JP6351964B2

JP6351964B2 - 入力装置

Info

Publication number: JP6351964B2
Application number: JP2013255996A
Authority: JP
Inventors: 竹内　修一; 修一竹内
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2018-07-04
Anticipated expiration: 2033-12-11
Also published as: US9678592B2; US20150160771A1; JP2015114816A

Description

本発明は、入力装置に関する。

従来の技術として、利用者の操作面に対する押圧力に応じて利用者に提示する振動を変化させる入力装置がある（例えば、特許文献１参照）。

この入力装置は、利用者の操作面に対する押圧力を検出するセンサと、センサが検出した押圧力に応じて制御信号を出力するコントローラと、駆動信号により操作面に振動を発生する圧電素子と、押圧力に応じて駆動信号を発生する駆動手段とを有し、利用者に対してどの程度の押圧力で入力を受け付けたかを振動の強さにより知らせる。

特開２０１０−１４６５７６号公報

しかし、特許文献１に示す入力装置は、利用者が操作面をなぞるように操作する場合、操作面に対する押圧力が小さくなる場合があり、利用者に対して振動を伝えづらくなる場合があるという問題があった。また、利用者に振動を伝えるために振動の振幅を大きくすると操作面の振動に伴い音が発生し、操作時に利用者に不快感を与えるという問題があった。

従って、本発明の目的は、振動に伴う音の発生を抑制するとともに、利用者の操作内容に関わらず一定の操作感を提示する入力装置を提供することにある。

本発明の一態様は、表示画面上に操作対象を表示するディスプレイと、
前記ディスプレイの前記表示画面に対応した操作面に対する接触位置に基づき操作信号を出力するタッチセンサと、
前記タッチセンサの操作面に対する押圧力を検出して検出信号を出力する力センサと、
振動制御信号に基づき前記タッチセンサに振動を付与する振動子と、
前記操作信号を受信し、前記接触位置が前記表示画面上の前記操作対象に対応する領域にある場合であって、前記検出信号に基づき前記タッチセンサの操作面を押す押圧力が予め定めた値以上である場合は、超音波域でない帯域の周波数で前記振動子を振動させ、前記タッチセンサの操作面を押す押圧力が予め定めた値より小さい場合、超音波域の周波数の波形を超音波域でない帯域の周波数の変調波で振幅変調した波形で前記振動子を振動させ、周期的に変化する摩擦抵抗を感じさせる操作感を与える振動制御信号を出力するコントローラとを有する入力装置を提供する。

上記コントローラは、前記検出信号に基づき前記タッチセンサの操作面を押す押圧力が予め定めた値以上である場合は、数十から数百Ｈｚの周波数で前記振動子を振動させ、前記タッチセンサの操作面を押す押圧力が予め定めた値より小さい場合、数十ｋＨｚの周波数の波形を周波数が数十から数百Ｈｚの変調波で振幅変調した波形で前記振動子を振動させる振動制御信号を出力するものであってもよい。

本発明によれば、振動に伴う音の発生を抑制するとともに、利用者の操作内容に関わらず一定の操作感を提示することができる。

図１（ａ）及び（ｂ）は、入力装置の構成の一例を示す概略図である。図２（ａ）及び（ｂ）は、入力装置の動作の一例を説明するためのグラフ図である。図３（ａ）及び（ｂ）は、圧電素子３０が付与する振動の波形の一例を示す概略図である。

［実施の形態］
（入力装置の構成）
図１（ａ）及び（ｂ）は、入力装置の構成の一例を示す概略図である。

図１（ａ）において、全体を示す符号１は、実施の形態における典型的な入力装置を模式的に例示している。この入力装置１は、特に限定されるものではないが、例えば、空調装置４である車載機器の作動を制御するために用いられ、その他、オーディオ装置やナビゲーション装置等の作動を制御するために用いてもよい。

入力装置１は、空調装置４の作動を制御するコントローラ３、空調装置４の制御画面等を表示する表示手段であるディスプレイ及びディスプレイ上に設けられてディスプレイの表示を妨げないように透明又は半透明の素材を用い操作面に対する接触操作に伴い操作信号Ｓｍを出力する入力手段であるタッチセンサとを備えたタッチパネル２と、図１（ｂ）に示すように、タッチパネル２の裏面に設けられてタッチパネル２に振動を付与する振動子の一例としての圧電素子３０と、タッチパネル２の裏面に設けられてタッチパネル２の操作面に付与されている押圧力を検出し押圧力検出信号Ｓｆを出力する力センサ４０とを有する。また、コントローラ３は、さらにタッチパネル２の出力する操作信号Ｓｍに基づき動作し、また表示制御信号Ｓｄによってタッチパネル２を表示制御するとともに、振動制御信号Ｓｂによって圧電素子３０を制御する。

図示例による入力装置１は、例えば、タッチパネル２がダッシュパネルやセンターコンソールなどの運転席周辺部に配置される。この入力装置１は、利用者の手指５でタッチパネル２をタッチ操作すると、例えば、タッチパネル２の表面上の接触位置５０の位置がタッチセンサにより検出され、この位置に対応した操作信号Ｓｍがコントローラ３に入力されて、タッチパネル２上のボタン２００−２０３を選択決定し、コントローラ３が選択決定に対応して空調装置４を制御するように構成されている。

タッチパネル２は、表示画面２０に操作対象として複数個のボタン２００−２０３を含む空調装置４の制御画面を表示するものとし、ボタン２００−２０３の配置は特に図示するものに限定されるものではない。

一例として、表示画面２０のボタン２００、２０１は温度を上下させる機能を有し、ボタン２０２、２０３は風量を増減させる機能を有する。また、タッチパネル２は、ナビゲーション装置の制御画面を表示してもよいし、複数の車載機器の制御画面を一画面で表示してもよい。

なお、タッチパネル２の表示画面２０中の指示位置と、タッチパネル２のタッチパッド上の接触位置５０の座標とは一対一に対応した絶対座標系である。また、タッチパネル２はディスプレイとタッチセンサを別に設けるものであってもよい。

圧電素子３０は、圧電セラミックス、圧電高分子膜、圧電薄膜等の圧電材料を用いることができ、電極間に交流電圧がかけられることで超音波の振動を発生する振動子であり、接触位置５０がボタン２００−２０３の領域（振動提示領域）にあるとコントローラ３が判断した場合にコントローラ３の振動制御信号Ｓｂによって振動し、ボタン２００−２０３の領域外にあると判断した場合に振動を停止するよう制御される。なお、複数の値の振動数を発生するために共振周波数を可変とする振動子を用いてもよいし、共振周波数の異なる複数の振動子を用意してもよい。

なお、圧電素子３０が提示する振動は、利用者の手指５がボタン２００−２０３に触れていることを提示するためのものであり、利用者の手指５がタッチパネル２の操作面を押す押圧力が予め定めた値以上である場合は、コントローラ３から入力される振動制御信号Ｓｂに基づいて、予め定めた帯域の周波数で振動するものとする。また、利用者の手指５がタッチパネル２の操作面を押す押圧力が予め定めた値より小さい場合は、超音波域の周波数の波形を予め定めた帯域の周波数の変調波で振幅変調した波形で振動する。

力センサ４０は、圧電材料を用いることができ、押圧力に応じた電圧を出力するものである。なお、力センサ４０の機能を圧電素子３０により実現して、構成を省略してもよい。

なお、タッチパネル２は、その表示／操作面の外形が矩形のものを示しているが、曲線や直線により任意の外形を選択することができ、表示／操作面を複数に分割したものを用いてもよい。

（実施の形態の動作）
以下に、入力装置１の動作を図１−図３を参照しつつ、（１）押圧力が大きい場合、（２）押圧力が小さい場合の動作に分けて説明する。

（１）押圧力が大きい場合の動作
図２（ａ）及び（ｂ）は、入力装置１の動作の一例を説明するためのグラフ図である。

なお、図２（ａ）の図面上方向をｙ軸方向、図面右方向をｘ軸方向とする。また、以下においてボタン２００−２０３のうち代表してボタン２００に対する操作ついて説明するが、他のボタン２０１−２０３についても同様に説明されるものとする。

一例として、図２（ａ）に示すように、ボタン２００の振動提示領域Ａがｘ_１≦ｘ≦ｘ_２に存在する場合、利用者の手指５がタッチパネル２の操作面に接触したまま振動提示領域Ａの外側（ｘ＜ｘ_１）から振動提示領域Ａの内側（ｘ_１≦ｘ≦ｘ_２）へとｘ方向に移動する動作について説明する。

圧電素子３０は、図２（ｂ）に示すように、接触位置５０がボタン２００の領域外（ｘ＜ｘ_１、ｘ_２＜ｘ）にある場合には振動せず、ボタン２００の領域（ｘ_１≦ｘ≦ｘ_２）にある場合に振動する。

図３（ａ）及び（ｂ）は、圧電素子３０が付与する振動の波形の一例を示す概略図である。

図３（ａ）に示すように、利用者の手指５の押圧力Ｆが予め定めた押圧力Ｆ_ＴＨ以上である場合、圧電素子３０はコントローラ３から入力される振動制御信号Ｓｂに基づいて、予め定めた帯域の周波数として、例えば、数十から数百Ｈｚの周波数で振動する（振動Ｗ_Ｎ）。

（２）押圧力が小さい場合
一方、図３（ｂ）に示すように、利用者の手指５の押圧力Ｆが予め定めた押圧力Ｆ_ＴＨより小さい場合、圧電素子３０は超音波域の周波数、例えば、数十ｋＨｚの周波数の振動（超音波振動Ｗ_ＵＳ）を、超音波域より小さい予め定めた帯域の周波数、例えば、数十から数百Ｈｚの変調波（Ｗ_Ｆ）で振幅変調した波形で振動する。

圧電素子３０によりタッチパネル２の操作面が超音波振動Ｗ_ＵＳにより振動するとスクイーズ効果により利用者の手指５とタッチパネル２の操作面間の摩擦抵抗が、振動がない場合に比べて低くなる。これは、振動による圧力変動で、周辺の気体（又は液体）が手指５と操作面との間に引き込まれるためである。

図３（ｂ）に示す波形はスクイーズ効果を利用したものであり、Ｗ_Ｆの腹部分であるａの位相においては利用者の手指５とタッチパネル２の操作面間の摩擦抵抗が低くなり、Ｗ_Ｆの節部分であるｂの位相においては利用者の手指５とタッチパネル２の操作面間の摩擦抵抗が高くなる。つまり、タッチパネル２の操作面をなぞり操作している利用者の手指５は周期的に変化する摩擦を感じることとなり、押圧力ＦがＦ_ＴＨより小さい場合であっても操作感を提示することができる。

（実施の形態の効果）
上記した実施の形態によると、利用者の手指５とタッチパネル２の操作面との接触位置５０が振動提示領域Ａ内にある場合であって、利用者の手指５の操作面に対する押圧力が閾値Ｆ_ＴＨより小さい場合、コントローラ３の振動制御信号Ｓｂによって圧電素子３０を、数十ｋＨｚの周波数での振動を周波数が数十から数百Ｈｚの変調波で振幅変調された波形で振動させたため、スクイーズ効果により、利用者の手指５とタッチパネル２の操作面との間の摩擦抵抗を周期的に変化させることができ、利用者の手指５の押圧力が小さい場合であっても利用者にボタン２００−２０３を操作していることを提示することができる。

また、利用者の手指５の操作面に対する押圧力が閾値Ｆ_ＴＨより小さい場合に、利用者の可聴周波数外の超音波振動Ｗ_ＵＳを用いたため、Ｗ_Ｆの振幅を大きくした場合であっても振動に伴う可聴音の発生を抑制することができる。

［変形例］
以上より、本発明における入力装置１の代表的な構成例を上記各実施の形態及び図示例を挙げて説明したが、次に示すような変形も可能である。
（１）上記入力装置１は、車載装置に限らず、各種の電子・電気機器の入力装置に適用することができる。
（２）上記入力装置１は、例えば使用目的などに応じて配置個数、配置位置や配置形態などを適宜に選択することができる。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは調整しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、手指５の押圧力の負方向の変化に比例して、図３（ａ）に示す振動の波形から徐々に図３（ｂ）に示す振動の波形へと連続的に変化するように構成してもよい。

１入力装置
２タッチパネル
３コントローラ
４空調装置
５手指
２０表示画面
３０圧電素子
４０力センサ
５０接触位置
２００−２０３ボタン
Ａ振動提示領域
Ｓｂ振動制御信号
Ｓｄ表示制御信号
Ｓｆ押圧力検出信号
Ｓｍ操作信号

Claims

表示画面上に操作対象を表示するディスプレイと、
前記ディスプレイの前記表示画面に対応した操作面に対する接触位置に基づき操作信号を出力するタッチセンサと、
前記タッチセンサの操作面に対する押圧力を検出して検出信号を出力する力センサと、
振動制御信号に基づき前記タッチセンサに振動を付与する振動子と、
前記操作信号を受信し、前記接触位置が前記表示画面上の前記操作対象に対応する領域にある場合であって、前記検出信号に基づき前記タッチセンサの操作面を押す押圧力が予め定めた値以上である場合は、超音波域でない帯域の周波数で前記振動子を振動させて前記接触位置が前記操作対象に対する領域にあることを呈示し、前記タッチセンサの操作面を押す押圧力が予め定めた値より小さい場合、超音波域の周波数の波形を超音波域でない帯域の周波数の変調波で振幅変調した波形で前記振動子を振動させて周期的に変化する摩擦抵抗を感じさせる操作感を与える振動制御信号を出力するコントローラとを有する入力装置。
前記コントローラは、前記検出信号に基づき前記タッチセンサの操作面を押す押圧力が予め定めた値以上である場合は、数十から数百Ｈｚの周波数で前記振動子を振動させ、前記タッチセンサの操作面を押す押圧力が予め定めた値より小さい場合、数十ｋＨｚの周波数の波形を周波数が数十から数百Ｈｚの変調波で振幅変調した波形で、前記振幅変調した波形の腹と節が周期的に変化して前記振動子を振動させる振動制御信号を出力する請求項１に記載の入力装置。