JP6147656B2

JP6147656B2 - 入力装置

Info

Publication number: JP6147656B2
Application number: JP2013255997A
Authority: JP
Inventors: 竹内　修一; 修一竹内
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2017-06-14
Anticipated expiration: 2033-12-11
Also published as: JP2015114817A; US20150160772A1

Description

本発明は、入力装置に関する。

従来の技術として、タッチパッドの操作面の摩擦抵抗を変化させることで利用者の入力操作を補助する入力装置がある（例えば、特許文献１参照）。

この入力装置は、接続された他の装置の機能を実行するための機能項目がボタン形状で表示されているディスプレイと、当該ディスプレイの表示に対する指示位置と操作位置とが対応するタッチパッドと、タッチパッドの裏面に設けられてタッチパッドを高周波により振動させる圧電素子と、利用者の指がタッチパッドに触れている操作位置を検出するとともに当該操作位置に対応するディスプレイの表示に対する指示位置が機能項目上である場合にタッチパッドを振動させ、その他の場合は振動させないよう圧電素子を制御する制御部とを有する。

特開２０１２−６９０４８号公報

しかし、特許文献１に示す入力装置は、利用者の指が機能項目の領域外から領域内に向かい領域の境界を通過するように移動する場合、利用者に対して操作面の摩擦抵抗の差によって機能項目の領域外と領域内とを認識させることができるが、領域内においては利用者の指の移動速度によって感じられる摩擦抵抗が変化して一定せず、利用者が操作の際に違和感を覚えるという問題があった。

従って、本発明の目的は、利用者の操作内容に関わらず一定の操作感を提示する入力装置を提供することにある。

本発明の一態様は、表示画面上に操作対象を表示するディスプレイと、
前記ディスプレイの前記表示画面に対応した操作面に対する接触位置に基づき操作信号を出力するタッチセンサと、
振動制御信号に基づき前記タッチセンサに超音波振動を付与する振動子と、
前記操作信号を受信し、前記接触位置が前記表示画面上の前記操作対象に対応する領域外である場合に、前記振動子を第１の振動数で振動させる第１の振動制御信号を出力し、前記接触位置が前記表示画面上の前記操作対象に対応する領域内である場合に、前記振動子を第２の振動数で振動させる第２の振動制御信号を出力するコントローラとを有し、
前記コントローラは、前記第１の振動制御信号又は前記第２の振動制御信号の振動数を調整して摩擦抵抗の差を感じさせることにより段差感を付与する制御を行ない、前記段差感は、前記接触位置の移動速度に応じて前記第１の振動制御信号又は前記第２の振動制御信号の振動数を調整することにより一定の段差感として付与される入力装置を提供する。

上記コントローラは、前記段差感を一定に付与するように、前記接触位置の移動速度に基づき、前記第１の振動制御信号又は前記第２の振動制御信号の振動数を互いの振動数の差が小さくなるように変更するものであってもよい。

上記コントローラは、前記段差感を一定に付与するように、前記第１の振動制御信号を変更せず、前記接触位置の移動速度が速くなるに従い、前記第２の振動制御信号の振動数を大きくするものであってもよい。

本発明によれば、利用者の操作内容に関わらず一定の操作感を提示することができる。

図１は、入力装置の構成の一例を示す概略図である。図２（ａ）−（ｃ）は、入力装置の動作の一例を説明するためのグラフ図である。図３（ａ）−（ｃ）は、入力装置の動作の他の例を説明するためのグラフ図である。

［実施の形態］
（入力装置の構成）
図１は、入力装置の構成の一例を示す概略図である。

図１において、全体を示す符号１は、実施の形態における典型的な入力装置を模式的に例示している。この入力装置１は、特に限定されるものではないが、例えば、空調装置４である車載機器の作動を制御するために用いられ、その他、オーディオ装置やナビゲーション装置等の作動を制御するために用いてもよい。

入力装置１は、空調装置４の作動を制御するコントローラ３、空調装置４の制御画面等を表示する表示手段であるディスプレイ及びディスプレイ上に設けられてディスプレイの表示を妨げないように透明又は半透明の素材を用い操作面に対する接触操作に伴い操作信号Ｓｍを出力する入力手段であるタッチセンサとを備えたタッチパネル２と、タッチパネル２の裏面に設けられてタッチパネル２に振動を付与する超音波振動子３０を有する。また、コントローラ３は、さらにタッチパネル２の出力する操作信号Ｓｍに基づき動作し、また表示制御信号Ｓｄによってタッチパネル２を表示制御するとともに、振動制御信号Ｓｂによって超音波振動子３０を制御する。

図示例による入力装置１は、例えば、タッチパネル２がダッシュパネルやセンターコンソールなどの運転席周辺部に配置される。この入力装置１は、利用者の手指５でタッチパネル２をタッチ操作すると、例えばタッチパネル２の表面上の接触点５０の位置がタッチセンサにより検出され、この位置に対応した操作信号Ｓｍがコントローラ３に入力されて、タッチパネル２上のボタン２００−２０３を選択決定し、コントローラ３が選択決定に対応して空調装置４を制御するように構成されている。

タッチパネル２は、表示画面２０に操作対象として複数個のボタン２００−２０３を含む空調装置４の制御画面を表示するものとし、ボタン２００−２０３の配置は特に図示するものに限定されるものではない。

一例として、表示画面２０のボタン２００、２０１は温度を上下させる機能を有し、ボタン２０２、２０３は風量を増減させる機能を有する。また、タッチパネル２は、ナビゲーション装置の制御画面を表示してもよいし、複数の車載機器の制御画面を一画面で表示してもよい。

なお、タッチパネル２の表示画面２０中の指示位置と、タッチパネル２のタッチパッド上の接触点５０の座標とは一対一に対応した絶対座標系である。また、タッチパネル２はディスプレイとタッチセンサを別に設けるものであってもよい。

超音波振動子３０は、圧電セラミックス、圧電高分子膜、圧電薄膜等の圧電材料を用いた圧電素子に交流電圧をかけて超音波の振動を発生するものであり、接触点５０がボタン２００−２０３以外の領域にあるとコントローラ３が判断した場合にコントローラ３の振動制御信号Ｓｂによって振動し、ボタン２００−２０３の領域にあると判断した場合に振動を停止する（又は振動数を低下させる）よう制御される。なお、振動数は２０ｋＨｚ以上の超音波振動であるものとする。なお、複数の値の振動数を発生するために共振周波数を可変とする圧電素子を用いてもよいし、共振周波数の異なる複数の超音波振動子を用意してもよい。

なお、タッチパネル２は、その表示／操作面の外形が矩形のものを示しているが、曲線や直線により任意の外形を選択することができ、表示／操作面を複数に分割したものを用いてもよい。

（実施の形態の動作）
以下に、入力装置１の動作を図１−図３を参照しつつ、（１）段差感の付与動作、（２）一定の段差感の付与動作、に分けて説明する。

（１）段差感の付与動作
図２（ａ）−（ｃ）は、入力装置１の動作の一例を説明するためのグラフ図である。

なお、図２（ａ）の図面上方向をｙ軸方向、図面右方向をｘ軸方向とする。また、以下においてボタン２００−２０３のうち代表してボタン２００に対する操作ついて説明するが、他のボタン２０１−２０３についても同様に説明されるものとする。

一例として、図２（ａ）に示すように、ボタン２００がｘ_１≦ｘ≦ｘ_２に存在する場合、利用者の手指５がタッチパネル２の操作面に接触したままボタン２００の領域外（ｘ＜ｘ_１）からボタン２００の領域内（ｘ_１≦ｘ≦ｘ_２）へとｘ方向に速度ｖ＝ｖ_１で移動する動作について説明する。

超音波振動子３０は、図２（ｂ）に示すように、接触点５０がボタン２００の領域外（ｘ＜ｘ_１、ｘ_２＜ｘ）にある場合にコントローラ３の振動制御信号Ｓｂ（第１の振動制御信号）によって振動数ｆ_ａで振動し、ボタン２００の領域（ｘ_１≦ｘ≦ｘ_２）にある場合にコントローラ３の振動制御信号Ｓｂ（第２の振動制御信号）によって振動数ｆ_ａより低い振動数ｆ_ｂで振動する。なお、振動数ｆ_ｂ＝０として、振動を停止するものであってもよい。

超音波振動子３０によりタッチパネル２の操作面が振動するとスクイーズ効果により利用者の手指５とタッチパネル２の操作面間の摩擦抵抗が、振動がない場合に比べて低くなる。これは、振動による圧力変動で、周辺の気体（又は液体）が手指５と操作面との間に引き込まれるためである。

従って、利用者の手指５がｘ＝ｘ_１の前後で摩擦抵抗が低い状態から高い状態へと摩擦抵抗の差を感じることになるが、これにより利用者の手指５には段差感が付与される。図２（ｃ）の実線の太線に示すように、ボタン２００の領域外（ｘ＜ｘ_１）において利用者が感じるタッチパネル２の操作面の高さをｈ_ａ、ボタン２００の領域内（ｘ_１≦ｘ≦ｘ_２）において利用者が感じる操作面の高さをｈ_ｂとすると、段差感はｈ_ｂ−ｈ_ａとして付与される。

一方、利用者の手指５がタッチパネル２の操作面に接触したままボタン２００の領域外（ｘ＜ｘ_１）からボタン２００の領域内（ｘ_１≦ｘ≦ｘ_２）へとｘ方向に速度ｖ_１より速い速度ｖ＝ｖ_２（ｖ_１＜ｖ_２）で移動する場合、超音波振動子３０が上記と同様に図２（ｂ）に示すように、接触点５０がボタン２００の領域外（ｘ＜ｘ_１、ｘ_２＜ｘ）にある場合にコントローラ３の振動制御信号Ｓｂによって振動数ｆ_ａで振動し、ボタン２００の領域（ｘ_１≦ｘ≦ｘ_２）にある場合に振動数ｆ_ａより低い振動数ｆ_ｂで振動すると、図２（ｃ）の実線の細線に示すように、ボタン２００の領域内（ｘ_１≦ｘ≦ｘ_２）において利用者が感じる操作面の高さがｈ_ｃとなり、段差感はｈ_ｃ−ｈ_ａとして付与され、速度ｖ＝ｖ_１の場合より利用者にとって大きく感じられる。

コントローラ３は、さらに利用者に与える段差感を一定にするため、以下に説明するように超音波振動子３０を制御してもよい。

（２）一定の段差感の付与動作
図３（ａ）−（ｃ）は、入力装置１の動作の他の例を説明するためのグラフ図である。

速度ｖ＝ｖ_１の場合、上記と同様に超音波振動子３０は、図３（ｂ）の実線の太線に示すように、接触点５０がボタン２００の領域外（ｘ＜ｘ_１、ｘ_２＜ｘ）にある場合にコントローラ３の振動制御信号Ｓｂ（第１の振動制御信号）によって振動数ｆ_ａで振動し、ボタン２００の領域（ｘ_１≦ｘ≦ｘ_２）にある場合にコントローラ３の振動制御信号Ｓｂ（第２の振動制御信号）によって振動数ｆ_ａより低い振動数ｆ_ｂで振動するが、速度ｖ＝ｖ_２の場合、図３（ｂ）の実線の細線に示すように、接触点５０がボタン２００の領域（ｘ_１≦ｘ≦ｘ_２）にある場合に振動数ｆ_ａより低く振動数ｆ_ｂより高い振動数ｆ_ｃで振動する。

これにより、図３（ｃ）の実線に示すように、ボタン２００の領域外（ｘ＜ｘ_１）において利用者が感じるタッチパネル２の操作面の高さをｈ_ａ、ボタン２００の領域内（ｘ_１≦ｘ≦ｘ_２）において利用者が感じる操作面の高さをｈ_ｂとすると、速度ｖ＝ｖ_１の場合も速度ｖ＝ｖ_２の場合も同様に段差感はｈ_ｂ−ｈ_ａとして付与される。言い換えれば、コントローラ３は、速度ｖ＝ｖ_１の場合も速度ｖ＝ｖ_２の場合も同様に段差感がｈ_ｂ−ｈ_ａとして付与されるように振動数ｆ_ｃを調整する。

（実施の形態の効果）
上記した実施の形態によると、スクイーズ効果を利用し、利用者の手指５とタッチパネル２の操作面との接触点５０がボタン２００−２０３の領域外にある場合にコントローラ３の振動制御信号Ｓｂによって振動数ｆ_ａでタッチパネル２の操作面を振動させ、ボタン２００−２０３の領域にある場合に振動数ｆ_ａより低い振動数ｆ_ｂで振動させて、利用者の手指５がボタン２００−２０３の領域の境界の前後で操作面の摩擦抵抗が低い状態から高い状態へと摩擦抵抗の差を感じるようにしたため、利用者の手指５に段差感を付与することができ、ボタン２００−２０３が凸状態に形成されているように利用者に感じさせることができる。

また、利用者の手指５とタッチパネル２の操作面との接触点５０の移動速度が速い場合であって、接触点５０がボタン２００−２０３の領域にある場合に、ボタン２００−２０３の領域外で付与される振動数ｆ_ａより低く、移動速度が遅い場合に付与される振動数ｆ_ｂより高い振動数ｆ_ｃでタッチパネル２の操作面を振動させたため、速度が速い場合も速度が遅い場合も同様の高低差で段差感を利用者に付与することができる。

なお、図３においてｖ＝ｖ_２の場合に、ｘ_１≦ｘ≦ｘ_２においてｆ＝ｆ_ｂのままとし、ｘ＜ｘ_１、ｘ_２＜ｘにおいてｆ＝ｆ_ａ’（＞ｆ_ａ）として段差感を一定としてもよい。つまり、振動数ｆ_ａとｆ_ｂについていずれか又は双方の差が小さくなるように変更すればよい。また、ボタン２００の領域が領域外に対して高く感じさせる例を示したが、低く感じさせるものであってもよい。

［変形例］
以上より、本発明における入力装置１の代表的な構成例を上記各実施の形態及び図示例を挙げて説明したが、次に示すような変形も可能である。
（１）上記入力装置１は、車載装置に限らず、各種の電子・電気機器の入力装置に適用することができる。
（２）上記入力装置１は、例えば使用目的などに応じて配置個数、配置位置や配置形態などを適宜に選択することができる。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは調整しない範囲内で種々の変形が可能である。

１入力装置
２タッチパネル
３コントローラ
４空調装置
５手指
２０表示画面
３０超音波振動子
５０接触点
２００−２０３ボタン
Ｓｂ振動制御信号
Ｓｄ表示制御信号
Ｓｍ操作信号

Claims

表示画面上に操作対象を表示するディスプレイと、
前記ディスプレイの前記表示画面に対応した操作面に対する接触位置に基づき操作信号を出力するタッチセンサと、
振動制御信号に基づき前記タッチセンサに超音波振動を付与する振動子と、
前記操作信号を受信し、前記接触位置が前記表示画面上の前記操作対象に対応する領域外である場合に、前記振動子を第１の振動数で振動させる第１の振動制御信号を出力し、前記接触位置が前記表示画面上の前記操作対象に対応する領域内である場合に、前記振動子を第２の振動数で振動させる第２の振動制御信号を出力するコントローラとを有し、
前記コントローラは、前記第１の振動制御信号又は前記第２の振動制御信号の振動数を調整して摩擦抵抗の差を感じさせることにより段差感を付与する制御を行ない、前記段差感は、前記接触位置の移動速度に応じて前記第１の振動制御信号又は前記第２の振動制御信号の振動数を調整することにより一定の段差感として付与される入力装置。
前記コントローラは、前記段差感を一定に付与するように、前記接触位置の移動速度に基づき、前記第１の振動制御信号又は前記第２の振動制御信号の振動数を互いの振動数の差が小さくなるように変更する請求項１に記載の入力装置。
前記コントローラは、前記段差感を一定に付与するように、前記第１の振動制御信号を変更せず、前記接触位置の移動速度が速くなるに従い、前記第２の振動制御信号の振動数を大きくする請求項１に記載の入力装置。