WO2012026084A1

WO2012026084A1 - 触感呈示装置

Info

Publication number: WO2012026084A1
Application number: PCT/JP2011/004562
Authority: WO
Inventors: 井上　裕司; 佐藤　昭典
Original assignee: 京セラ株式会社
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2011-08-11
Publication date: 2012-03-01
Also published as: US20130154988A1; US11099648B2; TWI549021B; TW201209692A; CN103080875B; CN103080875A

Abstract

　触感の呈示がタッチセンサの位置検出に与える影響を低減することのできる触感呈示装置を提供する　触感呈示装置１は、タッチセンサ１１と、タッチセンサ１１に近接して配置されタッチセンサ１１を振動させる触感呈示部１２と、タッチセンサ１１に走査信号を送信するとともにタッチセンサ１１から走査信号を受信することによりタッチセンサに対する接触の位置を検出するタッチセンサ制御部２０と、タッチセンサ１１とタッチセンサ制御部２０との間で走査信号を伝達する信号線１６，１８と、タッチセンサ制御部２０が検出する前記接触の位置に応じて、タッチセンサ１１を振動させるように触感呈示部１２を制御する触感制御部３０と、を備え、触感呈示部１２は信号線１６，１８に重ならない箇所に配置されるようにしたことを特徴とする。

Description

触感呈示装置

関連出願の相互参照

　本出願は、２０１０年８月２７日に出願された日本国特許出願２０１０－１９０８０４号および同日に出願された日本国特許出願２０１０－１９１４３７号の優先権を主張するものであり、これら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、触感を呈示する装置に関するものであり、特に、タッチセンサに対する接触に基づいて触感を呈示する装置に関するものである。

　近年、携帯電話等の携帯端末において、操作者による操作を検出す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採用されているものがある。携帯端末以外に、電卓、券売機等の情報機器や、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）等にも、タッチセンサを備える入力装置は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。特に、携帯電話などの小型の端末装置は、例えばテンキーなどのキーやアイコン等をオブジェクトとして表示部に表示して、当該オブジェクトに対する操作者の接触をタッチセンサにより検出する、タッチパネルを備えることが多い。

　このようなタッチパネルを備えた端末装置は、起動するアプリケーションソフトウェアに応じて、種々のユーザインタフェースを、オブジェクトの表示によって構成することができる。したがって、操作者にとっては操作がわかり易く使い勝手が良いため、タッチパネルを備えた端末装置は急速に普及している。

　しかしながら、いずれの方式のタッチセンサも、指やスタイラスペンによる接触を検出するものであって、タッチセンサ自体は、タッチされても、機械式の押しボタンスイッチのようには物理的に変位しない。したがって、操作者は、タッチセンサに対して操作を行っても、当該操作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、操作を行う際のキーやボタンを「押下した／押下を解除した」という操作感を得ることができない。したがって、このような端末においては、操作者が同じ位置に何度も接触してしまう等の繰り返しの操作を行い易く、操作者にストレスを与える場合がある。

　そこで、タッチセンサが接触を検出すると、タッチセンサを振動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および特許文献２参照）。

特開２００３－２８８１５８号公報特開２００８－１３００５５号公報

　ところで、例えば静電容量方式のタッチセンサにおいては、透明な導電膜に微弱な電流を流すことでタッチセンサの表面全体に電界を形成し、その導電膜に操作者の指等が接触した位置の表面電荷の変化をとらえて位置検出を行う。この際、静電容量方式のタッチセンサは、人体の静電容量を経由して流れる微弱な電流の変化に基づいて、その接触の位置を求めている。

　このような静電容量方式のタッチセンサを備えた触感呈示装置において、タッチセンサを振動させて操作者に触感のようなフィードバックを提供するには、振動を発生するための駆動機構を、タッチセンサの傍に設置しなければならない。しかも、このような駆動機構をタッチセンサの傍に設置する場合、その駆動機構がタッチセンサに接する程度に、可能な限り近接させて設置する必要がある。さもないと、駆動機構の発生する振動がタッチセンサに十分に伝達しないことにより、タッチセンサの振動にかかる電力の一部が浪費されるという不都合が生じるからである。また、特に携帯電話のような小型の端末装置においては、内部スペースの制約などからも、振動を発生する駆動機構をタッチセンサに近接させて設置しなければならないという事情もある。

　しかしながら、タッチセンサを振動させるために、例えば圧電素子のような触感呈示部をタッチセンサの近傍に設置すると、圧電素子を振動させる際に印加する電圧による電場が発生する。上述したように、タッチセンサは微弱な電流の変化に基づいて接触の位置を求めるものである。そのため、このような電場が発生すると、それが仮に微弱なものであっても、タッチセンサに対する接触の位置の検出に悪影響を及ぼしてしまうという問題がある。すなわち、操作者にフィードバックを提供するために、触感呈示部を駆動するための電圧を印加すると、タッチセンサが影響を受けてしまうため、接触の位置を正確に検出することができなくなるおそれがある。

　このため、近年の研究により、フィードバックを提供する際に触感呈示部が発生する電場によるノイズに対してある程度の耐性を有しつつ、接触の位置を検出できる検出機構を備えるタッチパネルの開発が進められている。また、例えば接触の位置を検出するために電流を流す走査線の形状を工夫する等して、ノイズをキャンセルするような技術などの研究も進められている。さらに、液晶表示パネルなどの表示部をタッチセンサに重ねて使用する場合、この表示部からもノイズが発生するが、適切な静電容量デジタル変換器や雑音抑制アルゴリズムを使用することにより、ある程度のノイズは排除することができる。

　しかしながら、これらのようなタッチセンサであっても、圧電素子のような触感呈示部をタッチセンサのごく近傍に設ける場合、電場の悪影響を受けないようにするのに十分と言えないこともある。なぜなら、タッチセンサは、そもそも外部からの影響（作用）を受けて、それを検出するものであるため、接触の位置を検出する精度を良好にするには、タッチセンサがある程度敏感であることが求められるからである。

　かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、触感の呈示がタッチセンサの位置検出に与える影響を低減することのできる触感呈示装置を提供することにある。

　上記目的を達成する第１の観点に係る触感呈示装置の発明は、
　タッチセンサと、
　前記タッチセンサに近接して配置され、当該タッチセンサを振動させる触感呈示部と、
　前記タッチセンサに走査信号を送信するとともに、当該タッチセンサから前記走査信号を受信することにより、前記タッチセンサに対する接触の位置を検出するタッチセンサ制御部と、
　前記タッチセンサと前記タッチセンサ制御部との間で走査信号を伝達する信号線と、
　前記タッチセンサ制御部が検出する前記接触の位置に応じて、前記タッチセンサを振動させるように前記触感呈示部を制御する触感制御部と、
　を備え、
　前記触感呈示部は、前記信号線に重ならない箇所に配置されるようにしたことを特徴とするものである。

　第２の観点に係る発明は、第１の観点に掛かる触感呈示装置において、
　前記タッチセンサを、静電容量方式のタッチセンサとするものである。

　また、上記目的を達成する第３の観点に係る触感呈示装置の発明は、
　タッチセンサと、
　前記タッチセンサを振動させる触感呈示部と、
　前記タッチセンサに対する接触の位置を検出するための走査を行う時間区間と、前記触感呈示部が前記タッチセンサを振動させる時間区間とが、重ならないように制御する触感制御部と、
　を備えることを特徴とするものである。

　第４の観点に係る発明は、第３の観点に係る触感呈示装置において、
　前記タッチセンサを、静電容量方式のタッチセンサにするものである。

　第５の観点に係る発明は、第３の観点に係る触感呈示装置において、
　前記触感制御部は、前記タッチセンサを振動させる時間区間に、前記触感呈示部が振動を発生させるべく駆動電圧を印加するものである。

　本発明によれば、触感の呈示がタッチセンサの位置検出に与える影響は低減され、タッチセンサは高い精度で接触の位置の検出を行うことができる。

第１実施の形態に係る触感呈示装置における概略構成図である。第１実施の形態に係る触感呈示装置における触感呈示部の配置の他の例を示す構成概略図である。第２実施の形態に係る触感呈示装置における概略構成図である。第２実施の形態に係る触感呈示装置における信号線の配置の例を示す概略構成図である。第２実施の形態に係る触感呈示装置の触感呈示部の配置を説明する概略構成図である。図５に係る触感呈示装置における信号線の配置の他の例を示す構成概略図である。本発明の第３実施の形態に係る触感呈示装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の第３実施の形態に係る触感呈示装置の動作を説明する概念図である。本発明の第４実施の形態に係る触感呈示装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の第５実施の形態に係る触感呈示装置の概略構成を示すブロック図である。

　以下、本発明の各実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１実施の形態）
　図１は、本発明の第１実施の形態に係る触感呈示装置の概略構成を示す機能ブロック図である。本実施の形態に係る触感呈示装置は、例えば携帯電話やゲーム機などの携帯端末や、銀行に設置されるＡＴＭ、駅に設置される券売機など、タッチセンサにより操作者の接触を検出することに基づいて動作を行うものであれば、任意の装置に適用することができる。

　図１に示すように、本実施の形態に係る触感呈示装置１は、基板１０、タッチセンサ１１、触感呈示部１２、信号線１６および１８、タッチセンサ制御部２０、および、触感制御部３０を備える。なお、タッチセンサ制御部２０は、走査信号発生部２２および位置検出部２４を含んで構成される。また、触感制御部３０は、駆動信号発生部３２を含んで構成される。

　本実施の形態において、基板１０は、後述する液晶パネルなどで構成される表示部の前面に配置される。当該表示部の表示を視認可能にするために、基板１０において、表示部の表示がなされる部位に対応する部分は、透過性を有するようにするのが好適である。基板１０の前面において、この透過性を有する部分に、典型的にはシート状で透過性を有するタッチセンサ１１が配置される。

　タッチセンサ１１は、タッチ面を有するセンサであり、操作者の指などがタッチ面に接触（タッチ）したことを検出する。このタッチセンサ１１は、一般的には、例えば抵抗膜方式、静電容量方式、光学式等の方式のもので構成することができるが、本実施の形態では静電容量方式のものを採用する。タッチセンサ１１が静電容量方式の場合、通常、格子状のＸ電極およびＹ電極からなるセンサ部を備えている。このセンサ部は、電極間に電気エネルギーを蓄えることができる。タッチセンサ１１に対して接触がなされていない状態では、センサ部の２つの電極は安定した電界を生成する。しかしながら、人間の指が近接または接触すると、人体の持っている導電性により指がアースの役割を果たすため、電界が変化して、指が触れた部分の静電容量値が減少する。この静電容量値の変化に基づいて、触感呈示装置１は、タッチセンサ１１に対する接触の位置を検出することができる。なお、図１においては、タッチセンサ１１のＸ電極およびＹ電極の一部のみを示している。

　また、タッチセンサ１１は、タッチ面を透過型にして、図示しない表示部の前面に配置することにより、表示部に表示したキーやボタン等のオブジェクトに対して操作者がタッチ（接触）したことを検出するセンサとしても使われる（いわゆるタッチパネル）。ここで、図示しない表示部は、ボタンやキーまたはアイコン等のオブジェクトを描画して表示するもので、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することができる。このように、触感呈示装置１は、表示部にキーやボタンなどのオブジェクトを表示して、当該オブジェクトに対する操作者の接触が行われる際に、当該オブジェクトに対応するタッチセンサ１１上の位置において当該接触を検出する。なお、本実施の形態において、触感呈示装置１が、表示部の前面にタッチセンサ１１を配置して、表示部に表示したオブジェクトの位置に対する接触に基づいて動作を行うことについては、公知の技術によるものと特に変わるところがないため、図示および詳細な説明を省略する。

　触感呈示部１２は、タッチセンサ１１を振動させるもので、一般的には種々のものを用いることができるが、本実施の形態においては圧電振動子（圧電素子）を用いて構成する。本実施の形態において、触感呈示部１２は、タッチセンサ１１に対する振動を十分に伝達することができるように、タッチセンサ１１に十分近接させて配置するのが好適である。この際、触感呈示部１２は、基板１０の透過性を有しない部分、すなわち基板１０においてタッチセンサ１１の接触検出領域および上述した表示部が重なる領域以外の部分に、例えば接着などにより固定して配置される。図１において、触感呈示部１２は、基板１０において、タッチセンサ１１の上部に近接させて配置してある。このようにすれば、触感呈示部１２の発生する振動はタッチセンサ１１に十分に伝達する。つまり、触感呈示部１２の発生する振動がタッチセンサ１１に十分に伝達しないことによる電力の無駄を抑えることができる。

　タッチセンサ制御部２０は、タッチセンサ１１に対する操作者による接触の位置の検出を全般的に制御する。タッチセンサ制御部２０は、タッチセンサ１１に対する接触の位置の検出を行うために、走査信号発生部２２から、タッチセンサ１１の電極に走査信号を供給して走査を行う。位置検出部２４は、走査信号発生部２２からタッチセンサ１１の電極に供給された走査信号の静電容量の変化を検知する。この時、位置検出部２４は、タッチセンサ１１から前記走査信号を受信する。これにより、タッチセンサ制御部２０は、タッチセンサ１１に対する接触の位置を検出して、その結果として位置情報を出力することができる。このような静電容量センシング技術も公知のものを用いることができるため、より詳細な説明は省略する。

　本実施の形態においては、図１に示すように、タッチセンサ制御部２０（より詳細には走査信号発生部２２）からタッチセンサ１１に向けて、信号線１６が走査信号を伝達する。さらに、タッチセンサ１１からタッチセンサ制御部２０（より詳細には位置検出部２４）に向けて、信号線１８が走査信号を伝達する。このような信号線１６および１８は、例えばフレキシブル配線（フレキシブルケーブル）などを用いることができる。なお、図１においては、信号線１６および１８を簡略化して示してある。

　触感制御部３０は、触感呈示部１２が触感を呈示する動作を全般的に制御する。具体的には、触感制御部３０は、触感呈示の指示を受信すると、駆動信号発生部３２から触感呈示部１２に駆動信号を供給する。この駆動信号に応じて、触感呈示部１２は、タッチセンサ１１を振動させることにより、操作者に所定の触感を呈示する。本実施の形態において、触感制御部３０は、タッチセンサ制御部２０が検出するタッチセンサ１１に対する接触の位置に応じて、タッチセンサ１１を振動させるように触感呈示部１２を制御する。例えば、表示部に表示されたオブジェクトに対応するタッチセンサ１１の位置に対する操作者の接触が検出されたら、当該オブジェクトに対応付けられた所定の処理が開始することを操作者に知らせるために、触感制御部３０は、触感呈示部１２がタッチセンサ１１を振動させるように制御する。

　上述したように、タッチセンサ１１を振動させるために、触感呈示部１２をタッチセンサ１１の近傍に設置すると、触感呈示部１２を振動させる際に印加する電圧による電場が発生して、タッチセンサ１１における接触の位置を検出する精度が悪化する。したがって、本実施の形態においては、図１に示すように、触感呈示部１２が、上述した信号線１６および１８に重ならない箇所に配置されるようにする。

　このように、触感呈示部１２が、信号線１６にも信号線１８にも重なることなく、ある程度離間した配置構成にすることにより、触感呈示部１２が触感の呈示（つまり振動の発生）を行っても、それによって発生する電界がタッチセンサ１１の位置検出に与える影響は低減される。したがって、触感呈示装置１は、タッチセンサ１１に対する接触の位置を高い精度で検出することができる。

　図２は、本実施の形態に係る触感呈示装置における触感呈示部の配置の他の例を示す図である。図２に示す触感呈示装置２は、図１において説明した第１実施の形態に係る触感呈示装置１において、触感呈示部の配置を変更するものである。その他の概略構成は、第１実施の形態に係る触感呈示装置１と同様の構成とすることができる。

　図２においては、触感呈示部を２つ配置した構成の触感呈示装置を示してある。図２に示す触感呈示装置２は、タッチセンサ１１の左側に触感呈示部１２Ａを配置するとともに、タッチセンサ１１の右側に触感呈示部１２Ｂを配置してある。したがって、図１に示した構成よりも、タッチセンサ１１に対して強力な振動による触感を呈示できる。

　この配置構成において、信号線１６および１８は、触感呈示部１２Ａおよび１２Ｂに重らないように配置してある。したがって、このような配置構成においても、触感呈示部１２Ａおよび１２Ｂの振動によって発生する電界がタッチセンサの位置検出に与える影響は低減される。したがって、触感呈示装置２も、タッチセンサ１１に対する接触の位置を高い精度で検出することができる。

（第２実施の形態）
　次に、本発明の第２実施の形態に係る触感呈示装置について説明する。第２実施の形態は、図１および図２において説明した第１実施の形態に係る触感呈示装置において、触感呈示部または信号線１６，１８の配置を変更するものである。その他の概略構成は、第１実施の形態に係る触感呈示装置１または２と同様の構成とすることができる。したがって、本実施の形態において、第１実施の形態にて説明した内容と同じになる説明は、適宜省略する。

　一般的に、触感呈示装置を構成する装置の筐体内部の構造によっては、第１実施の形態において図１または図２で説明したような、信号線１６および１８が触感呈示部１２に完全に重ならないような配置にはできない場合も想定される。また、触感呈示装置を設計する際に用いる各構成要素の大きさや形状などの仕様による制約によっても、信号線１６および１８が触感呈示部１２に完全に重ならないような配置にはできない場合が想定される。したがって、第２実施の形態においては、第１実施の形態のような信号線１６および１８が触感呈示部１２に完全に重ならないような配置にはできない場合に講じる策について説明する。

　上述した第１実施の形態においては、静電容量方式のタッチセンサ１１を用いて、このタッチセンサ１１を流れる微弱な電流による信号の変化に基づいて、タッチセンサ１１に対する操作者の接触の位置の検出を行った。具体的には、走査信号発生部２２からは信号線１６を経てタッチセンサ１１に走査信号を伝達し、またタッチセンサ１１からは信号線１８を経て位置検出部２４に走査信号を伝達することによって、タッチセンサ１１に対する接触を検出するための信号の走査を行った。

　この際、走査信号発生部２２から信号線１６を経てタッチセンサ１１に伝達される走査信号は、走査信号発生部２２により生成されてから他の電界などの影響をほとんど受けていない、信号強度の高いものであることが想定できる。その一方、タッチセンサ１１から信号線１８を経て位置検出部２４に伝達される走査信号は、すでにタッチセンサ１１の走査を終えているため、人体の静電容量を経由することで変化している。また、タッチセンサ１１から信号線１８を経て位置検出部２４に伝達される走査信号は、比較的長い経路にわたって伝達されてきたため、機器内部の各要素から種々の電磁波等による影響を受けていることが想定される。

　例えば、図３に示す触感呈示装置５においては、タッチセンサ１１からタッチセンサ制御部２０に向けて走査信号を伝達する信号線１８が、タッチセンサ１１の右側に配置された触感呈示部１２Ｂに重なっている。このような配置構成にすると、すでに種々の影響を受けた走査信号が信号線１８を経て伝達される際に、触感呈示部１２Ｂの発生する電界の影響をさらに受けて、タッチセンサ１１に対する接触の位置を高い精度で検出することができないことが想定される。しかしながら、装置の筐体内部の構造上の制約などの要因により、信号線１６および１８の両方が触感呈示部１２に完全に重ならないような配置にはできない場合も想定される。

　したがって、第２実施の形態においては、各構成要素の仕様などの制約により、信号線１６または信号線１８のどちらかを触感呈示部１２に重ねて配置せざるを得ない場合、信号線１８が触感呈示部１２に重ならないように配置する。

　例えば、図４に示す触感呈示装置３においては、タッチセンサ制御部２０からタッチセンサ１１に向けて走査信号を伝達する信号線１６は、触感呈示部１２Ｂに重なっている。しかしながら、タッチセンサ１１からタッチセンサ制御部２０に向けて走査信号を伝達する信号線１８は、触感呈示部に重なっていない。このような配置構成にすれば、すでに種々の影響を受けた走査信号が信号線１８を経て伝達される際に、触感呈示部１２Ｂの発生する電界の影響をさらに受けることはない。したがって、触感呈示装置３においては、タッチセンサ１１に対する接触の位置の検出における精度が大きく劣化することはない。

　次に、第２実施の形態において、信号線１６および１８が触感呈示部１２に完全に重ならないような配置にはできない場合に講じる策の、他の例について説明する。

　図５に示す触感呈示装置６においては、タッチセンサ１１からタッチセンサ制御部２０に向けて走査信号を伝達する信号線１８が、タッチセンサ１１の下側に配置された触感呈示部１２に重なっている。このような配置構成にすると、すでに種々の影響を受けた走査信号が信号線１８を経て伝達される際に、触感呈示部１２の発生する電界の影響をさらに受けて、タッチセンサ１１に対する接触の位置を高い精度で検出することができないことが想定される。しかしながら、装置の筐体内部の構造上の制約などの要因により、触感呈示部１２を図５に示すような配置にせざるを得ない場合も想定される。

　このような場合、第２実施の形態においては、信号線１８が触感呈示部１２に重ならないように配置する。

　例えば、図６に示す触感呈示装置４においては、タッチセンサ制御部２０からタッチセンサ１１に向けて走査信号を伝達する信号線１６は、触感呈示部１２に重なっている。しかしながら、タッチセンサ１１からタッチセンサ制御部２０に向けて走査信号を伝達する信号線１８は、触感呈示部１２に重なっていない。このような配置構成にすれば、すでに種々の影響を受けた走査信号が信号線１８を経て伝達される際に、触感呈示部１２の発生する電界の影響をさらに受けることはない。したがって、触感呈示装置４においては、タッチセンサ１１に対する接触の位置の検出における精度が大きく劣化することはない。

（第３実施の形態）
　次に、本発明の第３実施の形態に係る触感呈示装置について説明する。図７は、本発明の第３実施の形態に係る触感呈示装置の概略構成を示す機能ブロック図である。

　図７に示すように、本実施の形態に係る触感呈示装置７は、タッチセンサ１１、触感呈示部１２、タッチセンサ制御部２０、および、触感制御部３０を備える。なお、タッチセンサ制御部２０は、走査信号発生部２２および位置検出部２４を含んで構成される。また、触感制御部３０は、駆動信号発生部３２を含んで構成される。これらの各機能部は、図２において説明した第１実施の形態による触感呈示装置２を構成する各機能部とほぼ同様のものとすることができる。したがって、これら各機能部の詳細な説明は省略する。

　本実施の形態に係る触感呈示装置７においては、触感制御部３０は、タッチセンサ制御部２０から、走査信号発生部２２が走査信号を供給するタイミングの通知を受け取ることができる。

　図８は、本実施の形態による触感呈示処理を説明するための概念図である。図８（Ａ）は、従来の触感の呈示の代表例を説明する図である。

　従来、タッチセンサに対する接触の位置を検出する処理をあまり高速に行うことができなかった等の事情から、一般的には、図８（Ａ）の上段に示すように、接触の位置を検出するための走査は、所定の長期間にわたって、例えば常時走査するようにして行われていた。図８（Ａ）の上段において、ＯＮの位置に実線が存在する期間は、走査を行うための信号が供給されていることを表している。このような状況で、図８（Ａ）の下段に示すように、タッチセンサに振動を発生させるために、例えば触感呈示部のような駆動機構を駆動させる信号（駆動信号）を（１）から（２）までの期間発生したとする。図８（Ａ）の下段において、ＯＮの位置に実線が存在する期間は、駆動信号が供給されていることを表している。しかしながら、この（１）から（２）までの期間は、前述したように、駆動信号の発生がノイズとして作用することより、走査に悪影響を及ぼすことになる。

　近年、タッチセンサに対する接触の位置を検出する処理は非常に高速に行うことができるようになった。そのため、接触の位置を検出するための走査は、例えば図８（Ｂ）の上段に示すように、例えば周期的に短期間行うような間欠的なものであっても、充分に良好な結果を得ることができる。例えば、静電容量方式のタッチセンサの場合、数１０マイクロ秒ごとに、数マイクロ秒の間、接触位置の走査を行うことにより、タッチセンサ上の接触の位置を検出するようにできる。

　しかしながら、図８（Ｂ）の上段のように間欠的に走査することによって接触の位置を検出するようにしても、図８（Ｂ）の下段に示すように、駆動信号を長期間発生すると、不都合が生じる。すなわち、この場合も、（３）から（４）までの期間および（５）から（６）までの期間は、駆動信号がノイズとして作用するため、やはり走査に悪影響を及ぼすことになる。

　そのため、本実施の形態においては、図８（Ｃ）の上段に示すように、接触の位置の検出を間欠的な走査により行いつつ、さらに、タッチセンサに振動を発生させるための駆動信号を、図８（Ｃ）の下段に示すように、接触位置を検出する走査が行われている時間区間と重ならないように発生させる。すなわち、本実施の形態による触感制御部３０は、タッチセンサ１１に対する接触の位置を検出するための走査を行う時間区間と、触感呈示部１２がタッチセンサ１１を振動させる時間区間とが、重ならないように制御する。このような制御により、タッチセンサ１１を振動させる時間区間には、タッチセンサ１１に対する接触の位置を検出するための走査は行われないため、振動を発生させる駆動信号がノイズとして作用することが原因で走査に悪影響を及ぼすことはなくなる。

　本実施の形態に係る触感呈示装置７においては、図７で説明したように、触感制御部３０は、タッチセンサ制御部２０から、走査信号発生部２２が走査信号をタッチセンサ１１に供給するタイミングの通知を受け取ることができる。この通知により、触感制御部３０は、タッチセンサ制御部２０の走査信号発生部２２が走査信号を発生するタイミングを、前もって、またはリアルタイムで知ることができる。したがって、このようにして把握した、走査信号発生部２２が走査信号を発生するタイミングに基づいて、触感制御部３０は、駆動信号発生部３２により発生される駆動信号が、走査信号の発生と時間的に重ならないようにタイミングを制御する。すなわち、触感制御部３０は、触感を呈示する指示を受けたとしても、走査信号が発生する時間区間においては駆動信号発生部３２から駆動信号を供給せずに、走査信号が発生しない時間区間に前記駆動信号を発生させるようにタイミングを制御する。このように制御されたタイミングに基づいて、触感制御部３０は、タッチセンサ１１を振動させる時間区間に、触感呈示部１２が振動を発生させるべく駆動電圧を印加する。

　なお、図７に示した本実施の形態の触感呈示装置７においては、触感制御部３０は、走査信号が供給されるタイミングの通知をタッチセンサ制御部２０から受け取ることを想定して説明した。しかしながら、本実施の形態に係る触感呈示装置７はこのような構成に限定されるものではない。例えば、触感制御部３０は、走査信号発生部２２がタッチセンサ１１に向けて発生する走査信号を直接受信する構成にして、走査信号が発生するタイミングをリアルタイムで把握できるようにしてもよい。

（第４実施の形態）
　次に、本発明の第４実施の形態に係る触感呈示装置について説明する。図９は、本発明の第４実施の形態に係る触感呈示装置の概略構成を示す機能ブロック図である。図９に示すように、第４実施の形態に係る触感呈示装置８は、図７において説明した第３実施の形態に係る触感呈示装置７において、さらにホストコントローラ４０を備えるものである。その他の概略構成は、第３実施の形態に係る触感呈示装置７と同様の構成とすることができる。したがって、本実施の形態において、第３実施の形態にて説明した内容と同じになる説明は、適宜省略する。

　触感呈示装置８においては、ホストコントローラ４０を備えるため、上述した第３実施の形態に係る触感呈示装置７とは異なり、走査信号が供給されるタイミングの通知を触感制御部３０がタッチセンサ制御部２０から受け取る必要はない。ホストコントローラ４０は、タッチセンサ１１に対する接触の位置をタッチセンサ制御部２０が検出した結果を受信する。この結果を受信すると、ホストコントローラ４０は、アプリケーションソフトウェアの指示に基づいて、タッチセンサ１１に対する接触の位置に応じて、触感制御部３０に触感を呈示する旨の指示を行うか否かを判定する。すなわち、ホストコントローラ４０は、タッチセンサ１１の裏面側に配置された図示しない表示部上の表示状態を把握しており、タッチセンサ１１に対する接触の位置が、触感を呈示すべきオブジェクトの位置に対応するか否かを判定する。

　タッチセンサ１１に対する接触の位置が、触感を呈示すべきオブジェクトの位置に対応する場合、ホストコントローラ４０は、触感制御部３０に触感を呈示する旨の指示を出す。一方、タッチセンサ１１に接触が検出されていても、当該接触の位置が触感を呈示すべきオブジェクトの位置に対応しない場合、ホストコントローラ４０は、触感制御部３０に触感を呈示する旨の指示を出さない。

　また、ホストコントローラ４０は、タッチセンサ制御部２０からの通知により、走査信号発生部２２が走査信号を供給するタイミングも把握することができる。したがって、ホストコントローラ４０は、触感制御部３０に触感を呈示する旨の指示を出す際に、走査信号発生部２２が走査信号を供給するタイミングも併せて通知する。これにより、本実施の形態においても、触感制御部３０は、触感を呈示する指示を受けたとしても、走査信号が発生する時間区間においては駆動信号発生部３２から駆動信号を供給せずに、走査信号が発生しない時間区間に前記駆動信号を発生させるようにタイミングを制御する。

　なお、本実施の形態においても、第３実施の形態と同様に、走査信号発生部２２が走査信号を供給するタイミングの通知を、触感制御部３０がタッチセンサ制御部２０から受け取ることにより、駆動信号発生部３２から駆動信号を発生するタイミングを触感制御部３０が制御するようにもできる。さらに、本実施の形態においては、ホストコントローラ４０が、触感制御部３０に触感を呈示する旨の指示を出す時点で、走査信号発生部２２が走査信号を供給するタイミングを既に把握している。したがって、走査信号が発生しない時間区間に前記駆動信号を発生させるようなタイミング制御を、触感制御部３０ではなくホストコントローラ４０が行うようにしてもよい。

　また、図９に示した本実施の形態の触感呈示装置８においては、触感制御部３０は、走査信号が供給されるタイミングの通知をホストコントローラ４０から受けることを想定して説明した。しかしながら、本実施の形態に係る触感呈示装置８はこのような構成に限定されるものではない。例えば、第３実施の形態で説明したのと同様に、触感制御部３０は、走査信号発生部２２がタッチセンサ１１に向けて発生する走査信号を直接受信する構成にして、走査信号が発生するタイミングをリアルタイムで把握できるようにしてもよい。

（第５実施の形態）
　次に、本発明の第５実施の形態に係る触感呈示装置について説明する。図１０は、本発明の第５実施の形態に係る触感呈示装置の概略構成を示す機能ブロック図である。図１０に示すように、第５実施の形態に係る触感呈示装置９は、図９において説明した第４実施の形態に係る触感呈示装置８において、さらに荷重検出部１４を備えるものである。その他の概略構成は、第４実施の形態に係る触感呈示装置８とほぼ同様の構成とすることができる。したがって、本実施の形態において、上述した各実施の形態にてすでに説明した内容と同じになる説明は、適宜省略する。

　本実施の形態において、荷重検出部１４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。荷重検出部１４は、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する。

　上述した各実施の形態においては、タッチセンサ１１に対する接触が、表示部に表示された触感を呈示すべきオブジェクトに対応する位置に検出された時点で、触感制御部３０に触感を呈示すべき旨の指示をする態様について説明した。しかしながら、このように接触を検出した時点で触感を呈示すると、操作者がタッチセンサ１１に意図せず軽く接触してしまった場合であっても触感を呈示することになる。このような装置は、操作者の意図しない操作に基づいて何らかの処理を開始するだけでなく、実際のキーやボタンなどを押下した際に得られるようなリアルな触感（ボタンが押し下がった触感）を操作者に与えることができない。

　そこで、操作者に対してリアルな触感を呈示するために、触感呈示装置９は、以下のような動作を行うことにより、操作者の圧覚を刺激した状態で触覚を刺激する。
　すなわち、触感呈示装置９は、荷重検出部１４により検出されるタッチセンサ１１に加わる押圧荷重が、触感を呈示する荷重基準（例えば１Ｎ）を満たすまでは、操作者の圧覚を刺激するようにする。そして、押圧荷重が当該荷重基準を満たしたら、この触感呈示装置は、触感呈示部１２を構成する圧電振動子を所定の駆動信号で駆動することによりタッチセンサのタッチ面を振動させて、操作者の触覚を刺激するようにする。これにより、触感呈示装置９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を押した際に得られるのと同様な触感を、操作者に呈示することができる。したがって、操作者は、タッチセンサ上（実際には表示部）に描画されたオブジェクトの押しボタンスイッチであっても、現実の押しボタンスイッチを操作した場合と同様のリアルなボタンの押し下がった触感を得ながら、タッチセンサ１１に対して押圧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」という意識との連動で操作を行うことができるので、操作ミスも防止することができる。

　上述した触感を呈示する際の駆動信号、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、呈示する触感に応じて適宜設定することができる。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触感を呈示する場合、例えば、１４０Ｈｚ以上の一定周波数からなる１／４～５／４の何れかの周期分の駆動信号により触感呈示部１２を駆動する。このような駆動信号により触感呈示部１２を駆動させて、タッチセンサ１１のタッチ面を、荷重基準を満たす押圧荷重が加わった状態で、約１５μｍ振動させる。これにより、実際のキーを押し下げた場合のような、リアルな触感を操作者に呈示することができる。

　本実施の形態において、触感制御部３０は、荷重検出部１４が検出するタッチセンサ１１に対する押圧荷重を監視する。そして、触感制御部３０は、荷重検出部１４により検出される押圧荷重が、操作者によるタッチセンサ１１の押圧によって増加して所定の荷重基準を満たした場合、その旨をホストコントローラ４０に通知する。すると、ホストコントローラ４０は、タッチセンサ１１に対する接触の位置が、触感を呈示すべきオブジェクトの位置に対応するか否かを判定し、当該オブジェクトの位置に対応する場合には、触感制御部３０に触感の呈示を指示する。このようにしてホストコントローラ４０から触感の呈示を指示されたら、触感制御部３０は、操作信号発生部２２が走査信号を発生するのと時間的に重ならないタイミングで、駆動信号発生部３２が駆動信号を発生するように制御する。なお、触感制御部３０は、予めホストコントローラ４０から触感呈示の指示があり（開始指示）、押圧荷重が所定の荷重基準を満たすと、（走査信号を発生する時間と重ならないタイミングで）触感呈示することもできる。

　なお、荷重検出部１４は、例えば、複数の圧電素子の出力の平均値から押圧荷重を検出する。ここで、所定の荷重基準を満たす押圧荷重は、操作者が通常の押圧操作を行う際の押圧荷重に基づいて、例えば１Ｎ（ニュートン）などの値を予め設定し、その後も設定変更できるようにするのが好適である。また、操作者が意図せずにタッチセンサに軽く触れてしまったような場合は、押圧荷重が所定の荷重基準を満たしたと判定しないようにするため、この所定の荷重基準は過度に低い値を設定しないようにする。さらに、上述したリアルな触感のための圧覚を操作者に与えるためにも、操作者の意図に基づく押圧の普段の押圧荷重（例えば平均値など）を考慮する等して、前記所定の荷重基準は過度に低い値を設定しないようにするのが好適である。

　このように、本実施の形態に係る触感呈示装置９によれば、第３または第４実施の形態に係る触感呈示装置と同様の効果を得つつ、操作ミスを防止するのみならず、さらにリアルな触感を呈示することができる。

　なお、図１０に示す触感呈示装置９においては、触感呈示部１２と荷重検出部１４とを別の構成要素として図示した。しかしながら、本実施の形態に係る触感呈示装置９はこのような構成に限定されるものではない。例えば、触感呈示装置９において、触感呈示部１２と荷重検出部１４とを、例えば圧電素子などの同一の要素により構成することもできる。すなわち、圧電素子などの同一の要素が、タッチセンサ１１に対する押圧荷重を検出するとともに、当該押圧荷重が所定の荷重基準を満たした場合には、当該タッチセンサ１１を振動させることにより所定の触感を呈示することができる。このようにすれば、装置の筐体内部に配置しなければならない構成要素を低減させることができる。

　この場合、触感制御部３０は、荷重検出部１４によりタッチセンサ１１の押圧荷重を検出する動作と、駆動信号発生部３２が駆動信号を発生する動作とが、時間的に重ならないようにタイミングを制御することにより、同一の要素を用いてその機能を使い分けることが可能になる。

　なお、本発明は、上記各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、上述した各実施の形態において、タッチセンサ制御部２０と触感制御部３０とは別個の構成要素として説明した。しかしながら、本発明による触感呈示装置は、このような構成態様に限定されるものではなく、例えば、タッチセンサ制御部２０と触感制御部３０とをワンチップ構成としたコントローラとすることも当然可能である。その他の構成要素も、適宜、複数の要素を併合させて単一の要素にする構成としたり、あるいは単一の要素を分離して複数の要素にする構成としたりすることもできる。

　また、上述した各実施の形態において、触感呈示部１２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、触感を呈示する振動を表現できるのであれば、偏心モータを駆動信号の１周期で１回転させるようして構成したり、することもできる。

　上述した第５実施の形態において、荷重検出部１４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。さらに、荷重検出部１４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。あるいは、静電容量方式の場合には、荷重検出部１４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、第５実施の形態に係る触感呈示装置は、荷重検出部１４により検出される押圧荷重が、触感を呈示する荷重基準を満たした際に、触感呈示部１２を駆動させた。しかしながら、上記荷重検出部１４により検出される押圧荷重が触感を呈示する荷重基準を満たした際とは、荷重検出部１４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１４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。また、荷重検出部１４により触感を呈示する基準値が検出された際でもよい。

１～４　触感呈示装置
７～９　触感呈示装置
１０　基板
１１　タッチセンサ
１２　触感呈示部
１４　荷重検出部
１６，１８　信号線
２０　タッチセンサ制御部
２２　走査信号発生部
２４　位置検出部
３０　触感制御部
３２　駆動信号発生部

Claims

　タッチセンサと、
　前記タッチセンサに近接して配置され、当該タッチセンサを振動させる触感呈示部と、
　前記タッチセンサに走査信号を送信するとともに、当該タッチセンサから前記走査信号を受信することにより、前記タッチセンサに対する接触の位置を検出するタッチセンサ制御部と、
　前記タッチセンサと前記タッチセンサ制御部との間で走査信号を伝達する信号線と、
　前記タッチセンサ制御部が検出する前記接触の位置に応じて、前記タッチセンサを振動させるように前記触感呈示部を制御する触感制御部と、
　を備え、
　前記触感呈示部は、前記信号線に重ならない箇所に配置されるようにしたことを特徴とする触感呈示装置。
　前記タッチセンサは、静電容量方式のタッチセンサである、請求項１に記載の触感呈示装置。
　タッチセンサと、
　前記タッチセンサを振動させる触感呈示部と、
　前記タッチセンサに対する接触の位置を検出するための走査を行う時間区間と、前記触感呈示部が前記タッチセンサを振動させる時間区間とが、重ならないように制御する触感制御部と、
　を備えることを特徴とする触感呈示装置。
　前記タッチセンサは、静電容量方式のタッチセンサである、請求項３に記載の触感呈示装置。
　前記触感制御部は、前記タッチセンサを振動させる時間区間に、前記触感呈示部が振動を発生させるべく駆動電圧を印加する、請求項３に記載の触感呈示装置。