(57)【要約】【課題】触感呈示機能と非接触検出機能とを部品点数を削減して搭載できる電子機器を提供する。【解決手段】電子機器は、タッチ部と、圧電素子と、超音波を受信する受信部と、を備える。電子機器は、圧電素子を第１駆動モードで駆動してタッチ部への接触物に対して触感を呈示する。電子機器は、圧電素子を第２駆動モードで駆動して超音波を送信し、その反射波を受信部で受信して物体を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチ部と、
圧電素子と、
超音波を受信する受信部と、を備え、
前記圧電素子を第１駆動モードで駆動して前記タッチ部への接触物に対して触感を呈示し、前記圧電素子を第２駆動モードで駆動して超音波を送信して、その反射波を前記受信部で受信して物体を検出する、電子機器。
【請求項２】
前記受信部は複数の受信素子を備える、請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
前記受信部の出力に基づいて物体のジェスチャを検出する、請求項１又は２に記載の電子機器。
【請求項４】
前記圧電素子を前記第１駆動モードで駆動する間、前記第２駆動モードによる前記圧電素子の駆動を停止する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子機器。
【請求項５】
前記タッチ部はタッチセンサを有し、
前記タッチセンサが接触物の接触を検出すると、前記第２駆動モードによる前記圧電素子の駆動を停止する、請求項４に記載の電子機器。
【請求項６】
前記第２駆動モードによる前記圧電素子の駆動中に、前記第１駆動モードにより前記圧電素子を駆動して前記タッチ部への接触物に対して触感を呈示する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、タッチパネル上で指等の接触物に対して、圧電素子を用いてリアルな触感を呈示する触感呈示機能を有する電子機器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６３３１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、上述のような触感呈示機能を有する電子機器においては、多様なアプリケーションに対応するために、非接触で物体の有無やエアジェスチャ（以下、単にジェスチャとも言う）を検出する非接触検出機能を付加することが要望されている。この場合、触感呈示機能の構成要素と非接触検出機能の構成要素とを独立して設けると部品点数の増加を招くことになる。
【０００５】
かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、触感呈示機能と非接触検出機能とを部品点数を削減して搭載できる電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一実施の形態に係る電子機器は、タッチ部と、圧電素子と、超音波を受信する受信部と、を備える。電子機器は、前記圧電素子を第１駆動モードで駆動して前記タッチ部への接触物に対して触感を呈示する。電子機器は、前記圧電素子を第２駆動モードで駆動して超音波を送信し、その反射波を前記受信部で受信して物体を検出する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の一実施の形態に係る電子機器によれば、触感呈示機能と非接触検出機能とを部品点数を削減して搭載することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施の形態に係る電子機器の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図２】図１のタッチパネル及び受信部の車両への配置例を示す図である。
【図３】操作者がタッチパネルの前方に操作物体をかざした例を示す図である。
【図４】操作物体がタッチパネルに対して車両の前後方向に移動するジェスチャを示す図である。
【図５】操作物体がタッチパネルに対して車両の前後方向と交差する方向に直線状に移動するジェスチャを示す図である。
【図６】操作物体がタッチパネルに向かって円を描くジェスチャを示す図である。
【図７】図１の電子機器の一例の概略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】
【０００９】
以下、本開示の実施の形態について、図を参照して説明する。
【００１０】
図１は、本開示の一実施の形態に係る電子機器の概略構成を示す機能ブロック図である。本開示の電子機器は、車両に搭載されるもので、タッチパネル１０と、超音波の受信部３０と、制御部５０とを有する。タッチパネル１０は、タッチセンサ１１と、圧電素子１２と、押圧検出部１３と、表示パネル１４とを備える。
【００１１】
制御部５０は、タッチセンサ１１、圧電素子１２、押圧検出部１３、及び表示パネル１４とそれぞれ接続される。制御部５０は、接続される各部に信号又は信号に対応づけられる情報（以下、制御情報ともいう）を送信し、又は、接続される各部から制御情報を取得する。図１において、制御部５０と各部とを接続する矢印は、制御情報が出力される主な方向を示している。
【００１２】
制御部５０は、記憶部５１を備える。記憶部５１には、各種情報、又は制御部５０を動作させるためのプログラム等が格納される。また記憶部５１は、ワークメモリとしても機能する。なお、図１では、記憶部５１を制御部５０に内蔵して示しているが、ハードディスク等の外部記憶装置を制御部５０に接続してもよい。
【００１３】
制御部５０は、制御情報を記憶部５１に格納する。また、制御部５０は、制御情報を記憶部５１から取得する。また、制御部５０は、制御情報に応じて、接続される各部を制御する。制御部５０が実行する制御動作については後述する。
【００１４】
制御部５０は、車両に搭載された被制御機器（以下、総称して車両搭載機器７０ともいう）に接続される。制御部５０は、タッチセンサ１１への入力に応じて、車両搭載機器７０を操作するための制御情報（以下、機器操作情報ともいう）を出力する。また制御部５０は、車両搭載機器７０の状態を示す制御情報を取得する。
【００１５】
また制御部５０は、車両搭載機器７０を操作するために、車両搭載機器７０を操作するアプリケーション（以下、単にアプリケーションともいう）を実行する。制御部５０は、アプリケーションに対する操作者（例えば運転者）の入力に応じて、機器操作情報を生成する。そして制御部５０は、機器操作情報を車両搭載機器７０に出力する。
【００１６】
車両搭載機器７０は、制御部５０から取得した機器操作情報に基づいて動作する。アプリケーションにより操作される車両搭載機器７０は、種々のものが考えられる。車両搭載機器７０は、例えば、カーナビゲーションシステム、エアコンディショナ、オーディオ、テレビ、又は通信機器等を含みうる。
【００１７】
タッチセンサ１１は、タッチ部を構成する。タッチセンサ１１は、タッチセンサ１１に対する指又はスタイラスなどの物体（接触物）のタッチを検出する。以下、タッチセンサ１１に対して指でタッチするものとして説明するが、スタイラスなどの他の物体でタッチしても同様である。タッチセンサ１１がタッチを検出する方式としては、静電容量方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式（又は超音波方式）、赤外線方式、電磁誘導方式、又は荷重検出方式等の任意の方式が用いられうる。
【００１８】
タッチセンサ１１は、指のタッチを検出した場合、タッチされた位置の座標を取得し、制御情報として制御部５０に出力する。操作者は、タッチセンサ１１に指をタッチすることにより、タッチ位置に対応する入力をすることができる。
【００１９】
圧電素子１２は、制御部５０から取得した駆動信号に応じた種々のパターンの振動を発生することによって、タッチセンサ１１にタッチした操作者の指に触感を呈示する。例えば、圧電素子１２は、クリック感、材質感等に対応する振動パターンによる振動を発生させて、タッチセンサ１１にタッチした操作者の指に対して、クリック感、材質感等の触感を呈示する。
【００２０】
また圧電素子１２は、制御部５０から取得した駆動信号により振動を発生することによって超音波を送信（放射）する。超音波は、タッチパネル１０の構造に応じて、圧電素子１２からタッチパネル１０の前方の空間に直接送信してもよいし、タッチセンサ１１を通してタッチパネル１０の前方の空間に送信してもよい。以下の説明では、これらを総称して、タッチパネル１０から超音波が送信されるものとする。
【００２１】
制御部５０は、タッチセンサ１１にタッチする操作者の指に触感を呈示する場合は、圧電素子１２に対して制御情報として第１駆動モードによる駆動信号を出力して圧電素子１２を駆動する。また制御部５０は、圧電素子１２から超音波を送信させる場合は、圧電素子１２に対して制御情報として第２駆動モードによる駆動信号を出力して圧電素子１２を駆動する。
【００２２】
ここで、第１駆動モードによる圧電素子１２の振動周波数は、例えば数百Ｈｚ程度である。第１駆動モードでは、駆動信号の周波数、振幅、周期等を適宜制御して、呈示する触感に応じた振動パターンで圧電素子１２を振動させる。また第２駆動モードによる圧電素子１２の振動周波数は、例えば２０ｋＨｚ以上である。第２駆動モードでは、例えば圧電素子１２を所定の周期で間欠的に振動させて、超音波をパルス状に送信させる。
【００２３】
押圧検出部１３は、操作者が指又はスタイラス等でタッチセンサ１１にタッチし、さらにタッチセンサ１１を押し込むことにより生じる圧力（押圧）を検出する。押圧検出部１３で検出される押圧に基づくデータは、制御情報として制御部５０に出力される。
【００２４】
押圧検出部１３は、例えば、押圧に応じて物理的又は電気的特性（歪み、抵抗、電圧等）が変化する歪みゲージセンサや圧電素子等を用いて構成することができる。押圧検出部１３が、例えば圧電素子を用いて構成された場合は、上述の触感を呈示したり、超音波を送信したりする圧電素子１２を共用することもできる。圧電素子は、圧力が加わると電圧を発生し、電圧が加わると変形するからである。したがって、この場合、圧電素子１２は、タッチセンサ１１に対する押圧による荷重の大きさに応じて、電気的特性である電圧値（押圧に基づくデータ）が変化する。押圧に基づくデータは、電圧値に限られず、押圧による荷重の大きさ、抵抗値等でもよい。
【００２５】
また、押圧検出部１３は、タッチセンサ１１の検出方式に応じて構成することができる。例えば、タッチセンサ１１の検出方式が抵抗膜方式の場合には、接触面積の大きさに応じた抵抗の大きさを、タッチセンサ１１に対する押圧の荷重に対応づけることができる。あるいは、タッチセンサ１１が静電容量方式の場合には、静電容量の大きさをタッチセンサ１１に対する押圧の荷重に対応づけることができる。このようにすることで、歪みゲージセンサ又は圧電素子等を用いることなくタッチセンサ１１で押圧検出部１３を構成することができる。
【００２６】
制御部５０は、押圧検出部１３から取得した押圧に基づくデータが所定の閾値以上である場合（押圧が所定の圧力以上である場合）に、タッチされている位置にある操作オブジェクトに対する入力を確定させる。また、制御部５０は、圧電素子１２を第１駆動モードで駆動して、操作者に対して操作オブジェクトに対応する触感を呈示する。
【００２７】
表示パネル１４は、制御部５０から取得した制御情報に基づき、操作者が視認できる文字、画像、操作オブジェクト等を表示する。表示パネル１４は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、又は、有機若しくは無機ＥＬディスプレイ等で構成される。
【００２８】
受信部３０は、超音波を受信して電気信号に変換する。受信部３０は、１つ又は複数個の受信素子３１を有して構成される。受信素子３１は、例えばKnowles社製のＳＰＭ０４０４ＵＤ５を使用することができる。
【００２９】
受信部３０から出力される電気信号は、制御部５０に入力される。制御部５０は、受信部３０の電気信号から、圧電素子１２が送信する超音波の周波数に対応する帯域の受信信号をフィルタリングする。そして、制御部５０は、例えば、圧電素子１２からの超音波の送信タイミングと、受信部３０での対応する超音波の受信タイミングとに基づいて、アプリケーションに対応する操作者の非接触操作を検出して機器操作情報を生成する。この機器操作情報は、制御部５０から対応する制御対象の車両搭載機器７０に出力される。
【００３０】
制御部５０は、例えば車両の全体を制御及び管理するプロセッサである。制御部５０は、制御手順を規定したプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサで構成される。そのプログラムは、例えば記憶部４１等に格納される。車両において、制御部５０は、特にＥＣＵ（Electric Control Unit又はEngine Control Unit）により構成される。ＥＣＵは、車両を制御する。すなわち、ＥＣＵは、車両に関連して使用される車両搭載機器７０の制御を行う。制御部５０は、１つのＥＣＵにより構成されていてもよく、例えば車両の全体を制御するメインＥＣＵ及び一部の車両搭載機器７０の制御を行う複数のサブＥＣＵにより構成されていてもよい。また、制御部５０の一部又は全部はタッチパネル１０に内蔵されていても良い。
【００３１】
図２は、図１に示したタッチパネル１０及び受信部３０の車両９０への配置例を示す図である。タッチパネル１０は、操作者が運転者１１０である場合、運転者１１０が車両９０の運転中に車両前方から視線をできるだけ外さなくて済むように、車両９０のダッシュボード９１の中央部に配置される。そして、図１に示した圧電素子１２が第２駆動モードで駆動されると、タッチパネル１０から車内後方に向けて超音波を送信させる。
【００３２】
受信部３０を構成する受信素子３１は、操作者がタッチパネル１０の前方に手や指等の操作物体１１１がかざされた場合に、操作物体１１１で反射される超音波を受信できる任意の位置に配置される。例えば、受信部３０が１つの受信素子３１で構成される場合、受信素子３１はタッチパネル１０の筐体、ダッシュボード９１、フロントピラー９２等に配置される。また、受信部３０が複数の受信素子３１で構成される場合、各受信素子３１はタッチパネル１０の筐体、ダッシュボード９１、フロントピラー９２等の同一又は異なる部材に配置される。
【００３３】
受信部３０が１つの受信素子３１で構成される場合、制御部５０（図１参照）は、受信素子３１での対応する超音波の受信信号の有無に基づいて、操作者がタッチパネル１０の前方に操作物体１１１をかざしたか否かを検出することができる。例えば、図３に示すように、タッチパネル１０の前方の所定範囲の領域に操作物体１１１がかざされた場合、超音波の送信タイミングから所定時間内に、当該超音波の操作物体１１１での反射波が受信素子３１で受信される。したがって、制御部５０は、受信素子３１からの出力信号に基づいて、例えばアプリケーションを切り替えたり、対応するアプリケーションのＯＮ／ＯＦＦ等を制御したりすることができる。
【００３４】
また、操作物体１１１が例えば図４に示すようにタッチパネル１０に対して車両９０の前後方向に移動するジェスチャが行われた場合、操作物体１１１と受信素子３１との距離が時間的に変化する。同様に、操作物体１１１がタッチパネル１０に対して車両９０の前後方向と交差する任意の方向、例えば図５に示すように車両９０の幅方向に直線状に移動するジェスチャが行われた場合、操作物体１１１と受信素子３１との距離が時間的に変化する。
【００３５】
これらの場合、操作物体１１１と受信素子３１との距離の時間的に変化に応じて、タッチパネル１０から周期的に送信される超音波の送信タイミングと、受信素子３１で受信される対応する超音波の操作物体１１１での反射波の受信タイミングとの時間差が変化する。したがって、制御部５０は、超音波の送信タイミングと受信タイミングとの時間差の変化に基づいて、操作物体１１１のジェスチャを検出することができる。これにより、制御部５０は、検出したジェスチャに基づいて車両搭載機器７０の制御を行うことができる。
【００３６】
例えば、超音波の送信タイミングと受信タイミングとの時間差が徐々に大きくなる場合、制御部５０は、ナビゲーションシステムにおいて表示される地図の表示倍率を大きくしたり、オーディオ機器の音量を増大させたり、エアコンディショナの温度や風量等を増大させたりする等のアプリケーションに対応する車両搭載機器７０の制御を行うことができる。逆に、超音波の送信タイミングと受信タイミングとの時間差が徐々に小さくなる場合、制御部５０は、地図の表示倍率を小さくしたり、オーディオ機器の音量を低下させたり、エアコンディショナの温度や風量等を低下させたりする等のアプリケーションに対応する車両搭載機器７０の制御を行うことができる。
【００３７】
また、受信部３０が複数の受信素子３１で構成される場合、制御部５０（図１参照）は、上述の１つの受信素子３１で構成される場合の制御の他に、より複雑な動きのジェスチャも容易に検出することができる。例えば図６に示すように、タッチパネル１０に向かって操作物体１１１が１本の指１１２の先端で円を描くジェスチャが行われた場合、指１１２の先端と各受信素子３１との距離がジェスチャに応じて変化する。しかもその距離の変化のパターンは、受信素子３１毎に異なるとともに、右回りで円を描く場合と左回りで円を描く場合とで異なることになる。
【００３８】
したがって、制御部５０は、例えば各受信素子３１における超音波の受信タイミングの変化パターンに基づいて、操作物体１１１のジェスチャを検出することができる。これにより、制御部５０は、検出したジェスチャに基づいて車両搭載機器７０の制御を行うことができる。例えば、制御部５０は、右回りで円を描くジェスチャを検出した場合、地図の表示倍率を大きくしたり、オーディオ機器の音量を増大させたり、エアコンディショナの温度や風量等を増大させたりする等のアプリケーションに対応する車両搭載機器７０の制御を行うことができる。逆に、左回りで円を描くジェスチャを検出した場合、制御部５０は、地図の表示倍率を小さくしたり、オーディオ機器の音量を低下させたり、エアコンディショナの温度や風量等を低下させたりする等のアプリケーションに対応する車両搭載機器７０の制御を行うことができる。
【００３９】
なお、上述の右回りジェスチャや左回りジェスチャは、受信部３０を１つの受信素子３１で構成する場合でも検出可能である。この場合は、右回りジェスチャと左回りジェスチャとで、受信素子３１での超音波の受信タイミングの変化パターンが異なるように、受信素子３１を適切な位置に設置するとよい。
【００４０】
図７は、本実施の形態に係る電子機器の一例の概略動作を示すフローチャートである。なお、図７においては、超音波によって操作物体の有無を検出する場合もジェスチャを検出するものとする。以下、図１を参照しながら動作を説明する。
【００４１】
図７に示すフローチャートでは、電子機器が起動されると、制御部５０は圧電素子１２を第２駆動モードで駆動する（ステップＳ７０１）。これにより、圧電素子１２は、例えば所定の周期で間欠的に振動されて、パルス状に超音波を送信する。
【００４２】
制御部５０は、第２駆動モードでの圧電素子１２の駆動を開始すると、受信部３０の出力に基づいてジェスチャを検出する（ステップＳ７０３）。そして、ジェスチャが検出されると（ステップＳ７０３のＹｅｓの場合）、制御部５０は検出されたジェスチャに応じて、上述したように車両搭載機器７０を制御する（ステップＳ７０５）。その後、制御部５０はステップＳ７０３の処理に戻ってジェスチャを検出する。
【００４３】
一方、ステップＳ７０３においてジェスチャが検出されない場合（ステップＳ７０３のＮｏの場合）、制御部５０はタッチパネル１０のタッチセンサ１１、押圧検出部１３等の出力に基づいて触感を呈示するか否かを判定する（ステップＳ７０７）。そして、触感を呈示すると判定された場合（ステップＳ７０７のＹｅｓの場合）、制御部５０は、圧電素子１２を第１駆動モードで駆動する（ステップＳ７０９）。これにより、制御部５０はタッチセンサ１１へのタッチ位置にある操作オブジェクに対応する振動パターンで圧電素子１２を振動させて、操作者に触感を呈示する。
【００４４】
その後、制御部５０はステップＳ７０１の処理に戻って圧電素子１２を第２駆動モードで駆動する。また、ステップＳ７０７で触感を呈示しないと判定された場合（ステップＳ７０７のＮｏの場合）、制御部５０はステップＳ７０１の処理に戻って圧電素子１２を第２駆動モードで継続して駆動する。
【００４５】
なお、ステップＳ７０９において、制御部５０は、以下のいずれかの駆動態様で圧電素子１２を第１駆動モードで駆動することができる。第１の駆動態様は、第２駆動モードでの圧電素子１２の駆動を停止させた状態で、圧電素子１２を第１駆動モードで駆動する。すなわち、圧電素子１２を第２駆動モードから第１駆動モードに切り替えて駆動する。
【００４６】
この場合、制御部５０は、例えばステップＳ７０７においてタッチセンサ１１の出力に基づいて操作者がタッチセンサ１１に接触したのを検出したのに同期して第２駆動モードを停止する。その後、制御部５０は、押圧検出部１３の出力が所定の閾値以上となったのに同期して圧電素子１２を第１駆動モードで駆動する。第１駆動モードによる駆動が終了したら、制御部５０はステップＳ７０１の処理に戻って圧電素子１２を第２駆動モードで駆動する。
【００４７】
第２の駆動態様は、第２駆動モードによる圧電素子１２の駆動中に、圧電素子１２を第１駆動モードで駆動する。すなわち、第２駆動モードに第１駆動モードを重畳して圧電素子１２を駆動する。この場合、第１駆動モードによる圧電素子１２の駆動タイミングによっては、圧電素子１２は第１駆動モードの駆動信号の一部又は全部が、第２駆動モードによる超音波を送信するパルス期間の駆動信号と重なって駆動される場合がある。
【００４８】
上述したように、本開示の電子機器では、触感を呈示するための圧電素子を共用して超音波を送信させる。したがって、触感呈示機能と非接触検出機能とを部品点数を削減して搭載することが可能となる。
【００４９】
本開示を諸図面に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各機能部に含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能である。複数の機能部等は、１つに組み合わせられたり、分割されたりしてよい。上述した本開示に係る実施の形態は、それぞれ説明した各実施形態に忠実に実施することに限定されるものではなく、適宜、各特徴を組み合わせたり、一部を省略したりして実施され得る。
【００５０】
例えば上記実施の形態では、タッチパネル１０が車両９０のダッシュボード９１の中央部に配置されるものとしたが、タッチパネル１０は車両９０の例えばセンターコンソールに配置されるコントロールパッドでもよい。この場合、表示パネル１４は省略されてもよい。また、タッチパネル１０は車両９０の例えばセンターコンソール、ステアリングホイール、ドア等に配置される各種スイッチであってもよい。これらのスイッチの場合も、表示パネル１４は省略されてもよい。また、スイッチの場合、タッチ部はタッチセンサ１１に代えてセンサ機能を有しない部材で構成してもよい。この場合、制御部５０は、押圧検出部１３の出力に基づいてタッチパネル１０への接触を検出してもよい。
【００５１】
また、図７に示したフローチャートでは、電子機器が起動されると圧電素子１２を第２駆動モードで駆動するようにしたが、圧電素子１２は、例えばモード切替スイッチの操作によって第１駆動モードと第２駆動モードとを選択的に切替えて駆動するようにしてもよい。すなわち、第１駆動モードが選択された状態では、制御部５０は触感呈示機能を有効とし、ジェスチャ検出等の非接触検出機能は無効として、圧電素子１２を第２駆動モードで駆動することなく、触感を呈示する場合にのみ圧電素子１２を第１駆動モードで駆動する。また、第２駆動モードが選択された状態では、制御部５０は非接触検出機能を有効とし、触感呈示機能は無効として、圧電素子１２を第１駆動モードで駆動することなく第２駆動モードでのみ駆動してジェスチャ等を検出する。なお、モード切替スイッチは、例えばタッチパネル１０、センターコンソール、ステアリングホイール等の操作し易い任意の位置に設けることができる。
【００５２】
また、本開示の電子機器は、車載器に限らず、携帯電話、スマートフォン、タブレット型ＰＣ（Personal Computer）、ノートＰＣ、デスクトップＰＣ、家電製品、産業用機器（ＦＡ（Factory Automation）機器）、専用端末等の種々の電子機器等であってよい。これらの場合も、電子機器に応じて、表示パネル１４が省略されたり、タッチ部がセンサ機能を有しない部材で構成されたりしてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１０  タッチパネル
１１  タッチセンサ（タッチ部）
１２圧電素子
１３  押圧検出部
１４  表示パネル
３０  受信部
３１  受信素子
５０制御部
５１  記憶部
７０  車両搭載機器
９０  車両
９１  ダッシュボード
９２  フロントピラー
１１０  運転者
１１１  操作物体
１１２  指
【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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