JP2005258666A - Input device, electronic device, and method for inputting touch to electronic device as feedback - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、触覚機能付の入力装置および電子機器並びに電子機器の感触フィードバック入力方法に係わり、特に、入力装置の広い操作領域のどの部分をタッチしても同じ強さの感触フィードバックをユーザに与える様に成した、入力装置および電子機器並びに電子機器の感触フィードバック入力方法に関する。 The present invention relates to an input device with tactile function, an electronic apparatus, and a tactile feedback input method for an electronic apparatus, and in particular, provides a user with tactile feedback having the same strength regardless of which part of a wide operation area of the input apparatus is touched. The present invention relates to an input device, an electronic device, and a touch feedback input method for the electronic device.
従来から、入力装置としてタッチパネルと画像表示部(LCD等)の間に圧電バイモルフ型のアクチュエータを配置し、アクチュエータを励磁することでユーザに触感フィードバックを与えるようにし、押圧操作を行った場所や操作力によって入力装置側からの反応を異なったものとし、それによって操作感を多彩なものとする様にした技術が特許文献1に開示されている。 Conventionally, a piezoelectric bimorph type actuator has been placed between the touch panel and the image display unit (LCD, etc.) as an input device, and the actuator is excited to give tactile feedback to the user. Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 discloses a technique that makes the response from the input device side different depending on the force, thereby making the operation feeling various.
図10、図11、図12は特許文献1に開示された電子機器のタッチパネルの構成を示すもので、具体的には、図10に示す様に駆動モード選択部72は、領域判定信号SRが領域R1〜R0のいずれに属するかを第1の指標とし、操作力判定信号FBが表現している区分が操作力区分F1〜F4のいずれに属するかを第2の指標として、それら第1と第2の指標の組合せに対してどの駆動モードを選択すべきかが、テーブル72aにあらかじめ格納されている。図10のテーブル72a中の記号S11,S12、…は、たとえば図11のような各種の駆動モード波形のいずれかを選択して指定するためのコードである。
10, 11, and 12 show the configuration of the touch panel of the electronic device disclosed in
図11は駆動モード記憶部73に記憶されている種々の駆動モード波形を模式的に示したものである。たとえば、図11(a)は小振幅で継続的振動を行うモードを示し、図11(b)は大振幅の振動モード波形である。図11(c)は図11(a)、(b)とは周波数が異なる振動モード波形を示し、また、図11(d)、(e)はそれぞれ、単時間の振動を1回または2回行う例を示している。さらに図11(f)は1回の振動(ワンショットパルス)のみを与えるような振動モード波形である。
FIG. 11 schematically shows various drive mode waveforms stored in the drive
これらの駆動モード波形は所定のパラメータコードで識別可能となっており、図11(d)の例では、振動周波数VF、振動振幅VDおよび振動持続時間VTなどがそれらのパラメータである。 These drive mode waveforms can be identified by a predetermined parameter code. In the example of FIG. 11D, the vibration frequency VF, vibration amplitude VD, vibration duration VT, and the like are the parameters.
図10のテーブル72aの記憶内容を変更することにより、操作部74の駆動にバリエーションを与えることができる。たとえば、操作領域R1〜R6については弱い振動を与えたいときには図11(a)の振動モードを指定するようにS11〜S64の範囲のコードを決めればよい。また、操作力Fが大きいほど振動の強さを大きくしたいときには、図10の操作力区分F1、F2では図11(a)の振動モード波形を、操作力区分F3,F4では図11(b)の振動モード波形をそれぞれ指定しておけばよい。非操作領域R0についてのコードS01〜S04は、「駆動なし」を指定する、弱い振動を与えるように成されている。 By changing the stored content of the table 72a of FIG. For example, when it is desired to apply a weak vibration to the operation regions R1 to R6, the codes in the range of S11 to S64 may be determined so as to specify the vibration mode of FIG. Further, when it is desired to increase the strength of vibration as the operating force F increases, the vibration mode waveform of FIG. 11A is used for the operating force sections F1 and F2 of FIG. 10, and FIG. 11B is used for the operating force sections F3 and F4. Each vibration mode waveform can be specified. The codes S01 to S04 for the non-operation region R0 are configured to give a weak vibration that designates “no drive”.
このようにして領域判定信号SRと操作力判定信号FBとによってひとつの駆動モード波形が選択されると、その駆動モード波形を規定するパラメータ値が駆動モード記憶部73から読出され、1つの圧電素子駆動部75に与えられる。それに応じて圧電素子E1〜E4に振動電圧が与えられて圧電素子E1〜E4が振動または微少変形するとともに、その振動または微少変位が操作部74のタッチパネルに伝播する。これは、ユーザが操作領域R1〜R7のいずれかを所定以上の力で押下したときに、操作部74のタッチパネルを振動させ、その操作が受け付けられたことをユーザに触覚的に知らせることになる。
When one drive mode waveform is selected by the region determination signal SR and the operation force determination signal FB in this way, a parameter value defining the drive mode waveform is read from the drive
図12は特許文献1に記載されている。情報表示装置としての他の例を示す図であり、情報表示面76およびその上に重なった操作面77の一部を示している。この例ではオーディオ機器のボリュームコントロールつまみ部分を液晶表示パネルに表示し、それを操作者の指で操作させるように構成されている。すなはち、78は音域ごとのスライド型のボリュームつまみを表し、その上に指79を置いて押圧力を加えつつ、ボリューム調整ライン80に沿って「H」または「L」の方向に指79を移動させると、このボリュームつまみの表示がそれにつれて移動しつつ実際の音量が変化する。それとともに、操作面77が振動することにより操作中であることを操作者に伝える。
FIG. 12 is described in
また、その振動振幅は、その時点において操作しているボリュームつまみ78の位置によって変化するようになっている。たとえば、そのボリュームつまみ78が区間YL内にあるときには小振幅で、区間YM内にあるときには中振幅で、区間YH内にあるときには大振幅で操作面77を振動させる。これによって、ユーザは現在の音量に応じた触感を得ることができる。また、ボリュームつまみ78のY座標に応じて連続的に振幅を増大させるようになす構成も開示されている。
Further, the vibration amplitude changes depending on the position of the
上述の図10および図11並びに図12示した従来構成によると、複数の圧電素子を異なるモード波形で駆動することや操作面77上を指でスライドすることで、強弱の異なる感触を得ることが可能な電子機器が示されているが、複数の圧電素子を複数の圧電素子駆動部75を介して、複数の圧電素子に異なる振動指令信号を出力する構成の開示はない。上述の従来技術の様な複数の振動指令信号で複数の圧電素子を励振するとき下記の様な問題点を生ずる。
According to the conventional configuration shown in FIG. 10, FIG. 11 and FIG. 12 described above, a plurality of piezoelectric elements can be driven with different mode waveforms, and the touch on the operation surface 77 can be slid with a finger to obtain different feelings of strength. Although possible electronic devices are shown, there is no disclosure of a configuration in which different piezoelectric command signals are output to a plurality of piezoelectric elements via a plurality of piezoelectric
先ず、操作面の入力領域(エリア)の中で、ユーザが触れる点に近い位置に配設された圧電素子(以下アクチュエータと記す)が、ユーザに対する触覚フィードバックの強さに大きく左右し、そのほかのアクチュエータは触覚フィードバックにあまり寄与しないにもかかわらず、全てのアクチュエータを駆動するのは、アクチュエータの消費電力を考えた場合に不利となる。 First, in the input area (area) of the operation surface, a piezoelectric element (hereinafter referred to as an actuator) arranged near the point touched by the user greatly affects the strength of tactile feedback to the user, Although the actuators do not contribute much to haptic feedback, driving all the actuators is disadvantageous when considering the power consumption of the actuators.
また、比較的大きなサイズを持つ入力エリアの場合、たとえば、入力エリアが略矩形状のタッチパネルで、四隅にアクチュエータを配設した場合は矩形状の入力エリアの中央部分が略矩形形状の機械的な共振のため大きく撓む。一方で入力エリアの上下部分は撓み量が小さいため、複数のアクチュエータに同一の振動指令波形を与えても入力エリア全体を均一に励振させることが困難となる Also, in the case of an input area having a relatively large size, for example, when the input area is a substantially rectangular touch panel and actuators are arranged at the four corners, the central portion of the rectangular input area has a substantially rectangular shape. It bends greatly due to resonance. On the other hand, since the upper and lower portions of the input area have a small amount of bending, it is difficult to uniformly excite the entire input area even if the same vibration command waveform is given to a plurality of actuators.
さらに、単なるアクナレッジな感触だけでなく、複数のアクチュエータによってのみ実現される効果(ユーザが受ける特殊な感触)たとえば、全てのアクチュエータを同時あるいは順次に駆動した時やビート(唸り)振動等の感触を期待することができない。
本発明は叙上の課題を解消するために成されたもので、複数のアクチュエータに同一の振動指令波形を与えても入力エリア全体を均一に励振させることが困難となるが本発明では、入力エリアのどの点においても略同一の強さの触感が得られるように、各アクチュエータに対する振動指令信号を最適化している。また、アクチュエータの消費電力を抑えるために駆動するアクチュエータの数を選択すると共に、ユーザが受ける特殊な感触を簡単な回路構成で得ようとするものである。 The present invention was made to solve the above-mentioned problems. Even if the same vibration command waveform is given to a plurality of actuators, it is difficult to uniformly excite the entire input area. The vibration command signal for each actuator is optimized so that the tactile sensation of substantially the same strength can be obtained at any point in the area. In addition, the number of actuators to be driven is selected in order to suppress the power consumption of the actuators, and a special feeling received by the user is obtained with a simple circuit configuration.
第1の発明は、コンピュータを介して、複数のアクチュエータに感触フィードバックが成される入力装置であって、コンピュータに少なくとも位置情報を供給する入力操作手段と、入力操作手段内の所定位置に配設した複数のアクチュエータと、これら複数のアクチュエータに供給する複数の駆動信号を発生するための駆動信号発生手段と、コンピュータの指令データに基づいて複数のアクチュエータに駆動信号を出力し、入力操作手段を振動させる振動制御手段と、この振動制御手段内に配設され、複数のアクチュエータを駆動する複数のアクチュエータ駆動手段と、を具備し、振動制御手段内の複数のアクチュエータ駆動手段を介して、入力操作手段の複数に分割した夫々の操作領域内で振動量を制御することでユーザの触感を同一にする様にしたことを特徴とする入力装置としたものである。 According to a first aspect of the present invention, there is provided an input device in which tactile feedback is made to a plurality of actuators via a computer, wherein the input operation means supplies at least position information to the computer, and is arranged at a predetermined position in the input operation means. A plurality of actuators, a drive signal generating means for generating a plurality of drive signals to be supplied to the plurality of actuators, and outputting a drive signal to the plurality of actuators based on command data of the computer to vibrate the input operation means. And a plurality of actuator driving means arranged in the vibration control means for driving the plurality of actuators, and the input operation means via the plurality of actuator driving means in the vibration control means. The user's tactile sensation is made the same by controlling the amount of vibration in each operation area divided into multiple Is obtained by an input device, characterized in that the like.
第2の発明は、コンピュータを介して、複数のアクチュエータに感触フィードバックが成される電子機器であって、コンピュータに少なくとも位置情報を供給する入力操作手段と、入力操作手段内の所定位置に配設した複数のアクチュエータと、これら複数のアクチュエータに供給する複数の駆動信号を発生するための駆動信号発生手段と、コンピュータの指令データに基づいて複数のアクチュエータに駆動信号を出力し、入力操作手段を振動させる振動制御手段と、この振動制御手段内に配設され、複数のアクチュエータを駆動する複数のアクチュエータ駆動手段と、を具備し、振動制御手段内の複数のアクチュエータ駆動手段を介して、入力操作手段の複数に分割した夫々の操作領域内で振動量を制御することでユーザの触感を同一にする様にしたことを特徴とする電子機器としたものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an electronic apparatus in which tactile feedback is made to a plurality of actuators via a computer, the input operation means supplying at least position information to the computer, and a predetermined position in the input operation means A plurality of actuators, a drive signal generating means for generating a plurality of drive signals to be supplied to the plurality of actuators, and outputting a drive signal to the plurality of actuators based on command data of the computer to vibrate the input operation means. And a plurality of actuator driving means arranged in the vibration control means for driving the plurality of actuators, and the input operation means via the plurality of actuator driving means in the vibration control means. The user's tactile sensation is made the same by controlling the amount of vibration in each operation area divided into multiple Is obtained by an electronic device, characterized in that it was like.
第3の電子機器の感触フィードバック入力方法は、コンピュータを介して、複数のアクチュエータに感触フィードバックが成される電子機器の感触フィードバック入力方法であって、複数のアクチュエータを配設した、複数に分割した夫々の操作部を介して、コンピュータに少なくとも位置情報を供給し、複数のアクチュエータを駆動する複数の駆動信号を発生させ、コンピュータの指令データに基づいて複数のアクチュエータに複数のアクチュエータ駆動部を介し、複数の駆動信号を出力し、操作部を振動させ、複数のアクチュエータ駆動部を介し複数に分割した夫々の操作部の操作領域内で振動量を制御することでユーザの触感を同一にする様にしたことを特徴とする電子機器の感触フィードバック入力方法としたものである。 A third electronic device tactile feedback input method is an electronic device tactile feedback input method in which tactile feedback is made to a plurality of actuators via a computer, and a plurality of actuators are arranged and divided into a plurality of tactile feedback inputs. Via each operation unit, supply at least position information to the computer, generate a plurality of drive signals for driving a plurality of actuators, and a plurality of actuators via a plurality of actuator drive units based on command data of the computer, To output a plurality of drive signals, vibrate the operation unit, and control the amount of vibration within the operation region of each operation unit divided into a plurality via a plurality of actuator drive units so that the user's tactile sensation is the same This is a touch feedback input method of an electronic device characterized by the above.
本発明の入力装置および電子機器並びに電子機器の感触フィードバック入力方法によれば、比較的大きなサイズの平面状入出力装置(例えば12インチ以上のタッチパネル)に対しても、ほぼ均一な強さを持った触覚フィードバックを付加することが可能になる。従来は十分なフィードバックを得るために、アクチュエータの出力を大きくすることが考えられていたが、アクチュエータの出力を大きくすると、一般にアクチュエータのサイズも大きくなり、また消費電力の点でも好ましくない。本発明ではより出力の小さいアクチュエータで、ユーザに十分な触覚フィードバックを与えることができる。 According to the input device, the electronic device, and the touch feedback input method of the electronic device of the present invention, the input device, the electronic device, and the touch feedback input method have substantially uniform strength even for a relatively large size planar input / output device (for example, a touch panel of 12 inches or more) Tactile feedback can be added. Conventionally, it has been considered to increase the output of the actuator in order to obtain sufficient feedback. However, increasing the output of the actuator generally increases the size of the actuator and is not preferable in terms of power consumption. In the present invention, sufficient tactile feedback can be provided to the user with an actuator having a smaller output.
また、本発明の入力装置および電子機器並びに電子機器の感触フィードバック入力方法によれば、ユーザに対して必要で十分なアクナレッジな感触を、少ないアクチュエータで実現できるので入力装置および電子機器の消費電力低減が可能となる。とくに携帯機器においては電池の寿命をいかに向上させるかが大きな課題となっているため、その効果は大きい。また、アクチュエータに圧電素子を用いる場合は、アクチュエータの特性上、急峻にアクチュエータを動かす際の電流値(突入電流)が大きくなるが、同時に駆動するアクチュエータの数を減らせるので、その数だけ駆動回路に対する電気的な負荷(圧電素子の静電容量と大きく関係する)を小さくすることが出来る効果は大きい。 In addition, according to the input device, the electronic apparatus, and the electronic device feedback feedback method of the present invention, a necessary and sufficient acknowledged feeling can be realized with a small number of actuators, and the power consumption of the input apparatus and the electronic device can be realized. Reduction is possible. Particularly in portable devices, how to improve the battery life is a big issue, and the effect is great. In addition, when a piezoelectric element is used for the actuator, the current value (inrush current) when moving the actuator steeply increases due to the characteristics of the actuator, but the number of actuators that are driven simultaneously can be reduced. The effect of reducing the electrical load with respect to (greatly related to the capacitance of the piezoelectric element) is great.
さらに、本発明の入力装置および電子機器並びに電子機器の感触フィードバック入力方法によれば、うなりを利用して、通常人間には感知が困難な、低い周波数領域における触覚提示が可能となる。また、それぞれのアクチュエータの加振方法を時間的かつ空間的(アクチュエータの配置方法)に変化させることで、ユーザにダイナミックな動きの感覚を想起させることが可能であり、これまで提案されてきた、クリック感に代表されるアクナレッジのような感覚を超えた、全く新しい感触フィードバックが得られる。さらに、このような効果を使って、触覚的に様々な情報を伝達することができる利点を有する。 Furthermore, according to the input device, the electronic device, and the tactile feedback input method of the electronic device according to the present invention, it is possible to present a tactile sensation in a low frequency region, which is normally difficult for humans to detect, using a beat. In addition, by changing the excitation method of each actuator temporally and spatially (actuator arrangement method), it is possible to remind the user of a dynamic movement sensation, which has been proposed so far. A totally new tactile feedback can be obtained that goes beyond the sense of an acknowledge represented by a click feeling. Furthermore, using such an effect, there is an advantage that various information can be transmitted tactilely.
以下本発明の1形態例を図1乃至図9によって説明する。図1は電子機器としての1形態例を示すPDA(個人用携帯情報端末)の斜視図、図2は入力手段近傍のアクチュエータ配置を説明するための要部の分解状態を示す平面図、図3は圧電型アクチュエータの動作を説明するための側断面図、図4は本発明の入力装置および電子機器並びに電子機器の感触フィードバック入力方法を説明するためのブロック図、図5はPDAの操作説明用斜視図、図6はタッチパネル上の領域説明用平面図、図7はアクチュエータに供給する振動指示波形図、図8は唸り振動感触を得る構成を説明するためのタッチパネルの平面図、図9は空間的に移動可能な振動感触を得る構成を説明するためのタッチパネルの平面図である。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view of a PDA (personal personal digital assistant) showing one embodiment as an electronic device, FIG. 2 is a plan view showing an exploded state of a main part for explaining an actuator arrangement in the vicinity of the input means, and FIG. FIG. 4 is a side sectional view for explaining the operation of the piezoelectric actuator, FIG. 4 is a block diagram for explaining a touch feedback input method of the input device and electronic device and electronic device of the present invention, and FIG. 5 is for explaining the operation of the PDA. FIG. 6 is a plan view for explaining a region on the touch panel, FIG. 7 is a vibration instruction waveform diagram to be supplied to the actuator, FIG. 8 is a plan view of the touch panel for explaining a configuration for obtaining a torsional vibration feeling, and FIG. It is a top view of the touch panel for demonstrating the structure which obtains the vibration touch which can move electrically.
図1は電子機器としてのPDAを示すもので、入力装置としてはタッチパネルからなる、LCD等の表示装置および可撓性のあるフィルムシートから構成されている。 FIG. 1 shows a PDA as an electronic device. The input device includes a touch panel, a display device such as an LCD, and a flexible film sheet.
図1に於いて、1はPDAを示し、PDA1は略直方体状に合成樹脂等で構成した筺体2の上面板に略矩形状の開口部3が形成され、この開口部3には可撓性のフィルムシートあるいは透明ガラス等の操作面および画像表示面となるタッチパネル(図2参照)4をのぞませ、このタッチパネル4の下面には圧電素子、バイモルフ型圧電素子、圧電フィルム、電磁型機械―電気変換器、電磁型電気―機械変換器等のアクチュエータを介して、LCD6が設けられている。図1の例では四隅に破線で示す4個の圧電型アクチュエータ5が配設されている。筐体2の上面には電源用のスイッチ7、各種操作用の入力キー群8(変換キー8a、決定キー8b、日本語―英語切換えキー8k、上下決定キー8l、検索キー8n)等が配されている。
In FIG. 1, 1 indicates a PDA, and
図2は、タッチパネル4とLCD6との関係を明確化するために。PDA1の筐体2内に配設される支持フレーム10上のアクチュエータ5とタッチパネル4との関係を示すためにタッチパネル4を回転させたものである。
FIG. 2 is for clarifying the relationship between the
図1及び図2において、PDA1の電源スイッチ7をオンすると、通常LCD6の画面上にアイコン9が現れ、ユーザはこのアイコン9を選択することでPDA1が有する機能を選択する。アイコン9の選択は、LCD6上に設けられたタッチパネル4の座標(ユーザが触れた部分)によって行なわれる。また、PDA1の機能が選択された後も、主にLCD6上に表示される操作案内によりタッチパネル4を操作することで必要な情報を入力することができる。また、筐体2上の入力キー群8の機能をLCD6上に表示し、それをユーザが選択することによって機能の選択を行なう様にしてもよい。いずれの場合もユーザの意思は、ユーザがタッチパネル4に触れたときのタッチパネル上の座標により特定される。
1 and 2, when the power switch 7 of the
ユーザがタッチパネル4に触れた際、アクチュエータ5に振動指令を与えタッチパネル4を励振させることでユーザに対して振動している感触を与える。たとえば、入力操作に対するアクナレッジのような感触フィードバックをユーザに提示できるようになっている。
When the user touches the
図3は図1のA−A断面矢視図を示すもので、筐体2内に設けられた支持フレーム10とタッチパネル4間には、図1および図2で説明した様に4個のバイモルフ型の圧電素子よりなるアクチュエータ5が配設されている。タッチパネル4と支持フレーム10間の間隔を保持するために支持部材11が配され、この支持部材11は柔軟性に富み振動を吸収しない材料が選択され、支持フレーム10の四隅に略L字状に形成して載置固定されている。
3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1. Between the
タッチパネル4と支持フレーム10間に配設したアクチュエータ5の両端部と支持フレーム10の間にはアクチュエータ5を両持ち保持する第1および第2の支持部5L、5Rが設けられている。アクチュエータ5の略中間部とタッチパネル4の裏面間には第3の支持部5Eが設けられている。従って、それぞれのバイモルフ圧電型のアクチュエータ5の下側2点5L、5Rが支持フレーム10の上にベンデングの自由度を保ちながら両持ち保持され、上側の1点5Eがタッチパネル4と係合され、たとえば、ベンデング用バイモルフ圧電型のアクチュエータ5の曲げ方向Rの変形を、タッチパネル4の面と垂直な図3で示す、振動変位Uの方向に取り出せる構造になっている。振動制御手段14からはアクチュエータ5、5に励振用駆動信号が供給される。
Between the both ends of the
上述のPDA1のブロック図を図4に示す、図4において、PDA1のアイコン9等の表示されるLCD6の画面上には、アクチュエータ5(5A、5B,5C、5D)を介してタッチパネル4が配設され、回路構成はタッチパネル4からの座標値等の入力情報S1が供給されると共にLCD6にアイコン9等の表示情報S2を出力するコンピュータ(以下CPUと記す)13およびアクチュエータ5を駆動する振動制御手段14とで構成されている。
The block diagram of the
振動制御手段14内には、複数のアクチュエータ5A〜5Dを励振する複数のデジタルーアナログ変換回路(以下DACと記す)15A〜15Dおよび電流アンプ16A〜16D、メモリ17、プロセッサ18、外部プログラムポート19を有する。
In the vibration control means 14, a plurality of digital-analog conversion circuits (hereinafter referred to as DAC) 15 A to 15 D and
CPU13からはアクチュエータ5を励振するためのレェディ(ready)信号S6がプロセッサ18に供給されると共にメモリ17から各種波形信号S3が供給される。メモリ17内には波形17Aに示す各種の波形信号P1、P2、P3などが記憶されている。この波形信号P1、P2、P3は外部のCPUから構成される外部プログラマブル装置20によって生成した波形信号S7を外部プログラムポート19の出力信号S4を介してプロセッサ18に取り込み、振幅制御波形パターンP1、P2、P3の登録番号および性質を付与した上でデータS3を介して、メモリ17に格納させるように成せばよい。プロセッサ18からはDAC15A〜15Dにデジタル波形データS5が出力される。
From the
上述構成のPDA1の全体的な動作を以下に説明する。CPU13はアイコン9等をLCDに表示すると共に複数のアクチュエータ5A〜5Dに振動指令用の入力情報S1(座標値)に基づくレェディ信号S6を振動制御手段14に出力する。この振動制御手段14内のプロセッサ18は、振幅制御波形P1、P2、P3等の素材が記憶されているメモリ17からユーザの指定する入力情報S1の座標値によりCPU13で特定された励振仕様を示すレェディ信号S6に基づき、メモリ17の中の、振幅制御波形P1、P2、P3の中から1つの、たとえば、振幅制御波形P1を選択し、励振仕様に合わせてそれを加工するプロセッサ18により定義されたそれぞれのアクチュエータ5A〜5Dに対するデジタル波形(振動波形)S5を複数のDAC15A〜15Dに供給して、アナログ波形に変換する、複数のDAC15A〜15Dからのアナログ信号を複数の電流アンプ16A〜16Dでアクチュエータ5A〜5Dが駆動できるレベルまで増幅する。ここではDAC15A〜15Dおよび電流アンプ16A〜16Dは、4本のアクチュエータ5A〜5Dにそれぞれ異なる振動波形指令を出力できるように、たとえば、4組が備わっているが、さらに、多くのアクチュエータおよびDAC並びに電流アンプを配設することもできる。
The overall operation of the
本発明において、複数のアクチュエータ5A〜5Dを異なる振幅制御波形P1、P2、P3で駆動させる理由は、従来技術で述べたように、複数の課題に基づいている。すなはち、
(イ)第1の課題はクリック感などの比較的単純な触覚フィードバックの場合は、複数あるアクチュエータのなかで、ユーザの触覚の強さに最も寄与するアクチュエータ5のみを駆動することにより、PDA1の消費電力の低減を図る。
(ロ)第2の課題は入力操作部に比較的大きな入力エリアを持つ場合に、入力エリアの面内で触感の強さのバラつきが起きないようにすることで、どの点を押圧しても同じ強さの振動感触を得るようにする。
(ハ)第3の課題は複数のアクチュエータ5を異なる振動波形P1、P2、P3で駆動したときの特殊な触覚的効果を図る。
ことである。以上の(イ)乃至(ハ)の課題に応じた、それぞれ動作を以下に説明する。
In the present invention, the reason why the plurality of
(A) In the case of a relatively simple tactile feedback such as a click feeling, the first problem is that only the
(B) The second problem is that when there is a relatively large input area in the input operation unit, any point can be pressed by preventing variations in tactile strength within the surface of the input area. Try to get the same strong vibration feel.
(C) A third problem is to achieve a special tactile effect when the plurality of
That is. Each operation according to the above problems (a) to (c) will be described below.
先ず、(イ)項の動作を説明する。図5に示す、LCD6の画面表示部に表示した指示指令により表示した画面をアイコン9A、9B、9C、9Dとし、タッチパネル4の全エリアを図5の様に4つのエリア4A,4B、4C、4Dに4分割したとする。また、支持フレーム10上にはアクチュエータ5A、5B、5C、5Dが固定されている。図5ではユーザがアイコン9Bを選択しようとしている。ユーザがアイコン9Bを選択すると、タッチパネル4の座標検出機能(あるいはCPU13の機能)により、ユーザの指21がタッチパネル4上のエリア4Bにあることがわかる。タッチパネル4に接している4個のアクチュエータ5A、5B、5C、5Dのうち、アクチュエータ5A、5C、5Dはタッチパネル4上のエリア4Bを励振させるには寄与が小さい。タッチパネル4のエリア4Bでは、アクチュエータ5Bがほとんどの励振作用を受け持っているので、図4の振動制御手段14にあるプロセッサ18はアクチュエータ5Bのみを駆動すべくDAC15Bに対してのみデジタル波形S5を出力し、電流アンプ16Bを経てアクチュエータ5Bのみを駆動する。
First, the operation of item (a) will be described. The screen displayed by the instruction command displayed on the screen display unit of the
上述の駆動方法によれば、タッチパネル4上の振動の分布は、エリア4A,4C、4Dにおいては触感フィードバックを与えるには十分でない場合があるが、ユーザが触れているのはエリア4Bなので、ユーザいとっては十分な触覚的フィードバックを得ることができる。 同様に、例えばアイコン9Cを選択するときはアクチュエータ5Cのみが駆動されるというように、ユーザが触れる部分を最も適当に励振できるアクチュエータを選択する。
According to the driving method described above, the vibration distribution on the
上述の構成の動作によると、ユーザに対して必要で十分なアクナレッジ等の感覚を、少ないアクチュエータ5Bの駆動のみで実現できるので電子機器の消費電力低減が可能となる。特に近年携帯機器に用いるバッテリーの寿命を大幅に向上させることが出来る。また、圧電アクチュエータを用いる場合は、アクチュエータの特性上、急峻にアクチュエータを動かす際の突入電流が大きくなるも問題があるが本発明では同時に駆動するアクチュエータの数を減らせるので駆動回路にたいする電気的な負荷(圧電アクチュエータの静電容量と大きく関係する)を小さくすることが出来る効果を有する。
According to the operation of the above-described configuration, it is possible to realize a sense such as a necessary and sufficient acknowledgment for the user by only driving a small number of
次に、(ロ)項の動作を図6(A)(B)(C)および図7により説明する。図6(A)は平面図、図7(B)は4隅に配設した、4個のアクチュエータ5A〜5Dに同じ位相の駆動波形信号を供給した場合のタッチパネル4のシートの撓み状態を示すものであり、図6(C)は図6(B)のA−A矢視図である。上述の各図において、たとえば、10インチの大きさを持つタッチパネル4の下端の4隅に4個のアクチュエータ5A〜5Dを設け、タッチパネル4は説明を容易にするため9つの領域(エリア)に分割し、それぞれのエリアをA、B、C、・・・G、H、Iとし、ユーザの指21にフィードバックする振動感触をクリック感などのアクナレッジ波形となす、ここではサイン波形をアクチュエータ5A〜5Dに供給する例によって説明する。
Next, the operation of item (b) will be described with reference to FIGS. 6 (A), (B), (C) and FIG. FIG. 6A shows a plan view, and FIG. 7B shows a bending state of the sheet of the
図7(A)(B)の波形および図7(C)(D)の表はそれぞれのアクチュエータ5A5C、5B、5Dに加える振動指令信号のパターン、すなはち、DAC15A〜15Dの出力波形と、そのときのタッチパネル4の9分割したそれぞれのエリアA〜Iでの指21に感触として感ずる振動の強弱を示す。ここではタッチパネル4の上側および下側の同一辺に設置されたアクチュエータ5A、5Cと5B、5Dを一対の組として、4つのアクチュエータを2つのグループのアクチュエータ5A、5Cおよび5B、5Dに分け、それぞれのグループには同じ振動波形を出力するようにしている。表中、左側の図7(C)に示すパターンでは2つのグループのアクチュエータ5A、5Cおよび5B、5Dに対して同一のサイン波(単発)22が出力されている(4つのアクチュエータ5A〜5Dは全て同一)。このように4個のアクチュエータ5A〜5Dに同一位相のサイン波22を供給した場合には図6(B)に示すようにタッチパネル4の中央部24のエリアD、E、Fで大きく撓むことになる。この様にタッチパネル4の領域による振動量(撓み量)の違で中央部24が大きく撓む原因はタッチパネル4の共振の1次モードによるタッチパネル4自体の図6(C)に示す様にアクチュエータ5A、5Cおよび5B、5Dの矢印D、D方向の動きによって並進する変形の影響と考えられる。一方、右側の図7(D)に示すパターンでは、2つのグループの一方のグループのアクチュエータ5A、5Cに対して他方のグループのアクチュエータ5B、5Dの位相が半波長だけ異なるサイン波22および23が出力される。図7(C)に対応するパターンにおいては、タッチパネル4上のエリアE、D、Fが強く励振され、図7(D)に対応するパターンでは、ちょうど反対に、領域A、B、C,G,H、Iが強く励振される。この様に2つのアクチュエータ5A、5Cと5B、5Dの振動波形の位相を逆にした場合に何故周辺部の振動量が大きくなるかについては、4本のアクチュエータ5A〜5Dを同位相で加振する際はタッチパネル4を並進的に動かすのに対し、異なる位相の場合はタッチパネル4の中央部24を中心とした図(D)に示す様な回転的な動きになるので、より少ない力で動かすことが可能であるためと考えられる。なお、この場合、結果として得られる振動量はタッチパネル4自体の変形によるものでなく、アクチュエータ5A〜5Dによるタッチパネル4の変位量と考えられる。
The waveforms in FIGS. 7A and 7B and the tables in FIGS. 7C and 7D are vibration command signal patterns applied to the actuators 5A5C, 5B, and 5D, that is, the output waveforms of the
上述の構成で、例えば、ユーザがタッチパネル4のエリアEを触れたとすると、その座標値から、振動制御手段14は図7(A)の5A〜5Dにあるようなパターンの振動指令信号であるサイン波22を各アクチュエータ5A、5Cと5B、5Dに出力する。またユーザがエリアBに触れた場合は、同様に図7(B)にあるパターンの指令値である互いに位相の異なるサイン波22,23がアクチュエータ5A、5Cおよび5B、5Dに出力される。その結果として、ユーザはどの領域を触れたとしても、ほぼ同様な強さを持つ触感的なアクナレッジ感(クリック感)を得ることができる。
In the above configuration, for example, if the user touches the area E of the
上述の構成の動作によると、比較的大きなサイズの平面状入出力装置(例えば10インチ以上のタッチパネル)に対しても、ほぼ均一な強さを持った触覚フィードバックを付加することが可能になる。従来は十分なフィードバックを得るために、もっぱらアクチュエータ5A〜5Dの出力を大きくすることが考えられていたが、アクチュエータ5A〜5Dの出力を大きくすると、一般にアクチュエータ5A〜5D自体のサイズも大きくなり、また消費電力の点でも好ましくない。本発明ではより出力の小さいアクチュエータ5A〜5Dで、ユーザに十分な触覚フィードバックを与えることができる。
According to the operation of the above-described configuration, it is possible to add tactile feedback having substantially uniform strength even to a relatively large size planar input / output device (for example, a touch panel of 10 inches or more). Conventionally, in order to obtain sufficient feedback, it has been considered to increase the output of the
さらに、(ハ)項の動作を図8(A)(B)図9(A)(B)によって説明する。図8(A)に示す構成はタッチパネル4の左右端の下部にアクチュエータ5A、5Bを配設し、振動制御手段14のプロセッサ18とDAC15A、DAC15Bおよび電流アンプ16A、16Bを介して、メモリ17から図8(B)に示す様に互いに近接した周波数fからなる、たとえば、周波数f1=200Hzと周波数f2=195Hzのようなサイン波26、27,からなる振動命令信号が連続的に波形制御手段14から与えられる。このときユーザの感じる指20の触感は、2個のアクチュエータ5A、5Bが発生する振動数の差(この場合5Hz)に相当する、いわゆる「唸り」の感触である。
Further, the operation of the item (c) will be described with reference to FIGS. 8 (A), 8 (B), 9 (A) and 9 (B). In the configuration shown in FIG. 8A,
このような、唸りを利用すると、通常人間には感知が困難な、低い周波数領域(ここでは5Hz)における触覚の振動を指21で感じ取ることが可能となる。
When such a beat is used, it is possible to sense the vibration of the tactile sensation with the
図9(A)(B)は複数のアクチュエータ5A,5B、5C、5Dの加振方法を時間的かつ空間的(アクチュエータの配置方向)に変化させることで、ユーザにダイナミックな動きの感覚を想起させるようにしたものである。図9(A)はタッチパネル4の下端に4個のアクチュエータ5A、5B、5C、5Dを配設して励振する場合の特殊効果について示す。4個のアクチュエータ5A、5B、5C、5Dには図9(B)にあるような振動命令信号が振動制御手段14から与えられている。この例では、ユーザの指21に対して時計回りCWになるよう、アクチュエータ5A−5B−5D−5C・・を、時間的に順次、数パルスに区切った振動指令信号で駆動している。この場合のユーザの受ける感覚は、指の周りを波が回るような感覚になる。
9 (A) and 9 (B) remind the user of a sense of dynamic motion by changing the excitation method of the plurality of
以上のように、上述の構成の動作によると、これまで提案されてきた、クリック感に代表されるアクナレッジのような感覚を超えた、全く新しい触感フィードバックの提示が可能になる。さらに、このような効果を使って、触覚的に様々な情報を伝達することも可能である。 As described above, according to the operation of the above-described configuration, it is possible to present completely new tactile sensation feedback that has exceeded the sensation like an acknowledge typified by a click feeling that has been proposed so far. Furthermore, it is possible to transmit various information tactilely using such effects.
上述の振動制御手段14においては、それぞれのアクチュエータ5A〜5Dに与える波形指令信号のデジタル波形S5を、プロセッサ18で独立に生成したが、プロセッサ18で生成した波形をその後にある波形加工手段(ハード的な:例えば位相反転回路など)によって振動指令信号のデジタル波形S5をつくるように成しても良い。また、波形生成のためのプロセッサ18を専用に設けるのでなく、一般の電子機器に採用されているCPUが持つ、たとえばPWM(パルス幅変調)信号出力を利用し、それをフィルタリングしてアナログ信号を得るようにすることもできる。さらに、駆動信号発生手段としてはメモリ17内に格納した、各種波形を出力したが各種波形をハード的に構築するようにしても良い。さらに、また、アクチュエータとしては通電時に伸びる側と縮む側のそれぞれが圧電層を積層した多層構造をもつ圧電バイモルフ型構成とすることが出来る。
In the above-described vibration control means 14, the digital waveform S5 of the waveform command signal to be given to each of the
また、本発明は、前述し、かつ図面に示した形態例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、他の形態例では、PC、携帯電話、リモコン、カーナビ、カムコーダ、携帯用記録再生装置等の入力機能を有する電子機器や触覚機能付の入力装置および電子機器の感触フィードバック入力方法に用いることができる。 The present invention is not limited to the embodiment described above and shown in the drawings, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, in another embodiment, it is used for an electronic device having an input function such as a PC, a mobile phone, a remote controller, a car navigation system, a camcorder, a portable recording / reproducing device, an input device with a tactile function, and a tactile feedback input method of the electronic device. Can do.
1…PDA、2…筐体、3…開口部、4…タッチパネル、5(5A〜5D)…アクチュエータ、6…LCD、7…電源スイッチ、8(8a〜8n)…入力キー群、13…CPU、14…振動制御手段、15(15A〜15D)…DAC、16(16A〜16D)…電流アンプ、17…メモリ、18…プロセッサ、19…外部プログラムボード、20…外部プログラマブル装置
DESCRIPTION OF
Claims (11)
上記コンピュータに少なくとも位置情報を供給する入力操作手段と、
上記入力操作手段内の所定位置に配設した複数のアクチュエータと、
上記複数のアクチュエータに供給する複数の駆動信号を発生するための駆動信号発生手段と、
上記コンピュータの指令データに基づいて上記複数のアクチュエータに上記駆動信号を出力し、上記入力操作手段を振動させる振動制御手段と、
上記振動制御手段内に配設され、上記複数のアクチュエータを駆動する複数のアクチュエータ駆動手段と、
を具備し、
上記振動制御手段内の複数のアクチュエータ駆動手段を介して、上記入力操作手段の複数に分割した夫々の操作領域内で振動量を制御することでユーザの触感を同一にする様にしたことを特徴とする入力装置。 An input device in which tactile feedback is made to a plurality of actuators via a computer,
Input operation means for supplying at least position information to the computer;
A plurality of actuators arranged at predetermined positions in the input operation means;
Drive signal generating means for generating a plurality of drive signals to be supplied to the plurality of actuators;
Vibration control means for outputting the drive signal to the plurality of actuators based on command data of the computer, and causing the input operation means to vibrate;
A plurality of actuator driving means arranged in the vibration control means for driving the plurality of actuators;
Comprising
The tactile sensation of the user is made the same by controlling the vibration amount in each of the operation areas divided into a plurality of the input operation means via a plurality of actuator drive means in the vibration control means. An input device.
上記コンピュータに少なくとも位置情報を供給する入力操作手段と、
上記入力操作手段内の所定位置に配設した複数のアクチュエータと、
上記複数のアクチュエータに供給する複数の駆動信号を発生するための駆動信号発生手段と、
上記コンピュータの指令データに基づいて上記複数のアクチュエータに上記駆動信号を出力し、上記入力操作手段を振動させる振動制御手段と、
上記振動制御手段内に配設され、上記複数のアクチュエータを駆動する複数のアクチュエータ駆動手段と、
を具備し、
上記振動制御手段内の複数のアクチュエータ駆動手段を介して、上記入力操作手段の複数に分割した夫々の操作領域内で振動量を制御することでユーザの触感を同一にする様にしたことを特徴とする電子機器。 An electronic device in which tactile feedback is made to a plurality of actuators via a computer,
Input operation means for supplying at least position information to the computer;
A plurality of actuators arranged at predetermined positions in the input operation means;
Drive signal generating means for generating a plurality of drive signals to be supplied to the plurality of actuators;
Vibration control means for outputting the drive signal to the plurality of actuators based on command data of the computer, and causing the input operation means to vibrate;
A plurality of actuator driving means arranged in the vibration control means for driving the plurality of actuators;
Comprising
The tactile sensation of the user is made the same by controlling the vibration amount in each of the operation areas divided into a plurality of the input operation means via a plurality of actuator drive means in the vibration control means. Electronic equipment.
複数のアクチュエータを配設した複数に分割した夫々の操作部を介して、上記コンピュータに少なくとも位置情報を供給し、
上記複数のアクチュエータを駆動する複数の駆動信号を発生させ、
上記コンピュータの指令データに基づいて上記複数のアクチュエータに複数のアクチュエータ駆動部を介し、上記複数の駆動信号を出力し、
上記操作部を振動させ、
上記複数のアクチュエータ駆動部を介し上記複数に分割した夫々の操作部の操作領域内で振動量を制御することでユーザの触感を同一にする様にしたことを特徴とする電子機器の感触フィードバック入力方法。 An electronic device tactile feedback input method in which tactile feedback is made to a plurality of actuators via a computer,
Supplying at least position information to the computer via each operation unit divided into a plurality provided with a plurality of actuators;
Generating a plurality of drive signals for driving the plurality of actuators;
Based on the command data of the computer, output the plurality of drive signals to the plurality of actuators via a plurality of actuator drive units,
Vibrate the operation part,
Electronic device tactile feedback input, wherein the user's tactile sensation is made the same by controlling the amount of vibration within the operation area of each of the plurality of operation units divided via the plurality of actuator driving units. Method.
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