JP5630119B2 - タッチパネル装置、これを含むタッチパネル付き表示装置、及びタッチパネル装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、表示画面に操作部品を表示し、座標入力面に入力される操作者の操作入力を受け付けるタッチパネル装置、これを含むタッチパネル付き表示装置、及びタッチパネル装置の制御方法に関する。

駅の切符券売機、金融機関やコンビニエンスストアに設置されるＡＴＭ（Automated Teller Machine：現金自動預け払い機）、又は、携帯電話端末機、音楽プレーヤ、ゲーム機等の端末装置の表示画面には、タッチパネルを用いた入力装置（以下、タッチパネル装置）が広く使用されている。

一般的なタッチパネル装置は、液晶パネル等の表示パネルに座標入力装置を重ね合わせて用いられ、表示パネルの表示画面内にボタン等の操作部品を表示し、座標入力装置への操作者のタッチに応じた操作を提供する。ボタン等の操作部品としては、典型的には、ＧＵＩ(Graphical User Interface)部品が挙げられる。

このようなタッチパネル装置は、ボタン等のＧＵＩ部品をソフトウェアによって自由に設定できるため、製造者及び操作者の双方にとって利便性が高く、今後も更に需要が増して行くことが予想される。

ところで、表示画面内に表示されたボタン等を操作する際には、指先がボタン等を覆ってボタン等が見え難くなるため操作し難くなる場合がある。また、表示画面内に表示されたボタン等の操作には、実際のボタン操作のような操作感が伴わないため、操作者が違和感を覚える場合がある。このため、ボタン等の操作入力がタッチパネル装置に認識されていないと思い、操作者が操作状態を把握し難くなる場合が起こりうる。

例えば、タッチパネル装置への操作入力の際、入力したつもりでも動作しない、あるいは、入力していないつもりなのに動作してしまうといった利用者の意に反する動作が生じ、誤入力を防ぐためのチェックや、訂正を行うための操作入力等のために手間が増え、操作者のストレス、タッチパネル装置自体の使いにくさを生じさせている場合があった。

ここで、操作入力がタッチパネル装置側で認識されたことを操作者が認識し易くするために、操作されたボタンの表示を反転させる、又は操作音を発する等の工夫が考えられる。

しかしながら、視覚や聴覚には個人差があり、また、タッチパネル装置が設置される環境によって見え方や聞こえ方が異なる場合もあるので、表示の反転や操作音の発報では操作者が十分に認識できない場合があった。

このような操作に関する問題を解決するために、タッチパネル装置を振動させるような振動パターンを用い、タッチパネル装置に接触する操作者の指先の位置や、指先の移動に合わせて表示パターンを変えるタッチパネル装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上述した従来のタッチパネル装置では、指先を移動させることなくボタン等の操作部品を識別することは困難であり、また、操作部品と指の位置関係を触感だけで瞬時に認識することはできなかった。

このため、例えば、ボタン等の端に指先が触れているような状態で、指先のどちら側にボタン等が存在しているのかを触感だけで瞬時に認識することはできなかった。

また、例えば、最初のタッチでボタン等と指との位置がずれていた場合には、視覚で確認して押し直す必要があり、特に、視覚の不自由な操作者にとっては利用が困難になる可能性があった。

そこで、本発明は、表示画面内に表示される操作部品と指先の位置関係を触感だけで瞬時に認識することのできるタッチパネル装置、これを含むタッチパネル付き表示装置、及びタッチパネル装置の制御方法を提供することを目的とする。

本発明の実施の形態の一観点のタッチパネル装置は、基板に固定された座標入力装置と、
前記座標入力装置の下側に配設された複数の振動子を備える振動生成部と、
前記座標入力装置の下側に配設される表示部に画像として表示させる操作部品を生成する操作部品生成部と、
前記操作部品生成部によって生成される一又は複数の前記操作部品の前記表示部に表示される位置の中央部が腹となる定在波を前記座標入力装置に発生させる振動モードで、前記振動生成部の前記複数の振動子の駆動制御を行う駆動制御部と
を含む。

また、前記振動モードは、前記操作部品が前記表示部に表示される形状に応じた波形の定在波を発生させる振動モードであってもよい。

また、前記振動生成部は弾性のある弾性基板を有し、前記複数の振動子は、前記弾性基板の一方の面又は両方の面に配列されてもよい。

また、前記駆動制御部は、前記弾性基板の両方の面に配列される前記複数の振動子のうち、前記弾性基板の一方の面側の振動子と、前記弾性基板の他方の面の振動子とを逆位相で駆動してもよい。

また、前記複数の振動子は、それぞれ、一対の電極と、前記一対の電極間に配設される圧電素子とを有し、前記一対の電極のうちのいずれか一方は前記弾性基板に配設されてもよい。

また、前記駆動制御部が前記座標入力装置に定在波を発生させる振動モードは、前記駆動制御部が前記複数の振動子の駆動制御を行うことにより、前記弾性基板の固有振動数による定在波を前記弾性基板に発生させる振動モードであってもよい。

また、前記駆動制御部は、操作者によって操作入力が行われた前記操作部品の大きさが、当該操作部品の前に操作者によって操作入力が行われた他の操作部品の大きさと異なる場合は、前記振動モードを当該操作部品の大きさに応じた振動モードに切り替えてもよい。

また、前記振動モードは、前記操作部品の境界部に前記定在波の節が位置するように前記振動生成部の駆動制御を行う振動モードを含んでもよい。

また、前記駆動制御部は、前記操作部品生成部によって生成される前記操作部品が変更又は移動されると、当該変更又は移動後の操作部品の位置に応じた波形の定在波を発生させる駆動パターンで前記振動生成部の駆動制御を行ってもよい。

また、前記座標入力装置への操作入力の押圧度合を検出する押圧度合検出部と、
前記押圧度合検出部で検出される押圧度合が所定閾値以上であるか否かを判定する押圧度合判定部と
をさらに含み、
前記駆動制御部は、前記押圧度合判定部によって検出される操作入力の押圧度合が所定の閾値未満であると判定された場合には、前記振動モードで前記振動生成部の駆動制御を行い、前記押圧度合判定部によって検出される操作入力の押圧度合が所定の閾値以上であると判定された場合には、前記振動モードとは異なる他の振動モードで前記振動生成部の駆動制御を行ってもよい。

また、前記他の振動モードは、前記操作部品の操作の完了を操作者に知覚させるように前記振動生成部の駆動制御を行う振動モードであってもよい。

本発明の実施の形態の一観点のタッチパネル付き表示装置は、前記いずれかに記載のタッチパネル装置と、前記操作部品生成部によって生成される操作部品を画像として表示する表示部とを含む。

本発明の実施の形態の一観点のタッチパネル装置の制御方法は、基板に固定された座標入力装置と、
前記座標入力装置の下側に配設された複数の振動子を備える振動生成部と、
前記座標入力装置の下側に配設される表示部に画像として表示させる操作部品を生成する操作部品生成部と
を含むタッチパネル装置の制御方法であって、
前記操作部品生成部によって生成される一又は複数の前記操作部品の前記表示部に表示される位置の中央部が腹となる定在波を前記座標入力装置に発生させる振動モードで、前記振動生成部の前記複数の振動子の駆動制御を行う。

表示画面内に表示される操作部品と指先との位置関係を触感だけで瞬時に認識することのできるタッチパネル装置、これを含むタッチパネル付き表示装置、及びタッチパネル装置の制御方法を提供できる。

（Ａ）は、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置の断面構造を示す図、（Ｂ）は、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置の一部分の断面構造を拡大して示す図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００の４００個のセルに含まれる電極８Ｃの配列を示す図である。 実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００の液晶パネル３の表示の一例を示す斜視図である。 実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００の主制御装置４０に含まれる一部の回路構成を示すブロック図である。 図４に示す定在波生成回路の回路構成を示すブロック図である。 実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００の駆動制御回路３０の回路構成をセル及び主制御装置４０とともに示す図である。 実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００における各セルのアクチュエータ８を駆動するタイミングを示すタイミングチャートである。 （Ａ）〜（Ｃ）は、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００のアクチュエータ８の動作を示す図である。 実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００における駆動電圧ｅ_i,j(t)の波形の一例を示す図である。 実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００における駆動電圧ｅ_i,j(t)の波形の一例を示す図である。 実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００に発生させる定在波を模式的に示す図である。 実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００のメモリ５０に格納されるテーブルの一例を示す図である。 実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００の主制御装置４０によって実行される駆動パターンの生成処理の手順を示す図である。 実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００による画像パターンと定在波を示す図である。 実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００による画像パターンと定在波を示す図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、実施の形態２のタッチパネル付き表示装置のアクチュエータを拡大して示す図である。 実施の形態３のタッチパネル付き表示装置の駆動制御回路と各セルの接続関係を示す図である。

以下、本発明のタッチパネル装置、及びこれを含むタッチパネル付き表示装置を適用した実施の形態について説明する。

＜実施の形態１＞
図１（Ａ）は、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置の断面構造を示す図である。

図１（Ｂ）は、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置の一部分の断面構造を拡大して示す図である。

図１（Ａ）に示すように、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００は、基板１、防振シート２、液晶パネル３、側壁４、表面基板５、接触センサ６、弾性基板７、アクチュエータ８、接触センサ処理回路１０、画像表示回路２０、駆動制御回路３０、主制御装置４０、及びメモリ５０を含む。

これらのうち、基板１、側壁４、表面基板５、接触センサ６、弾性基板７、アクチュエータ８、接触センサ処理回路１０、画像表示回路２０、駆動制御回路３０、主制御装置４０、及びメモリ５０は、実施の形態１のタッチパネル装置を構成する。すなわち、実施の形態１では、「タッチパネル装置」という用語は、防振シート２及び液晶パネル３を含まない装置を表す。

基板１は、防振シート２、液晶パネル３、側壁４、表面基板５、接触センサ６、弾性基板７、及びアクチュエータ８を搭載するための基板であり、例えば、ガラスエポキシ基板やガラスコンポジット基板で構成されるプリント基板（ＰＣＢ：Printed Circuit Board)を用いることができる。

防振シート２は、基板１と液晶パネル３の間に配設され、アクチュエータ８の振動を吸収するために設けられている。防振シート２は、例えば、樹脂製又はゴム製のものを用いればよく、例えば、基板１の上に両面テープ又は接着剤で固定すればよい。

液晶パネル３は、防振シート２の上に実装され、画像表示回路２０によって生成されるＧＵＩ部品を表示する表示部である。以下では、液晶パネル３がＧＵＩ部品を表示する領域を表示領域と称する。なお、液晶パネル３の代わりに、例えば、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）パネルを用いてもよい。

側壁４は、基板１に対して表面基板５を保持するために設けられている。基板１及び表面基板５は、平面視で略正方形であるため、側壁４は、平面視で略正方形状の矩形環状の壁部材であればよい。

ここで、表面基板５の下面側には、接触センサ６、弾性基板７、及びアクチュエータ８が実装される。また、アクチュエータ８と液晶パネル３の間には、例えば０．２ｍｍ〜１ｍｍ程度の間隔が設けられる。

このため、側壁４は、基板１に対して接触センサ６、弾性基板７、及びアクチュエータ８を保持できる程度の強度を有するとともに、アクチュエータ８と液晶パネル３の間に上述のような間隔を保持できる高さに設定されていればよい。

表面基板５は、タッチパネル装置の操作入力部となる透明基板である。表面基板５は、接触センサ６とともに座標入力装置を構成する。表面基板５の平面視での大きさは、液晶パネル３の表示領域の大きさ以上の大きさであればよい。

操作者が表面基板５の表面（上面）を押圧すると接触センサ６で操作位置の座標が検出されるように構成されているため、表面基板５の表面は、実施の形態１のタッチパネル装置を操作するための座標入力面となる。表面基板５としては、例えば、アクリル製あるいはポリカーボネート製の樹脂基板、又はガラス基板を用いることができる。

接触センサ６は、上述のように、表面基板５とともに座標入力装置を構成する。接触センサ６は、表面基板５の下面に実装され、操作者が表面基板５の表面を押圧した位置の座標を検出する。実施の形態１では、接触センサ６として抵抗膜方式のセンサを用いる形態について説明するが、接触センサ６は、例えば、静電容量方式、又は感圧式のセンサのセンサであってもよい。

抵抗膜方式のセンサは、複数の透明電極が一定間隔でマトリクス状に対向配置された電極シートを有しており、操作者が表面基板５の表面を指先で押圧すると、対向する電極同士が接触して導通し、その接触位置によって電極シートのＸ方向及びＹ方向の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化により、抵抗膜方式のセンサから出力されるＸ方向及びＹ方向に対応する電圧値が変化する。この電圧値の変化により、押圧された操作位置の座標が特定される。なお、電極シートとしては、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）膜を用いることができる。

弾性基板７は、接触センサ６の下面側に配設され、弾性基板７の下面には薄いフィルム状の複数のアクチュエータ８がマトリクス状に配列される。なお、弾性基板７の平面視での大きさは、液晶パネル３の表示領域の大きさ以上の大きさであればよい。実施の形態１では、複数のアクチュエータ８が液晶パネル３の表示領域を四隅まで満たすように配列される。

実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００では、複数のアクチュエータ８を所定の振動モードで駆動することにより、弾性基板７に定在波を発生させる。また、振動モードは、液晶パネル３に表示させるＧＵＩ部品の位置、大きさ、形状によって複数のパターンがある。

このため、弾性基板７の寸法（平面視での縦横の長さ、厚さ）と弾性率等は、複数の振動モードによって弾性基板７に発生されるすべての定在波をパターンに適合可能なように設定すればよい。

なお、弾性基板７は、例えば、接触センサ６の下面に両面テープ又は接着剤で固定すればよい。

アクチュエータ８は、弾性基板７の下面にマトリクス状に配列される薄いフィルム状のアクチュエータであり、例えば、ＰＶＤＦ（Polyvinylidene fluoride：ポリフッ化ビニリデン）のような圧電フィルムを一対の薄い透明電極で挟んだ構造のアクチュエータを用いることができる。

実施の形態１では、一例として、２０行×２０列で４００個のアクチュエータ８が弾性基板７の下面にマトリクス状に配列されている。図１（Ａ）には、２０行×２０列で４００個のアクチュエータ８のうちの１行目に位置するアクチュエータ８（１，１）、８（２，１）、８（３，１）・・・８（１８，１）、８（１９，１）、８（２０，１）を示す。

すべてのアクチュエータ８は、駆動制御回路３０から印加される電圧（所定の正電圧又は負電圧）によって駆動される。アクチュエータ８の圧電フィルムは、一対の電極から電圧が供給されると、厚さ方向に撓んで変位する。この変位は弾性基板７に振動として伝達する。

なお、図１（Ａ）では、説明の便宜上、駆動制御回路３０から複数のアクチュエータ８の各々に電圧を印加するための信号線を矢印で示す。

接触センサ処理回路１０は、接触センサ６から出力される操作位置の座標を表す電圧値に信号処理を行う回路である。この信号処理により、操作位置の座標を表す電圧値は、増幅、ノイズ除去、及びデジタル変換が行われ、デジタル電圧値として出力される。このように信号処理を行うため、接触センサ６から出力される電圧値が微小であっても、操作位置を正確に検出することができる。また、上述のように複数の透明電極をマトリクス状に配列した抵抗膜方式の接触センサ６を用いている場合には、押圧によって接触が生じた電極の数から接触面積を求めることができるとともに、接触面の中心位置を算出して操作位置（接触位置）を正確に導出できる。さらに、接触センサ処理回路１０は、操作位置や接触面積の時間変化量を検出することもできる。

なお、表面基板５、接触センサ６及び接触センサ処理回路１０は、座標入力面上でなされた操作入力の押圧度合を検出する押圧度合検出部としての機能も有する。

接触センサ処理回路１０は、操作位置の座標を表す電圧値に上述の信号処理を行い、操作入力のあった位置を表す入力座標情報と、接触面積を表す面積情報を出力する。入力座標情報は、例えば、操作入力が行われた領域の中心位置の座標を表し、面積情報は接触面積の大きさを示す。操作者による押圧度合が高くなると、対向配置された接触センサ６の電極シートが接触する接触面積が増えるため、電極シート間の抵抗値が下がり、接触センサ処理回路１０から出力される面積情報を表す電圧値は低くなる。一方、押圧度合が低い場合は、接触面積が減るため、面積情報を表す電圧値は高くなる。面積情報の変化は、操作者による表面基板５の押圧度合の変化を表す情報として利用することができる。入力座標情報と面積情報は、操作者の操作入力の内容を表す情報として、主制御装置４０に入力される。

画像表示回路２０は、液晶パネル３の各画素を駆動して所望の画像を表示させるための回路である。例えば、液晶パネルがアクティブマトリクス駆動される場合は、画像表示回路２０は、主制御装置４０から入力される画像データ及び表示座標データに基づき、各画素を駆動するためのＴＦＴ（Thin Film Transistor）を駆動する。画像表示回路２０は、主制御装置４０によってメモリ５０から読み出される画像データをアナログ電圧信号に変換して出力し、液晶パネル３を駆動する。これにより、液晶パネル３には、画像データに応じた画像（画像パターン）が表示座標データに応じた表示位置に表示される。画像データは、メモリ５０に格納されており、例えば、タッチパネル付き表示装置１００の操作部品となるＧＵＩ部品やＧＵＩ部品の周囲の画像（画像パターン）を生成するためのデータである。また、表示座標データは、画像データを表す位置を座標上で特定するためのデータであり、画像データと関連付けられてメモリ５０内に格納されている。

駆動制御回路３０は、４００個のアクチュエータ８を駆動するための駆動電圧（駆動信号）を出力する回路であり、例えば、ファンクションジェネレータを用いることができる。駆動制御回路３０は、主制御装置４０から入力される駆動パターンに応じて駆動電圧の電圧波形の変調や増幅を行い、アクチュエータ８を駆動する。駆動パターンは、電圧波形の周波数及び振幅で決まるため、電圧波形の周波数及び振幅は、主制御装置４０がメモリ５０から読み出す固有振動数データ及び振幅データによって設定されることになる。

主制御装置４０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）で構成され、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００の制御を統括する処理装置である。

実施の形態１では、主制御装置４０は、メモリ５０内に格納されたプログラムを実行して操作者に所定のサービスを提供する際に、接触センサ処理回路１０から入力される入力座標情報又は面積情報と、液晶パネル３に表示しているＧＵＩ部品の種類を表すデータとに基づき、操作者の操作内容を判定する。

そして、判定結果に応じて処理を実行し、処理に必要な画像パターンを生成するための画像データをメモリ５０から読み出し、画像表示回路２０を介して液晶パネル３に表示させる。

例えば、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００がスマートフォンとして用いられる場合は、主制御装置４０は、操作者の操作入力に応じて、文章を入力するためのキーボードのボタンを表すＧＵＩ部品を液晶パネル３に表示させ、操作者の操作入力に応じて文章の入力処理等を実行する。

ここで、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００では、画像データと、振幅データ及び固有振動数データとが関連付けられてメモリ５０に格納されている。

そして、主制御装置４０は、上述の文章入力処理のような処理を実行するために、メモリ５０から画像データを読み出して液晶パネル３に画像を表示させる際に、メモリ５０内で画像データと関連付けられた振幅データ及び固有振動数データを読み出し、駆動制御回路３０を介してアクチュエータ８を駆動して、表面基板５を振動させるための処理を実行する駆動制御部である。このように表面基板５を振動させるための処理の詳細については後述する。

メモリ５０は、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００の駆動に必要なプログラム等の種々のデータを格納するメモリであり、実施の形態１では、所定のサービスを提供するためのプログラムと、画像データ及び表示座標データとに加えて、振幅データ、及び固有振動数データを格納する。

画像データは、液晶パネル３に表示するためのＧＵＩ部品の画像、及びその他の画像を表すデータである。また、表示座標データは、各画像データによる画像を表示する位置を座標上で特定するためのデータである。

振幅データ及び固有振動数データは、駆動制御回路３０を介してアクチュエータ８を駆動するための駆動パターンを表すデータである。

この駆動パターンを表す振幅データ及び固有振動数データは、画像データ及び表示座標データと関連付けられてメモリ５０に格納されている。

アクチュエータ８の駆動方法の詳細については後述するが、実施の形態１のタッチパネル装置及びタッチパネル付き表示装置１００は、液晶パネル３に表示されるボタン等であるＧＵＩ部品の中央部に腹が位置し、かつＧＵＩ部品の境界部に節が位置するように、アクチュエータ８を駆動する。

次に、図１（Ｂ）を用いて、アクチュエータ８の構造について説明する。

図１（Ｂ）には、２０行×２０列で４００個のアクチュエータ８のうちの２行目の１列目から３列目に位置するアクチュエータ８（２，１）、８（２，２）、８（２，３）の断面構造を示す。

４００個のアクチュエータ８（１，１）〜８（２０，２０）の断面構造はすべて同一であるため、ここでは、図１（Ｂ）に示す３つのアクチュエータ８（２，１）、８（２，２）、８（２，３）の断面構造について説明する。

なお、以下では、４００個あるアクチュエータ８（１，１）〜８（２０，２０）を特に区別しない場合には、単にアクチュエータ８と称す。

アクチュエータ８は、電極８Ａ、圧電フィルム８Ｂ、電極８Ｃを積層した構造を有する。

電極８Ａは、４００個のアクチュエータ８（１，１）〜８（２０，２０）について共通の１枚の電極であり、例えば、弾性基板７を図１（Ｂ）に示す状態とは天地を逆にした状態で、弾性基板７上にＩＴＯを形成することによって作成される。

圧電フィルム８Ｂは、電極８Ａと同様に、４００個のアクチュエータ８（１，１）〜８（２０，２０）について共通の１枚の電極であり、例えば、弾性基板７及び電極８Ａを図１（Ｂ）に示す状態とは天地を逆にした状態で、電極８Ａ上にＰＶＤＦを形成することによって作成される。

電極８Ｃは、４００個のアクチュエータ８（１，１）〜８（２０，２０）の各々について分割されており、例えば、弾性基板７、電極８Ａ、及び圧電フィルム８Ｂを図１（Ｂ）に示す状態とは天地を逆にした状態で、圧電フィルム８ＢにＩＴＯを形成し、レーザ加工等で４００個に分割することによって作成される。

電極８Ａ、８Ｃと駆動制御回路３０を接続する信号線は、例えば、ＩＴＯ膜で作製すればよく、電極８Ａ、８Ｃを作成するためのＩＴＯ膜を成膜した後に、例えば、レーザ加工等で作製すればよい。なお、４００個ある電極８Ｃの各々と駆動制御回路３０を接続するための信号線は、例えば、４００個の電極８Ｃの間の隙間を通して配線すればよい。

電極８Ａ、８Ｃの間には、駆動制御回路３０から信号線を介して電圧が印加される。

なお、以下では、アクチュエータ８（１，１）〜８（２０，２０）の各々が形成される領域をセルと称す。平面視でのセルの大きさは、電極８Ｃの大きさによって規定される。

図２（Ａ）〜（Ｄ）は、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００の４００個のセルに含まれる電極８Ｃの配列を示す図である。図２（Ａ）〜（Ｄ）は、例示的な電極８Ｃの配列パターンを示す図であるが、ここでは配列パターンを見易くするために、符号８Ｃを省略して示す。

図２（Ａ）に示すように、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００は、２０行×２０列でマトリクス状に配列された４００個の電極８Ｃを有する。各電極８Ｃは、平面視で正方形である。

ここで、図２（Ａ）に示す原点０を有するＸＹ座標を用い、行方向（各行が伸びている方向）をＸ軸方向とし、列方向（各列が伸びている方向）をＹ軸方向とする。また、Ｘ軸方向にｉ番目（ｉは１〜２０のうちのいずれか）で、Ｙ軸方向にｊ番目（ｊは１〜２０のうちのいずれか）に存在するセルをセル（ｉ，ｊ）と称す。

実施の形態１では、各電極８Ｃは平面視で正方形であり、各セルも平面視で正方形であるものとして説明するが、電極８Ｃは、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）、図２（Ｄ）にそれぞれ示すように、平面視で正三角形、正六角形、円形であってもよい。

図３は、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００の液晶パネル３の表示の一例を示す斜視図である。

主制御装置４０は、後述する画像パターンＩＤを用いてメモリ５０にアクセスし、画像パターンＩＤに関連付けられた画像データＩＤに対応する画像データと、表示座標データとを読み出す。そして主制御装置４０が画像データと表示座標データを画像表示回路２０に入力すると、画像表示回路２０は、画像データと表示座標データを用いて液晶パネル３内の所望の位置に画像（画像パターン）を生成する。このようにして液晶パネル３にＧＵＩ部品として、例えば、８つのＧＵＩボタン２１とＧＵＩスライドバー２２が表示される。

図４は、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００の主制御装置４０に含まれる一部の回路構成を示すブロック図であり、図５は、図４に示す定在波生成回路の回路構成を示すブロック図である。

図４に示すように、主制御装置４０は、接触状態判定回路４１、操作完了パターン生成回路４２、及び定在波生成回路４３を含む。なお、上述のように、主制御装置４０は、タッチパネル付き表示装置１００の種々の処理を統括する処理装置であるため、ここに示す回路は、主制御装置４０のうちの一部分である。

接触状態判定回路４１は、接触センサ処理回路１０から入力される入力座標情報及び面積情報のうち、面積情報に基づき、操作者による座標入力面（表面基板５の表面）の押圧度合を判定する回路である。主制御装置４０は、接触状態判定回路４１によって判定される押圧度合が所定の閾値以上の場合は、操作完了パターン生成回路４２に処理を実行させ、接触状態判定回路４１によって判定される押圧度合が所定の閾値未満の場合は、定在波生成回路４３に処理を実行させる。

操作完了パターン生成回路４２は、駆動制御回路３０に入力する駆動パターンを生成する２つの回路のうちの一方の回路であり、操作者が液晶パネル３に表示するＧＵＩボタンやスライドバーに触れて操作を行う際に、操作完了を知らせるための触感を与えるようにアクチュエータ８を駆動するための駆動パターンを生成する。なお、ここでは、「操作完了」とは、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００が操作者の操作入力を認識したことをいう。

定在波生成回路４３は、駆動制御回路３０に入力する駆動パターンを生成する２つの回路のうちの他方の回路であり、操作者が液晶パネル３に表示するＧＵＩ部品であるボタンやスライドバーに触れる際に、実際のボタンに触れているような触感を与えるようにアクチュエータ８を駆動させるための駆動パターンを生成する。

図５に示すように、定在波生成回路４３は、周波数制御回路４４及び振幅制御回路４５を含む。

周波数制御回路４４は、メモリ５０に格納された固有振動数データを読み出して出力する回路である。この周波数制御回路４４は、主制御装置４０に含まれるため、主制御装置４０がメモリ５０に格納された固有振動数データを読み出す処理は、実際には、周波数制御回路４４がメモリ５０内の固有振動数データが読み出すことによって実現される。

振幅制御回路４５は、メモリ５０に格納された振幅データを読み出して出力する回路である。この振幅制御回路４５は、主制御装置４０に含まれるため、主制御装置４０がメモリ５０に格納された振幅データを読み出す処理は、実際には、振幅制御回路４５がメモリ５０内の振幅データを読み出すことによって実現される。

周波数制御回路４４及び振幅制御回路４５によってメモリ５０から固有振動数データ及び振幅データが読み出されることにより、定在波生成回路４３からこれらのデータが出力され、これにより、固有振動数データ及び振幅データで表される駆動パターンが主制御装置４０から駆動制御回路３０に入力される。

なお、定在波の周期、腹や節の位置、及び振幅は、固有振動数データ又は振幅データを変更することで調整できる。

また、固有振動数データ及び振幅データを変更することにより、複数の波形を重畳した駆動パターンを生成することもできる。さらに、生成される波形は正弦波に限定されるものではなく、パルス波や三角波等の波形を生成することもできる。また、アクチュエータ８の駆動パターンは、共通パターン又は異なるパターンのいずれで行うこともできる。

次に、図６を用いて、駆動制御回路３０の構成について説明する。

図６は、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００の駆動制御回路３０の回路構成をセル及び主制御装置４０とともに示す図である。

図６に示すように、駆動制御回路３０は、電源駆動部３１、Ｘ方向走査回路３２、及びＹ方向走査回路３３を含み、主制御装置４０から入力されるセル選択駆動信号に基づき、セル（ｉ，ｊ）を順次駆動する。

セル選択駆動信号は、セル（ｉ，ｊ）を特定する信号と、固有振動数データ及び振幅データで表される駆動パターンを表す信号とを含む。

電源駆動部３１は、主制御装置４０から入力されるセル選択駆動信号に基づき、セルを特定するためのＸ方向駆動信号及びＹ方向駆動信号と、各セルに印加するための電圧を出力する。

Ｘ方向走査回路３２は、信号線Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３・・・Ｘ２０に接続されており、電源駆動部３１から入力されるＸ方向駆動信号に基づき、信号線Ｘ１〜Ｘ２０を走査し、順番に電圧を印加する。

Ｙ方向走査回路３３は、信号線Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３・・・Ｙ２０に接続されており、電源駆動部３１から入力されるＹ方向駆動信号に基づき、信号線Ｙ１〜Ｙ２０を走査し、順番に電圧を印加する。

例えば、信号線Ｘ２及びＹ２でアクチュエータ８（２，２）を選択して駆動する場合は、信号線Ｘ２及びＹ２とアクチュエータ８（２，２）の間を太線で示すように電圧を印加する。

次に、図７のタイミングチャートを用いて、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００における各セルのアクチュエータ８を駆動するタイミングについて説明する。

図７は、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００における各セルのアクチュエータ８を駆動するタイミングを示すタイミングチャートである。

Ｘ方向走査回路３２及びＹ方向走査回路３３は、電源駆動部３１から出力されるＸ方向駆動信号及びＹ方向駆動信号に基づき、信号線Ｘ１〜Ｘ２０及び信号線Ｙ１〜Ｙ２０を走査する。

図７には、信号線Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３・・・Ｘ１８、Ｘ１９、Ｘ２０の信号波形を示し、信号線Ｘ４〜Ｘ１７の信号波形を省略するが、実際には、信号線Ｘ１から信号線Ｘ２０の信号波形は順番に立ち上がるものとする。

同様に、図７には、信号線Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３・・・Ｙ１８、Ｙ１９、Ｙ２０の信号波形を示し、信号線Ｙ４〜Ｙ１７の信号波形を省略するが、実際には、信号線Ｙ１から信号線Ｙ２０の信号波形は順番に立ち上がるものとする。

図７に示すように、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００は、信号線Ｙ１〜Ｙ２０の各々を選択している間に、信号線Ｘ１〜Ｘ２０を順番に選択する。すなわち、信号線Ｙ１〜Ｙ２０の各々を順番に選択する際に、信号線Ｘ１〜Ｘ２０を繰り返し順番に選択する。

このため、信号線Ｘ１〜Ｘ２０の信号波形が立ち上がっている期間は、各アクチュエータ８に駆動電圧が印加されている期間であり、これをＴｓとする。

信号線Ｘ１〜Ｘ２０及び信号線Ｙ１〜Ｙ２０の走査の順番は、まず、Ｙ方向走査回路３３が信号線Ｙ１を選択して電圧を供給している状態で、Ｘ方向走査回路３２が信号線Ｘ１〜Ｘ２０を順番に走査する。これにより、アクチュエータ８（１，１）〜８（２０，１）が順番に駆動される。

次に、Ｙ方向走査回路３３は、信号線Ｙ２を選択して電圧を供給している状態で、Ｘ方向走査回路３２が信号線Ｘ１〜Ｘ２０を順番に走査する。これにより、アクチュエータ８（１，２）〜８（２０，２）が順番に駆動される。

以下、Ｙ３信号線からＹ２０信号線を順番に選択し、Ｙ３信号線からＹ２０信号線の各々を選択している状態で、信号線Ｘ１〜Ｘ２０を繰り返し順番に走査する。これにより、アクチュエータ８（１，３）〜８（２０，３）、８（１，４）〜８（２０，４）、８（１，５）〜８（２０，５）・・・８（１，１９）〜８（２０，１９）、８（１，２０）〜８（２０，２０）が順番に選択される。

すなわち、アクチュエータ８（１，１）〜８（２０，２０）は、アクチュエータ８（１，１）〜８（２０，１）、８（１，２）〜８（２０，２）・・・８（１，１９）〜８（２０，１９）、８（１，２０）〜８（２０，２０）の順番で駆動される。

アクチュエータ８（１，１）〜８（２０，２０）を選択する順番は、主制御装置４０から入力されるセル選択駆動信号に含まれている。

なお、アクチュエータ８（１，１）〜８（２０，２０）に印加する電圧については、後述する。

次に、図８を用いて、アクチュエータ８の動作説明を行う。

図８（Ａ）〜（Ｃ）は、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００のアクチュエータ８の動作を示す図である。ここでは、説明の便宜上、１つのセルに含まれる弾性基板７とアクチュエータ８の断面を示し、一つのアクチュエータ８の動作について説明する。

図８（Ａ）〜（Ｃ）には、動作を分かり易くするために、弾性基板７及びアクチュエータ８の歪みを強調して示す。

また、図８（Ａ）〜（Ｃ）には、ＰＶＤＦ製の圧電フィルム８Ｂの分極方向を図中に矢印で示す。

図８（Ａ）に示すように、電極８Ａ、８Ｃ間に電圧を印加していない状態では、圧電フィルム８Ｂに歪みは生じないため、弾性基板７に歪みは生じていない。

次に、電極８Ａに負電圧を印加し、電極８Ｃに正電圧を印加すると、圧電フィルム８Ｂが伸びる方向に歪むことにより、弾性基板７は図８（Ｂ）に示すように下に凸になるように歪む。

一方、電極８Ａに正電圧を印加し、電極８Ｃに負電圧を印加すると、圧電フィルム８Ｂが縮む方向に歪むことにより、弾性基板７は図８（Ｃ）に示すように上に凸になるように歪む。

実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００では、各アクチュエータ８を駆動して図８（Ｂ）、７（Ｃ）に示すように各セル内の弾性基板７を歪ませることにより、弾性基板７の全体に定在波を発生させる。

次に、アクチュエータ８（１，１）〜８（２０，２０）に印加する電圧について説明する。

アクチュエータ８には、式（１）で表される駆動電圧ｅ_i,j(t)を印加する。駆動電圧ｅ_i,j(t)は、単一の振動モード（調和振動）であり、弾性基板７に定在波を発生させるための電圧である。

ここで、駆動電圧ｅ_i,j(t)は、時刻ｔにおいて、セル（ｉ，ｊ）のアクチュエータ８（ｉ，ｊ）の電極８Ａ、８Ｃ（図１（Ｂ）参照）の間に印加する電圧である。

ｇ_m,n（ｉ，ｊ）は、セル（ｉ，ｊ）の部分の弾性基板７に発生させる振幅を表し、式（２）で表される。

ここで、Ｌｘは、弾性基板７のＸ軸方向の長さ（ｍｍ）、Ｌｙは、弾性基板７のＹ軸方向の長さ（ｍｍ）、ｍはＸ軸方向における定在波の腹の数、ｎはＹ軸方向における定在波の腹の数、ｘ（ｉ）は、Ｘ軸方向においてｉ番目の列の中心点の座標、ｙ（ｉ）は、Ｙ軸方向においてｉ番目の列の中心点の座標を表す。

振幅ｇ_m,n（ｉ，ｊ）を表すデータは、メモリ５０（図１（Ａ）参照）内に振幅データとして格納されており、アクチュエータ８を駆動する際に、主制御装置４０内の振幅制御回路４５がメモリ５０から読み出して、セル（ｉ，ｊ）のアクチュエータ８を駆動するための駆動電圧ｅ_i,j(t)に設定する。これにより、セル（ｉ，ｊ）のアクチュエータ８は、振幅ｇ_m,n（ｉ，ｊ）を生成するように駆動される。

また、式（１）に含まれる電圧ｖ（ｔ）は時間ｔの関数であり、式（３）で表される。ｖ_０は、駆動電圧ｅ_i,j(t)の振幅となる電圧値であり、アクチュエータ８の圧電フィルム８Ｂの物理的特性に応じて決定すればよい。

ω_m,nは、弾性基板７に発生させる定在波の固有振動数である。

ここで、一般に、固有振動モードは物体の材質やサイズによって決まるものであり、例えば、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００のように四辺が支持された矩形平板状の弾性基板７におけるｍ、ｎモード（ｍ、ｎは任意の整数であり、Ｘ軸後方及びＹ軸方向における定在波の腹の数）の周波数は、物体のヤング率をE，密度をρ，ポアソン比をν、弾性基板７の長さをＬｘ，Ｌｙ、表面基板の高さをｈ、角周波数をω_m,nとすると、角周波数をω_m,nの固有振動モードを得るための周波数ｆｒｅｑ_m,nは、（４）式で表すことができる。

ここで、各セルをスキャンするときに、１つのセルのアクチュエータ８に駆動電圧ｅ_i,j(t)を印加する時間をＴｓ、固有振動数ω_m,nによって決まる加振周期をＴｆとする。加振周期Ｔｆは、Ｔｆ＝２π／ω_m,nで表される。

実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００では、上述のように、信号線Ｘ１〜Ｘ２０と信号線Ｙ１〜Ｙ２０とでアクチュエータ８（１，１）〜８（２０，２０）を１つずつ走査しながら、各アクチュエータ８に順番に駆動電圧ｅ_i,j(t)を印加する。

ＴｓとＴｆの大小関係により、各セルのアクチュエータ８に印加する駆動電圧ｅ_i,j(t)の波形は異なるが、Ｔｓ＞Ｔｆの場合とＴｓ＜Ｔｆの場合の駆動電圧ｅ_i,j(t)の波形は、図９、図１０に示すような波形になる。

図９及び図１０は、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００における駆動電圧ｅ_i,j(t)の波形の一例を示す図である。

図９及び図１０では、縦軸が電圧値であり、横軸が時間である。図９及び図１０には、一例として、セル（１，３）〜（２０，３）に順番に印加する駆動電圧ｅ_i,j(t)の波形を示すため、横軸に座標値（１，３）〜（２０，３）を示す。

１つのセルのアクチュエータ８に駆動電圧ｅ_i,j(t)を印加する時間をＴｓ、固有振動数ω_m,nによって決まる加振周期をＴｆに対して、Ｔｓ＞Ｔｆの場合は、図９に示すようにセルへの印加時間Ｔｓ内に加振周期Ｔｆが１周期以上含まれることになる。図９に示す波形は、Ｔｓ＝３Ｔｆの場合の波形であり、各印加時間Ｔｓ内に３周期分の加振周期Ｔｆが含まれている。

一方、Ｔｓ＜Ｔｆの場合は、図１０に示すようにセルへの印加時間Ｔｓ内に１周期未満の加振周期Ｔｆが含まれることになる。

実施の形態１では、液晶パネル３に表示させるＧＵＩ部品の位置、形状等に応じて、Ｔｓ、Ｔｆを決定し、図９又は図１０に示すような駆動電圧ｅ_i,j(t)をアクチュエータ８（１，１）〜８（２０，２０）に順番に印加する。

次に、図１１を用いて、弾性基板７に発生させる定在波の一例について説明する。

図１１は、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００に発生させる定在波を模式的に示す図である。

ここで、弾性基板７として、例えばヤング率が２．５×１０^９［Ｐａ］、密度が１２００［ｋｇ／ｍ^３］、ポアソン比が０．３８のポリカーボネート製の透明基板を用い、Ｌｘが４０［mm］、Ｌｙが３０［mm］、ｈが１．２１［mm］である場合は、アクチュエータ８を約２０ｋＨｚで駆動して弾性基板７に加振することで、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すように２次元的に分布する３，４モードの分布振動を発生させることができる。

図１１（Ａ）、（Ｂ）において、色の薄い部分は定在波の凸の場所を示し、色の濃い部分は定在波の凹の部分を示す。

図１１（Ａ）の平面図に示すように、ｍ＝３、ｎ＝４の３，４モードの定在波が発生している。図１１（Ａ）に示す定在波は、振幅が最大となるある瞬間における定在波である。

また、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って示すのは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向から定在波を見た場合における各セルの最大振幅である。３，４モードであるため、Ｘ軸方向には３つの腹が存在し、Ｙ軸方向には４つの腹が存在する。

また、図１１（Ｂ）の斜視図には、腹における振幅が最大となる瞬間の定在波の様子を示す。３，４モードでは、１２個の腹が存在し、６つの凸状の腹と、６つの凹状の腹がある。

図１１（Ｂ）に示す定在波は、ある瞬間のものであり、駆動電圧ｅ_i,j(t)に含まれるｓｉｎ（ω_m,nｔ）の項の値が時間ｔによって変化することにより、各セルでの振幅が周期的に変化する。

なお、ここに示す数値は一例に過ぎず、その数値以外の値を除外する趣旨ではない。

次に、図１２を用いて、定在波を生成するために必要なデータのデータ構造について説明する。

図１２は、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００のメモリ５０に格納されるテーブルの一例を示す図である。

図１２のテーブルに示すように、メモリ５０内には、画像パターンＩＤ、画像データＩＤ、表示座標データ、固有振動数データ、振幅データ、及び印加時間データＴｓが関連付けられて格納されている。

画像パターンＩＤは、画像データＩＤ、表示座標データ、固有振動数データ、及び振幅データを管理するための識別子（ＩＤ）として用いられるＩＤであり、関連付けられる画像データで表される画像パターンに付与されるＩＤである。

画像パターンＩＤは、例えば、液晶パネル３に表示する画面の種類毎に割り振られている。例えば、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００がスマートフォンである場合は、画像パターンＩＤは、例えば、複数のアプリケーションのアイコンが配列されるメイン画面用の画像、キーボードを表す画像、電卓の入力キーを表す画像等の画像毎に割り振ればよい。

画像データＩＤは、画像データの種類を表すＩＤである。画像データ自体は、図３に示すテーブルとは別にＧＵＩ部品やＧＵＩ部品の周囲の画像等の画像データとしてメモリ５０内に格納されている。

画像データＩＤは、画像パターンＩＤと同様に、例えば、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００がスマートフォンである場合は、画像パターンＩＤは、例えば、複数のアプリケーションのアイコンが配列されるメイン画面用の画像、キーボードを表す画像、電卓の入力キーを表す画像等の画像毎に割り振ればよい。

図１２には、画像データＩＤの一例として７桁の数字を示すが、画像データＩＤは、メイン画面用の画像、キーボードを表す画像、電卓の入力キーを表す画像等を表すのに必要なすべての画像データを読み出せるように構成されていればよい。

表示座標データは、液晶パネル３に画像パターンを表示するＸＹ座標（Ｘ，Ｙ）を表す。この表示座標データにより、画像データから生成される画像パターンの表示位置が規定される。

図１２には、表示座標データの一例として、例示的なＸ、Ｙ座標を示すが、表示座標データは、メイン画面用の画像、キーボードを表す画像、電卓の入力キーを表す画像等を表すのに必要なすべての画像データの位置を有するように構成されていればよい。

固有振動数データ及び振幅データは、アクチュエータ８を駆動するための周波数及び振幅を表すデータである。このうち、固有振動数データはω_mnの値を示すデータであり、画像パターンＩＤによって定在波の種類が異なるため、画像パターンＩＤ毎に異なる。また、振幅データは、式（２）で表されるｇ_m,n（ｉ，ｊ）の値を示すデータであり、セルの位置（ｉ，ｊ）によって値が異なる。すなわち、振幅データは、アクチュエータ８の各々に対してデータが割り当てられている。振動数データ及び振幅データは、画像データＩＤによって表される画像データ毎に設定されている。

ここで、固有振動数データ及び振幅データは、様々な定在波の腹又は節をＧＵＩ部品の中央部又は境界部に生成させるために、画像データＩＤによって特定される画像データの画像パターン（すなわちＧＵＩ部品の形状）に合わせた定在波を生成できる値に設定されている。

印加時間データＴｓは、アクチュエータ８に駆動電圧ｅ_i,j(t)を印加する時間Ｔｓを表すデータである。印加時間データＴｓにより、アクチュエータ８（１，１）〜８（２０，２０）を走査する際に、アクチュエータ８（１，１）〜８（２０，２０）の各々に駆動電圧ｅ_i,j(t)を印加する時間が決定する。

以上のようなテーブルに含まれるデータを主制御装置４０が画像パターンＩＤを用いて画像データＩＤ、表示座標データ、固有振動数データ、及び振幅データをメモリ５０から読み出すことにより、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００の液晶パネルにＧＵＩ部品の画像や、ＧＵＩ部品の周囲の画像が表示され、操作者の操作に応じて所定のサービスが提供される。

図１３は、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００の主制御装置４０によって実行される駆動パターンの生成処理の手順を示す図である。この処理手順は、実施の形態１のタッチパネル装置の制御方法を表す。

主制御装置４０は、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００が起動されると、図１３に示す処理を開始する（Ｓｔａｒｔ）。

実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００は、初期状態で液晶パネル３に所定の初期操作画面を表示している。

初期操作画面は、起動時に主制御装置４０が初期操作画面で表示するＧＵＩ部品の画像パターンＩＤを用いて、図１２に示すテーブルから、画像データＩＤ、表示座標データ、固有振動数データ、及び振幅データを読み出し、このうちの画像データＩＤに関連付けられた画像データと、表示座標データとを画像表示回路２０に入力することにより、液晶パネル３に初期操作画面が表示される。

このように、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００の初期状態では、液晶パネル３に初期操作画面が表示されているが、アクチュエータ８の駆動は行われておらず、表面基板５に定在波は生成されていない。

まず、主制御装置４０は、座標入力面（表面基板５の表面）への接触状態を検出する（ステップＳ１）。接触状態の検出は、接触センサ処理回路１０から入力される入力座標情報を検出することによって行われる。

次いで、主制御装置４０は、座標入力面（表面基板５の表面）の押圧度合が所定の閾値未満であるか否かを判定する（ステップＳ２）。押圧度合の判定は、接触センサ処理回路１０から入力される面積情報を表す電圧値に基づいて押圧度合判定部としての主制御装置４０によって行われる。

ここで、押圧度合が低い状態（押圧されていないか、又は軽く押圧されている状態）は、面積情報を表す電圧値が高い状態に対応し、押圧度合が高い状態（強く押圧されている状態）は、面積情報を表す電圧値が低い状態に対応する。このため、実際には、ステップＳ２の判定処理は、面積情報を表す電圧値が所定の電圧閾値より高いか否かを判定することによって行われる。

なお、ステップＳ１及びＳ２の処理は、主制御装置４０に含まれる接触状態判定回路４１によって実行される処理である。

主制御装置４０は、ステップＳ２において、押圧度合が所定の閾値未満であると判定した場合は、起動後に予めメモリ５０から読み出しておいた固有振動数データ及び振幅データを用いて駆動パターン（定在波駆動パターン）を生成する（ステップＳ３Ａ）。

このステップＳ３Ａの処理は、定在波生成回路４３内の周波数制御回路４４、及び振幅制御回路４５によって実行される処理である。

次いで、主制御装置４０は、定在波を生成するための固有振動数データ及び振幅データで表される駆動パターン（定在波駆動パターン）を駆動制御回路３０に入力し、アクチュエータを駆動する（ステップＳ４）。

これにより、弾性基板７に定在波が発生する。弾性基板７に発生した定在波は、接触センサ６を介して表面基板５に伝達され、ＧＵＩ部品のボタンの中央部に定在波の腹が生成される。

このため、操作者は、ＧＵＩボタンに触れると、ＧＵＩボタンの境界部の輪郭を定在波の振動によって認識できるため、座標入力面（表面基板５の表面）にタッチすれば、触感だけで瞬時にＧＵＩボタンの位置を認識することができる。

このように、押圧度合が所定の閾値未満の場合に、表面基板５に定在波を生成するのは、押圧度合が所定の閾値未満の場合は、操作者は操作入力を行おうとしてＧＵＩボタンの位置を探している状態であると考えられるため、定在波を生成して操作者がＧＵＩボタンの位置を触感だけで瞬時に認識できるようにするためである。

一方、主制御装置４０は、ステップＳ２で押圧度合が所定の閾値以上であると判定した場合は、ＧＵＩボタンに操作完了を知らせるための触感を与えるための振動を生成する駆動パターン（操作完了駆動パターン）をメモリ５０から読み出す（ステップＳ３Ｂ）。

この場合、続くステップＳ４では、ステップＳ３Ｂで生成された駆動パターン（操作完了駆動パターン）を駆動制御回路３０に入力し、アクチュエータ８を駆動する。

この操作完了駆動パターンは、例えば、アクチュエータ８を駆動する周波数、位相差、又は振幅を変更して操作者に提供する触感を変えることにより、操作が完了したことを伝達できるパターンであれば、どのようなパターンであってもよい。

なお、ステップＳ３Ｂ及びこれに続くステップＳ４の処理は、主制御装置４０によって実行される。また、ステップＳ３Ｂで用いられる操作完了駆動パターンは、図１２に示すテーブルとともに格納されていてもよいし、テーブルとは別にメモリ５０内に格納されていてもよい。

主制御装置４０は、操作者へのサービスを提供するためのプログラムによる処理が終了したか否かを判定する（ステップＳ５）。このステップＳ５の処理は、例えば、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００がスマートフォンとして用いられる場合は、文章の入力処理のプログラムが終了したか否か、あるいは、アプリケーションを実行のためのプログラムが終了したか否かを判定することによって実現することができる。

主制御装置４０は、ステップＳ５でプログラムが終了していないと判定した場合は、フローをステップＳ１にリターンする。これにより、主制御装置４０は、ステップＳ１から処理を繰り返す。

また、上述のように実施の形態１のタッチパネル付き表示装置がスマートフォンであり、液晶パネルにＧＵＩボタンとして表示されるキーボードを通じて、操作者が文章入力を行っているような場合には、操作者の操作入力が繰り返し行われる。

このような場合には、主制御装置４０は、ステップＳ１〜Ｓ５の処理を繰り返し実行することになる。

なお、上述したステップＳ２で押圧度合が所定の閾値未満であると判定されて、ステップＳ３Ａ及びＳ４を経て定在波が生成された後に、上述のステップＳ５でリターンして再びステップＳ２の判定が行われた場合に、押圧度合が所定の閾値以上であると判定されると、フローはステップＳ３Ｂを経てステップＳ４に進行し、表面基板５の振動は、定在波によるものから、操作の完了を伝達するためのパターンに切り替わる。

この流れの場合は、操作者が最初ＧＵＩボタンに軽く触れた後に、操作を完了させるべく、押圧力を高めた場合に相当する。

このため、操作者は、触れ始めに定在波による振動でＧＵＩボタンの位置を触感だけで瞬時に認識できるとともに、押圧を完了したときに、操作の完了を触感で確認することができる。

また、図１３では、操作の完了を操作者に伝達するために、押圧度合に基づいて定在波の駆動パターンを切り替える処理について説明したが、操作の完了を操作者に伝達するための駆動パターンの切り替えを行わなくてもよい。

図１４及び図１５は、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００による画像パターンと定在波を示す図である。図１４及び図１５では、定在波を等高線のように示す。色の薄い部分は定在波の凸の場所を示し、色の濃い部分は定在波の凹の部分を示す。

図１４（Ａ）に示すように、テンキー、＊、及び＃の１２個のＧＵＩボタンをＸ軸方向に３列、Ｙ方向に４行に均等に並べて表示する場合は、３，４モードの定在波を発生させることにより、１２個のＧＵＩボタンの各々と同一の場所に定在波の腹を発生させることができる。

同様に、図１４（Ｂ）に示すように、４列５行でＧＵＩボタンを表示する場合は、４，５モードの定在波を発生させることにより、各ＧＵＩボタンと同一の場所に定在波の腹を発生させることができる。

このため、図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）に示すように、各ＧＵＩボタンと定在波の腹の位置を合わせることにより、操作者は、ＧＵＩボタンの位置を触感で知覚することができ、触感だけで瞬時に指先とＧＵＩボタンとの位置関係を認識することができる。

また、図１５（Ａ）に示すように、アルファベットを入力するためのキーボードを表示する場合のように、図１４（Ａ）、１３（Ｂ）に示すように各ＧＵＩボタンの大きさが異なる場合や、各ＧＵＩボタンが表示領域内に均等に並ばない場合は、１つの画像パターンについて複数の振動モードを有するようにすればよい。

これは、例えば、図１５（Ａ）に示す画像パターンについて、図１２に示す画像パターンＩＤを２つ割り振り、２つの画像パターンＩＤの各々に関連付ける画像データＩＤを同一のものとし、固有振動数データと振幅データを異なるものにすることによって実現することができる。

接触センサ６及び接触センサ処理回路１０を通じて、主制御装置４０がアルファベットのＡ〜Ｚのいずれかに操作者の入力があったと判定した場合には、主制御装置４０は、一方の画像パターンＩＤに関連付けられた画像データＩＤ、表示座標データ、固有振動数、及び振幅データを用いて、図１５（Ａ）に示すようにＡ〜Ｚの２６個のＧＵＩボタンの各々と同一の場所に定在波の腹を発生させればよい。

このような定在波は、１２，６モードの振動モードを利用することによって発生させることができる。

また、接触センサ６及び接触センサ処理回路１０を通じて、主制御装置４０がスペースキー（ＳＰＣ）、リセットキー（ＲＥＴ）、又は矢印のキーを表すＧＵＩボタンのいずれかに操作者の入力があったと判定した場合には、主制御装置４０は、他方の画像パターンＩＤに関連付けられた画像データＩＤ、表示座標データ、固有振動数、及び振幅データを用いて、図１５（Ｂ）に示すようにスペースキー（ＳＰＣ）、リセットキー（ＲＥＴ）、又は矢印のキーの各々と同一の場所に定在波の腹を発生させればよい。

このような定在波は、３，６モードの振動モードを利用することによって発生させることができる。

このように、各ＧＵＩボタンの大きさが異なる場合や、各ＧＵＩボタンが表示領域内に均等に並ばない場合は、１つの画像パターンについて、操作者の入力に応じて振動モードを切り替えることにより、操作者は、ＧＵＩボタンの位置を触感で知覚することができ、触感だけで瞬時に指先とＧＵＩボタンとの位置関係を認識することができる。

以上、実施の形態１のタッチパネル装置、これを含むタッチパネル付き表示装置１００では、操作者の指先が表面基板５の表面に触れると、ＧＵＩボタンの位置に応じて生成される定在波を触感で知覚することができるので、触感だけで瞬時に指先とＧＵＩ部品との位置関係を認識することができる。このため、操作性に非常に優れたタッチパネル装置、これを含むタッチパネル付き表示装置を提供することができる。

また、ＧＵＩ部品の点数が多いような場合には、ＧＵＩボタン等の大きさが小さくなり、指先に隠れて見えなくなる場合もあり得るが、実施の形態１のタッチパネル装置、これを含むタッチパネル付き表示装置１００によれば、触感だけで瞬時にＧＵＩボタン等の位置を認識することができるので、誤操作等を抑制することができ、操作者の肉体的や精神的な負担を軽減し、使い勝手を大幅に向上させることができる。

また、表面基板５の押圧度合が所定の閾値以上になると、アクチュエータ８の駆動パターンを変えるので、操作者は、操作入力が装置側に認識されたこと（操作の完了）を認識することができる。これにより、触感でＧＵＩ部品の位置を瞬時に認識できる上に、触感の変化を通じて操作の完了を伝達することができ、利便性をさらに向上させることができる。

なお、以上では、ＧＵＩ部品の中央部又は境界部に定在波の腹又は節を位置させるように表面基板５に振動を加える形態について説明したが、定在波の腹又は節の位置は、ＧＵＩ部品の位置が分かるようにＧＵＩ部品の位置に応じて生成されるのであれば、以上で説明した位置に限られるものではない。

また、アクチュエータ８で生成される波形が表面基板５の端部で反射されることにより定在波の波形が乱れるような場合には、アクチュエータ８の周波数及び位相差を調整するか、又は、表面基板５の端部に振動吸収部材を配置すればよい。

＜実施の形態２＞
実施の形態２のタッチパネル付き表示装置は、アクチュエータの構造が実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００と異なる。

以下、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００と同一の構成要素には同一符号を付し，その説明を省略する。また、以下では、相違点を中心に説明する。

図１６は、実施の形態２のタッチパネル付き表示装置のアクチュエータを拡大して示す図である。図１６は、実施の形態１の図８に対応する図であり、説明の便宜上、１つのセルに含まれる弾性基板７とアクチュエータ８、９の断面を示し、アクチュエータ８、９の動作について説明する。

実施の形態２のタッチパネル付き表示装置１００は、弾性基板７の上面側にマトリクス状に配列されるアクチュエータ９を含む。アクチュエータ９の構成は、アクチュエータ８と同一であり、２０行×２０列で４００個配列され、各アクチュエータ９は、平面視で各アクチュエータ８と同一の場所に配設される。

このため、実施の形態２のタッチパネル付き表示装置１００は、１つのセルの中に弾性基板７の両面に配設される２つのアクチュエータ８、９を含むことになる。

なお、アクチュエータ９と、接触センサ６との間は、絶縁層又は絶縁シート等で絶縁を確保すればよい。

図１６（Ａ）〜（Ｃ）には、動作を分かり易くするために、弾性基板７及びアクチュエータ８、９の歪みを強調して示す。

図１６（Ａ）に示すように、アクチュエータ９は、電極９Ａ、圧電フィルム９Ｂ、及び電極９Ｃを有する。電極９Ａは、弾性基板７の上面に形成されており、圧電フィルム９Ｂ、電極９Ｃは、電極９Ａの上に積層されている。

電極９Ａと圧電フィルム９Ｂは、アクチュエータ８の電極８Ａと圧電フィルム８Ｂと同様に、すべてのセルについて共通であり、電極９Ｃは、セル毎に分割されている。

なお、電極９Ａ、圧電フィルム９Ｂ、及び電極９Ｃは、アクチュエータ８の電極８Ａ、圧電フィルム８Ｂ、及び電極８Ｃと同様に作製することができる。

また、図１６（Ａ）〜（Ｃ）には、アクチュエータ８、９のそれぞれに含まれるＰＶＤＦ製の圧電フィルム８Ｂ、９Ｂの分極方向を図中に矢印で示す。図１６（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、実施の形態２では、圧電フィルム８Ｂ、９Ｂの分極方向は同一方向を向くように設定されている。

実施の形態２では、アクチュエータ８の電極８Ａ、８Ｃ間と、アクチュエータ９の電極９Ａ、９Ｃ間とには、互いに逆位相の電圧を印加することにより、実施の形態１に比べて、弾性基板７に係る応力を増大させる。

図１６（Ａ）に示すように、電極８Ａ、８Ｃ間に電圧を印加していない状態では、圧電フィルム８Ｂに歪みは生じないため、弾性基板７に歪みは生じていない。

次に、電極８Ａに負電圧を印加し、電極８Ｃに正電圧を印加するとともに、電極９Ａに正電圧を印加し、電極９Ｃに負電圧を印加すると、圧電フィルム８Ｂが伸びる方向に歪むとともに、圧電フィルム９Ｂが縮む方向に歪むことにより、弾性基板７は図１６（Ｂ）に示すように下に凸になるように歪む。

一方、電極８Ａに正電圧を印加し、電極８Ｃに負電圧を印加するとともに、電極９Ａに負電圧を印加し、電極９Ｃに正電圧を印加すると、圧電フィルム８Ｂが縮む方向に歪むとともに、圧電フィルム９Ｂが伸びる方向に歪むことにより、弾性基板７は図１６（Ｃ）に示すように上に凸になるように歪む。

実施の形態２のタッチパネル付き表示装置では、アクチュエータ８、９の各々を対として駆動して図１６（Ｂ）、１５（Ｃ）に示すように各セル内の弾性基板７を歪ませることにより、弾性基板７の全体に定在波を発生させる。

なお、圧電フィルム８Ｂ、９Ｂの分極方向が図１６（Ａ）〜１５（Ｃ）と異なる場合は、電極８Ａ、８Ｃ間、電極９Ａ、９Ｃ間に印加する電圧の極性を逆にすればよい。

以上、実施の形態２のタッチパネル装置、これを含むタッチパネル付き表示装置によれば、操作者の指先が表面基板５の表面に触れると、ＧＵＩボタンの位置に応じて生成される定在波を触感で知覚することができるので、触感だけで瞬時に指先とＧＵＩ部品との位置関係を認識することができる。このため、操作性に非常に優れたタッチパネル装置、これを含むタッチパネル付き表示装置を提供することができる。

また、セル毎に２つのアクチュエータ８、９を含むことにより、定在波の振動が実施の形態１よりも強くなるため、操作者に触感を伝達しやすくなる。

＜実施の形態３＞
図１７は、実施の形態３のタッチパネル付き表示装置の駆動制御回路と各セルの接続関係を示す図である。

実施の形態３のタッチパネル付き表示装置は、各アクチュエータ８を走査して順番に駆動するのではなく、同時に駆動する点が実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００と異なる。

以下、実施の形態１のタッチパネル付き表示装置１００と同一の構成要素には同一符号を付し，その説明を省略する。また、以下では、相違点を中心に説明する。

図１７には、アクチュエータ８（１，１）〜８（２０，２０）のうち、９つのアクチュエータ８（１，１）、８（２，１）、８（３，１）、８（１，２）、８（２，２）、８（３，２）、８（１，３）、８（２，３）、８（３，３）を示すが、図示しないアクチュエータ８についても同様である。

実施の形態３のタッチパネル付き表示装置は、すべてのアクチュエータ８（１，１）〜８（２０，２０）の電極８Ａ、８Ｃに接続される駆動制御回路３３０を含む。駆動制御回路３３０とアクチュエータ８（１，１）〜８（２０，２０）の各々を接続する信号線には、増幅器３３１が挿入されている。

駆動制御回路３３０は、主制御装置４０から入力される駆動パターンに応じて駆動電圧の電圧波形の変調や増幅を行い、実施の形態１において式（１）で示した駆動電圧ｅ_i,j(t)をアクチュエータ８（１，１）〜８（２０，２０）の各々に同時に印加する。

このようにしてアクチュエータ８（１，１）〜８（２０，２０）を駆動することにより、実施の形態１と同一のパターンの定在波を弾性基板７に発生させることができる。

実施の形態３では、アクチュエータ８（１，１）〜８（２０，２０）の各々の電極８Ａ、８Ｃに信号線を介して接続される駆動制御回路３３０を用いてアクチュエータ８（１，１）〜８（２０，２０）を駆動することにより、操作者の指先が表面基板５の表面に触れると、ＧＵＩボタンの位置に応じた定在波を発生させることができる。

このため、操作者はＧＵＩボタンの位置に生成される定在波を触感で知覚することができるので、触感だけで瞬時に指先とＧＵＩ部品との位置関係を認識することができる。このため、操作性に非常に優れたタッチパネル装置、これを含むタッチパネル付き表示装置を提供することができる。

以上、本発明の例示的な実施の形態のタッチパネル装置、これを含むタッチパネル付き表示装置、及びタッチパネル装置の制御方法について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

１００ タッチパネル付き表示装置
１ 基板
２ 防振シート
３ 液晶パネル
４ 側壁
５ 表面基板
６ 接触センサ
７ 弾性基板
８、８（１，１）〜８（２０，２０）、９ アクチュエータ
８Ａ、８Ｃ、９Ａ、９Ｃ 電極
８Ｂ、９Ｂ 圧電フィルム
１０ 接触センサ処理回路
２０ 画像表示回路
３０ 駆動制御回路
３１ 電源駆動部
３２ Ｘ方向走査回路
３３ Ｙ方向走査回路
Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３・・・Ｘ２０ 信号線
Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３・・・Ｙ２０ 信号線
４０ 主制御装置
４１ 接触状態判定回路
４２ 操作完了パターン生成回路
４３ 定在波生成回路
４４ 周波数制御回路
４５ 振幅制御回路
５０ メモリ
３３０ 駆動制御回路
３３１ 増幅器

特開２００３−１８６６２２号公報

Claims (13)

1. 基板に固定された座標入力装置と、
   前記座標入力装置の下側に配設された複数の振動子を備える振動生成部と、
   前記座標入力装置の下側に配設される表示部に画像として表示させる操作部品を生成する操作部品生成部と、
   前記操作部品生成部によって生成される一又は複数の前記操作部品の前記表示部に表示される位置の中央部が腹となる定在波を前記座標入力装置に発生させる振動モードで、前記振動生成部の前記複数の振動子の駆動制御を行う駆動制御部と
   を含む、タッチパネル装置。
2. 前記振動モードは、前記操作部品が前記表示部に表示される形状に応じた波形の定在波を発生させる振動モードである、請求項１に記載のタッチパネル装置。
3. 前記振動生成部は弾性のある弾性基板を有し、前記複数の振動子は、前記弾性基板の一方の面又は両方の面に配列される、請求項１又は２に記載のタッチパネル装置。
4. 前記駆動制御部は、前記弾性基板の両方の面に配列される前記複数の振動子のうち、前記弾性基板の一方の面側の振動子と、前記弾性基板の他方の面の振動子とを逆位相で駆動する、請求項３に記載のタッチパネル装置。
5. 前記複数の振動子は、それぞれ、一対の電極と、前記一対の電極間に配設される圧電素子とを有し、前記一対の電極のうちのいずれか一方は前記弾性基板に配設される、請求項３又は４に記載のタッチパネル装置。
6. 前記駆動制御部が前記座標入力装置に定在波を発生させる振動モードは、前記駆動制御部が前記複数の振動子の駆動制御を行うことにより、前記弾性基板の固有振動数による定在波を前記弾性基板に発生させる振動モードである、請求項３乃至５のいずれか一項に記載のタッチパネル装置。
7. 前記駆動制御部は、操作者によって操作入力が行われた前記操作部品の大きさが、当該操作部品の前に操作者によって操作入力が行われた他の操作部品の大きさと異なる場合は、前記振動モードを当該操作部品の大きさに応じた振動モードに切り替える、請求項２乃至６のいずれか一項に記載のタッチパネル装置。
8. 前記振動モードは、前記操作部品の境界部に前記定在波の節が位置するように前記振動生成部の駆動制御を行う振動モードを含む、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のタッチパネル装置。
9. 前記駆動制御部は、前記操作部品生成部によって生成される前記操作部品が変更又は移動されると、当該変更又は移動後の操作部品の位置に応じた波形の定在波を発生させる振動モードで前記振動生成部の駆動制御を行う、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のタッチパネル装置。
10. 前記座標入力装置への操作入力の押圧度合を検出する押圧度合検出部と、
    前記押圧度合検出部で検出される押圧度合が所定閾値以上であるか否かを判定する押圧度合判定部と
    をさらに含み、
    前記駆動制御部は、前記押圧度合判定部によって検出される操作入力の押圧度合が所定の閾値未満であると判定された場合には、前記振動モードで前記振動生成部の駆動制御を行い、前記押圧度合判定部によって検出される操作入力の押圧度合が所定の閾値以上であると判定された場合には、前記振動モードとは異なる他の振動モードで前記振動生成部の駆動制御を行う、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のタッチパネル装置。
11. 前記他の振動モードは、前記操作部品の操作の完了を操作者に知覚させるように前記振動生成部の駆動制御を行う振動モードである、請求項１０に記載のタッチパネル装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のタッチパネル装置と、
    前記操作部品生成部によって生成される操作部品を画像として表示する表示部と
    を含む、タッチパネル付き表示装置。
13. 基板に固定された座標入力装置と、
    前記座標入力装置の下側に配設された複数の振動子を備える振動生成部と、
    前記座標入力装置の下側に配設される表示部に画像として表示させる操作部品を生成する操作部品生成部と
    を含むタッチパネル装置の制御方法であって、
    前記操作部品生成部によって生成される一又は複数の前記操作部品の前記表示部に表示される位置の中央部が腹となる定在波を前記座標入力装置に発生させる振動モードで、前記振動生成部の前記複数の振動子の駆動制御を行う、タッチパネル装置の制御方法。