回転操作装置
【課題】操作部の移動方向、移動量、回転方向及び回転角度を同時に検出し、さらに、スライド操作による見かけの回転角度を補正し、操作部の正確な回転角度を算出することができる回転操作装置を提供する。
【解決手段】入力装置１は、主に、回転操作、及び設置された面に対するスライド操作がなされる操作ノブ２００と、スライド操作に基づく位置情報を生成するＸ、Ｙリニアエンコーダ１７０と、操作ノブ２００に設けられ、反射率が異なる領域が周方向に形成された反射板２３０と、反射板２３０に向けて光を出射する発光部３００と、光が反射板２３０の反射率が異なる領域で反射した反射光として受光され、反射光に基づいた出力信号を出力する受光部４００と、受光部４００から取得した出力信号に基づいて操作ノブ２００の回転角度を算出し、位置情報に基づいて受光部４００に対する見かけの回転角度を算出して回転角度を補正する算出部１０２と、を備える。
【解決手段】入力装置１は、主に、回転操作、及び設置された面に対するスライド操作がなされる操作ノブ２００と、スライド操作に基づく位置情報を生成するＸ、Ｙリニアエンコーダ１７０と、操作ノブ２００に設けられ、反射率が異なる領域が周方向に形成された反射板２３０と、反射板２３０に向けて光を出射する発光部３００と、光が反射板２３０の反射率が異なる領域で反射した反射光として受光され、反射光に基づいた出力信号を出力する受光部４００と、受光部４００から取得した出力信号に基づいて操作ノブ２００の回転角度を算出し、位置情報に基づいて受光部４００に対する見かけの回転角度を算出して回転角度を補正する算出部１０２と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転操作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、回転可能に設けられた回転ダイアルと、回転ダイアルの背面の周方向に沿って交互に設けられた反射面及び断面三角形の溝と、回転ダイアルの背面に光を出射し、反射面によって反射した光を検出するフォトインタラプタと、を備える入力装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この入力装置は、回転ダイアルの回転に基づいて反射面での光の反射、又は溝での非反射が交互に発生し、フォトインタラプタによって光が検出されなかった回数をカウントすることによって、回転ダイアルの回転角度を検出することができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３２７２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の入力装置の構成では、回転軸の移動が可能である場合、回転軸の移動方向、移動量、回転方向及び回転角度を同時に検出できないという課題があった。
【０００６】
本発明の目的は、操作部の移動方向、移動量、回転方向及び回転角度を同時に検出し、さらに、スライド操作による見かけの回転角度を補正し、操作部の正確な回転角度を算出することができる回転操作装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、反射率が異なる領域が周方向に形成された反射面を有し、回転操作、及び設置された面に対して所定の範囲内でスライド操作がなされる操作部と、前記操作部の前記スライド操作に基づく位置情報を生成する位置情報生成部と、前記操作部の前記反射面に向けて光を出射する発光部と、前記発光部から出射した前記光が前記反射面で反射した反射光を受光し、受光した前記反射光に基づく出力信号を出力する受光部と、前記受光部から取得した前記出力信号に基づいて前記操作部の前記回転操作による回転角度を算出し、前記位置情報生成部から取得した前記位置情報に基づいて前記受光部に対する前記操作部の見かけの回転角度を算出し、算出された前記見かけの回転角度によって、算出された前記回転角度を補正する算出部と、を備えた回転操作装置を提供する。
【０００８】
本発明の他の一態様は、回転操作、及び設置された面に対して所定の範囲内でスライド操作がなされる操作部と、前記操作部の前記スライド操作に基づく位置情報を生成する位置情報生成部と、前記操作部に設けられ、反射率が異なる領域が周方向に形成された反射板と、前記反射板に向けて光を出射する発光部と、前記発光部から出射した前記光が前記反射板の前記反射率が異なる領域を透過した透過光、又は反射した反射光として受光され、受光した前記透過光又は前記反射光に基づいた出力信号を出力する受光部と、前記受光部から取得した前記出力信号に基づいて前記操作部の前記回転操作による回転角度を算出し、前記位置情報生成部から取得した前記位置情報に基づいて前記受光部に対する前記操作部の見かけの回転角度を算出し、算出された前記見かけの回転角度によって、算出された前記回転角度を補正する算出部と、を備えた回転操作装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、操作部の移動方向、移動量、回転方向及び回転角度を同時に検出し、さらに、スライド操作による見かけの回転角度を補正し、操作部の正確な回転角度を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る入力装置の入力デバイス部の回転及びスライド操作の方向等を示す外観斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態に係る入力装置の構成ブロック図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る入力装置の入力デバイス部の構成を示す斜視図であり（ｂ）は、ボイスコイルモータの部分の分解斜視図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態に係る入力デバイス部の要部断面図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施の形態に係る反射板の概略図である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施の形態に係る受光部の設置領域に関する模式図である。
【図７】図７は、本発明の第１の実施の形態に係る受光部から出力される出力信号と角度の関係を示す概略図である。
【図８】図８（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る開口部とＸＹ座標の関係を示した概略図であり、（ｂ）は、見かけの回転角度Δθに関する概略図である。
【図９】図９は、本発明の第１の実施の形態に係る表示部に表示された表示画像の一例を示す概略図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る受光部の設置に関する模式図である。
【図１１】図１１（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る反射板の概略図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、受光部からＡ／Ｄコンバータを介してマイコンに出力される出力信号の概略図である。
【図１２】図１２は、本発明の第４の実施の形態に係る入力デバイス部の要部断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第５の実施の形態に係る入力デバイス部の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
[第１の実施の形態]
（入力装置の構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る入力装置の入力デバイス部の回転及びスライド操作の方向等を示す外観斜視図である。本実施の形態では、回転操作装置の一例としての入力装置１について説明する。入力装置１は、主に、回転操作、及び設置された面に対するスライド操作がなされる操作部としての操作ノブ２００と、操作ノブ２００のスライド操作に基づく位置情報を生成する位置情報生成部としてのＸ、Ｙリニアエンコーダ１７０と、操作ノブ２００に設けられ、反射率が異なる領域が周方向に形成された反射板２３０と、反射板２３０に向けて光を出射する発光部３００と、発光部３００から出射した光が反射板２３０の反射率が異なる領域を透過した透過光、又は反射した反射光として受光され、受光した透過光又は反射光に基づいた出力信号を出力する受光部４００と、受光部４００から取得した出力信号に基づいて操作ノブ２００の回転操作による回転角度を算出し、Ｘ、Ｙリニアエンコーダ１７０から取得した位置情報に基づいて受光部４００に対する操作ノブ２００の見かけの回転角度を算出し、算出された見かけの回転角度によって、算出された回転角度を補正する算出部１０２と、を備えている。以下に、受光部４００が透過光を受光する入力装置１について具体的に説明する。
【００１２】
この入力装置１は、図１に示すように、操作ノブ２００の移動方向、移動量、回転方向及び回転角度を同時に検出するものであり、例えば、操作者が入力装置１の操作ノブ２００をＸ移動、Ｙ移動、及びθ回転させることにより、後述する表示部に表示されたカーソル等の位置を移動させるものである。例えば、自動車の車載機器の入力装置として使用でき、具体的には、カーナビゲーション装置の入力、オーディオ機器の入力等に使用できる。また、車載機器の入力装置に限られず、一般機器への入力装置として使用可能である。
【００１３】
また、この入力装置１は、一例として、後述するボイスコイルモータ１６０等を制御することによって、車載機器に応じた入力環境を形成することができるものである。この入力環境とは、例えば、車載機器、又は表示部に表示された画面に応じて、操作ノブ２００によるＸＹ平面上の操作可能な領域を制限し、操作者が意識することなく適切な操作を行える環境を示す。例えば、１次元的な操作によってのみカーソル等を操作することができるとき、入力装置１は、ボイスコイルモータ１６０等を制御することで、１次元的な操作以外の操作を行えないように、操作反力を操作ノブ２００に付与する。なお、ＸＹ平面とは、例えば、図１に示すように、カバー１３０の表面１３１と平行な平面内の座標であり、操作ノブ２００の初期位置における中心に座標原点が設定されているものとする。
【００１４】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る入力装置の構成ブロック図であり、図３（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る入力装置の入力デバイス部の構成を示す斜視図であり（ｂ）は、ボイスコイルモータの部分の分解斜視図である。
【００１５】
入力装置１は、図２、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、移動により入力位置に基づく位置情報の検出及び出力を行なうＸ、Ｙリニアエンコーダ１７０と共に入力環境の調整を行なうボイスコイルモータ１６０を備えた入力デバイス部１００と、マイコン１０１と、を備えて概略構成されている。上記のＸ、Ｙリニアエンコーダ１７０は、操作ノブ２００で操作される。
【００１６】
入力装置１は、図２に示すように、この入力装置１により動作制御される車載機器５００と接続され、また、例えば車載機器５００の操作メニュー等を表示し、操作ノブ２００を介して操作されるＸ、Ｙリニアエンコーダ１７０により操作メニュー上で入力されるカーソル等を表示する表示部６００に接続されている。
【００１７】
入力装置１は、図３（ａ）に示すように、ベース１１０及びベース１１０を覆うベースカバー１２０と、ベースカバー１２０上に設けられたカバー１３０と、操作者が操作できるようにカバー１３０から突出して取付けられた操作ノブ２００と、ベース１１０に取付けられ、一端が支持され他端に操作ノブ２００が取付けられたノブシャフト２１０と、Ｘ方向にはノブシャフト２１０と当接しＹ方向にはノブシャフト２１０と摺動するＸ方向へスライド移動可能なＸキャリッジ１４０と、Ｘキャリッジ１４０と直交しＹ方向にはノブシャフト２１０と当接しＸ方向にはノブシャフト２１０と摺動するＹ方向へスライド移動可能なＹキャリッジ１５０と、Ｘキャリッジ１４０及びＹキャリッジ１５０に搭載されそれぞれに力覚を付与するボイスコイルモータ１６０と、Ｘキャリッジ１４０及びＹキャリッジ１５０のそれぞれの移動量を検出するためのリニアエンコーダ１７０と、を備えて概略構成されている。
【００１８】
ここで、Ｘキャリッジ１４０及びＹキャリッジ１５０は、それぞれベース１１０に取付けられたＸ方向及びＹ方向へスライド移動可能なリニアスライドガイド１８０に支持されている。また、ノブシャフト２１０は、例えば、Ｘキャリッジ１４０の上部で支持部材１４１、Ｙキャリッジ１５０の下部で支持部材１５１によってＸ移動、Ｙ移動、及びθ回転が可能となるように、Ｘキャリッジ１４０及びＹキャリッジ１５０に支持されている。
【００１９】
また、ボイスコイルモータ１６０は、図３（ｂ）に示すように、入力環境の調整を行なう駆動部として機能し、Ｘキャリッジ１４０又はＹキャリッジ１５０に固定されるボイスコイル１６１と、マグネット１６６と軟磁性材料のヨーク１６７で形成される磁気回路１６５と、で構成される。
【００２０】
ボイスコイル１６１は、所定の導電線材１６２がコイル状に巻回されて形成されており、磁気回路１６５から発生する磁束が導電線材１６２を横切るように配置されている。これにより、導電線材１６２に通電されたボイスコイル１６１は、フレミングの左手の法則により電磁力を受け、Ｘキャリッジ１４０又はＹキャリッジ１５０に駆動力を作用させて、操作者に力覚を付与して入力環境の調整を行なう。また、図示省略するが、θ回転方向の位置調整制御を行なうＤＣサーボモータ、ステッピングモータ等の回転アクチュエータを備えても良い。
【００２１】
マイコン１０１は、インターフェース（図示省略）を介して図２に示すように、Ｘ、Ｙリニアエンコーダ１７０と接続されている。マイコン１０１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む算出部１０２と、閾値等のパラメータ及び制御プログラムを記憶する記憶部１０３と、を備えて概略構成されている。
【００２２】
Ｘ、Ｙリニアエンコーダ１７０は、それぞれ操作ノブ２００のＸ、Ｙ方向の移動に応じて位置情報をマイコン１０１に出力し、マイコン１０１の算出部１０２は、取得した位置情報に基づいてＸＹ座標系における座標、操作速度Ｖ、及びそれを積分して移動量を算出する。なお、リニアエンコーダ１７０による構成に限られず、ポテンショメータ等により絶対位置を検出する構成としてもよい。
【００２３】
図４は、本発明の第１の実施の形態に係る入力デバイス部の要部断面図である。ノブシャフト２１０は、図４に示すように、円形状の反射板２３０が設けられている。このノブシャフト２１０は、ベースカバー１２０に形成された開口１２１、及びカバー１３０に形成された開口１３２を貫通し、操作ノブ２００と接続されている。操作ノブ２００は、例えば、この開口１２１及び１３１によってその最大の操作可能範囲（所定の範囲）が決まる。
【００２４】
図５は、本発明の第１の実施の形態に係る反射板の概略図である。反射板２３０は、例えば、発光部３００から出射する光を透過する材料で円形状に形成され、図５に示すように、一例として、第１〜第８の領域２３１〜２３８を有している。この第１の領域２３１は、周方向に反射率が異なる領域が形成され、例えば、第１の領域２３１内で、時計回りに反射率が低くなる濃淡パターンが形成されている。また第２〜第８の領域２３２〜２３８は、例えば、この第１の領域２３１に形成された濃淡パターンを繰り返したパターンを有しており、それぞれ４５°の角度で反射板２３０上に形成されている。なお、この濃淡パターンは、上記に限定されず、時計回りに反射率が高くなっても良く、また濃淡パターンが全体にひとつ形成されても良い。さらに、濃淡パターンの数も上記に限定されない。
【００２５】
発光部３００は、図４に示すように、例えば、ベースカバー１２０の上部に配置される。発光部３００は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）からなり、図４に示すように、反射板２３０に向けて光を射出する。なお、発光部３００は、上記に限定されず、光を反射板２３０に向けて射出できるものであれば種類を問わない。
【００２６】
図６は、本発明の第１の実施の形態に係る受光部の設置領域に関する模式図であり、図７は、本発明の第１の実施の形態に係る受光部から出力される出力信号と角度の関係を示す概略図である。図７は、一例として、操作ノブ２００がスライド操作されていない状態で、図１において時計回りに回転させた場合に受光部４００からＡ／Ｄコンバータ４０１に出力されるアナログ信号を示しおり、縦軸が出力信号、横軸が角度である。
【００２７】
受光部４００は、例えば、フォトダイオードからなり、図４に示すように、反射板２３０を介して発光部３００と対向するようにカバー１３０の下部に設けられている。この受光部４００の設置位置は、図６に示すように、操作ノブ２００の操作可能範囲によって制限される。つまり、受光部４００の設置位置は、開口１３２内を移動するノブシャフト２１０と共に移動する反射板２３０の軌跡が重なり合う領域、例えば、図６に斜線で示す設置領域１３３内に設置されることが望ましい。受光部４００は、この設置領域１３３に基づいたカバー１３０の下部に設置されることによって、操作ノブ２００の操作位置に拠らず発光部３００からの光を受光することができる。
【００２８】
また受光部４００は、発光部３００から射出された光を反射板２３０を介して受光し、受光した光を出力信号としてＡ／Ｄコンバータ４０１に出力する。Ａ／Ｄコンバータ４０１は、図７に示す受光部４００からの鋸波形状の出力信号をデジタル信号（矩形波）に変換してマイコン１０１に出力する。
【００２９】
この出力信号は、領域の境界付近の黒色の領域（反射率大）が、発光部３００と受光部４００の間にあるとき、反射によって反射板２３０を光が透過しないことから、受光部４００は、光を受光せず、図７に示す出力信号がゼロとなる。また、出力信号は、領域の境界付近の白色の領域（反射率小）が、発光部３００と受光部４００の間にあるとき、反射板２３０を光が透過することから、受光部４００は、光を受光し、図７に示す出力信号が最大値となる。この出力信号の値は、０〜４５°の間で変化するので、算出部１０２は、得られた出力信号の値によってこの０〜４５°の間の角度を精度良く算出することができる。また、算出部１０２は、操作ノブ２００が操作される前の角度（基準角度とする）を記憶部１０３に記憶することで、回転角度及び回転方向を精度良く算出することができる。
【００３０】
例えば、算出部１０２は、図７に示すように、操作前の出力信号の値がａであるとき、基準角度ｂを算出し、記憶部１０３に記憶させる。その後、操作ノブ２００が、例えば、時計回りに回転操作され、回転操作が終了したときの出力信号の値がｃであったとき、算出部１０２は、出力信号の値がｃとなる回数に基づいて角度ｄを算出し、この角度ｄと基準角度ｂとの差分から操作ノブ２００の回転角度を算出する。角度ｄの算出は、図７に示すように、出力信号と角度の関係を示す波形が鋸波形であることから、４５°周期で出力信号は同じ値を取ることを利用して行われる。しかし、操作ノブ２００がスライド操作されるとき、以下の理由により見かけの回転角度Δθが発生するため、このΔθを考慮して操作ノブ２００の回転角度を算出する必要がある。以下に回転角度の補正について説明する。
【００３１】
（回転角度の補正）
図８（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る開口部とＸＹ座標の関係を示した概略図であり、（ｂ）は、見かけの回転角度Δθに関する概略図である。以下に、操作ノブ２００が、座標Ａ（ｘ１、ｙ１）から座標Ｂ（ｘ２、ｙ２）に移動する場合の見かけの回転角度Δθに基づく実際の回転角度φOPの補正について説明する。なお、以下のＸＹ座標の原点や軸方向等は、説明のためのものであり、任意に選択することができる。
【００３２】
ここで、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、受光部４００の座標をＯ（Ｘ、Ｙ）、ノブシャフト２１０の中心、すなわち移動前の操作ノブ２１０の中心の座標Ａを（ｘ１、ｙ１）、移動後の操作ノブ２１０の中心の座標Ｂを（ｘ２、ｙ２）、受光部４００と座標Ａ（ｘ１、ｙ１）を結ぶ直線をＯＡ、受光部４００と座標Ｂ（ｘ２、ｙ２）を結ぶ直線をＯＢとする。
【００３３】
直線ＯＡは、反射板２３０の中心と受光部４００を結ぶ直線でもあり、操作ノブ２００が回転せずに座標Ａから座標Ｂに移動するとき、図８（ｂ）に示す直線Ｏ´Ｂと直線ＯＡが平行となる。ここで、図８（ｂ）に示すように、受光部４００から座標Ｂに位置する操作ノブ２００の回転角度φobを検出すると、∠ＡＯＢ（＝見かけの回転角度Δθ）だけ回転したように検出される。これは、見かけの回転角度Δθが発生しているためであり、この見かけの角度Δθを考慮して実際の回転角度を算出しなければならない。
【００３４】
そこで算出部１０２において、以下の式（１）に基づいて実際の回転角度φOPの算出を行う。
φop＝φob−Δθ・・・（１）
以下において、見かけの角度Δθの算出方法について説明する。
まず、Ｙ軸と移動前の座標Ａに基づく直線ＯＡとのなす角度θ１は、以下の式（２）から求めることができる。
θ１＝tan−１｛（ｘ１−Ｘ）／（Ｙ−ｙ１）｝・・・（２）
ただし、−９０°≦θ１≦９０°である。
同様にＹ軸と移動後の座標Ｂに基づく直線ＯＢとのなす角度、すなわち受光部４００によって検出される回転角度φobは、受光部４００の座標と座標Ｂを用いて以下の式（３）で表すことができる。
φob＝tan−１｛（ｘ２−Ｘ）／（Ｙ−ｙ２）｝・・・（３）
ただし、−９０°≦φob≦９０°である。
回転角度φobは、図８（ｂ）に示すように、以下の式（４）の関係を満たす。
φob＝φOP＋Δθ・・・（４）
ただしφOP＝θ１である。
Δθについて解いて式（５）を得る。
Δθ＝φob−φOP・・・（５）
φOPはθ１であることから、式（５）に式（２）及び（３）を代入して以下の式（６）を得る。
Δθ＝tan−１｛（ｘ２−Ｘ）／（Ｙ−ｙ２）｝−tan−１｛（ｘ１−Ｘ）／（Ｙ−ｙ１）｝・・・（６）
算出部１０２は、受光部４００によって検出された回転角度φobと式（６）によって算出された見かけの回転角度Δθを式（１）に代入して実際の回転角度φopを算出する。
【００３５】
以下に第１の実施の形態に係る入力装置の動作について各図を参照しながら説明する。
【００３６】
（動作）
図９は、本発明の第１の実施の形態に係る表示部に表示された表示画像の一例を示す概略図である。表示画像６０１の入力領域６０３に表示された入力カーソル６０４に所望の文字（例えば、「と」。）を入力する場合について説明する。文字の入力は、一例として、所望の文字が含まれる行ボタン上にカーソル６０２を移動させ、操作ノブ２００を時計回りに回転操作することによって…た→ち→つ→て→と→た…と入力カーソル６０４上に表示され、反時計回りに回転操作することによって…た→と→て→つ→ち→た…と表示されるものとする。
【００３７】
まず、発光部３００は、反射板２３０に向けて光を出射する。受光部４００は、反射板２３０を介してこの光を受光し、受光した光に基づいて出力信号をＡ／Ｄコンバータ４０１を介してマイコン１０１に出力する。マイコン１０１の算出部１０２は、入力した信号に基づいて現在の操作ノブ２００の基準角度を算出し、算出した基準角度を記憶部１０３に記憶する。
【００３８】
操作者は、操作ノブ２００を操作し、カーソル６０２を所望の文字を含む行ボタン上に移動させる。
具体的には、マイコン１０１の算出部１０２は、Ｘ、Ｙリニアエンコーダ１７０から出力された位置情報に基づいてカーソル６０２の移動量、操作速度、及び実際の回転角度φopを算出し、マイコン１０１は、算出されたカーソル６０２の移動量、操作速度、及び実際の回転角度φopに基づいて表示部６００に表示されたカーソル６０２を移動させるように表示部６００を制御する。
【００３９】
次に、操作者は、所望の文字を入力するため、操作ノブ２００のスライド操作を停止した状態で操作ノブ２００に対して時計回りに回転操作を行う。
具体的には、マイコン１０１は、操作ノブ２００の移動が停止したことをＸ、Ｙリニアエンコーダ１７０からの位置情報に基づいて判定し、受光部４００及びＡ／Ｄコンバータ４０１を介して出力信号を取得する。続いて、マイコン１０１の算出部１０２は、入力した信号に基づいて現在の操作ノブ２００の基準角度を算出し、前回記憶させた基準角度を記憶部１０３に破棄させ、算出した基準角度を記憶部１０３に記憶させる。続いて、算出部１０２は、操作ノブ２００の操作が停止したときの出力信号を受光部４００及びＡ／Ｄコンバータ４０１を介して取得し、取得した出力信号に基づいて回転角度と回転方向を算出する。マイコン１０１は、算出された回転角度と回転方向に基づいて入力カーソル６０４に表示させる文字を選択し、選択した文字を表示部６００に表示させる。
【００４０】
操作者は、上記の操作を経て所望の文字入力が終了すると、所定の操作を行って文字の入力操作を終了する。なお、入力した文字の確定は、例えば、操作ノブ２００の操作によってカーソル６０２を他の領域に移動させることによって行われる。
【００４１】
（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）操作ノブ２００の移動方向、移動量、回転方向及び回転角度を同時に検出することができる。
（２）操作ノブ２００がスライド操作されている状態であっても正確な回転角度を算出することができる。
（３）操作ノブ２００に受光部４００を配置する場合に比べて、配置に自由度があり、また、配線を稼動する部分、例えば、操作ノブ２００に設けないので、配線の断線等による不具合を防止することができる。
（４）発光部３００と受光部４００の位置が、操作ノブ２００の操作によって変化しないので、回転軸が、操作ノブ２００の操作位置によって発光部３００と受光部４００に対して相対移動しても、安定して操作ノブ２００の回転角度を検出することができる。
（５）反射板２３０に方向性を有する濃淡パターンを有しているので、濃淡パターンを形成しない他の場合と比べて、操作ノブ２００の回転角度及び回転方向を精度良く算出することができる。
（６）反射板２３０に方向性を有する濃淡パターンを有しているので、濃淡パターンを形成しない他の場合と比べて、回転角度の分解能が高い。
（７）１つの受光部４００によって操作ノブ２００の操作位置に関係なく回転角度を検出することができるので、入力装置１の製造コストを抑制することができる。
（８）非接触で操作ノブ２００の回転角度を検出することができるので、接点を有して回転角度を検出するものと比べて、耐久性が高い。
【００４２】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、受光部を２つ備えている点、及び反射板が小さい点で第１の実施の形態と異なっている。なお、以下の各実施の形態において、第１の実施の形態と同様の構成及び機能を有する部分は、第１の実施の形態と同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００４３】
図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る受光部の設置に関する模式図である。本実施の形態の入力装置１は、図１０に示すように、第１の実施の形態における反射板２３０よりも半径の小さい反射板２４０と、受光部４０２及び４０３とを備えている。
【００４４】
この受光部４０２及び４０３は、例えば、開口１３２の長手側の中央に対向して設けられている。受光部４０２及び４０３は、例えば、その受け持つ領域が予め設定されており、マイコン１０１は、Ｘ、Ｙリニアエンコーダ１７０からの位置情報に基づいて受光部４０２及び４０３を切り換えて操作ノブ２００の回転角度及び回転方向を算出する。なお、例えば、受光部４０２及び４０３の構成は、第１の実施の形態における受光部４００と同様であり、また、それぞれにＡ／Ｄコンバータが接続されている。
【００４５】
（第２の実施の形態の効果）
第２の実施の形態によれば、受光部が１つの場合と比べて、反射板２４０を小さくすることができ、入力装置１を小型化することができる。
【００４６】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態は、反射板に形成されたパターンが異なる点で第１及び第２の実施の形態と異なっている。
【００４７】
図１１（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る反射板の概略図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、受光部からＡ／Ｄコンバータを介してマイコンに出力される出力信号の概略図である。図１１（ｂ）は、操作ノブ２００を時計回りに回転させたときにＡ／Ｄコンバータ４０１から出力される出力信号であり、（ｃ）は、操作ノブ２００を反時計回りに回転させたときに出力される出力信号である。図１１（ｂ）及び（ｃ）は、縦軸が出力信号、横軸が時間である。
【００４８】
本実施の形態における反射板２５０は、図１１（ａ）に示すように、黒スリット２５１、透過スリット２５２、黒スリット２５３、透過スリット２５４、黒スリット２５５、透過スリット２５６、黒スリット２５７によるパターンが周期的に形成されている。
【００４９】
黒スリット２５１、２５３、２５５及び２５７は、例えば、反射率が透過スリット２５２、２５４及び２５６に比べて大きくなっている。また、透過スリット２５２、２５４及び２５６は、例えば、発光部３００から出射された光をほぼ透過させるように構成されている。
【００５０】
受光部４００は、この反射板２５０を介して透過した透過光を受光し、Ａ／Ｄコンバータ４０１を介して、図１１（ｂ）に示す出力信号をマイコン１０１に出力する。マイコン１０１の算出部１０２は、この出力信号のパターンに基づいて操作ノブ２００の回転方向及び回転角度を算出する。算出部１０２は、例えば、必要な分解能に基づいて形成された図１１（ａ）に示すパターンが、検出された回数によって回転角度を算出する。また、算出部１０２は、例えば、図１１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、操作ノブ２００の回転方向によって、出力される出力信号のパターンが異なるので、容易に回転方向を判定することができる。
【００５１】
［第４の実施の形態］
第４の実施の形態は、発光部と受光部がベースカバー上に配置されている点で上記の他の実施の形態と異なっている。
【００５２】
図１２は、本発明の第４の実施の形態に係る入力デバイス部の要部断面図である。本実施の形態における入力装置１は、図１２に示すように、発光部３００と受光部４００がベースカバー１２０上に配置されている。この受光部４００は、発光部３００から出射された光が、反射板２３０によって反射した反射光を受光し、受光した反射光に基づいた出力信号を出力するように構成されている。
【００５３】
操作ノブ２００の回転角度及び回転方向の算出は、反射板２３０に形成されたパターンに応じて上記と同様に行われる。
【００５４】
［第５の実施の形態］
第５の実施の形態は、操作ノブの裏面に反射面が形成されている点で上記の各実施の形態と異なっている。
【００５５】
図１３は、本発明の第５の実施の形態に係る入力デバイス部の要部断面図である。本実施の形態に係る入力装置１は、主に、反射率が異なる領域が周方向に形成された反射面２０１を有し、回転操作、及び設置された面に対するスライド操作がなされる操作ノブ２００と、操作ノブ２００の反射面２０１に向けて光を出射する発光部３００と、発光部３００から出射した光が反射面２０１で反射した反射光を受光し、受光した反射光に基づいた出力信号を出力する受光部４００と、を備えて概略構成されている。
【００５６】
発光部３００及び受光部４００は、図１３に示すように、ベースカバー１２０上に配置されている。
【００５７】
操作ノブ２００の回転角度及び回転方向の算出は、反射板２３０に形成されたパターンに応じて上記と同様に行われる。
【００５８】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々の変形及び組み合わせが可能である。
【００５９】
発光部３００及び受光部４００は、上記の実施の形態に限定されず、例えば、両者が一体とされたフォトインタラプタ等でも良い。
【符号の説明】
【００６０】
１…入力装置、１００…入力デバイス部、１０１…マイコン、１０２…算出部、１０３…記憶部、１１０…ベース、１２０…ベースカバー、１２１…開口、１３０…カバー、１３１…表面、１３２…開口、１３３…設置領域、１４０…Ｘキャリッジ、１４１…支持部材、１５０…Ｙキャリッジ、１５１…支持部材、１６０…ボイスコイルモータ、１６１…ボイスコイル、１６２…導電線材、１６５…磁気回路、１６６…マグネット、１６７…ヨーク、１７０…ＸＹリニアエンコーダ、１８０…リニアスライドガイド、２００…操作ノブ、２０１…反射面、２１０…ノブシャフト、２３０…反射板、２３１…設置領域、２４０、２５０…反射板、２５１…黒スリット、２５２…透過スリット、２５３…黒スリット、２５４…透過スリット、２５５…黒スリット、２５６…透過スリット、２５７…黒スリット、３００…発光部、４００、４０２、４０３…受光部、４０１…Ａ／Ｄコンバータ、５００…車載機器、６００…表示部、６０１…表示画像、６０２…カーソル、６０３…入力領域、６０４…入力カーソル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転操作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、回転可能に設けられた回転ダイアルと、回転ダイアルの背面の周方向に沿って交互に設けられた反射面及び断面三角形の溝と、回転ダイアルの背面に光を出射し、反射面によって反射した光を検出するフォトインタラプタと、を備える入力装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この入力装置は、回転ダイアルの回転に基づいて反射面での光の反射、又は溝での非反射が交互に発生し、フォトインタラプタによって光が検出されなかった回数をカウントすることによって、回転ダイアルの回転角度を検出することができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３２７２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の入力装置の構成では、回転軸の移動が可能である場合、回転軸の移動方向、移動量、回転方向及び回転角度を同時に検出できないという課題があった。
【０００６】
本発明の目的は、操作部の移動方向、移動量、回転方向及び回転角度を同時に検出し、さらに、スライド操作による見かけの回転角度を補正し、操作部の正確な回転角度を算出することができる回転操作装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、反射率が異なる領域が周方向に形成された反射面を有し、回転操作、及び設置された面に対して所定の範囲内でスライド操作がなされる操作部と、前記操作部の前記スライド操作に基づく位置情報を生成する位置情報生成部と、前記操作部の前記反射面に向けて光を出射する発光部と、前記発光部から出射した前記光が前記反射面で反射した反射光を受光し、受光した前記反射光に基づく出力信号を出力する受光部と、前記受光部から取得した前記出力信号に基づいて前記操作部の前記回転操作による回転角度を算出し、前記位置情報生成部から取得した前記位置情報に基づいて前記受光部に対する前記操作部の見かけの回転角度を算出し、算出された前記見かけの回転角度によって、算出された前記回転角度を補正する算出部と、を備えた回転操作装置を提供する。
【０００８】
本発明の他の一態様は、回転操作、及び設置された面に対して所定の範囲内でスライド操作がなされる操作部と、前記操作部の前記スライド操作に基づく位置情報を生成する位置情報生成部と、前記操作部に設けられ、反射率が異なる領域が周方向に形成された反射板と、前記反射板に向けて光を出射する発光部と、前記発光部から出射した前記光が前記反射板の前記反射率が異なる領域を透過した透過光、又は反射した反射光として受光され、受光した前記透過光又は前記反射光に基づいた出力信号を出力する受光部と、前記受光部から取得した前記出力信号に基づいて前記操作部の前記回転操作による回転角度を算出し、前記位置情報生成部から取得した前記位置情報に基づいて前記受光部に対する前記操作部の見かけの回転角度を算出し、算出された前記見かけの回転角度によって、算出された前記回転角度を補正する算出部と、を備えた回転操作装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、操作部の移動方向、移動量、回転方向及び回転角度を同時に検出し、さらに、スライド操作による見かけの回転角度を補正し、操作部の正確な回転角度を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る入力装置の入力デバイス部の回転及びスライド操作の方向等を示す外観斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態に係る入力装置の構成ブロック図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る入力装置の入力デバイス部の構成を示す斜視図であり（ｂ）は、ボイスコイルモータの部分の分解斜視図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態に係る入力デバイス部の要部断面図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施の形態に係る反射板の概略図である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施の形態に係る受光部の設置領域に関する模式図である。
【図７】図７は、本発明の第１の実施の形態に係る受光部から出力される出力信号と角度の関係を示す概略図である。
【図８】図８（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る開口部とＸＹ座標の関係を示した概略図であり、（ｂ）は、見かけの回転角度Δθに関する概略図である。
【図９】図９は、本発明の第１の実施の形態に係る表示部に表示された表示画像の一例を示す概略図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る受光部の設置に関する模式図である。
【図１１】図１１（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る反射板の概略図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、受光部からＡ／Ｄコンバータを介してマイコンに出力される出力信号の概略図である。
【図１２】図１２は、本発明の第４の実施の形態に係る入力デバイス部の要部断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第５の実施の形態に係る入力デバイス部の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
[第１の実施の形態]
（入力装置の構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る入力装置の入力デバイス部の回転及びスライド操作の方向等を示す外観斜視図である。本実施の形態では、回転操作装置の一例としての入力装置１について説明する。入力装置１は、主に、回転操作、及び設置された面に対するスライド操作がなされる操作部としての操作ノブ２００と、操作ノブ２００のスライド操作に基づく位置情報を生成する位置情報生成部としてのＸ、Ｙリニアエンコーダ１７０と、操作ノブ２００に設けられ、反射率が異なる領域が周方向に形成された反射板２３０と、反射板２３０に向けて光を出射する発光部３００と、発光部３００から出射した光が反射板２３０の反射率が異なる領域を透過した透過光、又は反射した反射光として受光され、受光した透過光又は反射光に基づいた出力信号を出力する受光部４００と、受光部４００から取得した出力信号に基づいて操作ノブ２００の回転操作による回転角度を算出し、Ｘ、Ｙリニアエンコーダ１７０から取得した位置情報に基づいて受光部４００に対する操作ノブ２００の見かけの回転角度を算出し、算出された見かけの回転角度によって、算出された回転角度を補正する算出部１０２と、を備えている。以下に、受光部４００が透過光を受光する入力装置１について具体的に説明する。
【００１２】
この入力装置１は、図１に示すように、操作ノブ２００の移動方向、移動量、回転方向及び回転角度を同時に検出するものであり、例えば、操作者が入力装置１の操作ノブ２００をＸ移動、Ｙ移動、及びθ回転させることにより、後述する表示部に表示されたカーソル等の位置を移動させるものである。例えば、自動車の車載機器の入力装置として使用でき、具体的には、カーナビゲーション装置の入力、オーディオ機器の入力等に使用できる。また、車載機器の入力装置に限られず、一般機器への入力装置として使用可能である。
【００１３】
また、この入力装置１は、一例として、後述するボイスコイルモータ１６０等を制御することによって、車載機器に応じた入力環境を形成することができるものである。この入力環境とは、例えば、車載機器、又は表示部に表示された画面に応じて、操作ノブ２００によるＸＹ平面上の操作可能な領域を制限し、操作者が意識することなく適切な操作を行える環境を示す。例えば、１次元的な操作によってのみカーソル等を操作することができるとき、入力装置１は、ボイスコイルモータ１６０等を制御することで、１次元的な操作以外の操作を行えないように、操作反力を操作ノブ２００に付与する。なお、ＸＹ平面とは、例えば、図１に示すように、カバー１３０の表面１３１と平行な平面内の座標であり、操作ノブ２００の初期位置における中心に座標原点が設定されているものとする。
【００１４】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る入力装置の構成ブロック図であり、図３（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る入力装置の入力デバイス部の構成を示す斜視図であり（ｂ）は、ボイスコイルモータの部分の分解斜視図である。
【００１５】
入力装置１は、図２、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、移動により入力位置に基づく位置情報の検出及び出力を行なうＸ、Ｙリニアエンコーダ１７０と共に入力環境の調整を行なうボイスコイルモータ１６０を備えた入力デバイス部１００と、マイコン１０１と、を備えて概略構成されている。上記のＸ、Ｙリニアエンコーダ１７０は、操作ノブ２００で操作される。
【００１６】
入力装置１は、図２に示すように、この入力装置１により動作制御される車載機器５００と接続され、また、例えば車載機器５００の操作メニュー等を表示し、操作ノブ２００を介して操作されるＸ、Ｙリニアエンコーダ１７０により操作メニュー上で入力されるカーソル等を表示する表示部６００に接続されている。
【００１７】
入力装置１は、図３（ａ）に示すように、ベース１１０及びベース１１０を覆うベースカバー１２０と、ベースカバー１２０上に設けられたカバー１３０と、操作者が操作できるようにカバー１３０から突出して取付けられた操作ノブ２００と、ベース１１０に取付けられ、一端が支持され他端に操作ノブ２００が取付けられたノブシャフト２１０と、Ｘ方向にはノブシャフト２１０と当接しＹ方向にはノブシャフト２１０と摺動するＸ方向へスライド移動可能なＸキャリッジ１４０と、Ｘキャリッジ１４０と直交しＹ方向にはノブシャフト２１０と当接しＸ方向にはノブシャフト２１０と摺動するＹ方向へスライド移動可能なＹキャリッジ１５０と、Ｘキャリッジ１４０及びＹキャリッジ１５０に搭載されそれぞれに力覚を付与するボイスコイルモータ１６０と、Ｘキャリッジ１４０及びＹキャリッジ１５０のそれぞれの移動量を検出するためのリニアエンコーダ１７０と、を備えて概略構成されている。
【００１８】
ここで、Ｘキャリッジ１４０及びＹキャリッジ１５０は、それぞれベース１１０に取付けられたＸ方向及びＹ方向へスライド移動可能なリニアスライドガイド１８０に支持されている。また、ノブシャフト２１０は、例えば、Ｘキャリッジ１４０の上部で支持部材１４１、Ｙキャリッジ１５０の下部で支持部材１５１によってＸ移動、Ｙ移動、及びθ回転が可能となるように、Ｘキャリッジ１４０及びＹキャリッジ１５０に支持されている。
【００１９】
また、ボイスコイルモータ１６０は、図３（ｂ）に示すように、入力環境の調整を行なう駆動部として機能し、Ｘキャリッジ１４０又はＹキャリッジ１５０に固定されるボイスコイル１６１と、マグネット１６６と軟磁性材料のヨーク１６７で形成される磁気回路１６５と、で構成される。
【００２０】
ボイスコイル１６１は、所定の導電線材１６２がコイル状に巻回されて形成されており、磁気回路１６５から発生する磁束が導電線材１６２を横切るように配置されている。これにより、導電線材１６２に通電されたボイスコイル１６１は、フレミングの左手の法則により電磁力を受け、Ｘキャリッジ１４０又はＹキャリッジ１５０に駆動力を作用させて、操作者に力覚を付与して入力環境の調整を行なう。また、図示省略するが、θ回転方向の位置調整制御を行なうＤＣサーボモータ、ステッピングモータ等の回転アクチュエータを備えても良い。
【００２１】
マイコン１０１は、インターフェース（図示省略）を介して図２に示すように、Ｘ、Ｙリニアエンコーダ１７０と接続されている。マイコン１０１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む算出部１０２と、閾値等のパラメータ及び制御プログラムを記憶する記憶部１０３と、を備えて概略構成されている。
【００２２】
Ｘ、Ｙリニアエンコーダ１７０は、それぞれ操作ノブ２００のＸ、Ｙ方向の移動に応じて位置情報をマイコン１０１に出力し、マイコン１０１の算出部１０２は、取得した位置情報に基づいてＸＹ座標系における座標、操作速度Ｖ、及びそれを積分して移動量を算出する。なお、リニアエンコーダ１７０による構成に限られず、ポテンショメータ等により絶対位置を検出する構成としてもよい。
【００２３】
図４は、本発明の第１の実施の形態に係る入力デバイス部の要部断面図である。ノブシャフト２１０は、図４に示すように、円形状の反射板２３０が設けられている。このノブシャフト２１０は、ベースカバー１２０に形成された開口１２１、及びカバー１３０に形成された開口１３２を貫通し、操作ノブ２００と接続されている。操作ノブ２００は、例えば、この開口１２１及び１３１によってその最大の操作可能範囲（所定の範囲）が決まる。
【００２４】
図５は、本発明の第１の実施の形態に係る反射板の概略図である。反射板２３０は、例えば、発光部３００から出射する光を透過する材料で円形状に形成され、図５に示すように、一例として、第１〜第８の領域２３１〜２３８を有している。この第１の領域２３１は、周方向に反射率が異なる領域が形成され、例えば、第１の領域２３１内で、時計回りに反射率が低くなる濃淡パターンが形成されている。また第２〜第８の領域２３２〜２３８は、例えば、この第１の領域２３１に形成された濃淡パターンを繰り返したパターンを有しており、それぞれ４５°の角度で反射板２３０上に形成されている。なお、この濃淡パターンは、上記に限定されず、時計回りに反射率が高くなっても良く、また濃淡パターンが全体にひとつ形成されても良い。さらに、濃淡パターンの数も上記に限定されない。
【００２５】
発光部３００は、図４に示すように、例えば、ベースカバー１２０の上部に配置される。発光部３００は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）からなり、図４に示すように、反射板２３０に向けて光を射出する。なお、発光部３００は、上記に限定されず、光を反射板２３０に向けて射出できるものであれば種類を問わない。
【００２６】
図６は、本発明の第１の実施の形態に係る受光部の設置領域に関する模式図であり、図７は、本発明の第１の実施の形態に係る受光部から出力される出力信号と角度の関係を示す概略図である。図７は、一例として、操作ノブ２００がスライド操作されていない状態で、図１において時計回りに回転させた場合に受光部４００からＡ／Ｄコンバータ４０１に出力されるアナログ信号を示しおり、縦軸が出力信号、横軸が角度である。
【００２７】
受光部４００は、例えば、フォトダイオードからなり、図４に示すように、反射板２３０を介して発光部３００と対向するようにカバー１３０の下部に設けられている。この受光部４００の設置位置は、図６に示すように、操作ノブ２００の操作可能範囲によって制限される。つまり、受光部４００の設置位置は、開口１３２内を移動するノブシャフト２１０と共に移動する反射板２３０の軌跡が重なり合う領域、例えば、図６に斜線で示す設置領域１３３内に設置されることが望ましい。受光部４００は、この設置領域１３３に基づいたカバー１３０の下部に設置されることによって、操作ノブ２００の操作位置に拠らず発光部３００からの光を受光することができる。
【００２８】
また受光部４００は、発光部３００から射出された光を反射板２３０を介して受光し、受光した光を出力信号としてＡ／Ｄコンバータ４０１に出力する。Ａ／Ｄコンバータ４０１は、図７に示す受光部４００からの鋸波形状の出力信号をデジタル信号（矩形波）に変換してマイコン１０１に出力する。
【００２９】
この出力信号は、領域の境界付近の黒色の領域（反射率大）が、発光部３００と受光部４００の間にあるとき、反射によって反射板２３０を光が透過しないことから、受光部４００は、光を受光せず、図７に示す出力信号がゼロとなる。また、出力信号は、領域の境界付近の白色の領域（反射率小）が、発光部３００と受光部４００の間にあるとき、反射板２３０を光が透過することから、受光部４００は、光を受光し、図７に示す出力信号が最大値となる。この出力信号の値は、０〜４５°の間で変化するので、算出部１０２は、得られた出力信号の値によってこの０〜４５°の間の角度を精度良く算出することができる。また、算出部１０２は、操作ノブ２００が操作される前の角度（基準角度とする）を記憶部１０３に記憶することで、回転角度及び回転方向を精度良く算出することができる。
【００３０】
例えば、算出部１０２は、図７に示すように、操作前の出力信号の値がａであるとき、基準角度ｂを算出し、記憶部１０３に記憶させる。その後、操作ノブ２００が、例えば、時計回りに回転操作され、回転操作が終了したときの出力信号の値がｃであったとき、算出部１０２は、出力信号の値がｃとなる回数に基づいて角度ｄを算出し、この角度ｄと基準角度ｂとの差分から操作ノブ２００の回転角度を算出する。角度ｄの算出は、図７に示すように、出力信号と角度の関係を示す波形が鋸波形であることから、４５°周期で出力信号は同じ値を取ることを利用して行われる。しかし、操作ノブ２００がスライド操作されるとき、以下の理由により見かけの回転角度Δθが発生するため、このΔθを考慮して操作ノブ２００の回転角度を算出する必要がある。以下に回転角度の補正について説明する。
【００３１】
（回転角度の補正）
図８（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る開口部とＸＹ座標の関係を示した概略図であり、（ｂ）は、見かけの回転角度Δθに関する概略図である。以下に、操作ノブ２００が、座標Ａ（ｘ１、ｙ１）から座標Ｂ（ｘ２、ｙ２）に移動する場合の見かけの回転角度Δθに基づく実際の回転角度φOPの補正について説明する。なお、以下のＸＹ座標の原点や軸方向等は、説明のためのものであり、任意に選択することができる。
【００３２】
ここで、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、受光部４００の座標をＯ（Ｘ、Ｙ）、ノブシャフト２１０の中心、すなわち移動前の操作ノブ２１０の中心の座標Ａを（ｘ１、ｙ１）、移動後の操作ノブ２１０の中心の座標Ｂを（ｘ２、ｙ２）、受光部４００と座標Ａ（ｘ１、ｙ１）を結ぶ直線をＯＡ、受光部４００と座標Ｂ（ｘ２、ｙ２）を結ぶ直線をＯＢとする。
【００３３】
直線ＯＡは、反射板２３０の中心と受光部４００を結ぶ直線でもあり、操作ノブ２００が回転せずに座標Ａから座標Ｂに移動するとき、図８（ｂ）に示す直線Ｏ´Ｂと直線ＯＡが平行となる。ここで、図８（ｂ）に示すように、受光部４００から座標Ｂに位置する操作ノブ２００の回転角度φobを検出すると、∠ＡＯＢ（＝見かけの回転角度Δθ）だけ回転したように検出される。これは、見かけの回転角度Δθが発生しているためであり、この見かけの角度Δθを考慮して実際の回転角度を算出しなければならない。
【００３４】
そこで算出部１０２において、以下の式（１）に基づいて実際の回転角度φOPの算出を行う。
φop＝φob−Δθ・・・（１）
以下において、見かけの角度Δθの算出方法について説明する。
まず、Ｙ軸と移動前の座標Ａに基づく直線ＯＡとのなす角度θ１は、以下の式（２）から求めることができる。
θ１＝tan−１｛（ｘ１−Ｘ）／（Ｙ−ｙ１）｝・・・（２）
ただし、−９０°≦θ１≦９０°である。
同様にＹ軸と移動後の座標Ｂに基づく直線ＯＢとのなす角度、すなわち受光部４００によって検出される回転角度φobは、受光部４００の座標と座標Ｂを用いて以下の式（３）で表すことができる。
φob＝tan−１｛（ｘ２−Ｘ）／（Ｙ−ｙ２）｝・・・（３）
ただし、−９０°≦φob≦９０°である。
回転角度φobは、図８（ｂ）に示すように、以下の式（４）の関係を満たす。
φob＝φOP＋Δθ・・・（４）
ただしφOP＝θ１である。
Δθについて解いて式（５）を得る。
Δθ＝φob−φOP・・・（５）
φOPはθ１であることから、式（５）に式（２）及び（３）を代入して以下の式（６）を得る。
Δθ＝tan−１｛（ｘ２−Ｘ）／（Ｙ−ｙ２）｝−tan−１｛（ｘ１−Ｘ）／（Ｙ−ｙ１）｝・・・（６）
算出部１０２は、受光部４００によって検出された回転角度φobと式（６）によって算出された見かけの回転角度Δθを式（１）に代入して実際の回転角度φopを算出する。
【００３５】
以下に第１の実施の形態に係る入力装置の動作について各図を参照しながら説明する。
【００３６】
（動作）
図９は、本発明の第１の実施の形態に係る表示部に表示された表示画像の一例を示す概略図である。表示画像６０１の入力領域６０３に表示された入力カーソル６０４に所望の文字（例えば、「と」。）を入力する場合について説明する。文字の入力は、一例として、所望の文字が含まれる行ボタン上にカーソル６０２を移動させ、操作ノブ２００を時計回りに回転操作することによって…た→ち→つ→て→と→た…と入力カーソル６０４上に表示され、反時計回りに回転操作することによって…た→と→て→つ→ち→た…と表示されるものとする。
【００３７】
まず、発光部３００は、反射板２３０に向けて光を出射する。受光部４００は、反射板２３０を介してこの光を受光し、受光した光に基づいて出力信号をＡ／Ｄコンバータ４０１を介してマイコン１０１に出力する。マイコン１０１の算出部１０２は、入力した信号に基づいて現在の操作ノブ２００の基準角度を算出し、算出した基準角度を記憶部１０３に記憶する。
【００３８】
操作者は、操作ノブ２００を操作し、カーソル６０２を所望の文字を含む行ボタン上に移動させる。
具体的には、マイコン１０１の算出部１０２は、Ｘ、Ｙリニアエンコーダ１７０から出力された位置情報に基づいてカーソル６０２の移動量、操作速度、及び実際の回転角度φopを算出し、マイコン１０１は、算出されたカーソル６０２の移動量、操作速度、及び実際の回転角度φopに基づいて表示部６００に表示されたカーソル６０２を移動させるように表示部６００を制御する。
【００３９】
次に、操作者は、所望の文字を入力するため、操作ノブ２００のスライド操作を停止した状態で操作ノブ２００に対して時計回りに回転操作を行う。
具体的には、マイコン１０１は、操作ノブ２００の移動が停止したことをＸ、Ｙリニアエンコーダ１７０からの位置情報に基づいて判定し、受光部４００及びＡ／Ｄコンバータ４０１を介して出力信号を取得する。続いて、マイコン１０１の算出部１０２は、入力した信号に基づいて現在の操作ノブ２００の基準角度を算出し、前回記憶させた基準角度を記憶部１０３に破棄させ、算出した基準角度を記憶部１０３に記憶させる。続いて、算出部１０２は、操作ノブ２００の操作が停止したときの出力信号を受光部４００及びＡ／Ｄコンバータ４０１を介して取得し、取得した出力信号に基づいて回転角度と回転方向を算出する。マイコン１０１は、算出された回転角度と回転方向に基づいて入力カーソル６０４に表示させる文字を選択し、選択した文字を表示部６００に表示させる。
【００４０】
操作者は、上記の操作を経て所望の文字入力が終了すると、所定の操作を行って文字の入力操作を終了する。なお、入力した文字の確定は、例えば、操作ノブ２００の操作によってカーソル６０２を他の領域に移動させることによって行われる。
【００４１】
（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）操作ノブ２００の移動方向、移動量、回転方向及び回転角度を同時に検出することができる。
（２）操作ノブ２００がスライド操作されている状態であっても正確な回転角度を算出することができる。
（３）操作ノブ２００に受光部４００を配置する場合に比べて、配置に自由度があり、また、配線を稼動する部分、例えば、操作ノブ２００に設けないので、配線の断線等による不具合を防止することができる。
（４）発光部３００と受光部４００の位置が、操作ノブ２００の操作によって変化しないので、回転軸が、操作ノブ２００の操作位置によって発光部３００と受光部４００に対して相対移動しても、安定して操作ノブ２００の回転角度を検出することができる。
（５）反射板２３０に方向性を有する濃淡パターンを有しているので、濃淡パターンを形成しない他の場合と比べて、操作ノブ２００の回転角度及び回転方向を精度良く算出することができる。
（６）反射板２３０に方向性を有する濃淡パターンを有しているので、濃淡パターンを形成しない他の場合と比べて、回転角度の分解能が高い。
（７）１つの受光部４００によって操作ノブ２００の操作位置に関係なく回転角度を検出することができるので、入力装置１の製造コストを抑制することができる。
（８）非接触で操作ノブ２００の回転角度を検出することができるので、接点を有して回転角度を検出するものと比べて、耐久性が高い。
【００４２】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、受光部を２つ備えている点、及び反射板が小さい点で第１の実施の形態と異なっている。なお、以下の各実施の形態において、第１の実施の形態と同様の構成及び機能を有する部分は、第１の実施の形態と同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００４３】
図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る受光部の設置に関する模式図である。本実施の形態の入力装置１は、図１０に示すように、第１の実施の形態における反射板２３０よりも半径の小さい反射板２４０と、受光部４０２及び４０３とを備えている。
【００４４】
この受光部４０２及び４０３は、例えば、開口１３２の長手側の中央に対向して設けられている。受光部４０２及び４０３は、例えば、その受け持つ領域が予め設定されており、マイコン１０１は、Ｘ、Ｙリニアエンコーダ１７０からの位置情報に基づいて受光部４０２及び４０３を切り換えて操作ノブ２００の回転角度及び回転方向を算出する。なお、例えば、受光部４０２及び４０３の構成は、第１の実施の形態における受光部４００と同様であり、また、それぞれにＡ／Ｄコンバータが接続されている。
【００４５】
（第２の実施の形態の効果）
第２の実施の形態によれば、受光部が１つの場合と比べて、反射板２４０を小さくすることができ、入力装置１を小型化することができる。
【００４６】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態は、反射板に形成されたパターンが異なる点で第１及び第２の実施の形態と異なっている。
【００４７】
図１１（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る反射板の概略図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、受光部からＡ／Ｄコンバータを介してマイコンに出力される出力信号の概略図である。図１１（ｂ）は、操作ノブ２００を時計回りに回転させたときにＡ／Ｄコンバータ４０１から出力される出力信号であり、（ｃ）は、操作ノブ２００を反時計回りに回転させたときに出力される出力信号である。図１１（ｂ）及び（ｃ）は、縦軸が出力信号、横軸が時間である。
【００４８】
本実施の形態における反射板２５０は、図１１（ａ）に示すように、黒スリット２５１、透過スリット２５２、黒スリット２５３、透過スリット２５４、黒スリット２５５、透過スリット２５６、黒スリット２５７によるパターンが周期的に形成されている。
【００４９】
黒スリット２５１、２５３、２５５及び２５７は、例えば、反射率が透過スリット２５２、２５４及び２５６に比べて大きくなっている。また、透過スリット２５２、２５４及び２５６は、例えば、発光部３００から出射された光をほぼ透過させるように構成されている。
【００５０】
受光部４００は、この反射板２５０を介して透過した透過光を受光し、Ａ／Ｄコンバータ４０１を介して、図１１（ｂ）に示す出力信号をマイコン１０１に出力する。マイコン１０１の算出部１０２は、この出力信号のパターンに基づいて操作ノブ２００の回転方向及び回転角度を算出する。算出部１０２は、例えば、必要な分解能に基づいて形成された図１１（ａ）に示すパターンが、検出された回数によって回転角度を算出する。また、算出部１０２は、例えば、図１１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、操作ノブ２００の回転方向によって、出力される出力信号のパターンが異なるので、容易に回転方向を判定することができる。
【００５１】
［第４の実施の形態］
第４の実施の形態は、発光部と受光部がベースカバー上に配置されている点で上記の他の実施の形態と異なっている。
【００５２】
図１２は、本発明の第４の実施の形態に係る入力デバイス部の要部断面図である。本実施の形態における入力装置１は、図１２に示すように、発光部３００と受光部４００がベースカバー１２０上に配置されている。この受光部４００は、発光部３００から出射された光が、反射板２３０によって反射した反射光を受光し、受光した反射光に基づいた出力信号を出力するように構成されている。
【００５３】
操作ノブ２００の回転角度及び回転方向の算出は、反射板２３０に形成されたパターンに応じて上記と同様に行われる。
【００５４】
［第５の実施の形態］
第５の実施の形態は、操作ノブの裏面に反射面が形成されている点で上記の各実施の形態と異なっている。
【００５５】
図１３は、本発明の第５の実施の形態に係る入力デバイス部の要部断面図である。本実施の形態に係る入力装置１は、主に、反射率が異なる領域が周方向に形成された反射面２０１を有し、回転操作、及び設置された面に対するスライド操作がなされる操作ノブ２００と、操作ノブ２００の反射面２０１に向けて光を出射する発光部３００と、発光部３００から出射した光が反射面２０１で反射した反射光を受光し、受光した反射光に基づいた出力信号を出力する受光部４００と、を備えて概略構成されている。
【００５６】
発光部３００及び受光部４００は、図１３に示すように、ベースカバー１２０上に配置されている。
【００５７】
操作ノブ２００の回転角度及び回転方向の算出は、反射板２３０に形成されたパターンに応じて上記と同様に行われる。
【００５８】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々の変形及び組み合わせが可能である。
【００５９】
発光部３００及び受光部４００は、上記の実施の形態に限定されず、例えば、両者が一体とされたフォトインタラプタ等でも良い。
【符号の説明】
【００６０】
１…入力装置、１００…入力デバイス部、１０１…マイコン、１０２…算出部、１０３…記憶部、１１０…ベース、１２０…ベースカバー、１２１…開口、１３０…カバー、１３１…表面、１３２…開口、１３３…設置領域、１４０…Ｘキャリッジ、１４１…支持部材、１５０…Ｙキャリッジ、１５１…支持部材、１６０…ボイスコイルモータ、１６１…ボイスコイル、１６２…導電線材、１６５…磁気回路、１６６…マグネット、１６７…ヨーク、１７０…ＸＹリニアエンコーダ、１８０…リニアスライドガイド、２００…操作ノブ、２０１…反射面、２１０…ノブシャフト、２３０…反射板、２３１…設置領域、２４０、２５０…反射板、２５１…黒スリット、２５２…透過スリット、２５３…黒スリット、２５４…透過スリット、２５５…黒スリット、２５６…透過スリット、２５７…黒スリット、３００…発光部、４００、４０２、４０３…受光部、４０１…Ａ／Ｄコンバータ、５００…車載機器、６００…表示部、６０１…表示画像、６０２…カーソル、６０３…入力領域、６０４…入力カーソル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射率が異なる領域が周方向に形成された反射面を有し、回転操作、及び設置された面に対して所定の範囲内でスライド操作がなされる操作部と、
前記操作部の前記スライド操作に基づく位置情報を生成する位置情報生成部と、
前記操作部の前記反射面に向けて光を出射する発光部と、
前記発光部から出射した前記光が前記反射面で反射した反射光を受光し、受光した前記反射光に基づく出力信号を出力する受光部と、
前記受光部から取得した前記出力信号に基づいて前記操作部の前記回転操作による回転角度を算出し、前記位置情報生成部から取得した前記位置情報に基づいて前記受光部に対する前記操作部の見かけの回転角度を算出し、算出された前記見かけの回転角度によって、算出された前記回転角度を補正する算出部と、
を備えた回転操作装置。
【請求項２】
回転操作、及び設置された面に対して所定の範囲内でスライド操作がなされる操作部と、
前記操作部の前記スライド操作に基づく位置情報を生成する位置情報生成部と、
前記操作部に設けられ、反射率が異なる領域が周方向に形成された反射板と、
前記反射板に向けて光を出射する発光部と、
前記発光部から出射した前記光が前記反射板の前記反射率が異なる領域を透過した透過光、又は反射した反射光として受光され、受光した前記透過光又は前記反射光に基づいた出力信号を出力する受光部と、
前記受光部から取得した前記出力信号に基づいて前記操作部の前記回転操作による回転角度を算出し、前記位置情報生成部から取得した前記位置情報に基づいて前記受光部に対する前記操作部の見かけの回転角度を算出し、算出された前記見かけの回転角度によって、算出された前記回転角度を補正する算出部と、
を備えた回転操作装置。
【請求項３】
前記反射率が異なる領域は、濃淡パターン又は粗密パターンによって形成される請求項１又は２に記載の回転操作装置。
【請求項１】
反射率が異なる領域が周方向に形成された反射面を有し、回転操作、及び設置された面に対して所定の範囲内でスライド操作がなされる操作部と、
前記操作部の前記スライド操作に基づく位置情報を生成する位置情報生成部と、
前記操作部の前記反射面に向けて光を出射する発光部と、
前記発光部から出射した前記光が前記反射面で反射した反射光を受光し、受光した前記反射光に基づく出力信号を出力する受光部と、
前記受光部から取得した前記出力信号に基づいて前記操作部の前記回転操作による回転角度を算出し、前記位置情報生成部から取得した前記位置情報に基づいて前記受光部に対する前記操作部の見かけの回転角度を算出し、算出された前記見かけの回転角度によって、算出された前記回転角度を補正する算出部と、
を備えた回転操作装置。
【請求項２】
回転操作、及び設置された面に対して所定の範囲内でスライド操作がなされる操作部と、
前記操作部の前記スライド操作に基づく位置情報を生成する位置情報生成部と、
前記操作部に設けられ、反射率が異なる領域が周方向に形成された反射板と、
前記反射板に向けて光を出射する発光部と、
前記発光部から出射した前記光が前記反射板の前記反射率が異なる領域を透過した透過光、又は反射した反射光として受光され、受光した前記透過光又は前記反射光に基づいた出力信号を出力する受光部と、
前記受光部から取得した前記出力信号に基づいて前記操作部の前記回転操作による回転角度を算出し、前記位置情報生成部から取得した前記位置情報に基づいて前記受光部に対する前記操作部の見かけの回転角度を算出し、算出された前記見かけの回転角度によって、算出された前記回転角度を補正する算出部と、
を備えた回転操作装置。
【請求項３】
前記反射率が異なる領域は、濃淡パターン又は粗密パターンによって形成される請求項１又は２に記載の回転操作装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図５】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図５】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−４３８８７（Ｐ２０１１−４３８８７Ａ）
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９００４１（Ｐ２００９−１９００４１）
【出願日】平成２１年８月１９日（２００９．８．１９）
【出願人】（０００００３５５１）株式会社東海理化電機製作所 (3,198)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１９日（２００９．８．１９）
【出願人】（０００００３５５１）株式会社東海理化電機製作所 (3,198)
【Ｆターム（参考）】
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