WO2013128488A1 - タッチパネル - Google Patents

タッチパネル Download PDF

Info

Publication number
WO2013128488A1
WO2013128488A1 PCT/JP2012/001374 JP2012001374W WO2013128488A1 WO 2013128488 A1 WO2013128488 A1 WO 2013128488A1 JP 2012001374 W JP2012001374 W JP 2012001374W WO 2013128488 A1 WO2013128488 A1 WO 2013128488A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
touch panel
touch
pressing force
surface roughness
paper surface
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/001374
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
矢吹 彰彦
谷中 聖志
裕一 鎌田
Original Assignee
富士通株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 富士通株式会社 filed Critical 富士通株式会社
Priority to PCT/JP2012/001374 priority Critical patent/WO2013128488A1/ja
Publication of WO2013128488A1 publication Critical patent/WO2013128488A1/ja

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/016Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2203/00Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
    • G06F2203/041Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04105Pressure sensors for measuring the pressure or force exerted on the touch surface without providing the touch position

Definitions

  • the writing tool 1 touches the paper surface at a height z (t), and moves on the paper surface at a moving speed V (t) while applying a pressing force F (t) in the z direction. Between the paper surface 2 and the writing tool 1, resistance or stickiness of the viscosity coefficient D and repulsive force of the spring coefficient K work.
  • a touch point position P (t) is input from the touch panel driver 12, and a piezo drive waveform that realizes a panel surface displacement corresponding to the waveform data is read from the displacement compensation data storage unit 14, and at the current position P (t), A piezo drive voltage for realizing the displacement is approximated by the displacement compensator 15, and the drive voltage is applied to both piezo elements PZE from the voltage generator 16 via the piezo element driver 17.
  • the drive voltage changes according to the waveform data.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • User Interface Of Digital Computer (AREA)

Abstract

 画像を表示できるディスプレイ上方に配置され、タッチ面上に書き具を接触させて入力を行うタッチパネルであって、書き具がタッチ面に与える押付力を検出する圧力センサと、 タッチ面上で書き具が移動する移動速さを検出する速さセンサと、紙面粗さを選択する第1選択手段と、粘性係数、バネ係数、質量を含む操作感パラメータの少なくとも1つを選択する第2選択手段と、パネル面を駆動するアクチュエータと、押付力、移動速さ、紙面粗さ、操作感パラメータの少なくとも1つに基づき、アクチュエータを制御する制御回路と、を有する。

Description

タッチパネル
 本発明はタッチパネルに関する。
 携帯電話等の情報端末のユーザーインターフェースにおいて、タッチパネルが広く用いられるようになった。タッチパネルのタッチ面に指やタッチペンを接触、移動させ、スクロール、ドラッグ、手書き入力等を行うことができる。キーボード等の専用入力機器から入力していた場合と比べ、入力時の選択性、自由度を大幅に向上できる。
 しかしながら、タッチ面はガラスやアクリル樹脂等の一様な平面であり、入力動作は指先やタッチペンで、平坦で滑らかな非接触面に触れるだけである。機械的入力装置を操作する時に指先に感じるクリック感のようなユーザの指先に対するフィードバックが乏しく、装置の操作感を頼りないものにする。
 ユーザの入力操作に対してタッチパネルを振動させること等により、ユーザの指先に触覚をフィードバックすることが行われている。指先に振動を感じることができれば、入力を確認できるタッチ感は与えられる。但し、どのような入力に対してもタッチ面が同じ振動の応答をするのでは、入力に対する手応えは好適とは言えない。タッチパネルが、手応えを感じることのできる、より適切な応答をすることが望まれる。
 特開2008-287402号は、タッチパネルを面内の第1の方向と、逆方向の第2の方向に非対称な加速度で駆動することを開示し、低い加速度に対しては静止摩擦力によって指先が追従して動き、対応する触感を与えるが、高い加速度に対しては指先が非接触面上で滑り、指先が留まるような触感を与えるように設定することを教示する。
 本発明の1観点によれば、
 画像を表示できるディスプレイ上方に配置され、タッチ面上に書き具を接触させて入力を行うタッチパネルであって、
 書き具がタッチ面に与える押付力を検出する圧力センサと、
 タッチ面上で書き具が移動する移動速さを検出する速さセンサと、
 紙面粗さを選択する第1選択手段と、
 粘性係数、バネ係数、質量を含む操作感パラメータの少なくとも1つを選択する第2選択手段と、
 パネル面を駆動するアクチュエータと、
 前記押付力、前記移動速さ、前記紙面粗さ、前記操作感パラメータの少なくとも1つに基づき、前記アクチュエータを制御する制御回路と、
を有するタッチパネル
が提供される。
図1A,1Bは、本発明者らが検討に用いたモデルを示す概略図、運動方程式、であり、図1C,1Dは、検討結果に基づく機能を実現するユーザーインターフェイスの基本的構成の概略断面図、概略平面図である。 図2A、2Bは、第1の実施例によるタッチパネルを示す断面図およびブロック図である。 図3A、3Bは、第2の実施例によるタッチパネルを示す断面図およびブロック図である。 第2の実施例の波形データ格納部の構成例を示す表である。
 本発明者らは、タッチ面に文字を描いた場合に、紙面にペン書きするような操作感を実現する方法を検討した。ペンを走らせる速度、紙面の状態等により、いわゆる書き味が変化する。書き味を含む操作感(手応え)がどのようにして与えられるのかを検討した。指、タッチペン等の書き込み動作を行う要素を書き具と呼び、書き具で書き込み動作を行うことをペン書きと呼ぶことにする。紙面にペン書きする時、書き具に押付力を印加しつつ、紙面に沿って相対的に書き具を走らせる。まず、押付力に応じて、書き具が紙面に垂直方向に運動すると考えられる。押圧力F(t)に応じて、書き具を含む可動部がz方向に変位する。可動部の質量をMとすると、ニュートンの法則に従う、(力)=M*(加速度)の関係が発生すると考えられよう。この範囲では書き味は生じない。
 紙面は不規則な凹凸(紙面粗さ)を有し、書き具の動きに対して抵抗や反発を示すと考えられる。複数種類の紙面粗さを表す情報をメモリに記憶し、ユーザが好みの紙面粗さを選択できるようにすることが考えられる。書き具と紙面の間に生じる抵抗は、書き具の相対的移動速度に比例する粘性(D)と近似できよう。書き具が紙面から受ける反発は紙面に対する押込み量に比例する反発バネ力(バネ係数K)と近似できよう。タッチパネルは、指又は書き具が接触している位置Pと移動の速度Vを検出できる機能を有し、条件に応じてz方向に(振動)変位できる機能を有するとする。
 図1Aは、紙面2に接触しつつ、書き具1を移動させる時のモデルを示す概略断面図である。紙面2に平行にx軸、y軸、紙面2に垂直にz軸を取る。時間をtとする。紙面2は、位置に従って変化するz方向の高さ分布(粗さr)を有する。紙面粗さrがランダムな変化である場合、移動距離sによって変化する量r(s)と考えることができよう。紙面粗さr(s)は紙の種類等に応じて規定できるデータ列で表現できよう。移動距離sは移動の速さVの積分、s=∫Vdtで与えられる。書き具1は、高さz(t)で紙面と接し、z方向の押付力F(t)を与えながら、紙面上を移動速度V(t)で移動する。紙面2と書き具1の間に、粘性係数Dの抵抗ないし粘りと、バネ係数Kの反発力が働く。
 図1Bは、書き具1の運動方程式である。位置(高さ)zに関する、2次時間微分に比例(加速度)の項、1次時間微分に比例(粘性)の項、リニア変位に比例(バネ性)の項の和が押付力F(t)と等しい関係にあると近似する。
 ここで、
z(t):パネル面変位、 
M:仮想質量、
D:仮想粘性係数、
K:仮想バネ係数、
F(t):時間tにおける書き具の押付力、
V(t):時間tにおける書き具の面内移動速さ、
s:ペン(指)の移動距離(=∫V(t)dt)
r(s):移動距離sにおける仮想紙面の粗さ変位、
である。
 粗さrは、書き具1のz方向に強制変位を与え、その時間変化はVによって決定される。この時、r(s)としてのデータ列は、実際の紙の表面粗さ測定値である必要はなく、むしろ擬似的触感として人の感覚に合ったデータパタンを作成しておくのがよい。
 図1Bを満足するパネル面変位z(t)を実現することにより、所望の操作感を実現できる可能性が期待される。このようなパネル面変位を実現するため、パネル面を法線方向に駆動するピエゾ素子などのアクチュエータを設けることが考えられる。押付力を検出する圧力センサも備えることが考えられる。これらは、効果の点、コストの点から、タッチパネルの対向辺に一対備えることが好ましいであろう。
 なお、紙面粗さrが移動距離sの関数として近似できるとしたが、紙の種類によっては方向性を示す場合もあろう。このような場合は紙面粗さrを位置Pの関数r(P)とすることもできよう。
 図1C,1Dは、このような機能を実現できるユーザーインターフェイスの基本的構成を示す断面図及び平面図である。フロントパネルFPを供えた、タッチパネル付きディスプレイDISは、例えば静電誘導式の位置センサを含み、書き具の位置P,移動速さVを出力できる。例えばフロントパネルFPの対向辺の下方に、ピエゾ素子PZEと圧力センサPSとの積層構造が配置される。ディスプレイDISの下方に、バッテリBATと制御回路CTLが配置され、ケースCS内に収容される。接続端子CON,操作ボタンBTが例えば側面に配置される。圧力センサPSが書き具の押付力を検出する。ピエゾ素子PZEがフロントパネルFPを駆動して、パネル面をz方向に変位させる。
 図2A,2Bは、図1Bに示した運動方程式を解くことにより、適切な変位量z(t)を求め、パネル面を駆動する、第1の実施例によるタッチパネルを供えたユーザーインターフェイスの断面図、ブロック図である。図2Aに示す断面構造は、基本的に図1Cに示したものと同様であり、フロントパネルFPの対向辺に一対のピエゾ素子PZEと一対の圧力センサPSが結合されている。制御回路CTLが、運動方程式を解く機能を有している。
 図2Bに示すように、タッチパネル付きディスプレイDISとタッチパネルドライバ12がタッチ点の位置情報P(t)と移動速さV(t)を出力する。一対の圧力センサPSの検出信号は、帯域カットフィルタを備えたアンプ11に供給され、押付力F(t)を示す信号を生成する。操作感設定部21は、メニューで対象とする条件を選択し、粘性係数D,バネ係数K,質量M等の操作感パラメータセットと,紙面粗さのデータ列r(s)を運動方程式演算部13に供給する。運動方程式演算部13は、さらに、タッチパネルドライバ12から速さV(t)を受け、アンプ11から押付力F(t)を受ける。運動方程式演算部13は、速さV、操作感パラメータセットD,K,M、紙面粗さデータ列r(s)に基づき、z(t)を算出する。タッチ点のパネル面を、得られたz(t)に駆動することが求められる。
 ディスプレイDISとタッチパネルドライバ12は、位置情報P(t)を変位補償データ格納部14に供給する。変位補償データ格納部14は、タッチ点P(t)において所望の変位を与えるためには、一対のピエゾ素子PZEをどのように駆動すべきかを決定し、変位補償情報ε(P)を変位補償部15に出力する。変位補償部15は、運動方程式演算部13から目的の変位情報z(t)を受け、変位補償部14から変位補償情報ε(P)を受け、電圧発生器16からピエゾ素子ドライバ17に一対のピエゾ素子PZEを駆動すべき制御信号を与え、ピエゾ素子PZEを駆動する駆動電圧を発生させる。ピエゾ素子PZEは、タッチ点の変位量をz(t)とするように,フロントパネルFPを駆動する。
 なお、ピエゾ素子PZEで駆動されたフロントパネルはz方向の変位を生じ、圧力センサPSは押付力F(t)とピエゾ素子の駆動力を受ける。押付力F(t)は一般的に数Hz以下の周波数であり、ピエゾ素子の駆動は数十Hz以上(触覚で感知できるのは一般的に200Hz以下)であり、周波数が明らかに異なるので、帯域カットフィルタによってピエゾ駆動力を除去し、押付力のみを検出することができる。
 なお、視覚による効果を相乗させるため、操作感設定部21から背景画像設定部23に選択した紙面粗さ情報を供給し、背景画像設定部23は紙面粗さに合致する紙面画像情報をディスプレイドライバ25に供給し、背景画として適切な紙面画像を表示することができる。
 第1の実施例では、z方向の運動方程式を解き、タッチ面の変位量を制御した。ここで、操作感パラメータとして、粘性係数Dとバネ係数K,及び質量Mを用いた。演算量が大きくなり、処理能力の高い中央演算装置(CPU)が必要になる可能性がある。演算量を減少させることが望まれる場合、操作感パラメータの内、質量Mは不変量であり、省略してもよい。得られた結果に係数を乗算して好ましい変位量とすることもできる。さらには、バネ係数Kも定数として扱い、粘性係数Dのみを変数として扱うことも可能であろう。
 運動方程式を解くためには中央演算装置(CPU)が必要である。予め変位の振動パターンを準備して、メモリ内に記憶しておき、いずれかの振動パターンを選択的に読み出すこととすれば、演算量は著しく減少できる。
 図3A,3Bは、運動方程式をシミュレーションし、パネル面変位zの時間応答波形データを作成しておき、メモリに格納する、第2の実施例によるタッチパネルを供えたユーザーインターフェイスの断面図、ブロック図である。図3Aに示す断面構造は、基本的に図1C、図2Aに示したものと同様であり、フロントパネルFPの対向辺に一対のピエゾ素子PZEと一対の圧力センサPSが結合されている。制御回路CTLが、パネル面変位zの時間応答波形データを記憶するメモリを有している。
 図3Bは、第2の実施例による制御回路を示すブロック図である。第1の実施例の図2Bと異なる点を主に説明する。波形データ格納部31は、種々の条件下での多くの時間応答波形データを記憶するメモリを含む。
 予め、紙面粗さのデータ列r(s)、操作感パラメータセットD,Kと、書き具の移動速さV、および書き具の押付力Fをそれぞれ区分化して、中心値等を代表値として、シミュレーションで運動方程式を解いて、書き具に伝わるパネル面変位zの時間応答波形データを作成しておき、波形データ格納部31のメモリに格納する。
 波形データ選択部33において、タッチパネルドライバ12からタッチ点の移動速さVを、圧力センサPSから押付力Fを、操作感設定部21からはメニュー選択された紙面粗さr、操作感パラメータセットD,Kを入力し、対応するパネル面変位zの時間応答波形データをメモリから選択し、電圧発生器16に出力する。
 図4は、波形データ格納部31の構成例を示す。紙面粗さriと操作感パラメータセットD、Kの組み合わせ毎に、書き具の速さVと押付力Fの組み合わせに対して対応する時間応答波形データZが蓄積されている。紙面粗さriと操作感パラメータセットD、Kが設定されると、対象となる波形データ群が定まる。例えば、紙面粗さrが選択され、操作感パラメータセットD,Kが選択されたとする。移動速さV,例えば7mm/s、押付力F、例えば20g、に応じて、1つの波形データ、例えばZ(t)の波形データ、が選択される。
 なお、圧力センサPSには、筆圧相当の押付力と共に、ピエゾ素子の駆動力も印可されるが、ピエゾ駆動力は基本的に筆圧(高々数Hz)よりかなり高周波(数十Hz~200Hz)であり、容易に分離測定可能である。
 タッチパネルドライバ12からタッチ点の位置P(t)を入力し、波形データに対応するパネル面変位を実現するピエゾ駆動波形を変位補償データ格納部14から読み出し、現在の位置P(t)において、該変位を実現するピエゾ駆動電圧を変位補償部15で概算し、電圧発生器16からピエゾ素子ドライバ17を介して、両ピエゾ素子PZEに駆動電圧を印加する。駆動電圧は、波形データに従って変化する。
 タッチ点の移動速さVと押付力Fが変化し、波形データの選択が変化する場合は、波形データを新たな波形データに置換する。例えば、移動速さVが5+mm/s、押付力Fが40gに変化した時は、波形Z(t)が新たに選択される。
 視覚による効果を相乗させるため、操作感設定部21から背景画像設定部23に選択した紙面粗さ情報を供給し、背景画像設定部23は紙面粗さに合致する紙面画像情報をディスプレイドライバ25に供給し、背景画として適切な紙面画像を表示することができる。
 以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限られるものではない。例示した数値、材料は制限的なものではない。移動距離を移動速度の積分で求める場合を説明したが、微小移動距離の和として移動距離を求めることもできる。この場合、微分作業は不要になる。その他、種々の変更、置換、改良、修正、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

 

Claims (7)

  1.  画像を表示できるディスプレイ上方に配置され、タッチ面上に書き具を接触させて入力を行うタッチパネルであって、
     書き具がタッチ面に与える押付力を検出する圧力センサと、
     タッチ面上で書き具が移動する移動速さを検出する速さセンサと、
     紙面粗さを選択する第1選択手段と、
     粘性係数、バネ係数、質量を含む操作感パラメータの少なくとも1つを選択する第2選択手段と、
     パネル面を駆動するアクチュエータと、
     前記押付力、前記移動速さ、前記紙面粗さ、前記操作感パラメータの少なくとも1つに基づき、前記アクチュエータを制御する制御回路と、
    を有するタッチパネル。
  2.  前記第2選択手段が、粘性係数を選択する、請求項1に記載のタッチパネル。
  3.  前記制御回路が、運動方程式を解く、請求項1又は2に記載のタッチパネル。
  4.  前記制御回路が、前記押付力、前記移動速さ、前記紙面粗さ、前記操作感パラメータの少なくとも1つ、の種々の組み合わせに対する、前記パネル面変位の波形データをメモリに格納している、請求項1又は2に記載のタッチパネル。
  5.  前記制御回路が、前記押付力、前記移動速さ、前記紙面粗さ、前記操作感パラメータの組み合わせに応じて、前記波形データの1つを読み出し、前記アクチュエータを制御する、請求項1,2,4のいずれか1項に記載のタッチパネル。
  6.  さらに、選択した前記紙面粗さに基づき、対応する紙質画像を前記ディスプレイに供給する背景画データ供給手段と、を有する請求項1~5のいずれか1項に記載のタッチパネル。
  7. 請求項1~6のいずれか1項記載のタッチパネルを備えた、ユーザインターフェイス。
PCT/JP2012/001374 2012-02-29 2012-02-29 タッチパネル WO2013128488A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2012/001374 WO2013128488A1 (ja) 2012-02-29 2012-02-29 タッチパネル

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2012/001374 WO2013128488A1 (ja) 2012-02-29 2012-02-29 タッチパネル

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013128488A1 true WO2013128488A1 (ja) 2013-09-06

Family

ID=49081757

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2012/001374 WO2013128488A1 (ja) 2012-02-29 2012-02-29 タッチパネル

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2013128488A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5587491B1 (ja) * 2013-12-27 2014-09-10 株式会社フジクラ 電子機器及び電子機器の制御方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008146560A (ja) * 2006-12-13 2008-06-26 Saitama Univ ペンタブレット型インターフェース
WO2008078523A1 (ja) * 2006-12-25 2008-07-03 Konica Minolta Holdings, Inc. 手書き電子入力システム

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008146560A (ja) * 2006-12-13 2008-06-26 Saitama Univ ペンタブレット型インターフェース
WO2008078523A1 (ja) * 2006-12-25 2008-07-03 Konica Minolta Holdings, Inc. 手書き電子入力システム

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5587491B1 (ja) * 2013-12-27 2014-09-10 株式会社フジクラ 電子機器及び電子機器の制御方法
CN105849677A (zh) * 2013-12-27 2016-08-10 株式会社藤仓 电子设备以及电子设备的控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6392747B2 (ja) ディスプレイ装置
US10185397B2 (en) Gap sensor for haptic feedback assembly
JP5352619B2 (ja) 操作入力装置
KR102214929B1 (ko) 촉각 제공 장치 및 방법
EP2343627B1 (en) Touch panel and electronic device including the same
EP2876528B1 (en) Systems and methods for generating friction and vibrotactile effects
JP6323182B2 (ja) 電子書籍装置および電子書籍プログラム
CN101714026A (zh) 用户接口反馈装置、用户接口反馈方法和程序
JP2011048832A (ja) 入力装置
JP2011048686A (ja) 入力装置
CA2731042A1 (en) Portable electronic device and method of controlling same
CN103902030B (zh) 一种触觉反馈方法、触觉反馈装置、电子设备及触控笔
JP6143179B2 (ja) 操作入力装置
WO2015121958A1 (ja) 電子機器、入力装置、及び電子機器の駆動制御方法
KR20090082714A (ko) 자력 유체를 이용하여 입력 지점을 감지할 수 있는 화면표시 장치 및 방법
JP2006163206A (ja) 触覚提示装置
CN110703952B (zh) 一种基于双马达装置的法向虚拟按键渲染方法
JP6942785B2 (ja) 触覚フィードバック付きタッチスクリーン制御装置
JP6891971B2 (ja) 駆動制御装置、電子機器、及び、駆動制御方法
JP2018063529A (ja) キーボード、情報処理装置、フィードバック方法、及びプログラム
WO2013128488A1 (ja) タッチパネル
JP2014056337A (ja) 触覚提示装置
WO2015121972A1 (ja) 駆動制御装置、電子機器、システム、及び駆動制御方法
JP2013149045A (ja) タッチパネル式入力装置
KR101019163B1 (ko) 마우스

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12870081

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12870081

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP