JP5587596B2

JP5587596B2 - 触感呈示装置

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Publication number: JP5587596B2
Application number: JP2009283032A
Authority: JP
Inventors: 智裕三木
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-12-14
Filing date: 2009-12-14
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2029-12-14
Also published as: US20120293435A1; JP2011123816A; US9804674B2; WO2011074159A1

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、携帯電話等の携帯端末、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やスイッチ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圧対象（押圧物）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。

そこで、例えば、タッチセンサへの入力を制御部により監視し、入力が検出されると圧電素子制御部を介して圧電素子を駆動してタッチセンサを振動させ、これにより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１，２参照）。

特開２００３−２８８１５８号公報特開２００８−１３００５５号公報

ところで、入力装置による入力処理には、時間がかかる場合がある。例えば、表示装置と組み合わされたタッチセンサを有する入力装置においては、入力処理として表示画面を切り替える際、切り替える表示画面によっては処理に時間がかかる場合がある。

このような場合、上述したように、入力が検出された後、当該入力操作に対してフィードバックを返しても、その入力処理に時間がかかると、操作者は、表示画面が切り替わらないために、入力が受け付けられていないと勘違いして、再入力を行う場合がある。しかし、この場合、制御部はビジー状態にあるために、当該再入力に対してはフィードバック制御ができない。このため、操作者は、当該再入力も受け付けられていないと勘違いして、さらに再入力を繰り返すことになり、ストレスを感じる場合がある。なお、このような再入力操作は、タッチセンサが表示装置と組み合わされていない場合であっても、制御部が例えばマルチタスク処理を行っている場合等、入力処理に時間を要する場合は同様に生じるものである。

このような不要な入力操作を極力少なくする対策として、例えば、タッチセンサへの入力検出信号を圧電素子制御部にも供給し、これにより、入力処理を実行する制御部から独立して、圧電素子制御部により入力操作のフィードバック制御を行うことが考えられる。

しかしながら、この場合は、制御部がビジー状態で、新たな入力操作に対する入力処理が実行できない状態であっても、入力操作のフィードバック制御が行われることになる。このため、制御部がビジー状態の場合、操作者は、逆に、入力が受け付けられているにもかかわらず、表示画面が切り替わらないと思い込んで、表示画面が切り替わるまで、再入力を繰り返すことが想定される。その結果、タッチセンサに対する入力検出処理等の負荷が増大して、制御部の処理速度をさらに低下させることになる。

また、入力装置として、制御部がビジー状態のときに入力された入力情報を記憶部に記憶し、制御部が入力を受付可能な状態となった時点で、記憶部に記憶されている入力情報を読み出して、順次処理を実行するものがある。このような入力装置の場合は、上記のように再入力が繰り返されると、ビジー期間中に行われた入力操作が所定の表示画面に切り替わった後に行われたものではないために、切り替え前後の入力画面によっては、意図しない処理が実行されることがある。

したがって、かかる観点に鑑みてなされた本発明の目的は、再操作を最小限に抑えることができ、これにより操作者にストレスを与えるのを防止できるとともに、意図しない処理の実行を有効に回避できる使い勝手に優れ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第１の観点に係る触感呈示装置の発明は、
タッチセンサと、
データを処理するメイン制御部と、
前記タッチセンサのタッチ面を振動させる触感呈示部と、
前記タッチセンサへの操作を検出する操作検出部と、
前記触感呈示部の駆動を制御する触感呈示制御部と、を有し、
前記メイン制御部は、前記データの処理に対して処理に時間を要するビジーでない第１動作状態、または、前記データの処理に対して処理に時間を要するビジーである第２動作状態を表す状態信号を出力し、
前記触感呈示制御部は、前記状態信号に基づいて、前記第１動作状態に、前記操作検出部が前記操作を検出すると、前記触感呈示部を第１振動モードで振動させて前記タッチ面の操作対象に第１触感を呈示し、前記第２動作状態に、前記操作検出部が前記操作を検出すると、前記触感呈示部を第２振動モードで振動させて前記操作対象に第２触感を呈示する、
ことを特徴とするものである。

第２の観点に係る発明は、第１の観点に係る触感呈示装置において、
前記触感呈示部は圧電素子を有し、
前記操作検出部は、前記圧電素子の出力に基づいて操作を検出するように構成した、ことを特徴とするものである。

第３の観点に係る発明は、第１の観点に係る触感呈示装置において、
前記操作検出部は、前記タッチセンサの出力に基づいて操作を検出するように構成した、ことを特徴とするものである。

第４の観点に係る発明は、第１〜３のいずれかの観点に係る触感呈示装置において、
前記タッチセンサによるタッチ入力画面を表示する表示部を、さらに有することを特徴とするものである。

本発明に係る触感呈示装置によると、操作者は、操作した時点で、呈示される触感の違いにより、操作に対応する処理の実行可否を認識できるので、再操作を最小限に抑えることができる。これにより、操作者にストレスを与えるのを防止できるとともに、意図しない処理の実行を有効に回避でき、使い勝手に優れた触感呈示装置を提供することができる。

本発明の第１実施の形態に係る触感呈示装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示したタッチセンサ、触感呈示部および表示部の実装構造の概略構成例を示す要部断面図および要部平面図である。本発明の第２実施の形態に係る触感呈示装置の概略構成を示すブロック図である。

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。

（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る触感呈示装置の概略構成を示すブロック図である。この触感呈示装置は、タッチセンサ１１、入力検出部１２、触感呈示部１３、触感呈示制御部１４、表示部１５、および、メイン制御部１６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圧物（操作対象）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）に対する押圧物の操作に対応する入力位置情報は、タッチセンサ１１の出力に基づいて入力検出部１２で検出されて、その操作に対応する検出情報（例えば、タスク）がメイン制御部１６に供給される。

触感呈示部１３は、タッチセンサ１１を振動させるもので、例えば、圧電素子により構成される。この触感呈示部１３は、メイン制御部１６からの触感呈示指示信号に基づいて触感呈示制御部１４により駆動される。これにより、触感呈示部１３は、タッチセンサ１１を振動させる。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、その画面において、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入力用オブジェクト（タッチ入力画面）を表示する。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。

メイン制御部１６は、各種データを処理する。また、入力検出部１２からの検出情報に基づいて対応するデータを処理する。また、その処理に応じて表示部１５による表示動作を制御する。

図２は、図１に示したタッチセンサ１１、触感呈示部１３および表示部１５の実装構造の概略構成例を示すもので、図２（ａ）は要部断面図、図２（ｂ）は要部平面図である。表示部１５は、筐体２１内に収納保持される。表示部１５上には、弾性部材からなるインシュレータ２２を介して、タッチセンサ１１が保持される。なお、本実施の形態では、タッチセンサ１１を、図２（ｂ）に仮想線で示す表示部１５の表示領域Ａから外れた４隅に配設したインシュレータ２２を介して表示部１５上に保持される。

また、筐体２１には、表示部１５の表示領域から外れたタッチセンサ１１の表面領域を覆うようにアッパカバー２３が設けられ、このアッパカバー２３とタッチセンサ１１との間に、弾性部材からなる防塵用のインシュレータ２４が配設される。

なお、図２に示すタッチセンサ１１は、タッチ面１１ａを有する表面部材が、例えば透明フィルムやガラスで構成され、裏面部材がガラスやアクリルで構成されて、インシュレータ２４を介してタッチ面１１ａが押圧されると、押圧部分が押圧力に応じて微少量撓む（歪む）とともに、裏面部材を含むタッチセンサ１１の全体が微少量撓むように構成されている。

タッチセンサ１１には、その裏面上で、アッパカバー２３で覆われる一辺または複数辺の近傍、ここでは３辺の近傍に、タッチセンサ１１を振動させて、タッチ面１１ａを押圧している押圧物（操作対象）に触感を呈示する触感呈示部１３を構成する圧電素子２５がそれぞれ装着されている。これら３個の圧電素子２５は、触感呈示制御部１４（図１参照）に並列に接続される。なお、図２（ｂ）においては、図２（ａ）に示した筐体２１、アッパカバー２３およびインシュレータ２４の図示を省略している。

上記構成において、本実施の形態に係る触感呈示装置においては、メイン制御部１６から触感呈示制御部１４に対して、当該メイン制御部１６の動作状態を表す状態信号を出力する。この状態信号は、メイン制御部１６がデータの処理に対してビジーでない（ノンビジー）状態にあるときは第１動作状態（例えば、高レベル）とし、データの処理に対してビジー状態にあるときは第２動作状態（例えば、低レベル）とする。

また、触感呈示制御部１４は、触感呈示部１３を構成する圧電素子２５の圧電効果を利用して、タッチセンサ１１への押圧（プッシュ）する操作を検出するように構成する。すなわち、本実施の形態においては、触感呈示制御部１４が操作検出部を構成している。そして、触感呈示制御部１４は、圧電素子２５の出力と、メイン制御部１６からの状態信号とに基づいて、圧電素子２５の駆動を制御する。

すなわち、触感呈示制御部１４は、状態信号が第１動作状態を示すときに、圧電素子２５の出力に基づいてタッチ面１１ａへの操作を検出すると、当該圧電素子２５を第１振動モードで振動させる。これにより、タッチ面１１ａを操作している操作対象に第１触感を呈示する。これに対し、状態信号が第２動作状態を示すときに、圧電素子２５の出力に基づいて操作を検出すると、触感呈示制御部１４は、当該圧電素子２５を第２振動モードで振動させる。これにより、タッチ面１１ａを操作している操作対象に、第１触感とは異なる第２触感を呈示する。

ここで、圧電素子２５による第１振動モードの振動パターンは、圧電素子２５に印加する駆動信号により適宜設定することができる。例えば、押しボタンスイッチを押下した際に得られる「カッ」と感じられるクリック触感を呈示する場合は、例えば、１００Ｈｚ〜２００Ｈｚ、好ましくは１７０Ｈｚの一定周波数のＳｉｎ波１周期分を、駆動信号として圧電素子２５に印加して、タッチ面１１ａを約１５μｍ振動させる。これにより、タッチセンサ１１のタッチ面１１ａを押圧している操作対象（押圧物）を介して、操作者にリアルなクリック触感を第１触感として呈示して、操作が完了したことを認識させることができる。また、リリース時においても、押圧時と同様の駆動信号により圧電素子２５を駆動して同様のクリック触感（この場合はリリース触感）を呈示する。このようにすれば、押下時に「カッ」、リリース時に「チッ」と感じられるよりリアルなクリック触感を呈示することができる。もちろん、リリース触感は、必ずしもクリック触感と同一の駆動信号でなくてもよい。なお、「カッ」よりも硬質な「カチ」と感じられるクリック触感を呈示する場合は、駆動信号として、２００Ｈｚ〜５００Ｈｚ程度の正弦波信号または矩形波信号を１周期分印加する。

また、圧電素子２５による第２振動モードの振動パターンも、第１振動モードの場合と同様に、圧電素子２５に印加する駆動信号により適宜設定することができる。例えば、第２触感として、「ブル」や「ブニ」と感じられる軟質的な触感を呈示する場合は、駆動信号として、２００Ｈｚ〜５００Ｈｚ程度の正弦波信号を２〜３周期分印加する。あるいは、「ブルル」と感じられる振動として認知できる触感を呈示する場合は、駆動信号として、２００Ｈｚ〜５００Ｈｚ程度の正弦波信号を４周期分以上印加する。これらの種々の触感を呈示する駆動信号情報は、図示しない記憶部に記憶して、ユーザにより所望の触感を呈示する駆動信号を適宜設定できるようにするのが好ましい。

なお、本実施の形態に係る触感呈示装置において、入力検出部１２、触感呈示制御部１４およびメイン制御部１６は、ＣＰＵ（中央処理装置）等の任意の好適なプロセッサ上で実行されるソフトウェアとして構成したり、各処理に特化した専用のプロセッサ（例えばＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ））によって構成したりすることができる。また、入力検出部１２や触感呈示制御部１４をサブ制御部として構成しても良い。

以上のように、本実施の形態に係る触感呈示装置によると、メイン制御部１６がデータの処理に対してビジーでない第１動作状態に、タッチセンサ１１への操作が検出されると、タッチ面１１ａが第１振動モードで振動して、操作対象に第１触感が呈示される。これに対し、メイン制御部１６がデータの処理に対してビジーである第２動作状態に、タッチセンサ１１への操作が検出されると、タッチ面１１ａが第２振動モードで振動して、操作対象に第２触感が呈示される。したがって、操作者は、タッチセンサを操作した時点で、呈示される触感の違いにより、操作に対応する処理の実行可否を認識できるので、再入力操作を最小限に抑えることができる。これにより、操作者にストレスを与えるのを防止できるとともに、意図しない処理の実行を有効に回避でき、使い勝手を向上することができる。

（第２実施の形態）
図３は、本発明の第２実施の形態に係る触感呈示装置の概略構成を示すブロック図である。この触感呈示装置は、第１実施の形態の構成において、圧電素子２５により操作を検出するのに代えて、入力検出部１２の出力に基づいて操作を検出するように構成したものである。すなわち、入力検出部１２が操作検出部を構成する。このため、入力検出部１２は、タッチセンサ１１から検出した操作対象の検出情報、あるいはそれに対応する信号、すなわち検出情報に関する信号を触感呈示制御部１４に供給する。

そして、触感呈示制御部１４は、第１実施の形態の場合と同様に、メイン制御部１６からの状態信号が第１動作状態を示すときに、入力検出部１２がタッチ面１１ａへの操作を検出すると、触感呈示部１３を第１振動モードで振動させる。これに対し、メイン制御部１６からの状態信号がビジー状態を表す第２動作状態を示すときに、入力検出部１２が操作を検出すると、触感呈示制御部１４は、触感呈示部１３を第２振動モードで振動させる。もちろん、第１振動モードと第２振動モードとは異なる振動でも良い。したがって、本実施の形態においても、第１実施の形態の場合と同様の作用効果が得られる。

なお、本発明は、上記実施の形態に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、操作検出部として、第１実施の形態および第２実施の形態の両方とも含む構成でも良い。また、タッチセンサ１１への操作を検出する操作検出部は、タッチセンサ１１に、触感呈示用の圧電素子とは別個に、歪センサや圧電素子等の専用の操作検出素子を設けて構成することもできる。また、上記実施の形態では、表示部１５上に一体的にタッチセンサ１１を設けたが、これらを空間的に分離した構成や、表示部１５を省略した構成においても、本発明を適用することができる。

１１タッチセンサ
１１ａタッチ面
１２入力検出部
１３触感呈示部
１４触感呈示制御部
１６メイン制御部

Claims

タッチセンサと、
データを処理するメイン制御部と、
前記タッチセンサのタッチ面を振動させる触感呈示部と、
前記タッチセンサへの操作を検出する操作検出部と、
前記触感呈示部の駆動を制御する触感呈示制御部と、を有し、
前記メイン制御部は、前記データの処理に対して処理に時間を要するビジーでない第１動作状態、または、前記データの処理に対して処理に時間を要するビジーである第２動作状態を表す状態信号を出力し、
前記触感呈示制御部は、前記状態信号に基づいて、前記第１動作状態に、前記操作検出部が前記操作を検出すると、前記触感呈示部を第１振動モードで振動させて前記タッチ面の操作対象に第１触感を呈示し、前記第２動作状態に、前記操作検出部が前記操作を検出すると、前記触感呈示部を第２振動モードで振動させて前記操作対象に第２触感を呈示する、
ことを特徴とする触感呈示装置。
前記触感呈示部は圧電素子を有し、
前記操作検出部は、前記圧電素子の出力に基づいて操作を検出するように構成した、
ことを特徴とする請求項１に記載の触感呈示装置。
前記操作検出部は、前記タッチセンサの出力に基づいて操作を検出するように構成した、
ことを特徴とする請求項１に記載の触感呈示装置。
前記タッチセンサによるタッチ入力画面を表示する表示部を、さらに有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の触感呈示装置。