JP4222160B2 - 入力装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、パネルの表面に対する押圧または接触操作の有無を検出することにより入力が行われる入力装置およびその製造方法に関し、特に、パネル面を移動させて力覚を帰還させる機能を備えた入力装置およびその製造方法に関する。

近年、金融機関等の自動現金取り扱い機や鉄道の自動券売機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の情報処理装置等に、タッチパネルと言われる入力装置が広く使用されている。タッチパネル式の入力装置は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等のディスプレーに表示されたアイコン等と、表示パネル上の座標系とを対応付け、表示パネル上に指やペン等の指示具が触れた位置を検出することで、利用者に対するＧＵＩ（Graphical User Interface）機能を実現するものである。

従来のタッチパネル式入力装置では、利用者の操作入力が行われると、例えば押されたアイコンの表示を変化させる、あるいは操作音を発生させること等により、入力操作が受け付けられたことを利用者に知らせていた。これに対して、最近では、アイコン等が押されたタイミングでパネル自体の高さを変化させ、指や指示具に対して力覚を帰還させることで、あたかもスイッチボタンを押したような感触（クリック感）を与えて利用者の操作感を向上させることが考えられている。

例えば、透明電極が成膜された複数の電極シートを、電極面を対向させて一定の間隔を空けて配置した構造を有する抵抗膜式タッチパネルを用い、電極シートを３枚以上使用した多層構造とした上に、このタッチパネルを固定する筐体とディスプレー側を固定する筐体との間に、ボビンコイル等のアクチュエータを配設して、タッチパネルに力覚を帰還させるものがあった（例えば、特許文献１参照）。

また、このような力覚帰還機能の実現に適したアクチュエータとして、圧電バイモルフ素子を使用した圧電アクチュエータが考えられている。圧電アクチュエータは、複数の薄板状の圧電材を電極板を挟んで貼り合わせた構造となっており、両面から電圧を印加すると全体が反り返る性質を有する。従って、接触または押圧操作を検知するタッチセンサが設けられた表面のパネル側およびディスプレー側の各筐体の間に挟み込むことで、パネル面を上下させることができる。

以下、圧電アクチュエータを用いた力覚帰還機能を有するタッチパネル式入力装置の構造例について、図１３および図１４を用いて説明する。
図１３は、力覚帰還機能を有する従来のタッチパネル式の入力装置の構造例を示す斜視図である。

図１３に示すように、従来の入力装置では、例えば液晶表示部１０１の表示面を覆うようにタッチセンサ部１０２が設けられ、タッチセンサ部１０２と液晶表示部１０１との間に圧電アクチュエータ１０３が配設される。図の例では、４つの圧電アクチュエータ１０３が、液晶表示部１０１の上面において対角線上に設けられている。このような構造で、通常、各圧電アクチュエータ１０３に同じ駆動電圧を与え、タッチセンサ部１０２全体を上下に移動させる。なお、圧電アクチュエータ１０３は、実際には、液晶表示部１０１およびタッチセンサ部１０２の各表示領域外に位置する金属フレームの間に設けられるが、図ではこれら金属フレームを省略している。

図１４は、従来の圧電アクチュエータ１０３の取り付け構造を示す断面図である。
図１４は、図１３中のＥ矢視から見た断面を示している。圧電アクチュエータ１０３は、駆動電圧が印加されると、その電位に応じて上方向および下方向に湾曲変形する。そして、圧電アクチュエータ１０３の中央部および両端部が、それぞれタッチセンサ部１０２および液晶表示部１０１のいずれかに接触して押圧することにより、力覚帰還機能が実現される。

しかし、圧電アクチュエータ１０３自体がタッチセンサ部１０２および液晶表示部１０１に直接接触するのは好ましくないため、従来、ある厚さのスペーサを圧電アクチュエータ１０３の上面および下面の複数位置に配置することが行われていた。図１４の例では、圧電アクチュエータ１０３の下面の両端付近に２つのスペーサ１０４ａおよび１０４ｂ、上面の中央部に１つのスペーサ１０４ｃを配置して、それぞれ液晶表示部１０１およびタッチセンサ部１０２と接触させている。このような構造により、圧電アクチュエータ１０３が下方向に撓んだ場合にも、圧電アクチュエータ１０３の下面の中央部や上面の両端部が液晶表示部１０１に直接接触する事態を防ぐことができる。
特開２００２−２５９０５９号公報（段落番号〔００３７〕〜〔００４２〕、第６図）

しかし、上記のように上側に１つ、下側に２つのスペーサをそれぞれ配置した圧電アクチュエータでは、実装時において問題となる点がいくつか存在している。
その１つは、スペーサの厚さ精度の問題である。スペーサは、あまり厚さがあり過ぎた場合には、自身の変形により、タッチセンサ部を押した力が圧電アクチュエータに伝達されてしまい、直接ダメージが加わることになるため、必要以上の高さにすることができない。すなわちスペーサは、圧電アクチュエータの中央部における上下の変位量に応じて、タッチセンサ部からの押圧に対してある変位以上を与えない高さ（例えば１００μｍ）にする必要がある。

このため、スペーサとして薄いシート素材が用いられ、これらが圧電アクチュエータ上の特定の箇所に貼り付けられることになる。ここで、スペーサの貼り付けに例えば両面テープを用いることで、作業効率が比較的高められる。しかし、両面テープは厚さ方向への押圧に対してある程度変形するため、スペーサと併せた厚み精度を正確に保持することが難しい。これに対して、スペーサの接着に接着剤を用いた場合には、取り付け作業に時間を要し、生産性が悪化してしまう。

また、圧電アクチュエータに対する配線においても、以下のような問題がある。通常、圧電アクチュエータに対する配線にはリード線が用いられるが、使用可能なリード線は極めて細く、しかも可動部分に取り付けられるため、断線しやすい。また、スペースの関係上、リード線の引き回しにも注意が必要で、可動部に対応してリード線を固定しなかった場合、線材がずれてディスプレーの表示領域に現れてしまうことがある。さらに、複数の圧電アクチュエータが設けられるため、それらに対する引き回しやドライバまでの距離等に応じて、リード線の長さの異なる複数種類の圧電アクチュエータを用意する必要が生じ、生産効率が悪い。

また、圧電アクチュエータの取り付けに関しては、上述したように、圧電アクチュエータをスペーサを介し、両面テープを用いて液晶表示部等の金属フレームに直接接着する方法では、厚さ精度を保持できないだけでなく、圧電アクチュエータの交換が困難になるという保守性の問題も生じる。これに対して、例えば、プラスチック等により保持用のフレームを新たに作成して圧電アクチュエータを挟み込むようにし、保守性を高める方法もあるが、このフレームのような素材がタッチセンサ部や液晶表示部との間に介在することにより、圧電アクチュエータの変位をタッチセンサ部に伝達させる効率は低下してしまう。また、新たな部品の作成によりコストは高まり、しかも組み込みの作業自体の煩雑さは解消されるものではない。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、入力操作が行われるパネルの変位による高性能な力覚帰還機能が低コストで実現される入力装置を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、入力操作が行われるパネルの変位による高性能な力覚帰還機能が低コストで実現される入力装置の製造方法を提供することである。

本発明では上記課題を解決するために、パネルの表面に対する押圧または接触操作の有無を検出することにより入力が行われる入力装置において、配線パターンが形成され、かつ、並列した貫通孔の対が設けられて、対になっている前記貫通孔の間が中央スペーサ部を構成している可撓性配線基板と、前記可撓性配線基板の表側方向の面において前記貫通孔の対をその並列方向に跨いだ状態で位置し、かつ、前記可撓性配線基板のうちの前記中央スペーサ部のみがさらに表側方向に位置するように配設された、圧電バイモルフ素子によりなる圧電アクチュエータとを有し、前記圧電アクチュエータが前記可撓性配線基板の一部を挟んで前記パネルに接触するように、前記可撓性配線基板が配設されたことを特徴とする入力装置が提供される。

このような入力装置では、圧電アクチュエータが、可撓性配線基板の表側方向の面において貫通孔の対をその並列方向に跨いだ状態となるように位置し、かつ、可撓性配線基板のうちの中央スペーサ部のみが圧電アクチュエータ自身のさらに表側方向に位置するように配設される。そして、圧電アクチュエータの例えば中央スペーサ部または両端部が可撓性配線基板の一部を挟んでパネルに接触するように、可撓性配線基板が配設される。このような構造により、圧電アクチュエータに電圧が印加されると、パネルがその表面に垂直な方向に変位され、パネルへの入力操作を行った利用者に対して力覚が帰還される。また、例えば、圧電アクチュエータの端部に設けられた配線端子と可撓性配線基板上に形成された配線パターンとを電気的に接続させることもできる。

また、本発明では、パネルの表面に対する押圧または接触操作の有無を検出することにより入力が行われる入力装置の製造方法において、配線パターンが形成された可撓性配線基板に、並列した貫通孔の対を設け、圧電バイモルフ素子によりなる圧電アクチュエータを、前記貫通孔の対の一方に挿通させた後、他方に反対面側から挿通させて、前記圧電アクチュエータの長手方向の両端が前記可撓性配線基板の同じ側の面に接触した状態で配置し、前記圧電アクチュエータが前記可撓性配線基板の一部を挟んで前記パネルに接触するように、前記可撓性配線基板を配設することを特徴とする入力装置の製造方法が提供される。

このような入力装置の製造方法では、可撓性配線基板に貫通孔の対を設け、圧電アクチュエータを一方の貫通孔に挿通させた後、他方の貫通孔に反対面側から挿通させて、長手方向の両端が可撓性配線基板の同じ側の面に接触するように配置し、可撓性配線基板にマウントする。そして、圧電アクチュエータの例えば中央部または両端部がこの可撓性配線基板の一部を挟んでパネルに接触するように、可撓性配線基板を配設する。このような構造により、パネルへの入力操作を行った利用者に対して力覚が帰還される。

本発明の入力装置は、圧電アクチュエータが可撓性配線基板の一部を挟んでパネルに接触する構造を有している。可撓性配線基板は比較的高精度で厚さを制御することが可能であるため、上記のような構造により、圧電アクチュエータの厚さ方向の取り付け位置精度が高められるとともに、圧電アクチュエータの駆動力がパネル等に効率よく伝達される。また、可撓性配線基板上の貫通孔の対に対して圧電アクチュエータをマウントし、この圧電アクチュエータが可撓性配線基板の一部を挟んでパネルに接触するように可撓性配線基板を配設する構造により、圧電アクチュエータの取り付け作業の効率が高められる。さらに例えば、圧電アクチュエータの端部に設けられた配線端子と可撓性配線基板上に形成された配線パターンとを電気的に接続させることにより、配線の引き回しが容易になる。従って、本発明によれば、パネルによる高性能な力覚帰還機能を有し、かつ製造コストの低い入力装置が実現される。

また、本発明の入力装置の製造方法では、圧電アクチュエータが可撓性配線基板の一部を挟んでパネルに接触する構造の入力装置が提供される。可撓性配線基板は比較的高精度で厚さを制御することが可能であるため、上記のような構造により、圧電アクチュエータの厚さ方向の取り付け位置精度が高められるとともに、圧電アクチュエータの駆動力がパネル等に効率よく伝達される。また、可撓性配線基板上の貫通孔の対に対して圧電アクチュエータをマウントし、この可撓性配線基板をパネルの裏面、またはパネルの表面の縁部に配設する方法により、圧電アクチュエータの取り付け作業の効率が高められる。従って、本発明によれば、パネルによる高性能な力覚帰還機能を具備する入力装置を、低コストで製造することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る入力装置の構成を示す分解斜視図である。

図１に示す入力装置は、液晶表示部１とタッチセンサ部２によって構成される。また、液晶表示部１の表示面側には、圧電アクチュエータ３がマウントされたフレキシブル基板４が固定されている。

液晶表示部１は、画像が表示される表示パネル１１と、これを保持するためのフレーム１２とを具備している。表示パネル１１の内部には、図示しない液晶基板やバックライト等が設けられている。また、フレーム１２は、例えば金属製であり、表示パネル１１の表示面では、画像の表示領域を遮らないように設けられている。

タッチセンサ部２は、利用者による押圧の有無とその位置を検知するためのセンサ等が内蔵されたユニットであり、利用者によって押圧される押圧部２１と、これを保持するためのフレーム２２とを具備している。押圧部２１は透明な樹脂シート等によってなり、液晶表示部１の表示パネル１１に表示された画像が透過する。また、フレーム２２は、例えば金属製であり、表示パネル１１の表示領域を遮らないように設けられている。

なお、本実施の形態のタッチセンサ部２は、例として、いわゆる抵抗膜方式により押圧の有無およびその位置を検知するようになっている。この場合、押圧部２１は例えば、透明電極が成膜された複数の電極シートを、電極面を対向させて一定の間隔を空けて配置した構造を有している。また、フレーム２２の内部には、電極シートに対する電圧の印加や電圧の検出を行うための回路が収納される。そして、この押圧部２１が利用者の指やペン等の指示具で押圧されると、電極シート同士が接触し、このときの各電極シート上における抵抗変化を検出することにより、指示位置が特定される。

圧電アクチュエータ３は、圧電バイモルフ素子によってなり、フレキシブル基板４上に設けられた電極を通じて供給される制御電圧に応じて、湾曲変形する。
フレキシブル基板４は、例えばポリイミド等の樹脂フィルム上に銅箔等の導電性金属箔を用いて電極を形成した、可撓性の配線基板であり、圧電アクチュエータ３に対して駆動電圧を供給する電極が設けられているとともに、後述する貫通孔の対が設けられて、この貫通孔を使用して圧電アクチュエータ３を保持している。

この入力装置では、液晶表示部１の表示面側に、フレキシブル基板４および圧電アクチュエータ３を挟み込むように、タッチセンサ部２が配設される。タッチセンサ部２の押圧部２１には、液晶表示部１の表示パネル１１により表示されたアイコン等の操作機能項目の画像が透過し、押圧部２１上のこれらの画像の表示位置に利用者が指やペン等の指示具を接触させることで、表示画像に応じた入力操作が行われる。

また、タッチセンサ部２は、液晶表示部１に対して、その表示面に垂直な方向に可動な状態で配設される。これにより、圧電アクチュエータ３の湾曲変形に応じて、液晶表示部１に対するタッチセンサ部２の距離が変化する。従って、利用者がタッチセンサ部２の押圧部２１を押圧したタイミングで、圧電アクチュエータ３を湾曲変形させることにより、利用者に対して力覚が帰還され、あたかもスイッチボタンを押したような感触（クリック感）を与えることが可能となる。

なお、上記の液晶表示部１およびタッチセンサ部２は、通常、金属やプラスチック等により外部筐体（図示せず）の内部に収納される。液晶表示部１は、この外部筐体の内部に固定される。また、外部筐体には、表示パネル１１の表示面を遮らないように開口部が設けられ、例えば、開口部が設けられた側の外部筐体の裏面と、タッチセンサ部２のフレーム２２の表示側の面との間には、ゴムや金属バネ等の弾性体を具備するクッションが適宜配設される。これにより、タッチセンサ部２は、表示面に垂直な方向に可動な状態で保持される。

次に、圧電アクチュエータ３のフレキシブル基板４への実装方法について詳しく説明する。まず、図２は、フレキシブル基板４の構成を示す平面図である。
図２に示すように、フレキシブル基板４には、圧電アクチュエータ３を実装するための貫通孔４１ａおよび４１ｂの対からなる実装部４１と、圧電アクチュエータ３に駆動電圧を供給するための配線パターン４２が設けられている。

実装部４１では、各貫通孔４１ａおよび４１ｂが同一形状に並列されて形成される。また、各貫通孔４１ａおよび４１ｂの間は、フレキシブル基板４を構成する樹脂フィルムが橋状に残されて中央スペーサ部４１ｃが形成され、この中央スペーサ部４１ｃが、後述するように、圧電アクチュエータ３とタッチセンサ部２との間のスペーサとして機能する。本実施の形態では、例としてこのような実装部４１が１つのフレキシブル基板４上に２箇所ずつ設けられる。

配線パターン４２は、２箇所の実装部４１に対してそれぞれ２本ずつの配線が接続されるように設けられており、これにより、図示しないドライバから供給される駆動電圧が圧電アクチュエータ３に供給される。

図３は、フレキシブル基板４に対して圧電アクチュエータ３を実装した状態を示す図である。図３（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
図３では、図２中の円Ａで囲まれた範囲に圧電アクチュエータ３を実装したときの様子を示している。この図に示すように、実装部４１において、圧電アクチュエータ３は、一方の貫通孔４１ａに例えば表側から挿通された後、中央スペーサ部４１ｃの下部を通して貫通孔４１ｂに裏側から再び挿通されることにより、長手方向の両端部がフレキシブル基板４の表面に接触した状態で実装される。圧電アクチュエータ３は比較的剛性が高く、一方フレキシブル基板４は容易に変形することから、図３（Ｂ）に示すように、中央スペーサ部４１ｃのみが表側方向に膨出した状態となって、圧電アクチュエータ３が保持される。

ここで、図３（Ａ）に示すように、圧電アクチュエータ３の長さをＬ１、幅をＷ１とし、実装部４１における貫通孔４１ａおよび４１ｂの並列方向の端部間距離をＬ２、貫通孔４１ａおよび４１ｂの幅をＷ２とする。上記のように貫通孔４１ａおよび４１ｂに圧電アクチュエータ３を挿通させ、かつ圧電アクチュエータ３の両端部をフレキシブル基板４上に接触させるためには、Ｌ１＞Ｌ２、Ｗ１＜Ｗ２の関係を満たすように貫通孔４１ａおよび４１ｂを形成する必要がある。

また、このような実装状態では、圧電アクチュエータ３の一方の端部に配線端子３１を設けておくことで、この配線端子３１と、フレキシブル基板４上の配線パターン４２とを容易に接触させ、電気的に接続することが可能となる。なお、実際には、これらを接触させた後、半田等を用いて接点を固定する。これにより、圧電アクチュエータ３自体もフレキシブル基板４上に固定される。

以上のように圧電アクチュエータ３が実装された後、このフレキシブル基板４が、液晶表示部１のフレーム１２と、タッチセンサ部２のフレーム２２との間に挟み込まれる。このとき、例えば、フレキシブル基板４における圧電アクチュエータ３の実装面の反対面（図３（Ｂ）中の下側面）が液晶表示部１のフレーム１２と接触し、中央スペーサ部４１ｃの表面がタッチセンサ部２のフレーム２２に接触する。

この状態で、圧電アクチュエータ３に駆動電圧が供給されると、圧電アクチュエータ３が湾曲変形する。このとき、圧電アクチュエータ３の中央部の変位に応じて、中央スペーサ部４１ｃが、液晶表示部１に対してその表示部に垂直な方向に移動する。従って、中央スペーサ部４１ｃの変位に応じてタッチセンサ部２が移動し、利用者に対する力覚帰還機能が実現される。

力覚を帰還させる動作は、例えば以下のように行われる。利用者の指や指示具により、タッチセンサ部２の押圧部２１が押圧され、入力が検知されると、まず圧電アクチュエータ３の中央部をタッチセンサ部２側に撓ませるように、圧電アクチュエータ３に対して駆動電圧が印加される。その直後、圧電アクチュエータ３の中央部を液晶表示部１側に撓ませるように、駆動電圧の電位が逆転される。そして、駆動電圧が緩やかに０Ｖに近づけられ、圧電アクチュエータ３が元の形状に戻される。

このように、タッチセンサ部２を最初に押圧方向と逆の方向に移動させた後、押圧方向に移動させる動作により、タッチセンサ部２の変位量が大きくなる。また、利用者は押圧の直後に押圧部２１から押し戻し力を感じ、この押し戻し力に抗してさらに押圧を行うことになる。従って、利用者に対して実際のボタン操作に近いクリック感を与えることができ、入力が行われたことを力覚として確実に知覚させることができる。

なお、中央スペーサ部４１ｃの表面、あるいは、フレキシブル基板４において圧電アクチュエータ３の両端部が接触した部分の裏面に、例えばセルロイド等の高剛性材料からなる補強板を貼付してもよい。これらの部分は、圧電アクチュエータ３の湾曲変形に伴う駆動力が各フレーム１２および２２に作用する部分であるため、補強板の貼付により、各フレーム１２および２２からの押圧に伴う変形量が抑制されるとともに、フレキシブル基板４を構成する樹脂フィルムが摩擦や衝撃により変形あるいは破損することが防止される。

ところで、上記のように圧電アクチュエータ３が実装された状態では、圧電アクチュエータ３の両端部、および中央スペーサ部４１ｃが、フレキシブル基板４を構成する樹脂フィルムを介してフレーム１２および２２にそれぞれ接触している。従って、フレキシブル基板４の樹脂フィルムは、圧電アクチュエータ３をフレーム１２および２２に直接接触させないためのスペーサとして機能している。

このようなスペーサにおいては、利用者によりタッチセンサ部２が押圧され、その押圧力が作用して変形した場合に、圧電アクチュエータ３の中央部の変位量を超える高さをスペーサ自身が保持できる必要がある。また、厚さ方向の変形を少なくすることで、圧電アクチュエータ３の湾曲変形に伴う駆動力を効率よく伝達することができる。

フレキシブル基板４は、その厚さが所定値となるように比較的高精度で作成することができる上、タッチセンサ部２の押圧による高さ方向の変形量が小さい。そのため、スペーサとして使用するシート素材として極めて適している。具体的には、圧電アクチュエータ３の長さＬ１が３０ｍｍ程度で、２０Ｖ程度の駆動電圧を印加した場合、その中央部の片面への変位量は最大７０μｍ程度である。このとき、フレキシブル基板４の厚さとしては１００μｍ程度が要求されるが、このようなフレキシブル基板４は容易に作成することが可能である。

また、フレキシブル基板４は、このようなスペーサとしての機能、および圧電アクチュエータ３を保持する機能とともに、圧電アクチュエータ３に対する配線の機能も兼ねている。従来、圧電アクチュエータ３に対する配線はリード線を用いていた。これに対して、フレキシブル基板４上に配線パターンを形成することで、狭いスペースで配線を効率よく引き回すことができる。

さらに、圧電アクチュエータ３は、配線端子３１において半田によりフレキシブル基板４上に固定されているだけで、それ以外の部分（例えば、圧電アクチュエータ３の他端や、中央スペーサ部４１ｃとの接触部）ではフレキシブル基板４に固定されていない。従って、圧電アクチュエータ３の湾曲変形時にフレキシブル基板４から余分な力を受けることがなく、変形による駆動力が効率よくタッチセンサ部２に伝達される。これとともに、例えば圧電アクチュエータ３の故障が発生した場合には、配線端子３１の半田を除去するだけで、圧電アクチュエータ３をフレキシブル基板４から取り外すことができるため、保守性が極めて高い。

次に、以上のような入力装置の製造工程について、順を追って説明する。図４は、上記の入力装置の製造工程を示すフローチャートである。
ステップＳ４０１において、フレキシブル基板４を作成する。フレキシブル基板４は、例えば、フィルム状のポリイミド樹脂の片側全面に、電界銅箔や圧延銅箔等の金属箔層を形成したベースフィルムに対して、リソグラフィー技術等により配線パターン４２を形成した後、貫通孔４１ａおよび４１ｂや各種の固定用の孔を穿設し、さらに表面に絶縁コーティングを施すことにより作成される。

ステップＳ４０２において、フレキシブル基板４上に圧電アクチュエータ３を取り付ける。上述したように、圧電アクチュエータ３は、実装部４１の一方の貫通孔４１ａに挿通させた後、他方の貫通孔４１ｂに逆方向側から挿通させることで、フレキシブル基板４上に容易に取り付けられる。

ステップＳ４０３において、圧電アクチュエータ３の配線端子３１を、フレキシブル基板４上の配線パターン４２に半田付けする。この工程は、例えばレーザを使用して行われる。これにより、圧電アクチュエータ３がフレキシブル基板４上に固定される。

ステップＳ４０４において、液晶表示部１を組み上げた後、この液晶表示部１のフレーム１２に対して、フレキシブル基板４を取り付ける。フレキシブル基板４は、例えばフレーム１２に対してビス等を用いて固定される。なお、このとき、フレキシブル基板４上の配線パターン４２と、図示しないドライバにおける所定の配線端子とを結線する。

ステップＳ４０５において、この液晶表示部１の表示面側に、タッチセンサ部２を取り付ける。
以上の製造工程では、貫通孔４１ａおよび４１ｂに挿通させることで、圧電アクチュエータ３をフレキシブル基板４上に取り付け、このフレキシブル基板４を液晶表示部１に固定することにより、圧電アクチュエータ３を高い位置精度を保持しながら容易に実装することが可能となる。また、圧電アクチュエータ３の保持にフレキシブル基板４を用いたことで、圧電アクチュエータ３への配線を極めて簡易な作業で行うことが可能となる。

以上のように、本発明の入力装置では、圧電アクチュエータ３の取り付け位置精度や駆動力の伝達効率、および配線の引き回し効率が高められながら、取り付け作業が容易になっている。従って、高性能な力覚帰還機能を有する入力装置を低コストで実現することが可能となる。

なお、本実施の形態では、液晶表示部の表示領域の周囲に４つの圧電アクチュエータを配置したが、より多くの圧電アクチュエータを配置してもよい。また、１つのフレキシブル基板上に３つ以上の圧電アクチュエータを実装してもよい。さらに、表示パネルの長辺側だけでなく、短辺側にも圧電アクチュエータを実装したフレキシブル基板を配置してもよい。ただし、各圧電アクチュエータは、表示パネルの中心部に対して対称に配置されることが望ましい。

〔第２の実施の形態〕
次に、上記の入力装置の変形例として、圧電アクチュエータ３のフレキシブル基板４に対する取り付け方向を逆にした場合について説明する。図５は、本発明の第２の実施の形態に係る入力装置についての、圧電アクチュエータ３の取り付け構造を示す図である。

図５では、フレキシブル基板４に対する圧電アクチュエータ３の取り付け構造を側面図で示している。この図に示す第２の実施の形態では、圧電アクチュエータ３をフレキシブル基板４の反対面に取り付けている。これにより、圧電アクチュエータ３の取り付け時において、中央スペーサ部４１ｃは、液晶表示部１側に膨出した状態となる。そして、この中央スペーサ部４１ｃが液晶表示部１のフレーム１２に接触し、フレキシブル基板４における圧電アクチュエータ３の両端部との接触部の裏面が、タッチセンサ部２のフレーム２２に接触する。

このような入力装置における動作は、上記の第１の実施の形態の場合と変わりはない。圧電アクチュエータ３の取り付け構造は、液晶表示部１およびタッチセンサ部２の各フレーム１２および２２が有する構造に適するように選択されればよい。

〔第３の実施の形態〕
次に、フレキシブル基板に対する圧電アクチュエータの取り付け構造をより簡単にし、製造効率をさらに高めることが可能な入力装置について説明する。

図６は、本発明の第３の実施の形態に係る入力装置の構造を示す図であり、（Ａ）はフレキシブル基板の構造を示し、（Ｂ）はこのフレキシブル基板に圧電アクチュエータを取り付けた場合の構造を示す。

図６（Ａ）に示すフレキシブル基板１４では、圧電アクチュエータ１３の実装部１４１として貫通孔１４１ａおよび１４１ｂの対が形成されているとともに、各貫通孔１４１ａおよび１４１ｂの間の中央スペーサ部１４１ｃが、切断部１４１ｄにおいて線状に切断されている。そして、圧電アクチュエータ１３は、（Ｂ）に示すように、その長手方向の端部が実装部１４１を挟んでフレキシブル基板１４の上面に接触するとともに、中央スペーサ部１４１ｃが圧電アクチュエータ１３のさらに上面に位置するように配置される。

また、上述した実施の形態例と同様に、圧電アクチュエータ１３の長手方向の一端には、配線パターン１４２に接続するための配線端子１３１が設けられており、この配線端子１３１は所定の配線パターン１４２に対して半田により接続される。

このような構造では、中央スペーサ部１４１ｃは、切断部１４１ｄにおいて切断させているものの、圧電アクチュエータ１３とタッチセンサ部あるいは液晶表示部との間のスペーサとしての機能は、上記の第１および第２の実施形態の場合とほぼ同様に果たしている。従って、このようなフレキシブル基板１４がタッチセンサ部と液晶表示部との間に配設された場合にも、圧電アクチュエータ１３の厚さ方向の位置精度が高められ、高性能な力覚帰還機能が実現される。

しかし、中央スペーサ部１４１ｃが切断されていることにより、フレキシブル基板１４自体が圧電アクチュエータ１３を保持することはできず、圧電アクチュエータ１３とフレキシブル基板１４とは配線端子１３１での半田付けによって固着される。このため、製造時の衝撃等により圧電アクチュエータ１３がフレキシブル基板１４から脱落してしまう可能性がある。従って例えば、圧電アクチュエータ１３において、配線端子１３１を設けた位置と反対側の端部をフレキシブル基板１４に対して半田により固着させて、圧電アクチュエータ１３とフレキシブル基板１４とをより確実に固定することが好ましい。

図６（Ｂ）の例では、圧電アクチュエータ１３において、配線端子１３１を設けた側に対して反対側の端部に、電気配線と無関係の固定用端子１３２を設け、さらにフレキシブル基板１４上の固定用端子１３２の接触位置にも固定用のパターン（図示せず）を形成している。そして、固定用端子１３２とフレキシブル基板１４側のパターンとを半田付けすることで、圧電アクチュエータ１３の他端部をフレキシブル基板１４に固定している。

図７は、本実施の形態に係る入力装置の製造工程を示すフローチャートである。
ステップＳ７０１において、実装部１４１および配線パターン１４２が形成されたフレキシブル基板１４を作成する。

ステップＳ７０２において、圧電アクチュエータ１３をフレキシブル基板１４上に配置する。このとき、貫通孔１４１ａおよび１４１ｂをその並列方向に跨ぐように圧電アクチュエータ１３を配置する。

ステップＳ７０３において、圧電アクチュエータ１３の両端に設けられた配線端子１３１および固定用端子１３２を半田付けする。この工程は例えばレーザを使用して行われる。

このステップＳ７０３の状態では、各貫通孔１４１ａおよび１４１ｂの間の中央スペーサ部１４１ｃは圧電アクチュエータ１３の下面側に位置しているので、ステップＳ７０４において、この中央スペーサ部１４１ｃを圧電アクチュエータ１３の上面に引き出す。この工程は、例えば、切断部１４１ｄに対して圧電アクチュエータ１３を挟んで反対側の中央スペーサ部１４１ｃの下側から、細い直線状の治具を上側に向かって通すこと等により容易に行うことができる。このような方法を採るために、切断部１４１ｄは中央スペーサ部１４１ｃの幅方向の端部側に設けられることが好ましい。

ステップＳ７０５において、液晶表示部のフレームに対して、フレキシブル基板１４を取り付ける。ステップＳ７０６において、この液晶表示部の表示面側に、タッチセンサ部を取り付ける。なお、フレキシブル基板１４をタッチセンサ部側に取り付けてから、液晶表示部を取り付けるようにしてもよい。

以上の製造工程では、圧電アクチュエータ１３をフレキシブル基板１４上に配置して固定した後、中央スペーサ部１４１ｃを上側に引き出す方法を採っている。この方法では、上記の第１および第２の実施の形態のように、圧電アクチュエータを一方の貫通孔に挿通させた後に他方の貫通孔に逆方向側から挿通させる工程をもたず、より単純な取り付け構造が採られているので、製造装置のコストを低下させ、取り付けに要する時間も短縮することができる。

また、本実施の形態では、上述したようにフレキシブル基板１４自体で圧電アクチュエータ１３を保持しないので、圧電アクチュエータ１３の両端を半田付けすることが好ましい。この半田付けの工程は、配線端子１３１と基板側の配線パターン１４２に対する半田付けの工程で連続して、あるいは同時に行うことが可能であるため、製造工程の効率を大きく低下させるものではない。

従って、本実施の形態では、高性能な力覚帰還機能を有する入力装置をより低コストで実現することができ、例えばこのような入力装置が大量に自動製造される場合等に有利であると言える。

なお、フレキシブル基板上の貫通孔の形状や、フレキシブル基板自体の形状は、上記の各実施の形態で示した形状に限らず、例えば圧電アクチュエータの形状や、取り付けられる液晶表示部あるいはタッチセンサ部のフレーム等の形状にあわせて形成されればよい。

〔第４の実施の形態〕
ところで、圧電アクチュエータは、電圧を印加すると変形するが、逆に外部から加圧されると電圧を発生させる性質を有している。また、圧電アクチュエータは、電圧が発生された場合に、その構造上コンデンサとして機能し、内部に電荷を蓄積してしまう。このため、例えば製造工程において、圧電アクチュエータに対して何らかの圧力が作用した場合に、圧電アクチュエータ自体の起電力により大量の電荷が蓄積され、この電荷により圧電アクチュエータが破損してしまう場合がある。

以下、このような事態を防止するために、圧電アクチュエータの配線端子間に抵抗を挿入した入力装置の例について説明する。図８は、本発明の第４の実施の形態に係る入力装置についての、圧電アクチュエータに対する配線を示す回路図である。

図８では、圧電アクチュエータ３の例として、圧電材よりなる２層の圧電層３ａおよび３ｂを電極板３ｃを挟んで貼り合わせた構造のものを示している。また、ドライバ５は、図示しない制御部による制御に基づいて圧電アクチュエータ３に対して駆動電圧を印加する回路で、フレキシブル基板４上の配線パターン４２により、圧電層３ａおよび３ｂと結線されている。さらに、図８では例として、圧電層３ａおよび３ｂの各電極間に、所定の抵抗値を有する抵抗４２ａを並列に接続している。このような抵抗４２ａは、圧電アクチュエータ３をフレキシブル基板４上に実装する直前に接続されることが好ましい。

このような入力装置では、抵抗４２ａを電極間に直列に挿入することにより、例えば製造工程において何らかの圧力が加えられて圧電アクチュエータ３自体が電圧を発生した場合に、抵抗４２ａを通じて電流が流れ、圧電アクチュエータ３に与えられる衝撃が吸収される。本発明では、圧電アクチュエータ３とドライバ５との間をフレキシブル基板４により結線しているため、このような抵抗４２ａの実装部のパターンをあらかじめ設けておくことにより、抵抗４２ａを容易に配置することができ、製造時における圧電アクチュエータ３の破損を防止することができる。

ところで、以上の各実施の形態では、抵抗膜方式のタッチセンサ部を用いた場合について説明したが、他の方式を用いた場合にも、同様な構造により上記構成の圧電アクチュエータを設けて、力覚帰還機能を実現することが可能である。他の方式として、例えば、静電容量方式、光学方式、超音波方式を用いたタッチセンサ部について、上記と同様の構造により力覚帰還機能を実現することができる。

静電容量方式の場合、例えば、透明な導電性シートにより利用者の指の接触部を形成するとともに、接触部の外縁のフレーム内に電圧印加および電流検知のための回路を設ける。そして、導電性シートに一定の電圧を印加しておき、この導電性シートに利用者の指が接触したときのシート上の静電容量の変化を電流値から検出することにより、指の接触の有無および接触位置座標を検出する。

また、光学方式の場合、ガラスやアクリル等による単なる透明なパネルにより接触部を形成する。そして、接触部の外縁のフレーム内に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光素子および受光素子を配置して、接触部の表面にマトリクス状に赤外線を放射させ、対向する側の受光素子により受光させる。従って、接触部に指や指示具が接触したときに光が遮られた場所を特定することにより、接触座標を検出することができる。

さらに、超音波方式の場合にも、同様に透明なパネルにより接触部を形成する。また、外縁のフレーム内には、発信器と受信器とをｘ方向およびｙ方向にそれぞれ対向させて配置し、発信器により接触部の表面に表面弾性波を発生させる。そして、接触部に指が接触したときに、接触部分の振動（エネルギー）が指に吸収されて生じる表面弾性波の伝達遅延を検出することにより、接触位置座標を検出することができる。

以上の各方式を用いた場合にも、タッチパネル部の外縁のフレームと、液晶表示部のフレームとの間に、上記のような圧電アクチュエータを実装したフレキシブル基板を設けることにより、タッチパネル部を表示面に垂直な方向に移動させて、力覚帰還機能を実現することが可能である。

また、以上の各方式によるタッチパネル部を用いた場合には、操作機能項目を表示する表示装置として、液晶表示装置（ＬＣＤ）以外に、例えばＣＲＴ（Cathode Ray Tube）等の他の方式の表示装置を用いることも可能である。

〔第５の実施の形態〕
さらに、他の方式として、電磁誘導の原理により接触の有無および接触位置を検出する電磁誘導方式を用いた場合にも、上記構成の圧電アクチュエータを用いた力覚帰還機能を実現することが可能である。以下、この場合の入力装置の構造について、第５の実施の形態として説明する。

図９は、本発明の第５の実施の形態に係る入力装置の構造を示す図である。なお、図９では、図１で示した入力装置と対応する構成要素については同じ符号を付して示している。

図９（Ａ）は、入力装置を表示面方向から見た場合の平面図を示している。この図９（Ａ）のように、表示面にはガラスやアクリル等からなる透明パネル６が設けられ、この透明パネル６は、表示面が開口した外部筐体７に収納されている。なお、図９（Ａ）では参考のために、圧電アクチュエータ３およびこれを実装するフレキシブル基板４の取り付け位置も示している。本実施の形態では例として、フレキシブル基板４が表示面の長辺側に設けられ、各フレキシブル基板４上に圧電アクチュエータ３が２つずつ実装されている。

図９（Ｂ）は、図９（Ａ）のＢ矢視から見た入力装置の断面図を概略的に示している。この図９（Ｂ）に示すように、透明パネル６、液晶表示部１、および、透明パネル６上の接触位置を検出するためのセンサ部８は、外部筐体７の内部に収納されている。

液晶表示部１およびセンサ部８は、ともにそれらの縁部にそれぞれ設けられたフレーム１２および８１を介して外部筐体７に固定されている。また、液晶表示部１による表示画像は、透明パネル６を透過して利用者に視認されるようになっている。これとともに、液晶表示部１のフレーム１２と、透明パネル６の縁部との間に、圧電アクチュエータ３が配置され、また透明パネル６の縁部と、外部筐体７の表示面側の縁部との間には、弾性体からなるクッション９が配置されている。これにより、透明パネル６は、外部筐体７や液晶表示部１に対して、表示面に垂直な方向に可動な状態で保持される。なお、図９（Ｂ）では、圧電アクチュエータ３を実装するフレキシブル基板の表示を省略している。

この入力装置では、透明パネル６に対するタッチ操作を行うために、例えばペン型に形成された専用の指示具６ａが使用される。指示具６ａの内部には、磁界を発生させるための回路が搭載され、センサ部６には、磁界を検出するための多数のセンサコイルが設けられている。そして、指示具６ａが透明パネルに接触すると、指示具６ａからの磁界をセンサ部６が検出することにより、指示具６ａの接触の有無および接触位置を検出することができる。

また、図示しない制御回路の処理により、透明パネル６に指示具６ａが接触すると、圧電アクチュエータ３に電圧が印加され、透明パネル６が表示面と垂直な方向に移動する。これにより、利用者に力覚が帰還される。

本実施の形態の場合にも、圧電アクチュエータ３やこれに対する配線、取り付けのための構造を、表示面を遮らないように透明パネル６の縁部に配置する必要があるため、本発明を適用することにより、製造効率およびスペース効率を高めるとともに、高性能の力覚帰還機能を低コストで実現することが可能となる。

以上の各実施の形態のように、表示部による表示画像が押圧・接触のセンサ部を透過して利用者に視認されるように構成された入力装置は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の情報処理装置や、自動販売機、券売機、現金自動支払機（ＣＤ）、現金自動預け払い機（ＡＴＭ）、ゲーム機器等の表示入力装置として好適に使用することが可能である。また、据え置き型の電話機や、携帯型電話機、ＰＤＡ等の携帯型情報端末、各種リモートコントロール装置の表示入力装置としても好適に使用することが可能である。

例えば、インターネット等のネットワークに接続可能な携帯型電話機では、電話を発信する際には表示部に数字キーを表示させ、ネットワークに接続する際にはアイコン等からなる専用のＧＵＩ画像を表示させることができる。また、複数の機器を制御可能なリモートコントロール装置では、機器に応じたアイコン等を表示させることができる。本発明によれば、圧電アクチュエータとその保持部材を用いた高性能の力覚帰還機能を低コストで実現することが可能であることから、特にこのような小型の機器に対して本発明の入力装置を容易に搭載することができ、利用者の使用感を高めることが可能である。

〔第６の実施の形態〕
ところで、上記の各実施の形態では、表示部による表示画像が押圧・接触のセンサ部を透過して利用者に視認されるように構成された入力装置に本発明を適用した場合について説明したが、操作面に表示画像が透過する機能を有さない入力装置に対しても本発明を適用することが可能である。例えば、ノート型ＰＣの入力操作部においてポインティングデバイスとして設けられる入力パッドや、図形描画ソフトウェア用のタブレット装置等に適用することが可能である。

以下、このような入力装置に本発明を適用した場合の例について具体的に説明する。まず、図１０は、本発明の第６の実施の形態に係る入力装置の構造を示す図である。なお、図１０では、上記の図１および図９に示した入力装置と対応する構成要素については同じ符号を付して示している。

図１０に示した入力装置は、例えば表面が一様に平坦な入力操作部５１を具備している。図１０（Ａ）はこの入力装置を入力操作部５１の操作面側から見た平面図を示しており、外部筐体５２の開口部に設けられた入力操作部５１の操作面には、例えばキーボード配列が描画されている。なお、操作面には例えば、キーボード配列に応じて凹凸が設けられていてもよい。

図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のＣ矢視から見たときの断面図を示している。この図１０（Ｂ）のように、外部筐体５２の内部には、上面が入力操作部５１の操作面となるゴムシート５３と、このゴムシート５３が搭載される基板５４とが収納されている。

ゴムシート５３は、上面（操作面）に描画されたキーボード配列の中の１つのキー領域５５において、その下部に空間が設けられるように薄く形成されている。これにより、キー領域５５が利用者により押圧されると、基板５４の方向に撓むような構造となっている。

また、キー領域５５では、操作面に対する裏面に、導電性ゴムシート５６が貼付されており、この導電性ゴムシート５６に対向する基板５４上の位置に、銅箔等からなる接点部５７が設けられている。導電性ゴムシート５６および接点部５７は、ともに図示しない制御回路からの配線に接続されている。これにより、キー領域５５が押下されると、ゴムシート５３が撓むことにより導電性ゴムシート５６と接点部５７とが接触して導通し、これによりキー入力が行われる。

また、基板５４の下面と、外部筐体５２の下部との間には、圧電アクチュエータ３が設けられている。さらに、ゴムシート５３の縁部にはフレーム５８が設けられ、フレーム５８の上面と、外部筐体５２の開口部の周囲の部分との間には、弾性体を具備するクッション９が設けられている。これにより、圧電アクチュエータ３に電圧が印加されると、ゴムシート５３と基板５４とが、外部筐体５２に対して図中上下に移動するような構造となっている。なお、図１０（Ｂ）では、圧電アクチュエータ３が実装されるフレキシブル基板の表示を省略している。

このような入力装置では、図示しない制御回路の制御により、キー領域５５が押圧されてキー入力が行われたときに、圧電アクチュエータ３を駆動させてゴムシート５３を移動させることにより、利用者に力覚を帰還させることができる。ゴムシート５３の撓みによるキー入力時のストロークは数ｍｍ程度と小さいため、圧電アクチュエータ３による力覚帰還機能を付加することにより、利用者により明確なクリック感を与え、操作感を向上させることができる。また、圧電アクチュエータ３およびこれが実装されたフレキシブル基板の厚さも数ｍｍ程度であるため、全体の厚さを薄くすることができる。従って、キー入力時の実際のストロークが小さいにもかかわらず、操作感の良好な薄型かつ低コストの入力装置を実現することができる。このような入力装置は、例えばＰＣ用のキーボード等として好適である。

なお、本実施の形態では、圧電アクチュエータ３を、入力装置の長辺側の縁部に沿って設けたが、表示装置を持たない入力装置の場合には、操作面に対する裏側面において、圧電アクチュエータを一様な位置に設けてもよい。また、縁部にのみ圧電アクチュエータ３を設けた場合には、それより内側の位置には弾性体からなるクッションを適宜設けてもよい。

〔第７の実施の形態〕
次に、本発明を、いわゆるタブレット装置等として使用される平板状の入力装置に適用した場合について説明する。ここでは、例として、ノート型ＰＣにこのような入力装置を設けた場合について説明する。

図１１は、本発明の第７の実施の形態に係る入力装置を含むノート型ＰＣの構造を示す図である。
図１１（Ａ）に示すノート型ＰＣは、表示部６１と入力部６２とから構成され、表示部６１を入力部６２の側に折り畳むことが可能となっている。表示部６１は、例えばＬＣＤによって構成される。また、入力部６２の入力操作面は、一様に平坦になっており、その表面には例えばキーボード配列が印刷されたシートが貼付されていてもよい。

図１１（Ｂ）は、このノート型ＰＣを、図１１（Ａ）中のＤ矢視から見たときの入力部６２の断面図を示している。この図に示すように、入力部６２は、プロセッサや各種記録媒体等、ＰＣとしての処理機能を実現するデバイスが格納された情報処理デバイス部６３と、入力操作を検知するタッチセンサ部６４とを具備している。

タッチセンサ部６４は、図中上面が操作入力面となっており、例えば上述した抵抗膜方式や、静電容量方式、光学方式、表面弾性波方式等により利用者の指の接触または押圧の有無およびその位置を検知する。また、このタッチセンサ部６４は、入力部６２の外部筐体に固定された保持部材６５の上に配置されるが、この保持部材６５と、タッチセンサ部６４のフレーム６６との間に、圧電アクチュエータ３が設けられる。さらに、フレーム６６の入力操作面側と、入力操作面側の外部筐体６７との間には、弾性体を具備するクッション９が設けられる。これにより、圧電アクチュエータ３に電圧が印加されると、タッチセンサ部６４が図中上下方向に移動される。なお、図１１（Ｂ）では、圧電アクチュエータ３が実装されるフレキシブル基板の表示を省略している。

このような入力部６２では、情報処理デバイス部６３内の制御回路の制御により、タッチセンサ部６４への入力操作を検知したときに、圧電アクチュエータ３を駆動させてタッチセンサ部６４を移動させることにより、利用者に力覚を帰還させることができる。

また、入力部６２の入力操作面は一様に平坦であることから、通常は例えば入力操作面上に描かれたキーボード配列に従ってキーボードとして使用し、必要に応じてタブレット装置あるいはマウスポインタのように使用することが可能となる。これにより、従来のノート型ＰＣに設けられていた入力パッド（トラックパッド）をキーボードと別に設ける必要がなくなるとともに、例えば描画用のタブレット装置等といった新たな機能を付加することができる。従って、小型かつ高機能で、操作感が良好な入力部６２を低コストで実現することが可能となる。

なお、タッチセンサ部６４としては、上記の各方式の他に電磁誘導方式を用いることも可能である。この場合は、プラスチック等の平板からなる入力操作面の裏側に電磁誘導によるセンサ部を設け、圧電アクチュエータにより入力操作面を移動させるようにすればよい。

また、キーボードとしての使用時に、入力キーの位置をより明確にするために、例えば、入力操作面に対して指や指示具を接触させたときに、その位置に応じてフィードバックの強さを変化させることで、人差し指がホームポジションとなる位置（例えば“Ｊ”キーおよび“Ｆ”キーの位置）を利用者に知らせるようにしてもよい。例えば、接触位置がホームポジションに近づくにつれて、振動量を強くする、あるいは振動周期を短くする等といった制御を行う。

また、入力部６２については、タッチセンサ部６４の下部にＬＣＤ等の表示部を設けて、タッチセンサ部６４の入力操作面を透過させて表示画面を表示するタッチパネル式（タッチスクリーン式）の入力装置としてもよい。この場合例えば、通常は入力操作面にキーボード配列を表示させて、入力部６２をキーボードとして使用し、必要に応じて、表示部６１と入力部６２の入力操作面とに別々のアプリケーションによる画面を表示させることも可能である。さらに、表示部６１にも、同様な入力検出機能および力覚帰還機能を設けてもよい。

〔第８の実施の形態〕
本発明はさらに、利用者による入力操作面と、この入力操作面に対する接触の有無を検知する部分とが離れた状態で構成されるシステムに対しても適用することが可能である。以下、その一例について説明する。

図１２は、本発明の第８の実施の形態に係る入力装置の概略構成を示す図である。
図１２に示す入力装置は、平板状の入力部７１と、この入力部７１上への利用者による入力操作および位置を検知するためのイメージセンサ部７２とを具備している。入力部７１は、外部筐体７３の開口部に、上面が入力操作面とされるパネル７４が設けられた構成を有している。そして、外部筐体７３の内部には圧電アクチュエータ（図示せず）が設けられ、この圧電アクチュエータにより、利用者の指や指示具による押圧方向にパネル７４が移動するように構成されている。

イメージセンサ部７２は、例えば、利用者から見てパネル７４の前方で、その入力操作面から所定の高さに配置される。このイメージセンサ部７２は、パネル７４と一体に、あるいは個別の部材として設けられればよい。

また、イメージセンサ部７２は、例えば数千あるいは数万の画素数を有するＣＣＤ（Charge-Coupled Devices）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサといった撮像素子を具備して、パネル７４の全面を撮影する。撮像信号を用いて図示しない制御回路での画像処理により輪郭抽出を行い、パネル７４上における利用者の指や指示具の動きを解析する。これにより、パネル７４への接触の有無およびその位置を判断することができる。また例えば、パネル７４上において、人差し指がホームポジションとなる位置に突起やくぼみを設けておき、利用者がその位置を基準にキーボード操作を行うようにすることで、指の動きについてより正確な解析が可能となる。あるいは、パネル７４上にキーボード配列を印刷したシートを貼付しておき、指の動きに加えてキーボード配列のグリッド位置を基準に入力位置を解析するようにしてもよい。このようにホームポジションやキーボード配列を明示しておくことにより、例えばキーボード操作の初心者でも容易に使用することが可能となる。

この他に例えば、イメージセンサ部７２は、パネル７４の全面に一様な光を放射するＬＥＤ等の発光素子からなる受光部と、パネル７４からの反射光を受光する受光部とを具備するようにしてもよい。この場合、例えば、受光部には複数の受光素子がマトリクス状に配置されて、パネル７４からの反射光の全体受光量と受光量の分布とから、制御回路の処理により、パネル７４上の指や指示具の接触の有無およびその位置を解析することができる。

このような入力装置では、仮想キーボードとしての機能とタブレット装置としての機能とを切り換えて使用することが可能である。また、持ち運びが容易で、机の上等、表示装置や制御装置とは別の任意の位置に配置して使用することが可能である。そして、パネル７４への指や指示具の接触を検知したときに、圧電アクチュエータを駆動させてパネル７４を移動させることにより、利用者に力覚を帰還させ、利用者の操作感を向上させることができる。

なお、以上の実施の形態では、押圧部や接触部の位置を検出する機能を有する入力装置について説明したが、例えばエレベータの呼び出しやフロア指定を行うためのボタンスイッチ等、座標検出機能を具備せず、押圧や接触の有無のみを検出可能な入力装置に対しても、本発明を適用することが可能である。

以上のように、本発明は、圧電アクチュエータの駆動により利用者に力覚を帰還させることが可能な入力操作面と、この入力操作面上に対する指や指示具の接触あるいは押圧の有無を検知する手段とを具備するいかなる入力装置に対しても適用することができ、操作感が良好な小型かつ薄型の入力装置を低コストで実現することが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る入力装置の構成を示す分解斜視図である。 フレキシブル基板の構成を示す平面図である。 フレキシブル基板に対して圧電アクチュエータを実装した状態を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る入力装置の製造工程を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る入力装置についての、圧電アクチュエータの取り付け構造を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る入力装置の構造を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る入力装置の製造工程を示すフローチャートである。 本発明の第４の実施の形態に係る入力装置についての、圧電アクチュエータに対する配線を示す回路図である。 本発明の第５の実施の形態に係る入力装置の構造を示す図である。 本発明の第６の実施の形態に係る入力装置の構造を示す図である。 本発明の第７の実施の形態に係る入力装置を含むノート型ＰＣの構造を示す図である。 本発明の第８の実施の形態に係る入力装置の概略構成を示す図である。 力覚帰還機能を有する従来のタッチパネル式の入力装置の構造例を示す斜視図である。 従来の圧電アクチュエータの取り付け構造を示す断面図である。

符号の説明

１……液晶表示部、２……タッチセンサ部、３……圧電アクチュエータ、４……フレキシブル基板、１２、２２……フレーム、３１……配線端子、４１……実装部、４１ａ、４１ｂ……貫通孔、４１ｃ……中央スペーサ部、４２……配線パターン

Claims (15)

1. パネルの表面に対する押圧または接触操作の有無を検出することにより入力が行われる入力装置において、
   配線パターンが形成され、かつ、並列した貫通孔の対が設けられて、対になっている前記貫通孔の間が中央スペーサ部を構成している可撓性配線基板と、
   前記可撓性配線基板の表側方向の面において前記貫通孔の対をその並列方向に跨いだ状態で位置し、かつ、前記可撓性配線基板のうちの前記中央スペーサ部のみがさらに表側方向に位置するように配設された、圧電バイモルフ素子によりなる圧電アクチュエータと、
   を有し、
   前記圧電アクチュエータが前記可撓性配線基板の一部を挟んで前記パネルに接触するように、前記可撓性配線基板が配設されたことを特徴とする入力装置。
2. 前記可撓性配線基板は、前記中央スペーサ部の表側方向の面が前記パネルに接触するように配設されたことを特徴とする請求項１記載の入力装置。
3. 前記可撓性配線基板は、前記圧電アクチュエータの端部が接触した面の反対面が前記パネルに接触するように配設されたことを特徴とする請求項１記載の入力装置。
4. 前記圧電アクチュエータの端部に設けられた配線端子と前記可撓性配線基板の表側方向の面に形成された前記配線パターンとが電気的に接続されたことを特徴とする請求項１記載の入力装置。
5. 前記圧電アクチュエータの配線端子に接続された前記可撓性配線基板上の前記配線パターン間に、さらに、抵抗が並列に接続されたことを特徴とする請求項４記載の入力装置。
6. 前記可撓性配線基板は、対になっている前記各貫通孔の間の前記中央スペーサ部が１本の線状に切断されていることを特徴とする請求項１記載の入力装置。
7. 前記圧電アクチュエータの一方の端部に設けられた配線端子と前記可撓性配線基板の表側方向の面に形成された前記配線パターンとが半田により電気的に接続されていることを特徴とする請求項６記載の入力装置。
8. 前記圧電アクチュエータの他方の端部と前記可撓性配線基板との接触部が半田により固着されていることを特徴とする請求項７記載の入力装置。
9. 前記貫通孔の対は、並列方向の両端部間の距離が前記圧電アクチュエータの長手方向の長さより短く、幅が前記圧電アクチュエータの幅より大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の入力装置。
10. 前記パネルを透過させて画面を表示する表示手段をさらに有し、
    前記パネルの表面を押圧または接触操作することにより、前記表示手段による表示画面上の、操作位置に対応する操作機能項目に対する選択入力が行われ、
    前記可撓性配線基板は、前記表示手段の表示領域外に配置されることを特徴とする請求項１記載の入力装置。
11. 前記表示手段の表示領域外に位置して前記表示手段を保持する保持部材をさらに有し、
    前記パネルが前記表示手段の表示面と垂直な方向に可動とされ、前記可撓性配線基板が前記パネルと前記保持部材との間に配置されたことを特徴とする請求項１０記載の入力装置。
12. 前記圧電アクチュエータは、前記表示手段の表示領域の周りに複数設けられることを特徴とする請求項１０記載の入力装置。
13. パネルの表面に対する押圧または接触操作の有無を検出することにより入力が行われる入力装置の製造方法において、
    配線パターンが形成された可撓性配線基板に、並列した貫通孔の対を設け、
    圧電バイモルフ素子によりなる圧電アクチュエータを、前記貫通孔の対の一方に挿通させた後、他方に反対面側から挿通させて、前記圧電アクチュエータの長手方向の両端が前記可撓性配線基板の同じ側の面に接触した状態で配置し、
    前記圧電アクチュエータが前記可撓性配線基板の一部を挟んで前記パネルに接触するように、前記可撓性配線基板を配設する、
    ことを特徴とする入力装置の製造方法。
14. パネルの表面に対する押圧または接触操作の有無を検出することにより入力が行われる入力装置の製造方法において、
    配線パターンが形成された可撓性配線基板に、並列した貫通孔の対を設けるとともに、対となっている前記各貫通孔の間の中央スペーサ部を１本の線状に切断し、
    圧電バイモルフ素子によりなる圧電アクチュエータを、前記貫通孔の対をその並列方向に跨ぐように配置して、前記圧電アクチュエータの一方の端部に設けられた配線端子と前記可撓性配線基板に形成された前記配線パターンとを半田により電気的に接続させ、
    対になっている前記貫通孔の間に位置する前記中央スペーサ部を引き出して前記圧電アクチュエータのさらに上面に配設し、
    前記圧電アクチュエータが前記可撓性配線基板の一部を挟んで前記パネルに接触するように、前記可撓性配線基板を配設する、
    ことを特徴とする入力装置の製造方法。
15. 前記配線端子を半田により接続させる際に、前記圧電アクチュエータの他方の端部と前記可撓性配線基板との接触部を半田により固着することを特徴とする請求項１４記載の入力装置の製造方法。

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