JP4631443B2 - 触覚機能付きの入出力装置及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、予め準備された入力項目選択用の表示画面をなぞるまたは押下して情報を入力するとき、操作者の指等に触覚提示をする情報処理装置や、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。詳しくは、表示面を有して情報を表示する表示手段の基板部材の一部に圧電体を配設して、情報入力操作に応じて表示面を振動できるようにすると共に、その表示面上の入力手段に接触する操作者の指等に対して強い触覚を提示できるようにしたものである。

近年、ユーザ（操作者）は、携帯電話機や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、それら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入力装置が具備される。入力装置にはキーボードや、ＪＯＧダイヤル等の入力手段、表示部を合わせたタッチパネルなどが使用される場合が多い。

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型のアクチュエータや、ユニモルフ型のアクチュエータ、円盤アクチュエータ（これらを総括して、以下、単に圧電アクチュエータという）等が使用される場合が多い。

この種の圧電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圧電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圧電アクチュエータは、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。入出力装置は、支持フレーム上に支持部を介して圧電アクチュエータを取り付けた圧電体支持構造を有している。圧電アクチュエータの中央上部には、支持部が貼り付けられ、この支持部がタッチパネルに当接される。圧電アクチュエータ振動制御電圧を供給すると、タッチパネルに振動を伝達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。これらの圧電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ーにして、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。

特開２００４−９４３８９号公報（第４頁 図４）

ところで、従来例に係る触覚入力機能付きの情報処理装置や、携帯電話機、情報携帯端末装置等の電子機器によれば、以下のような問題がある。

ｉ．特許文献１に見られるような入出力装置によれば、タッチパネルを構成するガラス板に、圧電アクチュエータを用いて振動を与え、ユーザへ触覚を提示している。この振動伝達構造によれば、圧電アクチュエータに対する支点となる２つの支持部が支持フレーム上において、当該圧電アクチュエータに接着部材（粘着材）を使用して貼り付けられる。

また、圧電アクチュエータの作用点を成す支持部は、その圧電アクチュエータの中央上部において、当該圧電アクチュエータに接着部材を使用して貼り付けられる。このような接合処理が圧電体取り付け時の作業性を低下させ、その圧電アクチュエータの取り付けに手間がかかる事態を招いている。

ii．近頃、ガラス板のような硬質の材料に代わって、タッチパネル等の入力手段には、フィルム状の軟質素材が使用され、また、透明の強化プラスティック部材が表示部に使用され始めている。更に、偏光板を上部電極に含むＦ−Ｆインナータッチパネルも使用される傾向にある。これらの入力手段や表示手段を使用して触覚提示機構を構成しようとした場合、いわゆるフィルム−樹脂方式やＦ−Ｆインナー方式のタッチパネルについては、ガラス基板に比べて振動がフィルムに伝わり難く、効率良く振動を入力操作面に伝達することができず、操作者の指等に満足な触覚提示ができなくなるおそれがある。

iii．因みに、剛性の低い薄型のフィルム状のタッチパネルに関して、その操作感の低下に対し、タッチパネルを他部材から分離して額縁状に実装する方法が考えられるが、入力操作時にタッチパネルが大きくたわみ、著しく操作感覚が損なわれるおそれがある。

iv．一般に、圧電アクチュエータを本体側の電子部品実装基板と接続する際に、圧電素子の端子と、電子部品実装基板に半田付けされたコネクタとをフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）や、ハーネスケーブル等を使用して配線する方法が採られる。このような方法を採ると、圧電アクチュエータの配線に、他のデバイス配線とは独立した専用のプリント配線基板やハーネスケーブル等の配線が必要となって、組立性が悪く、部品コストや部品点数等が増加するおそれがある。また、これらの機構部品が入出力装置の薄型化の妨げとなるおそれがある。

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、情報入力操作に応じて表示面を振動できるようにすると共に、その表示面上の入力手段に接触する操作体に対して強い触覚を提示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。

上述した課題は、開口部が設けられた上部筺体と、入力検出部と、第１のガラス基板および第２のガラス基板、ならびに液晶またはＥＬ層とからなる表示部と、弾性を有する電源供給用接触端子が設けられた圧電アクチュエータと、電源供給用電極が設けられた半導体集積回路基板と、下部筺体とを有し、上部筺体または下部筺体のうちの一方は、２つの細長い部品当接部が設けられ、入力検出部は、表示部の表示面の上方に配置され、半導体集積回路基板および圧電アクチュエータは、第１および第２のガラス基板のうち一方が他方に対して長くなされることにより表示部に形成される段差領域に配設され、電源供給用接触端子は、電源供給用電極に圧接されることにより電気的に接続され、圧電アクチュエータは、他方に対して長くなされた側のガラス基板に対向する側の中央部に突起部が設けられ、上部筺体および下部筺体が一体とされたときに、突起部が他方に対して長くなされた側のガラス基板に当接するようにされるとともに、２つの細長い部品当接部が圧電アクチュエータの突起部が設けられていない面に当接されることにより、段差領域に圧電アクチュエータが挟み込まれるように配置され、入力検出部への入力の操作に応じて圧電アクチュエータにより発生される振動が、他方に対して長くなされた側のガラス基板に供給されることにより、情報入力操作時に操作体に触覚を提示する触覚機能付きの入出力装置によって解決される。

本発明に係る触覚機能付きの入出力装置によれば、表示面を有した表示手段の基板部材の一部に圧電体が配設される。例えば、表示手段に液晶表示装置が使用される場合に、液晶封止用の１組の基板部材のうち、一方の基板部材より長くなされた他方の基板部材には、電子部品実装領域が設けられ、その電子部品実装領域には圧電体が実装される。

また、入力手段は、表示手段の表示面の上方に配置される。これを前提にして、情報入力操作時に操作体に触覚を提示する場合に、表示手段は情報を表示する。入力手段は、表示手段の表示面からの光を透過すると共に、操作体の接触を検出して情報を入力するように操作される。圧電体は、入力手段の操作に応じて表示手段に振動を供給するようになされる。従って、情報入力操作に応じて表示面を振動できるので、その表示面上の入力手段に接触する操作体に対して強い触覚を提示できるようになる。

本発明に係る電子機器は、開口部が設けられた上部筺体と、入力検出部と、第１のガラス基板および第２のガラス基板、ならびに液晶またはＥＬ層とからなる表示部と、弾性を有する電源供給用接触端子が設けられた圧電アクチュエータと、電源供給用電極が設けられた半導体集積回路基板と、下部筺体とを有し、上部筺体または下部筺体のうちの一方は、２つの細長い部品当接部が設けられ、入力検出部は、表示部の表示面の上方に配置され、半導体集積回路基板および圧電アクチュエータは、第１および第２のガラス基板のうち一方が他方に対して長くなされることにより表示部に形成される段差領域に配設され、電源供給用接触端子は、電源供給用電極に圧接されることにより電気的に接続され、圧電アクチュエータは、他方に対して長くなされた側のガラス基板に対向する側の中央部に突起部が設けられ、上部筺体および下部筺体が一体とされたときに、突起部が他方に対して長くなされた側のガラス基板に当接するようにされるとともに、２つの細長い部品当接部が圧電アクチュエータの突起部が設けられていない面に当接されることにより、段差領域に圧電アクチュエータが挟み込まれるように配置され、圧電アクチュエータにより発生される入力検出部への入力の操作に応じた振動が、他方に対して長くなされた側のガラス基板に供給されることにより、情報入力操作時に操作体に触覚を提示する触覚機能付きの入出力装置を備えるものである。

本発明に係る電子機器によれば、本発明に係る入出力装置が応用され、情報入力操作に応じて表示面を振動するようになされる。従って、表示面上の入力手段に接触する操作体に対して強い触覚を提示できるようになる。これにより、フィルム状の入力手段を表示手段の表示面上に設けた触覚入力機能付きの電子機器を提供することができる。

本発明に係る触覚機能付きの入出力装置によれば、表示面を有して情報を表示する表示手段の基板部材の一部に圧電体が配設されるものである。

この構成によって、情報入力操作に応じて表示面を振動できるので、その表示面上の入力手段に接触する操作体に対して強い触覚を提示できるようになる。これにより、フィルム状の入力手段を表示面上に設けた触覚機能付きの薄型の入出力装置を提供することができる。

本発明に係る電子機器によれば、本発明に係る入出力装置が応用され、情報入力操作に応じて表示面を振動するようになされる。

この構成によって、表示手段の表示面上の入力手段に接触する操作体に対して強い触覚を提示できるようになる。これにより、フィルム状の入力手段を表示手段の表示面上に設けた触覚入力機能付きの薄型の電子機器を提供することができる。

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。

図１は、第１の実施例としての入出力装置１００の構成例を示す分解斜視図である。図２Ａ及びＢは、入出力装置１００の構成例を補足する一部破砕の上面図及びそのＸ１−Ｘ１矢視断面図である。
図１に示す触覚機能付きの入出力装置は、携帯電話機や情報携帯端末装置等の筐体内部に取り付け可能な装置であって、圧電体（以下圧電アクチュエータという）による振動を利用して、情報入力操作時に操作体に触覚を提示するものである。例えば、入出力装置１００には、入力項目選択用のアイコン映像が表示され、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したとき、操作者の指（操作体）に触覚を提示するようになされる。

入出力装置１００は部品収納体を成しており、下部筐体１０、上部筐体２０、圧電アクチュエータ２５、表示手段２９及び入力検出手段４５を有している。入力検出手段４５は、入力手段２４及び力検出手段５５ａ〜５５ｄを有して構成される。下部筐体１０と、上部筐体２０とは、圧電アクチュエータ２５、表示手段２９及び入力検出手段４５を収納するようになされる。

下部筐体１０は、底部１０ａ、部品載置部（部品支持部）１０ｂ，１０ｃ及び当該部品載置部側に開放面を有し、かつ、相互で対向する側面には、被係合部の一例となる１組の細長い断面三角状の係合爪部５ａ，５ｂと５ｃ，５ｄとを有している。下部筐体１０は、箱状を有しており、その一辺は、長さがＬ［ｍｍ］で、幅がＷ［ｍｍ］で、高さがＨ［ｍｍ］程度を有している。下部筐体１０には、所定の厚みを有した合成樹脂部材や、アルミニウム、鉄、銅又はこれらの合金、ステンレススチール（ＳＵＳ）等の金属部材が使用される。底部１０ａには１組の細長い突起状の部品載置部１０ｂ，１０ｃが設けられ、圧電アクチュエータ２５が載置される。

下部筐体１０の、例えば、右側面には、係合部の一例となる係合爪部５ａ，５ｂが設けられる。反対側の側面（左側面）には、１組の係合爪部５ｃ，５ｄが設けられる。係合爪部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、上部筐体２０と下部筐体１０とを係合する場合に使用される。この例で、係合爪部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが設けられた側面以外の側面に、切欠き部３９が設けられ、フレキシブルプリント配線ケーブル（以下ＦＰＣケーブル１９という）を外部に引き出す領域となされる。

圧電アクチュエータ２５は、入力手段２４の操作に応じて表示手段２９に振動を供給するようになされる。圧電アクチュエータ２５は、表示手段２９を構成する基板部材の一部に配設される。例えば、下部筐体１０の部品載置部１０ｂ，１０ｃと上部ガラス基板２９ａとの間に、圧電アクチュエータ２５が挟み込まれるように配置される。圧電アクチュエータ２５は、電子部品取付領域の長手方向に取り付け可能な大きさを有している。圧電アクチュエータ２５には、例えば、多数の圧電素子を積層したバイモルフ型の圧電アクチュエータが使用される。

圧電アクチュエータ２５の中央部上には、振動作用点を成す突起部８ａが設けられる。この例では、振動作用点を通じて上部ガラス基板２９ａを上下方向（入力操作面を垂直方向）に振動する。この振動は、入力操作面で操作する操作者の指等に伝搬される。これにより、入力操作に対するアクナレッジやその他の触覚情報を操作者（ユーザ）に提示することができる。

下部筐体１０には、圧電アクチュエータ２５の他に、下から順に光学シート１１、表示手段２９及び入力手段２４を積み重ねた光学系の構造体が配置される。光学シート１１は、バックライトを構成し、下部筐体１０の底部１０ａに配置され、その側面には図示しない光源が取り付けられる。光源から出射された光は、表示手段２９に照射される。光学シート１１には、グラスファイバーや蛍光部材等が使用される。

この例で、光学シート１１の四隅には、力検出センサ用の取付けスペースが確保されている。ここで、入力検出手段４５の入力操作面の一方をＸ方向とし、当該Ｘ方向と直交する他方をＹ方向とし、Ｘ及びＹ方向と直交する方向をＺ方向とする。上述の取付けスペースには、力検出手段５５ａ〜５５ｄが配設され、入力手段２４に対する操作者の指の押圧力（Ｚ方向への加圧力Ｆ）を検出して力検出情報を出力すると共に、当該押下位置に表示された入力情報を確定する。

なお、力検出手段５５ａ〜５５ｄ（５５ｃ及び５５ｄは図示せず）を配設する位置は、光学シート１１の内側四隅を切欠く等により確保する。もちろん、これに限られることはなく、その内側四隅の照明が不均等になった場合を考慮して、光学シート１１の外側四隅に力検出手段５５ａ〜５５ｄを配設し、下部ガラス基板２９ｂの四隅に、図示しない折曲げ部を設け、各々の折曲げ部で力検出手段５５ａ〜５５ｄに当接して押下するようにしてもよい。その際には、力検出手段５５ａ〜５５ｄは、四隅の入力量（Ｚ方向の押圧力）として、例えば、当該アイコン選択時の力検出信号を検出するようになる。入力検出信号は制御系に出力される。

光学シート１１上には、表示手段２９が配置される。表示手段２９は、四角形状を有しており、その一辺の長さがｌ［ｍｍ］で、その幅がｗ［ｍｍ］の表示面を有している。この表示面には、例えば、入力項目選択用のアイコン映像（情報）が表示される。表示手段２９には、液晶表示パネル（ＬＣＤ）が使用され、液晶表示パネルは、液晶封止用の１組の基板部材の一例となる上部ガラス基板２９ａ（他方の基板部材）及び下部ガラス基板２９ｂ（一方の基板部材）を有している。下部ガラス基板２９ｂには、光学シート１１から照射される光が入射される。

この例で、上部ガラス基板２９ａは、下部ガラス基板２９ｂより長くなされ、この上部ガラス基板２９ａには、電子部品実装領域が設けられる。電子部品実装領域２９ｃは、上部ガラス基板２９ａと下部ガラス基板２９ｂとの段差領域に形成され、例えば、半導体集積回路基板として使用される。この電子部品実装領域には圧電アクチュエータ２５が実装される。図示しない半導体集積回路基板２９ｃには、ＦＰＣケーブル１９が接続され、映像表示信号や振動制御電圧が入力される。このようにすると、電子部品実装領域において、圧電アクチュエータ２５を他の電子部品に対してオーバラップするように実装できるので、従来方式に比べて電子機器の小型及び薄型化を実現できるようになる。

上述の振動制御電圧Ｖａは、図示しないアクチュエータ駆動回路等からＦＰＣケーブル１９を通じて供給するようになされる。振動制御電圧Ｖａは、複数の振動波形パターンを合成して発生される。例えば、表示手段２９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、圧電アクチュエータ２５に供給される。

上部ガラス基板２９ａ上であって、表示面の上方には入力検出手段４５を構成する入力手段２４が配設され、当該表示面からの光を透過すると共に、操作者の指（操作体）の接触を検出して情報を入力するように操作される。入力手段２４には、フィルム状のタッチパネルが使用され、フィルム−樹脂タッチパネル等の軟質部材の入力操作面に、操作者の指やスタイラスペン等を接触することにより情報を入力するように操作される。

タッチパネルは、透明電極をマトリクス状に配置したフィルム状の静電容量シートを有しており、静電容量方式の入力デバイスを構成する。入力手段２４は、ボタンアイコンの選択位置を検出するようになされる。この入力手段２４から得られる入力情報には位置検出情報が含まれる。位置検出情報はボタンアイコン押下時の位置検出信号により得られ、制御系に出力される。

このような下部筐体１０に収納された光学シート１１や、入力手段２４、圧電アクチュエータ２５、表示手段２９等の光学系の構造体には、上部筐体２０で蓋を被せるように組み立てられる。例えば、上部筐体２０は、下部筐体１０よりもやや大きめの箱状を有しており、その一辺は、長さがＬ’（Ｌ’＞Ｌ）［ｍｍ］で、幅がＷ’（Ｗ’＞Ｗ）［ｍｍ］で、高さがＨ’（Ｈ’＞Ｈ）［ｍｍ］程度を有している。上部筐体２０には、下部筐体１０と同様な合成樹脂部材や金属部材が使用される。上部筐体２０は、表示手段２９の表示面を見通せる表示窓部２０ａ及び当該表示窓部２０ａの反対側に開放面を有し、かつ、側面に被係合部の一例となる係合穴部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ（図示せず）を有している。表示窓部２０ａは、表示手段２９の表示面の大きさよりも、やや小さめな直方体状を有しており、その一辺の長さがｌ’（ｌ’＜ｌ）［ｍｍ］で、幅がｗ’（ｗ’＜ｗ）［ｍｍ］程度を有している（図２Ａ参照）。

上部筐体２０の側面には、１組の長細い四角形状の係合穴部６ａ，６ｂが設けられる。反対側の側面にも、１組の係合穴部６ｃ，６ｄが設けられる。係合穴部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは、下部筐体１０と上部筐体２０とを係合する際に使用される。例えば、部品収納時に、上部筐体２０の開放面側と下部筐体１０の開放面側とを位置合わせするようにして、上部筐体２０が、下部筐体１０に覆い被され、更に、上部筐体２０を下部筐体１０に嵌合したとき、上部筐体２０の係合穴部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄが、下部筐体１０の係合爪部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに嵌合される。

これにより、上部筐体２０と下部筐体１０とが一体した部品となされる。このとき、ＦＰＣケーブル１９は切欠き部４９を介して外部に引き出される。切欠き部３９及び４９は、下部筐体１０と上部筐体２０とを嵌合したときに、開口部を形成する。

図２Ａに示す圧電アクチュエータ２５は、その一方の側、この例では右側には、圧電素子のシム（ＳＩＭ）端子となる１組の電源供給用の接触端子（以下単に電源端子３ａ，３ｂという）を有している。電源端子３ａ，３ｂは弾性を有しており、図２Ｂに示すように板バネ形状に加えて、先端がＵ状を成している。電源端子３ａ，３ｂには、銅、黄銅、りん青銅等の金属材料が使用される。上部ガラス基板２９ａの電子部品実装領域（段差領域）には、電源供給電極の一例となる圧電アクチュエータ用のパッド電極１２ａ，１２ｂ（又はランド電極）や、そこに接続されるＦＰＣケーブル端子１９ａが設けられる。

この例では、電子部品実装領域のパッド電極１２ａ，１２ｂに圧電アクチュエータ２５の電源端子３ａ，３ｂを圧接すること、すなわち、押さえ付けによる接圧を発生しながら、パッド電極１２ａ，１２ｂに電気的に接続され、半導体集積回路基板２９ｃを経由してＦＰＣケーブル１９等に電気的に接続される。このようにすると、部品点数の削減、組立の簡素化、ライフタイムの短縮化、低コスト化が可能となる。例えば、専用のＦＰＣコネクタ、同ＦＰＣケーブル、樹脂フレームといった、比較的高額な部品を低減することができる。この結果、触覚機能付きの入出力装置の大幅な低コスト化が可能となる。

また、図２Ｂに示す上部筐体２０の天板部には、細長い突起状の部品当接部２０ｂが設けられる。部品当接部２０ｂは、上部ガラス基板２９ａを挟んだ圧電アクチュエータ２５の突起部８ａ（振動作用点）に対峙する位置に設けられ、振動作用点からの振動を受け止めるようになされる。これは浮き上がり現象を防止して振動を上部ガラス基板２９ａに効率良く伝搬するためである。更に、このような構造を採るようにしたのは、近年、急速に普及しつつある、樹脂フィルム型のタッチパネルのような軟質部材の入力操作面を持つ入力デバイスにおいて、ユーザに対して、触覚を再現性良く提示できるようにするためである。

図３は、フィルム状圧電体の積層例及びその内部電極層ＩＥ１〜ＩＥ１６の内部結線例を示す断面図である。
図３に示すフィルム状圧電体は、バイモルフ型の圧電アクチュエータ２５を構成し、その内部電極層ＩＥ１〜ＩＥ１６は、バイアホールや、アクチュエータ側面部を使用するなどの方法により、一層おきに接続され、それぞれの圧電素子＃１〜＃１８が電気的に並列に接続される。例えば、電源端子３ａ，３ｂの引出し位置を基準にして、その上方の内部電極層ＩＥ１，ＩＥ３，ＩＥ５，ＩＥ７は、その内部で接続されて当該電源端子３ａに接続される。内部電極層ＩＥ２，ＩＥ４，ＩＥ６，ＩＥ８は、その内部で接続されて上部電極１に接続され、更に、他の電源端子３ｂに接続される。また、電源端子３ａ，３ｂの引出し位置を基準にして、その下方の内部電極層ＩＥ１０，ＩＥ１２，ＩＥ１４，ＩＥ１６は、その内部で接続されて当該電源端子３ａに接続される。内部電極層ＩＥ９，ＩＥ１１，ＩＥ１３，ＩＥ１５は、その内部で接続されて下部電極２に接続され、更に、他の電源端子３ｂに接続される。

この電源端子３ａ，３ｂの引出し位置を基準にして、その上方に積層された圧電素子＃１〜＃８や、その下方に積層された圧電素子＃９〜＃１６等は、振動制御電圧Ｖａが印加されると、同一方向に変形し、上方に積層された圧電素子＃１〜＃８とその下方に積層された圧電素子＃９〜＃１６は、逆方向に変形することにより、圧電アクチュエータ２５が曲げ変形するようになされる。このような積層構造によると、圧電アクチュエータ２５に印加する電圧を低くすることができ、制御回路や電源回路の簡素化及び小型化が可能になる。また、積層型の圧電アクチュエータ２５は、単層型圧電アクチュエータに比べて低電圧駆動できるという特徴がある。

続いて、入出力装置１００の組立例について、その説明をする。図４〜図７は、入出力装置１００の組立例（その１〜４）を示す工程図である。図４Ａは、圧電アクチュエータ２５の構成例を示す正面図である。

この実施例では、表示面を有して情報を表示する表示手段２９上部ガラス基板２９ａの一部に圧電アクチュエータ２５を配設して、情報入力操作に応じて表示面を振動できるようにすると共に、その表示面上の入力手段２４に接触する操作者の指等に対して強い触覚を提示できるようにする。

これらの組立条件を前提にして、まず、図４Ａに示すような圧電アクチュエータ２５を準備する。圧電アクチュエータ２５は、電子部品取付領域の長手方向に取付け可能な大きさを有している。圧電アクチュエータ２５には、図３に示したような多数の圧電素子を積層したバイモルフ型の圧電アクチュエータが使用される。

ここで圧電アクチュエータ２５の製造方法について簡単に説明する。例えば、圧電素子と内部電極層と複数積層して、その圧電積層体を電源端子３ａ，３ｂの上下に接合する。圧電素子には、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）が使用され、その厚みは２８μｍ程度である。各電極層の厚みは、４μｍ程度である。その最上層には上部電極を形成し、及び、その最下層には下部電極を各々形成する。電源端子３ａ，３ｂには、銅、黄銅、りん青銅等の金属材料が使用され、板バネ性を有するように端子の位置をＵ状に金属加工がなされる。この例で、圧電素子本体２５ａから一方の側に引き出された電源端子３ａ，３ｂは、圧電素子のシム（ＳＩＭ）端子となる。

このとき、バイアホールやアクチュエータ側面部等を使用して、その内部電極層ＩＥ１〜ＩＥ１６を、一層おきに接続し、それぞれの圧電素子＃１〜＃１８を電気的に並列に接続するようになされる。図３に示した例では、上方の内部電極層ＩＥ１，ＩＥ３，ＩＥ５，ＩＥ７をその内部で接続して、電源端子３ａに接続する。

また、内部電極層ＩＥ２，ＩＥ４，ＩＥ６，ＩＥ８をその内部で接続して、上部電極１に接続し、更に、他の電源端子３ｂに接続するようにする。下方の内部電極層ＩＥ１０，ＩＥ１２，ＩＥ１４，ＩＥ１６をその内部で接続して電源端子３ａに接続する。更に内部電極層ＩＥ９，ＩＥ１１，ＩＥ１３，ＩＥ１５をその内部で接続して下部電極２に接続し、これを他の電源端子３ｂに接続する。なお、上部電極１上には、絶縁層が形成され、更にその中央部には、振動作用点を成す突起部８ａが形成される。このとき、下部電極２の下方にも、絶縁層が形成され、全体的に電源端子３ａ，３ｂの露出部分を除いて絶縁層で保護される。これにより、先端がＵ状を成し、かつ、弾性を有した電源端子３ａ，３ｂ付きの圧電アクチュエータ２５を形成することができる。

次に、図４Ｂに示すような下部筐体１０を準備する。下部筐体１０は、底部１０ａ、部品載置部１０ｂ，１０ｃ及び当該部品載置部１０ｂ，１０ｃ側に開放面を有し、かつ、側面に係合爪部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを有したものが使用される。下部筐体１０は、箱状を有しており、その一辺の長さは、Ｌ［ｍｍ］で、幅がＷ［ｍｍ］で、高さがＨ［ｍｍ］程度を有している。

図４Ｂに示す下部筐体１０の底部１０ａには１組の細長い突起状の部品載置部１０ｂ，１０ｃが形成される。また、下部筐体１０の側面には、１組の細長い断面三角状の係合爪部５ａ，５ｂ（図示せず）が形成され、反対側の側面にも、１組の係合爪部５ｃ，５ｄ（図示せず）が形成される。係合爪部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが設けられた側面以外の側面には、図示しない切欠き部３９が形成される。

下部筐体１０には、所定の厚みを有した合成樹脂部材や、アルミニウム、鉄、銅又はこれらの合金、ステンレススチール（ＳＵＳ）等の金属部材が使用される。下部筐体１０を樹脂成形する場合は、射出成形金型が使用される。下部筐体１０を金属成形する場合は、プレス加工機や、穴開け加工機、板金加工機等が使用される。

次に、図４Ｃに示すような上部筐体２０を準備する。上部筐体２０は、下部筐体１０よりも広く、その一辺は、長さがＬ’［ｍｍ］（図示せず）で、幅がＷ’［ｍｍ］で、高さがＨ’［ｍｍ］程度の箱状を有している。上部筐体２０には、下部筐体１０と同様にして、所定の厚みを有した合成樹脂部材や金属部材等が使用される。上部筐体２０は、映像表示面を見通せるような表示窓部２０ａ及び当該表示窓部２０ａの反対側に開放面を有し、かつ、側面に係合穴部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを有したものが使用される。表示窓部２０ａは、表示手段２９の表示面の大きさよりも、やや小さめな四角形状を有しており、その一辺の長さがｌ’［ｍｍ］（図示せず）で、幅がｗ’［ｍｍ］程度を有している。

また、図４Ｃに示すように上部筐体２０の天板部には、細長い突起状の部品当接部２０ｂが設けられる。これは、筐体組み立て後、圧電アクチュエータ２５の突起部８ａに対峙する位置に部品当接部２０ｂが設けられることで、その振動作用点からの振動を受け止めるようにするためである。上部筐体２０を樹脂成形する場合は、射出成形金型が使用される。上部筐体２０を金属成形する場合は、プレス加工機や、穴開け加工機、板金加工機等が使用される。係合穴部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄが設けられた側面以外の側面には、図示しない切欠き部４９が形成される。

続いて、図５Ａに示す入力手段２４を準備する。入力手段２４には、フィルム状のタッチパネルが使用される。タッチパネルは、透明電極をマトリクス状に配置したフィルム状の静電容量シートを有しており、静電容量方式の入力デバイスを構成する。

次に、図５Ｂに示す表示手段２９を準備する。表示手段２９は、図５Ａに示した入力手段２４の下方に配置するようになされる。表示手段２９には、液晶表示パネルが使用される。液晶表示パネルは、幅Ｗ（図示せず）がほぼ同等で、その長さがほぼＬ［ｍｍ」程度の表示モジュール用の上部ガラス基板２９ａ（基板部材）と、長さがほぼｌ［ｍｍ］程度の下部ガラス基板２９ｂ（基板部材）とを有している。つまり、上部ガラス基板２９ａの方が長く、上部ガラス基板２９ａと下部ガラス基板２９ｂとは、長さＬ−ｌの差を有している。このＷ×（Ｌ−ｌ）の領域を電子部品実装領域となされる。

液晶表示パネルは上部ガラス基板２９ａ及び下部ガラス基板２９ｂの他に、光学シート１１及び半導体集積回路基板２９ｃを有して構成される。半導体集積回路基板２９ｃは、電子部品実装領域に画定される。この電子部品実装領域（段差領域）には、圧電アクチュエータ用のパッド電極１２ａ，１２ｂ（又はランド電極）や、そこに接続される、図示しないケーブル端子１９ａを形成するようになされる。図中、二点鎖線で示す領域に圧電アクチュエータ２５が配置される。

上部ガラス基板２９ａ及び下部ガラス基板２９ｂの間にはスペーサ部材２９ｄ，２９ｅが設けられ、この間には液晶２９ｆが封入される。上部ガラス基板２９ａ及び下部ガラス基板２９ｂには、厚み０．３３ｍｍ程度の無アルカリ性のガラス板が使用される。表示手段２９が平面表示装置の場合には、上部ガラス基板２９ａ及び下部ガラス基板２９ｂの間にＥＬ層が設けられる。

この例では、光学シート１１は、四隅が切り欠かれた十字状を有しており、下部ガラス基板２９ｂの下方に配置するようになされる。４個の力検出手段５５ａ〜５５ｄは、十字状の光学シート１１の四隅に各々配置するようになされる。この例で入力手段２４と４個の力検出手段５５ａ〜５５ｄとで入力検出手段４５を構成するようになされる。力検出手段５５ａ〜５５ｄから引き出される、図示しない引出し線は、半導体集積回路基板２９ｃに接続され、ＦＰＣケーブル１９を通じて外部に引き出すようになされる。

図６Ａ〜Ｄは、入出力装置１００の組立例を示す図である。この例では、まず、図６Ｄに示す下部筐体１０の底部１０ａの部品載置部１０ｂ，１０ｃ上に、図６Ｃに示す圧電アクチュエータ２５を載置（配置）する。このとき、電源端子３ａ，３ｂは、Ｕ状が逆さ向きになり、突起部８ａが上方に向くようにして圧電アクチュエータ２５を部品載置部１０ｂ，１０ｃ上に配置する。圧電アクチュエータ２５は、表示手段２９を構成する上部ガラス基板２９ａの一部に配設された電子部品実装領域に、例えば、下部筐体１０の部品載置部１０ｂ，１０ｃと上部ガラス基板２９ａとの間に、圧電アクチュエータ２５が挟み込まれるように配置される。

その後、図６Ｂに示す光学シート１１、力検出手段５５ａ〜５５ｂ、表示手段２９及び入力手段２４等の構造体を圧電アクチュエータ２５の横に併設するように底部１０ａに配置する。このとき、ケーブル端子１９ａには図示しないＦＰＣケーブル１９が接続される。また、光学シート１１及び力検出手段５５ａ〜５５ｄに表示手段２９を覆い被せるように配置する。そして、図６Ａに示す上部筐体２０の開放面側と、図６Ｄに示す下部筐体１０の開放面側とを位置合わせして係合する。上部筐体２０は、蓋を被せるように下部筐体１０に嵌合するようになされる。更に、上部筐体２０を下部筐体１０に嵌合したとき、上部筐体２０の係合穴部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄが下部筐体１０の係合爪部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに嵌合される。

図７は、組立後の入出力装置１００の完成例を示す断面図である。図７に示す入出力装置１００によれば、光学シート１１、入力手段２４、表示手段２９、圧電アクチュエータ２５及び力検出手段５５ａ〜５５ｂが一体部品化され、これらを内蔵した部品収納体が完成する。

この例では、電子部品実装領域のパッド電極１２ａ，１２ｂに圧電アクチュエータ２５の電源端子３ａ，３ｂを圧接すること、すなわち、押さえ付けによる接圧を発生しながら、パッド電極１２ａ，１２ｂに電気的に接続され、半導体集積回路基板２９ｃを通過してケーブル端子１９ａに電気的に接続される。図示しないＦＰＣケーブル１９は、上部筐体２０及び下部筐体１０の各々側面に設けられた切欠き部３９、４９が重なることで生じた開口部を潜って外部に引き出される。

圧電アクチュエータ２５には、入力手段２４の操作に応じて表示手段２９に振動を供給するようになされる。圧電アクチュエータ２５の中央部上に設けられた突起部８ａは、振動作用点を構成する。上部筐体２０の部品当接部２０ｂは、振動作用部からの振動を受け止めるようになされる。このような構造は、浮き上がり現象を防止して振動を上部ガラス基板２９ａに効率良く伝搬するためである。これにより、上部筐体２０と下部筐体１０とが一体した部品となされる。

また、図示しないが光学シート１１の側面に取り付けられた光源から光学シート１１に光が照射される。表示手段２９には、入力手段２４から得られる位置検出情報及び制御系から供給される表示信号に基づいてアイコン映像等を表示するように動作する。この例では、振動作用点を通じて上部ガラス基板２９ａを上下方向（入力操作面を垂直方向）に振動する。この振動は、入力操作面で操作する操作者の指等に伝搬される。これにより、入力操作に対するアクナレッジやその他の触覚情報を操作者（ユーザ）に提示することができる。

このように、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、表示面を有した表示手段２９の上部ガラス基板２９ａの一部に圧電アクチュエータ２５が配設される。この例では、表示手段２９に液晶表示パネルが使用され、その液晶封止用の１組の上部及び下部ガラス基板２９ａ、２９ｂのうち、下部ガラス基板２９ｂより長くなされた上部ガラス基板２９ａには、電子部品実装領域が設けられ、その電子部品実装領域には圧電アクチュエータ２５が実装される。

また、入力手段２４は、表示手段２９の表示面の上方に配置される。これを前提にして、情報入力操作時に操作者の指等に触覚を提示する場合に、表示手段２９はアイコン等の入力情報を表示する。入力手段２４は、表示手段２９の表示面からの光を透過すると共に、操作者の指等の接触を検出してアイコン等の入力情報を入力するように操作される。圧電アクチュエータ２５は、入力手段２４の操作に応じて表示手段２９を構成する上部ガラス基板２９ａに振動を供給するようになされる。

従って、情報入力操作に応じて表示面を振動できるので、その表示面上の入力手段２４に接触する操作者の指等に対して強い触覚を提示できるようになる。しかも、近年、急速に普及しつつある、樹脂フィルム型のタッチパネルのような軟質部材の入力操作面を持つ入力デバイスにおいて、ユーザに対して、触覚を再現性良く提示できるようになる。これにより、フィルム状の入力手段２４を表示手段２９の表示面上に設けた触覚機能付きの薄型の入出力装置１００を提供することができる。

また、入出力装置１００によれば、部品点数の削減、組立の簡素化、ライフタイムの短縮化が可能となる。更に、専用のＦＰＣコネクタ、同ＦＰＣケーブル、樹脂フレームといった、比較的高額な部品を低減することができる。この結果、触覚機能付きの入出力装置１００の大幅な低コスト化が可能となる。

図８Ａ及びＢは、第２の実施例としての圧電アクチュエータ６５の構成例を示す上面図及び正面図である。
第２の実施例では、図８Ａに示すような圧電アクチュエータ６５が準備される。圧電アクチュエータ６５は、圧電素子本体６５ａの長手方向の両側に電源端子３ａ，ｂが設けられるものである。圧電アクチュエータ６５には、図３に示したような多数の圧電素子を積層したバイモルフ型の圧電アクチュエータが使用される。この例では、圧電素子本体６５ａの右側から電源端子３ａが引き出され、その左側から電源端子３ｂを引き出すようになされる。

ここで圧電アクチュエータ６５の製造方法について簡単に説明する。例えば、圧電素子と内部電極層と複数積層して、その圧電積層体を長手方向で両側に引き出した電源端子３ａ，３ｂの上下に接合する。圧電素子には、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）が使用され、その厚みは２８μｍ程度である。各電極層の厚みは、４μｍ程度である。その最上層には上部電極を形成し、及び、その最下層には下部電極を各々形成する。電源端子３ａ，３ｂには、銅、黄銅、りん青銅等の金属材料が使用され、板バネ性を有するように端子の一部をＵ状に金属加工がなされる。電源端子３ａ，３ｂは、圧電素子のシム（ＳＩＭ）端子となる。

このとき、バイアホールやアクチュエータ側面部等を使用して、その内部電極層ＩＥ１〜ＩＥ１６を、一層おきに接続し、それぞれの圧電素子＃１〜＃１８を電気的に並列に接続するようになされる。図３に示した例では、上方の内部電極層ＩＥ１，ＩＥ３，ＩＥ５，ＩＥ７をその内部で接続して、一方の側に引き出した電源端子３ａに接続する。

また、内部電極層ＩＥ２，ＩＥ４，ＩＥ６，ＩＥ８をその内部で接続して、上部電極１に接続し、更に、他方の側に引き出した電源端子３ｂに接続するようにする。下方の内部電極層ＩＥ１０，ＩＥ１２，ＩＥ１４，ＩＥ１６をその内部で接続して電源端子３ａに接続する。更に内部電極層ＩＥ９，ＩＥ１１，ＩＥ１３，ＩＥ１５をその内部で接続して下部電極２に接続し、これを他の電源端子３ｂに接続する（図３参照）。

なお、上部電極１上には、絶縁層が形成され、更にその中央部には、振動作用点を成す突起部８ａが形成される。このとき、下部電極２の下方にも、絶縁層が形成され、全体的に電源端子３ａ，３ｂの露出部分を除いて絶縁層で保護される。これにより、その両側で先端がＵ状を成し、かつ、弾性を有した電源端子３ａ，３ｂ付きの圧電アクチュエータ６５を形成することができる。

図９は、圧電アクチュエータ６５を実装した入出力装置２００の構成例を示す断面図である。
図９に示す入出力装置２００によれば、光学シート１１、入力手段２４、表示手段２９、力検出手段５５ａ〜５５ｂ（図示せず）及び圧電アクチュエータ６５が一体部品化され、これらを内蔵した部品収納体が完成する。この例では、電子部品実装領域のパッド電極１２ａ，１２ｂに圧電アクチュエータ６５の電源端子３ａ，３ｂを圧接すること、すなわち、押さえ付けによる接圧を発生しながら、パッド電極１２ａ，１２ｂに電気的に接続され、半導体集積回路基板２９ｃを通過して図示しないケーブル端子１９ａに電気的に接続される。図示しないＦＰＣケーブル１９は、第１の実施例と同様にして、上部筐体２０及び下部筐体１０の各々側面に設けられた切欠き部３９、４９が重なることで生じた開口部を潜って外部に引き出される。

圧電アクチュエータ６５には、入力手段２４の操作に応じて表示手段２９に振動を供給するようになされる。圧電アクチュエータ６５の中央部上に設けられた突起部８ａは、第１の実施例と同様にして、振動作用点を構成する。上部筐体２０の部品当接部２０ｂは、振動作用部からの振動を受け止めるようになされる。これにより、上部筐体２０と下部筐体１０とが一体した部品となされる。なお、第１の実施例と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。

このように、第２の実施例としての触覚機能付きの入出力装置２００によれば、表示面を有した表示手段２９の上部ガラス基板２９ａの一部に圧電アクチュエータ６５が配設される。この例でも、下部ガラス基板２９ｂより長くなされた上部ガラス基板２９ａには、電子部品実装領域が設けられ、その電子部品実装領域には圧電アクチュエータ６５が実装される。

また、入力手段２４は、表示手段２９の表示面の上方に配置される。これを前提にして、情報入力操作時に操作者の指等に触覚を提示する場合に、表示手段２９はアイコン等の入力情報を表示する。入力手段２４は、表示手段２９の表示面からの光を透過すると共に、操作者の指等の接触を検出してアイコン等の入力情報を入力するように操作される。圧電アクチュエータ６５は、入力手段２４の操作に応じて表示手段２９を構成する上部ガラス基板２９ａに振動を供給するようになされる。

従って、情報入力操作に応じて表示面を振動できるので、第１の実施例と同様にして、その表示面上の入力手段２４に接触する操作者の指等に対して強い触覚を提示できるようになる。しかも、第１の実施例と同様にして、樹脂フィルム型のタッチパネルのような軟質部材の入力操作面を持つ入力デバイスにおいて、ユーザに対して、触覚を再現性良く提示できるようになる。これにより、フィルム状の入力手段２４を表示手段２９の表示面上に設けた触覚機能付きの薄型の入出力装置２００を提供することができる。また、入出力装置２００によれば、部品点数の削減、組立の簡素化、ライフタイムの短縮化が可能となり、触覚機能付きの入出力装置２００の大幅な低コスト化が可能となる。

図１０Ａ及びＢは、第３の実施例としての圧電アクチュエータ７５の構成例を示す上面図及び正面図である。
第３の実施例では、図１０Ａに示すような圧電アクチュエータ７５が準備される。圧電アクチュエータ７５は、図８Ａに示した圧電アクチュエータ６５の電源端子３ａ，３ｂの先端を変形したものである。例えば、圧電アクチュエータ７５は、圧電素子本体７５ａの長手方向の両側に先端フック形状の電源端子３ａ’，３ｂ’が設けられるものである。圧電アクチュエータ７５には、図３に示したような多数の圧電素子を積層したバイモルフ型の圧電アクチュエータが使用される。

電源端子３ａ’，３ｂ’には、銅、黄銅、りん青銅等の金属材料が使用され、板バネ性を有するように端子の一部をフック形状に金属加工がなされる。この例では、電源端子３ａ’は断面逆Ｃ形状で、電源端子３ｂ’がＣ形状を有している。電源端子３ａ’，３ｂ’は、圧電素子のシム（ＳＩＭ）端子となる。なお、圧電アクチュエータ７５の製造方法については、第２の実施例と、その電源端子形状が異なる点で相違する他、同様な構成を採るので、その説明を省略する。

図１１は、圧電アクチュエータ７５を実装した入出力装置３００の構成例を示す断面図である。
図１１に示す入出力装置３００は部品収納体を構成し、光学シート１１、入力手段２４、表示手段２９、力検出手段５５ａ〜５５ｄ（図示せず）及び圧電アクチュエータ７５が一体部品化される。この例では、下部筐体１０’は、第１及び第２の実施例に比べて、その強度を向上させる観点から底部１０ａが厚くなされた場合に、当該底部１０ａには、部品収納用の穴部１０ｄが設けられる。この穴部１０ｄには、圧電アクチュエータ７５の下半分を収納するようになされる。穴部１０ｄの底部には、部品載置部１０ｂ，１０ｃが設けられる。部品載置部１０ｂ，１０ｃには、圧電アクチュエータ７５が載置される。

この例でも、電子部品実装領域のパッド電極１２ａ，１２ｂに圧電アクチュエータ７５の先端フック形状の電源端子３ａ’，３ｂ’を圧接すること、すなわち、押さえ付けによる接圧を発生しながら、パッド電極１２ａ，１２ｂに電気的に接続される。電源端子３ａ’，３ｂ’は内側に絞り込むように圧接される。パッド電極１２ａ，１２ｂは、導体集積回路基板２９ｃを通過して図示しないケーブル端子１９ａに電気的に接続される。図示しないＦＰＣケーブル１９は、第１及び第２の実施例と同様にして、上部筐体２０及び下部筐体１０の各々側面に設けられた切欠き部３９、４９が重なることで生じた開口部を潜って外部に引き出される。

圧電アクチュエータ７５には、入力手段２４の操作に応じて表示手段２９に振動を供給するようになされる。圧電アクチュエータ７５の中央部上に設けられた突起部８ａは、第１及び第２の実施例と同様にして、振動作用点を構成する。上部筐体２０の部品当接部２０ｂは、振動作用部からの振動を受け止めるようになされる。これにより、上部筐体２０と下部筐体１０’とが一体した部品となされる。なお、第１の実施例と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。

このように、第３の実施例としての触覚機能付きの入出力装置３００によれば、表示面を有した表示手段２９の上部ガラス基板２９ａの一部に圧電アクチュエータ７５が配設される。この例でも、下部ガラス基板２９ｂより長くなされた上部ガラス基板２９ａには、電子部品実装領域が設けられ、その電子部品実装領域には圧電アクチュエータ７５が実装される。

また、入力手段２４は、表示手段２９の表示面の上方に配置される。これを前提にして、情報入力操作時に操作者の指等に触覚を提示する場合に、表示手段２９はアイコン等の入力情報を表示する。入力手段２４は、表示手段２９の表示面からの光を透過すると共に、操作者の指等の接触を検出してアイコン等の入力情報を入力するように操作される。圧電アクチュエータ７５は、入力手段２４の操作に応じて表示手段２９を構成する上部ガラス基板２９ａに振動を供給するようになされる。

従って、情報入力操作に応じて表示面を振動できるので、第１及び第２の実施例と同様にして、その表示面上の入力手段２４に接触する操作者の指等に対して強い触覚を提示できるようになる。しかも、第１及び第２の実施例と同様にして、樹脂フィルム型のタッチパネルのような軟質部材の入力操作面を持つ入力デバイスにおいて、ユーザに対して、触覚を再現性良く提示できるようになる。

これにより、フィルム状の入力手段２４を表示手段２９の表示面上に設けた触覚機能付きの薄型の入出力装置３００を提供することができる。また、入出力装置３００によれば、部品点数の削減、組立の簡素化、ライフタイムの短縮化が可能となり、触覚機能付きの入出力装置３００の大幅な低コスト化を図ることが可能となる。

図１２Ａ及びＢは、第４の実施例としての入出力装置４００の構成例を示す正面及び側面の断面図である。
図１２Ａに示す入出力装置４００も部品収納体を成し、光学シート１１、入力手段２４、表示手段２９’、圧電アクチュエータ２５及び力検出手段５５ａ〜５５ｂが一体部品化されている。表示手段２９’は、第１〜第３の実施例と同様にして入力手段２４の下方に配置するようになされる。この例では、表示手段２９’に液晶表示パネルが使用される場合であって、表示モジュール用の長さほぼｌ［ｍｍ］の上部ガラス基板２９ａ’と、長さがほぼＬ［ｍｍ］程度の下部ガラス基板２９ｂ’とを有している。

つまり、第１〜第３の実施例に比べて、上部ガラス基板２９ａ’よりも、下部ガラス基板２９ｂ’の方が長く、上部ガラス基板２９ａ’と下部ガラス基板２９ｂ’とは、長さＬ−ｌの差を有している。このＷ×（Ｌ−ｌ）の領域を電子部品実装領域となされる。図中、下部ガラス基板２９ｂ’に形成された電子部品実装領域に圧電アクチュエータ２５が取り付けられる。

液晶表示パネルは、図１２Ｂに示すように、上部ガラス基板２９ａ’及び下部ガラス基板２９ｂ’の他に、光学シート１１及び半導体集積回路基板２９ｃを有して構成される。半導体集積回路基板２９ｃは、電子部品実装領域に画定される。この電子部品実装領域（段差領域）には、圧電アクチュエータ用のパッド電極１２ａ，１２ｂ（又はランド電極）や、そこに接続されるケーブル端子１９ａを形成するようになされる。

この例で、圧電アクチュエータ２５は、図１２Ｂに示すように、第１の実施例に比べて圧電素子本体２５ａが倒立（逆さまに）した状態で取り付けられる。下部ガラス基板２９ｂ’上に形成されたパッド電極１２ａ，１２ｂには、圧電アクチュエータ２５の電源端子３ａ，３ｂが圧接されることにより、すなわち、第１の実施例と同様にして押さえ付けによる接圧を発生しながら、パッド電極１２ａ，１２ｂに電気的に接続される。パッド電極１２ａ，１２ｂは、半導体集積回路基板２９ｃを通過してケーブル端子１９ａに電気的に接続される。ＦＰＣケーブル１９は、上部筐体２０及び下部筐体１０の各々側面に設けられた切欠き部３９、４９が重なることで生じた開口部を潜って外部に引き出される（図１２Ａ参照）。

圧電アクチュエータ２５には、入力手段２４の操作に応じて表示手段２９’に振動を供給するようになされる。圧電アクチュエータ２５の中央部上に設けられた突起部８ａは、振動作用点を構成する。上部筐体２０の裏面には、２つの細長い部品当接部２０ｃ及び２０ｄが形成され、この部品当接部２０ｃ及び２０ｄは、圧電アクチュエータ２５の突起部８ａ（振動作用部）からの振動を受け止めるようになされる。このような構造は、浮き上がり現象を防止して振動を下部ガラス基板２９ｂ’に効率良く伝搬するためである。これにより、上部筐体２０と下部筐体１０とが一体した部品となされる。なお、第１の実施例と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。

このように、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、表示面を有した表示手段２９’の下部ガラス基板２９ｂ’の一部に圧電アクチュエータ２５が配設される。この例では、表示手段２９’に液晶表示パネルが使用され、上部ガラス基板２９ａ’より長くなされた下部ガラス基板２９ｂ’には、電子部品実装領域が設けられ、その電子部品実装領域には圧電アクチュエータ２５が実装される。

また、入力手段２４は、表示手段２９’の表示面の上方に配置される。これを前提にして、情報入力操作時に操作者の指等に触覚を提示する場合に、表示手段２９’はアイコン等の入力情報を表示する。入力手段２４は、表示手段２９’の表示面からの光を透過すると共に、操作者の指等の接触を検出してアイコン等の入力情報を入力するように操作される。圧電アクチュエータ２５は、入力手段２４の操作に応じて表示手段２９’を構成する下部ガラス基板２９ｂ’に振動を供給するようになされる。

従って、情報入力操作に応じて表示面を振動できるので、その表示面上の入力手段２４に接触する操作者の指等に対して強い触覚を提示できるようになる。しかも、第１〜第３の実施例と同様にして、樹脂フィルム型のタッチパネルのような軟質部材の入力操作面を持つ入力デバイスにおいて、ユーザに対して、触覚を再現性良く提示できるようになる。

これにより、フィルム状の入力手段２４を表示手段２９’の表示面上に設けた触覚機能付きの薄型の入出力装置４００を提供することができる。また、入出力装置４００によれば、部品点数の削減、組立の簡素化、ライフタイムの短縮化が可能となり、触覚機能付きの入出力装置４００の大幅な低コスト化を図ることが可能となる。

図１３Ａ及びＢは、第５の実施例としての圧電アクチュエータ８５及びその取付け具８０を示す斜視図である。
図１３Ａに示す圧電アクチュエータ８５は、第２の実施例に係る圧電アクチュエータ８５の取付構造を変形したものである。この例では、圧電アクチュエータ専用の取付け具（ホルダ）８０が備えられ、取付け具８０には、回転挿入機構が備えられる。

例えば、圧電アクチュエータ８５は、圧電素子本体８５ａの長手方向の両側に先端Ｕ状の電源端子３ａ，３ｂと、凸状の爪部８６ａ，８６ｂが設けられるものである。圧電アクチュエータ８５には、図３に示したような多数の圧電素子を積層したバイモルフ型の圧電アクチュエータが使用される。電源端子３ａ，３ｂには、銅、黄銅、りん青銅等の金属材料が使用され、板バネ性を有するように端子の一部をＵ状に金属加工がなされる。電源端子３ａ，３ｂは、圧電素子のシム（ＳＩＭ）端子となる。

圧電アクチュエータ８５の一方の側において、爪部８６ａは電源端子３ａに隣接して設けられ、その他方側にも、爪部８６ｂは電源端子３ｂに隣接して設けられる。電源端子３ａ、３ｂは、圧電素子本体８５ａを基準にして、その対角線上に配置される。爪部８６ａ、８６ｂは、その反対側の対角線上に配置される。これは、取付け具８０の回転挿入機構に整合させるためである。爪部８６ａ，８６ｂには、銅、黄銅、りん青銅等の金属材料が使用され、板バネ性を有するように端子の一部を金属加工するようにしてもよい。

この例では、表示手段２９’に液晶表示パネルが使用される場合であって、表示モジュール用の長さがほぼｌ［ｍｍ］の上部ガラス基板２９ａ’と、長さがほぼＬ［ｍｍ］程度の下部ガラス基板２９ｂ’とを有している。つまり、第４の実施例と同様にして、上部ガラス基板２９ａ’よりも、下部ガラス基板２９ｂ’の方が長く、上部ガラス基板２９ａ’と下部ガラス基板２９ｂ’とは、長さＬ−ｌの差を有している。このＷ×（Ｌ−ｌ）の領域を電子部品実装領域となされる。図中、下部ガラス基板２９ｂ’に形成された電子部品実装領域に圧電アクチュエータ８５が取り付けられる。なお、圧電アクチュエータ８５の製造方法については、第２の実施例とその電源端子形状及び爪部８６ａ，８６ｂが異なる点で相違する他、同様な構成を採るので、その説明を省略する。

圧電アクチュエータ用の取付け具（ホルダ）８０は、射出金型成型品から構成され、その基板部材２０’には１組の凸状のボス８７ａ、８７ｂが設けられる。ボス８７ａには所定の高さに凹部８８ａが設けられ、圧電アクチュエータ８５の爪部８６ａを係合するようになされる。ボス８７ｂの所定の高さにも、凹部８８ｂが設けられ、圧電アクチュエータ８５の爪部８６ｂを係合するようになされる。

図１４は、圧電アクチュエータ８５を実装した入出力装置５００の側面の構成例、図１５は、その正面の構成例を各々示す断面図である。
図１４に示す入出力装置５００は、部品収納体を構成し、光学シート１１、入力手段２４、表示手段２９’、力検出手段５５ａ〜５５ｄ及び圧電アクチュエータ８５が一体部品化される。ＦＰＣケーブル１９は、第１の実施例と同様にして、上部筐体２０’及び下部筐体１０の各々側面に設けられた切欠き部３９、４９が重なることで生じた開口部を潜って外部に引き出される。

この例では、取付け具８０を基板部材の一例となる上部筐体２０’と共に射出金型成型品から構成し、その上部筐体２０’には、図１５に示すように１組の凸状のボス８７ａ、８７ｂが設けられる。この例でも、電子部品実装領域のパッド電極１２ａ，１２ｂに圧電アクチュエータ８５の電源端子３ａ，３ｂを圧接すること、すなわち、押さえ付けによる接圧を発生しながら、パッド電極１２ａ，１２ｂに電気的に接続され、半導体集積回路基板２９ｃを通過して図示しないケーブル端子１９ａに電気的に接続される。

圧電アクチュエータ８５には、入力手段２４の操作に応じて表示手段２９’に振動を供給するようになされる。圧電アクチュエータ８５の中央部上に設けられた突起部８ａが第１〜第４の実施例と同様にして、振動作用点を構成する。この例では、第４の実施例で説明した上部筐体２０の部品当接部２０ｃ、２０ｄが、ボス８７ａの凹部８８ａに、ボス８７ｂの凹部８８ｂに各々代わり、振動作用部からの振動を受け止めるようになされる。これにより、上部筐体２０と下部筐体１０とが一体した部品となされる。なお、第１の実施例と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。

図１６Ａ〜Ｃは、圧電アクチュエータ８５の取付例を示す工程図である。
図１６Ａにおいて、まず、ボス８７ａに凹部８８ａが形成され、かつ、ボス８７ｂに凹部８８ｂが形成された上部筐体２０’を裏返した状態で、図１６Ｂに示す圧電アクチュエータ８５と、取付け具８０と位置合わせをする。そして、図１６Ｂに示す時計方向（矢印の方向）に当該圧電アクチュエータ８５を回転する。

この回転結果で、図１６Ｃに示すように、圧電アクチュエータ８５の一方の側では、爪部８６ａが凹部８８ａに係合される。他方の側では、爪部８６ｂが凹部８８ｂに係合される。これにより、圧電アクチュエータ８５を上部筐体２０’に取り付けることができる。

この状態で、光学シート１１、力検出手段５５ａ〜５５ｄ、表示手段２９’及び入力手段２４等の構造体を圧電アクチュエータ８５の横に併設するように底部１０ａに配置する。このとき、ケーブル端子１９ａにはＦＰＣケーブル１９が接続される。また、光学シート１１及び力検出手段５５ａ〜５５ｄに表示手段２９’を覆い被せるように配置する。そして、図示しない上部筐体２０’の開放面側と、下部筐体１０の開放面側とを位置合わせして係合する。

上部筐体２０’は、蓋を被せるように下部筐体１０に嵌合するようになされる。このとき、圧電アクチュエータ８５の電源端子３ａ，３ｂは、Ｕ状が下向きになり、突起部８ａが下方に向くようになる。圧電アクチュエータ８５は、表示手段２９’を構成する下部ガラス基板２９ａの一部に配設された電子部品実装領域で、例えば、パッド電極１２ａ，１２ｂ上に接触する位置に合わせ込まれる。

この状態で、上部筐体２０’を下部筐体１０に嵌合したとき、上部筐体２０’の係合穴部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄが下部筐体１０の係合爪部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに嵌合される。このとき、電源端子３ａがパッド電極１２ａに電気的に接続される。同様にして、と共に、電源端子３ｂがパッド電極１２ｂに電気的に接続される。これにより、図１４及び図１５に示したような入出力装置５００が完成する。

このように、第５の実施例としての触覚機能付きの入出力装置５００によれば、表示面を有した表示手段２９’の下部ガラス基板２９ｂ’の一部に圧電アクチュエータ８５が配設される。この例でも、上部ガラス基板２９ａより長くなされた下部ガラス基板２９ｂ’には、電子部品実装領域が設けられ、その電子部品実装領域には圧電アクチュエータ８５が実装される。

また、入力手段２４は、表示手段２９’の表示面の上方に配置される。これを前提にして、情報入力操作時に操作者の指等に触覚を提示する場合に、表示手段２９’はアイコン等の入力情報を表示する。入力手段２４は、表示手段２９’の表示面からの光を透過すると共に、操作者の指等の接触を検出してアイコン等の入力情報を入力するように操作される。圧電アクチュエータ８５は、入力手段２４の操作に応じて表示手段２９’を構成する下部ガラス基板２９ｂ’に振動を供給するようになされる。

従って、情報入力操作に応じて表示面を振動できるので、第４の実施例と同様にして、その表示面上の入力手段２４に接触する操作者の指等に対して強い触覚を提示できるようになる。しかも、第１〜第４の実施例と同様にして、樹脂フィルム型のタッチパネルのような軟質部材の入力操作面を持つ入力デバイスにおいて、ユーザに対して、触覚を再現性良く提示できるようになる。これにより、フィルム状の入力手段２４を表示手段２９’の表示面上に設けた触覚機能付きの薄型の入出力装置５００を提供することができる。

また、入出力装置５００によれば、圧電アクチュエータ８５を上下方向でより一層安定的に実装することができ、部品点数の削減、組立の簡素化、ライフタイムの短縮化が可能となり、触覚機能付きの入出力装置５００の大幅な低コスト化が可能となる。

図１７は、第６の実施例としての触覚入力機能付きの携帯電話機６００の構成例を示す斜視図である。
この実施例では、第１〜５の実施例に係る入出力装置１００、２００、３００、４００又は５００を備えると共に、フィルム状のタッチパネルの入力操作面において、その入力操作面の振動を圧電アクチュエータ２５、６５、７５、８５等により制御して、その入力操作面における操作者の指等の押下操作に対して触覚を提示できるようにすると共に、表示手段２９に表示されたボタンアイコン等の入力を確定できるようにしたものである。

図１７に示す携帯電話機６００は電子機器の一例であり、表示画面上の入力操作面を摺動接触操作される、例えば、触覚機能付きの入出力装置１００を有している。携帯電話機６００は下部筐体６０及び上部筐体７０を備えている。この例で、一体部品化された入出力装置１００は、上部筐体７０内に組み込まれる。もちろん、入出力装置１００に代えて、入出力装置２００、３００、４００又は５００を上部筐体７０内に組み込んでもよい。これらの下部筐体６０及び上部筐体７０間は、回転レンジ機構５１によって可動自在に係合されている。この回転レンジ機構５１によれば、下部筐体６０の操作面の一端に設けられた図示しない軸部と、下部筐体６０の裏面の一端に設けられた図示しない軸受け部とが回転自在に係合され、上部筐体７０は下部筐体６０に対して角度±１８０°の回転自由度を有して面結合されている。

下部筐体６０には、複数の押しボタンスイッチ５２から成る操作パネル１８が設けられる。押しボタンスイッチ５２は、「０」〜「９」数字キー、「＊」や「＃」等の記号キー、「オン」や「オフ」等のフックボタン、メニューキー等から構成される。下部筐体６０において、操作パネル面の下方には、通話用のマイクロフォン５３が取り付けられ、送話器として機能するようになされる。

また、下部筐体６０の下端部には、モジュール型のアンテナ１６が取り付けられ、その上端内部側面には、大音響用のスピーカー３６ａが設けられ、着信メロディ等を放音するようになされる。下部筐体６０には、バッテリーや回路基板１７等が設けられ、下部筐体６０の裏面にはカメラ３４が取り付けられている。

上述の下部筐体６０に対して、回転レンジ機構５１によって可動自在に係合された上部筐体７０には、その表面の上方に通話用のスピーカー３６ｂが取り付けられ、受話器として機能するようになされる。上部筐体７０のスピーカー取付け面の下方には、触覚機能付き入出力装置１００が設けられる。入出力装置１００は、入力検出手段４５及び表示手段２９を有しており、表示画面上の入力操作面における操作者の指（操作体）等の押下操作に対して触覚を与えるものである。

入力検出手段４５には入力手段２４が含まれている。入力手段２４には、フィルム状のタッチパネルが使用される。表示手段２９には、液晶表示パネルが使用され、液晶表示パネルは、図５Ｂで説明したように液晶封止用の１組の上部ガラス基板２９ａ、下部ガラス基板２９ｂを有しており、例えば、下部ガラス基板２９ｂよりも長くなされた上部ガラス基板２９ａには、電子部品実装領域が設けられ、電子部品実装領域には圧電アクチュエータ２５が実装される。表示手段２９は表示面を有しており、その表示面には、複数のボタンアイコン等の入力情報が表示される。入力手段２４は、表示面の上方に配置され、当該表示面からの光を透過すると共に、操作者の指等の接触を検出して情報を入力するように操作される。

次に、触覚入力機能付きの携帯電話機６００の内部構成例及び感触フィードバック入力方法について説明をする。図１８は、触覚入力機能付き携帯電話機６００の内部構成例を示すブロック図である。

図１８に示す携帯電話機６００は、下部筐体６０の回路基板１７に各機能のブロックを実装して構成される。なお、図１７に示した各部及び手段と対応する部分は、同一符号で示している。携帯電話機６００は、制御手段１５、操作パネル１８、受信部２１、送信部２２、アンテナ共用器２３、圧電アクチュエータ２５、表示手段２９、電源ユニット３３、カメラ３４、記憶手段３５及び入力検出手段４５を有している。

図１８に示す入力検出手段４５は、図１〜図１６では静電容量方式の入力デバイスを説明したが、カーソリングと選択の機能を区別できるものであれば何でも良く、例えば、抵抗膜方式、表面波弾性方式（ＳＡＷ）、光方式、複数段方式タクトスイッチ等の入力デバイスであっても良く、好ましくは位置検出情報と力検出情報を制御手段１５に与えられる構成の入力デバイスであれば良い。上述の入力検出手段４５は操作者３０の指３０ａを介して少なくとも位置検出信号Ｓ１および入力量（押圧力；加圧力Ｆ）となる入力検出信号Ｓ２を制御手段１５に出力するようになされる。

制御手段１５は制御系を構成し、フィルム状の入力手段２４の入力操作面に対して振動を与えるように圧電アクチュエータ２５を制御する。制御手段１５は、画像処理部２６、Ａ／Ｄドライバ３１、ＣＰＵ３２及び映像＆音声処理部４４を有している。Ａ／Ｄドライバ３１には、入力検出手段４５からの位置検出信号Ｓ１および入力検出信号Ｓ２が供給される。

Ａ／Ｄドライバ３１ではカーソリングとアイコン選択の機能を区別するために位置検出信号Ｓ１および入力検出信号Ｓ２よりなるアナログ信号をデジタルデータに変換する。この他にＡ／Ｄドライバ３１は、このデジタルデータを演算処理して、カーソリング入力かアイコン選択情報かを検出し、カーソリング入力かアイコン選択かを区別するフラグデータＤ３あるいは位置検出情報Ｄ１または入力検出情報Ｄ２をＣＰＵ３２に供給するようになされる。これらの演算はＣＰＵ３２内で実行してもよい。

Ａ／Ｄドライバ３１にはＣＰＵ３２が接続される。ＣＰＵ３２はシステムプログラムに基づいて当該電話機全体を制御するようになされる。記憶手段３５には当該電話器全体を制御するためのシステムプログラムデータが格納される。図示しないＲＡＭはワークメモリとして使用される。ＣＰＵ３２は電源オンと共に、記憶手段３５からシステムプログラムデータを読み出してＲＡＭに展開し、当該システムを立ち上げて携帯電話機全体を制御するようになされる。

例えば、ＣＰＵ３２は、Ａ／Ｄドライバ３１からの位置検出情報Ｄ１、入力検出情報Ｄ２及びフラグデータＤ３（以下単に入力データともいう）を受けて所定の指令データ［Ｄ］を電源ユニット３３や、カメラ３４、記憶手段３５、アクチュエータ駆動回路３７、映像＆音声処理部４４等のデバイスに供給したり、受信部２１からの受信データを取り込んだり、送信部２へ送信データを転送するように制御する。

この例で、ＣＰＵ３２は、フィルム状の入力手段２４から得られる位置検出信号Ｓ１及び力検出手段５５ａ〜５５ｄから得られる入力検出信号Ｓ２に基づいて波形指定コマンドＤｃを発行し、波形指定コマンドＤｃに基づいてアクチュエータ駆動回路３７を制御する。アクチュエータ駆動回路３７は、波形指定コマンドＤｃに基づいて記憶手段３５から波形パターンデータＤＰを読み出して圧電アクチュエータ２５に振動制御電圧Ｖａを供給する。

また、ＣＰＵ３２は、入力手段２４上で、ユーザが入力操作のために接触する押下点の座標値に応じて波形指定コマンドＤｃを生成するようになされる。例えば、ボタンやアイコンなどの位置関係と、入力手段２４上でユーザが入力のために接触する点（入力座標）とは、ＣＰＵ３２内で予め関連付けられており、ＣＰＵ３２では、ユーザが操作を行うボタンやアイコンに対応した波形指定コマンドＤｃを生成するようになされる。波形指定コマンドＤｃは、振動波形パターンの作成を指示する指令データ［Ｄ］である。

ＣＰＵ３２は、波形指定コマンドＤｃをアクチュエータ駆動回路３７に出力（発行）し、入出力装置１００における入力操作面に対して振動を与えるように圧電アクチュエータ２５を制御する。この例で振動制御電圧Ｖａに関して、直流電圧（ＤＣ）でアクチュエータ駆動制御をする場合は、圧電アクチュエータ２５に加えるＤＣ電圧の大きさを制御して、上部筐体７０に供給する振動張力を制御するようになされる。交流電圧（ＡＣ）でアクチュエータ駆動制御をする場合は、圧電アクチュエータ２５に加えるＡＣ電圧の周波数（振動数）やその振動（反復）回数などを制御して、上部筐体７０に加わる張力を制御するようになされる。

この例で、ＣＰＵ３２は、入力検出手段４５が押下判定閾値Ｆthを越える入力検出情報Ｄ２を検出したとき、触覚Ａを起動し、その後、押下判定閾値Ｆthを下回る入力検出情報Ｄ２を検出したとき、触覚Ｂを起動するようにアクチュエータ駆動回路３７を制御する。このようにすると、操作者の指３０ａ等の”加圧力”に合わせた異なる振動パターンを発生させることができる。

この例で、ＣＰＵ３２は、入力検出手段４５から得られる入力検出情報Ｄ２と予め設定された押下判定閾値Ｆthとを比較し、当該比較結果に基づいて圧電アクチュエータ２５を振動制御するようにアクチュエータ駆動回路３７を制御する。例えば、入力検出手段４５の押下位置における入力操作面から伝播される触覚をＡ及びＢとすると、触覚Ａは、その押下位置における操作者の指３０ａの加圧力Ｆに応じた入力操作面を低周波数かつ小振幅の振動パターンから、高周波数かつ大振幅の振動パターンに変化させることによって得られる。また、触覚Ｂは、その押下位置における操作者の指３０ａの加圧力Ｆに応じた入力操作面を高周波数かつ大振幅の振動パターンから、低周波数かつ小振幅の振動パターンに変化させることよって得られる。

上述のＣＰＵ３２には記憶手段３５が接続される。記憶手段３５は波形ライブラリーを構成し、触覚提示用の振動波形パターンを作成するための素材波形パターンを成す基本的な波形パターンデータＤＰ（Ｗｘ）が格納される。波形パターンデータＤＰ（Ｗｘ）には、正弦波Ｗ１，矩形波Ｗ２及び複合波Ｗ３等に係る各々のデータが含まれる。

記憶手段３５には波形パターンデータＤＰの他に、入力項目選択用の表示画面を、例えば、３次元的に表示するための表示情報Ｄ４や、当該表示情報Ｄ４に対応したアイコンの選択位置及び振動モードに関する波形指定コマンドＤｃ等が表示画面毎に記憶される。

波形指定コマンドＤｃには、表示手段２９におけるアプリケーション（３次元的な表示や、各種表示内容）に同期した複数の異なった触覚を発生でき、その触覚を発生せしめる複数の具体的な振動波形、及び、アプリケーション毎の具体的な触覚発生モードを設定するアルゴリズムが含まれる。記憶手段３５には、ＥＥＰＲＯＭや、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が使用される。

表示手段２９は、ユーザに入力操作を促すボタンやアイコンなどの画像情報を表示する。画像情報は制御手段１５から供給される指令［Ｄ］に基づいて表示される。表示手段２９には液晶表示装置（ＬＣＤ）や平面表示素子が使用される。ＣＰＵ３２には表示手段２９の他に操作パネル１８が接続される。操作パネル１８は、プログラムポートを構成する。この例で、操作パネル１８は、ＣＰＵ３２に対して、素材波形パターンを組み合わせた振動合成波形パターンを設定するように操作される。

ＣＰＵ３２には、アクチュエータ駆動回路３７が接続され、ＣＰＵ３２からの波形指定コマンドＤｃに基づいて振動制御電圧Ｖａを発生する。アクチュエータ駆動回路３７は、圧電アクチュエータ２５を駆動するための波形コントロール部を構成する。振動制御電圧Ｖａは、例えば、正弦波Ｗ１からなる出力波形を有している。アクチュエータ駆動回路３７には、圧電アクチュエータ２５が接続され、振動制御電圧Ｖａに基づいて振動するようになされる。

この例で、圧電アクチュエータ２５には、多数の圧電素子を積層した積層型の圧電アクチュエータが使用される。圧電アクチュエータ２５は、入力手段２４の操作に応じて表示手段２９に振動を供給するようになされる。圧電アクチュエータ２５は、表示手段２９を構成する上部ガラス基板２９ａ又は下部ガラス基板２９ｂの一部に配設される。この例で、表示手段２９の表示面が、上部ガラス基板２９ａにより画定される場合であって、下部ガラス基板２９ｂよりも長くなされた上部ガラス基板２９ａに対して、圧電アクチュエータ２５から振動を供給するようになされる。

なお、入出力装置４００又は５００を実装した場合は、表示手段２９の表示面が、下部ガラス基板２９ｂにより画定される場合であって、上部ガラス基板２９ａよりも長くなされた下部ガラス基板２９ｂに対して、圧電アクチュエータ２５から振動を供給するようになされる。いずれの場合も、圧電アクチュエータ２５から一方のガラス基板より長くなされた他方のガラス基板に振動を供給するようになされる。詳細は、既に図１〜図１６で説明した通りである。

この例で、アクチュエータ駆動回路３７は、各アプリケーションに対応する押下判定閾値Ｆthを記憶する。例えば、押下判定閾値Ｆthはトリガーパラメータとしてアクチュエータ駆動回路３７に設けられたＲＯＭ等に予め格納される。アクチュエータ駆動回路３７は、ＣＰＵ３２の制御を受けて、入力検出情報Ｄ２を入力し、予め設定された押下判定閾値Ｆthと、入力検出情報Ｄ２から得られる加圧力Ｆとを比較し、Ｆth＞Ｆの判定処理や、Ｆth≦Ｆ等の判定処理を実行する。

この例で、押下判定閾値Ｆth＝１００［ｇｆ］を設定すると、クラシックスイッチの触覚を得るための振動パターンに基づいて入力操作面を振動するようになされる。また、押下判定閾値Ｆth＝２０［ｇｆ］を設定すると、サイバースイッチの触覚を得るための振動パターンに基づいて入力操作面を振動するようになされる。

ＣＰＵ３２にはアクチュエータ駆動回路３７の他に画像処理部２６が接続され、ボタンアイコンを３次元的に表示するための表示情報Ｄ４を画像処理するようになされる。画像処理後の表示情報Ｄ４を表示手段２９に供給するようになされる。この例で、ＣＰＵ３２は、表示画面中のボタンアイコンを奥行方向に遠近感を有して３次元的に表示するように表示手段２９を表示制御する。

このように構成された入出力装置１００を内蔵した携帯電話機６００は、例えば、入力項目選択用の表示画面に表示された複数のボタンアイコンの１つを押下（接触）して当該表示画面上でフィルム状の入力手段２４をＺ方向に押下すると触覚を伴って画面入力操作されるものである。操作者３０は、指３０ａに振動を受けて触感として、ボタンアイコン毎の振動を感じる。

表示手段２９の表示内容は操作者の目による視覚により、スピーカー３６ａ、３６ｂ等からの放音は、操作者の耳による聴覚により各機能を判断するようになされる。上述のＣＰＵ３２には操作パネル１８が接続され、例えば、相手方の電話番号を手動入力する際に使用される。表示手段２９には上述のアイコン選択画面の他に映像信号Ｓｖに基づいて着信映像を表示するようにしてもよい。

また、図１８に示すアンテナ１６は、アンテナ共用器２３に接続され、着呼時、相手方からの無線電波を基地局等から受信する。アンテナ共用器２３には受信部２１が接続され、アンテナ１６から導かれる受信データを受信して映像や音声等を復調処理し、復調後の映像及び音声データＤinをＣＰＵ３２等に出力するようになされる。受信部２１には、ＣＰＵ３２を通じて映像＆音声処理部４４が接続され、デジタルの音声データをデジタル／アナログ変換して音声信号Ｓoutを出力したり、デジタルの映像データをデジタル／アナログ変換して映像信号Ｓｖを出力するようになされる。

映像＆音声処理部４４には大音響用及び受話器を構成するスピーカー３６ａ、３６ｂが接続される。スピーカー３６ａは、着呼時、着信音や着信メロディ等を鳴動するようになされる。スピーカー３６ｂは、音声信号Ｓinを入力して相手方の話声３０ｄ等を拡大するようになされる。この映像＆音声処理部４４にはスピーカー３６ａ、３６ｂの他に、送話器を構成するマイクロフォン５３が接続され、操作者の声を集音して音声信号Ｓoutを出力するようになされる。映像＆音声処理部４４は、発呼時、相手方へ送るためのアナログの音声信号Ｓinをアナログ／デジタル変換してデジタルの音声データを出力したり、アナログの映像信号Ｓｖをアナログ／デジタル変換してデジタルの映像データを出力するようになされる。

ＣＰＵ３２には受信部２１の他に、送信部２２が接続され、相手方へ送るための映像及び音声データＤout等を変調処理し、変調後の送信データをアンテナ共用器２３を通じアンテナ１６に供給するようになされる。アンテナ１６は、アンテナ共用器２３から供給される無線電波を基地局等に向けて輻射するようになされる。上述のＣＰＵ３２には送信部２２の他に、カメラ３４が接続され、被写体を撮影して、例えば、静止画情報や動作情報を送信部２２を通じて相手方に送信するようになされる。電源ユニット３３は、バッテリーを有しており、ＣＰＵ３２１５、操作パネル１８、受信部２１、送信部２２、圧電アクチュエータ２５、表示手段２９、カメラ３４、記憶手段３５及び入力検出手段４５にＤＣ電源を供給するようになされる。

図１９Ａ及びＢは、触覚Ａ及びＢに係る振動パターン例を示す波形図である。図１９Ａ及びＢにおいて、いずれも横軸は、時間ｔである。縦軸は振動制御電圧Ｖａ等の電圧（振幅Ａｘ）［Ｖ］である。この例では、ボタンアイコンにおいて、それを押し込む時は触覚Ａを与え、それを離す時は触覚Ｂを与える場合を前提とする。

図１９Ａに示す第１の振動パターンＰａは触覚Ａを与える波形である。その触覚Ａの駆動条件ａは、ボタンアイコンが押し込まれたとき、押下判定閾値Ｆthと加圧力Ｆとの関係がＦth＜Ｆとなる場合であって、第１段階ｉで約０．１秒間、周波数ｆｘ＝５０Ｈｚ、振幅Ａｘ＝５μｍ、回数Ｎｘ＝２回の振動パターンで振動する。以下［ｆｘ Ａｘ Ｎｘ］＝［５０ ５ ２］と表記する。同様にして、第２段階iiでは、約０．１秒間、［ｆｘ Ａｘ Ｎｘ］＝［１００ １０ ２］の振動パターンで振動するようになされる。

図１９Ｂに示す第１の振動パターンＰｂは触覚Ｂを与える波形である。その触覚Ｂの駆動条件ｂは、ボタンアイコンが押し込まれた後に、そのボタンアイコンが放されたとき、押下判定閾値Ｆthと加圧力Ｆとの関係がＦth＞Ｆとなる場合であって、第１段階ｉで約０．１秒間、［ｆｘ Ａｘ Ｎｘ］＝［８０ ８ ２］で振動し、同様にして、第２段階iiでは、約０．１秒間、［ｆｘ Ａｘ Ｎｘ］＝［４０ ８ ２］の振動パターンで振動する。このような振動パターンに基づいて入力操作面を振動すると、サイバースイッチ等の触覚を得ることができる。

図２０Ａ及びＢは、加圧力Ｆと振動パターンとの関係例（その１）を示す図である。図２０Ａにおいて、縦軸は加圧力Ｆであり、入力検出信号Ｓ２（二値化後は入力検出情報Ｄ２）から得られる。図２０Ｂにおいて、縦軸は振動制御信号Ｓａ等の電圧（振幅）である。図２０Ａ及びＢにおいて、横軸はいずれも時間ｔである。

一般に、ボタンスイッチ操作等において、入力モーションピークが存在する。設計通りの押下速度（操作入力速度）である場合、その加圧力Ｆは３０［ｇｆ］乃至２４０［ｇｆ］程度であることが知られている。図２０Ａに示す加圧力分布波形Ｉは、入力装置設計時に基準とした、Ｚ方向への押下速度による加圧力Ｆを反映したものである。

この例で入力検出手段４５から得られる入力検出信号Ｓ２に対して予め押下判定閾値Ｆthが設定され、ＣＰＵ３２は、入力検出信号Ｓ２の立ち上がり波形が押下判定閾値Ｆthを横切る時刻ｔ１１に第１の振動パターンＰａを発生し、入力検出信号Ｓ２の立ち下がり波形が押下判定閾値Ｆthを横切る時刻ｔ２１に第２の振動パターンＰｂを発生するようにアクチュエータ振動回路３７を制御する。

このようにすると、入力検出手段４５が入力装置設計時に基準とした加圧力Ｆを検出し、ＣＰＵ３２等が押下判定閾値Ｆth＜加圧力Ｆを検出したとき、触覚Ａを起動することができ、押下判定閾値Ｆth＞加圧力Ｆを検出したとき、触覚Ｂを起動することができる。なお、振動パターンＰａと振動パターンＰｂとの間には、無振動の空白期間Ｔｘ＝Ｔ１が設けられる。この空白期間Ｔｘは、Ｚ方向への押圧速度に応じて可変するようになされる。

図２１Ａ及びＢは、加圧力Ｆと振動パターンとの関係例（その２）を示す図である。図２１Ａにおいて、縦軸は加圧力Ｆであり、入力検出信号Ｓ２（二値化後は入力検出情報Ｄ２）から得られる。図２１Ｂにおいて、縦軸は振動制御信号Ｓａ等の電圧（振幅）である。図２１Ａ及びＢにおいて、横軸はいずれも時間ｔである。

図２１Ａに示す加圧力分布波形IIは、図２０Ａに示した基準押下速度よりも早くボタンアイコン等を押下した場合の加圧力Ｆを反映したものである。この例でも、図２０Ａと同様にして、入力検出手段４５から得られる入力検出信号Ｓ２に対して予め押下判定閾値Ｆthが設定され、ＣＰＵ３２は、入力検出信号Ｓ２の立ち上がり波形が押下判定閾値Ｆthを横切る時刻ｔ１２に振動パターンＰａを発生し、入力検出信号Ｓ２の立ち下がり波形が押下判定閾値Ｆthを横切る時刻ｔ２２に振動パターンＰｂを発生するようにアクチュエータ振動回路３７を制御する。

このようにすると、入力検出手段４５が基準押下速度よりも早くボタンアイコン等が押下された場合の加圧力Ｆを検出し、ＣＰＵ３２等が押下判定閾値Ｆth＜加圧力Ｆを検出したとき、触覚Ａを起動することができる。また、ＣＰＵ３２等が押下判定閾値Ｆth＞加圧力Ｆを検出したとき、触覚Ｂを起動することができる。なお、振動パターンＰａと振動パターンＰｂとの間には、無振動の空白期間Ｔｘ＝Ｔ２（Ｔ２＜Ｔ１）が設けられる。

このように、設計時の押下速度よりも早い押下速度である場合であっても、前半で触覚Ａが伝わり、クリック感のある荷重に到達させることができ、その後半で、触覚Ｂが伝わり、クリック感のあるストロークに到達させることができる。この例で押下判定閾値Ｆth＝１００［ｇｆ］を設定すると、クラシックスイッチの触覚を得ることができる。

続いて、携帯電話機６００における情報処理例について説明をする。図２２は、第６の実施例に係る携帯電話機６００における情報処理例を示すフローチャートである。

この例では、携帯電話機６００において、第１〜５の実施例に係る入出力装置１００，２００，３００，４００又は５００のいずれかを備えると共に、操作者の指３０ａで当該携帯電話機６００の表示画面上の入力操作面を押下操作して情報を入力する場合を前提とする。携帯電話機６００には、例えば、同一振動モード内において、操作者の指３０ａ等による加圧力Ｆをパラメータにして波形を加工する機能（アルゴリズム）が備えられる。ＣＰＵ３２は、入力検出情報Ｄ２から加圧力Ｆを算出し、図２０Ａに示したような駆動条件ａ，ｂに対応して判別を行い、その判別結果で、同一の振動モード内において、いかなる種類の入力に対しても、入力動作中の動きに対応した触覚を発生できるようにした。

これらを情報処理条件にして、ＣＰＵ３２は、図２２に示すフローチャートのステップＧ１で電源オンを待機する。例えば、ＣＰＵ３２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、時計機能等が稼働し、スリーピング状態にある携帯電話機等の電源スイッチをオンされたときに発生する。

そして、ステップＧ２に移行してＣＰＵ３２は、アイコン画面を表示するように表示手段２９を制御する。例えば、ＣＰＵ３２は、表示手段２９に表示データＤ４を供給して表示画面に入力情報を表示する。表示画面に表示された入力情報は、入力操作面を有した入力検出手段４５を通じて目視可能になされる。そして、ステップＧ３に移行してＣＰＵ３２は、ボタンアイコン入力モード又はその他の処理モードに基づいて制御を分岐する。ボタンアイコン入力モードとは、ボタンアイコン選択時に入力操作面上のアイコンボタンを押下する入力操作をいう。

ボタンアイコン入力モードが設定された場合、ボタンアイコンが押し込まれるので、ステップＧ４に移行してＣＰＵ３２は入力検出情報Ｄ２に基づいて加圧力Ｆを算出する。このとき、力検出手段５５ａ〜５５ｄは、入力操作面における操作者の指３０ａの押下位置の加圧力Ｆを検出し、入力検出信号Ｓ２をＡ／Ｄドライバ３１に出力する。Ａ／Ｄドライバ３１は入力検出信号Ｓ２をＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換後の入力検出情報Ｄ２をＣＰＵ３２に転送する。

そして、ステップＧ５に移行して、ＣＰＵ３２は加圧力Ｆと押下判定閾値Ｆthとを比較し、これらの関係がＦ＞Ｆthとなるか否かを判別する。これらの関係がＦ＞Ｆthとなる場合は、ステップＧ６に移行して触覚Ａを起動する。触覚Ａは、圧電アクチュエータ２５によって、操作者の指３０ａの加圧力Ｆに対応した振動パターンＰａに基づいて入力操作面を振動することで得られる。

例えば、触覚Ａは、図１９Ａに示した周波数ｆｘ、振幅Ａｘ及び回数Ｎｘに関して、第１段階ｉで約０．１秒間、［ｆｘ Ａｘ Ｎｘ］＝［５０ ５ ２］の振動パターンで振動し、第２段階iiでは、約０．１秒間、［ｆｘ Ａｘ Ｎｘ］＝［１００ １０ ２］の振動パターンで振動する。このようにすると、操作者の”加圧力”に合わせた異なる振動パターンを発生させることができる（駆動条件ａ）。

その後、ステップＧ７に移行してＣＰＵ３２は更に加圧力Ｆを検出する。加圧力Ｆは、力検出手段５５ａ〜５５ｄによってボタンアイコンの押し込みに続いてボタンアイコンから離れる状態が検出される。このとき、力検出手段５５ａ〜５５ｄは、入力操作面における操作者の指３０ａの押下位置から離れるときの加圧力Ｆを検出し、入力検出信号Ｓ２をＡ／Ｄドライバ３１に出力する。Ａ／Ｄドライバ３１は入力検出信号Ｓ２をＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換後の入力検出情報Ｄ２をＣＰＵ３２に転送する。

そして、ステップＧ８に移行してＣＰＵ３２は、加圧力Ｆと押下判定閾値Ｆthとを比較し、これらの関係がＦ＜Ｆthか否かを判別する。これらの関係がＦ＜Ｆthとなる場合は、触覚Ｂを起動する。触覚Ｂは、圧電アクチュエータ２５によって、操作者の指３０ａの加圧力Ｆに対応した振動パターンＰｂに基づいて入力操作面を振動することで得られる。そのボタンアイコンが放された触覚Ｂは、例えば、図１９Ｂに示した第１段階ｉで約０．１秒間、［ｆｘ Ａｘ Ｎｘ］＝［８０ ８ ２］の振動パターンで振動し、第２段階iiでは、約０．１秒間、［ｆｘ Ａｘ Ｎｘ］＝［４０ ８ ２］の振動パターンで振動する。このようにすると、操作者の”加圧力”に合わせた異なる振動パターンを発生させることができる（駆動条件ｂ）。

その後、ステップＧ１０に移行して入力を確定する。このとき、ＣＰＵ３２は、入力操作面で当該押下位置に表示された入力情報を確定する。そして、ステップＧ１２に移行する。なお、ステップＧ３で他の処理モードが選択された場合は、ステップＧ１１に移行して他の処理モードを実行する。他の処理モードには、電話モードやメール作成、送信表示モード等が含まれる。電話モードには、相手方に電話を発信する操作が含まれる。ボタンアイコンは、電話モード選択時の文字入力項目が含まれる。他の処理モードを実行した後は、ステップＧ１２に移行する。

ステップＧ１２でＣＰＵ３２は終了判断をする。例えば、電源オフ情報を検出して情報処理を終了する。電源オフ情報が検出されない場合は、ステップＧ２に戻って、メニュー等のアイコン画面を表示し、上述した処理を繰り返すようになされる。

このように、第６の実施例として携帯電話機６００によれば、第１〜５の実施例に係る触覚機能付きの入出力装置１００，２００，３００，４００又は５００のいずれかが応用され、フィルム状のタッチパネルの入力操作面において、その情報入力操作に応じて、圧電アクチュエータ２５、６５、７５、８５等を制御して、その入力操作面を振動するようになされる。

従って、その入力操作面における操作者３０の指３０ａ等の押下操作に対して強い触覚を提示できるようになり、表示手段２９に表示されたボタンアイコン等の入力を確定できるようになる。しかも、入出力装置１００，２００，３００，４００又は５００の部品点数削減、組み立て簡素化及び小型薄型化が図られることから、触覚入力機能付きの携帯電話機６００の低廉化及び小型薄型化を図ることが可能となる。これにより、フィルム状の入力手段２４を表示手段２９の表示面上に設けた触覚入力機能付きの携帯電話機６００を提供することができる。

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とき、操作体に触覚提示をする情報処理装置や、携帯電話機、情報携帯端末装置等に適用して極めて好適である。

第１の実施例としての入出力装置１００の構成例を示す分解斜視図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、入出力装置１００の構成例を補足する一部破砕の上面図及びそのＸ１−Ｘ１矢視断面図である。 フィルム状圧電体の積層例及びその内部電極層ＩＥ１〜ＩＥ１６の内部結線例を示す断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、入出力装置１００の組立例（その１）を各々示す断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、入出力装置１００の組立例（その２）を示す上面図及びＹ１−Ｙ１矢視断面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、入出力装置１００の組立例（その３）を示す図である。 入出力装置１００の組立例（その４）を示す断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、第２の実施例としての圧電アクチュエータ６５の構成例を示す上面図及び正面図である。 圧電アクチュエータ６５を実装した入出力装置２００の構成例を示す断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、第３の実施例としての圧電アクチュエータ７５の構成例を示す上面図及び正面図である。 圧電アクチュエータ７５を実装した入出力装置３００の構成例を示す断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、第４の実施例としての入出力装置４００の構成例を示す正面及び側面の断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、第５の実施例としての圧電アクチュエータ８５及びその取付け具８０の構造例を示す斜視図である。 圧電アクチュエータ８５を実装した入出力装置５００の側面の構成例を示す断面図である。 入出力装置５００の正面の構成例を示す断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、圧電アクチュエータ８５の取付例を示す工程図である。 第６の実施例としての触覚入力機能付きの携帯電話機６００の構成例を示す斜視図である。 触覚入力機能付き携帯電話機６００の内部構成例を示すブロック図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、触覚Ａ及びＢに係る振動パターン例を示す波形図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、加圧力Ｆと振動パターンとの関係例（その１）を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、加圧力Ｆと振動パターンとの関係例（その２）を示す図である。 第６の実施例に係る携帯電話機６００における情報処理例を示すフローチャートである。

符号の説明

５ａ〜５ｄ・・・係合爪部（係合部）、６ａ〜６ｄ・・・係合穴部（被係合部）、１０，６０・・・下部筐体、１１・・・光学シート、１２ａ，１２ｂ・・・パッド電極（電源供給電極）、１５・・・制御手段、１８・・・操作パネル、２０，７０・・・上部筐体、２１・・・受信部、２２・・・送信部、２４・・・入力手段、２５，６５，７５，８５・・・圧電アクチュエータ（圧電体）、２９，２９’・・・表示手段、３２・・・ＣＰＵ（制御手段）、３５・・・記憶手段、３７・・・アクチュエータ駆動回路、４５・・・入力検出手段、５１・・・回転レンジ機構、１００，２００，３００，４００，５００・・・触覚機能付きの入出力装置、６００・・・携帯電話機（電子機器）

Claims (2)

1. 開口部が設けられた上部筺体と、
   入力検出部と、
   第１のガラス基板および第２のガラス基板、ならびに液晶またはＥＬ層とからなる表示部と、
   弾性を有する電源供給用接触端子が設けられた圧電アクチュエータと、
   電源供給用電極が設けられた半導体集積回路基板と、
   下部筺体と
   を有し、
   上記上部筺体または上記下部筺体のうちの一方は、２つの細長い部品当接部が設けられ、
   上記入力検出部は、上記表示部の表示面の上方に配置され、
   上記半導体集積回路基板および上記圧電アクチュエータは、上記第１および第２のガラス基板のうち一方が他方に対して長くなされることにより上記表示部に形成される段差領域に配設され、
   上記電源供給用接触端子は、上記電源供給用電極に圧接されることにより電気的に接続され、
   上記圧電アクチュエータは、上記他方に対して長くなされた側のガラス基板に対向する側の中央部に突起部が設けられ、
   上記上部筺体および上記下部筺体が一体とされたときに、
   上記突起部が上記他方に対して長くなされた側のガラス基板に当接するようにされるとともに、上記２つの細長い部品当接部が上記圧電アクチュエータの上記突起部が設けられていない面に当接されることにより、上記段差領域に上記圧電アクチュエータが挟み込まれるように配置され、
   上記入力検出部への入力の操作に応じて上記圧電アクチュエータにより発生される振動が、上記他方に対して長くなされた側のガラス基板に供給されることにより、情報入力操作時に操作体に触覚を提示する触覚機能付きの入出力装置。
2. 開口部が設けられた上部筺体と、
   入力検出部と、
   第１のガラス基板および第２のガラス基板、ならびに液晶またはＥＬ層とからなる表示部と、
   弾性を有する電源供給用接触端子が設けられた圧電アクチュエータと、
   電源供給用電極が設けられた半導体集積回路基板と、
   下部筺体と
   を有し、
   上記上部筺体または上記下部筺体のうちの一方は、２つの細長い部品当接部が設けられ、
   上記入力検出部は、上記表示部の表示面の上方に配置され、
   上記半導体集積回路基板および上記圧電アクチュエータは、上記第１および第２のガラス基板のうち一方が他方に対して長くなされることにより上記表示部に形成される段差領域に配設され、
   上記電源供給用接触端子は、上記電源供給用電極に圧接されることにより電気的に接続され、
   上記圧電アクチュエータは、上記他方に対して長くなされた側のガラス基板に対向する側の中央部に突起部が設けられ、
   上記上部筺体および上記下部筺体が一体とされたときに、
   上記突起部が上記他方に対して長くなされた側のガラス基板に当接するようにされるとともに、上記２つの細長い部品当接部が上記圧電アクチュエータの上記突起部が設けられていない面に当接されることにより、上記段差領域に上記圧電アクチュエータが挟み込まれるように配置され、
   上記圧電アクチュエータにより発生される上記入力検出部への入力の操作に応じた振動が、上記他方に対して長くなされた側のガラス基板に供給されることにより、情報入力操作時に操作体に触覚を提示する触覚機能付きの入出力装置を備える電子機器。

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