JP2018194924A - 入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示オブジェクトの表示態様を変更するとき、又は、変更した表示態様をもとの態様にもどすときに使用者にかかる負担を軽減できて作業効率の低下を防ぐことができ、かつ、所望の表示態様を正確に得ることができる操作性の良い入力装置を提供する。【解決手段】表示オブジェクトの表示態様の変更に関わる接触操作が行われる操作部と、操作部に対する接触操作を検知する接触センサと、操作部に対する押圧操作を検知する押圧センサと、接触センサが検知した操作に対応した触覚を呈示する触覚呈示部と、触覚呈示部が呈示する触覚を制御する触覚制御部とを備え、触覚制御部は、接触センサが検知した操作が、上記表示態様の変更のうちで予め特定した特定操作であったときに、その特定操作に対応する触覚を触覚呈示部に呈示させる。【選択図】図１２

Description

本発明は、使用者によって表示オブジェクトの表示態様の変更に関わる接触操作が行われたときに、この操作に対応する触覚を呈示可能な入力装置に関する。

接触センサを備えた従来の入力装置において、操作面に接触させた２本の指の動きによって、表示オブジェクトの拡大・縮小や回転の処理を行わせている。すなわち、２本の指の間隔を変化させるピンチ操作によって表示オブジェクトを拡大又は縮小させ、弧を描くように２本の指を動かす回転操作によって表示オブジェクトの表示角度を変更させている（例えば特許文献１）。

特開２０１３−２９５９８０号公報

しかしながら、上記従来の入力装置においては、表示画像（表示オブジェクト）の表示態様の変更、すなわち、表示画像の拡大、縮小、又は、回転を行う場合、所望の態様にするために画面を注視しながら細かな調整を続けなければならないことから、使用者に負担を強いることとなり、また、ほかの操作や行動に制約を与えるという問題があった。この問題は、拡大、縮小、又は、回転を行った表示画像をもとの態様にもどしたい場合にも生じていた。また、入力装置が表示部と別体である場合、一体としている場合のような感覚的な操作が難しくなるため、より注意深く画面を見続ける必要がある。

そこで本発明は、表示オブジェクトの表示態様を変更するとき、又は、変更した表示態様をもとの態様にもどすときに使用者にかかる負担を軽減できて作業効率の低下を防ぐことができ、かつ、所望の表示態様を正確に得ることができる操作性の良い入力装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の入力装置は、表示オブジェクトの表示態様の変更に関わる接触操作が行われる操作部と、操作部に対する接触操作を検知する接触センサと、操作部に対する押圧操作を検知する押圧センサと、接触センサが検知した操作に対応した触覚を呈示する触覚呈示部と、触覚呈示部が呈示する触覚を制御する触覚制御部とを備え、触覚制御部は、接触センサが検知した操作が、上記表示態様の変更のうちで予め特定した特定操作であったときに、その特定操作に対応する触覚を触覚呈示部に呈示させることを特徴としている。
これにより、表示オブジェクトの表示態様の変更が区切りとなる特定操作であるときに、操作部に触れる使用者に触覚が呈示されるため、表示オブジェクトを注視し続ける必要がなくなることから、使用者にかかる負担を軽減でき、かつ、所望の表示態様を正確に得ることが可能となる。

本発明の入力装置において、表示態様の変更に関わる操作には、表示オブジェクトの拡大及び縮小に関わる操作が含まれ、特定操作は、表示オブジェクトを特定の倍率で拡大又は縮小する操作であることが好ましい。
これにより、拡大・縮小操作によって表示オブジェクトの拡大・縮小を行う場合に、使用者にかかる負担を軽減でき、かつ、所望の表示態様を正確に得ることが可能となる。

本発明の入力装置において、表示態様の変更に関わる操作には、表示オブジェクトの回転に関わる操作が含まれ、特定操作は、表示オブジェクトを特定の角度で回転させる操作であることが好ましい。
これにより、回転操作によって表示オブジェクトの回転を行う場合に、使用者にかかる負担を軽減でき、かつ、所望の表示態様を正確に得ることが可能となる。

本発明の入力装置において、 触覚制御部は、表示オブジェクトがもとの表示態様にもどる時に、これに対応する触覚を触覚呈示部に呈示させることが好ましい。
これにより、表示オブジェクトの表示態様がもとにもどったときにも触覚が呈示されるため、使用者は表示オブジェクトがもとにもどったことを容易に認識することが可能となる。

本発明の入力装置において、特定操作が行われたときに押圧センサが検知した圧力が所定値以上の場合と所定値未満の場合とで、特定操作の検知のための分解能を変化させることが好ましい。
これにより、使用者の感覚的な操作で容易に分解能を変えることができる。

さらに、特定操作が行われたときに押圧センサが検知した圧力が所定値以上の場合、圧力に応じて触覚の呈示の頻度を変化させることが好ましい。
これにより、操作時の押圧力の大小を使用者に対して、感覚的に精度良く呈示することができる。

本発明によると、表示オブジェクトの表示態様を変更するとき、又は、変更した表示態様をもとの態様にもどすときに使用者にかかる負担を軽減でき、かつ、所望の表示態様を正確に得ることができる操作性の良い入力装置を提供することができる。

（Ａ）は本発明の実施形態に係る入力装置の構成を示す側面図、（Ｂ）は（Ａ）の入力装置の平面図である。 本発明の実施形態に係る入力装置の機能ブロック図である。 本発明の実施形態における振動素子の内部構造を示す図である。 本発明の実施形態における静電センサの平面図である。 図４に示す静電センサの電極構造を示す、図４のＶ部の部分拡大正面図である。 静電センサの積層構造を示す、図５のＶＩ−ＶＩ線の断面図である。 本発明の実施形態における圧電センサの電極パターンを拡大して示す拡大正面図である。 圧電センサの積層構造を示す、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線の断面図である。 静電センサに圧電センサが重ねられた状態を示す拡大平面図である。 本発明の実施形態における圧電センサの配線と駆動検出回路とを示す回路ブロック図である。 （Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施形態における圧電センサの動作を説明する線図である。 本発明の実施形態における表示オブジェクトの拡大・縮小のためのピンチ操作に関する振動リクエスト 判別処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施形態における表示オブジェクトの回転操作に関する振動リクエスト判別処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施形態における振動の種類選択のフローチャートである。 （Ａ）は変形例に係る入力装置の側面図、（Ｂ）は（Ａ）の入力装置の平面図である。

以下、本発明の実施形態に係る入力装置について図面を参照しつつ詳しく説明する。この入力装置は、パーソナルコンピュータのキーボード装置、スマートフォンやタブレットなどに用いられるタッチパネル、自動車のインストルメントパネルなどに使用される。また、全体を透明に構成することで、カラー液晶パネルなどの表示部の上方（表示側前方）に重ねて配置して使用することも可能である。表示部は、入力装置と重ねることなく別体としてもよい。各図には、基準座標としてＸ−Ｙ−Ｚ座標が示されている。Ｚ軸は、操作部としてのガラス板、押圧センサとしての圧電センサ、及び、接触センサとしての静電センサを重ねていく方向に沿っており、Ｘ−Ｙ面はＺ軸に直交する面である。以下の説明において、Ｚ軸に沿った方向を上下方向と呼び、Ｚ方向に沿って上側から見た状態を平面視ということがある。

図１（Ａ）は本実施形態に係る入力装置１００の構成を示す側面図、（Ｂ）は入力装置１００の平面図、図２は入力装置１００の機能ブロック図である。図３は、振動素子６０の内部構造を示す図である。
入力装置１００においては、静電センサ１０の上に圧電センサ３０が配置され、さらに圧電センサ３０の上にガラス板４０が配置されている。静電センサ１０、圧電センサ３０、及び、ガラス板４０は、互いに同一となる、Ｘ方向に延びる長方形の平面形状を有し、平面視において互いに一致するように配置されている。

なお、本実施形態では、押圧センサとして圧電センサ３０を用いるが、図７と図８に示す構成以外の構成の圧電センサを用いることができ、また、押圧を検知できれば、電気抵抗式や静電式のセンサを用いることもできる。

図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、静電センサ１０の底面１０ａの四隅には、サスペンション５１、５２、５３、５４が取り付けられている。サスペンション５１〜５４は、ゴムなどの圧縮変形可能な弾性体や、弾性変形可能な合成樹脂材料製のヒンジ、あるいは圧縮コイルばねなどで構成されている。４か所に設けられたサスペンション５１〜５４は同一の形状であり、同一の弾性率（ばね定数）を有している。ここで、同一の弾性を示すことができれば、サスペンション５１〜５４としては、形状や材質が互いに異なるものを用いることもできる。

圧電センサ３０は、接着剤（不図示）によって静電センサ１０に固定されている。ガラス板４０に対して下向き（図１（Ａ）の下方向）の押圧操作を行うと、圧電センサ３０に対して押圧力が与えられ、圧縮されるように変形する。この変形の際の弾性率（ばね定数）は、圧電センサ３０から所望の出力が得られるように、サスペンション５１〜５４がＺ方向に収縮変形するときの弾性率（ばね定数）に対して適宜設定される。

静電センサ１０の底面１０ａの中央には、触覚呈示部としての振動素子６０が設けられている。図３に示すように、振動素子６０は、振動子６１が金属製のケース（カバー）６２内でバネ６３、６４によって、振動自在に支持された構成を備える。前記振動子６１にはコイル６５が巻かれており、ケース内には前記コイルに対向する磁石６６、６７が固定されている。磁石６６と磁石６７は、振動子６１の端部に対向する着磁面を有し、着磁面は、振動子６１の振動方向に極性が異なる磁極となるように着磁されている。また磁石６６と磁石６７は、対向する着磁面が互いに異なる極性である。触覚制御部としての制御部７０から、コイル６５に対して制御信号としての交流電流を与えることで、振動子６１が振動し、これによって振動素子６０は後述する所定の振動情報を呈示する。すなわち、振動素子６０は、制御部７０（図２）の制御によって、触覚として、所定の振動情報を呈示する。なお、振動素子６０としては、振動子が磁石で形成され、振動子に対向するコイルがケース内に固定されていてもよい。また、振動素子６０を圧電素子で構成し、制御部７０からの制御信号にしたがって振動する構成としてもよい 。
ここで、制御部７０は、Ｔｏｕｃｈｐａｄ制御マイコン、Ｗｉｎｄｏｗｓ ＯＳ、ＰＣ−ＢＩＯＳを含む。

振動素子６０は、制御部７０が与える振動リクエスト信号にしたがって動作し、振動の強弱、振動時間、周期などが変更された振動を呈示する。制御部７０は、静電センサ１０の出力信号に基づいてガラス板４０に対する操作を検知する。制御部７０が検知する操作には、表示部８０における表示オブジェクトの表示態様の変更に関わる操作、例えば、拡大、縮小、回転に関わる操作が含まれる。制御部７０は、このような操作のうち、予め特定し、制御部７０内の記憶部に保存した操作（以下、特定操作と言うことがある）の有無を検知する。この特定操作としては、表示オブジェクトの拡大・縮小では、（１）特定の表示倍率や、（２）現在の表示サイズに対する特定の倍率（比率）があり、このような倍率としては、例えば、整数倍や、整数の逆数、１０％単位の百分率の数値が挙げられる。また、表示オブジェクトの回転では、（１）基準座標における特定の角度や、（２）現状の表示角度に対する回転角度があり、このような角度としては、例えば、１５度単位の角度の数値が挙げられる。制御部７０は、検知した操作が上記特定操作であったか否かを判別し、特定操作であったときは、特定操作に対応する触覚として、所定の振動情報を振動素子６０に呈示させる。呈示される振動情報は、すべての特定操作について共通でもよいが、拡大・縮小の倍率や回転の角度の具体的な数値ごとに、振動の強弱、周期などが異なるものとしてもよい。

また、制御部７０は、表示オブジェクトが基準となる表示態様にもどったかどうかを判別し、基準となる表示態様にもどったと判別したときは、触覚制御部として、所定の振動情報を振動素子６０に呈示させる。この所定の振動情報は、上記特定操作に対応する振動情報とは異なる振動情報とする。また、基準となる表示態様としては、制御部７０で設定されたものと使用者が設定したもののどちらも可能であり、例えば、特定操作を行う前の最初の状態における表示態様とする。

図４〜図６に基づいて、静電センサ１０の構造を説明する。
静電センサ１０は、図６に示すような多層構造のリジッド基板を構成しており、所定の剛性を有する。静電センサ１０はポリカーボネートなどの絶縁基材１１を有し、絶縁基材１１の上方（Ｚ軸方向の上側）に向く表面に、静電用電極である駆動電極２１が形成されている。駆動電極２１の上方は電極間絶縁層１２で覆われており、電極間絶縁層１２の上方に向く表面に、同じく静電用電極であるセンス電極２２が形成されている。また、電極間絶縁層１２の上方に向く表面には、隣り合うセンス電極２２の間に、導電層２３が形成されている。センス電極２２と導電層２３は、上方絶縁層１３で覆われている。

図６に示すように、絶縁基材１１の下方（Ｚ軸方向の下側）の表面の全面に接地電位に設定されるシールド電極層１４が設けられている。シールド電極層１４の下方の表面に、第１下方絶縁層１５が形成されており、第１下方絶縁層１５の下方の表面に配線層１６が形成されている。配線層１６は下方から第２下方絶縁層１７で覆われている。

図４と図５に、静電用電極である駆動電極２１とセンス電極２２および導電層２３の平面パターンが示されている。これら静電用電極は、銅箔をエッチングして形成され、あるいは銀ペーストを使用した印刷工程で形成されている。

複数の駆動電極２１のそれぞれは、Ｘ方向に一定の間隔を空けてＹ方向に連続して延びて形成されている。図５に示すように、駆動電極２１は、四角形状（菱形形状）の主電極部２１ａと主電極部２１ａの間を繋ぐ連結部２１ｂとが交互に連続して一体に形成されている。主電極部２１ａは、連結部２１ｂよりもＸ方向の幅寸法が大きい。

センス電極２２は、Ｙ方向に一定の間隔を空けてＸ方向に向けて連続して形成されている。それぞれのセンス電極２２と、駆動電極２１の連結部２１ｂは電極間絶縁層１２を挟んで交差している。それぞれのセンス電極２２には、駆動電極２１との交差部と交差部との中間に、幅寸法がやや大きくなったセンス作用部２２ａが設けられている。

電極間絶縁層１２の上方に向く表面には、センス電極２２と同じ階層に導電層２３が形成されている。導電層２３は、センス電極２２とは接続されておらず、その下の階層に位置する駆動電極２１にも接続されていない。そのため、センス電極２２の上方に向く表面と、導電層２３の上方に向く表面は、Ｘ−Ｙ平面と平行な同一の仮想平面上に位置している。

センス電極２２とその間の領域に位置する導電層２３は、上方に向く表面が同一面であるため、センス電極２２と導電層２３を覆う上方絶縁層１３の上方に向く表面１３ａを平滑化しやすくなる。そのため、平滑な表面１３ａにシート状の圧電センサ３０を貼着すると、その貼着強度を高いものにできる。したがって、ガラス板４０に対して下向きの押圧力を与えたことによって圧電センサ３０にせん断力が生じても、圧電センサ３０と静電センサ１０との固定状態を維持することができる。また、導電層２３は正方形で、駆動電極２１の主電極部２１ａは菱形であるが、主電極部２１ａと導電層２３は、Ｘ方向とＹ方向の幅寸法がほぼ一致している。駆動電極２１に駆動電力が与えられると、駆動電極２１の主電極部２１ａとその上に位置する導電層２３とが、静電容量を介して結合されることになる。

図６に示すシールド電極層１４は、銅箔や銀ペーストなどで絶縁基材１１の下方（Ｚ軸方向の下側）に向く面の全域を覆うように形成されている。配線層１６は、駆動電極２１とセンス電極２２に導通する配線を含み、複数の配線ラインから構成される。第２下方絶縁層１７の下方に向く表面１７ａに駆動回路を内蔵したＩＣなどが実装されており、それぞれの配線ラインはＩＣなどの接続部に接続されている。

次に、図７と図８に基づいて圧電センサ３０の構造を説明する。
図８に示すように圧電センサ３０はシート状であり、ＰＥＴなどの合成樹脂材料で形成されたフィルム基材３１の上方に向く表面に、第１電極３２と圧電層３３と第２電極３４が上下方向に順に積層されている。第１電極３２はスクリーン印刷で形成されたカーボン電極である。その上に、圧電ペーストがスクリーン印刷されて圧電層３３が形成され、さらに、その上にスクリーン印刷により第２電極３４が形成される。さらに、第２電極３４が絶縁コート３８で覆われる。

圧電ペーストには、ニオブ酸カリウムや、ニオブ酸ナトリウムカリウム、チタン酸バリウムなどのペロブスカイト型強誘電体粉と熱可塑性のポリエステルウレタン樹脂を混ぜたペーストなどが使用される。

図７と図１０に示すように、フィルム基材３１の表面には、複数の第１電極３２が、Ｘ方向に間隔を空けてＺ方向に連続して延びている。圧電層３３には、広幅部３３ａと細幅部３３ｂがＹ方向に向けて交互に形成されている。第２電極３４は、全ての圧電層３３の上に重ねられて、圧電層３３と共にＹ方向に連続して延びている。第２電極３４にも広幅部３４ａと細幅部３４ｂがＹ方向に交互に形成されている。第１電極３２と第２電極３４は同じ形状で同じ寸法であり、上下方向（Ｚ方向）で一致するように重ねられている。

図１０に示すように、圧電センサ３０のフィルム基材３１上のＸ方向に延びる縁部の内側に、全ての第１電極３２に導通する第１電極配線層３５と、全ての第２電極３４に導通する第２電極配線層３６が設けられている。第１電極配線層３５と第２電極配線層３６は、圧電センサ３０から引き出され、図６に示す配線層１６に接続され、または静電センサ１０の下方の表面に実装されたＩＣなどに接続されている。そして、第１電極配線層３５と第２電極配線層３６がＩＣなどに内蔵された駆動検出回路４４に接続されている。

図１０に示すように、駆動検出回路４４では、第１電極配線層３５と第２電極配線層３６がマルチプレクサ４５に接続されている。マルチプレクサ４５により、第１電極配線層３５と第２電極配線層３６の一方がレファレンス電圧Ｖｒｅｆに接続され、他方がフィルタ４６に接続される。マルチプレクサ４５からの検知出力は、フィルタ４６を通過し、アンプ４７で増幅されてコンパレータ４８に与えられる。

図１に示すように、入力装置１００では、静電センサ１０の上面、すなわち、図６に示す上方絶縁層１３の上方に向く表面１３ａに、図８に示す積層構造の圧電センサ３０が積層されて貼着される。このとき、圧電センサ３０は、フィルム基材３１が表面１３ａに向けられて貼着されてもよいし、第２電極３４を覆う絶縁コート３８が表面１３ａに向けられて貼着されていてもよい。

図９に、静電センサ１０に圧電センサ３０が重ねられた領域における、電極の重なり状態が、上方から見た状態で示されている。
圧電センサ３０の、第１電極３２と圧電層３３および第２電極３４は、静電センサ１０の静電用電極のうちの駆動電極２１とセンス電極２２のいずれか一方に沿ってその上方に重なるように配置されている。本実施形態では、全ての第１電極３２と圧電層３３および第２電極３４が、全ての駆動電極２１に沿ってその上方に重なるように配置されている。

ここで、圧電センサ３０の第１電極３２と第２電極３４は同じ形状で同じ寸法であり、上下方向で完全に重ねられている。図９に示すように、第１電極３２と第２電極３４の広幅部３４ａは、駆動電極２１の主電極部２１ａおよびその上に位置する導電層２３のさらにその上方に重ねられている。

次に、入力装置１００の動作を説明する。まず、静電センサ１０と圧電センサ３０における検知動作に関して説明する。
入力装置１００では、図１０に示す駆動検出回路４４が常に動作しており、第１電極３２と第２電極３４のいずれか一方にレファレンス電圧Ｖｒｅｆが与えられ、他方の電位変化がフィルタ４６を通過しアンプ４７で増幅されてコンパレータ４８に与えられる。

図１１（Ａ）には、上方からガラス板４０の表面のいずれかの箇所が指などで押されたとき（加圧時）と、指が離れるとき（減圧時）の第１電極３２と第２電極３４との間の電圧の変化が圧電出力として示されている。図１１（Ａ）に示す圧電出力は、圧電センサ３０の撓み加速度の変動に応じて変化する。図１１（Ｂ）に示すように、コンパレータ４８では、正の加速度で得られた電圧変化が波形整形されてＯＮ出力とされ、負の加速度で得られた電圧変化が波形整形されてＯＦＦ出力とされる。

制御部７０では、図１１（Ｂ）に示すＯＮ出力が得られたときに、指などで入力装置１００が押されたことが検知され、ＯＦＦ出力が得られたときに、指などが入力装置１００から離れたことが検知される。

図９に示すように、圧電センサ３０の第１電極３２と第２電極３４の広幅部３４ａは、導電層２３の表面で比較的広い面積を有して形成されているため、操作面の全体面積に対する第１電極３２と第２電極３４の面積比を２０％以上で、好ましくは３０％以上に確保できる。そのため、圧電センサ３０の検知感度を高くすることが可能である。

図９に示すように、第１電極３２と第２電極３４の広幅部３４ａは、その辺がＸ−Ｙ方向に対して角度を有して延びる菱形形状であり、導電層２３はその辺がＸ−Ｙ方向に延びる四角形である。そのため、上方から見たときに、導電層２３の４か所の角部のそれぞれが、第１電極３２と第２電極３４の広幅部３４ａからはみ出ている。また、センス電極２２は、隣り合う導電層２３の間を通過してＸ方向に延びている。

図９に示すように、静電センサ１０は、圧電センサ３０の第１電極３２と第２電極３４の広幅部３４ａが存在していない領域が主な静電検知領域Ｓとなる。この静電検知領域Ｓは、複数の広幅部３４ａに囲まれた領域であり、その周囲４か所が、広幅部３４ａから露出している導電層２３の角部で囲まれ、中央部をセンス電極２２が通過している。

静電センサ１０は、複数の駆動電極２１に順番に駆動電圧が与えられるが、駆動電極２１の主電極部２１ａと浮遊状態にある導電層２３とが静電容量を介して結合されるため、静電検知領域Ｓでは、導電層２３からセンス電極２２に至る電界が、入力装置１００のガラス板４０の上方に形成される。そのため、センス電極２２に流れる電流値の変化を順番に監視することによって、ガラス板４０の表面に触れた指の座標位置を比較的高感度に検知することができる。

図９に示すように、圧電センサ３０の第１電極３２と第２電極３４を、静電センサ１０の駆動電極２１に沿うように重ね、第１電極３２と第２電極３４の広幅部３４ａを、駆動電極２１の幅広の主電極部２１ａと導電層２３の上に重ねることで、第１電極３２と第２電極３４の専有面積を可能な限り広くでき、圧電センサ３０の検知感度を高めることができる。しかも、主電極部２１ａあるいはこれと結合されている導電層２３を第１電極３２と第２電極３４とからはみ出させることで、第１電極３２と第２電極３４が存在していない領域を検知感度の高い静電検知領域Ｓに設定することが可能である。

なお、接触センサと押圧センサは上記構成に限定されない。例えば、押圧センサは、圧電センサに限らず、抵抗式、静電容量式等の他の方式の押圧センサが用いられても良い。また、押圧センサは接触センサの基板の下側に配置されても良いし、接触センサの基板の４隅に配置されても良い。

次に、図１２から図１４の振動処理の流れを示すフローチャートを参照して触覚の呈示に関して説明する。図１２は、表示オブジェクトの拡大・縮小のためのピンチ操作（Ｐｉｎｃｈ操作）に関する振動リクエスト判別処理の流れを示すフローチャート、図１３は、表示オブジェクトの回転操作（Ｒｏｔａｔｅ操作）に関する振動リクエスト判別処理の流れを示すフローチャート、図１４は、振動の種類選択のフローチャートである。図１２〜図１４では、ガラス板４０上において、２本の指による操作によって、表示オブジェクトの拡大・縮小又は回転の操作が行われる場合について説明するが、本発明はこれ以外の操作による表示オブジェクトの変更についても適用可能である。

＜ピンチ操作処理＞（図１２）
図１２に示す処理においては、まず、制御部７０は、ガラス板４０上において２本の指による操作（Ｇｅｓｔｕｒｅ操作）が行われたかどうかを検知する（ステップＳ１１）。検知されないとき（ステップＳ１１でＮＯ）は、検知されるまで待機、又は、処理を終了する。これに対して、２本指による操作が行われたことが検知されたとき（ステップＳ１１でＹＥＳ）は、現在表示されている表示オブジェクトについて初回の検知であるか否かを判別する（ステップＳ１２）。この判別は、制御部７０が備える記憶部（不図示）に、「倍率１００％情報」やＨａｐｔｉｃＳｔｅｐ値が保存されているか否かで判別する。ここで、「倍率１００％情報」と、図１３のステップＳ３３における「０−ｄｅｇｒｅｅ情報」とが共通している場合には、「０−ｄｅｇｒｅｅ情報」が記憶部に保存されているか否かによっても上記判別が可能である。

上記ステップＳ１２において初回の検知であると判別したとき（ステップＳ１２でＹＥＳ）は、現在表示されている表示オブジェクト、すなわち現コンテンツの情報を取得し、「倍率１００％情報」として、制御部７０が備える記憶部に保存する（ステップＳ１３）。コンテンツ情報は、表示部８０に表示オブジェクトを生成させる画像生成部８１から制御部７０が取得し、少なくともオブジェクトの全体サイズ、オブジェクト中で任意に設定した複数の指定点の座標情報が含まれる。さらに、制御部７０は、表示オブジェクトの倍率をＨａｐｔｉｃ分解能で割った値（ＨａｐｔｉｃＳｔｅｐ値、ｈａｐｓｔｅｐ［０］）を算出し、上記記憶部に保存する（ステップＳ１４）。Ｈａｐｔｉｃ分解能は、特定操作の検知のための分解能であって、触覚呈示の区切りとしたい拡大・縮小率の最小値に対応し、例えば、１０％、２０％、・・・、８０％、９０％、１００％、１１０％、１２０％、・・・と１０％間隔で区切りとしたい場合のＨａｐｔｉｃ分解能は１０に設定する。したがって、表示オブジェクトの現倍率が区切りとしたい倍率であるときは、ＨａｐｔｉｃＳｔｅｐ値が整数になり、そうでないときは小数を伴った数となる。Ｈａｐｔｉｃ分解能は予め設定され、記憶部に保存された固定値であるが、使用者が変更可能である。例えば、使用者がドライバ又はアプリケーションのユーザインターフェイスから変更できる。

一方、上記ステップＳ１２において初回の検知ではないと判別したとき（ステップＳ１２でＮＯ）、制御部７０は、静電センサ１０からの出力信号に基づいて、その操作がピンチ操作であるか否かを判別する（ステップＳ１５）。ピンチ操作でなかったときは処理を終了する（ステップＳ１５でＮＯ）。

上記ステップＳ１５においてピンチ操作であると判別したとき（ステップＳ１５でＹＥＳ）、ピンチ操作のメッセージ出力のための閾値（ｐｉｎｃｈ＿ｔｈｒｅｓｈ）をＡ１に設定（ステップＳ１６）し、さらに、Ｈａｐｔｉｃ分解能（ｒｅｓｏｌ＿ｐｉｎｃｈ）をＢ１に設定する（ステップＳ１７）。

次に、制御部７０は、ピンチ操作開始時の操作による押圧力が閾値（所定値）以上であるか否かを判断する（ステップＳ１８）。この押圧力が閾値以上であった場合（ステップＳ１８でＹＥＳ）、ピンチ操作のメッセージ出力のための閾値（ｐｉｎｃｈ＿ｔｈｒｅｓｈ）をＡ２に変更する（ステップＳ１９）し、さらに、Ｈａｐｔｉｃ分解能（ｒｅｓｏｌ＿ｐｉｎｃｈ）をＢ２に変更する（ステップＳ２０）。

ここで、ステップＳ１９で設定する閾値Ａ２は、ステップＳ１６で設定する閾値Ａ１と異なる値とすることが好ましいが、閾値Ａ１と同じ値としてもよい。また、ステップＳ２０で設定する分解能Ｂ２は、ステップＳ１７で設定する分解能Ｂ１と異なる値とすることが好ましいが、分解能Ｂ１と同じ値としてもよい。閾値Ａ２を閾値Ａ１と同じ値にし、分解能Ｂ２を分解能Ｂ１と同じ値にする場合は、上記ステップＳ１８、Ｓ１９、及び、Ｓ２０を省略してもよい。また、閾値Ａ２と分解能Ｂ２は、ピンチ操作開始時の押圧力の大きさに応じて、予め段階的に設定した複数の値のいずれかに設定しても良い。これにより、使用者の感覚的な操作で容易に閾値や分解能を変えることができる。

上記ステップＳ１９とＳ２０の実行後、及び、上記ステップＳ１８において押圧力が閾値未満であった場合（ステップＳ１８でＮＯ）、表示コンテンツが前回の状態に対して、閾値「ｐｉｎｃｈ＿ｔｈｒｅｓｈ」以上変化していれば所定のＰｉｎｃｈメッセージを出力する（ステップＳ２１）。ここで判断する変化は、表示コンテンツのサイズの変化である。

次に、制御部７０は、現在表示されている表示オブジェクト、すなわち現コンテンツの情報を取得し、上記複数の特徴点の座標の変化などに基づいて、初回の検知で取得した「倍率１００％情報」に対する拡大又は縮小の倍率を算出し、記憶部に保存する（ステップＳ２２）。つづいて、ステップＳ２２で算出した倍率をＨａｐｔｉｃ分解能で割った値（ＨａｐｔｉｃＳｔｅｐ値、ｈａｐｓｔｅｐ［１］）を算出し、上記記憶部に保存する（ステップＳ２３）。

次に、制御部７０は、ステップＳ２３で算出したＨａｐｔｉｃＳｔｅｐ値（ｈａｐｓｔｅｐ［１］）が、前回算出したＨａｐｔｉｃＳｔｅｐ値（ｈａｐｓｔｅｐ［０］）から変化しているか否かを判別する（ステップＳ２４）。このステップＳ２４において、ＨａｐｔｉｃＳｔｅｐ値に変化があったときは図１４に示す振動リクエスト発行処理（ステップＳ５０）を実行し、変化がなかったときは処理を終了する。なお、ＨａｐｔｉｃＳｔｅｐ値の比較は整数部だけで行うことが好ましく、これにより、わずかな表示オブジェクトの変化に対してはフィードバックを返さないようにする。

ここで、３回目以降のピンチ操作処理においては、上記ステップＳ２２で算出した倍率、及び、ステップＳ２３で算出したＨａｐｔｉｃＳｔｅｐ値（ＨａｐｔｉｃＳｔｅｐ［１］）を最新の算出値に更新する。

＜回転操作処理＞（図１３）
図１３に示す処理においては、まず、制御部７０は、ガラス板４０上において２本の指による操作が行われたかどうかを検知する（ステップＳ３１）。検知されないとき（ステップＳ３１でＮＯ）は、検知されるまで待機、又は、処理を終了する。これに対して、２本指による操作が行われたことが検知されたとき（ステップＳ３１でＹＥＳ）は、現在表示されている表示オブジェクトについて初回の検知であるか否かを判別する（ステップＳ３２）。この判別は、制御部７０が備える記憶部に、「０−ｄｅｇｒｅｅ情報」やＨａｐｔｉｃＳｔｅｐ値が保存されているか否かで判別する。ここで、「０−ｄｅｇｒｅｅ情報」と、図１２のステップ１３に示す「倍率１００％情報」とが共通している場合には、「倍率１００％情報」が記憶部に保存されているか否かによっても上記判別が可能である。

上記ステップＳ３２において初回の検知であると判別したとき（ステップＳ３２でＹＥＳ）は、現在表示されている表示オブジェクト、すなわち現コンテンツの情報を取得し、「０−ｄｅｇｒｅｅ情報」として、制御部７０が備える記憶部に保存する（ステップＳ３３）。さらに、制御部７０は、表示オブジェクトの現角度をＨａｐｔｉｃ分解能で割った値（ＨａｐｔｉｃＳｔｅｐ値、ｈａｐｓｔｅｐ［０］）を算出し、上記記憶部に保存する（ステップＳ３４）。このＨａｐｔｉｃＳｔｅｐ値は、ピンチ操作についてのものと回転操作についてのものを区別して保存される。ここで用いるＨａｐｔｉｃ分解能は、触覚呈示の区切りとしたい回転角度の最小値に対応し、例えば、・・・、−３０度、−１５度、０度、１５度、３０度、・・・と１５度間隔で区切りとしたい場合のＨａｐｔｉｃ分解能は１５に設定する。したがって、表示オブジェクトの現角度が区切りとしたい回転角度であるときは、ＨａｐｔｉｃＳｔｅｐ値が整数になり、そうでないときは小数を伴った数となる。ここで、Ｈａｐｔｉｃ分解能は予め設定され、記憶部に保存された固定値であるが、使用者が変更可能である。例えば、使用者がドライバ又はアプリケーションのユーザインターフェイスから変更できる。

一方、上記ステップＳ３２において初回の検知ではないと判別したとき（ステップＳ３２でＮＯ）、制御部７０は、静電センサ１０からの出力信号に基づいて、その操作が回転操作であるか否かを判別する（ステップＳ３５）。回転操作でなかったときは処理を終了する（ステップＳ３５でＮＯ）。

上記ステップＳ３５において回転操作であると判別したとき（ステップＳ３５でＹＥＳ）、回転操作のメッセージ出力のための閾値（ｒｏｔ＿ｔｈｒｅｓｈ）をＡ１１ に設定（ステップＳ３６）し、さらに、Ｈａｐｔｉｃ分解能（ｒｅｓｏｌ＿ｒｏｔ）をＢ１１に設定する（ステップＳ３７）。

次に、制御部７０は、回転操作開始時の操作による押圧力が閾値（所定値）以上であるか否かを判断する（ステップＳ３８）。この押圧力が閾値以上であった場合（ステップＳ３８でＹＥＳ）、回転操作のメッセージ出力のための閾値（ｒｏｔ＿ｔｈｒｅｓｈ）をＡ１２に変更する（ステップＳ３９）し、さらに、Ｈａｐｔｉｃ分解能（ｒｅｓｏｌ＿ｒｏｔ）をＢ１２に変更する（ステップＳ４０）。

ここで、ステップＳ３９で設定する閾値Ａ１２は、ステップＳ３６で設定する閾値Ａ１１と異なる値とすることが好ましいが、閾値Ａ１１と同じ値としてもよい。また、ステップＳ４０で設定する分解能Ｂ１２は、ステップＳ３７で設定する分解能Ｂ１１と異なる値とすることが好ましいが、分解能Ｂ１１と同じ値としてもよい。閾値Ａ１２を閾値Ａ１１と同じ値にし、分解能Ｂ１２を分解能Ｂ１１と同じ値にする場合は、上記ステップＳ３８、Ｓ３９、及び、Ｓ４０を省略してもよい。また、閾値Ａ１２と分解能Ｂ１２は、回転操作開始時の押圧力の大きさに応じて、予め段階的に設定した複数の値のいずれかに設定しても良い。これにより、使用者の感覚的な操作で容易に閾値や分解能を変えることができる。

上記ステップＳ３９とＳ４０の実行後、及び、上記ステップＳ３８において押圧力が閾値未満であった場合（ステップＳ３８でＮＯ）、表示コンテンツが前回の状態に対して、閾値「ｒｏｔ＿ｔｈｒｅｓｈ」以上変化していれば所定のＲｏｔａｔｅメッセージを出力する（ステップＳ４１）。ここで判断する変化は、表示コンテンツの回転角度である。

制御部７０は、現在表示されている表示オブジェクト、すなわち現コンテンツの情報を取得し、上記複数の指定点の座標の変化などに基づいて、初回の検知で取得した「０−ｄｅｇｒｅｅ情報」に対する回転角を算出し、記憶部に保存する（ステップＳ４２）。つづいて、ステップＳ４２で算出した回転角をＨａｐｔｉｃ分解能で割った値（ＨａｐｔｉｃＳｔｅｐ値、ｈａｐｓｔｅｐ［１］）を算出し、上記記憶部に保存する（ステップＳ４３）。

次に、制御部７０は、ステップＳ４３で算出したＨａｐｔｉｃＳｔｅｐ値（ｈａｐｓｔｅｐ［１］）が、前回算出したＨａｐｔｉｃＳｔｅｐ値（ｈａｐｓｔｅｐ［０］）から変化しているか否かを判別する（ステップＳ４４）。このステップＳ４４において、ＨａｐｔｉｃＳｔｅｐ値に変化があったときは図１４に示す振動リクエスト発行処理（ステップＳ５０）を実行し、変化がなかったときは処理を終了する。ＨａｐｔｉｃＳｔｅｐ値の比較は整数部だけで行うことが好ましく、これにより、わずかな表示オブジェクトの変化に対してはフィードバックを返さないようにする。

ここで、３回目以降の回転操作処理においては、上記ステップＳ４２で算出した回転角、及び、ステップＳ４３で算出したＨａｐｔｉｃＳｔｅｐ値（ＨａｐｔｉｃＳｔｅｐ［１］）を最新の算出値に更新する。

＜振動リクエスト発行処理＞（図１４）
制御部７０は、まず、図１２に示すピンチ操作処理または図１３に示す回転操作処理によって得られたＨａｐｔｉｃＳｔｅｐ値について、２回目以降の操作の最新の値（ｈａｐｓｔｅｐ［１］）（図１２のステップＳ２３、図１３のステップＳ４３）が、初回の値（ｈａｐｓｔｅｐ［０］）（図１２のステップＳ１４、図１３のステップＳ３４）よりも増加したか否かを判別する（ステップＳ５１）。

ＨａｐｔｉｃＳｔｅｐ値が増加している場合（ステップＳ５１でＹＥＳ）（ｈａｐｓｔｅｐ［１］＞ｈａｐｓｔｅｐ［０］）、ｈａｐｓｔｅｐ［０］を１だけ加算する（ステップＳ５２）。一方、ＨａｐｔｉｃＳｔｅｐ値が増加していない場合（ステップＳ５１でＮＯ）は、ＨａｐｔｉｃＳｔｅｐ値が減少したか否かを判別する（ステップＳ５３）。ＨａｐｔｉｃＳｔｅｐ値が減少していた場合（ステップＳ５３でＹＥＳ）は、ｈａｐｓｔｅｐ［０］を１だけ減算（ステップＳ５４）する。ここで、ＨａｐｔｉｃＳｔｅｐ値が減少していなかった場合（ステップＳ５３でＮＯ）は、ＨａｐｔｉｃＳｔｅｐ値に変化がなかった、すなわち、表示オブジェクトのサイズ変更と回転のいずれも行われていないため処理を終了する。

次に、制御部７０は、上記ステップＳ５２で加算され、又は、ステップＳ５４で減算されたｈａｐｓｔｅｐ［０］が所定値の倍数であるか否かを判別する（ステップＳ５５）。これにより、初回のコンテンツ（図１２のステップＳ１３、図１３のステップＳ３３）に対してどれだけ拡大・縮小、又は、回転されたかを判別でき、倍数であった場合（ステップＳ５５でＹＥＳ）は振動パターンＢを選択（ステップＳ５６）し、倍数ではなかった場合（ステップＳ５５でＮＯ）は、前記パターンＢとは異なる振動パターンＡを選択する（ステップＳ５７）。制御部７０は、前記ステップＳ５６、Ｓ５７で選択された振動パターンにしたがって振動リクエストを発行し、これにしたがって振動素子６０は対応する振動情報を呈示する。

ここで、振動パターンＡと振動パターンＢの選択（ステップＳ５５〜Ｓ５７）については、ドライバ又はアプリケーションが指示する角度や倍率の条件を満たしたとき（ステップＳ５５でＹＥＳ）は振動パターンＢを選択（ステップＳ５６）し、上記条件を満たさなかった場合（ステップＳ５５でＮＯ）は、振動パターンＢとは異なる振動パターンＡを選択する（ステップＳ５７）こととしてもよい。

以上のように構成されたことから、上記実施形態によれば、表示オブジェクトの表示態様の変更が区切りとなる特定操作であるとき、より具体的には、Ｈａｐｔｉｃ分解能で割った値が整数となるような表示倍率や回転角度となるような接触操作が行われたとき、操作部としてのガラス板４０の表面のパッド面４１（操作面）に触れる使用者に触覚が呈示される。このため、表示オブジェクトの表示態様の変更時に使用者が表示オブジェクトを注視し続ける必要がなくなることから、使用者にかかる負担を軽減できて作業効率の低下を防ぐことができ、かつ、所望の表示態様を正確に得ることが可能となる。

以下に変形例について説明する。
表示態様の変更が行われた後に、表示態様の変更が行われる前のもとの表示態様にもどるようにし、さらに、表示オブジェクトがもとの表示態様にもどった時に、これに対応する触覚を触覚呈示部としての振動素子６０に呈示させることが好ましい。これによって使用者は表示オブジェクトがもとにもどったことを容易に認識することが可能となる。

制御部７０と表示部８０は、図１に示す入力装置１００に両者を組み込んでも良いし、一方又は両者ともに、別体の外部機器（例えばコンピュータシステム）に組み込んでも良い。
Ｈａｐｔｉｃ分解能は、任意の値に任意のタイミングで設定できる

振動素子６０によって呈示する振動情報は、区切りの倍率・角度ごとに同じものを呈示してもよいし、倍率・角度ごとに異なるものを呈示してもよい。振動情報としては、例えば、強度、方向、周期を変更する。また、振動情報に加えて、音を出したり、オブジェクトを追加して表示したり、又は、温感や冷感を呈示するなどにより、表示態様の変更を使用者が認識しやすくなる。

押圧センサとしての圧電センサ３０が押圧を検知したときにも振動情報を呈示するようにすると、静電センサ１０が検知する接触操作と圧電センサ３０が検知する押圧操作を、使用者が適切に区別して行えるようになる。

また、例えば、使用者がパッド面４１でピンチ操作を行う場合に押圧操作を伴わないときは、振動を呈示せずに連続的に表示を拡大・縮小し、また、パッド面４１を押し込んだ状態でピンチ操作を伴うときは、拡大・縮小が所定倍率単位になるたびに振動を呈示するというようにしても良い。

さらにまた、使用者がパッド面４１で回転操作を行う場合に押圧操作を伴わないときは、振動を呈示せずに連続した表示を回転させ、また、パッド面４１を押し込んだ状態で回転操作を行ったときは、回転が所定倍率単位になるたびに、振動を呈示するというように設定しても良い。

また、ピンチ操作が行われたときに圧電センサ３０が検知した圧力が閾値以上である場合、その圧力に応じて触覚の呈示の頻度を変化させるとよい。これにより、使用者に対して、操作時の押圧力の大小を感覚的に精度良く呈示することができる。

図１５（Ａ） は上記実施形態の変形例に係る入力装置２００の側面図、（Ｂ）は入力装置２００の平面図である。図１５（Ａ）、（Ｂ）に示す入力装置２００においては、静電センサ１１０の上に２つの圧電センサ１３０Ａ、１３０Ｂとスペーサ１６５が配置されている。スペーサ１６５は、平面視において、２つの圧電センサ１３０Ａ、１３０Ｂの間に配置されている。また、一方の圧電センサ１３０Ａは、平面視において、ガラス板１４０のＸ方向の一方の端面１４１をまたぐように配置され、他方の圧電センサ１３０Ｂはガラス板１４０の他方の端面１４２をまたぐように配置されている。

静電センサ１１０の底面１１０ａの四隅には、図１に示す入力装置１００と同様に４つのサスペンション１５１、１５２、１５３、１５４が配置され、上記底面１１０ａの中央には振動素子１６０が設けられている。ここで、静電センサ１１０、ガラス板１４０、サスペンション１５１、１５２、１５３、１５４、及び、振動素子１６０は、上記実施形態の静電センサ１０、ガラス板４０、サスペンション５１、５２、５３、５４、及び、振動素子６０とそれぞれ同様の構成である。圧電センサ１３０Ａ、１３０Ｂは、上記実施形態の圧電センサ３０に対して、平面形状は異なるが、平面形状以外の構成は同様のものである。

スペーサ１６５は、例えば非導電性の合成樹脂で形成され、圧電センサ１３０Ａ、１３０Ｂよりも薄く形成されている。したがって、ガラス板１４０に外力が加わっていない状態では、ガラス板１４０との間に隙間を有している一方、ガラス板１４０に所定の大きさの外力が加わった状態では、ガラス板１４０の底面と接触する。

入力装置２００に対してＺ軸方向の上側から外力としての押圧力が加わったときに、圧電センサ１３０Ａ、１３０Ｂはガラス板１４０に対応する範囲が押圧される。ここで、弾性率の違いにより、サスペンション１５１〜１５４の収縮量よりも、接着剤で支持された圧電センサ１３０Ａ、１３０Ｂの変形量の方が大きくなるため、圧電センサ１３０Ａ、１３０Ｂにおいて、上記押圧の方向（上下方向）にせん断力が与えられ、ガラス板１４０に対応する範囲の圧電センサ１３０Ａ、１３０Ｂが下側へ収縮する。このように、２つの圧電センサ１３０Ａ、１３０Ｂを用い、それぞれをガラス板１４０の端面をまたぐように配置したことにより、ガラス板１４０に対する押圧力がせん断力として集中してかかるため、検知感度を高めることができる。

本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。

以上のように、本発明に係る入力装置は、表示オブジェクトの表示態様を変更するとき、又は、変更した表示態様をもとの態様にもどすときに使用者にかかる負担を軽減でき、かつ、所望の表示態様を正確に得ることができる点で有用である。

１０ 静電センサ（接触センサ）
１１ 絶縁基材
１２ 電極間絶縁層
１３ 上方絶縁層
１４ シールド電極層
１５ 第１下方絶縁層
１６ 配線層
１７ 第２下方絶縁層
２１ 駆動電極
２２ センス電極
２３ 導電層
３０ 圧電センサ（押圧センサ）
３１ フィルム基材
３２ 第１電極
３３ 圧電層
３４ 第２電極
３５ 第１電極配線層
３６ 第２電極配線層
３８ 絶縁コート
４０ ガラス板（操作部）
４４ 駆動回路
５１、５２、５３、５４ サスペンション
６０ 振動素子（触覚呈示部）
７０ 制御部（触覚制御部）
８０ 表示部
１００ 入力装置
１１０ 静電センサ（接触センサ）
１３０Ａ、１３０Ｂ 圧電センサ（押圧センサ）
１４０ ガラス板（操作部）
１５１、１５２、１５３、１５４ サスペンション
１６０ 振動素子（触覚呈示部）
１６５ スペーサ
２００ 入力装置

Claims (6)

1. 表示オブジェクトの表示態様の変更に関わる接触操作が行われる操作部と、
   前記操作部に対する接触操作を検知する接触センサと、
   前記操作部に対する押圧操作を検知する押圧センサと、
   前記接触センサが検知した操作に対応した触覚を呈示する触覚呈示部と、
   前記触覚呈示部が呈示する触覚を制御する触覚制御部とを備え、
   前記触覚制御部は、前記接触センサが検知した操作が、上記表示態様の変更のうちで予め特定した特定操作であったときに、その特定操作に対応する触覚を前記触覚呈示部に呈示させることを特徴とする入力装置。
2. 前記表示態様の変更に関わる操作には、前記表示オブジェクトの拡大及び縮小に関わる操作が含まれ、前記特定操作は、前記表示オブジェクトを特定の倍率で拡大又は縮小する操作である請求項１に記載の入力装置。
3. 前記表示態様の変更に関わる操作には、表示オブジェクトの回転に関わる操作が含まれ、前記特定操作は、前記表示オブジェクトを特定の角度で回転させる操作である請求項１又は請求項２に記載の入力装置。
4. 前記触覚制御部は、前記表示オブジェクトがもとの表示態様にもどる時に、これに対応する触覚を前記触覚呈示部に呈示させる請求項２又は請求項３に記載の入力装置。
5. 前記特定操作が行われたときに前記押圧センサが検知した圧力が所定値以上の場合と前記所定値未満の場合とで、前記特定操作の検知のための分解能を変化させる請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の入力装置。
6. 前記特定操作が行われたときに前記押圧センサが検知した圧力が前記所定値以上の場合、前記圧力に応じて前記触覚の呈示の頻度を変化させる請求項５に記載の入力装置。

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