(57)【要約】   パネル１１と、パネル１１に装着された圧電素子１３と、パネル１１のタッチ面１１ａに対する押圧に応じた圧電素子１３の出力を検出して、該出力が触感を呈示する基準を満たすか否かを判定する出力検出部１８と、出力検出部１８が前記基準を満たすと判定した際に、タッチ面１１ａを押圧している押圧対象に対して触感を呈示するように圧電素子１３を駆動する圧電素子駆動部１５と、出力検出部１８による前記判定の開始タイミングを制御する制御部１７とを備え、圧電素子駆動部１５により圧電素子１３が駆動された後、出力検出部１８が出力の検出を再開可能な状態となってから所定時間経過後に、出力検出部１８による前記判定を再開させる。
2012063497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パネルと、
前記パネルに装着された圧電素子と、
前記パネルのタッチ面に対する押圧に応じた前記圧電素子の出力を検出して、該出力が触感を呈示する基準を満たすか否かを判定する出力検出部と、
前記出力検出部が前記基準を満たすと判定した際に、前記タッチ面を押圧している押圧対象に対して触感を呈示するように前記圧電素子を駆動する圧電素子駆動部と、
前記出力検出部による前記判定の開始タイミングを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記圧電素子駆動部により前記圧電素子が駆動された後、前記出力検出部が前記出力の検出を再開可能な状態となってから所定時間経過後に、前記出力検出部による前記判定を再開するように制御する、
ことを特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記圧電素子に蓄積された残留電荷を放電する放電回路をさらに有し、
前記放電回路は、前記所定時間の間に前記圧電素子に蓄積されている残留電荷を放電する、
ことを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項３】
前記所定時間は４０ｍｓ以下である、
ことを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項４】
パネルと、
前記パネルに装着された圧電素子と、
前記パネルのタッチ面に対する押圧に応じた前記圧電素子の出力を検出して、該出力が触感を呈示する基準を満たすか否かを判定する出力検出部と、
前記出力検出部が前記基準を満たすと判定した際に、前記タッチ面を押圧している押圧対象に対して触感を呈示するように前記圧電素子を駆動する圧電素子駆動部と、を備える入力装置の制御方法であって、
前記圧電素子を前記出力検出部または前記圧電素子駆動部に選択的に接続するようにして、
前記圧電素子が前記出力検出部に接続された状態で、前記出力検出部が前記基準を満たすと判定した際に、前記圧電素子を前記出力検出部から前記圧電素子駆動部へ接続を切換えて、前記圧電素子駆動部により前記圧電素子を駆動するステップと、
前記圧電素子の駆動後、前記圧電素子を前記圧電素子駆動部から前記出力検出部へ接続を切換えて、前記出力検出部が前記出力の検出を再開可能な状態となってから所定時間経過後に、前記出力検出部による前記判定を再開するステップと、
を含むことを特徴とする入力装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１０年１１月１１日に出願された日本国特許出願２０１０−２５２９５０号の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、パネルを備える入力装置および入力装置の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
近年、携帯電話等の携帯端末、電卓、券売機等の情報機器、電子レンジ、テレビ、照明器具等の家電製品、産業用機器（ＦＡ機器）等には、ユーザによる入力操作を受け付ける操作部やスイッチ等の入力装置として、タッチパネルやタッチスイッチ等のパネルを備える入力装置が広く使用されている。【０００４】
このようなパネルには、抵抗膜方式、静電容量方式、光学式等の種々の方式が知られている。しかしながら、いずれの方式のパネルにおいても、指やスタイラスペンによるタッチ入力を受け付けるものであって、パネル自体は、タッチされても、押しボタンスイッチのようには物理的に変位しない。【０００５】
このように、パネルがタッチされても、パネル自体が物理的に変位しないので、操作者は、タッチ入力が受け付けられても、入力に対するフィードバックを得ることができない。このため、操作者は、同じ位置を何度もタッチする等の繰り返し入力が生じ易く、操作者にストレスを与える場合がある。【０００６】
このような繰り返し入力を防止するものとして、例えば、タッチ入力を受け付けて、音を鳴らしたり、当該入力位置に対応して表示部に画像表示されている入力ボタン等の入力用オブジェクトの表示色を変更する等の表示態様を変更したりして、聴覚や視覚により入力操作を確認できるようにしたものが知られている。【０００７】
しかし、聴覚に働きかけるフィードバック方法の場合は、騒音環境下での確認が困難になるとともに、使用機器がマナーモード等で消音状態にある場合は、対応できないことになる。また、視覚に働きかけるフィードバック方法の場合は、表示部に表示されている入力用オブジェクトのサイズが小さいと、特に指入力の場合は、指の下に入力用オブジェクトが隠れて表示態様の変化が確認できない場合がある。【０００８】
また、聴覚や視覚によらず、パネルが入力を受け付けると、パネルを振動させて、操作者の指先に触覚を発生させるようにしたフィードバック方法も提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−２８８１５８号公報
【特許文献２】特開２００８−１３００５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１，２に開示の技術は、単に、パネルが入力を受け付けると、パネルを振動させているに過ぎない。このため、特に、押しボタンスイッチ（プッシュ式ボタンスイッチ）のようなボタンスイッチがパネル上部に描画されている場合、パネルの入力を受け付ける閾値が低い場合は、パネルに指等が軽く触れた（タッチした）だけで触感が呈示される。これにより操作者がプッシュする前の意図しない動作（タッチ）に反応して誤操作を誘発したり、操作者にプッシュする前の意図しない動作（タッチ）による違和感を与えたりすることになる。ここで、パネルのタッチによる入力を受け付ける閾値とは、パネルが反応する閾値で、例えば抵抗膜方式においては、上部導電膜が下部導電膜に接触する押圧力の閾値であり、静電容量方式においては、接触による電気的信号の検出閾値である。【００１１】
このような不都合を解決するため、本出願人は、パネルのタッチ面に対する押圧荷重を検出し、その検出荷重が触感を呈示する所定の基準を満たした際に、タッチ面を振動させるようにした入力装置を開発している。この入力装置では、検出荷重が触感を呈示する所定の基準を満たした際に、指等の押圧対象に、メタルドームスイッチのような押しボタンスイッチをプッシュした場合に、メタルドームが座屈した際に感じられるクリック触感を呈示するようにしている。【００１２】
この入力装置によれば、操作者がタッチ面をプッシュし、その押圧荷重が所定の基準を満たすとクリック触感が呈示される。その結果、上述した意図しないタッチによる誤操作を誘発したり、違和感を与えたりするのを確実に防止して、操作者に対して入力が受け付けられたのを触感として認識させることができる。【００１３】
ところで、かかる入力装置を構成するには、パネルやその制御部の基本構成の他に、パネルに対する押圧荷重を検出する荷重センサや、パネルを振動させるアクチュエータが必要となる。このため、その分、部品点数が増えてコストアップになるとともに、部品の設置スペースを確保する必要があることから、装置の大型化を招くことになる。【００１４】
そこで、本出願人は、コストダウンおよび装置の小型化を図るために、圧電素子の圧電正効果および圧電逆効果を利用して、圧電素子を、パネルのタッチ面に対する押圧荷重を検出する荷重センサおよびタッチ面を振動させて押圧対象に触感を呈示するアクチュエータとして共用した装置を開発している。【００１５】
本発明の目的は、圧電素子を荷重センサおよびアクチュエータとして共用し、操作者がパネルを操作した際に、操作者に違和感を与えることなく適切に触感を呈示できる入力装置および入力装置の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成する第１の観点に係る入力装置の発明は、
パネルと、
前記パネルに装着された圧電素子と、
前記パネルのタッチ面に対する押圧に応じた前記圧電素子の出力を検出して、該出力が触感を呈示する基準を満たすか否かを判定する出力検出部と、
前記出力検出部が前記基準を満たすと判定した際に、前記タッチ面を押圧している押圧対象に対して触感を呈示するように前記圧電素子を駆動する圧電素子駆動部と、
前記出力検出部による前記判定の開始タイミングを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記圧電素子駆動部により前記圧電素子が駆動された後、前記出力検出部が前記出力の検出を再開可能な状態となってから所定時間経過後に、前記出力検出部による前記判定を再開するように制御する、
ことを特徴とするものである。【００１７】
第２の観点に係る発明は、第１の観点に係る入力装置において、
前記圧電素子に蓄積された残留電荷を放電する放電回路をさらに有し、
前記放電回路は、前記所定時間の間に前記圧電素子に蓄積されている残留電荷を放電する、
ことを特徴とするものである。【００１８】
第３の観点に係る発明は、第１の観点に係る入力装置において、
前記所定時間は４０ｍｓ以下である、
ことを特徴とするものである。【００１９】
さらに、上記目的を達成する第４の観点に係る入力装置の制御方法の発明は、
パネルと、
前記パネルに装着された圧電素子と、
前記パネルのタッチ面に対する押圧に応じた前記圧電素子の出力を検出して、該出力が触感を呈示する基準を満たすか否かを判定する出力検出部と、
前記出力検出部が前記基準を満たすと判定した際に、前記タッチ面を押圧している押圧対象に対して触感を呈示するように前記圧電素子を駆動する圧電素子駆動部と、を備える入力装置の制御方法であって、
前記圧電素子を前記出力検出部または前記圧電素子駆動部に選択的に接続するようにして、
前記圧電素子が前記出力検出部に接続された状態で、前記出力検出部が前記基準を満たすと判定した際に、前記圧電素子を前記出力検出部から前記圧電素子駆動部へ接続を切換えて、前記圧電素子駆動部により前記圧電素子を駆動するステップと、
前記圧電素子の駆動後、前記圧電素子を前記圧電素子駆動部から前記出力検出部へ接続を切換えて、前記出力検出部が前記出力の検出を再開可能な状態となってから所定時間経過後に、前記出力検出部による前記判定を再開するステップと、
を含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、圧電素子を荷重センサおよびアクチュエータとして共用し、操作者に違和感を与えることなく適切に触感を呈示することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る入力装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図２】図１に示した接続切換部の一例の構成を示す回路図である。
【図３】図１に示した入力装置の概略動作を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明に係る入力装置の実装構造の一例を示す要部断面図および要部平面図である。
【図５】本発明の第２実施の形態に係る入力装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図６】図５に示した入力装置の概略動作を示すタイミングチャートである。
【図７】本発明の第３実施の形態に係る入力装置の概略動作を説明するタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
【００２３】
（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る入力装置の概略構成を示す機能ブロック図である。この入力装置は、パネル（操作パネル）１１、表示部１２、圧電素子１３、接続切換部１４、圧電素子駆動部１５、および、各部の動作を制御する制御部１７を有する。
【００２４】
パネル１１は、制御部１７に接続され、制御部１７による制御のもとに、該パネル１１のタッチ面に対する指などの押圧対象によるタッチ入力を検出して、そのタッチ位置の位置情報を制御部１７に供給する。このパネル１１は、抵抗膜方式、静電容量方式、光学式等の公知のもので構成されて、表示部１２上に配置される。なお、パネル１１は、上記したタッチ入力の検出機能を有しないものであってもよい。
【００２５】
表示部１２は、制御部１７に接続され、制御部１７による制御のもとに、押しボタンスイッチ（プッシュ式ボタンスイッチ）のような入力ボタン等の入力用オブジェクトを表示する。この表示部１２は、例えば、液晶表示パネルや有機ＥＬ表示パネル等を用いて構成される。表示部１２に表示された入力用オブジェクトに対するタッチ入力は、パネル１１から出力される位置情報に基づいて制御部１７により検出される。
【００２６】
圧電素子１３は、パネル１１のタッチ面の押圧により撓む（歪む）ように、パネル１１に装着される。この圧電素子１３は、接続切換部１４に接続されて、該接続切換部１４を介して制御部１７または圧電素子駆動部１５に選択的に接続される。
【００２７】
接続切換部１４は、制御部１７からの接続切換信号により、圧電素子１３を制御部１７または圧電素子駆動部１５に選択的に接続する。また、圧電素子駆動部１５は、電力増幅器等を有して構成され、制御部１７による制御のもとに、圧電素子１３を振動させる所定の駆動信号を出力する。
【００２８】
そして、圧電素子１３は、接続切換部１４を介して制御部１７に接続されている状態で、パネル１１のタッチ面の押圧により生じた電荷による電圧（出力信号、出力電圧、出力）を制御部１７に供給する。また、圧電素子１３は、接続切換部１４を介して圧電素子駆動部１５に接続されている状態で、圧電素子駆動部１５から供給される駆動信号により駆動される。これにより、パネル１１が振動して、タッチ面を押圧している押圧対象に触感を呈示する。
【００２９】
制御部１７は、例えばＣＰＵ等からなり、圧電素子１３の出力信号（出力電圧）を検出して、パネル１１のタッチ面の押圧に基づく出力信号（出力電圧）が触感を呈示する基準を満たすか否かを判定する出力検出部１８を有する。そして、制御部１７は、パネル１１からの位置情報、表示部１２への表示情報、出力検出部１８による判定結果、等に基づいて各部の動作を制御する。また、制御部１７は、出力検出部１８による前記判定の開始タイミングを制御する。
【００３０】
図２は、図１に示した接続切換部１４の一例の構成を示す回路図である。接続切換部１４は、半導体リレー等からなる２個のスイッチ回路２１，２２と、インバータ２３とを備える。スイッチ回路２１，２２は、それぞれオン／オフ接点を有する。スイッチ回路２１のオン／オフ接点は、圧電素子１３の正極側端子と圧電素子駆動部１５の出力端子（図示せず）との間に接続されている。スイッチ回路２２のオン／オフ接点は、圧電素子１３の正極側端子と制御部１７のアナログ／デジタル変換入力端子（図示せず）との間に接続されている。
【００３１】
スイッチ回路２１は、制御部１７から出力される接続切換信号ａにより、インバータ２３を経て、オン／オフ接点がオン／オフ制御される。また、スイッチ回路２２は、上記の接続切換信号ａにより、オン／オフ接点がオン／オフ制御される。したがって、スイッチ回路２１，２２のオン／オフ接点は、一方がオン状態にあるとき、他方はオフ状態にある。
【００３２】
図３は、本実施の形態に係る入力装置の概略動作を示すタイミングチャートである。なお、図３には、圧電素子１３の出力信号（電圧）Ｖｓおよび駆動信号Ｖｄと、接続切換信号ａと、出力検出部１８による出力検出（電圧検出）および出力判定の動作状態と、圧電素子駆動部１５による圧電素子１３の動作状態とを示す。制御部１７は、接続切換信号ａをハイ（Ｈ）レベルとする。これにより、切換制御部１４のスイッチ回路２１をオフ、スイッチ回路２２をオンとして、圧電素子１３を制御部１７に接続する。
【００３３】
この状態で、制御部１７は、パネル１１の出力を監視する。また、制御部１７の出力検出部１８は、パネル１１に対する押圧に基づいた圧電素子１３の出力電圧Ｖｓを検出する。そして、その検出した出力電圧Ｖｓが触感を呈示する基準を満たすか否かを判定する。制御部１７は、パネル１１からの位置情報が、表示部１２に表示されている入力用オブジェクトに対する入力で、かつ、出力検出部１８により、圧電素子１３の出力電圧Ｖｓが、触感を呈示する基準の荷重（例えば、１．５Ｎ）に相当する基準電圧Ｖrefに達したと判定する。すると、制御部１７は、接続切換信号ａを所定時間Ｔ１だけロー（Ｌ）レベルとする。これにより、切換制御部１４のスイッチ回路２１をオン、スイッチ回路２２をオフに切換えて、圧電素子１３を圧電素子駆動部１５に接続する。
【００３４】
そして、制御部１７は、圧電素子駆動部１５に圧電素子１３が接続された状態で、圧電素子駆動部１５から所定の駆動信号Ｖｄを出力させて圧電素子１３を駆動する。これにより、タッチパネル１１を振動させて、タッチ面を押圧している押圧対象に触感を呈示する。また、制御部１７は、表示部１２内の当該入力用オブジェクトに対する所定の処理、例えば表示態様の変更処理や入力用オブジェクトに対応するキャラクタの所定の表示領域への表示処理、オブジェクトに対応するアプリケーションの実行処理等を行う。
【００３５】
その後、制御部１７は、圧電素子駆動部１５による圧電素子１３の駆動が終了すると、所定時間Ｔ１が経過した時点で接続切換信号ａをＨレベルにして、スイッチ回路２１をオフ、スイッチ回路２２をオンに復帰させる。これにより、圧電素子１３を圧電素子駆動部１５から制御部１７に接続を切替えて、出力検出部１８による出力電圧（出力信号）の検出を再開可能な状態とする。
【００３６】
そして、制御部１７は、出力検出部１８による出力電圧の検出が再開可能な状態となってから所定時間経過後に、出力検出部１８による出力電圧が基準を満たすか否かの判定を再開するように制御する。具体的には、例えば接続切換信号ａがＬレベルからＨレベルに切換わった所定時間Ｔ１の経過時点から所定時間Ｔ２が経過するまでは、圧電素子１３からの出力電圧Ｖｓを無効（キャンセル）として、出力電圧が基準を満たすか否かの判定を行わないようにする。その後、制御部１７は、所定時間Ｔ２が経過した時点から、圧電素子１３の出力電圧Ｖｓを有効として、出力検出部１８による出力電圧Ｖｓの判定処理を再開させる。
【００３７】
ここで、接続切換信号ａをＬレベルとする所定時間Ｔ１は、圧電素子１３の駆動時間を含む時間で、固定的（例えば、１０ｍｓ程度）に設定するか、あるいは呈示する触感に対応する駆動信号による駆動時間に応じて自動的に設定する。また、圧電素子１３の駆動後、出力検出部１８において出力電圧の判定処理を再開するまでの所定時間Ｔ２は、圧電素子１３の駆動後に、圧電素子１３に残留する電荷がほぼ放電して出力電圧Ｖｓがほぼ０Ｖになるのに充分な期間で、かつ、連続的な入力操作等における各入力操作の荷重に基づく出力検出に支障をきたさない時間とする。この、所定時間Ｔ２は、例えば４０ｍｓ以下とする。
【００３８】
このように、本実施の形態に係る入力装置によれば、圧電素子１３の圧電正効果および圧電逆効果を利用して、圧電素子１３を、パネル１１のタッチ面に対する押圧荷重を検出する荷重センサおよびタッチ面を振動させて押圧対象に触感を呈示するアクチュエータとして利用して、部品を共用している。したがって、部品点数を削減できることから、コストダウンが図れるとともに、部品の設置スペースを少なくできることから、装置の小型化が図れる。
【００３９】
また、出力検出部１８と圧電素子駆動部１５とを設けて、圧電素子１３を選択的に接続するようにしたので、圧電素子１３の出力電圧Ｖｓとは独立して、圧電素子駆動部１５から圧電素子１３に対して駆動信号Ｖｄを供給することができる。したがって、出力電圧Ｖｓと駆動信号Ｖｄとを加算した電圧を印加する必要がないので、使用電圧範囲を低くでき、種々の圧電素子が使用可能となる。しかも、圧電素子１３の駆動後、すなわちタッチ入力による押圧荷重（出力電圧）の増加により最初に触感を呈示した後は、出力電圧の検出を再開可能な状態とするが、所定時間Ｔ２が経過するまでは出力電圧が基準を満たすか否かの判定を行わない。そして、所定時間Ｔ２が経過した時点から前記判定を再開するようにしている。
【００４０】
ここで、図３に示したように、圧電素子１３の出力電圧Ｖｓが基準電圧Ｖrefに達したのを検出して、圧電素子１３に駆動信号Ｖｄを印加して圧電素子１３を駆動した後、圧電素子１３の接続先を出力検出部１８に切換えて、圧電素子１３の出力電圧Ｖｓを監視すると、その出力電圧Ｖｓは、例えば図３の所定時間Ｔ２に示すように変化する。すなわち、圧電素子の出力電圧Ｖｓが、パネル１１の押圧開始によって正極性側に増加する場合、圧電素子１３の駆動直後の出力電圧Ｖｓは、０Ｖから負極性側に比較的急峻に増加する。その後は、蓄積されている電荷の自然放電により徐々に０Ｖに戻る挙動を示す。
【００４１】
このような現象は、駆動信号として、押しボタンスイッチのようなクリック触感を呈示する駆動信号を印加する場合に限らず、例えば「ブルル」と感じられる連続的な振動として認知できる触感を呈示する駆動信号を印加する場合においても、同様であると推定される。
【００４２】
本実施の形態に係る入力装置によれば、所定時間Ｔ２が経過した時点から前記判定を再開しているので、圧電素子１３の接続先を出力検出部１８に切り換えた後の出力電圧の急峻な変化が生じる現象に基づいた予期せぬ触感の呈示がされるおそれを低減することができる。また、所定時間Ｔ２の間に、押圧対象による押圧力が強くなって基準電圧Ｖrefを超えても触感は呈示されないので、操作者に予期せぬ触感を呈示するような違和感を与えることなく、適切に触感を呈示することができる。
【００４３】
次に、本実施の形態に係る入力装置における（１）実装構造、（２）触感を呈示する出力電圧の基準、および（３）圧電素子１３を駆動する駆動信号について説明する。
【００４４】
（１）実装構造
図４は、図１に示したパネル１１、表示部１２および圧電素子１３の実装構造の一例の概略構成を示すもので、図４（ａ）は要部断面図、図４（ｂ）は要部平面図である。表示部１２は、筐体３１内に収納保持される。表示部１２上には、弾性部材からなるインシュレータ３２を介して、パネル１１が保持される。なお、本実施の形態において、パネル１１は、図４（ｂ）に仮想線で示す表示部１２の表示領域Ａから外れた４隅に配設したインシュレータ３２を介して表示部１２上に保持される。
【００４５】
また、筐体３１には、表示部１２の表示領域から外れたパネル１１の表面領域を覆うようにアッパカバー３３が設けられる。アッパカバー３３とパネル１１との間には、弾性部材からなる防塵用のインシュレータ３４が配設される。
【００４６】
なお、図４に示すパネル１１は、タッチ面１１ａを有する表面部材が、例えば透明フィルムやガラスで構成され、裏面部材がガラスやアクリルで構成される。そして、インシュレータ３４を介してタッチ面１１ａが押圧されると、押圧部分が押圧力に応じて微少量撓む（歪む）とともに、裏面部材を含むパネル１１の全体が微少量撓む構造となっている。
【００４７】
パネル１１には、その裏面上で、アッパカバー３３で覆われる一辺または複数辺の近傍、ここでは３辺の近傍に、圧電素子１３がそれぞれ装着される。これら３個の圧電素子１３は、パネル１１のタッチ面１１ａに対する押圧荷重を検出するとともに、パネル１１を振動させて、タッチ面１１ａを押圧している押圧対象に触感を呈示する。なお、図４（ｂ）においては、図４（ａ）に示した筐体３１、アッパカバー３３およびインシュレータ３４の図示を省略している。
【００４８】
ここで、３個の圧電素子１３は、接続切換部１４を介して圧電素子駆動部１５に接続されて、共通の駆動信号により駆動されるか、あるいは、独立した駆動信号により駆動される。また、出力検出部１８に対して、３個の圧電素子１３の出力は、接続切換部１４を介して並列に供給される。
【００４９】
そして、出力検出部１８は、３個の圧電素子１３の出力信号（電圧）に基づいた出力信号を演算する。この出力信号は、好ましくは、タッチ面１１ａの各位置において、操作者が感じる圧覚（物の硬さや柔らかさ等の感覚）がほぼ同じ場合に、ほぼ等しい演算結果が得られるようにする。そのため、出力検出部１８は、例えば、３個の圧電素子１３の出力信号の平均値や、重み付けした加算値等に基づいた出力信号を演算する。また、３個の圧電素子１３は、タッチ面１１ａの各位置において、操作者がほぼ同じ圧覚でほぼ同じ触覚（物の手触り等の感覚）が得られるように、好ましくは独立した駆動信号で駆動する。そのため、圧電素子駆動部１５は、圧覚と触覚とが複合されたほぼ同じ触感が得られるように、各駆動信号の振幅や位相等を、タッチ面１１ａの位置や場所に応じて適宜変更する。
【００５０】
（２）出力電圧の基準
触感を呈示する出力電圧の基準は、例えば、表現したい押しボタンスイッチの押下時の荷重特性に応じて適宜設定することができる。例えば、この基準は、パネル１１がタッチ入力に反応する荷重に対応する出力電圧と同じに設定（パネル１１のタッチ入力の反応と触感を呈示するタイミングを同じに設定）する。あるいは、パネル１１がタッチ入力に反応する荷重よりも高い荷重に対応する出力電圧に設定（パネル１１のタッチ入力の反応よりも触感を呈示するタイミングを遅くする設定）する。例えば、本実施の形態に係る入力装置を携帯端末に適用する場合においては、好ましくは、パネル１１がタッチ入力に反応する荷重に対応する出力電圧以上（パネル１１のタッチ入力の反応よりも触感を呈示するタイミングを遅くする設定）に設定するとよい。また、さらに、この荷重に係る出力電圧の基準の設定も、年配のユーザは重めに（より遅く）、頻繁にメールをするユーザは軽めに（より早く）設定できるように、ユーザにおいて自由に設定できるようにするとよい。
【００５１】
（３）駆動信号
圧電素子駆動部１５により圧電素子１３を駆動する駆動信号は、呈示する触感に応じて適宜設定することができる。例えば、携帯端末に使用されている押しボタンスイッチを押下した際に得られる「カッ」と感じられるリアルなクリック触感を呈示する場合、圧電素子駆動部１５は、圧電素子１３を以下のように駆動する。すなわち、上記の基準の出力電圧が加わった時点で、例えば、１００Ｈｚ〜２００Ｈｚ、好ましくは１７０Ｈｚの一定周波数のサイン波１周期分を、駆動信号として圧電素子１３に印加して、パネル１１のタッチ面を、基準の押圧荷重が加わった状態で約１５μｍ振動させる。これにより、パネル１１のタッチ面を押圧している押圧対象（押圧物）を介して、操作者にリアルなクリック触感を呈示して、入力操作が完了したことを認識させることができる。同様に、「カッ」よりも硬質な「カチ」と感じられるクリック触感を呈示する場合、圧電素子駆動部１５は、圧電素子１３に対して、駆動信号として、例えば、２００Ｈｚ〜５００Ｈｚ程度の正弦波信号または矩形波信号を１周期分印加する。
【００５２】
クリック触感以外の触感を呈示する場合、例えば、「ブル」や「ブニ」と感じられる軟質的な触感を呈示する場合は、駆動信号として、例えば、２００Ｈｚ〜５００Ｈｚ程度の正弦波信号を２〜３周期分印加する。あるいは、「ブルル」と感じられる振動として認知できる触感を呈示する場合は、駆動信号として、例えば、２００Ｈｚ〜５００Ｈｚ程度の正弦波信号を４周期分以上印加する。
【００５３】
これらの種々の触感を呈示する駆動信号情報は、図示しない記憶部に記憶して、ユーザにより所望の触感を呈示する駆動信号を適宜設定できるようにするのが好ましい。そして、設定された駆動信号に応じて、図３に示した接続切換信号ａのＬレベルの時間Ｔ１を自動的に設定するのが好ましい。
【００５４】
このように、制御部１７は、圧電素子１３の出力に基づいて演算されるパネル１１に加わる荷重が、触感を呈示する基準（例えば、１．５Ｎ）を満たすまでは圧電素子１３を駆動しない。これにより、操作者に対して、圧覚を刺激する。そして、基準を満たすと、制御部１７は、圧電素子駆動部１５により圧電素子１３を所定の駆動信号で駆動してタッチ面１１ａを振動させて触覚を刺激する。これにより、操作者に対して触感を呈示して、当該入力操作が完了したことを認識させる。したがって、操作者は、例えば、押しボタンスイッチ（プッシュ式ボタンスイッチ）のようなボタンスイッチがパネル上部に描画されていた場合、パネル１１を、押しボタンスイッチを操作した場合と同様のリアルなクリック触感を得ながら、入力操作を行うことができる。これにより、操作者は、違和感を覚えることがなくなる。また、操作者は、パネル１１を「押した」と言う意識との連動で入力操作を行うことができるので、単なる押圧による入力ミスも防止することができる。
【００５５】
また、触感を呈示する基準の電圧を、パネル１１がタッチ入力に反応する荷重に対応する電圧よりも高く（パネル１１のタッチ入力の反応よりも触感を呈示するタイミングを遅く）設定した場合、制御部１７は、タッチ面１１ａへのタッチ操作に応じて入力位置を決定して、表示部１２の対応する箇所の入力用オブジェクトの表示態様を変更する。そして、その後、制御部１７は、圧電素子１３の出力に基づいて検出されるタッチ面１１ａへの押圧荷重に基づく電圧が触感を呈示する基準を満たした際に、圧電素子１３を駆動してクリック触感を呈示するとともに、その入力位置を確定して所定の処理（例えば、オブジェクトに対応するプログラムの実行処理）を実行させることが可能となる。この場合、操作者は、表示部１２に表示された入力用オブジェクトの表示態様の変更により入力用オブジェクトの選択を確認できる。さらに、操作者は、タッチ面１１ａを押圧してクリック触感が呈示されることにより、選択した入力用オブジェクトが決定（実行）されたことを認識することができる。これにより、いわゆる迷い指による誤入力を防止することができる。
【００５６】
（第２実施の形態）
図５は、本発明の第２実施の形態に係る入力装置の概略構成を示す機能ブロック図である。この入力装置は、図１に示した構成において、圧電素子１３に接続された放電回路１６を備え、この放電回路１６により圧電素子１３の駆動後に、該圧電素子１３に残留する電荷を強制的にアースに放電するものである。
【００５７】
放電回路１６は、例えば、抵抗４１および放電用のスイッチングトランジスタ４２を備える。スイッチングトランジスタ４２は、コレクタが圧電素子１３の正極側端子に接続され、エミッタがアースに接続される。また、スイッチングトランジスタ４２のベースは、抵抗４１を経て制御部１７に接続されて、制御部１７からの放電制御信号ｂが供給される。その他の構成は、図１と同様であるので、同一作用をなす構成要素には、同一参照符号を付して説明を省略する。
【００５８】
図６は、本実施の形態に係る入力装置の概略動作を示すタイミングチャートである。本実施の形態に係る入力装置は、圧電素子駆動部１５により圧電素子１３を駆動した後、すなわち、接続切換信号ａがＬレベルとなる所定時間Ｔ１が経過した時点から、所定時間Ｔ３の間、放電制御信号ｂをＨレベルとする。これにより、スイッチングトランジスタ４２を導通させて、圧電素子１３に蓄積されている残留電荷を、コレクタ‐エミッタ通路を経て強制的にアースに放電させる。
【００５９】
また、制御部１７は、接続切換信号ａがＬレベルからＨレベルに切換わった所定時間Ｔ１の経過時点から、出力検出部１８による出力電圧の検出を再開可能な状態とするが、所定時間Ｔ１の経過時点から放電制御信号ｂがＨレベルにある所定時間Ｔ３が経過するまでは、圧電素子１３からの出力電圧Ｖｓを無効（キャンセル）として、出力検出部１８による出力電圧が基準を満たすか否かの判定を行わないようにする。その後、制御部１７は、所定時間Ｔ３が経過した時点から、圧電素子１３からの出力電圧Ｖｓを有効として、出力検出部１８による圧電素子１３の出力電圧Ｖｓの判定処理を再開させる。その他の動作は、第１実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００６０】
このように、本実施の形態に係る入力装置では、圧電素子駆動部１５により圧電素子１３を駆動した後、圧電素子１３の残留電荷を放電回路１６により強制的にアースに放電する。これにより、圧電素子１３の駆動後、出力検出部１８により出力電圧の判定処理を再開するまでの所定時間（放電時間）Ｔ３を、第１実施の形態における所定時間Ｔ２よりも短く、例えば、３０ｍｓ程度にすることができる。したがって、第１実施の形態における効果に加えて、表示部１２に表示されている同一の入力用オブジェクトを連続的に入力操作するいわゆる連打入力においても、各入力操作に対して適切に触感を呈示することができるという効果が得られる。
【００６１】
（第３実施の形態）
図７は、本発明の第３実施の形態に係る入力装置の概略動作を説明するタイミングチャートである。本実施の形態に係る入力装置は。図５に示した構成において、パネル１１のタッチ面から押圧対象がリリースする際にも触感を呈示する。このため、出力検出部１８には、押圧時に触感を呈示するための基準の荷重に相当する第１基準電圧Ｖref1（第１，２実施の形態の基準電圧Ｖrefに相当）と、リリース時に触感を呈示するための基準の荷重に相当する第２基準電圧Ｖref2とが設定される。なお、第２基準電圧Ｖref2は、第１基準電圧Ｖref1と極性が異なる。以下、図５を参照しながら、本実施の形態に係る入力装置の概略動作を説明する。
【００６２】
先ず、制御部１７は、上記実施の形態の場合と同様に、パネル１１からの位置情報が、表示部１２に表示されている入力用オブジェクトに対する入力で、かつ、出力検出部１８において、圧電素子１３の出力電圧Ｖｓが、触感を呈示する基準の荷重（例えば、１．５Ｎ）に相当する第１基準電圧Ｖref1に達したと判定する。すると、制御部１７は、接続切換信号ａを所定時間Ｔ１だけＬレベルとする。これにより、切換制御部１４を介して圧電素子１３を圧電素子駆動部１５に接続する。
【００６３】
そして、制御部１７は、圧電素子駆動部１５に圧電素子１３が接続された状態で、圧電素子駆動部１５から所定の駆動信号Ｖｄを出力させて圧電素子１３を駆動する。これにより、タッチパネル１１を振動させて、タッチ面を押圧している押圧対象に対して触感を呈示する。
【００６４】
その後、制御部１７は、圧電素子駆動部１５による圧電素子１３の駆動期間Ｔ１が終了すると、接続切換信号ａをＨレベルにして、圧電素子１３を圧電素子駆動部１５から制御部１７に接続を切換える。これと同時に、放電制御信号ｂを所定時間（放電時間）Ｔ４の間、Ｈレベルとして、圧電素子１３に蓄積されている残留電荷を、スイッチングトランジスタ４２のコレクタ‐エミッタ通路を経てアースに放電させる。
【００６５】
また、制御部１７は、接続切換信号ａがＬレベルからＨレベルに切換わった所定時間Ｔ１の経過時点から、出力検出部１８による出力電圧の検出を再開可能な状態とするが、所定時間Ｔ１の経過時点から放電制御信号ｂがＨレベルにある所定時間Ｔ４が経過するまでは、出力電圧の判定処理を行わない。そして、所定時間Ｔ４が経過すると、制御部１７は、その経過時点から出力検出部１８による圧電素子１４の出力電圧Ｖｓの判定処理を再開させる。なお、所定時間（放電時間）Ｔ４は、押圧対象によるパネル１１の押下状態を確保できるように、第２実施の形態における所定時間Ｔ３よりも短く、例えば２０ｍｓ程度に設定される。
【００６６】
ここで、圧電素子１３は、所定時間Ｔ４においてアースに接続されて残留電荷が放電されることから、所定時間Ｔ４の終了時点では、その出力電圧Ｖｓが０Ｖとなっている。したがって、この時点で、パネル１１が押圧対象により押圧されていれば、その押圧状態での圧電素子１３の出力電圧Ｖｓが０Ｖとなる。その結果、その後、押圧対象のリリース動作に伴って、圧電素子１３が元の通常状態に戻るように変位すると、その変位に伴って、圧電素子１３の出力電圧は、負極性側に増加する。
【００６７】
そこで、制御部１７は、所定時間（放電時間）Ｔ４の経過後に、出力検出部１８において、圧電素子１３の出力電圧Ｖｓが、リリース時に触感を呈示する基準の荷重に相当する第２基準電圧Ｖref2に達したと判定する。すると、制御部１７は、上述した押圧時の場合と同様に、接続切換信号ａを所定時間Ｔ１だけＬレベルとして、圧電素子１３を制御部１７から圧電素子駆動部１５に接続を切換える。
【００６８】
そして、制御部１７は、上記の押圧時の場合と同様に、圧電素子駆動部１５に圧電素子１３が接続された状態で、圧電素子駆動部１５から所定の駆動信号Ｖｄを出力させて圧電素子１３を駆動する。これにより、タッチパネル１１を振動させて、タッチ面を押圧している押圧対象に対して触感を呈示する。
【００６９】
その後、制御部１７は、上記の押圧時の場合と同様に、接続切換信号ａをＨレベルにして、圧電素子１３を圧電素子駆動部１５から制御部１７に接続を切換えるとともに、放電制御信号ｂを所定時間（放電時間）Ｔ４の間、Ｈレベルとする。これにより、圧電素子１３に蓄積されている残留電荷を放電させる。また、制御部１７は、上記の押圧時の場合と同様に、接続切換信号ａがＬレベルからＨレベルに切換わった所定時間Ｔ１の経過時点から、出力検出部１８による出力電圧の検出を再開可能な状態とするが、所定時間Ｔ１の経過時点から放電制御信号ｂがＨレベルにある所定時間Ｔ４が経過するまでは、出力電圧の判定処理を行わない。その後、制御部１７は、放電回路１６により放電時間Ｔ４が経過した時点から、出力検出部１８による圧電素子１４の出力電圧Ｖｓの判定処理を再開させて、次のタッチ入力に備える。
【００７０】
本実施の形態に係る入力装置によれば、上記実施の形態と同様の効果が得られる。また、本実施の形態では、押圧対象がパネル１１からリリースする際にも触感を呈示するようにしたので、特に、メタルドームスイッチのような押しボタンスイッチの操作感をよりリアルに表現することができる。すなわち、押圧時においては、メタルドームが座屈した際に感じられる「カッ」というようなリアルなクリック触感を呈示でき、リリース時にメタルドームが座屈から復帰した際に感じられる「チッ」というようなリアルなクリック触感（この場合、リリース触感）を呈示することができる。勿論、リリース触感は、必ずしもクリック触感と同一の駆動信号でなくてもよい。なお、本明細書に記載されている「カッ」、「チッ」、「カチ」、「ブル」、「ブニ」、「ブルル」は、操作者の感じ方を日本語で表現したものであり、実際に触感を呈示するための駆動信号は例示した通りである。
【００７１】
ここで、リリース触感を呈示する基準は、押圧時にクリック触感を呈示する上記の荷重基準（例えば、１．５Ｎ）に相当する電圧基準と同じに設定することもできるが、好ましくは、押圧時にクリック触感を呈示する荷重基準よりも５０％〜８０％低い値（例えば、１Ｎ）に相当する電圧基準に設定する。このようにすれば、同一位置（入力用オブジェクト）を連続入力（連打）する場合に、順次の入力と触感呈示タイミングとが合致し、違和感のないリアルなクリック触感を呈示することができる。すなわち、リリース時に触感を呈示する基準を、押圧時に触感を呈示する基準よりも小さくすることにより、違和感を与えないようにすることができる。さらに、リリース時に触感を呈示する基準を、押圧時に触感を呈示する基準のおよそ５０％以上とすることにより、連続入力時の操作性を格段に向上できる。また、リリース時に触感を呈示する基準を、押圧時に触感を呈示する基準のおよそ８０％以下とすることにより、連続入力時のホールド状態での微小な荷重変化にも対応できる。
【００７２】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、図５に示す放電回路１６において、スイッチングトランジスタ４２は、半導体リレー等を用いて構成することもできる。さらに、圧電素子１３は、パネル１１の面積や、振動振幅等に応じて、モノモルフ、ユニモルフ、バイモルフ、積層型等の公知の構造とすることができる。
【００７３】
また、本発明は、パネルがオン・オフ動作を行うタッチスイッチとして機能する入力装置にも有効に適用することができる。さらに、本発明に係る入力装置は、圧電素子の出力が触感を呈示する基準を満たした際に、当該圧電素子を駆動する。ここで、圧電素子の出力が触感を呈示する基準を満たした際とは、圧電素子の出力が触感を呈示する基準値に達した際であってもよいし、圧電素子の出力が触感を呈示する基準値を超えた際でもよいし、圧電素子の出力に基づいて触感を呈示する基準値が検出された際でもよい。
【００７４】
また、上記実施の形態において、「圧電素子の出力」は、出力電圧であるとして説明したが、本発明はこれに限定されず、「圧電素子の出力」は、出力電流、出力電力であってもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１１  パネル
１１ａ  タッチ面
１２  表示部
１３  圧電素子
１４  接続切換部
１５  圧電素子駆動部
１６  放電回路
１７  制御部
１８  出力検出部
３１  筐体
３２  インシュレータ
３３  アッパカバー
３４  インシュレータ
４２  スイッチングトランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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