JP2007065814A - 入出力装置及び入出力装置を備えた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】操作するユーザの指先に触覚を発生させるようにした入出力装置を、物理的な接触に対して大きな耐久性を発揮し、高度の薄型化が可能で、デザイン上の自由度の大きなものとする。
【解決手段】入出力装置１６は、板状部材から成る操作板２２を備えており、この操作板２２は、複数の圧電素子３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬを介して基板３２上に支持されている。ユーザは操作板２２を指先で押圧して操作する。操作板２２に力が加えられたときに複数の圧電素子が夫々に発生する電圧に基づいて入力信号を発生させるようにした。また、操作板２２に力が加えられたときに圧電素子に電圧を印加して操作板２２を駆動させ、それによって、操作板２２に触れているユーザの指先に触覚を発生させるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、入出力装置及び入出力装置を備えた電子機器に関する。

入力装置の一種であるタッチパネルは、機械的スイッチを用いて構成した入力装置と比べて、薄型化及び軽量化が容易であり、設計上のフレキシビリティに富み、また、塵芥や水滴が入力装置に侵入するのを防止するための密閉性を確保し易いことなどの多くの利点を有しており、そのため現在では、様々な機器の入力装置として、また入出力装置の一部として広く用いられている。

ただし、多くのタッチパネルは、それを操作するユーザの指先が、単に平坦で滑らかなパネル面に触れるだけであるため、機械的スイッチを用いて構成した入力装置を操作したときに指先に感じるクリック感のような、触覚によるユーザへのフィードバックが存在せず、そのことが、タッチパネルの操作感を頼りないものにしていた。この点を改善するために、操作するユーザの指先に触覚をフィードバックするようにしたタッチパネルディスプレイ装置が開発されており、その具体例としては、特開２００３−２８８１５８号公報に開示されているものがある。同公報のタッチパネルディスプレイ装置は、ユーザの指先が接触するタッチパネルを振動させることによって、ユーザの指先に触覚を発生させるようにしたものである。
特開２００３−２８８１５８号公報

上述したように、タッチパネルは、多くの利点を有するものであるが、物理的な接触によって損傷し易いという欠点があり、特に、鋭利な尖端部ないし角部を有する物品がタッチパネルの配線部分に接触すると、それによって断線するおそれがあるため、配線部分をカバーなどで掩蔽しておく必要がある。それゆえ、操作するユーザの指先に触覚を発生させるようにした入出力装置を、タッチパネルを用いて構成した場合には、タッチパネルが物理的な接触に対して脆弱であるということが、その入出力装置の薄型化を阻害する要因ともなり、また、デザイン上の自由度の制約要因ともなっていた。

本発明はかかる事情に鑑み成されたものであって、本発明の目的は、操作するユーザの指先に触覚を発生させるようにした入出力装置を、物理的な接触に対して大きな耐久性を発揮し、高度の薄型化が可能で、デザイン上の自由度の大きなものとすることにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る入出力装置は、基板と、複数の圧電素子を介して前記基板上に支持された板状部材から成る操作板と、前記操作板に力が加えられたときに前記複数の圧電素子が夫々に発生する電圧を検出信号として受取り、それら検出信号に処理を施して前記操作板に加えられた力の作用点の位置及び／またはその力の大きさを検出し、その検出結果に応じた入力信号を発生する検出部と、前記複数の圧電素子をアクチュエータとして作動させるための電圧を駆動信号として発生する駆動部と、前記操作板に力が加えられたときに前記駆動部を制御して前記複数の圧電素子に前記操作板を駆動させる制御部とを備え、前記複数の圧電素子に前記操作板を駆動させることによって、前記操作板に触れているユーザの指先に触覚を発生させるようにしたことを特徴とする。

また、本発明に係る入出力装置を備えた電子機器は、前記入出力装置が、基板と、複数の圧電素子を介して前記基板上に支持された板状部材から成る操作板と、前記操作板に力が加えられたときに前記複数の圧電素子が夫々に発生する電圧を検出信号として受取り、それら検出信号に処理を施して前記操作板に加えられた力の作用点の位置及び／またはその力の大きさを検出し、その検出結果に応じた入力信号を発生する検出部と、前記複数の圧電素子をアクチュエータとして作動させるための電圧を駆動信号として発生する駆動部と、前記操作板に力が加えられたときに前記駆動部を制御して前記複数の圧電素子に前記操作板を駆動させる制御部とを備え、前記複数の圧電素子に前記操作板を駆動させることによって、前記操作板に触れているユーザの指先に触覚を発生させるようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、ユーザが指先で操作する入出力装置の操作部が、板状部材から成る操作板によって形成される。この操作板は、例えば剛性を有する１枚の板状部材として形成することが可能である。そのため、ユーザの指先に触覚を発生させるようにした入出力装置を、塵芥や水滴の侵入に対してのみならず、物理的な接触に対しても大きな耐久性を有するものとすることができる。また、操作板の機械的構造部分を非常に簡明な構成とし得るため、かかる入出力装置を、高度に薄型化することができ、また、デザイン上の自由度の大きなものとすることができる。

以下に本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態に係る電子機器であるＤＶＤレコーダの斜視図、図２は図１のＤＶＤレコーダに装備された本発明の実施の形態に係る入出力装置を分解して示した分解斜視図、図３は図２の入出力装置の要部斜視図、図４は図２の入出力装置の正面図である。

図１において、ＤＶＤレコーダ１０は、筐体１２と、この筐体１２の前面に形成されたＤＶＤディスク挿入口１４と、この筐体１２の前面に装備された入出力装置１６とを備えている。入出力装置１６は、ＤＶＤレコーダ１０のユーザが指先で押圧操作する複数のキー１８と、ユーザに様々な情報を提供する液晶ディスプレイ・パネル（ＬＣＤ）２０とを備えている。図４に示すように、キー１８は上中下３段に並べられ、上段に３個、中段に３個、下段に６個、合計１２個設けられている。

図２に示したように、入出力装置１６は、この入出力装置１６の表面の全域を覆って延展する長方形の操作板２２を備えており、１２個のキー１８は、この操作板２２に描かれたキー表示２４から成る。より詳しくは、操作板２２は、剛性を有する１枚の透明なアクリル樹脂板から成る長方形の板状部材２６の裏面に、薄いプラスチック製フィルムから成る印刷シート２８を貼着して構成したものであり、この印刷シート２８に、１２個のキー１８に対応したキー表示２４が印刷されている。また、印刷シート２８には、ＬＣＤ２０の画面を露出させるための窓３０が形成されており、ユーザが、透明な板状部材２６を透して、この窓３０内のＬＣＤ２０を視認できるようにしてある。

入出力装置１６は更に、長方形の基板３２を備えており、ＬＣＤ２０はこの基板３２上に支持されている。基板３２上には、更に、入出力装置１６のエレクトロニクス要素（不図示）が搭載されている。それらエレクトロニクス要素には、ＬＣＤ２０の駆動部の他に、後に説明する圧電素子の駆動部、それに、様々な検出機能及び制御機能を担うワンチップ・コンピュータ（ＣＰＵ）が含まれている。長方形の基板３２の四隅に、４個の圧電素子３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬが取付けられており、操作板２２は、それら４個の圧電素子を介して、基板３２上に支持されている。それら圧電素子３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬは、荷重検出素子としての機能と、圧電アクチュエータとしての機能とを担うものである。基板３２はＤＶＤレコーダ１０の筐体１２に固定され、それによって入出力装置１６がＤＶＤレコーダ１０の筐体１２に取付けられている。尚、別構成例として、ＤＶＤレコーダの筐体の一部が入出力装置の基板を構成するようにしてもよい。

基板３２上には、更に、６個の弾性体ブロック３６が取付けられている。それら弾性体ブロック３６は、操作板２２を基板３２上に支持するための補助的支持部材として機能するものであり、従って図示例では、操作板２２が、４個の圧電素子３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬと、６個の弾性体ブロック３６とを介して、基板３２上に支持されている。このように操作板２２を支持するために６個の弾性体ブロック３６を併用しているのは、図示例では圧電素子としてバイモルフ型圧電アクチュエータを使用しているため、４個の圧電素子３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬだけでは、十分な支持力を確保することが容易でないからである。ただし、本発明は、バイモルフ型圧電アクチュエータ以外の圧電素子を用いて実施することも可能であり、使用する圧電素子が十分な支持力を提供し得るものである場合には、補助的支持部材を省略することも可能である。

圧電素子３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬが荷重検出素子ないし圧電アクチュエータとして機能するときには、弾性体ブロック３６が弾性変形することによって、操作板２２が基板３２に対して変位できるようにしている。従って、弾性体ブロック３６は、操作板２２ができるだけ容易に変位できるようなものとすることが望ましく、それには、弾性体ブロック３６を、超低硬度の高分子ゲル材料のブロックとするのがよい。例えば、北川工業株式会社が「ＫＧゲル（商標）」という製品名で市場に提供しているシート状の超低硬度の高分子ゲル材料は、弾性体ブロック３６の材料として特に適したものである。その具体例について述べると、例えば、厚さが１ｍｍの「ＫＧゲル（商標）」のシートを数ｍｍ角に切断することによって、高さが１ｍｍの弾性体ブロックを形成し、その弾性体ブロックの上下両面を、両面接着シートなどを用いて、基板３２の表面と操作板２２の裏面とに接着することによって、圧電素子３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬと協働して操作板２２を支持する好適な補助的支持部材とすることができる。高分子ゲル材料以外の弾性体ブロック３６の適当な材料としては、例えば、種々のラバー材料、軟質ポリエチレン、それにシリコーン樹脂などがある。

図３に斜視図で示したのは、基板３２の一部と、そこに取付けられたバイモルフ型圧電アクチュエータから成る圧電素子３４ＴＲ及び弾性体ブロック３６である。本発明は様々な種類の圧電素子を用いて実施し得るものであるが、入出力装置１６の軽量化及び薄型化を達成する上では、バイモルフ型またはユニモルフ型の屈曲変位型圧電アクチュエータを使用することが好ましい。また、バイモルフ型圧電アクチュエータとユニモルフ型圧電アクチュエータとのいずれにも、積層型と単層型とがあるが、前者の方が低い電圧で駆動することができ、それゆえ、圧電素子としては積層バイモルフ型圧電アクチュエータまたは積層ユニモルフ型圧電アクチュエータを使用すると好都合であり、図示例でも、積層バイモルフ型アクチュエータを使用している。尚、図３では構造の理解し易さを考慮して、圧電素子３４ＴＲの厚さ方向の寸法を誇張して描いてあるが、実際の積層バイモルフ型圧電アクチュエータまたは積層ユニモルフ型アクチュエータは、図示したものよりも、はるかに薄く、非常に軽量のアクチュエータである。

図３に示したように、細長い板状の積層バイモルフ型圧電アクチュエータから成る圧電素子３４ＴＲは、その長手方向両端部がスペーサブロック３８を介して基板３２の表面に連結されており、各スペーサブロック３８と圧電素子３４ＴＲの各端部との間、並びに、各スペーサブロック３８と基板３２との間は、両面接着テープを用いて接着されている。また、圧電素子３４ＴＲは、その長手方向中央部がスペーサブロック４０を介して操作板２２の裏面に連結されており、このスペーサブロック４０と圧電素子３４ＴＲとの間、並びに、このスペーサブロック４０と操作板２２の裏面との間は、両面接着テープを用いて接着されている。

その他の３個の圧電素子３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬも、同様にして、基板３２と操作板２２との間に取付けられている。こうして基板３２と操作板２２との間に取付けた積層バイモルフ型圧電アクチュエータから成る圧電素子３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬに電圧を印加すると、それら圧電素子が屈曲変位を発生して、その長手方向中央部が図２に矢印Ａで示した方向に変位し、それによって、操作板２２をこの方向に変位させる。従って、圧電素子３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬは、電圧が印加されることによって圧電アクチュエータとして作動し、操作板２２を駆動するものである。本発明においては、圧電素子３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬに操作板２２を駆動させることによって、この操作板２２に触れているユーザの指先に触覚を発生させるようにしており、これについては後に更に詳細に説明する。

一方、ＤＶＤレコーダ１０のユーザが操作板２２を指先で押圧操作し、そのことによって操作板２２に力が加えられたときには、圧電素子３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬが荷重検出素子として機能して、それら４個の圧電素子３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬが夫々に電圧を発生する。入出力装置１６は、図４に示したように、検出部５２、圧電素子駆動部５６、及び制御部５０を備えており、検出部５２は、圧電素子３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬが夫々に発生する電圧を検出信号として受取り、それら検出信号に処理を施して操作板２２に加えられた力の作用点の位置及び／またはその力の大きさを検出し、その検出結果に応じた入力信号を発生するものである。また、圧電素子駆動部５６は、圧電素子３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬを圧電アクチュエータとして作動させるための電圧を駆動信号として発生するものである。そして、制御部５０は、操作板２２に力が加えられたときに圧電素子駆動部５６を制御して圧電素子３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬに操作板２２を駆動させるものであり、これらについて、以下に図４を参照して説明する。

図４は、入出力装置１６のエレクトロニクス部分の構成要素をブロック図の形で示した図である。図４に示した様々な構成要素は、基板３２に搭載されているワンチップ・コンピュータ（ＣＰＵ）及び電子回路によって構成され、それら構成要素のうちにはハードウェアで構成されるもの、ソフトウェアで構成されるもの、それにファームウェアで構成されるものが含まれる。図４には、上で言及した制御部５０、検出部５２、及び圧電素子駆動部５６の他に、ＬＣＤ駆動部５４が示されており、このＬＣＤ駆動部５４は、一般的な液晶ディスプレイパネルに付随している回路であって、制御部５０から受取るＬＣＤ制御信号に従って、ＬＣＤ２０を駆動して視覚表示を行うものである。図４において、圧電素子３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬは、それら圧電素子を圧電アクチュエータとして作動させるための電圧を、圧電素子駆動部５６から駆動信号として受取るように接続されており、また、操作板２２に力が加えられたときに、それら圧電素子が荷重検出素子として機能して夫々に発生する電圧を、検出信号として、ロー・パス・フィルタ（ＬＰＦ）４６及びインターフェース（Ｉ／Ｆ）４８を介して検出部５２へ供給するように接続されている。ＬＰＦ４６は、駆動信号を検出信号から分離して遮断するために介挿されている。

検出部５２について以下に更に詳細に説明する。ＤＶＤレコーダ１０を操作するユーザは、操作板２２に描かれている１２個のキー表示２４のうち、操作しようとするキー１８に対応したキー表示２４に指先をあてて、操作板２２を、その表面に垂直な方向へ押圧する。これによって、ユーザの指先から操作板２２に力が加えられ、４個の圧電素子３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬの各々は、操作板２２からスペーサブロック４０を介して作用する荷重の大きさに応じた電圧を発生する。このとき、圧電素子３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬの各々に作用する荷重の大きさが、ユーザの指先から操作板２２に加えられた力の大きさに比例したものとなることはいうまでもないが、それに加えて更に、ある１つの圧電素子に作用する荷重の大きさと別の１つの圧電素子に作用する荷重の大きさとの比が、操作板２２上のユーザの指先の位置（即ち、操作板２２に加えられた力の作用点の位置）に応じた値を取る。その具体例について、図５を参照して以下に説明する。

図５は、入出力装置１６の正面図である。図５において、ユーザが入出力装置１６の上段の右端のキー１８を操作するために、それに対応したキー表示２４に指先をあてて、操作板２２を押圧し、その結果、ユーザの指先から操作板２２上のＰ０の位置に力が作用したものとする。このとき、圧電素子３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬに作用した荷重の大きさを、夫々、ＬｏａｄＴＲ、ＬｏａｄＴＬ、ＬｏａｄＢＲ、ＬｏａｄＢＬで表すならば、力の作用点の位置Ｐ０から左上隅の圧電素子３４ＴＬないし左下隅の圧電素子３４ＢＬのスペーサブロック４０までの水平方向距離ＸＬと、力の作用点Ｐ０から右上隅の圧電素子３４ＴＲないし右下隅の圧電素子３４ＢＲのスペーサブロック４０までの水平方向距離ＸＲとの比は、ＸＬ／ＸＲ＝（ＬｏａｄＴＲ＋ＬｏａｄＢＲ）／（ＬｏａｄＴＬ＋ＬｏａｄＢＬ）で表される。同様にして、力の作用点の位置Ｐ０から左上隅の圧電素子３４ＴＬないし右上隅の圧電素子３４ＴＲのスペーサブロック４０までの垂直方向距離ＹＴと、力の作用点Ｐ０から左下隅の圧電素子３４ＢＬないし右下隅の圧電素子３４ＢＲのスペーサブロック４０までの垂直方向距離ＹＢとの比は、ＹＴ／ＹＢ＝（ＬｏａｄＢＬ＋ＬｏａｄＢＲ）／（ＬｏａｄＴＬ＋ＬｏａｄＴＲ）で表される。検出部５２には、圧電素子３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬの夫々のスペーサブロック４０の位置が、既知のデータとして格納されており、検出部５２は、それらデータと、圧電素子３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬから受取るそれら圧電素子に作用している荷重を表す検出信号とに基づいて、力の作用点の位置Ｐ０を算出する。

操作板２２を支持する補助的支持部材として使用している弾性体ブロック３６の弾性力が、以上のようにして求める力の作用点の位置Ｐ０の算出結果に影響を及ぼす可能性がある。そのため、弾性体ブロック３６を容易に弾性変形する材料で形成して、その影響を小さく抑えるようにするか、ないしは、検出部５２が力の作用点の位置Ｐ０を算出する計算式に、弾性体ブロック３６から操作板２２へ作用する反力の影響を組み込んでおくようにすることが望ましい。

検出部５２は更に、圧電素子３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬの夫々に作用する荷重ＬｏａｄＴＲ、ＬｏａｄＴＬ、ＬｏａｄＢＲ、ＬｏａｄＢＬの合計値を求め、その合計値が所定のスレショルド値を超えたか否かを判定する。そして、その合計値がスレショルド値を超えたときに、ユーザがいずれかのキー１８を操作したものとして扱い、そのとき圧電素子３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬから受取っている検出信号に基づいて力の作用点の位置Ｐ０を算出し、その算出した位置Ｐ０が、操作板２２に描かれている１２個のキー表示２４の領域のうち、いずれかの領域の内部ないし近傍に位置するかを判定する。この判定を行うために、検出部５２には、１２個のキー表示２４が、夫々、操作板２２の表面のどの領域に描かれているかを表したデータが格納されている。図５に示した具体例の場合には、検出部５２は、力の作用点の位置Ｐ０が、上段の右端のキー表示２４の領域内にあると判定することになる。そして、検出部５２は、この上段の右端のキー１８が操作されたことを表す入力信号を発生し、制御部５０へ送出する。従って、検出部５２は、操作板２２に力が加えられたときに、操作板２２に加えられた力の作用点の位置が、操作板２２の表面の所定の複数の領域のうちのどの領域に存在するかを検出し、その検出結果に応じた入力信号を発生するように構成されている。

この入力信号を受取った制御部５０は、上段の右端のキー１８が操作されたことに応答するための動作を実行し、例えば当該キー１８が「ＤＶＤ再生キー」であったならば、ＤＶＤ再生動作を開始する。またそれと同時に、制御部５０は、圧電素子駆動部５６を制御して、圧電素子３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬに操作板２２を駆動させ、それによって、そのとき操作板２２に触れているユーザの指先に触覚を発生させる。

圧電素子駆動部５６は、制御部５０から制御信号を受取るためのインターフェース５８を備えている。制御部５０から受取る制御信号は、出力タイミング信号と波形選択信号とを含む。圧電素子駆動部５６はメモリ６０を備えており、このメモリ６０には、複数の波形の夫々に対応した、波形生成に必要なデータ（波形データ）が格納されている。圧電素子駆動部５６は更に、波形選択信号により指定された波形に対応したデータをメモリ６０から読出し、その読出した波形データに従って波形を生成する波形生成機構６２と、この波形生成機構６２が生成した波形を有する出力信号を、出力タイミング信号により指定された期間に亘って送出する出力信号送出回路６４と、その出力信号を増幅して、圧電素子３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬへ駆動信号として供給するパワーアンプ６６とを備えている。以上の構成によって、圧電素子駆動部５６は、圧電素子３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬをアクチュエータとして作動させるための電圧を駆動信号として発生する。

図６のＡ〜Ｄに、波形生成機構６２で生成される波形の４つの具体例を示した。これら波形は、出力信号送出回路４４から送出される出力信号の波形でもあり、また、圧電素子駆動部５６から送出される駆動信号の波形でもある。図から明らかなように、これら具体例の波形は振動波形であり、その振幅、周期、及び波形は、一定のものもあれば変化するものもある。メモリ６０に格納されている波形データには、振幅及び周期に関するデータも含まれている。そして、メモリ６０に格納されている複数の波形に対応した波形データのうちから、波形選択信号により指定された波形の波形データが読出され、その波形を有する駆動信号が圧電素子３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬへ供給されるため、操作板２２は、その駆動信号の波形に従って振動することになる。そして、この操作板２２の振動が、操作板２２の表面に触れているユーザの指先に、その駆動信号の波形に応じた触覚を発生させる。

既述のごとく、駆動信号の波形は、制御部５０から供給される波形選択信号によって指定されるものであり、制御部５０は、検出部５２から受取った入力信号に応じて、圧電素子駆動部５６から送出させる駆動信号の波形を選択する。従って、制御部５０は、圧電素子３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬを複数の異なった作動パターンで作動させることによって、操作板２２を複数の異なった駆動パターンで駆動させることができるように構成されており、また、検出部５２が発生する入力信号に応じて、圧電素子３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬを作動させる作動パターンを選択するように構成されている。そして、それによって、操作板２２に加えられた力の作用点の位置が、所定の複数の領域のうちのどの領域に存在するかに応じて、操作板２２が様々に異なった駆動パターンで駆動されるようにし、もって、操作板２２の表面に接触しているユーザの指先に、様々に異なった触覚を発生させるようにしている。

図示例のＤＶＤレコーダ１０では、ユーザが複数のキー１８の夫々を操作した際に、操作板２２に接触している指先に、個々のキー１８に応じて異なった触覚が発生するようにしており、換言するならば、キー１８を操作したユーザには、操作したキー１８に応じて異なった触覚フィードバックが付与されるようになっている。そのためユーザは、ＤＶＤレコーダ１０の操作を反復して行っているうちに、個々のキー１８とそれに対応した触覚フィードバックとの関連を体得し、指先の感触だけで、正確なキーを操作したか否かを判断できるようになる。

図７は、本発明の別の実施の形態に係る電子機器であるデジタル・スチル・カメラ８０の斜視図である。カメラ８０の背面に入出力装置８２が装備されており、この入出力装置８２は、先に説明した入出力装置１６と基本的に同一構成のものであるため、以下の説明では入出力装置１６と異なる点についてのみ詳述する。入出力装置８２は、この入出力装置８２の表面の全域を覆って延展する操作板８４を備えており、この操作板８４は、入出力装置１６の操作板２２と同様に、複数の圧電素子（不図示）を介して基板（不図示）に支持されている。操作板８４は、透明なアクリル樹脂板から成り、入出力装置１６の操作板２２のような印刷シートは備えていない。操作板８４の下側に、この操作板８４と略々同じ大きさのＬＣＤ８６が配設されており、このＬＣＤ８６は基板に取付けられている。カメラ８０が撮影モードにあるときには、ＬＣＤ８６に、カメラ８０の被写界映像８８が表示されると共に、シャッタボタン９０と、ズームボタン９２とが表示される。

入出力装置８２は、図４に示した入出力装置１６のエレクトロニクス部分と同様の構成のエレクトロニクス部分を備えており、それによって、シャッタボタン９０ないしズームボタン９２に対するユーザの操作を検出する。このように、入出力装置８２においては、ＬＣＤ８６に表示されたシャッタボタン９０及びズームボタン９２が、ソフトキーとして用いられるようになっている。また、入出力装置８２では、操作板８４に力が加えられたときに、検出部が、操作板８４を支持している複数の圧電素子が夫々に発生する電圧を検出信号として受取り、それら検出信号に処理を施して、操作板８４に加えられた力の作用点の位置を検出し、そして、その検出した力の作用点の位置が、操作板８４上の、シャッタボタン９０の表示領域に対応した位置であるか否か、並びに、ズームボタン９２の表示領域に対応した位置であるか否かを判定する。

検出した力の作用点の位置が、シャッタボタン９０の表示領域に対応した位置であった場合には、検出部は更に、そのとき操作板８４に加えられている力の大きさが、所定の複数の範囲のうちのどの範囲に分類されるかを検出し、その検出結果に応じた入力信号を発生して制御部へ送出する。図示例では、第１の範囲を０．２Ｎ〜０．６Ｎ、第２の範囲を０．６Ｎ〜１．１Ｎ、第３の範囲を０．９Ｎ以上と規定して、力の大きさをこれら３つの範囲に分類するようにしている。そして、操作板８４に作用している力の大きさが第１の範囲に分類されたときには、それに応じた入力信号を検出部から受取った制御部が、操作板８４を軽く振動させるようにしてある。操作板８４に触れているユーザの指先は、この振動を触覚フィードバックとして受取ることによって、自分の指先がシャッタボタン９０に触れていることを、触覚により認識することができる。また、操作板８４に作用している力の大きさが第２の範囲に分類されたときには、それに応じた入力信号を受取った制御部が、操作板８４を一瞬だけ、やや強めに振動させると共に、自動露出機構及びオートフォーカス機構をロックさせるようにしてある。ユーザは、操作板８４のこの振動により、露出及びフォーカスがロックされたことを、触覚により認識することができる。更に、操作板８４に作用している力の大きさが第３の範囲に分類されたときには、それに応じた入力信号を受取った制御部が、例えば図６のＤに示したような振動波形を使用して、操作板８４を一瞬だけ、強く振動させると共に、カメラ８０のシャッタ動作を実行させる。このときの操作板８４の強い振動は、ユーザの指先に、機械的シャッタボタンを押下してシャッタを切ったときのような触覚を発生させる。

一方、検出した力の作用点の位置が、ズームボタン９２の表示領域に対応した位置であった場合には、検出部は更に、その力の作用点の位置がどのように変化しているかを検出することにより、力の作用点の移動速度を検出する。そして、その力の作用点の移動速度の上下方向成分（細長いズームボタン９２の長手方向の成分）に応じた入力信号を発生して制御部へ送出する。制御部は、この入力信号によって、ユーザが広角側と望遠側との何れへズーミングを行おうとしているかを判断する。そして、ユーザが広角側へズーミングを行おうとしており、しかもそのときズーム機構が広角側端部に到達していないならば、カメラ８０にそのズーミング動作を行わせると共に、ズーミング動作を実行していることを表す振動モードで操作板８４を振動させる。一方、ユーザが広角側へズーミングを行おうとしているが、そのときズーム機構が広角側端部に到達している場合、並びに、ズーミングを行っているうちにズーム機構が広角側端部に到達した場合には、制御部は、ズーミング機構が広角側端部に位置していることを表す振動モードで操作板８４を振動させる。望遠側に関しても同様に動作し、これによってユーザは、指先の触覚によってズーム機構の状態を認識することができる。

本発明は、広範な適用用途を有するものであり、以上に例示したＤＶＤレコーダやデジタル・スチル・カメラ以外にも、様々な電子機器に適用することができる。また、以上に例示した本発明の実施の形態に対しては、様々な改変を加えることができ、例えば、入出力装置の検出部が、操作板に加えられた力の作用点の位置や、この作用点の移動速度を検出するばかりでなく、この作用点の移動加速度を検出し、その検出結果に応じた入力信号を発生するように構成することも可能である。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ユーザが指先で操作する入出力装置の操作部が、板状部材から成る操作板によって形成される。この操作板は、例えば剛性を有する１枚の板状部材として形成することが可能である。そのため、ユーザの指先に触覚を発生させるようにした入出力装置を、塵芥や水滴の侵入に対してのみならず、物理的な接触に対しても大きな耐久性を有するものとすることができる。また、操作板の機械的構造部分を非常に簡明な構成とし得るため、かかる入出力装置を、高度に薄型化することができ、また、デザイン上の自由度の大きなものとすることができる。

本発明の実施の形態に係る電子機器であるＤＶＤレコーダの斜視図である。 図１のＤＶＤレコーダに装備された本発明の実施の形態に係る入出力装置を分解して示した分解斜視図である。 図２の入出力装置の要部斜視図である。 図２の入出力装置の正面図である。 図２の入出力装置の構成要素であるエレクトロニクス部分をブロック図の形で示した図である。 Ａ〜Ｄは、図４の出力信号送出回路から送出される出力信号の具体例を示した図である。 本発明の別の実施の形態に係る電子機器であるデジタル・スチル・カメラの斜視図である。

符号の説明

１０……ＤＶＤレコーダ、１２……筐体、１６……入出力装置、２２……操作板、３２……基板、３４ＴＲ、３４ＴＬ、３４ＢＲ、３４ＢＬ……圧電素子、５０……制御部、５２……検出部、５６……圧電素子駆動部、８０……デジタル・スチル・カメラ、８２……入出力装置、８４……操作板。

Claims (18)

1. 基板と、
   複数の圧電素子を介して前記基板上に支持された板状部材から成る操作板と、
   前記操作板に力が加えられたときに前記複数の圧電素子が夫々に発生する電圧を検出信号として受取り、それら検出信号に処理を施して前記操作板に加えられた力の作用点の位置及び／またはその力の大きさを検出し、その検出結果に応じた入力信号を発生する検出部と、
   前記複数の圧電素子をアクチュエータとして作動させるための電圧を駆動信号として発生する駆動部と、
   前記操作板に力が加えられたときに前記駆動部を制御して前記複数の圧電素子に前記操作板を駆動させる制御部とを備え、
   前記複数の圧電素子に前記操作板を駆動させることによって、前記操作板に触れているユーザの指先に触覚を発生させるようにした、
   ことを特徴とする入出力装置。
2. 前記検出部は、前記操作板に力が加えられたときに、前記操作板に加えられた力の作用点の位置が、前記操作板の表面の所定の複数の領域のうちのどの領域に存在するかを検出し、その検出結果に応じた入力信号を発生するように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の入出力装置。
3. 前記操作板は、前記複数の領域をユーザに示すための表示を備えている、
   ことを特徴とする請求項２記載の入出力装置。
4. 前記制御部は、前記複数の圧電素子を複数の異なった作動パターンで作動させることによって、前記操作板を複数の異なった駆動パターンで駆動させることができるように構成されており、
   前記制御部は、前記検出部が発生する入力信号に応じて、前記複数の圧電素子を作動させる作動パターンを選択するように構成されており、
   前記操作板に加えられた力の作用点の位置が前記複数の領域のうちのどの領域に存在するかに応じて、前記操作板が様々に異なった駆動パターンで駆動されるようにした、
   ことを特徴とする請求項３記載の入出力装置。
5. 前記検出部は、前記操作板に力が加えられたときに、前記操作板に加えられた力の大きさが、所定の複数の範囲のうちのどの範囲に分類されるかを検出し、その検出結果に応じた入力信号を発生するように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の入出力装置。
6. 前記制御部は、前記複数の圧電素子を複数の異なった作動パターンで作動させることによって、前記操作板を複数の異なった駆動パターンで駆動させることができるように構成されており、
   前記制御部は、前記検出部が発生する入力信号に応じて、前記複数の圧電素子を作動させる作動パターンを選択するように構成されており、
   前記操作板に加えられた力の大きさが前記複数の範囲のうちのどの範囲に分類されるかに応じて、前記操作板が様々に異なった駆動パターンで駆動されるようにした、
   ことを特徴とする請求項５記載の入出力装置。
7. 前記検出部は、前記操作板に加えられた力の作用点の位置を検出することに加えて、該作用点の位置の変化を検出することで、該作用点の移動速度及び／または移動加速度を検出し、その検出結果に応じた入力信号を発生するように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の入出力装置。
8. 前記基板上に支持されたディスプレイ・パネルを備え、
   前記操作板は、透明板から成り、
   前記操作板を透して前記ディスプレイ・パネルを視認可能にした、
   ことを特徴とする請求項１記載の入出力装置。
9. 前記圧電素子は、バイモルフ型またはユニモルフ型の屈曲変位型圧電アクチュエータから成ることを特徴とする請求項１記載の入出力装置。
10. 入出力装置を備えた電子機器において、
    前記入出力装置は、基板と、複数の圧電素子を介して前記基板上に支持された板状部材から成る操作板と、前記操作板に力が加えられたときに前記複数の圧電素子が夫々に発生する電圧を検出信号として受取り、それら検出信号に処理を施して前記操作板に加えられた力の作用点の位置及び／またはその力の大きさを検出し、その検出結果に応じた入力信号を発生する検出部と、前記複数の圧電素子をアクチュエータとして作動させるための電圧を駆動信号として発生する駆動部と、前記操作板に力が加えられたときに前記駆動部を制御して前記複数の圧電素子に前記操作板を駆動させる制御部とを備え、前記複数の圧電素子に前記操作板を駆動させることによって、前記操作板に触れているユーザの指先に触覚を発生させるようにした、
    ことを特徴とする電子機器。
11. 前記検出部は、前記操作板に力が加えられたときに、前記操作板に加えられた力の作用点の位置が、前記操作板の表面の所定の複数の領域のうちのどの領域に存在するかを検出し、その検出結果に応じた入力信号を発生するように構成されている、
    ことを特徴とする請求項１０記載の電子機器。
12. 前記操作板は、前記複数の領域をユーザに示すための表示を備えている、
    ことを特徴とする請求項１１記載の電子機器。
13. 前記制御部は、前記複数の圧電素子を複数の異なった作動パターンで作動させることによって、前記操作板を複数の異なった駆動パターンで駆動させることができるように構成されており、
    前記制御部は、前記検出部が発生する入力信号に応じて、前記複数の圧電素子を作動させる作動パターンを選択するように構成されており、
    前記操作板に加えられた力の作用点の位置が前記複数の領域のうちのどの領域に存在するかに応じて、前記操作板が様々に異なった駆動パターンで駆動されるようにした、
    ことを特徴とする請求項１２記載の電子機器。
14. 前記検出部は、前記操作板に力が加えられたときに、前記操作板に加えられた力の大きさが、所定の複数の範囲のうちのどの範囲に分類されるかを検出し、その検出結果に応じた入力信号を発生するように構成されている、
    ことを特徴とする請求項１０記載の電子機器。
15. 前記制御部は、前記複数の圧電素子を複数の異なった作動パターンで作動させることによって、前記操作板を複数の異なった駆動パターンで駆動させることができるように構成されており、
    前記制御部は、前記検出部が発生する入力信号に応じて、前記複数の圧電素子を作動させる作動パターンを選択するように構成されており、
    前記操作板に加えられた力の大きさが前記複数の範囲のうちのどの範囲に分類されるかに応じて、前記操作板が様々に異なった駆動パターンで駆動されるようにした、
    ことを特徴とする請求項１４記載の電子機器。
16. 前記検出部は、前記操作板に加えられた力の作用点の位置を検出することに加えて、該作用点の位置の変化を検出することで、該作用点の移動速度及び／または移動加速度を検出し、その検出結果に応じた入力信号を発生するように構成されている、
    ことを特徴とする請求項１０記載の電子機器。
17. 前記基板上に支持されたディスプレイ・パネルを備え、
    前記操作板は、透明板から成り、
    前記操作板を透して前記ディスプレイ・パネルを視認可能にした、
    ことを特徴とする請求項１０記載の電子機器。
18. 前記圧電素子は、バイモルフ型またはユニモルフ型の屈曲変位型圧電アクチュエータから成ることを特徴とする請求項１０記載の電子機器。
    

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