JP6827387B2 - 制御装置、入力システムおよび制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、制御装置、入力システムおよび制御方法に関する。
従来、ユーザに触感を与えることでユーザのパネルの操作面へ操作を受け付けたことを認識させる入力システムがある。かかる入力システムにおいて、パネルの操作面が操作された場合に、正弦波にエンベロープをかけて得られる波形の電圧で振動素子を振動させることによってクリック感を発生させる技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2013―109429号公報
しかしながら、従来技術では、メカニカルスイッチへの操作感と同様の操作感をユーザへ与える場合に、ユーザに与える操作感を向上させる点で改善の余地があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ユーザに与える操作感を向上させることができる制御装置、入力システムおよび制御方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、制御装置において、操作検出部と、駆動部とを備える。前記操作検出部は、操作面を有するパネルの前記操作面に対する押圧操作を検出する。前記駆動部は、前記パネルに取り付けられた振動素子を駆動させて前記パネルを振動させる。また、前記駆動部は、前記操作検出部によって前記押圧操作が検出された場合に、本振動に先立って前記本振動よりも周波数が低い初期振動を発生させる。
本発明によれば、ユーザに与える操作感を向上させることができる。
図1Aは、入力システムの構成例を示す図である。 図1Bは、制御方法の概要を示す図である。 図2は、電子装置システムのブロック図である。 図3は、振動素子の配置例を示す図である。 図4は、メカニカルスイッチに対する操作フィーリング特性を示す図である。 図5は、パネルの振動波形の具体例を示す図である。 図6は、パネルの振動と操作圧力との関係を示す図である。 図7は、表示装置に表示される画面の一例を示す図である。 図8は、制御装置が実行する処理手順を示すフローチャートである。
以下、添付図面を参照して、実施形態に係る制御装置、入力システムおよび制御方法を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
まず、図1Aを用いて実施形態に係る入力システム1の構成例について説明する。図1Aは、入力システム1の構成例を示す図である。図1Aに示すように、実施形態に係る入力システム1は、パネル10と、振動素子14と、制御装置20とを備える。
パネル10は、支持板11と、保護層12と、感圧センサ13とを備え、支持板11上に感圧センサ13と保護層12とが順に積層される。保護層12は、例えば、樹脂フィルムなどの樹脂部材によって形成され、保護層12の表面がパネル10の操作面15である。
感圧センサ13は、ユーザUのパネル10の操作面15への接触位置および操作圧力を検出可能なセンサであり、例えば、抵抗感圧式のタッチセンサである。振動素子14は、パネル10に取り付けられており、制御装置20から出力される駆動電圧Voによって振動する。
制御装置20は、パネル10の操作面15へのユーザUによる押圧操作(以下、ユーザ操作と記載する場合がある)に応じて振動素子14を駆動しパネル10を振動させる。制御装置20は、操作検出部40と、駆動部41とを備える。
操作検出部40は、感圧センサ13によって検出された接触位置に基づいてユーザ操作を検出する。駆動部41は、操作検出部40によるユーザ操作の検出結果に基づいて振動素子14を駆動してパネル10を振動させる。
駆動部41は、操作検出部40によってユーザ操作が検出された場合に、メカニカルスイッチへの操作感と同様の操作感をユーザUに与えるように振動素子14を駆動してパネル10を振動させる。なお、以下において、ユーザ操作は、ユーザUの指50で行われるものとして説明するが、スタイラスペンなどで行われてもよい。
図1Bは、制御方法の概要を示す図であり、パネル10の振動の一例を示す図である。図1Bに示すように、実施形態に係る制御方法では、操作検出部40によって押圧操作が検出された場合、本振動よりも周波数が低い初期振動を発生させ(時刻t1〜t2)、その後、パネル10に本振動を発生させる(時刻t2〜t3)。
初期振動は、実際のメカニカルスイッチを押圧する際の反発力をユーザUへ提示するための振動である。すなわち、初期振動により、パネル10からユーザUに対してメカニカルスイッチを押しこむ感覚を与えることができる。
また、本振動は、メカニカルスイッチのクリック感を与えるものである。つまり、実施形態に係る制御方法では、本振動により単にクリック感のみを与えるのではなく、本振動に先立って初期振動によりメカニカルスイッチの奥行き感を与える。
これにより、実際のメカニカルスイッチへの操作感と同様の操作感をユーザUに与えることが可能となり、ユーザUに与える操作感を向上させることが可能となる。
次に、図2を用いて実施形態に係る入力システム1を有する電子装置システム100の構成について説明する。図2は、電子装置システム100のブロック図である。
図2に示す電子装置システム100は、例えば、車両に搭載される車載システムであるが、かかる例に限定されず、PC(Personal Computer)を含むコンピュータシステムなどであってもよい。
電子装置システム100は、入力システム1と、表示装置2とを備える。入力システム1は、入力ユニット9と、制御装置20とを備える。入力ユニット9は、上述したパネル10および振動素子14を備える。なお、パネル10の感圧センサ13は、例えば、抵抗感圧式のタッチセンサであるが、抵抗感圧式以外の感圧センサであってもよい。
振動素子14は、パネル10の表面または裏面に取り付けられる。かかる振動素子14は、例えば、リニア共振アクチュエータであるが、ピエゾ素子などであってもよい。なお、図示しないが入力ユニット9には、制御装置20から出力される駆動電圧を増幅して振動素子14へ出力する増幅部を備えていてもよい。
図3は、実施形態に係る振動素子14の配置例を示す図である。図3に示す例では、入力ユニット9は2つの振動素子14を備える。2つの振動素子14は、それぞれ操作面15の周囲に配置される。なお、振動素子14の数は、2つに限定されず、1つであってもよく、3つ以上であってもよい。また、振動素子14の配置は、図3に示す例に限定されず、例えば、パネル10の操作面15に対応する位置(例えば、操作面15の中央部)に振動素子14を配置してもよい。
図2の説明に戻り、制御装置20について説明する。制御装置20は、記憶部21と、制御部22とを備える。記憶部21は、モード情報30と、時間情報31と、操作判定情報32とを記憶している。モード情報30は、例えば、不図示の入力部を介して設定された振動モードの種別を示す情報であり、振動モードの種別として、固定モードおよび変動モードの一方が設定される。
固定モードは、パネル10の操作面15に対するユーザUの押圧操作に対して固定の振動パターンでパネル10を振動させるモードであり、変動モードは、押圧操作の状態に応じた振動パターンでパネル10を振動させるモードである。
時間情報31は、各振動の発生時間を規定する情報であり、後述する第1〜第3の時間T1〜T3を示す情報が含まれる。操作判定情報32は、ユーザ操作を判定するための情報であり、ユーザUの操作面15に対する操作圧力に対する第1〜第3の閾値Pth1〜Pth3を示す情報などが含まれる。
制御部22は、操作検出部40と、駆動部41とを備える。操作検出部40は、感圧センサ13によって検出されるユーザUの操作面15に対する接触位置および操作圧力を示す検出情報を取得する。また、操作検出部40は、記憶部21に記憶された操作判定情報32を取得する。
操作検出部40は、感圧センサ13から取得した検出情報と記憶部21から取得した操作判定情報32とに基づき、パネル10の操作面15に対するユーザUの操作を検出する。操作検出部40は、ユーザUの押圧操作やスライド操作などの各種操作を検出することができる。
例えば、操作検出部40は、ユーザUの操作面15に対する接触位置が継続して同一位置にあり且つ操作圧力が第1の閾値Pth1以上である場合に、ユーザUの操作面15への押圧操作があると判定することができる。
駆動部41は、操作検出部40によって押圧操作が検出された場合に、振動素子14を駆動して、パネル10に初期振動W1を発生させた後、パネル10に初期振動W1よりも周波数が高い本振動W2を発生させる。
ここで、メカニカルスイッチに対する操作力と操作位置との関係を説明する。図4は、メカニカルスイッチに対する操作フィーリング特性を示す図である。なお、図4において、操作力は、メカニカルスイッチの操作面への押圧力であり、操作位置は、メカニカルスイッチのストローク方向における押し込み位置である。
図4に示すように、メカニカルスイッチに対してユーザUの押圧操作が開始された場合に、メカニカルスイッチに対する押し始めである操作位置S0から操作位置S1まではユーザUは操作力を増加させる必要がある。操作位置S1で操作力がF1に達すると、操作位置S2まで必要な操作力が低下した後、必要な操作力が上昇する。その後、終点位置である操作位置S3に達する。
また、操作位置S3からユーザUが、メカニカルスイッチから指50を離す動作を開始した場合、必要な操作力はF2から急激に低下するが、操作位置S2から操作位置S1までの間で必要な操作力が増加する。これは、メカニカルスイッチに組み込まれているラバースイッチが押下された後に復帰する作用によるものであり、ユーザUは、メカニカルスイッチから指50を離す直前に瞬間的に圧力を感じる。
そこで、駆動部41は、図4に示す領域61,62に対応した振動をパネル10に与えて、メカニカルスイッチへの操作感と同様の操作感をユーザUに与えるようにしている。領域61は、操作力の極小値をとる操作位置S2の前後の所定範囲である。領域62は、メカニカルスイッチからユーザUの指50が離れる直前の操作位置S2から操作位置S1までの範囲である。
図5は、駆動部41によって発生するパネル10の振動の一例を示す図である。図5に示すように、駆動部41は、操作検出部40によってユーザ操作が検出された場合に、パネル10に初期振動W1を発生させ後、パネル10に本振動W2を発生させる。その後、パネル10に音源振動W3を発生させる。かかる振動W1〜W3は、パネル10の厚み方向(図1に示すZ軸方向)の振動である。
ここで、音源振動W3とは、ユーザUに対して操作音を提示するための波形である。かかる音源振動W3は、模擬対象となるメカニカルスイッチの操作時に発生する主要周波数または原音の波形であり、本振動W2よりも周波数が高い振動である。
つまり、音源振動W3によって、実際のメカニカルスイッチを押下した際の操作音をパネル10から発生させることができる。このように、実際のメカニカルスイッチの操作音を提示することで、ユーザUに対してメカニカルスイッチにより近い操作感を与えることが可能となる。また、音源振動W3によってパネル10を振動させて操作音を発生させるため、操作音を発生させるためのスピーカ等を別途必要としない。
つまり、入力システム1の低コスト化を図ることができる。なお、かかる音源振動W3により発生する音は、例えば、メカニカルスイッチを押下した場合の「カチッ」という音である。
このように、初期振動W1および本振動W2によってメカニカルスイッチの操作感を提示し、音源振動W3によってメカニカルスイッチの操作音を提示する。つまり、触覚のみならず、聴覚によってもメカニカルスイッチの操作感を提示することができる。したがって、ユーザUに対してメカニカルスイッチと同様の操作感を与えることが可能となる。
駆動部41は、記憶部21に設定された振動モードの種別に基づいて、上記の振動W1〜W3をパネル10に発生させる。なお、初期振動W1は、300MHz以下であり、かつ、本振動W2の1/2〜1/4程度の周波数であることが好ましい。
次に、上述した固定モードおよび変動モードについて説明する。以下では、固定モード、変動モードの順で説明する。まず、固定モードについて説明する。駆動部41は、固定モードにおいて、記憶部21に記憶された時間情報31および操作判定情報32に基づき、上記の振動W1〜W3を発生させることができる。
駆動部41は、記憶部21に記憶された操作判定情報32に基づき、ユーザ操作の圧力が第1の閾値Pth1以上である場合に、操作面15に対するユーザUの操作があったことを検出する。そして、駆動部41は、記憶部21に記憶された時間情報31に基づき、ユーザ操作の検出タイミング(時刻t10)から第1の時間T1が経過するまでの間、正弦波状の駆動電圧Vo1を振動素子14に印加し、パネル10に初期振動W1を発生させる。
これにより、時刻t10〜t11の時間(第1の時間T1)において、パネル10に初期振動W1が発生し、ユーザUに対してスイッチに対する押し込み時の反発力を感じさせることができる。なお、初期振動W1は、正弦波状に限られず、矩形状やノコギリ波状、三角波状であってもよい。
次に、駆動部41は、記憶部21に記憶された時間情報31に基づき、時刻t11〜時刻t12の間の第2の時間T2において、正弦波状の駆動電圧Vo2を振動素子14へ印加する。駆動電圧Vo2は、駆動電圧Vo1よりも振動素子14の周波数が高くなる電圧である。
これにより、ユーザUに相対的に周波数の異なる振動を瞬間的に与えてユーザUにクリック感を与えることができる。また、本振動W2は、比較的時間が短い方が好ましく、例えば、正弦波の2周期以内の振動である。つまり、本振動W2によりパネル10から音が出力された場合であってもその出力時間が短い。
したがって、パネル10からの音をユーザUが認識できない範囲に抑えることができる。これにより、ユーザUに不快感を与えることを回避することができる。
このように、駆動部41は、初期振動W1および本振動W2を連続的に発生させる。これにより、ユーザUに対してメカニカルスイッチに応じた反発力に引き続き、クリック感を与えることが可能となる。つまり、実際のメカニカルスイッチと同様の操作感を与えることが可能となる。なお、「初期振動W1および本振動W2を連続的に発生させる」とは、図5に示すように、初期振動W1および本振動W2を切れ目なく発生させることを意味するが、初期振動W1および本振動W2を短い間隔をあけて発生させることを含む。
次に、駆動部41は、記憶部21に記憶された時間情報31に基づき、時刻t12〜時刻t13の間の第3の時間T3において、振動素子14へ駆動電圧Vo3を印加し、音源振動W3を発生させる。駆動電圧Vo3は、駆動電圧Vo2よりも振動素子14の周波数が高くなる電圧である。
また、上述したように、音源振動W3は、ユーザUに対してメカニカルスイッチの操作音を提示するものである。また、音源振動W3は、例えば、ユーザUの指50では振動を感じることができない周波数である。
すなわち、初期振動W1および本振動W2が、ユーザUにメカニカルスイッチの操作感を触覚により提示するものであるのに対して、音源振動W3は、ユーザUの聴覚に対して操作音を提示するためのものである。
このように、駆動部41は、固定モードにおいて、記憶部21に記憶された時間情報31に基づき、時間情報31に応じた第1〜第3の時間T1〜T3でそれぞれ対応する駆動電圧Voを振動素子14へ印加することで、ユーザUにメカニカルスイッチへの操作感と同様の操作感を与えることができる。
次に、変動モードについて説明する。駆動部41は、変動モードにおいて、感圧センサ13で検出された操作面15への操作圧力Fと記憶部21に記憶された操作判定情報32とに基づき、上記の振動W1〜W3を発生させる。
図6は、変動モードにおけるパネル10の振動とユーザUの操作面15への操作圧力Fとの関係を示す図である。図6に示す例では、時刻t20において、ユーザUが押圧操作を開始し、その後、ユーザUの操作面15への操作圧力Fが上昇している。
駆動部41は、操作圧力Fが第1の閾値Pth1以上になったか否かの判定を繰り返し行っており、操作圧力Fが第1の閾値Pth1以上になったと判定した場合(時刻t21)、駆動電圧Vo1を振動素子14へ印加する。これにより、パネル10に初期振動W1が発生する。
次に、駆動部41は、操作圧力Fが第2の閾値Pth2以上または第1の閾値Pth1未満になったか否かを判定する。駆動部41は、操作圧力Fが第2の閾値Pth2以上または第1の閾値Pth1未満になっていないと判定した場合、振動素子14への駆動電圧Vo1の印加を継続して行う。
これにより、初期振動W1がパネル10に継続して発生し、ユーザUに対してスイッチ押し込み時の反発力をより適切に与えることができる。
駆動部41は、操作圧力Fが第1の閾値Pth1以下になった場合、振動素子14へ印加する電圧をゼロにして、パネル10の振動を停止する。一方、駆動部41は、操作圧力Fが第2の閾値Pth2以上になったと判定した場合(時刻t22)、第2の時間T2の間(時刻t22〜t23)、駆動電圧Vo2を振動素子14へ印加する。これにより、パネル10に本振動W2が発生し、ユーザUにクリック感を与えることができる。
次に、駆動部41は、操作圧力Fが第3の閾値Pth3以下になったか否かを判定する。駆動部41は、操作圧力Fが第3の閾値Pth3以下になったと判定した場合(時刻t23)、第3の時間T3の間(時刻t23〜t24)、駆動電圧Vo3を振動素子14へ印加する。これにより、ユーザUに操作音を提示することができる。
このように、駆動部41は、変動モードにおいて、パネル10の操作面15へのユーザUの操作圧力Fと記憶部21に記憶された操作判定情報32とに基づき、上記の振動W1〜W3を発生させる。そのため、押圧操作における接触時間や操作圧力FがユーザU毎に異なる場合であっても、ユーザU毎に適した操作感を与えることができる。
次に、表示装置2に表示される画像とユーザUの入力操作との関係について説明する。図7は、表示装置2に表示される画面65の一例を示す図である。図7に示す画面は、表示装置2に表示されるメニュー画面65であり、6つのアイコン71〜76(以下、アイコン70と総称する場合がある)が表示されている。
駆動部41は、ユーザUが操作面15に対してアイコン70を選択する押圧操作を行うと、パネル10に上述した振動W1〜W3を順次発生させる。
ここで、記憶部21の操作判定情報32には、6つのアイコン71〜76毎に振動W1〜W3や、上記の第1の閾値Pth1〜Pth3および第1〜第3の時間T1〜T3が異なる情報が記憶される。
つまり、駆動部41は、アイコン70に対する押圧操作が検出された場合に、上記の振動W1〜W3を発生させ、かつ、その振動W1〜W3をアイコン70毎に変更することができる。
このように、アイコン70毎に異なる振動W1〜W3を発生させることで、ユーザUに対してアイコン70毎に異なる触感を与えることが可能となる。これにより、ユーザUに対して各アイコン70への操作を触覚の違いによって認識させることが可能となり、操作性を向上させることができる。なお、6つのアイコン71〜76に対する振動は、全て同じ振動W1〜W3であってもよい。
次に、図8を用いて実施形態に係る制御装置20が実行する処理手順について説明する。図8は、制御装置20が実行する処理手順を示すフローチャートである。なお、以下に示す処理手順は、制御装置20の制御部22によって実行される。
図8に示すように、まず、制御部22は、固定モードか否かを判定し(ステップS100)、固定モードである場合(ステップS100,Yes)、操作圧力Fが閾値Pth1以上か否かを判定する(ステップS101)。
操作圧力Fが閾値Pth1以上である場合(ステップS101,Yes)、駆動部41は、初期振動W1を発生させた後に(ステップS102)、本振動W2を発生させる(ステップS103)。その後、駆動部41は、音源振動W3を発生させることで操作音を発生させ(ステップS104)、処理を終了する。また、操作圧力Fが閾値Pth1未満である場合は(ステップS101,No)、ステップS101の処理を繰り返し実行する。
一方、固定モードでない場合(ステップS100,No)、操作圧力Fが閾値Pth1以上か否かを判定し(ステップS105)、操作圧力Fが閾値Pth1未満である場合(ステップS105,No)、ステップS105の処理を引き続き行う。
また、操作圧力Fが閾値Pth1以上である場合(ステップS105,Yes)、駆動部41は、初期振動W1を発生させ(ステップS106)、操作圧力Fが閾値Pth2以上か否かを判定する(ステップS107)。
操作圧力Fが閾値Pth2未満である場合(ステップS107,No)、操作圧力Fが閾値Pth1未満か否かを判定する(ステップS108)。ここで、操作圧力Fが閾値Pth1未満であれば(ステップS108,Yes)、初期振動W1を停止して(ステップS109)、処理を終了する。また、操作圧力Fが閾値Pth1以上であれば(ステップS108,No)、ステップS106以降の処理を継続して行うこととなる。
一方、操作圧力Fが閾値Pth2以上であった場合(ステップS107,Yes)、本振動W2を発生させ(ステップS110)、操作圧力Fが閾値Pth3以下か否かを判定する(ステップS111)。
駆動部41は、操作圧力Fが閾値Pth3以下であれば(ステップS111,Yes)、操作音を発生させ(ステップS112)、処理を終了する。また、操作圧力Fが閾値Pth3よりも大きい場合(ステップS111,No)、ステップS111の判定処理を継続して行うこととなる。
上述したように、実施形態に係る制御装置20は、操作検出部40と、駆動部41とを備える。操作検出部40は、操作面15を有するパネル10の操作面15に対する押圧操作を検出する。駆動部41は、パネル10に取り付けられた振動素子14を駆動させてパネル10を振動させる。また、駆動部41は、操作検出部40によって押圧操作が検出された場合に、本振動W2に先立って本振動W2よりも周波数が低い初期振動W1を発生させる。したがって、実施形態に係る制御装置20によれば、メカニカルスイッチへの操作感と同様の操作感をユーザUへ与えることができ、ユーザUに与える操作感を向上させる。
ところで、上述した実施形態では、振動素子14がパネル10の厚み方向に振動W1〜W3を発生させる場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、振動素子14が、図1Aに示すX軸方向またはY軸方向に沿ってパネル10を振動させる場合であっても、本発明を適用することが可能である。
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な様態は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲および、その均等物によって定義される統括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変化が可能である。
1 入力システム
2 表示装置
9 入力ユニット
10 パネル
13 感圧センサ
14 振動素子
15 操作面
30 モード情報
31 時間情報
32 操作判定情報
40 操作検出部
41 駆動部

Claims (7)

  1. 操作面を有するパネルの前記操作面に対する押圧操作を検出する操作検出部と、
    前記パネルに取り付けられた振動素子を駆動させて前記パネルを振動させる駆動部と
    を備え、
    前記駆動部は、
    前記操作検出部によって前記押圧操作が検出された場合に、本振動に先立って前記本振動よりも周波数が低い初期振動を発生させ、前記本振動を発生させた後に、前記本振動よりも周波数が高い振動を発生させること
    を特徴とする制御装置。
  2. 前記駆動部は、
    前記初期振動と前記本振動とを連続的に発生させること
    を特徴とする請求項1に記載の制御装置。
  3. 前記操作検出部は、
    前記パネルに対する操作圧力に基づいて前記押圧操作を検出し、
    前記駆動部は、
    前記操作検出部によって検出される前記操作圧力が第1閾値を超えた場合に、前記初期振動を発生させ、前記操作圧力が前記第1閾値よりも大きい第2閾値を超えた場合に、前記初期振動から前記本振動へ切り替えること
    を特徴とする請求項1または2に記載の制御装置。
  4. 前記駆動部は、
    前記本振動の後の前記振動を可聴域の周波数とすることで、前記パネルから操作音を発生させること
    を特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の制御装置。
  5. 前記駆動部は、
    模擬対象となるボタンの操作時に発生する主要周波数または原音の波形で前記操作音を発生させること
    を特徴とする請求項4に記載の制御装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか一つに記載の制御装置と、
    前記操作面を有するパネルと、
    前記パネルを振動させる振動素子と
    を備えることを特徴とする入力システム。
  7. 操作面を有するパネルの前記操作面に対する押圧操作を検出する操作検出工程と、
    前記パネルに取り付けられた振動素子を駆動させて前記パネルを振動させる駆動工程と
    を含み、
    前記駆動工程は、
    前記操作検出工程によって前記押圧操作が検出された場合に、前記振動素子を駆動させて本振動に先立って前記本振動よりも周波数が低い初期振動で前記パネルを振動させ、前記本振動を発生させた後に、前記本振動よりも周波数が高い振動を発生させること
    を特徴とする制御方法。
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