(57)【要約】【課題】触覚に基づいて入力操作を行えるようにスイッチ装置を制御可能なスイッチ制御装置を提供する。【解決手段】平面上に行列状に配列され、平面と直交する方向に伸縮可能な複数の圧電素子を有する入力スイッチを制御するスイッチ制御装置であって、入力スイッチの利用シーンを判定する利用シーン判定部と、入力スイッチの利用シーン毎に圧電素子の各々の駆動方法を規定した素子配列マップに基づいて、圧電素子の各々を駆動する素子駆動部とを備え、素子駆動部は、一部の圧電素子に所定の電圧を印加して、他の圧電素子より高さが高くなるように制御することにより、入力スイッチの表面に利用シーンに応じた立体形状を形成し、他の圧電素子に圧力が加えられたことを検出すると、当該他の圧電素子にパルス状に電圧を印加して振動させる、スイッチ制御装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面上に行列状に配列され、前記平面と直交する方向に伸縮可能な複数の圧電素子を有する入力スイッチを制御するスイッチ制御装置であって、
前記入力スイッチの利用シーンを判定する利用シーン判定部と、
前記入力スイッチの利用シーン毎に前記圧電素子の各々の駆動方法を規定した素子配列マップに基づいて、前記圧電素子の各々を駆動する素子駆動部とを備え、
前記素子駆動部は、
一部の圧電素子に所定の電圧を印加して、他の圧電素子より高さが高くなるように制御することにより、前記入力スイッチの表面に前記利用シーンに応じた立体形状を形成し、
前記他の圧電素子に圧力が加えられたことを検出すると、当該他の圧電素子にパルス状に電圧を印加して振動させる、スイッチ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器を操作するための入力スイッチを制御するためのスイッチ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、基板上に、圧電効果により接触を検知するセンサ圧電レイヤと、接触を検知すると触覚効果を与えるアクチュエータ圧電レイヤとを積層した触覚装置が記載されている。この触覚装置は、実質的に透明であり、タッチスクリーンに重ねて使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２４２３８６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に記載の触覚装置では、タッチスクリーンに表示した画像を視認してタッチ操作を行う必要があり、入力装置を見ずに入力操作を行うことは困難である。
【０００５】
それ故に、本発明は、触覚に基づいて入力操作を行えるようにスイッチ装置を制御可能なスイッチ制御装置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】
【０００６】
本発明は、平面上に行列状に配列され、平面と直交する方向に伸縮可能な複数の圧電素子を有する入力スイッチを制御するスイッチ制御装置に関する。本発明に係るスイッチ制御装置は、入力スイッチの利用シーンを判定する利用シーン判定部と、入力スイッチの利用シーン毎に圧電素子の各々の駆動方法を規定した素子配列マップに基づいて、圧電素子の各々を駆動する素子駆動部とを備える。素子駆動部は、一部の圧電素子に所定の電圧を印加して、他の圧電素子より高さが高くなるように制御することにより、入力スイッチの表面に利用シーンに応じた立体形状を形成し、他の圧電素子に圧力が加えられたことを検出すると、当該他の圧電素子にパルス状に電圧を印加して振動させる。
【０００７】
本発明に係るスイッチ制御装置は、入力スイッチの利用シーンに応じて入力スイッチの表面に利用シーンに応じた立体形状を形成し、入力スイッチに加えられた圧力を検出すると振動を発生させる。これにより、入力スイッチを見ることなく触覚による操作内容の把握を可能とし、入力操作を受け付けたことを振動によりユーザに報知できるので、入力スイッチを見ることなく触覚に基づいて入力操作が可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、触覚に基づいて入力操作を行えるようにスイッチ装置を制御可能なスイッチ制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る入力装置の機能ブロック図
【図２】図１に示した入力スイッチを説明するための模式図
【図３】図１に示したスイッチ制御装置が実行する制御処理を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜概要＞
本発明に係るスイッチ制御装置は、行列状に配列した複数の圧電素子を有する入力スイッチを制御するためのものであり、各圧電素子に所定の電圧を印加することによって、各圧電素子の高さを変更可能である。入力スイッチの利用シーンに応じて、相対的に高さを高くする圧電素子の配列を変更することにより、入力スイッチの表面に利用シーンに応じた立体形状を構成して、触覚により操作内容の把握を可能とする。また、相対的に高さを高くした圧電素子とは異なる他の圧電素子で圧力検出を行い、入力スイッチに圧力が加えられたことを検出した場合は、パルス状に電圧を印加することによって当該他の圧電素子を振動させ、押下操作を検出したことをユーザに報知する。
【００１１】
（実施形態）
＜構成＞
図１は、実施形態に係る入力装置の機能ブロック図であり、図２は、図１に示した入力スイッチを説明するための模式図である。より詳細には、図２の（ａ）は、入力スイッチの平面図であり、（ｂ）は、入力スイッチの一部の圧電素子の高さを相対的に高くした状態を示す図であり、（ｃ）は、（ｂ）のＡ−Ａ’線に沿う断面図であり、（ｄ）〜（ｆ）は、入力スイッチの具体的な使用例を示す図である。
【００１２】
図１に示す入力装置１０は、入力スイッチ５とスイッチ制御装置１とを備える。入力装置１０は、複数の電子機器の制御に利用可能であり、入力スイッチ５の表面の立体形状を変化させることにより、入力スイッチ５の機能を操作対象の電子機器に応じて変更することができる。
【００１３】
入力スイッチ５は、図２の（ａ）に示すように、平面上に行列状に配列された複数の圧電素子６を有する。各圧電素子６は、図示しない信号線を介して図１に示したスイッチ制御装置１に接続されている。各圧電素子６は、所定の電圧が印加されることにより、配置平面と直交する方向に伸縮可能である。図２の例では、複数の圧電素子６が７×７の行列状に配置されているが、圧電素子の数はこれに限定されない。尚、入力スイッチ５を構成する圧電素子６としては、住友理工株式会社製のスマートラバー等を利用できる。
【００１４】
スイッチ制御装置１は、利用シーン判定部２と素子駆動部３とを備える。
【００１５】
利用シーン判定部２は、入力スイッチ５がどの電子機器のどの機能の制御に使用されているかを判定する。利用シーン判定部２は、例えば、最後に操作された電子機器で利用されている機能を入力スイッチ５による操作対象であると判定することができるが、利用シーンの判定方法はこれに限定されない。
【００１６】
素子駆動部３は、入力スイッチ５の利用シーン毎に各圧電素子６の駆動方法を規定した素子配列マップに基づいて、各圧電素子６を駆動する。本実施形態において、素子駆動部３は、各圧電素子６への印加電圧を制御することにより、各圧電素子６を、配置平面と直交する方向に伸縮する変形素子、圧力が加わることによる静電容量変化に基づいて圧力を検知する感圧素子、パルス状の電圧入力により振動する振動素子のいずれかとして機能させる。素子配列マップは、利用シーン毎に行列状に配列された全ての圧電素子６の駆動方法を特定したデータであり、各圧電素子６を、変形素子として駆動するか、感圧素子及び振動素子として駆動するかが特定されている。素子配列マップは、例えば、利用シーンを特定するデータと、圧電素子６の配列に対応した行列とを関連付けたデータとすることができるが、データフォーマットはこれに限定されない。
【００１７】
図２の（ｂ）及び（ｃ）において、ハッチングを付した圧電素子６は、素子駆動部３により変形素子として駆動されている素子を表し、ハッチングのない圧電素子６は、素子駆動部３により感圧素子として駆動されている素子を表す。より具体的に、図２の（ｂ）及び（ｃ）の例では、素子駆動部３は、図２の上から４行目に整列する７個の圧電素子６のうち、両端を除く５個の圧電素子６に所定の電圧を印加して、他の圧電素子６よりも高さが高くなるように制御している。また、入力スイッチ５に対してユーザの押下操作が行われると、感圧素子として駆動されている圧電素子６の静電容量が変化するため、素子駆動部３は、静電容量の変化に基づいて圧力を検出することができる。素子駆動部３は、感圧素子として駆動している圧電素子６により圧力を検出すると、パルス状に電圧を印加することにより、感圧素子として駆動していた圧電素子６を振動させる。
【００１８】
以下の表１に、本実施形態に係るスイッチ制御装置１が判定可能な利用シーンと、各利用シーンにおいて入力スイッチ５によって実現する機能と、各圧電素子６の制御パターンとを示す。また、表１中のパターン１〜３を、それぞれ図２の（ｄ）〜（ｆ）に示す。図２の（ｄ）〜（ｆ）においても、相対的に高さを高く制御する圧電素子６をハッチングにより特定している。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
表１の例では、音楽再生中には入力スイッチ５に次の曲へとスキップさせる機能が割り当てられ、エアコン操作中には入力スイッチ５に設定温度をアップさせる機能が割り当てられ、ナビゲーションシステム操作中には入力スイッチ５にキャンセルの機能が割り当てられている。また、図２の（ｄ）〜（ｆ）に示すように、入力スイッチ５の表面形状が各利用シーンに割り当てられた機能に対応した立体形状となるように、利用シーン毎に各圧電素子６の制御パターンが設定されている。素子駆動部３が入力スイッチ５の表面形状を予め定められた制御パターンに基づいて変化させるため、ユーザは、入力スイッチ５の表面形状に触れることにより、入力スイッチ５の押下により実行可能な操作を認識することができる。また、素子駆動部３は、変形素子として駆動されていない圧電素子６を用いて圧力を検出すると、変形素子として駆動されていない圧電素子６を振動させる。これにより、入力装置１０によってユーザの押下操作が受け付けられたことを、触覚を通じてユーザに報知することができる。
【００２１】
＜制御処理＞
図３は、図１に示したスイッチ制御装置が実行する制御処理を示すフローチャートである。尚、図３の制御処理は、例えば、入力装置の電源がオンされたことを契機として開始される。
【００２２】
ステップＳ１：利用シーン判定部２は、利用シーンが変更されたか否かを判定する。ステップＳ１の判定がＹＥＳの場合、処理はステップＳ２に移り、それ以外の場合、処理はステップＳ４に移る。
【００２３】
ステップＳ２：素子駆動部３は、ステップＳ１で判定された利用シーンに関連付けられた素子配列マップをロードする。その後、処理はステップＳ３に移る。
【００２４】
ステップＳ３：素子駆動部３は、ステップＳ２でロードした素子配列マップに基づき、変形素子として駆動する圧電素子６に対して所定の電圧を印加して、当該圧電素子６の高さが相対的に高くなるよう制御する。その後、処理はステップＳ４に移る。
【００２５】
ステップＳ４：素子駆動部３は、感圧素子として使用している圧電素子６の静電容量に基づき圧力を検知したか否かを判定する。ステップＳ４の判定がＹＥＳの場合、処理はステップＳ４に移り、それ以外の場合、処理はステップＳ６に移る。
【００２６】
ステップＳ５：素子駆動部３は、感圧素子として使用している圧電素子６にパルス状の電圧を印加して振動させる。このとき、素子駆動部３は、感圧素子として使用している圧電素子６の全てを振動させても良いし、一部のみを振動させても良い。また、圧電素子６を振動させる期間は、適宜設定することができる。その後、処理はステップＳ６に移る。
【００２７】
ステップＳ６：素子駆動部３は、スイッチ制御処理を終了するか否かを判定する。入力装置１０の電源がオフされるなどしてスイッチ制御装置１によるスイッチ制御処理の終了条件が成立すると（ステップＳ６でＹＥＳ）、処理を終了し、それ以外の場合は、ステップＳ１に戻って上述した処理を実行する。
【００２８】
尚、図３においては、入力スイッチ５の制御処理を中心に説明したが、ステップＳ４で圧力が加えられたことを検出した場合、スイッチ制御装置１は、操作対象の電子機器に対して、入力スイッチ５の押下操作が行われたこと、または、入力スイッチ５から入力された操作内容を出力する。
【００２９】
また、図３に示した制御処理は、車両のナビゲーションシステムまたはその他の電子機器が備えるコンピュータに各ステップの処理を実行させることによって行うことができる。より詳細には、図３に示した制御処理のプログラムを予めメモリ等の記憶装置に格納しておき、コンピュータが備えるプロセッサに記憶装置からプログラムを読み出させて実行させることにより、図３に示した制御処理を実行できる。あるいは、制御基板に組み込まれた専用の回路によって、図３に示した制御処理を実行しても良い。
【００３０】
＜効果等＞
本実施形態に係るスイッチ制御装置１は、入力スイッチ５の利用シーンに応じて入力装置５の表面の立体形状を変化させ、圧力を検出すると振動によりその旨を報知する。したがって、本実施形態によれば、入力装置１０を見ることなく、触覚に基づいて入力操作を行えるように入力スイッチ５を制御可能なスイッチ制御装置１を実現できる。
【００３１】
また、利用シーンに応じて入力スイッチ５の機能を切り替えるため、複数のメカニカルスイッチの機能を１つの入力スイッチ５にまとめることができ、入力装置１０の意匠性を向上することができる。入力スイッチ５は、単純な構造の圧電素子６を用いて構成されているため、故障のリスクを低減することができる。更に、入力スイッチ５として比較的安価な素子を利用できるため、入力装置１０の製造コストを低減できる。
【００３２】
（その他の変形例）
上記の実施形態に係る入力装置において、入力スイッチに振動発生用の圧電素子を更に追加し、ユーザに与える振動を強くすることにより、より明確な操作感を得られるようにしても良い。
【００３３】
また、各圧電素子の振動を一律に制御するのではなく、例えば円を描くように順番に圧電素子を振動させたり、小型の振動膜を更に設けて音を発生させたりするなど、ユーザに操作感を感じさせるための振動による表現を工夫しても良い。
【００３４】
また、入力スイッチに形状変更用の圧電素子を更に設け、入力スイッチの表面形状をより明確に変形させても良い。
【００３５】
また、入力スイッチの表面に形成する立体形状をより鮮明として、触覚による立体形状の認識しやすさを向上させるために、各圧電素子の電極の形状を工夫しても良い。
【００３６】
また、小型の多色投光装置を更に設け、利用シーンに応じてスイッチの色を変化させてもよい。
【００３７】
また、上記の実施形態では、入力スイッチの表面に１つの操作ボタンを構成する例を説明したが、１つの入力スイッチの表面に複数の操作ボタンを構成することもできる。例えば、音楽再生中であれば、前の曲へと戻らせるボタンと、一時停止させるボタンと、次の曲へスキップさせるボタンとを所定間隔を空けて並べて構成してもよい。
【００３８】
（その他の参考例）
その他の参考例として、上記の実施形態のように感圧素子として駆動する圧電素子を振動させる代わりに、変形素子として駆動する圧電素子を振動させることにより、ユーザが精密な操作感を得られるようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、電子機器を操作するための入力スイッチを制御するためのスイッチ制御装置として利用できる。
【符号の説明】
【００４０】
１  スイッチ制御装置
２  利用シーン判定部
３  素子駆動部
５  入力スイッチ
６  圧電素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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