本申請涉及具備設(shè)于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的2軸或3軸的輸入操作部的輸入輸出操作裝置。

背景技術(shù)：

近年來，搭載于機動車的電子設(shè)備以安全、放心、提高舒適性為目的而進一步在高功能化、多功能化方面不斷發(fā)展。因此，駕駛員應(yīng)進行的操作步驟變得非常復(fù)雜。從簡化復(fù)雜的操作這樣的觀點出發(fā)，例如，謀求在導(dǎo)航、空調(diào)、音響、收音機等的操作中與操作者的感覺高度一致且操作性高的hmi(human-machine-interface)。另外，為了抑制行駛中的駕駛員的視線移動，有時也在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(方向盤)上設(shè)置輸入器件。

作為具有親和性的hmi，提出有具有能夠?qū)崿F(xiàn)3軸操作的輸入裝置、具有力反饋功能的觸覺器件。

例如，專利文獻1公開了如下所述的3軸的輸入操作裝置：以使操作部僅沿x、y、z軸方向能夠移動的方式限制操作部的移動方向，并且，進行x、y、z軸方向上的操作部的位置檢測。

專利文獻2公開了如下所述的輸入操作裝置：將操作部保持為能夠繞3軸旋轉(zhuǎn)，并且能夠檢測旋轉(zhuǎn)角。

另外，專利文獻3公開了如下所述的觸覺器件：使操作部繞x、y軸旋轉(zhuǎn)，并檢測繞軸的相對位移量，利用搭載于各個旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的馬達對操作部賦予力感。

專利文獻4公開了搭載于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)且能夠進行按壓操作以及旋轉(zhuǎn)操作的轉(zhuǎn)向開關(guān)。

在先技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開昭58-172739號公報

專利文獻2：日本特開平5-57645號公報

專利文獻3：日本特開2005-332039號公報

專利文獻4：日本特開2013-95367號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

現(xiàn)有的輸入裝置、觸覺器件謀求操作性更高的hmi。本申請的并非限定性的例示的實施方式提供操作性更高的輸入輸出操作裝置。

解決方案

本公開的輸入輸出操作裝置具備致動器，該致動器包括：可動單元，其包括具有供手指接觸的表面的操作部、和位于內(nèi)部的凹狀接觸面以及凸?fàn)钋蛎娴囊环剑以摽蓜訂卧軌蚶@相互正交的2軸獨立且自如地旋轉(zhuǎn)；固定單元，其具有與所述可動單元的所述凹狀接觸面以及凸?fàn)钋蛎娴囊环剿膳浜系乃霭紶罱佑|面以及凸?fàn)钋蛎娴牧硪环剑ㄟ^使所述可動單元的所述凹狀接觸面以及凸?fàn)钋蛎娴囊环脚c所述凹狀接觸面以及凸?fàn)钋蛎娴牧硪环近c接觸或線接觸，從而該固定單元將所述可動單元支承為以所述凸?fàn)钋蛎娴那蛐臑橹行亩匀绲匦D(zhuǎn)；以及驅(qū)動部，其相對于所述固定單元而驅(qū)動所述可動單元，所述輸入輸出操作裝置還具備：檢測電路部，其輸出與所述操作部的位置對應(yīng)的位置信號；驅(qū)動電路部，其控制所述驅(qū)動部；控制運算處理部，其控制所述驅(qū)動電路部；以及旋轉(zhuǎn)體，其搭載有所述致動器且以旋轉(zhuǎn)軸為中心而旋轉(zhuǎn)，所述控制運算處理部在所述旋轉(zhuǎn)體的不同的旋轉(zhuǎn)角度中，使用相對于所述旋轉(zhuǎn)體的基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)角而靜止的坐標(biāo)系來控制所述操作部的驅(qū)動。

發(fā)明效果

根據(jù)本公開的輸入輸出操作裝置，通過將具有2軸或3軸的操作軸且能夠?qū)崿F(xiàn)二維或三維的操作方向的輸入輸出操作部搭載于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，能夠根據(jù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操作旋轉(zhuǎn)角度而轉(zhuǎn)換輸入輸出操作部的操作方向的坐標(biāo)，由此相對于由轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的中立位置處的水平軸和與該水平軸正交的鉛垂軸構(gòu)成的絕對坐標(biāo)而始終恒定保持操作方向。

附圖說明

圖1是示出本發(fā)明的輸入輸出操作裝置750中的致動器165的簡要結(jié)構(gòu)的分解立體圖。

圖2是示出本發(fā)明的實施方式的致動器165的可動單元180的詳細結(jié)構(gòu)的分解立體圖。

圖3a是從上方觀察本發(fā)明的實施方式的致動器165的可動單元180的磁背軛670的立體圖。

圖3b是從z軸10方向上方觀察本發(fā)明的實施方式的致動器165的可動單元180的磁背軛670的俯視圖。

圖4a是從上方觀察本發(fā)明的實施方式的致動器165的立體圖。

圖4b是從上方觀察本發(fā)明的實施方式的致動器165的立體圖，且是排除了防脫落構(gòu)件201的立體圖。

圖4c是從本發(fā)明的實施方式的致動器165的上方觀察到的防脫落構(gòu)件201的立體圖。

圖5a是從本發(fā)明的實施方式的致動器165的z軸10方向觀察到的俯視圖。

圖5b是從本發(fā)明的實施方式的致動器165的直線13方向觀察到的俯視圖。

圖6是從本發(fā)明的實施方式的致動器165的上方觀察到的排除了操作部850和上部可動部150的致動器165的立體圖。

圖7是從本發(fā)明的實施方式的致動器165的上方觀察到的固定單元的立體圖。

圖8a是示出本發(fā)明的實施方式的致動器165的固定單元的簡要結(jié)構(gòu)的分解立體圖。

圖8b是示出搭載于本發(fā)明的實施方式的致動器165的固定單元的一個驅(qū)動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)的分解立體圖。

圖9a是從本發(fā)明的實施方式的致動器165的z軸10觀察到的俯視圖。

圖9b是包括本發(fā)明的實施方式的致動器165的z軸10和旋轉(zhuǎn)軸11的平面內(nèi)的致動器165的剖視圖。

圖10a是從本發(fā)明的實施方式的致動器165的z軸10觀察到的俯視圖。

圖10b是包括本發(fā)明的實施方式的致動器165的z軸10和旋轉(zhuǎn)軸12的平面內(nèi)的致動器165的剖視圖。

圖11a是從本發(fā)明的實施方式的致動器165的z軸10觀察到的俯視圖。

圖11b是包括本發(fā)明的實施方式的致動器165的z軸10和直線13的平面內(nèi)的致動器165的剖視圖。

圖12是本發(fā)明的實施方式的致動器165旋轉(zhuǎn)為在旋轉(zhuǎn)方向20以及旋轉(zhuǎn)方向21上按照相同的角度旋轉(zhuǎn)后的合成角度θxy的狀態(tài)下的從上方觀察到的排除了防脫落構(gòu)件201的立體圖。

圖13a是本發(fā)明的實施方式的致動器165旋轉(zhuǎn)為在旋轉(zhuǎn)方向20以及旋轉(zhuǎn)方向21上按照相同的角度旋轉(zhuǎn)后的合成角度θxy的狀態(tài)下的從本發(fā)明的z軸10觀察到的排除了防脫落構(gòu)件201的俯視圖。

圖13b是本發(fā)明的實施方式的致動器165旋轉(zhuǎn)為在旋轉(zhuǎn)方向20以及旋轉(zhuǎn)方向21上按照相同的角度旋轉(zhuǎn)后的合成角度θxy的狀態(tài)下的排除了防脫落構(gòu)件201的在包括z軸10和直線13的平面內(nèi)的剖視圖。

圖14a是本發(fā)明的實施方式的致動器165的固定單元的俯視圖。

圖14b是本發(fā)明的實施方式的致動器165的固定單元的在包括z軸10和y軸方向旋轉(zhuǎn)軸11的平面內(nèi)的剖視圖。

圖15是從z軸10的上方觀察本發(fā)明的實施方式的致動器165的傳感器基板502的俯視圖。

圖16是示出本發(fā)明的實施方式的輸入輸出操作裝置750的整體的結(jié)構(gòu)圖。

圖17是示出本發(fā)明的實施方式的輸入輸出操作裝置750的結(jié)構(gòu)的詳細框圖。

圖18是示出搭載有輸入輸出操作裝置的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的圖。

圖19a是示出轉(zhuǎn)向系統(tǒng)處于中立的情況下的致動器的操作部的操作方向的圖。

圖19b是示出轉(zhuǎn)向系統(tǒng)處于中立的情況下的致動器的操作部的操作方向的圖。

圖19c是示出轉(zhuǎn)向系統(tǒng)處于中立的情況下的致動器的操作部的操作方向的圖。

圖19d是示出轉(zhuǎn)向系統(tǒng)處于中立的情況下的致動器的操作部的操作方向的圖。

圖20a是示出轉(zhuǎn)向系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)了θa的狀態(tài)的圖。

圖20b是示出轉(zhuǎn)向系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)了θa的情況下的致動器的操作部的操作方向的圖。

圖20c是示出轉(zhuǎn)向系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)了θa的情況下的致動器的操作部的操作方向的圖。

圖20d是示出轉(zhuǎn)向系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)了θa的情況下的致動器的操作部的操作方向的圖。

圖20e是示出轉(zhuǎn)向系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)了θa的情況下的致動器的操作部的操作方向的圖。

圖21a是示出在本發(fā)明的實施方式的輸入輸出操作裝置750中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的內(nèi)容的圖。

圖21b是示出控制運算部中的處理的一例的流程圖。

圖22a是示出在本發(fā)明的實施方式的輸入輸出操作裝置750中，在將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550旋轉(zhuǎn)了操作旋轉(zhuǎn)角度θa的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的情況下的操作方向的圖。

圖22b是示出在本發(fā)明的實施方式的輸入輸出操作裝置750中，在將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550旋轉(zhuǎn)了操作旋轉(zhuǎn)角度θa的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的情況下的操作方向的圖。

圖22c是示出在本發(fā)明的實施方式的輸入輸出操作裝置750中，在將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550旋轉(zhuǎn)了操作旋轉(zhuǎn)角度θa的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的情況下的操作方向的圖。

圖22d是示出在本發(fā)明的實施方式的輸入輸出操作裝置750中，在將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550旋轉(zhuǎn)了操作旋轉(zhuǎn)角度θa的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的情況下的操作方向的圖。

圖22e是示出在本發(fā)明的實施方式的輸入輸出操作裝置750中，在將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550旋轉(zhuǎn)了操作旋轉(zhuǎn)角度θa的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的情況下的操作方向的圖。

圖23a是示出在本發(fā)明的實施方式的輸入輸出操作裝置750中，在將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550旋轉(zhuǎn)了操作旋轉(zhuǎn)角度-θa的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的情況下的操作方向的圖。

圖23b是示出在本發(fā)明的實施方式的輸入輸出操作裝置750中，在將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550旋轉(zhuǎn)了操作旋轉(zhuǎn)角度-θa的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的情況下的操作方向的圖。

圖23c是示出在本發(fā)明的實施方式的輸入輸出操作裝置750中，在將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550旋轉(zhuǎn)了操作旋轉(zhuǎn)角度-θa的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的情況下的操作方向的圖。

圖23d是示出在本發(fā)明的實施方式的輸入輸出操作裝置750中，在將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550旋轉(zhuǎn)了操作旋轉(zhuǎn)角度-θa的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的情況下的操作方向的圖。

圖23e是示出在本發(fā)明的實施方式的輸入輸出操作裝置750中，在將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550旋轉(zhuǎn)了操作旋轉(zhuǎn)角度-θa的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的情況下的操作方向的圖。

圖24是示出本發(fā)明的實施方式的輸入輸出操作裝置750的環(huán)狀的開關(guān)部960的圖。

圖25是示出本發(fā)明的第二實施方式的輸入輸出操作裝置750中的旋轉(zhuǎn)操作桿780所搭載的致動器165的簡要結(jié)構(gòu)的立體圖。

圖26a是從z0軸觀察本發(fā)明的第二實施方式的旋轉(zhuǎn)操作桿780所搭載的致動器165的俯視圖。

圖26b是從y0軸觀察本發(fā)明的第二實施方式的旋轉(zhuǎn)操作桿780所搭載的致動器165的俯視圖。

圖27a是示出旋轉(zhuǎn)操作桿780處于中立的情況下的致動器165的操作部的操作方向的圖。

圖27b是示出旋轉(zhuǎn)操作桿780處于中立的情況下的致動器165的操作部的操作方向的圖。

圖27c是示出旋轉(zhuǎn)操作桿780處于中立的情況下的致動器165的操作部的操作方向的圖。

圖27d是示出旋轉(zhuǎn)操作桿780處于中立的情況下的致動器165的操作部的操作方向的圖。

圖27e是示出旋轉(zhuǎn)操作桿780處于中立的情況下的致動器165的操作部的操作方向的圖。

圖28a是示出在本發(fā)明的第二實施方式的輸入輸出操作裝置750中，在將旋轉(zhuǎn)操作桿780以z0軸為中心旋轉(zhuǎn)了操作旋轉(zhuǎn)角度θb的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的情況下的操作方向的圖。

圖28b是示出在本發(fā)明的第二實施方式的輸入輸出操作裝置750中，在將旋轉(zhuǎn)操作桿780以z0軸為中心旋轉(zhuǎn)了操作旋轉(zhuǎn)角度θb的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的情況下的操作方向的圖。

圖28c是示出在本發(fā)明的第二實施方式的輸入輸出操作裝置750中，在將旋轉(zhuǎn)操作桿780以z0軸為中心旋轉(zhuǎn)了操作旋轉(zhuǎn)角度θb的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的情況下的操作方向的圖。

圖28d是示出在本發(fā)明的第二實施方式的輸入輸出操作裝置750中，在將旋轉(zhuǎn)操作桿780以z0軸為中心旋轉(zhuǎn)了操作旋轉(zhuǎn)角度θb的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的情況下的操作方向的圖。

圖28e是示出在本發(fā)明的第二實施方式的輸入輸出操作裝置750中，在將旋轉(zhuǎn)操作桿780以z0軸為中心旋轉(zhuǎn)了操作旋轉(zhuǎn)角度θb的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的情況下的操作方向的圖。

圖29a是示出在本發(fā)明的第二實施方式的輸入輸出操作裝置750中，在將旋轉(zhuǎn)操作桿780以z0軸為中心旋轉(zhuǎn)了操作旋轉(zhuǎn)角度-θb的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的情況下的操作方向的圖。

圖29b是示出在本發(fā)明的第二實施方式的輸入輸出操作裝置750中，在將旋轉(zhuǎn)操作桿780以z0軸為中心旋轉(zhuǎn)了操作旋轉(zhuǎn)角度-θb的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的情況下的操作方向的圖。

圖29c是示出在本發(fā)明的第二實施方式的輸入輸出操作裝置750中，在將旋轉(zhuǎn)操作桿780以z0軸為中心旋轉(zhuǎn)了操作旋轉(zhuǎn)角度-θb的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的情況下的操作方向的圖。

圖29d是示出在本發(fā)明的第二實施方式的輸入輸出操作裝置750中，在將旋轉(zhuǎn)操作桿780以z0軸為中心旋轉(zhuǎn)了操作旋轉(zhuǎn)角度-θb的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的情況下的操作方向的圖。

圖29e是示出在本發(fā)明的第二實施方式的輸入輸出操作裝置750中，在將旋轉(zhuǎn)操作桿780以z0軸為中心旋轉(zhuǎn)了操作旋轉(zhuǎn)角度-θb的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的情況下的操作方向的圖。

具體實施方式

例如，在車載用的接受駕駛員的操作的輸入輸出操作裝置中，從安全、放心的觀點出發(fā)，謀求適于司機的直觀操作、不觀察操作部的盲操作、以及維持舒適的駕駛環(huán)境的具有品位的操作感。

通常，多軸的輸入輸出操作部大多的組合結(jié)構(gòu)比較簡單方便，因此通過組合多個能夠繞軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)來實現(xiàn)。另外，各個旋轉(zhuǎn)機構(gòu)經(jīng)由齒輪等(齒條&小齒輪、蝸輪&蝸桿)傳遞機構(gòu)而與驅(qū)動馬達結(jié)合，操作部構(gòu)成為以各個旋轉(zhuǎn)軸為中心而驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。另外，在驅(qū)動馬達的驅(qū)動軸設(shè)置編碼器等，從而檢測操作部的相對的位置位移量。

然而，在使用該結(jié)構(gòu)的情況下，可動的操作部的重量增加，輸入裝置整體容易大型化。另外，在旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的軸承產(chǎn)生因軸承間隙而引起的敲擊噪聲及軸向的游隙，從而成為異音發(fā)生、誘發(fā)機械結(jié)構(gòu)不良的原因。

另外，在夾裝于可動部和驅(qū)動馬達的齒輪等傳遞機構(gòu)中，需要設(shè)置齒隙。因此，因磨耗等導(dǎo)致間隙增大，成為操作部的位置精度降低、機械振動、噪聲發(fā)生以及裝置的壽命降低的原因。

此外，在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)置多軸的輸入操作部的情況下，伴隨著轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)，輸入操作部的軸也進行旋轉(zhuǎn)，因此應(yīng)操作的方向發(fā)生變化，給司機帶來混亂。

專利文獻1～4所公開的技術(shù)就存在上述那樣的課題。本申請的發(fā)明人鑒于上述那樣的課題而想到新的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)輸入裝置。

本公開的輸入輸出操作裝置具備致動器，該致動器包括：可動單元，其包括具有供手指接觸的表面的操作部、和位于內(nèi)部的凹狀接觸面以及凸?fàn)钋蛎娴囊环?，且該可動單元能夠繞相互正交的2軸獨立且自如地旋轉(zhuǎn)；固定單元，其具有與所述可動單元的所述凹狀接觸面以及凸?fàn)钋蛎娴囊环剿膳浜系乃霭紶罱佑|面以及凸?fàn)钋蛎娴牧硪环?，通過使所述可動單元的所述凹狀接觸面以及凸?fàn)钋蛎娴囊环脚c所述凹狀接觸面以及凸?fàn)钋蛎娴牧硪环近c接觸或線接觸，從而該固定單元將所述可動單元支承為以所述凸?fàn)钋蛎娴那蛐臑橹行亩匀绲匦D(zhuǎn)；以及驅(qū)動部，其相對于所述固定單元而驅(qū)動所述可動單元，所述輸入輸出操作裝置還具備：檢測電路部，其輸出與所述操作部的位置對應(yīng)的位置信號；驅(qū)動電路部，其控制所述驅(qū)動部；控制運算處理部，其控制所述驅(qū)動電路部；以及旋轉(zhuǎn)體，其搭載有所述致動器且以旋轉(zhuǎn)軸為中心而旋轉(zhuǎn)，所述控制運算處理部在所述旋轉(zhuǎn)體的不同的旋轉(zhuǎn)角度中，使用相對于所述旋轉(zhuǎn)體的基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)角而靜止的坐標(biāo)系來控制所述操作部的驅(qū)動。

也可以是，所述2軸是原點設(shè)于所述凸?fàn)钋蛎娴那蛐牡膞軸以及與所述x軸正交的y軸，所述固定單元具有至少一個磁性體，所述可動單元具有至少一個吸附用磁鐵，且利用所述至少一個吸附用磁鐵和所述至少一個磁性體的磁吸引力，以所述凸?fàn)钋蛎娴那蛐臑橹行亩匀绲匦D(zhuǎn)，所述驅(qū)動部具有：第一驅(qū)動部，其使所述可動單元以穿過所述球心的所述x軸為中心而旋轉(zhuǎn)；以及第二驅(qū)動部，其使所述可動單元在包括所述x軸的平面內(nèi)以所述y軸為中心而旋轉(zhuǎn)，所述檢測電路部生成與所述可動單元的繞所述x軸的第一旋轉(zhuǎn)角度以及繞所述y軸的第二旋轉(zhuǎn)角度對應(yīng)的第一旋轉(zhuǎn)角度信號及第二旋轉(zhuǎn)角度信號，所述控制運算處理部生成與繞所述x軸的旋轉(zhuǎn)角對應(yīng)的第一目標(biāo)旋轉(zhuǎn)信號以及與繞所述y軸的旋轉(zhuǎn)角對應(yīng)的第二目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度信號。

也可以是，靜止的所述坐標(biāo)系的原點與所述凸?fàn)钋蛎娴那蛐膶?yīng)。

也可以是，所述控制運算處理部基于所述第一旋轉(zhuǎn)角度信號、所述第二旋轉(zhuǎn)角度信號而生成與所述操作部的可動范圍區(qū)域相當(dāng)?shù)亩S坐標(biāo)系中的所述操作部的當(dāng)前位置坐標(biāo)，并基于使用了目標(biāo)位置坐標(biāo)與所述當(dāng)前位置坐標(biāo)的差分的位置反饋控制而生成所述第一目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度信號、所述第二目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度信號。

也可以是，所述驅(qū)動部還具有第三驅(qū)動部，該第三驅(qū)動部使所述可動單元以穿過所述球心且與所述x軸以及所述y軸正交的z軸為中心而旋轉(zhuǎn)，所述檢測電路部生成與所述可動單元的繞所述z軸的第三旋轉(zhuǎn)角度對應(yīng)的第三旋轉(zhuǎn)角度信號，所述控制運算處理部生成具有規(guī)定的驅(qū)動波形圖案的驅(qū)動信號，所述驅(qū)動電路部接受所述驅(qū)動信號并生成驅(qū)動所述第三驅(qū)動部的信號，通過所述第三驅(qū)動部來驅(qū)動所述可動單元朝繞所述z軸的方向振動。

也可以是，所述規(guī)定的驅(qū)動波形圖案包括具有可聽區(qū)域的頻率成分的振動波形。

也可以是，所述可動單元具有所述凹狀接觸面，所述固定單元具有所述凸?fàn)钋蛎妗?/p>

也可以是，所述可動單元具有所述凸?fàn)钋蛎妫龉潭▎卧哂兴霭紶罱佑|面。

所述凹狀接觸面也可以為圓錐面。

所述可動單元的所述凹狀接觸面也可以具有圓錐狀的表面。

也可以是，所述固定單元還具有基座、和將所述凹狀接觸面以及凸?fàn)钋蛎娴牧硪环较鄬τ谒龌潭ǖ倪B結(jié)棒，所述可動單元具有供所述連結(jié)棒插入的開口部，通過所述開口部和所述連結(jié)棒接觸，來限制所述可動單元的旋轉(zhuǎn)角度。

也可以是，輸入輸出操作裝置還具備防脫落構(gòu)件，該防脫落構(gòu)件設(shè)于所述固定單元，且具有限制所述可動單元的移動的限制面，以避免所述可動單元從所述固定單元脫落，所述限制面具有凹狀部分球面，該凹狀部分球面具有與所述球心一致的中心。

也可以是，所述第一驅(qū)動部包括：在所述可動單元中相對于所述z軸對稱配置的一對第一驅(qū)動磁鐵；以與所述一對第一驅(qū)動磁鐵對置的方式分別配置于所述固定單元的基座的一對第一磁軛；以及分別卷繞于所述一對第一磁軛的一對第一驅(qū)動線圈，所述第二驅(qū)動部包括：在所述可動單元中相對于所述z軸對稱配置的一對第二驅(qū)動磁鐵；以與所述一對第二驅(qū)動磁鐵對置的方式分別配置于所述固定單元的基座的一對第二磁軛；以及分別卷繞于所述一對第二磁軛的一對第二驅(qū)動線圈，所述一對第一驅(qū)動磁鐵以及所述一對第一驅(qū)動線圈設(shè)置在穿過所述凸?fàn)钋蛎娴那蛐牡闹本€上，所述一對第二驅(qū)動磁鐵以及所述第二驅(qū)動線圈設(shè)置在穿過所述凸?fàn)钋蛎娴那蛐那遗c所述直線正交的另一直線上，各第一驅(qū)動磁鐵、第一驅(qū)動線圈、第二驅(qū)動磁鐵以及第二驅(qū)動線圈的在所述z軸方向上的中心位置與所述凸?fàn)钋蛎娴乃銮蛐牡奈恢么笾乱恢隆?/p>

也可以是，在技術(shù)方案10所記載的輸入輸出操作裝置中，所述第三驅(qū)動部包括分別卷繞于所述一對第一磁軛以及所述一對第二磁軛的第三驅(qū)動線圈，將所述一對第一驅(qū)動磁鐵以及所述一對第二驅(qū)動磁鐵用作第三驅(qū)動磁鐵。

也可以是，所述驅(qū)動部還具有一對磁背軛，該一對磁背軛設(shè)于所述可動單元的所述球心側(cè)，將所述一對第一驅(qū)動磁鐵的一方與所述一對第二驅(qū)動磁鐵的一方連結(jié)，并將所述一對第一驅(qū)動磁鐵的另一方與所述一對第二驅(qū)動磁鐵的另一方連結(jié)。

也可以是，在所述可動單元處于中立的位置的狀態(tài)下，所述一對第一驅(qū)動磁鐵以及所述一對第二驅(qū)動磁鐵配置為，相對于與所述z軸垂直且穿過所述球心的水平面而朝下成45度以下的旋轉(zhuǎn)角度a，以與所述一對第一驅(qū)動磁鐵以及所述一對第二驅(qū)動磁鐵對置的方式將所述第一驅(qū)動線圈和所述一對第一磁軛以及所述一對第二驅(qū)動線圈和一對第二磁軛旋繞地配置于所述固定單元。

所述旋轉(zhuǎn)角度a也可以為15度以上且25度以下。

也可以是，所述一對第一驅(qū)動磁鐵、所述一對第二驅(qū)動磁鐵分別位于所述可動單元的內(nèi)側(cè)，且不在所述可動單元的外形面露出。

也可以是，所述一對第一驅(qū)動線圈、所述一對第二驅(qū)動線圈以及所述第三驅(qū)動線圈分別設(shè)于所述固定單元的內(nèi)側(cè)，且不在所述固定單元的外形面露出。

所述可動單元的重心也可以與所述球心一致。

也可以是，所述輸入輸出操作裝置還具備包括第一檢測部以及第二檢測部的檢測器，所述第一檢測部包括：固定于所述固定單元的第一磁傳感器；以及設(shè)于所述可動單元的傾斜角檢測用磁鐵，所述第一磁傳感器檢測因所述傾斜角檢測用磁鐵的旋轉(zhuǎn)而引起的磁力變化，并計算繞所述x軸、y軸的二維的旋轉(zhuǎn)角度。

也可以是，所述第一磁傳感器以及所述傾斜角檢測用磁鐵在所述z軸上相互對置。

也可以是，所述輸入輸出操作裝置具備偏磁用磁鐵，該偏磁用磁鐵與所述傾斜角檢測用磁鐵對置，且配置在所述z軸上并固定于所述固定單元。

所述偏磁用磁鐵也可以具有使所述可動單元復(fù)原至中立的位置的磁性彈簧的功能。

也可以是，所述輸入輸出操作裝置還具備包括第一檢測部以及第二檢測部的檢測器，所述第一檢測部包括：光傳感器，其固定于所述固定單元；以及光檢測圖案，其設(shè)于所述可動單元的外側(cè)面且與所述光傳感器對應(yīng)的位置，所述光傳感器檢測因所述光檢測圖案的旋轉(zhuǎn)而引起的射入所述光傳感器的光的變化，并計算所述操作部的繞所述x軸、y軸的二維的旋轉(zhuǎn)角度。

所述光傳感器以及所述光檢測圖案也可以位于所述z軸上。

也可以是，在所述可動單元位于中立的位置時，在與所述z軸正交的平面中，所述第一磁傳感器分別配置于相對于連結(jié)所述一對第一驅(qū)動磁鐵的直線以及連結(jié)所述一對第二驅(qū)動磁鐵的直線而成45度的角度的直線上。

也可以是，所述檢測電路部包括：一對旋轉(zhuǎn)檢測用磁鐵，其在所述可動單元中相對于所述z軸對稱配置；以及一對第二磁傳感器，其固定于所述固定單元且以與所述一對旋轉(zhuǎn)檢測用磁鐵分別對置的方式固定，所述一對第二磁傳感器檢測因所述一對旋轉(zhuǎn)檢測用磁鐵的旋轉(zhuǎn)而引起的磁力變化，并計算所述操作部的旋轉(zhuǎn)角度。

也可以是，所述一對旋轉(zhuǎn)檢測用磁鐵由如下的磁鐵構(gòu)成：在與所述z軸正交的平面中，沿著與穿過所述球心的直線平行且相互為相反朝向的方向被2極分割磁化。

也可以是，在所述防脫落構(gòu)件的所述限制面與所述可動單元的外形面之間設(shè)有空隙，所述空隙被決定為，即便所述可動單元的所述凹狀接觸面以及凸?fàn)钋蛎娴囊环脚c所述固定單元的所述凹狀接觸面以及凸?fàn)钋蛎娴牧硪环椒蛛x，也能夠利用所述磁吸引力使它們復(fù)原至點接觸或線接觸的狀態(tài)。

也可以是，所述輸入輸出操作裝置還具備環(huán)狀的開關(guān)構(gòu)件，該環(huán)狀的開關(guān)構(gòu)件以包圍所述可動單元的周圍的方式設(shè)于所述固定單元的上部。

根據(jù)本公開的輸入輸出操作裝置，通過將具有2軸或3軸的操作軸且能夠?qū)崿F(xiàn)二維或三維的操作方向的輸入輸出操作部搭載于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，根據(jù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操作旋轉(zhuǎn)角度而轉(zhuǎn)換輸入輸出操作部的操作方向的坐標(biāo)，由此能夠相對于由轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的中立位置處的水平軸和與該水平軸正交的鉛垂軸構(gòu)成的絕對坐標(biāo)始終恒定保持操作方向。

其結(jié)果是，能夠不取決于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操作旋轉(zhuǎn)角度而使輸入輸出操作部的操作方向固定于例如水平方向和鉛垂方向，能夠相對于操作轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行旋轉(zhuǎn)中的駕駛員而極度簡化輸入輸出操作部的操作方向的判斷識別，從而能夠大幅度降低向輸入輸出操作部移動視線的視線移動頻率。

此外，輸入輸出操作部通過采用如下的可動部結(jié)構(gòu)：在具有與手指接觸的表面的操作部的中心軸的延長線上，配置設(shè)于固定部的凸?fàn)钋蛎娴那蛐暮鸵耘c凸?fàn)钋蛎娼佑|的方式設(shè)于可動部的圓錐狀的凹狀接觸面的中心軸，并且使分割成兩部分的可動部以中心包入凸?fàn)钋蛎娴姆绞浇雍?，由此能夠?qū)崿F(xiàn)搭載操作部的可動部的重心支承并且在驅(qū)動頻率區(qū)域中大幅度抑制機械諧振。

此外，利用不對可動部的轉(zhuǎn)動角度造成影響的磁吸引力，在由固定部的凸?fàn)钋蛎婧涂蓜硬康陌紶罱佑|面構(gòu)成的樞軸結(jié)構(gòu)中附加恒定的法向力，由此能夠減少相對于轉(zhuǎn)動角度的摩擦負荷變動，并在驅(qū)動頻率區(qū)域中實現(xiàn)良好的相位、增益特性。

此外，關(guān)于防止作為在以往的基于磁吸引力的支承結(jié)構(gòu)中特有的大課題的、因振動、沖擊等外部干擾等導(dǎo)致的可動部的脫落，隔開可供可動部轉(zhuǎn)動的規(guī)定的空隙而在固定部設(shè)置防脫落限制面，由此能夠避免裝置的大型化且可靠地實現(xiàn)可動部的防脫落。

此外，通過設(shè)置如下距離的空隙：即，在使凹狀接觸面與凸?fàn)钋蛎婷撾x有空隙的距離的狀態(tài)下，也能夠利用磁吸引力使凹狀接觸面移動至凸?fàn)钋蛎鎮(zhèn)榷佑|復(fù)位，從而能夠提供即便在可動部瞬間脫落的情況下、也能夠立即復(fù)位至原來的良好支承狀態(tài)的極其安全的輸入輸出操作裝置。

此外，繞x軸、y軸的旋轉(zhuǎn)傾斜驅(qū)動機構(gòu)以及橫擺方向的橫擺驅(qū)動機構(gòu)包括：配置為以z軸為中心的圓周狀且相互正交的固定于可動部的兩對驅(qū)動磁鐵；以及以與驅(qū)動磁鐵對置的方式分別配設(shè)于固定部的兩對驅(qū)動線圈和磁軛，并且z軸方向配設(shè)的高度位置與凸?fàn)钋蛎娴那蛐牡母叨任恢么笾孪嗟?，由此能夠?qū)崿F(xiàn)可動部的重心驅(qū)動，并且在驅(qū)動頻率區(qū)域中大幅度抑制機械諧振。

此外，通過使與驅(qū)動磁鐵對置的磁軛的投影面積大致相等，在可動部的旋轉(zhuǎn)傾斜角度以及旋轉(zhuǎn)角度為0度的情況下，能夠保持基于磁軛與驅(qū)動磁鐵之間的磁性彈簧而確定的可動部的中立點。

此外，由于是能夠?qū)崿F(xiàn)良好的頻率響應(yīng)特性和高旋轉(zhuǎn)傾斜角度分辨率的輸入輸出操作部，因此可動單元對指尖的動作檢測靈敏度非常高，也能夠?qū)崿F(xiàn)在便攜終端經(jīng)常使用的輕拂輸入、快速滑動輸入的檢測和文字輸入的檢測。

通過利用樹脂構(gòu)件來覆蓋凹狀接觸面或凸?fàn)钋蛎娴谋韺硬糠?，能夠?qū)崿F(xiàn)低摩擦且耐磨損性優(yōu)異的支承結(jié)構(gòu)。

通過向由圓錐狀的凹狀接觸面和與凹狀接觸面進行松配合的凸?fàn)钋蛎鏄?gòu)成的樞軸結(jié)構(gòu)的空間填充振動衰減用的粘性構(gòu)件或磁性流體，能夠減少在搭載于可動部的驅(qū)動磁鐵和設(shè)于固定部的磁軛之間產(chǎn)生的磁吸引力的磁性彈簧效果所引起的振幅增大系數(shù)(q值)、機械固有振動的q值，從而能夠得到良好的控制特性。

如以上那樣，本發(fā)明通過使能夠繞x軸和y軸進行±25度以上的較大的旋轉(zhuǎn)傾斜驅(qū)動和±5度以上的橫擺驅(qū)動的樞軸支承系統(tǒng)配置于原點，能夠在到200hz左右為止的寬頻的頻率區(qū)域中實現(xiàn)操作部的良好的輸入輸出控制。其結(jié)果是，提供能夠?qū)崿F(xiàn)操作部的x、y、z軸這3軸的多軸高速操作并且能夠使操作者感受到以往所沒有的新的觸覺力感的輸入輸出操作裝置。

此外，由x軸和y軸構(gòu)成的操作部的驅(qū)動二維坐標(biāo)在磁傳感器的坐標(biāo)輸出中被電構(gòu)成，因此通過對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操作旋轉(zhuǎn)角度進行檢測，能夠修正作為驅(qū)動目標(biāo)的二維坐標(biāo)，以抵消轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操作旋轉(zhuǎn)角度。

這樣，能夠不取決于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操作旋轉(zhuǎn)角度而將輸入輸出操作部的操作方向恒定保持為水平方向、鉛垂方向，由此利用能夠簡化駕駛員的操作方向的判斷識別且能夠?qū)崿F(xiàn)觸覺力感的輸入輸出操作部，駕駛員能夠進行盲操作。

其結(jié)果是，能夠提供可極力抑制駕駛員在行駛中的視線移動的安全放心的輸入輸出操作裝置。

(實施方式)

以下，對本發(fā)明的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)輸入操作裝置的實施方式進行說明。

圖18示意性地示出搭載于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550的、本實施方式的輸入輸出操作裝置750(圖16)。

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550是以旋轉(zhuǎn)軸為中心而旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體的一例，例如是車輛等的方向盤。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550具備盤圈551和盤轂552。盤轂552與盤圈551連接，且具有旋轉(zhuǎn)軸553。駕駛員用手握住盤圈551，使盤圈551繞旋轉(zhuǎn)軸553旋轉(zhuǎn)，由此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550的旋轉(zhuǎn)傳遞于設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸553的位置的轉(zhuǎn)向柱等。也可以利用設(shè)于旋轉(zhuǎn)軸553的旋轉(zhuǎn)傳感器等來檢測轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550的旋轉(zhuǎn)。

輸入輸出操作裝置750具備設(shè)于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550的盤轂的致動器165。以下，首先詳細說明致動器165。

圖1是示出本發(fā)明的實施方式的輸入輸出操作裝置750的致動器165的分解立體圖，圖2是本發(fā)明的實施方式的可動單元180的分解立體圖。

圖3a、圖3b是示出可動單元180的磁背軛670的立體圖。圖4a是從斜上方觀察致動器165的立體圖。圖4b是從斜上方觀察處于去除作為一部分的構(gòu)成要素的防脫落構(gòu)件201后的狀態(tài)的致動器165的立體圖。圖4c是從斜上方觀察作為一部分的構(gòu)成要素的防脫落構(gòu)件201的立體圖。圖5a是從z軸10方向觀察到的俯視圖。圖5b是從圖5a所示的直線13的方向觀察到的俯視圖。圖6是排除了操作部850和上部可動部150的致動器165的立體圖。圖7是從上方觀察到的固定單元的立體圖。圖8a是示出固定單元的簡要結(jié)構(gòu)的分解立體圖。圖8b是示出搭載于固定單元的一個驅(qū)動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)的分解立體圖。圖9a、圖9b是致動器165的俯視圖以及在包括z軸10和旋轉(zhuǎn)軸11的平面內(nèi)的剖視圖。圖10a、圖10b是致動器165的俯視圖以及在包括z軸10和旋轉(zhuǎn)軸12的平面內(nèi)的剖視圖。圖11a、圖11b是致動器165的俯視圖以及在包括z軸10和直線13的平面內(nèi)的剖視圖。圖12是旋轉(zhuǎn)為在旋轉(zhuǎn)方向20和旋轉(zhuǎn)方向21上按照相同的角度旋轉(zhuǎn)后的合成角度θxy的狀態(tài)下的從上方觀察到的排除了防脫落構(gòu)件201的立體圖。圖13a、圖13b是致動器165的排除了防脫落構(gòu)件201的俯視圖、以及旋轉(zhuǎn)為在旋轉(zhuǎn)方向20和旋轉(zhuǎn)方向21上按照相同的角度旋轉(zhuǎn)后的合成角度θxy的狀態(tài)下的排除了防脫落構(gòu)件201的在包括z軸10和直線14的平面內(nèi)的剖視圖。圖14a、圖14b是固定單元的俯視圖、以及在包括z軸10和旋轉(zhuǎn)軸11的平面內(nèi)的剖視圖。圖15是從z軸10的上方觀察致動器165的傳感器基板502的俯視圖。圖16是本發(fā)明的實施方式的輸入輸出操作裝置750的整體結(jié)構(gòu)圖。圖17是示出本發(fā)明的實施方式的輸入輸出操作裝置750的結(jié)構(gòu)的詳細框圖。

輸入輸出操作裝置750的致動器165具備：操作部850；搭載操作部850的可動單元180；支承可動單元180的固定單元。

可動單元180相對于固定單元而在以z軸10為中心而旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)方向22、以與z軸10正交且穿過球心70的旋轉(zhuǎn)軸(x軸)11為中心而旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)方向21以及以與z軸10正交且穿過球心70的旋轉(zhuǎn)軸(y軸)12為中心而旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)方向20上相互獨立地自如旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸11與旋轉(zhuǎn)軸12相互正交。因此，致動器165具備相對于固定單元而驅(qū)動可動單元180的驅(qū)動部。具體而言，驅(qū)動部包括：用于使可動單元180向旋轉(zhuǎn)方向20以及旋轉(zhuǎn)方向21旋轉(zhuǎn)(傾斜)的第一驅(qū)動部以及第二驅(qū)動部；使操作部850相對于固定單元沿旋轉(zhuǎn)方向22旋轉(zhuǎn)的第三驅(qū)動部。各驅(qū)動部包括驅(qū)動磁鐵和驅(qū)動線圈以及磁軛的組合。例如。驅(qū)動磁鐵設(shè)于可動單元180，驅(qū)動線圈以及磁軛設(shè)于固定單元。

第一驅(qū)動部包括一對驅(qū)動磁鐵401、一對驅(qū)動線圈301、由磁性體構(gòu)成的一對磁軛203。此外，在一對驅(qū)動線圈301的內(nèi)側(cè)，卷繞有后述的以z軸10為中心而沿旋轉(zhuǎn)方向22旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的第三驅(qū)動部即一對驅(qū)動線圈303。驅(qū)動磁鐵401和磁軛203是在兩側(cè)面具有以球心70為中心的圓周曲面的局部的圓管形狀。

第二驅(qū)動部包括一對驅(qū)動磁鐵402、一對驅(qū)動線圈302、由磁性體構(gòu)成的一對磁軛204。此外，在一對驅(qū)動線圈302的內(nèi)側(cè)，卷繞有后述的以z軸10為中心而沿旋轉(zhuǎn)方向22旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的第三驅(qū)動部即一對驅(qū)動線圈303。驅(qū)動磁鐵402和磁軛204也是在兩側(cè)面具有以球心70為中心的圓周曲面的局部的圓管形狀。

以下，針對第一驅(qū)動部、第二驅(qū)動部及第三驅(qū)動部對可動單元180的驅(qū)動進行詳細說明。

致動器165具備用于對搭載有操作部850的可動單元180的相對于固定單元的旋轉(zhuǎn)角度以及繞z軸10的旋轉(zhuǎn)角度進行檢測的檢測器。具體地說，具備：用于對可動單元180的二維的旋轉(zhuǎn)(傾斜)角度、即旋轉(zhuǎn)方向20以及旋轉(zhuǎn)方向21的旋轉(zhuǎn)角度進行檢測的第一檢測部；用于對旋轉(zhuǎn)方向22的傾斜角度進行檢測的第二檢測部。第二檢測部雖未圖示，但包括在與z軸10正交的平面內(nèi)以球心70為中心而配置于可動單元180的兩端的一對旋轉(zhuǎn)檢測用磁鐵以及以與旋轉(zhuǎn)檢測用磁鐵對置的方式配置于基座200的一對磁傳感器。然而，如本發(fā)明的實施方式所示，在輸入輸出操作裝置750僅需要進行旋轉(zhuǎn)方向22的旋轉(zhuǎn)方向的正反檢測的情況下，在第一檢測部中也能夠充分地檢測，不再需要第二檢測部。

第一檢測部包括：搭載于可動單元180的底部的傾斜角檢測用磁鐵406；相對于穿過球心70且在包括旋轉(zhuǎn)軸11、12的平面內(nèi)正交于旋轉(zhuǎn)軸11、12的直線13平行且以z軸10為中心而配置的一對磁傳感器501a和501b；相對于穿過球心70且在包括旋轉(zhuǎn)軸11、12的平面內(nèi)正交于直線13的直線14平行且以z軸10為中心而配置的一對磁傳感器503a和503b。磁傳感器501a、501b和503a、503b搭載于傳感器基板502，且與傾斜角檢測用磁鐵406隔開規(guī)定的空隙而經(jīng)由螺旋彈簧600固定于基座200。以下，對第一檢測部進行詳細說明。

固定單元包括基座200。基座200具有與可動單元180的至少一部分松配合的凹部。在本實施方式中，凹部的內(nèi)側(cè)面由凹狀球面200a構(gòu)成?；?00還具有開口部200p、200t和接觸面200b。

如圖1所示，致動器165為了使可動單元180沿旋轉(zhuǎn)方向22旋轉(zhuǎn)而使用一對磁軛203以及一對磁軛204、在這些磁軛上卷繞的4個驅(qū)動線圈303、一對驅(qū)動磁鐵401以及一對驅(qū)動磁鐵402。

如圖1、圖8a以及圖8b所示，驅(qū)動線圈303具有如下所述的十字卷繞結(jié)構(gòu)：在一對磁軛203以及一對磁軛204上以分別與驅(qū)動線圈301以及驅(qū)動線圈302的線圈卷繞方向正交的方式層疊卷繞于內(nèi)側(cè)，且分別插入固定于基座200的開口部200p、200t。具體地說，在向一對磁軛203以及一對磁軛204卷繞了驅(qū)動線圈303之后，在一對磁軛203以及一對磁軛204的兩側(cè)面固定磁軛保持架203l、203r以及磁軛保持架204l、204r，然后整體地卷繞一對驅(qū)動線圈301以及302。此外，通過將磁軛保持架203l、203r以及磁軛保持架204l、204r的底部固定于基座200的安裝面200s而在固定單元上裝配驅(qū)動部。

優(yōu)選地，包括基座200的固定單元由樹脂構(gòu)成。進一步優(yōu)選地，包括基座200的固定單元由卷繞于一對磁軛203的驅(qū)動線圈301和驅(qū)動線圈303、卷繞于一對磁軛204的驅(qū)動線圈302和驅(qū)動線圈303一體成型。另外，卷繞于這些磁軛的驅(qū)動線圈優(yōu)選不在基座200的內(nèi)側(cè)面露出，換句話說，不在凹狀球面200a露出。

可動單元180包括上部可動部150和下部可動部102。內(nèi)置操作部850的上部可動部150被固定于下部可動部102。操作部850在可動單元180中位于z軸10上。操作部850具有大體凸形狀，凸形狀的中心(更突出的部分)與z軸10一致。在可動單元180不設(shè)置相機、發(fā)光元件等。

下部可動部102具有包括一對開口部102w的壺形狀。下部可動部102的外形具有以球心70為球心的凸?fàn)钋蛎?02r。

凸?fàn)钋蛎?02r覆蓋下部可動部102的外側(cè)整體。更具體地說，下部可動部102具有能夠供連結(jié)棒650插入的一對開口部102w，該連結(jié)棒650用于將后述的以球心70為球心的凸?fàn)钋蛎娌?51連結(jié)固定于基座200。開口部102w以如下的位置以及大小設(shè)于下部可動部102，即，在可動單元180繞z軸10、旋轉(zhuǎn)軸11以及旋轉(zhuǎn)軸12以預(yù)先設(shè)定的角度范圍旋轉(zhuǎn)的情況下連結(jié)棒650不會與下部可動部102接觸的位置以及大小。此外，開口部102w被用作可動單元180的旋轉(zhuǎn)方向22的限位器。因此，開口部102w以外的部分的表面構(gòu)成凸?fàn)钋蛎?02r。

凸?fàn)钋蛎?51a和凸?fàn)钋蛎?02r的球心70位于下部可動部102的中心，且位于操作部850的下部。

在可動單元180設(shè)置傾斜角檢測用磁鐵406、一對驅(qū)動磁鐵401以及一對驅(qū)動磁鐵402。搭載的檢測用磁鐵、驅(qū)動磁鐵優(yōu)選從開口部102h配置于下部可動部102的內(nèi)側(cè)，以避免向凸?fàn)钋蛎?02r露出。下部可動部102優(yōu)選由樹脂構(gòu)成，下部可動部102、傾斜角檢測用磁鐵406、一對驅(qū)動磁鐵401以及一對驅(qū)動磁鐵402一體地成型。

如圖3a以及圖3b所示，驅(qū)動部包括位于比驅(qū)動磁鐵401以及驅(qū)動磁鐵402靠球心70側(cè)的位置且設(shè)于可動單元180的一對磁背軛670。一個磁背軛670將一個驅(qū)動磁鐵401以及一個驅(qū)動磁鐵402磁結(jié)合。另外，另一個磁背軛670將另一個驅(qū)動磁鐵401以及另一個驅(qū)動磁鐵402磁結(jié)合。

如圖9b、圖10b所示，設(shè)于基座200的內(nèi)側(cè)的磁軛203以及磁軛204由磁性體構(gòu)成。因此，以分別對置的方式設(shè)于下部可動部102的內(nèi)側(cè)的驅(qū)動磁鐵401以及驅(qū)動磁鐵402作為吸附用磁鐵而發(fā)揮功能，在磁軛與驅(qū)動磁鐵之間分別產(chǎn)生磁吸引力。具體地說，在磁軛203和驅(qū)動磁鐵401產(chǎn)生磁吸引力f1，在磁軛204和驅(qū)動磁鐵402產(chǎn)生磁吸引力f1。實際上，磁軛203與驅(qū)動磁鐵401的中心線18以及磁軛204與驅(qū)動磁鐵402的中心線19分別相對于直線11、直線12而以向下的傾斜角度θd構(gòu)成。傾斜角度θd優(yōu)選為15度～25度左右。

上部可動部150具有包括與下部可動部102的壺形狀的開口對應(yīng)的開口的壺形狀。下部可動部102的外形具有以球心70為球心的凸?fàn)钋蛎?02r。另外，在上部可動部150的壺形狀的內(nèi)部設(shè)有包括凹狀接觸面860a的凹狀構(gòu)件860。在本實施方式中，凹狀接觸面860a為圓錐面。凹狀接觸面860a與下部可動部102對置，且與固定單元的凸?fàn)钋蛎娌?51的凸?fàn)钋蛎?51a接觸。在凹狀接觸面860a為圓錐面的情況下，與凸?fàn)钋蛎?51a線接觸。由此，可動單元180與固定單元松配合。

如圖9b所示，磁吸引力f1成為固定單元的凸?fàn)钋蛎娌?51的相對于凹狀構(gòu)件860的法向力。另外，磁吸引力f1成為z軸10方向的合成矢量即磁吸引力f2。該力的平衡近似所謂的“平衡玩具”的力學(xué)結(jié)構(gòu)。因此，可動單元180能夠非常穩(wěn)定地在3軸方向上旋轉(zhuǎn)。具體地說，可動單元180在球心70附近處被樞軸支承于固定單元。該支承極其穩(wěn)定，且摩擦阻力小。因而，能夠?qū)崿F(xiàn)極其優(yōu)異的動特性。換句話說，能夠?qū)崿F(xiàn)以z軸10、旋轉(zhuǎn)軸11、旋轉(zhuǎn)軸12為中心的、可動單元180的繞旋轉(zhuǎn)方向22、21、20的旋轉(zhuǎn)。

尤其是可動單元180具備由上部可動部150以及下部可動部102構(gòu)成的球體形狀，因此能夠使球心70與可動單元180的中心且重心的位置一致。因此，可動單元180能夠在旋轉(zhuǎn)方向20、旋轉(zhuǎn)方向21以及旋轉(zhuǎn)方向22上的任一方向以大致相等的力矩旋轉(zhuǎn)。其結(jié)果是，無論可動單元180如何在旋轉(zhuǎn)方向20、旋轉(zhuǎn)方向21以及旋轉(zhuǎn)方向22上旋轉(zhuǎn)，都能夠始終以大致相同的驅(qū)動力進一步旋轉(zhuǎn)，能夠始終以高精度驅(qū)動可動單元180。

另外，由于球心70即可動單元180的旋轉(zhuǎn)中心與可動單元180的重心一致，因此可動單元180在旋轉(zhuǎn)方向20、旋轉(zhuǎn)方向21以及旋轉(zhuǎn)方向22上旋轉(zhuǎn)的力矩非常小。因此，能夠以較小的驅(qū)動力將可動單元180維持為中立狀態(tài)、或使可動單元180在旋轉(zhuǎn)方向20、旋轉(zhuǎn)方向21以及旋轉(zhuǎn)方向22上旋轉(zhuǎn)。因而，能夠減少輸入輸出操作裝置750中的致動器165的消耗電力。尤其是，還能夠使為了將可動單元180維持為中立狀態(tài)而需要的驅(qū)動電流幾乎為零。

這樣，根據(jù)本實施方式，搭載操作部850的可動單元180在重心位置即球心70處被集中支承。因此，能夠大幅度抑制因摩擦導(dǎo)致的負荷的減少以及在驅(qū)動頻率區(qū)域中的機械諧振。

另外，驅(qū)動磁鐵401以及驅(qū)動磁鐵402具有部分圓周曲面，因此能夠不影響旋轉(zhuǎn)角度的大小而產(chǎn)生恒定的磁吸引力f2，固定單元的凸?fàn)钋蛎娌?51和凹狀構(gòu)件860的法向力也成為恒定。其結(jié)果是，能夠抑制因旋轉(zhuǎn)角度導(dǎo)致的摩擦負荷的變動，并且能夠在驅(qū)動頻率區(qū)域中實現(xiàn)良好的相位、增益特性。

另外，若將凸?fàn)钋蛎娌?51或凹狀構(gòu)件860由滑動性優(yōu)異的樹脂構(gòu)件構(gòu)成，則能夠進一步減少接觸的凹狀接觸面860a與凸?fàn)钋蛎?51a的摩擦，從而能夠?qū)崿F(xiàn)耐磨損性優(yōu)異的支承構(gòu)造。

致動器165優(yōu)選包括限制可動單元180的移動的防脫落構(gòu)件201，以避免可動單元180從固定單元脫落(圖1、圖4a、圖4c)。防脫落構(gòu)件201具有防脫落用限制面201a，在可動單元180以與固定單元分離的方式移動的情況下，可動單元180的上部可動部150與防脫落用限制面201a抵接，由此來限制可動單元180的移動(圖4a)。

在上部可動部150的凸?fàn)钋蛎?50r與防脫落構(gòu)件201的防脫落用限制面201a之間設(shè)置有規(guī)定的空隙(未圖示)，以使得上部可動部150相對于球心70而在全部可動范圍內(nèi)自如地轉(zhuǎn)動。

優(yōu)選地，防脫落用限制面201a包括具有與球心70一致的中心的凹狀部分球面。防脫落構(gòu)件201固定于基座200的接觸面200b。在凸?fàn)钋蛎?50r與防脫落用限制面201a之間，在凹狀構(gòu)件860的凹狀接觸面860a與固定單元的凸?fàn)钋蛎娌?51的凸?fàn)钋蛎?51a接觸的狀態(tài)下設(shè)置有空隙。該空隙設(shè)定為如下距離：即便凹狀接觸面860a與凸?fàn)钋蛎?51a分離，也能夠利用磁吸引力f1返回至凹狀接觸面860a與凸?fàn)钋蛎?51a接觸的狀態(tài)。換句話說，即便在可動單元180向上方移動與空隙相等的距離而使防脫落用限制面201a與凸?fàn)钋蛎?50r接觸的狀態(tài)下，利用磁吸引力f1，可動單元180也能夠返回至凹狀接觸面860a與凸?fàn)钋蛎?51a接觸的原來的狀態(tài)。因此，根據(jù)本實施方式，能夠提供如下的耐沖擊性優(yōu)異的輸入輸出操作裝置：即便在可動單元180瞬間從規(guī)定的位置脫落的情況下，也能夠利用磁吸引力f1立即復(fù)位至原來的良好的支承狀態(tài)。

接下來，對用于驅(qū)動致動器165的可動單元180的構(gòu)造進行詳細說明。

如圖2所示，在下部可動部102上，為了驅(qū)動可動單元180在旋轉(zhuǎn)方向20上旋轉(zhuǎn)，相對于z軸10而對稱地配置有一對驅(qū)動磁鐵401，為了驅(qū)動可動單元180在旋轉(zhuǎn)方向21上旋轉(zhuǎn)，相對于z軸10而對稱地配置有一對驅(qū)動磁鐵402。關(guān)于在固定單元上設(shè)置的構(gòu)成要素，“相對于z軸10對稱”是指，以可動單元180處于中立狀態(tài)也就是說可動單元180相對于固定單元不旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下的z軸10為基準(zhǔn)。

驅(qū)動磁鐵401以在旋轉(zhuǎn)軸11的方向上具有磁通的方式被單極磁化，同樣，驅(qū)動磁鐵402以在旋轉(zhuǎn)軸12的方向上具有磁通的方式被單極磁化。

如圖1、圖9b、圖10b所示，如上所述，一對磁軛203以及磁軛204以與一對驅(qū)動磁鐵401以及一對驅(qū)動磁鐵402分別對置的方式，分別設(shè)于以z軸10為中心的基座200的圓周上。

如圖1、圖8a所示，在沿旋轉(zhuǎn)軸11的方向而配置于基座200的一對磁軛203上分別設(shè)置有卷繞于磁軛203的驅(qū)動線圈303，此外，在驅(qū)動線圈303的外側(cè)以與驅(qū)動線圈303的卷繞方向正交的方式設(shè)有被分為四部分的驅(qū)動線圈301。驅(qū)動線圈301被分為四部分是因為磁軛203具有圓周曲面。

同樣，在沿與旋轉(zhuǎn)軸11正交的旋轉(zhuǎn)軸12方向配置的一對磁軛204上分別設(shè)置有卷繞于磁軛204的驅(qū)動線圈303，在驅(qū)動線圈303的外側(cè)以與驅(qū)動線圈303的卷繞方向正交的方式設(shè)有驅(qū)動線圈302。

換言之，在以z軸10為中心的圓周上，旋轉(zhuǎn)方向20、旋轉(zhuǎn)方向21以及旋轉(zhuǎn)方向22的驅(qū)動部分別獨立地分散配置。

根據(jù)上述那樣的構(gòu)造，如圖9b、圖10b所示，能夠均等地設(shè)置磁軛203與驅(qū)動磁鐵401之間的磁隙、磁軛204與驅(qū)動磁鐵402之間的磁隙。因此，能夠均等地提高各個磁通密度，向旋轉(zhuǎn)方向20、旋轉(zhuǎn)方向21以及旋轉(zhuǎn)方向22驅(qū)動的驅(qū)動效率得以大幅改善。

接下來，對各驅(qū)動部的z軸10方向的高度位置進行說明。

如圖14b所示，直線36、37與固定于基座200的磁軛203的穿過球心70的圓周曲面的中心軸(未圖示)垂直。另外，直線36、37與處于中立狀態(tài)的可動單元的驅(qū)動磁鐵401的穿過球心70的圓周曲面的中心軸(未圖示)垂直。直線36、37相對于直線11而呈向下方傾斜45度以下的傾斜角度θp。雖未圖示，但固定于基座200的磁軛204、驅(qū)動磁鐵402也具有同樣的結(jié)構(gòu)。這樣，一對驅(qū)動磁鐵401、402和一對磁軛203、204具有相對于包括球心70的水平面而以向下45度以下的傾斜角度θp傾斜的以z軸10為中心的四片花瓣那樣的結(jié)構(gòu)。具體地說，如圖14a、圖14b所示，一對磁軛203分別在兩側(cè)面處被磁軛保持架203l、203r夾著，磁軛保持架203l、203r的底部插入基座200的開口部200p。由此，磁軛203固定于安裝面200s。

同樣，一對磁軛204分別在兩側(cè)面處被磁軛保持架204l、204r夾著，磁軛保持架204l、204r的底部插入基座200的開口部200t，由此，磁軛204固定于安裝面200s。

如上所述，通過將傾斜角度θp設(shè)定為45度以下，能夠降低固定單元的高度，從而實現(xiàn)裝置的省空間化和高度縮短。優(yōu)選地，旋轉(zhuǎn)傾斜角度θp以及旋轉(zhuǎn)傾斜角度θr為15度～25度左右，更優(yōu)選地，例如為20度。

通過向一對驅(qū)動線圈301通電，一對驅(qū)動磁鐵401受到力偶的電磁力，下部可動部102、即可動單元180被驅(qū)動為以y軸方向旋轉(zhuǎn)軸12為中心而在旋轉(zhuǎn)方向20上旋轉(zhuǎn)。同樣，通過向一對驅(qū)動線圈302通電，一對驅(qū)動磁鐵402受到力偶的電磁力，可動單元180被驅(qū)動為以x軸方向旋轉(zhuǎn)軸11為中心而在旋轉(zhuǎn)方向21上旋轉(zhuǎn)。

此外，通過向驅(qū)動線圈301以及驅(qū)動線圈302同時通電，能夠使搭載有操作部850的可動單元180二維地旋轉(zhuǎn)。

圖12以及圖13a、圖13b示出如下狀態(tài)：通過向驅(qū)動線圈301以及驅(qū)動線圈302同時通電有同等的電流，沿旋轉(zhuǎn)方向20以及旋轉(zhuǎn)方向21以相同的角度旋轉(zhuǎn)，其結(jié)果是，在與旋轉(zhuǎn)方向20和旋轉(zhuǎn)方向21呈45度的直線13方向上旋轉(zhuǎn)為合成角度θxy。

另外，通過向四個驅(qū)動線圈303通電，可動單元180受到相同旋轉(zhuǎn)方向的電磁力，可動單元180被驅(qū)動為以z軸10為中心而在旋轉(zhuǎn)方向22上旋轉(zhuǎn)。

此外，在旋轉(zhuǎn)為合成角度θxy的狀態(tài)下，若向四個驅(qū)動線圈303通電，則可動單元180被驅(qū)動為以直線32為中心而在旋轉(zhuǎn)方向23上旋轉(zhuǎn)。

這樣，本實施方式采用了在可動單元180上設(shè)有驅(qū)動磁鐵401、驅(qū)動磁鐵402的動磁驅(qū)動方式。在該結(jié)構(gòu)中，通?？紤]可動單元180的重量增大這樣的問題。然而，根據(jù)該結(jié)構(gòu)，無需向可動單元180懸掛驅(qū)動用布線。

另外，由于可動單元180的重心和可動單元180的轉(zhuǎn)動中心點與球心70一致，因此，即便因搭載驅(qū)動磁鐵導(dǎo)致重量增大，可動單元180的旋轉(zhuǎn)力矩也不會增大太多。因此，根據(jù)本實施方式，能夠在抑制重量的增大所帶來的課題的同時享受動磁驅(qū)動方式的優(yōu)點。

可動單元180的以z軸10為中心的旋轉(zhuǎn)方向22的旋轉(zhuǎn)角度通過設(shè)置于下部可動部102的一對開口部102w與固定于基座200的連結(jié)棒650的接觸來限制。由于在一對開口部102w插入有連結(jié)棒650，因此在開口部102w規(guī)定的開口的范圍內(nèi)，連結(jié)棒650不與規(guī)定開口部102w的壁接觸而使可動單元180以z軸10為中心進行旋轉(zhuǎn)。當(dāng)可動單元180想要超出開口的范圍而旋轉(zhuǎn)時，連結(jié)棒650與規(guī)定一對開口部102w的壁接觸，因此可動單元180至此無法旋轉(zhuǎn)。

在動磁驅(qū)動方式中，具有能夠通過基座200經(jīng)由磁軛203、磁軛保持架203l、203r以及磁軛204、磁軛保持架204l、204r而將驅(qū)動線圈301、驅(qū)動線圈302、驅(qū)動線圈303的發(fā)熱冷卻這樣的較大的優(yōu)點。此外，在將向旋轉(zhuǎn)方向20以及旋轉(zhuǎn)方向21旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角度設(shè)計為20度以上時，在能夠使可動單元180小型化、輕型化這方面是有利的。另一方面，在動線圈驅(qū)動方式中，驅(qū)動線圈過于肥大化，可能導(dǎo)致可動單元180的重量增大。

這樣，根據(jù)本實施方式，可動單元180的操作部850、上部可動部150、下部可動部102、傾斜角檢測用磁鐵406和設(shè)于固定單元的防脫落用限制面201a、設(shè)于基座200的兩對旋轉(zhuǎn)用驅(qū)動部的中心軸全部構(gòu)成為穿過既為支承中心又是驅(qū)動中心的球心70。

因此，可動單元180的重心與球心70一致，能夠以重心支承可動單元180，并且能夠?qū)崿F(xiàn)穿過重心且相互正交的繞3軸的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。另外，能夠防止可動單元180的脫落。

為了減小可動單元180的振幅增大系數(shù)(q值)，輸入輸出操作裝置750的致動器165也可以具備粘性構(gòu)件(未圖示)。在該情況下，如圖9b、圖10b所示，在搭載于上部可動部150的凹狀構(gòu)件860的凹狀接觸面860a與固定單元的凸?fàn)钋蛎娌?51的凸?fàn)钋蛎?51a之間設(shè)置粘性構(gòu)件。由此，能夠在設(shè)于可動單元180的驅(qū)動磁鐵401、驅(qū)動磁鐵402與設(shè)于基座200的磁軛203、磁軛204之間，減小基于相對于旋轉(zhuǎn)方向20、21的旋轉(zhuǎn)角度以及旋轉(zhuǎn)方向22的旋轉(zhuǎn)角度產(chǎn)生的磁吸引力變動的磁性彈簧效果而帶來的振動的振幅增大系數(shù)(q值)、機械固有振動的q值，從而能夠得到良好的控制特性。

接下來，對可動單元180的旋轉(zhuǎn)角度(傾斜)的檢測進行說明。

如圖1、圖2、圖11a、圖11b以及圖15所示，致動器165具備用于對搭載有操作部850的可動單元180相對于固定單元的旋轉(zhuǎn)角度以及繞z軸10的旋轉(zhuǎn)角度進行檢測的檢測器。

具體地說，具備：用于對可動單元180的二維的旋轉(zhuǎn)角度、即旋轉(zhuǎn)方向20以及旋轉(zhuǎn)方向21的旋轉(zhuǎn)角度進行檢測的第一檢測部；以及用于對旋轉(zhuǎn)方向22的旋轉(zhuǎn)角度進行檢測的第二檢測部。

第二檢測部雖未圖示，但由在與z軸10正交的平面內(nèi)以球心70為中心而配置于可動單元180的兩端的一對旋轉(zhuǎn)檢測用磁鐵和以與旋轉(zhuǎn)檢測用磁鐵對置的方式配置于基座200的一對磁傳感器構(gòu)成。

然而，如本發(fā)明的實施方式那樣，在輸入輸出操作裝置750僅需要進行旋轉(zhuǎn)方向22的旋轉(zhuǎn)方向的正反檢測的情況下，在第一檢測部中也能夠充分檢測，不再需要第二檢測部。

第一檢測器包括：搭載于可動單元180的底部的傾斜角檢測用磁鐵406；相對于穿過球心70且在包括旋轉(zhuǎn)軸11、12的平面內(nèi)正交于旋轉(zhuǎn)軸11、12的直線13平行并以z軸10為中心而配置的一對磁傳感器501a和501b；以及相對于穿過球心70且在包括旋轉(zhuǎn)軸11、12的平面內(nèi)正交于直線13的直線14平行并以z軸10為中心而配置的一對磁傳感器503a和503b。

如圖15所示，磁傳感器501a、501b、503a、503b搭載于傳感器基板502，且與傾斜角檢測用磁鐵406隔開規(guī)定的空隙而經(jīng)由螺旋彈簧600固定于基座200的底部。

另外，在傳感器基板502的中心位置固定有賦予偏磁的偏磁用磁鐵508。如圖10b所示，偏磁用磁鐵508在可動單元180處于中立時，在z軸上與傾斜角檢測用磁鐵406對置。該偏磁用磁鐵508對在與固定于可動單元180的傾斜角檢測用磁鐵406之間形成的磁耦合進行強化，由此能夠減少可動單元180傾斜的情況下的一對驅(qū)動磁鐵401以及一對驅(qū)動磁鐵402的磁漏的影響。此外，利用在可動單元180處于中立位置的狀態(tài)下與傾斜角檢測用磁鐵406的磁耦合成為最大的效果，也能夠產(chǎn)生使可動單元180向中立位置復(fù)位的磁性彈簧的作用。

接下來，對可動單元180的旋轉(zhuǎn)方向20以及旋轉(zhuǎn)方向21上的可動單元180的旋轉(zhuǎn)角度的檢測進行詳細說明。

傳感器基板502在3處位置經(jīng)由螺旋彈簧600并借助調(diào)節(jié)螺釘(未圖示)601固定于基座200，通過使三個調(diào)節(jié)螺釘601分別旋轉(zhuǎn)，使傾斜角檢測用磁鐵406與磁傳感器501a、501b和503a、503b的相對傾斜和距離發(fā)生變化。由此，能夠?qū)⒋艂鞲衅?01a、501b和磁傳感器503a、503b的傾斜輸出信號調(diào)整為最佳。

如圖11b以及圖13a、圖13b所示，為了避免受到驅(qū)動線圈301以及驅(qū)動線圈302的產(chǎn)生驅(qū)動電流的磁場的影響，磁傳感器501a、501b與直線13平行地配置，磁傳感器503a、503b與直線14平行地配置。

與直線13平行地配置的磁傳感器501a、501b將根據(jù)可動單元180的旋轉(zhuǎn)方向20以及旋轉(zhuǎn)方向21上的旋轉(zhuǎn)動作而產(chǎn)生的傾斜角檢測用磁鐵406的磁力變化合成檢測為2軸成分，此外，通過對磁傳感器501a和501b的檢測輸出進行差動檢測來提高檢測信號的s/n。

另外，與直線14平行地配置的磁傳感器503a、503b將根據(jù)可動單元180的旋轉(zhuǎn)方向20以及旋轉(zhuǎn)方向21上的旋轉(zhuǎn)動作而產(chǎn)生的傾斜角檢測用磁鐵406的磁力變化合成檢測為2軸成分，此外，通過對磁傳感器503a和503b的檢測輸出進行差動檢測來提高檢測信號的s/n。

此外，如本實施方式那樣，在輸入輸出操作裝置750僅需要進行旋轉(zhuǎn)方向22的旋轉(zhuǎn)方向的正反檢測的情況下，通過磁傳感器501a和503b的差動檢測以及磁傳感器501b和503a的差動檢測，能夠?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)方向22的旋轉(zhuǎn)方向的正反檢測。

這樣，根據(jù)本實施方式，通過縮短傾斜角檢測用磁鐵406與球心70的間隔，能夠相對于旋轉(zhuǎn)角度而減小傾斜角檢測用磁鐵406的移動。因而，能夠減小磁傳感器501a、501b和磁傳感器503a、503b的配置投影面積。

需要說明的是，在本實施方式中，雖然包括磁傳感器501a、501b、磁傳感器503a、503b以及傾斜角檢測用磁鐵406，但也可以通過其他結(jié)構(gòu)來構(gòu)成檢測器。例如，在z軸10上也可以包括設(shè)于固定單元的光傳感器、以及設(shè)于可動單元180的外側(cè)面(凸?fàn)钋蛎?02r)且與光傳感器對應(yīng)的位置的光檢測圖案。優(yōu)選地，如圖9b所示，光傳感器以及光檢測圖案位于z軸10上。更具體地說，光傳感器設(shè)于偏磁用磁鐵508的位置，光檢測圖案設(shè)于凸?fàn)钋蛎?02r的與偏磁用磁鐵508對置的區(qū)域。通過使可動單元旋轉(zhuǎn)而光檢測圖案進行旋轉(zhuǎn)，因此射入光傳感器的光發(fā)生變化。光傳感器通過檢測該光的變化，也能夠計算二維的旋轉(zhuǎn)角度。

另外，在本實施方式中，可動單元180包括具有凹狀接觸面860a的凹狀構(gòu)件860，固定單元包括具有凸?fàn)钋蛎?51a的凸?fàn)钋蛎娌?51。但是，也可以是，可動單元具備凸?fàn)钋蛎?，固定單元具備凹狀接觸面。在該情況下，可動單元能夠以凸?fàn)钋蛎娴那蛐臑橹行亩鄬τ诠潭▎卧匀绲匦D(zhuǎn)。另外，在本實施方式中，凹狀接觸面860a為圓錐面，但也可以是三角錐面、四角錐面等角錐面。在該情況下，凹狀接觸面860a和凸?fàn)钋蛎?51a以多個點相互接觸。

這樣，根據(jù)本實施方式的輸入輸出操作裝置750的致動器165，在操作部的z軸上配置以球心樞軸支承可動單元的構(gòu)造，此外，在與z軸垂直且穿過球心的平面內(nèi)，以球心為中心而呈圓周狀地配置兩對驅(qū)動部。由此，能夠利用難以受到可動單元的轉(zhuǎn)動角度的影響的磁吸引力來施加恒定的法向力，從而能夠減少旋轉(zhuǎn)角度所導(dǎo)致的摩擦負荷變動，并且實現(xiàn)對可動單元進行重心支承、重心驅(qū)動的結(jié)構(gòu)，能夠在驅(qū)動頻率區(qū)域中大幅度抑制機械諧振。

另外，為了防止作為在以往的基于磁吸引力的支承構(gòu)造中特有的較大課題的、因振動、沖擊等外部干擾等所導(dǎo)致的可動單元180的脫落，在設(shè)于固定單元的防脫落構(gòu)件上隔開可轉(zhuǎn)動的規(guī)定的空隙而設(shè)置有防脫落限制面。因此，能夠避免裝置的大型化并且可靠地實現(xiàn)可動單元的防脫落。

另外，將防脫落限制面的位置確定為，即便在可動單元脫落至可動單元的凸?fàn)钋蛎媾c固定單元的防脫落限制面抵接的狀態(tài)為止的情況下，也能夠利用磁吸引力，使固定單元的凸?fàn)钋蛎娌颗c可動部的凹狀圓錐構(gòu)件再次點接觸。因此，能夠提供耐沖擊性極其優(yōu)異的輸入輸出操作裝置，即便在可動單元瞬間脫落的情況下，也能夠立即復(fù)位至原來的良好的支承狀態(tài)。

另外，配置驅(qū)動部的z軸方向的高度位置配置為比包括球心的水平面向下方旋轉(zhuǎn)了的高度位置。因此，能夠使可動單元的重心為球心中心進行驅(qū)動，并且能夠縮短高度。

另外，通過將可動部和基座設(shè)為樹脂材料或利用樹脂構(gòu)件來覆蓋固定單元的凸?fàn)钋蛎娌亢桶紶顖A錐構(gòu)件的表面部分，由此實現(xiàn)低摩擦且耐磨損性優(yōu)異的支承構(gòu)造。

另外，通過向由上部可動部的凹狀接觸面和固定單元的凸?fàn)钋蛎嫘纬傻目障短畛湔承詷?gòu)件，能夠減小以在設(shè)于可動單元的驅(qū)動磁鐵與設(shè)于固定單元的磁軛之間產(chǎn)生的磁吸引力變動為起因的磁性彈簧效果所帶來的振動的振幅增大系數(shù)(q值)、機械固有振動的q值，從而能夠得到良好的控制特性。

因此，根據(jù)本實施方式的輸入輸出操作裝置的致動器，例如存在正交的x軸、y軸，能夠使可動單元以繞x軸以及繞y軸±20度以上的較大的角度旋轉(zhuǎn)，并且使可動單元以繞與x軸、y軸正交的z軸±5度以上的較大的角度旋轉(zhuǎn)。另外，能夠在到200hz左右為止的寬頻的頻率區(qū)域?qū)崿F(xiàn)良好的振動修正控制。其結(jié)果是，實現(xiàn)如下的輸入輸出操作裝置的致動器：能夠?qū)崿F(xiàn)操作部的繞x軸、y軸、z軸的旋轉(zhuǎn)動作，并且由于具有小型且牢固的防脫落構(gòu)造，因此應(yīng)對振動、落下沖擊等來自外部的沖擊的耐沖擊性強。

接下來，使用圖16、圖17，對具有該致動器165的實施方式的輸入輸出操作裝置750的動作進行說明。

如圖16所示，本發(fā)明的實施方式的輸入輸出操作裝置750具備致動器165、驅(qū)動電路部350、檢測電路部360以及控制運算處理部94。輸入輸出操作裝置750還可以具備顯示致動器165的目標(biāo)位置坐標(biāo)的顯示運算處理部700。

輸入輸出操作裝置750進行如下所述的位置控制：使致動器165的供手指觸摸的操作部850的位置相對于顯示運算處理部700所顯示的目標(biāo)位置坐標(biāo)920相對一致。驅(qū)動電路部350對致動器165進行驅(qū)動，以使得在顯示運算處理部700中目標(biāo)位置坐標(biāo)920依次變化的情況下，使操作部850依次進行位置追隨。圖17是示出輸入輸出操作裝置750的控制的詳細的框圖。

如圖17所示，驅(qū)動電路部350包括驅(qū)動電路96a、96b、96r。檢測電路部360包括可動單元180的放大電路98x、98y。

具體地說，顯示運算處理部700所顯示的目標(biāo)位置坐標(biāo)920的x坐標(biāo)900和y坐標(biāo)901分別與可動單元180的旋轉(zhuǎn)方向20、旋轉(zhuǎn)方向21的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度對應(yīng)。

另外，如圖16所示，致動器165的旋轉(zhuǎn)軸11和旋轉(zhuǎn)軸12相對于顯示運算處理部700中的水平基準(zhǔn)hs而傾斜有45度。這是因為，如上所述，在從z軸方向觀察到的投影面中，磁傳感器501a、501b和磁傳感器503a、503b設(shè)置于驅(qū)動線圈301、磁軛203、磁軛保持架203l、203r以及驅(qū)動線圈302、磁軛204、磁軛保持架204l、204r的投影區(qū)域以外(在本實施方式中偏離45度而設(shè)置)，由此不受到驅(qū)動線圈301和驅(qū)動線圈302的產(chǎn)生驅(qū)動電流的磁場的影響。因此，在沿顯示運算處理部700中的水平基準(zhǔn)hs方向即直線14方向(相當(dāng)于顯示運算處理部700的x軸方向)而以直線13為軸使可動單元180旋轉(zhuǎn)的情況下，向驅(qū)動線圈301和驅(qū)動線圈302這兩者通電即可。另外，在沿與水平基準(zhǔn)hs垂直的方向即直線13方向而以直線14為軸使可動單元180旋轉(zhuǎn)的情況下，向驅(qū)動線圈301和驅(qū)動線圈302這兩者通電即可。

其結(jié)果是，在圖16所示的顯示運算處理部700中，在相對于θg＝45°的目標(biāo)位置坐標(biāo)920的x坐標(biāo)900和y坐標(biāo)901而驅(qū)動旋轉(zhuǎn)了45度的驅(qū)動線圈301和驅(qū)動線圈302的情況下，可動單元180繞旋轉(zhuǎn)軸12和旋轉(zhuǎn)軸11的旋轉(zhuǎn)角度成為1/√2倍的旋轉(zhuǎn)角度。

接下來，參照圖17，對從顯示運算處理部700經(jīng)由控制運算處理部94而向致動器165輸出的可動單元180的位置控制驅(qū)動的動作進行說明。

如圖17所示，顯示運算處理部700中的目標(biāo)位置坐標(biāo)920的x坐標(biāo)900和y坐標(biāo)901分別作為被數(shù)字化的目標(biāo)位置坐標(biāo)信號80x、80y而輸出，并輸入至控制運算處理部94。

控制運算處理部94基于從顯示運算處理部700接受的目標(biāo)位置坐標(biāo)信號80x、80y和從檢測電路部360接受的旋轉(zhuǎn)角度信號88x、88y來生成目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度信號84a、84b，由此針對繞旋轉(zhuǎn)軸11、12的角度進行反饋控制。具體地說，首先，控制運算處理部94進行將目標(biāo)位置坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為致動器165的旋轉(zhuǎn)角度的處理。此時，也進行前述的磁傳感器501a、501b和磁傳感器503a、503b與驅(qū)動線圈301以及驅(qū)動線圈302在投影面上偏離了45度的修正。由此依次計算相當(dāng)于x坐標(biāo)900和y坐標(biāo)901的向旋轉(zhuǎn)方向20、旋轉(zhuǎn)方向21旋轉(zhuǎn)的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度。

控制運算處理部94例如包括cpu以及ram(randomaccessmemory)?？刂七\算處理部94通過執(zhí)行ram所讀入的計算機程序而根據(jù)計算機程序的步驟向其他的電路發(fā)送命令。接受到該命令的各電路以在本說明書中說明的那樣進行動作而實現(xiàn)各電路的功能。具體地說，來自控制運算處理部94的命令被輸送至顯示運算處理部700、驅(qū)動電路部350以及檢測電路部360。計算機程序的步驟由附圖中的流程圖示出。

需要說明的是，讀入了計算機程序的ram即存儲計算機程序的ram可以為易失性、也可以為非易失性。易失性ram是若不供給電力則無法保存所存儲的信息的ram。例如，動態(tài)隨機存取存儲器(dram)為典型的易失性ram。非易失性ram是即便不供給電力也能夠保存信息的ram。例如，磁阻ram(mram)、電阻變化型存儲器(reram)、強電介質(zhì)存儲器(feram)為非易失性ram的例子。在本實施方式中，優(yōu)選采用非易失性ram。

易失性ram以及非易失性ram均是能夠非暫時性(non-transitory)實現(xiàn)計算機讀取的記錄介質(zhì)的例子。另外，硬盤那樣的磁記錄介質(zhì)、光盤那樣的光學(xué)記錄介質(zhì)也是能夠非暫時性實現(xiàn)計算機讀取的記錄介質(zhì)的例子。即，本公開所涉及的計算機程序能夠記錄于將計算機程序作為電波信號傳送的大氣等介質(zhì)(暫時性介質(zhì))以外的、非暫時性實現(xiàn)各種計算機讀取的介質(zhì)中。

另外，由控制運算處理部94進行的相對于目標(biāo)位置的位置偏移修正處理是，以根據(jù)從顯示運算處理部700輸出的x坐標(biāo)900和y坐標(biāo)901的目標(biāo)位置坐標(biāo)信號80x、80y而抑制位置誤差的方式對致動器165的可動單元180進行驅(qū)動的位置封閉控制(閉環(huán)控制)。因此，控制運算處理部94依次輸出目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度信號84a、84b作為包括致動器165的頻率響應(yīng)特性和相位補償以及增益修正等在內(nèi)的最佳的數(shù)字化的振動修正量。

目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度信號84a、84b通過da轉(zhuǎn)換器95a、95b而被模擬化，作為模擬的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度信號85a、85b而輸入至繞旋轉(zhuǎn)軸11的驅(qū)動電路96a、繞旋轉(zhuǎn)軸12的驅(qū)動電路96b。

另一方面，在致動器165中，從對可動單元180相對于基座200的當(dāng)前的旋轉(zhuǎn)角度也就是說操作部850的當(dāng)前的方向進行檢測的磁傳感器501a、501b輸出旋轉(zhuǎn)方向20、即相當(dāng)于與顯示運算處理部700的hs垂直的y軸方向的旋轉(zhuǎn)角度信號86y，從磁傳感器503a、503b輸出旋轉(zhuǎn)方向21、即相當(dāng)于顯示運算處理部700的hs方向的旋轉(zhuǎn)角度信號86x。旋轉(zhuǎn)角度信號86x、86y被模擬電路97x、97y除去噪聲成分、dc漂移成分而成為旋轉(zhuǎn)角度信號87x、87y。此外，通過放大電路98x、98y進行放大，得到具有適當(dāng)大小的振幅的旋轉(zhuǎn)角度信號88x、88y，經(jīng)由ad轉(zhuǎn)換器99x、99y而數(shù)字化了的旋轉(zhuǎn)角度信號89x、89y被依次輸入至控制運算處理部94。旋轉(zhuǎn)角度信號89x、89y如上所述表示操作部850的當(dāng)前的方向。

前述的位置封閉控制通過如下方式來進行：在控制運算處理部94中對目標(biāo)位置坐標(biāo)信號80x、80y的目標(biāo)位置坐標(biāo)920與可動單元180的旋轉(zhuǎn)角度信號89x、89y的當(dāng)前位置坐標(biāo)的差分(位置誤差)進行計算，并重新依次輸出基于位置誤差的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度信號84a、84b。

更具體地說，控制運算處理部94將可動單元180的旋轉(zhuǎn)角度信號89x、89y逆轉(zhuǎn)換運算為顯示運算處理部700所顯示的位置坐標(biāo)系，并生成作為可動單元180的操作部850的當(dāng)前方向即當(dāng)前位置坐標(biāo)的反饋位置坐標(biāo)信號82x、82y?？刂七\算處理部94進一步求出反饋位置坐標(biāo)信號82x、82y與目標(biāo)位置坐標(biāo)信號80x、80y的差分，并基于差分生成目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度信號84a、84b，向驅(qū)動電路部350輸出。反饋位置坐標(biāo)信號82x、82y示出當(dāng)前的操作部850的位置，因此也可以向顯示運算處理部700輸出。

驅(qū)動電路96a、96b使用目標(biāo)的角度信號85a、85b而進行致動器165的可動單元180的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。同時，磁傳感器501a、501b以及503a、503b檢測可動單元180的旋轉(zhuǎn)角度并輸出旋轉(zhuǎn)角度信號86x、86y。對旋轉(zhuǎn)角度信號86x、86y實施上述的處理，將旋轉(zhuǎn)角度信號89x、89y反饋至控制運算處理部94。

因此，基于顯示運算處理部700的目標(biāo)位置坐標(biāo)信號80x、80y和目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)角度信號85a、85b以及可動單元180的旋轉(zhuǎn)角度信號89x、89y，將對驅(qū)動線圈301、驅(qū)動線圈302進行驅(qū)動的驅(qū)動信號輸出至驅(qū)動電路96a、96b。由此，在輸入輸出操作裝置750中，執(zhí)行相對于目標(biāo)位置坐標(biāo)920的角度位置的反饋控制，驅(qū)動致動器165的可動單元180，以使得反饋位置坐標(biāo)信號82x、82y與目標(biāo)位置坐標(biāo)信號80x、80y相等。根據(jù)該一系列的驅(qū)動控制，實施可動單元180的操作部850的位置追隨控制，從而能夠?qū)崿F(xiàn)良好的觸覺力感操作。

接下來，參照圖17，對從顯示運算處理部700向致動器165輸出的繞旋轉(zhuǎn)方向22的驅(qū)動控制動作進行說明。

可動單元180在繞z軸10的旋轉(zhuǎn)方向22上也被驅(qū)動。該動作以基于正弦波、矩形波、脈沖波、三角波等驅(qū)動信號實現(xiàn)的可動單元180的振動為主。在本實施方式中，該動作基于開放控制而實現(xiàn)。

控制運算處理部94生成驅(qū)動信號84r，該驅(qū)動信號84r具有基于從顯示運算處理部700接受的選擇信號80r而選擇的規(guī)定的驅(qū)動波形圖案，并驅(qū)動可動單元180繞z軸10振動。因此，控制運算處理部94存儲有給予規(guī)定的振動模式的各種驅(qū)動波形圖案。驅(qū)動波形圖案被認(rèn)為適于觸覺操作功能的提示，包括表現(xiàn)為粘貼&滑動感、點擊感的、具有高頻率特性的驅(qū)動波形圖案。

顯示運算處理部700向控制運算處理部94輸出用于選擇驅(qū)動波形圖案的選擇信號80r。控制運算處理部94基于選擇信號80r而選擇規(guī)定的驅(qū)動波形圖案，并將數(shù)字化了的驅(qū)動信號84r輸出至da轉(zhuǎn)換器95r。模擬化了的驅(qū)動信號85r被輸入至旋轉(zhuǎn)方向22的驅(qū)動電路96r。由此，可動單元180被驅(qū)動為向旋轉(zhuǎn)方向22振動，并經(jīng)由操作部850而能夠?qū)Σ僮髡叩闹讣饨o予震動感以及刺激處于指尖內(nèi)部的帕奇尼小體的觸覺感。

可動單元180向旋轉(zhuǎn)方向22的振動通過反復(fù)進行如下運動而構(gòu)成：在從上方觀察可動單元180的情況下，例如，繞z軸10以規(guī)定的角度向右方向旋轉(zhuǎn)后反轉(zhuǎn)，并以規(guī)定的角度向左方向旋轉(zhuǎn)。

另外，可動單元180除振動驅(qū)動以外，也可以通過具有可聽區(qū)域的頻率成分的驅(qū)動信號而在旋轉(zhuǎn)方向22上驅(qū)動。由此，可動單元180也能夠以可聽區(qū)域的頻率振動，從致動器165輸出聲音。

這樣，可動單元180的操作部850繞旋轉(zhuǎn)軸11、12的角度被二維地控制，并且通過驅(qū)動可動單元180在旋轉(zhuǎn)方向22上振動，從而能夠?qū)⒈緦嵤┓绞降妮斎胼敵霾僮餮b置用作在各種領(lǐng)域中使用的人機界面(hmi)。

接下來，參照圖17，對從致動器165經(jīng)由控制運算處理部94向顯示運算處理部700輸出的可動單元180的旋轉(zhuǎn)角度的檢測動作進行說明。

在致動器165根據(jù)其結(jié)構(gòu)而以指尖經(jīng)由操作部850使可動單元180繞旋轉(zhuǎn)軸11、12二維旋轉(zhuǎn)的情況下，磁傳感器501a、501b和磁傳感器503a、503b作為對可動單元180繞旋轉(zhuǎn)軸11、12的旋轉(zhuǎn)角度進行檢測的傳感器而發(fā)揮功能。

此外，由于是具有良好的頻率響應(yīng)特性和高旋轉(zhuǎn)角度分辨率的致動器165，因此可動單元180對手指的動作檢測靈敏度非常高，也能夠?qū)崿F(xiàn)在便攜終端中經(jīng)常使用的輕拂輸入、快速滑動輸入的檢測和文字輸入的檢測。

從磁傳感器501a、501b輸出旋轉(zhuǎn)方向20、即相當(dāng)于與顯示運算處理部700的hs垂直的y軸方向的旋轉(zhuǎn)角度信號86y，從磁傳感器503a、503b輸出旋轉(zhuǎn)方向21、即相當(dāng)于作為顯示運算處理部700的水平方向的hs方向的旋轉(zhuǎn)角度信號86x。

旋轉(zhuǎn)角度信號86x、86y被模擬電路97x、97y去除噪聲成分、dc漂移成分，成為旋轉(zhuǎn)角度信號87x、87y。此外，利用放大電路98x、98y而得到適當(dāng)?shù)妮敵鲋档男D(zhuǎn)角度信號88x、88y，經(jīng)由ad轉(zhuǎn)換器99x、99y而數(shù)字化了的旋轉(zhuǎn)角度信號89x、89y依次輸入至控制運算處理部94?？刂七\算處理部94存儲有包括輕拂輸入、快速滑動輸入等特殊的輸入圖案模式的各種輸入檢測波形圖案，對作為輸入波形的旋轉(zhuǎn)角度信號89x、89y為哪一輸入圖案模式進行比較檢測而進行選擇，并作為選擇信號82s向顯示運算處理部700輸出。

接下來，對可動單元180的旋轉(zhuǎn)方向22的旋轉(zhuǎn)檢測的動作進行說明。在本實施方式中，雖然沒有設(shè)置旋轉(zhuǎn)檢測專用的磁傳感器，但如上所述，在除可動單元180向旋轉(zhuǎn)方向20以及旋轉(zhuǎn)方向21的旋轉(zhuǎn)以外進行了旋轉(zhuǎn)方向22的旋轉(zhuǎn)的情況下，根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度信號89x、89y的相對的輸出差，能夠檢測可動單元180在旋轉(zhuǎn)方向22上是被右旋操作還是被左旋操作。

由此，使搭載于可動單元180的操作部850右旋或左旋，同時能夠在旋轉(zhuǎn)方向20、旋轉(zhuǎn)方向21上旋轉(zhuǎn)移動，由此也能夠?qū)崿F(xiàn)在便攜終端中經(jīng)常使用的基于夾捏輸入的畫面的放大縮小及滾動輸入的代替輸入的檢測。例如，控制運算處理部94也可以檢測旋轉(zhuǎn)角度信號89x、89y的差異，并將其結(jié)果作為旋轉(zhuǎn)方向差異檢測信號82r而向顯示運算處理部700輸出。

接下來，對致動器165搭載于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550的情況下的控制進行說明。如圖19a～圖19d所示，在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550的旋轉(zhuǎn)角度處于中立的位置(0度)的情況下，設(shè)于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550的致動器的直線14以及直線13與對于設(shè)有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550的車輛以及操作轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的駕駛員而言的水平方向x0以及鉛垂方向y0一致。因此，上述的顯示運算處理部700的坐標(biāo)與致動器165的坐標(biāo)一致，如參照圖16、17而說明的那樣，能夠設(shè)定目標(biāo)位置并進行反饋控制。換句話說，在設(shè)有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550的車輛中靜止的顯示運算處理部700的坐標(biāo)系中的目標(biāo)位置或目標(biāo)方向與致動器165的坐標(biāo)中的目標(biāo)位置或目標(biāo)方向一致。如圖19a以及圖19b所示，對設(shè)于致動器165的可動單元180的操作部850進行的鉛垂方向上的朝上51以及朝下52的操作與顯示運算處理部700的坐標(biāo)中的y軸方向的朝上以及朝下一致。同樣，如圖19c以及圖19d所示，對設(shè)于致動器165的可動單元180的操作部850進行的水平方向上的朝右53以及朝左54的操作與顯示運算處理部700的坐標(biāo)中的x軸方向的朝右以及朝左一致。

然而，如圖20a所示，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550在進行轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)時，致動器165的直線14以及直線13與水平方向x0以及鉛垂方向y0不一致。如圖20b～圖20e所示，沿著致動器165的鉛垂方向的操作方向55、56、操作方向57、58與設(shè)有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550的車輛的水平方向x0以及鉛垂方向y0不同。

因此，如圖19a～圖19d所示，在顯示運算處理部700的坐標(biāo)系中的目標(biāo)方向被確定為以轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550的旋轉(zhuǎn)角度為0度時為基準(zhǔn)，使操作部850沿水平方向(直線14的方向)或鉛垂方向(直線13的方向)移動的情況下，要求駕駛員等在與顯示運算處理部700所顯示的水平方向、鉛垂方向不同的方向(操作方向55、56、操作方向57、58)上進行操作。

在本實施方式中，為了消除這樣的不一致，根據(jù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角來轉(zhuǎn)換致動器165中的坐標(biāo)，使坐標(biāo)與靜止的坐標(biāo)系即顯示運算處理部700的坐標(biāo)一致。

使用圖21a，對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550旋轉(zhuǎn)后的情況下的致動器165的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換進行說明。

在由轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550處于中立位置時的車輛的水平方向x0和與其正交的鉛垂方向y0構(gòu)成的坐標(biāo)系(x0-y0坐標(biāo)系)中，在以顯示運算處理部700所示的目標(biāo)位置為a點的情況下，a點的坐標(biāo)相對于從旋轉(zhuǎn)中心算起的半徑r而以(rcosθ0，rsinθ0)求出。

如圖22a所示，在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550左旋轉(zhuǎn)了θa的情況下，致動器165的坐標(biāo)(xa-ya坐標(biāo)系)也左旋轉(zhuǎn)了θa。因此，將顯示運算處理部700所示的a點的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為(rcos(θ0-θa)，rsin(θ0-θa))。換句話說，在將x0-y0坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為xa-ya坐標(biāo)系時，從θ0減去θa。例如，如圖22b～圖22e所示，在顯示運算處理部700的坐標(biāo)中沿水平方向x0以及鉛垂方向y0驅(qū)動致動器165的操作部850的情況下，若在致動器165的坐標(biāo)中以分別減去θa后的角度驅(qū)動操作部850(操作方向51～54)，則與顯示運算處理部700的坐標(biāo)系一致，換句話說，對于設(shè)有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550的車輛以及操作轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的駕駛員而言與水平方向x0以及鉛垂方向y0一致。反之，在將致動器165的坐標(biāo)(xa-ya坐標(biāo)系)轉(zhuǎn)換為顯示運算處理部700的坐標(biāo)(x0-y0坐標(biāo)系)時，向θ0加上θa即可。

如圖23a所示，在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550右旋轉(zhuǎn)了θa的情況下，致動器165的坐標(biāo)(xa-ya坐標(biāo)系)也右旋轉(zhuǎn)了θa。因此，將顯示運算處理部700所示的a點的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為(rcos(θ0+θa)，rsin(θ0+θa))。換句話說，在將x0-y0坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為xa-ya坐標(biāo)系時，向θ0加上θa。例如，如圖23b～圖23e所示，在顯示運算處理部700的坐標(biāo)中沿水平方向x0以及鉛垂方向y0驅(qū)動致動器165的操作部850的情況下，若在致動器165的坐標(biāo)中以分別加上θa的角度驅(qū)動操作部850(操作方向51～54)，則與顯示運算處理部700的坐標(biāo)系一致，換句話說，對于設(shè)有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550的車輛以及操作轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的駕駛員而言與水平方向x0以及鉛垂方向y0一致。在將致動器165的坐標(biāo)(xa-ya坐標(biāo)系)轉(zhuǎn)換為顯示運算處理部700的坐標(biāo)(x0-y0坐標(biāo)系)時，從θ0減去θa。

如圖17所示，這些坐標(biāo)轉(zhuǎn)換通過如下方式來實現(xiàn)：控制運算處理部94從設(shè)于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550的旋轉(zhuǎn)軸等的旋轉(zhuǎn)傳感器等接受關(guān)于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550的旋轉(zhuǎn)角度θa的信號83，并對可動單元180的旋轉(zhuǎn)角度信號89x、89y以及目標(biāo)位置坐標(biāo)信號80x、80y分別進行上述運算。

具體地說，如圖21b所示，控制運算處理部94對可動單元180的旋轉(zhuǎn)角度信號89x、89y進行逆轉(zhuǎn)換，由此生成轉(zhuǎn)換為xa-ya坐標(biāo)系的反饋位置坐標(biāo)信號82x、82y(s1)。該反饋位置坐標(biāo)信號82x、82y是取決于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550的旋轉(zhuǎn)角度θa的角度。因此，使用轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550的旋轉(zhuǎn)角度θa而進行從θ0減去θa的運算，由此將xa-ya坐標(biāo)的反饋位置坐標(biāo)信號82x、82y轉(zhuǎn)換為顯示運算處理部700的靜止的坐標(biāo)系即x0-y0坐標(biāo)系的反饋位置坐標(biāo)信號82x’、82y’(s2)。

控制運算處理部94求出x0-y0坐標(biāo)系的反饋位置坐標(biāo)信號82x’、82y’與目標(biāo)位置坐標(biāo)信號80x、80y的差分(s3)。所求出的差分的信號為x0-y0坐標(biāo)系，因此通過加上旋轉(zhuǎn)角度θa而轉(zhuǎn)換為xa-ya坐標(biāo)系，并得到目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度信號84a、84b(s4)。目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度信號84a、84b被向驅(qū)動電路部350輸出。

通過進行該信號處理，控制運算處理部94進行如下所述的控制：即便轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550被保持為不同的旋轉(zhuǎn)角度θa，也能夠使用相對于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550的基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)角度即0度而靜止的坐標(biāo)系即x0-y0坐標(biāo)系，來驅(qū)動設(shè)于致動器的可動單元180的操作部850。

由此，例如，在顯示運算處理部700所示的目標(biāo)方向為鉛垂方向或水平方向的情況下，無論轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550處于哪一旋轉(zhuǎn)角度，通過在顯示運算處理部700所示的方向上對致動器165的操作部進行操作，都能夠進行準(zhǔn)確的輸入。另外，無論轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550處于哪一旋轉(zhuǎn)角度，都能夠沿顯示運算處理部700所示的目標(biāo)方向驅(qū)動致動器165的操作部。

此外，如圖24所示，也可以在操作部850和上部可動部150的周圍將環(huán)狀的開關(guān)部960設(shè)于固定單元的防脫落構(gòu)件201的上部。由此，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550無論在哪一旋轉(zhuǎn)位置處都沒有方向依賴性地能夠進行確定或選擇的開關(guān)操作。

需要說明的是，雖然說明了將致動器165的操作方向恒定保持為與水平方向x0和鉛垂方向y0平行的情況，但當(dāng)然能夠恒定保持為所指定的某一恒定的角度。

這樣，在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)550旋轉(zhuǎn)了的狀態(tài)下，輸入輸出操作裝置750的致動器165的操作方向也被恒定保持為x0y0絕對坐標(biāo)即水平方向和鉛垂方向，操作的判斷識別極為簡化。其結(jié)果是，尤其是在使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)的行駛中的情況下，能夠抑制駕駛員的視線移動，此外能夠進行基于觸覺力感的盲操作以及無方向依賴性的確定、選擇的開關(guān)操作，由此來實現(xiàn)hmi的安全放心。

(第二實施方式)

對輸入輸出操作裝置的第二實施方式進行說明。如圖25所示，本實施方式的輸入輸出操作裝置750具備致動器165和旋轉(zhuǎn)操作桿780。如圖25、圖26a、圖26b所示，旋轉(zhuǎn)操作桿780構(gòu)成為在包括x0軸和y0軸的平面內(nèi)繞z0軸中心進行旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)操作桿780包括將致動器165搭載于z0軸上的旋轉(zhuǎn)桿部781和固定或旋轉(zhuǎn)支承于旋轉(zhuǎn)桿部781的端部的操作部782。旋轉(zhuǎn)操作桿780是以旋轉(zhuǎn)軸為中心而旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體的另一例。

例如，操作者在用右手握住操作部782而繞z0軸中心進行旋轉(zhuǎn)的同時用左手對致動器165的操作部850進行操作。

如圖27a～圖27e所示，在旋轉(zhuǎn)操作桿780的旋轉(zhuǎn)角度處于中立的位置(0度)的情況下，設(shè)于旋轉(zhuǎn)操作桿780的致動器165的直線14以及直線13與對于操作設(shè)有旋轉(zhuǎn)操作桿780的車輛的操作者而言的x0軸以及y0軸一致。因此，上述的顯示運算處理部700的坐標(biāo)與致動器165的坐標(biāo)一致，如參照圖16、圖17而說明的那樣，能夠設(shè)定目標(biāo)位置并進行反饋控制。換句話說，在設(shè)有旋轉(zhuǎn)操作桿780的車輛中靜止的顯示運算處理部700的坐標(biāo)系中的目標(biāo)位置或目標(biāo)方向與致動器165的坐標(biāo)中的目標(biāo)位置或目標(biāo)方向一致。

如圖27b以及圖27c所示，對設(shè)于致動器165的可動單元180的操作部850進行的鉛垂方向上的朝上71以及朝下72的操作與顯示運算處理部700的坐標(biāo)中的y軸方向上的朝上以及朝下一致。同樣，如圖27d以及圖27e所示，對設(shè)于致動器165的可動單元180的操作部850進行的朝右73以及朝左74的操作與顯示運算處理部700的坐標(biāo)中的x軸方向上的朝右以及朝左一致。

如圖28a所示，旋轉(zhuǎn)操作桿780在繞z0軸中心旋轉(zhuǎn)了角度θb時，致動器165的直線14以及直線13與x0軸以及y0軸不一致。

如圖28b～圖28e所示，致動器165的鉛垂方向上的朝上以及朝下的操作和水平方向上的朝右以及朝左的操作57、58與設(shè)有旋轉(zhuǎn)操作桿780的車輛的x0軸以及y0軸不同。

因此，如圖27a～圖27e所示，在以將旋轉(zhuǎn)操作桿780的旋轉(zhuǎn)角度為0度時作為基準(zhǔn)使致動器165的操作部850沿直線14、直線13的方向移動的方式，將操作方向71、72、操作方向73、74確定為顯示運算處理部700的坐標(biāo)系中的目標(biāo)方向的情況下，要求操作者在與顯示運算處理部700所顯示的水平方向、鉛垂方向不同的方向上進行操作。

在第二實施方式中，為了消除上述那樣的不一致，根據(jù)旋轉(zhuǎn)操作桿780的旋轉(zhuǎn)角而轉(zhuǎn)換致動器165中的坐標(biāo)，使坐標(biāo)與靜止的坐標(biāo)系即顯示運算處理部700的坐標(biāo)一致。

例如，如圖28b～圖28e所示，在顯示運算處理部700的坐標(biāo)中沿x0軸以及y0軸驅(qū)動致動器165的操作部850的情況下，若在致動器165的坐標(biāo)中以分別減去θb后的角度驅(qū)動操作部850(操作方向41～44)，則與顯示運算處理部700的坐標(biāo)系一致，換句話說對于操作設(shè)有旋轉(zhuǎn)操作桿780的車輛的操作者而言與x0軸以及y0軸一致。反之，在將致動器165的坐標(biāo)(xa-ya坐標(biāo)系)轉(zhuǎn)換為顯示運算處理部700的坐標(biāo)(x0-y0坐標(biāo)系)時，向θ0加上θb即可。

例如，如圖29b～圖29e所示，在顯示運算處理部700的坐標(biāo)中沿x0軸以及y0軸驅(qū)動致動器165的操作部850的情況下，若在致動器165的坐標(biāo)中以分別加上θb后的角度驅(qū)動操作部850(操作方向61～64)，則與顯示運算處理部700的坐標(biāo)系一致，換句話說對于操作設(shè)有旋轉(zhuǎn)操作桿780的車輛的操作者而言與x0軸以及y0軸一致。在將致動器165的坐標(biāo)(xa-ya坐標(biāo)系)轉(zhuǎn)換為顯示運算處理部700的坐標(biāo)(x0-y0坐標(biāo)系)時，從θ0減去θb。

如圖17所示，這些坐標(biāo)轉(zhuǎn)換通過如下方式來實現(xiàn)：控制運算處理部94從旋轉(zhuǎn)操作桿780的旋轉(zhuǎn)軸等所設(shè)置的旋轉(zhuǎn)傳感器等接受關(guān)于旋轉(zhuǎn)操作桿780的旋轉(zhuǎn)角度θb的信號83，并對可動單元180的旋轉(zhuǎn)角度信號89x、89y以及目標(biāo)位置坐標(biāo)信號80x、80y分別進行上述的運算。具體地說，由控制運算處理部進行在第一實施方式中參照圖21b說明過的運算。換句話說，控制運算處理部94進行如下控制：即便旋轉(zhuǎn)操作桿780被保持為不同的旋轉(zhuǎn)角度θb，也能夠使用相對于旋轉(zhuǎn)操作桿780的基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)角度即0度而靜止的坐標(biāo)系即x0-y0坐標(biāo)系，來驅(qū)動設(shè)于致動器的可動單元180的操作部850。

由此，例如，在顯示運算處理部700所示的目標(biāo)方向為鉛垂方向、水平方向的情況下，無論旋轉(zhuǎn)操作桿780處于哪一旋轉(zhuǎn)角度，通過在顯示運算處理部700所示的方向上對致動器165的操作部850進行操作，都能夠進行準(zhǔn)確的輸入。另外，無論旋轉(zhuǎn)操作桿780處于哪一旋轉(zhuǎn)角度，都能夠沿顯示運算處理部700所示的目標(biāo)方向驅(qū)動致動器165的操作部850。

需要說明的是，雖然對將旋轉(zhuǎn)操作桿780的操作方向恒定保持為與x0軸和y0軸平行的情況進行了說明，但當(dāng)然能夠恒定保持為所指定的某一恒定的角度。

這樣，在旋轉(zhuǎn)操作桿780旋轉(zhuǎn)了的狀態(tài)下，輸入輸出操作裝置750的致動器165的操作方向被恒定保持為x0y0絕對坐標(biāo)的方向，操作的判斷識別極為簡化。其結(jié)果是，尤其是在用右手使旋轉(zhuǎn)操作桿780旋轉(zhuǎn)的行駛中的情況下，能夠用左手平行地進行其他的操作，從而能夠抑制駕駛的視線移動，此外能夠?qū)崿F(xiàn)基于觸覺力感的盲操作以及無方向依賴性的確定、選擇的開關(guān)操作，由此實現(xiàn)hmi的安全放心。

工業(yè)實用性

本申請所公開的輸入輸出操作裝置適合用作在各種領(lǐng)域中使用的人機界面(nmi)，例如，適合用作機動車中的導(dǎo)航、空調(diào)、音響、收音機等的操作用的輸入輸出操作裝置。

附圖標(biāo)記說明：

10z軸；

11、12旋轉(zhuǎn)軸；

13、14直線；

20、21、22旋轉(zhuǎn)方向；

94控制運算處理部；

70球心；

850操作部；

180可動單元；

102w開口部；

102r凸?fàn)钋蛎妫?/p>

165致動器；

200基座；

200a凹狀球面；

200p、200t開口部；

201防脫落構(gòu)件；

201a防脫落限制面；

203、204磁軛；

301、302、303驅(qū)動線圈；

350驅(qū)動電路部；

360檢測電路部；

401、402驅(qū)動磁鐵；

406傾斜角檢測用磁鐵；

501a、501b、503a、503b磁傳感器；

508偏磁用磁鐵；

550轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；

551盤圈；

552盤轂；

553旋轉(zhuǎn)軸；

600螺旋彈簧；

650連結(jié)棒；

670磁背軛；

700顯示運算處理部；

750轉(zhuǎn)向系統(tǒng)輸入輸出操作裝置；

780旋轉(zhuǎn)操作桿；

781旋轉(zhuǎn)桿；

782操作部。