JP2013235614A - 入力装置および撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】薄型化が可能で、配置性およびデザイン性に優れ、ユーザに適切な触覚を与えることで、入力を受け付けたことを知らせることができ、且つ操作性に優れた入力装置および撮像装置を提供する。
【解決手段】複数の検出位置が設定され、任意の検出位置と対応する位置への押圧に応じて電気的状態が変化する、シート状に構成された検出部と、押圧された検出位置の電気的状態の変化に基づき、検出位置毎の押圧力を判定する制御部と、判定された押圧力に応じて振動を発生させる振動部とを備え、振動部は、押圧に対応して多段階的に異なる振動パターンの振動を発生させる入力装置である。
【選択図】図2

Description

この発明は、入力装置および撮像装置に関し、特に、ユーザに触覚を与える入力装置および撮像装置に関する。
従来、ディジタルスチルカメラ、携帯電話機、PDA(Personal Digital Assistants)などの比較的小型の電子機器には、ユーザ用の入力装置として、メンブレンスイッチ、タクティールスイッチなどのメカスイッチが一般的に使用されている。
図29に、ドーム付きメンブレンスイッチの構成の一例を示す。メンブレンスイッチ100は、化粧面101側からアーチ状のドーム部材102を押圧して撓ませ、ドーム部材102の内側に設けられている導電体を、フィルム103上の回路パターンと電気的に接続することでオンとなる構造を有している。ドーム部材102は、ユーザに触覚を与え、スペーサ104は、ユーザに強いクリック感を与える。すなわち、メンブレンスイッチ100は、ユーザによってドーム部材102上のスペーサ104が押されると、機器へのトリガ入力をすると共に、ユーザにスイッチを押したことを触感させることができる。
しかしながら、メカスイッチには、以下のような問題点がある。
(1)薄型化が困難である。例えば、ドーム付きメンブレンスイッチでは、化粧面+スペーサ+ドームなどの厚みで、0.5mm程度の厚みが必要とされる。
(2)筐体面にスイッチ用の切り欠きを必要とするため、ごみ、水等が筐体内部に浸入し易い。
(3)筐体外面にメカスイッチを配置する場所が必要なため、デザインと設計の自由度が少なくなる。
(4)スイッチの押し感がメカ的に決定されるため、ユーザの好みに合わせた触覚のカスタマイズや、同じスイッチで状況に応じて触覚を変更することが困難である。
(5)スイッチの数、サイズ、配置などを変更する場合、新たに設計、製作する必要があり、短期間で安価に変更することが困難である。
また、機器の小型化が進む中で、以下のような問題点がある。
(6)スイッチスペースの確保が難しくなりつつある。
(7)筐体部においてスイッチの占める割合が大きくなり、デザインの自由度が少なくなる。
これら問題点の解決策として、タッチパネルがある。タッチパネルは、指などで触れるだけで機器へのトリガ入力が可能なものであり、駅の切符の販売機、カーナビゲーション用のディスプレイなどで利用されている。下記の特許文献1には、タッチパネル式ディスプレイに力覚デバイスを埋設させ、ユーザの指先にフィードバックを与えることができる携帯型機器が記載されている。
特開2003−288158号公報
しかしながら、タッチパネルは、指紋によりパネルが汚れるため、特にディジタルスチルカメラなどの写真画質並の表示が要求されるディスプレイに使用する場合、特許文献1に記載されているような触感付きのタッチパネルであっても、必ずしも最適な解決方法ではない。また、タッチパネルは、機器筐体の表面にパネルを配置する必要があり、上述した問題点を十分に解決するものではなかった。
さらに上述したようなタッチパネルは、単純なトリガ入力、すなわち操作信号の入力により、スイッチのオン/オフを行うものであり、指の押圧力などユーザの入力動作に応じた操作信号の入力を行うものではなかった。また、指の押圧力などユーザの入力動作に応じて触覚を変化させるものではなかった。すなわち、ユーザにとって操作性が必ずしも良好なものではなかった。
したがって、この発明の目的は、薄型化が可能で、配置性およびデザイン性に優れ、ユーザに適切な触覚を与えることで、入力を受け付けたことをユーザに知らせることができ、且つ操作性に優れた入力装置および撮像装置を提供することにある。
目的を達成するために、第1の発明は、複数の検出位置が設定され、任意の検出位置と対応する位置への押圧に応じて電気的状態が変化する、シート状に構成された検出部と、押圧された検出位置の電気的状態の変化に基づき、検出位置毎の押圧力を判定する制御部と、判定された押圧力に応じて振動を発生させる振動部とを備え、振動部は、押圧に対応して多段階的に異なる振動パターンの振動を発生させる入力装置である。
また、第2の発明は、複数の検出位置が設定され、任意の検出位置と対応する位置への押圧に応じて電気的状態が変化する、シート状に構成された検出部と、押圧された検出位置の電気的状態の変化に基づき、検出位置毎の押圧力を判定する制御部と、判定された押圧力に応じて振動を発生させる振動部とを備え、振動部は、押圧に対応して多段階的に異なる振動パターンの振動を発生させる撮像装置である。
この発明の入力装置および撮像装置によれば、シート状のセンサーを用いることで、薄型化が可能である。また、センサーは、スイッチ部となる場所の押圧を検出できる位置に取り付ければ良く、アクチュエータは、スイッチ部となる場所を振動できる場所に取り付ければ良いので、配置性およびデザイン性に優れた入力装置および撮像装置を提供することができる。コントローラが操作信号の入力を受け付けることによって、アクチュエータを駆動して振動させるため、ユーザは、操作信号が入力されたことを触覚によって判断できる。
また、コントローラは、シート状のセンサーの押圧力に応じて変化する電気的状態から押圧力を判定し、判定した押圧力に応じた操作信号の入力を行う。また、コントローラが、判定した押圧力に応じた多段階的な駆動信号をアクチュエータに供給して、アクチュエータを駆動して振動させる。依って、押圧力に応じて操作信号を入力することができ、押圧力に応じた振動をユーザに与えることができる。これにより、操作性に優れた入力装置および撮像装置を提供することができる。
この発明の一実施形態による入力装置を備えた電子機器の構成の一例を示す略線図である。 一実施形態による電子機器の断面の一例を示す略線図である。 加圧抵抗変化方式センサーの検出部の一例の断面図である。 なぞり入力を説明するための図である。 接触を感知していない状態での静電容量方式シートセンサーの状態を説明するための図である。 接触を感知した状態での静電容量方式シートセンサーの状態を説明するための図である。 一実施形態による電子機器の断面の他の例を示す略線図である。 圧電モノモルフアクチュエータの構成の一例を示す概略斜視図である。 圧電モノモルフアクチュエータの屈曲を説明するための図である。 積層圧電モノモルフアクチュエータの構成の一例を示す概略断面図である。 圧電バイモルフアクチュエータの構成の一例を示す概略斜視図である。 圧電バイモルフアクチュエータの屈曲を説明するための図である。 積層圧電バイモルフアクチュエータの構成の一例を示す概略断面図である。 圧電アクチュエータの片面側固着による固定を説明するための図である。 圧電アクチュエータの片端側支持による固定を説明するための図である。 圧電アクチュエータの片端側支持(加重有り)による固定を説明するための図である。 圧電アクチュエータの両端側支持による固定を説明するための図である。 圧電アクチュエータの両端側支持(接点有り)による固定を説明するための図である。 センサーおよびアクチュエータの第1の配置例を示す略線図である。 センサーおよびアクチュエータの第2の配置例を示す略線図である。 センサーおよびアクチュエータの第3の配置例を示す略線図である。 センサーおよびアクチュエータの第4の配置例を示す略線図である。 センサーおよびアクチュエータの第5の配置例を示す略線図である。 一実施形態による入力装置での信号の流れを説明するためのブロック図である。 一実施形態による入力装置を備えたディジタルスチルカメラによる入力を説明するための略線図である。 点入力を説明するための略線図である。 線入力を説明するための略線図である。 面入力を説明するための略線図である。 ドーム付メンブレンスイッチの構造の一例を示す略線図である。
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、この発明の一実施形態による入力装置を備えた電子機器の概略構成の一例である。また、図2は、図1中の矢印A方向から見た断面を示す。参照符号1は、アルミニウム、ステンレスなどの金属、または合成樹脂などから構成される比較的薄くて硬い電子機器の筐体である。機器筐体1には、センサー2とアクチュエータ3とが配置されている。
センサー2は、ユーザの指4による押圧を検出するものである。センサー2は、薄いシート形状をなし、筐体1の外面側に、例えば、両面テープ、接着用シート、接着剤などの接着用部材で取り付けられている。また、センサー2は、例えば可撓性を有しており、筐体1の外面が曲面形状であってもその曲面に沿って隙間無く取り付けることができる。
センサー2を薄いシート形状とすることで、入力装置の厚みを薄くすることができ、電子機器の薄型化を図ることができる。また、曲面形状に変形可能な構造とすることで、電子機器のデザインの自由度を向上することができる。さらに、例えば、筐体1の外面にセンサー2が埋設される凹部を設けることで、筐体1の外面をフラットにし、見た目のスイッチ数を削減することができ、電子機器のデザイン性を向上することができる。
センサー2としては、例えば、加圧抵抗変化方式のセンサーを適用することができる。具体的には、厚さ約0.1mmで可撓性を有するニッタ株式会社製のFlexiForce(登録商標)を適用することができる。図3は、加圧抵抗変化方式センサーにおける押圧検出部の断面構造の一例である。このセンサーの押圧検出部は、紫外線硬化型のカーボンインク層5の両面に導電配線となる銀層6を形成し、さらにその上に銀層6を保護するPET(polyethylene terephthalate)層7を形成した構成を有している。
カーボンインク層5の中には導電性の微粒子8が混じっており、指4の押圧などにより、PET層7に外部から圧力が加えられると、上下の銀層6間の距離が近づき、銀層6間の抵抗値が小さくなる。例えば、無負荷の状態で10MΩと極めて大きい抵抗値であったものが、450gの力を加えることで、20kΩ位まで抵抗値を減少させることができる。加圧抵抗変化方式センサーは、この導電配線の抵抗値の変化を利用するものである。依って、加圧抵抗変化方式センサーは、押圧力に応じて電気的状態が変化する。銀層6間に電圧を印加しておくことで、電圧値の変化によって押圧検出部への押圧力を検出することができる。
加圧抵抗変化方式センサーは、アナログ的な入力が可能であるという特徴を有している。依って、複数の押圧検出部を用いることで、指4による「なぞり入力」に対しても、図4に示すように、加圧抵抗変化方式センサー9は、検出位置および押圧検出部におけるそれぞれの押圧力の変化などから、移動速度、加速度などの指4の動きを容易に感知できる。これにより、指4による任意の速度の操作によるアナログ的な入力を容易に行うことができる。なお、この一実施形態では、複数の検出部から順次連続的に入力することを「なぞり入力」と称する。
加圧抵抗変化方式センサー9は、検出部への押圧力に応じて検出部の導電配線の抵抗値が変化することから、予めセンサー入力を受け付ける抵抗値の閾値を段階的に設定しておくことで、押圧力に応じた多段階的な入力をソフトウェアなどにより容易に実現することができる。
センサー2としては、例えば、静電容量方式のセンサーを適用しても良い。具体的には、厚さ約0.1mmで可撓性を有するアルプス電気株式会社製のタッチモーション(登録商標)を適用することができる。静電容量方式センサーは、人体の指4などが持つ導電性を利用するものである。図5および図6を参照して、静電容量方式センサーについて説明する。静電容量方式センサーの検出部は、二つの電極XおよびYを有している。図5に示すように、操作面上に何も接近していない場合には、電気力線は、電極Xから電極Yへと向かう。図6に示すように、操作面に指4が接近すると、操作面側から回り込んで電極Xから電極Yへと向かっていた電気力線の一部が指4に吸収され、容量値が減少する。
この容量値の変化を検出することで、指4が接近または触れているか否かを検出できる。また、複数の検出部における接触位置の変化から、移動速度、加速度などの指の動きを感知できる。
また、静電容量方式センサーの容量値は、指4の接触面積によって変化する。指4の接触面積は、指4の押圧力が強ければ広くなることから、静電容量方式センサーの容量値から指4の押圧力を検出することができる。依って、静電容量方式センサーは、押圧力に応じた検出信号を発生させることができる。また、予めセンサー入力を受け付ける容量値の閾値を段階的に設定しておくことで、押圧力に応じた多段階的な入力をソフトウェアなどにより容易に実現することができる。また、複数の検出部を用いることで、指4による「なぞり入力」に対しても、静電容量方式センサーは、検出位置および検出部におけるそれぞれの押圧力の変化などから、移動速度、加速度などの指4の動きを感知できる。これにより、指4による任意の速度の操作によるアナログ的な入力を行うことができる。
アクチュエータ3は、駆動信号によって駆動し、少なくとも指4の接触部を含む筐体1に任意の振動を与えるものであり、一実施形態では、電圧の印加により変形する薄いシート形状の圧電アクチュエータを用いている。図2に示す例では、アクチュエータ3をセンサー2と共に筐体1の外面に取り付けているが、アクチュエータ3は、図7に示すように筐体1の内部に取り付けても良い。
アクチュエータ3を薄いシート形状とすることで、入力装置の厚みを薄くすることができ、電子機器の薄型化を図ることができる。例えば、筐体1の外面にアクチュエータ3が埋設される凹部を設けることで、筐体1の外面をフラットにし、見た目のスイッチ数を削減することができ、電子機器のデザイン性を向上することができる。
アクチュエータ3としては、例えば、モノモルフ型圧電アクチュエータを用いることができる。図8に示すように、モノモルフ型圧電アクチュエータ10は、1枚の圧電素子11だけで屈曲変位を起こさせる構造のアクチュエータである。例えば、モノモルフ型圧電アクチュエータ10は、図9Aに示すように、電圧の印加により圧電素子11が縮むように構成されている。依って、図9Bに示すように、筐体1に貼り付けられた圧電素子11に駆動電圧が印加されると、筐体1が引っ張られ、筐体1および圧電素子11が屈曲する。モノモルフ型圧電アクチュエータ10は、このように圧電素子11の伸縮を利用する。
圧電素子11に使用する圧電材料としては、特に、変位量/電圧の大きいチタン酸ジルコン酸鉛(通称:PZT)を用いることが望ましい。材料組成については、微量添加物などによりその特性を変えることが可能であるが、変位量/電圧の性能を示す定数として一般に知られている定数d31のPZTでは、100〜400(×10-12m/V)程度を得ることができる。
圧電素子11に使用する圧電材料は、変位量/電圧の特性が十分に得られ、筐体1を振動させられるのであれば、PZTに限らず、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などを使用しても良い。
圧電素子11には電極が形成されている。電極は、メッキ方法やスパッタ法、蒸着法、あるいは印刷、焼付けなどによって圧電素子11上に形成されている。電極材料としては、例えば、ニッケル、銀、金、銅などの金属が使用される。
アクチュエータ3としては、積層モノモルフ型圧電アクチュエータを用いることが、より好ましい。図10は、積層モノモルフ型圧電アクチュエータの断面の一例である。積層モノモルフ型圧電アクチュエータは、変位量/電圧を改善する目的として、モノモルフ型圧電アクチュエータ10における圧電素子11を積層化させた構造を有する。圧電素子11を薄く形成し、正負の電圧が交互に印加されるように積層した構造とすることで、変位量を大きく、且つ変位に要する電圧を下げることができる。例えば、厚さが25μmの圧電素子11を積層により形成することで、10V程度まで駆動電圧を下げることができる。
アクチュエータ3としては、例えば、バイモルフ型圧電アクチュエータを用いても良い。図11は、バイモルフ型圧電アクチュエータの構成の一例である。バイモルフ型圧電アクチュエータ12は、任意の弾性板13を挟んで2枚の圧電素子(圧電素子14および15)が固着されたものである。
弾性板13は、強度を保つために圧電素子14および15間に設けられている例えば厚さ0.3mmのプレートである。弾性板13は、ステンレス合金系、ニッケル合金系などの導電性を有する金属材料を用いることが主であるが、強化プラスチックなどの非導電性材料を用いても良い。
圧電素子14および15に使用する圧電材料としては、特に、変位量/電圧の大きいPZTを用いることが望ましい。材料組成については、微量添加物などによりその特性を変えることが可能であるが、変位量/電圧の性能を示す定数として一般に知られている定数d31のPZTでは、100〜400(×10-12m/V)程度を得ることができる。
圧電素子14および15に使用する圧電材料は、変位量/電圧の特性が十分に得られ、筐体1を振動させられるのであれば、PZTに限らず、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などを使用しても良い。
圧電素子14および15のそれぞれには、電極が形成されている。電極は、メッキ方法やスパッタ法、蒸着法、あるいは印刷、焼付けなどによって圧電素子14および15のそれぞれに形成されている。電極材料としては、例えば、ニッケル、銀、金、銅などの金属が使用される。
バイモルフ型圧電アクチュエータ12は、図12Aに示すように、電圧の印加により、一方の圧電素子14が伸び、他方の圧電素子15が縮むように構成されている。依って、圧電素子14および15に駆動電圧を印加すると、圧電素子14が伸び圧電素子15が縮み、図12Bに示すように、圧電素子14および15が屈曲する。バイモルフ型圧電アクチュエータ12は、この屈曲を利用する。
アクチュエータ3としては、積層バイモルフ型圧電アクチュエータを用いることが、より好ましい。図13は、積層バイモルフ型圧電アクチュエータの断面の一例である。積層バイモルフ型圧電アクチュエータは、変位量/電圧を改善する目的として、バイモルフ型圧電アクチュエータ12における圧電素子14および15を、それぞれ積層化させた構造を有する。圧電素子14および15をそれぞれ薄く形成し、正負の電圧が交互に印加されるように積層した構造とすることで、変位量を大きく、且つ変位に要する電圧を下げることができる。例えば、厚さが25μmの圧電素子14および15を積層することで、10V程度まで駆動電圧を下げることができる。
ここで、アクチュエータ3に薄いシート形状の圧電アクチュエータを用いた場合のアクチュエータ3の具体的な固定方法について、図14〜図18を参照して説明する。なお、圧電アクチュエータの固定方法は、少なくとも指4の接触部を含む筐体1に任意の振動を与えられる構成であれば、以下の固定方法に限定されるものではない。また、圧電アクチュエータの変位量は、少なくとも指4がスイッチ操作により触れる部分の筐体1に所望の振動が与えられるように、筐体1の材質などの特性によって適切に設定する。
<片面側固着>
図14に示す例では、アクチュエータ3、すなわち圧電アクチュエータの片面側を、例えば、両面テープ、接着用シート、接着剤などの固定用部材で、筐体1の外面または内面に沿って固着させている。例えば、図14Aが駆動電圧印加前の状態を示し、図14Bが駆動電圧印加後の状態を示す。圧電アクチュエータに駆動電圧を印加することで、圧電アクチュエータが縮み、筐体1が引っ張られ、筐体1と圧電アクチュエータとが屈曲する。これにより、筐体1を白抜き矢印方向に振動させることができる。この場合、筐体1は、圧電アクチュエータの圧電素子の伸縮によって直接振動するため、弾性力の強い良好な触覚の振動を得ることができる。この構成は、例えば、上述したモノモルフ型圧電アクチュエータに適している。
<片端側支持>
図15に示す例では、圧電アクチュエータの長手方向の一端側を、例えば、両面テープ、接着用シート、接着剤などの固定用部材で筐体1に固着している。例えば、図15Aが駆動電圧印加前の状態を示し、図15Bが駆動電圧印加後の状態を示す。圧電アクチュエータに駆動電圧を印加することで自由端である圧電アクチュエータの長手方向の他端側を圧電素子の伸縮によって屈曲させ、黒矢印方向に振動させる構成とされている。圧電アクチュエータに発生した振動は、筐体1との固定部を介して筐体1へと伝わり、筐体1が白抜き矢印方向に振動する。この場合、他端側を大きく変位させ、大きな振動を発生させることが可能である。なお、図16に示す例のように、変位発生部である他端側を加重する構成とすることで、圧電アクチュエータを容易に大きく屈曲させることができる。これにより、効率良く筐体1を振動させることができる。この構成は、例えば、上述したバイモルフ型圧電アクチュエータに適している。
<両端側支持>
図17に示す例では、圧電アクチュエータの長手方向の両端近傍を、筐体1内のフレームなどの雑物からなる支持体16に、例えば、両面テープ、接着用シート、接着剤などの固定用部材で固着している。例えば、図17Aが駆動電圧印加前の状態を示し、図17Bが駆動電圧印加後の状態を示す。圧電アクチュエータに駆動電圧を印加することで、圧電素子の伸縮により、圧電アクチュエータを屈曲させ、それにより生じる両端間の中央部の変位によって、圧電アクチュエータの中央部に振動を発生させる構成とされている。なお、支持体16は、筐体1であっても良い。
圧電アクチュエータに発生した振動は、筐体1との接触部を介して筐体1に伝わり、筐体1が白抜き矢印方向に振動する。この場合、圧電アクチュエータが支持体16によって2点でブリッジ状に支持されるため、変位発生部の屈曲による変形は、上述した片端側支持の場合と比べて小さくなる。よって、矢印方向の変位発生部における振動量は、片端側支持の場合の振動量に対して小さくなる。この場合、ある程度の重量物を支え、かつ振動させるのに適している。この構成は、例えば、上述したバイモルフ型圧電アクチュエータに適している。
例えば、図18に示すように、圧電アクチュエータ中央部がさらに筐体1に部分的に固定されるように、圧電アクチュエータの中央部に、例えば支持部材により筐体1との接点を設けることで、圧電素子の伸縮によって、接点部分の筐体1をはっきりと振動させることができる。荷重印加による圧電素子の変形は、ほぼ荷重印加方向と一致するため、中央部に支持部材を有する構成では、安定して支持部材を支えることができる。筐体1を振動させる場合には、両端側支持の方が片端側支持よりも大きなクリック感が得られる。
次に、アクチュエータ3にシート形状の圧電アクチュエータを用いた場合の筐体1へのセンサー2と圧電アクチュエータ、すなわちアクチュエータ3の配置例について、図19〜図23を参照して説明する。なお、表面シート17は、センサー2、アクチュエータ3などの保護、および筐体1の外面に設けられた凹部18を段差および隙間などの凹凸の無いように塞ぐための部材である。
また、表面シート17は、筐体1の外面を外観上何も無いように見せるための部材でもある。表面シート17を設けず、センサー2および/またはアクチュエータ3によって筐体1の外面に設けられた凹部18を凹凸の無いように塞ぎ、センサー2および/またはアクチュエータ3の外面に、例えば、筐体1の外面と同様な模様の金属塗料の蒸着や、樹脂めっきなどを施すことによって筐体1の外面を整えても良い。
表面シート17は、両面テープ、接着用シート、接着剤などの接着用部材によって固定されている。以下の例では、表面シート17によって、筐体1の外面に設けられた凹部18が段差および隙間無く覆われるため、筐体1の外表面の外観をフラットな形状にし、合わせ目を無くし、見た目のスイッチの数を削減することができ、電子機器のデザイン性を向上することができる。さらに、防塵防水効果を上げることができる。
センサー2上に位置する表面シート17の外面には、表面処理等によってスイッチ位置を示す絵、シンボルなどのスイッチイメージが記されている。この一実施形態では、このようなスイッチイメージなどによって指4などによる押圧をユーザに促す部分のそれぞれをスイッチと称する。なお、スイッチイメージは、特定箇所に限定せず、センサー2のセンサー領域内において、スイッチ位置を可動としても良い。スイッチイメージは、センサー2の検出部と重なる位置に設けることが望ましい。
<第1の配置例>
図19に第1の配置例を示す。図19Aは、スイッチが配置された筐体1の操作面を示し、図19Bは、図19Aに示すX−X´間の断面構成を示す。この例では、筐体1の外面に設けられた凹部18に埋設されるように、アクチュエータ3とセンサー2と表面シート17とが順次積層された状態で筐体1の外面に固定されている。依って、アクチュエータ3は、筐体1の外面に上述した片面側固着によって固定されており、その上にセンサー2と表面シート17とが順次配置されている。表面シート17の外面には、4個の○印からなるスイッチイメージ19(スイッチイメージ19a〜19d)が記されている。
依って、この例では、一列に並んだスイッチ4個に対して、薄板状のセンサー2およびアクチュエータ3が共に1個ずつ配置されている。アクチュエータ3の両側には、振動の変位が容易となるように、アクチュエータ3の長手方向の両端に沿って、スリット20が1本ずつ凹部18に設けられている。これにより、アクチュエータ3の伸縮によって、スイッチが配置されるスリット20間の筐体1のスイッチ部を部分的に強く振動させることができる。
この例の場合、アクチュエータ3が片面側固着によって筐体1の外面に取り付けられており、アクチュエータ3上にセンサー2と表面シート17とが設けられているため、弾性力の強い良好な触覚の振動を得ることができる。
<第2の配置例>
図20に第2の配置例を示す。図20Aは、スイッチが配置された筐体1の操作面を示し、図20Bは、図20Aに示すX−X´間の断面構成を示し、図20Cは、図20Aに示すY−Y´間の断面構成を示す。この例では、筐体1の外面に設けられた凹部18に埋設されるように、アクチュエータ3とセンサー2とが筐体1の外面に並列に配置され、その上に表面シート17が配置されるようにセンサー2、アクチュエータ3および表面シート17が固定されている。センサー2上に位置する表面シート17の外面には、4個の○印からなるスイッチイメージ19(スイッチイメージ19a〜19d)が記されている。
依って、この例では、一列に並んだスイッチ4個に対して、薄板状のセンサー2およびアクチュエータ3が共に1個ずつ配置されている。センサー2およびアクチュエータ3の外側には、振動の変位が容易となるように、アクチュエータ3の長手方向の両端に沿って、スリット20が1本ずつ凹部18に設けられている。これにより、アクチュエータ3の伸縮によって、スイッチが配置されるスリット20間の筐体1のスイッチ部を部分的に強く振動させることができる。
この例の場合、アクチュエータ3が片面側固着によって筐体1の外面に取り付けられているので、弾性力の強い良好な触覚の振動を得ることができる。また、アクチュエータ3と並行するようにセンサー2が筐体1の外面に取り付けられ、さらにセンサー2とアクチュエータ3とを覆うように表面シート17が設けられているため、配置に要する厚みを薄く構成することができる。
<第3の配置例>
図21に第3の配置例を示す。図21Aは、スイッチが配置された筐体1の操作面を示し、図21Bは、図21Aに示すX−X´間の断面構成を示す。この例では、筐体1の外面に設けられた凹部18に埋設されるように、センサー2と表面シート17とが順次積層された状態で筐体1の外面に固定されている。アクチュエータ3は、センサー2の位置する筐体1の内面に、上述した片面側固着によって固定されている。表面シート17の外面には、4個の○印からなるスイッチイメージ19(スイッチイメージ19a〜19d)が記されている。
依って、この例では、一列に並んだスイッチ4個に対して、薄板状のセンサー2およびアクチュエータ3が共に1個ずつ配置されている。アクチュエータ3の両側には、振動の変位が容易となるように、アクチュエータ3の長手方向の両端に沿って、スリット20が1本ずつ凹部18に設けられている。これにより、アクチュエータ3の伸縮によって、スイッチが配置されるスリット20間の筐体1のスイッチ部を部分的に強く振動させることができる。
この例の場合、アクチュエータ3が片面側固着によって筐体1の内面に取り付けられており、アクチュエータ3が位置する筐体1の外面にセンサー2と表面シート17とが設けられているため、弾性力の強い良好な触覚の振動を得ることができる。アクチュエータ3がセンサー2が位置する筐体1の内面に取り付けられているため、筐体1の外側における配置に要する厚みを薄く構成することができ、且つ強い振動が得られる。
<第4の配置例>
図22に第4の配置例を示す。図22Aは、スイッチが配置された筐体1の操作面を示し、図22Bは、図22Aに示すX−X´間の断面構成を示す。この例では、筐体1の外面に設けられた凹部18に埋設されるように、センサー2と表面シート17とが順次積層された状態で筐体1の外面に固定されている。アクチュエータ3は、センサー2の位置する筐体1の内面に、上述した片面側固着によって固定されている。表面シート17の外面には、9個の○印からなるスイッチイメージ19(スイッチイメージ19a〜19i)が面状に記されている。
依って、この例では、面状に配置されたスイッチ9個に対して、薄板状のセンサー2およびアクチュエータ3が共に1個ずつ配置されている。アクチュエータ3の両側には、振動の変位が容易となるように、アクチュエータ3の長手方向の両端に沿って、スリット20が1本ずつ凹部18に設けられている。これにより、アクチュエータ3の伸縮によって、スイッチが面状に配置されるスリット20間の筐体1のスイッチ部を部分的に強く振動させることができる。
この例の場合、アクチュエータ3が片面側固着によって筐体1の内面に取り付けられており、アクチュエータ3が位置する筐体1の外面にセンサー2と表面シート17とが設けられているため、弾性力の強い良好な触覚の振動を得ることができる。スリット20間を広くし、筐体1の広い範囲を強く振動させることができるため、効率的にアクチュエータ3を配置することができる。
<第5の配置例>
図23に第5の配置例を示す。図23Aは、スイッチが配置された筐体1の操作面を示し、図23Bは、図23Aに示すX−X´間の断面構成を示す。この例では、筐体1の外面に設けられた凹部18に埋設されるように、センサー2と表面シート17とが順次積層された状態で筐体1の外面に固定されている。アクチュエータ3は、上述した片面側固着によって、センサー2の両側に位置する筐体1の内面に、センサー2の長手方向に沿うように1個ずつ固定されている。表面シート17の外面には、4個の○印からなるスイッチイメージ19(スイッチイメージ19a〜19d)が記されている。
依って、この例では、一列に配置されたスイッチ4個に対して、薄板状のセンサー2が1個と薄板状のアクチュエータ3が2個配置されている。この例の場合、アクチュエータ3が片面側固着によって筐体1の内面に取り付けられており、2個のアクチュエータ3の間に位置する筐体1の外面にセンサー2と表面シート17とが設けられているため、弾性力の強い良好な触覚の振動を得ることができる。また、アクチュエータ3を複数個(この例の場合2個)配置することで、より強く広範囲に、筐体1を振動させることができる。勿論、上述した第1から第4の配置例と同様に、スリット20を2個のアクチュエータ3の外側に1個ずつ設け、表面シート17でスリット20を覆う構成としても良い。また、筐体1の外面にアクチュエータ3を取り付けても良い。
センサー2、アクチュエータ3および表面シート17の配置は、センサー2がスイッチに触れたユーザの指4の位置を検出し、アクチュエータ3がスイッチに触れているユーザの指4に触覚を与えることができるならば、これら第1〜第5の配置例に限ったものではなく、例えば、センサー2および表面シート17を筐体1の外面に固定し、アクチュエータ3を筐体1の内部に、上述した片端側支持、両端側支持などによって固定しても良い。
また、スイッチに対するセンサー2、アクチュエータ3の組み合わせは、これら第1〜第5の配置例に限定されるものではなく、少なくとも指4がスイッチ操作により触れる部分の筐体1に所望の振動が得られるのであれば、他の組み合わせであっても良い。例えば、センサー2は、ユーザが筐体1を掴んだ状態で操作可能な指4の位置に設けることで、指4による押圧を良好に検出できる。また、アクチュエータ3は、ユーザが筐体1を掴んだ状態で操作可能な指4の位置に設けることで、指4に振動を良好に伝えることができる。また、センサー2が静電容量方式センサーなどのように、筐体1を介して指4の押圧力を検出できるならば、センサー2は、筐体1の内部に配置しても良い。
また、スリット20の本数、形状および配置位置は、アクチュエータ3による振動の方向の変位が容易となるのであれば、上述した第1〜第4の実施例に限定するものではない。例えば、アクチュエータ3およびセンサー2の外側に位置するように筐体1に設けても良い。
次に、一実施形態による入力装置の動作について説明する。図24は、一実施形態による入力装置における信号の流れを示すブロック図の一例である。一実施形態による入力装置では、センサー2およびアクチュエータ3と共に、例えば電子機器内に配置されているセンサー用ドライバ21、CPU(Central Processing Unit)22、メモリ23およびアクチュエータ用ドライバ24を有するコントローラが使用される。
検出部へのユーザの指4の押圧によるスイッチ操作によって、センサー2の電気的状態が変化する。センサー2の検出部は、センサー用ドライバ21と電気的に接続されており、センサー用ドライバ21は、この電気的状態の変化を検出する。なお、センサー2の電気的状態は、押圧力に応じて変化する。センサー用ドライバ21は、検出した電気的状態の変化を、CPU22が読み取れるディジタル信号に変換し、検出信号として、CPU22に供給する。この入力装置では、このセンサー2の検出部への押圧により生成される検出信号が電子機器内において操作信号として使用される。
なお、センサー2の電気的状態から、指4の押圧力を判定することができる。例えば、センサー2が加圧抵抗変化方式センサーの場合、検出部で検出される抵抗値をセンサー用ドライバ21が測定することで押圧力を判定できる。また、センサー2が静電容量方式センサーの場合、検出部で検出される容量値をセンサー用ドライバ21が測定することで押圧力を判定できる。
CPU22は、センサー用ドライバ21から供給される検出信号を受け取り、受け取った検出信号から押圧力を判定し、判定した押圧力に応じた操作信号を出力する。すなわち、CPU22は、判定した押圧力が所定値以上である場合に、スイッチ操作の入力を受け付ける。スイッチ操作の入力の受け付けは、押圧力の強さに応じて、例えば多段階で行われる。例えば、CPU22は、押圧力が閾値Aを超えたらスイッチが弱く押されたと判定して、弱い押圧の操作信号としてスイッチ操作による入力を受け付ける。さらに、押圧力が閾値Bを超えたらスイッチが強く押されたと判定して、強い押圧の操作信号としてスイッチ操作による入力を受け付ける。入力の受け付けは、何段階でも良いが、ユーザの操作性を考慮すると、例えば、押圧力の強弱に応じて2段階か3段階とすることが好ましい。
この各段階を判定する閾値のそれぞれを可変とし、操作メニューなどからユーザがソフトウェアによって変更できるようにすることで、よりユーザの好みに合った操作性の良い入力装置とすることができる。
また、CPU22は、センサー用ドライバ21から供給される検出信号から検出場所、押圧力などを判定し、判定した結果に対応した振動波形データを出力する。振動波形データは、アクチュエータ3を駆動するためのデータである。振動波形データは、例えば正弦波などの振動波形信号を出力しても良いし、図24に示すように、メモリ23から読み出しても良い。メモリ23は、例えば、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)などの半導体メモリである。メモリ23から読み出す場合には、例えば、電子機器に適した振動波形データを読み出すことで、ユーザに恰もメカスイッチを押しているかの如く感触を与えることができる。メモリ23に複数の振動波形データを予め登録しておき、CPU22が出力する振動波形データを選択することで、入力装置によるスイッチ操作時の機器の状況に応じて、任意の波形による振動を出力することができる。
例えば、弱い押圧力の検出信号には弱い振動を発生させる振動波形データを対応させ、強い押圧力の検出信号には強い振動を発生させる振動波形データを対応させる。押圧力に応じて振動波形データを変える場合には、振動を、上述したスイッチ操作による入力の受け付けと同様に多段階的に変化させても良いし、アナログ的に徐々に変化させても良い。例えば、上述した「なぞり入力」では、アナログ的な振動を出力することで、恰もスイッチ上をなぞっているかのような触感をユーザに与えることができる。振動の強弱ではなく、振動パターンの異なる振動波形データを対応させても良い。振動波形データは、検出信号によって判定される操作信号の種類に適したものを対応させることが好ましい。
振動波形データと検出信号との対応を可変としたり、振動波形データ自体を可変としたりして、ユーザが操作メニューなどからアクチュエータ用ドライバ24に供給される振動波形データをソフトウェアによって制御できるようにすることで、よりユーザの好みに合った触覚を与えられる入力装置とすることができる。
メモリ23から出力される振動波形データは、アクチュエータ用ドライバ24に供給される。アクチュエータ用ドライバ24は、CPU22から供給されるディジタル信号による振動波形データを、アクチュエータ3を駆動するアナログ信号に変換するものである。アクチュエータ用ドライバ24で変換された駆動信号は、アクチュエータ3に供給される。アクチュエータ3は、アクチュエータ用ドライバ24からの駆動信号によって振動する。アクチュエータ3が振動することによって、筐体1が振動する。依って、この入力装置は、ユーザの指4による押圧により発生し電子機器内に入力される操作信号を、CPU22が受け付けた場合に、アクチュエータ3による振動の出力が行われる。例えば、ユーザが駆動信号の振動の振幅、周波数および出力タイミングの少なくとも1つをソフトウェアなどにより直接変更できるようにすることで、ユーザに対して、ユーザが所望する触覚を与えることができる。
以上のように、ユーザの指4が筐体1を押圧することで、指4が筐体1から振動フィードバックをもらうという筐体入出力機能が実現する。
ここで、図25を参照して、ディジタルスチルカメラを例に、一実施形態による入力装置での入力について説明する。ディジタルスチルカメラの筐体1の外表面には、スイッチ用の部材による凹凸はほとんどなく、フラットな形状とされている。
通常、ディジタルスチルカメラは、片手または両手で筐体1の端を掴んで使用する。このディジタルスチルカメラは、一例として、右手で掴む部分に入力スイッチが設けられている。ユーザが右手で筐体1を掴んだ状態で操作可能な各指の位置には、それぞれセンサー2が配置されており、筐体1の後面(自分側を前面、その反対面を後面とする)にセンサー領域31,32,33が設けられ、上面にセンサー領域34が設けられ、前面にセンサー領域35が設けられている。センサー領域31〜35は、それぞれの指下に配置されているセンサー2が指4による押圧を検出可能な領域である。
センサー領域31,32,33は、右手で筐体1を掴んだ状態で、それぞれ、右手中指、薬指および小指で操作可能な範囲に設けられている。センサー領域34は、右手人差し指で操作可能な範囲に設けられている。センサー領域35は、右手親指で操作可能な範囲に設けられている。センサー領域31,32および33では、点入力が可能であり、センサー領域34では、線入力が可能であり、センサー領域35では、面入力が可能である。
図26を参照して、点入力について説明する。図26Aに示すように、中指、薬指、小指の触れる筐体部分の直下には、それぞれセンサー2の検出部36によるスイッチが1個ずつ配置されている。これら3本の指のオン/オフ動作により、図26Bに示すように、7パターン(パターンA〜G)のファンクション設定が可能である(図中、斜線部は指位置を示す)。スイッチが4個の場合には、15パターン、5個の場合には、31パターン、n本の場合には、(2n−1)パターンのマルチファンクション機能のスイッチ入力が可能である。依って、このディジタルカメラでは、センサー2によって複数箇所の押圧を検出し、検出された押圧位置の組み合わせに対応する複数種類の入力が可能とされている。上述した押圧力による段階的な入力を組み合わせれば、さらに多い種類の入力が可能である。
図27を参照して、線入力について説明する。筐体1の人差し指の触れる部分の直下には線状にセンサー2の検出部36よるスイッチが2個以上配置されている(図27の例では、5個配置)。これら複数個の検出部36を用いることで、ズーム操作、スライドショーのページ送りなどに適した「なぞり入力」が可能である。なお、この際、センサー2が検出部36間におけるスイッチ動作の速度、加速度などを感知することで、アナログ的な信号の入力が可能となる。
図28を参照して、面入力について説明する。筐体1の親指の触れる部分の直下には、面状に3個以上のセンサー2の検出部36によるスイッチが配置されている(図28の例では、十字に5個配置)。これにより、画面を見ながら、上下左右に位置する4個のセンサー2を所定に加圧することによって、メニューをスクロールし、中央部のセンサー2を加圧することによって決定するような十字キー操作が可能となる。なお、この際、センサー2が検出部間におけるスイッチ動作の速度、加速度などを感知することで、アナログ的な信号の入力が可能となる。
このディジタルスチルカメラでは、スイッチ、すなわち入力装置による入力をスイッチの押圧力に応じて多段階で行うことができるので、暗闇などで操作する場合にスイッチが何処にあるのかわからなくても、スイッチの位置を筐体1の振動によって認識することができる。
また、このディジタルスチルカメラは、シャッターボタンに一実施形態による入力装置を適用している。通常、一眼レフなどの撮像カメラのシャッターは、露光、ピント合わせのための「半押し」による入力と、シャッターを切るための「全押し」による入力とが可能な高価な所謂2重スイッチが使用されている。このディジタルスチルカメラは、シャッターボタンに一実施形態による入力装置を適用しているため、スイッチの押圧力に応じた多段階入力、すなわち、「半押し」による入力と、シャッターを切るための「全押し」による入力とが可能である。また、入力が受け付けられた場合に、スイッチの押圧力に応じた振動がユーザの指4に伝わるため、ユーザは、「半押し」が受け付けられたこと、または「全押し」が受け付けられたことを確認することができる。
以上説明したように、この発明の一実施形態による入力装置および電子機器によれば、以下のような効果を奏する。センサー2によってユーザの指4による押圧力を判定し、押圧力に応じた多段階の入力を実現することができる。その際、アクチュエータ3によって押圧力に応じた振動をユーザの指4に与えることができるため、ユーザは、スイッチの位置を例えば電子機器の表面を撫でるだけで把握することができる。また、入力が正しく受け入れられたか否かを振動によって認識することができる。
また、電子機器の筐体1において、これまでマンマシンインターフェースとして必要とされてきたスイッチや操作ボタンなどの入力装置を、この一実施形態による入力装置に置き換えることにより、電子機器をフラット感のあるデザインにすることができる。また、センサー2が可撓性を有することで、曲面筐体での指4による操作信号の入力も可能となる。アクチュエータ3は、センサー2と一体に配置する必要がないため、入力装置のレイアウトが容易となる。依って、デザインの自由度が増し、例えば、ティファニービーンズのようなアクセサリー感覚のユニークな商品を実現することができる。
また、押し感は、メカニカルに決定されるのではなく、振動波形データに基づき決定されるため、振動波形データの変更によって、アクチュエータ3の振動を変えることができ、任意の押し感をユーザに与えることができる。そのため、押し感のカスタマイズをソフトウェアなどで行うことが可能となり、安価でユーザフレンドリーな機器を実現することができる。
また、例えば、ディジタルビデオカメラなどの音声の入出力が可能な撮像機器に適用した場合、マイクからの音声情報、カメラからの映像情報、一実施形態による入力装置からの触覚情報などと、データベースなどに登録されている情報とを基に、操作者のTPO(Time Place and Occasion)に合わせた感情を判別することができ、それに応じてスピーカから音声情報、ディスプレイから映像情報、一実施形態による入力装置から触覚情報を出力することにより、より木目の細かいマンマシンインターフェースが可能となる。
また、例えば、ディジタルスチルカメラなどの撮像機器に適用した場合、操作者の目が被写体を注視し、さらに雑踏で自機の操作音や周囲の音が聞こえないような状態であっても、指先あるいは手などの触覚を介して操作することが可能になる。ピアノの発表会など音を立ててはいけない状況下で撮影する場合に、機器の音声出力を全てオフとしていても、操作時のフィードバックおよびシャッタータイミングのフィードバックをユーザに与えることができ、操作性が向上する。
また、例えば、ディジタルスチルカメラなどの撮像機器に適用した場合、シャッターボタンを押したときに筐体振動で擬似シャッター振動を出力することにより、ユーザにシャッタータイミングを提供すると共に、ディジタルスチルカメラでありながら、高級一眼レフカメラのような心地よい操作感を提供することができる。また、アクチュエータ3による振動の強弱を切り替えられるようにすることで、スキーやダイビングなどで手袋を着けた状態での使用であっても、強振動に切り替えることで強い触覚フィードバックを出力することができ、確実な操作感をユーザに与えることができる。
また、センサー2を、ユーザの手の大きさの個人差を網羅するエリアに配置しておくことにより、入力位置、すなわちセンサー2によるスイッチの位置の変更が例えばソフト的に可能となり、手の小さい人、大きい人、指の短い人、長い人など、様々なユーザの指4に合った位置での入力を可能とすることができる。
この発明は、上述したこの発明の一実施形態に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、上述した一実施形態でのセンサー2は、加圧抵抗変化方式センサーや静電容量方式センサーに限ったものではなく、指4による押圧力を判定できるならば、抵抗膜式センサーやSAW(Surface Acoustic Wave)式センサーなどのシート状に構成可能な他のセンサーであっても良い。また、筐体1へのセンサー2の配置は、スイッチ部からの指4による入力を正常に検出できるならば、上述した一実施形態で説明したものに限定されるものではない。
また、上述した一実施形態でのアクチュエータ3は、モノモルフ型圧電アクチュエータやバイモルフ型圧電アクチュエータに限ったものではなく、筐体1に任意の振動を与えることができるならば、ユニモルフ型圧電アクチュエータなど、他の構造の圧電アクチュエータであっても良い。さらに、アクチュエータ3は、ボイスコイル式振動モータ、携帯電話機のバイブレータ等に使用される小型モータなどであっても良い。
また、上述の一実施形態における筐体1へのアクチュエータ3の配置は、筐体1の指4の接触部に任意の振動を与えることができるならば、上述した一実施形態で説明したものに限定されるものではない。例えば、アクチュエータ3を筐体1内のデッドスペースに配置すれば、電子機器を小型化することができる。
また、上述した一実施形態では、右手で握る部分に入力装置を備えたディジタルスチルカメラについて説明したが、入力装置の配置は、これに限ったものではなく、左手で握る部分や両手で握る部分、または、その他スイッチの配置に適した所望の部分に配置することができる。また、一実施形態による入力装置は、ディジタルスチルカメラに限らず、ディジタルビデオカメラ等の撮像機器や携帯電話機、PDAなどの電子機器の入力装置に適用することができる。
また、上述したユーザの指4を、掌や口などの他の触覚を得られる部分としても良いし、スタイラスペンなどの入力操作用の間接部材とし、間接的にユーザに振動を与えるとしても良い。
1・・・筐体
2・・・センサー
3・・・アクチュエータ
4・・・指
17・・・表面シート
18・・・凹部
20・・・スリット
21・・・センサー用ドライバ
22・・・CPU
23・・・メモリ
24・・・アクチュエータ用ドライバ
36・・・検出部

Claims (15)

  1. 複数の検出位置が設定され、任意の上記検出位置と対応する位置への押圧に応じて電気的状態が変化する、シート状に構成された検出部と、
    押圧された上記検出位置の上記電気的状態の変化に基づき、上記検出位置毎の押圧力を判定する制御部と、
    上記判定された押圧力に応じて振動を発生させる振動部とを備え、
    上記振動部は、上記押圧に対応して多段階的に異なる振動パターンの振動を発生させる
    入力装置。
  2. 上記振動部は、シート状に構成されている
    請求項1に記載の入力装置。
  3. 上記振動部は、上記押圧に対応する上記検出位置に対応した位置に振動を発生させる
    請求項1に記載の入力装置。
  4. 上記振動部は、上記制御部により判定された押圧力が所定値以上である場合に、振動を発生させる
    請求項1に記載の入力装置。
  5. 表示部をさらに備える
    請求項1に記載の入力装置。
  6. 上記検出部は、可撓性を有しており、曲面形状に沿って取り付けできる
    請求項1に記載の入力装置。
  7. 上記振動部は、上記検出部の両側に沿って複数個配置されている
    請求項1に記載の入力装置。
  8. 上記振動部がシート状の圧電アクチュエータである
    請求項1に記載の入力装置。
  9. 上記圧電アクチュエータは、片面側固着によって取り付けられており、圧電素子の伸縮によって取り付け部を振動させる
    請求項8に記載の入力装置。
  10. 上記圧電アクチュエータは、片端側支持によって取り付けられており、圧電素子の伸縮による自由端側の変位によって取り付け部を振動させる
    請求項8に記載の入力装置。
  11. 上記圧電アクチュエータの自由端側が加重されている
    請求項8に記載の入力装置。
  12. 上記圧電アクチュエータが両端側支持によって取り付けられており、圧電素子の伸縮による中央部の変位によって取り付け部を振動させる
    請求項8に記載の入力装置。
  13. さらに上記圧電アクチュエータの中央部が部分的に上記取り付け部に固定されている
    請求項8に記載の入力装置。
  14. 複数の検出位置が設定され、任意の上記検出位置と対応する位置への押圧に応じて電気的状態が変化する、シート状に構成された検出部と、
    押圧された上記検出位置の上記電気的状態の変化に基づき、上記検出位置毎の押圧力を判定する制御部と、
    上記判定された押圧力に応じて振動を発生させる振動部とを備え、
    上記振動部は、上記押圧に対応して多段階的に異なる振動パターンの振動を発生させる
    撮像装置。
  15. 上記検出部は、ユーザからのシャッター操作を受け付ける
    請求項14記載の撮像装置。
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