WO2011013371A1 - 入力装置および入力装置の制御方法 - Google Patents

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WO2011013371A1
WO2011013371A1 PCT/JP2010/004800 JP2010004800W WO2011013371A1 WO 2011013371 A1 WO2011013371 A1 WO 2011013371A1 JP 2010004800 W JP2010004800 W JP 2010004800W WO 2011013371 A1 WO2011013371 A1 WO 2011013371A1
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tactile sensation
pressing
touch sensor
touch
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PCT/JP2010/004800
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智剛 青野
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京セラ株式会社
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    • G06F2203/04105—Pressure sensors for measuring the pressure or force exerted on the touch surface without providing the touch position

Definitions

  • the present invention relates to an input device including a touch sensor and a method for controlling the input device.
  • a mobile terminal such as a mobile phone, an information device such as a calculator and a ticket vending machine, a home appliance such as a microwave oven, a television, and a lighting fixture, an industrial device (FA device), etc.
  • input devices such as switches, input devices including touch sensors such as touch panels and touch switches are widely used.
  • any type of touch sensor accepts a touch input by a finger or a stylus pen, and the touch sensor itself is not physically displaced like a push button switch even when touched.
  • the touch sensor even when the touch sensor is touched, the touch sensor itself is not physically displaced, so that the operator cannot obtain feedback for the input even if the touch input is accepted. For this reason, the operator is likely to repeatedly input such as touching the same position many times, and may stress the operator.
  • a touch input is received and a sound is produced, or a display color of an input object such as an input button displayed on the display unit corresponding to the input position is displayed.
  • an input operation can be confirmed by hearing or vision by changing the display mode such as changing.
  • Patent Documents 1 and 2 simply generate a tactile sensation by vibration at the fingertip of the operator. That is, by vibrating the touch sensor, a tactile sensation such as “bull bull” is presented to the fingertip of the operator who is in contact with the touch surface.
  • a button switch such as a push button switch (push type button switch) is drawn on the upper part of the touch sensor, and an operator pushes the push button switch (push type button switch). Even if it was operated with the intention of doing (pushing), a tactile sensation such as “bull bull” was presented.
  • the threshold value for accepting an input by touch of the touch sensor is a threshold value at which the touch sensor reacts.
  • the threshold value is a threshold value of the pressing force with which the upper conductive film contacts the lower conductive film. In the method, it is a detection threshold value of an electrical signal due to contact.
  • a certain load threshold is set, and the touch is detected when the load threshold is reached while increasing the pressing load detected when the touch sensor is pressed with a finger.
  • a device that not only vibrates the sensor but also vibrates the touch sensor even when the pressure load detected when releasing the finger from the touch sensor reaches the load threshold while reducing the pressing load is conceivable.
  • the touch sensor can be vibrated corresponding to each of the operation of pressing by the operator and the operation of releasing, so that a suitable operational feeling can be presented to the operator.
  • the touch sensor vibrates only when pressed and does not vibrate when released.
  • the operator will feel uncomfortable.
  • the touch sensor vibrates only when pressed in one input operation, and when pressed and released in the next input operation. Since the touch sensor may vibrate in both directions, the operator feels uncomfortable.
  • an object of the present invention made in view of the above point is that when an operator operates a touch sensor, a realistic click feeling similar to that when a push button switch is operated can be presented, and the operator can feel comfortable.
  • An object of the present invention is to provide an input device capable of performing continuous input operation (continuous hitting) and a control method for the input device.
  • the invention of the input device is A touch sensor that accepts input; A load detection unit for detecting a pressing load on the touch surface of the touch sensor; A tactile sensation providing unit that vibrates the touch surface; When the pressing load detected by the load detection unit satisfies the first criterion for presenting a tactile sensation, the tactile sensation presenting unit is configured to present a click tactile sensation to a pressing target pressing the touch surface.
  • a control unit for controlling the drive The control unit, after presenting the click feeling, when the pressing load detected by the load detection unit satisfies a second reference lower than the first reference, the click feeling for the pressing target.
  • the drive of the tactile sensation providing unit is controlled so as to present a release tactile sensation with respect to.
  • the invention of the control method of the input device is as follows: A touch sensor that accepts input; A load detection unit for detecting a pressing load on the touch surface of the touch sensor; A tactile sensation providing unit that vibrates the touch surface, and a control method for an input device comprising: When the pressing load detected by the load detection unit satisfies a first criterion for presenting a tactile sensation, the tactile sensation presenting unit is provided so as to present a click tactile sensation with respect to a pressing target pressing the touch surface. After the driving, when the pressing load detected by the load detection unit satisfies a second reference lower than the first reference, the release target is presented to the pressing target with respect to the click feeling. The tactile sensation providing unit is driven.
  • the invention of the input device is as follows: A touch sensor that accepts input; A load detection unit for detecting a pressing load on the touch surface of the touch sensor; A tactile sensation providing unit that vibrates the touch surface; Driving the tactile sensation providing unit so as to present a tactile sensation to the pressed object that is pressing the touch surface when the pressing load detected by the load detecting unit satisfies the first criterion for presenting the tactile sensation.
  • the driving of the tactile sensation providing unit is controlled so as to present a tactile sensation.
  • the invention of the input device is as follows: A touch sensor that accepts input; A load detection unit for detecting a pressing load on the touch surface of the touch sensor; A tactile sensation providing unit that vibrates the touch surface; Driving the tactile sensation providing unit so as to present a tactile sensation to the pressed object that is pressing the touch surface when the pressing load detected by the load detecting unit satisfies the first criterion for presenting the tactile sensation.
  • the invention of the control method of the input device is as follows: A touch sensor that accepts input; A load detection unit for detecting a pressing load on the touch surface of the touch sensor; A tactile sensation providing unit that vibrates the touch surface, and a control method for an input device,
  • the tactile sensation presenting unit is driven so as to present tactile sensation to the pressed object pressing the touch surface.
  • the tactile sensation is presented so that the same tactile sensation as the tactile sensation is presented to the pressing target.
  • the drive of a part is controlled.
  • a touch sensor that accepts input;
  • a load detection unit for detecting a pressing load on the touch surface of the touch sensor;
  • a tactile sensation providing unit that vibrates the touch surface, and a control method for an input device,
  • the tactile sensation presenting unit is driven so as to present tactile sensation to the pressed object pressing the touch surface.
  • the pressing load detected by the load detection unit satisfies a second standard lower than the first standard, the tactile sensation is presented so as to exhibit a tactile sensation different from the tactile sensation with respect to the pressing target.
  • the driving of the presenting unit is controlled.
  • the touch surface of the touch sensor vibrates and a click tactile sensation is presented to the operator.
  • the second load whose pressing load on the touch sensor satisfies the second criterion lower than the first criterion
  • the touch surface of the touch sensor vibrates, and a release tactile sensation with respect to the click tactile sensation is presented to the operator.
  • a realistic click tactile sensation similar to that when the push button switch is operated is presented to the operator, and the operator can perform a continuous input operation (continuous hitting) without a sense of incongruity.
  • FIG. 5 It is a figure which shows the general load characteristic of a pushbutton switch. It is a figure which shows the sensory evaluation result at the time of operating the various pushbutton switches from which pressing load differs. It is a figure which shows the sensory evaluation result at the time of operating the various pushbutton switches from which a stroke differs. It is a figure which shows an example of the measurement result of the vibration which arises in a pushbutton when a pushbutton switch is operated. It is a block diagram which shows schematic structure of the input device which concerns on 1st Embodiment of this invention. It is a figure which shows an example of the mounting structure of the input device shown in FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation of the input device illustrated in FIG. 5.
  • FIG. 5 It is a figure which shows the general load characteristic of a pushbutton switch. It is a figure which shows the sensory evaluation result at the time of operating the various pushbutton switches from which pressing load differs. It is a figure which shows the sensory evaluation result at the time of operating
  • FIG. 6 is a diagram for explaining an example of the click tactile sensation when the reference load for presenting the tactile sensation at the time of pressing and release is set to be the same in the input device shown in FIG. 5.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining an example of the click tactile sensation when the reference load for presenting tactile sensation at the time of release is set smaller than the reference load for presenting tactile sensation when pressed in the input device shown in FIG. 5.
  • It is a block diagram which shows schematic structure of the input device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. It is a front view of the input device shown in FIG. It is a figure which shows the sensory evaluation result of a click tactile sensation when the frequency for vibrating the touch sensor is changed.
  • tactile sensations are detected as pressure-sensitive nerves that feel the tactile sensation of hardness and softness due to the load transmitted to bones and muscles when touching the object, and vibrations transmitted to the skin surface when touching the object And there are tactile nerves that feel the touch of things. That is, the pressure sense detects a load, and the tactile sense detects vibration. In general, tactile sensation is a sense in which pressure sense and tactile sense are combined. Therefore, if the stimulation to the “pressure sense” and “tactile sense” when the push button switch is operated is reproduced on the touch surface of the touch sensor in the same manner, it is possible to present a click tactile sensation to the operator.
  • a metal dome switch, an emboss switch, a rubber switch, a tactile switch, and the like are widely known as push button switches used in information equipment and home appliances.
  • the load characteristics of these general push button switches generally have the characteristics shown in FIG. 1 although there are differences in the stroke of the push button and the applied load (pressing force) depending on the type of switch.
  • the period from point A to point B is a period in which the load increases almost in proportion to the pressing from the start of pressing the push button.
  • the period from the point B to the point C is a period in which a convex elastic member such as a metal dome buckles due to the push button being pressed and the load is rapidly reduced.
  • the period from the point C to the point D is a period in which the load increases substantially in proportion to the push-in when the contact of the switch is closed.
  • the load characteristics at the time of release of the push button have some hysteresis, but follow the opposite change from that at the time of press. That is, the period from the point D to the point E is a period in which the load decreases almost in proportion to the start of the release, and the switch contact is maintained in the closed state.
  • the period from the point E to the point F is a period in which the elastic member returns from the buckled state to the convex shape due to the release of the push button and the load increases rapidly, and the contact of the switch is opened at the start of this period.
  • the period from the point F to the point G is a period from the return of the elastic member to the release of the finger from the push button, and a period in which the load decreases approximately in proportion.
  • the maximum stroke of the push button is, for example, 1 mm or less in the case of a metal dome switch, an emboss switch, and a tactile switch, and is as small as 3 mm or less in the case of a rubber switch.
  • the load at point B is, for example, around 1N to around 6N in the case of a metal dome switch, emboss switch, and tactile switch, and is around 0.5N in the case of a rubber switch, for example. Then, regardless of which push button switch is operated, the operator can feel the click feeling.
  • FIG. 2 is a diagram showing sensory evaluation results showing how the operator feels when various push button switches with different pressing loads are operated.
  • the horizontal axis indicates the actual pressing load, and the vertical axis indicates whether the push button switch feels heavy or light, on a 7-point scale.
  • the test subjects are five people who are used to using the mobile terminal.
  • the push load can be recognized as heavy for a push button switch with a high push load, and can be recognized as light for a push button switch with a low push load.
  • FIG. 3 is a diagram showing sensory evaluation results showing how the operator feels when operating various push button switches with different strokes.
  • the horizontal axis indicates the actual stroke, and the vertical axis indicates whether the push button switch is felt long or short on a 7-point scale.
  • the test subjects are five people who are accustomed to using the portable terminal as in the case of FIG. As is apparent from FIG. 3, it can be understood that long and short strokes are not clearly recognized with respect to minute strokes.
  • the above researchers examined not only “pressure sense” but also “tactile sense” which is another sensory nerve. Therefore, the researchers measured vibrations generated in the push buttons when the push buttons were operated with respect to various portable terminals equipped with an input device having a push button switch of a metal dome switch. As a result, it was found that the push button vibrates at a frequency of approximately 100 Hz to 200 Hz when the push load reaches point B in FIG. 1, that is, when the metal dome starts buckling.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the measurement result in that case.
  • the horizontal axis indicates the elapsed time of pressing, and the vertical axis indicates the vibration amplitude.
  • the push button switch vibrates at a point B in FIG. 1 as indicated by a solid line in FIG.
  • a human receives a vibration stimulus having a period of about 6 ms (frequency is about 170 Hz) for about one period when pressed.
  • this push button switch vibrates when the pressing load reaches the point F in FIG. 1 at the time of release, that is, when the metal dome returns from the buckled state, as shown by a one-dot chain line in FIG. To do.
  • humans receive vibration stimulation of about one cycle for a period of about 8 ms (frequency: about 125 Hz) at the time of release.
  • the input device when pressing the touch surface, stimulates the sense of pressure until the pressing load satisfies a predetermined criterion for accepting input, and satisfies the predetermined criterion
  • the touch surface is vibrated by a vibration unit with a predetermined drive signal, that is, a constant frequency, a period (wavelength) that is a drive time, a waveform, and an amplitude, thereby stimulating the sense of touch.
  • a tactile stimulus from the push button switch is given to the finger not only when the button is pressed but also when released as shown in FIG. Therefore, in the input device according to the previous invention of the present applicant, a click tactile sensation (hereinafter, the click tactile upon release is also referred to as release tactile as appropriate) is presented to the operator even at the time of release. As a result, a realistic click feeling similar to that when the push button switch is pressed is presented to the operator.
  • the input device is, for example, a so-called input device that is frequently used when inputting a telephone number, mail, or the like in an input device used for a portable terminal, so-called Even in repeated hits, the release tactile sensation presentation standard is appropriately set with respect to the click tactile sensation presentation standard at the time of pressing so that the operator can present a realistic click tactile sensation without discomfort.
  • the present invention detects the pressing load independently of the operation in which the touch sensor receives an input, vibrates the touch sensor, and is realistic as when the push button switch is pressed against the operator of the touch sensor. It presents a click tactile sensation. That is, when the touch sensor is operated, the operation is separated from the operation that the touch sensor receives input, and the pressing load is detected, and the pressing load on the touch surface of the touch sensor satisfies the standard for presenting tactile sensation. When touching, the touch surface is vibrated so as to present a realistic click feeling without any uncomfortable feeling to the operator.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of the input device according to the first embodiment of the present invention.
  • the input device includes a touch sensor 11, a load detection unit 12, a tactile sensation providing unit 13, a display unit 14, and a control unit 15 that controls the overall operation.
  • the touch sensor 11 receives an input by a finger or the like to the display unit 14, and is configured by a known type such as a resistance film type, a capacitance type, and an optical type.
  • the load detection unit 12 detects a pressing load on the touch surface of the touch sensor 11 and is configured using an element that linearly reacts to a load such as a strain gauge sensor or a piezoelectric element.
  • the tactile sensation providing unit 13 vibrates the touch sensor 11 and is configured using, for example, a piezoelectric vibrator.
  • the display unit 14 displays an input object such as an input button such as a push button switch (push button switch), and is configured using, for example, a liquid crystal display panel or an organic EL display panel.
  • FIG. 6 shows an example of the mounting structure of the input device shown in FIG. 5, FIG. 6 (a) is a sectional view of the principal part, and FIG. 6 (b) is a plan view of the principal part.
  • the display unit 14 is housed and held in the housing 21.
  • the touch sensor 11 is held on the display unit 14 via an insulator 22 made of an elastic member.
  • the display unit 14 and the touch sensor 11 are rectangular in a plan view, and the touch sensor 11 is displayed on the display area A of the display unit 14 indicated by a virtual line in FIG. It is held on the display unit 14 via insulators 22 arranged at the four corners that are removed from the display.
  • the casing 21 is provided with an upper cover 23 so as to cover the surface area of the touch sensor 11 deviated from the display area of the display unit 14, and an elastic member is provided between the upper cover 23 and the touch sensor 11.
  • An insulator 24 is provided.
  • the touch sensor 11 shown in FIG. 6 is configured such that the front surface member having the touch surface 11a is made of, for example, a transparent film or glass, the back surface member is made of glass or acrylic, and the touch surface 11a is pressed. It is possible to use a structure in which the portion bends (distorts) by a small amount in accordance with the pressing force or the structure itself bends by a small amount.
  • a strain gauge sensor 31 for detecting a load (pressing force) applied to the touch sensor 11 is provided in the vicinity of each side covered with the upper cover 23 by bonding or the like.
  • piezoelectric vibrators 32 for vibrating the touch sensor 11 are provided by adhesion or the like in the vicinity of two opposing sides. That is, in the input device shown in FIG. 6, the load detecting unit 12 shown in FIG. 5 is configured using four strain gauge sensors 31, and the tactile sensation providing unit 13 is configured using two piezoelectric vibrators 32. . And the touch surface 11a is vibrated by vibrating the touch sensor 11 by the tactile sensation providing unit 13.
  • FIG. 6B the casing 21, the upper cover 23, and the insulator 24 shown in FIG. 6A are not shown.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the input device according to the present embodiment.
  • the control unit 15 monitors an input to the touch sensor 11 and monitors a load detected by the load detection unit 12. Then, the control unit 15 detects whether or not an input by a pressing target (pressed object) such as a finger or a stylus pen to the touch sensor 11 is an input to the input object displayed on the display unit 14 (step S701). ). As a result, when it is detected that the input is for the input object, the control unit 15 changes the display mode of the portion (input portion) where the pressing target (pressed object) in the display unit 14 is in contact with, for example, changes the color. (Step S702).
  • control unit 15 detects whether or not the pressing load detected by the load detection unit 12 satisfies the first criterion for presenting a tactile sensation while increasing due to the pressing of the touch sensor 11 (step S703).
  • the control unit 15 drives the tactile sensation providing unit 13 with a predetermined drive signal.
  • the touch sensor 11 is vibrated with a predetermined vibration pattern set in advance to present a click tactile sensation (step S704).
  • the load detection part 12 detects a load from the average value of the output of the four strain gauge sensors 31, for example.
  • the tactile sensation providing unit 13 drives, for example, two piezoelectric vibrators 32 in the same phase.
  • the first reference of the pressing load that presents the tactile sensation detected in step S703 is, for example, the load at point B shown in FIG. Therefore, the first reference of the pressing load may be appropriately set according to the load characteristic when the push button switch to be expressed is pressed.
  • the first reference of the pressing load may be set to be the same as the load to which the touch sensor 11 reacts (the reaction of the touch sensor 11 and the timing for presenting the tactile sensation are set to be the same).
  • a load higher than the reacting load may be set (a setting for delaying the timing of presenting tactile sensation than the response of the touch sensor 11).
  • an elderly user when applied to a mobile terminal, an elderly user is heavier (slower) at a load higher than the response of the touch sensor 11 (a setting for delaying the timing of presenting tactile sensation than the response of the touch sensor 11).
  • users who frequently email can be set freely so that they can be set lighter (faster).
  • a predetermined drive signal for driving the tactile sensation providing unit 13 in step S704 that is, a constant frequency, period (wavelength), waveform, and amplitude for stimulating the tactile sensation may be appropriately set according to the click tactile sensation to be presented.
  • a click sensation represented by a metal dome switch used in a mobile terminal for example, 1 consisting of a sine wave having a constant frequency of 170 Hz when the first reference load is applied.
  • the tactile sensation providing unit 13 is driven by the drive signal for the period, and the touch surface 11a is vibrated by about 15 ⁇ m in a state where the first reference pressing load is applied. Thereby, a real click tactile sensation can be presented to the operator.
  • the tactile sensation presenting unit is similarly applied to pressing. 13 is driven by a predetermined drive signal, and the touch sensor 11 is vibrated with a predetermined vibration pattern set in advance (step S706), and via a pressing object (pressing object) pressing the touch sensor 11, Present release tactile sensation to the operator. Further, the control unit 15 changes the display mode of the place (input place) where the pressing target (pressed object) in the display unit 14 comes into contact almost simultaneously with the driving of the tactile sensation providing unit 13 (step, for example). S707). As a result, the operator is made aware that the input operation has been completed.
  • the second reference load that presents the tactile sensation detected at the release of step S705 is lower than the load at the time of pressing detected in step S703, preferably as described later.
  • the drive signal for driving the tactile sensation providing unit 13 can be the same as or different from the drive signal at the time of pressing in step S704.
  • the frequency of the drive signal at the time of pressing may be 170 Hz
  • the frequency of the drive signal at the time of release may be 125 Hz, for example, as illustrated in FIG.
  • the input device stimulates the pressure sense until the load applied to the touch sensor 11 detected by the load detection unit 12 satisfies the first criterion for presenting tactile sensation.
  • the tactile sensation providing unit 13 is driven with a predetermined drive signal, and the touch surface 11a is vibrated with a predetermined vibration pattern to stimulate the sense of touch.
  • a tactile sensation is presented to the operator to recognize that the input operation has been completed. Therefore, even if a button switch such as a push button switch (push-type button switch) is drawn on the upper part of the touch sensor, the operator can realistically feel the click feeling similar to the case where the touch button is operated on the touch sensor 11.
  • the input operation can be performed while obtaining, so there is no sense of incongruity. Further, since the input operation can be performed in conjunction with the consciousness of “pressing” the touch sensor 11, an input error due to simple pressing can be prevented.
  • the touch surface 11a is touched.
  • the input position is determined in accordance with the touch operation, the display mode of the input object at the corresponding portion of the display unit 14 is changed, and then the pressing load on the touch surface 11a detected by the load detection unit 12 is a tactile sensation.
  • the tactile sensation providing unit 13 is driven to present a click tactile sensation, and the input position can be determined and a predetermined process can be executed.
  • the operator can confirm the selection of the input object by changing the display mode of the input object displayed on the display unit 14. Further, the operator can recognize that the selected input object has been determined by pressing the touch surface 11a to present a click feeling. Thereby, it is possible to prevent erroneous input by a so-called lost finger.
  • the tactile sensation providing unit 13 is driven with a predetermined drive signal to vibrate the touch sensor 11 with a predetermined vibration pattern set in advance, so that a release tactile sensation with respect to the click tactile sensation at the time of pressing can be presented.
  • the reference load for driving the tactile sensation providing unit 13 is set to be the same at the time of pressing and at the time of release, if the maximum load at the time of pressing exceeds the reference load, as shown in FIG. It is possible to present a click tactile sensation and a release tactile sensation with respect to the click tactile sensation when pressed and released, respectively. Therefore, it is possible to present to the operator a click feel closer to the push button switch.
  • the object to be pressed pressed object
  • the tactile sensation providing unit 13 is not driven at the time of release or the operator tries to hold the pressing load with the reference load, It is assumed that an uncomfortable release tactile sensation is presented and the operator feels uncomfortable.
  • the input device sets the second reference load for driving the tactile sensation providing unit 13 at the time of release to a lower load than the first reference at the time of pressing. Since it is set, a release tactile sensation can be surely presented at the time of release, and a click tactile sensation closer to a push button switch can be more reliably presented to the operator.
  • the second reference load for driving the tactile sensation providing unit 13 at the time of release is set to a value in the range of approximately 50% to 80% with respect to the first reference load for driving the tactile sensation providing unit 13 at the time of pressing. Then, when the same input object drawn on the touch sensor 11 is continuously input, a smooth continuous input operation can be performed while obtaining a realistic click feeling.
  • “Cut” and “Chip” express the click feeling that humans receive.
  • FIG. 10 and 11 show an input device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a schematic configuration
  • FIG. 11 is a front view.
  • This input device is mounted on, for example, a portable terminal.
  • a touch sensor 41 that receives an input
  • a display unit 43 that displays information based on an input position received by the touch sensor 41.
  • a load detecting unit 44 that detects a pressing load on the touch sensor 41, a tactile sensation providing unit 45 that vibrates the touch sensor 41, and a control unit 46 that controls the entire operation.
  • each input object 41a forms a touch surface.
  • Each input object 41a sets an effective pressing area for receiving input narrower than the formation area of the input object 41a in order to prevent erroneous input due to pressing across a plurality of adjacent input objects 41a.
  • the load detection unit 44 and the tactile sensation providing unit 45 are configured using a strain gauge sensor and a piezoelectric vibrator, respectively, as in the case of the input device shown in FIG. 6.
  • the control unit 46 monitors the input to the touch sensor 41 and the load detected by the load detection unit 44, respectively.
  • the tactile sensation providing unit 45 is driven with a predetermined drive signal.
  • the touch surface 11a is vibrated by vibrating the touch sensor 41 with a predetermined vibration pattern.
  • the control unit 46 detects the pressing load independently from the detection of the input to the effective pressing area of the input object by the touch sensor 41, and performs the touch similarly to the input device according to the first embodiment.
  • the tactile sensation providing unit 45 is driven by a drive signal for one cycle consisting of a sine wave with a constant frequency of 170 Hz.
  • the touch sensor 41 is vibrated by about 15 ⁇ m with a load satisfying the first reference applied. This presents a click feel to the operator.
  • the control part 46 performs the display according to an input with respect to the display part 43 by receiving the input detected by the touch sensor 41.
  • the control unit 46 detects that the load detected by the load detection unit 44 satisfies the second standard lower than the first standard that provides the tactile sensation at the time of release, the control unit 46 enters the first embodiment.
  • the tactile sensation providing unit 45 is driven with a predetermined drive signal to vibrate the touch sensor 41 with a predetermined vibration pattern.
  • the operator operates the push button switch with the touch sensor 41 as in the case of the first embodiment. Since the input operation can be performed while obtaining a realistic click feeling similar to the above, there is no sense of incongruity. Moreover, since the input operation is performed in conjunction with the consciousness of “pressing” the touch sensor 41, an input error due to simple pressing can be prevented.
  • tactile sensation is presented as in pressing. Since the unit 45 is driven by a predetermined drive signal and the touch sensor 41 is vibrated with a predetermined vibration pattern set in advance, a release tactile sensation with respect to the click tactile sensation at the time of pressing can be surely presented. Thereby, in combination with the click feeling at the time of pressing, it is possible to present the operator with a click feel that is closer to a push button switch.
  • the second reference load for driving the load detection unit 44 at the time of release is set to a value in the range of about 50% to 80% with respect to the first reference load for driving the load detection unit 44 at the time of pressing. Then, smooth continuous input operation can be performed while obtaining a realistic click feeling.
  • metal dome switches widely used in commercially available mobile terminals have variations depending on the terminal model, they have a load characteristic that decreases rapidly when a predetermined load of approximately 6N or less, generally 3N or less is applied. is doing. Therefore, the researchers first performed a sensory evaluation of the tactile sensation when the vibration part (corresponding to the tactile sensation providing part of the present invention) is driven only during pressing.
  • the load of the touch sensor that starts driving the vibration part at the time of pressing is 1.5 N
  • the frequency, period (wavelength), and waveform of the drive signal are used as parameters. Sensory evaluation was performed.
  • FIGS. 12 to 15 Examples of these evaluation results are shown in FIGS. 12 to 15, the test subjects are the same five people who performed the sensory evaluation of FIGS. 2 and 3.
  • the evaluation items are three items of “feeling click feel”, “good touch”, and “similar to mobile terminal”. In the evaluation item “feeling click feeling”, “not feeling” is 1 point and “feeling strongly” is 7 points. In the evaluation item “good for touch”, “bad” is 1 point and “good” is 7 points. In the evaluation item “similar to mobile terminal”, “not similar” is 1 point, and “very similar” is 7 points.
  • the evaluation score of each item showed the average score of 5 persons.
  • FIG. 12 shows the evaluation results when the frequency is changed.
  • the cycle (wavelength) of the drive signal for driving the vibration part that is, the drive time was 1 cycle
  • the waveform was a Sin wave
  • the frequency was changed in the range of 50 Hz to 250 Hz.
  • the amplitude of the drive signal is a signal amplitude that provides a vibration amplitude of 15 ⁇ m in a state where a predetermined reference load is applied in the touch sensor.
  • the highest evaluation was obtained when the frequency was 170 Hz.
  • the frequency was 140 Hz or higher, it was confirmed that a human could obtain a click feeling similar to that of a mobile terminal.
  • FIG. 13 shows an evaluation result when the amplitude of the drive signal is changed.
  • the frequency of the drive signal for driving the vibration unit was 170 Hz
  • the cycle was 1 cycle
  • the waveform was a Sin wave.
  • the signal amplitude was changed so that the touch sensor vibrates with a predetermined amplitude within 1 ⁇ m to 35 ⁇ m in an unloaded state where the touch sensor is not pressed.
  • the vibration unit was driven when a load of 1.5 N was applied to the touch sensor under the vibration amplitude condition at each no load, and each evaluation item was evaluated.
  • the horizontal axis of FIG. 13 shows the vibration amplitude when a load of 1.5 N is applied, corresponding to the vibration amplitude when the touch sensor is not loaded.
  • FIG. 14 shows the evaluation results when the period (wavelength), which is the driving time, is changed.
  • the waveform of the drive signal that drives the vibration unit is a Sin wave
  • the signal amplitude is an amplitude with a vibration amplitude of about 15 ⁇ m with a predetermined reference load applied to the touch sensor
  • the frequency is 170 Hz.
  • the cycle was changed in the range of 1/4 cycle to 3 cycles.
  • the vibration displacement in the touch sensor is almost equal to that in the other period, that is, the signal amplitude is obtained to obtain the vibration amplitude of about 15 ⁇ m.
  • the highest evaluation was obtained when the period (wavelength) was one period.
  • a favorable result was obtained in general even when the period was 5/4 or less than one period, it was confirmed that when the period became 3/2 or more, the touch feeling of the mobile terminal was deviated.
  • FIG. 15 shows the evaluation results when the waveform of the drive signal is changed.
  • the waveform of the drive signal which drives a vibration part was made into Sin wave, a rectangular wave, and a triangular wave was evaluated.
  • the frequency of each signal was 170 Hz
  • the signal amplitude was an amplitude with a vibration amplitude of about 15 ⁇ m with a predetermined reference load applied to the touch sensor, and the cycle was one cycle.
  • the highest evaluation was obtained in the case of the Sin wave.
  • the Sin wave drive signal (input voltage of the vibration unit) is not limited to one cycle in which the voltage increases and decreases from 0 degrees as shown by the one-dot chain line in FIG.
  • the voltage can be one cycle from any phase, such as decreasing and increasing.
  • FIG. 16 shows the vibration amplitude waveform (dashed line) of the touch sensor when there is no load and the vibration of the touch sensor when pressed at 1.5 N when the vibration unit is driven with the input voltage indicated by the alternate long and short dash line.
  • the amplitude waveform (solid line) is also shown.
  • a load satisfying a predetermined standard is applied to the touch sensor when pressed, for example, a frequency of 140 Hz or more, preferably 170 Hz, a constant frequency of 5/4 cycles or less, preferably 1 cycle. It was confirmed that a realistic click feeling can be presented to the operator by driving the vibration part with a drive signal having an amplitude that causes the touch sensor to vibrate by about 15 ⁇ m or more with the Sin wave.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating an example of an evaluation result in this case.
  • the left side shows the evaluation result when the vibration unit is driven only when pressed, that is, “no release feel”, and the right side is the case where it is driven both when pressed and released, that is, “release feel”.
  • the sensory evaluation result in the case of “Yes” is shown.
  • the test subjects are the same five people who performed the sensory evaluation in FIGS. 2 and 3.
  • the evaluation items are four items obtained by adding the item “may be feedback (easy to recognize)” to the three items in FIGS.
  • the evaluation score for each item was an average of 5 people, with a maximum of 7 points. It should be noted that “bad” is 1 point and “good” is 7 points in the evaluation item “may be feedback”.
  • the reference load for driving the vibrating portion is made the same at the time of pressing and releasing, and the drive signal is also made the same.
  • the reference load is 1.5N.
  • the drive signal is assumed to vibrate the touch sensor with a frequency of 170 Hz, a waveform of a Sin wave, a period of one period, and an amplitude of about 15 ⁇ m in a pressed state of 1.5 N.
  • the touch sensor is vibrated and the release tactile sensation is similar to the click tactile sensation of the push button switch of the mobile terminal and the feedback (recognition) is also good. It was confirmed that there was.
  • FIG. 18 shows a case where the pressing load of the third input is turned back with the reference load in four consecutive inputs.
  • FIG. 19 shows a case where the third input is performed before the release load in the second input reaches the release reference in the fourth continuous input.
  • the reference load for driving the vibration unit at the time of release is too low, it takes time to return to the reference.
  • the operator feels uncomfortable with the tactile sensation that is presented, and despite the desire to perform continuous input, it takes time until the next input, and quick continuous input cannot be performed. There is a concern that the operability of the system will deteriorate.
  • the above researchers performed a sensory evaluation of the tactile sensation of click feeling by changing the load for driving the vibration part at the time of release variously with respect to the load for driving the vibration part at the time of pressing.
  • 21 to 23 are diagrams showing examples of evaluation results in this case.
  • the number of subjects is the same as those who performed the sensory evaluation of FIG.
  • the evaluation items are five items obtained by adding the item “easy to hit repeatedly” to the four items in FIG. 17.
  • the evaluation score for each item was an average of 5 people, with a maximum of 7 points.
  • “easy to hit repeatedly” is 1 point
  • “easy to input continuously” is 7 points.
  • the drive signal for driving the vibration part (corresponding to the tactile sensation presenting part of the present invention) at the time of pressing and releasing is based on the standard that the frequency is 170 Hz, the waveform is a Sin wave, the period is one period, and the amplitude is tactile. When satisfied, the touch sensor was vibrated by about 15 ⁇ m.
  • FIG. 21 shows the evaluation results when the reference for driving the vibration part at the time of pressing is 1N and the reference for driving the vibration part at the time of release is 0N, 0.5N, and 1N.
  • the reference load for driving the vibration part at the time of pressing is 1N
  • the highest evaluation is obtained for all evaluation items when the reference load for driving the vibration part at the time of release is 0.5N. was gotten.
  • FIG. 22 shows the evaluation results when the reference for driving the vibration part at the time of pressing is 2N and the reference for driving the vibration part at the time of release is 0N, 0.5N, 1N, 1.5N, 2N.
  • the reference load for driving the vibration part at the time of pressing is 2N
  • high evaluation is obtained when the reference loads for driving the vibration part at the time of release are 1N and 1.5N.
  • 1.5N the highest evaluation was obtained in all the evaluation items.
  • FIG. 23 shows the evaluation results when the reference for driving the vibration part at the time of pressing is 3N and the reference for driving the vibration part at the time of release is 0N, 0.5N, 1N, 1.5N, 2N, 2.5N, 3N. Show.
  • the evaluation is high when the reference load for driving the vibration part at the time of release is 1.5N, 2N, and 2.5N. In particular, in the case of 2N, the highest evaluation was obtained for all evaluation items.
  • the reference load for driving the vibration part at the time of release is set to a value in the range of approximately 50% to 80% with respect to the reference load for driving the vibration part at the time of pressing, continuous input is possible.
  • continuous hitting it was confirmed that the sequential input and the tactile sensation presentation timing matched, and a realistic click tactile sensation with no sense of incongruity could be presented. That is, by making the reference load at the time of release smaller than the reference load at the time of pressing, it is possible to prevent a sense of incongruity, and the reference load at the time of release is approximately 50% of the reference load at the time of pressing.
  • the operativity at the time of continuous input can be improved significantly.
  • by making the reference load at the time of release approximately 80% or less of the reference load at the time of pressing, it is possible to cope with a minute load change in the hold state at the time of continuous input.
  • the input device for example, when the first reference for presenting tactile sensation at the time of pressing is set to 1N, tactile sensation is presented at the time of release.
  • the reference of 2 is set to an arbitrary value between 0.5N and 0.8N.
  • the first reference that presents a tactile sensation when pressed is a high load
  • the range of load fluctuation in the hold state is wider than when the reference is a low load.
  • the second reference load that provides tactile sensation at the time of release is set within a range of approximately 50% to 80% of the first reference load at the time of pressing, for example, the first reference at the time of pressing is 6N.
  • the second reference at the time of release is set to 3N to 4.8N. Thereby, it is possible to present a realistic click tactile sensation without a sense of incongruity according to continuous input without presenting an unexpected release tactile sensation.
  • the first reference load at the time of pressing and the second reference load at the time of release may be set fixedly or may be appropriately selected and set by the user.
  • the load detection unit can be configured using an arbitrary number of strain gauge sensors.
  • the load detection unit is based on the input detection method in the touch sensor, for example, in the case of the resistance film method, from the change of the output signal based on the resistance change due to the contact area, or in the case of the capacitance method, If the load can be detected from the change in the output signal based on the change in the capacitance, it can be configured without using the strain gauge sensor.
  • the tactile sensation providing unit may be configured using an arbitrary number of piezoelectric vibrators, or may be configured by providing a transparent piezoelectric element on the entire surface of the touch sensor, or may rotate the eccentric motor once in one cycle of the drive signal. Can also be configured. Furthermore, when the load detection unit and the tactile sensation providing unit are configured using a piezoelectric element, the load detection unit and the tactile sensation providing unit can be configured by sharing the piezoelectric element.
  • control unit can be configured to change the click tactile sensation to be presented by changing the drive signal for driving the tactile sensation presenting unit in accordance with the input position detected by the touch sensor.
  • the present invention can be effectively applied to an input device that functions as a touch switch in which a touch sensor performs an on / off operation.
  • the input device according to the present invention presents a click tactile sensation sequentially with different standards (loads) in the middle of pressing against the touch sensor, and a multi-stage switch such as a two-stage switch (pressed further after pressing).
  • a tactile sensation can also be presented.
  • the display of the menu screen or the like can be variously changed according to the number of push-in steps.
  • the tactile sensation of the multi-stage switch in this way, it is also possible to change the drive signal that vibrates the touch surface by the tactile sensation providing unit at each stage and present a different click tactile sensation at each stage. .
  • the input device drives the tactile sensation providing unit when the pressing load detected by the load detecting unit satisfies a reference (first reference or second reference) for presenting tactile sensation.
  • a reference first reference or second reference
  • the case where the pressure load detected by the load detection unit satisfies the standard for presenting tactile sensation may be the time when the pressure load detected by the load detection unit reaches a standard value for presenting tactile sensation.
  • the pressing load detected by the load detecting unit may exceed the reference value for presenting the tactile sensation, or the reference value for presenting the tactile sensation may be detected by the load detecting unit.
  • control unit drives the tactile sensation providing unit when the pressing load detected by the load detecting unit satisfies a standard (first standard or second standard) for presenting the tactile sensation
  • the predetermined vibration pattern is vibrated in advance.
  • the predetermined vibration pattern may be a vibration pattern indicated by a solid line in FIG. 4 when pressed.
  • the predetermined vibration pattern may be a vibration pattern indicated by a one-dot chain line in FIG.

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Abstract

　入力を受け付けるタッチセンサ11 と、タッチセンサ11 のタッチ面に対する押圧荷重を検出する荷重検出部12 と、タッチ面を振動させる触感呈示部13と、荷重検出部12 により検出される押圧荷重が触感を呈示する第１の基準を満たした際に、タッチ面の押圧対象（押圧物）に対してクリック触感を呈示するように触感呈示部13 の駆動を制御する制御部15 とを有し、制御部15は、押圧時にクリック触感を呈示した後、荷重検出部12 により検出される押圧荷重が第１の基準より低い第２の基準を満たした際にクリック触感に対するリリース触感を呈示するように触感呈示部13 の駆動を制御する。これにより、操作者がタッチセンサを操作した際に、押しボタンスイッチを操作した場合と同様のリアルな触感を呈示して、操作者が違和感なく連続入力操作を行い得るようにする。

Description

入力装置および入力装置の制御方法 関連出願の相互参照
　本出願は、２００９年７月２９日に出願された日本国特許出願２００９－１７７０７９号の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。
　本発明は、タッチセンサを備える入力装置および入力装置の制御方法に関するものである。
　近年、携帯電話等の携帯端末、電卓、券売機等の情報機器、電子レンジ、テレビ、照明器具等の家電製品、産業用機器（ＦＡ機器）等には、ユーザによる入力操作を受け付ける操作部やスイッチ等の入力装置として、タッチパネルやタッチスイッチ等のタッチセンサを備える入力装置が広く使用されている。
　このようなタッチセンサには、抵抗膜方式、静電容量方式、光学式等の種々の方式が知られている。しかしながら、いずれの方式のタッチセンサにおいても、指やスタイラスペンによるタッチ入力を受け付けるものであって、タッチセンサ自体は、タッチされても、押しボタンスイッチのようには物理的に変位しない。
　このように、タッチセンサがタッチされても、タッチセンサ自体が物理的に変位しないので、操作者は、タッチ入力が受け付けられても、入力に対するフィードバックを得ることができない。このため、操作者は、同じ位置を何度もタッチする等の繰り返し入力が生じ易く、操作者にストレスを与える場合がある。
　このような繰り返し入力を防止するものとして、例えば、タッチ入力を受け付けて、音を鳴らしたり、当該入力位置に対応して表示部に画像表示されている入力ボタン等の入力用オブジェクトの表示色を変更する等の表示態様を変更したりして、聴覚や視覚により入力操作を確認できるようにしたものが知られている。
　しかし、聴覚に働きかけるフィードバック方法の場合は、騒音環境下での確認が困難になるとともに、使用機器がマナーモード等で消音状態にある場合は、対応できないことになる。また、視覚に働きかけるフィードバック方法の場合は、表示部に表示されている入力用オブジェクトのサイズが小さいと、特に指入力の場合は、指の下に入力用オブジェクトが隠れて表示態様の変化が確認できない場合がある。
　また、聴覚や視覚によらず、タッチセンサが入力を受け付けると、タッチセンサを振動させて、操作者の指先に触覚を発生させるようにしたフィードバック方法も提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
特開２００３－２８８１５８号公報 特開２００８－１３００５５号公報
　しかしながら、上記特許文献１，２に開示の技術は、単に、操作者の指先に振動による触覚を発生させるものである。すなわち、タッチセンサを振動させることにより、タッチ面に接触している操作者の指先に、「ブルブル」といった触感を呈示するものであった。
　このような装置の場合、例えば、押しボタンスイッチ（プッシュ式ボタンスイッチ）のようなボタンスイッチがタッチセンサ上部に描画されていて、操作者が、この押しボタンスイッチ（プッシュ式ボタンスイッチ）を、プッシュするつもりで操作しても（プッシュしても）、「ブルブル」といった触感を呈示するものであった。
　このため、操作者は、プッシュ式のボタンスイッチをプッシュした（プッシュするつもりで操作した）にも関わらず、プッシュ式のボタンスイッチをプッシュした際に感じられる「カッチッ」というような、リアルなクリック感が感じられず違和感を覚えることになる。
　その結果、特に、押しボタンスイッチ（プッシュ式ボタンスイッチ）のようなボタンスイッチがタッチセンサ上部に描画されている場合、タッチセンサの入力を受け付ける閾値が低い場合は、タッチセンサに指等が軽く触れた（タッチした）だけで触感が呈示される。これにより操作者がプッシュする前の意図しない動作（タッチ）に反応して誤操作を誘発したり、操作者にプッシュする前の意図しない動作（タッチ）による違和感を与えたりすることになる。ここで、タッチセンサのタッチによる入力を受け付ける閾値とは、タッチセンサが反応する閾値で、例えば抵抗膜方式においては、上部導電膜が下部導電膜に接触する押圧力の閾値であり、静電容量方式においては、接触による電気的信号の検出閾値である。
　また、操作者の指先に好適なフィードバックを呈示するものとして、ある荷重閾値が設定され、タッチセンサを指で押圧した際に検出される押圧荷重が増加しながら当該荷重閾値に達した場合にタッチセンサを振動させるだけでなく、タッチセンサから指をリリースする際に検出される押圧荷重が減少しながら当該荷重閾値に達した場合にもタッチセンサを振動させる装置が考えられる。この装置では、操作者の押すという動作と、離すという動作のそれぞれに対応させてタッチセンサを振動させることができるため、操作者に好適な操作感を呈示することができる。しかしながら、タッチセンサの押圧時おける押圧荷重が、当該荷重閾値を上回ることなく、当該荷重閾値と等しい値までしか検出されなかった場合は、押下時のみタッチセンサが振動し、リリース時では振動しないため、操作者は違和感を覚えることになる。特に、タッチセンサ上に描画された同一の入力用オブジェクトに対して連続して入力操作を行う場合は、ある入力操作では押圧時のみタッチセンサが振動し、次の入力操作では押圧時およびリリース時の双方でタッチセンサが振動することが生じる場合があるため、操作者に対する違和感が顕著となる。
　したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、操作者がタッチセンサを操作した際に、押しボタンスイッチを操作した場合と同様のリアルなクリック触感を呈示でき、かつ操作者が違和感なく連続入力操作（連打）を行うことができる入力装置および入力装置の制御方法を提供することにある。
　上記目的を達成する第１の観点に係る入力装置の発明は、
　入力を受け付けるタッチセンサと、
　前記タッチセンサのタッチ面に対する押圧荷重を検出する荷重検出部と、
　前記タッチ面を振動させる触感呈示部と、
　前記荷重検出部により検出される押圧荷重が触感を呈示する第１の基準を満たした際に、前記タッチ面を押圧している押圧対象に対してクリック触感を呈示するように前記触感呈示部の駆動を制御する制御部と、を有し、
　前記制御部は、前記クリック触感を呈示した後、前記荷重検出部により検出される押圧荷重が前記第１の基準より低い第２の基準を満たした際に、前記押圧対象に対して前記クリック触感に対するリリース触感を呈示するように前記触感呈示部の駆動を制御することを特徴とするものである。
　さらに、上記目的を達成する第２の観点に係る入力装置の制御方法の発明は、
　入力を受け付けるタッチセンサと、
　前記タッチセンサのタッチ面に対する押圧荷重を検出する荷重検出部と、
　前記タッチ面を振動させる触感呈示部と、を備える入力装置の制御方法であって、
　前記荷重検出部により検出される押圧荷重が触感を呈示する第１の基準を満たした際に、前記タッチ面を押圧している押圧対象に対してクリック触感を呈示するように前記触感呈示部を駆動した後、前記荷重検出部により検出される押圧荷重が前記第１の基準より低い第２の基準を満たした際に、前記押圧対象に対して前記クリック触感に対するリリース触感を呈示するように前記触感呈示部を駆動する、ことを特徴とするものである。
　さらに、上記目的を達成する第３の観点に係る入力装置の発明は、
　入力を受け付けるタッチセンサと、
　前記タッチセンサのタッチ面に対する押圧荷重を検出する荷重検出部と、
　前記タッチ面を振動させる触感呈示部と、
　前記荷重検出部により検出される押圧荷重が触感を呈示する第１の基準を満たした際に、前記タッチ面を押圧している押圧対象に対して触感を呈示するように前記触感呈示部の駆動を制御する制御部と、を有し、
　前記制御部は、前記触感を呈示した後、前記荷重検出部により検出される押圧荷重が前記第１の基準より低い第２の基準を満たした際に、前記押圧対象に対して前記触感と同じ触感を呈示するように前記触感呈示部の駆動を制御することを特徴とするものである。
　さらに、上記目的を達成する第４の観点に係る入力装置の発明は、
　入力を受け付けるタッチセンサと、
　前記タッチセンサのタッチ面に対する押圧荷重を検出する荷重検出部と、
　前記タッチ面を振動させる触感呈示部と、
　前記荷重検出部により検出される押圧荷重が触感を呈示する第１の基準を満たした際に、前記タッチ面を押圧している押圧対象に対して触感を呈示するように前記触感呈示部の駆動を制御する制御部と、を有し、
　前記制御部は、前記触感を呈示した後、前記荷重検出部により検出される押圧荷重が前記第１の基準より低い第２の基準を満たした際に、前記押圧対象に対して前記触感とは異なる触感を呈示するように前記触感呈示部の駆動を制御することを特徴とするものである。
　さらに、上記目的を達成する第５の観点に係る入力装置の制御方法の発明は、
　入力を受け付けるタッチセンサと、
　前記タッチセンサのタッチ面に対する押圧荷重を検出する荷重検出部と、
　前記タッチ面を振動させる触感呈示部と、を有する入力装置の制御方法であって、
　前記荷重検出部により検出される押圧荷重が触感を呈示する第１の基準を満たした際に、前記タッチ面を押圧している押圧対象に対して触感を呈示するように前記触感呈示部を駆動した後、前記荷重検出部により検出される押圧荷重が前記第１の基準より低い第２の基準を満たした際に、前記押圧対象に対して前記触感と同じ触感を呈示するように前記触感呈示部の駆動を制御する、ことを特徴とするものである。
　さらに、上記目的を達成する第６の観点に係る入力装置の制御方法の発明は、
　入力を受け付けるタッチセンサと、
　前記タッチセンサのタッチ面に対する押圧荷重を検出する荷重検出部と、
　前記タッチ面を振動させる触感呈示部と、を有する入力装置の制御方法であって、
　前記荷重検出部により検出される押圧荷重が触感を呈示する第１の基準を満たした際に、前記タッチ面を押圧している押圧対象に対して触感を呈示するように前記触感呈示部を駆動した後、前記荷重検出部により検出される押圧荷重が前記第１の基準より低い第２の基準を満たした際に、前記押圧対象に対して前記触感とは異なる触感を呈示するように前記触感呈示部の駆動を制御する、ことを特徴とするものである。
　本発明によれば、タッチセンサへの押圧荷重が触感を呈示する第１の基準を満たすと、タッチセンサのタッチ面が振動して、操作者に対してクリック触感が呈示される。その後、タッチセンサへの押圧荷重が第１の基準より低い第２の基準を満たすと、タッチセンサのタッチ面が振動して、操作者に対してクリック触感に対するリリース触感が呈示される。これにより、操作者に対して押しボタンスイッチを操作した場合と同様のリアルなクリック触感が呈示され、操作者は違和感なく連続入力操作（連打）を行うことが可能となる。
押しボタンスイッチの一般的な荷重特性を示す図である。 押下荷重が異なる種々の押しボタンスイッチを操作した際の官能評価結果を示す図である。 ストロークが異なる種々の押しボタンスイッチを操作した際の官能評価結果を示す図である。 押しボタンスイッチを操作した際に押しボタンに生じる振動の測定結果の一例を示す図である。 本発明の第１実施の形態に係る入力装置の概略構成を示すブロック図である。 図５に示した入力装置の実装構造の一例を示す図である。 図５に示した入力装置の動作を示すフローチャートである。 図５に示した入力装置において、押圧時とリリース時との触感を呈示する基準の荷重を同じに設定した場合のクリック触感呈示の一例を説明するための図である。 図５に示した入力装置において、リリース時に触感を呈示する基準の荷重を押圧時に触感を呈示する基準の荷重よりも小さく設定した場合のクリック触感呈示の一例を説明するための図である。 本発明の第２実施の形態に係る入力装置の概略構成を示すブロック図である。 図１０に示した入力装置の正面図である。 タッチセンサを振動させる周波数を変化させた場合のクリック触感の官能評価結果を示す図である。 タッチセンサの振動振幅を変化させた場合のクリック触感の官能評価結果を示す図である。 タッチセンサを振動させる駆動信号の周期を変化させた場合のクリック触感の官能評価結果を示す図である。 タッチセンサを振動させる駆動信号の波形を変化させた場合のクリック触感の官能評価結果を示す図である。 タッチセンサを振動させる駆動信号の波形と実際のタッチセンサの振動振幅波形とを示す図である。 クリック触感の官能評価結果の一例をリリース触感なしの場合と比較して示す図である。 押圧時とリリース時とで触感を呈示する基準の荷重が同じに設定された場合の連続入力時における触感呈示の一例を説明するための図である。 リリース時に触感を呈示する基準の荷重が押圧時に触感を呈示する基準の荷重に対して低い値に設定された場合の連続入力時における触感呈示の一例を説明するための図である。 リリース時に触感を呈示する基準の荷重が押圧時に触感を呈示する基準の荷重に近い値に設定された場合の連続入力時における触感呈示の一例を説明するための図である。 連続入力において、押圧時に触感を呈示する基準の荷重を１Ｎに設定した場合の触感呈示の官能評価結果例を示す図である。 連続入力において、押圧時に触感を呈示する基準の荷重を２Ｎに設定した場合の触感呈示の官能評価結果例を示す図である。 連続入力において、押圧時に触感を呈示する基準の荷重を３Ｎに設定した場合の触感呈示の官能評価結果例を示す図である。
　先ず、本発明の実施の形態の説明に先立って、本発明に係る入力装置において適用するクリック触感呈示方法の原理について説明する。
　以下に説明するクリック触感呈示方法の原理は、本発明者を含む共同研究によって見出したものである。そして、本出願人は、この原理に基づく入力装置を既に提案している（例えば、特願２００８－３２６２８１参照）。
　ヒトが触感として感じる要素には、対象物に触れたときに骨や筋に伝わる荷重により硬さや柔らかさ等の触感を感じる圧覚神経と、対象物に触れた際の皮膚表面に伝わる振動を検知して物の手触り等を感じる触覚神経とがある。つまり、圧覚は荷重を検知し、触覚は振動を検出する。そして、一般に触感とは、圧覚と触覚とが複合した感覚である。したがって、押しボタンスイッチを操作した際の「圧覚」および「触覚」への刺激を、タッチセンサのタッチ面上で同じように再現すれば、操作者にクリック触感を呈示することが可能となる。
　一方、情報機器や家電製品に使用されている押しボタンスイッチには、例えば、メタルドームスイッチ、エンボススイッチ、ラバースイッチ、タクタイルスイッチ等が広く知られている。これらの一般的な押しボタンスイッチにおける荷重特性は、スイッチの種類によって、押しボタンのストロークや、加える荷重（押下力）に差はあるものの、概ね、図１に示すような特性を有する。
　図１の押下時の荷重特性において、Ａ点からＢ点までの期間は、押しボタンの押し込み開始から押し込みにほぼ比例して荷重が増加する期間である。Ｂ点からＣ点までの期間は、押しボタンの押し込みによりメタルドーム等の凸型形状の弾性部材が座屈して荷重が急激に減少する期間である。Ｃ点からＤ点までの期間は、スイッチの接点が閉成して、押し込みにほぼ比例して荷重が増加する期間である。
　また、押しボタンのリリース時における荷重特性は、多少のヒステリシスを有するが、押下時とは逆の変化を辿る。すなわち、Ｄ点からＥ点までの期間は、リリースの開始からほぼ比例して荷重が減少する期間で、スイッチの接点が閉状態を維持する期間である。Ｅ点からＦ点までの期間は、押しボタンのリリースにより弾性部材が座屈状態から凸型形状に復帰して荷重が急激に増加する期間で、この期間の開始によりスイッチの接点が開成する。Ｆ点からＧ点までの期間は、弾性部材の復帰後、押しボタンから指を離すまでの期間で、ほぼ比例して荷重が減少する期間である。
　なお、図１に示した荷重特性において、押しボタンの最大ストロークは、例えば、メタルドームスイッチ、エンボススイッチ、タクタイルスイッチの場合で、１ｍｍ以下であり、ラバースイッチの場合でも、３ｍｍ以下と微少である。また、Ｂ点における荷重は、メタルドームスイッチ、エンボススイッチ、タクタイルスイッチの場合で、例えば、１Ｎ前後から６Ｎ前後であり、ラバースイッチの場合で、例えば、０．５Ｎ前後である。そして、何れの押しボタンスイッチを操作した場合でも、操作者は、クリック触感が得られる。
　そこで、上記研究者らは、押しボタンスイッチがどのような動きをした時に、「圧覚」および「触覚」が生むクリック触感が得られるのかを検討した。先ず、クリック触感は、ストローク変化によるものなのか、押下荷重変化によるものなのかを検討した。
　図２は、押下荷重が異なる種々の押しボタンスイッチを操作した際に、操作者がどのように感じるかを示した官能評価結果を示す図である。横軸は、実際の押下荷重を示し、縦軸は押しボタンスイッチに関して重いと感じたか軽いと感じたかを７点満点で示す。被験者は、携帯端末の使用に慣れている５人である。図２から明らかなように、押下荷重については、押下荷重の高い押しボタンスイッチに関しては、重いと認識でき、押下荷重の低い押しボタンスイッチに関しては、軽いと認識できていることが解る。
　図３は、ストロークが異なる種々の押しボタンスイッチを操作した際に、操作者がどのように感じるかを示した官能評価結果を示す図である。横軸は、実際のストロークを示し、縦軸は、押しボタンスイッチに関して長いと感じたか、短いと感じたかを７点満点で示す。被験者は、図２の場合と同じ、携帯端末の使用に慣れている５人である。図３から明らかなように、微小なストロークに関しては、長い短いを明確に認識できていないことが解る。
　以上の官能評価結果から、人は、荷重の違いは認識できるが、微小なストロークの違いは認識できないことが解る。
　そこで、上記研究者らは、押下荷重の変化に着目した。すなわち、ヒトがストロークの違いを認識できないならば、タッチセンサのような平面上での押圧荷重変化、つまり圧覚への刺激を、図１に示したＡＢＣ点のように変化させれば、クリック触感が感じられるかを検討した。そのため、垂直方向に変位可能なプレートを有する実験装置を作成して、プレートを図１に示したＡ点からＢ点にかけて押下し、Ｂ点の荷重に達した時点で瞬時にプレートを下方に微少量変位させてＢＣ点間の荷重変化を再現した。
　その結果、押しボタンスイッチを「押した」と言う「押下感」は得られたものの、例えばメタルドームスイッチを操作した場合に得られるリアルなクリック触感は得られなかった。つまり、リアルなクリック触感を得るには、ストロークと荷重との関係では判明できない他の要素があることが判明した。
　そこで、上記研究者らは、次に「圧覚」だけでなく、もう一つの感覚神経である「触覚」に着目して検討した。そのため、上記研究者らは、メタルドームスイッチの押しボタンスイッチを有する入力装置が搭載された種々の携帯端末について、押しボタンを操作した際に押しボタンに生じる振動を測定した。その結果、押しボタンは、押下荷重が図１のＢ点に達した時点おいて、すなわちメタルドームが座屈を開始した時点において、おおよそ１００Ｈｚ～２００Ｈｚの周波数で振動することが判明した。
　図４は、その場合の測定結果の一例を示す図である。横軸は押下経過時間を示し、縦軸は振動振幅を示す。この押しボタンスイッチは、図１のＢ点において、図４に実線で示すように振動する。これにより、この押しボタンスイッチの場合、ヒトは、押下時に、周期約６ｍｓ（周波数で約１７０Ｈｚ）の振動刺激を、約１周期分受けていることが判明した。また、この押しボタンスイッチは、リリース時に押下荷重が図１のＦ点に達した時点、すなわちメタルドームが座屈状態から復帰した時点で、押しボタンが、図４に一点鎖線で示すように振動する。これにより、この押しボタンスイッチの場合、ヒトは、リリース時に、周期約８ｍｓ（周波数で約１２５Ｈｚ）の振動刺激を、約１周期分受けていることが判明した。
　以上のことから、タッチセンサのようなプレート状のタッチ面を押圧する際、図１に示すＡ点からＢ点までの荷重では、タッチ面を振動させずに、操作者に自発的に押下させて圧覚を刺激し、その状態で、Ｂ点において、例えば、周波数１７０Ｈｚでタッチ面を約１周期分振動させて触覚を刺激すれば、また、例えば実際に押しボタンスイッチから測定された振動波形を操作者に呈示して触感を刺激すれば、操作者に対して図４の測定結果に係る押しボタンスイッチを操作した場合と同様のクリック触感を呈示することが可能となる。
　以上の原理に基づく本出願人の先の提案に係る入力装置は、タッチ面を押圧する場合に、押圧荷重が入力を受け付ける所定の基準を満たすまでは圧覚を刺激し、所定の基準を満たした際に、振動部により所定の駆動信号、すなわち一定周波数、駆動時間である周期（波長）、波形、振幅、でタッチ面を振動させて触覚を刺激する。
　また、ヒトが押しボタンスイッチを操作すると、押下時のみならず、リリース時においても、図４に示したように、指に押しボタンスイッチからの触感刺激が与えられる。そこで、本出願人の先の発明に係る入力装置においては、リリース時にも操作者にクリック触感（以下、リリース時のクリック触感を、適宜、リリース触感とも言う）を呈示する。これにより、操作者に対して、押しボタンスイッチを押下した場合と同様のリアルなクリック触感を呈示するものである。
　さらに、先の提案に係る入力装置は、例えば、携帯端末に使用される入力装置において、電話番号やメール等の入力の際に頻繁に行なわれる同一の入力用オブジェクトを連続して入力する、いわゆる連打においても、操作者に違和感のないリアルなクリック触感を呈示できるように、押圧時のクリック触感の呈示基準に対するリリース触感の呈示基準を適切に設定するものである。
　以下、上述した原理に基づく本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
　本発明は、タッチセンサが入力を受け付ける動作とは独立して押圧荷重を検出して、タッチセンサを振動させて、タッチセンサの操作者に対して押しボタンスイッチを押下した場合と同様のリアルなクリック触感を呈示するものである。すなわち、タッチセンサが操作された場合に、その操作によりタッチセンサが入力を受け付ける動作とは分離して、押圧荷重を検出して、タッチセンサのタッチ面に対する押圧荷重が触感を呈示する基準を満たした際に、操作者に違和感のないリアルなクリック触感を呈示するように、タッチ面を振動させるものである。
（第１実施の形態）
　図５は、本発明の第１実施の形態に係る入力装置の概略構成を示すブロック図である。この入力装置は、タッチセンサ１１、荷重検出部１２、触感呈示部１３、表示部１４、および、全体の動作を制御する制御部１５を有する。タッチセンサ１１は、表示部１４に対する指などによる入力を受け付けるもので、例えば、抵抗膜方式、静電容量方式、光学式等の公知の方式のもので構成される。荷重検出部１２は、タッチセンサ１１のタッチ面に対する押圧荷重を検出するもので、例えば、歪みゲージセンサや圧電素子等の荷重に対してリニアに反応する素子を用いて構成される。触感呈示部１３は、タッチセンサ１１を振動させるもので、例えば、圧電振動子を用いて構成される。表示部１４は、押しボタンスイッチ（プッシュ式ボタンスイッチ）のような入力ボタン等の入力用オブジェクトを表示するもので、例えば、液晶表示パネルや有機ＥＬ表示パネル等を用いて構成される。
　図６は、図５に示した入力装置の実装構造の一例を示すもので、図６（ａ）は要部断面図、図６（ｂ）は要部平面図である。表示部１４は、筐体２１内に収納保持される。表示部１４上には、弾性部材からなるインシュレータ２２を介して、タッチセンサ１１が保持される。なお、本実施の形態に係る入力装置は、表示部１４およびタッチセンサ１１を、平面視で矩形状として、タッチセンサ１１を、図６（ｂ）に仮想線で示す表示部１４の表示領域Ａから外れた４隅に配設したインシュレータ２２を介して表示部１４上に保持する。
　また、筐体２１には、表示部１４の表示領域から外れたタッチセンサ１１の表面領域を覆うようにアッパカバー２３が設けられ、このアッパカバー２３とタッチセンサ１１との間に、弾性部材からなるインシュレータ２４が配設される。
　なお、図６に示すタッチセンサ１１は、タッチ面１１ａを有する表面部材が、例えば透明フィルムやガラスで構成され、裏面部材がガラスやアクリルで構成されて、タッチ面１１ａが押圧されると、押圧部分が押圧力に応じて微少量撓む（歪む）、または構造体そのものが微少量撓む構造のものが使用可能である。
　タッチセンサ１１の表面上には、アッパカバー２３で覆われる各辺の近傍に、タッチセンサ１１に加わる荷重（押圧力）を検出するための歪みゲージセンサ３１をそれぞれ接着等により設けられている。また、タッチセンサ１１の裏面上には、対向する２つの辺の近傍に、タッチセンサ１１を振動させるための圧電振動子３２をそれぞれ接着等により設けられている。すなわち、図６に示す入力装置は、図５に示した荷重検出部１２を４つの歪みゲージセンサ３１を用いて構成し、触感呈示部１３を２つの圧電振動子３２を用いて構成している。そして、触感呈示部１３によりタッチセンサ１１を振動させることにより、タッチ面１１ａを振動させるようにしている。なお、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示した筐体２１、アッパカバー２３およびインシュレータ２４の図示を省略している。
　図７は、本実施の形態に係る入力装置の動作を示すフローチャートである。制御部１５は、タッチセンサ１１への入力を監視するとともに、荷重検出部１２で検出される荷重を監視する。そして、制御部１５は、タッチセンサ１１への指やスタイラスペン等の押圧対象（押圧物）による入力が表示部１４に表示された入力用オブジェクトに対する入力であるか否かを検出する（ステップＳ７０１）。その結果、入力用オブジェクトに対する入力であるのを検出すると、制御部１５は、表示部１４内の押圧対象（押圧物）が接触した箇所（入力箇所）の表示態様を、色を変えるなど変更する（ステップＳ７０２）。
　さらに、制御部１５は、荷重検出部１２により検出される押圧荷重が、タッチセンサ１１の押圧によって増加しながら触感を呈示する第１の基準を満たしたか否かを検出する（ステップＳ７０３）。その結果、押圧荷重が基準を満たしたのを検出すると、制御部１５は、触感呈示部１３を所定の駆動信号で駆動する。これにより、タッチセンサ１１を予め設定した所定の振動パターンで振動させてクリック触感を呈示する（ステップＳ７０４）。なお、荷重検出部１２は、例えば、４つの歪みゲージセンサ３１の出力の平均値から荷重を検出する。また、触感呈示部１３は、例えば、２つの圧電振動子３２を同相で駆動する。
　ここで、ステップＳ７０３で検出する触感を呈示する押圧荷重の第１の基準は、例えば、図１に示したＢ点の荷重である。したがって、この押圧荷重の第１の基準は、表現したい押しボタンスイッチの押下時の荷重特性に応じて適宜設定すればよい。例えば、この押圧荷重の第１の基準は、タッチセンサ１１が反応する荷重と同じに設定（タッチセンサ１１の反応と触感を呈示するタイミングを同じに設定）してもよいし、タッチセンサ１１が反応する荷重よりも高い荷重に設定（タッチセンサ１１の反応よりも触感を呈示するタイミングを遅くする設定）してもよい。特に、携帯端末に適用する場合においては、タッチセンサ１１が反応する荷重以上（タッチセンサ１１の反応よりも触感を呈示するタイミングを遅くする設定）で、年配のユーザは重めに（より遅く）、頻繁にメールをするユーザは軽めに（より早く）設定できるように、ユーザが自由に設定できるようにする。
　また、ステップＳ７０４で触感呈示部１３を駆動する所定の駆動信号、すなわち触覚を刺激する一定周波数、周期（波長）、波形、振幅は、呈示するクリック触感に応じて適宜設定すればよい。例えば、携帯端末に使用されているメタルドームスイッチに代表されるクリック触感を呈示する場合は、上記の第１の基準の荷重が加わった時点で、例えば、１７０Ｈｚの一定周波数のＳｉｎ波からなる１周期分の駆動信号により触感呈示部１３を駆動して、タッチ面１１ａを、第１の基準の押圧荷重が加わった状態で、約１５μｍ振動させる。これにより、操作者にリアルなクリック触感を呈示することができる。
　その後すなわちリリース時に、制御部１５は、荷重検出部１２で検出される荷重が、触感を呈示する第２の基準を満たしたのを検出すると（ステップＳ７０５）、押圧時と同様に、触感呈示部１３を、所定の駆動信号で駆動して、タッチセンサ１１を予め設定した所定の振動パターンで振動させて（ステップＳ７０６）、タッチセンサ１１を押圧している押圧対象（押圧物）を介して、操作者にリリース触感を呈示する。さらに、制御部１５は、この触感呈示部１３の駆動とほぼ同時に、表示部１４内の押圧対象（押圧物）が接触した箇所（入力箇所）の表示態様を、元に戻すなど変更する（ステップＳ７０７）。これにより、操作者に入力操作が完了したことを認識させる。
　ここで、ステップＳ７０５のリリース時、すなわち押圧時のクリック触感呈示後に検出する触感を呈示する第２の基準の荷重は、ステップＳ７０３で検出する押圧時における荷重より低い荷重、好ましくは、後述するように押圧時における荷重のおよそ５０％～８０％の任意の値に設定する。また、ステップＳ７０６のリリース時において、触感呈示部１３を駆動する駆動信号は、ステップＳ７０４の押圧時における駆動信号と同じとすることもできるし、異ならせることもできる。例えば、押圧時における駆動信号の周波数は１７０Ｈｚとし、リリース時における駆動信号の周波数は、例えば図４に示したように、１２５Ｈｚとすることができる。
　このように、本実施の形態に係る入力装置は、荷重検出部１２で検出されるタッチセンサ１１に加わる荷重が、触感を呈示する第１の基準を満たすまでは圧覚を刺激するようにし、第１の基準を満たすと、触感呈示部１３を所定の駆動信号で駆動してタッチ面１１ａを所定の振動パターンで振動させて触覚を刺激する。これにより、操作者に対してクリック触感を呈示して、当該入力操作が完了したことを認識させる。したがって、操作者は、押しボタンスイッチ（プッシュ式ボタンスイッチ）のようなボタンスイッチがタッチセンサ上部に描画されていても、タッチセンサ１１を、押しボタンスイッチを操作した場合と同様のリアルなクリック触感を得ながら、入力操作を行うことができるので、違和感を覚えることがない。また、タッチセンサ１１を「押した」と言う意識との連動で入力操作を行うことができるので、単なる押圧による入力ミスも防止することができる。
　また、触感を呈示する第１の基準の押圧荷重を、タッチセンサ１１が反応する荷重よりも高く（タッチセンサ１１の反応よりも触感を呈示するタイミングを遅く）設定した場合は、タッチ面１１ａへのタッチ操作に応じて入力位置を決定して、表示部１４の対応する箇所の入力用オブジェクトの表示態様を変更し、その後、荷重検出部１２で検出されるタッチ面１１ａへの押圧荷重が触感を呈示する第１の基準を満たした際に、触感呈示部１３を駆動してクリック触感を呈示するとともに、その入力位置を確定して所定の処理を実行させることが可能となる。この場合、操作者は、表示部１４に表示された入力用オブジェクトの表示態様の変更により入力用オブジェクトの選択を確認できる。さらに、操作者は、タッチ面１１ａを押圧してクリック触感が呈示されることにより、選択した入力用オブジェクトが決定されたことを認識することができる。これにより、いわゆる迷い指による誤入力を防止することができる。
　さらに、本実施の形態に係る入力装置においては、押圧によるクリック触感呈示後のリリース時に、荷重検出部１２で検出される荷重が第１の基準よりも低い第２の基準を満たした際に、押圧時と同様に、触感呈示部１３を所定の駆動信号で駆動して、タッチセンサ１１を予め設定した所定の振動パターンで振動させるので、押圧時のクリック触感に対するリリース触感を呈示することができる。これにより、押圧時のクリック触感と相俟って、より押しボタンスイッチに近いクリック触感を操作者に呈示することができる。
　例えば、押圧時とリリース時とで、触感呈示部１３を駆動する基準の荷重を同じに設定した場合は、押圧時の最大荷重が基準の荷重を超えていれば、図８に示すように、押圧時とリリース時とでそれぞれクリック触感およびクリック触感に対するリリース触感を呈示することができる。したがって、押しボタンスイッチにより近いクリック触感を操作者に呈示することができる。しかし、押圧時の基準の荷重で押圧対象（押圧物）を引き返した場合は、リリース時に触感呈示部１３が駆動されなかったり、操作者が押圧荷重を基準の荷重で保持しようとした場合、予期せぬリリース触感が呈示されたりして、操作者に違和感を与える場合が想定される。
　これに対し、本実施の形態に係る入力装置は、図９に示すように、リリース時に触感呈示部１３を駆動する第２の基準の荷重を、押圧時の第１の基準よりも低い荷重に設定するので、リリース時に確実にリリース触感を呈示でき、より押しボタンスイッチに近いクリック触感を、より確実に、操作者に呈示することができる。特に、リリース時に触感呈示部１３を駆動する第２の基準の荷重を、押圧時に触感呈示部１３を駆動する第１の基準の荷重に対して、およそ５０％～８０％の範囲の値に設定すれば、タッチセンサ１１上に描画された同一の入力用オブジェクトを連続して入力する際に、リアルなクリック触感を得ながらスムーズな連続入力操作可能となる。なお、図８、図９および他の図において、「カッ」および「チッ」は、ヒトが受けるクリック触感を表現したものである。
（第２実施の形態）
　図１０および図１１は、本発明の第２実施の形態に係る入力装置を示すもので、図１０は概略構成を示すブロック図、図１１は正面図である。この入力装置は、例えば、携帯端末に実装されるもので、図１０に示すように、入力を受け付けるタッチセンサ４１と、タッチセンサ４１により受け付けられた入力位置に基づく情報を表示する表示部４３と、タッチセンサ４１に対する押圧荷重を検出する荷重検出部４４と、タッチセンサ４１を振動させる触感呈示部４５と、全体の動作を制御する制御部４６とを有する。
　タッチセンサ４１には、図１１に示すように、予め印刷や貼り付け等により、テンキー等の複数の入力用オブジェクト４１ａが形成されている。したがって、本実施の形態に係る入力装置においては、各入力用オブジェクト４１ａがタッチ面を構成している。各入力用オブジェクト４１ａは、隣接する複数の入力用オブジェクト４１ａに跨る押圧による誤入力を防止するため、入力を受け付ける有効押圧領域を、当該入力用オブジェクト４１ａの形成領域よりも狭く設定する。なお、図１０において、荷重検出部４４および触感呈示部４５は、図６に示した入力装置の場合と同様に、それぞれ歪みゲージセンサおよび圧電振動子を用いて構成される。
　制御部４６は、タッチセンサ４１への入力、および、荷重検出部４４で検出される荷重を、それぞれ監視する。そして、荷重検出部４４により検出される押圧荷重が、タッチセンサ４１の押圧により増加しながら触感を呈示する第１の基準を満たした際に、触感呈示部４５を所定の駆動信号で駆動してタッチセンサ４１を予め設定した所定の振動パターンで振動させることにより、タッチ面１１ａを振動させる。
　すなわち、制御部４６は、タッチセンサ４１による入力用オブジェクトの有効押圧領域への入力検出とは独立して押圧荷重を検出して、第１実施の形態に係る入力装置の場合と同様に、タッチセンサ４１への荷重が増加しながら触感を呈示する第１の基準を満たした時点で、例えば、１７０Ｈｚの一定周波数のＳｉｎ波からなる１周期分の駆動信号により触感呈示部４５を駆動する。そして、タッチセンサ４１を、第１の基準を満たす荷重が加わった状態で、約１５μｍ振動させる。これにより、操作者に対しクリック触感を呈示する。また、制御部４６は、タッチセンサ４１で検出された入力を受け付けることにより、表示部４３に対して入力に応じた表示を行う。
　その後、制御部４６は、荷重検出部４４により検出される荷重が、リリース時の触感を呈示する第１の基準よりも低い第２の基準を満たしたのを検出すると、第１実施の形態に係る入力装置と同様に、触感呈示部４５を、所定の駆動信号で駆動して、タッチセンサ４１を予め設定した所定の振動パターンで振動させる。
　したがって、触感を呈示する押圧荷重の基準をタッチセンサ４１が反応する荷重以上とすれば、第１実施の形態の場合と同様に、操作者は、タッチセンサ４１を、押しボタンスイッチを操作した場合と同様のリアルなクリック触感を得ながら、入力操作を行うことができるので、違和感を覚えることがない。また、タッチセンサ４１を「押した」と言う意識との連動で入力操作が行われるので、単なる押圧による入力ミスも防止することができる。
　また、押圧時に触感を呈示した後のリリース時に、荷重検出部４４により検出される押圧荷重が押圧時の第１の基準よりも低い第２の基準を満たすと、押圧時と同様に、触感呈示部４５を所定の駆動信号で駆動して、タッチセンサ４１を予め設定した所定の振動パターンで振動させるので、押圧時のクリック触感に対するリリース触感を確実に呈示することができる。これにより、押圧時のクリック触感と相俟って、より押しボタンスイッチに近いクリック触感を操作者に呈示することができる。特に、リリース時に荷重検出部４４を駆動する第２の基準の荷重を、押圧時に荷重検出部４４を駆動する第１の基準の荷重に対して、およそ５０％～８０％の範囲の値に設定すれば、リアルなクリック触感を得ながらスムーズな連続入力操作可能となる。
　以下、上記各実施の形態に係る入力装置において、上記のクリック触感呈示方法の原理探究とともに、上記研究者らが行ったクリック触感の官能評価結果について説明する。なお、以下に説明する官能評価結果は、上述した本出願人の先の提案に係る入力装置により行ったものである。
　市販の携帯端末に広く使用されているメタルドームスイッチは、端末の機種によるバラツキはあるものの、概ね６Ｎ以下、一般には３Ｎ以下の所定の荷重が加わると、急激に荷重が減少する荷重特性を有している。そこで、上記研究者らは、先ず、振動部（本発明の触感呈示部に相当）を押圧時のみ駆動する場合のクリック触感の官能評価を行った。この官能評価では、押圧時に振動部の駆動を開始するタッチセンサの荷重（図１のＢ点の荷重）を１．５Ｎとし、駆動信号の周波数、周期（波長）、波形をパラメータとしてクリック触感の官能評価を行った。
　これらの評価結果例を、図１２～図１５に示す。図１２～図１５において、被験者は、図２および図３の官能評価を行った者と同じ５人である。評価項目は、「クリック触感と感じる」、「触感として良い」、および、触感が「携帯端末と似ている」の３項目である。評価点は、「クリック触感と感じる」の評価項目では、「感じない」が１点、「強く感じる」が７点である。「触感として良い」の評価項目では、「悪い」が１点、「良い」が７点である。「携帯端末と似ている」の評価項目では、「似ていない」が１点、「非常に似ている」が７点である。各項目の評価得点は、それぞれ５人の平均点を示した。
　図１２は、周波数を変化させた場合の評価結果を示す。この官能評価においては、振動部を駆動する駆動信号の周期（波長）すなわち駆動時間を１周期、波形をＳｉｎ波として、周波数を５０Ｈｚ～２５０Ｈｚの範囲で変化させた。なお、駆動信号の振幅は、タッチセンサにおいて、所定の基準の荷重が加わった状態で、１５μｍの振動振幅が得られる信号振幅とした。その結果、図１２から明らかなように、周波数は、１７０Ｈｚの場合が最も評価が高いが、１４０Ｈｚ以上であれば、ヒトは携帯端末と似たクリック触感が得られることが確認できた。
　図１３は、駆動信号の振幅を変化させた場合の評価結果を示す。この官能評価においては、振動部を駆動する駆動信号の周波数を１７０Ｈｚ、周期を１周期、波形をＳｉｎ波とした。また、信号振幅は、タッチセンサが押圧されていない無負荷状態で、タッチセンサが１μｍ～３５μｍ内の所定の振幅で振動するように変化させた。そして、各無負荷時の振動振幅条件で、タッチセンサに１．５Ｎの荷重が加わった際に振動部を駆動して、各評価項目を評価した。なお、図１３の横軸には、タッチセンサの無負荷時の振動振幅に対応して、１．５Ｎの荷重が加わった状態での振動振幅を示す。その結果、図１３から明らかなように、１．５Ｎの荷重が加わった状態では、振動振幅が１５μｍ以上であれば、ヒトはクリック触感を十分に感じることが確認できた。つまり、タッチセンサに１．５Ｎの押圧荷重が加わった状態で、１７０Ｈｚの一定周波数で、タッチセンサを１５μｍ以上の振動振幅で、わずかに１周期分振動させることで、ヒトはクリック触感を感じるということが確認できた。
　図１４は、駆動時間である周期（波長）を変化させた場合の評価結果を示す。この官能評価においては、振動部を駆動する駆動信号の波形をＳｉｎ波、信号振幅をタッチセンサにおける所定の基準の荷重が加わった状態での振動振幅が約１５μｍとなる振幅、周波数を１７０Ｈｚとして、周期を１／４周期～３周期の範囲で変化させた。なお、１／４周期および１／２周期では、他の周期とタッチセンサにおける振動変位がほぼ等しくなる、すなわち約１５μｍの振動振幅が得られる信号振幅とした。その結果、図１４から明らかなように、周期（波長）が１周期の場合に最も高い評価が得られた。また、５／４周期や、１周期未満でも、概ね良好な結果が得られたが、３／２周期以上になると、携帯端末のクリック触感からはずれることが確認できた。
　図１５は、駆動信号の波形を変化させた場合の評価結果を示す。この官能評価においては、振動部を駆動する駆動信号の波形をＳｉｎ波、矩形波、三角波とした場合のそれぞれについて評価した。なお、各信号の周波数は１７０Ｈｚ、信号振幅はタッチセンサにおける所定の基準の荷重が加わった状態での振動振幅が約１５μｍとなる振幅、周期は１周期とした。その結果、図１５から明らかなように、Ｓｉｎ波の場合に最も高い評価が得られた。
　ここで、Ｓｉｎ波の駆動信号（振動部の入力電圧）は、図１６に一点鎖線で示すように、位相０度から電圧が増加して減少する１周期に限らず、位相１８０度から電圧が減少して増加する等、任意の位相からの１周期の電圧とすることができる。なお、図１６には、一点鎖線で示した入力電圧で振動部を駆動した際の、無負荷時におけるタッチセンサの振動振幅波形（破線）と、１．５Ｎでの押圧時におけるタッチセンサの振動振幅波形（実線）とを合わせて示す。
　以上の評価結果例から、タッチセンサに押圧時に所定の基準を満たす荷重が加わった時点で、例えば、周波数１４０Ｈｚ以上、好適には１７０Ｈｚの一定周波数で、５／４周期以下、好適には１周期のＳｉｎ波で、タッチセンサを約１５μｍ以上振動させる振幅の駆動信号で振動部を駆動すれば、操作者にリアルなクリック触感を呈示可能であることが確認できた。
　次に、上記研究者らは、上記のように振動部を押圧時のみ駆動する場合と、押圧時およびリリース時の双方で駆動する場合とのクリック触感の官能評価を行った。以下、その結果について説明する。
　図１７は、この場合の評価結果例を示す図である。図１７において、左側は、振動部を押圧時のみ駆動する場合、すなわち「リリース触感なし」の場合の評価結果を示し、右側は、押圧時およびリリース時の双方で駆動する場合、すなわち「リリース触感あり」の場合の官能評価結果を示す。被験者は、図２および図３の官能評価を行った者と同じ５人である。評価項目は、図１２～図１５における３項目に、「フィードバックとしてよい（認識し易い）」の項目を加えた４項目である。各項目の評価点は、７点を満点として、５人の平均点を示した。なお、「フィードバックとしてよい」の評価項目では、「悪い」が１点、「良い」が７点である。また、押圧時およびリリース時とも、振動部を駆動する基準の荷重を同じにするとともに、駆動信号も同じとする。ここでは、上記基準の荷重は、１．５Ｎとした。また、駆動信号は、周波数が１７０Ｈｚ、波形がＳｉｎ波、周期が１周期、振幅がタッチセンサを１．５Ｎの押圧状態で約１５μｍ振動させるものとしている。
　図１７の評価結果から明らかなように、リリース時にもタッチセンサを振動させてリリース触感を呈示した方が、携帯端末の押しボタンスイッチのクリック触感により類似し、かつ、フィードバック（認識）も良好であることが確認できた。
　さらに、上記研究者らは、上記のように押圧時のクリック触感とリリース時のリリース触感とを呈示する場合において、連続入力を行った場合のクリック触感の官能評価を行った。以下に、その結果について説明する。
　例えば、ヒトが連続入力を素早く行う場合、一般に、押圧荷重は「０」まで下がりきらずに次の入力が開始されるため、押圧時の最大荷重にバラツキが生じる。この際、振動部を駆動する所定の基準の荷重が、押圧時とリリース時とで同じに設定されている場合は、図１８に示すように、連続入力の途中で、押圧荷重が基準の荷重で引き返されると、当該入力においては、リリース時に振動部が駆動されなかったり、操作者がリリースした意識よりも先に次の入力のクリック触感が呈示されたりして、入力動作と触感が合わず、操作者に違和感を与える場合があることが想定される。なお、図１８は、４回の連続入力において、３回目の入力の押圧荷重が基準の荷重で引き返された場合を示す。
　一方、リリース時に振動部を駆動する基準の荷重が、押圧時に振動部を駆動する基準の荷重と比較して低すぎる値に設定されている場合は、図１９に示すように、連続入力の途中で、荷重がリリース時の基準まで戻らずに、次の入力動作が行われると、触感呈示にずれが生じて、操作者に違和感を与える場合があることが想定される。なお、図１９は、４回の連打入力において、２回目の入力におけるリリース時の荷重が、リリース時の基準まで達しないうちに、３回目の入力が行われた場合を示す。また、このように、リリース時に振動部を駆動する基準の荷重が低すぎると、当該基準に戻るまでに時間がかかる。その結果、操作者は呈示される触感に違和感を覚えることなく、連続入力を行いたいにも拘らず、次の入力までの時間がかかり、素早い連続入力が行えなくなって、連続入力（連打）時の操作性が低下することが懸念される。
　これに対し、リリース時に振動部を駆動する基準の荷重が、押圧時に振動部を駆動する基準の荷重に近い値に設定されている場合は、より素早く連続入力が可能になる反面、連続入力の途中で押圧状態を保持（ホールド）しようとした場合は、予期せぬリリース触感が呈示されて操作者に違和感を与える場合があることが想定される。すなわち、連続入力の途中で押圧状態をホールドする場合、操作者は、押圧荷重を一定に保持しているつもりでも、微小な荷重変動がある。このため、例えば、図２０に示すように、押圧時における基準とリリース時における基準との荷重幅が、上記のホールド状態での荷重変動の幅よりも狭いと、操作者は、ホールドしているつもりでも、リリース時の触感が呈示されて違和感を覚えることになる。
　そこで、上記研究者らは、押圧時に振動部を駆動する荷重に対して、リリース時に振動部を駆動する荷重を種々変更して、クリック触感の官能評価を行った。
　図２１～図２３は、この場合の評価結果例を示す図である。図２１～図２３において、被験者は、図１７の官能評価を行った者と同じ５人である。評価項目は、図１７における４項目に「連打しやすい」の項目を加えた５項目である。各項目の評価点は、７点を満点として、５人の平均点を示した。なお、「連打しやすい」の評価項目では、「やりずらい」が１点、「連続入力しやすい」が７点である。また、押圧時およびリリース時とも、振動部（本発明の触感呈示部に相当）を駆動する駆動信号は、周波数が１７０Ｈｚ、波形がＳｉｎ波、周期が１周期、振幅が触感を呈示する基準を満たした際に、タッチセンサを約１５μｍ振動させるものとした。
　図２１は、押圧時に振動部を駆動する基準が１Ｎで、リリース時に振動部を駆動する基準が０Ｎ、０．５Ｎ、１Ｎの場合の評価結果を示す。図２１から明らかなように、押圧時に振動部を駆動する基準の荷重が１Ｎの場合は、リリース時に振動部を駆動する基準の荷重が０．５Ｎの場合に、全ての評価項目で最も高い評価が得られた。
　図２２は、押圧時に振動部を駆動する基準が２Ｎで、リリース時に振動部を駆動する基準が０Ｎ、０．５Ｎ、１Ｎ、１．５Ｎ、２Ｎの場合の評価結果を示す。図２２から明らかなように、押圧時に振動部を駆動する基準の荷重が２Ｎの場合は、リリース時に振動部を駆動する基準の荷重が１Ｎおよび１．５Ｎの場合に高い評価が得られ、特に１．５Ｎの場合に、全ての評価項目で最も高い評価が得られた。
　図２３は、押圧時に振動部を駆動する基準が３Ｎで、リリース時に振動部を駆動する基準が０Ｎ、０．５Ｎ、１Ｎ、１．５Ｎ、２Ｎ、２．５Ｎ、３Ｎの場合の評価結果を示す。図２３から明らかなように、押圧時に振動部を駆動する基準の荷重が３Ｎの場合は、リリース時に振動部を駆動する基準の荷重が１．５Ｎ、２Ｎおよび２．５Ｎの場合に高い評価が得られ、特に２Ｎの場合に、全ての評価項目で最も高い評価が得られた。
　以上の評価結果例から、リリース時に振動部を駆動する基準の荷重は、押圧時に振動部を駆動する基準の荷重に対して、およそ５０％～８０％の範囲の値に設定すれば、連続入力（連打）において、順次の入力と触感呈示タイミングとが合致し、違和感のないリアルなクリック触感を呈示できることが確認できた。すなわち、リリース時の基準の荷重を、押圧時の基準の荷重よりも小さくすることにより、違和感を与えないようにし、かつ、リリース時の基準の荷重を、押圧時の基準の荷重のおよそ５０％以上とすることにより、連続入力時の操作性を格段に向上することができる。また、リリース時の基準の荷重を、押圧時の基準の荷重のおよそ８０％以下とすることにより、連続入力時のホールド状態での微小な荷重変化にも対応することができる。
　上記の官能評価結果を踏まえ、本発明の上記各実施の形態に係る入力装置においては、例えば、押圧時に触感を呈示する第１の基準を１Ｎに設定した場合は、リリース時に触感を呈示する第２の基準は０．５Ｎ～０．８Ｎの任意の値に設定する。また、押圧時に触感を呈示する第１の基準が高い荷重の場合は、当該基準が低い荷重の場合よりも、ホールド状態での荷重変動の幅も広くなる。このような場合でも、リリース時に触感を呈示する第２の基準の荷重を、押圧時における第１の基準の荷重のおよそ５０％～８０％の範囲、例えば、押圧時における第１の基準を６Ｎと高く設定した場合は、リリース時における第２の基準を３Ｎ～４．８Ｎに設定する。これにより、予期せぬリリース触感を呈示することなく、連続入力に応じた違和感のないリアルなクリック触感を呈示することができる。これら、押圧時における第１の基準の荷重、および、リリース時における第２の基準の荷重は、固定的に設定してもよく、ユーザにおいて適宜選択して設定できるようにしてもよい。
　なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、荷重検出部は、任意の個数の歪みゲージセンサを用いて構成することができる。また、荷重検出部は、タッチセンサにおける入力検出方式に応じて、例えば、抵抗膜方式の場合には、接触面積による抵抗変化に基づく出力信号の変化から、あるいは静電容量方式の場合には、静電容量の変化に基づく出力信号の変化から、荷重が検出できれば、歪みゲージセンサを用いることなく構成することができる。また、触感呈示部は、任意の個数の圧電振動子を用いて構成したり、タッチセンサの全面に透明圧電素子を設けて構成したり、偏心モータを駆動信号の１周期で１回転させるようにして構成したり、することもできる。さらに、荷重検出部および触感呈示部は、圧電素子を用いて構成する場合は、圧電素子を共用して荷重検出部および触感呈示部を構成することもできる。
　また、制御部は、タッチセンサで検出される入力位置に応じて、触感呈示部を駆動する駆動信号を変更して呈示するクリック触感を変更するように構成することもできる。
　また、本発明は、タッチセンサがオン・オフ動作を行うタッチスイッチとして機能する入力装置にも有効に適用することができる。さらに、本発明に係る入力装置は、タッチセンサに対する押圧の途中で、異なる基準（荷重）で順次にクリック触感を呈示して、２段階スイッチ（押し込んだ後、さらに押し込む）などの多段階スイッチの触感を呈示することもできる。これにより、例えば、カメラのレリーズボタンに適用した場合は、フォーカスロック（１段押し）とレリーズ（２段押し）との触感を呈示することが可能となる。また、表示部と組み合わせた場合は、押し込みの段数に応じてメニュー画面等の表示を種々変更することが可能となる。さらに、このように、多段階スイッチの触感を呈示する場合は、各段階で触感呈示部によりタッチ面を振動させる駆動信号を変更して、各段階において異なるクリック触感を呈示することも可能である。
　また、本発明に係る入力装置は、荷重検出部により検出される押圧荷重が、触感を呈示する基準（第１の基準または第２の基準）を満たした際に、触感呈示部を駆動させるが、上記荷重検出部により検出される押圧荷重が触感を呈示する基準を満たした際とは、荷重検出部により検出される押圧荷重が触感を呈示する基準値に達した際であってもよいし、荷重検出部により検出される押圧荷重が触感を呈示する基準値を超えた際でもよいし、荷重検出部により触感を呈示する基準値が検出された際でもよい。
　また、制御部は、荷重検出部により検出される押圧荷重が、触感を呈示する基準（第１の基準または第２の基準）を満たした際に、触感呈示部を駆動して、タッチセンサを予め設定した所定の振動パターンで振動させるが、前記所定の振動パターンは、押圧時の場合、図４の実線が示す振動パターンであってもよい。また、前記所定の振動パターンは、リリース時の場合、図４の一点鎖線が示す振動パターンであってもよい。このようにタッチセンサを振動させることによって、操作者に対して、押しボタンスイッチを操作した場合と同様のクリック触感（振動刺激）を呈示することが可能となる。
　１１　タッチセンサ
　１１ａ　タッチ面
　１２　荷重検出部
　１３　触感呈示部
　１４　表示部
　１５　制御部
　２１　筐体
　２２　インシュレータ
　２３　アッパカバー
　２４　インシュレータ
　３１　歪みゲージセンサ
　３２　圧電振動子
　４１　タッチセンサ
　４１ａ　入力用オブジェクト
　４３　表示部
　４４　荷重検出部
　４５　触感呈示部
　４６　制御部

Claims (2)

  1. 　入力を受け付けるタッチセンサと、
    　前記タッチセンサのタッチ面に対する押圧荷重を検出する荷重検出部と、
    　前記タッチ面を振動させる触感呈示部と、
    　前記荷重検出部により検出される押圧荷重が触感を呈示する第１の基準を満たした際に、前記タッチ面を押圧している押圧対象に対してクリック触感を呈示するように前記触感呈示部の駆動を制御する制御部と、を有し、
    　前記制御部は、前記クリック触感を呈示した後、前記荷重検出部により検出される押圧荷重が前記第１の基準より低い第２の基準を満たした際に、前記押圧対象に対して前記クリック触感に対するリリース触感を呈示するように前記触感呈示部の駆動を制御することを特徴とする入力装置。
  2. 　入力を受け付けるタッチセンサと、
    　前記タッチセンサのタッチ面に対する押圧荷重を検出する荷重検出部と、
    　前記タッチ面を振動させる触感呈示部と、を備える入力装置の制御方法であって、
    　前記荷重検出部により検出される押圧荷重が触感を呈示する第１の基準を満たした際に、前記タッチ面を押圧している押圧対象に対してクリック触感を呈示するように前記触感呈示部を駆動した後、前記荷重検出部により検出される押圧荷重が前記第１の基準より低い第２の基準を満たした際に、前記押圧対象に対して前記クリック触感に対するリリース触感を呈示するように前記触感呈示部を駆動する、ことを特徴とする入力装置の制御方法。
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