JP5448427B2 - 入力装置 - Google Patents

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Description

この発明は、ユーザの入力操作を受け付ける入力装置に関するものである。
特許文献1は、車載機器等の機能調整を1つのノブで実行するハプティック入力装置を開示している。この入力装置は、ノブに操作方向又は操作位置に応じた特有の操作フィーリングを与える手段を有しており、ノブを使って入力操作した感覚をユーザにフィードバックさせている。
また、特許文献2は、グランドに対して2自由度で動く操作可能オブジェクトを備え、センサで検知した操作可能オブジェクトの位置に基づき入力を行うアイソトニックモードと、操作可能オブジェクトに加えられた力に基づいて入力を行うアイソメトリックモードとを有するインタフェース装置を開示する。この装置においても、アイソメトリックモードで入力操作した感覚をユーザにフィードバックさせている。
さらに、特許文献3には、操作対象の機能を特定する機能番号情報及び機能毎の感触を特定する感触番号情報とを有し、該当する機能の操作が行われると、これに応じた感触をユーザに与える多機能入力装置が開示されている。
特許第3973875号公報 特許第3753744号公報 特許第3958944号公報
特許文献1〜3に記載の装置を含む従来の入力装置では、ボタンやダイヤル、スライダー等の物理的な形状が固定された入力インタフェースを使用目的に応じて使い分けることで入力操作が行われていたため、様々な操作シーンにおいて同一の入力インタフェースが繰り返し使用されることとなり、不可避的に操作が煩雑になるという課題があった。
また、使用目的に応じた様々な入力部をタッチパネルの表示画面に描画することで、入力操作を直感的に行わせる入力装置があるが、表示画面の2次元平面上に触れて操作を行う、いわゆる仮想的な入力インタフェースを提供するものであり、入力位置や入力状態の認識を視覚に依存せざるを得ず、誤操作の要因となる可能性があった。
さらに、上記タッチパネルを用いた入力装置において、入力操作に際して音声を出力したり、アニメーションを表示して入力位置や入力状態を認識させようとしても、物理的に形状が固定された入力部を操作した際に得られる感触を再現することはできない。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、入力操作を迅速に実行でき、かつ、ユーザに入力操作した感触をフィードバックすることにより、誤操作を低減できる入力装置を得ることを目的とする。
この発明に係る入力装置は、複数のピンを長手方向に駆動可能に平面状に並べてなるピン群と、前記ピン群のピンを長手方向に駆動させる駆動手段と、前記ピン群に対する操作によってピンに生じた長手方向の動きを検出する検出手段と、前記駆動手段を制御して、少なくとも複数のピンを同時に上下駆動可能な大きさの複数のブロックを同時に上方に駆動させることにより、前記ピン群の凸部又は凹部からなる入力部を形成し、前記検出手段の検出結果に基づいて前記入力部に対する操作の有無を判断する制御手段とを備え、前記ピンを振動させるバイブレータもしくは前記ピンの押下に応じた音声出力によって、入力部を操作した感触を操作者に与える感触付与手段を備えたことを特徴とするものである。
この発明によれば、複数のピンを長手方向に駆動可能に平面状に並べてなるピン群を備え、駆動手段を制御してピンを駆動させることにより、ピン群に凸部又は凹部からなる入力部を形成し、ピン群に対する操作によってピンに生じた長手方向の動きの検出結果に基づいて入力部に対する操作の有無を判断する。このように構成することで、操作シーンに応じた形状の凸部又は凹部の入力部をピン群に形成できることから、入力操作を迅速に実行することが可能である。また、物理的形状を有する入力部を提示して入力操作した感触を操作者にフィードバックすることができ、誤操作を低減できるという効果がある。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による入力装置の入力インタフェース部を示す斜視図である。図1に示すように、入力インタフェース部10は、円柱状(例えばφ4mm程度)の複数のピン12を、長手方向に上下動可能に、かつ各々の端面が揃うように基部11上で平面状に並べたピン12群を備える。実施の形態1による入力装置では、基部11側のアクチュエータ(不図示)でピン12を長手方向に駆動させてピン12群に形成した隆起部分(凸部)や窪み部分(凹部)を、様々な操作シーンに応じた形状の入力部として利用する。
例えば、複数の押しボタンが必要な操作シーンであれば、図1に示すように、ピン12群の一部を同時に長手方向上方に移動させて盛り上げることにより、使用目的に応じた様々な形状(三角形、四角形、六角形等)のボタン13を形成することができる。また、ピン12群の一部を同時に長手方向下方に移動させて窪ませることにより、例えば連続して数値を可変させる際に利用するスライダー14を形成することもできる。
このように、実施の形態1による入力装置では、上述したピン12群に形成した隆起部分や窪み部分を入力部に利用することにより、アプリケーションソフトウエアの操作シーンに応じて入力部の物理的な形状や入力操作面積を動的に変更することができ、ユーザに最適な入力形状を提供することが可能である。例えば、ある操作シーンに必要な入力部のみを大きな形状で形成することにより、操作性を向上させることができる。
また、複数のピン12によって物理的に凹凸を付けた入力インタフェース部10を提供することで、ユーザが入力インタフェース部10を見ることなく、必要な操作を促すことができる。例えば、従来のタッチパネルを利用した入力装置では、視覚によらなければ入力位置や入力状態を認識できなかったが、この発明による入力装置では、入力インタフェース部10を手で触った触覚によって入力位置や入力状態の認識を認識することが可能である。
図2は、実施の形態1による入力装置を適用した車載機器の概要を示す図であり、図2(a)はボタンを形成した場合を示し、図2(b)はスライダーを形成した場合を示している。図2(a)に示す例では、車載機器15が実行しているアプリケーションソフトウエアにより、4つのボタン17a〜17dが記載された入力用画面16aが表示されている。この場合、入力インタフェース部10のピン12を長手方向上方に駆動させ、ボタン17a〜17dに各々対応した操作入力ボタン13a〜13dを形成する。
ユーザは、入力用画面16aに記載のボタン17a〜17dを選択する入力操作を行う場合、操作入力ボタン13a〜13dを押下すればよい。このように操作シーンに応じた形状の入力インタフェースを形成することにより、入力操作を迅速に実行できる。また、ピン12を実際に押下して入力が実行されるので、ボタン押下の際に本来得られる感触をユーザにフィードバックすることもできる。
また、図2(b)示す例は、車載機器15の表示画面上に車内温度の調節用画面16bを表示している場合を示しており、温度を調節するための入力部としてスライダー14を入力インタフェース部10に形成している。ユーザは、スライダー14の溝に沿ってピン12をさらに押下してゆくことにより、押下されたピン12で形成される領域の面積等に応じた数値が車内のエアコントローラ(不図示)に伝送され、車内温度が調節される。
図3は、実施の形態1による入力装置の構成を示すブロック図である。図3において、UI部21は、実施の形態1による入力装置を設けた機器の一部からなり、図2で示したような操作画面を表示する表示モニタを備え、アプリケーションソフトウエアを実行するCPU(不図示)を備える。なお、このCPU(以下、上位CPUと称す)は、後述するCPU29のように当該入力装置を制御するものではないが、CPU29の制御機能を兼用するように構成しても構わない。
可変型入力デバイス20は、図1で示した入力インタフェース部10の基部11側に設けられ、ピン上下駆動アクチュエータ23、位置センサ24及び感触アクチュエータ25を備える。ピン上下駆動アクチュエータ(駆動手段)23は、電流ドライバ31から入力される駆動電流でピン12を長手方向上下に駆動させるアクチュエータであり、上記駆動電流にて駆動するステッピングモータ、サーボモータ、超音波モータ、高分子アクチュエータ等を駆動源として構成される。
位置センサ(検出手段)24は、ピン12の長手方向上下の位置を検出するセンサであり、機械的な接触でピン12の長手方向の動きを検出するセンサ等から構成される。この位置センサ24のセンサ情報によって、CPU29がピン12の位置を確認し、操作シーンに応じた形状の入力部を構成するためのピン12が規定位置に調整される。
また、CPU(制御手段)29は、位置センサ24のセンサ情報に基づいて、ピン12群の入力部が入力操作されたか否かを判断する。ここで、入力操作されたと判断すると、CPU29は、その旨をUI部21へ通知する。これにより、UI部21では、アプリケーションソフトウエアにおける当該入力操作に応じた情報処理が実行される。
感触アクチュエータ(感触付与手段)25は、ユーザに操作感触を与えるためのアクチュエータであり、例えば押下したピン12を振動させるバイブレータやピン12の押下に応じて音声出力すること等が考えられる。なお、実施の形態1による入力装置では、ピン12の押下により入力操作した感触をユーザに与えることができるので、感触アクチュエータ25は省略しても構わない。
制御装置22は、可変型入力デバイス20の動作を制御する構成要素であって、アクチュエータ制御部26、制御位置取得部27、感触フィードバック制御部28、CPU29、RAM30a、及びROM30bを備える。アクチュエータ制御部26は、CPU29から指示された位置及び駆動方向に従って、当該位置のピン12が、指示された駆動方向に移動するように電流ドライバ31の駆動電流出力を制御する。
制御位置取得部27は、位置センサ24の検出信号を取得してCPU29へ出力する構成要素である。感触フィードバック制御部28は、CPU29から指示された部位のピン12が操作されると、ユーザに特殊な入力操作感を与えるように感触アクチュエータ25を制御する。CPU29は、RAM30a及びROM30bを用いた情報処理を行うとともに、UI部21から入力された情報(操作シーンを特定する情報)や、位置センサ24のセンサ情報に基づいて、アクチュエータ制御部26、制御位置取得部27及び感触フィードバック制御部28を制御する。
また、実施の形態1による入力装置では、UI部21の上位CPUが実行するアプリケーションソフトウエアの操作シーン毎に対応する入力部形状特定情報が、UI部21側、ROM30b、若しくは不図示のハードディスク装置等に格納される。なお、入力部形状特定情報とは、各操作シーンに応じた入力部の形状パターンを規定する情報であり、入力部の形状パターンを規定するための入力インタフェース部10のピン12の位置座標やピン12の長手方向上下の位置レベルを示す情報が含まれる。
CPU29は、アプリケーションソフトウエアの操作シーンに対応する入力部形状特定情報をUI部21から受信するか、若しくは、UI部21から操作シーンを特定する情報(例えば、アプリケーションソフトウエアの操作画面のプログラムモジュールを示す情報)を受信し、対応する入力部形状特定情報をROM30b等から読み出すと、アクチュエータ制御部26を制御してピン上下駆動アクチュエータ23を駆動させ、当該入力部形状特定情報により指定された形状の入力部を形成する。このとき、CPU29は、制御位置取得部27により取得された位置センサ24のセンサ情報に基づいて、ピン12の駆動位置が規定位置になったか否かを確認し、この結果に応じてアクチュエータ制御部26を制御してピン12の長手方向上下の位置レベルを調節する。
なお、操作アプリケーションでユーザに対して操作確認を行う場合、CPU29が、感触フィードバック制御部28を制御して、例えば所望のピン12が押下されると振動するように感触アクチュエータ25を制御することにより、押下以外の感触で操作確認を行うことができる。
次に入力インタフェース部10に所望の形状の入力を形成する構成について説明する。
(1)構成1
図4は、ピン上下駆動の構成1を示す図である。図4に示す入力インタフェース部10Aでは、ピン12毎にピン上下駆動アクチュエータ23を設け、ピン上下駆動アクチュエータ23からピン12へ延びる支柱32を介して各ピン12を上下駆動させる。なお、ピン上下駆動アクチュエータ23には、超音波モータ、小型ステッピングモータ、サーボモータ、バイオメタル、高分子アクチュエータ等を駆動源として用いる。
この構成における入力部形状特定情報には、アプリケーションソフトウエアの各操作シーンに応じて上下駆動させるべき各ピン12毎の位置座標及びピン12の長手方向上下の位置レベルが規定される。CPU29は、アクチュエータ制御部26を制御して、入力部形状特定情報で指定された各ピン12毎にピン上下駆動アクチュエータ23で駆動させ、所望の形状の入力部(スイッチ、ボタン、スライダー等)を形成させる。
なお、ピン12の長手方向上下の位置レベルは、ピン12の長さに応じて例えば4段階のレベルで上下駆動させる場合、入力部の形成前はピン上下駆動アクチュエータ23で基準となる位置レベル(0レベル)まで押し上げて、各ピン12の端面がほぼ同一平面上に揃うように並べておく。
ボタン形状の入力部を形成する場合、例えば+2レベルまでピン12を上方に移動させてボタンを形成する。ここで、当該ボタンを構成するピン12が+1レベル以下まで押下された旨が検出されると、CPU29は当該ボタンが押下されたものと判断する。また、スライダー14を形成する場合は、例えば−1レベルまでピン12を下方に移動させてスライダー溝を形成し、位置センサ24によって−2レベルまで押下された旨が検出されると、CPU29は、スライダー14が操作されたものと判断する。
また、ピン上下駆動アクチュエータ23とともに、感触アクチュエータ25をピン12毎に設けることにより、押下以外の感触をユーザに与えることができる。感触アクチュエータ25としては、上述した振動を与えるものの他、例えばクリック音を出力する、若しくは、クリック感を出すために、ピン12を押下する力が所定の閾値を超えるまで下方の移動に対抗する力を発生するもの等が考えられる。
(2)構成2
図5は、ピン上下駆動の構成2を示す図である。図5に示す入力インタフェース部10Bでは、アプリケーションソフトウエアの操作シーン毎に必要な操作入力用ボタン41やスイッチ、スライダー42等の入力部を予め形成した、型となるプレート40a,40b,・・・を用意する。スライドレール43でプレート40a,40b,・・・を移動させ、ピン12群の下部に各操作シーンに対応するプレートを押し付けることにより、ピン12群の一部にプレートの入力部に応じた形状を形成する。ここで、例えば押しボタン式の入力部を形成する場合、プレート40a,40b,・・・の入力部にタクトスイッチ(メタルドームスイッチ)を使用すれば、ピン12を介しても押下した感触がわかりやすい(クリック感のよい)入力部を提供することができる。
この構成2において、プレート40a,40b,・・・、これらプレートを平面移動させるスライドレール43及びその駆動アクチュエータ(不図示)、ピン12群の下部にプレートを押し付ける上部駆動アクチュエータ44が、ピン上下駆動アクチュエータ23に相当する構成となる。また、プレート40a,40b,・・・上に形成した入力部は、入力操作に応じたピン12の駆動を検出する位置センサ24の機能を有する。
また、ピン12群は、例えば不図示の枠体で側方から押圧することにより、各ピン12の長手方向上下の移動が止められる。スライドレール43上で移動させて所望のプレオートをピン12群の下部に配置するまでの間は上記枠体でピン12の上下動を止めておき、所望のプレートを配置すると、上記枠体をゆるめてピン12の自重(下方移動用に重りを付加してもよい)で長手方向に移動させて、ピン12群でプレート上の入力部形状を形成する。
また、この構成で使用する入力部形状特定情報には、アプリケーションソフトウエアの各操作シーンに応じた入力部が形成されたプレート40a,40b,・・・を識別する識別情報が設定される。CPU29は、アクチュエータ制御部26を制御してピン上下駆動アクチュエータ23を駆動させ、入力部形状特定情報で指定されたプレートをピン12群の下部に押し付けることにより、所望の形状の入力部(スイッチ、ボタン、スライダー等)を形成する。
複数のピン12を介してプレート上の入力部が操作されると、その入力操作信号がプレートを介して制御位置取得部27に取得され、CPU29に通知される。CPU29は、プレート上のいずれの入力部が操作されたかをUI部21へ通知することにより、UI部21では、アプリケーションソフトウエアにおける当該入力操作に応じた情報処理が実行される。
なお、入力部を形成したプレートを移動させる構成としては、上述したスライドレール43を利用するものの他、図6に示すような回転方式であってもよい。この入力インタフェース部10Cでは、上述と同様に入力部を形成したプレート50を多角柱状(図6の例では、六角柱)の回転部51の各側面に取り付ける。
回転部51の各側面には、プレート50を上記側面の法線方向に駆動させるアクチュエータが設けられており、図6中に矢印で示すように、回転部51を軸周りに回転させて選択したプレート50をピン12群の下部に押し付けることが可能である。プレート50をピン12群の下部に押し付けることにより、ピン12群の一部にプレート50の入力部に応じた形状の隆起部分や窪み部分が形成される。
この構成では、プレート50、回転部51及びプレート50を上下駆動させるアクチュエータ(不図示)が、ピン上下駆動アクチュエータ23に相当する構成となる。また、スライド方式と同様に、プレート50上に形成された入力部が、入力操作に応じたピン12の駆動を検出する位置センサ24の機能を有する。
また、ピン12群は、スライド方式と同様に、例えば不図示の枠体で側方から押圧することにより、各ピン12の長手方向上下の移動が止められる。回転部51を回転させて所望のプレオートをピン12群の下部に配置するまでの間は上記枠体でピン12の上下動を止めておき、所望のプレートを配置すると、上記枠体をゆるめてピン12の自重(下方移動用に重りを付加してもよい)で長手方向に移動させて、ピン12群でプレート上の入力部形状を形成する。
入力部形状特定情報には、スライド方式と同様に、アプリケーションソフトウエアの各操作シーンに応じた入力部が形成されたプレート50を識別する識別情報が設定される。CPU29は、アクチュエータ制御部26を制御してピン上下駆動アクチュエータ23を駆動させ、入力部形状特定情報で指定されたプレートをピン12群の下部に押し付けることにより、ピン12群の一部に所望の形状の入力部(スイッチ、ボタン、スライダー等)が形成される。
(3)構成3
図7は、ピン上下駆動の構成3を示す図である。図7に示す入力インタフェース部10Dでは、ピン12群の下部に所定サイズの複数のブロック61に区画されたプレートを有する枠体60を取り付ける。また、各ブロック61の下部には、支柱32がそれぞれ設けられており、ピン上下駆動アクチュエータ23は、支柱32を介して各ブロック61を独立に上下駆動させることができる。
ここでは、入力インタフェース部10Dで提供する入力部形状の最小サイズを、ブロック61の最小ブロック単位とするが、少なくとも複数のピン12を同時に上下駆動可能な大きさであればよい。なお、ピン上下駆動アクチュエータ23には、上述した構成1と同様に、超音波モータ、小型ステッピングモータ、サーボモータ、バイオメタル、高分子アクチュエータ等を駆動源として用いる。
図7に示すように、複数のブロック61を同時に上方に移動させることにより、複数のピン12が長手方向上方に移動し、上方に移動させた上記ブロック61の外形に対応するボタンが形成される。反対に、複数のブロック61を同時に下方に移動させることで、複数のピン12が自重(下方移動用に重りを付加してもよい)によって長手方向下方に移動し、下方に移動させた上記ブロック61の外形に対応するスライダー溝を形成することができる。
また、ブロック61の下部にタクトスイッチ(メタルドームスイッチ)を設けることにより、ピン12を介しても押下した感触がわかりやすい(クリック感のよい)入力部を提供することができる。
この構成の入力部形状特定情報には、アプリケーションソフトウエアの各操作シーンに応じた入力部の形状を形成すべきピン12の位置座標及びピン12の長手方向上下の位置レベルが設定される。CPU29は、アクチュエータ制御部26を制御して、入力部形状特定情報で指定されたピン12群の位置座標に対応するブロック61をピン上下駆動アクチュエータ23で駆動させ、所望の形状の入力部(スイッチ、ボタン、スライダー等)を形成する。
複数のピン12を介してブロック61が操作されると、その入力操作信号がブロック61を介して制御位置取得部27に取得され、CPU29に通知される。CPU29は、プレート上のいずれのブロック61が操作されたかをUI部21へ通知することにより、UI部21では、アプリケーションソフトウエアにおける当該入力操作に応じた情報処理が実行される。
なお、この構成は、ブロック61を上下駆動させない状態であれば、ピン12群の各端面がほぼ同一平面に揃った一様な配列を維持するため、デザイン性を損なうことはない。また、ブロック61単位でアクチュエータを設ければよいので、構成1と比較して部品点数を削減することができ、コスト的にも有利である。
また、図7ではブロック61の形状を矩形としたが、ブロック61には複数のピン12の配置に応じて様々な形状を適用することができる。例えば、図8(a)に示すように、4つのピン12を各端面円の中心が正方形の頂点に位置するように配置したものを最小単位として複数のピン12を配列した場合、ブロック61を、図8(a)中に符号Aを付した矩形領域の形状とすることで、当該領域に含まれるピン12を同時に上下駆動させることができる。なお、最小単位とした4つのピン12に対応する形状(正方形)でブロックを形成してもよい。
また、図8(b)に示すピン配列は、図8(a)で示した最小単位の4つのピン12の端面円を平面内で1つの端面円分だけずらし、4つのピン12の端面円の中心が平行四辺形の頂点に位置するように配置したものを最小単位としている。この場合、ブロック61を、図8(b)中に符号Bを付した六角形領域の形状とすることで、当該領域に含まれるピン12を同時に上下駆動させることができる。なお、最小単位とした4つのピン12に対応する形状(平行四辺形)でブロックを形成してもよい。
以上のように、この実施の形態1によれば、複数のピン12を長手方向に駆動可能に平面状に並べてなるピン12群を備え、ピン上下駆動アクチュエータ23を制御してピン12を駆動させることにより、ピン12群に凸部又は凹部からなる入力部を形成し、ピン12群に対する操作によってピン12に生じた長手方向の動きの検出結果に基づいて入力部に対する操作の有無を判断する。このように構成することで、操作シーンに応じた形状の凸部又は凹部の入力部をピン12群に形成できることから、入力操作を迅速に実行することが可能である。また、物理的形状を有する入力部を提示して入力操作した感触を操作者にフィードバックすることができ、誤操作を低減できる。
なお、上記実施の形態1では、ピン12が円柱状である場合を例に示したが、三角柱状や四角柱状などの多角柱状であってもよい。
この発明の実施の形態1による入力装置の入力インタフェース部を示す斜視図である。 実施の形態1による入力装置を適用した車載機器の概要を示す図である。 実施の形態1による入力装置の構成を示すブロック図である。 ピン上下駆動の構成1を示す図である。 ピン上下駆動の構成2を示す図である。 ピン上下駆動の構成2の他例を示す図である。 ピン上下駆動の構成3を示す図である。 ピン配置のパターン例を示す図である。
符号の説明
10,10A〜10D 入力インタフェース部、11 基部、12 ピン、13,13a〜13d,41 操作入力用ボタン、14,42 スライダー、15 車載機器、16a,16b 操作画面、17a〜17d ボタン、20 可変型入力デバイス、21 UI部、22 制御装置、23 ピン上下駆動アクチュエータ(駆動手段)、24 位置センサ(検出手段)、25 感触アクチュエータ、26 アクチュエータ制御部、27 制御位置取得部、28 感触フィードバック制御部、29 CPU(制御手段)、30a RAM、30b ROM、31 電流ドライバ、32 支柱、40a,40b,50 プレート、43 スライドレール、44 上部駆動アクチュエータ、51 回転部、60 枠体、61 ブロック。

Claims (2)

  1. 複数のピンを長手方向に駆動可能に平面状に並べてなるピン群と、
    前記ピン群のピンを長手方向に駆動させる駆動手段と、
    前記ピン群に対する操作によってピンに生じた長手方向の動きを検出する検出手段と、
    前記駆動手段を制御して、少なくとも複数のピンを同時に上下駆動可能な大きさの複数のブロックを同時に上方に駆動させることにより、前記ピン群の凸部又は凹部からなる入力部を形成し、前記検出手段の検出結果に基づいて前記入力部に対する操作の有無を判断する制御手段とを備え、
    前記ピンを振動させるバイブレータもしくは前記ピンの押下に応じた音声出力によって、入力部を操作した感触を操作者に与える感触付与手段を備えたことを特徴とする入力装置。
  2. 制御手段は、操作シーンに応じて予め設定した形状の凸部又は凹部からなる入力部をピン群に形成することを特徴とする請求項記載の入力装置。
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