操作输入装置以及操作输入检测装置制造方法
【专利摘要】本发明提供操作输入装置，其特征在于，具备线圈（11）、通过操作输入的作用而沿线圈（11）的轴向位移的操作部（12）、通过操作部（12）的位移而使与线圈（11）的位置关系变化的铁芯（13）、配置在线圈（11）的外侧的磁轭（14）、以及产生在铁芯（13）和磁轭（14）流动的磁通的磁铁（15），线圈（11）输出与操作部（12）的位移量对应的信号，操作部（12）通过在线圈（11）流动的电流和磁铁（15）的磁通而可动。
【专利说明】 操作输入装置以及操作输入检测装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及具备操作输入作用的操作部的操作输入装置以及操作输入检测装置，更加详细地涉及能够对操作部施加振动的装置。
【背景技术】
[0002]以往，公知有如下输入装置，S卩，使用电阻膜方式的触摸面板来检测使用者的手指的按压时的输入位置以及按压力，并且对触摸面板施加振动(例如，参照专利文献I)。该输入装置中，由电压测定电路检测输入位置以及按压力，另一方面，由振动马达等对使用者施加振动。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2005 - 275632号公报
【发明内容】
[0006]发明所要解决的课题
[0007]然而，上述的以往技术中，由分别独立的结构来实现对作用于操作部的操作输入进行检测的功能和对操作部施加振动的功能，从而输入装置容易大型化。另外，用于实现施加振动的功能的结构也复杂。
[0008]因此，本发明的目的在于提供能够以简单的结构实现对作用于操作部的操作输入进行检测的功能和对操作部施加振动的功能的操作输入装置以及操作输入检测装置。
[0009]用于解决课题的方法
[0010]为了实现上述目的，本发明的操作输入装置的特征在于，具备:
[0011]线圈；
[0012]通过操作输入的作用而沿上述线圈的轴向位移的操作部；
[0013]通过上述操作部的位移而使与上述线圈的位置关系变化的铁芯；
[0014]配置于上述线圈的外侧的磁轭；以及
[0015]产生在上述铁芯和上述磁轭流动的磁通的磁铁，
[0016]上述线圈输出与上述操作部的位移量对应的信号，
[0017]上述操作部通过在上述线圈流动的电流和上述磁铁的磁通而可动。
[0018]另外，为了实现上述目的，本发明的操作输入装置的特征在于，具备:
[0019]线圈；
[0020]通过操作输入的作用而沿上述线圈的轴向位移的操作部；
[0021]通过上述操作部的位移而使与上述线圈的位置关系变化的铁芯及磁轭；以及
[0022]配置于上述铁芯与上述磁轭之间的磁铁，
[0023]上述线圈输出与上述操作部的位移量对应的信号，
[0024]上述操作部通过在上述线圈流动的电流和上述磁铁的磁通而可动。[0025]另外，为了实现上述目的，本发明的操作输入检测装置的特征在于，具备:
[0026]本发明的操作输入装置；
[0027]检测上述线圈的电感的变化的检测单元；以及
[0028]通过在上述线圈流动电流来使上述操作部可动的控制单元。
[0029]发明的效果如下。
[0030]根据本发明，能够以简单的结构实现对作用于操作部的操作输入进行检测的功能和对操作部施加振动的功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1是本发明的第一实施方式的操作输入装置I的立体剖视图。
[0032]图2是操作输入装置I的正视剖视图。
[0033]图3是未赋予操作输入的初始位置状态的剖视图。
[0034]图4是赋予了操作输入的压入位置状态的剖视图。
[0035]图5是磁路的说明图。
[0036]图6是本发明的第二实施方式的操作输入装置2的立体剖视图。
[0037]图7是操作输入装置2的正视剖视图。
[0038]图8是操作输入装置2的一部分的正视剖视图。
[0039]图9是表示凸缘部24c、24d的立体图。
[0040]图10是本发明的第三实施方式的操作输入装置3的立体剖视图。
[0041]图11是操作输入装置3的正视剖视图。
[0042]图12是本发明的第四实施方式的操作输入装置4的立体剖视图。
[0043]图13是操作输入装置4的正视剖视图。
[0044]图14是本发明的第五实施方式的操作输入装置5的立体剖视图。
[0045]图15是操作输入装置5的正视剖视图。
[0046]图16是本发明的第六实施方式的操作输入装置6的立体剖视图。
[0047]图17是操作输入装置6的正视剖视图。
[0048]图18是包括检测电感的变化的检测部和使操作部可动的控制部的控制电路的第一例的框图。
[0049]图19是表示图18的各点的波形的图。
[0050]图20是包括检测电感的变化的检测部和使操作部可动的控制部的控制电路的第二例的框图。
[0051]图21是表示图20的各点的波形的图。
[0052]图22是包括检测电感的变化的检测部和使操作部可动的控制部的控制电路的第三例的框图。
[0053]图23是使操作输入装置动作后的波形图。
【具体实施方式】
[0054]以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。本发明的一个实施方式的操作输入装置是受到操作者的手指等的力、而输出与该接受到的力对应地变化的输出信号的操作接口。基于该输出信号，检测操作者的操作输入。通过操作输入的检测，能够使计算机把握与该检测到的操作输入对应的操作内容。
[0055]例如，在游戏机、电视机等的操作用遥控器、移动电话或音乐播放器等移动终端、个人计算机、电化产品等电子设备中，根据操作者想要操作的内容，能够使这样的电子设备上配备的显示器的画面上的显示物(例如，光标或指示器等的指示显示、字符等)移动。另夕卜，操作者通过给予规定的操作输入，能够发挥与该操作输入对应的电子设备的所希望的功能。
[0056]另一方面，通常，对于线圈(卷线)等的电感线圈的电感L而言，在将系数设为K、将导磁率设为U、将线圈的匝数设为n、将剖面积设为S、将磁路长设为d的情况下，如下关系式成立。
[0057]L = Ku n2S/d
[0058]由该关系式可知，在线圈的匝数、剖面积等取决于形状的参数固定的情况下，通过是否使周围的导磁率和磁路长中的至少一个变化，来使电感变化。
[0059]以下对利用该电感的变化的操作输入装置以及操作输入检测装置的实施例进行说明。对于该操作输入装置而言，在由X、Y、Z轴决定的正交坐标系中，接受从+Z坐标方向输入的操作者的力。操作输入装置具备通过利用操作输入的作用使与线圈的位置关系变化来使该线圈的电感变化的位移部件。操作输入检测装置基于与该电感的大小对应地变化的规定的信号，检测因操作者的操作输入而位移的位移部件的动作，从而能够检测该操作输入。
[0060]另外，操作输入检测装置在其线圈流动使线圈的周围产生磁场的电流。通过像这样产生的磁场，来在操作者的力能够作用的操作部产生作为操作者的刺激的动作。
[0061]图1是本发明的第一实施方式的操作输入装置I的剖面立体图。图2是操作输入装置I的剖视图。图1、图2中表示了操作输入未作用于操作部12的非操作状态。操作输入装置I的构造相对于图示的剖面大致对称，从而省略整体图。后述的其它的操作输入装置也相同。
[0062]操作输入装置I具备线圈11、操作部12、铁芯13、磁轭14以及磁铁15。线圈11通过将线材(导线)卷成筒状而形成。操作部12是因操作输入的作用而沿线圈11的轴向(附图的情况下，上下方向)位移的部位。铁芯13是因操作部12的位移而使与线圈11的位置关系变化的磁性体。磁轭14是配置于线圈11的外侧的磁性体。磁铁15是在铁芯13和磁轭14中流动的磁通的产生源。
[0063]若通过操作部12的位移使线圈11与铁芯13的位置关系变化，则使线圈11周边的导磁率变化，从而使线圈11的自身电感变化。线圈11根据其电感的变化，输出与操作部12的位移量对应的信号波形。因此，通过检测该信号波形，能够计算操作部12的位移量(操
作量)。
[0064]另外，若在线圈11流动电流，则由于与在线圈11流动的电流对应地产生的磁通和由磁铁15产生的磁通对铁芯13作用力，从而能够使与作用于铁芯13的力对应地位移的操作部12动作。
[0065]因此，根据具有这样的结构的操作输入装置1，仅通过在能够检测操作部12的位移量的线圈流动电流，就能够对操作部12施加一个或者两个往复以上的振动，从而能够以简单的结构实现对作用于操作部12的操作输入进行检测的功能和对操作部12施加振动的功能。
[0066]接下来，更加详细地对操作输入装置的结构进行说明。
[0067]线圈11是圆筒状地卷绕线材(导线)而固定于基部的部件。线圈11虽然是圆筒状，但也可以是方筒状等的其它的筒状的形状。图1、图2中，举例表示了线圈11在线圈架18的圆筒部的外侧侧面卷绕而固定的结构。线圈11位于圆柱状的铁芯13的侧面部与圆筒状的磁轭14的侧面部14a之间。
[0068]操作部12是根据作用于其上侧的操作面的操作输入的输入量、而使从外壳17的开端口部向外壳17的内侧的位移量连续地变化的部件。操作部12是如下位移部件，即，通过利用对操作面直接或者间接地作用的操作输入，来在线圈11的轴向延长上的上方空间内向下方位移，从而增加线圈2的电感。操作部12相对于线圈11设置在输入操作输入的一侧，具有与线圈11的上端面对置的下表面和操作者的力直接或者间接地作用的上表面。
[0069]铁芯13是通过利用操作输入的作用使线圈11的中空部沿线圈11的轴向位移来使线圈11的电感变化的位移部件。若线圈11是圆筒状，则铁芯13优选是圆柱状的磁性体，若线圈11是方筒状，则铁芯13优选是棱柱状的磁性体。
[0070]磁轭14设置在线圈11的上端面侧，由于操作部12的位移而使与线圈11的位置关系变化。磁轭是相对导磁率比I高的材质即可。例如，相对导磁率是1.001以上较好，具体而言，优选为钢板(相对导磁率5000)等。
[0071]磁铁15配置在铁芯13与磁轭14之间，产生贯通铁芯13的剖面以及磁轭14的剖面的磁通。磁铁15形成为外径与铁芯13的外径大致相等的圆柱状。
[0072]操作输入装置I形成有由磁轭14、伴随着与磁轭14的位移相同的移动的磁铁15以及软磁性体的铁芯13构成的磁路。磁铁15使该磁路产生磁通。如图3所示，以使在该磁路中的空隙产生的磁通O与线圈11的轴向正交的方式配置有磁轭14、磁铁15、铁芯13以及线圈11。通过操作输入的作用在操作部12产生的位移，使铁芯13和磁轭14以及磁铁15—起位移。如图4所示，若铁芯13向接近线圈11的方向位移，则线圈11周边的导磁率增加，从而线圈11的自身电感增加。通过检测该电感的值，能够检测操作部12的位移量。并且，利用由外加于线圈11的电流和磁铁15的磁通对铁芯13作用的力，能够通过操作部12对操作者施加强制的反馈力。此时，通过切换在线圈11中流动的电流的朝向，来切换作用于铁芯13的力的朝向，从而能够将与操作部12的操作方向相同或者相反方向的力通过操作部12给予操作者。
[0073]图5是磁路的说明图。磁铁15的外径比线圈11的内径小，在与操作部12的操作方向大致相同的磁化方向Dl上被端面磁化。铁芯13配设在磁铁15的下表面15b,其外径比线圈11的内径小。磁轭14配设在磁铁15的上表面15a，其是形成有内径比线圈11的外径大的圆筒部的杯形形状。操作输入装置I因作用于操作部12的操作输入，使磁铁15、铁芯13以及磁轭14向下方进行相同的位移。磁铁15和铁芯13在线圈11的内侧空间内沿线圈11的轴向移动，圆筒状的磁轭14的侧面部14a在线圈11的外侧空间内沿线圈11的外侧侧面移动。
[0074]在未操作操作部12的非操作状态(操作部12的初始位置状态)下，如图5所示，线圈11的一部分与铁芯13及磁轭14的侧面部14a重叠(交叠)。若像这样交叠地配置，则能够从非操作状态产生由线圈11的激励引起的力。图5的情况下，铁芯13的一部分和磁轭14的一部分与线圈11的一部分重叠。铁芯13的下表面13b和磁轭14的侧面部14a的下端位于比线圈11的上端面更靠下方处。
[0075]另外，若在非操作状态下，铁芯13和磁轭14具有比线圈11的轴向的端面更靠外侧的部分，则能够增大操作部12使电感变化的行程量，从而能够增加相对于操作部12的操作量的电感的变化量，并能够提高检测灵敏度。图5的情况下，铁芯13的上表面13a和磁轭14的侧面部14a的一部分比线圈11的上端面靠近上方。换句话说，铁芯13和磁轭14在非操作状态下具有比线圈11的轴向的上端面靠近上方的部分。
[0076]磁轭14固定于磁铁15的上表面15a，操作部12以与磁轭14的上表面14b面接触的方式固定。来自磁铁15的磁通在图2、图5所示的区域S1、S2集中，但操作部12若与磁轭14相同地是磁轭材性体)，则磁通通过的磁轭的剖面积如区域S2所示地变大，从而能够缓和因磁轭14的磁通饱和引起的泄漏现象。
[0077]如图2所示，操作部12是形成有多个圆筒部的多层杯形状。图2的情况下，操作部12形成有内侧圆筒部和外侧圆筒部两个圆筒部。操作部12的内侧圆筒部的侧面部12a与操作输入装置I的外壳17的上表面开端口部嵌合，操作部12的外侧圆筒部的侧面部12b与圆筒状的外壳17的内侧侧面嵌合。通过使外侧圆筒部的侧面部12b可滑动地与外壳17的内侧侧面嵌合，能够稳定地沿线圈11的轴向对操作部12进行导向。外壳17是收纳操作部12的箱体。
[0078]回位弹簧16是能够向接近线圈11的方向位移地弹性地支承操作部12的支承部件。回位弹簧16是总是对操作部12赋予朝向使操作部12远离线圈11的方向的力的螺旋弹簧，以使操作部12的外侧圆筒部抵接在外壳17的上表面内侧的状态安装在外壳17内。
[0079]回位弹簧16配设在由磁轭14的侧面部14a和操作部12的侧面部12b构成的圆筒型环状空间。回位弹簧16在线圈架18的下侧凸缘的上表面与操作部12的弹簧支座部12c之间随着初始力使操作部12复原至其初始位置。在线圈架18的下侧凸缘的上表面，形成有对回位弹簧16的下端进行定位的槽状的弹簧支座部18a。弹簧支座部12c相当于操作部12的外侧圆筒部的底部。
[0080]图6是本发明的第二实施方式的操作输入装置2的立体剖视图。图7是操作输入装置2的正视剖视图。省略与上述的实施方式相同的结构、效果的说明。
[0081]操作输入装置2是固定于磁铁15的下表面的铁芯23形成为杯形的装置。铁芯23能够通过冲压成形加工等来作成，在与线圈11对置的一侧的端面形成有凹部23c。由此，能够减少成本和减少重量。
[0082]磁铁15的磁通密度随着从磁铁15的中心轴朝向其外周端而变高。另外，也可以如图8所示地设有凹部23c，铁芯23的侧面部与磁轭24的侧面部24a之间的间隙长不变。因此，即使使铁芯23成为杯状，也能够维持磁路的效率和对操作部12施加振动的反馈力。另外，由于能够减少作为可动部的铁芯23的重量，所以能够提高具有操作部24b的磁轭24的响应性。作为结果，减少部件成本和提高操作感(反馈触感)。
[0083]磁轭24能够通过冲压加工等制作。在磁轭24的侧面部24a形成有一个以上的向外侧突出的凸缘部。图9中，表不了两个凸缘部24c、24d。如图6、图7所不，凸缘部24c等通过与设于外壳17的槽27a、27b等嵌合，能够停止具有操作面24b的磁轭24绕线圈11的轴向旋转的情况。即，槽27a等作为防止磁轭24旋转的部件而起作用。
[0084]操作输入装置2具备配置在线圈11的内部、且直径比铁芯23的直径小的回位弹簧26。回位弹簧26固定在铁芯23的下表面和线圈架28的中空部的底部上表面，随着初始力而使磁轭24向其初始位置复原。回位弹簧26的下端由形成于线圈架28的中空部的底部上表面的槽状的弹簧支座部28a定位，回位弹簧26的上端嵌合而定位于铁芯23的凹部23c。通过利用铁芯23的凹部23c，能够加长回位弹簧24的弹簧长，从而能够使耐久性提闻、回弹率减少等弹黃的各项特性提闻。
[0085]图10是本发明的第三实施方式的操作输入装置3的立体剖视图。图11是操作输入装置3的正视剖视图。省略与上述的实施方式相同的结构、效果的说明。
[0086]操作输入装置3是设于线圈11的外侧的磁轭34的位置固定的装置。磁轭34是形成有内径比作为磁轭材料的操作部32的外径大的圆筒部的圆筒状部件。磁轭34的圆筒部的高度是从线圈11的下端Ilb至操作部32的上端32a为止的高度，通过外壳37A被固定。由于磁轭34保持被外壳37和线圈架28围起而固定不变地不可动，所以能够减少因操作输入而位移的可动部的重量，从而能够提高赋予反馈力时的响应性。
[0087]磁铁15的外径比线圈11的内径小，在与操作部32的操作方向大致相同的磁化方向Dl上被端面磁化。铁芯23固定于磁铁15的下表面15b，外径比线圈11的内径小。操作部32固定于磁铁15的上表面15a,是具有操作输入作用的上表面32a的圆盘状部件。外壳37B防止操作部32脱出。对于操作输入装置2而言，因作用于操作部32的操作输入，使磁铁15和铁芯23向下方进行相同的位移。磁铁15和铁芯23在线圈11的内侧空间内沿线圈11的轴向移动，即使操作部32位移，圆筒状的磁轭34也不可动。
[0088]图12是本发明的第四实施方式的操作输入装置4的立体剖视图。图13是操作输入装置4的正视剖视图。省略与上述的实施方式相同的结构、效果的说明。
[0089]操作输入装置4构成为,通过操作部48的位移，由铁芯13、磁轭14以及磁铁15构成的磁路部分不位移，而使线圈11位移。通过使以铁为主成分的铁芯、磁轭、磁铁不为可动部而成为固定部，能够提高赋予反馈力时的响应性。操作部48作为线圈11的线圈架而起作用。该结构例如也能够应用于本申请的其它的操作输入装置。
[0090]图14是本发明的第五实施方式的操作输入装置5的立体剖视图。图15是操作输入装置5的正视剖视图。省略与上述的实施方式相同的结构、效果的说明。
[0091]操作输入装置5构成为，形成有具有比线圈11的内径小的外径的圆筒部的圆筒状磁铁55在磁路产生磁通。磁铁55的圆筒部在与操作部12的操作方向(线圈11的轴向)大致垂直的磁化方向D2上被端面磁化。铁芯53形成为圆柱状，嵌合而固定于磁铁55的圆筒部的内侧。操作输入装置5由于作用于操作部12的操作输入，而使磁铁55、铁芯53以及磁轭14向下方进行相同的位移。磁铁55和铁芯53在线圈11的内侧空间内沿线圈11的轴向移动，圆筒状的磁轭14的侧面部14a在线圈11的外侧空间内沿线圈11的外侧侧面沿移动。
[0092]图16是本发明的第六实施方式的操作输入装置6的立体剖视图。图17是操作输入装置6的正视剖视图。省略与上述的实施方式相同的结构、效果的说明。
[0093]操作输入装置6构成为，形成有具有比线圈11的外径大的内径的圆筒部的圆筒状磁铁65在磁路产生磁通。磁铁65的圆筒部在与操作部12的操作方向(线圈11的轴向)大致垂直的磁化方向D2上被端面磁化。圆筒状的磁铁65嵌合而固定于杯状的磁轭14的侧面部的内侧。铁芯63形成为圆柱状，固定于磁轭14的下表面，能够滑动地嵌合于线圈架18的圆筒部的内侧。磁轭14是内径比线圈11的外径大且比圆筒状磁铁65的外径大的圆筒状部件。操作输入装置6由于作用于操作部12的操作输入，而使磁铁65、铁芯63以及磁轭14向下方进行相同的位移。铁芯53在线圈11的内侧空间内沿线圈11的轴向移动，磁铁65的圆筒部和圆筒状的磁轭14的侧面部14a在线圈11的外侧空间内沿线圈11的外侧侧面移动。圆筒状的磁铁65也可以是被分割为几个的部件。
[0094]接下来，对检测线圈11的电感的变化的检测部、和通过在线圈11流动电流而使操作部12可动的控制部进行说明。
[0095]检测部是如下检测单元，即，通过以电的方式检测线圈的电感的变化，来输出与操作部的连续变化的模拟位移量对应的检测信号。检测部由安装于未图示的基板的检测电路构成即可。
[0096]例如，检测部检测与线圈的电感的变化等价地变化的物理量，并将该物理量的检测值作为与操作部的位移量等价的值而输出。另外，检测部也可以通过检测与线圈的电感的变化等价地变化的物理量，来计算线圈的电感，并将该电感的计算值作为与操作部的位移量等价的值而输出。另外，检测部也可以根据该物理量的检测值或者该电感的计算值来运算操作部的位移量，并输出该位移量的运算值。
[0097]具体而言，检测部通过向线圈供给脉冲信号，来在线圈产生与线圈的电感的大小对应地变化的信号波形，并基于该信号波形以电的方式检测线圈的电感的变化即可。
[0098]例如，随着线圈的上端面的上方区域的操作部向下方的位移量增加，线圈周边的导磁率增加，从而线圈的电感增加。随着线圈的电感增加，因脉冲信号的供给而在线圈的两端产生的脉冲电压波形的振幅也变大。因此，将该振幅设为与线圈的电感的变化等价地变化的物理量，从而检测部通过检测该振幅，能够将该振幅的检测值作为与操作部的位移量等价的值而输出。另外，检测部根据该振幅的检测值计算线圈的电感，也能够将该电感的计算值作为与操作部的位移量等价的值而输出。
[0099]另外，随着线圈的电感增加，因脉冲信号的供给而在线圈流动的脉冲电流波形的倾斜变得缓慢。因此，将该倾斜设为与线圈的电感的变化等价地变化的物理量，从而检测部通过检测该倾斜，能够将该倾斜的检测值作为与操作部的位移量等价的值而输出。另外，检测部根据该倾斜的检测值计算线圈的电感，也能够将该电感的计算值作为与操作部的位移量等价的值而输出。
[0100]检测部例如是通过向线圈供给第一脉冲信号来检测线圈的电感的变化的检测单元。检测部基于通过向线圈供给与第一脉冲信号对应的脉冲电流(第一脉冲电流)而在线圈的两端产生的脉冲电压(第一脉冲电压)，来检测线圈的电感的变化。根据线圈的电感的变化的检测结果，能够计算操作部的位移量。
[0101]另一方面，控制部例如是通过向线圈供给与第一脉冲信号相比相位不同的第二脉冲信号而产生使操作部可动的磁场的控制单元。利用由于在线圈流动与第二脉冲信号对应的脉冲电流(第二脉冲电流)而产生的磁场，产生使操作部和铁芯一起向线圈接近或从线圈远离的力。利用由于向线圈供给第二脉冲信号而产生的力的大小变动，使操作部振动。即，由于第二脉冲信号是振幅暂时变化的信号，因此能够使对操作部施加的力的大小产生变动。
[0102]第一脉冲信号以及第二脉冲信号也可以是矩形波，也可以是三角波，也可以是锯齿波。
[0103]图18是包括检查电感的变化的检测部和使操作部可动的控制部的控制电路的第一例的框图。控制电路是检测线圈L的电感的变化的计算单元。控制电路具备CPU等的运算电路70、与运算电路70的第一输出端口 71连接的驱动电路76、以及与运算电路70的第二输出端口 72及AD端口 73连接的接收电路77。线圈L经由接收电路77以及驱动电路76与运算电路60连接。
[0104]驱动电路76通过根据来自运算电路70的输出端口 71的输出信号对恒电流源76a的输出电流进行控制，来在线圈L流动电流。接收电路77将随着在线圈L流动电流而产生的电压通过放大器77a而向峰值保持电路77b输入(也可以向谷值保持电路输入)。向AD端口 73输入由峰值保持电路77b保持了峰值的峰值(模拟值)，而由AD转换器将其变换为
数字值。
[0105]图19是表示图18的各点的波形的图。从运算电路70的输出端口 71输出矩形波的电压波形。由于该电压，恒电流电路76a在线圈流动恒定的电流。由此，线圈中产生微分波形的电压V2。作为电压波形V2，得到与电压波形Vl的上升同步的波形2 — 1，并且，得到与电压波形Vl的下降同步的波形2 — 2。波形2 — 2是相对于波形2 -1而正负相反的波形。放大器77a将电压波形V2增幅至适于AD转换器的动态范围的大小。通过使电压波形V2保持峰值或者保持谷值，来由AD转换器(AD端口 73)获取该保持的值。波形2 — 1、2 - 2的振幅值与各线圈的电感的大小成比例地变大，从而通过检测该振幅值，能够评价各线圈的电感的大小。
[0106]图20是包括检测电感的变化的检测部和使操作部可动的控制部的控制电路的第二例的框图。
[0107]驱动电路86通过根据来自运算电路70的输出端口 71的输出信号对晶体管86a进行控制，来向线圈L外加恒电压输出。在操作检测用的线圈L与地面之间连接有电阻R1，并形成有线圈L和电阻Rl的低通滤波器。经由放大器77a将在线圈L与电阻Rl之间产生的电压V4 (电阻Rl的两端电压)输入峰值保持电路77b。向AD端口 73输入由峰值保持电路77b保持了峰值的峰值(模拟值)，而由AD转换器将其变换为数字值。
[0108]与电阻Rl并联连接的开关元件88在外加用于检测操作部的位移量的脉冲时断开。另一方面，在外加用于对操作部施加振动的反馈脉冲时激励线圈L的情况下，在电阻Rl中阻抗变高，从而需要避免不流动需要量的外加电流。因此，开关元件88根据来自运算电路70的输出端口 74的输出信号，与外加反馈脉冲时同步地接通。
[0109]图21是表示图20的各点的波形的图。从运算电路70的输出端口 71输出矩形波的电压波形。利用该电压，驱动电路86对线圈L外加恒定的电压。通过将线圈L和电阻Rl的时间常数设定为矩形波脉冲的宽度以上，来产生图示那样的电压波形V4。放大器77a将这样的电压波形V4增幅为适于AD转换器的动态范围的大小。通过保持电压波形V4的峰值，来由AD转换器(AD端口 73)获取该保持的值。电压波形V3的振幅值在线圈L中与电感的大小成反比例地降低，从而通过检测该振幅值，能够评价线圈的电感的大小。
[0110]图22是包括检测电感的变化的检测部和使操作部可动的控制部的控制电路的第三例的框图。
[0111]图22中，在控制电路中，电阻Rl与线圈L的内部电阻(电阻大小)相比，设定为电阻值相对于温度的变动误差小。在像这样设定的情况下，通过评价对线圈L外加矩形波后的电压波形V4，能够对因继续输出反馈力而使线圈L的内部电阻的温度上升所引起的电阻值的增加进行检测。
[0112]例如，将线圈L的电感在操作部处于初始位置的情况下设为0.6mH，在最大按下的情况下设为l.0mH。该情况下，若将从输出端口 71输出的矩形波的控制脉冲设定为2 u sec的宽度，将电阻Rl设为470 Q，则由线圈L和电阻Rl构成的滤波器的时间常数为1.28 u sec。若将从驱动电路86输出的外加电压V5设为3V，将线圈L的内部电阻设为15 Q，则操作部的初始位置的电压波形V3约为2.33V，操作部的最大位移时的电压波形V3约为 1.77V。这样，由于电压波形V3与操作部的位移量对应地变化，所以通过检测电压波形V3，能够检测操作部的压入量。
[0113]这里，若将控制脉冲的宽度设定为比线圈L和电阻Rl的时间常数足够大的宽度(或者，将控制脉冲设定为直流信号)，对线圈L外加电压，则基于线圈L的内部电阻和电阻Rl的分压比，电压波形V3为2.91V (= 3VX470Q/ (470 + 15) Q )。将该2.91V设为常温23度时的电压V3的电压值。
[0114]线圈所使用的卷线一般具有0.4%/°C的温度特性，另一方面，电阻元件存在具有较大温度特性的元件至具有较小的温度特性的元件，较小的元件的话也能够容易入手
0.01%/°C左右的温度特性。
[0115]因此，若将内部电阻的电阻值的温度特性为0.4%/°C的元件作为线圈L而使用，并将电阻值的温度特性为0.01%/°C的元件作为电阻Rl而使用，则线圈L的内部温度的加热上限值100°C时的电压V3的电压值相对于常温时的2.9IV而降低至2.88V。在利用控制电路后段的AD转换器检测该温度变化所引起的电压差30mV的情况下，变更或者停止向线圈L输出的脉冲信号的输出方法。由此，在线圈L的内部温度超过允许范围前，能够将线圈L的破损等防范于未然。
[0116]另外，也可以通过与用于检测电感的变化的电阻Rl不同地，在开关元件88与地面之间设置用于检测线圈L的内部电阻的电阻R2，来提高检测线圈L的内部电阻的温度变化的灵敏度。开关元件88是用于在外加反馈脉冲时降低阻抗、而提高在线圈L流动的电流值的元件。例如，若将电阻值为2 Q、该电阻值的温度特性为0.01%/°C的元件作为电阻R2使用，将内部电阻的电阻值为15Q、该电阻值的温度特性为0.4%/°C的元件作为线圈L，则常温25°C时的电压V3和高温100°C时的电压V3的电压差相对于未设置电阻R2的情况的电压差30mV，能够增大至74mV，从而能够抑制该电压差的检测误差。
[0117]图23是使操作输入装置动作后的波形图。
[0118]操作输入装置的动作控制方法具有通过向线圈L供给第一脉冲信号来检测线圈L的电感的变化的电感检测步骤。in运算电路70在该电感检测步骤中，如图23(b)所示，从输出端口 71，输出与向线圈L供给的第一脉冲信号对应的脉冲波形p (pi~p9)来作为矩形波的电压波形VI。通过从输出端口 71间歇地向线圈L输出脉冲波形p，来向线圈L间歇地供给第一脉冲信号。另外，通过使电感检测步骤以一定的周期重复，来以一定的周期输出电压波形Vl的各脉冲波形pi~p9。脉冲波形p是用于检测线圈L的电感的变化的驱动电压。
[0119]由于驱动电压VI，与图23 (a)所示的操作部的下压量W对应，如图23 (C)所示地产生伴随电感的增加的检测电压V3。在下压量W如图23 (a)所示地变化的情况下，检测电压V3的振幅也与下压量W成比例地增加。随着下压量W的增加，检测电压V3的脉冲波形s3、s4、s5的振幅增加，随着下压量W的减少，检测电压V3的脉冲波形s6、s7的振幅减少。在下压量W没有变化的情况下，检测电压V3的脉冲波形的振幅相同(sl、s2、s8、s9)。
[0120]另外，操作输入装置的动作控制方法具有如下磁场生成步骤，S卩，将与在电感检测步骤中供给的第一脉冲信号相比相位不同的第二脉冲信号供给至线圈L，从而生成由铁芯、磁轭使操作部可动的磁场H。运算电路70在该磁场生成步骤中，如图23 (b)所示，从输出端口 71输出与向线圈L供给的第二脉冲信号对应的脉冲波形q (ql?q5)，来作为矩形波的电压波形VI。通过从输出端口 71向线圈L输出脉冲波形q,来向线圈L供给第二脉冲信号。随着输出脉冲波形q，如图23 (e)所示，产生将操作部吸引至线圈L侧的力F。
[0121]图23表示与作为电感的变化的检测结果的检测电压V3的振幅对应地输出脉冲波形ql?q5的控制方法。即，在振幅不足规定的阈值的检测电压V3的情况下，不输出脉冲波形q，在产生了振幅为规定的阈值以上的检测电压V3的情况下，输出与该检测电压V3的振幅对应的脉冲波形q。换句话说，对于与下压量W对应地产生操作部的位移的脉冲波形q而言，以与检测电压V3的振幅成比例的振幅产生。而且，产生与脉冲波形q的振幅对应的大小的吸引力F。
[0122]用于检测电感的变化的脉冲波形p的振幅电压、脉冲宽度以及输出周期是能够通过检测电压V3检测电感的变化的程度的大小即可，是不会产生能够引起操作者可感知的操作部的位移的磁场H的程度的大小即可。由此，在每次检测电感的变化的时刻，能够防止使操作者感到操作部的位移。与此相对，随着脉冲波形q而产生的操作部的位移能够可靠地使操作者感知，从而脉冲波形q的振幅电压、脉冲宽度以及周期是不会产生能够引起操作者可感知的操作部的位移的磁场H的程度的大小即可。例如，脉冲波形q的振幅电压和脉冲宽度中的至少一个与脉冲波形P相比较大。
[0123]此时，在不进行任何处理的情况下，将通过输出用于使操作部位移的脉冲波形q而生成的检测电压V3作为表示电感的变化的信号，运算电路70为了防止误检测，例如，如图23 (d)所示，在至少产生脉冲波形q的期间内，产生用于不使接收电路77动作的复位信号VR也可以。由此，在输出脉冲波形q的期间内，如图23 (C)所示，能够不生成检测电压V3。另外，脉冲波形q是运算电路70自然地输出的波形，从而将随着脉冲波形q而产生的检测电压V3作为表示电感的变化的信号，而不评价运算电路70 (忽略)也可以。
[0124]另外，图23(b)表示输出与下压量W的大小对应的振幅的脉冲波形q的控制方法，但也可以如图23 Cf)所示地是输出与下压量W的大小对应的脉冲宽度的脉冲波形q而使操作部位移的控制方法。下压量W越大，脉冲波形q的脉冲宽度越宽。
[0125]另外，也可以如图23 (g)所示，是输出与下压量W的大小对应的个数的脉冲波形q而使操作部位移的控制方法。下压量W越大，脉冲波形q的个数越多。
[0126]另外，如图23(h)所示，根据使用该操作输入装置的应用(例如，由操作者使用的电子设备，更具体而言，游戏设备、移动电话等)，脉冲波形q不需要必须与脉冲波形P同步，从而跨越多个脉冲波形P，变更产生脉冲波形q的时间间隔(脉冲波形q的输出间隔)也可以。用于检测电感的变化的脉冲波形P相当于电感变化的检测的时间的分辨率(追随速度)，从而优选以较短的时间间隔输出。另一方面，用于对操作部赋予位移的脉冲波形q需要使操作者感到产生了操作部的位移，从而与脉冲波形P相比，输出间隔较长。例如，如图23 (h)所示，在未输出脉冲波形P的任意的期间内，以不与脉冲波形P重复的方式输出脉冲波形q即可。
[0127]另外，脉冲波形p的输出间隔较小，在无法确保脉冲波形q的输出时刻的情况下，使脉冲波形q比脉冲波形P优先，在脉冲波形q的输出期间内使脉冲波形P的输出停止也可以。
[0128]另外，图23的情况下，产生与下压量W对应的操作部的位移，但是通过使脉冲波形q的供给方式变化，来使在线圈流动的电流的流动方式变化，从而能够使给予操作者的振动的方式变化。例如，通过使第二脉冲信号的供给方式变化来使在线圈流动的电流的流动方式变化，从而能够使给予操作者的振动的强度、振动频率、振动的次数变化。另外，并不局限于使操作部的位移的产生时刻与下压量W对应地变化，也可以与操作部的下压速度、因操作部的操作而动作的对象物(例如，显示器上的光标、指示器等)的移动位置、操作输入装置所使用的应用上的产生情况对应地变化。例如，当操作部的下压量W达到规定的值后，通过向线圈供给第二脉冲信号来产生使操作部位移的磁场。利用像这样使操作部产生的位移，能够使操作者感到点击感。
[0129]这样，上述的本发明的实施方式的情况下，仅对检测电感的线圈施加用于反馈的外加电压就能够产生振动。例如，仅使从用于检测电感的检测电路部的驱动电路输出的波形的频率、电压、间隔等变化，就能够实现操作部的检测功能和振动的产生功能。这样，结构极其简单，也不需要追加的促动器。
[0130]所谓的使包括振动马达之类的操作输入装置在内的产品整体(例如，控制器)振动的方法，仅因使产品整体振动的强度和时间而产生变化。然而，根据本发明的实施方式，能够直接向操作部输出力的变化。因此，例如若安装多个操作输入装置，则能够按照其操作部地输出反馈(能够使之振动)。另外，由于能够相对于持有控制器之类的产品的手抑制传递反馈振动，所以能够给予直接的触感。
[0131]另外，对于振动马达而言，为了提高振动的振幅而需要提高转速，而在提高转速之前需要花费时间从而响应性低，无法分别独立地控制振动频率和振幅。然而，根据本发明的实施方式，由于仅对操作部的重量比较轻的部位输出力，所以通过变更输出的脉冲，也能够以一个脉冲输出类似点击感的触感,并也能够反复脉冲而输出振动之类的触感。另外，由于能够自由地变更振幅、频率、脉冲宽度等，所以能够根据需要地使触感变化。
[0132]以上，对本发明优选的实施例进行了详细说明，但本发明不局限于上述的实施例，在不脱离本发明的范围的情况下，能够对上述的实施例施加各种变形、改进以及置换。也可以组合上述的实施例各自的各部的结构。
[0133]例如，对于弹性地支承操作部的支承部件而言，不局限于回位弹簧之类的弹性部件，既可以是橡胶部件，也可以是海绵部件，也可以是填充了空气、油的缸体。
[0134]另外，本发明的操作输入装置并不局限于用手指，也可以用手掌进行操作。另外，也可以用脚指或脚掌进行操作。另外，操作者触摸的面可以是平面，也可以是凹面，也可以是凸面。[0135]本国际申请主张基于2011年4月27日申请的日本专利申请第2011 — 100197号的优先权，本国际申请引用日本专利申请第2011 - 100197号的全部内容。
[0136]符号的说明
[0137]I?6—操作输入装置，11—线圈，Ila一上端，Ilb—下端，12一操作部(磁辄)，12a、12b—侧面部，12c—弹黃支座部，13—铁芯，13a 一上表面，13b—下表面，14 一磁辄，14a—侧面部，14b 一上表面，15—磁铁，15a—上表面，15b—下表面，16 —回位弹黃，17 一外壳，17a—槽，18—线圈架，18a—弹簧支座部，23—铁芯，23b—下表面，23c—凹部，23d—弹簧支座面，24—磁轭，24a—侧面部，24b—操作面(操作部)，24c、24d—凸缘部，26—回位弹簧，27—外壳，27a、27b—槽，28—线圈架，28a —弹簧支座部，32—磁轭(操作部)，32a —上端，34—磁轭，37A、37B—外壳，42—磁轭，47—外壳，48—线圈架(操作部)，53—铁芯，55—磁铁，63—铁芯，65—磁铁，70—运算电路，76—驱动电路，77—接收电路，Dl、D2—磁化方向，①一磁通，S1、S2一区域。
【权利要求】
1.一种操作输入装置，其特征在于，具备: 线圈； 通过操作输入的作用而沿上述线圈的轴向位移的操作部； 通过上述操作部的位移而使与上述线圈的位置关系变化的铁芯； 配置于上述线圈的外侧的磁轭；以及 产生在上述铁芯和上述磁轭流动的磁通的磁铁， 上述线圈输出与上述操作部的位移量对应的信号， 上述操作部通过在上述线圈流动的电流和上述磁铁的磁通而可动。
2.根据权利要求1所述的操作输入装置，其特征在于， 上述线圈位于上述铁芯与上述磁轭之间。
3.根据权利要求2所述的操作输入装置，其特征在于， 上述线圈、上述铁芯以及上述磁轭配置为，在上述铁芯与上述磁轭之间的间隙产生的磁通与上述轴向正交。
4.根据权利要求1所述的操作输入装置，其特征在于， 在未操作上述操作部的非操作状态下，上述线圈与上述铁芯及上述磁轭重叠。
5.根据权利要求1所述的操作`输入装置，其特征在于， 在未操作上述操作部的非操作状态下，上述铁芯和上述磁轭具有位于比上述轴向的上述线圈的端面更靠外侧的部分。
6.根据权利要求1所述的操作输入装置，其特征在于， 上述磁轭通过上述操作部的位移，而与上述线圈的位置关系产生变化。
7.根据权利要求1所述的操作输入装置，其特征在于， 上述磁轭形成有内径比上述线圈的外径大的圆筒部。
8.根据权利要求1所述的操作输入装置，其特征在于， 上述铁芯在与上述线圈对置的一侧的端面具有凹部。
9.根据权利要求1所述的操作输入装置，其特征在于， 形成于上述磁轭的凸缘与形成于收纳上述磁轭的箱体上的槽嵌合。
10.根据权利要求1所述的操作输入装置，其特征在于， 具备使上述操作部复原至未操作上述操作部的非操作状态的位置的施力部件。
11.根据权利要求10所述的操作输入装置，其特征在于， 上述施力部件配置在上述线圈的内部。
12.根据权利要求11所述的操作输入装置，其特征在于， 上述施力部件与上述铁芯的对置于上述线圈的一侧的端面的凹部嵌合。
13.根据权利要求1所述的操作输入装置，其特征在于， 上述操作部是磁轭材料。
14.根据权利要求13所述的操作输入装置，其特征在于， 上述操作部与上述磁轭面接触。
15.根据权利要求1所述的操作输入装置，其特征在于， 上述操作部具有与收纳上述操作部的箱体的内表面嵌合的筒部。
16.根据权利要求15所述的操作输入装置，其特征在于，施力部件与上述操作部的上述筒部嵌合，该施力部件用于使上述操作部复原至未操作上述操作部的非操作状态的位置。
17.根据权利要求1所述的操作输入装置，其特征在于， 上述磁轭的位置是固定的。
18.根据权利要求1所述的操作输入装置，其特征在于， 上述磁铁形成有外径比上述线圈的内径小的圆筒部。
19.根据权利要求18所述的操作输入装置，其特征在于， 上述铁芯与上述磁铁的上述圆筒部嵌合。
20.根据权利要求1所述的操作输入装置，其特征在于， 上述磁铁形成有内径比上述线圈的外径大的圆筒部。
21.根据权利要求20所述的操作输入装置，其特征在于， 上述磁轭形成有内径比上述线圈的外径大且比上述磁铁的上述圆筒部的外径大的圆筒部。
22.根据权利要求1所述的操作输入装置，其特征在于， 通过上述操作部的位移，使上述线圈位移。
23.根据权利要求22所 述的操作输入装置，其特征在于， 上述铁芯的位置是固定的。
24.根据权利要求23所述的操作输入装置，其特征在于， 上述磁铁的位置是固定的。
25.一种操作输入装置，其特征在于，具备: 线圈； 通过操作输入的作用而沿上述线圈的轴向位移的操作部； 通过上述操作部的位移而使与上述线圈的位置关系变化的铁芯及磁轭；以及 配置于上述铁芯与上述磁轭之间的磁铁， 上述线圈输出与上述操作部的位移量对应的信号， 上述操作部通过在上述线圈流动的电流和上述磁铁的磁通而可动。
26.一种操作输入检测装置，其特征在于，具备: 权利要求1所述的操作输入装置； 检测上述线圈的电感的变化的检测单元；以及 通过在上述线圈流动电流来使上述操作部可动的控制单元。
【文档编号】G01B7/00GK103492830SQ201280020373
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年4月26日 优先权日:2011年4月27日
【发明者】古河宪一, 稻本繁典, 高桥勇树, 北村泰隆, 加贺美雅春, 山田健介 申请人:三美电机株式会社