる形状が最も好ましいが、足の前部半分を乗せるようにしてもよい。
なお、本発明は、以上の各実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
以上のように、本発明にかかる入力操作装置は、繊細な動きが苦手な身体の他の部分を使用して操作可能な入力操作装置であり、身体障害者だけでなく、通常の人も入力操作に活用可能な入力操作装置として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の一実施形態による足台形状の入力操作装置の図
【図２】本発明の一実施形態による入力操作装置の操作部の図
【図３】本発明の一実施形態による操作部の分解図
【図４】本発明の一実施形態による入力操作装置の情報処理部の図
【図５】本発明の一実施形態による記憶手段の記憶データの図
【図６】本発明の一実施形態による情報処理部の処理フローチャート
【図７】本発明の一実施形態による情報処理部の処理フローチャート
【図８】本発明の一実施形態による情報処理部の処理フローチャート
【図９】本発明の一実施形態による情報処理部の処理フローチャート
【図１０】本発明の一実施形態による情報処理部の信号波形の図
【図１１】本発明の一実施形態による他の操作部の図
【図１２】本発明の一実施形態による別の操作部の図
【図１３】本発明の一実施形態による別の操作部の図
【符号の説明】
【００８６】
１０ 足台
２０、２０ａ、２０Ａ、２０Ｂ 操作部
２ 操作ボタン
２ａ Ｚ圧力伝達部
２ｂ 外周部
２ｘ、２ｙ 挿入穴
３ 受圧部
３ａ 内面
３ｂ 枠
３ｃ 下きり欠き部分
３ｄ 穴
４、４Ａ、４Ｂ 三軸センサ
４ｘ Ｘ起歪板
４ｙ Ｙ起歪板
４ｚ Ｚ起歪板
４ｃ Ｚ起歪板周囲
５ｘ Ｘ歪センサ
５ｙ Ｙ歪センサ
５ｚ Ｚ歪センサ
６、７ 支持部
３１ Ｘ信号増幅部
３２ Ｙ信号増幅部
３３ Ｚ信号増幅部
３４ 不感帯設定部
３５ 移動速度設定部
３６ ホールド時間設定部
３７ Ｚ動作点設定部
４０ 情報処理部
５０ マウス信号変換部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の力が加わる作用点または作用面を具備し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の加圧力、または加圧力による歪、または変位を検知し、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力を出力する三軸センサと、
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の任意の方向の外力による圧力を受ける上面が凸を成す形状を有する操作ボタンと、
足を乗せる足台を具備し、
前記三軸センサは前記足台に取り付けられ、
前記操作ボタンは、前記足台上に設けられ、
足の親指により圧力を受けた前記操作ボタンにより前記三軸センサが駆動され、足の親指により前記操作ボタンがＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の任意の方向に操作される足台状の入力操作装置。
【請求項２】
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の力が加わる作用点または作用面を具備し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の加圧力、または加圧力による歪、または変位を検知し、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力を出力する三軸センサと、
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の任意の方向の外力による圧力を受ける上面が凸を成す形状を有する操作ボタンと、
前記操作ボタンが受ける圧力の内、Ｘ軸、Ｙ軸の圧力を主として受け、中心部にＺ方向に穴が開いた受圧部、
を具備し、
前記受圧部は、前記三軸センサの前記Ｘ軸作用点または作用面と、Ｙ軸作用点または作用面に当接し、
前記操作ボタンの下面中心部が前記中心部の穴を介して前記三軸センサの前記Ｚ軸作用点または作用面に当接または当接可能に対向し、
前記受圧部は、前記三軸センサの前記Ｚ軸作用点または作用面に当接しない構造であることを特徴とする入力操作装置。
【請求項３】
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の力が加わる作用点または作用面を具備し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の加圧力または加圧力による歪または変位を検知し、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力を出力する三軸センサと、
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の任意の方向の外力を受ける上面が凸を成す形状を有し、前記Ｘ軸作用点または作用面に圧力を伝えるＸ駆動点または駆動面、前記Ｙ軸作用点または作用面に圧力を伝えるＹ駆動点または駆動面、前記Ｚ軸作用点または作用面に圧力を伝えるＺ駆動点または駆動面を具備する操作ボタン、
を具備し、
Ｘ駆動点または駆動面と前記Ｘ軸作用点または作用面との間に空隙を設け、
Ｙ駆動点または駆動面と前記Ｙ軸作用点または作用面との間に空隙を設け、
Ｚ駆動点または駆動面と前記Ｚ軸作用点または作用面との間に空隙を設けてなる入力操作装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３記載の入力操作装置と、足を乗せる足台を具備し、
前記入力操作装置は前記足台上に設けられ、
前記入力操作装置の前記操作ボタンは、足の親指によりＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の任意の方向に操作される足台状の入力操作装置。
【請求項５】
前記操作ボタンは、弾性体により構成される請求項１から請求項４いずれか記載の入力操作装置。
【請求項６】
前記三軸センサのＸセンサ出力に基づき表示器上の表示マークの左右方向の移動速度に対応するＸ速度制御情報を生成し、前記三軸センサのＹセンサ出力に基づき表示器上の表示マークの上下方向の移動速度に対応するＹ速度制御情報を生成し、前記三軸センサのＺセンサ出力に基づき表示器上の表示マークの位置決定のクリック制御情報を生成する情報処理部であって、Ｘ方向センサ出力、Ｙ方向センサ出力の大きさに応じて、前記表示マークの移動速度を変更させるための情報処理部を更に具備する請求項１から請求項５いずれか記載の入力操作装置。
【請求項７】
前記Ｘセンサ出力が所定の大きさ以下の場合、前記Ｘ速度制御情報を停止情報とし、前記Ｙセンサ出力が所定の大きさ以下の場合、前記Ｙ速度制御情報を停止情報とする不感帯領域を設けた請求項６記載の入力操作装置。
【請求項１】
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の力が加わる作用点または作用面を具備し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の加圧力、または加圧力による歪、または変位を検知し、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力を出力する三軸センサと、
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の任意の方向の外力による圧力を受ける上面が凸を成す形状を有する操作ボタンと、
足を乗せる足台を具備し、
前記三軸センサは前記足台に取り付けられ、
前記操作ボタンは、前記足台上に設けられ、
足の親指により圧力を受けた前記操作ボタンにより前記三軸センサが駆動され、足の親指により前記操作ボタンがＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の任意の方向に操作される足台状の入力操作装置。
【請求項２】
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の力が加わる作用点または作用面を具備し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の加圧力、または加圧力による歪、または変位を検知し、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力を出力する三軸センサと、
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の任意の方向の外力による圧力を受ける上面が凸を成す形状を有する操作ボタンと、
前記操作ボタンが受ける圧力の内、Ｘ軸、Ｙ軸の圧力を主として受け、中心部にＺ方向に穴が開いた受圧部、
を具備し、
前記受圧部は、前記三軸センサの前記Ｘ軸作用点または作用面と、Ｙ軸作用点または作用面に当接し、
前記操作ボタンの下面中心部が前記中心部の穴を介して前記三軸センサの前記Ｚ軸作用点または作用面に当接または当接可能に対向し、
前記受圧部は、前記三軸センサの前記Ｚ軸作用点または作用面に当接しない構造であることを特徴とする入力操作装置。
【請求項３】
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の力が加わる作用点または作用面を具備し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の加圧力または加圧力による歪または変位を検知し、Ｘセンサ出力、Ｙセンサ出力、Ｚセンサ出力を出力する三軸センサと、
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の任意の方向の外力を受ける上面が凸を成す形状を有し、前記Ｘ軸作用点または作用面に圧力を伝えるＸ駆動点または駆動面、前記Ｙ軸作用点または作用面に圧力を伝えるＹ駆動点または駆動面、前記Ｚ軸作用点または作用面に圧力を伝えるＺ駆動点または駆動面を具備する操作ボタン、
を具備し、
Ｘ駆動点または駆動面と前記Ｘ軸作用点または作用面との間に空隙を設け、
Ｙ駆動点または駆動面と前記Ｙ軸作用点または作用面との間に空隙を設け、
Ｚ駆動点または駆動面と前記Ｚ軸作用点または作用面との間に空隙を設けてなる入力操作装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３記載の入力操作装置と、足を乗せる足台を具備し、
前記入力操作装置は前記足台上に設けられ、
前記入力操作装置の前記操作ボタンは、足の親指によりＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の任意の方向に操作される足台状の入力操作装置。
【請求項５】
前記操作ボタンは、弾性体により構成される請求項１から請求項４いずれか記載の入力操作装置。
【請求項６】
前記三軸センサのＸセンサ出力に基づき表示器上の表示マークの左右方向の移動速度に対応するＸ速度制御情報を生成し、前記三軸センサのＹセンサ出力に基づき表示器上の表示マークの上下方向の移動速度に対応するＹ速度制御情報を生成し、前記三軸センサのＺセンサ出力に基づき表示器上の表示マークの位置決定のクリック制御情報を生成する情報処理部であって、Ｘ方向センサ出力、Ｙ方向センサ出力の大きさに応じて、前記表示マークの移動速度を変更させるための情報処理部を更に具備する請求項１から請求項５いずれか記載の入力操作装置。
【請求項７】
前記Ｘセンサ出力が所定の大きさ以下の場合、前記Ｘ速度制御情報を停止情報とし、前記Ｙセンサ出力が所定の大きさ以下の場合、前記Ｙ速度制御情報を停止情報とする不感帯領域を設けた請求項６記載の入力操作装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００７−９４４６９（Ｐ２００７−９４４６９Ａ）
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２７９１４４（Ｐ２００５−２７９１４４）
【出願日】平成１７年９月２７日（２００５．９．２７）
【出願人】（５０４１４３４４１）国立大学法人 奈良先端科学技術大学院大学 (226)
【出願人】（５０３０６１４８５）株式会社テック技販 (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２７日（２００５．９．２７）
【出願人】（５０４１４３４４１）国立大学法人 奈良先端科学技術大学院大学 (226)
【出願人】（５０３０６１４８５）株式会社テック技販 (5)
【Ｆターム（参考）】
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