JP2014095948A - 操作入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操作感を損ねることなく触覚を利用した操作入力が可能である共に、当該操作入力に対して触覚を利用した応答が可能な操作入力装置を実現する。
【解決手段】操作面Ｓを有する振動板１０と、操作面Ｓとは反対側の面に第１面１６ａを向けて配置されるガイド部材１６と、振動板１０を貫通する振動板貫通孔１０ｈと、ガイド部材１６を貫通する突出部材案内孔１６ｇと、振動板貫通孔１０ｈ及び突出部材案内孔１６ｇを通って出退可能な突出部材２１と、突出部材２１を第１状態と第２状態との間で出退動作させる駆動機構３０とを備え、駆動機構３０は、突出部材２１の先端部２１ａを、第１状態では操作面Ｓよりも突出させ、第２状態では操作面Ｓ以下に引退し且つガイド部材１６の第１面１６ａよりも突出させるように構成され、振動板貫通孔１０ｈの孔径は、突出部材案内孔１６ｇの孔径よりも大きく設定されている。
【選択図】図９

Description

本発明は、操作面に接触又は近接する被検知物を介した操作入力を受け付ける操作入力装置に関する。

パーソナルコンピュータや、携帯情報端末、現金自動預払機（ＡＴＭ）、自動券売機、車載ナビゲーション装置など、タッチパネルによる操作入力が可能な装置が多く利用されている。タッチパネルは、ヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）において、主として、ユーザーから機械に対する操作入力を媒介する役割を担っている。ユーザーは、タッチパネルの操作面に指先やスタイラスペンのペン先等を接触又は近接させることで、例えば操作面に表示された操作標章に対する入力を行い、当該操作標章に関連付けられた機能を実行させることができる。

ところで、例えば車載ナビゲーション装置では、車両の運転者が運転の合間にタッチパネルを操作することが多くなる。この際、操作面を注視して操作を行うことは困難であり、望む操作を正確に行うことができない場合がある。このような点に鑑み、触覚（触感）を利用して操作面を注視せずとも操作入力を行うことができるようにした操作入力装置が提案されている。例えば特開２００６−２６８０６８号公報（特許文献１）には、操作面全体を繊維毛で覆い、表示装置における操作標章の位置に対応する繊維毛を立毛させる技術が開示されている。

但し、操作面全体が繊維毛で覆われていると、立毛している繊維毛とそうでない繊維毛との触覚による識別には曖昧さが残る。また、一般的なタッチパネルでは、機械からユーザーへの入力に対する応答（フィードバック）やその他の情報の報知は、主としてユーザーの視覚や聴覚に働きかけることよって実施されている。しかし、運転中に使用される車載ナビゲーション装置や、屋外での利用の多い携帯情報端末では、視覚や聴覚に働きかける応答をユーザーが知覚することが困難な場合がある。上述したように、繊維毛を介してユーザーに応答するとしても、やはり、その知覚には曖昧さが残る。

特開２００６−２６８０６８号公報

上記背景に鑑みて、操作感を損ねることなく触覚を利用した操作入力が可能である共に、当該操作入力に対して触覚を利用した応答が可能な操作入力装置の実現が望まれる。

上記課題に鑑みた本発明に係る操作入力装置の特徴構成は、
第１面に操作面を有する振動板と、
前記操作面に接触又は近接する被検知物を検知する検知装置と、
前記振動板を振動させる振動装置と、
前記振動板の前記第１面とは反対側の第２面に、第１面を向けて配置されるガイド部材と、
前記振動板の前記第２面と前記ガイド部材の前記第１面との間に隙間を形成する隙間形成部材と、
前記操作面に対して交差する出退方向に沿って前記振動板を貫通する振動板貫通孔と、
前記出退方向に沿って前記ガイド部材を貫通する突出部材案内孔と、
前記振動板貫通孔及び前記突出部材案内孔を通って出退可能な突出部材と、
前記突出部材を第１状態と第２状態との間で出退動作させる駆動機構と、を備え、
前記駆動機構は、前記突出部材の前記先端部を、前記第１状態では前記操作面よりも突出させ、前記第２状態では前記操作面以下に引退し且つ前記ガイド部材の前記第１面よりも突出させるように構成され、
前記振動板貫通孔の孔径は、前記突出部材案内孔の孔径よりも大きく設定されている点にある。

この特徴構成によれば、例えば操作面の操作対象箇所に対応する突出部材を、第１状態とすること（突出部材の先端部が操作面よりも突出する状態とすること）によって、ユーザーに対して操作対象箇所を容易に識別できるように操作入力装置を構成することができる。ここで、ユーザーが当該突出部材を押圧するなど、操作対象箇所への操作を行うと、突出部材が第２状態となる（振動板の第１面（操作面）以下に引退した状態となる）。この場合、突出部材が引退する際の反力によって、ユーザーは触覚を利用した応答を操作入力装置から受け取ることができる。但し、操作面の全面に亘って高い密度で突出部材を配置できるとは限らない。このように突出部材の敷設密度が疎となるような場合には、操作面へのユーザーの操作を検知装置によって検知し、操作に応答して振動板を振動させることができる。ユーザーは、突出部材を引退させる際の反力を受けることはなくても、振動板の振動による応答を受け取ることができる。つまり、振動板の振動によって、ユーザーは触覚を利用した応答を操作入力装置から受け取ることができる。当然ながら、ユーザーが突出部材を引退させるように押圧する際にも、振動板を振動させてよい。

尚、突出部材は、突出部材案内孔及び振動板貫通孔を貫通した状態で出退方向に沿って移動する。また、振動板も、出退方向に沿った方向を振動方向として振動する。従って、突出部材は、突出部材が停止した状態においても、相対的に振動板貫通孔から出退する場合がある。振動板とガイド部材との間には隙間が形成されているから、例えば振動板の振動方向にブレが生じた場合には、振動板貫通孔の内壁に突出部材が接触する可能性がある。本特徴構成によれば、振動板貫通孔の孔径が、突出部材案内孔の孔径よりも大きく設定されている。従って、このようなブレを生じても振動板と突出部材とが接触する可能性が低くなるように構成されている。このように、本特徴構成によれば、操作感を損ねることなく触覚を利用した操作入力が可能である共に、当該操作入力に対して触覚を利用した応答が可能な操作入力装置を提供することができる。

上述したように、突出部材案内孔と、振動する振動板に設けられた振動板貫通孔とを通って出退する突出部材を出退方向に沿って円滑に駆動するためには、これらの貫通孔の径方向中心部、例えば突出部材案内孔に連通する孔に駆動機構が配置されることが好ましい。１つの態様として、本発明の操作入力装置は、前記ガイド部材が、前記駆動機構が配置される駆動機構配置孔を更に備え、前記突出部材案内孔が、前記駆動機構配置孔よりも前記ガイド部材の前記第１面側に、前記駆動機構配置孔と連通するように形成されていると好適である。

振動板には振動板貫通孔が設けられており、ユーザーが操作面（第１面）に対して操作を行った場合に、振動板貫通孔の開口縁部に指などの被検知物を引っ掛けて、違和感を覚える可能性がある。また、突出部材が出退するために、突出部材と振動板貫通孔との間には隙間が形成されており、この隙間から埃や水滴等が操作入力装置の内部に入る可能性もある。従って、操作面は孔の設けられていない別の部材により覆われていると好適である。振動板は振動し、また突出部材が操作面よりも突出するので、操作面を覆う部材は変形や復帰が容易な材質であることが好ましい。１つの態様として、本発明の操作入力装置は、前記振動板貫通孔を覆うように前記操作面に沿って弾性シートが設けられていると好適である。

上述したように、突出部材は、突出部材案内孔と振動板貫通孔とを通って円滑に出退制御されることが好ましい。従って、突出部材を出退動作させる駆動機構は、堅固に固定されていることが好ましい。また、耐ノイズ性や、操作入力装置の小型化等を考慮すれば、駆動機構を制御する回路は駆動機構の近傍に配置されていることが好ましい。１つの態様として、本発明の操作入力装置は、前記ガイド部材の前記第１面とは反対側の第２面に対向するように設けられ、前記ガイド部材の前記第２面に対する対向面となる第１面において前記駆動機構を支持する駆動機構支持部材と、前記駆動機構支持部材の前記第１面とは反対側の第２面に対向して配置され、前記駆動機構を制御する制御基板と、を更に備えると好適である。

ところで、振動板は、振動装置によって変位可能な板状部材であるから、ユーザーが操作面に対する操作の際に、押圧力を加えるとガイド部材の方向にたわみを生じる。操作面とガイド部材の第１面との間には、上述したように、第２状態の突出部材の先端部が位置している。ユーザーの操作によって振動板がたわんだ際に、突出部材の先端部にユーザーが接触すると、不要な応答をユーザーに与えることになる。従って、ユーザーによる押圧によって振動板がたわんだ場合でも、突出部材の先端部が操作面以下に位置するように、第２状態が設定されていると好ましい。１つの態様として、本発明の操作入力装置は、前記操作面に予め規定された基準押圧力を受けて前記振動板がたわんだ状態である基準押圧状態において、前記第２状態の前記突出部材の前記先端部が前記振動板貫通孔の内部に位置するように構成されていると好適である。

操作入力装置の車両への設置形態の一例を示す図 操作入力装置の一部分解斜視図 操作入力装置の断面図 操作入力装置の上面図 操作入力装置を含む車載システムの模式的ブロック図 振動板を振動させてユーザーに応答する原理を示す図 ユーザーによる押圧で振動板がたわむ様子を示す図 押圧に対して振動板を振動させてユーザーに応答する原理を示す図 駆動機構の構成を示す断面図 振動板と突出部材との関係を示す断面図

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、図１に示すように、操作入力装置１が車両に搭載されている。本実施形態では、左右それぞれの手により操作できるように、２つの操作入力装置１（１Ｌ，１Ｒ）が、ステアリングホイール７０のスポーク部７１に設置されている。ユーザーとしての車両の乗員（ドライバー）は、操作入力装置１を介して車両に搭載された種々のシステムに対する指示入力を行うことができる。種々のシステムとは、例えばナビゲーションシステムやオーディオシステム、冷暖房システム等である。ナビゲーションシステムは、よく知られているように、出発地から目的地までの経路探索、経路案内、案内中の自車両周辺の情報の提供などを行うシステムである。例えば、交差点の近傍では進行方向を示す案内表示などが、コンソールに設置されたモニタ装置５０の表示画面において地図に重畳して表示される。一般的には、この案内表示は、タッチパネルを備えた表示画面にユーザーが触れることによって消すことが可能である。本実施形態では、操作入力装置１への操作によって、視線をほとんど動かすことなく、また、ステアリングホイール７０から手を離すことなく、そのような案内表示を消すことができる。また、ユーザーは、操作入力装置１への操作によって、ナビゲーションシステムやオーディオシステムの音量を調節したり、冷暖房システムの設定温度を調節したりすることができる。また、操作入力装置１への操作によって、オーディオシステムの選曲や選局ができてもよい。

図２は操作入力装置１の一部分解斜視図であり、図３は操作入力装置１の断面図であり、図４は操作入力装置１の上面図である。図３に示すように、操作入力装置１は、第１面１０ａに操作面Ｓを有する振動板１０と、操作面Ｓに接触又は近接する被検知物を検知する検知装置Ｄと、振動板１０を振動させる振動装置Ｖと、振動板１０の第１面１０ａとは反対側の第２面１０ｂに、第１面１６ａを向けて配置されるガイド部材１６と、振動板１０の第２面１０ｂとガイド部材１６の第１面１６ａとの間に隙間を形成する隙間形成部材１４とを備えて構成されている。詳細は後述するが、本実施形態では、振動板１０は、タッチパネル１２と天板１３とを有して構成されている。また、振動板１０には、操作面Ｓに沿ってカバーシート１１が設けられている。

振動板１０には、操作面Ｓに対して交差する出退方向Ｚに沿って振動板１０を貫通する振動板貫通孔１０ｈが形成されている。また、ガイド部材１６には、出退方向Ｚに沿ってガイド部材１６を貫通するガイド部材貫通孔１６ｈが形成されている。本実施形態では、ガイド部材貫通孔１６ｈは、突出部材案内孔１６ｇと駆動機構配置孔１６ｆとの２つの部分を有して形成されている。駆動機構配置孔１６ｆは、後述する駆動機構３０が配置される格納孔である。突出部材案内孔１６ｇは、出退方向Ｚに沿って（突出方向Ｚ１に向かって）操作面Ｓよりも突出したり、出退方向Ｚに沿って（引退方向Ｚ２に向かって）操作面Ｓ以下に引退したりする突出部材２１を案内する孔である。本実施形態では、突出部材案内孔１６ｇは、駆動機構配置孔１６ｆよりもガイド部材１６の第１面１６ａ側に、駆動機構配置孔１６ｆと連通するように形成され、全体としてガイド部材貫通孔１６ｈが形成されている。

本実施形態では、出退方向Ｚに沿って比較的厚みのある部材によってガイド部材１６が構成されているため、このように２つの部分を有してガイド部材貫通孔１６ｈが形成されている。しかし、ガイド部材１６がこれよりも薄い部材により構成される場合などでは、ガイド部材貫通孔１６ｈとして、突出部材案内孔１６ｇのみが形成されていてもよい。図３及び図９に示すように、本実施形態では、駆動機構３０が駆動機構配置孔１６ｆに配接されて比較的堅固に固定される。後述する駆動機構支持部材１７において駆動機構３０が堅固に固定可能であれば、ガイド部材１６に駆動機構配置孔１６ｆが形成されなくてもよい。

操作入力装置１は、さらに、振動板貫通孔１０ｈ及び突出部材案内孔１６ｇを通って出退可能な突出部材２１と、突出部材２１を第１状態と第２状態との間で出退方向Ｚに沿って出退動作させる駆動機構３０とを備えている。駆動機構３０は、突出部材２１の先端部２１ａを、第１状態では振動板１０の第１面１０ａ（操作面Ｓ）よりも突出させ、第２状態では振動板１０の第１面１０ａ（操作面Ｓ）以下に引退させ且つガイド部材１６の第１面１６ａよりも突出させる。

突出部材２１は、突出部材案内孔１６ｇ及び振動板貫通孔１０ｈを貫通した状態で出退方向Ｚに沿って移動する。また、後述するように、振動板１０は、出退方向Ｚを振動方向として振動するから、突出部材２１は、突出部材２１が停止した状態においても、相対的に操作面Ｓに対して出退する場合がある。この際、例えば振動板１０の振動方向が出退方向Ｚに対してブレを生じた場合には、振動板貫通孔１０ｈの内壁に突出部材２１が接触する可能性がある。このため、振動板貫通孔１０ｈの孔径は、突出部材案内孔１６ｇの孔径よりも大きく設定されている。これにより、上述したようなブレを生じても、振動板１０と突出部材２１とが接触する可能性が小さくなる。

例えば、突出部材２１の直径が１〜２［ｍｍ］、公差が±０．０５［ｍｍ］の場合、ガイド部材１６の突出部材案内孔１６ｇの内径は、突出部材２１の直径に０．１［ｍｍ］程度を加えた値に設定される。これに対して、振動板貫通孔１０ｈの内径は、突出部材２１の公差の他、振動板１０の振幅や、振動時のマージンなどを考慮して、突出部材２１の直径に０．５［ｍｍ］程度を加えた値に設定されると好適である。

また、操作入力装置１は、ガイド部材１６の第１面１６ａとは反対側の第２面１６ｂに対向するように設けられる駆動機構支持部材１７を有して構成されている。駆動機構支持部材１７は、ガイド部材１６の第２面１６ｂに対する対向面となる第１面１７ａにおいて駆動機構３０を支持する。さらに、駆動機構支持部材１７の第１面１７ａとは反対側の第２面１７ｂに対向して、制御基板１８が配置されている。制御基板１８には、図５のブロック図に示すように、駆動機構３０を制御する駆動機構制御部８５（駆動回路制御回路）などが構築されている。図３に示すように、ガイド部材貫通孔１６ｈが突出部材案内孔１６ｇと駆動機構配置孔１６ｆとを有して形成され、駆動機構３０が駆動機構配置孔１６ｆに配接される場合には、駆動機構３０がガイド部材１６の内部に収容される。従って、本実施形態においては、ガイド部材１６の第２面１６ｂと、駆動機構支持部材１７の第１面１７ａとは接触している。

一方、ガイド部材貫通孔１６ｈが突出部材案内孔１６ｇのみを有して構成される場合には、駆動機構３０はガイド部材１６の内部には収容されることなく、駆動機構支持部材１７に支持されることになる。この場合には、ガイド部材１６の第２面１６ｂと、駆動機構支持部材１７の第１面１７ａとは対向するものの、部分的な接触を除いて図３に示すように全面的には接触しない。即ち、ガイド部材１６の第２面１６ｂと駆動機構支持部材１７の第１面１７ａとの間に空間が形成される。

上述したように、振動板１０には、振動板貫通孔１０ｈが形成されている。この孔は、操作面Ｓとなる振動板１０の第１面１０ａに開口部を有するため、ユーザーが操作面Ｓに対して操作を行った場合に、開口縁部に指などが引っ掛かり、違和感を覚える可能性がある。また、振動板貫通孔１０ｈの内径は、突出部材２１の直径よりも大きく形成されているから、突出部材２１と振動板貫通孔１０ｈとの間には隙間が形成されている。この隙間から埃や水滴等が操作入力装置１の内部に入る可能性もある。このため、本実施形態では、振動板貫通孔１０ｈの開口部を覆うように操作面Ｓに沿ってカバーシート１１（弾性シート）が設けられている。振動板１０は振動し、また突出部材２１が操作面Ｓよりも突出する。従って、カバーシート１１は、振動板１０と共に伸縮し、突出部材２１が操作面Ｓを超えて突出する際には変形して、引退時には復帰するような弾性を有する材質（例えばシリコン樹脂）で構成されていることが好ましい。尚、当然ながら、操作面Ｓに開口部が露出していることが許容されるような場合には、このようなカバーシート１１が設置されていなくてもよい。

尚、本実施形態においては、隙間形成部材１４は、振動板１０の第２面１０ｂとガイド部材１６の第１面１６ａとの間に配置されて、振動板１０とガイド部材１６との間に隙間を設定するスペーサである。このようなスペーサは、操作入力装置１の上面図である図４（ａ）に示すように、方形状の振動板１０の４隅（各頂点）に配置されてもよいし、図４（ｂ）に示すように、向かい合う２辺に配置されてもよい。図４（ｂ）に示すように、向かい合う２辺にスペーサが配置される場合、振動板１０が長方形状であれば、短辺側にスペーサが配置されると振動板１０の振幅の確保が容易である。

また、本実施形態においては、振動装置Ｖは、圧電素子１５（振動素子）であり、振動板１０の第２面１０ｂに備えられている。ここでは、圧電素子１５が、当該第２面１０ｂに接するように配置されている。振動板１０の第２面１０ｂに圧電素子１５を備えることによって、振動板１０の第１面１０ａの操作面Ｓに影響を与えることなく、適切な位置に圧電素子１５を配置することができるので、省電力で必要な振幅を得ることが可能となる。尚、振動板１０の外縁部に操作面Ｓの非感応部が設定されるような場合には、当該外縁部の第１面１０ａ側に振動装置Ｖが設置されてもよい。また、振動装置Ｖは、当然ながら圧電素子１５に限定されるものではない。

以上、操作入力装置１の構造を説明したが、以下、操作入力装置１を含む車載システムの模式的ブロック図である図５も参照して、操作入力装置１の機能について説明する。本実施形態では、操作入力装置１がナビゲーションシステムと協働する形態を例として説明する。操作入力装置１を制御する操作入力装置制御部４１及びナビゲーションシステムの中核となるナビゲーション演算部４２は、マイクロコンピュータなどの論理演算プロセッサを中核として構築されたＥＣＵ（electronic control unit）４０として構成されている。ＥＣＵ４０は、論理演算プロセッサなどのハードウェアと、プログラムなどのソフトウェアとの協働により種々の機能を実現させる。

ナビゲーション演算部４２は、操作入力装置制御部４１、地図データベース４３、ＧＰＳ受信機４４、車速センサ４５（距離センサ）、ステアリングセンサ４６（舵角センサ）、方位センサ４７、モニタ装置５０、スピーカ５３と情報伝達可能に接続されている。ＧＰＳ受信機４４は、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からのＧＰＳ信号を受信する。例えばジャイロセンサや加速度センサなどにより構成された方位センサ４７は、自車両の進行方位又はその変化を検出する。車速センサ４５は、自車両の車速や移動距離を検出する。ステアリングセンサ４６は、自車両の操舵角を検出する。良く知られているように、ナビゲーション演算部４２は、ＧＰＳを利用した測位、及び各種センサによる検出結果に基づく自律航法演算により、自車位置を特定する。地図データベース４３には、所定の区画毎に分けられた地図データが記憶されている。地図データベース４３は、地図表示、経路探索、特定された自車位置に基づくマップマッチング等の処理の実行時にナビゲーション演算部４２により参照される。地図データベース４３は、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリ、光ディスク等の記憶媒体に格納して備えられている。

モニタ装置５０は、液晶表示装置等の表示部５１、タッチパネル５２とが一体となったものである。表示部５１には、自車位置周辺の地図や所定機能に関連付けられた操作標章などの画像が表示される。操作標章は、当該操作標章への操作によって実現される機能をユーザー（ここでは車両の乗員）が容易に知覚できるように表示部５１に表示される標章である。タッチパネル５２を介して当該操作標章への操作入力をナビゲーション演算部４２に伝達することができる。例えばユーザーは、表示部５１（タッチパネル５２）に表示された操作標章に、被検知物としての指先やスタイラスペンのペン先等を接触又は近接させることで、その操作標章を選択してそれに関連付けられた機能をナビゲーションシステムに実現させることができる。また、ユーザーは、表示部５１（タッチパネル５２）に表示された地図上の地点選択などを行うこともできる。

図１に示すように、モニタ装置５０は、運転時にユーザー（運転者）が視線方向を大きく変えることなく見ることができるように、ダッシュボード上面の中央部に配置されている。一方、操作入力装置１は、ユーザーが操作しやすいように、ユーザーの手元に近い位置に配置されている。本実施形態では、操作入力装置１は、ステアリングホイール７０のスポーク部７１に配置されている。この他、操作入力装置１は、センターコンソール部や、ダッシュボード上面の中央部、ドアパネルなどに配置されていても良い。尚、本実施形態では、操作入力装置１がモニタ装置５０と別体として設けられている場合を例として説明するが、モニタ装置５０に操作入力装置１が適用されることを妨げるものではない。

上述したように、操作入力装置１は、操作面Ｓを有し、操作面Ｓに接触又は近接する被検知物を検知して当該検知位置に応じた入力を受け付ける。この際、操作入力装置１は、被検知物による接触や近接に対して、触感による応答を提供する。具体的には、操作入力装置１は、検知装置Ｄにより、操作面Ｓに接触又は近接する被検知物を検知すると、圧電素子１５（振動装置Ｖ）を駆動して、図６に示すように振動板１０を振動させる。図６に示すように被検知物Ｈがユーザーの指先であった場合には、ユーザーの指に振動が伝わり、操作面Ｓに対する操作への応答をユーザーは触感により受け取ることができる。つまり、ユーザーに対していわゆる“クリック感”を与えることができる。

上述したように、本実施形態では、振動板１０は、タッチパネル１２と天板１３とを有して構成されている。タッチパネル１２の第１面１２ａは、振動板１０の第１面１０ａ且つ操作面Ｓに対応する。天板１３の第２面１３ｂは、振動板１０の第２面１０ｂに対応し、振動装置Ｖとしての圧電素子１５を保持している。タッチパネル１２の第２面１２ｂと、天板１３の第１面１３ａとは密着しており、タッチパネル１２と天板１３とが一体となって振動板１０が構成されている。当然ながら、何れか１つの部材により振動板１０が構成されることを妨げるものではない。しかし、振動板１０にタッチパネル１２を含むことにより、振動板１０の全域において操作入力を受け付けることが可能となり高い利便性を確保することができる。また、振動板１０に天板１３を含むことにより、耐振動強度が確保され、圧電素子１５を保持するための強度も確保される。

尚、タッチパネル１２としては、抵抗膜式や静電容量式等、種々の方式のものを利用することができる。本実施形態では、振動板貫通孔１０ｈを設けることによる配線の制約を受けにくい静電容量式を採用している。制御基板１８に構成された座標検出部８１は、タッチパネル１２の操作面Ｓに接触又は近接する被検知物Ｈとしての指先等の検知位置を操作面Ｓ上の座標として特定する。操作入力装置制御部４１は、当該座標の情報を受け取ってナビゲーション演算部４２に伝達する。ナビゲーション演算部４２は、当該座標に割り当てられた機能を実行する。

座標検出部８１が操作面Ｓへの被検知物Ｈの接触又は近接があったと判定すると（座標を特定すると）、その判定結果が振動装置制御部８４にも伝達される。この際、操作入力装置制御部４１を経由して判定結果が伝達されても良いし、制御基板１８上において直接に座標検出部８１から振動装置制御部８４へ判定結果が伝達されてもよい。振動装置制御部８４は、圧電素子１５に電圧を印加して、図６に示すように振動板１０を振動させる。このように、タッチパネル１２及び座標検出部８１は、操作面Ｓに接触又は近接する被検知物Ｈを検知する検知装置Ｄとして機能する。

ところで、ユーザーは操作面Ｓに対して静かに指などの被検知物Ｈを接触させるとは限らず、操作面Ｓに交差する方向に押圧力を掛ける場合もある。この場合には、振動板１０が図３における引退方向Ｚ２の方向にたわむことになる（図７参照）。振動板１０に設置されている圧電素子１５は、この押圧力に応じた電荷を発生する。制御基板１８には、圧電素子１５に生じた電荷を検出する振動検出部８３が備えられている。上述した座標検出部８１と同様に、振動検出部８３は、操作面Ｓに対する操作入力があったことを、操作入力装置制御部４１及び振動装置制御部８４に伝達する。振動装置制御部８４は、圧電素子１５に電圧を印加して、図８に示すように振動板１０を振動させる。このように、圧電素子１５及び振動検出部８３も、操作面Ｓに接触又は近接する被検知物Ｈを検知する検知装置Ｄとして機能する。

また、上述したように、操作入力装置１には、操作面Ｓに対して先端部２１ａが出退する突出部材２１も備えられている。例えば、ユーザーは操作面Ｓよりも突出している状態（第１状態）の突出部材２１を指先で操作面Ｓ側に押し込むことが可能である。突出部材２１の状態を検知することによって、このような押し込み操作が行われた否かを検出することができる。例えば、突出部材２１（或いは図９を参照して後述する筒状部材２２）の近傍に、突出部材２１（或いは筒状部材２２）の出退方向Ｚにおける位置を検出する位置センサ３９が設置される。状態検出部８２は、この位置センサ３９の検出結果に基づいて、突出部材２１の状態を検出する。検出結果は、操作入力装置制御部４１及び振動装置制御部８４に伝達される。振動装置制御部８４は、圧電素子１５に電圧を印加して、図８に示すように振動板１０を振動させる。従って、これら、位置センサ３９及び状態検出部８２も、検知装置Ｄとして機能する。

以下、突出部材２１及び突出部材２１を出退させる駆動機構３０について説明する。図２に示すように、振動板１０（タッチパネル１２及び天板１３）には、振動板１０を貫通する振動板貫通孔１０ｈが複数（本実施形態では９個）設けられている。本実施形態では、振動板貫通孔１０ｈは、振動板１０の上面から見て円形状に形成されている。尚、タッチパネル１２や天板１３に配線が施されている場合には、そのような配線を避けて振動板貫通孔１０ｈが形成される。或いは、振動板貫通孔１０ｈを迂回して配線が施される。

図９は、駆動機構の構成を示す断面図である。図９では、説明を容易にするためにカバーシート１１を省略して図示している。図９に示すように、細長い円柱状（ピン状）の突出部材２１には、全体として円筒状の筒状部材２２が接続されている。突出部材２１の外径は、上述したように、突出部材案内孔１６ｇの内径よりも僅かに小さい。筒状部材２２は、当該筒状部材２２の軸方向に沿って等分割された２つの半円筒状部材から構成されている。突出部材２１は、その下端部（引退方向Ｚ２側の端部）において２つの半円筒状部材に挟まれた状態で筒状部材２２に係止されている。本実施形態では、それぞれの突出部材案内孔１６ｇに突出部材２１が挿入され、それぞれの振動板貫通孔１０ｈには突出部材２１の先端部２１ａが達している。１つの態様として、駆動機構３０によって突出部材２１が駆動されていない基準状態（図９の左側の状態）では、平坦に形成された突出部材２１の先端部２１ａ（先端面）は、操作面Ｓのレベルに一致、或いは操作面Ｓのレベルよりも引退した状態（操作面Ｓのレベル以下）である。

図９に示すように、振動板１０に対して背面側に駆動機構３０が設けられている。この駆動機構３０は、操作面Ｓに対して交差（ここでは直交）する方向（出退方向Ｚ）に沿って突出部材２１を出退動作させるための機構である。駆動機構３０は、アクチュエータとして、圧電素子３１を備えて構成されている。圧電素子３１は圧電効果を利用した受動素子であり、圧電体に印加された電圧を力に変換し、或いは圧電体に加えられた外力を電圧に変換する。圧電素子３１は、出退方向Ｚを振幅方向として振動するように設けられている。圧電素子３１には連結部材３３が連結されており、この連結部材３３は圧電素子３１と一体的に振動する。連結部材３３は、細長い円柱状（ピン状）に形成されている。圧電素子３１に連結された側とは反対側の連結部材３３の先端部は、筒状部材２２の内側の空間に挿入されている。連結部材３３の外径は筒状部材２２の内径にほぼ等しく、連結部材３３の外周面と筒状部材２２の内周面とは接している。

連結部材３３と筒状部材２２とが接触する接触位置において、筒状部材２２を外周側から包囲するようにバネ部材３４が設けられている。バネ部材３４は、内周側に向かう所定の大きさの予圧を提供し、連結部材３３と筒状部材２２との間に所定の摩擦力を生じさせる。バネ部材３４が付与する予圧は、連結部材３３と筒状部材２２との間の静止摩擦力が、筒状部材２２及び筒状部材２２に連結された突出部材２１に作用する重力の出退方向Ｚの分力よりも、少なくとも大きくなるように設定される。また、上記予圧は、圧電素子３１の振動に伴い連結部材３３と筒状部材２２との間に動摩擦力が生じる状態でこれらが摺動可能となるように設定される。筒状部材２２とバネ部材３４と筒状部材２２とで、摺動機構が構成されているということもできる。

また、本実施形態では、圧電素子３１の出退方向Ｚに沿った一方側への振動速度と他方側への振動速度との大小関係は、操作入力装置制御部４１及び駆動機構制御部８５によって調整される。具体的には、駆動機構制御部８５は、操作入力装置制御部４１の指令に基づいてパルス状の電圧を印加して圧電素子３１を振動させる。その際、駆動機構制御部８５は、出退方向Ｚに沿った一方側への振動速度と他方側への振動速度との大小関係を調整する。このような調整は、圧電素子３１の振動方向に応じてデューティ比を異ならせることによって実現できる。

例えば、駆動機構制御部８５は、突出方向Ｚ１側（操作面Ｓよりも正面側）への振動速度が、反突出方向側である引退方向Ｚ２側（操作面Ｓよりも背面側）への振動速度よりも小さくなるように、圧電素子３１を駆動する。これにより、連結部材３３と筒状部材２２との間に生じる静止摩擦と動摩擦との差異に基づいて、突出部材２１が突出方向Ｚ１側へと移動する。突出部材２１の先端部２１ａが、振動板１０を貫通して操作面Ｓより表面側に突出した状態は、出退方向Ｚに沿った突出部材２１の先端部２１ａの高さが操作面Ｓよりも高い状態（第１状態）である。一方、これとは逆に引退方向Ｚ２側への振動速度を突出方向Ｚ１側への振動速度よりも小さくすることで、突出部材２１は引退方向Ｚ２側へと移動する。突出部材２１の先端部２１ａが操作面Ｓと同じ、或いは操作面Ｓよりも背面側に引退した状態は、出退方向Ｚに沿った突出部材２１の先端部２１ａの高さが操作面Ｓ以下の状態（第２状態）である。

尚、駆動機構制御部８５は、突出部材２１を第１状態と第２状態との間で切り替えるための所定時間だけ圧電素子３１を振動させ、その後は振動を停止させる。即ち、当該所定時間だけ圧電素子３１に対して電圧を印加し、その後は電圧の印加を停止する。電圧印加の停止後であっても、筒状部材２２は、連結部材３３と筒状部材２２との間の静止摩擦により出退方向Ｚの位置を維持する。従って、筒状部材２２に連結された突出部材２１も、出退方向Ｚの位置を維持した状態となる。

ところで、各突出部材２１は、それぞれ独立して出退可能である。本実施形態では、突出部材２１、筒状部材２２、駆動機構３０が一体となって突出部材モジュール２０が構成されている。各突出部材モジュール２０は、突出部材２１の先端部を除いて、ガイド部材１６に設けられたガイド部材貫通孔１６ｈに収容されている。ガイド部材貫通孔１６ｈは、出退方向Ｚに沿って振動板１０に向かって段階的に内径が小さくなるように形成されている。ガイド部材１６の第１面１６ａには、最も小径の突出部材案内孔１６ｇが開口している。ガイド部材１６の第２面１６ｂには、駆動機構配置孔１６ｆが開口している。駆動機構配置孔１６ｆには、筒状部材２２とバネ部材３４と筒状部材２２とで構成される摺動機構と、圧電素子３１（突出部材駆動装置）とが配置される。即ち、ガイド部材貫通孔１６ｈは、駆動機構配置孔１６ｆと突出部材案内孔１６ｇとを有し、出退方向Ｚに沿って振動板１０に向かって段階的に内径が小さくなるように形成された２段階に構成されている。

ガイド部材１６の第２面１６ｂ側には、当該第２面に対向するように、駆動機構支持部材１７が配置されている。本実施形態では、当該第２面１６ｂと、駆動機構支持部材１７の第１面１７ａとが接触した状態で固定されている。駆動機構３０、つまり突出部材モジュール２０は、駆動機構支持部材１７の第１面１７ａにおいて支持され、固定されている。

ところで、振動板１０は、変位可能な板状部材であるから、ユーザーが操作面Ｓに対する操作の際に、押圧力を加えるとガイド部材１６の方向にたわみを生じる。操作面Ｓとガイド部材１６の第１面１６ａとの間には、第２状態の突出部材２１の先端部２１ａが位置している。第２状態において先端部２１ａが最も操作面Ｓ側に位置している場合には、先端部２１ａと操作面Ｓとは同じ平面上に位置することになる。この状態で振動板１０がガイド部材１６側にたわむと、第２状態であるにも拘わらず、突出部材２１の先端部２１ａが操作面Ｓから突出してしまう。ユーザーの操作によって振動板１０がたわんだ際に、突出部材２１の先端部２１ａにユーザーが接触すると、不要な応答をユーザーに与えることになる。従って、ユーザーによる押圧によって振動板１０がたわんだ場合でも、突出部材２１の先端部２１ａが操作面Ｓ以下に位置するように、第２状態が設定されていると好ましい。

具体的には、図１０に示すように、操作面Ｓに予め規定された基準押圧力Ｆを受けて振動板１０がたわんだ状態である基準押圧状態において、突出部材２１の先端部２１ａが振動板貫通孔１０ｈの内部に位置するように第２状態が設定されていると好適である。ここで、基準押圧力Fは、ユーザーが振動板１０を押圧操作する際に想定される標準的な押圧力に基づいて設定される。このような標準的な押圧力は、実験統計的に求めることができる。

〔その他の実施形態〕
以下、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）上記においては、隙間形成部材１４をスペーサによって構成する例を示した。しかし、例えば操作入力装置１の外装ケースの内壁に形成された溝や梁によって振動板１０を保持することによって、外装ケースに対して位置決めされたガイド部材１６との間に間隙を設定してもよい。この場合、内壁或いは内壁に形成された溝や梁が隙間形成部材１４として機能する。

（２）上記においては、突出部材２１の駆動機構３０のアクチュエータとして圧電素子３１を利用する形態を例示した。圧電素子３１は、消費電力も小さく、駆動に伴うノイズの発生量も少なく、ノイズの強度も弱い。しかし、消費電力や放射ノイズが許容できれば、他のアクチュエータを利用してもよい。例えば、モータやソレノイドを駆動機構３０のアクチュエータとして利用してもよい。

本発明は、操作面に接触又は近接する被検知物を介した操作入力を受け付ける操作入力装置に適用することができる。

１ ：操作入力装置
１０ ：振動板
１０ａ ：第１面
１０ｂ ：第２面
１０ｈ ：振動板貫通孔
１１ ：カバーシート（弾性シート）
１４ ：隙間形成部材
１５ ：圧電素子（振動装置）
１６ ：ガイド部材
１６ａ ：第１面
１６ｂ ：第２面
１６ｆ ：駆動機構配置孔
１６ｇ ：突出部材案内孔
１６ｈ ：ガイド部材貫通孔
１７ ：駆動機構支持部材
１７ａ ：第１面
１７ｂ ：第２面
１８ ：制御基板
２１ ：突出部材
２１ａ ：先端部
３０ ：駆動機構
Ｄ ：検知装置
Ｆ ：基準押圧力
Ｈ ：被検知物
Ｓ ：操作面
Ｖ ：振動装置
Ｚ ：出退方向

Claims (5)

1. 第１面に操作面を有する振動板と、
   前記操作面に接触又は近接する被検知物を検知する検知装置と、
   前記振動板を振動させる振動装置と、
   前記振動板の前記第１面とは反対側の第２面に、第１面を向けて配置されるガイド部材と、
   前記振動板の前記第２面と前記ガイド部材の前記第１面との間に隙間を形成する隙間形成部材と、
   前記操作面に対して交差する出退方向に沿って前記振動板を貫通する振動板貫通孔と、
   前記出退方向に沿って前記ガイド部材を貫通する突出部材案内孔と、
   前記振動板貫通孔及び前記突出部材案内孔を通って出退可能な突出部材と、
   前記突出部材を第１状態と第２状態との間で出退動作させる駆動機構と、を備え、
   前記駆動機構は、前記突出部材の前記先端部を、前記第１状態では前記操作面よりも突出させ、前記第２状態では前記操作面以下に引退し且つ前記ガイド部材の前記第１面よりも突出させるように構成され、
   前記振動板貫通孔の孔径は、前記突出部材案内孔の孔径よりも大きく設定されている操作入力装置。
2. 前記ガイド部材は、前記駆動機構が配置される駆動機構配置孔を更に備え、
   前記突出部材案内孔は、前記駆動機構配置孔よりも前記ガイド部材の前記第１面側に、前記駆動機構配置孔と連通するように形成されている請求項１に記載の操作入力装置。
3. 前記振動板貫通孔を覆うように前記操作面に沿って弾性シートが設けられている請求項１又は２に記載の操作入力装置。
4. 前記ガイド部材の前記第１面とは反対側の第２面に対向するように設けられ、前記ガイド部材の前記第２面に対する対向面となる第１面において前記駆動機構を支持する駆動機構支持部材と、
   前記駆動機構支持部材の前記第１面とは反対側の第２面に対向して配置され、前記駆動機構を制御する制御基板と、を更に備える請求項１から３の何れか一項に記載の操作入力装置。
5. 前記操作面に予め規定された基準押圧力を受けて前記振動板がたわんだ状態である基準押圧状態において、前記第２状態の前記突出部材の前記先端部が前記振動板貫通孔の内部に位置するように構成されている請求項１から４の何れか一項に記載の操作入力装置。
   

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