JP4604902B2 - INPUT / OUTPUT DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE HAVING INPUT / OUTPUT DEVICE - Google Patents

INPUT / OUTPUT DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE HAVING INPUT / OUTPUT DEVICE Download PDF

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Description

本発明は、入出力装置及び入出力装置を備えた電子機器に関する。   The present invention relates to an input / output device and an electronic apparatus including the input / output device.

入力装置ないし入出力装置として用いられるタッチパネルディスプレイ装置は、ソフトウェアによって入力画面を自由に構成できるため、機械的スイッチを用いて構成した入力装置では得られないフレキシビリティを備えており、また、軽量且つコンパクトに構成でき、機械的故障の発生頻度が低いなどの数々の利点を有することから、現在では、比較的大きな各種機械の操作パネルから、非常に小さな携帯機器の入出力装置に至るまで、広く利用されている。   A touch panel display device used as an input device or an input / output device can freely configure an input screen by software. Therefore, the touch panel display device has flexibility that cannot be obtained by an input device configured using a mechanical switch. Since it can be compactly configured and has many advantages such as low frequency of mechanical failure, it is now widely used from operation panels of various relatively large machines to very small portable device input / output devices. It's being used.

多くのタッチパネルディスプレイ装置は、それを操作するユーザの指先が、平坦で滑らかなパネル面に触れるだけであるため、機械的スイッチを用いて構成した入力装置を操作するときに指先に感じるクリック感のような、指先の触覚によるユーザへのフィードバックが存在せず、そのことが装置の操作感を頼りないものにしていた。この点を改善するために、操作するユーザの指先に触覚をフィードバックするようにしたタッチパネルディスプレイ装置が、特開２００３−２８８１５８号公報に開示されている。同公報のタッチパネルディスプレイ装置は、ユーザの指先が接触するタッチパネルを、そのパネル面に対して垂直方向に振動させることによって、ユーザの指先に触覚を発生させるようにしたものである。   In many touch panel display devices, the fingertip of the user who operates the touch panel device only touches a flat and smooth panel surface. Therefore, the click feeling felt by the fingertip when operating an input device configured using a mechanical switch. Thus, there is no feedback to the user by the sense of touch of the fingertip, which makes the operation feeling of the device not relied on. In order to improve this point, a touch panel display device in which a tactile sensation is fed back to the fingertip of an operating user is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-288158. The touch panel display device disclosed in this publication generates a tactile sensation on a user's fingertip by vibrating a touch panel in contact with the user's fingertip in a direction perpendicular to the panel surface.

また、音響出力装置も広く使用されている。音響出力装置は、ユーザが入力装置を操作したときに操作音を発してユーザに音響フィードバックを提供する他に、ユーザに向けて警報音や音声指示を発したり、また、オーディオコンテンツを再生するためにも利用されており、広い用途を有するものである。   Also, sound output devices are widely used. The acoustic output device emits an operation sound when the user operates the input device to provide acoustic feedback to the user, and also issues an alarm sound or voice instruction to the user, or reproduces audio contents. It has a wide range of uses.

特開２００３−２８８１５８号公報JP 2003-288158 A

ユーザが日常、頻繁に入力操作を行う電子機器であればあるほど、その電子機器に触覚フィードバックを提供する入出力装置と音響出力装置との２つを共に搭載することによって得られる利便性は大きいに違いないが、しかしながら、そうすることに伴う、製造コスト、製品重量、及び製品容積の増大を考慮するならば、電子機器にそれら装置を共に搭載することは、必ずしも容易ではない。   The more electronic devices a user performs daily input operations, the greater the convenience that can be obtained by mounting both an input / output device and a sound output device that provide tactile feedback on the electronic device. However, however, it is not always easy to mount the devices together in an electronic device if the increase in manufacturing cost, product weight, and product volume associated with doing so is taken into consideration.

本発明はかかる事情に鑑み成されたものであって、本発明の目的は、製造コスト、製品重量、及び製品容積の増大を殆ど伴うことなく、操作するユーザの指先に触覚を発生させるようにした入出力装置に音響出力装置の機能を組み込むことにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to generate a tactile sensation on the fingertip of the user who operates the apparatus with little increase in manufacturing cost, product weight, and product volume. The function of the sound output device is incorporated into the input / output device.

本発明の入出力装置は、筐体と、可動支持手段を介して筐体上に変位可能に支持されたタッチパネルと、筐体に固定された壁と、壁およびタッチパネルのそれぞれに連結された少なくとも１つのアクチュエータと、アクチュエータ駆動信号を送出してアクチュエータを駆動制御するアクチュエータ駆動制御手段と、アクチュエータ駆動制御手段が送出するアクチュエータ駆動信号に音響信号を重畳させる手段とを備え、アクチュエータを駆動したときに発生するタッチパネルのパネル面に平行な方向に沿った運動によってタッチパネルのパネル面に接触しているユーザの指先に触覚を発生させ、アクチュエータを駆動したときに発生する筐体の振動によって音響を発生させるものである。 The input / output device of the present invention includes a housing, a touch panel supported on the housing so as to be displaceable via a movable support means, a wall fixed to the housing, and at least a wall and a touch panel coupled to the touch panel. comprising a single actuator, and the actuator drive control means for driving and controlling the actuators by sending an actuator drive signal, and means for superimposing the audio signal to the actuator drive signal actuators drive control means sends, drives the actuators and it caused the haptic to the user's fingertip in contact with the panel surface of the motor touch panel depending on the motion along the direction parallel to the panel surface of the filter touch panel to occur when, to occur when driving the actuators that is intended to generate an acoustic by the vibration of the housing.

本発明の電子機器は、筐体と入出力装置とを備え、入出力装置が、可動支持手段を介して筐体上に変位可能に支持されたタッチパネルと、筐体に固定された壁と、壁およびタッチパネルのそれぞれに連結された少なくとも１つのアクチュエータと、アクチュエータ駆動信号を送出してアクチュエータを駆動制御するアクチュエータ駆動制御手段と、アクチュエータ駆動制御手段が送出するアクチュエータ駆動信号に音響信号を重畳させる手段とを備え、アクチュエータを駆動したときに発生するタッチパネルのパネル面に平行な方向に沿った運動によってタッチパネルのパネル面に接触しているユーザの指先に触覚を発生させ、アクチュエータを駆動したときに発生する筐体の振動によって音響を発生させるものである。 An electronic apparatus according to the present invention includes a housing and an input / output device, and the input / output device is movably supported on the housing via a movable support means, a wall fixed to the housing, superimposing at least one actuator coupled to each of the walls and the touch panel, and an actuator drive control means for driving and controlling the actuators by sending an actuator driving signal, an acoustic signal to the actuator drive signal actuators drive control means sends and means for, to generate a haptic to the user's fingertip in contact with the panel surface of the motor touch panel by the motion along the direction parallel to the panel surface of the filter touch panel to occur when driving the actuators , those which generate sound by the vibration of to that housing occurs when driving the actuators.

本発明によれば、入出力装置ないし電子機器の筐体を振動させることによって、音響を発生させるようにしており、しかも、筐体を振動させるための構成要素は、パネル面に接触しているユーザの指先に触覚を発生させるようにした入出力装置に元々備えられているものが殆どであるため、このような入出力装置に、製造コスト、製品重量、及び製品容積の増大を殆ど伴うことなく、音響出力装置の機能を付加することができる。   According to the present invention, sound is generated by vibrating the casing of the input / output device or the electronic device, and the component for vibrating the casing is in contact with the panel surface. Since most of the input / output devices originally designed to generate tactile sensations at the user's fingertips are associated with such an input / output device, the manufacturing cost, product weight, and product volume are almost increased. In addition, the function of the sound output device can be added.

以下に本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態に係る入出力装置の模式的な斜視図である。同図は本発明の原理を明らかにするための模式図であるため、各部材の長さや厚さなどの比も、また形状も、正確に描かれてはいない。図２は、本発明の実施の形態に係る電子機器である静止画撮影機能及び動画撮影機能を備えたカメラの背面側を示した斜視図である。図３のカメラは、筐体と、図１に示した入出力装置で構成されたモニタ装置とを備えている。図３は、図２のＡ−Ａ線に沿ったカメラの筐体及び入出力装置の断面図である。   Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a schematic perspective view of an input / output device according to an embodiment of the present invention. Since this figure is a schematic diagram for clarifying the principle of the present invention, the ratio and the shape of each member, such as the length and thickness, are not accurately drawn. FIG. 2 is a perspective view showing the back side of a camera having a still image shooting function and a moving image shooting function, which is an electronic apparatus according to an embodiment of the present invention. The camera in FIG. 3 includes a housing and a monitor device configured by the input / output device shown in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the camera housing and the input / output device along the line AA in FIG. 2.

図１において、引用符号１０は入出力装置の全体を示し、引用符号１２はこの入出力装置を装備した電子機器（図２に示したカメラなど）の筐体を示している。筐体１２は、電子機器の筐体であると共に、入出力装置１０の筐体でもある。入出力装置１０は、平面視長方形の平板形状のタッチパネル１４を備えている。図示例の入出力装置１０は、いわゆるタッチパネルディスプレイ装置として構成されており、そのため、タッチパネル１４は液晶ディスプレイパネルと重ね合わされて一体化されているが、ただし本発明は、ディスプレイパネルを含まない実施の形態とすることも可能である。それゆえ、本発明に関しては、ディスプレイパネルと一体化されているものも、そうでないものも、いずれもタッチパネルと称する。タッチパネル１２の表面は、入出力装置１０を操作しようとするユーザが指先を接触させるパネル面をなしている。   In FIG. 1, reference numeral 10 indicates the entire input / output device, and reference numeral 12 indicates a housing of an electronic device (such as the camera shown in FIG. 2) equipped with the input / output device. The housing 12 is a housing for the electronic device and also a housing for the input / output device 10. The input / output device 10 includes a flat touch panel 14 having a rectangular shape in plan view. The input / output device 10 in the illustrated example is configured as a so-called touch panel display device. Therefore, the touch panel 14 is integrated with a liquid crystal display panel, but the present invention does not include a display panel. It is also possible to adopt a form. Therefore, in the present invention, both those that are integrated with the display panel and those that are not are referred to as a touch panel. The surface of the touch panel 12 forms a panel surface on which a user who wants to operate the input / output device 10 touches the fingertip.

タッチパネル１４は、可動支持手段を介して、そのパネル面に平行な平面に沿って変位可能に筐体１２上に支持されている。図示例の可動支持手段は、タッチパネル１４の裏面の四隅において、このタッチパネル１４と筐体１２との間に設けられた小さな弾性体ブロック１６により構成されている。それら弾性体ブロック１６が弾性剪断変形することによって、タッチパネル１４は、そのパネル面に平行な平面に沿って変位する。可動支持手段は、タッチパネル１４をできるだけ容易に変位させることができるようなものとすることが望ましく、それには、弾性体ブロック１６を、超低硬度の高分子ゲル材料から成るものとするとよい。例えば、北川工業株式会社が「ＫＧゲル（商標）」という製品名で市場に提供している、シート状の超低硬度の高分子ゲル材料は、弾性体ブロック１６の材料として特に適したものである。その具体例について述べると、例えば、厚さが１ｍｍの「ＫＧゲル（商標）」のシートを２ｍｍ角に切断することによって、高さが１ｍｍの弾性体ブロックを形成し、その弾性体ブロックの上下両面を、両面接着シートなどを用いて筐体１２とタッチパネル１４とに接着することにより、タッチパネル１４の可動支持手段を好適に構成することができる。高分子ゲル材料以外の弾性体ブロック１６適当な材料としては、例えば、種々のラバー材料、軟質ポリエチレン、それにシリコーン樹脂などがある。また更に、タッチパネル１４を筐体１２上に支持するための可動支持手段は、以上に説明したような弾性体ブロック１６で構成したものに限られず、それ以外の様々な構成のものとすることもでき、例えばボールやローラなどの転動体を用いて構成してもよく、また、ポリテトラフルオロエチレン樹脂などの低摩擦材料を用いて構成してもよい。   The touch panel 14 is supported on the housing 12 via a movable support means so as to be displaceable along a plane parallel to the panel surface. The movable support means in the illustrated example is configured by small elastic blocks 16 provided between the touch panel 14 and the housing 12 at the four corners of the back surface of the touch panel 14. When the elastic body blocks 16 are elastically sheared, the touch panel 14 is displaced along a plane parallel to the panel surface. It is desirable that the movable support means be such that the touch panel 14 can be displaced as easily as possible. For this purpose, the elastic body block 16 may be made of a polymer gel material having an extremely low hardness. For example, a sheet-like ultra-low hardness polymer gel material provided by Kitagawa Industry Co., Ltd. under the product name “KG Gel (trademark)” is a particularly suitable material for the elastic block 16. is there. A specific example will be described. For example, by cutting a sheet of “KG Gel (trademark)” having a thickness of 1 mm into 2 mm squares, an elastic body block having a height of 1 mm is formed, and the upper and lower sides of the elastic body block are formed. By adhering both surfaces to the housing 12 and the touch panel 14 using a double-sided adhesive sheet or the like, the movable support means of the touch panel 14 can be suitably configured. Examples of suitable materials for the elastic block 16 other than the polymer gel material include various rubber materials, soft polyethylene, and silicone resin. Furthermore, the movable support means for supporting the touch panel 14 on the housing 12 is not limited to the one constituted by the elastic block 16 as described above, and may have various other configurations. For example, you may comprise using rolling elements, such as a ball | bowl and a roller, and you may comprise using low friction materials, such as a polytetrafluoroethylene resin.

図１に示し、また図３にも示したように、筐体１２には、平面視長方形の平板形状のタッチパネル１４の１つの側辺に対向するようにして、剛性の大きな固定壁３０が設けられている。図示例の固定壁３０は、筐体１２の一部を成すものであるが、ただし、この固定壁３０を、筐体１２に固定結合したフレームによって形成するようにしてもよい。更に、互いに対向したタッチパネル１４の側辺と固定壁３０との間に、アクチュエータ３２が配設されている。本発明は様々な種類のアクチュエータを用いて実施し得るものであるが、軽量且つコンパクトな構成とする上では圧電アクチュエータを使用することが好ましく、バイモルフ型またはユニモルフ型の屈曲変位型圧電アクチュエータを使用すれば、軽量化及び小型化という点で一層好ましい。また、バイモルフ型圧電アクチュエータとモノモルフ型圧電アクチュエータとのいずれにも、積層型と単層型とがあるが、前者の方が低い電圧で駆動できることから、モバイル電子機器に用いるのにより適している。それゆえ、現時点で最も好ましいと考えられるのは、アクチュエータ３２として積層バイモルフ型圧電アクチュエータまたは積層ユニモルフ型圧電アクチュエータを使用することであり、図示例でも、積層バイモルフ型アクチュエータを使用している。尚、図１では構造の理解し易さを考慮して、アクチュエータ３２の厚さ方向の寸法を誇張して描いてあるが、実際の積層バイモルフ型圧電アクチュエータまたは積層モノモルフ型アクチュエータは、図示したものよりも、はるかに薄く、非常に軽量のアクチュエータである。また、入出力装置１０に備えるアクチュエータの個数は、１個だけに限られるものではなく、必要とあらば複数のアクチュエータを備えるようにしてもよい。   As shown in FIG. 1 and FIG. 3, the housing 12 is provided with a fixed wall 30 having a large rigidity so as to face one side of the flat touch panel 14 having a rectangular shape in plan view. It has been. The fixed wall 30 in the illustrated example forms part of the housing 12, but the fixed wall 30 may be formed by a frame fixedly coupled to the housing 12. Further, an actuator 32 is disposed between the side of the touch panel 14 facing each other and the fixed wall 30. Although the present invention can be implemented using various types of actuators, it is preferable to use a piezoelectric actuator for a lightweight and compact configuration, and a bimorph type or unimorph type bending displacement type piezoelectric actuator is used. This is more preferable in terms of weight reduction and size reduction. In addition, both the bimorph type piezoelectric actuator and the monomorph type piezoelectric actuator are classified into a laminated type and a single layer type. The former can be driven with a lower voltage, and thus is more suitable for use in a mobile electronic device. Therefore, it is considered to be most preferable at the present time to use a laminated bimorph type piezoelectric actuator or a laminated unimorph type piezoelectric actuator as the actuator 32. In the illustrated example, the laminated bimorph type actuator is also used. In FIG. 1, the dimension in the thickness direction of the actuator 32 is exaggerated for easy understanding of the structure, but the actual laminated bimorph type piezoelectric actuator or laminated monomorph type actuator is shown in the figure. It is a much thinner and very lightweight actuator. Further, the number of actuators provided in the input / output device 10 is not limited to one, and a plurality of actuators may be provided if necessary.

図１に示したように、細長い板状の積層バイモルフ型圧電アクチュエータ３２は、その長手方向両端部がスペーサブロック３４を介して固定壁３０に連結されており、各スペーサブロック３４とアクチュエータ３２の各端部との間、並びに、各スペーサブロック３４と固定壁３０との間は、両面接着テープを用いて接着されている。また、アクチュエータ３２は、その長手方向中央部が、スペーサブロック３６を介してタッチパネル１４の側辺（固定壁３０に対向している側辺）に連結されており、スペーサブロック３６とアクチュエータ３２との間、並びに、スペーサブロック３６とタッチパネル１４の側辺との間は、両面接着テープを用いて接着されている。このように筐体１２の固定壁３０とタッチパネル１４との間に取付けた積層バイモルフ型圧電アクチュエータ３２に電圧を印加すると、このアクチュエータ３２が屈曲変位を発生するため、その長手方向中央部が図１に矢印Ａで示した方向に変位して、タッチパネル１４を矢印Ｂで示した方向に変位させる。この変位の向き及び大きさは、印加する電圧の極性及び大きさに対応したものとなる。また、こうして発生するタッチパネル１４の変位の方向は、このタッチパネル１４のパネル面に平行な平面に沿った方向である。従って、アクチュエータ３２は、タッチパネル１４を、そのパネル面に平行な平面に沿った方向に駆動して運動ないし振動させるものである。   As shown in FIG. 1, the long and thin plate-shaped laminated bimorph piezoelectric actuator 32 has both ends in the longitudinal direction connected to the fixed wall 30 via spacer blocks 34. Between the end portions and between each spacer block 34 and the fixed wall 30 are bonded using a double-sided adhesive tape. In addition, the actuator 32 has a central portion in the longitudinal direction connected to the side of the touch panel 14 (side facing the fixed wall 30) via the spacer block 36. The spacer block 36 and the side of the touch panel 14 are bonded using a double-sided adhesive tape. When a voltage is applied to the laminated bimorph type piezoelectric actuator 32 attached between the fixed wall 30 of the housing 12 and the touch panel 14 in this way, the actuator 32 generates a bending displacement. Then, the touch panel 14 is displaced in the direction indicated by the arrow B. The direction and magnitude of this displacement correspond to the polarity and magnitude of the applied voltage. The direction of displacement of the touch panel 14 thus generated is a direction along a plane parallel to the panel surface of the touch panel 14. Therefore, the actuator 32 drives or touches the touch panel 14 in a direction along a plane parallel to the panel surface.

更に、アクチュエータ３２がタッチパネル１４を矢印Ｂで示した方向に駆動して振動させているときには、タッチパネル１４からアクチュエータ３２へ作用する反作用力のために、固定壁３０もタッチパネル１４とは逆向きに、矢印Ｃで示したように駆動されて振動しており、従って、筐体１２そのものが反作用によって振動している。入出力装置１０を装備した電子機器では、その構成部品の大部分が筐体１２に対して固定されているため、筐体１２及びこの筐体１２に対して固定されている部品の合計質量は、タッチパネル１４の質量と比べてはるかに大きく、それゆえ、アクチュエータ３２を駆動してタッチパネル１４を振動させたときに発生する筐体１２の振動の加速度及び振幅は、タッチパネル１４の振動の加速度及び振幅と比べてはるかに小さい。しかしながら、筐体１２の表面積はタッチパネル１４の表面積よりはるかに大きいため、この筐体１２の小さな振動を利用して実用に足る大きさの音響を発生させることができる。   Further, when the actuator 32 is driven to vibrate the touch panel 14 in the direction indicated by the arrow B, the fixed wall 30 is also opposite to the touch panel 14 due to the reaction force acting on the actuator 32 from the touch panel 14. It is driven to vibrate as shown by the arrow C, and therefore the casing 12 itself vibrates due to the reaction. In the electronic device equipped with the input / output device 10, most of the components are fixed to the housing 12, and therefore the total mass of the housing 12 and the components fixed to the housing 12 is Therefore, the acceleration and amplitude of the vibration of the housing 12 generated when the actuator 32 is driven to vibrate the touch panel 14 are much larger than the mass of the touch panel 14. Much smaller than However, since the surface area of the housing 12 is much larger than the surface area of the touch panel 14, it is possible to generate sound having a size that is practical enough by using the small vibration of the housing 12.

ただし、共振現象が発生すると、音響特性が著しく劣化する。タッチパネル１４は、可動支持手段である弾性体ブロック１６を介して筐体１２上に支持されていると共に、ばね要素としての性質を強く持つバイモルフ型圧電アクチュエータ３２を介して筐体１２に連結されている。そのため、タッチパネル１４と、弾性体ブロック１６と、アクチュエータ３２とで、タッチパネル１４を振動質量とする振動系が構成されている。この振動系が、発生させようとする音響の周波数に共振すると不都合であるため、図示例では、主として弾性体ブロック１６のばね定数を調節することによって、この振動系の一次固有振動数を７００Ｈｚ以下に設定している。弾性体ブロック１６のばね定数は、弾性体ブロック１６の底面積を増減することによって容易に調節することができる。また、振動系が最も大きな振動を発生する共振周波数である一次固有振動数を、７００Ｈｚ以下に設定しているのは、この種の音響出力装置における音響信号の周波数の下限が、多くの場合、８００Ｈｚ程度に定められているからである。   However, when the resonance phenomenon occurs, the acoustic characteristics are significantly deteriorated. The touch panel 14 is supported on the housing 12 via an elastic block 16 which is a movable support means, and is connected to the housing 12 via a bimorph piezoelectric actuator 32 having a strong property as a spring element. Yes. Therefore, the touch panel 14, the elastic body block 16, and the actuator 32 constitute a vibration system that uses the touch panel 14 as a vibration mass. Since it is inconvenient if the vibration system resonates with the frequency of the sound to be generated, in the illustrated example, the primary natural frequency of the vibration system is set to 700 Hz or less mainly by adjusting the spring constant of the elastic body block 16. Is set. The spring constant of the elastic body block 16 can be easily adjusted by increasing or decreasing the bottom area of the elastic body block 16. The primary natural frequency, which is the resonance frequency at which the vibration system generates the largest vibration, is set to 700 Hz or less because the lower limit of the frequency of the acoustic signal in this type of acoustic output device is often This is because it is set to about 800 Hz.

以上に説明した構成においては、アクチュエータ３２は、その両端部が筐体１２の固定壁３０に連結されて両持式に取付けられており、タッチパネル１４はこのアクチュエータ３２の中央部によって駆動されるようにしてある。ただし、アクチュエータ３２の取付方はこのようなものに限られない。例えば、以上の構成とは逆に、アクチュエータ３２の両端部をタッチパネル１４側に連結し、中央部を固定壁３０側に取付けてもよいことはいうまでもなく、更に、両持式にするのではなく、アクチュエータ３２の一端部を固定壁３０に連結し、他端部をタッチパネル１４に連結して、片持式に取付けることも可能である。   In the configuration described above, both ends of the actuator 32 are connected to the fixed wall 30 of the housing 12 and are attached to both ends, and the touch panel 14 is driven by the central portion of the actuator 32. It is. However, how to attach the actuator 32 is not limited to this. For example, contrary to the above configuration, it is needless to say that both ends of the actuator 32 may be connected to the touch panel 14 side, and the center part may be attached to the fixed wall 30 side. Instead, one end of the actuator 32 can be connected to the fixed wall 30 and the other end can be connected to the touch panel 14 to be attached in a cantilever manner.

図４は、入出力装置１０の構成要素である制御機構及び電子回路をブロック図の形で示した図である。図中、引用符号５０は、入出力装置１０を装備した電子機器の制御システムであり、入出力装置１０の制御機構及び電子回路は、この制御システム５０の制御下にある。入出力装置１０の制御機構及び電子回路には、タッチパネル１４に接続したタッチパネル回路５２と、タッチパネル１４の下面に接合されている液晶ディスプレイパネルに接続したＬＣＤ駆動回路５４と、アクチュエータ信号を送出してアクチュエータ３２を駆動制御するアクチュエータ駆動制御機構５６とが含まれている。   FIG. 4 is a block diagram showing a control mechanism and an electronic circuit, which are components of the input / output device 10. In the figure, reference numeral 50 is a control system for an electronic device equipped with the input / output device 10, and the control mechanism and electronic circuit of the input / output device 10 are under the control of this control system 50. A touch panel circuit 52 connected to the touch panel 14, an LCD drive circuit 54 connected to a liquid crystal display panel bonded to the lower surface of the touch panel 14, and an actuator signal are sent to the control mechanism and electronic circuit of the input / output device 10. An actuator drive control mechanism 56 that drives and controls the actuator 32 is included.

タッチパネル回路５２は、一般的なタッチパネルに付随している回路であり、タッチパネル１２から得られる信号を処理することによって、タッチパネル１２のパネル面のユーザの指先が接触している位置を表す信号を発生させる。また、このタッチパネル回路５２は、タッチパネル１２が接触圧を検出できるものである場合には、その接触圧を表す信号も発生するものであり、また、必要とあらば、パネル面の接触位置を表す信号に更に処理を施して、パネル面に接触している指先の移動速度や加速度を表す信号を発生させるものである。タッチパネル回路５２が発生する信号は、タッチパネル入力信号として、制御システム５０へ供給されている。ＬＣＤ駆動回路５４は、一般的な液晶ディスプレイパネルに付随している回路であり、制御システム５０から受取るＬＣＤ制御信号に従って、液晶ディスプレイパネルを駆動して視覚表示を行う。   The touch panel circuit 52 is a circuit attached to a general touch panel, and generates a signal indicating a position where the user's fingertip is in contact with the panel surface of the touch panel 12 by processing a signal obtained from the touch panel 12. Let Further, when the touch panel 12 can detect the contact pressure, the touch panel circuit 52 also generates a signal indicating the contact pressure, and indicates the contact position on the panel surface if necessary. The signal is further processed to generate a signal representing the moving speed and acceleration of the fingertip in contact with the panel surface. A signal generated by the touch panel circuit 52 is supplied to the control system 50 as a touch panel input signal. The LCD drive circuit 54 is a circuit attached to a general liquid crystal display panel, and drives the liquid crystal display panel according to an LCD control signal received from the control system 50 to perform visual display.

アクチュエータ駆動制御機構５６は、中央処理装置及びメモリを備えたワンチップコンピュータと電子回路とで構成されており、制御システム５０から制御信号を受取るためのインターフェース５８を含んでいる。制御システム５０から受取る制御信号は、出力タイミング信号と波形選択信号とを含むものである。アクチュエータ駆動制御機構５６はメモリ６０を備えており、このメモリ６０には、複数の波形の夫々に対応した、波形生成に必要なデータ（波形データ）が格納されている。アクチュエータ駆動制御機構５６は更に、波形生成機構６２と、ミキシング回路６４と、パワーアンプ６６とを備えている。   The actuator drive control mechanism 56 is composed of a one-chip computer having a central processing unit and a memory, and an electronic circuit, and includes an interface 58 for receiving a control signal from the control system 50. The control signal received from the control system 50 includes an output timing signal and a waveform selection signal. The actuator drive control mechanism 56 includes a memory 60, and the memory 60 stores data (waveform data) necessary for waveform generation corresponding to each of a plurality of waveforms. The actuator drive control mechanism 56 further includes a waveform generation mechanism 62, a mixing circuit 64, and a power amplifier 66.

波形生成機構６２は、ソフトウェアにより構成された機構であって、波形選択信号により指定された波形に対応したデータをメモリ６０から読出し、その読出した波形データに従って波形を生成する。ミキシング回路６４は、波形生成機構６２が生成した波形を有する出力信号を、出力タイミング信号により指定された期間に亘って送出すると共に、制御システム５０から供給される音響信号も出力信号として送出するものであり、しかも、それら信号を個別に送出するのではなく、それらを混合して１つの出力信号として送出するようにしたものである。また、パワーアンプ６６は、ミキシング回路６４の出力信号を増幅して、圧電アクチュエータ３２へアクチュエータ駆動信号として供給するものである。従って、アクチュエータ駆動制御機構５６は、アクチュエータ駆動信号に音響信号を重畳させる手段としての機能を備えたものである。   The waveform generation mechanism 62 is a mechanism configured by software, reads data corresponding to the waveform designated by the waveform selection signal from the memory 60, and generates a waveform according to the read waveform data. The mixing circuit 64 sends an output signal having a waveform generated by the waveform generation mechanism 62 over a period specified by the output timing signal, and also sends an acoustic signal supplied from the control system 50 as an output signal. In addition, these signals are not sent individually but are mixed and sent as one output signal. The power amplifier 66 amplifies the output signal of the mixing circuit 64 and supplies it to the piezoelectric actuator 32 as an actuator drive signal. Therefore, the actuator drive control mechanism 56 has a function as means for superimposing an acoustic signal on the actuator drive signal.

図５のＡ〜Ｄに、波形生成機構６２で生成される波形の具体例を示した。図から明らかなように、それらは振動波形であり、その振幅、周期、及び波形は、一定のものもあれば変化するものもある。メモリ６０に格納されている波形データには、振幅及び周期に関するデータも含まれている。そして、メモリ６０に格納されている複数の波形に対応した波形データのうちから、波形選択信号により指定された波形の波形データが読出され、その波形を有するアクチュエータ駆動信号がアクチュエータ３２へ供給されるため、タッチパネル１４は、そのアクチュエータ駆動信号の波形に従って、パネル面に平行な平面に沿って振動することになる。そして、このタッチパネル１４の振動が、タッチパネル１４のパネル面に触れているユーザの指先に、その駆動信号の波形に応じた触覚を発生させる。従って、換言するならば、アクチュエータ駆動制御機構５６は、タッチパネル１４を駆動して複数の所定の振動パターンのうちから選択した振動パターンで振動させるものであり、また、それら複数の所定の振動パターンは、タッチパネル１４のパネル面に接触しているユーザの指先に互いに異なった触覚を発生させるものである。   5A to 5D show specific examples of waveforms generated by the waveform generation mechanism 62. FIG. As is apparent from the figure, they are vibration waveforms, and the amplitude, period, and waveform may be constant or may vary. The waveform data stored in the memory 60 includes data related to amplitude and period. Then, the waveform data of the waveform specified by the waveform selection signal is read from the waveform data corresponding to the plurality of waveforms stored in the memory 60, and the actuator drive signal having the waveform is supplied to the actuator 32. Therefore, the touch panel 14 vibrates along a plane parallel to the panel surface according to the waveform of the actuator drive signal. The vibration of the touch panel 14 generates a tactile sensation corresponding to the waveform of the drive signal at the fingertip of the user touching the panel surface of the touch panel 14. Therefore, in other words, the actuator drive control mechanism 56 drives the touch panel 14 to vibrate with a vibration pattern selected from a plurality of predetermined vibration patterns, and the plurality of predetermined vibration patterns are Different tactile sensations are generated at the user's fingertips in contact with the panel surface of the touch panel 14.

タッチパネル１４の振動振幅が２０μｍ〜５０μｍ程度になるようにして、指先にどのような触覚が発生するかを実際に試してみたところ、タッチパネル１４のパネル面に触れている指先は、タッチパネル１４が振動していることは鋭敏に知覚するが、タッチパネル１４の振動方向を識別することはできなかった。一方、出力信号の波形の違いによって、明瞭に異なる触覚が発生することが判明した。また、タッチパネル１４の振動パターン次第で、指先に擬似的な凹凸感や素材感を知覚させることが可能であることも判明した。このように、図示した実施の形態では、操作するユーザの指先に触覚を発生させるためにアクチュエータで駆動して発生させるタッチパネル１４の運動を、振動という形の運動にしており、それによって良好な結果を得ている。ただし、ユーザが明瞭に知覚し得る触覚を発生させることができさえすれば、アクチュエータ３２を駆動して発生させるタッチパネル１４の運動を、振動という形以外の、任意の形態の運動としてもよい。   When the vibration amplitude of the touch panel 14 was set to about 20 μm to 50 μm, and what kind of tactile sensation was generated on the fingertip was actually tested, the touch panel 14 vibrated with the fingertip touching the panel surface of the touch panel 14. However, the vibration direction of the touch panel 14 could not be identified. On the other hand, it was found that different tactile sensations occur due to the difference in the waveform of the output signal. It has also been found that depending on the vibration pattern of the touch panel 14, it is possible to cause the fingertip to perceive a pseudo unevenness or texture. As described above, in the illustrated embodiment, the motion of the touch panel 14 generated by driving with an actuator to generate a tactile sensation at the fingertip of the user to operate is a motion in the form of vibration, thereby achieving good results. Have gained. However, as long as a tactile sensation that can be clearly perceived by the user can be generated, the motion of the touch panel 14 generated by driving the actuator 32 may be an arbitrary motion other than the vibration.

制御システム５０がアクチュエータ駆動制御機構５６へ音響信号を送出したときには、その音響信号もアクチュエータ駆動信号に重畳されてアクチュエータ３２へ供給される。ただし、波形生成機構６２が生成する図５のＡ〜Ｄに示したような波形と、そこに重畳される音響信号とでは周波数帯域が異なる。波形生成機構６２が生成する波形は、ユーザの指先に触覚を発生させることを目的としたものであるため、ユーザの指先に鋭敏に感知させることを目的として、振動周波数を比較的低い５０Ｈｚ〜２００Ｈｚ程度にしている。一方、音響信号の周波数は、概ね８００Ｈｚ〜１５００Ｈｚ程度である。そのため、入出力装置１０が音響を発したときに、ユーザの指先がタッチパネル１４のパネル面に触れていても、指先に発生する触覚はそれほど大きくはない。また、触覚フィードバックを発生させるために、アクチュエータ３２を駆動してタッチパネル１４を振動させたときに、それに伴って発生する音の大きさも比較的小さなものである。それゆえ、以上に説明した入出力装置１０は、操作するユーザの指先に触覚を発生させるようにしたタッチパネルディスプレイ装置としても、また、音響出力装置としても機能させることができ、しかも、小型化、薄型化、及び軽量化が容易で、消費電力が少なく、多数のアクチュエータを必要としないものであるから、モバイル型の電子機器の入出力装置として非常に優れたものである。   When the control system 50 sends an acoustic signal to the actuator drive control mechanism 56, the acoustic signal is also superimposed on the actuator drive signal and supplied to the actuator 32. However, the frequency band differs between the waveform as shown in FIGS. 5A to 5D generated by the waveform generation mechanism 62 and the acoustic signal superimposed thereon. Since the waveform generated by the waveform generation mechanism 62 is intended to generate a tactile sensation at the user's fingertip, the vibration frequency is relatively low 50 Hz to 200 Hz for the purpose of sensitively sensing the fingertip of the user. To the extent. On the other hand, the frequency of the acoustic signal is about 800 Hz to 1500 Hz. For this reason, even when the user's fingertip touches the panel surface of the touch panel 14 when the input / output device 10 generates sound, the tactile sensation generated at the fingertip is not so large. In addition, when the touch panel 14 is vibrated by driving the actuator 32 in order to generate tactile feedback, the volume of sound generated in association with the vibration is relatively small. Therefore, the input / output device 10 described above can function as a touch panel display device that generates a tactile sensation on the fingertip of the user to operate, and also as an acoustic output device. Since it is easy to reduce the thickness and weight, consumes less power, and does not require a large number of actuators, it is an excellent input / output device for mobile electronic devices.

図３に示したカメラ７０は、その背面にモニタ装置７２を備えており、このモニタ装置７２は、以上に説明した構造の入出力装置で構成されている。筐体１２の背面側に形成された窓部７４を通して、タッチパネル１４が露出している。撮影モードにおいては、このタッチパネル１４に被写界映像が表示され、設定モードにおいては様々なソフトキーが表示される。カメラ７０の制御システムは、タッチパネル回路５２から供給される入力信号（即ち、タッチパネル１４を操作するユーザの指先の位置、移動速度、加速度、及び操作力（接触圧）などを表す信号）に基づいて、どのソフトキーがどのように操作されたかを検出し、そして、その検出結果に応じて、タッチパネル１４を夫々に異なった振動パターンで振動させ、及び／または、適当な音響出力ないし音声出力を送出する。ユーザの指先には、タッチパネル１４の振動パターンに応じて様々な触覚が発生し、この触覚フィードバックから様々な情報を得ることができ、また、音響出力ないし音声出力からも情報を得ることができる。   The camera 70 shown in FIG. 3 includes a monitor device 72 on the back surface thereof, and the monitor device 72 includes the input / output device having the structure described above. The touch panel 14 is exposed through a window portion 74 formed on the back side of the housing 12. In the shooting mode, the scene image is displayed on the touch panel 14, and various soft keys are displayed in the setting mode. The control system of the camera 70 is based on an input signal supplied from the touch panel circuit 52 (that is, a signal representing the position, moving speed, acceleration, operating force (contact pressure), etc. of the fingertip of the user who operates the touch panel 14). , Detecting which soft key is operated and how, and depending on the detection result, the touch panel 14 is vibrated with a different vibration pattern and / or appropriate sound output or sound output is transmitted. To do. Various tactile sensations are generated at the user's fingertip according to the vibration pattern of the touch panel 14, and various information can be obtained from the tactile feedback, and information can also be obtained from acoustic output or sound output.

本発明に係る入出力装置１０は、筐体１２を振動させることによって、音響を発生させるようにしており、しかも、筐体１２を振動させるための構成要素は、パネル面に接触しているユーザの指先に触覚を発生させるようにした入出力装置１０に元々備えられているものばかりである。そのため、このような入出力装置に音響出力装置の機能を付加するに際して、製造コスト、製品重量、及び製品容積の増大を殆ど伴うことなく、それらの点において非常に有利なものである。   The input / output device 10 according to the present invention is configured to generate sound by vibrating the casing 12, and the component for vibrating the casing 12 is a user who is in contact with the panel surface. The input / output device 10 that generates the tactile sensation at the fingertips is originally provided. Therefore, when the function of the acoustic output device is added to such an input / output device, the manufacturing cost, the product weight, and the product volume are hardly increased, which is very advantageous in that respect.

本発明の実施の形態に係る入出力装置の模式的な斜視図である。1 is a schematic perspective view of an input / output device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る電子機器であるカメラの背面側を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the back side of the camera which is an electronic device which concerns on embodiment of this invention. 図２のＡ−Ａ線に沿ったカメラの筐体及び入出力装置の断面図である。It is sectional drawing of the housing | casing of a camera and an input / output device along the AA line of FIG. タッチパネルディスプレイ装置の構成要素である制御機構及び電子回路をブロック図の形で示した図である。It is the figure which showed the control mechanism and electronic circuit which are the components of a touchscreen display apparatus in the form of a block diagram. Ａ〜Ｄは、波形生成機構で生成される波形の具体例を示した図である。A to D are diagrams showing specific examples of waveforms generated by the waveform generation mechanism.

符号の説明Explanation of symbols

１０……入出力装置、１２……筐体、１４……タッチパネル、１６……弾性体ブロック、３０……固定壁、３２……アクチュエータ、５６……アクチュエータ駆動制御機構、７０……カメラ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Input / output device, 12 ... Housing, 14 ... Touch panel, 16 ... Elastic body block, 30 ... Fixed wall, 32 ... Actuator, 56 ... Actuator drive control mechanism, 70 ... Camera.

Claims (16)

筐体と、
可動支持手段を介して前記筐体上に変位可能に支持されたタッチパネルと、
前記筐体に固定された壁と、
前記壁および前記タッチパネルのそれぞれに連結された少なくとも１つのアクチュエータと、
アクチュエータ駆動信号を送出して前記アクチュエータを駆動制御するアクチュエータ駆動制御手段と、
前記アクチュエータ駆動制御手段が送出するアクチュエータ駆動信号に音響信号を重畳させる手段とを備え、
前記アクチュエータを駆動したときに発生する前記タッチパネルのパネル面に平行な方向に沿った運動によって前記タッチパネルのパネル面に接触しているユーザの指先に触覚を発生させ、前記アクチュエータを駆動したときに発生する前記筐体の振動によって音響を発生させるようにした、
入出力装置。 A housing,
A touch panel supported movably on the housing via a movable support means;
A wall fixed to the housing;
At least one actuator coupled to each of the wall and the touch panel ;
An actuator drive control means for sending an actuator drive signal to drive-control the actuator;
Means for superimposing an acoustic signal on the actuator drive signal sent out by the actuator drive control means,
Occurs when the actuator is driven by generating a tactile sensation in the user's fingertip that is in contact with the panel surface of the touch panel by movement along a direction parallel to the panel surface of the touch panel that occurs when the actuator is driven. The sound is generated by the vibration of the casing.
Input and output devices. 前記壁は、前記タッチパネルの一側面に対向して設けられ、  The wall is provided to face one side of the touch panel,
前記アクチュエータは、前記壁と前記タッチパネルの一側面との間に設けられている  The actuator is provided between the wall and one side surface of the touch panel.
請求項１に記載の入出力装置。  The input / output device according to claim 1. 前記アクチュエータは、細長い板形状を有し、その長手方向の両端部または一端部において前記壁および前記タッチパネルのうちの一方と連結され、長手方向の中央部において前記壁および前記タッチパネルのうちの他方と連結されている  The actuator has an elongated plate shape, and is connected to one of the wall and the touch panel at both ends or one end in the longitudinal direction, and the other of the wall and the touch panel at a central portion in the longitudinal direction. Connected
請求項２に記載の入出力装置。  The input / output device according to claim 2. 前記アクチュエータ駆動信号は、複数パターンの波形データの中から外部入力信号に基づいて選択された波形データを含むものであるThe actuator drive signal includes waveform data selected based on an external input signal from a plurality of patterns of waveform data.
請求項１に記載の入出力装置。  The input / output device according to claim 1. 前記タッチパネルと、前記可動支持手段と、前記少なくとも１つのアクチュエータとから成る振動系の一次固有振動数を７００Ｈｚ以下とした
請求項１記載の入出力装置。 A primary natural frequency of a vibration system including the touch panel, the movable support means, and the at least one actuator is set to 700 Hz or less.
請 Motomeko 1 input and output device as claimed. 前記少なくとも１つのアクチュエータが、圧電アクチュエータである
請求項１記載の入出力装置。 The at least one actuator is a piezoelectric actuator
請 Motomeko 1 input and output device as claimed. 前記圧電アクチュエータが、バイモルフ型またはユニモルフ型の屈曲変位型圧電アクチュエータである
請求項６記載の入出力装置。 The piezoelectric actuator is a bimorph type or unimorph type bending displacement type piezoelectric actuator.
Input and output devices of 請 Motomeko 6 described. 前記圧電アクチュエータが、積層バイモルフ型圧電アクチュエータまたは積層ユニモルフ型圧電アクチュエータである
請求項６記載の入出力装置。 The piezoelectric actuator is a laminated bimorph piezoelectric actuator or a laminated unimorph piezoelectric actuator.
Input and output devices of 請 Motomeko 6 described. 筐体と入出力装置とを備えた電子機器において、
前記入出力装置は、可動支持手段を介して前記筐体上に変位可能に支持されたタッチパネルと、前記筐体に固定された壁と、前記壁および前記タッチパネルのそれぞれに連結された少なくとも１つのアクチュエータと、アクチュエータ駆動信号を送出して前記アクチュエータを駆動制御するアクチュエータ駆動制御手段と、前記アクチュエータ駆動制御手段が送出するアクチュエータ駆動信号に音響信号を重畳させる手段とを備え、前記アクチュエータを駆動したときに発生する前記タッチパネルのパネル面に平行な方向に沿った運動によって前記タッチパネルのパネル面に接触しているユーザの指先に触覚を発生させ、前記アクチュエータを駆動したときに発生する前記筐体の振動によって音響を発生させるようにした、
電子機器。 In an electronic device equipped with a housing and an input / output device,
The input / output device includes a touch panel supported on the housing in a displaceable manner via movable support means, a wall fixed to the housing, and at least one connected to each of the wall and the touch panel . An actuator, actuator drive control means for driving the actuator by sending an actuator drive signal, and means for superimposing an acoustic signal on the actuator drive signal sent by the actuator drive control means, when the actuator is driven The vibration of the housing generated when the actuator is driven by generating a tactile sensation on the user's fingertip that is in contact with the panel surface of the touch panel by a movement along a direction parallel to the panel surface of the touch panel. To generate sound,
Electronic equipment. 前記壁は、前記タッチパネルの側面に対向して設けられ、  The wall is provided to face the side surface of the touch panel,
前記アクチュエータは、前記壁と前記タッチパネルの側面との間に設けられている  The actuator is provided between the wall and a side surface of the touch panel.
請求項９に記載の電子機器。  The electronic device according to claim 9. 前記アクチュエータは、細長い板形状を有し、その長手方向の両端部または一端部において前記壁および前記タッチパネルのうちの一方と連結され、長手方向の中央部において前記壁および前記タッチパネルのうちの他方と連結されている  The actuator has an elongated plate shape, and is connected to one of the wall and the touch panel at both ends or one end in the longitudinal direction, and the other of the wall and the touch panel at a central portion in the longitudinal direction. Connected
請求項１０に記載の電子機器。  The electronic device according to claim 10. 前記アクチュエータ駆動信号は、複数パターンの波形データの中から外部入力信号に基づいて選択された波形データを含むものであるThe actuator drive signal includes waveform data selected based on an external input signal from a plurality of patterns of waveform data.
請求項９に記載の電子機器。  The electronic device according to claim 9. 前記タッチパネルと、前記可動支持手段と、前記少なくとも１つのアクチュエータとから成る振動系の一次固有振動数を７００Ｈｚ以下とした
請求項９記載の電子機器。 A primary natural frequency of a vibration system including the touch panel, the movable support means, and the at least one actuator is set to 700 Hz or less.
請 Motomeko 9 electronic device according. 前記少なくとも１つのアクチュエータが、圧電アクチュエータである
請求項９記載の電子機器。 The at least one actuator is a piezoelectric actuator
請 Motomeko 9 electronic device according. 前記圧電アクチュエータが、バイモルフ型またはユニモルフ型の屈曲変位型圧電アクチュエータである
請求項１４記載の電子機器。 The piezoelectric actuator is a bimorph type or unimorph type bending displacement type piezoelectric actuator.
請 Motomeko 14 electronic device according. 前記圧電アクチュエータが、積層バイモルフ型圧電アクチュエータまたは積層ユニモルフ型圧電アクチュエータである
請求項１４記載の電子機器。 The piezoelectric actuator is a laminated bimorph piezoelectric actuator or a laminated unimorph piezoelectric actuator.
請 Motomeko 14 electronic device according.
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