JP2016207128A

JP2016207128A - 入力装置、及び、電子機器

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Publication number: JP2016207128A
Application number: JP2015091340A
Authority: JP
Inventors: 島内　岳明; Takeaki Shimauchi; 岳明島内
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2015-04-28
Filing date: 2015-04-28
Publication date: 2016-12-08

Abstract

【課題】信頼性の高い入力装置、及び、電子機器を提供する。【解決手段】入力装置は、表面側に操作面を有するトップパネル１２０と、トップパネル１２０の裏面側に配設される筐体１１０と、トップパネル１２０を筐体１１０に対して相対的に移動可能に取り付ける弾性部材１３０と、トップパネル１２０と筐体１１０との相対的な変位を検出する変位検出部１８０Ｘ１、１８０Ｘ２、１８０Ｙ１、１８０Ｙ２、１８０Ｚ１、１８０Ｚ２と、変位検出部によって検出される相対的な変位の度合及び方向に基づき、操作面に行われる操作入力の度合及び方向を検出する入力検出部とを含む。【選択図】図７

Description

本発明は、入力装置、及び、電子機器に関する。

従来より、ハウジングと、ディスプレイ、および前記ハウジングと前記ディスプレイとの間に結合された複数の力センサを備えるタッチスクリーンディスプレイと、前記複数の力センサに接続されたプロセッサと、前記プロセッサに接続されたメモリとを備えるコンピューティングデバイスがある。前記プロセッサに、前記複数の力センサから受信した信号を使用して前記タッチスクリーンディスプレイとの接触の特性を求めさせ、前記接触の前記特性を使用してコマンドを選択させ、前記コマンドを処理して前記コンピューティングデバイスを制御させるために前記メモリ内に保持されて前記プロセッサ内で実行されるソフトウェアをさらに備える。前記接触の前記特性が、前記タッチスクリーンディスプレイで画定される平面に垂直に加えられる力の大きさと、前記接触の力の中心点と、前記タッチスクリーンディスプレイで画定される前記平面に平行なせん断力とのうちの少なくとも1つを含む（例えば、特許文献１参照）。

特表２０１３−５４１７９５号公報

従来のコンピューティングデバイスは、力の大きさ、力の中心点、又はせん断力で、タッチスクリーンディスプレイへの接触の特性を求めている。

ところで、平面視で矩形状のタッチスクリーンディスプレイは、四隅に近い部分ではタッチスクリーンディスプレイを筐体に取り付ける取り付け剛性が中央部よりも高いため、力の大きさ、力の中心点、又はせん断力を検出することが困難になるおそれがある。

すなわち、従来のコンピューティングデバイスは、タッチスクリーンディスプレイの四隅に近い部分等の中央部以外の部分では、接触の特性を求められず、利用者の入力操作を検出できないおそれがある。

このようなコンピューティングデバイスは、入力装置、及び、電子機器としての信頼性に問題がある。

そこで、信頼性の高い入力装置、及び、電子機器を提供することを目的とする。

本発明の実施の形態の入力装置は、表面側に操作面を有するトップパネルと、前記トップパネルの裏面側に配設される筐体と、前記トップパネルを前記筐体に対して相対的に移動可能に取り付ける弾性部材と、前記トップパネルと前記筐体との相対的な変位を検出する変位検出部と、前記変位検出部によって検出される前記相対的な変位の度合及び方向に基づき、前記操作面に行われる操作入力の度合及び方向を検出する入力検出部とを含む。

信頼性の高い入力装置、及び、電子機器を提供することができる。

実施の形態の電子機器１００を示す斜視図である。実施の形態の電子機器１００を示す平面図である。図２に示す電子機器１００のＡ−Ａ矢視断面を示す図である。超音波帯の固有振動によってトップパネル１２０に生じる定在波のうち、トップパネル１２０の短辺に平行に形成される波頭を示す図である。電子機器１００のトップパネル１２０に生じさせる超音波帯の固有振動により、操作入力を行う指先に掛かる動摩擦力が変化する様子を説明する図である。実施の形態の電子機器１００の構成を示す図である。電子機器１００を示す斜視分解図である。変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｙ１、１８０Ｚ１が配設される向きと、応力が掛かった状態を示す図である。変位センサ１８０Ｘ１と両面テープ１３０を含む電子機器１００の断面を示す図である。トップパネル１２０の変位を示すシミュレーション結果を示す図である。トップパネル１２０の変位を示すシミュレーション結果を示す図である。トップパネル１２０の変位を示すシミュレーション結果を示す図である。実施の形態の変形例を示す図である。実施の形態の変形例を示す図である。実施の形態の変形例を示す図である。実施の形態の変形例を示す図である。実施の形態の変形例を示す図である。実施の形態の変形例を示す図である。実施の形態の変形例を示す図である。実施の形態の変形例を示す図である。実施の形態の変形例を示す図である。実施の形態の変形例を示す図である。

以下、本発明の入力装置、及び、電子機器を適用した実施の形態について説明する。

＜実施の形態＞
図１は、実施の形態の電子機器１００を示す斜視図である。図１では、図示するように直交座標系であるＸＹＺ座標系を定義する。

電子機器１００は、一例として、タッチパネルを入力操作部とする、スマートフォン端末機、又は、タブレット型コンピュータである。電子機器１００は、タッチパネルを入力操作部とする機器であればよいため、例えば、携帯情報端末機、又は、ＡＴＭ（Automatic Teller Machine）のように特定の場所に設置されて利用される機器であってもよい。

電子機器１００の入力操作部１０１は、タッチパネルの下にディスプレイパネルが配設されており、ディスプレイパネルにＧＵＩ(Graphic User Interface)による様々なボタン１０２Ａ、又は、スライダー１０２Ｂ等（以下、ＧＵＩ操作部１０２と称す）が表示される。

電子機器１００の利用者は、通常、ＧＵＩ操作部１０２を操作するために、指先で入力操作部１０１に触れる。

次に、図２を用いて、電子機器１００の具体的な構成について説明する。

図２は、実施の形態の電子機器１００を示す平面図であり、図３は、図２に示す電子機器１００のＡ−Ａ矢視断面を示す図である。なお、図２及び図３では、図１と同様のＸＹＺ座標系を定義する。

電子機器１００は、筐体１１０、トップパネル１２０、両面テープ１３０、振動素子１４０、タッチパネル１５０、ディスプレイパネル１６０、及び基板１７０を含む。また、電子機器１００は、筐体１１０に対するトップパネル１２０の変位を検出するセンサをさらに含むが、このセンサについては図４を用いて後述する。

筐体１１０は、例えば、樹脂製であり、図３に示すように凹部１１０Ａに基板１７０、ディスプレイパネル１６０、及びタッチパネル１５０が配設されるとともに、両面テープ１３０によってトップパネル１２０が接着されている。筐体１１０には、凹部１１０Ａを囲む囲繞部１１０Ｂが形成されている。

トップパネル１２０は、平面視で長方形の薄い平板状の部材であり、透明なガラス、又は、ポリカーボネートのような強化プラスティックで作製される。トップパネル１２０の表面（Ｚ軸正方向側の面）は、電子機器１００の利用者が操作入力を行う操作面の一例である。

トップパネル１２０は、Ｚ軸負方向側の面に振動素子１４０が接着され、平面視における四辺が両面テープ１３０によって筐体１１０に接着されている。なお、両面テープ１３０は、トップパネル１２０の四辺を筐体１１０に接着できればよく、図３に示すように矩形環状である必要はない。

トップパネル１２０のＺ軸負方向側にはタッチパネル１５０が配設される。トップパネル１２０は、タッチパネル１５０の表面を保護するために設けられている。なお、トップパネル１２０の表面に、さらに別なパネル又は保護膜等が設けられていてもよい。

トップパネル１２０は、Ｚ軸負方向側の面に振動素子１４０が接着された状態で、振動素子１４０が駆動されることによって振動する。実施の形態では、トップパネル１２０の固有振動周波数でトップパネル１２０を振動させて、トップパネル１２０に定在波を生じさせる。ただし、トップパネル１２０には振動素子１４０が接着されているため、実際には、振動素子１４０の重さ等を考慮した上で、固有振動周波数を決めることが好ましい。

振動素子１４０は、トップパネル１２０のＺ軸負方向側の面において、Ｙ軸正方向側において、Ｘ軸方向に伸延する短辺に沿って接着されている。振動素子１４０は、超音波帯の振動を発生できる素子であればよく、例えば、ピエゾ素子のような圧電素子を含むものを用いることができる。

振動素子１４０は、後述する駆動制御部から出力される駆動信号によって駆動される。振動素子１４０が発生する振動の振幅（強度）及び周波数は駆動信号によって設定される。また、振動素子１４０のオン／オフは駆動信号によって制御される。

なお、超音波帯とは、例えば、約２０ｋＨｚ以上の周波数帯をいう。実施の形態の電子機器１００では、振動素子１４０が振動する周波数は、トップパネル１２０の振動数と等しくなるため、振動素子１４０は、トップパネル１２０の固有振動数で振動するように駆動信号によって駆動される。

タッチパネル１５０は、ディスプレイパネル１６０の上（Ｚ軸正方向側）で、トップパネル１２０の下（Ｚ軸負方向側）に配設されている。タッチパネル１５０は、電子機器１００の利用者がトップパネル１２０に触れる位置（以下、操作入力の位置と称す）を検出する座標検出部の一例である。

タッチパネル１５０の下にあるディスプレイパネル１６０には、ＧＵＩによる様々なボタン等（以下、ＧＵＩ操作部と称す）が表示される。このため、電子機器１００の利用者は、通常、ＧＵＩ操作部を操作するために、指先でトップパネル１２０に触れる。

タッチパネル１５０は、利用者のトップパネル１２０への操作入力の位置を検出できる座標検出部であればよく、例えば、静電容量型又は抵抗膜型の座標検出部であればよい。ここでは、タッチパネル１５０が静電容量型の座標検出部である形態について説明する。タッチパネル１５０とトップパネル１２０との間に隙間があっても、静電容量型のタッチパネル１５０は、トップパネル１２０への操作入力を検出できる。

また、ここでは、タッチパネル１５０の入力面側にトップパネル１２０が配設される形態について説明するが、トップパネル１２０はタッチパネル１５０と一体的であってもよい。この場合、タッチパネル１５０の表面が図２及び図３に示すトップパネル１２０の表面になり、操作面を構築する。また、図２及び図３に示すトップパネル１２０を省いた構成であってもよい。この場合も、タッチパネル１５０の表面が操作面を構築する。また、この場合には、操作面を有する部材を、当該部材の固有振動で振動させればよい。

また、タッチパネル１５０が静電容量型の場合は、トップパネル１２０の上にタッチパネル１５０が配設されていてもよい。この場合も、タッチパネル１５０の表面が操作面を構築する。また、タッチパネル１５０が静電容量型の場合は、図２及び図３に示すトップパネル１２０を省いた構成であってもよい。この場合も、タッチパネル１５０の表面が操作面を構築する。また、この場合には、操作面を有する部材を、当該部材の固有振動で振動させればよい。

ディスプレイパネル１６０は、例えば、液晶ディスプレイパネル又は有機ＥＬ(Electroluminescence)パネル等の画像を表示できる表示部であればよい。ディスプレイパネル１６０は、筐体１１０の凹部１１０Ａの内部で、図示を省略するホルダ等によって基板１７０の上（Ｚ軸正方向側）に設置される。

ディスプレイパネル１６０は、後述するドライバＩＣ(Integrated Circuit)によって駆動制御が行われ、電子機器１００の動作状況に応じて、ＧＵＩ操作部、画像、文字、記号、図形等を表示する。

基板１７０は、筐体１１０の凹部１１０Ａの内部に配設される。基板１７０の上には、ディスプレイパネル１６０及びタッチパネル１５０が配設される。ディスプレイパネル１６０及びタッチパネル１５０は、図示を省略するホルダ等によって基板１７０及び筐体１１０に固定されている。

基板１７０には、後述する駆動制御装置の他に、電子機器１００の駆動に必要な種々の回路等が実装される。

以上のような構成の電子機器１００は、トップパネル１２０に利用者の指が接触し、指先の移動を検出すると、基板１７０に実装される駆動制御部が振動素子１４０を駆動し、トップパネル１２０を超音波帯の周波数で振動させる。この超音波帯の周波数は、トップパネル１２０と振動素子１４０とを含む共振系の共振周波数であり、トップパネル１２０に定在波を発生させる。

電子機器１００は、超音波帯の定在波を発生させることにより、トップパネル１２０を通じて利用者に触感を提供する。

次に、図４を用いて、トップパネル１２０に発生させる定在波について説明する。

図４は、超音波帯の固有振動によってトップパネル１２０に生じる定在波のうち、トップパネル１２０の短辺に平行に形成される波頭を示す図であり、図４の（Ａ）は側面図、（Ｂ）は斜視図である。図４の（Ａ）、（Ｂ）では、図２及び図３と同様のＸＹＺ座標を定義する。なお、図４の（Ａ）、（Ｂ）では、理解しやすさのために、定在波の振幅を誇張して示す。また、図４の（Ａ）、（Ｂ）では振動素子１４０を省略する。

トップパネル１２０のヤング率Ｅ、密度ρ、ポアソン比δ、長辺寸法ｌ、厚さｔと、長辺方向に存在する定在波の周期数ｋとを用いると、トップパネル１２０の固有振動数（共振周波数）ｆは次式（１）、（２）で表される。定在波は１／２周期単位で同じ波形を有するため、周期数ｋは、０．５刻みの値を取り、０．５、１、１．５、２・・・となる。

なお、式（２）の係数αは、式（１）におけるｋ^２以外の係数をまとめて表したものである。

図４の（Ａ）、（Ｂ）に示す定在波は、一例として、周期数ｋが１０の場合の波形である。例えば、トップパネル１２０として、長辺の長さｌが１４０ｍｍ、短辺の長さが８０ｍｍ、厚さｔが０．７ｍｍのGorilla（登録商標）ガラスを用いる場合には、周期数ｋが１０の場合に、固有振動数ｆは３３．５［ｋＨｚ］となる。この場合は、周波数が３３．５［ｋＨｚ］の駆動信号を用いればよい。

トップパネル１２０は、平板状の部材であるが、振動素子１４０（図２及び図３参照）を駆動して超音波帯の固有振動を発生させると、図４の（Ａ）、（Ｂ）に示すように撓むことにより、表面に定在波が生じる。

なお、ここでは、１つの振動素子１４０がトップパネル１２０のＺ軸負方向側の面において、Ｙ軸正方向側において、Ｘ軸方向に伸延する短辺に沿って接着される形態について説明するが、振動素子１４０を２つ用いてもよい。２つの振動素子１４０を用いる場合は、もう１つの振動素子１４０をトップパネル１２０のＺ軸負方向側の面において、Ｙ軸負方向側において、Ｘ軸方向に伸延する短辺に沿って接着すればよい。この場合に、２つの振動素子１４０は、トップパネル１２０の２つの短辺に平行な中心線を対称軸として、軸対称になるように配設すればよい。

また、２つの振動素子１４０を駆動する場合は、周期数ｋが整数の場合は同一位相で駆動すればよく、周期数ｋが小数（整数部と小数部を含む数）の場合は逆位相で駆動すればよい。

次に、図５を用いて、電子機器１００のトップパネル１２０に生じさせる超音波帯の固有振動について説明する。

図５は、電子機器１００のトップパネル１２０に生じさせる超音波帯の固有振動により、操作入力を行う指先に掛かる動摩擦力が変化する様子を説明する図である。図５の（Ａ）、（Ｂ）では、利用者が指先でトップパネル１２０に触れながら、指をトップパネル１２０の奥側から手前側に矢印に沿って移動する操作入力を行っている。なお、振動のオン／オフは、振動素子１４０（図２及び図３参照）をオン／オフすることによって行われる。

また、図５の（Ａ）、（Ｂ）では、トップパネル１２０の奥行き方向において、振動がオフの間に指が触れる範囲をグレーで示し、振動がオンの間に指が触れる範囲を白く示す。

超音波帯の固有振動は、図４に示すようにトップパネル１２０の全体に生じるが、図５の（Ａ）、（Ｂ）には、利用者の指がトップパネル１２０の奥側から手前側に移動する間に振動のオン／オフを切り替える動作パターンを示す。

このため、図５の（Ａ）、（Ｂ）では、トップパネル１２０の奥行き方向において、振動がオフの間に指が触れる範囲をグレーで示し、振動がオンの間に指が触れる範囲を白く示す。

図５の（Ａ）に示す動作パターンでは、利用者の指がトップパネル１２０の奥側にあるときに振動がオフであり、指を手前側に移動させる途中で振動がオンになっている。

一方、図５の（Ｂ）に示す動作パターンでは、利用者の指がトップパネル１２０の奥側にあるときに振動がオンであり、指を手前側に移動させる途中で振動がオフになっている。

ここで、トップパネル１２０に超音波帯の固有振動を生じさせると、トップパネル１２０の表面と指との間にスクイーズ効果による空気層が介在し、指でトップパネル１２０の表面をなぞったときの動摩擦係数が低下する。

従って、図５の（Ａ）では、トップパネル１２０の奥側にグレーで示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は大きく、トップパネル１２０の手前側に白く示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は小さくなる。

このため、図５の（Ａ）に示すようにトップパネル１２０に操作入力を行う利用者は、振動がオンになると、指先に掛かる動摩擦力の低下を感知し、指先の滑り易さを知覚することになる。このとき、利用者はトップパネル１２０の表面がより滑らかになることにより、動摩擦力が低下するときに、トップパネル１２０の表面に凹部が存在するように感じる。

一方、図５の（Ｂ）では、トップパネル１２０の奥前側に白く示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は小さく、トップパネル１２０の手前側にグレーで示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は大きくなる。

このため、図５の（Ｂ）に示すようにトップパネル１２０に操作入力を行う利用者は、振動がオフになると、指先に掛かる動摩擦力の増大を感知し、指先の滑り難さ、あるいは、引っ掛かる感じを知覚することになる。そして、指先が滑りにくくなることにより、動摩擦力が高くなるときに、トップパネル１２０の表面に凸部が存在するように感じる。

以上より、図５の（Ａ）と（Ｂ）の場合は、利用者は指先で凹凸を感じ取ることができる。このように人間が凹凸の知覚することは、例えば、"触感デザインのための印刷物転写法とSticky-band Illusion"(第11回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会論文集 (SI2010, 仙台)____174-177, 2010-12)に記載されている。また、"Fishbone Tactile Illusion"(日本バーチャルリアリティ学会第10 回大会論文集(2005 年9 月))にも記載されている。

なお、ここでは、振動のオン／オフを切り替える場合の動摩擦力の変化について説明したが、これは、振動素子１４０の振幅（強度）を変化させた場合も同様である。

次に、図６を用いて、実施の形態の電子機器１００の構成について説明する。

図６は、実施の形態の電子機器１００の構成を示す図である。

電子機器１００は、振動素子１４０、アンプ１４１、タッチパネル１５０、ドライバＩＣ(Integrated Circuit)１５１、ディスプレイパネル１６０、ドライバＩＣ１６１、制御部２００、正弦波発生器３１０、及び振幅変調器３２０を含む。

電子機器１００は、さらに、変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｘ２、１８０Ｙ１、１８０Ｙ２、１８０Ｚ１、１８０Ｚ２を含む。ここで、実施の形態の入力装置とは、筐体１１０、トップパネル１２０、両面テープ１３０、及び変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｘ２、１８０Ｙ１、１８０Ｙ２、１８０Ｚ１、１８０Ｚ２を含む構成を有する。入力装置は、さらに、タッチパネル１５０を含んでもよい。

変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｘ２、１８０Ｙ１、１８０Ｙ２、１８０Ｚ１、１８０Ｚ２は、トップパネル１２０の筐体１１０に対する変位を検出するために設けられており、両面テープ１３０（図２及び図３参照）の内部に埋め込まれている。

変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｘ２、１８０Ｙ１、１８０Ｙ２、１８０Ｚ１、１８０Ｚ２は、トップパネル１２０に入力される力を検出できるセンサであればよく、例えば、歪みセンサを用いることができる。

変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｘ２は、筐体１１０に対するトップパネル１２０のＸ軸方向の変位を検出し、Ｘ軸方向の変位を表す変位データを出力する。変位センサ１８０Ｙ１、１８０Ｙ２は、筐体１１０に対するトップパネル１２０のＹ軸方向の変位を検出し、Ｙ軸方向の変位を表す変位データを出力する。変位センサ１８０Ｚ１、１８０Ｚ２は、筐体１１０に対するトップパネル１２０のＺ軸方向の変位を検出し、Ｚ軸方向の変位を表す変位データを出力する。

変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｘ２、１８０Ｙ１、１８０Ｙ２、１８０Ｚ１、１８０Ｚ２が出力する変位データは、歪みセンサが出力する電圧値を表すデータである。歪みセンサが出力する電圧値は、歪みセンサに加えられる力が大きいほど、高い電圧値を示す。

変位データは、制御部２００に入力される。変位データは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の変位量を示す。

なお、変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｘ２、１８０Ｙ１、１８０Ｙ２、１８０Ｚ１、１８０Ｚ２の詳細については、図７を用いて後述する。

制御部２００は、アプリケーションプロセッサ２２０、通信プロセッサ２３０、駆動制御部２４０、及びメモリ２５０を有する。制御部２００は、例えば、ＩＣチップで実現される。

また、駆動制御部２４０、正弦波発生器３１０、及び振幅変調器３２０は、駆動制御装置３００を構築する。なお、ここでは、アプリケーションプロセッサ２２０、通信プロセッサ２３０、駆動制御部２４０、及びメモリ２５０が１つの制御部２００によって実現される形態について説明するが、駆動制御部２４０は、制御部２００の外部に別のＩＣチップ又はプロセッサとして設けられていてもよい。この場合には、メモリ２５０に格納されているデータのうち、駆動制御部２４０の駆動制御に必要なデータは、メモリ２５０とは別のメモリに格納して、駆動制御装置３００の内部に設ければよい。

図６では、筐体１１０、トップパネル１２０、両面テープ１３０、及び基板１７０（図２参照）は省略する。また、ここでは、アンプ１４１、ドライバＩＣ１５１、ドライバＩＣ１６１、駆動制御部２４０、メモリ２５０、正弦波発生器３１０、及び振幅変調器３２０について説明する。

アンプ１４１は、駆動制御装置３００と振動素子１４０との間に配設されており、駆動制御装置３００から出力される駆動信号を増幅して振動素子１４０を駆動する。

ドライバＩＣ１５１は、タッチパネル１５０に接続されており、タッチパネル１５０への操作入力があった位置を表す位置データを検出し、位置データを制御部２００に出力する。この結果、位置データは、アプリケーションプロセッサ２２０と駆動制御部２４０に入力される。なお、位置データが駆動制御部２４０に入力されることは、位置データが駆動制御装置３００に入力されることと等価である。

ドライバＩＣ１６１は、ディスプレイパネル１６０に接続されており、駆動制御装置３００から出力される描画データをディスプレイパネル１６０に入力し、描画データに基づく画像をディスプレイパネル１６０に表示させる。これにより、ディスプレイパネル１６０には、描画データに基づくＧＵＩ操作部又は画像等が表示される。

アプリケーションプロセッサ２２０は、電子機器１００の種々のアプリケーションを実行する処理を行う。

また、アプリケーションプロセッサ２２０は、変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｘ２、１８０Ｙ１、１８０Ｙ２、１８０Ｚ１、１８０Ｚ２から入力される変位データに基づいて、筐体１１０に対するトップパネル１２０の変位の方向と度合（力の大きさ）を検出する。アプリケーションプロセッサ２２０は、入力検出部の一例である。

ここで、変位データは、変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｘ２、１８０Ｙ１、１８０Ｙ２、１８０Ｚ１、１８０Ｚ２によって検出される荷重を表す。アプリケーションプロセッサ２２０は、次のようにして変位データｄを求める。

アプリケーションプロセッサ２２０は、変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｘ２によって検出されるＸ軸方向の変位データｄｘ１、ｄｘ２の平均値をＸ軸方向の変位データｄｘとして求める。

同様に、アプリケーションプロセッサ２２０は、変位センサ１８０Ｙ１、１８０Ｙ２によって検出されるＹ軸方向の変位データｄｙ１、ｄｙ２の平均値をＹ軸方向の変位データｄｙとして求める。

また、アプリケーションプロセッサ２２０は、変位センサ１８０Ｚ１、１８０Ｚ２によって検出されるＺ軸方向の変位データｄｚ１、ｄｚ２の平均値をＺ軸方向の変位データｄｚとして求める。

そして、アプリケーションプロセッサ２２０は、変位データｄｘ、ｄｙ、ｄｚの二乗和の平方根として、変位データｄを求める。

すなわち、変位データｄは、ｄ＝（ｄｘ^２＋ｄｙ^２＋ｄｚ^２）^１／２で表される。変位データｄは、変位データｄによって表される変位の大きさ（荷重）と、Ｘ軸方向の変位データｄｘ、Ｙ軸方向の変位データｄｙ、Ｚ軸方向の変位データｄｚによって表される変位の方向とを有する。

電子機器１００は、タッチパネル１５０による操作入力の位置の検出に加えて、変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｘ２、１８０Ｙ１、１８０Ｙ２、１８０Ｚ１、１８０Ｚ２で検出される変位量に応じて、ディスプレイパネル１６０に表示する画像を操作することができる。画像の操作としては、例えば、スクロール、ピンチイン、又はピンチアウト等の操作がある。

トップパネル１２０に剪断力を加えるような方向に力を加えると、トップパネル１２０に加えられた力のＸ軸方向成分、Ｙ軸方向成分、及びＺ軸方向成分が変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｘ２、１８０Ｙ１、１８０Ｙ２、１８０Ｚ１、１８０Ｚ２によって検出される。

ここで、トップパネル１２０に剪断力を加えるような方向とは、筐体１１０に両面テープ１３０を介して貼り付けられているトップパネル１２０を筐体１１０に対してＸＹ平面でずらす方向である。

電子機器１００では、例えば、スクロール操作の代わりに、筐体１１０に対してＸＹ平面でずらす方向にトップパネル１２０に力を加えると、力の大きさに応じて、ディスプレイパネル１６０に表示される画像をスクロールすることができる。

トップパネル１２０に加えられる力の大きさは、変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｘ２、１８０Ｙ１、１８０Ｙ２、１８０Ｚ１、１８０Ｚ２から出力される変位データによって表される。

また、電子機器１００では、例えば、２つの指先で画像を挟んで縮小するピンチイン操作の代わりに、例えば、トップパネル１２０のＸ軸負方向側の端辺に力を加えると、力の大きさに応じて、ディスプレイパネル１６０に表示される画像を縮小することができる。

また、電子機器１００では、例えば、２つの指先で画像を挟んで拡大するピンチアウト操作の代わりに、例えば、トップパネル１２０のＸ軸正方向側の端辺に力を加えると、力の大きさに応じて、ディスプレイパネル１６０に表示される画像を拡大することができる。

その他、トップパネル１２０に加える力の位置と方向により、フリック操作、スワイプ操作、ドラッグ操作と同様に画像を操作できるように、入力方法を割り当ててもよい。また、ジョイスティックのようなゲーム機のコントローラと同様の操作ができるように、入力方法を割り当ててもよい。

通信プロセッサ２３０は、電子機器１００が３Ｇ(Generation)、４Ｇ(Generation)、LTE(Long Term Evolution)、WiFi等の通信を行うために必要な処理を実行する。

駆動制御部２４０は、所定の条件が揃った場合に、振幅データを振幅変調器３２０に出力する。振幅データは、振動素子１４０の駆動に用いる駆動信号の強度を調整するための振幅値を表すデータである。振幅値は、位置データの時間的変化度合に応じて設定される。ここで、位置データの時間的変化度合としては、利用者の指先がトップパネル１２０の表面に沿って移動する速度を用いる。利用者の指先の移動速度は、ドライバＩＣ１５１から入力される位置データの時間的な変化度合に基づいて、駆動制御部２４０が算出する。

実施の形態の駆動制御装置３００は、利用者の指先がトップパネル１２０の表面に沿って移動したときに、指先に掛かる動摩擦力を変化させるためにトップパネル１２０を振動させる。動摩擦力は、指先が移動しているときに発生するため、駆動制御部２４０は、移動速度が所定の閾値速度以上になったときに、振動素子１４０を振動させる。

駆動制御部２４０が出力する振幅データが表す振幅値は、移動速度が所定の閾値速度未満のときはゼロであり、移動速度が所定の閾値速度以上になると、移動速度に応じて所定の振幅値に設定される。移動速度が所定の閾値速度以上のときには、移動速度が高いほど振幅値は小さく設定され、移動速度が低いほど振幅値を大きく設定される。

また、実施の形態の駆動制御装置３００は、操作入力を行う指先の位置が、振動を発生させるべき所定の領域内にある場合に、振幅データを振幅変調器３２０に出力する。操作入力を行う指先の位置が振動を発生させるべき所定の領域内にあるかどうかは、操作入力を行う指先の位置が、振動を発生させるべき所定の領域の内部にあるか否かに基づいて判定される。

ディスプレイパネル１６０に表示するＧＵＩ操作部、画像を表示する領域、又は、ページ全体を表す領域等のディスプレイパネル１６０上における位置は、当該領域を表す領域データによって特定される。領域データは、すべてのアプリケーションにおいて、ディスプレイパネル１６０に表示されるすべてのＧＵＩ操作部、画像を表示する領域、又は、ページ全体を表す領域について存在する。

このため、操作入力を行う指先の位置が、振動を発生させるべき所定の領域内にあるかどうかを判定する際には、電子機器１００が起動しているアプリケーションの種類が関係することになる。アプリケーションの種類により、ディスプレイパネル１６０の表示が異なるからである。

また、アプリケーションの種類により、トップパネル１２０の表面に触れた指先を移動させる操作入力の種類が異なるからである。トップパネル１２０の表面に触れた指先を移動させる操作入力の種類としては、例えば、ＧＵＩ操作部を操作する際には、所謂フリック操作がある。フリック操作は、指先をトップパネル１２０の表面に沿って、はじく（スナップする）ように比較的短い距離移動させる操作である。

また、ページを捲る場合には、例えば、スワイプ操作を行う。スワイプ操作は、指先をトップパネル１２０の表面に沿って掃くように比較的長い距離移動させる操作である。スワイプ操作は、ページを捲る場合の他に、例えば、写真を捲る場合に行われる。また、ＧＵＩ操作部によるスライダー（図１のスライダー１０２Ｂ参照）をスライドさせる場合には、スライダーをドラッグするドラッグ操作が行われる。

ここで一例として挙げるフリック操作、スワイプ操作、及びドラッグ操作のように、トップパネル１２０の表面に触れた指先を移動させる操作入力は、アプリケーションによる表示の種類によって使い分けられる。このため、操作入力を行う指先の位置が、振動を発生させるべき所定の領域内にあるかどうかを判定する際には、電子機器１００が起動しているアプリケーションの種類が関係することになる。

駆動制御部２４０は、領域データを用いて、ドライバＩＣ１５１から入力される位置データが表す位置が、振動を発生させるべき所定の領域の内部にあるか否かを判定する。

アプリケーションの種類を表すデータと、操作入力が行われるＧＵＩ操作部等を表す領域データと、振動パターンを表すパターンデータとを関連付けたデータは、メモリ２５０に格納されている。

また、駆動制御部２４０は、ドライバＩＣ１５１から駆動制御装置３００に位置データが入力されてから、当該位置データに基づいて駆動信号が算出されるまでの所要時間の間における指先の位置の変化分を補間するために、次の処理を行う。

駆動制御装置３００は、所定の制御周期毎に演算を行う。これは駆動制御部２４０も同様である。このため、ドライバＩＣ１５１から駆動制御装置３００に位置データが入力されてから、当該位置データに基づいて駆動制御部２４０が駆動信号を算出するまでの所要時間をΔｔとすると、所要時間Δｔは、制御周期に等しい。

ここで、指先の移動速度は、ドライバＩＣ１５１から駆動制御装置３００に入力される位置データが表す点（ｘ１、ｙ１）を始点とし、所要時間Δｔが経過した後の指先の位置を終点（ｘ２、ｙ２）とするベクトルの速度として求めることができる。

駆動制御部２４０は、ドライバＩＣ１５１から駆動制御装置３００に入力される位置データが表す点（ｘ２、ｙ２）を始点とし、所要時間Δｔが経過した後の指先の位置を終点（ｘ３、ｙ３）とするベクトルを求めることにより、所要時間Δｔ経過後の座標（ｘ３、ｙ３）を推定する。

実施の形態の電子機器１００では、上述のようにして所要時間Δｔ経過後の座標を推定することにより、所要時間Δｔの間における指先の位置の変化分を補間する。

このような所要時間Δｔ経過後の座標を推定する演算は、駆動制御部２４０が行う。駆動制御部２４０は、推定座標が振動を発生させるべき所定の領域の内部にあるか否かを判定し、振動を発生させるべき所定の領域の内部にある場合に振動を発生させる。

駆動制御部２４０は、指先の移動速度が所定の閾値速度以上であり、推定座標が振動を発生させるべき所定の領域の内部にある場合に、移動速度に応じた振幅値を表す振幅データをメモリ２５０から読み出して、振幅変調器３２０に出力する。

メモリ２５０は、振幅値を表す振幅データと移動速度との関係を表すデータ、及び、アプリケーションの種類を表すデータと、操作入力が行われるＧＵＩ操作部等を表す領域データと、振動パターンを表すパターンデータとを関連付けたデータを格納する。

また、メモリ２５０は、アプリケーションプロセッサ２２０がアプリケーションの実行に必要とするデータ及びプログラム、及び、通信プロセッサ２３０が通信処理に必要とするデータ及びプログラム等を格納する。

正弦波発生器３１０は、トップパネル１２０を固有振動数で振動させるための駆動信号を生成するのに必要な正弦波を発生させる。例えば、トップパネル１２０を３３．５［ｋＨｚ］の固有振動数ｆで振動させる場合は、正弦波の周波数は、３３．５［ｋＨｚ］となる。正弦波発生器３１０は、超音波帯の正弦波信号を振幅変調器３２０に入力する。

振幅変調器３２０は、駆動制御部２４０から入力される振幅データを用いて、正弦波発生器３１０から入力される正弦波信号の振幅を変調して駆動信号を生成する。振幅変調器３２０は、正弦波発生器３１０から入力される超音波帯の正弦波信号の振幅のみを変調し、周波数及び位相は変調せずに、駆動信号を生成する。

このため、振幅変調器３２０が出力する駆動信号は、正弦波発生器３１０から入力される超音波帯の正弦波信号の振幅のみを変調した超音波帯の正弦波信号である。なお、振幅データがゼロの場合は、駆動信号の振幅はゼロになる。これは、振幅変調器３２０が駆動信号を出力しないことと等しい。

図７は、電子機器１００を示す斜視分解図である。図７では、図１乃至３と同様のＸＹＺ座標系を定義する。ここでは、変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｘ２、１８０Ｙ１、１８０Ｙ２、１８０Ｚ１、１８０Ｚ２について説明する。

変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｘ２、１８０Ｙ１、１８０Ｙ２、１８０Ｚ１、１８０Ｚ２は、例えば、フィルムの表面にピエゾ抵抗素子をパターニングし、フィルムに応力が掛かった際のピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化をフィルムに生じた歪みとして検出するセンサを用いることができる。また、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)で作製した加速度センサを利用してもよい。

図７では、一例として、変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｘ２、１８０Ｙ１、１８０Ｙ２、１８０Ｚ１、１８０Ｚ２は、両面テープ１３０の内部に埋め込まれている。両面テープ１３０は、平面視で矩形環状であり、筐体１１０の凹部１１０Ａを囲む囲繞部１１０ＢのＺ軸正方向側の面にＺ軸負方向側の面が貼り付けられている。両面テープ１３０のＺ軸正方向側の面にはトップパネル１２０のＺ軸負方向側の面が貼り付けられる。

両面テープ１３０は、弾性を有するため変形可能であり、トップパネル１２０の表面をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に押すと、トップパネル１２０は筐体１１０に対してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に変位する。

両面テープ１３０の厚さ（Ｚ軸方向の厚さ）と弾性は、トップパネル１２０が筐体１１０に対してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に押圧された場合に、変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｘ２、１８０Ｙ１、１８０Ｙ２、１８０Ｚ１、１８０Ｚ２で変位を検出することができる程度に変形できる程度に設定されていればよい。

ここでは、一例として、変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｘ２は、それぞれ、Ｙ軸負方向側とＹ軸正方向側において、両面テープ１３０のＸ軸方向の長さの中央の位置で両面テープ１３０に埋め込まれている。

また、変位センサ１８０Ｙ１、１８０Ｙ２は、それぞれ、Ｘ軸負方向側とＸ軸正方向側において、両面テープ１３０のＹ軸方向の長さの中央の位置で両面テープ１３０に埋め込まれている。

また、変位センサ１８０Ｚ１、１８０Ｚ２は、それぞれ、Ｘ軸正方向側かつＹ軸負方向側の角部と、Ｘ軸負方向側かつＹ軸正方向側の角部とにおいて、両面テープ１３０に埋め込まれている。

図８は、変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｙ１、１８０Ｚ１が配設される向きと、応力が掛かった状態を示す図である。図９は、変位センサ１８０Ｘ１と両面テープ１３０を含む電子機器１００の断面を示す図である。

変位センサ１８０Ｘ１と１８０Ｘ２は、同様の構成を有し、同一方向を向くように配設される。また、変位センサ１８０Ｙ１と１８０Ｙ２は、同様の構成を有し、同一方向を向くように配設される。また、変位センサ１８０Ｚ１、１８０Ｚ２は、同様の構成を有し、同一方向を向くように配設される。

このため、ここでは、変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｙ１、１８０Ｚ１について説明する。なお、図８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）では両面テープ１３０を省略して示すが、変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｙ１、１８０Ｚ１は両面テープ１３０に埋め込まれているものとして説明する。

図８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｙ１、１８０Ｚ１は、フィルム状の歪みセンサである。

図８（Ａ）の左側に示すように、変位センサ１８０Ｘ１は、ＹＺ平面に平行になるように配設される。この状態を電子機器１００の断面として表すと、図９（Ａ）に示す通りである。トップパネル１２０に力が加えられていない状態では、両面テープ１３０は変形しておらず、変位センサ１８０Ｘ１も変形していない。

両面テープ１３０にＸ軸正方向の応力Ｆｘがかかると、変位センサ１８０Ｘ１は、図８（Ａ）の右側と図９（Ｂ）に示すように、応力Ｆｘによって変形する。変位センサ１８０Ｘ１の変形は、圧縮されることによる変形、引き延ばされることによる変形、湾曲されることによる変形等である。

また、ここには示さないが、両面テープ１３０にＸ軸負方向の応力がかかった場合にも、変位センサ１８０Ｘ１は変形する。このため、変位センサ１８０Ｘ１を用いれば、筐体１１０に対するトップパネル１２０のＸ軸方向の変位を検出することができる。

ここで、Ｘ軸方向の変位を検出するのに２つの変位センサ１８０Ｘ１及び１８０Ｘ２を用いるのは、例えば、トップパネル１２０の平面視における中心よりも変位センサ１８０Ｘ１に近い部分が押圧されると、変位センサ１８０Ｘ１が検出する変位の方が、変位センサ１８０Ｘ２が検出する変位よりも大きくなる場合がある。また、トップパネル１２０の平面視における中心よりも変位センサ１８０Ｘ２に近い部分が押圧されると、変位センサ１８０Ｘ１が検出する変位の方が、変位センサ１８０Ｘ２が検出する変位よりも小さくなる場合がある。

このような場合に２つの変位センサ１８０Ｘ１及び１８０Ｘ２が検出する変位データを平均化すれば、Ｘ軸方向の変位をより高い精度で検出することができる。このような理由から、ここでは一例として、Ｘ軸方向の変位を検出するのに２つの変位センサ１８０Ｘ１及び１８０Ｘ２を用いる。

図８（Ｂ）の左側に示すように、変位センサ１８０Ｙ１は、ＸＺ平面に平行になるように配設される。このため、両面テープ１３０にＹ軸正方向の応力Ｆｙがかかると、変位センサ１８０Ｙ１は、図８（Ｂ）の右側に示すように、応力Ｆｙによって変形する。変位センサ１８０Ｙ１の変形は、圧縮されることによる変形、引き延ばされることによる変形、湾曲されることによる変形等である。

また、ここには示さないが、両面テープ１３０にＹ軸負方向の応力がかかった場合にも、変位センサ１８０Ｙ１は変形する。

このため、変位センサ１８０Ｙ１を用いれば、筐体１１０に対するトップパネル１２０のＹ軸方向の変位を検出することができる。なお、Ｙ軸方向の変位を検出するのに２つの変位センサ１８０Ｙ１及び１８０Ｙ２を用いるのは、Ｘ軸方向の変位を検出するのに２つの変位センサ１８０Ｘ１及び１８０Ｘ２を用いる理由と同様である。

図８（Ｃ）の左側に示すように、変位センサ１８０Ｚ１は、ＸＹ平面に平行になるように配設される。このため、両面テープ１３０にＺ軸正方向の応力Ｆｚがかかると、変位センサ１８０Ｚ１は、図８（Ｃ）の右側に示すように、応力Ｆｚによって変形する。変位センサ１８０Ｚ１の変形は、圧縮されることによる変形、引き延ばされることによる変形、湾曲されることによる変形等である。

また、ここには示さないが、両面テープ１３０にＺ軸負方向の応力がかかった場合にも、変位センサ１８０Ｚ１は変形する。

このため、変位センサ１８０Ｚ１を用いれば、筐体１１０に対するトップパネル１２０のＺ軸方向の変位を検出することができる。

なお、変位センサ１８０Ｚ１は、両面テープ１３０の厚さ（Ｚ軸方向の厚さ）の中間に位置するように埋め込まれる。

また、Ｚ軸方向の変位を検出するのに２つの変位センサ１８０Ｚ１及び１８０Ｚ２を用いるのは、Ｘ軸方向の変位を検出するのに２つの変位センサ１８０Ｘ１及び１８０Ｘ２を用いる理由と同様である。

ここで、図１０乃至図１２を用いて、シミュレーション結果について説明する。

図１０乃至図１２は、トップパネル１２０の変位を示すシミュレーション結果を示す図である。

図１０は、トップパネル１２０にＸＹ平面における対角線方向に力を加えた場合のシミュレーション結果を示す図である。

図１０（Ａ）と（Ｂ）には、それぞれ、シミュレーションで用いたトップパネル１２０と両面テープ１３０のモデルを示す。トップパネル１２０はガラス製であり、両面テープ１３０はシリコーン樹脂製である。図１０（Ｃ）と（Ｄ）は両面テープ１３０のＸ軸方向とＹ軸方向の変形度合を示すシミュレーション結果である。

なお、両面テープ１３０の変位は、図７に示す変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｘ２、１８０Ｙ１、１８０Ｙ２と同様に配置した４つのセンサで検出されるものとしてシミュレーションを行った。

図１０（Ａ）に矢印で示すように点Ｐ１で対角線方向に１Ｎの力を加えたところ、図１０（Ｃ）に矢印で示すように、変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｘ２によって検出されるＸ軸方向の変位は均等であった。両面テープ１３０は、筐体１１０に貼り付けられるＺ軸負方向側よりも、トップパネル１２０に貼り付けるＺ軸正方向側の方が、Ｘ軸正方向側に変位するように、斜めに変形している。

また、このようにトップパネル１２０に力を加えたところ、図１０（Ｄ）に矢印で示すように、変位センサ１８０Ｙ１、１８０Ｙ２によって検出されるＸ軸方向の変位は均等であった。両面テープ１３０は、筐体１１０に貼り付けられるＺ軸負方向側よりも、トップパネル１２０に貼り付けるＺ軸正方向側の方が、Ｙ軸正方向側に変位するように、斜めに変形している。

図１１は、トップパネル１２０にＸ軸方向に力を加えた場合のシミュレーション結果を示す図である。図１１（Ａ）はトップパネル１２０に力を加える点Ｐ２と方向を示し、図１１（Ｂ）は図１０（Ｂ）と同様に両面テープ１３０のモデルを示す。図１１（Ｃ）、（Ｄ）は、それぞれ、図１１（Ａ）に示すように力を加えた場合の両面テープ１３０のＸ軸方向、Ｙ軸方向の変形をそれぞれ示す。

図１１（Ａ）に矢印で示すようにＸ軸正方向に力を加えたところ、図１１（Ｃ）に矢印で示すように、変位センサ１８０Ｘ１によって検出されるＸ軸方向の変位の方が、１８０Ｘ２によって検出されるＸ軸方向の変位よりも大きかった。これは、図１１（Ａ）に示すように、トップパネル１２０に力を加える点Ｐ２がＹ軸方向において変位センサ１８０Ｘ２よりも変位センサ１８０Ｘ１に近いからである。

このため、両面テープ１３０のＺ軸方向の変形量は、Ｙ軸負方向側の方がＹ軸正方向側よりも大きい。すなわち、両面テープ１３０はＸＹ平面内で回転するように変位している。

また、このようにトップパネル１２０に力を加えたところ、図１１（Ｄ）に矢印で示すように、変位センサ１８０Ｙ１、１８０Ｙ２によって検出されるＹ軸方向の変位は均等であった。両面テープ１３０はＸＹ平面内で回転するように変位したため、変位センサ１８０Ｙ１、１８０Ｙ２によって検出されるＹ軸方向の変位が均等化されたものと考えられる。なお、図１１（Ｄ）に示すように、Ｘ軸方向における中央の位置では、両面テープ１３０のＹ軸方向の変位は無かった。

図１２は、トップパネル１２０にＹ軸方向に力を加えた場合のシミュレーション結果を示す図である。図１２（Ａ）はトップパネル１２０に力を加える点Ｐ３と方向を示し、図１２（Ｂ）は図１０（Ｂ）と同様に両面テープ１３０のモデルを示す。図１２（Ｃ）、（Ｄ）は、それぞれ、図１２（Ａ）に示すように力を加えた場合の両面テープ１３０のＸ軸方向、Ｙ軸方向の変形をそれぞれ示す。

図１２（Ａ）に矢印で示すようにＹ軸正方向に力を加えたところ、図１２（Ｃ）に矢印で示すように、変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｘ２によって検出されるＸ軸方向の変位は均等であった。両面テープ１３０はＸＹ平面内で回転するように変位したため、変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｘ２によって検出されるＸ軸方向の変位が均等化されたものと考えられる。なお、図１２（Ｃ）に示すように、Ｙ軸方向における中央の位置では、両面テープ１３０のＸ軸方向の変位は無かった。

また、このようにトップパネル１２０に力を加えたところ、図１２（Ｄ）に矢印で示すように、変位センサ１８０Ｙ１によって検出されるＹ軸方向の変位の方が、１８０Ｙ２によって検出されるＹ軸方向の変位よりも大きかった。これは、図１２（Ａ）に示すように、トップパネル１２０に力を加える点Ｐ３がＸ軸方向において変位センサ１８０Ｙ２よりも変位センサ１８０Ｙ１に近いからである。

このため、両面テープ１３０のＺ軸方向の変形量は、Ｘ軸負方向側の方がＸ軸正方向側よりも大きい。すなわち、両面テープ１３０はＸＹ平面内で回転するように変位している。

なお、ここでは、図示による説明が困難であることから、変位センサ１８０Ｚ１、１８０Ｚ２によるシミュレーション結果を示さなかったが、Ｘ軸方向及びＹ軸方向と同様に、変位センサ１８０Ｚ１、１８０Ｚ２でＺ軸方向の変位を検出でき、かつ、均等化できることが分かっている。

図１０乃至図１２のシミュレーション結果から分かるように、電子機器１００は、トップパネル１２０の四隅に近い角を押圧した場合でも、変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｘ２、１８０Ｙ１、１８０Ｙ２、１８０Ｚ１、１８０Ｚ２で変位を確実に検出することができる。

そして、実施の形態の電子機器１００によれば、変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｘ２、１８０Ｙ１、１８０Ｙ２、１８０Ｚ１、１８０Ｚ２で変位データが検出された場合には、アプリケーションプロセッサ２２０は、変位データのデータ値に応じた分だけ画像を操作する。

変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｘ２、１８０Ｙ１、１８０Ｙ２、１８０Ｚ１、１８０Ｚ２は、トップパネル１２０のどの部分で操作入力が行われても、変位データを検出することができる。これは、筐体１１０とトップパネル１２０との相対的な変位は、トップパネル１２０のどの部分においても同じだからである。

すなわち、変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｘ２、１８０Ｙ１、１８０Ｙ２、１８０Ｚ１、１８０Ｚ２は、トップパネル１２０の平面視での四隅で操作入力が行われた場合でも、トップパネル１２０の平面視での中心で操作入力が行われた場合と同じように変位データを検出することができる。

このように、トップパネル１２０のどの部分で操作を行っても、確実に変位データが検出されて、確実に操作を行うことができる。換言すれば、操作が受け付けられないようなことを抑制することができる。

従って、実施の形態によれば、信頼性の高い電子機器１００を提供することができる。

なお、以上では説明した変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｘ２、１８０Ｙ１、１８０Ｙ２、１８０Ｚ１、１８０Ｚ２を用いた入力方法を、タッチパネル１５０による入力方法と様々な形で組み合わせることができる。

また、トップパネル１２０から外れる方向に押圧されている場合に、このような入力を変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｘ２、１８０Ｙ１、１８０Ｙ２、１８０Ｚ１、１８０Ｚ２で検出し、振動素子１４０を駆動することにより、操作入力の位置がトップパネル１２０から外れかけていることを触感を通じて利用者に伝えるようにしてもよい。このような場合に、電子機器１００が出力可能な音声を組み合わせて利用者に伝えてもよい。

また、電子機器１００が加速度センサを含む場合には、変位センサ１８０Ｘ１、１８０Ｘ２、１８０Ｙ１、１８０Ｙ２、１８０Ｚ１、１８０Ｚ２によって検出される変位と、加速度センサによって検出される加速度とを用いて、様々な入力方法を割り当ててもよい。

また、以上では、トップパネル１２０に超音波帯の固有振動が生じるように振動素子１４０を駆動する形態について説明したが、超音波帯の固有振動ではなく、可聴域の固有振動を生じさせてもよく、固有振動ではない振動を生じさせてもよい。

以下、図１３乃至図２２を用いて、実施の形態の変形例について説明する。

図１３乃至図２２は、実施の形態の変形例を示す図である。

図１３に示すように、変位センサ１８０Ｘ１は、筐体１１０に対して、トップパネル１２０をＸＹ面内で支持する支持体１３０Ａに取り付けられてもよい。支持体１３０Ａは、弾性を有する材料（例えば、樹脂等）で作製されており、トップパネル１２０を筐体１１０に対してＸＹ面内で吊るような形で支持している。支持体１３０Ａは、筐体１１０とトップパネル１２０との間で接着されている。

このような支持体１３０Ａに変位センサ１８０Ｘ１を設ければ、トップパネル１２０のＸ軸方向の変位を検出することができる。また、同様に、変位センサ１８０Ｘ２、１８０Ｙ１、１８０Ｙ２、１８０Ｚ１、１８０Ｚ２を支持体１３０Ａに取り付ければよい。

図１４に示すように、変位センサ１８０Ｘ１は、筐体１１０に対して、トップパネル１２０を支持する支持体１３０Ｂに取り付けられてもよい。支持体１３０Ｂは、弾性を有する材料（例えば、樹脂等）で作製されており、両面テープ１３０をＺ軸方向に厚くしたような構成を有する。支持体１３０Ｂは、筐体１１０とトップパネル１２０との間で接着されている。

このような支持体１３０Ｂに変位センサ１８０Ｘ１を設ければ、トップパネル１２０のＸ軸方向の変位を検出することができる。また、同様に、変位センサ１８０Ｘ２、１８０Ｙ１、１８０Ｙ２、１８０Ｚ１、１８０Ｚ２を支持体１３０Ｂに取り付ければよい。

図１５に示すように、筐体１１０とトップパネル１２０とを支持体１３０Ｂ及び枠体１３０Ｃで支持し、トップパネル１２０のＺ軸負方向側の面と、筐体１１０の凹部１１０ＡのＺ軸正方向側の面とに、それぞれ、センサ１８１Ａ、１８１Ｂを配設してもよい。

支持体１３０Ｂは、図１４に示す支持体と同様であり、枠体１３０Ｃは、ＸＹ平面視でトップパネル１２０の４つの端辺に沿った矩形環状の部材である。枠体１３０Ｃは、支持体１３０Ｂよりも弾性が低く、殆ど変形しない。

センサ１８１Ａと１８１Ｂは、一例として、光を照射して位置ずれを検出するセンサである。このようなセンサ１８１Ａと１８１Ｂを用いれば、図１６に示すようにトップパネル１２０にＸ軸正方向の力が加えられた場合に、センサ１８１Ａと１８１Ｂの位置ずれを検出することができる。

センサ１８１Ａと１８１Ｂは、図１７（Ａ）に示すように、センサ１８１Ａから出射するレーザ光をセンサ１８１Ｂで受光して、受光量に応じてセンサ１８１Ａと１８１ＢのＸ軸方向又はＹ軸方向の相対位置の変位を検出するレーザ変位計を用いることができる。

また、センサ１８１Ａと１８１Ｂは、図１７（Ｂ）に示すように、センサ１８１Ａから出射するレーザ光がセンサ１８１Ｂで反射された光（反射光）をセンサ１８１Ａで受光して、反射光を受光するまでの時間によって、センサ１８１Ａとセンサ１８１ＢとのＺ軸方向の相対位置の変位を検出するレーザ変位計を用いることができる。

また、センサ１８１Ａと１８１Ｂは、図１７（Ｃ）に示すように、センサ１８１ＡとしてＬＥＤ(Laser Emitting Diode)等の光源を用い、センサ１８１ＡとしてのＬＥＤから出射する光をセンサ１８１Ｂで受光して、受光する位置の変位を検出するフォトディテクタを用いることができる。センサ１８１Ｂは、例えば、複数のフォトディテクタがアレイ状に配列されたものを用いればよい。

また、図１８に示すように、両面テープ１３０に支持体１９０が埋め込まれていてもよい。

図１９に示すように、支持体１９０は、電極１９１、電極１９２、筐体１９３、ＥＲ(Electro-Rheological)流体１９４を含む。支持体１９０は、電極１９１と１９２がトップパネル１２０と筐体１１０に触れないように、両面テープ１３０に埋め込まれる。

電極１９１及び電極１９２は、それぞれ、筒状の筐体１９３の上下を封止している。電極１９１、電極１９２、及び筐体１９３によって形成される内部空間には、ＥＲ流体１９４が封入されている。電極１９１及び電極１９２は、例えば、アルミニウム、銅、ニッケルクロームメッキを施した鉄製のものを用いることができる。筐体１９３は、シリコーンゴム等の樹脂等で形成すればよい。

電極１９１及び１９２には、電源１９５及びスイッチ１９６が接続されている。スイッチ１９６は、駆動制御装置３００（図６参照）から出力される制御信号によってオン／オフが切り替えられる。

ＥＲ流体１９４は、印加される電界によって粘度が変化する流体である。ＥＲ流体１９４は、スイッチ１９６がオフ（非導通）の状態で電界が印加されない状態では、粘度が低い。一方、ＥＲ流体１９４は、スイッチ１９６がオン（導通）の状態で電源１９５によって電界が印加されると、粘度が高くなる。

このようなＥＲ流体１９４を封入した支持体１９０において、スイッチ１９６のオン／オフを切り替えれば、支持体１９０の電極１９１と１９２との間の支持剛性を変化させることができる。スイッチ１９６をオンにすれば支持剛性が高くなり、スイッチ１９６をオフにすれば支持剛性が低くなる。

また、ＥＲ流体１９４は、印加される電界の増大に応じて、剪断方向の外力に対する耐性が高くなる特性を有する。ここでいう剪断方向の外力とは、電極１９１と１９２がＸ軸方向及びＹ軸方向にずれる方向に掛かる外力である。

支持体１９０は、ＥＲ流体１９４に印加される電界が小さい場合には、電極１９１と１９２との間隔が狭まるようなＺ軸方向の変位に加えて、電極１９１と１９２がＸ軸方向及びＹ軸方向にずれるように変位することが可能である。

電子機器１００は、トップパネル１２０に超音波帯の固有振動を発生させる場合には、支持体１９０の支持剛性を高く設定する。このときの支持剛性は第１レベルである。また、電子機器１００は、トップパネル１２０に超音波帯の固有振動を発生させない場合には、支持体１９０の支持剛性を低く設定する。このときの支持剛性は第２レベルである。

第１レベルの支持剛性は、振動素子１４０を駆動することによってトップパネル１２０に超音波帯の固有振動を発生させることができるような高い値であればよく、例えば、２．０×１０^９（Ｐａ）程度の値であればよい。

また、第２レベルの支持剛性は、振動素子１４０を駆動することによってトップパネル１２０に固有振動を発生させにくくになる程度の低い値であればよい。なお、支持体１９０は、Ｘ軸方向において対をなすように、トップパネル１２０のＸ軸正方向側の端部においても、両面テープ１３０に埋め込まれていることが望ましい。平面視で対称的に配置されることが好ましいからである。

このような支持体１９０が両面テープ１３０に埋め込まれている場合に、図２０に示すようにトップパネル１２０にＸ軸正方向の力が加えられた場合に、変位センサ１８０Ｘ１で変位を検出することができる。

なお、図１９に示す支持体１９０の変わりに図２１に示す支持体１９０Ａを用いてもよい。

図２１に示す支持体１９０Ａは、基部１９１Ａ、基部１９２Ａ、筐体１９３Ａ、ＭＲ流体１９４Ａ、ヨーク１９５Ａ、及びコイル１９６Ａを含む。

基部１９１Ａ、基部１９２Ａは、それぞれ、筒状の筐体１９３Ａの上下を封止している。基部１９１Ａ、基部１９２Ａ、及び筐体１９３Ａによって形成される内部空間には、ＭＲ流体１９４Ａが封入されている。基部１９１Ａと基部１９２Ａは、筐体１９３Ａの内部に収納されている。

基部１９１Ａ、基部１９２Ａ、及びヨーク１９５Ａは、磁路の一部になるため、フェライト又は酸化鉄等の磁性体で形成すればよい。筐体１９３Ａは、非磁性体であればよく、シリコーンゴム等の絶縁体であればよく、基部１９１Ａ及び１９２Ａとともに、ＭＲ流体１９４Ａを封止する。

ヨーク１９５Ａは、基部１９１ＡのＺ軸正方向側の面と、基部１９２ＡのＺ軸負方向側の面とを接続するように、コの字型に形成されている。ヨーク１９５Ａは、基部１９１Ａ、基部１９２Ａ、及びＭＲ流体１９４Ａとともに、断面視で矩形状の磁気回路を構築する。

ヨーク１９５Ａは、基部１９１Ａと１９２ＡとがＺ軸方向に変位する際に、撓むようになっている。このため、支持体１９０Ａは、Ｚ軸方向において縮むように変形することができる。なお、基部１９１Ａ及び１９２Ａと、ヨーク１９５Ａとは一体的に形成されていてもよい。

コイル１９６Ａは、ヨーク１９５ＡのＸ軸正方向側の部分において、ヨーク１９５Ａに巻回されている。コイル１９６ＡにＺ軸正方向側からＺ軸負方向側を見た状態で時計回りの方向の電流を流せば、ＭＲ流体１９４Ａに矢印で示すＺ軸正方向の磁界Ｈを印加することができる。

このような構成の支持体１９０Ａにおいて、コイル１９６Ａに電流を流せば、こいる１９６Ａが発生する磁束がヨーク１９５Ａ、基部１９２Ａを通じてＭＲ流体１９４Ａの内部を矢印で示すように貫き、さらに基部１９１Ａを通ってヨーク１９５Ａに戻るような磁路が形成される。

コイル１９６Ａに流す電流量を駆動制御装置３００で調整すれば、ＭＲ流体１９４Ａの粘度が変化するため、支持体１９０Ａの支持剛性を制御することができる。コイル１９６Ａに流れる電流量が増えれば、ＭＲ流体１９４Ａの粘度が高くなり、支持剛性が増大する。

以上のような構成の支持体１９０Ａを図１９に示す支持体１９０の変わりに用いてもよい。

また、図２１に示す支持体１９０Ａの代わりに、図２２に示す支持体１９０Ｂを用いてもよい。

支持体１９０Ｂは、電磁石１９１Ｂ、弾性体シート１９２Ｂ、及び磁性体シート１９３Ｂを含む。弾性体シート１９２Ｂは、電磁石１９１Ｂに電圧が印加されておらず、磁界が発生していないときには、電磁石１９１Ｂと磁性体シート１９３ＢとをＸＹ平面内で移動可能に支持する。すなわち、両面テープ１３０の弾性によるＸ軸方向及びＹ軸方向の移動を規制しないように電磁石１９１Ｂと磁性体シート１９３Ｂと支持する。

また、電磁石１９１Ｂに電圧が印加されると、電磁石１９１Ｂが発生する磁界によって電磁石１９１Ｂと磁性体シート１９３ＢとのＸ軸方向及びＹ軸方向の移動が規制される。このため、支持体１９０Ｂは、電磁石１９１Ｂに電圧が印加されると、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の移動しなくなる。

このような支持体１９０Ｂを図１９に示す支持体１９０の変わりに用いてもよい。

以上、本発明の例示的な実施の形態の入力装置、及び、電子機器について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
以上の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
表面側に操作面を有するトップパネルと、
前記トップパネルの裏面側に配設される筐体と、
前記トップパネルを前記筐体に対して相対的に移動可能に取り付ける弾性部材と、
前記トップパネルと前記筐体との相対的な変位を検出する変位検出部と
前記変位検出部によって検出される前記相対的な変位の度合及び方向に基づき、前記操作面に行われる操作入力の度合及び方向を検出する入力検出部と
を含む、入力装置。
（付記２）
前記変位検出部は、前記弾性部材の内部又は表面に設けられ、前記筐体に対する前記トップパネルの変位によって生じる前記弾性部材の歪み又は変形を検出することにより、前記トップパネルと前記筐体との相対的な変位を検出する、付記１記載の入力装置。
（付記３）
前記変位検出部は、歪みセンサである、付記２記載の入力装置。
（付記４）
前記変位検出部は、前記トップパネルに配設される第１素子と、前記第１素子に対向して前記筐体に配設される第２素子とを有し、前記第１素子又は前記第２素子が出射する光を前記第２素子又は前記第１素子が検出することにより、又は、前記第１素子又は前記第２素子の出射光が前記第２素子又は前記第１素子で反射された光を前記第１素子又は前記第２素子が検出することにより、前記トップパネルと前記筐体との相対的な変位を検出する、付記１記載の入力装置。
（付記５）
前記トップパネルを前記筐体に対して支持する支持体であって、前記筐体に対する前記トップパネルの支持剛性を、第１レベルと、前記第１レベルよりも低い第２レベルとに切り替え可能な支持体と、
前記支持体の支持剛性を前記第１レベル又は前記第２レベルに設定する、制御部と
をさらに含む、付記１乃至４のいずれか一項記載の入力装置。
（付記６）
前記支持体は、ＥＲ流体又はＭＲ流体を有し、
前記制御部は、前記ＥＲ流体に印加する電界、又は、前記ＭＲ流体に印加する磁界を調整することにより、前記支持体の支持剛性を前記第１レベル又は前記第２レベルに設定する、付記５記載の入力装置。
（付記７）
前記操作面に行われる操作入力の座標を検出する座標検出部をさらに含む、付記１乃至６のいずれか一項記載の入力装置。
（付記８）
前記トップパネルに配設される振動素子と、
前記操作面への操作入力の位置及び当該位置の時間的変化度合に応じて、前記操作面に振動を発生させる駆動信号で前記振動素子を駆動する駆動制御部と
をさらに含む、付記６又は７記載の入力装置。
（付記９）
前記駆動信号は、前記操作面に超音波帯の固有振動を発生させる駆動信号であり、前記駆動制御部は、前記固有振動の強度が変化するように前記振動素子を駆動する、付記８記載の入力装置。
（付記１０）
表面側に操作面を有するトップパネルと、
前記トップパネルの裏面側に配設される筐体と、
前記トップパネルを前記筐体に対して相対的に移動可能に取り付ける弾性部材と、
前記トップパネルと前記筐体との相対的な変位を検出する変位検出部と
前記変位検出部によって検出される前記相対的な変位の度合及び方向に基づき、前記操作面に行われる操作入力の度合及び方向を検出する入力検出部と、
前記操作面に行われる操作入力の座標を検出する座標検出部と
を含み、
前記入力検出部によって検出される前記操作入力の度合及び方向が表す入力内容と、前記座標検出部によって検出される前記操作入力の座標が表す入力内容とを受け付ける、電子機器。

１００電子機器
１１０筐体
１２０トップパネル
１３０両面テープ
１３０Ａ、１３０Ｂ支持体
１４０振動素子
１５０タッチパネル
１６０ディスプレイパネル
１７０基板
１８０Ｘ１、１８０Ｘ２、１８０Ｙ１、１８０Ｙ２、１８０Ｚ１、１８０Ｚ２変位センサ
１９０支持体
１９１、１９２電極
１９３筐体
１９４ＥＲ流体
１９０Ａ支持体
１９１Ａ、１９２Ａ基部
１９３Ａ筐体
１９４ＡＭＲ流体
１９５Ａヨーク
１９６Ａコイル
１９０Ｂ支持体
１９１Ｂ電磁石
１９２Ｂ弾性体シート
１９３Ｂ磁性体シート
２００制御部
２２０アプリケーションプロセッサ
２３０通信プロセッサ
２４０駆動制御部
２５０メモリ
３００駆動制御装置
３１０正弦波発生器
３２０振幅変調器

Claims

表面側に操作面を有するトップパネルと、
前記トップパネルの裏面側に配設される筐体と、
前記トップパネルを前記筐体に対して相対的に移動可能に取り付ける弾性部材と、
前記トップパネルと前記筐体との相対的な変位を検出する変位検出部と
前記変位検出部によって検出される前記相対的な変位の度合及び方向に基づき、前記操作面に行われる操作入力の度合及び方向を検出する入力検出部と
を含む、入力装置。
前記変位検出部は、前記弾性部材の内部又は表面に設けられ、前記筐体に対する前記トップパネルの変位によって生じる前記弾性部材の歪み又は変形を検出することにより、前記トップパネルと前記筐体との相対的な変位を検出する、請求項１記載の入力装置。
前記変位検出部は、歪みセンサである、請求項２記載の入力装置。
前記変位検出部は、前記トップパネルに配設される第１素子と、前記第１素子に対向して前記筐体に配設される第２素子とを有し、前記第１素子又は前記第２素子が出射する光を前記第２素子又は前記第１素子が検出することにより、又は、前記第１素子又は前記第２素子の出射光が前記第２素子又は前記第１素子で反射された光を前記第１素子又は前記第２素子が検出することにより、前記トップパネルと前記筐体との相対的な変位を検出する、請求項１記載の入力装置。
前記トップパネルを前記筐体に対して支持する支持体であって、前記筐体に対する前記トップパネルの支持剛性を、第１レベルと、前記第１レベルよりも低い第２レベルとに切り替え可能な支持体と、
前記支持体の支持剛性を前記第１レベル又は前記第２レベルに設定する、制御部と
をさらに含む、請求項１乃至４のいずれか一項記載の入力装置。
前記支持体は、ＥＲ流体又はＭＲ流体を有し、
前記制御部は、前記ＥＲ流体に印加する電界、又は、前記ＭＲ流体に印加する磁界を調整することにより、前記支持体の支持剛性を前記第１レベル又は前記第２レベルに設定する、請求項５記載の入力装置。
前記操作面に行われる操作入力の座標を検出する座標検出部をさらに含む、請求項１乃至６のいずれか一項記載の入力装置。
前記トップパネルに配設される振動素子と、
前記操作面への操作入力の位置及び当該位置の時間的変化度合に応じて、前記操作面に振動を発生させる駆動信号で前記振動素子を駆動する駆動制御部と
をさらに含む、請求項６又は７記載の入力装置。
表面側に操作面を有するトップパネルと、
前記トップパネルの裏面側に配設される筐体と、
前記トップパネルを前記筐体に対して相対的に移動可能に取り付ける弾性部材と、
前記トップパネルと前記筐体との相対的な変位を検出する変位検出部と
前記変位検出部によって検出される前記相対的な変位の度合及び方向に基づき、前記操作面に行われる操作入力の度合及び方向を検出する入力検出部と、
前記操作面に行われる操作入力の座標を検出する座標検出部と
を含み、
前記入力検出部によって検出される前記操作入力の度合及び方向が表す入力内容と、前記座標検出部によって検出される前記操作入力の座標が表す入力内容とを受け付ける、電子機器。