專利名稱：旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置及利用該裝置的操作裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于輸入旋轉(zhuǎn)操作量的裝置，尤其涉及適用于小型民用電子設(shè)備的批量生產(chǎn)型的輸入裝置及利用該裝置的操作裝置。
具有內(nèi)置的二維力傳感器的裝置被廣泛用作用于執(zhí)行這種操作的輸入裝置。該二維力傳感器能夠分別檢測出基于操作人員手指的操作的X軸方向的操作量和Y軸方向的操作量，能夠分別獨(dú)立識(shí)別有關(guān)各軸方向的操作量。優(yōu)選地，將要內(nèi)置于小型民用電子設(shè)備和其周邊設(shè)備中的二維力傳感器是小型的，且適于批量生產(chǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，該二維力傳感器采用諸如電容元件、壓電電阻元件、以及壓電元件等的各種檢測元件。
如果用于電子設(shè)備的輸入裝置具有如上所示的輸入在XY二維直角坐標(biāo)系中的X軸方向上的操作量和Y軸方向上的操作量的功能和執(zhí)行點(diǎn)擊輸入的功能，將有可能在該電子設(shè)備上執(zhí)行幾乎所有通用的應(yīng)用軟件。然而，如果可輸入旋轉(zhuǎn)操作量，則存在可更靈活地執(zhí)行的相當(dāng)多的應(yīng)用軟件程序。例如，在播放聲音或活動(dòng)圖像的軟件中，當(dāng)調(diào)節(jié)音量或快進(jìn)/倒退時(shí)，如果采用用旋轉(zhuǎn)操作指示的方式，則將可能提供更直觀的指示并得到優(yōu)秀的操作能力。
通常，采用旋轉(zhuǎn)式可變電阻器和可變電容器等的輸入裝置已經(jīng)被使用以輸入這樣的旋轉(zhuǎn)操作量。然而，這種輸入設(shè)備難以實(shí)現(xiàn)小型化，未必適合內(nèi)置在諸如便攜式電話機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、電子游戲機(jī)、PDA設(shè)備等小型電子設(shè)備中。另外，為了移動(dòng)光標(biāo)和指針，這些小型電子設(shè)備中的每個(gè)都具有采用上述二維力傳感器的內(nèi)置輸入裝置，因此，為了輸入旋轉(zhuǎn)操作量，再在其中建立其它的輸入裝置則效率低下。
(1)在用于輸入表示特定旋轉(zhuǎn)角的操作量的旋轉(zhuǎn)角操作量的輸入裝置中，本發(fā)明第一種形態(tài)包括二維力傳感器，其把由操作者施加的操作力作為XY二維直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值(x，y)按時(shí)序進(jìn)行輸入；極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部分，其將該以時(shí)序提供的坐標(biāo)值(x，y)依次轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值(r，θ)；以及操作量識(shí)別部分，其將以時(shí)序得到的坐標(biāo)值(r，θ)中的θ值的變化識(shí)別為表示旋轉(zhuǎn)角的操作量。
(2)根據(jù)上述第一種形態(tài)涉及的旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置，本發(fā)明的第二種形態(tài)為操作量識(shí)別部分的作用是當(dāng)坐標(biāo)值(r，θ)中的值r比預(yù)置閾值rt大時(shí)，把該坐標(biāo)值(r，θ)識(shí)別為有效坐標(biāo)值，根據(jù)只考慮有效坐標(biāo)值(r，θ)的值θ的變化，進(jìn)行操作量的識(shí)別。
(3)根據(jù)上述第二種形態(tài)涉及的旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置，本發(fā)明的第三種形態(tài)為操作量識(shí)別部分的作用是，當(dāng)連續(xù)得到有效坐標(biāo)值(r，θ)時(shí)，根據(jù)在該連續(xù)期間內(nèi)值θ的變化，對(duì)操作量進(jìn)行識(shí)別。
(4)根據(jù)上述第三種形態(tài)涉及的旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置，本發(fā)明的第四形態(tài)為操作量識(shí)別部分的作用是，在連續(xù)得到有效坐標(biāo)值(r，θ)期間內(nèi)，值θ相對(duì)于其前一個(gè)值θbefore，產(chǎn)生超過特定的閾值θt的變化Δθ時(shí)，操作量識(shí)別部分將與該變化Δθ相對(duì)應(yīng)的值作為操作量進(jìn)行識(shí)別。
(5)根據(jù)上述第一種至第四種形態(tài)涉及的旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置本發(fā)明的第五種形態(tài)為二維力傳感器包括傳感器主體；操作盤，其相對(duì)于該傳感器主體在X軸方向和Y軸方向上可分別獨(dú)立傾斜；以及檢測裝置，其根據(jù)該操作盤在X軸方向和Y軸方向上傾斜的程度，檢測各自的坐標(biāo)值x和坐標(biāo)值y。
(6)根據(jù)上述第一種至第五種形態(tài)的包括旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置的操作裝置，本發(fā)明的第六種形態(tài)為圖標(biāo)顯示裝置，其在顯示屏上呈環(huán)狀排列顯示多個(gè)圖標(biāo)；識(shí)別顯示裝置，用于顯示指示器，通過接收指定多個(gè)圖標(biāo)中的一個(gè)的指令，以在顯示屏上辨別特定的圖像；初始圖標(biāo)指定裝置，用于指定多個(gè)圖標(biāo)中的任一個(gè)，作為最初指定圖標(biāo)；以及指定圖標(biāo)改變裝置，用于提供指令以將指定的圖標(biāo)改變成新的圖標(biāo)，其設(shè)置在具有與由輸入裝置的操作量識(shí)別部分識(shí)別的操作量對(duì)應(yīng)的間隔的位置上。
(7)在包括上述第一至第五種形態(tài)涉及的旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置的操作裝置中，本發(fā)明的第七種形態(tài)還設(shè)置了旋轉(zhuǎn)按鈕顯示裝置，用于顯示旋轉(zhuǎn)按鈕，用于在顯示屏上，播放聲音時(shí)進(jìn)行音量控制或前進(jìn)或后退控制；以及控制裝置，用于確定相應(yīng)于由輸入裝置的操作量識(shí)別部分識(shí)別的操作量的旋轉(zhuǎn)按鈕的旋轉(zhuǎn)量，使旋轉(zhuǎn)按鈕顯示裝置相應(yīng)于旋轉(zhuǎn)量執(zhí)行顯示，同時(shí)，執(zhí)行相應(yīng)于旋轉(zhuǎn)量的音量控制或前進(jìn)/后退控制。
(8)在上述第一種至第五種形態(tài)的旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置中，本發(fā)明的第八種形態(tài)還設(shè)置了旋轉(zhuǎn)按鈕顯示裝置，用于顯示旋轉(zhuǎn)按鈕，其用于在顯示屏幕上再現(xiàn)動(dòng)畫時(shí)執(zhí)行幀進(jìn)給(frame feed)操作；以及控制裝置，用于確定多個(gè)將被進(jìn)給的幀，相應(yīng)于由輸入裝置的操作量識(shí)別部分識(shí)別的操作量，使旋轉(zhuǎn)按鈕顯示裝置執(zhí)行指示相應(yīng)于多個(gè)幀的旋轉(zhuǎn)操作的顯示。
圖2是

圖1所示的二維力傳感器100的結(jié)構(gòu)實(shí)施例的俯視圖。
圖3是圖1所示的二維力傳感器100的結(jié)構(gòu)實(shí)施例的橫截面圖。
圖4是圖1所示的旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置操作運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置被用于從環(huán)狀設(shè)置在顯示屏上的多個(gè)圖標(biāo)中進(jìn)行選擇操作的例子的屏幕視圖。
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置被用來調(diào)整旋轉(zhuǎn)按鈕以在播放聲音或快進(jìn)/后退操作中執(zhí)行音量控制操作，同時(shí)在顯示屏幕上顯示旋轉(zhuǎn)按鈕的例子的屏幕視圖。
圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置被用來調(diào)整旋轉(zhuǎn)按鈕以在重現(xiàn)移動(dòng)圖標(biāo)時(shí)執(zhí)行幀進(jìn)給操作，同時(shí)在顯示屏上顯示旋轉(zhuǎn)按鈕。
圖8是圖1所示的二維力傳感器100的具體結(jié)構(gòu)實(shí)施例的分解橫截面圖。
圖9是圖8所示的操作盤10的俯視圖。圖8示出了將該操作盤10沿其中心剖開得到的橫截面圖。
圖10是圖8所示的操作盤10的仰視圖。圖8示出了將該操作盤10沿其中心剖開得到的橫截面圖。
圖11是圖8所示的彈性可變形體20的俯視圖。圖8示出了將該彈性可變形體20沿其中心剖開得到的橫截面圖。
圖12是圖8所示的彈性可變形體20的仰視圖。圖8示出了將該彈性可變形體20沿其中心剖開得到的橫截面圖。
圖13是用于說明形成在圖12所示的彈性可變形體20的下表面的各柱狀突起的配置的仰視圖。
圖14是形成在圖12所示的彈性可變形體20的下表面的移動(dòng)導(dǎo)電層26的仰視圖。
圖15是圖8所示的拱形結(jié)構(gòu)30的俯視圖。圖8示出了將該拱形結(jié)構(gòu)30沿其中心剖開得到的橫截面圖。
圖16是說明圖8所示的拱形結(jié)構(gòu)30形狀反向動(dòng)作的橫截面圖。
圖17是圖8所示的基體40的俯視圖。圖8示出了將該基體40沿其中心(XZ平面)剖開得到的橫截面圖。
圖18是在圖17所示的基體40上配置拱形結(jié)構(gòu)30的俯視圖。
圖19是通過將圖8所示的各結(jié)構(gòu)元件組裝形成的二維力傳感器的橫截面圖。應(yīng)當(dāng)注意，此處示出的拱形結(jié)構(gòu)30的部分不是以截面圖表示的，而是以側(cè)視圖表示的。而且，只繪出了各柱狀突起P1至P3的橫截面部分，圖示中省略了各柱狀突起部分的更內(nèi)側(cè)部分。
圖20示出了在圖19所示的二維力傳感器中進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸入(點(diǎn)擊輸入)時(shí)的狀態(tài)的橫截面圖。應(yīng)當(dāng)注意，此處示出的拱形結(jié)構(gòu)30的部分不是以截面圖表示，而是以側(cè)視圖表示。而且，只繪出了各柱狀突起P1至P3的橫截面部分，圖示中省略了各柱狀突起部分的更內(nèi)側(cè)部分。
圖21示出了在圖19所示的二維力傳感器中進(jìn)行X軸負(fù)方向上的操作輸入時(shí)的第一狀態(tài)的橫截面圖。應(yīng)當(dāng)注意，此處示出的拱形結(jié)構(gòu)30的部分不是以截面圖表示，而是以側(cè)視圖表示。而且，只繪出了各柱狀突起P1至P3的橫截面部分，圖示中省略了各柱狀突起部分的更內(nèi)側(cè)部分。
圖22示出了在圖19所示的二維力傳感器中進(jìn)行X軸負(fù)方向上的操作輸入時(shí)的第二狀態(tài)的橫截面圖。應(yīng)當(dāng)注意，此處示出的拱形結(jié)構(gòu)30的部分不是以截面圖表示，而是以側(cè)視圖表示。而且，只繪出了各柱狀突起P1至P3的橫截面部分，圖示中省略了各柱狀突起部分的更內(nèi)側(cè)部分。
圖23示出了在圖19所示的二維力傳感器中進(jìn)行X軸負(fù)方向上的操作輸入時(shí)的第三狀態(tài)的橫截面圖。應(yīng)當(dāng)注意，此處示出的拱形結(jié)構(gòu)30的部分不是以截面圖表示，而是以側(cè)視圖表示。而且，只繪出了各柱狀突起P1至P3的橫截面部分，圖示中省略了各柱狀突起部分的更內(nèi)側(cè)部分。
圖24是圖19所示的二維力傳感器所采用的檢測電路的一個(gè)實(shí)施例電路圖。
具體實(shí)施例方式
以下，將根據(jù)附圖所示的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。
§1.根據(jù)本發(fā)明的用于輸入旋轉(zhuǎn)操作量的輸入裝置的基本構(gòu)造圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的用于輸入旋轉(zhuǎn)操作量的輸入裝置的基本結(jié)構(gòu)的框圖(圖中右側(cè)所示的坐標(biāo)圖是各構(gòu)成元件的功能概念圖)。該輸入裝置是用于輸入表示特定旋轉(zhuǎn)角的操作量的裝置，如圖所示，其基本構(gòu)成元件是二維力傳感器100、極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部分200、操作量識(shí)別部分300。
二維力傳感器100具有將由操作者施加的操作力作為XY二維直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值(x，y)以時(shí)序輸入的功能。該二維力傳感器100的具體構(gòu)成例將在下面所述的§3中具體描述。簡言之，任何二維力傳感器均可被使用，只要在相互正交的X軸方向和Y軸方向施加操作力時(shí)，該二維力傳感器100能基于該操作力檢測X軸方向和Y軸方向的操作量。該圖右側(cè)的坐標(biāo)圖示出了輸入XY二維直角坐標(biāo)系中的任意點(diǎn)P(x，y)的狀態(tài)。實(shí)際上，操作者執(zhí)行在X軸方向和Y軸方向施加一定的力的操作，而非在二維平面上指定一個(gè)點(diǎn)的操作。成為操作量檢測值的坐標(biāo)值(x，y)可作為一串?dāng)?shù)據(jù)以時(shí)序獲得，例如是坐標(biāo)值(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)......。
極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部分200具有將按時(shí)序的坐標(biāo)值(x，y)依次轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值(r，θ)的功能。例如，以時(shí)序得到的作為一串?dāng)?shù)據(jù)的坐標(biāo)(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)、......被順序轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)值(r1，θ1)、(r2，θ2)、(r3，θ3)、......。這種轉(zhuǎn)換處理可以將XY二維直角坐標(biāo)系中的任意一點(diǎn)P的坐標(biāo)值P(x，y)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值P(r，θ)，這可通過將坐標(biāo)值(x，y)作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)然后解方程r=x2+y2,]]>以及θ＝arctan(y/x)來實(shí)現(xiàn)。
操作量識(shí)別部分300起到將以時(shí)間序列得到的坐標(biāo)值(r，θ)中的值θ的改變作為代表旋轉(zhuǎn)角的操作量進(jìn)行識(shí)別的作用。例如，如圖1下右方的坐標(biāo)圖所示，若設(shè)接著點(diǎn)P(rP，θP)給出點(diǎn)Q(rq，θq)時(shí)，則值θ的變化量為Δθ＝θq-θp，被識(shí)別為表示旋轉(zhuǎn)角的操作量。當(dāng)為圖示的例子時(shí)，該旋轉(zhuǎn)角操作量Δθ則表示用于給出以逆時(shí)針角Δθ旋轉(zhuǎn)的指示的操作量。
在圖1中，為了說明上的方便，將以功能模塊100、200和300表示各構(gòu)成元件，實(shí)際中，二維力傳感器100由特定的物理結(jié)構(gòu)體構(gòu)成，由將檢測值(x，y)作為電信號(hào)輸出的裝置組成，極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部分200和操作量識(shí)別部分300采集從該二維力傳感器100輸出的作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的電信號(hào)，由執(zhí)行規(guī)定的運(yùn)算處理功能的微處理器或微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成。
圖2表示的是二維力傳感器100的結(jié)構(gòu)實(shí)施例的俯視圖，圖3表示的是該二維力傳感器100的橫截面圖。該二維力傳感器100包括傳感器主體110，其具有與XY平面平行的上表面；操作盤120，其相對(duì)于該傳感器主體110，在X軸方向和Y軸方向可分別獨(dú)立傾斜；以及檢測裝置(未示出)，其根據(jù)該操作盤120在X軸方向和Y軸方向上的傾斜程度，分別檢測出坐標(biāo)值x和坐標(biāo)值y。此外，圖3的橫截面圖表示的是對(duì)該二維力傳感器100進(jìn)行操作輸入的狀態(tài)概念圖，傳感器主體110以一個(gè)單獨(dú)的塊示出。實(shí)際上，傳感器主體110具有用以支撐操作盤120的內(nèi)建的物理結(jié)構(gòu)和檢測該操作盤120的傾斜的機(jī)構(gòu)組成，這里為了方便起見，省略這些結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)的圖示(詳細(xì)的結(jié)構(gòu)實(shí)施例將在§3中描述)。
正如圖2的俯視圖所示，操作盤120是圓盤狀構(gòu)件，相對(duì)于圖中的X軸方向(左右方向)和Y軸方向(上下方向)，可以各自獨(dú)立傾斜。操作者將傳感器主體110拿在手里的同時(shí)，將手指放在操作盤120上面，通過向希望的方向上施加操作力，可以使操作盤120在X軸方向和Y軸方向上分別獨(dú)立傾斜，而且通過調(diào)節(jié)操作力的大小，可以調(diào)節(jié)各軸方向的傾斜度。圖3示出了操作盤120相對(duì)于傳感器主體110，在X軸負(fù)方向上傾斜的狀態(tài)。為了傾斜成這種狀態(tài)，操作者可以把手指放在操作盤120上表面的中心部位，向圖中箭頭Fx-所示的斜下方施加壓力，或者可以把手指對(duì)準(zhǔn)操作盤120上表面的端部(圖3的左端)，向圖中箭頭FFx-所示的垂直下方施加壓力。任一種操作都可向X軸負(fù)方向施加操作力。當(dāng)然，也可以同樣向X軸正方向施加操作力，也可以同樣向Y軸正方向或負(fù)方向施加操作力。因?yàn)椴僮鞅P120X軸方向和Y軸方向的傾斜操作可獨(dú)立進(jìn)行，結(jié)果，在該操作盤120上施加的操作，可以成為提供XY二維直角坐標(biāo)系中任意的坐標(biāo)值(x，y)的操作。
如上所述，這樣給出的坐標(biāo)值(x，y)，在極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部分200中，被轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)值(r，θ)，根據(jù)按時(shí)序得到的坐標(biāo)值(r，θ)，操作量識(shí)別部分300識(shí)別旋轉(zhuǎn)操作量Δθ。例如，操作者將手指放在圖2所示的操作盤120的邊緣部分，向下(圖2中是相對(duì)于紙面的垂直方向)施加壓力，以這樣的按壓狀態(tài)不變，使手指沿著操作盤120的邊緣，以使其順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的方式滑動(dòng)，則操作盤120進(jìn)行所謂的旋進(jìn)(進(jìn)動(dòng))運(yùn)動(dòng)，呈傾斜方向旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。因此，按時(shí)序給出的坐標(biāo)值(x，y)中的值θ連續(xù)變化，根據(jù)該變化，可對(duì)旋轉(zhuǎn)操作量進(jìn)行識(shí)別。如果能將按時(shí)序得到的坐標(biāo)值(r，θ)中的值θ的變化作為表示旋轉(zhuǎn)角的操作量進(jìn)行識(shí)別，那么，在該操作量識(shí)別部分300中的旋轉(zhuǎn)操作量的識(shí)別處理根本不局限于特定的方法，實(shí)際應(yīng)用中，優(yōu)選根據(jù)以下的方針，進(jìn)行操作量的識(shí)別。
優(yōu)選地，首先，當(dāng)坐標(biāo)值(r，θ)中的值r比預(yù)置閾值rt大時(shí)，操作量識(shí)別部分300把該坐標(biāo)值(r，θ)識(shí)別為有效坐標(biāo)值，基于僅考慮有效坐標(biāo)值(r，θ)的值θ的變化，對(duì)操作量進(jìn)行識(shí)別。這僅限于能夠判斷為操作者有意圖地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)操作輸入的場合，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)操作量的識(shí)別。例如，假設(shè)操作者將手指放在了圖2所示的二維力傳感器100的操作盤120的上表面部分。此時(shí)，即使操作者不進(jìn)行任何有意圖的操作輸入，通常，也會(huì)因手指的微小的晃動(dòng)，不斷地對(duì)操作盤120施加微小操作力，所以以時(shí)序檢測出的任意坐標(biāo)值(x，y)，都可對(duì)操作量識(shí)別部分300按時(shí)序提供任意的坐標(biāo)值(r，θ)。
這樣，不提倡雖然操作者沒有進(jìn)行任何有意地操作輸入，但還是對(duì)操作量進(jìn)行了識(shí)別的做法。所以，如果提前設(shè)定閾值rt，只要提供到操作量識(shí)別部分300的坐標(biāo)值(r，θ)中的值r比該閾值rt大，就將該坐標(biāo)值(r，θ)作為有效坐標(biāo)值識(shí)別，那么，即使提供了在閾值rt以下的值r的坐標(biāo)值(r，θ)，也可以將其忽略不計(jì)。通常，在操作者僅僅將手指放在操作盤120上的狀態(tài)時(shí)，操作盤120沒有多大程度的傾斜，所以坐標(biāo)值(r，θ)中的值r也不是太大的值。因此，在這種狀態(tài)下給予的坐標(biāo)值(r，θ)，不被作為有效坐標(biāo)識(shí)別，忽略不計(jì)，從而不識(shí)別旋轉(zhuǎn)操作量。
一方面，當(dāng)操作者提供有意地旋轉(zhuǎn)操作輸入時(shí)，因?yàn)槭共僮鞅P120加大傾斜至某種程度時(shí)，所以，坐標(biāo)值(r，θ)中的值r也變的比特定的閾值rt大，其坐標(biāo)值(r，θ)被識(shí)別為有效值。這樣，如果僅考慮了有效坐標(biāo)值(r，θ)，根據(jù)其中值θ的變化，對(duì)操作量進(jìn)行識(shí)別的話，則變成僅在操作者有意地進(jìn)行操作輸入時(shí)，才能對(duì)操作量進(jìn)行識(shí)別。
實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)有效坐標(biāo)值(r，θ)能連續(xù)得到時(shí)，可根據(jù)在該連續(xù)期間內(nèi)值θ的變化，對(duì)操作量進(jìn)行識(shí)別。例如，給出一系列坐標(biāo)值(r1，θ1)、(r2，θ2)、(r3，θ3)、(r4，θ4)、(r5，θ5)、(r6，θ6)、(r7，θ7)、(r8，θ8)和(r9，θ9)，其中，當(dāng)r4和r9在閾值rt以下時(shí)，有效坐標(biāo)值被連續(xù)得到期間是第一期間(r1，θ1)至(r3，θ3)，以及第二期間(r5，θ5)至(r8，θ8)。所以，首先根據(jù)第一期間(r1，θ1)至(r3，θ3)中的值θ的變化，對(duì)基于θ1→θ2變化的操作量和基于θ2→θ3變化的操作量進(jìn)行識(shí)別。接著，根據(jù)第二期間(r5，θ5)至(r8，θ8)中的值θ的變化，對(duì)基于θ5→θ6變化的操作量、基于θ6→θ7變化的操作量、以及基于θ7→θ8變化的操作量進(jìn)行識(shí)別。
如果采用這種識(shí)別方法，即使當(dāng)操作者把手指放到操作盤120一點(diǎn)時(shí)，進(jìn)行沿傾斜方向轉(zhuǎn)動(dòng)的操作(第一期間)，即使手指臨時(shí)離開后，重新用手指接觸其它點(diǎn)進(jìn)行同樣的操作時(shí)(第二期間)，也可以作為旋轉(zhuǎn)操作量，輸入操作者有意圖的操作量。也就是說，在手指臨時(shí)離開期間內(nèi)得到的坐標(biāo)值(r4，θ4)，因?yàn)椴皇怯行ё鴺?biāo)值而被忽略，而且，在其前后得到的坐標(biāo)值(r3，θ3)和坐標(biāo)值(r5，θ5)因?yàn)槭遣煌B續(xù)期間中的坐標(biāo)值，所以對(duì)基于θ3→θ5變化的操作量不進(jìn)行識(shí)別。因此，操作者在旋轉(zhuǎn)操作中，即使手指從操作盤120的第一處離開一次之后，手指再接觸另外的第二處，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)操作時(shí)，從第一處到第二處的手指移動(dòng)操作也不作為旋轉(zhuǎn)操作量識(shí)別。這種處理，符合操作者的操作感覺，易操作。
另一方面，當(dāng)值r比預(yù)置閾值rt大但值θ的變化小時(shí)，則有操作者沒有進(jìn)行有意圖地操作的輸入的可能性。例如，假設(shè)操作者把手指放在圖2所示的二維力傳感器100上的操作盤120的上表面左端部分，施加某種程度的壓力。此時(shí)，操作盤120正如圖3所示的傾斜狀態(tài)，得到的坐標(biāo)值(r，θ)中的值r變?yōu)橐欢ǔ潭鹊妮^大值。不過，實(shí)際上，操作者在這種狀態(tài)下，放手時(shí)，實(shí)際上，沒有施加有意圖的旋轉(zhuǎn)操作?？墒?，即使這種情況也會(huì)由于手指微小的晃動(dòng)，對(duì)操作盤120，不斷作用微小變化因素，所以，坐標(biāo)值(r，θ)的r值及值θ的也同時(shí)產(chǎn)生微小變化。在這種情況下，不需要對(duì)操作量進(jìn)行識(shí)別。
所以，優(yōu)選地，預(yù)先設(shè)定預(yù)置閾值θt，在操作量識(shí)別部分300連續(xù)得到有效坐標(biāo)值(r，θ)的連續(xù)期間內(nèi)，值θ相對(duì)于其前一個(gè)值θbefore，產(chǎn)生超過特定的閾值θt的變化Δθ時(shí)，可將與該變化Δθ相對(duì)應(yīng)的值作為操作量進(jìn)行識(shí)別。例如閾值θt＝5°時(shí)，對(duì)前一個(gè)所給予的有效坐標(biāo)值(r，θ)，僅在產(chǎn)生超越θ值為5°的時(shí)候，將該變化Δθ作為旋轉(zhuǎn)操作量識(shí)別。因此，如上所述，操作者在手指放在操作盤120邊緣不動(dòng)的情況下，不進(jìn)行旋轉(zhuǎn)操作量的識(shí)別。
圖4是示出分別將預(yù)置閾值rt和θt設(shè)定為值r和值θ的操作量進(jìn)行識(shí)別時(shí)的具體操作運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。首先，在步驟S1中，輸入二維力傳感器100的檢測值(x，y)，在接著的步驟S2中，將該檢測值(x，y)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)中的坐標(biāo)值(r，θ)。在步驟S1和步驟S2的處理是在極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部分200中執(zhí)行的工藝，在步驟S3的處理是在操作量識(shí)別部分300中執(zhí)行的工藝。
在步驟S3中，對(duì)得到的坐標(biāo)值(r，θ)中的值r是否超過閾值rt進(jìn)行判斷。如果值r小于等于閾值rt時(shí)，程序進(jìn)行至步驟S4，標(biāo)記F設(shè)定為0。這意味著給出的坐標(biāo)值(r，θ)不是有效坐標(biāo)值。標(biāo)記F表示的是有效坐標(biāo)值(值r超過閾值rt的坐標(biāo)值)的連續(xù)狀態(tài)，當(dāng)F＝1時(shí)，表示的是有效坐標(biāo)值連續(xù)到來的狀態(tài)，當(dāng)F＝0時(shí)，表示的是連續(xù)狀態(tài)中斷的情況。在步驟S3中，當(dāng)作出r≤rt的判斷時(shí)，為連續(xù)狀態(tài)中斷，在步驟S4中，設(shè)定標(biāo)記F＝0。另一方面，在步驟S3中，若作出r＞rt的判斷，在在步驟S5中，判斷是否標(biāo)記F＝1。這相當(dāng)于是對(duì)有效坐標(biāo)值是否已經(jīng)進(jìn)入連續(xù)狀態(tài)的判斷，在步驟S5中，如果F＝0，則等于在此之前，有效坐標(biāo)值的連續(xù)狀態(tài)已經(jīng)中斷。所以，此時(shí)進(jìn)入步驟S6，將標(biāo)記F設(shè)定為1，記錄有效坐標(biāo)值的連續(xù)狀態(tài)已經(jīng)開始。
另一方面，在步驟S5中，當(dāng)F＝1時(shí)，因?yàn)橹辽偕洗蔚淖鴺?biāo)值是有效坐標(biāo)值，所以對(duì)這次得到的有效坐標(biāo)值和上次的坐標(biāo)值，進(jìn)行求證值θ的變化量Δθ的處理。即，在步驟7中，進(jìn)行工式Δθ＝θbefore-θ的數(shù)學(xué)運(yùn)算。在此，θbefore是上次的坐標(biāo)值(r，θ)中的值θ。接著，在步驟S8中，判斷值Δθ的絕對(duì)值是否超過閾值θt，在步驟S9中，僅當(dāng)Δθ的絕對(duì)值超過閾值θt時(shí)，作為旋轉(zhuǎn)操作量輸出Δθ。Δθ的絕對(duì)值在閾值θt以下時(shí)，判斷操作者不進(jìn)行有意地輸入旋轉(zhuǎn)操作量，在步驟S9不輸出旋轉(zhuǎn)操作量。
接著在步驟S10中，將當(dāng)前坐標(biāo)值(r，θ)中的值θ代入θbefore。經(jīng)過步驟S11重復(fù)執(zhí)行這樣的程序，直到指示處理結(jié)束為止。而且，實(shí)際中，將該步驟S1至S11的程序的反復(fù)循環(huán)設(shè)定為預(yù)定周期，以使其可能平穩(wěn)地輸入旋轉(zhuǎn)操作量。該設(shè)定周期相當(dāng)于在操作量識(shí)別部分300上作為時(shí)序數(shù)據(jù)得到的坐標(biāo)值(r，θ)的周期，成為影響輸入裝置操作性的因素。如上所述，對(duì)二維力傳感器100的操作力由操作者的指尖施加，所以，作為上述周期，即使設(shè)定與操作者手指的運(yùn)動(dòng)速度相比非常小的周期也是沒有意義的。例如，即使設(shè)定為1ms左右的周期，但操作者的手指動(dòng)作通常不能達(dá)到1000Hz的振動(dòng)頻率，所以這種設(shè)定也就沒什么意義。一般情況下，周期設(shè)定在10至100ms左右也就夠了。
其結(jié)果是，按照?qǐng)D4的步驟，只有在坐標(biāo)值(r，θ)中的值r比閾值rt大時(shí)，將該坐標(biāo)值(r，θ)作為有效坐標(biāo)值識(shí)別(步驟S3)，而且，當(dāng)連續(xù)得到這樣的有效坐標(biāo)值(r，θ)時(shí)(在步驟S5中，判斷標(biāo)記F＝1時(shí))，而且當(dāng)相對(duì)于前面的值θbefore，產(chǎn)生超過預(yù)置閾值θt的變化Δθ時(shí)(即，在步驟S8中，判斷值Δθ的絕對(duì)值超過閾值θt時(shí))，將與變化Δθ相對(duì)應(yīng)的值作為旋轉(zhuǎn)操作量識(shí)別和輸出。(步驟S9)。
§2.根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置的應(yīng)用實(shí)施例接著，對(duì)前面所述的旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置的具體應(yīng)用實(shí)施例進(jìn)行說明。
圖5是使用根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置以在環(huán)狀配置在顯示屏上的多個(gè)圖標(biāo)中選擇的例子的屏幕圖。在該例中，在個(gè)人計(jì)算機(jī)等的顯示器畫面410上顯示了代表12種應(yīng)用軟件的12個(gè)圖標(biāo)411。各圖標(biāo)411環(huán)狀排列配置，表示通過光標(biāo)412指定12個(gè)圖標(biāo)411中的任一個(gè)的狀態(tài)。圖中所示的例子表示出了配置在時(shí)針3點(diǎn)位置上的關(guān)于“郵件”應(yīng)用軟件的圖標(biāo)，被光標(biāo)412指定的狀態(tài)。這樣，光標(biāo)412具有識(shí)別顯示功能，用于識(shí)別多個(gè)圖標(biāo)中任一個(gè)指定圖標(biāo)。
根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置可被用于對(duì)這種環(huán)狀配置的圖標(biāo)指定狀態(tài)進(jìn)行變更輸入。在圖示的例子中，在初期狀態(tài)，雖然“郵件”的圖標(biāo)是指定的圖標(biāo)，但使用本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置，可以通過輸入特定的旋轉(zhuǎn)操作量，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)改變指定圖標(biāo)。例如，可進(jìn)行如下控制在圖示的狀態(tài)中，當(dāng)給與Δθ＝+15°至+44°旋轉(zhuǎn)操作量時(shí)，光標(biāo)412可逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)30°，以使通過一個(gè)圖標(biāo)移動(dòng)至鄰近的“打印”圖標(biāo)，當(dāng)設(shè)定約Δθ＝+45°至+74°的旋轉(zhuǎn)操作量時(shí)，光標(biāo)412可逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)60°，通過兩個(gè)圖標(biāo)移動(dòng)至鄰近的“日程”圖標(biāo)，當(dāng)設(shè)定Δθ＝+75°至+104°的旋轉(zhuǎn)操作量時(shí)，光標(biāo)412可逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°，以使通過三個(gè)圖標(biāo)移動(dòng)至鄰近的“時(shí)鐘”圖標(biāo)。當(dāng)然，也可以設(shè)定具有負(fù)角度的旋轉(zhuǎn)操作量，例如給出Δθ＝-15°至-44°旋轉(zhuǎn)操作量時(shí)，光標(biāo)412可順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)30°，以使通過一個(gè)圖標(biāo)移動(dòng)至鄰近的“文字處理”圖標(biāo)。
實(shí)際上，圖5所示的操作裝置包括圖標(biāo)顯示裝置，用于在顯示屏410上環(huán)狀排列并顯示多個(gè)圖標(biāo)；識(shí)別顯示裝置，用于識(shí)別顯示指示器(光標(biāo)412)，以通過接收指令以指定多個(gè)圖標(biāo)中的任一個(gè)來從圖標(biāo)中辨別出指定的圖標(biāo)，作為在顯示屏410上指出的圖標(biāo)；初始圖標(biāo)指定裝置，用于指定多個(gè)圖標(biāo)中任何一個(gè)為最初指定圖標(biāo)；在§1中描述的旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置；以及指定圖標(biāo)改變裝置，用于給出指令以將指定的圖標(biāo)改變?yōu)樾聢D標(biāo)，其被設(shè)置在相應(yīng)于由包括在輸入裝置中的操作量識(shí)別部分300識(shí)別的操作量的間隔的位置上。
圖6是使用根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置的實(shí)例的示意圖，以在顯示屏上顯示用于執(zhí)行聲音信息播放的音量控制操作或者前進(jìn)/后退操作的旋轉(zhuǎn)按鈕，并操縱該旋轉(zhuǎn)按鈕。在該例中，在例如個(gè)人計(jì)算機(jī)等的顯示屏420上設(shè)置了顯示窗421，用于顯示待播放的聲音信息，進(jìn)而，顯示音量調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)按鈕422，其用于該聲音信息播放中的音量調(diào)節(jié)操作，以及顯示用于前進(jìn)后退控制的旋轉(zhuǎn)按鈕423。更進(jìn)一步說，旋轉(zhuǎn)按鈕422和423始終是在顯示屏420上顯示的虛擬按鈕，實(shí)際的旋轉(zhuǎn)操作是對(duì)圖2所示的二維力傳感器100的操作盤120進(jìn)行的。例如，進(jìn)行了表示旋轉(zhuǎn)按鈕422操作輸入意圖的任何操作后，當(dāng)設(shè)定Δθ＝20°旋轉(zhuǎn)操作量時(shí)，向二維力傳感器100提供旋轉(zhuǎn)按鈕422只轉(zhuǎn)動(dòng)20°的操作輸入。
總之，該圖6所示的操作裝置包括旋轉(zhuǎn)按鈕顯示裝置，用于在顯示屏420上顯示播放聲音信息時(shí)執(zhí)行音量控制操作或快進(jìn)/后退控制操作的旋轉(zhuǎn)按鈕422和423；在§1中描述的旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置；以及控制裝置，用于根據(jù)由包括在輸入裝置中的操作量識(shí)別部分300識(shí)別的操作量確定該旋轉(zhuǎn)按鈕422和423的旋轉(zhuǎn)量，再根據(jù)該旋轉(zhuǎn)量進(jìn)行音量控制調(diào)節(jié)或者前進(jìn)/后退調(diào)節(jié)，同時(shí)，控制該旋轉(zhuǎn)按鈕顯示裝置并使其進(jìn)行相應(yīng)于該旋轉(zhuǎn)量的顯示。
圖7是使用根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置的實(shí)例的示意圖，以在顯示屏上顯示用于執(zhí)行聲音信息播放的音量控制操作或者前進(jìn)/后退操作的旋轉(zhuǎn)按鈕，并操縱該旋轉(zhuǎn)按鈕。在該例中，在例如個(gè)人計(jì)算機(jī)等的顯示屏430上設(shè)置了動(dòng)畫顯示窗431，用于對(duì)被播放的動(dòng)畫進(jìn)行顯示，在其下面設(shè)置幀數(shù)顯示欄432，對(duì)顯示中的動(dòng)畫幀數(shù)進(jìn)行顯示。而且，在其下側(cè)設(shè)置動(dòng)畫選擇欄433，用于選擇作為待播放的動(dòng)畫，在其右側(cè)設(shè)置用于執(zhí)行幀進(jìn)給操作的按鈕434。該例中，旋轉(zhuǎn)按鈕434始終是顯示在顯示屏430上的虛擬按鈕，實(shí)際的旋轉(zhuǎn)操作是對(duì)圖2所示的二維力傳感器100上的操作盤120進(jìn)行的。例如，進(jìn)行指定旋轉(zhuǎn)按鈕434的任何輸入操作后，當(dāng)對(duì)二維力傳感器100提供旋轉(zhuǎn)按鈕422提供Δθ＝20°旋轉(zhuǎn)操作量時(shí)，可進(jìn)行只將旋轉(zhuǎn)按鈕422轉(zhuǎn)動(dòng)20°的操作輸入。在此，例如，旋轉(zhuǎn)按鈕434的旋轉(zhuǎn)角度10°，相當(dāng)于動(dòng)畫進(jìn)給一個(gè)幀進(jìn)給(向動(dòng)畫前進(jìn)方向進(jìn)給和反向方向進(jìn)給)的設(shè)定，轉(zhuǎn)動(dòng)20°，進(jìn)給兩個(gè)幀，在動(dòng)畫顯示窗431上，顯示與該幀對(duì)應(yīng)的圖像。
總之，該圖7所示的操作裝置包括旋轉(zhuǎn)按鈕顯示裝置，用于在顯示屏430上顯示旋轉(zhuǎn)按鈕434，其用于執(zhí)行播放動(dòng)畫信息的幀進(jìn)給操作；在§1中描述的旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置；以及控制裝置，用于根據(jù)由包括在輸入裝置中的操作量識(shí)別部分300識(shí)別的操作量確定的待進(jìn)給的幀的數(shù)量，同時(shí)，控制該旋轉(zhuǎn)按鈕顯示裝置并使其進(jìn)行相應(yīng)于幀的數(shù)量的旋轉(zhuǎn)操作。
以上對(duì)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置的應(yīng)用實(shí)施例進(jìn)行了描述，但本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置的應(yīng)用形態(tài)并不局限于這些實(shí)施例。
§3.二維力傳感器的具體結(jié)構(gòu)實(shí)施例最后對(duì)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置中采用的二維力傳感器的具體結(jié)構(gòu)實(shí)施例進(jìn)行描述。該結(jié)構(gòu)實(shí)施例，是使用日本專利申請(qǐng)?zhí)?001-299540中所公開的電容元件的力檢測器，它具有較簡單的結(jié)構(gòu)、適于批量生產(chǎn)，并具有可抑制功耗的特征。這里所示的結(jié)構(gòu)實(shí)施例是表示本發(fā)明中可使用的二維力傳感器的一種形態(tài)，當(dāng)然在實(shí)施本發(fā)明時(shí)，不一定必須使用這里所示的二維力傳感器。
首先說明該二維力傳感器的基本構(gòu)造。圖8是表示該二維力傳感器分解后的各結(jié)構(gòu)要素的分解橫截面圖。如圖所示，該二維力傳感器由操作盤10，彈性可變形體20，拱形結(jié)構(gòu)體30，和基體40構(gòu)成。實(shí)際上，該輸入裝置的構(gòu)成為拱形結(jié)構(gòu)體30配置在基體40上，其上面覆蓋彈性可變形體20，其上面又安裝操作盤10。該二維力傳感器不僅可進(jìn)行表示向X軸或Y軸方向的操作量的操作輸入，還具備表示ON/OFF狀態(tài)的轉(zhuǎn)換輸入的附加功能。
操作盤10被配置在彈性可變形體20的上面，具有的功能為根據(jù)操作者的動(dòng)作，將作用的力向彈性可變形體20傳遞，并使彈性可變形體20發(fā)生彈性變形。如§1中所描述的那樣，基于操作者的操作，操作盤10相對(duì)于基體40傾斜，具有的功能為使彈性可變形體20發(fā)生彈性變形，使彈性可變形體20的一部分相對(duì)基體40發(fā)生變位。
圖9是該操作面盤10的俯視圖，圖10是該操作盤10的仰視圖。如圖所示，操作盤10整體上呈圓盤狀，在本實(shí)施方式的情形，是由塑料等樹脂材料制成。如上所述，只要操作盤10能夠做到將力傳遞給彈性可變形體20，那么無論怎樣的形狀都可以，但是圓盤形狀適于輸入旋轉(zhuǎn)操作量。為了保證將操作者的操作準(zhǔn)確地傳遞給彈性可變形體20，操作盤優(yōu)選由諸如樹脂或金屬等剛性材料制成。在圖示的實(shí)施方式中，如圖9所示，操作盤10由操作部11，堤狀部12，外圍部13三部分構(gòu)成，柱狀壓桿14從如圖10所示底面伸出。操作部11具有在堤狀部12內(nèi)側(cè)形成的平滑的下凹部分，用于適應(yīng)操作者的手指操作，外圍部13具有在堤狀部12外側(cè)形成的錐形部分。如后面所述，壓桿14的作用是為了有效進(jìn)行表示ON/OFF狀態(tài)的轉(zhuǎn)換輸入，并將操作者的垂直向下的力有效地傳遞到拱形結(jié)構(gòu)30的頂點(diǎn)附近。
在本實(shí)施方式中，彈性可變形體20由整體成形硅橡膠制成。圖11是該彈性可變形體20的俯視圖，圖12是該彈性可變形體20的仰視圖。如圖所示，平面圖中該彈性可變形體20的形狀基本呈正方形。如圖8的橫截面圖所示，其中的基本結(jié)構(gòu)元件是內(nèi)側(cè)薄膜部21，環(huán)狀凸起部22，外側(cè)薄膜部23，側(cè)壁部24，固定腳部25，以及柱狀凸起P1至P3。如圖11所示，所說的內(nèi)側(cè)薄膜部分21和外側(cè)薄膜部分23，是在該彈性可變形體20正方形的上表面整個(gè)形成薄膜狀的結(jié)構(gòu)體，此處，為了描述方便，將環(huán)狀凸起22的內(nèi)側(cè)部分稱為內(nèi)側(cè)薄膜部分21，將其外側(cè)部分稱為外側(cè)薄膜部分23。該薄膜部分21和23被配置以基本上與基體40的表面平行，中間隔著拱形結(jié)構(gòu)體30。環(huán)狀凸起22是在該薄膜部分的上表面形成的環(huán)狀凸起部分，內(nèi)側(cè)薄膜部分21的上表面部分的四周為環(huán)狀凸起22。在本實(shí)施方式中，環(huán)狀凸起22具有其截面是矩形的所謂墊圈狀的結(jié)構(gòu)體，這是出于為了能夠有效地接收來自配置在其上表面的操作盤10的操作力的考慮。
另一方面，側(cè)壁部分24具有將外部薄膜部分23的四周固定到基體40上表面的功能。呈正方形的薄膜部分21和23的四邊由側(cè)壁部分24支撐，薄膜部分21和23與基體40的上表面大致保持平行狀態(tài)。如圖12的仰視圖所示，在彈性可變形體20下表面的四個(gè)角處，分別向下伸出柱狀固定腳部25，這四個(gè)固定腳部25可以插入基體40上表面形成的四個(gè)固定孔41(參照?qǐng)D8)中。這樣，彈性可變形體20就可以固定到基體40上的預(yù)定位置處。
另外，如圖12所示，在薄膜部分21和23的下表面，形成了有多個(gè)向下伸出的柱狀凸起P1至P3。在圖13中，為了清楚地表示柱狀凸起P1至P3的位置，在圖12的仰視圖中以交替的長短虛線標(biāo)出同心圓。如圖所示，如果在彈性可變形體20的中心點(diǎn)的周圍定義三種同心圓C1、C2和C3，那么，各柱形凸起P1～P3便可配置在任一個(gè)同心圓的圓周上。也就是說，柱狀凸起P1，沿內(nèi)同心圓C1的圓周分布，每隔45°配置一個(gè)，共配置8個(gè)，柱狀凸起P2沿基準(zhǔn)同心圓C2的圓周分布，每隔22.5°配置一個(gè)，共配置16個(gè)，柱狀凸起P3沿外同心圓C3的圓周分布，每隔45°配置一個(gè)，共配置8個(gè)。
圖8的橫截面圖清楚地表示了各柱形凸起P1至P3的側(cè)面形狀。在圖8的橫截面圖中，為了避免圖形變得復(fù)雜，只給出了柱狀凸起P1至P3的截面，但實(shí)際上，如圖12和圖13的仰視圖所示，有更多的柱狀凸起從薄膜部分的下表面向下伸出。此處，如圖8所示，柱狀凸起P2的長度的設(shè)定比柱狀凸起P1和P3短，這是因?yàn)橹鶢钔蛊餚1和P3與柱狀凸起P2的主要功能不同的緣故。也就是說，柱狀凸起P1和P3的主要功能是當(dāng)操作者的輸入對(duì)于操作盤10未起到任何作用的狀態(tài)下，起到相對(duì)于基體40的上表面支撐內(nèi)側(cè)薄膜部分21和外側(cè)薄膜部分23的作用，這些柱形凸起P1和P3長度的設(shè)定，適于這種支撐功能(在所闡述的示例中，柱狀凸起P1略短于柱狀凸起P3，如后面所述，這是由于考慮了形成在基體40上的電極的厚度的緣故)。針對(duì)這一功能，此處，將柱形凸起P1和P3稱作“支撐用的柱狀凸起”。
相反，柱形凸起P2的主要功能是如下文將要講到的，通過與在基體40表面上形成的電極發(fā)生接觸，起到使電導(dǎo)通狀態(tài)發(fā)生變化的介質(zhì)電極功能的輔助功能作用。因此，此處，將柱狀凸起P2稱為“電極用柱狀凸起”。用于電極的柱狀凸起P2的長度的設(shè)定比用于支撐的柱狀凸起P1和P3短，這是因?yàn)樵诓僮髡邔?duì)操作盤10的輸入未起任何作用的狀態(tài)下，使電極的柱狀凸起P2的下端為懸空狀態(tài)，保持不與基體40表面上形成的電極進(jìn)行物理接觸。
另外，用于支撐的柱狀凸起P1和P3與用于電極的柱狀凸起P2不僅在長度上不同，而且在側(cè)面形狀上也不相同。也就是說，用于支撐的柱狀凸起P1和P3的下端略呈圓形，而用于電極的柱狀凸起P2的下端則是平面的圓盤形凸起。這種形狀差異也是由于上述功能的差異而產(chǎn)生的，用于支撐的柱狀凸起P1和P3的下端制成這種形狀，與基體40的上表面接觸，適于支撐，而用于電極的柱狀凸起P2制成這種形狀，則適于其與基體40的上表面形成的電極接觸，保證電導(dǎo)通狀態(tài)。
像這里所描述的實(shí)施方式，當(dāng)操作盤10由一個(gè)盤狀的剛性構(gòu)件組成時(shí)，此時(shí)，操作者施加的力，沿著以操作盤10的中心軸為中心的同心圓進(jìn)行傳遞，因此，如圖12和圖13所示，各柱狀凸起P1至P3優(yōu)選分別沿著規(guī)定的圓周進(jìn)行布置。尤其是在附圖示出的實(shí)施方式中，當(dāng)將表示預(yù)置方向的操作輸入應(yīng)力作用到操作盤10上時(shí)，所作用的應(yīng)力從操作盤10的四周向環(huán)狀凸起22傳遞。所以，在這里，將圖13所示的基準(zhǔn)同心圓C2看成是正好相當(dāng)于環(huán)狀凸起22中心位置的圓，將電極柱狀凸起P2配置在環(huán)狀凸起22的正下方的預(yù)置位置(16處)上，而且，在基準(zhǔn)同心圓C2的內(nèi)側(cè)，定義內(nèi)側(cè)同心圓C1后，在其圓周上配置支撐用的柱狀凸起P1，在基準(zhǔn)同心圓C2的外側(cè)，定義外側(cè)同心圓C3后，在其圓周上配置支撐用的柱狀凸起P3。
此外，當(dāng)作為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)操作量的輸入裝置利用時(shí)，由于操作盤10向任意方向傾斜，所以如該實(shí)施例所示，在各圓周上配置的柱狀凸起最好每隔45°配置一個(gè)，至少由8個(gè)柱狀凸起構(gòu)成。在圖示的實(shí)施方式中，在內(nèi)側(cè)同心圓C1和外側(cè)同心圓C3上己置的支撐用的柱狀凸起P1和P3，是在圓周角每隔45°各自共配置8個(gè)但是，在基準(zhǔn)同心圓C2上配置的電極柱狀凸起P2，為了保證它與基體40一側(cè)的電極準(zhǔn)確接觸，而增加了數(shù)量，在圓周上每隔22.5°配置一個(gè)總計(jì)16個(gè)。
作為該彈性可變形體20的構(gòu)成元件，另一個(gè)重要元件是在薄膜部分下表面預(yù)置區(qū)域形成的移動(dòng)導(dǎo)電層26。圖14是該彈性可變形體20的仰視圖，用來表示該移動(dòng)導(dǎo)電層26的形成區(qū)域。在此圖中，移動(dòng)導(dǎo)電層26在剖面線所示的圓的區(qū)域內(nèi)形成(圖14中的剖面線不是表示截面而是表示區(qū)域)。如上所述，在彈性可變形體20的下表面上有多個(gè)柱狀凸起，在也包括這些柱形凸起表面的彈性可變形體20的下表面形成了該移動(dòng)導(dǎo)電層26。因此，圖14中剖面線區(qū)域的支撐用柱狀凸起P1和電極用柱狀凸起P2的表面部分也形成了移動(dòng)導(dǎo)電層26。具體地說，可以通過在彈性可變形體20的下表面涂敷導(dǎo)電材料導(dǎo)電層來形成移動(dòng)導(dǎo)電層26。如上所述，在本實(shí)施方式中，由于彈性可變形體20是由整體成形硅橡膠制成的，所以將包括柱狀凸起的圖示的結(jié)構(gòu)體由硅橡膠整體成形后，在其下表面的一部分區(qū)域(圖14中的剖面線表示的圓內(nèi)區(qū)域)涂上導(dǎo)電涂料并烘干，就可形成移動(dòng)導(dǎo)電層26。而且，該移動(dòng)導(dǎo)電層26的厚度比彈性可變形體20每一部分的厚度都要小，因此在橫截面圖中沒有畫出移動(dòng)導(dǎo)電層26。
另一方面，如圖8的橫截面圖所示，拱形結(jié)構(gòu)體30為倒置的杯子形狀，它位于基體40上表面的中心附近，向下配置。圖15是該拱形結(jié)構(gòu)體30的俯視圖。拱形結(jié)構(gòu)30的形狀并不只限于這種形狀，但是最好是這種形狀，因?yàn)槭褂脠D示的這種平面為圓形的拱形結(jié)構(gòu)體30，可以向各種方向平穩(wěn)地進(jìn)行操作輸入。而且，該拱形結(jié)構(gòu)30具有如下特性當(dāng)在其頂點(diǎn)附近向下施加的壓力超過預(yù)置的壓力時(shí)，其頂點(diǎn)附近發(fā)生彈性變形并翻轉(zhuǎn)向下凸起。圖16是表示這種翻轉(zhuǎn)形狀狀態(tài)的橫截面圖。圖16(a)是表示沒有施加任何外力的狀態(tài)，圖16(b)是在頂點(diǎn)附近向下方施加壓力F，頂點(diǎn)發(fā)生彈性變形并翻轉(zhuǎn)向下呈凸形的狀態(tài)。顯而易見，這種形狀翻轉(zhuǎn)是彈性變形，因此當(dāng)壓力F消失后，拱形結(jié)構(gòu)體30便復(fù)原，恢復(fù)到圖16(a)所示的初始狀態(tài)。
拱形結(jié)構(gòu)體30的形狀翻轉(zhuǎn)用于操作者的轉(zhuǎn)換輸入(與本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)操作量的輸入沒有直接關(guān)系)。因此，至少拱形結(jié)構(gòu)體30的下表面需要是導(dǎo)電性接觸面31。也就是說，如圖16(b)所示，當(dāng)頂點(diǎn)附近的形狀發(fā)生翻轉(zhuǎn)時(shí)，通過導(dǎo)電性接觸面31和設(shè)置在基體40一側(cè)的電極發(fā)生接觸，而對(duì)轉(zhuǎn)換輸入進(jìn)行檢測。在本實(shí)施方式中，拱形結(jié)構(gòu)體30使用的是金屬制的。通常，如果是利用金屬材料形成拱形結(jié)構(gòu)體，便可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生上述形狀翻轉(zhuǎn)，并具有導(dǎo)電接觸面31，但拱形結(jié)構(gòu)30不一定要用金屬制成。例如，還可以用樹脂等制成拱形結(jié)構(gòu)體，并在其下表面形成導(dǎo)電材料薄膜，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電接觸面31。
接著，將描述基體40的構(gòu)造?；w40的基本功能是裝載并支撐上述各構(gòu)成元件，并提供形成各電極的基準(zhǔn)面。圖17是基體40的俯視圖。圖中所示的4個(gè)固定孔部分41，如上所述，是為了插入彈性可變形體20的固定腳25，而在基體40的上表面開的孔。
如圖所示，在基體40的上表面上設(shè)置有電極E11至E18。此處，根據(jù)各電極所處的位置，將4個(gè)扇形電極E11至E14稱為中間電極，將中間電極外面的兩個(gè)環(huán)形電極E15和E16稱作外側(cè)電極，將配置在內(nèi)側(cè)的圓形電極E17和環(huán)形電極E18稱作內(nèi)側(cè)電極。在圖17中，為了清楚地表示各電極的形狀，每個(gè)電極上都畫上了剖面線。因此，圖17中剖面線并不表示截面。圖中，使用了兩種剖面線，這是為了表示一部分電極表面覆蓋有絕緣薄膜。具體地說，由于將4個(gè)中間電極E11至E14作為用于檢測的固定電極，用于組成電容元件，所以其表面覆蓋有絕緣薄膜。而由于將外側(cè)電極E15和E16與內(nèi)側(cè)電極E17和E18作為用于接觸的電極，用于判斷有無電接觸，所以導(dǎo)電面被暴露在外面。這兩種剖面線型用來區(qū)分以絕緣薄膜覆蓋的電極和導(dǎo)電面暴露的電極。
在與操作盤10的外圓周相對(duì)的外側(cè)圓周相對(duì)部分形成最外側(cè)形成的環(huán)形外側(cè)電極E15(將操作盤10的外側(cè)輪廓線投影到基體40上的基體上表面的部分)形成的。在本實(shí)施方式中，由于操作盤10呈圓盤狀，所以與外圓周相對(duì)的外側(cè)圓周相對(duì)部分也是圓的，如圖所示，外側(cè)電極E15是配置在操作盤10外圓周相對(duì)位置的環(huán)狀(墊圈狀)電極。外側(cè)電極E16是配置在外側(cè)電極E15稍內(nèi)側(cè)的環(huán)狀(墊圈狀)電極。如果說更準(zhǔn)確的位置，就是外側(cè)電極E15和外側(cè)電極E16之間的邊界部分位于與圖13所示的基準(zhǔn)同心圓C2相對(duì)的圓周上，而且外側(cè)電極E15的外輪廓與外側(cè)電極E16的內(nèi)輪廓之間的距離與電極用柱狀凸起P2的直徑大致相等。因此，兩個(gè)外側(cè)電極E15和E16都配置在各電極用柱狀凸起P2的正下方。
該外側(cè)電極E15和E16的作用在于，當(dāng)操作者向操作盤10施加特定方向的操作輸入，彈性可變形體20產(chǎn)生變形時(shí)，通過與用于電極的柱狀凸起P2下表面的移動(dòng)導(dǎo)電層26接觸，來測出給予的操作輸入超過預(yù)置的強(qiáng)度。也就是說，因操作者的操作輸入至使彈性可變形體20發(fā)生變形，在任意一個(gè)電極用柱狀凸起P2的下表面形成的移動(dòng)導(dǎo)電層26同時(shí)與外側(cè)電極E15和E16雙方發(fā)生接觸，則接觸的移動(dòng)導(dǎo)電層26為介質(zhì)，外側(cè)電極E15和E16變成導(dǎo)通狀態(tài)。因此，如果電檢測出外側(cè)電極E15和E16之間的電導(dǎo)通狀態(tài)，那么就可以識(shí)別施加的操作輸入是否超過預(yù)置的強(qiáng)度?；诖斯δ?，如果將外側(cè)電極E15和E16稱作接觸用的電極對(duì)，將電極用的柱狀凸起P2下表面形成的移動(dòng)導(dǎo)電層26稱作介質(zhì)電極，那么，通過基體40上形成的接觸用的電極對(duì)和在彈性可變形體20上形成的介質(zhì)，便構(gòu)成了轉(zhuǎn)換元件。構(gòu)成該轉(zhuǎn)換元件的接觸用的電極對(duì)，通常保持電絕緣狀態(tài)(給予操作盤10的操作輸入未超過預(yù)置強(qiáng)度的力)，但當(dāng)對(duì)操作盤10的操作輸入超過了預(yù)置強(qiáng)度時(shí)，由于彈性可變形體20變形，介質(zhì)電極同時(shí)接觸，而變成電導(dǎo)通狀態(tài)。
四個(gè)扇形中間電極E11至E14配置在適于檢測操作者施加的具有方向性的操作輸入的位置上。也就是說，當(dāng)以圖17所示的基體40上表面的中心為原點(diǎn)O，圖中向右為X軸，圖中向上為Y軸，XYZ三維坐標(biāo)系被定義以包括XY平面上的基體的上表面，則在X軸正方向形成中間電極E11，在X軸負(fù)方向形成中間電極E12，在Y軸正方向形成中間電極E13，在Y軸負(fù)方向形成中間電極E14。這些中間電極E11至E14的作用在于，和位于其上方的移動(dòng)導(dǎo)電層26一起形成電容元件。也就是說，如圖14的剖面線所示，在彈性可變形體20的薄膜的下表面形成移動(dòng)導(dǎo)電層26，通過各中間電極E11至E14和與其相對(duì)的移動(dòng)導(dǎo)電層26中的各部分形成總計(jì)四組電容元件。具體地說，第一個(gè)電容元件C11是由在X軸正方向配置的中間電極E11和移動(dòng)導(dǎo)電層26中與其電極相對(duì)的部分形成的，第二個(gè)電容元件C12是由位于X軸負(fù)方向的中間電極E12和與其相對(duì)的移動(dòng)導(dǎo)電層26中的部分形成的，第三個(gè)電容元件C13是由位于Y軸正方向的中間電極E13和移動(dòng)導(dǎo)電層26中與電極相對(duì)的部分組成的，第四個(gè)電容元件C14是由位于Y軸負(fù)方向的中間電極E14和移動(dòng)導(dǎo)電層26中與電極相對(duì)的部分組成的。
如此形成的四組電容元件C11至C14包括固定在基體40上的用于檢測的固定電極(也就是中間電極E11至E14)；以及在彈性可變形體20“相對(duì)于檢測用的固定電極且發(fā)生位移的位置”上形成的用于檢測的移動(dòng)電極(也就是移動(dòng)導(dǎo)電層26)。如上所述，用于檢測的固定電極的四個(gè)中間電極E11至E14的上表面被絕緣薄膜所覆蓋，用以防止其與檢測用的移動(dòng)電極的移動(dòng)導(dǎo)電層26之間的電接觸。如下文中將要講的，當(dāng)施加操作輸入時(shí)，由于彈性可變形體20的變形，移動(dòng)導(dǎo)電層26向基體40靠近，然而，由于絕緣薄膜的存在，移動(dòng)導(dǎo)電層26不會(huì)與中間電極E11至E14發(fā)生電接觸。因此，電容元件C11至C14總可以起到電容的作用。另外，絕緣薄膜也可以形成在檢測用的移動(dòng)電極上(即移動(dòng)導(dǎo)電層26的下面)，而不是形成在檢測用的固定電極，或者在雙方都形成絕緣薄膜也無妨。此處所示的實(shí)施方式中，僅在可變形體20的下表面涂敷導(dǎo)電涂層而形成移動(dòng)導(dǎo)電層26，所以在實(shí)際使用中，絕緣薄膜優(yōu)選形成在用于檢測的固定電極上，也就是說，形成在中間電極E11至E14上。
如圖17所示，在中間電極E11至E14的內(nèi)側(cè)，也就是在基體40的中心附近，還有兩個(gè)內(nèi)側(cè)電極E17和E18。內(nèi)側(cè)電極對(duì)E17和E18的作用在于檢測操作者給予操作盤10的轉(zhuǎn)換輸入，也就是說，檢測垂直向下的壓力。內(nèi)側(cè)電極E17是配置在基體中心的圓盤狀電極，其直徑被設(shè)置為小于構(gòu)成拱形結(jié)構(gòu)體30的底部圓周面(底部的邊緣部分)的圓。另外，內(nèi)側(cè)電極E18是墊圈形電極，其外徑的設(shè)計(jì)與組成拱形結(jié)構(gòu)30底部圓周面的圓的直徑大致相等，拱形結(jié)構(gòu)體30配置在墊圈狀內(nèi)側(cè)電極E18上。圖18是表示將圖15所示的拱形結(jié)構(gòu)體30配置到圖17所示的基體40的上表面中央部位的俯視圖。實(shí)際上，使用粘接劑或膠帶等將拱形結(jié)構(gòu)30固定到基體40的上表面。
如圖16(b)所示，如果在拱形結(jié)構(gòu)體30頂點(diǎn)附近區(qū)域垂直向下施加壓力F，則拱形結(jié)構(gòu)30的形狀發(fā)生翻轉(zhuǎn)。而內(nèi)側(cè)電極E17此時(shí)的形狀適于與拱形結(jié)構(gòu)30下表面的導(dǎo)電接觸面31發(fā)生接觸。在本實(shí)施方式中，由于整個(gè)拱形結(jié)構(gòu)30是由金屬制成的，所以在圖16(a)所示狀態(tài)下，拱形結(jié)構(gòu)30僅與墊圈狀內(nèi)側(cè)電極E18發(fā)生接觸，在圖16(b)所示狀態(tài)下，翻轉(zhuǎn)頂點(diǎn)的附近區(qū)域同樣也會(huì)與內(nèi)側(cè)電極E17發(fā)生接觸，使一對(duì)內(nèi)側(cè)電極E17和E18之間相互導(dǎo)通。也就是說，內(nèi)側(cè)電極E17和E18是由物理上彼此分離的一對(duì)電極構(gòu)成，一旦金屬制的拱形結(jié)構(gòu)體30翻轉(zhuǎn)，該拱形結(jié)構(gòu)30的底面圓周面與內(nèi)側(cè)電極E18變成接觸狀態(tài)，其頂點(diǎn)附近的下表面與內(nèi)側(cè)電極E17為接觸狀態(tài)，由導(dǎo)電材料構(gòu)成的拱形結(jié)構(gòu)30同時(shí)與兩個(gè)內(nèi)側(cè)電極E17和E18接觸，二者相互導(dǎo)通。結(jié)果，通過電子檢測內(nèi)側(cè)電極對(duì)E17和E18之間的導(dǎo)電狀態(tài)，就可以檢測出操作者的ON/OFF轉(zhuǎn)換輸入的狀態(tài)。拱形結(jié)構(gòu)體30不一定整個(gè)都用導(dǎo)電材料制成，但如果至少從內(nèi)表面(倒置配置狀態(tài)的下表面)到底面圓周面的部分形成導(dǎo)電接觸面，就可以使兩個(gè)內(nèi)側(cè)電極E17和E18變成電導(dǎo)通狀態(tài)。
如上所述，在基體40上表面上有三類電極，也就是，外側(cè)電極對(duì)E15和E16(用于接觸的電極)，四個(gè)中間電極E11至E14(用于檢測的固定電極)，和內(nèi)側(cè)電極對(duì)E17和E18(用于接觸的電極)。考慮到各電極的各自功能，電極配置在如下位置上。首先，內(nèi)側(cè)電極E18如上所述配置在與拱形結(jié)構(gòu)30的底面圓周面接觸的位置上，內(nèi)側(cè)電極E17配置在能夠接觸到導(dǎo)電接觸面31的位置上，即當(dāng)拱形結(jié)構(gòu)30發(fā)生形狀翻轉(zhuǎn)時(shí)，能夠接觸到相當(dāng)于其頂點(diǎn)附近下面的導(dǎo)電接觸面31的位置。外側(cè)電極對(duì)E15和E16配置在基體40上與操作盤10的外圍部分相對(duì)的外側(cè)圓周相對(duì)位置上(與圖13的基準(zhǔn)同心圓C2相對(duì)的部分)。另一方面，中間電極E11至E14配置在基體40上表面“拱形結(jié)構(gòu)體30的配置區(qū)的外側(cè)，且位于上述外側(cè)圓周相對(duì)部分的內(nèi)側(cè)的中間區(qū)域”的特定位置上。在本實(shí)施方式中，基體40由裝配電子線路用的印刷電路板組成，各電極由印刷圖案構(gòu)成，諸如形成在該印刷電路板上銅。如果以這種方式采用線路用印刷基板構(gòu)成基體40，則可通過印刷圖案在基體40上施行各種布線，便于實(shí)際應(yīng)用。
圖14剖面線所示的移動(dòng)導(dǎo)電層26是在彈性可變形體20下表面上形成的單層導(dǎo)電層，通過與上述基體40上的各電極共同作用，實(shí)現(xiàn)重要功能。也就是說，在移動(dòng)導(dǎo)電層26中的電極用柱狀凸起P2下表面上形成的部分，作為介質(zhì)電極，同時(shí)與基體40一側(cè)的外側(cè)電極對(duì)E15和E16雙方接觸，使該外側(cè)電極對(duì)E15和E16(用于接觸的電極)電導(dǎo)通。移動(dòng)導(dǎo)電層26中的與各中間電極E11至E14相對(duì)的部分，作為檢測用移動(dòng)電極，與中間電極E11至E14(用于檢測的固定電極)一起構(gòu)成電容元件。像這樣各自功能不同，但若考慮后述動(dòng)作上的方便，優(yōu)選使介質(zhì)電極和用于檢測的移動(dòng)電極都為電導(dǎo)通狀態(tài)，因此，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，如圖14中剖面線所示，移動(dòng)導(dǎo)電層26優(yōu)選由電極用柱形凸起P2的配置處的外延部分的物理性單一的導(dǎo)電層構(gòu)成，使該移動(dòng)導(dǎo)電層26的一部分(電極用的柱狀凸起P2下表面形成的部分)發(fā)揮介質(zhì)電極作用，使其他部分(與各中間電極E11至E14相對(duì)的部分)發(fā)揮檢測用移動(dòng)電極的功能。
上文詳細(xì)描述了圖8所示的元件結(jié)構(gòu)。實(shí)際的二維力傳感器是通過將這些各構(gòu)成元件疊加在一起所構(gòu)成的。也就是說，在基體40的中央部位裝載拱形結(jié)構(gòu)體30，將彈性可變形體20放在拱形結(jié)構(gòu)上面使覆蓋住其(將固定腳部分25插入固定孔部分41中進(jìn)行固定)，并在其上面粘接操作盤10，從而獲得了如圖19(沒有示出拱形結(jié)構(gòu)30的截面圖，只畫出了其側(cè)視圖)的橫截面圖所示的二維力傳感器。
下面，描述圖19所示的二維力傳感器的基本操作。此處，為了描述的方便，定義XYZ三維坐標(biāo)系，將原點(diǎn)O取在基體40的中心點(diǎn)，X軸為圖中向右方向，Y軸為圖中向上方向，基體的上表面包含在XY面內(nèi)。圖19中，X軸定義為圖中向右方向，Z軸定義為圖中向上方向，Y軸定義為圖中紙面的垂直方向。
如上所述，除了在X軸方向和Y軸方向施加表示的操作量的操作輸入的功能外，該二維力傳感器還具有表示ON/OFF狀態(tài)的轉(zhuǎn)換輸入(所謂點(diǎn)擊輸入)功能。操作者在操作盤10上進(jìn)行這些輸入，基本上，在進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸入時(shí)，操作者將手指放在操作盤10的中心部位，進(jìn)行向下按壓(沿Z軸負(fù)方向)動(dòng)作，在進(jìn)行X軸方向和Y軸方向的操作輸入(旋轉(zhuǎn)操作量的輸入)時(shí)，操作者向斜下方向按壓操作盤10。
圖20是表示當(dāng)操作者執(zhí)行轉(zhuǎn)換輸入時(shí)的每部分變形狀態(tài)的橫截面圖(拱形結(jié)構(gòu)30以側(cè)視圖形式表示)。如果向附圖所示的下方對(duì)操作盤10施加壓力(是指向Z軸負(fù)方向的力，稱為Fz-)，壓桿14響應(yīng)此壓力Fz-向下移動(dòng)，通過內(nèi)側(cè)薄膜部分21將向下的力作用于拱形結(jié)構(gòu)30的頂點(diǎn)部分。當(dāng)施加在頂點(diǎn)的力超過預(yù)置強(qiáng)度時(shí)，拱形結(jié)構(gòu)30頂點(diǎn)附近的區(qū)域會(huì)由于彈性變形而發(fā)生形狀翻轉(zhuǎn)，向下凸出。因此，如果壓力Fz-超過預(yù)置臨界值時(shí)，如圖所示，拱形結(jié)構(gòu)30頂點(diǎn)附近的區(qū)域發(fā)生形狀翻轉(zhuǎn)。也就是說，當(dāng)操作者逐漸增加向下的壓力Fz-，拱形結(jié)構(gòu)30會(huì)突然塌陷，變成圖示的狀態(tài)，并將點(diǎn)擊感傳至操作者的指端。此時(shí)，由彈性材料制成的用于支撐的柱狀凸起P1和P3發(fā)生彈性變形，并向縱向略微塌陷。然而，用于電極的柱狀凸起P2仍為懸空狀態(tài)。
這樣，拱形結(jié)構(gòu)體30的形狀一旦發(fā)生翻轉(zhuǎn)，拱形結(jié)構(gòu)30下表面的導(dǎo)電接觸面31便接觸到圖17所示的內(nèi)側(cè)電極E17，因此內(nèi)側(cè)電極E17和E18變成電導(dǎo)通狀態(tài)。操作者一旦停止按壓操作，拱形結(jié)構(gòu)30則恢復(fù)到初始狀態(tài)，裝置恢復(fù)到圖19的狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，內(nèi)側(cè)電極E17和內(nèi)側(cè)電極E18都是絕緣的。結(jié)果，通過檢測內(nèi)側(cè)電極E17和E18之間的電連接狀態(tài)，可對(duì)表示ON/OFF狀態(tài)的轉(zhuǎn)換輸入進(jìn)行檢測，也就是可以檢測所謂的點(diǎn)擊輸入。
接下來，試考慮操作者向X軸方向和Y軸方向進(jìn)行表示操作量的操作輸入的情形。在此實(shí)施方式中，是由圖17所示的四個(gè)中間電極E11至E14(其上覆蓋有絕緣層)和與這些電極相對(duì)的移動(dòng)導(dǎo)電層26形成的共計(jì)四組電容元件。根據(jù)這四組電容元件的靜電電容值，就可以檢測出向各個(gè)方向的操作量。
例如，假設(shè)操作者對(duì)操作盤10施加了一個(gè)包含X軸負(fù)方向力的向斜下方的力。這里將以這種操作所施加的力稱為Fx-。圖21是當(dāng)操作者施加這樣的壓力Fx-時(shí)(不一定對(duì)操作盤10的中心位置施壓，實(shí)際上，如圖所示，大多是稍微向左偏離的部位施壓)，表示每個(gè)部位變形狀態(tài)的橫截面圖(拱形結(jié)構(gòu)體30為側(cè)視圖)。由于操作力Fx-是斜向下力的分力，所以如圖所示它還應(yīng)包括一個(gè)向圖的下方的分力(Z軸負(fù)方向上的分力)。由于該向下的分力較上述的點(diǎn)擊操作的壓力Fz-小，因此這個(gè)力不足以使拱形結(jié)構(gòu)30發(fā)生形狀翻轉(zhuǎn)。因此，圖21中的操作盤10左側(cè)向下右側(cè)向上傾斜。換言之，作為拱形結(jié)構(gòu)體30可以使用具有以下變形特性的結(jié)構(gòu)體，即對(duì)于垂直向下方施加的轉(zhuǎn)換輸入的壓力，產(chǎn)生形狀翻轉(zhuǎn)，而對(duì)于向斜下方、向預(yù)置方向施加操作輸入的壓力，則不產(chǎn)生形狀翻轉(zhuǎn)。而且，當(dāng)在操作盤10的左端附近區(qū)域垂直向下施壓FFx-，以此代替向圖21所示的斜下方的操作力Fx-時(shí)，也會(huì)發(fā)生同樣的現(xiàn)象。在本發(fā)明中，當(dāng)說到“表示向X軸負(fù)方向的操作量的操作輸入”時(shí)，不僅包括諸如操作力Fx-這樣的斜向下的操作輸入，還包括諸如操作力FFx-的在X軸負(fù)方向的垂直按壓的操作輸入。操作力FFx-的操作輸入和操作力Fx-是等效的。
如圖21所示，當(dāng)使操作盤10向左傾施加操作力Fx-(或FFx-，下同)時(shí)，圖的左半側(cè)的用于支撐的柱狀凸起P1和P3發(fā)生彈性變形并縱向塌陷。另一方面，圖的右半側(cè)的用于支撐的柱狀凸起P1和P3如圖所示從基體40的上表面浮起。結(jié)果，若施加的操作力Fx-超過某種程度，則所圖21所示，位于圖左側(cè)的用于電極的柱狀凸起P2的下端面(具有作為介質(zhì)電極功能的移動(dòng)導(dǎo)電層)接觸到外側(cè)電極E15和E16雙方，使外側(cè)電極E15和E16導(dǎo)通，同時(shí)，整個(gè)移動(dòng)導(dǎo)電層26和外側(cè)電極E15和E16電勢(shì)相等。當(dāng)在此狀態(tài)下增加操作力Fx-時(shí)，如圖22所示，圖中左半部分的用于支撐的柱狀凸起P1和P3進(jìn)一步彈性變形并塌陷，用于電極的柱狀凸起P2也發(fā)生輕微彈性變形并塌陷。最后，如圖23所示，圖中左側(cè)的用于支撐的柱狀凸起P1和P3與用于電極的柱狀凸起P2完全塌陷。如上所述，中間電極E11至E14的任一個(gè)表面都為絕緣層所覆蓋。因此，如圖23所示，即使移動(dòng)導(dǎo)電層26與中間電極E12一側(cè)緊密接觸，但由于兩電極中間隔有絕緣層，依然可以發(fā)揮電容元件作用。
這里來研究一下，當(dāng)由圖19所示的狀態(tài)向圖21、圖22、圖23所示的狀態(tài)變化時(shí)，各中間電極E11至E14和由與其相對(duì)的移動(dòng)導(dǎo)電層26構(gòu)成的電容元件的靜電電容值是如何變化的?？芍蓤D中左側(cè)所示的中間電極E12和與其相對(duì)配置的移動(dòng)導(dǎo)電層26組成的第二電容C12，由于電極的間距逐漸減小，所以電容值逐漸增加。相反，由圖中右側(cè)所示的中間電極E11和與其相對(duì)配置的移動(dòng)導(dǎo)電層26構(gòu)成的第一電容C11，由于電極的距離逐漸加大，而靜電電容值則逐漸減小。因此，如果求出X軸上配置的第一電容元件C11的靜電電容值和第二電容元件C12的靜電電容值之差，那么這個(gè)差就表示操作力Fx-的值。反之，當(dāng)向X軸正方向施加操作力Fx+時(shí)，操作盤10向右傾斜，因此電極間距的增減關(guān)系相反，依然利用第一電容元件C11的靜電電容值和第二電容元件C12的靜電電容值之差來表示操作力Fx+的大小?？傊?，在X軸上配置的第一電容元件C11(由中間電極E11和移動(dòng)導(dǎo)電層26構(gòu)成的電容元件)的靜電電容值和第二電容元件C12(由中間電極E12和移動(dòng)導(dǎo)電層26組成的電容元件)的靜電電容值之差的絕對(duì)值，表示作為X軸方向的操作力Fx-或Fx+所施加的操作量的大小，其符號(hào)表示所輸入操作量的方向(X軸正方向或X軸負(fù)方向)。
根據(jù)同樣的原理，如果求出Y軸上配置的第三電容元件C13(由中間電極E13和移動(dòng)導(dǎo)電層26組成的電容元件)的靜電電容值和第四電容元件C14(由中間電極E14和移動(dòng)導(dǎo)電層26組成的電容元件)的靜電電容值之差，該差的絕對(duì)值表示輸入的操作力Y軸方向Fy-或Fy+的操作量的大小，其符號(hào)表示所輸入操作量的方向(Y軸正方向或Y軸負(fù)方向)。
當(dāng)僅向X軸方向施加操作力時(shí)，操作盤10僅向X軸方向上發(fā)生傾斜，而不向Y軸方向發(fā)生傾斜。因此，沿Y軸配置的第三電容元件C13和第四電容元件的電極間距部分加大，部分減小，電容元件總的靜電電容值不變。同樣，當(dāng)僅施加了Y軸方向的操作力時(shí)，操作盤僅在Y軸方向上發(fā)生傾斜，而不在Y軸方向上發(fā)生傾斜。因此，沿X軸配置的第一電容元件和第二電容元件的電極間距部分加大，部分減小，電容元件總的靜電電容值不變。結(jié)果，根據(jù)第一和第二電容元件只能檢測X軸方向上的操作量，根據(jù)第三和第四電容元件只能檢測Y軸方向上的操作量，可以分別獨(dú)立地檢測出各個(gè)軸向的操作量的分量。
這樣，通過以這種方式測量四組電容元件的電容值，就可以檢測出所輸入的操作量。然而，在本實(shí)施方式的裝置中，采用了避免發(fā)生這樣的因誤操作輸出的操作量檢測值的設(shè)計(jì)。在使用彈性可變性體20的輸入裝置時(shí)，即使向操作盤10施加的力很小，彈性可變性體20也會(huì)發(fā)生彈性變形，各電容元件的靜電電容值也會(huì)改變。例如，圖20示出了操作者為執(zhí)行一個(gè)點(diǎn)擊操作，向圖中下方施加壓力Fz-時(shí)的狀態(tài)。僅像這樣準(zhǔn)確的向下的壓力Fz-起作用時(shí)，四組電容元件的靜電電容值等值變化。所以如果進(jìn)行上述的差分檢測，則預(yù)置方向上操作量的檢測值為0。然而，實(shí)際上是人在操縱操作盤10，即使是施加壓力，企圖向下方進(jìn)行點(diǎn)擊操作，但所施加的操作壓力，不僅包括Z軸負(fù)方向的分量，還包括X軸或Y軸方向的分量。因此，如果執(zhí)行使用四個(gè)電容元件的差分檢測時(shí)，即使操作者僅執(zhí)行了一個(gè)點(diǎn)擊操作，也會(huì)檢測出關(guān)于任一個(gè)方向的操作量。
通常，優(yōu)選是輸入裝置檢測表示ON/OFF狀態(tài)的轉(zhuǎn)換輸入(點(diǎn)擊輸入)和表示預(yù)置方向上的操作量的操作輸入，能夠分別獨(dú)立地檢測，而不互相干擾。換言之，優(yōu)選地，當(dāng)操作者執(zhí)行點(diǎn)擊操作垂直向下按壓操作盤10時(shí)，僅檢測出由OFF狀態(tài)轉(zhuǎn)換為ON狀態(tài)的轉(zhuǎn)換輸入，而不檢測表示預(yù)置方向上操作量的操作輸入，相反，當(dāng)操作者執(zhí)行表示預(yù)置方向上操作量的操作輸入向斜下方按壓操作盤10時(shí)，優(yōu)選不檢測轉(zhuǎn)換輸入，只檢測操作量。關(guān)于本實(shí)施方式的二維力傳感器，這兩類系統(tǒng)的輸入可以分別獨(dú)立地檢測出來，盡量避免二者的干擾。
首先，關(guān)于轉(zhuǎn)換輸入，為了使拱形結(jié)構(gòu)30頂點(diǎn)附近的區(qū)域發(fā)生形狀翻轉(zhuǎn)，而垂直充分地向下方施加壓力Fz-，由于僅在此時(shí)才執(zhí)行對(duì)ON狀態(tài)的檢測，所以當(dāng)操作者想輸入一個(gè)表示預(yù)置方向上的操作量的操作輸入時(shí)，就可以避免錯(cuò)誤地檢測出轉(zhuǎn)換輸入的ON狀態(tài)的問題發(fā)生。例如，即使如圖21至圖23所示向向斜下方施行操作輸入，但施加給拱形結(jié)構(gòu)30頂點(diǎn)附近的垂直向下的壓力不足以使結(jié)構(gòu)的形狀發(fā)生翻轉(zhuǎn)，因此不執(zhí)行與轉(zhuǎn)換輸入相關(guān)的對(duì)ON狀態(tài)的檢測(當(dāng)然，在操作者有意地執(zhí)行一個(gè)點(diǎn)擊操作兼帶向預(yù)置方向上進(jìn)行操作輸入的按壓動(dòng)作時(shí)，這兩個(gè)系統(tǒng)的輸入都會(huì)被檢測到。)另一方面，關(guān)于表示預(yù)定方向上操作量的操作輸入，如上所述，四組電容元件自身的靜電電容值發(fā)生變化，但采取了措施，使該靜電電容值的變化不作為檢測值輸出。要想利用這種方法得到檢測值的輸出，可以使用外側(cè)電極E15和E16進(jìn)行各電容元件的靜電電容值的測量。例如，第二電容元件C12的靜電電容值，原來是使用電子方法測量中間電極E12和移動(dòng)導(dǎo)電層26之間的靜電電容值的，但現(xiàn)在替代它的是，使用電子方法測量中間電極E12和外側(cè)電極E15和E16之間的靜電電容值。總之，關(guān)于圖17所示的各電極，可以將中間電極E11和外側(cè)電極E15或E16之間的靜電電容的測量值作為第一電容元件C11的靜電電容值的檢測值；中間電極E12和外側(cè)電極E15或E16之間的靜電電容的測量值作為第二電容元件C12的靜電電容值的測量值；中間電極E13和外側(cè)電極E15或E16之間的靜電電容測量值作為第三電容元件C13的靜電電容值的測量值；中間電極E14和外側(cè)電極E15或E16之間的靜電電容測量值作為第四電容元件C14的靜電電容值的測量值。
如果采用這樣的檢測方法，每個(gè)電容元件的實(shí)際靜電電容的檢測值在移動(dòng)導(dǎo)電層26與外側(cè)電極E15或E16發(fā)生電接觸的條件下進(jìn)行輸出。例如，在圖19和圖20所示的狀態(tài)下，移動(dòng)導(dǎo)電層26與外側(cè)電極E15和E16未發(fā)生接觸，這樣上述電容元件對(duì)的差分檢測值仍保持為0。因此，當(dāng)操作者執(zhí)行一個(gè)轉(zhuǎn)換輸入操作時(shí)，不會(huì)誤測出預(yù)置方向的操作量。利用上述的電容元件對(duì)的差分檢測，預(yù)置方向上的操作量作為檢測值輸出，是因?yàn)槿鐖D21所示，當(dāng)輸入了某種程度的操作量，形成在電極用柱狀凸起P2下表面上的移動(dòng)導(dǎo)電層26的一部分與外側(cè)電極E15或E16發(fā)生接觸。直到二者接觸前，存在著一種死區(qū)，所輸出的差分檢測值仍保持為0。此處所示的實(shí)施方式中，如圖13所示，在基準(zhǔn)同心圓C2的圓周上共有16個(gè)用于電極的柱狀凸起P2，在這16個(gè)電極用柱狀凸起P2的下表面上有移動(dòng)導(dǎo)電層。因此，如果這16個(gè)電極用柱狀凸起P2的下表面上形成的移動(dòng)導(dǎo)電層的任一部分與外側(cè)電極E15和E16發(fā)生接觸，都會(huì)輸出顯著的差分檢測值。
結(jié)果，關(guān)于本實(shí)施方式的二維力傳感器，當(dāng)給予操作盤10一個(gè)向下的轉(zhuǎn)換輸入時(shí)，拱形結(jié)構(gòu)30發(fā)生形狀翻轉(zhuǎn)，因此導(dǎo)電接觸面31和內(nèi)側(cè)電極E17接觸，內(nèi)側(cè)電極對(duì)E17和E18接通。然后，通過對(duì)這種接通狀態(tài)的電子檢測，可檢測到ON/OFF狀態(tài)。當(dāng)作用于操作盤10上的表示預(yù)置方向上預(yù)置量的操作輸入超過預(yù)置強(qiáng)度時(shí)，根據(jù)外側(cè)電極E15或E16與中間電極E11至E14之間的電特性計(jì)算出電容元件的靜電電容值，從而檢測出所輸入的操作量。
在此檢測操作中，發(fā)揮重要作用的構(gòu)成元件有用于支撐彈性可變性體20薄膜部分的支撐用柱狀凸起P1和P3以及形成外側(cè)電極E15與E16的接觸部分的電極用柱狀凸起P2。這些柱狀凸起都是由彈性材料制成的，因此會(huì)通過施加到操作盤10上的力的作用，而發(fā)生彈性變形，變形量隨著施加力的大小變化。由于這種柱狀凸起的變形，薄膜部分的特定部分和基體40上表面之間的距離變窄，而且當(dāng)施加的力超過預(yù)置閾值時(shí)，移動(dòng)導(dǎo)電層26的一部分與外側(cè)電極E15和E16發(fā)生接觸，各電容元件的靜電電容值作為外側(cè)電極E15和E16與中間電極E11至E14之間的電特性被測量，將其作為特定檢測值輸出。而且，電容元件之間的電極間距隨著輸入操作量而產(chǎn)生變化，因此可以輸出與操作量相對(duì)應(yīng)的檢測值。
本實(shí)施方式的一個(gè)特征是彈性可變性體20的薄膜部分由支撐用柱狀凸起P1和P3支撐，這種結(jié)構(gòu)可以減小整個(gè)裝置的厚度。也就是說，通過支撐用柱狀凸起P1和P3的支撐功能，只要不在操作盤10上施加超過預(yù)置強(qiáng)度的力，薄膜部分就不會(huì)移動(dòng)。因此，即使整個(gè)彈性可變性體20被設(shè)計(jì)的非常薄，也能夠防止因薄膜部分的重力和非正常操作輸入的力的作用使移動(dòng)導(dǎo)電層26與外側(cè)電極E15和E16產(chǎn)生誤接觸。
為了電子地檢測出電容元件的靜電電容值C，采用上述電容元件的力傳感器被要求具有用于將靜電電容值C轉(zhuǎn)換為電壓值V的C/V轉(zhuǎn)換電路；或用于將靜電電容值C轉(zhuǎn)換為頻率值f的C/f轉(zhuǎn)換電路。但是，傳統(tǒng)的C/V轉(zhuǎn)換電路或C/f轉(zhuǎn)換電路存在一個(gè)問題是，內(nèi)部有振蕩電路，工作中耗電較大。在具有上述構(gòu)造的二維力傳感器中，在不需對(duì)操作輸入進(jìn)行檢測時(shí)，將電容元件的靜電電容值作為電信號(hào)進(jìn)行檢測的檢測電路停止工作，能夠減少電能消耗。具體地說，僅在需要檢測輸出的情況下，運(yùn)行諸如內(nèi)建到檢測電路中的C/V轉(zhuǎn)換電路或C/f轉(zhuǎn)換電路等耗電量大的電路。
上述的二維力傳感器共使用了四組電容元件，即在X軸上配置的兩組電容元件C11和C12和在Y軸上配置的兩組電容元件C13和C14，通過這些電容元件，可進(jìn)行給予操作盤10四個(gè)方向的操作輸入的檢測。也就是說，根據(jù)X軸上配置的兩組電容元件C11和C12的靜電電容值之差，可檢測出向X軸正方向或負(fù)方向的操作輸入，根據(jù)Y軸上配置的兩組電容元件C13和C14的靜電電容值之差，可檢測出向Y軸正方向或負(fù)方向的操作輸入。
圖24是表示根據(jù)這樣的四組電容元件C11至C14的靜電電容值，檢測四個(gè)方向的操作輸入的一個(gè)檢測電路的電路圖。此檢測電路的基本構(gòu)成元件為C/V轉(zhuǎn)換電路50和信號(hào)處理電路60。兩個(gè)電路都有用于接電源Vcc的端子和接地的端子。C/V轉(zhuǎn)換電路50具有的功能是，分別將四組電容元件C11至C14的靜電電容值轉(zhuǎn)換為模擬電壓值V1至V4，并將它們輸出。信號(hào)處理電路60將這些模擬電壓值V1至V4轉(zhuǎn)換為數(shù)字值后，將電壓值V11和V12之差作為向X軸正方向或負(fù)方向的操作輸入值，將電壓值V13和V14之差作為向Y軸正方向或負(fù)方向的操作輸入值。
如上所述，該二維力傳感器設(shè)置有死區(qū)(不敏感區(qū))，如果對(duì)操作盤10施加的操作輸入未超過預(yù)置強(qiáng)度的力，那么靜電電容值的變化不作為檢測值原樣進(jìn)行輸出。例如，第二個(gè)電容元件C12的靜電電容值，原來是采用電子方法測量中間電極E12和移動(dòng)導(dǎo)電層26之間的電容值。但是這種方法被電子測量中間電極E12和外側(cè)電極E15(或E16)之間的靜電電容值的方法所取代。也就是說，如圖21所示，不將X軸負(fù)方向的操作輸入作為有效輸入來檢測，直至施加某種程度大小的操作量，在電極用的柱狀凸起P2下表面上形成的移動(dòng)導(dǎo)電層26的一部分接觸到外側(cè)電極E15和E16，在二者接觸之前存在死區(qū)。
在圖24的左上方，示意性地示出了基體40上形成的外側(cè)電極對(duì)E15和E16(用于接觸的電極)和用于電極的柱狀凸起P2下表面上形成的移動(dòng)導(dǎo)電層26(介質(zhì)層)的一部分。在此例中，將位于最外側(cè)的外側(cè)電極E15接地，在E15內(nèi)側(cè)配置的外側(cè)電極E16通過電阻R與電源電壓Vcc連接。另一方面，移動(dòng)導(dǎo)電層26由在圖14中剖面線所示區(qū)域形成的單層導(dǎo)電層構(gòu)成，它沒有和其它部分進(jìn)行導(dǎo)線連接，因此是電隔離的。在圖24的電路圖中，描述了構(gòu)成由C/V轉(zhuǎn)換電路50的輸入級(jí)連接的電容元件C11至C14的全部為接地狀態(tài)的單側(cè)電極(移動(dòng)導(dǎo)電層26)。原因是，在該力檢測裝置中，電容元件C11至C14的靜電電容值的檢測，如圖21所示，電極用的柱形凸起P2下表面上形成的移動(dòng)導(dǎo)電層26的一部分接觸到外側(cè)電極對(duì)E15和E16，此時(shí)移動(dòng)導(dǎo)電層26的電位通過外側(cè)電極E15，變?yōu)榻拥仉娖健Q言之，移動(dòng)導(dǎo)電層26的一部分在接觸到外側(cè)電極E15之前，每個(gè)電容元件C11至C14的單側(cè)移動(dòng)導(dǎo)電層26為電懸浮狀態(tài)，使在圖示的檢測電路不能檢測出靜電電容值。
于是，如果C/V轉(zhuǎn)換電路50總是處于運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致電力的浪費(fèi)。移動(dòng)導(dǎo)電層26如果不是通過外側(cè)電極E15與接地電平連接，那么圖24所示的檢測電路就不能實(shí)現(xiàn)原先的功能，因此使C/V轉(zhuǎn)換電路50為運(yùn)行狀態(tài)就無意義了。因此，為了能夠僅在需要時(shí)才使C/V轉(zhuǎn)換電路50動(dòng)作，而提供了一個(gè)轉(zhuǎn)換元件。在本實(shí)施方式的情況，轉(zhuǎn)換元件是由外側(cè)電極E15和E16(接觸用電極對(duì))與移動(dòng)導(dǎo)電層26(中間電極)構(gòu)成。在操作者沒有向操作盤10執(zhí)行輸入的正常狀態(tài)下(圖19所示狀態(tài))，移動(dòng)導(dǎo)電層26和外側(cè)電極E15和E16處于非接觸狀態(tài)。在非接觸狀態(tài)下，外側(cè)電極E16的電位與介于電阻R相連的電源Vcc相等。但是，如果操作者給予操作盤10的操作輸入超過預(yù)置強(qiáng)度，例如圖21中所示，移動(dòng)導(dǎo)電層26同時(shí)和外側(cè)電極E15和E16雙方發(fā)生接觸。在這種接觸狀態(tài)下，外側(cè)電極E16的電位，為了與外側(cè)電極E15接通，而降至接地電平(level)。結(jié)果，根據(jù)外側(cè)電極E16的電勢(shì)，可以識(shí)別接觸用的電極對(duì)E15和E16是處于絕緣狀態(tài)(移動(dòng)導(dǎo)電層26處于不接觸狀態(tài))還是處于接通狀態(tài)(移動(dòng)導(dǎo)電層26處于接觸狀態(tài))。
圖24所示的檢測電路(C/V轉(zhuǎn)換電路50和信號(hào)處理電路60)提供了兩種模式。第一種模式是檢測模式，它具有的功能可以將電容元件C11至C14的靜電電容值作為電信號(hào)測出。第二種模式是待機(jī)模式，這種模式?jīng)]有檢測功能，處于待機(jī)狀態(tài)，以備轉(zhuǎn)向檢測模式，待機(jī)模式比檢測模式耗電少?？梢愿鶕?jù)構(gòu)成轉(zhuǎn)換元件的接觸用電極對(duì)(外側(cè)電極E15和E16)之間的電狀態(tài)來選擇這兩種模式中的任一種。也就是說，當(dāng)用于接觸的電極之間的電狀態(tài)為絕緣狀態(tài)時(shí)，可選擇待機(jī)模式，當(dāng)為接通狀態(tài)時(shí)，可選擇檢測模式。具體地說，在圖24所示的檢測電路中，C/V轉(zhuǎn)換電路50具有在兩種方式下運(yùn)行的功能，以哪種方式運(yùn)行，由施加給控制端子T20的控制信號(hào)進(jìn)行控制。該控制信號(hào)由信號(hào)處理電路60生成。將外側(cè)電極E16的電勢(shì)輸入至信號(hào)處理電路60的T5端子。信號(hào)處理電路60根據(jù)這個(gè)電勢(shì)，從T6端子輸出一個(gè)預(yù)置的控制信號(hào)，并將其發(fā)送給C/V轉(zhuǎn)換電路50的控制端子T20。也就是說，當(dāng)外側(cè)電極E16的電勢(shì)為電源電壓Vcc時(shí)，信號(hào)處理電路60從端子T6輸出一個(gè)用于指定待機(jī)模式的控制信號(hào)。當(dāng)外側(cè)電極E16的電位是接地電平時(shí)，信號(hào)處理電路60從端子T6輸出一個(gè)用于指定檢測模式的控制信號(hào)。
結(jié)果，在移動(dòng)導(dǎo)電層26與外側(cè)電極E15和E16雙方接觸之前，C/V轉(zhuǎn)換電路50以耗電較小的待機(jī)模式運(yùn)行，僅在移動(dòng)導(dǎo)電層26與外側(cè)電極E15和E16均接觸期間，才以檢測模式運(yùn)行。換言之，只是在操作者有意地向X軸方向或Y軸方向施加超過某種程度的操作輸入時(shí)，C/V轉(zhuǎn)換電路50才輸出有效電壓輸出V11至V14，從信號(hào)處理電路60得到有效數(shù)字輸出。這樣，如果僅在必要時(shí)選擇運(yùn)行耗電較大的C/V轉(zhuǎn)換電路50，就可以顯著減少總電能消耗。
以上，描述了適于本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置應(yīng)用的二維力傳感器的一個(gè)例子，本發(fā)明中可利用的二維力傳感器的結(jié)構(gòu)，不僅限于在此所示的例子，只要是能分別獨(dú)立地檢測出操作者在X軸方向的操作力和在Y軸方向的操作力的力傳感器，使用什么樣的傳感器都無妨。例如，上述傳感器是利用電容元件獲得檢測值的這種類型的力傳感器，還可以采用壓電元件和壓電電阻元件等類型的傳感器。而且，上述傳感器被構(gòu)造以使操作者的操作力作用在圓盤狀操作盤10上，上述傳感器可被構(gòu)造以使棒狀操作桿在Z軸方向延伸，施加使操作桿在X軸方向和Y軸方向僅傾斜特定量的操作力。
根據(jù)上述的本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)適于內(nèi)建在小型電子設(shè)備中的高效率旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置。
盡管本發(fā)明已經(jīng)參照附圖和優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說明，但是，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。本發(fā)明的各種更改、變化和等同物由權(quán)利要求書的內(nèi)容涵蓋。
附圖標(biāo)記說明10 操作盤11 操作部分12 堤狀部分13 外圍部分14 壓桿20 彈性可變形體21 內(nèi)側(cè)薄膜部分22 環(huán)狀凸起部分23 外側(cè)薄膜部分24 側(cè)壁部分25 固定腳部分26 移動(dòng)導(dǎo)電層30 拱形結(jié)構(gòu)31 導(dǎo)電接觸層40 基體41 固定孔部分50 C/V轉(zhuǎn)換電路60 信號(hào)處理電路100 二維力傳感器110 傳感器主體120 操作盤200 極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部分300 操作量識(shí)別部分410 顯示屏411 圖標(biāo)412 光標(biāo)420 顯示屏421 顯示窗422 用于音量調(diào)節(jié)的旋轉(zhuǎn)按鈕423 用于前進(jìn)后退控制的按鈕430 顯示屏431 動(dòng)畫顯示窗432 幀數(shù)顯示欄433 動(dòng)畫選擇欄434 用于幀進(jìn)給的按鈕C1 內(nèi)側(cè)同心圓C2 基準(zhǔn)同心圓C3 外側(cè)同心圓C11～C14 電容元件E11～E18 電極F 壓力/標(biāo)記Fx-，F(xiàn)Fx- 包含X軸負(fù)方向分量的操作力Fz-Z軸負(fù)方向上的壓力GND接地電平P1 用于支撐的柱狀凸起P2 用于電極的柱狀凸起P3 用于支撐的柱狀凸起P4 中央部柱狀凸起P5 周圍部柱狀凸起P(x，y) 坐標(biāo)值R 電阻元件r 極坐標(biāo)系中的距離S1～S11 流程圖中的各步驟T1～T20 端子V11～V14電壓值Vcc 電源電壓θ 極坐標(biāo)系中的角度Δθ 角度的變化
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置，用于輸入表示預(yù)定旋轉(zhuǎn)角的操作量，其特征在于包括二維力傳感器，用于將操作者施加的操作力作為XY二維直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值(x，y)按時(shí)序輸入；極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部分，用于將以時(shí)序給出的所述直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值(x，y)依次轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值(r，θ)；以及操作量識(shí)別部分，用于將以時(shí)序得到的所述坐標(biāo)值(r，θ)中的值θ的變化識(shí)別為表示旋轉(zhuǎn)角的操作量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置，特征在于其中，當(dāng)坐標(biāo)值(r，θ)中的值r比預(yù)置閾值rt大時(shí)，所述操作量識(shí)別部分將該坐標(biāo)值(r，θ)識(shí)別為有效坐標(biāo)值，并根據(jù)僅考慮有效坐標(biāo)值(r，θ)中的值θ的變化，進(jìn)行操作量的識(shí)別。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置，其特征在于其中，當(dāng)連續(xù)得到有效坐標(biāo)值(r，θ)時(shí)，所述操作量識(shí)別部分根據(jù)在所述連續(xù)期間內(nèi)的值θ的變化進(jìn)行操作量的識(shí)別。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置，其特征在于其中，在連續(xù)得到有效坐標(biāo)值(r，θ)的連續(xù)期間，當(dāng)值θ相對(duì)于其前一個(gè)值“θbefore”產(chǎn)生超過預(yù)置閾值θt的變化Δθ時(shí)，所述操作量識(shí)別部分把與所述變化Δθ對(duì)應(yīng)的值作為操作量進(jìn)行識(shí)別。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置，其特征在于，其中，所述二維力傳感器包括傳感器主體；操作盤，其相對(duì)于所述傳感器主體在X軸方向和Y軸方向上可分別彼此獨(dú)立地傾斜；以及檢測裝置，其用于根據(jù)所述操作盤在X軸方向和Y軸方向上的傾斜程度來檢測坐標(biāo)值x和坐標(biāo)值y。
6.一種操作裝置，其包括權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的輸入裝置，具有指定圖標(biāo)的操作功能，其特征在于包括圖標(biāo)顯示裝置，用于在顯示屏上環(huán)狀地顯示多個(gè)圖標(biāo)；識(shí)別顯示裝置，用于通過接收指定所述多個(gè)圖標(biāo)中的一個(gè)圖標(biāo)的指令，在顯示屏上顯示指示器以識(shí)別特定的圖標(biāo)；初始圖標(biāo)指定裝置，用于將所述多個(gè)圖標(biāo)中的任一個(gè)指定為最初指定圖標(biāo)；以及指定圖標(biāo)改變裝置，用于給出指令，以將所述指定圖標(biāo)改變?yōu)樾聢D標(biāo)，所述新圖標(biāo)被設(shè)置在具有與所述輸入裝置的操作量識(shí)別部分所識(shí)別的操作量相對(duì)應(yīng)的間隔的位置上。
7.一種操作裝置，其包括權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的輸入裝置，用于播放聲音時(shí)的音量控制或者前進(jìn)/后退控制，其特征在于包括旋轉(zhuǎn)按鈕顯示裝置，用于在所述顯示屏上顯示旋轉(zhuǎn)按鈕，所述旋轉(zhuǎn)按鈕用于在播放聲音時(shí)進(jìn)行音量調(diào)節(jié)操作或前進(jìn)/后退操作；以及控制裝置，其根據(jù)所述輸入裝置的操作量識(shí)別部分所識(shí)別的操作量，確定所述旋轉(zhuǎn)按鈕的旋轉(zhuǎn)量，在根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)量進(jìn)行音量調(diào)節(jié)或者前進(jìn)/后退控制的同時(shí)，使所述旋轉(zhuǎn)按鈕顯示裝置進(jìn)行與所述旋轉(zhuǎn)量相對(duì)應(yīng)的顯示。
8.一種操作裝置，其包括權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的輸入裝置，用于播放動(dòng)畫時(shí)的幀進(jìn)給操作，其特征在于包括旋轉(zhuǎn)按鈕顯示裝置，用于在顯示屏上顯示旋轉(zhuǎn)按鈕，所述旋轉(zhuǎn)按鈕用于在播放動(dòng)畫時(shí)執(zhí)行幀進(jìn)給操作；以及控制裝置，其根據(jù)所述輸入裝置的操作量識(shí)別部分所識(shí)別的操作量，確定待進(jìn)給的幀數(shù)，同時(shí)使所述旋轉(zhuǎn)按鈕顯示裝置進(jìn)行與所述幀數(shù)相對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)操作的顯示。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種適于內(nèi)建于小型電子設(shè)備中的高效率旋轉(zhuǎn)操作量輸入裝置。該裝置通過二維力傳感器(100)，把操作者施加的操作力作為XY二維直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值(x，y)，按時(shí)序輸入，再通過極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部分(200)轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)值(r，θ)。當(dāng)以時(shí)序得到的坐標(biāo)值(r，θ)中的值r比預(yù)置閾值rt大時(shí)，操作量識(shí)別部分(300)將該坐標(biāo)值(r，θ)識(shí)別為有效坐標(biāo)值，在連續(xù)得到有效坐標(biāo)值(r，θ)期間內(nèi)，值θ相對(duì)于其前一個(gè)值θbefore產(chǎn)生超過預(yù)置閾值θt的變化Δθ時(shí)，將與該變化Δθ相對(duì)應(yīng)的值作為表示旋轉(zhuǎn)的操作量進(jìn)行識(shí)別。
文檔編號(hào)G05G9/047GK1479195SQ0315033
公開日2004年3月3日 申請(qǐng)日期2003年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月26日
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