WO2021111577A1

WO2021111577A1 - 触覚提示パネル、触覚提示タッチパネル、触覚提示タッチディスプレイ、および触覚提示つまみ

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Publication number: WO2021111577A1
Application number: PCT/JP2019/047605
Authority: WO
Inventors: 泰折田; 岳大野; 孝之森岡; 佐々木　雄一
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2019-12-05
Filing date: 2019-12-05
Publication date: 2021-06-10
Also published as: JP6758547B1; US20220374084A1; CN114730218A; JPWO2021111577A1

Abstract

本発明は、使用者に適切な触覚を付与することが可能な触覚提示パネル、触覚提示タッチパネル、触覚提示タッチディスプレイ、および触覚提示つまみを提供することを目的とする。本発明による触覚提示パネルは、触覚提示パネルの操作面における少なくとも一部の領域に位置する少なくとも１つの第１電極（１０２ａ）に印加する第１周波数を有する電圧信号を生成し、かつ触覚提示パネルの操作面における少なくとも一部の領域に位置する少なくとも１つの第２電極（１０２ｂ）に印加する第１周波数とは異なる第２周波数を有する電圧信号を生成する触覚提示電圧生成回路（１１３）と、触覚電極に接続され、導電性弾性部（６）に蓄積された電荷を排出する電荷排出部（１１５）と、使用者が触覚提示つまみ（３）に接触したことを検出するタッチ検出回路（２１０）とを備える。

Description

触覚提示パネル、触覚提示タッチパネル、触覚提示タッチディスプレイ、および触覚提示つまみ

　本発明は、触覚提示つまみを介して使用者に触覚を提示する触覚提示パネル、触覚提示パネルとタッチパネルとを備える触覚提示タッチパネル、触覚提示タッチパネルと表示パネルとを備える触覚提示タッチディスプレイ、および触覚提示つまみに関する。

　タッチスクリーン上において使用者の指またはペンなどの指示体によって指示された位置（以下「タッチ位置」という場合がある）を検出して出力する装置として、タッチパネルが広く知られており、静電容量方式を用いたタッチパネルとして投影型静電容量方式タッチパネル（ＰＣＡＰ：Projected Capacitive Touch Panel）がある。ＰＣＡＰは、タッチスクリーンの使用者側の面（以下「表側面」という場合がある）が厚さ数ｍｍ程度のガラス板などの保護板で覆った場合でもタッチ位置を検出することができる。また、ＰＣＡＰ、表側面に保護板を配置できるので堅牢性に優れている点、および可動部を有しないので長寿命である点などの利点を有している。

　ＰＣＡＰのタッチスクリーンは、行方向におけるタッチ位置の座標を検出する検出用行方向配線層と、列方向におけるタッチ位置の座標を検出する検出用列方向配線層とを備えている。以下の説明では、検出用行方向配線層と検出用列方向配線層とを総称して「検出用配線層」という場合がある。

　また、検出用配線層が配置された部材を「タッチスクリーン」といい、タッチスクリーンに検出用回路が接続された装置を「タッチパネル」という。さらに、タッチスクリーンにおいてタッチ位置の検出が可能な領域を「検出可能エリア」という。

　静電容量（以下、単に「容量」という場合がある）を検出するための検出用配線層として、薄い誘電膜上に形成された第１シリーズの導体エレメントと、第１シリーズの導体エレメント上に絶縁膜を隔てて形成された第２シリーズの導体エレメントとを備えている。各導体エレメント間には電気的接触はなく、表側面の法線方向から見て、第１シリーズの導体エレメントと、第２シリーズの導体エレメントとのうち一方が他方と平面視で重畳しているが、両者の間に電気的接触はなく立体的に交差している。

　指示体のタッチ位置の座標は、指示体と、検出用配線である導体エレメントとの間で形成される容量（以下「タッチ容量」という場合がある）を検出回路で検出することによって特定される。また、１以上の導体エレメントの検出容量の相対値によって、導体エレメント間のタッチ位置を補間することができる。

　近年、スイッチ等を含む操作パネルとしてのタッチパネルが機械スイッチに代わって身の回りの多くの機器に用いられるようになっている。しかし、タッチパネルには、機械スイッチのように凹凸がなく手触りが均一であるため、操作によって表面形状が変形しない。そのため、スイッチの位置確認から操作実行および操作完了までのすべての操作過程を視覚に頼って行わなければならず、自動車の運転中の音響等の操作など、他の作業と並行して行う操作時にブラインド操作の確実性および視覚障害者の操作性などに課題がある。

　例えば、車載機器では、デザイン性の観点から広くタッチパネルが用いられるようになっているため、運転中に車載機器をブラインドタッチで操作し難くなり、安全性確保の観点から、ブラインドタッチでの操作が可能になる機能付タッチパネルへの注目が高まっている。また、民生機器においては、家電および電子機器の多くに操作パネルとしてのタッチパネルが用いられるようになった。さらに、デザイン性の観点から表面をカバーガラスで保護したＰＣＡＰを搭載する機器も増加している。しかし、タッチパネルは表面が平滑なため、手触りでスイッチの位置を確認することができず、ユニバーサルデザイン対応が困難であることが課題である。ＰＣＡＰの場合、デザイン性としてガラス表面が平滑であることが求められており、スイッチ位置に相当するガラス面に凹凸を加工するなどといったユニバーサルデザイン対応が難しい。

　上記の対策として、操作を受け付けたこと、および操作を完了したことを音声で知らせる方法があるが、プライバシーおよび騒音の問題で音声機能を使用できる環境が限定されるなど、機械スイッチと同等の機能と汎用性には至っていない。タッチパネルにスイッチの位置を提示する機能、操作の受付、および操作の完了を触覚で使用者にフィードバックする機能があれば、ブラインドタッチでの操作およびユニバーサルデザイン対応を実現することが可能である。

　携帯電話およびスマートフォンでは、操作の確実性および視覚に頼らない操作性を補うために、振動による触覚フィードバック機能を搭載している場合がある。使用者の操作に連動した振動によるフィードバック機能が急速に身近なものになり、さらなる高度な触覚フィードバックへの需要も高まると予想される。

　触覚を発生する方式は、振動方式、超音波方式、および電気方式の３つに大別される。振動方式の特徴は、ＰＣＡＰとの共存が可能で低コストであるが、デバイス全体が十分に振動するように筐体への振動子の組み込みが不適合であり、また振動子の出力の限界から大面積化ができない。超音波方式は、ツルツル感など、他の方式では発生できないような触覚を発生させることが可能であるが、振動方式と同様の理由で、筐体への組み込みに不適合であり、また大面積化もできない点が短所である。電気方式には、静電摩擦力により触覚を生成する静電摩擦方式と指に直接電気刺激を与える電気刺激方式とがあるが、これらは、任意の箇所に触覚を発生させることが可能であり、大面積化およびマルチタッチ対応が可能である。

　以下、この方式について説明する。なお以下において、透明絶縁基板に触覚電極が配置された部材を「触覚提示スクリーン」といい、触覚提示スクリーンに検出用回路が接続された装置を「触覚提示パネル」という。また触覚提示スクリーンにおける触覚提示可能な領域を「触覚提示可能エリア」という。

　回転つまみに対する触覚出力デバイスに関して、例えば特許文献１では、触覚出力デバイスは、電極と電極の上に配置された誘電材料と、電極に信号を入力するコントローラを有している。前記誘電材料は、使用者が接触する面にマイクロパターニングされた凹凸を有している。コントローラが信号を電極に入力すると、マイクロパターニングされた誘電材料の凸部が帯電し、回転つまみとの間に静電気力が発生し、使用者に触覚を与えることができる。

特開２０１７－１６８１０４号公報

　特許文献１では、電極間に接触した皮膚に前記電極を介して電圧を印加し、擬似的に触覚刺激を提示する触覚出力デバイスの上に回転つまみを置いて、触覚出力デバイスと回転つまみの間の摩擦および付着力を制御して回転つまみに操作感や操作量を表す触覚を与えた場合、電圧が印加された触覚出力デバイスの電極と回転つまみとの間で発生した静電気力により回転つまみに生じた電荷が回転つまみに蓄積してしまい、触覚出力デバイスと回転つまみとの間の摩擦および付着力が変化しなくなり、触覚強度が減少してしまう。また、さらに電荷が回転つまみに蓄積すると、電極と回転つまみとの間で放電現象が生じ、電極上に配置されかつ回転つまみと接している絶縁層が破壊されてしまう場合がある。

　このように、静電摩擦方式の触覚提示パネル上で回転つまみに触覚を提示する場合、触覚提示パネル表面に配置された触覚電極の上に配置された絶縁層（誘電体層）と接している面に配置され、触覚電極と容量形成をする回転つまみの導電性弾性部に電荷が蓄積しやすくなる。回転つまみの導電性弾性部に電荷が蓄積すると使用者に付与する触覚強度が弱くなり、使用者に適切な触覚を付与することができなくなるという課題がある。

　本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、使用者に適切な触覚を付与することが可能な触覚提示パネル、触覚提示タッチパネル、触覚提示タッチディスプレイ、および触覚提示つまみを提供することを目的とする。

　上記の課題を解決するために、本発明による触覚提示パネルは、複数の導電性弾性部を有する触覚提示つまみを操作面上に載置し、触覚提示つまみを介して使用者に触覚を提示する触覚提示パネルであって、触覚提示パネルの前記操作面側に設けられた複数の第１電極および複数の第２電極を含む触覚電極と、触覚電極を覆い、かつ一面が操作面である誘電体層と、触覚提示パネルの操作面における少なくとも一部の領域に位置する少なくとも１つの第１電極に印加する第１周波数を有する電圧信号を生成し、かつ触覚提示パネルの操作面における少なくとも一部の領域に位置する少なくとも１つの第２電極に印加する第１周波数とは異なる第２周波数を有する電圧信号を生成する電圧生成回路と、触覚電極に接続され、導電性弾性部に蓄積された電荷を排出する電荷排出部と、使用者が触覚提示つまみに接触したことを検出する接触検出部とを備える。

　本発明によると、触覚提示パネルは、触覚提示パネルの操作面における少なくとも一部の領域に位置する少なくとも１つの第１電極に印加する第１周波数を有する電圧信号を生成し、かつ触覚提示パネルの操作面における少なくとも一部の領域に位置する少なくとも１つの第２電極に印加する第１周波数とは異なる第２周波数を有する電圧信号を生成する電圧生成回路と、触覚電極に接続され、導電性弾性部に蓄積された電荷を排出する電荷排出部と、使用者が触覚提示つまみに接触したことを検出する接触検出部とを備えるため、使用者に適切な触覚を付与することが可能となる。

　本発明の目的、特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

本発明の実施の形態１による触覚提示タッチディスプレイの構成を概略的に示す分解斜視図である。図１の触覚提示タッチディスプレイの構成を概略的に示す断面図である。図２の触覚提示パネルが有する触覚電極と触覚提示つまみとの間で形成される静電容量を説明するための模式図である。図２の触覚提示パネルが有する触覚電極と触覚提示つまみとの間で形成される静電容量を説明するための斜視図である。図２の第１電極に印加される第１周波数の電圧信号の一例を示すグラフである。図２の第２電極に印加される第２周波数の電圧信号の一例を示すグラフである。図５および図６の各電圧信号が組み合わさることによって発生する振幅変調信号を示すグラフである。図２のタッチスクリーンの一例を示す平面図である。図８の線Ａ１－Ａ１および線Ａ２－Ａ２に沿う部分断面図である。図２のタッチスクリーンの一例を示す平面図である。図１０の線Ｂ１－Ｂ１および線Ｂ２－Ｂ２に沿う部分断面図である。図２の触覚提示スクリーンの構成を概略的に示す平面図である。図２の触覚提示パネルが有する触覚電極と指示体との間で形成される静電容量を説明するための模式図である。図２の触覚提示パネルが有する触覚電極のピッチが触覚提示つまみの直径よりも大きい場合において触覚電極と触覚提示つまみとの間で形成される静電容量を説明するための模式図である。図２の触覚提示パネルが有する触覚電極のピッチが触覚提示つまみの直径よりも小さい場合において触覚電極と触覚提示つまみとの間で形成される静電容量を説明するための模式図である。本発明の実施の形態１による触覚提示つまみの回転部の構成を示す模式図である。本発明の実施の形態１による触覚提示つまみを載置する位置が１か所に固定される場合における固定部の構成を示す模式図である。本発明の実施の形態１によるタッチスクリーンが触覚提示つまみの位置を検出したときの線Ｃ－Ｃの容量プロファイルを説明するための模式図である。本発明の実施の形態１による導電性弾性部のエッジ部の位置を示す模式図である。図１の触覚提示タッチパネルの構成を概略的に示すブロック図である。図１の触覚提示タッチパネルで指示体が触覚提示つまみに接触していないときに触覚提示タッチパネルで形成される静電容量を説明するための模式図である。指示体が触覚提示つまみに接触していないときの図１の触覚提示タッチパネルの動作タイミングを概略的に示すタイミングチャートである。図１の触覚提示タッチパネルで指示体が触覚提示つまみに接触しているときに触覚提示タッチパネルで形成される静電容量を説明するための模式図である。指示体が触覚提示つまみに接触しているときの図１の触覚提示タッチパネルの動作タイミングを概略的に示すタイミングチャートである。図１の触覚提示タッチパネルがタッチ位置を検出する際に触覚提示タッチパネルで形成される静電容量を説明するための模式図である。図１の触覚提示タッチパネルが触覚を生成する際に触覚提示タッチパネルで形成される静電容量を説明するための模式図である。本発明の実施の形態１による信号電圧印加時に触覚提示つまみが指示体を介して接地接続した際に導電性弾性部に蓄積した電荷の移動を模式的に示すイメージ図である。本発明の実施の形態１による信号電圧印加時に触覚提示つまみが誘電体層を介して接触している一部の触覚電極を接地接続した際に導電性弾性部に蓄積した電荷の移動を模式的に示すイメージ図である。本発明の実施の形態１による信号電圧印加時に触覚提示つまみが誘電体層を介して接触している一部の触覚電極を接地接続した際の触覚提示タッチパネルの構成を概略的に示すブロック図である。本発明の実施の形態２による触覚提示つまみを斜めあるいは垂直に立てた触覚提示タッチパネル上で使用する場合のイメージ図である。本発明の実施の形態２による触覚提示つまみを斜めあるいは垂直に立てた触覚提示タッチパネル上で使用する場合の回転部の構造を示す模式図である。本発明の実施の形態２による触覚提示つまみを斜めあるいは垂直に立てた触覚提示タッチパネル上で使用する場合の固定部の模式図である。本発明の実施の形態２による触覚提示つまみを斜めあるいは垂直に立てた触覚提示タッチパネル上で使用する場合の固定台の模式図である。本発明の実施の形態３による触覚提示つまみを置く位置を変えて操作する場合における回転部の模式図である。本発明の実施の形態３による触覚提示つまみを置く位置を変えて操作する場合における固定部の模式図である。本発明の実施の形態４によるセグメント構造の触覚提示パネルの構成を概略的に示す平面図である。本発明の実施の形態４によるセグメント構造の触覚提示パネルの触覚電極形状の一例を概略的に示す平面図である。本発明の実施の形態４によるセグメント構造の触覚提示パネルの触覚電極形状の一例を概略的に示す平面図である。

　本発明の実施の形態について、図面に基づいて以下に説明する。

　＜実施の形態１＞
　＜触覚提示タッチディスプレイ＞
　図１は、本実施の形態１における触覚提示タッチディスプレイ１の上に触覚提示つまみ３を置いて操作感および操作量の触覚を提示する触覚提示デバイスの構成を概略的に示す分解斜視図である。図２は、触覚提示タッチディスプレイ１の構成を概略的に示す断面図である。

　触覚提示タッチディスプレイ１は、触覚提示タッチパネル４００と、触覚提示タッチパネル４００が取り付けられた表示パネル３００とを有している。触覚提示タッチパネル４００は、触覚提示パネル１００と、タッチパネル２００とを有している。触覚提示パネル１００は、触覚提示スクリーン１５０と、電圧供給回路１１０とを有している。タッチパネル２００は、タッチスクリーン２５０と、タッチ検出回路２１０とを有している。

　本実施の形態１において、触覚提示スクリーン１５０は、触覚提示タッチディスプレイ１の、使用者に面する側（表側）に配置されており、タッチスクリーン２５０の使用者に面する面（表側面）上に、接着材１０ｂによって固定されている。タッチスクリーン２５０は、表示パネル３００の、使用者に面する面（表側面）上に、接着材２０ａによって固定されている。

　触覚提示スクリーン１５０は、透明絶縁基板１０１と、触覚電極１０２と、誘電体層１０６とを有している。触覚電極１０２は、透明絶縁基板１０１上に間隔を空けて交互に配置された複数の第１電極１０２ａおよび複数の第２電極１０２ｂを含む。誘電体層１０６は、複数の第１電極１０２ａおよび複数の第２電極１０２ｂを覆っている。触覚提示スクリーン１５０は、電圧供給回路１１０にＦＰＣ（Flexible Print Circuit）１０８によって電気的に接続されている。

　タッチスクリーン２５０は、透明であって絶縁性を有する基板２０１と、励起電極２０２と、検出電極２０３と、層間絶縁層２０４と、絶縁層２０５とを有している。タッチスクリーン２５０は、タッチ検出回路２１０にＦＰＣ１０８によって電気的に接続されている。タッチ検出回路２１０は、触覚提示スクリーン１５０の透明絶縁基板１０１上のタッチされた位置を検出する。これにより、透明絶縁基板１０１上において、触覚提示だけでなくタッチ位置検出が可能とされている。タッチ検出回路２１０は、例えば、タッチによる静電容量の変化を検出するための検出用ＩＣ（Integrated Circuit）とマイクロコンピュータとを有している。タッチスクリーン２５０の構成の詳細については、具体例を挙げて後述する。

　表示パネル３００は、対向する２つの透明絶縁基板と、それらの間に挟まれ表示機能を有する表示機能層とを有する。表示パネル３００は、典型的には液晶パネルである。表示パネル３００は、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）パネルまたは電子ペーパーパネルであってもよい。タッチパネル２００は、典型的にはＰＣＡＰである。

　＜触覚提示パネルの概要＞
　図３は、触覚提示パネル１００が有する触覚電極１０２と触覚提示つまみ３との間で形成される静電容量Ｃ_ＦＥを模式的に説明するための図である。図４は、図３の斜視図である。触覚提示つまみ３が触覚提示スクリーン１５０の表側面の一部である接触面ＣＴに触れると、接触面ＣＴ上の触覚提示つまみ３と触覚電極１０２との間に誘電体層１０６を介して静電容量Ｃ_ＮＥが形成される。なお、これらの図中では、図を見やすくするために電圧供給回路１１０（図２参照）に含まれる触覚提示電圧生成回路１１３のみが示されており、電圧供給回路１１０に含まれる他の構成は図示されていない。電圧供給回路１１０のより具体的な構成については後述する。

　電圧供給回路１１０に含まれる触覚提示電圧生成回路１１３は、第１電圧発生回路１１３ａと、第２電圧発生回路１１３ｂとを有している。第１電圧発生回路１１３ａは、複数の第１電極１０２ａのうち、透明絶縁基板１０１の少なくとも一部の領域上に位置する第１電極１０２ａへ電圧信号Ｖ_ａを印加するものであり、本実施の形態１では透明絶縁基板１０１の少なくとも一部の領域上に位置するすべての第１電極１０２ａへ電圧信号Ｖ_ａを印加するものである。第２電圧発生回路１１３ｂは、複数の第２電極１０２ｂのうち、透明絶縁基板１０１の少なくとも一部の領域上に位置する第２電極１０２ｂへ電圧信号Ｖ_ｂを印加するものであり、本実施の形態１では透明絶縁基板１０１の少なくとも一部の領域上に位置するすべての第２電極１０２ｂへ電圧信号Ｖ_ｂを印加するものである。

　図５および図６のそれぞれは、電圧信号Ｖ_ａおよび電圧信号Ｖ_ｂの一例を示すグラフである。第１電圧発生回路１１３ａの電圧信号Ｖ_ａは、第１周波数を有している。第２電圧発生回路１１３ｂの電圧信号Ｖ_ｂは、第１周波数と異なる第２周波数を有している。電圧信号Ｖ_ａの振幅と電圧信号Ｖ_ｂの振幅とは、同じ振幅Ｖ_Ｌであってよい。図５，６の例では、電圧信号Ｖ_ａおよび電圧信号Ｖ_ｂとして、周波数の異なる正弦波が用いられている。正弦波に代わって、パルス波、または他の形状を有するものが用いられてもよい。十分に大きな触覚を生成するためには、振幅Ｖ_Ｌは、数十Ｖ程度であることが好ましい。

　図７は、電圧信号Ｖ_ａ（図５参照）および電圧信号Ｖ_ｂ（図６参照）が組み合わさることによって発生する振幅変調信号Ｖ_Ｎを示すグラフである。第１電極１０２ａへは電圧信号Ｖ_ａが印加され、かつ第２電極１０２ｂへは電圧信号Ｖ_ｂが印加される。その結果、第１電極１０２ａおよび第２電極１０２ｂの各々と触覚提示つまみ３との間の静電容量Ｃ_ＮＥ（図４参照）が形成されている領域では、振幅Ｖ_Ｌのおおよそ２倍の最大振幅Ｖ_Ｈを有する振幅変調信号Ｖ_Ｎに従った充放電が繰り返される。その結果、誘電体層１０６を介して第１電極１０２ａおよび第２電極１０２ｂに跨って接する触覚提示つまみ３には、最大振幅Ｖ_Ｈの振幅変調信号Ｖ_Ｎに対応する静電気力が加わる。振幅変調信号Ｖ_Ｎは、上記第１周波数と第２周波数との差に対応して、うなりの周波数を有する。よって、触覚提示つまみ３が触覚提示スクリーン１５０上を回転する際には、触覚提示つまみ３に作用する摩擦力が、上述したうなりの周波数で変化する。その結果、触覚提示つまみ３がうなりの周波数で振動する。使用者は、触覚提示つまみ３の振動を触覚提示スクリーン１５０から得られた触覚として知覚する。以上のように、触覚提示パネル１００が有する触覚提示スクリーン１５０は、触覚提示つまみ３に加わる静電気力を制御することによって触覚提示つまみ３に加わる摩擦力を変化させることにより触覚を生成するように構成されている。

　上記のように、入力された電圧信号Ｖ_ａ（図５参照）および電圧信号Ｖ_ｂ（図６参照）の各々に比しておおよそ２倍の電圧を有する振幅変調信号Ｖ_Ｎが生成される。これにより、触覚提示つまみ３に所望の摩擦力を作用させるのに必要な振幅変調信号Ｖ_Ｎを、そのおおよそ１／２の電圧を有する電圧信号Ｖ_ａ（図５参照）および電圧信号Ｖ_ｂ（図６参照）によって生成することができる。よって、第１電極１０２ａおよび１０２ｂに振幅変調信号が直接入力される場合に比して、１／２の電圧で同等の静電気力を生成することができ、低電圧駆動が可能となる。

　使用者に対して十分に大きな触覚を提示するためには、それに対応して最大振幅Ｖ_Ｈが十分に大きければよく、それに比して振幅Ｖ_Ｌは小さな値であってよい。よって振幅Ｖ_Ｌは、それ自体によって十分に大きな触覚を生成するほどに大きい必要はない。振幅Ｖ_Ｌがそのように設定される結果、第１電極１０２ａおよび第２電極１０２ｂのいずれか一方のみが触覚提示つまみ３に接触している状態では、電圧信号Ｖ_ａおよび電圧信号Ｖ_ｂの周波数がどのように選択されても、使用者は触覚をほとんど知覚しない。

　触覚提示つまみ３が第１電極１０２ａおよび第２電極１０２ｂを跨るように位置しやすくするためには、触覚電極１０２のピッチＰ_Ｅが接触面ＣＴの直径Ｒ_ＮＥよりも小さいことが好ましい。この詳細については後述する。

　＜タッチパネル＞
　図８は、タッチスクリーン２５０（図２参照）の一例としての、静電容量方式のタッチスクリーン２５０ａを示す平面図である。図９は、図８の線Ａ１－Ａ１および線Ａ２－Ａ２に沿う部分断面図である。

　タッチスクリーン２５０ａは、複数の行方向配線層２０６と複数の列方向配線層２０７とを有している。行方向配線層２０６の各々は、電気的に接続された複数の励起電極２０２（図２参照）からなり、列方向配線層２０７の各々は、電気的に接続された複数の検出電極２０３（図２参照）からなる。図８および図９では、このような微細構造を無視して、行方向配線層２０６および列方向配線層２０７が図示されている。励起電極２０２（図２参照）は、金属の単層膜もしくは多層膜、または、これらのいずれかを含みかつ他の導電材料も用いた多層構造からなる。金属としては、例えば、アルミニウムまたは銀など低抵抗のものが好ましい。検出電極２０３（図２参照）についても同様である。配線材料として金属を用いることによって、配線抵抗を低くすることができる。一方で、金属配線は、不透明であるので、視認されやすい。視認性を低くしかつタッチスクリーンの透過率を高くするためには、金属配線に細線構造が付与されればよい。細線構造は典型的にはメッシュ状である。

　行方向配線層２０６の各々は、行方向（図中ｘ方向）に沿って延在しており、列方向配線層２０７の各々は列方向（図中ｙ方向）に沿って延在している。複数の行方向配線層２０６は列方向において間隔を空けて配列されており、複数の列方向配線層２０７は行方向において間隔を空けて配列されている。図８に示すように、平面視において、行方向配線層２０６の各々は複数の列方向配線層２０７と交差しており、列方向配線層２０７の各々は複数の行方向配線層２０６と交差している。行方向配線層２０６と列方向配線層２０７とは、層間絶縁層２０４によって絶縁されている。

　層間絶縁層２０４は、有機絶縁膜の単層膜、無機絶縁膜の単層膜、または多層膜からなる。耐湿性の向上には無機絶縁膜が優れており、平坦性の向上には有機絶縁膜が優れている。無機絶縁膜としては、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜などの透明性シリコン系無機絶縁膜、または、アルミナなどの金属酸化物からなる透明性無機絶縁膜が用いられる。有機絶縁膜の材料としては、シリコン酸化物、シリコン窒化膜もしくはシリコン酸化窒化膜からなる主鎖を有し、かつその側鎖もしくは官能基に結合した有機物を有する高分子材料、または、炭素からなる主鎖を有する熱硬化性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ノボラック樹脂、またはオレフィン樹脂が挙げられる。

　タッチスクリーン２５０ａの行方向配線層２０６のそれぞれは、引き出し配線層Ｒ（１）～Ｒ（ｍ）によってタッチスクリーン端子部２０８に接続されている。列方向配線層２０７のそれぞれは、引き出し配線層Ｃ（１）～Ｃ（ｎ）によってタッチスクリーン端子部２０８に接続されている。タッチスクリーン端子部２０８は、基板２０１の端部に設けられている。

　引き出し配線層Ｒ（１）～Ｒ（ｍ）は、検出可能エリアの外側に配置されており、タッチスクリーン端子部２０８の配列の中央に近いものから順に、ほぼ最短距離が得られるように、対応する電極へと延びている。引き出し配線層Ｒ（１）～Ｒ（ｍ）は、相互の絶縁を確保しつつ、なるべく密に配置されている。引き出し配線層Ｃ（１）～Ｃ（ｎ）についても同様である。このような配置とすることによって、基板２０１のうち検出可能エリアの外側の部分の面積を抑えることができる。

　引き出し配線層Ｒ（１）～Ｒ（ｍ）の群と、引き出し配線層Ｃ（１）～Ｃ（ｎ）の群との間に、シールド配線層２０９が設けられてもよい。これにより、一方の群からの影響で他方の群にノイズが発生することが抑制される。また、表示パネル３００（図２参照）から発生する電磁ノイズが引き出し配線層へ及ぼす影響を低減することができる。シールド配線層２０９は、行方向配線層２０６または列方向配線層２０７と同時に同材料で形成されてもよい。

　絶縁層２０５は、タッチスクリーン端子部２０８が露出されるように基板２０１上に設けられており、行方向配線層２０６、列方向配線層２０７および層間絶縁層２０４を覆っている。絶縁層２０５は、層間絶縁層２０４と同様の材料により形成され得る。表示パネル３００が液晶パネルである場合、絶縁層２０５の、表示のための光が透過する部分の上に、液晶パネル用のアンチグレア処置が施された上部偏光板が貼り付けられてもよい。

　図１０は、タッチスクリーン２５０（図２参照）の一例としての、静電容量方式のタッチスクリーン２５０ｂを示す平面図である。図１１は、図１０の線Ｂ１－Ｂ１および線Ｂ２－Ｂ２に沿う部分断面図である。図１０，１１の例では、いわゆるダイヤモンド構造が採用されている。

　行方向配線層２０６および列方向配線層２０７は、同一レイヤに配置されている。列方向配線層２０７の各々は、検出電極２０３として、互いにつながった複数のダイヤモンド形状の電極を有している。行方向配線層２０６は、励起電極２０２として、互いに離れた複数のダイヤモンド形状の電極と、隣り合うダイヤモンド形状の電極間を電気的に接続するブリッジ２０６Ｂとを有している。層間絶縁層２０４は、ブリッジ２０６Ｂと列方向配線層２０７との間を絶縁するように配置されている。なお、行方向配線層ではなく列方向配線層にブリッジ構造が適用されてもよい。ブリッジを形成することにより、配線層の電気的抵抗が高くなる傾向があるので、列方向配線層および行方向配線層のうち短い方にブリッジ構造が適用されることが好ましい。

　行方向配線層２０６および列方向配線層２０７の材料としては、例えば、酸化インジウムスズ（Indium tin Oxide：ＩＴＯ）などの透明導電膜が用いられる。ＩＴＯは、透光性を有するので、配線層が使用者に視認される可能性が低くなる。ＩＴＯなどの透明導電膜は、比較的高い電気抵抗を有するので、配線抵抗が問題とならない小型のタッチスクリーンへの適用が適している。また、ＩＴＯなどの透明導電膜は、他の金属配線との間での腐食によって配線が断線しやすいので、腐食を防止するために、耐湿性および防水性への配慮を要する。

　なお、上記ではタッチスクリーンの構造と表示パネルの構造とが独立している場合について説明したが、これらが不可分に一体化されていてもよい。例えば、いわゆるオンセルタッチパネルの場合は、タッチスクリーンが、基板２０１を用いることなしに表示パネル３００の基板（典型的にはカラーフィルタ基板）上に直接形成される。いわゆるインセルタッチパネルの場合は、表示パネル３００が有する２つの透明絶縁基板（図示せず）の間にタッチスクリーンが形成される。

　＜触覚提示パネル＞
　図１２は、触覚提示スクリーン１５０の構成を概略的に示す平面図である。図１３は、触覚電極１０２と触覚提示つまみ３との間での静電容量Ｃ_ＮＥの形成を説明する模式図である。

　上述した通り、触覚提示スクリーン１５０は、透明絶縁基板１０１と、触覚電極１０２と、誘電体層１０６とを有している。さらに、透明絶縁基板１０１の端部には触覚提示パネル端子部１０７が設けられており、透明絶縁基板上には複数の引き出し配線層１０５が配置されている。誘電体層１０６は、触覚提示パネル端子部１０７が露出されるように設けられている。触覚電極１０２は、引き出し配線層１０５を介して触覚提示パネル端子部１０７に接続されている。触覚提示パネル端子部１０７には、ＦＰＣ１０８（図１参照）を介して電圧供給回路１１０（図２参照）が接続されている。なお、引き出し配線層１０５の詳細については後述する。

　触覚電極１０２の各々は、延在方向（図１２における縦方向）に沿って延びている。複数の触覚電極１０２は、配列方向（図１２における横方向）に沿って、間隔を空けて配列されている。図１２の例では、透明絶縁基板１０１は、長辺および短辺を有する長方形状を有している。従って、触覚提示スクリーン１５０も、透明絶縁基板１０１に対応して長辺および短辺を有している。図１２の例では、配列方向は長辺に沿っている。触覚提示スクリーン１５０の観察者にとっての水平方向が長辺に沿っている場合、上記配列方向は水平方向に沿っている。

　触覚電極１０２と触覚提示つまみ３との間で形成される静電容量Ｃ_ＮＥが大きいほど強い触覚を提示することが可能である。この観点では、触覚電極１０２の面積は大きい方が好ましい。触覚電極１０２の面積の大きさが優先される場合、触覚電極１０２への微細構造の付与によって触覚電極１０２を視認されにくくすることは困難となる。触覚電極１０２の面積を大きくしつつ触覚電極１０２が視認されにくくするために、触覚電極１０２は透明導電膜によって形成され得る。透明導電膜の典型的な材料としてＩＴＯがある。ＩＴＯなどの透明導電膜は、金属に比べて比較的高い電気抵抗を有するので、配線抵抗が問題とならない小型のタッチスクリーンへの適用が適している。配線抵抗が問題となる大型のタッチスクリーンへの適用が必要な場合は、ＩＴＯ膜厚を厚くするか、ドーパントの含有率を増やして抵抗率を低減させる。この場合、ＩＴＯの光吸収率が変化してタッチスクリーンが着色して見える場合があるので、ディスプレイの色味の調整等が必要になる場合がある。また、ＩＴＯなどの透明導電膜は、他の金属配線との間での腐食によって配線が断線しやすいので、電極を他の金属との積層構造により配線抵抗を低くする場合は、腐食を防止するために耐湿性および防水性への配慮を要する。

　上記のような透明導電膜を用いる代わりに、触覚電極１０２は、金属の単層膜もしくは多層膜、または、これらのいずれかを含みかつ他の導電材料も用いた多層構造を有する電極（以下、「金属膜含有電極」ともいう）であってもよい。金属としては、例えば、アルミニウムまたは銀など低抵抗のものが好ましい。金属膜含有電極を用いることによって配線抵抗を低くすることができる。一方、金属膜は、不透明であるので視認されやすい。従って、金属膜を視認されにくくするためには、金属膜含有電極に細線構造が付与されればよい。細線構造は典型的にはメッシュ状である。

　誘電体層１０６は、有機絶縁膜の単層膜、無機絶縁膜の単層膜、または多層膜からなる。多層膜の場合、異なる種類の有機絶縁膜が積層されてもよく、あるいは異なる種類の無機絶縁膜が積層されてもよく、あるいは有機絶縁膜と無機絶縁膜とが積層されてもよい。無機絶縁膜は、高い不透湿性と、高い硬度と、高い耐摩耗性とを有している。誘電体層１０６上で触覚提示つまみ３が回転することから、誘電体層１０６は高い耐摩耗性を要する。有機絶縁膜は、高い平坦性を得るためには好ましいものの、硬度が低く耐磨耗性が低い。このため、高い平坦性と高い耐摩耗性との両方を得るには、有機絶縁膜上に無機絶縁膜を形成することが好ましい。無機絶縁膜としては、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜などの透明性シリコン系無機絶縁膜、または、アルミナなどの金属酸化物からなる透明性無機絶縁膜が用いられる。有機絶縁膜の材料としては、シリコン酸化物、シリコン窒化膜もしくはシリコン酸化窒化膜からなる主鎖を有し、かつその側鎖もしくは官能基に結合した有機物を有する高分子材料、または、炭素からなる主鎖を有する熱硬化性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ノボラック樹脂、またはオレフィン樹脂が挙げられる。

　静電容量Ｃ_ＮＥは、下記の式（１）によって表される。
　　　Ｃ_ＮＥ＝Ｑ／Ｖ＝εＳ／ｄ　・・・（１）

　ここで、Ｑは導電性弾性部６および触覚電極１０２の各々に蓄えられる電荷量、Ｖは触覚提示つまみ３と触覚電極１０２との間の電圧、εは誘電体層１０６の誘電率、Ｓは誘電体層１０６を介しての導電性弾性部６と触覚電極１０２との接触面積、ｄは誘電体層１０６の厚さである。静電容量Ｃ_ＮＥは、誘電率εに比例しており、膜厚ｄに反比例している。

　上記の式（１）から、静電容量Ｃ_ＮＥを大きくするためには誘電率εが高いことが好ましい。具体的には、誘電体層１０６が、１０以上の比誘電率を有する膜（以下、「高誘電率絶縁膜」とも称する）を含むことが好ましい。高誘電率絶縁膜では、外部から印加される電場により材料内に正負電荷が変位している状態が生じる（これを一般的に誘電分極と呼ぶ）。誘電分極は、電圧が保持されている間は分極によって生じた電荷（一般的に分極電荷と呼ぶ）が維持され、電圧が低下すると分極電荷が減少して誘電分極が低下し、印加電圧をゼロボルトにすると誘電分極も消失する。誘電分極の方向は、電場によって変化することができる。高誘電率絶縁膜は、単層で用いられてもよく、他の低誘電率の無機絶縁膜もしくは有機絶縁膜、または他の高誘電率絶縁膜と積層することによって多層膜として用いられてもよい。一般に誘電率が高いほど屈折率も高いことから、高誘電率絶縁膜と低誘電率絶縁膜とを積層することによって、高屈折率膜と低屈折率膜との積層構造が得られる。この積層構造によって、誘電体層１０６は、反射防止膜としても機能し得る。

　また上記の式（１）から、静電容量Ｃ_ＮＥを大きくするためには厚さｄが小さいことが好ましい。高誘電率絶縁膜と有機絶縁膜とを積層することで、十分な絶縁性を確保しつつ、有機絶縁膜の膜厚を薄くすることができる。これにより誘電体層１０６の厚さｄを小さくすることができる。

　触覚電極が、マトリクス構造（すなわち、互いに交差するＸ電極およびＹ電極を有する構造）であったと仮定すると（例えば特開２０１５－０９７０７６号公報参照）、Ｘ電極とＹ電極との交差部には段差、すなわち凹凸、が生じる。この凹凸は、それを被覆する絶縁層の厚さが大きければ平坦化されるが、静電容量Ｃ_ＮＥの過度な低下を避けるためには、絶縁層の厚さには限界がある。このため、触覚提示スクリーンの表側面に凹凸が生じ得る。この凹凸のテクスチャ感が、触覚電極からの静電気力によってもたらされるテクスチャ感と混合すると、意図されたテクスチャ感を使用者へ与えにくくなる。表面形状の平坦化効果がある有機絶縁膜が誘電体層１０６として用いられる場合は、上記凹凸の発生は避けられるものの、平坦化のためにはある程度大きな厚さを要するので、静電容量Ｃ_ＮＥの低下は避けられない。

　これに対して本実施の形態１によれば、触覚電極１０２が交差部を有しないので、凹凸の大きさが触覚電極１０２の厚さ程度に抑えられる。これにより、平坦化効果を有する有機膜の薄膜化、または、平坦化効果の低い高誘電率絶縁膜の適用が可能になる。これにより、静電容量Ｃ_ＮＥをマトリクス構造の場合よりも大きくすることができる。また、触覚提示スクリーン１５０の触覚提示つまみ３との接触面に凹凸が少ないため、信号電圧を印加していない時に表面凹凸起因の触覚を触覚提示つまみ３に与えないため、信号電圧を印加した際の触覚提示つまみ３の触覚がより明瞭になる。

　また、静電容量Ｃ_ＮＥが同じであっても、触覚提示つまみ３が誘電体層１０６上において滑りやすければ、触覚提示つまみ３と触覚電極１０２との間の静電気力の変化が摩擦力の変化として使用者に知覚されやすくなる。これにより、使用者に対してより大きな触覚を与えることができる。誘電体層１０６上において触覚提示つまみ３を滑りやすくするためには、誘電体層１０６と触覚提示つまみ３との間の密着力を抑制する必要がある。そのために、例えば、誘電体層１０６の最表面に、または、導電性弾性部６の誘電体層１０６との接触面に、またはその両方に、誘電体層１０６の内部に比して高い撥水性を有する膜が設けられてもよい。

　＜電極ピッチ＞
　図１４は、触覚電極１０２のピッチＰ_Ｅが触覚提示つまみ３の直径Ｒ_ＦＥよりも大きい場合における、触覚電極１０２と触覚提示つまみ３との間で形成される静電容量Ｃ_ＮＥを説明する模式図である。図１５は、触覚電極１０２のピッチＰ_Ｅが直径Ｒ_ＦＥよりも小さい場合における、触覚電極１０２と触覚提示つまみ３との間で形成される静電容量Ｃ_ＮＥを説明する模式図である。

　本実施の形態１では、上述の通り、隣り合う第１電極１０２ａおよび第２電極１０２ｂのそれぞれに、周波数の異なる電圧信号Ｖ_ａ（図５参照）および電圧信号Ｖ_ｂ（図６参照）を印加することによって、振幅変調信号Ｖ_Ｎ（図７参照）に対応する静電気力を発生させる。これにより、誘電体層１０６と触覚提示つまみ３との間の摩擦力が振幅変調信号Ｖ_Ｎのうなりの周波数に対応して変化し、この変化を使用者が触覚として知覚する。図１４に示された状態では、触覚提示つまみ３に電圧信号Ｖ_ａのみが作用し電圧信号Ｖ_ｂが作用しないので、振幅変調信号Ｖ_Ｎが発生せず触覚が生成されない。一方、触覚提示つまみ３が第１電極１０２ａと第２電極１０２ｂとの境界の上方に位置した場合は、触覚が生成される。従って、図１４の構成では、触覚提示つまみ３の位置によって触覚が生成する位置としない位置とがあることになる。これに対して、図１５に示された状態では、触覚提示つまみ３の位置に関わらず触覚提示つまみ３へ電圧信号Ｖ_ａおよび電圧信号Ｖ_ｂの両方が作用し、これにより振幅変調信号Ｖ_Ｎが発生する。従って、図１５の構成においては、触覚提示つまみ３の位置によらず触覚を感じることができ、触覚提示つまみ３の位置を任意に設定できる。つまり、触覚提示つまみ３が第１電極１０２ａおよび第２電極１０２ｂを跨るように位置しやすくするには、例えば、後述する図１６に示すように、導電性弾性部６が分割している場合は、導電性弾性部６の幅６ｂが触覚電極１０２のピッチＰ_Ｅよりも大きいことが好ましい。また、導電性弾性部６が分割していない場合は、導電性弾性部６の外径６ａが、触覚電極１０２のピッチＰ_Ｅよりも大きいことが好ましい。

　＜触覚提示つまみの構造＞
　図１６は、触覚提示つまみ３の回転部４の構造を示す模式図である。図１７は、触覚提示つまみ３を置く位置が１か所に固定される場合における、回転部４を触覚提示パネル１００の接触面上に置いて回転する際の固定部５の模式図である。回転部４および固定部５は、共にアルミニウム、ＳＵＳ、銅などの金属、およびポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリアセタール、超高分子量ポリエチレン、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリイミド、ポリフェニレンスルフィッド、液晶性ポリマ、ポリエーテルエーテルケトン、フッ素樹脂などの樹脂からなり、触覚提示つまみ３の重量によって操作感や触覚が変化するので、ユーザの好み、触覚提示つまみ３の使用環境、および使用目的などに応じて材料を選択する。回転部側面１０は、導電性弾性部６および指示体２と電気的に接続する必要があるため、回転部側面１０の指示体２と接触する表面部１０ｓおよび境界部導電部１６ｓは、金属または導電性樹脂材料（抵抗１０^３Ω以下が望ましい。）からなる。

　触覚提示つまみ３は、軸部１４の形状と固定穴９の穴部の形状と同じ円柱形状をしており、固定部５の軸部１４を回転部の固定穴９に差し込んで一体化したものをいう。軸部１４と固定穴９の間の隙間は、回転部４がスムーズに回る範囲内でできる限り隙間が狭いことが望ましい。軸部１４と固定穴９との隙間が狭いと、触覚提示つまみ３を回転した時の回転軸のブレが小さくなり、回転軸のブレにより生じた回転部４の揺れおよび振動などの本来触覚提示つまみ３に付与するはずの触覚とは異なる触覚を指示体２に与えることを抑制し、使用者に付与する触覚がより明瞭になる。回転部４がスムーズに回転するためには、軸部１４の表面および固定穴９の内面部における表面の凹凸ができるだけ少ない方が望ましく、いずれも表面粗さＲａ０．５μｍ以下が望ましい。固定穴９の内径寸法公差は、０～＋０．５ｍｍ、軸部１４の外径公差は、－０．０００５ｍｍが望ましい。

　固定部５は、回転部４が回転する際の回転軸となる部分であり、触覚提示パネル１００の操作面と導電性弾性部６とが水平に面で接触するように平行度を保つ役割をする。そのため、固定部５の底面部１５は平坦であり、軸部１４の中心は底面部１５と直交しており、導電性弾性部６の触覚提示パネル１００との接触面と底面部１５は、同一平面上に位置する。

　操作中または操作ごとに触覚提示パネル１００上に触覚提示つまみ３を置く位置を変更する場合は、底面部１５を触覚提示パネル１００上に接着して固定してもよい。また、操作中または操作ごとに触覚提示パネル１００上に触覚提示つまみ３を置く位置を変更しない場合（触覚提示つまみ３の位置を固定して使用する場合）は、底面部１５を触覚提示パネル１００上に粘着部１７で接着して固定してもよい。

　回転部４を回転させる際に指示体２が接する回転部４の側面１０の表面にある回転部側面導電部１０ｓおよび境界部導電部１６ｓは、導電性材料からなり、導電性弾性部６および位置検出部７にも電気的に接続している。使用者の回転部４の表面への接触有無を検知し、導電性弾性部６に電荷が蓄積するのを抑制する。回転部側面導電部１０ｓおよび境界部導電部１６ｓは、導電性弾性部６と同様の材料からなる。特に、抵抗の低い金属であることが望ましく、樹脂等で回転部４を形成した後、金属メッキなどでコーティングをして回転部側面導電部１０ｓおよび境界部導電部１６ｓを形成してもよい。詳細については後述する。

　導電性弾性部６は、触覚電極１０２と静電容量を形成する導電体である。導電性弾性部６は、２つ以上に分割されており、触覚強度が低下するのを防止する。この効果の詳細については、後述する。導電性弾性部６が弾性を有することにより、密着性低下による触覚強度低下を抑制する効果がある。回転部４や固定部５の加工精度や触覚提示スクリーン１５０の組み立て精度に起因する平坦度の低下や凹凸や触覚提示パネル１００の表面の微小な凹凸などにより、導電性弾性部６と触覚提示パネル表面の密着性が減少すると、触覚電極１０２と導電性弾性部６とが誘電体層だけでなく誘電率が小さい空気を介して静電容量を形成することになり、触覚電極１０２と導電性弾性部６との間に形成する静電容量が減少し、触覚強度の低下を招いてしまう。導電性弾性部６が弾性を有することにより凹凸による誘電体層と導電性弾性部６との隙間を埋め、密着性低下による触覚強度の低下の防止が可能となる。導電性弾性部６に用いる材料としては、ＣＮＲ、ＣＲゴム、ＮＢＲゴム、シリコン、フッ素ゴム、ＥＰＴゴム、ＳＢＲ、ブチルゴム、アクリルゴム、またはＣＳＭゴムを基材とし、導電性カーボンブラックまたは金属粉末などの導電性物質を混合した導電性ゴムと呼ばれる弾性のある樹脂材料が好ましい。体積固有抵抗は、１０^６Ωｃｍ以下であればよく、体積固有抵抗が低ければ低いほど導電性弾性部６に電荷が蓄積し難くなる。導電性弾性部６への電荷蓄積についての詳細は後述する。また、触覚電極１０２と静電容量を形成するので、耐圧特性が可能な限り高い方が導電性弾性部６の寿命や信頼性が向上するので望ましい。位置検出部７は、タッチスクリーン２５０の検出電極２０３と静電容量を形成して、触覚提示つまみ３の位置や回転量の検出に用いる。

　位置検出部７を形成する材料は、検出電極２０３と静電容量が形成できる導電体で、導電性弾性部６と同様に弾性を有し、導電性弾性部６と同じ材料を用いてもよい。触覚提示パネル１００との密着性が良い方が設計値と実際の静電容量値に差異が生じにくく、安定した位置検出精度が得られる。

　導電性弾性部６および位置検出部７を同一の厚みにすることにより、触覚提示パネル１００の表面との間に隙間を作らずに密着するようにすると、強い触覚強度や高精度な位置検出が得られる。導電性弾性部６および位置検出部７と触覚提示パネル１００とが接する面の平面度（ある基準面からの距離を測定し、測定値の最大値と最小値の差分）は、０．５ｍｍ以下であることが望ましい。また、タッチパネルを操作するときのタッチ面に対する人の指の接触面積の直径は、子供が３ｍｍ、大人が最大７～１０ｍｍ程度であるといわれており、一般的に様々なタッチ操作における指の接触面積は、２０～１０００ｍｍ^２といわれていることから、位置検出部７の面積はこれらの値から求められる面積の範囲内であると考えてよい。

　＜つまみ位置および回転量の検出＞
　図１８は、触覚提示つまみ３の位置検出時のタッチパネル２００が検出した際の線Ｃ－Ｃの容量プロファイルを説明する模式図である。触覚提示つまみ３への触覚発生と触覚提示つまみ３の位置検出は、時間分割で行う。触覚電極１０２に信号電圧が印加されている期間において、検出電極２０３および励起電極２０２は、０Ｖまたは触覚電極１０２と静電容量を形成して触覚電極１０２にかかる電圧低下を招かないように任意の電圧を印加する。検出電極２０３が位置検出している際、触覚電極１０２はフローティング状態にし、触覚電極１０２を介して導電性弾性部６と検出電極２０３が静電容量を形成することで励起電極２０２と検出電極２０３との静電容量の変化量を検出することで、触覚提示つまみ３の位置を検出する。

　検出電極２０３は、位置検出部７と導電性弾性部６の両方と静電容量を形成して静電容量を検出する。その際、隙間８があるので、位置検出部７との静電容量プロファイルと導電性弾性部６との静電容量プロファイルは、異なる位置にピークを有し、それぞれの位置を分別して検出する。

　触覚提示つまみ３の回転量は、位置検出部７が１つの場合は、つまみの指示位置を示す指示位置線１１の直下に位置検出部７を配置し、位置検出部７の移動量から回転量を算出する。位置検出部７は、必ずしも１つでなくてもよい。位置検出部７が偶数個の場合は、指示位置線１１の直下に位置する位置検出部７のみ他の位置検出部７と面積が異なるようにすると、触覚提示つまみ３の指示位置を検出することができる。位置検出部７が奇数個の場合は、つまみの操作範囲が３６０度未満であれば、位置検出部７の位置関係から指示位置と回転角を算出できる。位置検出部７の数が多いと、導電性弾性部６の面積が少なくなるので、触覚強度とのバランスで位置検出部の数は決定される。

　＜電極間距離＞
　図１９は、触覚提示つまみ３における導電性弾性部６および位置検出部７の位置関係の一例を示したものである。隣り合う導電性弾性部６との間に位置検出部７が配置されている場合の導電性弾性部６と位置検出部７との間の距離を隙間８、隣り合う導電性弾性部６との間に位置検出部７が配置されていない場合の導電性弾性部６間の距離を隙間８ａで示す。電極の厚さに起因する凹凸が触覚提示パネル１００の表面にある場合、導電性弾性部６が誘電体層１０６を介して触覚電極１０２に接触しながらスライドすると、表面の凹凸よって触覚提示つまみ３が振動する。この振動は、触覚電極１０２に印加される電圧信号とは無関係に、指示体２に感知されてしまう。その結果、当該電圧信号によって得られる触覚を指示体２が感じにくくなり得る。言い換えれば、触覚強度が低下し得る。

　触覚提示パネル１００の表面に凹凸があったとしても、それを指示体２が感じやすいか否かは、後述するように触覚電極１０２の電極間間隔に依存する。より大きな凹凸が許容されるほど、凹凸緩和のために誘電体層１０６の厚さを大きくする必要性が低くなる。すなわち、誘電体層１０６の厚さを小さくすることが許容される。これにより、導電性弾性部６と触覚電極１０２との間に形成される容量を大きくすることができる。よって、より強い触覚を発生させることができる。また、触覚電極１０２の電極間距離が導電性弾性部６と位置検出部７との間の隙間８よりも広いと、導電性弾性部６のエッジ部１８（図１９参照）が触覚電極１０２の電極間距離起因の表面の凹凸に引っかかり、意図しない触覚が触覚提示つまみ３に生じてしまうので、触覚電極１０２の電極間距離は、隙間８よりも狭い方が望ましい。また、触覚電極１０２の電極間距離が狭い方が、触覚電極１０２の専有面積が大きくなり、導電性弾性部６と形成する静電容量が大きくなり、得られる触覚強度も大きくなるので望ましい。

　＜触覚提示タッチパネルの詳細構成＞
　図２０は、触覚提示タッチパネル４００の構成を概略的に示すブロック図である。ここでは、複数の励起電極２０２として励起電極Ｔｙ（１）～Ｔｙ（ｍ）が設けられ、複数の検出電極２０３として検出電極Ｔｘ（１）～Ｔｘ（ｎ）が設けられ、複数の触覚電極１０２として触覚電極Ｈ（１）～Ｈ（ｊ）が設けられているとする。触覚電極Ｈ（１）～Ｈ（ｎ）は、括弧内の数字に従って順に並んでおり、奇数の触覚電極１０２は第１電極１０２ａに対応しており、偶数の触覚電極１０２は第２電極１０２ｂに対応している。また、説明を簡略化するために、１つの励起電極２０２によって１つの行方向配線層２０６（図８または図１０参照）が構成され、かつ１つの検出電極２０３によって１つの列方向配線層２０７（図８または図１０参照）が構成されているものとする。

　上述の通り、触覚提示タッチパネル４００は、タッチパネル２００と、触覚提示パネル１００とを有している。タッチパネル２００は、タッチスクリーン２５０と、タッチ検出回路２１０とを有している。触覚提示パネル１００は、触覚提示スクリーン１５０と、電圧供給回路１１０とを有している。

　タッチ検出回路２１０は、励起パルス発生回路２１５と、電荷検出回路２１２と、タッチ座標算出回路２１４と、タッチ検出制御回路２１３とを有している。タッチ検出制御回路２１３は、励起パルス発生回路２１５、電荷検出回路２１２、およびタッチ座標算出回路２１４の動作を制御する。励起パルス発生回路２１５は、励起電極Ｔｙ（１）～Ｔｙ（ｍ）へ、順次、励起パルス信号を印加する。電荷検出回路２１２は、検出電極Ｔｘ（１）～Ｔｘ（ｎ）の各々から得られる信号を測定する。これにより電荷検出回路２１２は、検出電極Ｔｘ（１）～Ｔｘ（ｎ）の各々の電荷量を検出する。電荷検出結果の情報は、ｋを１以上ｍ以下の整数として、励起電極Ｔｙ（ｋ）に励起パルス信号が付与されたときの励起電極Ｔｙ（ｋ）と検出電極Ｔｘ（１）～Ｔｘ（ｎ）の各々との相互容量に対応した値を表す。なお、電荷検出回路２１２は、タッチ検出制御回路２１３からの制御信号によって、励起電極Ｔｙ（１）～Ｔｙ（ｍ）のうちのどれに励起パルス信号が印加されているかを認識することができる。タッチ座標算出回路２１４は、上記電荷検出結果に基づいて、指示体２がタッチした座標のデータ（以下、「タッチ座標データ」という）を得る。タッチ座標データは、触覚提示タッチパネル４００の外部へ出力されるとともに、触覚提示パネル１００の電圧供給回路１１０へも出力される。

　電圧供給回路１１０は、スイッチ回路１１２と、触覚提示電圧生成回路１１３と、触覚提示制御回路１１４とを有している。触覚提示電圧生成回路１１３は、スイッチ回路１１２を介して、触覚電極Ｈ（１）～Ｈ（ｊ）のうち第１電極１０２ａへ電圧信号Ｖａを印加し、第２電極１０２ｂへ電圧信号Ｖｂを印加する。言い換えれば、一の方向（図中、横方向）に並んだ触覚電極Ｈ（１）～Ｈ（ｊ）に対して、電圧信号Ｖ_ａおよび電圧信号Ｖ_ｂが交互に印加される。スイッチ回路１１２は、触覚提示電圧生成回路１１３からの指令に基づいてオン状態またはオフ状態を取るものである。スイッチ回路１１２は、オン状態において触覚電極１０２を触覚提示電圧生成回路１１３へ接続し、オフ状態において触覚電極１０２をフローティング状態とする。本実施の形態１において、スイッチ回路１１２は、２つのスイッチ４０を有しており、一方がすべての第１電極１０２ａへの電気的経路のスイッチングを行い、他方がすべての第２電極１０２ｂへの電気的経路のスイッチングを行う。これら２つのスイッチ４０は連動して制御されてもよい。なお、スイッチ４０は、切り替え部に相当する。

　触覚提示制御回路１１４は、タッチ検出回路２１０によって検出されたタッチ座標データの情報を参照する。触覚提示制御回路１１４は、この情報に基づいて触覚提示電圧生成回路１１３の動作を制御し得る。すなわち、タッチ検出回路２１０は、使用者が触覚提示つまみ３に接触したことを検出する接触検出部として機能する。

　＜触覚提示タッチパネルの動作＞
　図２１は、指示体２が触覚提示つまみ３に接触していないときの励起電極２０２と検出電極２０３との静電容量のイメージを示す模式図である。図２２は、指示体２が触覚提示つまみ３に接触していない時の触覚提示タッチパネル４００（図２１参照）の動作タイミングを概略的に示すタイミングチャートである。

　指示体２が触覚提示つまみ３に接触していないときは、導電性弾性部６および触覚電極１０２共にフローティング状態で、検出電極２０３と同電位にあり、電荷検出回路２１２は検出電極２０３は励起電極２０２との静電容量を主とする電荷量を検出する。

　タッチ検出制御回路２１３は、上記制御信号を触覚提示電圧生成回路１１３にも出力する。この制御信号に基づいて、触覚提示電圧生成回路１１３は、タッチ検出期間Ｐ１を認識することができる。タッチ検出期間Ｐ１において、触覚提示電圧生成回路１１３は、スイッチ回路１１２のスイッチ４０を遮断する。これにより、触覚提示電圧生成回路１１３とすべての触覚電極１０２との間の電気的接続が遮断される。その結果、すべての触覚電極１０２の電位がフローティング状態となる。

　次に、タッチ座標算出期間Ｐ２において、タッチ座標算出回路２１４は、電荷検出回路２１２から入力され保持された、励起電極Ｔｙ（１）～Ｔｙ（ｍ）の各々に対応する相互容量の電荷検出結果、言い換えれば励起電極Ｔｙ（１）～Ｔｙ（ｍ）と検出電極Ｔｘ（１）～Ｔｘ（ｎ）とによって形成されるすべての交差部の容量の電荷検出結果に基づいて、指示体２によるタッチがあるかどうかを判定する。指などの指示体２の近接または接触によって励起電極２０２と検出電極２０３との間の電界結合が緩和される結果、相互容量における充電電荷が低下する。この低下の度合いに基づいて、タッチ座標算出回路２１４はタッチの有無を判定することができる。タッチ座標算出回路２１４は、タッチがあると判定した場合、上記電荷検出結果に基づいてタッチ座標データの算出を開始する。具体的にはタッチ座標算出回路２１４は、充電電荷の低下度合いが最も大きい交差部とその周辺の交差部とについての検出結果に対して、例えば重心演算等の演算処理を行うことによって、タッチ座標データを算出することができる。タッチ座標算出回路２１４は、タッチがないと判定した場合、タッチ座標データの算出を行わず、処理がタッチ検出期間Ｐ１に戻る。このような処理を可能とするために、タッチ座標算出回路２１４は、指示体２のタッチパネル表面への接触の有無と、触覚提示つまみ３への接触の有無との判定結果を表す信号をタッチ検出制御回路２１３に付与する。指示体２の触覚提示つまみ３への接触有の判定結果が出なかった場合は、Ｐ１～Ｐ３の動作を繰り返す。

　ここで、指示体２の触覚提示つまみ３への接触有の判定結果が出なかった場合の動作を以下で説明する。

　図２３は、指示体２が触覚提示つまみ３に接触している時の励起電極２０２と位置検出部７との静電容量のイメージを示す模式図である。図２４は、指示体２が触覚提示つまみ３に接触している時の触覚提示タッチパネル４００（図２１参照）の動作タイミングを概略的に示すタイミングチャートである。

　指示体２が触覚提示つまみ３に接触している場合、導電性弾性部６は触覚提示つまみ３および指示体２を介して接地接続した状態になり、検出電極２０３は触覚電極１０２を介して導電性弾性部６と静電容量を形成し、検出電極２０３と励起電極２０２との静電容量が減少する。その結果、電荷検出回路２１２が検出する電荷量が減少して、指示体２が触覚提示つまみ３に接触したことが検知される。

　タッチ検出期間Ｐ１において、タッチ検出制御回路２１３から励起パルス発生回路２１５へ、第１の変換タイミングを表す制御信号が出力される。この制御信号を受けて励起パルス発生回路２１５は励起電極Ｔｙ（１）へ励起パルス信号（充電パルス信号）を与える。これにより、励起電極Ｔｙ（１）と、それに平面視において交差する検出電極Ｔｘ（１）～Ｔｘ（ｎ）の各々との間の電極間容量（相互容量）が充電される。電荷検出回路２１２は、検出電極Ｔｘ（１）～Ｔｘ（ｎ）を用いて上記充電による電荷量を検出する。そして電荷検出回路２１２は、その検出結果に対してアナログ／デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）を施し、それによって得られたデジタル情報を、励起電極Ｔｙ（１）に対応する相互容量の電荷検出結果として、タッチ座標算出回路２１４へ出力する。同様にして、タッチ検出制御回路２１３から励起パルス発生回路２１５へ、第２～第ｍの変換タイミングを表す制御信号が順に出力される。第２～第ｍの変換タイミングのそれぞれに対応して、励起電極Ｔｙ（２）～Ｔｙ（ｍ）に対応する相互容量の電荷検出結果がタッチ座標算出回路２１４へ出力される。

　次に、タッチ座標算出期間Ｐ２において、タッチ座標算出回路２１４は、電荷検出回路２１２から入力され保持された、励起電極Ｔｙ（１）～Ｔｙ（ｍ）の各々に対応する相互容量の電荷検出結果、言い換えれば励起電極Ｔｙ（１）～Ｔｙ（ｍ）と検出電極Ｔｘ（１）～Ｔｘ（ｎ）とによって形成されるすべての交差部の容量の電荷検出結果に基づいて、指示体２によるタッチがあるかどうかを判定する。指などの指示体２の近接または接触によって励起電極２０２と検出電極２０３との間の電界結合が緩和される結果、相互容量における充電電荷が低下する。この低下の度合いに基づいて、タッチ座標算出回路２１４はタッチの有無を判定することができる。タッチ座標算出回路２１４は、タッチがあると判定した場合、上記電荷検出結果に基づいてタッチ座標データの算出を開始する。具体的には、タッチ座標算出回路２１４は、充電電荷の低下度合いが最も大きい交差部とその周辺の交差部とについての検出結果に対して、例えば重心演算等の演算処理を行うことによって、タッチ座標データを算出することができる。タッチ座標算出回路２１４は、タッチがないと判定した場合、タッチ座標データの算出を行わず、処理がタッチ検出期間Ｐ１に戻る。このような処理を可能とするために、タッチ座標算出回路２１４は、タッチの有無の判定結果を表す信号をタッチ検出制御回路２１３に付与する。

　次に、タッチ座標送出期間Ｐ３において、タッチ検出制御回路２１３からのタッチ座標データ送出タイミングに従って、タッチ座標算出回路２１４は、タッチ座標データを触覚提示タッチパネル４００の外部と触覚提示パネル１００の電圧供給回路１１０との各々へ出力する。

　次に、判定期間Ｐ４において、触覚提示制御回路１１４は、タッチ座標データから触覚提示つまみ３の位置を判定し、触覚提示するエリアを決定する。

　触覚提示制御回路１１４は、表示画面と触覚提示つまみ３の座標に対応する触覚提示信号波形を選択する。この「触覚提示信号波形」は、電圧信号Ｖ_ａおよび電圧信号Ｖ_ｂの各々の波形を定義するものである。なお電圧信号Ｖ_ａと電圧信号Ｖ_ｂとの間での波形の相違は、典型的には、周波数の相違である。触覚提示信号波形は、触覚提示制御回路１１４の内部または外部において設定されている。触覚提示信号波形の種類は、１つであってもよく、１つより多くてもよい。触覚提示信号波形の種類が１つしか存在しない場合、触覚提示信号波形を選択する処理は必要ない。触覚提示信号波形の種類が１つより多い場合は、典型的には、それぞれの種類に対応した複数の触覚提示座標領域もしくは表示画面モードが予め設定されており、タッチ座標がいずれの領域に含まれるかに応じて触覚提示信号波形の種類が選択される。

　次に、触覚提示信号印加期間Ｐ５において、触覚提示制御回路１１４は、上記触覚提示信号波形での触覚提示信号を発生する。また、スイッチ回路１１２の触覚提示信号を入力する領域にある触覚電極１０２に接続しているスイッチ４０は、触覚提示電圧生成回路１１３と接続し、触覚提示信号を入力しない領域にある触覚電極１０２と接続しているスイッチ４０はＧＮＤと接続するか、もしくはそのままスイッチをオンしないで触覚電極１０２をフローティングにする。これにより触覚電極１０２へ信号が印加され、よって触覚が提示される。図２４の例では、触覚電極１０２へ、Ｈレベル（高レベル）およびＬレベル（低レベル）を有する交流信号が印加される。触覚電極１０２は、Ｈレベルの期間において、正極の高電圧、典型的にはプラス数十ボルトで充電され、０レベルの期間において放電され、Ｌレベルにおいて負極の高電圧、典型的にはマイナス数十ボルトで充電される。パルス信号の発生周期および発生期間は、付与したい触覚に応じて、適宜設定され得る。

　上記触覚提示信号印加期間Ｐ５の後、処理はタッチ検出期間Ｐ１へ戻る。それによって、上述した動作が繰り返される。これにより、触覚提示タッチパネル４００は、触覚提示つまみ３の位置検出と、触覚提示つまみ３の位置と表示画面に応じた触覚提示とを行うことができる。

　図２５は、タッチ検出期間Ｐ１（図２４参照）における触覚提示タッチパネル４００中での静電容量の形成を示す模式図である。タッチ検出期間Ｐ１において、指示体２と検出電極２０３との間で静電容量Ｃ_ＮＤが形成される。この期間において、すべての触覚電極１０２の電位がフローティング状態とされる。これにより、触覚電極１０２がシールドとして機能してしまうことが避けられる。よってタッチ検出の感度を高めることができる。

　図２６は、触覚提示信号印加期間Ｐ５（図２４参照）における触覚提示タッチディスプレイ１中での静電容量の形成を示す模式図である。触覚提示信号印加期間Ｐ５において、タッチパネル２００の励起電極２０２および検出電極２０３の電位がフローティング状態とされてよい。これにより、励起電極２０２および検出電極２０３による容量形成が静電容量Ｃ_ＮＥへ及ぼす影響を抑えることができる。代わりに、タッチパネル２００の励起電極２０２および検出電極２０３の電位が実質的に定電位とされてもよく、例えば、励起電極２０２および検出電極２０３がグラウンド電位へ低インピーダンスで接続されていてもよい。これにより、励起電極２０２および検出電極２０３が、触覚電極１０２と表示パネル３００との間のシールドとして機能し得る。よって、触覚電極１０２に印加される高電圧信号に起因して表示パネル３００においてノイズが発生することが抑制される。よって、ノイズに起因しての表示不良を防止することができる。また逆に、表示パネル３００に起因して触覚電極１０２にノイズが発生することが抑制される。触覚電極に触覚提示信号が印加されると、導電性弾性部６は、触覚電極１０２との間に静電容量を形成し、導電性弾性部６の誘電体層１０６と接する面に触覚電極１０２の電圧と逆の電位の電荷が蓄積し、導電性弾性部６と誘電体層１０６との間に静電気力が生じる。その結果、導電性弾性部６と誘電体層１０６との間の摩擦力が変化し、触覚提示つまみ３を回転したときに微小な振動が生じ、その指導が指示体２に伝わり、触覚提示つまみ３を回転したときの操作感として感じる。

　なお、フローティング状態が用いられる場合、励起電極２０２および検出電極２０３の両方がフローティング状態とされてもよく、あるいは一方がフローティング状態とされてもよい。また、定電位が用いられる場合、励起電極２０２および検出電極２０３の両方が定電位とされてもよく、あるいは一方が定電位とされてもよい。励起電極２０２および検出電極２０３の一方がフローティング状態とされ、他方が定電位とされてもよい。励起電極２０２および検出電極２０３の各々と触覚電極１０２との距離が異なる場合、励起電極２０２および検出電極２０３のうち触覚電極１０２により近い方がフローティング状態とされ、かつ、より遠い方が定電位とされてもよい。

　なお、図２０に示された例では、タッチ検出回路２１０から電圧供給回路１１０へタッチ座標データが送られるが、変形例として、電荷検出回路２１２から電圧供給回路１１０へ電荷検出結果の情報が送られてもよい。この場合、触覚提示制御回路１１４が、電荷検出結果の情報を用いてタッチの有無の判定およびタッチ座標の算出を行う。

　＜導電性弾性部への電荷蓄積の抑制＞
　図２７は、信号電圧印加時に導電性弾性部６に蓄積した電荷が指示体２を介して接地されたときの電荷の移動を模式的に示すイメージ図である。図２８は、信号電圧印加時に、触覚提示つまみ３が誘電体層１０６を介して接触している一部の触覚電極１０２を接地接続した際の、導電性弾性部６に蓄積した電荷の移動を模式的に示すイメージ図である。導電性弾性部６は、絶縁性の樹脂に導電性のカーボンブラックや金属粒子を混ぜたものであるため、比較的抵抗が高く、電荷が蓄積しやすい。導電性弾性部６に電荷が蓄積すると、信号電圧によって触覚電極１０２との間の静電気力が変化しなくなり、触覚強度が低下してしまう。導電性弾性部６と回転部４の表面を電気的に接続すると、指示体２が回転部４に接した際に指示体２を介して接地接続されることにより、導電性弾性部６に蓄積した電荷が解放され、電荷の蓄積を抑制することができる。

　導電性弾性部６の抵抗が高い場合は、導電性弾性部６内を電荷が移動し難く、上記のような指示体２を介した電荷の解放だけでは充分に電荷を解放できない。その場合は、信号電圧を印加する際に２つ以上に分割した導電性弾性部６の少なくとも１つが、触覚電極１０２と静電容量を形成し、少なくとも１つが接地接続された電荷排出部１１５（後述の図２９参照）と接続された触覚電極１０２と誘電体層１０６を介して接続するように触覚電極１０２を駆動することで、導電性弾性部６に蓄積した電荷を直接誘電体層１０６を介して触覚電極１０２へと解放することで、電荷の蓄積を防止する。電荷排出部１１５に接続する触覚電極１０２は、固定する必要はなく、同一の触覚電極１０２において信号電圧の印加と電荷排出部１１５への接続とを切り替えて駆動してもよく、信号電圧を印加する触覚電極１０２と電荷排出部１１５に接続する触覚電極１０２とが交互になるようにしてもよい。ただし、電荷排出部１１５に接続した触覚電極１０２には静電気力が生じない。従って、触覚の低下を防止するために、信号電圧が印加された触覚電極１０２の数は、電荷排出部１１５に接続された触覚電極１０２の数よりも多くしたり、電荷排出部１１５に接続する時間を信号電圧を印加する時間よりも短くしたりすることによって、触覚電極１０２との間に静電気力を生成する導電性弾性部６の実効的な面積が、電荷排出部１１５と容量を形成する導電性弾性部６の実効的な面積よりも大きくなるようにするとよい。

　図２９は、図２８のように２つ以上に分割した導電性弾性部６の少なくとも１つが、触覚電極１０２と静電容量を形成し、少なくとも１つが接地接続された触覚電極１０２と誘電体層１０６を介して接続するように触覚電極１０２を駆動する場合の構成を示すブロック図である。判定期間Ｐ４において、触覚提示制御回路１１４は、タッチ座標データから触覚提示つまみ３が置かれた位置を判定し、触覚提示するエリアを決定し、そのエリアを２つ以上に分割し、触覚提示信号を入力する領域とＧＮＤに接続する領域を決定する。

　次に、触覚提示信号印加期間Ｐ５において、触覚提示制御回路１１４は、上記触覚提示信号波形での触覚提示信号を発生する。また、スイッチ回路１１２の触覚提示信号を入力する領域にある触覚電極１０２に接続しているスイッチ４０は、触覚提示電圧生成回路１１３と接続し、ＧＮＤと接続する領域にある触覚電極１０２と接続しているスイッチ４０は、ＧＮＤと接続する。触覚提示信号を入力しない領域にある触覚電極１０２と接続しているスイッチ４０は、ＧＮＤと接続するか、またはスイッチ４０をオンしないで触覚電極１０２をフローティングのままにする。これにより触覚電極１０２へ信号が印加され、よって触覚が提示される。図２４の例では、触覚電極１０２へ、Ｈレベル（高レベル）およびＬレベル（低レベル）を有する交流信号が印加される。触覚電極１０２は、Ｈレベルの期間において、正極の高電圧、典型的にはプラス数十ボルト、で充電され、０レベルの期間において放電され、Ｌレベルにおいて負極の高電圧、典型的にはマイナス数十ボルトで充電される。パルス信号の発生周期および発生期間は、付与したい触覚に応じて、適宜設定され得る。

　なお、本実施の形態１では、電荷排出部１１５として、ＧＮＤ端子を用いて説明しているが、導電性弾性部６に蓄積された電荷を排出することができれば、その他の構成でも構わない。例えば、導電性弾性部６に蓄積される電荷の導電性に応じて、ＧＮＤ端子ではなく、効率的に電荷が排出される正電圧や負電圧を印加してもよい。

　＜触覚提示スクリーンの電極構造とタッチスクリーンの電極構造との相違＞
　触覚電極１０２の好適な条件として、第１に、指示体２が触覚電極１０２に誘電体層１０６以外の部材を介することなく接することができる構成が望まれる。よって、誘電体層１０６に被覆された触覚電極１０２は、触覚提示タッチパネル４００の最表面に配置されることが好ましい。

　第２に、指示体２と触覚電極１０２との間の距離が近いほど、大きな触覚を発生することができる。この観点から、誘電体層１０６の厚さは小さいことが好ましく、また誘電体層１０６の誘電率は大きいことが好ましい。

　第３に、触覚の生成時には静電容量Ｃ_ＮＥ（図２６参照）を大きくするために触覚電極１０２が密に存在することが望まれる一方、タッチ位置の検出時（図２５参照）には、静電容量Ｃ_ＮＤの形成を阻害しないよう、触覚電極１０２間の静電容量Ｃ_Ｅ、すなわち電極間容量は小さいことが好ましい。

　触覚提示タッチパネル４００のサイズが触覚提示つまみ３よりも大きく、触覚提示つまみ３を置かないエリアを触覚提示しないタッチパネルとして使用する場合、触覚提示つまみ３に指示体２が接触していない時は、触覚提示タッチパネル４００の全面を触覚提示つまみ３に指示体２が接触していない時の動作タイミング（図２２）を繰り返す。触覚提示をしないタッチパネルとして使用するエリアでタッチ検出した際は、タッチ位置を算出して出力する。触覚提示つまみ３に指示体２が接触した時は、触覚提示つまみ３を置いていないエリアのタッチ検出を休止して、触覚提示つまみ３を置いているエリアのみ前述のような触覚提示つまみ３に指示体２が接触している時（図２４）の動作タイミングで動作する。

　触覚提示つまみ３を置いていないエリアを触覚提示するタッチパネルとして使用する場合、触覚提示つまみ３に指示体２が接触していない時は、触覚提示タッチパネル４００の全面を触覚提示つまみ３に指示体２が接触していない時の動作タイミング（図２２）を繰り返す。触覚提示をするタッチパネルとして使用するエリアにタッチ検出した際は、前述のような触覚提示つまみ３に指示体２が接触している時（図２４）の動作タイミングで動作する。触覚提示つまみ３に指示体２が接触した時は、触覚提示つまみ３を置いていないエリアのタッチ検出を休止して、触覚提示つまみ３を置いているエリアのみ前述のような触覚提示つまみ３に指示体２が接触している時（図２４）の動作タイミングで動作する。

　励起電極２０２および検出電極２０３の好適な条件として、第１に、タッチ位置検出の感度およびリニアリティを確保するには、タッチ位置を正確に識別することができるマトリクス構造が必要である。第２に、指示体２と検出電極２０３とが触覚提示スクリーン１５０を介して形成した静電容量Ｃ_ＮＤによってタッチ位置を検知するため、横方向に電界が広がるように励起電極２０２と検出電極２０３との間に所定の距離（数百μｍ以上数ｍｍ以下）を設ける必要がある。

　上記のように、触覚電極１０２の好適な条件と、励起電極２０２および検出電極２０３の好適な条件とでは相違がある。両条件を最適化するためには、それらに対して同様の構造を適用することは望ましくない。

　＜引き出し配線層の詳細＞
　触覚提示スクリーン１５０の引き出し配線層１０５（図１２）は、具体的には、引き出し配線層Ｌｄ（１）～Ｌｄ（ｊ）および引き出し配線層Ｌｕ（１）～Ｌｕ（ｊ）を有している。番号１からｊまでのいずれかの整数をｋとして、引き出し配線層Ｌｄ（ｋ）およびＬｕ（ｋ）の各々は、ｋ番目の触覚電極１０２に接続されている。引き出し配線層Ｌｄ（ｋ）およびＬｕ（ｋ）のそれぞれは、一の触覚電極１０２の延在方向における一方端および他方端に接続されている。

　触覚提示スクリーン１５０に設けられた触覚電極１０２の各々の配線抵抗は、タッチスクリーン２５０によるタッチ検出を阻害しないようにする観点では、高抵抗である方が望ましく、例えば１０４Ω以上にするのが望ましい。このように配線抵抗が高い場合、配線層内での電圧信号の伝播遅延が生じやすくなる。上述したように触覚電極１０２の一方端および他方端の各々に引き出し配線層１０５が接続されることによって、伝播遅延を抑えることができる。

　引き出し配線層Ｌｄ（１）～Ｌｄ（ｊ）は、触覚提示可能エリアの外側に配置されており、触覚提示パネル端子部１０７の配列の中央に近いものから順に、対応する電極へ触覚提示パネル端子部１０７からほぼ最短距離が得られるように延びている。触覚提示パネル端子部１０７は、透明絶縁基板１０１の長辺に沿って、長辺の中央近傍に配置されている。引き出し配線層Ｌｄ（１）～Ｌｄ（ｊ）は、相互の絶縁を確保しつつ、なるべく密に配置されている。引き出し配線層Ｌｕ（１）～Ｌｕ（ｊ）は、引き出し配線層Ｌｄ（１）～Ｌｄ（ｊ）によって占められた領域の外側において、同様に配置されている。このような配置とすることによって、透明絶縁基板１０１のうち触覚提示可能エリアの外側の部分の面積を抑えることができる。

　引き出し配線層１０５、具体的には引き出し配線層Ｌｄ（１）～Ｌｄ（ｊ）および引き出し配線層Ｌｕ（１）～Ｌｕ（ｊ）は、金属単層膜、または金属単層と非金属単層との積層膜のいずれかから構成されていることが好ましい。積層膜が下層とそれを覆う上層とを有する場合、上層は下層の保護層としての機能を有し得る。例えば、保護層としての上層が、触覚提示スクリーン１５０の製造に用いられるエッチング工程において、下層をエッチャントから保護してもよい。あるいは、上層が、触覚提示スクリーン１５０の製造時または使用時において、下層の腐食を防止するキャップ層として機能してもよい。下層の材料を、上層の材料よりも透明絶縁基板１０１との密着性に優れた材料とすれば、引き出し配線層１０５の剥離の発生を抑制することができる。

　＜効果＞
　本実施の形態１によれば、使用者が触覚提示タッチパネル４００上で触覚提示つまみ３を使って操作した時に、触覚提示つまみ３の操作感および操作量の触覚が使用者に提示され、機械的なダイヤルつまみの操作時のような操作感が得られるため、触覚に基づいた操作精度の向上および操作の確実性が得られる。また、タッチパネル上のダイヤルつまみの位置および操作時の触覚を任意に設定することができるので、１つのダイヤルつまみを複数の操作目的に使用することで、操作スイッチ数の低減、ユーザの操作利便性、および使用用途を考慮したＨＭＩレイアウトが可能である。また、１つのダイヤルつまみを複数の操作目的に使用した際には、操作時の触覚を操作内容の識別に活用することにより、誤操作を防止する効果が得られる。また、条件設定時などで標準設定範囲外の設定領域では、危険を察知するような触覚を使用者に付与するなど危険操作を防止する効果も得られる。

　触覚提示タッチディスプレイ１上に触覚提示つまみ３を使って操作する場合は、使用者が触覚提示つまみ３を置いた場所を検知して、触覚提示つまみ３の位置と設定状態に合わせて目盛を表示することが可能であり、表示エリア内でユーザが操作したい任意の位置でのつまみ操作が可能となる。

　また、２つ以上に分割した導電性弾性部６の少なくとも１つが、触覚電極１０２と静電容量を形成し、少なくとも１つが接地接続された触覚電極１０２と誘電体層１０６を介して接続するように触覚電極１０２を駆動することで、比較的抵抗が高い導電性弾性部６に蓄積した電荷を、直接誘電体層１０６を介して触覚電極１０２へと解放することで、電荷の蓄積を防止することができる。従って、導電性弾性部６への電荷の蓄積による触覚によって意図しない触覚が発生したり、導電性弾性部６が劣化したりするのを防止することができる。

　触覚提示つまみ３を据え置きで使用する場合にも適用可能である。その場合、触覚提示つまみ３の位置を検出する必要はなく、励起電極２０２および検出電極２０３により、触覚提示つまみ３に指示体２が接触したことを検出し、その後、タッチ位置を検出することなく、触覚提示つまみ３に触覚を提示することも可能である。つまり、図１のタッチパネル２００の機能は、タッチの検出およびタッチ座標の検出の両方を検出する機能を備える必要はなく、少なくともタッチの検出のみ有していれば、本実施の形態１の効果を達成することが可能である。また、触覚提示つまみ３も位置検出部７がなくても、導電性弾性部６を用いてタッチの検出が可能である。また、上記のような場合、触覚提示パネル１００およびタッチパネル２００は、触覚提示タッチディスプレイ１全体に設ける必要はなく、触覚提示つまみ３を配置する領域にのみ設ければよい。

　また、触覚提示つまみ３が据え置きではなく、タッチパネル２００上の特定の複数カ所に、上述のような触覚提示つまみ３を配置する領域を設け、一つの触覚提示つまみ３を当該特定の複数カ所のうちの好みの場所に配置する場合は、上記タッチの検出のときに触覚提示つまみ３が配置された場所を検知する必要がある。

　＜実施の形態２＞
　図３０は、斜めあるいは垂直に立てた触覚提示タッチパネル４００上で触覚提示つまみ３を使用する場合のイメージ図である。図３１は、斜めあるいは垂直に立てた触覚提示タッチパネル４００上で触覚提示つまみ３を使用する場合における回転部４ａの構造を示す模式図である。図３２は、斜めあるいは垂直に立てた触覚提示タッチパネル４００上で触覚提示つまみ３を使用する場合における固定部５ａの構造を示す模式図である。図３３は、斜めあるいは垂直に立てた触覚提示タッチパネル４００上で触覚提示つまみ３を使用する場合における固定台１３ａの構造を示す模式図である。

　水平ではなく、斜めあるいは垂直に立てた触覚提示タッチパネル４００上で触覚提示つまみ３を使用する場合、回転部４ａが軸部１４ａを中心に回転する機構を保持しつつ、固定部５ａから外れて落下しないような構造にする必要がある。このような触覚提示つまみ３の構造の一例を示す。例えば、回転部４ａが固定部５ａから外れてしまわないように回転部４ａを固定部５ａと固定台１３ａで挟み込むように、固定部５ａの軸部１４ａと固定台１３ａとを接続して接着固定し、固定台１３ａを触覚提示タッチパネル４００に接着して用いるとよい。または、軸部１４ａの先端に雄ネジ加工、粘着部１７に雌ネジ加工をして接続し、固定台１３ａを触覚提示タッチパネル４００に接着して用いてもよい。

　＜効果＞
　回転部４ａが軸部１４ａを中心に回転する機構を保持しつつ、回転部４ａと固定部５ａとが接続した構造にすることで、触覚提示タッチパネル４００がどのような角度で固定されていても触覚提示つまみ３を用いることができる。

　＜実施の形態３＞
　図３４は、触覚提示つまみ３を置く位置が複数あり、触覚提示つまみ３を置く位置を変えて操作する場合における回転部４ｂを触覚提示タッチパネル４００の接触面上に置いて回転する際の模式図である。図３５は、触覚提示つまみ３を置く位置が複数あり、触覚提示つまみ３を置く位置を変えて操作する場合における回転部４ｂを触覚提示タッチパネル４００の接触面上に置いて回転する際の回転軸となる固定部５ｂの模式図である。

　触覚提示パネル１００上の任意の位置に触覚提示つまみ３を置いて操作する場合は、固定部５ｂが触覚提示タッチパネル４００上に固定または脱着が可能である構造にする必要がある。例えば、一例として固定台と軸部とを分離した構造にして、固定台として固定台１３ｂのように吸盤を用いてもよい。回転部上面１２ｂを押して吸盤である固定台１３ｂを触覚提示タッチパネル４００の操作面に密着させる。本構造の場合、触覚提示パネル１００が平面以外の角度に固定されていても回転部４ｂが外れないので、操作面の角度を任意に設定することが可能となる。

　本実施の形態３の場合、位置検出部７は３つ以上で正多角形の頂点に位置するように配置する。指示体２が多点タッチをしてもタッチ位置が正多角形になることはないので、指示体２が接触した場合と触覚提示つまみ３が接触した場合とを識別することが可能である。触覚提示つまみ３が触覚提示タッチパネル４００の上に置かれていない時または触覚提示つまみ３に指示体２が接触していない時は、触覚提示つまみ３に指示体２が接触していない時の動作タイミング（図２２）を繰り返す。導電性弾性部６の位置が移動し、触覚提示つまみ３が操作されたことを検知したら、触覚提示つまみ３が置いてあるエリアは、前述のように触覚提示つまみ３に指示体２が接触している時（図２４）の動作タイミングに切替えて動作する。

　触覚提示タッチパネル４００に指示体２が接触した時も、前述のように触覚提示つまみ３に指示体２が接触している時（図２４）の動作タイミングに切替えて動作する。

　＜効果＞
　ダイヤルつまみ操作位置を操作状況ごと、使用者ごとに操作しやすい位置に任意に設置できるので操作性が向上する。ダイヤルつまみ操作を触覚提示つまみ３を保管している使用者しか操作できないのでセキュリティー性が向上する。導電性弾性部６の配置を変えて、導電性弾性部６のレイアウトと操作内容とを事前登録することで、触覚提示つまみ３ごとに操作可能な操作内容を限定することも可能になる。

　＜実施の形態４＞
　図３６は、セグメント構造の触覚提示パネル１００ａの構成を概略的に示す平面図である。図３７，３８は、図３６中のＡのエリア内に配置されている触覚電極１０２のパターン形状の一例を示したものである。第１電極１０２ａおよび第２電極１０２ｂを１セットとしたユニットをマトリクス状に並べて個々に駆動するセグメント構造の触覚提示パネル１００ａを用いる。駆動回路でのスイッチ切り替えにより、触覚提示パネル１００ａおよびタッチパネル２００を兼用することも可能。

　＜効果＞
　触覚提示パネル１００ａおよびタッチパネル２００を兼用することによる触覚提示タッチディスプレイの軽量化が可能。触覚提示つまみ３直下の電極のみ信号電圧を入力できるので、消費電力抑制の効果がある。

　＜実施の形態５＞
　図１２に示す触覚提示パネル１００の操作面とは反対側に図３６に示すようなセグメント構造のタッチパネルを配置してもよい。この場合も、図３６中のＡのエリア内に配置されている検出電極および励起電極は、図３７，３８のような形状とすることが可能である。なお、検出電極および励起電極の形状は、図３７，３８のような形状に限らず、検出電極と励起電極とが隣り合う構造で異なるエリア間の電極との相互容量よりも、同一エリア内の相互容量の方が大きくなるような構造であればよい。具体的には、同一エリア内の検出電極と励起電極との距離が、異なるエリア間の検出電極または励起電極よりも狭くなるように配置するとよい。これにより、タッチパネルの検出電極と触覚電極１０２との間に形成される容量のタッチ検出精度への影響を抑制することができるため、触覚電極１０２の配線抵抗をより低くすることが可能となり、より触覚強度を向上させることが可能となる。

　なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１～３のいずれかの構成とほぼ同じであるため、その説明を省略する。

　なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

　本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

　１　触覚提示タッチディスプレイ、３　触覚提示つまみ、４　回転部、５　固定部、６　導電性弾性部、６ａ　外径、７　位置検出部、８　隙間、９　固定穴、１０　回転部側面、１１　指示位置線、１２　回転部上面、１３　固定台、１４　軸部、１５　底面部、１６　境界部導電部、１７　粘着部、２０ａ，２０ｂ　接着剤、４０　スイッチ、１００　触覚提示パネル、１０１　透明絶縁基板、１０２　触覚電極、１０２ａ　第１電極、１０２ｂ　第２電極、１０６　誘電体層、１０７　触覚提示パネル端子部、１０８　ＦＰＣ、１１０　電圧供給回路、１１３　触覚提示電圧生成回路、１１３ａ　第１電圧生成回路、１１３ｂ　第２電圧生成回路、１１４　触覚提示制御回路、１１５　電荷排出部、１５０　触覚提示スクリーン、２００　タッチパネル、２０１　基板、２０２　励起電極、２０３　検出電極、２０４　層間絶縁膜、２０５　絶縁膜、２０６　行方向配線層、２０７　列方向配線層、２０８　タッチスクリーン端子部、２０９　シールド配線層、２１０　タッチ検出回路、２１２　電荷検出回路、２１３　タッチ検出制御回路、２１４　タッチ座標算出回路、２１５　励起パルス発生回路、３００　表示パネル、４００　触覚提示タッチパネル。

Claims

　複数の導電性弾性部を有する触覚提示つまみを操作面上に載置し、前記触覚提示つまみを介して使用者に触覚を提示する触覚提示パネルであって、
　前記触覚提示パネルの前記操作面側に設けられた複数の第１電極および複数の第２電極を含む触覚電極と、
　前記触覚電極を覆い、かつ一面が前記操作面である誘電体層と、
　前記触覚提示パネルの前記操作面における少なくとも一部の領域に位置する少なくとも１つの前記第１電極に印加する第１周波数を有する電圧信号を生成し、かつ前記触覚提示パネルの前記操作面における少なくとも一部の領域に位置する少なくとも１つの前記第２電極に印加する前記第１周波数とは異なる第２周波数を有する電圧信号を生成する電圧生成回路と、
　前記触覚電極に接続され、前記導電性弾性部に蓄積された電荷を排出する電荷排出部と、
　前記使用者が前記触覚提示つまみに接触したことを検出する接触検出部と、
を備える触覚提示パネル。
　前記電荷排出部は、ＧＮＤ端子である、請求項１に記載の触覚提示パネル。
　前記電圧生成回路と前記電荷排出部との間に設けられ、前記触覚電極と前記電圧生成回路または前記電荷排出部との接続を切り替える切り替え部をさらに備える、請求項１または２に記載の触覚提示パネル。
　前記切り替え部は、前記使用者が前記触覚提示つまみに接触している間において、前記第１電極と前記電圧生成回路とを接続し、かつ前記第２電極と前記電荷排出部とを接続する、請求項３に記載の触覚提示パネル。
　前記接触検出部は、前記触覚提示つまみが前記触覚提示パネルの前記操作面上に載置されたことを検出する、請求項１から４のいずれか１項に記載の触覚提示パネル。
　前記接触検出部は、前記触覚提示つまみが有する位置検出部を用いて、前記触覚提示パネルの前記操作面上における前記触覚提示つまみの位置を検出する、請求項１から５のいずれか１項に記載の触覚提示パネル。
　前記切り替え部は、平面視において前記触覚提示つまみと重畳する各前記第１電極および各前記第２電極のうち、少なくとも隣り合う前記第１電極および前記第２電極と前記電圧生成回路とを接続し、かつ前記第１電極および前記第２電極のうちの少なくとも１つと前記電荷排出部とを接続する、請求項３または４に記載の触覚提示パネル。
　前記接触検出部は、前記位置検出部を用いて前記触覚提示つまみの回転角度を算出する、請求項６に記載の触覚提示パネル。
　前記電圧生成回路による前記電圧信号の生成と、前記接触検出部による前記検出とは時分割で行われ、
　前記接触検出部は、前記触覚提示つまみと、前記触覚電極の前記触覚提示つまみとは反対側に設けられた検出電極との間で形成された容量を検出する、請求項１から８のいずれか１項に記載の触覚提示パネル。
　一の前記第１電極および一の前記第２電極は、一対となってマトリクス状に配置されている、請求項１から９のいずれか１項に記載の触覚提示パネル。
　請求項１から１０のいずれか１項に記載の触覚提示パネルと、
　前記触覚提示パネルの前記操作面とは反対側に配置されたタッチパネルと、
を備える触覚提示タッチパネルであって、
　前記接触検出部は、前記触覚提示パネルに代えて前記タッチパネルに備えられる、触覚提示タッチパネル。
　前記タッチパネルの検出電極および励起電極は、一対となってマトリクス状に配置されている、請求項１１に記載の触覚提示タッチパネル。
　請求項１１または１２に記載の触覚提示タッチパネルと、
　前記触覚提示タッチパネルに取り付けられた表示パネルと、
を備える、触覚提示タッチディスプレイ。
　請求項１から１０のいずれか１項に記載の触覚提示パネルの前記操作面上に載置され、使用者に触覚を提示する前記触覚提示つまみであって、
　各前記導電性弾性部は、前記操作面に対向する位置に設けられる、触覚提示つまみ。
　前記触覚提示パネルの前記接触検出部が、前記触覚提示パネルの前記操作面上における前記触覚提示つまみの位置を検出するときに用いる位置検出部と、
　前記触覚提示つまみを前記操作面に固定し、前記触覚提示つまみを回転させる中心軸となる固定部と、
を備える、請求項１４に記載の触覚提示つまみ。
　各前記導電性弾性部は、同一平面において複数に分割され、平面視において少なくとも隣り合う前記第１電極および前記第２電極と重畳する、請求項１４または１５に記載の触覚提示つまみ。
　前記触覚提示つまみは、平面視において円形であり、
　前記触覚提示つまみにおける各前記導電性弾性部の外径は、各前記第１電極または各前記第２電極のピッチよりも大きい、請求項１４から１６のいずれか１項に記載の触覚提示つまみ。
　各前記導電性弾性部および前記位置検出部は、前記触覚提示つまみの側面と電気的に接続されており、前記使用者が前記触覚提示つまみに接触したときに前記使用者を介して接地する、請求項１５に記載の触覚提示つまみ。
　各前記導電性弾性部は、平面視において前記位置検出部よりも面積が大きく、かつ前記位置検出部と間隔を空けて交互に設けられている、請求項１５に記載の触覚提示つまみ。