(57)【要約】【課題】操作面へのタッチ操作により発生する音を抑制することができる入力装置およびタッチパネルディスプレイを提供すること。【解決手段】実施形態に係る入力装置は、タッチパネルと、振動部とを備える。振動部は、タッチパネルを振動させる。タッチパネルは、振動部によって振動を加えられることによりスクイーズ膜効果が発生した状態およびスクイーズ膜効果が発生していない状態の両方においてタッチ操作することにより発生する音が共に所定レベル以下となるような表面粗さに操作面が粗化されている。【選択図】        図３
2019016111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチパネルと、
前記タッチパネルを振動させる振動部と
を備え、
前記タッチパネルは、
前記振動部によって振動を加えられることによりスクイーズ膜効果が発生した状態および前記スクイーズ膜効果が発生していない状態の両方においてタッチ操作することにより発生する音が共に所定レベル以下となるような表面粗さに操作面が粗化されていること
を特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記タッチパネルは、
連続的な第１の凹凸形状を前記操作面に有し、
前記第１の凹凸形状は、
該第１の凹凸形状よりも凹凸周期が小さく、連続的な第２の凹凸形状を表面上に有すること
を特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項３】
前記タッチパネルは、
前記表面粗さを表す指標であるＲｚが、１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲内の値であること
を特徴とする請求項１または２に記載の入力装置。
【請求項４】
前記タッチパネルは、
前記表面粗さを表す指標であるＲｚが、２０μｍ以上４０μｍ以下の範囲内の値であること
を特徴とする請求項３に記載の入力装置。
【請求項５】
前記振動部は、
超音波振動によって前記タッチパネルを振動させること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の入力装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の入力装置と、
前記入力装置における前記操作面とは反対側の面に設けられる表示装置と
を備えることを特徴とするタッチパネルディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力装置およびタッチパネルディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、タッチパネルを振動させることでタッチパネルの操作面にスクイーズ膜効果を発生させた状態（オン状態）で、ユーザにタッチ操作させることで指に触感を与える入力装置がある。かかる入力装置では、操作面を粗化しておくことで、スクイーズ膜効果が発生していない状態（オフ状態）にある場合の操作面へのタッチ操作による滑り性を向上させている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１８４３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した従来技術に係る入力装置では、オン状態でタッチ操作した場合に、ユーザにとって不快感を与えるような音が発生する問題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、操作面へのタッチ操作により発生する音を抑制することができる入力装置およびタッチパネルディスプレイ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】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の入力装置は、タッチパネルと、振動部とを備える。振動部は、タッチパネルを振動させる。タッチパネルは、振動部によって振動を加えられることによりスクイーズ膜効果が発生した状態およびスクイーズ膜効果が発生していない状態の両方においてタッチ操作することにより発生する音が共に所定レベル以下となるような表面粗さに操作面が粗化されている。
【発明の効果】
【０００７】
実施形態の一態様によれば、操作面へのタッチ操作により発生する音を抑制することが可能な入力装置およびタッチパネルディスプレイを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態に係る入力装置の適用例を示す図である。
【図２】図２は、実施形態に係る入力装置の斜視図である。
【図３】図３は、実施形態に係る振動素子の配置例を示す図である。
【図４】図４は、実施形態に係る入力装置の構成例を示す図である。
【図５】図５は、実施形態に係るタッチパネルの断面模式図である。
【図６】図６は、実施形態に係るタッチパネルのオン状態の断面模式図である。
【図７】図７は、実施形態に係る共鳴音と擦過音との関係を示す図である。
【図８】図８は、実施形態の変形例に係るタッチパネルの断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して、本願の開示する入力装置およびタッチパネルディスプレイの実施形態を詳細に説明する。なお、本実施形態では、入力装置が車載用のナビゲーション装置に接続される場合を例に挙げて説明するが、入力装置はタブレット端末などの電子機器にも適用可能である。また、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１０】
まず、図１を用いて本実施形態に係る入力装置の適用例について説明する。図１は、実施形態に係る入力装置の適用例を示す説明図である。
【００１１】
本実施形態に係る入力装置１は、例えば、指の操作面への接触や移動により静電容量の変化を電圧変化として検出することにより入力を検知する静電容量式のタッチパネルで構成される。なお、タッチパネルは、静電容量式に限られず、例えば、ＩＴＯ(Indium  Tin  Oxide)膜が形成された上部電極および下部電極が所定の間隔で配置され、指で触れるとＩＴＯ膜間で接触・導通することにより入力を検知する抵抗感圧式であってもよい。
【００１２】
また、入力装置１は、タッチパネルを振動させる振動部に相当する振動素子５（図３参照）を備える。これにより、入力装置１は、タッチパネルを振動させることで、タッチパネルの操作面にスクイーズ膜効果を発生させることができる。なお、振動素子５の構成および配置については、図３を用いて後述する。
【００１３】
ここで、スクイーズ膜効果とは、振動による圧力変動で、ユーザの指と操作面との間に空気が引き込まれて空気層が形成され、ユーザの指と操作面との間の摩擦抵抗が、振動がない場合に比べて相対的に低くなる現象である。
【００１４】
つまり、ユーザの指が操作面に近接すると、スクイーズ膜効果によって、ユーザの指と操作面との間に圧縮された空気層が発生する。かかる空気層は、ユーザの指を操作面から浮揚させた状態にする。これにより、操作面上で指を移動させるユーザのスライド操作に対してつるつるとした触感を与えることができるとともに、操作面上の指の滑りが良くなる。
【００１５】
また、図１に示すように、入力装置１は、例えば、車両１０に搭載され、かかる車両１０のインスルメントパネル（以下、「インパネ」と記載する）１１に固定される。そして、入力装置１は、車両１０に搭載されたナビゲーション装置（図示せず）などと接続され、かかるナビゲーション装置の入力装置として機能する。
【００１６】
ところで、従来の入力装置では、タッチパネルの操作面を粗化しておくことで、スクイーズ膜効果が発生していない状態（オフ状態）にある場合の操作面へのタッチ操作による滑り性を向上させている。
【００１７】
しかしながら、従来の入力装置では、振動素子によってタッチパネルを振動させることでタッチパネルの操作面にスクイーズ膜効果を発生させた状態（オン状態）でタッチ操作した場合に、ユーザにとって不快感を与えるような音が発生する問題があった。
【００１８】
具体的には、タッチ操作において指でタッチ操作した際に、指を近接することによって生じた空気層であるスクイーズ膜と指の指紋の溝との閉空間内で共鳴が生じ、この共鳴音がユーザにとって不快感を与えていた。
【００１９】
そこで、本実施形態に係る入力装置１では、オン状態およびオフ状態の両方においてタッチ操作することにより発生する音が共に所定レベル以下となるような表面粗さに操作面を粗化することとした。以下、図２〜図７を用いて、本実施形態に係る入力装置１についてさらに詳細に説明する。
【００２０】
なお、図２においては、説明の便宜のため、入力装置１の操作面に向かって上側を正方向とするＺ軸、入力装置１の奥行方向（厚さ方向）をＹ軸、入力装置１の幅方向（左右方向）をＸ軸とした３次元の直交座標系を示している。かかる直交座標系は、以下の説明で用いる他の図面においても示す場合がある。
【００２１】
図２は、実施形態に係る入力装置１の斜視図である。図２に示すように、入力装置１は、タッチパネル２を備える。なお、図２では、入力装置１に加え、さらに表示装置３を備えるタッチパネルディスプレイ４を示している。
【００２２】
タッチパネル２は、例えば、矩形状の静電容量式のタッチパネルである。ここで、タッチパネル２のＹ軸負方向側の表面が操作面２ａとなる。また、タッチパネル２は、操作面２ａに連続的な第１の凹凸形状を有する。なお、かかるタッチパネル２の詳細な構造については、後述する。
【００２３】
表示装置３は、例えば、ＴＦＴ（Thin  Film  Transistor）液晶や有機ＥＬ（Electro  Luminescence）液晶などであり、例えば、図示しないケーブルを介してナビゲーション装置の出力結果である地図画像などを表示する。これにより、ユーザは、表示装置３に表示された画像を上記したタッチパネル２を介して視認することになる。したがって、上記したタッチパネル２の部材は、透過性の部材で構成することが好ましい。
【００２４】
なお、図２では、入力装置１を備えるタッチパネルディスプレイ４を例示したが、入力装置１はタッチパッドなどのような単独の入力デバイスとして用いることもできる。すなわち、図２に示した表示装置３については省略することとしてもよい。
【００２５】
次に、図３を用いて、振動素子の配置例について説明する。図３は、実施形態に係る振動素子の配置例を示す図である。なお、図３に示す構成要素のうち、図２に示す構成要素と同じ構成要素については、図２に示す符号と同じ符号を付すことにより、ここではその説明を省略する。
【００２６】
図３に示す例では、入力装置１は、４つの振動素子５ａ〜５ｄを備える。４つの振動素子５ａ〜５ｄは、例えば、圧電素子であり、タッチパネル２のＸ軸正方向側および負方向側の各端部にそれぞれ２つずつ所定の間隔を空けて配置される。なお、以下では、振動素子５ａ〜５ｄを総称して振動素子５と記載する場合がある。
【００２７】
また、振動素子５の数は、上記した４つに限定されず、３つ以下であってもよく、５つ以上であってもよい。例えば、振動素子５は、タッチパネル２のＸ軸正方向側および負方向側の各端部にそれぞれ１つずつ配置されてもよい。
【００２８】
また、振動素子５は、タッチパネル２のＺ軸正方向側および負方向側の各端部にそれぞれ２つずつ所定の間隔を空けて配置されてもよい。また、振動素子５は、タッチパネル２のＸ軸正方向側および負方向側の各端部にそれぞれ１つずつ配置され、タッチパネル２のＺ軸正方向側および負方向側の各端部にそれぞれ１つずつ配置されてもよい。
【００２９】
つまり、タッチパネル２における振動素子５の数および配置は、操作面２ａのどの箇所にユーザの指を近接させてもスクイーズ膜効果を均一に発生させることができれば、どのように構成されてもよい。
【００３０】
次に、図４を用いて、入力装置１の構成例について説明する。図４は、実施形態に係る入力装置１の構成例を示す図である。なお、図４に示す構成要素のうち、図３に示す構成要素と同じ構成要素については、図３に示す符号と同じ符号を付すことにより、ここではその説明を省略する。
【００３１】
図４に示すように、入力装置１は、制御部６を備える。制御部６は、振動素子５を制御する。かかる制御部６は、駆動部６１と、検出部６２とを備える。
【００３２】
駆動部６１は、超音波領域の周波数を有する駆動波形を振動素子５へ印加し、振動素子５を振動させることで操作面２ａを振動させる。これにより、タッチパネル２の操作面２ａに上記したスクイーズ膜効果を発生させることができる。なお、超音波とは、ユーザの耳には聞こえない高い振動数をもつ可聴域以上の弾性振動波であり、例えば、２０ｋＨｚから４０ｋＨｚ程度の周波数帯域である。
【００３３】
なお、振動素子５へ印加する周波数は、超音波領域の周波数に限らず、タッチパネル２の操作面２ａに上記したスクイーズ膜効果を発生させることができるのであれば、どのような周波数帯域でもよい。
【００３４】
検出部６２は、指７の操作面２ａへの接触や移動により静電容量の変化を電圧変化として検出することにより操作面２ａにおけるタッチ位置を検知する。
【００３５】
次に、図５を用いて、上記したタッチパネル２の操作面２ａに形成された第１の凹凸形状８について詳細に説明する。図５は、実施形態に係るタッチパネル２の断面模式図である。
【００３６】
図５に示すように、タッチパネル２は、操作面２ａに連続的な第１の凹凸形状８を有する。かかる第１の凹凸形状８は、具体的には、大きさが異なる第１の微粒子８１を操作面２ａに存在させることで凹凸を形成している。
【００３７】
つまり、この例では、ナノレベルで微細加工した型に第１の微粒子８１を充填し、かかる型を操作面２ａに重ね合わせた状態で熱転写することで、操作面２ａに大きさが異なる第１の微粒子８１を存在させている。このように、ナノプリント技術によって操作面２ａに大きさが異なる第１の微粒子８１を存在させて凹凸を形成することで操作面２ａを粗化させている。
【００３８】
かかる操作面２ａの粗さは、振動素子５によって振動を加えられることによりスクイーズ膜効果が発生した状態およびスクイーズ膜効果が発生していない状態の両方においてタッチ操作することにより発生する音が共に所定レベル以下となるような粗さであることが好ましい。
【００３９】
具体的には、操作面２ａの粗さは、表面粗さを表す指標であるＲｚが、１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲内の値であることが好ましい。なお、ここでＲｚとは、粗さ計で測定した粗さ曲線の一部を基準長さで抜き出した場合において、もっとも高い部分（第１の微粒子８１の頂点）ともっとも深い部分（操作面２ａ）との和の値である。
【００４０】
また、操作面２ａに存在する第１の微粒子８１は、大きさがすべて同じであってもよい。かかる場合、表面粗さを表す指標であるＲｚが、例えば、５０μｍであれば、操作面２ａから突出した第１の微粒子８１の頂点までの突出高さが、すべての第１の微粒子８１において５０μｍである。
【００４１】
また、上記した第１の凹凸形状８は、ナノレベルで微細加工した型に充填された第１の微粒子８１がタッチパネル２における操作面２ａに転写されるナノプリント技術によって形成されるが、これに限らない。第１の凹凸形状８の形成方法は、例えば、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術との組み合わせで、操作面２ａに第１の凹凸形状８を形成することとしてもよい。
【００４２】
つまり、エッチングによって操作面２ａに直接凹凸を形成した場合においても、操作面２ａの粗さは、表面粗さを表す指標であるＲｚが、１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲内の値である。
【００４３】
次に、図６および図７を用いて、本実施形態に係るタッチパネル２の作用効果について説明する。図６は、実施形態に係るタッチパネル２のオン状態の断面模式図である。なお、図６に示す構成要素のうち、図５に示す構成要素と同じ構成要素については、図５に示す符号と同じ符号を付すことにより、ここではその説明を省略する。
【００４４】
また、図７は、実施形態に係る共鳴音と擦過音との関係を示す図である。なお、ここで「共鳴音」とは、振動素子５によって振動を加えられることによってスクイーズ膜効果が発生した状態（オン状態）において操作面２ａに対してタッチ操作することにより発生する音を意味するものである。また、ここで「擦過音」とは、スクイーズ膜効果が発生していない状態（オフ状態）において操作面２ａに対してタッチ操作することにより発生する音を意味するものである。
【００４５】
図６に示すように、オン状態において操作面２ａ上で指７を移動させるタッチ操作をした場合、操作面２ａに第１の凹凸形状８が形成されていることから、空気層であるスクイーズ膜１００と指紋７１の溝（指紋７１において上方へ凸となっている部分）との間の閉空間が狭くなる。
【００４６】
つまり、本実施形態では、操作面２ａから突出した第１の微粒子８１が指紋７１の溝部分に入り込むことで、指紋７１の溝部分の空間が小さくなる。これにより、タッチ操作において指７でタッチ操作した際のスクイーズ膜１００との共鳴を抑えることができる。
【００４７】
より具体的に、図７を用いて説明する。図７において、縦軸は異音レベル（ｄＢ）を示し、横軸は操作面２ａの表面粗さを表す指標であるＲｚ（μｍ）を示している。図７のグラフにおいて、曲線Ａは「共鳴音」を示しており、曲線Ｂは「擦過音」を示している。なお、異音レベルとは、「共鳴音」および「擦過音」に対するユーザの不快感を表現したものである。また、図７において、Ｔｈは、「共鳴音」および「擦過音」に対するユーザの不快感の判定基準を示す閾値である。かかる閾値は、例えば、−９０ｄＢと設定してもよい。
【００４８】
図７において、曲線Ａに示すように、「共鳴音」は操作面２ａの表面粗さを表す指標であるＲｚが大きくなるにしたがって小さくなる。一方、曲線Ｂに示すように、「擦過音」は操作面２ａの表面粗さを表す指標であるＲｚが大きくなるにしたがって大きくなる。
【００４９】
つまり、「共鳴音」を抑えるためにＲｚを大きくした場合、「擦過音」が大きくなってしまう。具体的には、「共鳴音」を抑えるためにＲｚを５０μｍ以上とした場合、オフ状態における操作面２ａへのタッチ操作による滑り性が悪くなり、「擦過音」がユーザの不快感の判定基準を示す閾値Ｔｈを超えてしまう。また、「擦過音」を抑えるためにＲｚを１０μｍ以下とした場合、オフ状態における操作面２ａへのタッチ操作による滑り性は良くなるが、逆に「共鳴音」がユーザの不快感の判定基準を示す閾値Ｔｈを超えてしまう。
【００５０】
このようなことから、「共鳴音」を抑えることができるとともに、「擦過音」に対してもユーザに不快感を与えないレベルにすることが必要である。したがって、本実施形態では、「共鳴音」および「擦過音」に対するユーザの不快感を与えないレベルである閾値Ｔｈ以下となるような表面粗さに、操作面２ａが粗化されている。
【００５１】
つまり、図７に示すように、操作面２ａの粗さは、表面粗さを表す指標であるＲｚが、１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲内の値であることが好ましい。これにより、「共鳴音」および「擦過音」を共に閾値Ｔｈ以下に抑えることができる。
【００５２】
また、より好ましくは、操作面２ａの粗さは、表面粗さを表す指標であるＲｚが、２０μｍ以上４０μｍ以下の範囲内の値であることが好ましい。これにより、「共鳴音」および「擦過音」の両方をより効果的に低く抑えることができる。
【００５３】
さらに、より好ましくは、表面粗さを表す指標であるＲｚが、曲線Ａと曲線Ｂとが交わる交点２００に対応する値Ｐであることが好ましい。これにより、「共鳴音」および「擦過音」は、共に同じ異音レベルとなるため、操作面２ａへのタッチ操作において音に対する違和感が一層なくなる。
【００５４】
上述したように、実施形態に係る入力装置１は、タッチパネル２と、振動素子５とを備える。振動素子５は、超音波振動によってタッチパネル２を振動させる。
【００５５】
タッチパネル２は、振動素子５によって振動を加えられることによりスクイーズ膜効果が発生した状態およびスクイーズ膜効果が発生していない状態の両方においてタッチ操作することにより発生する音が共に所定レベル以下となるような表面粗さに操作面２ａが粗化されている。
【００５６】
これにより、実施形態に係る入力装置１は、操作面２ａへのタッチ操作により発生する音を抑制することができる。
【００５７】
また、上述したように、タッチパネル２において操作面２ａの粗さは、表面粗さを表す指標であるＲｚが、１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲内の値であることが好ましい。これにより、「共鳴音」および「擦過音」を共に閾値Ｔｈ以下に抑えることができる。
【００５８】
また、より好ましくは、操作面２ａの粗さは、表面粗さを表す指標であるＲｚが、２０μｍ以上４０μｍ以下の範囲内の値である。これにより、「共鳴音」および「擦過音」の両方をより効果的に低く抑えることができる。
【００５９】
次に、図８を用いて、実施形態の変形例に係る入力装置１ａについて説明する。図８は、実施形態の変形例に係る入力装置１ａの断面模式図である。なお、図８に示す構成要素のうち、図５に示す構成要素と同じ構成要素については、図５に示す符号と同一の符号を付すことにより、ここではその説明を省略する。
【００６０】
図８に示すように、変形例に係る入力装置１ａにあっては、第１の凹凸形状８の表面上に、かかる第１の凹凸形状８よりも凹凸周期が小さく連続的な第２の凹凸形状９を有する点で図５の構成とは異なる。
【００６１】
具体的には、タッチパネル２は、操作面２ａにおいて第１の微粒子８１の表面上にかかる第１の微粒子８１よりも粒径が小さい第２の微粒子９１を有する。
【００６２】
つまり、この例では、ナノレベルで微細加工した型に、第１の微粒子８１と、第２の微粒子９１とをこの順に充填し、かかる型を操作面２ａに重ね合わせた状態で熱転写することで、操作面２ａに、第２の微粒子９１を表面上に有する第１の微粒子８１を存在させている。
【００６３】
そして、隣り合う第２の微粒子９１の頂点と第２の微粒子９１の頂点との距離Ｔ２は、隣り合う第１の微粒子８１の頂点と第１の微粒子８１の頂点との距離Ｔ１よりも小さくなっている。なお、かかる形態において上記したＲｚのもっとも高い部分は、第２の微粒子９１の頂点となる。
【００６４】
なお、第２の凹凸形状９の形成方法は、ナノプリント技術よって操作面２ａに第１の微粒子８１を存在させて凹凸を形成したあと、例えば、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術との組み合わせで、第１の凹凸形状８の表面上に第２の凹凸形状９を形成することとしてもよい。
【００６５】
このように、第１の凹凸形状８の表面上に、かかる第１の凹凸形状８よりも凹凸周期が小さく連続的な第２の凹凸形状９を設けることで、オフ状態における操作面２ａへのタッチ操作による滑り性を向上させることができる。
【００６６】
つまり、「共鳴音」を抑えるためにＲｚを５０μｍに近づけるにつれて、オフ状態における操作面２ａへのタッチ操作による滑り性が悪くなる。しかし、上記したように、連続した第２の凹凸形状９を設けることで、「共鳴音」を抑えるためにＲｚを５０μｍに近づけた場合であっても、オフ状態における操作面２ａへのタッチ操作において、高い滑り性を得ることができる。
【００６７】
上述したように、実施形態の変形例に係る入力装置１ａは、タッチパネル２において連続的な第１の凹凸形状８を操作面２ａに有し、かかる第１の凹凸形状８の表面上に第１の凹凸形状８よりも凹凸周期が小さく、連続的な第２の凹凸形状９を有する。
【００６８】
これにより、実施形態の変形例に係る入力装置１ａは、操作面２ａにおける指７との接触面積が減ることで、オフ状態における操作面２ａへのタッチ操作による滑り性を向上させることができる。
【００６９】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１          入力装置
１０        車両
１１        インスルメントパネル
２          タッチパネル
２ａ        操作面
３          表示装置
４          タッチパネルディスプレイ
５          振動素子
６          制御部
６１        駆動部
６２        検出部
７          指
７１        指紋
８          第１の凹凸形状
８１        第１の微粒子
９          第２の凹凸形状
９１        第２の微粒子
１００      スクイーズ膜
２００      交点
【図１】
2019016111.tif 000003
【図２】
2019016111.tif 000004
【図３】
2019016111.tif 000005
【図４】
2019016111.tif 000006
【図５】
2019016111.tif 000007
【図６】
2019016111.tif 000008
【図７】
2019016111.tif 000009
【図８】
2019016111.tif 000010