JPWO2012105273A1 - 電子機器 - Google Patents

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Abstract

本発明の電子機器１０は、操作領域４０を表示する表示部１２と、表示部１２の表示面側に配置されたタッチパネル１１と、タッチパネル１１を振動させる振動部１３と、振動部１３の振動パターンを制御する振動制御部３３と、タッチパネル１１への操作がユーザの指とペンとのうちの何れによるものかを検出する検出部２０とを備える。振動制御部３３は、検出部２０が指を検出したときとペンを検出したときとで、振動部１３の振動パターンを異ならせる。

Description

本発明は、ユーザによるタッチ操作に応じて振動等を発生させる電子機器に関する。
表示画面上にタッチパネルが配置された電子機器において、ユーザへの操作性向上のために、タッチパネルを振動させることにより、ユーザに触覚を与える技術が知られている。また、ユーザがタッチパネルを操作する場合は、ユーザは指で操作したり、タッチペンで操作したりする（例えば特許文献１）。
特開平４−１９９４１６号公報
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、タッチパネルを指で触ったときもタッチペンで触ったときも同じ振動しか与えていない。指とタッチペンでは振動の伝わり方が異なるため、ユーザは操作に違和感を感じてしまうおそれがある。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、指やタッチペンなど複数種類の入力手段を用いてタッチパネルを操作しても、ユーザが違和感なく操作することができる電子機器を提供する。
本発明の電子機器は、操作領域を表示する表示部と、前記表示部の表示面側に配置されたタッチパネルと、前記タッチパネルを振動させる振動部と、前記振動部の振動パターンを制御する振動制御部と、前記タッチパネルへの操作がユーザの指とペンとのうちの何れによるものかを検出する検出部とを備え、前記振動制御部は、前記検出部が前記指を検出したときと前記ペンを検出したときとで、前記振動部の振動パターンを異ならせる。
ある実施形態によれば、前記振動部は、前記指が検出されたときは前記ペンが検出されたときよりも大きく前記タッチパネルを振動させる。
ある実施形態によれば、前記検出部は、前記タッチパネルに加えられた圧力を検出し、前記検出した圧力に基づいて、前記タッチパネルへの操作が前記指と前記ペンとのうちの何れによるものかを検出する。
ある実施形態によれば、前記タッチパネルは、静電容量方式のタッチパネルであり、前記検出部は、前記タッチパネルへの操作によって変化した静電容量の値が閾値以上のときは前記操作は前記ペンによるものと判断し、前記閾値未満のときは前記操作が前記指によるものと判断する。
ある実施形態によれば、前記タッチパネルは、静電容量方式のタッチパネルであり、前記検出部は、前記指または前記ペンと前記タッチパネルとが接触した部分の接触面積を検出し、前記検出した接触面積に基づいて、前記タッチパネルへの操作が前記指と前記ペンとのうちの何れによるものかを検出する。
ある実施形態によれば、前記検出部は、前記検出した接触面積が閾値以上のときは前記操作が前記指によるものと判断し、前記閾値未満のときは前記操作が前記ペンによるものと判断する。
ある実施形態によれば、前記タッチパネルは、静電容量式のタッチパネルと電磁式検出基板とを含んでおり、前記検出部は、前記電磁式検出基板の電圧変化に基づいて前記ペンを検出し、前記静電容量式のタッチパネルの静電容量の変化に基づいて前記指を検出する。
本発明のプログラムは、タッチパネルを振動させる動作を電子機器に実行させるプログラムであって、前記プログラムは、前記タッチパネルへの操作がユーザの指とペンとのうちの何れによるものかを検出するステップと、前記指を検出したときと前記ペンを検出したときとで、前記タッチパネルの振動パターンを異ならせるステップとを前記電子機器に実行させる。
本発明によれば、ユーザの指を検出したときとペンを検出したときとで、タッチパネルの振動パターンを異ならせる。これにより、指やペンなど複数種類の入力手段を用いてタッチパネルを操作しても、ユーザは違和感なく操作することができる。
本発明のある実施形態によれば、指を検出したときはペンを検出したときよりも大きくタッチパネルを振動させる。一般に指よりもペン先の方が硬いため、同じ振動では指よりもペンの方がユーザに強く伝わる。このため、タッチパネルを指で触れたときとペンで触れたときとでは、ユーザは異なる触覚を感じ、それが操作の違和感につながる。指を検出したときはペンを検出したときよりも大きくタッチパネルを振動させることで、同じ程度の強さの振動をユーザに感じさせることができ、上記のような違和感をなくすことができる。
本発明の実施形態１に係る電子機器の外観斜視図である。 本発明の実施形態１に係る電子機器を示すブロック図である。 本発明の実施形態１に係る電子機器の断面図である。 本発明の実施形態１に係る振動部の外観斜視図である。 本発明の実施形態１に係る電子機器の画面表示部を示す図である。 本発明の実施形態１に係るタッチパネルの断面図である。 本発明の実施形態１に係るタッチパネルの断面図である。 本発明の実施形態１に係るタッチパネルの断面図である。 本発明の実施形態１に係る電子機器の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態１に係る電子機器の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態２に係る電子機器の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態３に係る電子機器の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態４に係る電子機器の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態４に係るタッチパネルの断面図である。 本発明の実施形態５に係る電子機器を示すブロック図である。 本発明の実施形態５に係る電子機器の断面図である。 本発明の実施形態５の電子機器の動作を示すフローチャートである。
（実施形態１）
以下、図面を用いて本発明の実施形態に係る電子機器を説明する。
＜電子機器の全体構成＞
図１、図２、図３を用いて本実施形態に係る電子機器１０の全体構成を説明する。
図１は、電子機器１０の外観を示す斜視図である。また、図２は、電子機器１０の構成を示すブロック図である。
図１および図２に示すように、電子機器１０は、主として、タッチパネル１１と、表示部１２と、振動部１３と、振動制御部３３と、マイクロコンピュータ２０とを備える。タッチパネル１１は、表示部１２の表示面側に設けられ、表示部１２の少なくとも一部を覆っている。振動部１３はタッチパネル１１を振動させる。振動制御部３３は、振動部１３の振動を制御する。マイクロコンピュータ２０は、ユーザによるタッチパネル１１への入力手段が指であるのかペンであるのかを検出する。ここで、本発明におけるペンとは、タッチパネル１１の操作が可能なペンであり、タッチペンおよびスタイラスとも称される。なお、紙面への筆記が可能な筆記具であっても、タッチパネル１１の操作が可能なものであれば、本発明におけるペンとして用いることができる。
ユーザは、表示部１２に表示された内容を指やペンなどによりタッチすることで、電子機器１０を操作する。筐体１４の中には、回路基板１９が配置されており、回路基板１９には、マイクロコンピュータ２０等の各種電子部品が取り付けられている。
＜個別構成の説明＞
表示部１２は、文字や数字、図形やキーボード等を表示する。表示部１２には、ユーザが操作可能な領域である操作領域４０（図５）が含まれている。操作領域４０には、例えば、キーボードのような、ユーザからの入力を受け付けるためのものが表示される。ユーザは、表示部１２に表示されたキーボードの任意の位置をタッチ操作することにより、文字入力等を行うことができる。表示部１２として、例えば、液晶、有機ＥＬ、電子ペーパー、プラズマなどの公知の表示装置を用いることができる。
表示制御部３２は、マイクロコンピュータ２０によって生成される制御信号に基づいて、表示部１２への表示内容を制御する。
タッチパネル１１は、少なくとも操作領域４０を覆うように表示部１２上に配置されている。ユーザは、タッチパネル１１上を指やペンなどでタッチ操作することで電子機器１０を操作することができる。タッチパネル１１は、ユーザのタッチ位置を検知することができる。ユーザのタッチ位置の情報は、タッチパネル制御部３１を介してマイクロコンピュータ２０に送られる。マイクロコンピュータ２０は、ユーザのタッチ位置の情報を用いて後述する各種処理を行う。
タッチパネル１１として、例えば、静電式、抵抗膜式、光学式、超音波方式、電磁式、感圧式などのタッチパネルを用いることができる。
振動部１３は、タッチパネル１１を振動させる。振動制御部３３は、振動部１３の振動パターンを制御する。振動部１３の構成や、振動パターンの詳細については後述する。
また、電子機器１０は、各種電子機器に対して入出力可能な各種入出力部３７を備える。外部通信部３６は、例えばインターネットや、パーソナルコンピュータ等への通信を可能とする通信手段である。
＜構成の配置関係の説明＞
図３は、電子機器１０の断面図である。本実施形態の電子機器１０では、タッチパネル１１、表示部１２、振動部１３、回路基板１９が、筐体１４に設けられている。回路基板１９には、マイクロコンピュータ２０、ＲＯＭ３８、ＲＡＭ３９、各種制御部、電源などが配置されている。
振動部１３は、タッチパネル１１に実装されており、タッチパネル１１を振動させることにより、ユーザに触覚を与えることができる。タッチパネル１１は筐体１４とスペーサ１８を介して配置されており、スペーサ１８によって、タッチパネル１１の振動が、筐体１４に伝わりにくいようになっている。スペーサ１８は、例えば、シリコンゴムやウレタンゴム等の緩衝部材である。
表示部１２は、筐体１４の中に配置されており、タッチパネル１１は、表示部１２を覆うように配置されている。タッチパネル１１、振動部１３、表示部１２は、それぞれ電気的に回路基板に接続されている。
＜振動部の構成＞
図４を用いて振動部１３の構成を説明する。図４は、本実施形態の振動部１３の斜視図である。振動部１３は、圧電素子２１とシム板２２とベース２３とを備える。シム板２２の両側には、圧電素子２１が接着されている。シム板２２の両端がベース２３と接続されており、いわゆる両持ち構成になっている。ベース２３は、タッチパネル１１と接続されている。
圧電素子２１は、チタン酸ジルコン酸鉛等の圧電セラミックやニオブ酸リチウム等の圧電単結晶である。圧電素子２１は、振動制御部３３からの電圧により伸縮する。シム板２２の両側に貼り付けられた圧電素子２１の片方が伸びて、片方が縮むように制御することで、シム板２２がたわみ振動を発生することができる。
シム板２２は、リン青銅等のバネ部材である。ベース２３は、アルミや真鍮等の金属や、ＰＥＴやＰＰ等のプラスチックである。シム板２２の振動はベース２３を通じて、タッチパネル１１を振動させ、タッチパネル１１を操作しているユーザはタッチパネル１１の振動を感知することができる。振動の周波数、振幅、期間は振動制御部３３によって制御される。振動の周波数としては、１００〜４００Ｈｚ程度の周波数が望ましい。
なお、本実施形態では、圧電素子２１をシム板２２に貼り付けているが、圧電素子２１を直接タッチパネル１１に貼り付けてもよい。また、スパッタリング等の方法によりタッチパネル１１に薄膜の圧電部材を形成して振動部１３として用いてもよい。また、タッチパネル１１の上にカバー部材等がある場合は、圧電素子２１をカバー部材に貼り付けてもよい。また、圧電素子２１の替わりに振動モータを用いてもよい。
＜文字入力動作＞
図５、図６、図７、図８を用いて、タッチパネル１１への入力動作について説明する。
図５は、電子機器１０の画面表示の一例であり、テンキーを表示している。ユーザは、電子機器１０の表示部１２に表示されたテンキーにタッチすることで、数字を入力する。
図６は、図３のａ−ｂ線に対応したタッチパネル１１の断面図である。Ｘ電極ＸＰは第１の方向（紙面に垂直な方向）に延在し、Ｙ電極ＹＰはＸ電極ＸＰと交差する第２の方向に並設され、透明基板３０１上に層間絶縁膜３０２を介して積層されている。Ｚ電極ＺＰは、Ｘ電極ＸＰとＹ電極ＹＰを覆う面状をしており、Ｘ電極ＸＰ、Ｙ電極ＹＰと対向して配置される。Ｘ電極ＸＰおよびＹ電極ＹＰとＺ電極ＺＰとの間には、圧力検知用絶縁層３００が設けられている。この例では、タッチパネル１１は、ユーザによる操作によりタッチパネルに加わる圧力を感知する感圧式のタッチパネルである。
Ｘ電極ＸＰ、Ｙ電極ＹＰ、Ｚ電極ＺＰは、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の透明性導電材料で形成されている。圧力検知用絶縁層３００としては、例えばパラフィン系オイル、シリコンゴム系の材料などのゲル状シートからなるものが用いられる。
図７は、タッチ操作が指であるときのタッチパネル１１を示す断面図である。ここでは、タッチ時の押圧が小さくて圧力検知用絶縁層３００の厚さが変化しないと仮定する。また、タッチ操作が無い場合のＺ電極ＺＰとＸ電極ＸＰとの間の容量をＣｘｚ、Ｚ電極ＺＰとＹ電極ＹＰとの間の容量をＣｙｚと仮定する。
Ｘ電極ＸＰの容量Ｃｘｚを検出する際には、Ｙ電極ＹＰはリセット状態でＧＮＤ電位となる。そのためＸ電極ＸＰからみた場合の合成容量は、Ｚ電極ＺＰがフローティング状態であるため、ＣｘｚとＣｙｚの直列接続の容量となる。このときのＸ電極ＸＰの合成容量Ｃｘｐは、次の式で表される。
Ｃｘｐ＝Ｃｘｚ・Ｃｙｚ／（Ｃｘｚ＋Ｃｙｚ） ・・・式（１）
タッチ操作により指の接触がある場合には、Ｚ電極ＺＰに指の静電容量成分Ｃｆが電気的に接続された状態とみなせる。タッチ操作時のＸ電極ＸＰの合成容量Ｃｘｐｆは、次の式で表される。
Ｃｘｐｆ＝Ｃｘｚ・（Ｃｙｚ＋Ｃｆ）／（Ｃｘｚ＋Ｃｙｚ＋Ｃｆ）
・・・式（２）
マイクロコンピュータ２０は、タッチ操作が無いときのＸ電極ＸＰの合成容量Ｃｘｐと、タッチ操作があるときのＸ電極ＸＰの合成容量Ｃｘｐｆとの差分をＸ電極ＸＰの信号成分として計算する。タッチ操作有無での電極容量の差分ΔＣｘｐは、式（１）と式（２）から算出できる。
ΔＣｘｐ＝Ｃｘｚ＾２・Ｃｆ／｛（Ｃｘｚ＋Ｃｙｚ）（Ｃｘｚ＋Ｃｙｚ＋Ｃｆ）｝
・・・式（３）
式（３）からも確認できるように、電極容量の差分ΔＣｘｐは指の静電容量Ｃｆに依存するため、マイクロコンピュータ２０によりＸ電極ＸＰの信号成分として算出できる。
図８は、タッチ操作がペンであるときのタッチパネル１１を示す断面図である。タッチ操作が無い場合のＸ電極ＸＰの容量は、図６を用いて説明したように式（１）で表すことができる。タッチ時の押圧により圧力検知用絶縁層３００が薄くなったときの、Ｚ電極ＺＰとＸ電極ＸＰ間の容量をＣｘｚａとし、Ｚ電極ＺＰとＹ電極ＹＰ間の容量をＣｙｚａとした場合、平行平板容量は厚さに反比例するため次の式が成り立つ。
Ｃｘｚａ＞Ｃｘｚ， Ｃｙｚａ＞Ｃｙｚ ・・・式（４）
Ｘ電極ＸＰの電極容量を検出する際には、Ｙ電極ＹＰはリセット状態でＧＮＤ電位となる。そのためＸ電極ＸＰからみた場合の合成容量は、Ｚ電極ＺＰがフローティング状態であるため、ＣｘｚａとＣｙｚａの直列接続の容量となる。このときのＸ電極の合成容量Ｃｘｐａは、次の式で表される。
Ｃｘｐａ＝Ｃｘｚａ・Ｃｙｚａ／（Ｃｘｚａ＋Ｃｙｚａ）
・・・式（５）
マイクロコンピュータ２０は、タッチ操作が無いときのＸ電極容量Ｃｘｐと、タッチ操作があるときのＸ電極容量Ｃｘｐａとの差分をＸ電極の信号成分として計算する。タッチ操作有無での電極容量の差分ΔＣｘｐａは、式（１）と式（５）から算出できる。
ΔＣｘｐａ＝｛Ｃｘｚ・Ｃｘｚａ（Ｃｙｚａ−Ｃｙｚ）＋Ｃｙｚ・Ｃｙｚａ（Ｃｘｚａ−Ｃｘｚ）｝／｛（Ｃｘｚ＋Ｃｙｚ）（Ｃｘｚａ＋Ｃｙｚａ）｝
・・・式（６）
式（４）と式（６）からも確認できるように、電極容量の差分ΔＣｘｐａを検出できるため、マイクロコンピュータ２０によりＸ電極の信号成分として算出できる。
以上のことから、圧力検知用絶縁層３００とＺ電極ＺＰを用いることで、ペンが非導電性の入力手段であっても、押圧により圧力検知用絶縁層３００の厚さが変化することによる容量の変化を検出することで、検知できる。また、入力座標を検知することができるとともに、容量変化に応じて指での入力とペンでの入力とを判別することが可能になる。
図９は、第１の実施形態におけるタッチ操作の流れを示すフローチャートである。ステップはＳと略する。タッチ操作がスタートした後、Ｓ１でタッチパネル制御部３１からの情報に基づいて、マイクロコンピュータ２０は、指でタッチしたか、ペンでタッチしたかを判別する。タッチパネル１１への操作が指である場合には静電容量値は減少し、タッチパネル１１への操作がペンである場合には静電容量値は増加する。マイクロコンピュータ２０は、検出した静電容量値が閾値以上のときはタッチパネル１１への操作がペンによるものと判断し、閾値未満のときはタッチパネル１１への操作が指によるものと判断する。マイクロコンピュータ２０が指でタッチしたと判別した場合、処理はＳ２に進む。Ｓ２では、振動制御部３３によって振動部１３の動作が制御されることで、タッチパネル１１を振動Ａで振動させ、ユーザはその振動を認識する。Ｓ１においてマイクロコンピュータ２０がペンでタッチしたと判別した場合はＳ３に進み、振動部１３を制御し、タッチパネル１１を振動Ｂで振動させ、ユーザはその振動を認識する。Ｓ２およびＳ３にてそれぞれ振動が与えられた後は、Ｓ４に進み、振動制御部３３により振動部１３の振動が停止される。
図１０は、振動パターンの一例を示す図である。
マイクロコンピュータ２０の命令により、振動制御部３３は、振動部１３へ図１０（ａ）に示すような波形の電圧を印加し、タッチパネル１１を振動させることで、ユーザに振動Ａを与える。振動Ａを与えるための電圧は正弦波で、１５０Ｈｚ、１００Ｖｒｍｓ、２周期である。このときのタッチパネル１１上の振幅は、約５μｍ程度である。また、振動制御部３３が、振動部１３へ図１０（ｂ）に示すような電圧を印加し、タッチパネル１１を振動させることで、ユーザに振動Ｂを与える。振動Ｂを与えるための電圧は正弦波で、１５０Ｈｚ、７０Ｖｒｍｓ、２周期である。なお、周波数、電圧、周期数に関しては一例であり、矩形波やのこぎり波などの別の波形であってもよいし、間欠的な波形や、連続的に周波数や振幅が変化する波形などでもよい。振動Ｂよりも振動Ａを強くすることで振動を感じにくい指でタッチ操作した時とペンでタッチしたときに同じ程度の強さの振動をユーザに感じさせることができる。
本実施形態では、振動Ａと振動Ｂは振動の振幅のみが異なる振動パターンとしたが、本発明はこれに限定されない。振動Ａと振動Ｂの周波数を変えてもよい。
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係る電子機器の動作について説明する。実施形態２に係る電子機器は、基本的に実施形態１に係る電子機器と同様の構成を有している。実施形態２に係る電子機器は、ユーザの指が近づいたことを静電容量の変化により検知する点が、実施形態１に係る電子機器と異なっている。具体的には、図９のフローチャートにおけるＳ１の入力手段を判別する方法が異なっている。以下、相違点を中心に説明する。
図１１は、図９に示したフローチャートにおけるＳ１、すなわち、入力手段の判別処理についての詳細を示すフローチャートである。ここでは、入力手段が指であるかペンであるかを判別している。
電子機器１０が入力待ちの状態からＳ１０に進むと、マイクロコンピュータ２０は、Ｘ電極およびＹ電極の静電容量の減少の有無を検出する。Ｓ１０において、タッチパネル１１へのタッチが行われる前に、静電容量の減少が検出された場合は、指がタッチパネル１１に接近していることになり、Ｓ１１に進む。Ｓ１１において静電容量が閾値ｍ未満になった場合は、タッチがあったと判断し、Ｓ１２に進み、入力手段が指であると判別される。そして、図９に示すフローチャートのＳ２へ処理が進む。Ｓ１１において静電容量が閾値ｍ未満にならない場合はタッチしていないと判断してＳ１０に戻る。
一方、Ｓ１０において、静電容量の減少が検出されない場合は、Ｓ１３に進む。Ｓ１３においてＸ電極、Ｙ電極の静電容量が閾値ｎ以上に増加した場合はタッチがあったと判断して、Ｓ１４へ進み、入力手段がペンであると判別される。そして、図９に示すフローチャートのＳ３へ処理が進む。Ｓ１３において静電容量が閾値ｎ以上とならない場合はタッチしていないと判断してＳ１０に戻る。
（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３に係る電子機器の動作について説明する。実施形態３に係る電子機器は、基本的に実施形態１および２に係る電子機器と同様の構成を有している。実施形態３に係る電子機器は、Ｚ電極のたわみの閾値を用いて入力手段を判別している点で、実施形態１および２に係る電子機器と異なっている。具体的には、図９のフローチャートにおけるＳ１の入力手段を判別する方法が異なっている。以下、相違点を中心に説明する。
図１２は、本実施形態におけるタッチ操作の流れを示すフローチャートである。
まず、Ｓ３０においてＸ電極、Ｙ電極の静電容量の変化の有無を検出する。タッチパネル１１が押圧されることにより圧力検知用絶縁層３００の厚さが変化し、静電容量が変化する。静電容量が増加した場合は、タッチ操作ありと判断し、Ｓ３１に進み静電容量の値を算出してＳ３２に進む。
Ｓ３２において静電容量の値が閾値以上である場合は、Ｓ３３に進み入力手段がペンであると判別して、図９のＳ３へ進む。Ｓ３２において静電容量の値が閾値未満の場合はＳ３４に進み、入力手段が指であると判別して、図９のＳ２へ進む。
一方、Ｓ３０にて静電容量の変化がない場合は、タッチ操作無しと判断し、Ｓ３０に戻る。
（実施形態４）
次に、本発明の実施形態４に係る電子機器の動作について説明する。実施形態４に係る電子機器は、基本的に実施形態１〜３に係る電子機器と同様の構成を有している。実施形態４に係る電子機器は、入力手段とタッチパネルとの接触面積を用いて入力手段を判別している点で、実施形態１〜３に係る電子機器と異なっている。具体的には、図９のフローチャートにおけるＳ１の入力手段を判別する方法が異なっている。以下、相違点を中心に説明する。
図１３は、本実施形態におけるタッチ操作の流れを示すフローチャートである。図１４は、静電容量式のタッチパネルを示す断面図である。
本実施形態では、入力手段とタッチパネル１１との接触面積の大きさを用いることで、入力手段が指であるのかペンであるのかを判別する。
具体的には、接触面積がある閾値以上の場合は指であると判別し、閾値未満の場合はペンであると判別する。閾値は、任意の数値を設定してもよいが、例えば、ペン先の直径を１ｍｍとした場合の接触面積を閾値として設定してもよい。通常、指での接触面積は、ペンでの接触面積よりも大きいため、この値以上の場合は、指でタッチされたと判別できる。
次に、本実施形態の処理の流れを図１３に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、Ｓ４０において接触面積を検出する。具体的には、Ｘ電極およびＹ電極の静電容量が変化している領域を検出することで、接触面積を求めることができる。Ｓ４０において、接触面積が算出された後、処理はＳ４１へ進む。Ｓ４１では、接触面積が閾値以上であるか否かが判定される。
Ｓ４１において、接触面積が閾値以上の場合は、Ｓ４２に進み入力手段が指であると判別しＳ２へ進む。Ｓ４１において、接触面積が閾値未満の場合はＳ４３に進み、入力手段がペンであると判別してＳ３に進む。
（実施形態５）
次に、実施形態５に係る電子機器について説明する。実施形態５に係る電子機器は、基本的に実施形態１〜４に係る電子機器と同様の構成を有している。実施形態５に係る電子機器は、電磁式のタッチパネルを有している点で、実施形態１〜４に係る電子機器と異なっている。以下、相違点を中心に説明する。
図１５は本実施形態に係る電子機器の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る電子機器１０は、電磁式検出基板５１と、電磁式検出基板制御部５４とをさらに備える。
図１６は電子機器１０の断面図である。タッチ操作に使用するペン５０にはコイル５２および圧力検出部５３が内蔵されている。タッチパネル１１としては図１４に示した静電容量式タッチパネルが取り付けられている。
＜文字入力動作＞
指によるタッチ操作の場合は、上述の実施形態１と同様に、Ｘ電極およびＹ電極の静電容量変化を検出してタッチした座標を決定する。
ペン５０でタッチする場合について図１６を用いて説明する。電磁式検出基板５１には面内にコイルパターン（図示せず）が設けられている。ペン５０が電磁式検出基板５１に近づくと、ペン５０に内蔵されたコイル５２が電磁式検出基板５１のコイルパターンにより励起されて電流が発生する。励起された電流による逆起電力によって電磁式検出基板５１のコイルパターンの電圧が変化することでペン５０の近接を検出することが可能となっている。ペン５０がタッチパネル１１にタッチすると、タッチしたことが圧力検出部５３で検出される。圧力検出部５３により、タッチしたことが検出されると、圧力検出部５３がコイル５２に流れる電流に一定の制御を加える。この電流の変化を電磁式検出基板５１のコイルパターンの電圧変化で読み取ることで、ペン５２とタッチパネル１１が接触したことを検出する。
以上のように、指でタッチ操作した場合はタッチパネル制御部３１で静電容量の変化として検出し、ペン５０でタッチ操作した場合は、電磁式検出基板制御部５４で電圧の変化として検出することが可能となっている。
図１７は、本実施形態におけるタッチ操作の流れを示すフローチャートである。まず、Ｓ５０において、電磁式検出基板５１の電圧変化の有無が検出される。電圧変化が有った場合は、Ｓ５１に進み、入力手段はペンであると判定される。その後、Ｓ５２に進み、ペンによるタッチパネル１１へのタッチの有無が判定される。Ｓ５２において、タッチ有りと判定された場合、Ｓ５３へ進む。Ｓ５３では、振動制御部３３により振動部１３が振動Ｂを発生するように制御される。その後、処理はＳ５４へ進み、振動が停止される。Ｓ５２において、タッチ無しと判定された場合は、Ｓ５０に戻る。
一方、Ｓ５０において、電磁式検出基板５１の電圧変化が無かった場合は、Ｓ５５に進み、静電容量の変化の有無が判定される。Ｓ５５において、静電容量の変化有りと判定された場合は、Ｓ５６に進み、入力手段は指であると判定される。また、Ｓ５５において、静電容量の変化無しと判定された場合は、処理はＳ５０に戻る。
Ｓ５６において、入力手段は指であると判定されると、処理はＳ５７に進み、指によるタッチパネル１１へのタッチの有無が判定される。Ｓ５７において、タッチありと判定された場合は、Ｓ５８に進む。Ｓ５８では、振動制御部３３により振動部１３が振動Ａを発生するように制御される。その後、処理はＳ５４へ進み、振動が停止される。Ｓ５７において、タッチ無しと判定された場合は、処理はＳ５０に戻る。
なお、上述した実施形態１〜５の電子機器１０の動作は、ハードウエアによって実現されてもよいしソフトウエアによって実現されてもよい。そのような制御動作を実行させるプログラムは、例えばマイクロコンピュータ２０の内蔵メモリやＲＯＭ３８に記憶される。また、そのようなコンピュータプログラムは、それが記録された記録媒体（光ディスク、半導体メモリ等）から電気機器１０へインストールしてもよいし、インターネット等の電気通信回線を介してダウンロードしてもよい。
（その他の実施形態）
本発明の実施形態として、実施形態１〜５を例示したが、本願発明はこれらに限定されない。本願発明の他の実施形態の一例を以下に説明する。
上述の実施形態では、タッチパネルを用いて入力手段を判別していたが、これに限らない。入力手段を判別する方法はカメラ撮影による判別であってもよい。
タッチパネルの方式については、静電容量方式と抵抗膜方式を組み合わせたものでもよい。指は静電容量方式で検出でき、ペンは抵抗膜方式により検出できる。すなわち、入力手段を判別できるような組み合わせであれば、公知の他の方式のタッチパネルを用いてもよい。
上述の実施形態では、振動手段として圧電素子を用いたが、本発明はこれに限定されない。振動手段は、振動モータであってもよい。
上述の実施形態では、各構成を制御する制御部がそれぞれ設けられているが、本発明はこれに限定されない。振動制御部等の各種制御部は、マイクロコンピュータ２０が兼ねる構成であってもよい。
上述の実施形態１では、電子機器の一例としてタブレット型の情報端末機器を用いて説明したが、本発明の電子機器はこれに限定されない。例えば、携帯電話、ＰＤＡ、ゲーム機、カーナビゲーション、ＡＴＭなど、タッチパネルを備える電子機器であってもよい。
上述の実施形態では、タッチパネル１１として表示部１２の表示面の全面を覆うものを例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、表示面の中央部のみにタッチパネル機能を有し、周辺部はタッチパネル機能を有する部分が覆っていない状態でもよい。要するに、少なくとも表示部の入力操作領域４０を覆うものであればよい。
上述の実施形態では、タッチパネル１１と表示部１２は別体となっていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、タッチパネル１１が表示部１２に接着されていてもよい。あるいは、表示部１２がタッチ位置を検出する機能を有していてもよい。要するに、タッチ位置を検出することができればよい。
上述の実施形態では、タッチパネル１１を振動させていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、タッチパネル１１の外側にカバーガラスが配置されている場合は、これを振動させてもよい。要するに、ユーザが接触する部材を振動させることができればよい。
（まとめ）
以上の通り、本発明の実施形態の電子機器１０は、操作領域４０を表示する表示部１２と、少なくとも操作領域４０を覆うように配置されたタッチパネル１１と、タッチパネル１１を振動させる振動部１３と、振動部１３の振動パターンを制御する振動制御部３３と、タッチパネルへの操作がユーザの指とペンとのうちの何れによるものかを検出するマイクロコンピュータ２０とを備える。振動制御部３３は、マイクロコンピュータ２０が指を検出したときとペンを検出したときとで、振動部１３の振動パターンを異ならせる。このような構成を備えることにより、電子機器１０は、ユーザの入力手段に応じた振動パターンを提示することができる。その結果、指やタッチペンなど複数種類の入力手段を用いてタッチパネルを操作しても、ユーザが違和感なく電子機器１０を操作することができる。
また、振動部１３は、指が検出されたときはペンが検出されたときよりも大きくタッチパネル１１を振動させる。このような構成により、指で感じる振動とペンで感じる振動とを同じ程度に制御することができる。その結果、ユーザは、指やタッチペンなど複数種類の入力手段を用いてタッチパネルを操作しても、ユーザが違和感なく操作することができる。
また、マイクロコンピュータ２０は、タッチパネル１１に加えられた圧力を検出し、検出した圧力に基づいて、タッチパネル１１への操作が指とペンとのうちの何れによるものかを検出する。このような構成により、電子機器１０は、ユーザの指での入力とペンでの入力とではタッチパネルへの圧力が異なることを利用して、ユーザの入力手段の違いを検出することができる。その結果、電子機器１０は、ユーザの入力手段に応じた振動パターンを提示することができる。
また、タッチパネル１１は、静電容量方式のタッチパネルである。そして、マイクロコンピュータ２０は、タッチパネル１１への操作によって変化した静電容量の値が閾値以上のときは操作はペンによるものと判断し、閾値未満のときは操作が指によるものと判断する。このような構成により、電子機器１０は、ユーザの指での入力とペンでの入力とでは静電容量の変化が異なることを利用して、ユーザの入力手段の違いを検出することができる。その結果、電子機器１０は、ユーザの入力手段に応じた振動パターンを提示することができる。
また、タッチパネル１１は、静電容量方式のタッチパネルである。そして、マイクロコンピュータ２０は、指またはペンとタッチパネルとが接触した部分の接触面積を検出する。マイクロコンピュータ２０は、検出した接触面積に基づいて、タッチパネル１１への操作が指とペンとのうちの何れによるものかを検出する。このような構成により、電子機器１０は、ユーザの指での入力とペンでの入力とではタッチパネルへの接触面積が異なることを利用して、ユーザの入力手段の違いを検出することができる。その結果、電子機器１０は、ユーザの入力手段に応じた振動パターンを提示することができる。
また、タッチパネル１１は、静電容量式のタッチパネルと電磁式検出基板５１とを含んでいる。そして、マイクロコンピュータ２０は、電磁式検出基板５１の電圧変化に基づいてペンを検出し、静電容量式のタッチパネル１１の静電容量の変化に基づいて指を検出する。このような構成により、電子機器１０は、ユーザの入力手段の違いを検出することができる。その結果、電子機器１０は、ユーザの入力手段に応じた振動パターンを提示することができる。
また、タッチパネル１１を振動させる動作は、プログラムによって電子機器１０に実行させてもよい。そのようなプログラムは、タッチパネル１１への操作がユーザの指とペンとのうちの何れによるものかを検出するステップと、指を検出したときとペンを検出したときとで、タッチパネルの振動パターンを異ならせるステップとを電子機器１０に実行させる。このようなプログラムにより、電子機器１０は、ユーザの入力手段に応じた振動パターンを提示することができる。
１０ 電子機器
１１ タッチパネル
１２ 表示部
１３ 振動部装置
１４ 筐体
１５ カメラ
１７ スピーカ
１８ スペーサ
１９ 回路基板
２０ マイクロコンピュータ
２１ 圧電素子
２２ シム板
３１ タッチパネル制御部
３２ 表示制御部
３３ 振動制御部
３６ 外部通信部
３７ 各種Ｉ／Ｏ
５０ ペン
５１ 電磁式検出基板
５２ コイル
５３ 圧力検出部
５４ 電磁式検出基板制御部
３００ 圧力検知用絶縁層
３０１ 透明基板
３０２ 層間絶縁膜
本発明は、ユーザによるタッチ操作に応じて振動等を発生させる電子機器に関する。
表示画面上にタッチパネルが配置された電子機器において、ユーザへの操作性向上のために、タッチパネルを振動させることにより、ユーザに触覚を与える技術が知られている。また、ユーザがタッチパネルを操作する場合は、ユーザは指で操作したり、タッチペンで操作したりする（例えば特許文献１）。
特開平４−１９９４１６号公報
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、タッチパネルを指で触ったときもタッチペンで触ったときも同じ振動しか与えていない。指とタッチペンでは振動の伝わり方が異なるため、ユーザは操作に違和感を感じてしまうおそれがある。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、指やタッチペンなど複数種類の入力手段を用いてタッチパネルを操作しても、ユーザが違和感なく操作することができる電子機器を提供する。
本発明の電子機器は、操作領域を表示する表示部と、前記表示部の表示面側に配置されたタッチパネルと、前記タッチパネルを振動させる振動部と、前記振動部の振動パターンを制御する振動制御部と、前記タッチパネルへの操作がユーザの指とペンとのうちの何れによるものかを検出する検出部とを備え、前記振動制御部は、前記検出部が前記指を検出したときと前記ペンを検出したときとで、前記振動部の振動パターンを異ならせる。
ある実施形態によれば、前記振動部は、前記指が検出されたときは前記ペンが検出されたときよりも大きく前記タッチパネルを振動させる。
ある実施形態によれば、前記検出部は、前記タッチパネルに加えられた圧力を検出し、前記検出した圧力に基づいて、前記タッチパネルへの操作が前記指と前記ペンとのうちの何れによるものかを検出する。
ある実施形態によれば、前記タッチパネルは、静電容量方式のタッチパネルであり、前記検出部は、前記タッチパネルへの操作によって変化した静電容量の値が閾値以上のときは前記操作は前記ペンによるものと判断し、前記閾値未満のときは前記操作が前記指によるものと判断する。
ある実施形態によれば、前記タッチパネルは、静電容量方式のタッチパネルであり、前記検出部は、前記指または前記ペンと前記タッチパネルとが接触した部分の接触面積を検出し、前記検出した接触面積に基づいて、前記タッチパネルへの操作が前記指と前記ペンとのうちの何れによるものかを検出する。
ある実施形態によれば、前記検出部は、前記検出した接触面積が閾値以上のときは前記操作が前記指によるものと判断し、前記閾値未満のときは前記操作が前記ペンによるものと判断する。
ある実施形態によれば、前記タッチパネルは、静電容量式のタッチパネルと電磁式検出基板とを含んでおり、前記検出部は、前記電磁式検出基板の電圧変化に基づいて前記ペンを検出し、前記静電容量式のタッチパネルの静電容量の変化に基づいて前記指を検出する。
本発明のプログラムは、タッチパネルを振動させる動作を電子機器に実行させるプログラムであって、前記プログラムは、前記タッチパネルへの操作がユーザの指とペンとのうちの何れによるものかを検出するステップと、前記指を検出したときと前記ペンを検出したときとで、前記タッチパネルの振動パターンを異ならせるステップとを前記電子機器に実行させる。
本発明によれば、ユーザの指を検出したときとペンを検出したときとで、タッチパネルの振動パターンを異ならせる。これにより、指やペンなど複数種類の入力手段を用いてタッチパネルを操作しても、ユーザは違和感なく操作することができる。
本発明のある実施形態によれば、指を検出したときはペンを検出したときよりも大きくタッチパネルを振動させる。一般に指よりもペン先の方が硬いため、同じ振動では指よりもペンの方がユーザに強く伝わる。このため、タッチパネルを指で触れたときとペンで触れたときとでは、ユーザは異なる触覚を感じ、それが操作の違和感につながる。指を検出したときはペンを検出したときよりも大きくタッチパネルを振動させることで、同じ程度の強さの振動をユーザに感じさせることができ、上記のような違和感をなくすことができる。
本発明の実施形態１に係る電子機器の外観斜視図である。 本発明の実施形態１に係る電子機器を示すブロック図である。 本発明の実施形態１に係る電子機器の断面図である。 本発明の実施形態１に係る振動部の外観斜視図である。 本発明の実施形態１に係る電子機器の画面表示部を示す図である。 本発明の実施形態１に係るタッチパネルの断面図である。 本発明の実施形態１に係るタッチパネルの断面図である。 本発明の実施形態１に係るタッチパネルの断面図である。 本発明の実施形態１に係る電子機器の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態１に係る電子機器の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態２に係る電子機器の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態３に係る電子機器の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態４に係る電子機器の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態４に係るタッチパネルの断面図である。 本発明の実施形態５に係る電子機器を示すブロック図である。 本発明の実施形態５に係る電子機器の断面図である。 本発明の実施形態５の電子機器の動作を示すフローチャートである。
（実施形態１）
以下、図面を用いて本発明の実施形態に係る電子機器を説明する。
＜電子機器の全体構成＞
図１、図２、図３を用いて本実施形態に係る電子機器１０の全体構成を説明する。
図１は、電子機器１０の外観を示す斜視図である。また、図２は、電子機器１０の構成を示すブロック図である。
図１および図２に示すように、電子機器１０は、主として、タッチパネル１１と、表示部１２と、振動部１３と、振動制御部３３と、マイクロコンピュータ２０とを備える。タッチパネル１１は、表示部１２の表示面側に設けられ、表示部１２の少なくとも一部を覆っている。振動部１３はタッチパネル１１を振動させる。振動制御部３３は、振動部１３の振動を制御する。マイクロコンピュータ２０は、ユーザによるタッチパネル１１への入力手段が指であるのかペンであるのかを検出する。ここで、本発明におけるペンとは、タッチパネル１１の操作が可能なペンであり、タッチペンおよびスタイラスとも称される。なお、紙面への筆記が可能な筆記具であっても、タッチパネル１１の操作が可能なものであれば、本発明におけるペンとして用いることができる。
ユーザは、表示部１２に表示された内容を指やペンなどによりタッチすることで、電子機器１０を操作する。筐体１４の中には、回路基板１９が配置されており、回路基板１９には、マイクロコンピュータ２０等の各種電子部品が取り付けられている。
＜個別構成の説明＞
表示部１２は、文字や数字、図形やキーボード等を表示する。表示部１２には、ユーザが操作可能な領域である操作領域４０（図５）が含まれている。操作領域４０には、例えば、キーボードのような、ユーザからの入力を受け付けるためのものが表示される。ユーザは、表示部１２に表示されたキーボードの任意の位置をタッチ操作することにより、文字入力等を行うことができる。表示部１２として、例えば、液晶、有機ＥＬ、電子ペーパー、プラズマなどの公知の表示装置を用いることができる。
表示制御部３２は、マイクロコンピュータ２０によって生成される制御信号に基づいて、表示部１２への表示内容を制御する。
タッチパネル１１は、少なくとも操作領域４０を覆うように表示部１２上に配置されている。ユーザは、タッチパネル１１上を指やペンなどでタッチ操作することで電子機器１０を操作することができる。タッチパネル１１は、ユーザのタッチ位置を検知することができる。ユーザのタッチ位置の情報は、タッチパネル制御部３１を介してマイクロコンピュータ２０に送られる。マイクロコンピュータ２０は、ユーザのタッチ位置の情報を用いて後述する各種処理を行う。
タッチパネル１１として、例えば、静電式、抵抗膜式、光学式、超音波方式、電磁式、感圧式などのタッチパネルを用いることができる。
振動部１３は、タッチパネル１１を振動させる。振動制御部３３は、振動部１３の振動パターンを制御する。振動部１３の構成や、振動パターンの詳細については後述する。
また、電子機器１０は、各種電子機器に対して入出力可能な各種入出力部３７を備える。外部通信部３６は、例えばインターネットや、パーソナルコンピュータ等への通信を可能とする通信手段である。
＜構成の配置関係の説明＞
図３は、電子機器１０の断面図である。本実施形態の電子機器１０では、タッチパネル１１、表示部１２、振動部１３、回路基板１９が、筐体１４に設けられている。回路基板１９には、マイクロコンピュータ２０、ＲＯＭ３８、ＲＡＭ３９、各種制御部、電源などが配置されている。
振動部１３は、タッチパネル１１に実装されており、タッチパネル１１を振動させることにより、ユーザに触覚を与えることができる。タッチパネル１１は筐体１４とスペーサ１８を介して配置されており、スペーサ１８によって、タッチパネル１１の振動が、筐体１４に伝わりにくいようになっている。スペーサ１８は、例えば、シリコンゴムやウレタンゴム等の緩衝部材である。
表示部１２は、筐体１４の中に配置されており、タッチパネル１１は、表示部１２を覆うように配置されている。タッチパネル１１、振動部１３、表示部１２は、それぞれ電気的に回路基板に接続されている。
＜振動部の構成＞
図４を用いて振動部１３の構成を説明する。図４は、本実施形態の振動部１３の斜視図である。振動部１３は、圧電素子２１とシム板２２とベース２３とを備える。シム板２２の両側には、圧電素子２１が接着されている。シム板２２の両端がベース２３と接続されており、いわゆる両持ち構成になっている。ベース２３は、タッチパネル１１と接続されている。
圧電素子２１は、チタン酸ジルコン酸鉛等の圧電セラミックやニオブ酸リチウム等の圧電単結晶である。圧電素子２１は、振動制御部３３からの電圧により伸縮する。シム板２２の両側に貼り付けられた圧電素子２１の片方が伸びて、片方が縮むように制御することで、シム板２２がたわみ振動を発生することができる。
シム板２２は、リン青銅等のバネ部材である。ベース２３は、アルミや真鍮等の金属や、ＰＥＴやＰＰ等のプラスチックである。シム板２２の振動はベース２３を通じて、タッチパネル１１を振動させ、タッチパネル１１を操作しているユーザはタッチパネル１１の振動を感知することができる。振動の周波数、振幅、期間は振動制御部３３によって制御される。振動の周波数としては、１００〜４００Ｈｚ程度の周波数が望ましい。
なお、本実施形態では、圧電素子２１をシム板２２に貼り付けているが、圧電素子２１を直接タッチパネル１１に貼り付けてもよい。また、スパッタリング等の方法によりタッチパネル１１に薄膜の圧電部材を形成して振動部１３として用いてもよい。また、タッチパネル１１の上にカバー部材等がある場合は、圧電素子２１をカバー部材に貼り付けてもよい。また、圧電素子２１の替わりに振動モータを用いてもよい。
＜文字入力動作＞
図５、図６、図７、図８を用いて、タッチパネル１１への入力動作について説明する。
図５は、電子機器１０の画面表示の一例であり、テンキーを表示している。ユーザは、電子機器１０の表示部１２に表示されたテンキーにタッチすることで、数字を入力する。
図６は、図３のａ−ｂ線に対応したタッチパネル１１の断面図である。Ｘ電極ＸＰは第１の方向（紙面に垂直な方向）に延在し、Ｙ電極ＹＰはＸ電極ＸＰと交差する第２の方向に並設され、透明基板３０１上に層間絶縁膜３０２を介して積層されている。Ｚ電極ＺＰは、Ｘ電極ＸＰとＹ電極ＹＰを覆う面状をしており、Ｘ電極ＸＰ、Ｙ電極ＹＰと対向して配置される。Ｘ電極ＸＰおよびＹ電極ＹＰとＺ電極ＺＰとの間には、圧力検知用絶縁層３００が設けられている。この例では、タッチパネル１１は、ユーザによる操作によりタッチパネルに加わる圧力を感知する感圧式のタッチパネルである。
Ｘ電極ＸＰ、Ｙ電極ＹＰ、Ｚ電極ＺＰは、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の透明性導電材料で形成されている。圧力検知用絶縁層３００としては、例えばパラフィン系オイル、シリコンゴム系の材料などのゲル状シートからなるものが用いられる。
図７は、タッチ操作が指であるときのタッチパネル１１を示す断面図である。ここでは、タッチ時の押圧が小さくて圧力検知用絶縁層３００の厚さが変化しないと仮定する。また、タッチ操作が無い場合のＺ電極ＺＰとＸ電極ＸＰとの間の容量をＣｘｚ、Ｚ電極ＺＰとＹ電極ＹＰとの間の容量をＣｙｚと仮定する。
Ｘ電極ＸＰの容量Ｃｘｚを検出する際には、Ｙ電極ＹＰはリセット状態でＧＮＤ電位となる。そのためＸ電極ＸＰからみた場合の合成容量は、Ｚ電極ＺＰがフローティング状態であるため、ＣｘｚとＣｙｚの直列接続の容量となる。このときのＸ電極ＸＰの合成容量Ｃｘｐは、次の式で表される。
Ｃｘｐ＝Ｃｘｚ・Ｃｙｚ／（Ｃｘｚ＋Ｃｙｚ） ・・・式（１）
タッチ操作により指の接触がある場合には、Ｚ電極ＺＰに指の静電容量成分Ｃｆが電気的に接続された状態とみなせる。タッチ操作時のＸ電極ＸＰの合成容量Ｃｘｐｆは、次の式で表される。
Ｃｘｐｆ＝Ｃｘｚ・（Ｃｙｚ＋Ｃｆ）／（Ｃｘｚ＋Ｃｙｚ＋Ｃｆ）
・・・式（２）
マイクロコンピュータ２０は、タッチ操作が無いときのＸ電極ＸＰの合成容量Ｃｘｐと、タッチ操作があるときのＸ電極ＸＰの合成容量Ｃｘｐｆとの差分をＸ電極ＸＰの信号成分として計算する。タッチ操作有無での電極容量の差分ΔＣｘｐは、式（１）と式（２）から算出できる。
ΔＣｘｐ＝Ｃｘｚ＾２・Ｃｆ／｛（Ｃｘｚ＋Ｃｙｚ）（Ｃｘｚ＋Ｃｙｚ＋Ｃｆ）｝
・・・式（３）
式（３）からも確認できるように、電極容量の差分ΔＣｘｐは指の静電容量Ｃｆに依存するため、マイクロコンピュータ２０によりＸ電極ＸＰの信号成分として算出できる。
図８は、タッチ操作がペンであるときのタッチパネル１１を示す断面図である。タッチ操作が無い場合のＸ電極ＸＰの容量は、図６を用いて説明したように式（１）で表すことができる。タッチ時の押圧により圧力検知用絶縁層３００が薄くなったときの、Ｚ電極ＺＰとＸ電極ＸＰ間の容量をＣｘｚａとし、Ｚ電極ＺＰとＹ電極ＹＰ間の容量をＣｙｚａとした場合、平行平板容量は厚さに反比例するため次の式が成り立つ。
Ｃｘｚａ＞Ｃｘｚ， Ｃｙｚａ＞Ｃｙｚ ・・・式（４）
Ｘ電極ＸＰの電極容量を検出する際には、Ｙ電極ＹＰはリセット状態でＧＮＤ電位となる。そのためＸ電極ＸＰからみた場合の合成容量は、Ｚ電極ＺＰがフローティング状態であるため、ＣｘｚａとＣｙｚａの直列接続の容量となる。このときのＸ電極の合成容量Ｃｘｐａは、次の式で表される。
Ｃｘｐａ＝Ｃｘｚａ・Ｃｙｚａ／（Ｃｘｚａ＋Ｃｙｚａ）
・・・式（５）
マイクロコンピュータ２０は、タッチ操作が無いときのＸ電極容量Ｃｘｐと、タッチ操作があるときのＸ電極容量Ｃｘｐａとの差分をＸ電極の信号成分として計算する。タッチ操作有無での電極容量の差分ΔＣｘｐａは、式（１）と式（５）から算出できる。
ΔＣｘｐａ＝｛Ｃｘｚ・Ｃｘｚａ（Ｃｙｚａ−Ｃｙｚ）＋Ｃｙｚ・Ｃｙｚａ（Ｃｘｚａ−Ｃｘｚ）｝／｛（Ｃｘｚ＋Ｃｙｚ）（Ｃｘｚａ＋Ｃｙｚａ）｝
・・・式（６）
式（４）と式（６）からも確認できるように、電極容量の差分ΔＣｘｐａを検出できるため、マイクロコンピュータ２０によりＸ電極の信号成分として算出できる。
以上のことから、圧力検知用絶縁層３００とＺ電極ＺＰを用いることで、ペンが非導電性の入力手段であっても、押圧により圧力検知用絶縁層３００の厚さが変化することによる容量の変化を検出することで、検知できる。また、入力座標を検知することができるとともに、容量変化に応じて指での入力とペンでの入力とを判別することが可能になる。
図９は、第１の実施形態におけるタッチ操作の流れを示すフローチャートである。ステップはＳと略する。タッチ操作がスタートした後、Ｓ１でタッチパネル制御部３１からの情報に基づいて、マイクロコンピュータ２０は、指でタッチしたか、ペンでタッチしたかを判別する。タッチパネル１１への操作が指である場合には静電容量値は減少し、タッチパネル１１への操作がペンである場合には静電容量値は増加する。マイクロコンピュータ２０は、検出した静電容量値が閾値以上のときはタッチパネル１１への操作がペンによるものと判断し、閾値未満のときはタッチパネル１１への操作が指によるものと判断する。マイクロコンピュータ２０が指でタッチしたと判別した場合、処理はＳ２に進む。Ｓ２では、振動制御部３３によって振動部１３の動作が制御されることで、タッチパネル１１を振動Ａで振動させ、ユーザはその振動を認識する。Ｓ１においてマイクロコンピュータ２０がペンでタッチしたと判別した場合はＳ３に進み、振動部１３を制御し、タッチパネル１１を振動Ｂで振動させ、ユーザはその振動を認識する。Ｓ２およびＳ３にてそれぞれ振動が与えられた後は、Ｓ４に進み、振動制御部３３により振動部１３の振動が停止される。
図１０は、振動パターンの一例を示す図である。
マイクロコンピュータ２０の命令により、振動制御部３３は、振動部１３へ図１０（ａ）に示すような波形の電圧を印加し、タッチパネル１１を振動させることで、ユーザに振動Ａを与える。振動Ａを与えるための電圧は正弦波で、１５０Ｈｚ、１００Ｖｒｍｓ、２周期である。このときのタッチパネル１１上の振幅は、約５μｍ程度である。また、振動制御部３３が、振動部１３へ図１０（ｂ）に示すような電圧を印加し、タッチパネル１１を振動させることで、ユーザに振動Ｂを与える。振動Ｂを与えるための電圧は正弦波で、１５０Ｈｚ、７０Ｖｒｍｓ、２周期である。なお、周波数、電圧、周期数に関しては一例であり、矩形波やのこぎり波などの別の波形であってもよいし、間欠的な波形や、連続的に周波数や振幅が変化する波形などでもよい。振動Ｂよりも振動Ａを強くすることで振動を感じにくい指でタッチ操作した時とペンでタッチしたときに同じ程度の強さの振動をユーザに感じさせることができる。
本実施形態では、振動Ａと振動Ｂは振動の振幅のみが異なる振動パターンとしたが、本発明はこれに限定されない。振動Ａと振動Ｂの周波数を変えてもよい。
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係る電子機器の動作について説明する。実施形態２に係る電子機器は、基本的に実施形態１に係る電子機器と同様の構成を有している。実施形態２に係る電子機器は、ユーザの指が近づいたことを静電容量の変化により検知する点が、実施形態１に係る電子機器と異なっている。具体的には、図９のフローチャートにおけるＳ１の入力手段を判別する方法が異なっている。以下、相違点を中心に説明する。
図１１は、図９に示したフローチャートにおけるＳ１、すなわち、入力手段の判別処理についての詳細を示すフローチャートである。ここでは、入力手段が指であるかペンであるかを判別している。
電子機器１０が入力待ちの状態からＳ１０に進むと、マイクロコンピュータ２０は、Ｘ電極およびＹ電極の静電容量の減少の有無を検出する。Ｓ１０において、タッチパネル１１へのタッチが行われる前に、静電容量の減少が検出された場合は、指がタッチパネル１１に接近していることになり、Ｓ１１に進む。Ｓ１１において静電容量が閾値ｍ未満になった場合は、タッチがあったと判断し、Ｓ１２に進み、入力手段が指であると判別される。そして、図９に示すフローチャートのＳ２へ処理が進む。Ｓ１１において静電容量が閾値ｍ未満にならない場合はタッチしていないと判断してＳ１０に戻る。
一方、Ｓ１０において、静電容量の減少が検出されない場合は、Ｓ１３に進む。Ｓ１３においてＸ電極、Ｙ電極の静電容量が閾値ｎ以上に増加した場合はタッチがあったと判断して、Ｓ１４へ進み、入力手段がペンであると判別される。そして、図９に示すフローチャートのＳ３へ処理が進む。Ｓ１３において静電容量が閾値ｎ以上とならない場合はタッチしていないと判断してＳ１０に戻る。
（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３に係る電子機器の動作について説明する。実施形態３に係る電子機器は、基本的に実施形態１および２に係る電子機器と同様の構成を有している。実施形態３に係る電子機器は、Ｚ電極のたわみの閾値を用いて入力手段を判別している点で、実施形態１および２に係る電子機器と異なっている。具体的には、図９のフローチャートにおけるＳ１の入力手段を判別する方法が異なっている。以下、相違点を中心に説明する。
図１２は、本実施形態におけるタッチ操作の流れを示すフローチャートである。
まず、Ｓ３０においてＸ電極、Ｙ電極の静電容量の変化の有無を検出する。タッチパネル１１が押圧されることにより圧力検知用絶縁層３００の厚さが変化し、静電容量が変化する。静電容量が増加した場合は、タッチ操作ありと判断し、Ｓ３１に進み静電容量の値を算出してＳ３２に進む。
Ｓ３２において静電容量の値が閾値以上である場合は、Ｓ３３に進み入力手段がペンであると判別して、図９のＳ３へ進む。Ｓ３２において静電容量の値が閾値未満の場合はＳ３４に進み、入力手段が指であると判別して、図９のＳ２へ進む。
一方、Ｓ３０にて静電容量の変化がない場合は、タッチ操作無しと判断し、Ｓ３０に戻る。
（実施形態４）
次に、本発明の実施形態４に係る電子機器の動作について説明する。実施形態４に係る電子機器は、基本的に実施形態１〜３に係る電子機器と同様の構成を有している。実施形態４に係る電子機器は、入力手段とタッチパネルとの接触面積を用いて入力手段を判別している点で、実施形態１〜３に係る電子機器と異なっている。具体的には、図９のフローチャートにおけるＳ１の入力手段を判別する方法が異なっている。以下、相違点を中心に説明する。
図１３は、本実施形態におけるタッチ操作の流れを示すフローチャートである。図１４は、静電容量式のタッチパネルを示す断面図である。
本実施形態では、入力手段とタッチパネル１１との接触面積の大きさを用いることで、入力手段が指であるのかペンであるのかを判別する。
具体的には、接触面積がある閾値以上の場合は指であると判別し、閾値未満の場合はペンであると判別する。閾値は、任意の数値を設定してもよいが、例えば、ペン先の直径を１ｍｍとした場合の接触面積を閾値として設定してもよい。通常、指での接触面積は、ペンでの接触面積よりも大きいため、この値以上の場合は、指でタッチされたと判別できる。
次に、本実施形態の処理の流れを図１３に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、Ｓ４０において接触面積を検出する。具体的には、Ｘ電極およびＹ電極の静電容量が変化している領域を検出することで、接触面積を求めることができる。Ｓ４０において、接触面積が算出された後、処理はＳ４１へ進む。Ｓ４１では、接触面積が閾値以上であるか否かが判定される。
Ｓ４１において、接触面積が閾値以上の場合は、Ｓ４２に進み入力手段が指であると判別しＳ２へ進む。Ｓ４１において、接触面積が閾値未満の場合はＳ４３に進み、入力手段がペンであると判別してＳ３に進む。
（実施形態５）
次に、実施形態５に係る電子機器について説明する。実施形態５に係る電子機器は、基本的に実施形態１〜４に係る電子機器と同様の構成を有している。実施形態５に係る電子機器は、電磁式のタッチパネルを有している点で、実施形態１〜４に係る電子機器と異なっている。以下、相違点を中心に説明する。
図１５は本実施形態に係る電子機器の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る電子機器１０は、電磁式検出基板５１と、電磁式検出基板制御部５４とをさらに備える。
図１６は電子機器１０の断面図である。タッチ操作に使用するペン５０にはコイル５２および圧力検出部５３が内蔵されている。タッチパネル１１としては図１４に示した静電容量式タッチパネルが取り付けられている。
＜文字入力動作＞
指によるタッチ操作の場合は、上述の実施形態１と同様に、Ｘ電極およびＹ電極の静電容量変化を検出してタッチした座標を決定する。
ペン５０でタッチする場合について図１６を用いて説明する。電磁式検出基板５１には面内にコイルパターン（図示せず）が設けられている。ペン５０が電磁式検出基板５１に近づくと、ペン５０に内蔵されたコイル５２が電磁式検出基板５１のコイルパターンにより励起されて電流が発生する。励起された電流による逆起電力によって電磁式検出基板５１のコイルパターンの電圧が変化することでペン５０の近接を検出することが可能となっている。ペン５０がタッチパネル１１にタッチすると、タッチしたことが圧力検出部５３で検出される。圧力検出部５３により、タッチしたことが検出されると、圧力検出部５３がコイル５２に流れる電流に一定の制御を加える。この電流の変化を電磁式検出基板５１のコイルパターンの電圧変化で読み取ることで、ペン５２とタッチパネル１１が接触したことを検出する。
以上のように、指でタッチ操作した場合はタッチパネル制御部３１で静電容量の変化として検出し、ペン５０でタッチ操作した場合は、電磁式検出基板制御部５４で電圧の変化として検出することが可能となっている。
図１７は、本実施形態におけるタッチ操作の流れを示すフローチャートである。まず、Ｓ５０において、電磁式検出基板５１の電圧変化の有無が検出される。電圧変化が有った場合は、Ｓ５１に進み、入力手段はペンであると判定される。その後、Ｓ５２に進み、ペンによるタッチパネル１１へのタッチの有無が判定される。Ｓ５２において、タッチ有りと判定された場合、Ｓ５３へ進む。Ｓ５３では、振動制御部３３により振動部１３が振動Ｂを発生するように制御される。その後、処理はＳ５４へ進み、振動が停止される。Ｓ５２において、タッチ無しと判定された場合は、Ｓ５０に戻る。
一方、Ｓ５０において、電磁式検出基板５１の電圧変化が無かった場合は、Ｓ５５に進み、静電容量の変化の有無が判定される。Ｓ５５において、静電容量の変化有りと判定された場合は、Ｓ５６に進み、入力手段は指であると判定される。また、Ｓ５５において、静電容量の変化無しと判定された場合は、処理はＳ５０に戻る。
Ｓ５６において、入力手段は指であると判定されると、処理はＳ５７に進み、指によるタッチパネル１１へのタッチの有無が判定される。Ｓ５７において、タッチありと判定された場合は、Ｓ５８に進む。Ｓ５８では、振動制御部３３により振動部１３が振動Ａを発生するように制御される。その後、処理はＳ５４へ進み、振動が停止される。Ｓ５７において、タッチ無しと判定された場合は、処理はＳ５０に戻る。
なお、上述した実施形態１〜５の電子機器１０の動作は、ハードウエアによって実現されてもよいしソフトウエアによって実現されてもよい。そのような制御動作を実行させるプログラムは、例えばマイクロコンピュータ２０の内蔵メモリやＲＯＭ３８に記憶される。また、そのようなコンピュータプログラムは、それが記録された記録媒体（光ディスク、半導体メモリ等）から電気機器１０へインストールしてもよいし、インターネット等の電気通信回線を介してダウンロードしてもよい。
（その他の実施形態）
本発明の実施形態として、実施形態１〜５を例示したが、本願発明はこれらに限定されない。本願発明の他の実施形態の一例を以下に説明する。
上述の実施形態では、タッチパネルを用いて入力手段を判別していたが、これに限らない。入力手段を判別する方法はカメラ撮影による判別であってもよい。
タッチパネルの方式については、静電容量方式と抵抗膜方式を組み合わせたものでもよい。指は静電容量方式で検出でき、ペンは抵抗膜方式により検出できる。すなわち、入力手段を判別できるような組み合わせであれば、公知の他の方式のタッチパネルを用いてもよい。
上述の実施形態では、振動手段として圧電素子を用いたが、本発明はこれに限定されない。振動手段は、振動モータであってもよい。
上述の実施形態では、各構成を制御する制御部がそれぞれ設けられているが、本発明はこれに限定されない。振動制御部等の各種制御部は、マイクロコンピュータ２０が兼ねる構成であってもよい。
上述の実施形態１では、電子機器の一例としてタブレット型の情報端末機器を用いて説明したが、本発明の電子機器はこれに限定されない。例えば、携帯電話、ＰＤＡ、ゲーム機、カーナビゲーション、ＡＴＭなど、タッチパネルを備える電子機器であってもよい。
上述の実施形態では、タッチパネル１１として表示部１２の表示面の全面を覆うものを例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、表示面の中央部のみにタッチパネル機能を有し、周辺部はタッチパネル機能を有する部分が覆っていない状態でもよい。要するに、少なくとも表示部の入力操作領域４０を覆うものであればよい。
上述の実施形態では、タッチパネル１１と表示部１２は別体となっていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、タッチパネル１１が表示部１２に接着されていてもよい。あるいは、表示部１２がタッチ位置を検出する機能を有していてもよい。要するに、タッチ位置を検出することができればよい。
上述の実施形態では、タッチパネル１１を振動させていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、タッチパネル１１の外側にカバーガラスが配置されている場合は、これを振動させてもよい。要するに、ユーザが接触する部材を振動させることができればよい。
（まとめ）
以上の通り、本発明の実施形態の電子機器１０は、操作領域４０を表示する表示部１２と、少なくとも操作領域４０を覆うように配置されたタッチパネル１１と、タッチパネル１１を振動させる振動部１３と、振動部１３の振動パターンを制御する振動制御部３３と、タッチパネルへの操作がユーザの指とペンとのうちの何れによるものかを検出するマイクロコンピュータ２０とを備える。振動制御部３３は、マイクロコンピュータ２０が指を検出したときとペンを検出したときとで、振動部１３の振動パターンを異ならせる。このような構成を備えることにより、電子機器１０は、ユーザの入力手段に応じた振動パターンを提示することができる。その結果、指やタッチペンなど複数種類の入力手段を用いてタッチパネルを操作しても、ユーザが違和感なく電子機器１０を操作することができる。
また、振動部１３は、指が検出されたときはペンが検出されたときよりも大きくタッチパネル１１を振動させる。このような構成により、指で感じる振動とペンで感じる振動とを同じ程度に制御することができる。その結果、ユーザは、指やタッチペンなど複数種類の入力手段を用いてタッチパネルを操作しても、ユーザが違和感なく操作することができる。
また、マイクロコンピュータ２０は、タッチパネル１１に加えられた圧力を検出し、検出した圧力に基づいて、タッチパネル１１への操作が指とペンとのうちの何れによるものかを検出する。このような構成により、電子機器１０は、ユーザの指での入力とペンでの入力とではタッチパネルへの圧力が異なることを利用して、ユーザの入力手段の違いを検出することができる。その結果、電子機器１０は、ユーザの入力手段に応じた振動パターンを提示することができる。
また、タッチパネル１１は、静電容量方式のタッチパネルである。そして、マイクロコンピュータ２０は、タッチパネル１１への操作によって変化した静電容量の値が閾値以上のときは操作はペンによるものと判断し、閾値未満のときは操作が指によるものと判断する。このような構成により、電子機器１０は、ユーザの指での入力とペンでの入力とでは静電容量の変化が異なることを利用して、ユーザの入力手段の違いを検出することができる。その結果、電子機器１０は、ユーザの入力手段に応じた振動パターンを提示することができる。
また、タッチパネル１１は、静電容量方式のタッチパネルである。そして、マイクロコンピュータ２０は、指またはペンとタッチパネルとが接触した部分の接触面積を検出する。マイクロコンピュータ２０は、検出した接触面積に基づいて、タッチパネル１１への操作が指とペンとのうちの何れによるものかを検出する。このような構成により、電子機器１０は、ユーザの指での入力とペンでの入力とではタッチパネルへの接触面積が異なることを利用して、ユーザの入力手段の違いを検出することができる。その結果、電子機器１０は、ユーザの入力手段に応じた振動パターンを提示することができる。
また、タッチパネル１１は、静電容量式のタッチパネルと電磁式検出基板５１とを含んでいる。そして、マイクロコンピュータ２０は、電磁式検出基板５１の電圧変化に基づいてペンを検出し、静電容量式のタッチパネル１１の静電容量の変化に基づいて指を検出する。このような構成により、電子機器１０は、ユーザの入力手段の違いを検出することができる。その結果、電子機器１０は、ユーザの入力手段に応じた振動パターンを提示することができる。
また、タッチパネル１１を振動させる動作は、プログラムによって電子機器１０に実行させてもよい。そのようなプログラムは、タッチパネル１１への操作がユーザの指とペンとのうちの何れによるものかを検出するステップと、指を検出したときとペンを検出したときとで、タッチパネルの振動パターンを異ならせるステップとを電子機器１０に実行させる。このようなプログラムにより、電子機器１０は、ユーザの入力手段に応じた振動パターンを提示することができる。
１０ 電子機器
１１ タッチパネル
１２ 表示部
１３ 振動部装置
１４ 筐体
１５ カメラ
１７ スピーカ
１８ スペーサ
１９ 回路基板
２０ マイクロコンピュータ
２１ 圧電素子
２２ シム板
３１ タッチパネル制御部
３２ 表示制御部
３３ 振動制御部
３６ 外部通信部
３７ 各種Ｉ／Ｏ
５０ ペン
５１ 電磁式検出基板
５２ コイル
５３ 圧力検出部
５４ 電磁式検出基板制御部
３００ 圧力検知用絶縁層
３０１ 透明基板
３０２ 層間絶縁膜

Claims (8)

  1. 操作領域を表示する表示部と、
    前記表示部の表示面側に配置されたタッチパネルと、
    前記タッチパネルを振動させる振動部と、
    前記振動部の振動パターンを制御する振動制御部と、
    前記タッチパネルへの操作がユーザの指とペンとのうちの何れによるものかを検出する検出部と
    を備え、
    前記振動制御部は、前記検出部が前記指を検出したときと前記ペンを検出したときとで、前記振動部の振動パターンを異ならせる、電子機器。
  2. 前記振動部は、前記指が検出されたときは前記ペンが検出されたときよりも大きく前記タッチパネルを振動させる、請求項１に記載の電子機器。
  3. 前記検出部は、前記タッチパネルに加えられた圧力を検出し、前記検出した圧力に基づいて、前記タッチパネルへの操作が前記指と前記ペンとのうちの何れによるものかを検出する、請求項１に記載の電子機器。
  4. 前記タッチパネルは、静電容量方式のタッチパネルであり、
    前記検出部は、前記タッチパネルへの操作によって変化した静電容量の値が閾値以上のときは前記操作は前記ペンによるものと判断し、前記閾値未満のときは前記操作が前記指によるものと判断する、請求項１に記載の電子機器。
  5. 前記タッチパネルは、静電容量方式のタッチパネルであり、
    前記検出部は、前記指または前記ペンと前記タッチパネルとが接触した部分の接触面積を検出し、前記検出した接触面積に基づいて、前記タッチパネルへの操作が前記指と前記ペンとのうちの何れによるものかを検出する、請求項１に記載の電子機器。
  6. 前記検出部は、前記検出した接触面積が閾値以上のときは前記操作が前記指によるものと判断し、前記閾値未満のときは前記操作が前記ペンによるものと判断する、請求項５に記載の電子機器。
  7. 前記タッチパネルは、静電容量式のタッチパネルと電磁式検出基板とを含んでおり、
    前記検出部は、前記電磁式検出基板の電圧変化に基づいて前記ペンを検出し、前記静電容量式のタッチパネルの静電容量の変化に基づいて前記指を検出する、請求項１に記載の電子機器。
  8. タッチパネルを振動させる動作を電子機器に実行させるプログラムであって、
    前記プログラムは、
    前記タッチパネルへの操作がユーザの指とペンとのうちの何れによるものかを検出するステップと、
    前記指を検出したときと前記ペンを検出したときとで、前記タッチパネルの振動パターンを異ならせるステップと
    を前記電子機器に実行させるプログラム。
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