WO2015121958A1 - 電子機器、入力装置、及び電子機器の駆動制御方法 - Google Patents

電子機器、入力装置、及び電子機器の駆動制御方法 Download PDF

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洋平 杉浦
宣俊 熊谷
新 城後
五月女　誠
遠藤　康浩
裕一 鎌田
谷中　聖志
宮本　晶規
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富士通株式会社
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    • G09G5/34—Control arrangements or circuits for visual indicators common to cathode-ray tube indicators and other visual indicators for rolling or scrolling

Definitions

  • the present invention relates to an electronic device, an input device used in the electronic device, and a drive control method for the input device.
  • PC input devices keyboard, mouse, touchpad, digitizer pen, etc.
  • keyboard, mouse, touchpad, digitizer pen, etc. have various physical keys for input, and input to the PC by pressing the keys. I was going.
  • touch panels in the field of PCs, even in input devices, physical keys and buttons are often replaced with touch panels or touch panels and buttons disposed below them.
  • a notebook PC has a configuration in which a pointing device (hereinafter collectively referred to as a “touch pad”) including a touch panel and a plurality of buttons is arranged on the front side of the keyboard.
  • a button is placed under the touch panel surface, and a notebook device equipped with a pointing device (hereinafter referred to as “click pad”) that realizes a left or right mouse click by pressing a specific area on the touch panel.
  • the number of PCs has increased.
  • the click pad can take a wider area of the touch panel than the touch pad, and multi-touch operations performed on recent PCs are easy to perform.
  • the design is improved due to the flat design.
  • the click pad has a button under the flat pad surface, so there is a problem that it is difficult to know where the clickable area is when operating while looking at the screen. Therefore, a method of printing a clickable area on the click pad and showing it to the user, or a method of forming an unevenness on the click pad and showing the clickable area can be considered.
  • printing and uneven formation are disadvantageous in terms of design, and the former cannot distinguish areas without looking at the pad, and the latter always has irregularities in specific areas when used as a touch pad. Therefore, there are problems such as getting in the way when dragging.
  • a mouse has been designed with a smooth surface and a hard-to-understand design where the buttons are located to improve the design.
  • This type of mouse realizes mouse button operations by detecting a finger touching the housing with a touch panel. It is difficult for the user to recognize where and what buttons are.
  • an object of the present invention is to provide a configuration and method that can present the position of a function button to the user with a tactile sensation using an input device having a smooth surface.
  • the electronic device is An input device having a smooth contact operation surface that accepts a contact operation separately from the display device, and different functions assigned to one or more regions on the contact operation surface;
  • a drive control unit that generates a natural vibration of an ultrasonic band with a different amplitude or vibration pattern according to the region in which the contact operation is performed;
  • the position of the function button can be presented to the user with a tactile sensation.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the input device of FIG.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the input device of FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing first data and second data stored in a memory 250.
  • the user is presented with a tactile sensation where and what function buttons are present on an input device having a smooth surface.
  • the user is notified that he / she has entered or entered a right-clickable area on the click pad by changing the tactile sensation of the click pad.
  • the change in tactile sensation can be realized by generating a vibration at the natural frequency of the click pad and changing its amplitude and vibration pattern. Accordingly, the user can identify an area where one or a plurality of contact operations can be performed without looking at the pad.
  • the input device of the embodiment is an input device that is independent from a display device such as a liquid crystal panel.
  • FIG. 1 shows a click pad 100 as an example of the input device 100.
  • the input device 100 may be any device having a smooth surface that can be touched by the user and a sensor that can detect the coordinates of the contact position. Therefore, instead of the click pad 100, a mouse or a keyboard in which a touch sensor is arranged below the operation surface may be used.
  • smooth surface refers to a state in which there is no groove or unevenness that partitions a button or area to which a function is assigned, and the boundary of the function area is not clearly shown.
  • the input operation unit 101 of the click pad 100 is assigned different functions depending on the place of contact and how to touch. For example, tapping or pressing the area 103 results in a left mouse click, and tapping or pressing the area 104 results in a right mouse click. Further, a scroll area 106 is arranged along one short side and long side of the input operation unit. The user performs a desired input by touching and operating the input operation unit 101 with a finger or the like.
  • the “smooth surface” of the input operation unit 101 refers to a state in which no grooves or irregularities that partition the region and function buttons are formed.
  • the regions 103, 104, 106, etc. are indicated by solid lines, but the boundary lines as shown in FIG. 1 may not be formed on the actual surface of the click pad 100.
  • the input result by the contact operation is transmitted to an electronic device (not shown) such as a personal computer (PC) via the wiring 102, and the result corresponding to the input content is received from the electronic device.
  • an electronic device such as a personal computer (PC) via the wiring 102, and the result corresponding to the input content is received from the electronic device.
  • PC personal computer
  • FIG. 2 is a plan view of the input device of FIG. 1
  • FIG. 3 is a view taken along the line AA of FIG.
  • the click pad 100 has an input operation unit 101 on a housing 105, and a wiring 102 is connected to a substrate 170 in the housing 105. As described above, the wiring 102 connects the input device 100 and an external electronic device (such as a PC).
  • an external electronic device such as a PC
  • a touch panel 150 capable of detecting contact with the operation surface is disposed via an adhesive 130 on the back surface of the operation surface of the input operation unit 101.
  • Various functions are assigned to the input operation unit 101 depending on the area by the control software, and an area 103 corresponding to the left button, an area 104 corresponding to the right button, and an area 106 for scrolling are provided as shown in FIG. It has been.
  • the click pad 100 includes a top panel 120, a vibration element 140, a touch panel 150, a button 160, and a substrate 170 disposed in the housing 105.
  • the top panel 120 is a thin flat plate member having a rectangular planar shape.
  • the material is an arbitrary material that can detect the coordinates of the finger touching the top panel 120 with the touch panel 150 and can be driven at the natural frequency of the ultrasonic band.
  • the top panel 120 is made of glass or a reinforced plastic such as polycarbonate.
  • the vibration element 140 is disposed on the back surface (the surface on the Z-axis negative direction side) of the top panel 120.
  • the top panel 120 plays a role of protecting the surface of the touch panel 150, and even if another surface or a protective film is provided on the surface of the top panel 120 as long as contact detection on the touch panel 150 and driving by ultrasonic waves are not hindered. Good.
  • the top panel 120 vibrates when the vibration element 140 is driven.
  • the top panel 120 is vibrated at the natural vibration frequency of the top panel 120 to generate a standing wave in the top panel 120.
  • the natural vibration frequency of the top panel 120 is determined in consideration of the weight of the vibration element 140 bonded to the top panel 120 and the like.
  • the vibration element 140 may be any element that can generate vibration in an ultrasonic band, and for example, an element including a piezoelectric element such as a piezoelectric element can be used.
  • the vibration element 140 is driven by a drive signal output from a drive control unit described later.
  • the amplitude (intensity) and frequency of vibration generated by the vibration element 140 are set by the drive signal. Further, on / off of the vibration element 140 is controlled by a drive signal.
  • the ultrasonic band refers to a frequency band of about 20 kHz or more, for example.
  • the frequency at which the vibration element 140 vibrates is equal to the frequency of the top panel 120. Therefore, the vibration element 140 is driven by a drive signal so as to vibrate at the natural frequency of the top panel 120. Is done. Different tactile sensations can be given by changing the amplitude (intensity) and vibration pattern while maintaining the frequency.
  • the touch panel 150 only needs to be able to detect the position of the user touching the top panel 120, and is, for example, a capacitance type or resistive film type coordinate detector. Alternatively, a coordinate detector using a camera, an optical touch panel, or the like may be used. In the latter case, the touch panel 150 is disposed above the top panel 120. Here, a capacitive coordinate detector is used for the touch panel 150. Even if there is a gap between the touch panel 150 and the top panel 120, the capacitive touch panel 150 can detect an operation input to the top panel 120.
  • the substrate 170 is disposed inside the housing 105 via the holding unit 108 and the button 160.
  • a touch panel 150 and a top panel 120 are disposed on the substrate 170.
  • the button 160 is a button such as a dome switch, for example, and is disposed below the substrate 170.
  • the top panel 120 is pressed, the substrate 170, the touch panel 150, and the top panel 120 are bent with the holding portion 108 as a fulcrum, and the distance from the bottom surface of the housing 105 is reduced, so that an input determination by pressing the button is performed.
  • various circuits and the like necessary for driving the click pad 100 are mounted on the substrate 170.
  • the drive control unit mounted on the substrate 170 drives the vibration element 140.
  • the top panel 120 is vibrated at an ultrasonic band frequency.
  • the frequency of the ultrasonic band is a resonance frequency of a resonance system including the top panel 120 and the vibration element 140 and causes the top panel 120 to generate a standing wave.
  • the user can recognize which function button is being operated by touch. Can do.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining standing waves generated on the top panel 120.
  • a standing wave that forms a wavefront parallel to the short side of the top panel 120 is generated by the natural vibration of the ultrasonic band.
  • 4A is a side view of the top panel 120
  • FIG. 4B is a perspective view, which defines the same XYZ coordinates as those in FIGS.
  • the natural frequency of the top panel 120 (resonance frequency) ) F is expressed by the equations (1) and (2).
  • the coefficient ⁇ in Expression (2) is a summary of coefficients other than k 2 in Expression (1).
  • the standing wave shown in FIG. 4 is, for example, a waveform when the number of periods k is 10.
  • the period number k is 10.
  • the natural frequency f is 33.5 [kHz].
  • a drive signal having a frequency of 33.5 [kHz] may be used.
  • the top panel 120 is a flat plate member.
  • the vibration element 140 see FIGS. 2 and 3
  • the top panel 120 is bent as shown in FIG. A standing wave is generated on the surface.
  • a configuration in which a single vibration element 140 is disposed along one short side (Y-axis direction) on the back surface (surface on the Z-axis negative direction side) of the top panel 120 is taken as an example.
  • two vibration elements 140 may be used.
  • another vibration element 140 may be bonded along the other short side of the top panel 120.
  • the two vibration elements 140 may be arranged so as to be axially symmetric with respect to a center line parallel to the two short sides of the top panel 120 as a symmetry axis.
  • the two vibration elements 140 When the two vibration elements 140 are driven, they may be driven in the same phase when the period number k is an integer, and may be driven in the opposite phase when the period number k is an odd number.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the effect of the natural vibration of the ultrasonic band generated on the top panel 120 of the click pad 100.
  • FIGS. 5A and 5B the user moves the finger in the direction of the arrow while touching the top panel 120 with the fingertip to perform an operation or input.
  • On / off switching of vibration during movement of the user's finger is performed by turning on / off the vibration element 140 (see FIGS. 2 and 3).
  • a range in which the finger touches while the vibration is off is shown in gray, and a range in which the finger touches while the vibration is on is shown in white.
  • the vibration is off when the user's finger is on the back side of the top panel 120, and the vibration is on while the finger is moved to the near side.
  • the vibration is on when the user's finger is on the back side of the top panel 120, and the vibration is off during the movement of the finger to the near side.
  • the user who performs the operation input in the direction of the arrow in FIG. 5A senses the decrease in the dynamic friction force applied to the fingertip and perceives the ease of slipping of the fingertip. At this time, the user feels that a concave portion exists on the surface of the top panel 120 when the dynamic friction force is reduced due to the surface of the top panel 120 becoming smoother.
  • the dynamic friction force applied to the fingertip is small in the range shown in white on the back side of the top panel 120, and the dynamic friction force applied to the fingertip is increased in the range shown in gray on the near side of the top panel 120.
  • the user who performs the operation input in the direction of the arrow in FIG. 5B senses an increase in the dynamic friction force applied to the fingertip, and perceives the difficulty of slipping the fingertip or a feeling of being caught.
  • the user feels that there is a convex portion on the surface of the top panel 120 when the dynamic frictional force increases due to the fingertip becoming less slippery.
  • the user can feel unevenness with the fingertip.
  • Human perception of unevenness is, for example, “printed material transfer method and sticky-bandSIllusion for tactile design” (Proceedings of the 11th SICE System Integration Division Annual Conference (SI2010, Sendai), 174-177. , 2010-12). It is also described in “Fishbone Tactile Illusion” (The 10th Annual Conference of the Virtual Reality Society of Japan, September 2005).
  • the scroll feeling may be produced by continuously changing the amplitude of the natural vibration of the ultrasonic band in a specific region on the operation surface of the click pad 100.
  • FIG. 6 is a block diagram of an input device (for example, a click pad) 100 and an electronic device 10 using the same.
  • the input device 100 is connected to the PC main body 400 and becomes a part of the electronic apparatus 10 such as a personal computer (PC).
  • the PC main body 400 includes an application processor 410, a display panel 420, and a driver IC (Integrated Circuit) 430.
  • the input device 100 includes a vibration element 140, an amplifier 141, a touch panel 150, a driver IC (Integrated Circuit) 151, a button 160, an application processor 220, a memory 250, and a drive control device 300.
  • the drive control device 300 includes a vibration control unit 240, a sine wave generator 310, and an amplitude modulator 320.
  • the application processor 220 of the input device 100 is connected to the application processor 410 of the PC main body 400 wirelessly or by wire.
  • the holding unit 108, the housing 105, the top panel 120, and the like (see FIGS. 2 and 3) of the input device 100 are omitted.
  • the drive control device 300, the application processor 220, and the memory 250 may be arranged in the PC main body 400.
  • the amplifier 141 and the driver IC 151 may also be arranged in the PC main body 400.
  • the amplifier 141 is disposed between the drive control device 300 and the vibration element 140, and amplifies the drive signal output from the drive control device 300 to drive the vibration element 140.
  • the driver IC 151 is connected to the touch panel 150 and the button 160, and detects position data representing a position where an operation input to the touch panel 150 has been performed. The detected position data is output to the control unit 200.
  • the driver IC 151 determines which area of the input operation unit 101 (see FIG. 1) is operated and the button input is performed using the position data detected by the touch panel. Then, the determination result is output to the control unit 200.
  • These position data are input to the application processor 220 and the vibration control unit 240. Inputting the position data to the vibration control unit 240 is equivalent to inputting the position data to the drive control device 300.
  • the vibration control unit 240 outputs different amplitude data to the amplitude modulator 320 according to the position data.
  • the amplitude data is data representing an amplitude value for adjusting the strength of the drive signal used for driving the vibration element 140.
  • the amplitude value is set according to the position or the degree of temporal change of the position.
  • the drive control device 300 outputs amplitude data to the amplitude modulator 320 when the position of the fingertip where the operation input is performed is within a predetermined region where a specific vibration is to be generated. Whether or not the position of the fingertip performing the operation input is within a predetermined region where vibration is to be generated is determined based on the position information of the fingertip performing the operation input. In the embodiment, in addition to the case where the user's fingertip moves or is positioned within a specific area on the surface of the top panel 120, the dynamic friction force applied to the fingertip when a specific operation is performed on the surface of the top panel 120 is changed. Next, the top panel 120 is vibrated.
  • the input operation there is an operation of moving the fingertip along the scroll region 106 in addition to an operation of pressing down the region 103 (left click region) or the region 104 (right click region) on the input operation unit 101. Further, there are a flick operation that flicks the fingertip along the surface of the input operation unit 101 (that is, the top panel 120), and a swipe operation that moves the fingertip to turn the page on the surface of the top panel 120.
  • the first data that associates the finger movement speed with the amplitude value is stored in the memory 250, so that the same tactile sensation can be obtained even if the finger movement speed changes within the same region. Can be presented to the user. Further, when the movement is very small or almost disappeared, the vibration can be stopped and stopped (the amplitude value is zero).
  • the function is assigned to the input operation unit 101 when determining whether the contact operation position is within a specific area.
  • the type of application that is involved. Also, flick operations and swipe operations are often used depending on the type of application.
  • the second data in which the type of application, the area data representing the area where the operation input is performed, and the vibration pattern P are associated is stored in the memory 250. Is desirable.
  • the vibration control unit 240 uses the area data (first data or second data) in the memory 250 to determine whether the position represented by the position data supplied from the driver IC 151 is within a predetermined area where vibration should be generated. Determine whether or not. When determining whether or not it is within the predetermined region, the vibration control unit 240 estimates the position coordinate after the time ⁇ t by obtaining the change amount and direction (vector) of the fingertip position. The time ⁇ t is a time corresponding to one cycle of control of the PC main body 400, for example. If the position after ⁇ t is estimated, the vibration control unit 240 refers to the memory 250 to determine whether or not the estimated position is within a specific region where vibration is to be generated, and within the region where vibration is to be generated. If there is, the amplitude data representing the amplitude value or vibration pattern of the natural vibration of the input operation unit 101 is output to the amplitude modulator 320.
  • the sine wave generator 310 generates a sine wave necessary for generating a drive signal for vibrating the top panel 120 at a natural frequency. For example, when the top panel 120 is vibrated at a natural frequency f of 33.5 [kHz], the frequency of the sine wave is 33.5 [kHz].
  • the sine wave generator 310 inputs an ultrasonic band sine wave signal to the amplitude modulator 320.
  • the amplitude modulator 320 modulates the amplitude of the sine wave signal input from the sine wave generator 310 using the amplitude data input from the vibration control unit 240 to generate a drive signal.
  • the amplitude modulator 320 modulates only the amplitude of the ultrasonic band sine wave signal input from the sine wave generator 310. In other words, the drive signal is generated without modulating the frequency and phase of the sine wave signal.
  • the amplitude data is zero, the amplitude of the drive signal is zero. This is equivalent to the amplitude modulator 320 not outputting a drive signal.
  • FIG. 7 shows an example of first data (A) and second data (B) stored in the memory 250.
  • different width values (0, A1, A2) are set according to the moving speed V of the finger.
  • an application ID (Identification) is shown as data representing the type of application.
  • Coordinate values (f1 to f4) on the top panel 120 where the touch operation is performed are stored as the associated area data.
  • P1 to P4 are stored as vibration patterns associated with the area data. Note that, instead of the first data in FIG. 7A, equation (3) expressing the amplitude A as a function of the moving speed V may be stored in the memory 250.
  • FIG. 8 is a flowchart of processing executed by the vibration control unit 240 of the drive control device 300.
  • An OS Operating System
  • FW Firm Ware
  • the vibration control unit 240 of the drive control device 300 repeatedly executes the processing flow of FIG. 8 at a predetermined control cycle.
  • One cycle time of the control cycle is handled as corresponding to a required time ⁇ t from when the position data is input from the driver IC 151 to the drive control device 300 until the drive signal is calculated based on the position data. it can.
  • the vibration control unit 240 starts processing when the electronic device 10 is powered on.
  • the vibration control unit 240 acquires current position data and area data (step S1).
  • the area data is acquired for a function or application assigned to a specific area on the input operation unit 101 according to the coordinates represented by the position data.
  • the area data is associated with the vibration pattern as shown in FIG.
  • the vibration control unit 240 determines whether or not the moving speed is equal to or higher than a predetermined threshold speed (step S2).
  • the moving speed may be calculated by vector calculation.
  • the threshold speed may be set as a general minimum speed when moving from the area to which no function is assigned to the left click area or right click area, or when scrolling. Such a minimum speed may be set based on experimental results, or may be set according to the resolution of the touch panel 150 or the like.
  • the vibration control unit 240 determines in step S2 that the moving speed is equal to or higher than the predetermined threshold speed, calculates estimated coordinates after ⁇ t time based on the coordinates represented by the current position data and the moving speed. (Step S3).
  • the vibration control unit 240 determines whether or not the estimated coordinates after ⁇ t time are within the region represented by the region data obtained in step S1 (step S4). When the estimated coordinates after ⁇ t time are within the region represented by the region data, the amplitude value corresponding to the moving speed obtained in step S2 is obtained from the first data in FIG. 7A (step S5).
  • the vibration control unit 240 outputs amplitude data (step S6).
  • the amplitude modulator 320 modulates the amplitude of the sine wave output from the sine wave generator 310 to generate a drive signal and drive the vibration element 140.
  • the vibration control unit 240 sets the amplitude value to zero (step S7).
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the input operation unit 101 of the input device 100 in a plan view.
  • the user touches down the area 107 to which the pointing function is assigned by the input operation unit 101, performs a drag operation in the order indicated by t11 to t15, and executes a right click at t13 in the middle.
  • the memory 250 stores the vibration waveform data of the amplitude sero in association with the area information of the area 107 where the pointer is moved, and the vibration waveform data of the amplitude A11 is associated with the area information of the area 104 corresponding to the right button. Stored.
  • vibration control unit 240 acquires position data from the driver IC 151, whether or not the user's contact operation position is in the right button area 104 and the function assigned to the area 104 are selected and executed. It is determined whether or not.
  • FIG. 10 shows a drive signal output from the drive control device 300 in response to the operation of FIG.
  • This drive signal is a signal output from the amplitude modulator 320 based on the amplitude data output from the vibration control unit 240.
  • the horizontal axis represents the time axis
  • the vertical axis represents the amplitude value of the amplitude data.
  • the drag speed until the user right-clicks from t11 to t13 and the movement speed of the fingertip when performing the drag operation from t13 to t16 are almost constant. Assume.
  • the user touches the pointing operation area 107 with the input operation surface (for example, the top panel 120) and moves the finger toward the area 104.
  • the boundary between the region 107 and the region 104 is crossed.
  • the vibration control unit 240 determines that the user's input operation is an operation in the area 104 for the right button, and performs drive control with a vibration pattern corresponding to the area 104.
  • the amplitude of the vibration pattern corresponding to the contact operation performed in the right button area 104 is A11. While the drag operation is being performed in the right button region 104, a drive pattern in which vibration continues with an amplitude A11 is used.
  • the finger in the area 104 temporarily stops and performs a right button function selection (right click, etc.).
  • the determination of the moving speed in S2 of FIG. 8, that is, the determination of “moving speed is greater than or equal to threshold?” Becomes “NO”, and the amplitude is set to zero by S7. Therefore, the amplitude of the vibration pattern of FIG. 10 becomes zero at t13.
  • the amplitude is set to A11 again.
  • the finger contact position exceeds the boundary of the right button area 104 and returns to the pointing operation area 107. Therefore, the amplitude is set to zero based on the setting data in the memory 250.
  • the finger leaves the top panel 120, and the drag operation ends.
  • the vibration control unit 240 outputs amplitude data having a constant amplitude (A11) as an example. For this reason, while the user performs a drag operation in the region 104, the dynamic friction force applied to the fingertip of the user is reduced, and the user has a feeling that the fingertip slips. The user can sense that he is in the right button area with his fingertip and perform a click operation.
  • 11 and 12 illustrate the operation of the vibration control unit 240 when the contact operation is performed in the operation mode for executing the slider (scroll) function.
  • the fingertip of the user touches the top panel 120 at t21 and enters the scroll area 106 at t22.
  • the slider is operated until t23, and the fingertip is released from the top panel 120 at t24.
  • a short-time vibration B11 having a large amplitude occurs at time t22 when the fingertip enters the scrolling area 106.
  • This vibration B11 provides the user with a tactile sensation in which the fingertip touches the protrusion by instantaneously changing the low-friction state so short that the user's fingertip is not perceived. Thereby, the user can recognize that the slider function has started to be used.
  • a short-time vibration B12 having a small amplitude is generated at a constant interval from time t23. This is because the amount of scrolling can be felt by tactile sensation by vibrating at regular intervals according to the amount of scrolling like a mouse wheel.
  • FIG. 13 shows an application example of the vibration control of the embodiment to another input device.
  • the left button region 103, the right button region 104, and the scroll region 106 of the click pad 100A may have different tactile sensations.
  • the region 103 gives a rough tactile sensation (tactile sensation 1)
  • the region 104 gives a smooth tactile sensation (tactile sensation 2).
  • a rattling tactile sensation (tactile sensation 3) may be provided.
  • the natural vibration of the ultrasonic band with different amplitude (intensity) or vibration pattern in the left button region 203 and the right button region 204 is good also as a structure which shows a different tactile sensation by generating.
  • a configuration may be adopted in which vibration is not generated.
  • a plurality of touch sensors 301 to 304 may be applied to a smooth keypad 100C arranged below the surface.
  • the natural vibration of the keypad 100C may be generated with a different amplitude or vibration pattern in accordance with a touch operation on each of the touch sensors 301 to 304.
  • the memory 250 may store the position data and the amplitude data in association with each other.
  • vibrations that differ according to the user's operation position and application are generated on the surface of the input device 100, so that the user recognizes the operation being performed with a tactile sensation. can do.
  • the drive signal is generated by modulating only the amplitude without modulating the frequency or phase of the sine wave of the ultrasonic band generated by the sine wave generator 310, the natural vibration of the top panel 120 is generated. Can be generated.
  • the dynamic friction coefficient when the surface of the top panel 120 is traced with a finger can be reliably reduced.
  • the user can be provided with a good tactile sensation such that unevenness exists on the surface of the top panel 120 by the Sticky-band Illusion effect or the Fishbone Tactile Illusion effect.
  • the vibration is actually generated. Vibration can be generated while the fingertip is touching a predetermined operation unit or the like. If a delay of the required time ⁇ t corresponding to one control period does not matter, the estimated position need not be calculated.
  • the amplitude value of the drive signal is changed between a predetermined amplitude value and zero to switch the vibration element 140 on / off.
  • the driving of the vibration element 140 may be switched by reducing the amplitude.
  • the user may be provided with a tactile sensation such that the top panel 120 has unevenness by making the amplitude smaller than 1 ⁇ 2, preferably about 5.
  • the vibration element 140 is driven by a drive signal for switching the strength of vibration of the vibration element 140.
  • the natural vibration is generated with the vibration pattern and the amplitude value corresponding to the function assigned to each area on the input device (click pad) 100, but the tactile sensation is changed depending on the number of fingers operated by the user. May be.
  • the tactile sensation may be changed when operating with one finger and when operating with two fingers. Or you may change the tactile sensation given by specific operation
  • the amplitude is increased (friction is reduced) to give a smooth touch, and the knob stage, Immediately after the finger leaves the top panel 120, the amplitude may be decreased (friction increased) to provide a heavy tactile sensation.
  • the amplitude of the vibration pattern at the natural frequency of the input operation unit 101 may be changed according to the time change of the contact position detected by the touch panel 150, that is, the moving speed and direction of the finger.

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Abstract

　電子機器は、表示装置と別個に接触操作を受け付ける滑らかな接触操作面を有し前記接触操作面上の１以上の領域に対して異なる機能が割り当てられている入力装置と、前記接触操作が行われる前記領域に応じて、異なる振幅または振動パターンで超音波帯の固有振動を発生させる駆動制御部と、を有する。

Description

電子機器、入力装置、及び電子機器の駆動制御方法
　本発明は、電子機器と、電子機器で用いられる入力装置、及び入力装置の駆動制御方法に関する。
　従来のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）の入力装置（キーボード、マウス、タッチパッド、デジタイザペン等）は、入力を行うための様々な物理的なキーを持っており、キーを押すことによってＰＣへの入力を行っていた。しかし近年、ＰＣの分野でタッチパネルが普及してきたことにより、入力装置でも、物理的なキーやボタンがタッチパネル、もしくはタッチパネルとその下に配置されたボタン等で代用されることが多くなってきた。
　たとえば、ノート型ＰＣでは、タッチパネルと複数のボタンで構成されるポインティングデバイス（以下、まとめて「タッチパッド」と呼ぶ)が、キーボードの手前側に配置された構成がある。近年では、タッチパネル面の下にボタンが配置され、タッチパネル上の特定のエリアを押すことで、マウスの左クリックや右クリックを実現するポインティングデバイス（以下、「クリックパッド」と呼ぶ）を搭載するノートＰＣが増えてきた。クリックパッドはタッチパッドに比べてタッチパネルのエリアを広く取ることができ、近年のＰＣで行われているマルチタッチ操作が行いやすい。また、フラットなデザインになるためデザイン性が向上する。
　なお、ユーザが表示部に接触して操作を行うときに、その操作部位に所定の触感を与える触感振動を発生させる触感提示装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。この触感提示装置は、表示部上の接触した部位に振動を生じさせるにとどまり、操作部位に応じてユーザに異なる触感を与えることはできない。
特開２０１０－２３１６０９号公報
　クリックパッドはフラットなパッド面の下にボタンがあるため、画面を見ながら操作した場合に、どこがクリックできるエリアなのかが判りづらいという問題がある。そこで、クリックパッド上にクリック可能なエリアを印刷してユーザに示す方法や、クリックパッドに凹凸を形成してクリック可能なエリアを示す方法が考えられる。しかし、印刷や凹凸の形成はデザイン性の面で不利になる上、前者はパッドを見ないとエリアを判別できず、後者はタッチパッドとして使用している際に常に特定の領域で凹凸があるためドラッグをする際に邪魔になるなどの問題がある。
　他の入力装置の例として、マウスもデザイン性の向上のため、表面が滑らかでどこにボタンがあるのか見た目でわかりにくいデザインが出てきている。この種のマウスは、筐体を触る指をタッチパネルで検知することによってマウスのボタン操作を実現しているが。ユーザにとって、どこに何のボタンがあるのかを認識するのが困難である。
　そこで、滑らかな表面を有する入力装置で、機能ボタンの位置をユーザに触感で提示することのできる構成と手法を提供することを課題とする。
　本発明のひとつの態様では、電子機器は、
　表示装置と別個に接触操作を受け付ける滑らかな接触操作面を有し、前記接触操作面上の１以上の領域に対して異なる機能が割り当てられている入力装置と、
　前記接触操作が行われる前記領域に応じて、異なる振幅または振動パターンで超音波帯の固有振動を発生させる駆動制御部と、
を有する。
　滑らかな表面を有する入力装置において、機能ボタンの位置をユーザに触感で提示することができる。
実施形態の入力装置の一例を示す斜視図である。 図１の入力装置の平面図である。 図１の入力装置のＡ－Ａ矢視断面図である。 超音波帯の固有振動によりトップパネル１２０に生じる定在波を示す図である。 トップパネル１２０に生じる超音波帯の固有振動の有無に応じて、操作入力を行う指先にかかる動摩擦力が変化する様子を説明する図である。 実施の形態の入力装置とこれを用いた電子機器の構成を示す図である。 メモリ２５０に格納される第１データと第２データを示す図である。 実施形態の電子機器１００の振動制御部２４０が実行する処理を示すフローチャートである。 実施形態の入力装置に対する接触操作例を示す図である。 図９の接触操作に応じた駆動信号を示す図である。 実施形態の入力装置に対する接触操作例を示す図である。 図１１の接触操作に応じた駆動信号を示す図である。 他の入力装置への適用例を示す図である。
　以下で、本発明の入力装置とこれを用いた電子機器の実施の形態について説明する。実施形態では、滑らかな表面を有する入力装置のどこに何の機能ボタンがあるのかを触感でユーザに提示する。
　たとえばクリックパッドの場合、クリックパッド上の右クリック可能なエリアにいる、もしくは入ったことを、クリックパッドの触感を変化させることでユーザに通知する。触感の変化は、クリックパッドの固有振動数で振動を発生させ、その振幅や振動パターンを変えることで実現することができる。これにより、ユーザはパッドを見なくても、一つまたは複数の接触操作が可能なエリアを識別することができる。なお、実施形態の入力装置は、液晶パネル等の表示装置とは別個独立の入力装置とする。
　図１は、入力装置１００の一例として、クリックパッド１００示す。入力装置１００はユーザが触れることのできる滑らかな表面を持ち、かつ接触位置の座標を検知できるセンサーを持つ機器であればよい。したがって、クリックパッド１００に替えて、操作面の下にタッチセンサが配置されたマウスやキーボードであってもよい。ここでいう「滑らかな表面」とは、機能が割り当てられるボタンや領域等を区画する溝や凹凸がなく、機能領域の境界が明示されていない状態をいう。
　クリックパッド１００の入力操作部１０１は、接触する場所や触り方によって異なる機能が割り当てられている。たとえば、領域１０３をタップまたは押圧するとマウスの左クリックとなり、領域１０４をタップまたは押圧するとマウスの右クリックとなる。また、入力操作部のひとつの短辺と長辺に沿ってスクロール用の領域１０６が配置されている。ユーザは入力操作部１０１を指などで接触して操作することで所望の入力を行う。
　入力操作部１０１の「滑らかな表面」とは、領域や機能ボタンを区画する溝や凹凸等が形成されているない状態をいう。図１では、説明の便宜上、領域１０３、１０４、１０６等を実線で示しているが、実際のクリックパッド１００の表面に図１のような境界線が形成されていなくてもよい。
　接触操作による入力結果は、配線１０２を介してパーソナルコンピュータ（ＰＣ）などの電子機器（不図示）に送信され、入力内容に応じた結果を電子機器から受け取る。
　図２は図１の入力装置の平面図、図３は図２のＡ－Ａ矢視図である。クリックパッド１００は、筐体１０５上に入力操作部１０１を有し、配線１０２が筐体１０５内の基板１７０に接続されている。配線１０２は、上述のように、入力装置１００と外部の電子機器（ＰＣ等）とを接続する。
　入力操作部１０１の操作面の裏面には、操作面に対する接触を検出できるタッチパネル１５０が接着剤１３０を介して配置されている。入力操作部１０１には、制御ソフトウェアにより、領域によって様々な機能が割り当てられ、図１に示すような左ボタンに対応する領域１０３、右ボタンに対応する領域１０４や、スクロール用の領域１０６が設けられている。
　クリックパッド１００は、筐体１０５内に配置されるトップパネル１２０、振動素子１４０、タッチパネル１５０、ボタン１６０、基板１７０を有する。この例では、トップパネル１２０は平面形状が長方形の薄い平板状の部材である。材質は、トップパネル１２０に触れている指の座標をタッチパネル１５０で検出でき、かつ超音波帯の固有振動数で駆動できる任意の材質である。タッチパネル１５０に静電容量式タッチパネルを使用する場合は、トップパネル１２０はガラス、又は、ポリカーボネートのような強化プラスティックで作製される。トップパネル１２０の裏面（Ｚ軸負方向側の面）に振動素子１４０が配置されている。トップパネル１２０は、タッチパネル１５０の表面を保護する役割を果たし、タッチパネル１５０での接触検出と超音波による駆動を妨げないかぎり、トップパネル１２０の表面にさらに別なパネル又は保護膜等を設けてもよい。
　トップパネル１２０は、振動素子１４０が駆動されることによって振動する。実施の形態では、トップパネル１２０の固有振動周波数でトップパネル１２０を振動させて、トップパネル１２０に定在波を生じさせる。トップパネル１２０の固有振動周波数は、トップパネル１２０に接着される振動素子１４０の重さ等を考慮して決定される。
　振動素子１４０は、超音波帯の振動を発生できる素子であればよく、例えば、ピエゾ素子のような圧電素子を含むものを用いることができる。振動素子１４０は、後述する駆動制御部から出力される駆動信号によって駆動される。振動素子１４０が発生する振動の振幅（強度）及び周波数は駆動信号によって設定される。また、振動素子１４０のオン／オフは駆動信号によって制御される。
　超音波帯とは、例えば、約２０ｋＨｚ以上の周波数帯をいう。実施の形態のクリックパッド１００では、振動素子１４０が振動する周波数は、トップパネル１２０の振動数と等しくなるため、振動素子１４０は、トップパネル１２０の固有振動数で振動するように駆動信号によって駆動される。振動数を維持したまま、振幅（強度）や振動パターンを変えることで、異なる触感を与えることができる。
　タッチパネル１５０は、ユーザのトップパネル１２０への接触位置を検出できるものであればよく、例えば、静電容量型又は抵抗膜型の座標検出器である。あるいは、カメラを用いた座標検出器や光学タッチパネルなどを用いてもよい。後者の場合は、タッチパネル１５０はトップパネル１２０の上方に配置される。ここでは、タッチパネル１５０に静電容量型の座標検出器を用いる。タッチパネル１５０とトップパネル１２０との間に隙間があっても、静電容量型のタッチパネル１５０は、トップパネル１２０への操作入力を検出できる。
　基板１７０は、筐体１０５内部に保持部１０８とボタン１６０を介して配設される。基板１７０の上には、タッチパネル１５０およびトップパネル１２０が配置されている。ボタン１６０は例えばドームスイッチのようなボタンで、基板１７０の下方に配置されている。トップパネル１２０が押されることによって保持部１０８を支点に基板１７０、タッチパネル１５０およびトップパネル１２０が撓み、筺体１０５の底面との距離が縮まることによりボタン押下による入力判定が行われる。基板１７０には、後述する駆動制御装置の他に、クリックパッド１００の駆動に必要な種々の回路等が実装される。
　以上のような構成のクリックパッド１００は、トップパネル１２０にユーザの指が接触し、指先の位置または移動が検出されると、基板１７０に実装される駆動制御部が振動素子１４０を駆動し、トップパネル１２０を超音波帯の周波数で振動させる。この超音波帯の周波数はトップパネル１２０と振動素子１４０とを含む共振系の共振周波数であり、トップパネル１２０に定在波を発生させる。
　トップパネル１２０の上のユーザの接触位置あるいは接触部の動きに応じて、トップパネル１２０に異なるパターンの振動を発生させることにより、どの機能ボタンが操作されているのかをユーザに触感で認識させることができる。
　図４は、トップパネル１２０に発生させる定在波を説明する図である。図４では、超音波帯の固有振動によってトップパネル１２０の短辺に平行な波頭を形成する定在波が生じている。図４（Ａ）はトップパネル１２０の側面図、図４（Ｂ）は斜視図であり、図２及び図３と同様のＸＹＺ座標を定義する。
　トップパネル１２０のヤング率Ｅ、密度ρ、ポアソン比δ、長辺寸法ｌ、厚さｔ、長辺方向に存在する定在波の周期数ｋとすると、トップパネル１２０の固有振動数（共振周波数）ｆは式（１）、（２）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 定在波は１／２周期単位で同じ波形を有するため、周期数ｋは、０．５刻みの値を取り、０．５、１、１．５、２・・・となる。式（２）の係数αは、式（１）におけるｋ２以外の係数をまとめて表したものである。
　図４に示す定在波は、一例として、周期数ｋが１０の場合の波形である。例えば、トップパネル１２０として、長辺の長さｌが１４０ｍｍ、短辺の長さが８０ｍｍ、厚さｔが０．７ｍｍのGorilla（登録商標）ガラスを用いる場合には、周期数ｋが１０の場合に、固有振動数ｆは３３．５［ｋＨｚ］となる。この場合は、周波数が３３．５［ｋＨｚ］の駆動信号を用いればよい。
　トップパネル１２０は、平板状の部材であるが、振動素子１４０（図２及び図３参照）を駆動して超音波帯の固有振動を発生させると、図４に示すように撓むことにより、表面に定在波が生じる。
　ここでは、図２のように、単一の振動素子１４０がトップパネル１２０の裏面（Ｚ軸負方向側の面）で一方の短辺（Ｙ軸方向）に沿って配置される構成を例にとって説明するが振動素子１４０を２つ用いてもよい。２つの振動素子１４０を用いる場合は、もう１つの振動素子１４０をトップパネル１２０の他方の短辺に沿って接着すればよい。この場合、２つの振動素子１４０は、トップパネル１２０の２つの短辺に平行な中心線を対称軸として、軸対称になるように配設すればよい。２つの振動素子１４０を駆動する場合は、周期数ｋが整数の場合は同一位相で駆動すればよく、周期数ｋが奇数の場合は逆位相で駆動すればよい。
　図５は、クリックパッド１００のトップパネル１２０に生じさせる超音波帯の固有振動の効果を説明する図である。クリックパッド１００のトップパネル１２０に超音波帯の固有振動を発生あるいは停止させることにより、操作入力者の指先にかかる動摩擦力が変化する。
　図５（Ａ）及び図５（Ｂ）では、ユーザが指先でトップパネル１２０に触れながら、指を矢印の方向に移動させて操作あるいは入力を行っている。ユーザの指の移動中の振動のオン／オフの切り替えは、振動素子１４０（図２及び図３参照）をオン／オフすることによって行われる。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）で、振動がオフの間に指が触れる範囲をグレーで示し、振動がオンの間に指が触れる範囲を白で示す。
　図５（Ａ）に示す動作パターンでは、ユーザの指がトップパネル１２０の奥側にあるときに振動がオフであり、指を手前側に移動させる途中で振動がオンになっている。図５（Ｂ）に示す動作パターンでは、ユーザの指がトップパネル１２０の奥側にあるときに振動がオンであり、指を手前側に移動させる途中で振動がオフになっている。
　ここで、トップパネル１２０に超音波帯の固有振動を生じさせると、トップパネル１２０の表面と指の間にスクイーズ効果による空気層が介在し、指でトップパネル１２０の表面をなぞったときの動摩擦係数が低下する。従って、図５（Ａ）では、トップパネル１２０の奥側にグレーで示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は大きく、トップパネル１２０の手前側に白く示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は小さくなる。
　図５（Ａ）の矢印の方向に操作入力を行うユーザは、振動がオンになると、指先に掛かる動摩擦力の低下を感知し、指先の滑り易さを知覚することになる。このとき、ユーザはトップパネル１２０の表面がより滑らかになることにより、動摩擦力が低下するときに、トップパネル１２０の表面に凹部が存在するように感じる。
　図５（Ｂ）では、トップパネル１２０の奥側に白く示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は小さく、トップパネル１２０の手前側にグレーで示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は大きくなる。図５（Ｂ）の矢印の方向に操作入力を行うユーザは、振動がオフになると、指先にかかる動摩擦力の増大を感知し、指先の滑り難さ、あるいは引っ掛かる感じを知覚する。ユーザは、指先が滑りにくくなることにより、動摩擦力が高くなるときにトップパネル１２０の表面に凸部が存在するように感じる。
　このような構成により、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）の場合に、ユーザは指先で凹凸を感じ取ることができる。人間が凹凸を知覚することは、例えば、「触感デザインのための印刷物転写法とSticky-band Illusion」(第11回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会論文集 (SI2010, 仙台)、174-177, 2010-12)に記載されている。また、「Fishbone Tactile Illusion」(日本バーチャルリアリティ学会第１０回大会論文集、2005年9月)にも記載されている。
　上記の例では、振動のオン／オフを切り替える場合の動摩擦力の変化について説明したが、振動素子１４０の振幅（強度）を変化させた場合も同様の効果を奏する。たとえば、クリックパッド１００の操作面上の特定の領域で、超音波帯の固有振動の振幅の強弱を連続して変化させることで、スクロール感を出してもよい。
　図６は、入力装置（たとえばクリックパッド）１００とこれを用いた電子機器１０のブロック構成図である。入力装置１００は、ＰＣ本体４００と接続されてパーソナルコンピュータ（ＰＣ）などの電子機器１０の一部となる。ＰＣ本体４００は、アプリケーションプロセッサ４１０、ディスプレイパネル４２０、及びドライバＩＣ（Integrated Circuit）４３０を含む。
　入力装置１００は、振動素子１４０、アンプ１４１、タッチパネル１５０、ドライバＩＣ（Integrated Circuit）１５１、ボタン１６０、アプリケーションプロセッサ２２０、メモリ２５０、及び駆動制御装置３００を含む。駆動制御装置３００は、振動制御部２４０と、正弦波発生器３１０と、振幅変調器３２０を含む。入力装置１００のアプリケーションプロセッサ２２０は、無線あるいは有線でＰＣ本体４００のアプリケーションプロセッサ４１０と接続されている。なお、図６では、入力装置１００の保持部１０８、筐体１０５、トップパネル１２０等（図２及び図３参照）は省略されている。入力装置１００の構成要素のうち、駆動制御装置３００、アプリケーションプロセッサ２２０、及びメモリ２５０は、ＰＣ本体４００に配置されてもよい。また、アンプ１４１やドライバＩＣ１５１もＰＣ本体４００に配置されてよい。
　アンプ１４１は、駆動制御装置３００と振動素子１４０との間に配設されており、駆動制御装置３００から出力される駆動信号を増幅して振動素子１４０を駆動する。ドライバＩＣ１５１は、タッチパネル１５０及びボタン１６０に接続されており、タッチパネル１５０への操作入力があった位置を表す位置データを検出する。検出された位置データは、制御部２００に出力される。また、ドライバＩＣ１５１は、ボタン１６０に対する入力があった場合、タッチパネルで検出された位置データを用いて入力操作部１０１（図１参照）のどこの領域が操作されてボタン入力が行われたかを判定して、判定結果を制御部２００に出力する。これらの位置データは、アプリケーションプロセッサ２２０と振動制御部２４０に入力される。位置データが振動制御部２４０に入力されることは、位置データが駆動制御装置３００に入力されることと等価である。
　振動制御部２４０は、位置データに応じて異なる振幅データを振幅変調器３２０に出力する。振幅データは、振動素子１４０の駆動に用いる駆動信号の強度を調整する振幅値を表すデータである。振幅値は、位置あるいは、位置の時間的変化の度合に応じて設定される。
　駆動制御装置３００は、操作入力を行う指先の位置が、特定の振動を発生させるべき所定の領域内にある場合に、振幅データを振幅変調器３２０に出力する。操作入力を行う指先の位置が振動を発生させるべき所定の領域内にあるかどうかは、操作入力を行う指先の位置情報に基づいて判定される。実施形態では、ユーザの指先がトップパネル１２０の表面の特定の領域内に移動または位置する場合の他、トップパネル１２０の表面で特定の動作を行ったときに指先に掛かる動摩擦力を変化させるように、トップパネル１２０を振動させる。
　入力操作の例として、入力操作部１０１上で領域１０３（左クリック領域）や領域１０４（右クリック領域）を押下する動作の他、スクロール用の領域１０６に沿って指先を移動させる動作がある。また、指先を入力操作部１０１（すなわちトップパネル１２０）の表面に沿ってはじくフリック操作や、指先でトップパネル１２０表面でページをめくるように移動させるスワイプ操作がある。図７（Ａ）のように、指の移動速度と、振幅値とを対応づける第１データをメモリ２５０に格納しておくことで、同じ領域内で指の移動速度が変わっても同じ触感をユーザに呈示することができる。また、移動が非常に小さいか、ほとんどなくなった場合には、振動を停止停止することができる（振幅値ゼロ）。
　入力操作部１０１上に、領域に応じて異なる機能（アプリケーション）が割り当てられていることから、接触操作位置が特定の領域内にあるかどうかを判定する際に、入力操作部１０１に割り当てられているアプリケーションの種類が関係する。また、フリック操作やスワイプ操作なども、アプリケーションの種類によって使い分けられる場合が多い。この意味で、図７（Ｂ）に示すように、アプリケーションの種類と、操作入力が行われる領域を表す領域データと、振動パターンＰとを関連づけた第２データを、メモリ２５０に格納しておくのが望ましい。
　振動制御部２４０は、メモリ２５０内の領域データ（第１データまたは第２データ）を用いて、ドライバＩＣ１５１から供給される位置データが表す位置が、振動を発生させるべき所定の領域内にあるか否かを判定する。所定の領域内にあるか否かを判断する際に、振動制御部２４０は指先の位置の変化分と方向（ベクトル）を求めることで、時間Δｔ後の位置座標を推定する。時間Δｔは、たとえば、ＰＣ本体４００の制御の一周期に相当する時間である。Δｔ後の位置が推定されたなら、振動制御部２４０はメモリ２５０を参照して、推定位置が振動を発生させるべき特定の領域内にあるか否かを判断し、振動を発生させるべき領域内にある場合は、入力操作部１０１の固有振動の振幅値あるいは振動パターンを表す振幅データを、振幅変調器３２０に出力する。
　正弦波発生器３１０は、トップパネル１２０を固有振動数で振動させるための駆動信号を生成するのに必要な正弦波を発生させる。例えば、トップパネル１２０を３３．５［ｋＨｚ］の固有振動数ｆで振動させる場合は、正弦波の周波数は、３３．５［ｋＨｚ］となる。正弦波発生器３１０は、超音波帯の正弦波信号を振幅変調器３２０に入力する。
　振幅変調器３２０は、振動制御部２４０から入力される振幅データを用いて、正弦波発生器３１０から入力される正弦波信号の振幅を変調して駆動信号を生成する。振幅変調器３２０は、正弦波発生器３１０から入力される超音波帯の正弦波信号の振幅のみを変調する。換言すると、正弦波信号の周波数及び位相は変調せずに、駆動信号を生成する。振幅データがゼロの場合は、駆動信号の振幅はゼロになる。これは、振幅変調器３２０が駆動信号を出力しないことと等しい。
　図７は、メモリ２５０に格納される第１データ（Ａ）と第２データ（Ｂ）の例を示す。図７の（Ａ）では、指の移動速度Ｖに応じて、異なる幅値（０、Ａ１、Ａ２）が設定されている。図７の（Ｂ）では、アプリケーションの種類を表すデータとして、アプリケーションＩＤ（Identification）を示す。関連づけられる領域データとして、接触操作が行われるトップパネル１２０上の座標値（ｆ１～ｆ４）が格納される。領域データに対応付けられる振動パターンとして、Ｐ１～Ｐ４が格納される。なお、図７（Ａ）の第１データに替えて、振幅Ａを移動速度Ｖの関数として表す式（３）をメモリ２５０に格納しておいてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　図８は、駆動制御装置３００の振動制御部２４０が実行する処理のフローチャートである。ＰＣ本体４００のＯＳ（Operating System）もしくはＦＷ（Firm Ware）は、所定の制御周期毎に電子機器１０を駆動するための制御を実行する。このため、駆動制御装置３００の振動制御部２４０は、図８の処理フローを所定の制御周期で繰り返し実行する。
　制御周期の１周期の時間は、ドライバＩＣ１５１から駆動制御装置３００に位置データが入力されてから、当該位置データに基づいて駆動信号が算出されるまでの所要時間Δｔに相当するものとして取り扱うことができる。
　振動制御部２４０は、電子機器１０の電源オンにより処理を開始する。振動制御部２４０は、現在の位置データと領域データを取得する（ステップＳ１）。領域データは、位置データが表す座標に応じて、入力操作部１０１上の特定の領域に割り当てられている機能あるいはアプリケーションに対して取得される。領域データは、図７（Ｂ）に示すように振動パターンと関連付けられている。
　振動制御部２４０は、移動速度が所定の閾値速度以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。移動速度は、ベクトル演算によって算出すればよい。なお、閾値速度は、機能が割り当てられていない領域から左クリック領域や右クリック領域へ移動する際、あるいはスクロールする際の一般的な最低速度として設定すればよい。このような最低速度は、実験結果に基づいて設定してもよく、タッチパネル１５０の分解能等に応じて設定してもよい。
　振動制御部２４０は、ステップＳ２で移動速度が所定の閾値速度以上であると判定した場合は、現在の位置データが表す座標と、移動速度とに基づいて、Δｔ時間後の推定座標を演算する（ステップＳ３）。
　振動制御部２４０は、Δｔ時間後の推定座標が、ステップＳ１で求めた領域データが表す領域内にあるか否かを判定する（ステップＳ４）。Δｔ時間後の推定座標が、領域データが表す領域内にある場合は、ステップＳ２で求めた移動速度に対応する振幅値を、図７（Ａ）の第１データから求める（ステップＳ５）。
　振動制御部２４０は、振幅データ出力する（ステップＳ６）。これにより、振幅変調器３２０において、正弦波発生器３１０から出力される正弦波の振幅が変調されることによって駆動信号が生成され、振動素子１４０が駆動される。
　一方、ステップＳ２で移動速度が所定の閾値速度以上ではない場合（Ｓ２：ＮＯ）、またはステップＳ４でΔｔ時間後の推定座標が、ステップＳ１で求めた領域データが表す領域内にない場合（Ｓ４：ＮＯ）は、振動制御部２４０は、振幅値をゼロに設定する（ステップＳ７）。
　次に、図９～図１２を参照して、入力装置１００の具体的な操作例を説明する。図９～図１２では、図２～図４と同様のＸＹＺ座標を定義する。
　図９は入力装置１００の入力操作部１０１を平面的に示す図である。この例で、ユーザは、入力操作部１０１でポインティング機能が割り当てられている領域１０７にタッチダウンし、ｔ１１～ｔ１５で示す順にドラッグ操作を行い、途中のｔ１３で右クリックを実行する。
　ここでは領域１０４に右クリックの機能が割り当てられているアプリケーションを使用しているものとする。メモリ２５０には、ポインタを移動操作する領域１０７のエリア情報に関連付けて、振幅セロの振動波形データが格納され、右ボタンに対応する領域１０４のエリア情報に関連付けて、振幅Ａ１１の振動波形データが格納されている。
　振動制御部２４０は、ドライバＩＣ１５１から位置データを取得するたびに、ユーザの接触操作位置が右ボタン用の領域１０４に入っているかどうか、及び領域１０４に割り当てられている機能の選択、実行がなされたか否かの判定を行う。
　図１０は、図９の操作に対応して駆動制御装置３００から出力される駆動信号を示す。この駆動信号は、振動制御部２４０から出力される振幅データに基づいて振幅変調器３２０から出力される信号である。図１０において、横軸は時間軸を表し、縦軸は振幅データの振幅値を表す。図９及び図１０の例では、ユーザがｔ１１からｔ１３で右クリックを行うまでのドラッグ操作と、ｔ１３の動作後からｔ１６までのドラッグ操作を行う際の指先の移動速度は、ほぼ一定であると仮定する。
　時刻ｔ１１で、ユーザは入力操作面（たとえばトップパネル１２０）でポインティング操作用の領域１０７に指を触れ、領域１０４に向かって指の移動させる。時刻ｔ１２で、領域１０７と領域１０４の境界を越える。振動制御部２４０は、ユーザの入力操作が右ボタン用の領域１０４内での操作であると判定し、領域１０４に応じた振動パターンで駆動制御を行う。
　図１０に示すように、右ボタン用の領域１０４でなされる接触操作に応じた振動パターンの振幅は、Ａ１１である。右ボタン用の領域１０４内でドラッグ操作が行われている間は、振幅Ａ１１で振動が連続する駆動パターンが用いられる。
　時刻ｔ１３で、領域１０４にある指が一旦停止し、右ボタンの機能選択（右クリックなど）を行う。このとき、図８のＳ２の移動速度判定、すなわち「移動速度は閾値以上？」の判定で"ＮＯ"となり、Ｓ７によって振幅がゼロに設定される。したがって、図１０の振動パターンは、ｔ１３で振幅がゼロになる。右ボタンの機能選択後にドラッグが再開されると、振幅は再度Ａ１１に設定される。
　時刻ｔ１４で、指の接触位置は右ボタン用の領域１０４の境界を超え、ポインティング操作用の領域１０７に戻る。このため、メモリ２５０の設定データに基づいて、振幅はゼロに設定される。５１５で指がトップパネル１２０から離れ、ドラッグ操作が終了する。
　このように、ユーザが右クリックを行うために、右ボタン用の領域１０４に入った場合には、振動制御部２４０は、一例として、振幅が一定値（Ａ１１）の振幅データを出力する。このため、ユーザが領域１０４内でドラッグ操作を行っている間は、ユーザの指先に掛かる動摩擦力は低下し、ユーザは指先が滑る感覚を得る。ユーザは右ボタン用の領域に入っていることを指先で感知して、クリック操作を行うことができる。
　図１１と図１２は、スライダ（スクロール）機能を実行する動作モードで接触操作が行われる場合の振動制御部２４０の動作について説明する。
　図１１に示すように、スライダ機能を実行している動作モードにおいて、ユーザの指先がｔ２１でトップパネル１２０に触れ、ｔ２２でスクロール用の領域１０６に入る。ｔ２３までスライダ操作を行い、ｔ２４でトップパネル１２０から指先が離れる。この場合、指先がスクロール用の領域１０６に入る時刻ｔ２２に、振幅の大きな短時間の振動Ｂ１１が生じる。
　この振動Ｂ１１はユーザの指先を知覚されないほど短時間の低摩擦状態から、瞬時的に高摩擦状態にすることにより、ユーザに指先が突起に触れた触感を提供する。これによって、ユーザはスライダ機能を利用し始めたことを認識することができる。
　また、指先がスクロール用の領域１０６の内部を、矢印で示すように紙面の下方向に移動すると、時刻ｔ２３から振幅の小さな短時間の振動Ｂ１２が一定の間隔で発生する。これは、マウスのホイールのようにスクロール量にあわせて一定間隔で振動させることにより、触感でスクロール量を感じることが出来るようにするためである。
　時刻ｔ２４において、指先がスクロール用の領域１０６から出ると、振幅の大きな短時間の振動Ｂ１３を発生させる。振動Ｂ１３は振動Ｂ１１と同様の振動であり、ユーザの指先を知覚されないほど短時間の低摩擦状態から、瞬時的に高摩擦状態にして、ユーザに指先が突起に触れた触感を提供する。これによりユーザは、指先がスクロール用の領域１０６から出たことを触感で感知することができる。
＜その他の適用例＞
　図１３は、実施形態の振動制御のその他の入力装置への適用例を示す。図１（Ａ）のように、クリックパッド１００Ａの左ボタン用の領域１０３、右ボタン用の領域１０４、およびスクロール用の領域１０６で、それぞれ異なる触感を呈示してもよい。たとえば、領域１０３では、ざらざらした触感（触感１）を与え、領域１０４では、つるつるした触感（触感２）を与える。スクロール用の領域１０６でスライダ機能の実行中は、カタカタした触感（触感３）を与える構成としてもよい。
　また、図１３（Ｂ）のように、平滑な表面を有するマウス１００Ｂで、左ボタン用の領域２０３と、右ボタン用の領域２０４で異なる振幅（強度）あるいは振動パターンで超音波帯の固有振動を発生させることで、異なる触感を呈示する構成としてもよい。この場合、ポインティング操作用の領域２００でユーザが接触操作するときは、振動を発生させない構成としてもよい。
　また、図１３（Ｃ）のように、複数のタッチセンサ３０１～３０４が表面下に配置された平滑なキーパッド１００Ｃに適用してもよい。この場合、タッチセンサ３０１～３０４のそれぞれに対するタッチ操作に応じて、異なる振幅または振動パターンでキーパッド１００Ｃの固有振動を発生させてもよい。
　図１３（Ｃ）の場合は、特定の領域への移動というよりは、目的とするタッチセンサをピンポイントでタップする利用形態が一般的なので、指の移動速度や移動方向に基づく領域判断は省略してもよい。この場合、メモリ２５０には位置データと振幅データとを対応づけて格納しておけばよい。
　以上、実施の形態の入力装置１００と電子機器１０によれば、入力装置１００の表面にユーザの操作位置とアプリケーションに応じて異なる振動を発生させるので、ユーザは実行している操作を触感で認識することができる。
　また、正弦波発生器３１０で発生される超音波帯の正弦波の周波数又は位相を変調することなく、振幅のみを変調して駆動信号を生成するので、トップパネル１２０の固有振動をトップパネル１２０に発生させることができる。また、スクイーズ効果による空気層の介在を利用して、指でトップパネル１２０の表面をなぞったときの動摩擦係数を確実に低下させることができる。また、Sticky-band Illusion効果、又は、Fishbone Tactile Illusion効果により、トップパネル１２０の表面に凹凸が存在するような良好な触感をユーザに提供することができる。
　また、制御周期の１周期の時間に相当する所要時間Δｔが経過した後の座標を推定し、推定座標が振動を発生させるべき所定の領域の内部にある場合に振動を発生させるので、実際に指先が所定の操作部等に触れている間に振動を発生させることができる。制御周期の１周期の時間に相当する所要時間Δｔ分の遅れが問題にならない場合は、推定位置の算出を行わなくてもよい。
　実施形態では、トップパネル１２０に凹凸が存在するような触感をユーザに提供するために、駆動信号の振幅値を所定の振幅値とゼロの間で変化させて振動素子１４０のオン／オフを切り替えていたが、振動素子１４０のオフの状態の代わりに、振幅を小さくして振動素子１４０の駆動を切り替えてもよい。例えば、振幅を１／２より小さく、好ましくは１／５程度に小さくすることによって、トップパネル１２０に凹凸が存在するような触感をユーザに提供してもよい。この場合は、振動素子１４０の振動の強弱を切り替える駆動信号で振動素子１４０を駆動することになる。
　上記では、特定の例に基づいて本発明の構成と手法を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
　たとえば、実施例では入力装置（クリックパッド）１００上の領域ごとに割り当てられた機能に対応する振動パターン及び振幅値で固有振動を発生させていたが、ユーザが操作する指の本数によって触感を変えてもよい。たとえば、指一本で操作するときと二本で操作するときで、触感を変えてもよい。あるいは、特定の動作によって与える触感を変えてもよい。たとえば、ユーザがトップパネル１２０上を指でつまむ操作を行ったときに、操作の開始（ピンチイン）段階では、振幅を大きくして（摩擦を低くして）滑らかな触感を与え、つまみ段階、すなわちトップパネル１２０から指が離れる直に振幅を小さくして（摩擦を高くして）重い触感を与えてもよい。この場合は、タッチパネル１５０で検出される接触位置の時間変化、すなわち指の移動速度と方向に応じて、入力操作部１０１の固有振動数での振動パターンの振幅を変化させればよい。
　１０　電子機器
　１００　入力装置　
　１０１　入力操作部
　１０３　左ボタン用の領域
　１０４　右ボタン用の領域
　１０５　ポインティング操作用の領域
　１０６　スクロール用の領域
　１２０　トップパネル
　１４０　振動素子
　１５０　タッチパネル
　２４０　振動制御部
　２５０　メモリ
　３００　駆動制御装置（駆動制御部）
　３１０　正弦波発生器
　３２０　振幅変調器
　４００　ＰＣ本体

Claims (16)

  1. 　表示装置と別個に接触操作を受け付ける滑らかな接触操作面を有し、前記接触操作面上の１以上の領域に対して異なる機能が割り当てられている入力装置と、
    　前記接触操作が行われる前記領域に応じて、異なる振幅または振動パターンで超音波帯の固有振動を発生させる駆動制御部と、
    を有することを特徴とする電子機器。
  2. 　前記入力装置は、キーボード上に配置されるタッチパッド、またはマウスであることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
  3. 　前記接触操作面上の前記接触操作の位置を検出するセンサと、
    　前記超音波帯の固有振動を発生させる正弦波発生器と、
    をさらに有し、前記駆動制御部は、前記センサの出力に基づいて、前記固有振動の振幅または振動パターンを変調することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
  4. 　前記１以上の領域は、ポインティング操作用の領域と、特定の機能ボタン用の領域とを含み、
    　前記駆動制御部は、前記接触操作の位置が、前記ポインティング操作用の領域から前記機能ボタン用の領域へ入ったときに、特定の振幅または振動パターンで、前記超音波帯の固有振動を発生させることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
  5. 　前記駆動制御部は、前記接触操作の位置が前記機能ボタン用の領域内を移動する間、前記超音波帯の前記固有振動を一定の振幅値に維持し、前記領域内で前記機能ボタンの選択操作が行われたときに、前記振幅値を低減することを特徴とする請求項４に記載の電子機器。
  6. 　前記１以上の領域は、スクロール用の領域を含み、
    　前記駆動制御部は、前記接触操作の位置が前記スクロール用の領域に沿って移動するときに、特定の前記振幅または振動パターンで、前記超音波帯の固有振動を発生させることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
  7. 　前記駆動制御部は、前記接触操作の位置が前記スクロール用の領域に入った時、または前記スクロール用の領域から出るときに、第１の振幅の前記固有振動を発生させ、
    　前記接触操作の位置が前記スクロール用の領域に沿って移動するときに、前記第１の振幅よりも小さい第２の振幅で、一定時間間隔で前記固有振動を発生させることを特徴とする請求項６に記載の電子機器。
  8. 　表示装置と別個に接触操作を受け付ける滑らかな接触操作面を有する入力操作部と、
    　前記入力操作部に取り付けられ、前記入力操作部の超音波帯域の固有振動数で振動する振動素子と、
    を有し、
    　前記入力操作部は、前記接触操作面上の１以上の領域に対して異なる機能が割り当てられており、
    　前記振動素子は、前記接触操作が行われる前記領域に応じて異なる振幅または振動パターンで前記超音波帯の固有振動を駆動する駆動信号を入力として受け取る
    ことを特徴とする入力装置。
  9. 　前記入力装置は、キーボード上のタッチパッド、またはマウスであることを特徴とする請求項８に記載の入力装置。　
  10. 　表示装置と別個に配置される入力装置の滑らかな接触操作面上の１以上の領域に対して異なる機能を割り当て、
    　前記接触操作面で接触操作を受け付ける際に、前記接触操作が行われる前記領域に応じて異なる振幅または振動パターンで超音波帯の固有振動を発生させて前記接触操作面を振動させる、
    ことを特徴とする電子機器の駆動制御方法。
  11. 　キーボード上のタッチパッド、またはマウスの前記接触操作面の前記１以上の領域に対して異なる機能を割り当てることを特徴とする請求項１０に記載の電子機器の駆動制御方法。
  12. 　前記接触操作面上の前記接触操作の位置を検出し、
    　前記センサの出力に基づいて、前記超音波帯の前記固有振動の振幅または振動パターンを変調することを特徴とする請求項１０に記載の電子機器の駆動制御方法。
  13. 　前記入力装置の前記入力操作面に、ポインティング操作用の領域と、特定の機能ボタン用の領域を割り当て、
    　前記接触操作の位置が前記ポインティング操作用の領域から前記機能ボタン用の領域へ入ったときに、特定の振幅または振動パターンで、前記超音波帯の固有振動を発生させることを特徴とする請求項１０に記載の電子機器の駆動制御方法。
  14. 　前記接触操作の位置が前記機能ボタン用の領域内を移動する間、前記超音波帯の前記固有振動を一定の振幅値に維持し、前記領域内で前記機能ボタンの選択操作が行われたときに前記振幅値を低減することを特徴とする請求項１３に記載の電子機器の駆動制御方法。
  15. 　前記入力装置の前記入力操作面に、スクロール用の領域を割り当て、
    　前記接触操作の位置が前記スクロール用の領域に沿って移動するときに、特定の前記振幅または振動パターンで、前記超音波帯の固有振動を発生させることを特徴とする請求項１０に記載の電子機器の駆動制御方法。
  16. 　前記接触操作の位置が前記スクロール用の領域に入った時、または前記スクロール用の領域から出るときに、第１の振幅の前記固有振動を発生させ、
    　前記接触操作の位置が前記スクロール用の領域に沿って移動するときに、前記第１の振幅よりも小さい第２の振幅で、一定時間間隔で前記固有振動を発生させることを特徴とする請求項１５に記載の電子機器の駆動制御方法。
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