(57)【要約】 【課題】  入力操作面の材質がガラス等の固体からフィルム等の軟質部材に代わった場合でも、入力手段によって検出される操作者の指等に再現性良く触覚を提示できるようにする。【解決手段】  フィルム状の入力手段２４と、開放面を有し、かつ、当該開放面の反対側において入力手段２４を所定の張力を有して保持するフレーム１３と、入力手段２４及びフレーム１３によって構成される入操作面に振動を供給する圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂとを備え、この圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂは、入操作面が構成されたフレーム１３の内側、外側又は内外の両側に取り付けられるものである。この構成によって、フィルム状の入力手段２４の入操作面の張力を圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂにより制御できるので、その入操作面を縮む方向及び延びる方向に任意に振動させることができる。【選択図】    図１
2006198473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルム状の振動部材と、
開放面を有し、かつ、当該開放面の反対側において前記振動部材を所定の張力を有して保持する枠体と、
前記振動部材及び枠体によって構成される鼓動面に振動を供給する圧電体とを備え、
前記圧電体は、
前記鼓動面が構成された枠体の内側、外側又は内外の両側に取り付けられることを特徴とする振動伝達構造。
【請求項２】
前記鼓動面が構成された枠体の内外両側に圧電体を取り付けることにより、前記圧電体がバイモルフ型の圧電アクチュエータの構造を成すことを特徴とする請求項１に記載の振動伝達構造。
【請求項３】
前記鼓動面が構成された枠体の内側又は外側の一方に圧電体を取り付けることにより、前記圧電体がユニモルフ型の圧電アクチュエータの構造を成すことを特徴とする請求項１に記載の振動伝達構造。
【請求項４】
前記鼓動面に対して始めは縮む方向に振動を与え、次に、当該鼓動面に対して延びる方向に振動を与えるように前記圧電体を制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の振動伝達構造。
【請求項５】
前記圧電体には、多数の圧電素子を積層した積層型の圧電アクチュエータが使用されることを特徴とする請求項１に記載の振動伝達構造。
【請求項６】
前記鼓動面を支持する枠体の一部が直動型の圧電アクチュエータから構成されることを特徴とする請求項１に記載の振動伝達構造。
【請求項７】
情報入力操作時に操作体に触覚を提示する触覚機能付きの入出力装置であって、
前記操作体の接触を検出して情報を入力するフィルム状の入力手段と、
開放面を有し、かつ、当該開放面の反対側において前記入力手段を所定の張力を有して保持する枠体と、
前記入力手段及び枠体によって構成される鼓動面に振動を供給する圧電体とを備え、
前記圧電体は、
前記鼓動面が構成された枠体の内側、外側又は内外の両側に取り付けられることを特徴とする触覚機能付きの入出力装置。
【請求項８】
前記鼓動面が構成された枠体の内外両側に圧電体を取り付けることにより、前記圧電体がバイモルフ型の圧電アクチュエータの構造を成すことを特徴とする請求項７に記載の触覚機能付きの入出力装置。
【請求項９】
前記鼓動面が構成された枠体の内側又は外側の一方に圧電体を取り付けることにより、前記圧電体がユニモルフ型の圧電アクチュエータの構造を成すことを特徴とする請求項７に記載の触覚機能付きの入出力装置。
【請求項１０】
前記鼓動面に対して始めは縮む方向に振動を与え、次に、当該鼓動面に対して延びる方向に振動を与えるように前記圧電体を制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項７に記載の触覚機能付きの入出力装置。
【請求項１１】
前記圧電体には、多数の圧電素子を積層した積層型の圧電アクチュエータが使用されることを特徴とする請求項７に記載の触覚機能付きの入出力装置。
【請求項１２】
前記入力手段には、フィルム状のタッチパネルが使用されることを特徴とする請求項７に記載の触覚機能付きの入出力装置。
【請求項１３】
前記鼓動面を支持する枠体の一部が直動型の圧電アクチュエータから構成されることを特徴とする請求項７に記載の触覚機能付きの入出力装置。
【請求項１４】
情報入力操作時に操作体に触覚を提示する触覚機能付きの入出力装置を備えた電子機器であって、
前記操作体の接触を検出して情報を入力するフィルム状の入力手段と、
開放面を有し、かつ、当該開放面の反対側において前記入力手段を所定の張力を有して保持する枠体と、
前記入力手段及び枠体によって構成される鼓動面に振動を供給する圧電体とを備え、
前記圧電体は、
前記鼓動面が構成された枠体の内側、外側又は内外の両側に取り付けられることを特徴とする電子機器。
【請求項１５】
前記鼓動面が構成された枠体の内外両側に圧電体を取り付けることにより、前記圧電体がバイモルフ型の圧電アクチュエータの構造を成すことを特徴とする請求項１４に記載の電子機器。
【請求項１６】
前記鼓動面が構成された枠体の内側又は外側の一方に圧電体を取り付けることにより、前記圧電体がユニモルフ型の圧電アクチュエータの構造を成すことを特徴とする請求項１４に記載の電子機器。
【請求項１７】
前記鼓動面に対して始めは縮む方向に振動を与え、次に、当該鼓動面に対して延びる方向に振動を与えるように前記圧電体を制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項１４に記載の電子機器。
【請求項１８】
前記圧電体には、多数の圧電素子を積層した積層型の圧電アクチュエータが使用されることを特徴とする請求項１４に記載の電子機器。
【請求項１９】
前記入力手段には、フィルム状のタッチパネルが使用されることを特徴とする請求項１４に記載の電子機器。
【請求項２０】
前記鼓動面を支持する枠体の一部が直動型の圧電アクチュエータから構成されることを特徴とする請求項１４に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予め準備された入力項目選択用の表示画面の中からアイコンを選択して情報を入力するとき、操作体に触覚提示をする情報処理装置や、携帯電話機、情報携帯端末装置等に適用して好適な振動伝達構造、触覚機能付きの入出力装置及び電子機器に関する。詳しくは、フィルム状の振動部材と、開放面の反対側で所定の張力を有して振動部材を保持する枠体とにより構成される鼓動面に振動を供給する圧電体を備え、この鼓動面が構成された枠体の内側、外側又は内外の両側に圧電体を取り付けることによって、鼓動面の張力を圧電体により制御できるようにすると共に、振動部材に接触する操作者に対して触覚を提示できるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ユーザ（操作者）は、携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistants）等の携帯端末装置に様々なコンテンツを取り込み、それを利用するようになってきた。これらの携帯端末装置には入力装置が具備される。入力装置にはキーボードや、ＪＯＧダイヤル等の入力手段、表示部を合わせたタッチパネルなどが使用される場合が多い。
【０００３】
また、アクチュエータを組み合わせた入出力装置も開発されている。アクチュエータは、２層以上のひずみ量の異なる圧電素子、又は、圧電素子と非圧電素子とを貼り合わせ、この貼合体の圧電素子に振動制御電圧を印加したとき、双方のひずみ量の差によって生じる貼合体の曲げ変形を力学的に利用するものである（振動体機能）。反対に、圧電素子に力を加えると電圧を発生することが知られている（力検出センサ機能）。アクチュエータには、いわゆるバイモルフアクチュエータや、ユニモルフアクチュエータ、円盤アクチュエータ（これらを総括して、以下、単に圧電アクチュエータという）等が使用される場合が多い。
【０００４】
この種の圧電アクチュエータを備えた電子機器に関して、特許文献１には、入力出力装置及び電子機器が開示されている。この電子機器によれば、多層圧電バイモルフ型圧電アクチュエータ及びタッチパネルを有する入出力装置を備え、多層圧電バイモルフ型圧電アクチュエータは、情報の種類に応じてタッチパネルを通じて異なる触覚を使用者にフィードバックする。入出力装置は、支持フレーム上に支持部を介して圧電アクチュエータを取り付けた圧電体支持構造を有している。圧電アクチュエータの中央上部には、支持部が貼り付けられ、この支持部がタッチパネルに当接される。圧電アクチュエータ振動制御電圧を供給すると、タッチパネルに振動を伝達するようになされる。
【０００５】
このように電子機器を構成すると、使用者に対して、情報の種類に応じた入力操作に対する触覚フィードバックを確実に提供できるというものである。これらの圧電アクチュエータを用いた触覚フィードバック制御では、タッチパネルが外部からの入力（位置および、加圧力  ）を検出し、制御系がタッチパネルからの入力情報をトリガーにして、当該タッチパネルまたは筺体を振動させるようになされる。
【０００６】
また、特許文献２にはタッチパネル入力装置が開示されている。このタッチパネル入力装置によれば、固定フレームの二辺に入力位置検出機構及び圧電素子が設けられ、他の二辺に回転機構部を有した入力動作検出機構とが設けられる共に、これを覆うように操作部シートが設けられる。操作者が操作部シートを指等で押下すると、一方で、操作部シートが引っ張られて入力動作検出機構の回転機構部が回転してクリックが発生する。他方で、操作部シートの各部に生ずる張力が入力位置検出機構の圧電素子によって検出するようになされる。このように装置を構成すると、最大の張力が加えられた位置を押下位置として検出でき、誤操作の少ないタッチパネル装置が提供できるというものである。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−９４３８９号公報（第４頁  図４）
【特許文献２】特開２００３−１５８１４号公報（第２頁  図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、従来例に係る触覚入力機能付きの情報処理装置や、携帯電話機、情報携帯端末装置等の電子機器によれば、以下のような問題がある。
【０００９】
ｉ．特許文献１に見られるような入出力装置によれば、タッチパネルを構成するガラス板に、圧電アクチュエータを用いて振動的変位を与え、ユーザへ触覚を提示している。この振動伝達構造では、圧電アクチュエータに対する支点となる２つの支持部が支持フレーム上において、当該圧電アクチュエータに接着部材（粘着材）を使用して貼り付けられる。
【００１０】
また、圧電アクチュエータの作用点を成す支持部は、その圧電アクチュエータの中央上部において、当該圧電アクチュエータに接着部材を使用して貼り付けられる。このような接合処理が圧電体取り付け時の作業性を低下させ、その圧電アクチュエータの取り付けに手間がかかる事態を招いている。
【００１１】
ii．近頃、ガラス板のような硬質の材料に代わって、タッチパネル等の入力手段には、フィルム状の軟質素材が使用され、また、透明の強化プラスティック部材が表示部に使用され始めている。これらの入力手段や表示手段を使用して触覚提示機構を構成しようとした場合に、いわゆるフィルム−樹脂方式のタッチパネルにおいて、振動を効率良く入力操作面に伝達することができず、操作者の指等に満足な触覚提示ができなくなるおそれがある。
【００１２】
iii．また、特許文献２に見られるようなタッチパネル入力装置によれば、フィルム状の操作面にクリック感を発生させる場合に、固定フレームの二辺に入力位置検出機構及び圧電素子を設け、更に、他の二辺に回転機構部を有した入力動作検出機構を設け、これらを覆うように操作部シートを設けている。
【００１３】
従って、特許文献２は、入力位置検出機構及び圧電素子により押下位置を検出することができても、クリック感発生のために圧電アクチュエータを使用していないばかりか、入力動作検出機構の回転機構部が回転するまで、操作部シートを引っ張らなくてはならい。これらの機構部品がタッチパネルの薄型化の妨げとなるおそれがある。
【００１４】
そこで、この発明はこのような従来の課題を解決したものであって、入力操作面の材質がガラス等の固体からフィルム等の軟質体に代わった場合でも、入力手段によって検出される操作者の指等に再現性良く触覚を提示できるようにした振動伝達構造、触覚機能付きの入出力装置及び電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した課題は、フィルム状の振動部材と、開放面を有し、かつ、当該開放面の反対側において振動部材を所定の張力を有して保持する枠体と、振動部材及び枠体によって構成される鼓動面に振動を供給する圧電体とを備え、この圧電体は、鼓動面が構成された枠体の内側、外側又は内外の両側に取り付けられることを特徴とする振動伝達構造によって解決される。
【００１６】
本発明に係る振動伝達構造によれば、枠体は開放面を有しており、当該開放面の反対側において、フィルム状の振動部材を所定の張力を有して保持する。圧電体は、鼓動面が構成された枠体の内側、外側又は内外の両側に取り付けられる。これを前提にして、圧電体は、振動部材及び枠体によって構成される鼓動面に振動を供給するようになされる。例えば、制御装置は、鼓動面に対して始めは縮む方向に振動を与え、次に、当該鼓動面に対して延びる方向に振動を与えるように圧電体を制御する。
【００１７】
従って、鼓動面の張力を圧電体により制御できるので、鼓動面を縮む方向及び延びる方向に任意に振動させることができる。これにより、入力操作に対するアクナレッジやその他の触覚情報をユーザに提示可能な触覚機能付きの入出力装置に、当該振動伝達構造を十分応用できるようになる。
【００１８】
本発明に係る触覚機能付きの入出力装置は、情報入力操作時に操作体に触覚を提示する入出力装置であって、操作体の接触を検出して情報を入力するフィルム状の入力手段と、開放面を有し、かつ、当該開放面の反対側において入力手段を所定の張力を有して保持する枠体と、入力手段及び枠体によって構成される鼓動面に振動を供給する圧電体とを備え、圧電体は、鼓動面が構成された枠体の内側、外側又は内外の両側に取り付けられることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明に係る触覚機能付きの入出力装置によれば、本発明に係る振動伝達構造が応用されるので、フィルム状の入力手段の鼓動面の張力を圧電体により制御することができる。例えば、制御装置は、鼓動面に対して始めは縮む方向に振動を与え、次に、当該鼓動面に対して延びる方向に振動を与えるように圧電体を制御する。
【００２０】
従って、入力手段の鼓動面を縮む方向及び延びる方向に任意に振動させることができる。これにより、入力操作面の材質がガラス等の固体からフィルム等の軟体に代わった場合でも、入力手段によって検出された操作体に再現性良く触覚を提示できるようになる。
【００２１】
本発明に係る電子機器は、情報入力操作時に操作体に触覚を提示する触覚機能付きの入出力装置を備えた電子機器であって、操作体の接触を検出して情報を入力するフィルム状の入力手段と、開放面を有し、かつ、当該開放面の反対側において入力手段を所定の張力を有して保持する枠体と、入力手段及び枠体によって構成される鼓動面に振動を供給する圧電体とを備え、この圧電体は、鼓動面が構成された枠体の内側、外側又は内外の両側に取り付けられることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明に係る触覚入力機能付きの電子機器によれば、本発明に係る振動伝達構造を応用した触覚機能付きの入出力装置が応用されるので、フィルム状の入力手段の鼓動面の張力を圧電体により制御することができる。
【００２３】
従って、入力手段の鼓動面を縮む方向及び延びる方向に任意に振動させることができる。これにより、入力操作面の材質がガラス等の固体からフィルム等の軟体に代わった場合でも、入力手段によって検出された操作体に再現性良く触覚を提示できるようになる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る振動伝達構造によれば、フィルム状の振動部材と、開放面の反対側で所定の張力を有して振動部材を保持する枠体とにより構成される鼓動面に振動を供給する圧電体を備え、この圧電体は、鼓動面が構成された枠体の内側、外側又は内外の両側に取り付けられるものである。
【００２５】
この構造によって、鼓動面の張力を圧電体により制御できるので、鼓動面を縮む方向及び延びる方向に任意に振動させることができる。従って、入力操作に対するアクナレッジやその他の触覚情報をユーザに提示可能な触覚機能付きの入出力装置に、当該振動伝達構造を十分応用できるようになる。
【００２６】
本発明に係る触覚機能付きの入出力装置によれば、本発明に係る振動伝達構造が応用されるので、フィルム状の入力手段の鼓動面の張力を圧電体により制御することができる。
【００２７】
この構成によって、入力手段の鼓動面を縮む方向及び延びる方向に任意に振動させることができる。従って、入力操作面の材質がガラス等の固体からフィルム等の軟体に代わった場合でも、入力手段によって検出された操作体に再現性良く触覚を提示できるようになる。これにより、入力操作に対するアクナレッジやその他の触覚情報等をユーザに提示可能な触覚機能付きの入出力装置を提供できるようになる。
【００２８】
本発明に係る触覚入力機能付きの電子機器によれば、本発明に係る振動伝達構造を応用した触覚機能付きの入出力装置が応用されるので、フィルム状の入力手段の鼓動面の張力を圧電体により制御することができる。
【００２９】
この構成によって、入力手段の鼓動面を縮む方向及び延びる方向に任意に振動させることができる。従って、入力操作面の材質がガラス等の固体からフィルム等の軟体に代わった場合でも、入力手段によって検出された操作体に再現性良く触覚を提示できるようになる。これにより、入力操作に対するアクナレッジやその他の触覚情報等をユーザに提示可能な触覚入力機能付きの電子機器を提供できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
続いて、この発明に係る振動伝達構造、触覚機能付きの入出力装置及び電子機器の一実施例について、図面を参照しながら説明をする。
【実施例１】
【００３１】
図１は第１の実施例としての振動伝達構造例を示す斜視図である。図１に示す第１の振動伝達構造１０１は、携帯電話機や情報携帯端末装置等の筐体内部に構築可能な構造であって、この圧電体（以下圧電アクチュエータという）による振動を利用して触覚を提示できるようにした構造である。
【００３２】
第１の振動伝達構造１０１では、枠体（以下フレーム１３という）と、フィルム状の振動部材の一例となる入力手段２４と、圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂとが備えられる。フレーム１３は、開放面を有し、かつ、当該開放面の反対側において入力手段２４を所定の張力を有して保持するようになされる。例えば、フレーム１３は、四角形状を有しており、その一辺は、長さがＬ［ｍｍ］で、幅がＷ［ｍｍ］で、深さ（高さ）がＨ［ｍｍ］程度を有している。フレーム１３には合成樹脂部材や、アルミニウム、鉄、銅又はこれらの合金等の金属部材が使用される。フレーム１３に合成樹脂部材を使用する場合は、導電性のメッキが施される。これはフレーム１３を中央電極として使用するためである。フィルム状の入力手段２４には、タッチパネル等が使用される。
【００３３】
この例で、圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂは、鼓動面が構成されたフレーム１３を縦て長に見た（載置した）とき、その左右の縦辺に取り付けられ、鼓動面に振動を供給するようになされる。ここに、鼓動面とは、入力手段２４及びフレーム１３よって構成される太鼓状体を押打（接触押下）する面をいう。この鼓動面は、入力手段２４にタッチパネル等を使用した場合、入力操作面（フィルム状入力面）となる。上述のフレーム１３は、入力操作面に張力を与えるようになされる。
【００３４】
このフレーム１３に取り付けられる圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂは、フレーム１３を変形させて入力操作面の張力を制御するようになされる。圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂは、フレーム１３の長手方向に取り付け可能な大きさを有している。圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂには、多数の圧電素子を積層した積層圧電体が使用される。図中、圧電アクチュエータ１００ａは、一部破砕で示している。例えば、圧電アクチュエータ１００ａは、フレーム１３の内側に積層圧電体４ａを接合し、その外側に積層圧電体４ｂを接合した積層張合わせ構造を有している。圧電アクチュエータ１００ｂも同様にして構成される。つまり、積層圧電体は、フレーム１３の内側とその外側の両面に接合される。
【００３５】
この構造は、いわゆるバイモルフ型の圧電アクチュエータを構成する。フレーム１３がバイモルフ型の圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂの金属支持板又は金属シムを構成するようになる。この例では、積層圧電体４ａ，４ｂの両側に延びたフレーム１３の弾性を利用するようになされる。このフレーム１３の弾性を利用することで、圧電素子本体が伸縮すると、そのフレーム１３を左右方向（水平方向）に振動できるようになる。つまり、通常のバイモルフ型の圧電アクチュエータと同様にして、通電により積層圧電体４ａ、４ｂが凸状または凹状に変形し、それに伴って入力操作面の張力が変化するようになる。
【００３６】
この例では、積層圧電体４ａ，４ｂの両側に延びたフレーム１３が当該圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂの電極（以下中央電極）を成している。これは、中央電極を介して、積層圧電体４ａ，４ｂに振動制御電圧を供給するためである。積層圧電体４ａ，４ｂは振動制御電圧に基づいて振動する。この振動は、例えば、フレーム１３上に張られたタッチパネル等の入力手段２４に伝播するようになされる。この結果、入力手段２４に触れている操作者の指等に触覚を提示できるようになる。圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂの中央電極を成すフレーム１３には引き出し線Ｌ２が接続される。圧電アクチュエータ１００ａには、引き出し線Ｌ１１が接続され、圧電アクチュエータ１００ｂには、引き出し線Ｌ１２が接続される。
【００３７】
このような構造を採るようにしたのは、近年、急速に普及しつつある、樹脂フィルム型のタッチパネルのような軟質部材の入力操作面を持つ入力デバイスにおいて、ユーザに対して、触覚を再現性良く提示できるようにするためである。
【００３８】
図２は、多層バイモルフ型の圧電アクチュエータ１００ａ等の構造例を示す断面図である。  
図２に示す圧電アクチュエータ１００ａは、積層圧電体４ａ、４ｂ及びフレーム１３を有しており、フレーム１３に積層圧電体４ａ及び４ｂを接合して、多層バイモルフ型の圧電アクチュエータを構成したものである。例えば、圧電アクチュエータ１００ａは、中央電極を兼用するフレーム１３を曲げ変形の中立面として、その両側に互いに反対の方向に伸縮する積層圧電体４ａ，４ｂが貼り合わされて構成される。フレーム１３には、ステンレス鋼などの金属板が使用される。
【００３９】
積層圧電体４ａは、表面電極層１１と、層状の圧電素子＃１〜＃９とそれを挟む形で内部電極層（主電極）ＩＥ１〜ＩＥ８を有しており、９層の圧電素子層から構成される。圧電素子＃１等には、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）が使用され、その厚みは２８μｍ程度である。各電極層の厚みは、４μｍ程度である。
【００４０】
積層圧電体４ｂは、表面電極層１２と、層状の圧電素子＃１０〜＃１８とそれを挟む形で内部電極層（主電極）ＩＥ９〜ＩＥ１６を有しており、こちらも９層の圧電素子層から構成される。圧電素子＃１等には、同様にして、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）が使用され、その厚みは２８μｍ程度である。各電極層の厚みも、４μｍ程度である。なお、圧電アクチュエータ１００ｂも同様な構造を採るが、その説明は省略する。
【００４１】
図３は、圧電アクチュエータ１００ａ等の内部電極層ＩＥ１〜ＩＥ１６の内部結線例を示す断面図である。  
図３に示す圧電アクチュエータ１００ａの内部電極層ＩＥ１〜ＩＥ１６は、バイアホールや、アクチュエータ側面部を使用するなどの方法により、一層おきに接続され、それぞれの圧電素子＃１〜＃１８が電気的に並列に接続される。例えば、積層圧電体４ａの内部電極層ＩＥ１，ＩＥ３，ＩＥ５，ＩＥ７は、その内部で接続されて中央電極を構成するフレーム１３に接続される。積層圧電体４ａの内部電極層ＩＥ２，ＩＥ４，ＩＥ６，ＩＥ８は、その内部で接続されて表面電極層１１に接続される。
【００４２】
また、積層圧電体４ｂの内部電極層ＩＥ１０，ＩＥ１２，ＩＥ１４，ＩＥ１６は、その内部で接続されてフレーム１３に接続される。積層圧電体４ｂの内部電極層ＩＥ９，ＩＥ１１，ＩＥ１３，ＩＥ１５は、その内部で接続されて表面電極層１２に接続される。下部の表面電極層１２には、引き出し線Ｌ１が接続され、中央電極を構成するフレーム１３には、引き出し線Ｌ２が接続される。上下の表面電極層１１，１２は、短絡線Ｌｏで短絡して使用される。圧電アクチュエータ１００ａを駆動する場合、引き出し線Ｌ１，Ｌ２には、アクチュエータ駆動回路等が接続され、振動制御電圧Ｖａを供給するようになされる。
【００４３】
この積層圧電体４ａ内の圧電素子＃１〜＃９や積層圧電体４ｂ内の圧電素子＃１０〜＃１８等は、振動制御電圧Ｖａが印加されると、同一方向に変形し、積層圧電体４ａと積層圧電体４ｂは、逆方向に変形することにより、圧電アクチュエータ１００ａが曲げ変形するようになされる。なお、圧電アクチュエータ１００ｂも同様な接続方法を採るが、その説明は省略する。このような積層構造によると、圧電アクチュエータ１００ａ等に印加する電圧を低くすることができ、制御回路や電源回路の簡素化及び小型化が可能になる。また、積層型の圧電アクチュエータ１００ａ等は、単層型圧電アクチュエータに比べて低電圧駆動できるという特徴がある。
【００４４】
図４は、第１の振動伝達構造１０１に係る制御系の構成例を示すブロック図である。  
この例では、図１に示した振動伝達構造１０１の入力手段２４にタッチパネル等の入力手段２４を応用して、圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂを駆動制御するようになされる。
【００４５】
図４に示す振動伝達構造１０１に係る制御系は、制御装置１５、操作パネル１８、表示手段２９、記憶手段３５及びアクチュエータ駆動回路３７を有している。振動伝達構造１０１を成す圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂには、アクチュエータ駆動回路３７が接続される。アクチュエータ駆動回路３７は、波形コントロール部を構成し、圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂを駆動するための振動制御電圧Ｖａを生成するようになされる。
【００４６】
アクチュエータ駆動回路３７には記憶手段３５が接続される。記憶手段３５は波形ライブラリーを構成し、触覚提示用の振動波形パターンを作成するための素材波形パターンを成す基本的な波形パターンデータＤＰ（Ｗｘ）が格納される。波形パターンデータＤＰ（Ｗｘ）には、正弦波Ｗ１，矩形波Ｗ２及び複合波Ｗ３等に係る各々のデータが含まれる。
【００４７】
アクチュエータ駆動回路３７には制御装置１５が接続される。制御装置１５には表示手段２９が接続され、ユーザに入力操作を促すボタンやアイコンなどの画像情報を表示する。画像情報は制御装置１５から供給される表示データＤ２に基づいて表示される。表示手段２９には液晶表示装置（ＬＣＤ）や平面表示素子が使用される。
【００４８】
制御装置１５には表示手段２９の他に操作パネル１８が接続され、振動合成波形パターンを設定する際に操作される。操作パネル１８は、プログラムポートを構成する。この例で、素材波形パターンの波形種類Ｗｘとし、周波数をｆｘとし、振幅をＡｘとし、反復回数Ｗ３をＮｘとし、極性を＋又は−としたとき、これらを操作パネル１８から制御装置１５に指定して、素材波形パターンを組み合わせた振動合成波形パターンを設定するように操作される。
【００４９】
制御装置１５は、入力手段２４からの位置検出信号Ｓ１及び上述の操作パネル１８からの操作データＤ３１に基づいてアクチュエータ駆動回路３７及び表示手段２９の入出力を制御するようになされる。例えば、制御装置１５は、入力手段２４上で、ユーザが入力操作のために接触する押下点の座標値に応じて波形指定コマンドＤｃを生成するようになされる。
【００５０】
この例では、ボタンやアイコンなどの位置関係と、入力手段２４上でユーザが入力のために接触する点（入力座標）とは、制御装置１５内で予め関連付けられており、制御装置１５では、ユーザが操作を行なうボタンやアイコンに対応した波形指定コマンドＤｃを生成するようになされる。波形指定コマンドＤｃとは、振動波形パターン作成指示用のコマンドをいう。波形指定コマンドＤｃは、制御装置１５からアクチュエータ駆動回路３７に出力（発行）され、振動伝達構造１０１における入力操作面に対して始めは、縮む方向に振動を与え、次に、当該入力操作面に対して延びる方向に振動を与えるように圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂを制御するような内容である。
【００５１】
この例で振動制御電圧Ｖａに関して、直流電圧（ＤＣ）でアクチュエータ駆動制御をする場合は、圧電アクチュエータ１００ａ等に加えるＤＣ電圧の大きさを制御して、フレーム１３に加わる張力を制御するようになされる。交流電圧（ＡＣ）でアクチュエータ駆動制御をする場合は、圧電アクチュエータ１００ａ等に加えるＡＣ電圧の周波数（振動数）やその振動（反復）回数などを制御して、フレーム１３に加わる張力を制御するようになされる。
【００５２】
図５Ａ〜Ｃは、記憶手段（波形ライブラリー）３５内の素材波形パターン例を示す波形図である。図５Ａ〜Ｃにおいて、いずれも縦軸は振幅Ａｘであり、横軸は、時間ｔである。図５Ａに示す素材波形パターン例は、素材波形とも言うべき基本的な正弦波Ｗ１である。この正弦波Ｗ１に係る波形パターンデータＤＰ（Ｗ１）が記憶手段３５に格納されている。
【００５３】
図５Ｂに示す素材波形パターン例は、矩形波Ｗ２である。この矩形波Ｗ２に係る波形パターンデータＤＰ（Ｗ２）が記憶手段３５に格納されている。図５Ｃに示す素材波形パターン例は、複合波Ｗ３である。この複合波Ｗ３に係る波形パターンデータＤＰ（Ｗ３）が記憶手段３５に格納されている。図４に示したアクチュエータ駆動回路３７は、制御装置１５から波形指定コマンドＤｃを受信し、この波形指定コマンドＤｃに基づいて、波形ライブラリーから波形パターンデータＤＰ（Ｗｘ）を読み出して、さまざまな振動制御電圧Ｖａ（駆動電圧波形）を生成するようになされる。
【００５４】
図６Ａ及びＢは、波形指定コマンド例及び振動波形パターン例を示す図である。  
図６Ａに示す波形指定コマンド例によれば、波形の種類別に、その振幅Ａｘ［Ｖｐｐ］、周波数（振動数）ｆｘ［Ｈｚ］、振動（反復）回数Ｎｘ［回］、極性＋，−を指定するようになされる。これらの指定は、操作パネル１８を使用して制御装置１５に設定される。
【００５５】
この例では、振動波形パターンの波形種類が正弦波Ｗ１、周波数ｆｘが２００Ｈｚ（周期は５msec）、振幅Ａｘが１８Ｖｐｐ（±９Ｖ）、振動回数Ｎｘが１回、極性が＋の場合のコマンドを示している。これによって、実際にアクチュエータ駆動回路３７で生成される振動制御電圧Ｖａは、図６Ｂに示す振動波形パターンＷ１となる。
【００５６】
図６Ｂに示す振動波形パターンＷ１は、波形種類が正弦波Ｗ１で、周波数ｆｘが２００Ｈｚ（周期は５msec）で、振幅Ａｘが１８Ｖｐｐ（±９Ｖ）で、振動回数Ｎｘが１回で、極性が＋である。このような振動波形パターンＷ１の振動制御電圧Ｖａを第１の振動伝達機構１０１の圧電アクチュエータ１００ａ及び１００ｂに印加するようになされる。
【００５７】
図７Ａ及びＢは、振動合成波形パターン及びその指示例を示す図である。図７Ａに示す振動合成波形パターンＷｘは、波形種類が正弦波Ｗ１で、周波数ｆｘが１００Ｈｚで、振幅Ａｘが９Ｖｐｐ（±４．５Ｖ）で、振動回数Ｎｘが３回で、極性が＋の素材波形パターン（Ｗ１×３）と、波形種類が正弦波Ｗ１で、周波数ｆｘが２００Ｈｚで、振幅Ａｘが１８Ｖｐｐ（±９Ｖ）で、振動回数Ｎｘが１回で、極性が＋の素材波形パターン（Ｗ１×１）と、波形種類が複合波Ｗ３で、周波数ｆｘが２００Ｈｚで、振幅Ａｘが１８Ｖｐｐ（±９Ｖ）で、振動回数Ｎｘが１回で、極性が＋の素材波形パターン（Ｗ３×１）を合成したものである。
【００５８】
これを操作パネル１８のプログラムポート機能を使用して制御装置１５に設定する場合に、まず、図７Ｂに示すステップ（ａ）でスタートすると、ステップ（ｂ）で、波形種類が正弦波Ｗ１、ｆｘが１００Ｈｚ、Ａｘが９Ｖｐｐ、Ｎｘが３回、極性が＋の場合が指定され、ステップ（ｃ）で、波形種類が正弦波Ｗ１、ｆｘが２００Ｈｚ、Ａｘが１８Ｖｐｐ、Ｎｘが１回、極性が＋の場合が指定され、ステップ（ｄ）で、波形種類が正弦波Ｗ３、ｆｘが２００Ｈｚ、Ａｘが１８Ｖｐｐ、Ｎｘが１回、極性が＋の場合が各々指定される。
【００５９】
このような波形指定コマンドＤｃを制御装置１５からアクチュエータ駆動回路３７に設定すると、図４に示したアクチュエータ駆動回路３７では、制御装置１５から波形指定コマンドＤｃを受信し、この波形指定コマンドＤｃに基づいて、波形ライブラリーから、波形種類が正弦波Ｗ１で、周波数ｆｘが１００Ｈｚで、振幅Ａｘが９Ｖｐｐ（±４．５Ｖ）で、振動回数Ｎｘが１回で、極性が＋となる素材波形パターンに係る波形パターンデータＤＰ（Ｗ１）を３回読み出す。
【００６０】
更に、波形種類が正弦波Ｗ１で、周波数ｆｘが２００Ｈｚで、振幅Ａｘが１８Ｖｐｐ（±９Ｖ）で、振動回数Ｎｘが１回で、極性が＋の素材波形パターンに係る波形パターンデータＤＰ（Ｗ１）を１回読み出し、更にまた、波形種類が複合波Ｗ３で、周波数ｆｘが２００Ｈｚで、振幅Ａｘが１８Ｖｐｐ（±９Ｖ）で、振動回数Ｎｘが１回で、極性が＋の素材波形パターンに係る波形パターンデータＤＰ（Ｗ３）を１回読み出す。
【００６１】
そして、これらの波形パターンデータＤＰ（Ｗ１×３、Ｗ１×１，Ｗ３×１）を合成して振動波形パターンＷｘを作成する。この振動波形パターンＷｘに係る振動制御電圧Ｖａ（駆動電圧波形）を生成するようになされる。このような振動波形パターンＷｘの振動制御電圧Ｖａを第１の振動伝達機構１０１の圧電アクチュエータ１００ａ及び１００ｂに印加するようになされる。
【００６２】
続いて、第１の振動伝達構造１０１における動作例を説明する。図８Ａは、第１の振動伝達例を示す簡易回路図、図８Ｂは、図８Ａに示した振動伝達構造例におけるＸ１−Ｘ１矢視断面図である。
【００６３】
図８Ａに示す第１の振動伝達例では、圧電アクチュエータ１００ａの積層圧電体４ａの図示しない上部の表面電極層と、その積層圧電体４ｂの図示しない下部の表面電極層とは、短絡線Ｌｏ１で短絡される。この短絡線Ｌｏ１には、引き出し線Ｌ１１が接続される。引き出し線Ｌ１１はアクチュエータ駆動回路３７に接続される。また、圧電アクチュエータ１００ｂの積層圧電体４ａの図示しない上部の表面電極層と、その積層圧電体４ｂの図示しない下部の表面電極層とは、短絡線Ｌｏ２で短絡される。この短絡線Ｌｏ２には、引き出し線Ｌ１２が接続される。
【００６４】
引き出し線Ｌ１２は引き出し線Ｌ１１に接続されてアクチュエータ駆動回路３７の例えば、−端子に接続される。この例で、中央電極を構成するフレーム１３には、引き出し線Ｌ２が接続され、アクチュエータ駆動回路３７の例えば、＋端子に接続される。アクチュエータ駆動回路３７は、圧電アクチュエータ１００ａ及び１００ｂを駆動する場合、引き出し線Ｌ１１，Ｌ１２及びＬ２を通じて振動制御電圧Ｖａを供給するようになされる。
【００６５】
第１の振動伝達例によれば、制御装置１５は、入力手段２４から得られる位置検出信号Ｓ１に基づいてアクチュエータ駆動回路３７を制御する。制御装置１５内には、図示しないアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器が設けられ、位置検出信号Ｓ１をＡ／Ｄ変換してデジタルの位置検出データＤ１を出力するようになされる。位置検出データＤ１は、制御装置１５内の図示しないＣＰＵ等に出力される。アクチュエータ駆動回路３７は、制御装置１５から供給される波形指定コマンドＤｃに基づいて入力手段２４のフィルム状の入力操作面の張力を制御するようになされる。
【００６６】
図８Ａに示す圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂは、その分極の方向と、振動制御電圧Ｖａが印加される方向とが同じ方向である場合と、逆の方向である場合とで歪が生じる方向が異なる（伸びる方向と縮む方向）という性質を持っている。図中、積層圧電体４ａ，４ｂ内の矢印は、圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂの分極方向を示している。
【００６７】
例えば、圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂは、その分極の方向と印加する振動制御電圧Ｖａの方向とが同じ方向である場合は伸びる方向に変位する。また、圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂは、その分極の方向と、印加する振動制御電圧Ｖａの方向とが逆の方向である場合は縮む方向に変位する。このように、アクチュエータ駆動回路３７は、図８Ｂに示すフレーム１３を左右に振動して、入力手段２４のフィルム状の入力操作面の張力を制御するようになされる。
【００６８】
図９Ａは、第１の振動伝達構造に係る振動波形パターン例を示す波形図、図９Ｂは、その入力操作面の縮小例を示す上面図である。図９Ａ及びＢに示す振動伝達例では、図６Ｂに示したような正弦波の振動波形パターンＷ１に係る振動制御電圧Ｖａが、図８Ａのように結線された圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂに印加される。すると、図９Ａに示す振動波形パターンＷ１の前半部分では、図９Ｂに示すフィルム状の入力操作面を有するフレーム１３が内側に凸状となるように変形し、入力操作面を縮小する。これにより、入力手段２４のフィルム状の入力操作面を弛む方向に振動を伝達することができる。
【００６９】
図１０Ａは、振動波形パターン例を示す波形図、図１０Ｂは、入力操作面の拡張例を示す上面図である。図１０Ａ及びＢに示す振動伝達例では、同様にして、正弦波の振動波形パターンＷ１に係る振動制御電圧Ｖａの後半部分が、圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂに印加される。すると、電圧の方向が逆転し、図１０Ａに示すようにフレーム１３は、外側に凸状となるような変形を生じ、フィルム状の入力操作面を拡張する。これにより、入力操作面を延ばす方向に振動を伝達することができる。このように、ユーザがフィルム状の入力操作面に触れた瞬間に、その入力操作面がたるみ、次の瞬間は、それが緊張する。この一連の動作により、ユーザに対して触覚を付与できるようになる。
【００７０】
このように、第１の実施例としての振動伝達構造によれば、フレーム１３は開放面を有しており、当該開放面の反対側において、フィルム状の入力手段（振動部材）２４の入力操作面を所定の張力を有して保持する。圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂは、入力操作面が構成されたフレーム１３の左右に取り付けられ、各々の圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂの個々の積層圧電体４ａ，４ｂがフレーム１３の内側及び外側に取り付けられる。これを前提にして、圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂは、入力手段２４及びフレーム１３によって構成されるフィルム状の入力操作面に振動を供給するようになされる。
【００７１】
従って、フィルム状の入力操作面の張力を圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂにより制御できるので、入力操作面を縮む方向及び延びる方向に任意に振動させることができる。特に、近年、急速に普及しつつある樹脂フィルム型のタッチパネルのような軟質部材の入力操作面を持つ入力手段（デバイス）２４においても、ユーザに対して再現性良く触覚を提示できるようになる。
【００７２】
また、従来方式の振動伝達構造（特開２００３−１５８１４号公報）と比較して、薄型が図れるので、入力装置の大幅な小型化が可能となるばかりか、触覚の波形を任意に生成することができるので、多種多様な触覚情報をユーザに提示できるようになる。これにより、入力操作に対するアクナレッジやその他の触覚情報をユーザに提示可能な触覚機能付きの入出力装置に、当該振動伝達構造１０１を十分応用できるようになる。
【実施例２】
【００７３】
図１１は第２の実施例としての振動伝達構造例を示す斜視図である。この例で圧電アクチュエータ１００ａ’，１００ｂ’は、フィルム状の入力操作面が構成されたフレーム１３の左右に取り付けられ、個々の積層圧電体４ａが共に内側に取り付けられる。積層圧電体４ａが、いわゆるユニモルフ型の圧電アクチュエータ１００ａ’，１００ｂ’の構造を成すものである。
【００７４】
図１１に示す第２の振動伝達構造１０２は、携帯電話機や情報携帯端末装置等の筐体内部に構築可能な構造であって、圧電アクチュエータ１００ａ’、１００ｂ’による振動を利用して触覚を提示できるようにした構造である。第２の振動伝達構造１０２では、フレーム（枠体）１３と、フィルム状の振動部材の一例となる入力手段２４と、圧電アクチュエータ１００ａ’，１００ｂ’とが備えられる。フレーム１３は、開放面を有し、かつ、当該開放面の反対側において入力手段２４を所定の張力を有して保持するようになされる。例えば、フレーム１３は、四角形状を有しており、その一辺は、長さがＬ［ｍｍ］で、幅がＷ［ｍｍ］で、深さ（高さ）がＨ［ｍｍ］程度を有している。フレーム１３には第１の実施例で説明した部材が使用される。フィルム状の入力手段２４には、タッチパネル等が使用される。
【００７５】
圧電アクチュエータ１００ａ’，１００ｂ’には、多数の圧電素子を積層した積層圧電体が使用される。例えば、圧電アクチュエータ１００ａ’は、フレーム１３の内側に積層圧電体４ａを接合した積層張合わせ構造を有している。圧電アクチュエータ１００ｂ’も同様にして構成される。この構造は、いわゆるユニモルフ型の圧電アクチュエータを構成する。この例でも、フレーム１３がユニモルフ型の圧電アクチュエータ１００ａ’，１００ｂ’の金属支持板又は金属シムを構成するようになる。
【００７６】
この例では、積層圧電体４ａの両側に延びたフレーム１３の弾性を利用するようになされる。このフレーム１３の弾性を利用することで、圧電素子本体が伸縮すると、そのフレーム１３を左右方向（水平方向）に振動できるようになる。つまり、通常のユニモルフ型の圧電アクチュエータと同様にして、通電により積層圧電体４ａが凸状又は凹状に変形し、それに伴って入力操作面の張力が変化するようになる。第１の実施例と比較して、構造がより簡単になるが、同じ振動制御電圧Ｖａを印加した場合のフレーム１３の変形は半分になる。
【００７７】
この例でも、積層圧電体４ａの両側に延びたフレーム１３が当該圧電アクチュエータ１００ａ’，１００ｂ’の中央電極を成している。これは、中央電極を介して、積層圧電体４ａに振動制御電圧Ｖａを供給するためである。積層圧電体４ａは振動制御電圧Ｖａに基づいて振動する。この振動は、例えば、フレーム１３上に張られたタッチパネル等の入力手段２４に伝播するようになされる。この結果、入力手段２４に触れている操作者の指等に触覚を提示できるようになる。圧電アクチュエータ１００ａ’，１００ｂ’の中央電極を成すフレーム１３には引き出し線Ｌ２が接続される。
【００７８】
このような構造を採るようにしたのは、第１の実施例と同様にして、樹脂フィルム型のタッチパネルのような軟質部材の入力操作面を持つ入力デバイスにおいて、ユーザに対して触覚を再現性良く提示できるようにするためである。なお、第１の実施例と同じ名称及び同じ符号のものは同じ機能を有するためその説明を省略する。
【００７９】
続いて、第２の振動伝達構造１０２における動作例を説明する。図１２Ａは、第２の振動伝達例を示す簡易回路図、図１２Ｂは、図１２Ａに示した振動伝達構造例におけるＸ２−Ｘ２矢視断面図である。
【００８０】
図１２Ａに示す第２の振動伝達例では、圧電アクチュエータ１００ａ’の積層圧電体４ａの図示しない上部の表面電極層には引き出し線Ｌ１１が接続される。引き出し線Ｌ１１はアクチュエータ駆動回路３７に接続される。また、圧電アクチュエータ１００ｂ’の積層圧電体４ａの図示しない上部の表面電極層には引き出し線Ｌ１２が接続される。引き出し線Ｌ１２は引き出し線Ｌ１１に接続されてアクチュエータ駆動回路３７の例えば、−端子に接続される。
【００８１】
この例で、中央電極を構成するフレーム１３には、引き出し線Ｌ２が接続され、アクチュエータ駆動回路３７の例えば、＋端子に接続される。アクチュエータ駆動回路３７は、圧電アクチュエータ１００ａ’及び１００ｂ’を駆動する場合、引き出し線Ｌ１１，Ｌ１２及びＬ２を通じて振動制御電圧Ｖａを供給するようになされる。
【００８２】
第２の振動伝達例によれば、制御装置１５は、入力手段２４から得られる位置検出信号Ｓ１に基づいてアクチュエータ駆動回路３７を制御する。制御装置１５は、位置検出信号Ｓ１をＡ／Ｄ変換してデジタルの位置検出データＤ１を図示しないＣＰＵ等に出力される。アクチュエータ駆動回路３７は、ＣＰＵから供給される波形指定コマンドＤｃに基づいて入力手段２４のフィルム状の入力操作面の張力を制御するようになされる。
【００８３】
図１２Ａにおいて、積層圧電体４ａ内の矢印は、圧電アクチュエータ１００ａ’，１００ｂ’の分極方向を示している。例えば、圧電アクチュエータ１００ａ’，１００ｂ’は、その分極の方向と印加する振動制御電圧Ｖａの方向とが同じ方向である場合は伸びる方向に変位する。また、圧電アクチュエータ１００ａ’，１００ｂ’は、その分極の方向と、印加する振動制御電圧Ｖａの方向とが逆の方向である場合は縮む方向に変位する。
【００８４】
このように、第２の実施例としての振動伝達構造１０２によれば、アクチュエータ駆動回路３７が、いわゆるユニモルフ型の圧電アクチュエータ１００ａ’，１００ｂ’を介して、図１２Ｂに示すフレーム１３を左右に振動して、入力手段２４のフィルム状の入力操作面の張力を制御するようになされる。
【００８５】
従って、フィルム状の入力操作面の張力を圧電アクチュエータ１００ａ’，１００ｂ’により制御できるので、入力操作面を縮む方向及び延びる方向に任意に振動させることができる。第１の実施例と同様にして、樹脂フィルム型のタッチパネルのような軟質部材の入力操作面を持つ入力手段（デバイス）２４においても、ユーザに対して再現性良く触覚を提示できるようになる。
【００８６】
また、第１の実施例と同様にして、触覚機能付きの入力装置等の薄型が図れるので、これを応用した電子機器の大幅な小型化が可能となるばかりか、触覚の波形を任意に生成することができるので、多種多様な触覚情報をユーザに提示できるようになる。これにより、第１の実施例と同様にして、触覚機能付きの入出力装置に、当該振動伝達構造１０２を十分応用できるようになる。
【実施例３】
【００８７】
図１３は第３の実施例としての振動伝達構造例を示す斜視図である。この例で圧電アクチュエータ１００ａ”，１００ｂ”は、フィルム状の入力操作面が構成されたフレーム１３の左右に取り付けられ、個々の積層圧電体４ｂが共に外側に取り付けられる。積層圧電体４ｂが、いわゆるユニモルフ型の圧電アクチュエータ１００ａ”，１００ｂ”の構造を成すものである。
【００８８】
図１３に示す第３の振動伝達構造１０３は、携帯電話機や情報携帯端末装置等の筐体内部に構築可能な構造であって、圧電アクチュエータ１００ａ”、１００ｂ”による振動を利用して触覚を提示できるようにした構造である。振動伝達構造１０３では、フレーム（枠体）１３と、フィルム状の振動部材の一例となる入力手段２４と、圧電アクチュエータ１００ａ”，１００ｂ”とが備えられる。フレーム１３は、開放面を有し、かつ、当該開放面の反対側において入力手段２４を所定の張力を有して保持するようになされる。例えば、フレーム１３は、四角形状を有しており、その一辺は、長さがＬ［ｍｍ］で、幅がＷ［ｍｍ］で、深さ（高さ）がＨ［ｍｍ］程度を有している。フレーム１３には第１の実施例で説明した部材が使用される。フィルム状の入力手段２４には、タッチパネル等が使用される。
【００８９】
圧電アクチュエータ１００ａ”，１００ｂ”には、多数の圧電素子を積層した積層圧電体が使用される。例えば、圧電アクチュエータ１００ａ”は、フレーム１３の外側に積層圧電体４ｂを接合した積層張合わせ構造を有している。圧電アクチュエータ１００ｂ”も同様にして構成される。この構造は、いわゆるユニモルフ型の圧電アクチュエータを構成する。この例でも、フレーム１３がユニモルフ型の圧電アクチュエータ１００ａ”，１００ｂ”の金属支持板又は金属シムを構成するようになる。
【００９０】
この例では、積層圧電体４ｂの両側に延びたフレーム１３の弾性を利用するようになされる。このフレーム１３の弾性を利用することで、圧電素子本体が伸縮すると、そのフレーム１３を左右方向（水平方向）に振動できるようになる。つまり、通常のユニモルフ型の圧電アクチュエータと同様にして、通電により積層圧電体４ｂが凸状又は凹状に変形し、それに伴って入力操作面の張力が変化するようになる。第２の実施例と同様にして、構造がより簡単になるが、同じ振動制御電圧Ｖａを印加した場合のフレーム１３の変形は半分になる。
【００９１】
この例でも、積層圧電体４ｂの両側に延びたフレーム１３が当該圧電アクチュエータ１００ａ”，１００ｂ”の中央電極を成している。これは、中央電極を介して、積層圧電体４ｂに振動制御電圧Ｖａを供給するためである。積層圧電体４ｂは振動制御電圧Ｖａに基づいて振動する。この振動は、例えば、フレーム１３上に張られたタッチパネル等の入力手段２４に伝播するようになされる。この結果、入力手段２４に触れている操作者の指等に触覚を提示できるようになる。圧電アクチュエータ１００ａ”，１００ｂ”の中央電極を成すフレーム１３には引き出し線Ｌ２が接続される。
【００９２】
このような構造を採るようにしたのは、第１及び第２の実施例と同様にして、樹脂フィルム型のタッチパネルのような軟質部材の入力操作面を持つ入力デバイスにおいて、ユーザに対して触覚を再現性良く提示できるようにするためである。なお、第１及び第２の実施例と同じ名称及び同じ符号のものは同じ機能を有するためその説明を省略する。
【００９３】
続いて、第３の振動伝達構造１０３における動作例を説明する。図１４Ａは、第３の振動伝達例を示す簡易回路図、図１４Ｂは、図１４Ａに示した振動伝達構造例におけるＸ３−Ｘ３矢視断面図である。
【００９４】
図１４Ａに示す第３の振動伝達例では、圧電アクチュエータ１００ａ”の積層圧電体４ｂの図示しない上部の表面電極層には引き出し線Ｌ１１が接続される。引き出し線Ｌ１１はアクチュエータ駆動回路３７に接続される。また、圧電アクチュエータ１００ｂ”の積層圧電体４ｂの図示しない上部の表面電極層には引き出し線Ｌ１２が接続される。引き出し線Ｌ１２は引き出し線Ｌ１１に接続されてアクチュエータ駆動回路３７の例えば、−端子に接続される。
【００９５】
この例で、中央電極を構成するフレーム１３には、引き出し線Ｌ２が接続され、アクチュエータ駆動回路３７の例えば、＋端子に接続される。アクチュエータ駆動回路３７は、圧電アクチュエータ１００ａ”及び１００ｂ”を駆動する場合、引き出し線Ｌ１１，Ｌ１２及びＬ２を通じて振動制御電圧Ｖａを供給するようになされる。
【００９６】
第３の振動伝達例によれば、制御装置１５は、入力手段２４から得られる位置検出信号Ｓ１に基づいてアクチュエータ駆動回路３７を制御する。制御装置１５は、位置検出信号Ｓ１をＡ／Ｄ変換してデジタルの位置検出データＤ１を図示しないＣＰＵ等に出力される。アクチュエータ駆動回路３７は、ＣＰＵから供給される波形指定コマンドＤｃに基づいて入力手段２４のフィルム状の入力操作面の張力を制御するようになされる。
【００９７】
図１４Ａにおいて、積層圧電体４ｂ内の矢印は、圧電アクチュエータ１００ａ”，１００ｂ”の分極方向を示している。例えば、圧電アクチュエータ１００ａ”，１００ｂ”は、その分極の方向と印加する振動制御電圧Ｖａの方向とが同じ方向である場合は伸びる方向に変位する。また、圧電アクチュエータ１００ａ”，１００ｂ”は、その分極の方向と、印加する振動制御電圧Ｖａの方向とが逆の方向である場合は縮む方向に変位する。
【００９８】
このように、第３の実施例としての振動伝達構造１０３によれば、アクチュエータ駆動回路３７が、いわゆるユニモルフ型の圧電アクチュエータ１００ａ”，１００ｂ”を介して、図１４Ｂに示すフレーム１３を左右に振動して、入力手段２４のフィルム状の入力操作面の張力を制御するようになされる。
【００９９】
従って、フィルム状の入力操作面の張力を圧電アクチュエータ１００ａ”，１００ｂ”により制御できるので、入力操作面を縮む方向及び延びる方向に任意に振動させることができる。第１及び第２の実施例と同様にして、樹脂フィルム型のタッチパネルのような軟質部材の入力操作面を持つ入力手段（デバイス）２４においても、ユーザに対して再現性良く触覚を提示できるようになる。
【０１００】
また、第１の実施例と同様にして、触覚機能付きの入力装置等の薄型が図れるので、これを応用した電子機器の大幅な小型化が可能となるばかりか、触覚の波形を任意に生成することができるので、多種多様な触覚情報をユーザに提示できるようになる。これにより、第１及び第２の実施例と同様にして、触覚機能付きの入出力装置に、当該振動伝達構造１０２を十分応用できるようになる。
【実施例４】
【０１０１】
図１５は、第４の実施例としての振動伝達構造例を示す斜視図である。この例では、第１〜第３の実施例で説明したような、バイモルフ型やユニモルフ型のような曲げ変形をする圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂ、１００ａ’，１００ｂ’、１００ａ”，１００ｂ”に代わって、フィルム状の入力操作面（鼓動面）を支持する枠体の一部が直動型の圧電アクチュエータ１００ｃ，１００ｄから構成されるものである。第１〜第３の実施例で、圧電アクチュエータ１００ａや、１００ｂ、１００ａ’、１００ｂ’、１００ａ”、１００ｂ”等で生じるひずみは、フレーム１３を利用した変位拡大機構（曲げ変形等）により、フィルム状の入力操作面の張力に変化を与えて、ユーザに触感を与えるようになされる。
【０１０２】
この実施例では、曲げ変形タイプではなく、アクチュエータの長手方向において、直動的に伸縮変位をする変位拡大機構のアクチュエータを用いて、触覚提示に必要な変形量を得るようになされる。
【０１０３】
図１５は第４の実施例としての振動伝達構造例を示す斜視図である。図１６Ａ及びＢは、振動伝達構造例（補足）を示す上面図及び一部破砕の正面図である。この例で圧電アクチュエータ１００ｃ，１００ｄは、フィルム状の入力操作面が構成されたフレーム１３の左右に取り付けられ、個々の積層圧電体４ｂが共に外側に取り付けられる。積層圧電体４ｂが、いわゆるユニモルフ型の圧電アクチュエータ１００ｃ，１００ｄの構造を成すものである。
【０１０４】
図１５に示す第４の振動伝達構造１０４は、携帯電話機や情報携帯端末装置等の筐体内部に構築可能な構造であって、圧電アクチュエータ１００ｃ、１００ｄによる振動を利用して触覚を提示できるようにした構造である。振動伝達構造１０４では、枠体の一部を成す上部フレーム１３ａと、下部フレーム１３ｂと、フィルム状の振動部材の一例となる入力手段２４と、直動型の圧電アクチュエータ１００ｃ，１００ｄとが備えられる。入力手段２４には、フィルム状のタッチパネルが使用される。フレーム１３ａは、例えば、圧電アクチュエータ１００ｃ、１００ｄの図示しない一方の表面電極層に接合されて上部引出し電極を構成する。フレーム１３ｂは、圧電アクチュエータ１００ｃ、１００ｄの他方の表面電極層に接合されて下部引出し電極を構成する。
【０１０５】
このようなフレーム１３ａ、１３ｂ、圧電アクチュエータ１００ｃ及び１００ｄから構成される枠体１３’は、開放面を有し、かつ、当該開放面の反対側の反対側において入力手段２４を所定の張力を有して保持するようになされる。入力手段２４は圧電アクチュエータ１００ｃ及び１００ｄの各々の上下端部に係合されて固定される。
【０１０６】
枠体１３’は、四角形状を有しており、その一辺は、長さがＬ［ｍｍ］で、幅がＷ［ｍｍ］で、深さ（高さ）がＨ［ｍｍ］程度を有している。図１６Ａにおいて、圧電アクチュエータ１００ｃが四角形状の一辺を成し、圧電アクチュエータ１００ｄがその対向辺を成し、また、フレーム１３ａが四角形状の他の一辺を成し、フレーム１３ｂがその対向辺を成すような枠体１３’が構成される。フレーム１３ａ，１３ｂには第１の実施例で説明したＳＵＳ等の部材が使用される。フィルム状の入力手段２４には、タッチパネルが使用される。
【０１０７】
圧電アクチュエータ１００ｃ，１００ｄには、多数の圧電素子を長手方向に積層した直動型の積層圧電体が使用される。例えば、図１６Ｂに示す圧電アクチュエータ１００ｃは、フレーム１３ａ，１３ｂに挟まれる形態で直動型の積層圧電体を接合した棒状積層構造を有している。圧電アクチュエータ１００ｄも同様にして構成される。図中、圧電アクチュエータ１００ｃは、一部破砕で示している。直動型の圧電アクチュエータ１００ｃの端部や図示しない対向する圧電アクチュエータ１００ｄの端部等は、係合部５ａ及び係合部５ｃを介してフィルム状のタッチパネルに係合され固定される。直動型の圧電アクチュエータ１００ｃ，１００ｄでは長手方向に積層された複数の圧電素子により変位を得るようになされる。
【０１０８】
この例では、圧電アクチュエータ１００ｃ，１００ｄの変位をフィルム状の入力操作面の緊張・弛緩にという作用に変換するようになされる。例えば、積層圧電素子本体が伸縮すると、入力手段２４を長手方向（垂直方向）に振動できるようになる。つまり、通常のバイモルフ形やユニモルフ型等の圧電アクチュエータが短手方向で凹凸状に曲げ変形するのに対して、直動型の積層圧電体が長手方向で伸び縮み（弛緩）するように変形し、それに伴って入力操作面の張力が変化するようになる。
【０１０９】
この例では、圧電アクチュエータ１００ｃ，１００ｄの上下部に接合されたフレーム１３ａ，１３ｂが当該圧電アクチュエータ１００ｃ，１００ｄの引出し電極を成している。これは、引出し電極を成すフレーム１３ａ，１３ｂを介して、左右の圧電アクチュエータ１００ｃ，１００ｄに振動制御電圧Ｖａを供給するためである。直動型の圧電アクチュエータ１００ｃ，１００ｄは、振動制御電圧Ｖａに基づいて振動する。
【０１１０】
この振動は、圧電アクチュエータ１００ｃ，１００ｄの上下端部に係合された（又はフレーム１３ａ，１３ｂ上に張られた）タッチパネル等の入力手段２４に伝播するようになされる。この結果、入力手段２４に触れている操作者の指等に触覚を提示できるようになる。圧電アクチュエータ１００ｃ，１００ｄの引出し電極を成すフレーム１３ａには引き出し線Ｌ２１が接続され、フレーム１３ｂには引き出し線Ｌ２２が接続される。
【０１１１】
このような構造を採るようにしたのは、第１〜第３の実施例と同様にして、樹脂フィルム型のタッチパネルのような軟質部材の入力操作面を持つ入力デバイスにおいて、ユーザに対して触覚を再現性良く提示できるようにするためである。なお、第１及び第３の実施例と同じ名称及び同じ符号のものは同じ機能を有するため、その説明を省略する。
【０１１２】
続いて、第４の振動伝達構造１０４における動作例を説明する。図１７は、第４の振動伝達例を示す簡易回路図である。
図１７に示す第４の振動伝達例では、圧電アクチュエータ１００ｃ、１００ｄの上部フレーム１３ａには引き出し線Ｌ２１が接続される。引き出し線Ｌ２１はアクチュエータ駆動回路３７の＋端子に接続される。また、圧電アクチュエータ１００ｃ、１００ｄの下部フレーム１３ｂには引き出し線Ｌ２２が接続される。引き出し線Ｌ２２はアクチュエータ駆動回路３７の例えば、−端子に接続される。この例で、アクチュエータ駆動回路３７は、圧電アクチュエータ１００ｃ及び１００ｄを駆動する場合、引き出し線Ｌ２１及びＬ２２を通じて振動制御電圧Ｖａを供給するようになされる。
【０１１３】
第４の振動伝達例によれば、制御装置１５は、入力手段２４から得られる位置検出信号Ｓ１に基づいてアクチュエータ駆動回路３７を制御する。制御装置１５は、位置検出信号Ｓ１をＡ／Ｄ変換してデジタルの位置検出データを図示しないＣＰＵ等に出力される。アクチュエータ駆動回路３７は、ＣＰＵから供給される波形指定コマンドＤｃに基づいて入力手段２４のフィルム状の入力操作面の張力を制御するようになされる。
【０１１４】
図１７において、圧電アクチュエータ１００ｃ，１００ｄ内の矢印は、圧電積層圧電素子の分極方向を示している。例えば、圧電アクチュエータ１００ｃ，１００ｄは、その分極の方向と印加する振動制御電圧Ｖａの方向とが同じ方向である場合は伸びる方向に変位する。また、圧電アクチュエータ１００ｃ，１００ｄは、その分極の方向と、印加する振動制御電圧Ｖａの方向とが逆の方向である場合は縮む方向に変位する。
【０１１５】
図１８Ａは、第４の振動伝達構造に係る振動波形パターン例を示す波形図、図１８Ｂは、その入力操作面の縮小例を示す上面図である。図１８Ａ及びＢに示す振動伝達例では、図６Ｂに示したような正弦波の振動波形パターンＷ１に係る振動制御電圧Ｖａが、図１７のように結線された圧電アクチュエータ１００ｃ，１００ｄに印加される。すると、図１８Ａに示す振動波形パターンＷ１の前半部分では、圧電アクチュエータ１００ｃ，１００ｄが図１８Ｂに示す上部フレーム１３ａ及び下部フレーム１３ｂを外側に押し出すように変位し、フィルム状の入力操作面が上下から引っ張るように拡張される。これにより、入力手段２４のフィルム状の入力操作面を張る方向に振動を伝達することができる。
【０１１６】
図１９Ａは、振動波形パターン例を示す波形図、図１９Ｂは、入力操作面の拡張例を示す上面図である。図１９Ａ及びＢに示す振動伝達例では、同様にして、正弦波の振動波形パターンＷ１に係る振動制御電圧Ｖａの後半部分が、圧電アクチュエータ１００ｃ，１００ｄに印加される。すると、電圧の方向が逆転し、圧電アクチュエータ１００ｃ，１００ｄが図１９Ａに示す上部フレーム１３ａ及び下部フレーム１３ｂを内側に引き込むように変位し、フィルム状の入力操作面を上下から縮めるように収縮される。これにより、入力手段２４のフィルム状の入力操作面を弛める方向に振動を伝達することができる。このように、ユーザがフィルム状の入力操作面に触れた瞬間に、その入力操作面がたるみ、次の瞬間は、それが緊張する。この一連の動作により、ユーザに対して触覚を付与できるようになる。
【０１１７】
このように、第４の実施例としての振動伝達構造によれば、フレーム１３ａ、１３ｂ、圧電アクチュエータ１００ｃ及び１００ｄから成る枠体１３’は開放面を有しており、当該開放面の反対側において、フィルム状の入力手段（振動部材）２４の入力操作面を所定の張力を有して保持する。直動型の圧電アクチュエータ１００ｃ，１００ｄは、入力操作面が構成された枠体１３’のフレーム１３ａ、１３ｂに挟まれた状態で接合され、左右の圧電アクチュエータ１００ｃ，１００ｄの積層圧電体が振動制御電圧Ｖａに基づいて駆動するようになされる。これを前提にして、圧電アクチュエータ１００ｃ，１００ｄは、枠体１３’に構成されたフィルム状の入力操作面に振動を供給するようになされる。
【０１１８】
従って、フィルム状の入力操作面の張力を圧電アクチュエータ１００ｃ，１００ｄにより制御できるので、入力操作面を縮む方向及び延びる方向に任意に振動させることができる。第１〜第３の実施例と同様にして、樹脂フィルム型のタッチパネルのような軟質部材の入力操作面を持つ入力手段（デバイス）２４においても、ユーザに対して再現性良く触覚を提示できるようになる。
【０１１９】
また、圧電アクチュエータ１００ｃ，１００ｄの高さＨを他の実施例と同様にして低くできるので、触覚機能付きの入力装置等の薄型が図れる。これを応用した電子機器の大幅な小型化が可能となるばかりか、触覚の波形を任意に生成することができるので、多種多様な触覚情報をユーザに提示できるようになる。これにより、第１〜第３の実施例と同様にして、触覚機能付きの入出力装置に、当該振動伝達構造１０４を十分応用できるようになる。
【実施例５】
【０１２０】
図２０は、第５の実施例としての触覚入力機能付きの携帯電話機２００の構成例を示す斜視図である。  
この実施例では、第１〜４の実施例に係る振動伝達構造１０１、１０２、１０３又は１０４を備えると共に、フィルム状のタッチパネルの入力操作面において、その入力操作面の張力を圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂにより制御して、その入力操作面を振動し、その入力操作面における操作体の押下操作に対して触覚を提示できるようにすると共に、表示手段に表示されたボタンアイコン等の入力を確定できるようにしたものである。
【０１２１】
図２０に示す携帯電話機２００は電子機器の一例であり、表示画面上の入力操作面を摺動接触操作される触覚機能付きの入出力装置９０を有している。携帯電話機２００は下部筐体１０及び上部筐体２０を備え、これらの筐体１０及び２０間は、回転レンジ機構５１によって可動自在に係合されている。この回転レンジ機構５１によれば、下部筐体１０の操作面の一端に設けられた図示しない軸部と、下部筐体１０の裏面の一端に設けられた図示しない軸受け部とが回転自在に係合され、上部筐体２０は下部筐体１０に対して角度±１８０°の回転自由度を有して面結合されている。
【０１２２】
下部筐体１０には、複数の押しボタンスイッチ５２から成る操作パネル１８が設けられる。押しボタンスイッチ５２は、「０」〜「９」数字キー、「＊」や「＃」等の記号キー、「オン」や「オフ」等のフックボタン、メニューキー等から構成される。下部筐体１０において、操作パネル面の下方には、通話用のマイクロフォン５３が取り付けられ、送話器として機能するようになされる。
【０１２３】
また、下部筐体１０の下端部には、モジュール型のアンテナ１６が取り付けられ、その上端内部側面には、大音響用のスピーカー３６ａが設けられ、着信メロディ等を放音するようになされる。下部筐体１０には、バッテリーや回路基板１７等が設けられ、下部筐体１０の裏面にはカメラ３４が取り付けられている。
【０１２４】
上述の下部筐体１０に対して、回転レンジ機構５１によって可動自在に係合された上部筐体２０には、その表面の上方に通話用のスピーカー３６ｂが取り付けられ、受話器として機能するようになされる。上部筐体２０のスピーカー取り付け面の下方には、触覚機能付き入出力装置９０が設けられる。入出力装置９０は、入力検出手段４５及び表示手段２９を有しており、表示画面上の入力操作面における操作者の指（操作体）等の押下操作に対して触覚を与えるものである。入力検出手段４５には操作者の指の接触を検出して情報を入力するフィルム状の入力手段２４が含まれている。表示手段２９には、複数のボタンアイコン等の入力情報が表示される。
【０１２５】
図２１は、触覚機能付きの入出力装置９０の構造例を示す斜視図である。図２２Ａ及びＢは、入出力装置９０の構造例を補足する上面図及びＸ５−Ｘ５矢視断面図である。
【０１２６】
図２１に示す入出力装置９０は、携帯電話機２００や、情報携帯端末装置等に装備されるものであり、フィルム−樹脂タッチパネル等の軟質部材の入力操作面に、操作者の指やスタイラスペン等を接触することにより情報を入力するように操作される。例えば、入出力装置９０は、入力項目選択用の表示画面に表示された複数のアイコンの１つに接触して当該表示画面上で入力操作され、このような情報入力操作時に操作者の指（操作体）に触覚を提示するものである。
【０１２７】
この例では、第１の振動伝達構造１０１が応用され、圧電アクチュエータ１００ａ、１００ｂにより、フィルム状の入力操作面を横方向（フィルム面と並行方向）にスライドさせる、または、フィルム状の入力操作面の縁に硬質材を密着させ、その部分を介してフィルムに振動を伝達する、あるいは、フィルムの張力を制御するようになされる。これは、入力操作に対するアクナレッジやその他の触覚情報をユーザに提示するためである。
【０１２８】
図２１において、入出力装置９０は、上部筐体２０、蓋体２０ｂ、表示手段２９、４個の力検出手段５５ａ〜５５ｄ及び第１の振動伝達構造１０１を有している。振動伝達構造１０１は、フレーム（枠体）１３と、フィルム状の入力手段２４と、圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂとが備えられる。フレーム１３は、開放面を有し、かつ、当該開放面の反対側において入力手段２４を所定の張力を有して保持するようになされる。例えば、フレーム１３は、四角形状を有しており、その一辺は、長さがＬ［ｍｍ］で、幅がＷ［ｍｍ］で、深さ（高さ）がＨ［ｍｍ］程度を有している。フレーム１３には、例えば、所定の厚みを有したステンレス（ＳＵＳ）が使用される。
【０１２９】
フィルム状の入力手段２４には、タッチパネルが使用される。タッチパネルは、透明電極をマトリクス状に配置したフィルム状の静電容量シートを有しており、静電容量方式の入力デバイスを構成する。入力手段２４は、ボタンアイコンの選択位置を検出するようになされる。この入力手段２４から得られる入力情報には位置検出情報が含まれる。位置検出情報はボタンアイコン押下時の位置検出信号Ｓ１により得られ、制御系に出力される。
【０１３０】
この例で、圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂは、フィルム状の入力操作面が構成されたフレーム１３を縦て長に見たとき、その左右の縦辺に取り付けられ、その入力操作面に振動を供給するようになされる。フレーム１３は、入力操作面に張力を与えるようになされる。このフレーム１３に取り付けられる圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂは、フレーム１３を変形させて入力操作面の張力を制御するようになされる。
【０１３１】
圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂは、フレーム１３の長手方向に取り付け可能な大きさを有している。圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂには、多数の圧電素子を積層した積層圧電体が使用される（図２及び３参照）。圧電アクチュエータ１００ａは、フレーム１３の内側に積層圧電体４ａを接合し、その外側に積層圧電体４ｂを接合した積層張合わせ構造を有している。圧電アクチュエータ１００ｂも同様にして構成される。つまり、積層圧電体は、フレーム１３の内側とその外側の両面に接合される（第１の振動伝達構造）。
【０１３２】
この構造は、いわゆるバイモルフ型の圧電アクチュエータを構成する。フレーム１３がバイモルフ型の圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂの金属支持板又は金属シムを構成するようになる。この例では、積層圧電体４ａ，４ｂの両側に延びたフレーム１３の弾性を利用するようになされる。このフレーム１３の弾性を利用することで、圧電素子本体が伸縮すると、そのフレーム１３を左右方向（水平方向）に振動できるようになる。つまり、通常のバイモルフ型の圧電アクチュエータと同様にして、通電により積層圧電体４ａ、４ｂが凸状または凹状に変形し、それに伴って入力操作面の張力が変化するようになる。
【０１３３】
この例では、積層圧電体４ａ，４ｂの両側に延びたフレーム１３が当該圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂの電極（以下中央電極）を成している。これは、中央電極を介して、積層圧電体４ａ，４ｂに振動制御電圧Ｖａを供給するためである。積層圧電体４ａ，４ｂは振動制御電圧Ｖａに基づいて振動する。振動制御電圧Ｖａは、制御系から圧電アクチュエータ１００ａ、１００ｂに供給される。振動制御電圧Ｖａは、複数の振動波形パターンを合成して発生される。例えば、表示手段２９に表示されたアイコンの１つに操作者が接触（タッチ）すると、圧電アクチュエータ１００ａ及び１００ｂに供給される。
【０１３４】
この振動は、例えば、フレーム１３上に張られた入力手段２４のフィルムに伝播するようになされる。この結果、入力手段２４に触れている操作者の指等に触覚を提示できるようになる。圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂの中央電極を成すフレーム１３には引き出し線Ｌ２が接続される。圧電アクチュエータ１００ａには、引き出し線Ｌ１１が接続され、圧電アクチュエータ１００ｂには、引き出し線Ｌ１２が接続される。
【０１３５】
この例では、フレーム１３の内側に包まれるようにして、表示手段２９が設けられる。表示手段２９は、例えば、裏蓋２０ｂに設けられた４個の突起部６０ａ，６０ｂ，６０ｃ（図示せず），６０ｄ上に載置される。表示手段２９は、長さがＬ’で、幅がＷ’で高さがＨ’の大きさを有している。表示手段２９には液晶表示装置が使用される。液晶表示装置には図示しないバックライトが備えられる。この例で、表示手段２９を振動部材に加えてもよい。表示手段２９は、フィルム状の入力手段２４から得られる位置検出情報Ｄ１及び制御系から供給される表示信号Ｓｖに基づいてアイコンを表示するように動作する。
【０１３６】
この例で、入力検出手段４５は、フィルム状の入力手段２４及び力検出手段５５ａ〜５５ｄを有して構成される。ここで、入力検出手段４５の入力操作面の一方をＸ方向とし、当該Ｘ方向と直交する他方をＹ方向とし、Ｘ及びＹ方向と直交する方向をＺ方向とする。
【０１３７】
力検出手段５５ａ〜５５ｄは、例えば、蓋体２０ｂの内側上面の四隅に設けられ、フィルム状の入力手段２４に対する操作者の指の押圧力（Ｚ方向への加圧力Ｆ）を検出して力検出情報を出力すると共に、当該押下位置に表示された入力情報を確定する。
【０１３８】
この例でフレーム１３の四隅には、折曲げ部６１ａ〜６１ｄが設けられる。折曲げ部６１ａ〜６１ｄは、フレーム１３の一部を折曲げ加工したものである。折曲げ部６１ａは、力検出手段５５ａに当接されて押下するように操作される。力検出手段５５ａは、右下隅の入力量（Ｚ方向の押圧力）として、例えば、当該アイコン選択時の力検出信号Ｓｆａを検出する。
【０１３９】
同様にして、折曲げ部６１ｂは、力検出手段５５ｂに当接して押下するように操作される。力検出手段５５ｂは、右上隅の入力量（力）として、当該アイコン選択時の力検出信号Ｓｆｂを検出する。折曲げ部６１ｃは、力検出手段５５ｃに当接されて押下するように操作される。力検出手段５５ｃは、左上隅の入力量（力）として、当該アイコン選択時の力検出信号Ｓｆｃを検出する。折曲げ部６１ｄは、力検出手段５５ｄに当接して各々押下するように操作される。力検出手段５５ｄは、左下隅の入力量（力）として、当該アイコン選択時の力検出信号Ｓｆｄを各々検出する。これら４個の力検出手段５５ａ〜５５ｄは、並列に接続され、これら４つの力検出信号Ｓｆａ＋Ｓｆｂ＋Ｓｆｃ＋Ｓｆｄを制御系に出力する。以下、この合算した信号を入力検出信号Ｓ２とする。入力検出信号Ｓ２は制御系に出力される。
【０１４０】
上述のフィルム状の入力手段２４、表示手段２９及び圧電アクチュエータ付きのフレーム１３は、上部筐体２０に収納されて保護される。上部筐体２０には蓋体２０ｂが取り付けられる。上部筐体２０は、厚さ０．３ｍｍ程度のステンレスのフレームから構成され、フィルム状の入力手段２４を露出する窓部２０ａを有しており、上部筐体２０内に設けられた入力検出手段４５及び表示手段２９を覆うようになされる。上部筐体２０は、表示手段２９、入力検出手段４５及び圧電アクチュエータ付きのフレーム１３と組み合わされて使用される。
【０１４１】
表示手段２９は、表示モジュール用の上部ガラス２９ａ及び下部ガラス２９ｂと、光学シート及び半導体集積回路基板２９ｃを有して構成される。上部ガラス２９ａ及び下部ガラス２９ｂの間には液晶が封入される。上部ガラス２９ａ及び下部ガラス２９ｂには、厚み０．３３ｍｍ程度の無アルカリ性のガラス板が使用される。表示手段２９が平面表示装置の場合には、上部ガラス２９ａ及び下部ガラス２９ｂの間にＥＬ層が設けられる。
【０１４２】
この例では、上部筐体２０と蓋体２０ｂとで、表示手段２９、４個の力検出手段５５ａ〜５５ｄ及び振動伝達構造１０１を挟み込む構造を採るようになされる。例えば、図２２Ｂに示すように振動伝達構造１０１が表示手段２９を包み込むような構造を採り、更に、力検出手段５５ａ〜５５ｄ上にフレーム１３の折曲げ部６１ａ〜６１ｄが当接される。このような組み合わせの構造体を上部筐体２０と蓋体２０ｂとで挟み込むようになされる。上部筐体２０の側面とフレーム１３との間には、図２２Ａ及びＢに示すような隙間Δｄが保持される。隙間Δｄはフレーム１３の左右に設けられる。これにより、振動伝達構造１０１におけるフレーム１３の振動スペースを確保できるようになる。
【０１４３】
次に、触覚入力機能付きの携帯電話機２００の内部構成例及び感触フィードバック入力方法について説明をする。図２３は、触覚入力機能付き携帯電話機２００の内部構成例を示すブロック図である。
【０１４４】
図２３に示す携帯電話機２００は、下部筐体１０の回路基板１７に各機能のブロックを実装して構成される。なお、図２０〜図２２に示した各部及び手段と対応する部分は、同一符号で示している。携帯電話機２００は、制御装置１５、操作パネル１８、受信部２１、送信部２２、アンテナ共用器２３、入力検出手段４５、表示手段２９、電源ユニット３３、カメラ３４、記憶手段３５、圧電アクチュエータ１００ａ及び１００ｂを有している。
【０１４５】
図２３に示す入力検出手段４５は、図２２では静電容量方式の入力デバイスを説明したが、カーソリングと選択の機能を区別できるものであれば何でも良く、例えば、抵抗膜方式、表面波弾性方式（ＳＡＷ）、光方式、複数段方式タクトスイッチ等の入力デバイスであっても良く、好ましくは位置検出情報と力検出情報を制御装置１５に与えられる構成の入力デバイスであれば良い。上述の入力検出手段４５は操作者３０の指３０ａを介して少なくとも位置検出信号Ｓ１および入力量（押圧力；加圧力Ｆ）となる入力検出信号Ｓ２が入力される。
【０１４６】
制御装置１５は制御系を構成し、フィルム状の入力手段２４の入力操作面に対して始めは縮む方向に振動を与えた後に、当該入力操作面に対して延びる方向に振動を与えるように圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｃを制御する。制御装置１５は、画像処理部２６、Ａ／Ｄドライバ３１、ＣＰＵ３２及び映像＆音声処理部４４を有している。Ａ／Ｄドライバ３１には、入力検出手段４５からの位置検出信号Ｓ１および入力検出信号Ｓ２が供給される。
【０１４７】
Ａ／Ｄドライバ３１ではカーソリングとアイコン選択の機能を区別するために位置検出信号Ｓ１および入力検出信号Ｓ２よりなるアナログ信号をデジタルデータに変換する。この他にＡ／Ｄドライバ３１は、このデジタルデータを演算処理して、カーソリング入力かアイコン選択情報かを検出し、カーソリング入力かアイコン選択かを区別するフラグデータＤ３あるいは位置検出情報Ｄ１または入力検出情報Ｄ２をＣＰＵ３２に供給するようになされる。これらの演算はＣＰＵ３２内で実行してもよい。
【０１４８】
Ａ／Ｄドライバ３１にはＣＰＵ３２が接続される。ＣＰＵ３２はシステムプログラムに基づいて当該電話機全体を制御するようになされる。記憶手段３５には当該電話器全体を制御するためのシステムプログラムデータが格納される。図示しないＲＡＭはワークメモリとして使用される。ＣＰＵ３２は電源オンと共に、記憶手段３５からシステムプログラムデータを読み出してＲＡＭに展開し、当該システムを立ち上げて携帯電話機全体を制御するようになされる。
【０１４９】
例えば、ＣＰＵ３２は、Ａ／Ｄドライバ３１からの位置検出情報Ｄ１、入力検出情報Ｄ２及びフラグデータＤ３（以下単に入力データともいう）を受けて所定の指令データ［Ｄ］を電源ユニット３３や、カメラ３４、記憶手段３５、アクチュエータ駆動回路３７、映像＆音声処理部４４等のデバイスに供給したり、受信部２１からの受信データを取り込んだり、送信部２へ送信データを転送するように制御する。
【０１５０】
この例で、ＣＰＵ３２は、フィルム状の入力手段２４から得られる位置検出信号Ｓ１及び力検出手段５５ａ〜５５ｄから得られる入力検出信号Ｓ２に基づいて波形指定コマンドＤｃを発行し、波形指定コマンドＤｃに基づいてアクチュエータ駆動回路３７を制御する。アクチュエータ駆動回路３７は、波形指定コマンドＤｃに基づいて記憶手段３５から波形パターンデータＤＰを読み出して圧電アクチュエータ１００ａ及び１００ｂに振動制御電圧Ｖａを供給する。
【０１５１】
また、ＣＰＵ３２は、入力手段２４上で、ユーザが入力操作のために接触する押下点の座標値に応じて波形指定コマンドＤｃを生成するようになされる。例えば、ボタンやアイコンなどの位置関係と、入力手段２４上でユーザが入力のために接触する点（入力座標）とは、ＣＰＵ３２内で予め関連付けられており、ＣＰＵ３２では、ユーザが操作を行なうボタンやアイコンに対応した波形指定コマンドＤｃを生成するようになされる。波形指定コマンドＤｃは、振動波形パターンの作成を指示する指令データ［Ｄ］である。
【０１５２】
ＣＰＵ３２は、波形指定コマンドＤｃをアクチュエータ駆動回路３７に出力（発行）し、振動伝達構造１０１における入力操作面に対して始めは、縮む方向に振動を与え、その後、当該入力操作面に対して延びる方向に振動を与えるように圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂを制御する。この例で振動制御電圧Ｖａに関して、直流電圧（ＤＣ）でアクチュエータ駆動制御をする場合は、圧電アクチュエータ１００ａ等に加えるＤＣ電圧の大きさを制御して、フレーム１３に加わる張力を制御するようになされる。交流電圧（ＡＣ）でアクチュエータ駆動制御をする場合は、圧電アクチュエータ１００ａ等に加えるＡＣ電圧の周波数（振動数）やその振動（反復）回数などを制御して、フレーム１３に加わる張力を制御するようになされる。
【０１５３】
この例で、ＣＰＵ３２は、入力検出手段４５が押下判定閾値Ｆthを越える入力検出情報Ｄ２を検出したとき、触覚Ａを起動し、その後、押下判定閾値Ｆthを下回る入力検出情報Ｄ２を検出したとき、触覚Ｂを起動するようにアクチュエータ駆動回路３７を制御する。このようにすると、操作者の指３０ａ等の”加圧力”に合わせた異なる振動パターンを発生させることができる。
【０１５４】
この例で、ＣＰＵ３２は、入力検出手段４５から得られる入力検出情報Ｄ２と予め設定された押下判定閾値Ｆthとを比較し、当該比較結果に基づいて圧電アクチュエータ１００ａ及び１００ｂ等を振動制御するようにアクチュエータ駆動回路３７を制御する。例えば、入力検出手段４５の押下位置における入力操作面から伝播される触覚をＡ及びＢとすると、触覚Ａは、その押下位置における操作者の指３０ａの加圧力Ｆに応じた入力操作面を低周波数かつ小振幅の振動パターンから、高周波数かつ大振幅の振動パターンに変化させることによって得られる。また、触覚Ｂは、その押下位置における操作者の指３０ａの加圧力Ｆに応じた入力操作面を高周波数かつ大振幅の振動パターンから、低周波数かつ小振幅の振動パターンに変化させることよって得られる。
【０１５５】
上述のＣＰＵ３２には記憶手段３５が接続される。記憶手段３５は波形ライブラリーを構成し、触覚提示用の振動波形パターンを作成するための素材波形パターンを成す基本的な波形パターンデータＤＰ（Ｗｘ）が格納される。波形パターンデータＤＰ（Ｗｘ）には、正弦波Ｗ１，矩形波Ｗ２及び複合波Ｗ３等に係る各々のデータが含まれる。
【０１５６】
記憶手段３５には波形パターンデータＤＰの他に、入力項目選択用の表示画面を、例えば、３次元的に表示するための表示情報Ｄ４や、当該表示情報Ｄ４に対応したアイコンの選択位置及び振動モードに関する波形指定コマンドＤｃ等が表示画面毎に記憶される。
【０１５７】
波形指定コマンドＤｃには、表示手段２９におけるアプリケーション（３次元的な表示や、各種表示内容）に同期した複数の異なった触覚を発生でき、その触覚を発生せしめる複数の具体的な振動波形、及び、アプリケーション毎の具体的な触覚発生モードを設定するアルゴリズムが含まれる。記憶手段３５には、ＥＥＰＲＯＭや、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が使用される。
【０１５８】
表示手段２９は、ユーザに入力操作を促すボタンやアイコンなどの画像情報を表示する。画像情報は制御装置１５から供給される指令［Ｄ］に基づいて表示される。表示手段２９には液晶表示装置（ＬＣＤ）や平面表示素子が使用される。ＣＰＵ３２には表示手段２９の他に操作パネル１８が接続される。操作パネル１８は、プログラムポートを構成する。この例で、操作パネル１８は、ＣＰＵ３２に対して、素材波形パターンを組み合わせた振動合成波形パターンを設定するように操作される。
【０１５９】
ＣＰＵ３２には、アクチュエータ駆動回路３７が接続され、ＣＰＵ３２からの波形指定コマンドＤｃに基づいて振動制御電圧Ｖａを発生する。アクチュエータ駆動回路３７は、圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂを駆動するための波形コントロール部を構成する。振動制御電圧Ｖａは、正弦波Ｗ１や、矩形波Ｗ２、複合波Ｗ３からなる出力波形を有している。アクチュエータ駆動回路３７には２個の圧電アクチュエータ１００ａ、１００ｂが接続され、振動制御電圧Ｖａに基づいて振動するようになされる。
【０１６０】
この例で、アクチュエータ駆動回路３７は、各アプリケーションに対応する押下判定閾値Ｆthを記憶する。例えば、押下判定閾値Ｆthはトリガーパラメータとしてアクチュエータ駆動回路３７に設けられたＲＯＭ等に予め格納される。アクチュエータ駆動回路３７は、ＣＰＵ３２の制御を受けて、入力検出情報Ｄ２を入力し、予め設定された押下判定閾値Ｆthと、入力検出情報Ｄ２から得られる加圧力Ｆとを比較し、Ｆth＞Ｆの判定処理や、Ｆth≦Ｆ等の判定処理を実行する。
【０１６１】
この例で、押下判定閾値Ｆth＝１００［ｇｆ］を設定すると、クラシックスイッチの触覚を得るための振動パターンに基づいて入力操作面を振動するようになされる。また、押下判定閾値Ｆth＝２０［ｇｆ］を設定すると、サイバースイッチの触覚を得るための振動パターンに基づいて入力操作面を振動するようになされる。
【０１６２】
ＣＰＵ３２にはアクチュエータ駆動回路３７の他に画像処理部２６が接続され、ボタンアイコンを３次元的に表示するための表示情報Ｄ４を画像処理するようになされる。画像処理後の表示情報Ｄ４を表示手段２９に供給するようになされる。この例で、ＣＰＵ３２は、表示画面中のボタンアイコンを奥行方向に遠近感を有して３次元的に表示するように表示手段２９を表示制御する。
【０１６３】
このように構成された入出力装置９０は、例えば、入力項目選択用の表示画面に表示された複数のボタンアイコンの１つを押下（接触）して当該表示画面上でフィルム状の入力手段２４をＺ方向に押下すると触覚を伴って画面入力操作されるものである。操作者３０は、指３０ａに振動を受けて触感として、ボタンアイコン毎の振動を感じる。
【０１６４】
表示手段２９の表示内容は操作者の目による視覚により、スピーカー３６ａ、３６ｂ等からの放音は、操作者の耳による聴覚により各機能を判断するようになされる。上述のＣＰＵ３２には操作パネル１８が接続され、例えば、相手方の電話番号を手動入力する際に使用される。表示手段２９には上述のアイコン選択画面の他に映像信号Ｓｖに基づいて着信映像を表示するようにしてもよい。
【０１６５】
また、図２３に示すアンテナ１６は、アンテナ共用器２３に接続され、着呼時、相手方からの無線電波を基地局等から受信する。アンテナ共用器２３には受信部２１が接続され、アンテナ１６から導かれる受信データを受信して映像や音声等を復調処理し、復調後の映像及び音声データＤinをＣＰＵ３２等に出力するようになされる。受信部２１には、ＣＰＵ３２を通じて映像＆音声処理部４４が接続され、デジタルの音声データをデジタル／アナログ変換して音声信号Ｓoutを出力したり、デジタルの映像データをデジタル／アナログ変換して映像信号Ｓｖを出力するようになされる。
【０１６６】
映像＆音声処理部４４には大音響用及び受話器を構成するスピーカー３６ａ、３６ｂが接続される。スピーカー３６ａは、着呼時、着信音や着信メロディ等を鳴動するようになされる。スピーカー３６ｂは、音声信号Ｓinを入力して相手方の話声３０ｄ等を拡大するようになされる。この映像＆音声処理部４４にはスピーカー３６ａ、３６ｂの他に、送話器を構成するマイクロフォン５３が接続され、操作者の声を集音して音声信号Ｓoutを出力するようになされる。映像＆音声処理部４４は、発呼時、相手方へ送るためのアナログの音声信号Ｓinをアナログ／デジタル変換してデジタルの音声データを出力したり、アナログの映像信号Ｓｖをアナログ／デジタル変換してデジタルの映像データを出力するようになされる。
【０１６７】
ＣＰＵ３２には受信部２１の他に、送信部２２が接続され、相手方へ送るための映像及び音声データＤout等を変調処理し、変調後の送信データをアンテナ共用器２３を通じアンテナ１６に供給するようになされる。アンテナ１６は、アンテナ共用器２３から供給される無線電波を基地局等に向けて輻射するようになされる。上述のＣＰＵ３２には送信部２２の他に、カメラ３４が接続され、被写体を撮影して、例えば、静止画情報や動作情報を送信部２２を通じて相手方に送信するようになされる。電源ユニット３３は、バッテリーを有しており、ＣＰＵ３２１５、操作パネル１８、受信部２１、送信部２２、入力検出手段４５、圧電アクチュエータ１００ａ及び１００ｂ、表示手段２９、カメラ３４及び記憶手段３５にＤＣ電源を供給するようになされる。
【０１６８】
図２４Ａ及びＢは、触覚Ａ及びＢに係る振動パターン例を示す波形図である。図２４Ａ及びＢにおいて、いずれも横軸は、時間ｔである。縦軸は振動制御電圧Ｖａ等の電圧（振幅Ａｘ）［Ｖ］である。この例では、ボタンアイコンにおいて、それを押し込む時は触覚Ａを与え、それを離す時は触覚Ｂを与える場合を前提とする。
【０１６９】
図２４Ａに示す第２の振動パターンＰａは触覚Ａを与える波形である。その触覚Ａの駆動条件ａは、ボタンアイコンが押し込まれたとき、押下判定閾値Ｆthと加圧力Ｆとの関係がＦth＜Ｆとなる場合であって、第１段階ｉで約０．１秒間、周波数ｆｘ＝５０Ｈｚ、振幅Ａｘ＝５μｍ、回数Ｎｘ＝２回の振動パターンで振動する。以下［ｆｘ  Ａｘ  Ｎｘ］＝［５０  ５  ２］と表記する。同様にして、第２段階iiでは、約０．１秒間、［ｆｘ  Ａｘ  Ｎｘ］＝［１００  １０  ２］の振動パターンで振動するようになされる。
【０１７０】
図２４Ｂに示す第２の振動パターンＰｂは触覚Ｂを与える波形である。その触覚Ｂの駆動条件ｂは、ボタンアイコンが押し込まれた後に、そのボタンアイコン２９ａが放されたとき、押下判定閾値Ｆthと加圧力Ｆとの関係がＦth＞Ｆとなる場合であって、第１段階ｉで約０．１秒間、［ｆｘ  Ａｘ  Ｎｘ］＝［８０  ８  ２］で振動し、同様にして、第２段階iiでは、約０．１秒間、［ｆｘ  Ａｘ  Ｎｘ］＝［４０  ８  ２］の振動パターンで振動する。このような振動パターンに基づいて入力操作面を振動すると、サイバースイッチ等の触覚を得ることができる。
【０１７１】
図２５Ａ及びＢは、加圧力Ｆと振動パターンとの関係例（その１）を示す図である。図２５Ａにおいて、縦軸は加圧力Ｆであり、入力検出信号Ｓ２（二値化後は入力検出情報Ｄ２）から得られる。図２５Ｂにおいて、縦軸は振動制御信号Ｓａ等の電圧（振幅）である。図２５Ａ及びＢにおいて、横軸はいずれも時間ｔである。
【０１７２】
一般に、ボタンスイッチ操作等において、入力モーションピークが存在する。設計通りの押下速度（操作入力速度）である場合、その加圧力Ｆは３０［ｇｆ］乃至２４０［ｇｆ］程度であることが知られている。図２５Ａに示す加圧力分布波形Ｉは、入力装置設計時に基準とした、Ｚ方向への押下速度による加圧力Ｆを反映したものである。
【０１７３】
この例で入力検出手段４５から得られる入力検出信号Ｓ２に対して予め押下判定閾値Ｆthが設定され、ＣＰＵ３２は、入力検出信号Ｓ２の立ち上がり波形が押下判定閾値Ｆthを横切る時刻ｔ１１に第２の振動パターンＰａを発生し、入力検出信号Ｓ２の立ち下がり波形が押下判定閾値Ｆthを横切る時刻ｔ２１に第２の振動パターンＰｂを発生するようにアクチュエータ振動回路３７を制御する。
【０１７４】
このようにすると、入力検出手段４５が入力装置設計時に基準とした加圧力Ｆを検出し、ＣＰＵ３２等が押下判定閾値Ｆth＜加圧力Ｆを検出したとき、触覚Ａを起動することができ、押下判定閾値Ｆth＞加圧力Ｆを検出したとき、触覚Ｂを起動することができる。なお、振動パターンＰａと振動パターンＰｂとの間には、無振動の空白期間Ｔｘ＝Ｔ１が設けられる。この空白期間Ｔｘは、Ｚ方向への押圧速度に応じて可変するようになされる。
【０１７５】
図２６Ａ及びＢは、加圧力Ｆと振動パターンとの関係例（その２）を示す図である。図２６Ａにおいて、縦軸は加圧力Ｆであり、入力検出信号Ｓ２（二値化後は入力検出情報Ｄ２）から得られる。図２６Ｂにおいて、縦軸は振動制御信号Ｓａ等の電圧（振幅）である。図２６Ａ及びＢにおいて、横軸はいずれも時間ｔである。
【０１７６】
図２６Ａに示す加圧力分布波形IIは、図２５Ａに示した基準押下速度よりも早くボタンアイコン等を押下した場合の加圧力Ｆを反映したものである。この例でも、図２５Ａと同様にして、入力検出手段４５から得られる入力検出信号Ｓ２に対して予め押下判定閾値Ｆthが設定され、ＣＰＵ３２は、入力検出信号Ｓ２の立ち上がり波形が押下判定閾値Ｆthを横切る時刻ｔ１２に振動パターンＰａを発生し、入力検出信号Ｓ２の立ち下がり波形が押下判定閾値Ｆthを横切る時刻ｔ２２に振動パターンＰｂを発生するようにアクチュエータ振動回路３７を制御する。
【０１７７】
このようにすると、入力検出手段４５が基準押下速度よりも早くボタンアイコン等が押下された場合の加圧力Ｆを検出し、ＣＰＵ３２等が押下判定閾値Ｆth＜加圧力Ｆを検出したとき、触覚Ａを起動することができる。また、ＣＰＵ３２等が押下判定閾値Ｆth＞加圧力Ｆを検出したとき、触覚Ｂを起動することができる。なお、振動パターンＰａと振動パターンＰｂとの間には、無振動の空白期間Ｔｘ＝Ｔ２（Ｔ２＜Ｔ１）が設けられる。
【０１７８】
このように、設計時の押下速度よりも早い押下速度である場合であっても、前半で触覚Ａが伝わり、クリック感のある荷重に到達させることができ、その後半で、触覚Ｂが伝わり、クリック感のあるストロークに到達させることができる。この例で押下判定閾値Ｆth＝１００［ｇｆ］を設定すると、クラシックスイッチの触覚を得ることができる。
【０１７９】
続いて、携帯電話機２００における情報処理例について説明をする。図２７は、第５の実施例に係る携帯電話機２００における情報処理例を示すフローチャートである。
【０１８０】
この例では、携帯電話機２００において、第１〜４の実施例に係る振動伝達構造１０１〜１０４のいずれかを備えると共に、操作者の指３０ａで当該携帯電話機２００の表示画面上の入力操作面を押下操作して情報を入力する場合を前提とする。携帯電話機２００には、例えば、同一振動モード内において、操作者の指３０ａ等による加圧力Ｆをパラメータにして波形を加工する機能（アルゴリズム）が備えられる。ＣＰＵ３２は、入力検出情報Ｄ２から加圧力Ｆを算出し、図２５Ａに示したような駆動条件ａ，ｂに対応して判別を行い、その判別結果で、同一の振動モード内において、いかなる種類の入力に対しても、入力動作中の動きに対応した触覚を発生できるようにした。
【０１８１】
これらを情報処理条件にして、ＣＰＵ３２は、図２７に示すフローチャートのステップＧ１で電源オンを待機する。例えば、ＣＰＵ３２は電源オン情報を検出してシステムを起動する。電源オン情報は通常、時計機能等が稼働し、スリーピング状態にある携帯電話機等の電源スイッチをオンされたときに発生する。
【０１８２】
そして、ステップＧ２に移行してＣＰＵ３２は、アイコン画面を表示するように表示手段２９を制御する。例えば、ＣＰＵ３２は、表示手段２９に表示データＤ４を供給して表示画面に入力情報を表示する。表示画面に表示された入力情報は、入力操作面を有した入力検出手段４５を通じて目視可能になされる。そして、ステップＧ３に移行してＣＰＵ３２は、ボタンアイコン入力モード又はその他の処理モードに基づいて制御を分岐する。ボタンアイコン入力モードとは、ボタンアイコン選択時に入力操作面上のアイコンボタンを押下する入力操作をいう。
【０１８３】
ボタンアイコン入力モードが設定された場合、ボタンアイコンが押し込まれるので、ステップＧ４に移行してＣＰＵ３２は入力検出情報Ｄ２に基づいて加圧力Ｆを算出する。このとき、力検出手段５５ａ〜５５ｄは、入力操作面における操作者の指３０ａの押下位置の加圧力Ｆを検出し、入力検出信号Ｓ２をＡ／Ｄドライバ３１に出力する。Ａ／Ｄドライバ３１は入力検出信号Ｓ２をＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換後の入力検出情報Ｄ２をＣＰＵ３２に転送する。
【０１８４】
そして、ステップＧ５に移行して、ＣＰＵ３２は加圧力Ｆと押下判定閾値Ｆthとを比較し、これらの関係がＦ＞Ｆthとなるか否かを判別する。これらの関係がＦ＞Ｆthとなる場合は、ステップＧ６に移行して触覚Ａを起動する。触覚Ａは、圧電アクチュエータ１００ａ及び１００ｂによって、操作者の指３０ａの加圧力Ｆに対応した振動パターンＰａに基づいて入力操作面を振動することで得られる。
【０１８５】
例えば、触覚Ａは、図２４Ａに示した周波数ｆｘ、振幅Ａｘ及び回数Ｎｘに関して、第１段階ｉで約０．１秒間、［ｆｘ  Ａｘ  Ｎｘ］＝［５０  ５  ２］の振動パターンで振動し、第２段階iiでは、約０．１秒間、［ｆｘ  Ａｘ  Ｎｘ］＝［１００  １０  ２］の振動パターンで振動する。このようにすると、操作者の”加圧力”に合わせた異なる振動パターンを発生させることができる（駆動条件ａ）。
【０１８６】
その後、ステップＧ７に移行してＣＰＵ３２は更に加圧力Ｆを検出する。加圧力Ｆは、力検出手段５５ａ〜５５ｄによってボタンアイコン２９ａの押し込みに続いてボタンアイコン２９ａから離れる状態が検出される。このとき、力検出手段５５ａ〜５５ｄは、入力操作面における操作者の指３０ａの押下位置から離れるときの加圧力Ｆを検出し、入力検出信号Ｓ２をＡ／Ｄドライバ３１に出力する。Ａ／Ｄドライバ３１は入力検出信号Ｓ２をＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換後の入力検出情報Ｄ２をＣＰＵ３２に転送する。
【０１８７】
そして、ステップＧ８に移行してＣＰＵ３２は、加圧力Ｆと押下判定閾値Ｆthとを比較し、これらの関係がＦ＜Ｆthか否かを判別する。これらの関係がＦ＜Ｆthとなる場合は、触覚Ｂを起動する。触覚Ｂは、圧電アクチュエータ１００ａ及び１００ｂによって、操作者の指３０ａの加圧力Ｆに対応した振動パターンＰｂに基づいて入力操作面を振動することで得られる。そのボタンアイコン２９ａが放された触覚Ｂは、例えば、図２４Ｂに示した第１段階ｉで約０．１秒間、［ｆｘ  Ａｘ  Ｎｘ］＝［８０  ８  ２］の振動パターンで振動し、第２段階iiでは、約０．１秒間、［ｆｘ  Ａｘ  Ｎｘ］＝［４０  ８  ２］の振動パターンで振動する。このようにすると、操作者の”加圧力”に合わせた異なる振動パターンを発生させることができる（駆動条件ｂ）。
【０１８８】
その後、ステップＧ１０に移行して入力を確定する。このとき、ＣＰＵ３２は、入力操作面で当該押下位置に表示された入力情報を確定する。そして、ステップＧ１２に移行する。なお、ステップＧ３で他の処理モードが選択された場合は、ステップＧ１１に移行して他の処理モードを実行する。他の処理モードには、電話モードやメール作成、送信表示モード等が含まれる。電話モードには、相手方に電話を発信する操作が含まれる。ボタンアイコンは、電話モード選択時の文字入力項目が含まれる。他の処理モードを実行した後は、ステップＧ１２に移行する。
【０１８９】
ステップＧ１２でＣＰＵ３２は終了判断をする。例えば、電源オフ情報を検出して情報処理を終了する。電源オフ情報が検出されない場合は、ステップＧ２に戻って、メニュー等のアイコン画面を表示し、上述した処理を繰り返すようになされる。
【０１９０】
このように、第５の実施例としての触覚機能付きの入出力装置９０を応用した携帯電話機２００によれば、本発明に係る振動伝達構造１０１、１０２、１０３又は１０４が応用される。これを前提にして、フィルム状の入力手段２４の入力操作面の張力を圧電アクチュエータ１００ａ，１００ｂにより制御することができる。
【０１９１】
従って、入力手段２４の入力操作面を縮む方向及び延びる方向に任意に振動させることができる。これにより、入力操作面の材質がガラス等の固体からフィルム等の軟質部材に代わった場合でも、入力手段２４によって検出された操作者の指３０ａ等に再現性良く触覚を提示できるようになる。
【０１９２】
また、従来方式の振動伝達構造（特開２００３−１５８１４号公報）と比較して、携帯電話機や情報携帯端末装置の薄型が図れるばかりか、触覚の波形を任意に生成することができるので、多種多様な触覚情報をユーザに提示できるようになる。従って、入力操作に対するアクナレッジやその他の触覚情報等をユーザに提示可能な触覚入力機能付きの携帯電話機を提供できるようになる。
【産業上の利用可能性】
【０１９３】
この発明は予め準備された入力項目選択用の表示画面の中からアイコンを選択して情報を入力するとき、操作体に触覚提示をする情報処理装置や、携帯電話機、情報携帯端末装置等に適用して極めて好適である。
【図面の簡単な説明】
【０１９４】
【図１】第１の実施例としての振動伝達構造例を示す斜視図である。
【図２】多層バイモルフ型の圧電アクチュエータ１００ａ等の構造例を示す断面図である。
【図３】圧電アクチュエータ１００ａ等の内部電極層ＩＥ１〜ＩＥ１６の内部結線例を示す断面図である。
【図４】第１の振動伝達構造１０１に係る制御系の構成例を示すブロック図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、記憶手段（波形ライブラリー）３５内の素材波形パターン例を示す波形図である。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は、波形指定コマンド例及び振動波形パターン例を示す図である。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は、振動合成波形パターン及びその指示例を示す図である。
【図８】（Ａ）は、第１の振動伝達例を示す簡易回路図、（Ｂ）は、図８Ａに示した振動伝達構造例におけるＸ１−Ｘ１矢視断面図である。
【図９】（Ａ）は、第１の振動伝達構造に係る振動波形パターン例、（Ｂ）は、入力操作面の縮小例を示す図である。
【図１０】（Ａ）は、振動波形パターン例、（Ｂ）は、入力操作面の拡張例を示す図である。
【図１１】第２の実施例としての振動伝達構造例を示す斜視図である。
【図１２】（Ａ）は、第２の振動伝達例を示す簡易回路図、（Ｂ）は、図１２Ａに示した振動伝達構造例におけるＸ２−Ｘ２矢視断面図である。
【図１３】第３の実施例としての振動伝達構造例を示す斜視図である。
【図１４】（Ａ）は、第３の振動伝達例を示す簡易回路図、（Ｂ）は、図１４Ａに示した振動伝達構造例におけるＸ３−Ｘ３矢視断面図である。
【図１５】第４の実施例としての振動伝達構造例を示す斜視図である。
【図１６】（Ａ）及び（Ｂ）は、振動伝達構造例（補足）を示す上面図及び一部破砕の正面図である。
【図１７】第４の振動伝達例を示す簡易回路図である。
【図１８】（Ａ）は、第４の振動伝達構造に係る振動波形パターン例、（Ｂ）は、入力操作面の縮小例を示す図である。
【図１９】（Ａ）は、振動波形パターン例を示す波形図、（Ｂ）は、入力操作面の拡張例を示す上面図である。
【図２０】第５の実施例としての触覚入力機能付きの携帯電話機２００の構成例を示す斜視図である。
【図２１】触覚機能付きの入出力装置９０の構造例を示す斜視図である。
【図２２】（Ａ）及び（Ｂ）は、入出力装置９０の構造例を補足する上面図及びＸ５−Ｘ５矢視断面図である。
【図２３】触覚入力機能付き携帯電話機２００の内部構成例を示すブロック図である。
【図２４】（Ａ）及び（Ｂ）は、触覚Ａ及びＢに係る振動パターン例を示す波形図である。
【図２５】（Ａ）及び（Ｂ）は、加圧力Ｆと振動パターンとの関係例（その１）を示す図である。
【図２６】（Ａ）及び（Ｂ）は、加圧力Ｆと振動パターンとの関係例（その２）を示す図である。
【図２７】第５の実施例に係る携帯電話機２００における情報処理例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１９５】
４ａ，４ｂ・・・積層圧電体、５ａ，５ｂ・・・係合部、１０・・・下部筐体、１１，１２・・・表面電極層、１３・・・フレーム（枠体）、１５・・・制御装置、１８・・・操作パネル、２０・・・上部筐体、２１・・・受信部、２２・・・送信部、２４・・・入力手段、２９・・・表示手段、３２・・・ＣＰＵ（制御装置）、３５・・・記憶手段、３７・・・アクチュエータ駆動回路、４５・・・入力検出手段、５１・・・回転レンジ機構、９０・・・触覚機能付きの入出力装置、１００ａ〜１００ｄ・・・圧電アクチュエータ（圧電体）、２００・・・携帯電話機（電子機器）
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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