(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作面に複数の凸部或いは凹部を有し、前記凸部或いは前記凹部が所定方向に向かうにつれて面積が変化する表面プレートと、
前記表面プレートの背面に配置され、ユーザーの指がタッチされた前記操作面の位置を検出するセンサと、を備え、
対数関数的に前記凸部或いは前記凹部の面積が変化している、
ことを特徴とするタッチ式入力装置。
【請求項２】
前記凸部或いは前記凹部が前記所定方向に向けて一定の間隔で配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のタッチ式入力装置。
【請求項３】
前記凸部或いは前記凹部が前記所定方向に向けて複数の領域に区分けされ、それぞれの領域内の前記凸部或いは前記凹部の面積が等しい、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のタッチ式入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチ式入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、触知覚に関する研究が盛んに行われるなか、触覚インターフェースに関する研究も多く見られるようになった。しかし、その操作面は平滑であることが多く、触感覚を与える操作面は少ない。触感覚を与える操作面に関し、例えば、特許文献１，２の発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１９４８６３号公報
【特許文献２】特開平１１−１９４８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１及び特許文献２に開示されている装置では、一定の大きさの凸部が一定のピッチで配置されているため、指でなぞった場合、どの位置をなぞっているかを触知覚的に認識することはできない。
【０００５】
本発明は上記事項に鑑みてなされたものであり、その目的は、指でなぞった際に指が操作面のどの位置にあるかを触知覚的に認識可能なタッチ式入力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るタッチ式入力装置は、
操作面に複数の凸部或いは凹部を有し、前記凸部或いは前記凹部が所定方向に向かうにつれて面積が変化する表面プレートと、
前記表面プレートの背面に配置され、ユーザーの指がタッチされた前記操作面の位置を検出するセンサと、を備え、
対数関数的に前記凸部或いは前記凹部の面積が変化している、
ことを特徴とする。
【０００７】
また、前記凸部或いは前記凹部が前記所定方向に向けて一定の間隔で配置されていてもよい。
【０００８】
また、前記凸部或いは前記凹部が前記所定方向に向けて複数の領域に区分けされ、それぞれの領域内の前記凸部或いは前記凹部の面積が等しくてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るタッチ式入力装置では、指でなぞった際に指が操作面のどの位置にあるかを触知覚的に認識可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】タッチ式入力装置の斜視図である。
【図２】タッチ式入力装置の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ’断面図である。
【図４】タッチ式入力装置の分解斜視図である。
【図５】図４のＡ−Ａ’断面を示し、感圧式センサの仕組みを説明する図である。
【図６】タッチ式入力装置の使用状況を説明する平面図である。
【図７】タッチ式入力装置の使用状況を説明する断面図である。
【図８】他の形態に係るタッチ式入力装置の部分断面図である。
【図９】他の形態に係るタッチ式入力装置の部分斜視図である。
【図１０】実施例においてドット領域とドット直径との関係を示すグラフである。
【図１１】実施例において、図１１（Ａ）はサンプル１Ａ〜１Ｄを用いて心理尺度を求めた結果を説明する図であり、図１１（Ｂ）はサンプル２Ａ〜２Ｄを用いて心理尺度を求めた結果を説明する図である。
【図１２】実施例においてドット領域とドット直径の変位との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図を参照しつつ、本実施の形態に係るタッチ式入力装置について説明する。本実施の形態に係るタッチ式入力装置１は、図１に示すように、表面に配置されユーザーが指で触れて操作する表面プレート（以下、単にプレートとも記す）１０と、プレート１０の背面に配置されたセンサ２０を備える。
【００１４】
プレート１０は、ユーザーの指が触れる操作面に、複数の凸部１１を有している。プレート１０は、硬質樹脂や軟質樹脂等、種々の素材から形成され、タッチ式入力装置１の使用用途に応じて適宜設定される。凸部１１は、プレート１０の操作面に、格子状に配置されている。凸部１１は、スクリーン印刷等、種々の手段によって形成される。
【００１５】
凸部１１は、図２に示すように、プレート１０の一方の端部から他方の端部に向かうにつれ（図面上、左から右に向かうにつれ）、面積が大きくなっている。
【００１６】
本実施の形態では、凸部１１は、円柱形状である。そして、領域ａ〜領域ｊの１０領域に区分けされ、一つの領域内の凸部１１の直径がいずれも等しい円柱形状に形成されている。そして、領域ａから領域ｊへ向かうにつれ、凸部１１の面積が徐々に大きくなっている。
【００１７】
また、図３に示すように、配置される凸部１１の周期（プレート１０の長手方向における凸部１１同士の間隔Ｐ）は一定である。また、凸部１１の高さＨはいずれも等しく形成されている。
【００１８】
センサ２０は、ユーザーがタッチした指の位置を検出可能な公知のセンサが用いられる。センサ２０の一例として、例えば、感圧式センサや静電容量式センサが挙げられる。
【００１９】
ここで、センサ２０が感圧式センサ２０である場合の一例を図４の分解図、図５の断面図に示している。感圧式センサ２０は一例として、固定基板２６上に、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等を素材とする導電性フィルム２１、２３が二枚重ねて貼り合わされ配置された構造である。導電性フィルム２１、２３の間に小さな絶縁性のスペーサ２５が配置され、導電性フィルム２１、２３の間に隙間が空けられている。また、それぞれの導電性フィルム２１、２３の両端には、電極２２ａ、２２ｂ、２４ａ、２４ｂが接続されている。本実施の形態では、導電性フィルム２１のＸ軸方向の両端部に電極２２ａ、２２ｂが配置され、導電性フィルム２３のＹ軸方向の両端部に電極２４ａ、２４ｂが配置されている。そして、電極２２ａ、２２ｂ間、電極２４ａ、２４ｂ間にはそれぞれ電圧が印加されている。
【００２０】
制御部３０は、センサ２０に接続され、また、不図示の駆動装置等に接続している。制御部３０は、センサ２０で検出されたユーザーの指４０の位置情報に基づいて、駆動装置等へと指令を送る。
【００２１】
図６に、上記感圧式センサ２０を用いた場合のタッチ式入力装置１の使用状況を示している。図６に示すタッチ式入力装置１は、例えば、車内のエアコン等の温度調節に関するものであり、凸部１１の面積が小さい方がＣｏｌｄ、凸部１１の面積が大きい方がＨｏｔとなっている。
【００２２】
ユーザーが指４０でタッチ式入力装置１の操作面をＣｏｌｄ−Ｈｏｔ方向（例えば、ＣｏｌｄからＨｏｔへ（図面上左から右へ））になぞる。プレート１０の凸部１１の面積が徐々に大きくなっているので、ユーザーは指４０でなぞることにより、Ｃｏｌｄ−Ｈｏｔ間の所望の位置を指４０で知覚することができる。なお、この状態では、導電性フィルム２１、２３の間の空間が保持されるので、電流は流れない。
【００２３】
そして、プレート１０の所望の位置をユーザーが指４０で押圧する。すると、図７に示すように、センサ２０では、上下の導電性フィルム２１、２３が接触し、電流が流れる。接触した位置によって、上下の導電性フィルム２１、２３それぞれに接続されている電極２２ａ、２２ｂ間、電極２４ａ、２４ｂ間にかかる電圧が変わる。この電圧を測定することで、導電性フィルム２１、２３が接触した位置からタッチ式入力装置１の各辺までの距離が求められ、指４０で押圧した位置の座標が検出される。そして、この検出された位置情報に基づいて制御部３０から送風温度を調節するコンプレッサー等の駆動装置へ指令が送られる。
【００２４】
このように、タッチ式入力装置１は、複数の凸部１１が徐々にその面積が変わっている操作面を備えるので、ユーザーは操作面を見なくても、操作面のどの位置を指４０で触れているかを触知覚的に認識できる。どの程度の温度に設定したかを容易に認識できる。
【００２５】
本実施の形態に係るタッチ式入力装置１は、上述した車内におけるエアコンの調節装置への適用のほか、音響装置の音量調節、電磁調理器具における温度調節、パーソナルコンピュータ等におけるパッド式の入力デバイスなど、ユーザーが指でなぞって操作を行い得る種々の装置に適用可能である。
【００２６】
なお、上記では、感圧式センサ２０を用いた場合について説明したが、静電容量式センサを用いた場合、指４０がコンデンサとして機能し、操作面に接触する指４０の位置にて静電結合が生じ、電流値が変化するので、指４０で押圧せずとも、指４０の動きと停止した位置情報が検出される。また、上記ではセンサ２０として、Ｘ−Ｙ座標を検出する二軸型について説明したが、タッチ式入力装置１を一次元的にのみ調節が必要な各種装置に適用する場合、一軸型のセンサであればよく、上記の例ではＸ軸方向の長さを検出する形態であればよい。
【００２７】
凸部１１の面積の変化のパターンは、徐々に変化していれば、いずれのパターンによる変化であってもよく、関数に基づいて変化していてもよい。関数に基づく変化として、例えば、比例関数的に変化、指数関数的に変化、対数関数的に変化等、種々のパターンが挙げられる。なかでも、対数関数的に凸部１１の面積が変化していることが好ましい。後述の実施例から、ユーザーが指でタッチ式入力装置１をなぞった際に、自然な感覚を知覚させやすい。ここで、自然な感覚とは、例えば、長さが１０であるプレート１０に対し、凸部１１が１０の領域に区分けされて順に面積が変化した１０段階調節可能なタッチ式入力装置１である場合、例えば３段目、８段目の領域の凸部１１を知覚した際に、プレート長さの３／１０、８／１０にそれぞれ該当するような感覚である。
【００２８】
また、上記では、所定方向に向けて複数の領域に区分けし、各領域内の凸部１１の面積が等しく、領域順に凸部１１の面積が変化しているパターンについて説明したが、領域に区分けすることなく、プレート１０上の凸部１１が関数に沿って面積が変化していてもよい。
【００２９】
また、凸部１１の先端部は、平面状でも、図８に示すように曲率を有していてもよい。
【００３０】
また、凸部１１の形状は、真円柱、楕円柱等の円柱形状のほか、角柱形状、多角柱形状など、種々の形状であってもよい。
【００３１】
また、凸部１１の高さが等しければ、凸部１１の高さの制限はない。
【００３２】
また、上記では、プレート１０の操作面に凸部１１が配置された例について説明したが、図９に示すように、プレート１０の操作面に凹部１２が形成された形態であってもよい。この場合、凹部１２の形状についても、円柱形状のほか、角柱形状、多角柱形状など、種々の形状であってもよい。
【００３３】
また、感圧式センサや静電容量式センサなどでは、一般的に表面に保護シート等を備えているが、この保護シートがプレート１０で代用された形態であってもよい。
【実施例】
【００３４】
種々の面積変化パターンの凸部或いは凹部（以下、これらをドットとも記す）を形成したプレートを準備し、ドット面積の変化について被験者試験を行った。
【００３５】
無色透明な樹脂プレート上に、シルクスクリーン印刷によって、複数の円柱形状の凸型或いは凹型のドットを形成した。ドットは、プレートの長手方向に沿って１０領域（領域をドット領域と記す）に区分けして、順にドットの直径（面積）が変化するよう形成した。また、ドットの周期（プレートの長手方向のドット間の間隔）は１ｍｍの一定にした。準備した８種のプレート（サンプル１Ａ〜１Ｄ、サンプル２Ａ〜２Ｄ）のドット直径（面積）の変化パターン等を表１及び表２にそれぞれ示す。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
【表２】
0005880932.tif 000003
【００３８】
また、ドット領域それぞれに形成されたドットの直径を図１０に示す。図１０に示すように、ドット領域１からドット領域１０に向けて順にドットの直径が大きく（ドットの面積が大きく）なっている。
【００３９】
被験者は２１〜２２歳の右利き男性１０名とし、右手の示指によるなぞり動作を行い、４種のプレート（サンプル１Ａ〜１Ｄ）を評価するよう教示した。各被験者には、ドット直径が大きい方から小さい方へなぞらせた。また、同様に、サンプル２Ａ〜２Ｄについても行わせた。
【００４０】
凹凸が自然に変化しているかについて、シェッフェの一対比較法により順位付けを行った。実験は、凹凸の視覚情報を遮断するため、プレートを白いスチレンボードで覆った箱の中に２列に配置し、被験者から見て奥側を基準プレートとして、手前に配置したプレートを＋３（自然である）〜−３（不自然である）の７段階で評価し、口頭で回答してもらった。
【００４１】
なお、プレートの呈示順序はいずれもランダムとし、途中、触覚順応を避けるため５分以上の休憩を挟んで行った。
【００４２】
サンプル１Ａ〜１Ｄ、及び、サンプル２Ａ〜２Ｄについて、心理尺度を求めた結果を図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）に示す。図１１（Ａ）がサンプル１Ａ〜１Ｄ、図１１（Ｂ）がサンプル２Ａ〜２Ｄの結果である。
【００４３】
ドットタイプによって、自然に感じるドット面積の変化パターンが異なることがわかった。しかしながら、いずれについても、最も自然と感じるドット面積の変化パターンは、対数関数的に変化したパターンであり、サンプル２Ａ〜２Ｄにおいては、対数と指数（１．５）及び対数と線形の間は０．５％水準の有意差がそれぞれ認められた。
【００４４】
続いて、ドットの弁別閾値を検証した。ドット面積の変化パターンが異なる４種のプレート（サンプル３Ａ〜３Ｄ）を上記同様に準備した。なお、ここでは、弁別閾値をより詳細に検証すべく、ドット領域数を２４にして形成した。準備した４種のプレートのドット直径の変化パターン等を表３に示す。
【００４５】
【表３】
0005880932.tif 000004
【００４６】
４種類のプレートを刺激として、ドットの弁別閾値を調べた。なぞり方向は、ドット直径の小さい方から大きい方へなぞる上昇系列と、ドット直径の大きい方から小さい方へなぞる下降系列として、被験者には各系列で４種類のプレートをランダムに３回ずつ呈示した。そして、被験者には、凹凸が変化したと感じた位置でなぞり動作を停止して回答してもらい、指が停止した位置を記録した。そして、上昇系列及び下降系列で示された弁別閾値（指が停止したプレートの位置のドットの直径）を加算平均した。
【００４７】
加算平均して得られた弁別閾値はそれぞれサンプル３Ａの場合は直径０．８２ｍｍ、サンプル３Ｂの場合は直径０．５３ｍｍ、サンプル３Ｃの場合は直径０．７５ｍｍ、サンプル３Ｄの場合は直径０．９０ｍｍであり、ドット直径の変化パターンごとに弁別閾値が異なっていた。
【００４８】
そこで、ドットの直径の変化量に着目し、ドット領域数が２４であるサンプル３Ａ〜３Ｄの、ドット領域数とドット直径の変位量との関係をグラフ化し、得られた弁別閾値を当てはめてみた。その結果を図１２に示す。図１２の縦軸の変位は、ある領域内のドット直径と、その領域に隣接する他の領域のドット直径との差を表している。
【００４９】
ドット直径の変化パターンが線形変化（サンプル３Ａ）及び指数変化（ｎ＝０．７）（サンプル３Ｃ）の場合、弁別閾値の直径は約０．８ｍｍと近似しており、ドット直径の変位量は約０．０５ｍｍとほぼ同じであった。一方、ドット面積の変化パターンが対数変化（サンプル３Ｂ）及び指数変化（ｎ＝１．５）（サンプル３Ｄ）の場合、弁別閾値のドット直径はそれぞれ０．５ｍｍ、０．９ｍｍと大きく異なるものの、ドット直径の変位量はともに約０．０５ｍｍであった。したがって、いずれの変化パターンについても、ドット直径の変位量は約０．０５ｍｍと同様の結果が得られた。この結果から、弁別閾値は、ドット直径、即ちドット面積の変位量に依存することが示唆された。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明に係るタッチ式入力装置は、車内におけるエアコンの調節装置、音響装置の音量調節装置、電磁調理器具における温度調節装置、パーソナルコンピュータ等におけるパッド式の入力デバイスなど、ユーザーが指でなぞって操作を行い得る種々の装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１    タッチ式入力装置
１０    表面プレート（プレート）
１１    凸部
１２    凹部
２０    センサ（感圧式センサ）
２１    導電性フィルム
２２ａ、２２ｂ  電極
２３    導電性フィルム
２４ａ、２４ｂ  電極
２５    スペーサ
２６    固定基板
３０    制御部
４０    指
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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