JP2019133249A - 入力装置 - Google Patents

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秀樹 伊藤
徹也 登丸
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Abstract

【課題】目標の位置に向けて引込み力を与えながら、目標の位置領域において、より正確に操作体を停止させることのできる入力装置を提供する。【解決手段】入力装置において、制御部150は、指Fが操作領域123a以外の操作面123に接触しているときに、タッチセンサ110による操作状態から推定される指の移動方向に往復する面方向の振動を、駆動部130によって操作面に発生させ、面方向の振動の往路側と復路側とにおいて、往路側での振動の速度あるいは加速度を復路側での振動の速度あるいは加速度よりも小さくなるように制御する。加えて、制御部は、指が移動して、操作領域内に入ると、駆動部による面方向の振動の発生を停止させ、静電気付与部120を作動させて、指に静電気を付与し、操作面に対する吸着力を発生させる。【選択図】図3

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、接触面を支持する筐体と、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
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。
そこで、先の出願(特願2017−44196)において、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入力装置が提案されている。
この入力装置では、振動の速度あるいは加速度が大きい方向においては、操作面と操作体との間に滑りを発生させて、慣性の法則によって、操作体は、操作面の動きに追従しにくく、その位置に取り残されるようになっている。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、操作面と操作体との間の摩擦力が作用して、慣性の法則によって、操作体には、操作面の動きと共に移動される力が働きやすくなっている。
つまり、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が得られるようすることで、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が解消されるようになっている。
しかしながら、上記のように引込み力が得られるものの、操作者は、操作面上を直接目視せずに操作する場合が多く、また、操作体の動きに伴う慣性の差等よっては、例えば、操作アイコンに相当するような目標とする操作面上の位置に正確に操作体を停止させることができない場合があった。
本発明の目的は、上記問題に鑑み、目標の位置に向けて引込み力を与えながら、目標の位置領域において、より正確に操作体を停止させ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、操作面(123)に対する操作体(F)の操作状態を検出する検出部(110)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(150)と、
操作面の拡がる面方向に操作面を振動させる駆動部(130)と、を備える入力装置において、
操作面には、所定の機器に対する操作用の操作領域(123a)が予め設定されており、
電圧を発生させて、操作面に接触する前記操作体に対して静電気を付与する静電気付与部(120)が設けられ、
制御部は、操作体が操作領域以外の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方向に往復する面方向の振動を、駆動部によって操作面に発生させ、面方向の振動の往路側と復路側とにおいて、往路側での振動の速度あるいは加速度を復路側での振動の速度あるいは加速度よりも小さくなるように制御すると共に、操作体が移動して、操作領域内に入ると、駆動部による面方向の振動の発生を停止させ、静電気付与部を作動させて、操作体に静電気を付与し、操作面に対する吸着力を発生させることを特徴としている。
この発明によれば、制御部(150)によって、操作面(123)において、操作体(F)の移動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(復路側)においては、慣性の法則によって、操作体(F)は、操作面(123)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(往路側)においては、慣性の法則によって、操作体(F)には、操作面(123)の動きと共に移動される力(摩擦力)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(往路側)に引込まれる形となる。
よって、操作面(123)において、操作体(F)の移動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。
加えて、操作体(F)が移動して、操作領域(123a)内に入ると、静電気付与部(120)が作動され、操作体(F)に静電気が付与され、この静電気よって操作体(F)には、操作面(123)に対する吸着力が発生する。したがって、この吸着力によって、操作体(F)を操作領域(123a)内に、より正確に停止させることができる。
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。 入力装置を示すブロック図である。 第1実施形態における入力装置、および操作者の指を示す側面図である。 第1実施形態における操作面を示す平面図である。 操作者の指の動きに対する振動信号と、静電気信号の制御状態を示す説明図である。 第1実施形態における引込み時の振動の強さ(加速度)を示すグラフである。 第1実施形態における停止時の静電気信号、および静電気電圧を示すグラフである。 第2実施形態における操作面を示す平面図である。 第3実施形態における引込み時の振動の強さ(加速度)、および静電気信号を付加するタイミングを示すグラフである。 第4実施形態における停止時の静電気信号、および静電気電圧を示すグラフである。 その他の実施形態における入力装置、および操作者の指を示す側面図である。
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11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、Controller Area Network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、ナビゲーション装置50に対する操作用の各種操作ボタンが表示されるようになっている。各種操作ボタンは、例えば、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ボタンであり、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、後述する操作面123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が表示されるようになっている。
入力装置100は、図1〜図4に示すように、車両10のセンターコンソール12にて、アームレスト13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、タッチセンサ110、静電気付与部120、駆動部130、筐体140、および制御部150等を備えている。
タッチセンサ110は、操作面123の裏面側に設けられており、例えば、静電容量式の検出部となっている。タッチセンサ110は、矩形の平板状に形成されており、センサ表面に対する指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110は、操作面123に対して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150と接続されている。各電極は、センサ表面に近接する指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150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110としては、上記静電容量式のものに限らず、他の感圧式等、各種タイプのものを使用することができる。
静電気付与部120は、操作面123に接触する指Fに対して電圧(静電気電圧)を印加することで静電気を付与するものであり、タッチセンサ110の操作者側に設けられている。静電気付与部120は、導体121、絶縁体122、操作面123、および交流電源124等を有している。
導体121は、タッチセンサ110と同様に矩形の平板状に形成された導電性の部材であり、タッチセンサ110の操作者側に設けられている。導体121は、導電性を有する金属部材、例えば、銅、銀、アルミニウム等によって形成されている。導体121には、交流電源124からの交流電圧が印加されるようになっている。
絶縁体122は、矩形の平板状に形成された絶縁性の部材であり、導体121の操作者側に重なるように設けられている。絶縁体122は、絶縁性を有する、例えば、ガラス、ゴム、プラスティック等によって、形成されている。
操作面123は、絶縁体122の操作者側の面として形成されており、いわゆるタッチパッド面を形成している。操作面123は、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。
操作面123は、アームレスト13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F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123には、表示画面52上の各種操作ボタンにそれぞれ対応する操作領域123a(図5(a))が予め設定されている。
操作面123上の操作領域123aにおいては、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。
交流電源124は、交流電圧を生成する電源部であり、生成した交流電圧を導体121の全体にわたって一様に印加するようになっている。印加される電圧は、例えば、60〜200ボルト程度である。尚、操作面123に接触する指Fは、接地電位とされている。
交流電源124は、制御部150から出力される静電気信号(図5(c))に基づいて、交流電圧を生成する。交流電源124は、生成される交流電圧の振幅、および周波数を変えることができるようになっている。交流電源124によって生成される電圧波形は、例えば、矩形の電圧波形となっている(図7(b))。尚、電圧波形は、矩形の波形に限らず、三角波形、三角関数波形等としてもよい。
駆動部130は、操作面123の拡がる面方向(x、y軸の2軸方向)に操作面123を振動させるようになっており、タッチセンサ110の操作者とは反対側面の中央部に設けられている。駆動部130は、タッチセンサ110、導体121、および絶縁体122を介して操作面123を振動させるようになっている。駆動部130は、制御部150と接続されており、制御部150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130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。駆動部130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123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123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。
筐体140は、板状に形成されており、上記駆動部130の操作者とは反対側面を支持する支持部となっており、例えば、センターコンソール12の内部に配置されている。
制御部150は、CPU、RAM、および記憶媒体等を有している。制御部150は、タッチセンサ110から得られる信号から、指Fの操作状態として、操作面123上における指Fの接触位置(操作領域123a以外、あるいは操作領域123a内)、操作面123上で、操作領域123a以外の領域から一番近い操作領域123aへの方向、および一番近い操作領域123aまでの距離等を取得する。また、制御部150は、取得した指Fの接触位置に基づいて、液晶ディスプレイ51におけるポインタの座標を演算して、液晶ディスプレイ51にポインタを表示させる。加えて、制御部150は、操作状態として、操作面123上において、いずれかの操作領域123aでの押込み操作の有無等を取得し、押込み操作に基づいて、ナビゲーション装置50に対する入力を行う。
そして、制御部150は、これらの操作状態に応じて、駆動部130による振動の発生状態、および静電気付与部120による指Fへの静電気付与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5〜図7を加えて説明する。
まず、制御部150は、操作者の指Fの移動先となる操作領域123aへの引込みの制御を行う。制御部150は、タッチセンサ110から得られる信号(指Fの操作状態)によって、指Fが操作面123にタッチ(接触)しているか否かを判定する。尚、指Fが操作面123にタッチされると、表示画面52におけるポインタの表示が有効となって、操作面123上における指Fの位置に対応するように、ポインタが表示画面52に表示される。
以下、図5(a)に示すように、操作面123上において、指Fが操作領域123a以外の位置(スタート位置)から、所定の操作領域123a(一番近い操作領域123a)に移動(ここでは右方向移動)される場合を1つのモデルとして説明する。スタート位置というのは、例えば、指Fが操作面123にタッチしたエリアの重心位置としている。尚、図5(a)では、タッチエリアとスタート位置の説明用として、タッチエリアと指Fの先端とが離れた位置に表示されているが、実際は、指Fの先端がタッチエリアに重なるものとなる。
制御部150は、指Fが操作面123上で停止しているか、所定の操作領域123aに向けて移動中かを判定する。制御部150は、指Fが移動中であると判定すると、指Fのスタート位置と、所定の操作領域123a(例えば、操作領域123aの中心部123a2)との間のベクトルを算出する。ベクトル算出にあたって、制御部150は、スタート位置と中心部123a2との距離(ベクトルの長さ)と、スタート位置から中心部123a2に向かう方向(ベクトルの向き)とを算出する。
そして、制御部150は、上記ベクトル(長さと向き)に応じて、指Fを操作領域123aに引込む(誘導する)ために、駆動部130を駆動させる。具体的には、制御部150は、図5、図6に示すように、指Fがスタート位置から操作領域123aの境界部123a1(一番近い境界部123a1)に至るまでの間は、駆動部130に指示(振動信号)を出し、駆動部130を駆動させて、操作面123に振動(面方向振動)を発生させる。
即ち、制御部150は、まず、面方向振動として、操作面123に沿って、算出したベクトルの向き(指Fの移動方向)に往復する振動を設定する。例えば、制御部150は、上記ベクトルがxyの2軸方向のうち、図5のようにx軸方向であると、その軸方向に沿う振動を設定する。尚、制御部150は、上記ベクトルが2軸に対して傾いている場合であると、2軸方向の合成によって得られる斜め方向の振動を設定する。
そして、制御部150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設定する。ここでは、往路側は、指Fが移動しようとする方向であり、制御部150は、図6に示すように、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設定する。尚、図6では、振動の速度あるいは加速度のうち、一例として、加速度を振動の制御対象として示している。
上記のように、制御部150によって、操作面123において、指Fの移動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(復路側)においては、慣性の法則によって、指Fは、操作面123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(往路側)においては、慣性の法則によって、指Fには、操作面123の動きと共に移動される力(摩擦力)が働きやすくなり、総じて指Fは、振動の速度あるいは加速度が小さい方向(往路側)に引込まれる形となる。
よって、操作面123において、指Fの移動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(往路側)に効果的な引込み力を得ることができる。
次に、制御部150は、図5、図7に示すように、操作領域123a内、つまり指Fが操作領域123aの境界部123a1から中心部123a2に至るまでの間は、静電気付与部120に指示(静電気信号)を出し、静電気付与部120を作動させて、静電気による吸着の制御を行う。
静電気信号が出力されている間は、交流電源124は、図7(b)に示すように、予め定められた所定の振幅(電圧一定)、および所定の周波数の交流電圧(静電気電圧)を、導体121に印加する(発生させる)。すると、絶縁体122を介して、操作面123に接触する指Fには、静電気が付与される。
このように、指Fが移動して、操作領域123a内に入ると、静電気付与部120が作動され、指Fに静電気が付与され、この静電気よって指Fには、操作面123に対する吸着力が発生する。したがって、この吸着力によって、操作領域123aに引込みされてきた指Fを操作領域123a内に、より正確に停止させることができる。
(第2実施形態)
第2実施形態を図8に示す。第2実施形態は、上記第1実施形態に対して、制御部150は、導体121の全体ではなく、操作面123において一部の領域に対応して、静電気付与部120を作動させるようにしたものである。
操作面123は、予め複数の仮想領域に区画されている。また、静電気付与部120は、複数の仮想領域にそれぞれ対応するように作動可能となっている。そして、制御部150は、静電気付与部120を作動させる際に、複数の仮想領域のうち、操作面123上における指Fの接触する仮想領域と対応する導体121の部分に、交流電圧を印加させる。
これにより、静電気による吸着の制御を実行するにあたって、交流電圧を印加する領域を最小限にして、省電力化を図ることができる。
(第3実施形態)
第3実施形態を図9に示す。第3実施形態は、上記第1実施形態に対して、制御部150は、引込みの制御の実行において、面方向の振動を発生させる際に、往路側の振動を発生させるタイミングで静電気信号を出力して(図9(b))、静電気付与部120を作動させるようにしたものである。
操作面123が往路側に振動されるときに、静電気付与部120が作動されることにより、指Fと操作面123との間における元々の摩擦力に加えて、静電気による吸着力が作用することになり、静電気による引込みのアシストが可能となる。
本実施形態では、指Fを操作領域123a内に停止させるための静電気付与部120を流用して、引込み時の指Fのホールド感を向上させることができる。
(第4実施形態)
第4実施形態を図10に示す。第4実施形態は、上記第1実施形態に対して、制御部150は、指Fが操作領域123a内に入って、静電気付与部120を作動させる際に、導体121に印加される(発生される)交流電圧(振幅)が、徐々に大きくなるようにしたものである。
これにより、指Fが操作領域123aに入ると、いきなり指Fに所定の吸着力が作用されるのではなく、吸着力が徐々に大きくなるように作用して指Fの停止が図れるため、操作者に違和感を持たれることがない。
(その他の実施形態)
上記各実施形態の入力装置100では、交流電源124は、導体121に交流電圧を印加するものとしたが、これに限定されることなく、図11に示す入力装置100Aのように、指F(操作者)に印加するものとしてもよい。このとき、導体121側が、接地電位となるようにする。
また、上記各実施形態では、指Fに静電気を発生させるために、静電気付与部120に交流電源124を設けて、交流電圧を印加するものとしたが、これに代えて、直流電源によって直流電圧を印加するものとしてもよい。
また、上記各実施形態では、制御部150は、指Fの操作状態から、指Fの移動先となる操作領域123a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領域123aを移動先の操作領域123a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領域123aを移動先として推定してもよい。あるいは、現時点での指Fの移動しようとするその先にある操作領域123aを移動先して推定してもよい。
また、上記各実施形態では、入力装置100として、いわゆるタッチパッド式のもとしたが、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123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、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)
100 入力装置
110 タッチセンサ(検出部)
120 静電気付与部
123 操作面
123a 操作領域
130 駆動部
150 制御部

Claims (4)

  1. 操作面(123)に対する操作体(F)の操作状態を検出する検出部(110)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(150)と、
    前記操作面の拡がる面方向に前記操作面を振動させる駆動部(130)と、を備える入力装置において、
    前記操作面には、前記所定の機器に対する操作用の操作領域(123a)が予め設定されており、
    電圧を発生させて、前記操作面に接触する前記操作体に対して静電気を付与する静電気付与部(120)が設けられ、
    前記制御部は、前記操作体が前記操作領域以外の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方向に往復する面方向の振動を、前記駆動部によって前記操作面に発生させ、前記面方向の振動の往路側と復路側とにおいて、前記往路側での振動の速度あるいは加速度を前記復路側での振動の速度あるいは加速度よりも小さくなるように制御すると共に、前記操作体が移動して、前記操作領域内に入ると、前記駆動部による前記面方向の振動の発生を停止させ、前記静電気付与部を作動させて、前記操作体に前記静電気を付与し、前記操作面に対する吸着力を発生させる入力装置。
  2. 前記操作面は、予め複数の仮想領域に区画されており、
    前記静電気付与部は、複数の前記仮想領域にそれぞれ対応するように作動可能となっており、
    前記制御部は、複数の前記仮想領域のうち、前記操作面上における前記操作体の位置に対応する領域で、前記静電気付与部を作動させる請求項1に記載の入力装置。
  3. 前記制御部は、前記面方向の振動を発生させる際に、前記往路側の振動を発生させるタイミングで、前記静電気付与部を作動させる請求項1または請求項2に記載の入力装置。
  4. 前記制御部は、前記操作体が前記操作領域内に入って、前記静電気付与部を作動させる際に、発生される前記電圧が、徐々に大きくなるように制御する請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の入力装置。
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