JPWO2015121955A1 - 電子機器、入力装置、及び駆動制御方法 - Google Patents

電子機器、入力装置、及び駆動制御方法 Download PDF

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Abstract

電子機器は、接触操作を受け付ける入力操作面を有する入力装置と、前記接触操作に連動してポインタを表示する表示装置と、前記表示装置上の前記ポインタの位置の変化に応じて、前記入力操作面に超音波帯の固有振動を発生させてその振幅を変化させる制御部とを有し、前記固有信号の前記振幅の変化によって前記表示装置上での前記ポインタの動作を通知する。

Description

本発明は、電子機器と、電子機器で用いられる入力装置、及び入力装置の駆動制御方法に関する。
従来のパソコンの入力は、マウスやタッチパッド、クリックパッドなどを使ってディスプレイパネルに表示されたポインタを操り、ディスプレイパネル上のグラフィカル・ユーザインタフェース(GUI)を操作することで行われてきた。これらの入力装置にはポインタの位置を指定するための座標入力部と、GUIを選択するためのボタンなどが付いているが、一般的に、GUIとして表示されるオブジェクトを触感的にユーザーに提示する出力部は有していない。通常、ユーザーはディスプレイパネルに表示されたポインタの位置を目視で確認する。
ユーザの指などが表示部に接触して操作を行うときに、その操作部位に対して所定の触感を与える触感振動を発生させる触感提示装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。この触感提示装置は、表示部上の接触した部位に振動を生じさせるにとどまり、操作部位に応じてユーザに異なる触感を与えることはできない。
特開2010−231609号公報
パソコンの画面は高精細化が進んでおり、画面に表示されるマウスカーソルやボタン等のオブジェクトのサイズが小さくなってきている。画面内のボタンが小さいと、画面を注視して、カーソルが目的のボタン等のオブジェクト上に来ているかを確認してから選択する必要がある。また、ポインタを動かす場合に、画面を見ていないとポインタの位置が判らないが、高速で動かした場合にポインタがどこにいるのか把握できず、ポインタを見失いやすい。さらに、マルチディスプレイにすると画面が広くなるため、ポインタを見失いやすく、ポインタを見つけにくい。
そこで、ユーザに触感でGUI上のポインタ位置を提示することのできる構成と手法を提供することを課題とする。
本発明のひとつの態様では、電子機器は、
接触操作を受け付ける入力操作面を有する入力装置と、
前記接触操作に連動するポインタを表示する表示装置と、
前記表示装置上の前記ポインタの位置の変化に応じて、前記入力操作面に超音波帯の固有振動を発生させてその振幅を変化させる制御部と、
を有し、
前記固有振動の前記振幅の変化により、前記表示装置上での前記ポインタの動作を通知する。
ユーザに触感でGUI上のポインタの位置を提示することができる。
実施形態の電子機器とこれに用いられる入力装置を示す斜視図である。 実施形態の入力装置の平面図である。 図2の入力装置のA−A矢視断面を示す図である。 超音波帯の固有振動によりトップパネル120に生じる定在波を示す図である。 トップパネル120に生じる超音波帯の固有振動の有無に応じて、操作入力を行う指先にかかる動摩擦力が変化する様子を説明する図である。 実施の形態の電子機器100の構成を示す図である。 メモリ250に格納される第1データと第2データを示す図である。 実施形態の電子機器100の駆動制御部240が実行する処理を示すフローチャートである。 実施形態の電子機器100の動作例を示す図である。 実施形態の電子機器100の動作例を示す図である。 実施形態の電子機器100の動作例を示す図である。 実施形態の電子機器100の動作例を示す図である。 実施形態の電子機器100の動作例を示す図である。 実施形態の電子機器100の動作例を示す図である。
以下で、本発明の入力装置とこれを用いた電子機器の実施の形態について説明する。実施形態では、表示画面上でのポインタの動作に応じて、入力装置を接触操作するユーザに異なる触感を与えることで、ユーザが画面上のどこを操作しているのかを目視によらずに把握できるようにする。たとえば、ポインタで画面上の特定のアイコンを選択する際や、画面上に開かれた複数のウィンドウ間をまたぐとき等に、ユーザに特定の触感を与えることで、ユーザがポインタの位置を触感で認識できるようにする。
図1(A)は、電子機器10の一例として、ノート型パーソナルコンピュータ(以下、「PC」と略称する)10を示す。PC10は、入力装置100の一例としてのクリックパッド100を有する。入力装置100は、ユーザが触れることのできる滑らかな表面を持ち、かつ接触位置の座標を検知できるセンサーを持つ機器であればよく、クリックパッド100に替えて、例えばマウスやキーボードであってもよい。PC10は表示装置420を有し、クリックパッド100に対する操作に応じた表示を行う。表示装置420は、例えば、液晶ディスプレイパネル又は有機EL(Electroluminescence)パネル等のディスプレイパネル420である。ディスプレイパネル420は、後述するドライバIC(Integrated Circuit)によって駆動制御され、電子機器10の動作状況に応じてGUI操作部、画像、文字、記号、図形等を表示する。
図1(B)はクリックパッド100の斜視図、図2はクリックパッド100の平面図、図3は、図2のA−A矢視断面図である。クリックパッド100は、筐体105上に入力操作部101を有し、配線102が筐体105内の基板170(図2及び図3参照)に接続されている。配線102は、クリックパッド100をPC10の本体に接続する。
入力操作部101の裏面には、入力操作部101の表面に対する接触を検出できるタッチパネル150が接着剤130を介して配置されている(図2及び図3参照)。入力操作部101には、制御ソフトウェアにより、領域によって様々な機能が割り当てられている。例えば、入力操作部101の全面でタッチ操作をすることができる。また、領域103をタップもしくは押圧するとマウスの左クリックに対応し、領域104をタップもしくは押圧するとマウスの右クリックとなる。この意味で、領域103を「左ボタンエリア103」と称し、領域104を「右ボタンエリア104」と称する。また、図1(B)の例では、入力操作部101の短辺と長辺に沿ってスクロールエリア106が設けられている。入力操作部101に対する接触操作は、配線102を通してPC10の本体に送信され、入力操作に応じた結果をPC10から受け取る。
図2及び図3に示すように、クリックパッド100は、筐体105内に配置されるトップパネル120、振動素子140、タッチパネル150、ボタン160、基板170を有する。この例では、トップパネル120は平面形状が長方形の薄い平板状の部材である。材質は、トップパネル120に触れている指の座標をタッチパネル150で検出でき、かつ超音波の固有振動数で駆動できる任意の材質である。タッチパネル150に静電容量式タッチパネルを使用する場合は、トップパネル120はガラス、又は、ポリカーボネートのような強化プラスティックで作製される。トップパネル120の裏面(Z軸負方向側の面)に振動素子140が配置されている。トップパネル120は、タッチパネル150の表面を保護する役割を果たし、タッチパネル150での接触検出と超音波による駆動を妨げないかぎり、トップパネル120の表面にさらに別なパネル又は保護膜等を設けてもよい。
トップパネル120は、振動素子140が駆動されることによって振動する。実施の形態では、トップパネル120の固有振動周波数でトップパネル120を振動させて、トップパネル120に定在波を生じさせる。トップパネル120の固有振動周波数は、トップパネル120に接着される振動素子140の重さ等を考慮して決定される。
振動素子140は、超音波帯の振動を発生できる素子であればよく、例えば、ピエゾ素子のような圧電素子を含むものを用いることができる。振動素子140は、後述する駆動制御部から出力される駆動信号によって駆動される。振動素子140が発生する振動の振幅(強度)及び周波数は駆動信号によって設定される。また、振動素子140のオン/オフは駆動信号によって制御される。
超音波帯とは、例えば、約20kHz以上の周波数帯をいう。実施の形態のクリックパッド100では、振動素子140が振動する周波数は、トップパネル120の振動数と等しくなるため、振動素子140は、トップパネル120の固有振動数で振動するように駆動信号によって駆動される。
タッチパネル150は、ユーザのトップパネル120への接触位置を検出できるものであればよく、例えば、静電容量型又は抵抗膜型の座標検出器である。あるいは、カメラを用いた座標検出器や光学タッチパネルなどを用いてもよい。後者の場合は、タッチパネル150はトップパネル120の上方に配置される。ここでは、タッチパネル150に静電容量型の座標検出器を用いる。タッチパネル150とトップパネル120との間に隙間があっても、静電容量型のタッチパネル150は、トップパネル120への操作入力を検出できる。
基板170は、筐体105内部に保持部108とボタン160を介して配設される。基板170の上には、タッチパネル150およびカバーガラス120が配置されている。ボタン160は例えばドームスイッチのようなボタンで、基板170の下方に配置されている。トップパネル120が押されることによって保持部108を支点に基板170、タッチパネル150およびトップパネル120が撓み、筺体105の底面との距離が縮まることによりボタン押下による入力判定が行われる。基板170には、後述する駆動制御装置の他に、クリックパッド100の駆動に必要な種々の回路等が実装される。
以上のような構成のクリックパッド100は、トップパネル120にユーザの指が接触し、指先の移動が検出されると、基板170に実装される駆動制御部が振動素子140を駆動し、トップパネル120を超音波帯の周波数で振動させる。この超音波帯の周波数はトップパネル120と振動素子140とを含む共振系の共振周波数であり、トップパネル120に定在波を発生させる。
ディスプレイパネル420上のポインタの位置あるいは動きに応じて、クリックパッド100のトップパネル120に異なるパターンの振動を発生させることにより、クリックパッド100を操作するユーザに、実行中の操作を触感で認識させることができる。
図4は、トップパネル120に発生させる定在波を説明する図である。図4では、超音波帯の固有振動によってトップパネル120の短辺に平行な波頭を形成する定在波が生じている。図4(A)はトップパネル120の側面図、図4(B)は斜視図であり、図2及び図3と同様のXYZ座標を定義する。
トップパネル120のヤング率E、密度ρ、ポアソン比δ、長辺寸法l、厚さt、長辺方向に存在する定在波の周期数kとすると、トップパネル120の固有振動数(共振周波数)fは式(1)、(2)で表される。
Figure 2015121955
Figure 2015121955
定在波は1/2周期単位で同じ波形を有するため、周期数kは、0.5刻みの値を取り、0.5、1、1.5、2・・・となる。式(2)の係数αは、式(1)におけるk以外の係数をまとめて表したものである。
図4に示す定在波は、一例として、周期数kが10の場合の波形である。例えば、トップパネル120として、長辺の長さlが140mm、短辺の長さが80mm、厚さtが0.7mmのGorilla(登録商標)ガラスを用いる場合には、周期数kが10の場合に、固有振動数fは33.5[kHz]となる。この場合は、周波数が33.5[kHz]の駆動信号を用いればよい。
トップパネル120は、平板状の部材であるが、振動素子140(図2及び図3参照)を駆動して超音波帯の固有振動を発生させると、図4に示すように撓むことにより、表面に定在波が生じる。
ここでは、図2のように、単一の振動素子140がトップパネル120の裏面(Z軸負方向側の面)で一方の短辺(Y軸方向)に沿って配置される構成を例にとって説明するが振動素子140を2つ用いてもよい。2つの振動素子140を用いる場合は、もう1つの振動素子140をトップパネル120の他方の短辺に沿って接着すればよい。この場合、2つの振動素子140は、トップパネル120の2つの短辺に平行な中心線を対称軸として、軸対称になるように配設すればよい。2つの振動素子140を駆動する場合は、周期数kが整数の場合は同一位相で駆動すればよく、周期数kが奇数の場合は逆位相で駆動すればよい。
図5は、クリックパッド100のトップパネル120に生じさせる超音波帯の固有振動の効果を説明する図である。クリックパッド100のトップパネル120に超音波帯の固有振動を発生あるいは停止させることにより、操作入力者の指先にかかる動摩擦力が変化する。
図5(A)及び図5(B)では、ユーザが指先でトップパネル120に触れながら、指を矢印の方向に移動させて操作あるいは入力を行っている。ユーザの指の移動中の振動のオン/オフの切り替えは、振動素子140(図2及び図3参照)をオン/オフすることによって行われる。図5(A)及び図5(B)で、振動がオフの間に指が触れる範囲をグレーで示し、振動がオンの間に指が触れる範囲を白で示す。
図5(A)に示す動作パターンでは、ユーザの指がトップパネル120の奥側にあるときに振動がオフであり、指を手前側に移動させる途中で振動がオンになっている。図5(B)に示す動作パターンでは、ユーザの指がトップパネル120の奥側にあるときに振動がオンであり、指を手前側に移動させる途中で振動がオフになっている。
ここで、トップパネル120に超音波帯の固有振動を生じさせると、トップパネル120の表面と指の間にスクイーズ効果による空気層が介在し、指でトップパネル120の表面をなぞったときの動摩擦係数が低下する。従って、図5(A)では、トップパネル120の奥側にグレーで示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は大きく、トップパネル120の手前側に白く示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は小さくなる。
図5(A)の矢印の方向に操作入力を行うユーザは、振動がオンになると、指先に掛かる動摩擦力の低下を感知し、指先の滑り易さを知覚することになる。このとき、ユーザはトップパネル120の表面がより滑らかになることにより、動摩擦力が低下するときに、トップパネル120の表面に凹部が存在するように感じる。
図5(B)では、トップパネル120の奥側に白く示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は小さく、トップパネル120の手前側にグレーで示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は大きくなる。図5(B)の矢印の方向に操作入力を行うユーザは、振動がオフになると、指先にかかる動摩擦力の増大を感知し、指先の滑り難さ、あるいは引っ掛かる感じを知覚する。ユーザは、指先が滑りにくくなることにより、動摩擦力が高くなるときにトップパネル120の表面に凸部が存在するように感じる。
このような構成により、図5(A)及び図5(B)の場合に、ユーザは指先で凹凸を感じ取ることができる。人間が凹凸を知覚することは、例えば、「触感デザインのための印刷物転写法とSticky-band Illusion」(第11回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会論文集 (SI2010, 仙台)、174-177, 2010-12)に記載されている。また、「Fishbone Tactile Illusion」(日本バーチャルリアリティ学会第10回大会論文集、2005年9月)にも記載されている。
上記の例では、振動のオン/オフを切り替える場合の動摩擦力の変化について説明したが、振動素子140の振幅(強度)を変化させた場合も同様の効果を奏する。
図6は、電子機器(PC)10のブロック構成図である。電子機器10は、入力装置としてのクリックパッド100と、駆動制御装置300と、PC本体400を含む。クリックパッド100は、振動素子140、アンプ141、タッチパネル150、ドライバIC(Integrated Circuit)151、ボタン160を含む。アンプ141は、駆動制御装置300と振動素子140との間に配設されており、駆動制御装置300から出力される駆動信号を増幅して振動素子140を駆動する。なお、図6では、保持部108、筐体105、トップパネル120等は省略されている。
駆動制御装置300は、正弦波発生器310と、振幅変調器320と、駆動制御部240を含む。図6では、駆動制御装置300は、クリックパッド100とPC本体400にまたがって配置されているが、クリックパッド100またはPC本体400のいずれか一方にだけ配置されてもよい。また、クリックパッド100のアンプ141、ドライバIC151、正弦波発生器310、振幅変調器320の全部または一部を、PC本体400に配置してもよい。
PC本体400は、制御部200と、ディスプレイパネル(表示部)420と、ドライバIC430を含む。制御部200は、アプリケーションプロセッサ220、駆動制御部240、及びメモリ250を有する。制御部200は、例えばICチップで実現される。
PC本体400の制御部200は、クリックパッド100のドライバIC151や、駆動制御装置300の振幅変調器320と信号の送受信を行う。信号の送受信は、配線102(図1参照)を介して行ってもよいし、無線で行ってもよい。ディスプレイパネル420は、ドライバIC430によって駆動制御が行われ、クリックパッド100の動作状況に応じて、GUI操作部、画像、文字、記号、図形等を表示する。
図6では、アプリケーションプロセッサ220、駆動制御部240、及びメモリ250が1つの制御部200によって実現されているが、駆動制御部240は、制御部200の外部に別のICチップ又はプロセッサとして設けられていてもよい。この場合には、メモリ250に格納されているデータのうち、駆動制御部240の駆動制御に必要なデータは、メモリ250とは別のメモリに格納して、駆動制御装置300の内部に設ければよい。
次に、入力操作に応じた振動の発生について説明する。
ドライバIC151は、タッチパネル150及びボタン160に接続されており、タッチパネル150への操作入力があった位置を表す位置データを検出する。検出された位置データは、制御部200に出力される。また、ドライバIC151は、ボタン160に対する入力があった場合、タッチパネルで検出された位置データを用いて入力操作部101(図1(B)参照)のどこの領域が操作されてボタン入力が行われたかを判定して、判定結果を制御部200に出力する。これらの位置データは、アプリケーションプロセッサ220と駆動制御部240に入力される。位置データが駆動制御部240に入力されることは、位置データが駆動制御装置300に入力されることと等価である。
ドライバIC430は、ディスプレイパネル420に接続されており、アプリケーションプロセッサ220から出力される描画データをディスプレイパネル420に入力し、描画データに基づく画像をディスプレイパネル420に表示させる。アプリケーションプロセッサ220は、電子機器10の種々のアプリケーションを実行する処理を行う。ディスプレイパネル420には、アプリケーションプロセッサ220で生成された描画データに基づくGUI操作部又は画像等が表示される。
駆動制御部240は、2つの所定の条件が揃った場合に、振幅データを振幅変調器320に出力する。2つの条件は、
(1)ユーザの指の移動速度が所定の閾値以上になること、及び
(2)振動発生時に、操作入力を行う指先の位置が、振動を発生させるべき所定の領域内にあること、
である。
振幅データは、振動素子140の駆動に用いる駆動信号の強度を調整するための振幅値を表すデータである。振幅値は、位置データの時間的変化の度合に応じて設定される。位置データの時間的変化の度合として、ユーザの指先がトップパネル120の表面に沿って移動する速度を用いる。ユーザの指先の移動速度は、ドライバIC151から入力される位置データの時間的な変化量に基づいて、駆動制御部240が算出する。
実施形態の駆動制御装置300は、一例として、指先の移動速度に関わらずにユーザが指先から感知する触感を一定にするために、移動速度が高いほど振幅値を小さくし、移動速度が低いほど振幅値を大きくする。振幅値と移動速度との関係は、図7(A)に示す第1データ(テーブル)として、メモリ250に格納されている。あらかじめ振幅値と移動速度の関係を示すテーブルを格納する代わりに、式(3)を用いて振幅値Aを算出してもよい。式(3)で算出される振幅値Aは、第1データと同様に、移動速度が高いほど小さくなり、移動速度が低いほど大きくなる。
Figure 2015121955
ここで、A0は振幅の基準値であり、Vは指先の移動速度であり、aは所定の定数である。式(3)を用いて振幅値Aを算出する場合は、式(3)(振幅の基準値A0と所定の定数aの値を含む)をメモリ250に格納しておけばよい。
実施形態の駆動制御装置300は、ユーザの指先がトップパネル120の表面に沿って移動したときに、指先に掛かる動摩擦力を変化させるためにトップパネル120を振動させる。動摩擦力は、指先が移動しているときに発生するため、駆動制御部240は、移動速度が所定の閾値速度以上になったときに、振動素子140を振動させる。移動速度が所定の閾値速度以上になることは、上記の条件(1)である。
駆動制御部240が出力する振幅データの振幅値は、移動速度が所定の閾値速度未満のときはゼロであり、移動速度が所定の閾値速度以上になると、移動速度に応じて異なる振幅値に設定される。移動速度が所定の閾値速度以上のときには、移動速度が高いほど振幅値は小さく設定され、移動速度が低いほど振幅値が大きく設定される。
条件(1)で移動速度が所定の閾値速度未満の場合に振幅値をゼロとするのは、ユーザの指先が動いていない場合に振動素子140を振動させたとしても動摩擦力の変化が起きにくいからである。したがって、条件(2)を満たし、消費電流などの問題がない場合は、かならずしも振幅値をゼロにしなくてもよい。
次に、条件(2)を説明する。駆動制御装置300は、操作入力を行う指先の位置が振動を発生させるべき所定の領域内にある場合に、振幅データを振幅変調器320に出力する。操作入力を行う指先の位置が振動を発生させるべき所定の領域内にあるかどうかは、操作入力を行う指先の位置情報に基づいて判定される。
ディスプレイパネル420に表示されるGUI操作部、画像表示領域、又は、ページ全体を表す領域等の位置は、これらの領域を表す領域データによって特定される。領域データは、すべてのアプリケーションにおいて、ディスプレイパネル420に表示されるすべてのGUI操作部、画像表示領域、又は、ページ全体を表す領域について存在する。
したがって、条件(2)で、操作入力を行う指先の位置が、振動を発生させるべき所定の領域内にあるかどうかを判定する際には、電子機器10が起動しているアプリケーションの種類が関係することになる。アプリケーションの種類により、ディスプレイパネル420上の表示が異なるからである。
また、アプリケーションの種類により、トップパネル120の表面に触れた指先を移動させる操作入力の種類が異なる。トップパネル120の表面に触れた指先を移動させる操作入力の種類として、例えば、GUI操作部を操作する際の、所謂フリック操作がある。フリック操作は、指先をトップパネル120の表面に沿って、はじく(スナップする)ように比較的短い距離移動させる操作である。
他には、スワイプ操作がある。スワイプ操作は、指先をトップパネル120の表面に沿って掃くように比較的長い距離移動させる操作である。スワイプ操作は、例えばマウスポインタの移動やディスプレイパネル420で写真を表示するようなアプリケーションにおいて、写真を捲って次の写真を表示させる場合に行われる。また、GUI操作部によるスライダーをスライドさせる場合やアイコンを選択して移動させるには、スライダーやアイコンをドラッグするドラッグ操作が行われる。
上記のフリック操作、スワイプ操作、あるいはドラッグ操作のように、トップパネル120の表面に触れた指先を移動させる操作入力は、アプリケーションによる表示の種類によって使い分けられる。このため、操作入力を行う指先の位置が、振動を発生させるべき所定の領域内にあるかどうかを判定する際には、電子機器10が起動しているアプリケーションの種類が関係することになる。
アプリケーションの種類と、操作入力が行われる領域を表す領域データと、振動パターンの対応関係は、図7(B)に示す第2データ(テーブル)として、メモリ250に格納されている。
駆動制御部240は、メモリ250内の領域データを用いて、ドライバIC151から供給される位置データが表す位置が、振動を発生させるべき所定の領域内にあるか否かを判定する。
また、駆動制御部240は、ドライバIC151から駆動制御装置300に位置データが入力されてから、当該位置データに基づいて駆動信号が算出されるまでの所要時間の間における指先の位置の変化分を補間するために、以下の処理を行う。
駆動制御装置300は、所定の制御周期毎に演算を行ので、駆動制御部240も所定の制御周期毎に演算を行う。ドライバIC151から駆動制御装置300に位置データが入力されてから、当該位置データに基づいて駆動制御部240が駆動信号を算出するまでの所要時間をΔtとすると、所要時間Δtは、制御周期に等しい。
指先の移動速度は、ドライバIC151から駆動制御装置300に入力される位置データが表す点(x1、y1)を始点とし、所要時間Δtが経過した後の指先の位置を終点(x2、y2)とするベクトルの速度として求めることができる。
駆動制御部240は、ドライバIC151から駆動制御装置300に入力される位置データが表す点(x2、y2)を始点とし、所要時間Δtが経過した後の指先の位置を終点(x3、y3)とするベクトルを求めることにより、所要時間Δt経過後の座標(x3、y3)を推定して、時間Δtの間における指先の位置の変化分を補間する。
駆動制御部240は、推定されたΔt後の座標が振動を発生させるべき所定の領域の内部にあるか否かを判定し、振動を発生させるべき所定の領域の内部にある場合に振動を発生させる。
駆動制御部240は、指先の移動速度が所定の閾値速度以上であり、推定座標が振動を発生させるべき所定の領域の内部にある場合に、移動速度に応じた振幅値を表す振幅データをメモリ250から読み出して、振幅変調器320に出力する。
正弦波発生器310は、トップパネル120を固有振動数で振動させるための駆動信号を生成するのに必要な正弦波を発生させる。例えば、トップパネル120を33.5[kHz]の固有振動数fで振動させる場合は、正弦波の周波数は、33.5[kHz]となる。正弦波発生器310は、超音波帯の正弦波信号を振幅変調器320に入力する。
振幅変調器320は、駆動制御部240から入力される振幅データを用いて、正弦波発生器310から入力される正弦波信号の振幅を変調して駆動信号を生成する。振幅変調器320は、正弦波発生器310から入力される超音波帯の正弦波信号の振幅のみを変調し、周波数及び位相は変調せずに、駆動信号を生成する。振幅データがゼロの場合は、駆動信号の振幅はゼロになる。これは、振幅変調器320が駆動信号を出力しないことと等しい。
図7(A)は、メモリ250に格納される第1データの例、図7(B)は第2データの例を示す。図7(A)の例では、指の移動速度Vに応じて、振幅値が異なる値(0、A1、A2)に設定されている。図7(B)の例では、アプリケーションの種類を表すデータとして、アプリケーションID(Identification)を示す。関連づけられる領域データとして、操作入力が行われるGUI操作部等が表示される領域の座標値(f1〜f4)が格納される。領域データに対応付けられる振動パターンとして、P1〜P4が格納される。
第2データに含まれるアプリケーションは、表示画面と入力装置が兼用されていない装置で利用可能なあらゆるアプリケーションを含み、たとえば、電子メールの編集モードを含んでもよい。
図8は、駆動制御装置300の駆動制御部240が実行する処理のフローチャートである。電子機器10のOS(Operating System)は、所定の制御周期毎に電子機器10を駆動するための制御を実行する。このため、駆動制御装置300は、所定の制御周期毎に演算を行う。これは駆動制御部240も同様であり、駆動制御部240は、図8の処理フローを所定の制御周期で繰り返し実行する。
上述のように、制御周期の1周期の時間は、ドライバIC151から駆動制御装置300に位置データが入力されてから、当該位置データに基づいて駆動信号が算出されるまでの所要時間Δtに相当するものとして取り扱うことができる。
駆動制御部240は、電子機器10の電源オンにより処理を開始する。駆動制御部240は、現在の位置データと領域データを取得する(ステップS1)。領域データは、位置データが表す座標と現在のアプリケーションの種類とに応じて、現在操作入力が行われているGUIに割り当てられている機能に対して取得される。領域データは、図7(B)に示すように振動パターンと関連付けられている。
駆動制御部240は、移動速度が所定の閾値速度以上であるか否かを判定する(ステップS2)。移動速度は、ベクトル演算によって算出すればよい。なお、閾値速度は、フリック操作、スワイプ操作、又はドラッグ操作等のように指先を移動させながら操作入力を行う際における指先の最低速度として設定すればよい。このような最低速度は、実験結果に基づいて設定してもよく、タッチパネル150の分解能等に応じて設定してもよい。
駆動制御部240は、ステップS2で移動速度が所定の閾値速度以上であると判定した場合は、現在の位置データが表す座標と、移動速度とに基づいて、Δt時間後の推定座標を演算する(ステップS3)。
駆動制御部240は、Δt時間後の推定座標が、ステップS1で求めた領域データが表す領域内にあるか否かを判定する(ステップS4)。Δt時間後の推定座標が、領域データが表す領域内にある場合は、ステップS2で求めた移動速度に対応する振幅値を、図7(A)の第1データから求める(ステップS5)。
駆動制御部240は、振幅データ出力する(ステップS6)。これにより、振幅変調器320において、正弦波発生器310から出力される正弦波の振幅が変調されることによって駆動信号が生成され、振動素子140が駆動される。
一方、ステップS2で移動速度が所定の閾値速度以上ではない場合(S2:NO)、またはステップS4でΔt時間後の推定座標が、ステップS1で求めた領域データが表す領域内にない場合(S4:NO)は、駆動制御部240は、振幅値をゼロに設定する(ステップS7)。
この結果、駆動制御部240は、振幅値がゼロの振幅データが出力され、振幅変調器320において、正弦波発生器310から出力される正弦波の振幅がゼロに変調された駆動信号が生成される。このため、この場合は、振動素子140は駆動されない。
図9〜図14を参照して、電子機器10の具体的な動作例を説明する。
図9は、クリックパッド100の入力操作部101上でユーザがスワイプ入力を行うことにより、ディスプレイパネル420に表示されたGUIにおいて、矢印Bの方向にポインタ30がアイコン21上を通過する動作を示す。時刻t11でポインタ30の操作が開始される。時刻t12でポインタ30がアイコン21の領域に入り、時刻t13でアイコン21の領域を出て、時刻t14でポインタ30の操作が終了する。
このように、アイコン21などのオブジェクト上をポインタ30が通過する動作モードでは、駆動制御部240は、ポインタ30がアイコン21の領域内にあるかどうかを判定する。
図10は、図9に示す操作入力が行われた場合に、駆動制御部240から出力される振幅データを示す。図10の横軸は時間を表し、縦軸は振幅データの振幅値を表す。正弦波発生器310で生成される正弦波は、振幅変調器320において図10の振幅データによて変調され、振動素子140を駆動する駆動信号が出力される。
時刻t12でポインタ30がアイコン21のエリアに入ると、振幅はA11まで立ち上がり、ほぼ一定に維持される。ここでは、ユーザがスワイプ操作を行う際の指先の移動速度は略一定であることとする。時刻t13でポインタ30がアイコン上のエリアを抜けると、駆動制御部240によって振幅値はゼロに設定される。このため、時刻t13の直後に振幅がゼロになる。
この駆動制御の結果、ユーザのスワイプ操作中にポインタ30がアイコン21上にある間は、ユーザの指先に掛かる動摩擦力は低下し、ユーザに指先が滑る感覚が提供される。ユーザは、画面を凝視していなくても、ポインタ30がアイコン21上にあることを指先で感知することができる。
図9のポインタ30がアイコン21上を通過する例で、図10の振動パターンに替えて、図11の振動パターンを用いてもよい。図11では、ポインタ30がアイコン21に差し掛かる時刻t12に振幅の大きな短時間の振動B11が生じる。振動B11は、ユーザの指先において知覚できないほど短時間の低摩擦状態(振幅大)から、瞬時的に高摩擦状態(振幅ゼロへの立下り)にすることにより、ユーザに指先が突起に触れた触感を提供する。
また、時刻12から時刻13の間、指先がアイコン21の内部を図9の矢印Bの方向(紙面の右方向)に移動する間、振幅の小さな短時間の振動B12が一定の時間間隔で発生する。これによって図10の振動パターンにより与えられる感触とは異なる感触がユーザに提示される。そして、時刻t13において、ポインタ30がアイコン21の領域から出ると、振幅の大きな短時間の振動B13を発生させる。振動B13ha、振動B11と同様の振動であり、ユーザの指先を知覚されないほど短時間の低摩擦状態から、瞬時的に高摩擦状態にして、ユーザに指先が突起に触れた触感を提供する。これにより、ユーザはアイコン21の領域から出たことを触感で感知することができる。
アプリケーションに応じてメモリ250から読み出される振動波形を変えることによって、利用者は特定のアイコンの操作を触感で把握することができる。たとえば、スワイプ操作によりディスプレイパネル420上に開かれたウィンドウのコーナーにある最小化/最大化ボックスやクローズボックスを選択する場合に、ボックスの近傍に先かかったときに振幅を立ち上げ、アイコンとその近傍領域内て振幅を維持することで、ユーザはアイコンの選択を触感で認識することができる。
図12は、クリックパッド100の入力操作部101上でユーザが矢印Bの方向にスワイプ入力を行うことで、ディスプレイパネル420に表示されたGUIでポインタ30がウィンドウの境界を通過する動作を示す。
ディスプレイパネル420上に複数のウィンドウ31,32が開いているときに、時刻t21でポインタ30の操作が開始され、時刻t22でウィンドウ32の境界35近傍に入り、時刻t23でウィンドウ境界35近傍を出て、時刻t24でポインタ30の操作が終了する。
図13は、図12の操作入力が行われた場合に、駆動制御部240から出力される振幅データを示す。図13の横軸は時間軸を表し、縦軸は振幅データの振幅値を表す。正弦波発生器310で生成される正弦波は、振幅変調器320において図13の振幅データにより変調され、振動素子140を駆動する駆動信号が出力される。
ポインタ30がウィンドウ32の境界35を通過する時刻t22から時刻t23の間に、振幅の大きな短時間の振動C11が発生する。この振動C11は、ユーザの指先を知覚されないほど短時間の低摩擦状態から、瞬時的に高摩擦状態にすることで、ユーザに指先が突起に触れた触感を提供する。これによってウィンドウ32の境界35で枠を乗り超えるような触感をユーザに提示し、ウィンドウを越えたことを触感でユーザに認識させることができる。
図13の振動パターンは、図12のようにディスプレイパネル内でポインタがウィンドウの境界を超える場合だけではなく、図14のように、マルチディスプレイのディスプレイパネル間をまたぐ場合にも適用することができる。たとえば、ユーザが入力装置(クリックパッド)100上で指を矢印Aの方向に滑らせて、ポインタ30を矢印Bの方向に動かしてディスプレイパネル41からディスプレイパネル42へと移動させる際に、クリックパッド100を操作するユーザの指に凸部を超えるような触感を与えることができる。
具体的には、時刻t21でポインタ30の操作が開始され、時刻t22でディスプレイパネル41と52の境界45に入り、時刻t23で境界45の領域を出て、時刻t24でポインタ30の操作が終了する。ポインタ30がディスプレイパネル間の境界45を通過する時刻t22から時刻t23の間に、図13に示す振動C11を発生させることで、ユーザに指先が突起に触れた触感を提供することができる。
以上、実施の形態の電子機器10によれば、入力装置の表面に、ユーザの操作位置とアプリケーションに応じて異なる振動を発生させるので、ユーザは実行している操作を触感で認識することができる。
また、正弦波発生器310で発生される超音波帯の正弦波の周波数又は位相を変調することなく、振幅のみを変調して駆動信号を生成するので、トップパネル120の固有振動をトップパネル120に発生させることができる。また、スクイーズ効果による空気層の介在を利用して、指でトップパネル120の表面をなぞったときの動摩擦係数を確実に低下させることができる。また、Sticky-band Illusion効果、又は、Fishbone Tactile Illusion効果により、トップパネル120の表面に凹凸が存在するような良好な触感をユーザに提供することができる。
また、制御周期の1周期の時間に相当する所要時間Δtが経過した後の座標を推定し、推定座標が振動を発生させるべき所定の領域の内部にある場合に振動を発生させるので、実際に指先が所定のGUI操作部等に触れている間に振動を発生させることができる。
なお、制御周期の1周期の時間に相当する所要時間Δt分の遅れが問題にならない場合は、推定座標の演算を行わなくてもよい。
実施形態では、トップパネル120に凹凸が存在するような触感をユーザに提供するために、駆動信号の振幅値を所定の振幅値とゼロの間で変化させて振動素子140のオン/オフを切り替えていたが、振動素子140のオフの状態の代わりに、振幅を小さくして振動素子140の駆動を切り替えてもよい。例えば、振幅を1/2より小さく、好ましくは1/5程度に小さくすることによって、トップパネル120に凹凸が存在するような触感をユーザに提供してもよい。
この場合は、振動素子140の振動の強弱を切り替える駆動信号で振動素子140を駆動することになる。この結果、トップパネル120に発生する固有振動の強弱が切り替えられ、ユーザの指先に凹凸に触れるような感覚を提供することができる。
以上、特定の例に基づいて本発明の構成と手法を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
たとえば、図10、11、13に示す振幅パターンを反転した振幅パターンを用いて、ユーザに、アイコンの選択・通過や、ウィンドウあるいはディスプレイパネルの境界超えを触感で通知することができる。
また、実施形態ではノート型PCのクリックパッドを入力装置の一例として示したが、接触入力によりディスプレイパネル上に表示されるポインタを操作が可能な任意の入力装置に適用可能である。たとえば、滑らかな表面を持つマウスパッド類似の入力装置にも適用可能である。
10 電子機器
30 ポインタ
100 入力装置
101 入力操作部
120 トップパネル
140 振動素子
150 タッチパネル
200 制御部
220 アプリケーションプロセッサ
240 駆動制御部
250 メモリ
300 駆動制御装置
310 正弦波発生器
320 振幅変調器
400 PC本体
420 ディスプレイパネル

Claims (15)

  1. 接触操作を受け付ける入力操作面を有する入力装置と、
    前記接触操作に連動するポインタを表示する表示装置と、
    前記表示装置上の前記ポインタの位置の変化に応じて、前記入力操作面に超音波帯の固有振動を発生させてその振幅を変化させる制御部と、
    を有し、
    前記固有振動の前記振幅の変化により、前記表示装置上での前記ポインタの動作を通知することを特徴とする電子機器。
  2. 前記制御部は、前記ポインタが前記表示装置に表示されるグラフィカルユーザインタフェースの領域に位置しまたは通過する際に、前記固有振動の前記振幅を変化させることを特徴とする請求項1に記載の電子機器。
  3. 前記制御部は、前記ポインタが前記表示装置に表示されるアイコンの領域内に入るタイミングで前記固有振動の前記振幅を変化させ、前記ポインタが前記アイコン領域内にある間、前記振幅を一定値に維持することを特徴とする請求項2に記載の電子機器。
  4. 前記制御部は、前記ポインタが前記表示装置に表示されるアイコンの領域内に入るタイミング、及び前記アイコンの領域から出るタイミングで、前記固有振動の前記振幅に第1の変化を与えることを特徴とする請求項2に記載の電子機器。
  5. 前記制御部は、前記ポインタが前記アイコンの領域内を通過する間、前記固有振動の前記振幅に前記第1の変化と異なる第2の変化を与えることを特徴とする請求項4に記載の電子機器。
  6. 前記制御部は、前記ポインタが前記表示装置に表示されるウィンドウの境界を超えるタイミングで、前記固有振動の前記振幅を変化させることを特徴とする請求項2に記載の電子機器。
  7. 前記表示装置は複数のディスプレイパネルを有し、
    前記制御部は、前記ポインタが前記ディスプレイパネルの境界を越えるタイミングで、前記固有振動の前記振幅を変化させることを特徴とする請求項2に記載の電子機器。
  8. 入力装置と表示装置とを有する電子機器で用いられる入力装置であって、
    前記入力装置は、
    接触操作を受け付ける入力操作部と、
    前記入力操作部に取り付けられ、前記入力操作部の超音波帯域の固有振動数で振動する振動素子と、
    を有し、前記振動素子は、前記表示装置上に表示されるポインタの位置の変化に応じて異なる振動パターンの駆動信号を受け取り、前記振動パターンにしたがって異なる振幅で振動する
    ことを特徴とする入力装置。
  9. 入力装置と表示装置を有する電子機器における前記入力装置の駆動制御方法であって、
    前記入力装置の入力操作面で接触操作を受け付け、
    前記接触操作に連動して前記表示装置上で動作するポインタの位置の変化を検出し、
    前記表示装置上での前記ポインタの前記位置の変化に応じて、異なる振幅パターンの駆動信号を生成し、
    前記駆動信号により、前記入力操作面に超音波帯の固有振動を発生させ、前記固有振動の振幅を変化させる、
    ことを特徴とする駆動制御方法。
  10. 前記ポインタが前記表示装置に表示されるグラフィカルユーザインタフェースの領域に位置しまたは通過する際に、前記駆動信号の振幅を変化させることを特徴とする請求項9に記載の駆動制御方法。
  11. 前記ポインタが前記表示装置に表示されるアイコンの領域内に入るタイミングで前記駆動信号の前記振幅を変化させ、前記ポインタが前記アイコン領域内にある間、前記駆動信号を一定の振幅値に維持することを特徴とする請求項10に記載の駆動制御方法。
  12. 前記ポインタが前記表示装置に表示されるアイコンの領域内に入るタイミング、及び前記アイコンの領域から出るタイミングで、前記駆動信号の前記振幅に第1の変化を与えることを特徴とする請求項10に記載の駆動制御方法。
  13. 前記ポインタが前記アイコンの領域内を通過する間、前記駆動信号の前記振幅に、前記第1の変化と異なる第2の変化を与えることを特徴とする請求項12に記載の駆動制御方法。
  14. 前記ポインタが前記表示装置に表示されるウィンドウの境界を超えるタイミングで、前記駆動信号の前記振幅を変化させることを特徴とする請求項10に記載の駆動制御方法。
  15. 前記表示装置を複数のディスプレイパネルで構成し、
    前記ポインタが前記ディスプレイパネル間の境界を越えるタイミングで、前記駆動信号の前記振幅を変化させることを特徴とする請求項10に記載の駆動制御方法。
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