(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
触覚提示つまみを操作面上に載置し、前記触覚提示つまみを介して使用者に触覚を提示する触覚提示制御装置であって、
前記触覚提示つまみで操作する装置の状態に応じた前記触覚を決定する触覚決定部と、
前記触覚提示つまみと前記操作面とが接触した状態において、前記触覚提示つまみと前記操作面との間の摩擦力を、前記触覚決定部が決定した前記触覚として提示する制御を行う触覚制御部と、
を備える、触覚提示制御装置。
【請求項２】
前記触覚提示つまみに生じる摩擦力は、前記操作面に対して前記触覚提示つまみに生じる摩擦力である、請求項１に記載の触覚提示制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の触覚提示制御装置と、
前記触覚提示つまみと前記操作面との接触位置を検出する接触位置検出部と、
を備える触覚提示パネルであって、
前記触覚制御部は、前記接触位置検出部が検出した前記接触位置における前記触覚提示つまみと前記操作面との間の摩擦力を、前記触覚決定部が決定した前記触覚として提示する制御を行う、触覚提示パネル。
【請求項４】
前記触覚決定部は、前記装置が第１状態のときは第１触覚を前記触覚として決定し、前記装置が第２状態のときは前記第１触覚とは異なる第２触覚を前記触覚として決定する、請求項３に記載の触覚提示パネル。
【請求項５】
前記触覚提示パネルの前記操作面に設けられた複数の第１電極および複数の第２電極を含む触覚電極と、
前記触覚電極を覆う誘電体層と、
前記操作面における少なくとも一部の領域に位置する少なくとも１つの前記第１電極に印加する第１周波数を有する第１電圧信号を生成し、かつ前記操作面における少なくとも一部の領域に位置する少なくとも１つの前記第２電極に印加する前記第１周波数とは異なる第２周波数を有する第２電圧信号を生成する電圧生成回路と、
をさらに備え、
前記触覚提示つまみと前記操作面との間の摩擦力は、前記電圧生成回路が生成した前記第１電圧信号および前記第２電圧信号に基づいて生じる、請求項３または４に記載の触覚提示パネル。
【請求項６】
前記触覚提示パネルの前記操作面を超音波で振動させる少なくとも１つの振動素子をさらに備え、
前記触覚制御部は、前記振動素子の振動によって前記触覚を提示する制御を行う、請求項３から５のいずれか１項に記載の触覚提示パネル。
【請求項７】
前記触覚制御部は、前記電圧生成回路が生成した前記第１電圧信号および前記第２電圧信号の振幅および印加時間に基づいて、前記触覚提示つまみと前記操作面との間の摩擦力の大きさを制御する、請求項５に記載の触覚提示パネル。
【請求項８】
前記触覚制御部は、前記触覚提示つまみの操作開始から予め定められた時間の前記摩擦力が、前記操作開始から予め定められた時間を経過した後の前記摩擦力よりも大きくなるように制御する、請求項３から７のいずれか１項に記載の触覚提示パネル。
【請求項９】
前記触覚制御部は、前記触覚提示つまみが操作時に押下されたときの前記摩擦力が、前記触覚提示つまみの操作中の前記摩擦力よりも大きくなるように制御する、請求項３から８のいずれか１項に記載の触覚提示パネル。
【請求項１０】
前記触覚制御部は、前記装置が動作中のときの前記摩擦力が、前記操作が停止中のときの前記摩擦力よりも大きくなるように制御する、請求項３から９のいずれか１項に記載の触覚提示パネル。
【請求項１１】
前記触覚制御部は、前記使用者が車を運転中のときの前記摩擦力が、前記車が停止中のときの前記摩擦力よりも大きくなるように制御する、請求項３から９のいずれか１項に記載の触覚提示パネル。
【請求項１２】
請求項３から１１のいずれか１項に記載の触覚提示パネルと、
前記触覚提示パネルの前記操作面とは反対側に配置されたタッチパネルと、
を備える触覚提示タッチパネルであって、
前記接触位置検出部は、前記触覚提示パネルに代えて前記タッチパネルに備えられる、触覚提示タッチパネル。
【請求項１３】
前記タッチパネルの検出電極および励起電極は、一対となってマトリクス状に配置されている、請求項１２に記載の触覚提示タッチパネル。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載の触覚提示タッチパネルと、
前記触覚提示タッチパネルに取り付けられた表示パネルと、
を備える、触覚提示タッチディスプレイ。
【請求項１５】
前記触覚決定部は、前記装置が第１状態のときは第１触覚を前記触覚として決定し、前記装置が第２状態のときは前記第１触覚とは異なる第２触覚を前記触覚として決定する、請求項１または２に記載の触覚提示制御装置。
【請求項１６】
前記触覚制御部は、前記触覚提示つまみの操作開始から予め定められた時間の前記摩擦力が、前記操作開始から予め定められた時間を経過した後の前記摩擦力よりも大きくなるように制御する、請求項１または２に記載の触覚提示制御装置。
【請求項１７】
前記触覚制御部は、前記触覚提示つまみが操作時に押下されたときの前記摩擦力が、前記触覚提示つまみの操作中の前記摩擦力よりも大きくなるように制御する、請求項１または２に記載の触覚提示制御装置。
【請求項１８】
前記触覚制御部は、前記装置が動作中のときの前記摩擦力が、前記操作が停止中のときの前記摩擦力よりも大きくなるように制御する、請求項１または２に記載の触覚提示制御装置。
【請求項１９】
前記触覚制御部は、前記使用者が車を運転中のときの前記摩擦力が、前記車が停止中のときの前記摩擦力よりも大きくなるように制御する、請求項１または２に記載の触覚提示制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、触覚提示つまみを介して使用者に触覚を提示する触覚提示制御装置、触覚提示制御装置を備える触覚提示パネル、触覚提示パネルとタッチパネルとを備える触覚提示タッチパネル、および触覚提示タッチパネルと表示パネルとを備える触覚提示タッチディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチスクリーン上において使用者の指またはペンなどの指示体によって指示された位置（以下「タッチ位置」という場合がある）を検出して出力する装置として、タッチパネルが広く知られており、静電容量方式を用いたタッチパネルとして投影型静電容量方式タッチパネル（ＰＣＡＰ：Projected Capacitive Touch Panel）がある。ＰＣＡＰは、タッチスクリーンの使用者側の面（以下「表側面」という場合がある）が厚さ数ｍｍ程度のガラス板などの保護板で覆った場合でもタッチ位置を検出することができる。また、ＰＣＡＰは、表側面に保護板を配置できるので堅牢性に優れている点、および可動部を有しないので長寿命である点などの利点を有している。【０００３】
ＰＣＡＰのタッチスクリーンは、行方向におけるタッチ位置の座標を検出する検出用行方向配線層と、列方向におけるタッチ位置の座標を検出する検出用列方向配線層とを備えている。以下の説明では、検出用行方向配線層と検出用列方向配線層とを総称して「検出用配線層」という場合がある。【０００４】
また、検出用配線層が配置された部材を「タッチスクリーン」といい、タッチスクリーンに検出用回路が接続された装置を「タッチパネル」という。さらに、タッチスクリーンにおいてタッチ位置の検出が可能な領域を「検出可能エリア」という。【０００５】
静電容量（以下、単に「容量」という場合がある）を検出するための検出用配線層として、薄い誘電膜上に形成された第１シリーズの導体エレメントと、第１シリーズの導体エレメント上に絶縁膜を隔てて形成された第２シリーズの導体エレメントとを備えている。各導体エレメント間には電気的接触はなく、表側面の法線方向から見て、第１シリーズの導体エレメントと、第２シリーズの導体エレメントとのうち一方が他方と平面視で重畳しているが、両者の間に電気的接触はなく立体的に交差している。【０００６】
指示体のタッチ位置の座標は、指示体と、検出用配線である導体エレメントとの間で形成される容量（以下「タッチ容量」という場合がある）を検出回路で検出することによって特定される。また、１以上の導体エレメントの検出容量の相対値によって、導体エレメント間のタッチ位置を補間することができる。【０００７】
近年、スイッチ等を含む操作パネルとしてのタッチパネルが機械スイッチに代わって身の回りの多くの機器に用いられるようになっている。しかし、タッチパネルには、機械スイッチのように凹凸がなく手触りが均一であるため、操作によって表面形状が変形しない。そのため、スイッチの位置確認から操作実行および操作完了までのすべての操作過程を視覚に頼って行わなければならず、自動車の運転中の音響等の操作など、他の作業と並行して行う操作時にブラインド操作の確実性および視覚障害者の操作性などに課題がある。【０００８】
例えば、車載機器では、デザイン性の観点から広くタッチパネルが用いられるようになっているため、運転中に車載機器をブラインドタッチで操作し難くなり、安全性確保の観点から、ブラインドタッチでの操作が可能になる機能付タッチパネルへの注目が高まっている。また、民生機器においては、家電および電子機器の多くに操作パネルとしてのタッチパネルが用いられるようになった。さらに、デザイン性の観点から表面をカバーガラスで保護したＰＣＡＰを搭載する機器も増加している。しかし、タッチパネルは表面が平滑なため、手触りでスイッチの位置を確認することができず、ユニバーサルデザイン対応が困難であることが課題である。ＰＣＡＰの場合、デザイン性としてガラス表面が平滑であることが求められており、スイッチ位置に相当するガラス面に凹凸を加工するなどといったユニバーサルデザイン対応が難しい。【０００９】
上記の対策として、操作を受け付けたこと、および操作を完了したことを音声で知らせる方法があるが、プライバシーおよび騒音の問題で音声機能を使用できる環境が限定されるなど、機械スイッチと同等の機能と汎用性には至っていない。タッチパネルにスイッチの位置を提示する機能、操作の受付、および操作の完了を触覚で使用者にフィードバックする機能があれば、ブラインドタッチでの操作およびユニバーサルデザイン対応を実現することが可能である。【００１０】
携帯電話およびスマートフォンでは、操作の確実性および視覚に頼らない操作性を補うために、振動による触覚フィードバック機能を搭載している場合がある。使用者の操作に連動した振動によるフィードバック機能が急速に身近なものになり、さらなる高度な触覚フィードバックへの需要も高まると予想される。【００１１】
触覚を発生する方式は、振動方式、超音波方式、および電気方式の３つに大別される。振動方式の特徴は、ＰＣＡＰとの共存が可能で低コストであるが、デバイス全体が十分に振動するように筐体への振動子の組み込みが不適合であり、また振動子の出力の限界から大面積化ができない。超音波方式は、ツルツル感など、他の方式では発生できないような触覚を発生させることが可能であるが、振動方式と同様の理由で、筐体への組み込みに不適合であり、また大面積化もできない点が短所である。電気方式には、静電摩擦力により触覚を生成する静電摩擦方式と指に直接電気刺激を与える電気刺激方式とがあるが、これらは、任意の箇所に触覚を発生させることが可能であり、大面積化およびマルチタッチ対応が可能である。【００１２】
以下、電気方式について説明する。なお以下において、透明絶縁基板に触覚電極が配置された部材を「触覚提示スクリーン」といい、触覚提示スクリーンに検出用回路が接続された装置を「触覚提示パネル」という。また触覚提示スクリーンにおける触覚提示可能な領域を「触覚提示可能エリア」という。【００１３】
回転つまみに対する触覚出力デバイスに関して、例えば特許文献１では、タッチパネルが取り付けられた表示装置の画面上に、回転つまみに相当するノブが取り付けられている。ノブは、使用者が手動で回転させることが可能であり、下面に凸部が設けられている。使用者がノブを回転操作すると、当該回転操作に応じて凸部がタッチ面に接触しながら移動する。凸部がタッチ面上を移動することで、ノブの回転操作がタッチ操作に変換される。使用者により回転操作が行われた場合、アクチュエータを制御することによって操作内容に対応する波形でノブを振動させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特許第６５７０７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献１では、タッチパネルが取り付けられた表示装置の画面上にノブが取り付けられて固定されているため、使用者は操作し易い任意の位置でノブを回転操作することができない。また、アクチュエータの制御による振動でノブに触覚を提示するため、ノブに提示することができる触覚は振動感およびクリック感に限定され、回転操作を制止することによって規定される操作可能な範囲を提示することができない。さらに、触覚がない時における表示装置の画面とノブとの間の摩擦力は常に一定のため、ノブを回転するときの抵抗感を変えることができない。このように、特許文献１では、使用者の触覚による直観的な操作が可能で、かつ使い勝手のいいダイヤルつまみの操作感を与えることができないという問題がある。【００１６】
本開示は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、使用者の触覚による直観的な操作が可能で、かつ使い勝手のいいダイヤルつまみの操作感を与えることが可能な触覚提示制御装置、触覚提示パネル、触覚提示タッチパネル、および触覚提示タッチ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】
【００１７】
本開示による触覚提示制御装置は、触覚提示つまみを操作面上に載置し、触覚提示つまみを介して使用者に触覚を提示する触覚提示制御装置であって、触覚提示つまみで操作する装置の状態に応じた触覚を決定する触覚決定部と、触覚提示つまみと操作面とが接触した状態において、触覚提示つまみと操作面との間の摩擦力を、触覚決定部が決定した触覚として提示する制御を行う触覚制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１８】
本開示によると、触覚提示制御装置は、触覚提示つまみで操作する装置の状態に応じた触覚を決定する触覚決定部と、触覚提示つまみと操作面とが接触した状態において、触覚提示つまみと操作面との間の摩擦力を、触覚決定部が決定した触覚として提示する制御を行う触覚制御部とを備えるため、使用者の触覚による直観的な操作が可能で、かつ使い勝手のいいダイヤルつまみの操作感を与えることが可能となる。
【００１９】
本開示の目的、特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態１による触覚提示タッチディスプレイの構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図２】図１の触覚提示タッチディスプレイの構成の一例を概略的に示す断面図である。
【図３】図２の触覚提示パネルが有する触覚電極と触覚提示つまみとの間で形成される静電容量を説明するための模式図である。
【図４】図２の触覚提示パネルが有する触覚電極と触覚提示つまみとの間で形成される静電容量を説明するための斜視図である。
【図５】図２の第１電極に印加される第１周波数の電圧信号の一例を示すグラフである。
【図６】図２の第２電極に印加される第２周波数の電圧信号の一例を示すグラフである。
【図７】図５および図６の各電圧信号が組み合わさることによって発生する振幅変調信号を示すグラフである。
【図８】図２のタッチスクリーンの一例を示す平面図である。
【図９】図８の線Ａ１−Ａ１および線Ａ２−Ａ２に沿う部分断面図である。
【図１０】図２のタッチスクリーンの一例を示す平面図である。
【図１１】図１０の線Ｂ１−Ｂ１および線Ｂ２−Ｂ２に沿う部分断面図である。
【図１２】実施の形態１によるセグメント構造のタッチスクリーンの構成を概略的に示す平面図である。
【図１３】実施の形態１によるセグメント構造のタッチスクリーンにおける励起電極および検出電極の形状の一例を概略的に示す平面図である。
【図１４】実施の形態１によるセグメント構造のタッチスクリーンにおける励起電極および検出電極の形状の一例を概略的に示す平面図である。
【図１５】図２の触覚提示スクリーンの構成を概略的に示す平面図である。
【図１６】図２の触覚提示パネルが有する触覚電極と指示体との間で形成される静電容量を説明するための模式図である。
【図１７】実施の形態１によるセグメント構造の触覚提示パネルの構成を概略的に示す平面図である。
【図１８】実施の形態１によるセグメント構造の触覚提示パネルの触覚電極形状の一例を概略的に示す平面図である。
【図１９】実施の形態４によるセグメント構造の触覚提示パネルの触覚電極形状の一例を概略的に示す平面図である。
【図２０】図２の触覚提示パネルが有する触覚電極のピッチが触覚提示つまみの直径よりも大きい場合において触覚電極と触覚提示つまみとの間で形成される静電容量を説明するための模式図である。
【図２１】図２の触覚提示パネルが有する触覚電極のピッチが触覚提示つまみの直径よりも小さい場合において触覚電極と触覚提示つまみとの間で形成される静電容量を説明するための模式図である。
【図２２】実施の形態１による触覚提示つまみの回転部の構成を示す模式図である。
【図２３】実施の形態１による触覚提示つまみを載置する位置が１か所に固定される場合における固定部の構成を示す模式図である。
【図２４】実施の形態１による触覚提示つまみを載置する位置が移動する場合における回転軸部の構成を示す模式図である。
【図２５】実施の形態１によるタッチスクリーンが触覚提示つまみの位置を検出したときの線Ｃ−Ｃの容量プロファイルを説明するための模式図である。
【図２６】実施の形態１による位置検出部が複数の場合における回転量の算出を説明するための図である。
【図２７】実施の形態１による導電性弾性部のエッジ部の位置を示す模式図である。
【図２８】図１の触覚提示タッチパネルの構成を概略的に示すブロック図である。
【図２９】図１の触覚提示タッチパネルで指示体が触覚提示つまみに接触していないときに触覚提示タッチパネルで形成される静電容量を説明するための模式図である。
【図３０】指示体が触覚提示つまみに接触していないときの図１の触覚提示タッチパネルの動作タイミングを概略的に示すタイミングチャートである。
【図３１】図１の触覚提示タッチパネルで指示体が触覚提示つまみに接触しているときに触覚提示タッチパネルで形成される静電容量を説明するための模式図である。
【図３２】指示体が触覚提示つまみに接触しているときの図１の触覚提示タッチパネルの動作タイミングを概略的に示すタイミングチャートである。
【図３３】図１の触覚提示タッチパネルがタッチ位置を検出する際に触覚提示タッチパネルで形成される静電容量を説明するための模式図である。
【図３４】図１の触覚提示タッチパネルが触覚を生成する際に触覚提示タッチパネルで形成される静電容量を説明するための模式図である。
【図３５】実施の形態１による電圧信号印加時に触覚提示つまみが指示体を介して接地接続した際に導電性弾性部に蓄積した電荷の移動を模式的に示すイメージ図である。
【図３６】実施の形態１による電圧信号印加時に触覚提示つまみが誘電体層を介して接触している一部の触覚電極を接地接続した際に導電性弾性部に蓄積した電荷の移動を模式的に示すイメージ図である。
【図３７】実施の形態１による電圧信号印加時に触覚提示つまみが誘電体層を介して接触している一部の触覚電極を接地接続した際の触覚提示タッチパネルの構成を概略的に示すブロック図である。
【図３８】実施の形態１による触覚提示つまみの操作領域を説明するための図である。
【図３９】実施の形態１による触覚提示つまみを操作したときに各操作領域に印加される電圧信号の波形の構成の一例を示す図である。
【図４０】実施の形態１による各操作領域に印加される電圧信号の波形の一例を示す図である。
【図４１】実施の形態１による装置が動作状態のときに各操作領域に印加される電圧信号の波形の一例を示す図である。
【図４２】図４１の電圧信号の波形を各操作領域に印加したときに生じる摩擦力の一例を示す図である。
【図４３】実施の形態１による装置が停止状態のときに各操作領域に印加される電圧信号の波形の一例を示す図である。
【図４４】図４３の電圧信号の波形を各操作領域に印加したときに生じる摩擦力の一例を示す図である。
【図４５】実施の形態１による装置が動作状態のときに各操作領域に印加される電圧信号の波形の一例を示す図である。
【図４６】図４５の電圧信号波形を各操作領域に印加したときに生じる摩擦力の一例を示す図である。
【図４７】実施の形態１による装置が停止状態のときに各操作領域に印加される電圧信号の波形の一例を示す図である。
【図４８】図４７の電圧信号の波形を各操作領域に印加したときに生じる摩擦力の一例を示す図である。
【図４９】実施の形態１による装置が動作状態のときに各操作領域に印加される電圧信号の波形の一例を示す図である。
【図５０】図４９の電圧信号波形を各操作領域に印加したときに生じる摩擦力の一例を示す図である。
【図５１】実施の形態１による装置が停止状態のときに各操作領域に印加される電圧信号の波形の一例を示す図である。
【図５２】図５１の電圧信号の波形を各操作領域に印加したときに生じる摩擦力の一例を示す図である。
【図５３】実施の形態１による装置が動作状態のときに各操作領域に印加される電圧信号の波形の一例を示す図である。
【図５４】図５３の電圧信号波形を各操作領域に印加したときに生じる摩擦力の一例を示す図である。
【図５５】実施の形態１による触覚提示タッチディスプレイを自動車に搭載した場合の使用例を示す図である。
【図５６】実施の形態２による装置が停止状態のときに各操作領域に印加される電圧信号の波形の一例を示す図である。
【図５７】図５６の電圧信号波形を各操作領域に印加したときに生じる摩擦力の一例を示す図である。
【図５８】実施の形態２による装置が動作状態のときに各操作領域に印加される電圧信号の波形の一例を示す図である。
【図５９】図５８の電圧信号波形を各操作領域に印加したときに生じる摩擦力の一例を示す図である。
【図６０】実施の形態２による装置が動作状態のときに各操作領域に印加される電圧信号の波形の一例を示す図である。
【図６１】図６０の電圧信号波形を各操作領域に印加したときに生じる摩擦力の一例を示す図である。
【図６２】実施の形態２による装置が動作状態のときに各操作領域に印加される電圧信号の波形の一例を示す図である。
【図６３】図６２の電圧信号波形を各操作領域に印加したときに生じる摩擦力の一例を示す図である。
【図６４】実施の形態２による装置が動作状態のときに各操作領域に印加される電圧信号の波形の一例を示す図である。
【図６５】図６４の電圧信号波形を各操作領域に印加したときに生じる摩擦力の一例を示す図である。
【図６６】実施の形態３による触覚提示つまみの操作領域を説明するための図である。
【図６７】実施の形態３による触覚提示つまみを操作したときに各操作領域に印加される電圧信号の波形の構成の一例を示す図である。
【図６８】実施の形態３による装置が停止状態のときに各操作領域に印加される電圧信号の波形の一例を示す図である。
【図６９】図６８の電圧信号波形を各操作領域に印加したときに生じる摩擦力の一例を示す図である。
【図７０】実施の形態３による装置が動作状態のときに各操作領域に印加される電圧信号の波形の一例を示す図である。
【図７１】図７０の電圧信号波形を各操作領域に印加したときに生じる摩擦力の一例を示す図である。
【図７２】実施の形態３による装置が動作状態のときに各操作領域に印加される電圧信号の波形の一例を示す図である。
【図７３】図７２の電圧信号波形を各操作領域に印加したときに生じる摩擦力の一例を示す図である。
【図７４】実施の形態３による装置が動作状態のときに各操作領域に印加される電圧信号の波形の一例を示す図である。
【図７５】図７４の電圧信号波形を各操作領域に印加したときに生じる摩擦力の一例を示す図である。
【図７６】実施の形態３による装置が動作状態のときに各操作領域に印加される電圧信号の波形の一例を示す図である。
【図７７】図７６の電圧信号波形を各操作領域に印加したときに生じる摩擦力の一例を示す図である。
【図７８】実施の形態４による触覚提示つまみの操作領域を説明するための図である。
【図７９】実施の形態４による触覚提示つまみを操作したときに各操作領域に印加される電圧信号の波形の構成の一例を示す図である。
【図８０】実施の形態４による各操作領域に印加される電圧信号の波形の一例を示す図である。
【図８１】図８０の電圧信号波形を各操作領域に印加したときに生じる摩擦力の一例を示す図である。
【図８２】実施の形態５による触覚提示つまみの操作領域を説明するための図である。
【図８３】実施の形態５による触覚提示つまみを操作したときに各操作領域に印加される電圧信号の波形の構成の一例を示す図である。
【図８４】実施の形態５による装置が停止状態のときに各操作領域に印加される電圧信号の波形の一例を示す図である。
【図８５】図８４の電圧信号波形を各操作領域に印加したときに生じる摩擦力の一例を示す図である。
【図８６】実施の形態５による装置が動作状態のときに各操作領域に印加される電圧信号の波形の一例を示す図である。
【図８７】図８６の電圧信号波形を各操作領域に印加したときに生じる摩擦力の一例を示す図である。
【図８８】実施の形態６による触覚提示タッチディスプレイをＦＡ機器に搭載した場合の使用例を示す図である。
【図８９】本実施の形態７による触覚提示タッチディスプレイの構成の一例を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜実施の形態１＞
＜触覚提示タッチディスプレイ＞
図１は、本実施の形態１における触覚提示タッチディスプレイ１の上に触覚提示つまみ３を置いて操作感および操作量の触覚を提示する触覚提示デバイスの構成を概略的に示す分解斜視図である。図２は、触覚提示タッチディスプレイ１の構成を概略的に示す断面図である。
【００２２】
触覚提示タッチディスプレイ１は、触覚提示タッチパネル４００と、触覚提示タッチパネル４００が取り付けられた表示パネル３００とを有している。表示パネル３００は、感圧センサ２１６を有している。触覚提示タッチパネル４００は、触覚提示パネル１００と、タッチパネル２００とを有している。触覚提示パネル１００は、触覚提示スクリーン１５０と、電圧供給回路１１０とを有している。タッチパネル２００は、タッチスクリーン２５０と、タッチ検出回路２１０とを有している。
【００２３】
本実施の形態１において、触覚提示スクリーン１５０は、触覚提示タッチディスプレイ１の、使用者に面する側（表側）に配置されており、タッチスクリーン２５０の使用者に面する面（表側面）上に、接着材２０ｂによって固定されている。タッチスクリーン２５０は、表示パネル３００の、使用者に面する面（表側面）上に、接着材２０ａによって固定されている。
【００２４】
触覚提示スクリーン１５０は、透明絶縁基板１０１と、触覚電極１０２と、誘電体層１０６とを有している。触覚電極１０２は、透明絶縁基板１０１上に間隔を空けて交互に配置された複数の第１電極１０２ａおよび複数の第２電極１０２ｂを含む。誘電体層１０６は、複数の第１電極１０２ａおよび複数の第２電極１０２ｂを覆っている。触覚提示スクリーン１５０は、電圧供給回路１１０にＦＰＣ（Flexible Print Circuit）１０８によって電気的に接続されている。
【００２５】
タッチスクリーン２５０は、透明であって絶縁性を有する基板２０１と、励起電極２０２と、検出電極２０３と、層間絶縁層２０４と、絶縁層２０５とを有している。タッチスクリーン２５０は、タッチ検出回路２１０にＦＰＣ１０８によって電気的に接続されている。タッチ検出回路２１０は、触覚提示スクリーン１５０の透明絶縁基板１０１上のタッチされた位置を検出する。これにより、透明絶縁基板１０１上において、触覚提示だけでなくタッチ位置検出が可能となる。タッチ検出回路２１０は、例えば、タッチによる静電容量の変化を検出するための検出用ＩＣ（Integrated Circuit）とマイクロコンピュータとを有している。タッチスクリーン２５０の構成の詳細については、具体例を挙げて後述する。
【００２６】
表示パネル３００は、対向する２つの透明絶縁基板と、それらの間に挟まれ表示機能を有する表示機能層とを有する。表示パネル３００は、典型的には液晶パネルである。表示パネル３００は、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）パネル、マイクロＬＥＤ（Micro Light Emitting Diode）パネルまたは電子ペーパーパネルであってもよい。タッチパネル２００は、典型的にはＰＣＡＰである。
【００２７】
＜触覚提示パネルの概要＞
図３は、触覚提示パネル１００が有する触覚電極１０２と触覚提示つまみ３との間で形成される静電容量ＣＮＥを模式的に説明するための図である。図４は、図３の斜視図である。触覚提示つまみ３が触覚提示スクリーン１５０の表側面の一部である接触面ＣＴに触れると、接触面ＣＴ上の触覚提示つまみ３と触覚電極１０２との間に誘電体層１０６を介して静電容量ＣＮＥが形成される。なお、これらの図中では、図を見やすくするために電圧供給回路１１０（図２参照）に含まれる触覚提示電圧生成回路１１３のみが示されており、電圧供給回路１１０に含まれる他の構成は図示されていない。電圧供給回路１１０のより具体的な構成については後述する。
【００２８】
電圧供給回路１１０に含まれる触覚提示電圧生成回路１１３は、第１電圧発生回路１１３ａと、第２電圧発生回路１１３ｂとを有している。第１電圧発生回路１１３ａは、複数の第１電極１０２ａのうち、透明絶縁基板１０１の少なくとも一部の領域上に位置する第１電極１０２ａへ電圧信号Ｖａを印加するものであり、本実施の形態１では透明絶縁基板１０１の少なくとも一部の領域上に位置するすべての第１電極１０２ａへ電圧信号Ｖａを印加するものである。第２電圧発生回路１１３ｂは、複数の第２電極１０２ｂのうち、透明絶縁基板１０１の少なくとも一部の領域上に位置する第２電極１０２ｂへ電圧信号Ｖｂを印加するものであり、本実施の形態１では透明絶縁基板１０１の少なくとも一部の領域上に位置するすべての第２電極１０２ｂへ電圧信号Ｖｂを印加するものである。
【００２９】
図５および図６のそれぞれは、電圧信号Ｖａおよび電圧信号Ｖｂの一例を示すグラフである。第１電圧発生回路１１３ａの電圧信号Ｖａ（第１電圧信号）は、第１周波数を有している。第２電圧発生回路１１３ｂの電圧信号Ｖｂ（第２電圧信号）は、第１周波数と異なる第２周波数を有している。電圧信号Ｖａの振幅と電圧信号Ｖｂの振幅とは、同じ振幅ＶＬであってよい。図５，６の例では、電圧信号Ｖａおよび電圧信号Ｖｂとして、周波数の異なる正弦波が用いられている。正弦波に代わって、パルス波、または他の形状を有するものが用いられてもよい。十分に大きな触覚を生成するためには、振幅ＶＬは、数十Ｖ程度であることが好ましい。
【００３０】
図７は、電圧信号Ｖａ（図５参照）および電圧信号Ｖｂ（図６参照）が組み合わさることによって発生する振幅変調信号ＶＮを示すグラフである。第１電極１０２ａへは電圧信号Ｖａが印加され、かつ第２電極１０２ｂへは電圧信号Ｖｂが印加される。その結果、第１電極１０２ａおよび第２電極１０２ｂの各々と触覚提示つまみ３との間の静電容量ＣＮＥ（図４参照）が形成されている領域では、振幅ＶＬのおおよそ２倍の最大振幅ＶＨを有する振幅変調信号ＶＮに従った充放電が繰り返される。その結果、誘電体層１０６を介して第１電極１０２ａおよび第２電極１０２ｂに跨って接する触覚提示つまみ３には、最大振幅ＶＨの振幅変調信号ＶＮに対応する静電気力が加わる。振幅変調信号ＶＮは、上記第１周波数と第２周波数との差に対応して、うなりの周波数を有する。よって、触覚提示つまみ３が触覚提示スクリーン１５０上を回転する際には、触覚提示つまみ３に作用する摩擦力が、上述したうなりの周波数で変化する。その結果、触覚提示つまみ３がうなりの周波数で振動する。使用者は、触覚提示つまみ３の振動を触覚提示スクリーン１５０から得られた触覚として知覚する。以上のように、触覚提示パネル１００が有する触覚提示スクリーン１５０は、触覚提示つまみ３に加わる静電気力を制御することによって触覚提示つまみ３に加わる摩擦力を変化させることにより触覚を生成するように構成されている。
【００３１】
上記のように、入力された電圧信号Ｖａ（図５参照）および電圧信号Ｖｂ（図６参照）の各々に比しておおよそ２倍の電圧を有する振幅変調信号ＶＮが生成される。これにより、触覚提示つまみ３に所望の摩擦力を作用させるのに必要な振幅変調信号ＶＮを、そのおおよそ１／２の電圧を有する電圧信号Ｖａ（図５参照）および電圧信号Ｖｂ（図６参照）によって生成することができる。よって、第１電極１０２ａおよび１０２ｂに振幅変調信号が直接入力される場合に比して、１／２の電圧で同等の静電気力を生成することができ、低電圧駆動が可能となる。
【００３２】
使用者に対して十分に大きな触覚を提示するためには、それに対応して最大振幅ＶＨが十分に大きければよく、それに比して振幅ＶＬは小さな値であってよい。よって振幅ＶＬは、それ自体によって十分に大きな触覚を生成するほどに大きい必要はない。振幅ＶＬがそのように設定される結果、第１電極１０２ａおよび第２電極１０２ｂのいずれか一方のみが触覚提示つまみ３に接触している状態では、電圧信号Ｖａおよび電圧信号Ｖｂの周波数がどのように選択されても、使用者は触覚をほとんど知覚しない。
【００３３】
触覚提示つまみ３が第１電極１０２ａおよび第２電極１０２ｂを跨るように位置しやすくするためには、触覚電極１０２のピッチＰＥが接触面ＣＴの直径ＲＮＥよりも小さいことが好ましい。この詳細については後述する。
【００３４】
＜タッチパネル＞
図８は、タッチスクリーン２５０（図２参照）の一例としての、静電容量方式のタッチスクリーン２５０ａを示す平面図である。図９は、図８の線Ａ１−Ａ１および線Ａ２−Ａ２に沿う部分断面図である。
【００３５】
タッチスクリーン２５０ａは、複数の行方向配線層２０６と複数の列方向配線層２０７とを有している。行方向配線層２０６の各々は、電気的に接続された複数の励起電極２０２（図２参照）からなり、列方向配線層２０７の各々は、電気的に接続された複数の検出電極２０３（図２参照）からなる。図８および図９では、このような微細構造を無視して、行方向配線層２０６および列方向配線層２０７が図示されている。励起電極２０２（図２参照）は、金属の単層膜もしくは多層膜、または、これらのいずれかを含みかつ他の導電材料も用いた多層構造からなる。金属としては、例えば、アルミニウムまたは銀など低抵抗のものが好ましい。検出電極２０３（図２参照）についても同様である。配線材料として金属を用いることによって、配線抵抗を低くすることができる。一方で、金属配線は、不透明であるので、視認されやすい。視認性を低くしかつタッチスクリーンの透過率を高くするためには、金属配線に細線構造が付与されればよい。細線構造は典型的にはメッシュ状である。
【００３６】
行方向配線層２０６の各々は、行方向（図中ｘ方向）に沿って延在しており、列方向配線層２０７の各々は列方向（図中ｙ方向）に沿って延在している。複数の行方向配線層２０６は列方向において間隔を空けて配列されており、複数の列方向配線層２０７は行方向において間隔を空けて配列されている。図８に示すように、平面視において、行方向配線層２０６の各々は複数の列方向配線層２０７と交差しており、列方向配線層２０７の各々は複数の行方向配線層２０６と交差している。行方向配線層２０６と列方向配線層２０７とは、層間絶縁層２０４によって絶縁されている。
【００３７】
層間絶縁層２０４は、有機絶縁膜の単層膜、無機絶縁膜の単層膜、または多層膜からなる。耐湿性の向上には無機絶縁膜が優れており、平坦性の向上には有機絶縁膜が優れている。無機絶縁膜としては、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜などの透明性シリコン系無機絶縁膜、または、アルミナなどの金属酸化物からなる透明性無機絶縁膜が用いられる。有機絶縁膜の材料としては、シリコン酸化物、シリコン窒化膜もしくはシリコン酸化窒化膜からなる主鎖を有し、かつその側鎖もしくは官能基に結合した有機物を有する高分子材料、または、炭素からなる主鎖を有する熱硬化性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ノボラック樹脂、またはオレフィン樹脂が挙げられる。
【００３８】
タッチスクリーン２５０ａの行方向配線層２０６のそれぞれは、引き出し配線層Ｒ（１）〜Ｒ（ｍ）によってタッチスクリーン端子部２０８に接続されている。列方向配線層２０７のそれぞれは、引き出し配線層Ｃ（１）〜Ｃ（ｎ）によってタッチスクリーン端子部２０８に接続されている。タッチスクリーン端子部２０８は、基板２０１の端部に設けられている。
【００３９】
引き出し配線層Ｒ（１）〜Ｒ（ｍ）は、検出可能エリアの外側に配置されており、タッチスクリーン端子部２０８の配列の中央に近いものから順に、ほぼ最短距離が得られるように、対応する電極へと延びている。引き出し配線層Ｒ（１）〜Ｒ（ｍ）は、相互の絶縁を確保しつつ、なるべく密に配置されている。引き出し配線層Ｃ（１）〜Ｃ（ｎ）についても同様である。このような配置とすることによって、基板２０１のうち検出可能エリアの外側の部分の面積を抑えることができる。
【００４０】
引き出し配線層Ｒ（１）〜Ｒ（ｍ）の群と、引き出し配線層Ｃ（１）〜Ｃ（ｎ）の群との間に、シールド配線層２０９が設けられてもよい。これにより、一方の群からの影響で他方の群にノイズが発生することが抑制される。また、表示パネル３００（図２参照）から発生する電磁ノイズが引き出し配線層へ及ぼす影響を低減することができる。シールド配線層２０９は、行方向配線層２０６または列方向配線層２０７と同時に同材料で形成されてもよい。
【００４１】
絶縁層２０５は、タッチスクリーン端子部２０８が露出されるように基板２０１上に設けられており、行方向配線層２０６、列方向配線層２０７および層間絶縁層２０４を覆っている。絶縁層２０５は、層間絶縁層２０４と同様の材料により形成され得る。表示パネル３００が液晶パネルである場合、絶縁層２０５の、表示のための光が透過する部分の上に、液晶パネル用のアンチグレア処置が施された上部偏光板が貼り付けられてもよい。
【００４２】
図１０は、タッチスクリーン２５０（図２参照）の一例としての、静電容量方式のタッチスクリーン２５０ｂを示す平面図である。図１１は、図１０の線Ｂ１−Ｂ１および線Ｂ２−Ｂ２に沿う部分断面図である。図１０，１１の例では、いわゆるダイヤモンド構造が採用されている。
【００４３】
行方向配線層２０６および列方向配線層２０７は、同一レイヤに配置されている。列方向配線層２０７の各々は、検出電極２０３として、互いにつながった複数のダイヤモンド形状の電極を有している。行方向配線層２０６は、励起電極２０２として、互いに離れた複数のダイヤモンド形状の電極と、隣り合うダイヤモンド形状の電極間を電気的に接続するブリッジ２０６Ｂとを有している。層間絶縁層２０４は、ブリッジ２０６Ｂと列方向配線層２０７との間を絶縁するように配置されている。なお、行方向配線層ではなく列方向配線層にブリッジ構造が適用されてもよい。ブリッジを形成することにより、配線層の電気的抵抗が高くなる傾向があるので、列方向配線層および行方向配線層のうち短い方にブリッジ構造が適用されることが好ましい。
【００４４】
行方向配線層２０６および列方向配線層２０７の材料としては、例えば、酸化インジウムスズ（Indium Tin Oxide：ＩＴＯ）などの透明導電膜が用いられる。ＩＴＯは、透光性を有するので、配線層が使用者に視認される可能性が低くなる。ＩＴＯなどの透明導電膜は、比較的高い電気抵抗を有するので、配線抵抗が問題とならない小型のタッチスクリーンへの適用が適している。また、ＩＴＯなどの透明導電膜は、他の金属配線との間での腐食によって配線が断線しやすいので、腐食を防止するために、耐湿性および防水性への配慮を要する。
【００４５】
なお、上記ではタッチスクリーンの構造と表示パネルの構造とが独立している場合について説明したが、これらが不可分に一体化されていてもよい。例えば、いわゆるオンセルタッチパネルの場合は、タッチスクリーンが、基板２０１を用いることなしに表示パネル３００の基板（典型的にはカラーフィルタ基板）上に直接形成される。いわゆるインセルタッチパネルの場合は、表示パネル３００が有する２つの透明絶縁基板（図示せず）の間にタッチスクリーンが形成される。
【００４６】
また、上記のタッチスクリーンでは、行方向配線層２０６と列方向配線層２０７で構成される検出構造を示したが、この構造に限らない。例えば、図１２は、検出電極と励起電極で構成されるセグメントをマトリクス状に並べた検出構造を有するタッチスクリーン２５０ｃの構成を概略的に示す平面図である。図１３および図１４は、図１２中のエリアＡのセグメント内に配置されている励起電極２０２ａおよび検出電極２０３ｂのパターン形状の一例を示したものである。図１３および図１４に示されるような励起電極２０２ａおよび検出電極２０３ｂを１セットとしたセグメントをマトリクス状に並べて個々に駆動するセグメント構造のタッチスクリーン２５０ｃを用いる。駆動回路でのスイッチ切り替えにより、触覚提示パネル１００ａおよびタッチパネル２００を兼用することも可能である。
【００４７】
＜感圧センサ＞
図１に示す感圧センサ２１６について説明する。一般的に、感圧センサ２１６には、半導体Ｓｉ（シリコン）からなるダイヤフラム（隔膜）に加わる圧力を膜の変形として検出する方式、押圧力に応じて生じる表示パネルまたはタッチパネルなどの変形を静電容量の変化で検出する静電容量式、押圧力に応じた歪みによる金属線の抵抗変化を検出する抵抗式などがある。
【００４８】
静電容量式の場合、例えば、表示パネル３００の表示面とは反対側の面上に、対角線上の対称的な４か所に感圧センサ２１６を設置する。この場合、触覚提示タッチディスプレイ１の操作面を触覚提示つまみ３で押し込むと、その押圧力により触覚提示タッチディスプレイ１が操作面とは反対側の方向に撓んだり、触覚提示タッチディスプレイ１が操作面とは反対側の方向に微小に移動したりする。感圧センサ２１６は、当該感圧センサ２１６内に配置されている容量検出電極間の間隔が狭くなることで生じる容量変化を検出することにより押圧力を検知する。感圧センサ２１６内の各容量検出電極は、触覚提示タッチディスプレイ１の操作面と平行であり、かつ任意の間隔を空けて設置されている。
【００４９】
静電容量式以外の方式の場合も、触覚提示タッチディスプレイ１を構成する部材のいずれかの押圧力による形状変化を検出することで押圧力を検知する。
【００５０】
なお、図１では、感圧センサ２１６を表示パネル３００の下側（表示面とは反対側）に配置したが、これに限るものではない。感圧センサ２１６は、触覚提示タッチディスプレイ１の構造において形状変化と押圧力との関係の再現性が良く、押圧力による形状変化が大きく、かつ感圧センサ２１６の感度が最も良い位置に配置すればよい。また、感圧センサ２１６に限らず、例えば、表示パネル３００の裏面にマトリクス状にセンサを配置したシート状の圧力センサでもよく、検出に最適な方式の圧力センサであってもよい。
【００５１】
＜触覚提示パネル＞
図１５は、触覚提示スクリーン１５０の構成を概略的に示す平面図である。図１６は、触覚電極１０２と触覚提示つまみ３との間での静電容量ＣＮＥの形成を説明する模式図である。
【００５２】
上述した通り、触覚提示スクリーン１５０は、透明絶縁基板１０１と、触覚電極１０２と、誘電体層１０６とを有している。さらに、透明絶縁基板１０１の端部には触覚提示パネル端子部１０７が設けられており、透明絶縁基板１０１上には複数の引き出し配線層１０５が配置されている。誘電体層１０６は、触覚提示パネル端子部１０７が露出されるように設けられている。触覚電極１０２は、引き出し配線層１０５を介して触覚提示パネル端子部１０７に接続されている。触覚提示パネル端子部１０７には、ＦＰＣ１０８（図１参照）を介して電圧供給回路１１０（図２参照）が接続されている。なお、引き出し配線層１０５の詳細については後述する。
【００５３】
触覚電極１０２の各々は、延在方向（図１５における縦方向）に沿って延びている。複数の触覚電極１０２は、配列方向（図１５における横方向）に沿って、間隔を空けて配列されている。図１５の例では、透明絶縁基板１０１は、長辺および短辺を有する長方形状を有している。従って、触覚提示スクリーン１５０も、透明絶縁基板１０１に対応して長辺および短辺を有している。図１２の例では、配列方向は長辺に沿っている。触覚提示スクリーン１５０の観察者にとっての水平方向が長辺に沿っている場合、上記配列方向は水平方向に沿っている。
【００５４】
上記では、触覚提示スクリーン１５０において、触覚電極１０２が延在方向に伸びて配列方向に沿って配列されている例を示したが、触覚電極１０２の構造はこれに限らず、例えば図１７に示す触覚提示パネル１００ａのように複数のセグメントをマトリクス状に配置した構成としてもよい。図１８および図１９は、図１７中のエリアＡのセグメント内に配置されている触覚電極１０２のパターン形状の一例を示したものである。触覚電極１０２の形状は、図１８および図１９のような形状に限らず、第１電極１０２ａおよび第２電極１０２ｂが隣り合う構造で異なるエリア間の電極との相互容量よりも、同一エリア内の相互容量の方が大きくなるような構造であればよい。具体的には、同一エリア内の第１電極１０２ａと第２電極１０２ｂとの距離が、異なるエリア間の第１電極１０２ａと第２電極１０２ｂとの距離よりも狭くなるように配置するとよい。これにより、タッチパネル２００の検出電極２０３と触覚電極１０２との間に形成される容量のタッチ検出精度への影響を抑制できるため、触覚電極１０２の配線抵抗をより低くすることが可能となり、より触覚強度を向上させることが可能となる。
【００５５】
触覚電極１０２と触覚提示つまみ３との間で形成される静電容量ＣＮＥが大きいほど強い触覚を提示することが可能である。この観点では、触覚電極１０２の面積は大きい方が好ましい。触覚電極１０２の面積の大きさが優先される場合、触覚電極１０２への微細構造の付与によって触覚電極１０２を視認されにくくすることは困難となる。触覚電極１０２の面積を大きくしつつ触覚電極１０２が視認されにくくするために、触覚電極１０２は透明導電膜によって形成され得る。透明導電膜の典型的な材料としてＩＴＯがある。ＩＴＯなどの透明導電膜は、金属に比べて比較的高い電気抵抗を有するので、配線抵抗が問題とならない小型のタッチスクリーンへの適用が適している。配線抵抗が問題となる大型のタッチスクリーンへの適用が必要な場合は、ＩＴＯ膜厚を厚くするか、ドーパントの含有率を増やして抵抗率を低減させる。この場合、ＩＴＯの光吸収率が変化してタッチスクリーンが着色して見える場合があるので、ディスプレイの色味の調整等が必要になる場合がある。また、ＩＴＯなどの透明導電膜は、他の金属配線との間での腐食によって配線が断線しやすいので、電極を他の金属との積層構造により配線抵抗を低くする場合は、腐食を防止するために耐湿性および防水性への配慮を要する。
【００５６】
上記のような透明導電膜を用いる代わりに、触覚電極１０２は、金属の単層膜もしくは多層膜、または、これらのいずれかを含みかつ他の導電材料も用いた多層構造を有する電極（以下、「金属膜含有電極」ともいう）であってもよい。金属としては、例えば、アルミニウムまたは銀など低抵抗のものが好ましい。金属膜含有電極を用いることによって配線抵抗を低くすることができる。一方、金属膜は、不透明であるので視認されやすい。従って、金属膜を視認されにくくするためには、金属膜含有電極に細線構造が付与されればよい。細線構造は典型的にはメッシュ状である。
【００５７】
誘電体層１０６は、有機絶縁膜の単層膜、無機絶縁膜の単層膜、または多層膜からなる。多層膜の場合、異なる種類の有機絶縁膜が積層されてもよく、あるいは異なる種類の無機絶縁膜が積層されてもよく、あるいは有機絶縁膜と無機絶縁膜とが積層されてもよい。無機絶縁膜は、高い不透湿性と、高い硬度と、高い耐摩耗性とを有している。誘電体層１０６上で触覚提示つまみ３が回転することから、誘電体層１０６は高い耐摩耗性を要する。有機絶縁膜は、高い平坦性を得るためには好ましいものの、硬度が低く耐磨耗性が低い。このため、高い平坦性と高い耐摩耗性との両方を得るには、有機絶縁膜上に無機絶縁膜を形成することが好ましい。無機絶縁膜としては、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜などの透明性シリコン系無機絶縁膜、または、アルミナなどの金属酸化物からなる透明性無機絶縁膜が用いられる。有機絶縁膜の材料としては、シリコン酸化物、シリコン窒化膜もしくはシリコン酸化窒化膜からなる主鎖を有し、かつその側鎖もしくは官能基に結合した有機物を有する高分子材料、または、炭素からなる主鎖を有する熱硬化性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ノボラック樹脂、またはオレフィン樹脂が挙げられる。
【００５８】
静電容量ＣＮＥは、下記の式（１）によって表される。
ＣＮＥ＝Ｑ／Ｖ＝εＳ／ｄ  ・・・（１）
【００５９】
ここで、Ｑは導電性弾性部６および触覚電極１０２の各々に蓄えられる電荷量、Ｖは触覚提示つまみ３と触覚電極１０２との間の電圧、εは誘電体層１０６の誘電率、Ｓは誘電体層１０６を介しての導電性弾性部６と触覚電極１０２との接触面積、ｄは誘電体層１０６の厚さである。静電容量ＣＮＥは、誘電率εに比例しており、膜厚ｄに反比例している。
【００６０】
上記の式（１）から、静電容量ＣＮＥを大きくするためには誘電率εが高いことが好ましい。具体的には、誘電体層１０６が、１０以上の比誘電率を有する膜（以下、「高誘電率絶縁膜」とも称する）を含むことが好ましい。高誘電率絶縁膜では、外部から印加される電場により材料内に正負電荷が変位している状態が生じる（これを一般的に誘電分極と呼ぶ）。誘電分極は、電圧が保持されている間は分極によって生じた電荷（一般的に分極電荷と呼ぶ）が維持され、電圧が低下すると分極電荷が減少して誘電分極が低下し、印加電圧をゼロボルトにすると誘電分極も消失する。誘電分極の方向は、電場によって変化することができる。高誘電率絶縁膜は、単層で用いられてもよく、他の低誘電率の無機絶縁膜もしくは有機絶縁膜、または他の高誘電率絶縁膜と積層することによって多層膜として用いられてもよい。一般に誘電率が高いほど屈折率も高いことから、高誘電率絶縁膜と低誘電率絶縁膜とを積層することによって、高屈折率膜と低屈折率膜との積層構造が得られる。この積層構造によって、誘電体層１０６は、反射防止膜としても機能し得る。
【００６１】
また上記の式（１）から、静電容量ＣＮＥを大きくするためには厚さｄが小さいことが好ましい。高誘電率絶縁膜と有機絶縁膜とを積層することで、十分な絶縁性を確保しつつ、有機絶縁膜の膜厚を薄くすることができる。これにより誘電体層１０６の厚さｄを小さくすることができる。
【００６２】
触覚電極が、マトリクス構造（すなわち、互いに交差するＸ電極およびＹ電極を有する構造）であったと仮定すると（例えば特開２０１５−０９７０７６号公報参照）、Ｘ電極とＹ電極との交差部には段差、すなわち凹凸、が生じる。この凹凸は、それを被覆する絶縁層の厚さが大きければ平坦化されるが、静電容量ＣＮＥの過度な低下を避けるためには、絶縁層の厚さには限界がある。このため、触覚提示スクリーンの表側面に凹凸が生じ得る。この凹凸のテクスチャ感が、触覚電極からの静電気力によってもたらされるテクスチャ感と混合すると、意図されたテクスチャ感を使用者へ与えにくくなる。表面形状の平坦化効果がある有機絶縁膜が誘電体層１０６として用いられる場合は、上記凹凸の発生は避けられるものの、平坦化のためにはある程度大きな厚さを要するので、静電容量ＣＮＥの低下は避けられない。
【００６３】
これに対して本実施の形態１によれば、触覚電極１０２が交差部を有しないので、凹凸の大きさが触覚電極１０２の厚さ程度に抑えられる。これにより、平坦化効果を有する有機膜の薄膜化、または、平坦化効果の低い高誘電率絶縁膜の適用が可能になる。これにより、静電容量ＣＮＥをマトリクス構造の場合よりも大きくすることができる。また、触覚提示スクリーン１５０の触覚提示つまみ３との接触面に凹凸が少ないため、電圧信号を印加していない時に触覚提示スクリーン１５０の表面の凹凸に起因する触覚を触覚提示つまみ３に与えないため、電圧信号を印加した際の触覚提示つまみ３の触覚がより明瞭になる。
【００６４】
また、静電容量ＣＮＥが同じであっても、触覚提示つまみ３が誘電体層１０６上において滑りやすければ、触覚提示つまみ３と触覚電極１０２との間の静電気力の変化が摩擦力の変化として使用者に知覚されやすくなる。これにより、使用者に対してより大きな触覚を与えることができる。誘電体層１０６上において触覚提示つまみ３を滑りやすくするためには、誘電体層１０６と触覚提示つまみ３との間の密着力を抑制する必要がある。そのために、例えば、誘電体層１０６の最表面に、または、導電性弾性部６の誘電体層１０６との接触面に、またはその両方に、誘電体層１０６の内部に比して高い撥水性を有する膜が設けられてもよい。
【００６５】
＜電極ピッチ＞
図２０は、触覚電極１０２のピッチＰＥが触覚提示つまみ３の直径ＲＦＥよりも大きい場合における、触覚電極１０２と触覚提示つまみ３との間で形成される静電容量ＣＮＥを説明する模式図である。図２１は、触覚電極１０２のピッチＰＥが直径ＲＦＥよりも小さい場合における、触覚電極１０２と触覚提示つまみ３との間で形成される静電容量ＣＮＥを説明する模式図である。
【００６６】
本実施の形態１では、上述の通り、隣り合う第１電極１０２ａおよび第２電極１０２ｂのそれぞれに、周波数の異なる電圧信号Ｖａ（図５参照）および電圧信号Ｖｂ（図６参照）を印加することによって、振幅変調信号ＶＮ（図７参照）に対応する静電気力を発生させる。これにより、誘電体層１０６と触覚提示つまみ３との間の摩擦力が振幅変調信号ＶＮのうなりの周波数に対応して変化し、この変化を使用者が触覚として知覚する。図２０に示された状態では、触覚提示つまみ３に電圧信号Ｖａのみが作用し電圧信号Ｖｂが作用しないので、振幅変調信号ＶＮが発生せず触覚が生成されない。一方、触覚提示つまみ３が第１電極１０２ａと第２電極１０２ｂとの境界の上方に位置した場合は、触覚が生成される。従って、図２０の構成では、触覚提示つまみ３の位置によって触覚が生成する位置と触覚が生成しない位置とがあることになる。これに対して、図２１に示された状態では、触覚提示つまみ３の位置に関わらず触覚提示つまみ３へ電圧信号Ｖａおよび電圧信号Ｖｂの両方が作用し、これにより振幅変調信号ＶＮが発生する。従って、図２１の構成においては、触覚提示つまみ３の位置によらず触覚を感じることができ、触覚提示つまみ３の位置を任意に設定できる。つまり、触覚提示つまみ３が第１電極１０２ａおよび第２電極１０２ｂを跨るように位置しやすくするには、例えば後述する図２２に示すように導電性弾性部６を分割している場合は、導電性弾性部６の幅６ｂが触覚電極１０２のピッチＰＥよりも大きいことが好ましい。また、導電性弾性部６を複数に分割していない場合は、導電性弾性部６の外径６ａが、触覚電極１０２のピッチＰＥよりも大きいことが好ましい。
【００６７】
＜触覚提示つまみの構造＞
図２２は、触覚提示つまみ３の回転部４の構造を示す模式図である。図２３は、触覚提示つまみ３を置く位置が１か所に固定される場合における、回転部４を触覚提示パネル１００の接触面上に置いて回転させる際の固定部５の模式図である。図２４は、触覚提示つまみ３の回転部４を触覚提示パネル１００の接触面上に置いて回転させる際に水平移動を抑制する回転軸部５ａの模式図である。回転部４および固定部５（回転軸部５ａ）は、共にアルミニウム、ＳＵＳ、銅などの金属、およびポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリアセタール、超高分子量ポリエチレン、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリイミド、ポリフェニレンスルフィッド、液晶性ポリマ、ポリエーテルエーテルケトン、フッ素樹脂などの樹脂からなる。触覚提示つまみ３の重量によって操作感および触覚が変化するので、ユーザの好み、触覚提示つまみ３の使用環境、および使用目的などに応じて材料を選択する。回転部側面１０は、導電性弾性部６および指示体２（図３１参照）と電気的に接続する必要があるため、回転部側面１０の指示体２と接触する表面部１０ｓおよび境界部導電部１６ｓは、金属または導電性樹脂材料（抵抗１０３Ω以下が望ましい。）からなる。表面部１０ｓおよび境界部導電部１６ｓの抵抗値は、触覚電極１０２の配線抵抗、導電性弾性部６の抵抗、誘電体層１０６との間で形成されるＲＣ回路において触覚電極１０２と導電性弾性部６の間に形成される容量Ｃが最も大きくなるような値に設定されることが望ましい。
【００６８】
軸部１４の形状と固定穴９の穴部の形状とは、同じ円柱形状をしている。触覚提示つまみ３は、固定部５（回転軸部５ａ）の軸部１４を回転部の固定穴９に差し込んで一体化したものをいう。例えば、図２２，２３に示すように、凹凸が形成された軸部１４を固定穴９にはめ込むことで、回転部４と軸部１４とが分離しないようにしてもよい。軸部１４と固定穴９の間の隙間は、回転部４がスムーズに回る範囲内でできる限り隙間が狭いことが望ましい。軸部１４と固定穴９との隙間が狭いと、触覚提示つまみ３を回転した時の回転軸のブレが小さくなり、回転軸のブレにより生じた回転部４の揺れおよび振動などの本来触覚提示つまみ３に付与するはずの触覚とは異なる触覚を指示体２に与えることを抑制し、使用者に付与する触覚がより明瞭になる。回転部４がスムーズに回転するためには、軸部１４の表面および固定穴９の内面部における表面の凹凸ができるだけ少ない方が望ましく、いずれも表面粗さＲａが０．５μｍ以下であることが望ましい。固定穴９の内径公差は、０〜＋０．５ｍｍ、軸部１４の外径公差は、−０．０００５ｍｍが望ましい。
【００６９】
固定部５（回転軸部５ａ）は、回転部４が回転する際の回転軸となる部分であり、触覚提示パネル１００の操作面と回転部４の回転軸が垂直を保つ役割をする。そのため、固定部５（回転軸部５ａ）の軸部１４の中心は底面部１５および粘着部１７（軸構造体保持部１７ａ）と直交しており、粘着部１７（軸構造体保持部１７ａ）の底面は平坦であり、導電性弾性部６の触覚提示パネル１００との接触面と粘着部１７（軸構造体保持部１７ａ）は、同一平面上に位置する。なお、図２３では粘着部１７の直径と固定台１３の直径が同一の場合を示したが、図２４のように軸構造体保持部１７ａの直径と固定台１３の直径が異なっていてもよい。
【００７０】
回転部４を回転させる際に指示体２が接する回転部４の回転部側面１０の表面部１０ｓおよび境界部導電部１６ｓは、導電性材料からなり、導電性弾性部６および位置検出部７にも電気的に接続している。使用者の回転部４の表面への接触有無を検知し、導電性弾性部６に電荷が蓄積するのを抑制する。表面部１０ｓおよび境界部導電部１６ｓは、導電性弾性部６と同様の材料からなる。特に、抵抗の低い金属であることが望ましく、樹脂等で回転部４を形成した後、金属メッキなどでコーティングをして表面部１０ｓおよび境界部導電部１６ｓを形成してもよい。詳細については後述する。
【００７１】
導電性弾性部６は、触覚電極１０２と静電容量を形成する導電体である。導電性弾性部６は、２つ以上に分割されており、触覚強度が低下するのを防止する。この効果の詳細については、後述する。導電性弾性部６が弾性を有することにより、密着性低下による触覚強度の１０６低下を抑制する効果がある。回転部４や固定部５（回転軸部５ａ）の加工精度または触覚提示スクリーン１５０の組み立て精度に起因する触覚提示パネル１００の表面の平坦度の低下、あるいは触覚提示パネル１００の表面の微小な凹凸などにより、導電性弾性部６と触覚提示パネル表面の密着性が減少すると、触覚電極１０２と導電性弾性部６とが誘電体層１０６だけでなく誘電率が小さい空気を介して静電容量を形成することになり、触覚電極１０２と導電性弾性部６との間に形成する静電容量が減少し、触覚強度の低下を招いてしまう。導電性弾性部６が弾性を有することにより、触覚提示パネル１００の表面の凹凸による誘電体層１０６と導電性弾性部６との隙間を埋め、導電性弾性部６と触覚提示パネル１００との密着性の低下による触覚強度の低下を防止することが可能となる。導電性弾性部６に用いる材料としては、ＣＮＲ、ＣＲゴム、ＮＢＲゴム、シリコン、フッ素ゴム、ＥＰＴゴム、ＳＢＲ、ブチルゴム、アクリルゴム、またはＣＳＭゴムを基材とし、導電性カーボンブラックまたは金属粉末などの導電性物質を混合した導電性ゴムと呼ばれる弾性のある樹脂材料が好ましい。体積固有抵抗は、１０６Ωｃｍ以下であればよく、体積固有抵抗が低ければ低いほど導電性弾性部６に電荷が蓄積し難くなる。導電性弾性部６への電荷蓄積についての詳細は後述する。また、触覚電極１０２と静電容量を形成するので、耐圧特性が可能な限り高い方が導電性弾性部６の寿命や信頼性が向上するので望ましい。位置検出部７は、タッチスクリーン２５０の検出電極２０３と静電容量を形成して、触覚提示つまみ３の位置や回転量の検出に用いる。
【００７２】
位置検出部７を形成する材料は、検出電極２０３と静電容量が形成できる導電体で、導電性弾性部６と同様に弾性を有し、導電性弾性部６と同じ材料を用いてもよい。触覚提示パネル１００との密着性が良い方が設計値と実際の静電容量値との差異が生じにくく、安定した位置検出精度が得られる。
【００７３】
導電性弾性部６および位置検出部７を同一の厚みにすることにより、触覚提示パネル１００の表面との間に隙間を作らずに密着するようにすると、強い触覚強度や高精度な位置検出が得られる。導電性弾性部６および位置検出部７と触覚提示パネル１００とが接する面の平面度（ある基準面からの距離を測定し、測定値の最大値と最小値の差分）は、０．５ｍｍ以下であることが望ましい。また、タッチパネルを操作するときのタッチ面に対する人の指の接触面積の直径は子供が３ｍｍ、大人が最大７〜１０ｍｍ程度であるといわれており、一般的に様々なタッチ操作における指の接触面積は２０〜４００ｍｍ２といわれていることから、位置検出部７の面積は７ｍｍ２以上４００ｍｍ２以下の範囲内であると考えてよい。
【００７４】
＜つまみ位置および回転量の検出＞
図２５は、触覚提示つまみ３の位置検出時のタッチパネル２００が検出した際の線Ｃ−Ｃの容量プロファイルを説明する模式図である。触覚提示つまみ３への触覚発生と触覚提示つまみ３の位置検出は、時間分割で行う。触覚電極１０２に電圧信号が印加されている期間において、検出電極２０３および励起電極２０２は、０Ｖまたは触覚電極１０２と静電容量を形成して触覚電極１０２にかかる電圧低下を招かないように任意の電圧を印加する。検出電極２０３が位置検出している際、触覚電極１０２はフローティング状態にする。そして、触覚電極１０２を介して導電性弾性部６と検出電極２０３とが静電容量を形成したときの励起電極２０２と検出電極２０３との静電容量の変化量を検出することで、触覚提示つまみ３の位置を検出する。
【００７５】
検出電極２０３は、位置検出部７と導電性弾性部６の両方と静電容量を形成して静電容量を検出する。その際、隙間８があるので、位置検出部７との静電容量プロファイルと導電性弾性部６との静電容量プロファイルは、異なる位置にピークを有し、それぞれの位置を分別して検出する。
【００７６】
触覚提示つまみ３の回転量は、位置検出部７が１つの場合は、位置検出部７の初期位置からの移動量から回転方向のみの移動として回転量を算出する。位置検出部７は、必ずしも１つでなくてもよい。図２６に示すように位置検出部７が複数個の場合、初期位置（Ｐ１，Ｐ２）での各位置検出部７間の方向ベクトルＰ１−Ｐ２と移動後の位置（Ｐ１’，Ｐ２’）での方向ベクトルＰ１’−Ｐ２’から回転量θを算出することができる。
【００７７】
図２６において、回転中心をＰ０、並進移動量をＴｘｙ、回転角θの座標変換行列をＲ、単位行列をＩとすると、以下の式（２）および（３）からＰ１’−Ｐ２’は式（４）で表される。
Ｐ１’＝Ｒ・Ｐ１−（Ｒ−Ｉ）・Ｐ０＋Ｔｘｙ  ・・・（２）
Ｐ２’＝Ｒ・Ｐ２−（Ｒ−Ｉ）・Ｐ０＋Ｔｘｙ  ・・・（３）
Ｐ１’−Ｐ２’＝Ｒ・（Ｐ１−Ｐ２）  ・・・（４）
【００７８】
なお、座標変換行列Ｒが単位行列Ｉに等しい（Ｒ＝Ｉ）場合は並進動作であり、Ｔｘｙは以下の式（５）で表される。
Ｔｘｙ＝Ｐ１’−Ｐ１  ・・・（５）
【００７９】
また、触覚提示つまみ３の操作範囲が３６０度を超える設定とする場合は、位置検出部７の回転角及び回転角変化方向を参照し、３６０度×ｎ（ｎは整数）の加減算補正を行うことで初期位置からの回転角度を算出できる。算出に用いる各位置検出部７のペア数が多いほど回転角の測定精度が向上するが、導電性弾性部６の面積が少なくなるので、触覚強度と回転角の測定精度のバランスで位置検出部７の数は決定される。触覚提示つまみ３の指示位置を示す指示位置線１１（図２２参照）を回転部４に配置し、つまみ位置の視覚化を図ってもよい。指示位置線１１を配置した場合、指示位置線１１の直下に位置検出部７を配置することで指示位置線１１の初期状態としてあるべき位置（原点）からの移動量として計算できるので計算処理の簡易化が図れる。
【００８０】
＜電極間距離＞
図２７は、触覚提示つまみ３における導電性弾性部６および位置検出部７の位置関係の一例を示したものである。隣り合う導電性弾性部６の間に位置検出部７が配置されている場合の導電性弾性部６と位置検出部７との間の距離を隙間８、隣り合う導電性弾性部６の間に位置検出部７が配置されていない場合の導電性弾性部６間の距離を隙間８ａで示す。電極の厚さに起因する凹凸が触覚提示パネル１００の表面にある場合、導電性弾性部６が誘電体層１０６を介して触覚電極１０２に接触しながらスライドすると、表面の凹凸によって触覚提示つまみ３が振動する。この振動は、触覚電極１０２に印加される電圧信号とは無関係に、指示体２に感知されてしまう。その結果、当該電圧信号によって得られる触覚を指示体２が感じにくくなり得る。言い換えれば、触覚強度が低下し得る。
【００８１】
触覚提示パネル１００の表面に凹凸があったとしても、それを指示体２が感じやすいか否かは、後述するように触覚電極１０２の電極間間隔に依存する。より大きな凹凸が許容されるほど、凹凸緩和のために誘電体層１０６の厚さを大きくする必要性が低くなる。すなわち、誘電体層１０６の厚さを小さくすることが許容される。これにより、導電性弾性部６と触覚電極１０２との間に形成される容量を大きくすることができる。よって、より強い触覚を発生させることができる。また、触覚電極１０２の電極間距離が導電性弾性部６と位置検出部７との間の隙間８よりも広いと、導電性弾性部６のエッジ部１８（図２７参照）が触覚電極１０２の電極間距離起因の表面の凹凸に引っかかり、意図しない触覚が触覚提示つまみ３に生じてしまうので、触覚電極１０２の電極間距離は、隙間８よりも狭い方が望ましい。また、触覚電極１０２の電極間距離が狭い方が、触覚電極１０２の専有面積が大きくなり、導電性弾性部６と形成する静電容量が大きくなり、得られる触覚強度も大きくなるので望ましい。
【００８２】
＜触覚提示タッチパネルの詳細構成＞
図２８は、触覚提示タッチパネル４００の構成を概略的に示すブロック図である。ここでは、複数の励起電極２０２として励起電極Ｔｙ（１）〜Ｔｙ（ｍ）が設けられ、複数の検出電極２０３として検出電極Ｔｘ（１）〜Ｔｘ（ｎ）が設けられ、複数の触覚電極１０２として触覚電極Ｈ（１）〜Ｈ（ｊ）が設けられているとする。触覚電極Ｈ（１）〜Ｈ（ｊ）は、括弧内の数字に従って順に並んでおり、奇数の触覚電極１０２は第１電極１０２ａに対応しており、偶数の触覚電極１０２は第２電極１０２ｂに対応している。また、説明を簡略化するために、１つの励起電極２０２によって１つの行方向配線層２０６（図８または図１０参照）が構成され、かつ１つの検出電極２０３によって１つの列方向配線層２０７（図８または図１０参照）が構成されているものとする。
【００８３】
上述の通り、触覚提示タッチパネル４００は、タッチパネル２００と、触覚提示パネル１００とを有している。タッチパネル２００は、タッチスクリーン２５０と、タッチ検出回路２１０とを有している。触覚提示パネル１００は、触覚提示スクリーン１５０と、電圧供給回路１１０とを有している。
【００８４】
タッチ検出回路２１０は、励起パルス発生回路２１５と、電荷検出回路２１２と、タッチ座標算出回路２１４と、タッチ検出制御回路２１３とを有している。タッチ検出制御回路２１３は、励起パルス発生回路２１５、電荷検出回路２１２、およびタッチ座標算出回路２１４の動作を制御する。励起パルス発生回路２１５は、励起電極Ｔｙ（１）〜Ｔｙ（ｍ）へ、順次、励起パルス信号を印加する。電荷検出回路２１２は、検出電極Ｔｘ（１）〜Ｔｘ（ｎ）の各々から得られる信号を測定する。これにより電荷検出回路２１２は、検出電極Ｔｘ（１）〜Ｔｘ（ｎ）の各々の電荷量を検出する。電荷検出結果の情報は、ｋを１以上ｍ以下の整数として、励起電極Ｔｙ（ｋ）に励起パルス信号が付与されたときの励起電極Ｔｙ（ｋ）と検出電極Ｔｘ（１）〜Ｔｘ（ｎ）の各々との相互容量に対応した値を表す。なお、電荷検出回路２１２は、タッチ検出制御回路２１３からの制御信号によって、励起電極Ｔｙ（１）〜Ｔｙ（ｍ）のうちのどれに励起パルス信号が印加されているかを認識することができる。タッチ座標算出回路２１４は、上記電荷検出結果に基づいて、指示体２がタッチした座標のデータ（以下、「タッチ座標データ」という）を得る。
【００８５】
タッチ座標算出回路２１４は、タッチ座標データを、つまみ移動量算出回路２２０へ出力するとともに、タッチ動作情報として触覚形成条件変換回路１２０および触覚提示制御回路１１４へも出力する。つまみ移動量算出回路２２０は、つまみの移動量として回転角度、回転速度、水平移動距離の情報を触覚形成条件変換回路１２０および表示画面処理回路３２１へ出力する。触覚形成条件変換回路１２０は、入力された情報を基に算出した触覚強度（操作感強度）を実現する電気信号条件を触覚提示制御回路１１４へ出力する。このとき、触覚形成条件変換回路１２０は、触覚提示タッチディスプレイ１が搭載されている装置（触覚提示つまみ３で操作する装置）の状態に応じた触覚強度を実現する電気信号条件を触覚提示制御回路１１４へ出力する。このように、触覚形成条件変換回路１２０は、触覚提示つまみ３で操作する装置の状態（第１状態、第２状態）に応じた触覚（第１触覚、第２触覚）を決定する触覚決定部の機能を有する。また、タッチ検出回路２１０は、触覚提示つまみ３と触覚提示パネル１００の操作面との接触位置を検出する接触位置検出部の機能を有する。なお、当該接触位置検出部の機能は、触覚提示パネル１００が有してもよい。また、触覚形成条件変換回路１２０は、装置の状態を取得する機能を有してもよい。
【００８６】
電圧供給回路１１０は、スイッチ回路１１２と、触覚提示電圧生成回路１１３と、触覚提示制御回路１１４とを有している。触覚提示電圧生成回路１１３は、スイッチ回路１１２を介して、触覚電極Ｈ（１）〜Ｈ（ｊ）のうち第１電極１０２ａへ電圧信号Ｖａを印加し、第２電極１０２ｂへ電圧信号Ｖｂを印加する。言い換えれば、一の方向（図中、横方向）に並んだ触覚電極Ｈ（１）〜Ｈ（ｊ）に対して、電圧信号Ｖａおよび電圧信号Ｖｂが交互に印加される。スイッチ回路１１２は、触覚提示電圧生成回路１１３からの指令に基づいてオン状態またはオフ状態を取るものである。スイッチ回路１１２は、オン状態において触覚電極１０２を触覚提示電圧生成回路１１３へ接続し、オフ状態において触覚電極１０２をフローティング状態とする。本実施の形態１において、スイッチ回路１１２は、２つのスイッチ４０を有しており、一方がすべての第１電極１０２ａへの電気的経路のスイッチングを行い、他方がすべての第２電極１０２ｂへの電気的経路のスイッチングを行う。これら２つのスイッチ４０は連動して制御されてもよい。なお、スイッチ４０は、切り替え部に相当する。
【００８７】
触覚提示制御回路１１４は、触覚形成条件変換回路１２０によって算出された触覚強度の情報を参照する。触覚提示制御回路１１４は、この情報に基づいて触覚提示電圧生成回路１１３の動作を制御し得る。このように、電圧供給回路１１０は、触覚提示つまみ３と触覚提示パネル１００の操作面との接触位置における触覚提示つまみ３と操作面との間の摩擦力を、触覚形成条件変換回路１２０で算出された触覚強度の触覚として提示する制御を行う触覚制御部の機能を有する。
【００８８】
＜触覚提示タッチパネルの動作＞
図２９は、指示体２が触覚提示つまみ３に接触していないときの励起電極２０２と検出電極２０３との静電容量のイメージを示す模式図である。図３０は、指示体２が触覚提示つまみ３に接触していない時の触覚提示タッチパネル４００（図２８参照）の動作タイミングを概略的に示すタイミングチャートである。
【００８９】
指示体２が触覚提示つまみ３に接触していないときは、導電性弾性部６および触覚電極１０２共にフローティング状態で、検出電極２０３と同電位にあり、電荷検出回路２１２は検出電極２０３と励起電極２０２との静電容量を主とする電荷量を検出する。タッチ検出制御回路２１３は、励起電極２０２の制御信号を触覚提示電圧生成回路１１３にも出力する。
【００９０】
この制御信号に基づいて、触覚提示電圧生成回路１１３は、タッチ検出期間Ｐ１を認識することができる。タッチ検出期間Ｐ１において、触覚提示電圧生成回路１１３は、スイッチ回路１１２のスイッチ４０を遮断する。これにより、触覚提示電圧生成回路１１３とすべての触覚電極１０２との間の電気的接続が遮断される。その結果、すべての触覚電極１０２の電位がフローティング状態となる。
【００９１】
次に、タッチ座標算出期間Ｐ２において、タッチ座標算出回路２１４は、電荷検出回路２１２から入力され保持された、励起電極Ｔｙ（１）〜Ｔｙ（ｍ）の各々に対応する相互容量の電荷検出結果、言い換えれば励起電極Ｔｙ（１）〜Ｔｙ（ｍ）と検出電極Ｔｘ（１）〜Ｔｘ（ｎ）とによって形成されるすべての交差部の容量の電荷検出結果に基づいて、指示体２によるタッチがあるかどうかを判定する。指などの指示体２の近接または接触によって励起電極２０２と検出電極２０３との間の電界結合が緩和される結果、相互容量における充電電荷が低下する。この低下の度合いに基づいて、タッチ座標算出回路２１４はタッチの有無を判定することができる。タッチ座標算出回路２１４は、タッチがあると判定した場合、上記電荷検出結果に基づいてタッチ座標データの算出を開始する。具体的にはタッチ座標算出回路２１４は、充電電荷の低下度合いが最も大きい交差部とその周辺の交差部とについての検出結果に対して、例えば重心演算等の演算処理を行うことによって、タッチ座標データを算出することができる。タッチ座標算出回路２１４は、タッチがないと判定した場合、タッチ座標データの算出を行わず、次の電荷検出結果の処理まで待機する。
【００９２】
ここで、指示体２の触覚提示つまみ３への接触有の判定結果が出た場合の動作を以下で説明する。
【００９３】
図３１は、指示体２が触覚提示つまみ３に接触している時の励起電極２０２と位置検出部７との静電容量のイメージを示す模式図である。図３２は、指示体２が触覚提示つまみ３に接触している時の触覚提示タッチパネル４００（図２８参照）の動作タイミングを概略的に示すタイミングチャートである。
【００９４】
指示体２が触覚提示つまみ３に接触している場合、導電性弾性部６は触覚提示つまみ３および指示体２を介して接地接続した状態になり、検出電極２０３は触覚電極１０２を介して導電性弾性部６と静電容量を形成し、検出電極２０３と励起電極２０２との静電容量が減少する。その結果、電荷検出回路２１２が検出する電荷量が減少して、指示体２が触覚提示つまみ３に接触したことが検知される。
【００９５】
タッチ検出期間Ｐ１において、タッチ検出制御回路２１３から励起パルス発生回路２１５へ、第１の変換タイミングを表す制御信号が出力される。この制御信号を受けて励起パルス発生回路２１５は励起電極Ｔｙ（１）へ励起パルス信号（充電パルス信号）を与える。これにより、励起電極Ｔｙ（１）と、それに平面視において交差する検出電極Ｔｘ（１）〜Ｔｘ（ｎ）の各々との間の電極間容量（相互容量）が充電される。電荷検出回路２１２は、検出電極Ｔｘ（１）〜Ｔｘ（ｎ）を用いて上記充電による電荷量を検出する。そして電荷検出回路２１２は、その検出結果に対してアナログ／デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）を施し、それによって得られたデジタル情報を、励起電極Ｔｙ（１）に対応する相互容量の電荷検出結果として、タッチ座標算出回路２１４へ出力する。同様にして、タッチ検出制御回路２１３から励起パルス発生回路２１５へ、第２〜第ｍの変換タイミングを表す制御信号が順に出力される。第２〜第ｍの変換タイミングのそれぞれに対応して、励起電極Ｔｙ（２）〜Ｔｙ（ｍ）に対応する相互容量の電荷検出結果がタッチ座標算出回路２１４へ出力される。
【００９６】
タッチ検出制御回路２１３は、上記制御信号を触覚提示電圧生成回路１１３にも出力する。この制御信号に基づいて、触覚提示電圧生成回路１１３は、タッチ検出期間Ｐ１を認識することができる。タッチ検出期間Ｐ１において、触覚提示電圧生成回路１１３は、スイッチ回路１１２のスイッチ４０を遮断する。これにより、触覚提示電圧生成回路１１３とすべての触覚電極１０２との間の電気的接続が遮断される。その結果、すべての触覚電極１０２の電位がフローティング状態となる。
【００９７】
次に、タッチ座標算出期間Ｐ２において、タッチ座標算出回路２１４は、電荷検出回路２１２から入力され保持された、励起電極Ｔｙ（１）〜Ｔｙ（ｍ）の各々に対応する相互容量の電荷検出結果、言い換えれば励起電極Ｔｙ（１）〜Ｔｙ（ｍ）と検出電極Ｔｘ（１）〜Ｔｘ（ｎ）とによって形成されるすべての交差部の容量の電荷検出結果に基づいて、指示体２によるタッチがあるかどうかを判定する。指などの指示体２の近接または接触によって励起電極２０２と検出電極２０３との間の電界結合が緩和される結果、相互容量における充電電荷が低下する。この低下の度合いに基づいて、タッチ座標算出回路２１４はタッチの有無を判定することができる。タッチ座標算出回路２１４は、タッチがあると判定した場合、上記電荷検出結果に基づいてタッチ座標データの算出を開始する。具体的には、タッチ座標算出回路２１４は、充電電荷の低下度合いが最も大きい交差部とその周辺の交差部とについての検出結果に対して、例えば重心演算等の演算処理を行うことによって、タッチ座標データを算出することができる。タッチ座標算出回路２１４は、タッチがないと判定した場合、タッチ座標データの算出を行わず、処理がタッチ検出期間Ｐ１に戻る。このような処理を可能とするために、タッチ座標算出回路２１４は、タッチの有無の判定結果を表す信号をタッチ検出制御回路２１３に付与する。
【００９８】
次に、タッチ座標送出期間Ｐ３において、タッチ検出制御回路２１３からのタッチ座標データ送出タイミングに従って、タッチ座標算出回路２１４は、タッチ座標データを、つまみ移動量算出回路２２０へ出力するとともに、タッチ動作情報として触覚形成条件変換回路１２０及び触覚提示制御回路１１４へも出力する。
【００９９】
次に、判定期間Ｐ４において、触覚提示制御回路１１４は、タッチ座標データから触覚提示つまみ３の位置を判定し、触覚提示するエリアを決定する。
【０１００】
触覚提示制御回路１１４は、表示画面と触覚提示つまみ３の座標に対応する触覚提示信号波形を触覚形成条件変換回路１２０からの入力を基に選択する。この「触覚提示信号波形」は、電圧信号Ｖａおよび電圧信号Ｖｂの各々の波形を定義するものである。なお電圧信号Ｖａと電圧信号Ｖｂとの間での波形の相違は、典型的には、周波数の相違である。触覚提示信号波形は、触覚提示制御回路１１４の内部または外部において設定されている。触覚提示信号波形の種類は、１つであってもよく、１つより多くてもよい。触覚提示信号波形の種類が１つしか存在しない場合、触覚提示信号波形を選択する処理は必要ない。触覚提示信号波形の種類が１つより多い場合は、触覚形成条件変換回路１２０からの入力を基に触覚提示信号波形の種類が選択される。
【０１０１】
次に、触覚提示信号印加期間Ｐ５において、触覚提示制御回路１１４は、上記触覚提示信号波形での触覚提示信号を発生する。また、スイッチ回路１１２の触覚提示信号を入力する領域にある触覚電極１０２に接続しているスイッチ４０は、触覚提示電圧生成回路１１３と接続し、触覚提示信号を入力しない領域にある触覚電極１０２と接続しているスイッチ４０はＧＮＤと接続するか、もしくはそのままスイッチをオンしないで触覚電極１０２をフローティングにする。これにより触覚電極１０２へ信号が印加され、よって触覚が提示される。図３２の例では、触覚電極１０２へ、Ｈレベル（高レベル）およびＬレベル（低レベル）を有する交流信号が印加される。触覚電極１０２は、Ｈレベルの期間において、正極の高電圧、典型的にはプラス数十ボルトで充電され、０レベルの期間において放電され、Ｌレベルにおいて負極の高電圧、典型的にはマイナス数十ボルトで充電される。パルス信号の発生周期および発生期間は、触覚形成条件変換回路１２０からの入力に基づき、適宜設定され得る。
【０１０２】
上記触覚提示信号印加期間Ｐ５の後、処理はタッチ検出期間Ｐ１へ戻る。それによって、上述した動作が繰り返される。これにより、触覚提示タッチパネル４００は、触覚提示つまみ３の位置検出と、触覚提示つまみ３の位置と表示画面に応じた触覚提示とを行うことができる。
【０１０３】
図３３は、タッチ検出期間Ｐ１（図３２参照）における触覚提示タッチディスプレイ１中での静電容量の形成を示す模式図である。タッチ検出期間Ｐ１において、指示体２と検出電極２０３との間で静電容量ＣＮＤが形成される。この期間において、すべての触覚電極１０２の電位がフローティング状態とされる。これにより、触覚電極１０２がシールドとして機能してしまうことが避けられる。よってタッチ検出の感度を高めることができる。
【０１０４】
図３４は、触覚提示信号印加期間Ｐ５（図３２参照）における触覚提示タッチディスプレイ１中での静電容量の形成を示す模式図である。触覚提示信号印加期間Ｐ５において、タッチパネル２００の励起電極２０２および検出電極２０３の電位がフローティング状態とされてよい。これにより、励起電極２０２および検出電極２０３による容量形成が静電容量ＣＮＥへ及ぼす影響を抑えることができる。代わりに、タッチパネル２００の励起電極２０２および検出電極２０３の電位が実質的に定電位とされてもよく、例えば、励起電極２０２および検出電極２０３がグラウンド電位へ低インピーダンスで接続されていてもよい。これにより、励起電極２０２および検出電極２０３が、触覚電極１０２と表示パネル３００との間のシールドとして機能し得る。よって、触覚電極１０２に印加される高電圧信号に起因して表示パネル３００においてノイズが発生することが抑制される。よって、ノイズに起因しての表示不良を防止することができる。また逆に、表示パネル３００に起因して触覚電極１０２にノイズが発生することが抑制される。触覚電極１０２に触覚提示信号が印加されると、導電性弾性部６は、触覚電極１０２との間に静電容量を形成し、導電性弾性部６の誘電体層１０６と接する面に触覚電極１０２の電圧と逆の電位の電荷が蓄積し、導電性弾性部６と誘電体層１０６との間に静電気力が生じる。その結果、導電性弾性部６と誘電体層１０６との間の摩擦力が変化し、この摩擦力の変化により触覚提示つまみ３を回転したときにつまみのトルクが変化し、触覚提示つまみ３を回転したときの操作感として感じる。
【０１０５】
なお、フローティング状態が用いられる場合、励起電極２０２および検出電極２０３の両方がフローティング状態とされてもよく、あるいは一方がフローティング状態とされてもよい。また、定電位が用いられる場合、励起電極２０２および検出電極２０３の両方が定電位とされてもよく、あるいは一方が定電位とされてもよい。励起電極２０２および検出電極２０３の一方がフローティング状態とされ、他方が定電位とされてもよい。励起電極２０２および検出電極２０３の各々と触覚電極１０２との距離が異なる場合、励起電極２０２および検出電極２０３のうち触覚電極１０２により近い方がフローティング状態とされ、かつ、より遠い方が定電位とされてもよい。
【０１０６】
なお、図２８に示された例では、タッチ検出回路２１０から電圧供給回路１１０へタッチ座標データが送られるが、変形例として、電荷検出回路２１２から電圧供給回路１１０へ電荷検出結果の情報が送られてもよい。この場合、触覚提示制御回路１１４が、電荷検出結果の情報を用いてタッチの有無の判定およびタッチ座標の算出を行う。
【０１０７】
操作中または操作ごとに触覚提示パネル１００上に触覚提示つまみ３を置く位置を変更する場合は、底面部１５を触覚提示パネル１００上に面で密着して固定してもよい。また、操作中または操作ごとに触覚提示パネル１００上に触覚提示つまみ３を置く位置を変更しない場合（触覚提示つまみ３の位置を固定して使用する場合）は、底面部１５を触覚提示パネル１００上に粘着部１７で接着して固定してもよい。
【０１０８】
＜導電性弾性部への電荷蓄積の抑制＞
図３５は、電圧信号印加時に導電性弾性部６に蓄積した電荷が指示体２を介して接地されたときの電荷の移動を模式的に示すイメージ図である。図３６は、電圧信号印加時に、触覚提示つまみ３が誘電体層１０６を介して接触している一部の触覚電極１０２を接地接続した際の、導電性弾性部６に蓄積した電荷の移動を模式的に示すイメージ図である。導電性弾性部６は、絶縁性の樹脂に導電性のカーボンブラックや金属粒子を混ぜたものであるため、比較的抵抗が高く、電荷が蓄積しやすい。導電性弾性部６に電荷が蓄積すると、電圧信号によって触覚電極１０２との間の静電気力が変化しなくなり、触覚強度が低下してしまう。導電性弾性部６と回転部４の表面を電気的に接続すると、指示体２が回転部４に接した際に指示体２を介して接地接続されることにより、導電性弾性部６に蓄積した電荷が解放され、電荷の蓄積を抑制することができる。
【０１０９】
導電性弾性部６の抵抗が高い場合は、導電性弾性部６内を電荷が移動し難く、上記のような指示体２を介した電荷の解放だけでは充分に電荷を解放できない。その場合は、電圧信号を印加する際に２つ以上に分割した導電性弾性部６の少なくとも１つが、触覚電極１０２と静電容量を形成し、少なくとも１つが接地接続された電荷排出部１１５（後述の図３７参照）と接続された触覚電極１０２と誘電体層１０６を介して接続するように触覚電極１０２を駆動することで、導電性弾性部６に蓄積した電荷を直接誘電体層１０６を介して触覚電極１０２へと解放することで、電荷の蓄積を防止する。電荷排出部１１５に接続する触覚電極１０２は、固定する必要はなく、同一の触覚電極１０２において電圧信号の印加と電荷排出部１１５への接続とを切り替えて駆動してもよく、電圧信号を印加する触覚電極１０２と電荷排出部１１５に接続する触覚電極１０２とが交互になるようにしてもよい。ただし、電荷排出部１１５に接続した触覚電極１０２には静電気力が生じない。従って、触覚の低下を防止するために、電圧信号が印加された触覚電極１０２の数は、電荷排出部１１５に接続された触覚電極１０２の数よりも多くしたり、電荷排出部１１５に接続する時間を電圧信号を印加する時間よりも短くしたりすることによって、触覚電極１０２との間に静電気力を生成する導電性弾性部６の実効的な面積が、電荷排出部１１５と容量を形成する導電性弾性部６の実効的な面積よりも大きくなるようにするとよい。
【０１１０】
図３７は、図３６のように２つ以上に分割した導電性弾性部６の少なくとも１つが、触覚電極１０２と静電容量を形成し、少なくとも１つが接地接続された触覚電極１０２と誘電体層１０６を介して接続するように触覚電極１０２を駆動する場合の構成を示すブロック図である。判定期間Ｐ４（図３２参照）において、触覚提示制御回路１１４は、タッチ座標データから触覚提示つまみ３が置かれた位置を判定し、触覚提示するエリアを決定し、そのエリアを２つ以上に分割し、触覚提示信号を入力する領域とＧＮＤに接続する領域を決定する。
【０１１１】
触覚提示制御回路１１４は、表示画面と触覚提示つまみ３の座標に対応する触覚提示信号波形を触覚形成条件変換回路１２０からの入力を基に選択する。この「触覚提示信号波形」は、電圧信号Ｖａおよび電圧信号Ｖｂの各々の波形を定義するものである。なお電圧信号Ｖａと電圧信号Ｖｂとの間での波形の相違は、典型的には、周波数の相違である。触覚提示信号波形は、触覚提示制御回路１１４の内部または外部において設定されている。触覚提示信号波形の種類は、１つであってもよく、１つより多くてもよい。触覚提示信号波形の種類が１つしか存在しない場合、触覚提示信号波形を選択する処理は必要ない。触覚提示信号波形の種類が１つより多い場合は、触覚形成条件変換回路１２０からの入力を基に触覚提示信号波形の種類が選択される。
【０１１２】
次に、触覚提示信号印加期間Ｐ５（図３２参照）において、触覚提示制御回路１１４は、上記触覚提示信号波形での触覚提示信号を発生する。また、スイッチ回路１１２の触覚提示信号を入力する領域にある触覚電極１０２に接続しているスイッチ４０は、触覚提示電圧生成回路１１３と接続し、ＧＮＤと接続する領域にある触覚電極１０２と接続しているスイッチ４０は、ＧＮＤと接続する。触覚提示信号を入力しない領域にある触覚電極１０２と接続しているスイッチ４０は、ＧＮＤと接続するか、またはスイッチ４０をオンしないで触覚電極１０２をフローティングのままにする。これにより触覚電極１０２へ信号が印加され、よって触覚が提示される。図２４の例では、触覚電極１０２へ、Ｈレベル（高レベル）およびＬレベル（低レベル）を有する交流信号が印加される。触覚電極１０２は、Ｈレベルの期間において、正極の高電圧、典型的にはプラス数十ボルト、で充電され、０レベルの期間において放電され、Ｌレベルにおいて負極の高電圧、典型的にはマイナス数十ボルトで充電される。パルス信号の発生周期および発生期間は、触覚形成条件変換回路１２０からの入力に基づき、適宜設定され得る。
【０１１３】
上記触覚提示信号印加期間Ｐ５の後、処理はタッチ検出期間Ｐ１へ戻る。それによって、上述した動作が繰り返される。これにより、触覚提示タッチパネル４００は、触覚提示つまみ３の位置検出と、触覚提示つまみ３の位置と表示画面に応じた触覚提示とを行うことができる。
【０１１４】
なお、本実施の形態１では、電荷排出部１１５として、ＧＮＤ端子を用いて説明しているが、導電性弾性部６に蓄積された電荷を排出することができれば、その他の構成でも構わない。例えば、導電性弾性部６に蓄積される電荷の導電性に応じて、ＧＮＤ端子ではなく、効率的に電荷が排出される正電圧や負電圧を印加してもよい。
【０１１５】
本開示では、上記の触覚提示信号印加期間Ｐ５において、電圧信号の波形および電圧信号が印加される時間および周期を変化させて触覚提示つまみ３の回転操作時の摩擦力を変化させることによって、従来の触覚提示つまみでは提示することができなかった操作感を触覚として使用者に提示する。これらの具体例については後述する。
【０１１６】
＜触覚提示スクリーンの電極構造とタッチスクリーンの電極構造との相違＞
触覚電極１０２の好適な条件として、第１に、指示体２が触覚電極１０２に誘電体層１０６以外の部材を介することなく接することができる構成が望まれる。よって、誘電体層１０６に被覆された触覚電極１０２は、触覚提示タッチパネル４００の最表面に配置されることが好ましい。
【０１１７】
第２に、指示体２と触覚電極１０２との間の距離が近いほど、大きな触覚を発生することができる。この観点から、誘電体層１０６の厚さは小さいことが好ましく、また誘電体層１０６の誘電率は大きいことが好ましい。
【０１１８】
第３に、触覚の生成時には静電容量ＣＮＥ（図３４参照）を大きくするために触覚電極１０２が密に存在することが望まれる一方、タッチ位置の検出時（図３２参照）には、静電容量ＣＮＤの形成を阻害しないよう、触覚電極１０２間の静電容量ＣＥ、すなわち電極間容量は小さいことが好ましい。
【０１１９】
触覚提示タッチパネル４００のサイズが触覚提示つまみ３よりも大きく、触覚提示つまみ３を置かないエリアを触覚提示しないタッチパネルとして使用する場合、触覚提示つまみ３に指示体２が接触していない時は、触覚提示タッチパネル４００の全面を触覚提示つまみ３に指示体２が接触していない時の動作タイミング（図３０参照）を繰り返す。触覚提示をしないタッチパネルとして使用するエリアでタッチ検出した際は、タッチ位置を算出して出力する。触覚提示つまみ３に指示体２が接触した時は、触覚提示つまみ３を置いていないエリアのタッチ検出を休止して、触覚提示つまみ３を置いているエリアのみ前述のような触覚提示つまみ３に指示体２が接触している時（図３２参照）の動作タイミングで動作する。
【０１２０】
触覚提示つまみ３を置いていないエリアを触覚提示するタッチパネルとして使用する場合、触覚提示つまみ３に指示体２が接触していない時は、触覚提示タッチパネル４００の全面を触覚提示つまみ３に指示体２が接触していない時の動作タイミング（図３０参照）を繰り返す。触覚提示をするタッチパネルとして使用するエリアにタッチ検出した際は、前述のような触覚提示つまみ３に指示体２が接触している時（図３２参照）の動作タイミングで動作する。触覚提示つまみ３に指示体２が接触した時は、触覚提示つまみ３を置いていないエリアのタッチ検出を休止して、触覚提示つまみ３を置いているエリアのみ前述のような触覚提示つまみ３に指示体２が接触している時（図３２参照）の動作タイミングで動作する。
【０１２１】
励起電極２０２および検出電極２０３の好適な条件として、第１に、タッチ位置検出の感度およびリニアリティを確保するには、タッチ位置を正確に識別することができるマトリクス構造が必要である。第２に、指示体２と検出電極２０３とが触覚提示スクリーン１５０を介して形成した静電容量ＣＮＤによってタッチ位置を検知するため、横方向に電界が広がるように励起電極２０２と検出電極２０３との間に所定の距離（数百μｍ以上数ｍｍ以下）を設ける必要がある。
【０１２２】
上記のように、触覚電極１０２の好適な条件と、励起電極２０２および検出電極２０３の好適な条件とでは相違がある。両条件を最適化するためには、それらに対して同様の構造を適用することは望ましくない。
【０１２３】
＜引き出し配線層の詳細＞
触覚提示スクリーン１５０の引き出し配線層１０５（図１５）は、具体的には、引き出し配線層Ｌｄ（１）〜Ｌｄ（ｊ）および引き出し配線層Ｌｕ（１）〜Ｌｕ（ｊ）を有している。番号１からｊまでのいずれかの整数をｋとして、引き出し配線層Ｌｄ（ｋ）およびＬｕ（ｋ）の各々は、ｋ番目の触覚電極１０２に接続されている。引き出し配線層Ｌｄ（ｋ）およびＬｕ（ｋ）のそれぞれは、一の触覚電極１０２の延在方向における一方端および他方端に接続されている。
【０１２４】
触覚提示スクリーン１５０に設けられた触覚電極１０２の各々の配線抵抗は、タッチスクリーン２５０によるタッチ検出を阻害しないようにする観点では、高抵抗である方が望ましく、例えば１０４Ω以上にするのが望ましい。このように配線抵抗が高い場合、配線層内での電圧信号の伝播遅延が生じやすくなる。上述したように触覚電極１０２の一方端および他方端の各々に引き出し配線層１０５が接続されることによって、伝播遅延を抑えることができる。
【０１２５】
引き出し配線層Ｌｄ（１）〜Ｌｄ（ｊ）は、触覚提示可能エリアの外側に配置されており、触覚提示パネル端子部１０７の配列の中央に近いものから順に、対応する電極へ触覚提示パネル端子部１０７からほぼ最短距離が得られるように延びている。触覚提示パネル端子部１０７は、透明絶縁基板１０１の長辺に沿って、長辺の中央近傍に配置されている。引き出し配線層Ｌｄ（１）〜Ｌｄ（ｊ）は、相互の絶縁を確保しつつ、なるべく密に配置されている。引き出し配線層Ｌｕ（１）〜Ｌｕ（ｊ）は、引き出し配線層Ｌｄ（１）〜Ｌｄ（ｊ）によって占められた領域の外側において、同様に配置されている。このような配置とすることによって、透明絶縁基板１０１のうち触覚提示可能エリアの外側の部分の面積を抑えることができる。
【０１２６】
引き出し配線層１０５、具体的には引き出し配線層Ｌｄ（１）〜Ｌｄ（ｊ）および引き出し配線層Ｌｕ（１）〜Ｌｕ（ｊ）は、金属単層膜、または金属単層と非金属単層との積層膜のいずれかから構成されていることが好ましい。積層膜が下層とそれを覆う上層とを有する場合、上層は下層の保護層としての機能を有し得る。例えば、保護層としての上層が、触覚提示スクリーン１５０の製造に用いられるエッチング工程において、下層をエッチャントから保護してもよい。あるいは、上層が、触覚提示スクリーン１５０の製造時または使用時において、下層の腐食を防止するキャップ層として機能してもよい。下層の材料を、上層の材料よりも透明絶縁基板１０１との密着性に優れた材料とすれば、引き出し配線層１０５の剥離の発生を抑制することができる。
【０１２７】
＜装置の状態に応じた触覚の提示＞
図３８は、触覚つまみ３の操作領域に上限および下限を設定した一例を示す図である。使用者は、触覚提示つまみ３を回転操作することができる。図３８に示すように、操作領域ｂは、触覚提示つまみ３の回転操作が可能な領域を示している。操作下限位置ａは、操作領域ｂの下限位置を示している。操作上限位置ｃは、操作領域ｂの上限位置を示している。非操作領域ｄは、触覚提示つまみ３の回転操作が不可能な領域を示している。指示位置５０は、触覚提示つまみ３の指示位置を示している。
【０１２８】
図３９は、触覚提示つまみ３の指示位置５０が操作下限位置ａ、操作領域ｂ、および作上限位置ｃのそれぞれに存在するときに印加される電圧信号の波形の構成の一例を示す図である。具体的には、指示位置５０が操作下限位置ａに存在している間は、電圧信号ｓ１が印加される。そして、指示位置５０が操作下限位置ａから操作領域ｂ内を操作上限位置ｃへ向かって回転している間は、電圧信号ｓ２が印加される。その後、指示位置５０が操作上限位置ｃに存在している間は、電圧信号ｓ３が印加される。
【０１２９】
このように、タッチパネル２００が検出した触覚提示つまみ３の指示位置５０に対して、予め設定した触覚を提示するための電圧信号を印加することで、触覚提示つまみ３と触覚提示パネル１００との間の摩擦力を変化させて触覚提示つまみ３に触覚を提示する。電圧信号ｓ１および電圧信号ｓ３と電圧信号ｓ２とでは、触覚提示つまみ３と触覚提示パネル１００との間に生じる摩擦力の大きさおよび摩擦力が生成される周期および時間が異なる。従って、指示体２は、摩擦力の変化に応じて提示された触覚により、電圧信号ｓ１および電圧信号ｓ３が印加されている状態と、電圧信号ｓ２が印加されている状態とは異なる状態であることを知覚する。なお、電圧信号ｓ１、電圧信号ｓ２、および電圧信号ｓ３は、それぞれが異なる振幅の電圧信号であってもよい。また、電圧信号ｓ１と電圧信号ｓ３とは、同じ波形の電圧信号であってもよい。
【０１３０】
電圧信号ｓ１および電圧信号ｓ３は、触覚提示つまみ３と触覚提示パネル１００との間に強い摩擦力による吸着現象が生じる電圧信号である。電圧信号ｓ２は、電圧信号ｓ１および電圧信号ｓ３よりも弱い摩擦力であり、触覚提示つまみ３がスムーズに滑るような操作感、細かな凹凸を乗り越える振動感、丸みのある凸部を乗り越える乗り越え感、高い凸部を乗り越える区切り感などの触覚を提示する。
【０１３１】
触覚提示つまみ３の指示位置５０が操作下限位置ａに存在している間は、電圧信号ｓ１が継続して印加され、触覚提示つまみ３の指示位置５０が操作下限位置ａの位置を越えて非操作領域ｄに侵入しないように触覚提示つまみ３の動きを制止する。触覚提示つまみ３の指示位置５０が操作領域ｂ内を操作上限位置ｃに向かって移動している間は、電圧信号ｓ２が印加される。触覚提示つまみの指示位置５０が操作上限位置ｃに存在している間は、電圧信号ｓ３が継続して印加され、触覚提示つまみ３の指示位置５０が操作上限位置ｃの位置を越えて非操作領域ｄに侵入しないように触覚提示つまみ３の動きを制止する。触覚提示つまみの指示位置５０が操作領域ｂ内を操作下限位置ａに向かって移動している間は、電圧信号ｓ２が印加される。
【０１３２】
具体的には、図４０に示すように、触覚提示つまみ３に提示したい摩擦力の周期に合わせて電圧信号の周期（Ｔｆｑ）を変えるとよい。電圧信号を印加する時間（Ｔｏｎ）は、電圧信号の波形に基づく摩擦力が触覚提示つまみ３と触覚提示パネル１００との間で生じ、電圧信号を印加しない時間（Ｔｏｆｆ）は摩擦力が生じない。このように、摩擦力が生じる期間と生じない期間とが周期的に繰り返すと、触覚提示つまみ３の回転が摩擦力による引っ掛かりと滑りとを繰り返し、触覚提示つまみ３と接触している指示体２は、触覚提示つまみ３を操作して生じた触覚として知覚する。低い凸感を提示したいときは、電圧信号を印加する時間（Ｔｏｎ）を、電圧信号を印加しない時間（Ｔｏｆｆ）よりも短くするとよい。また、凸の高さが高い凸感を提示したいときは、電圧信号を印加する時間（Ｔｏｎ）を、電圧信号を印加しない時間（Ｔｏｆｆ）よりも長くするとよい。
【０１３３】
なお、印加する電圧信号の波形は、パルス波、正弦波、または矩形波等でもよく、正の電圧のみ、負の電圧のみ、または正負の電圧でもよい。パルス波および矩形波の場合は、例えば図４０の波形を触覚電極１０２ａに印加した場合、隣り合う触覚電極１０２ｂには逆相の電圧信号を印加すればよい。また、正弦波の場合は、触覚電極１０２ａおよび触覚電極１０２ｂのそれぞれに異なる周波数を印加し、２種の電圧信号より生成したビート波形が図４０の波形になるようにすればよい。電圧信号の波形は、例えば０Ｖを中心として正負の電圧の振幅を有する正弦波、またはパルス波など正負の電圧を組み合わせた波形とすると、誘電体層１０６および導電性弾性部６に電荷が蓄積して触覚提示つまみ３に提示する触覚が弱くなることを防ぐ効果があり、触覚提示を安定させる効果がある。提示したい触覚の強さに合わせて電圧信号の振幅を変えてよく、先の尖った凸凹感を出したいときは波形の立ち上がりが急峻な波形を用いればよく、丸みのある凹凸感を出したいときは波形の立ち上がりがなだらかな波形を用いればよい。
【０１３４】
上記のように電圧信号を制御することで、触覚提示つまみ３は、操作下限位置ａから操作領域ｂを経て操作上限位置ｃまでの範囲内で回転操作が可能となる。
【０１３５】
本実施の形態１では、触覚提示タッチディスプレイ１を搭載した装置の状態によって触覚提示つまみ３に異なる摩擦力を提示する。以下では、図３９に示す電圧信号の波形の構成の具体例について説明する。
【０１３６】
図４１は、触覚提示つまみ３の指示位置５０が操作下限位置ａ、操作領域ｂ、および作上限位置ｃのそれぞれに存在するときに印加する電圧信号Ｖの波形を示している。図４２は、図４１に示す電圧信号を印加したときに触覚提示つまみ３と触覚提示パネル１００との間で生じる摩擦力Ｆを示している。以下で説明する図４３〜５４についても同様である。
【０１３７】
図４１，４２，４５，４６，４９，５０，５３，５４は、装置が動作状態のときの触覚提示つまみ３に提示する電圧信号波形の具体例を示している。図４３，４４，４７，４８，５１，５２は、装置が停止状態のときの触覚提示つまみ３に提示する電圧信号波形の具体例を示している。装置が動作状態のときは、装置の振動などにより触覚提示つまみ３の誤操作を引き起こす可能性、あるいは、装置の振動または騒音などにより使用者の触覚感度が低下する可能性がある。
【０１３８】
従って、装置が動作状態のときは、触覚提示つまみ３の指示位置５０が存在している操作領域ｂに対して、使用者が操作時にわずかなトルクを感じるような摩擦力を生じる電圧信号を印加することで、使用者の身体の揺れなどに起因する意図しない誤操作を防止する。一方、装置が停止状態のときは、動作状態のときのような装置の振動および騒音等が少なく、誤操作または使用者の触覚感度が低下する可能性が低いため、触覚提示つまみ３の指示位置５０が存在している操作領域ｂに対して電圧信号を印加せず、使用者にとってトルクを感じない軽く快適な操作感を提示する。
【０１３９】
図４５，４６に示すように、操作下限位置ａおよび操作上限位置ｃに印加する電圧信号の正負が同じである場合、操作領域ｂに印加する電圧信号の正負は、操作下限位置ａおよび操作上限位置ｃに印加する電圧信号とは逆の極性とした方が、操作下限位置ａおよび操作上限位置ｃと操作領域ｂとの摩擦力の差を知覚しやすいので望ましい。
【０１４０】
図４７，４８に示すように、装置が停止状態のときに操作下限位置ａと操作上限位置ｃとがそれぞれ正負が逆の信号電圧を印加される場合、装置が動作状態のときは図４９，５０に示すように、操作領域ｂに印加する電圧信号の極性を途中で切り替えることで、操作下限位置ａおよび操作上限位置ｃと操作領域ｂとの電圧差を大きくすることもできる。
【０１４１】
図５１，５２に示すように、装置が停止状態のときに正負に振幅するパルス波を操作下限位置ａおよび操作上限位置ｃに印加する場合、装置が動作状態のときは図５３，５４に示すように、操作下限位置ａおよび操作上限位置ｃよりは振幅が小さい電圧信号を操作領域ｂに印加してもよい。正負に振幅する電圧信号波形の場合、片側の極性のみで振幅する信号波形と比べて電圧信号が印加される時間が２倍になるので、生成される摩擦力も２倍になる。従って、片側の極性のみで振幅する電圧信号を印加する場合よりも、低い電圧で摩擦力を生成することできるので低消費電力化の効果がある。
【０１４２】
上記で説明した触覚提示タッチディスプレイ１は、例えば図５５に示すように、自動車内のセンターディスプレイ、またはその周辺に設けられた操作パネルに搭載することができる。
【０１４３】
なお、本実施の形態１では、電圧信号としてパルス波を用いる場合について例に示したが、電圧信号の波形はこれに限るものではなく、正弦波または矩形波を用いてもよい。電圧信号ｓ１および電圧信号ｓ３に用いる電圧信号の波形、電圧、および周波数は、触覚提示つまみ３および触覚提示パネル１００の構成材料、各要素の容量設計、ＲＣ回路設計に基づいて、触覚提示つまみ３が回転しない充分な摩擦力を生成する条件を選択する。設計条件によっては、必ずしも電圧信号の波形の中心が０Ｖである必要はなく、設計に対する最適値を設定すればよい。
【０１４４】
＜効果＞
本実施の形態１によれば、触覚提示パネル１００の操作面と触覚提示つまみ３との間で生じる摩擦力を変化させることで、触覚提示つまみ３を操作するときのトルクを変化させ、使用者の触覚による直観的な操作が可能で、かつ使い勝手のいいダイヤルつまみの操作感を与えることが可能となる。また、触覚提示タッチディスプレイ１を搭載した装置の動作状態により操作領域の触覚を変化させることで、装置の動作状態または停止状態を触覚提示つまみ３の操作感で使用者に提示することができる。従って、装置が動作状態のときは装置の振動等に起因する使用者による誤操作を防止し、装置が停止状態のときはトルクの少ない軽い快適な操作感を使用者に提示することができる。
【０１４５】
＜実施の形態２＞
＜装置の状態に応じた触覚の提示＞
本実施の形態２では、触覚提示タッチディスプレイ１を搭載した装置の動作状態に応じて印加する電圧信号波形を変えることで、装置の動作状態に関わらず同様の摩擦力（トルク）を提示することを特徴としている。その他の構成は、実施の形態１と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【０１４６】
以下では、電圧信号の波形の構成の具体例について説明する。なお、触覚提示つまみ３の操作範囲、および電圧信号の波形の構成は、図３８，３９と同様であるものとする。
【０１４７】
図５６は、触覚提示つまみ３の指示位置５０が操作下限位置ａ、操作領域ｂ、および作上限位置ｃのそれぞれに存在するときに印加される電圧信号Ｖの波形を示している。図５７は、図５６に示す電圧信号を印加したときに触覚提示つまみ３と触覚提示パネル１００との間で生じる摩擦力Ｆを示している。以下で説明する図５８〜６５についても同様である。
【０１４８】
図５６〜６５は、触覚提示つまみ３の操作領域ｂに機械的なダイヤルつまみを操作した時の細かな凸部を乗り越えるような振動感を提示する一例を示している。図５８〜６５は、装置が動作状態のときの触覚提示つまみ３に提示する電圧信号波形の具体例を示している。図５６，５７は、装置が停止状態のときの触覚提示つまみ３に提示する電圧信号波形の具体例を示している。
【０１４９】
図５６，５７に示すように、装置が停止状態のときは、操作領域ｂに対して正負の電圧Ｖｂおよび−Ｖｂの電圧信号を任意の周期で交互に印加する。この場合、操作領域ｂでは、摩擦力が生じる期間と生じない期間とが交互に発生し、触覚提示つまみ３の回転操作時にトルクを感じる引っ掛かりとトルクを感じない滑りとを交互に繰り返す。これにより、触覚提示つまみ３は、指示体２に細かな振動感の触覚を提示する。装置が停止状態のときは、操作環境に振動または騒音等の触覚感度を低下させる要因が少ないため、操作領域ｂに印加する電圧信号の振幅を小さくしてトルクの少ない軽い操作感を提示する。
【０１５０】
一方、図５８，５９に示すように、装置が動作状態のときは、操作領域ｂに対して振幅の大きい電圧信号を印加することで、装置が動作して振動している状態でも使用者が十分に触覚を知覚できるような強い摩擦力を生成する。
【０１５１】
強い摩擦力を生成するには、５８，５９のように電圧信号の振幅を大きくするだけでなく、図６０，６１に示すように、電圧信号の印加時間を長くする方法もある。また、図６２，６３に示すように、正負の電圧Ｖｂおよび−Ｖｂに振幅する電圧信号を印加することで、実効的に電圧信号が印加される時間を長くする方法もある。さらに、操作環境が強い振動のある環境であったり、より操作に確実性が求められる環境であったりする場合は、図６４，６５に示すように、操作下限位置ａおよび操作上限位置ｃと同じ正負の電圧Ｖａおよび−Ｖａに振幅する電圧信号を操作領域ｂに印加してもよい。図５８に示した電圧信号波形を印加した場合の約２倍の摩擦力を生成することが可能である。
【０１５２】
＜効果＞
本実施の形態２によれば、同じ触覚を提示する場合でも操作環境の違いに応じて摩擦力の強度を変えることで、操作環境に影響されずに使用者に同じ触覚を提示する。このように、操作環境に応じて強いトルクの操作感と弱いトルクの操作感とを使い分けることで、使用者に触覚提示つまみ３の操作の快適性を付与することができる。
【０１５３】
＜実施の形態３＞
＜操作開始時の触覚の提示＞
実施の形態１，２では、触覚提示タッチディスプレイ１を搭載した装置の状態に応じて異なる摩擦力を提示する例について説明した。本実施の形態３では、実施の形態１または実施の形態２に加えて、操作を開始するときと、同じ操作を継続して行っているときとの各状態に応じて異なる摩擦力を提示することを特徴としている。
【０１５４】
図６６に示すように、本実施の形態３では、触覚つまみ３の操作領域として、操作開始領域ｂ１および操作継続領域ｂ２が設定されている。その他の構成は、実施の形態１または実施の形態２と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【０１５５】
操作開始領域ｂ１は、操作領域における操作下限位置ａから予め定められた範囲内の領域である。操作継続領域ｂ２は、操作開始領域ｂ１以外の操作領域である。
【０１５６】
図６７は、触覚提示つまみ３の指示位置５０が操作下限位置ａ、操作開始領域ｂ１、操作継続領域ｂ２、および操作上限位置ｃのそれぞれに存在するときに印加される電圧信号の波形の構成の一例を示す図である。具体的には、指示位置５０が操作下限位置ａに存在している間は電圧信号ｓ１が印加される。そして、指示位置５０が操作下限位置ａから操作開始領域ｂ１内を操作継続領域ｂ２に向かって回転している間は電圧信号ｓ４が印加され、指示位置５０が操作継続領域ｂ２内を操作上限位置ｃへ向かって回転している間は電圧信号ｓ２が印加される。その後、指示位置５０が操作上限位置ｃに存在している間は電圧信号ｓ３が印加される。
【０１５７】
図６８は、触覚提示つまみ３の指示位置５０が操作下限位置ａ、操作開始領域ｂ１、操作継続領域ｂ２、および操作上限位置ｃのそれぞれに存在するときに印加される電圧信号Ｖの波形を示している。図６９は、図６８に示す電圧信号が印加されたときに触覚提示つまみ３と触覚提示パネル１００との間で生じる摩擦力Ｆを示している。以下で説明する図７０〜７７についても同様である。なお、図６８，６９は、装置が停止状態のときの触覚提示つまみ３に提示する電圧信号波形の具体例を示している。図７０〜７７は、装置が動作状態のときの触覚提示つまみ３に提示する電圧信号波形の具体例を示している。
【０１５８】
図６８，６９に示すように、操作開始領域ｂ１では、操作に支障はないが、回転操作に少し力を要するよう程度の小さなトルクを使用者が感じるように、操作下限位置ａおよび操作上限位置ｃよりも低い電圧信号を印加して摩擦力を生成し、操作を開始する状態であることを触覚で提示する。
【０１５９】
図７０〜７５は、触感提示つまみ３の操作開始時に提示する信号波形を片側の極性の電圧信号のみを使った場合の具体例を示している。この場合、操作継続領域ｂ２では、操作に支障はないが、回転操作に僅かにトルク（操作の重さ）を使用者が感じるように、操作下限位置ａおよび操作上限位置ｃよりも低い電圧信号を印加している。また、操作開始領域ｂ１では、操作に支障ないが、操作継続領域ｂ２よりも強いトルクを使用者が感じるように、操作継続領域ｂ２よりも大きい電圧信号を印加して摩擦力を生成し、操作を開始する状態であることを触覚で提示する。各領域における電圧信号の極性を正負が交互になるように組み合わせると、例えば操作開始領域ｂ１から操作継続領域ｂ２に切り替わるときの電圧差が大きくなるので、使用者は触覚（トルク）の変化を知覚し易くなる。なお、操作開始領域ｂ１から操作継続領域ｂ２に切り替わる際に、電圧信号が徐々に変化するようにしてもよい。
【０１６０】
図７６，７７は、触感提示つまみ３の操作開始時に提示する信号波形を正負に振幅する電圧信号を使った場合の具体例を示している。この場合、各領域における振幅は、操作下限位置ａおよび操作上限位置ｃ＞操作開始領域ｂ１＞操作継続領域ｂ２の関係となるようにする。
【０１６１】
＜効果＞
本実施の形態３によれば、操作開始時に、同じ操作を継続する時よりも強い摩擦力を生成することで、操作開始時と、同じ操作を継続する時とで異なる触覚（トルク）を使用者に提示する。これにより、操作を開始し始めて装置が操作を受付し始めたことを使用者に報知することができる。
【０１６２】
＜実施の形態４＞
＜操作開始時の触覚の提示＞
本実施の形態４では、触覚提示つまみの指示位置５０が操作領域の途中を指示している状態から操作を開始する際に、実施の形態３と同様の触覚を使用者に提示することを特徴としている。
【０１６３】
図７８に示すように、本実施の形態４では、触覚つまみ３の操作領域として、操作開始領域ｂ３および操作継続領域ｂ４が設定されている。その他の構成は、実施の形態３と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【０１６４】
操作開始領域ｂ３は、操作領域の途中にあり、操作開始位置ｅから予め定められた範囲内の領域である。操作継続領域ｂ４は、操作開始位置ｅから操作上限位置ｃまでの操作領域である。なお、操作下限位置ａから操作開始位置ｅまでの領域も操作領域である。
【０１６５】
図７９は、触覚提示つまみ３の指示位置５０が操作開始領域ｂ３、操作継続領域ｂ４、および操作上限位置ｃのそれぞれに存在するときに印加される電圧信号の波形の構成の一例を示す図である。具体的には、指示位置５０が操作開始位置ｅから操作開始領域ｂ３内を操作継続領域ｂ４に向かって回転している間は電圧信号ｓ４が印加され、指示位置５０が操作継続領域ｂ４内を操作上限位置ｃへ向かって回転している間は電圧信号ｓ２が印加される。その後、指示位置５０が操作上限位置ｃに存在している間は電圧信号ｓ３が印加される。
【０１６６】
図８０は、触覚提示つまみ３の指示位置５０が操作開始領域ｂ３、操作継続領域ｂ４、および操作上限位置ｃのそれぞれに存在するときに印加される電圧信号Ｖの波形を示している。図８１は、図８０に示す電圧信号が印加されたときに触覚提示つまみ３と触覚提示パネル１００との間で生じる摩擦力Ｆを示している。なお、図８０，８１は、装置が動作状態のときの触覚提示つまみ３に提示する電圧信号波形の具体例を示している。
【０１６７】
図８０，８１に示すように、操作開始領域ｂ３では、操作に支障はないが、回転操作に少し力を要するよう程度の小さなトルクを使用者が感じるように、操作上限位置ｃよりも低い電圧信号を印加して摩擦力を生成し、操作を開始する状態であることを触覚で提示する。この場合、各領域における振幅は、操作下限位置ａおよび操作上限位置ｃ＞操作開始領域ｂ３＞操作継続領域ｂ４の関係となるようにする。
【０１６８】
＜効果＞
本実施の形態４によれば、操作開始時に、同じ操作を継続する時よりも強い摩擦力を生成することで、操作開始時と、同じ操作を継続する時とで異なる触覚（トルク）を使用者に提示する。これにより、操作を開始し始めて装置が操作を受付し始めたことを使用者に報知することができる。
【０１６９】
＜実施の形態５＞
＜プッシュ操作時の触覚の提示＞
本実施の形態５では、触覚提示つまみ３を押下する操作（プッシュ操作）を行う際に触覚を提示することを特徴としている。その他の構成は、実施の形態１または実施の形態２と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【０１７０】
図８２に示すように、本実施の形態５では、触覚提示つまみ３を回転操作して指示位置５０で任意の数値を選択し、当該選択した位置で触覚提示つまみ３を押下することにより、選択した数値を決定する。
【０１７１】
選択領域ｆは、指示位置５０が選択している任意の数値に対応する領域を示している。選択領域ｆで触覚提示つまみ３を押下すると、指示位置５０が選択している数値に決定される。
【０１７２】
図８３は、触覚提示つまみ３の指示位置５０が操作下限位置ａ、操作領域ｂ５、選択領域ｆ、操作領域ｂ６、および操作上限位置ｃのそれぞれに存在するときに印加される電圧信号の波形の構成の一例を示す図である。具体的には、具体的には、指示位置５０が操作下限位置ａに存在している間は電圧信号ｓ１が印加される。そして、指示位置５０が操作下限位置ａから操作領域ｂ５内を選択領域ｆに向かって回転している間は電圧信号ｓ２が印加され、指示位置５０が選択領域ｆを選択している間は電圧信号ｓ３が印加される。その後、指示位置５０が選択領域ｆから操作領域ｂ６内を操作上限位置ｃへ向かって回転している間は電圧信号ｓ２が印加され、指示位置５０が操作上限位置ｃに存在している間は電圧信号ｓ３が印加される。
【０１７３】
選択領域ｆは、操作領域ｂ５および操作領域ｂ６内であれば、どの位置にあってもよい。選択領域ｆの期間は、使用者が触覚提示つまみ３を押下する操作をしている期間と同一である。使用者が触覚提示つまみ３を押下し続ければ選択領域ｆの期間も長くなり、使用者が触覚提示つまみ３を押下する時間が短い場合は選択領域ｆの期間も短くなる。
【０１７４】
図８４は、触覚提示つまみ３の指示位置５０が操作下限位置ａ、操作領域ｂ５、選択領域ｆ、操作領域ｂ６、および操作上限位置ｃのそれぞれに存在するときに印加される電圧信号Ｖの波形を示している。図８５は、図８４に示す電圧信号が印加されたときに触覚提示つまみ３と触覚提示パネル１００との間で生じる摩擦力Ｆを示している。以下で説明する図８６，８７についても同様である。なお、図８４，８５は、装置が停止状態のときの触覚提示つまみ３に提示する電圧信号波形の具体例を示している。図８６，８７は、装置が動作状態のときの触覚提示つまみ３に提示する電圧信号波形の具体例を示している。
【０１７５】
図８４〜８７に示すように、操作時に触覚提示パネル１００を押下する圧力がかかり始めて任意の閾値を超えると、指示位置５０は任意の数値を選択していると判断し、押下している間、操作下限位置ａおよび操作上限位置ｃに印加する電圧信号と同じ電圧信号を選択領域ｆに対して印加し続ける。これにより、触覚提示パネル１００と触覚提示つまみ３との間に強い摩擦力が生じ、触覚提示つまみ３が触覚提示パネル１００に吸着固定される。このとき、触覚提示つまみ３を押下する力の方向が垂直方向から横方向にずれたとしても、触覚提示つまみ３が容易に動いたり、意図しない回転をしたりすることはない。例えば、使用者が触感提示つまみ３を指１本でプッシュ操作しても、触覚提示つまみ３は垂直方向に押下され、触覚提示タッチディスプレイ１はプッシュ操作による圧力を検知する。
【０１７６】
＜効果＞
本実施の形態５によれば、プッシュ操作時に強い摩擦力を生成することにより、触覚提示つまみ３の不要な回転およびスライドを防止することができるので、誤操作を低減することができる。
【０１７７】
なお、上記では、実施の形態１，２に適用する場合について説明したが、実施の形態３，４にも適用可能である。
【０１７８】
＜実施の形態６＞
図８８は、実施の形態１〜５で説明した触覚提示タッチディスプレイ１をＦＡ（Factory Automation）機器５００に搭載した場合の使用例を示す図である。図８８において、触覚提示タッチディスプレイ１はＦＡ機器５００に搭載されており、触覚提示タッチディスプレイ１の触覚提示パネル１００の操作面上には触覚提示つまみ３が載置されている。
【０１７９】
ＦＡ機器５００が停止中のとき、使用者は、触覚提示タッチディスプレイ１の表示パネル３００を注視しながら触覚提示つまみ３を操作することが可能である。従って、この場合は、触覚提示つまみ３に対してスムーズで軽い操作性が求められる。具体的には、例えば、図４１，４２，４７，４８，５１，５２，５６，５７，６８，６９，８４，８５に示すような摩擦力を触覚として提示する。
【０１８０】
一方、ＦＡ機器５００が稼働中は稼働条件を変更することになるため、使用者に注意喚起する必要がある。この場合、使用者に対して強い摩擦力を触覚として提示することが望ましい。具体的には、例えば、図４１，４２，４５，４６，４９，５０，５３，５４，５８〜６５，７０〜７７，８０，８１，８６，８７に示すような摩擦力を触覚として提示する。
【０１８１】
なお、上記では、触覚提示タッチディスプレイ１をＦＡ機器５００に搭載する場合について説明したが、これに限るものではない。使用者に対して強い摩擦力で注意喚起することが必要な装置に適用することができる。例えば、使用者が車を運転中のときの摩擦力が、車が停止中のときの摩擦力よりも大きくなるようにしてもよい。
【０１８２】
＜効果＞
本実施の形態６によれば、操作環境の違いに応じて摩擦力を変化させることで、使用者に触覚提示つまみ３の操作の快適性を付与することができる。
【０１８３】
＜実施の形態７＞
＜超音波による摩擦力の制御＞
図８９は、実施の形態７による触覚提示タッチディスプレイ１の構成の一例を示す断面図である。図８９に示すように、本実施の形態７では、透明絶縁基板１０１の触覚提示つまみ３と接する面とは反対側の面の外周部に超音波素子６０（振動素子）を設置していることを特徴としている。その他の構成は、実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、ここでは説明を省略する。
【０１８４】
触覚提示つまみ３と透明絶縁基板１０１との間の摩擦力は、超音波によって制御してもよい。この場合、超音波の波長域は、触覚提示つまみ３と透明絶縁基板１０１との間に空気層が生じて摩擦力が生じなくなる高周波領域よりも低い周波数である。
【０１８５】
超音波素子６０は、透明絶縁基板１０１の外周部の対称的な位置に設置することが望ましい。超音波素子６０の振動タイミングを制御することで、透明絶縁基板１０１の表面の振動が共振する位置を触覚提示つまみ３の指示位置５０と同じ位置にすることが可能である。この場合、超音波素子６０が同期して動作している場合よりも少ない電圧で同等の振幅の振動を生成することが可能であり、触覚提示タッチディスプレイ１の全体的な低消費電力化に寄与することができる。
【０１８６】
＜効果＞
本実施の形態７によれば、超音波素子６０を用いて透明絶縁基板１０１の表面を振動させることにより、触覚提示つまみ３と透明絶縁基板１０１との間に摩擦力を生成する。従って、海上などの屋外で触覚提示タッチディスプレイ１を使用する場合に、触覚提示つまみ３を用いることが可能である。
【０１８７】
なお、実施の形態１〜７では、触覚提示つまみ３を用いて、つまみの回転軸を中心に回転操作する場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、スライドスイッチのように、触覚提示つまみ３をスライド操作する場合にも各実施の形態１〜７を適用することが可能である。具体的には、触覚提示つまみ３をスタイラスペンのように用いることにより、上下、左右、および斜めの直線スライドだけでなく、円を描くような円形スライド、およびジグザグにスライドすることなどが可能である。
【０１８８】
なお、本開示の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【０１８９】
本開示は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、本開示がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本開示の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【０１９０】
１  触覚提示タッチディスプレイ、３  触覚提示つまみ、４  回転部、５  固定部、６  導電性弾性部、６ａ  外径、７  位置検出部、８  隙間、９  固定穴、１０  回転部側面、１１  指示位置線、１２  回転部上面、１３  固定台、１４  軸部、１５  底面部、１６  境界部導電部、１７  粘着部、２０ａ，２０ｂ  接着剤、４０  スイッチ、５０  指示位置、１００  触覚提示パネル、１０１  透明絶縁基板、１０２  触覚電極、１０２ａ  第１電極、１０２ｂ  第２電極、１０６  誘電体層、１０７  触覚提示パネル端子部、１０８  ＦＰＣ、１１０  電圧供給回路、１１３  触覚提示電圧生成回路、１１３ａ  第１電圧生成回路、１１３ｂ  第２電圧生成回路、１１４  触覚提示制御回路、１１５  電荷排出部、１５０  触覚提示スクリーン、２００  タッチパネル、２０１  基板、２０２  励起電極、２０３  検出電極、２０４  層間絶縁膜、２０５  絶縁膜、２０６  行方向配線層、２０７  列方向配線層、２０８  タッチスクリーン端子部、２０９  シールド配線層、２１０  タッチ検出回路、２１２  電荷検出回路、２１３  タッチ検出制御回路、２１４  タッチ座標算出回路、２１５  励起パルス発生回路、２１６  感圧センサ、３００  表示パネル、４００  触覚提示タッチパネル、５００  ＦＡ機器。
【要約】
本開示は、使用者の触覚による直観的な操作が可能で、かつ使い勝手のいいダイヤルつまみの操作感を与えることが可能な触覚提示パネル、触覚提示タッチパネル、および触覚提示タッチディスプレイを提供することを目的とする。本開示による触覚提示パネルは、触覚提示つまみを操作面上に載置し、触覚提示つまみを介して使用者に触覚を提示する触覚提示パネルであって、触覚提示つまみと操作面との接触位置を検出する接触位置検出部と、触覚提示つまみで操作する装置の状態に応じた触覚を決定する触覚決定部と、接触位置検出部が検出した接触位置における触覚提示つまみと操作面との間の摩擦力を、触覚決定部が決定した触覚として提示する制御を行う触覚制御部とを備える。【図１】
0006739692.tif 000002
【図２】
0006739692.tif 000003
【図３】
0006739692.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006739692.tif 000008
【図８】
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【図９】
0006739692.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
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【図８３】
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【図８４】
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【図８５】
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【図８６】
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【図８７】
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【図８８】
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【図８９】
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