操作装置、操作系统及流体制动器

技术领域

本发明涉及一种用于转动操作的操作装置、使用了这种操作装置的操作系统以及用于这种操作装置的流体制动器。

背景技术

在计算机等电子设备的操作中，使用作为指示设备发挥功能的鼠标。关于鼠标，在市场上，具备接收转动操作的鼠标滚轮的滚轮鼠标成为主流。另外，滚轮鼠标等操作装置不限于商业用途，还用于操作体感型游戏的操作装置等各种领域，今后也期待各种应用。作为滚轮鼠标，例如在专利文献1中公开了使鼠标滚轮(滚子)的操作产生点击感(段落感)的鼠标装置。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2008－171375号公报

本发明要解决的课题

但是，如体感型游戏等领域那样，随着所应用的领域的扩大，要求产生更深的沉浸感等新的操作感觉的操作装置。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而完成的，其主要目的在于提供一种产生新的操作感觉的操作装置。

另外，本发明的另一目的在于提供一种具有这样的操作装置的操作系统。

另外，本发明的又一目的在于提供一种用于这种操作装置的流体制动器。

为了解决上述课题，本申请公开的操作装置是具备接收转动操作的转动操作部的操作装置，其特征在于，具备：流体制动器，其利用磁流变流体对所述转动操作部的转动产生负荷；以及控制部，其利用磁场控制所述流体制动器的磁流变流体的粘性。

另外，在所述操作装置中，其特征在于，具备转动轴，该转动轴安装于所述转动操作部，伴随所述转动操作部的转动而沿周向转动，所述流体制动器轴支承所述转动轴使其可转动，并通过利用磁流变流体对所述转动轴的转动产生负荷，由此经由所述转动轴对所述转动操作部的转动产生负荷。

另外，在所述操作装置中，其特征在于，所述流体制动器具备收纳体，该收纳体收纳可转动的所述转动轴的一部分，并且收纳所述磁流变流体，所述转动轴的一端侧从所述收纳体突出而安装于所述转动操作部，另一端侧收纳在所述收纳体内。

另外，在所述操作装置中，其特征在于，是滚轮鼠标，所述转动操作部是鼠标滚轮。

另外，在所述操作装置中，其特征在于，具备检测部，该检测部对所述转动操作部检测向与转动的轴正交的方向的操作。

进而，本申请公开的操作系统，其特征在于，具备：所述操作装置；以及主体装置，其基于转动操作部接收的转动操作使图像显示在显示部上。

另外，在所述操作系统中，其特征在于，还具备记录部，该记录部记录多个表示控制所述流体制动器的磁流变流体的粘性的磁场模式的磁场信息，所述控制部基于记录在所述记录部中的磁场信息，产生磁场。

另外，在所述操作系统中，其特征在于，在所述主体装置显示包含基于所述转动操作部接收的转动操作而动作的动作体的动作环境的图像的情况下，所述控制部基于表示与在显示部上显示的动作体的动作环境对应的磁场模式的磁场信息，产生磁场。

进而，本申请记载的流体制动器，其特征在于，用于所述操作装置。

发明效果

本发明的操作装置等具有能够通过流体制动器产生新的操作感觉等优异的效果。

附图说明

图1是表示本申请公开的操作系统的外观的一例的概略立体图。

图2是表示本申请公开的操作装置的内部结构的一例的概略透视立体图。

图3是表示本申请公开的操作装置的内部结构的一例的概略正面图。

图4是表示本申请公开的操作装置的内部结构的一例的概略立体图。

图5是示意性地表示本申请公开的操作装置所具备的负荷部的流体制动器的内部结构的一例的概略剖面图。

图6是表示本申请公开的操作装置所具备的负荷部的流体制动器的内部结构的一例的概略剖面分解立体图。

图7是示意性地表示本申请公开的操作装置所具备的负荷部的流体制动器中使用的磁流变流体的特性的说明图。

图8是示意性地表示本申请公开的操作装置所具备的负荷部的流体制动器中使用的磁流变流体的特性的说明图.

图9是表示本申请公开的操作装置所具备的负荷部的流体制动器中使用的磁流变流体的特性的曲线图。

图10是表示本申请公开的操作系统OS的结构的一例的块图。

图11是示意性地表示本申请公开的操作装置所具备的负荷部的流体制动器的内部结构的一例的概略说明图。

图12是表示本申请公开的操作装置所具备的流体制动器的内部结构的一例的概略剖面分解立体图。

图13是示意性地表示本申请公开的操作装置所具备的负荷部的流体制动器的内部结构的一例的概略说明图。

图14是表示本申请公开的操作装置所具备的流体制动器的内部结构的一例的概略剖面分解立体图。

附图标记说明

OS：操作系统

1：操作装置

11：按下操作部

12：转动操作部

120：角度检测部

121：按压部件

122：中央检测部(检测部)

123：转动输入电路

13：转动轴

14：负荷部

140：流体制动器

140a：MR流体(磁流变流体)

140f：磁场产生部

141：磁场控制部

15：按下检测部

16：控制板(控制部)

160：中央控制部

161：演示控制部

162：演示记录部(记录部)

163：操作连接部

2：主体装置

3：显示装置

30：显示部

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

(应用例)

本申请公开的操作系统适用于在个人计算机上连接了操作装置的系统、在家庭用游戏机上连接了操作装置的系统、产业用机器人系统等系统。而且，操作系统用于游戏、驾驶模拟器、机器人的操作。以下，参照附图，以附图中记载的本申请公开的操作系统OS为例进行说明。

(系统结构例)

图1是表示本申请公开的操作系统OS的外观的一例的概略立体图。图1例示的操作系统OS表示使用了操作装置1、主体装置2以及显示装置3的结构例。操作装置1是接收操作者的操作的滚轮鼠标。操作者能够对操作装置1进行按下操作、转动操作等操作。主体装置2是连接有操作装置1的个人计算机、家庭用游戏机等装置，执行游戏程序、商务程序、驾驶模拟器程序等计算机程序。显示装置3是与主体装置2连接的监视器，具备显示图像的显示部30。

操作装置1具备：壳体10；接收操作者的按下操作的鼠标按钮等按下操作部11；接收操作者的转动操作的鼠标滚轮等转动操作部12。转动操作部12不仅接收转动操作，还接收按下操作(所谓点击)。转动操作部12除了操作者用于操作而接触的部位以外，收纳在壳体10内。

(操作装置结构例)

图2是表示本申请公开的操作装置1的内部结构的一例的概略透视立体图。图3是表示本申请公开的操作装置1的内部结构的一例的概略正面图。

图4是表示本申请公开的操作装置1的内部结构的一例的概略立体图。图2表示为透过操作装置1的壳体10，可目视确认壳体10与内部结构的主要部分的位置关系。图3及图4表示为拆下操作装置1的壳体10，可目视确认内部结构的主要部分。

在壳体10内收纳有：转动操作部12、转动轴13、负荷部14、按下检测部15、控制板(控制部)16等各种结构。

在转动操作部12的转动中心，以贯通的状态安装有转动轴13。转动轴13随着转动操作部12的转动而沿周向转动。在贯通转动操作部12的转动轴13的一端侧安装有角度检测部120，该角度检测部120作为检测转动轴13的转动角度并对检测出的转动角度进行编码的编码器。在转动轴13的另一端侧安装有按压部件121和负荷部14，在按压部件121的下方配置有使用了触觉开关的中央检测部(检测部)122。按压部件121是按压配置在下方的中央检测部122的部件，以覆盖呈大致圆筒状的负荷部14的下部的方式由弧状的薄板形成。

负荷部14呈大致圆筒状的外形，具备流体制动器140等的结构。流体制动器140是通过磁流变流体(以下称为MR流体)140a的粘性对转动轴13的转动产生负荷的机构。关于流体制动器140的详细情况将在后面叙述。

转动操作部12从操作者接收以转动轴13为转动中心的转动操作和从与转动轴13正交的上方向下方的按下操作。在转动操作部12受到按下操作的情况下，转动操作部12、转动轴13、角度检测部120、按压部件121以及负荷部14一体地向下方移动，由按压部件121的下表面按压中央检测部122。图3表示转动操作部12受到按下操作而向下方移动，由按压部件121的下表面按压中央检测部122的状态。在转动操作部12从按下被释放的情况下，转动操作部12、转动轴13、角度检测部120、按压部件121以及负荷部14恢复到原来的位置。

按下检测部15是配置在转动操作部12的两侧的微动开关，检测按下操作部11的按下操作、所谓点击操作。另外，在以下的说明中，根据需要，将检测与所谓左点击对应的按下操作部11的按下操作的按下检测部15表示为左检测部150，将检测与所谓右点击对应的按下操作部11的按下操作的按下检测部15表示为右检测部151。

控制板16将集成电路、电子元件等芯片搭载于基板上而构成，控制流体制动器140等的各种结构。

对流体制动器140进一步说明。图5是示意性地表示本申请公开的操作装置所具备的负荷部14的流体制动器140的内部构造的一例的概略剖面图。图6是表示本申请公开的操作装置所具备的负荷部14的流体制动器140的内部结构的一例的概略剖面分解立体图。负荷部14的流体制动器140具备呈大致有底圆筒状的收纳体140b，以通过收纳体140b的一个底面的中心的方式插通有转动轴13。在以下的说明中，为了方便，将图5及图6的上侧作为上，将下侧作为下进行说明。另外，上下方向是为了便于说明的称呼，并不限定安装方向。收纳体140b具备：上底侧开放的大致有底圆筒状的容器140b1；和堵塞容器140b1的开放的开口的大致圆板状的盖部140b2。转动轴13的一部分可转动地收纳于收纳体140b内，转动轴13的一端侧从收纳体140b的盖部140b2的中心突出，并安装于转动操作部12上。在插通有转动轴13的盖部140b2的中心附近配置有滚柱轴承等第一轴承部140c，使转动轴13转动自如地支承。转动轴13的另一端侧可转动地轴支承在安装于收纳体140b的下底侧的内表面上的滑动轴承等第二轴承部140d上，并收纳于收纳体140b内。在转动轴13上形成有向径向伸出的大致圆板状的圆盘部130，圆盘部130被收纳于收纳体140b内。与圆盘部130一起转动的圆筒状的转子131通过螺纹固定、粘接等方法安装在圆盘部130的下表面、或者与圆盘部130一体成形。

在收纳体140b的内部，以使MR流体140a与转动轴13的圆盘部130、转子131等部件接触的方式、形成有封入了MR流体140a的流体室140e。由于形成在流体室140e中的MR流体140a与转动轴13的圆盘部130及转子131接触，因此MR流体140a的粘性成为妨碍转动轴13转动的负荷。在转子131的下方，以卷绕在转动轴13的周围的方式配置有产生用于控制MR流体140a的粘度的磁场的线圈等磁场产生部140f。而且，在收纳体140b的内部，为了利用由磁场产生部140f产生的磁场有效地控制MR流体140a的粘度，而配置有磁轭140g。

使用图5和图6说明的流体制动器140将收纳体140b构成为容器140b1和盖部140b2，通过使转动轴13仅在盖部140b2侧贯通，能够将滚柱轴承仅构成为第一轴承部140c。由此，本申请公开的操作装置所具备的流体制动器140能够削减部件数量。进而，本申请公开的操作装置所具备的流体制动器140，通过构成为在容器140b1的下底侧的内底面设置凹凸而使转动轴13转动自如地被支承的结构，从而能够排除第二轴承部140d，进而削减部件数量。

进一步说明MR流。图7及图8是示意性地表示在本申请公开的操作装置1所具备的负荷部14的流体制动器140中使用的MR流体140a(磁流变流体)的特性的说明图。图7概念性地表示未受到磁场的影响的状态的MR流体140a，图8概念性地表示产生了磁场的状态的MR流体140a。MR流体140a是在水、油等液体中分散了直径1～10μm的强磁性体的微粒的功能性流体。如图7所示，在未受到磁场影响的状态下，微粒均匀地分散在液体中。如图8所示，当受到磁场的影响时，强磁性体的微粒被磁化并相互吸引而形成团簇，因此液体的粘度变高。团簇的形成程度可以通过磁场进行控制，因此可以通过控制磁场来调整粘度。

图9是表示本申请公开的操作装置1所具备的负荷部14的流体制动器140中使用的MR流体140a(磁流变流体)的特性的曲线图。图9以磁场强度为横轴，取MR流体140a的粘度而表示其关系。如图9所示，由于磁场与粘度以1对1相互对应，所以通过控制磁场，可以调整粘度。

(控制系统构成例)

接着，对本申请公开的操作系统OS的控制系统进行说明。图10是表示本申请公开的操作系统OS的结构的一例的块图。操作装置1所具备的控制板16是搭载有中央控制部160、演示控制部161、演示记录部(记录部)162等各种集成电路的控制部。中央控制部160是控制装置整体的CPU(Central Processing Unit)等的处理器，通过信号线与搭载于控制板16上的各种电路、转动操作部12等各种机构连接。演示控制部161是通过控制施加给流体制动器140的磁场来控制相对于转动操作部12的转动的负荷的集成电路。演示控制部161基于记录在演示记录部162中的各种信息，通过控制转动操作部12，例如能够进行使操作者感觉到在各种道路上行驶的感觉的演示。演示记录部162是将表示演示模式的演示信息与识别演示模式的识别信息相对应而进行记录的存储器，该演示模式表示用于演示的控制方法。演示模式例如在应用于赛车游戏的情况下，是用于进行模拟了从结冰而成为冰烧的路面、污泥状态的路面、未铺装且凹凸严重的路面等各种路面受到的转向的负荷的演示的信息。在演示模式中包含表示用于控制流体制动器140的磁场模式的磁场信息。

按下操作部11具备检测按下操作的左检测部150及右检测部151等的输入用的各种结构。进而，按下操作部11具备按下输入电路152，该按下输入电路152对由左检测部150及右检测部151检测出的按下操作进行编码，并作为输入信号输出给中央控制部160。

转动操作部12具备：检测转动角度的角度检测部120、检测按下操作的中央检测部122等输入用的各种结构。进而，转动操作部12具备转动输入电路123，该转动输入电路123对角度检测部120检测出的转动角度及中央检测部122检测出的按下操作进行编码，并作为输入信号输出给中央控制部160。

负荷部14具备：流体制动器140、磁场控制部141等各种结构。磁场控制部141是从演示控制部161接收磁场控制信号，并基于接收到的磁场控制信号控制磁场产生部140f施加给MR流体140a的磁场的驱动器。通过控制施加给MR流体140a的磁场，控制MR流体140a的粘性，从而控制相对于转动操作部12的转动的负荷。

进而，操作装置1具备操作连接部163作为通过通信线与主体装置2连接的接口。

主体装置2具备：主体控制部20、主体记录部21、主体连接部22、显示控制部23等各种结构。主体控制部20是控制主体装置2整体的CPU等处理器。主体记录部21是记录各种信息的非易失性存储器、易失性存储器等电路。在主体记录部21中记录有游戏程序等各种程序及数据。主体连接部22是连接鼠标及键盘等输入用装置的输入用接口，在本申请中，表示了连接了操作装置1作为输入用装置的例子。另外，在连接了本申请公开的操作装置1作为输入装置的情况下，主体连接部22还作为向操作装置1输出各种信号的输出接口发挥功能。显示控制部23是向显示装置3输出图像信号，并控制显示在显示装置3上的图像的接口。

显示装置3具备使用了显示图像的液晶面板、有机EL(Electro－Luminescence：电致发光)面板等面板的显示部30，基于从主体装置2输入的图像信号，在显示部30上显示图像。即，主体装置2使显示部30显示基于转动操作部12接收的转动操作而动作的动作体的图像以及包含动作体的动作环境的图像。显示在显示部30上的动作体例如是虚拟车辆，动作体的动作环境例如是虚拟车辆行驶的路面。例如，对于使鼠标滚轮从指根侧向指尖侧滚动的向第一方向旋转的操作，显示假想车辆向左侧转弯的图像，对于向与第一方向相反的第二方向旋转的操作，显示虚拟车辆向右侧转弯的图像。

对如上所述构成的本申请公开的操作系统OS所具备的各种装置的处理的一方式进行说明。主体装置2通过主体控制部20的控制，执行记录在主体记录部21中的游戏程序、驾驶模拟器程序等程序。在本申请中，对执行操作者使用操作装置1进行输入操作的驾驶游戏等程序的例子进行说明。

主体装置2通过主体控制部20的控制，执行驾驶游戏的程序，从显示控制部23向显示装置3输出图像信号。主体装置2通过输出图像信号，使显示装置3的显示部30显示作为动作体的虚拟车辆和作为虚拟车辆行驶的动作环境的路面。另外，主体装置2的主体控制部20将表示在显示部30显示的在路面上行驶的行驶信息从主体连接部22向操作装置1输出。

操作装置1的中央控制部160通过操作连接部163接收行驶信息的输入，将行驶信息传递给演示控制部161。演示控制部161将识别与接收的行驶信息对应的演示模式的识别信息传递给演示控制部161。演示控制部161从演示记录部162读取与接收到的识别信息对应记录的演示信息。然后，演示控制部161基于所读取的演示信息，将表示控制流体制动器140的粘性的磁场模式的磁场信息向负荷部14所具备的磁场控制部141输出。磁场控制部141基于磁场信息形成磁场，控制流体制动器140的粘性。

基于与虚拟车辆行驶的路面对应的演示模式控制流体制动器140。因此，操作者感觉到与显示在显示部30上的路面相对应的负荷。

操作者对转动操作部12的操作由角度检测部120及中央检测部122检测。角度检测部120及中央检测部122检测对转动操作部12的转动角度和按下操作。

中央控制部160经由转动输入电路123接收表示角度检测部120及中央检测部122检测出的操作的输入的操作信号。中央控制部160将接收的操作信号从操作连接部163输出给主体装置2。

主体装置2基于由主体连接部22接收的操作信号使游戏进行。

(流体制动器140的其他结构例)

接着，对流体制动器140的其他结构例进行说明。图11是示意地表示本申请公开的操作装置所具备的负荷部14的流体制动器140的内部结构的一例的概略说明图。图12是表示本申请公开的操作装置所具备的流体制动器140的内部结构的一例的概略剖面分解立体图。图11及图12所例示的流体制动器140具备：具有容器140b1及盖部140b2的收纳体140b、第一轴承部140c、流体室140e、磁场产生部140f、磁轭140g等结构，在流体室140e内封入有MR流体140a。在收纳体140b中收纳有具有圆盘部130和转子131的转动轴13。图11及图12所例示的流体制动器140是在收纳于收纳体140b内的转动轴13的另一端形成有圆盘部130而不具备第二轴承部140d的结构。

接着，对流体制动器140的又一结构例进行说明。图13是示意地表示本申请公开的操作装置所具备的负荷部14的流体制动器140的内部结构的一例的概略说明图。图14是表示本申请公开的操作装置所具备的流体制动器140的内部结构的一例的概略剖面分解立体图。图13及图14所例示的流体制动器140具备：收纳体140b、第一轴承部140c、第二轴承部140d、流体室140e、磁场产生部140f、磁轭140g等结构，在流体室140e内封入有MR流体140a。收纳体140b具备：上下的底面开放的大致圆筒状的圆筒体140b3、堵塞圆筒体140b3的上侧的开口的圆板状的上底板140b4、堵塞圆筒体140b3的下侧的开口的大致圆板状的下底板140b5。在收纳体140b中收纳有具有圆盘部130和转子131的转动轴13。图13及图14所例示的流体制动器140构成为，在收纳体140b所具备的上底板140b4的中心配置滚柱轴承等第一轴承部140c，并使转动轴13的一端贯通，在下底板140b5的中心配置滚柱轴承等第二轴承部140d，并使转动轴13的另一端贯通。

如图11和图12以及图13和图14例示所说明的那样，本申请公开的操作装置所具备的负荷部14的流体制动器140可以以各种结构安装。

如上所述，本申请公开的操作系统OS通过流体制动器140对针对转动操作部12的转动操作产生负荷。由此，本申请公开的操作系统OS例如与赛车游戏等游戏连动地产生负荷，对操作者产生更深的沉浸感等新的操作感觉。基于流体制动器140的负荷是被动负荷，产生与通过电动机的驱动而产生的主动负荷不同的新的感觉的负荷。由此，本申请公开的操作系统OS能够使操作者产生沉浸感更深的操作感觉。而且，本申请公开的操作系统OS在形成为与显示在显示部30上的图像连动的情况下，包括视觉效果在内，起到能够进一步加深沉浸感等优异的效果。

本发明不限于以上说明的各个实施方式，能够以其他各种方式实施。因此，上述的实施方式在所有方面只不过是例示，不能限定性地解释。本发明的技术范围通过请求的范围来说明，不受说明书正文的任何限制。进而，属于请求的范围的均等范围的变形及变更全部在本发明的范围内。

例如，在上述实施方式中，表示了作为在家庭用游戏机、个人计算机等主体装置2上组合了操作装置1的操作系统OS来实现的方式，但本发明不限于此，可以展开为各种方式。例如，本申请公开的操作系统OS也可以作为使操作装置1、主体装置2以及显示装置3一体化的各种产业机械等的系统来实现。

进而，例如，在上述实施方式中，表示了负荷部14经由转动轴13使转动操作部12产生负荷的方式，但本发明不限于此，也可以展开为对转动操作部12的转动直接产生负荷的方式等各种方式。

进而，例如，在上述实施方式中，表示了显示虚拟车辆作为动作体的图像，显示路面作为表示动作体的动作环境的图像的方式，但本发明不限于此，能够展开为各种方式。例如，作为基于转动操作而动作的动作体，能够例示：轨道车、飞机、宇宙飞船、船舶、潜艇、地下探索机等动作体。另外，例如，作为表示动作体的动作环境的图像，能够例示：轨道、空中、宇宙、水面、水中、地下、其他虚拟空间。