(57)【要約】【課題】操作面の板厚を薄くしてノイズの発生を抑えた場合でも、操作面の破損を抑えることのできる技術の提供を課題とする。【解決手段】ユーザのタッチ操作を受け付けて制御信号を出力するタッチ入力装置であって、前記ユーザのタッチ操作を受ける第一の板と、前記第一の板に取り付けられて前記第一の板を人の可聴域より高い周波数で振動させる振動体と、前記第一の板と所定の間隔を空けて固定され、前記第一の板を支持する第二の板とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザのタッチ操作を受け付けて制御信号を出力するタッチ入力装置であって、
前記ユーザのタッチ操作を受ける第一の板と、
前記第一の板を振動させる振動体と、
前記第一の板と所定の間隔を空けて固定され、前記第一の板を支持する第二の板と、
を備えることを特徴とするタッチ入力装置。
【請求項２】
前記第一の板の端部に前記振動体が設けられ、前記第二の板と前記第一の板とが端部近傍において部分的に貼り合わされている請求項１に記載のタッチ入力装置。
【請求項３】
前記振動体により前記第一の板に定常波を生じさせた場合に、前記定常波の振幅が極大となる位置に前記振動体が配置されている請求項１又は２に記載のタッチ入力装置。
【請求項４】
前記第一の板及び前記振動体の平面形状が長方形であり、前記第一の板の短辺に、前記振動体の長辺が沿うように配置されている請求項１から３の何れか１項に記載のタッチ入力装置。
【請求項５】
前記ユーザのタッチ位置を検出するタッチパネルと、
前記タッチ位置に応じて前記振動体による振動を変化させる制御部と、
を備える請求項１〜４の何れか１項に記載のタッチ入力装置。
【請求項６】
請求項５に記載のタッチ入力装置と、
前記タッチパネルで検出したタッチ位置に応じた機能を実現する機能部と、
を備えるシステム。
【請求項７】
ユーザのタッチ操作を受ける第一の板の端部に、前記第一の板を人の可聴域より高い周波数で振動させる振動体を配置し、
前記第一の板を支持する第二の板と前記第一の板とを所定の間隔を空けて、端部近傍において部分的に貼り合わせるタッチ入力装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチ入力装置、システム及びタッチ入力装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチパネルを備えたディスプレイやタッチパッドといった、ユーザが操作面に触れて操作（タッチ操作）することで入力を行うタッチ入力装置が広く知られている。近年、このタッチ入力装置の操作面を振動させることで、操作面に触れるユーザに特定の触感を与える技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１６０８２７号
【特許文献２】特開２０１２−２０３８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように操作面を振動させる場合、操作面の板厚が厚いと振動によるノイズが大きくなるといった問題が生じてしまう。一方、ノイズの発生を抑える為に操作面の板厚を薄くすると、タッチ操作に対する機械的強度を確保できず、破損し易くなってしまうという問題点がある。
【０００５】
そこで本発明は、操作面の板厚を薄くしてノイズの発生を抑えた場合でも、操作面の破損を抑えることのできる技術の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のタッチ入力装置は、上述した課題を解決するため、
ユーザのタッチ操作を受け付けて制御信号を出力する装置であって、
前記ユーザのタッチ操作を受ける第一の板と、
前記第一の板を人の可聴域より高い周波数で振動させる振動体と、
前記第一の板と所定の間隔を空けて固定され、前記第一の板を支持する第二の板と、
を備える。
【０００７】
上記構成により、第一の板が第二の板によって支持されるので、第一の板を薄く構成することができ、第一の板を振動させた際のノイズの発生を抑制できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、操作面の板厚を薄くしてノイズの発生を抑えた場合でも、操作面の破損を抑える技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、タッチ入力装置を備えたシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、パネル部分の断面図である。
【図３】図３は、操作ユニットの分解斜視図である。
【図４】図４は、振動体、振動パネル及び支持パネルの位置関係を示す図である。
【図５】図５は、振動パネルを共振させ得る位置の説明図である。
【図６】図６は、タッチ入力装置の動作の流れを示す図である。
【図７】図７は、触感の変化の説明図である。
【図８】図８は、触感を変化させる領域を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。
〈実施形態１〉
〈装置構成〉
図１は、タッチ入力装置を備えたシステムの構成を示すブロック図、図２は、パネル部分の断面図、図３は、操作ユニットの分解斜視図である。
【００１１】
図１に示すように、本システム１００は、パネルユニット１０、制御部２０、機能部３０を備えている。パネルユニット１０は、ユーザのタッチ操作を受け、タッチ位置を示す信号を制御部２０へ入力すると共に、制御部２０による制御に応じて操作面を振動させ、ユーザに所定の触感を与える。また、パネルユニット１０は、ユーザに対して表示を行う表示パネル１５を有しても良い。
【００１２】
制御部２０は、パネルユニット１０を制御する。例えば、ユーザのタッチ位置に応じて操作面を振動させて、ユーザにタッチ位置に応じた触感を与えるように制御する。また、パネルユニット１０で受け付けたユーザのタッチ操作に応じて制御信号を生成し、機能部３０へ出力する。更に、パネルユニット１０が表示パネル１５を有する場合、制御部２０は、機能部から取得した画像情報をパネルユニット１０へ送信して表示させる。
【００１３】
このパネルユニット１０と制御部２０は、本実施形態において、タッチ入力装置１２０を構成している。
【００１４】
機能部３０は、タッチ入力装置１２０からの制御信号に応じて機能を実行するものである。例えば、システム１００が、ナビゲーションシステムの場合、ナビゲーション機能を実行する機能部３０を備え、タッチ入力装置１２０からの制御信号に応じて、目的地までの経路の算出や、経路の表示といったナビゲーション機能を実行する。また、これに限らず、機能部３０は、オーディオやエアコンの機能を実行するものであっても良い。即ち、システム１００は、タッチ入力装置１２０をオーディオの操作部として備えた装置や、タッチ入力装置１２０をエアコンの操作部として備えた装置であっても良い。
【００１５】
次に、パネルユニット１０について詳細に説明する。図２、図３に示すように、パネルユニット１０は、振動体１１、振動パネル１２、スペーサ１３、支持パネル１４、表示パネル１５を備えている。
【００１６】
振動パネル１２は、振動体１１によって振動させられることにより、タッチ操作を行うユーザに所定の触感を呈示する第一の板である。振動パネル１２は、パネルユニット１０において、最もユーザ側（外側）に位置し、このユーザ側の面（表面）がユーザによるタッチ操作を受ける操作面となっている。振動パネル１２は、平板状であって、板厚が支持パネル１４と比べて薄く形成されている。振動パネル１２の板厚は、例えば、０．１〜１ｍｍや、０．１〜０．５ｍｍであり、本実施形態では０．３ｍｍである。振動パネル１２の材質としては、ガラスやプラスチックが挙げられるが、特に限定されるものではない。なお、パネルユニット１０が表示パネル１５を備える場合、振動パネル１２は、ガラスやアクリル等の透明な材料によって構成される。
【００１７】
振動体１１は、ピエゾ素子やバイブレータ等、制御部２０からの駆動信号に応じて振動パネル１２を振動させる素子である。
【００１８】
支持パネル１４は、振動パネル１２と略平行に所定の間隔を空けて固定され、振動パネル１２を支持する第二の板である。支持パネル１４の板厚は、例えば、０．５〜５ｍｍや、１ｍｍ〜３ｍｍであり、本実施形態では１．１ｍｍである。支持パネル１４の材質としては、ガラスやプラスチックが挙げられるが、特に限定されるものではない。なお、パネルユニット１０が表示パネル１５を備える場合、振動パネル１２は、ガラスやアクリル等の透明な材料によって構成される。
【００１９】
スペーサ１３は、振動パネル１２と支持パネル１４の間隔を確保するための部材である。即ち、スペーサ１３が振動パネル１２と支持パネル１４との間に介在することで、スペーサ１３の厚さ分の間隔を隔てて振動パネル１２と支持パネル１４が略平行に固定される。なお、この間隔は、例えば、０．１〜２ｍｍや、０．１ｍｍ〜１ｍｍであり、本実施形態では０．４ｍｍである。本実施形態では、振動パネル１２と支持パネル１４を平行とし、振動パネル１２と支持パネル１４との間隔が、平面内のどの位置でも均一に設定されているが、これは厳密に平行でなくても良く、例えば、振動パネル１２と支持パネル１４との間隔が、平面内の位置によって±５０％程度異なってもよい。また、換言すると、振動パネル１２の振動が支持パネル１４に伝わらないように、振動パネル１２と支持パネル１４とを僅かでも離間させ、且つタッチ操作によって振動パネル１２が撓んだ場合に、支持パネル１４に当接して支持されるように、この撓みによって振動パネル１２が破損しない距離に支持パネル１４を配置すれば良い。
【００２０】
また、スペーサ１３は、振動パネル１２の振動が支持パネル１４に伝わるのを抑えるフィルタ（インシュレータ）の機能を有しても良い。例えば、スペーサ１３が、弾性を有する部材で構成され、振動を吸収することで、支持パネル１４に伝わる振動を抑える構成であっても良い。
【００２１】
本実施形態のスペーサ１３は、振動パネル１２と支持パネル１４との接合面に粘着層を有する両面テープであり、図３に示されるように、筐体１７に保持された支持パネル１４の周縁に沿って口の字状に貼付される。この両面テープであるスペーサ１３に振動パネル１２の裏面周縁が貼り付けられることで、振動パネル１２と支持パネル１４が端部において部分的に貼り合わせられる。即ち、振動パネル１２と支持パネル１４は、スペーサ１３が配置された周縁部でのみ貼り合わされ、スペーサ１３による口の字の内側は張り合わされず空洞となっている。
【００２２】
また、本実施形態の支持パネル１４は、ユーザのタッチ位置を検出するタッチパネルでもある。例えば抵抗膜方式や、静電容量方式等の公知の方式で、ユーザがタッチした位置を検出し、検出した位置を示す信号を制御部２０へ通知する。なお、タッチパネルを支持パネル１４と一体に構成するものに限らず、支持パネル１４とは別に、タッチパネルを支持パネル１４の裏面側に配置しても良い。
【００２３】
図４は、振動体１１、振動パネル１２及び支持パネル１４の位置関係を示す図である。図４に示されるように、振動体１１及び振動パネル１２は、平面形状が長方形であり、振動パネル１２の短辺に、振動体１１の長辺が沿うように配置されている。この振動パネル１２の表面において、振動体１１の内側の矩形部分を操作領域１８とし、この操作領域１８にユーザがタッチした場合に、このタッチ位置を支持パネル（タッチパネル）１４が検知する。例えば、操作領域１８の頂点の一つ（図４では左上の頂点）を原点とし、振動パネル１２の長手方向（図４のＸ軸方向）と、振動パネル１２の短手方向（図４のＹ軸方向）における座標としてタッチ位置を検知する。
【００２４】
次に、制御部２０について詳細に説明する。図１に示されるように、制御部２０は、ＣＰＵ２１や、駆動部２２、検出部２３、メモリ２４を備えている。
【００２５】
検出部２３は、支持パネル（タッチパネル）１４から、ユーザのタッチ位置を示す信号を取得して、ＣＰＵ２１へ入力する。
【００２６】
メモリ２４は、主記憶装置と補助記憶装置とを含む。主記憶装置は、ＣＰＵ２１の作業領域，プログラムやデータの記憶領域，通信データのバッファ領域として使用される。主記憶装置は、例えば、Random Access Memory（ＲＡＭ），或いはＲＡＭとRead Only Memory（ＲＯＭ）との組み合わせで形成される。
【００２７】
ＣＰＵ２１は、ＭＰＵ（Micro Processor Unit）、マイクロプロセッサ、プロセッサ、処理装置とも呼ばれる。ＣＰＵ２１は、単一のプロセッサに限定される訳ではなく、マルチプロセッサ構成であってもよい。また、単一のソケットで接続される単一のＣＰＵがマルチコア構成を有していても良い。上記各部の少なくとも一部の処理は、ＣＰＵ以外のプロセッサ、例えば、Digital Signal Processor(DSP)、Graphics Processing Unit（GPU）、数値演算プロセッサ、ベクトルプロセッサ、画像処理プロセッサ等の専用プロセッサで行われても良い。また、上記各部の少なくとも一部の処理は、集積回路（ＩＣ）、その他のデジタル回路であっても良い。また、上記各部の少なくとも一部にアナログ回路が含まれても良い。集積回路は、ＬＳＩ，Application Specific Integrated Circuit（ASIC）
，プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）を含む。ＰＬＤは、例えば、Field-Programmable Gate Array(FPGA)を含む。上記各部は、プロセッサと集積回路との組み合わせで
あっても良い。組み合わせは、例えば、ＭＣＵ（Micro Controller Unit），ＳｏＣ（System-on-a-chip），システムＬＳＩ，チップセットなどと呼ばれる。
【００２８】
ＣＰＵ６０１は、メモリ２４に記憶されたプログラムを主記憶装置にロードして実行する。メモリ２４には、オペレーティングシステムやファームウェアといったプログラムがインストールされている。
【００２９】
ＣＰＵ２１は、プログラムを実行することによって、ユーザのタッチ位置に応じてユーザに呈示する触感を決定し、この触感を呈示する振動を行わせる指示信号を駆動部２２へ通知する触感指示部として機能する。
【００３０】
また、ＣＰＵ２１は、機能部３０から取得した画像信号に基づいて表示パネル１５に画像を表示させる表示制御部としても機能する。更に、ＣＰＵ２１は、検出部２３で取得したタッチ位置を示す制御信号を機能部３０へ入力する信号入力部としても機能する。
【００３１】
駆動部２２は、ＣＰＵ２１からの指示信号に基づいて、振動体１１を駆動する。例えば、振動体１１を人の可聴域を超えた周波数で振動させて、振動パネル１２が固有の周波数Ｆｏで振動するように変調した駆動電流を振動体１１へ供給する。なお、振動体１１や振動パネル１２の振動は、人の可聴域を超えた周波数に限らず、人の可聴域であっても良い。
【００３２】
〈製造方法〉
次に、タッチ入力装置１２０の製造方法について説明する。タッチ入力装置１２０は、振動体１１の振動により、振動パネル１２を共振させることにより、ユーザに明確な触感を呈示できるようにしている。このため、振動体１１は、振動パネル１２の表面端部であって、振動パネル１２を共振させ得る位置に配置されている。
【００３３】
この共振させ得る位置は、例えば、以下の手法によって求める。図５は、振動パネル１２を共振させ得る位置９１の説明図である。先ず、振動パネル１２の平面形状における長手方向の長さや幅、厚さ、密度といった振動パネル１２の性状に基づいて、固有値解析を
行い、振動パネル１２の固有振動数を求める。次に、この固有振動数で振動パネル１２を振動させ、振動パネル１２の長手方向に進行する定常波９０を発生させた場合に、この定常波の節(node)と節(node)の間に現れる腹(anti-node)の位置、即ち定常波の振幅が極大
となる位置を求める。そして、振動パネル１２の長手方向端部であって、定常波の振幅が極大となる位置に振動体１１を仮置きし、この振動体１１の位置を振動パネル１２の長手方向に微調整する。例えば、腹(anti-node)の位置に対する振動体１１の端部或は中央部
の位置を調整し、最も良く共振する位置を共振させ得る位置９１として求める。
【００３４】
このように振動パネル１２における長手方向の位置を上記共振させ得る位置９１とし、振動パネル１２の短辺に沿う方向（短手方向）に振動体１１を配置する。
【００３５】
そして、筐体１７に保持された支持パネル１４の表面周縁と振動パネル１２の裏面周縁をスペーサ１３を介して貼り合せることで、タッチ入力装置１２０を製造する。
【００３６】
〈タッチ入力装置の動作〉
次に、タッチ入力装置１２０によって、ユーザに触感を呈示する動作について説明する。図６は、タッチ入力装置１２０の動作の流れを示す図、図７は、触感の変化の説明図、図８は、触感を変化させる領域を示す図である。
【００３７】
タッチ入力装置１２０は、電源が投入された場合やユーザ等から開始の指示を受けた場合に図６の処理を開始する。先ず、タッチ入力装置１２０は、支持パネル（タッチパネル）１４により、ユーザのタッチ位置を求める(ステップＳ１０)。
【００３８】
次に、タッチ入力装置１２０は、ユーザのタッチ位置に基づき、振動パネル１２をどのように振動させるかを示す指示信号を決定する(ステップＳ２０)。この指示信号は、振動パネル１２が共振する周波数Ｆｏであって一定の振幅で振動させるものや、周波数Ｆｏであって振幅を断続的に変化させるもの、また、これらの振幅を特定の大きさとしたもの等、振動の状態を規定する信号である。このとき、どのタッチ位置に対して、どの指示信号に決定するかは、例えば、予めデータテーブルとしてメモリ２４に記憶しておき、ステップＳ１０で取得したタッチ位置と対応した指示信号を読み出す。なお、指示信号は、振動を停止させる指示を含んでも良い。
【００３９】
そして、タッチ入力装置１２０は、指示信号を駆動部２２へ送り、指示信号に応じて変調した駆動電力を振動体１１に供給して振動パネル１２を振動させる（ステップＳ３０）。なお、図６の処理は、電源の切断や停止の指示があるまで周期的に実行される。これによりユーザが操作面をなぞるようにタッチ位置を変化させた場合、このタッチ位置に応じて振動パネル１２の振動状態を変化させ、触感を異ならせている。
【００４０】
例えば、周波数Ｆｏであって一定の振幅で振動させた場合、図７（ａ）に示されるように、振動パネル１２の操作面をなぞるユーザの指先と操作面との間に、高圧の空気層があるかのようなツルツルとした摩擦抵抗の少ない触感を呈示することができる。また、周波数Ｆｏであって振幅を断続的に変化させた場合、図７（ｂ）に示されるように、振動パネル１２の操作面をなぞるユーザの指先に対して摩擦抵抗の少ない部分と摩擦抵抗の高い部分とが断続的に現れ、ザラザラとした触感を呈示することができる。
【００４１】
本実施形態のタッチ入力装置１２０は、このようにタッチ位置によって触感を切り替えることにより、操作領域のボタン（ソフトキー）の位置や操作領域の境界の触感を特定の触感によって示している。
【００４２】
例えば、図８に示される操作領域内のボタンやアイコン等のオブジェクト９２と、操作
領域の境界９３と、この境界９３内であってオブジェクト９２以外の余白部分９４とで呈示する触感を切り替える。図８の例では、タッチ位置が、オブジェクト９２及び境界９３に位置している場合には、振動パネル１２の振動を断続的に変調させ、タッチ位置が、余白部分９４に位置している場合、振動パネル１２の振動を一定とする。これにより、ユーザがオブジェクト９２及び境界９３の位置をタッチするとザラザラの触感が呈示され、余白部分９４の位置をタッチするとツルツルの触感が呈示される。なお、オブジェクト９２と境界９３とで振幅の大きさや断続的に変化させるタイミングを異ならせることで、触感を変えるようにしてもよい。このため、ユーザが運転中の場合に、操作面を注視しなくてもオブジェクト９２の位置や操作領域の境界９３を触感によって把握でき、ナビゲーション部等の機能部に対する操作を行うことができる。
【００４３】
〈実施形態の作用・効果〉
以上のように、本実施形態では、ユーザのタッチ操作を受ける振動パネル１２と、振動パネル１２を振動させる振動体１１と、振動パネル１２と所定の間隔を空けて固定され、前記振動パネル１２を支持する支持パネル１４とを備えた。
【００４４】
この構成により、振動パネル１２が支持パネル１４によって支持されるので、振動パネル１２を薄く構成することができ、振動パネル１２を振動させた際のノイズの発生を抑制できる。このとき、振動体１１や振動パネル１２を人の可聴域より高い周波数で振動させることで、この振動を音としてユーザに感じさせることなく、触感を呈示することができる。なお、これに限らず、振動体１１や振動パネル１２を人の可聴域で振動させても良い。このように、振動体１１や振動パネル１２を人の可聴域で振動させることで音が生じる場合でも、振動パネル１２を薄く構成することで、振動パネル１２を振動させた際の音圧レベルが下がるので、これに伴うノイズの発生も抑制できる。
【００４５】
また、本実施形態のタッチ入力装置は、振動パネル１２の端部に振動体１１が設けられ、支持パネル１４と振動パネル１２とが端部近傍において部分的に貼り合わされている。
【００４６】
この構成により、振動パネル１２を振動させた場合でも支持パネル１４への振動の伝達が抑えられ、ノイズの発生を抑制できる。
【００４７】
また、本実施形態のタッチ入力装置は、振動体１１により振動パネル１２に定常波を生じさせた場合に、定常波の振幅が極大となる位置に振動体１１が配置されている。
【００４８】
この構成により、振動パネル１２を効率良く振動させ、明確に触感を呈示させることができる。
【００４９】
また、本実施形態のタッチ入力装置は、振動パネル１２及び振動体１１の平面形状が長方形であり、振動パネル１２の短辺に、振動体１１の長辺が沿うように配置されている。
【００５０】
この構成により、振動パネル１２の振動し易い方向（長手方向）へ進行するように振動をさせ、振動パネル１２を効率良く振動させることにより、明確に触感を呈示させることができる。
【００５１】
また、本実施形態のタッチ入力装置は、ユーザのタッチ位置を検出するタッチパネル（支持パネル）と、タッチ位置に応じて振動体１１による振動を変化させる制御部２０とを備える。
【００５２】
この構成により、ユーザのタッチ位置に応じて触感を変化させ、タッチ位置を触感の変化によってユーザに認識させることができる。例えば、操作領域内のオブジェクトをタッ
チした場合や、操作領域の境界をタッチした場合に特定の触感を呈示することにより、これらにタッチしたことをユーザに認識させることができる。
【００５３】
また、本実施形態のシステムは、前述のタッチ入力装置１２０と、前記タッチパネルで検出したタッチ位置に応じた機能を実現する機能部３０とを備える。
【００５４】
この構成により、操作面を注視しなくてもオブジェクト９２の位置や操作領域の境界９３を触感によって把握でき、機能部３０に対する操作を行うことができる。
【００５５】
また、本実施形態のタッチ入力装置の製造方法は、ユーザのタッチ操作を受ける振動パネル１２の端部に、振動パネル１２を振動させる振動体１１を配置し、振動パネル１２を支持する支持パネル１４と振動パネル１２とを所定の間隔を空けて、端部近傍において部分的に貼り合わせる。
【００５６】
この構成により、振動パネル１２を薄く構成することができ、振動パネル１２を振動させた際のノイズの発生を抑制できるタッチ入力装置を製造できる。
【００５７】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１０  パネルユニット
１１  振動体
１２  振動パネル
１３  スペーサ
１４  支持パネル
１５  表示パネル
１７  筐体
１８  操作領域
２０  制御部
２２  駆動部
２３  検出部
２４  メモリ
３０  機能部
１００  システム
１２０  タッチ入力装置
【図１】
2018010413.tif 000003
【図２】
2018010413.tif 000004
【図３】
2018010413.tif 000005
【図４】
2018010413.tif 000006
【図５】
2018010413.tif 000007
【図６】
2018010413.tif 000008
【図７】
2018010413.tif 000009
【図８】
2018010413.tif 000010