JP4047712B2

JP4047712B2 - 操作装置

Info

Publication number: JP4047712B2
Application number: JP2002349003A
Authority: JP
Inventors: 隆宏河内; 宏涌田
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2022-11-29
Also published as: JP2004181305A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話機、ＰＤＡ、携帯ゲーム機器など小型の情報端末機器に搭載可能な操作装置に係り、特に音を出さずに振動で操作感触を発揮できるようにした操作装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
操作感触を発生させることのできる従来の操作装置としては、例えば特許文献１に示すものがある。
【０００３】
この特許文献１に示す操作装置は、絶縁基板上に接点が形成され、この接点の上部を覆うようにドーム状に形成されたダイヤフラムが設けられている。ダイヤフラムの上部にはケースに支持されたボタンが設けられており、このボタンを押し下げることにより、ダイヤフラムが押圧されて撓み、ダイヤフラムと前記接点とが接触してスイッチ出力が切り換えられるものである。
【０００４】
このような操作装置を、携帯電話端末の操作部の裏側に搭載して、携帯電話端末のキーが操作されたときに、操作感触の一種であるクリック感触を発生させるようにすることが一般的に行われている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−２５８６４１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記特許文献１に記載の操作装置を搭載した携帯電話端末では、前記操作装置によって携帯電話端末に設けられたキーを操作したときのクリック感触を発生させる機能と、振動（バイブレータ）によって着信を知らせる機能とは別々のデバイスにより行われていた。また状況によってはキーを操作したときに発生するクリック音が大きく感じて不都合な場面が生じる。
【０００７】
また、折り畳み式の携帯電話機では、二つ折りの状態から開いたときに生じる「カチッ」といった音が発生するものがあるが、この場合も前記音が、場合によって過大に感じることがある。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、音漏れを考慮する必要のない操作感触を発生させることのできる操作装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の操作装置は、所定の入力を行う操作部と、前記操作部の操作を検知する検知部材と、振動発生部材と、前記検知部材で操作が検知されたときに駆動信号を生成する制御手段とが設けられ、前記制御手段から出力される前記駆動信号によって前記振動発生部材が動作させられる操作装置において、
前記振動発生部材は、可動体と、前記可動体を支持する付勢部材と、前記可動体に往復運動を与える磁気駆動手段とを有しており、
前記駆動信号は、前記可動体の固有振動数に合わせたパルス状の励振信号によって前記可動体の振幅を拡大させる蓄積信号と、前記励振信号とは位相がずれるパルス状の抑制信号によって前記可動体の振幅を低下させる減衰信号とを有し、
前記磁気駆動手段のコイルに発生する逆起電力から前記可動体がその振幅の中心に至ったことを検知する位置検知手段が設けられ、この位置検知手段の検知出力に基づいて、前記励振信号と前記抑制信号の印加タイミングが決められ、
前記可動体を振動させたときの振幅の頂点を結んだエンベロープの幅が、前記蓄積信号で増大し前記減衰信号で収縮し、このエンベロープの増大と収縮の一連の変化が、クリック感触として体感可能とされることを特徴とするものである。
【００１０】
上記本発明では、操作部の操作タイミングに合わせて振動させているので、ダイヤフラムなどを操作部の裏側に配置する必要がなく、このため装置の薄型化が可能になる。
【００１２】
また、前記蓄積信号は、前記励振信号と励振信号との間に前記励振信号とは電流方向が逆であるパルス状の逆励振信号が含まれ、前記励振信号と前記逆励振信号とで、前記可動体に対して互いに相反する方向への駆動力が与えられ、
前記減衰信号は、前記抑制信号と抑制信号との間に前記抑制信号とは電流方向が逆であるパルス状の逆抑制信号が含まれ、前記抑制信号と前記逆抑制信号とで、前記可動体に対して互いに相反する方向への減衰力が与えられる。
【００１３】
あるいは、前記蓄積信号は、前記励振信号と励振信号との間に前記励振信号とは電流方向が逆であるパルス状の逆励振信号が含まれ、前記励振信号と前記逆励振信号とで、前記可動体に対して互いに相反する方向への駆動力が与えられて、前記エンベロープの幅が増大する時間よりも前記幅が収縮する時間の方が長く設定される。
【００１４】
例えば、１個または２個以上の押圧式のキー入力部を有する操作部が設けられており、前記キー入力部が操作される毎に前記振動発生部材が駆動され、前記キー入力部の操作に対して前記振動により擬似的なクリック感が与えられる構成にできる。なお、前記操作部は、座標入力が可能なパッド型のものであってもよく、あるいは画面上にキー入力部が表示されたタッチパネル式のものであってもよい。
【００１５】
この場合、前記キー入力部の入力パターンに基づいて前記振動の種類が切り換えられるようにしてもよい。
【００１６】
また、前記制御手段において前記操作部の操作が正しいか否かを判別し、前記操作部の操作が誤っていると判断したときに、前記警告を意味する前記振動が発生する構成にしてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の操作装置に搭載される振動発生手段の一例を示し、Ａは斜視断面図、Ｂは断面図である。また図７は操作装置の一例である携帯電話端末の外観を示す斜視図、図８は携帯電話端末の主要部を示すブロック図である。
【００２１】
図７に示すように、本実施の形態の携帯電話端末２０は、第１のケース２１ａと第２のケース２１ｂが軸２６を支点として回動可能に連結されたケース２１を有している。前記第１のケース２１ａには複数個の押釦式のキー入力部２２ａが配列された操作部２２が設けられ、また前記第２のケース２１ｂには液晶パネルで形成された表示部２４が設けられている。前記携帯電話端末２０では、前記操作部２２の面と前記表示部２４の面とが対向して２つに折り畳まれて非使用状態（第２のケース２１ｂを１点鎖線で示している）となり、前記第１のケース２１ａと第２のケース２１ｂとがほぼ１８０度に近い角度まで拡開したときに使用状態となるように設定されている。
【００２２】
図８に示すように、前記携帯電話端末２０のケース２１内には、前記操作部２２による操作を検知する検知部材２５Ａと、制御手段（ＣＰＵ）１０と、振動駆動手段（駆動用ＩＣ）３０と、振動発生部材１が設けられている。
【００２３】
前記検知部材２５Ａは、前記操作部２２を構成する各キー入力部２２ａの下側（裏側）にそれぞれ設けられている例えばフィルム状のものである。前記制御手段１０では、前記操作部２２を操作して前記検知部材２５Ａで操作が検知されたときにその操作に応じた信号処理が行われて、この制御手段１０から駆動信号（駆動指令）が前記振動駆動手段３０に出力される。そして、前記振動駆動手段３０では、前記駆動信号（駆動指令）に基づいて前記振動発生部材１が駆動される。
【００２４】
次に、前記振動発生部材１の一実施の形態について説明する。
図１に示すように、前記振動発生部材１は、支持体として円筒状の磁性体のケース２とその両端に取り付け可能な非磁性体の蓋体３，３を有している。前記蓋体３，３の内面には非磁性体の軸４が支持されており、前記軸４はケース２および蓋体３，３の中心を通る仮想中心線Ｏ−Ｏに一致している。
【００２５】
前記ケース２の内壁にはコイル５が固定されている。前記コイル５はエナメル線などの被覆導線を円筒状に巻き付けることによって形成されており、ケース２の図示Ｘ方向の長さの中心から若干一方（図１ではＸ１側）の蓋体３に寄った位置に固定されている。
【００２６】
前記ケース２の内部には可動体６が設けられている。前記可動体６は一方（Ｘ２側）の端部に非磁性体の錘７が設けられ、他方（Ｘ２側）の端部にマグネットＭが設けられている。また前記マグネットＭの両端面には磁性材料で形成されたヨーク部材８ａ，８ｂが設けられている。前記錘７、ヨーク部材８ａ、マグネットＭおよびヨーク部材８ｂは円柱または円盤形状をしており、全ての外周面は、軸４の中心に対して同心円上に位置している。
【００２７】
前記可動体６の中心、すなわち前記錘７、ヨーク部材８ａ、マグネットＭおよびヨーク部材８ｂの中心にはＸ方向に抜ける孔６ａが形成されており、この内部に前記軸４が挿通されている。よって、可動体６は前記軸４に沿って図示Ｘ方向に所定範囲のストロークにて往復移動できるようになっている。前記軸４が非磁性材料で形成されているため、可動体６がマグネットの力で軸４に引き付けられることがなく、可動体６が軸４に沿って動くときの移動負荷が小さくなっている。
【００２８】
また前記マグネットＭおよびヨーク部材８ｂの外径寸法は、前記錘７、ヨーク部材８ａの外径寸法よりも小さく且つ前記コイル５の内径寸法よりも小さく形成されている。よって、可動体６が前記軸４に沿って図示Ｘ１方向に移動するときに、前記マグネットＭおよびヨーク部材８ｂの部分が前記コイル５の内部で移動できるようになっている。
【００２９】
この実施の形態では、前記マグネットＭとコイル５とでムービングマグネット型の磁気駆動手段が形成されている。ただし、前記可動体６にコイルが搭載され、ケース２の内周面に前記コイルに対向するマグネットが設けられたムービングコイル型の磁気駆動手段が用いられてもよい。
【００３０】
前記可動体６の両端と前記蓋体３，３の内面との間には付勢部材９，９が設けられており、可動体６は前記付勢部材９，９によって、軸方向に沿う互いに逆向きの付勢力を受けている。前記付勢部材９，９は互いに同じばね定数で、同じ軸方向長さのときに同じ弾性力を発揮するものであることが好ましい。図１は、コイル５に通電されていない状態を示しているが、このとき前記可動体６は、両側に位置する前記付勢部材９，９からの付勢力を受けて、その移動ストロークの中点に位置している。
【００３１】
図１（Ｂ）では、前記付勢部材９，９が円錐コイルばねである。この円錐コイルばねは、圧縮変形していくにしたがってばね定数が変化する特性を有している。この振動発生部材１は、図１に示す中立状態での各付勢部材９，９のばね定数と可動体６の質量とで求まる固有振動数によって可動体６を振動させるものである。しかし、前記円錐コイルばねを用いると、可動体６がＸ１方向またはＸ２方向へ移動するにしたがって、両側の円錐コイルばねのばね定数が変化する。そのため、可動体６が図１に示す中点から大きく移動するにしたがって固有振動数が変化することになる。これにより、可動体６が固有振動数により共振して、本来制御したいストロークよりも大きな振幅で動いてしまうのを抑制できるようになっている。
【００３２】
すなわち、前記円錐コイルばねを用いた付勢部材９，９は、そのばね定数により固有振動数を決める機能を有すると共に、可動体６のストロークが大きくなったときにその移動を抑制するダンパーとしての機能も発揮できる。このように変位によってばね定数が変化する付勢部材としては、前記円錐コイルばねの他に、不等ピッチで巻かれたコイルばねを使用することができる。あるいは、蓋体３，３の内側に、可動体６の振幅が過大になるのを抑制するダンパーを別個に設けてもよい。
【００３３】
前記マグネットＭは、ヨーク部材８ａに接する端面Ｍａと、ヨーク部材８ｂに接する端面Ｍｂとが逆の磁極となるように着磁されている。図１に示す実施の形態では、端面ＭｂがＮ極で端面ＭａがＳ極である。この場合、前記マグネットＭで発生した磁束φは、一方の前記ヨーク部材８ｂを介して外周方向に向けて出力され、前記コイル５を垂直に横断してケース２に達する。さらに前記磁束φは磁性材料で形成されたケース２の内部を通り他方のヨーク部材８ａと対向する位置に導かれ、この位置から前記ヨーク部材８ａに向けて出力されてマグネットＭのＳ極に達するという磁路を形成している。
【００３４】
また図１に示すように、可動体６が移動ストロークの中点に位置しているとき、一方のヨーク部材８ａのＸ方向での幅寸法の中点が、コイル５の巻き軸方向の中点と一致し、あるいはほぼ一致している。
【００３５】
図１に示す中立状態において、コイル５に図１Ｂに示す方向の電流が与えられると、前記磁束φと電流とによって電磁力ＦがＸ２の向きに発生し、可動体６に対してＸ２方向への駆動力を与えることができる。またコイル５に逆向きの電流を与えることで、可動体６にＸ１方向への駆動力を与えることができる。
【００３６】
次に、前記振動駆動手段３０について説明する。図２はマグネットとコイルとの対向関係を示す部分断面図、図３は振動駆動手段を示すブロック図、図４はコイルに与えられる駆動信号の一例とそのときの可動体の振動を示す線図である。
【００３７】
図２に示すように、コイル５の一方の端部（巻き始端）が端子Ｔａ１、他方の端部（巻き終端）が端子Ｔａ２、前記端子Ｔａ１と端子Ｔａ２との中間点（コイル５の中点）が中間端子Ｔａ３である。
【００３８】
図３に示す振動駆動手段３０は、前記中間端子Ｔａ３に接続された位置検出手段１１、信号生成手段１２、ドライブ手段１３および中央制御部１４を有している。ドライブ手段１３には２つの出力部が設けられており、その一方がコイル５の一方の端子Ｔａ１に接続され、他方がコイル５の他方の端子Ｔａ２に接続されている。
【００３９】
前記信号生成手段１２では中央制御部１４の指令に基づいて、駆動信号Ｓ１を生成してドライブ手段１３に出力し、前記ドライブ手段１３から所定の波形の駆動電流が前記コイル５の端子Ｔａ１と端子Ｔａ２に与えられる。前記信号生成手段１２には、複数のパターンの前記駆動信号Ｓ１が記憶されており、前記中央制御部１４からの指令によって、いずれかのパターンの駆動信号Ｓ１が選択されて前記ドライブ手段１３に与えられる。
【００４０】
前記位置検出手段１１は、可動体６が図１および図２に示す中立位置、すなわち往復移動ストロークの中点に至ったことを検知するものである。この位置検出手段１１で検出された前記中点の検出信号が信号生成手段１２に与えられると、信号生成手段１２では、この検出信号を基準として駆動信号Ｓ１の電流方向の切換などの制御が行われる。
【００４１】
なお、前記位置検出手段１１は必須のものではないが、この位置検出手段１１を設けると、可動体６の摺動負荷などが大きくなり、あるいは付勢部材９，９の弾性力が大きく変化したりして可動体６の固有振動数が大きく狂ったような場合であっても、その変化に追従した駆動信号Ｓ１を生成することができる。
【００４２】
図４は駆動信号Ｓ１の波形を示している。この実施の形態では、前記駆動信号Ｓ１が矩形波としてコイル５に与えられるが、この駆動信号Ｓ１の波形は三角波などであってもよい。図４では、駆動信号Ｓ１の中立点を「０」で示しており、このときコイル５は無通電状態である。駆動信号Ｓ１が順方向に立ち上がっているとき、コイル５に対して電流が端子Ｔａ１から端子Ｔａ２に向けて流れる。このとき、可動体６にはＸ２方向への駆動力が作用する。また、図４に示す駆動信号Ｓ１が逆方向のときに、コイル５に対して前記と逆の電流が流れ、このとき、可動体６にはＸ１方向への駆動力が与えられる。
【００４３】
図４に示すように、前記駆動信号Ｓ１には蓄積信号Ｓ１ａを含んでいる。この蓄積信号Ｓ１ａは、可動体６にその固有振動数による共振振動を励振させるものである。この蓄積信号Ｓ１ａには励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３が含まれており、この励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３によりコイル５に対して順方向の電流が与えられる。なお、図４では前記励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３のレベルが一定であり、この励振信号によりコイル５に対して一定量の電流が間欠的に与えられる。
【００４４】
図４には、駆動信号Ｓ１の波形とともに、可動体６のＸ１方向とＸ２方向への変位量を縦軸にとった振動波形が示されている。前記振動波形のＯｍは、可動体６が図１と図２に示す中点に位置することを意味している。なお、駆動信号Ｓ１の波形図と可動体６の変位量を示す線図の双方において、横軸は時間ｔである。
【００４５】
前記可動体６の固有振動数（共振周波数）は、可動体６の質量と、前記付勢部材９，９のばね定数（図１に示す中立状態のときのばね定数）で決められるものであるが、前記励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３は、前記固有振動数（共振周波数）の逆数である周期Ｔごとに与えられ、通電時間は前記周期Ｔの半分である。すなわち前記励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３は、可動体６がＸ２方向への速度を有しているときに与えられ、この励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３がコイル５に与えられることにより、Ｘ２方向への速度を有している可動体６にさらにＸ２方向への駆動力が与えられる。なお、前記励振信号Ａ１は起動信号である。
【００４６】
前記励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３により、可動体６が振動を開始するとともに、固有振動数による振動の振幅が時間とともに大きくなっていく。
【００４７】
図４の実施の形態の蓄積信号Ｓ１ａでは、隣接する前記励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３の間に逆励振信号Ｂ１，Ｂ２が含まれている。この逆励振信号Ｂ１，Ｂ２により、コイル５に対して励振信号Ａとは逆向きの電流が与えられる。この逆励振信号Ｂ１，Ｂ２は、可動体６がＸ１方向への速度を有しているときに、前記コイル５に与えられ、可動体６に対してさらにＸ１方向への駆動力が与えられる。
【００４８】
このように励振信号Ａと逆励振信号Ｂとが交互に与えられることにより、可動体６の振幅が短時間に急激に大きくなっていく。
【００４９】
なお、前記蓄積信号Ｓ１ａは、必ずしも励振信号Ａと逆励振信号Ｂを含んでいることを必要とせず、励振信号Ａまたは逆励振信号Ｂのみであっても、可動体６に振動を生じさせてその振幅を拡大させていくことが可能である。この場合、励振信号Ａまたは逆励振信号Ｂの電流量を大きくすることによって、振幅を急激に大きくさせることは可能である。
【００５０】
また、蓄積信号Ｓ１ａが与えられている期間のうちの最初の期間にのみ励振信号Ａと逆励振信号Ｂを与え、その後しばらくコイルに電流を与えなくても、可動体６の共振により振幅を維持することが可能である。
【００５１】
ここで、振幅の増加は、駆動の方向と、可動体６の移動の方向がそろうこと、および周波数が共振周波数と一致することで最大となる。
【００５２】
振幅の増加率（減少率）を制御する方法としては、入力エネルギーを変化させる方法と、駆動信号Ｓ１をずらす方法がある。前者の入力エネルギーを変化させる方法としとは、コイル５に与える駆動電流（または駆動電圧）の大きさを変化させる振幅変化による制御と、駆動電流（または駆動電圧）の通電時間を変化させるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によるものがある。また後者の駆動信号Ｓ１をずらす方法としては、位相をシフトするものと、周波数シフトするものとがある。
【００５３】
前記ＰＷＭ制御では、蓄積信号Ｓ１ａにおいて、例えば励振信号Ａの与える時間を、前記周期Ｔの半分の時間よりも短くし、残りの時間は励振を０とすることにより、可動体６の振幅の増加が過大にならないように制御することが可能である。
【００５４】
また位相シフトでは、信号のパルス幅（時間間隔）は変えずに、前記励振信号Ａを基準となる時間よりも若干進めたり、または遅らせることにより、可動体６の振幅の増加が過大にならないように制御することが可能である。
【００５５】
さらに周波数シフトでは、可動体の駆動周波数を共振周波数の２倍にするとともに、低い周波数から高い周波数に移動させ、またはその逆の方向に移動させたり、あるいはずれた周波数から共振周波数に一致させ、また一致した状態からずらして行くといった操作を行うことにより、可動体６の振幅の増加が過大にならないように制御することが可能である。この方法では、励振の効率が変化し、また位相のずれることになるため、励振区間と制止区間を設けることが可能となる。
【００５６】
前記駆動信号Ｓ１には減衰信号Ｓ１ｂが含まれている。この減衰信号Ｓ１ｂには、抑制信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が含まれている。この抑制信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は前記励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３と位相が１８０°ずれたものであり、可動体６がＸ１方向への速度を有しているときに、コイル５に順方向への電流が与えられて、可動体６に対して前記速度方向と逆向きのＸ２方向への駆動力が与えられる。これにより固有振動数で振動している可動体６の振動が減衰させられる。
【００５７】
図４では、抑制信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の間に、逆抑制信号Ｄ１，Ｄ２が設けられており、この逆抑制信号Ｄ１，Ｄ２によってコイル５に逆方向の電流が与えられる。この逆抑制信号Ｄ１，Ｄ２により、Ｘ２方向への速度を有している可動体６に対して、前記速度を打ち消すＸ１方向の駆動力が与えられる。前記抑制信号Ｃと逆抑制信号Ｄを交互に設けることにより、可動体６の振幅が急激に減衰する。
【００５８】
なお、前記減衰信号Ｓ１ｂに、抑制信号Ｃと逆抑制信号Ｄの一方のみが設けられていてもよい。また抑制信号Ｃや逆抑制信号Ｄを減衰信号の前半においてのみ設けてもよいし、前記抑制信号Ｃと逆抑制信号Ｄの周期を徐々にずらすようにしてもよい。
【００５９】
図５は、前記蓄積信号Ｓ１ａと減衰信号Ｓ１ｂを連続させ、この蓄積信号Ｓ１ａと減衰信号Ｓ１ｂを組とした信号を周期Ｔｅで与えた場合の、可動体６の振動波形を示している。図５では、蓄積信号Ｓ１ａでの励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３の数と、減衰信号Ｓ１ｂでの抑制信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の数が一緒であり、また励振信号Ａ１，Ａ２，Ａ３と抑制信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３とでコイル５に与えられる電流量が同じである。また逆励振信号Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の数と逆抑制信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の数が同じであり、逆励振信号と逆抑制信号とでコイルに与えられる電流量が同じである。また蓄積信号Ｓ１ａと減衰信号Ｓ１ｂの時間長も同じである。
【００６０】
図５では、可動体６が固有振動数（共振周波数）にて振動し、蓄積信号Ｓ１ａではその振幅が時間と共に増加し、減衰信号Ｓ１ｂでは振幅が減衰していく。図５では、可動体６の振幅の頂点を結んだ線をエンベロープＥとして示しているが、このエンベロープＥは、前記蓄積信号Ｓ１ａと減衰信号Ｓ１ｂの周期Ｔｅに応じて増減し、このエンベロープＥの周波数ｆｅは１/Ｔｅである。
【００６１】
前記可動体６の質量は小さく、このため固有振動数（共振周波数）は高くなる。しかしながら、前記エンベロープＥの周波数ｆｅは、前記共振周波数よりも低く設定することが可能であり、振動の強さの変化を与えることが可能となる。この振動の強さの変化は、圧感（痛覚）の変化として体感し易い特徴がある。また、前記エンベロープＥの周波数ｆｅは、人が有効に振動を体感できる周波数帯域にあり、このため人が振動を有効に体感できるようになっている。
【００６２】
可動体６の質量が小さく固有振動数が高い小型の振動発生部材１を用いて、図５に示すエンベロープＥの振動を発生させ、このエンベロープＥの周波数を人が体感できる値に設定しておくと、人はエンベロープＥの波形を振動として感じるようになる。
【００６３】
なお、駆動信号Ｓ１での、蓄積信号Ｓ１ａと減衰信号Ｓ１ｂから成る組の繰り返し周期を変えることにより、人が体感できる前記エンベロープＥの周期および周波数を自由に変化させることができる。また、励振信号Ａと逆励振信号Ｂの数や電流量を変え、また抑制信号Ｃと逆抑制信号Ｄの数や電流量を変えることにより、エンベロープＥの振幅を変えることもできる。
【００６４】
本実施の形態の操作装置では、前記可動体６を振動させるときの固有振動数（共振周波数）を高く設定して且つ微小時間振動させて、図５で符号Ｅ１（またはＥ２）で示すようなエンベロープを得ることで、この振動に対して人は擬似的なクリック感として体感できるようになる。
【００６５】
前記エンベロープＥ１，Ｅ２は、図５に示すように可動体６を複数回往復運動させることによって得られる波形であるが、可動体６を高い固有周波数によって振動させることにより、振動の振幅の増幅と減衰がいずれも急峻なものとなって人は単一の感触しか体感できないものとなる。なお、振動自体は可聴領域ではあるが、付勢部材９が数回伸縮するだけなので音は非常に小さいものとなる。
【００６６】
したがって、携帯電話端末２０において擬似的なクリック感を体感させることにより、従来よりクリック感触を出すために用いられていたダイヤフラムなどの板材が不要となり、装置の薄型化が可能になるとともに、前記板材の変形に伴う音の発生もなく、装置の静音性が高まる。
【００６７】
また、図７に示す携帯電話端末２０では、ケース２１が非使用状態から使用状態に変形させられたことを検知する検知部材２５Ｃが設けられている。図８に示す前記制御手段１０では、前記検知部材２５Ｃで検知されたときのその操作に応じた信号処理が行われるとともに駆動信号（駆動指令）が生成されて、この駆動信号（駆動指令）が前記振動駆動手段３０に伝達されて前記振動発生部材１が駆動させられる。本実施の形態では、前記ケース２１が最大まで拡開させられた状態に同期して振動させられるので、携帯電話端末２０が使用状態に至ったことを確実に認識できる。
【００６８】
なお、図９に示すように、前記検知部材２５Ａの検知によってその操作に応じた信号処理を振動駆動手段３０で行い、そして前記振動発生部材１を駆動するようにしてもよい。これにより、制御手段（ＣＰＵ）１０での処理負担を低減させることができる。また、前記制御手段１０と振動駆動手段３０を一体のＩＣ回路などで形成して、振動発生部材１を駆動させるようにしてもよい。
【００６９】
また前記制御手段１０では、それぞれのキー入力部２２ａが押される毎に駆動信号（駆動指令）を生成して、前記振動発生部材１を駆動させて擬似的なクリック感を人に体感させてもよい。
【００７０】
また前記制御手段１０において、前記操作部２２での操作が正しいか否かを判別するようにして、前記操作部２２での操作が誤っていると判断したときに、警告をする意味において前記振動を発生させるようにしてもよい。
【００７１】
また、前記携帯電話端末２０には、無線媒体を介して通信または通話可能な通信手段が設けられているが、このような通信手段が設けられているものでは、着信を知らせる機能が搭載されている。この着信を知らせる機能としては、音ではなく振動によって知らせる機能（マナーモード）が搭載されている。図７に示す実施の形態では、前記制御手段１０において着信があったことを検知する検知部材を設けて、制御手段１０において振動発生部材１を駆動させる駆動信号（駆動指令）を生成するようにしてもよい。このように、着信を振動で知らせる機能と、操作部２２を操作したときにクリック感を出す機能を兼用することで、部品点数を減らすことができ、製造コストを抑えることが可能になる。
【００７２】
また、本実施の形態では、図６に示すように、エンベロープＥの波形を制御することも可能である。
【００７３】
図６の駆動例では、蓄積信号Ｓ１ａが励振信号Ａと逆励振信号Ｂを交互に有しているが、減衰信号Ｓ１ｂは、抑制信号Ｃのみであり、逆抑制信号Ｄを有していない。この場合の前記エンベロープＥは急激に立ち上がってなだらかに収束する形状となる。このように図６に示す波形が形成されるように前記振動発生部材１を前記振動駆動手段３０で制御して、クリック感触に似せた単発的なフィードバック振動を発生させるようにしてもよい。
【００７４】
この例の他にも、蓄積信号Ｓ１ａと減衰信号Ｓ１ｂの信号の内容を変えることにより、エンベロープＥの波形を制御することが可能である。このようにエンベロープＥの波形を変えることにより、人が敏感に感じる振動や、人に鈍く重く感じさせる振動などを任意に生成することが可能である。
【００７５】
なお、図２においてヨーク部材８ｂの幅方向の中心が端子Ｔａ１と中間端子Ｔａ３との間でＸ１方向へ移動しているとき、コイル５に対しヨーク部材８ｂから発生する磁力線が交差する位置が移動して行くことになり、端子Ｔａ１と中間端子Ｔａ３との間に逆起電力（電圧）Ｖａが誘起される。またヨーク部材８ｂの幅方向の中心が、中間端子Ｔａ３と端子Ｔａ２との間を同じくＸ１方向へ移動しているときにも、端子Ｔａ２と中間端子Ｔａ３との間に逆起電力（電圧）Ｖｂが誘起される。また同じくＸ１方向に移動しているとき、ヨーク部材８ｂから発生する磁力線が、中間端子Ｔａ３に一致するときには、各端子間に誘起される前記逆起電力Ｖａと前記逆起電力Ｖｂとは等しくなる。また可動体６の移動方向がＸ２方向に変わった場合、コイル５に誘起される逆起電力Ｖａ，Ｖｂの極性は，前記Ｘ１方向に移動しているときと逆向きとなる。
【００７６】
可動体６の移動が静止するＸ１およびＸ２方向の最大振幅の位置では、ヨーク部材８ｂから発生する磁力線が時間的に変化しないため、逆起電力Ｙは０となる。
【００７７】
よって、前記位置検出手段１１が、この逆起電力Ｖａと逆起電力Ｖｂの切り換わりの時間的なタイミングを検出することにより、ヨーク部材８ｂの幅方向の中心が中間端子Ｔａ３に一致する時点、および最大振幅点を検知することが可能である。そして、前記のようにこの検出時点を用いて、前記励振信号Ａ、逆励振信号Ｂ、抑制信号Ｃ、逆抑制信号Ｄの生成のタイミングを設定することにより、可動体６の共振周波数を追尾する駆動信号Ｓ１を生成することができる。
【００７８】
このようにエンベロープの形状を変化させたり、また振動回数を変化させることにより、振動の種類を変化させることができる。
【００７９】
したがって、図７に示す携帯電話端末２０において、前記操作部２２のキー入力部２２ａ毎に、振動の種類が変化するように振動駆動手段３０で制御することができる。
【００８０】
なお、本実施の形態の操作装置では、携帯電話端末に限られるものではなく、ＰＤＡ（パーソナルディジタルアシスタント）、ゲーム用コントローラ、コンピュータの入力装置、ＡＴＭ（現金自動預払機）などに適用することができる。あるいは、電灯などをオンオフする押釦式のスイッチに適用してもよい。
【００８１】
例えば、操作装置が、例えばノートブック型コンピュータに用いられているパッド型の座標入力装置である場合では、例えばパッド表面を押圧操作（タッピング）したときに上記した擬似的なクリック感触による振動を発生させることができる。また、コンピュータの入力装置としてマウス型に形成されたものでは、マウス型のケースに設けられた押釦の操作に応じて振動が発生するようにしてもよい。
【００８２】
また、前記操作装置が、金融機関のＡＴＭ（現金自動預払機）などに用いられているタッチパネル式のものであってもよい。ただし、タッチパネル式の操作部が大型化のものでは、タッチパネルの操作部を複数の区画に分割にして各区画毎に振動発生部材１を設置して、各振動発生部材１を振動駆動手段３０で制御して、確実にクリック感を伝達できるようにしてもよい。
【００８３】
また、図７では折り畳み式の携帯電話端末２０について説明したが、これに限られるものではなく、伸縮自在に連結されているケースで構成された携帯電話端末であってもよく、この場合には非使用状態では縮められて使用状態では延ばされて、前記ケースが非使用状態から使用状態に変形させられたときに前記振動発生部材１を駆動させて擬似的なクリック感を得るようにしてもよい。
【００８４】
【発明の効果】
以上のように本発明では、音を出さずに擬似的なクリック感による振動を人に体感させることができる。また、例えば携帯電話端末に設けた場合には装置を薄型化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】振動発生部材の実施の形態を示し、Ａは斜視断面図、Ｂは断面図、
【図２】マグネットとコイルとの対向関係を示す部分断面図、
【図３】振動駆動手段を示すブロック図、
【図４】コイルに与えられる駆動信号の一例とそのときの可動体の振動を示す線図、
【図５】蓄積信号と減衰信号を組とした信号と可動体の振動波形との関係を示す図、
【図６】エンベロープの振動波形を制御する一例を示す図、
【図７】本発明の操作装置の一例である折り畳み式の携帯電話装置を示す斜視図、
【図８】操作装置を示すブロック図、
【図９】操作装置を示す他のブロック図、
【符号の説明】
１振動発生部材
２ケース
４軸
５コイル
６可動体
７錘
８ａ，８ｂヨーク部材
９付勢部材
１０制御手段
１１電流検出手段
１２信号生成手段
１３ドライブ手段
１４中央制御部
２０携帯電話端末
２１ケース
２２操作部
２２ａキー入力部
２３制御手段
２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ検出部材
３０振動駆動手段
Ａ，Ａ１，Ａ２，Ａ３励振信号
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２逆励振信号
Ｃ，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３抑制信号
Ｄ，Ｄ１，Ｄ２逆抑制信号
Ｅエンベロープ
Ｓ１駆動信号
Ｓ１ａ蓄積信号
Ｓ１ｂ減衰信号
Ｔａ１，Ｔａ２端子
Ｔａ３中間端子
Ｍマグネット

Claims

所定の入力を行う操作部と、前記操作部の操作を検知する検知部材と、振動発生部材と、前記検知部材で操作が検知されたときに駆動信号を生成する制御手段とが設けられ、前記制御手段から出力される前記駆動信号によって前記振動発生部材が動作させられる操作装置において、
前記振動発生部材は、可動体と、前記可動体を支持する付勢部材と、前記可動体に往復運動を与える磁気駆動手段とを有しており、
前記駆動信号は、前記可動体の固有振動数に合わせたパルス状の励振信号によって前記可動体の振幅を拡大させる蓄積信号と、前記励振信号とは位相がずれるパルス状の抑制信号によって前記可動体の振幅を低下させる減衰信号とを有し、
前記磁気駆動手段のコイルに発生する逆起電力から前記可動体がその振幅の中心に至ったことを検知する位置検知手段が設けられ、この位置検知手段の検知出力に基づいて、前記励振信号と前記抑制信号の印加タイミングが決められ、
前記可動体を振動させたときの振幅の頂点を結んだエンベロープの幅が、前記蓄積信号で増大し前記減衰信号で収縮し、このエンベロープの増大と収縮の一連の変化が、クリック感触として体感可能とされることを特徴とする操作装置。
前記蓄積信号は、前記励振信号と励振信号との間に前記励振信号とは電流方向が逆であるパルス状の逆励振信号が含まれ、前記励振信号と前記逆励振信号とで、前記可動体に対して互いに相反する方向への駆動力が与えられ、
前記減衰信号は、前記抑制信号と抑制信号との間に前記抑制信号とは電流方向が逆であるパルス状の逆抑制信号が含まれ、前記抑制信号と前記逆抑制信号とで、前記可動体に対して互いに相反する方向への減衰力が与えられる請求項１記載の操作装置。
前記蓄積信号は、前記励振信号と励振信号との間に前記励振信号とは電流方向が逆であるパルス状の逆励振信号が含まれ、前記励振信号と前記逆励振信号とで、前記可動体に対して互いに相反する方向への駆動力が与えられて、前記エンベロープの幅が増大する時間よりも前記幅が収縮する時間の方が長く設定される請求項１または２に記載の操作装置。
１個または２個以上の押圧式のキー入力部を有する操作部が設けられており、前記キー入力部が操作される毎に前記振動発生部材が駆動され、前記キー入力部の操作に対して前記クリック感が与えられる請求項１ないし３のいずれかに記載の操作装置。
前記制御手段において前記操作部の操作が正しいか否かを判別し、前記操作部の操作が誤っていると判断したときに、前記警告を意味する前記クリック感が得られる請求項１ないし３いずれかに記載の操作装置。