JP2019036248A - 入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で、実際の操作ボタンに触れたかのような感触の得られる入力装置を提供する。【解決手段】操作面１１１に対する操作体Ｆの操作状態を検出する検出部１１２と、検出部によって検出される操作状態に応じて、所定の機器５０に対する入力を行う制御部１３０と、を備える入力装置において、操作面には、所定の機器に対する操作用の操作領域１１１ａが予め設定され、操作面の向きについて予め設定された所定の設定角度に対して、操作面を傾斜させる駆動部１２０を備えており、制御部は、操作体が操作面上を移動して、操作領域の境界部１１１ｂ、１１１ｃにあるとき、駆動部によって操作面の設定角度を変更させて、操作体に作用する圧力分布を変化させる。【選択図】図２

Description

本発明は、タッチパッドやタッチパネルのように、指等の操作体による入力操作を可能とする入力装置に関するものである。

従来の入力装置として、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１の入力装置（携帯端末装置）は、画像（操作ボタン）を表示する表示パネル、表示パネル上における利用者の指による接触操作を受付けるタッチパネル、およびバイブレータを備えている。そして、利用者の接触操作において、指が画像のエッジ位置にあると、バイブレータを作動させるようになっている。バイブレータの振動により、利用者は、画像のエッジを振動により知ることができ、画像の形状を体感できるようになっている。

また、特許文献２に記載された入力装置では、操作用のボタン画像を表示する表示器、表示器から離れた位置に設けられ、入力部として凹凸面を形成する触覚ディスプレイ、および触覚ディスプレイの押された位置を検出する位置センサを備えている。触覚ディスプレイは、複数のピンと、複数のピンをディスプレイ面に対して上下に移動させる複数のアクチュエータとを備え、表示器のボタン画像に対応する領域におけるピンを、アクチュエータによって上方へ移動させることで、入力部においてボタン画像に対応した凸部を形成するようになっている。この凸部によって、利用者は、あたかもボタン画像を実際に触れているような感触が得られるようになっている。

特許第５８５６５１８号公報 特許第５１１０４３８号公報

しかしながら、特許文献１の入力装置では、単に、画像のエッジ位置でバイブレータによる振動を発生させているに過ぎず、実際の操作ボタンに触れているような感触（エッジ感覚）を得ることはできない。

また、特許文献２の入力装置では、複数のピンと、複数のピンを移動させる複数のアクチュエータを必要とするため、構成上および制御上で非常に複雑なものとなる。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、簡素な構成で、実際の操作ボタンに触れたかのような感触の得られる入力装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

本発明では、操作側となる操作面（１１１）に対する操作体（Ｆ）の操作状態を検出する検出部（１１２）と、
検出部によって検出される操作状態に応じて、所定の機器（５０）に対する入力を行う制御部（１３０）と、を備える入力装置において、
操作面には、所定の機器に対する操作用の操作領域（１１１ａ）が予め設定され、
操作面の向きについて予め設定された所定の設定角度に対して、操作面を傾斜させる駆動部（１２０）を備えており、
制御部は、操作体が操作面上を移動して、操作領域の境界部（１１１ｂ、１１１ｃ）にあるとき、駆動部によって操作面の設定角度を変更させて、操作体に作用する圧力分布を変化させることを特徴としている。

この発明によれば、操作体（Ｆ）が操作領域（１１１ａ）の境界部（１１１ｂ）にあるときに、操作面（１１１）の設定角度を変更させて、操作領域（１１１ａ）で移動する操作体（Ｆ）に作用する圧力分布を変化させることで、操作体（Ｆ）に対して、あたかも実際の操作ボタンのエッジ部に触れているかのような感触を与えることができる。本発明では、駆動部（１２０）は操作面（１１１）の設定角度を変更するだけであるので、特許文献２に対して簡素な構成とすることができる。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

車両における入力装置の搭載状態を示す説明図である。 第１実施形態における入力装置を示すブロック図である。 第１実施形態における操作部および駆動部を示す（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のIIIb方向から見た矢視図（平面図）である。 第１実施形態における入力装置の制御内容を示すフローチャートである。 第１実施形態における操作部が傾斜される様子を示す説明図である。 実際の操作ボタンをなぞるときの、指腹の圧力分布のイメージを示す説明図である。 第２実施形態における操作部（タッチパネル）が傾斜される様子を示す説明図である。 第３実施形態における操作部が傾斜される様子を示す説明図である。 操作領域に入るときの境界部における所定の幅を示す説明図である。 操作領域から出るときの境界部における所定の幅を示す説明図である。 所定の幅内における傾斜角度の変化を示す説明図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
第１実施形態の入力装置１００を図１〜図６に示す。本実施形態の入力装置１００は、例えば、ナビゲーション装置５０を操作するための遠隔操作デバイスに適用したものである。入力装置１００は、ナビゲーション装置５０と共に、車両１０に搭載されている。ナビゲーション装置５０は、本発明の所定の機器に対応する。

ナビゲーション装置５０は、地図上における自車の現在位置情報、進行方向情報、あるいは操作者の希望する目的地への案内情報等を表示する航路誘導システムである。ナビゲーション装置５０は、表示部としての液晶ディスプレイ５１を有している。液晶ディスプレイ５１は、車両１０のインストルメントパネル１３の車両幅方向の中央部に配置されて、表示画面５２が操作者によって視認されるようになっている。表示画面５２の向きは、概ね垂直方向に沿うように設定されている。

ナビゲーション装置５０は、入力装置１００に対して別体で形成されており、入力装置１００から離れた位置に設定されている。ナビゲーション装置５０と入力装置１００とは、例えば、Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋバス（ＣＡＮバス（登録商標））によって接続されている。

液晶ディスプレイ５１の表示画面５２には、地図上における自車位置が表示されると共に、ナビゲーション装置５０に対する操作用の各種操作ボタンが表示されるようになっている。各種操作ボタンは、例えば、地図の拡大表示、縮小表示、表示形態変更、および目的地案内設定等のための第１操作ボタン５２ａ１、第２操作ボタン５２ａ２、第３操作ボタン５２ａ３、および第４操作ボタン５２ａ４等である（図５）。各種操作ボタン５２ａ１〜５２ａ４は、いわゆる操作アイコンと呼ばれるものである。また、表示画面５２には、後述する操作部１１０（操作面１１１）における操作者の指Ｆ（操作体）の位置に対応するように、例えば、丸形状にデザインされたポインタ５２ｂが表示されるようになっている（図５）。尚、各種操作ボタン５２ａ１〜５２ａ４については、以下、第１操作ボタン５２ａ１を代表例として説明することにする。

入力装置１００は、図１〜図３に示すように、車両１０のセンターコンソール１１にて、アームレスト１２と隣接する位置に設けられ、操作者の手の届き易い範囲に配置されている。入力装置１００は、操作部１１０、駆動部１２０、および制御部１３０等を備えている。

操作部１１０は、いわゆるタッチパッドを形成するものであり、操作者の指Ｆによって、ナビゲーション装置５０に対する入力操作を行う部位となっている。操作部１１０は、操作面１１１、タッチセンサ１１２、および筐体１１３等を有している。

操作面１１１は、アームレスト１２と隣接する位置で操作者側に露出して、操作者が指操作を行う平面部となっており、例えば、表面全体にわたって指の滑りを良くする素材等が設けられることで形成されている。操作面１１１の向きは、例えば、概ね水平方向に沿うように配置されている。操作面１１１には、表示画面５２上の各種操作ボタン５２ａ１〜５２ａ４にそれぞれ対応する操作領域が予め設定されている。ここでは、以下の説明を簡単にするために、第１操作ボタン５２ａ１に対応する操作領域を、操作領域１１１ａとして説明する（図５）。

操作面１１１上の操作領域１１１ａにおいては、操作者の指操作により、表示画面５２に表示される第１操作ボタン５２ａ１に対する操作（選択、押込み決定等）のための入力ができるように設定されている。

タッチセンサ１１２は、操作面１１１の裏面側に設けられた、例えば、静電容量式の検出部である。タッチセンサ１１２は、矩形の平板状に形成されており、センサ表面に対する操作者の指Ｆによる操作状態を検出するようになっている。

タッチセンサ１１２は、操作面１１１上のｘ軸方向に沿って延びる電極と、ｙ軸方向に沿って延びる電極とが格子状に配列されることにより形成されている。これら電極は、後述する制御部１３０と接続されている。各電極は、センサ表面に近接する操作者の指Ｆの位置に応じて、発生される静電容量が変化するようになっており、発生される静電容量の信号（感度値）が制御部１３０に出力されるようになっている。センサ表面は、絶縁材よりなる絶縁シートによって覆われている。尚、タッチセンサ１１２としては、上記静電容量式のものに限らず、他の感圧式等、各種タイプのものを使用することができる。

筐体１１３は、後述する駆動部１２０を介して、上記操作面１１１およびタッチセンサ１１２を支持する支持部である。筐体１１３は、板状に形成されており、例えば、センターコンソール１１の内部に配置されている。

駆動部１２０は、操作面１１１の向きについて予め設定された所定の設定角度に対して、操作面１１１を傾斜させるものであり、後述する制御部１３０によって、その作動が制御されるようになっている。操作面１１１は、上記のように、概ね水平方向に沿うように配置されていることから、所定の設定角度は、ここでは、水平方向に対して０度と定義することができる。駆動部１２０は、４つのアクチュエータ１２１、１２２、１２３、１２４を有しており、各アクチュエータ１２１〜１２４は、操作面１１１の四隅に対応する位置で、操作面１１１と筐体１１３との間に配置されている。

各アクチュエータ１２１〜１２４は、操作面１１１と筐体１１３とが向かい合う方向（図３（ａ）の垂直方向）に伸張、あるいは収縮、あるいは伸張収縮の双方が可能となっている。各アクチュエータ１２１〜１２４としては、例えば、ソレノイド、ボイスコイルモータ等の電磁アクチュエータ、あるいはピエゾ等の振動体等を用いることができる。

図３（ａ）において、例えば、各アクチュエータ１２１〜１２４のうち、アクチュエータ１２１、１２３をアクチュエータ１２２、１２４に対して相対的に収縮させることで、操作面１１１は右上がりとなるように傾斜する。あるいは、図３（ｂ）において、例えば、各アクチュエータ１２１〜１２４のうち、アクチュエータ１２１、１２２をアクチュエータ１２３、１２４に対して相対的に伸張することで、操作面１１１の上辺側が、紙面の手前側に向かうように傾斜する。

また、各アクチュエータ１２１〜１２４を同期して伸縮させることで、操作面１１１に、図３（ａ）の垂直方向に振動を発生させることができるようになっている。

制御部１３０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、および記憶媒体等を有している。制御部１３０は、タッチセンサ１１２から得られる信号から、操作者の指Ｆの操作状態として、操作面１１１上における指の接触位置、接触している領域から、各操作領域のうち一番近い操作領域への方向、および一番近い操作領域までの距離等を取得する。加えて、制御部１３０は、操作状態として、操作面１１１上において、いずれかの操作領域での押込み操作の有無等を取得する。

そして、制御部１３０は、これらの操作状態に応じて、駆動部１２０（各アクチュエータ１２１〜１２４）による操作面１１１の傾斜角度を制御するようになっている。尚、制御部１３０の記憶媒体には、傾斜角度制御時の制御テーブルが予め格納されており、制御部１３０は、この制御テーブルに基づいて、各アクチュエータ１２１〜１２４の制御を行うようになっている。尚、制御テーブルは、例えば、指Ｆの位置、指Ｆの移動方向、および各アクチュエータ１２１〜１２４の伸縮条件（操作面１１１の傾斜方向、傾斜角度）等を関連付けしたテーブルとなっている。

本実施形態の入力装置１００の構成は以上のようになっており、作動および作用効果について、以下、図４〜図６を加えて説明する。

まず、制御部１３０は、図４に示すステップＳ１００で、タッチセンサ１１２から得られる信号（指Ｆの操作状態）によって、操作者の指Ｆが操作面１１１にタッチ（接触）しているか否かを判定する。制御部１３０は、否と判定すれば、ステップＳ１００を繰り返し、肯定判定すれば、ステップＳ１１０に移行する。尚、図５（ａ）に示すように、操作者の指Ｆが操作面１１１にタッチされると、表示画面５２におけるポインタ５２ｂの表示が有効となって、操作面１１１上における操作者の指Ｆの位置に対応するように、ポインタ５２ｂが表示画面５２に表示される。

以下、図５に示すように、指Ｆが、第１操作ボタン５２ａ１に対応する操作領域１１１ａに対して移動される場合を１つのモデルとして説明する。

ステップＳ１１０では、制御部１３０は、操作者の指Ｆが操作ボタンを選択中か否かを判定する。即ち、制御部１３０は、指Ｆが、第１操作ボタン５２ａ１に対応する操作領域１１１ａ内にあると操作ボタンの選択中と判定し、指Ｆが操作領域１１１ａの外にあると操作ボタンの選択中ではないと判定する。制御部１３０は、指Ｆが操作ボタンを選択中ではないと判定すると、ステップＳ１２０に進み、操作ボタンを選択中であると判定すると、ステップＳ１４０に進む。

ステップＳ１２０では、制御部１３０は、現在のポインタ５２ｂの位置（操作面１１１上の現在の指Ｆの位置）と、一番近い操作ボタン（操作領域１１１ａ）との間のベクトルを算出する。ベクトル算出にあたって、制御部１３０は、現在の指Ｆの位置と操作領域１１１ａとの距離（ベクトルの長さ）と、現在の指Ｆの位置から操作領域１１１ａに向かう方向（ベクトルの向き）とを算出する。

そして、ステップＳ１３０にて、制御部１３０は、上記ベクトル（長さと向き）に応じて、駆動部１２０を駆動させて、操作面１１１の設定角度（水平）を変更する（傾斜角度を変更する）。傾斜角度の変更要領について、例えば、図５に示すように、指Ｆが操作領域１１１ａを横切ろうとして移動する場合を例に説明する。

制御部１３０は、指Ｆが操作領域１１１ａの外領域にあるとき、操作面１１１の傾斜角度を水平に維持している。そして、指Ｆが操作面１１１の外領域から、操作領域１１１ａの境界部１１１ｂの位置に来たときに、操作面１１１が指Ｆの移動方向に対して上り傾斜となるように操作面１１１の傾斜角度を変更する。

続いて、制御部１３０は、指Ｆが操作領域１１１ａ内にあるときは、操作面１１１が本来の設定角度（水平）となるように、傾斜角度を戻す。更に、制御部１３０は、指Ｆが操作領域１１１ａの内領域から、操作領域１１１ａの境界部１１１ｃの位置に来たときに、操作面１１１が指Ｆの移動方向に対して下り傾斜となるように操作面１１１の傾斜角度を変更する。そして、制御部１３０は、指Ｆが操作領域１１１ａの外に出ると、操作面１１１が本来の設定角度（水平）となるように、傾斜角度を戻す。

ステップＳ１３０の後、操作者の指Ｆが、いずれかの操作領域内で停止されるまで、制御部１３０は、ステップＳ１００〜ステップＳ１３０を繰り返す。

上記ステップＳ１００〜ステップＳ１３０を繰り返す中で、ステップＳ１１０で、指Ｆが操作ボタンを選択中であると判定すると、制御部１３０は、ステップＳ１４０で、操作領域（操作ボタン）に対する押込み操作があったか否かを判定する。押込み操作は、操作者の操作領域（操作ボタン）に対する選択決定を示す操作であり、操作者が操作面１１１上で、操作領域（操作ボタン）に対応する位置で指を押込むことで行われる。ステップＳ１４０で肯定判定すると、制御部１３０は、ステップＳ１５０で、押込み決定処理を行う。つまり、いずれかの操作ボタンに対応する指示をナビゲーション装置５０に対して行う。尚、ステップＳ１４０で否定判定すると、ステップＳ１００に戻る。

そして、ステップＳ１６０で、制御部１３０は、操作者の指Ｆに対してクリック感を与えるための振動（クリック感振動）を発生させる。ここでは、駆動部１２０を流用して、駆動部１２０（アクチュエータ１２１〜１２４）を同期させて垂直方向に振動させることで、操作者が押込み操作をしたことが認識できるようにする。

ここで、図６に示すように、凸状に形成された実際の操作ボタン上を指Ｆでなぞる場合であると、指Ｆの腹に操作ボタンが当たることで、指Ｆの腹に作用する圧力の分布（指Ｆの腹面が受ける圧力の分布）が変化して、操作者は、操作ボタンに触れているという感触を得る。

本実施形態では、ステップＳ１３０において、指Ｆが操作領域１１１ａの境界部１１１ｂ、１１１ｃにあるときに、操作面１１１の設定角度を変更させて、操作領域１１１ａに対して移動する指Ｆに圧力分布の変化を発生させることで、あたかも凸状に形成された実際の操作ボタンに触れているかのような感触を得ることができる。

つまり、指Ｆが操作領域１１１ａに入るとき、操作面１１１が上り傾斜となることで、指Ｆに作用する圧力分布は大きくなり、指Ｆは実際の操作ボタンのエッジ部に触れたかのような感触（エッジ感）を得ることができる。また、指Ｆが操作領域１１１ａから出るとき、操作面１１１が下り傾斜となることで、指Ｆに作用する圧力分布は小さくなり、指Ｆは実際の操作ボタンのエッジ部から離れていくような感触を得ることができる。

尚、駆動部１２０は、伸縮によって操作面１１１の設定角度を変更する構成としているので、背景技術の項で説明した特許文献２に対して、簡素な構成とすることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態を図７に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、液晶ディスプレイ５１の表示画面５２に操作面１１１、およびタッチセンサ１１２を設けた、いわゆるタッチパネルとしたものである。タッチパネルには、駆動部１２０（各アクチュエータ１２１〜１２４）が設けられて、上記第１実施形態と同様に、操作面１１１の設定角度の変更が可能（傾斜可能）となっている。本実施形態では、タッチパネルは、図１で説明した液晶ディスプレイ５１に対応する位置、姿勢で設けられており、操作面１１１の向きは、例えば、概ね垂直方向に沿うように配置されている。

本実施形態でも、上記第１実施形態と同様に、指Ｆが操作ボタン５２ａ１（操作領域１１１ａ）の境界部１１１ｂ、１１１ｃに来ると、図７に示すように、操作面１１１の傾斜角度が変更されて、指Ｆは、あたかも実際の操作ボタンに触れているような感触を得ることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態を図８〜図１１に示す。第３実施形態は、上記第１、第２実施形態に対して、操作領域１１１ａの境界部１１１ｂ、１１１ｃに所定の幅Ａを設けて、所定の幅Ａ内で、指Ｆの位置に応じて、操作面１１１の設定角度を、直線的に、急峻に（急激に）、あるいは緩やかに変更するようにしたものである。

所定の幅Ａは、操作面１１１の傾斜角度を徐変するための区間である。所定の幅Ａは、図９に示すように、操作領域１１１ａの外側から境界部１１１ｂまでの区間、あるいは、境界部１１１ｂを操作領域１１１ａの外側と内側とで挟む区間として設定することができる。あるいは、所定の幅Ａは、図１０に示すように、操作領域１１１ａの境界部１１１ｃから操作領域１１１ａの外側に至る区間、あるいは、境界部１１１ｃを操作領域１１１ａの内側と外側とで挟む区間として設定することができる。

上記の所定の幅Ａを設定した場合において、図１１に示すように、操作面１１１の傾斜角度を所定の幅Ａ内で、指Ｆの位置に応じて、直線的に大きくする（小さくする）、急激に大きくする（小さくする）、あるいは緩やかに大きくする（小さくする）等の制御を行う。

傾斜角度の変更を急激にすることで、エッジ感の強い感触が得られ、また、傾斜角度の変更を緩やかにすることで、丸みのある操作ボタンに触れるような感触を得ることができる。

（その他の実施形態）
上記各実施形態では、操作面１１１の傾斜角度を制御するために、予め設けられた制御テーブルを使用するものとして説明したが、これに限らず、指Ｆの操作状態に応じて、都度、計算によって傾斜角度を得るようにしてもよい。

また、上記各実施形態では、図４で説明したステップＳ１４０〜ステップＳ１６０で、押込み操作があると、クリック感を与えるクリック感振動を発生させるものとした。しかしながら、本発明は、基本的には、操作面１１１に傾斜を持たせることで、実際の操作ボタンに触れているような感触が得られるようにしたものであり、ステップＳ１４０〜ステップＳ１６０を廃止したものとしてもよい。

また、上記各実施形態では、操作体を操作者の指Ｆとして説明したが、これに限らず、ペンを模したスティックとしてもよい。

また、上記各実施形態では、入力装置１００による入力制御の対象（所定の機器）として、ナビゲーション装置５０としたが、これに限定されることなく、車両用の空調装置、あるいは車両用オーディオ装置等の他の機器にも適用することができる。

５０ ナビゲーション装置（所定の機器）
１００ 入力装置
１１１ 操作面
１１１ａ 操作領域
１１１ｂ、１１１ｃ 境界部
１１２ タッチセンサ（検出部）
１２０ 駆動部
１３０ 制御部
Ａ 所定の幅
Ｆ 操作者の指（操作体）

Claims (4)

1. 操作側となる操作面（１１１）に対する操作体（Ｆ）の操作状態を検出する検出部（１１２）と、
   前記検出部によって検出される前記操作状態に応じて、所定の機器（５０）に対する入力を行う制御部（１３０）と、を備える入力装置において、
   前記操作面には、前記所定の機器に対する操作用の操作領域（１１１ａ）が予め設定され、
   前記操作面の向きについて予め設定された所定の設定角度に対して、前記操作面を傾斜させる駆動部（１２０）を備えており、
   前記制御部は、前記操作体が前記操作面上を移動して、前記操作領域の境界部（１１１ｂ、１１１ｃ）にあるとき、前記駆動部によって前記操作面の前記設定角度を変更させて、前記操作体に作用する圧力分布を変化させる入力装置。
2. 前記制御部は、前記境界部において、前記操作体が、前記操作領域の外から内に入るとき、前記操作体の移動方向に対して、前記操作面が上り傾斜となるように、
   また、前記操作体が、前記操作領域の内から外に出るとき、前記操作体の移動方向に対して、前記操作面が下り傾斜となるように、前記設定角度を変更する請求項１に記載の入力装置。
3. 前記制御部は、前記境界部に所定の幅（Ａ）を持たせて、前記所定の幅内で、前記操作体の位置に応じて、前記設定角度を急峻に、あるいは緩やかに変更する請求項２に記載の入力装置。
4. 前記制御部は、前記検出部より前記操作状態として、前記操作領域に対する押込み操作を取得すると、前記駆動部によって、前記操作面に振動を発生させる請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の入力装置。

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