(57)【要約】【課題】簡素な構成で触覚による操作感を与えることができるタッチセンサユニットを提供する。【解決手段】タッチセンサユニット１００において、スライド操作を検出するための操作面２０は、スライド操作の操作方向ｄ１に延びる。操作面２０は、操作方向ｄ１に並列に延びる第１面１２ａおよび第２面１４ａを有する。操作方向ｄ１の位置に応じて第１面１２ａと第２面１４ａとの高さの差が異なる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スライド操作の操作方向に延びる、スライド操作を検出するための操作面を備え、
前記操作面は、前記操作方向に並列に延びる第１面および第２面を有し、
前記操作方向の位置に応じて前記第１面と前記第２面との高さの差が異なることを特徴とするタッチセンサユニット。
【請求項２】
前記第１面を含む第１突起部と、
前記第２面を含む第２突起部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のタッチセンサユニット。
【請求項３】
前記第１面の高さは、前記操作方向に漸増し、前記第２面の高さは一定であることを特徴とする請求項１または２に記載のタッチセンサユニット。
【請求項４】
前記第１面の高さおよび前記第２面の高さは、前記操作方向に漸増することを特徴とする請求項１または２に記載のタッチセンサユニット。
【請求項５】
前記操作面は、前記第１面および前記第２面と並列に前記操作方向に延びる第３面を有し、
前記第２面と前記第３面の間に前記第１面が位置し、
前記操作方向の各位置における前記第２面の高さと前記第３面の高さは略等しいことを特徴とする請求項１に記載のタッチセンサユニット。
【請求項６】
前記第１面を含む第１突起部と、
前記第２面を含む第２突起部と、
前記第３面を含む第３突起部と、を備えることを特徴とする請求項５に記載のタッチセンサユニット。
【請求項７】
前記第１面を含む突起部と、
前記第２面および前記第３面を含む基板と、を備え、
前記突起部は、前記基板の前記第２面と前記第３面との間から突出していることを特徴とする請求項５に記載のタッチセンサユニット。
【請求項８】
前記操作方向は、スライド操作の途中で変化することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のタッチセンサユニット。
【請求項９】
前記操作面におけるタッチ位置が前記操作方向に沿って基準位置から離れるほど操作入力量を増加させるコントローラを備え、
前記操作方向の位置が前記基準位置から離れるほど前記第１面と前記第２面との高さの差が大きくなることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のタッチセンサユニット。
【請求項１０】
前記第１面と前記第２面との高さの差は、前記操作方向に増減することを特徴とする請求項１，２，５から８のいずれかに記載のタッチセンサユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチセンサユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ユーザによる操作量に応じて出力値が変化するスイッチが利用されている。このようなスイッチとして、たとえば、スライダなどの直線上の位置を検出するリニアポテンショメータ、および、ボリュームやダイヤルの回転角度を検出するロータリポテンショメータなどの可動機構を備えた機械的なスイッチが知られている。
【０００３】
また、操作量に応じて出力値が変化するスイッチとして、タッチパネルなどのディスプレイ上に表示されるＧＵＩ、および、トラックパッドなどのタッチセンサを用いた位置入力装置も知られている。機械的なスイッチは、スイッチ操作によってスイッチ部分が摩耗したり、破損することで故障する原因となるが、タッチパネルやトラックパッドではそのような機械的な故障が起きないという利点がある。
【０００４】
しかし、タッチパネルやトラックパッドの場合、機械的なスイッチ動作がないために、スイッチ動作が指先に触感として伝わらず、操作感が乏しい。そこで、タッチパネルやトラックパッドの場合でも機械的な振動を指先に伝えて操作感を与えるようにする方法が取られている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−３６７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のようにタッチパネルなどにおいて何らかの機械的な振動を与える方法では、タッチパネルに振動機構を設ける必要があり、部品数が増え、小型化の妨げになり、また製造コストもかかってしまう。
【０００７】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡素な構成で触覚による操作感を与えることができるタッチセンサユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある態様のタッチセンサユニットは、スライド操作の操作方向に延びる、スライド操作を検出するための操作面を備える。操作面は、操作方向に並列に延びる第１面および第２面を有する。操作方向の位置に応じて第１面と第２面との高さの差が異なる。
【０００９】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、タッチセンサユニットにおいて簡素な構成で触覚による操作感をユーザに与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態に係るタッチセンサユニットの構成図である。
【図２】タッチセンサの別の構成例を示す斜視図である。
【図３】タッチセンサのさらに別の構成例を示す斜視図である。
【図４】タッチセンサのさらに別の構成例を説明する断面図である。
【図５】図５（ａ）は、タッチセンサのさらに別の構成例を示す斜視図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のタッチセンサの上面図である。
【図６】図６（ａ）は、タッチセンサのさらに別の構成例を示す斜視図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のタッチセンサの上面図である。
【図７】タッチセンサのさらに別の構成例を示す上面図である。
【図８】タッチセンサのさらに別の構成例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、実施の形態に係るタッチセンサユニット１００の構成図である。タッチセンサユニット１００は、タッチセンサ１０と、コントローラ５０とを備える。
【００１３】
タッチセンサ１０は、各種方式で、指などによる接触点と、その接触点における接触状態を示す静電容量や電気抵抗量などの状態量を検出する入力装置である。タッチセンサ１０は、一例として、静電容量方式、抵抗膜方式または赤外線方式のタッチセンサである。あるいはタッチセンサ１０は、複数の圧電素子を含んでもよい。
【００１４】
タッチセンサ１０には操作面２０が設けられ、ユーザが指などの操作部位で操作面２０に触れ、操作面２０をなぞるスライド操作を行った場合に、所定の操作入力がなされる。所定の操作入力はたとえば、音量、光量、温度などを増減させる動作である。タッチセンサ１０は、たとえば、リモコン、スマートフォンの側面、腕時計の側面、各種装置の操作パネル、自動車のステアリングホイールなどに設けることができる。
【００１５】
タッチセンサ１０は、第１突起部１２と、第２突起部１４とを備える。第１突起部１２と第２突起部１４は、基板などの上面である基準面Ｓ１上に設けられる。ここでは、基準面Ｓ１は、スライド操作の操作方向ｄ１に平行な平面であるが、特に限定されず、操作方向ｄ１に非平行な平面であってもよいし、曲面であってもよい。
【００１６】
第１突起部１２と第２突起部１４は、操作方向ｄ１に延びる。第１突起部１２と第２突起部１４は、方向ｄ２に所定の間隔ｇ１を空けて並んでいる。方向ｄ２は、基準面Ｓ１内で操作方向ｄ１に直交する方向である。
【００１７】
第１突起部１２と第２突起部１４は、スライド操作を検出するための操作面２０を含む。操作面２０は、スライド操作の操作経路に沿って操作方向ｄ１に延びる。操作面２０は、操作方向ｄ１に並列に延びる第１面１２ａおよび第２面１４ａを有する。第１面１２ａは、第１突起部１２の上面である。第２面１４ａは、第２突起部１４の上面である。ここでは、上面とは、第１突起部１２と第２突起部１４において、基準面Ｓ１の法線方向である方向ｄ３側の面を表す。
【００１８】
操作方向ｄ１の始点側の操作面２０上の基準位置Ｐ１において、第１突起部１２の高さｈ１、即ち第１面１２ａの高さｈ１は、第２突起部１４の高さｈ２、即ち第２面１４ａの高さｈ２と略等しい。高さｈ１等は、基準面Ｓ１からの高さを表す。第１面１２ａの高さｈ１は、操作方向ｄ１に漸増する。第２面１４ａの高さｈ２は、操作方向ｄ１の位置によらず略一定である。そのため、操作方向ｄ１の位置に応じて第１面１２ａと第２面１４ａとの高さの差（ｈ１−ｈ２）が異なる。具体的には、操作方向ｄ１の位置が基準位置Ｐ１から離れるほど第１面１２ａと第２面１４ａとの高さの差（ｈ１−ｈ２）が大きくなる。この高さの差（ｈ１−ｈ２）の最大値は、１本の指の指先２００が第１面１２ａと第２面１４ａに接触できる程度に設定される。この高さの差（ｈ１−ｈ２）の最大値は、特に限定されないが、たとえば２ｍｍ以下であってもよく、その最適値は実験によって適宜定めることができる。
【００１９】
また、間隔ｇ１も、１本の指の指先２００が第１面１２ａと第２面１４ａに接触できる程度に設定される。間隔ｇ１は、特に限定されないが、たとえば５〜７ｍｍ前後であってもよく、その最適値は実験によって適宜定めることができる。
【００２０】
また、第１面１２ａの幅ｗ１は、指先２００が第１面１２ａによる触圧覚を感じることができる程度に設定される。この幅ｗ１は、特に限定されないが、たとえば２〜５ｍｍ前後であってもよく、その最適値は実験によって適宜定めることができる。第２面１４ａの幅ｗ２も同様に定めることができ、たとえば幅ｗ１と等しい。
【００２１】
コントローラ５０は、タッチセンサ１０に接続され、タッチセンサ１０上の接触点と状態量を検知し、検知された信号について所定の信号処理を行う。具体的には、コントローラ５０は、指などによりスライド操作があった場合に操作入力量を変化させ、操作入力量を出力値として出力する。コントローラ５０は、操作面２０におけるタッチ位置が操作方向ｄ１に沿って基準位置Ｐ１から離れるほど操作入力量を増加させる。この操作入力量の増加に対応して、第１面１２ａと第２面１４ａとの高さの差（ｈ１−ｈ２）が大きくなる。これとは逆に、コントローラ５０は、操作面２０におけるタッチ位置が操作方向ｄ１の反対方向に沿って基準位置Ｐ１に近づくほど操作入力量を減少させる。コントローラ５０は、ハードウェア、ソフトウェアまたはその組み合わせによって実装することができる。
【００２２】
次に、以上の構成によるタッチセンサユニット１００の動作を説明する。ここでは、ユーザが音量を増加または減少させる操作を行うことを想定する。
【００２３】
図１に示すように、最初、ユーザの指先２００は、操作方向ｄ１の始点側の基準位置Ｐ１において、第１面１２ａと第２面１４ａに接触している状態にあるとする。この状態から、指先２００は、第１面１２ａと第２面１４ａに触れながら操作方向ｄ１にスライドする。このとき、高さｈ２が略一定の第２面１４ａに接触している指先２００の部位の触圧覚には変化がないか、または、変化が相対的に少ないのに対して、高さｈ１が変化する第１面１２ａに接触している指先２００の部位の触圧覚は、より大きく変化する。
【００２４】
このような指先２００の２つの部位における触圧覚の対比によって、ユーザの指先２００には、実際の第１面１２ａの高さｈ１の変動よりも大きな高さの変動を有する１つの仮想的な面をなぞっているかのような、触圧覚の強調された錯覚が生じる。このような錯覚が生じることを、多重稜線効果と呼ぶこともできる。そのため、錯覚により強調された触圧覚により、操作入力を行ったという操作感をユーザにフィードバックすることができる。このときの触圧覚は、指先２００のスライド量が大きいほど、大きくなる。第１面１２ａの高さｈ１が操作方向ｄ１に漸増しているためである。
【００２５】
また、第１面１２ａと第２面１４ａは間隔ｇ１だけ離れているので、第１面１２ａと第２面１４ａの間の部分では指先２００に触圧覚がない。そのため、触圧覚がより強調されやすい。
【００２６】
このとき、コントローラ５０は、指先２００の接触点の位置情報の変化にしたがい、指先２００のスライド量に応じて操作入力量を増加させる。操作入力量の増加に応じて、図示しない音声出力装置から出力される音量が増加する。よって、音量の増加量に対応して強くなる触覚フィードバックをユーザに与えることができる。
【００２７】
また、操作方向ｄ１の反対方向へのスライド操作により、操作入力量を減少させ、音量を低下させることができる。この場合、スライド操作に伴い、触圧覚が小さくなっていく。よって、音量の減少量に対応して弱くなる触覚フィードバックをユーザに与えることができる。
【００２８】
このように本実施の形態によれば、タッチセンサ１０に第１突起部１２と第２突起部１４を設け、操作方向ｄ１の位置に応じて第１突起部１２の第１面１２ａと第２突起部１４の第２面１４ａとの高さの差が異なるようにしている。そのため、タッチ位置のスライドに伴い、第１面１２ａと第２面１４ａに接触する指先２００の２カ所の触圧覚が変化する。指先２００の２カ所の触圧覚の対比によって、指先２００には、触圧覚の強調された錯覚が生じる。そのため、錯覚により強調された触圧覚により、操作入力量の変化に対応して強弱の変化する触覚フィードバックをユーザに与えることができる。従って、タッチセンサ１０において簡素な構成で触覚による操作感をユーザに与えることができる。
【００２９】
また、タッチセンサ１０に第１突起部１２と第２突起部１４を設けるだけでよいため、振動素子などで機械的な振動などを与える場合に比べて部品数が少なく安価で製造することができ、構造的にも簡単であるから故障することも少ない。
【００３０】
図２は、タッチセンサ１０の別の構成例を示す斜視図である。操作方向ｄ１の位置に応じて第１面１２ａと第２面１４ａとの高さの差が異なれば、操作方向ｄ１の位置に応じて第２面１４ａの高さｈ２が変化してもよい。図２の例では、第２面１４ａの高さｈ２は、操作方向ｄ１に漸増する。操作方向ｄ１の単位長さあたりの第２面１４ａの高さｈ２の増加量は、操作方向ｄ１の単位長さあたりの第１面１２ａの高さｈ１の増加量より少ない。
【００３１】
この構成例では、第１面１２ａの高さｈ１と第２面１４ａの高さｈ２が漸増しているので、ユーザは、見た目で操作面２０の高さが変化していることをより認識しやすい。これにより、より触圧覚の強調された錯覚が生じやすい。
【００３２】
図３は、タッチセンサ１０のさらに別の構成例を示す斜視図である。図３の例では、第１面１２ａの高さｈ１は操作方向ｄ１の位置によらず略一定であり、第２面１４ａの高さｈ２が操作方向ｄ１に漸減している。この構成により、第１面１２ａと第２面１４ａとの高さの差（ｈ１−ｈ２）が操作方向ｄ１に漸増している。このような構成でも、図１の構成と同様の効果が得られる。
【００３３】
図４は、タッチセンサ１０のさらに別の構成例を説明する断面図である。操作方向ｄ１に垂直な断面において、第１面１２ａと第２面１４ａの形状は任意であり、ユーザが指をスライドさせることができる形状であればよい。たとえば、図４に示すように、第１面１２ａと第２面１４ａは、曲率のある凸部であってもよい。この構成例では、指先２００と、第１面１２ａおよび第２面１４ａとの接触面積が減るので、スライド操作を行いやすくできる。
【００３４】
図５（ａ）は、タッチセンサ１０のさらに別の構成例を示す斜視図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のタッチセンサ１０の上面図である。操作面２０は、３つの面を含んでもよい。即ち、操作面２０は、第１面１２ａおよび第２面１４ａと並列に操作方向ｄ１に延びる第３面１６ａをさらに有する。タッチセンサ１０は、第３面１６ａを含む第３突起部１６を備える。第１面１２ａは、第２面１４ａと第３面１６ａの間に位置する。操作方向ｄ１の各位置における第２面１４ａの高さｈ２と第３面１６ａの高さｈ３は略等しい。操作方向ｄ１の各位置における第２面１４ａの高さｈ２と第３面１６ａの高さｈ３は、所望の触覚フィードバックが得られれば、互いに異なってもよく、その最適値は実験によって適宜定めることができる。
【００３５】
第１面１２ａと第２面１４ａとの高さの差（ｈ１−ｈ２）の最大値、即ち第１面１２ａと第３面１６ａとの高さの差（ｈ１−ｈ３）の最大値は、１本の指の指先２００が第１面１２ａ、第２面１４ａおよび第３面１６ａに接触できる程度に設定される。この高さの差（ｈ１−ｈ２）の最大値は、特に限定されないが、たとえば２ｍｍ以下であってもよく、その最適値は実験によって適宜定めることができる。
【００３６】
第１面１２ａの幅ｗ１も、１本の指の指先２００が第１面１２ａ、第２面１４ａおよび第３面１６ａに接触できる程度であって、且つ、指先２００が第１面１２ａによる触圧覚を感じることができる程度に設定される。この幅ｗ１は、特に限定されないが、たとえば２〜５ｍｍ前後であってもよく、その最適値は実験によって適宜定めることができる。第２面１４ａの幅ｗ２と第３面１６ａの幅ｗ３は、たとえば幅ｗ１と等しい。
【００３７】
図１の構成では、第１面１２ａと第２面１４ａのみに指先２００が接触するので、スライド操作により触圧覚の強調された錯覚が生じる際に、第１面１２ａの高さが漸増しているにもかかわらず、第１面１２ａの高さは一定であり第２面１４ａの高さが漸減していると錯覚する可能性がある。これに対して、図５の構成では、第１面１２ａに加え、操作方向ｄ１の各位置におけるそれぞれの高さがほぼ等しい第２面１４ａおよび第３面１６ａに指先２００が接触する。そのため、スライド操作の際に、触圧覚に変化がないか、または、変化が相対的に少ない指先２００の部位が２カ所に増える。よって、第２面１４ａの高さが漸減しているという錯覚を抑制できる。
【００３８】
また、第１面１２ａと第２面１４ａは間隔ｇ１だけ離れ、第２面１４ａと第３面１６ａは間隔ｇ１だけ離れているので、第１面１２ａと第２面１４ａの間の部分、および、第２面１４ａと第３面１６ａの間の部分では指先２００に触圧覚がない。そのため、より触圧覚の強調された錯覚が生じやすい。
【００３９】
図６（ａ）は、タッチセンサ１０のさらに別の構成例を示す斜視図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のタッチセンサ１０の上面図である。この構成例でも、操作面２０は３つの面を含む。基板７０は、第２面１４ａと第３面１６ａを含む。第２面１４ａと第３面１６ａは、基板７０の上面である。第１突起部１２は、基板７０の第２面１４ａと第３面１６ａとの間から突出している。第１面１２ａと第２面１４ａとの高さの差、および、第１面１２ａと第３面１６ａとの高さの差は、それぞれ、第１面１２ａの高さｈ１と等しい。この構成例では、図５と同様の効果を得ることができるとともに、図５の第２突起部１４と第３突起部１６が必要ないので、構成をより簡素化できる。
【００４０】
図７は、タッチセンサ１０のさらに別の構成例を示す上面図である。操作方向ｄ１は、スライド操作中に一定でなくてもよい。操作方向ｄ１は、スライド操作の途中で変化してもよく、たとえば円周方向であってもよい。即ち、スライド操作の操作経路は直線ではなくてもよく、曲線や折れ線でもよい。この構成例では、操作面２０は、円周方向である操作方向ｄ１に曲がって延びる。第１面１２ａおよび第２面１４ａは、操作方向ｄ１に並列に曲がって延びる。第１面１２ａと第２面１４ａとの高さの差は、操作方向ｄ１に漸増する。この構成では、指の付け根付近を中心として指先２００を操作方向ｄ１に円弧状にスライド操作することができる。そのため、操作方向ｄ１が直線方向である場合とは異なる操作感をユーザに与えることができる。
【００４１】
図８は、タッチセンサ１０のさらに別の構成例を示す側面図である。第１面１２ａと第２面１４ａとの高さの差（ｈ１−ｈ２）は、操作方向ｄ１に漸増しなくてもよく、操作方向ｄ１に増減を繰り返してもよい。図８の例では、第１突起部１２の第１面１２ａは凹凸部を含む。第１面１２ａの凹凸部の高さｈ１は、操作方向ｄ１に増減を繰り返す。凹凸部以外での第１面１２ａの高さｈ１は、第２突起部１４の第２面１４ａの高さｈ２と略同一である。第２面１４ａの高さｈ２は、図１と同様に、操作方向ｄ１の位置によらず略一定である。
【００４２】
このようなタッチセンサ１０を備えるタッチセンサユニット１００は、たとえば、所定の語句の音声を出力する語学の学習装置に用いることができる。所定の語句を構成する複数の音節のデータは、それぞれ、音の強弱とともに、凹凸部における操作方向ｄ１の各位置に対応付けられている。音が強い音節の位置では、第１面１２ａと第２面１４ａとの高さの差が相対的に大きくなっており、音が弱い音節の位置では、第１面１２ａと第２面１４ａとの高さの差が相対的に小さくなっている。コントローラ５０は、指先の接触点の位置情報が凹凸部にあるとき、操作方向ｄ１の位置に対応する音節の音声信号を出力する。指先が凹凸部を操作方向ｄ１にスライドすることにより、語句の音声が出力される。スライド操作の際、強い音の位置では指先の触圧覚も大きくなり、弱い音の位置では指先の触圧覚も小さくなる。このような操作感により、ユーザに語句のアクセントをより覚えさせやすくできる。
【００４３】
以上述べたタッチセンサユニット１００による作用効果を説明する。
【００４４】
（１）故障しにくい
本実施の形態のタッチセンサ１０には、ボタンやスイッチなどの可動機構が存在しないため、それに起因する装置の変形もしくは破損などが発生せず、また、故障もしにくい。
【００４５】
（２）安価に製造できる
本実施の形態のタッチセンサ１０は、スイッチとしての形状をあらわす構成部材と、抵抗膜方式や静電容量方式などのタッチセンサもしくは圧電素子などによるタッチセンサという、いずれも既存の安価な部材で構成される。また、複雑な機械的機構を必要としないため、加工にかかる手間は一般的なスイッチを製造するより少ない。これらの特徴により、タッチセンサユニット１００を安価に製造することが可能になる。
【００４６】
（３）適用環境を拡張しやすい
一般に、ある装置に可動式のスイッチ部材が存在すると、スイッチを可動させるために必要な隙間部分から水や埃が侵入するため、防塵性や防水性を確保することが困難になる。本実施の形態のタッチセンサユニット１００には可動機構が存在しないため、単純なコーティングによってスイッチの密閉性を確保でき、防塵や防水などの保護等級を上げることが容易である。なお、防水性を考慮する場合は、操作面のタッチセンサのセンシング方式は静電容量ではなく、抵抗膜などのように水濡れの影響を受けにくいものにする必要がある。
【００４７】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００４８】
例えば、図４の構成例を、図２，図３，図５〜図８の各構成例に組み合わせてもよい。図５の構成例を、図２，図３，図７，図８の各構成例に組み合わせてもよい。図６の構成例を、図２，図３，図７，図８の各構成例に組み合わせてもよい。図７の構成例を、図２，図３の各構成例に組み合わせてもよい。図８の構成例を、図２，図３の各構成例に組み合わせてもよい。組合せによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態それぞれの効果をあわせもつ。
【符号の説明】
【００４９】
ｄ１…操作方向、１０…タッチセンサ、１２…第１突起部、１２ａ…第１面、１４…第２突起部、１４ａ…第２面、１６…第３突起部、１６ａ…第３面、２０…操作面、５０…コントローラ、７０…基板、１００…タッチセンサユニット。
【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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