JP6834101B2 - 非接触型操作検出装置 - Google Patents

Description

本発明は非接触型操作検出装置に関するものである。

車両には、カーナビ等の操作部として回転操作、傾斜操作及び押圧操作といった複数の操作の検出が可能な操作検出装置が設けられるようになっている。
そして、特許文献１には、操作部による回転方向、傾斜方向及び押圧方向への操作状態を検出することができる非接触型操作検出装置が開示されており、その操作状態を検出するために、複数の磁気センサと複数の磁石が用いられている。

特開２０１０−３２２３４号公報

しかしながら、複数の磁気センサと複数の磁石を用いる構成の場合、部品点数が多くなるため、部品コストが高くなるとともに、組み立て時の手間も増えるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、磁気センサ及び磁石の数を削減した複数の操作の検出が可能な非接触型操作検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために以下の構成によって把握される。
（１）本発明の非接触型操作検出装置は、回転方向及び傾斜方向に操作可能な操作軸と、前記操作軸の一端側に設けられ、前記操作軸の操作を行う操作部と、前記操作軸の他端側に設けられた磁石と、前記磁石の磁力による磁束密度に応じた出力値を出力し、前記磁石と離間して設けられた３軸検出型の磁気センサと、を備え、前記操作軸は、前記操作部が操作中立位置に位置するときに、前記磁石の磁化方向が前記磁気センサに対して傾斜するように、前記磁石の取り付けが可能な磁石固定部を備えている。

（２）上記（１）の構成において、前記磁石は、前記操作部が操作中立位置に位置するときに、前記磁石の中心を通る前記磁化方向に沿った磁石中心軸が前記磁気センサの中心を通るように、前記磁石固定部に取り付けられている。

（３）上記（２）の構成において、前記操作軸の前記回転方向への回転中心を通る前記操作軸に沿った軸を基準軸とすると、前記操作部が操作中立位置に位置するときに、前記磁気センサの３軸のうちの１つである第１軸が前記基準軸とほぼ重なるように、前記磁気センサが配置されており、前記磁石は、前記操作部が操作中立位置に位置するときに、前記磁石中心軸が前記基準軸及び前記第１軸に対して所定の角度δで傾斜するように、前記磁石固定部に取り付けられている。

（４）上記（３）の構成において、前記磁石の外形は円形状であり、前記磁気センサの前記第１軸が前記磁石に交わる第１交点から前記磁気センサのセンサ部までの距離を第１距離Ｈ１としたときに、前記磁石中心軸の前記磁気センサ側の前記磁石の面に交わる第２交点から前記第１交点までの第２距離Ｈ２がＨ１×ｓｉｎδであり、前記磁石が前記第２距離Ｈ２以上の半径を有している。

本発明によれば、磁気センサ及び磁石の数を削減した複数の操作の検出が可能な非接触型操作検出装置を提供することができる。

本発明に係る第１実施形態の非接触型操作検出装置の断面図である。 本発明に係る第１実施形態の磁気センサを基準とした座標軸等の定義を説明する図である。 本発明に係る第１実施形態の操作軸の操作状態を検出するための手順を示したフローチャートである。 図１に示す磁気センサと磁石との位置関係を模式的に示すとともに３軸検出型の磁気センサの座標軸（第１軸（Ｚ軸）と第２軸（Ｘ軸））を加えた図である。 本発明に係る第１実施形態の操作軸をホームポジションの状態から磁気センサの第３軸（Ｙ軸）側に傾斜させた場合を示す図である。 本発明に係る第１実施形態の操作軸を押圧方向に操作したときの磁束密度の変化を示すグラフである。 本発明に係る第１実施形態の操作軸を回転方向に操作したときの磁束密度から回転量を求めた結果を示すグラフである。 本発明に係る第１実施形態の操作軸をホームポジションの状態から傾斜方向に操作したときの磁束密度から傾斜方向を求めた結果を示すグラフである。 本発明に係る第１実施形態の操作軸をホームポジションでない状態（ホームポジションから回転方向に４５度回転させられた状態）から傾斜方向に操作したときの磁束密度から傾斜方向を求めた結果を示すグラフである。 図８で示した傾斜方向への操作を行ったときの磁束密度から傾斜量を求めた結果を示すグラフである。 図９で示した傾斜方向への操作を行ったときの磁束密度から傾斜量を求めた結果を示すグラフである。 本発明に係る第２実施形態の操作軸の操作状態を検出するための手順を示したフローチャートである。 本発明に係る第２実施形態の磁石が操作前の状態から操作軸の押圧方向への移動に伴って磁気センサ側に移動した状態を示した図である。 磁石及び磁気センサの望ましい設置状態等を説明するための模式図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」と称する）について詳細に説明する。
なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。

（第１実施形態）
図１は本発明に係る第１実施形態の非接触型操作検出装置１の断面図である。
なお、図１は、ユーザが操作部１２を操作していないときに、操作部１２が位置する操作中立位置に、操作部１２が位置している状態を示している。
図１に示すように、非接触型操作検出装置１は、操作部材１０と、操作部材１０を受ける傾動部材２０と、傾動部材２０を傾動可能に受けるベース部材３０と、を備えている。

（操作部材１０）
操作部材１０は、操作軸１１と、操作軸１１の一端側（図１の上側）に取り付けられるようにして設けられた操作部１２と、を備えており、傾動部材２０に対して押圧方向（図１の下側）及び回転方向に操作可能に設けられている。
したがって、ユーザが操作部１２を回転方向及び押圧方向に操作すると、その操作部１２の操作によって、操作軸１１が押圧方向及び回転方向に操作される。
なお、本実施形態では、操作軸１１の一端側に操作部１２を取り付けるようにしているが、操作部１２は、操作軸１１の一端側に設けられるように一体成形されていてもよい。

また、操作軸１１の他端側には、磁石４０を固定する磁石固定部１１Ａが形成されており、その磁石固定部１１Ａには磁石４０が固定されている。
具体的には、操作軸１１の回転方向への回転中心を通る操作軸１１に沿った軸を基準軸（Ｐ軸参照）とすると、磁石固定部１１Ａは、磁石４０の磁化方向（Ｍ軸参照）が基準軸（Ｐ軸参照）に対して傾斜するように、磁石４０が固定できるようになっている。
したがって、磁石４０は、磁化方向が基準軸（Ｐ軸参照）に対して傾斜するように、操作軸１１の他端側に設けられている。

（傾動部材２０）
傾動部材２０は、他端側（図１の下側）に配置される傾動部２１と、一端側に設けられた操作部材受部２２と、を備えている。
傾動部２１は、後述するベース部材３０の傾動受部３２に対向する面が、ベース部材３０の傾動受部３２の半球面状の外形に応じた曲面に形成された半ドーム状の摺動部２１Ａと、摺動部２１Ａの他端側の周縁部から外側に延在するように設けられたフランジ部２１Ｂと、を備えており、操作部１２の傾斜方向の操作に応じて、傾動部２１がベース部材３０の傾動受部３２に対して摺動することで、傾動部材２０が傾動できるようになっている。
したがって、ユーザが操作部１２を傾斜方向に操作すると、その操作部１２の操作によって、傾動部材２０とともに操作軸１１も傾斜方向に操作される。

なお、フランジ部２１Ｂのベース部材３０の傾動受部３２側の面には、周方向に複数の弾性部材２３（本例では、コイルばね）を受ける凹部２１ＢＢが形成されている。
そして、ベース部材３０の傾動受部３２とフランジ部２１Ｂとの間には、凹部２１ＢＢに一端側（図１の上側）の端部が挿入され、他端側（図１の下側）の端部がベース部材３０の傾動受部３２に当接するように配置された複数の弾性部材２３が設けられており、この弾性部材２３によって、傾動部材２０が所定の位置に位置するように付勢されている。
このため、ユーザが操作部１２を操作していないときには、この弾性部材２３の付勢力によって、図１に示す操作中立位置に、操作部１２が位置するようになっている。

また、操作部材受部２２には、中央に操作軸１１の他端側をベース部材３０側に通す開口部２２Ａが形成されているとともに、その開口部２２Ａの外周に弾性部材２４（本例ではコイルばね）を収容する弾性部材収容部２２Ｂが設けられている。
そして、弾性部材２４が、操作部材１０の操作部１２を一端側（図１の上側）に付勢するように、弾性部材収容部２２Ｂに配置されており、操作部材１０が常に一端側に付勢されている。
このため、ユーザが、操作部１２を押圧方向に押圧する操作を止めると、押圧前の位置に操作部材１０が戻るようになっている。

なお、操作部材１０が抜けるのを防止するために、弾性部材２４の他端側（図１の下側）を操作部材受部２２に係止するとともに、弾性部材２４一端側（図１の上側）を操作部１２に係止するようにしてもよい。
また、本実施形態では、傾動部材２０を傾動部２１と操作部材受部２２を一体形成したものを示しているが、傾動部材２０は、傾動部２１と操作部材受部２２を別体として、傾動部２１に操作部材受部２２を取り付けるようにしてもよい。

（ベース部材３０）
ベース部材３０は、最も他端側（図１の下側）に配置される基部３１と、基部３１上に配置され、基部３１に取り付けられた傾動受部３２と、傾動受部３２上に配置され、傾動受部３２に取り付けられた蓋部３３と、を備えている。

傾動受部３２は、中央に操作軸１１の他端側（図１の下側）を受け入れる開口部３２Ａが形成された傾動部材２０の摺動部２１Ａを受ける摺動受部３２Ｂと、摺動受部３２Ｂの周縁部から延在して基部３１に固定されるフランジ部３２Ｃと、を備えている。
なお、摺動受部３２Ｂは、外形が半球面状であるとともに、操作軸１１の他端側が傾動方向に傾動できる円柱状の内部空間３２Ｓを有するものになっている。

蓋部３３は、摺動受部３２Ｂ上に配置された傾動部材２０の傾動部２１がベース部材３０側から離れるのを規制する部材であり、中央に開口３３ａを有するとともに傾動部２１の摺動部２１Ａの外面を摺動可能にベース部材３０側に抑える押え部３３Ａと、押え部３３Ａの周縁部から他端側（図１の下側）に向かって延在する外壁部３３Ｂと、を備えており、外壁部３３Ｂが傾動受部３２のフランジ部３２Ｃ上に取り付けられるようになっている。
なお、外壁部３３Ｂは、傾動部材２０の傾動部２１の動きと干渉しない程度の内部空間３３Ｓを形成する内径を有する円筒状になっている。

そして、ベース部材３０の傾動受部３２のドーム状の摺動受部３２Ｂの内側の位置となるベース部材３０の基部３１上には、磁石４０の磁力による磁束密度に応じた出力値を出力する３軸検出型の磁気センサ４５（本例では、３軸検出型のホールＩＣ）が、磁石４０から離間して設けられている。
なお、本実施形態では、基部３１が回路基板である場合を示しているが、磁気センサ４５、後述する制御部４７及び記憶部４８を設ける部分だけを回路基板として、その回路基板が基部３１上に取り付けられている構成としてもよい。

具体的には、磁気センサ４５は、図１に示すように、操作部１２が操作中立位置に位置するときに、磁気センサ４５の中央Ｏが基準軸（Ｐ軸参照）上に位置するように配置されている。
なお、磁気センサ４５は、３軸のうちの１つの軸である第１軸が、磁気センサ４５の中央Ｏを通り、操作部１２が操作中立位置に位置するときの基準軸（Ｐ軸参照）に沿った軸となるように配置されており、本実施形態では、磁気センサ４５は、この第１軸（Ｐ軸参照）と操作部１２が操作中立位置に位置するときの基準軸（Ｐ軸参照）とがほぼ一致するように配置されている。

したがって、磁石４０は、磁気センサ４５の第１軸（Ｐ軸参照）に対して、磁石４０の中心を通る磁化方向（Ｍ軸参照）に沿った磁石中心軸（Ｍ軸参照）が、所定の角度δだけ傾斜するとともに、磁石中心軸（Ｍ軸参照）が磁気センサ４５の中央Ｏを通るように配置されている。
また、磁気センサ４５は、操作軸１１が傾斜方向に動くときの回動中心に磁気センサ４５の中央Ｏが位置するように基部３１上に配置されている。
なお、この所定の角度δを磁石４０の取り付け角度δと言う場合がある。

後ほど、具体的な方法については説明するが、非接触型操作検出装置１は、磁気センサ４５に電気的に接続された制御部４７（例えば、ＣＰＵ）を有しており、この制御部４７が、磁気センサ４５の磁石の磁力による磁束密度に応じた出力値に基づいて、ユーザが操作部１２を操作したときの操作軸１１の押圧方向、回転方向及び傾斜方向への操作状態を検出する演算を行うことになるが、そのためには、操作軸１１の押圧方向、回転方向及び傾斜方向への操作に伴って、磁気センサ４５で検出できる程度の磁束密度の変化が必要となる。
なお、本実施形態では、制御部４７は、磁気センサ４５と同様に、ベース部材３０の基部３１上に設けているが、制御部４７は、必ずしも、基部３１上に設けられる必要はなく、本実施形態では、制御部４７の演算結果等を記憶する記憶部４８（例えば、ＲＡＭ等）も基部３１上に設けているが、記憶部４８も、基部３１上に設けることに限定されるものではない。

ところで、一般的には、操作軸１１の傾斜方向の動きに応じた磁束密度の変化を検出するためには、磁石４０は、磁化方向（Ｍ軸参照）が磁気センサ４５の第１軸（Ｐ軸参照）に合わせるように配置されるが、そのように配置すると、操作軸１１を回転方向に操作したときに、磁束密度の変化がほとんどないため、回転方向の検出を行うことが難しい。
したがって、通常、この回転方向の検出を行うために、さらに、磁石と磁気センサを設けることになる。
なお、押圧方向に関しては、磁化方向（Ｍ軸参照）が磁気センサ４５の第１軸（Ｐ軸参照）に合わせるように、磁石４０が配置されていたとしても検出することが可能である。

逆に、操作軸１１の回転方向の動きに応じた磁束密度の変化を検出するためには、磁石４０は、磁化方向（Ｍ軸参照）が磁気センサ４５の第１軸（Ｐ軸参照）に直交するように配置されるが、そのように配置すると、操作軸１１を傾斜方向に操作したときに、磁束密度の変化がほとんどないため、傾斜方向の検出を行うことが難しい。
したがって、通常、この回転方向の検出を行うために、さらに、磁石と磁気センサを設けることになる。
なお、押圧方向に関しては、磁化方向（Ｍ軸参照）が磁気センサ４５の第１軸（Ｐ軸参照）に直交するように、磁石４０が配置されていたとしても検出することが可能である。

このため、従来は、操作軸１１の回転方向と傾斜方向の操作を検出する必要がある場合、少なくとも２つ以上の磁石と２つ以上の磁気センサが用いられてきた。

一方、本実施形態のように、磁気センサ４５の第１軸（Ｐ軸参照）に対して、磁化方向（Ｍ軸参照）が磁気センサ４５の第１軸（Ｐ軸参照）に傾斜するように、磁石４０を配置すると、操作軸１１が回転方向や傾斜方向に操作されても、磁束密度の変化が見られることに気づき、１つの磁石４０と１つの磁気センサ４５を用いて、回転方向及び傾斜方向の検出が行える非接触型操作検出装置１を実現するに至った。

なお、本実施形態のように、磁石４０を傾斜させて配置した場合でも、操作軸１１の押圧方向への検出が可能であり、したがって、本実施形態の非接触型操作検出装置１では、操作軸１１の押圧方向、回転方向及び傾斜方向への操作状態が検出できるものとなっている。

次に、磁気センサ４５の出力値に基づいて、操作軸１１の押圧方向、回転方向及び傾斜方向への操作状態を検出する方法について説明する。
まず、操作状態を検出する方法の説明を行うのに先立って、図２を参照して、簡単に座標軸等の定義について説明する。

図２は、磁気センサ４５を基準とした座標軸等の定義を説明する図である。
図２では、磁気センサ４５の中央Ｏを基準として、先に説明した操作部１２が操作中立位置に位置するときの基準軸（図１のＰ軸参照）に沿った３軸のうちの１つの軸である第１軸（図１のＰ軸参照）をＺ軸として示している。

そして、磁気センサ４５の中央Ｏを含むＺ軸に直交する平面を構成する２軸（磁気センサ４５の残る２軸）をＸ軸とＹ軸としている。
なお、言うまでもないが、Ｘ軸とＹ軸は互いに直交する軸であり、且つ、Ｘ軸及びＹ軸は、それぞれＺ軸にも直交している。

また、Ｘ−Ｚ平面は、図１の断面を表す軸となっており、操作部１２の回転方向への操作を行っていない状態（以下、ホームポジションとも言う）のときに、磁石４０の磁石中心軸（図１のＭ軸参照）を含む平面となっている。

ここで、図２では、磁気センサ４５の中央Ｏを原点とする、Ｘ軸方向の成分、Ｙ軸方向の成分及びＺ軸方向の成分がそれぞれ（ｆ_ｘ，ｆ_ｙ，ｆ_ｚ）あるベクトルＦを考えたときに、そのベクトルＦをＸ−Ｙ平面上に射影したＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の成分が（ｆ_ｘ，ｆ_ｙ，０）である射影ベクトルをベクトルＦ１として表している。
なお、以降の説明では、Ｘ軸方向の成分、Ｙ軸方向の成分及びＺ軸方向の成分を、単に、ＸＹＺ成分と記載する場合がある。

そして、ベクトルＦがＺ軸に対して成す偏角θをベクトルＦの極角θとし、ベクトルＦをＸ−Ｙ軸平面上に投射したベクトルＦ１がＸ軸に対して成す偏角ΦをベクトルＦの方位角Φとする。

なお、この極角θと方位角Φとの呼び方は、一般に極座標で表すときに用いられているものであり、Ｘ軸は、Ｚ軸に直交するＸ−Ｙ平面での偏角（方位角Φ）を求める基準となる軸になっており、本実施形態では、このＸ軸をＺ軸に直交し、操作部１２の回転方向への操作を行っていないホームポジションのときに、磁石４０の磁石中心軸（図１のＭ軸参照）を含む平面を構成する軸としている。

ここで、磁気センサ４５の中央Ｏ（以下、原点Ｏとも言う）、点（０，０，ｆ_ｚ）及び点（ｆ_ｘ，ｆ_ｙ，ｆ_ｚ）で規定される三角形は、直角三角形になっており、このことから極角θは式（１）で求めることができる。
なお、点（０，０，ｆ_ｚ）と点（ｆ_ｘ，ｆ_ｙ，ｆ_ｚ）を結ぶ直線の長さは、ベクトルＦ１のノルム｜Ｆ１｜＝√（ｆ_ｘ ^２＋ｆ_ｙ ^２）に等しい。

また、同様に、原点Ｏ、点（ｆｘ，０，０）及び点（ｆｘ，ｆｙ，０）で規定される三角形が直角三角形になっていることから、方位角Φは式（２）で求めることができる。

このように極角θ及び方位角Φが定義されることを踏まえたうえで、以下、具体的に、操作軸１１の操作状態を検出する方法の説明を行う。

図３は操作軸１１の操作状態を検出するための手順を示したフローチャートであり、このフローチャートの流れに従いながら操作軸１１の操作状態を検出する方法について説明する。
また、図４は、図１に示す磁気センサ４５と磁石４０との位置関係を模式的に示すとともに３軸検出型の磁気センサ４５の座標軸（第１軸（Ｚ軸）と第２軸（Ｘ軸））を加えた図である。

なお、以下で説明する処理は、磁気センサ４５に電気的に接続されている制御部４７が行う処理であり、制御部４７が処理を行う上で行った演算等の結果は、必要に応じて、記憶部４８（例えば、ＲＡＭ等）に記憶される。

制御部４７は、磁気センサ４５の出力値を監視しており、磁気センサ４５の出力値が変化すると、図３に示すフローチャートの処理が開始される。
フローチャートの処理が開始されると、制御部４７は、ステップ１０１の処理を実行する。

（ステップ１０１）
制御部４７は、ステップ１０１に進むと、磁石４０の磁力による磁束密度に応じた磁気センサ４５の出力値に基づく磁束密度ＢのＸＹＺ成分（Ｂ_Ｘ，Ｂ_Ｚ，Ｂ_Ｚ）のうちのＺ成分が閾値ｔｈＢ_Ｚ以上に変化したかを基準に、ユーザが操作部１２を操作することで操作軸１１を押圧方向に操作する操作を行ったか否かを判定する。

例えば、操作が行われていない状態での磁束密度Ｂ_０を（Ｂ_Ｘ０，Ｂ_Ｙ０，Ｂ_Ｚ０）とし、磁気センサ４５の出力値が変化したのちの磁束密度Ｂ_１を（Ｂ_Ｘ１，Ｂ_Ｙ１，Ｂ_Ｚ１）とすると、Ｚ成分の変化量ΔＢ_Ｚ（＝｜Ｂ_Ｚ０−Ｂ_Ｚ１｜）が所定の閾値ｔｈＢ_Ｚより大きいか否かに基づいて、変化量ΔＢ_Ｚ＞閾値ｔｈＢ_Ｚである場合（変化量ΔＢ_Ｚが閾値ｔｈＢ_Ｚより大きい場合）には、押圧方向の操作が行われたものとしてステップ１０２に進む。
一方、変化量ΔＢ_Ｚ＞閾値ｔｈＢ_Ｚでない場合（変化量ΔＢ_Ｚが閾値ｔｈＢ_Ｚより大きくない場合）には、押圧方向の操作が行われていないものとしてステップ１０３に進む。

なお、上記では、操作が行われていない状態での磁束密度Ｂ_０を（Ｂ_Ｘ０，Ｂ_Ｙ０，Ｂ_Ｚ０）として一般的な記述としているが、これは、以前の操作において、回転方向への操作が行われていた場合にはＹ成分Ｂ_Ｙ０が０でない場合があるためであり、図１に示したホームポジションの状態からの操作である場合には、図４に示すように、操作前の磁束密度Ｂ_０は（Ｂ_Ｘ０，０，Ｂ_Ｚ０）である。
ただし、押圧方向への操作の判定には、Ｙ成分Ｂ_Ｙ０は無関係である。

（ステップ１０２）
制御部４７は、ステップ１０２に進むと、ステップ１０２の処理として、ユーザが操作部１２を操作することで操作軸１１を押圧方向への操作をしたものとして押圧方向への操作が行われたことを記憶部４８に記憶させた後に、図３の処理を終了する。

（ステップ１０３）
一方、制御部４７は、ステップ１０３に進むと、ステップ１０３の処理として、ユーザによる操作部１２の操作が操作軸１１を押圧方向に押圧する操作ではないことを記憶部４８に記憶させた後に、ステップ１０４に進む。

（ステップ１０４）
制御部４７は、ステップ１０４に進むと、磁気センサ４５の出力値が変化した後の磁束密度Ｂ_１に基づいて、磁束の向きを算出して、ステップ１０５に進む。

具体的には、制御部４７は、以下の式（３）及び式（４）に示すように、先に説明した式（１）及び式（２）に磁束密度Ｂ_１の値を代入することで、磁束密度Ｂ_１の極角θ_１及び方位角Φ_１を算出して、算出した磁束密度Ｂ_１の極角θ_１及び方位角Φ_１を記憶部４８に記憶させた後に、ステップ１０５に進む。

（ステップ１０５）
制御部４７は、ステップ１０５に進むと、ステップ１０５の処理として、ステップ１０４で算出した磁束密度Ｂ_１の極角θ_１に基づいて、ユーザによる操作部１２の操作が、操作軸１１を回転方向に操作する操作であったのか、傾斜方向に操作する操作であったのかを判定する。

具体的には、磁束密度Ｂ_１の極角θ_１の変化量Δθ_１（＝｜θ_１−δ｜）が所定の閾値ｔｈθより小さいか否かに基づいて、変化量Δθ_１が変化量Δθ_１＜閾値ｔｈθの場合（変化量Δθ_１が閾値ｔｈθより小さい場合）には、回転方向への操作が行われたものとしてステップ１０６に進む。
逆に、変化量Δθ_１が変化量Δθ_１＜閾値ｔｈθでない場合（変化量Δθ_１が閾値ｔｈθより小さくない場合）には、傾斜方向への操作が行われたものとしてステップ１０７に進む。

つまり、図１及び図４に示すように、磁石４０が磁気センサ４５の第１軸（Ｚ軸参照）に対して、角度δだけ傾斜するように配置されていることを考慮すると、操作前の磁束密度Ｂ_０の極角θ_０はほぼ取り付け角度δと同じと考えられるため、傾斜方向への操作が行われていないとすると、極角θの変化はほとんど起きていないことから、磁束密度Ｂ_１の極角θ_１は、取り付け角度δとほぼ等しい値になっている。
したがって、傾斜方向への操作が行われていない場合、磁束密度Ｂ_１の極角θ_１の変化量Δθ_１（＝｜θ_１−δ｜）は、小さい値を示す。

一方、傾斜方向に操作が行われると、磁束密度Ｂ_１の極角θ_１は角度δと異なる値になるため、磁束密度Ｂ_１の極角θ_１の変化量Δθ_１（＝｜θ_１−δ｜）は大きくなる。
このことから、傾斜方向に操作が行われたと判定できる磁束密度Ｂ_１の極角θ_１の変化量Δθ_１（＝｜θ_１−δ｜）に対応した閾値ｔｈθを設定し、変化量Δθ_１（＝｜θ_１−δ｜）と閾値ｔｈθと比較することで、傾斜方向であったのかを判定することができる。
そして、傾斜方向への操作でない場合には、残る操作である回転方向への操作であったと考えることができる。

（ステップ１０６）
制御部４７は、ステップ１０６に進むと、回転方向への操作が行われたものとして、ユーザによる操作部１２の操作によって、操作軸１１が、どの程度、回転させられたのかを求めるために、操作軸１１の回転量の算出を行う。

具体的には、操作部１２を回転方向に操作した場合、その操作部１２の回転方向の動きと同じ動きで操作軸１１も回転し、操作軸１１に固定されている磁石４０が、操作軸１１の回転方向への回転量と同じ量だけ磁気センサ４５の第１軸（Ｚ軸）の周りを、図４に示す矢印Ｒのように回転することになる。

この磁石４０が磁気センサ４５の第１軸（Ｚ軸）の周りを回転する動きは、磁石の磁力による磁束密度に応じた磁気センサ４５の出力値に基づく磁束密度Ｂ＝（Ｂ_Ｘ，Ｂ_Ｙ，Ｂ_Ｚ）が、磁気センサ４５の第１軸（Ｚ軸）の周りを、図４に示す矢印Ｒのように回転しているものとして捉えることができ、図２に示したベクトルＦが第１軸（Ｚ軸）の周りを回転するのと同様の動きであるため、その回転による回転量は方位角Φそのものと考えられる。
したがって、制御部４７は、式（４）で求めた磁束密度Ｂ_１の方位角Φ_１を操作軸１１の回転量として記憶部４８に記憶させた後、図３に示すフローを終了する。

（ステップ１０７）
一方、制御部４７は、ステップ１０７に進むと、傾斜方向への操作が行われたものとして、ユーザによる操作部１２の操作によって、操作軸１１がどのような傾斜状態とされているのか求める処理を実行する。
具体的には、以下で説明するようにして、操作軸１１の傾斜量を算出するとともに、傾斜方向を算出する。

まず、以前に操作部１２が回転方向に操作されておらず、図１に示すホームポジションの状態から、傾斜方向への操作が行われた場合の操作軸１１の傾斜量及び傾斜方向の求め方について説明する。
その説明の後、以前に操作部１２によって回転方向への操作が行われており、その回転方向の操作の後に、ホームポジションでない状態から傾斜方向への操作が行われた場合の操作軸１１の傾斜量及び傾斜方向の求め方について説明する。

（ホームポジションからの傾斜方向操作の場合）
図５は、ホームポジションの状態から操作軸１１を磁気センサ４５の第３軸（Ｙ軸）側に傾斜させた場合を示す図であり、図４の上側から見た図にあたる。
なお、図５では、図４で図示を省略していた操作軸１１も模式的に示すようにしている。

操作部１２が操作され、操作軸１１が磁気センサ４５の第１軸（Ｚ軸）に位置していた状態から、磁気センサ４５の第３軸（Ｙ軸）側に傾斜させる場合、操作軸１１の傾斜方向を示すベクトルを方向ベクトルＱ（図示せず）とすると、その方向ベクトルＱは、磁気センサ４５の第２軸（Ｘ軸）の周りを傾斜量（傾斜角度）に応じて回転するだけである。

つまり、操作軸１１の傾斜方向への動きは、図５に示すように、方向ベクトルＱをＸ−Ｙ平面に射影した射影ベクトルをベクトルＱ’とし、そのベクトルＱ’の方位角Φを角度Ｔｄとすると、原点Ｏを通り、その角度Ｔｄに直交する方位角Ｔｄ’＝Ｔｄ＋９０度であるＸ−Ｙ平面状の軸（この例ではＸ軸）を中心として、傾斜角度分だけ回転させたものと考えることができる。
なお、角度Ｔｄは、操作軸１１の傾斜方向を示す角度であり、且つ、操作軸１１の方位角そのものであるから、以降では、操作軸１１の方位角Ｔｄ又は操作軸１１の傾斜方向の角度Ｔｄと記載する場合がある。

そこで、Ｘ−Ｙ平面上で、且つ、方位角Φが角度Ｔｄ’＝Ｔｄ＋９０度で原点Ｏを通る軸を傾斜方向に操作するときの回転基準軸とすると、その回転基準軸の方向を表す回転基準ベクトルは、（ｃｏｓ（Ｔｄ’），ｓｉｎ（Ｔｄ’），０）として表すことができる。
なお、回転基準ベクトルは、軸の方向を定めるだけでよいので、上記のように、ノルムが１のベクトルとして扱ってよい。

そして、操作軸１１と一体に傾斜方向に回転することになる磁石４０も、この回転基準軸を中心に回転することになる。
したがって、この回転基準軸は、傾斜方向に操作されたときの磁石４０の磁束の傾斜方向への回転の基準となる軸にもなっている。

ここで、図１に示すように、磁石４０の磁石中心軸（Ｍ軸参照）は、操作軸１１の回転方向への回転中心を通る操作軸１１に沿った軸である基準軸（Ｐ軸参照）に対して取り付け角度δで傾斜するように取り付けられているため、傾斜方向への操作を行う前の磁石４０の磁束を、この角度δを用いて単位ベクトルＢ_Ｍ０として表すと（ｓｉｎ（δ），０，ｃｏｓ（δ））と記述することができる。

そして、傾斜方向への操作後の磁石４０の磁束を単位ベクトルＢ_Ｍ１＝（Ｂ_ＭＸ１，Ｂ_ＭＹ１，Ｂ_ＭＺ１）とすると、単位ベクトルＢ_Ｍ１は、磁石４０の動きと同様に、単位ベクトルＢ_Ｍ０が回転基準軸を中心として回転したものであるから、単位ベクトルＢ_Ｍ０と単位ベクトルＢ_Ｍ１の関係は、ロドリゲスの回転公式を用いることで表すことができる。

具体的に説明すると、ロドリゲスの回転公式は、任意の軸ｎを表す回転基準ベクトルを（ｎ_１，ｎ_２，ｎ_３）としたときに、その回転基準ベクトルの周りに、角度θ_ｎだけ回転させる回転行列Ｒを与えるものであり、その回転行列Ｒは式（５）のように記述される。

したがって、その回転行列Ｒの回転基準ベクトルに、傾斜方向の操作のときの回転基準ベクトルである（ｃｏｓ（Ｔｄ’），ｓｉｎ（Ｔｄ’），０）を代入するとともに、回転させる角度θ_ｎとして、傾斜させた角度Ｔａ（回転基準軸を中心とする回転の角度）を代入すると、回転基準軸を中心に角度Ｔａだけ回転させる回転行列Ａ（式（６）参照）を得ることができる。
なお、以降では、ｃｏｓ（Ｔｄ’）をｃｏｓＴｄ’と記載し、ｓｉｎ（Ｔｄ’）をｓｉｎＴｄ’と記載するとともに、ｃｏｓ（Ｔａ）及び、ｓｉｎ（Ｔａ）をｃｏｓＴａ及び，ｓｉｎＴａとして角度の部分を示す括弧書きを省略する場合がある。

ただし、上述したように、Ｔｄ’＝Ｔｄ＋９０度、つまり、Ｔｄ’は操作軸１１の傾斜方向の角度Ｔｄに９０度を加えたものである。

そして、傾斜方向への操作後の磁石４０の磁束の単位ベクトルＢ_Ｍ１＝（Ｂ_ＭＸ１，Ｂ_ＭＹ１，Ｂ_ＭＺ１）は、回転行列Ａによって、傾斜方向への操作前の磁石４０の磁束の単位ベクトルＢ_Ｍ０＝（ｓｉｎ（δ），０，ｃｏｓ（δ））が回転させられたものとして表すことができるので、この回転行列Ａを用いると、単位ベクトルＢ_Ｍ０と単位ベクトルＢ_Ｍ１との関係は、式（７）で示す等式として表すことができる。

この式（７）に、式（６）の回転行列Ａ、Ｂ_Ｍ０＝（ｓｉｎδ，０，ｃｏｓδ）及びＢ_Ｍ１＝（Ｂ_ＭＸ１，Ｂ_ＭＹ１，Ｂ_ＭＺ１）を代入して、左辺にｓｉｎＴｄ’だけを残すように、Ｚ成分について解くと式（８）が得られる。

また、式（７）に、式（６）の回転行列Ａ、Ｂ_Ｍ０＝（ｓｉｎδ，０，ｃｏｓδ）及びＢ_Ｍ１＝（Ｂ_ＭＸ１，Ｂ_ＭＹ１，Ｂ_ＭＺ１）を代入して、Ｘ成分について解くとともに、その解いた式に表れるｓｉｎＴｄ’に式（８）の右辺を代入して、左辺にｃｏｓＴａだけを残すようにすると式（９）が得られる。

したがって、操作軸１１の傾斜方向への傾斜量（傾斜の角度Ｔａ）は、式（１０）のように記述することができる。

そして、磁石４０の取り付け角度δ（図１参照）は、図４に示すように、磁気センサ４５の第１軸（Ｚ軸）に対する角度にもなっていることから、磁石４０の磁束の方向と、磁石４０の磁力による磁束密度に応じた磁気センサ４５の出力値に基づく磁束密度Ｂの方向はほぼ一致している。

したがって、式（１０）の右辺に、磁石の取り付け角度δを代入するとともに、操作後の磁石４０の磁束の単位ベクトルＢ_Ｍ１＝（Ｂ_ＭＸ１，Ｂ_ＭＹ１，Ｂ_ＭＺ１）として、操作後の磁石４０の磁力による磁束密度に応じた磁気センサ４５の出力値に基づく磁束密度Ｂ_１＝（Ｂ_Ｘ１，Ｂ_Ｙ１，Ｂ_Ｚ１）を採用し、Ｂ_ＭＸ１にＢ_Ｘ１を代入するとともに、Ｂ_ＭＺ１にＢ_Ｚ１を代入すれば、操作軸１１の傾斜方向への傾斜量（傾斜の角度Ｔａ）を得ることができる。
なお、磁束密度Ｂ_１は、ノルムが１となるように正規化しているものとする。

また、式（８）から角度Ｔｄ’は、式（１１）のように記述できるので、式（１０）で傾斜量（傾斜の角度Ｔａ）を求めれば、式（１１）の右辺に、磁石の取り付け角度δ及び求めた傾斜の角度Ｔａを代入するとともに、Ｂ_ＭＺ１にＢ_Ｚ１を代入すれば角度Ｔｄ’を求めることができる。

そして、上述したように、操作軸１１の傾斜方向の角度Ｔｄ（方位角）と、角度Ｔｄ’との間には、Ｔｄ’＝Ｔｄ＋９０度の関係があることから、操作軸１１の傾斜方向の角度Ｔｄ（方位角）は、Ｔｄ＝Ｔｄ’−９０度、つまり、式（１２）で求めることができる。

以上のように、図１に示すホームポジションの状態から、傾斜方向への操作が行われた場合、制御部４７は、式（１０）に従って、ステップ１０７の処理として、磁石の取り付け角度δ及び操作後の磁束密度Ｂ_１に基づき、操作軸１１の傾斜量（角度Ｔａ）を算出するとともに、さらに、式（１２）に従って、算出した傾斜量（角度Ｔａ）、磁石の取り付け角度δ及び操作後の磁束密度Ｂ_１に基づき、操作軸１１の傾斜方向の角度Ｔｄ（方位角）を算出する。
なお、算出した操作軸１１の傾斜量（角度Ｔａ）及び傾斜方向の角度Ｔｄ（方位角）は記憶部４８に記憶される。

（ホームポジション以外のときの傾斜方向操作の場合）
次に、以前に回転方向の操作が行われており、図１に示すホームポジションと異なる回転方向の位置に位置する状態から、操作部１２を操作して操作軸１１を傾斜方向に操作する場合の操作軸１１の傾斜量及び傾斜方向の求め方について説明する。

この場合、以前の回転方向への操作が行われたときに、ステップ１０６の処理が行われ、記憶部４８には回転方向に操作されたときの回転量（方位角Φ_１）が記憶されている。
したがって、この回転量（方位角Φ_１）に基づいて、今回の操作後の磁束密度Ｂ_１を、一旦、ホームポジションから傾斜方向への操作が行われたものと見なせる状態にして、上述した手順で傾斜量（角度Ｔａ）を求めるようにするところから処理を行う。
なお、式（１０）で求めた角度Ｔａとの区別がつくように、ここで求める角度ＴａをＴａ_２と記載することとする。

具体的には、ステップ１０６で説明したように、回転方向への操作は、図４に示すように、磁束密度が磁気センサ４５の第１軸（Ｚ軸）を中心として回転する動作（矢印Ｒ参照）であるため、式（５）で示したロドリゲスの回転公式から、任意の軸ｎを表す回転基準ベクトル（ｎ_１，ｎ_２，ｎ_３）に、磁気センサ４５の第１軸（Ｚ軸）の方向を表すベクトル（０，０，１）を採用するとともに、回転させる角度θ_ｎに方位角Φ_１の逆方向への角度−Φ_１を代入すれば、式（１３）に示すホームポジションの位置に磁束密度を位置させるように回転させる回転行列Ｄを得ることができる。

そして、今回の操作後の磁束密度Ｂ_１を用いて、式（１４）に示すように、この回転行列Ｄで磁気センサ４５の第１軸（Ｚ軸）を中心として回転させた磁束密度Ｂ_２を求めると、この磁束密度Ｂ_２（ＸＹＺ成分は（Ｂ_Ｘ２，Ｂ_Ｙ２，Ｂ_Ｚ２）である）は、以前に行われた回転方向への回転量（方位角Φ_１）分だけ、元に戻すように回転させられているため、ホームポジションの位置から傾斜方向に傾斜させる操作を行ったときの磁束密度と見なすことができるものになっている。

したがって、先ほど、式（１０）に代入した磁束密度Ｂ_１の値に代えて、磁束密度Ｂ_２の値を代入するようにすれば、式（１５）に示すように、傾斜量（角度Ｔａ_２）を求めることができる。
なお、傾斜量（角度Ｔａ_２）は回転方向に依存する物理量ではないため、制御部４７は、この式（１５）で求まる傾斜量（角度Ｔａ_２）を記憶部４８に記憶する。

一方、先ほど、式（１２）に代入した磁束密度Ｂ_１の値に代えて、磁束密度Ｂ_２の値を代入するとともに、式（１５）で求めた傾斜量（角度Ｔａ_２）を代入するようにすれば、
式（１６）に示すように、ホームポジションの位置から傾斜方向の操作が行われたと見なしたときの操作軸１１の傾斜方向の角度Ｔｄ（方位角）を求めることができる。

しかしながら、この式（１６）で求まる操作軸１１の傾斜方向の角度Ｔｄ（方位角）は、ホームポジションから傾斜方向の操作が行われたと見なしたときのものであり、実際には、以前に行われた回転方向への回転量（方位角Φ_１）分だけズレたものになっている。

そこで、式（１７）に示すように、制御部４７は、この式（１６）で求めたＴｄに回転方向の回転量（方位角Φ_１）を加えることで、このズレを解消した操作軸１１の傾斜方向の角度Ｔｄ_２（方位角）を求め、この傾斜方向の角度Ｔｄ_２（方位角）を記憶部４８に記憶させる。

以上のように、図１に示すホームポジション以外の状態から傾斜方向への操作が行われた場合、制御部４７は、ステップ１０７の処理として、磁石４０の取り付け角度δ、操作後の磁束密度Ｂ_１及び方位角Φ_１に基づいて、より具体的には、操作後の磁束密度Ｂ_１と方位角Φ_１とに基づいて求めた磁束密度Ｂ_２及び磁石４０の取り付け角度δに基づき、操作軸１１の傾斜量（角度Ｔａ_２）を算出する。

また、制御部４７は、ステップ１０７の処理として、算出した傾斜量（角度Ｔａ_２）、磁石４０の取り付け角度δ、操作後の磁束密度Ｂ_１（より具体的には磁束密度Ｂ_２）及び方位角Φ_１に基づき、操作軸１１の傾斜方向の角度Ｔｄ_２（方位角）を算出し、それら算出した傾斜量（角度Ｔａ_２）及び傾斜方向の角度Ｔｄ_２（方位角）を記憶部４８に記憶する。

なお、ホームポジションからの傾斜方向の操作であるか否かは、ステップ１０６で記憶される回転方向の回転量（方位角Φ_１）を見ればわかるため、上述のようにホームポジションの位置からの傾斜方向への操作とホームポジション以外の位置からの傾斜方向への操作とを区別することが可能である。

ただし、以前に回転方向の操作が行われていないとすれば、記憶部４８に記憶されている回転方向への回転量（方位角Φ_１）は０となっており、この値を用いれば、式（１３）の角度−Φ_１も０であるため、回転行列Ｄは単位行列の状態となる。
したがって、常に、ホームポジションからの傾斜方向への操作の場合であっても、ホームポジション以外のときの傾斜方向への操作の場合と同様の手順でステップ１０７の処理を実施するようにしてもよい。

[実施例]
次に、以上のような処理によって、押圧方向、回転方向及び傾斜方向の操作状態を求めた実施例について説明する。
なお、本実施例は、上述した磁石４０の取り付け角度δを１５度として行った場合である。

図６は、ホームポジションの状態から操作部１２を押圧方向に操作し、操作軸１１を押圧方向に操作したときの磁束密度の変化を示すグラフであり、横軸を押圧方向の押圧量（単位ｍｍ）とし、縦軸を磁気センサ４５の出力値（Ａ／Ｄ値）としている。
なお、グラフ中の三角のＢ_Ｚは、上述した磁気センサ４５の第１軸（Ｚ軸）方向の成分を表しており、同様に、菱形のＢ_Ｘ及び四角のＢ_Ｙは、それぞれ、磁気センサ４５の第２軸（Ｘ軸）方向の成分及び第３軸（Ｙ軸）方向の成分を表している。

図６に示すように、押圧量が２９ｍｍから３４ｍｍの範囲で磁気センサ４５の第１軸（Ｚ軸）方向の成分（三角のＢ_Ｚ参照）に大きな変化が見られ、押圧されたことを十分に判別できる変化が得られることがわかる。

次に、図７は、ホームポジションの状態から操作部１２を回転方向に操作し、操作軸１１を回転方向に操作したときの磁束密度の測定データから操作軸１１の回転量を求めた結果を示すグラフであり、横軸を実際の回転量（単位ｄｅｇ）とし、縦軸を磁束密度の測定データから求めた回転量（単位ｄｅｇ）としている。

したがって、実際の回転量と測定データに基づく回転量（計算値）とが一致している場合、丸印で示す測定データから求めた回転量が実線で示す対角線上に並ぶことになるが、図７に示すように、丸印で示す測定データから求めた回転量は、ほぼ実線で示す対角線上に並んでおり、求めた回転量が十分に実用できるものであることがわかる。

次に、図８及び図９は、操作部１２を傾斜方向に操作して操作軸１１を傾斜方向に操作したときの磁束密度のデータから操作軸１１の傾斜方向を求めた結果を示すグラフであり、横軸を実際の傾斜方向（単位ｄｅｇ）とし、縦軸を磁束密度の測定データから求めた傾斜方向（単位ｄｅｇ）としている。

また、図８はホームポジションの位置から傾斜させた場合を示すグラフになっており、図９は回転方向の操作によってホームポジションから４５度回転させた状態から傾斜させた場合を示すグラフになっている。
なお、縦軸及び横軸は、上述した方位角の基準となる磁気センサ４５の第２軸（Ｘ軸）を０度とし、傾斜方向がその基準からどの方向に向いているかを示すものになっている。

図８及び図９においても、図７と同様に、実際の傾斜方向と測定データに基づく傾斜方向（計算値）とが一致している場合、丸印で示す測定データから求めた回転量が実線で示す対角線上に並ぶことになるが、図８及び図９に示すように、丸印で示す測定データから求めた傾斜方向は、ほぼ実線で示す対角線上に並んでおり、求めた傾斜方向が十分に実用できるものであることがわかる。

さらに、図１０は図８で示した傾斜方向への操作を行ったときの測定データから求めた操作軸１１の傾斜量を示すグラフであり、図１１は図９で示した傾斜方向への操作を行ったときの測定データから求めた操作軸１１の傾斜量を示すグラフである。
なお、図１０及び図１１は、横軸を実際の傾斜方向（単位ｄｅｇ）とし、縦軸を磁束密度の測定データから求めた傾斜量（単位ｄｅｇ）としている。

なお、本実施例では、傾斜方向への最大傾斜量を５〜６[ｄｅｇ]程度としているので、傾斜させたか否かの判定を行う程度の状態になっているが、操作部１２の操作によって、より大きく操作軸１１を傾斜させることができるようにして、同じ傾斜方向で傾斜量に基づいて操作状態をレベル分けするようにしてもよい。

つまり、傾斜方向の操作が行われているが１０[ｄｅｇ]以下の操作である場合には、レベル１の傾斜操作であるものとして、１０[ｄｅｇ]を超えるような傾斜である場合には、レベル２の傾斜操作であるものとするように、同じ傾斜方向に傾斜させる操作を複数段の操作として検出するようにしてもよい。

なお、上記実施例は、取り付け角度δを１５度とした場合の結果について示しているが、取り付け角度δが１０度の場合にも同様の結果が得られている。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態の非接触型操作検出装置１について説明する。
第１実施形態では、図３を見るとわかるように、押圧方向、回転方向及び傾斜方向への操作が個別に行われる場合について説明したが、第２実施形態では、複数の操作が同時に行われる場合について説明する。

なお、非接触型操作検出装置１自体の構成は、第１実施形態と同様であり、処理フローが異なるだけであるため、以下では、この異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する場合がある。

図１２は第２実施形態の操作軸１１の操作状態を検出するための手順を示したフローチャートである。
図１２と図３を見比べればわかるように、第１実施形態では、押圧方向の操作が行われ、ステップ１０２に進むと、操作部１２を操作して操作軸１１が押圧される操作が行われたことを記憶部４８に記憶させた後、処理が終了するようになっていたが、第２実施形態では、ステップ１０２の後、処理を終了させるのではなく、ステップ１０４に進み、第１実施形態で、ステップ１０３に進んだときに行われるステップ１０４以降のステップが実施されるようになっている。

つまり、第２実施形態では、押圧方向への操作と同時に回転方向の操作がなされた場合、及び、押圧方向への操作と同時に傾斜方向への操作がなされた場合という複数の動作が同時に行われる場合を想定した処理フローになっている。

このように処理フローを変更しても、ステップ１０４以降の内容は、第１実施形態で説明した内容のままでよく、その理由について、以下で説明する。

操作部１２を操作して押圧方向に操作軸１１が操作されると、それに伴って、磁石４０の磁気センサ４５に対する第１軸（Ｚ軸）方向の距離が変わることになるが、この操作によって磁束密度が回転方向に変化することはほとんどないため、ステップ１０４の方位角Φ_１を求める計算に影響はない。

このことは、押圧方向に加えて回転方向の操作が行われたときだけ、方位角Φ_１が変化することを意味するため、押圧方向への操作は、ステップ１０６の処理においても影響はない。

また、図１３を参照して、以下で説明するように、磁石４０を磁気センサ４５に対して十分な大きさのものとしておけば、ステップ１０４の極角θ_１を求める計算にも影響はない。
図１３は、磁石４０が操作前の状態から操作軸１１の押圧方向への移動に伴って磁気センサ４５側に移動した状態を示した図である。
なお、図１３では磁石４０と磁気センサ４５だけを図示し、操作前の磁石４０を点線枠で示し、操作後の磁石４０を実線枠で示している。

磁石４０の磁力線は、磁石４０の端では、直ぐにＮ極から出てＳ極に曲がるようなＲのきつい状態になっているが、中心側では、大きな円を描くように緩やかなＲを描いてＳ極に向かう。
このため、磁石４０が十分な大きさであるときには、図１３に示すように、磁束密度の方向Ｂ’は、磁石４０の面に対してほぼ垂直の方向に向いているので、押圧方向への操作が行われても、ほとんど変化していないと考えることができる。
したがって、押圧方向の操作が行われても、ステップ１０４の極角θ_１を求める計算にはほとんど影響ない。

また、ステップ１０７の計算は、導出の過程を見ればわかるとおり、取り扱うベクトルが正規化されたノルムが１のベクトルとされており、このことは方向だけを取り扱っていることを意味している。
そして、上述のように、押圧方向への操作によっては、磁束密度の方向への影響はほとんどないといえるため、ステップ１０７の計算においても、この押圧方向の操作は影響しない。

以上のように、押圧方向の操作は、ステップ１０４以降の処理に影響を与えるものではないので、図１２に示した処理フローとしても問題はなく、押圧方向への操作と同時に回転方向の操作がなされた場合、及び、押圧方向への操作と同時に傾斜方向への操作がなされた場合という複数の動作を検出することが可能である。

ところで、実際の操作軸１１の操作状態（押圧方向、回転方向及び傾斜方向の操作状態）と、磁気センサ４５の出力値に基づいて、制御部４７が算出する操作軸１１の操作状態との間の誤差を小さくするためには、操作軸１１の操作範囲内において、磁気センサ４５が良好に磁石４０から磁化方向に直線的に延びる磁力線を検出できるように、磁石４０が設けられていることが好ましく、以下では、より詳細に磁石４０及び磁気センサ４５の配置等について説明する。

図１４は、磁石４０及び磁気センサ４５の望ましい設置状態等を説明するための模式図である。
なお、図１４の右側の図は、左側の図の点線枠部分を拡大した拡大図であり、右側の図では左側の図において矢印で示す磁力線ＭＦの図示を省略しており、操作軸１１を模式的に棒状に記載している。

図１４の左側の図に示すように、磁石４０から出る磁力線ＭＦは、磁石４０の中央側ほど直線的であり、磁石４０の中央から離れるほど曲がる傾向があり、この大きく曲がった磁力線が磁気センサ４５に入射すると、この磁力線の曲がりの影響を磁気センサ４５は受けることになる。
このため、操作によって操作軸１１が動いたときでも、大きく曲がった磁力線が磁気センサ４５に入射しないようにするのが理想的である。

したがって、上述したように、磁石４０の中心を通る磁化方向（Ｍ軸参照）が、磁気センサ４５の中央Ｏ（より正確にはセンサ部の中央）を通るように、磁石４０が設けられていることが好ましい。
つまり、磁石４０の外側を通る磁化方向の軸が磁気センサ４５の中央Ｏ（より正確にはセンサ部の中央）を通るように、磁石４０が設けられていると、操作によって操作軸１１が少し動くと、直ぐに、磁気センサ４５に大きく曲がった磁力線ＭＦが入射する場合があるが、上述のように、磁石４０を設けるようにすることで、どの方向に操作軸１１を操作する場合でも、ある程度、操作されなければ大きく曲がった磁力線は磁気センサ４５に入射しないため、大きく曲がった磁力線の影響を受け難くすることができる。

既に、第１実施形態で説明したように、磁気センサ４５は、操作軸１１の回転方向への回転中心を通る操作軸１１に沿った基準軸（Ｐ軸）と、操作部１２が操作中立位置に位置するときに、磁気センサ４５の第１軸（Ｚ軸）がほぼ重なるように配置されている。
また、磁石４０は、基準軸（Ｐ軸）に対して所定の角度δで傾斜するように、磁石固定部１１Ａ（図１参照）に取り付けられていることから、操作部１２が操作中立位置に位置するときには、図１４に示すように、磁石中心軸（Ｍ軸）は磁気センサ４５の第１軸（Ｚ軸）に対しても所定の角度δで傾斜している。

したがって、図１４の右側の拡大図に示すように、磁気センサ４５の第１軸（Ｚ軸）が磁石４０に交わる第１交点ＭＰ１から磁気センサ４５の中央Ｏ（より正確にはセンサ部の中央）までの距離を第１距離Ｈ１とすると、磁石中心軸（Ｍ軸）の磁気センサ側の磁石４０の面に交わる第２交点ＭＰ２から第１交点ＭＰ１までの第２距離Ｈ２はＨ１×ｓｉｎδとして表すことができる。

そして、磁石４０は、磁気センサ４５のセンサ部に大きく曲がった磁力線が入射しないように、操作部１２が操作中立位置に位置するときに、磁気センサ４５のセンサ部上にセンサ部を覆う大きさであることが好ましいから、例えば、磁石４０の外形が円形状である場合、磁石４０が第２交点ＭＰ２から第１交点ＭＰ１までの第２距離Ｈ２（＝Ｈ１×ｓｉｎδ）以上の半径を有していることが好ましい。

また、第２距離Ｈ２は、操作軸１１の回転方向への回転中心を通る操作軸１１に沿った基準軸（Ｐ軸）に磁石４０の磁気センサ４５側の面の中央が位置し、基準軸（Ｐ軸）に所定の角度δで傾いて配置されている状態を考えたときに、磁石中心軸（Ｍ軸）が磁気センサ４５の中央Ｏ（より正確にはセンサ部の中央）を通るようにするために、その傾き方向に磁石４０をスライドさせるスライド量になっている。

一方、磁石４０が大きくなりすぎると、操作によって操作軸１１が動くときの障害となる場合があることから、例えば、磁石４０の外形が円形状である場合、磁石４０の半径は、第２距離Ｈ２（＝Ｈ１×ｓｉｎδ）の１５倍以下に設定するのが好ましい。
なお、第２距離Ｈ２＝Ｈ１×ｓｉｎδの関係があることから、磁石４０の半径≦Ｈ１×ｓｉｎδ×１５倍とする磁石４０の半径の上限は、所定の角度δが大きくなるほど、大きな半径の磁石４０を許容することになる。

このことは、図１４の右側の拡大図を見るとわかるように、所定の角度δが大きくなると、磁石４０が左側に寄って行くことになるため、角度δが大きくなるのに伴って、許容する磁石４０の半径が大きくなることは、角度δが大きくなるのに伴って、図１４の第１軸（Ｚ軸）よりも右側に位置する磁石４０の部分が減少することを低減する調整を許すものになっている。

一方で、所定の角度δが大きくなると、図１４の左側の図を見るとわかるように、図１４の磁石４０の左端が基部３１に近づくことになり、磁石４０と基部３１の間で干渉するおそれがあるが、この場合には、基部３１を図１４で見て、より下側に位置させるようにし、基部３１と磁気センサ４５の間にスペーサを設けることで干渉を回避することが可能である。

そして、後述するように、所定の角度δは、４５度以下が好ましく、このことを踏まえれば、磁石４０の半径≦Ｈ１×ｓｉｎδ×１５の範囲であれば、磁石４０の基部３１との干渉を避けることも可能である。

次に、具体的な一例を挙げて、第１距離Ｈ１について説明すると、第１実施形態で示した実施例では、所定の角度δを１５度として、直径が２０ｍｍで厚さが４ｍｍのネオジム磁石（磁束密度２９０[ｍＴ]）の磁石４０を使用している。
この場合、磁石４０の端が交点ＭＰ１に位置することになる第１距離Ｈ１は３８．６ｍｍ程度になる。
そして、この３８．６ｍｍは、第２距離Ｈ２と磁石４０の半径が等しくなるときの第１距離Ｈ１であり、第１距離Ｈ１を短くしていけば、図１４の拡大図において、交点ＭＰ１よりも右側まで磁石４０が位置することになる。
したがって、第１距離Ｈ１という視点で好ましい磁石４０の配置を考えると、第１距離Ｈ１は、磁石４０の半径／ｓｉｎδよりも短く設定されることが好ましい。

なお、上記磁石４０の例は、あくまでも一例であって、許されるスペースの関係等を考慮して、例えば、直径が３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍのように、上記例示の磁石４０よりも大きな直径の磁石４０を用いてもよく、逆に、磁気センサ４５の検出感度を考慮しつつ、上記例示の磁石４０よりも小さい直径のもの、例えば、直径が１５ｍｍや１０ｍｍのようなものを用いてもよい。

一方、所定の角度δが小さくなると、傾斜させる効果が得られなくなるため、所定の角度δは５度以上であることが好ましい。
逆に所定の角度δが９０度に近づくと、やはり、傾斜させる効果が得られ難くなるとともに、同じ第１距離Ｈ１の場合、少なくとも第１交点ＭＰ１に磁石４０の端が位置する状態を保とうとすると、より大きい磁石４０が必要となるため、所定の角度δは４５度以下であることが好ましい。

以上、具体的な実施形態を基に本発明の説明を行ってきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
図１に示した非接触型操作検出装置１の構成は、押圧方向、回転方向及び傾斜方向に操作できる構成の一例でしかなく、機械機構自体は、別の構成であってもよい。

また、上記実施形態では、３方向の操作状態を検出する場合について説明したが、回転方向及び傾斜方向の２方向を検出する非接触型操作検出装置であってもよい。
既に、理由については説明したが、従来、１つの磁石と１つの磁気センサで検出が困難であったのは、回転方向及び傾斜方向であり、この場合には複数の磁石及び複数の磁気センサを要するが、本発明に従えば、１つの磁石と１つの磁気センサで検出が可能となる。

さらに、本発明の非接触型操作検出装置は、カーナビ等に使用されることに限定されるものではなく、同様の操作が求められるものであれば、好適に用いることができるものである。

このように、本発明は、具体的な実施形態に限定されるものではなく、技術的思想を逸脱することのない変更や改良を行ったものも発明の技術的範囲に含まれるものであり、そのことは当業者にとって特許請求の範囲の記載から明らかである。

１ 非接触型操作検出装置
１１ 操作軸
１１Ａ 磁石固定部
１２ 操作部
４０ 磁石
４５ 磁気センサ

Claims (4)

1. 回転方向及び傾斜方向に操作可能な操作軸と、
   前記操作軸の一端側に設けられ、前記操作軸の操作を行う操作部と、
   前記操作軸の他端側に設けられた磁石と、
   前記磁石の磁力による磁束密度に応じた出力値を出力し、前記磁石と離間して設けられた３軸検出型の磁気センサと、を備え、
   前記操作軸は、前記操作部が操作中立位置に位置するときに、前記磁石の磁化方向が前記磁気センサに対して傾斜するように、前記磁石の取り付けが可能な磁石固定部を備えており、
   前記磁石は、前記操作部が操作中立位置に位置するときに、前記磁石の中心を通る前記磁化方向に沿った磁石中心軸が前記磁気センサの中心を通るように、前記磁石固定部に取り付けられていることを特徴とする非接触型操作検出装置。
2. 前記磁気センサは、前記操作軸が前記傾斜方向に動くときの回動中心に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の非接触型操作検出装置。
3. 前記操作軸の前記回転方向への回転中心を通る前記操作軸に沿った軸を基準軸とすると、前記操作部が操作中立位置に位置するときに、前記磁気センサの３軸のうちの１つである第１軸が前記基準軸とほぼ重なるように、前記磁気センサが配置されており、
   前記磁石は、前記操作部が操作中立位置に位置するときに、前記磁石中心軸が前記基準軸及び前記第１軸に対して所定の角度δで傾斜するように、前記磁石固定部に取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の非接触型操作検出装置。
4. 前記磁石の外形は円形状であり、
   前記磁気センサの前記第１軸が前記磁石に交わる第１交点から前記磁気センサのセンサ部までの距離を第１距離Ｈ１としたときに、前記磁石中心軸の前記磁気センサ側の前記磁石の面に交わる第２交点から前記第１交点までの第２距離Ｈ２がＨ１×ｓｉｎδであり、
   前記磁石が前記第２距離Ｈ２以上の半径を有していることを特徴とする請求項３に記載の非接触型操作検出装置。