CN102265247A - 输入设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种输入设备，具有：输入单元(12)，用于接收按压输入；负载检测单元(13)，用于检测输入单元(12)上的按压负载；振动单元(14)，用于振动输入单元(12)；以及控制单元(15)，用于在由负载检测单元(13)检测到的按压负载满足接收对输入单元(12)的输入的预定标准时，控制对振动单元(14)的驱动，从而向按压输入单元(12)的物体提供点击感觉，以及在接收对输入单元(12)的输入之后，在由负载检测单元(13)检测到的按压负载满足比接收对输入单元(12)的输入的预定标准低的标准时，控制对振动单元(14)的驱动，从而向所述物体提供点击感觉。从而，在操作者操作按压类型的输入单元时，提供了与在操作按钮开关时获得的感觉类似的真实点击感觉，这在没有不习惯感受的情况下实现了连续输入操作。

Description

输入设备
相关申请的交叉引用
本申请要求享受于2008年12月22日提交的日本专利申请No.2008-326297的优先权，这些日本专利申请的全部内容以参考的方式并入于此。
技术领域
本发明涉及具有用于接收按压输入的输入单元的输入设备。
背景技术
近年来，在信息设备、家用电器设备等中，具有用于接收通过按压进行的输入的、以板的形式存在的输入单元的输入设备(如触摸面板、触摸开关等)普遍地用作用于接收由用户进行的输入操作的输入单元。这种输入单元具有多种类型，例如电阻膜类型、电容类型等等。所有这些输入单元都用于接收手指或触笔的按压输入，并且，与按钮开关不同，这些输入单元即使在被按压时也不产生位移。
由此，当输入单元接收到按压输入时，操作者无法获得反馈。因此，例如，当使用具有触摸面板的输入设备时，操作者很可能由于在相同点上多次轻敲而错误地进行输入，这可能使操作者有压力。
作为防止这种错误输入的方法，已知以下方法：例如，通过在接收到按压输入时与按压区域相对应地产生声音或者改变显示状态(例如，如在显示单元上以图形方式显示的输入按钮等输入对象的颜色)来以视觉或听觉方式确认输入操作。
然而，在嘈杂的环境中可能难以确认这种听觉反馈，并且，当所使用的设备处于静音模式时，这种听觉反馈不适用。此外，在使用这种视觉反馈时，如果在显示单元上显示的输入对象较小，则操作者可能不能确认显示状态的改变，特别是在操作者用手指输入时，输入对象的视图被手指阻挡。
还建议了一种反馈方法，既不依赖于听觉感觉也不依赖于视觉感觉，而是通过在其上接收到输入时振动触摸面板，在操作者的指尖处产生触觉感觉(例如，参见专利文献1、2)。
相关领域文献
专利文献
专利文献1：日本专利未申公开No.2003-288158
专利文献2：日本专利未审公开No.2008-130055
发明内容
技术问题
然而，上述专利文献1和2中公开的技术仅在操作者的指尖处通过振动来产生触觉感觉。即，这些技术仅通过振动触摸面板提供了操作者对触摸面板进行触摸的指尖处的“颤动”感觉，而并未提供在操作例如具有金属圆顶的按钮开关时获得的真实点击感觉(例如“点击”)。
因此，例如，如果将上述反馈技术应用于如移动电话的移动终端、计算器、售票机等信息设备的输入键和如微波、电视机等家用电器设备的操作单元的输入键的触摸面板，则操作者可能有不习惯的感受。
此外，为了向操作者的指尖提供合适反馈，考虑了一种设备，该设备设置有负载阈值，并且，不仅当在手指按压触摸面板时检测到的按压负载增大并达到该负载阈值时，而且当在从触摸面板释放手指时检测到的按压负载减小并达到该负载阈值时，该设备振动触摸面板。能够与操作者的按压操作和释放操作分别相对应地振动触摸面板，该设备能够向操作者提供合适的操作感觉。然而，如果按压触摸面板时的按压负载未超过负载阈值但仅被检测为上至等于负载阈值的值，则仅在按压时振动触摸面板，而不在释放时振动触摸面板，这使操作者产生不习惯的感受。尤其是在触摸面板上对相同输入对象执行连续输入操作时，对于一个输入操作，触摸面板可能仅在按压时振动，而对于另一输入操作，触摸面板可以在按压时和在释放时都振动，这就向操作者给出了明显不习惯的感受。
相应地，考虑到这些状况，本发明的目的是提供一种输入设备，能够在操作者对按压类型的输入单元进行操作时，提供与在操作按钮开关时获得的感觉类似的真实点击感觉，并使操作者能够在没有不习惯感受的情况下执行连续输入操作(重复轻敲)。
解决问题的方案
为了达到上述目的，根据本发明的输入设备包括：
输入单元，用于接收按压输入；
负载检测单元，用于检测输入单元上的按压负载；
振动单元，用于振动输入单元；以及
控制单元，用于在由负载检测单元检测到的按压负载满足接收对输入单元的输入的预定标准时，控制对振动单元的驱动，从而向按压输入单元的物体提供点击感觉，以及在接收对输入单元的输入之后，在由负载检测单元检测到的按压负载满足比接收对输入单元的输入的预定标准低的标准时，控制对振动单元的驱动，从而向按压输入的物体提供点击感觉。
本发明的效果
根据本发明，当输入单元上的按压负载满足接收输入的预定标准时，输入单元振动，然后，当输入单元上的按压负载满足比接收输入的预定标准低的标准时，输入单元振动。从而，向操作者提供了与在操作按钮开关时获得的感觉相同的真实点击感觉，使操作者能够在没有不习惯感受的情况下执行连续输入操作(重复敲击)。
附图说明
图1是示意了按钮开关的一般负载特性的图；
图2是示意了对具有不同按压负载的多种按钮开关的操作的感觉评估的结果的图；
图3是示意了对具有不同行程的多种按钮开关的操作的感觉评估的结果的图；
图4是示意了在操作按钮开关时在按钮处产生的振动的测量的示例结果的图；
图5是示意了根据本发明第一实施例的输入设备的示意性构造的框图；
图6示出了图5所示的输入设备的示例外壳结构；
图7是图5所示的输入设备的操作的流程图；
图8是示意了在将标准按压负载和标准释放负载设置为相等时由图5所示的输入设备提供的点击感觉的示例的图；
图9是示意了在将标准释放负载设置为小于标准按压负载时由图5所示的输入设备提供的点击感觉的示例的图；
图10是示意了根据本发明第二实施例的输入设备的示意性构造的框图；
图11是图10所示的输入设备的正视图；
图12是示意了在改变驱动信号的频率以驱动图5所示的振动单元时的点击感觉的感觉评估的结果的图；
图13是示意了在改变图5所示的触摸面板的振动幅度时的点击感觉的感觉评估的结果的图；
图14是示意了在改变驱动信号的周期以驱动图5所示的振动单元时的点击感觉的感觉评估的结果的图；
图15是示意了在改变驱动信号的波形以驱动图5所示的振动单元时的点击感觉的感觉评估的结果的图；
图16是示意了用于驱动振动单元的驱动信号的波形和触摸面板上的振动幅度的实际波形的图；
图17是示意了在具有释放触觉感觉和不具有释放触觉感觉的情况下进行比较的、图5所示的输入设备的点击感觉的感觉评估的示例结果的图；
图18是示意了在将标准按压负载和标准释放负载设置为相等时、在连续输入时提供的感觉的示例的图；
图19是示意了在将标准释放负载设置为相对于标准按压负载而言过低时，在连续输入时提供的感觉的示例的图；
图20是示意了在将标准释放负载设置为与标准按压负载接近时、在连续输入时提供的感觉的示例的图；
图21是示意了在将标准按压负载设置为1N时提供的感觉的感觉评估的示例结果的图；
图22是示意了在将标准按压负载设置为2N时提供的感觉的感觉评估的示例结果的图；以及
图23是示意了在将标准按压负载设置为3N时提供的感觉的感觉评估的示例结果的图。
具体实施方式
在对本发明的实施例进行描述之前，对由根据本发明的输入设备提供点击感觉的方法的原理进行描述。
对于触觉感觉意识，人的一种神经负责在触摸对象时从对骨骼和肌肉引入的负载感受到触摸(例如对象的硬度或软度)的按压感觉，另一种神经负责在触摸对象时通过检测对皮肤表面引入的振动来感受对象的纹理等的触觉感觉。即，按压感觉检测负载，而触觉感觉检测振动。此外，一般地，触觉感觉是按压感觉和触觉感觉的组合。相应地，与在操作按钮开关时“按压感觉”和“触觉感觉”的刺激类似的刺激在触摸面板上再现使得能够向操作者提供点击感觉。
另一方面，例如，金属圆顶开关、浮凸开关、橡皮开关、触觉开关等普遍已知为用于信息设备和家用电器设备的按钮开关。尽管根据开关类型，按钮行程和所施加的负载(按压力)有所不同，但是这些一般的按钮开关基本上具有如图1所示的负载特性。
在图1中的按压的负载特性中，从点A至点B的时段表示以下时段：其中，从按压按钮开始时起，负载与向下按压实质上成比例地增大。从点B至点C的时段表示以下时段：其中，由于向下按压按钮，因此如金属圆顶之类的凸形弹性构件弯曲，从而负载迅速减小。从点C至点D的时段表示以下时段：其中，开关接触点闭合，负载与向下按压实质上成比例地增大。
尽管存在一定程度的滞后，但是释放时按钮的负载特性是按压时的负载改变的逆程。即，从点D至点E的时段表示以下时段：其中，从释放开始时起，并且开关接触点保持闭合状态时，负载与释放实质上成比例地减小。从点E至点F的时段表示以下时段：其中，通过释放按钮，并且在该时段的开始处开关接触点打开时，弹性构件从弯曲形式恢复为凸形，负载迅速增大。从点F至点G的时段表示以下时段：其中，在弹性构件恢复之后从按钮释放手指，负载与释放实质上成比例地减小。
在图1所示的负载特性中，按钮的最大行程是最小的；例如，对于金属圆顶开关、浮凸开关和触觉开关来说等于或小于1mm，对于橡皮开关来说等于或小于3mm。此外，例如，在金属圆顶开关、浮凸开关和触觉开关上，点B处的负载大约为1N至6N，而在橡皮开关上，点B处的负载大约为0.5N。操作者可以在操作这些按钮开关中的任一个时感受到点击感觉。
由此，本发明的发明人研究了按钮开关的何种移动提供由“按压感觉”和“触觉感觉”产生的点击感觉。首先，研究了是行程的改变还是按压负载的改变造成点击感觉。
图2是示意了对操作者在操作具有不同按压负载的多种按钮开关时有何感受的感觉评估的结果的图。水平轴表示实际按压负载，垂直轴以1至7的标度表示操作者对按钮开关有何感受，是重还是轻。作为操作者的主体是习惯使用移动终端的五个人。从图2中可见，示出了他们能够感知到具有高按压负载的按钮开关较重，而具有低按压负载的其他按钮开关较轻。
图3是示意了对操作者在操作具有不同行程的多种按钮开关时有何感受的感觉评估的结果的图。水平轴表示实际行程，垂直轴以1至7的标度表示操作者对按钮开关有何感受，是长还是短。作为操作者的主体是习惯使用移动终端的五个人，与图2相同。从图3中可见，他们不能够清楚地感知到最小行程是长还是短。
上述感觉评估的结果示出了人能够感知到负载的差异，但不能感知到最小行程的差异。
因此，本发明的发明人侧重于按压负载的改变。即，由于人不能够感知到行程的差异，因此研究了如果如触摸面板之类的平面上的按压负载(即，对按压感觉的刺激)按照图1中的点A、B和C而改变，人是否能够感受到点击感觉。因此，准备了具有可沿垂直方向位移的板的实验设备。然后，如图1所示，从点A至点B按下该板，在负载达到B点处的负载的时间点处，该板稍微向下瞬时位移，以再现点B、C之间的负载改变。
由此，尽管获得了“按压”至“已按下”按钮开关的感觉，但是未获得真实点击感觉，例如在操作金属圆顶开关时可获得的“点击”。即，发现了为了获得真实点击感觉，存在无法由行程与负载之间的关系明确的另一要素。
由此，本发明的发明人接下来不仅侧重研究了“按压感觉”，而且侧重研究了“触觉感觉”，这是另一种感受。相应地，对于具有其上安装有金属圆顶开关的按钮开关的输入设备的多种移动终端，本发明的发明人测量了在操作按钮时在按钮处产生的振动。由此，发现了在按压负载达到图1中的点B的时间点处，即，在金属圆顶开始弯曲的时间点处，按钮以近似100-200Hz的频率振动。
图4是示意了这种测量的示例结果的图。水平轴表示按压经过时间，而垂直轴表示振动幅度。在图1中的点B处，该按钮开关如图4中的实线所示振动。从而，发现了人在按压该按钮开关时接收到大约6ms(近似170Hz的频率)的1个周期的振动刺激。此外，在按钮开关上的按压负载到达图1中释放时的点F的时间点处，即，在金属圆顶从弯曲状态恢复的时间点处，该按钮如图1中的虚线所示振动。从而，发现了在按钮开关的情况下，人在释放时接收到大约8ms(近似125Hz的频率)的1个周期的振动刺激。
上述结果示出：如果输入设备在负载如图1所示从点A至点B时通过使操作者主动按下输入单元而不振动来刺激按压感觉，并在点B处通过以170Hz的频率振动输入单元1个周期来刺激触觉感觉，则当操作者按下具有如触摸面板之类的板的形式的按压类型的输入单元时，可以向操作者提供与在操作具有如图4所示的测量结果的按钮开关时获得的感觉类似的点击感觉。
基于上述原理，当按下具有板的形式的按压类型的输入单元时，根据本发明的输入设备刺激按压感觉，直到按压负载满足接收对输入单元的输入的预定标准为止，并在满足该标准时，通过利用预定驱动信号(即，利用频率、表示驱动时间的周期(波长)、波形和振动幅度)振动输入单元来刺激触觉感觉。
此外，当操作按钮开关时，人不仅在按压时而且在释放时在手指处从按钮开关接收如图4所示的触觉刺激。由此，根据本发明的输入设备在释放时也向操作者提供点击感觉(以下，任意地，释放时的点击感觉也被称作释放触觉感觉)。从而，输入设备向操作者提供与在按下按钮开关时获得的感觉类似的更真实的点击感觉。
此外，根据本发明，对于在移动终端中采用的输入设备，适当设置与提供按压时的点击感觉的标准相对应的提供释放触觉感觉的标准，以便向操作者提供真实点击感觉，而不会有对所谓重复轻敲的不习惯感受，在所谓的重复轻敲中，连续地输入(通常是执行)相同输入对象以输入电话号码、消息等。
以下参照附图来描述本发明的实施例。
(第一实施例)
图5是示意了根据本发明第一实施例的输入设备的示意性构造的框图。该输入设备具有显示面板11、触摸面板12、负载检测单元13、振动单元14和用于控制总体操作的控制单元15。显示面板11构成用于显示如输入按钮等输入对象的显示单元，并可以是例如液晶显示面板、有机EL显示面板等。触摸面板12构成用于接收对显示面板11的按压输入的输入单元，并可以属于已知的类型，例如电阻膜类型或电容类型等。负载检测单元13检测触摸面板12上的按压负载，并可以包括例如应变传感器。振动单元14振动触摸面板12，并可以包括例如压电振动器。
图6示出了图5所示的输入设备的示例外壳结构；图6(a)是主要部分的横截面视图，图6(b)是主要部分的平面视图。显示面板11包含于外壳21中。触摸面板21经由由弹性构件构成的绝缘体22布置在显示面板11上。在根据本实施例的输入设备中，显示面板11和触摸面板12在平面视图中的形状是矩形，触摸面板12经由绝缘体22布置在显示面板11上，绝缘体22被布置在由图6(b)中的链状双虚线所示的显示面板11的显示区域A之外。
此外，外壳21具有上盖23，上盖23覆盖显示面板11的显示区域之外的触摸面板12表面区域。由弹性构件构成的绝缘体24被布置在上盖23与触摸面板12之间。
触摸面板12可以具有表面，即由透明膜构成的操作平面，和由玻璃板构成的背面，并且，触摸面板12可以被设计为使得在按压操作平面时，表面的透明膜根据按压而轻微弯曲(变形)。
在位于与由上盖23覆盖的每一侧接近的位置处，在触摸面板12的表面的透明膜上提供、接合等用于检测在触摸面板20上施加的负载(按压力)的应变传感器31。此外，在触摸面板12的背面的玻璃板上与两个相对侧中的每一个的边缘接近的位置处提供、接合等用于振动触摸面板12的压电振动器32。即，图6所示的输入设备具有图5中包括4个应变传感器31的负载检测单元13和包括2个压电振动器32的振动单元14。应当注意，在图6(b)中省略了图6(a)所示的外壳21、上盖23和绝缘体24。
图7是根据本发明的输入设备的操作的流程图。控制单元15监视对触摸面板12的输入以及由负载检测单元13检测到的负载。控制单元15检测到对触摸面板12的输入是对在显示面板11上显示的输入对象的输入，以及检测到由负载检测单元13检测到的按压负载随着触摸面板12上的按压而增大并达到接收输入的预定标准(步骤S81)。在检测到这一点时，控制单元15在检测时接收对触摸面板12的输入，并利用预定驱动信号来驱动振动单元14以便以预定振动模式来振动触摸面板12(步骤S82)。从而，经由按压触摸面板12的手指或物体(如触笔)向操作者提供了点击感觉，使操作者意识到输入操作完成。例如，负载检测单元13从4个应变传感器31的平均输出值检测到负载。此外，例如，振动单元14同相地振动2个压电振动器32。
这里，例如，用于步骤S81处的检测的预定标准是图1所示的点B处的负载。相应地，可以根据按压时所预期的按钮开关的负载特性来适当设置该预定标准。对于移动终端，例如，预定标准可以由用户根据需要设置，使得年纪较大的用户可以将其设置为较重，而经常写消息的用户可以将其设置为较轻。此外，可以根据要提供的点击感觉来适当设置用于在步骤S82处驱动振动单元14以刺激触觉感觉的预定驱动信号(即，频率、周期(波长)、波形和振动幅度)。例如，为了提供由用于移动终端的金属圆顶开关表示的点击感觉，在触摸面板上施加预定负载的时间点处，振动单元14由驱动信号来驱动(例如，由具有恒定频率170Hz的正弦波来驱动1个周期)，以便在触摸面板12上施加预定负载时振动触摸面板12近似15μm，如下所述。从而，可以向操作者提供真实点击感觉。
然后，当检测到由负载检测单元13检测到的负载满足预定标准(步骤S83)时，控制单元15以与按压时相同的方式，利用预定驱动信号来驱动振动单元14，以便以预定振动模式来振动触摸面板12(步骤S84)。
这里，步骤S83处，释放时的预定标准负载(即，在接收按压输入之后检测到的预定标准负载)被设置为小于在步骤S81处在按压时检测到的负载，优选地，被设置为按压时的负载的50-80％范围内的任何值，如下所述。在步骤S84处，在释放时驱动振动单元14的驱动信号可以与步骤S82处的按压时的驱动信号相等或不同。例如，如图4所示，按压时接收对触摸面板12的输入的驱动信号的频率可以被设置为170Hz，释放时驱动信号的频率可以被设置为125Hz。
如上所述，根据本实施例的输入设备刺激按压感觉，直到对触摸面板12施加且由负载检测单元13检测到的负载满足接收对触摸面板12的输入的预定标准为止，并在满足预定标准时，通过利用预定驱动信号驱动振动单元14来刺激触觉感觉，从而以预定振动模式来振动触摸面板12。从而，输入设备向操作者提供了点击感觉，使得操作者意识到输入操作完成。相应地，能够在感受到与在操作按钮开关时获得的感觉类似的真实点击感觉的情况下执行输入操作，操作者就可能不会有不习惯的感受。此外，由于操作者结合“已轻敲”触摸面板12的感知来执行输入操作，因此防止了由仅仅轻敲造成的错误输入。
此外，如果负载满足比接收按压输入的预定标准低的标准，则根据本发明的输入设备在接收按压输入之后，以与按压时相同的方式，在释放时利用预定驱动信号来驱动振动单元14，以便以预定振动模式来振动触摸面板12。从而可以向操作者提供释放触觉感觉。
例如，在将驱动振动单元14的按压负载标准和驱动振动单元14的释放负载标准设置为相等的情况下，如果按压时的最大负载超过标准负载，则可以提供按压时和释放时的点击感觉，如图8所示。相应地，可以向操作者提供与按钮开关的感觉更加类似的点击感觉。然而，如果在标准按压负载处撤回按压输入单元的物体，则存在以下问题：振动单元14可能不在释放时振动，或者当操作者意在将按压负载维持在标准负载时，可能提供非预期的释放触觉感觉，从而向操作者给出不习惯的感受。
相反，由于根据本实施例的输入设备将驱动振动单元14的标准释放负载设置为比驱动振动单元14的标准按压负载低的值，因此确保向操作者提供释放时的释放触觉感觉，从而可以提供与按钮开关更加接近的点击感觉。尤其是如果将驱动振动单元14的预定标准释放负载设置为驱动振动单元14的预定标准按压负载的50-80％范围内的值，则在触摸面板12上的相同输入对象的连续输入期间实现了具有真实点击感觉的平滑连续输入操作。应当注意，在图8、图9和其他图中，“カツ(咔)”和“チツ(嗒)”表示人感受到的点击感觉。
(第二实施例)
图10和图11示意了根据本发明第二实施例的输入设备。图10是示意构造的框图，图11是其正视图。该输入设备安装在例如移动终端上，如图10所示，该输入设备具有作为用于接收按压输入的输入单元的触摸面板41、用于检测触摸面板41上的输入位置的位置检测单元42、用于基于由位置检测单元42检测到的输入位置来显示信息的显示面板43、用于检测触摸面板41上的按压负载的负载检测单元44、用于振动触摸面板41的振动单元45和用于控制总体操作的控制单元46。
如图11所示，通过印刷、粘接剂等，已经在触摸面板41上提供多个输入对象41a，如数字键。对于每个输入对象41a，为了防止按压多个相邻输入对象41a的错误输入，将用于接收输入的有效按压区域设置为比输入对象41a的布置区域小。应当注意，在图10中，以与图6所示的输入设备的负载检测单元和振动单元相同的方式，负载检测单元44和振动单元45分别具有应变传感器和压电振动器。
控制单元46监视对触摸面板41的输入和由负载检测单元44检测到的负载，以及监视由位置检测单元42检测到的触摸面板41上的输入位置。当位置检测单元42检测到输入对象的有效按压区域中的输入位置时，并且当由负载检测单元44检测到的按压负载随着触摸面板41上的按压而增大并满足接收输入的预定标准时，利用预定驱动信号来驱动振动单元45，以便以预定振动模式来振动触摸面板41。
即，如果位置检测单元42检测到输入对象的有效按压区域中的输入位置，则以与根据第一实施例的输入设备相同的方式，在触摸面板41上的负载增大并满足预定标准的时间点处，控制单元46利用驱动信号(例如具有恒定频率170Hz的正弦波)来驱动振动单元45一个周期，以便在触摸面板41上施加预定负载时振动触摸面板41近似15μm。从而，向操作者提供了点击感觉，以认识到输入操作完成。此外，通过接收在触摸面板41上检测到的输入，控制单元46根据输入在显示面板43上进行显示。
随后，以与根据第一实施例的方式相同的方式，当检测到由负载检测单元44检测到的负载满足比接收对触摸面板41的输入的预定标准低的预定释放标准时，控制单元46利用预定驱动信号来驱动振动单元45，以便以预定振动模式来振动触摸面板41。
因此，根据本发明的输入设备，以与第一实施例相同的方式，由于能够在感受到与在操作按钮开关时获得的感觉相同的真实点击感觉的情况下，在触摸面板41上执行输入操作，操作者就不会有不习惯的感受。此外，由于操作者结合“已轻敲”触摸面板41的感知来执行输入操作，因此防止了由仅仅轻敲造成的错误输入。
此外，如果负载满足比接收按压输入的预定标准低的预定标准，则根据本发明的输入设备在接收到按压输入之后，以与按压时相同的方式，在释放时利用预定驱动信号来驱动振动单元45，以便以预定振动模式来振动触摸面板41。从而，确保提供释放触觉感觉。因此，与按压时的点击感觉相结合，根据本实施例的输入设备能够提供与按钮开关的感觉更加类似的点击感觉。尤其是如果将驱动振动单元14的预定标准释放负载设置为驱动振动单元14的预定标准按压负载的50-80％范围内的值，则实现了接收真实点击感觉的平滑连续输入操作。
以下是根据本发明的发明人所研究的上述实施例中的每一个的输入设备的点击感觉的感觉评估的结果的描述。
根据本发明的发明人的测量，尽管根据模型存在一定程度的偏差，但是广泛用于商用移动终端的金属圆顶开关具有以下负载特性：当对其施加预定负载(大体上等于或小于6N且一般等于或小于3N)时，负载迅速减小。由此，本发明的发明人通过仅在按压时对振动单元14进行振动，进行了如图5和图6所示设计的输入设备的点击感觉的感觉评估。在这些感觉评估中，将在按压时开始驱动振动单元14的在触摸面板12上的负载(图1中的点B处的负载)设置为1.5N，并且，使用驱动信号的频率、周期(波长)和波形作为参数。
图12至图15示出了评估的示例结果。在图12至图15中，主体是参与图2和图3所示的感觉评估的五个人。三个评估项目是“感受点击感觉”、“良好感受”和“与移动终端相似”的触觉感觉。对于项目“感受点击感觉”，“无”为分数1，“强烈感受”为分数7。对于项目“良好感受”，“差”为分数1，“好”为分数7。对于项目“与移动终端相似”，“不相似”为分数1，“非常相似”为分数7。每个项目的分数表示五个人的平均分数。
图12示出了改变频率时的评估结果。在感觉评估中，用于驱动振动单元14的驱动信号的周期(波长)(即，驱动时间)是1个周期，波形是正弦波，频率在50-250Hz范围内变化。驱动信号的幅度被设置为以下电平：在该电平处，可以在对触摸面板12施加预定标准负载的状态下获得15μm振动幅度。从图12中可见，确认了尽管在170Hz的频率处获得了最高评估，但是人能够在140Hz或更高的频率处获得与移动终端的感觉类似的点击感觉。
图13示出了改变驱动信号的幅度时的评估结果。在感觉评估中，用于驱动驱动单元14的驱动信号的频率是170Hz，周期是1个周期，波形是正弦波。信号幅度被改变为使得在未按压触摸面板12的没有负载的状态下，触摸面板12以1-35μm范围内的预定幅度振动。在没有负载的振动幅度的条件下，当对触摸面板12施加了1.5N负载时，驱动驱动单元14，以根据每个项目进行评估。图13中的水平轴表示施加1.5N负载时的振动幅度对应于没有负载时的振动幅度。由此，从图11中可见，确认了在负载为1.5N的状态下，如果振动幅度是15μm或更多，则人能够充分获得点击感觉。即，确认了在触摸面板12上具有负载为1.5N的状态下，人能够通过以15μm或更多的振动幅度、以170Hz的恒定频率振动触摸面板12仅1个周期，来获得点击感觉。
图14示出了改变周期(波长)(即，驱动时间)时的评估结果。在感觉评估中，用于驱动振动单元14的驱动信号的波形是正弦波，信号幅度被设置为在对触摸面板12施加预定标准负载的状态下产生15μm振动幅度的电平，频率是170Hz，周期在1/4至3个周期的范围内变化。对于1/4周期和1/2周期，信号幅度被设置为使得触摸面板12上的振动位移与其他周期中的振动位移近似相同，即，被设置为可以获得近似15μm振动幅度的电平。由此，从图14中可见，当周期(波长)为1个周期时，获得了最高评估。此外，还确认了尽管在5/4个周期和小于1个周期时获得了基本良好的结果，但是在3/2或更多个周期时，结果与移动终端的点击感觉不同。
图15示出了改变驱动信号的波形时的评估结果。在感觉评估中，使用了正弦波、方波和三角波作为用于驱动振动单元14的驱动信号的波形。此外，每个信号的频率是170Hz，信号幅度被设置为在对触摸面板12施加预定标准负载的状态下产生15μm振动幅度的电平，周期是1个周期。由此，从图15中可见，正弦波获得了最高评估。
这里，如图16中的虚线所示，正弦波驱动信号(驱动单元14的输入电压)可以是任何相位的1个周期的电压，不仅可以是电压从0度相位升高然后降低的1个周期，而且可以是例如电压从180度相位降低然后升高的1个周期。图14还示出了在没有负载的情况下触摸面板12的振动幅度的波形(虚线)和当驱动单元16由虚线所示的输入电压驱动时在1.5N负载的情况下触摸面板12的振动幅度的波形(实线)。
从上述评估的示例结果，确认了当将如图5和图6所示设计的输入设备应用于移动终端时，在按压时对触摸面板12施加满足预定标准的负载的时间点处，如果例如利用具有5/4或更小的周期的驱动信号(优选地具有140Hz或更多(优选为170Hz)的恒定频率的正弦波的1个周期)、振动触摸面板12近似15μm或更多，则可以向操作者提供真实点击感觉。还确认了可以由如图10和图11所示设计的输入设备来获得相同结果。
接下来，本发明的发明人进行了当如上所述仅在按压时驱动振动单元14时以及当在按压时和在释放时均驱动振动单元14时的点击感觉的感觉评估。以下是这些评估的结果的描述。
图17是示意了这些评估的示例结果的图。在图17中，左侧的条表示当仅在按压时驱动振动单元14(即，“没有释放触觉感觉”)时的评估的结果，而右侧的条表示当在按压时和在释放时均驱动振动单元14(即，“具有释放触觉感觉”)时的评估的结果。主体是参与图2和图3所示的感觉评估的五个人。评估项目是四个项目，包括“良好反馈(容易感知)”外加图12至图15中的三个评估项目。每个项目有标度1至7，每个项目的分数表示五个人的平均分数。对于项目“良好反馈”，“差”为分数1，“好”为分数7。此外，驱动振动单元14的预定标准按压负载和预定标准释放负载相等，按压时的驱动信号和释放时的驱动信号也相等。这里，预定标准负载为1.5N。此外，驱动信号为具有170Hz频率的1个周期的正弦波，从而在1.5N的按压下振动触摸面板12近似15μm。
从图17中的评估结果中可见，确认了如果在释放时也通过振动触摸面板12来提供释放触觉感觉，则点击感觉变为与移动终端的感觉更加类似，并可以获得良好反馈(感知)。还确认了具有图10和图11所示的构造的输入设备可以获得相同结果。
本发明的发明人还进行了当如上所述在按压时和在释放时均提供点击感觉时连续输入的点击感觉的感觉评估。以下是这些评估的结果的描述。
例如，当人快速执行连续输入时，一般在按压负载返回至“0”之前开始下一输入，并且按压时的最大负载改变。在这种情况下，如果将驱动振动单元14的预定标准按压负载和预定标准释放负载设置为相等，则可能造成如图18所示的现象。即，如果在重复轻敲期间在标准负载处撤回按压负载，则对于该输入，可能在释放时不驱动振动单元14或者可能在操作者认识到已释放之前提供点击感觉。由此，输入操作和点击感觉不同步，可能向操作者给出不习惯的感受。图18示出了从标准负载撤回四个连续输入中第三个输入上的按压负载的情况。
另一方面，如果将驱动振动单元14的预定标准释放负载设置为与在按压时驱动振动单元14的负载相比过低，则可能造成如图19所示的现象。即，如果在重复轻敲期间，在负载返回至预定标准释放负载之前执行下一输入，则不能同步地提供感觉。由此，可能向操作者给出不习惯的感受。图19示出了在四个重复轻敲中，在释放第二个输入的负载达到标准释放负载之前执行第三个输入的情况。此外，如果如上所述预定标准释放负载过低，则返回至该预定标准释放负载需要时间。由此，通过所提供的触觉感觉，操作者不会感受到不习惯，但需要时间以允许下一输入，从而使操作者无法操作快速连续输入，即使操作者期望这样做。从而，存在可能恶化连续输入(重复轻敲)的可操作性的问题。
相反，如果将驱动振动单元14的预定标准释放负载设置为与在按压时驱动振动单元14的负载接近，则实现了更快的连续输入。然而，如果操作者尝试在连续输入期间维持按压状态(保持)，则可能向操作者提供非预期的释放触觉感觉，从而给出不习惯的感受。即，当在连续输入期间保持按压状态时，尽管操作者意在将按压负载维持为恒定，负载也会轻微变化。因此，如图20所示，例如，如果如上所述，标准按压负载与标准释放负载之间的负载范围小于保持状态下的负载变化范围，则尽管操作者认为正在保持，也会向操作者提供释放触觉感觉，从而操作者会有不习惯的感受。
由此，本发明的发明人进行了相对于在按压时驱动振动单元14的负载，在释放时驱动振动单元的各个负载的情况下的点击感觉的感觉评估。
图21至图23是示意了这些评估的结果的图。在图22至图24中，主体是参与图17所示的感觉评估的五个人。评估项目是五个项目，包括“容易重复轻敲”外加图17中的四个项目。每个项目有标度1至7，每个项目的分数表示五个人的平均分数。对于项目“容易重复轻敲”，“否”为分数1，“是”为分数7。此外，在按压时和在释放时，驱动振动单元的驱动信号为具有170Hz频率的1个周期的正弦波，从而并在满足每个预定标准时振动触摸面板近似15μm。
图21示出了当预定标准按压负载为1N且预定标准释放负载为0N、0.5N和1N时的评估的结果。从图21中可见，如果开始振动的预定标准按压负载为1N，则在开始振动的预定标准释放负载为0.5N时获得所有项目的最高评估。
图22示出了当预定标准按压负载为2N且预定标准释放负载为0N、0.5N、1N、1.5N和2N时的评估的结果。从图22中可见，如果在开始振动的预定标准按压负载为2N，则在开始振动的预定标准释放负载为1N和1.5N时获得高评估。尤其是在1.5N的情况下获得所有项目的最高评估。
图23示出了当预定标准按压负载为3N且预定标准释放负载为0N、0.5N、1N、1.5N、2N、2.5N和3N时的评估的结果。从图23中可见，如果在开始振动的预定标准按压负载为3N，则在开始振动的预定标准释放负载为1.5N、2N和2.5N时获得高评估。尤其是在2N的情况下获得所有项目的最高评估。
从上述评估的示例结果确认了，如果将驱动振动单元的预定标准释放负载设置为驱动振动单元的预定标准按压负载的50-80％范围内的值，在连续输入(重复轻敲)期间，可以对顺序输入和提供感受的定时进行同步，从而提供真实点击感觉，而不会给出不习惯的感受。即，将预定标准释放负载设置为小于预定标准按压负载但等于或大于预定标准按压负载的50％。从而，显著改进了连续输入的可操作性，而不会给出不习惯的感受。此外，将预定标准释放负载设置为等于或小于预定标准按压负载的80％。从而，可以处理连续输入期间保持状态下负载的轻微变化。
相应地，例如，如果将预定标准按压负载设置为1N，则将预定标准释放负载设置为从0.5N至0.8N的任何值。此外，如果预定标准按压负载较高，则保持状态下的负载变化范围比该预定标准负载较低时宽。在这种情况下，也将预定标准释放负载设置在预定标准按压负载的50-80％范围内。例如，如果将预定标准按压负载设置为较高(6N)，则将预定标准释放负载设置为3N-4.8N。从而，可以与连续输入同步地提供真实点击感觉，而不会提供非预期的释放触觉感觉以及给出不习惯的感受。预定标准按压负载和预定标准释放负载可以由用户以任意方式固定地或选择性地设置。
应当理解，本发明不限于上述实施例，还可以实现各种修改和改变。例如，负载检测单元可以由任何数目的应变传感器构成。此外，负载检测单元可以根据触摸面板的输入检测方案而构造。例如，如果可以在采用电阻膜方案的情况下根据接触面积基于电阻改变或者在采用电容性方案的情况下基于电容改变，根据输出信号的改变来检测负载，则可以在不使用应变传感器的情况下构造负载检测单元。此外，振动单元可以由任何数目的压电振动器、在触摸面板的整个操作表面上提供的透明压电元件、或在驱动信号的1个周期中旋转360度的偏心电动机构成。
此外，如果输入设备具有如图5和图6所示的显示面板，则控制单元可以在接收到对触摸面板的输入时进行控制，以通过反转等来改变显示面板上的对应输入对象的显示状态。此外，控制单元可以被配置为基于在触摸面板上检测到的输入位置来改变用于驱动振动单元的驱动信号，以改变点击感觉。
本发明适用于具有用作一个开关的输入单元的输入设备。此外，根据本发明的输入设备能够通过在按压输入单元时顺序地提供不同标准(负载)上的点击感觉来提供多级开关(例如两级开关(在按压后进一步按压))的感受。从而，例如，如果输入设备应用于摄像机的释放按钮，则可以提供锁定聚焦的感受(第一级)和释放的感受(第二级)。此外，与显示单元相结合，可以根据级、以多种方式来改变菜单屏幕等的显示。此外，当提供多级开关的感受时，可以在每一级改变驱动信号以由振动单元振动输入单元，以便在每一级提供不同的点击感觉。
根据本发明，当由负载检测单元检测到的按压负载满足接收输入的预定标准时，驱动振动单元。这里，“当由负载检测单元检测到的按压负载满足接收输入的预定标准时”可以表示“当由负载检测单元检测到的按压负载达到接收输入的预定值时”、“当由负载检测单元检测到的按压负载超过接收输入的预定值时”或“当负载检测单元检测到接收输入的预定值时”。
控制单元通过在由负载检测单元检测到的按压负载满足预定标准时驱动驱动单元来以预定振动模式来振动输入单元(触摸面板)，这种按压时的预定振动模式可以是如图4中的实线所示的振动模式，而释放时的预定振动模式可以是如图4中的虚线所示的另一振动模式。以这些方式振动输入单元能够向操作者提供与在操作按钮开关时获得的感觉相同的点击感觉(振动刺激)
参考标记列表
11 显示面板
12 触摸面板
13 负载检测单元
14 振动单元
15 控制单元
21 外壳
22 绝缘体
23 上盖
24 绝缘体
31 应变传感器
32 超声波换能器
41 触摸面板
41a 输入对象
42 位置检测单元
43 显示面板
44 负载检测单元
45 振动单元
46 控制单元

Claims (1)

1.一种输入设备，包括：
输入单元，用于接收按压输入；
负载检测单元，用于检测输入单元上的按压负载；
振动单元，用于振动输入单元；以及
控制单元，用于在由负载检测单元检测到的按压负载满足接收对输入单元的输入的预定标准时，控制对振动单元的驱动，从而向按压输入单元的物体提供点击感觉，以及在接收对输入单元的输入之后，在由负载检测单元检测到的按压负载满足比接收对输入单元的输入的预定标准低的标准时，控制对振动单元的驱动，从而向所述物体提供点击感觉。
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