(57)【要約】【課題】  タッチパネルと同様な多様な操作を可能にしつつ、機械的な操作感をユーザに与える。【解決手段】  ベース板（１２）上のアクチュエータ（１４）上、支柱（１６）を介して天板（１８）を固定する。アクチュエータ（１４）と天板（１８）の間に不揮発性のディスプレイシート（２２）を配置する。ディスプレイシート（２２）には、支柱（１６）が貫通する孔（２４）を開けてある。制御回路（３０）は、操作キー（１０）のアクチュエータ（１４）に駆動電流を印加する。これにより、そのアクチュエータ（１４）が膨張して、支柱（１６）を介して天板（１８）を押し上げる。天板（１８）が押下された時、アクチュエータ（１４）に印加されている電圧の変化を電圧計により感知する。制御回路（３０）は電圧変化量が一定値を超えた時に操作キー（１０）が押下されたものと判断して、当該操作キー（１０）に割り当てられた機能を発現する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キートップとなる天板と、
当該天板を支持する支柱と、
ベース板上に載置されるアクチュエータであって、駆動信号により当該支柱を上方向に移動するアクチュエータと、
表示内容を変更可能なディスプレイシートであって、当該ベース板と当該天板との間に配置され、当該支柱の貫通する孔を具備するディスプレイシートと、
当該アクチュエータに当該駆動信号を供給する制御回路
とを具備し、
当該天板が、当該ディスプレイシートの表示内容を視認可能にする透明材からなる
ことを特徴とする操作装置。
【請求項２】
当該アクチュエータの下方に設置された機械的に可逆変形可能な構造体を具備することを特徴とする請求項１に記載の操作装置。
【請求項３】
当該アクチュエータに印加される圧力に応じた当該アクチュエータの駆動電圧もしくは電流の変化を検出する手段を具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の操作装置。
【請求項４】
当該機械的に可逆変形可能な構造体の変形を感知する手段を具備することを特徴とする請求項２に記載の操作装置
【請求項５】
当該アクチュエータが、当該駆動信号に応じて変形する材料からなることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の操作装置。
【請求項６】
当該天板の上面及び下面、並びに、当該ディスプレイシートの上面のうちの少なくとも１つ以上が、半波長より小さい周期の凹凸を有することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の操作装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力内容（文字等）を変更可能な操作装置に関し、より具体的には、入力内容を表示する機能を併せ持つ操作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像を表示しつつ、種々の選択肢を指示入力する装置としては、銀行ＡＴＭ、各種の情報端末、及びカーナビゲーションシステム等で使用されるタッチパネルが良く知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
タッチパネルには様々な方式があるが、一般的に、ディスプレイ装置の画面表面もしくは裏面に薄いタッチセンサ膜を貼り付けた構造からなる。キーの配置や割り当て文字（又は機能）を状況に応じて変更できるだけでなく、ディスプレイ装置の表示画像を変更することで、割り当て文字（又は機能）だけでなく、画面上の位置も変更できるので、柔軟なマン・マシーン・インターフェースを実現できる（特許文献２参照）。
【０００４】
他方、画面の横に操作キーを配置する構成、又は、コンピュータのキーボードのように、専用の文字入力装置を使用する構成では、基本的に、選択キー又は入力文字の配置を変更できない。シフトキー、コントロールキー又はファンクションキーなどと同時に別のキーを押すことで、一つのキーに複数の文字又は機能を割り当てることができる。この構成は、個々の操作キーが物理的に充分に分離されており、手触りだけでも個々の操作キーを識別できるので、誤って隣のキーを押すといった間違いを犯しにくい。
【特許文献１】特開２００５−３２１９４８号公報
【特許文献２】特開２００１−３５０５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
タッチパネルは、ディスプレイ上面のガラス（あるいはプラスチック）板にタッチセンサ膜を貼り付けているので、キーボードと異なり、物理的な凹凸によるキーの分離が不可能である。また、キーを触覚で識別することができない。
【０００６】
タッチパネルでは、押下する指の圧力が小さいと、キー入力が正しく判定されないことがある。ユーザから見ると、押下圧力が小さいので、キー入力が認識されないのか、キー領域からはずれた領域を押下しているのかを識別するのが困難である。
【０００７】
これに対しては、キー入力と同時に音を出してキーが押されたことを確認する方式が用いられる。しかし、この方式は、音を出してはいけない環境では使えない。また、多数のキーを連続して押下する必要がある場合、入力速度が速くなると、ユーザは、確認音を認識する前に次のキーを押すことになり、結果として誤入力につながりやすい。
【０００８】
タッチパネルでは、スタイラスと呼ばれるペンを用いることで小さなキーを確実に押せるようにできるが、この場合は指を用いたときに比べて入力速度が大幅に低下する。
【０００９】
本発明は、このような不都合を解消し、タッチパネルの柔軟性を確保しつつ、操作感を触覚で容易に識別できる操作装置を提示することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る操作装置は、キートップとなる天板と、当該天板を支持する支柱と、ベース板上に載置されるアクチュエータであって、駆動信号により当該支柱を上方向に移動するアクチュエータと、表示内容を変更可能なディスプレイシートであって、当該ベース板と当該天板との間に配置され、当該支柱の貫通する孔を具備するディスプレイシートと、当該アクチュエータに当該駆動信号を供給する制御回路とを具備し、当該天板が、当該ディスプレイシートの表示内容を視認可能にする透明材からなることを特徴とする。
【００１１】
さらに、好ましくは当該アクチュエータの下方に設置された機械的に可逆変形可能な構造体を具備することを特徴とする。また、当該アクチュエータにかかる圧力に応じた当該アクチュエータの駆動電圧もしくは電流の変化を検出する手段、もしくは当該機械的に可逆変形可能な構造体の変形を感知する手段の何れか一方もしくは両方を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ディスプレイシートの表示内容を変更することで、タッチパネルと同様な多様な操作を可能にする。また、天板をアクチュエータにより持ち上げるので、通常の機械的な操作スイッチと同様の操作感をユーザに与えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の一実施例の構成を示す斜視図である。理解を容易にするために、図１は、単一の操作キーの構成を図示しており、縦方向には伸ばして図示してある。図２は、図１に示す操作キーを３×３に配置した操作パネルの斜視図を示す。図３は、図２に示す実施例の断面図（ａ）とキー表示例（ｂ）を示す。
【００１５】
本実施例の操作キー１０は、ベース板１２上のアクチュエータ１４に支柱１６を立て、支柱１６の上端面にキートップとなる天板１８を固定する。アクチュエータ１４と天板１８の間にディスプレイシート２２を配置する。ディスプレイシート２２には、支柱１６が貫通する孔２４を開けてある。アクチュエータ１４は、後述するように感圧センサとしての機能も具備し、ユーザが天板１８を押したときに押圧感知信号を出力する。また、支柱１６の下側でアクチュエータ１４とベース板１２との間に感圧素子を配置して、当該感圧素子によりユーザが天板１８を押したか否かを検出してもよい。その場合、アクチュエータ１４は感圧センサとしての機能を有する必要はない。なお、孔２４は実際には十分微細であるため、ディスプレイシート２２の表示内容を損なうことはない。
【００１６】
アクチュエータ１４には電気信号により支柱１６を上下させることのできるものであれば，どのようなアクチュエータでも使用できる。特に特開２００６−３２５３３５号公報に記載される高分子材料を用いた有機アクチュエータは，印刷で容易にアクチュエータマトリクスが作製できることから本実施例のアクチュエータ１４に適している。この有機アクチュエータは熱膨張による変形を利用している。この有機アクチュエータは導電性のフィラーと有機高分子バインダーのコンポジット材料からなり，電圧を印加することによりジュール熱を発生させ，その自己発熱により熱膨張で可逆的に変形する。フィルム状の上記有機アクチュエータをフィルムが平らになるように両端をベース板１２に固定する。この状態でアクチュエータフィルムに電流を流すと，アクチュエータフィルムは伸長し，弾性座屈変形により中央部に設置された支柱１６を上下方向に動かすことができる。アクチュエータフィルムが上方向に座屈変形するように配置すると，アクチュエータ１４に電流を流すと天板１８が押し上げられる。
【００１７】
図３（ａ）に示す断面図では、左右に示す操作キーは、通常状態又は初期状態を示し、中央に示す操作キーが操作に応じて天板１８が持ち上げられた状態を示す。アクチュエータ１４には熱膨張型の有機アクチュエータのほか，形状記憶合金，電荷の移動を利用した高分子アクチュエータなど電気信号により支柱１６を上下させることのできるものであれば，どのようなアクチュエータでも使用できる。
【００１８】
ディスプレイシート２２は、例えば、駆動信号の供給を止めても表示を維持できる不揮発性のいわゆる電子ペーパからなる。電子ペーパには種々の方式のものがあるが、表示単位となるセルの境界には貫通孔を開けることが可能であり、孔２４をそのような位置に設けることで、ディスプレイシート２２の表示能力を損なわないようにできる。孔を開けることが可能であれば、他のタイプのフラットディスプレイ素子でもよい。例えば、コレステリック液晶ディスプレイや電気泳動型ディスプレイ等の反射型ディスプレイが利用可能であり、有機ＥＬディスプレイのような自発光型ディスプレイも利用可能である。ディスプレイシート２２は、ベース板１２に対して一定の高さに位置するように、図示しない支持板で支持されている。
【００１９】
なお、図２では、理解を容易にするために、ベース板１２、天板１８、及びディスプレイシート２２の厚みは省略して図示してある。
【００２０】
制御回路３０は、操作キー１０で入力すべき文字等を示す表示信号をディスプレイシート２２に印加する。これにより、入力内容に応じて、表示を自在に変更できる。
【００２１】
天板１８は、ディスプレイシート２２の表示内容を判読できるような透明材からなる。
【００２２】
天板１８の上面及び下面、並びに、ディスプレイシート２２の上面の反射は、ディスプレイシート２２の表示内容の視認性を低下させる。これを防ぐため、本実施例では、図４に示すように、天板１８の上面と下面に、可視光の半波長（約２００ｎｍ）以下の周期の凹凸を形成した。図４は、天板１８の上面の斜視図を示す。このような周期の凹凸は、等価的には屈折率の漸進的な変化になり、反射を抑制できる。即ち、このような周期の凹凸は、屈折率整合層として機能する。ディスプレイシート２２の上面にも、同様に、可視光の半波長（約２００ｎｍ）以下の周期の凹凸を形成しておくことで、反射を抑制できる。
【００２３】
本実施例の使用法を簡単に説明する。制御回路３０は、ディスプレイシート２２の、各操作キー１０の天板１８の下部分に、各操作キー１０に割り当てた文字等が表示されるよう信号をディスプレイシート２２に出力する。さらに、制御回路３０は操作キー１０にある機能が割り当てられた時、支柱１６を介して天板１８を押し上げる。図２の手前列の中央の操作キーが、天板１８が持ち上がった状態になっている。
【００２４】
ユーザが天板１８を押し下げた時、支柱１６を介してアクチュエータ１４に圧力が加えられ、それに伴いアクチュエータ１４は押圧力により伸長され、その電気抵抗地が変化する。アクチュエータ１４に流れる電流は制御回路３０により一定となるよう制御されているため、この電気抵抗値の変化に伴いアクチュエータ１４の両端にかかる電圧値が変化する。印加電圧の変化量がある一定の値を超えた時、制御回路３０は操作キー１０が押されたものと判断し、当該操作キー１０に割り当てられた機能を発現する。即ち、例えば当該割当機能が「Ａ」という文字の入力であれば、ディスプレイシート２２の入力ウィンドウ部分に「Ａ」という文字を表示する。
【００２５】
このようなプロセスで、本実施例では、ユーザにキー操作感を与えることができる。ディスプレイシート２２の表示内容を自在に変更できるので、タッチパネルと同様の柔軟さで、少数の操作キーを状況に応じて使い分けることができる。
【００２６】
アクチュエータ１４への駆動電流をオフにすると、アクチュエータ１４は元の長さに戻り、天板１８も、元の高さに戻る。
【００２７】
アクチュエータ１４として電流により膨張する高分子材料を有する構成を例示したが、その他の構成のものであっても良いことは勿論である。
【００２８】
本発明の別の実施例の断面図を図５に示す。本実施例では、アクチュエータ１４が膨張時には天板１８が押し下げられた状態になり、収縮時には突出した状態となる。なお、このような構成ではアクチュエータ１４が膨張時に更に図中上方向に変形することを防止するため、ベース板１２とアクチュエータ１４を微小なコイルバネ２５で連結している。
【００２９】
また本実施例では、コイルバネ２５とベース板１２との間に、機械的に可逆変形可能な皿バネの一種であり、一般的には「メタルドーム」と呼ばれる構造体２６を配置している。このメタルドーム２６は一定以上の圧力が加わった時に、上に凸な球面の一部が可逆的に変形し、その変形の衝撃がキーの押下感としてユーザにフィードバックされる。さらに、このような構造体２６の内部には電気的接点を設けてある。この構成は、一般的には「メンブレンスイッチ」と呼ばれるスイッチに相当する。第１実施例ではキーの押下をアクチュエータ１４の変形に伴う電気的性質変化を検出してキーの押下を判定していたが、本実施例のようにメンブレンスイッチをアクチュエータの下方に設置して、その変形を検出することでキーの押下判定を行ってもかまわない。
【００３０】
上記各実施例では、説明を簡素化するために、天板１８が一つの操作キーとなる例を示したが、同様の構造で微細化した場合、一つの操作キーを複数の天板１８で表現することが可能となる。このように微細化を進めると、微細な画素からなるディスプレイ表示と同様、微細な触覚提示要素からなる触覚提示ディスプレイを実現可能である。
【００３１】
特定の説明用の実施例を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲を逸脱しないで、上述の実施例に種々の変更・修整を施しうることは、本発明の属する分野の技術者にとって自明であり、このような変更・修整も本発明の技術的範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施例の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す操作キーを３×３に配置した構成の斜視図である。
【図３】図２に示す構成の断面図（ａ）と表示例（ｂ）である。
【図４】天板１８の両面、及びディスプレイシート２２の上面を凹凸形状にした構成例を示す上面の斜視図である。
【図５】本発明の別の実施例の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０：操作キー
１２：ベース板
１４：アクチュエータ
１６：支柱
１８：天板
２２：ディスプレイシート
２４：孔
２５：コイルバネ
２６：機械的に可逆変形可能な構造体
３０：制御回路
【図１】
2010086500.tif 000003
【図２】
2010086500.tif 000004
【図３】
2010086500.tif 000005
【図４】
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【図５】
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