JP4543863B2 - I / O device with tactile function and electronic device - Google Patents

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本発明は、予め準備された入力項目選択用の表示画面の中からアイコンを選択して情報を入力する際に操作者の指に触覚を提示するようにした情報処理装置や、携帯電話機、情報携帯端末装置等に適用して好適な触覚機能付きの入出力装置及び電子機器に関する。   The present invention relates to an information processing apparatus, a mobile phone, and information that presents a tactile sensation to an operator's finger when inputting information by selecting an icon from a display screen for selecting input items prepared in advance. The present invention relates to an input / output device and an electronic device with a tactile function suitable for application to a portable terminal device or the like.

近年、ユーザ(操作者)は、ゲーム装置や、携帯電話機、PDA(Personal Digital Assistants)等の携帯端末装置に様々なコンテンツを取り込み、それを利用する場合が多くなってきた。これらの携帯端末装置には、キーボードや、JOGダイヤル等の入力装置、更に、表示部を組み合わせたタッチパネルなどの入力装置が使用され、各種情報を入力するようになされる。   In recent years, users (operators) have frequently taken in and used various contents in portable terminal devices such as game devices, mobile phones, and PDAs (Personal Digital Assistants). In these portable terminal devices, input devices such as a keyboard and a JOG dial, and a touch panel combined with a display unit are used to input various information.

また、アクチュエータを組み合わせた入出力装置も開発されている。アクチュエータは、2層以上のひずみ量の異なる圧電素子、又は、圧電素子と非圧電素子とを貼り合わせ、この貼合体の圧電素子に振動制御電圧を印加したとき、双方のひずみ量の差によって生じる貼合体の曲げ変形を力学的に利用するものである(振動体機能)。反対に、圧電素子に力を加えると電圧を発生することが知られている(力検出センサ機能)。アクチュエータには、いわゆるバイモルフアクチュエータや、ユニモルフアクチュエータ、円盤アクチュエータ(これらを総括して、以下、単にアクチュエータという)等が使用される場合が多い。   An input / output device combined with an actuator has also been developed. Actuators are produced by the difference in strain between two or more piezoelectric elements with different strain amounts, or when piezoelectric control elements and non-piezoelectric elements are pasted together and a vibration control voltage is applied to the piezoelectric elements of the bonded body. The bending deformation of the bonded body is used dynamically (vibrating body function). On the contrary, it is known that a voltage is generated when a force is applied to the piezoelectric element (force detection sensor function). In many cases, so-called bimorph actuators, unimorph actuators, disk actuators (collectively these are simply referred to as actuators below), etc. are used as actuators.

この種のアクチュエータを備えた電子機器に関して、特許文献1には、入力出力装置及び電子機器が開示されている。この電子機器によれば、多層圧電バイモルフ型アクチュエータ及びタッチパネルを有する入出力装置を備え、多層圧電バイモルフ型アクチュエータは、情報の種類に応じてタッチパネルを通じて異なる触覚を使用者にフィードバックするようになされる。このように電子機器を構成すると、使用者に対して、情報の種類に応じた入力操作に対する触覚フィードバックを確実に提供できるというものである。   With respect to an electronic apparatus provided with this type of actuator, Patent Document 1 discloses an input / output device and an electronic apparatus. According to this electronic apparatus, an input / output device having a multilayer piezoelectric bimorph actuator and a touch panel is provided, and the multilayer piezoelectric bimorph actuator feeds back different tactile sensations to the user through the touch panel depending on the type of information. By configuring the electronic device in this way, it is possible to reliably provide the user with tactile feedback for an input operation corresponding to the type of information.

これらのアクチュエータを用いた触覚フィードバック制御では、タッチパネルが外部からの入力(位置および、加圧力)を検出し、制御系がタッチパネルからの入力情報をトリガにして、当該タッチパネルまたは筺体を振動させるようになされる。   In tactile feedback control using these actuators, the touch panel detects external inputs (position and pressure), and the control system triggers input information from the touch panel to vibrate the touch panel or the housing. Made.

特開2004−94389号公報(第4乃至5頁 第11図)Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-94389 (pages 4 to 5 and FIG. 11)

ところで、従来例に係る触覚入力機能付きのゲーム装置や、情報処理装置、携帯電話機、情報携帯端末装置等の電子機器において、アクチュエータ機能と力検出センサ機能とを備えた圧電複合手段を利用して入出力装置を構成しようとした場合に、次のような問題がある。   By the way, in a game device with a tactile input function and an electronic device such as an information processing device, a mobile phone, and an information portable terminal device according to a conventional example, a piezoelectric composite means having an actuator function and a force detection sensor function is used. When trying to configure an I / O device, there are the following problems.

i.特許文献1に見られるような多層圧電バイモルフ型アクチュエータを備えた電子機器等に、圧電複合手段を適用した場合であって、その圧電複合手段のアクチュエータ機能と力検出センサ機能とを個々に切り替えて使用する場合には、力検出センサ機能への振動制御電圧の回り込みが生じないので、何ら問題が生じない。しかしながら、アクチュエータ機能と力検出センサ機能とを同時に使用する場合には、力検出センサ機能へ振動制御電圧が回り込んで、力検出処理が複雑になる。   i. This is a case where the piezoelectric composite means is applied to an electronic device or the like provided with a multilayer piezoelectric bimorph type actuator as shown in Patent Document 1, and the actuator function and the force detection sensor function of the piezoelectric composite means are individually switched. In use, no vibration control voltage wraps around the force detection sensor function, so no problem occurs. However, when the actuator function and the force detection sensor function are used at the same time, the vibration control voltage wraps around the force detection sensor function, which complicates the force detection process.

ii.このアクチュエータ機能と力検出センサ機能とを同時に使用する場合として、操作者の指に触覚を提示している状態で、同一の圧電複合手段を連続操作して新たな入力項目の選択や、入力選択項目の確定等を入力する場合が想定される。これは、電子機器のアプリケーションによって、“出力をしながら入力を受け付ける“ことが必要な場合があるからである。   ii. When this actuator function and force detection sensor function are used at the same time, with the tactile sensation presented to the operator's finger, the same piezoelectric composite means is continuously operated to select new input items or input selections. The case where the confirmation of an item etc. is input is assumed. This is because it may be necessary to “receive input while outputting” depending on the application of the electronic device.

例えば、ゲーム装置において、標的に向けて、操作者が指で操作する機銃等を連射するシーンの場合である。このシーンで、操作者の指に触覚を提示するための振動制御電圧の出力波形が、最大で1.0sec程度になる場合が想定される。従って、そのシーンが終結するのを待たずして、次の入力検出を行なう必要が生じた場合に、1.0秒毎にしか入力を受け付けないのでは、触覚制御シーケンスの高速データ処理の妨げとなる。   For example, in a game device, the scene is a scene in which a machine gun or the like operated by a finger with a finger is continuously fired at a target. In this scene, it is assumed that the output waveform of the vibration control voltage for presenting a tactile sensation to the operator's finger is about 1.0 sec at the maximum. Therefore, if it is necessary to detect the next input without waiting for the scene to end, if the input is accepted only every 1.0 seconds, this hinders high-speed data processing of the tactile control sequence. It becomes.

iii.このような場合に、制御系で、振動体としてのアクチュエータへ供給される振動制御電圧と、力検出機能としてのアクチュエータから検出される力検出電圧をモニタして入力を判別する方法が考えられるが、何らの工夫無しに、データ処理すると、外力が加わっていないのにも係わらず、「入力有り」と判別してしまい、力検出における信頼性が低下するおそれがある。このように、操作者の指(操作体)に触覚を提示している状態で、同一の圧電複合手段を連続操作して新たな入力項目の選択や、入力選択項目の確定等を入力することが困難となる。   iii. In such a case, there is a method of determining the input in the control system by monitoring the vibration control voltage supplied to the actuator as the vibrating body and the force detection voltage detected from the actuator as the force detection function. If data processing is performed without any ingenuity, it is determined that there is an input even though no external force is applied, and there is a risk that the reliability in force detection may be reduced. In this way, in a state where a tactile sensation is presented to the operator's finger (operation body), the same piezoelectric composite means is continuously operated to input selection of new input items, confirmation of input selection items, etc. It becomes difficult.

そこで、この発明はこのような従来の課題を解決したものであって、操作体に触覚を提示している状態で、同一の圧電複合手段を連続操作して新たな入力項目の選択や、入力選択項目の確定等を入力できるようにした触覚機能付きの入出力装置及び電子機器を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention solves such a conventional problem, and in the state where a tactile sensation is presented to the operating body, the same piezoelectric composite means is continuously operated to select a new input item or input It is an object of the present invention to provide an input / output device and an electronic device with a tactile function that allow confirmation of selection items and the like to be input.

本発明の触覚機能付きの入出力装置は、入力項目選択用の表示画面上で操作体によって入力操作されるものであって、表示画面上の操作体の接触位置を検出して位置検出信号を出力する入力手段と、この入力手段から出力される位置検出信号に基づいて振動制御信号を発生する制御手段と、この制御手段から出力される振動制御信号に基づいて操作体に触覚を提示すると共に、この操作体の接触位置における力を検出して力検出信号を出力する圧電複合手段とを備えたものである。また、上記制御手段は、位置検出信号および力検出信号に基づいて、表示画面上の接触位置に応じた互いに異なる複数種類の触覚波形に対応する複数種類の振動パターンデータのうちの1つを選択すると共に、その選択した振動パターンデータからなる振動制御信号を発生し、圧電複合手段が選択した振動パターンデータからなる振動制御信号に基づいて操作体に触覚を提示している状態で、更に、圧電複合手段が押下されたとき、圧電複合手段から出力される力検出信号と圧電複合手段に出力される振動制御信号との差分を演算してこの差分の信号レベルと所定の閾値レベルとを比較することにより、圧電複合手段への閾値を越える押下が有ったか否かを判別すると共に、閾値を超える押下が有ったと判別された場合には、上記複数種類の触覚波形のいずれとも異なる他の触覚波形に対応する他の振動パターンデータからなる振動制御信号を発生するようになっている。
本発明の電子機器は、上記本発明の触覚機能付きの入出力装置を備えたものである。
The input / output device with a tactile function of the present invention is input by an operating tool on a display screen for selecting input items, and detects a contact position of the operating tool on the display screen and outputs a position detection signal. An input means for outputting, a control means for generating a vibration control signal based on the position detection signal output from the input means, and presenting a tactile sensation to the operating body based on the vibration control signal output from the control means And a piezoelectric composite means for detecting the force at the contact position of the operating body and outputting a force detection signal. Further, the control means selects one of a plurality of types of vibration pattern data corresponding to a plurality of different types of tactile waveforms according to the contact position on the display screen based on the position detection signal and the force detection signal. In addition, a vibration control signal composed of the selected vibration pattern data is generated, and a piezoelectric sense is presented to the operating body based on the vibration control signal composed of the vibration pattern data selected by the piezoelectric composite means. When the composite means is pressed , the difference between the force detection signal output from the piezoelectric composite means and the vibration control signal output to the piezoelectric composite means is calculated, and the signal level of the difference is compared with a predetermined threshold level. by, as well as determine whether the touched there was exceeding the threshold value to the piezoelectric composite means, if it is determined that the depression there was more than the threshold value, the plurality of types Both that also adapted to generate a vibration control signal consisting of other vibration pattern data corresponding to other different haptic waveform sense waveform.
An electronic apparatus according to the present invention includes the input / output device with a tactile function according to the present invention.

本発明の触覚機能付きの入出力装置および電子機器では、入力項目選択用の表示画面上で入力操作する場合に、入力手段が、表示画面上の操作体の接触位置を検出して位置検出信号を出力する。制御手段は、入力手段から出力される位置検出信号に基づいて振動制御信号を発生する。圧電複合手段は、制御手段から出力される振動制御信号に基づいて操作体に触覚を提示すると共に、この操作体の接触位置における力を検出して力検出信号を出力する。このとき、制御手段は、位置検出信号および力検出信号に基づいて、表示画面上の接触位置に応じた互いに異なる複数種類の触覚波形に対応する複数種類の振動パターンデータのうちの1つを選択し、その選択した振動パターンデータからなる振動制御信号を発生する。また、圧電複合手段が選択した振動パターンデータからなる振動制御信号に基づいて操作体に触覚を提示している状態で、更に、圧電複合手段が押下されたとき、圧電複合手段から出力される力検出信号と圧電複合手段に出力される振動制御信号との差分を演算してこの差分の信号レベルと所定の閾値レベルとを比較することにより、圧電複合手段への閾値を越える押下が有ったか否かを判別する。そして、閾値を超える押下が有ったと判別された場合には、上記複数種類の触覚波形のいずれとも異なる他の触覚波形に対応する他の振動パターンデータからなる振動制御信号を発生する。これにより、力検出情報をトリガにして、新たな入力項目の選択や、入力選択項目の確定等の入力操作をできるようになる。また、使用者は、表示画面上のアイコン等を眼で確認しなくても、表示画面に触れることにより、自分がどのアイコン等を選択しようとしているかを知ることができると共に、自分の選択行為が受け付けられたことを知る(確認)することができるようになる。 In the input / output device and electronic device with a tactile function according to the present invention, when an input operation is performed on a display screen for selecting an input item, the input means detects a contact position of the operating body on the display screen and detects a position detection signal. Is output. The control means generates a vibration control signal based on the position detection signal output from the input means. The piezoelectric composite means presents a tactile sensation to the operating body based on the vibration control signal output from the control means, and detects a force at the contact position of the operating body and outputs a force detection signal. At this time, the control means selects one of a plurality of types of vibration pattern data corresponding to a plurality of different types of tactile waveforms according to the contact position on the display screen based on the position detection signal and the force detection signal. Then, a vibration control signal composed of the selected vibration pattern data is generated. The force output from the piezoelectric composite means when the piezoelectric composite means is further pressed in a state where a tactile sensation is presented to the operating body based on the vibration control signal composed of the vibration pattern data selected by the piezoelectric composite means. Was there a press that exceeded the threshold for the piezoelectric composite means by calculating the difference between the detection signal and the vibration control signal output to the piezoelectric composite means and comparing the signal level of this difference with a predetermined threshold level ? Determine whether or not. If it is determined that there has been a press exceeding the threshold, a vibration control signal composed of other vibration pattern data corresponding to another tactile waveform different from any of the plurality of types of tactile waveforms is generated. As a result, the input operation such as selection of a new input item or confirmation of the input selection item can be performed by using the force detection information as a trigger. In addition, the user can know which icon he / she is trying to select by touching the display screen without visually checking the icon etc. on the display screen, It becomes possible to know (confirm) that it has been accepted.

本発明の触覚機能付きの入出力装置および電子機器によれば、入力項目選択用の表示画面上で入力操作する場合に、操作体の接触位置を検出して得た位置検出信号に基づいて触覚提示制御をする制御手段を備えると共に、この制御手段が、位置検出信号および力検出信号に基づいて、表示画面上の接触位置に応じた互いに異なる複数種類の触覚波形に対応する複数種類の振動パターンデータのうちの1つを選択し、その選択した振動パターンデータからなる振動制御信号を発生し、圧電複合手段が選択した振動パターンデータからなる振動制御信号に基づいて操作体に触覚を提示している状態で、更に、圧電複合手段が押下されたとき、圧電複合手段から出力される力検出信号と圧電複合手段に出力される振動制御信号との差分を演算してこの差分の信号レベルと所定の閾値レベルとを比較することにより、圧電複合手段への閾値を越える押下が有ったか否かを判別し、閾値を超える押下が有ったと判別された場合には、上記複数種類の触覚波形のいずれとも異なる他の触覚波形に対応する他の振動パターンデータからなる振動制御信号を発生するようにしたので、操作体に触覚を提示している状態で、力検出情報をトリガにして、新たな入力項目の選択や、入力選択項目の確定等の入力操作をできるようになる。従って、触覚機能付きの入出力装置の機能の向上を図ること、および、触覚制御シーケンスを高速に、かつ、信頼性良くデータ処理することができる。また、使用者は、表示画面上のアイコン等を眼で確認しなくても、表示画面に触れることにより、自分がどのアイコン等を選択しようとしているかを知ることができると共に、自分の選択行為が受け付けられたことを知る(確認)することができる。
According to the input / output device and electronic apparatus with a tactile function of the present invention, when an input operation is performed on the input item selection display screen, the tactile sense is based on the position detection signal obtained by detecting the contact position of the operating tool. Control means for controlling the presentation, and the control means, based on the position detection signal and the force detection signal, a plurality of types of vibration patterns corresponding to a plurality of different types of tactile waveforms corresponding to contact positions on the display screen Select one of the data, generate a vibration control signal composed of the selected vibration pattern data, and present a tactile sensation to the operating body based on the vibration control signal composed of the vibration pattern data selected by the piezoelectric composite means in a state where there, further, when the piezoelectric composite means is pressed, come calculates the difference between the vibration control signal output to the force detection signal and the piezoelectric composite means is output from the piezoelectric composite means By comparing the signal level with a predetermined threshold level of the difference, if it is determined whether or not there is a pressed exceeding the threshold to the piezoelectric composite means, it is determined that the depression there was more than the threshold value, Since a vibration control signal composed of other vibration pattern data corresponding to another tactile waveform different from any of the above-mentioned plurality of types of tactile waveforms is generated, force detection information can be displayed while a tactile sensation is being presented to the operating body. As a trigger, input operations such as selection of a new input item and confirmation of the input selection item can be performed. Therefore, it is possible to improve the function of the input / output device with a tactile function, and to process the tactile control sequence at high speed and with high reliability. In addition, the user can know which icon he / she is trying to select by touching the display screen without visually checking the icon etc. on the display screen, You can know (confirm) that it was accepted.

続いて、この発明に係る触覚機能付きの入出力装置及び電子機器の一実施例について、図面を参照しながら説明をする。   Next, an embodiment of an input / output device with a tactile function and an electronic apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明に係る第1の実施例としての触覚機能付きの入出力装置100の構成例を示すブロック図である。
図1に示す触覚機能付きの入出力装置100は、入力操作時、操作体としての操作者の指に触覚を提示する装置であり、各種入力情報を処理するゲーム装置や、情報処理装置、携帯電話機、情報携帯端末装置等に適用して好適である。この入出力装置100は、多機能圧電アクチュエータ(以下単にアクチュエータという)1、記憶手段35及び制御手段15を備えて構成される。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an input / output device 100 with a tactile function as a first embodiment according to the present invention.
An input / output device 100 with a tactile function shown in FIG. 1 is a device that presents a tactile sensation to an operator's finger as an operating body during an input operation, and is a game device that processes various types of input information, an information processing device, It is suitable for application to telephones, portable information terminal devices, and the like. The input / output device 100 includes a multi-function piezoelectric actuator (hereinafter simply referred to as an actuator) 1, a storage unit 35, and a control unit 15.

アクチュエータ1は圧電複合手段の一例であり、圧電素子を積層したものであって、振動制御信号SVaに基づいて操作者の指に触覚を提示する機能と、例えば、操作者の指の押圧力Fを検出して力検出信号SVdを出力する機能とを有している。振動制御信号SVaは、アンプ等により増幅して振動制御電圧(アクチュエータ駆動電圧)Vaとしてアクチュエータ1に印加される。力検出信号SVdは、検出電圧Vdを含んでアクチュエータ1から取り出される。   The actuator 1 is an example of a piezoelectric composite unit, which is a stack of piezoelectric elements, and has a function of presenting a tactile sensation to the operator's finger based on the vibration control signal SVa, and a pressing force F of the operator's finger, for example. And a function of outputting a force detection signal SVd. The vibration control signal SVa is amplified by an amplifier or the like and applied to the actuator 1 as a vibration control voltage (actuator drive voltage) Va. The force detection signal SVd is extracted from the actuator 1 including the detection voltage Vd.

力検出信号SVdは、操作者の指等による押圧力Fによって発生する。アクチュエータ1は、触覚提示時において、押圧力Fを検出した場合に、力検出信号SVdを出力する。力検出信号SVdには、検出電圧Vdの信号成分と振動制御電圧Vaの信号成分とが含まれる。例えば、力検出信号SVdは、振動制御信号SVaが検出電圧Vdによって変調され、検出電圧Vdの信号成分と振動制御電圧Vaの信号成分とが合成された形態となる。   The force detection signal SVd is generated by a pressing force F by an operator's finger or the like. The actuator 1 outputs a force detection signal SVd when the pressing force F is detected at the time of tactile presentation. The force detection signal SVd includes a signal component of the detection voltage Vd and a signal component of the vibration control voltage Va. For example, the force detection signal SVd has a form in which the vibration control signal SVa is modulated by the detection voltage Vd and the signal component of the detection voltage Vd and the signal component of the vibration control voltage Va are combined.

制御手段15は、アクチュエータ1の入出力を制御するように機能する。制御手段15は、例えば、アクチュエータ駆動回路37、CPU55、オペアンプ87、コンパレータ88及びA/Dドライバ89を有しており、これらの回路やドライバ等が通常の電源Vccに接続されて構成される。当該入出力装置100を携帯端末装置に適用する場合に、電源Vccには、3V程度の直流電源が使用される。   The control means 15 functions to control the input / output of the actuator 1. The control unit 15 includes, for example, an actuator drive circuit 37, a CPU 55, an operational amplifier 87, a comparator 88, and an A / D driver 89, and these circuits and drivers are connected to a normal power supply Vcc. When the input / output device 100 is applied to a portable terminal device, a DC power supply of about 3 V is used as the power supply Vcc.

オペアンプ87は、アクチュエータ1の検出端子に接続され、当該アクチュエータ1から出力される力検出信号SVdを増幅して力検出電圧Vd’をコンパレータ88に出力する。アクチュエータ1の周辺回路は、電気回路が閉じているので、当該アクチュエータ1が操作体で押下されると、コンデンサの容量で、アクチュエータ1の検出端子に検出電圧Vdが発生する。このコンデンサに蓄積された電荷は、閉回路によって放電され、時刻経過と共に回路で消費されてしまう。これでは、ずっとアクチュエータ1が押下された場合、加圧力F−検出電圧Vdの線形性が保たれない。これを解決するため、抵抗10KΩレベル程度のオペアンプ87が挿入されている。つまり、オペアンプ87を挿入することで、電荷の消費が抑えられ、加圧力F−検出電圧Vdの線形性を保つようになされる。   The operational amplifier 87 is connected to the detection terminal of the actuator 1, amplifies the force detection signal SVd output from the actuator 1, and outputs a force detection voltage Vd ′ to the comparator 88. Since the electrical circuit of the peripheral circuit of the actuator 1 is closed, when the actuator 1 is pressed by the operating body, the detection voltage Vd is generated at the detection terminal of the actuator 1 by the capacity of the capacitor. The electric charge accumulated in the capacitor is discharged by the closed circuit and is consumed by the circuit as time passes. In this case, when the actuator 1 is continuously pressed, the linearity of the applied pressure F and the detected voltage Vd cannot be maintained. In order to solve this, an operational amplifier 87 having a resistance of about 10 KΩ is inserted. That is, by inserting the operational amplifier 87, the consumption of electric charges is suppressed, and the linearity of the applied pressure F and the detected voltage Vd is maintained.

オペアンプ87には、入力手段を構成するコンパレータ88が接続され、振動制御電圧Vaと検出電圧Vdを含む力検出電圧Vd’とを入力して比較処理を実行する。この比較処理では、操作者の指等でアクチュエータ1が押下され、加圧力F−検出電圧Vdの特性が存在する場合であって、コンパレータ88は検出電圧Vdを出力するようになされる(図4参照)。   The operational amplifier 87 is connected to a comparator 88 that constitutes an input means, and receives the vibration control voltage Va and the force detection voltage Vd ′ including the detection voltage Vd to execute comparison processing. In this comparison process, the actuator 1 is pressed by the operator's finger or the like, and there is a characteristic of applied pressure F-detected voltage Vd, and the comparator 88 outputs the detected voltage Vd (FIG. 4). reference).

コンパレータ88には、A/Dドライバ89が接続され、検出電圧Vdをアナログ・デジタル変換した力検出データDdを出力するようになされる。A/Dドライバ89では、コンパレータ88の出力である検出電圧Vdが正(Vd>0)の場合、又は、負(Vd<0)の場合を基準にして入力有無を判別するようになされる。A/Dドライバ89では、コンパレータ88から出力される検出電圧Vdに関して、例えば、8μsec程度の高いクロック信号によりサンプリング処理する。従って、Vd>0の場合は、入力有りとみなしてサンプリング処理を続行する。Vd<0の場合は、入力無しとみなして、サンプリング処理を続行する。CPU55は、接触位置や、加圧力等の入力情報を判別するようになされる。   An A / D driver 89 is connected to the comparator 88 to output force detection data Dd obtained by analog-digital conversion of the detection voltage Vd. The A / D driver 89 determines whether or not there is an input on the basis of the case where the detection voltage Vd as the output of the comparator 88 is positive (Vd> 0) or negative (Vd <0). In the A / D driver 89, the detection voltage Vd output from the comparator 88 is sampled by a high clock signal of about 8 μsec, for example. Therefore, if Vd> 0, it is assumed that there is an input and sampling processing is continued. If Vd <0, it is considered that there is no input and sampling processing is continued. The CPU 55 determines input information such as the contact position and the applied pressure.

この例では、触覚発生状態で更なる新たな異なる入力を受け付ける場合に、Vd>0の場合のみ、力検出データDdをCPU55に出力するようになされる。アクチュエータ1が振動していない場合は、必ず、Vd>0となって、力検出データDdはCPU55に出力されるようになる。なお、連続的な押圧力Fの変化を読み込む間は、β=0となされることから、「Vd’−αVa」を直接、入力有無の判別基準となされる。   In this example, when a further new different input is received in the tactile sensation generation state, the force detection data Dd is output to the CPU 55 only when Vd> 0. When the actuator 1 is not vibrating, Vd> 0 is always satisfied, and the force detection data Dd is output to the CPU 55. Since β = 0 during reading of the continuous change in the pressing force F, “Vd′−αVa” is directly used as a determination criterion for the presence / absence of input.

A/Dドライバ89には、CPU55が接続される。CPU55には更に記憶手段35が接続され、振動パターンデータDpを格納するようになされる。例えば、CPU55は、アクチュエータ1が押下されたとき、当該アクチュエータ1から得られる第1の力検出データDdを入力する。CPU55は、力検出データDdに基づいて記憶手段35から振動パターンデータDpを読み出し、この振動パターンデータDpをアクチュエータ駆動回路37に出力する。CPU55にはアクチュエータ駆動回路37が接続される。   A CPU 55 is connected to the A / D driver 89. A storage means 35 is further connected to the CPU 55 so as to store vibration pattern data Dp. For example, when the actuator 1 is pressed, the CPU 55 inputs the first force detection data Dd obtained from the actuator 1. The CPU 55 reads the vibration pattern data Dp from the storage unit 35 based on the force detection data Dd, and outputs the vibration pattern data Dp to the actuator drive circuit 37. An actuator drive circuit 37 is connected to the CPU 55.

アクチュエータ駆動回路37は、D/Aドライバ76及び出力アンプ77を有して構成される。D/Aドライバ76では、CPU55によって読み出された振動パターンデータDpをデジタル・アナログ変換して振動制御信号SVaを発生する。これにより、第1の力検出データDdに基づいて振動制御信号SVaを発生することができる。   The actuator drive circuit 37 includes a D / A driver 76 and an output amplifier 77. The D / A driver 76 converts the vibration pattern data Dp read out by the CPU 55 from digital to analog and generates a vibration control signal SVa. Thereby, the vibration control signal SVa can be generated based on the first force detection data Dd.

D/Aドライバ76には出力アンプ77が接続される。出力アンプ77は、通常電圧Vccよりも高い、20V程度の駆動電源Vaaに接続され、振動制御信号SVa及び駆動電源Vaaに基づいて振動制御電圧Vaを発生する。このように、アクチュエータ駆動回路37は、振動パターンデータDpに基づいて振動制御信号SVaを発生し、その後、振動制御信号SVaを増幅する。増幅後の振動制御信号SVaは振動制御電圧Vaとなってアクチュエータ1に印加される。アクチュエータ1は、振動制御電圧Vaに基づいて振動する。この振動によって操作者の指に触覚を提示することができる。   An output amplifier 77 is connected to the D / A driver 76. The output amplifier 77 is connected to a drive power supply Vaa of about 20 V, which is higher than the normal voltage Vcc, and generates a vibration control voltage Va based on the vibration control signal SVa and the drive power supply Vaa. Thus, the actuator drive circuit 37 generates the vibration control signal SVa based on the vibration pattern data Dp, and then amplifies the vibration control signal SVa. The amplified vibration control signal SVa is applied to the actuator 1 as a vibration control voltage Va. The actuator 1 vibrates based on the vibration control voltage Va. This vibration can present a tactile sensation to the operator's finger.

この例で、上述したコンパレータ88は、操作者の指に触覚を提示している状態で、更に、アクチュエータ1が押下されたとき、当該アクチュエータ1から出力される力検出信号SVdに基づく力検出電圧Vd’とアクチュエータ1に印加される振動制御信号SVaに基づく振動制御電圧Vaとに基づいてその差を演算することにより検出電圧Vdを出力する。   In this example, the comparator 88 described above is a force detection voltage based on the force detection signal SVd output from the actuator 1 when the actuator 1 is further pressed in a state where a tactile sensation is presented to the operator's finger. The detection voltage Vd is output by calculating the difference between Vd ′ and the vibration control voltage Va based on the vibration control signal SVa applied to the actuator 1.

また、CPU55は、アクチュエータ1が振動制御信号SVaに基づいて操作者の指に触覚を提示している状態で、アクチュエータ1が押下されたとき、当該アクチュエータ1から得られる第2の力検出データDdを入力する。力検出データDdはA/Dドライバ89からCPU55へ出力される。そして、CPU55は、第2の力検出信号SVdに基づく力検出データDdが正(Vd>0)である場合又は当該力検出信号SVdに基づく力検出データDdが負(Vd<0)である場合によって、アクチュエータ1への閾値を越える押下が有った又はその押下が無かった旨を判別するようになされる。これにより、CPU55は、入力を受けながら更に触覚発生出力を実行し、その状態で更なる新たな異なる入力を受付できるようになる。   The CPU 55 also provides second force detection data Dd obtained from the actuator 1 when the actuator 1 is pressed in a state where the actuator 1 presents a tactile sensation to the operator's finger based on the vibration control signal SVa. Enter. The force detection data Dd is output from the A / D driver 89 to the CPU 55. When the force detection data Dd based on the second force detection signal SVd is positive (Vd> 0), or the force detection data Dd based on the force detection signal SVd is negative (Vd <0). Thus, it is determined whether or not the actuator 1 has been pressed exceeding the threshold value or has not been pressed. As a result, the CPU 55 further executes the tactile sensation generation output while receiving the input, and can accept further new different inputs in that state.

図2A及びBは、圧電複合手段の一例となる多機能圧電アクチュエータ1の構成例を示す斜視図及び断面図である。
図2Aに示す結線固定型の多機能圧電アクチュエータ(以下単にアクチュエータという)1は、圧電複合手段の一例であり、圧電アクチュエータ機能と力検出センサ機能とを有するものである。アクチュエータ1は、図2Bに示すように、少なくとも、1つの積層体が電気的に2つ単層圧電体4a及び4bに区分(分割)されて構成される。アクチュエータ1は、給電用の電極(以下給電電極という)2と、共通電極6と、信号検出用の電極(以下検出電極という)8とを有している。給電電極2と共通電極6との間には第1の圧電素子3が接合されて、一方の単層圧電体4aを構成する。単層圧電体4aで給電電極2と共通電極6との間には所定の電圧(振動制御電圧)Vaが供給され、圧電アクチュエータとして機能される。
2A and 2B are a perspective view and a cross-sectional view showing a configuration example of the multifunction piezoelectric actuator 1 which is an example of the piezoelectric composite means.
A fixed connection type multifunctional piezoelectric actuator (hereinafter simply referred to as an actuator) 1 shown in FIG. 2A is an example of a piezoelectric composite unit, and has a piezoelectric actuator function and a force detection sensor function. As shown in FIG. 2B, the actuator 1 is configured such that at least one laminated body is electrically divided (divided) into two single-layer piezoelectric bodies 4a and 4b. The actuator 1 has a power supply electrode (hereinafter referred to as power supply electrode) 2, a common electrode 6, and a signal detection electrode (hereinafter referred to as detection electrode) 8. The first piezoelectric element 3 is joined between the power supply electrode 2 and the common electrode 6 to constitute one single-layer piezoelectric body 4a. A predetermined voltage (vibration control voltage) Va is supplied between the feeding electrode 2 and the common electrode 6 in the single-layer piezoelectric body 4a, and functions as a piezoelectric actuator.

また、共通電極6と検出電極8との間には第2の圧電素子7が接合されて、他方の単層圧電体4bが構成される。この検出電極8からは、外力に基づく力検出信号SVd(以下で力検出電圧Vdともいう)が取り出され、力検出センサとして機能される。アクチュエータ1は、3つの端子9a,9b,9cを有している。第1の端子9aは給電電極2に接続される。この端子9aには引き出し線L1が接続される。第2の端子9bは共通電極6に接続される。この端子9bには引き出し線L2が接続される。第3の端子9cは検出電極8に接続される。この端子9cには引き出し線L3が接続される。   A second piezoelectric element 7 is joined between the common electrode 6 and the detection electrode 8 to constitute the other single-layer piezoelectric body 4b. A force detection signal SVd (hereinafter also referred to as a force detection voltage Vd) based on an external force is taken out from the detection electrode 8 and functions as a force detection sensor. The actuator 1 has three terminals 9a, 9b, 9c. The first terminal 9 a is connected to the power supply electrode 2. A lead line L1 is connected to the terminal 9a. The second terminal 9 b is connected to the common electrode 6. A lead line L2 is connected to the terminal 9b. The third terminal 9 c is connected to the detection electrode 8. A lead line L3 is connected to the terminal 9c.

上述のようにアクチュエータ1を構成して、引き出し線L1と引き出し線L2にアクチュエータ制御手段を接続し、第1の圧電素子3に端子9a,9b,9c及び端子9a,9b,9cを介して給電すると、第1の圧電素子3が振動する。また、外力が第2の圧電素子7に加わると、引き出し線L3に検出電圧Vdを出力するようになされる。これにより、給電電極2と共通電極6との間に供給した所定の電圧Vaにより変調を受けた外力に基づく力検出信号(検出電圧Vd)のみを取り出せるようになされる。アクチュエータ1は、両機能を同時に使用可能な低電圧駆動型の多機能アクチュエータ等を構成する。   The actuator 1 is configured as described above, the actuator control means is connected to the lead line L1 and the lead line L2, and power is supplied to the first piezoelectric element 3 via the terminals 9a, 9b, 9c and the terminals 9a, 9b, 9c. Then, the first piezoelectric element 3 vibrates. When an external force is applied to the second piezoelectric element 7, the detection voltage Vd is output to the lead line L3. As a result, only the force detection signal (detection voltage Vd) based on the external force modulated by the predetermined voltage Va supplied between the feeding electrode 2 and the common electrode 6 can be extracted. The actuator 1 constitutes a low voltage drive type multifunctional actuator that can use both functions simultaneously.

図3は、アクチュエータ1の機能例を示すグラフ図である。図3において、横軸は加圧力F[gf]である。加圧力F[gf]は、操作者の指等による押圧力より変化する。縦軸は、加圧力Fに対する検出電圧Vd[V]である。アクチュエータ1は、押圧力F1のとき、検出電圧Vd=X[V]を発生し、押圧力F2のとき、検出電圧Vd=Y[V]を発生する。従って、第1の閾値としてVd=Xを設定し、閾値Xを越える検出電圧(Vd>X)が得られる加圧力Fを検出したとき、CPU55は、閾値Xに基づいて入力が有った旨を判別するようになされる。   FIG. 3 is a graph showing an example of the function of the actuator 1. In FIG. 3, the horizontal axis represents the applied pressure F [gf]. The pressing force F [gf] varies depending on the pressing force by the operator's finger or the like. The vertical axis represents the detection voltage Vd [V] with respect to the applied pressure F. The actuator 1 generates a detection voltage Vd = X [V] when the pressing force is F1, and generates a detection voltage Vd = Y [V] when the pressing force is F2. Therefore, when Vd = X is set as the first threshold value, and when the applied pressure F that obtains the detection voltage (Vd> X) exceeding the threshold value X is detected, the CPU 55 indicates that there is an input based on the threshold value X. Is made to discriminate.

また、第2の閾値としてVd=Y(Y>X)を設定し、閾値Yを越える検出電圧(Vd>Y)が得られる加圧力Fを検出したとき、CPU55は、閾値Yに基づいて更なる入力が有った旨を判別するようになされる。   Further, when Vd = Y (Y> X) is set as the second threshold value, and when the applied pressure F at which the detection voltage (Vd> Y) exceeding the threshold value Y is detected, the CPU 55 performs the update based on the threshold value Y. It is determined that there is an input.

図4A〜Cは、コンパレータ88の機能例を示す波形図である。図4Aは、出力アンプ77の出力波形であって、振動制御電圧Vaを模擬する波形である。振動制御電圧Vaは、その説明を簡単化するため正弦波で示している。図4Bは、アクチュエータ押下時の出力波形であって、検出電圧Vdを含む力検出電圧Vd’を模擬する波形である。図4Cは、検出電圧Vdを示す波形である。検出電圧Vdは、その説明を簡単化するため矩形波で示している。   4A to 4C are waveform diagrams showing an example of the function of the comparator 88. FIG. FIG. 4A shows an output waveform of the output amplifier 77 and simulates the vibration control voltage Va. The vibration control voltage Va is shown as a sine wave to simplify the description. FIG. 4B is an output waveform when the actuator is pressed, and is a waveform that simulates the force detection voltage Vd ′ including the detection voltage Vd. FIG. 4C is a waveform showing the detection voltage Vd. The detection voltage Vd is shown as a rectangular wave for the sake of simplicity.

図4Aに示す振動制御電圧Vaと、図4Bに示す検出電圧Vdを含む力検出電圧Vd’とは、図1に示したコンパレータ88に入力される。コンパレータ88は、振動制御電圧Vaと力検出電圧Vd’とを入力して比較処理を実行する。この比較処理では、操作者の指等でアクチュエータ1が押下され、加圧力F−検出電圧Vdの特性が存在する場合であって、コンパレータ88は、(1)式、すなわち、
Vd=Vd’−αVa−β・・・・・・(1)
により図4Cに示す検出電圧Vdを演算するように動作する。
The vibration control voltage Va shown in FIG. 4A and the force detection voltage Vd ′ including the detection voltage Vd shown in FIG. 4B are input to the comparator 88 shown in FIG. The comparator 88 receives the vibration control voltage Va and the force detection voltage Vd ′ and executes a comparison process. In this comparison process, the actuator 1 is pressed with an operator's finger or the like, and there is a characteristic of applied pressure F-detected voltage Vd.
Vd = Vd′−αVa−β (1)
Thus, the detection voltage Vd shown in FIG. 4C is calculated.

αは演算係数であって、0<α<1の間の値であり、アクチュエータ1が加圧されながら、振動制御電圧Vaが印加された場合に、検出端子から取り出せる検出電圧Vdが振動制御電圧Vaに対して多少小さくなったことを考慮した値である。βは検出電圧Vdを判別する閾値であって、β=XやYの値が代入され、アプリケーションが想定する加圧力Fの閾値に各々対応する。なお、連続的な押圧力Fの変化を読み込む間は、β=0となされる。   α is an arithmetic coefficient, and is a value between 0 <α <1, and when the vibration control voltage Va is applied while the actuator 1 is pressurized, the detection voltage Vd that can be taken out from the detection terminal is the vibration control voltage. It is a value that takes into account that it is somewhat smaller than Va. β is a threshold value for determining the detection voltage Vd, and β = X or Y is substituted, and corresponds to the threshold value of the applied pressure F assumed by the application. Note that β = 0 while a continuous change in the pressing force F is read.

図5は、触覚機能付きの入出力装置100の動作例を示すフローチャートである。
この実施例では、携帯端末装置等の触覚制御シーケンスにおいて、最初の入力を受けた後、更に出力を実行し、その状態で更に新たな異なる入力を受ける場合であって、第1の力検出データDdに基づいてアクチュエータ1が振動制御電圧Vaにより操作者の指に触覚を提示している状態で、更に、アクチュエータ1が押下されたとき、CPU55は、そのアクチュエータ1から第2の力検出データDdを得て、その操作者の指に触覚を提示している状態で、第2の力検出データDdをトリガにして制御を実行する。
FIG. 5 is a flowchart illustrating an operation example of the input / output device 100 with a tactile function.
In this embodiment, in the tactile control sequence of the portable terminal device or the like, after receiving the first input, the output is further executed, and a new different input is received in that state. The first force detection data In a state where the actuator 1 is presenting a tactile sensation to the operator's finger based on the vibration control voltage Va based on Dd, when the actuator 1 is further pressed, the CPU 55 receives the second force detection data Dd from the actuator 1. The control is executed using the second force detection data Dd as a trigger in a state where a tactile sensation is presented to the operator's finger.

これらを動作条件にして、図5に示すフローチャートにおいて、まず、ステップA1で電源オンを待機する。例えば、CPU55は電源オン情報を検出してシステムを起動する。電源オン情報は通常、携帯端末装置等において、時計機能等が稼働し、スリーピング状態にある携帯端末装置等の電源スイッチをオンされたときに発生する。CPU55は、電源オン情報を検出してステップA2に移行する。   Under these operating conditions, in the flowchart shown in FIG. For example, the CPU 55 detects power-on information and activates the system. The power-on information is normally generated when a clock function or the like is activated in a portable terminal device or the like and a power switch of the portable terminal device or the like in a sleeping state is turned on. The CPU 55 detects the power-on information and proceeds to step A2.

ステップA2でCPU55は、アクチュエータ1からの触覚起動要求を待機する。触覚起動要求は、アクチュエータ1の力検出機能→オペアンプ87→コンパレータ88→A/Dドライバ89を通じてCPU55に与えられる。例えば、アクチュエータ1の検出端子に接続されたオペアンプ87は、当該アクチュエータ1から出力される力検出信号SVdを増幅して力検出電圧Vd’をコンパレータ88に出力する。   In step A2, the CPU 55 waits for a tactile activation request from the actuator 1. The tactile activation request is given to the CPU 55 through the force detection function of the actuator 1 → the operational amplifier 87 → the comparator 88 → the A / D driver 89. For example, the operational amplifier 87 connected to the detection terminal of the actuator 1 amplifies the force detection signal SVd output from the actuator 1 and outputs the force detection voltage Vd ′ to the comparator 88.

コンパレータ88は、振動制御電圧Vaと検出電圧Vdを含む力検出電圧Vd’とを入力して比較処理を実行する。この比較処理では、操作者の指等でアクチュエータ1が押下され、加圧力F−検出電圧Vdの特性が存在する場合であって、コンパレータ88が、先に示した(1)式により、図4Cに示す検出電圧Vdを演算するように動作する。コンパレータ88は検出電圧VdをA/Dドライバ89に出力する。   The comparator 88 receives the vibration control voltage Va and the force detection voltage Vd ′ including the detection voltage Vd, and executes comparison processing. In this comparison processing, the actuator 1 is pressed by the operator's finger or the like, and there is a characteristic of the applied pressure F-the detected voltage Vd, and the comparator 88 is shown in FIG. The detection voltage Vd shown in FIG. The comparator 88 outputs the detection voltage Vd to the A / D driver 89.

A/Dドライバ89は、検出電圧Vdをアナログ・デジタル変換した力検出データDdを出力するようになされる。A/Dドライバ89では、コンパレータ88の出力である検出電圧Vdが正(Vd>0)の場合、又は、負(Vd<0)の場合を基準にして入力有無を判別するようになされる。アクチュエータ1が振動していない場合は、必ず、Vd>0となって、最初の力検出データDdは、触覚起動要求となってCPU55に出力される。   The A / D driver 89 outputs force detection data Dd obtained by analog-digital conversion of the detection voltage Vd. The A / D driver 89 determines whether or not there is an input on the basis of the case where the detection voltage Vd as the output of the comparator 88 is positive (Vd> 0) or negative (Vd <0). When the actuator 1 is not vibrating, Vd> 0 is always satisfied, and the first force detection data Dd is output to the CPU 55 as a tactile activation request.

CPU55は、触覚起動要求が有った場合は、ステップA3及びA4に移行して並列処理を実行する。ステップA3ではアクチュエータ駆動回路37は、触覚提示処理を実行する。例えば、CPU55は、力検出データDdに基づいて記憶手段35から振動パターンデータDpを読み出し、この振動パターンデータDpをアクチュエータ駆動回路37に出力する。   When there is a tactile activation request, the CPU 55 proceeds to steps A3 and A4 and executes parallel processing. In step A3, the actuator drive circuit 37 executes a tactile sense presentation process. For example, the CPU 55 reads the vibration pattern data Dp from the storage unit 35 based on the force detection data Dd, and outputs the vibration pattern data Dp to the actuator drive circuit 37.

アクチュエータ駆動回路37では、D/Aドライバ76が、CPU55によって読み出された振動パターンデータDpをデジタル・アナログ変換して振動制御信号SVaを発生する。振動制御信号SVaは、D/Aドライバ76から出力アンプ77へ出力される。出力アンプ77は、振動制御信号SVa及び駆動電源Vaaに基づいて振動制御電圧Vaを発生する。振動制御電圧Vaは、出力アンプ77からアクチュエータ1に印加される。アクチュエータ1は、振動制御電圧Vaに基づいて振動する。この振動によって操作者の指に触覚を提示することができる。   In the actuator drive circuit 37, the D / A driver 76 performs digital / analog conversion on the vibration pattern data Dp read by the CPU 55 to generate a vibration control signal SVa. The vibration control signal SVa is output from the D / A driver 76 to the output amplifier 77. The output amplifier 77 generates a vibration control voltage Va based on the vibration control signal SVa and the drive power supply Vaa. The vibration control voltage Va is applied from the output amplifier 77 to the actuator 1. The actuator 1 vibrates based on the vibration control voltage Va. This vibration can present a tactile sensation to the operator's finger.

これに並行してCPU55は、ステップA4で更なる入力を待機する。この際の入力も、アクチュエータ1の力検出機能→オペアンプ87→コンパレータ88→A/Dドライバ89を通じてCPU55に与えられる。つまり、触覚発生状態で更なる新たな異なる入力を受け付ける場合に、Vd>0の場合のみ、力検出データDdをCPU55に出力するようになされる。   In parallel with this, the CPU 55 waits for further input in step A4. The input at this time is also given to the CPU 55 through the force detection function of the actuator 1 → the operational amplifier 87 → the comparator 88 → the A / D driver 89. That is, when a new new different input is received in the tactile sensation generation state, the force detection data Dd is output to the CPU 55 only when Vd> 0.

この例では、触覚発生状態で更なる新たな異なる入力を受け付けると、コンパレータ88の出力である検出電圧Vdが正(Vd>0)となるので、第2の力検出データDdをCPU55に出力するようになされる。なお、連続的な押圧力Fの変化を読み込む間は、β=0となされることから、「Vd’−αVa」を直接、入力有無の判別基準となされる。   In this example, when a further new different input is received in the tactile sensation generation state, the detection voltage Vd that is the output of the comparator 88 becomes positive (Vd> 0), so the second force detection data Dd is output to the CPU 55. It is made like. Since β = 0 during reading of the continuous change in the pressing force F, “Vd′−αVa” is directly used as a determination criterion for the presence / absence of input.

上述の例で、操作者の指に触覚を提示している状態で、更に、入力が有った場合は、ステップA5に移行してCPU55は、入力処理を実行する。この入力処理には、新たな入力項目の選択や、入力選択項目の確定等の入力操作が含まれている。その後、ステップA6に移行してCPU55は、電源オフ情報を検出して入出力処理の終了判断をする。電源オフ情報が検出されない場合は、ステップA2に戻ってCPU55は触覚起動要求を待機する。電源オフ情報を検出した場合は、入出力処理を終了する。   In the above example, if there is an input in a state where a tactile sensation is being presented on the operator's finger, the process proceeds to step A5, and the CPU 55 executes an input process. This input processing includes input operations such as selection of a new input item and confirmation of the input selection item. Thereafter, the process proceeds to step A6, where the CPU 55 detects the power-off information and determines the end of the input / output process. When the power-off information is not detected, the process returns to step A2 and the CPU 55 waits for a tactile activation request. If power-off information is detected, the input / output process is terminated.

このように本発明に係る第1の実施例としての触覚機能付きの入出力装置100によれば、最初の入力として、CPU55は、アクチュエータ1が押下されたとき、アクチュエータ1から得られる第1の力検出信号SVdに基づく力検出データDdを入力し、この第1の力検出データDdに基づいてアクチュエータ1に振動制御電圧Vaを出力する。アクチュエータ1は振動制御電圧Vaに基づいて操作者の指に触覚を提示する。その触覚提示状態で、更に、新たな異なる入力として、アクチュエータ1が押下されたとき、CPU55は、アクチュエータ1から出力される第2の力検出信号SVdに基づく力検出データDdを入力する。   Thus, according to the input / output device 100 with a tactile function as the first embodiment according to the present invention, as the first input, the CPU 55 obtains the first obtained from the actuator 1 when the actuator 1 is pressed. Force detection data Dd based on the force detection signal SVd is input, and a vibration control voltage Va is output to the actuator 1 based on the first force detection data Dd. The actuator 1 presents a tactile sensation to the operator's finger based on the vibration control voltage Va. When the actuator 1 is further pressed as a new different input in the tactile sense presentation state, the CPU 55 inputs force detection data Dd based on the second force detection signal SVd output from the actuator 1.

この例では、操作者の指に触覚を提示している状態で、更に、アクチュエータ1が押下されたとき、コンパレータ88は、オペアンプ87から出力される力検出電圧Vd’と、出力アンプ77からアクチュエータ1へ出力される振動制御電圧Vaとを入力して差を演算する。この演算により第2の力検出電圧VdをA/Dドライバ89に出力するようになる。   In this example, when the tactile sensation is presented to the operator's finger and the actuator 1 is further pressed, the comparator 88 causes the force detection voltage Vd ′ output from the operational amplifier 87 and the output amplifier 77 to output the actuator. The vibration control voltage Va output to 1 is input and the difference is calculated. By this calculation, the second force detection voltage Vd is output to the A / D driver 89.

従って、A/Dドライバ89は、力検出電圧Vdに基づいて信頼性良く入力判別することができる。この入力判別の結果から得られる第2の力検出データDdをトリガにして、CPU55は、新たな入力項目の選択や、入力選択項目の確定等の入力操作をできるようになる。これにより、触覚機能付きの入出力装置100の機能の向上を図ること、及び、触覚制御シーケンスを高速に、かつ、信頼性良くデータ処理することができる。   Therefore, the A / D driver 89 can perform input determination with high reliability based on the force detection voltage Vd. Using the second force detection data Dd obtained from the result of the input determination as a trigger, the CPU 55 can perform an input operation such as selection of a new input item or confirmation of the input selection item. Thereby, the function of the input / output device 100 with a tactile function can be improved, and the tactile control sequence can be processed at high speed and with high reliability.

図6A及びBは、第2の実施例としての入出力装置に使用可能な多機能圧電アクチュエータ(結線固定型)10の構成例を示す斜視図及び断面図である。
図6Aに示す多機能圧電アクチュエータ10は、圧電複合手段の一例であり、圧電アクチュエータ機能と力検出センサ機能とを有するものである。多機能圧電アクチュエータ10は、図6Bに示すように、少なくとも、1つの積層体14が電気的に3つ積層圧電体群14a,14b,14cに区分(分割)されて構成される。
6A and 6B are a perspective view and a cross-sectional view showing a configuration example of a multifunctional piezoelectric actuator (connection fixed type) 10 that can be used in the input / output device according to the second embodiment.
The multifunction piezoelectric actuator 10 shown in FIG. 6A is an example of a piezoelectric composite means, and has a piezoelectric actuator function and a force detection sensor function. As shown in FIG. 6B, the multi-function piezoelectric actuator 10 is configured such that at least one laminated body 14 is electrically divided (divided) into three laminated piezoelectric body groups 14a, 14b, and 14c.

この例で積層圧電体群14cの中央に位置する圧電素子から引き出された中央電極13を力検出用とし、その積層圧電体群14cの両側に位置する他の積層圧電体群14a、14bの圧電素子から引き出された電極を給電用となされる。この例では、電気的に分割された1つ又はそれ以上の積層圧電体群14a、14b、14cのうち曲げ変形する際の中立面に近い位置の積層圧電体群14cを力検出用とし、中立面から離れた位置の積層圧電体群14a、14bをアクチュエータ用となされる。   In this example, the central electrode 13 drawn out from the piezoelectric element located at the center of the multilayer piezoelectric body group 14c is used for force detection, and the piezoelectricity of the other multilayer piezoelectric body groups 14a, 14b located on both sides of the multilayer piezoelectric body group 14c. The electrode drawn from the element is used for feeding. In this example, among the one or more electrically divided laminated piezoelectric material groups 14a, 14b, 14c, the laminated piezoelectric material group 14c at a position close to the neutral plane when bending is deformed is used for force detection. The laminated piezoelectric material groups 14a and 14b located away from the neutral plane are used for the actuator.

この例で積層圧電体群14cの中央に位置する圧電素子から引き出された中央電極13は力検出センサに使用し、その積層圧電体群14cの両側に位置する他の積層圧電体群14a、14bの圧電素子から引き出された電極は、アクチュエータの給電に使用するようになされる。この例では、電気的に分割された1つ又はそれ以上の積層圧電体群14a、14b、14cのうち曲げ変形する際の中立面に近い位置の積層圧電体群14cを力検出センサに使用し、中立面から離れた位置の積層圧電体群14a、14bをアクチュエータとして使用するようになされる。   In this example, the center electrode 13 drawn from the piezoelectric element located at the center of the multilayer piezoelectric body group 14c is used as a force detection sensor, and the other multilayer piezoelectric body groups 14a, 14b located on both sides of the multilayer piezoelectric body group 14c. The electrode drawn from the piezoelectric element is used for power supply of the actuator. In this example, among the one or more electrically divided laminated piezoelectric material groups 14a, 14b, and 14c, the laminated piezoelectric material group 14c at a position close to the neutral plane when bending deformation is used for the force detection sensor. Then, the laminated piezoelectric material groups 14a and 14b located away from the neutral plane are used as actuators.

第1の積層圧電体群14aは第1の積層体の一例であり、引出し電極(以下上部表面電極11という)と圧電素子とを一以上積層したものである。各々の圧電素子は電極と圧電体から構成される。第2の積層圧電体群14bは、第2の積層体の一例であり、引出し電極(以下下部表面電極12という)と圧電素子とを一以上積層したものである。各々の圧電素子は電極と圧電体から構成される。上部表面電極11と下部表面電極12とは積層体内部で結線される。他の電極も積層体内部で結線されている。   The first laminated piezoelectric body group 14a is an example of a first laminated body, and is formed by laminating one or more extraction electrodes (hereinafter referred to as the upper surface electrode 11) and piezoelectric elements. Each piezoelectric element includes an electrode and a piezoelectric body. The second laminated piezoelectric body group 14b is an example of a second laminated body, and is formed by laminating one or more extraction electrodes (hereinafter referred to as the lower surface electrode 12) and piezoelectric elements. Each piezoelectric element includes an electrode and a piezoelectric body. The upper surface electrode 11 and the lower surface electrode 12 are connected inside the laminate. Other electrodes are also connected inside the laminate.

第3の積層圧電体群14cは第3の積層体の一例であり、積層圧電体群14aと積層圧電体群14bとの間に積層されており、一以上の圧電素子を有している。積層圧電体群14cは、他の引出し電極の一例となる中央電極13を有している。中央電極13は、積層圧電体群14aと積層圧電体群14bに対して、及び、積層圧電体群14cの曲げ変形の中立面に位置している。   The third laminated piezoelectric body group 14c is an example of a third laminated body, and is laminated between the laminated piezoelectric body group 14a and the laminated piezoelectric body group 14b, and has one or more piezoelectric elements. The laminated piezoelectric material group 14c has a central electrode 13 which is an example of another extraction electrode. The central electrode 13 is positioned on the neutral plane of the bending deformation of the laminated piezoelectric group 14c and the laminated piezoelectric group 14b.

結線固定型の多機能圧電アクチュエータ10は、4つの端子16a〜16dを有している。第1の端子16aは上部表面電極11に接続される。この端子16aには引き出し線L1が接続される。第2の端子16bは積層圧電体群14bの引出し電極に接続される。この端子16bには引き出し線L2が接続される。第3の端子16cは積層圧電体群14bの引出し電極に接続される。この端子16cには引き出し線L3が接続される。第4の端子16dは積層圧電体群14cの引出し電極に接続される。この端子16dには引き出し線L4が接続される。   The fixed connection type multifunction piezoelectric actuator 10 has four terminals 16a to 16d. The first terminal 16 a is connected to the upper surface electrode 11. A lead line L1 is connected to the terminal 16a. The second terminal 16b is connected to the lead electrode of the multilayer piezoelectric body group 14b. A lead line L2 is connected to the terminal 16b. The third terminal 16c is connected to the extraction electrode of the multilayer piezoelectric body group 14b. A lead line L3 is connected to the terminal 16c. The fourth terminal 16d is connected to the extraction electrode of the multilayer piezoelectric body group 14c. A lead line L4 is connected to the terminal 16d.

結線固定型の多機能圧電アクチュエータ10は上述のように構成する。そして、引き出し線L1と引き出し線L2にアクチュエータ駆動回路37を接続し、積層圧電体群14a及び積層圧電体群14bの圧電素子に端子16a及び端子16bを介して給電すると、積層圧電体群14aと積層圧電体群14bとが振動する。また、積層圧電体群14cの圧電素子は外力が加わると、引き出し線L3及び引き出し線L3に検出電圧Vdを出力する。   The fixed connection type multi-function piezoelectric actuator 10 is configured as described above. Then, when the actuator drive circuit 37 is connected to the lead line L1 and the lead line L2, and power is supplied to the piezoelectric elements of the multilayer piezoelectric body group 14a and the multilayer piezoelectric body group 14b via the terminals 16a and 16b, the multilayer piezoelectric body group 14a and The laminated piezoelectric body group 14b vibrates. Further, when an external force is applied to the piezoelectric elements of the laminated piezoelectric body group 14c, the detection voltage Vd is output to the lead line L3 and the lead line L3.

この実施例でも、検出電圧Vdがオペアンプ87→コンパレータ88→A/Dドライバ89を通じて力検出データDdとしてCPU55に与えられる。つまり、触覚発生状態で更なる新たな異なる入力を受け付ける場合に、Vd>0の場合のみ、力検出データDdをCPU55に出力するようになされる。   Also in this embodiment, the detection voltage Vd is given to the CPU 55 as force detection data Dd through the operational amplifier 87 → the comparator 88 → the A / D driver 89. That is, when a new new different input is received in the tactile sensation generation state, the force detection data Dd is output to the CPU 55 only when Vd> 0.

このように、第2の実施例に係る多機能圧電アクチュエータ10を応用した入出力装置によれば、最初の入力として、CPU55は、アクチュエータ10が押下されたとき、アクチュエータ10から得られる第1の力検出信号SVdに基づく力検出データDdを入力し、この第1の力検出データDdに基づいてアクチュエータ10に振動制御電圧Vaを出力する。アクチュエータ10は振動制御電圧Vaに基づいて操作者の指に触覚を提示する。その触覚提示状態で、更に、新たな異なる入力として、アクチュエータ10が押下されたとき、CPU55は、アクチュエータ10から出力される力検出信号SVdに基づく力検出データDdを入力する。   As described above, according to the input / output device to which the multi-function piezoelectric actuator 10 according to the second embodiment is applied, as the first input, the CPU 55 obtains the first obtained from the actuator 10 when the actuator 10 is pressed. Force detection data Dd based on the force detection signal SVd is input, and a vibration control voltage Va is output to the actuator 10 based on the first force detection data Dd. The actuator 10 presents a tactile sensation to the operator's finger based on the vibration control voltage Va. When the actuator 10 is further pressed as a new different input in the tactile sense presentation state, the CPU 55 inputs force detection data Dd based on the force detection signal SVd output from the actuator 10.

この例でも、操作者の指に触覚を提示している状態で、更に、アクチュエータ10が押下されたとき、コンパレータ88は、オペアンプ87から出力される力検出電圧Vd’と、出力アンプ77からアクチュエータ10へ出力される振動制御電圧Vaとを入力して差を演算する。この演算により第2の力検出電圧VdをA/Dドライバ89に出力するようになる。   Also in this example, when the actuator 10 is further pressed in a state where a tactile sensation is being presented on the operator's finger, the comparator 88 causes the force detection voltage Vd ′ output from the operational amplifier 87 and the actuator from the output amplifier 77 to operate. The vibration control voltage Va output to 10 is input and the difference is calculated. By this calculation, the second force detection voltage Vd is output to the A / D driver 89.

従って、多機能圧電アクチュエータ10を応用した入出力装置においても、A/Dドライバ89は、検出電圧Vdに基づいて入力判別することができる。この入力判別の結果から得られる第2の力検出データDdをトリガにして、CPU55は、新たな入力項目の選択や、入力選択項目の確定等の入力操作をできるようになる。これにより、多機能圧電アクチュエータ10を応用した触覚機能付きの入出力装置の機能の向上を図ること、及び、触覚制御シーケンスを高速に、かつ、信頼性良くデータ処理することができる。   Therefore, even in the input / output device to which the multifunctional piezoelectric actuator 10 is applied, the A / D driver 89 can determine the input based on the detection voltage Vd. Using the second force detection data Dd obtained from the result of the input determination as a trigger, the CPU 55 can perform an input operation such as selection of a new input item or confirmation of the input selection item. Thereby, it is possible to improve the function of the input / output device with a tactile function to which the multi-function piezoelectric actuator 10 is applied, and to process the tactile control sequence at high speed and with high reliability.

図7は、第3の実施例としての入出力装置に使用可能な結線可変型の多機能圧電アクチュエータ300の断面の構成例を示す図である。
図7に示す多機能圧電アクチュエータ300は、電極と電極との間に圧電体を積層する形態で、合計18層の圧電体#1〜#18と、上部表面電極11と、下部表面電極12と、中央電極13と、16層の電極IE1〜IE16を有した積層体を少なくとも、電気的に3つ積層圧電体群14a,14b,14cに区分されて構成される。この例でも結線固定型と同様にして、積層圧電体群14cは、積層圧電体群14aと積層圧電体群14bとの間に挟まれる形態を採る。
FIG. 7 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration example of a variable connection type multifunctional piezoelectric actuator 300 that can be used in the input / output device according to the third embodiment.
The multi-function piezoelectric actuator 300 shown in FIG. 7 is a form in which a piezoelectric body is laminated between electrodes, and a total of 18 layers of piezoelectric bodies # 1 to # 18, an upper surface electrode 11, a lower surface electrode 12, The laminated body having the central electrode 13 and the 16 layers of the electrodes IE1 to IE16 is at least electrically divided into three laminated piezoelectric body groups 14a, 14b, and 14c. Also in this example, similarly to the fixed connection type, the laminated piezoelectric body group 14c takes a form sandwiched between the laminated piezoelectric body group 14a and the laminated piezoelectric body group 14b.

積層圧電体群14aは、上部表面電極11と、電極IE1〜IE5と、5層の圧電体#1〜#5から構成され、圧電アクチュエータとして機能するようになされる。圧電体#1は上部表面電極11と電極IE1との間に積層され、圧電体#2は電極IE1と電極IE2との間に積層され、圧電体#3は電極IE2と電極IE3との間に積層され、圧電体#4は電極IE3と電極IE4との間に積層され、圧電体#5は電極IE4と引出し電極IE5との間に各々積層される。   The laminated piezoelectric body group 14a includes the upper surface electrode 11, the electrodes IE1 to IE5, and five layers of piezoelectric bodies # 1 to # 5, and functions as a piezoelectric actuator. The piezoelectric body # 1 is laminated between the upper surface electrode 11 and the electrode IE1, the piezoelectric body # 2 is laminated between the electrode IE1 and the electrode IE2, and the piezoelectric body # 3 is interposed between the electrode IE2 and the electrode IE3. The piezoelectric body # 4 is laminated between the electrode IE3 and the electrode IE4, and the piezoelectric body # 5 is laminated between the electrode IE4 and the extraction electrode IE5.

積層圧電体群14cは、積層圧電体群14aと積層圧電体群14bとの間に積層されており、中央電極13と、電極IE6〜IE8と、4層の圧電体と、電極IE9〜IE11と、4層の圧電体から構成され、力検出センサとして機能するようになされる。圧電体#6は電極IE5と電極IE6との間に積層され、圧電体#7は電極IE6と電極IE7との間に積層され、圧電体#8は電極IE7と電極IE8との間に積層され、圧電体#9は電極IE8と中央電極13との間に積層される。   The laminated piezoelectric material group 14c is laminated between the laminated piezoelectric material group 14a and the laminated piezoelectric material group 14b, and includes a central electrode 13, electrodes IE6 to IE8, four layers of piezoelectric materials, and electrodes IE9 to IE11. It is composed of four layers of piezoelectric bodies and functions as a force detection sensor. The piezoelectric body # 6 is stacked between the electrode IE5 and the electrode IE6, the piezoelectric body # 7 is stacked between the electrode IE6 and the electrode IE7, and the piezoelectric body # 8 is stacked between the electrode IE7 and the electrode IE8. The piezoelectric body # 9 is laminated between the electrode IE8 and the central electrode 13.

また、圧電体#10は中央電極13と電極IE9との間に積層され、圧電体#11は電極IE9と電極IE10との間に積層され、圧電体#12は電極IE10と電極IE11との間に各々積層される。中央電極13は、積層圧電体群14aと積層圧電体群14bに対して、及び、積層圧電体群14cの曲げ変形の中立面に位置している。   The piezoelectric body # 10 is stacked between the central electrode 13 and the electrode IE9, the piezoelectric body # 11 is stacked between the electrode IE9 and the electrode IE10, and the piezoelectric body # 12 is disposed between the electrode IE10 and the electrode IE11. Are stacked on each other. The central electrode 13 is positioned on the neutral plane of the bending deformation of the laminated piezoelectric group 14c and the laminated piezoelectric group 14b.

積層圧電体群14bは、下部表面電極12と、電極IE13〜IE17と、5層の圧電体から構成され、圧電アクチュエータ300として機能するようになされる。圧電体#13は電極IE11と電極IE12との間に積層され、圧電体#14は電極IE12と電極IE13との間に積層され、圧電体#15は電極IE13と電極IE14との間に積層され、圧電体#16は電極IE14と電極IE15との間に積層され、圧電体#17は電極IE15と電極IE16との間に積層され、圧電体#18は電極IE16と下部表面電極12との間に各々積層されている。   The laminated piezoelectric body group 14b is composed of the lower surface electrode 12, the electrodes IE13 to IE17, and five layers of piezoelectric bodies, and functions as the piezoelectric actuator 300. The piezoelectric body # 13 is stacked between the electrode IE11 and the electrode IE12, the piezoelectric body # 14 is stacked between the electrode IE12 and the electrode IE13, and the piezoelectric body # 15 is stacked between the electrode IE13 and the electrode IE14. The piezoelectric body # 16 is stacked between the electrode IE14 and the electrode IE15, the piezoelectric body # 17 is stacked between the electrode IE15 and the electrode IE16, and the piezoelectric body # 18 is disposed between the electrode IE16 and the lower surface electrode 12. Are stacked on each other.

図7において、積層圧電体群14aで上部表面電極11と電極IE2と電極IE4とは積層体内部で結線される。上部表面電極11は第1端子16aを介して引き出し線L1に接続される。電極IE1と電極IE3とは積層体内部で引出し電極IE5に結線される。引出し電極IE5は第2端子16bを介して引き出し線L2に接続される。   In FIG. 7, in the laminated piezoelectric material group 14a, the upper surface electrode 11, the electrode IE2, and the electrode IE4 are connected inside the laminated body. The upper surface electrode 11 is connected to the lead line L1 through the first terminal 16a. The electrode IE1 and the electrode IE3 are connected to the extraction electrode IE5 inside the stacked body. The lead electrode IE5 is connected to the lead line L2 via the second terminal 16b.

積層圧電体群14cで電極IE8は積層体内部で引出し電極IE6に結線される。引出し電極IE6は端子16cを介して引き出し線L3に接続される。電極IE7と電極IE10とは中央電極13に結線される。中央電極13は端子16dを介して引き出し線L4に接続される。電極IE9は積層体内部で引出し電極IE11に結線される。引出し電極IE11は端子16eを介して引き出し線L5に接続される。   In the laminated piezoelectric material group 14c, the electrode IE8 is connected to the extraction electrode IE6 inside the laminated body. The lead electrode IE6 is connected to the lead line L3 via the terminal 16c. The electrode IE7 and the electrode IE10 are connected to the central electrode 13. The center electrode 13 is connected to the lead line L4 via the terminal 16d. The electrode IE9 is connected to the extraction electrode IE11 inside the laminate. The lead electrode IE11 is connected to the lead line L5 via the terminal 16e.

積層圧電体群14bで、電極IE14と、電極IE16とは積層体内部で引出し電極IE12に結線される。引出し電極IE12は端子16fを介して引き出し線L6が接続される。電極IE13と電極IE15とは積層体内部で下部表面電極12に結線される。下部表面電極12は端子16gを介して引き出し線L7に接続される。   In the multilayer piezoelectric body group 14b, the electrode IE14 and the electrode IE16 are connected to the extraction electrode IE12 inside the multilayer body. The lead electrode L12 is connected to a lead line L6 via a terminal 16f. The electrode IE13 and the electrode IE15 are connected to the lower surface electrode 12 inside the multilayer body. The lower surface electrode 12 is connected to the lead line L7 through the terminal 16g.

なお、図7において、中央電極13付近にある梨地に示す圧電体#8〜#12が力検出センサとして機能し、その上下にある白抜きの圧電体#1〜#5及び圧電体#14〜#18がアクチュエータ300として機能する部分である。圧電体#6及び#13はアクチュエータと力検出センサとの境界に位置しており、緩衝材として機能する。   In FIG. 7, the piezoelectric bodies # 8 to # 12 shown in the satin near the center electrode 13 function as force detection sensors, and the white piezoelectric bodies # 1 to # 5 and the piezoelectric bodies # 14 to # 14 above and below the piezoelectric bodies # 14 to # 12. # 18 is a part that functions as the actuator 300. The piezoelectric bodies # 6 and # 13 are located at the boundary between the actuator and the force detection sensor, and function as a cushioning material.

図8A及びBは、多機能圧電アクチュエータ300の制御系の構成例を示すブロック図である。
この例で、積層圧電体群14a〜14cの各々の上部表面電極11、電極IE5、電極IE6、中央電極13、電極IE11、電極IE12、下部表面電極12に接続された制御装置50を備え、制御装置50は、予め設定された制御信号に応じて積層圧電体群14a、14bの各々の上部表面電極11、電極IE5、電極IE12、下部表面電極12に給電し、及び、積層圧電体群14cの電極IE6、中央電極13、電極IE11に給電し、又は、当該電極IE6、中央電極13、電極IE11から力検出信号(検出電圧Vd)を検出するようになされる。
8A and 8B are block diagrams illustrating a configuration example of a control system of the multifunction piezoelectric actuator 300. FIG.
In this example, a control device 50 connected to the upper surface electrode 11, the electrode IE5, the electrode IE6, the central electrode 13, the electrode IE11, the electrode IE12, and the lower surface electrode 12 of each of the laminated piezoelectric body groups 14a to 14c is provided and controlled. The device 50 supplies power to the upper surface electrode 11, the electrode IE5, the electrode IE12, and the lower surface electrode 12 of each of the multilayer piezoelectric bodies 14a and 14b according to a preset control signal, and the multilayer piezoelectric body group 14c. Electric power is supplied to the electrode IE6, the central electrode 13, and the electrode IE11, or a force detection signal (detection voltage Vd) is detected from the electrode IE6, the central electrode 13, and the electrode IE11.

図8Aに示す制御装置50は、アクチュエータ駆動回路37’、検出手段17及び接続回路18を備えており、多機能圧電アクチュエータ300を圧電アクチュエータ+力検出センサとして同時に機能させる場合である。アクチュエータ駆動回路37’には、第1の実施例に示したアクチュエータ駆動回路37にスイッチ選択機能を付加したものが使用される。検出手段17には、第1の実施例に示したオペアンプ87、コンパレータ88及びA/Dドライバ89から構成される入力手段が使用される。   The control device 50 shown in FIG. 8A includes an actuator drive circuit 37 ′, a detection unit 17, and a connection circuit 18, and is a case where the multifunction piezoelectric actuator 300 functions simultaneously as a piezoelectric actuator + force detection sensor. As the actuator drive circuit 37 ', the actuator drive circuit 37 shown in the first embodiment with a switch selection function is used. As the detection means 17, the input means composed of the operational amplifier 87, the comparator 88 and the A / D driver 89 shown in the first embodiment is used.

接続回路18は例えば、MOSFETスイッチ回路を利用したゲートアレイから構成される。アクチュエータ駆動回路37’は上位の制御系(例えば、第1の実施例に示したCPU55等)に接続され、その上位の制御系から、例えば、振動パターンデータDpと制御信号の一例となる機能選択信号SE1とを入力し、これらの振動パターンデータDp及び機能選択信号SE1に基づいて多機能圧電アクチュエータ300を駆動制御するようになされる。   For example, the connection circuit 18 includes a gate array using a MOSFET switch circuit. The actuator drive circuit 37 'is connected to a higher-level control system (for example, the CPU 55 shown in the first embodiment), and from the higher-level control system, for example, function selection as an example of vibration pattern data Dp and a control signal. The signal SE1 is input, and the multifunction piezoelectric actuator 300 is driven and controlled based on the vibration pattern data Dp and the function selection signal SE1.

アクチュエータ駆動回路37’は、例えば、機能選択信号SE1が「圧電アクチュエータ+力検出センサとして同時に機能させる」という内容のときは、スイッチ接続信号SS1を接続回路18に出力して、引き出し線L1と引き出し線L7とを接続する。また、引き出し線L1と引き出し線L7とを接続してアクチュエータ駆動回路37’に各々接続する。これにより、図6に示した端子16a、16b、16f、16gを介して積層圧電体群14a及び積層圧電体群14bの圧電体#1〜#5及び圧電体#14〜#18に至るアクチュエータ回路を構築することができる。   For example, when the function selection signal SE1 has the content of “actually function as a piezoelectric actuator + force detection sensor”, the actuator drive circuit 37 ′ outputs the switch connection signal SS1 to the connection circuit 18 and extracts the lead line L1 and the lead line L1. Connect to line L7. Further, the lead line L1 and the lead line L7 are connected to the actuator drive circuit 37 '. Thereby, the actuator circuits reaching the piezoelectric bodies # 1 to # 5 and the piezoelectric bodies # 14 to # 18 of the laminated piezoelectric body group 14a and the laminated piezoelectric body group 14b via the terminals 16a, 16b, 16f, and 16g shown in FIG. Can be built.

更に、アクチュエータ駆動回路37’は、スイッチ接続信号SS1に基づいて引き出し線L3と引き出し線L5とを接続し、引き出し線L4を検出手段17に各々接続する。これにより、図6に示した端子16c、16d、16eを介して積層圧電体群14cの中央電極13及び圧電体#7〜#12に至る力検出センサ回路を構築することができる。   Further, the actuator drive circuit 37 'connects the lead line L3 and the lead line L5 based on the switch connection signal SS1, and connects the lead line L4 to the detection means 17, respectively. Thereby, a force detection sensor circuit that reaches the central electrode 13 and the piezoelectric bodies # 7 to # 12 of the laminated piezoelectric body group 14c via the terminals 16c, 16d, and 16e shown in FIG. 6 can be constructed.

このようなアクチュエータ回路及び力検出センサ回路が構築された状態で、アクチュエータ駆動回路37’は、振動パターンデータDpに基づく振動制御電圧Vaを発生する。振動制御電圧Vaは、引き出し線L1、L2、L6、L7を通じて、図6に示した端子16a、16b、16f、16gを介して積層圧電体群14a及び積層圧電体群14bの圧電体#1〜#5及び圧電体#14〜#18に給電すると、中央電極13を基準にして、積層圧電体群14aが伸長し、積層圧電体群14bが収縮するようにして振動する。従って、多機能圧電アクチュエータ300をアクチュエータ機能として動作させることができる。   In a state where such an actuator circuit and a force detection sensor circuit are constructed, the actuator drive circuit 37 'generates a vibration control voltage Va based on the vibration pattern data Dp. The vibration control voltage Va is transmitted through the lead lines L1, L2, L6, and L7, and via the terminals 16a, 16b, 16f, and 16g shown in FIG. 6, the piezoelectric bodies # 1 to # 1 of the laminated piezoelectric body group 14a and the laminated piezoelectric body group 14b. When power is supplied to # 5 and the piezoelectric bodies # 14 to # 18, the laminated piezoelectric body group 14a expands and the laminated piezoelectric body group 14b vibrates with the central electrode 13 as a reference. Therefore, the multifunction piezoelectric actuator 300 can be operated as an actuator function.

また、振動制御電圧Vaが供給された状態、又は、振動制御電圧Vaを供給しない状態で、積層圧電体群14cの圧電体#7〜#12に対して外力が加わると、引き出し線L3及び引き出し線L3に力検出電圧Vdが発生する。この力検出電圧Vdは、検出手段17に出力される。検出手段17では、例えば、第1の実施例と同様にして、検出電圧Vdがオペアンプ87→コンパレータ88→A/Dドライバ89を通じて力検出データDdとしてCPU55に与えられる。つまり、触覚発生状態で更なる新たな異なる入力を受け付ける場合に、Vd>0の場合のみ、力検出データDdをCPU55に出力するようになされる。   Further, when an external force is applied to the piezoelectric bodies # 7 to # 12 of the multilayer piezoelectric body group 14c in a state where the vibration control voltage Va is supplied or in a state where the vibration control voltage Va is not supplied, the lead line L3 and the lead line A force detection voltage Vd is generated on the line L3. This force detection voltage Vd is output to the detection means 17. In the detection means 17, for example, the detection voltage Vd is given to the CPU 55 as the force detection data Dd through the operational amplifier 87 → the comparator 88 → the A / D driver 89 in the same manner as in the first embodiment. That is, when a new new different input is received in the tactile sensation generation state, the force detection data Dd is output to the CPU 55 only when Vd> 0.

このように、第3の実施例に係る多機能圧電アクチュエータ300を応用した入出力装置によれば、最初の入力として、CPU55は、アクチュエータ300が押下されたとき、アクチュエータ300から得られる第1の力検出信号に基づく力検出データDdを入力し、この第1の力検出データDdに基づいてアクチュエータ300に振動制御電圧Vaを出力する。アクチュエータ300は振動制御電圧Vaに基づいて操作者の指に触覚を提示する。その触覚提示状態で、更に、新たな異なる入力として、アクチュエータ300が押下されたとき、CPU55は、アクチュエータ300から出力される第2の力検出信号に基づく力検出データDdを入力する。   As described above, according to the input / output device to which the multi-function piezoelectric actuator 300 according to the third embodiment is applied, as the first input, the CPU 55 obtains the first obtained from the actuator 300 when the actuator 300 is pressed. Force detection data Dd based on the force detection signal is input, and a vibration control voltage Va is output to the actuator 300 based on the first force detection data Dd. The actuator 300 presents a tactile sensation to the operator's finger based on the vibration control voltage Va. When the actuator 300 is further pressed as a new different input in the tactile sense presentation state, the CPU 55 inputs force detection data Dd based on the second force detection signal output from the actuator 300.

この例でも、操作者の指に触覚を提示している状態で、更に、アクチュエータ300が押下されたとき、検出手段17を構成するコンパレータ88は、オペアンプ87から出力される力検出電圧Vd’と、アクチュエータ駆動回路37’(出力アンプ77等)からアクチュエータ300へ出力される振動制御電圧Vaとを入力して差を演算する。この演算により検出電圧Vdを検出手段17内のA/Dドライバ89に出力するようになる。   Also in this example, when the actuator 300 is further pressed in a state where a tactile sensation is presented to the operator's finger, the comparator 88 constituting the detection means 17 is the force detection voltage Vd ′ output from the operational amplifier 87. Then, the vibration control voltage Va output from the actuator drive circuit 37 ′ (output amplifier 77 or the like) to the actuator 300 is input to calculate the difference. By this calculation, the detection voltage Vd is output to the A / D driver 89 in the detection means 17.

従って、多機能圧電アクチュエータ300を応用した入出力装置においても、検出手段17内のA/Dドライバ89は、力検出電圧Vdに基づいて入力判別することができる。この入力判別の結果から得られる第2の力検出データDdをトリガにして、CPU55は、新たな入力項目の選択や、入力選択項目の確定等の入力操作をできるようになる。これにより、多機能圧電アクチュエータ300を応用した触覚機能付きの入出力装置の機能の向上を図ること、及び、触覚制御シーケンスを高速に、かつ、信頼性良くデータ処理することができる。   Therefore, even in the input / output device to which the multifunction piezoelectric actuator 300 is applied, the A / D driver 89 in the detection means 17 can determine the input based on the force detection voltage Vd. Using the second force detection data Dd obtained from the result of the input determination as a trigger, the CPU 55 can perform an input operation such as selection of a new input item or confirmation of the input selection item. As a result, it is possible to improve the function of the input / output device with a tactile function using the multi-function piezoelectric actuator 300, and to process the tactile control sequence at high speed and with high reliability.

図9は、第4の実施例としての触覚機能付きの入出力装置400の構成例を示す組立斜視図である。
この実施例では、入力項目選択用の表示画面上で入力操作する場合に、操作者の指の接触位置を検出して得た位置検出情報に基づいて操作者の指に触覚を提示している状態で、更に、触覚機能付きの入力手段84が押下されたとき、制御手段15’は、多機能圧電アクチュエータ65a等から得られる力検出データを入力して、その力検出データをトリガにして、新たな入力項目の選択や、入力選択項目の確定等の入力操作をできるようにしたものである(第2の入出力装置)。
FIG. 9 is an assembled perspective view showing a configuration example of an input / output device 400 with a tactile function as a fourth embodiment.
In this embodiment, when an input operation is performed on the input item selection display screen, a tactile sensation is presented to the operator's finger based on position detection information obtained by detecting the contact position of the operator's finger. In the state, when the input means 84 with a tactile function is further pressed, the control means 15 ′ inputs force detection data obtained from the multifunction piezoelectric actuator 65a or the like, and uses the force detection data as a trigger. An input operation such as selection of a new input item or confirmation of the input selection item can be performed (second input / output device).

図9に示す触覚機能付き入出力装置400は、入力項目選択用の表示画面に表示された複数のアイコンの1つに接触して当該表示画面上で入力操作されるものである。   The input / output device 400 with a tactile function shown in FIG. 9 is one in which an input operation is performed on the display screen by touching one of a plurality of icons displayed on the display screen for selecting an input item.

入出力装置400は、長さがLcm程度で、幅がWcm程度の大きさの入力手段84と、同等の大きさの第1のフレーム41と、同等の大きさの液晶表示ディスプレイから成る表示手段62と、この表示手段62を収納する大きさの第2のフレーム47とが積層されて構成される。フレーム47は表示手段抜け止め加工がなされており、フレーム41及び47は構造体(筐体)を構成する。   The input / output device 400 has a display means comprising an input means 84 having a length of about Lcm and a width of about Wcm, a first frame 41 having an equivalent size, and a liquid crystal display having an equivalent size. 62 and a second frame 47 sized to accommodate the display means 62 are stacked. The frame 47 has a display means retaining process, and the frames 41 and 47 constitute a structure (housing).

フレーム47は、厚さ0.3mm程度のステンレスの枠体から構成され、表示手段62を保護するようになされる。フレーム47内には、表示手段62が収納され、入力手段84から得られる位置情報に基づいてアイコンを表示するように動作する。フレーム47に収納された表示手段62上には、フレーム41が配置される。フレーム41も、厚さ0.3mm程度のステンレスの枠体から構成され、その両側二辺には、振動手段取付用の橋架付きの開口部48a,48bが設けられている。   The frame 47 is made of a stainless steel frame having a thickness of about 0.3 mm and protects the display means 62. A display means 62 is housed in the frame 47 and operates to display icons based on position information obtained from the input means 84. On the display means 62 housed in the frame 47, the frame 41 is arranged. The frame 41 is also made of a stainless steel frame having a thickness of about 0.3 mm, and has openings 48a and 48b with bridges for attaching the vibration means on both sides.

この開口部48aには、振動手段を構成するアクチュエータ65aが取付けられ、振動制御電圧Vaに基づいて表示画面(入力操作面)を振動するようになされる。アクチュエータ65aには、図示しない検出端子が設けられる。この例で、アクチュエータ65aの押下時に、検出端子から力検出信号SVdが出力される。アクチュエータ65aは、開口部48aの橋架部位上に固定部材44a,45aを介して取り付けられる。同様にして、開口部48bにはアクチュエータ65bが取付けられ、振動制御電圧Vbに基づいて表示画面(入力操作面)を振動するようになされる。アクチュエータ65bにも、図示しない検出端子が設けられる。この例で、アクチュエータ65bの押下時に、検出端子から力検出信号SVdが出力される。アクチュエータ65bは、開口部48bの橋架部位上に固定部材44b,45bを介して取り付けられる。アクチュエータ65a及び65bには、第1〜第3の実施例で説明した多機能圧電アクチュエータ1、10又は300が使用される。   An actuator 65a constituting vibration means is attached to the opening 48a, and the display screen (input operation surface) is vibrated based on the vibration control voltage Va. The actuator 65a is provided with a detection terminal (not shown). In this example, the force detection signal SVd is output from the detection terminal when the actuator 65a is pressed. The actuator 65a is attached to the bridge portion of the opening 48a via fixing members 44a and 45a. Similarly, an actuator 65b is attached to the opening 48b, and the display screen (input operation surface) is vibrated based on the vibration control voltage Vb. The actuator 65b is also provided with a detection terminal (not shown). In this example, when the actuator 65b is pressed, the force detection signal SVd is output from the detection terminal. The actuator 65b is attached to the bridge portion of the opening 48b via fixing members 44b and 45b. As the actuators 65a and 65b, the multifunctional piezoelectric actuators 1, 10 or 300 described in the first to third embodiments are used.

振動制御電圧Va及びVbは、表示手段62に表示されたアイコンの1つに操作者が接触(タッチ)すると、アクチュエータ65aに供給される。アクチュエータ65a,65bには、大きさ幅=3mm×長さ=30mm程度で厚みが0.8mm程度の圧電素子が使用される。固定部材44a,45aや44b,45b等には、弾性率の低い材料(例えば、NITTO製5713等)から構成される。   The vibration control voltages Va and Vb are supplied to the actuator 65a when the operator contacts (touches) one of the icons displayed on the display means 62. For the actuators 65a and 65b, piezoelectric elements having a size width = 3 mm × length = 30 mm and a thickness of about 0.8 mm are used. The fixing members 44a, 45a, 44b, 45b and the like are made of a material having a low elastic modulus (for example, NITTO 5713).

この例で、フレーム41の開口部48a,48bが設けられていない他の二辺には、長方形状のサポータ42a、42bが設けられ、その四隅には、正方形状のサポータ43a〜43dが各々設けられている。サポータ42a、42b、43a、43b、43c及び43dには、発泡ゴムやKGゲル等が使用される。サポータ42a、42b、43a、43b、43c及び43d上には、入力手段84が配置されている。入力手段84は、アクチュエータ65aのほぼ中央部位上に設けられた連結部材46aを介して接続され、かつ、アクチュエータ65bのほぼ中央部位上に設けられた連結部材46bを介して接続される。   In this example, rectangular supporters 42a and 42b are provided on the other two sides of the frame 41 where the openings 48a and 48b are not provided, and square supporters 43a to 43d are provided at the four corners, respectively. It has been. For the supporters 42a, 42b, 43a, 43b, 43c and 43d, foamed rubber, KG gel or the like is used. Input means 84 is disposed on the supporters 42a, 42b, 43a, 43b, 43c, and 43d. The input means 84 is connected via a connecting member 46a provided on a substantially central portion of the actuator 65a, and is connected via a connecting member 46b provided on a substantially central portion of the actuator 65b.

この例で、アクチュエータ65a及び連結部材46aと、アクチュエータ65b及び連結部材46bとは、振動伝達機構80を構成し、アクチュエータ65a及び65bで発生した振動を入力手段84に伝播するようになされる。入力手段84は検出手段の一例を構成し、アイコンの選択接触位置を検出して位置検出信号S1を出力するようになされる。   In this example, the actuator 65a and the connecting member 46a, and the actuator 65b and the connecting member 46b constitute a vibration transmission mechanism 80, and the vibration generated by the actuators 65a and 65b is transmitted to the input means 84. The input means 84 constitutes an example of a detection means, and detects the selected contact position of the icon and outputs a position detection signal S1.

位置検出信号S1には位置情報及び入力量(力)が含まれる。位置情報はアイコン接触時の位置検出信号S1により得られ、入力量(力)は同アイコン接触時の多機能圧電アクチュエータ65a等から得られる。入力手段84には入力操作面の大きさがW=64mm×L=88mmで厚みが1.0mm程度のタッチパネルが使用される。タッチパネルは静電容量方式の入力デバイスであり、蓄積電極となる透明電極をマトリクス状に配置した静電容量シートを有している。   The position detection signal S1 includes position information and an input amount (force). The position information is obtained from the position detection signal S1 when the icon is touched, and the input amount (force) is obtained from the multifunction piezoelectric actuator 65a or the like when the icon is touched. As the input means 84, a touch panel having an input operation surface size of W = 64 mm × L = 88 mm and a thickness of about 1.0 mm is used. The touch panel is a capacitance type input device, and has a capacitance sheet in which transparent electrodes serving as storage electrodes are arranged in a matrix.

図10は、振動伝達機構80の構成例を示す拡大斜視図である。図10に示す振動伝達機構80はアクチュエータ65aの周辺を示しており、フレーム41、固定部材45a、連結部材46a及びアクチュエータ65aを有して構成される。フレーム41は例えば、幅4mm程度で、断面C型(チャンネル)のステンレス部材を枠型に折り曲げ加工して形成される。このフレーム41の所定部位には、例えば、幅3mm程度で長さ30mm程度の開口部48aが設けられる。開口部48aの所定の位置には橋架部49a、49b(図示せず)が設けられる。アクチュエータ65bも同様にして構成される。   FIG. 10 is an enlarged perspective view showing a configuration example of the vibration transmission mechanism 80. The vibration transmission mechanism 80 shown in FIG. 10 shows the periphery of the actuator 65a, and includes a frame 41, a fixing member 45a, a connecting member 46a, and an actuator 65a. For example, the frame 41 has a width of about 4 mm and is formed by bending a C-shaped (channel) stainless steel member into a frame shape. For example, an opening 48 a having a width of about 3 mm and a length of about 30 mm is provided at a predetermined portion of the frame 41. Bridge portions 49a and 49b (not shown) are provided at predetermined positions of the opening 48a. The actuator 65b is configured similarly.

アクチュエータ65aは、開口部48aの橋架部49a、49b上に固定部材44a,45aを介して取り付けられる。アクチュエータ65a等には、大きさ幅=3mm×長さ=30mm程度で厚みが0.8mm程度の圧電素子が使用される。アクチュエータ65aのほぼ中央部位上には、連結部材46aが取り付けられる。これはアクチュエータ65aと入力手段84とを連結部材46aを介して接続するためである。この振動伝達機構80では、アクチュエータ65aで発生した振動が連結部材46aを介して入力手段84に伝播するようになされる。   The actuator 65a is attached to the bridge portions 49a and 49b of the opening 48a via fixing members 44a and 45a. For the actuator 65a or the like, a piezoelectric element having a size width = 3 mm × length = 30 mm and a thickness of about 0.8 mm is used. A connecting member 46a is attached on a substantially central portion of the actuator 65a. This is because the actuator 65a and the input means 84 are connected via the connecting member 46a. In this vibration transmission mechanism 80, the vibration generated by the actuator 65a is propagated to the input means 84 via the connecting member 46a.

図11は、振動伝達機構80における制御系の構成例を示すブロック図である。図11に示す振動伝達機構80のアクチュエータ65aには制御手段15’が接続される。アクチュエータ65aには制御手段15’から振動制御電圧Vaが供給される。制御手段15’には記憶手段35が接続され、振動パターンデータDpを格納するようになされる。例えば、制御手段15’は、入力手段84が接触されてタッチパネル等から接触位置が検出されたとき、当該入力手段84から得られる位置検出情報Dinを入力する。このとき、アクチュエータ65a及び図示しないアクチュエータ65bでも同様にして入力手段84の押下時に、アクチュエータ65aは、アクチュエータ65bと協働して、検出端子から力検出信号SVdを制御手段15’に出力する。   FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of a control system in the vibration transmission mechanism 80. Control means 15 'is connected to the actuator 65a of the vibration transmission mechanism 80 shown in FIG. The actuator 65a is supplied with the vibration control voltage Va from the control means 15 '. A storage means 35 is connected to the control means 15 'so as to store vibration pattern data Dp. For example, the control unit 15 ′ inputs the position detection information Din obtained from the input unit 84 when the input unit 84 is touched and a contact position is detected from a touch panel or the like. At this time, the actuator 65a and the actuator 65b (not shown) similarly output the force detection signal SVd from the detection terminal to the control unit 15 'in cooperation with the actuator 65b when the input unit 84 is pressed.

制御手段15’は、力検出信号SVdを処理した力検出データDdと、入力手段84から得られる位置検出情報Dinに基づいて記憶手段35から振動パターンデータDpを読み出し、この振動パターンデータDpに基づいて振動制御電圧Va,Vbを発生する。制御手段15’は、アクチュエータ65aに振動制御電圧Vaを供給し、アクチュエータ65bに振動制御電圧Vbを供給してアクチュエータ65a及び65bを触覚制御するように動作する。   The control means 15 ′ reads the vibration pattern data Dp from the storage means 35 based on the force detection data Dd obtained by processing the force detection signal SVd and the position detection information Din obtained from the input means 84, and based on the vibration pattern data Dp. Vibration control voltages Va and Vb are generated. The control means 15 'operates to supply the vibration control voltage Va to the actuator 65a and supply the vibration control voltage Vb to the actuator 65b to control the actuators 65a and 65b by touch.

図12は、触覚機能付きの入出力装置400の制御系の構成例を示すブロック図である。
図12に示す入出力装置400は、入力操作時、操作者の指30に触覚を提示する装置であり、例えば、予め準備された入力項目選択用の表示画面の中からアイコンを選択して情報を入力するゲーム装置や、情報処理装置、携帯電話機、情報携帯端末装置等に適用して好適である。この入出力装置400は、記憶手段35、表示手段62、アクチュエータ65a,65b、入力手段84及び制御手段15’を備えて構成される。
FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration example of a control system of the input / output device 400 with a tactile function.
An input / output device 400 shown in FIG. 12 is a device that presents a tactile sensation to the operator's finger 30 during an input operation. For example, information is obtained by selecting an icon from a display screen for selecting input items prepared in advance. It is suitable for application to game devices, information processing devices, mobile phones, portable information terminals, and the like. The input / output device 400 includes a storage unit 35, a display unit 62, actuators 65a and 65b, an input unit 84, and a control unit 15 ′.

表示手段62は、表示データD2に基づいて入力項目選択用の表示画面を表示する。表示手段62は、表示画面の中でアイコンを表示する。表示手段62には、液晶表示装置等が使用される。   The display means 62 displays a display screen for selecting input items based on the display data D2. The display means 62 displays an icon on the display screen. As the display means 62, a liquid crystal display device or the like is used.

入力手段84は、表示画面上の操作者の指の接触位置を検出して位置検出信号S1を出力する。入力手段84には、タッチパネルが使用される。入力手段84には入力処理部86が接続され、入力手段84から位置検出信号S1を入力してアナログ・デジタル処理した後の位置検出情報Dinを出力する。   The input means 84 detects the contact position of the operator's finger on the display screen and outputs a position detection signal S1. A touch panel is used as the input means 84. An input processing unit 86 is connected to the input means 84, and a position detection signal S1 is input from the input means 84 and the position detection information Din after analog / digital processing is output.

制御手段15’は、位置検出情報Dinに基づいてアクチュエータ65a等の入出力を制御するように機能する。例えば、制御手段15’は、入力処理部86から出力される位置検出情報Din又は及びA/Dドライバ89から出力される力検出データDdに基づいて振動制御電圧Vaを発生する。制御手段15’は、アクチュエータ駆動回路37、CPU55、入力処理部86、オペアンプ87、コンパレータ88及びA/Dドライバ89を有しており、これらの回路やドライバ等が通常の電源Vccに接続されて構成される。   The control means 15 'functions to control input / output of the actuator 65a and the like based on the position detection information Din. For example, the control unit 15 ′ generates the vibration control voltage Va based on the position detection information Din output from the input processing unit 86 and the force detection data Dd output from the A / D driver 89. The control means 15 'includes an actuator drive circuit 37, a CPU 55, an input processing unit 86, an operational amplifier 87, a comparator 88, and an A / D driver 89. These circuits, drivers, etc. are connected to a normal power supply Vcc. Composed.

アクチュエータ65a,65bは、第1〜第3の実施例と同様にして制御手段15’から出力される振動制御電圧Vaに基づいて操作者の指に触覚を提示すると共に、当該操作者の指30の接触位置における力を検出して力検出信号SVdを出力する。   The actuators 65a and 65b present tactile sensations to the operator's finger based on the vibration control voltage Va output from the control means 15 'in the same manner as in the first to third embodiments, and the operator's finger 30 The force at the contact position is detected and a force detection signal SVd is output.

この例でも、CPU55は、アクチュエータ65a等が振動制御電圧Vaに基づいて操作者の指に触覚を提示している状態で、更に、アクチュエータ65a等が押下されたとき、アクチュエータ65a等から出力される力検出信号SVdを入力し、振動制御電圧Vaと力検出電圧Vd’とを入力して差を演算することにより力検出データDdを得る。例えば、CPU55は、操作者の指30に触覚を提示している状態で、更に、アクチュエータ65a等が押下されたとき、力検出データDdが正である場合又は当該力検出データDdが負である場合によって、アクチュエータ65a等への閾値を越える押下が有った又はその押下が無かった旨を判別する。   Also in this example, the CPU 55 is output from the actuator 65a or the like when the actuator 65a or the like is further pressed while the actuator 65a or the like is presenting a tactile sensation to the operator's finger based on the vibration control voltage Va. The force detection signal SVd is input, the vibration control voltage Va and the force detection voltage Vd ′ are input, and the difference is calculated to obtain force detection data Dd. For example, the CPU 55 presents a tactile sensation on the operator's finger 30, and when the actuator 65a or the like is further pressed, the force detection data Dd is positive or the force detection data Dd is negative. In some cases, it is determined whether or not the actuator 65a or the like has been pressed beyond a threshold value or has not been pressed.

この触覚制御において、CPU55では、アクチュエータ65a等により得られた力検出信号SVdがオペアンプ87→コンパレータ88→A/Dドライバ89を通じて力検出データDdとしてCPU55に与えられる。コンパレータ88は、振動制御電圧Vaと検出電圧Vdを含む力検出電圧Vd’とを入力して比較処理を実行する(図4参照)。つまり、触覚発生状態で更なる新たな異なる入力を受け付ける場合に、Vd>0の場合のみ、力検出データDdをCPU55に出力するようになされる。これにより、CPU55は、入力を受けながら更に触覚発生出力を実行し、その状態で更なる新たな異なる入力を受付できるようになる。なお、第1の実施例と同じ名称及び同じ符号のものは、同じ機能を有するためその説明を省略する。   In this tactile sense control, the CPU 55 supplies the force detection signal SVd obtained by the actuator 65 a or the like to the CPU 55 as force detection data Dd through the operational amplifier 87 → the comparator 88 → A / D driver 89. The comparator 88 receives the vibration control voltage Va and the force detection voltage Vd ′ including the detection voltage Vd, and executes a comparison process (see FIG. 4). That is, when a new new different input is received in the tactile sensation generation state, the force detection data Dd is output to the CPU 55 only when Vd> 0. As a result, the CPU 55 further executes the tactile sensation generation output while receiving the input, and can accept further new different inputs in that state. In addition, since the thing of the same name and the same code | symbol as 1st Example has the same function, the description is abbreviate | omitted.

図13は、触覚機能付きの入出力装置400の動作例を示すフローチャートである。
この実施例では、携帯端末装置等の触覚制御シーケンスにおいて、最初の入力を受けた後、更に出力を実行し、その状態で更に新たな異なる入力を受ける場合であって、位置検出情報Dinに基づいてアクチュエータ65a等が振動制御電圧Vaにより操作者の指に触覚を提示している状態で、更に、アクチュエータ65a等が押下されたとき、CPU55は、そのアクチュエータ65a等から力検出データDdを得て、その操作者の指に触覚を提示している状態で、力検出データDdをトリガにして制御を実行する。
FIG. 13 is a flowchart illustrating an operation example of the input / output device 400 with a tactile function.
In this embodiment, in the tactile control sequence of the mobile terminal device or the like, after receiving the first input, the output is further executed, and a new different input is received in that state, based on the position detection information Din. When the actuator 65a or the like is presenting a tactile sensation to the operator's finger with the vibration control voltage Va, when the actuator 65a or the like is further pressed, the CPU 55 obtains force detection data Dd from the actuator 65a or the like. In a state where a tactile sensation is presented to the operator's finger, control is executed using force detection data Dd as a trigger.

これらを動作条件にして、図13に示すフローチャートにおいて、まず、ステップB1で電源オンを待機する。例えば、CPU55は電源オン情報を検出してシステムを起動する。電源オン情報は通常、携帯端末装置等において、時計機能等が稼働し、スリーピング状態にある携帯端末装置等の電源スイッチをオンされたときに発生する。CPU55は、電源オン情報を検出してステップB2に移行する。   Under these operating conditions, in the flowchart shown in FIG. 13, first, in step B1, the power-on is waited. For example, the CPU 55 detects power-on information and activates the system. The power-on information is normally generated when a clock function or the like is activated in a portable terminal device or the like and a power switch of the portable terminal device or the like in a sleeping state is turned on. The CPU 55 detects power-on information and proceeds to step B2.

ステップB2でCPU55は、表示手段62に表示データD2を出力して表示制御を実行する。表示手段62は、表示データD2に基づいて入力項目選択用の表示画面を表示する。表示手段62は、表示画面の中でアイコンを表示する。   In step B2, the CPU 55 outputs display data D2 to the display means 62 and executes display control. The display means 62 displays a display screen for selecting input items based on the display data D2. The display means 62 displays an icon on the display screen.

次に、CPU55は、ステップA3に移行してアイコンが選択されたか否かを検出すると共に、入力手段84からの触覚起動要求を待機する。この例の触覚起動要求は、入力手段84→入力処理部86を通じてCPU55に与えられる。このとき、第1の実施例と同様にして、アクチュエータ1の力検出機能→オペアンプ87→コンパレータ88→A/Dドライバ89を通じて得られる触覚起動要求をCPU55に与えてもよい。つまり、並列に要求を受付けて、どちらか一方の触覚起動要求に基づいて以後の処理に移行するようにしてもよい。このようにすると、CPU55で最初の位置検出情報Din又は力検出データDdを触覚起動要求と判断することができる。   Next, the CPU 55 proceeds to step A3 to detect whether or not an icon has been selected, and waits for a tactile activation request from the input means 84. The tactile activation request in this example is given to the CPU 55 through the input means 84 → input processing unit 86. At this time, similarly to the first embodiment, a tactile activation request obtained through the force detection function of the actuator 1 → the operational amplifier 87 → the comparator 88 → the A / D driver 89 may be given to the CPU 55. In other words, the requests may be received in parallel and the process may be shifted to the subsequent processing based on either one of the tactile activation requests. In this way, the CPU 55 can determine the first position detection information Din or the force detection data Dd as a tactile activation request.

CPU55は、触覚起動要求が有った場合は、ステップB4及びB5に移行して並列処理を実行する。ステップB3では第1の実施例と同様にして、アクチュエータ駆動回路37は、触覚提示処理を実行する。例えば、CPU55は、力検出データDdに基づいて記憶手段35から振動パターンデータDpを読み出し、この振動パターンデータDpをアクチュエータ駆動回路37に出力する。   If there is a tactile activation request, the CPU 55 proceeds to steps B4 and B5 and executes parallel processing. In step B3, the actuator drive circuit 37 executes tactile sense presentation processing in the same manner as in the first embodiment. For example, the CPU 55 reads the vibration pattern data Dp from the storage unit 35 based on the force detection data Dd, and outputs the vibration pattern data Dp to the actuator drive circuit 37.

アクチュエータ駆動回路37では、D/Aドライバ76が、CPU55によって読み出された振動パターンデータDpをデジタル・アナログ変換して振動制御信号SVaを発生する。振動制御信号SVaは、D/Aドライバ76から出力アンプ77へ出力される。出力アンプ77は、振動制御信号SVa及び駆動電源Vaaに基づいて振動制御電圧Vaを発生する。振動制御電圧Vaは、出力アンプ77からアクチュエータ65a等に印加される。アクチュエータ65a等は、振動制御電圧Vaに基づいて振動する。この振動によって操作者の指に触覚を提示することができる。   In the actuator drive circuit 37, the D / A driver 76 performs digital / analog conversion on the vibration pattern data Dp read by the CPU 55 to generate a vibration control signal SVa. The vibration control signal SVa is output from the D / A driver 76 to the output amplifier 77. The output amplifier 77 generates a vibration control voltage Va based on the vibration control signal SVa and the drive power supply Vaa. The vibration control voltage Va is applied from the output amplifier 77 to the actuator 65a and the like. The actuator 65a and the like vibrate based on the vibration control voltage Va. This vibration can present a tactile sensation to the operator's finger.

これに並行してCPU55は、ステップB5で更なる入力を待機する。この際の入力は、アクチュエータ65a等の力検出機能→オペアンプ87→コンパレータ88→A/Dドライバ89を通じてCPU55に与えられる。つまり、触覚発生状態で更なる新たな異なる入力を受け付ける場合に、Vd>0の場合のみ、力検出データDdをCPU55に出力するようになされる。   In parallel with this, the CPU 55 waits for further input in step B5. The input at this time is given to the CPU 55 through the force detection function of the actuator 65a, etc. → the operational amplifier 87 → the comparator 88 → the A / D driver 89. That is, when a new new different input is received in the tactile sensation generation state, the force detection data Dd is output to the CPU 55 only when Vd> 0.

この例では、触覚発生状態で更なる新たな異なる入力を受け付けると、コンパレータ88の出力である検出電圧Vdが正(Vd>0)となるので、力検出データDdをCPU55に出力するようになされる。なお、連続的な押圧力Fの変化を読み込む間は、β=0となされることから、「Vd’−αVa」を直接、入力有無の判別基準となされる。   In this example, when a further new different input is received in the tactile sensation generation state, the detection voltage Vd that is the output of the comparator 88 becomes positive (Vd> 0), so that the force detection data Dd is output to the CPU 55. The Since β = 0 during reading of the continuous change in the pressing force F, “Vd′−αVa” is directly used as a determination criterion for the presence / absence of input.

上述の例で、操作者の指に触覚を提示している状態で、更に、入力が有った場合は、ステップB6に移行してCPU55は、入力処理を実行する。この入力処理には、新たな入力項目の選択や、入力選択項目の確定等の入力操作が含まれている。その後、ステップB7に移行してCPU55は、電源オフ情報を検出して入出力処理の終了判断をする。電源オフ情報が検出されない場合は、ステップB2に戻ってCPU55は入力項目選択画面の表示処理を継続し、ステップB3に移行して、アイコンの選択及び触覚起動要求を待機する。ステップB7で電源オフ情報を検出した場合は、入出力処理を終了する。   In the above-described example, in the state where a tactile sensation is presented to the operator's finger and there is an input, the process proceeds to step B6 and the CPU 55 executes the input process. This input processing includes input operations such as selection of a new input item and confirmation of the input selection item. Thereafter, the process proceeds to step B7, where the CPU 55 detects the power-off information and determines the end of the input / output process. When the power-off information is not detected, the process returns to step B2 and the CPU 55 continues the display process of the input item selection screen, and proceeds to step B3 to wait for an icon selection and a tactile activation request. If power-off information is detected in step B7, the input / output process is terminated.

このように本発明に係る第4の実施例としての触覚機能付きの入出力装置400によれば、入力項目選択用の表示画面上で入力操作する場合に、最初の入力として、CPU55は、入力手段84が接触されたとき、又は、入力手段84が強く押下されたとき、入力手段84から得られる位置検出信号S1に基づく位置検出情報Dinを入力し、又は及び、アクチュエータ65a等から得られる第1の力検出信号SVdに基づく力検出データDdを入力する。   As described above, according to the input / output device 400 with a tactile function according to the fourth embodiment of the present invention, when an input operation is performed on the display screen for selecting an input item, When the means 84 is touched or when the input means 84 is strongly pressed, position detection information Din based on the position detection signal S1 obtained from the input means 84 is input, or the first information obtained from the actuator 65a or the like. Force detection data Dd based on one force detection signal SVd is input.

CPU55は、位置検出情報Din又は及び第1の力検出データDdに基づいてアクチュエータ65a等に振動制御電圧Vaを出力する。アクチュエータ65a等は振動制御電圧Vaに基づいて操作者の指に触覚を提示する。その触覚提示状態で、更に、新たな異なる入力として、アクチュエータ65a等が押下されたとき、CPU55は、アクチュエータ65a等から出力される力検出信号SVdに基づく力検出データDdを判別する。   The CPU 55 outputs the vibration control voltage Va to the actuator 65a and the like based on the position detection information Din or the first force detection data Dd. The actuator 65a and the like present a tactile sensation to the operator's finger based on the vibration control voltage Va. When the actuator 65a or the like is further pressed as a new different input in the tactile sense presentation state, the CPU 55 determines the force detection data Dd based on the force detection signal SVd output from the actuator 65a or the like.

この例では、操作者の指に触覚を提示している状態で、更に、アクチュエータ65a等が押下されたとき、コンパレータ88は、オペアンプ87から出力される力検出電圧Vd’と、出力アンプ77からアクチュエータ65a等へ出力される振動制御電圧Vaとを入力して差を演算する。この演算により力検出電圧VdをA/Dドライバ89に出力するようになる。   In this example, when the actuator 65 a or the like is further pressed in a state where a tactile sensation is being presented to the operator's finger, the comparator 88 outputs the force detection voltage Vd ′ output from the operational amplifier 87 and the output amplifier 77. The vibration control voltage Va output to the actuator 65a or the like is input to calculate the difference. By this calculation, the force detection voltage Vd is output to the A / D driver 89.

従って、A/Dドライバ89は、力検出電圧Vdに基づいて入力判別することができる。この入力判別の結果から得られる力検出データDdをトリガにして、CPU55は、新たな入力項目の選択や、入力選択項目の確定等の入力操作をできるようになる。これにより、触覚機能付きの入出力装置400の機能の向上を図ること、及び、触覚制御シーケンスを高速に、かつ、信頼性良くデータ処理することができる。   Therefore, the A / D driver 89 can make an input determination based on the force detection voltage Vd. Using the force detection data Dd obtained from the result of the input determination as a trigger, the CPU 55 can perform an input operation such as selection of a new input item or confirmation of the input selection item. Thereby, the function of the input / output device 400 with a tactile function can be improved, and the tactile control sequence can be processed at high speed and with high reliability.

図14A及びBは、第1の入出力装置を応用した第5の実施例としての携帯端末装置500の構成例を示す概念図である。
図14Aに示す携帯端末装置(PDA)500は電子機器の一例であり、本発明に係る第1の入出力装置100を有している。携帯端末装置500は、各種電子機器のリモートコントローラ(以下単にリモコンという)や、電子辞書、携帯電話機、デジタルカメラ等に適用して好適である。携帯端末装置500は、本体20を有している。本体20には複数の機能キー21〜28を有しているが、これらの機能キー21〜28の他に第1の実施例で説明した触覚機能付きの入出力装置100を有している。
14A and 14B are conceptual diagrams showing a configuration example of a mobile terminal device 500 as a fifth embodiment to which the first input / output device is applied.
A portable terminal device (PDA) 500 illustrated in FIG. 14A is an example of an electronic device, and includes the first input / output device 100 according to the present invention. The mobile terminal device 500 is suitable for application to a remote controller (hereinafter simply referred to as a remote controller) of various electronic devices, an electronic dictionary, a mobile phone, a digital camera, and the like. The mobile terminal device 500 has a main body 20. The main body 20 has a plurality of function keys 21 to 28. In addition to these function keys 21 to 28, the main body 20 has the input / output device 100 with a tactile function described in the first embodiment.

この例で、入出力装置100は、タッチカバー付きの多機能圧電アクチュエータ1を有して構成され、タッチカバー38に振動的な変位を与える構造になっている。タッチカバー38は検出電極上を覆うように設けられ、本体20との境目はくびれ部29となされている。この部分にダイヤフラム(スプリング)効果を持たせ、筐体を容易に変形させるためである。タッチカバー38は、絶縁性の樹脂部材で形成される。本体20の樹脂部材を使用して、筐体の一部を成すように、射出一体成形してもよい。アクチュエータ1は、例えば、本体20の側面凹部に接着等により取り付けられる。この例では、アクチュエータ1のアクチュエータ機能を使用者に対する触覚提示に使用し、そのセンサ機能を使用者のスイッチON/OFF情報の入力手段として使用する。   In this example, the input / output device 100 is configured to include the multifunction piezoelectric actuator 1 with a touch cover, and has a structure that imparts a vibrational displacement to the touch cover 38. The touch cover 38 is provided so as to cover the detection electrode, and the boundary with the main body 20 is a constricted portion 29. This is because this portion has a diaphragm (spring) effect, and the housing is easily deformed. The touch cover 38 is formed of an insulating resin member. The resin member of the main body 20 may be used for injection molding so as to form part of the housing. The actuator 1 is attached to the side recess of the main body 20 by adhesion or the like, for example. In this example, the actuator function of the actuator 1 is used for presenting a tactile sensation to the user, and the sensor function is used as input means for user switch ON / OFF information.

アクチュエータ1は触覚提示情報確定手段を構成し、タッチカバー38を押下操作する使用者の指30に振動制御信号SVaに基づいて触覚を提示すると共に、操作者の指30の接触位置における、タッチカバー38に加わる外力を検出して力検出信号(検出電圧Vd)を出力する機能を有している。力検出信号は、タッチカバー38が押下されたとき、スイッチON/OFF入力情報を確定する(第1の入出力装置)。   The actuator 1 constitutes tactile sensation presentation information confirmation means, presents a tactile sensation based on the vibration control signal SVa to the user's finger 30 who presses the touch cover 38, and touches the touch cover at the contact position of the operator's finger 30 38 has a function of detecting an external force applied to 38 and outputting a force detection signal (detection voltage Vd). The force detection signal determines switch ON / OFF input information when the touch cover 38 is pressed (first input / output device).

また、本体20には表示手段62が備えられる。表示手段62は入力情報を表示する。上位の制御系では、例えば、表示手段62に表示された入力項目を選択する操作者の指30の押下力F’を検出し、ここで検出された操作者の指30の押下力F’に基づいて入力項目が選択されたと判断する。   The main body 20 is provided with display means 62. The display means 62 displays input information. In the upper control system, for example, the pressing force F ′ of the operator's finger 30 for selecting the input item displayed on the display means 62 is detected, and the detected pressing force F ′ of the operator's finger 30 is detected here. Based on this, it is determined that the input item has been selected.

アクチュエータ1は、図14Bに示すように、給電電極2、共通電極6及び検出電極8と、給電電極2と共通電極6との間に接合された圧電素子3と、共通電極6と検出電極8との間に接合された圧電素子7とを備える。アクチュエータ1では、給電電極2と共通電極6との間に所定の振動制御電圧が供給され、検出電極8からは、タッチカバー38に加わる外力に基づく力検出信号が取り出される。つまり、アクチュエータ1は入力手段を構成し、操作者の指30の接触有無を検出してスイッチON情報又はOFF情報を出力するように動作する。例えば、操作者の指30がタッチカバー38に触れられ、そこを押下されると、押下力F’が検出され、スイッチON情報(又はスイッチOFF情報)を出力するようになされる。   As shown in FIG. 14B, the actuator 1 includes a feeding electrode 2, a common electrode 6 and a detection electrode 8, a piezoelectric element 3 joined between the feeding electrode 2 and the common electrode 6, a common electrode 6 and a detection electrode 8. And a piezoelectric element 7 joined between the two. In the actuator 1, a predetermined vibration control voltage is supplied between the feeding electrode 2 and the common electrode 6, and a force detection signal based on an external force applied to the touch cover 38 is extracted from the detection electrode 8. That is, the actuator 1 constitutes an input unit, and operates to detect whether the operator's finger 30 is touched and output switch ON information or OFF information. For example, when the operator's finger 30 touches the touch cover 38 and is pressed down, the pressing force F 'is detected and switch ON information (or switch OFF information) is output.

図15は、入出力装置100の制御系の構成例を示す回路図である。図15に示す入出力装置100は、アクチュエータ1、タッチカバー38及び制御手段15から構成される。図中、波形状で示す部分はダイヤフラムを有している。タッチカバー38は検出電極8上の全面を覆うと共に、その周辺はダイヤフラムを介して本体20に上下動自在に係合される。   FIG. 15 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a control system of the input / output device 100. The input / output device 100 illustrated in FIG. 15 includes the actuator 1, the touch cover 38, and the control unit 15. In the figure, the portion indicated by the wave shape has a diaphragm. The touch cover 38 covers the entire surface of the detection electrode 8, and its periphery is engaged with the main body 20 through a diaphragm so as to be movable up and down.

この例で、制御手段15は、アクチュエータ1の入出力を制御する。例えば、制御手段15は、アクチュエータ1が押下されたとき、アクチュエータ1から第1の力検出信号SVdを入力し、この力検出信号SVdに基づいてアクチュエータ1に振動制御信号SVaを出力し、アクチュエータ1が振動制御信号SVaに基づいて操作者の指に触覚を提示している状態で、更に、アクチュエータ1が押下されたとき、アクチュエータ1から第2の力検出信号SVdを入力する。   In this example, the control means 15 controls the input / output of the actuator 1. For example, when the actuator 1 is pressed, the control unit 15 receives the first force detection signal SVd from the actuator 1 and outputs the vibration control signal SVa to the actuator 1 based on the force detection signal SVd. Is presenting a tactile sensation to the operator's finger based on the vibration control signal SVa, and when the actuator 1 is further pressed, the second force detection signal SVd is input from the actuator 1.

制御手段15は、出力アンプ77、オペアンプ87及びコンパレータ88を有して構成される。出力アンプ77は給電電極2に接続され、予め上位の制御系から設定された振動制御信号SVaに応じて給電電極2と共通電極6との間に振動制御電圧Vaを給電する。オペアンプ87は、検出電極8に接続され、この検出電極8から力検出信号SVdを増幅して、コンパレータ88に力検出電圧Vd’を出力する。   The control means 15 includes an output amplifier 77, an operational amplifier 87, and a comparator 88. The output amplifier 77 is connected to the power feeding electrode 2 and feeds the vibration control voltage Va between the power feeding electrode 2 and the common electrode 6 in accordance with a vibration control signal SVa set in advance from a higher control system. The operational amplifier 87 is connected to the detection electrode 8, amplifies the force detection signal SVd from the detection electrode 8, and outputs a force detection voltage Vd ′ to the comparator 88.

コンパレータ88は、操作者の指に触覚を提示している状態で、更に、アクチュエータ1が押下されたとき、アクチュエータ1から出力され、オペアンプ87を介して入力される力検出電圧Vd’とアクチュエータ1に出力される振動制御電圧Vaとを入力して差を演算することにより力検出電圧Vdを上位の制御系に出力する。上位の制御系では、コンパレータ88から得られる検出電圧Vdに基づいてアクチュエータ1への給電制御を実行する。この給電制御において、上位の制御系は、出力アンプ77へ振動制御信号SVaを出力する。出力アンプ77は、振動制御信号SVaに基づいて給電電極2への給電制御を実行する。この給電制御により、操作者の指30に触覚刺激を付与するようになされる。   The comparator 88 presents a tactile sensation on the operator's finger, and when the actuator 1 is further pressed, the comparator 88 outputs the force detection voltage Vd ′ output from the actuator 1 and input via the operational amplifier 87 and the actuator 1. The force detection voltage Vd is output to a higher-level control system by inputting the vibration control voltage Va output to the input and calculating the difference. In the upper control system, power supply control to the actuator 1 is executed based on the detection voltage Vd obtained from the comparator 88. In this power feeding control, the upper control system outputs a vibration control signal SVa to the output amplifier 77. The output amplifier 77 performs power supply control to the power supply electrode 2 based on the vibration control signal SVa. By this power supply control, a tactile stimulus is applied to the finger 30 of the operator.

この例でも、上位の制御系は、操作者の指に触覚を提示している状態で、更に、アクチュエータ1が押下されたとき、力検出信号SVdに基づく力検出情報が正である場合又は当該力検出信号SVdに基づく力検出情報が負である場合によって、アクチュエータ1への閾値を越える押下が有った又はその押下が無かったことを判別する。   In this example as well, the upper control system is presenting a tactile sensation to the operator's finger, and when the actuator 1 is further pressed, the force detection information based on the force detection signal SVd is positive or Depending on the case where the force detection information based on the force detection signal SVd is negative, it is determined whether or not the actuator 1 has been pressed beyond the threshold value or has not been pressed.

このように、入出力装置100を応用した第5の実施例としての携帯端末装置500によれば、本発明に係るアクチュエータ1が触覚提示情報確定手段として応用される。入出力装置100は、タッチカバー38上から操作者の指30の接触位置における押下力F’を検出してスイッチON又はOFF情報を入力する。アクチュエータ1は、タッチカバー38を押下操作する操作者の指30に触覚を提示すると共に、当該操作者の指30の接触位置における押下力F’を検出してスイッチON/OFF情報を確定するようになされる。   Thus, according to the mobile terminal device 500 as the fifth embodiment to which the input / output device 100 is applied, the actuator 1 according to the present invention is applied as tactile sensation presentation information determination means. The input / output device 100 detects the pressing force F ′ at the contact position of the operator's finger 30 from the touch cover 38 and inputs switch ON / OFF information. The actuator 1 presents a tactile sensation to the finger 30 of the operator who presses the touch cover 38 and detects the pressing force F ′ at the contact position of the finger 30 of the operator so as to determine the switch ON / OFF information. To be made.

従って、確定された入力情報に基づいて新たな入力選択項目の表示や、入力項目の更なる入力操作を継続できるようになる。これにより、触覚機能付きの入出力装置100を応用した携帯端末装置500の機能の向上を図ること、及び、触覚制御シーケンスを高速に、かつ、信頼性良くデータ処理することができる。触覚入出力機能付きの携帯端末装置500を提供できる。   Therefore, it becomes possible to continue displaying new input selection items and further input operations for input items based on the confirmed input information. Thereby, it is possible to improve the function of the portable terminal device 500 to which the input / output device 100 with a tactile function is applied, and to process the tactile control sequence at high speed and with high reliability. A portable terminal device 500 with a tactile input / output function can be provided.

図16は、第2の入出力装置を応用した第6の実施例としての携帯端末装置600の構成例を示す斜視図である。
図16に示す携帯端末装置(PDA)600は電子機器の一例であり、入力項目選択用の表示画面上で操作者の指30によって入力操作される触覚機能付きの入出力装置400を備えている。入出力装置400には本発明に係る入出力装置が使用される。携帯端末装置600は、各種電子機器のリモコンや、電子辞書、携帯電話機、デジタルカメラ等に適用して好適である。携帯端末装置600は、本体20を有している。本体20には複数の機能キー21〜28を有しているが、これらの機能キー21〜28の他にブラインドタッチ可能な入出力装置400を有している。
FIG. 16 is a perspective view showing a configuration example of a portable terminal device 600 as a sixth embodiment to which the second input / output device is applied.
A portable terminal device (PDA) 600 shown in FIG. 16 is an example of an electronic device, and includes an input / output device 400 with a tactile function that is input by an operator's finger 30 on a display screen for selecting an input item. . The input / output device 400 uses the input / output device according to the present invention. The mobile terminal device 600 is suitable for application to remote controls of various electronic devices, electronic dictionaries, mobile phones, digital cameras, and the like. The mobile terminal device 600 has a main body 20. The main body 20 has a plurality of function keys 21 to 28. In addition to the function keys 21 to 28, the main body 20 has an input / output device 400 capable of blind touch.

入出力装置400は、タッチパネル61や、表示手段62、4つの多機能圧電アクチュエータ(以下単にアクチュエータという)100a〜100d等を有して構成され、タッチパネル61に振動的な変位を与える構造になっている。タッチパネル61は入力手段の一例を構成し、操作体の一例となる操作者の指30の接触位置を検出して入力情報を出力するように動作する。例えば、操作者の指30が表示手段62に表示されたアイコン等を選択してそこに触れると入力情報を出力するようになされる。   The input / output device 400 includes a touch panel 61, a display means 62, four multifunctional piezoelectric actuators (hereinafter simply referred to as actuators) 100a to 100d, and the like, and has a structure that imparts a vibrational displacement to the touch panel 61. Yes. The touch panel 61 constitutes an example of an input unit, and operates to detect a contact position of an operator's finger 30 as an example of an operation body and output input information. For example, when the operator's finger 30 selects an icon or the like displayed on the display means 62 and touches it, the input information is output.

表示手段62には、メニュー画面やアイコンボタン等の入力項目が表示される。表示手段62には液晶表示装置やEL(エレクトロルミネッセンス)素子が使用される。アクチュエータ100a〜100dは触覚提示情報確定手段を構成し、タッチパネル61を操作する使用者の指に触覚を提示すると共に、操作者の指30の接触位置における、タッチパネル61に加わる外力を検出して力検出信号を出力するように動作する。   The display means 62 displays input items such as a menu screen and icon buttons. As the display means 62, a liquid crystal display device or an EL (electroluminescence) element is used. The actuators 100a to 100d constitute tactile sense information determination means, present tactile sensations to the finger of the user who operates the touch panel 61, and detect external force applied to the touch panel 61 at the contact position of the operator's finger 30 to detect the force. It operates to output a detection signal.

力検出信号は、タッチパネル61で選択された入力情報を確定するようになされる。入出力装置400において、アクチュエータ100a〜100dには、第1〜第3の実施例で説明した多機能圧電アクチュエータ1、10及び300が応用される。この例では、多機能圧電アクチュエータ1、10及び300のアクチュエータ機能を使用者に対する触覚提示に使用し、そのセンサ機能を使用者の入力情報収集手段として使用する(第2の入出力装置)。   The force detection signal confirms the input information selected on the touch panel 61. In the input / output device 400, the multifunctional piezoelectric actuators 1, 10, and 300 described in the first to third embodiments are applied to the actuators 100a to 100d. In this example, the actuator functions of the multifunction piezoelectric actuators 1, 10 and 300 are used for tactile presentation to the user, and the sensor function is used as a user input information collecting means (second input / output device).

図17は、携帯端末装置600における入出力装置400のタッチパネル61、表示手段62、アクチュエータ100a,100bを含む構成例を示す断面図である。タッチパネル61の下方には表示手段62が設けられ、この表示手段62に表示される入力項目は、タッチパネル61を透過して使用者に提示される構造である。   FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating a configuration example including the touch panel 61, the display unit 62, and the actuators 100a and 100b of the input / output device 400 in the mobile terminal device 600. A display unit 62 is provided below the touch panel 61, and input items displayed on the display unit 62 have a structure that is presented to the user through the touch panel 61.

支持フレーム71の内側には、表示面が露出するように表示手段62が配置され、その支持フレーム71上の4隅(図中では2つのみを示す)には、アクチュエータ100a,100b等が配置されている。左側のアクチュエータ100aは、支持フレーム71上の2つの支持部73a及び73bを枕にして配置され、当該アクチュエータ100aの中央部には支持部73cが設けられている。支持部73aは当該アクチュエータ100aの上端部72bの背面側に配置され、支持部73bは端子16に隣接して配置される。端子16は、図15Bに示した端子16a〜16gを構成する。   Display means 62 is arranged inside the support frame 71 so that the display surface is exposed, and actuators 100a, 100b, etc. are arranged at four corners (only two are shown in the figure) on the support frame 71. Has been. The left actuator 100a is arranged with two support portions 73a and 73b on the support frame 71 as pillows, and a support portion 73c is provided at the center of the actuator 100a. The support portion 73 a is disposed on the back side of the upper end portion 72 b of the actuator 100 a, and the support portion 73 b is disposed adjacent to the terminal 16. The terminal 16 constitutes the terminals 16a to 16g illustrated in FIG. 15B.

右側のアクチュエータ100bは、支持フレーム71上の2つの支持部74a及び74bを枕にして配置され、当該アクチュエータ100bの中央部には支持部74cが設けられている。支持部74aは当該アクチュエータ100bの上端部72bの背面側に配置され、支持部74bは端子16に隣接して配置される。端子16は、例えば、図7に示した端子16a〜16gを構成する。   The right actuator 100b is arranged with the two support portions 74a and 74b on the support frame 71 as pillows, and a support portion 74c is provided at the center of the actuator 100b. The support portion 74 a is disposed on the back side of the upper end portion 72 b of the actuator 100 b, and the support portion 74 b is disposed adjacent to the terminal 16. The terminal 16 constitutes, for example, the terminals 16a to 16g illustrated in FIG.

支持部73c及び74c上にはタッチパネル61が配置される。タッチパネル61は、上部逆L型の側面支持部材70によって支持フレーム71に固定されている。タッチパネル61と側面支持部材70の上端部70a、70bとの間には、シール部材70a及び70bが挟み込まれている。支持部73a〜73c、支持部74a〜74cは、振動伝達機構64を構成する。   A touch panel 61 is disposed on the support portions 73c and 74c. The touch panel 61 is fixed to the support frame 71 by an upper inverted L-type side support member 70. Seal members 70 a and 70 b are sandwiched between the touch panel 61 and the upper end portions 70 a and 70 b of the side support member 70. The support portions 73 a to 73 c and the support portions 74 a to 74 c constitute a vibration transmission mechanism 64.

各々のアクチュエータ100a、100bには、制御装置50’が接続されている。例えば、当該アクチュエータ100aの端子16には、図7に示した7本の引き出し線L1〜L7が接続される。この引き出し線L1〜L7は制御装置50’に接続される。また、アクチュエータ100bの端子16には、図7に示した7本の引き出し線L1〜L7が接続される。この引き出し線L1〜L7も制御装置50’に接続される。   A control device 50 'is connected to each actuator 100a, 100b. For example, the seven lead lines L1 to L7 shown in FIG. 7 are connected to the terminal 16 of the actuator 100a. The lead lines L1 to L7 are connected to the control device 50 '. Further, the seven lead lines L1 to L7 shown in FIG. 7 are connected to the terminal 16 of the actuator 100b. The lead lines L1 to L7 are also connected to the control device 50 '.

制御装置50’は、アクチュエータ100aに対して引き出し線L1〜L7を通じてアクチュエータとして機能する積層圧電体群14a、14bに振動制御電圧(アクチュエータ駆動電圧)Vaを加える。このときの曲げ変形(R)をタッチパネル61のZ方向の変位Uに変換するようになされる。例えば、制御装置50’は、振動制御電圧Vaを発生して、アクチュエータ100aに接続された引き出し線L1、L2、L6、L7を通じて、図7に示した端子16a、16b、16f、16gを介して積層圧電体群14a及び積層圧電体群14bの圧電体#1〜#5及び圧電体#14〜#18に給電すると、中央電極13を基準にして、積層圧電体群14aが伸長し、積層圧電体群14bが収縮するようにして振動する。従って、アクチュエータ100aをアクチュエータ機能として動作させることができる。   The control device 50 'applies a vibration control voltage (actuator drive voltage) Va to the laminated piezoelectric body groups 14a and 14b functioning as actuators through the lead lines L1 to L7 with respect to the actuator 100a. The bending deformation (R) at this time is converted into a displacement U of the touch panel 61 in the Z direction. For example, the control device 50 ′ generates the vibration control voltage Va and passes through the lead lines L1, L2, L6, and L7 connected to the actuator 100a via the terminals 16a, 16b, 16f, and 16g shown in FIG. When power is supplied to the piezoelectric bodies # 1 to # 5 and the piezoelectric bodies # 14 to # 18 of the multilayer piezoelectric body group 14a and the multilayer piezoelectric body group 14b, the multilayer piezoelectric body group 14a expands on the basis of the central electrode 13, and the multilayer piezoelectric body The body group 14b vibrates so as to contract. Therefore, the actuator 100a can be operated as an actuator function.

また、制御装置50’は、アクチュエータ100bに対して引き出し線L1〜L7を通じてアクチュエータとして機能する積層圧電体群14a、14bに振動制御電圧Vaを加える。このときの曲げ変形(R)をタッチパネル61のZ方向の変位Uに変換するようになされる。例えば、制御装置50’は、振動制御電圧Vaを発生して、アクチュエータ100bに接続された引き出し線L1、L2、L6、L7を通じて、図7に示した端子16a、16b、16f、16gを介して積層圧電体群14a及び積層圧電体群14bの圧電体#1〜#5及び圧電体#14〜#18に給電すると、中央電極13を基準にして、積層圧電体群14aが伸長し、積層圧電体群14bが収縮するようにして振動する。従って、アクチュエータ100bをアクチュエータ機能として動作させることができる。   Further, the control device 50 'applies a vibration control voltage Va to the laminated piezoelectric body groups 14a and 14b functioning as actuators through the lead lines L1 to L7 with respect to the actuator 100b. The bending deformation (R) at this time is converted into a displacement U of the touch panel 61 in the Z direction. For example, the control device 50 ′ generates the vibration control voltage Va and passes through the lead lines L1, L2, L6, and L7 connected to the actuator 100b via the terminals 16a, 16b, 16f, and 16g shown in FIG. When power is supplied to the piezoelectric bodies # 1 to # 5 and the piezoelectric bodies # 14 to # 18 of the multilayer piezoelectric body group 14a and the multilayer piezoelectric body group 14b, the multilayer piezoelectric body group 14a expands with the central electrode 13 as a reference, and the multilayer piezoelectric body The body group 14b vibrates so as to contract. Therefore, the actuator 100b can be operated as an actuator function.

図18A及びBは、入出力装置400におけるタッチパネル押下時の動作例を示す断面図である。図18Aに示す支持部73cは、使用者の指30がタッチパネル61を押し、図18Bに示す波線円内図で、その押し下げ力Fによってアクチュエータ100が曲げ変形(R)をするときの支点になっている。アクチュエータ100a等では、図7に示したセンサ機能する積層圧電体群14cで力検出信号SVd(検出電圧Vd)が発生する。   18A and 18B are cross-sectional views illustrating an operation example when the touch panel is pressed in the input / output device 400. FIG. The support portion 73c shown in FIG. 18A serves as a fulcrum when the user's finger 30 presses the touch panel 61 and the actuator 100 is bent and deformed (R) by the pressing force F in the wavy circle diagram shown in FIG. 18B. ing. In the actuator 100a and the like, a force detection signal SVd (detection voltage Vd) is generated by the laminated piezoelectric material group 14c functioning as a sensor shown in FIG.

例えば、積層圧電体群14cの圧電体#7〜#12に対して外力が加わると、引き出し線L3及び引き出し線L3に力検出信号SVdが発生する。この力検出信号SVdは、制御装置50’に出力される。制御装置50’では、例えば、力検出信号SVdが信号処理され、力検出データDdとして上位の制御系に出力するようになされる。従って、アクチュエータ100a等のアクチュエータ機能を維持しつつ力検出センサとしても動作させることができる(図7参照)。   For example, when an external force is applied to the piezoelectric bodies # 7 to # 12 of the multilayer piezoelectric body group 14c, the force detection signal SVd is generated in the lead line L3 and the lead line L3. The force detection signal SVd is output to the control device 50 '. In the control device 50 ', for example, the force detection signal SVd is signal-processed and output to the upper control system as force detection data Dd. Therefore, it can be operated as a force detection sensor while maintaining the actuator function of the actuator 100a and the like (see FIG. 7).

図19は、携帯端末装置600の主要部の構成例を示すブロック図である。図19に示す携帯端末装置600は、制御装置50’及び入出力装置400を有している。制御装置50’は、例えば、アナログ・デジタル(以下A/Dという)コンバータ51、デジタル/アナログ(以下D/Aという)コンバータ52、メモリ53、プロセッサ54、CPU55、電流アンプ56、オペアンプ87a〜87d及びコンパレータ88から構成される。制御装置50’は、タッチパネル61から出力される操作データD3に基づいて振動制御電圧Vaを発生する。   FIG. 19 is a block diagram illustrating a configuration example of a main part of the mobile terminal device 600. A mobile terminal device 600 illustrated in FIG. 19 includes a control device 50 ′ and an input / output device 400. The control device 50 ′ includes, for example, an analog / digital (hereinafter referred to as A / D) converter 51, a digital / analog (hereinafter referred to as D / A) converter 52, a memory 53, a processor 54, a CPU 55, a current amplifier 56, and operational amplifiers 87a to 87d. And a comparator 88. The control device 50 ′ generates a vibration control voltage Va based on the operation data D <b> 3 output from the touch panel 61.

入出力装置400は、タッチパネル61、表示手段62及び振動発生手段63から構成される。タッチパネル61は、図12に示したような入力手段84及び入力処理部86等から構成される。入力手段84の機能としては、表示画面上の操作者の指の接触位置を検出して位置検出信号を出力する。この例では、メニュー画面やアイコンボタン等の入力項目が押下されたとき、例えば、入力処理部86が位置検出信号を処理して座標入力位置情報を構成する操作データD3をCPU55に出力する。表示手段62は、CPU55から出力される表示データD2に基づいてメニュー画面やアイコンボタン等の入力項目を表示する。   The input / output device 400 includes a touch panel 61, display means 62, and vibration generation means 63. The touch panel 61 includes an input unit 84 and an input processing unit 86 as shown in FIG. As a function of the input means 84, the contact position of the operator's finger on the display screen is detected and a position detection signal is output. In this example, when an input item such as a menu screen or an icon button is pressed, for example, the input processing unit 86 processes a position detection signal and outputs operation data D3 constituting coordinate input position information to the CPU 55. The display means 62 displays input items such as a menu screen and icon buttons based on the display data D2 output from the CPU 55.

この例で、入出力装置400には振動発生手段63が備えられる。振動発生手段63は、4つのアクチュエータ100a〜100d、図17に示した振動伝達機構64等を有している。アクチュエータ100a〜100d等は制御装置50’に接続される。アクチュエータ100a〜100dは、制御装置50’から出力される振動制御電圧Vaに基づいて操作者の指30に触覚を提示すると共に、当該操作者の指30の接触位置における力を検出して力検出信号SVdを出力する。   In this example, the input / output device 400 is provided with vibration generating means 63. The vibration generating means 63 includes four actuators 100a to 100d, the vibration transmission mechanism 64 shown in FIG. The actuators 100a to 100d and the like are connected to the control device 50 '. The actuators 100a to 100d present a tactile sensation to the operator's finger 30 based on the vibration control voltage Va output from the control device 50 ', and detect the force at the contact position of the operator's finger 30 to detect the force. The signal SVd is output.

制御装置50’は、アクチュエータ100a〜100dの、図7に示した積層圧電体群14cの中央電極13から得られる力検出信号SVdに基づいて積層圧電体群14a、14bの主電極IEへの給電制御を実行する。制御装置50’は、アクチュエータ100a〜100dが振動制御電圧Vaに基づいて操作者の指30に触覚を提示している状態で、更に、アクチュエータ100a〜100dが押下されたとき、アクチュエータ100a〜100dから力検出信号SVdを入力し、振動制御電圧Vaと力検出電圧Vd’とを入力して差を演算することにより力検出情報を判別するようになされる。   The control device 50 ′ supplies power to the main electrodes IE of the laminated piezoelectric material groups 14a and 14b based on the force detection signal SVd obtained from the central electrode 13 of the laminated piezoelectric material group 14c shown in FIG. 7 of the actuators 100a to 100d. Execute control. In the state where the actuators 100a to 100d are presenting a tactile sensation to the operator's finger 30 based on the vibration control voltage Va, the control device 50 'further starts to move from the actuators 100a to 100d when the actuators 100a to 100d are pressed. The force detection information SVd is input, the vibration control voltage Va and the force detection voltage Vd ′ are input, and the difference is calculated to determine the force detection information.

この例でも、アクチュエータ100aには、オペアンプ87aが接続される。オペアンプ87aは、中央電極13に接続され、この中央電極13から出力される力検出信号SVd(検出電圧Vd)を増幅して、コンパレータ88に出力する。他のアクチュエータ100b〜100dにも、1つずつオペアンプ87b〜87dが接続される。4つのオペアンプ87a〜87dの出力は、例えば、コンパレータ88の+端子(q点)にまとめて接続される。もちろん、これに限られることはなく、q点に論理和回路等を挿入してもよい。   Also in this example, the operational amplifier 87a is connected to the actuator 100a. The operational amplifier 87 a is connected to the central electrode 13, amplifies the force detection signal SVd (detection voltage Vd) output from the central electrode 13, and outputs the amplified signal to the comparator 88. Operational amplifiers 87b to 87d are also connected to the other actuators 100b to 100d one by one. The outputs of the four operational amplifiers 87a to 87d are connected together, for example, to the + terminal (q point) of the comparator 88. Of course, the present invention is not limited to this, and an OR circuit or the like may be inserted at the point q.

コンパレータ88は、操作者の指に触覚を提示している状態で、更に、アクチュエータ100a等が押下されたとき、アクチュエータ100aから出力され、オペアンプ87a等を介して入力される力検出電圧Vd’とアクチュエータ100a〜100dに出力される振動制御電圧Vaとを入力して差を演算することにより力検出電圧VdをA/Dコンバータ51に出力する。   The comparator 88 presents the force detection voltage Vd ′ output from the actuator 100a and input via the operational amplifier 87a and the like when the actuator 100a and the like are further pressed in a state where a tactile sensation is presented to the operator's finger. The force detection voltage Vd is output to the A / D converter 51 by inputting the vibration control voltage Va output to the actuators 100a to 100d and calculating the difference.

A/Dコンバータ51では、コンパレータ88から得られた検出電圧VdをA/D変換してデジタルの力検出データDdを出力する。A/Dコンバータ51にはプロセッサ54が接続され、CPU55の演算制御を補助するように動作する。例えば、プロセッサ54は、力検出データDdに基づいてアクチュエータ100a〜100dへの給電制御を実行する。この給電制御によれば、A/Dコンバータ51から力検出データDdを入力し、この力検出データDdに基づいて振動波形パターンを決定し、パターン決定データDd’をCPU55に通知する。プロセッサ54にはデジタル信号処理装置(以下DSPという)が使用される。   The A / D converter 51 A / D converts the detection voltage Vd obtained from the comparator 88 and outputs digital force detection data Dd. A processor 54 is connected to the A / D converter 51 and operates to assist the arithmetic control of the CPU 55. For example, the processor 54 performs power supply control to the actuators 100a to 100d based on the force detection data Dd. According to this power supply control, force detection data Dd is input from the A / D converter 51, a vibration waveform pattern is determined based on the force detection data Dd, and the pattern determination data Dd ′ is notified to the CPU 55. A digital signal processing device (hereinafter referred to as DSP) is used for the processor 54.

プロセッサ54にはメモリ53が接続され、各種振動パターンデータDpが格納されている。例えば、操作受付けを示すアクナレッジ波形パターンP10、各種触覚波形を与える振動制御波形パターンP11、P12、P13、P14が格納される。振動制御波形パターンP11は、クリック感、例えば、剛性感を発生するいわゆる矩形波パターンである。振動制御波形パターンP12は、ハートビートのようなリズム感覚を感じるようなデジタル波形パターンである。振動制御波形パターンP13は、連続的な動きを発生する動作感を感じるような波形パターンである。振動制御波形パターンP14は、普通のタッチパネル面の反応、すなわち、ほぼ一定の振動変位を与えるパターンである。   A memory 53 is connected to the processor 54 and various vibration pattern data Dp is stored. For example, an acknowledge waveform pattern P10 indicating operation acceptance and vibration control waveform patterns P11, P12, P13, and P14 that provide various tactile waveforms are stored. The vibration control waveform pattern P11 is a so-called rectangular wave pattern that generates a click feeling, for example, a feeling of rigidity. The vibration control waveform pattern P12 is a digital waveform pattern that feels a rhythmic sense such as a heartbeat. The vibration control waveform pattern P13 is a waveform pattern that gives a feeling of operation that generates a continuous movement. The vibration control waveform pattern P14 is a pattern that gives an ordinary touch panel surface reaction, that is, a substantially constant vibration displacement.

プロセッサ54には、メモリ53の他にCPU55が接続され、操作データD3及びパターン決定データDd’に基づいて振動波形パターン読出しを決定する。CPU55はプロセッサ54にパターン読出許可命令Dcを出力する。プロセッサ54は、パターン読出許可命令Dcに基づいてメモリ53から振動パターンデータDpを読み出してD/Aコンバータ52にセットする。   In addition to the memory 53, a CPU 55 is connected to the processor 54, and vibration waveform pattern reading is determined based on the operation data D3 and the pattern determination data Dd '. The CPU 55 outputs a pattern read permission instruction Dc to the processor 54. The processor 54 reads the vibration pattern data Dp from the memory 53 based on the pattern read permission instruction Dc and sets it in the D / A converter 52.

プロセッサ54には、D/Aコンバータ52が接続され、プロセッサ54によって読み出され振動パターンデータDpをD/A変換した後に、アナログの振動制御信号SVaを電流アンプ56に出力する。電流アンプ56は、出力アンプの一例であり、振動制御信号SVaに基づいて振動制御電圧Vaを発生する。振動制御電圧Vaは、アクチュエータ100a〜100dでアクチュエータとして機能する積層圧電体群14a、14bに供給される。この給電制御により、操作者の指30に触覚刺激を付与するようになされる。なお、プロセッサ54、D/Aコンバータ52及び電流アンプ56は、図12に示したアクチュエータ駆動回路37を構成する。   A D / A converter 52 is connected to the processor 54. After the D / A conversion is performed on the vibration pattern data Dp read by the processor 54, an analog vibration control signal SVa is output to the current amplifier 56. The current amplifier 56 is an example of an output amplifier, and generates a vibration control voltage Va based on the vibration control signal SVa. The vibration control voltage Va is supplied to the laminated piezoelectric material groups 14a and 14b that function as actuators by the actuators 100a to 100d. By this power supply control, a tactile stimulus is applied to the finger 30 of the operator. The processor 54, the D / A converter 52, and the current amplifier 56 constitute the actuator drive circuit 37 shown in FIG.

このように、プロセッサ54は、表示手段62に表示された入力項目を選択する使用者の指30の力Fを検出し、CPU55は、プロセッサ54が検出した使用者の指30の力に基づいて入力項目が選択されたと判断する。例えば、CPU55は、プロセッサ54を介して、プロセッサ積層圧電体群14cの中央電極13から得られる力検出信号SVdに基づいて入力項目が選択されたと判断し、その後、プロセッサ54を介して、積層圧電体群14a及び14bの主電極IEへの給電制御を実行することで、使用者の指30に触覚刺激を付与する(触覚によるアクナレッジ方法)。   In this way, the processor 54 detects the force F of the user's finger 30 that selects the input item displayed on the display means 62, and the CPU 55 is based on the force of the user's finger 30 detected by the processor 54. It is determined that the input item has been selected. For example, the CPU 55 determines that the input item has been selected based on the force detection signal SVd obtained from the central electrode 13 of the processor multilayer piezoelectric body group 14 c via the processor 54, and then the multilayer piezoelectric via the processor 54. A tactile stimulus is applied to the user's finger 30 by executing power feeding control to the main electrode IE of the body groups 14a and 14b (acknowledgment method by tactile sense).

続いて、携帯端末装置600の制御例について説明をする。図20は、携帯端末装置600における動作例を示す構成図である。この例では、入出力装置400内のアクチュエータ100a〜100d等がアクチュエータとして機能する場合、これらが力検出センサとして機能する場合、及び、これらを一連に動作させる場合の3つに分けてその説明をする。   Next, a control example of the mobile terminal device 600 will be described. FIG. 20 is a configuration diagram illustrating an operation example in the mobile terminal device 600. In this example, when the actuators 100a to 100d in the input / output device 400 function as actuators, when they function as force detection sensors, and when they are operated in series, the description is divided into three. To do.

[アクチュエータ機能]
図20に示す表示手段62には、メニュー画面が表示され、この例では、そのメニュー画面に4つのアイコン31〜34が表示される場合である。使用者は、その4つのアイコン31〜34のいずれかを選択する場合を前提とする。
[Actuator function]
A menu screen is displayed on the display means 62 shown in FIG. 20, and in this example, four icons 31 to 34 are displayed on the menu screen. It is assumed that the user selects any of the four icons 31 to 34.

図20において、使用者の指30がメニュー画面に表示されたアイコン31、32、33又は34上をタッチパネル61を介して触れると、その触れた位置の座標位置情報が操作データD3となってCPU55に出力される。CPU55は、使用者の指30が触れられたアイコン、例えば、アイコン31に対応する振動制御波形パターンP11を特定する。CPU55は、アイコン31に対応する振動制御波形パターンP11をメモリ53から読み出すようにプロセッサ54を制御する。   In FIG. 20, when the user's finger 30 touches the icon 31, 32, 33 or 34 displayed on the menu screen via the touch panel 61, the coordinate position information of the touched position becomes the operation data D3 and the CPU 55. Is output. The CPU 55 specifies the vibration control waveform pattern P11 corresponding to the icon touched by the user's finger 30, for example, the icon 31. The CPU 55 controls the processor 54 so as to read out the vibration control waveform pattern P11 corresponding to the icon 31 from the memory 53.

プロセッサ54は、メモリ53から振動制御波形パターンP11を与える振動パターンデータDpを読み出してD/Aコンバータ52にセットする。D/Aコンバータ52は、プロセッサ54によって読み出され振動パターンデータDpをD/A変換した後に、アナログの振動制御信号SVaを電流アンプ56に出力する。電流アンプ56は、振動制御信号SVaに基づいて振動制御電圧Vaを発生する。当該振動制御電圧Vaは、アクチュエータ100a〜100dでアクチュエータとして機能する積層圧電体群14a、14bに供給される。これにより、タッチパネル面ではアイコン31に対応したクリック感のある振動が発生し、使用者の指30に触覚刺激として提示される。   The processor 54 reads the vibration pattern data Dp giving the vibration control waveform pattern P 11 from the memory 53 and sets it in the D / A converter 52. The D / A converter 52 is read by the processor 54 and D / A converts the vibration pattern data Dp, and then outputs an analog vibration control signal SVa to the current amplifier 56. The current amplifier 56 generates a vibration control voltage Va based on the vibration control signal SVa. The vibration control voltage Va is supplied to the laminated piezoelectric material groups 14a and 14b that function as actuators by the actuators 100a to 100d. As a result, vibration with a click feeling corresponding to the icon 31 is generated on the touch panel surface and presented to the user's finger 30 as a tactile stimulus.

アイコン32に触れた場合は、タッチパネル面において、振動制御波形パターンP12に基づくハートビートのようなリズム感覚を感じるような振動が発生し、使用者の指30に触覚刺激として提示される。また、アイコン33に触れた場合は、タッチパネル面において、振動制御波形パターンP13に基づく連続的な動きを発生する動作感を感じるような振動が発生し、使用者の指30に触覚刺激として提示される。アイコン34に触れた場合は、振動制御波形パターンP14に基づく普通のタッチパネル面の反応、すなわち、ほぼ一定の振動変位を与えるのみである。   When the icon 32 is touched, a vibration that feels a rhythmic sense such as a heartbeat based on the vibration control waveform pattern P <b> 12 is generated on the touch panel surface, and is presented to the user's finger 30 as a tactile stimulus. Further, when the icon 33 is touched, a vibration that gives a feeling of movement that generates a continuous movement based on the vibration control waveform pattern P13 is generated on the touch panel surface, and is presented to the user's finger 30 as a tactile stimulus. The When the icon 34 is touched, the response of the normal touch panel surface based on the vibration control waveform pattern P14, that is, an almost constant vibration displacement is only given.

また、使用者が指先をタッチパネル面から離したり、又は、タッチパネル面上をスライドさせ、アイコン31等が表示されているエリアから外れた場合は、随時、タッチパネル61からCPU55へ出力されるの座標位置情報により、CPU55がアイコンタッチ有無を判断して、アクチュエータ100a〜100dに対する振動制御電圧Vaをリセットするようになされる。このリセット動作によって、タッチパネル面の振動は停止する。このように、使用者は、アイコン31や、32、33、34等を眼で確認しなくても、タッチパネル面に触れることにより、自分がどのアイコン31、32、33又は34を選択しようとしているかを知ることができる。このように、アクチュエータ100a〜100d等をアクチュエータ機能として動作させることができる。   Further, when the user moves his / her fingertip away from the touch panel surface or slides on the touch panel surface and moves out of the area where the icon 31 or the like is displayed, the coordinate position output from the touch panel 61 to the CPU 55 as needed. Based on the information, the CPU 55 determines whether or not the icon is touched, and resets the vibration control voltage Va for the actuators 100a to 100d. This reset operation stops the vibration on the touch panel surface. As described above, the user is selecting which icon 31, 32, 33, or 34 by touching the touch panel surface without checking the icons 31, 32, 33, 34, and the like with the eyes. Can know. Thus, the actuators 100a to 100d and the like can be operated as an actuator function.

[力検出センサ機能]
図20において、使用者がタッチパネル上に指先を接触させると、タッチパネル61が受ける押圧力Fによりアクチュエータ100a〜100dは変形し、力検出センサとして機能する積層圧電体群14cに力検出信号SVdが生じる(図18A,B参照)。上述の方法で使用者が自分が選択したいアイコン上に、自分の指30があると知ったとき、使用者が例えば、そのアイコン31等を選択するために、更に強くタッチパネル61を押し込むようになされる。この押し込み操作により、力検出センサとして機能する積層圧電体群14cには、より大きな力検出信号SVdが生じる。
[Force detection sensor function]
In FIG. 20, when the user touches the fingertip on the touch panel, the actuators 100 a to 100 d are deformed by the pressing force F received by the touch panel 61, and a force detection signal SVd is generated in the laminated piezoelectric body group 14 c that functions as a force detection sensor. (See FIGS. 18A and B). When the user knows that his / her finger 30 is on the icon he / she wants to select by the above-described method, the user presses the touch panel 61 more strongly in order to select the icon 31 or the like, for example. The By this pushing operation, a larger force detection signal SVd is generated in the multilayered piezoelectric body group 14c functioning as a force detection sensor.

この力検出信号SVdは、オペアンプ87a等に出力される。オペアンプ87aは、力検出信号SVd(検出電圧Vd)を増幅して、コンパレータ88に出力する。コンパレータ88は、操作者の指に触覚を提示している状態で、更に、アクチュエータ100a等が押下されたとき、アクチュエータ100aから出力され、オペアンプ87a等を介して入力される力検出電圧Vd’とアクチュエータ100a〜100dに出力される振動制御電圧Vaとを入力して差を演算することにより力検出電圧VdをA/Dコンバータ51に出力する。   The force detection signal SVd is output to the operational amplifier 87a and the like. The operational amplifier 87a amplifies the force detection signal SVd (detection voltage Vd) and outputs it to the comparator 88. The comparator 88 presents the force detection voltage Vd ′ output from the actuator 100a and input via the operational amplifier 87a and the like when the actuator 100a and the like are further pressed in a state where a tactile sensation is presented to the operator's finger. The force detection voltage Vd is output to the A / D converter 51 by inputting the vibration control voltage Va output to the actuators 100a to 100d and calculating the difference.

A/Dコンバータ51では、コンパレータ88から得られた検出電圧VdをA/D変換してデジタルの力検出データDdを出力する。力検出データDdは、A/Dコンバータ51からプロセッサ54に出力される。プロセッサ54は、A/Dコンバータ51から力検出データDdを入力し、この力検出データDdに基づく被比較レベルと、予め設定された閾値レベルとを随時比較するようになされる。   The A / D converter 51 A / D converts the detection voltage Vd obtained from the comparator 88 and outputs digital force detection data Dd. The force detection data Dd is output from the A / D converter 51 to the processor 54. The processor 54 receives the force detection data Dd from the A / D converter 51, and compares the level to be compared based on the force detection data Dd with a preset threshold level as needed.

力検出データDdに基づく被比較レベルが閾値レベルを越える場合、CPU55は、使用者がアイコン31等を選択(押下)した状態(場合)であると判別する。この被比較レベルが閾値レベルを越えない場合は、使用者がアイコン31等を探している状態であると判別する。これにより、アクチュエータ100a〜100d等が力検出センサとして動作する。   When the compared level based on the force detection data Dd exceeds the threshold level, the CPU 55 determines that the user has selected (pressed) the icon 31 or the like. If the compared level does not exceed the threshold level, it is determined that the user is looking for the icon 31 or the like. Accordingly, the actuators 100a to 100d and the like operate as force detection sensors.

[アクチュエータ及び力検出センサの一連の動作例]
図21A〜Cは、入出力装置400における一連の動作例及び波形例を示す図である。図21B及びCにおいて、横軸は時刻t及び指30の接触位置Xである。縦軸は振動制御波形パターンP10〜P13に基づく振動制御電圧Va及び力検出信号SVdの合成値[V]である。
[A series of operation examples of actuator and force detection sensor]
21A to 21C are diagrams showing a series of operation examples and waveform examples in the input / output device 400. FIG. 21B and 21C, the horizontal axis represents time t and the contact position X of the finger 30. The vertical axis represents the combined value [V] of the vibration control voltage Va and the force detection signal SVd based on the vibration control waveform patterns P10 to P13.

第6の実施例では、使用者がアイコン31上を左側から右側にスライドしてアイコン33を探し、それを選択する場合を例に挙げる。この場合のアクチュエータ100a〜100dの一連の働きを、具体的な振動制御波形パターンP10〜P13に基づくアクチュエータ機能と、力検出センサ機能で検出される力検出信号SVdとを用いて説明をする。   In the sixth embodiment, an example is given in which the user slides on the icon 31 from the left side to the right side to search for the icon 33 and selects it. A series of actions of the actuators 100a to 100d in this case will be described using an actuator function based on specific vibration control waveform patterns P10 to P13 and a force detection signal SVd detected by the force detection sensor function.

図21Aにおいて、使用者は、図中(イ)の位置、すなわち、開始点(イ)を起点に、アイコン31の左端部から所望のアイコン33を探し出すために、右矢印の方向に、使用者の指30をタッチパネル61上にスライドする。所望のアイコン33上に指30が到達した時点(位置)で選択動作を行なう。   In FIG. 21A, the user searches for the desired icon 33 from the left end of the icon 31 starting from the position (A) in the figure, that is, the start point (A), in the direction of the right arrow. The finger 30 is slid on the touch panel 61. The selection operation is performed when the finger 30 reaches the desired icon 33 (position).

これらを操作条件にして、まず、開始点(イ)において、すなわち、時刻t0では、使用者がアイコン31、33のいずれにも触れていない状態なので、図21Bに示す振動制御電圧Vaのレベルは0である。これは、タッチパネル面が振動制御波形パターンP11等に基づく振動制御電圧Vaに比例して変位するが、このときは当該振動制御電圧Vaが0で振動がないためである。この場合、使用者は何も感じないのである。一方で力検出信号SVdとしては、使用者がタッチパネル面に軽く指30を触れているだけなので、それに応じた力検出信号SVdが現れる。このときの力検出信号SVdは、図21Cに示すように閾値を下回る電圧である。   With these as operating conditions, first, at the start point (a), that is, at the time t0, the user is not touching any of the icons 31 and 33, so the level of the vibration control voltage Va shown in FIG. 0. This is because the touch panel surface is displaced in proportion to the vibration control voltage Va based on the vibration control waveform pattern P11 and the like, but at this time, the vibration control voltage Va is 0 and there is no vibration. In this case, the user does not feel anything. On the other hand, as the force detection signal SVd, the user simply touches the finger 30 lightly on the touch panel surface, and thus the force detection signal SVd corresponding to the touch appears. The force detection signal SVd at this time is a voltage lower than the threshold value as shown in FIG. 21C.

次に、使用者が指30をスライドさせ、時刻t1で位置x1のアイコン31上に到達すると、プロセッサ54は、メモリ53から予め定義された振動制御波形パターンP11をD/Aコンバータ52にセットする。D/Aコンバータ52では、プロセッサ54によって読み出され振動パターンデータDpをD/A変換した後に、アナログの振動制御信号SVaを電流アンプ56に出力する。電流アンプ56は、振動制御信号SVaに基づいて振動制御電圧Vaを発生する。当該振動制御電圧Vaは、アクチュエータ100a〜100dでアクチュエータとして機能する積層圧電体群14a、14bに供給される。   Next, when the user slides the finger 30 and reaches the icon 31 at the position x 1 at time t 1, the processor 54 sets a predefined vibration control waveform pattern P 11 from the memory 53 in the D / A converter 52. . The D / A converter 52 outputs the analog vibration control signal SVa to the current amplifier 56 after D / A converting the vibration pattern data Dp read by the processor 54. The current amplifier 56 generates a vibration control voltage Va based on the vibration control signal SVa. The vibration control voltage Va is supplied to the laminated piezoelectric material groups 14a and 14b that function as actuators by the actuators 100a to 100d.

これにより、タッチパネル面ではアイコン31に対応したクリック感のある振動が発生し、使用者の指30に触覚刺激として提示される。この際の力検出信号SVdについては、使用者がタッチパネル61に触れていることによる検出電圧Vdと、振動制御波形パターンP11によるアクチュエータ100a〜100d等の変形による振動制御電圧Vaとを重畳させた力検出電圧Vd’になる。   As a result, vibration with a click feeling corresponding to the icon 31 is generated on the touch panel surface and presented to the user's finger 30 as a tactile stimulus. The force detection signal SVd at this time is a force obtained by superimposing the detection voltage Vd when the user touches the touch panel 61 and the vibration control voltage Va due to the deformation of the actuators 100a to 100d by the vibration control waveform pattern P11. The detection voltage Vd ′ is obtained.

さらに、使用者が指30を右側に移動させると、時刻t2で位置x2のアイコン31から外れるので、再び、開始点(イ)と同じ状態になる。この状態は、時刻t3で位置x3のアイコン33上まで行くと、そのアイコン33に応じた振動制御波形パターンP13がメモリ53からD/Aコンバータ52にセット(出力)される。D/Aコンバータ52では、プロセッサ54によって読み出され振動パターンデータDpをD/A変換した後に、アナログの振動制御信号SVaを電流アンプ56に出力する。   Further, when the user moves the finger 30 to the right side, the user moves away from the icon 31 at the position x2 at time t2, so that the same state as the starting point (A) is obtained again. When this state goes to the icon 33 at the position x3 at time t3, the vibration control waveform pattern P13 corresponding to the icon 33 is set (output) from the memory 53 to the D / A converter 52. The D / A converter 52 outputs the analog vibration control signal SVa to the current amplifier 56 after D / A converting the vibration pattern data Dp read by the processor 54.

電流アンプ56は、振動制御信号SVaに基づいて振動制御電圧Vaを発生する。当該振動制御電圧Vaは、アクチュエータ100a〜100dでアクチュエータとして機能する積層圧電体群14a、14bに供給される。これにより、タッチパネル面では振動制御波形パターンP13に基づく連続的な動きを発生する動作感を感じるような振動が発生し、使用者の指30に触覚刺激として提示される。   The current amplifier 56 generates a vibration control voltage Va based on the vibration control signal SVa. The vibration control voltage Va is supplied to the laminated piezoelectric material groups 14a and 14b that function as actuators by the actuators 100a to 100d. As a result, a vibration that gives a feeling of motion that generates a continuous movement based on the vibration control waveform pattern P <b> 13 is generated on the touch panel surface and is presented to the user's finger 30 as a tactile stimulus.

ここで使用者がこのアイコン33を選択するために、時刻t4で位置x4のタッチパネル面を押し込む。すると、力検出信号SVdの値は押圧力Fに比例して大きくなる。この力検出信号SVdの値が予め設定してある、図21Cに示す閾値Vthを超えたとき、CPU55は、使用者による選択がなされたと判断する。この判断をしたCPU55は、使用者による操作を受け付けたことを示すアクナレッジ波形パターンP10をメモリ53から読み出してD/Aコンバータ52に出力する。これによって、アクナレッジ波形パターンP10に基づいて急峻に立ち上るような振動が発生し、使用者は自分の選択行為がCPU55に受け付けられたことを知る(確認)することができる。   Here, in order to select the icon 33, the user pushes the touch panel surface at the position x4 at time t4. Then, the value of the force detection signal SVd increases in proportion to the pressing force F. When the value of the force detection signal SVd exceeds a preset threshold value Vth shown in FIG. 21C, the CPU 55 determines that selection by the user has been made. The CPU 55 having made this determination reads out the acknowledge waveform pattern P10 indicating that the operation by the user has been received from the memory 53 and outputs it to the D / A converter 52. As a result, a vibration that suddenly rises based on the acknowledge waveform pattern P10 is generated, and the user can know (confirm) that his / her selection action has been accepted by the CPU 55.

このように本発明に係る第6の実施例としての触覚入出力機能付きの携帯端末装置600によれば、本発明に係る入出力装置400が応用される。この携帯端末装置600において、入力項目選択用の表示画面上で入力操作する場合に、最初の入力として、CPU55は、タッチパネル61が接触されたとき、又は、タッチパネル61が強く押下されたとき、タッチパネル61から得られる位置検出信号に基づく操作データD3を入力し、又は及び、アクチュエータ100a等から得られる第1の力検出信号SVdに基づく力検出データDdを入力する。   Thus, according to the portable terminal device 600 with a tactile input / output function as the sixth embodiment according to the present invention, the input / output device 400 according to the present invention is applied. In this portable terminal device 600, when an input operation is performed on the input item selection display screen, as the first input, the CPU 55 touches the touch panel 61 or when the touch panel 61 is strongly pressed. Operation data D3 based on the position detection signal obtained from 61 is input, or force detection data Dd based on the first force detection signal SVd obtained from the actuator 100a or the like is input.

CPU55は、操作データD3又は及び第1の力検出データDdに基づいてアクチュエータ100a等に振動制御電圧Vaを出力する。アクチュエータ100a等は振動制御電圧Vaに基づいて操作者の指に触覚を提示する。その触覚提示状態で、更に、新たな異なる入力として、アクチュエータ100a等が押下されたとき、CPU55は、アクチュエータ100a等から出力される力検出信号SVdに基づく力検出データDdを入力する。   The CPU 55 outputs the vibration control voltage Va to the actuator 100a or the like based on the operation data D3 or the first force detection data Dd. The actuator 100a or the like presents a tactile sensation to the operator's finger based on the vibration control voltage Va. When the actuator 100a or the like is further pressed as a new different input in the tactile sense presentation state, the CPU 55 inputs force detection data Dd based on the force detection signal SVd output from the actuator 100a or the like.

この例では、操作者の指に触覚を提示している状態で、更に、アクチュエータ100a等が押下されたとき、コンパレータ88は、オペアンプ87a等から出力される力検出電圧Vd’と、電流アンプ56からアクチュエータ100a等へ出力される振動制御電圧Vaとを入力して差を演算する。この演算により力検出電圧VdをA/Dコンバータ51に出力するようになる。   In this example, when the actuator 100a or the like is further pressed while the tactile sensation is being presented to the operator's finger, the comparator 88 includes the force detection voltage Vd ′ output from the operational amplifier 87a or the like and the current amplifier 56. The vibration control voltage Va output to the actuator 100a or the like is input to calculate the difference. By this calculation, the force detection voltage Vd is output to the A / D converter 51.

従って、A/Dコンバータ51は、検出電圧Vdに基づいて入力判別することができる。この入力判別の結果から得られる力検出データDdをトリガにして、CPU55は、新たな入力項目の選択や、入力選択項目の確定等の入力操作をできるようになる。これにより、触覚入出力機能付きの携帯端末装置600の機能の向上を図ること、及び、触覚制御シーケンスを高速に、かつ、信頼性良くデータ処理することができる。   Therefore, the A / D converter 51 can determine the input based on the detection voltage Vd. Using the force detection data Dd obtained from the result of the input determination as a trigger, the CPU 55 can perform an input operation such as selection of a new input item or confirmation of the input selection item. As a result, it is possible to improve the function of the mobile terminal device 600 with the tactile input / output function, and to process the tactile control sequence at high speed and with high reliability.

なお、使用者の操作は、タッチパネル61を触っただけでアイコンボタンの種類等を判断し、適当なものを選択するというもので、表示画面を注視することが必要ない、いわゆる「ブラインド操作」である。これは特に、車載に携帯端末装置600を応用した場合、運転操作を視覚的に妨げることがないので使用者の安全に寄与する。   The user's operation is a so-called “blind operation” in which the type of icon button, etc. is determined by simply touching the touch panel 61 and an appropriate one is selected, and it is not necessary to watch the display screen. is there. In particular, when the portable terminal device 600 is applied to a vehicle, the driving operation is not visually hindered, which contributes to the safety of the user.

また車載機器に限らず、近年にみられる放送や映像配信の多チャンネル化により操作が複雑になった大型テレビ等の操作リモコンに「ブラインド操作」を応用すれば、メイン設定画面から眼をそらすことなく、手元で複雑な操作を実行することが可能となるので、入出力装置400や携帯端末装置600の操作性が向上する。   Also, if you apply "blind operation" to the operation remote control of large TVs, etc., which has become complicated due to the multi-channel broadcasting and video distribution that has been seen in recent years, not just in-vehicle devices, you can look away from the main setting screen. In addition, since it is possible to perform complicated operations at hand, the operability of the input / output device 400 and the mobile terminal device 600 is improved.

A/Dドライバ89、A/Dコンバータ51又はCPU55における入力判別アルゴリズムは、安定した入力検出を実行するために、複数個の検出値を平均し、その合計等の演算を行った結果を判別の変数としてもよい。つまり、サンプリング周波数が許す範囲内で、検出電圧Vdとしてどのような演算結果を用いてもよいということである。   The input discrimination algorithm in the A / D driver 89, the A / D converter 51 or the CPU 55 determines a result obtained by averaging a plurality of detection values and performing calculation such as the sum in order to perform stable input detection. It may be a variable. That is, any calculation result may be used as the detection voltage Vd within the range allowed by the sampling frequency.

また、当然のことであるが、上述した状況において、入力が検出された場合、検出された入力情報は即座に出力として、他の情報処理系等に出力される。その場合、検出時に出力されていた一つ前の出力を即座に停止させる機能(アルゴリズム)をA/Dドライバ89、A/Dコンバータ51、D/Aコンバータ52、D/Aドライバ76又はCPU55が所有するように構成してもよい。   Naturally, when an input is detected in the above-described situation, the detected input information is immediately output as an output to another information processing system or the like. In this case, the A / D driver 89, the A / D converter 51, the D / A converter 52, the D / A driver 76, or the CPU 55 has a function (algorithm) that immediately stops the previous output output at the time of detection. It may be configured to own.

このように、第1〜第6の実施例によれば、アクチュエータ出力処理を実行しながら、簡易な入力検出が可能となる。また、入力判別アルゴリズムが簡素となることから、機器の小型化を図ることができる。   As described above, according to the first to sixth embodiments, simple input detection can be performed while performing the actuator output process. In addition, since the input discrimination algorithm is simplified, it is possible to reduce the size of the device.

この発明は、予め準備された入力項目選択用の表示画面の中からアイコンを選択して情報を入力する際に触覚を提示するようになされたゲーム装置や、情報処理装置、携帯電話機、情報携帯端末装置等に適用して極めて好適である。   The present invention provides a game device, an information processing device, a mobile phone, and an information portable device that presents a tactile sensation when inputting information by selecting an icon from a display screen for selecting input items prepared in advance. It is extremely suitable when applied to a terminal device or the like.

本発明に係る第1の実施例としての触覚機能付きの入出力装置100の構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration example of an input / output device 100 with a tactile function as a first embodiment according to the present invention. A及びBは、圧電複合手段の一例としての多機能圧電アクチュエータ1の構成例を示す斜視図及び断面図である。A and B are a perspective view and a cross-sectional view showing a configuration example of a multifunction piezoelectric actuator 1 as an example of a piezoelectric composite means. アクチュエータ1の機能例を示すグラフ図である。3 is a graph showing an example of functions of the actuator 1. FIG. A〜Cは、コンパレータ88の機能例を示す波形図である。A to C are waveform diagrams showing an example of the function of the comparator 88. 触覚機能付きの入出力装置100の動作例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation example of the input / output device 100 with a tactile function. A及びBは、第2の実施例としての入出力装置に使用可能な多機能圧電アクチュエータ(結線固定型)10の構成例を示す斜視図及び断面図である。A and B are a perspective view and a cross-sectional view showing a configuration example of a multifunctional piezoelectric actuator (connection-fixed type) 10 that can be used in the input / output device according to the second embodiment. 第3の実施例としての入出力装置に使用可能な結線可変型の多機能圧電アクチュエータ300の断面の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the cross section of the variable connection type multifunctional piezoelectric actuator 300 which can be used for the input / output device as a 3rd Example. 多機能圧電アクチュエータ300の制御系の構成例を示すブロック図である。3 is a block diagram illustrating a configuration example of a control system of a multifunction piezoelectric actuator 300. FIG. 第4の実施例としての触覚機能付きの入出力装置400の構成例を示す組立斜視図である。It is an assembly perspective view which shows the structural example of the input / output device 400 with a tactile function as a 4th Example. 振動伝達機構80の構成例を示す拡大斜視図である。4 is an enlarged perspective view showing a configuration example of a vibration transmission mechanism 80. FIG. 振動伝達機構80における制御系の構成例を示すブロック図である。3 is a block diagram illustrating a configuration example of a control system in a vibration transmission mechanism 80. FIG. 触覚機能付きの入出力装置400の制御系の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the control system of the input / output device 400 with a tactile function. 触覚機能付きの入出力装置400の動作例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation example of the input / output device 400 with a tactile function. A及びBは、第1の入出力装置を応用した第5の実施例としての携帯端末装置500の構成例を示す概念図である。A and B are conceptual diagrams illustrating a configuration example of a mobile terminal device 500 as a fifth embodiment to which the first input / output device is applied. 入出力装置100の制御系の構成例を示す回路図である。3 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a control system of the input / output device 100. FIG. 第2の入出力装置を応用した第6の実施例としての携帯端末装置600の構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structural example of the portable terminal device 600 as a 6th Example which applied the 2nd input / output device. 入出力装置400のタッチパネル61、表示手段62、アクチュエータ100a,100bを含む構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example containing the touchscreen 61 of the input / output device 400, the display means 62, and actuator 100a, 100b. A及びBは、入出力装置400におけるタッチパネル押下時の動作例を示す断面図である。A and B are cross-sectional views illustrating an operation example when the touch panel is pressed in the input / output device 400. 携帯端末装置600の主要部の構成例を示すブロック図である。5 is a block diagram illustrating a configuration example of a main part of a mobile terminal device 600. FIG. 携帯端末装置600における動作例を示す構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram showing an operation example in the mobile terminal device 600. A〜Cは、入出力装置400における一連の動作例及び波形例を示す図である。FIGS. 8A to 8C are diagrams illustrating a series of operation examples and waveform examples in the input / output device 400. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1,10,300・・・多機能圧電アクチュエータ(圧電複合装置)、15,15’・・・制御手段、35・・・記憶手段、37,37’・・・アクチュエータ駆動回路、50・・・制御装置、53・・・メモリ、55・・・CPU(制御手段)、61・・・タッチパネル(入力手段)、62・・・表示手段、63・・・振動発生手段、64,80・・・振動伝達機構、84・・・入力手段、100,400・・・入出力装置、500,600・・・携帯端末装置(電子機器)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,10,300 ... Multifunctional piezoelectric actuator (piezoelectric composite apparatus), 15, 15 '... Control means, 35 ... Storage means, 37, 37' ... Actuator drive circuit, 50 ... Control device 53 ... Memory 55 ... CPU (control means) 61 ... Touch panel (input means) 62 ... Display means 63 ... Vibration generating means 64, 80 ... Vibration transmission mechanism, 84 ... input means, 100, 400 ... input / output device, 500, 600 ... mobile terminal device (electronic device)

Claims (4)

入力項目選択用の表示画面上で操作体によって入力操作される触覚機能付き入出力装置であって、
前記表示画面上の操作体の接触位置を検出して位置検出信号を出力する入力手段と、
前記入力手段から出力される位置検出信号に基づいて振動制御信号を発生する制御手段と、
前記制御手段から出力される前記振動制御信号に基づいて前記操作体に触覚を提示すると共に、この操作体の接触位置における力を検出して力検出信号を出力する圧電複合手段と
を備え、
前記制御手段は、
前記位置検出信号および前記力検出信号に基づいて、前記表示画面上の接触位置に応じた互いに異なる複数種類の触覚波形に対応する複数種類の振動パターンデータのうちの1つを選択すると共に、その選択した振動パターンデータからなる振動制御信号を発生し、
前記圧電複合手段が前記選択した振動パターンデータからなる振動制御信号に基づいて前記操作体に触覚を提示している状態で、更に、前記圧電複合手段が押下されたとき、
前記圧電複合手段から出力される力検出信号と前記圧電複合手段に出力される振動制御信号との差分を演算してこの差分の信号レベルと所定の閾値レベルとを比較することにより、前記圧電複合手段への閾値を越える押下が有ったか否かを判別すると共に、前記閾値を超える押下が有ったと判別された場合には、前記複数種類の触覚波形のいずれとも異なる他の触覚波形に対応する他の振動パターンデータからなる振動制御信号を発生する
触覚機能付きの入出力装置。
An input / output device with a tactile function that is input by an operating body on a display screen for selecting an input item,
Input means for detecting a contact position of the operating body on the display screen and outputting a position detection signal;
Control means for generating a vibration control signal based on a position detection signal output from the input means;
A piezoelectric composite means for presenting a tactile sensation to the operating body based on the vibration control signal output from the control means, and detecting a force at a contact position of the operating body and outputting a force detection signal;
The control means includes
Based on the position detection signal and the force detection signal, select one of a plurality of types of vibration pattern data corresponding to a plurality of types of tactile waveforms different from each other according to the contact position on the display screen, and Generate a vibration control signal consisting of the selected vibration pattern data,
In a state where the piezoelectric composite means is presenting a tactile sensation to the operating body based on a vibration control signal composed of the selected vibration pattern data, and further when the piezoelectric composite means is pressed,
By calculating the difference between the force detection signal output from the piezoelectric composite means and the vibration control signal output to the piezoelectric composite means, and comparing the signal level of the difference with a predetermined threshold level, the piezoelectric composite It is determined whether or not there has been a press exceeding the threshold, and if it is determined that there has been a press exceeding the threshold, it corresponds to another haptic waveform that is different from any of the plurality of types of haptic waveforms. An input / output device with a tactile function that generates vibration control signals consisting of other vibration pattern data.
前記圧電複合手段は、
給電用の電極、共通電極および信号検出用の電極と、
前記給電用の電極および前記共通電極の間に接合された第1の圧電素子と、
前記共通電極および前記信号検出用の電極の間に接合された第2の圧電素子と
を有し、
前記給電用の電極と前記共通電極との間には所定の電圧が供給され、
前記検出用の電極からは、外力に基づく力検出信号を含む力検出信号が取り出される
請求項1に記載の触覚機能付きの入出力装置。
The piezoelectric composite means includes
An electrode for feeding, a common electrode and an electrode for signal detection;
A first piezoelectric element joined between the power feeding electrode and the common electrode;
A second piezoelectric element joined between the common electrode and the signal detection electrode;
A predetermined voltage is supplied between the power feeding electrode and the common electrode,
The input / output device with a tactile function according to claim 1, wherein a force detection signal including a force detection signal based on an external force is extracted from the detection electrode.
入力項目選択用の表示画面上で操作体によって入力操作される触覚機能付きの入出力装置を備えた電子機器であって、
前記入出力装置は、
前記表示画面上の操作体の接触位置を検出して位置検出信号を出力する入力手段と、
前記入力手段から出力される位置検出信号に基づいて振動制御信号を発生する制御手段と、
前記制御手段から出力される前記振動制御信号に基づいて前記操作体に触覚を提示すると共に、この操作体の接触位置における力を検出して力検出信号を出力する圧電複合手段と
を有し、
前記制御手段は、
前記位置検出信号および前記力検出信号に基づいて、前記表示画面上の接触位置に応じた互いに異なる複数種類の触覚波形に対応する複数種類の振動パターンデータのうちの1つを選択すると共に、その選択した振動パターンデータからなる振動制御信号を発生し、
前記圧電複合手段が前記選択した振動パターンデータからなる振動制御信号に基づいて前記操作体に触覚を提示している状態で、更に、前記圧電複合手段が押下されたとき、
前記圧電複合手段から出力される力検出信号と前記圧電複合手段に出力される振動制御信号との差分を演算してこの差分の信号レベルと所定の閾値レベルとを比較することにより、前記圧電複合手段への閾値を越える押下が有ったか否かを判別すると共に、前記閾値を超える押下が有ったと判別された場合には、前記複数種類の触覚波形のいずれとも異なる他の触覚波形に対応する他の振動パターンデータからなる振動制御信号を発生する
電子機器。
An electronic device including an input / output device with a tactile function that is input by an operating body on a display screen for selecting an input item,
The input / output device is
Input means for detecting a contact position of the operating body on the display screen and outputting a position detection signal;
Control means for generating a vibration control signal based on a position detection signal output from the input means;
A piezoelectric composite means for presenting a tactile sensation to the operating body based on the vibration control signal output from the control means, and detecting a force at a contact position of the operating body and outputting a force detection signal;
The control means includes
Based on the position detection signal and the force detection signal, select one of a plurality of types of vibration pattern data corresponding to a plurality of types of tactile waveforms different from each other according to the contact position on the display screen, and Generate a vibration control signal consisting of the selected vibration pattern data,
In a state where the piezoelectric composite means is presenting a tactile sensation to the operating body based on a vibration control signal composed of the selected vibration pattern data, and further when the piezoelectric composite means is pressed,
By calculating the difference between the force detection signal output from the piezoelectric composite means and the vibration control signal output to the piezoelectric composite means, and comparing the signal level of the difference with a predetermined threshold level, the piezoelectric composite It is determined whether or not there has been a press exceeding the threshold, and if it is determined that there has been a press exceeding the threshold, it corresponds to another haptic waveform that is different from any of the plurality of types of haptic waveforms. Electronic equipment that generates vibration control signals consisting of other vibration pattern data.
前記圧電複合手段は、
給電用の電極、共通電極および信号検出用の電極と、
前記給電用の電極および前記共通電極の間に接合された第1の圧電素子と、
前記共通電極および前記信号検出用の電極の間に接合された第2の圧電素子と
を有し、
前記給電用の電極と前記共通電極との間には所定の電圧が供給され、
前記検出用の電極からは、外力に基づく力検出信号を含む力検出信号が取り出される
請求項に記載の電子機器。
The piezoelectric composite means includes
An electrode for feeding, a common electrode and an electrode for signal detection;
A first piezoelectric element joined between the power feeding electrode and the common electrode;
A second piezoelectric element joined between the common electrode and the signal detection electrode;
A predetermined voltage is supplied between the power feeding electrode and the common electrode,
The electronic device according to claim 3 , wherein a force detection signal including a force detection signal based on an external force is extracted from the detection electrode.
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