JP2004021697A

JP2004021697A - タブレット装置

Info

Publication number: JP2004021697A
Application number: JP2002177119A
Authority: JP
Inventors: Osamu Yoshikawa; 吉川　治; Hirotoshi Ishibashi; 石橋　弘敏
Original assignee: SMK Corp
Current assignee: SMK Corp
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2002-06-18
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2022-06-18
Also published as: JP3880888B2; US20030231170A1; US7119798B2

Abstract

【課題】操作パネル（３）又は支持基板（４）の振動をき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、操作パネル（３）又は支持基板（４）に固着し、入力操作面（３ａ）への入力操作を検出した際に、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）により操作パネル（３）又は支持基板（４）を振動させる。振動源を別に設けず直接操作パネル（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。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操作パネルを入力した際に、入力されている操作パネル又は操作パネルを支持する支持基板を振動し、操作者に入力操作感を伝達させるタブレット装置に関し、更に詳しくは、圧電基板を用いて操作パネル又は支持基板を振動させるタブレット装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】
タブレット装置は、デジタイザとも呼ばれるもので、支持基板上に支持された操作パネルに対し、スタイラスペン等の指示具若しくは指を、接触若しくは接近させ、接触若しくは接近させた操作パネル上の入力位置を検出して、パーソナルコンピュータ等の処理装置へその入力位置を表す入力位置データを出力するものである。
【０００４】
特に、操作パネル、支持基板、入力位置を検出するために形成される絶縁層、電極などを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して、表示内容を見ながらタブレット装置の入力操作面へ入力操作を行い、表示内容に対応する入力位置データを、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。
【０００５】
このタブレット装置には、操作パネルへの入力位置を検出する方式により、特開平５−２８９８０６号に示される磁気結合方式、特開平６−２４２８７５号に示される容量結合方式、実開平３−６７３１号に示される接触方式、特開平５−５３７１５号に示される抵抗方式、実開平５−３３２３５号に示される光結合方式など種々のタブレットが提案されているが、一般に、操作者は、パーソナルコンピュータなどの処理装置でその操作結果を知るだけで、操作パネルへの入力操作そのものがタブレット装置で検出されたかどうかを知ることができず、入力操作に不安があった。
【０００６】
そこで、タブレット装置への入力操作が検出されたことを、操作パネルや支持基板を振動させることにより、操作パネルに接触するスタイラスペン若しくは指を介して感触せしめるフォースフィードバック型タブレット装置が知られている。
【０００７】
図９は、この従来のフォースフィードバック型タブレット装置１００を示すもので、プラスチックの可撓性シートからなる操作パネル１０１と、操作パネル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１０３が、多数の絶縁突起１０４で僅かな間隙を隔てて積層され、タブレット本体１００Ａを構成している。
【０００８】
タブレット装置１００は、抵抗方式のタブレット装置であり、操作パネル１０１とプラスチックシート１０２との対向面に、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、操作パネル１０１の表面を押圧して入力操作すると、その入力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、入力位置が検出されるようになっている。
【０００９】
支持基板１０３は、筺体１０５の底面上に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、タブレット本体１００Ａの全体を載置するためのゴム製の台座で、柔らかすぎると操作パネル１０３への入力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。
【００１０】
クッション台座１０６で形成される支持基板１０３と筺体１０５の間には、表示パネル１０７が配置されている。操作パネル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１０３上に形成される各部は、透明材料で形成されている。
【００１１】
支持基板１０３の一端縁部の背面側には、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。
【００１２】
圧電アクチュエータ１０８の基端部は、支持台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。
【００１３】
操作パネル１０１の所定位置を押圧して入力操作を行うと、入力位置の導電体層間が接触することにより、図示しない入力位置検出手段がその入力と、入力位置を検出し、入力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。
【００１４】
入力を検出した際には、同時に、圧電アクチュエータ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、操作パネル１０１を入力している指先で、振動が感知される。
【００１５】
従って、タブレット装置を入力操作する操作者は、操作パネル１０１を入力した際に、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。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来のタブレット装置は、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、操作パネル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、タブレット装置を構成する操作パネル１０１や支持基板１０３とは別のスペースに設けるため、筺体１０５ひいては入力装置全体が大型化し、外形のデザインも制約される。
【００１７】
また、振動発生源としての圧電アクチュエータ１０８は、当接するタブレット本体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。
【００１８】
一方、振動発生源として振動モータを用いる場合には、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。
【００１９】
また、タブレット本体１００Ａの振動は、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、タブレット本体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、正確にタブレット本体１００Ａ側が追従しないので、伝達できない。
【００２０】
更に、振動発生源で振動を発生させてから、タブレット本体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。
【００２１】
これに関連して、圧電アクチュエータ１０８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）は減衰してタブレット本体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。
【００２２】
これに加えて、振動発生源１０８を筺体１０５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、その振動がタブレット本体１００Ａに伝達されない。
【００２３】
更に、振動発生源１０８と、支持基板１０４等のタブレット本体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。
【００２４】
また、磁気結合方式、容量結合方式、光結合方式を採用するタブレット装置では、必ずしも、スタイラスペン等の指示具、指を操作パネルへ接触させずにその入力位置を検出できるので、タブレット装置への入力操作の検出を表す操作パネルや支持基板の振動を発生させても、スタイラスペン、指へ伝達することができないものであった。
【００２５】
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、操作パネル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ブレット装置を提供することを目的とする。
【００２６】
また、操作パネル又は支持基板の振動をきめ細かく制御自在とするタブレット装置を提供することを目的とする。
【００２７】
また、単純な駆動回路で、操作者が検知できる振動を、操作パネル又は支持基板に発生させるタブレット装置を提供することを目的とする。
【００２８】
また、操作パネルに指示具、指を接触させなくても、入力操作の検出を操作者へ伝達させることが可能なタブレット装置を提供することを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
【００３０】
請求項１のタブレット装置は、入力操作面を有する操作パネルと、操作パネルを背面から支持する支持基板と、入力操作面への入力操作とその入力位置を検出し、入力位置データを出力する入力位置検出手段とを備え、入力を検出した際に、操作パネル又は支持基板を振動し、入力操作感を発生させるタブレット装置であって、
表裏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、操作パネル又は支持基板に固着し、入力操作面への入力操作を検出した際に、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操作パネル又は支持基板を振動させることを特徴とする。
【００３１】
一対の駆動電極間に駆動電圧を印加すると、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、操作パネル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、固着した操作パネル又は支持基板に、大きな振幅で振動させる応力が発生する。
【００３２】
操作パネル又は支持基板自体が振動するので、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、操作パネル又は支持基板に、細かい振動作用を与えることができる。
【００３３】
請求項２のタブレット装置は、圧電基板を、積層配置される操作パネルと支持基板間の間隙に配置し、操作パネル又は支持基板の対向面のいずれか一面に固着することを特徴とする。
【００３４】
圧電基板は、圧電材料からなる単層の基板で構成できるので、薄い厚さとして、操作パネルと支持基板間の僅かな間隔に配置させることができる。
【００３５】
入力位置検出手段となる構成の一部が配置される操作パネルと支持基板の間隔を利用して圧電基板を配置するので、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。
【００３６】
請求項３のタブレット装置は、圧電基板を、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。
【００３７】
タブレット装置の支持基板の背面側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。
【００３８】
請求項４のタブレット装置は、入力操作面への入力操作を検出した際に、低電圧のトリガーパルスの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加することを特徴とする。
【００３９】
操作パネル又は支持基板自体が大きな振幅で振動するので、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操作パネル又は支持基板に発生する。
【００４０】
請求項５のタブレット装置は、入力操作面への入力操作を検出した際に、一対の駆動電極に可聴帯域周波数の駆動電圧を印加して、圧電基板を伸縮し、操作パネル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、入力操作の検出を表す音を発生させることを特徴とする。
【００４１】
操作パネル又は支持基板が、可聴帯域周波数で振動し、入力の検出を表す操作音を発生させるので、操作パネルに指示具、指を接触させなくても、入力操作の検出を操作者へ伝達させることができる。
【００４２】
また、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。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施の形態に係るタブレット装置１を、図１乃至図７で説明する。タブレット装置１は、操作パネル３と支持基板４の対向面に複数本の列電極６と複数本の行電極７が、絶縁シート８を挟んで形成された容量結合方式のタブレット装置であり、列電極６若しくは行電極７に印加される電圧パルスでスタイラスペン９に誘起される電圧を読み取って、スタイラスペン９の操作パネル３上の入力位置を検出している。
【００４４】
図１は、タブレット装置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、入力位置検出手段となる入力位置検出回路５０のブロック図、図５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６は、圧電基板２を駆動する駆動電圧波形を示す波形図、図７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。
【００４５】
これらの図において、３は、透明なガラス板からなる操作パネルである。操作パネル３は、絶縁物であれば任意の材質を用いることができるが、支持基板４の内方に表示部（図示せず）を配設する場合には、表示部を目視可能とするために、透明材料を用いる必要があり、ガラス基板の他、アクリル板等を用いる。操作パネル３の表面には、透明なハードコート剤（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。
【００４６】
操作パネル３の内面には、図１のＹ方向に延びる複数本の列電極６が、Ｘ方向に所定のピッチで印刷形成されている。複数の列電極６は、図４に示す入力位置検出回路５０の列ドライバ５１に引き出され、列ドライバー５１から順次電圧パルスが印加されるようになっている。
【００４７】
また、支持基板４も、透明なガラス基板で、ソーダライムガラスを用いて、操作パネル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、入力される操作パネル３をその背面側から支持する基板であり、また、複数の行電極７を互いに絶縁して配置する為に、ある程度の剛性が必要な絶縁物であることが求められるが、内方に表示部を配置しない場合には、操作パネル３と同様、必ずしも透明材料で形成する必要はない。支持基板４は、ガラス板に限らず、アクリル基板などのプラスチック板でもよい。
【００４８】
支持基板４の操作パネル３と対向する上面には、図１のＸ方向に延びる複数本の行電極７が、Ｙ方向に所定のピッチで印刷形成されている。複数の行電極７は、入力位置検出回路５０の行ドライバ５２に引き出され、行ドライバー５２から列ドライバー５１と異なるタイミングで順次電圧パルスが印加される。
【００４９】
操作パネル３と支持基板４は、絶縁層となる絶縁シート８を介して積層されるもので、絶縁シート８により対向する列電極６と行電極７が絶縁される。絶縁シート８は、図のようにスタイラスペン９が行電極７上に接近した際に、これらの間を静電容量結合する誘電体として作用させるものであるが、支持基板４の内方に表示部を配置する場合には、透明材料で形成する。更に、絶縁シート８の内方に列電極６及び行電極７に印加される電圧で発光する蛍光体層を介在されれば、絶縁シート８自体をＥＬパネル等の表示部とすることができる。
【００５０】
絶縁シート８は、矩形状に形成されるが、そのＹ方向の幅は、操作パネル３及び支持基板４の同方向の幅より短く、絶縁シート８が介在しない操作パネル３と支持基板４間の間隙に圧電基板２が取り付けられる。
【００５１】
圧電基板２は、圧電単結晶、ＰＺＴ（チタンジルコン酸鉛）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、Ｙ方向の一側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、薄板とすることにより、歪み量が大きく、また、低い電圧で動作する。
【００５２】
圧電基板２に駆動電圧を印加する一対の駆動電極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、ここでは、図３に示すように、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。
【００５３】
両面に駆動電極２ａ、２ｂが固着された圧電基板２は、図に示すように、列電極６、行電極７、絶縁シート８を配置する為の操作パネル３と支持基板４間の僅かな間隙を利用して配置される。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の厚さを加えてもその高さを、２００μｍ程度とすることができ、操作パネル３と支持基板４間の僅かな間隔にも、充分取り付けることができる。
【００５４】
圧電基板２の取り付けは、一方の駆動電極２ａが付着されている裏面を、Ｙ方向の一側の側辺に沿う支持基板４の表面に、エポキシ系、アクリル系など種々の接着剤を用いて固着する。また、表面側に露出する駆動電極２ａ、２ｂは、それぞれ図示しない引き出しリード部により、操作パネル３と支持基板４の間から外部に引き出され、後述の駆動回路１０、１１に電気接続される。
【００５５】
このように本実施の形態では、圧電基板２の電わい効果を利用して支持基板４に振動を発生させるものであり、圧電基板２の裏面を直接支持基板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＊１０１^２Ｃ／Ｎ、弾性コンプライアンスが２０＊１０^−１２ｍ^２／Ｎの値を有するＰＺＴ系圧電材料に、１０＊１０^５Ｖ／ｍの電界をかけると、５．９＊１０^４の歪みが生じ、この歪みをクランプした状態では、３＊１０^７Ｎ／ｍという大きな応力が生じる。
【００５６】
この電わい効果を利用すると、図３（ａ）の矢印で示す厚み方向である一対の駆動電極２ａ、２ｂ間に±２０Ｖ程度の駆動電圧を印加するだけで、操作パネル３、スタイラスペン９を介して、操作者が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。
【００５７】
圧電基板２の取り付け位置は、行電極７が印刷される部位から外れたＹ方向の一側の側辺であるので、入力位置が検出できる入力操作面３ａを大きく狭めることがない。尚、圧電基板２は、支持基板４の対向する両側に沿って一対取り付けてもよい。
【００５８】
図２に示すように、圧電基板２を一方の駆動電極２ａを介して支持基板４上に固着した後、操作パネル３と支持基板４の周囲の対向面間を接着剤を用いて固着し、圧電基板２及び絶縁シート８を挟持した状態で、操作パネル３と支持基板４を貼り合わせる。尚、圧電基板２と操作パネル３の間には、接着剤を介在させず、若しくは、図２に示すように粘着材層５を介在させ、圧電基板２を操作パネル３側に拘束させずに伸縮させている。
【００５９】
スタイラスペン９は、図１に示すように、操作者が手で握り持つペンシル状の導体で形成され、その他端は図４に示す入力位置検出回路５０のローパスフィルタ５３に電気接続されている。
【００６０】
入力位置検出回路５０は、容量結合方式のタブレット装置１において、スタイラスペン９を操作パネル３への入力操作とその入力位置を検出するものであり、入力位置検出回路５０の各構成をその作用とともに説明する。
【００６１】
スタイラスペン９を操作パネル３の入力操作面３ａの特定位置に接触させると、操作パネル９が絶縁物であるガラス板で構成されているので、誘電体として作用し、スタイラスペン９と各列電極６は、静電結合する。同様に、スタイラスペン９と各行電極７間も、その間に介在する操作パネル９と絶縁シート８が誘電体として作用し、静電結合する。
【００６２】
操作パネル９と絶縁シート８の静電容量は、特定位置で接触するスタイラスペン９とその真下に位置する列電極６若しくは行電極７との間で最大となる。従って、列ドライバー５１と行ドライバー５２から、各列電極６と行電極７にそれぞれ異なるタイミングで電圧パルスを印加し、スタイラスペン９に誘起される電圧が最大となったときに、電圧パルスを印可した列電極６若しくは行電極７を特定することで、スタイラスペン９の入力位置（操作パネル３への接触若しくは接近位置）を検出できる。
【００６３】
また、スタイラスペン９を操作パネル３の入力操作面３ａへ接触、若しくは接近させないと、列電極６若しくは行電極７との静電容量は所定値以上とならないので、いずれかの列電極６若しくは行電極７へ電圧パルスを印加し、スタイラスペン９に一定値以上の電圧が誘起されることで、スタイラスペン９の入力操作面３ａへの接触、若しくは接近、すなわち入力操作を検出できる。
【００６４】
各列電極６と行電極７に印加される電圧パルスのタイミングは、列ドライバー５１と行ドライバー５２に接続する座標検出制御部５４で制御される。座標検出制御部５４は、列電極６の一側から順次電圧パルスを印加するように列ドライバー５１を制御した後、同様に行電極７の一側から順次電圧パルスを印加するように行ドライバー５２を制御し、１フレーム期間中に全ての電極６、７を走査した後、同じ制御を繰り返す。また、これらの列ドライバー５１及び行ドライバー５２へ制御信号を出力する間、その後段に接続される入力検出部５５へ一定周波数のクロックパルスを出力するとともに、１フレームの期間毎にリセット信号を出力する。
【００６５】
このようにして全ての列電極６と行電極７に順次電圧パルスが印加されると、いずれかに接近させているスタイラスペン９に電圧が誘起され、この誘起電圧による出力信号は、スタイラスペン９からローパスフィルタ５３へ出力される。
【００６６】
ローパスフィルタ５３は、段階的に変化する出力信号を連続した信号波形に変換し、その後段に接続されるコンパレータ５６及び微分回路５７へ出力する。ローパスフィルタ５３の出力、すなわちスタイラスペン９に誘起された電圧は、コンパレータ５６により基準電圧Ｖｒｅｆと比較される。ここでは、基準電圧Ｖｒｅｆの電位を、スタイラスペン９を操作パネル３の入力操作面３ａへ接触、若しくは接近させた状態で、１フレーム期間中に、ローパスフィルタ５３の出力に表れる最大電圧より僅かに低い値に設定する。
【００６７】
コンパレータ５６は、基準電圧Ｖｒｅｆを越える電圧がローパスフィルタ５３に入力されると「Ｈ」レベルの検出信号を位置検出部５５へ出力し、位置検出部５５は、この「Ｈ」レベルの検出信号の入力で、入力操作が行われていると判別する。
【００６８】
また、位置検出部５５は、後述するように、所定期間以上「Ｌ」レベルであるコンパレータ５６の出力が「Ｈ」レベルに移行したときに、タブレット装置１に対して始めて入力操作が行われたものと判定し、図５又は図７に示す第１駆動回路１０、第２駆動回路１１へトリガーパルスを出力する。
【００６９】
微分回路５７に入力されるコンパレータ５６からの出力は、列電極６と行電極７に順次電圧パルスを印加している間、緩やかに増減し、スタイラスペン９の下方の列電極６及び行電極７へ電圧パルスを印加するタイミングで、極大値となる
。
【００７０】
微分回路５７の出力側に接続された位置検出部５５は、微分回路５７の出力を監視し正から負に移行するタイミングを、コンパレータ５６からの出力の極大値とし、スタイラスペン９の下方の列電極６及び行電極７へ電圧パルスが印加されたタイミングと判定する。一方、位置検出部５５は、位置検出制御部５４から出力されるクロックパルスをカウントし、リセット信号を入力する毎に、そのカウントをリセットするので、極大値と判定したときのカウント値から、スタイラスペン９の下方の列電極６若しくは行電極７を特定できる。従って、この特定した列電極６と行電極７から、スタイラスペン９の入力位置をＸ、Ｙ方向で求め、パーソナルコンピュータ等の処理装置へ１フレームの周期で入力位置座標を出力する。
【００７１】
タブレット装置１は、操作パネル３への入力操作を周期的に検出する限り、上記入力位置の検出を繰り返すが、位置検出部５５において、所定期間入力操作を検出していない状態（コンパレータ５６から「Ｌ」レベルの検出信号が入力されている状態）から入力操作を検出（コンパレータ５６から「Ｈ」レベルの検出信号を入力）した際に、上述のように入力操作が開始されたものと判定し、支持基板４を振動させる為に第１駆動回路１０を起動するとともに、トリガーパルスを出力する。
【００７２】
第１駆動回路１０は、図５に示す簡単な回路で、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。入力操作を検出すると、５乃至１０ｍｓｅｃ幅の振動トリガー信号が位置検出部５５から変圧回路１４に出力され、この間、瞬間的に数Ｖ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。
【００７３】
圧電基板２は、この駆動電圧が印加されて伸縮し、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、その振動は操作パネル３を介して、スタイラスペン９を握る操作者の指先に伝達され、入力操作がタブレット装置１側で検出されたことを認識することができる。
【００７４】
ここで、振動を発生させる為の第１駆動回路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。
【００７５】
尚、支持基板４の振動は、圧電基板２の伸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６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。
【００７６】
図６（ａ）は、操作者に皿バネで支持される押ボタンを入力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、入力を検出した後、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。
【００７７】
図６（ｂ）は、２０乃至３０Ｈｚの正弦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。
【００７８】
図６（ｃ）は、数１００μｓｅｃの周期の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から振動による操作音が発生する。従って、スタイラスペン９が操作パネル３へ接触していない状態でも、入力操作が検出されたことを、可聴音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。
【００７９】
図６（ｄ）は、同図（ａ）と（ｃ）の駆動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、入力操作の検出を確認できる。
【００８０】
携帯電話機など携帯情報端末機器（ＰＤＡ）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、表示板自体をタブレット装置の操作パネル若しくは支持基板に兼用し、そのいずれかに圧電基板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、これらの機能を満たすことができる。
【００８１】
図６（ｂ）乃至（ｄ）に示す各駆動電圧波形は、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７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。
【００８２】
第２駆動回路１１において、昇圧用発振回路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。
【００８３】
一方、振動用発振回路１５は、支持基板４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。
【００８４】
ゲート回路１９の入力側には、更に、入力を検出した際に入力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１８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。
【００８５】
この第２駆動回路１１によれば、振動用発振回路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６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。
【００８６】
第１の実施の形態では、圧電基板２を、操作パネル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、操作パネル３又は支持基板４のいずれの部位に固着しても本発明を実施できる。
【００８７】
以下、圧電基板２を支持基板４の背面に固着した、本発明の第２実施の形態に係るタブレット装置３０を、図８の要部断面図で説明する。
【００８８】
尚、この第２実施の形態においては、圧電基板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ブレット装置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。
【００８９】
図に示すように、圧電基板２は、支持基板４の背面の一側に沿って一方の駆動電極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、別に設けるリード線（図示せず）を介して電気接続する。
【００９０】
また、操作パネル３と支持基板４間の隙間には、第１実施の形態のように圧電基板２が配設されないので、列電極６と行電極７が形成されない周囲の対向面間は、粘着材を用いずに全て接着剤１３で固着され、操作パネル３と支持基板４が貼り合わされている。
【００９１】
第１実施の形態と同様に、入力操作を検出した際に、駆動回路１０、１１から一対の駆動電極２ａ、２ｂ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に接触する操作パネル３とスタイラスペン９を介して、指でこの振動を感知し、入力操作が検出されたことを認識できる。
【００９２】
このように、本実施の形態に係るタブレット装置３０は、従来構造のタブレット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。
【００９３】
上述の第１、第２実施の形態では、始めて操作パネル３への入力操作を検出した際に、圧電基板２へ駆動電圧を印加したが、検出した入力位置データと関連させ、特定のアイコンを表示する表示エリア内の入力位置と入力操作を検出した際に、圧電基板２へ駆動電圧を印加し、操作パネル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。
【００９４】
また、上述の実施の形態は、いわゆる容量結合方式のタブレット装置１、３０で説明したが、磁気結合方式、接触方式、抵抗方式、光結合方式など他の方式で入力位置を検出する種々のタブレット装置であってもよく、又これらの方式のタブレット装置において、必ずしもスタイラスペンのような指示具を用いず指先で操作位置を入力するものであってもよい。他の形式のタブレット装置である場合には、その入力位置の検出機能を損なうものでなければ、操作パネル３、支持基板４等の構成は、絶縁物に限らず金属材料などの任意の材料で形成できる。
【００９５】
また、圧電基板は、ある程度の剛性を有するものであれば、操作パネル３の表面若しくは背面へ固着してもよい。
【００９６】
上記実施の形態に示すように、圧電基板は、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操作パネル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操作パネル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、操作パネル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、操作パネル又は支持基板へ固着するものであってもよい。
【００９７】
本発明のように、操作パネル３又は支持基板４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。
【００９８】
例えば、圧電基板による圧電効果を利用（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、操作パネルに圧電基板を固着しておき、入力操作の際に、操作パネルの入力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、タブレット装置の入力を検出できる。この出力電圧を積分回路に通せば、操作パネルへの入力も判定できる。
【００９９】
また、圧電基板に加速度が加わっても、圧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、タブレット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。
【０１００】
更に、操作パネルの表面側に圧電基板を露出させておくと、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。
【０１０１】
更に、入力操作面の対向する２辺に沿って圧電基板を固着すれば、入力した際にそれぞれの圧電基板に伝達される撓み量が、入力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、入力位置を検出することも可能となる。
【０１０２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、タブレット装置１、３０を構成する操作パネル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。
【０１０３】
また、操作パネル３や支持基板４自体が振動するので、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。
【０１０４】
更に、圧電基板２の伸縮にそのまま追従して操作パネル３や支持基板４が振動するので、入力を検出した後、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。
【０１０５】
また、圧電基板２は、単層構造としてその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、操作パネル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。
【０１０６】
また、請求項２の発明によれば、入力位置検出手段となる構成の一部が配置される操作パネルと支持基板の間隔を利用して圧電基板を配置するので、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。
【０１０７】
また、請求項３の発明によれば、支持基板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、従来のタブレット装置をそのまま用いて、振動機能を加えることができる。
【０１０８】
また、請求項４の発明によれば、連続した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。
【０１０９】
また、請求項５の発明によれば、別にスピーカなどの音源を設けることなく、操作パネルに直接接触しない入力操作であっても、その入力操作を検出したことを操作音により操作者へ伝達させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るタブレット装置１の分解斜視図である。
【図２】タブレット装置１の要部縦断面図である。
【図３】（ａ）は、圧電基板２を取り付けた状態を示す説明図、（ｂ）は、その要部部分破断斜視図である。
【図４】入力位置検出回路５０の構成を示すブロック図である。
【図５】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である。
【図６】圧電基板２を駆動する駆動電圧波形を示し、（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。
【図７】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。
【図８】本発明の第２実施の形態に係るタブレット装置３０の要部断面図である。
【図９】従来のタブレット装置１００を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１　　タブレット装置
２　　圧電基板
２ａ　一方の駆動電極
２ｂ　他方の駆動電極
３　　操作パネル
３ａ　入力操作面
４　　支持基板
５０　入力位置検出回路（入力位置検出手段）

Claims

入力操作面（３ａ）を有する操作パネル（３）と、
操作パネル（３）を背面から支持する支持基板（４）と、
入力操作面（３ａ）への入力操作とその入力位置を検出し、入力位置データを出力する入力位置検出手段（５０）とを備え、
入力を検出した際に、操作パネル（３）又は支持基板（４）を振動し、入力操作感を発生させるタブレット装置であって、
表裏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、操作パネル（３）又は支持基板（４）に固着し、
入力操作面（３ａ）への入力操作を検出した際に、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）により操作パネル（３）又は支持基板（４）を振動させることを特徴とするタブレット装置。
圧電基板（２）を、積層配置される操作パネル（３）と支持基板（４）間の間隙に配置し、操作パネル（３）又は支持基板（４）の対向面のいずれか一面に固着することを特徴とする請求項１記載のタブレット装置。
圧電基板（２）を、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記載のタブレット装置。
入力操作面（３ａ）への入力操作を検出した際に、低電圧のトリガーパルスの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）に印加することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のタブレット装置。
入力操作面（３ａ）への入力操作を検出した際に、一対の駆動電極（２ａ）（２ｂ）に可聴帯域周波数の駆動電圧を印加して、圧電基板（２）を伸縮し、操作パネル（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、入力操作の検出を表す音を発生させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のタブレット装置。