JP4736066B2 - 操作入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、操作入力装置に関し、特にタッチ操作により入力を行うためのパネルを備えた操作入力装置に関する。

この種の操作入力装置として、例えば下記特許文献１に記載されているように、タッチパネルの裏面の四隅に圧力センサを配置し、圧力センサにより検出された荷重に基づいて、押し下げられたタッチパネルの位置（Ｘ−Ｙ座標）のみならず、押し下げ圧力（＋Ｚ方向）を検出するようにしたものが知られている。また、例えば下記特許文献２に記載されているように、指又はタッチペンとタッチパネルとの接触力を計算するに際して、指等とタッチパネルとの摩擦によりタッチパネルに生じるモーメントの情報を利用するようにしたものも知られている。

特開２００６−１２６９９７号公報 特開２００６−２５２０９３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された操作入力装置では、タッチパネルに対する押し下げ荷重（＋Ｚ方向の荷重）を検出することはできるが、タッチパネルに対する引き上げ荷重（−Ｚ方向の荷重）を検出することはできなかった。また、上記特許文献２に記載された操作入力装置では、タッチパネルに生じるモーメントの情報を利用しているため、接触力の計算に際して−Ｚ方向に作用する荷重の成分を間接的には利用しているものの、これはタッチパネルの−Ｚ方向に作用する荷重を直接的に利用するものではない。このため、従来の操作入力装置では、タッチパネルに対する押し下げ荷重（＋Ｚ方向の荷重）のみを実質的に利用しているにすぎないので、タッチパネルでの操作態様が制限されやすかった。

本発明は、上記問題に対処するためになされたものであり、その目的は、タッチ操作により入力を行うパネルでの操作態様を拡大し得る操作入力装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の操作入力装置は、表面側がタッチ操作により入力を行う操作面とされるパネルと、パネルに作用する荷重を検出する荷重検出手段と、荷重検出手段により検出された荷重に基づいて荷重が作用する位置を演算する演算手段とを備え、パネルには、操作面から突出配置されて該パネルを引き上げ操作することが可能な凸状部材が一体的に設けられ、荷重検出手段は、操作面の押し下げ操作に伴うパネルを押し下げる向きに作用する荷重と、凸状部材の引き上げ操作に伴うパネルを引き上げる向きに作用する荷重とを互いに異なる向きに作用する荷重として検出することを特徴とする。

本発明の操作入力装置においては、表面側がタッチ操作により入力を行う操作面とされるパネルに、上向きの荷重を作用させることが可能な凸状部材が構造体として一体的に設けられている。このため、凸状部材を介してパネルに上向きの荷重を作用させることで、荷重検出手段によりパネルが引き上げられる向きの荷重（−Ｚ方向の荷重）が検出されるようになる。すなわち、本発明の操作入力装置によれば、パネルを押し下げる向きに作用する荷重（＋Ｚ方向の荷重）と、パネルを引き上げる向きに作用する荷重（−Ｚ方向の荷重）との両方向の荷重を検出することができる。これにより、±Ｚ方向の荷重情報を有効活用することで、パネルでの操作態様を拡大することができる。

本発明の実施に際して、構造体としての凸状部材は、例えばスティック、ノブ、レバーなどで構成されているとよい。また、構造体は、パネルに形成された凹状部（例えば切り欠き、窪みなど）で構成されていてもよい。構造体が凸状部材である場合は、凸状部材を指で把持して引き上げることで、パネルに対して上向きの荷重を容易に作用させることができる。構造体が凹状部である場合は、凹状部に指を引っ掛けて引き上げることで、パネルに対して上向きの荷重を容易に作用させることができる。また、当然のことながら、いずれの構造体においても構造体を介してパネルに対して下向きの荷重を作用させることができる。

また、本発明の他の操作入力装置は、表面側がタッチ操作により入力を行う操作面とされるパネルと、パネルに作用する荷重を検出する荷重検出手段と、荷重検出手段により検出された荷重に基づいて荷重が作用する位置を演算する演算手段とを備え、パネルの裏面側には、該パネルを操作面側へ付勢する付勢機構が設けられ、付勢機構は、操作面から突出配置されて該操作面と交差する向きに延び出す軸線回りに回転操作可能とされるダイアル部材と、一端側にてダイアル部材に取り付けられ他端側にてパネルの裏面に当接して該パネルを操作面側へ弾性的に押圧する押圧部材とを備え、ダイアル部材の回転操作に伴って押圧部材からのパネルを押し上げる向きに作用する荷重の位置が該ダイアル部材の周方向にて変化するように構成されており、荷重検出手段は、操作面の押し下げ操作に伴うパネルを押し下げる向きに作用する荷重と、ダイアル部材の回転操作に伴う該ダイアル部材の周方向にてパネルを押し上げる向きに作用する荷重とを互いに異なる向きに作用する荷重として検出することを特徴とする。

構造体が、操作面から突出配置された凸状部材で構成されている場合、あるいはパネルに形成された凹状部で構成されている場合は、構造体を介してパネルを引き上げ操作しなければ、パネルに上向きの荷重が作用することはない。これに対して、構造体が、パネルの裏面側にてパネルを操作面側へ付勢する付勢機構で構成されている場合は、上記した構造体とは異なり、パネルに対して常時上向きの荷重を作用させることができる。

ダイアル部材の回転操作に伴ってパネルに作用する押し上げ荷重の位置がダイアル部材の周方向にて変化する構成とされることで、ダイアル部材の回転操作を利用した新たな操作態様の操作デバイス（例えばダイアルスイッチ）をパネル上に実現できるようになる。

また、パネルは四角形状をなし、荷重検出手段は、パネルの裏面の各隅部に配置された歪みゲージ式センサを備えており、各歪みゲージ式センサは、凸状部材を介してのパネルの引き上げ操作量に対応した荷重、及び凸状部材を介してのパネルの各辺方向への傾動操作量に対応した荷重を検出するように構成されているとよい。

構造体を介してパネルを引き上げ操作すると、その引き上げ操作量に応じて各歪みゲージ式センサによりパネルを引き上げる向きに作用する荷重（−Ｚ方向の荷重）が検出されるようになる。また、構造体を介してパネルを傾動操作すると、その傾動方向及び傾動操作量に応じてパネルを引き上げる向きに作用する荷重（−Ｚ方向の荷重）を検出する歪みゲージ式センサと、パネルを押し下げる向きに作用する荷重（＋Ｚ方向の荷重）を検出する歪みゲージ式センサとが混在するようになる。したがって、各歪みゲージ式センサから検出される荷重を利用することで、パネルの引き上げ操作量や、パネルの傾動方向及び傾動操作量を精度良く求めることができる。

また、パネルは四角形状をなし、荷重検出手段は、パネルの裏面の各隅部に配置された歪みゲージ式センサを備えており、各歪みゲージ式センサは、ダイアル部材の所定の原位置からの回転操作量に対応した荷重を検出するものであるとよい。

ダイアル部材の回転操作に伴ってパネルに作用する押し上げ荷重の位置がダイアル部材の周方向にて変化するように構成されている場合、パネルを押し上げる向きに作用する荷重（−Ｚ方向の荷重）位置の変化に対応して、歪みゲージ式センサ毎に異なる荷重が検出されるようになる。したがって、各歪みゲージ式センサにより検出される荷重を利用することで、ダイアル部材の回転操作量を精度良く求めることができる。この場合、パネルを押し下げ操作すると、パネルに押し下げ荷重（＋Ｚ方向の荷重）が作用するようになるが、押圧部材からパネルに付与される押し上げ荷重と、パネルの押し下げ操作に伴う押し下げ荷重との向きが逆方向であるため、ダイアル部材を回転操作した場合と、パネルを押し下げ操作した場合とでは各歪みゲージ式センサにより検出される荷重が異なる。このため、各操作を明確に区別することができる。

また、本発明の実施に際して、凸状部材を介してのパネルの傾動操作に応じて、予め設定された複数の操作内容のいずれか一つを選択可能とされ、凸状部材を介してのパネルの押し引き操作に応じて、選択された操作内容の出力値を調節可能、又は選択された操作内容を各種のモードに切り替え可能に設定されているとよい。この場合、操作内容は、空調装置における風量設定機能、温度設定機能、吹き出し口切り替え設定機能の少なくとも一つを含み、出力値は、風量設定機能を選択したときの風量、温度設定機能を選択したときの温度であり、モードは、吹き出し口切り替え機能を選択したときの各種の吹き出し口切り替え位置であると好適である。また、操作内容は、オーディオ装置におけるＣＤ再生機能、ラジオ機能、ＭＰ３再生機能の少なくとも一つを含み、モードは、ＣＤ再生機能を選択したときのＣＤインデックス、ラジオ機能を選択したときの受信チャンネル、ＭＰ３再生機能を選択したときの再生ファイルであってもよい。さらに、操作内容は、ナビゲーション装置における地図表示設定機能を含むものであり、モードは、地図表示設定機能を設定したとき表示される地図の縮尺であってもよい。

これによれば、構造体を介してのパネルの傾動操作に応じて、操作内容のいずれか一つを選択することができる。また、構造体を介してのパネルの押し引き操作に応じて、選択された操作内容の出力値を調節し、又は選択された操作内容を各種のモードに切り替えることができる。このため、パネルでの操作態様が拡大することと相俟って、操作入力装置の使い勝手を向上させることができる。

また、各歪みゲージ式センサからのセンサ出力値の合計が所定値以上の場合は、所定値未満の場合に比して、出力値の変化速度、又は前記各種のモードへの切り替え速度が速くなるように設定されているとよい。これによれば、操作入力装置の使い勝手をより一層向上させることができる。

ａ．第１実施形態
以下、本発明の各実施形態を図面を用いて説明する。図１（ａ）は本発明の第１実施形態に係る操作入力装置１０を概略的に示す全体図である。この操作入力装置１０は、例えば図２に示すように、インストルメントパネル等に設けられた操作パネル１に適用することができる。操作パネル１は、空調装置４０及びオーディオ装置５０を操作するものである。

操作入力装置１０は、図１（ａ），１（ｂ）に示すように、パネル１１、スティック１２、フレーム１３及び歪みゲージ式センサ２０を備えている。パネル１１は、長方形状をなし、例えば透明なアクリル樹脂等の板材で形成されている。パネル１１の表面は、操作者がタッチ入力操作、例えば１点を押し下げたり、指でなぞったり（ドラッグ）するための操作面１１ａとされている。

スティック１２（構造体、凸状部材）は、円柱状の把持部１２ａと、把持部１２ａの下面から下向きに延び出した軸部１２ｂとを一体に備え、軸部１２ｂの下端にて操作面１１ａに固定されている。

フレーム１３は、パネル１１とほぼ同じ大きさの長方形状に形成されている。フレーム１３の内部には、空調装置４０及びオーディオ装置５０の操作内容を画像表示する表示器３０（例えば液晶ディスプレイ等）が配置されている。

歪みゲージ式センサ２０（荷重検出手段）は、パネル１１とフレーム１３との間にてパネル１１の各隅部に配置されている。この歪みゲージ式センサ２０は、弾性梁部材２１と歪みゲージ２２とを備えている。弾性梁部材２１は、矩形棒状をなし、パネル１１の長辺に沿うように、その一端にてスペーサ２３によりフレーム１３の上面に結合され、その他端にてスペーサ２４によりパネル１１の裏面に結合されている。

より具体的には、パネル１１の同じ長辺に沿って配置された弾性梁部材２１同士は、互いに接近する向きに延び出しており、パネル１１の頂点近傍にてスペーサ２４によりパネル１１の裏面に結合されるとともに、パネル１１の長辺の中間位置にてスペーサ２３によりフレーム１３の上面に結合されている。すなわち、長方形状のパネル１１の長辺を利用することで、弾性梁部材２１の長さが確保されており、パネル１１に加えられる操作荷重が比較的小さくても、弾性梁部材２１が大きく撓み変形できるようになっている。

歪みゲージ２２は、弾性梁部材２１の中間部における上面に貼付されている。歪みゲージ２２は、弾性梁部材２１の撓み変形に追従して面内張力を受け、電気抵抗値を変化させる。歪みゲージ２２には検出電圧が印加されており、パネル１１に加えられる荷重が、歪みゲージ２２における抵抗値の変化ひいては電圧値（荷重検出電圧）として取り出されるようになっている。

操作者がパネル１１を直接的に押し下げ操作するか、あるいはスティック１２を介してパネル１１を間接的に押し下げ操作すると、各弾性梁部材２１はスペーサ２３を支点としてその上面が撓み凸面となるように弾性変形する。一方、操作者がスティック１２を介してパネル１１を引き上げ操作すると、各弾性梁部材２１はその上面が撓み凹面となるように弾性変形する。

そして、弾性梁部材２１の上面が撓み凸面となるように弾性変形した場合は、センサ出力値として歪みゲージ２２から正（＋）の荷重検出電圧が取り出され、弾性梁部材２１の上面が撓み凹面となるように弾性変形した場合は、歪みゲージ２２から負（−）の荷重検出電圧が取り出されるよう抵抗検出回路が構成されている。歪みゲージ２２からの荷重検出電圧は、それぞれ増幅回路１５により増幅され、演算回路１６に入力される。

演算回路１６（演算手段）は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力部及び通信インターフェースが内部バスにより相互に接続されたマイクロコンピュータを主要構成部品として構成されている。演算回路１６のＣＰＵは、ＲＯＭに格納された位置計算プログラムを実行する。

すなわち、演算回路１６のＣＰＵは、各歪みゲージ２２からの荷重検出電圧に基づいて、パネル１１の操作面１１ａに対応する座標面での荷重位置や、操作面１１ａ上でのドラッグ方向、荷重の大きさを求める演算処理を実行し、その演算結果を通信バスＢＵＳ（例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）又はＬＩＮ（Local Interconnect Network）等のシリアル通信バス）を介して空調装置４０、オーディオ装置５０などの各ＥＣＵへ送信する。

次に、図３、図４及び図５を用いて、歪みゲージ２２から取り出される荷重検出電圧を、パネル１１又はスティック１２を用いた操作態様と関連付けて説明する。操作者がパネル１１を押し下げ操作した場合は（図３（ａ））、何れの弾性梁部材２１もその上面が撓み凸面となるように弾性変形する。したがって、歪みゲージ２２から取り出される荷重検出電圧は全て正（＋）となる（図４Ａ（ａ））。なお、図４Ａ及び４Ｂでは、パネル１１の厚さ方向のうち、歪みゲージ２２から取り出される荷重検出電圧が正となる方向（パネル１１の押し下げ方向）を＋Ｚ方向とし、負となる方向（パネル１１の引き上げ方向）を−Ｚ方向としてある。パネル１１に加えられる操作荷重は、各歪みゲージ２２の荷重検出電圧を合計して求められる。

ここで、図５に示すように、操作面１１ａの長辺が延びる方向をＸ方向、長辺の長さをＬ_Ｘとし、操作面１１ａの短辺が延びる方向をＹ方向、短辺の長さをＬ_Ｙとする。いま、座標（Ｘ，Ｙ）の位置に操作荷重Ｆを加えた場合を想定する。この場合、操作面１１ａの頂点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにそれぞれ位置する歪みセンサ２２から取り出される荷重検出電圧（配分荷重）をＦ_Ａ，Ｆ_Ｂ，Ｆ_Ｃ，Ｆ_Ｄとすると、パネル１１に加えられる操作荷重Ｆは次式（１）で表される。
Ｆ＝Ｆ_Ａ＋Ｆ_Ｂ＋Ｆ_Ｃ＋Ｆ_Ｄ …式（１）
また、座標（Ｘ，Ｙ）（操作荷重Ｆの重心座標）は、以下のようにして求めることができる。

すなわち、Ｙ方向における配分荷重の比率Ｆ_Ａ：Ｆ_ＤとＦ_Ｂ：Ｆ_Ｃとは互いに等しく、またＸ方向における配分荷重の比率Ｆ_Ａ：Ｆ_ＢとＦ_Ｄ：Ｆ_Ｃとは互いに等しいため、Ｆ_Ｙ１＝Ｆ_Ｃ＋Ｆ_Ｄ、Ｆ_Ｙ２＝Ｆ_Ａ＋Ｆ_Ｂ、Ｆ_Ｘ１＝Ｆ_Ａ＋Ｆ_Ｄ、Ｆ_Ｘ２＝Ｆ_Ｂ＋Ｆ_Ｃとすれば、てこの関係に従いＹ方向について次式（２）、（３）が得られる。
Ｆ_Ｙ２／Ｆ_Ｙ１＝Ｙ／（Ｌ_Ｙ−Ｙ） …式（２）
Ｙ＝Ｆ_Ｙ２・Ｌ_Ｙ／（Ｆ_Ｙ１＋Ｆ_Ｙ２）
＝（Ｆ_Ａ＋Ｆ_Ｂ）・Ｌ_Ｙ／（Ｆ_Ａ＋Ｆ_Ｂ＋Ｆ_Ｃ＋Ｆ_Ｄ） …式（３）
同様に、Ｘ方向について次式（４）、（５）が得られる。
Ｆ_Ｘ２／Ｆ_Ｘ１＝Ｘ／（Ｌ_Ｘ−Ｘ） …式（４）
Ｘ＝Ｆ_Ｘ２・Ｌ_Ｘ／（Ｆ_Ｘ１＋Ｆ_Ｘ２）
＝（Ｆ_Ｂ＋Ｆ_Ｃ）・Ｌ_Ｘ／（Ｆ_Ａ＋Ｆ_Ｂ＋Ｆ_Ｃ＋Ｆ_Ｄ） …式（５）
すなわち、重心座標（Ｘ，Ｙ）は、上記式（３）、（５）に示すように、各歪みゲージ２２から取り出された荷重検出電圧（配分荷重）Ｆ_Ａ，Ｆ_Ｂ，Ｆ_Ｃ，Ｆ_Ｄを用いて一義的に計算することができる。

そして、操作荷重Ｆが正であり、重心座標（Ｘ，Ｙ）が、図４Ａ（ａ）のクロス線で示すパネル領域内にあるとき、パネル１１を押し下げ操作したものと判断することができる。

操作者がパネル１１の操作面１１ａをなぞった（ドラッグ操作した）場合も（図３（ｂ））、各歪みゲージ２２から取り出される荷重検出電圧は全て正（＋）となる。ただし、この場合は、各歪みゲージ２２の荷重検出電圧が刻々と変化しているため、得られる重心座標（ｘ，ｙ）も刻々と変化した値となる。したがって、ドラッグ操作の開始位置から終了位置に対応する重心座標（Ｘ，Ｙ）を求めることで、そのドラッグ方向を特定することができる（図４Ａ（ｂ））。また、ドラッグ操作の開始位置から終了位置までの各歪みゲージ２２による荷重検出電圧の合計を求めることで、ドラッグ時におけるパネル１１の押し下げ操作量を特定することができる。

操作者がスティック１２を押し下げ操作した場合も（図３（ｃ））、各歪みゲージ２２から取り出される荷重検出電圧は全て正（＋）となる。ただし、この場合は、求めた重心座標（Ｘ，Ｙ）が、図４Ａ（ｃ）の黒丸で示すスティック１２の軸部１２ｂの中心位置とほぼ一致するので、スティック１２を押し下げ操作したものと判断することができる。また、各歪みゲージ２２からの荷重検出電圧の合計を求めることで、スティック１２の押し下げ操作量を特定することができる。

一方、操作者がスティック１２を傾動操作した場合は（図３（ｄ））、その傾動方向に応じて各歪みゲージ２２から取り出される荷重検出電圧が正となるものがあれば、負となるものもある（図４Ｂ（ｄ））。したがって、この場合は、荷重検出電圧が正となる歪みゲージ２２の組と、荷重検出電圧が負となる歪みゲージ２２との組を判断することで、スティック１２の傾動操作を判断することができ、その傾動方向を特定することができる。また、正の荷重検出電圧の合計と負の荷重検出電圧の合計との比率を求めることで、スティック１２の傾動操作量を特定することができる。

操作者がスティック１２を引き上げ操作した場合は（図３（ｅ））、各歪みゲージ２２から取り出される荷重検出電圧は全て負（−）となる。これにより、スティック１２を引き上げ操作したものと判断することができる。また、各歪みゲージ２２からの荷重検出電圧の合計（−）を求めることで、スティック１２の引き上げ操作量を特定することができる。

上記した操作入力装置１０を適用した図２の操作パネル１では、スティック１２を所定の操作量以上押し下げ操作した場合に空調装置４０の操作メニューが表示器３０に表示され、スティック１２を所定の操作量以上引き上げ操作した場合にオーディオ装置５０の操作メニューが表示器３０に表示されるように構成することができる。

図６（ａ）は、スティック１２を所定の操作量以上引き上げ操作してオーディオ装置５０の操作メニューが表示器３０に表示された場合を例示したものである。この例では、図６（ｂ）に示すように、スティック１２を図２にて上方へ傾動操作することで、例えばＣＤ再生機能を選択することができる。ＣＤ再生機能を選択した状態で、スティック１２を押し引き操作すれば、再生するＣＤのインデックスを変更し、あるいは音量を増減させることができる。

また、スティック１２を図２にて左右に傾動操作することで、例えばラジオ機能（ＦＭ、ＡＭ）を選択することができる。ラジオ機能を選択した状態で、スティック１２を押し引き操作すれば、受信チャンネルを変更し、あるいは音量を増減させることができる。さらに、スティック１２を図２にて下方へ傾動操作することで、例えばＭＰ３再生機能を選択することができる。ＭＰ３再生機能を選択した状態で、スティック１２を押し引き操作すれば、再生するＭＰ３ファイルを変更し、あるいは音量を増減させることができる。

上記図６（ｂ）に示した以上のスティック１２の押し引き操作において、押し引き操作時の荷重が所定値（すなわち荷重検出電圧）以上の場合には、所定値未満の場合に比して、それぞれのメニュー内容に応じた切り替え速度が速くなるように設定することができる。

図７（ａ）は、スティック１２を所定の操作量以上押し下げ操作して空調装置４０の操作メニューが表示器３０に表示された場合を例示したものである。この例では、図７（ｂ）に示すように、スティック１２を図２にて上方へ傾動操作することで、例えば風量設定機能を選択することができる。風量機能を選択した状態で、スティック１２を押し引き操作すれば、風量を増減させることができる。

また、スティック１２を図２にて左右に傾動操作することで、例えば運転席側又は助手席側温度設定機能を選択することができる。運転席側又は助手席側温度設定機能を選択した状態で、スティック１２を押し引き操作すれば、各席の温度を上下させることができる。さらに、スティック１２を図２にて下方向に傾動操作することで、例えば吹き出し口切り替え設定機能を選択することができる。吹き出し口切り替え設定機能を選択した状態で、スティック１２を押し引き操作すれば、吹き出し口を各種の吹き出し口切り替え位置（例えば、ＦＡＣＥモード、ＦＯＯＴモード、ＦＯＯＴ／ＤＥＦモードなど）へ切り替えることができる。

上記図７（ｂ）に示した以上のスティック１２の押し引き操作において、押し引き操作時の荷重が所定値（すなわち荷重検出電圧）以上の場合には、所定値未満の場合に比して、風量や温度の変化速度、あるいは吹き出し口の切り替え位置への切り替え速度が速くなるように設定することができる。

なお、上記図７（ａ）に示した例では、表示器３０の下部において、空調に関する各種操作スイッチからなる操作スイッチ群Ｓが表示されるように構成されている。操作面１１ａは、図７（ｃ）に示すように、操作スイッチ群Ｓの操作スイッチに対応して複数の操作認識領域（Ｓ１〜Ｓ６）に区画されている。そして、パネル１１を押し下げ操作したときは、求めた重心座標が属する操作認識領域Ｓ１〜Ｓ６に対応した操作スイッチのオン、オフが切り替えられるようになっている。図７（ｃ）には、重心座標が操作認識領域Ｓ５に属しており、ＡＵＴＯスイッチのオン、オフが切り替えられる場合が例示されている。

図８（ａ）も、図７（ａ）と同様、スティック１２を所定の操作量以上押し下げ操作して空調装置４０の操作メニューが表示器３０に表示された場合を例示したものである。この例では、図８（ｂ）に示すように、スティック１２を図２にて上方へ傾動操作することで、例えば吹き出し口切り替え設定機能を選択することができる。吹き出し口切り替え設定機能を選択した状態で、スティック１２を押し引き操作すれば、吹き出し口を各種の吹き出し口切り替え位置へ切り替えることができる。

また、スティック１２を図２にて左右に傾動操作することで、例えば運転席側又は助手席側温度設定機能を選択することができる。運転席側又は助手席側温度設定機能を選択した状態で、スティック１２を押し引き操作すれば、各席の温度を上下させることができる。さらに、スティック１２を図２にて下方向に傾動操作することで、例えば風量設定機能を選択することができる。風量設定機能を選択した状態で、スティック１２を押し引き操作すれば、風量を増減させることができる。

上記図８（ｂ）に示したスティック１２の押し引き操作において、押し引き操作時の荷重が所定値（すなわち荷重検出電圧）以上の場合には、所定値未満の場合に比して、風量や温度の変化速度、あるいは吹き出し口の切り替え位置への切り替え速度が速くなるように設定することができる。

なお、上記図８（ａ）に示した例では、表示器３０の中央部において、空調に関する各種操作スイッチからなる操作スイッチ群Ｓ１０が表示されるように構成されている。操作面１１ａは、図８（ｃ）に示すように、操作スイッチ群Ｓ１０の操作スイッチに対応して複数の操作認識領域（Ｓ１１〜Ｓ１６）に区画されている。そして、パネル１１を押し下げ操作したときは、求めた重心座標が属する操作認識領域Ｓ１１〜Ｓ１６に対応した操作スイッチのオン、オフが切り替えられるようになっている。図８（ｃ）には、重心座標が操作認識領域Ｓ１２に属しており、リヤウインドゥデフォッガースイッチのオン、オフが切り替えられる場合が例示されている。

図９（ａ）は、空調装置４０の操作メニューとオーディオ装置５０の操作メニューとが表示器３０に表示された場合を例示したものである。この例では、図９（ｂ）に示すように、操作面１１ａの押し下げ操作により各種機能を選択することができ、またスティック１２の上下、左右方向の傾動操作によっても各種機能を選択することができる。そして、スティック１２の押し引き操作により各種機能における出力値を調節することができ、あるいは操作スイッチのオン、オフを切り替えることができる。

操作面１１ａは、操作スイッチ群Ｓ２０の操作スイッチに対応して複数の操作認識領域（Ｓ２１〜Ｓ３６）に区画されている。そして、パネル１１を押し下げ操作したときは、求めた重心座標が属する操作認識領域Ｓ２１〜Ｓ３６に対応した操作スイッチのオン、オフが切り替えられるようになっている。図９（ｂ）には、重心座標が操作認識領域Ｓ２２に属しており、風量を増減する場合が例示されている。

上記図９（ｂ）に示した例においても、スティック１２の押し引き操作時の荷重が所定値（すなわち荷重検出電圧）以上の場合には、所定値未満の場合に比して、風量や温度の変化速度、あるいは吹き出し口の切り替え位置への切り替え速度が速くなるように設定することができる。

このように上記第１実施形態では、スティック１２の押し下げ方向である＋Ｚ方向と、スティック１２の引き上げ方向である−Ｚ方向との荷重情報を有効活用するようにしているため、操作態様を良好に拡大することができる。また、パネル１１に対して上向きの荷重を作用させるには、スティック１２を指で把持して引き上げ操作すればよいので、その操作が容易である。

（変形例）
上記第１実施形態では、構造体としてのスティック１２をパネル１１の操作面１１ａに設けたが、スティック１２に代えて、例えば図１０（ａ），１０（ｂ）に示すように、パネル１１に凹状の切り欠き１１ｂを形成してもよい。切り欠き１１ｂ（構造体、凹状部）は、操作者の指で摘める程度の開口長に設定されており、パネル１１の両短辺にて対称的に形成されている。なお、その他の構成は、上記第１実施形態と同じであるため、上記第１実施形態と同じ部材、同じ部位には同一の符号を付して、説明を省略する。

この変形例においても、上記図３（ｄ）の操作形態の場合と同様、操作者が切り欠き１１ｂを利用してパネル１１を傾動操作することができる。また、上記図３（ｅ）の操作形態の場合と同様、操作者が切り欠き１１ｂを利用してパネル１１を引き上げ操作することができる。いずれの場合も、その操作が容易である。なお、凹状部は、切り欠き１１ｂに限らず、例えば操作面１１ａに形成された窪みでもよい。

ｂ．第２実施形態
上記第１実施形態及びその変形例では、車両のインストルメントパネル等に設けられ、表示器３０がフレーム１３内に配置された形式の操作パネル１に操作入力装置１０を適用した場合について説明したが、これに代えて、例えば図１１に示すように、表示器３０が操作入力装置１０とは別個にインストルメントパネルの中央部に配置されており、操作者が表示器３０を見ながら手元で遠隔操作するように構成された形式の遠隔操作デバイス２に操作入力装置１０を適用してもよい。

遠隔操作デバイス２は、センターコンソールＣに配置されていて、操作入力装置１０が、遠隔操作デバイス２を構成する筐体６０の内部に収容されている。筐体６０は、操作者の掌Ｐを乗せるためのパームレスト部６１が凸状に膨らんだ形で形成されており、その前方に形成された開口孔６２を通してスティック１２を上向きに突出させつつ、開口窓６３を通してパネル１１の操作面１１ａを露出させている。

この操作入力装置１０では、空調装置４０及びオーディオ装置５０に加えて又は代えて、カーナビゲーション装置７０の機能操作が可能とされている。すなわち、演算回路１６のＣＰＵは、各歪みゲージ２２からの荷重検出電圧に基づいて、パネル１１の操作面１１ａに対応する座標面での荷重位置や、操作面１１ａ上でのドラッグ方向、荷重の大きさを求める演算処理を実行し、その演算結果を通信バスＢＵＳを介してカーナビゲーション装置７０のＥＣＵへも送信する。

図１２Ａ（ａ），１２Ａ（ｂ）は、地図表示設定機能が設定されたとき、表示器３０に表示される操作内容を例示したものである。図１２Ａ（ｂ）に示す操作スイッチ群Ｓ４０のうち目的地設定ボタンに対応するパネル１１の操作面１１ａの部位を押し下げ操作することで、図１２Ａ（ａ）の文字入力画面に切り替えられる。そして、入力を希望する文字位置に対応する操作面１１ａの部位を所定の操作量以上押し下げ操作することで、その文字を決定（確定）することができる。

なお、操作面１１ａは、操作スイッチ群Ｓ４０の各操作スイッチに対応して複数の操作認識領域に区画されている。そして、パネル１１を押し下げ操作したとき、求めた重心座標が属する操作認識領域に対応した操作スイッチの機能が有効化されるようになっている。このとき、表示器３０には、操作者の指を表す画像やカーソルなどが表示されるようになっている（図１２Ａ（ｂ）参照）。

この第２実施形態では、図１２Ａ（ｃ）に示すように、操作者がパネル１１の操作面１１ａをなぞる（ドラッグ操作する）と、ドラッグされた方向に地図がスクロールする。なお、スティック１２を傾動操作した場合も、その傾動方向と対応して地図がスクロールするようになっている。

そして、例えば図１２Ａ（ｃ）に示した状態で、スティック１２を所定の操作量以上押し下げ操作すると、図１２Ｂ（ｄ）に示すように、地図が拡大表示され、スティック１２を所定の操作量以上引き上げ操作すると、地図が縮小表示されるようになっている。このとき、押し下げ又は引き上げ操作時の荷重が所定値（すなわち荷重検出電圧）以上の場合には、所定値未満の場合に比して、拡縮の切り替え速度が速くなるように設定することができる。なお、操作面１１ａの上部又は下部を所定の操作量以上押し下げ操作した場合には、例えば図１２Ｂ（ｅ）に示すように、地図の視点を切り替えることができる。

ｃ．第３実施形態
上記第１実施形態及び第２実施形態では、構造体としてのスティック１２をパネル１１の操作面１１ａに設けたが、スティック１２に代えて、例えば図１３（ａ），１３（ｂ）に示すように、付勢機構１２０を設けてもよい。なお、その他の構成は、上記第１実施形態とほぼ同じである。

付勢機構１２０は、ダイアル部材１２１と、一端側にてダイアル部材１２１に取り付けられ他端側にてパネル１１の裏面に当接してパネル１１を操作面１１ａ側へ弾性的に押し上げる押圧部材１２２とを備えている。

ダイアル部材１２１は、円柱状のダイアル部１２１ａと、ダイアル部１２１ａの下面から下向きに延び出した軸部１２１ｂとを一体に備え、操作面１１ａに形成された貫通孔１１ａ１を通して上部が突出配置されている。軸部１２１ｂは、フレーム１３に軸線回りに回転可能に支持されている。軸部１２１ｂの一外周部位には、押圧部材１２２を支持するための支持アーム１２１ｃが径方向外向きに突設されている。

押圧部材１２２は、プランジャ１２２ａと圧縮コイルばね１２２ｂとを備え、圧縮コイルばね１２２ｂにより支持アーム１２１ｃに取り付けられている。プランジャ１２２ａは、圧縮コイルばね１２２ｂの弾性力によりパネル１１の裏面に常時押圧されており、ダイアル部材１２１の回転操作に伴ってパネル１１との当接位置がダイアル部材１２１の周方向にて変化するように構成されている。

次に、図１４（ａ），１４（ｂ）を用いて、歪みゲージ２２から取り出される荷重検出電圧を、パネル１１又はダイアル部材１２１を用いた操作態様と関連付けて説明する。操作者がパネル１１を押し下げ操作していない状態では、押圧部材１２２によりパネル１１を押し上げる向きの荷重（−Ｚ方向の荷重）が所定の原位置に作用している。

この状態で、操作者がダイアル部材１２１を回転操作すると、プランジャ１２２ａのパネル１１に対する当接位置がダイアル部材１２１の周方向に変化する（図１４（ｂ）のクロス線で示す領域で変化）。各歪みゲージ２２から取り出される荷重検出電圧は負（−）の状態を保ちつつ、プランジャ１２２ａとパネル１１との当接位置に応じて変化するため、各歪みゲージ２２から取り出される荷重検出電圧から重心座標（Ｘ，Ｙ）を求めることで、ダイアル部材１２１の回転操作量を特定することができる。

一方、操作者がパネル１１の操作面１１ａを、図１４（ａ）のクロス線で示す操作領域にて押し下げ操作すると、パネル１１に押し下げ荷重（＋Ｚ方向の荷重）が作用するようになる。押圧部材１２２からパネル１１に付与される押し上げ荷重と、パネル１１の押し下げ操作に伴う押し下げ荷重との向きが逆方向であるため、ダイアル部材１２１を回転操作した場合と、パネル１１を押し下げ操作した場合とでは各歪みゲージ式センサ２２により検出される荷重検出電圧の正負が異なる。このため、ダイアル部材１２１の回転操作と、パネル１１の押し下げ操作とを明確に区別することができ、各歪みゲージ２２から取り出される荷重検出電圧に基づいて重心座標（Ｘ，Ｙ）を求めることで、パネル１１の押し下げ操作量を特定することができる。

ダイアル部材１２１は、例えば空調装置４０における風量の増減や、温度の上下を調節する際のダイアルスイッチとして、あるいはオーディオ装置５０におけるメニュー内容（ＣＤ再生機能、ラジオ機能、ＭＰ３再生機能など）の切り替えや、音量の増減を調節する際のダイアルスイッチとして機能させることができる。

なお、第１〜第３実施形態等では、荷重検出手段として、歪みゲージ２２を有する歪みゲージ式センサ２０を用いたが、荷重検出手段は、これに限らず、例えば圧電素子や、静電容量式感圧センサ、感圧ゴム・感圧塗料などの高分子抵抗体を利用したもの、弾性部材の変形と光学・電磁気変化の組合せを利用したものなどを使用することができる。

また、荷重検出手段の配置もパネルの四隅に限らず、例えばパネルの四辺の各中点に配置するようにしてもよい。

さらに、パネルの形状は、四角形に限らず、例えば円形、楕円形、多角形（三角形、六角形など）としてもよい。すなわち、座標算出式等を変更することで、種々のパネルの形状に対応させることが可能である。

本発明の第１及び第３実施形態に係り、（ａ）は操作入力装置を概略的に示す全体図、（ｂ）は操作入力装置の平面図。 図１の操作入力装置を適用した操作パネルの正面図。 図１の操作入力装置の操作態様を示す説明図。 図３の操作態様と関連付けて歪みゲージから取り出される荷重検出電圧を示す説明図。 図３の操作態様と関連付けて歪みゲージから取り出される荷重検出電圧を示す説明図。 図３の操作態様と関連付けて歪みゲージから取り出される荷重検出電圧を示す説明図。 各歪みゲージからの荷重検出電圧に基づいて荷重位置（重心座標）を計算する概念を示す説明図。 図１の操作入力装置による操作態様の一例を示す説明図。 図１の操作入力装置による操作態様の一例を示す説明図。 図１の操作入力装置による操作態様の一例を示す説明図。 図１の操作入力装置による操作態様の一例を示す説明図。 第１実施形態の変形例に係り、（ａ）は操作入力装置を概略的に示す全体図、（ｂ）は操作入力装置の平面図。 本発明の第２実施形態に係り、図１の操作入力装置を適用した遠隔操作デバイスの外観図。 図１１の遠隔操作デバイスの操作に応じて表示器に表示される内容の一例を示す説明図。 図１１の遠隔操作デバイスの操作に応じて表示器に表示される内容の一例を示す説明図。 本発明の第３実施形態に係り、（ａ）は操作入力装置を概略的に示す全体図、（ｂ）は（ａ）の１３（ｂ）−１３（ｂ）断面図。 図１３の操作入力装置の操作態様と関連付けて歪みゲージから取り出される荷重検出電圧を示す説明図。

符号の説明

１ 操作パネル
２ 遠隔操作デバイス
１０ 操作入力装置
１１ パネル
１１ａ 操作面
１１ｂ 切り欠き（構造体、凹状部）
１２ スティック（構造体、凸状部材）
１３ フレーム
１５ 増幅回路
１６ 演算回路（演算手段）
２０ 歪みゲージ式センサ（荷重検出手段）
２１ 弾性梁部材
２２ 歪みゲージ
２３，２４ スペーサ
３０ 表示器
４０ 空調装置
５０ オーディオ装置
６０ 筐体
７０ カーナビゲーション装置
１２０ 付勢機構
１２１ ダイアル部材
１２２ 押圧部材
１２２ａ プランジャ
１２２ｂ 圧縮コイルばね
１２１ｃ 支持アーム

Claims (9)

1. 表面側がタッチ操作により入力を行う操作面とされるパネルと、
   前記パネルに作用する荷重を検出する荷重検出手段と、
   前記荷重検出手段により検出された荷重に基づいて荷重が作用する位置を演算する演算手段とを備え、
   前記パネルには、前記操作面から突出配置されて該パネルを引き上げ操作することが可能な凸状部材が一体的に設けられ、
   前記荷重検出手段は、前記操作面の押し下げ操作に伴う前記パネルを押し下げる向きに作用する荷重と、前記凸状部材の引き上げ操作に伴う前記パネルを引き上げる向きに作用する荷重とを互いに異なる向きに作用する荷重として検出することを特徴とする操作入力装置。
2. 表面側がタッチ操作により入力を行う操作面とされるパネルと、
   前記パネルに作用する荷重を検出する荷重検出手段と、
   前記荷重検出手段により検出された荷重に基づいて荷重が作用する位置を演算する演算手段とを備え、
   前記パネルの裏面側には、該パネルを前記操作面側へ付勢する付勢機構が設けられ、
   前記付勢機構は、前記操作面から突出配置されて該操作面と交差する向きに延び出す軸線回りに回転操作可能とされるダイアル部材と、一端側にて前記ダイアル部材に取り付けられ他端側にて前記パネルの裏面に当接して該パネルを前記操作面側へ弾性的に押圧する押圧部材とを備え、前記ダイアル部材の回転操作に伴って前記押圧部材からの前記パネルを押し上げる向きに作用する荷重の位置が該ダイアル部材の周方向にて変化するように構成されており、
   前記荷重検出手段は、前記操作面の押し下げ操作に伴う前記パネルを押し下げる向きに作用する荷重と、前記ダイアル部材の回転操作に伴う該ダイアル部材の周方向にて前記パネルを押し上げる向きに作用する荷重とを互いに異なる向きに作用する荷重として検出することを特徴とする操作入力装置。
3. 前記パネルは四角形状をなし、前記荷重検出手段は、前記パネルの裏面の各隅部に配置された歪みゲージ式センサを備えており、前記各歪みゲージ式センサは、前記凸状部材を介しての前記パネルの引き上げ操作量に対応した荷重、及び前記凸状部材を介しての前記パネルの各辺方向への傾動操作量に対応した荷重を検出するように構成されている請求項１に記載の操作入力装置。
4. 前記パネルは四角形状をなし、前記荷重検出手段は、前記パネルの裏面の各隅部に配置された歪みゲージ式センサを備えており、前記各歪みゲージ式センサは、前記ダイアル部材の所定の原位置からの回転操作量に対応した荷重を検出するように構成されている請求項２に記載の操作入力装置。
5. 前記凸状部材を介しての前記パネルの傾動操作に応じて、予め設定された複数の操作内容のいずれか一つを選択可能とされ、前記凸状部材を介しての前記パネルの押し引き操作に応じて、前記選択された操作内容の出力値を調節可能、又は前記選択された操作内容を各種のモードに切り替え可能に設定されている請求項３に記載の操作入力装置。
6. 前記各歪みゲージ式センサからのセンサ出力値の合計が所定値以上の場合は、前記所定値未満の場合に比して、前記出力値の変化速度、又は前記各種のモードへの切り替え速度が速くなるように設定されている請求項５に記載の操作入力装置。
7. 前記操作内容は、空調装置における風量設定機能、温度設定機能、吹き出し口切り替え設定機能の少なくとも一つを含み、前記出力値は、前記風量設定機能を選択したときの風量、前記温度設定機能を選択したときの温度であり、前記モードは、前記吹き出し口切り替え機能を選択したときの各種の吹き出し口切り替え位置である請求項５又は６に記載の操作入力装置。
8. 前記操作内容は、オーディオ装置におけるＣＤ再生機能、ラジオ機能、ＭＰ３再生機能の少なくとも一つを含み、前記モードは、前記ＣＤ再生機能を選択したときのインデックス、前記ラジオ機能を選択したときの受信チャンネル、前記ＭＰ３再生機能を選択したときの再生ファイルである請求項５又は６に記載の操作入力装置。
9. 前記操作内容は、ナビゲーション装置における地図表示設定機能を含むものであり、前記モードは、前記地図表示設定機能を設定したとき表示される地図の縮尺である請求項５又は６に記載の操作入力装置。

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