JP5689362B2

JP5689362B2 - 入力装置

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Publication number: JP5689362B2
Application number: JP2011114541A
Authority: JP
Inventors: 竹内　修一; 修一竹内
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2011-05-23
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2031-05-23
Also published as: JP2012243189A

Description

本発明は、入力装置に関する。

従来の技術として、触れた点に基づいた信号を出力するタッチパッド部と、タッチパッド部からの信号に基づいて信号の解析を行って座標点を算出し、算出した座標点の情報を含む信号を出力する信号解析部と、を備えたキーボードタッチパッドが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

このキーボードタッチパッドのタッチパッド部の下には、キーの位置を表示するシートが設けられ、タッチパッド部を介してキー配列が認識でき、さらに、タッチパッド部には、ホームポジションを示す小さな突起物を備えている。操作者は、この突起物を介してホームポジション（タッチパッド部の基準位置）を認識することができる。

特開平１０−２５４６２４号公報

しかし、従来のキーボードタッチパッドは、ホームポジションを示す小さな突起物がタッチパッド部に設けられているので、その位置を変更することができない。

従って、本発明の目的は、検出面上において、他の領域と異なる触感を与える領域を任意の位置に形成することができる入力装置を提供することにある。

本発明の一態様は、検出面に対する接触を検出する検出部と、検出面の各辺に対応して対向するように配置された複数の一対の振動子によって検出面の法線方向に検出部を振動させることにより、スクイーズ膜効果が発生する複数の領域、及び複数の領域の間に交差する第１の境界及び第２の境界を発生させると共に、複数の領域と摩擦係数の異なる第１の境界及び第２の境界の交点を検出面に発生させる振動発生部と、を備える入力装置を提供する。

本発明によれば、検出面上において、他の領域と異なる触感を与える領域を任意の位置に形成することができる。

図１（ａ）は、実施の形態に係る入力装置の斜視図であり、（ｂ）は、入力装置の側面図であり、（ｃ）は、振動が付加された入力装置の側面図であり、（ｄ）は、入力装置に形成される領域を説明するための上面図である。図２（ａ）は、実施の形態に係る入力装置のブロック図であり、（ｂ）は、第１の超音波振動子の振幅と時間のグラフであり、（ｃ）は、第２の超音波振動子の振幅と時間のグラフであり、（ｄ）は、第３の超音波振動子の振幅と時間のグラフであり、（ｅ）は、第４の超音波振動子の振幅と時間のグラフである。図３（ａ）は、実施の形態に係る入力装置に形成される領域を説明するための上面図であり、（ｂ）は、第１の超音波振動子の振幅と時間のグラフであり、（ｃ）は、第２の超音波振動子の振幅と時間のグラフであり、（ｄ）は、第３の超音波振動子の振幅と時間のグラフであり、（ｅ）は、第４の超音波振動子の振幅と時間のグラフである。

[実施の形態]
（実施の形態の要約）
実施の形態に係る入力装置は、検出面に対する接触を検出する検出部と、検出面の法線方向に検出部を振動させることにより、他の領域と摩擦係数の異なる領域を検出面に発生させる振動発生部と、を備える。

（入力装置１の構成）
図１（ａ）は、実施の形態に係る入力装置の斜視図であり、（ｂ）は、入力装置の側面図であり、（ｃ）は、振動が付加された入力装置の側面図であり、（ｄ）は、入力装置に形成される領域を説明するための上面図である。図２（ａ）は、実施の形態に係る入力装置のブロック図であり、（ｂ）は、第１の超音波振動子の振幅と時間のグラフであり、（ｃ）は、第２の超音波振動子の振幅と時間のグラフであり、（ｄ）は、第３の超音波振動子の振幅と時間のグラフであり、（ｅ）は、第４の超音波振動子の振幅と時間のグラフである。なお、実施の形態に係る各図において、部品と部品との比率は、実際の比率とは異なる場合がある。

図１（ａ）におけるＸＹＺ座標系は、直交座標系であり、Ｘ軸がタッチパネル１２の長手方向に平行な軸であり、Ｙ軸がタッチパネル１２の短手方向に平行な軸であり、Ｚ軸がタッチパネル１２の検出面１２０の法線方向に平行な軸である。なお、検出面１２０は、平坦であるものとする。

実施の形態に係る入力装置１は、主に、検出面１２０に対する接触を検出する検出部１０と、検出面１２０の法線方向に検出部１０を振動させることにより、他の領域と摩擦係数の異なる領域を検出面１２０に発生させる振動発生部２０と、を備える。ここで他の領域とは、図１（ｃ）及び（ｄ）に示す第１の領域２５〜第４の領域２８である。また、他の領域と摩擦係数が異なる領域とは、ホームポジション３に対応する領域である。

入力装置１は、例えば、接続された電子機器の操作を行うことができるものである。入力装置１は、例えば、操作者の体の一部（例えば、指）や専用のペンで検出面１２０に触れることにより、電子機器に表示されたカーソルの移動やカーソルによる選択、表示されたアイコンのドラッグ、ドロップ等の指示を行うことができるように構成されている。本実施の形態では、指による操作について説明する。

操作者は、例えば、入力装置１に対してタッチ操作、タップ操作、スライド（なぞり）操作およびジェスチャ操作等を行うことができる。ここで、タッチ操作とは、例えば、指で検出面１２０に接触する操作を示す。タップ操作は、タッチ操作よりも短い時間で入力装置１に接触する操作であり、所定の時間内に複数回繰り返すことで、回数に応じた異なる機能を実行させる操作を示す。また、スライド操作とは、例えば、指を検出面１２０に接触させたまま移動させる操作を示す。ジェスチャ操作とは、例えば、操作指の軌跡が予め定められた形状と相似であるとき、その形状に割り当てられた機能を実行させる操作を示す。ジェスチャ操作の判定は、例えば、パターンマッチングを用いた方法等の周知の方法が用いられる。

・検出部１０の構成
検出部１０は、図１（ａ）に示すように、Ｘステージ１１ａ及びＹステージ１１ｂと、タッチパネル１２と、を備えて概略構成されている。

タッチパネル１２としては、例えば、周知の抵抗膜方式、静電容量方式等のタッチパネルを用いることが可能である。

本実施の形態に係るタッチパネル１２は、例えば、検出面１２０に指が近づくことによる、センサワイヤと指との距離に反比例した電流の変化を検出する静電容量方式のタッチパネルである。このタッチパネル１２は、例えば、上部にガラス平板を備え、そのガラス平板の下に、図示を省略した複数のセンサワイヤが設けられている。検出面１２０は、例えば、このガラス平板の表面である。

図１（ａ）に示すＸ軸方向には、例えば、ｍ個のセンサワイヤが等間隔で並べられている。このｍは、例えば、正の整数である。また、図１（ａ）に示すＹ軸方向には、例えば、ｎ個のセンサワイヤが等間隔で並べられている。このｎは、例えば、正の整数である。

Ｘ軸に沿って並べられたセンサワイヤは、例えば、Ｙ軸に沿って並べられたセンサワイヤよりも検出面１２０に近い層に形成されている。また、Ｘ軸に沿って並べられたセンサワイヤは、例えば、Ｙ軸に沿って並べられたセンサワイヤと電気的に絶縁されている。

この検出部１０のタッチパネル１２は、例えば、図２（ａ）に示すように、制御部１４に接続され、接触が検出された検出面１２０上の位置を示す検出信号を制御部１４に出力するように構成されている。

タッチパネル１２は、例えば、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、Ｘステージ１１ａの表面に設置されている。また、Ｘステージ１１ａとＹステージ１１ｂの間には、第１の超音波振動子２１及び第２の超音波振動子２２が配置されている。さらに、Ｙステージ１１ｂの裏面には、第３の超音波振動子２３及び第４の超音波振動子２４が配置されている。このＸステージ１１ａ及びＹステージ１１ｂは、例えば、合成樹脂材を用いて板形状に形成されている。

なお、Ｘステージ１１ａ及びタッチパネル１２は、例えば、振動発生部２０による超音波振動が付加されても剛体としての性質を保つものとする。また、第３の超音波振動子２３及び第４の超音波振動子２４は、例えば、入力装置１の筐体に取り付けられている。Ｘステージ１１ａ及びＹステージ１１ｂは、超音波振動が停止されたときは、初期位置に復帰するものとする。

・振動発生部２０の構成
振動発生部２０は、例えば、第１の超音波振動子２１〜第４の超音波振動子２４と、駆動部２９と、を備えて概略構成されている。第１の超音波振動子２１〜第４の超音波振動子２４は、例えば、ピエゾ効果又は磁気歪効果等により超音波振動を行う超音波振動子である。本実施の形態に係る第１の超音波振動子２１〜第４の超音波振動子２４は、一例として、ピエゾ効果を用いた超音波振動子であるものとする。

第１の超音波振動子２１〜第４の超音波振動子２４は、電圧を加えると伸び縮みするピエゾ素子（圧電素子）を含んで概略構成され、このピエゾ素子に電圧を加えることで軸方向に振動し、対象物に超音波振動を与える振動子である。超音波振動とは、例えば、人間の耳には聞こえない周波数の振動である。この周波数は、数十ｋＨｚ程度である。なお、超音波振動子（第１の超音波振動子２１〜第４の超音波振動子２４）が振動する軸方向とは、図１（ａ）に示す正方向及び負方向を含むＺ軸方向である。

また、この超音波振動子の振幅は、一例として、数μｍｐｐ程度である。従って、検出部１０が超音波振動を行う様子を図示することは困難であるため、図１（ｃ）に示すように、図示し易い振幅としている。なお、超音波振動子は、図１（ａ）に示すように、矩形状であるが、これに限定されず、Ｘステージ１１ａ又はＹステージ１１ｂの一点をＺ軸方向に駆動するように構成された超音波振動子であっても良い。

振動発生部２０は、例えば、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、一対の超音波振動子が対向するように配置される。具体的には、第１の超音波振動子２１と第２の超音波振動子２２とが一対の超音波振動子として配置され、第３の超音波振動子２３と第４の超音波振動子２４とが一対の超音波振動子として配置されている。

第１の超音波振動子２１と第２の超音波振動子２２は、例えば、タッチパネル１２の長手方向に配置されている。また、第３の超音波振動子２３と第４の超音波振動子２４は、例えば、タッチパネル１２の短手方向に配置されている。

この第１の超音波振動子２１〜第４の超音波振動子２４は、例えば、駆動部２９に接続されている。この駆動部２９は、制御部１４から取得した制御信号に基づいて第１の超音波振動子２１〜第４の超音波振動子２４に駆動信号を出力するように構成されている。

振動発生部２０は、例えば、第１の超音波振動子２１〜第４の超音波振動子２４の超音波振動が同時に行われるように構成されている。

また、一対の超音波振動子は、例えば、互いの位相が逆位相となって振動する。例えば、図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、第１の超音波振動子２１が時間ｔ_１にＺ軸の正方向に振動を開始すると共に、第２の超音波振動子２２がＺ軸の負方向に振動を開始する。また、図２（ｄ）及び（ｅ）に示すように、第３の超音波振動子２３が時間ｔ_１にＺ軸の正方向に振動を開始すると共に、第４の超音波振動子２４がＺ軸の負方向に振動を開始する。

駆動部２９は、第１の超音波振動子２１と第２の超音波振動子２２の位相が逆位相となるように、また、第３の超音波振動子２３と第４の超音波振動子２４の位相が逆位相となるように駆動信号を出力する。

・制御部１４の構成
制御部１４は、例えば、プログラムに従って、取得した情報に演算、加工等を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）等から構成されるマイクロコンピュータである。

また、制御部１４は、例えば、取得した検出信号に基づいた座標値から、指が接触、または近づいた座標を算出する。この座標の算出方法は、例えば、加重平均を用いた方法等の周知の方法が用いられる。制御部１４は、例えば、算出した座標の情報を含む操作信号を生成して出力するように構成されている。

（動作）
以下に、本実施の形態に係る入力装置１の動作について各図を参照しながら詳細に説明する。まず、ホームポジション３がタッチパネル１２の中央に形成される場合の動作について説明する。

・ホームポジション３を中央に形成する場合
駆動部２９は、制御信号に基づいて第１の超音波振動子２１と第２の超音波振動子２２を互いに逆位相で、かつ、同じ振幅で振動させ、第３の超音波振動子２３と第４の超音波振動子２４を互いに逆位相で、かつ、同じ振幅で振動させる。以下では、第１の超音波振動子２１及び第２の超音波振動子２２による超音波振動と、第３の超音波振動子２３及び第４の超音波振動子２４による超音波振動を分けて説明する。

まず、第１の超音波振動子２１と第２の超音波振動子２２の超音波振動により、Ｘステージ１１ａを介してタッチパネル１２に振動が伝達し、タッチパネル１２には、例えば、図１（ｄ）に示すように、Ｚ軸の正方向及び負方向に振動する第１の領域２５と第２の領域２６とが発生する。この第１の領域２５と第２の領域２６との仮想の境界３０が、例えば、図１（ｄ）に一点鎖線で示すように、タッチパネル１２上の長手方向に、直線状に現れる。なお、第１の領域２５とは、図１（ｃ）に示すタッチパネル１２の中央から下方の領域であり、第２の領域２６とは、中央から上方の領域である。

この超音波振動により発生する第１の領域２５及び第２の領域２６には、スクイーズ膜効果が現れる。このスクイーズ膜効果とは、タッチパネル１２が超音波振動することにより、タッチパネル１２上に空気の膜（スクイーズ膜）が形成される効果である。第１の領域２５及び第２の領域２６は、このスクイーズ膜により、スクイーズ膜が形成されない場合よりも、指滑りが滑らかになる。言い換えるなら、第１の領域２５及び第２の領域２６は、仮想の境界３０に比べて指滑りが滑らかになる。つまり、仮想の境界３０は、他の領域（第１の領域２５及び第２の領域２６）と摩擦係数が異なる領域となる。

続いて、第３の超音波振動子２３及び第４の超音波振動子２４の超音波振動により、Ｙステージ１１ｂ、第１の超音波振動子２１、第２の超音波振動子２２、及びＸステージ１１ａを介してタッチパネル１２に振動が伝達し、タッチパネル１２には、例えば、図１（ｄ）に示すように、Ｚ軸の正方向及び負方向に振動する第３の領域２７と第４の領域２８とが発生する。この第３の領域２７と第４の領域２８との仮想の境界３１は、例えば、図１（ｄ）に二点鎖線で示すように、タッチパネル１２上の短手方向に、直線状に現れる。なお、第３の領域２７とは、図１（ｃ）に示すタッチパネル１２の中央から左側の領域であり、第４の領域２８とは、中央から右側の領域である。

この超音波振動により発生する第３の領域２７及び第４の領域２８には、第１の領域２５及び第２の領域２６と同じようにスクイーズ膜効果が現れる。第３の領域２７及び第４の領域２８は、このスクイーズ膜により、スクイーズ膜が形成されない場合よりも、指滑りが滑らかになる。言い換えるなら、第３の領域２７及び第４の領域２８は、仮想の境界３１に比べて指滑りが滑らかになる。つまり、仮想の境界３１は、他の領域（第３の領域２７及び第４の領域２８）と摩擦係数が異なるとなる。

第１の超音波振動子２１〜第４の超音波振動子２４は、同時に振動しているため、仮想の境界３０及び境界３１の交点、すなわち、ホームポジション３のみが、他の領域と比べて摩擦係数が異なる領域となる。つまり、ホームポジション３は、他の領域と比べて、摩擦係数が高い領域となる。

操作者は、タッチパネル１２の検出面１２０に指を接触させ、ホームポジション３を確認する動作を行うと、他の領域は、指滑りが滑らかである一方、ホームポジション３の領域では、指滑りが他の領域と異なって感じる。従って操作者は、タッチパネル１２に視線移動することなく、ホームポジション３を触感により確認することが可能となる。

・ホームポジション３を任意の位置に形成する場合
図３（ａ）は、実施の形態に係る入力装置に形成される領域を説明するための上面図であり、（ｂ）は、第１の超音波振動子の振幅と時間のグラフであり、（ｃ）は、第２の超音波振動子の振幅と時間のグラフであり、（ｄ）は、第３の超音波振動子の振幅と時間のグラフであり、（ｅ）は、第４の超音波振動子の振幅と時間のグラフである。以下に、ホームポジション３をタッチパネル１２上の任意の位置に形成する動作について、各図を参照して詳細に説明する。ここでは、ホームポジション３をタッチパネル１２の左上に形成する場合の動作を説明する。

まず、制御部１４は、ホームポジション３を形成する位置に関する情報に基づいて制御信号を生成し、駆動部２９に出力する。この情報は、外部から取得されても良いし、予め制御部１４に記憶されていても良い。

駆動部２９は、制御信号に基づいて第１の超音波振動子２１と第２の超音波振動子２２を互いに逆位相で、かつ、異なる振幅で振動させ、第３の超音波振動子２３と第４の超音波振動子２４を互いに逆位相で、かつ、異なる振幅で振動させる。以下では、第１の超音波振動子２１及び第２の超音波振動子２２による超音波振動と、第３の超音波振動子２３及び第４の超音波振動子２４による超音波振動を分けて説明する。

ホームポジション３をタッチパネル１２の中央に形成する場合、中央を通る仮想の境界３０を形成するため、第１の超音波振動子２１と第２の超音波振動子２２の振幅は、同じ振幅とされた。しかし、図３（ａ）に示す位置、すなわち、図３（ａ）の紙面において、タッチパネル１２の左上にホームポジション３を形成する場合、境界３０は、中央より上方に形成されなければならない。従って、駆動部２９は、図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、第１の超音波振動子２１の振幅が、第２の超音波振動子２２の振幅よりも大きくなるような駆動信号を生成し出力する。よって、仮想の境界３０は、図３（ａ）に示すように、タッチパネル１２の中央から上方に形成される。

また、ホームポジション３をタッチパネル１２の中央に形成する場合、中央を通る仮想の境界３１を形成するため、第３の超音波振動子２３と第４の超音波振動子２４の振幅は、同じ振幅とされた。しかし、図３（ａ）に示す位置、すなわち、図３（ａ）の紙面において、タッチパネル１２の左上にホームポジション３を形成する場合、仮想の境界３１は、中央より左側に形成されなければならない。従って、駆動部２９は、図３（ｄ）及び（ｅ）に示すように、第４の超音波振動子２４の振幅が、第３の超音波振動子２３の振幅よりも大きくなるような駆動信号を生成し出力する。つまり、第１の超音波振動子２１〜第４の超音波振動子２４は、ホームポジション３の位置に応じて、それぞれの超音波振動子が異なる振幅で超音波振動を行う場合もある。よって、仮想の境界３１は、図３（ａ）に示すように、タッチパネル１２の中央から左側に形成される。

第１の超音波振動子２１〜第４の超音波振動子２４は、同時に振動しているため、仮想の境界３０及び境界３１の交点、すなわち、ホームポジション３のみが、他の領域と比べて摩擦係数が異なる領域となる。従って、ホームポジション３は、図３（ａ）に示すように、仮想のタッチパネル１２の左上に形成される。

（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る入力装置１は、検出部１０を超音波振動させることで、検出面１２０上にスクイーズ膜の領域と、スクイーズ膜のない領域と、を形成するので、検出面１２０上において、他の領域と異なる触感を与える領域を任意の位置に形成することができる。

また、本実施の形態に係る入力装置１は、一対の超音波振動子が対向して配置されるので、片側のみに配置する場合と比べて、検出面１２０に複数のスクイーズ膜を形成することが可能となり、任意の位置にホームポジション３を形成することが可能となる。

また、本実施の形態に係る入力装置１は、一対の超音波振動子が互いの位相が逆位相となるような超音波振動を行うので、同じ位相で超音波振動する場合には形成されない、スクイーズ膜を形成することが可能となる。

さらに、本実施の形態に係る入力装置１は、一対の超音波振動子が互いに異なる振幅で超音波振動を行うので、同じ振幅で超音波振動を行う場合よりも、ホームポジション３を形成する位置に自由度がある。

なお、本実施の形態の変形例として、入力装置１は、操作者の指を止めさせたい位置にホームポジションを形成することができる。つまり、これは、例えば、電子機器の表示部に表示されたアイコンを選択させたいとき、入力装置１は、このアイコンに相当するタッチパネル１２の位置にホームポジション３を形成することにより、触感で指を止める位置を認識させることができる。

また、他の変形例として、本実施の形態に係る入力装置１は、タッチパネル１２の長手方向及び短手方向に沿って超音波振動子が配置されたがこれに限定されず、一対の超音波振動子が対向して配置されるのであれば、タッチパネル１２またはＸステージ１１ａ及びＹステージ１１ｂの辺に沿う必要はない。また、超音波振動子は、Ｘステージ１１ａ及びＹステージ１１ｂを持たない構成として、タッチパネル１２が配置された１つの部材に振動を付加する構成でも良い。

また、他の変形例として、本実施の形態に係る超音波振動子の数は、上記に限定されず、用途に応じて自由に変更可能である。また、超音波振動子は、例えば、タッチパネル１２の形状に合わせて配置や個数が変更可能である。

また、他の変形例として、入力装置１は、一の一対の超音波振動子と他の一対の超音波振動子が交互に超音波振動を行っても良い。つまり、入力装置１は、第１の超音波振動子２１と第２の超音波振動子２２とが超音波振動を行った後、第３の超音波振動子２３と第４の超音波振動子２４とが超音波振動を開始し、これが繰り返される構成としても良い。

以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…入力装置、３…ホームポジション、１０…検出部、１１ａ…Ｘステージ、１１ｂ…Ｙステージ、１２…タッチパネル、１４…制御部、２０…振動発生部、２１〜２４…第１の超音波振動子〜第４の超音波振動子、２５〜２８…第１の領域〜第４の領域、２９…駆動部、３０、３１…境界、１２０…検出面

Claims

検出面に対する接触を検出する検出部と、
前記検出面の各辺に対応して対向するように配置された複数の一対の振動子によって前記検出面の法線方向に前記検出部を振動させることにより、スクイーズ膜効果が発生する複数の領域、及び前記複数の領域の間に交差する第１の境界及び第２の境界を発生させると共に、前記複数の領域と摩擦係数の異なる前記第１の境界及び前記第２の境界の交点を前記検出面に発生させる振動発生部と、
を備える入力装置。
前記複数の一対の振動子は、互いの位相が逆位相となる請求項１に記載の入力装置。
前記複数の一対の振動子は、互いに異なる振幅で振動する請求項２に記載の入力装置。
前記交点を形成する位置に関する情報に基づいて前記複数の一対の振動子の前記位相及び前記振幅を制御する制御信号を生成し、前記制御信号により前記振動発生部を制御することで前記検出面に前記交点を発生させる制御部を有する請求項３に記載の入力装置。