JP5352619B2 - 操作入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、タッチ操作によって入力を行う操作入力装置に関する。

近年、電子機器を中心として操作入力装置にタッチパネルの導入が進んでいる。中でも、自動車分野では、今後、インパネ部分のエアコン（空調装置）やナビゲーション装置用のメカニカルスイッチがタッチスイッチに置き換わることが予想される。しかし、これまでのタッチパネルやタッチスイッチでは、タッチ操作した時にクリック感（操作感）を返すことが困難であり、操作の快適さや確実性に問題があった。そこで、タッチパネルなどタッチ操作によって入力を行う操作入力装置においては、操作性向上を目的とするために、タッチ操作時に触感を付与（触覚フィードバック）することが求められている。

触覚フィードバックの技術に関して、例えば特許文献１には、タッチ感知ディスプレイを有する携帯型電子デバイスにおいて、タッチ操作時にタッチ感知ディスプレイを動かすことにより触覚フィードバックを提供する技術が開示されている。具体的には、タッチ感知ディスプレイはハウジングに対して可動とされ、タッチ感知ディスプレイの裏側に圧電アクチュエータが設けられる。そして、タッチ操作時では、タッチ感知ディスプレイに加えられた外力に応じて、圧電アクチュエータでタッチ感知ディスプレイの上下方向の変位を制御することで、スイッチの落ち込みや解放をシミュレートしている（段落００３２〜００３５、図８、図９参照）。

また、例えば特許文献２には、タッチパネル画面を触れる操作者に対して触覚を通じて種々の情報を提供するために、タッチ操作時に、タッチパネルを画面に沿った二次元方向に種々の振動パターンで振動させるタッチパネル装置が開示されている。具体的には、タッチパネルを画面の横方向に変位させる横方向変位部と縦方向に変位させる縦方向変位部が設けられる。それら横方向変位部、縦方向変位部を作用させるタイミング、それぞれの変位の速さ、大きさを調整することで、種々の振動パターンを生成している（段落００２２参照）。

また、例えば特許文献３には、タッチ操作時に振動を発生させる振動デバイスに関し、人の振動分別閾より大きく、かつ、人が不快を感じない最適な振動パターン（振動加速度、振動周波数）を提供した技術が開示されている。

特開２０１０−１５２８８９号公報 特開２００３−５８３２１号公報 特開２００４−５８６９５号公報

ところで、タッチ式の操作入力装置に関して、今後の商品力向上を考えた場合、より精密にメカニカルスイッチの操作時の触感をシミュレートする必要があり、具体的には、硬い触感のスイッチ、軟らかい触感のスイッチといったスイッチの硬さに関する触感も考慮する必要がある。この点、上記特許文献１〜３の技術では、タッチ操作時に触感を付与できるもののスイッチの硬さに関する触感を考慮したものとなっていない。そのため、例えば軟らかい触感のスイッチを想定していたにもかかわらず硬い触感を付与してしまうなど、想定外の触感を付与してしまうおそれがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、タッチ式の操作入力装置において、タッチ操作時に、硬い、軟らかいといった硬さも考慮した触感（操作感）を付与できるようにすることを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の操作入力装置は、タッチ操作によって入力が行われる操作面を有したタッチ操作部と、
前記操作面へのタッチ操作を検出する操作検出手段と、
前記タッチ操作部を変位させる操作部変位手段と、
前記操作検出手段がタッチ操作を検出したときに、前記操作部変位手段を駆動制御することで前記タッチ操作部の変位を制御する変位制御手段と、を備え、
前記変位制御手段は、皮膚の感覚受容器を刺激できる前記タッチ操作部の変位量及び変位速度の条件として予め定められた刺激可能条件を満足するように前記タッチ操作部の変位を制御し、
前記刺激可能条件は、１０μｍ以上の前記タッチ操作部の変位量且つ０．０２５μｍ／μｓｅｃ以上の前記タッチ操作部の変位速度であることを特徴とする。

本発明者らは、ユーザの指等の皮膚が物体に接触している場合に、その皮膚のすべり量（物体の水平方向における皮膚の変位量）と変位速度がある条件を満たしたときに、マイスナー小体やパチニ小体等の皮膚の感覚受容器を刺激できることを見出した。さらに、皮膚の変位量の値と変位速度の値が変わることで、異なる硬さの触感を付与できることを見出した。本発明によれば、タッチ操作時には、皮膚の感覚受容器を刺激できる予め定められた刺激可能条件、すなわち皮膚の感覚受容器を刺激できるタッチ操作部の変位量及び変位速度の条件でタッチ操作部が変位されるので、ユーザに操作感を付与できるとともに、タッチ操作部の変位量及び変位速度に応じた硬さの触感を付与できる。よって、タッチ操作部の変位量及び変位速度を調整することで、所望の硬さの触感を付与できる。

また、本発明における操作部変位手段は、タッチ操作部を操作面の水平方向に変位させるものであることを特徴とする。

これによれば、タッチ操作時にはタッチ操作部が操作面の水平方向に変位されるので、操作面に接触されているユーザの皮膚を操作面に対してせん断方向（水平方向）に変位させることができる。よって、ユーザの皮膚の感覚受容器を効果的に刺激できる。

また、本発明における刺激可能条件は、１０μｍ以上のタッチ操作部の変位量且つ０．０２５μｍ／μｓｅｃ以上のタッチ操作部の変位速度であることを特徴とする。本発明者らは、主観評価によって上記の数値範囲で感覚受容器を刺激できるという知見を得ているので、その数値範囲に含まれる変位量及び変位速度でタッチ操作部を変位させることで、タッチ操作時に操作感を付与できる。

また、本発明において、複数の異なる刺激可能条件のうちのいずれかを設定する条件設定手段を備え、
変位制御手段は、条件設定手段が設定した刺激可能条件でタッチ操作部の変位制御を実行することを特徴とする。これによれば、異なる刺激可能条件を設定できるので、異なる硬さの触感を付与できる。

また、本発明において、変位制御手段は、一定の刺激可能条件でタッチ操作部を変位させる触覚制御を一又は複数回実行することを特徴とする。これによれば、一回当たりの触覚制御では一定の刺激可能条件が使用されるので、一回当たりの触覚制御で一定の触感を付与できる。変位制御手段は、その触覚制御を一又は複数回実行する。そして、一回の触覚制御が実行された場合には、一定の触感を一回付与できることになり、スイッチの操作感（クリック感）に近い触感を付与できる。他方、複数回の触覚制御が実行された場合には、繰り返しの触感（振動の触感）を付与できる。

また、本発明において、操作部変位手段は、タッチ操作部の変位方向を反転できるように構成されており、
刺激可能条件を満足するタッチ操作部の変位制御を有触感制御、刺激可能条件を満足しない条件でタッチ操作部を変位させる制御を無触感制御としたとき、
触覚制御は、一回当たり、一定の刺激可能条件を使用した一回の有触感制御と、その有触感制御の実行時のタッチ操作部の変位方向を反転させた一又は複数回の無触感制御とを組み合わせた制御であることを特徴とする。

これによれば、触覚制御が一回実行されると、一定の刺激可能条件を使用した一回の有触感制御が実行されることになるので、一定の触感を一回付与できる。また、一回当たりの触覚制御には、有触感制御の実行時のときのタッチ操作部の変位方向を反転させた一又は複数回の無触感制御を含んでいるので、触覚制御全体としてタッチ操作部の変位量を抑制できる。よって、有触感制御における刺激可能条件の変位量を広範囲にとることができ、その結果、より多くの触感を付与できる。また、その無触感制御は、刺激可能条件を満足しない条件でタッチ操作部を変位させる制御であるので、無触感制御の実行時にユーザに触感を付与させないようにできる。よって、不必要に多くの触感を付与することによる不快感を防止できる。

また、本発明において、触覚制御は、有触感制御時のタッチ操作部の変位量と無触感制御時のタッチ操作部の変位量とが同じとされた制御であることを特徴とする。これによって、触覚制御の実行前後で、タッチ操作部の位置を変化させないようにできる。

また、本発明において、操作部変位手段は、タッチ操作部を互いに逆向きの第一方向及び第二方向に変位させるものであり、
触覚制御の開始時のタッチ操作部の位置を初期位置、
初期位置を基準としてタッチ操作部が第一方向の側に寄ったタッチ操作部の変位領域を第一変位領域、第二方向の側に寄ったタッチ操作部の変位領域を第二変位領域としたとき、
触覚制御は、先ず第一変位領域の側に無触感制御を一回実行し、続いて、タッチ操作部の変位方向を反転させて第一変位領域の側から第二変位領域の側まで有触感制御を一回実行し、続いて、タッチ操作部の変位方向を反転させて第二変位領域の側から初期位置まで無触感制御を一回実行する制御であることを特徴とする。

これによれば、初期位置を跨ぐ形で第一変位領域の側から第二変位領域の側まで一回の有触感制御が実行されるので、一方の領域側だけで有触感制御を実行する場合に比べて、初期位置を基準としたタッチ操作部の変位を抑えることができる。また、最初と最後に無触感制御が実行されるので、初期位置を跨ぐ上記の有触感制御を実現できるとともに、触覚制御終了時のタッチ操作部の位置を初期位置に戻すことができる。

また、本発明において、操作部変位手段は、タッチ操作部を互いに逆向きの第一方向及び第二方向に変位させるものであり、
触覚制御の開始時のタッチ操作部の位置を初期位置、
初期位置を基準としてタッチ操作部が第一方向の側に寄ったタッチ操作部の変位領域を第一変位領域、第二方向の側に寄ったタッチ操作部の変位領域を第二変位領域としたとき、
触覚制御は、第一変位領域と第二変位領域のいずれかの領域側に先ず有触感制御を一回実行し、続いて、タッチ操作部の変位方向を反転させて初期位置まで無触感制御を一回実行する制御、又は、第一変位領域と第二変位領域のいずれかの領域側に先ず無触感制御を一回実行し、続いて、タッチ操作部の変位方向を反転させて初期位置まで有触感制御を一回実行する制御であることを特徴とする。

これによれば、第一変位領域と第二変位領域の一方の領域側だけで触覚制御が実行される。具体的には、一方の領域側で有触感制御と無触感制御とをそれぞれ一回ずつ実行される。よって、無触感制御の一回だけ実行すれば良いので、第一変位領域と第二変位領域の両方で触覚制御を実行する場合に比べて、制御を簡素にできる。なお、有触感制御と無触感制御を実行する順序は、（先：有触感制御、後：無触感制御）の順序と（先：無触感制御、後：有触感制御）の順序のどちらでも良い。

また、本発明において、刺激可能条件を満足するタッチ操作部の変位制御を有触感制御としたとき、
触覚制御は、一回当たり、一定の刺激可能条件を使用した一回の有触感制御のみ実行する制御としても良い。

このように、一定の刺激可能条件を使用した一回の有触感制御のみ実行する場合であっても、一回当たりの触覚制御で一定の触感を一回付与できる。この場合、無触感制御を実行しなくてすむので、制御を簡素にできる。なおこの場合、触覚制御終了時には、タッチ操作部は初期位置に戻らないことになる。そこで、今回の触覚制御では、タッチ操作部の変位方向を前回から反転させるのが好ましい。

すなわち、本発明における操作部変位手段は、タッチ操作部の変位方向を反転できるように構成されており、
変位制御手段は、前回の触覚制御実行時のタッチ操作部の変位方向を反転させて、今回の触覚制御を実行することを特徴とする。これによって、タッチ操作部が前回の初期位置から大きく離れてしまうのを防止できる。

また、本発明において、操作面は、押下操作によって入力を行うスイッチの画像が表示された表示手段の画面に対応付けられており、
操作検出手段は、操作面へのタッチ位置も検出可能とされており、
操作検出手段が検出したタッチ位置がスイッチの画像の境界に対応する境界位置であることを判断する境界位置判断手段を備え、
変位制御手段は、操作検出手段が検出するタッチ位置が連続的に変化する操作であるなぞり操作時において、タッチ位置が境界位置であると境界位置判断手段によって判断された場合に触覚制御を実行する境界変位制御手段を含むことを特徴とする。

これによれば、なぞり操作時において、スイッチの境界位置で触感が付与されるので、スイッチの乗り越え感（スイッチへの引き込み感）を付与できる。よって、なぞり操作時に、所望のスイッチの位置を探り当てやすくできる。

また、本発明において、操作検出手段が検出したタッチ位置がスイッチの画像の中央に対応する中央位置であることを判断する中央位置判断手段を備え、
変位制御手段は、境界変位制御手段に代えて、又は境界変位制御手段に加えて、なぞり操作時においてタッチ位置が中央位置であることを中央位置判断手段によって判断された場合に触覚制御を実行する中央変位制御手段を含むことを特徴とする。このように、なぞり操作時にスイッチの中央位置で触感を付与しても良く、これによっても、スイッチの乗り越え感（スイッチへの引き込み感）を付与できる。

また、本発明において、操作面は、押下操作によって入力を行うスイッチの画像が表示された表示手段の画面に対応付けられており、
操作面へのタッチ操作がスイッチに対する押し込み過程の操作であることを判断する第一の操作過程判断手段と、
操作面へのタッチ操作が押し込み過程の操作を経た後のスイッチに対する押し戻し過程の操作であることを判断する第二の操作過程判断手段と、を備え、
変位制御手段は、第一の操作過程判断手段によってタッチ操作が押し込み過程の操作であると判断された場合に触覚制御を一回実行し、且つ、第二の操作過程判断手段によってタッチ操作が押し戻し過程の操作であると判断された場合に触覚制御を一回実行することを特徴とする。

これによれば、表示手段に表示されたスイッチの画像をタッチ操作部の操作面を介して操作するときに、押し込み過程で一回の触感が付与され、押し戻し過程で一回の触感が付与されるので、より精密に、スイッチ操作時の操作感（クリック感）を付与できる。

また、本発明において、操作検出手段は、操作面へのタッチ位置も検出可能とされており、
第一の操作過程判断手段及び第二の操作過程判断手段は、操作検出手段が検出したタッチ位置で示される操作面への接触面積の変化に基づいて、タッチ操作が押し込み過程の操作又は押し戻し過程の操作であることを判断することを特徴とする。

スイッチを押し込む過程では、指と操作面との接触面積が徐々に増加していく一方で、スイッチを押し戻す過程では、指と操作面との接触面積が減少していく。つまり、スイッチを押し込む過程の操作、押し戻し過程の操作では接触面積に変化が生じる。本発明によれば、その接触面積に変化に基づいて、タッチ操作が押し込み過程の操作又は押し戻し過程の操作であることを判断するので、正確にその判断を行うことができる。

また、本発明において、操作検出手段は、操作面側に配置された電極とユーザの指との間に生じる静電容量を検出することで、操作面へのタッチ操作を検出するものであり、
第一の操作過程判断手段及び第二の操作過程判断手段は、操作検出手段が検出した静電容量の変化に基づいて、タッチ操作が押し込み過程の操作又は押し戻し過程の操作であることを判断することを特徴とする。

これによれば、操作検出手段は静電容量式のタッチセンサとされている。この場合、スイッチを押し込む過程では、指と操作面との接触面積が増加していくに伴って発生する静電容量も増加していく。反対に、スイッチを押し戻す過程では、指と操作面との接触面積が減少していくに伴って発生する静電容量も減少していく。よって、その静電容量の変化に基づいて、タッチ操作が押し込み過程の操作又は押し戻し過程の操作であることを判断しても良い。

また、本発明において、操作面へのタッチ操作時における押下力を検出する押下力検出手段を備え、
第一の操作過程判断手段及び第二の操作過程判断手段は、押下力検出手段が検出した押下力の変化に基づいて、タッチ操作が押し込み過程の操作又は押し戻し過程の操作であることを判断することを特徴とする。

スイッチを押し込む過程では、ユーザはスイッチを押し込もうとする意思を有しているので、操作面への押下力が増加していくと考えられる。反対に、スイッチを押し戻す過程では操作面への押下力が減少していくと考えられる。よって、操作面への押下力の変化に基づいて、タッチ操作が押し込み過程の操作又は押し戻し過程の操作であることを判断しても良い。

車室７００を示した図である。 操作入力装置１の電気的構成を示したブロック図である。 操作入力装置１の構造を示した図である。 アクチュエータの代わりにスプリング１３３を設けた例を示した図である。 フロントパネル１４の変位量及び変位速度に対する触感強度の変化を示した図である。 皮膚の感覚受容器の特性を示した図である。 変位パラメータ記憶部１５に記憶されたテーブル１６０を示した図である。 第一実施形態における制御部１１が実行する処理のフローチャートである。 触覚制御５０におけるフロントパネル１４の時間に対する変位量変化を示した図である。 変形例の触覚制御５００を示した図である。 第二実施形態における制御部１１が実行する処理のフローチャートである。 文字入力画面２２及びなぞり操作時における触感付与を説明する図である。 スイッチの押し込み過程における指Ｆ１の接触面積の変化を示した図である。 スイッチの押し込み過程で実行する触覚制御５０を示した図である。 スイッチの押し戻し過程における指Ｆ１の接触面積の変化を示した図である。 スイッチの押し戻し過程で実行する触覚制御５０を示した図である。

（第一実施形態）
以下、本発明に係る操作入力装置の第一実施形態を図面を参照しながら説明する。本実施形態は、車両に搭載された車載機器の動作を指示する信号を入力する操作入力装置の実施形態とされる。図１は、本実施形態の操作入力装置が設けられた車室７００を示している。図１に示すように、運転席７０１と助手席７０２の間にはセンターコンソール７２０が設けられる。そのセンターコンソール７２０の前側には前席エリアに対面する形で中央パネル部７１０が設けられている。その中央パネル部７１０には、各種の車載機器の動作を指示するスイッチ（図示外）が設けられている。具体的には、中央パネル部７１０には、例えば車載機器としてのエアコン（空調装置）の温度設定スイッチ、風量設定スイッチ、風向設定スイッチ等が設けられている。それらスイッチは、押下操作によって入力を行うプッシュスイッチであったり、回転操作によって入力を行うスイッチであったりする。

中央パネル部７１０の上部には、車載機器としてのナビゲーション装置の液晶ディスプレイ２１（以下、単にディスプレイという）が設けられている。そのディスプレイ２１は、正面視で矩形状とされており、ディスプレイ２１の横方向が車幅方向となっており、ディスプレイ２１の縦方向が中央パネル部７１０の上下方向となっている。ディスプレイ２１には、車両の現在地周辺の地図画面が表示されたり、目的地設定画面等の各種の設定画面が表示されたりする。ディスプレイ２１の全面にはタッチパネル（図３（ａ）のタッチ検出器１２及びフロントパネル１４の構成）が設けられており、ユーザは、そのタッチパネルをタッチ操作することで、ディスプレイ２１に表示されたスイッチを操作できるようになっている。また、センターコンソール７２０には、遠隔操作入力装置としてのタッチパッド８１が設けられており、ユーザは、そのタッチパッド８１をタッチ操作することによっても、ディスプレイ２１に表示されたカーソルを移動させたり、ディスプレイ２１に表示されたスイッチを操作したりできるようになっている。本実施形態の操作入力装置は、ディスプレイ２１のタッチパネルに適用されている。

図２は、本実施形態の操作入力装置１の電気的構成を示したブロック図である。また、図３は、操作入力装置１の構造を説明する図である。具体的には、図３（ａ）は図１のＡ−Ａ線で切ったときの操作入力装置１の断面図である。また、図３（ｂ）は図３（ａ）のフロントパネル１４を正面方向から見たときの水平方向移動機構部１３（アクチュエータ１３１、１３２）の設置位置を説明する図である。なお、図１のＡ−Ａ線は、ディスプレイ２１の横方向に平行な線である。図２、図３に示すように、操作入力装置１は、ハウジング１０、制御部１１、タッチ検出器１２、水平方向移動機構部１３、フロントパネル１４、変位パラメータ記憶部１５及び変位パラメータ設定部１６を備えている。

図３（ａ）に示すように、ハウジング１０の表側には、ディスプレイ２１の形状（矩形状）に合わされた開口１０１が形成されている。ハウジング１０の内部には、開口１０１と連続する形で収容部１０２が形成されている。その収容部１０２の開口１０１と対向した位置にディスプレイ２１が収容されている。そのディスプレイ２１は図３（ａ）に示すナビ制御部２０によって表示が制御されている。そのナビ制御部２０は、ナビゲーション装置としての処理を実行するものであり、具体的には例えば車両の現在地周辺の地図データを地図データ記憶装置（図示外）から読み出してディスプレイ２１に表示させる。また、目的地設定画面等、スイッチの画像を含む画面をディスプレイ２１に表示させる。そして、ナビ制御部２０は、ディスプレイ２１に表示されたスイッチの画像がタッチ操作されたことを後述するタッチ検出器１２から通知された場合には、そのスイッチに応じた処理（例えば、目的地設定における文字の受け付け処理など）を実行する。なお、本実施形態では、ディスプレイ２１の表示を制御するナビ制御部２０と後述のフロントパネル１４の変位を制御する制御部１１とを区別しているが、それらを一つの制御部で実現しても良い。

収容部１０２のディスプレイ２１の上には、ディスプレイ２１側から順番にシート状（平板状）のタッチ検出器１２及びフロントパネル１４が設けられている。それらタッチ検出器１２、フロントパネル１４は、ディスプレイ２１の画面全面を覆うように正面視でディスプレイ２１と同じ矩形状とされている。また、タッチ検出器１２及びフロントパネル１４は一体化されている。

フロントパネル１４は、ガラスや樹脂など透明な材料で形成されており、開口１０１の直下に設けられている。そのフロントパネル１４の平面状の表面１４１はユーザによってタッチ操作が行われる操作面とされている。タッチ検出器１２は、フロントパネル１４の裏側に設けられており、フロントパネル１４の操作面１４１へのタッチ操作（タッチ位置）を検出するものである。具体的には、タッチ検出器１２は、静電容量式や抵抗膜式など公知の検出方式のタッチセンサである。例えば、タッチ検出器１２が投影型の静電容量式のタッチセンサである場合には、タッチ検出器１２は、ＩＴＯ等で形成された透明電極がマトリックス状に多数配置された電極層を有している。フロントパネル１４の操作面１４１に指が触れた場合その付近の電極に静電容量の変化が生じる。タッチ検出器１２は、その静電容量に変化が生じた電極の位置に応じた信号を出力するように構成されている。つまり、タッチ検出器１２は、タッチ位置に応じた検出信号を出力する。タッチ検出器１２から出力された検出信号は制御部１１及びナビ制御部２０に入力される。なお、本実施形態では、フロントパネル１４とタッチ検出器１２とを区別しているが、それらを一つのパネルとして実現したタッチ検出機能付きのフロントパネルを採用しても良い。

また、ハウジング１０には、フロントパネル１４の左右端付近に収容部１０２に対して凹まれたスペース１０３、１０４が形成されている。それらスペース１０３、１０４にはそれぞれアクチュエータ１３１、１３２が設けられている。なお、それらアクチュエータ１３１、１３２で図２の水平方向移動機構部１３が構成されている。詳細には、右側のスペース１０３には右側アクチュエータ１３１が、左側のスペース１０４には左側アクチュエータ１３２が設けられている。図３（ｂ）に示すように、それらアクチュエータ１３１、１３２は、フロントパネル１４を介して互いに対向する位置に設けられている。詳細には、右側アクチュエータ１３１は、フロントパネル１４の右端部１４２の中心付近に接続されており、フロントパネル１４を左方向（左側アクチュエータ１３２の方向）に押す（変位させる）ものである。左側アクチュエータ１３２は、フロントパネル１４の左端部１４３の中心付近に接続されており、フロントパネル１４を右方向（右側アクチュエータ１３１の方向）に押す（変位させる）ものである。よって、それらアクチュエータ１３１、１３２を交互に駆動させることで、フロントパネル１４（及びフロントパネル１４と一体化したタッチ検出器１２）を、フロントパネル１４の横方向（水平方向）に反転可能に変位（振動）させることができる。それらアクチュエータ１３１、１３２には、例えば圧電素子（ピエゾ素子）や電磁ソレノイドを利用したアクチュエータが用いられる。

なお、図４に示すように、アクチュエータ１３１、１３２のいずれか一方（図４では左側アクチュエータ１３２）をスプリング１３３で代用しても良い。この場合、右側アクチュエータ１３１が駆動されると、スプリング１３３が縮んで、フロントパネル１４は左方向に変位する。その後、右側アクチュエータ１３１の駆動を停止すると、縮まれたスプリング１３３の復元力によって、フロントパネル１４は右方向に変位する。このように、スプリング１３３を用いた場合であっても、フロントパネル１４を水平方向に振動させることができる。この場合、右側アクチュエータ１３１及びスプリング１３３が図１の水平方向移動機構部１３を構成する。なお、図４は、スプリング１３３以外は図３（ａ）と同じである。

図３（ａ）の断面視において、フロントパネル１４とアクチュエータ１３１、１３２とが同一直線上に配置された例を示しているが、アクチュエータ１３１、１３２を他の位置に設けて、リンクを介してアクチュエータ１３１、１３２からの力をフロントパネル１４に伝達するようにしても良い。これによって、フロントパネル１４周辺にアクチュエータ１３１、１３２を設置するスペースを確保できない場合であっても、フロントパネル１４を水平方向に変位させることができる。また、図３（ｂ）では、アクチュエータ１３１、１３２がフロントパネル１４の左右端部１４２、１４３の中心付近に設けられた例を示しているが、フロントパネル１４を水平方向に変位させることができるのであれば左右端部１４２、１４３のどの位置に設けられたとしも良い。また、フロントパネル１４の上下端部１４４、１４５（図３（ｂ）参照）にアクチュエータを設け、フロントパネル１４を縦方向に変位させるようにしても良い。

図２に示す制御部１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成され、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することで、各種の処理を実行するものである。制御部１１には、タッチ検出器１２、水平方向移動機構部１３、変位パラメータ記憶部１５及び変位パラメータ設定部１６が電気的に接続されている。そして、制御部１１は、タッチ検出器１２からの検出信号に基づいて、水平方向移動機構部１３（アクチュエータ１３１、１３２）を駆動制御して、フロントパネル１４を変位させる処理を実行する。なお、その処理の詳細は後述する。

ここで、制御部１１がどのようにフロントパネル１４を変位させるかについて説明する。図５は、フロントパネル１４の変位量（縦軸）及び変位速度（横軸）を変化させたときに、触感強度（硬さ）がどのように変化するかの実験結果（主観評価の結果）を示した図である。図５では、背景色の違いで触感強度の違いを示しており、具体的には、背景色が濃い領域程、触感強度が強いことを示している。より具体的には、最も背景色が濃い領域３０１は、最も触感強度が強い領域、言い換えると、硬い触感を付与できる領域（以下、硬触感領域という）とされている。ここで言う「硬い触感」とは、例えばパソコンのキーボードを操作したときの操作感（カチッカチッと音がなるような操作感）を想定している。

２番目に背景色が濃い領域３０２は、次に触感強度が強い領域であり、言い換えると、軟らかい触感を付与できる領域（以下、軟触感領域という）とされている。なお、ここで言う「軟らかい触感」とは、例えば、電気炊飯器のタイマー設定スイッチ等、フィルム状のスイッチを操作したときの操作感（ゆっくり深く沈み込むような操作感）を想定している。それら硬触感領域３０１、軟触感領域３０２（太枠２００の内側の領域３００）が、フロントパネル１４の操作面１４１のタッチ操作時に、スイッチの操作感（クリック感）を付与できる領域とされている。以下、領域３００を有触感領域という。また、３番目に背景色が濃い領域３１１、４番目に背景色が濃い領域３１２、一番背景色が薄い領域（背景色が無い領域）３１３では、触感を殆ど付与できない領域とされている。以下、領域３１１〜３１３を無触感領域３１０という。

なお、図５の複数の点Ｐは実際の評価点を示しており、各領域３０１、３０２、３１０はそれら点Ｐに基づいて定めている。具体的には、硬い触感の評価を得た評価点Ｐ１１〜Ｐ１４に基づいて硬触感領域３０１を定めている。また、軟らかい触感の評価を得た評価点Ｐ２１〜Ｐ２７に基づいて軟触感領域３０２を定めている。また、無触感の評価を得た複数の評価点Ｐ３０に基づいて無触感領域３１０を定めている。

また、図５に示すように、有触感領域３００は、フロントパネル１４の変位量が１０μｍ以上、変位速度が０．０２５μｍ／μｓｅｃ以上の領域とされている。なお、図５では、変位量が６０μｍ以上、変位速度が０．１４μｍ／μｓｅｃ以上の領域を示していないが、その領域も有触感領域３００に含まれる。ただし、変位量が大きすぎるとフロントパネル１４の移動が目に見えてしまうので、実際にフロントパネル１４を変位させるときにはその移動が目に見えない範囲で変位量を設定するのが好ましい。具体的には、例えば変位量の上限値を２００μｍ、より好ましくは１００μｍとする。また、有触感領域３００のうちの硬触感領域３０１は、変位量が２５μ以上、変位速度が０．０６μｍ／μｓｅｃ以上の領域とされている。一方、無触感領域３１０は、変位量が１０μｍ未満、変位速度が０．０２５μｍ／μｓｅｃ未満の領域とされている。

なお、厳密には、同じ硬触感領域３０１であっても、変位量及び変位速度が変わると付与できる触感も変わってくると考えられる。同様に、同じ軟触感領域３０２であっても、変位量及び変位速度が変わると付与できる触感が変わってくると考えられる。具体的には、変位量を固定としたときに、変位速度が大きい程、硬い触感を付与できるという知見を得ている。

次に、図５の実験結果を皮膚の感覚受容器の特性と関連付けて説明する。ここで、図６は、皮膚の感覚受容器であるメルケル細胞、マイスナー小体、及びパチニ小体の特性を示した図であり、具体的には、各感覚受容器を刺激するのに必要な最低限の振動特性（周波数ｆ、振幅Ａ）のライン４０１〜４０３を示している。ライン４０１はメルケル細胞の特性を示しており、ライン４０２はマイスナー小体の特性を示しており、ライン４０３はパチニ小体の特性を示している。ライン４０１が示すように、メルケル細胞を刺激するには、およそ振幅１００μｍ以上の振幅の振動を加える必要がある。また、ライン４０２が示すように、マイスナー小体を刺激するには、周波数ｆが１〜１００Ｈｚの比較的低周波の範囲で１０μｍ程度の振幅の振動を加える必要がある。また、ライン４０３が示すように、パチニ小体を刺激するには、低周波の範囲ではマイスナー小体を刺激するときよりも大きな振幅の振動を加える必要があるのに対し、２００Ｈｚ以上の高周波の範囲ではマイスナー小体を刺激するときよりも小さな振幅の振動で足りる。よって、図５の有触感領域３００では、変位量が６０μｍ以下の領域とされているので、主にマイスナー小体やパチニ小体を刺激していると考えられる。また、図５の無触感領域３１０では、いずれの感覚受容器も刺激していないと考えられる。

図２の説明に戻り、制御部１１は、図５の有触感領域３００に属する変位量及び変位速度の条件（以下、刺激可能条件という）を満足するように、フロントパネル１４を変位させている。より具体的には、刺激可能条件を満足する（有触感領域３００に属する）変位量及び変位速度の数値（以下、変位パラメータという）が変位パラメータ記憶部１５に記憶されている。そして、制御部１１は、その変位パラメータ記憶部１５に記憶されている変位パラメータを読み出し、読み出した変位パラメータに基づいてフロントパネル１４を変位させている。

変位パラメータ記憶部１５は、ハードディスク装置、フラッシュメモリ等であり、上記したように変位パラメータが予め記憶された記憶装置である。本実施形態では、変位パラメータ記憶部１５には、異なる複数の変位パラメータが記憶されている。ここで、図７は、変位パラメータ記憶部１５に記憶されている変位パラメータのテーブル１６０を示している。図７に示すように、テーブル１６０はモード欄１６１及び変位パラメータ欄１６２から構成されている。モード欄１６１には、車両を使用する（フロントパネル１４の操作面１４１をタッチ操作する）場面やユーザに応じた複数のモードが格納されており、具体的には、通常の走行場面を想定したノーマルモード、スポーツ車仕様での走行場面を想定したスポーツモード、男性ユーザを想定した男性モード、女性ユーザを想定した女性モード等が格納されている。

また、変位パラメータ欄１６２には、モード欄１６１に格納された各モードごとの変位パラメータが格納されている。具体的には、変位パラメータ欄１６２には、ノーマルモードに対応させて、例えば軟らかい触感の変位パラメータＰ２３（図５の点Ｐ２３における変位量及び変位速度）が格納されている。また、変位パラメータ欄１６２には、スポーツモードに対応させて、例えば硬い触感の変位パラメータＰ１１（図５の点Ｐ１１に対応）が格納されている。同様に、男性モードに対応させて例えば硬い触感の変位パラメータＰ１２（図５の点Ｐ１２に対応）が、女性モードに対応させて例えば軟らかい触感の変位パラメータＰ２４（図５の点Ｐ２４に対応）が格納されている。

図２の変位パラメータ設定部１６は、図７のテーブル１６０のモード欄１６１に格納されたいずれかのモードを設定する部分である。具体的には、変位パラメータ設定部１６は、例えば図１の中央パネル部７１０に設けられた各モードごとのメカニカルスイッチで実現され、又はディスプレイ２１に表示された各モードの設定画面（各モードごとのスイッチの画像が表示された画面）で実現される。変位パラメータ設定部１６がディスプレイ２１の設定画面で実現された場合には、制御部１１は、ディスプレイ２１のどの位置にどのモードのスイッチの画像が表示されているのかを予め把握している。そして、制御部１１は、どのモードのスイッチの画像がタッチ操作されたかをタッチ検出器１２からの検出信号に基づいて判断し、操作されたと判断したスイッチのモードを設定する。

次に、タッチ操作時にフロントパネル１４を変位させるときの制御部１１が実行する処理について説明する。図８は、その処理を示したフローチャートである。なお、図８のフローチャートの処理は例えば制御部１１の起動時（車両のエンジン始動時）に開始され、その後、一定間隔おきに繰り返し実行される。なお、以下では、変位パラメータ設定部１６によっていずれかのモードが予め設定されているものとして説明する。また、ディスプレイ２１には、ナビゲーション装置の動作を指示するスイッチの画像を含む画面（例えば、目的地設定画面等）が表示されているものとする。

先ず、制御部１１は、タッチ検出器１２からの検出信号に基づいて、フロントパネル１４の操作面１４１がタッチ操作されたか否かを判断する（Ｓ１１）。タッチ操作されていない場合は（Ｓ１１：Ｎｏ）、図８のフローチャートの処理を終了する。タッチ操作された場合は（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、タッチ位置がディスプレイ２１に表示されたスイッチの画像の位置（以下、スイッチ位置という）であるか否かを、タッチ検出器１２からの検出信号に基づいて判断する（Ｓ１２）。スイッチ位置以外の部分がタッチ操作された場合には（Ｓ１２：Ｎｏ）、図８のフローチャートの処理を終了する。スイッチ位置がタッチ操作された場合には（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、Ｓ１３の処理に移行する。

Ｓ１３では、水平方向移動機構部１３（アクチュエータ１３１、１３２）を駆動制御して、フロントパネル１４を水平方向に変位させる触覚制御を実行する（Ｓ１３）。ここで、図９は、時間（横軸）に対してフロントパネル１４の変位量（縦軸）をどのように変化させるかを示した触覚制御のライン５０（以下、単に触覚制御５０という場合もある）を示している。なお、図９において、触覚制御の開始時のフロントパネル１４の位置（初期位置）を変位量ゼロとしている。また、横軸（時間軸）より上側の領域６１（以下、第一変位領域と言う）は、初期位置を基準としてフロントパネル１４が左右方向の一方の側（例えば右側）に寄っていることを示している。また、横軸より下側の領域６２（以下、第二変位領域と言う）は、が初期位置を基準としてフロントパネル１４が左右方向の他方の側（例えば左側）に寄っていることを示している。また、図９のライン５０の傾きの大きさが、フロントパネル１４の変位速度（変位量／変位時間）に相当する。また、ライン５０の傾きの向きが、フロントパネル１４の変位方向を示しており、具体的には、右上がりの傾きと右下がりの傾きとで変位方向が互いに逆方向であることを示している。以下では、ライン５０が右上がりの傾きになる場合（図９では、ライン５１１、５１２）がフロントパネル１４を右方向（右側アクチュエータ１３１（図３参照）がある方）に変位させるものとし、ライン５０が右下がりの傾きになる場合（図９では、ライン５２）がフロントパネル１４を左方向（左側アクチュエータ１３２がある方）に変位させるものとして説明する。

図９に示すように、触覚制御のライン５０は一発のパルス波形の形状となっている。詳細には、ライン５０は、３つのライン５１１、５２、５１２から構成されている。触覚制御５０では、ライン５１１が示すように、先ず左側アクチュエータ１３２を駆動して、フロントパネル１４を右方向に変位させる。この場合、フロントパネル１４は、初期位置から第一変位領域６１の側に変位されることになる。この際、触感を付与しないように、具体的には図５の無触感領域３１０に属する変位パラメータで、フロントパネル１４を変位させる。より具体的には図５において１０μｍ未満の変位量且つ０．０２５μｍ／μｓｅｃ未満の変位速度の変位パラメータで、フロントパネル１４を変位させる。よって、ライン５１１の傾き（変位速度）は、後述するライン５２に比べて緩やかになっている。

次いで、触覚制御５０では、ライン５２が示すように、右側アクチュエータ１３１を駆動して（フロントパネル１４を左方向に変位させて）、第一変位領域６１の側に変位されたフロントパネル１４を、元の初期位置（変位量ゼロの位置）を超えて第二変位領域６２の側まで変位させる。この際、図５の有触感領域３００に属する変位パラメータ（刺激可能条件）で、フロントパネル１４を変位させる。また、この際、一定の変位パラメータ（ライン５２の傾きが一定）でフロントパネル１４を変位させる。より具体的には、制御部１１は、変位パラメータ設定部１６によって設定されたモードに対応する変位パラメータを、変位パラメータ記憶部１５（図７のテーブル１６０）から読み出す。そして、制御部１１は、読み出した変位パラメータでフロントパネル１４を変位させる。例えば、図５の点Ｐ１２の変位パラメータを使用する場合には、制御部１１は、フロントパネル１４を０．０８μｍ／μｓｅｃの変位速度で５０μｍだけ変位させる。この場合、図９のライン５２の高さが５０μｍとなり、ライン５２の傾きが０．０８μｍ／μｓｅｃとなる。これによって、ユーザに、変位パラメータに応じた一定の触感を一回付与できる。なお、以下では、ライン５２で示される制御を有触感制御といい、ライン５２を単に有触感制御５２という場合もある。

次いで、触覚制御５０では、ライン５１２が示すように、左側アクチュエータ１３２を駆動して（フロントパネル１４を右方向に変位させて）、第二変位領域６２の側に変位されたフロントパネル１４を元の初期位置（変位量ゼロの位置）まで変位させる。この際、図５の無触感領域３１０に属する変位パラメータでフロントパネル１４を変位させる。なお、ライン５１１で示される変位パラメータとライン５１２で示される変位パラメータとは、同じであっても異なっていても良い。なお、以下では、ライン５１１、５１２で示される制御を無触感制御といい、ライン５１１、５１２を単に無触感制御５１という場合もある。

このように、触覚制御５０は、皮膚の感覚受容器を刺激して触感を付与できる一回の有触感制御５２と触感を付与しない二回の無触感制御５１とが組み合わされた制御となっている。よって、一定の触感を一回付与しつつ、触覚制御５０の実行後のフロントパネル１４の位置を初期位置に戻すことができる。また、触覚制御５０は、有触感制御５２の前後に無触感制御５１を有した制御となっているので、初期位置（図９の変位量がゼロの点）からの変位量を抑えることができる。よって、フロントパネル１４の変位をユーザに気付かせにくくすることができる。Ｓ１３で触覚制御を実行した後、図８のフローチャートの処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態では、タッチ操作時に予め設定したモードに応じた硬さの触感が付与されるので、メカニカルスイッチを押下操作したときの操作感（クリック感）を精密にシミュレートできる。なお、上記実施形態では、変位パラメータ設定部１６で変位パラメータを設定できるようにしていたが、予め定められた一定の変位パラメータを使用するようにしても良い。

また、上記実施形態では、一回の有触感制御５２とその有触感制御５２の前後で計２回の無触感制御５１とを実行する触覚制御５０（図９参照）を実行していたが、一定の触感を一回付与できるのであれば、図９の触覚制御５０に限定されるものではない。ここで、図１０は、変形例の触覚制御５００を示した図である。なお、図１０において、図９の各部分と同じ機能を有する部分には同じ符号を付している。図１０の触覚制御５００では、第一変位領域６１の側だけでフロントパネル１４を変位させている。具体的には、触覚制御５００では、先ず第一変位領域６１の側に有触感制御５２を一回実行する。続いて、ライン５３で示すように、一定時間、無制御状態（フロントパネル１４を変位させない）にする。続いて、フロントパネル１４の変位方向を反転させて無触感制御５１を一回実行して、触感を付与しないようにしつつフロントパネル１４を初期位置に戻す。これによって、一定の触感を一回付与しつつ、フロントパネル１４を初期位置に戻すことができる。また、無触感制御５１を一回だけ実行すれば良いので、制御を簡素にできる。さらに、有触感制御５２と無触感制御５１との間に無制御状態を入れることで、有触感制御５２における触感の感度を良くできる。なお、触感を付与しないものであれば、図１０のように、無触感制御５１の傾きは一定でなくても良い。また、第二変位領域６２の側だけでフロントパネル１４を変位させても良い。また、最初に無触感制御５１を実行して、次に、有触感制御５２を実行するようにしても良い。

また、上記実施形態では、無触感制御を含む触覚制御を実行していたが、有触感制御を一回だけ実行する触覚制御を実行しても良い。これによっても、一定の触感を一回付与できるとともに、無触感制御を実行しなくてすむので、制御を簡素にできる。なおこの場合、触覚制御終了時には、フロントパネル１４は初期位置に戻らないので、各回の触覚制御では、フロントパネル１４の変位方向を前回から反転させるのが好ましい。これによって、フロントパネル１４が前回の初期位置から大きく離れてしまうのを防止できる。

なお、上記実施形態では、一回の有触感制御を含む触覚制御を実行していたが、複数回の有触感制御を含む触覚制御の実行を排除するものではない。複数回の有触感制御を実行した場合には、繰り返しの触感（振動の触感）を付与できる。

（第二実施形態）
次に、本発明に係る操作入力装置の第二実施形態について第一実施形態と異なる部分を中心にして説明する。本実施形態の操作入力装置の構成は、図２、図３に示す第一実施形態の構成と同じであり、制御部１１が実行する処理が第一実施形態と異なっている。ここで、図１１は、本実施形態の制御部１１が実行する処理のフローチャートを示している。なお、図１１のフローチャートの処理は例えば制御部１１の起動時（車両のエンジン始動時）に開始され、その後、一定間隔おきに繰り返し実行される。以下では、ディスプレイ２１には図１２（ａ）に示す文字入力画面２２が表示されているものとして説明する。その文字入力画面２２は、縦横に隙間無く配列された複数の文字スイッチ２３から構成されている。各文字スイッチ２３は、それぞれ一つの文字（かな文字、数字、アルファベット等）が記されており、記された文字の入力を指示するスイッチとされている。また、各文字スイッチ２３は、数ｍｍ角程度の四角形の形状とされている。図１２（ａ）には、文字スイッチ２３をタッチ操作する指Ｆ１も示している。ユーザは、所望する一又は複数の文字スイッチ２３をタッチ操作することで、目的地など所望の文字列を入力することができる。

図１１において、先ず、タッチ検出器１２からの検出信号に基づいて、フロントパネル１４の操作面１４１がタッチ操作されたか否かを判断する（Ｓ２１）。タッチ操作されていない場合は（Ｓ２１：Ｎｏ）、図１１のフローチャートの処理を終了する。タッチ操作された場合は（Ｓ２１：Ｙｅｓ）、その操作が、文字スイッチ２３を押下する操作ではなく、単に文字スイッチ２３をなぞっているなぞり操作であるか否かを判断する（Ｓ２２）。なお、なぞり操作とは、図１２（ａ）に示す矢印Ｆ２に沿って指Ｆ１を移動させた場合のように、タッチ位置が連続的に変化しているときの操作であると言える。Ｓ２２では、具体的には、指Ｆ１の操作面１４１への接触面積に基づいてなぞり操作か否かを判断する。文字スイッチ２３をなぞり操作する場合には、その文字スイッチ２３を押し込もうとする意思がユーザに働かないと考えられるので、押下操作時に比べて指Ｆ１の接触面積が小さくなると考えられる。そこで、Ｓ２２では、指Ｆ１の接触面積が所定の閾値より小さいか否かに基づいて、なぞり操作か否かを判断する。なお、タッチ検出器１２はタッチ位置（＝接触面積）に応じた検出信号を出力するので、Ｓ２２では、その検出信号に基づいて指Ｆ１の接触面積を判断する。

なお、指Ｆ１の接触面積の大小に基づいてなぞり操作を判断する方法の他、タッチ位置が連続的に変化しているか否かに基づいてなぞり操作を判断しても良い。また、なぞり操作時では、押下操作時に比べて、フロントパネル１４に加えられる力が小さいと考えられるので、その力の大小に基づいてなぞり操作を判断しても良い。フロントパネル１４に加えられる力は、例えばフロントパネル１４の裏側に圧力センサを設け、その圧力センサの検出値に基づいて判断すれば良い。

Ｓ２２において、タッチ操作がなぞり操作である場合には（Ｓ２２：Ｙｅｓ）、Ｓ２３の処理に移行する。Ｓ２３では、タッチ位置が、文字スイッチ２３の境界に対応する境界位置か否かを判断する（Ｓ２３）。具体的には、制御部１１は、ナビ制御部２０（図３（ａ）参照）から各文字スイッチ２３の表示位置情報（各文字スイッチ２３の境界の表示位置や中央の表示位置を特定できる情報）を予め取得しておく。そして、その表示位置情報を参照することで、タッチ位置が文字スイッチ２３の境界位置か否かを判断する（Ｓ２３）。タッチ位置が文字スイッチ２３の境界位置の場合には（Ｓ２３：Ｙｅｓ）、Ｓ２５の処理に移行する。

Ｓ２５では、フロントパネル１４を変位させる触覚制御を実行する（Ｓ２５）。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の「け」の文字スイッチ２３１周辺の拡大図である。例えば、タッチ位置が、「け」の文字スイッチ２３１の境界位置２３１ａ、２３１ｂである場合には、Ｓ２５では、図９で説明した触覚制御５０を一回実行する。ただし、触覚制御５０における有触感制御５２（図９参照）では、軟らかく深さのある触感を付与する変位パラメータでフロントパネル１４を変位させる。具体的には、図５の軟触感領域３０２に属する変位パラメータを使用し、例えば、変位量５０μｍ、変位時間１ｍｓ（図５の点Ｐ２２の変位パラメータに相当）を使用する。Ｓ２５の処理の後、図１１のフローチャートの処理を終了する。

Ｓ２３において、タッチ位置が文字スイッチ２３の境界位置ではない場合には（Ｓ２３：Ｎｏ）、Ｓ２４の処理に移行する。Ｓ２４では、ナビ制御部２０から取得した文字スイッチ２３の表示位置情報に基づいて、タッチ位置が文字スイッチ２３の中央に対応する中央位置か否かを判断する（Ｓ２４）。タッチ位置が中央位置でない場合には（Ｓ２４：Ｎｏ）、図１１のフローチャートの処理を終了する。この場合には、文字スイッチ２３の境界位置、中央位置以外の部分をなぞり操作していることになる。タッチ位置が文字スイッチ２３の中央位置の場合には（Ｓ２４：Ｙｅｓ）、境界位置のときと同様に触覚制御を実行する（Ｓ２５）。図１２（ｃ）は、図１２（ａ）の「け」の文字スイッチ２３１周辺の拡大図である。図１２（ｃ）に示すように、タッチ位置が文字スイッチ２３１の中央位置２３１ｃの場合には、Ｓ２５では、図９で説明した触覚制御５０を一回実行する。ただし、この場合も境界位置のときと同様に、軟らかく深さのある触感を付与する変位パラメータ（図５の軟触感領域３０２に属する変位パラメータ）でフロントパネル１４を変位させる。このように、なぞり操作時において、文字スイッチ２３の境界位置や中央位置で軟らかく深さのある触感が付与されるので、各文字スイッチ２３の乗り越え感（引き込み感）を与えることができ、所望の文字スイッチ２３を探り当てやすくできる。なお、文字スイッチ２３の境界位置と中央位置のいずれか一方だけに触感を付与するようにしても良い。

一方、Ｓ２２において、タッチ操作がなぞり操作でない場合には（Ｓ２２：Ｎｏ）、Ｓ２６の処理に移行する。この場合には、ユーザは、文字スイッチ２３を押下操作していると考えられるので、Ｓ２６以降の処理で押下操作の過程に応じて触覚制御を実行する。具体的には、Ｓ２６で、現在の操作過程が、文字スイッチ２３を押し込むときの過程（押し込み過程）であることを判断する（Ｓ２６）。ここで、図１３は、押し込み過程であることの判断方法を説明する図であり、具体的には、タッチ検出器１２が静電容量式のものである場合において、そのタッチ検出器１２に含まれた、マトリックス状に多数の電極１２１が配置された電極層１２０の一部を示している。より具体的には、図１３（ａ）は、押し込み過程の始期における指Ｆ１の接触の様子を示しており、図１３（ｂ）は、押し込み過程の中期における指Ｆ１の接触の様子を示しており、図１３（ｃ）は、押し込み過程の終期における指Ｆ１の接触の様子を示している。

なお、図１３に示す電極層１２０は、３つの横列ｘ１〜ｘ３及び４つの縦列ｙ１〜ｙ４から構成されており、各列には複数の電極１２１が接続されている。そして、タッチ位置に対応する電極１２１が属する列ｘ１〜ｘ３、ｙ１〜ｙ４から出力が発生するようになっている。

現在の操作過程が押し込み過程の初期の段階では、指Ｆ１の操作面１４１への接触面積はそれほど大きくなっておらず、図１３（ａ）の例では、縦列ｙ２に属する電極１２１が反応している。以下、図１３（ａ）における指Ｆ１の接触の状態をＴ１という。その後、図１３（ｂ）に示す押し込み過程の中期の段階になった場合には、指Ｆ１の接触面積が大きくなっていき、図１３（ｂ）の例では、縦列ｙ２に属する電極１２１及び横列ｘ２に属する電極１２１が反応している。以下、図１３（ｂ）における指Ｆ１の接触の状態をＴ２という。さらにその後、図１３（ｃ）に示す押し込み過程の終期の段階になった場合には、指Ｆ１の接触面積がさらに大きくなっていき、図１３（ｃ）の例では、縦列ｙ２に属する電極１２１、縦列ｙ３に属する電極１２１及び横列ｘ２に属する電極１２１が反応している。以下、図１３（ｃ）における指Ｆ１の接触の状態をＴ３という。このように、現在の操作過程が押し込み過程である場合には、指Ｆ１の接触面積は徐々に大きくなっていく。よって、Ｓ２６では、指Ｆ１の接触面積が徐々に大きくなっていくことを判断することで、押し込み過程であることを判断する。より具体的には、例えば、接触面積の変化が所定の閾値より大きくなったことを判断する。

次いで、フロントパネル１４を変位させて触覚制御を一回実行する（Ｓ２７）。厳密には、Ｓ２６の判断と並行してＳ２７の触覚制御を実行する。ここで、図１４は、Ｓ２７で実行する触覚制御５０を示した図であり、具体的には、指Ｆ１の接触面積の変化（横軸）に対するフロントパネル１４の変位量の変化（縦軸）を示している。なお、図１４の触覚制御５０は、図９の触覚制御５０と同じとされており、第一の無触感制御５１１、有触感制御５２及び第二の無触感制御５１２から構成されている。また、図１４の横軸には、図１３（ａ）〜図１３（ｃ）の各段階における指Ｆ１の接触の状態Ｔ１〜Ｔ３を示している。図１４に示すように、Ｓ２７では、接触の状態がＴ１になったときに触覚制御５０を開始する。先ずは、状態Ｔ２になるまでの間に、第一の無触感制御５１１を実行する。その後、状態Ｔ２の近辺で有触感制御５２を実行する。なお、図１４では、状態Ｔ２を迎える少し前で有触感制御５２を開始し、状態Ｔ２を少し過ぎたときに有触感制御５２を終了している。その後、状態Ｔ３になるまでの間に、第二の無触感制御５１２を実行する。これによって、押し込み過程で一回の触感を付与できる。

図１１の説明に戻って、次いで、現在の操作過程が、文字スイッチ２３を押し戻すときの過程（押し戻し過程）であることを判断する（Ｓ２８）。この場合は、先の押し込み過程のときと逆の手順で判断する。図１５は、押し戻し過程におけるタッチ検出器１２の各電極１２１と指Ｆ１との接触の様子を示した図である。具体的には、図１５（ａ）は、押し戻し過程の始期における指Ｆ１の接触の様子を示しており、図１５（ｂ）は、押し戻し過程の中期における指Ｆ１の接触の様子を示しており、図１５（ｃ）は、押し戻し過程の終期における指Ｆ１の接触の様子を示している。なお、図１５では、各段階における接触面積（反応した電極１２１が属する列）を示している。図１５に示すように、押し戻し過程では、始期から終期になるにつれて接触面積が徐々に小さくなっていく。よって、Ｓ２８では、指Ｆ１の接触面積が徐々に小さくなっていくことを判断することで、押し戻し過程であることを判断する。なお、以下では、図１５（ａ）における指Ｆ１の接触の状態をＴ３（図１３（ｃ）の状態Ｔ３と同じなので、同じ符号を使用している）という。同様に、図１５（ｂ）における指Ｆ１の接触の状態をＴ２、図１５（ｃ）における指Ｆ１の接触の状態をＴ１という。

なお、指Ｆ１の接触面積の変化に基づいて押し込み過程又は押し戻し過程を判断する方法の他、圧力センサ等でフロントパネル１４に加えられる押下力を検出し、その押下力の変化に基づいてその判断を行っても良い。この場合、押下力を検出する圧力センサ等が本発明の「押下力検出手段」を構成する。また、タッチ検出器１２が静電容量式のタッチセンサである場合には、接触容量（指Ｆ１と電極との間に生ずる静電容量）の変化に基づいて押し込み過程又は押し戻し過程を判断しても良い。指Ｆ１の接触面積と接触容量とは対応しているので、接触容量を検出することで、間接的に接触面積を検出したことになるからである。

次いで、フロントパネル１４を変位させて触覚制御を一回実行する（Ｓ２９）。厳密には、Ｓ２８の判断と並行してＳ２９の触覚制御を実行する。ここで、図１６は、Ｓ２９で実行する触覚制御５０を示した図であり、具体的には、指Ｆ１の接触面積の変化（横軸）に対するフロントパネル１４の変位量の変化（縦軸）を示している。押し戻し過程では接触面積が徐々に小さくなっていくので、図１６では、横軸（接触面積）の大きい側から小さい側に向かって触覚制御５０が実行される。なお、図１６の触覚制御５０は、図９の触覚制御５０と同じとされており、第一の無触感制御５１２、有触感制御５２及び第二の無触感制御５１１から構成されている。図１６の触覚制御５０では、右側の無触感制御５１２から実行されるので、その無触感制御５１２を「第一の無触感制御」とし、左側の無触感制御５１１を「第二の無触感制御」としている。また、図１６の横軸には、図１５（ａ）〜図１５（ｃ）の各状態Ｔ１〜Ｔ３を示している。

図１６に示すように、Ｓ２９では、押し込み過程における触覚制御（Ｓ２７）と逆の手順で触覚制御５０を実行する。すなわち、押し戻し過程の始期（状態Ｔ３）になったときに触覚制御５０を開始する。そして、押し戻し過程の中期（状態Ｔ２）になるまでの間に、第一の無触感制御５１２を実行する。その後、状態Ｔ２の近辺で有触感制御５２を実行する。その後、押し戻し過程の終期（状態Ｔ１）になるまでの間に、第二の無触感制御５１１を実行する。これによって、押し戻し過程で一回の触感を付与できる。Ｓ２９の処理の後、図１１のフローチャートの処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態では、なぞり操作時における触感付与に加えて、押下操作時の押し込み過程と押し戻し過程でそれぞれ一回（計二回）の触感が付与されるので、メカニカルスイッチの操作感（クリック感）をより精密にシミュレートできる。

なお、本発明に係る操作入力装置は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限度で種々変形することができる。例えば、上記実施形態では、ディスプレイのタッチパネルに本発明を適用した例を説明したが、タッチ操作によって入力を行う他のタッチスイッチに本発明を適用しても良い。具体的には、例えば、図１に示すタッチパッド８１に本発明を適用しても良い。この場合には、タッチパッド８１へのタッチ操作時に、タッチパッド８１を変位させることになる。タッチパッドのような遠隔操作入力装置では、ディスプレイを直接タッチ操作する場合に比べて所望の位置をタッチ操作しにくいので、遠隔操作入力装置に本発明を適用するとより効果的である。また、例えば図１の中央パネル部７１０にタッチスイッチを設けて、そのタッチスイッチに本発明を適用しても良い。

また、上記実施形態では、フロントパネル１４の変位量及び変位速度をパラメータとして触覚制御を実行していたが、フロントパネル１４の変位量及び加速度をパラメータとして触覚制御を実行しても良い。加速度は変位速度の時間変化に相当するものであるので、変位速度に代えて加速度をパラメータとした場合であっても加速度に応じた触感を付与できると考えられる。

また、上記実施形態では、フロントパネル１４を操作面１４１の水平方向に変位させていたが、水平方向以外の方向（例えば操作面１４１の垂直方向）に変位させる態様を排除するものではない。水平方向以外の方向にフロントパネル１４を変位させる場合であっても皮膚の感覚受容器を刺激できるからである。この場合には、フロントパネル１４を変位させる方向によっては、マイスナー小体やパチ二小体以外の感覚受容器（例えばメルケル細胞）も刺激する場合があるので、その感覚受容器の特性を考慮して、変位パラメータを設定する必要がある。

なお、上記実施形態において、フロントパネル１４が本発明の「タッチ操作部」に相当する。タッチ検出器１２が本発明の「操作検出手段」に相当する。水平方向移動機構部１３（アクチュエータ１３１、１３２、スプリング１３３）が本発明の「操作部変位手段」に相当する。制御部１１が本発明の「変位制御手段」に相当する。変位パラメータ設定部１６が本発明の「条件設定手段」に相当する。ディスプレイ２１が本発明の「表示手段」に相当する。図１１のＳ２３の処理を実行する制御部１１が本発明の「境界位置判断手段」に相当する。図１１のＳ２４の処理を実行する制御部１１が本発明の「中央位置判断手段」に相当する。図１１のＳ２５の処理を実行する制御部１１が本発明の「境界変位制御手段」及び「中央変位制御手段」に相当する。図１１のＳ２６の処理を実行する制御部１１が本発明の「第一の操作過程判断手段」に相当する。図１１のＳ２８の処理を実行する制御部１１が本発明の「第二の操作過程判断手段」に相当する。

１ 操作入力装置
１０ ハウジング
１１ 制御部
１２ タッチ検出器
１３ 水平方向移動機構部
１３１ 右側アクチュエータ
１３２ 左側アクチュエータ
１３３ スプリング
１４ フロントパネル
１４１ 操作面
１５ 変位パラメータ記憶部
１６ 変位パラメータ設定部
２０ ナビ制御部
２１ ディスプレイ
８１ タッチパッド

Claims (16)

1. タッチ操作によって入力が行われる操作面を有したタッチ操作部と、
   前記操作面へのタッチ操作を検出する操作検出手段と、
   前記タッチ操作部を変位させる操作部変位手段と、
   前記操作検出手段がタッチ操作を検出したときに、前記操作部変位手段を駆動制御することで前記タッチ操作部の変位を制御する変位制御手段と、を備え、
   前記変位制御手段は、皮膚の感覚受容器を刺激できる前記タッチ操作部の変位量及び変位速度の条件として予め定められた刺激可能条件を満足するように前記タッチ操作部の変位を制御し、
   前記刺激可能条件は、１０μｍ以上の前記タッチ操作部の変位量且つ０．０２５μｍ／μｓｅｃ以上の前記タッチ操作部の変位速度であることを特徴とする操作入力装置。
2. 前記操作部変位手段は、前記タッチ操作部を前記操作面の水平方向に変位させるものであることを特徴とする請求項１に記載の操作入力装置。
3. 複数の異なる前記刺激可能条件のうちのいずれかを設定する条件設定手段を備え、
   前記変位制御手段は、前記条件設定手段が設定した前記刺激可能条件で前記タッチ操作部の変位制御を実行することを特徴とする請求項１又は２に記載の操作入力装置。
4. 前記変位制御手段は、一定の前記刺激可能条件で前記タッチ操作部を変位させる触覚制御を一又は複数回実行することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の操作入力装置。
5. 前記操作部変位手段は、前記タッチ操作部の変位方向を反転できるように構成されており、
   前記刺激可能条件を満足する前記タッチ操作部の変位制御を有触感制御、前記刺激可能条件を満足しない条件で前記タッチ操作部を変位させる制御を無触感制御としたとき、
   前記触覚制御は、一回当たり、一定の前記刺激可能条件を使用した一回の前記有触感制御と、その有触感制御の実行時の前記タッチ操作部の変位方向を反転させた一又は複数回の前記無触感制御とを組み合わせた制御であることを特徴とする請求項４に記載の操作入力装置。
6. 前記触覚制御は、前記有触感制御時の前記タッチ操作部の変位量と前記無触感制御時の前記タッチ操作部の変位量とが同じとされた制御であることを特徴とする請求項５に記載の操作入力装置。
7. 前記操作部変位手段は、前記タッチ操作部を互いに逆向きの第一方向及び第二方向に変位させるものであり、
   前記触覚制御の開始時の前記タッチ操作部の位置を初期位置、
   前記初期位置を基準として前記タッチ操作部が前記第一方向の側に寄った前記タッチ操作部の変位領域を第一変位領域、前記第二方向の側に寄った前記タッチ操作部の変位領域を第二変位領域としたとき、
   前記触覚制御は、先ず前記第一変位領域の側に前記無触感制御を一回実行し、続いて、前記タッチ操作部の変位方向を反転させて前記第一変位領域の側から前記第二変位領域の側まで前記有触感制御を一回実行し、続いて、前記タッチ操作部の変位方向を反転させて前記第二変位領域の側から前記初期位置まで前記無触感制御を一回実行する制御であることを特徴とする請求項５又は６に記載の操作入力装置。
8. 前記操作部変位手段は、前記タッチ操作部を互いに逆向きの第一方向及び第二方向に変位させるものであり、
   前記触覚制御の開始時の前記タッチ操作部の位置を初期位置、
   前記初期位置を基準として前記タッチ操作部が前記第一方向の側に寄った前記タッチ操作部の変位領域を第一変位領域、前記第二方向の側に寄った前記タッチ操作部の変位領域を第二変位領域としたとき、
   前記触覚制御は、前記第一変位領域と前記第二変位領域のいずれかの領域側に先ず前記有触感制御を一回実行し、続いて、前記タッチ操作部の変位方向を反転させて前記初期位置まで前記無触感制御を一回実行する制御、又は、前記第一変位領域と前記第二変位領域のいずれかの領域側に先ず前記無触感制御を一回実行し、続いて、前記タッチ操作部の変位方向を反転させて前記初期位置まで前記有触感制御を一回実行する制御であることを特徴とする請求項５又は６に記載の操作入力装置。
9. 前記刺激可能条件を満足する前記タッチ操作部の変位制御を有触感制御としたとき、
   前記触覚制御は、一回当たり、一定の前記刺激可能条件を使用した一回の前記有触感制御のみ実行する制御であることを特徴とする請求項４に記載の操作入力装置。
10. 前記操作部変位手段は、前記タッチ操作部の変位方向を反転できるように構成されており、
    前記変位制御手段は、前回の前記触覚制御実行時の前記タッチ操作部の変位方向を反転させて、今回の前記触覚制御を実行することを特徴とする請求項９に記載の操作入力装置。
11. 前記操作面は、押下操作によって入力を行うスイッチの画像が表示された表示手段の画面に対応付けられており、
    前記操作検出手段は、前記操作面へのタッチ位置も検出可能とされており、
    前記操作検出手段が検出したタッチ位置が前記スイッチの画像の境界に対応する境界位置であることを判断する境界位置判断手段を備え、
    前記変位制御手段は、前記操作検出手段が検出するタッチ位置が連続的に変化する操作であるなぞり操作時において、タッチ位置が前記境界位置であると前記境界位置判断手段によって判断された場合に前記触覚制御を実行する境界変位制御手段を含むことを特徴とする請求項４〜１０のいずれか１項に記載の操作入力装置。
12. 前記操作検出手段が検出したタッチ位置が前記スイッチの画像の中央に対応する中央位置であることを判断する中央位置判断手段を備え、
    前記変位制御手段は、前記境界変位制御手段に代えて、又は前記境界変位制御手段に加えて、前記なぞり操作時においてタッチ位置が前記中央位置であることを前記中央位置判断手段によって判断された場合に前記触覚制御を実行する中央変位制御手段を含むことを特徴とする請求項１１に記載の操作入力装置。
13. 前記操作面は、押下操作によって入力を行うスイッチの画像が表示された表示手段の画面に対応付けられており、
    前記操作面へのタッチ操作が前記スイッチに対する押し込み過程の操作であることを判断する第一の操作過程判断手段と、
    前記操作面へのタッチ操作が前記押し込み過程の操作を経た後の前記スイッチに対する押し戻し過程の操作であることを判断する第二の操作過程判断手段と、を備え、
    前記変位制御手段は、前記第一の操作過程判断手段によってタッチ操作が前記押し込み過程の操作であると判断された場合に前記触覚制御を一回実行し、且つ、前記第二の操作過程判断手段によってタッチ操作が前記押し戻し過程の操作であると判断された場合に前記触覚制御を一回実行することを特徴とする請求項４〜１２のいずれか１項に記載の操作入力装置。
14. 前記操作検出手段は、前記操作面へのタッチ位置も検出可能とされており、
    前記第一の操作過程判断手段及び前記第二の操作過程判断手段は、前記操作検出手段が検出したタッチ位置で示される前記操作面への接触面積の変化に基づいて、タッチ操作が前記押し込み過程の操作又は前記押し戻し過程の操作であることを判断することを特徴とする請求項１３に記載の操作入力装置。
15. 前記操作検出手段は、前記操作面側に配置された電極とユーザの指との間に生じる静電容量を検出することで、前記操作面へのタッチ操作を検出するものであり、
    前記第一の操作過程判断手段及び前記第二の操作過程判断手段は、前記操作検出手段が検出した静電容量の変化に基づいて、タッチ操作が前記押し込み過程の操作又は前記押し戻し過程の操作であることを判断することを特徴とする請求項１３に記載の操作入力装置。
16. 前記操作面へのタッチ操作時における押下力を検出する押下力検出手段を備え、
    前記第一の操作過程判断手段及び前記第二の操作過程判断手段は、前記押下力検出手段が検出した前記押下力の変化に基づいて、タッチ操作が前記押し込み過程の操作又は前記押し戻し過程の操作であることを判断することを特徴とする請求項１３に記載の操作入力装置。