WO2012117624A1

WO2012117624A1 - 入力機構、入力装置及び入力機構制御方法

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Publication number: WO2012117624A1
Application number: PCT/JP2011/076743
Authority: WO
Inventors: 一仁村田
Original assignee: 日本電気株式会社
Priority date: 2011-03-01
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2012-09-07
Also published as: US20130338963A1

Abstract

入力動作に応じた触覚をユーザに呈示することが可能な入力機構を提供する。　本発明の入力機構は、所定の領域に配置され、指示具が所定の領域上に存在することを検出する指示具検出部と、指示具検出部によって囲まれる領域に配置される弾性部材と、弾性部材が押圧されたことを検出する押圧検出部と、指示具検出部による検出結果と、押圧検出部による検出結果と、から、指示具の移動速度を算出する算出部と、押圧検出部が、弾性部材が押圧されたことを検出した場合、駆動信号を出力する信号出力部と、駆動信号に基づき駆動することによって、弾性部材に力を与える駆動部と、を備える。信号出力部は、算出部が算出した移動速度に基づいて、出力する駆動信号を変化させる。

Description

入力機構、入力装置及び入力機構制御方法

　本発明は、入力機構、入力装置及び入力機構制御方法に関するものである。

　一般的に、携帯情報端末などの比較的小型な電子機器には、ユーザ用の入力装置として、メンブレンスイッチやタクタイルスイッチなどのメカスイッチが使用されている。しかしながら、メカスイッチは、小型・薄型化が困難である。また、スイッチを押した時の感覚がスイッチの物理的な構造自体に決定される。そのため、ユーザの好みに合わせた触覚のカスタマイズや、同じスイッチでも状況に応じて触覚を変更させることは困難である。
　一方、近年、タッチパネルが普及している。タッチパネルは、指などで触れるだけで電子機器へのトリガ入力が可能なものである。タッチパネルは、携帯情報端末以外にもカーナビゲーション用ディスプレイ、駅の切符券売機、銀行のＡＴＭ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　ｔｅｌｌｅｒ　ｍａｃｈｉｎｅ）などで利用されている。
　タッチパネルに関する技術が、例えば特開２００３−２８８１５８号公報（特許文献１）に記載されている。特許文献１に記載の携帯型機器においては、タッチパネル式ディスプレイに力覚デバイスを埋設させ、ユーザの指先にフィードバック感覚を与える。しかしながら、特許文献１に記載された携帯型機器においては、単純なトリガ入力、すなわち操作信号の入力により、スイッチのオン／オフを行うものである。そのため、指の動きなど、入力動作に応じた操作信号の入力を行うものではなかった。また、入力動作に応じて触覚を変化させるものではなく、ユーザにとって必ずしも操作性が良いものではなかった。
　入力動作によって触覚を変化させる入力装置が、例えば特開２００５−３５２９２７号公報（特許文献２）に記載されている。特許文献２に記載の入力装置は、押圧力に応じた検出信号を発生するセンサと、該センサが発生した検出信号から押圧力を判定するセンサを有する。そして、該押圧力に応じた駆動信号を、筐体を振動させるアクチュエータに供給する。

　しかしながら、特許文献２に記載の入力装置では、指やスタイラスペンなどの指示具による入力動作、例えば移動速度に応じて触覚を変化させるものではない。
　本発明は、上記問題に鑑みて、入力動作に応じた触覚をユーザに呈示することが可能な入力機構を提供することを目的とする。

　本発明の入力機構は、所定の領域に配置され、指示具が所定の領域上に存在することを検出する指示具検出部と、指示具検出部によって囲まれる領域に配置される弾性部材と、弾性部材が押圧されたことを検出する押圧検出部と、指示具検出部による検出結果と、押圧検出部による検出結果と、から、指示具の移動速度を算出する算出部と、押圧検出部が、弾性部材が押圧されたことを検出した場合、駆動信号を出力する信号出力部と、駆動信号に基づき駆動することによって、弾性部材に力を与える駆動部と、を備え、信号出力部は、算出部が算出した移動速度に基づいて、出力する駆動信号を変化させる。
　本発明の入力装置は、本発明の入力機構を複数備える。
　本発明の入力機構制御方法は、指示具が所定の領域上に存在することを検出する指示具検出工程と、所定の領域によって囲まれる領域に配置される弾性部材が押圧されたことを検出する押圧検出工程と、指示具検出工程による検出結果と、押圧検出工程による検出結果と、から、指示具の移動速度を算出する算出工程と、押圧検出工程により、弾性部材が押圧されたことが検出された場合、駆動信号を出力する信号出力工程と、駆動信号に基づき駆動することによって、弾性部材に力を与える駆動工程と、を備え、信号出力工程は、算出工程により算出された移動速度に基づいて、駆動信号を変化させる。
　本発明のプログラムは、指示具が所定の領域上に存在することを検出する指示具検出工程と、所定の領域によって囲まれる領域に配置される弾性部材が押圧されたことを検出する押圧検出工程と、指示具検出工程による検出結果と、押圧検出工程による検出結果と、から、指示具の移動速度を算出する算出工程と、押圧検出工程により、弾性部材が押圧されたことが検出された場合、駆動信号を出力する信号出力工程と、駆動信号に基づき駆動することによって、弾性部材に力を与える駆動工程と、をコンピュータに実行させ、信号出力工程は、算出工程により算出された移動速度に基づいて、駆動信号を変化させる。
　本発明の記録媒体は、コンピュータに読み取り可能な情報記憶媒体であって、本発明のプログラムを記録する。

　本発明における入力機構により、入力動作に応じた触覚をユーザに呈示することが可能となる。

図１Ａは、本発明の第１の実施形態における入力機構の構成の一例であって、上面図の一例を示す。図１Ｂは、本発明の第１の実施形態における入力機構の構成の一例であって、断面図の一例を示す。図２Ａは、本発明の第１の実施形態における入力機構の作用の一例を示す。図２Ｂは、本発明の第１の実施形態における入力機構の作用の一例を示す。図３は、本発明の第１の実施形態における入力機構の動作フローチャートの一例を示す。図４Ａは、本発明の第２の実施形態における入力機構の構成の一例であって、上面図の一例を示す。図４Ｂは、本発明の第２の実施形態における入力機構の構成の一例であって、断面図の一例を示す。図５は、本発明の第２の実施形態における入力機構のハードウェア構成の一例を示す。図６Ａは、本発明の第１の実施形態における入力機構の作用の一例を示す。図６Ｂは、本発明の第１の実施形態における入力機構の作用の一例を示す。図７は、指示具の移動速度の違いを、矢印を用いて視覚化した図を示す。図８Ａは、圧電素子に入力する電圧信号波形の一例を示す。図８Ｂは、圧電素子に入力する電圧信号波形の一例を示す。図９は、本発明の第２の実施形態における入力機構の動作フローチャートの一例を示す。図１０Ａは、本発明の第２の実施形態における入力機構の構成の他の例を示す。図１０Ｂは、本発明の第２の実施形態における入力機構の構成の他の例を示す。図１０Ｃは、本発明の第２の実施形態における入力機構の構成の他の例を示す。図１０Ｄは、本発明の第２の実施形態における入力機構の構成の他の例を示す。図１１Ａは、本発明の第２の実施形態における入力機構の構成の他の例を示す。図１１Ｂは、本発明の第２の実施形態における入力機構の構成の他の例を示す。図１２Ａは、本発明の第３の実施形態における入力機構の構成の一例であって、上面図の一例を示す。図１２Ｂは、本発明の第３の実施形態における入力機構の構成の一例であって、断面図の一例を示す。図１３Ａは、本発明の第３の実施形態における入力機構の構成の他の例を示す。図１３Ｂは、本発明の第３の実施形態における入力機構の構成の他の例を示す。図１３Ｃは、本発明の第３の実施形態における入力機構の構成の他の例を示す。図１３Ｄは、本発明の第３の実施形態における入力機構の構成の他の例を示す。図１４Ａは、本発明の第４の実施形態における入力機構の構成の一例であって、上面図の一例を示す。図１４Ｂは、本発明の第４の実施形態における入力機構の構成の一例であって、断面図の一例を示す。図１５Ａは、本発明の第５の実施形態における入力装置の構成の一例であって、上面図の一例を示す。図１５Ｂは、本発明の第５の実施形態における入力装置の構成の一例であって、断面図の一例を示す。

　１０、１０ａ~１０ｄ、２０、４０、５０　入力機構
　１１、３２　指示具検出部
　１２、２２　弾性部材
　１３、３３　押圧検出部
　１４、３４　算出部
　１５、３９　駆動部
　１６、３７　信号出力部
　２１　光電センサ
　２３　圧電素子
　２４　防液シート
　２５　支持部材
　２７　媒質
　２８　カバーシート
　２９　ＣＰＵ
　３０　筐体底板
　３１　筐体側板
　３５　判定部
　３６　信号生成部
　３８　記録部
　４１ａ~４１ｄ、４２ａ~４２ｆ、４３ａ~４３ｃ、４４ａ~４４ｄ、４５ａ~４５ｃ
　個別光電センサ
　５１　位置センサ
　６０　入力装置

　［第１の実施形態］
　本発明の第１の実施形態におけるスイッチについて、図１Ａ及び図１Ｂを用いて説明する。図１Ａは、入力機構１０の上面図を示す。図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ´線における、入力機構１０の断面図を示す。なお、算出部１４及び信号出力部１６は、入力機構１０が備えるハードウェア構成の一部を示したものである。
　入力機構１０は、指示具検出部１１と、弾性部材１２と、押圧検出部１３と、算出部１４と、駆動部１５と、信号出力部１６と、を有する。
　指示具検出部１１は、所定の領域に配置され、該所定の領域上に指示具が存在することを検出する。ここで、指示具とは、ユーザの指やスタイラスペンなど、入力機構１０に対して入力を行うものを示す。弾性部材１２は、少なくとも指示具検出部１１で囲まれる領域に配置される。押圧検出部１３は、弾性部材１２が押圧されたことを検出する。算出部１４は、指示具検出部１１による検出結果と、押圧検出部１３による検出結果と、から、指示具の移動速度を算出する。駆動部１５は、駆動信号に基づき駆動することによって、弾性部材１２に力を与える。信号出力部１６は、押圧検出部１３が、弾性部材１２が押圧されたことを検出した場合、駆動部１５に対して駆動信号を出力する。信号出力部１６は、算出部１４が算出した移動速度に応じて、出力する駆動信号を変化させる。
　次に、本実施形態における入力機構１０の作用について、図２Ａ、図２Ｂ及び図３を用いて説明する。
　ここでは、指示具はユーザの指とし、該ユーザの指によって入力機構１０に対して入力を行うこととする。
　初めに、図２Ａに示すように、ユーザの指が指示具検出部１１の上に存在すると、指示具検出部１１は、指示具検出部１１が配置された領域上に指示具が存在することを検出する（ステップ１）。
　次に、図２Ｂに示すように、ユーザの指が弾性部材１２上を移動した後、弾性部材１２の中央付近を押下する。この時、押圧検出部１３は、弾性部材１２が押圧されたことを検出する（ステップ２）。
　そして、算出部１４は、指示具検出部１１による検出結果と、押圧検出部１３による検出結果に基づいて、ユーザの指の移動速度を算出する（ステップ３）。移動速度の算出方法としては、例えば、指示具検出部１１と弾性部材１２の中央付近との間の距離ｄと、指示具検出部１１が指示具の存在を検出した時間と、押圧検出部１３が弾性部材１２の押圧を検出した時間と、から移動速度を算出する。
　信号出力部１６は、算出部１４が算出した移動速度に応じた駆動信号を、駆動部１５に対して出力する（ステップ４）。
　駆動部１５は、入力された駆動信号に基づいて駆動する（ステップ５）。そして、駆動部１５が駆動することによって弾性部材１２に対して力が加わり、指示具に対して触覚を呈示する。
　以上のようにして、本実施形態においては、入力動作に応じた触覚をユーザに呈示することが可能となる。
　［第２の実施形態］
　本発明の第２の実施形態における入力機構２０について、図４Ａ、図４Ｂ及び図５を用いて説明する。図４Ａは、入力機構２０の上面図を示す。図４Ｂは、図４ＡのＢ−Ｂ´線における、入力機構２０の断面図を示す。図５は、入力機構２０のハードウェア構成を示す。
　入力機構２０は、光電センサ２１と、弾性部材２２と、圧電素子２３と、防液シート２４と、支持部材２５と、筐体２６と、媒質２７と、カバーシート２８と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）２９と、を備える。
　光電センサ２１は、光電センサ２１上の物体の有無を検知できるものである。すなわち、光電センサ２１は、指示具が光電センサ２１上に存在することを検出することができる。光電センサとは、例えば、可視光線、赤外線などを信号光として発射し、検出物体によって反射する光を受光部で検出したり（反射型）、遮光される光量の変化を受光部で検出するもの（透過型・回帰反射型）である。そのため、光電センサ２１が、指示具の存在を検出するためには、必ずしも指示具が光電センサ２１に接触している必要はない。すなわち、図６Ａに示すように、ユーザの指が光電センサ２１に接触することなく、光電センサ２１上に存在する場合でも、光電センサ２１は、ユーザの指の存在を検出することができる。
　圧電素子２３は、圧力によって屈曲変形すると、電圧を発生する。また、圧電素子２３は、電圧を印加されることで屈曲変形する。防液シート２４は、圧電素子２３が媒質２７と接触するのを防止する。
　筐体２６は、筐体底板３０と筐体側板３１とからなる。筐体底板３０および筐体側板３１の材質としては、アルミ、ステンレス等の金属材料や、ＡＢＳ等の樹脂材料が挙げられる。そして、筐体底板３０の外周上に、筐体側板３１がネジや接着等により固定されている。筐体２６は、上面が開放されており、開口領域が形成されている。そして、この開口領域には、弾性部材２２及びカバーシート２８の少なくとも一部が配置される。
　筐体底板３０の上には支持部材２５を挟んで圧電素子２３が固定されており、圧電素子２３の表面には防液シート２４が接着剤等により貼り付けられている。なお、本実施形態における圧電素子２３は、例えばバイモルフ型圧電振動子である。
　また、筐体側板３１の上には弾性部材２２が載置され、その上にカバーシート２８および光電センサ２１が固定されている。光電センサ２１は、筐体側板３１上に位置する。ここで、光電センサ２１とカバーシート２８は同じ厚さとし、両者の間で段差が発生しないようにする。そして、光電センサ２１は、図４Ａに示すように多角形の周囲形状を構成する。本実施形態における光電センサ２１は、四角形の周囲形状を構成する。また、光電センサ２１が構成する四角形の周囲形状は、筐体２６の上面の外周形状と相似関係にある。さらに、筐体底板３０上に固定された圧電素子２３と、筐体側板３１と、弾性部材２２とによって囲まれた閉空間には、媒質２７が封入されている。すなわち、筐体２６は、圧電素子２３と、防液シート２４と、支持部材２５と、媒質２７とを内部に収納する。媒質２７は、弾性部材２２の下部に配置され、弾性部材２２に対する圧力を伝播可能な媒質であり、例えば水などの非圧縮性流体やゲルである。
　また、入力機構２０のハードウェア構成は、図５に示すように、指示具検出部３２と、押圧検出部３３と、算出部３４と、判定部３５と、信号生成部３６と、信号出力部３７と、記録部３８と、駆動部３９と、を備える。指示具検出部３２は、指示具検出部３２が配置された領域上に指示具が存在することを検出すると、指示具検出信号を発生する。ここで、本実施形態において、指示具検出部３２は、光電センサ２１によって実現されている。すなわち、光電センサ２１は、光電センサ２１上に指示具が存在することを検出すると、指示具検出信号を発生する。また、押圧検出部３３は、光電センサ２１に囲まれた領域に配置された弾性部材２２が、指示具により押圧されたことを検出すると押圧検出信号を送出する。また、駆動部３９は、弾性部材２２に対して力が加わるように駆動する。ここで、本実施形態において、押圧検出部３３は、圧電素子２３によって実現されている。すなわち、本実施形態においては、光電センサ２１で囲まれた領域に配置されたカバーシート２８及び弾性部材２２が指示具により押圧されると、媒質２７を介して圧力が伝搬し、圧電素子２３が下に凸となるように屈曲変形する。この時、圧電効果により、圧電素子２３に設けられた第一の端子（図示せず）に、押圧検出信号としての電圧信号が発生する。このようにして、圧電素子２３は、弾性部材２２が押圧されたことを検出して電圧信号を発生することで、押圧検出部３３として機能する。
　ＣＰＵ２９は、指示具の移動速度の算出、算出した移動速度が所定の閾値を越えたかどうかの判定、駆動信号の生成及び出力、といった一連の処理を行う。具体的には、算出部３４が、光電センサ２１から指示具検出信号が発生した時間と、圧電素子２３から電圧信号が発生した時間とから、指示具の移動速度を算出する。そして、判定部３５は、算出部３４で算出された指示具の移動速度が、所定の閾値より大きいかどうかを判定する。なお、移動速度の所定の閾値とは、予めユーザが自由に設定できるものとしても良い。
　ここで、記録部３８には、指示具の移動速度の大きさに対応する駆動信号波形が記録されている。すなわち、移動速度が所定の閾値を超えるか否かに対応付けられた、異なる２つの駆動信号が記録されている。つまり、記録部３８には、異なる２つの駆動信号として、例えば、指示具の移動速度が所定の閾値を超える場合に対応付けられた駆動信号と、指示具の移動速度が所定の閾値を超えない場合に対応付けられた駆動信号が、記録されている。信号生成部３６は、判定部３５の判定結果に従って、記録部３８に記録された駆動信号波形を読み出し、駆動信号を生成する。すなわち、信号生成部３６は、判定部３５の判定結果に従って、前記２つの駆動信号のいずれか一方を記録部３８から読み出して、これを駆動信号として生成する。そして、信号出力部３７は、信号生成部３６が生成した駆動信号を、駆動部３９に対して出力する。駆動部３９は、駆動信号が入力されることによって駆動する。なお、本実施形態においては、駆動部３９は、圧電素子２３によって実現される。また、信号生成部３６が生成する駆動信号とは、圧電素子２３に入力する電圧信号である。すなわち、圧電素子２３に設けられた第二の端子（図示せず）に電圧信号が入力すると、圧電素子２３は、上方向または下方向に凸となるように変形する。そのため、媒質２７にかかる圧力が変化し、弾性部材２２およびカバーシート２８が上または下に凸となるように変形する。これにより、カバーシート２８上の指示具に対して触覚を呈示する。このようにして、圧電素子２３は、駆動部３９として機能する。すなわち、本実施形態においては、圧電素子２３は、押圧検出部３３としても機能する一方で、駆動部３９としても機能する。
　次に、入力機構２０の具体的な作用について、図６Ａ乃至図９を用いて説明する。図６Ａ及び図６Ｂは、指示具によって入力を行う場合における、入力機構２０の断面図を示す。図７は、指示具の移動速度の違いを、矢印を用いて視覚化した図である。ここでは、矢印が長い程、移動速度が大きいことを示す。すなわち、図７に示す矢印ａは、矢印ｂと比較して、移動速度が大きい状態を示す。図８Ａ及び図８Ｂは、圧電素子２３に印加する電圧信号波形の一例を示している。図８Ａには、指示具の移動速度が大きい場合（図７の矢印ａ）は、指示具の移動速度が小さい場合（図７の矢印ｂ）に比べて、印加する電圧信号の周波数が高くなるよう制御する場合を示す。図８Ｂには、指示具の移動速度が大きい場合（図７の矢印ａ）は、指示具の移動速度が小さい場合（図７の矢印ｂ）に比べて、電圧信号の振幅が大きくなるよう制御する場合を示す。
　図９は、入力機構２０の動作フローチャートである。初めに、入力機構２０が起動すると、操作受付処理が実行される。そして、入力機構２０は、指示具検出部３２としての光電センサ２１からの、指示具検出信号の発生待ち状態となる（ステップ１０）。そして、入力機構２０は、光電センサ２１からの指示具検出信号の有無を判定する（ステップ１１）。ここで、図６Ａに示すように、指示具が光電センサ２１上を通過する際、光電センサ２１から、指示具が存在することを示す指示具検出信号が送出される（ステップ１１においてＹＥＳ）。この場合、入力機構２０は、押圧検出部３３からの、押圧検出信号の発生待ち状態となる（ステップ１２）。なお、本実施形態においては、押圧検出部３３は圧電素子２３によって実現される。
また、押圧検出信号は、圧電素子２３から発生する電圧信号である。一方、光電センサ２１から指示具検出信号が送出されない場合（ステップ１１においてＮＯ）は、入力機構２０は、指示具検出信号の発生待ち状態（ステップ１０）に戻る。
　そして、指示具が、カバーシート２８上をスライドし、光電センサ２１で囲まれた領域の中央付近を押下する。この時、カバーシート２８および弾性部材２２は下に凸となるように変形し、指示具の押圧による圧力が媒質２７に伝播して、圧電素子２３は図６Ｂに示すように変形する。これにより、圧電素子２３に設けられた第一の端子（図示せず）間に、押圧検出信号としての電圧信号が発生する（ステップ１３においてＹＥＳ）。この時、圧電素子２３は、押圧検出部３３として機能している。
　次に、算出部３４は、光電センサ２１から指示具検出信号が発生した時間と、圧電素子２３から電圧信号が発生した時間とに基づいて、指示具の移動速度を算出する（ステップ１４）。具体的には、算出部３４は、予め、光電センサ２１と、弾性部材２２の中央付近との間の距離ｅを記録している。そして、算出部３４は、指示具検出信号が発生した時間と、押圧検出信号が発生した時間との時間差分を算出する。そして、算出部３４は、該時間差分と、予め記録されていた距離ｅから、指示具の移動速度を算出する。なお、距離ｅの情報を記録するのは記録部３８とし、算出部３４は、記録部３８から距離ｅの情報を読み出すこととしても良い。
　ここで、指示具が移動した距離は、必ずしも距離ｅとはならず、多少のズレが発生する場合もある。すなわち、光電センサ２１上のどの位置を通過してから、弾性部材２２のどの位置を押圧したかによって、指示具の移動距離は変動する。そのため、移動速度を正確に算出するためには、位置センサを別途設けるなどして、指示具の移動距離を正確に算出する必要がある。しかしながら、本実施形態においては、算出部３４が算出する移動速度は必ずしも正確である必要はなく、後述するステップ１５において、移動速度を大まかに分類することができれば良い。また、一般的に、指示具によって押圧する場合には、押圧可能領域の中央（本実施形態においては、光電センサ２１によって囲まれた領域の中央）を押圧する場合が多い。そのため、実際の移動距離と距離ｅとに大幅なズレが生じることは想定しづらい。以上のような理由から、位置センサを新たに追加しなくとも、移動速度に応じた触覚を呈示することは可能である。但し、移動速度をより正確に算出する必要がある場合には、後述する第４の実施形態のように、位置センサを設けることとしても良い。
　判定部３５は、算出部３４が算出した移動速度が、所定の閾値より大きいかどうかを判定する（ステップ１５）。指示具の移動速度が所定の閾値より大きい場合（ステップ１５においてＹＥＳ）、駆動信号１を生成し（ステップ１６）、駆動部３９に対して駆動信号１を出力する（ステップ１７）。そして、指示具検出信号の発生待ち状態（ステップ１０）に戻る。一方、指示具の移動速度が所定の閾値以下である場合（ステップ１５においてＮＯ）、駆動信号１とは異なる駆動信号２を生成し（ステップ１８）、駆動部３９に対して駆動信号２を出力する（ステップ１９）。そして、入力機構２０は、指示具検出信号の発生待ち状態（ステップ１０）に戻る。なお、本実施形態における駆動部３９は、圧電素子２３によって実現される。また、圧電素子２３に入力される駆動信号は電圧信号である。ここで、駆動信号１を電圧信号１とし、駆動信号２を電圧信号２とする。電圧信号１及び電圧信号２は、例えば図８Ａ及び図８Ｂに示したように、周波数や振幅が互いに異なる電圧信号である。例えば、電圧信号１及び電圧信号２を、図８Ａに示したような２種類の信号波形にそれぞれ設定する。この場合、指示具の移動速度が所定の閾値より大きい場合、移動速度が所定の閾値以下の場合に比べて、周波数が大きい電圧信号が出力される。そのため、移動速度の違い、すなわち入力動作の違いにより、異なる触覚がユーザに呈示される。また、電圧信号１及び電圧信号２を、図８Ｂに示したように、振幅が互いに異なる信号波形としても良い。この場合、指示具の移動速度が閾値より大きい場合、移動速度が閾値以下の場合に比べて、振幅が大きい電圧信号が出力される。そのため、この場合においても移動速度の違い、すなわち入力動作の違いにより、異なる触覚がユーザに呈示される。なお、図８Ａや図８Ｂや図９のステップ１５~１９においては、指示具の移動速度を、１つの閾値によって２つに分類するようにしたが、これに限らない。すなわち、移動速度の閾値を２つ以上設定し、より多くのパターンの電圧信号に対応付けることとしても良い。なお、閾値の大きさや数は、必要に応じて変更可能なものとしても良い。
　このようにして本実施形態における入力機構２０は、指示具の移動速度に応じて、圧電素子２３に入力する電圧信号を変化させて、カバーシート２８を介して指示具に異なる触覚をフィードバックする。そのため、入力動作に応じた触覚をユーザに呈示することが可能となる。
　更に、本実施形態においては、光電センサ２１とカバーシート２８は同じ厚さとし、両者の間で段差が発生しないようにした。そのため、指示具が光電センサ２１及びカバーシート２８上をスライドする際、段差による不快な触覚が発生しない。
　なお、本実施形態においては、筐体底板３０と筐体側板３１は別部品で構成されているとしたが、一体部品で構成されてもよい。
　また、本実施形態においては、弾性部材２２の上に、カバーシート２８が載置されているとしたが、弾性部材２２とカバーシート２８を一体部品で構成するものとしてもよい。また、弾性部材２２とカバーシート２８の弾性係数は同じとしても良いし、異なるものとしても良い。
　また、図５においては、ＣＰＵ２９の内部に記録部３８を備えることとしたが、これに限らない。すなわち、ＣＰＵ２９の外部に、記録部３８を備えることとしても良い。更に、図５においては、信号生成部３６と信号出力部３７とを分けて記載したが、両者は１つの部品で実現されることとしても良い。
　更に、本実施形態における光電センサ２１は、四角形の周囲形状を構成するとしたが、これに限らない。例えば、図１０Ａ、図１０Ｂに示すように、六角形や三角形の周囲形状を構成することとしても良い。また、本実施形態においては、光電センサ２１が構成する周囲形状は、筐体２６の上面の外周形状と相似関係にあるとしたが、これに限らない。例えば、図１０Ｃ、図１０Ｄに示すように、光電センサ２１が構成する周囲形状と、筐体２６の上面の外周形状とは、相似関係になくても良い。
　なお、本実施形態においては、圧電素子２３から電圧信号が発生した場合には、算出部３４による移動速度の算出が開始されることとしたが、これに限らない。例えば、圧電素子２３から発生した電圧信号の大きさが所定の閾値を超えた場合にのみ、算出部３４による移動速度の算出や、圧電素子２３に対する電圧信号の入力が実行されることとしても良い。この場合、算出部３４が、圧電素子２３から出力される電圧信号の大きさが所定の閾値を超えたか否かを判定することとしても良い。あるいは、算出部３４とは別に、圧電素子２３から出力される電圧信号の大きさが所定の閾値を超えたか否かを判定する判定部を設けることとしても良い。これにより、ユーザが入力機構２０に対する入力を途中で中止して、圧電素子２３から発生する電圧信号の大きさが十分でない場合には、図９におけるステップ１４~１９の処理は実行されない。そのため、ユーザに対して、入力機構２０への入力を途中で中止したにも関わらず触覚を呈示してしまい、入力が完了してしまったという誤解を生じさせることを防止できる。
　なお、本実施形態においては、指示具検出部３２を光電センサ２１によって実現することとしたが、これに限らない。例えば、指示具検出部３２として、指示具が接触したことを検出する静電センサなどの、他のセンサを用いることとしても良い。
　また、本実施形態においては、圧電素子２３を、筐体底板３０の上に、支持部材２５を挟んで固定することとしたが、これに限らない。例えば、図１１Ａに示すように、筐体側板３１に対して、支持部材２５を挟んで固定することとしても良い。この場合、指示具によって弾性部材２２を押圧すると、図１１Ｂのように、圧電素子２３が屈曲変形する。すなわち、圧電素子２３は、弾性部材２２に対して平行に形成されても良いし、弾性部材２２に対して垂直に形成されても良い。但し、本実施形態のように、圧電素子２３を、弾性部材２２に対して平行に形成した場合の方が、弾性部材２２に対して垂直に形成する場合よりも、入力機構を薄型化することができる。これは、入力機構のＺ軸方向の長さを小さくしても、圧電素子２３と媒質２７との接触面積（本実施形態においては、防液シート２４を介した接触面積）を十分に確保することができるためである。
　［第３の実施形態］
　本発明の第３の実施形態における入力機構４０について、図１２Ａ及び図１２Ｂを用いて説明する。図１２Ａは、本実施形態における入力機構４０の上面図を示す。図１２Ｂは、図１２ＡのＣ−Ｃ´線における、入力機構４０の断面図を示す。
　入力機構４０は、第２の実施形態の入力機構２０と比較して、光電センサの構成が異なる。すなわち、入力機構４０においては、入力機構２０と異なり、複数の個別光電センサ４１ａ~４１ｄを備える。この複数の個別光電センサ４１ａ~４１ｄはそれぞれ多角形の一辺の形状、本実施形態においては四角形の一辺の形状を構成する。また、複数の個別光電センサ４１ａ~４１ｄには、それぞれ異なる識別情報が割り当てられている。なお、入力機構４０のうち、入力機構２０と同様の構成については、説明は省略する。
　次に、入力機構４０の作用について説明する。なお、入力機構４０のハードウェア構成の概要は、図５に示す入力機構２０のハードウェア構成と同様であるため、図５も参照しながら説明する。
　初めに、指示具が、個別光電センサ４１ａ~４１ｄのうち、個別光電センサ４１ｂ上を通過したとする。この場合、個別光電センサ４１ｂは、指示具検出信号を送出すると共に、個別光電センサ４１ｂに割り当てられた識別情報を送出する。
　次に、指示具によって、個別光電センサ４１ａ~４１ｄに囲まれた領域に配置されたカバーシート２８及び弾性部材２２が押圧されると、圧電素子２３は屈曲変形し、電圧信号を発生する。
　圧電素子２３から電圧信号が発生すると、算出部３４は、指示具の移動速度を算出する。そして、判定部３５は、算出した移動速度が、所定の閾値を超えているか否かを判定する。
　ここで、入力機構４０が備える記録部３８には、移動速度の大きさと、個別光電センサの識別情報とに対応する駆動信号波形が記録されている。すなわち、指示具が通過した個別光電センサが、個別光電センサ４１ａ~４１ｄのいずれであるかによって、異なる駆動信号波形が設定されている。
　そして、信号生成部３６は、判定部３５による判定結果と、個別光電センサ４１ｂの識別情報とに対応する駆動信号波形を、記録部３８から読み出す。その後、信号出力部３７は、信号生成部３６が生成した駆動信号を、駆動部３９である圧電素子２３に対して出力する。
　このように、本実施形態においては、指示具が個別光電センサ４１ａ~４１ｄのいずれを通過したかを識別することが可能となる。そして、指示具の移動速度の違いだけでなく、指示具が個別光電センサ４１ａ~４１ｄのいずれを通過したかによって、それぞれ異なる触覚をユーザに呈示することが可能となる。そのため、より細かく入力動作を分類して、それぞれの入力動作に応じた触覚をユーザに呈示することが可能となる。
　なお、本実施形態においては、複数の個別光電センサがそれぞれ、四角形の一辺の形状を構成することとしたが、これに限らない。例えば、図１３Ａ、図１３Ｂに示すように、複数の個別光電センサ４２ａ~４２ｆ及び４３ａ~４３ｃがそれぞれ、六角形や三角形の一辺の形状を構成することとしても良い。また、図１３Ｃ、図１３Ｄに示すように、複数の個別光電センサ４４ａ~４４ｄ及び４５ａ~４５ｃが構成する多角形の周囲形状と、筐体２６の上面の外周形状とは、相似関係になくても良い。
　［第４の実施形態］
　本発明の第４の実施形態における入力機構５０について、図１４Ａ及び図１４Ｂを用いて説明する。図１４Ａは、本実施形態における入力機構５０の上面図を示す。図１４Ｂは、図１４ＡのＤ−Ｄ´線における、入力機構５０の断面図を示す。
　本実施形態における入力機構５０は、第２の実施形態の入力機構２０に、位置センサ５１が加わった構成である。位置センサ５１は、指示具が光電センサ２１上に存在する際、光電センサ２１のどの位置に存在するかを検出する。更に、位置センサ５１は、圧電素子２３が電圧信号を発生した時に、押圧力が最もかかっている位置を検出する。すなわち、位置センサ５１は、指示具が弾性部材２２を押圧する位置を検出する。位置センサ５１は、例えば、カバーシート２８と弾性部材２２との間に挿入される。
　そして、算出部３４は、位置センサ５１が検出した位置情報を利用して、指示具の移動速度を算出する。すなわち、算出部３４は、指示具が光電センサ２１のどの位置上に存在したかを示す位置情報と、指示具が弾性部材２２のどの位置を押圧したかを示す位置情報とから、指示具の移動距離を算出する。そして、該移動距離と、指示具検出信号が発生した時間と、押圧検出信号が発生した時間とから、指示具の移動速度を算出する。そのため、本実施形態における算出部３４は、第２の実施形態における距離ｅの情報を記録する必要はない。その他の作用については、第２の実施形態と同様であるため、説明は省略する。
　以上のように、本実施形態においては、指示具が光電センサ２１を通過した位置と、弾性部材２２を押圧した位置との間の距離を、位置センサ５１によって検出した位置情報に基づいて算出することができる。そのため、第２の実施形態と比較して、より正確に、指示具の移動速度を算出することが可能となる。
　なお、本実施形態においては、光電センサ２１とは別に位置センサ５１を設けることとしたが、これに限らない。例えば、位置センサ５１に指示具が接触したことを検出する指示具検出部としての機能をもたせることとしても良い。すなわち、指示具の接触の検出と、位置情報の取得とを、一つの部品で実行することとしても良い。
　［第５の実施形態］
　本発明の第５の実施形態における入力装置６０について、図１５Ａ及び図１５Ｂを用いて説明する。図１５Ａは、入力装置６０の上面図である。図１５Ｂは、図１５ＡのＥ−Ｅ´線における断面図である。図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように、本実施形態における入力装置６０は、第１の実施形態における入力機構１０を複数（入力機構１０ａ~１０ｄ）備える構成である。ここで、入力機構１０ａ~１０ｄのそれぞれにおける、指示具検出部１１によって囲まれる領域を、領域Ａ~Ｄとする。そして、領域Ａ~Ｄの中で、どの領域の弾性部材１２を押圧したかによって、入力装置６０に入力される入力情報を変化させることとしても良い。
　なお、本実施形態における入力装置６０は、入力機構１０を複数備える構成としたが、これに限らない。例えば、第２の実施形態乃至第４の実施形態における、入力機構２０、４０、５０を複数備える構成としても良い。
　以上、図面を参照しながら本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は係る実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
　上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
　（付記１）所定の領域に配置され、指示具が前記所定の領域上に存在することを検出する指示具検出部と、
　前記指示具検出部によって囲まれる領域に配置される弾性部材と、
　前記弾性部材が押圧されたことを検出する押圧検出部と、
　前記指示具検出部による検出結果と、前記押圧検出部による検出結果と、から、前記指示具の移動速度を算出する算出部と、
　前記押圧検出部が、前記弾性部材が押圧されたことを検出した場合、駆動信号を出力する信号出力部と、
　前記駆動信号に基づき駆動することによって、前記弾性部材に力を与える駆動部と、を備え、
　前記信号出力部は、前記算出部が算出した移動速度に基づいて、出力する前記駆動信号を変化させることを特徴とする、入力機構。
　（付記２）前記指示具検出部は、それぞれ異なる識別情報が割り当てられた複数の個別指示具検出部を有し、
　前記信号出力部は、前記移動速度と、前記指示具の存在を検出した個別指示具検出部の識別情報とに基づいて、前記駆動信号を変化させることを特徴とする、付記１に記載の入力機構。
　（付記３）前記指示具検出部は多角形の周囲形状を構成し、
　前記複数の個別指示具検出部はそれぞれ、前記多角形の一辺の形状を構成することを特徴とする、付記２に記載の入力機構。
　（付記４）前記弾性部材の下部に配置され、前記弾性部材に対する圧力を伝播可能な媒質と、
　前記媒質と前記押圧検出部と前記駆動部とを内部に収納する筐体と、を更に備え、
　前記押圧検出部は、前記媒質を介して、前記弾性部材が押圧されたことを検出することを特徴とする、付記１乃至３のいずれか一つに記載の入力機構。
　（付記５）前記筐体は、上面に開口領域を有し、
　前記弾性部材の少なくとも一部は、前記開口領域に配置され、
　前記指示具検出部が構成する形状は、前記筐体の前記上面の外周形状と相似関係にあることを特徴とする、付記４に記載の入力機構。
　（付記６）前記押圧検出部であり、前記駆動部でもある圧電素子を備え、
　前記圧電素子は、前記弾性部材が押圧されると屈曲変形して電圧信号を発生し、前記駆動信号は電圧信号であることを特徴とする、付記１乃至５のいずれか一つに記載の入力機構。
　（付記７）前記信号出力部は、前記圧電素子から発生した電圧信号の大きさが、所定の閾値を超える場合にのみ、前記圧電素子に対して前記電圧信号を出力することを特徴とする、付記６に記載の入力機構。
　（付記８）前記信号出力部は、前記算出部が算出した移動速度に応じて、前記圧電素子に対して出力する電圧信号の振幅あるいは周波数のうち、少なくとも一方を変化させることを特徴とする、付記６または７に記載の入力機構。
　（付記９）前記圧電素子は、バイモルフ型圧電素子であることを特徴とする、付記１乃至８のいずれか一つに記載の入力機構。
　（付記１０）前記指示具検出部は、光電センサであることを特徴とする、付記１乃至９のいずれか一つに記載の入力機構。
　（付記１１）前記指示具検出部が前記指示具の存在を検出した時の、前記指示具の位置情報と、前記押圧検出部が、前記弾性部材が押圧されたことを検出した時の、前記指示具の位置情報と、を取得する、位置センサを更に備えることを特徴とする、付記１乃至１０のいずれか一つに記載の入力機構。
　（付記１２）付記１乃至１１のいずれか一つに記載の入力機構を複数備えることを特徴とする、入力装置。
　（付記１３）指示具が所定の領域上に存在することを検出する指示具検出工程と、
　前記所定の領域によって囲まれる領域に配置される弾性部材が押圧されたことを検出する押圧検出工程と、
　前記指示具検出工程による検出結果と、前記押圧検出工程による検出結果と、から、前記指示具の移動速度を算出する算出工程と、
　前記押圧検出工程により、前記弾性部材が押圧されたことが検出された場合、駆動信号を出力する信号出力工程と、
　前記駆動信号に基づき駆動することによって、前記弾性部材に力を与える駆動工程と、を備え、
　前記信号出力工程は、前記算出工程により算出された移動速度に基づいて、前記駆動信号を変化させることを特徴とする、入力機構制御方法。
　（付記１４）指示具が所定の領域上に存在することを検出する指示具検出工程と、
　前記所定の領域によって囲まれる領域に配置される弾性部材が押圧されたことを検出する押圧検出工程と、
　前記指示具検出工程による検出結果と、前記押圧検出工程による検出結果と、から、前記指示具の移動速度を算出する算出工程と、
　前記押圧検出工程により、前記弾性部材が押圧されたことが検出された場合、駆動信号を出力する信号出力工程と、
　前記駆動信号に基づき駆動することによって、前記弾性部材に力を与える駆動工程と、をコンピュータに実行させ、
　前記信号出力工程は、前記算出工程により算出された移動速度に基づいて、前記駆動信号を変化させることを特徴とする、プログラム。
　（付記１５）コンピュータに読み取り可能な情報記憶媒体であって、付記１４に記載のプログラムを記録することを特徴とする記録媒体。
　この出願は、２０１１年３月１日に出願された日本出願特願２０１１−０４３７４３を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

　本発明の入力機構は、情報端末、タブレット装置、バーチャルリアリティ等の触覚ディスプレイなどの、様々な入力機構に適用することが可能である。

Claims

　所定の領域に配置され、指示具が前記所定の領域上に存在することを検出する指示具検出部と、
　前記指示具検出部によって囲まれる領域に配置される弾性部材と、
　前記弾性部材が押圧されたことを検出する押圧検出部と、
　前記指示具検出部による検出結果と、前記押圧検出部による検出結果と、から、前記指示具の移動速度を算出する算出部と、
　前記押圧検出部が、前記弾性部材が押圧されたことを検出した場合、駆動信号を出力する信号出力部と、
　前記駆動信号に基づき駆動することによって、前記弾性部材に力を与える駆動部と、を備え、
　前記信号出力部は、前記算出部が算出した移動速度に基づいて、出力する前記駆動信号を変化させることを特徴とする、入力機構。
　前記指示具検出部は、それぞれ異なる識別情報が割り当てられた複数の個別指示具検出部を有し、
　前記信号出力部は、前記移動速度と、前記指示具の存在を検出した個別指示具検出部の識別情報とに基づいて、前記駆動信号を変化させることを特徴とする、請求項１に記載の入力機構。
　前記指示具検出部は多角形の周囲形状を構成し、
　前記複数の個別指示具検出部はそれぞれ、前記多角形の一辺の形状を構成することを特徴とする、請求項２に記載の入力機構。
　前記弾性部材の下部に配置され、前記弾性部材に対する圧力を伝播可能な媒質と、
　前記媒質と前記押圧検出部と前記駆動部とを内部に収納する筐体と、を更に備え、
　前記押圧検出部は、前記媒質を介して、前記弾性部材が押圧されたことを検出することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の入力機構。
　前記押圧検出部であり、前記駆動部でもある圧電素子を備え、
　前記圧電素子は、前記弾性部材が押圧されると屈曲変形して電圧信号を発生し、
　前記駆動信号は電圧信号であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の入力機構。
　前記信号出力部は、前記圧電素子から発生した電圧信号の大きさが、所定の閾値を超える場合にのみ、前記圧電素子に対して前記電圧信号を出力することを特徴とする、請求項５に記載の入力機構。
　前記信号出力部は、前記算出部が算出した移動速度に応じて、前記圧電素子に対して出力する電圧信号の振幅あるいは周波数のうち、少なくとも一方を変化させることを特徴とする、請求項５または６に記載の入力機構。
　前記指示具検出部は、光電センサであることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一つに記載の入力機構。
　請求項１乃至８のいずれか一つに記載の入力機構を複数備えることを特徴とする、入力装置。
　指示具が所定の領域上に存在することを検出する指示具検出工程と、
　前記所定の領域によって囲まれる領域に配置される弾性部材が押圧されたことを検出する押圧検出工程と、
　前記指示具検出工程による検出結果と、前記押圧検出工程による検出結果と、から、前記指示具の移動速度を算出する算出工程と、
　前記押圧検出工程により、前記弾性部材が押圧されたことが検出された場合、駆動信号を出力する信号出力工程と、
　前記駆動信号に基づき駆動することによって、前記弾性部材に力を与える駆動工程と、を備え、
　前記信号出力工程は、前記算出工程により算出された移動速度に基づいて、前記駆動信号を変化させることを特徴とする、入力機構制御方法。