JP2014010468A

JP2014010468A - 電子機器

Info

Publication number: JP2014010468A
Application number: JP2012144265A
Authority: JP
Inventors: Naoto Higashide; 直人東出
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2014-01-20
Anticipated expiration: 2032-06-27
Also published as: JP6339311B2

Abstract

【課題】ユーザに感覚的に訴えてユーザビリティを更に向上させることのできる電子機器を提供する。
【解決手段】パネル１０に接触している接触物に触感を呈示する触感呈示部３０と、パネル１０に対する押圧に応じて出力されるデータの時間的な変化量に応じた触感を呈示するように触感呈示部３０を制御すると共に、触感に対応する画像の制御を行う制御部５０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、タッチパネルを備える電子機器に関するものである。

近年、スマートフォン、タブレット端末、ゲーム機等の電子機器では、ユーザビリティを向上させるために、タッチパネルが広く利用されている。このようなタッチパネルを備える電子機器では、タッチパネルの画面上を指などでスライドするなどして、画像（以下、オブジェクトという）を拡大・縮小したり、画面に表示されたオブジェクトを動かしたりする技術が開発されている。

国際公開２００８／０８６３０２号公報パンフレット

しかしながら、上述した技術は、２次元座標を複数使用することにより実現しているため、画面に表示されたオブジェクトを画面の奥に移動したり、手前に引っ張ったりするような三次元画面制御を行うためには、奥行き制御用の画面に切り替える必要があり、同一画面で視覚的に実施することが困難であった。

また、拡大・縮小は、マルチタッチ（複数点入力）にて画面上をスライドすることで実施しているが、必ず複数の指にて操作する必要があり、ユーザビリティが優れているとは言い難かった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ユーザに感覚的に訴えてユーザビリティを更に向上させることのできる電子機器を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の電子機器は、パネルに接触している接触物に触感を呈示する触感呈示部と、前記パネルに対する押圧に応じて出力されるデータの時間的な変化量に応じた触感を呈示するように前記触感呈示部を制御する制御部とを備えることを特徴とする。

前記制御部は、前記時間的な変化量が所定の閾値を超える場合に、第１の触感を呈示するように前記触感呈示部を制御することが好ましく、前記制御部は、前記第１の触感を呈示すると共に、当該第１の触感に対応する画像の制御を行うことが好ましい。

また、前記制御部は、前記時間的な変化量が所定の閾値以下の場合に、第２の触感を呈示するように前記触感呈示部を制御することが好ましく、前記制御部は、前記第２の触感を呈示すると共に、当該第２の触感に対応する画像の制御を行うことが好ましい。

本発明は、パネルに対する押圧に応じて出力されるデータの時間的な変化量に応じた触感を呈示するようにするので、ユーザに感覚的に訴えてユーザビリティを更に向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る電子機器の概略構成を示すブロック図である。図１の圧電素子に関する具体的な部分回路図である。図１の電子機器の実装構造の一例を示す図である。圧電素子を触感呈示素子及び押圧検出素子として共用する場合の基本的な判定アルゴリズムを説明するためのタイミングチャートである。本発明の一実施形態に係る電子機器の画面上で画像を拡大・縮小するときの電子機器の動作を説明するフローチャートである。本発明の一実施形態に係る電子機器の画面上で空間制御を行うときの電子機器の動作を説明するフローチャートである。

本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、本発明の一実施形態に係る電子機器の概略構成を示すブロック図である。図１に示す電子機器１は、パネル１０、表示部２０、触感呈示部３０、記憶部４０、制御部５０を備える。制御部５０は、押下／リリース判定部５１、触感制御部５２を備える。

パネル１０は、通常は表示部２０の前面に配置され、表示部２０に表示されたオブジェクトに対する接触物（例えば、指またはスタイラスペン）による接触、または接触の解除を、パネル１０の操作面において検出する。また、パネル１０は、操作面に対する接触物の接触を検出し、検出した接触の位置に応じた信号を制御部５０に供給する。このパネル１０は、例えば抵抗膜方式、静電容量方式などの公知の方式で構成される。

表示部２０は、例えば、液晶表示パネル（ＬＣＤ）や有機ＥＬ表示パネルなどを用いて構成され、制御部５０により制御されて、文字、画像、映像などのオブジェクトを表示する。

触感呈示部３０は、圧電素子３１により構成される。圧電素子３１は、パネル１０の操作面とは反対側の裏面に配設され、触感制御部５２から印加される駆動信号（駆動電圧）に応じて所定の振動パターンによる振動を発生させる。これにより、タッチパネル１０の操作面に接触している接触物に対して所定の触感を呈示する。

また、パネル１０に対する押圧に基づいて圧電素子３１から得られる出力電圧（アナログデータ）は、押下／リリース判定部５１に供給される。つまり、本実施の形態に係る電子機器１は、圧電素子３１を触感呈示素子及び押圧検出素子（加速度センサとしての押圧検出素子。つまり、押圧が加わる速度又は加速度に応じて電圧を出力する素子）として共用している。

記憶部４０は、電子機器１の動作プログラムや各種の閾値を不揮発的に記憶するとともに、各種の演算結果等を不揮発的又は揮発的に記憶する。

制御部５０は、電子機器１の全体の動作を制御するもので、パネル１０から入力される情報に基づいて実行する処理を決定する。押下／リリース判定部５１は、パネル１０に対する押圧に基づく圧電素子３１の出力電圧を取得し、その取得した出力電圧に基づいて押下又はリリースを判定して、その判定結果を触感制御部５２に供給する。

触感制御部５２は、押下／リリース判定部５１からの判定結果に基づいて、圧電素子３１に所定の駆動信号を印加する。これにより、パネル１０の操作面に接触している接触物に対して所定の触感を呈示する。

図２は、図１の圧電素子３１に関する具体的な部分回路図である。圧電素子３１の一方の電極（正極）及び他方の電極（負極）は、触感制御部５２に接続される。また、圧電素子３１の正極及び負極は、切替スイッチ６１，６２及びコンデンサ７１，７２を経てＡＤＣ（アナログデジタルコンバータ）８０に接続される。そして、ＡＤＣ８０の出力（ＡＤＣ値、デジタルデータ）が押下／リリース判定部５１に入力される。

触感制御部５２は、ステップアップコンバータ５２１，５２２、正極電圧制御回路５２３及び負極電圧制御回路５２４を備える。ステップアップコンバータ５２１及び５２２は、入力電圧を昇圧して、所定の電圧を生成する。正極電圧制御回路５２３は、ステップアップコンバータ５２１で生成された電圧を入力して、制御部５０の制御のもとに正極用駆動信号を生成する。生成された正極用駆動信号は、圧電素子３１の正極に印加される。また、負極電圧制御回路５２４は、ステップアップコンバータ５２２で生成された電圧を入力して、制御部５０の制御のもとに負極用駆動信号を生成する。生成された負極用駆動信号は、圧電素子３１の負極に印加される。

そして、制御部５０は、圧電素子３１を押圧検出素子として機能させる場合、切替スイッチ６１，６２をオンとする。これにより、圧電素子３１の出力電圧は、コンデンサ７１，７２を経てＡＤＣ８０によりＡＤＣ値に変換されて、押下／リリース判定部５１に供給される。ここで、圧電素子３１の出力電圧は、直流成分がコンデンサ７１，７２によりカットされて、交流成分（変動分）のみがＡＤＣ８０に供給される。ＡＤＣ８０は、例えば１．５Ｖ程度の中間電位を有しており、この中間電位を基準値（基準電圧）としてＡＤＣ８０の入力側（コンデンサ７１，７２側）の電位が変動する。

また、制御部５０は、圧電素子３１を触感呈示素子として機能させる場合、切替スイッチ６１，６２をオフとして、圧電素子３１に印加される駆動信号がＡＤＣ８０に入力されないようにする。この状態で、押下／リリース判定部５１による判定結果に応じて、触感制御部５２により、圧電素子３１の正極側に正極用駆動信号を印加し、圧電素子３１の負極側に負極用駆動信号を印加して、圧電素子３１を振動させる。

ここで、圧電素子３１に印加する正極用駆動信号及び負極用駆動信号は、圧電素子３１が脱分極状態にならないように、正極用駆動信号の最小電圧を負極用駆動信号の最大電圧以上とする。例えば、圧電素子３１の耐電圧が４０Ｖの場合は、中間電位を２０Ｖとして、触感制御部５２のステップアップコンバータ５２１により、例えば３．６Ｖの入力電圧を昇圧して４０Ｖの出力電圧を生成し、ステップアップコンバータ５２２により、３．６Ｖの入力電圧を昇圧して２０Ｖの出力電圧を生成する。

そして、正極電圧制御回路５２３により、振幅が２０Ｖ〜４０Ｖで、周期が例えば１／２周期の正弦波の正極用駆動信号を生成して、該生成した正極用駆動信号を圧電素子３１の正極に印加する。また、負極電圧制御回路５２４により、振幅が０Ｖ〜２０Ｖの１／２周期の逆位相の正弦波の負極用駆動信号を生成して、該生成した負極用駆動信号を圧電素子３１の負極に印加する。これにより、パネル１０の操作面に接触している接触物に対して所定の触感を呈示する。なお、触感制御部５２は、圧電素子３１が脱分極を発生しない範囲内であれば、正極に対して負極よりも低い電圧を印加することも可能である。

図３は、図１に示した電子機器１の実装構造の一例を示すもので、図３（ａ）は外観斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線概略断面図、図３（ｃ）は要部平面図である。図３に例示する電子機器１は、いわゆるスマートフォンと称されるものである。表示部２０は、筐体１１内に収納保持される。表示部２０上には、弾性部材からなるインシュレータ１２を介して、パネル１０が保持される。パネル１０は、図３（ｃ）に仮想線で示す表示部２０の表示領域Ａから外れた４隅に配設したインシュレータ１２を介して表示部２０上に保持される。

また、筐体１１には、表示部２０の表示領域から外れたパネル１０の表面領域を覆うようにアッパカバー１３が設けられ、このアッパカバー１３とパネル１０との間に、弾性部材からなるインシュレータ１４が配設される。

なお、図３に示すパネル１０は、操作面（表面）１０ａを有する表面部材が、例えば透明フィルムやガラスで構成され、裏面１０ｂを有する裏面部材がガラスやアクリルで構成されている。パネル１０は、操作面１０ａが押圧されると、押圧部分が押圧力に応じて微少量撓む（歪む）、または構造体そのものが微少量撓む構造のものが用いられる。

パネル１０の裏面１０ｂ上には、対向する２つの辺の近傍に、パネル１０を振動させるための圧電振動子３１がそれぞれ接着などにより設けられる。そして、２個の圧電振動子３１を並列に、又は独立して駆動することにより、パネル１０を振動させて、操作面１０ａを振動させるようにしている。なお、図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示した筐体１１、アッパカバー１３及びインシュレータ１４の図示を省略している。

図４は、圧電素子３１を触感呈示素子及び押圧検出素子として共用する場合の基本的な判定アルゴリズムを説明するためのタイミングチャートである。図４（ａ）は圧電素子３１の放電タイミングを示し、図４（ｂ）は圧電素子３１の駆動タイミングを示し、図４（ｃ）はＡＤＣ８０の入力側に供給される圧電素子３１の出力電圧を示している。この判定アルゴリズムでは、先ず、圧電素子３１を押圧検出素子として機能させる。そして、操作者によるパネル１０への接触物の押圧に基づく圧電素子３１の出力電圧が上昇して、押下と判定する閾値電圧（Ｒ０）に達すると、圧電素子３１を触感呈示素子として機能させて、圧電素子３１を駆動する。これにより、操作者に触感を呈示する。そして、圧電素子３１の駆動後、圧電素子３１の出力電圧を基準電圧に戻すために、圧電素子３１の電荷を放電する処理を実行する。

その後、触感呈示部３０は、圧電素子３１を押圧検出素子として機能させる。そして、操作者がパネル１０から接触物を離す動作（リリース）により、圧電素子３１の出力電圧が、基準電圧からマイナス方向へと変化してリリースと判定する閾値電圧（Ｒ１）に達すると、圧電素子３１を触感呈示素子として機能させて、圧電素子３１を駆動する。これにより、操作者に触感を呈示する。そして、圧電素子３１の駆動後、圧電素子３１の出力電圧を基準電圧に戻すために、圧電素子３１の電荷放電処理を実行して、次の判定動作に備える。

ここで、圧電素子３１から出力されるデータの時間的な変化量について説明する。本実施の形態に係る電子機器１においては、押下閾値電圧（Ｒ０）及びリリース閾値電圧（Ｒ１）のみ、つまり、圧電素子３１の出力電圧値に直接対応する固定の閾値電圧（データ閾値）のみを用いるのではなく、圧電素子３１から出力されるデータの時間的な変化量も用いる。そのため、押下／リリース判定部５１では、ＡＤＣ８０からのＡＤＣ値を取得するとともに、取得されるＡＤＣ値から、ＡＤＣ値の時間的な変化量（所定時間における変化量）を算出する。

次に、上述のように構成される本実施形態に係る電子機器１の動作を説明する。図５は、本発明の一実施形態に係る電子機器１の画面上で画像を拡大・縮小するときの電子機器１の動作を説明するフローチャートである。

まず、制御部５０は、表示部２０に表示された画像が２次元か否かを判定する（Ｓ１０１）。制御部５０は、表示された画像が２次元であると判定した場合（Ｓ１０１でＹｅｓの場合）は、ダブルクリックが行われたか否かを判定する（Ｓ１０２）。制御部５０は、ダブルクリックが行われた場合（Ｓ１０２でＹｅｓの場合）は、該ダブルクリックとして、押し込む力（押圧）に応じて圧電素子３１から出力されるデータの時間的な変化量に応じて触感呈示部３０にて強弱のクリック感を呈示すると共に、表示されたオブジェクトを拡大するように表示制御を行う（Ｓ１０３）。

制御部５０は、ダブルクリックが行われなかった場合（Ｓ１０２でＮｏの場合）は、シングルクリックが行われたか否かを判定する（Ｓ１０４）。制御部５０は、シングルクリックが行われた場合（Ｓ１０４でＹｅｓの場合）は、該シングルクリックとして、押し込む力（押圧）に応じて圧電素子３１から出力されるデータの時間的な変化量に応じて触感呈示部３０にて強弱のクリック感を呈示すると共に、オブジェクトを縮小するように表示制御を行う（Ｓ１０５）。Ｓ１０１及びＳ１０４でＮｏの場合は、処理を終了する。

このように、本実施形態に係る電子機器１は、１つの接触部（例えば、指またはスタイラスペン）を用いて容易にオブジェクト（画像）を拡大・縮小できる。また、本実施形態に係る電子機器１は、押し込む力の加減をクリック感で強弱をつけることで、ユーザに強く押し込んでいるか、弱く押し込んでいるかを感覚で伝えることができるので、ユーザに操作感を感覚的に訴えることできるためユーザビリティを向上させることができる。

図６は、本発明の一実施形態に係る電子機器１の画面上で空間制御を行うときの電子機器１の動作を説明するフローチャートである。

まず、制御部５０は、表示部２０に表示された画像が３次元か否かを判定する（Ｓ２０１）。制御部５０は、３次元画像であると判定した場合（Ｓ２０１でＹｅｓの場合）は、シングルクリックが行われたか否かを判定する（Ｓ２０２）。シングルクリックが行われた場合（Ｓ２０２でＹｅｓの場合）は、制御部５０は、当該シングルクリック時に接触物により所定の閾値を超える早さで加圧されたか否かを判定する（Ｓ２０３）。制御部５０は、オブジェクトが所定の閾値を超える早さで加圧されたと判定した場合、すなわち、オブジェクトに対して素早く押し込む動作が行われ、押し込む力（押圧）に応じて圧電素子３１から出力されるデータの時間的な変化量が所定の閾値を超えた場合（Ｓ２０３でＹｅｓの場合）は、触感呈示部３０にて押し込んだ力に応じたクリック感を呈示すると共に、オブジェクトを画面奥に移動するように（押し込むように）画像制御を行う（Ｓ２０４）。このように、電子機器１は、押し込んだ力に応じたクリック感を呈示するので、触覚的に押し込んでいる感覚をユーザに提供することができる。

制御部５０は、オブジェクトが所定の閾値以下の早さで加圧されたと判定した場合、すなわち、オブジェクトをゆっくり押し込んだ後、ゆっくりと押し込んだ力を緩める動作が行われ、ゆっくり押し込んだ時に、押し込む力（押圧）に応じて圧電素子３１から出力されるデータの時間的な変化量が所定の閾値以下の場合（Ｓ２０３でＮｏの場合）は、触感呈示部３０にてゆっくり押し込んだ感覚に応じたクリック感を呈示すると共に、オブジェクトを画面手前へ移動するように（引っ張り出すように）画像制御する（Ｓ２０５）。Ｓ２０１及びＳ２０２でＮｏの場合は、処理を終了する。

このように、本実施形態に係る電子機器１は、ゆっくり押し込んだ感覚に応じたクリック感をも呈示することで、ユーザに素早く押し込んだ場合とゆっくり押し込んだ場合のクリック感の差を感覚で提供することができるので、ユーザはどちらの操作を行ったかを容易に区別できる。また、本実施形態に係る電子機器１は、素早く押し込んだ場合とゆっくり押し込んだ場合の組み合わせにより、１つの接触物（指、スタイラスペン等）を用いてオブジェクト（画像）を奥に押し込んだり、引き出したりする空間制御が可能となる。

上述のように、本発明に係る電子機器は、触感を使って画面上の対象物を、１つの接触物で自在に操作できるので、ユーザに感覚的に訴えてユーザビリティを更に向上させることができる。

また、本発明に係る電子機器は、同一画面上で３次元操作を触覚的に実現することができることにより、実際の空間感覚に近い制御が実現できるため、押し引くといった３次元ゲーム（例えば、綱引きゲームといった奥行きを使ったゲーム）などに幅広く応用できる。

なお、図５のフローチャートでは、ダブルクリックが行われた場合に拡大する画面制御を行い、シングルクリックが行われた場合に縮小する画面制御を行っているが、シングルクリックが行われた場合に拡大する画面制御を行い、ダブルクリックが行われた場合に縮小する画面制御を行うようにしても良い。また、ユーザが容易に判別できて、押し間違うことがなければ、操作面に対する他の動作でもよい。

また、図６のＳ２０２において、オブジェクトに対して接触物によりシングルクリックが行われたか否かを判定したが、シングルクリックではなく、ダブルクリックでも良い。また、ユーザが容易に判別できて、押し間違うことがなければ、操作面に対する他の動作でもよい。

また、パネル１０及び表示部２０は、両機能を共通の基板に持たせるなどにより、一体化された装置によって構成されてもよい。このような装置の構成の一例としては、液晶パネルが有するマトリクス状配列の画素電極群に、フォトダイオードなどの複数の光電変換素子を規則的に混在させたものがある。かかる装置は、液晶パネル構造によって画像を表示する一方で、パネル表面の所望位置をタッチ入力するペンの先端で液晶表示用のバックライトの光を反射し、その反射光を周辺の光電変換素子が受光することにより、タッチ位置を検出することができる。

また、パネル１０に対する押圧に基づくデータを取得する押圧検出素子は、触感呈示素子と共用することなく、独立して設けることもできる。したがって、この場合は、押圧検出素子として、圧電素子や歪ゲージを用いて出力電圧のベクトルを検出したり、パネル１０の接触面積のベクトルを検出したり、することもできる。また、触感呈示素子として、振動モータ（偏心モータ）を用い、該振動モータを振動させることにより、パネル１０のタッチ面１０ａを間接的に振動させるように構成することもできる。

１電子機器
１０パネル
２０表示部
３０触感呈示部
３１圧電素子
４０記憶部
５０制御部
５１押下／リリース判定部
５２触感制御部
６１，６２切替スイッチ
７１，７２コンデンサ
８０ＡＤＣ（アナログデジタルコンバータ）
５２１，５２２ステップアップコンバータ
５２３正極電圧制御回路
５２４負極電圧制御回路

Claims

パネルに接触している接触物に触感を呈示する触感呈示部と、
前記パネルに対する押圧に応じて出力されるデータの時間的な変化量に応じた触感を呈示するように前記触感呈示部を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする電子機器。
前記制御部は、前記時間的な変化量が所定の閾値を超える場合に、第１の触感を呈示するように前記触感呈示部を制御することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
前記制御部は、前記第１の触感を呈示すると共に、当該第１の触感に対応する画像の制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
前記制御部は、前記時間的な変化量が所定の閾値以下の場合に、第２の触感を呈示するように前記触感呈示部を制御することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
前記制御部は、前記第２の触感を呈示すると共に、当該第２の触感に対応する画像の制御を行うことを特徴とする請求項４に記載の電子機器。