TW201337675A

TW201337675A - 觸控感測器及電子機器

Info

Publication number: TW201337675A
Application number: TW101142543A
Authority: TW
Inventors: Yuji Watazu; Junichi Shibata; Yoshihiro Kai; Yoshiko Suetomi
Original assignee: Nissha Printing
Priority date: 2011-11-18
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2013-09-16
Also published as: WO2013073321A1; JP2013109429A

Abstract

[課題]以簡單的構成補償安裝於觸控面板之振動元件之頻率特性的變化。[解決手段]觸控感測器39係包括觸控面板7、第1振動元件9A與第2振動元件9B、及元件驅動部37。第1振動元件9A及第2振動元件9B安裝於觸控面板7。元件驅動部37係在觸控面板7被操作時，使用驅動信號使第1振動元件9A及第2振動元件9B振動。元件驅動部37係一面使第1振動元件9A振動，一面取得來自第2振動元件9B的檢測信號，藉此，探索用以使第1振動元件9A及第2振動元件9B振動的共振頻率後，決定驅動信號的頻率。

Description

觸控感測器及電子機器

本發明係有關於觸控感測器及電子機器，尤其係有關於可對操作者回饋操作感之觸控感測器及電子機器。

藉液晶畫面將開關等之操作部顯示於觸控面板上，並作成能以使用者之手指操作的使用者介面利用於很多領域。

又，為了在操作觸控面板時對使用者賦予如操作實際之物理性開關的操作感，想出產生振動或聲音的介面。例如將壓電致動器安裝於觸控面板的周圍，藉由在使用者按觸控面板上之操作按鈕的情況產生振動或聲音，提供與操作實際之物理性開關一樣的操作感(例如，參照專利文獻1。)。

壓電致動器係由鈦酸鋇等之陶瓷所構成。對陶瓷施加壓力時產生電壓，相反地，對陶瓷施加電壓時，陶瓷產生變形。藉由利用這種壓電效應，使壓電致動器產生振動。

先行技術文獻

專利文獻1 特開2011-30290號公報

［發明內容］

由於振動元件的製造誤差或安裝誤差，可能在觸控面板裝置的頻率特性產生不均。又，由於使用溫度，振動元件的頻率特性亦發生變化。即，在以往的觸控面板裝置，共振頻率易偏移，而難回饋強度相同的操作感。

本發明之課題在於藉由以簡單的構成補償安裝於觸控面板之振動元件之頻率特性的變化，使所產生之操作感變成均勻。

以下，說明作為解決課題之手段的複數種形態。這些形態係可因應於需要任意地組合。

本發明之一形態的觸控感測器係包括觸控面板、第1振動元件與第2振動元件、及驅動控制部。

第1振動元件與第2振動元件係安裝於觸控面板。

驅動控制部係若觸控面板被操作，則使用驅動信號，使第1振動元件及第2振動元件振動。

驅動控制部係一面使第1振動元件振動，一面取得來自該第2振動元件的檢測信號，藉此，探索用以使第1振動元件及第2振動元件振動的共振頻率後，決定驅動信號的頻率。

在本裝置，使用第1振動元件與第2振動元件，探索用以使第1振動元件及第2振動元件振動的共振頻率，其結果，決定驅動信號的頻率。因此，可藉簡單的構成補償振動元件之頻率特性的變化。

亦可驅動控制部係為了探索用以使第1振動元件及第2振動元件振動的共振頻率後，決定驅動信號的頻率，而將掃瞄正弦信號供給至第1振動元件。

例如，在電子機器之送上電源或觸覺介面(haptics)功能ON時，使用掃瞄正弦信號，檢測出共振頻率後，可將共振頻率設定成驅動信號的頻率。

亦可驅動控制部係觸控面板之既定區域被操作時，將探索用驅動信號供給至第1振動元件。

在本裝置，因為在觸控面板之操作的時間點將探索用驅動信號供給至第1振動元件，所以可極微細地補償頻率特性的變化。又，因為既定區域以外被操作時驅動信號被供給至第1振動元件與第2振動元件，所以可區分使用頻率特性之補償的情況與平常的情況。

亦可既定區域係第1振動元件可單獨產生既定強度以上之強度之振動的區域。

在本裝置，即使僅使第1振動元件振動，亦可得到足夠之大小的振動。

亦可驅動控制部係若檢測信號的強度比在使用驅動信號的情況應可得到之檢測信號的強度還大，則將探索用驅動信號的頻率設定成新的驅動信號的頻率。

在本裝置，因為若發現產生比驅動信號的強度大之檢測信號的探索用驅動信號，則更新驅動信號的頻率，所以可使驅動信號的頻率接近共振頻率。

亦可驅動控制部係若檢測信號的強度比上次所得之檢測信號的強度大，則將設定下次之探索用驅動信號的頻率的高低方向設定成與上次相反側，若檢測信號的強度比上次所得之檢測信號的強度小，則將設定下次之驅動信號的頻率的高低方向設定成與上次相同側。

在本裝置，因為將探索用驅動信號逐漸設定於檢測信號之強度大的一側，所以探索用驅動信號的頻率逐漸接近共振頻率。

本發明之其他的形態的電子機器係具有上述之觸控感測器。

電子機器係可得到上述之作用效果。

在本發明之觸控感測器及電子機器，能以簡單的構成補償安裝於觸控面板之振動元件之頻率特性的變化，其結果，可使所產生之操作感變成均勻。

(1)平板型電腦

使用第1圖，說明作為本發明之第1實施形態的平板型電腦1(電子機器的一例)。第1圖係平板型電腦的平面圖、A-A剖面圖及B-B剖面圖。第2圖係第1圖的部分放大圖。

平板型電腦1主要具有外殼3、顯示器5及觸控面板7。外殼3係例如塑膠的箱形構件。顯示器5係例如液晶顯示器，並配置於外殼3內。觸控面板7係例如靜電電容方式的觸控面板，並安裝於外殼3。

如第3圖所示，平板型電腦1具有控制部31。控制部31係信號輸入觸控面板7時，根據該信號，進行資訊處理，進而使顯示器5進行各種顯示。控制部31係由CPU、RAM、ROM等所構成並執行程式的電腦。

(2)振動元件

平板型電腦1更具有第1振動元件9A及第2振動元件9B。第1振動元件9A及第2振動元件9B係用以實現壓電效應的構件。第1振動元件9A及第2振動元件9B 安裝於觸控面板7的背面。第1振動元件9A及第2振動元件9B分開地安裝於觸控面板7之兩端。

使用第2圖，詳細說明第1振動元件9A的構造。第1振動元件9A係DMA(Distributed Mode Actuator)，並是將2片壓電元件相黏的構造，利用對2片壓電元件的各片施加差動性電壓時因伸縮方向相反而產生翹曲的現象。第1振動元件9A主要具有第1金屬板11與壓電(piezo)元件13、15。壓電元件13、15黏貼於第1金屬板11的雙面。這些構件係在一方向延長之長方形的構件。第1振動元件9A更具有樹脂成形物17與第2金屬板19。樹脂成形物17係方塊狀的構件，並固定第1金屬板11的一端。又，樹脂成形物17被固定於第2金屬板19之一端側的平面。第2金屬板19係與第1金屬板11一樣在一方向延長之長方形的構件。第2金屬板19係藉雙面膠帶21固定於觸控面板7的背面。

依以上的方式，由第1金屬板11與壓電元件13、15所構成之振動體以懸臂狀態固定於觸控面板7的背面。被施加電壓時，藉由壓電元件13、15在畫面內方向延伸，而在第1金屬板11產生彎曲振動。該振動係經由樹脂成形物17與第2金屬板19，傳達至觸控面板7。

此外，因為第2振動元件9B的構造係與第1振動元件9A的構造相同，所以在此省略說明。

(3)控制部

使用第3圖，說明控制部31的構成。第3圖係表示平板型電腦之控制構成的方塊圖。如第3圖所示，控制部31具有輸入位置判定部33、顯示控制部35及元件驅動部37。這些功能係以軟體及硬體所實現。輸入位置判定部33係人的手指觸摸觸控面板7時，根據來自觸控面板7的檢測信號，判定手指所觸模之位置。控制部31係使用該判定資訊，執行作為平板型電腦1的功能。顯示控制部35係將各種資訊顯示於顯示器5。元件驅動部37係將驅動信號傳送至至第1振動元件9A及第2振動元件9B，使那些振動元件振動。又，元件驅動部37係如後述所示，具有接收以第2振動元件9B所檢測出之檢測信號的功能。

藉上述之觸控面板7、第1振動元件9A與第2振動元件9B、及元件驅動部37構成觸控感測器39。

使用第4圖，詳細說明元件驅動部37。第4圖係表示元件驅動部之硬體構成的方塊圖。元件驅動部37具有微控制器41。微控制器41係可將觸覺介面信號傳送至第1振動元件9A及第2振動元件9B，還可自第2振動元件9B接收檢測信號。更具體而言，微控制器41具有將觸覺介面信號傳送至第1振動元件9A及第2振動元件9B的一對D/A變換器(DAC)、與可自第2振動元件9B接收檢測信號的A/D變換器(ADC)。

元件驅動部37更具有第1放大器43、第2放大器45、充電放大器47及開關49。第1放大器43與第1振動元件9A連接。第2放大器45及充電放大器47係經由開關49與第2振動元件9B連接。開關49係可在第2放大器45與充電放大器47之間切換第2振動元件9B的連接對象。

在第2放大器45與第2振動元件9B連接之狀態，係可從微控制器41將觸覺介面信號供給至第1振動元件9A及第2振動元件9B。在充電放大器47與第2振動元件9B連接之狀態，係可從微控制器41將觸覺介面信號僅供給至第1振動元件9A，藉由第2振動元件9B將振動變換成電壓，得到檢測信號，並將該檢測信號供給至微控制器41。

使用第5圖，說明觸控面板7中之單一驅動區域7a、7b。第5圖係表示單一驅動區域之觸控面板裝置的示意平面圖。

單一驅動區域7a、7b係在僅使第1振動元件9A振動時可產生對操作者之手指賦予充分大小之觸感的振動的區域。換言之，單一驅動區域7a、7b以外的區域係為了賦予足夠大小之觸感而需要或希望使第1振動元件9A及第2振動元件9B之雙方振動。

第5圖所示之觸控面板7上的數字表示僅使第1振動元件9A以共振頻率振動時之觸控面板內的觸覺介面強度之不均的一例(單位是mN)。該不均係根據觸控面板的厚度、材質、觸控面板與外殼之間之空氣的空氣彈簧、觸控面板對外殼之固定狀態而定。因此，第5圖所示之單一驅動區域的設定係在各機型相異。此外，根據發明者的經驗，因為只要是約40mN就可賦予足夠大小之觸感，所以將那些區域設為單一驅動區域。

使用第6圖，說明觸覺介面強度的測量方法。第6圖係用以說明觸覺介面強度之測量方法的示意模式圖。如圖所示，將力感測器25壓在觸控面板7的表面，檢測出振動，將該強度設為觸覺介面強度。觸覺介面強度被控制部31讀取後，控制部31決定單一驅動區域7a、7b。

(4)觸覺介面功能

使用第7圖，說明平板型電腦1之控制動作。第7圖係表示觸覺介面功能成為ON時之控制動作的流程圖。

藉由送上電源或進行觸覺介面功能的ON操作，而觸覺介面功能成為ON時，第7圖之控制動作開始。

在步驟S1，根據掃瞄正弦信號，執行共振檢測(後述)。即，在送上電源或進行觸覺介面功能的ON操作時，根據掃瞄正弦信號，執行共振檢測。

在步驟S2，微控制器41判斷是否觸覺介面功能成為OFF。若是「是」，處理則結束，若是「否」，將處理移至步驟S3。

在步驟S3，微控制器41係根據來自輸入位置判定部33的判定結果，判斷是否是檢測出輸入。若是「是」，將處理移至步驟S4，若是「否」，處理則回到步驟S2，並等待下一輸入。

在步驟S4，微控制器41係根據來自輸入位置判定部33的位置座標，判斷是否輸入位置是單一驅動區域7a、7b。若是「是」，將處理移至步驟S5，若是「否」，將處理移至步驟S6。

在步驟S5，執行即時共振檢測。即，若在觸覺介面功能ON時對單一驅動區域輸入，就執行即時共振檢測(後述)。

在步驟S6，微控制器41係藉開關49設為將第2振動元件9B與第2放大器45連接之狀態後，使第1振動元件9A及第2振動元件9B以驅動信號之頻率的正弦波驅動。結果，產生振動而有的的急振(Click)。

此外，作為急振波形，如第8圖所示，使用對第8圖上側之驅動頻率施加波封所得之第8圖下側者。

步驟S5及步驟S6結束時，處理係回到步驟S2，並等待下一輸入。

(5)根據掃瞄正弦信號的共振檢測(第7圖的步驟S1)

使用第9圖，說明根據掃瞄正弦信號的共振檢測控制。第9圖係根據掃瞄正弦信號之共振檢測控制的流程圖。

在步驟S11，微控制器41係預先操作開關49，而將第2振動元件9B與充電放大器47連接，在此狀態，將掃瞄正弦信號供給至第1振動元件9A。掃瞄正弦信號係使頻率連續地變化的正弦波。進而，微控制器41檢測出在第2振動元件9B所產生之壓電信號。

在步驟S12，微控制器41係對壓電信號進行FFT分析，而算出各頻率的信號強度，即，從壓電信號的頻率響應檢測出共振頻率。

在步驟S13，微控制器41係將共振頻率設定成驅動頻率。

此外，亦可替代掃瞄正弦信號，使用以固定比例包含各種頻率的雜訊信號。其中，上述之驅動信號之頻率的設定係不在觸控面板的操作中進行較佳。這是由於根據掃瞄正弦信號或雜訊信號所產生之振動或聲音不會妨礙觸控面板操作。

(6)即時共振檢測

使用第10圖，說明即時共振檢測。第10圖係表示即時共振檢測控制動作的流程圖。

在步驟S15，微控制器41係判斷是否驅動信號是在第8圖之步驟S1設定後之第1次的即時共振檢測。若是「是」，將處理移至步驟S16，若是「否」，將處理移至步驟S18。

在步驟S16，微控制器41係預先操作開關49，而將第2振動元件9B與充電放大器47連接，在此狀態，將頻率稍微偏向驅動信號之頻率的高側或低側的信號供給至第1振動元件9A。進而，微控制器41以ADC檢測出在第2振動元件9B所產生之壓電信號。

在步驟S17，微控制器41係若壓電信號的強度比以驅動信號之頻率驅動時之壓電信號的強度大，則更新驅動信號之頻率。即，在此情況，因為得知驅動信號之共振頻率偏移，所以選擇帶更大之信號強度的頻率，作為暫時的共振頻率。步驟S17結束時，處理結束。

在步驟S18，微控制器41係預先操作開關49，而將第2振動元件9B與充電放大器47連接，而將自剛才之探索用驅動頻率更新所得之探索用驅動頻率的探索用驅動信號供給至第1振動元件9A。進而，微控制器41以ADC檢測出在第2振動元件9B所產生之壓電信號。

在步驟S19，微控制器41係若壓電信號的強度比以驅動信號之頻率驅動時之壓電信號的強度大，則更新驅動信號之頻率。即，在此情況，因為得知驅動信號之共振頻率偏移，所以選擇帶更大之信號強度的頻率，作為暫時的共振頻率。步驟S19結束時，處理則移至步驟S20。

在步驟S20，微控制器41係判斷是否上次之探索用驅動信號的強度比這次之探索用驅動信號的強度大。在「是」的情況，處理係移至步驟S21，而在「否」的情況，處理係移至步驟S22。

在步驟S21，微控制器41係在與從上次往這次挪移之探索用驅動信號的頻率挪移方向相反側，設定下次的探索用驅動信號的頻率。

在步驟S22，微控制器41係在與從上次往這次挪移之探索用驅動信號的頻率挪移方向相同側，設定下次的探索用驅動信號的頻率。

步驟S21或步驟S22結束時，處理結束。

(7)即時共振之第1實施例

使用第11圖至第13圖，說明即時共振。此外，以下的說明，係用以說明動作的原理，請注意比實際的動作簡單化。第11圖係表示驅動一方之振動元件並測量另一方之振動元件的壓電信號時之頻率特性的圖形。

在第11圖，得知頻率特性因周邊溫度而大為相異。又，在此情況，得知各頻譜的尖峰值對應於各溫度的共振頻率。即，藉由掌握上述之測量的尖峰值，而得知驅動2個振動元件並測量例如觸控面板之中心的振動之情況的共振頻率。

使用第12圖，說明即時共振檢測的第1實施例。本實施例係頻率特性稍微變化之情況的一實施例。

如第12圖所示，考慮頻率特性A因溫度變化而變成頻率特性B的情況。在此情況，共振頻率從f01(Hz)挪移至f02(Hz)。

例如，在第10圖所示的即時共振檢測，第1次的情況係(步驟S15的是)，以稍微偏向第1振動元件9A之共振頻率f01(Hz)附近之高低任一側頻率驅動，並從第2振動元件9B檢測出壓電振動(步驟S16)。

若該頻率是f02(Hz)或與其接近，因為壓電信號的強度比共振頻率f01(Hz)之情況的強度大，所以將驅動頻率變更成f02(Hz)或與其接近(步驟S17)。

若該頻率係相對f01(Hz)與f02(Hz)為相反側，因為壓電信號的強度比共振頻率f01(Hz)之情況的強度小，所以驅動頻率係仍然維持f01(Hz)(步驟S17)。而且，在下一即時檢測時，使用相反側，即f02(Hz)側的探索用驅動頻率，可得到與上述同等的結果(步驟S19)。

使用第13圖，說明即時共振檢測的第2實施例。本實施例係頻率特性大為變化之情況的一實施例。

如第13圖所示，考慮頻率特性A因溫度變化而變成頻率特性C的情況。在此情況，共振頻率從f01(Hz)挪移至f03(Hz)。

若該頻率是對應於相對f01(Hz)與f03(Hz)為相反側之P1點的頻率，因為壓電信號的強度比共振頻率f01(Hz)之情況的強度小，所以驅動頻率係仍然維持f01(Hz)(步驟S17)。而，在下一即時檢測時，使用相反側，即f03(Hz)側的探索用驅動頻率。在第13圖的實施例，因為在步驟S20連續地成為「否」，所以探索用驅動信號係被逐漸設定成在f03側依序對應於P2點、P3點、P4點、P5點的頻率(步驟S22)。

然後，在對應於P6點的探索用驅動信號，因為壓電信號的強度比共振頻率f01(Hz)之情況的強度大，所以驅動頻率被更新(步驟S17)。即，對應於P6點的頻率成為新的驅動頻率。

以後，P7點、P8點與驅動頻率被更新。

在P9點，因為這次之壓電信號的強度比上次之壓電信號的強度小(步驟S20之是)，所以下次將探索用驅動頻率設定成f03(Hz)之相反側(步驟S21)。因此，在頻率f03之兩側繼續探索探索用驅動頻率。此外，探索的往復係亦可無限制地進行，亦可在執行複數次後中斷。又，亦可探索的往復係次數增加則使探索之範圍變小。

(8)實施形態之作用效果

上述之實施形態係可如以下所示表達。

(A)觸控感測器39(觸控感測器的一例)係包括：觸控面板7(觸控面板的一例)、第1振動元件9A(第1振動元件的一例)與第2振動元件9B(第2振動元件的一例)、及元件驅動部37(驅動控制部的一例)。

第1振動元件9A及第2振動元件9B安裝於觸控面板7。

元件驅動部37係觸控面板7被操作時，使用驅動信號，使第1振動元件9A及第2振動元件9B振動。

元件驅動部37係一面使第1振動元件9A振動，一面取得來自第2振動元件9B的檢測信號，藉此，探索用以使第1振動元件9A及第2振動元件9B振動的共振頻率後，決定驅動信號的頻率。

在本裝置，使用第1振動元件9A與第2振動元件9B，探索用以使第1振動元件9A及第2振動元件9B振動的共振頻率後，其結果決定驅動信號的頻率。因此，可藉簡單的構成補償振動元件之頻率特性的變化。即，實現在觸控面板之振動的強度均勻化。

(B)亦可元件驅動部37係將掃瞄正弦信號供給至第1振動元件9A。

例如，在電子機器之送上電源或觸覺介面功能ON時，使用掃瞄正弦信號，檢測出共振頻率後，可將該共振頻率設定成驅動信號的頻率。

(C)亦可元件驅動部37係觸控面板7之第1單一驅動區域7a或第2單一驅動區域7b(既定區域的一例)被操作時，將探索用驅動信號供給至第1振動元件9A。

在本裝置，因為在觸控面板7之操作的時間點將探索用驅動信號供給至第1振動元件9A，所以可極微細地補償頻率特性的變化。又，因為既定區域以外被操作時驅動信號被供給至第1振動元件9A與第2振動元件9B，所以可區分使用頻率特性之補償的情況與平常的情況。

(D)亦可第1單一驅動區域7a或第2單一驅動區域7b係第1振動元件9A可單獨地產生既定強度以上之強度之振動的區域。

在本裝置，即使僅使第1振動元件9A振動，亦可得到充分之大小的振動。

(E)亦可元件驅動部37係若檢測信號的強度比在使用驅動信號的情況應可得到之檢測信號的強度大，則將探索用驅動信號的頻率設定成新的驅動信號的頻率。

(F)亦可元件驅動部37係若檢測信號的強度比上次所得之檢測信號的強度大，則將設定下次之探索用驅動信號的頻率的高低方向設定成與上次相反側，若檢測信號的強度比上次所得之檢測信號的強度小，則將設定下次之驅動信號的頻率的高低方向設定成與上次相同側。

在本裝置，因為將探索用驅動信號逐漸設定於檢測信號之強度大的一側，所以探索用驅動信號的頻率可逐漸接近共振頻率。

(G)平板型電腦1(電子機器的一例)具有上述的觸控感測器。

平板型電腦1可得到上述之作用效果。

(9)其他的實施形態

以上，說明了本發明之一實施形態，但是本發明係未限定為上述的實施形態，可在不超出發明之主旨的範圍進行各種變更。尤其，本專利說明書中所記載之複數個實施形態及變形例係可因應於需要任意地組合。

(a)在上述的實施形態，作為觸控面板裝置，採用平板型電腦，但是本發明亦可應用於其他的電腦。

(b)在上述的實施形態，振動元件係2個，但是亦可是3個以上。在此情況，振動之元件的個數與檢測出振動之元件的個數的組合為任意組合。

(c)在上述的實施形態，使用雙壓電晶片型壓電元件，但是振動元件的種類係未限定為上述的實施形態。又，振動元件的形狀、安裝位置及安裝手段亦未限定為上述的實施形態。

(d)在第10圖之步驟S21及步驟S22所設定之探索用驅動頻率的設定範圍係亦可固定，亦可變化。

工業上的可應用性

本發明係可廣泛地應用於可對操作者回饋操作感之觸控感測器及電子機器。

1‧‧‧平板型電腦

3‧‧‧外殼

5‧‧‧顯示器

7‧‧‧觸控面板

7a‧‧‧第1單一驅動區域

7b‧‧‧第2單一驅動區域

9A‧‧‧第1振動元件

9B‧‧‧第2振動元件

11‧‧‧第1金屬板

13‧‧‧壓電元件

17‧‧‧樹脂成形物

19‧‧‧第2金屬板

21‧‧‧雙面膠帶

25‧‧‧力感測器

31‧‧‧控制部

33‧‧‧輸入位置判定部

35‧‧‧顯示控制部

37‧‧‧元件驅動部

39‧‧‧觸控感測器

41‧‧‧微控制器

43‧‧‧第1放大器

45‧‧‧第2放大器

47‧‧‧充電放大器

49‧‧‧開關

第1圖係平板型電腦的平面圖、A-A剖面圖及B-B剖面圖。

第2圖係第1圖的部分放大圖。

第3圖係表示平板型電腦之控制構成的方塊圖。

第4圖係表示元件驅動部之硬體構成的方塊圖。

第5圖係表示單一驅動區域之觸控面板裝置的示意平面圖。

第6圖係用以說明觸覺介面強度之測量方法的示意模式圖。

第7圖係表示觸覺介面功能成為ON時之控制動作的流程圖。

第8圖係表示急振波形的圖形。

第9圖係根據掃瞄正弦信號之共振檢測控制的流程圖。

第10圖係表示即時共振檢測控制動作的流程圖。

第11圖係表示驅動一方之振動元件並測量另一方之振動元件的壓電信號時之頻率特性的圖形。

第12圖係表示即時共振檢測之第1實施例的圖形。

第13圖係表示即時共振檢測之第2實施例的圖形。