(57)【要約】【課題】使用者に聞こえてしまうほどの音の発生を低減しつつ、使用者に対して十分な触感を伝達することができる入力装置、表示装置、および携帯端末を提供する。【解決手段】入力装置は、押圧による入力を受け付けるタッチパネル３と、タッチパネル３に対する押圧荷重を検出する圧電素子（荷重検出部）４と、タッチパネル３を振動させる圧電素子（振動部）４と、荷重検出部により検出される押圧荷重が、所定の基準を満たした際に、駆動信号を出力して振動部を駆動させる制御部８と、を備え、駆動信号が有する複数の信号変化率のうち最も大きい信号変化率を最大信号変化率とするとき、駆動信号の最大信号変化率は、正弦波の最大信号変化率よりも大きく、かつ３以下である。【選択図】図４
2012203552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
押圧による入力を受け付ける入力部と、
前記入力部に対する押圧荷重を検出する荷重検出部と、
前記入力部を振動させる振動部と、
前記荷重検出部により検出される押圧荷重が、所定の基準を満たした際に、駆動信号を出力して前記振動部を駆動させる制御部と、を備え、
前記駆動信号が有する複数の信号変化率のうち最も大きい信号変化率を最大信号変化率とするとき、
前記駆動信号の最大信号変化率は、正弦波の最大信号変化率よりも大きく、かつ３以下であることを特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記駆動信号の周波数は、３００Ｈｚ以上である、請求項１に記載の入力装置。
【請求項３】
前記駆動信号は、ガウス関数の駆動波形として表される、請求項１または２に記載の入力装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の入力装置と、
前記入力装置に対向して配置される表示部と、を備えた表示装置。
【請求項５】
請求項４に記載の表示装置を筐体に備えた携帯端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用者に対して触感を伝達することができる入力装置、表示装置、および携帯端末に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、タッチパネル等の入力部を使用者が操作した場合に、操作した使用者に対して、押圧感、なぞり感、肌触り感等の様々な触感を伝達する触覚伝達技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような触覚伝達技術を適用した入力装置では、入力部を振動させる振動部を備え、この振動部の振動に従って入力部が振動することにより、使用者に対して、触感を伝達することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１２２５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の入力装置では、入力部を振動させるため、入力部は、表示部と空間を介して対向して配置されている。また、入力部は、一般に、その４隅が支持部によって支持されている。しかしながら、このような入力装置では、表示部と入力部との間の支持部によって支持されていない部分から埃あるいは水が浸入する可能性があった。これに対して、入力部の外周全体にわたって支持部を配置することにより、このような問題が生じる可能性を低減させることができる。しかしながら、このようにすると、振動部による振動が妨げられ、使用者に対して、十分な触感を伝達することができなくなる。
【０００５】
一方で、振動部に印加する電圧を大きくすることにより、振動部による振動を大きくすることで、上記の問題を解決することもできるが、あまりにも振動部による振動が大きくなりすぎると、入力部の振動に伴って、入力部から、使用者に聞こえてしまうほどの音が発生する可能性があった。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、使用者に聞こえてしまうほどの音の発生を低減しつつ、使用者に対して十分な触感を伝達することができる入力装置、表示装置、および携帯端末に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の入力装置における一態様は、押圧による入力を受け付ける入力部と、前記入力部に対する押圧荷重を検出する荷重検出部と、前記入力部を振動させる振動部と、前記荷重検出部により検出される押圧荷重が、所定の基準を満たした際に、駆動信号を出力して前記振動部を駆動させる制御部と、を備え、前記駆動信号が有する複数の信号変化率のうち最も大きい信号変化率を最大信号変化率とするとき、前記駆動信号の最大信号変化率は、正弦波の最大信号変化率よりも大きく、かつ３以下である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の入力装置、表示装置、および携帯端末は、使用者に聞こえてしまうほどの音の発生を低減しつつ、使用者に対して十分な触感を伝達することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る表示装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】図１中に示した切断線Ｉ−Ｉに沿って切断した断面図である。
【図３】図１中に示した切断線ＩＩ−ＩＩに沿って切断した断面図である。
【図４】上記表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】駆動信号を駆動波形として表した図である。
【図６】最大信号変化率をそれぞれ変更して設定した場合の、タッチパネルのたわみ量と、タッチパネルの振動に伴って、使用者に聞こえてしまうほどの音が発生したか否かを測定した結果を表で示した図である。
【図７】駆動信号の駆動波形が三角波である場合の例を示す図である。
【図８】駆動信号の駆動波形が正弦波である場合の例を示す図である。
【図９】駆動信号の駆動波形がガウス関数の波形である場合の例を示す図である。
【図１０】本実施形態に係る入力装置の動作例を示すフローチャートである。
【図１１】本実施形態に係る携帯端末の概略構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本発明の一実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材を簡略化して示したものである。したがって、本発明に係る入力装置、表示装置、および携帯端末は、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。
【００１２】
図１〜図４に示すように、本実施形態に係る表示装置Ｘ１は、液晶表示パネル２、タッチパネル３、圧電素子４、基体５、枠体６、支持部７、および制御部８を備えている。なお、タッチパネル３、圧電素子４、および制御部８が、本発明に係る入力装置の一実施形態となる。また、図１〜図３では、説明の便宜上、制御部８の図示を省略している。
【００１３】
液晶表示パネル（表示部）２は、表示のために液晶組成物を利用する表示パネルである。具体的には、液晶表示パネル２は、第１基板と、第１基板に対向して配置される第２基板と、第１基板と第２基板との間に介在した液晶層と、第１基板と第２基板との間に介在しかつ表示に寄与する表示部材層と、を備えている。なお、表示部材層としては、例えば、画素電極、配向膜、カラーフィルタ等が挙げられる。液晶表示パネル２の駆動方式としては、単純マトリクス駆動方式であってもよいし、アクティブマトリクス駆動方式であってもよい。また、液晶表示パネル２は、モノクロの表示パネルであってもよいし、カラーの表示パネルであってもよい。
【００１４】
なお、液晶表示パネル２の代わりに、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、電子ペーパ等の表示パネルであってもよい。
【００１５】
タッチパネル（入力部）３は、使用者が指あるいはペン等で操作した箇所を入力位置として検出する入力デバイスである。図２および図３に示すように、タッチパネル３は、液晶表示パネル２と空間Ｓ１を介して対向して配置されている。タッチパネル３は、操作面３ａ、および操作面３ａの反対側に位置する背面３ｂを有している。すなわち、タッチパネル３の操作面３ａが、使用者により指あるいはペン等で操作される面となる。タッチパネル３の方式としては、例えば、静電容量方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式、赤外線方式、あるいは電磁誘導方式等が挙げられる。
【００１６】
圧電素子（振動部）４は、タッチパネル３への入力を受け付ける所定の基準を満たした際に、タッチパネル３を振動させる役割を担う部材である。本実施形態では、圧電素子４
は、タッチパネル３の短辺に沿って、タッチパネル３の背面３ｂに２つ設けられている。なお、圧電素子４の数および配置位置については、特に限定されない。また、本実施形態では、圧電素子４は、ユニモルフである。
【００１７】
また、圧電素子（荷重検出部）４は、タッチパネル３に対する押圧荷重を検出する役割を担う部材でもある。具体的には、使用者がタッチパネル３の操作面３ａを押圧すると、タッチパネル３が下方向にたわむ。タッチパネル３の下方向のたわみに従って圧電素子４もたわむ。つまり、タッチパネル３への押圧荷重に応じて、圧電素子４のたわみ量が変化する。圧電素子４は、たわみ量に応じた電圧に変換する。このため、圧電素子４によりタッチパネル３に対する押圧荷重を検出することができる。なお、圧電素子４の代わりに、歪みセンサ等の荷重センサを採用してもよい。
【００１８】
基体５および枠体６は、液晶表示パネル２を収容する役割を担う部材である。基体５の上面５ａには、液晶表示パネル２が設けられている。枠体６は、液晶表示パネル２およびタッチパネル３を取り囲むように基体５の上面５ａに設けられている。基体５および枠体６の構成材料としては、例えば、ポリカーボネート等の樹脂、ステンレス、アルミニウム、マグネシウム合金等の金属が挙げられる。ここで、基体５と枠体６とは、一体的に形成されていてもよいし、別個独立に形成されていてもよい。
【００１９】
支持部７は、タッチパネル３を支持する役割を担う部材である。支持部７は、基体５の上面５ａに設けられている。すなわち、支持部７は、タッチパネル３の背面３ｂにおける外周部と基体５の上面５ａとの間に位置している。支持部７がタッチパネル３の背面３ｂにおける外周部に設けられているので、液晶表示パネル２とタッチパネル３との間の空間Ｓ１に、埃あるいは水が浸入する可能性を低減できる。このように、表示装置Ｘ１では、防塵および防水構造を採用している。ここで、支持部７は、タッチパネル３の振動を抑制しないように、弾性を有している。支持部７の構成材料としては、例えば、ポロン、シリコーンゴム、ウレタンゴム、発泡ウレタン、その他のゴム類、プラスチック、あるいはステンレス等が挙げられる。
【００２０】
制御部８は、圧電素子４により検出される押圧荷重が、所定の基準を満たした際に、駆動信号を出力して圧電素子４を駆動させる役割を担う部材である。すなわち、制御部８は、所定の基準を満たすか否かを判断するため、当該所定の基準を示す閾値情報を、制御部８内の図示しないメモリに予め記録している。
【００２１】
図５は、駆動信号を駆動波形として表した図である。なお、図５では、電圧を縦軸で示し、時間を横軸で示している。本実施形態では、駆動信号が有する複数の信号変化率のうち最も大きい信号変化率を最大信号変化率と定義する。また、信号変化率Ａは、下記の数１によって表される。すなわち、図５に示すように、下記の数１において、ｔ１は、ある任意の時刻を示し、Ｖ１は、ｔ１における電圧値を示している。また、ｔ２は、ｔ１よりも大きいある任意の時刻を示し、Ｖ２は、ｔ２における電圧値を示している。また、Ｖ０は、電圧の最大値を示している。つまり、信号変化率Ａは、電圧値の時間傾きを、電圧の最大値Ｖ０で割ることより、正規化して表した値である。
【００２２】
【数１】
2012203552.tif 000003
【００２３】
本実施形態では、０ｓｅｃから周期の終わる時刻（例えば、駆動信号の周波数が４００Ｈｚであれば、２．５ｍｓｅｃ）までの期間において、０．０２５ｍｓｅｃ毎にサンプリングして信号変化率を算出した。算出した信号変化率のうち、最も大きい信号変化率を最大信号変化率とした。
【００２４】
図６は、最大信号変化率をそれぞれ変更して設定した場合の、タッチパネル３のたわみ量と、タッチパネル３の振動に伴って、使用者に聞こえてしまうほどの音が発生したか否かを測定した結果を表で示した図である。なお、図６に示す「音の発生」において、○印は、使用者に聞こえてしまうほどの音が発生していないことを表している。また、×印は、使用者に聞こえてしまうほどの音が発生したことを表している。また、図６の上段は、駆動信号の周波数が３００Ｈｚの場合を示しており、図６の下段は、駆動信号の周波数が４００Ｈｚの場合を示している。
【００２５】
上記の測定に当たり、本実施形態では、タッチパネル３の代替として、縦１０５．７ｍｍ、横４５．８ｍｍ、厚み１．４８ｍｍのアクリルパネルを使用した。また、支持部７として、厚み１ｍｍのポロンを使用した。支持部７は、アクリルパネルの外周全体にわたって配置した。また、基体５および枠体６の代替として、縦１２０ｍｍ、横６０ｍｍ、厚み５ｍｍのＳＵＳ板を使用した。すなわち、ＳＵＳ板の上に支持部７を介してアクリルパネルを配置した。また、圧電素子４は、アクリルパネルの一方の長辺に沿って、アクリルパネルの背面に２つ、アクリルパネルの他方の長辺に沿って、アクリルパネルの背面に２つ、合計４つ配置した。この状態で、圧電素子４に最大信号変化率が異なる各種の駆動信号を入力し、アクリルパネルを振動させることによって、レーザ・ドップラー速度計を用いて、アクリルパネルの中央部のたわみ量を計測した。なお、以下では、アクリルパネルのたわみ量を、タッチパネル３のたわみ量として示す。
【００２６】
図６の上段に示すように、駆動信号の周波数が３００Ｈｚの場合において、駆動信号の駆動波形が図７で示される三角波である場合、使用者に聞こえてしまうほどの音は発生せず、かつ、タッチパネル３のたわみ量は６３．０μｍであった。なお、この場合の最大信号変化率は０．６である。また、駆動信号の駆動波形が図８で示される正弦波である場合、使用者に聞こえてしまうほどの音は発生せず、かつ、タッチパネル３のたわみ量は７２．１μｍであった。なお、この場合の最大信号変化率は０．９４である。
ここで、正弦波は、下記の数２によって表される駆動波形である。すなわち、図８に示すように、下記の数２において、Ｔは周期を示している。
【００２７】
【数２】
2012203552.tif 000004
【００２８】
また、駆動信号の駆動波形が図９で示される次数３のガウス関数の波形である場合、使用者に聞こえてしまうほどの音は発生せず、かつ、タッチパネル３のたわみ量は７２．５μｍであった。なお、この場合の最大信号変化率は１．０９である。また、駆動信号の駆動波形が図９で示される次数４のガウス関数の波形である場合、使用者に聞こえてしまうほどの音は発生せず、かつ、タッチパネル３のたわみ量は７７．５μｍであった。なお、この場合の最大信号変化率は１．４６である。このようにして、ガウス関数の次数を５〜１０、２、と変化させていき、使用者に聞こえてしまうほどの音が発生したか否か、タッチパネル３のたわみ量をそれぞれ計測した。
【００２９】
ここで、ガウス関数の波形は、下記の数３によって表される駆動波形である。すなわち、図９に示すように、下記の数３において、ｍは次数を示している。また、Ｔは周期を示している。
【００３０】
【数３】
2012203552.tif 000005
【００３１】
この結果、駆動信号の駆動波形が図９で示される次数２のガウス関数の波形である場合、使用者に聞こえてしまうほどの音が発生した。また、駆動信号の駆動波形が次数９および１０のガウス関数の波形である場合、タッチパネル３のたわみ量は、駆動信号の駆動波形が正弦波の場合よりも、小さくなった。すなわち、駆動信号の駆動波形が次数３〜８のガウス関数の波形である場合に、使用者に聞こえてしまうほどの音が発生せず、かつ、タッチパネル３のたわみ量は十分に大きくなる。言い換えるならば、最大信号変化率が、正弦波の最大信号変化率よりも大きく、かつ３以下である場合に、使用者に聞こえてしまうほどの音が発生せず、かつ、タッチパネル３のたわみ量は十分に大きくなる。
【００３２】
上記と同様に、駆動信号の周波数が４００Ｈｚの場合に、使用者に聞こえてしまうほどの音が発生したか否か、タッチパネル３のたわみ量をそれぞれ計測した。図６の下段に示
すように、駆動信号の駆動波形が図９で示される次数２のガウス関数の波形である場合、使用者に聞こえてしまうほどの音が発生した。また、駆動信号の駆動波形が次数７〜１０のガウス関数の波形である場合、タッチパネル３のたわみ量は、駆動信号の駆動波形が正弦波の場合よりも、小さくなった。すなわち、駆動信号の駆動波形が次数３〜６のガウス関数の波形である場合に、使用者に聞こえてしまうほどの音が発生せず、かつ、タッチパネル３のたわみ量は十分に大きくなる。言い換えるならば、最大信号変化率が、正弦波の最大信号変化率よりも大きく、かつ３以下である場合に、使用者に聞こえてしまうほどの音が発生せず、かつ、タッチパネル３のたわみ量は十分に大きくなる。
【００３３】
このように、駆動信号の周波数が３００Ｈｚ以上の場合において、最大信号変化率が、正弦波の最大信号変化率よりも大きく、かつ３以下である場合に、使用者に聞こえてしまうほどの音が発生せず、かつ、タッチパネル３のたわみ量は十分に大きくなる。すなわち、制御部８は、正弦波の最大信号変化率よりも大きく、かつ３以下の最大信号変化率を有する駆動信号を圧電素子４に出力する。圧電素子４は、制御部８から出力された駆動信号に従って振動する。
【００３４】
次に、本実施形態に係る入力装置の動作例について、図１０を参照しながら説明する。
【００３５】
図１０に示すように、使用者がタッチパネル３の操作面３ａを押圧した場合に、圧電素子４は、タッチパネル３への押圧荷重を検出する（Ｏｐ１）。そして、制御部８は、使用者による押圧操作が、液晶表示パネル２に表示された入力オブジェクトに対する押圧操作である場合に、Ｏｐ１にて検出された押圧荷重が所定の基準を満たしているか否かを判定する（Ｏｐ２）。なお、制御部８は、例えば、タッチパネル３に対して電圧を印加するためのＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）上に、タッチパネル３を制御する位置検出ドライバとともに設けられている。
【００３６】
そして、制御部８は、Ｏｐ１にて検出された押圧荷重が所定の基準を満たしていると判定すれば（Ｏｐ２にてＹＥＳ）、圧電素子４に対して駆動信号を出力する（Ｏｐ３）。なお、この駆動信号は、上述したように、正弦波の最大信号変化率よりも大きく、かつ３以下の最大信号変化率を有する信号である。そして、Ｏｐ３にて出力された駆動信号に従って圧電素子４が振動する（Ｏｐ４）。そして、Ｏｐ４にて振動された圧電素子４によりタッチパネル３が振動する（Ｏｐ５）。これにより、タッチパネル３の操作面３ａを押圧した使用者に対して、十分な押圧感が伝達される。一方、制御部８は、Ｏｐ１にて検出された押圧荷重が所定の基準を満たしていないと判定すれば（Ｏｐ２にてＮＯ）、図１０の処理を終了する。
【００３７】
以上より、本実施形態に係る入力装置、および表示装置Ｘ１は、使用者に聞こえてしまうほどの音の発生を低減しつつ、使用者に対して十分な触感を伝達することができる。
【００３８】
次に、上記の表示装置Ｘ１を備えた携帯端末Ｙ１について、図１１を参照しながら説明する。
【００３９】
図１１に示すように、携帯端末Ｙ１は、表示装置Ｘ１と、筐体１０と、操作キー１１とを備えている。筐体１０は、表示装置Ｘ１を収容する役割を担う部材である。操作キー１１は、使用者により入力操作されるキーである。なお、操作キー１１は、表示画面に表示された操作キーであってもよいし、物理的に存在する操作キーであってもよい。携帯端末Ｙ１は、例えば、携帯電話、スマートフォン、ＰＤＡ等である。携帯端末Ｙ１は、表示装置Ｘ１を筐体１０に備えているので、使用者に聞こえてしまうほどの音の発生を低減しつつ、使用者に対して十分な触感を伝達することができる。
【００４０】
なお、表示装置Ｘ１は、上記の携帯端末Ｙ１の代わりに、産業用途で使用されるプログラマブル表示器、電子手帳、パーソナルコンピュータ、複写機、ゲーム用の端末装置、テレビ、デジタルカメラ等の種々の装置に備えられていてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
Ｘ１  表示装置
Ｙ１  携帯端末
２  液晶表示パネル（表示部）
３  タッチパネル（入力部）
４  圧電素子（振動部、荷重検出部）
８  制御部
１０  筐体
【図１】
2012203552.tif 000006
【図２】
2012203552.tif 000007
【図３】
2012203552.tif 000008
【図４】
2012203552.tif 000009
【図５】
2012203552.tif 000010
【図６】
2012203552.tif 000011
【図７】
2012203552.tif 000012
【図８】
2012203552.tif 000013
【図９】
2012203552.tif 000014
【図１０】
2012203552.tif 000015
【図１１】
2012203552.tif 000016