操作デバイス
【課題】複数個の圧力センサによって操作ノブの押圧操作位置を検出できるものにあって、操作ノブの指間隔拡大縮小操作の認識を可能とする。
【解決手段】上ケース３の円形開口部３ａ内に、上面を操作面５とした操作ノブ４を設ける。操作ノブ４の裏面に、１２０度間隔で３個の押圧部６を設ける。配線基板８上に、押圧部６に対応した３個の圧力センサ９を設ける。押圧部６と圧力センサ９との間に、第２のばね１４等を有する伝達部７を設ける。操作面５のうち、特定の１個の圧力センサ９（Ａ）の真上に、凸部１９を設ける。コンピュータは、３個の圧力センサ９に作用した荷重バランスから、操作面５の押圧操作位置を検出する。コンピュータは、３個の圧力センサ９の出力信号の変動状態から、ユーザが１本の指で凸部１９を押圧しながら、別の１本の指で操作面５を押したまま離間或いは接近方向に移動させるピンチ操作を判定する。
【解決手段】上ケース３の円形開口部３ａ内に、上面を操作面５とした操作ノブ４を設ける。操作ノブ４の裏面に、１２０度間隔で３個の押圧部６を設ける。配線基板８上に、押圧部６に対応した３個の圧力センサ９を設ける。押圧部６と圧力センサ９との間に、第２のばね１４等を有する伝達部７を設ける。操作面５のうち、特定の１個の圧力センサ９（Ａ）の真上に、凸部１９を設ける。コンピュータは、３個の圧力センサ９に作用した荷重バランスから、操作面５の押圧操作位置を検出する。コンピュータは、３個の圧力センサ９の出力信号の変動状態から、ユーザが１本の指で凸部１９を押圧しながら、別の１本の指で操作面５を押したまま離間或いは接近方向に移動させるピンチ操作を判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサを利用して操作ノブの操作位置の検出を行う操作デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車に設けられるステアリングスイッチやナビ用の遠隔操作装置等に用いられる操作デバイスとして、操作用部材の押圧操作位置（傾動操作方向）を、圧力センサを用いて検出するようにした信号入力装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このものでは、正方形板状の操作用部材を、前後左右の４方向（対角線方向）に傾動操作可能に設け、その操作用部材の裏面側に、前後左右（４つの頂角の近傍）に位置して４個の圧力センサを設け、それら圧力センサから出力される圧力検出信号をもって、移動量を含む方向性信号を入力できるようにしている。
【０００３】
また、同様に圧力センサを用いた操作デバイスとして、矩形の面板上の裏面側に、３つの支点に生ずる分力を検出する３個の力検出器を設け、それらの検出（荷重バランス）に基づいて押圧力を印加した点の座標を求めるようにした荷重検知型座標入力装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１０４９１３号公報
【特許文献２】特開昭５６−２９７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、例えばスマートフォン等の情報機器のタッチパネルにおいて、画面の拡大、縮小を指示する場合の操作手法として、手指を２本使って拡げたり狭めたりする指間隔拡大縮小操作が採用されている。尚、このような指間隔拡大縮小操作を、「ピンチ操作」と呼ぶ呼び方も一般化されてきている。また、そのうち指の間隔を拡大する操作は、「ピンチアウト（ピンチオープン）」、指の間隔を縮小する操作が、「ピンチイン（ピンチクローズ）」と呼ばれている。
【０００６】
上記した複数の圧力センサを用いて操作ノブの押圧操作位置を検出するようにした操作デバイスにおいては、従来では、操作ノブのいずれかの位置を押圧（傾動）操作して単純に４方向（或いは８方向）を選択するといった操作に止まり、タッチパネルにおける上記ピンチ操作のような操作を認識できるものは考えられていなかった。この種の操作デバイスにおいても、押圧操作に加えて、上記のようなピンチ操作を可能とすることができれば、１つの操作デバイスでできる操作の種類（数）が増え、有用性や便宜性をより高めることが可能となる。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、複数個の圧力センサによって操作ノブの押圧操作位置を検出できる構成のものにあって、操作ノブの指間隔拡大縮小操作の認識をも行うことを可能とした操作デバイスを提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の操作デバイスは、ベースと、このベースに支持されユーザが手指にて任意の位置を押圧操作可能な操作面を有する操作ノブと、前記ベース内に前記操作ノブの裏面側に前記操作面の仮想中心に対して円周方向に並んで設けられ該操作ノブの押圧操作力に応じた信号を出力する複数個の圧力センサと、前記操作面に前記複数個の圧力センサのうち特定の１個の圧力センサに対応した押圧部の表面側に位置して設けられた起点位置と、前記操作ノブの操作面に対するユーザの押圧操作位置を、前記複数個の圧力センサの出力信号から判定する第１の判定手段と、ユーザが１本の指で前記操作面の起点位置を押圧した状態で、別の指で該操作面を押したまま該起点位置に対して離間或いは接近方向に移動させる指間隔拡大縮小操作を判定する第２の判定手段とを備え、前記第２の判定手段は、前記特定の圧力センサから信号が出力されると共に、別の圧力センサの出力信号に時間経過に伴う変動があったときに、その出力信号の変化率から指間隔拡大縮小操作を判定するところに特徴を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の操作デバイスによれば、操作ノブの操作面のいずれかの位置がユーザによって押圧操作されると、操作ノブが、複数個の圧力センサに対し、ユーザの押圧位置に応じたバランスで荷重を作用させる。これにより、各圧力センサは、ユーザの押圧位置からの距離に応じた荷重を受けるので、第１の判定手段により、複数個の圧力センサの出力信号のバランスによって、操作ノブの押圧操作位置を検出することができる。
【００１０】
ここで、ユーザが、操作ノブの操作面に対する指間隔拡大縮小操作を行う場合、１本の指（例えば親指）で操作面の起点位置を押圧し、その状態で、別の１本の指（例えば人差し指）で、操作面を押しながら押圧位置を起点位置から離間或いは接近する方向に移動させる。このとき、起点位置に対応した位置にある特定の圧力センサからは、１本の指で押された力（荷重）に応じた操作信号が出力され、これと共に、別の指によって押される位置に応じて、別のどちらかの圧力センサから、押圧操作位置及びその力に応じた操作信号が出力される。
【００１１】
この場合、指間隔拡大縮小操作中にあって、起点位置に対応した特定の圧力センサの出力信号はさほど変動はないのに対し、別の指の移動に伴いつまり時間経過に伴って別の圧力センサの出力信号が変化するようになる。これにより、第２の判定手段は、特定の圧力センサから信号が出力されると共に、別の圧力センサの出力信号に時間経過に伴う変動があったときに、その出力信号の変化率から指間隔拡大縮小操作を判定することができる。従って、複数個の圧力センサによって操作ノブの押圧操作位置を検出できる構成のものにあって、操作ノブの指間隔拡大縮小操作の認識をも行うことを可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例を示すもので、図３のＩ−Ｉ線に沿う操作デバイスの縦断右側面図
【図２】操作デバイスの分解斜視図
【図３】操作デバイスの平面図
【図４】圧力センサの内部構成を概略的に示す斜視図
【図５】電気的構成を概略的に示す図
【図６】ピンチ操作における指の動きを説明するための図
【図７】ピンチアウト操作が行われた場合（ａ）、及び、ピンチイン操作が行われた場合（ｂ）の各圧力センサの出力信号の変化の様子を概略的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を具体化した一実施例について、図面を参照しながら説明する。本実施例では、操作デバイス１は、例えば、自動車のセンタコンソールやステアリングホイール部分に組込まれ、車載機器例えばカーナビゲーション装置の操作用として設けられている。まず、図１〜図３を参照して、本実施例に係る操作デバイス１の構成について述べる。尚、図面においては、便宜上、操作デバイス１を、操作ノブを上方に向けた状態で示しており、以下の説明で上下や前後左右といった方向をいう場合には、図１の状態を右側面とし、操作ノブの操作面が上方から押圧されるものとして説明する。
【００１４】
図１及び図２に示すように、操作デバイス１は、合成樹脂製の矩形箱状をなすベースとしての下ケース２を備え、その下ケース２の上面部に蓋状の上ケース３を有している。これら下ケース２と上ケース３とが突合せられてケースが構成される。図３にも示すように、上ケース３には、円形開口部３ａが形成されている。この上ケース３の円形開口部３ａ部分に、合成樹脂製の操作ノブ４が配置される。この操作ノブ４は、やや厚みのある円板状をなしていると共に、その下端部には、外周方向に水平に広がる薄板状の鍔状部４ａを一体的に有している。この操作ノブ４の図で上面の円形領域が、ユーザが手指にて任意の位置を押圧操作可能な操作面５とされる。
【００１５】
この操作ノブ４は、前記操作面５を円形開口部３ａから上方に若干高さだけ突出させると共に、鍔状部４ａによる上方への抜止めがなされた状態で、後述する伝達部等により、上ケース３内に弾性的に支持されている。このとき、操作ノブ４は、上下方向（押圧部６の押圧操作方向）に変位可能に設けられ、操作ノブ４は、通常時つまり操作ノブ４に対しユーザによる操作力が作用していない非操作状態で、図１に示すように、円形開口部３ａ内の中立位置、即ち後述する圧力センサに荷重を作用させない状態に位置される。
【００１６】
そして、この操作ノブ４の裏面側（下面側）には、前記操作面５の外周寄り部分に対応した位置に、下方に突出するようにして、３個の押圧部６が一体的に設けられている。これら押圧部６は、下面が開口した径小な円筒状をなしており、後述する伝達部７を介して圧力センサに荷重を作用させるようになっている。これら押圧部６は、図３に示すように、操作ノブ４の操作面５の仮想中心（中心軸Ｏ）に対して、中心軸Ｏから同じ距離Ｒだけ離れた、つまり半径Ｒの円周上を円周方向に角度１２０度間隔で並んで、ここでは操作ノブ４の前部中央、右後寄り、左後寄りの３箇所に配置されている。
【００１７】
一方、図１及び図２に示すように、下ケース２内の底部には、前記操作ノブ４の下方に位置して、配線基板８が設けられ、この配線基板８上に、複数個この場合３個の圧力センサ９が実装されている。図３にも示すように、これら３個の圧力センサ９は、前記３個の押圧部６に夫々対向して（真下に位置して）配設されており、従って、操作ノブ４の仮想中心軸Ｏから同等の距離Ｒにあって、円周方向に沿って３個が１２０度間隔（下ケース２の前部中央、右後寄り、左後寄りの３箇所）で並ぶように配置されている。
【００１８】
これら圧力センサ９は、図４に一部示すように、半導体圧力センサチップ１０と、その上面に配置されたスチールボール１１と、それらを収容するパッケージとを備えて構成される。前記半導体圧力センサチップ１０は、例えば単結晶シリコン基板の中央部裏面側をエッチングして薄肉なダイヤフラム部１０ａを形成すると共に、そのダイヤフラム部１０ａの表面部に検知回路等を形成して構成されている。
【００１９】
周知のように、前記検知回路は、４個のピエゾ抵抗素子１０ｂ（３個のみ図示）をブリッジ接続して構成され、２個の入力端子間に一定の直流電圧が印加される。そして、ダイヤフラム部１０ａに作用する圧力によって該ダイヤフラム１０ａが歪み変形し、ピエゾ抵抗素子１０ｂの抵抗値が変化することに応じて、２個の出力端子間の電圧が変動するように構成されている。前記スチールボール１１は、ダイヤフラム部１０ａ上に載置された状態とされ、このとき、スチールボール１１の上端の一部が、図示しないパッケージの上面の円形孔から上方に露出（突出）している。
【００２０】
これにより、圧力センサ９は、スチールボール１１に上方から荷重（圧力）が作用すると、その荷重に応じた（比例した）電圧値の検出信号を出力するようになっている。尚、３個の圧力センサ９を区別する必要がある場合には、図３に示すように、操作ノブ４の前部中央に対応して配設されたものを圧力センサ９（Ａ）、右後寄りに配設されたものを圧力センサ９（Ｂ）、左後寄りに配設されたものを圧力センサ９（Ｃ）と称して区別することとする。
【００２１】
そして、図１、図２に示すように、前記操作ノブ４の押圧部６と圧力センサ９との間には、各押圧部６からの押圧力を各圧力センサ９に伝達するため伝達部７が夫々設けられる。また、上ケース３の内部（ケース内）には、それら伝達部７（次に述べる円筒部１３の下半部）を保持するホルダ１２が設けられている。このホルダ１２は、３個の伝達部７（円筒部１３）を夫々上下動可能（且つ上方への抜止め状態）に収容する３個の貫通孔部１２ａを、１２０度間隔で有する円板状をなし、前記下ケース２と上ケース３との間に挟まれるように設けられている。
【００２２】
前記伝達部７は、底壁部１３ａが矩形板状とされた円筒状をなし上面が開口した比較的径大な円筒部１３を有する。これと共に、円筒部１３内には、前記底壁部１３ａの中心から上方に延びる突起部１３ｂの周囲に遊嵌された動力伝達用の第２のばね（圧縮コイルばね）１４が配置されている。更に、この第２のばね１４の上部に被さるようにして、円筒状のキャップ部１５が円筒部１３内に上下方向に移動可能に配置されている。
【００２３】
このとき、キャップ部１５の上面中心部には、上方に延びる突起部１５ａが一体に設けられており、前記操作ノブ４の各押圧部６が、キャップ部１５の上面からやや浮き上がった状態で、各突起部１５ａに被さるように配置されている。そして、突起部１５ａの周囲に遊嵌するようにして、押圧部６の内周面との間に、予圧用の第１のばね（圧縮コイルばね）１６が配設されている。この第１のばね１６は、前記第２のばね１４に比べて、比較的小型（径小）でばね力が小さいものとなっている。前記各円筒部１３の底壁部１３ａの下面が、各圧力センサ９のスチールボール１１上に載置されている。
【００２４】
これにて、通常時（ユーザによる押圧操作が無い状態）では、操作ノブ４は、第２のばね１４及び第１のばね１６のばね力により中立位置に保持され、その位置から、軸方向即ち図１で下方に押圧操作可能に設けられている。また、ユーザによる操作ノブ４（操作面５）の押圧操作力が解除されると、第２のばね１４及び第１のばね１６のばね力により、操作ノブ４は中立位置に戻される。尚、この場合、３個の第１のばね１６により、各圧力センサ９に均一に予圧をかけることができる。
【００２５】
前記操作ノブ４（操作面５のいずれかの位置）が押圧操作されると、その押圧力が押圧部６及び伝達部７を介して３個の圧力センサ９に伝達される。この際、まず、ばね力の小さい方の第１のばね１６が圧縮され、押圧部６の下面がキャップ部１５の上面に接触した後、キャップ部１５を介してばね力の大きい第２のばね１４に力が加わって圧縮されることにより、円筒部１３の底壁部１３ａを介して圧力センサ９に荷重が作用するようになる。このとき、３個の各圧力センサ９には、操作ノブ４のうちの押圧操作位置（中心軸Ｏからの距離）に応じたバランスで（近いものほど大きく、遠いものほど小さく）荷重が作用するようになる。
【００２６】
尚、この場合、圧力センサ９のスチールボール１１については、ほとんど上下動のストロークはないが、伝達部７に第２のばね１４（及び第１のばね１６）を有していることにより、押圧部６の下方への変位量（ストローク）がある程度大きくなっても、第２のばね１４（及び第１のばね１６）を圧縮させながら、荷重を圧力センサ９に伝達することができる。そのため、操作ノブ４の一定の操作ストロークを確保することができ、ユーザにとっての操作感を高めることができる。
【００２７】
さて、図５に示すように、上記操作デバイス１の３個の圧力センサ９の検出信号は、Ａ／Ｄ変換回路１７を介して、車載機器（例えばカーナビゲーションシステム）の制御用のコンピュータ（ＣＰＵ）１８に入力される。前記コンピュータ１８は、上記のように、各圧力センサ９のからの入力信号に基づき、それら３個の圧力センサ９に作用した荷重バランスから、操作ノブ４の操作面５の押圧操作位置（例えば前後左右及び斜めの８方向或いはそれに中央を加えた９方向）を検出（算出）する。従って、コンピュータ１８が、操作面５に対する押圧操作位置を判定する第１の判定手段としての機能を有する。
【００２８】
そして、本実施例では、コンピュータ１８は、そのソフトウエア構成により、上記した押圧操作位置の判定に加えて、ユーザによる、操作面５に対して手指を２本載せてそれらを拡げる或いは狭めるようにした指間隔拡大縮小操作（以下「ピンチ操作」という）を判定するようになっており、第２の判定手段としても機能する。このとき、前記操作面５に対するピンチ操作の検出（判定）を実現するために、図１、図３に示すように、操作ノブ４の操作面５のうち、特定の１つの圧力センサ９、この場合前部中央に位置する圧力センサ９（Ａ）に対応した押圧部６の表面側に位置して、起点位置としての凸部１９が設けられている。
【００２９】
図６に示すように、本実施例では、ピンチ操作として、１本の指（例えば親指）で前記凸部１９を押圧しながら、別の１本の指（例えば人差し指）を凸部１９の近くに載せ（図６（ａ）の状態）、図６（ｂ）に矢印Ｄで示すように、この後に別の１本の指を凸部１９から離間する方向（後方）にスライド移動させるようにする操作即ち指間隔拡大操作（以下「ピンチアウト操作」という）、及び、１本の指（例えば親指）で前記凸部１９を押圧しながら、別の１本の指（例えば人差し指）を凸部１９から後方に離れた位置に載せた（図６（ｂ）の状態）後に、図６（ａ）に矢印Ｅで示すように、接近する方向（前方）にスライド移動させる操作即ち指間隔縮小操作（以下「ピンチイン操作」という）が可能となっている。
【００３０】
コンピュータ１８は、前記特定の圧力センサ９（Ａ）から所定の基準電圧（しきい値Ｓ）以上の信号が出力され、その出力信号が維持されたままで、別の圧力センサ９（Ｂ）、９（Ｃ）の一方又は双方からの出力信号に、時間経過に伴う変動があったときに、その出力信号の変化率からピンチ操作を判定するようになっている。ここで、図７は、操作ノブ４の操作面５に対するピンチアウト操作を行なった場合（ａ）、及び、ピンチイン操作を行った場合（ｂ）における、圧力センサ９（Ａ）と、圧力センサ９（Ｂ）、９（Ｃ）との時間経過に伴う出力信号の変化の様子を示している。
【００３１】
即ち、図７（ａ）に示すように、ユーザによりピンチアウト操作が行なわれると、まず、２本の指（親指及び人差し指）によって、凸部１９及びその後側近傍が押圧されるので、時刻ｔ０において、圧力センサ９（Ａ）から比較的大きな信号が出力され、圧力センサ９（Ｂ）、９（Ｃ）からは、比較的小さな、但ししきい値Ｓ以上の信号が出力される。これらの信号はユーザが人差し指のスライド移動を開始する時刻ｔ１まで維持され、時刻ｔ１における、圧力センサ９（Ａ）の出力値をａ１、圧力センサ９（Ｂ）の出力値（圧力センサ９（Ｃ）についてもほぼ同じ）をｂ１とする。
【００３２】
時刻ｔ１からユーザが人差し指の後方（矢印Ｄ方向）へのスライド移動操作を行うと、操作面５の押圧操作位置が後方に次第に移動し圧力センサ９（Ｂ）、９（Ｃ）に接近していくので、一定時間後の時刻ｔ２まで、圧力センサ９（Ｂ）、９（Ｃ）の信号が次第に上昇する。この間は、親指は、凸部１９上にあるので、圧力センサ９（Ａ）の出力はほぼ一定を維持する或いは僅かに減少する。時刻ｔ２における、圧力センサ９（Ａ）の出力値をａ２、圧力センサ９（Ｂ）の出力値（圧力センサ９（Ｃ）についてもほぼ同じ）をｂ２とする。
【００３３】
一方、図７（ｂ）に示すように、ユーザによりピンチイン操作が行なわれると、まず、親指により凸部１９が押圧されると共に、人差し指にて操作面５の後方寄り部分つまり圧力センサ９（Ｂ）、９（Ｃ）に比較的近い部分が押圧されるので、時刻ｔ０において、圧力センサ９（Ａ）から比較的大きな信号が出力され、圧力センサ９（Ｂ）、９（Ｃ）からそれよりやや小さい信号が出力される。これらの信号はユーザが人差し指のスライド移動を開始する時刻ｔ１まで維持され（出力値ａ１、ｂ１）、時刻ｔ１からユーザが人差し指の前方（矢印Ｅ方向）へのスライド移動操作を行うと、操作面５の押圧操作位置が前方に次第に移動し圧力センサ９（Ｂ）、９（Ｃ）から離間していくので、一定時間後の時刻ｔ２まで、圧力センサ９（Ｂ）、９（Ｃ）の信号が次第に減少する。この間は、親指は、凸部１９上にあるので、圧力センサ９（Ａ）の出力はほぼ一定を維持する或いは僅かに減少する（出力値ａ２、ｂ２）。
【００３４】
コンピュータ１８は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの所定時間（Δｔ）における、各圧力センサ９の出力の変化度合い（（ａ２−ａ１）／Δｔ、（ｂ２−ｂ１）／Δｔ）に基づいて、ピンチ操作の判定を行う。即ち、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで、特定の圧力センサ９（Ａ）の出力（ａ１、ａ２）が一定である或いは緩やかに減少しており、且つ、別の圧力センサ９（Ｂ）、９（Ｃ）の出力（ｂ１、ｂ２）が、所定の変化率以上で増加しているときに、ピンチアウト操作があったと判定する。これに対し、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで、特定の圧力センサ９（Ａ）の出力（ａ１、ａ２）が一定である或いは緩やかに減少しており、且つ、別の圧力センサ９（Ｂ）、９（Ｃ）の出力（ｂ１、ｂ２）が、しきい値Ｓ以上であって所定の変化率以上で減少しているときに、ピンチイン操作があったと判定する。
【００３５】
尚、時刻ｔ２の時点において、圧力センサ９（Ａ）、９（Ｂ）、９（Ｃ）の出力（ａ２，ｂ２）が、しきい値Ｓよりも低下していた場合には、コンピュータ１８は、操作ノブ４の操作面５の１箇所に対する単純な押圧操作（ピンチ操作でない操作）が行われたと判断する。また、コンピュータ１８は、操作面５に対するピンチ操作があったと判断した場合に、そのピンチ操作に応じて、車載機器の制御、例えばカーナビゲーションの表示画面における地図縮尺の変更を行うようになっている。
【００３６】
次に、上記構成の作用について述べる。上記のように構成された操作デバイス１においては、ユーザにより操作ノブ４の操作面５のいずれかの位置が押圧操作されると、その際の押圧力が、操作ノブ４の裏面の押圧部６から伝達部７を介して３個の圧力センサ９に対して荷重として伝達される。この場合、３個の圧力センサ９は、ユーザの操作ノブ４の操作面５の押圧操作位置（押圧操作位置からの距離）に応じた荷重バランスで荷重（圧力）を受け、夫々検出信号を出力する。
【００３７】
それら３個の圧力センサ９からの検出信号は、Ａ／Ｄ変換回路１７を介してコンピュータ１８に入力され、コンピュータ１８は、３個の圧力センサ９の検出した荷重（出力信号）のバランスに基づいて、操作ノブ４の押圧操作位置を検出（計算）することができる（第１の判定手段）。このとき、通常のユーザの指による押圧操作では、圧力センサ９の出力信号は短時間で（時刻ｔ２に至る前に）低下して０（しきい値Ｓ未満）になる。或いは、ユーザが操作ノブ４の一箇所を押し続けた場合には、信号出力が続くことも考えられるが、その際の信号の変化率は小さいので、後述するピンチ操作との区別ができる。
【００３８】
コンピュータ１８は、検出した操作ノブ４の操作面５の押圧操作位置に応じて、車載機器例えばカーナビゲーションシステム等を制御する。この場合、操作ノブ４の操作面５の操作位置を、例えば前後左右の４方向（中央を含めた５箇所）、或いはそれらに斜めを加えた８方向（更に中央を含めた９箇所）について検出（判定）する構成とすることができる。尚、本実施例の押圧部６及び伝達部７の構成では、第１のばね１６によって各圧力センサ９に均等に予圧をかけることができる。また、第２のばね１４によって操作ノブ４の操作ストロークを確保することができ、ユーザにとっての操作感を良好とすることができる。
【００３９】
一方、ユーザにより、操作ノブ４の操作面５に対するピンチ操作、つまり、１本の指（例えば親指）で凸部１９を押圧しながら、別の１本の指（例えば人差し指）で操作面５を押したまま前記凸部１９に対して離間（ピンチアウト）或いは接近（ピンチイン）方向に移動させる操作があった場合には、上述したように、３個の圧力センサ９（Ａ）、９（Ｂ）、９（Ｃ）からの出力信号は、ピンチアウト操作（図７（ａ）参照）、及び、ピンチイン操作（図７（ｂ）参照）の夫々について、その操作に応じた挙動となる。
【００４０】
コンピュータ１８は、それら３個の圧力センサ９（Ａ）、９（Ｂ）、９（Ｃ）からの出力信号の挙動、即ち、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間で、起点位置（凸部１９）に対応した特定の圧力センサ９（Ａ）からの出力信号（ａ１、ａ２）についてはさほど変動はないのに対し、別の圧力センサ９（Ｂ）、９（Ｃ）の出力信号（ｂ１、ｂ２）が変動することに基づいて、ピンチ操作を判定する（第２の判定手段）。
【００４１】
このとき、コンピュータ１８は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間で、別の圧力センサ９（Ｂ）、９（Ｃ）の出力（ｂ１、ｂ２）が、所定の変化率以上で増加しているときに、ピンチアウト操作があったと判定し（図７（ａ）参照）、別の圧力センサ９（Ｂ）、９（Ｃ）の出力（ｂ１、ｂ２）が、しきい値Ｓ以上であって所定の変化率以上で減少しているときに、ピンチイン操作があったと判定することができる（図７（ｂ）参照）。
【００４２】
このように本実施例によれば、３個の圧力センサ９に作用する荷重バランスによって操作ノブ４の操作面５の押圧操作位置を検出できる構成の操作デバイス１にあって、操作面５におけるピンチ操作の認識（判断）をも行うことを可能とすることができる。この場合、操作ノブ４に対するピンチ操作と１箇所の押圧操作と区別を確実に行うことができることは勿論、ピンチアウト操作、ピンチイン操作の判定も行なうことができ、ひいては、１つの操作デバイス１でできる操作の種類（数）が増え、有用性や便宜性をより高めることができる。
【００４３】
また、本実施例では、圧力センサ９（並びに押圧部６及び伝達部７）を円周方向に沿って１２０度間隔で３個設けるようにしたので、圧力センサ９の個数が少なく（最小で）済み、操作デバイス１全体として簡単で安価な構成で済ませることができる。更に、特に本実施例では、伝達部７を設け、押圧部６からの操作力を第１のばね１６及び第２のばね１４を介して圧力センサ９に伝達する構成としたので、ユーザにおける操作感を良好とすることができるといった利点も得ることができる。
【００４４】
尚、上記実施例では、押圧部６の押圧操作力を圧力センサ９に伝達する伝達部７を設けるようにしたが、伝達部７を省略して、押圧部６の力が圧力センサ９（スチールボール１１）に直接的に作用するような構成としても良い。伝達部７を省略する場合、操作ノブ４を、上ケース３に対して複数のコイルばねにより弾性的に支持する構成とすることができる。また、伝達部を設ける場合においても、コイルばね１４，１６に代えて板ばねを採用するといった変更が可能である。さらに、押圧部を省略して、操作ノブ４の押圧操作力を直接的に圧力センサ９に作用させる構成とすることもできる。
【００４５】
そして、上記実施例では、操作ノブ４の操作面５の起点位置に凸部１９を設けるようにしたが、凸部に代えて起点位置に凹部を設けても良く、更には、起点位置を示すマークを印刷等により表示する構成であっても良い。圧力センサは、３個に限らず、４個以上設けるようにしても良い。その他、上下のケース（ベース）やホルダ、操作ノブ、操作面の形状、操作ノブの支持構造、圧力センサの構造などの具体的構造についても、様々な変形が可能である。また、上記実施例では、本発明の操作デバイスを自動車のナビゲーションシステム等の車載機器の操作用に適用したが、それ以外にも各種の用途に適用することが可能である等、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【符号の説明】
【００４６】
図面中、１は操作デバイス、２は下ケース（ベース）、４は操作ノブ、５は操作面、６は押圧部、７は伝達部、９は圧力センサ、１４は第２のばね、１６は第１のばね、１８はコンピュータ（第１の判定手段、第２の判定手段）、１９は凸部（起点位置）を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサを利用して操作ノブの操作位置の検出を行う操作デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車に設けられるステアリングスイッチやナビ用の遠隔操作装置等に用いられる操作デバイスとして、操作用部材の押圧操作位置（傾動操作方向）を、圧力センサを用いて検出するようにした信号入力装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このものでは、正方形板状の操作用部材を、前後左右の４方向（対角線方向）に傾動操作可能に設け、その操作用部材の裏面側に、前後左右（４つの頂角の近傍）に位置して４個の圧力センサを設け、それら圧力センサから出力される圧力検出信号をもって、移動量を含む方向性信号を入力できるようにしている。
【０００３】
また、同様に圧力センサを用いた操作デバイスとして、矩形の面板上の裏面側に、３つの支点に生ずる分力を検出する３個の力検出器を設け、それらの検出（荷重バランス）に基づいて押圧力を印加した点の座標を求めるようにした荷重検知型座標入力装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１０４９１３号公報
【特許文献２】特開昭５６−２９７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、例えばスマートフォン等の情報機器のタッチパネルにおいて、画面の拡大、縮小を指示する場合の操作手法として、手指を２本使って拡げたり狭めたりする指間隔拡大縮小操作が採用されている。尚、このような指間隔拡大縮小操作を、「ピンチ操作」と呼ぶ呼び方も一般化されてきている。また、そのうち指の間隔を拡大する操作は、「ピンチアウト（ピンチオープン）」、指の間隔を縮小する操作が、「ピンチイン（ピンチクローズ）」と呼ばれている。
【０００６】
上記した複数の圧力センサを用いて操作ノブの押圧操作位置を検出するようにした操作デバイスにおいては、従来では、操作ノブのいずれかの位置を押圧（傾動）操作して単純に４方向（或いは８方向）を選択するといった操作に止まり、タッチパネルにおける上記ピンチ操作のような操作を認識できるものは考えられていなかった。この種の操作デバイスにおいても、押圧操作に加えて、上記のようなピンチ操作を可能とすることができれば、１つの操作デバイスでできる操作の種類（数）が増え、有用性や便宜性をより高めることが可能となる。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、複数個の圧力センサによって操作ノブの押圧操作位置を検出できる構成のものにあって、操作ノブの指間隔拡大縮小操作の認識をも行うことを可能とした操作デバイスを提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の操作デバイスは、ベースと、このベースに支持されユーザが手指にて任意の位置を押圧操作可能な操作面を有する操作ノブと、前記ベース内に前記操作ノブの裏面側に前記操作面の仮想中心に対して円周方向に並んで設けられ該操作ノブの押圧操作力に応じた信号を出力する複数個の圧力センサと、前記操作面に前記複数個の圧力センサのうち特定の１個の圧力センサに対応した押圧部の表面側に位置して設けられた起点位置と、前記操作ノブの操作面に対するユーザの押圧操作位置を、前記複数個の圧力センサの出力信号から判定する第１の判定手段と、ユーザが１本の指で前記操作面の起点位置を押圧した状態で、別の指で該操作面を押したまま該起点位置に対して離間或いは接近方向に移動させる指間隔拡大縮小操作を判定する第２の判定手段とを備え、前記第２の判定手段は、前記特定の圧力センサから信号が出力されると共に、別の圧力センサの出力信号に時間経過に伴う変動があったときに、その出力信号の変化率から指間隔拡大縮小操作を判定するところに特徴を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の操作デバイスによれば、操作ノブの操作面のいずれかの位置がユーザによって押圧操作されると、操作ノブが、複数個の圧力センサに対し、ユーザの押圧位置に応じたバランスで荷重を作用させる。これにより、各圧力センサは、ユーザの押圧位置からの距離に応じた荷重を受けるので、第１の判定手段により、複数個の圧力センサの出力信号のバランスによって、操作ノブの押圧操作位置を検出することができる。
【００１０】
ここで、ユーザが、操作ノブの操作面に対する指間隔拡大縮小操作を行う場合、１本の指（例えば親指）で操作面の起点位置を押圧し、その状態で、別の１本の指（例えば人差し指）で、操作面を押しながら押圧位置を起点位置から離間或いは接近する方向に移動させる。このとき、起点位置に対応した位置にある特定の圧力センサからは、１本の指で押された力（荷重）に応じた操作信号が出力され、これと共に、別の指によって押される位置に応じて、別のどちらかの圧力センサから、押圧操作位置及びその力に応じた操作信号が出力される。
【００１１】
この場合、指間隔拡大縮小操作中にあって、起点位置に対応した特定の圧力センサの出力信号はさほど変動はないのに対し、別の指の移動に伴いつまり時間経過に伴って別の圧力センサの出力信号が変化するようになる。これにより、第２の判定手段は、特定の圧力センサから信号が出力されると共に、別の圧力センサの出力信号に時間経過に伴う変動があったときに、その出力信号の変化率から指間隔拡大縮小操作を判定することができる。従って、複数個の圧力センサによって操作ノブの押圧操作位置を検出できる構成のものにあって、操作ノブの指間隔拡大縮小操作の認識をも行うことを可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例を示すもので、図３のＩ−Ｉ線に沿う操作デバイスの縦断右側面図
【図２】操作デバイスの分解斜視図
【図３】操作デバイスの平面図
【図４】圧力センサの内部構成を概略的に示す斜視図
【図５】電気的構成を概略的に示す図
【図６】ピンチ操作における指の動きを説明するための図
【図７】ピンチアウト操作が行われた場合（ａ）、及び、ピンチイン操作が行われた場合（ｂ）の各圧力センサの出力信号の変化の様子を概略的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を具体化した一実施例について、図面を参照しながら説明する。本実施例では、操作デバイス１は、例えば、自動車のセンタコンソールやステアリングホイール部分に組込まれ、車載機器例えばカーナビゲーション装置の操作用として設けられている。まず、図１〜図３を参照して、本実施例に係る操作デバイス１の構成について述べる。尚、図面においては、便宜上、操作デバイス１を、操作ノブを上方に向けた状態で示しており、以下の説明で上下や前後左右といった方向をいう場合には、図１の状態を右側面とし、操作ノブの操作面が上方から押圧されるものとして説明する。
【００１４】
図１及び図２に示すように、操作デバイス１は、合成樹脂製の矩形箱状をなすベースとしての下ケース２を備え、その下ケース２の上面部に蓋状の上ケース３を有している。これら下ケース２と上ケース３とが突合せられてケースが構成される。図３にも示すように、上ケース３には、円形開口部３ａが形成されている。この上ケース３の円形開口部３ａ部分に、合成樹脂製の操作ノブ４が配置される。この操作ノブ４は、やや厚みのある円板状をなしていると共に、その下端部には、外周方向に水平に広がる薄板状の鍔状部４ａを一体的に有している。この操作ノブ４の図で上面の円形領域が、ユーザが手指にて任意の位置を押圧操作可能な操作面５とされる。
【００１５】
この操作ノブ４は、前記操作面５を円形開口部３ａから上方に若干高さだけ突出させると共に、鍔状部４ａによる上方への抜止めがなされた状態で、後述する伝達部等により、上ケース３内に弾性的に支持されている。このとき、操作ノブ４は、上下方向（押圧部６の押圧操作方向）に変位可能に設けられ、操作ノブ４は、通常時つまり操作ノブ４に対しユーザによる操作力が作用していない非操作状態で、図１に示すように、円形開口部３ａ内の中立位置、即ち後述する圧力センサに荷重を作用させない状態に位置される。
【００１６】
そして、この操作ノブ４の裏面側（下面側）には、前記操作面５の外周寄り部分に対応した位置に、下方に突出するようにして、３個の押圧部６が一体的に設けられている。これら押圧部６は、下面が開口した径小な円筒状をなしており、後述する伝達部７を介して圧力センサに荷重を作用させるようになっている。これら押圧部６は、図３に示すように、操作ノブ４の操作面５の仮想中心（中心軸Ｏ）に対して、中心軸Ｏから同じ距離Ｒだけ離れた、つまり半径Ｒの円周上を円周方向に角度１２０度間隔で並んで、ここでは操作ノブ４の前部中央、右後寄り、左後寄りの３箇所に配置されている。
【００１７】
一方、図１及び図２に示すように、下ケース２内の底部には、前記操作ノブ４の下方に位置して、配線基板８が設けられ、この配線基板８上に、複数個この場合３個の圧力センサ９が実装されている。図３にも示すように、これら３個の圧力センサ９は、前記３個の押圧部６に夫々対向して（真下に位置して）配設されており、従って、操作ノブ４の仮想中心軸Ｏから同等の距離Ｒにあって、円周方向に沿って３個が１２０度間隔（下ケース２の前部中央、右後寄り、左後寄りの３箇所）で並ぶように配置されている。
【００１８】
これら圧力センサ９は、図４に一部示すように、半導体圧力センサチップ１０と、その上面に配置されたスチールボール１１と、それらを収容するパッケージとを備えて構成される。前記半導体圧力センサチップ１０は、例えば単結晶シリコン基板の中央部裏面側をエッチングして薄肉なダイヤフラム部１０ａを形成すると共に、そのダイヤフラム部１０ａの表面部に検知回路等を形成して構成されている。
【００１９】
周知のように、前記検知回路は、４個のピエゾ抵抗素子１０ｂ（３個のみ図示）をブリッジ接続して構成され、２個の入力端子間に一定の直流電圧が印加される。そして、ダイヤフラム部１０ａに作用する圧力によって該ダイヤフラム１０ａが歪み変形し、ピエゾ抵抗素子１０ｂの抵抗値が変化することに応じて、２個の出力端子間の電圧が変動するように構成されている。前記スチールボール１１は、ダイヤフラム部１０ａ上に載置された状態とされ、このとき、スチールボール１１の上端の一部が、図示しないパッケージの上面の円形孔から上方に露出（突出）している。
【００２０】
これにより、圧力センサ９は、スチールボール１１に上方から荷重（圧力）が作用すると、その荷重に応じた（比例した）電圧値の検出信号を出力するようになっている。尚、３個の圧力センサ９を区別する必要がある場合には、図３に示すように、操作ノブ４の前部中央に対応して配設されたものを圧力センサ９（Ａ）、右後寄りに配設されたものを圧力センサ９（Ｂ）、左後寄りに配設されたものを圧力センサ９（Ｃ）と称して区別することとする。
【００２１】
そして、図１、図２に示すように、前記操作ノブ４の押圧部６と圧力センサ９との間には、各押圧部６からの押圧力を各圧力センサ９に伝達するため伝達部７が夫々設けられる。また、上ケース３の内部（ケース内）には、それら伝達部７（次に述べる円筒部１３の下半部）を保持するホルダ１２が設けられている。このホルダ１２は、３個の伝達部７（円筒部１３）を夫々上下動可能（且つ上方への抜止め状態）に収容する３個の貫通孔部１２ａを、１２０度間隔で有する円板状をなし、前記下ケース２と上ケース３との間に挟まれるように設けられている。
【００２２】
前記伝達部７は、底壁部１３ａが矩形板状とされた円筒状をなし上面が開口した比較的径大な円筒部１３を有する。これと共に、円筒部１３内には、前記底壁部１３ａの中心から上方に延びる突起部１３ｂの周囲に遊嵌された動力伝達用の第２のばね（圧縮コイルばね）１４が配置されている。更に、この第２のばね１４の上部に被さるようにして、円筒状のキャップ部１５が円筒部１３内に上下方向に移動可能に配置されている。
【００２３】
このとき、キャップ部１５の上面中心部には、上方に延びる突起部１５ａが一体に設けられており、前記操作ノブ４の各押圧部６が、キャップ部１５の上面からやや浮き上がった状態で、各突起部１５ａに被さるように配置されている。そして、突起部１５ａの周囲に遊嵌するようにして、押圧部６の内周面との間に、予圧用の第１のばね（圧縮コイルばね）１６が配設されている。この第１のばね１６は、前記第２のばね１４に比べて、比較的小型（径小）でばね力が小さいものとなっている。前記各円筒部１３の底壁部１３ａの下面が、各圧力センサ９のスチールボール１１上に載置されている。
【００２４】
これにて、通常時（ユーザによる押圧操作が無い状態）では、操作ノブ４は、第２のばね１４及び第１のばね１６のばね力により中立位置に保持され、その位置から、軸方向即ち図１で下方に押圧操作可能に設けられている。また、ユーザによる操作ノブ４（操作面５）の押圧操作力が解除されると、第２のばね１４及び第１のばね１６のばね力により、操作ノブ４は中立位置に戻される。尚、この場合、３個の第１のばね１６により、各圧力センサ９に均一に予圧をかけることができる。
【００２５】
前記操作ノブ４（操作面５のいずれかの位置）が押圧操作されると、その押圧力が押圧部６及び伝達部７を介して３個の圧力センサ９に伝達される。この際、まず、ばね力の小さい方の第１のばね１６が圧縮され、押圧部６の下面がキャップ部１５の上面に接触した後、キャップ部１５を介してばね力の大きい第２のばね１４に力が加わって圧縮されることにより、円筒部１３の底壁部１３ａを介して圧力センサ９に荷重が作用するようになる。このとき、３個の各圧力センサ９には、操作ノブ４のうちの押圧操作位置（中心軸Ｏからの距離）に応じたバランスで（近いものほど大きく、遠いものほど小さく）荷重が作用するようになる。
【００２６】
尚、この場合、圧力センサ９のスチールボール１１については、ほとんど上下動のストロークはないが、伝達部７に第２のばね１４（及び第１のばね１６）を有していることにより、押圧部６の下方への変位量（ストローク）がある程度大きくなっても、第２のばね１４（及び第１のばね１６）を圧縮させながら、荷重を圧力センサ９に伝達することができる。そのため、操作ノブ４の一定の操作ストロークを確保することができ、ユーザにとっての操作感を高めることができる。
【００２７】
さて、図５に示すように、上記操作デバイス１の３個の圧力センサ９の検出信号は、Ａ／Ｄ変換回路１７を介して、車載機器（例えばカーナビゲーションシステム）の制御用のコンピュータ（ＣＰＵ）１８に入力される。前記コンピュータ１８は、上記のように、各圧力センサ９のからの入力信号に基づき、それら３個の圧力センサ９に作用した荷重バランスから、操作ノブ４の操作面５の押圧操作位置（例えば前後左右及び斜めの８方向或いはそれに中央を加えた９方向）を検出（算出）する。従って、コンピュータ１８が、操作面５に対する押圧操作位置を判定する第１の判定手段としての機能を有する。
【００２８】
そして、本実施例では、コンピュータ１８は、そのソフトウエア構成により、上記した押圧操作位置の判定に加えて、ユーザによる、操作面５に対して手指を２本載せてそれらを拡げる或いは狭めるようにした指間隔拡大縮小操作（以下「ピンチ操作」という）を判定するようになっており、第２の判定手段としても機能する。このとき、前記操作面５に対するピンチ操作の検出（判定）を実現するために、図１、図３に示すように、操作ノブ４の操作面５のうち、特定の１つの圧力センサ９、この場合前部中央に位置する圧力センサ９（Ａ）に対応した押圧部６の表面側に位置して、起点位置としての凸部１９が設けられている。
【００２９】
図６に示すように、本実施例では、ピンチ操作として、１本の指（例えば親指）で前記凸部１９を押圧しながら、別の１本の指（例えば人差し指）を凸部１９の近くに載せ（図６（ａ）の状態）、図６（ｂ）に矢印Ｄで示すように、この後に別の１本の指を凸部１９から離間する方向（後方）にスライド移動させるようにする操作即ち指間隔拡大操作（以下「ピンチアウト操作」という）、及び、１本の指（例えば親指）で前記凸部１９を押圧しながら、別の１本の指（例えば人差し指）を凸部１９から後方に離れた位置に載せた（図６（ｂ）の状態）後に、図６（ａ）に矢印Ｅで示すように、接近する方向（前方）にスライド移動させる操作即ち指間隔縮小操作（以下「ピンチイン操作」という）が可能となっている。
【００３０】
コンピュータ１８は、前記特定の圧力センサ９（Ａ）から所定の基準電圧（しきい値Ｓ）以上の信号が出力され、その出力信号が維持されたままで、別の圧力センサ９（Ｂ）、９（Ｃ）の一方又は双方からの出力信号に、時間経過に伴う変動があったときに、その出力信号の変化率からピンチ操作を判定するようになっている。ここで、図７は、操作ノブ４の操作面５に対するピンチアウト操作を行なった場合（ａ）、及び、ピンチイン操作を行った場合（ｂ）における、圧力センサ９（Ａ）と、圧力センサ９（Ｂ）、９（Ｃ）との時間経過に伴う出力信号の変化の様子を示している。
【００３１】
即ち、図７（ａ）に示すように、ユーザによりピンチアウト操作が行なわれると、まず、２本の指（親指及び人差し指）によって、凸部１９及びその後側近傍が押圧されるので、時刻ｔ０において、圧力センサ９（Ａ）から比較的大きな信号が出力され、圧力センサ９（Ｂ）、９（Ｃ）からは、比較的小さな、但ししきい値Ｓ以上の信号が出力される。これらの信号はユーザが人差し指のスライド移動を開始する時刻ｔ１まで維持され、時刻ｔ１における、圧力センサ９（Ａ）の出力値をａ１、圧力センサ９（Ｂ）の出力値（圧力センサ９（Ｃ）についてもほぼ同じ）をｂ１とする。
【００３２】
時刻ｔ１からユーザが人差し指の後方（矢印Ｄ方向）へのスライド移動操作を行うと、操作面５の押圧操作位置が後方に次第に移動し圧力センサ９（Ｂ）、９（Ｃ）に接近していくので、一定時間後の時刻ｔ２まで、圧力センサ９（Ｂ）、９（Ｃ）の信号が次第に上昇する。この間は、親指は、凸部１９上にあるので、圧力センサ９（Ａ）の出力はほぼ一定を維持する或いは僅かに減少する。時刻ｔ２における、圧力センサ９（Ａ）の出力値をａ２、圧力センサ９（Ｂ）の出力値（圧力センサ９（Ｃ）についてもほぼ同じ）をｂ２とする。
【００３３】
一方、図７（ｂ）に示すように、ユーザによりピンチイン操作が行なわれると、まず、親指により凸部１９が押圧されると共に、人差し指にて操作面５の後方寄り部分つまり圧力センサ９（Ｂ）、９（Ｃ）に比較的近い部分が押圧されるので、時刻ｔ０において、圧力センサ９（Ａ）から比較的大きな信号が出力され、圧力センサ９（Ｂ）、９（Ｃ）からそれよりやや小さい信号が出力される。これらの信号はユーザが人差し指のスライド移動を開始する時刻ｔ１まで維持され（出力値ａ１、ｂ１）、時刻ｔ１からユーザが人差し指の前方（矢印Ｅ方向）へのスライド移動操作を行うと、操作面５の押圧操作位置が前方に次第に移動し圧力センサ９（Ｂ）、９（Ｃ）から離間していくので、一定時間後の時刻ｔ２まで、圧力センサ９（Ｂ）、９（Ｃ）の信号が次第に減少する。この間は、親指は、凸部１９上にあるので、圧力センサ９（Ａ）の出力はほぼ一定を維持する或いは僅かに減少する（出力値ａ２、ｂ２）。
【００３４】
コンピュータ１８は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの所定時間（Δｔ）における、各圧力センサ９の出力の変化度合い（（ａ２−ａ１）／Δｔ、（ｂ２−ｂ１）／Δｔ）に基づいて、ピンチ操作の判定を行う。即ち、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで、特定の圧力センサ９（Ａ）の出力（ａ１、ａ２）が一定である或いは緩やかに減少しており、且つ、別の圧力センサ９（Ｂ）、９（Ｃ）の出力（ｂ１、ｂ２）が、所定の変化率以上で増加しているときに、ピンチアウト操作があったと判定する。これに対し、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで、特定の圧力センサ９（Ａ）の出力（ａ１、ａ２）が一定である或いは緩やかに減少しており、且つ、別の圧力センサ９（Ｂ）、９（Ｃ）の出力（ｂ１、ｂ２）が、しきい値Ｓ以上であって所定の変化率以上で減少しているときに、ピンチイン操作があったと判定する。
【００３５】
尚、時刻ｔ２の時点において、圧力センサ９（Ａ）、９（Ｂ）、９（Ｃ）の出力（ａ２，ｂ２）が、しきい値Ｓよりも低下していた場合には、コンピュータ１８は、操作ノブ４の操作面５の１箇所に対する単純な押圧操作（ピンチ操作でない操作）が行われたと判断する。また、コンピュータ１８は、操作面５に対するピンチ操作があったと判断した場合に、そのピンチ操作に応じて、車載機器の制御、例えばカーナビゲーションの表示画面における地図縮尺の変更を行うようになっている。
【００３６】
次に、上記構成の作用について述べる。上記のように構成された操作デバイス１においては、ユーザにより操作ノブ４の操作面５のいずれかの位置が押圧操作されると、その際の押圧力が、操作ノブ４の裏面の押圧部６から伝達部７を介して３個の圧力センサ９に対して荷重として伝達される。この場合、３個の圧力センサ９は、ユーザの操作ノブ４の操作面５の押圧操作位置（押圧操作位置からの距離）に応じた荷重バランスで荷重（圧力）を受け、夫々検出信号を出力する。
【００３７】
それら３個の圧力センサ９からの検出信号は、Ａ／Ｄ変換回路１７を介してコンピュータ１８に入力され、コンピュータ１８は、３個の圧力センサ９の検出した荷重（出力信号）のバランスに基づいて、操作ノブ４の押圧操作位置を検出（計算）することができる（第１の判定手段）。このとき、通常のユーザの指による押圧操作では、圧力センサ９の出力信号は短時間で（時刻ｔ２に至る前に）低下して０（しきい値Ｓ未満）になる。或いは、ユーザが操作ノブ４の一箇所を押し続けた場合には、信号出力が続くことも考えられるが、その際の信号の変化率は小さいので、後述するピンチ操作との区別ができる。
【００３８】
コンピュータ１８は、検出した操作ノブ４の操作面５の押圧操作位置に応じて、車載機器例えばカーナビゲーションシステム等を制御する。この場合、操作ノブ４の操作面５の操作位置を、例えば前後左右の４方向（中央を含めた５箇所）、或いはそれらに斜めを加えた８方向（更に中央を含めた９箇所）について検出（判定）する構成とすることができる。尚、本実施例の押圧部６及び伝達部７の構成では、第１のばね１６によって各圧力センサ９に均等に予圧をかけることができる。また、第２のばね１４によって操作ノブ４の操作ストロークを確保することができ、ユーザにとっての操作感を良好とすることができる。
【００３９】
一方、ユーザにより、操作ノブ４の操作面５に対するピンチ操作、つまり、１本の指（例えば親指）で凸部１９を押圧しながら、別の１本の指（例えば人差し指）で操作面５を押したまま前記凸部１９に対して離間（ピンチアウト）或いは接近（ピンチイン）方向に移動させる操作があった場合には、上述したように、３個の圧力センサ９（Ａ）、９（Ｂ）、９（Ｃ）からの出力信号は、ピンチアウト操作（図７（ａ）参照）、及び、ピンチイン操作（図７（ｂ）参照）の夫々について、その操作に応じた挙動となる。
【００４０】
コンピュータ１８は、それら３個の圧力センサ９（Ａ）、９（Ｂ）、９（Ｃ）からの出力信号の挙動、即ち、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間で、起点位置（凸部１９）に対応した特定の圧力センサ９（Ａ）からの出力信号（ａ１、ａ２）についてはさほど変動はないのに対し、別の圧力センサ９（Ｂ）、９（Ｃ）の出力信号（ｂ１、ｂ２）が変動することに基づいて、ピンチ操作を判定する（第２の判定手段）。
【００４１】
このとき、コンピュータ１８は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間で、別の圧力センサ９（Ｂ）、９（Ｃ）の出力（ｂ１、ｂ２）が、所定の変化率以上で増加しているときに、ピンチアウト操作があったと判定し（図７（ａ）参照）、別の圧力センサ９（Ｂ）、９（Ｃ）の出力（ｂ１、ｂ２）が、しきい値Ｓ以上であって所定の変化率以上で減少しているときに、ピンチイン操作があったと判定することができる（図７（ｂ）参照）。
【００４２】
このように本実施例によれば、３個の圧力センサ９に作用する荷重バランスによって操作ノブ４の操作面５の押圧操作位置を検出できる構成の操作デバイス１にあって、操作面５におけるピンチ操作の認識（判断）をも行うことを可能とすることができる。この場合、操作ノブ４に対するピンチ操作と１箇所の押圧操作と区別を確実に行うことができることは勿論、ピンチアウト操作、ピンチイン操作の判定も行なうことができ、ひいては、１つの操作デバイス１でできる操作の種類（数）が増え、有用性や便宜性をより高めることができる。
【００４３】
また、本実施例では、圧力センサ９（並びに押圧部６及び伝達部７）を円周方向に沿って１２０度間隔で３個設けるようにしたので、圧力センサ９の個数が少なく（最小で）済み、操作デバイス１全体として簡単で安価な構成で済ませることができる。更に、特に本実施例では、伝達部７を設け、押圧部６からの操作力を第１のばね１６及び第２のばね１４を介して圧力センサ９に伝達する構成としたので、ユーザにおける操作感を良好とすることができるといった利点も得ることができる。
【００４４】
尚、上記実施例では、押圧部６の押圧操作力を圧力センサ９に伝達する伝達部７を設けるようにしたが、伝達部７を省略して、押圧部６の力が圧力センサ９（スチールボール１１）に直接的に作用するような構成としても良い。伝達部７を省略する場合、操作ノブ４を、上ケース３に対して複数のコイルばねにより弾性的に支持する構成とすることができる。また、伝達部を設ける場合においても、コイルばね１４，１６に代えて板ばねを採用するといった変更が可能である。さらに、押圧部を省略して、操作ノブ４の押圧操作力を直接的に圧力センサ９に作用させる構成とすることもできる。
【００４５】
そして、上記実施例では、操作ノブ４の操作面５の起点位置に凸部１９を設けるようにしたが、凸部に代えて起点位置に凹部を設けても良く、更には、起点位置を示すマークを印刷等により表示する構成であっても良い。圧力センサは、３個に限らず、４個以上設けるようにしても良い。その他、上下のケース（ベース）やホルダ、操作ノブ、操作面の形状、操作ノブの支持構造、圧力センサの構造などの具体的構造についても、様々な変形が可能である。また、上記実施例では、本発明の操作デバイスを自動車のナビゲーションシステム等の車載機器の操作用に適用したが、それ以外にも各種の用途に適用することが可能である等、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【符号の説明】
【００４６】
図面中、１は操作デバイス、２は下ケース（ベース）、４は操作ノブ、５は操作面、６は押圧部、７は伝達部、９は圧力センサ、１４は第２のばね、１６は第１のばね、１８はコンピュータ（第１の判定手段、第２の判定手段）、１９は凸部（起点位置）を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、
このベースに支持されユーザが手指にて任意の位置を押圧操作可能な操作面を有する操作ノブと、
前記ベース内に前記操作ノブの裏面側に前記操作面の仮想中心に対して円周方向に並んで設けられ該操作ノブの押圧操作力に応じた信号を出力する複数個の圧力センサと、
前記操作面に、前記複数個の圧力センサのうち特定の１個の圧力センサに対応した押圧部の表面側に位置して設けられた起点位置と、
前記操作ノブの操作面に対するユーザの押圧操作位置を、前記複数個の圧力センサの出力信号から判定する第１の判定手段と、
ユーザが１本の指で前記操作面の起点位置を押圧した状態で、別の指で該操作面を押したまま該起点位置に対して離間或いは接近方向に移動させる指間隔拡大縮小操作を判定する第２の判定手段とを備え、
前記第２の判定手段は、前記特定の圧力センサから信号が出力されると共に、別の圧力センサの出力信号に時間経過に伴う変動があったときに、その出力信号の変化率から指間隔拡大縮小操作を判定することを特徴とする操作デバイス。
【請求項２】
前記第２の判定手段は、前記別の圧力センサからの出力信号が、所定の変化率以上で増加したときに指間隔拡大操作があったと判定し、所定の変化率以上で減少したときに指間隔縮小操作があったと判定することを特徴とする請求項１記載の操作デバイス。
【請求項３】
前記圧力センサは、前記操作面の仮想中心に対して円周方向に１２０度間隔で並んで３個が設けられることを特徴とする請求項１又は２記載の操作デバイス。
【請求項１】
ベースと、
このベースに支持されユーザが手指にて任意の位置を押圧操作可能な操作面を有する操作ノブと、
前記ベース内に前記操作ノブの裏面側に前記操作面の仮想中心に対して円周方向に並んで設けられ該操作ノブの押圧操作力に応じた信号を出力する複数個の圧力センサと、
前記操作面に、前記複数個の圧力センサのうち特定の１個の圧力センサに対応した押圧部の表面側に位置して設けられた起点位置と、
前記操作ノブの操作面に対するユーザの押圧操作位置を、前記複数個の圧力センサの出力信号から判定する第１の判定手段と、
ユーザが１本の指で前記操作面の起点位置を押圧した状態で、別の指で該操作面を押したまま該起点位置に対して離間或いは接近方向に移動させる指間隔拡大縮小操作を判定する第２の判定手段とを備え、
前記第２の判定手段は、前記特定の圧力センサから信号が出力されると共に、別の圧力センサの出力信号に時間経過に伴う変動があったときに、その出力信号の変化率から指間隔拡大縮小操作を判定することを特徴とする操作デバイス。
【請求項２】
前記第２の判定手段は、前記別の圧力センサからの出力信号が、所定の変化率以上で増加したときに指間隔拡大操作があったと判定し、所定の変化率以上で減少したときに指間隔縮小操作があったと判定することを特徴とする請求項１記載の操作デバイス。
【請求項３】
前記圧力センサは、前記操作面の仮想中心に対して円周方向に１２０度間隔で並んで３個が設けられることを特徴とする請求項１又は２記載の操作デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−４５３４２（Ｐ２０１３−４５３４２Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８３６７７（Ｐ２０１１−１８３６７７）
【出願日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【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２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【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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