(57)【要約】【課題】本発明の目的は、振動フィードバックの応答性に優れた操作入力装置を提供する。【解決手段】押下操作される操作部としての操作パネル１０と、操作パネル１０への押下操作により荷重を受け、荷重により発生電圧を発生すると共に、駆動電圧が印加されると変位する圧電素子２０と、圧電素子２０へ昇圧された駆動電圧を供給する昇圧回路３０と、圧電素子２０で発生した発生電圧に基づいて押下状態を検出する押下検出部４２、押下検出部４２の検出結果に基づいて昇圧回路３０の昇圧動作を制御する昇圧制御部４６、を備えた制御部４０と、を有して操作入力装置１を構成する。これにより、昇圧回路での昇圧待ち時間が少ない、振動フィードバックの応答性に優れた操作入力装置を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
押下操作される操作部と、
前記操作部への押下操作により荷重を受け、前記荷重により発生電圧を発生すると共に、駆動電圧が印加されると変位する圧電素子と、
前記圧電素子へ昇圧された前記駆動電圧を供給する昇圧回路と、
前記圧電素子で発生した前記発生電圧に基づいて押下状態を検出する押下検出部、前記押下検出部の検出結果に基づいて前記昇圧回路の昇圧動作を制御する昇圧制御部、を備えた制御部と、を有する操作入力装置。
【請求項２】
前記昇圧制御部は、前記発生電圧が、前記押下操作により押下されたことを判定する押下判定閾値よりも小さい昇圧開始閾値を超えた場合に、前記昇圧回路の前記昇圧動作を開始させる制御を行なう、請求項１に記載の操作入力装置。
【請求項３】
前記昇圧回路は、前記制御部から前記昇圧動作を開始させる命令を受けるまで、前記昇圧動作を停止している、請求項２に記載の操作入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電素子へ荷重を加えることによってスイッチをオンし、圧電素子に荷重が加えられたことによって発生する電力を、遅延させて圧電素子に加えることによって触覚を付与する操作入力装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この操作入力装置は、触覚応答を提供する圧電キースイッチが、縁部で固定された圧電素子と、固定された縁部から離間して圧電素子に取り付けられたキーパッドを含み、キーパッドの押下によって素子がたわみ、接地された金属円盤と電極との間に電圧信号が発生する。電極からの電圧信号はワイヤに送られる。この電圧信号に応答して、駆動回路が、駆動信号を提供して圧電素子をたわませ、キーパッドに上向きの触覚フィードバックを呈示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３０７６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術において、キーパッドが押下操作されたときに、圧電素子に駆動信号を提供してキーパッドに上向きの触覚フィードバックを呈示する。圧電素子を駆動する駆動信号は、一般に高電圧であり、電圧信号に応答して昇圧回路で昇圧してから圧電素子を駆動する必要がある。しかし、昇圧回路で昇圧する場合には昇圧待ち時間が発生し、タッチから振動フィードバックまでの応答性が悪くなってしまうという問題があった。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、振動フィードバックの応答性に優れた操作入力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［１］上記目的を達成するため、押下操作される操作部と、前記操作部への押下操作により荷重を受け、前記荷重により発生電圧を発生すると共に、駆動電圧が印加されると変位する圧電素子と、前記圧電素子へ昇圧された前記駆動電圧を供給する昇圧回路と、前記圧電素子で発生した前記発生電圧に基づいて押下状態を検出する押下検出部、前記押下検出部の検出結果に基づいて前記昇圧回路の昇圧動作を制御する昇圧制御部、を備えた制御部と、を有する操作入力装置を提供する。
［２］前記昇圧制御部は、前記発生電圧が、前記押下操作により押下されたことを判定する押下判定閾値よりも小さい昇圧開始閾値を超えた場合に、前記昇圧回路の前記昇圧動作を開始させる制御を行なう、上記［１］に記載の操作入力装置であってもよい。
［３］また、前記昇圧回路は、前記制御部から前記昇圧動作を開始させる命令を受けるまで、前記昇圧動作を停止している、上記［２］に記載の操作入力装置であってもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の操作入力装置によれば、振動フィードバックの応答性に優れた操作入力装置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、本発明の実施の形態に係る操作入力装置の概略構成を示すブロック構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る操作入力装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本発明の実施の形態に係る操作入力装置）
本発明の実施の形態に係る操作入力装置１は、図１に示すように、押下操作される操作部としての操作パネル１０と、操作パネル１０への押下操作により荷重を受け、荷重により発生電圧を発生すると共に、駆動電圧が印加されると変位する圧電素子２０と、圧電素子２０へ昇圧された駆動電圧を供給する昇圧回路３０と、圧電素子２０で発生した発生電圧に基づいて押下状態を検出する押下検出部４２、押下検出部４２の検出結果に基づいて昇圧回路３０の昇圧動作を制御する昇圧制御部４６、を備えた制御部４０と、を有して構成されている。
【００１１】
図１に示すように、制御部４０は、圧電素子２０を振動フィードバックするための駆動信号Ｖｓを昇圧回路３０に出力する。この駆動信号Ｖｓは、昇圧回路３０により昇圧されて圧電素子２０の駆動電圧Ｖｄとなる。
【００１２】
（操作パネル１０）
操作部としての操作パネル１０は、例えば、アクリル等の樹脂により形成されている。操作パネル１０は、図１に示すように、ベース７０に縁部２０ａが支持されている。操作パネル１０は、図１に示すように、押下力Ｆで押されて撓むことができる。また、後述するように、圧電素子２０の上方向又は下方向への変形により、上方向又は下方向へ撓むことができる。
【００１３】
（圧電素子２０）
圧電素子２０は、圧電素子材料２１の両面に電極（図示省略）が取り付けられ、圧電素子材料２１の径よりも大きな金属シム２２に貼り合わせ固定されている、例えば、ユニモルフ型である。電極に駆動電圧を印加することにより、圧電素子材料は伸び縮みするため、金属シム２２に反りが生じて圧電素子材料２１と金属シム２２の全体が撓む。本実施の形態では、金属シム２２と圧電素子材料２１が貼り合わせ固定され、電極が取り付けられたユニットを圧電素子２０とする。
【００１４】
圧電素子２０は、図１に示すように、ベース７０に縁部２０ａが支持されている。圧電素子２０は、平面視では例えば、円形の形状を有している。ベース７０には凹部７０ａが形成され、圧電素子２０は、凹部７０ａの方向に変形可能に支持されている。また、圧電素子２０の上側は、プッシャー２４を介して、操作パネル１０と接続するように取り付けられている。これにより、図１に示すように、押下力Ｆで押されて操作パネル１０が撓むとこれに応じて圧電素子２０も変形する。また、圧電素子２０が上側又は下方向に変形すると操作パネル１０も上側又は下方向に変形することができる。
【００１５】
圧電素子２０は、例えば、板形状の圧電素子材料を有し、金属シムの上面に配置されている。この圧電素子材料としては、例えば、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などが用いられる。圧電素子２０は、例えば、これらの材料を用いて形成された膜により形成されている。
【００１６】
圧電素子２０は、図１に示すように、指１００により押下力Ｆで押されて撓むと、この変形に応じた発生電圧Ｖｘを出力する。また圧電素子２０は、電圧が印加されると駆動電圧Ｖｄに応じて伸縮して変形する。圧電素子２０は、例えば、図１に示すように、押下力Ｆに応じて出力した荷重に基づく電圧を発生電圧Ｖｘとして制御部４０に出力する。
【００１７】
また、圧電素子２０は、制御部４０から出力された駆動電圧Ｖｄに応じて伸縮して金属シム２２と共に変形して撓むように構成されている。この変形、撓みは、操作パネル１０を変位させ、又は振動させる。これにより、操作パネル１０を介して操作者に対して振動フィードバックを行なうことができる。
【００１８】
すなわち、本実施の形態に係る操作入力装置１の圧電素子２０は、荷重検出と振動フィードバックを兼用するものである。
【００１９】
圧電素子２０は、図１に示すように、圧電素子材料２１の下面が制御部４０に接続され、上面がスイッチ部５０の出力端子５０ａに接続されている。
【００２０】
図１に示すように、スイッチ部５０の第１切替端子５０ｂは、制御部４０に接続され、押下検出部４２において、発生電圧Ｖｘに基づいて押下したかどうかの検出が可能とされている。
【００２１】
スイッチ部５０の第２切替端子５０ｃは、昇圧回路３０に接続されている。また、スイッチ部５０の制御端子５０ｄは、制御部４０に接続され、切替制御部４４において、押下検出を行なうか振動フィードバックを行なうかの切替え制御が可能とされている。
【００２２】
昇圧回路３０の出力端３０ａは、スイッチ部５０の第２切替端子５０ｃに接続されている。また、昇圧回路３０の入力端３０ｂは、制御部４０に接続され、昇圧制御部４６からの駆動信号Ｖｓに基づいて昇圧回路３０での昇圧動作が行われる。
【００２３】
（昇圧回路３０）
昇圧回路としては、ＤＣ−ＤＣコンバータ、チャージポンプ、等の回路が使用できる。ＤＣ−ＤＣコンバータは、昇圧が可能なスイッチングレギュレータが使用できる。スイッチングレギュレータ回路は、内部のスイッチング素子がオンオフを繰り返し、一定の出力を得る方式である。この動作を高速で繰り返すことで出力電圧を規定値に昇圧して調整することができる。
【００２４】
また、チャージポンプは、コンデンサとスイッチを組み合わせることによって電圧を上昇させるための昇圧回路である。具体的には、電荷を遷移させ、入力電圧とコンデンサに充電された電圧を重畳させることによって昇圧電圧を得る方式である。
【００２５】
これらの昇圧回路は、スイッチング素子のオンオフの繰り返しや、電荷の遷移過程を要するので、所定の電圧まで昇圧するのに時間を要する。すなわち、昇圧待ち時間が発生する。この昇圧待ち時間の発生を回避するために常時昇圧回路を動作させておくと消費電力が大きくなるという問題がある。また、放射ノイズが高レベルになるという問題もある。なお、本実施の形態では、昇圧回路３０は、制御部４０から昇圧動作を開始させる命令を受けるまで、昇圧動作を停止している。
【００２６】
（制御部４０）
制御部４０は、図１に示すように、押下検出部４２、切替制御部４４、昇圧制御部４６等を有して構成されている。押下検出部４２は、操作パネル１０への押下操作を検出する。切替制御部４４は、制御端子５０ｄに切替制御信号Ｖｅを出力して、スイッチ部５０の出力端子５０ａを第１切替端子５０ｂまたは第２切替端子５０ｃに切替え制御する。この切替え制御により、押下検出を行なうか振動フィードバックを行なうかの切替えを行なうことができる。また、昇圧制御部４６は、昇圧回路３０の入力端３０ｂに駆動信号Ｖｓを出力して、これに基づいて昇圧回路３０での昇圧動作を制御する。
【００２７】
制御部４０は、上記の押下検出部４２、切替制御部４４、昇圧制御部４６等を制御するために、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工などを行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及び記憶部４８としてのＲＯＭ（Read Only Memory）などから構成されるマイクロコンピュータを備えている。
【００２８】
記憶部４８において、上記のプログラムの他に、押下検出部４２での動作において使用する２種類の閾値が記憶されている。第１の閾値は、操作パネル１０が押下されたことを判定する押下判定閾値Ｖonthである。第２の閾値は、押下判定閾値Ｖonthよりも小さな値に設定され、昇圧回路３０での昇圧動作を開始するかどうかを判定するための昇圧開始閾値Ｖthである。
【００２９】
（操作入力装置１の動作）
図２で示す本発明の実施の形態に係る操作入力装置１の動作を示すフローチャートに基づいて、説明する。制御部４０は、フローチャートに従って以下の演算、処理を実行する。
【００３０】
（Ｓｔｅｐ１）
制御部４０は、切替制御部４４により、切替制御信号Ｖｅを出力して、スイッチ部５０の出力端子５０ａを第１切替端子５０ｂに切替え制御する。これにより、押下検出部４２に発生電圧Ｖｘが入力可能な状態としておく。制御部４０は、発生電圧Ｖｘが昇圧開始閾値Ｖthを超えたかどうかを判断する。なお、前述したように、昇圧開始閾値Ｖthは押下判定閾値Ｖonthよりも小さい値に設定されている。発生電圧Ｖｘが昇圧開始閾値Ｖthを超えた場合は、Ｓｔｅｐ２へ進み（Ｓｔｅｐ１：Ｙｅｓ）、昇圧開始閾値Ｖthを超えない場合は、Ｓｔｅｐ３へ進む（Ｓｔｅｐ１：Ｎｏ）。
【００３１】
（Ｓｔｅｐ２）
制御部４０は、昇圧回路３０の昇圧動作をオンにする。すなわち、制御部４０は、昇圧制御部４６から駆動信号Ｖｓを出力して、昇圧回路３０での昇圧動作を開始させて、Ｓｔｅｐ４に進む。
【００３２】
（Ｓｔｅｐ３）
制御部４０は、昇圧回路３０の昇圧動作をオフにして、Ｓｔｅｐ１に戻って、判定動作を繰り返して実行する。
【００３３】
（Ｓｔｅｐ４）
制御部４０は、発生電圧Ｖｘが押下判定閾値Ｖonthを超えたかどうかを判断する。発生電圧Ｖｘが押下判定閾値Ｖonthを超えた場合は、操作パネル１０が押下操作（スイッチ操作）されたと判断し、スイッチオン信号を発生させて、Ｓｔｅｐ５へ進む（Ｓｔｅｐ４：Ｙｅｓ）。発生電圧Ｖｘが押下判定閾値Ｖonthを超えない場合は、Ｓｔｅｐ１に戻って、判定動作を繰り返して実行する。
【００３４】
制御部４０は、操作パネル１０が押下操作（スイッチ操作）されたと判断し、スイッチオン信号を発生させると、このスイッチオン信号により種々の機器の操作等が実行される。また、このスイッチオン信号は、例えば、車両のＬＩＮ、ＣＡＮ等の車載ＬＡＮを介して出力され、車両の種々の車載機器動作の制御等に利用することができる。
【００３５】
（Ｓｔｅｐ５）
制御部４０は、切替制御部４４により、切替制御信号Ｖｅを出力して、スイッチ部５０の出力端子５０ａを第２切替端子５０ｃに切替え制御する。昇圧回路３０は、すでにＳｔｅｐ２で昇圧動作がオンとされているので、昇圧待ち時間なしで所定の電圧が出力可能な状態となっている。これにより、制御部４０は、スイッチ部５０を制御して、所定の電圧に昇圧された駆動電圧Ｖｄを圧電素子２０に印加することで圧電素子２０を振動させる。圧電素子２０の振動は、プッシャー２４を介して操作パネル１０に伝達され、操作者に対して、振動フィードバックを行なうことができる。
【００３６】
上記の動作は、停止命令が出力されるまで繰り返して実行することができる。
【００３７】
（実施の形態の効果）
本発明の実施の形態によれば、以下のような効果を有する。
（１）本発明の実施の形態に係る操作入力装置１は、押下操作される操作部としての操作パネル１０と、操作パネル１０への押下操作により荷重を受け、荷重により発生電圧を発生すると共に、駆動電圧が印加されると変位する圧電素子２０と、圧電素子２０へ昇圧された駆動電圧を供給する昇圧回路３０と、圧電素子２０で発生した発生電圧に基づいて押下状態を検出する押下検出部４２、押下検出部４２の検出結果に基づいて昇圧回路３０の昇圧動作を制御する昇圧制御部４６、を備えた制御部４０と、を有して構成されている。押下検出部４２においては、押下判定閾値Ｖonthよりも小さな値に設定された昇圧開始閾値Ｖthにより押下状態を判定し、これに基づいて昇圧回路３０での昇圧動作を開始させる。これにより、昇圧待機時間なしで振動フィードバックを行なうことが可能となる。
（２）制御部４０は、昇圧制御部４６において、発生電圧が昇圧開始閾値を超えることにより、昇圧回路の昇圧動作を開始させる制御を行なうので、振動フィードバックの応答性が良く、かつ、常時昇圧に比べ、低消費電流、低放射ノイズで、マイグレーションの懸念が小さい操作入力装置が可能となる。
【００３８】
以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３９】
１…操作入力装置、１０…操作パネル、１０ａ…縁部
２０…圧電素子、２０ａ…縁部、２１…圧電素子材料、２２…金属シム、２４…プッシャー
３０…昇圧回路、３０ａ…出力端、３０ｂ    …入力端
４０…制御部、４２…押下検出部、４４…切替制御部、４６…昇圧制御部、４８…記憶部
５０…スイッチ部、５０ａ…出力端子、５０ｂ…切替端子、５０ｃ…切替端子、５０ｄ…制御端子
７０…ベース、７０ａ…凹部
１００…指
Ｆ…押下力、Ｖｄ…駆動電圧、Ｖｅ…切替制御信号、Ｖonth…押下判定閾値、Ｖｓ…駆動信号、Ｖth…昇圧開始閾値、Ｖｘ…発生電圧
【図１】
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【図２】
2019211841.tif 000004