CN100385377C - 输入设备、信息处理设备、遥控设备以及输入设备的控制方法 - Google Patents

Abstract

输入设备100具有：传感器部分101，用于利用当进行按压操作或触摸操作时变化的检测到的数据值，对是否正在面板的前表面上进行按压操作或触摸操作进行检测；位置确定处理部分102，用于生成与检测到的数据值对应的控制信号；以及控制部分103，用于生成提供给驱动部分104的驱动电压的信号波形，以利用控制信号使面板变形。当操作者进行输入操作时，在进行按压操作或触摸操作之后直到按压操作或触摸操作被确认为止，使面板对应于振幅小的信号波形而变形。在按压操作或触摸操作被确认之后，使面板通过振幅大的信号波形而变形。在进行按压操作或触摸操作之后，操作者能够通过微弱振动感觉到行程感。此后，通过强烈的振动，操作者能够感觉到点击感。

Description

输入设备、信息处理设备、遥控设备以及输入设备的控制方法

技术领域

本发明涉及输入设备、信息处理设备、遥控设备以及输入设备的控制方法，具体地说，涉及对是否正在面板的前表面上进行按压操作或触摸操作进行检测并且输入与按压操作或触摸操作对应的数据的输入设备、使用该输入设备的信息处理设备、使用该输入设备的遥控设备以及该输入设备的控制方法。

背景技术

使用触摸面板的输入设备已经被广泛用于：银行中的自动柜员机；火车票或通勤票(commuting passes)等的自动售票机(automatedtichet vender)；在便利店中使用的、用于售票和其它服务的、所谓的便利店终端；以及诸如PDA(个人数字助理)的信息处理设备等。通过使显示在诸如LCD(液晶显示器)的显示装置上的按钮和图标与坐标系相关，并且检测手指或诸如笔的指示装置(pointing device)在面板上接触的位置，触摸面板型输入设备实现了对于这些设备的用户的GUI(Graphic Operator Interface，图形操作者界面)。

利用许多这样的触摸面板型输入设备与使用真实开关按钮的普通输入设备不同，操作者不能实际感觉到点击感(click sense)。因此，新近的触摸面板型输入设备发出诸如嘟嘟声的操作声，并且/或者改变与操作者的输入操作对应的显示按钮的形状，以便通过听觉或视觉通知他或她已经进行了输入操作。

但是，当操作者使用这种输入设备时，该输入设备对输入操作的响应可能很慢，或者，可能没有操作。如果操作者弄错了输入操作，则他或她会对输入设备的可操作性感到担忧。因此，不能说传统的触摸面板型输入设备便于操作。

为了解决这个问题，已经提出了例如将压电装置布置在面板正上方的机构。在该机构中，当操作者进行输入操作时，压电装置使面板进行与输入操作对应的变形，以向他或她反馈力的感觉。这样，当操作者操作输入设备时，他或她可以像按下开关按钮那样感觉到点击感。

在传统设备中，使用电阻膜(resistive film)型触摸面板。在电阻膜型触摸面板中，以预定间隔层叠多个柔性电极片，使得它们的电极面彼此相对。在这种设备中，线轴线圈(bobbin coil)被装配到固定触摸面板的外壳上。例如，在未审日本专利申请公报No.2002-259059的段落[0037]到[0040]、图3、图6以及图7中公开了该设备。在该输入设备中，当操作者按压触摸面板时，电极片相互接触并产生电流。结果，线轴线圈进行操作并且将触摸面板反推向操作者。因此，操作者能够感觉到点击感。

在另一种提出的输入设备中，通过压电装置支撑触摸面板。利用在压电装置中出现的、与触摸面板上的按压压力对应的电压对操作力进行检测。(例如，在未审日本专利申请公报No.HEI 11-212725的段落[0132]到[0143]、图15和图16中公开了这种设备)。因此，当操作者按压触摸面板时，没有按压行程(press stroke)。但是，操作者能够感到点击感。

但是，在传统的触摸面板型输入设备中，当操作者操作面板时，他或她不能感觉到行程感。此外，由于触摸面板型输入设备在他或她操作面板之后以微小延迟发出点击声、将面板反推向操作者，或者使面板振动，所以这些输入设备不能消除操作者对触摸面板的担心。因此，触摸面板型输入设备还不能满足虚拟开关的要求。

由于操作者知道真实开关的触觉，因此当他或她按压这种触摸面板型输入设备的面板时，他或她无法感觉到这种行程感。如果在操作者按压了面板之后，他或她在触摸面板上感到了很强的感觉，则他或她可能觉得不舒服。

换句话说，触摸面板型输入设备不仅需要给操作者提供反馈，而且需要使操作者有虚拟的行程感，好象他或她按压了开关按钮。

不论操作者按压面板的力度如何，传统的触摸面板型输入设备都使面板变形，并且向操作者反馈力的感觉。在输入设备中，面板被以取决于操作者的各种方式按压。具体地说，不习惯于该设备的操作者往往使劲按压面板。这是因为不管操作者按压面板的方式如何，来自面板的反馈是相同的。操作者不知道与他或她按压面板的压力对应的设备响应。结果，操作者将对触摸面板的可操作性的印象不佳。

当操作者按压面板时，如果他或她得到反馈，他或她会觉得操作可靠。但是，如果操作者使劲按压面板，他或她的手指会疲劳。当操作者习惯于输入操作时，他或她可以轻松地按压面板。但是，如果来自面板的反馈恒定，则操作者难以学会以最佳方式按压面板。具体地说，如果操作者不习惯于对面板的操作，他或她往往弄错操作。

根据上述观点提出了本发明。本发明的目的是提供一种当操作者对面板进行操作时使他或她能够虚拟地感觉到行程的输入设备及其控制方法。

此外，本发明的目的是提供一种使用这种输入设备的信息处理设备和遥控设备。

此外，本发明的目的是提供一种输入设备及其控制方法，其使面板能够对应于操作者对面板进行操作的方式而变形，以便向操作者反馈力的感觉。

此外，本发明要提供一种使用这种输入设备的信息处理设备和遥控设备。

发明内容

为了解决上述问题，提供了一种输入设备，用于进行作为在面板的前表面上的按压操作或触摸操作的输入操作。该输入设备包括：输入检测装置，用于对是否正在所述面板的前表面上进行按压操作或触摸操作进行检测；波形生成装置，用于当所述输入检测装置检测到正在进行按压操作或触摸操作时，在按压操作或触摸操作进行之后，生成信号波形，并且，在按压操作或触摸操作被确认之后，生成振幅比在按压操作或触摸操作进行之后生成的信号波形的振幅大的信号波形；以及面板变形装置，用于对应于由所述波形生成装置生成的信号波形而使所述面板变形。

在输入设备中，输入检测装置对是否正在所述面板的前表面上进行按压操作或触摸操作进行检测。当输入检测装置检测到正在进行按压操作或触摸操作时，波形生成装置在按压操作或触摸操作进行之后生成信号波形，并且，在按压操作或触摸操作被确认之后，生成振幅比在按压操作或触摸操作进行之后生成的信号波形的振幅大的信号波形。面板变形装置对应于由所述波形生成装置生成的信号波形而使所述面板变形。因此，当操作者用他或她的手指等按压或触摸输入设备的面板时，面板开始振动。当输入设备确认面板的前表面已经被按压或触摸时，面板大幅度振动。

此外，根据本发明，提供了一种输入设备控制方法，该输入设备用于进行作为在面板的前表面上的按压操作或触摸操作的输入操作。该方法包括如下步骤：当检测到正在进行按压操作或触摸操作时，在按压操作或触摸操作进行之后，生成信号波形；在按压操作或触摸操作被确认之后，生成振幅比在按压操作或触摸操作进行之后生成的信号波形的振幅大的信号波形；并且对应于生成的信号波形而使所述面板变形。

在所述输入设备控制方法中，当检测到正在进行按压操作或触摸操作时，在按压操作或触摸操作进行之后生成信号波形。在按压操作或触摸操作被确认之后，生成振幅比在按压操作或触摸操作进行之后生成的信号波形的振幅大的信号波形。对应于生成的信号波形而使面板变形。

此外，根据本发明，提供了一种输入设备，用于进行作为在面板的前表面上的按压操作或触摸操作的输入操作。该输入设备包括：输入检测装置，用于对是否正在所述面板的前表面上进行按压操作或触摸操作进行检测；时间段测量装置，用于当所述输入检测装置检测到正在所述面板的前表面上进行按压操作或触摸操作时，测量从按压操作或触摸操作进行之后直到按压操作或触摸操作被确认为止的时间段；波形生成装置，用于生成与由所述时间段测量装置测量到的时间段对应的信号波形；以及面板变形装置，用于对应于由所述波形生成装置生成的信号波形而使所述面板变形。

在输入设备中，输入检测装置对是否正在面板的前表面上进行按压操作或触摸操作进行检测。当输入检测装置检测到正在面板的前表面上进行按压操作或触摸操作时，时间段测量装置测量从按压操作或触摸操作进行之后直到按压操作或触摸操作被确认为止的时间段。波形生成装置生成与由时间段测量装置测量到的时间段对应的信号波形。面板变形装置对应于由波形生成装置生成的信号波形而使面板变形。

例如，当操作者使劲按压面板时，在比他或她轻轻按压面板的情况短的时间段内，输入设备确认面板已经被按压。因此，生成使面板大幅度变形的信号波形。对应于该信号波形，面板变形。相反，当操作者轻轻地按压面板时，由于输入设备要花长时间段来确认面板已经被按压，因此，生成使面板轻微变形的信号波形。对应于该信号波形，操作者能够知道他或她是否使劲按压了面板。

此外，根据本发明，提供了一种输入设备的控制方法，该输入设备用于进行作为在面板的前表面上的按压操作或触摸操作的输入操作。所述方法包括：当检测到在所述面板的前表面上正在进行按压操作或触摸操作时，测量从按压操作或触摸操作进行之后直到按压操作或触摸操作被确认为止的时间段；生成与测量到的时间段对应的信号波形；以及对应于由所述波形生成装置生成的信号波形而使所述面板变形。

在该控制方法中，当检测到在面板的前表面上正在进行按压操作或触摸操作时，测量从按压操作或触摸操作进行之后直到按压操作或触摸操作被确认为止的时间段。生成与测量到的时间段对应的信号波形。对应于由波形生成装置生成的信号波形而使面板变形。

在根据本发明的输入设备中，在操作者用例如他或她的手指按压或触摸面板之后直到按压或触摸操作被确认为止，对应于小振幅的信号波形而使面板变形。在按压操作或触摸操作已经被确认之后，对应于大振幅的信号波形而使面板变形。因此，当操作者按压或触摸面板时，他或她能够感觉到伴随面板微弱振动的行程感。在按压操作或触摸操作已经被确认之后，操作者能够感觉到伴随面板明显振动的点击感。当操作者进行输入操作时，由于他或她能够感觉到行程感，因此他或她能够可靠而准确地进行输入操作。

此外，根据本发明的输入设备对从面板被按压或触摸之后直到按压或触摸操作被确认为止的时间段进行测量。对应于该时间段，输入设备与测量到的时间段对应地产生信号波形。输入设备与信号波形对应地使面板变形。当面板被使劲操作并且到操作被确认为止经过了很短时间段时，输入设备使面板明显振动。相反，当面板被轻轻地操作并且到操作被确认为止经过了很长时间段时，输入设备可以使面板轻微振动。由于输入设备以取决于操作者如何操作面板的不同方式给他或她以反馈，因此他或她能够自然地学会最佳操作方法。因此，操作者不必用过大的力对输入设备进行操作。因此，可以减轻手指的疲劳以及在操作触摸面板型输入设备的过程中的应力。因此，提高了输入设备的可操作性。

附图说明

图1为示出了根据本发明实施例的输入设备的概要分解立体图。图2示出了在柔性板上的压电致动器的安装状态，图2A为示出了柔性板的概要平面图，图2B为沿着线X-X截取的截面图。图3为示出了根据第一实施例的输入设备的硬件的框图。图4为示出了根据第一实施例的控制部分的结构示例的示意图。图5示出了说明面板按压时间段与压电致动器的驱动电压之间的关系的曲线图。图6示出了说明面板按压时间段与压电致动器的驱动电压之间的另一关系的曲线图。图7为示出了根据第二实施例的输入设备的硬件的框图。图8为示出了根据第二实施例的控制部分的结构示例的示意图。图9示出了说明当按压操作在长时间段内被确认时面板按压时间段与压电致动器的驱动电压之间的关系的曲线图。图10示出了说明当按压操作在短时间段内被确认时面板按压时间段与压电致动器的驱动电压之间的关系的曲线图。图11为示出了对根据第二实施例的输入设备进行控制的流程图。

具体实施方式

以下将参照附图，说明根据本发明一实施例的具有电阻膜型触摸面板的输入设备示例，该电阻膜型触摸面板用作对诸如用于选择输入画面的转换装置(switcher device)的广播设备进行操作的控制面板。

图1为示出了根据本发明的本实施例的输入设备的概要分解立体图。

图1所示的输入设备100具有液晶显示部分1和位于液晶显示部分1的显示面上的触摸面板部分2。柔性板4固定于液晶显示部分1的显示面侧。压电致动器3安装在每个柔性板4上。

液晶显示部分1具有在其上显示图像的显示面板1a和夹持显示面板1a的框架1b。显示面板1a包含液晶基板和背光等(未示出)。框架1b由例如金属制成。将框架1b布置得使它不致阻挡显示面板1a的显示面的显示区域。

触摸面板部分2具有对操作者的输入操作进行检测的传感器。在本例中，触摸面板部分2是具有电阻膜型传感器的电阻膜型触摸面板。触摸面板部分2包括操作者按压的按压部分2a和对按压部分2a进行夹持的框架2b。按压部分2a由透明树脂片制成。按压部分2a使在液晶显示部分1的显示面板1a上显示的图像透过。框架2b由例如金属制成。将框架2b布置得使它不致阻挡显示面板1a的显示区域。

用作触摸面板部分2的电阻膜型触摸面板包括相对布置并且隔开预定距离的多个电极片。当操作者用他或她的手指或诸如笔的指示装置按压图1所示的按压部分2a时，电极片相互接触。此时，通过对每个电极片上的电阻变化进行检测，将所指的位置识别为坐标值。

压电致动器3是例如压电双晶片装置(piezoelectric bimorphdevice)。压电双晶片装置具有由多个压电片将电极板夹在中间的结构。当对压电双晶片装置的两个表面施加电压时，双压电晶片装置往往弯曲。在输入设备100中，压电致动器3的弯曲和变形与通过在柔性板4上形成的布线而施加的驱动电压对应。

柔性板4是一种在诸如聚酰亚胺的树脂膜上形成诸如铜箔的导电金属箔的布线的柔性布线板。柔性板4具有电极，通过这些电极将驱动电压提供给压电致动器3。此外，柔性板4具有一对通孔，利用这些通孔夹持压电致动器3。随后将对通孔进行描述。

在输入设备100中，液晶显示部分1的显示面和触摸面板部分2将柔性板4和压电致动器3夹在中间。触摸面板部分2的按压部分2a使由液晶显示部分1的显示面板1a显示的、诸如图标的操作功能项的图像透过。当操作者在按压部分2a上按压图像显示位置时，进行与显示图像对应的输入操作。

液晶显示部分1和触摸面板部分2被安装在输入设备100的外壳(未示出)上。这里，触摸面板部分2被布置在液晶显示部分1上，因而触摸面板部分2可以垂直于显示面而移动。因此，当压电致动器3弯曲并变形时，液晶显示部分1与触膜面板部分2之间的距离改变。例如在外壳中布置对针对触摸面板部分2的按压操作进行检测并且对压电致动器3进行与按压操作对应的驱动控制的电路。

图2示出了在柔性板上安装有压电致动器的状态。图2A为示出了柔性板的概要平面图，而图2B为沿着线X-X截取的截面图。

如图2所示，柔性板4具有安装部分41，安装部分41包括一对通孔41a和41b以及布线图案42a和42b，其中，利用通孔41a和41b安装压电致动器3，利用布线图案42a和42b对压电致动器3提供驱动电压。

在安装部分41中，形成靠近并且形状相同的通孔41a和41b。在通孔41a与41b之间形成中央间隔体部分41c。中央间隔体部分41c是构成柔性板4的桥形树脂膜。根据本实施例，在每个柔性板4上布置两个安装部分41。

形成布线图案42a和42b，使得这些布线连接到安装部分41的一端。在压电致动器3的一端上形成布线端子31a和31b。当布线端子31a和31b分别接触柔性板4上的布线图案42a和42b时，将驱动电压从驱动器电路(未示出)提供给压电致动器3。

将压电致动器3从安装部分41的前面插入通孔41a中。然后，经由中央间隔体部分41c将压电致动器3从安装部分41的后面插入通孔41b中。由此，将压电致动器3安装在柔性板4上，以使得压电致动器3的沿纵向的两端接触柔性板4的前表面。压电致动器3的刚性相对较高，而柔性板4容易变形。因此，如图2B所示，在只有中央间隔体部分41c向上变形的状态下，由安装部分41夹持压电致动器3。此时，在压电致动器3的一端形成的布线端子31a和31b分别接触在柔性板4上形成的布线图案42a和42b。因此，布线端子31a和31b分别被电连接到布线图案42a和42b。优选地，在布线端子31a和31b分别与布线图案42a和42b接触之后，利用例如焊料对接触点进行固定，以使得将压电致动器3本身固定在柔性板4上。

在按照上述方式安装了压电致动器3之后，利用液晶显示部分1的框架1b和触摸面板部分2的框架2b将柔性板4夹在中间。这样，例如，中央间隔体部分41c的上表面(图2所示)与触摸面板部分2的框架2b接触。例如，中央间隔体部分41c的下表面(图2所示)与压电致动器3相接触的区域43a和43b接触液晶显示部分1的框架1b。在该安装结构中，柔性板4的中央间隔体部分41c用作触摸面板部分2的框架2b与压电致动器3之间的间隔体。另一方面，柔性板4的区域43a和43b用作液晶显示部分1的框架1b与压电致动器3之间的间隔体。

在这种状态下，当对压电致动器3提供驱动电压时，该压电致动器3对于驱动电压而弯曲和变形。如上所述，压电致动器3具有两个布线端子31a和31b。当这些布线端子31a和31b之间的电压为0时，压电致动器3不弯曲。随着电压增大，压电致动器3大幅度弯曲。当电压的极性反转时，压电致动器3弯曲的方向反转。因此，当在输入设备100中对驱动电压的电压(振幅)、频率、波形(方波或正弦波)等进行控制时，可以在曲率、弯曲周期和弯曲方向方面改变压电致动器3弯曲的大小、周期以及方向等。

当压电致动器3弯曲时，由于其中央部分变形，因此中央间隔体部分41c朝向液晶显示部分1垂直移动。因此，当中央间隔体部分41c变形时，触摸面板部分2移动并且面板的前表面变形。结果，触摸面板部分2将力的感觉反馈给操作者。

可以将由诸如塞璐珞的刚性较高的材料制成的加强片粘附于中央间隔体部分41c的前表面或者中央间隔体部分41c的两端与压电致动器3相接触的区域的背面。

前述的压电致动器3的安装方法只是示例。只要将一间隔体布置为靠近压电致动器3的一个表面的中央部分，并且将多个间隔体布置在沿着另一表面的纵向的两端，就可以按照与前述方法不同的方法安装压电致动器3。

下面将说明根据本发明第一实施例的输入设备100的硬件结构。根据第一实施例，输入设备100由输入设备100a表示。

图3示出了根据第一实施例的输入设备的硬件框图。

根据第一实施例的输入设备100a具有传感器部分101、位置确定处理部分102、控制部分103和驱动部分104。

传感器部分101位于触摸面板部分2中。传感器部分101具有对操作者是否正在输入设备100a上进行触摸操作进行检测的传感器。根据电阻膜系统，传感器部分101对触摸面板部分2的面板(触摸部分2a)的前表面是否正在被按压进行检测。

当操作者正在用他或她的手指等按压用作本实施例中的触摸面板部分2的模拟电阻膜型触摸面板的面板的前表面时，被相对布置并且隔开预定距离的电极片接触并导电。在电极片上的接触位置处(作为XY坐标值)的电阻值变化。因此，在接触位置(作为XY坐标值)处的电压值变化。在用手指等按压电阻膜型触摸面板的前表面之前，在接触位置(作为XY坐标值)处的电压值为0V或接近0V。随着面板的前表面被连续按压，电阻值逐渐增大。当该前表面被按压了预定时间时，电压值变得饱和并且恒定。

当电压值变得稳定时，输入设备100a确认操作者已经按压了面板。在操作者已经按压了面板、电压值已经变得稳定在预定变化范围内并且已经经过了预定时间段之后，输入设备确认操作者已经按压了面板。可以对于输入设备100a预先设定从电压变得稳定之后直到按压操作被确认为止的时间段。

传感器部分101利用在一位置(XY坐标值)处的电压值(模拟信号)，对面板的前表面是否正在被按压进行检测。对该电压值进行A/D转换并且将其检测为数据值(数字信号)。

位置确定处理部分102定期读取由传感器部分101检测到的、在该位置(XY坐标值)处的数据值，对检测到的数据值的变化进行监测，并且确定面板的前表面的按压起始时间和按压确认时间。换句话说，位置确定处理部分102将检测到的数据值开始变化的时间确定为按压起始时间。另一方面，位置确定处理部分102将检测到的数据值已经变得稳定并且已经经过了预定时间段的时间确定为按压确认时间。

在检测到的数据值已经变得稳定并且经过了预定时间段之后，输入设备100a确认面板的前表面已经被按压。此时，位置确定处理部分102利用检测到的数据值对在电极片上的按压位置处的X-Y坐标值进行识别，并且将所识别出的坐标值存储为位置信息。可以用CPU代替硬件模块来实现位置确定处理部分102的处理。

此外，与输入状态对应，位置确定处理部分102生成在面板的前表面被按压之后直到按压操作被确认为止所输出的控制信号，以及，在按压操作被确认之后输出的控制信号。位置确定处理部分102对控制部分103进行与控制信号对应的控制。由位置确定处理部分102生成的控制信号是包含电压(振幅)、频率和波形(方波或正弦波)的数字信号。

控制部分103是波形生成装置。控制部分103对电压、频率和波形进行与从位置确定处理部分102提供的控制信号对应的控制，以便生成驱动电压的信号波形，控制部分103利用该信号波形对驱动部分104进行驱动并且将该信号波形输出为输出信号。

图4为示出了根据第一实施例的控制部分的结构示例的示意图。

如图4所示，控制部分103例如具有D/A转换部分103a、波形控制部分103b和驱动器电路103c。

D/A转换部分103a将包含在从位置确定处理部分102输出的控制信号中的电压转换为模拟值，并且将经过转换的控制电压输出到驱动器电路103c。

波形控制部分103b利用包含在从位置确定处理部分102输出的控制信号中的频率和波形，生成具有预定频率的方波或正弦波，并且将所生成的控制波形输出到驱动器电路103c。

与从D/A转换部分103a输出的控制电压和从波形控制部分103b输出的控制波形对应，驱动器电路103c将驱动电压的信号波形输出到驱动部分104。

由于控制部分103产生对驱动部分104进行控制的输出信号，因此，只要控制部分103能够生成与驱动部分104对应的信号波形，那么控制部分103的结构不限于前述示例。

驱动部分104是前述压电致动器3。压电致动器3的弯曲和变形与从控制部分103输出的驱动电压的信号波形对应。将诸如交流方波电压或交流正弦波电压的交流电压提供给驱动部分104。当对压电致动器3提供这种交流驱动电压时，压电致动器3能够轻微振动。因此，能够使触摸面板部分2轻微振动。

下面，将对利用前述的输入设备100a而使操作者感到虚拟行程的方法进行描述。

图5示出了用于说明面板按压时间段与压电致动器的驱动电压之间的关系的曲线图。图5的上部曲线图示出了触摸面板部分2的面板按压时间段与检测到的数据值之间的关系。图5的下部曲线图示出了提供给压电致动器3的驱动电压的信号波形。另外，图5的上部曲线图示出了检测到的数据值沿X方向的变化。

如图5的上部曲线图所示，在触摸面板部分2的面板的前表面被按压之前，在输入操作中检测到的数据值为0或接近于0。当触摸面板部分2的面板的前表面被连续按压时，检测到的数据值逐渐增大。当面板的前表面被持续按压时，检测到的数据值变得稳定。与图5的上部曲线图中所示的检测到的数据值的变化对应，输入设备100a将具有图5的下部曲线图所示的信号波形的驱动电压提供给压电致动器3。因此，输入设备100a使操作者可以感觉到虚拟行程。

换句话说，从按压操作开始之后直到按压操作被确认为止，输入设备100a对压电致动器3提供振幅小、频率高的交流方波电压，使压电致动器3轻微振动并使触摸面板部分2微弱振动。在按压操作被确认之后，输入设备100a对压电致动器3提供振幅大、频率低的交流方波电压，使压电致动器3和触摸面板部分2明显振动。从按压操作开始之后直到按压操作被确认为止的时间段为大约几十ms到100ms。由于从按压操作开始之后直到按压操作被确认为止，触摸面板部分2微弱振动并且将力的感觉反馈给操作者，因此他或她能够感觉到好像他或她按压了开关按钮那样的行程感。此外，由于在按压操作被确认之后，操作者感到强烈振动，因此，他或她能够感觉到好像他或她按压了开关按钮那样的点击感。

当输入设备100a根据操作者使用的对于输入设备100a的应用，使他或她感觉到较长的行程感时，他或她可能感觉舒适。

图6示出了用于说明面板按压时间段与压电致动器的驱动电压的关系的另一个曲线图。图6的上部曲线图示出了面板按压时间与检测到的数据值之间的关系。图6的下部曲线图示出了提供给压电致动器3的驱动电压的信号波形。另外，图6的上部曲线图示出了检测到的数据值沿X方向的变化。

如图6的上部曲线图所示，与图5的上部曲线图相同，在触摸面板部分2的面板的前表面被按压之前，在输入操作中检测到的数据值为0或接近于0。当触摸面板部分2的面板的前表面被连续按压时，检测到的数据值逐渐增大。当面板的前表面被持续按压时，检测到的数据值变得稳定。

为了使操作者感觉到较长的行程感，如图6所示，对输入设备100a进行设置，使得按压操作被确认得更迟一些。从按压操作开始之后直到按压操作被更迟一些确认为止，输入设备100a对压电致动器3提供振幅小、频率高的交流方波电压。此后，输入设备100a对压电致动器3提供振幅大、频率低的交流方波电压。因此，从按压操作开始之后直到按压操作被更迟一些确认为止，压电致动器3和触摸面板部分2微弱振动。此后，压电致动器3和触摸面板部分2强烈振动。因此，操作者能够感觉到长的行程感。

在图5和图6所示的示例中，对压电致动器3提供交流方波电压。当然，也可以对压电致动器3提供交流正弦波电压。但是，与正弦波相比，操作者更容易将方波识别为振动。此外，方波的电压可以比正弦波的电压低。

在输入设备100a中，使操作者感觉到行程感的驱动电压的电压、频率、波形以及提供时间段取决于利用从触摸面板部分2检测到的电压值而确定的按压确认时间、对于输入设备100a的应用的类型等。因此，可以自由地对它们进行预先设置。

当从按压操作开始之后直到按压操作被确认为止，输入设备100a使压电致动器3和触摸面板部分2微弱振动时，可以改变压电致动器3和触摸面板部分2的频率。例如，当按压操作开始时，输入设备100a可以将压电致动器3和触摸面板部分2的频率从50Hz变为100Hz，并且可以将电压从输入设备100a使操作者感觉到点击感的峰值电压的1/2变到1/8，以使得压电致动器3和触摸面板部分2随方波振动。因此，操作者能够感觉到好像他或她感觉到真实行程那样的行程感。但是，如果频率和电压过高，则操作者可能听到微弱的、可听见的、使操作者感觉到行程感的振动。根据输入设备100a的安装条件，这种过高的频率和电压使操作者感到噪音。因此，应该认真考虑这一点。

此外，由于普通输入设备的液晶显示部分和触摸面板部分被隔开，因此操作者可能由于视差而按压到触摸面板上的非显示按钮的位置。在这种情况下，设备不接受输入。在这种情况下，当操作者按压面板时，输入设备100a对压电致动器3提供预定的驱动电压以使得压电致动器3微弱振动，使得操作者感觉到点击感。此后，输入设备100a可能停止对压电致动器3提供驱动电压，因而压电致动器3停止振动，使操作者感觉不到点击感。因此，操作者能够识别出他或她正在按压面板。此外，由于操作者感觉不到点击感，因此他或她能够识别出他或她正在按压面板上的不正确位置。

在这种情况下，压电致动器3会以与它使操作者感觉到行程感和点击感的振动方式不同的方式进行振动。或者，输入设备100a可以产生告警音。

在前面的描述中，具有电阻膜型传感器部分101的电阻膜型触摸面板用作输入设备100a的触摸面板部分2。触摸面板部分2可以使用各种类型的触摸面板，如电容型、光学型、超声波型或电磁感应型等，以使操作者感觉到行程感和点击感。换句话说，只要传感器检测到在从输入操作开始之后直到输入操作被确认为止所检测到的信号(检测到的数据值)中的任何变化，就可以使操作者感觉到行程感。

当触摸面板部分2是电容型的触摸面板时，操作者用他或她的手指触摸的触摸部分由透明导电面板形成。使施加电压并检测电流的电路位于框架里面(在触摸部分的外边缘之下)。对导电面板施加恒定电压。当操作者用他或她的手指触摸输入设备的触摸面板时，面板的电容改变。改变的电容被检测为电流值。

当触摸面板部分2是光学型的触摸面板时，触摸部分是由玻璃或丙烯酸树脂等制成的透明面板构成的。将诸如LED(液晶显示器)的发光装置和光接收装置布置在框架里面(在触摸部分的外边缘之下)。利用矩阵形状的红外线对触摸部分的前表面进行辐射。由相对的光接收装置接收红外线。当操作者用他或她的手指触摸输入设备的面板的前表面时，红外线被阻挡。被阻挡的红外线的变化被检测为电信号。

当触摸面板部分2是超声波型的触摸面板时，触摸部分由透明面板构成。将发射器和接收器布置在框架里面(在触摸部分的外边缘之下)，使得它们沿着X和Y方向相对。振荡器在触摸部分的前表面上产生表面声波。当操作者用他或她的手指触摸输入设备的面板的前表面时，触摸部分的振动被手指吸收。由此，检测到表面声波的延迟。

当触摸面板部分2是电磁感应型的触摸面板时，利用包含在由透明面板构成的触摸部分上产生磁场的电路在内的笔型指示装置等进行输入操作。在面板的背侧(在操作表面的背侧)上布置许多对磁场进行检测的传感器线圈，作为传感器部分。当操作者利用指示装置接触触摸面板的前表面时，传感器部分对磁场的变化进行检测。

当使用这些类型当中的一种类型时，安装了压电致动器的柔性板被布置在作为触摸部分的面板的框架与液晶显示部分的框架之间。在任何类型中，从检测到的数据值变化之后直到它变得稳定为止的时间段，即，从输入操作开始直到输入操作被确认为止的时间段在大约几十ms到100ms的范围内，与电阻膜型相似。对当操作者触摸面板的前表面时变化的信号进行检测。与该信号对应，生成提供给压电致动器的驱动电压的信号波形。与该信号波形对应，对压电致动器进行驱动，以使面板振动。因此，操作者可以感觉到行程感和点击感。

如上所述，在根据本发明第一实施例的触摸面板型输入设备中，在操作者按压或触摸面板的前表面的输入操作之后直到输入操作被确认为止，使面板微弱振动，以使得操作者能够感觉到行程感。因此，操作者能够可靠地进行输入操作。因此，操作者能够知道他或她什么时候开始为了输入操作而按压面板。因此，操作者能够用他或她的手指等继续剩余的输入操作。此外，利用面板上反馈的微弱振动，操作者能够无意识地知道他或她的操作是正确的。因此，操作者可以用他或她的手指等轻轻地按压面板。

当操作者按压传统输入设备的面板上的非显示按钮区域时，传统输入设备对这样的操作没有反应。因此，操作者不能确定他或她是将显示按钮按轻了，还是不正确地按压了显示按钮。但是，在根据本发明的输入设备中，当操作者按压面板时，由于面板振动，因此他或她感觉到行程感。因此，至少，操作者能够识别出他或她正在按压面板。当操作者按压面板上的非显示按钮时，由于输入设备停止使面板振动，因此操作者不能感觉到点击感。因此，操作者能够识别出他或她正在按压面板上的不正确位置。或者，输入设备可以使面板振动以将错误通知操作者或者可能产生告警。因此，能够减轻操作者的、对输入设备的不正确操作的应力。

由于操作者对整个系统的印象取决于输入设备的可操作性，因此，触摸面板型输入设备是重要的界面部分。根据本发明的输入设备使不习惯于输入操作的操作者觉得可靠和自信。

下面将说明根据本发明第二实施例的前述输入设备100的硬件结构。根据第二实施例的输入设备100由输入设备100b表示。

图7为示出了根据第二实施例的输入设备的硬件的框图。

输入设备100b具有传感器部分111、位置确定处理部分112、控制部分113和驱动部分114。

传感器部分111位于触摸面板部分2中。传感器部分111具有检测操作者是否正在对输入设备100b进行按压操作的传感器。在本例中，传感器部分111对电阻膜型触摸面板部分2的面板(按压部分2a)的前表面是否正在被按压进行检测。

当操作者用他或她的手指等按压用作本实施例中的触摸面板部分2的模拟电阻膜型触摸面板的面板的前表面时，被相对布置并且隔开预定距离的电极片相接触并且导电。在电极片上的接触位置(作为XY坐标值)处的电阻值变化。因此，在接触位置(作为XY坐标值)处的电压值变化。在用手指等按压电阻膜型触摸面板的前表面之前，在接触位置(作为XY坐标值)处的电压值为0V或接近0V。随着面板的前表面被连续按压，电阻值逐渐增大。当该前表面被按压了预定时间时，电压值变得饱和并且恒定。

当电压值变得稳定时，输入设备100b确认操作者按压了面板。在他或她按压了面板、电压值已经变得稳定在预定变化范围内并且已经经过了预定时间之后，输入设备确认操作者已经按压了面板。可以对于输入设备100b预先设定从电压变得稳定之后直到按压操作被确认为止的时间段。

传感器部分111利用在一位置(XY坐标值)处的电压值(模拟信号)，对面板的前表面是否正在被按压进行检测。对这个电压值进行A/D转换并且将其检测为数据值(数字信号)。

位置确定处理部分112定期读取由传感器部分111检测到的数据值(XY坐标值)，对变化进行监测，并且确定按压起始时间和按压确认时间。换句话说，位置确定处理部分112将检测到的数据值正在变化的时间确定为起压开始时间，并且，将检测到的数据值已经变得稳定并且已经经过了预定时间段的时间确定为按压确认时间。这样，位置确定处理部分112利用例如位于输入设备100b中的计时器对从按压起始时间到按压确认时间为止的时间段进行测量。

此外，位置确定处理部分112利用检测到的数据值，对在电极片上的按压位置处的X-Y坐标值进行识别，并且，在检测到的数据值已经变得稳定、已经经过了预定时间段并且已经确认了按压操作之后，将所识别出的坐标值存储为位置信息。

位置确定处理部分112生成与从按压起始时间到按压确认时间的时间段对应的控制信号，并且，对应于该控制信号，对控制部分113进行控制。或者，位置确定处理部分112可以将测量到的时间段与预定时间段进行比较，确定测量到的时间段是否比预定的时间段长，并且生成与确定结果对应的控制信号。

由位置确定处理部分112生成的控制信号是包含电压(振幅)条件的数字信号，位置确定处理部分112利用该数字信号识别对驱动部分114进行驱动的驱动电压的信号波形。在这种情况下，将具有振幅对应于从按压起始时间到按压确认时间的测量时间段而变化的信号波形的驱动电压提供给驱动部分114。当具有频率或波形(方波或正弦波)而不是振幅对应于测量到的时间段而变化的信号波形的驱动电压被提供给驱动部分114时，这些条件可能包括在控制信号中。

控制部分113是波形发生装置。控制部分113对电压进行与从位置确定处理部分112提供的控制信号对应的控制，以便生成驱动电压的信号波形，控制部分113利用这个信号波形对驱动部分114进行驱动，并且将该信号波形输出为输出信号。

图8为示出了根据第二实施例的控制部分的结构示例的示意图。如图8所示，控制部分113例如具有D/A转换部分113a和驱动器电路113b。D/A转换部分113a将包含在从位置确定处理部分112输出的控制信号中的电压转换为模拟值，并且将经转换的控制电压输出到驱动器电路113b。与从D/A转换部分113a输出的控制电压对应，驱动器电路113b将驱动电压的信号波形作为输出信号，输出到驱动部分114。

由于控制部分113生成控制部分113用以对驱动部分114进行控制的输出信号，因此，只要控制部分113能够生成与驱动部分114对应的信号波形，则控制部分113的结构不限于这样的示例。

驱动部分114是前述压电致动器3。压电致动器3的弯曲和变形与从控制部分113输出的驱动电压的信号波形对应。将诸如交流方波电压或交流正弦波电压的交流电压提供给驱动部分114。因此，利用交流电压，驱动部分114能够使压电致动器3和触摸面板部分2轻稠振动。

下面将描述对应于测量到的直到按压操作被确认为止的时间段，对具有前述结构的输入设备100b进行控制的方法。

图9示出了用于说明当按压操作在长时间段内被确认时，面板按压时间段与压电致动器的驱动电压之间的关系的曲线图。图10示出了用于说明当按压操作在短时间段内被确认时，面板按压时间段与压电致动器的驱动电压之间的关系的曲线图。在图9和图10中，上部曲线图示出了触摸面板部分2的面板按压时间段与检测到的数据值之间的关系，而下部曲线图示出了提供给压电致动器3的驱动电压的信号波形。图9和图10的上部曲线图示出了检测到的数据值沿X方向的变化。

如图9和图10的上部曲线图所示，在触摸面板部分2的面板的前表面被按压之前，在输入操作中检测到的数据值为0或接近于0。当触摸面板部分2的面板的前表面被连续按压时，检测到的数据值逐渐增大。当面板的前表面被持续按压时，检测到的数据值变得稳定。对应于从按压起始时间到按压确认时间的时间段，输入设备100b将具有适当信号波形的驱动电压提供给压电致动器3。因此，输入设备100b使操作者感觉到与按压操作对应的点击感。

换句话说，当从按压操作开始之后直到按压操作被确认为止的时间段长时，即，如图9的下部曲线图所示，直到检测到的数据值变得稳定之前经过了长时间段时，在按压操作被确认之后，输入设备100b将具有预定频率的小振幅交流方波电压提供给压电致动器3，以使得压电致动器3和触摸面板部分2轻微振动。相反，当从按压操作开始之后直到按压操作被确认为止的时间段短时，即，如图10的下部曲线图所示，检测到的数据值在短时间段内变得稳定时，在按压操作被确认之后，输入设备100b将具有预定频率的大振幅交流方波电压提供给压电致动器3，以使得压电致动器3和触摸面板部分2大幅度振动。

图11为示出了控制根据第二实施例的输入设备的控制的流程图。

使触摸面板部分2对应于在按压操作开始之后直到按压操作被确认为止的时间段而振动的输入设备100b，对应于检测到的数据值的变化，对操作者是否正在按压面板的前表面进行确定(步骤S1)。

当在步骤S1中的确定结果表示面板的前表面正在被触摸时，输入设备100b开始测量作为按压起始时间的时间(步骤S2)。

此后，输入设备100b对检测到的数据值进行监测，并且，对应于检测到的数据值的稳定状态，确定是否确认按压操作(步骤S3)。

当在步骤S3的判断结果表示确认了按压操作时，输入设备100b停止对按压起始时间之后的时间段进行测量(步骤S4)。

输入设备100b决定与在步骤S4中获得的测量到的时间段对应的驱动电压(步骤S5)。输入设备100b用该驱动电压对压电致动器3进行驱动(步骤S6)。例如，输入设备100b决定与测量到的时间段成反比的信号波形的振幅。输入设备100b利用与测量到的时间段成反比的驱动电压驱动压电致动器3。

当输入设备100b决定驱动电压时，输入设备100b可以将测量到的时间段与对其预先设定的预定时间段进行比较，并且决定与比较结果对应的驱动电压。换句话说，当测量到的时间段比预定时间段长时，输入设备100b以预定的小驱动电压驱动压电致动器3。相反，当测量到的时间段比预定时间段短时，输入设备100b以预定的大驱动电压驱动压电致动器3。

当在步骤S1中的确定结果表示面板没有被触摸时，重复步骤1，直到判断结果表示面板正在被触摸为止。当在步骤S3中的确定结果表示按压操作没有被确认时，重复步骤S3，直到按压操作被确认为止。

在图9、图10和图11中，当直到按压操作被确认为止经过了长时间段时，这表示操作者轻微地进行了按压操作。相反，当直到按压操作被确认为止经过了短时间段时，这表示操作者用力进行了按压操作。按照这样的方式，与按压操作开始之后的电压值变化对应，输入设备100b对从按压操作开始之后直到按压操作被确认为止的时间段进行测量，并且使按压操作的力度与测量到的时间段相关。输入设备100b将具有与测量到的时间段对应的信号波形的驱动电压提供给压电致动器3，以使得操作者感觉到与触摸操作对应的点击感。

在图9和图10所示的示例中，将交流方波电压提供给压电致动器3。当然，也可以将交流正弦波电压提供给压电致动器3。

在前面的描述中，具有电阻膜型传感器部分111的电阻膜型触摸面板用作输入设备100b的触摸面板部分2。触摸面板部分2可以使用各种类型的触摸面板，如电容型、光学型、超声波型或电磁感应型等，以使操作者感觉到行程感和点击感。换句话说，只要传感器检测到在从输入操作开始之后直到输入操作被确认为止所检测到的信号(检测到的数据值)中的任何变化，即可使用任何类型的传感器。

当触摸面板部分2是电容型的触摸面板时，操作者用他或她的手指触摸的触摸部分由透明导电面板构成。使施加电压并检测电流的电路位于框架里面(在触摸部分的外边缘之下)。给导电面板施加恒定电压。当操作者用他或她的手指触摸输入设备的触摸面板时，面板的电容量改变。改变的电容量被检测为电流值。

当触摸面板部分2是光学型的触摸面板时，触摸部分是由玻璃或丙烯酸树脂等制成的透明面板构成的。将诸如LED(液晶显示器)的发光装置和光接收装置布置在框架里面(在触摸部分的外边缘之下)。用矩阵形状的红外线辐射触摸部分的前表面。由相对的光接收装置接收红外线。当操作者用他或她的手指等触摸输入设备的面板的前表面时，红外线被阻挡。被阻挡的红外线的变化被检测为电信号。

当触摸面板部分2是超声波型的触摸面板时，触摸部分由透明面板构成。将发射器和接收器布置在框架里面(在触摸部分的外边缘之下)，以使得它们沿着X和Y方向相对。振荡器在触摸部分的前表面上产生表面声波。当操作者用他或她的手指触摸输入设备的触摸面板的前表面时，触摸部分的振动被手指吸收。由此，检测到表面声波的延迟。

当触摸面板部分2是电磁感应型的触摸面板时，利用包含在由透明面板构成的触摸部分上产生磁场的电路在内的笔型指示装置等进行输入操作。在面板的背侧(在操作表面的背侧)，布置许多对磁场进行检测的传感器线圈，作为传感器部分。当操作者利用指示装置接触触摸面板的前表面时，传感器部分检测到磁场的变化。

当使用这些类型当中的一种类型时，安装了压电致动器的柔性板被布置在作为触摸部分的面板的框架与液晶显示部分的框架之间。在任何类型中，对操作者触摸面板的前表面时变化的信号进行检测。对应于测量到的、从按压操作开始之后直到按压操作被确认为止的时间段，生成提供给压电致动器的驱动电压的信号波形。在按压操作被确认之后，对应于信号波形，对压电致动器进行驱动，从而使面板振动。

如上所述，在根据本发明第二实施例的触摸面板型输入设备中，对应于从通过按压或触摸面板的前表面以开始输入操作之后直到按压操作被确认为止的时间段，使面板振动。换句话说，当直到输入操作被确认为止的时间段长时，假设在面板的前表面上的按压操作很轻，则使面板轻微振动。相反，当直到输入操作被确认为止的时间段短时，假设在面板的前表面上的按压操作很重，则使面板大幅度振动，使操作者无意识地知道他或她可以更轻地操作面板。

因此，操作者可以自然地学会对输入设备的最佳操作。因此，操作者不必用过大的力操作该设备。因此，可以减轻手指的疲劳以及输入操作方面的应力。因此，可以实现对于操作者更友好的用户界面。由于操作者对整个系统的印象取决于输入设备的可操作性，因此，触摸面板型输入设备是重要的界面部分。根据本发明，提高了触摸面板型输入设备的可操作性。此外，不习惯于输入操作的人员能够可靠地操作它。

根据第一和第二实施例，通过压电致动器，使操作者用他或她的手指等按压或触摸的面板进行振动，从而实现行程感和点击感。或者，可以将任何装置用于输入设备，只要该装置能够使面板振动。

根据第一和第二实施例，当面板被按压或触摸时，对面板进行控制，以便使操作者感觉到行程感和点击感。相反，当操作者将他或她的手指等从面板释放时，可以对面板进行控制，以便使他或她感觉到点击感和行程感。

此外，前述输入设备可以被适当地用于诸如个人计算机(PC)的信息处理设备，以及诸如便携式电话或PDA的便携式信息处理设备。此外，前述输入设备可以被用于任何装置，如：广播装置，如转换装置；现金自动售货机(cash dispenser，CD)以及银行的自动柜员机(ATM)；以及游戏装置。此外，前述输入设备可以用于对这些装置中的一种进行遥控的遥控装置。

工业适用性

根据本发明的输入设备可以被应用于作为笔记本型PC的输入操作部分的指示装置的输入板、用于绘图软件的图形输入板(tablet)装置以及没有图像显示部分的输入设备等。

Claims (7)

1.一种输入设备，用于进行作为在面板的前表面上的按压操作或触摸操作的输入操作，该输入设备包括：

输入检测装置，用于对是否正在所述面板的前表面上进行按压操作或触摸操作进行检测；

时间段测量装置，用于当所述输入检测装置检测到正在所述面板的前表面上进行按压操作或触摸操作时，测量从按压操作或触摸操作进行之后直到按压操作或触摸操作被确认为止的时间段；

波形生成装置，用于生成与由所述时间段测量装置测量到的时间段对应的信号波形；以及

面板变形装置，用于对应于由所述波形生成装置生成的信号波形而使所述面板变形。

2.如权利要求1所述的输入设备，

其中，所述波形生成装置生成振幅与由所述时间段测量装置测量到的时间段成反比的信号波形。

3.如权利要求1所述的输入设备，

其中，当由所述时间段测量装置测量到的时间段比预定时间段短时，所述波形生成装置生成振幅比在由所述时间段测量装置测量到的时间段比预定时间段长时生成的信号波形的振幅大的信号波形。

4.如权利要求1所述的输入设备，

其中，所述输入检测装置对当正在所述面板的前表面上进行按压操作或触摸操作时变化的信号进行检测，以确定是否正在所述面板的前表面上进行按压操作或触摸操作，并且

其中，当在进行按压操作或触摸操作之后变化的信号变得稳定时，所述时间段测量装置确认按压操作或触摸操作，并且测量从按压操作或触摸操作进行之后直到按压操作或触摸操作被确认为止的时间段。

5.一种信息处理设备，具有用于进行作为在面板的前表面上的按压操作或触摸操作的输入操作的输入设备，该输入设备包括：

输入检测装置，用于对是否正在所述面板的前表面上进行按压操作或触摸操作进行检测；

时间段测量装置，用于当所述输入检测装置检测到正在所述面板的前表面上进行按压操作或触摸操作时，测量从按压操作或触摸操作进行之后直到按压操作或触摸操作被确认为止的时间段；

波形生成装置，用于生成与由所述时间段测量装置测量到的时间段对应的信号波形；以及

面板变形装置，用于对应于由所述波形生成装置生成的信号波形而使所述面板变形。

6.一种遥控设备，具有用于进行作为在面板的前表面上的按压操作或触摸操作的输入操作的输入设备，该输入设备包括：

输入检测装置，用于对是否正在所述面板的前表面上进行按压操作或触摸操作进行检测；

时间段测量装置，用于当所述输入检测装置检测到正在所述面板的前表面上进行按压操作或触摸操作时，测量从按压操作或触摸操作进行之后直到按压操作或触摸操作被确认为止的时间段；

波形生成装置，用于生成与由所述时间段测量装置测量到的时间段对应的信号波形；以及

面板变形装置，用于对应于由所述波形生成装置生成的信号波形而使所述面板变形。

7.一种输入设备的控制方法，该输入设备用于进行作为在面板的前表面上的按压操作或触摸操作的输入操作，所述方法包括如下步骤：

当检测到在所述面板的前表面上正在进行按压操作或触摸操作时，测量从按压操作或触摸操作进行之后直到按压操作或触摸操作被确认为止的时间段；

生成与测量到的时间段对应的信号波形；以及

对应于由所述波形生成装置生成的信号波形而使所述面板变形。

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