JP5452404B2

JP5452404B2 - 触感呈示装置

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Publication number: JP5452404B2
Application number: JP2010167941A
Authority: JP
Inventors: 健治河野; 智剛青野; 隼武田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2010-07-27
Filing date: 2010-07-27
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2030-07-27
Also published as: JP2012027816A

Description

本発明は、タッチセンサを備える触感呈示装置に関するものである。

近年、携帯電話やゲーム機等の携帯機器、電卓、券売機等の情報機器、電子レンジ、テレビ、照明器具等の家電製品、産業用機器（ＦＡ機器）等には、操作者による入力操作を受け付ける操作部等の入力装置として、タッチパネルやタッチスイッチ等のタッチセンサを備える入力装置が広く使用されている。

タッチセンサには、抵抗膜方式、静電容量方式、光学式等の種々の方式が知られている。しかし、いずれの方式のタッチセンサにおいても、指やスタイラスペン等の押下対象（オブジェクト）によるタッチ入力（入力操作）を受け付けるものであって、タッチセンサ自体は、タッチされても、押しボタンスイッチのようには物理的に変位しない。そのため、操作者にとっては、入力操作に対するフィードバックが得られないことから、誤入力が生じ易くなることが懸念される。

これを解決するものとして、例えば、タッチセンサの所定領域への所定の押下荷重の入力を検出し、これによりタッチセンサを振動させて、操作者の指先に触覚をフィードバックする入力装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、タッチセンサへの押下時およびタッチセンサからのリリース時に、所定の押下荷重を検出して、タッチセンサを異なる振動パターンで振動させるようにした入力装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

上記の特許文献１には、圧電素子を用いてタッチセンサへの押下荷重を検出することが開示されている。また、特許文献２には、抵抗変化を利用する力センサを用いてタッチセンサへの押下荷重を検出することが開示されている。

特開平１０−２９３６４４号公報特開２００５−３３２０６３号公報

ところで、タッチセンサへのタッチ操作に対し、操作者に押しボタンスイッチを操作した場合のような操作感を与えるには、特許文献２に開示のように、タッチセンサへの押下時とタッチセンサからのリリース時とで、タッチセンサを振動させるのが好ましい。また、この場合、抵抗変化を利用する力センサに代えて、特許文献１に開示のように、圧電素子を用いて押下荷重を検出するように構成することが考えられる。このようにすれば、装置の仕様によっては、タッチセンサの振動用のアクチュエータとして圧電素子を用いる場合に、振動用の圧電素子と荷重検出用の圧電素子との部品の共通化や共用化を図ることが可能となり、装置構成上有利となる。

しかしながら、圧電素子は、一定の荷重状態が保持されると、発生した電荷を徐々に放電する自己放電特性を有することが知られている。例えば、図９に示すように、圧電素子への押下荷重を時間ｔ_１［秒］まで連続的に増加させて、圧電素子の出力電圧を所定値Ｖ_１［Ｖ］まで直線的に増加させる。その後、その押下状態を保持すると、圧電素子の電荷が自己放電して出力電圧がＶ_１［Ｖ］から徐々に低下する。その放電時定数は、圧電素子によって異なる。そのため、圧電素子を用いて押下荷重を検出する場合は、タッチセンサの押下による所定の出力電圧を検出してタッチセンサを振動させた後、押下状態が長く保持されていると、圧電素子の出力電圧が自己放電により所定のリリース振動に対応する電圧まで低下してしまい、タッチセンサを振動させてしまう。その結果、操作者にタッチ操作に対する不安感や違和感を与えることが想定される。

したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、操作者に不安感や違和感を与えることなくタッチ操作ができるように適切に構成した触感呈示装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明に係る触感呈示装置の発明は、
タッチセンサと、
該タッチセンサのタッチ面を振動させる触感呈示部と、
前記タッチセンサに対する押下荷重を検出する圧電素子と、
該圧電素子による前記押下荷重に基づいて前記触感呈示部の駆動を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記押下荷重が第１の基準を満たしたのを検知すると、前記触感呈示部を駆動して前記タッチ面を振動させ、前記タッチ面を振動させてから所定時間内に、前記押下荷重が第２の基準を満たしたのを検知すると、前記触感呈示部を駆動して前記タッチ面を振動させ、
前記制御部は、前記第１の基準を満たして前記タッチ面を振動させてから前記押下荷重が前記第２の基準を満たさない状態のまま前記所定時間経過したのを検知すると、前記所定時間が経過したのに同期して前記触感呈示部を駆動して前記タッチ面を振動させる、ことを特徴とするものである。

本発明によれば、触感の呈示後、所定時間内に次の触感が呈示されない場合は、強制的に触感が呈示される。これにより、操作者は、不安感や違和感を覚えることなくタッチ操作を行うことが可能となる。

本発明の一実施の形態に係る触感呈示装置の概略構成を示す機能ブロック図である。図１に示したタッチセンサの支持構造の二つの例の概略構成を示す平面図である。図１に示した触感呈示装置における主制御部および触感呈示制御部の第１動作例を示すシーケンス図である。図１に示した触感呈示装置における主制御部および触感呈示制御部の第２動作例を示すシーケンス図である。図１に示した触感呈示装置における主制御部および触感呈示制御部の第３動作例を示すシーケンス図である。タッチパネルに対するオブジェクトの操作例を説明する図である。図１に示した触感呈示装置における主制御部および触感呈示制御部の第４動作例を示すシーケンス図である。図１に示した触感呈示装置における主制御部および触感呈示制御部の第５動作例を示すシーケンス図である。圧電素子の自己放電特性を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る触感呈示装置の概略構成を示す機能ブロック図である。この触感呈示装置は、タッチセンサ１１、タッチセンサ制御部１２、圧電素子１３、触感呈示制御部１４、表示部１５、表示制御部１６、および、主制御部１７を有する。タッチセンサ１１は、表示部１５に対する指などの押下物（オブジェクト）によるタッチ入力を受け付けるもので、抵抗膜方式、静電容量方式、光学式等の公知の方式のタッチパネルやタッチスイッチ等により構成される。このタッチセンサ１１のタッチ面１１ａ（図２参照）に対する押下物による入力位置情報は、タッチセンサ１１の出力に基づいてタッチセンサ制御部１２で検出される。この検出された入力位置情報は、主制御部１７に供給される。

圧電素子１３は、タッチセンサ１１のタッチ面１１ａを振動させる触感呈示部と、タッチセンサ１１に対する押下荷重を検出する荷重検出部とを構成する。圧電素子１３により検出される押下荷重は、触感呈示制御部１４に供給される。

触感呈示制御部１４は、専用のプロセッサ（例えば、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ））によって構成され、主制御部１７からの指示により、動作の開始および停止が制御される。すなわち、触感呈示制御部１４は、主制御部１７からの動作開始指示により、動作状態をノンアクティブ状態からアクティブ状態に遷移し、主制御部１７からの動作停止指示により、動作状態をアクティブ状態からノンアクティブ状態に遷移する。そして、アクティブ状態では、圧電素子１３の出力に基づいて押下荷重を検出するとともに、主制御部１７から動作開始指示とともに送信される後述のパラメータテーブルに基づいて、圧電素子１３の駆動を制御する。また、ノンアクティブ状態では、押下荷重の検出および圧電素子１３の駆動の制御を停止する。さらに、触感呈示制御部１４は、アクティブ状態において、圧電素子１３を駆動してタッチセンサ１１を振動させると、主制御部１７に振動通知を送信する。

表示部１５は、主制御部１７により表示制御部１６を介して制御される。これにより、表示部１５は、アプリケーションやＯＳ（Operating System）に基づく画面を表示する。そして、その画面に、例えば、押しボタンスイッチ（プッシュ式ボタンスイッチ）のような入力ボタン等のタッチ入力画面を描画する。表示部１５は、例えば、液晶表示パネルや有機ＥＬ表示パネル等を用いて構成される。

主制御部１７は、ＣＰＵ（中央処理装置）等の任意の好適なプロセッサで構成されるもので、アプリケーション処理部２１を有する。アプリケーション処理部２１は、描画出力部２２、オブジェクト位置検出部２３、触感呈示エリア判定部２４および描画更新部２５を有する。描画出力部２２は、表示制御部１６を介して表示部１５に描画する画像情報を出力する。オブジェクト位置検出部２３は、タッチセンサ制御部１２からの入力位置情報に基づいてオブジェクトの位置を検出する。触感呈示エリア判定部２４は、オブジェクト位置検出部２３によるオブジェクトの位置検出結果に基づいて、描画中の触感呈示エリアにおけるオブジェクトの有無を判定する。つまり、オブジェクトが触感呈示エリアに進入したか否かを判定する。描画更新部２５は、触感呈示制御部１４からの振動通知に基づいて、アプリケーションに応じて表示部１５に描画する画像情報を更新する。この描画更新部２５で更新された画像情報は、描画出力部２２から表示制御部１６に出力される。

主制御部１７は、触感呈示エリア判定部２４による判定結果に基づいて、触感呈示制御部１４に対して動作開始指示や動作停止指示を送信して、動作の開始や停止を制御する。したがって、本実施の形態に係る触感呈示装置において、主制御部１７および触感呈示制御部１４は、触感呈示部を構成する圧電素子１３の駆動を制御する制御部を構成している。

主制御部１７は、さらに、触感呈示用の複数のパラメータテーブルを格納する記憶部２６を有する。パラメータテーブルには、押下段数、リリース段数、押下閾値、リリース閾値、押下振動パターン、リリース振動パターン、振動の強さ、等の各種のパラメータが含まれる。

押下段数は、オブジェクトによるタッチセンサ１１の押下中に、オブジェクトに与える触感（押下触感）の段数（回数）を設定する。リリース段数は、オブジェクトがタッチセンサ１１からリリース中にオブジェクトに与える触感（リリース触感）の段数を設定する。押下閾値およびリリース閾値は、押下段数およびリリース段数の各段に対応する荷重の閾値を設定する。押下振動パターンおよびリリース振動パターンは、押下触感およびリリース触感を呈示するために圧電素子１３に与える駆動信号パターンを設定する。この押下振動パターンやリリース振動パターンによって、押しボタンスイッチを押した際に得られるクリック触感、押し込み触感等が呈示される。振動の強さは、押下振動パターンおよびリリース振動パターンの各々の振動の強さを設定する。

記憶部２６は、これらのパラメータの組み合わせをパラメータテーブルとして格納する。そして、主制御部１７は、触感呈示制御部１４への動作開始指示とともに、当該触感呈示エリアに対応するパラメータテーブルを触感呈示制御部１４に送信する。

主制御部１７は、触感呈示制御部１４に対して動作開始指示を送信してから所定時間経過した時点で、触感呈示制御部１４から振動通知を受信できていない場合、触感呈示制御部１４に対して、所定のパラメータテーブルとともに強制振動指示を与える。また、主制御部１７は、触感呈示制御部１４から振動通知を受信した後、所定時間経過した時点で、パラメータテーブルに基づく次の振動通知を受信できていない場合、触感呈示制御部１４に対して、所定のパラメータテーブルとともに強制リリース振動指示を与える。ここで、上記の所定時間は、圧電素子１３の放電時定数による出力電圧が、触感呈示動作に影響を与えない出力電圧に低下するまでの時間を意味しており、例えば初期の押下荷重の８０％以上の押下荷重が検出される保持時間とするのが好ましい。

なお、主制御部１７と触感呈示部１４との間の通信は、公知のUART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter)、I2C（Inter-Integrated Circuit）、GPIO(General Purpose Input/Output)を用いて実行される。

図２（ａ）および（ｂ）は、図１に示したタッチセンサ１１の支持構造の二つの例の概略構成を示す平面図である。図２（ａ）に示す支持構造は、平面視長方形のタッチパネル１１を、その裏面側の四隅の四点でそれぞれ支持部材３１を介して表示部１５（図１参照）上に湾曲可能に支持したものである。また、タッチセンサ１１の裏面側には、仮想線で示す表示部１５の表示領域１５ａの外側で、対向する２つの長辺の中央部に、短冊状の圧電素子３２ａ，３２ｂが対応する辺に沿って貼付されている。圧電素子３２ａ，３２ｂは、図１の圧電素子１３を構成する。

これにより、タッチセンサ１１は、タッチ面１１ａが押下されると微小湾曲する。そして、その湾曲変形により圧電素子３２ａ，３２ｂに電荷が蓄積されて電圧が発生する。また、圧電素子３２ａ，３２ｂに外部から電圧を印加すると、圧電素子３２ａ，３２ｂが湾曲変位して、タッチセンサ１１は四点の支持部材３１を節として湾曲振動する。

図２（ｂ）に示す支持構造は、平面視長方形のタッチパネル１１を、その裏面側で、四隅の四点と、対向する２つの長辺の中央部の二点との合計六点でそれぞれ支持部材３１を介して表示部１５（図１参照）上に湾曲可能に支持したものである。また、タッチセンサ１１の裏面側には、表示部１５の表示領域１５ａの外側で、対向する２つの短辺の中央部に、図１の圧電素子１３を構成する短冊状の圧電素子３２ａ，３２ｂが、対応する辺に沿って貼付されている。

これにより、図２（ａ）の場合と同様に、タッチセンサ１１は、タッチ面１１ａが押下されると微小湾曲する。そして、その湾曲変形により圧電素子３２ａ，３２ｂに電荷が蓄積されて電圧が発生する。また、圧電素子３２ａ，３２ｂに外部から電圧を印加すると、圧電素子３２ａ，３２ｂが湾曲変位して、タッチセンサ１１は六点の支持部材３１を節として湾曲振動する。

以下、図１に示した触感呈示装置における主制御部１７および触感呈示制御部１４の動作例について説明する。なお、以下の説明において、表示部１５には、既に、主制御部１７のアプリケーション処理部２１に設けられた描画出力部２２から、表示制御部１６を介して、アプリケーションに応じた所要の触感呈示エリアを含む画像が描画されているものとする。

先ず、第１動作例〜第３動作例として、圧電素子１３の自己放電特性に影響されることなく、触感呈示エリアが通常の操作時間（例えば、６０秒以内）で押下およびリリースのタッチ操作がされる場合の動作例を説明する。

（第１動作例）
図３は、第１動作例のシーケンス図である。この第１動作例は、触感呈示エリアにおいて、押下時とリリース時とでそれぞれ１段の触感を呈示するものである。先ず、主制御部１７は、オブジェクト位置検出部２３により、タッチセンサ制御部１２から定期的に入力位置情報を取得して、タッチセンサ１１に対する指などのオブジェクトの位置を検出する（Ｓ１０１）。そして、主制御部１７は、オブジェクト位置検出部２３によるオブジェクトの位置検出結果に基づいて、触感呈示エリア判定部２４により、オブジェクトが表示部１５に描画中の触感呈示エリアに進入したのを検知すると（Ｓ１０３）、触感呈示制御部１４に対して動作開始指示を送信する。また、主制御部１７は、動作開始指示に付加して、当該触感呈示エリアに対応する上記の押下段数およびリリース段数が各１段のパラメータテーブルを記憶部２６から読み出して、触感呈示制御部１４に送信する。

触感呈示制御部１４は、主制御部１７から動作開始指示を受信すると、動作状態をノンアクティブ状態からアクティブ状態に遷移して、動作開始指示とともに受信したパラメータテーブルを図示しない内蔵メモリに格納する。その後、触感呈示制御部１４は、圧電素子１３の出力電圧を定期的に取得して、タッチセンサ１１にかかる押下荷重を検出する（Ｓ２０１）。そして、触感呈示制御部１４は、押下荷重がパラメータテーブルに設定されている押下閾値に達したのを検知すると（Ｓ２０３）、圧電素子１３に対してパラメータテーブルに設定されている押下振動パターンを出力する（Ｓ２０５）。それと同期して、触感呈示制御部１４は、主制御部１７に対して押下の振動通知を送信する。

主制御部１７は、触感呈示制御部１４から振動通知を受信すると、所定時間（例えば、６０秒）、当該パラメータテーブルに基づく次の振動通知（この場合、リリースの振動通知）の受信を監視する。そのため、主制御部１７は、振動通知の受信後、オブジェクトが当該触感呈示エリアに位置する状態で、少なくとも上記の所定時間は触感呈示制御部１４のアクティブ状態を維持する。また、主制御部１７は、触感呈示制御部１４から振動通知（この場合、押下の振動通知）を受けると、アプリケーションに応じて描画更新部２５により、表示部１５に描画する画像情報を更新する（Ｓ１０５）。

触感呈示制御部１４は、振動通知後、アクティブ状態中に、引き続き圧電素子１３の出力電圧を監視して、タッチセンサ１１にかかる押下荷重を検出する。そして、触感呈示制御部１４は、押下荷重がパラメータテーブルに設定されているリリース閾値に達したのを検知すると（Ｓ２０７）、圧電素子１３に対してパラメータテーブルに設定されているリリース振動パターンを出力する（Ｓ２０９）。それと同期して、触感呈示制御部１４は、主制御部１７に対してリリースの振動通知を送信する。

主制御部１７は、押下の振動通知の受信から所定時間内に、触感呈示制御部１４からリリースの振動通知を受信すると、その後、触感呈示エリア判定部２４の判定結果を監視する。そして、オブジェクトが当該触感呈示エリアから外れたのを検知すると（Ｓ１０７）、主制御部１７は、触感呈示制御部１４に対して動作停止指示を送信する。

触感呈示制御部１４は、主制御部１７から動作停止指示を受けると、内蔵メモリに格納したパラメータテーブルを消去して、動作状態をアクティブ状態からノンアクティブ状態に遷移し、押下荷重の検出および圧電素子１３の駆動の制御を停止する。

（第２動作例）
図４は、第２動作例のシーケンス図である。この第２動作例は、触感呈示エリアにおいて、押下時とリリース時とでそれぞれ２段の触感を呈示するものである。この場合、主制御部１７は、動作開始指示とともに、検知された触感呈示エリアに対応する上記の押下段数およびリリース段数が各２段のパラメータテーブルを記憶部２６から読み出して、触感呈示制御部１４に送信する。なお、図４の主制御部１７におけるＳ１０１およびＳ１０３の処理は、図３のＳ１０１およびＳ１０３の処理と同じである。

触感呈示制御部１４は、主制御部１７から動作開始指示を受信すると、第１動作例と同様に、動作状態をアクティブ状態にして、動作開始指示とともに受信したパラメータテーブルを内蔵メモリに格納する。その後、触感呈示制御部１４は、第１動作例と同様に、タッチセンサ１１にかかる押下荷重を定期的に検出する（Ｓ２１１）。そして、触感呈示制御部１４は、押下荷重がパラメータテーブルに設定されている１段目の押下閾値に達したのを検知すると（Ｓ２１３）、圧電素子１３に対してパラメータテーブルに設定されている１段目押下に対応する押下振動パターンを出力する（Ｓ２１５）。それと同期して、触感呈示制御部１４は、主制御部１７に対して１段目押下の振動通知を送信する。

主制御部１７は、触感呈示制御部１４から１段目押下の振動通知を受信すると、所定時間、当該パラメータテーブルに基づく次の振動通知（この場合、２段目押下の振動通知）の受信を監視する。そのため、主制御部１７は、振動通知の受信後、オブジェクトが当該触感呈示エリアに位置する状態で、少なくとも所定時間は触感呈示制御部１４のアクティブ状態を維持する。また、主制御部１７は、触感呈示制御部１４から１段目押下に対応する振動通知を受けると、第１動作例と同様に、アプリケーションに応じて表示部１５に描画する画像情報を更新する（Ｓ１０５）。

触感呈示制御部１４は、１段目押下の振動通知後、アクティブ状態中に、引き続き圧電素子１３の出力電圧を監視して、タッチセンサ１１にかかる押下荷重を検出する。そして、触感呈示制御部１４は、押下荷重がパラメータテーブルに設定されている２段目の押下閾値に達したのを検知すると（Ｓ２１７）、圧電素子１３に対してパラメータテーブルに設定されている２段目押下に対応する押下振動パターンを出力する（Ｓ２１９）。それと同期して、触感呈示制御部１４は、主制御部１７に対して２段目押下の振動通知を送信する。

主制御部１７は、１段目押下の振動通知の受信から所定時間内に、触感呈示制御部１４から２段目押下の振動通知を受信すると、同様に、所定時間、当該パラメータテーブルに基づく次の振動通知（この場合、２段目リリースの振動通知）の受信を監視する。そのため、主制御部１７は、２段目押下の振動通知の受信後、オブジェクトが当該触感呈示エリアに位置する状態で、少なくとも所定時間は触感呈示制御部１４のアクティブ状態を維持する。また、主制御部１７は、触感呈示制御部１４から２段目押下に対応する振動通知を受けると、同様に、アプリケーションに応じて表示部１５に描画する画像情報を更新する（Ｓ１０６）。

触感呈示制御部１４は、２段目押下の振動通知後、アクティブ状態中に、引き続き圧電素子１３の出力電圧を監視して、タッチセンサ１１にかかる押下荷重を検出する。そして、触感呈示制御部１４は、押下荷重がパラメータテーブルに設定されている２段目のリリース閾値に達したのを検知すると（Ｓ２２１）、圧電素子１３に対してパラメータテーブルに設定されている２段目リリースに対応するリリース振動パターンを出力する（Ｓ２２３）。それと同期して、触感呈示制御部１４は、主制御部１７に対して２段目リリースの振動通知を送信する。

主制御部１７は、２段目押下の振動通知の受信から所定時間内に、触感呈示制御部１４から２段目リリースの振動通知を受信すると、同様に、所定時間、当該パラメータテーブルに基づく次の振動通知（この場合、１段目リリースの振動通知）の受信を監視する。そのため、主制御部１７は、２段目リリースの振動通知の受信後、オブジェクトが当該触感呈示エリアに位置する状態で、少なくとも所定時間は触感呈示制御部１４のアクティブ状態を維持する。

触感呈示制御部１４は、２段目リリースの振動通知後、アクティブ状態中に、引き続き圧電素子１３の出力電圧を監視して、タッチセンサ１１にかかる押下荷重を検出する。そして、触感呈示制御部１４は、押下荷重がパラメータテーブルに設定されている１段目のリリース閾値に達したのを検知すると（Ｓ２２５）、圧電素子１３に対してパラメータテーブルに設定されている１段目リリースに対応するリリース振動パターンを出力する（Ｓ２２７）。それと同期して、触感呈示制御部１４は、主制御部１７に対して１段目リリースの振動通知を送信する。

主制御部１７は、２段目リリースの振動通知の受信から所定時間内に、触感呈示制御部１４から１段目リリースの振動通知を受信すると、その後、触感呈示エリア判定部２４の判定結果を監視する。そして、オブジェクトが当該触感呈示エリアから外れたのを検知すると（Ｓ１０７）、主制御部１７は、触感呈示制御部１４に対して動作停止指示を送信する。

触感呈示制御部１４は、主制御部１７から動作停止指示を受けると、第１動作例と同様に、内蔵メモリに格納したパラメータテーブルを消去して、動作状態をアクティブ状態からノンアクティブ状態に遷移し、押下荷重の検出および圧電素子１３の駆動の制御を停止する。

（第３動作例）
図５は、第３動作例のシーケンス図である。この第３動作例は、触感呈示エリアにおいて、押下時に２段、リリース時に１段の触感を呈示するものである。この場合、主制御部１７は、動作開始指示とともに、検知された触感呈示エリアに対応する上記の押下段数およびリリース段数のパラメータテーブルを記憶部２６から読み出して、触感呈示制御部１４に送信する。なお、図５の主制御部１７におけるＳ１０１およびＳ１０３の処理は、図３のＳ１０１およびＳ１０３の処理と同じである。

触感呈示制御部１４は、主制御部１７から動作開始指示を受信すると、図４のＳ２１１、Ｓ２１３およびＳ２１５と同様の処理を実行して、主制御部１７に対して１段目押下の振動通知を送信する。

主制御部１７は、触感呈示制御部１４から１段目押下の振動通知を受信すると、同様に、所定時間、当該パラメータテーブルに基づく次の振動通知（この場合、２段目押下の振動通知）の受信を監視する。そのため、主制御部１７は、振動通知の受信後、オブジェクトが当該触感呈示エリアに位置する状態で、少なくとも所定時間は触感呈示制御部１４のアクティブ状態を維持する。また、主制御部１７は、触感呈示制御部１４から１段目押下に対応する振動通知を受けると、第１動作例と同様に、アプリケーションに応じて表示部１５に描画する画像情報を更新する（Ｓ１０５）。

触感呈示制御部１４は、その後、アクティブ状態中に、図４のＳ２１７およびＳ２１９と同様の処理を実行して、主制御部１７に対して２段目押下の振動通知を送信する。

主制御部１７は、１段目押下の振動通知の受信から所定時間内に、触感呈示制御部１４から２段目押下の振動通知を受信すると、同様に、所定時間、当該パラメータテーブルに基づく次の振動通知（この場合、リリースの振動通知）の受信を監視する。そのため、主制御部１７は、２段目押下の振動通知の受信後、オブジェクトが当該触感呈示エリアに位置する状態で、少なくとも所定時間は触感呈示制御部１４のアクティブ状態を維持する。

そして、触感呈示制御部１４は、２段目押下の振動通知後、アクティブ状態中に、押下荷重がパラメータテーブルに設定されているリリース閾値に達したのを検知すると（Ｓ２３１）、圧電素子１３に対してパラメータテーブルに設定されているリリース振動パターンを出力する（Ｓ２３３）。それと同期して、触感呈示制御部１４は、主制御部１７に対してリリースの振動通知を送信する。

主制御部１７は、２段目押下の振動通知の受信から所定時間内に、触感呈示制御部１４からリリースの振動通知を受信すると、その後、触感呈示エリア判定部２４の判定結果を監視する。そして、オブジェクトが当該触感呈示エリアから外れたのを検知すると（Ｓ１０７）、主制御部１７は、触感呈示制御部１４に対して動作停止指示を送信する。

上述した第１動作例〜第３動作例によると、指などのオブジェクトが、表示部１５に描画されている触感呈示エリアに対応するタッチセンサ１１の所定の領域に直接進入した場合、すなわち、オブジェクトがタッチした時点のタッチセンサ１１の位置が触感呈示エリアに対応する位置である場合は、直ちに触感呈示制御部１４がアクティブ状態となって触感呈示制御が実行される。そして、この触感呈示エリアからオブジェクトがスライドすることなく直接離間すると、つまり、オブジェクト位置検出部２３がオブジェクトの位置を検出しなくなると、直ちに触感呈示制御部１４がノンアクティブ状態となる。

また、図６に示すように、描画されたボタン等の触感呈示エリア３５を横切るように、タッチセンサ１１上でオブジェクト３６が矢印で示すようにスライドされた場合は、オブジェクト３６の位置が触感呈示エリア３５に進入したのが検知されると、主制御部１７から触感呈示制御部１４に動作開始指示が送信されて、触感呈示制御部１４がアクティブ状態となる。また、オブジェクト３６の位置が触感呈示エリア３５から外れたのが検知されると、主制御部１７から触感呈示制御部１４に動作停止指示が送信されて、触感呈示制御部１４がノンアクティブ状態となる。したがって、この場合は、オブジェクト３６が触感呈示エリア３５に位置する間において、押下閾値の荷重が検出されれば触感が呈示され、押下閾値の荷重が検出されなければ触感が呈示されることなく、オブジェクトが触感呈示エリアを通過した時点で、触感呈示制御部１４はノンアクティブ状態となる。

このように、第１動作例〜第３動作例においては、オブジェクトが、触感呈示エリアに対応するタッチセンサ１１の所定の領域に位置する間、触感呈示制御部１４をアクティブ状態として圧電素子１３による触感呈示動作を制御し、それ以外は触感呈示制御部１４をノンアクティブ状態として圧電素子１３による触感呈示動作の制御を停止している。したがって、不要な電力消費を防止でき、消費電力を低減することができる。

（第４動作例）
図７は、第４動作例のシーケンス図である。この第４動作例は、主制御部１７が触感呈示制御部１４に対して動作開始指示を送信した後、所定時間経過しても、触感呈示制御部１４から振動通知が得られない場合、圧電素子１３を強制振動させて触感を呈示するものである。図７において、主制御部１７は、上述した第１動作例〜第３動作例におけるＳ１０１およびＳ１０３の処理により、触感呈示エリアを検知すると、当該触感呈示エリアに対応するパラメータテーブルを記憶部２６から読み出して、触感呈示制御部１４に送信する。

触感呈示制御部１４は、主制御部１７から動作開始指示を受信すると、上記動作例と同様に、圧電素子１３の出力電圧を定期的に取得して、タッチセンサ１１にかかる押下荷重を検出する（Ｓ２３５）。

一方、主制御部１７は、触感呈示制御部１４に対する動作開始指示およびパラメータテーブルの送信後、触感呈示制御部１４からの振動通知を監視する。その結果、動作開始指示から所定時間（例えば、６０秒）が経過しても振動通知が受信されない場合、主制御部１７は、触感呈示制御部１４に対して強制振動指示を送信するとともに、強制振動用のパラメータテーブルを送信する。強制振動用のパラメータテーブルには、例えば、強制振動パターン、振動の強さ、等のパラメータが設定される。

触感呈示制御部１４は、主制御部１７からの強制振動指示および強制振動用のパラメータテーブルを受信すると、内蔵メモリを受信した強制振動用のパラメータテーブルに更新する。そして、触感呈示制御部１４は、強制振動用のパラメータテーブルに従って圧電素子１３に強制振動パターンを出力して、圧電素子１３を強制振動させる（Ｓ２３７）。それと同期して、触感呈示制御部１４は、主制御部１７に対して振動通知を送信する。

そして、主制御部１７は、触感呈示制御部１４からの強制振動に対応する振動通知を受信すると、オブジェクトが当該触感呈示エリアに位置していても、触感呈示制御部１４に対して動作停止指示を送信する。これにより、触感呈示制御部１４の動作状態をアクティブ状態からノンアクティブ状態に遷移させて、押下荷重の検出および圧電素子１３の駆動の制御を停止させる。

この第４動作例によると、触感呈示エリアに対応するタッチセンサ１１の所定の領域に、オブジェクトが軽くタッチされて、押下閾値に達しない状態が維持されていると、当該領域へのタッチから所定時間が経過した時点でオブジェクトに触感が呈示される。これにより、操作者に対し、触感呈示エリアに長時間触れていることを認識させることができる。しかも、強制振動後、触感呈示制御部１４はノンアクティブ状態となるので、消費電力の低減が図れる。また、圧電素子で押下荷重を検出する場合、押下荷重を緩やかに増加させると、圧電素子に荷重（変位）に比例した電荷が蓄積されない。そのため、実際には、押下閾値を超える力で押下していても触感が呈示されず、操作者に不安感を与えることが想定される。このような場合、タッチセンサ１１を強制振動させて触感を呈示すれば、操作者に対して操作のやり直しを促すことができ、利便性を向上できる。

（第５動作例）
図８は、第５動作例のシーケンス図である。この第５動作例は、第１〜３動作例で説明したようにして触感呈示制御部１４がアクティブ状態となり、主制御部１７が触感呈示制御部１４から振動通知を受信した後、当該パラメータテーブルに基づく次の振動通知が所定時間内に受信されない場合に、圧電素子１３を強制振動させてリリース触感を呈示するものである。ここで、主制御部１７が受信した振動通知は、押下荷重が押下閾値あるいはリリース閾値を満たした場合の振動に相当するもので、この場合の押下閾値あるいはリリース閾値が第１の基準に相当する。また、主制御部１７が、所定時間内に受信されない次の振動通知に対応する振動の押下閾値あるいはリリース閾値が、第２の基準に相当する。

図８において、触感呈示制御部１４は、第１〜３動作例で説明したように、パラメータテーブルに従って圧電素子１３に対して所定の振動パターンを出力し（Ｓ２４１）、さらに、主制御部１７に対して振動通知を送信すると、パラメータテーブルに基づく次の触感を呈示するため荷重を検出する（Ｓ２４３）。

一方、主制御部１７は、振動通知の受信後、オブジェクトが当該触感呈示エリアに位置する状態で、少なくとも所定時間は触感呈示制御部１４のアクティブ状態を維持する。そして、所定時間が経過した時点で、パラメータテーブルに基づく次の振動通知が受信されていない場合、主制御部１７は、触感呈示制御部１４に対して強制リリース振動指示を送信するとともに、強制リリース振動用のパラメータテーブルを送信する。

触感呈示制御部１４は、主制御部１７からの強制リリース振動指示および強制リリース振動用のパラメータテーブルを受信すると、内蔵メモリを受信した強制振動用のパラメータテーブルに更新する。そして、触感呈示制御部１４は、強制リリース振動用のパラメータテーブルに従って圧電素子１３に強制リリース振動パターンを出力して、圧電素子１３を強制振動させる（Ｓ２４５）。それと同期して、触感呈示制御部１４は、主制御部１７に対して振動通知を送信する。なお、振動後、圧電素子１３の電荷を抜けば、押している状態を維持している場合に、更に押し下げる（２段目）ことができる。

ここで、主制御部１７から触感呈示制御部１４に送信する強制リリース振動用のパラメータテーブルには、例えば、強制リリース振動パターン、リリース段数、振動の強さ、等のパラメータが設定される。このパラメータテーブルは、強制リリース振動パターン、リリース段数、振動の強さのパラメータを、当該触感呈示エリアにおける触感呈示動作の進行に対応させて設定したものでもよいし、一義的に設定したものでもよい。

例えば、第１動作例の１段押下１段リリースにおいて、リリースの振動通知が受信されない場合は、強制リリース振動パターン、リリース段数、振動の強さを、既に送信したパラメータテーブルにおけるリリース振動パターン、リリース段数（この場合、１段）、振動の強さと同じ設定値とする。これにより、通常の１段リリースのリリース触感を呈示させる。

また、第２動作例の２段押下２段リリースにおいて、２段目押下の振動通知が受信されない場合は、１段目押下の振動通知は受信しているので、強制リリース振動パターン、リリース段数、振動の強さを、既に送信したパラメータテーブルにおける１段目リリース振動パターン、リリース段数（この場合、１段）、振動の強さと同じ設定値とする。これにより、通常の１段目押下に対応する１段目リリースのリリース触感を呈示させる。

同様に、２段目リリースの振動通知が受信されない場合は、２段目押下までの振動通知は受信しているので、強制リリース振動パターン、リリース段数、振動の強さを、既に送信したパラメータテーブルにおけるリリース振動パターン、リリース段数（この場合、２段）、振動の強さと同じ設定値とする。これにより、通常の２段リリースのリリース触感を順次に呈示させる。

同様に、１段目リリースの振動通知が受信されない場合は、２段目リリースまでの振動通知は受信しているので、強制リリース振動パターン、リリース段数（この場合、１段）、振動の強さを、既に送信したパラメータテーブルにおけるリリース振動パターン、振動の強さおよびリリース段数と同じ設定値とする。これにより、通常の１段目押下に対応する１段目リリースのリリース触感を呈示させる。

また、第３動作例の２段押下１段リリースにおいて、２段目押下の振動通知が受信されない場合、あるいは、リリースの振動通知が受信されない場合は、強制リリース振動パターン、リリース段数、振動の強さを、既に送信したパラメータテーブルにおけるリリース振動パターン、リリース段数（この場合、１段）、振動の強さと同じ設定値とする。これにより、通常の１段リリースのリリース触感を呈示させる。

また、一義的な強制リリース振動用のパラメータテーブルを送信する場合は、強制リリース振動パターンや振動の強さを、通常のリリース振動パターンや振動の強さとは異なる設定値とする。これにより、操作者に対して、リリース触感を呈示すると同時に長時間の押下状態の解除を促す。

このように、第５動作例によると、主制御部１７が触感呈示制御部１４から振動通知を受信した後、当該パラメータテーブルに基づく次の振動通知が所定時間内に受信されない場合、圧電素子１３を強制振動させてリリース触感を呈示する。つまり、押下荷重が第１の基準を満たしたのを検知した後、押下荷重が所定時間内に第２の基準を満たさないのを検知すると、強制的にリリース触感を呈示する。これにより、操作者は、不安感や違和感を覚えることなく、入力操作を行うことが可能となる。

なお、上記第１動作例〜第５動作例において、主制御部１７は、触感呈示制御部１４をアクティブ状態にした後、振動通知の受信の有無にかかわらず、オブジェクトが触感呈示エリアから離れたのを検知すると、その時点で触感呈示制御部１４に対して動作停止指示を送信して触感呈示制御部１４をノンアクティブ状態とする。

本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、主制御部１７の記憶部２６に格納された触感呈示用の複数のパラメータテーブルを、触感呈示制御部１４にも格納し、主制御部１７から使用するパラメータテーブルの番号を指示して、触感呈示制御部１４側において指示されたパラメータテーブルを使用するように構成することも可能である。

また、第５動作例において、強制リリース振動パターン、リリース段数、振動の強さを、既に送信したパラメータテーブルにおける設定値と同じとする場合は、強制リリース振動指示の際に、あらためて強制リリース振動用のパラメータテーブルを送信することなく、既に送信されているパラメータテーブルから所定のパラメータを実行するように制御することも可能である。また、押下段数およびリリース段数を含む順次の段数における振動通知を監視する所定時間は、一定時間に限らず、パラメータテーブル毎に設定することも可能である。

また、上記実施の形態では、触感呈示部を構成する圧電素子１３の制御部を、分離された触感呈示制御部１４と主制御部１７とにより構成したが、触感呈示制御部１４の機能を主制御部１７に持たせて、主制御部１７により圧電素子１３の制御部を構成することも可能である。

また、上記実施の形態では、圧電素子１３により触感呈示部および荷重検出部を構成したが、触感呈示部および荷重検出部は、分離して設けてもよい。この場合、触感呈示部は、圧電素子に限らず、偏心モータやソレノイド等の他の公知の振動手段を用いることが可能である。また、タッチセンサを積層型の圧電素子を介して支持することも可能である。また、本発明は、表示部を備えず、タッチセンサ上に触感呈示エリアが印刷等により直接描画されている場合も、適用することができる。

また、本発明に係る触感呈示装置は、圧電素子により検出される押下荷重が、第１の基準あるいは第２の基準を満たしたのを検知して触感呈示部を駆動する。ここで、圧電素子により検出される押下荷重が第１の基準あるいは第２の基準を満たしたとは、検出される押下荷重が対応する基準値に達した際であってもよいし、検出される押下荷重が対応する基準値を超えた際でもよいし、圧電素子により対応する基準値が検出された際でもよい。

１１タッチセンサ
１１ａタッチ面
１２タッチセンサ制御部
１３圧電素子
１４触感呈示制御部
１５表示部
１６表示制御部
１７主制御部
２１アプリケーション処理部
２２描画出力部
２３オブジェクト位置検出部
２４触感呈示エリア判定部
２５描画更新部
２６記憶部
３２ａ，３２ｂ圧電素子
３５触感呈示エリア
３６オブジェクト

Claims

タッチセンサと、
該タッチセンサのタッチ面を振動させる触感呈示部と、
前記タッチセンサに対する押下荷重を検出する圧電素子と、
該圧電素子による前記押下荷重に基づいて前記触感呈示部の駆動を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記押下荷重が第１の基準を満たしたのを検知すると、前記触感呈示部を駆動して前記タッチ面を振動させ、前記タッチ面を振動させてから所定時間内に、前記押下荷重が第２の基準を満たしたのを検知すると、前記触感呈示部を駆動して前記タッチ面を振動させ、
前記制御部は、前記第１の基準を満たして前記タッチ面を振動させてから前記押下荷重が前記第２の基準を満たさない状態のまま前記所定時間経過したのを検知すると、前記所定時間が経過したのに同期して前記触感呈示部を駆動して前記タッチ面を振動させる、ことを特徴とする触感呈示装置。