JP2018147394A

JP2018147394A - 入力装置

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Publication number: JP2018147394A
Application number: JP2017044196A
Authority: JP
Inventors: 徹也登丸; Tetsuya Tomaru
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-03-08
Filing date: 2017-03-08
Publication date: 2018-09-20
Also published as: WO2018163626A1

Abstract

【課題】操作体の移動量の大きさに関わらず、小さな可動領域で操作体に対する引き込み力を付加することのできる入力装置を提供する。【解決手段】操作側となる操作面に対する操作体の操作状態を検出する検出部１１２と、検出部によって検出される操作状態に応じて、所定の機器に対する入力を行う制御部１３０と、を備える入力装置において、操作面の拡がる方向に操作面を振動させる駆動部１２０が設けられ、制御部は、操作体が操作面に接触しているときに、検出部による操作状態から推定される操作体の移動先の方向に往復する振動を操作面に発生させると共に、往復する振動の往路側と復路側とで振動の速度あるいは加速度が異なるように制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、タッチパッドやタッチパネルのように、指等の操作体による入力操作を可能とする入力装置に関するものである。

従来の入力装置として、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１の入力装置（電子機器）は、操作体（例えば操作者の指）が接触する接触面と、接触面を指示する筐体と、筐体に対して接触面を移動させる駆動装置とを備えている。そして、操作体の位置情報をもとに、駆動装置によって接触面が移動されるようになっている。

これにより、操作体の移動方向に対して逆方向に接触面を移動させることで、操作体に対して抗力を与え、また操作体の移動方向と同一方向に接触面を移動させることで、引き込み力（誘導力）を与えるようになっている。

特開２０１６−１８４４２８号公報

しかしながら、特許文献１の入力装置では、操作体の移動量が大きい場合では、これに応じて接触面の移動量も大きくする必要が生ずる。よって、その分、筐体において接触面の可動範囲を大きくとる必要が生じ、筐体の大型化を招き、現実性に欠けるものとなってしまう。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、操作体の移動量の大きさに関わらず、小さな可動領域で操作体に対する引き込み力を付加することのできる入力装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

本発明では、操作側となる操作面（１１１）に対する操作体（Ｆ）の操作状態を検出する検出部（１１２）と、
検出部によって検出される操作状態に応じて、所定の機器（５０）に対する入力を行う制御部（１３０）と、を備える入力装置において、
操作面の拡がる方向に操作面を振動させる駆動部（１２０）が設けられ、
制御部は、操作体が操作面に接触しているときに、検出部による操作状態から推定される操作体の移動先（５２ａ）の方向に往復する振動を操作面に発生させると共に、往復する振動の往路側と復路側とで振動の速度あるいは加速度が異なるように制御することを特徴としている。

この発明によれば、制御部（１３０）によって、操作面（１１１）において、操作体（Ｆ）の移動先（５２ａ）の方向に往路側と復路側とで、速度あるいは加速度が異なる振動が発生される。振動の速度あるいは加速度が大きい方向においては、慣性の法則によって、操作体（Ｆ）は、操作面（１１１）の動きに追従しにくく、その位置に取り残される形となる。逆に、振動の速度あるいは加速度が小さい方向においては、慣性の法則によって、操作体（Ｆ）には、操作面の動きと共に移動される力が働きやすくなり、総じて操作体（Ｆ）は、振動の速度あるいは加速度が小さい方向に引込まれる形となる。

よって、操作面（１１１）において、操作体（Ｆ）の移動先（５２ａ）の方向に往復する振動を発生させ、往路側と復路側とで振動の速度あるいは加速度が異なるように制御することで、小さな可動領域で、振動の速度あるいは加速度が小さい側に効果的な引込み力を得ることができる。したがって、従来技術のように、操作体の移動量が大きい場合に、これに応じて接触面の移動量も大きくしなければならないといった問題を無くすことができる。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

車両における入力装置の搭載状態を示す説明図である。第１実施形態における入力装置を示すブロック図である。第１実施形態における操作部および駆動部を示す（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のIIIｂ方向から見た平面図である。１軸方向への指操作が行われる様子を示す説明図である。斜め方向（２軸方向）への指操作が行われる様子を示す説明図である。入力装置の制御内容を示すフローチャートである。第１実施形態における振動の速度および加速度を示すグラフ１である。他の実施例における振動の速度および加速度を示すグラフ２である。更に他の実施例における振動の速度および加速度を示すグラフ３である。第２実施形態における操作部および駆動部を示す（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＸｂ方向から見た平面図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
第１実施形態の入力装置１００を図１〜図７に示す。本実施形態の入力装置１００は、例えば、ナビゲーション装置５０を操作するための遠隔操作デバイスに適用したものである。入力装置１００は、ナビゲーション装置５０と共に、車両１０に搭載されている。ナビゲーション装置５０は、本発明の所定の機器に対応する。

ナビゲーション装置５０は、地図上における自車の現在位置情報、進行方向情報、あるいは操作者の希望する目的地への案内情報等を表示する航路誘導システムである。ナビゲーション装置５０は、表示部としての液晶ディスプレイ５１を有している。液晶ディスプレイ５１は、車両１０のインストルメントパネル１３の車両幅方向の中央部に配置されて、表示画面５２が操作者によって視認されるようになっている。

ナビゲーション装置５０は、入力装置１００に対して別体で形成されており、入力装置１００から離れた位置に設定されている。ナビゲーション装置５０と入力装置１００とは、例えば、ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋバス（ＣＡＮバス（登録商標））によって接続されている。

液晶ディスプレイ５１の表示画面５２には、地図上における自車位置が表示されると共に、地図の拡大表示、縮小表示、および目的地案内設定等のための各種操作ボタン５２ａが表示されるようになっている（図４、図５）。操作ボタン５２ａは、いわゆる操作アイコンと呼ばれるものである。また、表示画面５２には、後述する操作部１１０（操作面１１１）における操作者の指Ｆ（操作体）の位置に対応するように、例えば、矢印状にデザインされたポインタ５２ｂが表示されるようになっている。

入力装置１００は、図１〜図５に示すように、車両１０のセンターコンソール１１にて、アームレスト１２と隣接する位置に設けられ、操作者の手の届き易い範囲に配置されている。入力装置１００は、操作部１１０、駆動部１２０、および制御部１３０等を備えている。

操作部１１０は、いわゆるタッチパッドを形成するものであり、操作者の指Ｆによって、ナビゲーション装置５０に対する入力操作を行う部位となっている。操作部１１０は、操作面１１１、タッチセンサ１１２、および筐体１１３等を有している。

操作面１１１は、アームレスト１２と隣接する位置で操作者側に露出して、操作者が指操作を行う平面部となっており、例えば、表面全体にわたって指の滑りを良くする素材等が設けられることで形成されている。操作面１１１上における操作者の指操作により、表示画面５２に表示される各種操作ボタン５２ａに対する操作（選択、押込み決定等）のための入力ができるように設定されている。表示画面５２における操作ボタン５２ａは、本発明の操作面における「操作状態から推定される操作体の移動先」に対応する。操作面１１１の周囲には、操作側とは反対側に延びるリブ１１１ａが設けられている。

タッチセンサ１１２は、操作面１１１の裏面側に設けられた、例えば、静電容量式の検出部である。タッチセンサ１１２は、矩形の平板状に形成されており、センサ表面に対する操作者の指Ｆによる操作状態を検出するようになっている。

タッチセンサ１１２は、操作面１１１上のｘ軸方向に沿って延びる電極と、ｙ軸方向に沿って延びる電極とが格子状に配列されることにより形成されている。これら電極は、後述する制御部１３０と接続されている。各電極は、センサ表面に近接する操作者の指Ｆの位置に応じて、発生される静電容量が変化するようになっており、発生される静電容量の信号（感度値）が制御部１３０に出力されるようになっている。センサ表面は、絶縁材よりなる絶縁シートによって覆われている。尚、タッチセンサ１１２としては、上記静電容量式のものに限らず、他の抵抗膜式等、各種タイプのものを使用することができる。

筐体１１３は、上記操作面１１１およびタッチセンサ１１２を支持する支持部である。筐体１１３は、枠状に形成されており、例えば、センターコンソール１１の内部に配置されている。

駆動部１２０は、操作面１１１の拡がる方向に操作面１１１を、ｘ、ｙ軸の２軸方向に振動させるものであり、操作面１１１の周囲４辺の少なくとも１辺において、リブ１１１ａと筐体１１３との間に設けられている。駆動部１２０は、後述する制御部１３０と接続されており、制御部１３０によって振動発生の制御がなされるようになっている。

駆動部１２０は、２軸方向のうち、１軸方向のみの振動を有効にすることで、操作面１１１には１軸方向（ｘ軸方向、あるいはｙ軸方向）の振動を発生させ、また、２軸方向の振動を同時に有効にすることにより、操作面１１１には両振動を合成した斜め方向の振動を発生させることができるようになっている。

また、駆動部１２０は、往復する振動の往路側と復路側とにおいて、振動の速度あるいは加速度が異なるように作動することができるようになっている。

駆動部１２０としては、例えば、ソレノイド、ボイスコイルモータ等の電磁アクチュエータ、あるいはピエゾ等の振動体、更には、上記振動体とバネとが組み合わされたもの等を用いることができる。例えば、１つの振動体が２軸方向の振動を発生させるものであれば、操作面１１１の周囲４辺のうち少なくとも１つの辺部に１つの振動体を設けることで、駆動部１２０を形成することができる。あるいは、振動体が１軸方向のみの振動を発生させるものであれば、操作面１１１の周囲の隣合う２つの辺部にそれぞれ１つの振動体（合計２つ）を設けることで、駆動部１２０を形成することができる。あるいは、１軸方向の振動体とバネとの組合せを、対向する辺部に設けて、それを２組設けることで駆動部１２０を形成することができる。本実施形態では、図３に示すように、駆動部１２０は、振動体が操作面１１１の周囲４辺に設けられたものとしている。

制御部１３０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、および記憶媒体等を有している。制御部１３０は、タッチセンサ１１２から得られる信号から、操作者の指Ｆの操作状態として、操作面１１１上における指の接触位置（表示画面５２上のポインタ５２ｂの位置）、各種操作ボタン５２ａのうち操作者の指Ｆ（ポインタ５２ｂ）から一番近い操作ボタン５２ａへの方向、操作者の指Ｆ（ポインタ５２ｂ）から一番近い操作ボタン５２ａまでの距離等を取得する。加えて、制御部１３０は、操作状態として、操作面１１１上において、操作ボタン５２ａに相当する位置での押込み操作の有無等を取得する。そして、制御部１３０は、これらの操作状態に応じて駆動部１２０による振動の発生状態を制御するようになっている（詳細後述）。

本実施形態の入力装置１００の構成は以上のようになっており、作動および作用効果について、以下、図６、図７を加えて説明する。

まず、制御部１３０は、図６に示すステップＳ１００で、タッチセンサ１１２から得られる信号によって、操作者の指Ｆが操作面１１１にタッチ（接触）しているか否かを判定する。制御部１３０は、否と判定すれば、ステップＳ１００を繰り返し、肯定判定すれば、ステップＳ１１０に移行する。尚、図４、図５に示すように、操作者の指Ｆが操作面１１１にタッチされると、表示画面５２におけるポインタ５２ｂの表示が有効となって、操作面１１１上における操作者の指Ｆの位置に対応するように、ポインタ５２ｂが表示画面５２に表示される。

ステップＳ１１０では、制御部１３０は、操作者の指Ｆが各種操作ボタンのうち、いずれかの操作ボタン５２ａを選択中か否かを判定する。制御部１３０は、操作者の指Ｆの位置がいずれかの操作ボタン５２ａに重なる位置にあると選択中（Ｙｅｓ）であると判定し、操作者の指Ｆの位置がいずれかの操作ボタン５２ａに重ならない位置であると選択中ではない（Ｎｏ）と判定する。

尚、操作者の指Ｆがいずれかの操作ボタン５２ａを選択中ではないという状態は、いずれかの操作ボタン５２ａに対して操作者の指Ｆは離れた位置にあり、いずれかの操作ボタン５２ａに向けて移動されている状態を示す。制御部１３０は、ステップＳ１１０で、否と判定すると、ステップＳ１２０に移行する。

ステップＳ１２０では、制御部１３０は、操作者の指Ｆの操作状態から、指Ｆの移動先となる操作ボタン５２ａを推定する。ここでは、現在の指Ｆの位置から一番近い操作ボタン５２ａを移動先の操作ボタン５２ａとして推定する。

そして、制御部１３０は、表示画面５２におけるポインタ５２ｂの位置（操作面１１１上の操作者の指Ｆの位置）から、操作者の指Ｆが移動しようとする操作ボタン５２ａの位置へのベクトルを算出する。ベクトル算出にあたって、制御部１３０は、ポインタ５２ｂの位置と操作ボタン５２ａの位置との距離（ベクトルの長さ）と、ポインタ５２ｂの位置から操作ボタン５２ａの位置に向かう方向（ベクトルの向き）とを算出する。尚、ポインタ５２ｂの位置と操作ボタン５２ａの位置との距離は本発明の移動先までの距離に対応する。

そして、ステップＳ１３０にて、制御部１３０は、上記ベクトル（長さと向き）に応じて、操作者の指Ｆを操作ボタン５２ａに引込む（誘導する）ために、駆動部１２０を駆動させて、操作面１１１に振動を発生させる。即ち、制御部１３０は、駆動部１２０に対して、ベクトルの向き（操作体の移動先の方向）に往復する振動を操作面１１１に発生させる。

例えば、制御部１３０は、上記ベクトルが２軸方向のうち、いずれか一方の軸方向であると、図４に示すように、その軸方向に沿う振動を発生させ、また、上記ベクトルが２軸に対して傾いている場合であると、図５に示すように、２軸方向の合成によって得られる斜め方向の振動を発生させる。

そして、制御部１３０は、往復する振動の往路側と復路側とで振動の速度あるいは加速度が異なるように駆動部１２０を制御する。尚、ここでは、往路側は、操作者の指Ｆが移動しようとする方向としており、制御部１３０は、図７に示すように、駆動部１２０に対して、復路側よりも往路側の速度あるいは加速度が小さくなるように駆動部１２０を制御する。

更に、制御部１３０は、駆動部１２０に対して、操作面１１１上で、ポインタ５２ｂの位置と操作ボタン５２ａの位置との距離（ベクトルの長さ）に応じて、振動の速度あるいは加速度の大きさを変えるように制御する。具体的には、ポインタ５２ｂの位置と操作ボタン５２ａの位置との距離が長いほど、往路側の速度あるいは加速度をより小さくする。

ステップＳ１３０の後、操作者の指Ｆによって、操作者が希望する操作ボタン５２ａが選択されるまで、制御部１３０は、ステップＳ１００〜ステップＳ１３０を繰り返す。

上記ステップＳ１００〜ステップＳ１３０を繰り返す中で、ステップＳ１１０で、肯定判定すると、制御部１３０は、ステップＳ１４０で、操作ボタン５２ａに対する押込み操作があったか否かを判定する。押込み操作は、操作者の操作ボタン５２ａに対する選択決定を示す操作であり、操作者が操作面１１１上で、操作ボタン５２ａに対応する位置で指を押込むことで行われる。ステップＳ１４０で肯定判定すると、制御部１３０は、ステップＳ１５０で押込み決定処理を行う。つまり、操作ボタン５２ａに対応する指示をナビゲーション装置５０に対して行う。尚、ステップＳ１４０で否定判定すると、ステップＳ１００に戻る。

そして、ステップＳ１６０で、制御部１３０は、操作者の指Ｆに対してクリック感を与えるための振動（クリック感振動）を発生させる。ここでは、駆動部１２０を流用して、上記ステップＳ１３０における引込み用の振動とは異なり、駆動部１２０を単発的に振動させることで、操作者が押込み操作をしたことが認識できるようにする。

以上のように本実施形態では、制御部１３０によって、操作面１１１において、操作者の指Ｆの移動先（操作ボタン５２ａ）の方向に往路側と復路側とで、速度あるいは加速度が異なる振動が発生される。振動の速度あるいは加速度が大きい方向においては、慣性の法則によって、操作者の指Ｆは、操作面１１１の動きに追従しにくく、その位置に取り残される形となる。逆に、振動の速度あるいは加速度が小さい方向においては、慣性の法則によって、操作者の指Ｆには、操作面１１１の動きと共に移動される力が働きやすくなり、総じて操作者の指Ｆは、振動の速度あるいは加速度が小さい方向に引込まれる形となる。

よって、操作面１１１において、操作者の指Ｆの移動先の方向に振動を発生させ、往路側と復路側とで振動の速度あるいは加速度が異なるように制御することで、小さな可動領域で、振動の速度あるいは加速度が小さい側に効果的な引込み力を得ることができる。したがって、従来技術のように、操作体の移動量が大きい場合に、これに応じて接触面の移動量も大きくしなければならないといった問題を無くすことができる。

また、本実施形態では、振動の往路側を移動先の方向としており、制御部１３０は、駆動部１２０に対して、復路側よりも往路側の速度あるいは加速度を小さくするようにしている。これにより、操作ボタン５２ａに近づいて行こうとしている操作者の指Ｆが操作ボタン５２ａに引込まれるような引込み力を発生させることができる。

また、本実施形態では、制御部１３０は、ポインタ５２ｂの位置（操作面１１１上の操作者の指Ｆの位置）から、操作者の指Ｆが移動しようとする操作ボタン５２ａの位置までの距離に応じて、操作面１１１上で、振動の速度あるいは加速度の大きさを変えるようにしている。具体的には、ポインタ５２ｂの位置と操作ボタン５２ａの位置との距離が長いほど、往路側の速度あるいは加速度をより小さくしている。これにより、操作者の指Ｆが操作ボタン５２ａから遠いほど、引込み力が大きくなり、より効果的に操作ボタン５２ａに対する引込み効果を向上させることができる。

また、制御部１３０は、タッチセンサ１１２より操作状態として、操作面１１１に対する押込み操作を取得すると、駆動部１２０に対して、引込みのための振動とは異なり、操作者の指Ｆに対してクリック感を与えるクリック感振動を発生させるようにしている。これにより、駆動部１２０を流用して、操作者に選択決定操作を認識させることができる。

尚、振動の速度あるいは加速度は、図７に示したものに対して、例えば、図８、図９に示す他の形態としてもよい。

（第２実施形態）
第２実施形態の入力装置１００Ａを図１０に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、筐体１１３、および駆動部１２０の設定位置を変更し、筐体１１３Ａ、および駆動部１２０Ａとしたものである。

筐体１１３Ａは、板状に形成されており、操作面１１１の裏面側に配置されている。そして、駆動部１２０Ａは、操作面１１１の裏面側に配置されている。駆動部１２０Ａは、操作面１１１の裏面側と筐体１１３Ａとの間に位置している。駆動部１２０Ａは、例えば、ｘ、ｙ軸の２軸方向に振動を発生するものとなっており、操作面１１１の裏面側の中央部に１つ配置されている。駆動部１２０Ａは、上記第１実施形態で説明した、例えば、２軸方向に振動を発生可能なボイスコイルモータ等の電磁アクチュエータが使用されている。駆動部１２０は、１つに限らず、複数個用いられるものとしてもよい。

本実施形態においても基本的な作動は、上記第１実施形態と同じであり、同様の効果を得ることができる。

（その他の実施形態）
上記各実施形態では、制御部１３０は、操作者の指Ｆの操作状態から、指Ｆの移動先となる操作ボタン５２ａを推定するにあたって、現在の指Ｆの位置から一番近い操作ボタン５２ａを移動先の操作ボタン５２ａとして推定するようにした。しかしながら、これに限定されることなく、例えば、過去の所定期間における操作者の使用頻度の高い操作ボタン５２ａを移動先となる操作ボタン５２ａとして推定してもよい。あるいは、現時点での操作者の指Ｆの移動しようとするその先にある操作ボタン５２ａを移動先となる操作ボタン５２ａとして推定してもよい。

また、上記各実施形態では、操作ボタン５２ａに近づいていく操作者の指Ｆに対して操作ボタン５２ａ側に引込み力を発生させるものとしたが、これに加えて、操作者の指Ｆが操作ボタン５２ａの近傍から離れようとするときに、操作ボタン５２ａ側に向かう引込み力を発生させるものとしてもよい。この場合は、操作者の指Ｆが操作ボタン５２ａに対して離れていく方向に振動を発生させ、離れていく方向を往路側、その反対方向を復路側とし、復路側の振動の速度あるいは加速度を往路側よりも小さくするようにしてやればよい。

また、上記各実施形態では、ポインタ５２ｂの位置と操作ボタン５２ａの位置との距離が長いほど、往路側の速度あるいは加速度をより小さくした。これに対して、ポインタ５２ｂの位置と操作ボタン５２ａの位置との距離が短いほど、往路側の速度あるいは加速度をより小さくしてもよい。この場合は、操作者の指Ｆが操作ボタン５２ａに近づくほど、引込み力が大きく得られるものとなる。

また、上記各実施形態では、操作部１１０として、いわゆるタッチパッド式のものとしたが、これに限らず、液晶ディスプレイ５１の表示画面５２が透過されて操作面１１１に視認されるいわゆるタッチパネル式のものにも適用可能である。

また、上記各実施形態では、図６で説明したステップＳ１４０〜ステップＳ１６０で、押込み操作があると、クリック感を与えるクリック感振動を発生させるものとした。しかしながら、本発明は、基本的には、往路側と復路側とで振動の速度あるいは加速度が異なるようにすることで、引込み力を発生させるものとしており、ステップＳ１４０〜ステップＳ１６０を廃止したものとしてもよい。

また、上記各実施形態では、操作体を操作者の指Ｆとして説明したが、これに限らず、ペンを模したスティックとしてもよい。

また、上記各実施形態では、入力装置１００、１００Ａによる入力制御の対象（所定の機器）として、ナビゲーション装置５０としたが、これに限定されることなく、車両用の空調装置、あるいは車両用オーディオ装置等の他の機器にも適用することができる。

５０ナビゲーション装置（所定の機器）
５２ａ操作ボタン（移動先）
１００、１００Ａ入力装置
１１１操作面
１１２タッチセンサ（検出部）
１２０駆動部
１３０制御部
Ｆ操作者の指（操作体）

Claims

操作側となる操作面（１１１）に対する操作体（Ｆ）の操作状態を検出する検出部（１１２）と、
前記検出部によって検出される前記操作状態に応じて、所定の機器（５０）に対する入力を行う制御部（１３０）と、を備える入力装置において、
前記操作面の拡がる方向に前記操作面を振動させる駆動部（１２０）が設けられ、
前記制御部は、前記操作体が前記操作面に接触しているときに、前記検出部による前記操作状態から推定される前記操作体の移動先（５２ａ）の方向に往復する振動を前記操作面に発生させると共に、前記往復する振動の往路側と復路側とで前記振動の速度あるいは加速度が異なるように制御する入力装置。
前記制御部は、前記駆動部に対して、前記復路側よりも前記往路側の前記速度あるいは前記加速度を小さくするように制御する請求項１に記載の入力装置。
前記制御部は、前記駆動部に対して、前記操作面上で、前記移動先までの距離に応じて、前記速度あるいは前記加速度の大きさを変えるように制御する請求項２に記載の入力装置。
前記制御部は、前記検出部より前記操作状態として、前記操作面に対する押込み操作を取得すると、前記駆動部に対して、前記振動とは異なり、前記操作体に対してクリック感を与えるクリック感振動を発生させる請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の入力装置。