JP2003122507A - タッチパネル入力装置 - Google Patents
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Abstract
め細かく制御自在とするタッチパネル入力装置を提供す
る。 【解決手段】 対向する両面に一対の駆動電極(2a)
(2b)が固着された圧電基板(2)を、直接若しくは
駆動電極(2a)(2b)を介して、可動板(3)又は
支持基板(4)に固着し、入力操作面(3a)への押圧
を検出した際に、一対の駆動電極(2a)(2b)に駆
動電圧を印加して、伸縮する圧電基板(2)により可動
板(3)又は支持基板(4)を振動させる。震動源を別
に設けず直接可動板(3)又は支持基板(4)が振動す
るので、振動の伝達によるエネルギーロスや伝達時間の
遅れがなく、圧電基板(2)の伸縮を細かく制御するこ
とにより、きめ細かく振動を制御できる。
Description
際に、押圧されている可動板又は可動板を支持する支持
基板を振動し、操作者に入力操作感を発生させるタッチ
パネル入力装置に関し、更に詳しくは、圧電基板を用い
て可動板又は支持基板を振動させるタッチパネル入力装
置に関する。
板が、その対向面に形成された導電体層間が離間するよ
うに、僅かな絶縁間隔を隔てて積層配置されたもので、
可動板が押圧された際に、その押圧位置で導電体層間が
接触することを電気的に検出して、パーソナルコンピュ
ータ等の処理装置へその押圧位置を表す押圧位置データ
を出力するものである。
透明材料で形成すると、液晶パネル、CRT等の表示画
面上に配置することにより、表示内容を見ながらタッチ
パネル入力装置の入力操作面を押圧し、押圧位置を検出
することによって、表示内容に対応する押圧位置データ
を、パーソナルコンピュータなどの処理装置へ出力する
ことができる。
は、上述のように、可動板と支持基板が、僅かな絶縁間
隔を隔てて積層配置されるものであるため、可動板を押
圧した際のストロークは0.1乃至0.5と極めて小さ
く、操作者は、可動板の押圧により入力操作が行われた
かどうかを知ることができない。
したことを、可動板や支持基板を振動させることによ
り、押圧した指から感触せしめるフォースフィードバッ
ク型タッチパネルが知られている。
100を示すもので、プラスチックの可撓性シートから
なる可動板101と、可動板101との対向面にプラス
チックシート102を貼り付けたガラス製の支持基板1
03が、多数の絶縁突起104で僅かな間隙を隔てて積
層され、タッチパネル部100Aを構成している。
との対向面には、均一な抵抗被膜で構成された導電体層
(図示せず)が被着され、可動板101を押圧すると、
押圧位置で導電体層間が接触、導通し、これを、導電体
層の周縁に電気接続された引き出し電極(図示せず)の
電位から読み取って、押圧位置を検出するようになって
いる。
設けられた円柱台状のクッション台座106上に支持さ
れている。クッション台座106は、タッチパネル部1
00Aの全体を載置するためのゴム製の台座で、柔らか
すぎると可動板103への押圧を吸収してしまうので、
それより硬い硬度が50乃至60度のものが使用され
る。
板103と筺体105の間には、表示パネル107が配
置されている。可動板101の上方から、この表示パネ
ル107の表示が視認できるように、上述の支持基板1
03上に形成される各部は、透明材料で形成されてい
る。
複数枚の圧電セラミック等の圧電基板を積層させた圧電
アクチュエータ108が配設されている。この圧電アク
チュエータ108は、圧電基板の電わい効果を利用して
圧電アクチュエータ108自体を振動させるもので、駆
動電圧を印加して圧電アクチュエータ108を振動源と
する。
持台109で固定され、中間部分は、支持軸110で回
転自在に支持され、先端部に固着された接触子111が
支持基板103の背面に当接して、取り付けらている。
作を行うと、押圧位置の導電体層間が接触することによ
り、図示しない押圧検出手段がその押圧と、押圧位置を
検出し、押圧位置データをパーソナルコンピュータ等所
定の処理装置へ出力する。
チュエータ108の駆動電極に駆動電圧が印加され、圧
電アクチュエータ108が振動する。この振動は、先端
の接触子111を介して支持基板103に伝達され、可
動板101を押圧している指先で、振動が感知される。
する操作者は、可動板101を押圧した際に、指先に感
じる振動で、入力操作が行われたことを知ることができ
る。
チパネル入力装置は、振動の発生源として、圧電アクチ
ュエータなどの振動素子、振動モータ等を用いて、可動
板101若しくは支持基板103を振動させているが、
振動発生源を、タッチパネルを構成する可動板101や
支持基板103とは別のスペースに設けるため、筺体1
05ひいては入力装置全体の厚さや大きさが大きくな
り、外形のデザインも制約される。
ータ108は、当接するタッチパネル部100A側に感
知できる程度の振動を伝達させるため、ある程度大きな
振幅の変位を発生させる必要があり、複数の圧電基板を
積層して構成する。この為、圧電アクチュエータ108
自体が厚くなる。更に、多数の圧電基板を積層する製造
工程は、各層毎に一対の駆動電極を貼り付け、その後、
駆動電極が付着した圧電基板を厚み方向に重ねて一体化
するという複数の工程となるので、部品コストも高くな
る。
る場合には、振動モータ自体の大きさが大きく、部品コ
ストも高いものである。
これらの振動発生源の振動が伝達された間接振動なの
で、振動発生源による細かい振動の感触は、タッチパネ
ル部100A側に伝達しにくい。例えば、振動の周波数
を変化させて、異なる情報を操作者へ伝達しようとして
も、正確にタッチパネル部100A側が応動できないの
で、伝達できない。
ら、タッチパネル部100Aが振動するまでに伝達によ
る遅れが生じるため、直接細かい振動の変化を伝達する
ことは困難なものであった。
8や振動モータ等の振動発生源は、一定時間連続して振
動させる必要があるため、振動発生源を駆動させる駆動
回路は、発振回路を用いた複雑な回路となる。つまり、
振動モータなどの振動発生源は、瞬間的なパルス波形の
駆動電圧を印加しても動作せず、起動動作制御を含めた
一定時間連続して動作させる為の駆動回路が必要とな
る。圧電アクチュエータ108では、瞬間的なパルス波
形の駆動電圧を印加すれば、応動して瞬間的に伸縮する
が、前述のように、その伸縮(振動)は減衰してタッチ
パネル部100A側に伝達されるので、瞬間的な振動を
操作者が感知できず、同様に入力操作感を発生させるに
は、問題があった。
05内に確実に取り付けるには、上述のように、支持台
109や振動発生源108の中間を回動自在に支持する
支持軸110を設けるなど複雑な構造となり、取り付け
が確実でないと、振動発生源108のみが振動して、雑
音が発生したり、その振動がタッチパネル部100Aに
伝達されない。
4等のタッチパネル部100A等の振動伝達機構の構造
も、製造精度が要求され、例えば、接触子111と支持
基板104との間に隙間が生じていると、振動の際に、
雑音が発生し、振動も減衰して伝達される。
してなされたものであり、可動板又は支持基板を振動さ
せる構造としても、装置全体が大型化せず、外形のデザ
インが制約されないタッチパネル入力装置を提供するこ
とを目的とする。
かく制御自在とするタッチパネル入力装置を提供するこ
とを目的とする。
きる振動を、可動板又は支持基板に発生させるタッチパ
ネル入力装置を提供することを目的とする。
に入力操作面を有する可動板と、可動板とわずかな絶縁
間隔を隔てて配置され、可動板を背面から支持する支持
基板と、入力操作面への押圧とその押圧位置を、可動板
と支持基板上の対向面にそれぞれ形成された導電体層間
の接触から検出し、押圧位置データを出力する押圧検出
手段とを備え、押圧を検出した際に、可動板又は支持基
板を振動し、入力操作感を発生させるタッチパネル入力
装置であって、対向する両面に一対の駆動電極が固着さ
れた圧電基板を、直接若しくは駆動電極を介して、可動
板又は支持基板に固着し、入力操作面への押圧を検出し
た際に、一対の駆動電極に駆動電圧を印加して、伸縮す
る圧電基板により可動板又は支持基板を振動させること
を特徴とする。
と、圧電基板の電わい効果により伸縮する。圧電基板
は、一方の駆動電極を介して、可動板又は支持基板に直
接固着されているので、圧電基板の伸縮によって、固着
した可動板又は支持基板自体に、大きな振幅で振動する
応力が発生する。
圧電基板を駆動させる駆動電圧の波形を変化させること
により、可動板又は支持基板に、細かい振動作用を与え
ることができる。
板と支持基板が、周囲の枠部で対向する内面間に配置さ
れるスペーサ部材により、わずかな間隙を隔てて積層配
置され、圧電基板は、直接若しくは駆動電極を介して、
枠部で対向する可動板又は支持基板のいずれかの内面に
固着し、スペーサ部材が配置される空間内に取り付けら
れることを特徴とする。
で構成できるので、薄い厚さとして、可動板と支持基板
間の僅かな隙間にも介在させることができる。
層配置するスペーサ部材の配置スペースを利用して、圧
電基板とその両面の一対の駆動電極を配置するので、振
動作用を加える構造としても、その為のスペースを新た
に用意する必要がない。
検出手段が、可動板と支持基板の各導電体層の周縁に電
気接続するいずれかの引き出し電極に検出電圧を印加
し、若しくは、いずれかの引き出し電極の電位を検出し
て、入力操作面への押圧とその押圧位置を検出し、可動
板又は支持基板の枠部の内面に固着されたいずれかの引
き出し電極を、圧電基板の一方の駆動電極として、引き
出し電極を介して圧電基板を固着することを特徴とす
る。
極を、圧電基板の一方の駆動電極と兼用するので、一方
の駆動電極は別に形成する必要がない。
続する為の電極であるので、引き出し電極と外部との配
線を利用して、一方の駆動電極に駆動電圧を印加させる
ことができる。
基板を、直接若しくは駆動電極を介して、支持基板の背
面に固着することを特徴とする。
に一方の駆動電極を介して圧電基板を固着するだけなの
で、従来の構造を変えずに、振動機能を加えることがで
きる。
板と支持基板が、支持基板の背面側に配設される照光用
発光素子の発光を透過させる透明材料で形成され、圧電
基板は、直接若しくは駆動電極を介して、導電体層の周
縁に電気接続する引き出し電極が形成された支持基板の
部位の背面に固着することを特徴とする。
間には、支持基板の背面側に圧電基板が固着されるの
で、引き出し電極は、圧電基板の対向する両面に固着さ
れた駆動電極で遮蔽され、照光用発光素子の配線に生じ
る高周波ノイズが、静電容量結合によって引き出し電極
に伝達されることが防止される。
操作面への押圧を検出した際に、低電圧のトリガーパル
スを入力によりコイルの両端にあらわれる出力電圧を駆
動電圧として、圧電基板の一対の駆動電極に印可するこ
とを特徴とする。
動するので、トリガーパルスを入力してコイルの両端に
表れる瞬間的なパルス波形の駆動電圧を圧電基板へ印加
するだけで、操作者が検知できる程度の大きさの振動が
可動板又は支持基板に発生する。
操作面への押圧を検出した際に、一対の駆動電極に可聴
帯域周波数の駆動電圧を印可して、圧電基板を伸縮し、
可動板又は支持基板を可聴帯域周波数で振動させること
により、入力操作を表す音を発生させることを特徴とす
る。
振動し、押圧の検出を表す操作音を発生させるので、別
にスピーカなどを設置することなく、操作音によって入
力操作感を発生させることができる。
係るタッチパネル入力装置1を、図1乃至図6で説明す
る。本実施の形態に係るタッチパネル入力装置1におい
ては、対向面の導電体層を均一な抵抗膜で形成したいわ
ゆる抵抗感圧タブレット方式を採用して、導電体層間の
接触位置(押圧位置)を検出している。図1は、タッチ
パネル入力装置1の分解斜視図、図2は、その要部縦断
面図、図3は、圧電基板2の取り付けを示す説明図、図
4は、圧電基板2を駆動する第1駆動回路10の構成を
示すブロック図、図5は、圧電基板2を駆動する駆動電
圧波形を示す波形図、図6は、圧電基板2を駆動する第
2駆動回路11の構成を示すブロック図である。
脂、ここではPET(ポリエチレンテレフタレート)を
用いて可撓性の矩形シート状に成形された可動板であ
る。可動板3の材質としては、後述する支持基板4側に
僅かに撓むものであれば、任意の材質を用いることがで
きるが、本実施の形態のように、支持基板4の内方に配
設した表示部(図示せず)を目視可能とする場合には、
透明材料を用い、ある程度の剛性か必要であれば、ガラ
ス基板、アクリル板、可撓性を有するものであれば、P
C(ポリカーボネート)、PES(ポリエーテルスルホ
ン)、PI(ポリイミド)等を用いることができる。
剤(図示せず)が塗布され、入力操作面3aとなる上面
を保護している。
ダライムガラスを用いて、可動板3と同じ輪郭の矩形薄
板状に成形されている。支持基板4は、押圧される可動
板3をその背面側から支持する基板であり、このため、
ある程度の剛性が必要であるが、その内方に表示部を配
置しない場合には、必ずしも透明材料で形成する必要は
ない。支持基板4は、ある程度の剛性があれば、ガラス
板に限らず、アクリル基板などのプラスチック板やアル
ミ、鉄などの金属板でもよい。
の枠部3A、4A間に介在させる粘着剤層5によって、
互いにわずかな間隙を隔て積層配置される。可動板3と
支持基板4との対向面には、透明導電膜である可動導電
体層6と固定導電体層7が、均一な膜圧で固着されてい
る。可動導電体層6と固定導電体層7は、それぞれ、I
TO(インジウム・スズ酸化物)で形成され、均一な膜
圧で膜付けされることによって、導電体層の各位置で単
位長さあたりの抵抗値を等くしている。
からなるドットスペーサ(図示せず)が、所定の間隔で
固着されている。このドットスペーサは、入力操作面3
aの一部が意図せずに手元などで触れた場合に、可動導
電体層6と固定導電体層7が誤接触することを防止する
ものであり、粘着材層5によって隔てられる可動導電体
層6と固定導電体層7の間隙に比べて低い高さとなって
いる。
1においてX方向の両側辺において可動導電体層6と電
気接続するX印加側引き出し電極8aとX接地側引き出
し電極8bが印刷されている。X印加側引き出し電極8
aとX接地側引き出し電極8bは、銀からなる細長帯状
の透明な導電薄板であり、可動板3背面のリード部12
a、12bによって、可動板3の外部接続部3bまで引
き出されている。
表面には、固定導電体層7の図1においてX方向と直交
するY方向の一側辺に、固定導電体層7と電気接続する
Y接地側引き出し電極9bが印刷されている。Y接地側
引き出し電極9bも、銀からなる細長帯状の透明な導電
薄板であり、その表面で導電性接着剤により電気接続す
る可動板3背面のリード部12dによって、可動板3の
外部接続部3bまで引き出されている。
定導電体層7の一側辺に対して、Y方向で対向する他側
の側辺にも、固定導電体層7に電気接続するY印加側引
き出し電極9aが形成されるが、ここでは、Y印加側引
き出し電極9aを、圧電基板2の一方の駆動電極2aと
兼ねるため、圧電基板2を支持基板4へ固着する際に、
駆動電極2aを導電性接着剤で固定導電体層7の他側の
側辺に沿って固着することによって、固定導電体層7に
電気接続するY印加側引き出し電極9aが形成される。
極2a)は、図3に示すように、圧電基板2の長手方向
一側で表面側に折り返され、対向する可動板3背面のリ
ード部12cに導電性接着剤で電気接続し、外部接続部
3bまで引き出されている。
2bも、対向する可動板3背面のリード部12eに導電
性接着剤で電気接続し、外部接続部3bまで引き出され
ている。
外部接続部3bまで引き出された各引き出し電極8a、
8b、9a、9bと、駆動電極2bは、外部接続部3b
に接続するコネクタを介して後述の押圧検出回路、駆動
回路10、11を含む外部回路に電気接続する。
側にリード部12eを加えるだけで、圧電基板2を駆動
する駆動電圧を外部から供給できるので、配線が容易で
ある。
2の一方の駆動電極2aとを兼ねることによって、外部
回路との接続のためのリード部12cも共用できるもの
となる。後述するように、Y印加側引き出し電極9a
は、押圧位置の検出の際に、検出電圧を印加したり、固
定導電体層7の電位を検出するものであり、駆動電極2
aは、押圧を検出した際には、可動板2へ駆動電圧を印
加するものであるが、押圧位置の検出と、押圧を検出し
た際の駆動電圧の印加は、異なるタイミングで実行さ
れ、同時に行われることがないので、両者を1枚の電極
で兼用できるものである。
ンジルコン酸鉛)磁器に代表される圧電セラミック、ポ
リフッ化ビニリデン(PVDF)等の圧電材料で形成し
た単層の基板で、ここでは、機械的な耐久性があり、最
も広く利用されているPZT系の圧電磁器材料からなる
圧電セラミックス板を用い、図示するように、固定導電
体層7の側辺に沿うように、細長帯状の薄板に形成して
いる。圧電基板2は、薄板なので、歪み量を大きく、ま
た、低い電圧で動作するようになっている。
動電極2a、2bは、導電性金属材料を蒸着、スクリー
ン印刷等で圧電基板2の対向する表裏両面に付着させた
後、焼成等で固着させている。圧電基板2の背面を覆う
一方の駆動電極2aは、前述した様に、圧電基板2の長
手方向一側で表面に折り返され、表面を覆う他方の駆動
電極2bと接触しないように、間隙を隔てて表面側に露
出している。
電基板2は、図2に示すように、可動板3と支持基板4
をわずかな間隙を隔てて積層するために、各枠部3A、
4Aの対向面間に充填される粘着剤層5の充填空間の一
部を利用して、可動板3と支持基板4の間に配置され
る。充填空間の高さ、すなわち、可動板3と支持基板4
間の間隔は、数100μmから1mm程度が一般的であ
るが、圧電基板2は、単層の薄板構造としているため、
両面に固着される駆動電極2a、2bを合わせてもその
高さを、200μm程度とすることができ、充填空間内
へ取り付けることが充分可能なものである。
は、背面側に固着されている一方の駆動電極2a(Y印
加側引き出し電極9a)を、固定導電体層7の他側の側
辺と支持基板4の表面に跨って載置し、導電性接着剤1
3で、固定導電体層7と支持基板4に固着することによ
って、支持基板4の表面に固着する。
2aを引き出し電極圧電基板2と兼ねているため、圧電
基板2の支持基板4への固着に、導電性の接着剤を用い
ているが、一方の駆動電極2aを直接支持基板4へ固着
する場合には、必ずしも導電性である必要はなく、エポ
キシ系、アクリル系など種々の接着剤を用いることがで
きる。
用して支持基板4に振動を発生させるものであり、圧電
基板2を直接支持基板4に固着するので、圧電基板2の
伸縮により支持基板4に大きな振幅の振動を発生させる
応力が発生する。例えば、誘電率が3400、圧電定数
が590*1012C/N、弾性コンプライアンスが2
0*10−12m2/Nの値を有するPZT系圧電材料
に、10*105V/mの電界をかけると、5.9*1
04の歪みが生じ、この歪みをクランプした状態では、
3*107N/mという大きな応力が生じる。
の矢印で示す厚み方向に、一対の駆動電極2a、2b間
に±20V程度の駆動電圧を印加するだけで、可動板3
を介しても、指で感触しうる充分大きな振幅の振動を支
持基板4に発生させることができる。振動の振幅は、駆
動電圧、圧電基板2の支持基板4へ固着する長さを調整
することにより、調整できる。
層7の周縁であるので、入力操作面3aを狭めない。
尚、圧電基板2は、固定導電体層7の対向する両側の周
縁に一対取り付けてもよい。
動電極2aを介して支持基板4上に固着した後、各枠部
3A、4Aの対向面間に粘着剤層5を塗布し、可動板3
と支持基板4を貼り合わせる。粘着材層5を挟んで、可
動板3と支持基板4の各枠部3A、4Aを押圧すると、
粘着材層5を介して枠部3A、4Aの対向面が密着し、
可動導電体層6と固定導電体層7は、僅かな間隙で平行
に配置される。また、圧電基板2の他方の駆動電極2b
は、粘着材層5で覆われるので、圧電基板2は、拘束さ
れることなく伸縮する。
て押圧検出回路(図示せず)は、可動板3の入力操作面
3aへの押圧と押圧位置を検出し、その押圧位置データ
を出力するもので、以下、その作用を説明する。
加側引き出し電極8a若しくはX接地側引き出し電極8
bに所定の押圧検出用電圧を印加し、可動導電体層6を
この電位に保つとともに、他側の固定導電体層7を抵抗
を介して接地し、その電位を監視する。可動板3が押圧
されていない間、接地電位にある固定導電体層7の電位
は、押圧により導電体層6、7間が接触すると、可動導
電体層6から抵抗に電流が流れ、一定の電位まで上昇す
る。そこで、所定のしきい値を設定し、固定導電体層7
の電位が所定のしきい値を越えることで、可動板3が押
圧されたことを検出する。
るように押圧検出回路が動作する。尚、この押圧検出に
よって、圧電基板2に駆動電圧を印加する第1駆動回路
10も起動するが、その動作は、後述する。
れぞれを分けて検出する。X方向の押圧位置を検出する
際には、X印加側引き出し電極8aに座標検出用電圧を
印加するとともに、X接地側引き出し電極8bを接地
し、可動導電体層6に等しい傾きの電位勾配を形成す
る。押圧位置での電位は、可動導電体層6と接触する固
定導電体層7側をハイインピーダンスとしておけば、固
定導電体層7の電位で読み取ることができ、Y印加側引
き出し電極9a若しくはY接地側引き出し電極9bのい
ずれかにA/Dコンバータなどの電圧検出回路に接続し
て、接触位置の電位を読み取る。可動導電体層6には、
等しい傾きの電位勾配が形成されているので、接触位置
の電位は、X接地側引き出し電極8bからX印加側引き
出し電極8aに向かうX方向の距離に比例した値とな
り、これによって、押圧位置のX座標を検出する。
法で、固定導電体層7にY方向の等しい傾きの電位勾配
を形成し、X印加側引き出し電極8a若しくはX接地側
引き出し電極8bに接続する電圧検出回路から、接触位
置の電位を読み取る。接触位置の電位は、Y接地側引き
出し電極9bからY印加側引き出し電極9aに向かうY
方向の距離に比例した値となるので、これによって、押
圧位置のY座標を検出する。
し、入力操作面3aの押圧操作による押圧位置を、X、
Y方向で検出し、X座標とY座標からなる押圧位置デー
タを図示しないパーソナルコンピュータなどの処理装置
へ出力する。
押圧を検出する限り、押圧検出回路にて、上記押圧と押
圧位置の検出を繰り返すが、押圧されていない状態から
始めて押圧を検出した際には、支持基板4を振動させる
為に、圧電基板2に駆動電圧を印加する第1駆動回路1
0が起動する。
路で、コイルで構成された変圧回路14の出力側に圧電
基板2の一対の駆動電極2a、2bが接続される。押圧
を検出すると、5乃至10msec幅の振動トリガー信
号が変圧回路14に入力され、この間、瞬間的に数ボル
トの直流低圧電源が変圧回路14へ印加されるようにな
っている。従って、変圧回路14には、コイルによる誘
導電圧が発生し、±40V程度の駆動電圧が圧電基板2
に印加される。
伸縮し、固着する支持基板4を振動させる。圧電基板2
を駆動させる駆動電圧の波形は、瞬間的に発生するパル
ス波形で駆動電圧を印加している間だけ、支持基板4が
振動するものであるが、上述したように、僅かな時間で
あっても、大きな振幅の振動が得られるので、操作者
は、押圧操作が検出されたことを、支持基板4に接触す
る可動板3を介して指先に伝達される振動で充分認識す
ることができる。
路10には、振動を一定時間連続させるための振動用発
信回路、昇圧用の発振回路などを用いることなく、極め
て簡単な回路構成とすることができる。
縮に直接連動する振動なので、圧電基板2を駆動させる
駆動電圧波形を図5の各図に示すように、種々の波形と
して、細かい振動の変化を操作者へ伝達させることもで
きる。
る押ボタンを押圧した際に生じるクリック感に類似した
感触を与える駆動電圧波形で、押圧を検出した後、5乃
至10msec幅のパルスを2回発生させるものであ
る。これにより、支持基板4は、瞬間的に2度振動す
る。
波交流の駆動電圧波形で、支持基板4には、同じ周波数
の正弦波振動が表れる。これにより、操作者は、振動モ
ータで支持基板4を振動させたような振動の感触を受け
る。
交流の駆動電圧波形で、同じ周期で支持基板4が振動す
る。支持基板4の振動周波数は、数khzとなるので、
その振動の感触は指から得られないが、可聴帯域周波数
であるので、支持基板4がガラス基板等であると振動に
よる操作音が発生する。従って、入力操作感は、音の発
生によっても、操作者へ伝達することができ、この場合
に、操作音を発生させる為のスピーカを設ける必要がな
い。
電圧波形を組み合わせたもので、操作者は、始めにクリ
ック感を指先から得て、その後、耳から操作音を聞くこ
とで、押圧操作を確認できる。
A)では、着信を伝達するための振動モータ、着信音を
出力するスピーカの他に、入力文字、着信内容を表示す
る表示板等が備えられているが、可能な限り小型軽量化
が求められるこれらの機器内には、更に表示板を振動さ
せる為に従来の圧電アクチュエータ、振動モータなどの
振動部品を取り付けることはできず、表示板を振動させ
る製品は開発されていない。本発明によれば、表示板に
圧電基板2を取り付け、その駆動電圧波形を上述のよう
に変えるだけで、これらの機能を全て満たすことができ
る。
形は、一定時間連続した振動を支持基板4へ発生させる
ために、第1駆動回路10に代えて、図6に示す振動用
発振回路15を備えた第2駆動回路11で圧電基板2を
駆動させる必要がある。
路16は、数Vの直流定電圧電源で20乃至30kHz
の発振動作を行う。昇圧用発振回路16に接続する昇圧
回路17は、昇圧用発振回路16の周期でトランスに流
れる電流をスイッチング制御し、数ボルトの直流定電圧
電源を数10Vの直流電圧に昇圧し、増幅回路18へ出
力する。
を振動させる周波数の駆動信号を発生し、増幅回路18
へ出力するもので、増幅回路18は、この駆動信号を昇
圧回路17から入力される直流電圧で増幅し、ゲート回
路19へ出力する。
を検出した際に押圧検出回路で生成される振動トリガー
を入力した際に、支持基板4を振動させる時間幅のパル
スを生成するパルス幅発生回路20が接続され、ゲート
回路19は、このパルスを入力している間、増幅回路1
8より入力される駆動信号を、駆動電圧として圧電基板
2の駆動電極2a、2bへ印加する。
振回路15で生成される駆動信号の周波数と、パルス幅
発生回路20で生成されるパルス幅を任意に設定するこ
とにより、図5各図に例示する駆動電圧波形等任意の駆
動電圧波形を生成できる。
動板3と支持基板4との間に配設するものであったが、
圧電基板2は、可動板3又は支持基板4のいずれの部分
に固着しても本発明を実施できるものである。
着した、本発明の第2実施の形態に係るタッチパネル入
力装置30を、図7の要部断面図で説明する。
基板2の取付位置を変えることによる構成上の相違を除
き、他の構成は、第1の実施の形態に係るタッチパネル
入力装置1と同一の構成であるので、図中同一の番号を
付してその詳細な説明は省略する。
4の背面であって、Y印加側引き出し電極9aが形成さ
れた部位の背面に、一方の駆動電極2aを介して、接着
剤層31で固着される。一対の駆動電極2a、2bと、
駆動回路10、11を含む外部回路との電気接続は、第
1実施の形態のように、可動板3背面のリード部12
c、12eを利用することができないので、別に設ける
リード線(図示せず)を介して電気接続する。
加側引き出し電極9aも駆動電極2aと兼用できないの
で、図示するように、第1実施の形態において駆動電極
2aが固着された部位に印刷形成される。
際に、駆動回路10、11から一対の駆動電極2a、2
bへ駆動電圧を印加すれば、圧電基板2の伸縮により支
持基板4が振動し、操作者は支持基板4に接触する可動
板3を介して指先でこの振動を感知し、押圧操作が実行
されたことを認識できる。
ネル入力装置30は、従来構造のタッチパネル入力装置
をそのままその構造を変えずに用い、圧電基板2を固着
するだけで、振動機能を加えることができる。
4A間を貼り付ける粘着材層5は、これらの対向面間を
固着する接着剤層としてもよい。
が、いずれも透明材料で形成されているので、タッチパ
ネル入力装置30を液晶パネル、CRT等の表示装置上
に配置し、表示内容を見ながら入力操作面3aを押圧
し、押圧位置を検出することによって、表示内容に対応
する指示入力データを、パーソナルコンピュータなどの
処理装置へ出力するものである。
板4の背面側に配置され、また、その表示内容を見易く
するために、発光ダイオードなどの照光用発光素子も支
持基板4の背面側に配置されるが、これらの表示装置、
素子若しくはその配線から高周波ノイズが発生すること
があり、絶縁基板である支持基板4が誘電体として作用
し、支持基板4上に形成された引き出し電極9a、9b
に重畳し、押圧位置の検出エラーの原因となっていた。
表示装置、素子若しくはその配線と、上記引き出し電極
9a、9bとの間に、圧電基板2に貼り付けられた駆動
電極2a、2bが介在し、これらの電極2a、2bが、
引き出し電極9a、9bに対するシールドの役割をなす
ので、高周波ノイズを遮断し、押圧位置の誤検出を防止
できる。
可動板3への押圧を検出した際に、圧電基板2へ駆動電
圧を印加したが、検出した押圧位置データと連動させ、
押圧の検出とともに、表示装置で表示される特定のアイ
コンを表示する表示エリアの押圧位置を検出した際に、
圧電基板2へ駆動電圧を印加し、可動板3又は支持基板
4を振動させることもできる。更に、アイコンの表示毎
に、駆動電圧波形を変化させれば、操作者に感知される
振動作用も異なり、目の不自由な操作者にも、アイコン
の種別を指先で感知できる。
感圧タブレット方式のアナログタイプのタッチパネル入
力装置1、30で説明したが、可動導電体層6と固定導
電体層7を、それぞれ多数の短冊状の可動接触片と固定
接触片に分割し、可動板3と支持基板4の対向面に、互
いに直交するように貼り付けて、マトリックス状の接触
位置を設定した、いわゆるデジタルタイプのタッチパネ
ル入力装置としてもよい。このデジタルタイプのタッチ
パネル入力装置では、いずれかの接触した可動接触片と
固定接触片から接触位置から、可動板3に対する押圧位
置を検出することができる。
るものであれば、可動板3の表面若しくは背面へ固着し
てもよく、又、圧電基板を固着する可動板又は支持基板
は、圧電基板の伸縮で振動が生じる程度の剛性があれ
ば、その材料は、ガラス、プラスチック、金属等いずれ
の材料であってもよい。
は、厚み方向で対向する表面と背面に一対の駆動電極を
貼り付け、一方の駆動電極を介して可動板又は支持基板
へ固着すると、圧電基板の厚み方向に電界が加わり、小
さい駆動電圧で効果的に可動板又は支持基板を振動させ
ることができるが、必ずしもこの固着方法に限らず、可
動板又は支持基板と直交する圧電基板の側面に固着し、
圧電基板を、直接、可動板又は支持基板へ固着するもの
であってもよい。
へ圧電基板を取り付けると、これらへ直接振動を発生さ
せるのみならず、種々の用途が派生して生じる。
(機械的歪みから発生する電圧信号を利用)する用途と
しては、可動板に圧電基板を固着しておき、押圧操作の
際に、可動板の押圧によって撓む圧電基板から所定の電
圧が出力されるので、この電圧を検出して、タッチパネ
ル入力装置の押圧を検出できる。この出力電圧を積分回
路に通せば、可動板への押圧力も判定できる。
電効果による電圧が出力されるので、待機中は、圧電基
板からの出力のみ監視する回路を動作させておき、タッ
チパネル入力装置が備えられた機器を操作者が取り出し
た際に、圧電基板に加わる加速度から出力される電圧を
検出し、他の主回路に電源を供給する等の省電力回路に
も利用できる。
せておくと、操作者の会話による音圧を受けて、圧電基
板に、音声に対応する所定の電気信号が表れる。従っ
て、簡易マイクロフォンとしても利用することも可能で
ある。
圧電基板を固着すれば、押圧した際にそれぞれの圧電基
板に伝達される撓み量が、押圧位置から圧電基板の固着
位置までの距離に依存するので、一対の圧電基板の出力
を比較することで、押圧位置を検出することも可能とな
る。
よれば、タッチパネル入力装置1、30を構成する可動
板3や支持基板4自体を振動させるので、振動発生源を
装置とは別のスペースに設ける必要がなく、入力装置全
体の厚さや大きさが増加しない。
るので、振動発生源の支持機構や振動源からの伝達機構
も設ける必要がなく、更に、伝達による雑音の発生や、
振動エネルギーの減衰もなく、僅かな駆動電圧で、効果
的に振動させることができる。従って、一定時間振動を
継続させず、瞬間的な振動を発生させるだけで、操作者
に感知させることができ、振動を継続させるための発振
回路がない簡単な回路で、圧電基板を駆動制御できる。
て可動板3や支持基板4が振動するので、押圧を検出し
た後、遅れなく振動を伝えることができ、また、駆動電
圧波形を変化させて、操作者に、細かい振動の感触の変
化を伝えることができる。
厚みを薄くできるので、安価に製造できるばかりか、低
い駆動電圧で大きな撓み量が得られるので、可動板3や
支持基板4に大きな振幅の振動を効率的に発生させるこ
とができる。
動電極が固着された圧電基板を、可動板と支持基板を僅
かな間隔を隔てるスペーサ部材の配置スペースにするの
で、振動作用を加える構造としても、その為のスペース
を新たに用意する必要がない。
の周縁に電気接続する引き出し電極と、圧電基板の一方
の駆動電極と兼用するので、一方の駆動電極は別に形成
する必要がない。更に、引き出し電極と外部回路とを接
続するリード部も兼用できるので、一方の駆動電極へ駆
動電圧を供給するための配線も新たに設ける必要がな
い。
の背面に一方の駆動電極を介して圧電基板を固着するだ
けなので、従来のタッチパネル入力装置をそのまま用い
て、振動機能を加えることができる。
の背面側から受ける高周波ノイズを駆動電極が遮蔽する
ので、高周波ノイズが引き出し電極に重畳することによ
って生じる押圧位置の検出エラーを防止できる。
振動を発生させるための発振回路などが不要となり、簡
単な圧電基板の駆動回路で、操作者が検知できる振動を
発生する。
ーカなどの音源を設けることなく、操作音によって、操
作者へ入力操作感を伝達させることができる。
視図である。
る。
図、(b)は、一対の駆動電極2a、2bとリード部1
2c、12eとの接続を示す要部斜視図である。
を示すブロック図である。
(a)は、クリック感を発生させる駆動電圧波形の、
(b)は、緩やかな振動感を発生させる駆動電圧波形
の、(c)は、可聴音を発生させる駆動電圧波形の、
(d)は、クリック感の後、可聴音を発生させる駆動電
圧波形の、波形図である。
を示すブロック図である。
力装置30の要部断面図である。
面図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 表面に入力操作面(3a)を有する可動
板(3)と、 可動板(3)とわずかな絶縁間隔を隔てて配置され、可
動板(3)を背面から支持する支持基板(4)と、 入力操作面(3a)への押圧とその押圧位置を、可動板
(3)と支持基板(4)上の対向面にそれぞれ形成され
た導電体層(6)(7)間の接触から検出し、押圧位置
データを出力する押圧検出手段とを備え、 押圧を検出した際に、可動板(3)又は支持基板(4)
を振動し、入力操作感を発生させるタッチパネル入力装
置であって、 対向する両面に一対の駆動電極(2a)(2b)が固着
された圧電基板(2)を、直接若しくは駆動電極(2
a)(2b)を介して、可動板(3)又は支持基板
(4)に固着し、 入力操作面(3a)への押圧を検出した際に、一対の駆
動電極(2a)(2b)に駆動電圧を印加して、伸縮す
る圧電基板(2)により可動板(3)又は支持基板
(4)を振動させることを特徴とするタッチパネル入力
装置。 - 【請求項2】 可動板(3)と支持基板(4)は、周囲
の枠部(3A)(4A)で対向する内面間に配置される
スペーサ部材(5)により、わずかな間隙を隔てて積層
配置され、 圧電基板(2)は、直接若しくは駆動電極(2a)(2
b)を介して、枠部(3A)(4A)で対向する可動板
(3)又は支持基板(4)のいずれかの内面に固着し、
スペーサ部材(5)が配置される空間内に取り付けられ
ることを特徴とする請求項1記載のタッチパネル入力装
置。 - 【請求項3】 押圧検出手段は、可動板(3)と支持基
板(4)の各導電体層(6)(7)の周縁に電気接続す
るいずれかの引き出し電極(9a)に検出電圧を印加
し、若しくは、いずれかの引き出し電極の電位を検出し
て、入力操作面(3a)への押圧とその押圧位置を検出
し、 可動板(3)又は支持基板(4)の枠部(3A)(4
A)の内面に固着されたいずれかの引き出し電極(9
a)を、圧電基板(2)の一方の駆動電極(2a)とし
て、引き出し電極を介して圧電基板(2)を固着するこ
とを特徴とする請求項2記載のタッチパネル入力装置。 - 【請求項4】 圧電基板(2)は、直接若しくは駆動電
極(2a)(2b)を介して、支持基板(4)の背面に
固着することを特徴とする請求項1記載のタッチパネル
入力装置。 - 【請求項5】 可動板(3)と支持基板(4)は、支持
基板(4)の背面側に配設される照光用発光素子の発光
を透過させる透明材料で形成され、 圧電基板(2)は、直接若しくは駆動電極(2a)(2
b)を介して、導電体層(7)の周縁に電気接続する引
き出し電極(9a)(9b)が形成された支持基板
(4)の部位の背面に固着することを特徴とする請求項
4記載のタッチパネル入力装置。 - 【請求項6】 入力操作面(3a)への押圧を検出した
際に、低電圧のトリガーパルスを入力によりコイルの両
端にあらわれる出力電圧を駆動電圧として、圧電基板
(2)の一対の駆動電極(2a)(2b)に印可するこ
とを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の
タッチパネル入力装置。 - 【請求項7】 入力操作面(3a)への押圧を検出した
際に、一対の駆動電極(2a)(2b)に可聴帯域周波
数の駆動電圧を印可して、圧電基板(2)を伸縮し、可
動板(3)又は支持基板(4)を可聴帯域周波数で振動
させることにより、入力操作を表す音を発生させること
を特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のタ
ッチパネル入力装置。
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