JP2019160200A - 操作入力装置および操作入力装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より小さな操作負荷で明確にメカニカルスイッチのような操作感をユーザへ与えることができる操作入力装置および操作入力装置の駆動方法を提供すること。【解決手段】実施形態の一態様に係る操作入力装置は、検知部と、駆動部と、制御部とを備える。検知部は、タッチパネルに対する操作を検知する。駆動部は、検知部への操作を検知した場合に、タッチパネルへ振動を伝える。制御部は、タッチパネルへの操作中において、駆動部に本振に先だって本振よりも振動が小さな予振を発生させる。【選択図】図１

Description

開示の実施形態は、操作入力装置および操作入力装置の駆動方法に関する。

従来、ユーザによって操作されるタッチパネルの操作面に対して押圧操作が行われた場合に、タッチパネルを振動させることによって、メカニカルスイッチのような操作感をユーザへ与える操作入力装置がある（例えば、特許文献１参照）。

かかる操作入力装置は、操作面に対するユーザの操作負荷（押圧力）が大きく、操作面に接触するユーザの指の面積が大きいほど、明確にメカニカルスイッチのような操作感をユーザへ与えることができる。

特開２０１６−１７０７６６号公報

しかしながら、従来の操作入力装置は、より明確にメカニカルスイッチのような操作感をユーザへ与えようとする場合、ユーザに対して要求する操作負荷が増大する。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、より小さな操作負荷で明確にメカニカルスイッチのような操作感をユーザへ与えることができる操作入力装置および操作入力装置の駆動方法を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る操作入力装置は、検知部と、駆動部と、制御部とを備える。検知部は、タッチパネルに対する操作を検知する。駆動部は、前記検知部への操作を検知した場合に、前記タッチパネルへ振動を伝える。制御部は、前記タッチパネルへの操作中において、前記駆動部に本振に先だって前記本振よりも振動が小さな予振を発生させる。

実施形態の一態様に係る操作入力装置および操作入力装置の駆動方法は、より小さな操作負荷で明確にメカニカルスイッチのような操作感をユーザへ与えることができる。

図１は、実施形態に係る操作入力装置の構成の一例を示す説明図である。 図２は、実施形態に係る検知駆動装置によるタッチパネルの振動制御の一例を示す説明図である。 図３は、実施形態に係る検知荷重の時間推移と、予振および本振の発生タイミングとの関係を示す説明図である。 図４は、実施形態に係る閾値および予振時間の設定範囲を示す説明図である。 図５は、実施形態に係る検知駆動装置が実行する処理を示すフローチャートである。 図６は、実施形態の変形例に係る操作入力装置の一部を示す説明図である。 図７は、実施形態の変形例に係る操作入力装置の検知駆動装置によるタッチパネルの振動制御の一例を示す説明図である。

以下、添付図面を参照して、操作入力装置および操作入力装置の駆動方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。図１は、実施形態に係る操作入力装置１の構成の一例を示す説明図である。

ここでは、実施形態に係る操作入力装置１が車載器の操作部として機能するタッチパッドであるものとして説明する。車載器は、例えば、カーオーディオ装置やカーエアコン等といった電子機器である。

なお、実施形態に係る操作入力装置１は、車載器以外の任意の電子機器に操作部として設けられてもよい。また、実施形態に係る操作入力装置１は、タッチパッドに限定されるものではなく、タッチパネルと液晶ディスプレイとが積層されたタッチパネルディスプレイであってもよい。

図１に示すように、操作入力装置１は、ユーザＵによって操作（タッチ操作）が行われるタッチパネル２と、圧電素子３と、検知駆動装置４とを備え、車載器１０に接続される。操作入力装置１は、タッチパネル２に対するユーザＵの押圧操作に応じた操作信号を車載器１０へ出力する。

なお、圧電素子３の代わりに静電容量センサで接近を検知して別途設けられる出力素子で振動を出力するタッチパネルに適用するようにしてもよいが、以下の実施例では圧電素子で入出力を兼用する場合を例にして説明する。

なお、ここでは、操作入力装置１が１つの車載器１０に接続される場合を例に挙げて説明するが、操作入力装置１は、複数の車載器に接続され、各車載器へユーザの押圧操作に応じた信号を出力することもできる。

圧電素子３は、タッチパネル２の操作面とは逆側の主面（ここでは、下面）に設けられる。圧電素子３は、押圧力が加えられる場合に、押圧力の大きさに応じた電圧の信号を出力する。また、圧電素子３は、駆動信号が入力される場合に、駆動信号の電圧の高さに応じた振幅、および駆動信号の周波数に応じた周期で振動する入出力両方に用いることが可能な素子である。

検知駆動装置４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力ポートなどを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。

かかる検知駆動装置４は、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを、ＲＡＭを作業領域として使用して実行することにより機能する検知部５と、駆動部６と、制御部７とを備える。

検知駆動装置４が備える検知部５、駆動部６、および制御部７は、それぞれの一部または全部がＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成されてもよい。

検知部５は、タッチパネル２に対するユーザＵの押圧操作を圧電素子３から入力される信号に基づいて検知する。駆動部６は、制御部７から入力される制御信号に応じた駆動信号を圧電素子３へ出力することによってタッチパネル２を振動させる。

制御部７は、検知部５によってタッチパネル２に対するユーザＵの押圧操作が検知される場合、操作信号を車載器１０へ出力し、駆動部６によってタッチパネル２を振動させる本振に先だって本振よりも振動が小さな予振をタッチパネル２に発生させる制御を行う。

ここで、図２を合わせて参照しながら、検知駆動装置４によるタッチパネル２の振動制御の一例について説明する。図２は、実施形態に係る検知駆動装置４によるタッチパネル２の振動制御の一例を示す説明図である。なお、図２では、検知駆動装置４および車載器１０の図示を省略している。

また、図２の（ｂ）に示す波形は、実施形態に係る予振Ｗ１の振幅および周期を模式的に示している。また、図２の（ｃ）に示す波形は、実施形態に係る本振Ｗ２の振幅および周期を模式的に示している。

図２の（ａ）に示すように、ユーザＵがタッチパネル２に触れると、タッチパネルを介して圧電素子３に押圧力が加わる。このため、圧電素子３は、押圧力に応じた信号を検知部５へ出力する。

検知部５は、ユーザＵによってタッチパネル２が押圧操作されたか否かを圧電素子３から入力される信号に基づいて検知する。このとき、ユーザＵがタッチパネル２を押圧する操作負荷（押圧力）が極めて小さい場合、例えば、走行する車両の振動等によってユーザＵの指が意図せずにタッチパネル２に触れた可能性もある。

このため、検知部５は、圧電素子３から信号が入力されても、直にはタッチパネル２が押圧操作されたとは判定せず、圧電素子３から入力される信号に基づき導出する検知荷重が所定の閾値（所定荷重）以上となる場合に、押圧操作されたと判定する。これにより、検知部５は、ユーザＵが意図せずにタッチパネル２に触れた場合に、押圧操作があったと誤検知することを防止することができる。

なお、ここでの閾値は、一般的な操作入力装置が押圧操作を検知した場合に、タッチパネルを振動させるかの否か判定に使用する閾値よりも低い値を設定する。なお、かかる閾値の範囲については、図４を参照して後述する。

その後、検知部５は、タッチパネル２が押圧操作されたと判定した場合に、その旨を示す検知信号を制御部７へ出力する。制御部７は、検知部５から検知信号が入力される場合に、駆動部６へ予振Ｗ１を開始させる制御信号を出力する。

駆動部６は、制御部７から予振Ｗ１を開始させる制御信号が入力される場合に、タッチパネル２に予振Ｗ１を発生させる駆動信号を圧電素子３へ出力する。これにより、圧電素子３が予振駆動を開始し、図２の（ｂ）に示すように、タッチパネル２に予振Ｗ１を発生させる。

このとき、駆動部６は、図２の（ｃ）に示す本振Ｗ２よりも振幅が小さく周期が長い振動、つまり、本振Ｗ２よりも振動が小さく低周波の振動の予振Ｗ１をタッチパネル２に発生させる。

これにより、検知駆動装置４は、図２の（ｂ）に点線で示すように、ユーザＵの指先がタッチパネル２の内部に沈み込むような感触、所謂メカニカルスイッチのストローク感をユーザＵに与えることができる。

そして、制御部７は、予振駆動を開始させてから所定時間が経過した時点で予振Ｗ１を終了させる制御信号を駆動部６へ出力する。駆動部６は、制御部７から予振Ｗ１を終了させる制御信号が入力される場合に、圧電素子３への駆動信号の出力を終了する。これにより、圧電素子３は、予振駆動を終了する。

続いて、制御部７は、駆動部６へ本振Ｗ２を開始させる制御信号を出力する。駆動部６は、制御部７から本振Ｗ２を開始させる制御信号が入力される場合に、タッチパネル２に本振Ｗ２を発生させる駆動信号を圧電素子３へ出力する。これにより、圧電素子３が本振駆動を開始し、図２の（ｃ）に示すように、タッチパネル２に本振Ｗ２を発生させる。

このとき、駆動部６は、図２の（ｂ）に示す予振Ｗ１よりも振幅が大きく周期が短い振動、つまり、予振Ｗ１よりも振動が大きく高周波の振動の本振Ｗ２をタッチパネル２に発生させる。これにより、検知駆動装置４は、メカニカルスイッチをさらに押し込み、その後、メカニカルスイッチの反発力によって指先が押し戻されるような感触をユーザＵに与えることができる。

このように、検知駆動装置４は、一般的な操作入力装置がタッチパネルを振動させるときのユーザの操作負荷よりも小さな操作負荷（検知荷重）を検知した時点でタッチパネル２に予振Ｗ１を発生させる。

その後、検知駆動装置４は、例えば、一般的な操作入力装置がタッチパネルを振動させるときのユーザの操作負荷と同等の操作負荷（検知荷重）を検知した時点でタッチパネル２に本振Ｗ２を発生させる。

これにより、操作入力装置１は、ユーザＵによって押圧操作が行われる場合に、変形しない板を押しているような感覚をユーザＵへ与えにくく、より小さな操作負荷で明確にメカニカルスイッチのような操作感をユーザＵへ与えることができる。

次に、図３を参照し、実施形態に係る検知荷重の時間推移と、予振Ｗ１および本振Ｗ２の発生タイミングとの関係について説明する。図３は、実施形態に係る検知荷重の時間推移と、予振Ｗ１および本振Ｗ２の発生タイミングとの関係を示す説明図である。

図３に示すグラフの横軸はユーザＵがタッチパネル２に触れてからの経過時間を示しており、縦軸は検知荷重を示している。また、図３に示すグラフには、予振Ｗ１を発生させる駆動信号Ｗ１ｓと、本振Ｗ２を発生させる駆動信号Ｗ２ｓを重畳している。

また、図３に示すグラフでは、検知荷重の時間推移を一点鎖線で示している。図３に示すように、検知荷重は、ユーザＵがタッチパネル２に触れてから時間の経過に伴って徐々に増大する。なお、ここでは、一般的な操作入力装置が４Ｎ（ニュートン）の操作荷重を検知した場合にタッチパネル２を振動させるものとして説明する。

かかる場合、操作入力装置１は、例えば、閾値として３Ｎを設定する。なお、かかる閾値は一例であり、これに限定されるものではない。操作入力装置１が設定する検知荷重の閾値の範囲については、図４を参照して後述する。

制御部７は、検知荷重が３Ｎ以上となり、検知部５から検知信号が入力される場合に、予振Ｗ１を発生させる駆動信号Ｗ１ｓを駆動部６から圧電素子３へ出力させ、タッチパネル２に予振Ｗ１を発生させる。

このとき、駆動信号Ｗ１ｓの出力期間が短すぎると、ユーザＵへメカニカルスイッチのような操作感を与えることができない。また、駆動信号Ｗ１ｓの周波数が高すぎると、ユーザＵの指先がタッチパネル２の内部に沈み込むような感触をユーザＵへ与えることができない。

そこで、駆動部６は、低周波の駆動信号Ｗ１ｓを少なくとも３周期以上の期間、圧電素子３へ出力する。例えば、駆動部６は、周波数が１２０Ｈｚ〜１６０ｈｚの駆動信号Ｗ１ｓを１５０ｍｓｅｃの期間、圧電素子３へ出力する。

なお、ここでの１５０ｍｓｅｃは、駆動信号Ｗ１ｓを出力する継続時間、つまり、予振Ｗ１を発生させる継続時間（以下、「予振時間」と記載する）の一例である。操作入力装置１が設定する予振時間の範囲については、図４を参照して後述する。

これにより、操作入力装置１は、ユーザＵの指先がタッチパネル２の内部に沈み込むようなメカニカルスイッチと同様の操作感をユーザＵへ与えることができる。その後、制御部７は、本振Ｗ２を発生させる駆動信号Ｗ２ｓを駆動部６から圧電素子３へ出力させ、タッチパネル２に本振Ｗ２を発生させる。

このとき、駆動信号Ｗ２ｓの出力期間が長すぎたり、駆動信号Ｗ２ｓの周波数が低すぎたりすると、メカニカルスイッチをさらに押し込み、その後、メカニカルスイッチの反発力によって指先が押し戻されるような感触をユーザＵに与えることができない。

そこで、駆動部６は、高周波の駆動信号Ｗ２ｓを少なくとも３周期以下の期間、圧電素子３へ出力する。例えば、駆動部６は、周波数が２００Ｈｚ〜２５０ｈｚの駆動信号Ｗ２ｓを２周期の期間、圧電素子３へ出力する。

これにより、操作入力装置１は、メカニカルスイッチをさらに押し込み、その後、メカニカルスイッチの反発力によって指先が押し戻されるような所謂クリック感をユーザＵに与えることができる。

次に、図４を参照し、実施形態に係る閾値および予振時間の設定範囲について説明する。図４は、実施形態に係る閾値および予振時間の設定範囲を示す説明図である。図４に示す横軸は予振時間を示しており、縦軸は検知荷重を示している。

図４に示すように、検知荷重が１Ｎ未満の範囲は、例えば、走行する車両の振動等によってユーザＵの指が意図せずにタッチパネル２に触れた誤操作の可能性がある誤操作範囲である。また、検知荷重が４Ｎを超える範囲は、ユーザＵの操作負荷が過大になる負荷過大範囲である。

また、予振時間が５０ｍｓｅｃ未満の範囲は、時間が短すぎてユーザＵが予振Ｗ１を感じることができない予振不感範囲である。また、予振時間が２００ｍｓｅｃを超える範囲は、本振Ｗ２の発生が遅れすぎる本振遅れ範囲である。

このため、操作入力装置１は、予振を開始するか否かを判定する検知荷重の閾値の設定範囲を１Ｎ〜４Ｎとし、予振時間の設定範囲を５０ｍｓｅｃ〜２００ｍｓｅｃとする。これにより、操作入力装置１は、誤操作、予振不感、負荷過大、および本振遅れとならない予振Ｗ１を発生させることができる。

次に、図５を参照し、実施形態に係る検知駆動装置４が実行する処理について説明する。図５は、実施形態に係る検知駆動装置４が実行する処理を示すフローチャートである。検知駆動装置４は、操作入力装置１の電源がＯＮにされた場合に、図５に示す処理を実行する。

具体的には、図５に示すように、検知駆動装置４は、操作入力装置１の電源がＯＮにされると、まず、ユーザＵのタッチパネル２に対する押圧操作を検知する検知モードに動作モードを設定する（ステップＳ１０１）。そして、検知駆動装置４は、圧電素子３に掛かる荷重の検知を開始する（ステップＳ１０２）。

続いて、検知駆動装置４は、検知荷重が閾値以上か否かを判定する（ステップＳ１０３）。そして、検知駆動装置４は、検知荷重が閾値以上でないと判定した場合（ステップＳ１０３，Ｎｏ）、検知荷重が閾値以上になるまで、ステップＳ１０３の判定処理を繰り返す。

また、検知駆動装置４は、検知荷重が閾値以上であると判定した場合（ステップＳ１０３，Ｙｅｓ）、ユーザＵによるタッチパネル２の押圧操作に応じた操作信号を車載器１０へ出力する（ステップＳ１０４）。

続いて、検知駆動装置４は、動作モードを駆動モードに切り替え（ステップＳ１０５）、予振駆動を開始する（ステップＳ１０６）。その後、検知駆動装置４は、所定時間（例えば、１５０ｍｓｅｃ）が経過した場合に、予振駆動を終了し（ステップＳ１０７）、本振駆動を開始する（ステップＳ１０８）。

そして、検知駆動装置４は、所定時間（例えば、駆動信号Ｗ２ｓの２周期分の時間）が経過した場合に本振駆動を終了し（ステップＳ１０９）、動作モードを検知モードへ切り替える（ステップＳ１１０）。

続いて、検知駆動装置４は、操作入力装置１の電源がＯＦＦにされたか否かを判定し（ステップＳ１１１）、ＯＦＦにされていないと判定した場合（ステップＳ１１１，Ｎｏ）、処理をステップＳ１０２へ移す。また、検知駆動装置４は、操作入力装置１の電源がＯＦＦにされたと判定した場合（ステップＳ１１１，Ｙｅｓ）、処理を終了する。

このように、検知駆動装置４は、電源がＯＮにされた直後に動作モードをＯＮに設定するので、起動直後にタッチパネル２に対して押圧操作が行われる場合に、押圧操作を確実に検知することができる。

また、検知駆動装置４は、ユーザＵのタッチパネル２に対する押圧操作を検知して操作信号を車載器１０へ出力し、タッチパネル２に予振Ｗ１および本振Ｗ２を順次発生させると直に動作モードを検知モードに切り替える。これにより、検知駆動装置４は、ユーザＵによってタッチパネル２に対して続けざまに押圧操作が行われる場合にも、確実にユーザＵの押圧操作を検知することができる。

なお、上述した実施形態は一例であり、実施形態に係る操作入力装置１は、種々の変形が可能である。次に、図６および図７を参照し、実施形態の変形例に係る操作入力装置１ａについて説明する。

図６は、実施形態の変形例に係る操作入力装置１ａの一部を示す説明図である。図７は、実施形態の変形例に係る操作入力装置１ａの検知駆動装置によるタッチパネル２の振動制御の一例を示す説明図である。

変形例に係る操作入力装置１ａの検知駆動装置は、検知部による押圧操作の検知方法が図１に示す検知部５とは異なるが、構成は図１に示す構成と同様である。このため、図６では、検知駆動装置の図示を省略している。

図６の上図には、検知駆動装置を取り外した状態の操作入力装置１ａの側面模式図を示しており、図６の下図には、検知駆動装置を取り外した状態の操作入力装置１ａの背面模式図を示している。

図１に示す操作入力装置１は、タッチパネル２の下面中央に圧電素子３を備えるが、変形例に係る操作入力装置１ａは、タッチパネル２の下面の略全面にわたり複数の圧電素子が縦横に配列された圧電素子アレイ３ａを備える。つまり、これら複数の圧電素子３はタッチパネル２の主面方向に配置されている。

圧電素子アレイ３ａが備える複数の各圧電素子は、タッチパネル２を介して加わるユーザＵの押圧操作による押圧力に応じた信号を検知駆動装置へ出力する。これにより、検知駆動装置の検知部は、信号を出力する圧電素子の配設位置に基づいてタッチパネル２におけるユーザＵの押圧操作位置、およびタッチパネル２における押圧操作が行われている領域の面積を検知することができる。

つまり、検知部は、タッチパネル２に対するユーザＵの指先の接触面積を検知することができる。そこで、操作入力装置１ａの検知駆動装置は、かかる接触面積に基づいて予振Ｗ１を発生させるか否かを判定する。

具体的には、図７の（ａ）に示すように、ユーザＵがタッチパネル２に触れ、その後、ユーザＵが意図的に押圧操作を行うと、図７の（ｂ）に示すように、タッチパネル２に対するユーザＵの指先の接触面積Ｓが増大する。

このため、検知部は、タッチパネル２に対するユーザＵの指先の接触面積Ｓを検知し、接触面積Ｓが所定面積以上となった場合に、タッチパネル２に予振Ｗ１を発生させた後、図７の（ｃ）に示すように、タッチパネル２に本振Ｗ２を発生させる。

これにより、操作入力装置１ａは、走行する車両の振動等によってユーザＵの指が意図せずにタッチパネル２に触れる場合を的確に排除し、ユーザＵが意図的に押圧操作を行った場合に、タッチパネル２に予振Ｗ１と本振Ｗ２とを確実に発生させることができる。これにより、操作入力装置１ａは、ユーザＵが意図的な押圧操作を行った場合に限り、メカニカルスイッチのような操作感をユーザＵへ与えることができる。

また、操作入力装置１ａは、検知不可が前述した閾値未満であっても、ユーザＵの指が意図せずにタッチパネル２に触れ、接触面積Ｓが所定面積以上となる場合には、ユーザＵの意図的な押圧操作を検知して、予振Ｗ１および本振Ｗ２を発生させることができる。これにより、操作入力装置１ａは、さらに小さな操作負荷でも明確にメカニカルスイッチのような操作感をユーザＵへ与えることができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１，１ａ 操作入力装置
２ タッチパネル
３ 圧電素子
３ａ 圧電素子アレイ
４ 検知駆動装置
５ 検知部
６ 駆動部
７ 制御部
１０ 車載器
Ｕ ユーザ
Ｗ１ 予振
Ｗ２ 本振

Claims (7)

1. タッチパネルに対する操作を検知する検知部と、
   前記検知部への操作を検知した場合に、前記タッチパネルへ振動を伝える駆動部と、
   前記タッチパネルへの操作中において、前記駆動部に本振に先だって前記本振よりも振動が小さな予振を発生させる制御部と
   を備えることを特徴とする操作入力装置。
2. 前記検知部は、
   圧電素子からなり、タッチパネルを介して前記圧電素子に掛かる荷重が所定荷重を超える場合に、前記操作として押圧操作を検知する
   ことを特徴とする請求項１に記載の操作入力装置。
3. 前記圧電素子は、
   前記タッチパネルの面方向に複数配置され、
   前記検知部は、
   前記タッチパネルにおける押圧操作されている領域の面積が所定面積を超える場合に、前記押圧操作を検知する
   ことを特徴とする請求項２に記載の操作入力装置。
4. 前記制御部は、
   前記検知部によって前記押圧操作が検知されるまでは、前記検知部の検知結果を監視する検知モードで動作し、前記押圧操作が検知された場合に、駆動モードに切り替えて前記予振と本振とを前記タッチパネルに発生させた後、前記検知モードに切り替えて動作する
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の操作入力装置。
5. 前記制御部は、
   低周波の周波数で振動させる前記予振を前記タッチパネルに発生させ、高周波の周波数で振動させる前記本振を前記タッチパネルに発生させる
   ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の操作入力装置。
6. 前記制御部は、
   ３周期以上の駆動信号によって前記予振を前記タッチパネルに発生させ、３周期以下の前記駆動信号によって前記本振を前記タッチパネルに発生させる
   ことを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載の操作入力装置。
7. タッチパネルに対する押圧操作を検知する検知工程と、
   前記タッチパネルを振動させる駆動工程と、
   前記検知工程によって前記押圧操作が検知される場合に、前記駆動工程によって前記タッチパネルを振動させる本振に先だって前記本振よりも振動が小さな予振を前記タッチパネルに発生させる制御工程と
   を含むことを特徴とする操作入力装置の駆動方法。

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