WO2004021160A1

WO2004021160A1 - 入力装置及びその入力装置を用いた電子機器

Info

Publication number: WO2004021160A1
Application number: PCT/JP2003/010469
Authority: WO
Inventors: Shigeaki Maruyama; Shigeki Motoyama; Ivan Poupyrev; Keiichi Kimura
Original assignee: Sony Corporation
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2003-08-19
Publication date: 2004-03-11
Also published as: US7663604B2; AU2003257566A1; CN1678978A; JP2004094389A; US20070080951A1; CN100430874C; EP1544720A1; EP1544720A4; TW200414014A; KR20050038645A; TWI277892B; KR100974062B1; JP3937982B2

Abstract

　本発明は入力装置であり、情報を表示する画像表示部（３０）と、画像表示部の情報を表示している位置に対応する部分へ使用者が接触することで情報の入力を行うためのタッチパネル（１５）と、画像表示部に配置されて情報の種類に応じてタッチパネルを通じて異なる種類の触覚を使用者にフィードバックさせるための振動発生デバイス（７１）と、情報の種類に応じて異なる振動を振動発生デバイスに発生させるための振動制御回路（７３）を備える。振動発生デバイスはバイモルフ型圧電アクチュエータであり、第１アクチュエータユニットと第２アクチュエータユニットは、ともに複数の圧電素子層（６３）により積層してある。これにより、使用者がタッチパネルに対して触覚を利用して情報の入力操作を行う際に、情報の種類に応じた入力操作に対する使用者へのフィードバックを使用者に対する触覚で確実に実現することができる入出力装置を提供するができる。

Description

明細書入力装置及びその入力装置を用いた電子機器技術分野本発明は、使用者がタツチパネルに触覚して情報を入力する際に、その入力操作に対する使用者へのフィ一ドバックを触覚で実現することができる入力装置及び電子機器に関する。

本出願は、日本国において 2 0 0 2年 8月 2 9日に出願された日本特許出願番号 2 002— 2 5 1 78 1を基礎として優先権を主張するものであり、この出願は参照することにより、本出願に援用される。景技術電子機器の一例として、例えば ATM (現金自動預金支払機）を例に挙げると、この ATMの表示面にはタヅチパネルが装着されている。使用者は、夕ヅチパネルを介して情報を入力する場合に、その使用者が入力動作を行う際の使用者へのフィードバヅクとしては、 ATMの外部に付加される装置により実現している。この付加装置は、例えば、 ATMの表示画面における画像の変化を起こしたり、あるいはスピーカやサゥンダなどによる音の変化により実現している。

このような入力動作の画像の変化や音の変化によるフィ一ドバックの方式では、例えば携帯情報端末のような小型の電子機器を屋外で使用する場合には、騒音や暗がりなどの環境下では十分にフィードバックを使用者に伝えることが困難である。使用者が指で表示画面上のアイコンなどをポインティングする場合には、操作を行う指が画像を隠してしまい、画像の変化によるフィードバック情報が使用者に伝わらないという難点もある。

夕ヅチパネルに何らかの形で触覚フィードバヅクを与えるという試みは、既にいくつか公表されている。特閧平 9一 2 5 1 3 4 7号公報（ 1 9 9 7年 9月 2 2日公開）に閧示される座標入力装置では、夕ヅチパネルとメカスィツチの組み合わせによりクリヅク感を出している。特開平 1 1— 2 1 2 7 2 5号公報（ 1 9 9 9年 8月 6日公開）に鬨示にされる情報表示装置及び操作入力装置では、圧電素子等を用いて夕ツチパネルに触覚フィードバックを提示する記述を含んでいる。実際にフィードバックを得るためには（現在市場にあるものとしては）積層型の圧電素子あるいはバイモルフ型の圧電素子を使わないと変位量が小さすぎて実現は不可能である。実鬨昭 6 3 - 1 6 4 1 2 7号公報（ 1 9 8 8年 1 0月 2 6日公開）には、タヅチパネルスィツチでは、圧電体を用いて夕ヅチパネルに触覚フィ一ドバヅクを付与する旨の記載があるが、タヅチパネルとして光学式のものに限定している。特鬨平 1 1 - 8 5 4 0 0号公報（ 1 9 9 9年 3月 3 0日公閧）に開示される表示装置は、画像ディスプレイと入力装置、振動装置を組み合わせたものである。ァクチユエ一夕の種類や支持方法など、具体的な記述はない。主に、画像表示装置の下側に入力検出のセンサ（不透明なもの）を配した構造についての記載がある。発明の開示本発明の目的は、上述したような従来の技術が有する問題点を解消することができる新規な入力装置及びその入力装置を有する電子機器を提供することにある ₍ 本発明の他の目的は、使用者が夕ヅチパネルに対して触覚を利用して情報の入力操作を行う際に、情報の種類に応じた入力操作に対する使用者へのフィードバツクを使用者に対する触覚で確実に実現することができる入力装置及びこの入力装置を有する電子機器を提供することにある。

本発明は、使用者が接触することで情報の入力を行うための夕ツチパネルと、情報の種類に応じて夕ヅチパネルを通じて異なる種類の触覚を使用者にフィ一ドバックさせるための振動発生デバィスと、情報の種類に応じて異なる振動を振動発生デバイスに発生させるための振動制御回路とを備える。振動発生デバイスは、第 1ァクチユエ一夕ユニットとこの第 1ァクチユエ一夕ュニットに積層された第 2ァクチユエ一夕ユニットを有し、第 1ァクチユエ一夕ュニヅトと第 2ァクチュエータュニットのうちの一方が伸び他方が縮むバイモルフ型圧電ァクチユエ一夕であり、第 1ァクチユエ一夕ユニットと第 2ァクチユエ一夕ユニットは、ともに複数の圧電素子層により積層して構成されている。

本発明に係る入力装置及びこの入力装置を備える電子機器は、タツチパネルへ使用者が接触することで情報の入力を行う。振動発生デバイスは、情報の種類に応じて夕ヅチパネルを通じて異なる種類の触覚を使用者にフィ一ドバヅクさせる, 振動制御回路は、情報の種類に応じて異なる振動を振動発生デバイスに発生させる。振動発生デバイスは、第 1ァクチユエ一夕ュニヅトと第 2ァクチユエ一夕ュニットを有している。第 1ァクチユエ一夕ユニットと第 2ァクチユエ一夕ュニヅトは積層されており、第 1ァクチユエ一夕ユニットと第 2ァクチユエ一夕ュニヅトの内の一方が伸び一方が縮むバイモルフ型圧電ァクチユエ一夕が振動発生デバイスとして用いられている。第 1ァクチユエ一夕ュニヅトと第 2ァクチユエ一夕ュニットは、共に複数の圧電素子層により積層して構成されている。

これにより、振動発生デバイスは、振動制御回路からの制御に基づいて、情報の種類に応じて異なる振動を発生する。これによつて、使用者はタヅチパネルを通じて接触することにより、その情報の種類に応じた振動を使用者に対する触覚として使用者にフィードバックさせることができる。この触覚によるフィードバックは、従来から操作のフィードバックとして一般的に用いられている、クリツク感ゃストローク感などと感覚的に近いものであり、画像や音によるフィードバヅクに比較して、より直感的であるという利点がある。また、バイモルフ型圧電ァクチユエ一夕の第 1ァクチユエ一夕ュニヅトと第 2ァクチユエ一夕ュニットは、共に複数の圧電素子層により積層して構成されていることから、各ァクチユエ一夕ュニットが単一の圧電素子層により作られているのに比べて、振動方向への撓み（屈曲）変位を大きくすることができる。

本発明は、さらに、情報を表示する画像表示ユニットを有し、夕ツチパネルは、画像表示ユニットの前記情報を表示している位置に対応する部分へ使用者が接触することで情報の入力を行うことが可能であり、振動発生デバイスは画像表示ュニットに配置されている入力装置及びその入力装置を有する電子機器である。本発明において、画像情報ユニットは情報を表示する。夕ツチパネルは、画像表示ユニットの情報を表示している位置に対応する部分へ使用者が接触することで情報の入力を行う。振動発生デバイスは、画像表示ユニットに配置されている。この振動発生デバイスは、情報の種類に応じてタツチパネルを通じて異なる種類の触覚を使用者にフィードバックさせる。これにより、使用者は、タヅチパネルを通じて画像表示ュニヅトの異なる情報の 1つを選んで接触することにより、その情報の種類に応じた振動を使用者にフイードバヅクさせることができる。したがつて、使用者は、触覚の種類に応じて画像表示ユニットの情報の種類を直感的に知ることができる。夕ツチパネルに触覚（振動）を利用した表示機能を付加することにより、入力操作に対するフィードバックを触覚で実現できる。触覚表示機能を映像 ·音など従来から使われている表示機能を組み合わせることで、よりリァリティの高い情報の表示が可能となる。

本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下において図面を参照して説明される実施の形態の説明から一層明らかにされるであろう < 図面の簡単な説明図 1は、本発明に係る入出力装置を有する電子機器を示す斜視図である。

図 2は、図 1に示す電子機器の夕ヅチパネルと支持フレーム及びバイモルフ型圧電ァクチユエ一夕を示す平面図である。

図 3は、図 1に示す電子機器の分解斜視図である。

図 4は、図 3に示す電子機器の I V— I V線における断面図である。

図 5 Aは、図 4に示す圧電ァクチユエ一夕、振動伝達機構などを拡大して示す図であり、図 5 Bは、突起と軟質の接着剤との関係を示す斜視図である。

図 6は、バイモルフ型圧電ァクチユエ一タを一部を省略して示す斜視図である, 図 7は、図 6に示すバイモルフ型圧電ァクチユエ一夕の積層構造を示す断面図である。

図 8 Aは、単層のバイモルフ型圧電ァクチユエ一夕を示し、図 8 Bは複数層のバイモルフ型圧電ァクチユエ一夕を示す側面図である。

図 9は、画像表示部に一例として表示されたアイコン及びそれらのアイコンに対応する振動制御波形パターンの例を示す図である。

図 1 0は、入出力装置を含む制御ブロックを示すブロック回路図である。

図 1 1は、本発明の他の例を示す断面図である。

図 1 2は、本発明のさらに他の例を示す断面図である。

図 1 3は、本発明のさらに他の例を示す断面図である。

図 1 4は、本発明のさらに他の例を示す断面図である。

図 1 5は、本発明に係る入力装置を構成する制御ブロックの他の例を示すプロック回路図である。

図 1 6は、本発明に係るバイモルフ型圧電ァクチユエ一夕においてある特定の振動子に限ったときに、タヅチパネルを効率良く振動させるための振動指令方式の例を示す図である。発明を実施するための最良の形態以下、本発明の好適な具体例を図面を参照して説明する。なお、以下に述べる本発明の好適な具体例は、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの具体例に限られるものではない。

本発明に係る入出力装置を有する電子機器 1 0は、図 1に示すようにな構成を備えた携帯情報端末（P D A ) である。

本発明が適用された電子機器としての携帯情報端末（P D A ) は、夕ツチパネルに触覚（振動）を利用した触覚フィードバック発生機能を付加することにより、情報の種類に応じた入力操作に対するフィ一ドバヅクを使用者に対して触覚で実現できる。この触覚によるフィードバヅクは、従来から操作のフィードバヅクとして一般的に用いられているクリック感ゃストローク感などと感覚的に近いものであり、使用者にとっては、画像や音によるフィードバックに比較して、より直感的であるという利点がある。

また、触覚フィードバック発生機能により、入力操作のフィードバックだけでなく、従来から用いられている画像や音の表示と同様に様々な情報を使用者に提示できる。

図 1に示す電子機器 1 0は、概略的には本体 1 3と、夕ツチパネル 1 5と、複数のバイモルフ型圧電ァクチユエ一夕 2 ◦と、入出力装置 1 0 0とを有して'いる。図 1に示す電子機器 1 0では、 4つのバイモルフ型圧電ァクチユエ一夕 2 0が設けられている。本体 1 3は、いくつかのキー 1 6乃至 1 9やキー 2 1、 2 2、 2 4そして電源スィツチ 2 3を有している。たとえばキー 1 6は変換キーであり、キ一 1 7は決定キーであり、キー 1 8は日本語と英語の切替キーなどである。本体 1 3はその他にも必要なキーが設けられている。

図 2は、図 1に示す夕ヅチパネル 1 5と本体 1 3の支持フレーム 2 5を示している。この支持フレーム 2 5の 4隅の位置には、長板状の 4つのバイモルフ型圧電ァクチユエ一夕 2 0が例えば接着剤により固定されている。

図 3は、夕ツチパネル 1 5と本体 1 3を示す分解斜視図である。

本体 1 3は、上述したように画像表示部の支持フレーム 2 5と、画像表示部 3 ◦を有している。この画像表示部 3 0は、液晶表示部を用いることができる。画像表示部 3 0は、液晶表示部（L C D ： Li quid Crystal D isplay) 以外に、有機 E L (Electroluminescence) や C R T ( Cathode-ray tube) 等でもよい。この画像表示部 3 0には、例えば図 1に示すキー 2 4を操作することにより、必要なァイコン 3 1乃至 3 4を一例として表示することができる。支持フレーム 2 5は、例えば金属により作られており、画像表示部 3 0の 4辺の位置に設けられた 4辺形状の枠体である。支持フレ一ム 2 5のたて枠部 2 5 A、 2 5 Bには、それそれ 2つず'つのバイモルフ型圧電ァクチユエ一夕 2 0が間隔をおいて直列に接着剤により固定されている。バイモルフ型圧電ァクチユエ一夕 2 0は、 X方向に平行に配列されている。この X方向は、本体 1 3の短手方向である Y方向と直角の方向である。

本体 1 3は、例えばプラスチヅク、一例として P C (ポリ力一ボネート）、 A B S (ァクリロニトリルブタジエンスチレン) 、 P I (ポリイミド）、などにより作られているが、特に限定されるものではない。支持フレーム 2 5は、金属やプラスチヅクにより作ることができるが、例えばアルミニウムや鉄板、ステンレス板により作られている。画像表示部 3 0は、例えばカラー表示をすることができる液晶表示部である。

夕ツチパネル 1 5は、透明のフィルムであり、例えば薄いポリエステルフィルムを採用することができる。この夕ツチパネル 1 5には、透明な導電膜（ I T 〇）を例えば短冊状に所定の厚さで蒸着させたものである。このようなポリエステルフィルムを 2枚用意して、一方のポリエステルフィルムには縦方向に短冊状に導電膜が形成されており、他方のポリエステルフィルムには、横方向に短冊状に導電膜が形成されている。このような 2枚のポリエステルフィルムを重ねてその間に電気絶縁のスぺーサを配置することにより、両方の導電膜がそのままでは接触しないようになっている。そして使用者（以下、操作者とも称する。）が指でポリエステルフィルムの表面を押すことにより、一方のポリエステルフィルムの導電膜と他方のポリエステルフィルムの導電膜を介して電流が流れ、座標軸の X、 Yの交点から、図 3に示す画像表示部 3 0のどの位置を押しているかが分かるような構造とされている。この交点を結ぶことにより流れる電流を電気回路で処理することによって、例えば C P U (中央処理装置）は、図 3に示す画像表示部 3 0のどのアイコン 3 1乃至 3 4が使用者により指で押されたかを判別する。このような夕ツチパネル 1 5の形式は、特に限定されるものではなく、各種のものを採用することができる。夕ツチパネル 1 5は、透明のガラス板と透明のフィルムを重ねて形成してもよい。このガラス板の表面の導電膜と、フィルムの表面の導電膜が、接触することで、画像表示部 3 0のどの位置を押しているかが判る図 4は、図 3における I V— I V線における電子機器の断面構造例である。図 5 Aは、図 4に示す電子機器の断面構造の一部を拡大して示している。

図 4、図 5 Aにおいて、夕ヅチパネル 1 5と支持フレーム 2 5の間には、上述した 4つのバイモルフ型圧電ァクチユエ一夕 2 0が配置されている。夕ヅチパネル 1 5と支持フレーム 2 5の間隔を設定するために、夕ツチパネル支持材 3 5が設けられている。このタヅチパネル支持材 3 5は、柔軟性がありかつ振動を吸収しない材料により作られており、タヅチパネル 1 5の例えば 4隅位置に位置している。夕ヅチパネル 1 5と支持フレーム 2 5の間の空間には、上述したバイモルフ型圧電ァクチユエ一夕 2 0が配置されている。このバイモルフ型圧電ァクチュェ一タ 2 0 と振動伝達機構は、振動発生デバイスを構成している。バイモルフ型圧電ァクチユエ一夕 2 0の撓み変位による振動が夕ヅチパネル 1 5側に伝達されるようになっている。

以下の説明では、バイモルフ型圧電ァクチユエ一夕 2 0は、単に圧電ァクチュエー夕 2 ◦と略称して用いる。この圧電ァクチユエ一夕 2 0の一端部 2 O Aと支持フレーム 2 5の間には、第 1支持部 4 1が設けられている。同様にして圧電ァクチユエ一夕 2 0の他端部 2 0 Bと支持フレーム 2 5の間には第 2支持部 4 2が設けられている。圧電ァクチユエ一夕 2 0の中間部分と、夕ヅチパネル 1 5の裏面の間には、第 3支持部 4 3が設けられている。

図 5 A及び図 5 Bでは、第 1支持部 4 1、第 2支持部 4 2及び第 3支持部 4 3 が拡大して示されている。図 5 A及び図 4に示すように、圧電ァクチユエ一夕 2 0の振動変位は、矢印 Uで示している。この振動変位 Uは、夕ヅチパネル 1 5と支持フレーム 2 5に対して垂直方向、すなわち矢印 Z方向である。この矢印 Z方' 向は、図 3に示す X方向と Y方向に対して直交する方向である。

図 4、図 5 Aに示すように、圧電ァクチユエ一夕 2 0は、夕ツチパネル 1 5と支持フレーム 2 5の間において、第 1支持部 4 1から第 3支持部 4 3を用いて、 3点により支持されている。第 1支持部 4 1乃至第 3支持部 4 3は、圧電ァクチユエ一夕 2 0が発生する振動を、夕ヅチパネル 1 5側に伝えるいわゆる上述した振動伝達機構 3 7を構成している。第 1支持部 4 1乃至第 3支持部 4 3は、図 5 Aに示すように、それぞれナイフエヅジ状の突起 5 0と軟質の接着剤 5 1から構成されている。第 1支持部 4 1乃至第 3支持部 4 3は、それそれの地点において圧電ァクチユエ一夕 2 0の撓み変形（曲げ変形とも呼ぶ）.の妨げにならないように、ナイフエツジ状の突起 5 0を用いて圧電ァクチユエ一夕 2 0の面を支持している。すなわち、第 1支持部 4 1の突起 5 0は、支持フレーム 2 5に対して圧電ァクチユエ一夕 2 0を R方向に回転可能に支持している。同様にして第 2支持部 4 2の突起 5 0は、支持フレーム 2 5に対して圧電ァクチユエ一夕 2 0を R方向に回転可能に支持している。第 3支持部 4 3の突起 5 0は、夕ツチパネル 1 5に対して圧電ァクチユエ一夕 2 0を R方向に回転可能に支持している。

第 1支持部 4 1乃至第 3支持部 4 3の軟質の接着剤 5 1は、それそれの突起 5 0を支持フレーム 2 5とタヅチパネル 1 5にそれそれ接着して位置ずれを起こさないようにするために用いている。軟質の接着剤 5 1の材質としては、硬質の材料である突起を接着しかつ圧電ァクチユエ一夕 2 0の撓み変位を減じることなくタヅチパネル 1 5側に伝えるような材質を採用できる。この軟質の接着剤の材質としては、例えばスチレン系エラストマ（K Gゲル： Y M G— 8 0— B K (北川工業株式会社））である。

図 5 Bにおいては、突起 5 0と軟質の接着剤 5 1を示しており、軟質の接着剤 5 1は破線で示している。

図 4と図 5に示す圧電ァクチユエ一夕 2 0が発生する振動変位 Uは Z方向に平行である。第 1支持部 4 1乃至第 3支持部 4 3においては、上述したようにナイフエヅジ状の突起 5 0を有して、接着剤 5 1で固定されいることから、第 1支持部 4 1乃至第 3支持部 4 3では圧電ァクチユエ一夕 2 0は R方向に沿って回転方向 Rにのみ移動の自由度を有しており、振動変位 Uに沿った Z方向には位置が拘束されている。

次に、図 6及び図 7を参照して、圧電ァクチユエ一夕 2 0の構造例について説明する。図 6は、圧電ァクチユエ一夕 2 0の構造を一部省略して図示している。圧電ァクチユエ一夕 2 0は、いわゆるバイモルフ型の圧電ァクチユエ一夕である- このバイモルフ型の圧電ァクチユエ一タは、バイモルフ型圧電振動子などとも呼ばれている。圧電ァク,チユエ一夕 2 0は、概略的には第 1ァクチユエ一夕ュニヅト 6 1と第 2ァクチユエ一夕ユニット 6 2を積層して構成されている。

第 1ァクチユエ一夕ュニヅト 6 1 と第 2ァクチユエ一夕ユニット 6 2の構造はほぼ同じであり、それそれ複数の圧電素子層 6 3を有している。この圧電素子層 6 3は、圧電素子 6 4とこの圧電素子 6 4の両面に形成された電極層 6 5の 3層から構成されている。この圧電素子層 6 3は、素ァクチユエ一タュニヅトとも呼ばれている。したがって第 1ァクチユエ一夕ュニヅト 6 1 と第 2ァクチユエ一夕ユニット 6 2は、それそれ複数の圧電素子層 6 3を積層することで構成されている。図 6及び図 Ίに示す例では、第 1ァクチユエ一夕ユニット 6 1と第 2ァクチユエ一夕ユニット 6 2は、それぞれ 9層の圧電素子層 6 3を積層して構成している。圧電素子層 6 3の圧電素子 6 4は、例えば P Z T (チタン酸ジルコン酸鉛）により作られている。電極層 6 5は例えば A g— P dにより作られている。第 1 ァクチユエ一夕ュニット 6 1と第 2ァクチユエ一夕ュニヅト 6 2の間には、中間の電極層 6 5 Aが設けられている。

図 6及び図 7に示す圧電ァクチユエ一夕 2 0は、合計 1 8層の圧電素子 6 4と、各圧電素子 6 4の間の電極層 6 5及び表裏にある電極層 6 5の合計 1 9層の電極層 6 5とから構成されている。図 7に示す圧電素子 6 4の 1層当たりの厚さ D は、例えば 2 8 mである。電極層 6 5の厚さ D ₂は、例えば約 4 / mである。圧電ァクチユエ一夕 2 0は、上述した圧電素子層 6 3が 1 8個積層された構造であり、各圧電素子層 6 3はそれそれ電気的に並列に結合されている。

図 6に示すように圧電ァクチユエ一夕 2 0に対して層間接続部 6 6 A、 6 6 B を設け、これらの層間接続部 6 6 A、 6 6 Bに対して駆動電圧を印加した場合に、第 1ァクチユエ一夕ュニヅト 6 1の 9層の圧電素子層 6 3が伸び/縮み、第 2ァクチユエ一夕ユニット 6 2の 9層の圧電素子層 6 3が縮みノ伸びるように、各圧電素子層 6 3の圧電素子 6 4は分極処理が施されている。したがって、バイモルフ型圧電ァクチユエ一夕 2 0は、結果としてバイメタルと同様な原理で橈み変位するようになつている。図 7に示す圧電ァクチユエ一夕 2 0の合計の厚みは、例えば 5 0 0 / mであり、非常に薄く小型のものである。このような積層型の圧電ァクチユエ一夕 2 0を用いることにより、第 1ァクチユエ一夕ユニット 6 1と第 2ァクチユエ一夕ュニット 6 2をそれそれ単層の圧電素子層で形成する場合に比ベて、限られた駆動電圧を用いた場合により大きな橈み変位を発生させることができる。第 1ァクチユエ一夕ュニヅト 6 1が伸びれば第 2ァクチユエ一夕ュニヅト 6 2は縮み、第 1ァクチユエ一夕ュニヅト 6 1が縮めば第 2ァクチユエ一夕ュニヅト 6 2が伸びるといったように、圧電ァクチユエ一夕 2 ◦は図 4に示す振動変位 Uに沿って変位する。上述したこのバイモルフ型圧電ァクチユエ一夕 2 0は、多層バイモルフ型圧電ァクチユエ一夕とも呼ばれている。

ここで、小型の携帯機器に特に適するバイモルフ型圧電ァクチユエ一夕 2 0の動作について述べる。

図 1に示すような携帯の電子機器 1 0は、通常 L i— i o nや N i—水素バヅテリを主電源として用いている。上述した通常のバイモルフ型圧電ァクチユエ一夕バッテリに上記のバッテリが発生する電圧を印加しても、使用者に触覚として知覚せしめるだけの橈み変位や力は発生できない。この問題の解決のため、本発明の実施の形態では、構造を持つ多層のバイモルフ型圧電ァクチユエ一夕 2 0を用い、同じ橈み変位と力を発生させるために必要な駆動電圧の低電圧化を以下のように図る。

バイモルフ型圧電ァクチユエ一夕 2 0を変形（駆動）するための圧電素子のひずみ量△ L 1は次式で与えられる。

A L l = d 3 1 x E x L

( d 3 1 ：圧電定数、 E ：印加電界強さ、 L ：素子長さ）

ひずみ量は電界の強さに比例するので、低電圧化しても電界強さを一定に保てれぱ歪み量は不変である。例えば、図 8 Aの素子には 2 V、図 8 Bの素子には 1 Vの電圧が印加されているが、図 8 Bの素子の厚さが図 8 Aのそれの 1 / 2である。このため、素子内部の電位勾配、すなわち電界強さは両方とも同じであり、結果としてひずみ量も同じである。

このように、本発明では、図 6及び図 7のように、素子を厚さ方向に分割することで、低電圧駆動でも使用者に触覚を感じさせるバイモルフ型圧電ァクチユエ一夕 2 0が実現できる。この例の場合のァクチユエ一夕変位量を、例えば 2 0 m mスパンで両端を支持したときの中央部変位として表現すると、印加電圧が 1 0 Vのとき、中央部変位は約 2 5 Π1である。さらに素子の厚さを分割し、例えば L i一 i 0 nバヅテリを用いた場合の電圧約 3 . 3 Vで上記と同様に 2 5〃m程度の変位を得るためには、 1素子あたりの厚さを、図 6の約 1 / 3にすればよいので、 1 ◦ m程度にすれば実現する。

図 9に示す電子機器 1 ◦の画像表示部 3 0には、例えば 4つのアイコン 3 1乃至 3 4が表示されている。この画像表示部 3 0の上には上述したタツチパネル 1 5が配置されている。

図 1 0は、図 9の制御プロヅクの例を示している。電子機器 1 ◦の制御ブロヅク 7 0は、振動発生デバイス 7 1、振動制御回路 7 3、夕ツチパネル 1 5、画像表示部 3 0を有している。 C P U (中央処理装置） Ί 4は、電子機器 1 0の本来の携帯情報端末としての機能を実現するための中央処理装置であり、この C P U 7 4は、画像表示部 3 0とタツチパネル 1 5などの信号処理を行う。すなわち C P U 7 4は、画像表示部 3 0に対してアイコンなどの表示信号 S 5を送り、タヅチパネル 1 5からの座標値 S 4が C P U 7 4に供給されるようになっている。夕ヅチパネル 1 5は使用者の指 Fまたはスタイラス（ペン）で接触して押すようになっている。

振動制御回路 7 3は、情報の種類に応じて異なる振動モードを振動発生デバィス 7 1 に発生させるためのものである。この振動制御回路 7 3 と振動発生デバィス 7 1は、通常用いられている電子機器 1 0にはない本発明の特徴的な部分である。振動制御回路 7 3は、プロセヅサ 8 0、メモリ 8 1、外部プログラムポート 8 2、 0 / コンバー夕 8 3、そして電流アンプ 8 4を有している。プロセッサ 8 0は、 C P U 7 4とメモリ 8 1 と外部プログラムポート 8 2及び D / Aコンパ一夕 8 3に接続されている。

メモリ 8 1は、図 1 0に示すような例えば 4つの振動モードである、例えば振動制御波形パターン P 1乃至 P 4を記憶している。この振動制御波形パターン P ( P 1乃至 P 4 ) は、メモリ 8 1からプロセッサ 8 0に供給できる。これらの振動制御波形パターン P 1乃至！⁵ 4は、図 9に示すアイコン 3 1乃至 3 4にそれそれ対応したパターンである。アイコン 3 1乃至 3 4はそれそれ異なる情報の例であり、この 4種類のアイコン 3 1乃至 3 4は画像表示部 3 0に任意に表示することができる。

このデジタル信号である振動制御波形パターン Pはプロセヅサ 8 0に供給される。メモリ 8 1 に対してデジタル信号である振動制御波形パターン Pを供給させる方法としては、外部のパーソナルコンピュータなどの外部プログラマ 7 5によつて生成された任意の振動制御波形パターンを、外部プログラムポート 8 2を介してプロセッサ 8 0に取り込み、振動制御波形パターン Pの登録番号及び性質を付与した上でメモリ 8 1に登録させる方法がある。メモリ 8 1 に振動制御波形パターンを記憶させる別の方法としては、夕ヅチパネル 1 5から入力される波形の情報に基づいて、プロセヅサ 8 0は振動制御波形パターンを生成して、やはり登録番号と性質を付与した上でメモリ 8 1に供給させる。このように、外部プログラムポート 8 2は、外部のパーソナルコンピュータやその他の外部的な手段により生成された上述したような振動制御波形パターンをプロセッサ 8 0を介してメモリ 8 1に取り込むためのポートである。

プロセッサ 8 0は、 C P U 7 4から送られる例えばタヅチパネル 1 5上の座標値 S 4 (座標情報）に応じた要求信号座標値 Sにより、メモリ 8 1からその要求信号座標値 Sに応じた振動制御波形パターン P ( P 1〜P 4 ) を選択して、デジ夕ル波形 S 1として D / Aコンバータ 8 3に出力する信号処理を行う。この座標値 S 4 (座標情報）は、図 9に示す画像表示部 3 0の情報としてのアイコン 3 1 乃至 3 4の座標とリンクしている。プロセヅサ 8 0は、すでに述べたように外部的なプログラム手段を用いずに、携帯情報端未としての電子機器 1 0に蓄えられているタツチパネル 1 5などの入力手段により入力された情報により、振動発生手段 7 1の圧電ァクチユエ一夕 2 0を動作させる振動制御波形パターン Pを生成するなどの信号処理を行うこともできる。このようにプロセッサ 8 0と C P U 7 4の間では、座標値 S 4に応じた要求信号座標値 Sをやり取りすることにより、夕ヅチパネル 1 5の座標値 S 4をプ Πセヅサ 8 0に取り込むことができる。

プロセヅサ 8 0は、 D / Aコンバータ 8 3に対してデジタル波形 S 1を送ると、 D / Aコンバータ 8 3はこのデジタル波形 S 1を、アナログ電圧波形 S 2に変換する。電流アンプ 8 4は、このアナ ηグ電圧波形 S 2を、圧電ァクチユエ一夕 2 0に対して圧電ァクチユエ一夕 2 0を駆動するために十分な電流を持った電圧の指令値 S 3を生成して振動発生デバィス Ί 1の圧電ァクチユエ一夕 2 0に送る。この電流アンプ 8 4は、アナログ電圧波形 S 2を、圧電ァクチユエ一夕 2 0を駆動するために十分な電流になるように電流的に増幅して圧電ァクチユエ一夕 2 0 に出力するのである。

図 1 0に示す振動発生デバィス 7 1は、圧電ァクチユエ一夕 2 0と振動伝達機構 3 マを有している。

振動伝達機構 3 7は、図 4に示すように第 1支持部 4 1乃至第 3支持部 4 3を有していることは既に述べている。圧電ァクチユエ一夕 2 0は、電流アンプ 8 4からの指令値 S 3を機械的な撓み変位に変換する。振動伝達機構 3 7は、圧電ァクチユエ一夕 2 0の橈み変位を図 4に示す夕ヅチパネル 1 5に対して伝える。図 1 と図 3に示す携帯型情報端末のような電子機器 1 0は、図 1 0の入出力装置 1 0 0を有している。この入出力装置 1 0 ◦は、図 1 ◦に示すように画像表示部 3 0、夕ヅチパネル 1 5、振動発生デバイス Ί 1及び振動制御回路 7 3を有している。次に、上述した入出力装置 1 0 0を有する電子機器 1 ◦の動作について説明する。

使用者は、図 9に示すような画像表示部 3 ◦のアイコン 3 1乃至 3 4を一例として見ている。これらのアイコン 3 1乃至 3 4は、それぞれ異なる情報を示して • いる。使用者がアイコン 3 1を夕ヅチパネル 1 5を介して指で触れると、画像表示部 3 0の画面上の座標が図 1 0に示す夕ヅチパネル 1 5から座標値 S 4として C P U 7 4に送られる。アイコン 3 1 とこのアイコン 3 1の座標値 S 4は予め C P U 7 内で関係付けられている。 C P U 7 4から使用者が触れたアイコン 3 1 を示す信号（例えばクリックアイコン）が要求信号座標値 Sとしてプロセッサ 8 0に送られると、プロセッサ 8 0はそのアイコン 3 1に適した振動制御波形パ夕ーン P 1をメモリ 8 1から呼び出して、デジタル波形 S 1として D / Aコンパ'一夕 8 3に出力する。

D Z Aコンパ一夕 8 3は、プロセッサ 8 0からのデジタル波形 S 1をアナログ電圧波形 S 2に変換する。電流アンプ 8 4は、アナ口グ電圧波形 S 2の電流値を增幅して、指令値 S 3を圧電ァクチユエ一夕 2 0に供給する。圧電ァクチユエ一夕 2 0は、与えられた指令値 S 3 (電圧値）に従い機械的に橈み曲げ変形をする _c この時に、圧電ァクチユエ一夕 2 0は、図 4に示すように第 1支持部 4 1乃至第 3支持部 4 3によっては撓み曲げ変形を阻害することの無いように自由度を持つている。すなわち上述したように、第 1支持部 4 1乃至第 3支持部 4 3は、図 5 Aに示すように矢印 R方向の回転方向には自由度を有しているが、振動変位の方向である矢印 U方向には位置変位はしない。このことから、圧電ァクチユエ一夕 2 ◦が撓み変形することによって、夕ツチパネル 1 5は振動変位 Uに沿ってのみ変位するのである。圧電ァクチユエ一夕 2 0の中央部の連続的なこのような振動変位 Uは、夕ツチパネル 1 5の連続的な変位に似てすなわち振動の波形として使用者の指 Fに触覚フィ一ドバヅク T Bとして提示される。

このようにして、本発明では、タヅチパネルに触覚（振動）を利用した触覚フィ一ドバック発生機能を付加することにより、入力操作に対するフィードバックを触覚で実現できる。この触覚によるフィードバヅクは、従来から操作のフィードバヅクとして一般的に用いられている、クリヅク感ゃストローク感などと感覚的に近いものであり、使用者からみて画像や音によるフィ一ドバックに比較して、より直感的であるという利点がある。そして、フィードバック情報だけでなく、触覚情報の表示機能もある。

図 9に示す別のアイコン 3 2を選択することにより、上述したような同じ要領で、振動制御波形パターン P 2がメモリ 8 1から呼び出されて電流アンプ 8 4からの指令値 S 3に基づいて圧電ァクチユエ一夕 2 0が振動制御波形パターン P 2 に基づいて振動する。同様にしてアイコン 3 3を使用者が指で押すことにより、振動制御波形パターン P 3に基づいて圧電ァクチユエ一夕 2 0が振動変位を起こす。使用者がアイコン 3 4を押すことにより、振動制御波形パターン P 4に基づいて圧電ァクチユエ一夕 2 0が振動変位を起こす。

図 9に示すように、振動制御波形パターン P 1は、クリヅク感、すなわち剛性感を発生するいわゆる矩形波パ夕一ンである。振動制御波形パターン P 2は、ハートビートのようなリズム感覚を感じるようなデジタル波形であり、そのパルス幅は任意に設定されている。振動制御波形パターン P 3は、連続的な動きを発生する動作感を感じるような波形であり、階段状の波形である。振動制御波形パ夕ーン P 4は、普通の夕ヅチパネルの反応、すなわちほぼ一定の振動変位である。このように、アイコン 3 1乃至 3 4は、それぞれ異なる情報を表示しているが、これらのアイコン 3 1乃至 3 4に応じて、異なる振動制御波形パターン P 1乃至 P 4をそれそれ割り付けている。このことから、振動制御波形パターン P 1乃至 P 4に基づいて圧電ァクチユエ一夕 2 0が異なる振動変位を起こすことにより、使用者は指を通じてアイコン 3 1乃至 3 4の種類を直感的かつ体感的に感じることができるのである。なお、アイコン 3 1乃至 3 4とそれらの座標値とそして振動制御波形パターンの関連付けは、図 1 0に示すプロセヅサ 8 0で行うようにしてもよい。 C P U 7 4とプロセッサ 8 0の信号処理の分担はいろいろ考えられるが、上述した図 1 0に示す例に特に限定されるものでもない。

図 1 1及び図 1 2は、本発明のさらに他の具体例を示している。図 1 1及び図 1 2のそれそれに示す例は、図 4に示す例に対してさらに付加的な要素を有している。図 1 1に示す例と図 1 2に示す例の構成要素が、図 4に示す例と同様な構成要素については、同一の符号を付して説明する。

図 1 1に示す例の異なる構成は、夕ヅチパネル 1 5と支持フレーム 2 5との間に、パネル押えフレーム 1 1 0が設けられていることである。このパネル押えフレーム 1 1 0は、夕ヅチパネル 1 5の端部を支持フレーム 2 5に対して固定するためのほぽ断面 L字型の部材であり、例えば 4辺を有する枠体である。このパネル押えフレーム 1 1 0の上端部 1 1 1 と夕ヅチパネル 1 5の端部の間には、ダストシール 1 1 3が設けられている。このダストシール 1 1 3は、例えばリング状であり、ほぼ断面方形状、断面円形状もしくは断面楕円形状の弾力性を有する部材であり、例えばプラスチヅクゃゴムにより作られている。このダストシール 1 1 3は、夕ヅチパネル 1 5と支持フレーム 2 5の間の空間に塵埃やごみなどのダストが侵入するのを防止するためのシールである。しかもこのダストシ一ル 1 1 3は、夕ツチパネル 1 5をパネル押えフレーム 1 1 ◦に対して支持するための夕ツチパネル支持材の役割も果たしている。ダストシール 1 1 3は、非常に柔軟性を持つた材料か、ある程度柔軟性と振動を減衰しない特性を持つた材料で作られており、圧電ァクチユエ一夕 2 0の発生する振動変位の減衰を最小にする作用を持つ。

図 1 2に示すさらに他の例では、図 1 1のダストシール 1 1 3及びパネル押えフレーム 1 1 0に加えて圧電ァクチユエ一夕 2 0の振動伝達機構 1 3 7の構造が異なっている。図 4では、第 1支持部 4 1乃至第 3支持部 4 3を用いて圧電ァクチユエ一夕 2 0がタヅチパネル 1 5と支持フレーム 2 5の間に 3点で支持されている。これに対して図 1 2の実施の形態では、振動伝達機構 1 3 7は、支持部 1 4 1 ともう 1つの支持部 1 4 2を有している。支持部 1 4 1は、圧電ァクチユエ —夕 2 0の一端部 2 0 Aと支持フレーム 2 5の間に配置されている。もう 1つの支持部 1 4 2は、圧電ァクチユエ一夕 2 0の他端部 2 0 Bと夕ヅチパネル 1 5の内面の間に配置されている。支持部 1 4 2は、図 5 A及び図 5 Bに示す突起 5 0 と軟質の接着剤 5 1を有する構成例と同じである。支持部 1 4 1は、硬質の接着剤により画像表示部の支持フレーム 2 5に堅固に固定されている。このように圧電ァクチユエ一夕 2 0は、支持部 1 4 1、 1 4 2を用いた 2点支持でタヅチパネル 1 5と支持フレ一ム 2 5の間に支持されている。圧電ァクチユエ一夕 2 0が撓み変位すると、夕ヅチパネル 1 5は振動変位 Uに沿て変位する。このような圧電ァクチユエ一夕 2 0はいわゆる片持ち式で夕ヅチパネル 1 5 と支持フレーム 2 5の間に支持されている。

次に、図 1 3及び図 1 4は、本発明のさらに他の例を示している。

図 1 3に示す例は、圧電ァクチユエ一夕 2 ◦が、タヅチパネル 1 5の内面側のみに支持されていることが特徴的である。圧電ァクチユエ一夕 2 0の一端部.2 0 Aは、支持部 2 4 1により支持されており、圧電ァクチユエ一夕 2 0の他端部 2 0 Bは、支持部 2 4 2を用いて支持されている。このような構造を採用しても、圧電ァクチユエ一夕 2 0は R方向に沿って回転方向に自由度を有しているが、振動変位 Uに沿ってタヅチパネル 1 5に振動を発生させることができる。

図 1 4に示す例は、図 1 3に示す例において、さらに圧電ァクチユエ一夕 2 0 の中間部分に錘 2 5 0が固定されている。この錘 2 5 0の慣性力が圧電ァクチュエー夕 2 0の振動変位 Uを起こす場合に発生する。圧電ァクチユエ一夕 2 0が夕ヅチパネル 1 5を押し上げる時の反力を、この錘 2 5 0の慣性力が支えるので、圧電ァクチユエ一夕 2 0の撓み変位が効率良くタツチパネル 1 5に伝達できるのである。図 1 3及び図 1 4のように、圧電ァクチユエ一夕 2 0が夕ツチパネル 1 5側のみに支持されるような構成を採用することにより、次のような利点がある ( すなわち、使用者が夕ヅチパネル 1 5を押した時の力が圧電ァクチユエ一夕 2 0 に直接加わることが無いので、使用者が誤って過度の力でタヅチパネル 1 5を押してしまった場合でも、圧電ァクチユエ一夕 2 0へは外力負荷が加わらないことになる。

図 1 5は、図 1 ◦の制御ブロック 7 0のさらに他の例を示している。図 1 5に示す制御プロヅク 7 0が図 1 ◦の制御プロヅク 7 0 と異なるのは、次の点である ( すなわち、振動制御回路 7 3は、 A / Dコンバータ 8 9を有していることである ₍ この A / Dコンバ一夕 8 9は、圧電ァクチユエ一夕 2 0の端子間の電圧 S 6を測定するためにこの電圧 S 6を取り込んでアナログ/デジ夕ル変換してデジタル電圧 S 1 0をプロセッサ 8 0に送る。本発明では、圧電ァクチユエ一夕 2 0とタヅチパネル 1 5は、例えば図 4に示すように直接繋がれているので、使用者がタツチパネル 1 5を押す力はそのまま圧電ァクチユエ一夕 2 0に伝わる。したがって、圧電ァクチユエ一夕 2 0と夕ヅチパネル 1 5との係合部は力に応じて変位する。圧電ァクチユエ一夕 2 0はこの変位を与えると、それに比例した起電力を生じる性質があるので、この起電力を測定することで使用者の指 Fの操作力（押圧力）をプロセヅサ 8 0が知ることができる。このように使用者の指 Fがタツチパネル 1 5を押すことにより生じる押圧力 Wに応じた圧電ァクチユエ一夕 2 0の電圧 S 6を、プロセッサ 8 0がリアルタイムで測定することができることにより次のようなメリットがある。

すなわち、使用者の指 Fがタツチパネル 1 5を過度な力で操作した場合には、例えばプロセヅサ 8 0が C P U 7 4に指令して画像表示部 3 0に対して過度な力による操作を示すアイコンの表示信号 S 5を供給して、画像表示部 3 0にそのァィコンを表示させることで使用者に過度な力を加えていることの注意を促すことができる。入力ペンを用いた手書き入力時などの使用者の操作力（筆圧）を測定して、使用者と対応させて記憶しておくことにより、使用者の特定（認証）ができる。タツチパネル 1 5から得られる座標の情報（ 2次元座標情報）と、使用者の操作力の情報とを組み合せて、 3次元入力装置として動作させるようなことも考えられる。

次に、図 1 6は、ある特定の振動数に限った時に、夕ツチパネル 1 5を効率良く振動させるための振動指令方式の例について示している。

タヅチパネル 1 5及びその第 1〜第 3支持部 4 1、 4 2、 4 3のすベてを 1つの振動系として考えたとき、夕ツチパネル 1 5の質量を m、夕ツチパネル 1 5と係合している全ての部材の、バネ定数を K t、粘性係数を C tとすると、系の固有振動数 f は次式で与えられる。

f = 1 / 2 7Γ X ( K t /m— ( C t / 2 m) ) ^w

図 1 0の振動制御回路 7 3より、上記の固有振動数を含む振動波形を指令値として出力することにより、夕ヅチパネル 1 5を効率良く振動させることができる _t ここで固有振動数を含む振動波形とは正弦波等の連続的な振動だけでなく、ィンパルス的な加振のように様々な振動数成分が複合したものの場合もある。なお、系の固有振動数を人間が触覚を感知しやすい 5 0 H z〜 3 0 0 H z くらいの範囲に調整するためには、夕ツチパネルの支持部等の材料や形状等を変更して、上述のバネ定数 K tや粘性係数 C tを適当な値にすればよい。

バイモルフ型圧電ァクチユエ一夕の圧電素子層は、好ましくは 4層以上ある多層バイモルフ型圧電ァクチユエ一夕が好ましい。特に、 P D Aなどの携帯機器を考えた場合、駆動電圧の制約から通常の圧電ァクチユエ一タは使用できない。圧電層を多層化することにより比較的低電圧で駆動が可能なァクチユエ一夕を実現しそれを夕ツチパネルへの触覚フィ一ドバックに使うことで、携帯機器においても触覚フイードバックのあるタヅチパネルが実現できた。バイモルフ型圧電ァクチユエ一夕の両端部及び中央部の各支持部は、回転方向には自由度があり、触覚を伝える方向（ァクチユエ一夕中央部の変位の方向）を拘束する。触覚を伝える方向の拘束としてァクチユエ一夕の変形を妨げないような点または線状の突起を用い、ァクチユエ一夕とその支持体との接合のためには軟質の接着剤を用いる。ァクチユエ一夕が発生する振動的変位（速度）を損なわないために、ァクチュエータ自体を夕ツチパネルの支持体とする。タツチパネルを支持する材料は、夕ツチパネルと画像表示部などの表示装置の間に埃等が侵入するのを防止するダストシールを兼ねている。夕ツチパネルとその支持体を含めた振動系の固有振動数を人間が触知し易い周波数領域に設定し、かつその固有振動数そのもの/その振動数を含んだ振動で夕ツチパネルを加振することで、使用者には効率的に触覚フイードバックを与える。

振動制御回路は 1つ又は複数の制御パターン（振動波形）を記憶しており、使用者が選択するタヅチパネル上の座標（通常アイコン等とリンクしている）に応じて適当な制御パターンを機器が選択し、ァクチユエ一夕を制御する。この振動制御回路が記憶している制御パターンはソフトウエアによって定義されており、メーカーまたは使用者が任意に書き換えることが可能である。振動制御回路は、ァクチユエ一夕に外力が加わることにより生じる起電力を検知する手段を備えており、使用者が入力操作を行うときの押圧力が測定できる。 ■

バイモルフ型圧電ァクチユエ一夕の片端部のみをベース等に固定し、もう一方の端部は夕ツチパネルと繋がっている構造も採用できる。

圧電ァクチユエ一夕が発生する振動的変位（速度）を損なわないために、ダンビング効果が少なくかつ柔軟な材料（例えば北川工業株式会社製の K Gゲル）を介して夕ツチパネルを支持する。圧電ァクチユエ一夕の曲げ変形を妨げないように、圧電ァクチユエ一夕は、タヅチパネル下面に支持し、圧電ァクチユエ一夕が変位することで生じる振動を夕ヅチパネルに伝える。この場合に、圧電ァクチユエ一夕の中央部には錘が付加されるようにしてもよい。

バイモルフ型圧電ァクチユエ一夕を用いることで、携帯機器に適した小型（薄型）で低消費電力という特徴をもつた触覚フイードバックシステムを構築できる ₍ 特に多層バイモルフ型圧電ァクチユエ一夕にすることで、上記の特徴の他、携帯機器で通常使われる L i一 i 0 n式や N i—水素式等のバヅテリを電源として動作する低電圧駆動型の触覚フィ一ドバックシステムの構築が可能である。簡素で安価な構造でバイモルフ型圧電ァクチユエ一夕の支持が実現する。ァクチユエ一夕自体が夕ヅチパネルの支持体になるので、支持体による振動のロスがないばかりか、構造がシンプルになり安価なシステムを提供できる。タヅチパネルの支持部材がダストシールの機能も兼ねているので部材の点数を減らすことが可能で結果として安価なシステムを提供できる。ァクチユエ一夕の出力を小さくしても使用者が触知できる振動を発生させることができるので、小型で安価なシステムを提供できる。

入力装置は、任意波形をもった振動（触覚）フィードバックが可能であるので、入力動作の確認としての操作感をはじめ、様々な触覚情報（感覚）を使用者に提供できる。この触覚情報は、視覚情報や聴覚情報に加えた第 3の情報提示チャンネルとして活用することで、使用者に対してよりリアリティの高い、豊かな情報提供が可能である。さらに触覚は視覚や聴覚に比較して人間にとってより根源的な感覚であることを利用して、人間の感情を表現できる可能性もある。また、触覚フィードバックを単独で使うことも想定される。この場合は盲人への情報提示から、運転中や騒音環境下または何らかの状況により視覚 ·聴覚情報が期待できない場合に、いわゆるブラインド操作を可能にする。振動波形を容易に書き換えたり、加えたりすることができるため、例えば機器が使われる国ごとの振動波形の設定や、使用者の好みに合わせた振動パターンの設定が可能である。また、それそれの使用者が作成した振動パターンを例えばネットワークを介して他の使用者に提供することも可能である。使用者が機器をどのように使っているか状況がわかるので使用者による機器の破壊などを未然に防ぐことができる。また触覚を提示するために必要な部品と操作カを検知するための部品の大部分が共通で使えるので、安価な 3次元入力デバイスを提供できる。夕ツチパネルを支持する材料が柔軟性を持っているため圧電ァクチユエ一夕の発生する変位が機械的に抑制されることがなく、かつその材料が振動を吸収する特性（例えばゴムのように）を小さくしてあるので、圧電ァクチユエ一夕の発生するエネルギーが効率良く夕ヅチパネルに伝達できる。使用者が夕ツチパネルを押したときの力が圧電ァクチユエ一夕に加わることがないので、使用者が誤って過度の力で夕ヅチパネルを押してしまった際も圧電ァクチユエ一夕への外力負荷がない。錘の慣性力が、圧電ァクチユエ一夕が夕ツチパネルを押し上げる時の反力を支えるので、圧電ァクチユエ一夕の変位が効率よく夕ヅチパネルに伝達できる。

但し、本発明は上述した例に限定されるものではない。例えば、バイモルフ型圧電ァクチユエ一夕 2 0の第 1ァクチユエ一夕ュニヅトと第 2ァクチユエ一夕ュニヅトの積層構造の例としては、それそれ 9層の圧電素子層 6 3を有している。しかしこの圧電素子層 6 3の積層数は 9層に限らず、複数層であればよく、好ましくは 4層以上であるとより大きな撓み変位を小さな駆動電圧で得ることできる。図示の例では、第 1支持部と第 2支持部が画像表示部側に配置され、第 3支持部が夕ツチパネル側に配置されているが、これに限らず第 1支持部と第 2支持部が夕ツチパネル側に配置され、かつ第 3支持部が画像表示部側に配置されてもよい。

本発明に係る電子機器は、一例として携帯情報端末（P D A ) を例に挙げている。本発明は、これに限らず本発明の入出力装置 1 0 0を有する電子機器 1 0は、携帯情報端末に限らず、携帯電話機、リモートコントローラ、 D S C (デジタルスティルカメラ）、 D V C (デジタルビデオコーダ一）、 P C (パーソナルコンピュータ）など、全ての夕ツチパネルを入力手段として備えている入出力装置を備える電子機器を含むものである。

また、本発明に係る電子機器は、表示機能を有する夕ツチパネルを用いて説明したが、本実施の形態に限らず、例えば、ラップトップコンピュータなどのタヅチパッドのように夕ヅチパネルから表示機能を分離し、別に表示ュニヅトを設けてもよい。この場合も夕ツチパネルを通じて触覚を使用者にフィ一ドバックさせることになる。産業上の利用可能性以上説明したように、本発明によれば、使用者がタツチパネルに対して触覚を利用して情報の入力操作を行う際に、情報の種類に応じた入力操作に対する使用者へのフィ一ドバヅクを使用者に対する触覚で確実に実現することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 使用者が接触することで情報の入力を行うための夕ツチパネルと、

前記情報の種類に応じて前記夕ツチパネルを通じて異なる種類の触覚を前記使用者にフィ一ドバヅクさせるための振動発生デバィスと、

前記情報の種類に応じて異なる振動を前記振動発生デバィスに発生させるための振動制御回路とを備え、

前記振動発生デバイスは、第 1のァクチユエ一夕ュニヅトと前記第 1のァクチユエ一夕ュニヅトに積層された第 2のァクチユエ一夕ュニヅトを有し、前記第 1 のァクチユエ一夕ュニットと前記第 2のァクチユエ一夕ュニヅトのうちの一方が伸び、他方が縮むバイモルフ型ァクチユエ一タであり、

前記第 1のァクチユエ一夕ュニヅトと前記第 2のァクチユエ一夕ュニヅトはともに複数の圧電素子層により積層されている入力装置。

2 . 前記装置は、

さらに情報を表示する画像表示ュニットを有し、

前記タツチパネルは、前記画像表示部の前記情報を表示している位置に対応する部分へ使用者が接触することで前記情報の入力を行うことが可能であり、前記振動発生デバイスは前記画像表示ュニットに配置されている請求の範囲第 1項記載の入力装置。

3 . 前記第 1のァクチユエ一夕ュニヅトと前記第 2のァクチユエ一夕ュニヅトの各前記圧電素子の両側には、電極が配置されている請求の範囲第 2項記載の入力

4 . 前記バイモルフ型圧電ァクチユエ一夕は、前記バイモルフ型圧電ァクチユエ一夕の一端部と前記画像表示ュニットの間に配置された第 1の支持部と、前記バィモルフ型圧電ァクチユエ一夕の他端部と前記画像表示ュニットの間に配置された第 2の支持部と、前記バイモルフ型圧電ァクチユエ一夕の中央部と前記タヅチパネルの間に配置された第 3の支持部とを有する請求の範囲第 2項記載の入力装

5 . 前記第 1の支持部と前記第 2の支持部と第 3の支持部は、前記使用者が前記夕ツチパネルに接触する方向とは異なる回転方向に自由度を有している請求の範囲第 4項記載の入力装置。

6 . 前記第 1の支持部と前記第 2の支持部は、突起と、前記バイモルフ型圧電ァクチユエ一夕と前記画像表示ュニッ卜に対して前記突起を固定するための軟質の接着剤とを有し、前記第 3の支持部は、突起と、前記バイモルフ型圧電ァクチュエータと前記夕ツチパネルに対して前記突起を固定するための軟質の接着剤とを有する請求の範囲第 5項記載の入力装置。

7 . 前記バイモルフ型圧電ァクチユエ一夕は、前記画像表示ユニットの間に配置された支持部と、前記バイモルフ型圧電ァクチユエ一夕の他端部と前記夕ツチパネルの間に配置されたもう一つの支持部を有する請求の範囲第 2項記載の入力装置。

8 . 前記バイモルフ型圧電ァクチユエ一夕は、前記バイモルフ型圧電ァクチユエ —夕の一端部と前記夕ツチパネルとの間と、前記バイモルフ型圧電ァクチユエ一夕の他端部と前記タツチパネルとの間にそれそれ配置された支持部を有する請求の範囲第 2項記載の入力装置。

9 . 前記バイモルフ型圧電ァクチユエ一夕の途中には錘が設けられている請求の範囲第 8項記載の入力装置。

1 0 . 前記画像表示ユニットは液晶表示ユニットからなり、前記夕ツチパネルと前記液晶表示ュニッ卜の間にダス卜が侵入するのを防止するダストシールを有する請求の範囲第 2項記載の入力装置。 — -

1 1 . 前記振動制御回路は、前記バイモルフ型圧電ァクチユエ一夕に対して複数の振動制御波形パターンを記憶していて、各前記振動制御波形パターンは、前記画像表示ュニットに表示されている複数の前記情報に対応している請求の範囲第

2項記載の入力装置。

1 2 . 前記振動制御回路に記憶されている前記振動制御波形パターンは、書き換え可能である請求の範囲第 1 1項記載の入力装置。

1 3 . 前記振動制御デバイスは、前記バイモルフ型圧電ァクチユエ一夕に対して加わる前記使用者の押圧力に応じて発生する起電力を検知する起電力検知デバイスを有する請求の範囲第 1 1項記載の入力装置。

1 4 . 情報を入力するための入力装置を有する電子機器において、

上記入力装置は、

使用者が接触することで情報の入力を行うためのタヅチパネルと、

前記情報の種類に応じて前記タツチパネルを通じて異なる種類の触覚を前記使用者にフィ一ドバヅクさせるための振動発生デバィスと、

前記情報の種類に応じて異なる振動を前記振動発生デバイスに発生させるための振動制御回路とを備え、

前記振動発生デバイスは、第 1のァクチユエ一夕ュニットと前記第 1のァクチユエ一夕ュニヅトに積層された第 2のァクチユエ一夕ユニットを有し、前記第 1 のァクチユエ一夕ュニヅトと前記第 2のァクチユエ一夕ュニヅトのうちの一方が伸び、他方が縮むバイモルフ型ァクチユエ一夕であり、

前記第 1のァクチユエ一夕ュニットと前記第 2のァクチユエ一夕ュニヅトはともに複数の圧電素子層により積層されている電子機器。

1 5 . 前記入力装置は、さらに、情報を表示する画像表示ユニットを有し、前記タツチパネルは、前記画像表示ュニットの前記情報を表示している位置に対応する部分へ使用者が接触することで前記情報の入力を行うことが可能であり、前記振動発生デバイスは前記画像表示ュニットに配置されている請求の範囲第 1 4項記載の電子機器。

1 6 . 前記第 1 ァクチユエ一夕ュニヅトと前記第 2ァクチユエ一夕ュニヅトの各前記圧電素子の両側には、電極が配置されている請求の範囲第 1 5項記載の電子

1 7 . 前記電子機器は携帯可能な電子機器であることを特徴とする請求の範囲第 1 4項記載の電子機器。