(57)【要約】【課題】低消費電力で長寿命でありながら、より自然な操作感覚を与えることが可能な力覚帰還機能を備えた入力装置を提供する。【解決手段】タッチパネル部に対する押圧操作の待機時には圧電アクチュエータへの駆動電圧を供給せず、タイミングＴ４０１で押圧操作が行われると、駆動電圧を徐々に上昇させる。このとき、圧電アクチュエータの湾曲に伴ってパネル面が徐々に上昇する。所定の時間Ｔ１が経過したタイミングＴ４０２において、圧電アクチュエータを急激に逆方向に湾曲させ、タイミングＴ４０３でパネル面を最も低い位置に変位させた後、押圧操作が終了するタイミングＴ４０４までこの位置を保持する。時間Ｔ１を時間Ｔ２より十分大きくすることにより、押圧操作直後のパネル面の変位より、その後の逆方向への変位の際に利用者に強い力覚が与えられる。また、逆方向への変位時には、圧電アクチュエータの湾曲方向が逆転されるため、変位量を大きくすることができる。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パネル面に対する押圧操作により入力が行われると、その押圧位置を座標値として出力するとともに、前記パネル面が変位して利用者に力覚を帰還させる入力装置において、
圧電バイモルフ素子よりなる圧電アクチュエータを用いて前記パネル面を変位させるパネル面変位機構部と、
前記パネル面に対する前記押圧操作の有無を検出する押圧検出手段と、
前記押圧検出手段によって前記押圧操作が検出されると、前記圧電アクチュエータの駆動を開始させて、前記パネル面が一方の方向に徐々に変位した後に逆方向に変位し、かつ、前記パネル面の前記一方の方向への変位時間が前記逆方向への変位時間より十分長くなるように前記パネル面変位機構部の動作を制御する変位機構制御手段と、
を有することを特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記パネル面変位機構部の動作による前記パネル面の最大変位量が２００μｍ以下である場合、前記一方の方向への変位時間は前記逆方向への変位時間の３３倍以上であることを特徴とする請求項１記載の入力装置。
【請求項３】
前記一方の方向への変位時間は２００ｍｓｅｃ以下であることを特徴とする請求項１記載の入力装置。
【請求項４】
利用者による設定操作に応じて前記パネル面の変位量を設定する変位量設定手段をさらに有し、
前記変位機構制御手段は、前記変位量の設定に従って前記パネル面を変位させることを特徴とする請求項１記載の入力装置。
【請求項５】
前記変位機構制御手段は、前記パネル面を前記一方の方向に変位させる際に、前記圧電アクチュエータに対する駆動電圧を常に同一の波形に従って徐々に上昇または低下させ、前記駆動電圧を前記波形に従って上昇または低下させる時間を変化させることによって前記パネル面の変位量を変化させることを特徴とする請求項４記載の入力装置。
【請求項６】
前記変位機構制御手段は、前記押圧検出手段によって前記押圧操作の終了が検出されるまで、前記パネル面が前記逆方向に変位した状態を保持するように前記パネル面変位機構部を制御することを特徴とする請求項１記載の入力装置。
【請求項７】
前記押圧検出部により前記押圧操作の終了が検出されると、前記変位機構制御部は、前記パネル面がさらに逆方向に変位した後、この変位時間より十分長い時間で前記圧電アクチュエータへの印加電圧が０Ｖとなる状態に変位するように前記パネル面変位機構部を制御することを特徴とする請求項６記載の入力装置。
【請求項８】
前記パネル面変位機構部は、前記圧電アクチュエータの中央部付近の表面に配設した第１のスペーサと、前記第１のスペーサの配設面の反対面における長手方向の両端部付近にそれぞれ配設した第２および第３のスペーサとを具備し、前記各スペーサの配設面に対して垂直な方向に前記圧電アクチュエータを湾曲させて、前記第１のスペーサの表面と前記第２および前記第３のスペーサの表面との間の距離を変化させることによって、前記パネル面を変位させることを特徴とする請求項１記載の入力装置。
【請求項９】
前記パネル面を透過させて画面を表示する表示手段を具備し、前記表示手段に表示された操作機能項目を前記パネル面を介して押圧操作することにより選択入力が行われることを特徴とする請求項１記載の入力装置。
【請求項１０】
請求項１記載の入力装置を具備したことを特徴とする携帯型情報処理装置。
【請求項１１】
請求項１記載の入力装置を具備したことを特徴とするリモートコントロール装置。
【請求項１２】
パネル面に対する押圧操作により入力が行われると、その押圧位置を座標値として出力するとともに、圧電バイモルフ素子よりなる圧電アクチュエータを用いて前記パネル面を変位させて利用者に力覚を帰還させる入力装置における圧電アクチュエータ駆動制御方法において、
前記パネル面に対する前記押圧操作が検出されると、前記圧電アクチュエータへの電圧印加を開始して、前記パネル面が一方の方向に徐々に変位した後に逆方向に変位し、かつ、前記パネル面の前記一方の方向への変位時間が前記逆方向への変位時間より十分長くなるように前記圧電アクチュエータを駆動させることを特徴とする入力装置における圧電アクチュエータ駆動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パネル面に対する押圧操作により入力が行われると、その押圧位置を座標値として出力するとともに、圧電アクチュエータの駆動によりこのパネル面が変位して利用者に力覚を帰還させる入力装置、この入力装置を具備する携帯型情報処理装置およびリモートコントロール装置、この入力装置における圧電アクチュエータ駆動制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、金融機関等の自動現金取り扱い機や鉄道の自動券売機、あるいはＰＤＡ（Personal Digital Assistants）等の情報処理装置等に、タッチパネルと言われる入力装置が広く使用されている。タッチパネルは、ＬＣＤ（Liquid CrystalDisplay）等のディスプレーの表面に設けられ、ディスプレー上に表示されたアイコン等とパネル上の座標系とを対応付け、パネル上に指やペン等の指示具が触れた位置を検出することで、利用者に対するＧＵＩ（Graphical User Interface）機能を実現するものである。
【０００３】
従来のタッチパネルでは、利用者の操作入力が行われると、例えば押されたアイコンの表示を変化させる、あるいは操作音を発生させること等により、入力操作が受け付けられたことを利用者に知らせていた。これに対して、最近では、アイコン等が押されたタイミングでパネル自体の高さを変化させ、指や指示具に対して力覚を帰還させることで、あたかもスイッチボタンを押したような感触（クリック感）を与えて利用者の操作感を向上させることが考えられている。
【０００４】
例えば、透明電極が成膜された複数の電極シートを、電極面を対向させて一定の間隔を空けて配置した構造を有する抵抗膜式タッチパネルを用い、電極シートを３枚以上使用した多層構造とした上に、このタッチパネルを固定する筐体とディスプレー側を固定する筐体との間に、ボビンコイル等のアクチュエータを配設して、タッチパネルに力覚を帰還させるものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、このような力覚帰還機能の実現に適したアクチュエータとして、圧電素子を使用したものが考えられている。例えば、圧電素子の１つとして圧電バイモルフ素子を使用した圧電アクチュエータは、複数の薄板状の圧電材を電極板を挟んで貼り合わせた構造となっており、両面から電圧を印加すると全体が湾曲する性質を有する。従って、例えば、圧電アクチュエータの一方の面の中央部付近にスペーサを配設し、その裏面の長手方向の両端部にもスペーサを配設して、この圧電アクチュエータをタッチパネル側とディスプレー側の各筐体の間にスペーサを介して挟み込むことで、タッチパネルのパネル面を上下させることができる。
【０００６】
さらに、力覚の帰還とともに操作入力位置の検出も圧電素子を用いて行う情報表示装置もあった。この情報表示装置では、例えば、液晶表示パネル上に操作パネルが配置され、この操作パネルが圧電素子によって支持されている。そして、操作パネルの操作面への押圧に応じて圧電素子に発生する電圧を基に、操作力と操作位置とを検知する。また、所定の閾値より大きい操作力が検知されたとき、圧電素子に高周波を与えて、操作面を振動させる（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２５９０５９号公報（段落番号〔００３７〕〜〔００４２〕、第６図）
【特許文献２】
特開平１１−２１２７２５号公報（段落番号〔０１２６〕〜〔０１２８〕、第３図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような力覚帰還機能を用いて、利用者に最大限のクリック感を与えるために最も簡単な方法は、指による押圧時のタッチパネルの変位量を大きくすることである。圧電アクチュエータを用いてタッチパネルを変位させる場合、圧電アクチュエータを最大限に湾曲させた状態から反対方向に最大限に湾曲させることにより、最も大きな変位量が得られる。しかし、このような使用方法を採った場合には、押圧に対する待機時に圧電アクチュエータを常にどちらかの方向に最大限に湾曲させた状態としなければならない。圧電アクチュエータは、印加電圧が高いほど大きく湾曲するため、この方法では待機時の消費電力が大きく、また圧電アクチュエータの寿命が著しく短くなることが問題となっていた。
【０００９】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、低消費電力で長寿命でありながら、より自然な操作感覚を与えることが可能な力覚帰還機能を備えた入力装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、パネル面に対する押圧操作により入力が行われると、その押圧位置を座標値として出力するとともに、前記パネル面が変位して利用者に力覚を帰還させる入力装置において、圧電バイモルフ素子よりなる圧電アクチュエータを用いて前記パネル面を変位させるパネル面変位機構部と、前記パネル面に対する前記押圧操作の有無を検出する押圧検出手段と、前記押圧検出手段によって前記押圧操作が検出されると、前記圧電アクチュエータの駆動を開始させて、前記パネル面が一方の方向に徐々に変位した後に逆方向に変位し、かつ、前記パネル面の前記一方の方向への変位時間が前記逆方向への変位時間より十分長くなるように前記パネル面変位機構部の動作を制御する変位機構制御手段と、を有することを特徴とする入力装置が提供される。
【００１１】
このような入力装置では、パネル面変位機構部に対する変位機構制御手段の制御により、押圧操作が行われると、パネル面は一方の方向に徐々に変位した後に逆方向に変位する。このとき、一方の方向への変位時間が、逆方向への変位時間より十分長くされることから、利用者に対しては、押圧操作直後のパネル面の変位より、その後の逆方向への変位の際にパネル面の変位に対する強い力覚が与えられる。また、パネル面を一方の方向へ変位させた後に逆方向へ変位させることにより、パネル面の変位量を最も大きくすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る入力装置の要部を示す分解斜視図である。
【００１３】
以下では、例として、入力画像の切り換えを行うスイッチャ装置等の放送機器を操作するためのコントロールパネルとして使用される入力装置１００について説明する。この入力装置１００は、図１に示すように、液晶表示部１とタッチパネル部２とを具備している。また、液晶表示部１の表示面側には、圧電アクチュエータ３がマウントされたフレキシブル基板４が固定されている。
【００１４】
液晶表示部１は、画像が表示される表示パネル１ａと、これを保持するためのフレーム１ｂとを具備している。表示パネル１ａの内部には、図示しない液晶基板やバックライト等が設けられている。また、フレーム１ｂは、例えば金属製であり、表示パネル１ａの表示面では、画像の表示領域を遮らないように設けられている。
【００１５】
タッチパネル部２は、利用者によって押圧される押圧部２ａと、これを保持するためのフレーム２ｂによって構成される。押圧部２ａは透明な樹脂シートによってなり、液晶表示部１の表示パネル１ａに表示された画像が透過する。また、フレーム２ｂは、例えば金属製であり、表示パネル１ａの表示領域を遮らないように設けられている。
【００１６】
このタッチパネル部２は、例えばいわゆる抵抗膜式タッチパネルであり、透明電極が成膜された複数の電極シートを、電極面を対向させて一定の間隔を空けて配置した構造を有している。そして、図中の押圧部２ａが利用者の指やペン等の指示具で押圧されると、電極シート同士が接触し、このときの各電極シート上における抵抗変化を検出することにより、指示位置が座標値として特定される。
【００１７】
圧電アクチュエータ３は、圧電バイモルフ素子によってなり、フレキシブル基板４上に設けられた電極を通じて印加される駆動電圧に応じて、湾曲変形する。フレキシブル基板４は、例えばポリイミド等の樹脂フィルム上に銅箔等の導電性金属箔を用いて電極を形成した、可撓性の配線基板であり、圧電アクチュエータ３に対して駆動電圧を供給する電極が設けられているとともに、後述する貫通孔の対が設けられて、この貫通孔を使用して圧電アクチュエータ３を保持している。
【００１８】
この入力装置１００では、液晶表示部１の表示面側に、フレキシブル基板４および圧電アクチュエータ３を挟み込むように、タッチパネル部２が配設される。タッチパネル部２の押圧部２ａには、液晶表示部１の表示パネル１ａにより表示されたアイコン等の操作機能項目の画像が透過し、押圧部２ａ上のこれらの画像の表示位置に利用者が指やペン等の指示具を接触させることで、表示画像に応じた入力操作が行われる。
【００１９】
また、液晶表示部１やタッチパネル部２は、実際には、入力装置１００の図示しない外部筐体に搭載される。このとき、タッチパネル部２は、液晶表示部１に対して、その表示面に垂直な方向に可動な状態で配設される。これにより、圧電アクチュエータ３の湾曲変形に応じて、液晶表示部１に対するタッチパネル部２の距離が変化する。従って、利用者がタッチパネル部２の押圧部２ａを押圧したタイミングで、圧電アクチュエータ３を湾曲変形させることにより、利用者に対して力覚が帰還され、あたかもスイッチボタンを押したかのような感触（クリック感）を与えることが可能となる。なお、タッチパネル部２における押圧操作の検出や、この押圧操作に応じた圧電アクチュエータ３の駆動制御等を行う回路は、例えば外部筐体の内部に収納される。
【００２０】
図２は、圧電アクチュエータ３のフレキシブル基板４への実装状態を示す図である。図２（Ａ）はフレキシブル基板４の一部を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）中のＸ−Ｘ矢視に沿った側断面図である。
【００２１】
図２に示すように、フレキシブル基板４には、圧電アクチュエータ３を実装するための貫通孔４１ａおよび４１ｂの対からなる実装部４１と、圧電アクチュエータ３に駆動電圧を供給するための配線パターン４２ａおよび４２ｂが設けられている。
【００２２】
実装部４１では、各貫通孔４１ａおよび４１ｂが例えば同一形状に並列されて形成される。また、各貫通孔４１ａおよび４１ｂの間は、フレキシブル基板４を構成する樹脂フィルムが橋状に残されて中央スペーサ部４１ｃが形成される。本実施の形態では、例としてこのような実装部４１が１つのフレキシブル基板４上に２箇所ずつ設けられる。
【００２３】
配線パターン４２ａおよび４２ｂは、実装部４１の一端に対してそれぞれの配線が接続されるように設けられている。一方、圧電アクチュエータ３の一端には、配線端子３１ａおよび３１ｂが設けられており、これらの配線端子３１ａおよび３１ｂと、フレキシブル基板４上の配線パターン４２ａおよび４２ｂとが接触することにより、図示しないドライバ回路から供給される駆動電圧が圧電アクチュエータ３に供給される。
【００２４】
実装部４１において、圧電アクチュエータ３は、一方の貫通孔４１ａに例えば表側から挿通された後、中央スペーサ部４１ｃの下部を通して貫通孔４１ｂに裏側から再び挿通されることにより、長手方向の両端部がフレキシブル基板４の表面に接触した状態で実装される。圧電アクチュエータ３は比較的剛性が高く、一方フレキシブル基板４は容易に変形することから、図２（Ｂ）に示すように、中央スペーサ部４１ｃのみが表側方向に膨出した状態となって、圧電アクチュエータ３が保持される。また、このとき、圧電アクチュエータ３の一端に設けられた配線端子３１ａおよび３１ｂと、フレキシブル基板４上の配線パターン４２ａおよび４２ｂとが接触し、電気的に接続される。なお、実際には、これらを接触させた後、半田等を用いて接点を固定する。これにより、圧電アクチュエータ３自体もフレキシブル基板４上に固定される。
【００２５】
以上のように圧電アクチュエータ３が実装された後、このフレキシブル基板４が、液晶表示部１のフレーム１ｂと、タッチパネル部２のフレーム２ｂとの間に挟み込まれる。このとき、例えば、中央スペーサ部４１ｃの図中上面がタッチパネル部２のフレーム２ｂに接触し、フレキシブル基板４の図中下面と圧電アクチュエータ３とが接触した領域４３ａおよび４３ｂが、液晶表示部１のフレーム１ｂと接触する。このような実装構造により、フレキシブル基板４の中央スペーサ部４１ｃは、タッチパネル部２のフレーム２ｂと圧電アクチュエータ３との間のスペーサとして機能し、また、フレキシブル基板４の領域４３ａおよび４３ｂは、液晶表示部１のフレーム１ｂと圧電アクチュエータ３との間のスペーサとして機能する。
【００２６】
この状態で、圧電アクチュエータ３に駆動電圧が供給されると、圧電アクチュエータ３が湾曲変形する。このとき、圧電アクチュエータ３の中央部の変位に応じて、中央スペーサ部４１ｃが、液晶表示部１に対してその表示部に垂直な方向に移動する。従って、中央スペーサ部４１ｃの変位に応じてタッチパネル部２が移動し、利用者に対する力覚帰還機能が実現される。
【００２７】
なお、中央スペーサ部４１ｃの表面、あるいは、フレキシブル基板４において圧電アクチュエータ３の両端部が接触した部分の裏面に、例えばセルロイド等の高剛性材料からなる補強板を貼付しておいてもよい。
【００２８】
また、上記のような圧電アクチュエータ３の実装方法はあくまで例であり、圧電アクチュエータ３の一方の面の中央部付近にスペーサを設け、さらに他方の面において、その長手方向の両端部にもさらにスペーサを設けた構造を有していれば、他の方法により圧電アクチュエータ３が実装されてもよい。
【００２９】
ところで、圧電アクチュエータ３は、印加する駆動電圧を増加させる程、その湾曲量が大きくなる。上述したように、圧電アクチュエータ３には２つの配線端子３１ａおよび３１ｂが設けられており、これらの電位差を高めることで湾曲量が大きくなり、また、駆動電圧の極性を反転させることで湾曲方向を逆転させることができる。
【００３０】
図３は、圧電アクチュエータ３の湾曲状態と、駆動電圧との関係を示した図である。
図３では、配線端子３１ａおよび３１ｂに対して印加される駆動電圧をそれぞれＶｈ、Ｖｌと示している。また、圧電アクチュエータ３の湾曲状態を断面で示し、この圧電アクチュエータ３とタッチパネル部２、および液晶表示部１との間でスペーサとして機能するフレキシブル基板４の領域とともに模式的に示している。
【００３１】
図３に示すように、駆動電圧ＶｈおよびＶｌがともにＬレベル（例えばグランドレベル）のとき、圧電アクチュエータ３は湾曲しない。また、駆動電圧ＶｈがＨレベルで駆動電圧ＶｌがＬレベルのとき、圧電アクチュエータ３は例えば上方向に湾曲し、逆に駆動電圧ＶｈがＬレベルで駆動電圧ＶｌがＨレベルのとき、下方向に湾曲する。また、圧電アクチュエータ３が上方向に湾曲したとき、タッチパネル部２の上方向への変位量が最大となり、下方向に湾曲したとき、変位量が最小となる。
【００３２】
ここで、タッチパネル部２での力覚の帰還時には、タッチパネル部２の瞬間的な変位量が大きいほど、より明確なクリック感が利用者に与えられる。従って、圧電アクチュエータ３を一方に対して最大限湾曲させた状態から、逆方向へ最大限湾曲させた状態に移行させることが望ましい。これは、クリック感を与える動作の前後で、圧電アクチュエータ３に対して印加する駆動電圧を最大とする必要があることを意味する。このような動作では、操作入力前の待機電力が大きくなってしまう。また、待機時に圧電アクチュエータ３に対して常に通電させることで、圧電アクチュエータ３の寿命が短縮されてしまう。
【００３３】
そこで、本発明では、以下の図４に示すように、待機時には圧電アクチュエータ３に駆動電圧を印加せず、操作入力が行われると、利用者に力覚をできるだけ与えないように圧電アクチュエータ３を徐々に湾曲させた後、逆方向に急激に湾曲させて強い力覚を与えることで、低消費電力・長寿命でかつ操作感覚に優れた力覚帰還機能を実現する。
【００３４】
図４は、圧電アクチュエータ３の動作に伴うタッチパネル部２の変位量の遷移を示す図である。
図４では、タッチパネル部２に対する利用者の押圧操作が行われるときのタッチパネル部２の変位量を、時間経過に沿って示している。ここでは、タッチパネル部２が上側から下側に押圧操作されるものとし、圧電アクチュエータ３に駆動電圧が印加されていない状態のタッチパネル部２の位置を変位量“０”、圧電アクチュエータ３湾曲量が最大のときのタッチパネル部２の最高位置および最低位置をそれぞれ変位量“Ｍａｘ”“Ｍｉｎ”としている。
【００３５】
利用者による押圧操作が行われるタイミングＴ４０１以前では、圧電アクチュエータ３を湾曲していない状態としている。そして、タイミングＴ４０１で押圧操作が行われると、圧電アクチュエータ３が駆動されて、タッチパネル部２が徐々に上方向に変位する。さらに、所定時間後のタイミングＴ４０２において、タッチパネル部２が上方向に最大限上昇すると、今度はタッチパネル部２を逆方向に変位させる。タイミングＴ４０３において、タッチパネル部２は、逆方向に最大限下降され、以後、パネル面の押圧操作が終了するまで、この状態が保持される。
【００３６】
タイミングＴ４０４において、押圧操作が終了して、パネル面から利用者の指や指示具が離反すると、タッチパネル部２をさらに逆方向（上方向）に変位させる。そして、タイミングＴ４０５において、タッチパネル部２を上方向に最大限上昇させた後、変位量“０”の位置に緩やかに変位させる。
【００３７】
このようなタッチパネル部２の位置の遷移において、タイミングＴ４０１〜Ｔ４０２までの時間Ｔ１では、パネル面を比較的緩やかに上方向に変位させる。一方、タイミングＴ４０２〜Ｔ４０３の時間Ｔ２では、パネル面を下方向に急激に移動させる。ここで、時間Ｔ１を時間Ｔ２より十分大きくすることにより、時間Ｔ１ではタッチパネル部２の変位に伴う力覚を利用者にほとんど感じさせず、時間Ｔ２においてより大きな力覚による明確なクリック感を利用者に与えることができる。
【００３８】
また、時間Ｔ２では、タッチパネル部２の変位量を最大位置から最小位置へ移動させる。すなわち、タッチパネル部２の変位量を圧電アクチュエータ３の性能上で最大にすることで、利用者の感知するクリック感を最大限にすることができる。従って、このような変位を行うことで、待機時に圧電アクチュエータ３への駆動電圧を印加しない状態とした場合にも、利用者により明確なクリック感を与え、かつ自然な操作感覚を与えることが可能となる。
【００３９】
なお、タイミングＴ４０２〜Ｔ４０３の時間Ｔ２は、極力短いことが好ましい。しかし、短時間で大きく変位すると、形状が変化する圧電アクチュエータ３と、フレキシブル基板４の樹脂材を介して接触するフレーム１ｂおよび２ｂとの間で騒音が発生することが問題となる。
【００４０】
例えば、長さ３０ｍｍ程度の圧電アクチュエータ３を用いて、２０Ｖ程度の駆動電圧を印加した場合、その中央部の双方向への変位量は最大２００μｍとなる。この場合、圧電アクチュエータ３を一方から逆方向へ最大限変位させたときの変位時間を２ｍｓｅｃ〜３ｍｓｅｃとすることにより、利用者の操作感覚を損なわせない程度に騒音レベルを低減することができる。また、このとき、利用者に自然な操作感覚を与えるためには、時間Ｔ１を時間Ｔ２の約３３倍以上とすることが好ましい。
【００４１】
一方、押圧操作が開始されるタイミングＴ４０１からタイミングＴ４０２までの時間Ｔ１は、利用者が押圧操作を行ってからクリック感を検知するまでの遅延時間となる。この遅延によって利用者の操作感覚を損なわないためには、時間Ｔ１を２００ｍｓｅｃ以下とすることが好ましい。
【００４２】
次に、上記のような圧電アクチュエータ３の動作を実現するための構成例を、以下に示す。図５は、入力装置１００の機能を示すブロック図である。
入力装置１００は、タッチパネル部２において検出された信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ５と、変換されたデジタル信号に基づいて座標値や押圧操作の有無を検出するタッチパネル検出部６と、力覚帰還時のタッチパネル部２の変位量を設定する感圧設定部７および感圧設定スイッチ（ＳＷ）７１と、圧電アクチュエータ３の動作を制御するアクチュエータ制御部８と、圧電アクチュエータ３を駆動するドライバ回路９とを具備する。
【００４３】
Ａ／Ｄコンバータ５は、タッチパネル部２における検出信号をデジタル信号に変換して、タッチパネル検出部６に供給する。
タッチパネル検出部６は、タッチパネル部２に対して、パネル上のＸ−Ｙ座標をスキャンするための制御信号を出力する。また、押圧検出部６１および座標検出部６２を具備し、Ａ／Ｄコンバータ５からの信号がこれらに入力される。
【００４４】
押圧検出部６１は、Ａ／Ｄコンバータ５からの信号に基づいて、タッチパネル部２において利用者の指や指示具等による押圧操作が開始されたタイミング（以下、“ＰＵＳＨタイミング”と呼称する）と、指や指示具等がタッチパネル部２から離反したタイミング（以下、“ＰＵＬＬタイミング”と呼称する）とを検出する。そして、ＰＵＳＨタイミングを感圧設定部７に供給し、ＰＵＬＬタイミングをアクチュエータ制御部８のリファレンス電圧制御部８２に供給する。座標検出部６２は、Ａ／Ｄコンバータ５からの信号に基づいて、タッチパネル部２において押圧操作が行われた位置を、Ｘ−Ｙ座標値として外部に出力する。
【００４５】
感圧設定部７には、感圧設定スイッチ７１が接続されている。感圧設定スイッチ７１では、タッチパネル部２での力覚帰還機能により、利用者が力覚を感じる感度を複数段階で設定することが可能となっている。例えば、感度が強い方から“Ｈａｒｄ”“Ｍｉｄ”“Ｓｏｆｔ”の３段階の設定が可能となっている。感圧設定部７は、感圧設定スイッチ７１における設定に基づいて、アクチュエータ制御部８のタイマ８１におけるタイマ設定値を与えるとともに、押圧検出部６１から供給されたＰＵＳＨタイミングで、動作を開始させる信号をタイマ８１に供給する。タイマ８１でのタイマ設定値を変化させることにより、後述するように、タッチパネル部２における変位量が変化して、利用者が感じる力覚の感度が変化する。
【００４６】
アクチュエータ制御部８は、タイマ８１、リファレンス電圧制御部８２および制御信号出力部８３を具備している。タイマ８１は、感圧設定部７により設定されたタイマ設定値に基づいて、リファレンス電圧制御部８２に対して出力電圧上昇時のタイミングを与える信号を供給する。具体的には、感圧設定部７からの動作開始信号の受信時から時間のカウントを開始し、タイマ設定値に達するまでの間、タイミング信号Ｓｔを出力する。
【００４７】
リファレンス電圧制御部８２は、タイマ８１からのタイミング信号Ｓｔと、押圧検出部６１から与えられるＰＵＬＬタイミングに基づいて、ドライバ回路９に対してリファレンス電圧Ｖｒｅｆを供給する。このリファレンス電圧制御部８２は、内部にフィルタを具備して、リファレンス電圧Ｖｒｅｆの印加開始時には、最大となる所定の電圧値までほぼ一定の割合で徐々に増加させ、印加終了時にはほぼ一定の割合で緩やかに減少させる。また、リファレンス電圧制御部８２は、制御信号出力部８３に対して、タイマ８１におけるカウント終了タイミングと、ＰＵＬＬタイミングとを供給する。
【００４８】
制御信号出力部８３は、リファレンス電圧制御部８２からの各タイミング信号に基づいて、ドライバ回路９における出力電圧の極性を変化させるための制御信号を出力する。具体的には、タイマ８１におけるカウント終了時から、ＰＵＬＬタイミングまでの間、ドライバ回路９での出力電圧の極性を反転させるための制御信号を出力する。
【００４９】
ドライバ回路９は、リファレンス電圧制御部８２および制御信号出力部８３からの信号に基づいて、圧電アクチュエータ３に対して駆動電圧ＶｈおよびＶｌを印加する。具体的には、ドライバ回路９は、圧電アクチュエータ３の具備する２つの配線端子３１ａおよび３１ｂに接続し、リファレンス電圧制御部８２から供給されるリファレンス電圧に応じて、各配線端子３１ａおよび３１ｂへ出力する駆動電圧ＶｈおよびＶｌを変化させる。このとき、制御信号出力部８３からの制御信号の受信時には駆動電圧Ｖｌを出力し、受信していないときは駆動電圧Ｖｈを出力して、圧電アクチュエータ３への印加電圧の極性を反転させる。
【００５０】
なお、このような入力装置１００には、液晶表示部１に対して画像信号を出力し、タッチパネル部２に対する利用者による操作入力に応じて座標検出部６２からＸ−Ｙ座標値を受け取って、所定の処理を行う図示しない情報処理装置が接続される。この情報処理装置は、例えば、液晶表示部１に対してアイコン等の操作機能項目の画像を表示させる。そして、タッチパネル部２での押圧位置をＸ−Ｙ座標値として受け取り、このＸ−Ｙ座標値から選択された操作機能項目を認識して、その選択に応じた処理を行う。
【００５１】
次に、図６は、リファレンス電圧制御部８２における処理の流れを示すフローチャートである。
図６のフローチャートの開始前では、ドライバ回路９に対するリファレンス電圧Ｖｒｅｆの出力電圧値が“０”であり、制御信号出力部８３へのタイミング信号はＬレベルとなっている。
【００５２】
ステップＳ６０１において、タイマ８１からのタイミング信号Ｓｔを監視し、このタイミング信号ＳｔがＨレベルになり、タイマ８１におけるカウント動作が開始されたことを判断すると、ステップＳ６０２に進む。ステップＳ６０２において、リファレンス電圧Ｖｒｅｆの出力電圧値を、所定の波形に従って徐々に上昇させる。
【００５３】
ステップＳ６０３において、タイマ８１からのタイミング信号Ｓｔを監視し、このタイミング信号ＳｔがＬレベルになるまで、リファレンス電圧Ｖｒｅｆの出力電圧値を上昇させ続ける。そして、タイミング信号ＳｔがＬレベルになり、タイマ８１におけるカウント動作が終了されたことを判断すると、ステップＳ６０４に進む。
【００５４】
ステップＳ６０４において、リファレンス電圧Ｖｒｅｆの出力電圧値を、タイミング信号ＳｔがＬレベルとなった時点での値で固定する。これとともに、ステップＳ６０５において、制御信号出力部８３へのタイミング信号をＨレベルにする。
【００５５】
ステップＳ６０６において、押圧検出部６１からのタイミング信号を監視し、ＰＵＬＬタイミングが通知されるまで、一定のリファレンス電圧Ｖｒｅｆを出力し続ける。そして、ＰＵＬＬタイミングが通知されると、ステップＳ６０７に進む。ステップＳ６０７において、制御信号出力部８３へのタイミング信号をＬレベルにする。
【００５６】
図７は、入力装置１００内での出力信号およびドライバ回路９における出力電圧の波形を示すタイミングチャートである。
図７では、タイミングＴ７０１〜Ｔ７０５は、それぞれ図４で示したタイミングＴ４０１〜Ｔ４０５に対応している。この図７において、タイミングＴ７０１において、タッチパネル部２に対して利用者による押圧操作が行われると、押圧検出部６１が押圧開始のタイミング（ＰＵＳＨタイミング）を検出する。このタイミングは、感圧設定部７を介してタイマ８１に通知され、タイマ８１のカウント動作が開始させて、タイミング信号ＳｔがＨレベルとなる。リファレンス電圧制御部８２は、このタイミング信号Ｓｔに基づいて、ドライバ回路９へのリファレンス電圧Ｖｒｅｆの出力電圧値を徐々に上昇させる。
【００５７】
ドライバ回路９は、入力されるリファレンス電圧Ｖｒｅｆの値に応じて、出力する駆動電圧ＶｈまたはＶｌを決定する。また、このとき、制御信号出力部８３からドライバ回路９への制御信号ＳｃがＬレベルであることから、ドライバ回路９は、図７に示すように、圧電アクチュエータ３の配線端子３１ａに対する駆動電圧Ｖｈを徐々に上昇させる。
【００５８】
次に、タイミングＴ７０２において、タイマ８１によるカウント値が感圧設定部７によって設定されたタイマ設定値に達すると、タイマ８１からのタイミング信号ＳｔがＬレベルとなる。このレベル変化を検知したリファレンス電圧制御部８２は、リファレンス電圧Ｖｒｅｆの出力電圧値をこの時点での値に固定するとともに、タイミング信号Ｓｔのレベル変化の検知タイミングを制御信号出力部８３に与える。制御信号出力部８３は、リファレンス電圧制御部８２からのタイミング信号に基づいて、ドライバ回路９への制御信号ＳｃをＨレベルとする。
【００５９】
ドライバ回路９は、制御信号８３のレベル変化に応じて、駆動電圧Ｖｈの出力を停止し、駆動電圧Ｖｌの出力を開始する。また、このときの出力電圧は、リファレンス電圧Ｖｒｅｆに基づいて、タイミングＴ７０２時点での値に固定する。これにより、タイミングＴ７０３において、圧電アクチュエータ３の配線端子３１ｂに対して、一定の駆動電圧Ｖｌが印加される。
【００６０】
次に、タイミングＴ７０４において、利用者の指や指示具がタッチパネル部２から離反し、押圧検出部６１によってＰＵＬＬタイミングが検出される。リファレンス電圧制御部８２は、このＰＵＬＬタイミングの通知を受けて、ドライバ回路９に対するリファレンス電圧Ｖｒｅｆの出力電圧値を徐々に低下させる。このときの電圧低下の割合は、タイミングＴ７０１〜Ｔ７０２での電圧上昇割合より緩やかでよい。また、このＰＵＬＬタイミングは、リファレンス電圧制御部８２を介して制御信号出力部８３に与えられ、制御信号出力部８３はドライバ回路９への制御信号ＳｃをＬレベルとする。
【００６１】
ドライバ回路９は、制御信号Ｓｃのレベル変化に応じて、駆動電圧Ｖｌの出力を停止し、駆動電圧Ｖｈの出力を開始する。また、この後の出力電圧は、リファレンス電圧Ｖｒｅｆに基づいて、徐々に低下させる。これにより、タイミングＴ７０５において、圧電アクチュエータ３の配線端子３１ａに対して再び駆動電圧Ｖｌが印加され、この電圧値が徐々に減少する。
【００６２】
以上の動作により、タッチパネル部２は図４に示したように変位する。すなわち、押圧操作が行われると、タッチパネル部２は最初に押圧方向と逆の方向に変位した後、押圧方向に大きく変位する。ここで、押圧操作の開始直後の変位は緩やかに行われるため、利用者はこの変位をほとんど感じることはなく、その後に押圧方向に急激に変位した時点で、明確なクリック感を感知する。従って、利用者に対してより自然でかつ明確なクリック感が与えられ、操作感覚が高められる。また、タッチパネル部２の変位に伴って発生する騒音レベルが低減される。
【００６３】
さらに、押圧操作に対する待機時には、圧電アクチュエータ３に対する駆動電圧ＶｈおよびＶｌは０Ｖとされ、電力が消費されない。これとともに、押圧操作が行われたときのみ圧電アクチュエータ３が湾曲するので、圧電アクチュエータ３の寿命が引き延ばされる。
【００６４】
ところで、上記の入力装置１００は、タッチパネル部２の変位により利用者がクリック感を感知する感度を複数段階で設定することが可能となっている。これは、上記の図４におけるタイミングＴ４０２〜Ｔ４０３の間にタッチパネル部２が変位する変位量を、利用者の好みに合わせて変化させるものである。この感圧設定は、感圧設定部７によってタイマ８１のタイマ設定値を変化させることで実現される。また、利用者は感圧設定スイッチ７１を操作することにより、感圧設定部７でのタイマ設定値を任意に変化させることができる。
【００６５】
図８は、タイマ８１のタイマ設定値の変化に伴う圧電アクチュエータ３の駆動電圧の変化を示すタイミングチャートである。
ここでは例として、感度が強い方から“Ｈａｒｄ”“Ｍｉｄ”“Ｓｏｆｔ”の３段階の設定が可能であるとする。具体的には、“Ｈａｒｄ”のときタイマ８１のタイマ設定値を８０ｍｓｅｃ、“Ｓｏｆｔ”のとき４０ｍｓｅｃ、“Ｍｉｄ”のときその中間の６０ｍｓｅｃとする。従って、図８に示すように、タイミングＴ８０１においてＰＵＳＨタイミングを検知すると、タイマ８１はタイミング信号Ｓｔをリファレンス電圧制御部８２に出力し、このタイミング信号Ｓｔはタイマ設定値に応じた時間分だけＨレベルに保持される。ここで、タイミング信号ＳｔがＬレベルに変化するタイミングＴ８０２〜Ｔ８０４は、それぞれ“Ｓｏｆｔ”“Ｍｉｄ”“Ｈａｒｄ”の感圧設定に対応する。
【００６６】
リファレンス電圧制御部８２は、タイマ８１からのタイミング信号ＳｔがＨレベルに変化すると、感圧設定にかかわらず常に同じ波形に従ってリファレンス電圧Ｖｒｅｆを出力する。従って、タイマ８１でカウントされる時間、すなわちタイミング信号Ｓｔの出力される時間を短くすることにより、出力されるリファレンス電圧Ｖｒｅｆの最終的な出力電圧値が低下し、その結果、タッチパネル部２の変位量が減少する。
【００６７】
ここで、上記構成によれば、タッチパネル部２の変位量の減少に応じて、押圧操作から利用者にクリック感を与えるまでの遅延時間も短縮される。このため、例えば、強いクリック感を望む利用者は、感圧設定を“Ｈａｒｄ”に設定し、クリック感の強さより操作入力に対する反応の早さを重視する利用者は、感圧設定を“Ｓｏｆｔ”に設定するといった使い分けを行うことができる。力覚帰還の反応の早さを重視する利用者は、早いボタン操作を連続的に行う頻度が高く、この場合にはタッチパネル部２の変位量を小さくすることで、押圧操作時の指への負担が軽減され、操作感覚が向上する。
【００６８】
このように、ドライバ回路９に対するリファレンス電圧Ｖｒｅｆの印加電圧値をタイマ８１を用いて制御することで、タッチパネル部２の変位量および応答時間を変化させる構成としたことにより、多段階の感圧設定を容易に実現し、しかも各段階で自然な操作感覚を与えることが可能となる。
【００６９】
なお、上記の実施の形態では、押圧操作時にタッチパネル部２を押圧方向に急激に変位させることで、利用者にクリック感を与えるようにしていた。しかし、押圧操作後のタッチパネル部２の変位を上記と全く逆方向としてもよい。この場合、利用者の指や指示具に対して大きな反発力を与えることで、入力が行われたことを利用者に知覚させる。
【００７０】
また、上記のような入力装置は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の情報処理装置、特に、携帯型電話機やＰＤＡ等の携帯型情報端末の表示入力装置として好適に使用することが可能である。また、上述したスイッチャ装置等の放送機器をはじめ、金融機関に設定される現金自動支払機（ＣＤ）や現金自動預け払い機（ＡＴＭ）、ゲーム機器といったあらゆる機器に対して、これらを操作するための表示入力装置として使用されてもよい。さらに、これらの機器を遠隔操作するためのリモートコントロール装置の表示入力装置として使用されてもよい。
【００７１】
図９は、例として、本発明を適用したビデオテープレコーダ（ＶＴＲ）に対するリモートコントロール装置の外観の例を示す図である。
図９に示すリモートコントロール装置２００は、ＶＴＲを操作するための項目を表示し、これらの項目に対する選択入力を受ける表示入力部２１０と、選択入力に伴うコマンドコード等の情報をＶＴＲに送信するための赤外線送出部２２０とを具備している。ここで、表示入力部２１０として本発明の入力装置を適用し、表示入力部２１０に対する操作入力時に力覚を帰還させることで、低消費電力、長寿命、低騒音でありながら、リモートコントロール装置２００の操作感覚を向上させることが可能となる。また、表示入力部２１０での力覚の帰還量を任意に設定することが可能な感圧設定スイッチ２３０をさらに設けて、利用者の好みに応じた適切な力覚帰還機能が提供されるようにしてもよい。
【００７２】
さらに、上記の実施の形態では、画像の表示面に設けたタッチパネル部を変位させる入力装置について説明したが、画像の表示部を持たない入力装置に本発明を適用しても良い。この場合、圧電アクチュエータは、タッチパネル部のパネル面の裏側において、一様な位置に設けられることが好ましい。
【００７３】
このように表示部を持たない入力装置としては、例えば、ノート型ＰＣの入力操作部においてポインティングデバイスとして設けられる入力パッドや、図形描画ソフトウェア用のタブレット装置等に適用することが可能である。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の入力装置では、パネル面に押圧操作を行う利用者に対しては、押圧操作直後のパネル面の変位より、その後の逆方向への変位の際にパネル面の変位に対する強い力覚が与えられる。また、パネル面を一方の方向へ変位させた後に逆方向へ変位させることにより、圧電アクチュエータに対して電圧が印加されていない状態からパネル面に対する押圧操作を受ける場合にも、パネル面の変位量を最も大きくすることができる。従って、圧電アクチュエータの待機時の消費電力を低減し、かつ長寿命化しながらも、利用者に対してより自然で明確なクリック感を与えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る入力装置の要部を示す分解斜視図である。
【図２】圧電アクチュエータのフレキシブル基板への実装状態を示す図である。
【図３】圧電アクチュエータの湾曲状態と、駆動電圧との関係を示した図である。
【図４】圧電アクチュエータの動作に伴うタッチパネル部の変位量を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る入力装置の機能を示すブロック図である。
【図６】リファレンス電圧制御部における処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】入力装置内での出力信号およびドライバ回路における出力電圧の波形を示すタイミングチャートである。
【図８】タイマのタイマ設定値の変化に伴う圧電アクチュエータの駆動電圧の変化を示すタイミングチャートである。
【図９】本発明の入力装置を適用したビデオテープレコーダに対するリモートコントロール装置の外観の例を示す図である。
【符号の説明】
１……液晶表示部、１ａ……表示パネル、１ｂ……フレーム、２……タッチパネル部、２ａ……押圧部、２ｂ……フレーム、３……圧電アクチュエータ、４……フレキシブル基板、５……Ａ／Ｄコンバータ、６……タッチパネル検出部、７……感圧設定部、８……アクチュエータ制御部、９……ドライバ回路、３１ａ，３１ｂ……配線端子、４１……実装部、４１ａ，４１ｂ……貫通孔、４１ｃ……中央スペーサ部、４２ａ，４２ｂ……配線パターン、６１……押圧検出部、６２……座標検出部、７１……感圧設定スイッチ、８１……タイマ、８２……リファレンス電圧制御部、８３……制御信号出力部、１００……入力装置
【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】
2004192412.tif 000009
【図８】
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【図９】
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