操作入力装置及び操作入力検出装置
【課題】本発明は、操作者の力を３次元で検出し、その検出精度を向上させることができる、操作入力装置の提供を目的とする。
【解決手段】操作者の力を受け付ける操作入力装置であって、一の基準点から等しい点を結んでできる円の円周方向に並べられたコイル２１〜２４が配置される配置面を有する基板１０と、基板１０に対して前記力が入力されてくる側に設けられたキー３０と、キー３０を弾性的に支持するリターンバネ５１〜５４とを備え、キー３０は、前記配置面に対向する対向面と前記力が作用しうる操作面とを有しており、前記力が前記操作面に作用することにより前記対向面が前記配置面に近づくことによって、コイル２１〜２４の少なくともいずれか一つのインダクタンスを変化させる、操作入力装置。
【解決手段】操作者の力を受け付ける操作入力装置であって、一の基準点から等しい点を結んでできる円の円周方向に並べられたコイル２１〜２４が配置される配置面を有する基板１０と、基板１０に対して前記力が入力されてくる側に設けられたキー３０と、キー３０を弾性的に支持するリターンバネ５１〜５４とを備え、キー３０は、前記配置面に対向する対向面と前記力が作用しうる操作面とを有しており、前記力が前記操作面に作用することにより前記対向面が前記配置面に近づくことによって、コイル２１〜２４の少なくともいずれか一つのインダクタンスを変化させる、操作入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作者の力を受け付ける操作入力装置、当該力を検出する操作入力検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電極間の間隔が変化するときの静電容量の変化によって力を検出する検出装置が知られている（例えば、特許文献１，２，３参照）。また、所定の部材のスライドによって生じた共振用コイルの電圧変化に基づいて、移動データを求める座標入力装置が知られている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−１４８８３３号公報
【特許文献２】特開平５−１１８９４２号公報
【特許文献３】特開２００６−１７９２５０号公報
【特許文献４】特開平１０−２４７１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の特許文献１〜３のように静電容量の変化を利用して、操作者の力を検出する場合、操作者が触れることによって静電容量が敏感に変化してしまうため、操作者の力を正しく検出できないことがある。
【０００５】
この点、上述の特許文献４のようにコイルの電圧変化を利用して、操作者の力を検出すれば、操作者が触れることによるインダクタンスの変化が生じないという点で、静電容量を利用して操作者の力を検出する場合に比べて、有利である。しかしながら、特許文献４に記載の技術では、２次元のデータが得られるにすぎない。
【０００６】
そこで、本発明は、操作者の力を３次元で検出し、その検出精度を向上させることができる、操作入力装置及びその力を検出する操作入力検出装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る操作入力装置は、
操作者の力を受け付ける操作入力装置であって、
一の基準点から等しい点を結んでできる円の円周方向に並べられた複数のインダクタが配置される配置面を有する基部と、
前記基部に対して前記力が入力されてくる側に設けられた変位部材であって、前記配置面に対向する対向面と前記力が作用しうる操作面とを有しており、前記力が前記操作面に作用することにより前記対向面が前記配置面に近づくことによって、前記複数のインダクタの少なくともいずれか一つのインダクタンスを変化させる変位部材と、
前記対向面と前記配置面との間隔が弾性的に変化するように前記変位部材を支持する支持部材と、
前記インダクタンスの変化により生じた出力信号を出力する出力部とを備えることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明に係る操作入力検出装置は、
上記の操作入力装置と、
前記基準点と前記円の中心部とを結ぶ直線に直交する平面をＸＹ平面と定義した場合、前記複数のインダクタそれぞれについての前記出力信号に基づいて、インダクタンスのＸ方向成分の変化とＹ方向成分の変化とを検知することによって、前記力のベクトルを算出する算出手段とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、操作者の力を３次元で検出し、その検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例である操作入力装置１の分解図である。
【図２】操作入力装置１の断面図である。
【図３】リターンバネ５１〜５４が設けられた操作入力装置１の分解図である。
【図４】リターンバネが設けられた操作入力装置１の断面図である。
【図５】キー３０がリターンバネに載っている状態を示した操作入力装置１の斜視図である。
【図６】キー３０に操作者の手指が載った状態を示した操作入力装置１の断面図である。
【図７】キー３０の中心を押し下げた状態を示した操作入力装置１の断面図である。
【図８】キー３０のＸ（−）方向の位置を押し下げた状態を示した操作入力装置１の断面図である。
【図９】ＸＹ平面の４５°方向の位置に指が載った操作入力装置１の平面図である。
【図１０】ＸＹＺ空間における力のベクトル図である。
【図１１】ＸＹ平面における力のベクトル図である。
【図１２】ＸＹＺ空間における力のベクトル図である。
【図１３】ＸＹ平面における力のベクトル図である。
【図１４】ＸＺ平面における力のベクトル図である。
【図１５】インダクタンスの変化を検出する第１の検出回路例のブロック図である。
【図１６】駆動回路６６と受信回路６７のブロック図である。
【図１７】図１６の各点における波形を示した図である。
【図１８】インダクタンスの変化を検出する第２の検出回路例のブロック図である。
【図１９】駆動回路６６と受信回路６７のブロック図である。
【図２０】図１９の各点における波形を示した図である。
【図２１】本発明の第２の実施例である操作入力装置２の分解図である。
【図２２】操作入力装置２の断面図である。
【図２３】リターンバネ５１〜５４の配置図である。
【図２４】センターキー３１に操作者の指が載った状態を示した操作入力装置２の断面図である。
【図２５】センターキー３１の中心を押し下げた状態を示した操作入力装置２の断面図である。
【図２６】センターキー３１のＸ（−）方向の位置を押し下げた状態を示した操作入力装置２の断面図である。
【図２７】インダクタンスの変化を検出する第３の検出回路例のブロック図である。
【図２８】クリックバネ７０の配置例である。
【図２９】クリックバネ７０の配置例である。
【図３０】本発明の第３の実施例である操作入力装置３の分解図である。
【図３１】キー３０にコアが設けられた図である。
【図３２】各構成部品の位置関係を示した図である。
【図３３】キー３０に操作者の指が載った状態を示した操作入力装置３の断面図である。
【図３４】キー３０のＸ（−）方向の位置を押し下げた状態を示した操作入力装置３の断面図である。
【図３５】コイル２１〜２４の第１の配置例である。
【図３６】コイル２１〜２４の第２の配置例である。
【図３７】樹脂のホルダー１１にコイルが配置された例である。
【図３８】樹脂のホルダー１２にコイルが配置された例である。
【図３９】本発明の第４の実施例である操作入力装置４の分解図である。
【図４０】操作入力装置４の断面図である。
【図４１】ハウジング４１の構造図である。
【図４２】ハウジング４１の断面図である。
【図４３】ハウジング４１に配置された接点部７１の配置図である。
【図４４】ハウジング４１に配置されたクリックバネ７０と接点部７２の配置図である。
【図４５】クリックバネ７０を断面形状で表した図である。
【図４６】リターンバネ５５の搭載状態を示した斜視図である。
【図４７】リターンバネ５５の搭載状態を示した断面図である。
【図４８】操作者の力が加えられていない初期状態を示した操作入力装置４の断面図である。
【図４９】センターボタン３３を押し下げた状態を示した操作入力装置４の断面図である。
【図５０】キー３２のＸ（−）方向の位置を押し下げた状態を示した操作入力装置４の断面図である。
【図５１】インダクタがパターンで形成された例である。
【図５２】本発明の第５の実施例である操作入力装置５の分解図である。
【図５３】操作入力装置５の断面図である。
【図５４】コアが無い構成を単純化した解析モデルの断面斜視図である。
【図５５】図５４の解析モデルにおける、上ヨーク２１１の上下方向のストローク量に対するコイル２００のインダクタンスの変化を示した図である。
【図５６】コアが有る構成を単純化した解析モデルの断面斜視図である。
【図５７】コア２２０が無い場合と有る場合の、上ヨーク２１１の上下方向のストローク量に対するコイル２００のインダクタンスの変化を示した図である。
【図５８】各コイルに対向する円筒状コアが上ヨーク２１１に形成された解析モデルの断面斜視図である。
【図５９】図５８の構成において、４つのコアが有る場合と無い場合の、上ヨーク２１１をＸＹ平面に対してコイル２０１側に傾けたときの上ヨーク２１１のストローク量に対するコイル２０１のインダクタンスの変化を示した図である。
【図６０】絞り形状のコア２２５を有する解析モデルの断面斜視図である。
【図６１】バーリング形状のコア２２６を有する解析モデルの断面斜視図である。
【図６２】円柱形状のコア２２０、絞り形状のコア２２５、バーリング形状のコア２２６の各場合の、上ヨーク２１１のストローク量に対するコイル２００のインダクタンスの変化を示した図である。
【図６３】本発明の第６の実施例である操作入力装置６の上斜め方向から見た分解図である。
【図６４】操作入力装置６の下斜め方向から見た分解図である。
【図６５】操作入力装置６の外観斜視図である。
【図６６】操作入力が付与されていない初期状態での操作入力装置６の断面図である。
【図６７】キー２４０をＸＹ平面に対してコイル２７１側に傾ける操作入力が付与された傾動状態での操作入力装置６の断面図である。
【図６８】キー２４０をＺ方向に平行移動させる操作入力が付与された押し下げ状態での操作入力装置６の断面図である。
【図６９】本発明の第７の実施例である操作入力装置７に構成されるクリックバネ３１１〜３１４の配置を示した図である。
【図７０】操作入力が付与されていない初期状態での操作入力装置７の断面図である。
【図７１】キー２４０をＸＹ平面に対してコイル２７３側に傾ける操作入力が付与された傾動状態での操作入力装置７の断面図である。
【図７２】本発明の第８の実施例である操作入力装置８の断面図である。
【図７３】本発明の第９の実施例である操作入力装置９の断面図である。
【図７４】カバー３３０の開口部３３５に設けられた切り欠き４３１〜４３４を示した図である。
【図７５】カバー３３０に設けられたスリット４４１〜４４４を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態の説明を行う。本発明の一実施形態である操作入力装置は、操作者の手指等による力を受けて、その受けた力に応じて変化する出力信号を出力する操作インターフェイスである。その出力信号に基づいて操作者による操作入力が検出される。操作入力の検出によって、その検出された操作入力に対応する操作内容をコンピュータに把握させることができる。
【００１２】
例えば、家庭用又は携帯可能なゲーム機、携帯電話や音楽プレーヤーなどの携帯端末、パーソナルコンピュータ、電化製品などの電子機器において、そのような電子機器に備えられるディスプレイの画面上の表示物（例えば、カーソルやポインタなどの指示表示や、キャラクターなど）を、操作者が意図した操作内容に従って、移動させることができる。また、操作者が所定の操作入力を与えることにより、その操作入力に対応する電子機器の所望の機能を発揮させることができる。
【００１３】
一方、通常、コイル（巻線）等のインダクタのインダクタンスＬは、係数をＫ、透磁率をμ、コイルの巻数をｎ、断面積をＳ、磁路長をｌとした場合、
Ｌ＝Ｋμｎ２Ｓ／ｌ
という関係式が成り立つ。この関係式から明らかなように、コイルの巻数や断面積といった形状に依存するパラメータを固定した場合、周囲の透磁率を変化させるか、又は磁路長を変化させるかによって、インダクタンスが変化する。
【００１４】
このインダクタンスの変化を利用する操作入力装置及び操作入力検出装置の実施例について以下説明する。この操作入力装置は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸によって定まる直交座標系のＺ軸方向側から入力される操作者の力を受け付けるものである。Ｚ軸方向とは、Ｚ軸に平行な方向のことをいう。操作入力検出装置は、操作入力装置からの信号に基づいて（すなわち、インダクタンスの大きさに応じて変化する所定の信号に基づいて）、操作者の操作入力により変位する部材の動きを検知することにより、その操作入力を検出するものである。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施例である操作入力装置１の分解図である。図２は、操作入力装置１の断面図である。
【００１６】
操作入力装置１は、複数のインダクタ（図１の場合、４個のコイル２１，２２，２３，２４）が配置される配置面を有する基板１０を備える。基板１０は、ＸＹ平面に平行な配置面を有する基部である。三次元の直交座標系の基準点である原点Ｏは、その配置面から操作者の力が入力されてくる側（図１の場合、基板１０に対して上側）に所定距離離れた位置に設定されている。基板１０は、樹脂性の基板でもよいが、ヨークの役目を持たせるために鋼板や珪素鋼板などを基材にした鉄板基板でもよい。
【００１７】
コイル２１〜２４は、原点Ｏとの距離が等しい点を結んでできる仮想的な円の円周方向に並べられている。コイル２１〜２４は、操作者の力のベクトルを算出しやすくするという点で、その円周方向に等間隔に配置されることが好ましい。各コイルが互いに同特性の場合、隣接する２つのコイルの重心間の距離が等しければよい。コイル２１〜２４は、Ｘ（＋），Ｘ（−），Ｙ（＋），Ｙ（−）の４方向に同心円状に９０°毎に配置されている。Ｘ（−）方向は、ＸＹ平面上でＸ（＋）方向に対して１８０°反対向きの方向であり、Ｙ（−）方向は、ＸＹ平面上でＹ（＋）方向に対して１８０°反対向きの方向である。コイル２１は、原点Ｏに対して正側のＸ軸上に配置され、コイル２２は、原点Ｏに対して正側のＹ軸上に配置され、コイル２３は、原点Ｏに対して負側のＸ軸上に配置され、コイル２４は、原点Ｏに対して負側のＹ軸上に配置されている。
【００１８】
また、操作入力装置１は、基板１０に対して操作者の力が入力されてくる側に設けられた変位部材であるキー３０を備える。板状のキー３０が、基板１０に設けられたコイル２１〜２４の上側に配置されている。キー３０は、コイル２１〜２４が配置された配置面に対向する対向面（図１において、下側の面）と、操作者の力が作用しうる操作面（図１において、上側の面）とを有している。キー３０は、操作者の力が操作面に作用することにより、対向面がコイル２１〜２４が配置される配置面に近づくことによって、４個のコイル２１〜２４の少なくともいずれか一つのインダクタンスを変化させる。キー３０は、コイル２１〜２４のインダクタンスを変化させるため、少なくとも空気より透磁率の高い材質で生成されていればよい。キー３０の比透磁率は、１．００１以上あると好適である。キー３０は、磁性体であってもよい。例えば、鉄やフェライトなどが挙げられる。フェライトなどの粉末を配合した樹脂などでもよい。
【００１９】
キー３０は、ケース４０によってＺ軸方向に移動可能に支持されている。ケース４０は、操作者の力が操作面に作用されていない待機状態（初期状態）でのキー３０の位置を待機位置として、操作者の力が操作面に作用することによって待機位置から基板１０に近づく方向に移動できるように支持する。ケース４０は、基板１０に固定されている。
【００２０】
また、操作入力装置１は、キー３０の対向面と基板１０の配置面との間隔が弾性的に変化するように、対向面と配置面との対向方向にキー３０を弾性的に支持する弾性支持部材を備える。例えば、この弾性支持部材として、図３，４，５に示されるように、キー３０を待機位置に戻すためのリターンバネ５１，５２，５３，５４が、コイル２１〜２４の外側の基板１０の配置面に設置されるとよい。リターンバネ５１〜５４は、板状の弾性体である。
【００２１】
弾性支持部材は、基板１０の配置面とキー３０の対向面との間に設置されるとよい。弾性支持部材は、キー３０とコイル２１〜２４が操作者の力が作用しても接触しないように、キー３０を弾性的に支持する。弾性支持部材は、Ｚ軸に直交するＸＹ平面に対して傾き可能にキー３０を支持し、Ｚ軸方向に移動可能に移動可能に支持する。また、弾性支持部材は、キー３０の対向面が基板１０の配置面から離れる方向に付勢された状態でキー３０を支持してもよい。
【００２２】
弾性支持部材は、操作者の力が作用していない状態でキー３０の操作面がＸＹ平面に平行になるように、キー３０を弾性的に支持する。キー３０の操作面は、平らな面でもよいし、ＸＹ平面に対して凹状に形成された面でもよいし、ＸＹ平面に対して凸状に形成された面でもよい。操作面を所望の形状に変更することによって、操作者の操作性を向上させることができる。また、キー３０の操作面は、円状でもよいし、楕円状でもよいし、多角形状でもよい。
【００２３】
また、操作入力装置１は、コイル２１〜２４の少なくともいずれか一つのインダクタンスの変化により生じた出力信号を所定の操作入力検出装置に出力するための出力部を備える。この出力部は、コイルの端部に電気的に接続される。出力部は、コイルに生じたインダクタンスの変化をコイル毎に検知できるように、コイル毎に設けられる。例えば、この出力部として、図４１（その詳細は後述）に示されるように、各コイルの一端に接続された配線（１１１ａ，１１１ｂ〜１１４ａ，１１４ｂ）及び配線（１１１ａ，１１１ｂ〜１１４ａ，１１４ｂ）に接続された端子（１０１ａ，１０１ｂ〜１０４ａ，１０４ｂ）が設けられるとよい。
【００２４】
図６，７，８は、操作者が操作入力装置１を操作するときの操作入力装置１の状態を説明するための図である。図６，７，８内の右下の図は、キー３０の操作面上の指の位置を示したものである。
【００２５】
図６は、キー３０の背面である操作面に操作者が力を加えずに指を載せている状態を示している。操作者が指でキー３０を下方向に押しつけていない図６の待機状態では、各コイル２１〜２４のインダクタンスは、変化しない。
【００２６】
図７は、キー３０の操作面の中心部を押し下げた状態を示している。図７の状態では、キー３０と各コイル２１〜２４との距離（図中、Ｄ１，Ｄ２）が縮まることによって、各コイル２１〜２４のインダクタンスが増加する。距離Ｄ１は、Ｘ軸正側方向であるＸ（＋）方向側のＺ軸方向の距離を示し、距離Ｄ２は、Ｘ軸負側方向であるＸ（−）方向側のＺ軸方向の距離を示す。コイル２１のインダクタンスとコイル２３のインダクタンスとの差分に基づいて、キー３０のＸ方向の位置における押し下げ量を検知することができ、コイル２２のインダクタンスとコイル２４のインダクタンスとの差分に基づいて、キー３０のＹ方向の位置における押し下げ量を検知することができる。この押し下げ量は、アナログ値として検知可能である。図７の状態では、Ｘ方向とＹ方向のインダクタンスの差分は、零、又はあらかじめ設定された検出閾値以下であるため、零である。しかしながら、同時に各コイル２１〜２４のインダクタンスの総和も演算することにより、キー３０の操作面のＺ軸上の中心部が押し下げられていることが検知できる。キー３０の操作面の中心部が押し下げられた状態での押し下げ量も、アナログ値として検知可能である。
【００２７】
図８は、キー３０のＸ（−）方向側を押し下げた状態（Ｄ２＜Ｄ１）を示している。図８の状態では、コイル２１のインダクタンスとコイル２３のインダクタンスとの差分に基づいて、キー３０の操作面上のＸ（−）方向の位置に押し下げの作用点があることを検知することができる。
【００２８】
図９〜１５に従って、原点Ｏに対する力の入力方向（ＸＹ平面における入力位置）とその力の大きさ（Ｚ軸方向の押し込み量）の演算方法の２つの具体例について説明する。所定の操作入力検出装置（例えば、図１５参照。その詳細は後述）が、インダクタンスのＸ方向成分の変化を表す評価値とインダクタンスのＹ方向成分の変化を表す評価値とに基づいて、ＸＹ平面における力の入力位置とＺ軸方向の押し込み量を算出する。
【００２９】
図９に示されるように、ＸＹ平面の４５°方向の位置Ｐ（キー３０の操作面上の作用点）を指で押して操作した場合、インダクタンスの変化（差分）は、Ｘ方向成分とＹ方向成分の両方の成分に発生する。
【００３０】
予め、操作者の力の作用によるインダクタンスの変化量を補正又は正規化しておくと、演算精度を高めたり演算時間を短縮したりすることができる。そこで、ＸＹ平面のすべての方向の押し込みをしていない状態（待機状態）とフルストロークの状態における、４個のコイルそれぞれのインダクタンスが、メモリに予め記憶されている。メモリに記憶されるインダクタンスは、設計値に基づき予め設定された値でもよいし、製造時に実測された値でもよいし、ユーザが使用する際にユーザからの指示信号に基づいて測定されてもよいし、使用中の各インダクタンスの最大値を学習してもよい。このような方法で得られた待機状態での最小値とフルストローク状態での最大値との間で、インダクタンスの検出値は変化する。ＸＹ平面における各方向のインダクタンスを測定する際、コイル毎のインダクタンスを評価してもよいし、対向する一対のコイルのインダクタンスの差分を評価してもよい。この最小値と最大値を使用して、操作者の押し込みに対する各コイルのインダクタンスの変化量を補正又は正規化する。
【００３１】
ＸＹ平面における押された方向（押された位置）と押し込み量を検出する演算を、図９に示されるように、Ｘ（＋）方向とＹ（＋）方向の両成分が有する状態で押された場合を例に挙げて説明する。
【００３２】
インダクタンスのＸ方向成分の変化量は、上記の補正又は正規化された、Ｘ（＋）方向に配置されたコイル２１のインダクタンスの変化量とＸ（−）方向に配置されたコイル２３のインダクタンスの変化量との差であるＸ方向差分値に基づいて、検知される。インダクタンスＹ方向成分の変化量についても、同様に、Ｙ（＋）方向に配置されたコイル２２のインダクタンスの変化量とＹ（−）方向に配置されたコイル２４のインダクタンスの変化量との差であるＹ方向差分値に基づいて、検知される。すなわち、Ｘ方向差分値がインダクタンスのＸ方向成分の変化量を表す評価値に相当し、Ｙ方向差分値がインダクタンスのＹ方向成分の変化量を表す評価値に相当する。
【００３３】
例えば、Ｘ方向差分値の最大値とＹ方向差分値の最大値が共に「１」になるように上記の補正又は正規化が行われた場合、図９の状態では、Ｘ方向差分値が「０．５」であると演算され、Ｙ方向差分値が「０．５」であると演算されたとする。この２つの評価値を各Ｘ，Ｙ座標のベクトルとする。そして、図１０に示されるように、ＸＹ平面に、その２つのベクトルを合成した合成ベクトルを演算する。図１１に示されるように、このＸＹ平面上の合成ベクトルが基準方向（例えば、Ｘ軸方向）となす角度をΘＸＹとする。つまり、合成ベクトルのベクトル長が押し込み量に相当し、ベクトル角度ΘＸＹが力の入力方向に相当する。
【００３４】
この例の場合、合成ベクトルのベクトル長は０．７０７（＝√（０．５２＋０．５２））であり、ベクトル角度ΘＸＹは４５°（＝tan−１（０．５／０．５））である。このような方法により、３６０°全方位の検知と押し込み量の検知が可能となる。また、Ｚ方向に押し込まれた場合を検知するために、各インダクタンスの総和を演算し、キー３０全体の押し込み量の評価値とすることで、Ｚ方向の押し込み量を検知することができる。
【００３５】
次に、原点Ｏに対する力の入力方向（ＸＹ平面における入力位置）とその力の大きさ（Ｚ軸方向の押し込み量）の演算方法のもう一つの具体例について説明する。各方向のインダクタンスの検出までは上述の演算方法の具体例と同様であるが、図１２に示されるように、Ｚ方向のベクトルを各コイルのインダクタンスの総和から求め、その総和をＸＹＺ空間におけるＺ方向のベクトル成分とする。そして、合成ベクトルは、ＸＹＺ空間上で評価する。
【００３６】
例えば、Ｘ方向差分値の最大値とＹ方向差分値の最大値が共に「１」になるように上記の補正又は正規化が行われた場合、フルストローク時の４つのコイルのインダクタンスの総和が４であることから、Ｚ方向の評価値は、インダクタンスの総和を１／４倍にすることによって正規化する。図９の状態では、Ｘ方向差分値が「０．５」であると演算され、Ｙ方向差分値が「０．５」であると演算される。Ｚ方向の総和は１であるため、１／４倍の「０．２５」に正規化される。この３つの評価値を各座標のベクトルとする。そして、図１２に示されるように、ＸＹＺ空間に各ベクトルから合成された合成ベクトルを演算する。指先で入力した方位は、３方向の合成ベクトルをＸＹ平面上に投影して得られた合成ベクトルの角度ΘＸＹによって求められる（図１３参照）。また、押し込み量は３軸空間上の合成ベクトル長で評価する。また、キー３０全体の押し込み量を評価する場合には、３方向の合成ベクトルをＸＺ平面に投影した合成ベクトルがなす角度ΘＸＺで評価する。
【００３７】
図１５は、インダクタンスの変化を検出する第１の検出回路例のブロック図である。インダクタンス検出回路は、コイル２１〜２４それぞれのインダクタンスの変化を検出する算出手段である。インダクタンス検出回路は、演算手段であるＣＰＵ６０と、ＣＰＵ６０の第１の出力ポート６１に接続された駆動回路６６と、一方の端部がグランドに接続されたコイル２１〜２４のもう一方の端部に接続されるマルチプレクサ（ＭＵＸ）６８と、ＣＰＵ６０の第２の出力ポート６２とＡＤポート６３とに接続された受信回路６７とを備える。基板１０上の各コイルは、マルチプレクサ６８によって、共通の受信回路６７及び駆動回路６６を介して、ＣＰＵ６０に接続される。マルチプレクサ６８の接続先の切り替えは、アドレスバス６４を介して、ＣＰＵ６０からのアドレス指定によって一意に選択される。したがって、各コイルのインダクタンスの検知は、その検知タイミングを各コイルでずらして、コイル毎に逐次行われる。
【００３８】
図１６は、図１５における駆動回路６６と受信回路６７のブロック図である。駆動回路６６は、ＣＰＵ６０の出力ポート６１からの出力信号に応じて定電流源６６ａの出力電流をコントロールすることによって、コイル２１〜２４それぞれに電流を流す。受信回路６７は、コイル２１等に電流を流すことに伴い発生する電圧を、アンプ６７ａを通してピークホールド回路６７ｂに入力する（ボトムホールド回路に入力されてもよい）。ピークホールド回路６７ｂによってピークホールドされたピーク値（アナログ値）は、ＡＤポート６３に入力されて、ＡＤコンバータによって、デジタル値に変換される。
【００３９】
図１７は、図１６の各点における波形を示した図である。ＣＰＵ６０の出力ポート６１から矩形波の電圧波形が出力される。この電圧によって、定電流回路６６ａは、コイルに一定の電流を流す。これにより、コイルは微分波形の電圧Ｖ２を発生させる。電圧波形Ｖ２として、電圧波形Ｖ１の立ち上がりに同期した波形２−１が得られるとともに、電圧波形Ｖ１の立下りに同期した波形２−２が得られる。波形２−２は、波形２−１に対して正負が逆側の波形である。アンプ６７ａは、電圧波形Ｖ２を、ＡＤコンバータのダイナミックレンジに適した大きさに増幅する。電圧波形Ｖ２をピークホールドするか又はボトムホールドするかによって、そのホールドした値がＡＤコンバータ（ＡＤポート６３）に取り込まれる。波形２−１，２−２の振幅値は、各コイルのインダクタンスの大きさに比例して大きくなるため、この振幅値を検出することによって、各コイルのインダクタンスの大きさを評価できる。
【００４０】
図１８は、インダクタンスの変化を検出する第２の検出回路例のブロック図である。インダクタンス検出回路は、コイル２１〜２４それぞれのインダクタンスの変化を検出する算出手段である。インダクタンス検出回路は、演算手段であるＣＰＵ６０と、ＣＰＵ６０のＤＡポート６５に接続された駆動回路６６と、一方の端部がグランドに接続されたコイル２１〜２４のもう一方の端部に接続されるマルチプレクサ（ＭＵＸ）６８と、ＡＤポート６３とに接続された受信回路６７とを備える。基板１０上の各コイルは、マルチプレクサ６８によって、共通の受信回路６７及び駆動回路６６を介して、ＣＰＵ６０に接続される。マルチプレクサ６８の接続先の切り替えは、アドレスバス６４を介して、ＣＰＵ６０からのアドレス指定によって一意に選択される。したがって、各コイルのインダクタンスの検知は、その検知タイミングを各コイルでずらして、コイル毎に逐次行われる。
【００４１】
図１９は、図１８における駆動回路６６と受信回路６７のブロック図である。駆動回路６６は、ＣＰＵ６０のＤＡポート６５からの出力信号に応じて定電流源６６ａの出力電流をコントロールすることによって、コイル２１〜２４それぞれに電流を流す。受信回路６７は、コイル２１等に電流を流すことに伴い発生する電圧を、アンプ６７ａを通して、ＡＤポート６３に入力する。ＡＤポート６３に入力されたアナログ値は、ＡＤコンバータによって、デジタル値に変換される。
【００４２】
図２０は、図１９の各点における波形を示した図である。ＣＰＵ６０のＤＡポート６６から三角波の電圧波形が出力される。三角波は、立ち上がりの傾きが一定である（つまり、立ち上がりが直線である）。この例では、立ち上がりと立ち下がりの双方の傾きが同一である。この電圧によって、定電流回路６６ａは、電圧Ｖ１の増加とともに増加し、電圧Ｖ１の減少とともに減少する電流Ｉ１を流す。これにより、コイルは電流Ｉ２に示す波形の微分であるＶ２に示す電圧を発生させる。Ｖ２の波形はＶ１の波形が直線で増加減少しているために、Ｖ２に示すようなそれぞれ一定の定電圧区間を伴う矩形波となる。出力波形Ｖ２として、三角波の立ち上がりに対応して２−１のような電圧が得られるとともに、三角波の立下りに対応した２−２のような電圧が得られる。波形２−２は、波形２−１に対して正負が逆側の波形である。アンプ６７ａは、電圧波形Ｖ２を、ＡＤコンバータのダイナミックレンジに適した大きさに増幅する。ＡＤコンバータは、駆動出力タイミングに基づく同期タイミングで、電圧波形Ｖ３の電圧が一定である期間に、電圧波形Ｖ３の振幅値を取り込む。波形３−１，３−２の振幅値は、各コイルのインダクタンスの大きさに比例して大きくなるため、この振幅値を検出することによって、各コイルのインダクタンスの大きさを評価できる。
【００４３】
また、インダクタンスの変化中に、図１７に示した電流Ｉ１を流すと、図２０に示した電圧Ｖ２の定電圧区間に、傾きを持った電圧Ｖ２が発生する。この傾きを持った電圧Ｖ２を、駆動出力タイミングに基づく同期タイミングで、サンプルホールド回路を用いてホールドし、そのホールドした値をＡＤコンバータで取り込んでもよい。また、波形３−１，３−２の期間内をそれぞれＡＤコンバータで取り込んで、その取り込んだ値の絶対値を加算または平均した値が、インダクタンスの大きさの評価に用いられてもよい。
【００４４】
図２１は、本発明の第２の実施例である操作入力装置２の分解図である。図２２は、操作入力装置２の断面図である。上述の実施例と同様の部分については、その説明を省略する。
【００４５】
操作入力装置２は、コイル２１〜２４に囲まれるＺ軸上の中心部に設けられたクリックバネ７０を、基板１０の配置面に備える。クリックバネ７０は、操作面を指で押した操作者にクリック感を与える、ドーム状の弾性部材である。
【００４６】
また、操作入力装置２は、キー３０とクリックバネ７０との間に挟まれることによって保持されるセンターキー３１をＺ軸上に備える。センターキー３１は、クリックバネ７０に接した状態で支持される。これにより、接しない状態で支持される場合に比べて、操作入力装置全体のＺ軸方向の薄肉化が可能である。センターキー３１は、キー３０の操作面に露出した露出面をＺ軸上に有する押下部である。
【００４７】
センターキー３１は、キー３０の操作面と露出面の少なくともいずれか一方の面に操作者の力が作用することにより、クリックバネ７０をＺ軸方向側から変形させる。操作者の力が操作面に作用することによりキー３０及びセンターキー３１が共に押し下がることによって、クリックバネ７０は変形する。また、操作者の力が操作面に作用せずに露出面に作用することにより、キー３０は押し下がらずにセンターキー３１が押し下がることによって、クリックバネ７０が変形する。センターキー３１は、操作面と基板１０の配置面に対向する対向面とを貫通する穴に嵌合して位置決めされている。センターキー３１は、円状でも、楕円状でも、多角形状でもよい。
【００４８】
例えば、センターキー３１の周縁部にはフランジ３１ａが形成されている。フランジ３１ａは、センターキー３１の周縁部に鍔（つば）状に張り出した段差部である。センターキー３１は、キー３０に設けられた中心穴（貫通穴）の周縁部にフランジ３１ａが当接した状態で、キー３０の下側の対向面とクリックバネ７０の頂点部との間に挟まれることによって保持される。センターキー３１の露出面を有する嵌合部は、キー３０の中心穴がガイドの役目を果たすことによっては保持される。露出面は、操作者が触れることが可能である。キー３０の操作面とセンターキー３１の露出面の待機状態でのＺ軸方向の位置は、同じであってもよいし、操作面の位置が露出面の位置より基板１０に近い側にあってもよい。操作者の力がキー３０の操作面に作用せずにセンターキー３１の露出面に作用することにより、操作面のＺ軸方向の位置はそのままに、露出面のＺ軸方向の位置が操作面に対してその力の作用方向に移動する。
【００４９】
図２３に示されるように、キー３０を待機位置に戻すためのリターンバネ５１，５２，５３，５４が、コイル２１〜２４の外側の基板１０の配置面に設置されるとよい。
【００５０】
図２４〜２６は、操作者が操作入力装置２を操作するときの操作入力装置２の状態を説明するための図である。
【００５１】
図２４，２５において、センターキー３１は、クリックバネ７０の頂点部と接しており、キー３０の中央の穴で保持されている。キー３０は、リターンバネ５１〜５４によって下方に落ちないように保持されている。そのため、センターキー３１を指先などで押すとセンターキー３１が単独で下降し、クリックバネ７０を変形させ、指先にクリック感を与えるとともに、後述するように接点を短絡させる。すなわち、スイッチ機能として働く。
【００５２】
図２６において、キー３０をセンターキー３１が嵌合している穴の周辺で押すと、リターンバネを変形させながら、下降する。このとき、センターキー３１にはフランジ３１ａが形成されているため、キー３０の下降に連動してセンターキー３１も下降する。キー３０が下降すると、上述の通り、ヨーク材の機能を有するキー３０が近づくことによりコイル周辺の透磁率と磁路長が短くなることによりインダクタンスが増加する。このインダクタンスの変化を検出回路で検出する。一方、キー３０に連動して下降したセンターキー３１により、クリックバネ７０が変形し、クリック感を指先へ与え、且つ、スイッチが短絡する。
【００５３】
ここで、センターキー３１の下降によりクリックバネ７０が短絡した際に、予め設定された短絡時のインダクタンスと実際のインダクタンスとを比較することによって、温度や周囲環境変化に伴うインダクタンスの変化を差分として認識でき、この差分を利用してインダクタンスの検出値の補正を行ってもよい。
【００５４】
図２７は、インダクタンスの変化を検出する第３の検出回路例のブロック図である。このインダクタンス検出回路は、コイル２１〜２４それぞれのインダクタンスの変化を検出する算出手段であって、且つ、クリックバネ７０の変形により生じた変形検知信号に基づいて操作者の力が入力されたことを判断する判断手段である。図１５に示した第１の検出回路のＣＰＵ６０に、クリックバネ７０による短絡を検知するための入力ポート６９が追加されている。入力ポート６９は、図１８に示した第２の検出回路のＣＰＵ６０に設けられてもよい。
【００５５】
図２８，２９は、クリックバネ７０の構造を説明するための図である。操作入力装置３は、クリックバネ７０の変形により生じた変形検知信号を出力するための検知部を備える。この検知部として、例えば、図２８の場合には接点部７１が設けられ、図２９の場合には接点部７１及び７２が設けられている。
【００５６】
図２８において、パターン等の導体である接点部７１が、基板１０の配置面上に形成されている。クリックバネ７０に、入力ポート６９に接続されたリード線やパターン等の導体部が接続される。接点部７１に、グランドに接続されたリード線やパターン等の導体部が接続される。クリック時の変形によって、クリックバネ７０は接点部７１と接する。
【００５７】
図２９において、パターン等の導体である接点部７１及び７２が、基板１０の配置面上に形成されている。接点部７１の周囲に、リング形状をした接点部７２が形成されている（後述の図４５を参照）。接点部７２に、入力ポート６９に接続されたリード線やパターン等の導体部が接続される。接点部７１に、グランドに接続されたリード線やパターン等の導体部が接続される。クリック時の変形によって、クリックバネ７０は接点部７１と接点部７２とを短絡する。
【００５８】
図３０は、本発明の第３の実施例である操作入力装置３の分解図である。図３１は、キー３０の基板１０との対向面に、基板１０の配置面に配置されたコイルと同数のコアが設けられていることを示した図である。図３２は、ケース４０、キー３０、コア８１〜８４、コイル２１〜２４、センターキー３１のＺ軸方向から見た位置関係を示した図である。上述の実施例と同様の部分については、その説明を省略する。
【００５９】
図３０〜３２に示されるように、４個のコア８１〜８４は、キー３０の上下動と同じ方向に連動して上下動するようにキー３０の対向面側に接続されている。コアは、コイル２１〜２４の少なくともいずれか一つのインダクタンスの絶対値を増加させるインダクタンス増加部材である。コア８１〜８４は、コイルと対向する位置に配置される。コア８１〜８４の外径は、各コアに対向するコイルの内径よりも小さい。
【００６０】
図３３，３４は、操作者が操作入力装置３を操作するときの操作入力装置３の状態を説明するための図である。図３３に示されるように、キー３０を押していない状態では、コア８１〜８４はコイル２１〜２４の上方に位置している。そして、図３４に示されるように、キー３０が押し下げられると、キー３０の下降に伴って、コア８１〜８４がコイル２１〜２４に接触しないようにコイル２１〜２４の内部に進入する。コイルの内部にコアが進入することによって、コイル周辺の透磁率が上昇し、インダクタンスが増加する。特に、コイル２３の上方の操作面に力が加えられているため、４つのコイルの中でコイル２３の周辺の透磁率が上昇し、コイル２３のインダクタンスが増加する。
【００６１】
したがって、第３の実施例によれば、操作者が力を加えていない状態での透磁率を、コアがない場合に比べて高くできるため、インダクタンスの絶対値が上げられる。この効果によって、コイルの高さを低くして、操作入力装置をＺ軸方向で薄くすることができ、コイルに流す電流も小さくできる。また、コイル内にコアが入るときのインダクタンスの上昇傾きは、ヨークが近づくだけの場合より大きく、操作面の押し量に対する感度が上げられる。また、コアの移動によりインダクタンスに変化をもたらせられるので、キー３０にヨークの機能を持たせなくても、インダクタンスの変化を容易に検出することが可能となる。したがって、非磁性材料でキー３０を形成することができる。また、コアはヨークのように薄い形状ではなく、また応力のかからない構造のため、フェライトなどの脆い材料を使用できる。
【００６２】
また、コアをインダクタンス増加部材として備える第３の実施例によれば、コアが無い構成（例えば、上述の第１及び第２の実施例）に比べて、キー３０の各方向へのストローク量を精度良く検知できる範囲を広げることができる。この効果について、図５４〜図６２を参照しながら説明する。
【００６３】
図５４は、コアが無い構成を単純化した解析モデルの断面斜視図である。図５４は、円状の解析モデルの左側半分を省略して示したものである。この解析モデルは、コイル２００の上側に上下動可能な上ヨーク２１１を備え、コイル２００の下側に固定された下ヨーク２１２を備えたものである。Ｈは、コイル２００の高さを表す。
【００６４】
図５５は、図５４の解析モデルにおける、上ヨーク２１１の上下方向のストローク量に対するコイル２００のインダクタンスの変化を示した図である。上ヨーク２１１とコイル２００との位置関係が初期状態のときのストローク量が、零に相当し、上ヨーク２１１がコイル２００に最も近づいたときのストローク量が、１．２ｍｍに相当する。コイル２００の仕様は、外径がφ３、内径がφ２、線径がφ０．０２５である。高さＨが０．３ｍｍの場合のコイル２００の巻数が１３０回、高さＨが０．６ｍｍの場合のコイル２００の巻数が２６０回である。
【００６５】
図５５に示されるように、上ヨーク２１１のストローク量が大きい範囲（約０．６ｍｍ以上）では、上ヨーク２１１のストローク量に対するインダクタンスの変化が大きいため、インダクタンスの大きさを検出することによって、上ヨーク２１１のストローク量を比較的精度良く検知できる。これに対し、上ヨーク２１１のストローク量が小さい初動範囲（０〜０．６ｍｍ程度）では、上ヨーク２１１のストローク量に対するインダクタンスの変化が小さいため、上ヨーク２１１のストローク量が大きい範囲に比べて、上ヨーク２１１のストローク量を精度良く検知しにくい。
【００６６】
図５６は、コアが有る構成を単純化した解析モデルの断面斜視図である。図５６も、円状の解析モデルの左側半分を省略して示したものである。この解析モデルは、図５４の解析モデルに対して、上ヨーク２１１の下面にコイル２００の中空部に挿入可能に形成された円柱状コア２２０を追加したものである。
【００６７】
コイル２００で発生した磁界（磁束）は、コア２２０、上ヨーク２１１、下ヨーク２１２により形成されている磁気回路中をループする。コイルのインダクタンスは、その周囲の平均の比透磁率により決定される。コア２２０、上ヨーク２１１、下ヨーク２１２によって形成される磁気回路の磁路長によって定まる磁気抵抗によって、コイル周辺の平均の比透磁率が決まる。
【００６８】
コア２２０を上ヨーク２１１の下面にコイル２００の内部に挿入可能に形成することによって、コイル２００で発生した磁束をコイル２００からの距離が離れた位置（すなわち、上ヨーク２１１の位置）へ誘導する磁路を形成できる。そのため、コイル２００の中空部を通る磁束が、上ヨーク２１１に達する前にコイル２００の外側に向けてループすることを抑制できるので、上ヨーク２１１がコイル２００から離れていても、上ヨーク２１１が動くことによってコイル２００のインダクタンスに変化を与えることができる。したがって、コア２２０が無い場合に比べて、上ヨーク２１１のストローク量を精度良く検出できる範囲を広げることができる。
【００６９】
図５７は、コア２２０が無い場合（図５４）と有る場合（図５６）の、上ヨーク２１１の上下方向のストローク量に対するコイル２００のインダクタンスの変化を示した図である。上ヨーク２１１がコア２２０と共にコイル２００に近づくことにより磁路長が短くなる（ストローク量が長くなる）ことによって、コイル２００のインダクタンスが増加する方向に変化する。したがって、上ヨーク２１１のスライド量とコイル２００のインダクタンスとの対応関係を予め測定しておくことによって、所定の操作入力検知装置は、予め測定されたその対応関係に従って、計測されたインダクタンスに対応する上ヨーク２１１のスライド量を精度良く検知できる。
【００７０】
また、図５７に示されるように、コア２２０が有る場合、上ヨーク２１１のストローク量が大きい範囲に限らず、上ヨーク２１１のストローク量が小さい初動範囲でも、上ヨーク２１１のストローク量に対するインダクタンスの変化が大きいため、上ヨーク２１１のストローク量を広い範囲にわたって精度良く検知できる。
【００７１】
図５８は、各コイルに対向する円筒状コアが上ヨーク２１１に形成された解析モデルの断面斜視図である。図５８は、４組のコイル２０１〜２０４とコア２２１〜２２４を有する円状の解析モデルの手前側半分を省略して示したものである。図５９は、図５８の構成において、４つのコアが有る場合と無い場合の、上ヨーク２１１をＸＹ平面に対してコイル２０１側に傾けたとき（図５８（ｂ））の上ヨーク２１１のストローク量に対するコイル２０１のインダクタンスの変化を示した図である。
【００７２】
図５９に示されるように、コアが有る場合、上ヨーク２１１のストローク量が大きい範囲に限らず、上ヨーク２１１のストローク量が小さい初動範囲でも、上ヨーク２１１のストローク量に対するインダクタンスの変化が大きいため、上ヨーク２１１のストローク量を広い範囲にわたって精度良く検知できる。
【００７３】
図６０は、絞り形状のコア２２５を有する解析モデルの断面斜視図である。図６１は、バーリング形状のコア２２６を有する解析モデルの断面斜視図である。コア２２５は、上ヨーク２１１を筒状に絞り加工することによって形成され、コア２２６は、上ヨーク２１１を筒状にバーリング加工することによって形成される。上ヨーク２１１の加工によってコアを形成することにより、上ヨークとコアを一体化でき、部品点数を削減できる。
【００７４】
図６２は、円柱形状のコア２２０、絞り形状のコア２２５、バーリング形状のコア２２６の各場合の、上ヨーク２１１のストローク量に対するコイル２００のインダクタンスの変化を示した図である。コアの直径は２．５ｍｍ、コアの厚さは０．４ｍｍ、コアの高さは１．９ｍｍである。図６２に示されるように、コアの形状に限定されることなく、上ヨーク２１１のストローク量が大きい範囲に限らず、上ヨーク２１１のストローク量が小さい初動範囲でも、上ヨーク２１１のストローク量に対するインダクタンスの変化が大きいため、上ヨーク２１１のストローク量を広い範囲にわたって精度良く検知できる。
【００７５】
このように、コイルの上下にコアをインダクタンス増加部材として備えることによって、コアが無い構成（例えば、上述の第１及び第２の実施例）に比べて、ヨークとしても機能するキー３０（又は、ヨーク材を取り付けたキー３０）の各方向へのストローク量を精度良く検知できる範囲を広げることができる。また、ストローク可能な全範囲にわたって、ストローク量の変化に対して直線的にインダクタンスが変化するので、キー３０のストローク量のアナログ値をリニアに検知できる。
【００７６】
図３５，３６は、コイル２１〜２４のＺ軸方向から見た配置位置を示した図である。図３５に示されるように、コイル２１，２３をＸ軸上に配置し、コイル２２，２４をＹ軸上に配置してもよいし、図３６に示されるように、ＸＹ平面の第１象限にコイル２１を配置し、第２象限にコイル２２を配置し、第３象限に２３を配置し、第４象限にコイル２４を配置してもよい。
【００７７】
図３６の場合、正側のＹ方向成分Ｙ（＋）のインダクタンスは、コイル２１とコイル２２のインダクタンスの和に応じて検知され、正側のＸ方向成分Ｘ（＋）のインダクタンスは、コイル２１とコイル２４のインダクタンスの和に応じて検知される。負側のＹ方向成分Ｙ（−）のインダクタンスは、コイル２３とコイル２４のインダクタンスの和に応じて検知され、負側のＸ方向成分Ｘ（−）のインダクタンスは、コイル２２とコイル２３との和に応じて検知される。これらの４方向の和に基づいて、上述の演算方法の具体例に従えば、操作者の力のベクトルが演算される。
【００７８】
したがって、図３６の配置例によれば、ＸＹ平面内の３６０°方向の検知が可能であることはもちろんであるが、携帯電話やゲーム機などで頻繁に操作される十字キー（Ｘ、Ｙ軸方向）の感度が、コイル２個分の和で検出することができるので、検出感度を高くすることができる。したがって、この操作入力装置の出力を受け取る機器がＸＹ方向のみを利用するものである場合、感度は２倍となり、同じ感度に設計すれば、小型化が可能となる。
【００７９】
図３７は、樹脂のホルダー１１にコイルが配置された例である。コイルの保護のため、コイルが樹脂で覆われている。例えば、コイルが樹脂に接着されている。ホルダー１１が、コイルが配置される配置面を有する基部に相当する。樹脂とコイルは、インサート成型で一体となるように形成されてもよく、コイルを樹脂に圧入して形成されてもよい。また、インダクタンスの絶対値を増加させるために、透磁率の高い粉末を配合した樹脂を使用してもよい。
【００８０】
図３８は、樹脂のホルダー１２にコイルが配置された例である。コイルの保護のため、コイルが樹脂で覆われている。例えば、コイルが樹脂に接着されている。ホルダー１２の下面に、ヨークの役目をする鋼板を接着等によって取り付ける。樹脂とコイルは、インサート成型で一体となるように形成されてもよく、コイルを樹脂に圧入して形成されてもよい。鋼板は一体成型でもよい。また、銅箔パターンを設けている鋼板基板でもよい。
【００８１】
図３９は、本発明の第４の実施例である操作入力装置４の分解図である。図４０は、操作入力装置４の断面図である。上述の実施例と同様の部分については、その説明を省略する。
【００８２】
操作入力装置４では、ヨークの一部をバネ形状に成型することによって、ヨークの機能とキー３２を弾性的に支持する弾性支持機能が兼ねられている。つまり、変位部材であるキー３２をＺ方向に弾性的に支持する弾性支持部材であるリターンバネ５５は、ヨークの役目も兼ねている。リターンバネ５５の一部に、板バネ部５５ａ〜５５ｆが形成されている。
【００８３】
リターンバネ５５は、ハウジング４１内に配置されている。鋼材で形成されたリターンバネ５５の面形状の部分がコイル９１〜９４に対向することによって、ヨークの役目を果たしている。リターンバネ５５の中心には、穴が開いている。その穴の周囲に、下方のハウジング４１へと伸びる板バネ部５５ａ〜５５ｆが同心円状に等角度で配置されている。板バネ部の数は実施例では６個であるが、３個以上あればよい。リターンバネ５５は、弾性を有していることと、透磁率が空気より高いことが条件である。この条件を満たせば、その材質は特に規定しない。
【００８４】
リターンバネ５５にはキー３２が載っており、キー３２に指先などで力を加えるとその部分がたわんで下降する。平板状のリターンバネ５５の中心の穴をＺ軸方向に貫通するようにセンターボタン３３が配置されている。操作入力装置４は、キー３２とクリックバネ７０との間に挟まれることによって保持されるセンターボタン３３をＺ軸上に備える。センターボタン３３は、クリックバネ７０に接した状態で支持される。これにより、接しない状態で支持される場合に比べて、操作入力装置全体のＺ軸方向の薄肉化が可能である。センターボタン３３は、キー３２の操作面に露出した露出面をＺ軸上に有する押下部である。センターボタン３３の周縁部には、キー３２の中心穴に嵌合した状態で位置決めされるように、フランジが形成されている。センターボタン３３は、キー３２に設けられた中心穴（貫通穴）の周縁部にフランジが当接した状態で、キー３２の下側の対向面とクリックバネ７０の頂点部との間に挟まれることによって保持される。したがって、センターボタン３３は単独で下降することも可能であるし、キー３２を下方へ押し下げた場合にもキー３２の動きに沿うように下降する。センターボタン３３は、ハウジング４１上に配置されているクリックバネ７０の頂点部に接触している。
【００８５】
センターボタン３３は、キー３２の操作面とセンターボタン３３の露出面の少なくともいずれか一方の面に操作者の力が作用することにより、クリックバネ７０をＺ軸方向側から変形させる。操作者の力がキー３２の操作面に作用することにより、キー３２、センターボタン３３及びリターンバネ５５が共に押し下がることによって、クリックバネ７０が変形する。また、操作者の力がキー３２の操作面に作用せずにセンターボタン３３の露出面に作用することにより、キー３２及びリターンバネ５５は押し下がらずにセンターボタン３３が押し下がることによって、クリックバネ７０が変形する。
【００８６】
ハウジング４１には、４個のコイル９１〜９４が組み込まれている。導線が三角状に巻かれた三角型コイル９１〜９４が、方形状のハウジング４１の四隅に配置されている。ハウジング４１は、多角形状でも、円状でもよい。
【００８７】
また、ハウジング４１には、導体パターンで形成された２極の接点部７１，７２が設けられる。接点部７１，７２上に、ドーム状のクリックバネ７０が配置されている。
【００８８】
キーカバー４３は、柔軟性に富んだゴムなどで出来ており、キー３２の操作面の上部を覆う。キーカバー４３を搭載することによって、内部への水分やごみの侵入を防ぎ、外観のつなぎ目を目隠しすることができる。ただし、本実施例では機能上、必須の物ではない（以降は省略する）。
【００８９】
ケースカバー４２は、ハウジング４に組み付けられることによって、キー３２、センターボタン３３、リターンバネ５５を保持する。
【００９０】
したがって、操作入力装置４によれば、リターンバネ５５に、弾性支持部材の役目とヨークの役目を与えることができるので、部品点数を削減することができる。また、リターンバネ５５がヨークを兼ねており、且つその上にキー３２が配置されているため、キー３２は材料を磁性体にしなくてもよく、キー３２の材質として樹脂などを選択することができる。また、リターンバネ５５の平面が広く確保できる四隅にコイル９１〜９４を配置することによって、また、コイルを三角形にすることによって、コイルの大きさを最大にでき、スペースを有効利用できる。また、リターンバネ５５の中央穴周辺に同心円状に多数個のバネ部を均等に配置することにより、どの方向に押しても均一なリターン力が得られる。
【００９１】
図４１は、ハウジング４１のＺ軸方向から見た構造図である。ハウジング４１は、４個のコイル９１〜９４、２極の接点部７１，７２、１０個の端子１０１ａ等とそれぞれを接続する内部配線１１１ａ等を備えている。ハウジング４１は、樹脂で成型される。また、透磁率を上げるためにフェライトなどの粉末を配合した樹脂でもよい。接点部、内部配線及び端子は、電気的に導通する材質（例えば、銅や鉄、金、銀など）であればよい。
【００９２】
コイル９１〜９４の一方の端部に接続された内部配線１１１ａ〜１１４ａは、所定の操作入力検出装置（例えば、図１５に示したマルチプレクサ６８等を内蔵した検出装置）に結線される端子１０１ａ〜１０４ａに接続される。コイル９１〜９４のもう一方の端部に接続された内部配線１１１ｂ〜１１４ｂは、グランドに結線される端子１０１ｂ〜１０４ｂに接続される。接点部７１に接続された内部配線１１５は、グランドに結線される端子１０５に接続される。接点部７２に接続された内部配線１１６は、所定の操作入力装置（例えば、図２７に示したＣＰＵ６０等を内蔵した検出装置）に結線される端子１０６に接続される。
【００９３】
図４２は、ハウジング４１にクリックバネ７０を搭載した状態の断面図である。また、この状態を分かりやすく図解するため、図４３〜４５を示す。図４３は、ハウジング４１上に配置された接点部２極の形状を示す。図４４は、接点部上のクリックバネ７０を搭載した図である。図４５は、クリックバネ７０のみを断面にした図である。クリックバネ７０は接点部７２に電気的に接続された状態で接点部の上方を覆っている。クリックバネ７０はドーム型をしているため、その中に配置された接点部７１には短絡していない。上方から押されたクリックバネ７０が変形することによって、クリックバネ７０内部の接点部７１と接点部７２とが短絡する。
【００９４】
図４６は、リターンバネ５５の搭載状態を示した斜視図である。図４７は、リターンバネ５５の搭載状態を示した断面図である。リターンバネ５５の板バネ部５５ａ〜５５ｆを中央の穴の周辺に設けることによって、リターンバネ５５の四隅に平面的なスペースを確保することができる。この四隅の平面部が、ハウジング４１に配置されたコイル９１〜９４と対向している。
【００９５】
図４８〜５０は、操作者が操作入力装置４を操作するときの操作入力装置４の状態を説明するための図である。図４８は、操作者の力が加えられていない待機状態を示した操作入力装置４の断面図である。図４９は、センターボタン３３のみを押し下げた状態を示した操作入力装置４の断面図である。図５０は、キー３２のＸ（−）方向の位置を押し下げた状態を示した操作入力装置４の断面図である。
【００９６】
センターボタン３３のみを押した場合、センターボタン３３はキー３２の穴で保持されているため、キー３２の下降を伴わずに（キー３２のＺ方向の位置は待機状態から変わらずに）、単独で下降して、クリックバネ７０を変形させる。これにより、クリック操作感を与えるとともに、クリックバネ７０の変形によって、接点部７１，７２同士を短絡させる。
【００９７】
また、キー３２を押し下げた場合、リターンバネ５５に力がかかり、板バネ部を変形させる。ヨークの機能を有するリターンバネ５５の下降により、インダクタンスの変化をもたらす。この際、センターボタン３３は、フランジによりキー３２と共に下降し、クリックバネ７０を変形させる。これにより、クリック操作感を与えるとともに、クリックバネの変形によって接点部７１，７２同士を短絡させる。
【００９８】
図５１は、インダクタがパターンで形成された例である。コイルが、基板１４上の銅箔パターンによって形成される。パターン１２１，１２２は渦巻状に形成される。スルーホール１３１ａ，１３１ｂ又は１３２ａ，１３２ｂによって、巻線パターンの内側端部からの信号を外部に取り出しやすくすることができる。また、一巻きのパターン１２３，１２４でもよい。積層基板により、巻数を増やしてもよい。このようにパターンで形成することによって、薄型化できるとともに部品点数を削減できる。また、組み立て工数も削減することができる。
【００９９】
図５２は、本発明の第５の実施例である操作入力装置５の分解図である。図５３は、操作入力装置５の断面図である。
【０１００】
キー３４及びケース４４は鋼板又は透磁率の高い板状の材質としている。これにより、磁力線を突き通さない、つまり、外部へ漏らさない構造にできる。キー３４は、ケース４４の中央の貫通穴から突出する部分を有し、この部分が操作面になる。また、ケース４４の貫通穴の周辺部に対向するキー３４の平面状部分は、その平面状部分に対向するコイル１４１〜１４４に対してヨークの効果を有している。キー３４の中央にはガイド形状を有した穴がある。この穴でセンターボタン３５が位置決めされている。キー３４と基板１５の間には円錐コイルバネ５６が設置されている。コイルバネ５６は、センターボタン３５の周囲を覆うように設けられている。キー３４が操作されて降下したときに待機状態の高さ（位置）に戻す力を、キー３４に常時付与している。基板１５には４個のコイル１４１〜１４４とクリックバネ７０が配置されている。また、ラミネートフィルム１５０が、基板１５上に粘着または接着剤にて接着されている。ラミネートフィルム１５０は、クリックバネ７０の固定とリターンバネ５６による擦れに対する基板１５の保護を目的とする。リターンバネ５６を円錐コイルバネ５６にすることで、バネの耐久性を向上できる。
【０１０１】
図６３は、本発明の第６の実施例である操作入力装置６の上斜め方向から見た分解図である。図６４は、操作入力装置６の下斜め方向から見た分解図である。図６５は、操作入力装置６の外観斜視図である。上述の実施例と同様の部分については、その説明を省略する。操作入力装置６は、インダクタンス増加部材として、コイル２７１〜２７４の上側に、上ヨーク２６０及びコア２６１〜２６４を備え、コイル２７１〜２７４の下側に、下ヨーク２８０を備える。
【０１０２】
図６６は、操作入力が付与されていない初期状態での操作入力装置６の断面図である。操作入力装置６は、コイル２７１〜２７４の上側（すなわち、キー２４０の基板２９０との対向面側）に配置される第１のヨークとして、上ヨーク２６０を備え、コイル２７１〜２７４の下側（すなわち、基板２９０の配置面側）に配置される第２のヨークとして、下ヨーク２８０を備える。
【０１０３】
キー２４０は、ケース２３０の開口部２３１との嵌合により、Ｘ方向及びＹ方向で保持され、Ｚ方向に移動可能に支持されている。キー２４０は、コイル状のリターンバネ２５０によりＺ方向へ初期荷重が与えられた状態で、ケース２３０の上側内面２３２に当接している。
【０１０４】
リターンバネ２５０は、その一方の端がキー２４０の下面中央部に当接し、もう一方の端が基板２９０の上面に設置される下ヨーク２８０の上面中央部に当接する。リターンバネ２５０は、キー２４０の下面に設置される上ヨーク２６０の中央部に設けられた孔を貫通している。
【０１０５】
上ヨーク２６０は、磁性体（例えば、鋼板、フェライト）によって成形され、キー２４０と同一の動きを伴う。上ヨーク２６０の下面には、ＸＹ平面の原点を中心とする円周方向に、上ヨーク２６０をバーリング加工して形成されたコア２６１〜２６４が設けられている。コア２６１〜２６４は、上ヨーク２６０と同一部材でもよいし、上ヨーク２６０と異なる磁性部材でもよい。コア２６１〜２６４は、上ヨーク２６０及びキー２４０と同一の動きを伴い、その下方の下ヨーク２８０に配置されたコイル２７１〜２７４の内部をＺ方向に変位するように構成されている。コア及びコイルは、最低２個あればよく、３個、４個、それ以上の個数あってもよい。上ヨーク２６０と下ヨーク２８０を構成することによって、インダクタンスの変化が検出しやすくなり、操作入力装置の製品としての特性・性能が向上する。
【０１０６】
下ヨーク２８０の下面には、コイル２７１〜２７４の配線を容易に行うためのガラスエポキシ樹脂などを材料とした基板２９０が配置されている。基板２９０は、ヨークと基板を兼ねた鋼板基板でもよい。また、コイル２７１〜２７４は下ヨーク２８０の上面に配置されているため、基板２９０は無くてもよい。
【０１０７】
また、キー２４０は、樹脂で構成されてもよいが、磁性材料（例えば、プラスチックマグネット）で構成されてもよい。これにより、キー２４０は、上ヨーク２６０及びコア２６１〜２６４として兼用できる。また、上ヨーク２６０及び下ヨーク２８０を省略して、コア２６１〜２６４のみをキー２４０に配設しても、インダクタンスの変化を検出することによって、キー２４０の動きを検知できる。
【０１０８】
図６７は、キー２４０をＸＹ平面に対してコイル２７１側に傾ける操作入力が付与された傾動状態での操作入力装置６の断面図である。キー２４０が下ヨーク２８０の上面中央部に形成された支点部２８１を支点に傾動することにより、上ヨーク２６０及びコア２６１がコイル２７１に近接する。コイル２７１への近接によって、コイル２７１を取り巻く周辺の透磁率が上昇し、コイル２７１の自己インダクタンスが増加する。他の方向に傾けた場合も同様に考えることができる。したがって、各コイルのインダクタンスを評価することによって、キー２４０の傾倒方向と傾倒量が検出できる。
【０１０９】
図６８は、キー２４０をＺ方向に平行移動させる操作入力が付与された押し下げ状態での操作入力装置６の断面図である。図６８に示されるように、キー２４０全体がその中央部を押されることによりＺ方向に下降することによって、上ヨーク２６０及びコア２６１〜２６４がコイルに近接し、コイルを取り巻く周辺の透磁率が上昇するので、コイルの自己インダクタンスが増加する。キー２４０全体がＺ方向に下降した場合、全コイルのインダクタンスが全体的に略等しく上昇しているため、各コイルのインダクタンスを評価することにより、キーがＺ方向に押し込まれていることとその押し込み量を検出できる。
【０１１０】
図６９は、本発明の第７の実施例である操作入力装置７に構成されるクリックバネ３１１〜３１４の配置を示した図である。クリックバネ３１１は、コイル２７１の中空部に位置するように、下ヨーク２８０に設置される。他のクリックバネ３１２〜３１４についても同様である。
【０１１１】
図７０は、操作入力が付与されていない初期状態での操作入力装置７の断面図である。図７１は、キー２４０をＸＹ平面に対してコイル２７３側に傾ける操作入力が付与された傾動状態での操作入力装置７の断面図である。コア２６１〜２６４のＺ方向の長さは、キー２４０が傾動した状態で、クリックバネを押し切ることが可能な（すなわち、クリックバネがクリック動作することが可能な）長さにする。また、コア２６１〜２６４の先端部（すなわち、クリックバネとの当接部）にゴム等の弾性体を設けてよい。これにより、クリック時の触感を和らげることができる。また、その先端部に樹脂材を設けてもよい。これにより、クリックバネとの接触による摩擦を軽減できる。
【０１１２】
図７１に示されるように、キー２４０が傾動すると、上ヨーク２６０がコア２６３と共に下方に移動し、その下方に配設されるコイル２７３のインダクタンスが増加する。さらに、傾倒動作を続けると、コア２６３の先端がクリックバネ３１３と接触し、クリックバネ３１３の変形により、キー２４０の操作者にクリック感を与えることができる。
【０１１３】
図７２は、本発明の第８の実施例である操作入力装置８の断面図である。上述の実施例と同様の構成についてはその説明を省略する。操作入力装置８も、上述の実施例と同様に、方向キー３４０の動きに応じて変化する４つのコイルのインダクタンスを検出することによって、キー３４０の動き（言い換えれば、キー３４０に付与される操作入力の方向とその操作入力量）を検知するものである。
【０１１４】
操作入力装置８は、キー３４０に設置されたヨークに対向するように基板３９０に設置された複数のコイルのインダクタンスを検出することによって、キー３４０が操作入力によって下方に変位したときのストローク量とその操作入力のＸＹ平面における方向を検知可能にするものである。
【０１１５】
基板３９０は、４個のコイル３７１〜３７４（３７２，３７４については、不図示）が配置される配置面を有する基部である。
【０１１６】
キー３４０は、基板３９０に対して操作者の力が入力されてくる側に設けられた操作部材である。キー３４０は、板状に形成され、基板３９０に設けられたコイル３７１〜３７４の上側に配置されている。キー３９０は、コイル３７１〜３７４が配置された配置面に対向する対向面（図１において、下側の面）と、操作者の力が作用しうる操作面（図１において、上側の面）とを有している。
【０１１７】
キー３４０には、フランジ３４１が設けられている。キー３４０の基板３９０との対向面（フランジ３４１の下面）には、基板３９０の配置面に配置された複数のコイルと同数のヨーク（３６１〜３６４）が設けられている（３６２，３６４については、不図示）。ヨークとコイルは、一対一で、互いに対向する位置に配置される。ヨークは、比透磁率が１よりも高い材質であればよい。例えば、比透磁率は１．００１以上あると好適であり、具体的には、鋼板（比透磁率５０００）などが好ましい。ヨークは、キー３４０と別部品にするのではなく、フェライトなどで一体にすることもできる。
【０１１８】
リターンバネ３５０は、キー３４０を下方に変位可能に支持する支持部材である。リターンバネ３５０は、キー３４０のフランジ３４１の下面に配置されたヨークと基板３９０に配置されたコイルとの間隔が弾性的に変化するように、フランジ３４１の下面と基板３９０の上面との対向方向にキー３４０を弾性的に支持する弾性支持部材である。
【０１１９】
リターンバネ３５０は、Ｚ軸に直交するＸＹ平面に対して傾き可能にキー３４０を支持し、Ｚ軸方向に移動可能に支持する。また、リターンバネ３５０は、キー３４０の下面が基板３９０から離れる方向に付勢された状態で、キー３４０を支持する付勢支持部材である。
【０１２０】
操作入力装置８は、キー３４０がカバー３３０の内側に付勢して接触された状態で、カバー３３０に取り付けられる。すなわち、キー３４０は、カバー３３０の開口部３３５に設けられたリブａに、リターンバネ３５０の反力によって支持されている。
【０１２１】
カバー３３０は、操作入力装置８が取り付けられる電子機器（例えば、カメラ、ＡＶ用リモコン、携帯電話など）の筐体である。操作入力装置８自体が、かばー３３０を備えていてもよい。カバー３３０は、キー３４０を下方に変位可能に支持する支持部材である。開口部３３５の形状は、円状であるが、キー３４０の形状に合うように形成されていればよく、四角形や八角形などの多角形状であってもよい。
【０１２２】
キー３４０及びヨーク３６１〜３６４が、カバー３３０の開口部３３５に設けられたリブａを支点に傾動し、コイルにヨークが近づくと、コイル周辺の透磁率が増加し、コイルのインダクタンスが増加する。これを電気的に検出することによって、キー３４０の傾動動作が検出可能となる。
【０１２３】
ここで、コイルとヨークの間に非磁性体が配設されていても、インダクタンスの検知にはほとんど影響しない。そこで、図７２に示されるように、ケース４００の内側に、コイルを配設し、ケース４００の外側に、キー３４０、カバー３３０、ヨーク３６１〜３６４、リターンバネ３５０を配設することで、容易に防水構造を実現できる。
【０１２４】
ケース４００は、水が浸入可能な密閉されていない浸水空間Ｓ１と水が浸入不可能な密閉された防水空間Ｓ２とを隔てるための隔離部材としての防水ケースである。浸水空間Ｓ１は、キー３４０とカバー３３０とケース４００とによって囲まれた空間である。防水空間Ｓ２は、ケース４００によって囲まれた空間である。
【０１２５】
水圧をカバー３３０の内外で略同一にするために、カバー３３０にスリット等の孔３３１，３３３を設けることによって、水圧によるリターンバネ３５０の復帰力の減少現象を防ぐことができる。例えば、図７４に示されるように、カバー３３０の開口部３３５に切り欠き４３１〜４３４を設けてもよい。これにより、開口部３３５にキー３４０が勘合した状態でも、カバー３３０の外部からの水が、切り欠き４３１〜４３４を通って空間Ｓ１に流入することが可能となる。また、図７５に示されるように、カバー３３０にスリット４４１〜４４４を設けてもよい。これにより、カバー３３０の外部からの水が、スリット４４１〜４４４を通って空間Ｓ１に流入することが可能となる。
【０１２６】
このとき、カバー３３０内に浸入した水が空間Ｓ１を満たしても、空気（１．００００００４）と水（０．９９９９９１）の比透磁率は略同一とみなせるため、インダクタンスの検出誤差は極めて小さい。その検出誤差が、要求される許容範囲を超えていても、微小且つ適度な不感帯を設けることによって、誤検出を容易に回避できる。また、カバー３３０の内外で水圧が変わらないため、空間Ｓ１が水で充満しているときとしていないときとの操作感が変わらない。
【０１２７】
キー３４０の動きをインダクタンスではなく静電容量で検出する方式（例えば、図７２の構成において、コイルを固定電極に、ヨークを可動電極に置き換えた方式）の場合、電極間に水が浸入すると、空気と水の比誘電率は大きく異なるため、キー３４０の動きを正確に検出することは難しい。この点、本発明に係るインダクタンスの変化によってキー３４０の動きを検出する方式は優位である。
【０１２８】
また、例えば、図７２の構成において、コイルをＭＲ素子又はホール素子、ヨークを永久磁石に置き換えた構成でキー３４０の動きを検出する方式が考えられるが、海や川で使用した場合に、磁性を含んだ砂鉄などの粒子が、永久磁石に吸引され、カバー３３０内に堆積することを防ぐ対策が必要である。この点、本発明に係るインダクタンスの変化によってキー３４０の動きを検出する方式は、磁性体を吸引する部位が存在しないため、優位である。
【０１２９】
図７３は、本発明の第９の実施例である操作入力装置９の断面図である。上述の実施例と同様の構成については、その説明を省略する。操作入力装置９も、浸水空間Ｓ１と防水空間Ｓ２とを隔てるための隔離部材として、ケース４１０を備える。
【０１３０】
本実施例では、ケース４１０に、円筒状の筒部４１１，４１２が絞り加工によって形成されている。コイル３７１が、その内周が筒部４１１の外側面に沿うように設置される。他のコイルも同様である。また、コア３８１が、筒部４１１の中空部に進入できるように、ヨーク３６１に設けられている。他のコアも同様である。キー３４０の動きに連動するヨーク及びコアが、キー３４０の傾動運動によって、コイル（筒部）の中空部を往復運動する。これにより、コイルのインダクタンスが増減する。
【０１３１】
このように、操作入力装置９によれば、コイルが筒部に位置決めされるため、コアとコイルの相対的な位置決めが容易になる。また、コアの追加により、キー３４０の傾動運動に伴うインダクタンスの変化率を大きくすることができるので、防水機能を備えつつ、キー３４０のストローク量を広い範囲にわたって精度良く検知できる。
【０１３２】
次に、本実施例のインダクタンスの変化によって力を検出する場合と従来の静電容量の変化によって力を検出する場合とを比較する。コイルの占有面積とキャパシタの占有面積を同一に揃えて比較を行う。
【０１３３】
直径１０ｍｍの空芯コイルの片側に鋼板（ヨーク）を設け、コイルとの距離を変化させた場合のインダクタンスの変化は、
【０１３４】
【表１】
となる。
【０１３５】
一方、従来技術において、電極間の空隙を変化させた場合の静電容量の変化は、
【０１３６】
【表２】
となる。
【０１３７】
インダクタンスの変化を検出する場合、透磁率が非常に高い物質が磁気回路に影響を与える範囲に入ることによって、インダクタンスの検出精度が悪化することがある。しかしながら、上述の実施例では、ヨーク材が磁気シールドを形成しているため、そのような透磁率の高い物質がヨークの背面に近接したとしても、インダクタンスの変化を検出することには影響がない。つまり、そのような物質は、外乱となりえない。
【０１３８】
また、静電容量の変化を検出する場合、上記の表からも明らかなように、検出できる容量の絶対値が低い。この絶対値は、静電容量の検出部の周囲に取り巻く浮遊容量（例えば、電極に指を近づけた場合、おおよそ数百ｐＦ。ＩＣのピン間容量でおおよそ１ｐＦ）に比べても、非常に小さいことがわかる。
【０１３９】
したがって、本実施例のようなインダクタンスの変化を検出する場合は、外乱となりえるものの影響が少なく、従来技術に比べ、検出精度が高くできる。
【０１４０】
また、コイルのインダクタンスは、上述の関係式で表すことができる。したがって、コイルの背高を倍にし、巻数を２倍とすれば、各コイルのインダクタンスは２倍になる。つまり、同じ投影面積（占有面積）でも必要な検出値の絶対値を大きくすることが容易に可能であり、製品の面積が限られるような場合に有効である。静電容量を検出する場合、その検出値の絶対値を大きくしようとすると、キャパシタの面積を大きくするか電極間の誘電率を上げるしかない。したがって、静電容量の変化で検出する場合には、検出精度を落とさずに検出値の絶対値を大きくすることが困難である。
【０１４１】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形、改良及び置換を加えることができる。
【０１４２】
すなわち、上述の実施例を組み合わせることによって、本発明に係る操作入力装置と操作入力検出装置の他の実施例が考えられる。
【０１４３】
また、手指に限らず、手のひらで操作するものあってもよい。また、足指や足の裏で操作するものであってもよい。また、キーの操作面は、平面でも、凹面でも、凸面でもよい。
【０１４４】
また、例えば図６において、操作者の力の作用によりキー３０自体がたわむことによって、キー３０の対向面と基板１０の配置面との間隔が弾性的に変化してもよい。また、操作者の力の作用によりケース４０自体がたわむことによって、キー３０の対向面と基板１０の配置面との間隔が弾性的に変化してもよい。
【符号の説明】
【０１４５】
１，２，３，４，５ 操作入力装置
１０，１３，１４，１５ 基板
１１，１２ ホルダー
２１，２２，２３，２３ コイル
３０，３２，３４ キー
３１ センターキー
３１ａ フランジ（鍔）
３３，３５ センターボタン
４０，４４ ケース
４１ ハウジング
４２ ケースカバー
４３ キーカバー
５１，５２，５３，５４，５５，５６ リターンバネ
５５ａ〜５５ｆ 板バネ部
６０ ＣＰＵ
６１，６２ 出力ポート
６３ ＡＤポート
６４ アドレスバス
６５ ＤＡポート
６６ 駆動回路
６７ 受信回路
６８ マルチプレクサ
６９ 入力ポート
７０ クリックバネ
７１，７２ 接点部
７３ 検出回路
７４ 抵抗
８１，８２，８３，８４ コア
９１，９２，９３，９４ コイル
１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６ 端子
１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６ 配線
１２１，１２２，１２３，１２４ コイル
１３１，１３２ スルーホール
１４１，１４２，１４３，１４４ コイル
１５０ ラミネートフィルム
２００，２０１，２０２，２０３ コイル
２１１ 上ヨーク
２１２ 下ヨーク
２２０，２２１，２２３，２２５，２２６ コア
２３０，４００，４１０ ケース
２４０，３４０ キー
２５０，３５０ リターンバネ
２６０，３６１〜３６４ 上ヨーク
２６１〜２６４，３８１〜３８４ コア
２７１〜２７４，３７１〜３７４ コイル
２８０ 下ヨーク
２９０，３９０ 基板
３１１〜３１４ クリックバネ
Ｓ１ 浸水空間
Ｓ２ 防水空間
ａ リブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作者の力を受け付ける操作入力装置、当該力を検出する操作入力検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電極間の間隔が変化するときの静電容量の変化によって力を検出する検出装置が知られている（例えば、特許文献１，２，３参照）。また、所定の部材のスライドによって生じた共振用コイルの電圧変化に基づいて、移動データを求める座標入力装置が知られている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−１４８８３３号公報
【特許文献２】特開平５−１１８９４２号公報
【特許文献３】特開２００６−１７９２５０号公報
【特許文献４】特開平１０−２４７１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の特許文献１〜３のように静電容量の変化を利用して、操作者の力を検出する場合、操作者が触れることによって静電容量が敏感に変化してしまうため、操作者の力を正しく検出できないことがある。
【０００５】
この点、上述の特許文献４のようにコイルの電圧変化を利用して、操作者の力を検出すれば、操作者が触れることによるインダクタンスの変化が生じないという点で、静電容量を利用して操作者の力を検出する場合に比べて、有利である。しかしながら、特許文献４に記載の技術では、２次元のデータが得られるにすぎない。
【０００６】
そこで、本発明は、操作者の力を３次元で検出し、その検出精度を向上させることができる、操作入力装置及びその力を検出する操作入力検出装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る操作入力装置は、
操作者の力を受け付ける操作入力装置であって、
一の基準点から等しい点を結んでできる円の円周方向に並べられた複数のインダクタが配置される配置面を有する基部と、
前記基部に対して前記力が入力されてくる側に設けられた変位部材であって、前記配置面に対向する対向面と前記力が作用しうる操作面とを有しており、前記力が前記操作面に作用することにより前記対向面が前記配置面に近づくことによって、前記複数のインダクタの少なくともいずれか一つのインダクタンスを変化させる変位部材と、
前記対向面と前記配置面との間隔が弾性的に変化するように前記変位部材を支持する支持部材と、
前記インダクタンスの変化により生じた出力信号を出力する出力部とを備えることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明に係る操作入力検出装置は、
上記の操作入力装置と、
前記基準点と前記円の中心部とを結ぶ直線に直交する平面をＸＹ平面と定義した場合、前記複数のインダクタそれぞれについての前記出力信号に基づいて、インダクタンスのＸ方向成分の変化とＹ方向成分の変化とを検知することによって、前記力のベクトルを算出する算出手段とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、操作者の力を３次元で検出し、その検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例である操作入力装置１の分解図である。
【図２】操作入力装置１の断面図である。
【図３】リターンバネ５１〜５４が設けられた操作入力装置１の分解図である。
【図４】リターンバネが設けられた操作入力装置１の断面図である。
【図５】キー３０がリターンバネに載っている状態を示した操作入力装置１の斜視図である。
【図６】キー３０に操作者の手指が載った状態を示した操作入力装置１の断面図である。
【図７】キー３０の中心を押し下げた状態を示した操作入力装置１の断面図である。
【図８】キー３０のＸ（−）方向の位置を押し下げた状態を示した操作入力装置１の断面図である。
【図９】ＸＹ平面の４５°方向の位置に指が載った操作入力装置１の平面図である。
【図１０】ＸＹＺ空間における力のベクトル図である。
【図１１】ＸＹ平面における力のベクトル図である。
【図１２】ＸＹＺ空間における力のベクトル図である。
【図１３】ＸＹ平面における力のベクトル図である。
【図１４】ＸＺ平面における力のベクトル図である。
【図１５】インダクタンスの変化を検出する第１の検出回路例のブロック図である。
【図１６】駆動回路６６と受信回路６７のブロック図である。
【図１７】図１６の各点における波形を示した図である。
【図１８】インダクタンスの変化を検出する第２の検出回路例のブロック図である。
【図１９】駆動回路６６と受信回路６７のブロック図である。
【図２０】図１９の各点における波形を示した図である。
【図２１】本発明の第２の実施例である操作入力装置２の分解図である。
【図２２】操作入力装置２の断面図である。
【図２３】リターンバネ５１〜５４の配置図である。
【図２４】センターキー３１に操作者の指が載った状態を示した操作入力装置２の断面図である。
【図２５】センターキー３１の中心を押し下げた状態を示した操作入力装置２の断面図である。
【図２６】センターキー３１のＸ（−）方向の位置を押し下げた状態を示した操作入力装置２の断面図である。
【図２７】インダクタンスの変化を検出する第３の検出回路例のブロック図である。
【図２８】クリックバネ７０の配置例である。
【図２９】クリックバネ７０の配置例である。
【図３０】本発明の第３の実施例である操作入力装置３の分解図である。
【図３１】キー３０にコアが設けられた図である。
【図３２】各構成部品の位置関係を示した図である。
【図３３】キー３０に操作者の指が載った状態を示した操作入力装置３の断面図である。
【図３４】キー３０のＸ（−）方向の位置を押し下げた状態を示した操作入力装置３の断面図である。
【図３５】コイル２１〜２４の第１の配置例である。
【図３６】コイル２１〜２４の第２の配置例である。
【図３７】樹脂のホルダー１１にコイルが配置された例である。
【図３８】樹脂のホルダー１２にコイルが配置された例である。
【図３９】本発明の第４の実施例である操作入力装置４の分解図である。
【図４０】操作入力装置４の断面図である。
【図４１】ハウジング４１の構造図である。
【図４２】ハウジング４１の断面図である。
【図４３】ハウジング４１に配置された接点部７１の配置図である。
【図４４】ハウジング４１に配置されたクリックバネ７０と接点部７２の配置図である。
【図４５】クリックバネ７０を断面形状で表した図である。
【図４６】リターンバネ５５の搭載状態を示した斜視図である。
【図４７】リターンバネ５５の搭載状態を示した断面図である。
【図４８】操作者の力が加えられていない初期状態を示した操作入力装置４の断面図である。
【図４９】センターボタン３３を押し下げた状態を示した操作入力装置４の断面図である。
【図５０】キー３２のＸ（−）方向の位置を押し下げた状態を示した操作入力装置４の断面図である。
【図５１】インダクタがパターンで形成された例である。
【図５２】本発明の第５の実施例である操作入力装置５の分解図である。
【図５３】操作入力装置５の断面図である。
【図５４】コアが無い構成を単純化した解析モデルの断面斜視図である。
【図５５】図５４の解析モデルにおける、上ヨーク２１１の上下方向のストローク量に対するコイル２００のインダクタンスの変化を示した図である。
【図５６】コアが有る構成を単純化した解析モデルの断面斜視図である。
【図５７】コア２２０が無い場合と有る場合の、上ヨーク２１１の上下方向のストローク量に対するコイル２００のインダクタンスの変化を示した図である。
【図５８】各コイルに対向する円筒状コアが上ヨーク２１１に形成された解析モデルの断面斜視図である。
【図５９】図５８の構成において、４つのコアが有る場合と無い場合の、上ヨーク２１１をＸＹ平面に対してコイル２０１側に傾けたときの上ヨーク２１１のストローク量に対するコイル２０１のインダクタンスの変化を示した図である。
【図６０】絞り形状のコア２２５を有する解析モデルの断面斜視図である。
【図６１】バーリング形状のコア２２６を有する解析モデルの断面斜視図である。
【図６２】円柱形状のコア２２０、絞り形状のコア２２５、バーリング形状のコア２２６の各場合の、上ヨーク２１１のストローク量に対するコイル２００のインダクタンスの変化を示した図である。
【図６３】本発明の第６の実施例である操作入力装置６の上斜め方向から見た分解図である。
【図６４】操作入力装置６の下斜め方向から見た分解図である。
【図６５】操作入力装置６の外観斜視図である。
【図６６】操作入力が付与されていない初期状態での操作入力装置６の断面図である。
【図６７】キー２４０をＸＹ平面に対してコイル２７１側に傾ける操作入力が付与された傾動状態での操作入力装置６の断面図である。
【図６８】キー２４０をＺ方向に平行移動させる操作入力が付与された押し下げ状態での操作入力装置６の断面図である。
【図６９】本発明の第７の実施例である操作入力装置７に構成されるクリックバネ３１１〜３１４の配置を示した図である。
【図７０】操作入力が付与されていない初期状態での操作入力装置７の断面図である。
【図７１】キー２４０をＸＹ平面に対してコイル２７３側に傾ける操作入力が付与された傾動状態での操作入力装置７の断面図である。
【図７２】本発明の第８の実施例である操作入力装置８の断面図である。
【図７３】本発明の第９の実施例である操作入力装置９の断面図である。
【図７４】カバー３３０の開口部３３５に設けられた切り欠き４３１〜４３４を示した図である。
【図７５】カバー３３０に設けられたスリット４４１〜４４４を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態の説明を行う。本発明の一実施形態である操作入力装置は、操作者の手指等による力を受けて、その受けた力に応じて変化する出力信号を出力する操作インターフェイスである。その出力信号に基づいて操作者による操作入力が検出される。操作入力の検出によって、その検出された操作入力に対応する操作内容をコンピュータに把握させることができる。
【００１２】
例えば、家庭用又は携帯可能なゲーム機、携帯電話や音楽プレーヤーなどの携帯端末、パーソナルコンピュータ、電化製品などの電子機器において、そのような電子機器に備えられるディスプレイの画面上の表示物（例えば、カーソルやポインタなどの指示表示や、キャラクターなど）を、操作者が意図した操作内容に従って、移動させることができる。また、操作者が所定の操作入力を与えることにより、その操作入力に対応する電子機器の所望の機能を発揮させることができる。
【００１３】
一方、通常、コイル（巻線）等のインダクタのインダクタンスＬは、係数をＫ、透磁率をμ、コイルの巻数をｎ、断面積をＳ、磁路長をｌとした場合、
Ｌ＝Ｋμｎ２Ｓ／ｌ
という関係式が成り立つ。この関係式から明らかなように、コイルの巻数や断面積といった形状に依存するパラメータを固定した場合、周囲の透磁率を変化させるか、又は磁路長を変化させるかによって、インダクタンスが変化する。
【００１４】
このインダクタンスの変化を利用する操作入力装置及び操作入力検出装置の実施例について以下説明する。この操作入力装置は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸によって定まる直交座標系のＺ軸方向側から入力される操作者の力を受け付けるものである。Ｚ軸方向とは、Ｚ軸に平行な方向のことをいう。操作入力検出装置は、操作入力装置からの信号に基づいて（すなわち、インダクタンスの大きさに応じて変化する所定の信号に基づいて）、操作者の操作入力により変位する部材の動きを検知することにより、その操作入力を検出するものである。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施例である操作入力装置１の分解図である。図２は、操作入力装置１の断面図である。
【００１６】
操作入力装置１は、複数のインダクタ（図１の場合、４個のコイル２１，２２，２３，２４）が配置される配置面を有する基板１０を備える。基板１０は、ＸＹ平面に平行な配置面を有する基部である。三次元の直交座標系の基準点である原点Ｏは、その配置面から操作者の力が入力されてくる側（図１の場合、基板１０に対して上側）に所定距離離れた位置に設定されている。基板１０は、樹脂性の基板でもよいが、ヨークの役目を持たせるために鋼板や珪素鋼板などを基材にした鉄板基板でもよい。
【００１７】
コイル２１〜２４は、原点Ｏとの距離が等しい点を結んでできる仮想的な円の円周方向に並べられている。コイル２１〜２４は、操作者の力のベクトルを算出しやすくするという点で、その円周方向に等間隔に配置されることが好ましい。各コイルが互いに同特性の場合、隣接する２つのコイルの重心間の距離が等しければよい。コイル２１〜２４は、Ｘ（＋），Ｘ（−），Ｙ（＋），Ｙ（−）の４方向に同心円状に９０°毎に配置されている。Ｘ（−）方向は、ＸＹ平面上でＸ（＋）方向に対して１８０°反対向きの方向であり、Ｙ（−）方向は、ＸＹ平面上でＹ（＋）方向に対して１８０°反対向きの方向である。コイル２１は、原点Ｏに対して正側のＸ軸上に配置され、コイル２２は、原点Ｏに対して正側のＹ軸上に配置され、コイル２３は、原点Ｏに対して負側のＸ軸上に配置され、コイル２４は、原点Ｏに対して負側のＹ軸上に配置されている。
【００１８】
また、操作入力装置１は、基板１０に対して操作者の力が入力されてくる側に設けられた変位部材であるキー３０を備える。板状のキー３０が、基板１０に設けられたコイル２１〜２４の上側に配置されている。キー３０は、コイル２１〜２４が配置された配置面に対向する対向面（図１において、下側の面）と、操作者の力が作用しうる操作面（図１において、上側の面）とを有している。キー３０は、操作者の力が操作面に作用することにより、対向面がコイル２１〜２４が配置される配置面に近づくことによって、４個のコイル２１〜２４の少なくともいずれか一つのインダクタンスを変化させる。キー３０は、コイル２１〜２４のインダクタンスを変化させるため、少なくとも空気より透磁率の高い材質で生成されていればよい。キー３０の比透磁率は、１．００１以上あると好適である。キー３０は、磁性体であってもよい。例えば、鉄やフェライトなどが挙げられる。フェライトなどの粉末を配合した樹脂などでもよい。
【００１９】
キー３０は、ケース４０によってＺ軸方向に移動可能に支持されている。ケース４０は、操作者の力が操作面に作用されていない待機状態（初期状態）でのキー３０の位置を待機位置として、操作者の力が操作面に作用することによって待機位置から基板１０に近づく方向に移動できるように支持する。ケース４０は、基板１０に固定されている。
【００２０】
また、操作入力装置１は、キー３０の対向面と基板１０の配置面との間隔が弾性的に変化するように、対向面と配置面との対向方向にキー３０を弾性的に支持する弾性支持部材を備える。例えば、この弾性支持部材として、図３，４，５に示されるように、キー３０を待機位置に戻すためのリターンバネ５１，５２，５３，５４が、コイル２１〜２４の外側の基板１０の配置面に設置されるとよい。リターンバネ５１〜５４は、板状の弾性体である。
【００２１】
弾性支持部材は、基板１０の配置面とキー３０の対向面との間に設置されるとよい。弾性支持部材は、キー３０とコイル２１〜２４が操作者の力が作用しても接触しないように、キー３０を弾性的に支持する。弾性支持部材は、Ｚ軸に直交するＸＹ平面に対して傾き可能にキー３０を支持し、Ｚ軸方向に移動可能に移動可能に支持する。また、弾性支持部材は、キー３０の対向面が基板１０の配置面から離れる方向に付勢された状態でキー３０を支持してもよい。
【００２２】
弾性支持部材は、操作者の力が作用していない状態でキー３０の操作面がＸＹ平面に平行になるように、キー３０を弾性的に支持する。キー３０の操作面は、平らな面でもよいし、ＸＹ平面に対して凹状に形成された面でもよいし、ＸＹ平面に対して凸状に形成された面でもよい。操作面を所望の形状に変更することによって、操作者の操作性を向上させることができる。また、キー３０の操作面は、円状でもよいし、楕円状でもよいし、多角形状でもよい。
【００２３】
また、操作入力装置１は、コイル２１〜２４の少なくともいずれか一つのインダクタンスの変化により生じた出力信号を所定の操作入力検出装置に出力するための出力部を備える。この出力部は、コイルの端部に電気的に接続される。出力部は、コイルに生じたインダクタンスの変化をコイル毎に検知できるように、コイル毎に設けられる。例えば、この出力部として、図４１（その詳細は後述）に示されるように、各コイルの一端に接続された配線（１１１ａ，１１１ｂ〜１１４ａ，１１４ｂ）及び配線（１１１ａ，１１１ｂ〜１１４ａ，１１４ｂ）に接続された端子（１０１ａ，１０１ｂ〜１０４ａ，１０４ｂ）が設けられるとよい。
【００２４】
図６，７，８は、操作者が操作入力装置１を操作するときの操作入力装置１の状態を説明するための図である。図６，７，８内の右下の図は、キー３０の操作面上の指の位置を示したものである。
【００２５】
図６は、キー３０の背面である操作面に操作者が力を加えずに指を載せている状態を示している。操作者が指でキー３０を下方向に押しつけていない図６の待機状態では、各コイル２１〜２４のインダクタンスは、変化しない。
【００２６】
図７は、キー３０の操作面の中心部を押し下げた状態を示している。図７の状態では、キー３０と各コイル２１〜２４との距離（図中、Ｄ１，Ｄ２）が縮まることによって、各コイル２１〜２４のインダクタンスが増加する。距離Ｄ１は、Ｘ軸正側方向であるＸ（＋）方向側のＺ軸方向の距離を示し、距離Ｄ２は、Ｘ軸負側方向であるＸ（−）方向側のＺ軸方向の距離を示す。コイル２１のインダクタンスとコイル２３のインダクタンスとの差分に基づいて、キー３０のＸ方向の位置における押し下げ量を検知することができ、コイル２２のインダクタンスとコイル２４のインダクタンスとの差分に基づいて、キー３０のＹ方向の位置における押し下げ量を検知することができる。この押し下げ量は、アナログ値として検知可能である。図７の状態では、Ｘ方向とＹ方向のインダクタンスの差分は、零、又はあらかじめ設定された検出閾値以下であるため、零である。しかしながら、同時に各コイル２１〜２４のインダクタンスの総和も演算することにより、キー３０の操作面のＺ軸上の中心部が押し下げられていることが検知できる。キー３０の操作面の中心部が押し下げられた状態での押し下げ量も、アナログ値として検知可能である。
【００２７】
図８は、キー３０のＸ（−）方向側を押し下げた状態（Ｄ２＜Ｄ１）を示している。図８の状態では、コイル２１のインダクタンスとコイル２３のインダクタンスとの差分に基づいて、キー３０の操作面上のＸ（−）方向の位置に押し下げの作用点があることを検知することができる。
【００２８】
図９〜１５に従って、原点Ｏに対する力の入力方向（ＸＹ平面における入力位置）とその力の大きさ（Ｚ軸方向の押し込み量）の演算方法の２つの具体例について説明する。所定の操作入力検出装置（例えば、図１５参照。その詳細は後述）が、インダクタンスのＸ方向成分の変化を表す評価値とインダクタンスのＹ方向成分の変化を表す評価値とに基づいて、ＸＹ平面における力の入力位置とＺ軸方向の押し込み量を算出する。
【００２９】
図９に示されるように、ＸＹ平面の４５°方向の位置Ｐ（キー３０の操作面上の作用点）を指で押して操作した場合、インダクタンスの変化（差分）は、Ｘ方向成分とＹ方向成分の両方の成分に発生する。
【００３０】
予め、操作者の力の作用によるインダクタンスの変化量を補正又は正規化しておくと、演算精度を高めたり演算時間を短縮したりすることができる。そこで、ＸＹ平面のすべての方向の押し込みをしていない状態（待機状態）とフルストロークの状態における、４個のコイルそれぞれのインダクタンスが、メモリに予め記憶されている。メモリに記憶されるインダクタンスは、設計値に基づき予め設定された値でもよいし、製造時に実測された値でもよいし、ユーザが使用する際にユーザからの指示信号に基づいて測定されてもよいし、使用中の各インダクタンスの最大値を学習してもよい。このような方法で得られた待機状態での最小値とフルストローク状態での最大値との間で、インダクタンスの検出値は変化する。ＸＹ平面における各方向のインダクタンスを測定する際、コイル毎のインダクタンスを評価してもよいし、対向する一対のコイルのインダクタンスの差分を評価してもよい。この最小値と最大値を使用して、操作者の押し込みに対する各コイルのインダクタンスの変化量を補正又は正規化する。
【００３１】
ＸＹ平面における押された方向（押された位置）と押し込み量を検出する演算を、図９に示されるように、Ｘ（＋）方向とＹ（＋）方向の両成分が有する状態で押された場合を例に挙げて説明する。
【００３２】
インダクタンスのＸ方向成分の変化量は、上記の補正又は正規化された、Ｘ（＋）方向に配置されたコイル２１のインダクタンスの変化量とＸ（−）方向に配置されたコイル２３のインダクタンスの変化量との差であるＸ方向差分値に基づいて、検知される。インダクタンスＹ方向成分の変化量についても、同様に、Ｙ（＋）方向に配置されたコイル２２のインダクタンスの変化量とＹ（−）方向に配置されたコイル２４のインダクタンスの変化量との差であるＹ方向差分値に基づいて、検知される。すなわち、Ｘ方向差分値がインダクタンスのＸ方向成分の変化量を表す評価値に相当し、Ｙ方向差分値がインダクタンスのＹ方向成分の変化量を表す評価値に相当する。
【００３３】
例えば、Ｘ方向差分値の最大値とＹ方向差分値の最大値が共に「１」になるように上記の補正又は正規化が行われた場合、図９の状態では、Ｘ方向差分値が「０．５」であると演算され、Ｙ方向差分値が「０．５」であると演算されたとする。この２つの評価値を各Ｘ，Ｙ座標のベクトルとする。そして、図１０に示されるように、ＸＹ平面に、その２つのベクトルを合成した合成ベクトルを演算する。図１１に示されるように、このＸＹ平面上の合成ベクトルが基準方向（例えば、Ｘ軸方向）となす角度をΘＸＹとする。つまり、合成ベクトルのベクトル長が押し込み量に相当し、ベクトル角度ΘＸＹが力の入力方向に相当する。
【００３４】
この例の場合、合成ベクトルのベクトル長は０．７０７（＝√（０．５２＋０．５２））であり、ベクトル角度ΘＸＹは４５°（＝tan−１（０．５／０．５））である。このような方法により、３６０°全方位の検知と押し込み量の検知が可能となる。また、Ｚ方向に押し込まれた場合を検知するために、各インダクタンスの総和を演算し、キー３０全体の押し込み量の評価値とすることで、Ｚ方向の押し込み量を検知することができる。
【００３５】
次に、原点Ｏに対する力の入力方向（ＸＹ平面における入力位置）とその力の大きさ（Ｚ軸方向の押し込み量）の演算方法のもう一つの具体例について説明する。各方向のインダクタンスの検出までは上述の演算方法の具体例と同様であるが、図１２に示されるように、Ｚ方向のベクトルを各コイルのインダクタンスの総和から求め、その総和をＸＹＺ空間におけるＺ方向のベクトル成分とする。そして、合成ベクトルは、ＸＹＺ空間上で評価する。
【００３６】
例えば、Ｘ方向差分値の最大値とＹ方向差分値の最大値が共に「１」になるように上記の補正又は正規化が行われた場合、フルストローク時の４つのコイルのインダクタンスの総和が４であることから、Ｚ方向の評価値は、インダクタンスの総和を１／４倍にすることによって正規化する。図９の状態では、Ｘ方向差分値が「０．５」であると演算され、Ｙ方向差分値が「０．５」であると演算される。Ｚ方向の総和は１であるため、１／４倍の「０．２５」に正規化される。この３つの評価値を各座標のベクトルとする。そして、図１２に示されるように、ＸＹＺ空間に各ベクトルから合成された合成ベクトルを演算する。指先で入力した方位は、３方向の合成ベクトルをＸＹ平面上に投影して得られた合成ベクトルの角度ΘＸＹによって求められる（図１３参照）。また、押し込み量は３軸空間上の合成ベクトル長で評価する。また、キー３０全体の押し込み量を評価する場合には、３方向の合成ベクトルをＸＺ平面に投影した合成ベクトルがなす角度ΘＸＺで評価する。
【００３７】
図１５は、インダクタンスの変化を検出する第１の検出回路例のブロック図である。インダクタンス検出回路は、コイル２１〜２４それぞれのインダクタンスの変化を検出する算出手段である。インダクタンス検出回路は、演算手段であるＣＰＵ６０と、ＣＰＵ６０の第１の出力ポート６１に接続された駆動回路６６と、一方の端部がグランドに接続されたコイル２１〜２４のもう一方の端部に接続されるマルチプレクサ（ＭＵＸ）６８と、ＣＰＵ６０の第２の出力ポート６２とＡＤポート６３とに接続された受信回路６７とを備える。基板１０上の各コイルは、マルチプレクサ６８によって、共通の受信回路６７及び駆動回路６６を介して、ＣＰＵ６０に接続される。マルチプレクサ６８の接続先の切り替えは、アドレスバス６４を介して、ＣＰＵ６０からのアドレス指定によって一意に選択される。したがって、各コイルのインダクタンスの検知は、その検知タイミングを各コイルでずらして、コイル毎に逐次行われる。
【００３８】
図１６は、図１５における駆動回路６６と受信回路６７のブロック図である。駆動回路６６は、ＣＰＵ６０の出力ポート６１からの出力信号に応じて定電流源６６ａの出力電流をコントロールすることによって、コイル２１〜２４それぞれに電流を流す。受信回路６７は、コイル２１等に電流を流すことに伴い発生する電圧を、アンプ６７ａを通してピークホールド回路６７ｂに入力する（ボトムホールド回路に入力されてもよい）。ピークホールド回路６７ｂによってピークホールドされたピーク値（アナログ値）は、ＡＤポート６３に入力されて、ＡＤコンバータによって、デジタル値に変換される。
【００３９】
図１７は、図１６の各点における波形を示した図である。ＣＰＵ６０の出力ポート６１から矩形波の電圧波形が出力される。この電圧によって、定電流回路６６ａは、コイルに一定の電流を流す。これにより、コイルは微分波形の電圧Ｖ２を発生させる。電圧波形Ｖ２として、電圧波形Ｖ１の立ち上がりに同期した波形２−１が得られるとともに、電圧波形Ｖ１の立下りに同期した波形２−２が得られる。波形２−２は、波形２−１に対して正負が逆側の波形である。アンプ６７ａは、電圧波形Ｖ２を、ＡＤコンバータのダイナミックレンジに適した大きさに増幅する。電圧波形Ｖ２をピークホールドするか又はボトムホールドするかによって、そのホールドした値がＡＤコンバータ（ＡＤポート６３）に取り込まれる。波形２−１，２−２の振幅値は、各コイルのインダクタンスの大きさに比例して大きくなるため、この振幅値を検出することによって、各コイルのインダクタンスの大きさを評価できる。
【００４０】
図１８は、インダクタンスの変化を検出する第２の検出回路例のブロック図である。インダクタンス検出回路は、コイル２１〜２４それぞれのインダクタンスの変化を検出する算出手段である。インダクタンス検出回路は、演算手段であるＣＰＵ６０と、ＣＰＵ６０のＤＡポート６５に接続された駆動回路６６と、一方の端部がグランドに接続されたコイル２１〜２４のもう一方の端部に接続されるマルチプレクサ（ＭＵＸ）６８と、ＡＤポート６３とに接続された受信回路６７とを備える。基板１０上の各コイルは、マルチプレクサ６８によって、共通の受信回路６７及び駆動回路６６を介して、ＣＰＵ６０に接続される。マルチプレクサ６８の接続先の切り替えは、アドレスバス６４を介して、ＣＰＵ６０からのアドレス指定によって一意に選択される。したがって、各コイルのインダクタンスの検知は、その検知タイミングを各コイルでずらして、コイル毎に逐次行われる。
【００４１】
図１９は、図１８における駆動回路６６と受信回路６７のブロック図である。駆動回路６６は、ＣＰＵ６０のＤＡポート６５からの出力信号に応じて定電流源６６ａの出力電流をコントロールすることによって、コイル２１〜２４それぞれに電流を流す。受信回路６７は、コイル２１等に電流を流すことに伴い発生する電圧を、アンプ６７ａを通して、ＡＤポート６３に入力する。ＡＤポート６３に入力されたアナログ値は、ＡＤコンバータによって、デジタル値に変換される。
【００４２】
図２０は、図１９の各点における波形を示した図である。ＣＰＵ６０のＤＡポート６６から三角波の電圧波形が出力される。三角波は、立ち上がりの傾きが一定である（つまり、立ち上がりが直線である）。この例では、立ち上がりと立ち下がりの双方の傾きが同一である。この電圧によって、定電流回路６６ａは、電圧Ｖ１の増加とともに増加し、電圧Ｖ１の減少とともに減少する電流Ｉ１を流す。これにより、コイルは電流Ｉ２に示す波形の微分であるＶ２に示す電圧を発生させる。Ｖ２の波形はＶ１の波形が直線で増加減少しているために、Ｖ２に示すようなそれぞれ一定の定電圧区間を伴う矩形波となる。出力波形Ｖ２として、三角波の立ち上がりに対応して２−１のような電圧が得られるとともに、三角波の立下りに対応した２−２のような電圧が得られる。波形２−２は、波形２−１に対して正負が逆側の波形である。アンプ６７ａは、電圧波形Ｖ２を、ＡＤコンバータのダイナミックレンジに適した大きさに増幅する。ＡＤコンバータは、駆動出力タイミングに基づく同期タイミングで、電圧波形Ｖ３の電圧が一定である期間に、電圧波形Ｖ３の振幅値を取り込む。波形３−１，３−２の振幅値は、各コイルのインダクタンスの大きさに比例して大きくなるため、この振幅値を検出することによって、各コイルのインダクタンスの大きさを評価できる。
【００４３】
また、インダクタンスの変化中に、図１７に示した電流Ｉ１を流すと、図２０に示した電圧Ｖ２の定電圧区間に、傾きを持った電圧Ｖ２が発生する。この傾きを持った電圧Ｖ２を、駆動出力タイミングに基づく同期タイミングで、サンプルホールド回路を用いてホールドし、そのホールドした値をＡＤコンバータで取り込んでもよい。また、波形３−１，３−２の期間内をそれぞれＡＤコンバータで取り込んで、その取り込んだ値の絶対値を加算または平均した値が、インダクタンスの大きさの評価に用いられてもよい。
【００４４】
図２１は、本発明の第２の実施例である操作入力装置２の分解図である。図２２は、操作入力装置２の断面図である。上述の実施例と同様の部分については、その説明を省略する。
【００４５】
操作入力装置２は、コイル２１〜２４に囲まれるＺ軸上の中心部に設けられたクリックバネ７０を、基板１０の配置面に備える。クリックバネ７０は、操作面を指で押した操作者にクリック感を与える、ドーム状の弾性部材である。
【００４６】
また、操作入力装置２は、キー３０とクリックバネ７０との間に挟まれることによって保持されるセンターキー３１をＺ軸上に備える。センターキー３１は、クリックバネ７０に接した状態で支持される。これにより、接しない状態で支持される場合に比べて、操作入力装置全体のＺ軸方向の薄肉化が可能である。センターキー３１は、キー３０の操作面に露出した露出面をＺ軸上に有する押下部である。
【００４７】
センターキー３１は、キー３０の操作面と露出面の少なくともいずれか一方の面に操作者の力が作用することにより、クリックバネ７０をＺ軸方向側から変形させる。操作者の力が操作面に作用することによりキー３０及びセンターキー３１が共に押し下がることによって、クリックバネ７０は変形する。また、操作者の力が操作面に作用せずに露出面に作用することにより、キー３０は押し下がらずにセンターキー３１が押し下がることによって、クリックバネ７０が変形する。センターキー３１は、操作面と基板１０の配置面に対向する対向面とを貫通する穴に嵌合して位置決めされている。センターキー３１は、円状でも、楕円状でも、多角形状でもよい。
【００４８】
例えば、センターキー３１の周縁部にはフランジ３１ａが形成されている。フランジ３１ａは、センターキー３１の周縁部に鍔（つば）状に張り出した段差部である。センターキー３１は、キー３０に設けられた中心穴（貫通穴）の周縁部にフランジ３１ａが当接した状態で、キー３０の下側の対向面とクリックバネ７０の頂点部との間に挟まれることによって保持される。センターキー３１の露出面を有する嵌合部は、キー３０の中心穴がガイドの役目を果たすことによっては保持される。露出面は、操作者が触れることが可能である。キー３０の操作面とセンターキー３１の露出面の待機状態でのＺ軸方向の位置は、同じであってもよいし、操作面の位置が露出面の位置より基板１０に近い側にあってもよい。操作者の力がキー３０の操作面に作用せずにセンターキー３１の露出面に作用することにより、操作面のＺ軸方向の位置はそのままに、露出面のＺ軸方向の位置が操作面に対してその力の作用方向に移動する。
【００４９】
図２３に示されるように、キー３０を待機位置に戻すためのリターンバネ５１，５２，５３，５４が、コイル２１〜２４の外側の基板１０の配置面に設置されるとよい。
【００５０】
図２４〜２６は、操作者が操作入力装置２を操作するときの操作入力装置２の状態を説明するための図である。
【００５１】
図２４，２５において、センターキー３１は、クリックバネ７０の頂点部と接しており、キー３０の中央の穴で保持されている。キー３０は、リターンバネ５１〜５４によって下方に落ちないように保持されている。そのため、センターキー３１を指先などで押すとセンターキー３１が単独で下降し、クリックバネ７０を変形させ、指先にクリック感を与えるとともに、後述するように接点を短絡させる。すなわち、スイッチ機能として働く。
【００５２】
図２６において、キー３０をセンターキー３１が嵌合している穴の周辺で押すと、リターンバネを変形させながら、下降する。このとき、センターキー３１にはフランジ３１ａが形成されているため、キー３０の下降に連動してセンターキー３１も下降する。キー３０が下降すると、上述の通り、ヨーク材の機能を有するキー３０が近づくことによりコイル周辺の透磁率と磁路長が短くなることによりインダクタンスが増加する。このインダクタンスの変化を検出回路で検出する。一方、キー３０に連動して下降したセンターキー３１により、クリックバネ７０が変形し、クリック感を指先へ与え、且つ、スイッチが短絡する。
【００５３】
ここで、センターキー３１の下降によりクリックバネ７０が短絡した際に、予め設定された短絡時のインダクタンスと実際のインダクタンスとを比較することによって、温度や周囲環境変化に伴うインダクタンスの変化を差分として認識でき、この差分を利用してインダクタンスの検出値の補正を行ってもよい。
【００５４】
図２７は、インダクタンスの変化を検出する第３の検出回路例のブロック図である。このインダクタンス検出回路は、コイル２１〜２４それぞれのインダクタンスの変化を検出する算出手段であって、且つ、クリックバネ７０の変形により生じた変形検知信号に基づいて操作者の力が入力されたことを判断する判断手段である。図１５に示した第１の検出回路のＣＰＵ６０に、クリックバネ７０による短絡を検知するための入力ポート６９が追加されている。入力ポート６９は、図１８に示した第２の検出回路のＣＰＵ６０に設けられてもよい。
【００５５】
図２８，２９は、クリックバネ７０の構造を説明するための図である。操作入力装置３は、クリックバネ７０の変形により生じた変形検知信号を出力するための検知部を備える。この検知部として、例えば、図２８の場合には接点部７１が設けられ、図２９の場合には接点部７１及び７２が設けられている。
【００５６】
図２８において、パターン等の導体である接点部７１が、基板１０の配置面上に形成されている。クリックバネ７０に、入力ポート６９に接続されたリード線やパターン等の導体部が接続される。接点部７１に、グランドに接続されたリード線やパターン等の導体部が接続される。クリック時の変形によって、クリックバネ７０は接点部７１と接する。
【００５７】
図２９において、パターン等の導体である接点部７１及び７２が、基板１０の配置面上に形成されている。接点部７１の周囲に、リング形状をした接点部７２が形成されている（後述の図４５を参照）。接点部７２に、入力ポート６９に接続されたリード線やパターン等の導体部が接続される。接点部７１に、グランドに接続されたリード線やパターン等の導体部が接続される。クリック時の変形によって、クリックバネ７０は接点部７１と接点部７２とを短絡する。
【００５８】
図３０は、本発明の第３の実施例である操作入力装置３の分解図である。図３１は、キー３０の基板１０との対向面に、基板１０の配置面に配置されたコイルと同数のコアが設けられていることを示した図である。図３２は、ケース４０、キー３０、コア８１〜８４、コイル２１〜２４、センターキー３１のＺ軸方向から見た位置関係を示した図である。上述の実施例と同様の部分については、その説明を省略する。
【００５９】
図３０〜３２に示されるように、４個のコア８１〜８４は、キー３０の上下動と同じ方向に連動して上下動するようにキー３０の対向面側に接続されている。コアは、コイル２１〜２４の少なくともいずれか一つのインダクタンスの絶対値を増加させるインダクタンス増加部材である。コア８１〜８４は、コイルと対向する位置に配置される。コア８１〜８４の外径は、各コアに対向するコイルの内径よりも小さい。
【００６０】
図３３，３４は、操作者が操作入力装置３を操作するときの操作入力装置３の状態を説明するための図である。図３３に示されるように、キー３０を押していない状態では、コア８１〜８４はコイル２１〜２４の上方に位置している。そして、図３４に示されるように、キー３０が押し下げられると、キー３０の下降に伴って、コア８１〜８４がコイル２１〜２４に接触しないようにコイル２１〜２４の内部に進入する。コイルの内部にコアが進入することによって、コイル周辺の透磁率が上昇し、インダクタンスが増加する。特に、コイル２３の上方の操作面に力が加えられているため、４つのコイルの中でコイル２３の周辺の透磁率が上昇し、コイル２３のインダクタンスが増加する。
【００６１】
したがって、第３の実施例によれば、操作者が力を加えていない状態での透磁率を、コアがない場合に比べて高くできるため、インダクタンスの絶対値が上げられる。この効果によって、コイルの高さを低くして、操作入力装置をＺ軸方向で薄くすることができ、コイルに流す電流も小さくできる。また、コイル内にコアが入るときのインダクタンスの上昇傾きは、ヨークが近づくだけの場合より大きく、操作面の押し量に対する感度が上げられる。また、コアの移動によりインダクタンスに変化をもたらせられるので、キー３０にヨークの機能を持たせなくても、インダクタンスの変化を容易に検出することが可能となる。したがって、非磁性材料でキー３０を形成することができる。また、コアはヨークのように薄い形状ではなく、また応力のかからない構造のため、フェライトなどの脆い材料を使用できる。
【００６２】
また、コアをインダクタンス増加部材として備える第３の実施例によれば、コアが無い構成（例えば、上述の第１及び第２の実施例）に比べて、キー３０の各方向へのストローク量を精度良く検知できる範囲を広げることができる。この効果について、図５４〜図６２を参照しながら説明する。
【００６３】
図５４は、コアが無い構成を単純化した解析モデルの断面斜視図である。図５４は、円状の解析モデルの左側半分を省略して示したものである。この解析モデルは、コイル２００の上側に上下動可能な上ヨーク２１１を備え、コイル２００の下側に固定された下ヨーク２１２を備えたものである。Ｈは、コイル２００の高さを表す。
【００６４】
図５５は、図５４の解析モデルにおける、上ヨーク２１１の上下方向のストローク量に対するコイル２００のインダクタンスの変化を示した図である。上ヨーク２１１とコイル２００との位置関係が初期状態のときのストローク量が、零に相当し、上ヨーク２１１がコイル２００に最も近づいたときのストローク量が、１．２ｍｍに相当する。コイル２００の仕様は、外径がφ３、内径がφ２、線径がφ０．０２５である。高さＨが０．３ｍｍの場合のコイル２００の巻数が１３０回、高さＨが０．６ｍｍの場合のコイル２００の巻数が２６０回である。
【００６５】
図５５に示されるように、上ヨーク２１１のストローク量が大きい範囲（約０．６ｍｍ以上）では、上ヨーク２１１のストローク量に対するインダクタンスの変化が大きいため、インダクタンスの大きさを検出することによって、上ヨーク２１１のストローク量を比較的精度良く検知できる。これに対し、上ヨーク２１１のストローク量が小さい初動範囲（０〜０．６ｍｍ程度）では、上ヨーク２１１のストローク量に対するインダクタンスの変化が小さいため、上ヨーク２１１のストローク量が大きい範囲に比べて、上ヨーク２１１のストローク量を精度良く検知しにくい。
【００６６】
図５６は、コアが有る構成を単純化した解析モデルの断面斜視図である。図５６も、円状の解析モデルの左側半分を省略して示したものである。この解析モデルは、図５４の解析モデルに対して、上ヨーク２１１の下面にコイル２００の中空部に挿入可能に形成された円柱状コア２２０を追加したものである。
【００６７】
コイル２００で発生した磁界（磁束）は、コア２２０、上ヨーク２１１、下ヨーク２１２により形成されている磁気回路中をループする。コイルのインダクタンスは、その周囲の平均の比透磁率により決定される。コア２２０、上ヨーク２１１、下ヨーク２１２によって形成される磁気回路の磁路長によって定まる磁気抵抗によって、コイル周辺の平均の比透磁率が決まる。
【００６８】
コア２２０を上ヨーク２１１の下面にコイル２００の内部に挿入可能に形成することによって、コイル２００で発生した磁束をコイル２００からの距離が離れた位置（すなわち、上ヨーク２１１の位置）へ誘導する磁路を形成できる。そのため、コイル２００の中空部を通る磁束が、上ヨーク２１１に達する前にコイル２００の外側に向けてループすることを抑制できるので、上ヨーク２１１がコイル２００から離れていても、上ヨーク２１１が動くことによってコイル２００のインダクタンスに変化を与えることができる。したがって、コア２２０が無い場合に比べて、上ヨーク２１１のストローク量を精度良く検出できる範囲を広げることができる。
【００６９】
図５７は、コア２２０が無い場合（図５４）と有る場合（図５６）の、上ヨーク２１１の上下方向のストローク量に対するコイル２００のインダクタンスの変化を示した図である。上ヨーク２１１がコア２２０と共にコイル２００に近づくことにより磁路長が短くなる（ストローク量が長くなる）ことによって、コイル２００のインダクタンスが増加する方向に変化する。したがって、上ヨーク２１１のスライド量とコイル２００のインダクタンスとの対応関係を予め測定しておくことによって、所定の操作入力検知装置は、予め測定されたその対応関係に従って、計測されたインダクタンスに対応する上ヨーク２１１のスライド量を精度良く検知できる。
【００７０】
また、図５７に示されるように、コア２２０が有る場合、上ヨーク２１１のストローク量が大きい範囲に限らず、上ヨーク２１１のストローク量が小さい初動範囲でも、上ヨーク２１１のストローク量に対するインダクタンスの変化が大きいため、上ヨーク２１１のストローク量を広い範囲にわたって精度良く検知できる。
【００７１】
図５８は、各コイルに対向する円筒状コアが上ヨーク２１１に形成された解析モデルの断面斜視図である。図５８は、４組のコイル２０１〜２０４とコア２２１〜２２４を有する円状の解析モデルの手前側半分を省略して示したものである。図５９は、図５８の構成において、４つのコアが有る場合と無い場合の、上ヨーク２１１をＸＹ平面に対してコイル２０１側に傾けたとき（図５８（ｂ））の上ヨーク２１１のストローク量に対するコイル２０１のインダクタンスの変化を示した図である。
【００７２】
図５９に示されるように、コアが有る場合、上ヨーク２１１のストローク量が大きい範囲に限らず、上ヨーク２１１のストローク量が小さい初動範囲でも、上ヨーク２１１のストローク量に対するインダクタンスの変化が大きいため、上ヨーク２１１のストローク量を広い範囲にわたって精度良く検知できる。
【００７３】
図６０は、絞り形状のコア２２５を有する解析モデルの断面斜視図である。図６１は、バーリング形状のコア２２６を有する解析モデルの断面斜視図である。コア２２５は、上ヨーク２１１を筒状に絞り加工することによって形成され、コア２２６は、上ヨーク２１１を筒状にバーリング加工することによって形成される。上ヨーク２１１の加工によってコアを形成することにより、上ヨークとコアを一体化でき、部品点数を削減できる。
【００７４】
図６２は、円柱形状のコア２２０、絞り形状のコア２２５、バーリング形状のコア２２６の各場合の、上ヨーク２１１のストローク量に対するコイル２００のインダクタンスの変化を示した図である。コアの直径は２．５ｍｍ、コアの厚さは０．４ｍｍ、コアの高さは１．９ｍｍである。図６２に示されるように、コアの形状に限定されることなく、上ヨーク２１１のストローク量が大きい範囲に限らず、上ヨーク２１１のストローク量が小さい初動範囲でも、上ヨーク２１１のストローク量に対するインダクタンスの変化が大きいため、上ヨーク２１１のストローク量を広い範囲にわたって精度良く検知できる。
【００７５】
このように、コイルの上下にコアをインダクタンス増加部材として備えることによって、コアが無い構成（例えば、上述の第１及び第２の実施例）に比べて、ヨークとしても機能するキー３０（又は、ヨーク材を取り付けたキー３０）の各方向へのストローク量を精度良く検知できる範囲を広げることができる。また、ストローク可能な全範囲にわたって、ストローク量の変化に対して直線的にインダクタンスが変化するので、キー３０のストローク量のアナログ値をリニアに検知できる。
【００７６】
図３５，３６は、コイル２１〜２４のＺ軸方向から見た配置位置を示した図である。図３５に示されるように、コイル２１，２３をＸ軸上に配置し、コイル２２，２４をＹ軸上に配置してもよいし、図３６に示されるように、ＸＹ平面の第１象限にコイル２１を配置し、第２象限にコイル２２を配置し、第３象限に２３を配置し、第４象限にコイル２４を配置してもよい。
【００７７】
図３６の場合、正側のＹ方向成分Ｙ（＋）のインダクタンスは、コイル２１とコイル２２のインダクタンスの和に応じて検知され、正側のＸ方向成分Ｘ（＋）のインダクタンスは、コイル２１とコイル２４のインダクタンスの和に応じて検知される。負側のＹ方向成分Ｙ（−）のインダクタンスは、コイル２３とコイル２４のインダクタンスの和に応じて検知され、負側のＸ方向成分Ｘ（−）のインダクタンスは、コイル２２とコイル２３との和に応じて検知される。これらの４方向の和に基づいて、上述の演算方法の具体例に従えば、操作者の力のベクトルが演算される。
【００７８】
したがって、図３６の配置例によれば、ＸＹ平面内の３６０°方向の検知が可能であることはもちろんであるが、携帯電話やゲーム機などで頻繁に操作される十字キー（Ｘ、Ｙ軸方向）の感度が、コイル２個分の和で検出することができるので、検出感度を高くすることができる。したがって、この操作入力装置の出力を受け取る機器がＸＹ方向のみを利用するものである場合、感度は２倍となり、同じ感度に設計すれば、小型化が可能となる。
【００７９】
図３７は、樹脂のホルダー１１にコイルが配置された例である。コイルの保護のため、コイルが樹脂で覆われている。例えば、コイルが樹脂に接着されている。ホルダー１１が、コイルが配置される配置面を有する基部に相当する。樹脂とコイルは、インサート成型で一体となるように形成されてもよく、コイルを樹脂に圧入して形成されてもよい。また、インダクタンスの絶対値を増加させるために、透磁率の高い粉末を配合した樹脂を使用してもよい。
【００８０】
図３８は、樹脂のホルダー１２にコイルが配置された例である。コイルの保護のため、コイルが樹脂で覆われている。例えば、コイルが樹脂に接着されている。ホルダー１２の下面に、ヨークの役目をする鋼板を接着等によって取り付ける。樹脂とコイルは、インサート成型で一体となるように形成されてもよく、コイルを樹脂に圧入して形成されてもよい。鋼板は一体成型でもよい。また、銅箔パターンを設けている鋼板基板でもよい。
【００８１】
図３９は、本発明の第４の実施例である操作入力装置４の分解図である。図４０は、操作入力装置４の断面図である。上述の実施例と同様の部分については、その説明を省略する。
【００８２】
操作入力装置４では、ヨークの一部をバネ形状に成型することによって、ヨークの機能とキー３２を弾性的に支持する弾性支持機能が兼ねられている。つまり、変位部材であるキー３２をＺ方向に弾性的に支持する弾性支持部材であるリターンバネ５５は、ヨークの役目も兼ねている。リターンバネ５５の一部に、板バネ部５５ａ〜５５ｆが形成されている。
【００８３】
リターンバネ５５は、ハウジング４１内に配置されている。鋼材で形成されたリターンバネ５５の面形状の部分がコイル９１〜９４に対向することによって、ヨークの役目を果たしている。リターンバネ５５の中心には、穴が開いている。その穴の周囲に、下方のハウジング４１へと伸びる板バネ部５５ａ〜５５ｆが同心円状に等角度で配置されている。板バネ部の数は実施例では６個であるが、３個以上あればよい。リターンバネ５５は、弾性を有していることと、透磁率が空気より高いことが条件である。この条件を満たせば、その材質は特に規定しない。
【００８４】
リターンバネ５５にはキー３２が載っており、キー３２に指先などで力を加えるとその部分がたわんで下降する。平板状のリターンバネ５５の中心の穴をＺ軸方向に貫通するようにセンターボタン３３が配置されている。操作入力装置４は、キー３２とクリックバネ７０との間に挟まれることによって保持されるセンターボタン３３をＺ軸上に備える。センターボタン３３は、クリックバネ７０に接した状態で支持される。これにより、接しない状態で支持される場合に比べて、操作入力装置全体のＺ軸方向の薄肉化が可能である。センターボタン３３は、キー３２の操作面に露出した露出面をＺ軸上に有する押下部である。センターボタン３３の周縁部には、キー３２の中心穴に嵌合した状態で位置決めされるように、フランジが形成されている。センターボタン３３は、キー３２に設けられた中心穴（貫通穴）の周縁部にフランジが当接した状態で、キー３２の下側の対向面とクリックバネ７０の頂点部との間に挟まれることによって保持される。したがって、センターボタン３３は単独で下降することも可能であるし、キー３２を下方へ押し下げた場合にもキー３２の動きに沿うように下降する。センターボタン３３は、ハウジング４１上に配置されているクリックバネ７０の頂点部に接触している。
【００８５】
センターボタン３３は、キー３２の操作面とセンターボタン３３の露出面の少なくともいずれか一方の面に操作者の力が作用することにより、クリックバネ７０をＺ軸方向側から変形させる。操作者の力がキー３２の操作面に作用することにより、キー３２、センターボタン３３及びリターンバネ５５が共に押し下がることによって、クリックバネ７０が変形する。また、操作者の力がキー３２の操作面に作用せずにセンターボタン３３の露出面に作用することにより、キー３２及びリターンバネ５５は押し下がらずにセンターボタン３３が押し下がることによって、クリックバネ７０が変形する。
【００８６】
ハウジング４１には、４個のコイル９１〜９４が組み込まれている。導線が三角状に巻かれた三角型コイル９１〜９４が、方形状のハウジング４１の四隅に配置されている。ハウジング４１は、多角形状でも、円状でもよい。
【００８７】
また、ハウジング４１には、導体パターンで形成された２極の接点部７１，７２が設けられる。接点部７１，７２上に、ドーム状のクリックバネ７０が配置されている。
【００８８】
キーカバー４３は、柔軟性に富んだゴムなどで出来ており、キー３２の操作面の上部を覆う。キーカバー４３を搭載することによって、内部への水分やごみの侵入を防ぎ、外観のつなぎ目を目隠しすることができる。ただし、本実施例では機能上、必須の物ではない（以降は省略する）。
【００８９】
ケースカバー４２は、ハウジング４に組み付けられることによって、キー３２、センターボタン３３、リターンバネ５５を保持する。
【００９０】
したがって、操作入力装置４によれば、リターンバネ５５に、弾性支持部材の役目とヨークの役目を与えることができるので、部品点数を削減することができる。また、リターンバネ５５がヨークを兼ねており、且つその上にキー３２が配置されているため、キー３２は材料を磁性体にしなくてもよく、キー３２の材質として樹脂などを選択することができる。また、リターンバネ５５の平面が広く確保できる四隅にコイル９１〜９４を配置することによって、また、コイルを三角形にすることによって、コイルの大きさを最大にでき、スペースを有効利用できる。また、リターンバネ５５の中央穴周辺に同心円状に多数個のバネ部を均等に配置することにより、どの方向に押しても均一なリターン力が得られる。
【００９１】
図４１は、ハウジング４１のＺ軸方向から見た構造図である。ハウジング４１は、４個のコイル９１〜９４、２極の接点部７１，７２、１０個の端子１０１ａ等とそれぞれを接続する内部配線１１１ａ等を備えている。ハウジング４１は、樹脂で成型される。また、透磁率を上げるためにフェライトなどの粉末を配合した樹脂でもよい。接点部、内部配線及び端子は、電気的に導通する材質（例えば、銅や鉄、金、銀など）であればよい。
【００９２】
コイル９１〜９４の一方の端部に接続された内部配線１１１ａ〜１１４ａは、所定の操作入力検出装置（例えば、図１５に示したマルチプレクサ６８等を内蔵した検出装置）に結線される端子１０１ａ〜１０４ａに接続される。コイル９１〜９４のもう一方の端部に接続された内部配線１１１ｂ〜１１４ｂは、グランドに結線される端子１０１ｂ〜１０４ｂに接続される。接点部７１に接続された内部配線１１５は、グランドに結線される端子１０５に接続される。接点部７２に接続された内部配線１１６は、所定の操作入力装置（例えば、図２７に示したＣＰＵ６０等を内蔵した検出装置）に結線される端子１０６に接続される。
【００９３】
図４２は、ハウジング４１にクリックバネ７０を搭載した状態の断面図である。また、この状態を分かりやすく図解するため、図４３〜４５を示す。図４３は、ハウジング４１上に配置された接点部２極の形状を示す。図４４は、接点部上のクリックバネ７０を搭載した図である。図４５は、クリックバネ７０のみを断面にした図である。クリックバネ７０は接点部７２に電気的に接続された状態で接点部の上方を覆っている。クリックバネ７０はドーム型をしているため、その中に配置された接点部７１には短絡していない。上方から押されたクリックバネ７０が変形することによって、クリックバネ７０内部の接点部７１と接点部７２とが短絡する。
【００９４】
図４６は、リターンバネ５５の搭載状態を示した斜視図である。図４７は、リターンバネ５５の搭載状態を示した断面図である。リターンバネ５５の板バネ部５５ａ〜５５ｆを中央の穴の周辺に設けることによって、リターンバネ５５の四隅に平面的なスペースを確保することができる。この四隅の平面部が、ハウジング４１に配置されたコイル９１〜９４と対向している。
【００９５】
図４８〜５０は、操作者が操作入力装置４を操作するときの操作入力装置４の状態を説明するための図である。図４８は、操作者の力が加えられていない待機状態を示した操作入力装置４の断面図である。図４９は、センターボタン３３のみを押し下げた状態を示した操作入力装置４の断面図である。図５０は、キー３２のＸ（−）方向の位置を押し下げた状態を示した操作入力装置４の断面図である。
【００９６】
センターボタン３３のみを押した場合、センターボタン３３はキー３２の穴で保持されているため、キー３２の下降を伴わずに（キー３２のＺ方向の位置は待機状態から変わらずに）、単独で下降して、クリックバネ７０を変形させる。これにより、クリック操作感を与えるとともに、クリックバネ７０の変形によって、接点部７１，７２同士を短絡させる。
【００９７】
また、キー３２を押し下げた場合、リターンバネ５５に力がかかり、板バネ部を変形させる。ヨークの機能を有するリターンバネ５５の下降により、インダクタンスの変化をもたらす。この際、センターボタン３３は、フランジによりキー３２と共に下降し、クリックバネ７０を変形させる。これにより、クリック操作感を与えるとともに、クリックバネの変形によって接点部７１，７２同士を短絡させる。
【００９８】
図５１は、インダクタがパターンで形成された例である。コイルが、基板１４上の銅箔パターンによって形成される。パターン１２１，１２２は渦巻状に形成される。スルーホール１３１ａ，１３１ｂ又は１３２ａ，１３２ｂによって、巻線パターンの内側端部からの信号を外部に取り出しやすくすることができる。また、一巻きのパターン１２３，１２４でもよい。積層基板により、巻数を増やしてもよい。このようにパターンで形成することによって、薄型化できるとともに部品点数を削減できる。また、組み立て工数も削減することができる。
【００９９】
図５２は、本発明の第５の実施例である操作入力装置５の分解図である。図５３は、操作入力装置５の断面図である。
【０１００】
キー３４及びケース４４は鋼板又は透磁率の高い板状の材質としている。これにより、磁力線を突き通さない、つまり、外部へ漏らさない構造にできる。キー３４は、ケース４４の中央の貫通穴から突出する部分を有し、この部分が操作面になる。また、ケース４４の貫通穴の周辺部に対向するキー３４の平面状部分は、その平面状部分に対向するコイル１４１〜１４４に対してヨークの効果を有している。キー３４の中央にはガイド形状を有した穴がある。この穴でセンターボタン３５が位置決めされている。キー３４と基板１５の間には円錐コイルバネ５６が設置されている。コイルバネ５６は、センターボタン３５の周囲を覆うように設けられている。キー３４が操作されて降下したときに待機状態の高さ（位置）に戻す力を、キー３４に常時付与している。基板１５には４個のコイル１４１〜１４４とクリックバネ７０が配置されている。また、ラミネートフィルム１５０が、基板１５上に粘着または接着剤にて接着されている。ラミネートフィルム１５０は、クリックバネ７０の固定とリターンバネ５６による擦れに対する基板１５の保護を目的とする。リターンバネ５６を円錐コイルバネ５６にすることで、バネの耐久性を向上できる。
【０１０１】
図６３は、本発明の第６の実施例である操作入力装置６の上斜め方向から見た分解図である。図６４は、操作入力装置６の下斜め方向から見た分解図である。図６５は、操作入力装置６の外観斜視図である。上述の実施例と同様の部分については、その説明を省略する。操作入力装置６は、インダクタンス増加部材として、コイル２７１〜２７４の上側に、上ヨーク２６０及びコア２６１〜２６４を備え、コイル２７１〜２７４の下側に、下ヨーク２８０を備える。
【０１０２】
図６６は、操作入力が付与されていない初期状態での操作入力装置６の断面図である。操作入力装置６は、コイル２７１〜２７４の上側（すなわち、キー２４０の基板２９０との対向面側）に配置される第１のヨークとして、上ヨーク２６０を備え、コイル２７１〜２７４の下側（すなわち、基板２９０の配置面側）に配置される第２のヨークとして、下ヨーク２８０を備える。
【０１０３】
キー２４０は、ケース２３０の開口部２３１との嵌合により、Ｘ方向及びＹ方向で保持され、Ｚ方向に移動可能に支持されている。キー２４０は、コイル状のリターンバネ２５０によりＺ方向へ初期荷重が与えられた状態で、ケース２３０の上側内面２３２に当接している。
【０１０４】
リターンバネ２５０は、その一方の端がキー２４０の下面中央部に当接し、もう一方の端が基板２９０の上面に設置される下ヨーク２８０の上面中央部に当接する。リターンバネ２５０は、キー２４０の下面に設置される上ヨーク２６０の中央部に設けられた孔を貫通している。
【０１０５】
上ヨーク２６０は、磁性体（例えば、鋼板、フェライト）によって成形され、キー２４０と同一の動きを伴う。上ヨーク２６０の下面には、ＸＹ平面の原点を中心とする円周方向に、上ヨーク２６０をバーリング加工して形成されたコア２６１〜２６４が設けられている。コア２６１〜２６４は、上ヨーク２６０と同一部材でもよいし、上ヨーク２６０と異なる磁性部材でもよい。コア２６１〜２６４は、上ヨーク２６０及びキー２４０と同一の動きを伴い、その下方の下ヨーク２８０に配置されたコイル２７１〜２７４の内部をＺ方向に変位するように構成されている。コア及びコイルは、最低２個あればよく、３個、４個、それ以上の個数あってもよい。上ヨーク２６０と下ヨーク２８０を構成することによって、インダクタンスの変化が検出しやすくなり、操作入力装置の製品としての特性・性能が向上する。
【０１０６】
下ヨーク２８０の下面には、コイル２７１〜２７４の配線を容易に行うためのガラスエポキシ樹脂などを材料とした基板２９０が配置されている。基板２９０は、ヨークと基板を兼ねた鋼板基板でもよい。また、コイル２７１〜２７４は下ヨーク２８０の上面に配置されているため、基板２９０は無くてもよい。
【０１０７】
また、キー２４０は、樹脂で構成されてもよいが、磁性材料（例えば、プラスチックマグネット）で構成されてもよい。これにより、キー２４０は、上ヨーク２６０及びコア２６１〜２６４として兼用できる。また、上ヨーク２６０及び下ヨーク２８０を省略して、コア２６１〜２６４のみをキー２４０に配設しても、インダクタンスの変化を検出することによって、キー２４０の動きを検知できる。
【０１０８】
図６７は、キー２４０をＸＹ平面に対してコイル２７１側に傾ける操作入力が付与された傾動状態での操作入力装置６の断面図である。キー２４０が下ヨーク２８０の上面中央部に形成された支点部２８１を支点に傾動することにより、上ヨーク２６０及びコア２６１がコイル２７１に近接する。コイル２７１への近接によって、コイル２７１を取り巻く周辺の透磁率が上昇し、コイル２７１の自己インダクタンスが増加する。他の方向に傾けた場合も同様に考えることができる。したがって、各コイルのインダクタンスを評価することによって、キー２４０の傾倒方向と傾倒量が検出できる。
【０１０９】
図６８は、キー２４０をＺ方向に平行移動させる操作入力が付与された押し下げ状態での操作入力装置６の断面図である。図６８に示されるように、キー２４０全体がその中央部を押されることによりＺ方向に下降することによって、上ヨーク２６０及びコア２６１〜２６４がコイルに近接し、コイルを取り巻く周辺の透磁率が上昇するので、コイルの自己インダクタンスが増加する。キー２４０全体がＺ方向に下降した場合、全コイルのインダクタンスが全体的に略等しく上昇しているため、各コイルのインダクタンスを評価することにより、キーがＺ方向に押し込まれていることとその押し込み量を検出できる。
【０１１０】
図６９は、本発明の第７の実施例である操作入力装置７に構成されるクリックバネ３１１〜３１４の配置を示した図である。クリックバネ３１１は、コイル２７１の中空部に位置するように、下ヨーク２８０に設置される。他のクリックバネ３１２〜３１４についても同様である。
【０１１１】
図７０は、操作入力が付与されていない初期状態での操作入力装置７の断面図である。図７１は、キー２４０をＸＹ平面に対してコイル２７３側に傾ける操作入力が付与された傾動状態での操作入力装置７の断面図である。コア２６１〜２６４のＺ方向の長さは、キー２４０が傾動した状態で、クリックバネを押し切ることが可能な（すなわち、クリックバネがクリック動作することが可能な）長さにする。また、コア２６１〜２６４の先端部（すなわち、クリックバネとの当接部）にゴム等の弾性体を設けてよい。これにより、クリック時の触感を和らげることができる。また、その先端部に樹脂材を設けてもよい。これにより、クリックバネとの接触による摩擦を軽減できる。
【０１１２】
図７１に示されるように、キー２４０が傾動すると、上ヨーク２６０がコア２６３と共に下方に移動し、その下方に配設されるコイル２７３のインダクタンスが増加する。さらに、傾倒動作を続けると、コア２６３の先端がクリックバネ３１３と接触し、クリックバネ３１３の変形により、キー２４０の操作者にクリック感を与えることができる。
【０１１３】
図７２は、本発明の第８の実施例である操作入力装置８の断面図である。上述の実施例と同様の構成についてはその説明を省略する。操作入力装置８も、上述の実施例と同様に、方向キー３４０の動きに応じて変化する４つのコイルのインダクタンスを検出することによって、キー３４０の動き（言い換えれば、キー３４０に付与される操作入力の方向とその操作入力量）を検知するものである。
【０１１４】
操作入力装置８は、キー３４０に設置されたヨークに対向するように基板３９０に設置された複数のコイルのインダクタンスを検出することによって、キー３４０が操作入力によって下方に変位したときのストローク量とその操作入力のＸＹ平面における方向を検知可能にするものである。
【０１１５】
基板３９０は、４個のコイル３７１〜３７４（３７２，３７４については、不図示）が配置される配置面を有する基部である。
【０１１６】
キー３４０は、基板３９０に対して操作者の力が入力されてくる側に設けられた操作部材である。キー３４０は、板状に形成され、基板３９０に設けられたコイル３７１〜３７４の上側に配置されている。キー３９０は、コイル３７１〜３７４が配置された配置面に対向する対向面（図１において、下側の面）と、操作者の力が作用しうる操作面（図１において、上側の面）とを有している。
【０１１７】
キー３４０には、フランジ３４１が設けられている。キー３４０の基板３９０との対向面（フランジ３４１の下面）には、基板３９０の配置面に配置された複数のコイルと同数のヨーク（３６１〜３６４）が設けられている（３６２，３６４については、不図示）。ヨークとコイルは、一対一で、互いに対向する位置に配置される。ヨークは、比透磁率が１よりも高い材質であればよい。例えば、比透磁率は１．００１以上あると好適であり、具体的には、鋼板（比透磁率５０００）などが好ましい。ヨークは、キー３４０と別部品にするのではなく、フェライトなどで一体にすることもできる。
【０１１８】
リターンバネ３５０は、キー３４０を下方に変位可能に支持する支持部材である。リターンバネ３５０は、キー３４０のフランジ３４１の下面に配置されたヨークと基板３９０に配置されたコイルとの間隔が弾性的に変化するように、フランジ３４１の下面と基板３９０の上面との対向方向にキー３４０を弾性的に支持する弾性支持部材である。
【０１１９】
リターンバネ３５０は、Ｚ軸に直交するＸＹ平面に対して傾き可能にキー３４０を支持し、Ｚ軸方向に移動可能に支持する。また、リターンバネ３５０は、キー３４０の下面が基板３９０から離れる方向に付勢された状態で、キー３４０を支持する付勢支持部材である。
【０１２０】
操作入力装置８は、キー３４０がカバー３３０の内側に付勢して接触された状態で、カバー３３０に取り付けられる。すなわち、キー３４０は、カバー３３０の開口部３３５に設けられたリブａに、リターンバネ３５０の反力によって支持されている。
【０１２１】
カバー３３０は、操作入力装置８が取り付けられる電子機器（例えば、カメラ、ＡＶ用リモコン、携帯電話など）の筐体である。操作入力装置８自体が、かばー３３０を備えていてもよい。カバー３３０は、キー３４０を下方に変位可能に支持する支持部材である。開口部３３５の形状は、円状であるが、キー３４０の形状に合うように形成されていればよく、四角形や八角形などの多角形状であってもよい。
【０１２２】
キー３４０及びヨーク３６１〜３６４が、カバー３３０の開口部３３５に設けられたリブａを支点に傾動し、コイルにヨークが近づくと、コイル周辺の透磁率が増加し、コイルのインダクタンスが増加する。これを電気的に検出することによって、キー３４０の傾動動作が検出可能となる。
【０１２３】
ここで、コイルとヨークの間に非磁性体が配設されていても、インダクタンスの検知にはほとんど影響しない。そこで、図７２に示されるように、ケース４００の内側に、コイルを配設し、ケース４００の外側に、キー３４０、カバー３３０、ヨーク３６１〜３６４、リターンバネ３５０を配設することで、容易に防水構造を実現できる。
【０１２４】
ケース４００は、水が浸入可能な密閉されていない浸水空間Ｓ１と水が浸入不可能な密閉された防水空間Ｓ２とを隔てるための隔離部材としての防水ケースである。浸水空間Ｓ１は、キー３４０とカバー３３０とケース４００とによって囲まれた空間である。防水空間Ｓ２は、ケース４００によって囲まれた空間である。
【０１２５】
水圧をカバー３３０の内外で略同一にするために、カバー３３０にスリット等の孔３３１，３３３を設けることによって、水圧によるリターンバネ３５０の復帰力の減少現象を防ぐことができる。例えば、図７４に示されるように、カバー３３０の開口部３３５に切り欠き４３１〜４３４を設けてもよい。これにより、開口部３３５にキー３４０が勘合した状態でも、カバー３３０の外部からの水が、切り欠き４３１〜４３４を通って空間Ｓ１に流入することが可能となる。また、図７５に示されるように、カバー３３０にスリット４４１〜４４４を設けてもよい。これにより、カバー３３０の外部からの水が、スリット４４１〜４４４を通って空間Ｓ１に流入することが可能となる。
【０１２６】
このとき、カバー３３０内に浸入した水が空間Ｓ１を満たしても、空気（１．００００００４）と水（０．９９９９９１）の比透磁率は略同一とみなせるため、インダクタンスの検出誤差は極めて小さい。その検出誤差が、要求される許容範囲を超えていても、微小且つ適度な不感帯を設けることによって、誤検出を容易に回避できる。また、カバー３３０の内外で水圧が変わらないため、空間Ｓ１が水で充満しているときとしていないときとの操作感が変わらない。
【０１２７】
キー３４０の動きをインダクタンスではなく静電容量で検出する方式（例えば、図７２の構成において、コイルを固定電極に、ヨークを可動電極に置き換えた方式）の場合、電極間に水が浸入すると、空気と水の比誘電率は大きく異なるため、キー３４０の動きを正確に検出することは難しい。この点、本発明に係るインダクタンスの変化によってキー３４０の動きを検出する方式は優位である。
【０１２８】
また、例えば、図７２の構成において、コイルをＭＲ素子又はホール素子、ヨークを永久磁石に置き換えた構成でキー３４０の動きを検出する方式が考えられるが、海や川で使用した場合に、磁性を含んだ砂鉄などの粒子が、永久磁石に吸引され、カバー３３０内に堆積することを防ぐ対策が必要である。この点、本発明に係るインダクタンスの変化によってキー３４０の動きを検出する方式は、磁性体を吸引する部位が存在しないため、優位である。
【０１２９】
図７３は、本発明の第９の実施例である操作入力装置９の断面図である。上述の実施例と同様の構成については、その説明を省略する。操作入力装置９も、浸水空間Ｓ１と防水空間Ｓ２とを隔てるための隔離部材として、ケース４１０を備える。
【０１３０】
本実施例では、ケース４１０に、円筒状の筒部４１１，４１２が絞り加工によって形成されている。コイル３７１が、その内周が筒部４１１の外側面に沿うように設置される。他のコイルも同様である。また、コア３８１が、筒部４１１の中空部に進入できるように、ヨーク３６１に設けられている。他のコアも同様である。キー３４０の動きに連動するヨーク及びコアが、キー３４０の傾動運動によって、コイル（筒部）の中空部を往復運動する。これにより、コイルのインダクタンスが増減する。
【０１３１】
このように、操作入力装置９によれば、コイルが筒部に位置決めされるため、コアとコイルの相対的な位置決めが容易になる。また、コアの追加により、キー３４０の傾動運動に伴うインダクタンスの変化率を大きくすることができるので、防水機能を備えつつ、キー３４０のストローク量を広い範囲にわたって精度良く検知できる。
【０１３２】
次に、本実施例のインダクタンスの変化によって力を検出する場合と従来の静電容量の変化によって力を検出する場合とを比較する。コイルの占有面積とキャパシタの占有面積を同一に揃えて比較を行う。
【０１３３】
直径１０ｍｍの空芯コイルの片側に鋼板（ヨーク）を設け、コイルとの距離を変化させた場合のインダクタンスの変化は、
【０１３４】
【表１】
となる。
【０１３５】
一方、従来技術において、電極間の空隙を変化させた場合の静電容量の変化は、
【０１３６】
【表２】
となる。
【０１３７】
インダクタンスの変化を検出する場合、透磁率が非常に高い物質が磁気回路に影響を与える範囲に入ることによって、インダクタンスの検出精度が悪化することがある。しかしながら、上述の実施例では、ヨーク材が磁気シールドを形成しているため、そのような透磁率の高い物質がヨークの背面に近接したとしても、インダクタンスの変化を検出することには影響がない。つまり、そのような物質は、外乱となりえない。
【０１３８】
また、静電容量の変化を検出する場合、上記の表からも明らかなように、検出できる容量の絶対値が低い。この絶対値は、静電容量の検出部の周囲に取り巻く浮遊容量（例えば、電極に指を近づけた場合、おおよそ数百ｐＦ。ＩＣのピン間容量でおおよそ１ｐＦ）に比べても、非常に小さいことがわかる。
【０１３９】
したがって、本実施例のようなインダクタンスの変化を検出する場合は、外乱となりえるものの影響が少なく、従来技術に比べ、検出精度が高くできる。
【０１４０】
また、コイルのインダクタンスは、上述の関係式で表すことができる。したがって、コイルの背高を倍にし、巻数を２倍とすれば、各コイルのインダクタンスは２倍になる。つまり、同じ投影面積（占有面積）でも必要な検出値の絶対値を大きくすることが容易に可能であり、製品の面積が限られるような場合に有効である。静電容量を検出する場合、その検出値の絶対値を大きくしようとすると、キャパシタの面積を大きくするか電極間の誘電率を上げるしかない。したがって、静電容量の変化で検出する場合には、検出精度を落とさずに検出値の絶対値を大きくすることが困難である。
【０１４１】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形、改良及び置換を加えることができる。
【０１４２】
すなわち、上述の実施例を組み合わせることによって、本発明に係る操作入力装置と操作入力検出装置の他の実施例が考えられる。
【０１４３】
また、手指に限らず、手のひらで操作するものあってもよい。また、足指や足の裏で操作するものであってもよい。また、キーの操作面は、平面でも、凹面でも、凸面でもよい。
【０１４４】
また、例えば図６において、操作者の力の作用によりキー３０自体がたわむことによって、キー３０の対向面と基板１０の配置面との間隔が弾性的に変化してもよい。また、操作者の力の作用によりケース４０自体がたわむことによって、キー３０の対向面と基板１０の配置面との間隔が弾性的に変化してもよい。
【符号の説明】
【０１４５】
１，２，３，４，５ 操作入力装置
１０，１３，１４，１５ 基板
１１，１２ ホルダー
２１，２２，２３，２３ コイル
３０，３２，３４ キー
３１ センターキー
３１ａ フランジ（鍔）
３３，３５ センターボタン
４０，４４ ケース
４１ ハウジング
４２ ケースカバー
４３ キーカバー
５１，５２，５３，５４，５５，５６ リターンバネ
５５ａ〜５５ｆ 板バネ部
６０ ＣＰＵ
６１，６２ 出力ポート
６３ ＡＤポート
６４ アドレスバス
６５ ＤＡポート
６６ 駆動回路
６７ 受信回路
６８ マルチプレクサ
６９ 入力ポート
７０ クリックバネ
７１，７２ 接点部
７３ 検出回路
７４ 抵抗
８１，８２，８３，８４ コア
９１，９２，９３，９４ コイル
１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６ 端子
１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６ 配線
１２１，１２２，１２３，１２４ コイル
１３１，１３２ スルーホール
１４１，１４２，１４３，１４４ コイル
１５０ ラミネートフィルム
２００，２０１，２０２，２０３ コイル
２１１ 上ヨーク
２１２ 下ヨーク
２２０，２２１，２２３，２２５，２２６ コア
２３０，４００，４１０ ケース
２４０，３４０ キー
２５０，３５０ リターンバネ
２６０，３６１〜３６４ 上ヨーク
２６１〜２６４，３８１〜３８４ コア
２７１〜２７４，３７１〜３７４ コイル
２８０ 下ヨーク
２９０，３９０ 基板
３１１〜３１４ クリックバネ
Ｓ１ 浸水空間
Ｓ２ 防水空間
ａ リブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作者の力を受け付ける操作入力装置であって、
一の基準点から等しい点を結んでできる円の円周方向に並べられた複数のインダクタが配置される配置面を有する基部と、
前記基部に対して前記力が入力されてくる側に設けられた変位部材であって、前記配置面に対向する対向面と前記力が作用しうる操作面とを有しており、前記力が前記操作面に作用することにより前記対向面が前記配置面に近づくことによって、前記複数のインダクタの少なくともいずれか一つのインダクタンスを変化させる変位部材と、
前記対向面と前記配置面との間隔が弾性的に変化するように前記変位部材を支持する支持部材と、
前記インダクタンスの変化により生じた出力信号を出力する出力部とを備える、操作入力装置。
【請求項２】
前記円の中心部に設けられた弾性部材と、
前記変位部材と前記弾性部材との間に設けられた押下部であって、前記操作面に露出した露出面を前記基準点と前記中心部とを結ぶ直線上に有しており、前記操作面と前記露出面の少なくともいずれか一方の面に前記力が作用することにより前記弾性部材を変形させる押下部と、
前記弾性部材の変形により生じた変形検知信号を出力する検知部とを備える、請求項１に記載の操作入力装置。
【請求項３】
前記力が前記操作面に作用することにより前記変位部材及び前記押下部が共に押し下がることによって、前記弾性部材が変形し、
前記力が前記操作面に作用せずに前記露出面に作用することにより前記変位部材は押し下がらずに前記押下部が押し下がることによって、前記弾性部材が変形する、請求項２に記載の操作入力装置。
【請求項４】
前記押下部が、前記操作面と前記対向面とを貫通する穴に嵌合する、請求項２又は３に記載の操作入力装置。
【請求項５】
前記押下部が、前記弾性部材に接した状態で支持される、請求項２から４のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項６】
前記支持部材が、前記押下部の周囲に設けられた、請求項２から５のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項７】
前記弾性部材は、クリックバネである、請求項２から６のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項８】
前記変位部材が、前記基準点と前記円の中心部とを結ぶ直線に直交する平面に対して傾き可能に且つ前記直線に平行な方向に移動可能に前記支持部材によって支持される、請求項１から７のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項９】
前記変位部材が、前記対向面が前記配置面から離れる方向に付勢されて前記支持部材によって支持される、請求項１から８のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項１０】
前記操作面が、前記力が作用していない状態で、前記基準点と前記円の中心部とを結ぶ直線に直交する平面に平行になるように前記支持部材によって支持される、請求項１から９のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項１１】
前記変位部材が、前記複数のインダクタの少なくともいずれか一つのインダクタンスの絶対値を増加させるインダクタンス増加部材を備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項１２】
前記インダクタンス増加部材が、前記複数のインダクタのそれぞれに対向するように前記対向面に備えられた、請求項１１に記載の操作入力装置。
【請求項１３】
前記複数のインダクタが、コイルであって、
前記インダクタンス増加部材が、前記コイルのコアである、請求項１２に記載の操作入力装置。
【請求項１４】
前記コイルの前記対向面側にヨークを備える、請求項１３に記載の操作入力装置。
【請求項１５】
前記コアが、前記第１のヨークに形成された筒状のコアである、請求項１４に記載の操作入力装置。
【請求項１６】
前記コアによって押されるクリックバネを備える、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項１７】
浸水空間と防水空間とを隔てるための隔離部材を備え、
前記インダクタンス増加部材が前記浸水空間に配置され、前記複数のインダクタが前記防水空間に配置される、請求項１１から１６のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項１８】
前記支持部材が、前記対向面と前記配置面との間に配置される、請求項１から１７のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項１９】
前記力が前記操作面に作用することにより、前記変位部材、前記押下部及び前記支持部材が共に押し下がることによって、前記弾性部材が変形し、
前記力が前記操作面に作用せずに前記露出面に作用することにより、前記変位部材及び前記支持部材は押し下がらずに前記押下部が押し下がることによって、前記弾性部材が変形する、請求項１８に記載の操作入力装置。
【請求項２０】
前記複数のインダクタが、前記円の円周方向に等間隔に並べられた、請求項１から１９のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項２１】
前記配置面が多角形の形状であって、
前記複数のインダクタが、前記配置面の角部に配置される、請求項２０に記載の操作入力装置。
【請求項２２】
前記複数のインダクタの巻線が、三角状に巻かれる、請求項２１に記載の操作入力装置。
【請求項２３】
前記複数のインダクタが、導体パターンによって形成された、請求項１から２２のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項２４】
請求項１から２３のいずれか一項に記載の操作入力装置と、
前記基準点と前記円の中心部とを結ぶ直線に直交する平面をＸＹ平面と定義した場合、前記複数のインダクタそれぞれについての前記出力信号に基づいて、インダクタンスのＸ方向成分の変化とＹ方向成分の変化とを検知することによって、前記力のベクトルを算出する算出手段とを備える、操作入力検出装置。
【請求項２５】
前記算出手段は、前記Ｘ方向成分の変化を表す評価値と前記Ｙ方向成分の変化を表す評価値とに基づいて、ＸＹ平面上の合成ベクトルを算出することによって、前記力の大きさと向きを算出する、請求項２４に記載の操作入力装置。
【請求項２６】
請求項２から７のいずれか一項に記載の操作入力装置と、
前記基準点と前記円の中心部とを結ぶ直線に直交する平面をＸＹ平面と定義した場合、前記複数のインダクタそれぞれについての前記出力信号に基づいて、インダクタンスのＸ方向成分の変化とＹ方向成分の変化とを検知することによって、前記力のベクトルを算出する算出手段と
前記変形検知信号に応じて、前記力が入力されたことを判断する判断手段とを備える、操作入力検出装置。
【請求項１】
操作者の力を受け付ける操作入力装置であって、
一の基準点から等しい点を結んでできる円の円周方向に並べられた複数のインダクタが配置される配置面を有する基部と、
前記基部に対して前記力が入力されてくる側に設けられた変位部材であって、前記配置面に対向する対向面と前記力が作用しうる操作面とを有しており、前記力が前記操作面に作用することにより前記対向面が前記配置面に近づくことによって、前記複数のインダクタの少なくともいずれか一つのインダクタンスを変化させる変位部材と、
前記対向面と前記配置面との間隔が弾性的に変化するように前記変位部材を支持する支持部材と、
前記インダクタンスの変化により生じた出力信号を出力する出力部とを備える、操作入力装置。
【請求項２】
前記円の中心部に設けられた弾性部材と、
前記変位部材と前記弾性部材との間に設けられた押下部であって、前記操作面に露出した露出面を前記基準点と前記中心部とを結ぶ直線上に有しており、前記操作面と前記露出面の少なくともいずれか一方の面に前記力が作用することにより前記弾性部材を変形させる押下部と、
前記弾性部材の変形により生じた変形検知信号を出力する検知部とを備える、請求項１に記載の操作入力装置。
【請求項３】
前記力が前記操作面に作用することにより前記変位部材及び前記押下部が共に押し下がることによって、前記弾性部材が変形し、
前記力が前記操作面に作用せずに前記露出面に作用することにより前記変位部材は押し下がらずに前記押下部が押し下がることによって、前記弾性部材が変形する、請求項２に記載の操作入力装置。
【請求項４】
前記押下部が、前記操作面と前記対向面とを貫通する穴に嵌合する、請求項２又は３に記載の操作入力装置。
【請求項５】
前記押下部が、前記弾性部材に接した状態で支持される、請求項２から４のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項６】
前記支持部材が、前記押下部の周囲に設けられた、請求項２から５のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項７】
前記弾性部材は、クリックバネである、請求項２から６のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項８】
前記変位部材が、前記基準点と前記円の中心部とを結ぶ直線に直交する平面に対して傾き可能に且つ前記直線に平行な方向に移動可能に前記支持部材によって支持される、請求項１から７のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項９】
前記変位部材が、前記対向面が前記配置面から離れる方向に付勢されて前記支持部材によって支持される、請求項１から８のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項１０】
前記操作面が、前記力が作用していない状態で、前記基準点と前記円の中心部とを結ぶ直線に直交する平面に平行になるように前記支持部材によって支持される、請求項１から９のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項１１】
前記変位部材が、前記複数のインダクタの少なくともいずれか一つのインダクタンスの絶対値を増加させるインダクタンス増加部材を備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項１２】
前記インダクタンス増加部材が、前記複数のインダクタのそれぞれに対向するように前記対向面に備えられた、請求項１１に記載の操作入力装置。
【請求項１３】
前記複数のインダクタが、コイルであって、
前記インダクタンス増加部材が、前記コイルのコアである、請求項１２に記載の操作入力装置。
【請求項１４】
前記コイルの前記対向面側にヨークを備える、請求項１３に記載の操作入力装置。
【請求項１５】
前記コアが、前記第１のヨークに形成された筒状のコアである、請求項１４に記載の操作入力装置。
【請求項１６】
前記コアによって押されるクリックバネを備える、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項１７】
浸水空間と防水空間とを隔てるための隔離部材を備え、
前記インダクタンス増加部材が前記浸水空間に配置され、前記複数のインダクタが前記防水空間に配置される、請求項１１から１６のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項１８】
前記支持部材が、前記対向面と前記配置面との間に配置される、請求項１から１７のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項１９】
前記力が前記操作面に作用することにより、前記変位部材、前記押下部及び前記支持部材が共に押し下がることによって、前記弾性部材が変形し、
前記力が前記操作面に作用せずに前記露出面に作用することにより、前記変位部材及び前記支持部材は押し下がらずに前記押下部が押し下がることによって、前記弾性部材が変形する、請求項１８に記載の操作入力装置。
【請求項２０】
前記複数のインダクタが、前記円の円周方向に等間隔に並べられた、請求項１から１９のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項２１】
前記配置面が多角形の形状であって、
前記複数のインダクタが、前記配置面の角部に配置される、請求項２０に記載の操作入力装置。
【請求項２２】
前記複数のインダクタの巻線が、三角状に巻かれる、請求項２１に記載の操作入力装置。
【請求項２３】
前記複数のインダクタが、導体パターンによって形成された、請求項１から２２のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項２４】
請求項１から２３のいずれか一項に記載の操作入力装置と、
前記基準点と前記円の中心部とを結ぶ直線に直交する平面をＸＹ平面と定義した場合、前記複数のインダクタそれぞれについての前記出力信号に基づいて、インダクタンスのＸ方向成分の変化とＹ方向成分の変化とを検知することによって、前記力のベクトルを算出する算出手段とを備える、操作入力検出装置。
【請求項２５】
前記算出手段は、前記Ｘ方向成分の変化を表す評価値と前記Ｙ方向成分の変化を表す評価値とに基づいて、ＸＹ平面上の合成ベクトルを算出することによって、前記力の大きさと向きを算出する、請求項２４に記載の操作入力装置。
【請求項２６】
請求項２から７のいずれか一項に記載の操作入力装置と、
前記基準点と前記円の中心部とを結ぶ直線に直交する平面をＸＹ平面と定義した場合、前記複数のインダクタそれぞれについての前記出力信号に基づいて、インダクタンスのＸ方向成分の変化とＹ方向成分の変化とを検知することによって、前記力のベクトルを算出する算出手段と
前記変形検知信号に応じて、前記力が入力されたことを判断する判断手段とを備える、操作入力検出装置。
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図５７】
【図５８】
【図５９】
【図６０】
【図６１】
【図６２】
【図６３】
【図６４】
【図６５】
【図６６】
【図６７】
【図６８】
【図６９】
【図７０】
【図７１】
【図７２】
【図７３】
【図７４】
【図７５】
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図５７】
【図５８】
【図５９】
【図６０】
【図６１】
【図６２】
【図６３】
【図６４】
【図６５】
【図６６】
【図６７】
【図６８】
【図６９】
【図７０】
【図７１】
【図７２】
【図７３】
【図７４】
【図７５】
【公開番号】特開２０１１−３５３６（Ｐ２０１１−３５３６Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１４５８１（Ｐ２０１０−１１４５８１）
【出願日】平成２２年５月１８日（２０１０．５．１８）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１８日（２０１０．５．１８）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
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