JP2002373540A - 操作面を有するタッチスイッチ - Google Patents

操作面を有するタッチスイッチ

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JP2002373540A JP2002082344A JP2002082344A JP2002373540A JP 2002373540 A JP2002373540 A JP 2002373540A JP 2002082344 A JP2002082344 A JP 2002082344A JP 2002082344 A JP2002082344 A JP 2002082344A JP 2002373540 A JP2002373540 A JP 2002373540A
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エンゲルマン ハリー
Kurt Schaupert
シャウパート クルト
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Carl Zeiss AG
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Carl Zeiss SMT GmbH
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 操作面２を有するタッチスイッチにおいて利
用者に積極的に触覚的な応答感を与えるようにする。 【構成】 操作面２に対して、操作面２のタッチに基づ
いて、処理されたトランスデューサ７による運動が与え
られるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、操作面を有するタ
ッチスイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】このようなタッチスイッチがＥＰ００５
４３０６Ａ１、ＤＥ４２０７７７２Ｃ２、ＵＳ５５９４
２２２により公知である。このようなタッチスイッチ
は、操作者がスイッチ部品を動かすことによってではな
く、操作者の指もしくは手がタッチスイッチの容量、力
線または光反射を変えることによって、スイッチング機
能を引き起こす。
【０００３】画面上でデータ入力するための、光原理、
容量原理または抵抗原理に依拠した透明タッチスイッチ
も公知である。
【０００４】ＤＥ１９７１２１３７Ａ１には圧電効果を
利用したタッチスイッチが述べられている。
【０００５】このようなタッチスイッチではキーが機械
的に動かされることがないので、スイッチ操作の触覚応
答が操作者には欠落している。それでもなお操作者に応
答を与えるために、音響信号または光信号が代わりに応
答として発生される。しかし多くの操作者は音響信号や
光信号よりも直接的触覚応答を優先する。人は触覚刺激
に対するよりも光刺激や音響刺激に対して遅く反応する
ことも知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、操作
時に触覚応答を与える冒頭に指摘した種類のタッチスイ
ッチを提案することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば上記課題
は、操作面にタッチすると操作面に運動を印加するトラ
ンスデューサが設けられていることによって解決されて
いる。
【０００８】これにより、操作者が操作面にタッチする
と、トランスデューサが操作面に実質同時に運動を印加
することが達成される。つまり操作者は操作過程におい
て触覚応答を受け取る。この運動は短いパルスまたは振
動とすることができる。
【０００９】触覚応答の場合、触覚応答が操作者のみに
よって知覚され、音響応答や光応答とは異なり周囲の者
によっては気付かれないことも有利である。こうして操
作の機密性が向上しており、これは例えば現金自動支払
機の場合注目すべきことである。
【００１０】タッチスイッチで操作されるあらゆる機
器、例えばタッチスイッチがガラスセラミックスクッキ
ングプレートと一体にされているガラスセラミックスク
ッキングパネル、レンジ、ベーキングオーブン、電子レ
ンジ用の操作パネル、パソコン、ラップトップ、パーソ
ナル・ディジタル・アシスタント等コンピュータのタッ
チディスク（タッチスクリーン）において、このような
触覚応答を利用することができる。現金自動支払機、自
動販売機、リモコン、携帯電話の入力端末、コンピュー
ターゲーム、写真機、事務機器用の操作部においても触
覚応答を利用することができる。
【００１１】本発明の１構成において、操作面が複数の
タッチ域を有する場合各タッチ域にそれぞれのトランス
デューサが割当てられている。しかし実験で判明したよ
うに、操作面が複数のタッチ域を有する場合単一のトラ
ンスデューサを設けても十分である。この単一のトラン
スデューサは、すべてのタッチ域で応答を知覚可能とす
るのに十分である。個々のタッチ域に対するトランスデ
ューサの到達距離は操作面材料の弾性率の上昇に伴って
増大する。トランスデューサと各タッチ域との間の場所
的関係は機能上それほど決定的ではなく、操作面もしく
はその各タッチ域のタッチと触覚信号との間の時間的関
係が機能上決定的である。触覚信号は操作者が指をタッ
チ域に置いている時間内に現れるべきである。また、タ
ッチ域および場合によっては表示装置が設けられている
領域の外側にトランスデューサを配置する可能性もあ
る。
【００１２】操作面は好ましくは連続的ガラス面、ガラ
スセラミックス面または合成樹脂面である。操作面は、
他の機能、例えば表示機能および／またはクッキング機
能を持つ比較的大きな面の領域とすることができる。
【００１３】トランスデューサは好ましくは圧電セラミ
ック素子または電磁トランスデューサである。
【００１４】トランスデューサは、トランスデューサの
運動を操作面に伝達するように操作面に結合しておくこ
とができる。しかしトランスデューサは、操作面をノッ
クするように操作面の近傍に取付けておくこともでき
る。後者は特に磁気駆動トランスデューサの場合にそう
することができる。その際、電磁トランスデューサの運
動部分と操作面との間に一定の距離がある。
【００１５】本発明の１構成においてトランスデューサ
は、操作面またはタッチ域のタッチを検出するセンサで
もある圧電セラミック素子であり、タッチ中に圧電セラ
ミック素子はまずセンサとして働き、次にトランスデュ
ーサとして働く。こうして同じ圧電セラミック素子がタ
ッチスイッチのスイッチング機能と運動印加機能とを同
時に引き受ける。
【００１６】他の１構成において、操作面の異なるタッ
チ域にタッチするとトランスデューサの運動の振動数お
よび／または強さ（振幅）は触覚で区別可能に設計され
る。これにより操作者は視認することなく、タッチ域の
運動によって希望する入力が正しく行われたことを確認
することができる。こうしてトランスデューサは操作者
に対してタッチ域タッチに関する情報だけでなく、入力
把握の確認も与える。
【００１７】他の１構成において、トランスデューサの
運動の持続時間および／または振動数および／または強
さ（振幅）は操作面またはタッチ域のタッチ持続時間に
依存している。このことは、タッチ持続時間に関連して
さまざまな意味あいを与えるとき有利である。例えば、
幾つかのタッチスイッチではタッチが長くなると入力値
は高められまたは下げられる。この構成によって、触覚
で認識可能な運動が入力と一致されている。例えば写真
機の場合、機能経過「オートフォーカスの設定」および
「リリース」は操作者に触覚で知覚可能とすることがで
きる。
【００１８】その他の有利な諸構成は従属請求項と以下
の説明とから明らかとなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】図１と図２では図示簡素化のため
に操作面２に１つのタッチ域１を有するだけのタッチス
イッチが示してある。操作面２は実際には、データを数
字または欧字で入力するための、行と列またはその他の
仕方で分散配置された多数のタッチ域を有する。その場
合同じ操作面に複数のタッチスイッチが相応に設けられ
ている。
【００２０】操作面２は例えば調理用レンジのガラスセ
ラミックスプレート領域、またはコンピュータの操作ス
クリーン（タッチスクリーン）、またはキー入力を介し
て機能を設定可能な他の機器の操作面である。
【００２１】図１の実施例ではタッチスイッチが容量セ
ンサとして操作面２の下方のタッチ域１に内部電極３と
これを取り囲む外部電極４とを有する。このようなセン
サは例えばＵＳ５５９４２２２に述べられている。操作
者の指Ｆがタッチ域１にタッチすると、電子装置５は希
望する機器機能、例えば付属するクッキングパネルをオ
ンオフする。
【００２２】内部電極３に配置された結合子６が内部電
極３、従ってタッチ域１を圧電セラミック素子７に結合
する。結合子６は圧電素子７の中央領域内にのみある。
圧電セラミック素子７は、励起されると結合子６を介し
て操作面２を、指Ｆによる触覚で知覚可能な運動を与え
る撓み（曲げ）振動子の態様のトランスデューサであ
る。
【００２３】圧電セラミック素子７は電子装置５から線
路９を介して信号を受け取るや励起回路８を介して運動
する。電子装置５はセンサ（電極３、４）からタッチ信
号を受け取るや、特に指Ｆがまだタッチ域１に置かれて
いる限り、この信号を発生する。これにより、指Ｆはタ
ッチ域１の運動を触覚する。
【００２４】圧電セラミック素子７は励起回路８を介し
て励起されると動的振動の態様の個々の衝撃またはパル
スパックをタッチ域１に与える。
【００２５】触覚応答の効果を強めるために、圧電セラ
ミック素子７には操作面２とは反対の側に付勢質量１０
が取付けられている。この振動系は触覚応答効果を強め
るためにその共振振動数を調整しておくことができる。
【００２６】操作面２が複数のタッチ域１とそれぞれ付
属する独自のタッチセンサ、すなわち外部電極４と内部
電極３、そしてそれぞれ独自の電子評価装置５とを有す
る場合でも、必ずしも各タッチ域１に独自のトランスデ
ューサ、すなわち圧電セラミック素子７を配置しておく
必要はない。触覚応答を与えるには、単一の圧電セラミ
ック素子７をタッチ域１から離して配置し、複数の電子
装置５によって励起回路８を介して圧電セラミック素子
を励起して運動させれば十分である。
【００２７】圧電セラミック素子７の代わりに電気機械
式、すなわち磁気駆動式トランスデューサを設けておく
ことができる。このようなトランスデューサは、励起回
路８の作動時に導通するコイルと、公知のブザーやスピ
ーカーの可動部分を有する。可動部分は操作面２または
各タッチ域１に剛性に結合されるか、または操作面２も
しくはタッチ域１をノックするようにされる。後者の場
合可動部分は操作面２もしくはタッチ域１の内部電極３
から僅かな距離を持たされる。
【００２８】図２の実施例では、タッチ域１もしくは操
作面２のタッチ用センサとして圧電セラミック素子７が
それ自体公知の仕方で設けられている。圧電セラミック
素子７が電気回路１１に接続されており、この電気回路
は図１の実施例の電子回路５および励起回路８の機能を
引き受ける。こうしてセンサ機能とトランスデューサ機
能が同じ部材、つまり圧電セラミック素子７によって引
き受けられ、センサ機能とトランスデューサ機能とのた
めに別々の部材が必要とされない。
【００２９】図２の実施例において操作者がタッチ域１
にタッチすると、電気回路１１は相応するスイッチング
機能を果たすと共に、まだタッチ域１にタッチしている
間に電気回路は圧電セラミック素子７を触覚で知覚可能
な運動へと励起する。そのことが図３の時間線図に線
ａ、ｂ、ｃで示してある。
【００３０】ｔ０の時点に操作者がタッチ域１にタッチ
し、ｔｘの時点にタッチを終了する（図３の線ａ参
照）。
【００３１】ｔ０の時点またはこれに対して無視しうる
遅延時間に回路１１は、事前にそれがすでに作動させら
れてはいなかった場合に圧電セラミック素子７のセンサ
機能を作動させる。回路１１は、希望するスイッチング
機能を実行するのに十分な時間後にセンサ機能をオフに
する。これはｔ１の時点（図３の線ｂ参照）に該当す
る。
【００３２】回路１１はｔ１の時点にセンサ機能をオフ
にしたのち一定の遅延を有してｔ２の時点に圧電セラミ
ック素子７のトランスデューサ機能を作動させ、これに
より操作者はスイッチング過程について触覚応答を受け
取る（図３の線ｃ参照）。トランスデューサ機能は、ｔ
ｘの時点の前または後とすることのできるｔ３の時点に
回路１１によってオフにされる。ｔ２〜ｔ３の持続時間
は限定されており、圧電セラミック素子７はタッチ域１
に次にタッチするとき再びセンサとして利用可能とな
る。
【００３３】本発明の１構成では、異なるタッチ域にタ
ッチすると触覚で区別可能な信号、例えば振動数および
／または強さの点で区別可能な信号が発生されるように
することができる。通常のパソコンキーボードの数字ブ
ロックの場合、数字「５」のキーは、視認することなく
認識可能であるように触探可能なマークを備えている。
それと同じようにこの装置では、数字ブロックの１つの
キー、例えば「５」が操作されると、数字ブロックの他
のキーの１つが操作されたときとは別の触覚信号が生じ
るようにすることができる。
【００３４】キーボードのファンクションキー、欧字キ
ーおよび／または数字キーの操作時にそれぞれ別の触覚
信号を発生するようにすることもできる。
【００３５】本発明の他の構成では、トランスデューサ
７の運動の持続時間および／または振動数および／また
は強さが操作面２もしくはタッチ域１のタッチ持続時間
に依存するようにすることもできる。１つのキーの操作
中操作持続時間に依存して数字表示または棒グラフ（温
度計表示）が変化するようになった操作機能が先行技術
により公知である。上記装置において相応する応答は、
触覚信号の強さまたは振動数がキー操作の持続時間に合
わせて変化することによって達成することができる。こ
うして利用者はその都度設定された実際値について触覚
応答を受け取る。
【００３６】図２の実施例では、圧電セラミック素子７
が１つの環状中間部材１２または個々の中間部材を介し
て支持板１３で支えられている。支持板１３は複数のタ
ッチ域に対応することができる。つまり複数のタッチ域
１の複数の中間部材１２は同じ支持板１３で支えておく
ことができる。支持板１３はタッチ域の外側で１つの特
に環状の結合要素１４または複数の個別結合要素を介し
て操作面２に結合されている。支持板１３は図１の配置
よりも強い力の伝達に役立ち、もしくはトランスデュー
サ７からタッチ域１への振動伝達強化に役立つ。図１の
実施形態ではトランスデューサ、特に撓み振動子７から
結合子６を介して力を伝達することによってタッチ域１
が運動し、撓み振動子７は外側で環状はずみ質量１０の
慣性質量で支えられる。これはたいていの場合に十分で
あり、図２に比べて隣接タッチ域のごく接近した配置を
可能とする。
【００３７】図２の実施形態では撓み振動子７が中間部
材１２を介して、１例として撓み不可能な支持板１３で
支えられる。この支持板はそれ自体−タッチ域１の外側
で−結合要素１４によって操作面２と強固に結合されて
いる。結合要素１４は１例として変形不可能である。こ
の配置の場合、タッチ域１のタッチ時に有効となる変位
もしくは撓みが図１の実施形態に比べて増大しており、
そのことによって、触覚信号を生成することが容易とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】タッチスイッチの略図である。
【図２】他のタッチスイッチの略図である。
【図３】図２のタッチスイッチについての時間線図であ
る。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０６Ｆ 3/03 ３８０ Ｇ０６Ｆ 3/03 ３８０Ｄ (72)発明者 クルト シャウパート ドイツ、65719 ホッフハイム、リュデス ハイマー シュトラーセ 46 Ｆターム(参考） 5B020 CC06 DD04 GG01 5B068 AA05 AA32 BC07 BE06 DE11 5G046 AA11 AB02 AD13 5G052 AA21 BB10 JB20 5G055 AA02 AB02 AG01

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 操作面を有するタッチスイッチにおい
    て、操作面（２）にタッチすると操作面（２）に運動を
    印加するトランスデューサ（７）が設けられていること
    を特徴とするタッチスイッチ。
  2. 【請求項２】 操作面（２）が複数のタッチ域（１）を
    有する場合各タッチ域（１）に各自のトランスデューサ
    （７）が割当てられていることを特徴とする、請求項１
    記載のタッチスイッチ。
  3. 【請求項３】 操作面（２）が複数のタッチ域（１）を
    有する場合トランスデューサ（７）がタッチ域（１）に
    共通していることを特徴とする、請求項１項記載のタッ
    チスイッチ。
  4. 【請求項４】 操作面（２）がガラス面、ガラスセラミ
    ック面または合成樹脂面であることを特徴とする、請求
    項１〜３のいずれか１項記載のタッチスイッチ。
  5. 【請求項５】 トランスデューサ（７）が圧電セラミッ
    ク素子であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれ
    か１項記載のタッチスイッチ。
  6. 【請求項６】 トランスデューサ（７）が電磁トランス
    デューサであることを特徴とする、請求項１〜４のいず
    れか１項記載のタッチスイッチ。
  7. 【請求項７】 トランスデューサ（７）が、トランスデ
    ューサの運動を操作面（２）に伝達するように操作面
    （２）に結合されていることを特徴とする、請求項１〜
    ６のいずれか１項記載のタッチスイッチ。
  8. 【請求項８】 トランスデューサ（７）が、操作面
    （２）をノックするように操作面（２）の近傍に配置さ
    れていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１
    項記載のタッチスイッチ。
  9. 【請求項９】 トランスデューサが、操作面（２）また
    はタッチ域（１）のタッチを検出するセンサでもある圧
    電セラミック素子（７）であり、タッチ中に圧電セラミ
    ック素子（７）がまずセンサとして働き、次にトランス
    デューサとして働くことを特徴とする、請求項１〜５の
    いずれか１項記載のタッチスイッチ。
  10. 【請求項１０】 操作面（２）の異なるタッチ域（１）
    にタッチするとトランスデューサ（７）の運動の振動数
    および／または強さの触覚の違いからタッチ域が区別可
    能に設計されていることを特徴とする、請求項１〜９の
    いずれか１項記載のタッチスイッチ。
  11. 【請求項１１】 トランスデューサ（７）の運動の持続
    時間および／または振動数および／または強さが操作面
    （２）またはタッチ域（１）のタッチ持続時間に依存し
    ていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１
    項記載のタッチスイッチ。
  12. 【請求項１２】 圧電セラミック素子（７）が結合子
    （６）を介して操作面（２）またはタッチ域（１）に結
    合されていることを特徴とする、請求項１〜１１のいず
    れか１項記載のタッチスイッチ。
  13. 【請求項１３】 圧電セラミック素子（７）が撓み振動
    子であり、この撓み振動子に付勢質量（１０）が配置さ
    れていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか
    １項記載のタッチスイッチ。
  14. 【請求項１４】 圧電セラミック素子（７）が少なくと
    も１つの中間部材（１２）を介して支持板（１３）で支
    えられ、この支持板がその結合要素（１４）を介して操
    作面（２）に結合されていることを特徴とする、請求項
    １〜１３のいずれか１項記載のタッチスイッチ。
JP2002082344A 2001-04-10 2002-03-25 操作面を有するタッチスイッチ Pending JP2002373540A (ja)

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