CN102246127B - 输入设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种输入设备，具有足够简单从而紧凑的配置，并能够在操作者操作按压类型输入单元时向操作者呈现与操作按钮开关的感觉相同的真实按压感觉。所述输入设备包括：输入单元(12)，用于接受按压输入；负载检测单元(13)，用于检测对输入单元(12)的按压负载；振动单元(14)，用于振动输入单元(12)；以及控制单元(15)，用于在由负载检测单元(13)检测到的按压负载满足接受对输入单元(12)的输入的预定准则时，控制对振动单元(14)的驱动，以在按压输入单元(12)的按压物上产生浮力。

Description

输入设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2008年12月9日递交的日本专利申请No.2008-313620的优先权，其全部内容以参考的方式并入于此。
技术领域
本发明涉及具有接受按压输入的输入单元的输入设备。
背景技术
近来，作为接受用户的输入操作的输入单元，在信息设备、家用电器设备等中广泛地使用具有接受通过按压触摸面板、触摸开关等进行的输入的板形输入单元的输入设备。这种输入单元包括各种类型的输入单元，例如电阻膜类型和电容类型等等，但都接受手指或触笔按压输入单元的输入，并且，当以与按压按钮相同的方式来按压输入单元时，输入单元本身不改变。
由此，当接受按压输入时，操作者无法得到反馈。例如，当使用具有触摸面板的输入设备时，由于如多次按压相同位置之类的操作错误，使得易于发生输入错误，这可能使操作者有压力。
为了防止这种输入错误，已知一种方法，通过对输入操作进行反馈，例如通过响应于按压输入而产生声音、改变显示模式以改变在显示单元上显示的与按压区域相对应的输入对象(如输入按钮)的显示颜色、或者驱动振动器，以听觉、视觉或触觉的方式确认输入操作。
然而，这些反馈方法仅向操作者通知输入已经完成，但并未向操作者呈现“按压”按钮开关的感觉。由此，当触摸面板被配置为包括信息设备(例如，如蜂窝电话之类的移动终端、计算器和售票机)的输入键或者如微波炉和TV之类的家用电器设备的操作单元的输入键，并且将上述反馈技术应用于触摸面板时，操作者使用该触摸面板会感到不舒服。
此外，在引起听觉注意的反馈方法的情况下，在嘈杂的环境中难以确认。如果正在使用的设备处于静音状态(例如，处于方式模式等等)，则该方法不起作用。此外在引起视觉注意的反馈方法的情况下，当在显示单元上显示较小的输入对象时，特别是在手指输入的情况下，输入对象隐藏在手指后面，并且可能难以确认显示模式的改变。
备选地，作为另一种反馈方法，建议了以下方法：其中，当操作者按压在具有触摸面板的显示设备的显示面板上显示的触摸操作构件(输入对象)的显示区域时，触摸面板沿着与按压方向相反的方向移动，以及，当按压显示区域的力等于或大于预定值时，触摸面板沿着按压方向移动(例如，参见专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利未申公开No.2005-92472
发明内容
技术问题
根据专利文献1中公开的显示设备，当操作者利用等于或大于预定值的按压力来按压显示面板上显示的输入对象时，触摸面板沿着按压方向移动，从而操作者可以得到按压触摸面板的感觉。
然而，由于触摸面板被配置为与显示面板一起移动，因此该显示设备可能造成移动机制变得复杂并且整个设备尺寸增大的问题。此外，操作者仅可以得到按压触摸面板的感觉，但该反馈与按压按钮开关的感觉很不同。
相应地，鉴于这一点，做出了本发明，本发明的目的是提供一种输入设备，具有足够简单从而紧凑的配置，并能够在操作者操作按压类型输入单元时，向操作者呈现与操作按钮开关的感觉相同的真实按压感觉。
解决问题的手段
为了达到上述目的，根据本发明第一方面的输入设备包括：
输入单元，用于接受按压输入；
负载检测单元，用于检测对输入单元的按压负载；
振动单元，用于振动输入单元；以及
控制单元，用于在由负载检测单元检测到的按压负载满足接受对输入单元的输入的预定准则时，控制对振动单元的驱动，以在按压输入单元的按压物上产生浮力。
根据本发明的第二方面，在根据第一方面的输入设备中，当控制单元接受对输入单元的输入并且然后由负载检测单元检测到的按压负载满足预定准则时，控制单元控制对振动单元的驱动，以在按压物上产生浮力。
根据本发明的第三方面，根据第一或第二方面的输入设备还包括：
输入对象，形成在输入单元上；以及
位置检测单元，用于检测对输入单元的输入位置；
其中，当位置检测单元检测到在形成输入对象的位置处的输入位置时，控制单元控制对振动单元的驱动。
此外，为了达到上述目的，根据本发明第四方面的输入设备包括：
显示单元，用于显示输入对象；
输入单元，用于接受对显示单元的按压输入；
负载检测单元，用于检测对输入单元的按压负载；
振动单元，用于振动输入单元；以及
控制单元，用于在对输入单元的输入是对在显示单元上显示的输入对象的输入，并且由负载检测单元检测到的按压负载满足接受输入的预定准则时，控制对振动单元的驱动，以在按压输入单元的按压物上产生浮力。
根据本发明的第五方面，在根据第四方面的输入设备中，当控制单元接受对输入单元的输入并且然后由负载检测单元检测到的按压负载满足预定准则时，控制单元控制对振动单元的驱动，以在按压物上产生浮力。
此外，为了达到上述目的，根据本发明第六方面的输入设备包括：
输入单元，用于接受按压输入；
负载检测单元，用于检测对输入单元的按压负载；
振动单元，用于振动输入单元；以及
控制单元，用于在由负载检测单元检测到的按压负载满足接受对输入单元的输入的预定准则时，控制对振动单元的驱动，以在按压输入单元的按压物上生成压膜效应。
根据本发明的第七方面，在根据第六方面的输入设备中，当控制单元接受对输入单元的输入，并且然后由负载检测单元检测到的按压负载满足预定准则时，控制单元控制对振动单元的驱动，以在按压物上生成压膜效应。
根据本发明的第八方面，根据第六或第七方面的输入设备还包括：
输入对象，形成在输入单元上；以及
位置检测单元，用于检测对输入单元的输入位置；
其中，当位置检测单元检测到在形成输入对象的位置处的输入位置时，控制单元控制对振动单元的驱动。
此外，为了达到上述目的，根据本发明第九方面的输入设备包括：
显示单元，用于显示输入对象；
输入单元，用于接受对显示单元的按压输入；
负载检测单元，用于检测对输入单元的按压负载；
振动单元，用于振动输入单元；以及
控制单元，用于在对输入单元的输入是对在显示单元上显示的输入对象的输入，并且由负载检测单元检测到的按压负载满足接受输入的预定准则时，控制对振动单元的驱动，以在按压输入单元的按压物上生成压膜效应。
根据本发明的第十方面，在根据第九方面的输入设备中，当控制单元接受对输入单元的输入，并且然后由负载检测单元检测到的按压负载满足预定准则时，控制单元控制对振动单元的驱动，以在按压物上生成压膜效应。
此外，为了达到上述目的，根据本发明第十一方面的输入设备包括：
输入单元，用于接受按压输入；
负载检测单元，用于检测对输入单元的按压负载；
振动单元，用于振动输入单元；以及
控制单元，用于在由负载检测单元检测到的按压负载满足接受对输入单元的输入的预定准则时，控制对振动单元的驱动，以减小输入单元与按压输入单元的按压物之间的摩擦力。
根据本发明的第十二方面，在根据第十一方面的输入设备中，当控制单元接受对输入单元的输入，并且然后由负载检测单元检测到的按压负载满足预定准则时，控制单元控制对振动单元的驱动，以减小按压物与输入单元之间的摩擦力。
根据本发明的第十三方面，根据第十一或第十二方面的输入设备还包括：
输入对象，形成在输入单元上；以及
位置检测单元，用于检测对输入单元的输入位置；
其中，当位置检测单元检测到在形成输入对象的位置处的输入位置时，控制单元控制对振动单元的驱动。
此外，为了达到上述目的，根据本发明第十四方面的输入设备包括：
显示单元，用于显示输入对象；
输入单元，用于接受对显示单元的按压输入；
负载检测单元，用于检测对输入单元的按压负载；
振动单元，用于振动输入单元；以及
控制单元，用于在对输入单元的输入是对在显示单元上显示的输入对象的输入，并且由负载检测单元检测到的按压负载满足接受输入的预定准则时，控制对振动单元的驱动，以减小输入单元与按压输入单元的按压物之间的摩擦力。
根据本发明的第十五方面，在根据第十四方面的输入设备中，当控制单元接受对输入单元的输入，并且然后由负载检测单元检测到的按压负载满足预定准则时，控制单元控制对振动单元的驱动，以减小按压物与输入单元之间的摩擦力。
本发明的有益效果
根据本发明，当对输入单元的按压负载满足接受输入的预定准则时，振动输入单元以在按压物上产生浮力，在按压物上生成压膜效应，或者减小按压物与输入单元之间的摩擦力，使得输入设备具有允许小型化的简单配置，并可以向操作者呈现与操作按钮开关的感觉相同的按压感觉。
附图说明
图1示意了按钮开关的总体负载特性；
图2示意了如图1所示按压时的负载特性中负载和行程的时间变化；
图3示意了如图1所示释放时的负载特性中负载和行程的时间变化；
图4解释了在利用手指来按压板时按压方向的研究结果；
图5解释了产生压膜效应的原理；
图6是示意了根据本发明第一实施例的输入设备的示意配置的框图；
图7示意了实现图6所示的输入设备的示例结构；
图8是示出了图6所示的控制单元的操作的流程图；
图9是示出了根据本发明第二实施例的输入设备的操作的流程图；
图10是示意了根据本发明第三实施例的输入设备的示意配置的框图；
图11是图10所示的输入设备的正视图；
图12示意了本发明的发明人对可变振动幅度和评估分数进行的实验的结果；
图13示意了本发明的发明人对可变振动时间和评估分数进行的实验的结果；以及
图14示意了本发明的发明人对可变振动开始负载和评估分数进行的实验的结果。
具体实施方式
首先，在描述本发明的所述实施例之前，描述使用根据本发明的输入设备呈现按压感觉的方法的原理。
作为在信息设备和家用电器设备中使用的按钮开关，普遍已知例如金属圆顶开关、浮凸开关、橡皮开关、触觉开关等。总体上，这些一般按钮开关具有如图1所示的负载特性，根据开关类型，在按钮的行程和所应用的负载(按压力)方面有一些区别。
参照图1，按压按钮时的负载特性线中从点A至点B的时段指示：从按压按钮时开始，负载几乎与按压成比例地增大。从点B至点C的时段指示：在按钮被按压时，随着如金属圆顶之类的凸形弹性构件弯曲，负载迅速减小。从点C至点D的时段指示：在开关接触点闭合时，负载几乎与按压成比例地增大。图2示意了按压时的负载特性中负载和行程的时间变化。
此外，释放按钮时的负载特性具有一些滞后，但示出了与按压按钮时相反的改变。即，从点D至点E的时段指示：从释放按钮时开始，并且开关接触点被保持为闭合时，负载几乎与释放成比例地减小。从点E至点F的时段指示：在按钮被释放，并且从该时段开始开关接触点打开时，随着弹性构件从弯曲状态返回为凸形，负载迅速增大。从点F至点G的时段与从弹性构件返回到其原始状态时至手指从按钮释放时的时段相对应，并指示负载几乎与释放成比例地减小。因此，如图3所示，释放时负载和行程的时间变化示出了与图2所示相反的图案。
应当注意，参照图1所示的负载特性，按钮的最大行程非常小，例如对于金属圆顶开关、浮凸开关和触觉开关来说等于或小于1mm，而对于橡皮开关来说等于或小于3mm。此外，对于金属圆顶开关、浮凸开关和触觉开关，点B处的负载在1N至4N左右，而对于橡皮开关，点B处的负载在0.5N左右。
本发明的发明人对各种类型的按钮开关进行了实验，并发现是图1的从点B至点C的转变现象(即在按压按钮的过程中负载迅速减小的现象)使得操作者识别出按压感觉。因此，给予按压板形输入单元的手指指尖的这种现象可以向操作者呈现按压感觉。
想到这一点，本发明的发明人研究了操作者利用他或她的手指按压板的方向。由此，如图4所示，本发明的发明人发现：即使操作者预期沿着与板1的按压方向(法线方向)平行的方向，利用按压板1的手指2来按压板1，在精确的意义上，由于手指2的关节的效果等，操作者是沿着相对于法线方向偏移θ的方向按压板1，因此，在与法线方向垂直的切线方向上发现按压力成分。
本发明的发明人还发现：人的手指指尖可以清楚地感觉到负载的改变，但无法清楚地检测到小至上述3mm的行程差异；以及，沿输入单元的切线方向少量滑动的人手指指尖无法区分该现象是由滑动引起的还是由行程的改变引起的。
本发明的发明人注意到上述问题，进行了积极的研究，并发现：当利用手指来按压板时，即使该板在法线方向上实际上几乎没有位移，也可以通过在按压过程中在按压该板的手指上生成压膜效应，从而产生浮力，并使沿与法线方向垂直的切线方向(平面方向)上的按压力成分迅速减小，来表示按钮开关的凸形弹性构件弯曲变形时的感觉。
换言之，当对板施加的负载达到预定值时，振动该板以在手指上生成压膜效应，这会在手指上产生浮力并减小该板与手指之间的摩擦阻力(摩擦力)，以允许手指指尖略微滑动，从而可以向操作者提供负载迅速减小的错觉。通过这样做，可以以与图1中相同的方式表示按压时的负载特性，从而可以向操作者呈现与操作按钮开关的感觉相同的感觉。
这里，压膜效应是指以下(产生压膜的)现象：当相对于距离来说具有足够大面积的两个平坦表面彼此迅速靠近时，这两个平坦表面之间的流体层的压力增大，并出现斥力。该效应减小了平坦表面之间的摩擦力。解释该压膜效应的理论的典型示例包括声学领域的Langevin的辐射压力理论和润滑领域的压膜压力理论。这些理论使用超声波范围频率来对振动表面进行振动，并计算通过流体层(例如振动表面上的空气)出现的浮力。
根据Langevin的辐射压力理论，如图5所示，通过以下公式(1)来表示作用在圆形体6上的浮力(挤压力)FL，圆形体6具有直径a，处于以振动幅度ξ进行超声波振动的体5的振动表面之上。应当注意，在公式(1)中，ρ0表示参考状态中的空气密度，c0表示参考状态中的声速，h表示浮动距离。
[公式1]
F L = π a 2 ρ 0 c 0 2 4 ( ξ h ) 2 . . . ( 1 )
从上述公式(1)中显而易见，挤压力或浮动力随着振动幅度的增大而增大。
然而，根据压膜压力理论，通过以下公式(2)来表示图5中作用于圆形体6上的挤压力FS。应当注意，在公式(2)中，γ表示比热比，其他变量与公式(1)中相同。
[公式2]
F S = π a 2 ρ 0 c 0 2 2 γ . . . ( 2 )
产生浮力的原因已知为：随着浮动距离变得非常小，Langevin的辐射压力改变为压膜压力。因此，从上述公式(2)可以理解，在具有非常小浮动距离的区域中，挤压力随着接触面积(πa2)的增大而增大。
基于上述理论，当人的手指触摸超声波振动体的表面时，在手指上生成挤压效应，该效应在手指上产生浮力，并且，手指与接触表面之间的摩擦力减小。例如，假定当用手指触摸正常状态中的体表面时，摩擦系数μ大约是2.2，则当以幅度2.5μm来对体表面进行超声波振动时，摩擦系数μ减小为大约0.5或更小。
应当注意，压膜效应所生成的浮力不仅通过对体表面进行超声波振动，而且通过以音频对体表面进行振动而出现。
这里，参照图4，假定沿相对于板1的法线方向偏移θ的方向上的压力是F，则作用在法线方向上的力为Fcosθ。此外，假定板1与手指2之间的摩擦系数是μ，则作用在手指2上的摩擦力为μFcosθ。因此，当满足以下公式(3)时，手指2横向滑动，其位置改变。
[公式3]
μ＜tanθ        ...(3)
当未振动板1时，摩擦系数μ等于或大于2，从而不满足上述公式(3)。原因在于：在正常操作中，θ值不太可能超过大约63°。然而，当振动板1以在手指2上生成压膜效应从而产生浮力时，摩擦系数μ减小，满足上述公式(3)。因此，手指2沿着拉拽方向(图4中从左至右)滑动。由于手指指尖力矩的关系，甚至手指沿拉拽方向的较小量滑动也使θ增大，因此上述公式(3)的右侧增大。当重复这种现象时，沿切线方向施加至手指指尖的摩擦力和沿法线方向出现在手指指尖上的力减小。
如上所述，当按压板1时，在按压过程中振动板1以在手指2上生成压膜效应，以便产生浮力，从而减小板1与手指2之间的摩擦力。然后，手指指尖以较小量滑动，这可以向操作者提供负载迅速减小的错觉。通过这样做，可以以与图1中相同的方式表示按压时的负载特性，这可以向操作者呈现与操作按钮开关的感觉相同的按压感觉。
根据本发明的输入设备，基于以上分析，当按压板形按压类型输入单元以及在按压过程中按压负载满足预定准则时，振动输入单元以在按压输入单元的按压物上生成压膜效应，以便产生浮力，从而向操作者呈现与操作按钮开关的感觉相同的按压感觉。
以下将参照附图来描述本发明的实施例。
(第一实施例)
图6是示意了根据本发明第一实施例的输入设备的示意配置的框图。输入设备包括显示面板11、触摸面板12、负载检测单元13、振动单元14以及用于控制整个操作的控制单元15。显示面板11构成用于显示输入对象(如输入按钮)的显示单元，并例如使用液晶显示面板、有机EL显示面板等来配置。触摸面板12构成用于接受对显示面板11的按压输入的输入单元，并例如使用如电阻膜类型和电容类型技术之类的公知技术来配置。负载检测单元13检测对触摸面板12的按压负载，并例如使用应变传感器来配置。振动单元14振动触摸面板12，并例如使用Langevin类型超声波换能器(压电元件)来配置。
图7示意了实现图6所示的输入设备的示例结构。图7A是其实质部分的截面图，图7B是其实质部分的平面视图。显示面板11被容纳和维持在外壳21中。显示面板11上经由由弹性构件构成的绝缘体22来支持触摸面板12。应当注意，根据本实施例的输入设备，显示面板11和触摸面板12被配置为在平面视图中是矩形，显示面板11上经由在由图7B中的虚线所示的、显示面板11的显示区域A外的四角处布置的绝缘体22来支持触摸面板12。
外壳21具有上盖23以覆盖延伸至显示面板11的显示区域之外的触摸面板12的表面区域。在上盖23与触摸面板12之间提供由弹性构件构成的绝缘体24。
应当注意，触摸板12使用如下结构来配置：例如，其上表面，即操作表面，由透明膜构成，其后表面由玻璃构成，并且，当按压操作表面时，根据按压力，使该表面的透明膜以非常小的量弯曲(变形)。
根据本实施例的输入设备，通过在利用上盖23覆盖的每一侧附近，在触摸面板12的表面上的透明膜上进行接合等，来提供用于检测施加至触摸面板12的负载(按压力)的应变传感器31。此外，通过在触摸面板12的后侧的玻璃表面上的两个相对侧附近分别进行接合等，来提供用于对触摸面板12进行超声波振动的Langevin类型超声波换能器32。换言之，根据图7所示的输入设备，使用4个应变传感器31来配置图6所示的负载检测单元13，并使用2个超声波换能器32来配置振动单元14。应当注意，图7B并未示意图7A所示的外壳21、上盖23和绝缘体24。
根据本实施例的输入设备，控制单元15监控对触摸面板12的输入，还监控由负载检测单元13检测到的负载。当对触摸面板12的输入是对在显示面板11上显示的输入对象的输入，并且由负载检测单元13检测到的按压负载满足接受输入的预定准则(第三准则)时，控制单元15驱动振动单元14以对触摸面板12进行超声波振动，以便在按压触摸面板12的按压物(如手指或触笔)上生成压膜效应。即，在按压触摸面板12的按压物(如手指或触笔)上产生浮力。换言之，减小了触摸面板12与按压触摸面板12的按压物(如手指或触笔)之间的摩擦力。应当注意，负载检测单元13根据来自4个应变传感器31的输出的平均值来检测负载。例如，振动单元14同相地驱动2个超声波换能器32。
图8是示出了根据本实施例的输入设备的控制单元15的操作的流程图。更具体地，当检测到对触摸面板12的输入是对在显示面板11上显示的输入对象的输入，并且由负载检测单元13检测到的按压负载满足接受输入的预定准则(步骤S81)时，控制单元15在该时间点接受对触摸面板12的输入，并在预定时间段内驱动振动单元14以利用预定振动幅度来对触摸面板12进行超声波振动(步骤S82)。这使得在按压触摸面板12的按压物上生成压膜效应。即，在按压触摸面板12的按压物上产生浮力。换言之，减小了触摸面板12与按压触摸面板12的按压物之间的摩擦力。这使操作者能得到按压感觉并认识到输入操作已完成。
这里，在图8的步骤S81中检测到的预定准则与图1和2所示的点B处的负载相对应。在步骤S82中驱动的振动单元14的驱动时间与图2所示的从点B至点C的时间t1相对应。即，可以根据按压目标按钮开关时的负载特性，适当地设置开始对触摸面板12进行超声波振动的负载(按压力)、超声波振动的振动幅度和振动时间。
如上所述，根据本实施例的输入设备，触摸面板12用于进行与输入对象相对应的输入，施加至触摸面板12的负载由负载检测单元13来检测。当负载达到接受对触摸面板12的输入的预定值时，驱动振动单元14以生成压膜效应。即，驱动振动单元14以产生浮力。换言之，驱动振动单元14以减小摩擦力。这使操作者能得到按压感觉并认识到输入操作已完成。因此，操作者可以以与操作按钮开关的感觉相同的按压感觉来舒服地操作触摸面板12。此外，操作者可以以“按压”触摸面板12的感觉有意识地执行输入操作，从而可以简单地通过按压来防止输入错误。此外，与专利文献1不同，不需要与显示面板一起移动触摸面板，从而，可以简化配置以及可以使整个设备变得紧凑。此外，操作者可以得到的不是通过移动触摸面板而按压触摸面板的感觉，而是真实的按压按钮开关的感觉。
(第二实施例)
当操作按钮开关时，不仅在按压时而且在释放时，从按钮开关在手指上给出触觉刺激。为了向操作者呈现比第一实施例更接近于操作按钮开关的感觉的感觉(触觉感觉)，第二实施例向操作者提供释放时的触觉刺激，以使操作者能得到释放按钮的感觉。
根据第二实施例的输入设备，根据第一实施例的输入设备中的控制单元15还如下进行控制。控制单元15接受对触摸面板12的按压输入，然后，当从触摸面板12释放按压物(如手指或触笔)并且由负载检测单元13检测到的按压负载满足预定准则(第四准则)时，控制单元15控制对振动单元14的驱动，以在按压物上生成压膜效应，也就是说，在按压物上产生浮力，即，减小按压物与触摸面板12之间的摩擦力。
图9是示出了根据本实施例的输入设备的操作的流程图。更具体地，控制单元15执行图8所描述的步骤S81和步骤S82中的过程。然后，当检测到由负载检测单元13检测到的负载减小并满足预定准则(第四准则)(步骤S83)时，控制单元15在预定时间段内驱动振动单元14，以利用预定振动幅度来对触摸面板12进行超声波振动(步骤S84)。
这里，假定在图9的步骤S83中检测到的预定准则是图1和3所示的点E处的负载。假定步骤S84中驱动的振动单元14的驱动时间是图3所示的从点E至点F的时间t2。应当注意，可以根据释放目标按钮开关时的负载特性，适当地设置在释放时开始进行超声波振动的负载、振动单元14的驱动时间以及触摸面板12的振动幅度。因此，可以设置与按压时相同的值。
如上所述，在释放时利用预定负载在按压物上生成压膜效应，也就是说，在按压物上产生浮力，即，减小按压物与触摸面板12之间的摩擦力，使操作者能在释放按钮时得到触觉刺激并得到释放按钮开关的感觉。因此，根据本实施例的输入设备可以向操作者呈现按压时的按压感觉和释放时的释放感觉，从而向操作者呈现比第一实施例更接近于按压按钮开关的感觉的感觉(触觉感觉)。
(第三实施例)
图10和11示意了根据本发明第三实施例的输入设备。图10是示意了其示意配置的框图，图11是其正视图。将该输入设备安装在例如移动终端上，如图10所示，该输入设备包括：触摸面板41，用作接受按压输入的输入单元；位置检测单元42，用于检测对触摸面板41的输入位置；显示面板43，用于基于由位置检测单元42检测到的输入位置来显示信息；负载检测单元44，用于检测对触摸面板41的按压负载；振动单元45，用于振动触摸面板41；以及控制单元46，用于控制整个操作。
如图11所示，通过印制或附着在触摸面板41上，预先形成了多个输入对象41a，如数字按键。为了防止由于同时按压多个相邻输入对象41a而导致的输入错误，将接受输入的有效按压区域设置为比个体输入对象41a的区域更窄。参照图10，负载检测单元44和振动单元45使用应变传感器和Langevin类型超声波换能器，并且被配置为分别以与图7所示的输入设备相同的方式，检测对触摸面板41的按压负载和振动触摸面板41。
根据本实施例的输入设备，控制单元46监控对触摸面板41的输入和由负载检测单元44检测到的负载以及由位置检测单元42检测到的对触摸面板41的输入位置。当位置检测单元42检测到输入对象在其有效按压区域中的输入位置，并且由负载检测单元44检测到的按压负载满足接受由触摸面板41检测到的输入的预定准则(第一准则)时，振动单元45振动触摸面板41，以在按压触摸面板41的按压物(如手指或触笔)上生成压膜效应。即，在按压触摸面板41的按压物(如手指或触笔)上产生浮力。换言之，减小了触摸面板41与按压触摸面板41的按压物(如手指或触笔)之间的摩擦力。此外，控制单元46接受由触摸面板41检测到的输入，并根据对显示面板43的输入来进行显示。
如上所述，根据本实施例的输入设备，在触摸面板41上形成期望的输入对象41a。当按压其有效按压区域，然后按压负载达到接受对触摸面板41的输入的预定值时，采用与根据第一实施例的输入设备相同的方式，驱动振动单元45以生成压膜效应。即，驱动振动单元45以产生浮力。换言之，驱动振动单元45以减小摩擦力。这使操作者能得到按压感觉并认识到输入操作已完成。因此，操作者可以以与操作按钮开关的感觉相同的按压感觉舒服地执行对触摸面板41的输入操作。此外，操作者可以以“按压”触摸面板41的感觉有意识地执行输入操作，从而可以简单地通过进行按压来防止输入错误。此外，仅需要可振动地配置触摸面板41，从而，不需要可移动地配置整个触摸面板41。因此，可以简化配置以及可以使整个设备变得紧凑。
应当注意，根据第三实施例的输入设备，当按压触摸面板41时，控制对振动单元45的驱动。然而，接受对触摸面板41的输入，然后，从触摸面板41释放按压物(如手指或触笔)。此时，在按压物上生成压膜效应，也就是说，在按压物上产生浮力，即，减小按压物与触摸面板41之间的摩擦力，也使操作者能在释放按钮时得到触觉刺激并得到释放按钮开关的感觉。在这种情况下，当检测到由负载检测单元44检测到的负载减小并达到预定准则(第二准则)时，采用与第二实施例中所述的输入设备相同的方式，振动单元45振动触摸面板41以生成压膜效应。即，产生浮力。换言之，减小摩擦力。
以下，根据上述各个实施例的输入设备，描述开始对触摸面板进行振动的负载(按压力)、振动幅度和振动时间的优选实施例。
例如，本发明的发明人对在市场上可得的移动终端中广泛使用的金属圆顶开关进行了实验，并发现在依赖于终端类型的一些变型中，金属圆顶开关具有以下负载特性：当将预定负载0.98N(100gf)或更大施加至该金属圆顶开关时，负载迅速减小。此外，本发明的发明人对图6和7所示的输入设备进行了实验，使得当开始按压触摸面板12并且负载达到预定值(例如大约0.98N)时，以振动频率28.2KHz、利用振动幅度4μm或更大、在16ms至24ms范围的振动时间内，对触摸面板12进行超声波振动。
由此，本发明的发明人已经确认：可以向操作者呈现与操作金属圆顶开关的感觉相同的“按压”感觉。此外，本发明的发明人已经确认：在以2N或更小负载开始超声波振动时，可以向操作者呈现适当按压感觉。应当注意，在实验中，当从触摸面板12释放手指时，在与按压触摸面板12时相同的条件下驱动振动单元14。图12至14示出了评估结果。应当注意，假定振动单元14的驱动信号波形是正弦波。
图12示意了以开始驱动振动单元14时的0.98N的负载、在20ms振动时间内、利用2.0μm与6.0μm之间可变的振动幅度的实验的评估结果。这里，评估者是习惯使用移动终端的20多岁的3个男性，评估项目为是否得到“按压感觉”(由实线示出)以及是否得到“良好的触觉感觉”(由虚线示出)。作为评估项目“按压感觉”的评估分数，点1指示“未感觉到”，点3指示“感觉到”，点5指示“强烈地感觉到”；作为评估项目“良好的触觉感觉”的评估分数，点1指示“不好”，点3指示“一般”，点5指示“良好”；分别示出了平均点。
从图12中显而易见，当振动幅度等于或大于4μm时，评估较高，操作者可以得到按压感觉；但是当振动幅度小于4μm时，评估较低，操作者无法得到足够的按压感觉。认为原因是：小于4μm的振动幅度无法生成足以使操作者得到按压感觉的压膜效应。
图13示意了以开始驱动振动单元14时的0.98N的负载、以4.0μm振动幅度、在10ms与40ms之间可变的振动时间内的实验的评估结果。评估者、评估项目和评估分数与图12的情况相同。
从图13中显而易见，当振动时间处于16ms与24ms之间时，评估者可以得到按压感觉。根据该结果，当振动时间比16ms短时，即使生成了压膜效应，评估者也无法得到“力量迅速减小的感觉”；以及，当振动时间比24ms长时，由于“力量迅速减小”的时间段太长，评估者会感觉到不舒服，从而，评估者不太可能得到按压感觉。
图14示意了以振动幅度4.0μm、在20ms振动时间内、利用0.5N与3.0N之间可变的开始振动时的负载而进行的对振动单元14的实验的评估结果。评估者、评估项目和评估分数与图12和13的情况相同。
从图14中显而易见，如果在由负载检测单元13检测到的负载等于或小于2N时开始对振动单元14的驱动，则评估较高，操作者可以得到按压感觉。然而，如果在检测到超过2N的负载时开始对振动单元14的驱动，则操作者几乎不能得到按压感觉。认为原因是：2N或更大的负载增大触摸面板12的平面方向上的力量成分；在该状态下，由于摩擦阻力减小，生成压膜效应增大手指的移位；因此，评估者感觉到不舒服。
应当注意，关于触摸面板12的振动频率，本发明的发明人已经确认：能够产生浮力的任何频率(不限于超声波频率28.2KHz)可以生成相同结果。关于振动单元14的驱动信号波形，本发明的发明人还已经确认：能够振动触摸面板12的任何波形(不仅正弦波，还有矩形波和锯齿波)可以生成相同结果。
从以上评估结果中显而易见，在当以4μm或更大的振动幅度、在16ms与24ms之间的振动时间内施加0.98N或更多以及2N或更少的预定负载时对触摸面板进行超声波振动的条件下，根据应用于移动终端的上述各个实施例的输入设备可以向操作者呈现与操作金属圆顶开关的感觉相同的按压感觉。
应当注意，本发明不仅限于上述实施例，而是可以进行多种修改或变更。例如，可以使用任何数目的应变传感器来配置负载检测单元，并且，只要负载检测单元可以基于从触摸面板输出的信号来检测负载，就可以不使用应变传感器来配置负载检测单元。此外，可以使用任何数目的换能器(压电元件)来配置振动单元，并且，还可以通过在触摸面板的操作表面的整个表面上提供透明压电元件来配置振动单元。此外，本发明的预定准则可以在每种情况下不同，或者可以相同。例如，根据第二实施例的预定准则(第四准则)可以被设置为低于根据第一实施例的预定准则(第三准则)。当在释放时的预定准则(第四准则)被设置为低于在按压时的预定准则(第三准则)时，可以不失败地向按压物呈现按压感觉，然后向按压物呈现释放感觉。
此外，本发明可以有效地应用于输入单元作用开关的输入设备。此外，在按压输入单元的同时，根据本发明的输入设备可以基于不同准则(负载)来顺序地生成压膜效应，从而提供多级开关(例如两级开关)(半程按压然后完全按压)的负载特性。如果其应用于摄像机的快门释放按钮，则实现聚焦锁定(半程按压)和释放(完全按压)。与显示单元相结合，可以根据按压的级数来多样地改变如菜单屏幕之类的显示。此外，为了提供多级开关的负载特性，还可以改变输入单元针对每一级的振动幅度和振动时间，以向操作者呈现每一级的不同按压感觉。
此外，本发明在由负载检测单元检测到的按压负载满足接受输入的预定准则时驱动振动单元。这里，由负载检测单元检测到的按压负载满足接受输入的预定准则时的时刻可以是由负载检测单元检测到的按压负载达到接受输入的预定值时的时刻、可以是由负载检测单元检测到的按压负载超过接受输入的预定值时的时刻、或者可以是负载检测单元检测到接受输入的预定值时的时刻。
参考标记列表
11显示面板
12触摸面板
13负载检测单元
14振动单元
15控制单元
21外壳
22绝缘体
23上盖
24绝缘体
31应变传感器
32超声波换能器
41触摸面板
41a输入对象
42位置检测单元
43显示单元
44负载检测单元
45振动单元
46控制单元

Claims (15)

1.一种输入设备，包括：
触摸面板，用于接受按压输入；
负载检测单元，用于检测对触摸面板的按压负载；
振动单元，用于振动触摸面板；以及
控制单元，用于在由负载检测单元检测到的按压负载满足接受对触摸面板的输入的预定准则时，进行控制以使振动单元进行超声波振动，以在按压触摸面板的按压物上产生浮力。
2.根据权利要求1所述的输入设备，其中，当控制单元接受对触摸面板的输入并且然后由负载检测单元检测到的按压负载满足预定准则时，控制单元控制对振动单元的驱动，以在按压物上产生浮力。
3.根据权利要求1或2所述的输入设备，还包括：
输入对象，形成在触摸面板上；以及
位置检测单元，用于检测对触摸面板的输入位置；
其中，当位置检测单元检测到在形成输入对象的位置处的输入位置时，控制单元控制对振动单元的驱动。
4.一种输入设备，包括：
显示单元，用于显示输入对象；
触摸面板，用于接受对显示单元的按压输入；
负载检测单元，用于检测对触摸面板的按压负载；
振动单元，用于振动触摸面板；以及
控制单元，用于在对触摸面板的输入是对在显示单元上显示的输入对象的输入，并且由负载检测单元检测到的按压负载满足接受输入的预定准则时，进行控制以使振动单元进行超声波振动，以在按压触摸面板的按压物上产生浮力。
5.根据权利要求4所述的输入设备，其中，当控制单元接受对触摸面板的输入并且然后由负载检测单元检测到的按压负载满足预定准则时，控制单元控制对振动单元的驱动，以在按压物上产生浮力。
6.一种输入设备，包括：
触摸面板，用于接受按压输入；
负载检测单元，用于检测对触摸面板的按压负载；
振动单元，用于振动触摸面板；以及
控制单元，用于在由负载检测单元检测到的按压负载满足接受对触摸面板的输入的预定准则时，进行控制以使振动单元进行超声波振动，以在按压触摸面板的按压物上生成压膜效应。
7.根据权利要求6所述的输入设备，其中，当控制单元接受对触摸面板的输入，并且然后由负载检测单元检测到的按压负载满足预定准则时，控制单元控制对振动单元的驱动，以在按压物上生成压膜效应。
8.根据权利要求6或7所述的输入设备，还包括：
输入对象，形成在触摸面板上；以及
位置检测单元，用于检测对触摸面板的输入位置；
其中，当位置检测单元检测到在形成输入对象的位置处的输入位置时，控制单元控制对振动单元的驱动。
9.一种输入设备，包括：
显示单元，用于显示输入对象；
触摸面板，用于接受对显示单元的按压输入；
负载检测单元，用于检测对触摸面板的按压负载；
振动单元，用于振动触摸面板；以及
控制单元，用于在对触摸面板的输入是对在显示单元上显示的输入对象的输入，并且由负载检测单元检测到的按压负载满足接受输入的预定准则时，进行控制以使振动单元进行超声波振动，以在按压触摸面板的按压物上生成压膜效应。
10.根据权利要求9所述的输入设备，其中，当控制单元接受对触摸面板的输入，并且然后由负载检测单元检测到的按压负载满足预定准则时，控制单元控制对振动单元的驱动，以在按压物上生成压膜效应。
11.一种输入设备，包括：
触摸面板，用于接受按压输入；
负载检测单元，用于检测对触摸面板的按压负载；
振动单元，用于振动触摸面板；以及
控制单元，用于在由负载检测单元检测到的按压负载满足接受对触摸面板的输入的预定准则时，进行控制以使振动单元进行超声波振动，以减小触摸面板与按压触摸面板的按压物之间的摩擦力。
12.根据权利要求11所述的输入设备，其中，当控制单元接受对触摸面板的输入，并且然后由负载检测单元检测到的按压负载满足预定准则时，控制单元控制对振动单元的驱动，以减小按压物与触摸面板之间的摩擦力。
13.根据权利要求11或12所述的输入设备，还包括：
输入对象，形成在触摸面板上；以及
位置检测单元，用于检测对触摸面板的输入位置；
其中，当位置检测单元检测到在形成输入对象的位置处的输入位置时，控制单元控制对振动单元的驱动。
14.一种输入设备，包括：
显示单元，用于显示输入对象；
触摸面板，用于接受对显示单元的按压输入；
负载检测单元，用于检测对触摸面板的按压负载；
振动单元，用于振动触摸面板；以及
控制单元，用于在对触摸面板的输入是对在显示单元上显示的输入对象的输入，并且由负载检测单元检测到的按压负载满足接受输入的预定准则时，进行控制以使振动单元进行超声波振动，以减小触摸面板与按压触摸面板的按压物之间的摩擦力。
15.根据权利要求14所述的输入设备，其中，当控制单元接受对触摸面板的输入，并且然后由负载检测单元检测到的按压负载满足预定准则时，控制单元控制对振动单元的驱动，以减小按压物与触摸面板之间的摩擦力。
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