(57)【要約】【課題】  本発明は触覚機能付の入力装置および電子機器並びに電子機器の感触フィードバック入力方法において、複数個配設された振動発生手段に与える振動波形のタイミングや強さをコントロールすることにより、面内のどの位置でもほぼ同一な振動フィードバックを得る様にする。【解決手段】  電子機器を構成するＰＤＡ１の筐体２のタッチパネル４とＬＣＤ６の間に複数のアクチュエータ５Ａ〜５Ｄを配設し、触覚を生成する複数個の振動発生手段１５Ａ〜１５Ｄ、１６Ａ〜１６Ｄと、それらを各々独立に制御する振動制御手段１４内のプロセッサ１８により、入力情報Ｓ１をもとに、各々の振動発生手段１５Ａ〜１５Ｄ、１６Ａ〜１６Ｄに最適な振動波形が振動制御手段１４から出力されることにより、単一の振動発生手段及び振動制御手段１４では実現出来ない効果をユーザに付与する。すなはち、大きな面積をもつ平面状の入出力装置において、操作面内のどの位置でもほぼ同一な振動フィードバックを得る様にする。【選択図】        図６
2005258666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータを介して、複数のアクチュエータに感触フィードバックが成される入力装置であって、
上記コンピュータに少なくとも位置情報を供給する入力操作手段と、
上記入力操作手段内の所定位置に配設した複数のアクチュエータと、
上記複数のアクチュエータに供給する複数の駆動信号を発生するための駆動信号発生手段と、
上記コンピュータの指令データに基づいて上記複数のアクチュエータに上記駆動信号を出力し、上記入力操作手段を振動させる振動制御手段と、
上記振動制御手段内に配設され、上記複数のアクチュエータを駆動する複数のアクチュエータ駆動手段と、
を具備し、
上記振動制御手段内の複数のアクチュエータ駆動手段を介して、上記入力操作手段の複数に分割した夫々の操作領域内で振動量を制御することでユーザの触感を同一にする様にしたことを特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記複数のアクチュエータに対して前記振動制御手段から前記複数のアクチュエータ駆動手段を介して、駆動信号を並列的に供給して、前記入力操作手段の複数に分割した夫々の操作領域内で前記振動量を均一化させるために該複数のアクチュエータの対抗する対のアクチュエータに対し位相の異なる該駆動信号を供給することを特徴とする請求項１記載の入力装置。
【請求項３】
一対の前記アクチュエータに対して前記振動制御手段から前記複数のアクチュエータ駆動手段を介して、異なる周波数の前記駆動信号を並列的に供給して、前記入力操作手段の操作領域上でビート周波数に基づく振動を発生させたことを特徴とする請求項１記載の入力装置。
【請求項４】
前記複数のアクチュエータに対して前記振動制御手段から時間的に順次遅れた前記駆動信号を供給することで前記入力操作手段の操作領域上で方向の変化する感触の振動を発生させたことを特徴とする請求項１記載の入力装置。
【請求項５】
前記振動制御手段は、前記入力操作手段の複数に分割した夫々の操作領域の操作位置に近い前記複数のアクチュエータに対してのみ前記駆動信号発生手段から前記駆動信号を供給させたことを特徴とする請求項１記載の入力装置。
【請求項６】
コンピュータを介して、複数のアクチュエータに感触フィードバックが成される電子機器であって、
上記コンピュータに少なくとも位置情報を供給する入力操作手段と、
上記入力操作手段内の所定位置に配設した複数のアクチュエータと、
上記複数のアクチュエータに供給する複数の駆動信号を発生するための駆動信号発生手段と、
上記コンピュータの指令データに基づいて上記複数のアクチュエータに上記駆動信号を出力し、上記入力操作手段を振動させる振動制御手段と、
上記振動制御手段内に配設され、上記複数のアクチュエータを駆動する複数のアクチュエータ駆動手段と、
を具備し、
上記振動制御手段内の複数のアクチュエータ駆動手段を介して、上記入力操作手段の複数に分割した夫々の操作領域内で振動量を制御することでユーザの触感を同一にする様にしたことを特徴とする電子機器。
【請求項７】
前記複数のアクチュエータに対して前記振動制御手段から前記複数のアクチュエータ駆動手段を介して、駆動信号を並列的に供給して、前記入力操作手段の複数に分割した夫々の操作領域内で前記振動量を均一化させるために該複数のアクチュエータの対抗する対のアクチュエータに対し位相の異なる該駆動信号を供給することを特徴とする請求項６記載の電子機器。
【請求項８】
一対の前記アクチュエータに対して前記振動制御手段から前記複数のアクチュエータ駆動手段を介して、異なる周波数の前記駆動信号を並列的に供給して、前記入力操作手段の操作領域上でビート周波数に基づく振動を発生させたことを特徴とする請求項６記載の電子機器。
【請求項９】
前記複数のアクチュエータに対して前記振動制御手段から前記複数のアクチュエータ駆動手段を介して、時間的に順次遅れた前記駆動信号を供給することで前記入力操作手段の操作領域上で方向の変化する感触の振動を発生させたことを特徴とする請求項６記載の電子機器。
【請求項１０】
前記振動制御手段は、前記入力操作手段の複数に分割した夫々の操作領域の操作位置に近い前記複数のアクチュエータに対してのみ前記駆動信号発生手段から前記駆動信号を供給させたことを特徴とする請求項６記載の電子機器。
【請求項１１】
コンピュータを介して、複数のアクチュエータに感触フィードバックが成される電子機器の感触フィードバック入力方法であって、
複数のアクチュエータを配設した複数に分割した夫々の操作部を介して、上記コンピュータに少なくとも位置情報を供給し、
上記複数のアクチュエータを駆動する複数の駆動信号を発生させ、
上記コンピュータの指令データに基づいて上記複数のアクチュエータに複数のアクチュエータ駆動部を介し、上記複数の駆動信号を出力し、
上記操作部を振動させ、
上記複数のアクチュエータ駆動部を介し上記複数に分割した夫々の操作部の操作領域内で振動量を制御することでユーザの触感を同一にする様にしたことを特徴とする電子機器の感触フィードバック入力方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触覚機能付の入力装置および電子機器並びに電子機器の感触フィードバック入力方法に係わり、特に、入力装置の広い操作領域のどの部分をタッチしても同じ強さの感触フィードバックをユーザに与える様に成した、入力装置および電子機器並びに電子機器の感触フィードバック入力方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、入力装置としてタッチパネルと画像表示部（ＬＣＤ等）の間に圧電バイモルフ型のアクチュエータを配置し、アクチュエータを励磁することでユーザに触感フィードバックを与えるようにし、押圧操作を行った場所や操作力によって入力装置側からの反応を異なったものとし、それによって操作感を多彩なものとする様にした技術が特許文献１に開示されている。
【０００３】
図１０、図１１、図１２は特許文献１に開示された電子機器のタッチパネルの構成を示すもので、具体的には、図１０に示す様に駆動モード選択部７２は、領域判定信号ＳＲが領域Ｒ１〜Ｒ０のいずれに属するかを第１の指標とし、操作力判定信号ＦＢが表現している区分が操作力区分Ｆ１〜Ｆ４のいずれに属するかを第２の指標として、それら第１と第２の指標の組合せに対してどの駆動モードを選択すべきかが、テーブル７２ａにあらかじめ格納されている。図１０のテーブル７２ａ中の記号Ｓ１１，Ｓ１２、…は、たとえば図１１のような各種の駆動モード波形のいずれかを選択して指定するためのコードである。
【０００４】
図１１は駆動モード記憶部７３に記憶されている種々の駆動モード波形を模式的に示したものである。たとえば、図１１(a)は小振幅で継続的振動を行うモードを示し、図１１(b)は大振幅の振動モード波形である。図１１(c)は図１１(a)、(b)とは周波数が異なる振動モード波形を示し、また、図１１(d)、(e)はそれぞれ、単時間の振動を１回または２回行う例を示している。さらに図１１（f)は１回の振動（ワンショットパルス）のみを与えるような振動モード波形である。  
【０００５】
これらの駆動モード波形は所定のパラメータコードで識別可能となっており、図１１(d)の例では、振動周波数ＶＦ、振動振幅ＶＤおよび振動持続時間ＶＴなどがそれらのパラメータである。
【０００６】
図１０のテーブル７２ａの記憶内容を変更することにより、操作部７４の駆動にバリエーションを与えることができる。たとえば、操作領域Ｒ１〜Ｒ６については弱い振動を与えたいときには図１１（a)の振動モードを指定するようにＳ１１〜Ｓ６４の範囲のコードを決めればよい。また、操作力Ｆが大きいほど振動の強さを大きくしたいときには、図１０の操作力区分Ｆ１、Ｆ２では図１１(a)の振動モード波形を、操作力区分Ｆ３，Ｆ４では図１１(b)の振動モード波形をそれぞれ指定しておけばよい。非操作領域Ｒ０についてのコードＳ０１〜Ｓ０４は、「駆動なし」を指定する、弱い振動を与えるように成されている。
【０００７】
このようにして領域判定信号ＳＲと操作力判定信号ＦＢとによってひとつの駆動モード波形が選択されると、その駆動モード波形を規定するパラメータ値が駆動モード記憶部７３から読出され、１つの圧電素子駆動部７５に与えられる。それに応じて圧電素子Ｅ１〜Ｅ４に振動電圧が与えられて圧電素子Ｅ１〜Ｅ４が振動または微少変形するとともに、その振動または微少変位が操作部７４のタッチパネルに伝播する。これは、ユーザが操作領域Ｒ１〜Ｒ７のいずれかを所定以上の力で押下したときに、操作部７４のタッチパネルを振動させ、その操作が受け付けられたことをユーザに触覚的に知らせることになる。
【０００８】
図１２は特許文献１に記載されている。情報表示装置としての他の例を示す図であり、情報表示面７６およびその上に重なった操作面７７の一部を示している。この例ではオーディオ機器のボリュームコントロールつまみ部分を液晶表示パネルに表示し、それを操作者の指で操作させるように構成されている。すなはち、７８は音域ごとのスライド型のボリュームつまみを表し、その上に指７９を置いて押圧力を加えつつ、ボリューム調整ライン８０に沿って「Ｈ」または「Ｌ」の方向に指７９を移動させると、このボリュームつまみの表示がそれにつれて移動しつつ実際の音量が変化する。それとともに、操作面７７が振動することにより操作中であることを操作者に伝える。
【０００９】
また、その振動振幅は、その時点において操作しているボリュームつまみ７８の位置によって変化するようになっている。たとえば、そのボリュームつまみ７８が区間ＹL内にあるときには小振幅で、区間ＹM内にあるときには中振幅で、区間ＹH内にあるときには大振幅で操作面７７を振動させる。これによって、ユーザは現在の音量に応じた触感を得ることができる。また、ボリュームつまみ７８のＹ座標に応じて連続的に振幅を増大させるようになす構成も開示されている。
【００１０】
上述の図１０および図１１並びに図１２示した従来構成によると、複数の圧電素子を異なるモード波形で駆動することや操作面７７上を指でスライドすることで、強弱の異なる感触を得ることが可能な電子機器が示されているが、複数の圧電素子を複数の圧電素子駆動部７５を介して、複数の圧電素子に異なる振動指令信号を出力する構成の開示はない。上述の従来技術の様な複数の振動指令信号で複数の圧電素子を励振するとき下記の様な問題点を生ずる。
【００１１】
先ず、操作面の入力領域（エリア）の中で、ユーザが触れる点に近い位置に配設された圧電素子(以下アクチュエータと記す)が、ユーザに対する触覚フィードバックの強さに大きく左右し、そのほかのアクチュエータは触覚フィードバックにあまり寄与しないにもかかわらず、全てのアクチュエータを駆動するのは、アクチュエータの消費電力を考えた場合に不利となる。
【００１２】
また、比較的大きなサイズを持つ入力エリアの場合、たとえば、入力エリアが略矩形状のタッチパネルで、四隅にアクチュエータを配設した場合は矩形状の入力エリアの中央部分が略矩形形状の機械的な共振のため大きく撓む。一方で入力エリアの上下部分は撓み量が小さいため、複数のアクチュエータに同一の振動指令波形を与えても入力エリア全体を均一に励振させることが困難となる
【００１３】
さらに、単なるアクナレッジな感触だけでなく、複数のアクチュエータによってのみ実現される効果（ユーザが受ける特殊な感触）たとえば、全てのアクチュエータを同時あるいは順次に駆動した時やビート（唸り）振動等の感触を期待することができない。
【特許文献１】特開平１１−２１２７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は叙上の課題を解消するために成されたもので、複数のアクチュエータに同一の振動指令波形を与えても入力エリア全体を均一に励振させることが困難となるが本発明では、入力エリアのどの点においても略同一の強さの触感が得られるように、各アクチュエータに対する振動指令信号を最適化している。また、アクチュエータの消費電力を抑えるために駆動するアクチュエータの数を選択すると共に、ユーザが受ける特殊な感触を簡単な回路構成で得ようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
第１の発明は、コンピュータを介して、複数のアクチュエータに感触フィードバックが成される入力装置であって、コンピュータに少なくとも位置情報を供給する入力操作手段と、入力操作手段内の所定位置に配設した複数のアクチュエータと、これら複数のアクチュエータに供給する複数の駆動信号を発生するための駆動信号発生手段と、コンピュータの指令データに基づいて複数のアクチュエータに駆動信号を出力し、入力操作手段を振動させる振動制御手段と、この振動制御手段内に配設され、複数のアクチュエータを駆動する複数のアクチュエータ駆動手段と、を具備し、振動制御手段内の複数のアクチュエータ駆動手段を介して、入力操作手段の複数に分割した夫々の操作領域内で振動量を制御することでユーザの触感を同一にする様にしたことを特徴とする入力装置としたものである。
【００１６】
第２の発明は、コンピュータを介して、複数のアクチュエータに感触フィードバックが成される電子機器であって、コンピュータに少なくとも位置情報を供給する入力操作手段と、入力操作手段内の所定位置に配設した複数のアクチュエータと、これら複数のアクチュエータに供給する複数の駆動信号を発生するための駆動信号発生手段と、コンピュータの指令データに基づいて複数のアクチュエータに駆動信号を出力し、入力操作手段を振動させる振動制御手段と、この振動制御手段内に配設され、複数のアクチュエータを駆動する複数のアクチュエータ駆動手段と、を具備し、振動制御手段内の複数のアクチュエータ駆動手段を介して、入力操作手段の複数に分割した夫々の操作領域内で振動量を制御することでユーザの触感を同一にする様にしたことを特徴とする電子機器としたものである。
【００１７】
第３の電子機器の感触フィードバック入力方法は、コンピュータを介して、複数のアクチュエータに感触フィードバックが成される電子機器の感触フィードバック入力方法であって、複数のアクチュエータを配設した、複数に分割した夫々の操作部を介して、コンピュータに少なくとも位置情報を供給し、複数のアクチュエータを駆動する複数の駆動信号を発生させ、コンピュータの指令データに基づいて複数のアクチュエータに複数のアクチュエータ駆動部を介し、複数の駆動信号を出力し、操作部を振動させ、複数のアクチュエータ駆動部を介し複数に分割した夫々の操作部の操作領域内で振動量を制御することでユーザの触感を同一にする様にしたことを特徴とする電子機器の感触フィードバック入力方法としたものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の入力装置および電子機器並びに電子機器の感触フィードバック入力方法によれば、比較的大きなサイズの平面状入出力装置（例えば１２インチ以上のタッチパネル）に対しても、ほぼ均一な強さを持った触覚フィードバックを付加することが可能になる。従来は十分なフィードバックを得るために、アクチュエータの出力を大きくすることが考えられていたが、アクチュエータの出力を大きくすると、一般にアクチュエータのサイズも大きくなり、また消費電力の点でも好ましくない。本発明ではより出力の小さいアクチュエータで、ユーザに十分な触覚フィードバックを与えることができる。
【００１９】
また、本発明の入力装置および電子機器並びに電子機器の感触フィードバック入力方法によれば、ユーザに対して必要で十分なアクナレッジな感触を、少ないアクチュエータで実現できるので入力装置および電子機器の消費電力低減が可能となる。とくに携帯機器においては電池の寿命をいかに向上させるかが大きな課題となっているため、その効果は大きい。また、アクチュエータに圧電素子を用いる場合は、アクチュエータの特性上、急峻にアクチュエータを動かす際の電流値（突入電流）が大きくなるが、同時に駆動するアクチュエータの数を減らせるので、その数だけ駆動回路に対する電気的な負荷（圧電素子の静電容量と大きく関係する）を小さくすることが出来る効果は大きい。
【００２０】
さらに、本発明の入力装置および電子機器並びに電子機器の感触フィードバック入力方法によれば、うなりを利用して、通常人間には感知が困難な、低い周波数領域における触覚提示が可能となる。また、それぞれのアクチュエータの加振方法を時間的かつ空間的（アクチュエータの配置方法）に変化させることで、ユーザにダイナミックな動きの感覚を想起させることが可能であり、これまで提案されてきた、クリック感に代表されるアクナレッジのような感覚を超えた、全く新しい感触フィードバックが得られる。さらに、このような効果を使って、触覚的に様々な情報を伝達することができる利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下本発明の１形態例を図１乃至図９によって説明する。図１は電子機器としての１形態例を示すＰＤＡ（個人用携帯情報端末）の斜視図、図２は入力手段近傍のアクチュエータ配置を説明するための要部の分解状態を示す平面図、図３は圧電型アクチュエータの動作を説明するための側断面図、図４は本発明の入力装置および電子機器並びに電子機器の感触フィードバック入力方法を説明するためのブロック図、図５はＰＤＡの操作説明用斜視図、図６はタッチパネル上の領域説明用平面図、図７はアクチュエータに供給する振動指示波形図、図８は唸り振動感触を得る構成を説明するためのタッチパネルの平面図、図９は空間的に移動可能な振動感触を得る構成を説明するためのタッチパネルの平面図である。
【００２２】
図１は電子機器としてのＰＤＡを示すもので、入力装置としてはタッチパネルからなる、ＬＣＤ等の表示装置および可撓性のあるフィルムシートから構成されている。
【００２３】
図１に於いて、１はＰＤＡを示し、ＰＤＡ１は略直方体状に合成樹脂等で構成した筺体２の上面板に略矩形状の開口部３が形成され、この開口部３には可撓性のフィルムシートあるいは透明ガラス等の操作面および画像表示面となるタッチパネル（図２参照）４をのぞませ、このタッチパネル４の下面には圧電素子、バイモルフ型圧電素子、圧電フィルム、電磁型機械―電気変換器、電磁型電気―機械変換器等のアクチュエータを介して、ＬＣＤ６が設けられている。図１の例では四隅に破線で示す４個の圧電型アクチュエータ５が配設されている。筐体２の上面には電源用のスイッチ７、各種操作用の入力キー群８（変換キー８ａ、決定キー８ｂ、日本語―英語切換えキー８ｋ、上下決定キー８ｌ、検索キー８ｎ）等が配されている。
【００２４】
図２は、タッチパネル４とＬＣＤ６との関係を明確化するために。ＰＤＡ１の筐体２内に配設される支持フレーム１０上のアクチュエータ５とタッチパネル４との関係を示すためにタッチパネル４を回転させたものである。
【００２５】
図１及び図２において、ＰＤＡ１の電源スイッチ７をオンすると、通常ＬＣＤ６の画面上にアイコン９が現れ、ユーザはこのアイコン９を選択することでＰＤＡ１が有する機能を選択する。アイコン９の選択は、ＬＣＤ６上に設けられたタッチパネル４の座標（ユーザが触れた部分）によって行なわれる。また、ＰＤＡ１の機能が選択された後も、主にＬＣＤ６上に表示される操作案内によりタッチパネル４を操作することで必要な情報を入力することができる。また、筐体２上の入力キー群８の機能をＬＣＤ６上に表示し、それをユーザが選択することによって機能の選択を行なう様にしてもよい。いずれの場合もユーザの意思は、ユーザがタッチパネル４に触れたときのタッチパネル上の座標により特定される。
【００２６】
ユーザがタッチパネル４に触れた際、アクチュエータ５に振動指令を与えタッチパネル４を励振させることでユーザに対して振動している感触を与える。たとえば、入力操作に対するアクナレッジのような感触フィードバックをユーザに提示できるようになっている。
【００２７】
図３は図１のＡ−Ａ断面矢視図を示すもので、筐体２内に設けられた支持フレーム１０とタッチパネル４間には、図１および図２で説明した様に４個のバイモルフ型の圧電素子よりなるアクチュエータ５が配設されている。タッチパネル４と支持フレーム１０間の間隔を保持するために支持部材１１が配され、この支持部材１１は柔軟性に富み振動を吸収しない材料が選択され、支持フレーム１０の四隅に略Ｌ字状に形成して載置固定されている。
【００２８】
タッチパネル４と支持フレーム１０間に配設したアクチュエータ５の両端部と支持フレーム１０の間にはアクチュエータ５を両持ち保持する第１および第２の支持部５Ｌ、５Ｒが設けられている。アクチュエータ５の略中間部とタッチパネル４の裏面間には第３の支持部５Ｅが設けられている。従って、それぞれのバイモルフ圧電型のアクチュエータ５の下側２点５Ｌ、５Ｒが支持フレーム１０の上にベンデングの自由度を保ちながら両持ち保持され、上側の１点５Ｅがタッチパネル４と係合され、たとえば、ベンデング用バイモルフ圧電型のアクチュエータ５の曲げ方向Ｒの変形を、タッチパネル４の面と垂直な図３で示す、振動変位Ｕの方向に取り出せる構造になっている。振動制御手段１４からはアクチュエータ５、５に励振用駆動信号が供給される。
【００２９】
上述のＰＤＡ１のブロック図を図４に示す、図４において、ＰＤＡ１のアイコン９等の表示されるＬＣＤ６の画面上には、アクチュエータ５（５Ａ、５Ｂ，５Ｃ、５Ｄ）を介してタッチパネル４が配設され、回路構成はタッチパネル４からの座標値等の入力情報Ｓ１が供給されると共にＬＣＤ６にアイコン９等の表示情報Ｓ２を出力するコンピュータ（以下ＣＰＵと記す）１３およびアクチュエータ５を駆動する振動制御手段１４とで構成されている。
【００３０】
振動制御手段１４内には、複数のアクチュエータ５Ａ〜５Ｄを励振する複数のデジタルーアナログ変換回路（以下ＤＡＣと記す）１５Ａ〜１５Ｄおよび電流アンプ１６Ａ〜１６Ｄ、メモリ１７、プロセッサ１８、外部プログラムポート１９を有する。
【００３１】
ＣＰＵ１３からはアクチュエータ５を励振するためのレェディ（ｒｅａｄｙ）信号Ｓ６がプロセッサ１８に供給されると共にメモリ１７から各種波形信号Ｓ３が供給される。メモリ１７内には波形１７Ａに示す各種の波形信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３などが記憶されている。この波形信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は外部のＣＰＵから構成される外部プログラマブル装置２０によって生成した波形信号Ｓ７を外部プログラムポート１９の出力信号Ｓ４を介してプロセッサ１８に取り込み、振幅制御波形パターンＰ１、Ｐ２、Ｐ３の登録番号および性質を付与した上でデータＳ３を介して、メモリ１７に格納させるように成せばよい。プロセッサ１８からはＤＡＣ１５Ａ〜１５Ｄにデジタル波形データＳ５が出力される。
【００３２】
上述構成のＰＤＡ１の全体的な動作を以下に説明する。ＣＰＵ１３はアイコン９等をＬＣＤに表示すると共に複数のアクチュエータ５Ａ〜５Ｄに振動指令用の入力情報Ｓ１（座標値）に基づくレェディ信号Ｓ６を振動制御手段１４に出力する。この振動制御手段１４内のプロセッサ１８は、振幅制御波形Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３等の素材が記憶されているメモリ１７からユーザの指定する入力情報Ｓ１の座標値によりＣＰＵ１３で特定された励振仕様を示すレェディ信号Ｓ６に基づき、メモリ１７の中の、振幅制御波形Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の中から１つの、たとえば、振幅制御波形Ｐ１を選択し、励振仕様に合わせてそれを加工するプロセッサ１８により定義されたそれぞれのアクチュエータ５Ａ〜５Ｄに対するデジタル波形（振動波形）Ｓ５を複数のＤＡＣ１５Ａ〜１５Ｄに供給して、アナログ波形に変換する、複数のＤＡＣ１５Ａ〜１５Ｄからのアナログ信号を複数の電流アンプ１６Ａ〜１６Ｄでアクチュエータ５Ａ〜５Ｄが駆動できるレベルまで増幅する。ここではＤＡＣ１５Ａ〜１５Ｄおよび電流アンプ１６Ａ〜１６Ｄは、４本のアクチュエータ５Ａ〜５Ｄにそれぞれ異なる振動波形指令を出力できるように、たとえば、４組が備わっているが、さらに、多くのアクチュエータおよびＤＡＣ並びに電流アンプを配設することもできる。
【００３３】
本発明において、複数のアクチュエータ５Ａ〜５Ｄを異なる振幅制御波形Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３で駆動させる理由は、従来技術で述べたように、複数の課題に基づいている。すなはち、
（イ）第１の課題はクリック感などの比較的単純な触覚フィードバックの場合は、複数あるアクチュエータのなかで、ユーザの触覚の強さに最も寄与するアクチュエータ５のみを駆動することにより、ＰＤＡ１の消費電力の低減を図る。
（ロ）第２の課題は入力操作部に比較的大きな入力エリアを持つ場合に、入力エリアの面内で触感の強さのバラつきが起きないようにすることで、どの点を押圧しても同じ強さの振動感触を得るようにする。
（ハ）第３の課題は複数のアクチュエータ５を異なる振動波形Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３で駆動したときの特殊な触覚的効果を図る。
ことである。以上の（イ）乃至（ハ）の課題に応じた、それぞれ動作を以下に説明する。
【００３４】
先ず、（イ）項の動作を説明する。図５に示す、ＬＣＤ６の画面表示部に表示した指示指令により表示した画面をアイコン９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄとし、タッチパネル４の全エリアを図５の様に４つのエリア４Ａ，４Ｂ、４Ｃ、４Ｄに４分割したとする。また、支持フレーム１０上にはアクチュエータ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄが固定されている。図５ではユーザがアイコン９Ｂを選択しようとしている。ユーザがアイコン９Ｂを選択すると、タッチパネル４の座標検出機能（あるいはＣＰＵ１３の機能）により、ユーザの指２１がタッチパネル４上のエリア４Ｂにあることがわかる。タッチパネル４に接している４個のアクチュエータ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄのうち、アクチュエータ５Ａ、５Ｃ、５Ｄはタッチパネル４上のエリア４Ｂを励振させるには寄与が小さい。タッチパネル４のエリア４Ｂでは、アクチュエータ５Ｂがほとんどの励振作用を受け持っているので、図４の振動制御手段１４にあるプロセッサ１８はアクチュエータ５Ｂのみを駆動すべくＤＡＣ１５Ｂに対してのみデジタル波形Ｓ５を出力し、電流アンプ１６Ｂを経てアクチュエータ５Ｂのみを駆動する。
【００３５】
上述の駆動方法によれば、タッチパネル４上の振動の分布は、エリア４Ａ，４Ｃ、４Ｄにおいては触感フィードバックを与えるには十分でない場合があるが、ユーザが触れているのはエリア４Ｂなので、ユーザいとっては十分な触覚的フィードバックを得ることができる。  同様に、例えばアイコン９Ｃを選択するときはアクチュエータ５Ｃのみが駆動されるというように、ユーザが触れる部分を最も適当に励振できるアクチュエータを選択する。
【００３６】
上述の構成の動作によると、ユーザに対して必要で十分なアクナレッジ等の感覚を、少ないアクチュエータ５Ｂの駆動のみで実現できるので電子機器の消費電力低減が可能となる。特に近年携帯機器に用いるバッテリーの寿命を大幅に向上させることが出来る。また、圧電アクチュエータを用いる場合は、アクチュエータの特性上、急峻にアクチュエータを動かす際の突入電流が大きくなるも問題があるが本発明では同時に駆動するアクチュエータの数を減らせるので駆動回路にたいする電気的な負荷（圧電アクチュエータの静電容量と大きく関係する）を小さくすることが出来る効果を有する。
【００３７】
次に、（ロ）項の動作を図６（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）および図７により説明する。図６（Ａ）は平面図、図７（Ｂ）は４隅に配設した、４個のアクチュエータ５Ａ〜５Ｄに同じ位相の駆動波形信号を供給した場合のタッチパネル４のシートの撓み状態を示すものであり、図６（Ｃ）は図６（Ｂ）のＡ−Ａ矢視図である。上述の各図において、たとえば、１０インチの大きさを持つタッチパネル４の下端の４隅に４個のアクチュエータ５Ａ〜５Ｄを設け、タッチパネル４は説明を容易にするため９つの領域（エリア）に分割し、それぞれのエリアをＡ、Ｂ、Ｃ、・・・Ｇ、Ｈ、Ｉとし、ユーザの指２１にフィードバックする振動感触をクリック感などのアクナレッジ波形となす、ここではサイン波形をアクチュエータ５Ａ〜５Ｄに供給する例によって説明する。
【００３８】
図７（Ａ）（Ｂ）の波形および図７（Ｃ）（Ｄ）の表はそれぞれのアクチュエータ５Ａ５Ｃ、５Ｂ、５Ｄに加える振動指令信号のパターン、すなはち、ＤＡＣ１５Ａ〜１５Ｄの出力波形と、そのときのタッチパネル４の９分割したそれぞれのエリアＡ〜Ｉでの指２１に感触として感ずる振動の強弱を示す。ここではタッチパネル４の上側および下側の同一辺に設置されたアクチュエータ５Ａ、５Ｃと５Ｂ、５Ｄを一対の組として、４つのアクチュエータを２つのグループのアクチュエータ５Ａ、５Ｃおよび５Ｂ、５Ｄに分け、それぞれのグループには同じ振動波形を出力するようにしている。表中、左側の図７（Ｃ）に示すパターンでは２つのグループのアクチュエータ５Ａ、５Ｃおよび５Ｂ、５Ｄに対して同一のサイン波（単発）２２が出力されている（４つのアクチュエータ５Ａ〜５Ｄは全て同一）。このように４個のアクチュエータ５Ａ〜５Ｄに同一位相のサイン波２２を供給した場合には図６（Ｂ）に示すようにタッチパネル４の中央部２４のエリアＤ、Ｅ、Ｆで大きく撓むことになる。この様にタッチパネル４の領域による振動量（撓み量）の違で中央部２４が大きく撓む原因はタッチパネル４の共振の１次モードによるタッチパネル４自体の図６（Ｃ）に示す様にアクチュエータ５Ａ、５Ｃおよび５Ｂ、５Ｄの矢印Ｄ、Ｄ方向の動きによって並進する変形の影響と考えられる。一方、右側の図７（Ｄ）に示すパターンでは、２つのグループの一方のグループのアクチュエータ５Ａ、５Ｃに対して他方のグループのアクチュエータ５Ｂ、５Ｄの位相が半波長だけ異なるサイン波２２および２３が出力される。図７（Ｃ）に対応するパターンにおいては、タッチパネル４上のエリアＥ、Ｄ、Ｆが強く励振され、図７（Ｄ）に対応するパターンでは、ちょうど反対に、領域Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｇ，Ｈ、Ｉが強く励振される。この様に２つのアクチュエータ５Ａ、５Ｃと５Ｂ、５Ｄの振動波形の位相を逆にした場合に何故周辺部の振動量が大きくなるかについては、４本のアクチュエータ５Ａ〜５Ｄを同位相で加振する際はタッチパネル４を並進的に動かすのに対し、異なる位相の場合はタッチパネル４の中央部２４を中心とした図（Ｄ）に示す様な回転的な動きになるので、より少ない力で動かすことが可能であるためと考えられる。なお、この場合、結果として得られる振動量はタッチパネル４自体の変形によるものでなく、アクチュエータ５Ａ〜５Ｄによるタッチパネル４の変位量と考えられる。
【００３９】
上述の構成で、例えば、ユーザがタッチパネル４のエリアＥを触れたとすると、その座標値から、振動制御手段１４は図７（Ａ）の５Ａ〜５Ｄにあるようなパターンの振動指令信号であるサイン波２２を各アクチュエータ５Ａ、５Ｃと５Ｂ、５Ｄに出力する。またユーザがエリアＢに触れた場合は、同様に図７（Ｂ）にあるパターンの指令値である互いに位相の異なるサイン波２２，２３がアクチュエータ５Ａ、５Ｃおよび５Ｂ、５Ｄに出力される。その結果として、ユーザはどの領域を触れたとしても、ほぼ同様な強さを持つ触感的なアクナレッジ感（クリック感）を得ることができる。
【００４０】
上述の構成の動作によると、比較的大きなサイズの平面状入出力装置（例えば１０インチ以上のタッチパネル）に対しても、ほぼ均一な強さを持った触覚フィードバックを付加することが可能になる。従来は十分なフィードバックを得るために、もっぱらアクチュエータ５Ａ〜５Ｄの出力を大きくすることが考えられていたが、アクチュエータ５Ａ〜５Ｄの出力を大きくすると、一般にアクチュエータ５Ａ〜５Ｄ自体のサイズも大きくなり、また消費電力の点でも好ましくない。本発明ではより出力の小さいアクチュエータ５Ａ〜５Ｄで、ユーザに十分な触覚フィードバックを与えることができる。
【００４１】
さらに、（ハ）項の動作を図８（Ａ）（Ｂ）図９（Ａ）（Ｂ）によって説明する。図８（Ａ）に示す構成はタッチパネル４の左右端の下部にアクチュエータ５Ａ、５Ｂを配設し、振動制御手段１４のプロセッサ１８とＤＡＣ１５Ａ、ＤＡＣ１５Ｂおよび電流アンプ１６Ａ、１６Ｂを介して、メモリ１７から図８（Ｂ）に示す様に互いに近接した周波数ｆからなる、たとえば、周波数ｆ１＝２００Ｈｚと周波数ｆ２＝１９５Ｈｚのようなサイン波２６、２７，からなる振動命令信号が連続的に波形制御手段１４から与えられる。このときユーザの感じる指２０の触感は、２個のアクチュエータ５Ａ、５Ｂが発生する振動数の差（この場合５Ｈｚ）に相当する、いわゆる「唸り」の感触である。
【００４２】
このような、唸りを利用すると、通常人間には感知が困難な、低い周波数領域（ここでは５Ｈｚ）における触覚の振動を指２１で感じ取ることが可能となる。
【００４３】
図９（Ａ）（Ｂ）は複数のアクチュエータ５Ａ，５Ｂ、５Ｃ、５Ｄの加振方法を時間的かつ空間的（アクチュエータの配置方向）に変化させることで、ユーザにダイナミックな動きの感覚を想起させるようにしたものである。図９（Ａ）はタッチパネル４の下端に４個のアクチュエータ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄを配設して励振する場合の特殊効果について示す。４個のアクチュエータ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄには図９（Ｂ）にあるような振動命令信号が振動制御手段１４から与えられている。この例では、ユーザの指２１に対して時計回りＣＷになるよう、アクチュエータ５Ａ−５Ｂ−５Ｄ−５Ｃ・・を、時間的に順次、数パルスに区切った振動指令信号で駆動している。この場合のユーザの受ける感覚は、指の周りを波が回るような感覚になる。
【００４４】
以上のように、上述の構成の動作によると、これまで提案されてきた、クリック感に代表されるアクナレッジのような感覚を超えた、全く新しい触感フィードバックの提示が可能になる。さらに、このような効果を使って、触覚的に様々な情報を伝達することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
上述の振動制御手段１４においては、それぞれのアクチュエータ５Ａ〜５Ｄに与える波形指令信号のデジタル波形Ｓ５を、プロセッサ１８で独立に生成したが、プロセッサ１８で生成した波形をその後にある波形加工手段（ハード的な：例えば位相反転回路など）によって振動指令信号のデジタル波形Ｓ５をつくるように成しても良い。また、波形生成のためのプロセッサ１８を専用に設けるのでなく、一般の電子機器に採用されているＣＰＵが持つ、たとえばＰＷＭ（パルス幅変調）信号出力を利用し、それをフィルタリングしてアナログ信号を得るようにすることもできる。さらに、駆動信号発生手段としてはメモリ１７内に格納した、各種波形を出力したが各種波形をハード的に構築するようにしても良い。さらに、また、アクチュエータとしては通電時に伸びる側と縮む側のそれぞれが圧電層を積層した多層構造をもつ圧電バイモルフ型構成とすることが出来る。
【００４６】
また、本発明は、前述し、かつ図面に示した形態例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、他の形態例では、ＰＣ、携帯電話、リモコン、カーナビ、カムコーダ、携帯用記録再生装置等の入力機能を有する電子機器や触覚機能付の入力装置および電子機器の感触フィードバック入力方法に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の入力装置および電子機器並びに電子機器の感触フィードバック入力方法の一形態例を示す電子機器としてのＰＤＡの斜視図である。
【図２】本発明の入力装置および電子機器並びに電子機器の感触フィードバック入力方法の一形態例を示すＰＤＡのタッチパネルとＬＣＤ近傍のアクチュエータ配置を説明するための要部の分解状態を示す平面図である。
【図３】本発明の入力装置および電子機器並びに電子機器の感触フィードバック入力方法の一形態例を示す圧電型アクチュエータの動作を説明するための図１のＡ−Ａ断面矢視図である。
【図４】本発明の入力装置および電子機器並びに電子機器のフィードバック入力方法の一形態例を示す電子機器としてのＰＤＡのブロック図である。
【図５】本発明の入力装置および電子機器並びに電子機器の感触フィードバック入力方法の一形態例を示すＰＤＡの操作位置近傍のアクチュエータ選択方法説明用の斜視図である。
【図６】本発明の入力装置および電子機器並びに電子機器の感触フィードバック入力方法の一形態例を示すタッチパネル上の領域説明用平面図である。
【図７】本発明の入力装置および電子機器並びに電子機器の感触フィードバック入力方法の一形態例を示すアクチュエータに供給する振動指示波形図および振動の強弱を示す表である。
【図８】本発明の入力装置および電子機器並びに電子機器の感触フィードバック入力方法の一形態例を示す唸り振動感触を得る構成を説明するためのタッチパネルの平面図および波形図である。
【図９】本発明の入力装置および電子機器並びに電子機器の感触フィードバック入力方法の空間的に移動可能な振動感触を得る構成を説明するためのタッチパネルの平面図および波形図である。である。
【図１０】従来の入力装置および電子機器並びに電子機器の感触フィードバック入力方法を示すブロック図である。
【図１１】従来の入力装置および電子機器並びに電子機器の感触フィードバック入力方法を示すブロック図の説明用波形図である。
【図１２】従来の入力装置および電子機器並びに電子機器の感触フィードバック入力方法の他の構成説明用操作面の平面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…ＰＤＡ、２…筐体、３…開口部、４…タッチパネル、５（５Ａ〜５Ｄ）…アクチュエータ、６…ＬＣＤ、７…電源スイッチ、８（８ａ〜８ｎ）…入力キー群、１３…ＣＰＵ、１４…振動制御手段、１５（１５Ａ〜１５Ｄ）…ＤＡＣ、１６（１６Ａ〜１６Ｄ）…電流アンプ、１７…メモリ、１８…プロセッサ、１９…外部プログラムボード、２０…外部プログラマブル装置
【図１】
2005258666.tif 000003
【図２】
2005258666.tif 000004
【図３】
2005258666.tif 000005
【図４】
2005258666.tif 000006
【図５】
2005258666.tif 000007
【図６】
2005258666.tif 000008
【図７】
2005258666.tif 000009
【図８】
2005258666.tif 000010
【図９】
2005258666.tif 000011
【図１０】
2005258666.tif 000012
【図１１】
2005258666.tif 000013
【図１２】
2005258666.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成16年4月1日(2004.4.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
図７（Ａ）（Ｂ）の波形および図７（Ｃ）（Ｄ）の表はそれぞれのアクチュエータ５Ａ５Ｃ、５Ｂ、５Ｄに加える振動指令信号のパターン、すなはち、ＤＡＣ１５Ａ〜１５Ｄの出力波形と、そのときのタッチパネル４の９分割したそれぞれのエリアＡ〜Ｉでの指２１に感触として感ずる振動の強弱を示す。ここではタッチパネル４の上側および下側の同一辺に設置されたアクチュエータ５Ａ、５Ｃと５Ｂ、５Ｄを一対の組として、４つのアクチュエータを２つのグループのアクチュエータ５Ａ、５Ｃおよび５Ｂ、５Ｄに分け、それぞれのグループには同じ振動波形を出力するようにしている。表中、左側の図７（Ｃ）に示すパターンでは２つのグループのアクチュエータ５Ａ、５Ｃおよび５Ｂ、５Ｄに対して同一のサイン波（単発）２２が出力されている（４つのアクチュエータ５Ａ〜５Ｄは全て同一）。このように４個のアクチュエータ５Ａ〜５Ｄに同一位相のサイン波２２を供給した場合には図６（Ｂ）に示すようにタッチパネル４の中央部２４のエリアＤ、Ｅ、Ｆで大きく撓むことになる。この様にタッチパネル４の領域による振動量（撓み量）の違を生じて中央部２４が大きく撓む原因はタッチパネル４の共振の１次モードによるものである。この場合タッチパネル４は図６（Ｃ）に示す様にアクチュエータ５Ａ、５Ｃおよび５Ｂ、５Ｄの配置点での矢印方向の励振による変位量Ｄに比べ中央部２４の変位量Ｄが大きい状態で(中央部24で上側に反った状態)並進振動している。一方、右側の図７（Ｄ）に示すパターンでは、２つのグループの一方のグループのアクチュエータ５Ａ、５Ｃに対して他方のグループのアクチュエータ５Ｂ、５Ｄの位相が半波長だけ異なるサイン波２２および２３が出力される。図７（Ｃ）に対応するパターンにおいては、タッチパネル４上のエリアＥ、Ｄ、Ｆが強く励振され、図７（Ｄ）に対応するパターンでは、ちょうど反対に、領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｇ、Ｈ、Ｉが強く励振される。この様に２つのアクチュエータ５Ａ、５Ｃと５Ｂ、５Ｄの振動波形の位相を逆にした場合に周辺部の振動量が大きくなる理由は、４本のアクチュエータ５Ａ〜５Ｄを同位相で加振する際はタッチパネル４を並進的に動かすのに対し、異なる位相の場合はタッチパネル４の中央部２４を中心とした図６（Ｄ）に示す様な回転的な動きによって中央部２４の変位量の大きい部分を相殺する様になりアクチュエータ５Ａ〜５Ｄによる変位量Ｄは逆方向に働くため図６（Ｃ）の周辺の変位量Ｄに比べ大きくなあるので、より少ない励振力でタッチパネルを動かすことが可能となる。なお、この場合、結果としてタッチパネル４上で得られる全体的な振動量はタッチパネル４自体の変形によるものでなく、アクチュエータ５Ａ〜５Ｄによるタッチパネル４の変位量Ｄに基づくものである。