(57)【要約】【課題】従来は、ユーザのタッチパネルへの接触で、タッチパネルを振動させるが、操作ボタン押下げ等の操作感の提示は難しく、ブラインドタッチ動作では、操作ボタンの大きさ・形状の知覚は困難であり、また、タッチパネル領域内所望位置の表面変位で、ブラインドタッチ動作が可能なものは、複数アクチュエータとその駆動手段が必要で、高価になる。【解決手段】タッチ操作用画像表示用の表示パネルと、表示パネルの表面に設けられたタッチパネルをパネル指示部材で、またタッチパネルを弾性支持部材で垂直方向に移動可能に筐体に支持し、タッチパネル駆動部からの位置情報により、ユーザの指のタッチパネルへの接触位置がタッチ操作用画像の表示領域と、タッチ操作用画像領域以外の領域とで、アクチュエータ駆動部がアクチュエータの筐体に対するタッチパネルの支持力を異なるよう制御する。【選択図】図１
2013080364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチ操作用画像を表示画面に表示する表示パネルと、
この表示パネルの表面に間隙設けて配設されるタッチパネルと、
タッチパネルを筐体に支持するパネル指示部材と、
タッチパネルをその表面と垂直方向に移動可能に支持する弾性支持部材と
筐体に対するタッチパネルの支持力を制御するアクチュエータと
タッチパネルからの作用力をユーザが知覚可能な接触子で接触しているタッチパネルの位置情報を出力するタッチパネル駆動部と、
アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動部とを備え、
前記接触子の接触位置が表示パネルのタッチ操作用画像の表示領域に対応するタッチパネルの領域と、タッチ操作用画像領域以外の領域に対応するタッチパネルの領域とでは、タッチパネル駆動部からの位置情報の出力により、アクチュエータ駆動部はアクチュエータの筐体に対するタッチパネルの支持力を異なる様に制御する
ことを特徴とする触覚提示入力装置。
【請求項２】
前記表示パネルと前記タッチパネルとは前記パネル指示部材により一体に構成されたことを特徴とする請求項１記載の触覚提示入力装置。
【請求項３】
前記パネル指示部材は、前記タッチパネルがタッチパネル面に対して垂直方向に移動可能に支持するように構成し、前記アクチュエータはタッチパネル面の垂直方向の支持力を制御する構成にされたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の触覚提示入力装置。
【請求項４】
前記タッチパネルを、タッチパネル面縦横水平面両方向に移動可能に支持するスプリングボールプランジャーを備え、タッチパネルの水平面縦横方向の支持力を制御する縦横用のアクチュエータをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の触覚提示入力装置。
【請求項５】
前記表示パネルの表示パネル面に対する垂直方向の位置を検出するｚ軸位置センサを備え、前記タッチパネルの垂直方向の移動に追随して、前記表示パネルが垂直方向に移動し、前記垂直方向の所定の位置に移動した場合に、前記表示パネルに表示されたタッチ操作用画像に割り当てられた機能を実行するように制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項３または請求項４記載の触覚提示入力装置。
【請求項６】
前記パネル指示部材と前記アクチュエータとの接触圧力を検出する圧力センサと、前記接触圧力と予め決められた所定の圧力を比較し、前記接触圧力と予め決められた所定の圧力との比較結果により、前記アクチュエータの筐体に対するタッチパネルの支持力を制御する圧力センサ駆動部を備えたことを特徴とした請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の触覚提示入力装置。
【請求項７】
前記タッチパネルを操作するユーザに、前記接触子が前記タッチパネルに接触している位置を知らせるための音声発生機構を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の触覚提示入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、表示画面に表示された入力部分を押下する等により操作が可能な端末機器等において、ユーザが表示画面を見なくても、画面に表示された入力部にユーザの指等の接触子が触れることにより、その入力部を知覚可能にする触覚提示入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の触覚提示装置は、タッチパネルにユーザが接触したことを検知した場合に、モーターや圧電素子等を用いてタッチパネルを振動させることによって、クリック感を提示する方法があった（例えば、特許文献１）。また、複数のアクチュエータをパネル内に配置して、ユーザが触れた領域の表面をタッチパネルの法線方向に変位させることで、画像として表示された操作ボタンが実際に存在するかのような操作感をユーザに与えることが可能となる方法も提案されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４４７３０７８号公報
【特許文献２】特開２０１１−２９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の触覚提示装置は、タッチパネルにユーザが接触したことを検知した場合に、タッチパネル自体を振動させてユーザに触覚提示するものであった。例えば、タッチパネル内に操作ボタンが表示される場合等は、操作ボタンが表示されたタッチパネル上の位置にユーザが触れた場合にタッチパネルを振動させることで、ユーザに操作ボタンの位置を知覚させることができる。しかし、振動だけでは操作ボタンを押し下げる等の操作感を提示することは難しく、また、視覚に頼らずにタッチパネルを操作するブラインドタッチ動作の場合、操作ボタンの大きさや形状をユーザに知覚させることが困難であるという問題があった。
【０００５】
また、特許文献２記載の触覚提示装置では、タッチパネル領域内の所望の位置の表面を変位させることで、ブラインドタッチ動作も可能となるが、複数のアクチュエータとその駆動手段が必要であり、装置が高価になるという問題があった。
【０００６】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、タッチパネルに表示される操作ボタン等の操作部を、ユーザが表示画面を見なくても容易に認識することが可能で、かつ、安価に構成可能な触覚提示入力装置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】
【０００７】
この発明に係る触覚提示入力装置は、
タッチ操作用画像を表示画面に表示する表示パネルと、
この表示パネルの表面に間隙設けて配設されるタッチパネルと、
このタッチパネルを筐体に支持するパネル指示部材と、
前記タッチパネルをその表面と垂直方向に移動可能に前記筐体に支持する弾性支持部材と
前記筐体に対するタッチパネルの支持力を制御するアクチュエータと
前記タッチパネルからの作用力をユーザが知覚可能な接触子で接触している前記タッチパネルの位置情報を出力するタッチパネル駆動部と、
前記アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動部とを備え、
前記タッチパネル駆動部からの位置情報により、前記接触子のタッチパネルへの接触位置が前記表示パネルのタッチ操作用画像の表示領域に対応する前記タッチパネルの領域と、タッチ操作用画像領域以外の領域に対応する前記タッチパネルの領域とでは、前記アクチュエータ駆動部が前記アクチュエータの前記筐体に対する前記タッチパネルの支持力を異なるように制御する。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る触覚提示入力装置によれば、
タッチパネルからの作用力をユーザが知覚可能な接触子の前記タッチパネル上の位置を検出して、アクチュエータによる筐体に対する前記タッチパネルの支持力をタッチ操作用画像に対応する位置の場合と、タッチ操作用画像以外の領域の位置かにより異なるように制御することで、複雑な構成にすることなく、ユーザは前記タッチパネルからの作用力の相異を知覚することによりユーザは表示パネルのタッチ操作用の表示画面を見なくても、触覚により表示画像位置を知覚することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１における触覚提示入力装置の断面構成図である。
【図２】実施の形態１による触覚提示入力装置のシステム構成ブロック図である。
【図３】実施の形態１による表示パネルの表示ボタン画像位置を、触覚提示によりユーザに知覚させる場合の触覚提示入力装置の動作状態を説明する図である。
【図４】ボタン画像位置検知後のボタン操作実行動作を説明する図である。
【図５】ボタン画像位置検知動作と検知後のボタン操作実行動作工程を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態２による表示パネルの表示ボタン画像位置を、触覚提示によりユーザに知覚させる場合の触覚提示入力装置の動作状態を説明する図である。
【図７】実施の形態２における表示ボタン画像押下動作時の触覚提示入力装置の動作を示す図である。
【図８】実施の形態２の動作工程を示すフローチャートである。
【図９】本実施の形態３における触覚提示入力装置の断面構成図である。
【図１０】本実施の形態３における触覚提示入力装置のタッチパネルの支持構成を示す平面図である。
【図１１】スプリングボールプランジャーの構成断面図である。
【図１２】実施の形態３における触覚提示入力装置の動作説明図である。
【図１３】実施の形態３におけるｘ，ｙ，ｚ３方向のアクチュエータの駆動制御による同時表示の複数表示画像領域の識別法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
本実施の形態では、タッチパネルをタッチパネル面垂直方向に可動支持した場合における触覚提示入力装置の動作について説明する。
【００１１】
図１はこの発明の実施の形態1における触覚提示入力装置の断面構成図である。
図１において、１はユーザの指やペン等の物体が接触する位置を検知するタッチパネル、２はユーザにタッチ操作用画像の情報を提示する表示パネルであり、タッチパネル１と表示パネル２は、パネル支持部材４とともに一体に構成されている。３はタッチパネル１の筐体７との接触部を保護するためのクッション材である。
【００１２】
５は筐体７に対してタッチパネル１をｚ軸方向（タッチパネル面垂直方向）に移動可能に支持する圧縮ばね等の弾性支持部材、６は筐体７に対するタッチパネル１の支持力を制御するためのプッシュ／プル型の電磁ソレノイド等のアクチュエータである。弾性支持部材５は一方の端部がパネル支持部材４と接触するように、筐体７に他方の端部が接触して設置されており、ｚ軸方向においては、弾性支持部材５の反力により、パネル支持部材４と一体に構成されたタッチパネル１を、クッション材３を介してｚ軸方向に筐体７に接触する程度の力が加わるように構成されている。８はアクチュエータ６とパネル支持部材４との接触圧力を検出するための高分子厚膜フィルム等からなる圧力センサ、９は表示パネル２のz軸方向の高さ位置を検出するためのｚ軸位置センサであり、本実施の形態では接触式のセンサを用いている。
【００１３】
図２は実施の形態１の触覚提示入力装置のシステム構成を示すブロック図である。図示のシステムでは、表示パネル駆動部１０１、タッチパネル駆動部１０２、アクチュエータ駆動部１０３、圧力センサ駆動部１０４、ｚ軸位置センサ駆動部１０５、音声発生機構駆動部１０６、及び制御部１０７を備えている。
表示パネル駆動部１０１は、制御部１０７から送られる制御信号に従い、表示パネル２を駆動して情報を表示させる。タッチパネル駆動部１０２は、タッチパネル１から得られる信号を処理して、タッチパネル１からの作用力をユーザが知覚可能な接触子であるユーザの指やペン等がタッチパネル１と接触している位置情報を制御部１０７に送る。アクチュエータ駆動部１０３は、制御部１０７から送られる信号に従い、アクチュエータ６を駆動する。圧力センサ駆動部１０４は、タッチパネル１と一体に構成されたパネル支持部材４とアクチュエータ６との接触圧力を検出して、制御部１０７に検出信号を送る。ｚ軸位置センサ駆動部１０５は、パネル支持部材４のｚ軸方向位置を検出した場合、制御部１０７に信号を送る。音声発生機構駆動部１０６は、制御部１０７から送られる制御信号に従い、図示しない音声発生機構を駆動して、触覚提示入力装置の現在の処理状態を音声情報にしてユーザに伝達する。
【００１４】
次に、実施の形態１における触覚提示入力装置の動作について説明する。
尚、本実施の形態では、表示パネル２に表示された操作ボタン等の画像領域を選択して、そのボタン画像をタッチすることでボタンに割り当てられた処理を行う際に、表示画面を見ない（視覚情報無し）で操作する場合について説明する。
【００１５】
図３は表示パネル２に表示されたボタン画像２ａの位置を、触覚提示によりユーザに知覚させる場合の触覚提示入力装置の動作状態を説明する図である。
図３（ａ）はタッチパネル１と表示パネル２をパネル面垂直方向から見た平面図であり、ボタン画像２ａが表示パネル２に表示されている状態を示す。ユーザが表示画面を見ないでボタン画像２ａの位置を探す場合、ユーザは接触子である指１０でタッチパネル１の表面を走査する状態になる。このユーザの指１０が図３に示すｘ軸方向にボタン画像２ａを探す動作及びそのときの触覚提示入力装置の動作を図３（ｂ）〜（ｄ）に示す。
【００１６】
図３（ｂ）に示すように、ユーザの指１０が表示パネル２のボタン画像２ａ以外の表示パネル２の左側の領域に対応するタッチパネル１に位置する場合は、タッチパネル駆動部１０２からの信号によりタッチパネル１とユーザの指やペン等の接触子が接触している位置がボタン画像２ａ以外の領域に対応するタッチパネル１の位置情報を制御部１０７に送る。制御部１０７はボタン画像２ａ以外の領域に対応するタッチパネル１の位置情報によりアクチュエータ６を駆動するようにアクチュエータ駆動部１０３に信号を送る。アクチュエータ駆動部１０３はアクチュエータ６がパネル支持部材４を筐体７に押し付ける（ｚ軸方向に押し上げる）向きにアクチュエータ６を駆動する。ユーザの指１０がタッチパネル１の表面に触れる場合、少なからずタッチパネル１の表面垂直方向に力が加わるので、ユーザの指１０はタッチパネル１の表面から抗力Ｎ１を受ける。この場合、タッチパネル１はアクチュエータ６によりｚ軸方向のタッチパネル１と表示パネル２のパネル全体を支持する力（パネル支持力）が強くなるため、ユーザの指１０が受ける抗力Ｎ１は大きくなり、ユーザは剛体に触れているような触覚を得る。なお、パネル支持力の強さは、アクチュエータ６の駆動量や圧力センサ８により検出されるアクチュエータ６とパネル支持部材４との接触圧力を制御することにより調整可能である。
【００１７】
次に、指１０をｘ軸方向右側に走査させて、図３（ｃ）に示すようにボタン画像２ａが表示されている領域に対応するタッチパネル１の領域に指１０が位置した場合について説明する。タッチパネル駆動部１０２のタッチ位置検出機能により、ユーザの指１０が、ボタン画像２ａが表示されている領域に対応するタッチパネル１の領域に位置したことを検出し、この位置情報が制御部１０７に送られる。すると、制御部１０７からの信号によりアクチュエータ６の駆動が解除され、パネル支持部材４と一体に構成されたタッチパネル１は弾性支持部材５だけで支持される状態となり、パネル支持力が弱くなるとともにタッチパネル１はｚ軸方向下側に移動可能な状態となる。
このとき、ユーザの指１０が受ける抗力Ｎ２はＮ１よりも小さくなり、ユーザはボタン画像２ａ以外の領域（図３（ａ））に対応するタッチパネル１の領域に触れていたときよりも、軟らかい触覚を得る。
【００１８】
次に、再び指１０をｘ軸方向右側に走査させて、図３（ｄ）に示すようにボタン画像２ａ以外の領域に対応するタッチパネル１の領域に指１０が位置したときは、タッチパネル駆動部１０２のタッチ位置検出機能により、ユーザの指１０が、ボタン画像２ａが表示されている領域以外に位置したことを検出し、この位置情報が制御部１０７に送られ、制御部１０７からの信号により、アクチュエータ６を駆動させて、タッチパネル１を筐体７に押し付けるように、ｚ軸方向のパネル支持力を増加させることで、ユーザの指１０はパネル面から抗力Ｎ１を受け、再び剛体に触れているような硬い触覚を得る。
【００１９】
図３（ｅ）はｘ軸方向に対するユーザの指１０が受ける抗力を表したグラフであり、ボタン画像２ａが位置するｘ１からｘ２の間では、抗力Ｎが小さくなることを示す。このように抗力の違いを検知することで、表示パネル２に表示されたボタン画像２ａの位置を検知することが可能となる。また、ユーザの指１０がボタン画像２ａの表示されている領域に位置したことを検出した際に、制御部１０７からの制御信号により音声発生機構駆動部１０６が図示しない音声発生機構を動作させ、ユーザの指１０がタッチしている位置を音声情報でユーザに伝達するようにすることで、ユーザは触覚と聴覚の両方から表示画像の位置を確認することができる。
【００２０】
ユーザがタッチパネル１から受ける抗力の違いによりボタン画像２ａの位置を検知した状態（図３（ｃ））から、次にボタン操作を実行する場合は、図４に示すように、タッチパネル１をｚ軸方向下側にｚ軸位置センサ９と接触するまで押し込む。ｚ軸位置センサ９が表示パネル２を検出したら、制御部１０７によりボタン画像２ａに割り当てられた処理が実行される。以上の動作により、あたかもボタンを押したかのような操作感を得ることができる。
【００２１】
図５は、上記動作工程を示すフローチャートである。まず、制御部１０７の制御信号によりアクチュエータ駆動部１０３がアクチュエータ６の駆動をＯＮにして、タッチパネル１のｚ軸方向支持力を増加させる（ステップＳＴ１）。次に、タッチパネル駆動部１０２によりユーザの指１０のタッチ位置を検出し（ステップＳＴ２）、そのタッチ位置情報を制御部１０７に送り、タッチ位置が表示画像領域（本実施の形態ではボタン画像２ａ）内に位置するかどうかを制御部１０７が判定する（ステップＳＴ３）。タッチ位置が表示画像領域内に位置しない場合はアクチュエータ６をＯＮにしたまま、ステップＳＴ２とステップＳＴ３の処理を繰り返す。
【００２２】
タッチ位置が表示画像領域内に位置する場合は、アクチュエータ駆動部１０３がアクチュエータ６の駆動をＯＦＦにして、タッチパネル１のｚ軸方向支持力を解除する（ステップＳＴ４）。そして、ｚ軸位置センサ９からの信号でｚ軸位置センサ駆動部１０５により表示パネル２のｚ軸位置が検出されたら（ステップＳＴ５）、制御部１０７は表示画像に割当てられた処理を実行する（ステップＳＴ６）。
【００２３】
このように、タッチパネル１上のユーザの指の位置を検出して、タッチパネル１の支持力を制御することにより、ユーザは表示パネル２の表示画面を見なくても、触覚により表示画像位置を知覚することができる。本実施の形態では，表示画像領域の抗力が小さくなるようにアクチュエータ６を制御しているので、ユーザは表示画像領域が凹形状にあるかのうような触覚を得ることができる。
また、タッチパネル１をタッチパネル１面の垂直方向に移動可能に支持すると共に、タッチパネル１面の垂直方向高さ位置を検出することにより、ボタンを押すような操作感を得ることができる。
【００２４】
本実施の形態では、表示パネル２に表示されたボタン画像２ａを探すために、ユーザの指１０をｘ軸方向に走査させる場合について説明したが、ｙ軸方向についてもｘ軸の場合と同様にアクチュエータ６を制御することによって、ボタン画像２ａの位置を触覚により知覚することができる。
【００２５】
また、本実施の形態ではタッチパネル１と表示パネル２を一体に構成していたが、タッチパネル１と表示パネル２を分離して、表示パネル２は筐体７に固定するように構成してもよい。タッチパネル１と表示パネル２を分離することにより、パネル支持部材４と一体化したタッチパネル１の重量が軽量化され、パネル支持力を小さくすることが可能となる。本実施の形態ではｚ軸位置センサ９は表示パネル２と接触する位置に設置されているが、この場合、ｚ軸位置センサ９はパネル支持部材４と接触するような位置に設置すればよい。
【００２６】
さらに、本実施の形態では表示パネル２のｚ軸方向の高さ位置を検出するための手段として、接触式のセンサであるｚ軸位置センサ９を用いたが、表示パネル２またはパネル支持部材４のｚ軸方向位置を検出する目的を達成できる方式であれば、センシング方式は限定されない。例えば、ｚ軸位置センサ９に非接触式の光学センサを用いることも可能である。
【００２７】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、表示画像領域でパネル支持力を弱くしていたが、本実施の形態２では、表示画像領域でパネル支持力を強くする場合について説明する。図６は本実施の形態２の動作を説明する図である。なお、本実施の形態２における触覚提示入力装置の機構及びシステム構成は、実施の形態１と同一であり、アクチュエータ６の動作が表示画像領域と表示画像領域以外の領域で実施の形態１と逆になる。
図６（ａ）はタッチパネル１と表示パネル２をタッチパネル１の表面垂直方向から見た平面図であり、ボタン画像２ａが表示パネル２に表示されている状態を示す。ユーザが表示画面を見ないでボタン画像２ａの位置を探す場合、ユーザは指１０でタッチパネル１の表面を走査する状態になる。このユーザの指１０が図６に示すｘ軸方向にボタン画像２ａを探す動作及びそのときの触覚提示入力装置の動作を図６（ｂ）〜（ｄ）に示す。
【００２８】
図６（ｂ）に示すように、ユーザの指１０が表示パネル２のボタン画像２ａ以外の表示パネル２の左側の領域に対応するタッチパネル１に位置する場合は、タッチパネル駆動部１０２からの信号によりタッチパネル１とユーザの指やペン等の接触子が接触している位置がボタン画像２ａ以外の領域に対応するタッチパネル１の位置情報を制御部１０７に送る。制御部１０７はボタン画像２ａ以外の領域に対応するタッチパネル１の位置情報によりアクチュエータ６の駆動を解除するようにアクチュエータ駆動部１０３に信号を送る。アクチュエータ駆動部１０３はこの信号でアクチュエータ６の駆動を解除する。パネル支持部材４と一体に構成されたタッチパネル１は弾性支持部材５だけで支持される状態となる。このとき、ユーザの指１０が受ける抗力Ｎ２は比較的小さく、ユーザは軟らかい物体に触れているかのような触覚を得る。
【００２９】
次に、指１０をｘ軸方向右側に走査させて、図６（ｃ）に示すようにボタン画像２ａが表示されている領域に対応するタッチパネル１の領域に指１０が位置した場合について説明する。
タッチパネル駆動部１０２のタッチ位置検出機能により、ユーザの指１０が、ボタン画像２ａが表示されている領域に対応するタッチパネル１の領域に位置したことを検出し、この位置情報が制御部１０７に送られる。すると、制御部１０７からの信号によりアクチュエータ駆動部１０３の動作によりアクチュエータ６は、パネル支持部材４を筐体7に押し付ける（ｚ軸方向に押し上げる）向きに駆動される。この場合、タッチパネル１の支持力（パネル支持力）が強くなるため、ユーザの指１０が受ける抗力Ｎ１はＮ２よりも大きくなり、ユーザはボタン画像２ａ以外の領域に触れていたときよりも、硬い触覚を得る。なお、パネル支持力の強さは、アクチュエータ６の駆動量や圧力センサ８により検出されるアクチュエータ６とパネル支持部材４との接触圧力を制御することにより調整可能である。
【００３０】
次に、再び指１０をｘ軸方向右側に走査させて、図６（ｄ）に示すようにボタン画像２ａ以外の領域に対応するタッチパネル１の領域に指１０が位置したときは、タッチパネル駆動部１０２のタッチ位置検出機能により、ユーザの指１０が、ボタン画像２ａが表示されている領域以外に対応するタッチパネル１の領域に位置したことを検出し、この位置情報が制御部１０７に送られ、制御部１０７からの信号により、アクチュエータ駆動部１０３によるアクチュエータ６の駆動が解除され、パネル支持部材４と一体に構成されたタッチパネル１は弾性支持部材５だけで支持される状態となり、パネル支持力が弱くなることで、ユーザの指１０はパネル面から抗力Ｎ２を受け、再び軟らかい触覚を得る。
【００３１】
図６（ｅ）はｘ軸方向に対するユーザの指１０がタッチパネル１の面から受ける抗力を表したグラフであり、ボタン画像２ａが位置するｘ１からｘ２の間では、抗力Ｎが大きくなることを示す。本実施の形態では，表示画像領域の抗力が大きくなるようにアクチュエータ６を制御しているので，ユーザは表示画像領域が凸形状にあるかのうような触覚を得ることができる．
このように抗力の違いを検知することで、表示パネル２に表示されたボタン画像２ａの位置を検知することが可能となる。また、ユーザの指１０がボタン画像２ａの表示されている領域に対応するタッチパネル１の領域に位置したことを検出した際に、制御部１０７からの制御信号により音声発生機構駆動部１０６が図示しない音声発生機構を動作させ、ユーザの指１０がタッチしている位置を音声情報でユーザに伝達するようにすることで、ユーザは触覚と聴覚の両方から表示画像の位置を確認することができる。
【００３２】
図６（ｃ）に示すように、ユーザがタッチパネル１から受ける抗力の違いによりボタン画像２ａの位置を検知した状態から、次にボタン操作を実行する場合について説明する。
図７は本実施の形態２において、ユーザが表示パネル２に表示された仮想ボタン（ボタン画像２ａ）を押す際の動作における、触覚提示入力装置の動作を示す図である。
【００３３】
図７（ａ）は図６（ｃ）に示す状態から、ユーザの指１０がタッチパネル１をさらに強く押し込む状態を示した図である。図７（ａ）の状態では、アクチュエータ６とパネル支持部材４の接触圧力Ｐは図６（ｃ）の状態よりも大きくなる。圧力センサ８により検出される圧力Ｐが、予め決められた閾値圧力Ｐ０を上回った場合、図７（ｂ）に示すようにアクチュエータ６によるパネル支持力を解除する。そして、図７（ｃ）に示すように、タッチパネル１は表示パネル２がｚ軸位置センサ９と接触するまでｚ軸方向下側に押し込まれる。ｚ軸位置センサ９が表示パネル２を検出したら、ボタン画像２ａに割り当てられた処理が実行される。以上の動作により、あたかもボタンを押したかのような操作感を得ることができる。
【００３４】
図８は、実施の形態２の動作工程を示すフローチャートである。まず、制御部１０７の制御信号によりアクチュエータ駆動部１０３がアクチュエータ６の駆動を解除（ＯＦＦ）して、タッチパネル１のｚ軸方向支持力を減少させる（ステップＳＴ１）。次に、タッチパネル駆動部１０３によりユーザの指１０のタッチ位置を検出し（ステップＳＴ２）、タッチ位置が表示画像領域（本実施の形態ではボタン画像２ａ）内に位置するかどうかを制御部１０７が判定する（ステップＳＴ３）。タッチ位置が表示画像領域内に位置しない場合はアクチュエータ６の駆動をＯＦＦにしたまま、ステップＳＴ２とステップＳＴ３の処理を繰り返す。
【００３５】
ユーザの指１０のタッチ位置が表示画像領域内に位置する場合は、アクチュエータ駆動部１０３がアクチュエータ６の駆動をＯＮにして、タッチパネル１のｚ軸方向支持力を増加させる（ステップＳＴ４）。そして、圧力センサ駆動部１０４によりアクチュエータ６とパネル支持部材４との接触圧力Ｐを検出して、制御部１０７において予め設定された圧力Ｐ０と検出した接触圧力Ｐを比較する（ステップＳＴ５）。接触圧力ＰがＰ＜Ｐ０の場合はステップＳＴ３以降の処理を繰り返す。接触圧力ＰがＰ≧Ｐ０の場合は、制御部１０７によりアクチュエータ６の駆動をＯＦＦにして（ステップＳＴ６）、表示パネル２のｚ軸位置がｚ軸位置センサ９に接触することを検出されたら（ステップＳＴ７）、制御部１０７は表示画像に割当てられた処理を実行する（ステップＳＴ８）。
【００３６】
本実施の形態によれば、表示パネル２に表示されたボタン画像２ａの領域に対応するタッチパネル１の領域にユーザの指１０が位置した際に、パネル支持力を強く制御することにより、実在のボタンのような硬い物体に触れているような触覚を得ることができ、あたかも実在のボタンを操作するような感覚を得ることが可能となる。
尚、本実施の形態では、表示パネル２に表示されたボタン画像２ａを探すために、ユーザの指１０をｘ軸方向に走査させる場合について説明したが、ｙ軸方向についてもｘ軸の場合と同様にアクチュエータ６を制御することによって、ボタン画像２ａの位置を触覚により知覚することができる。また、本実施の形態ではタッチパネル１と表示パネル２を一体に構成していたが、タッチパネル１と表示パネル２を分離して、表示パネル２は筐体７に固定するように構成してもよい。この場合、ｚ軸位置センサ９はパネル支持部材４と接触するような位置に設置すればよい。
【００３７】
また、本実施の形態では表示パネル２のｚ軸方向の高さ位置を検出するための手段として、接触式のセンサであるｚ軸位置センサ９を用いたが、表示パネル２またはパネル支持部材４のｚ軸方向位置を検出する目的を達成できる方式であれば、センシング方式は限定されない。例えば、ｚ軸位置センサ９に非接触式の光学センサを用いることも可能である。
【００３８】
上記本実施の形態１、２では、表示パネル２に１つのボタン画像２ａが表示された場合について説明したが、表示パネル２に複数のボタン画像が表示された場合でも、図５、図８に示すフローチャートのステップＳＴ１〜ステップＳＴ３の処理を繰り返すことにより、ユーザは表示画面を見なくても、複数のボタン画像の位置を認識することができる。この際、複数のボタン画像種類の識別は、音声発生機構部１０６からボタン種類に関する情報を音声でユーザに伝えることで可能となる。
【００３９】
実施の形態３．
実施の形態１、２では、タッチパネル１表面垂直方向に可動支持した場合について説明したが、本実施の形態３では、タッチパネル１のｘ軸方向とｙ軸方向及びｚ軸方向に可動支持する場合の触覚提示入力装置の動作について説明する。
【００４０】
図９は、本実施の形態３における触覚提示入力装置の構成を示す断面図、図１０は本実施の形態３における触覚提示入力装置のタッチパネル１の支持構成を示す平面図である。図９，図１０において，６ｚはタッチパネル１のｚ軸方向の支持力を制御するためのアクチュエータ、６ｘはタッチパネル１のｘ軸方向の支持力を制御するためのアクチュエータ，６ｙはタッチパネル１のｙ軸方向の支持力を制御するためのアクチュエータである。１０ｚは筐体７に対してタッチパネル１をz軸方向（パネル面垂直方向）に支持するスプリングボールプランジャーであり、１０ｘはｘ軸方向，１０ｙはｙ軸方向（パネル面水平方向）に移動可能に支持するスプリングボールプランジャーである。
図１０に示すように、パネル支持部材４はタッチパネル１の４辺に、また、スプリングボールプランジャー１０ｘ、１０ｙ及びアクチュエータ６ｘ、６ｙは、タッチパネル１の対向する２辺にそれぞれ設置されている。
さらに、パネル支持部材４にはアクチュエータ６ｘ、６ｙとパネル支持部材４との接触圧力を検出するための高分子厚膜フィルム等からなる圧力センサ８がアクチュエータ６zに対する圧力センサ８と同様な構造で設けられている。
【００４１】
図１１はスプリングボールプランジャー１０ｚ、１０ｘ、１０ｙの構成を示す断面図である。スプリングボールプランジャー１０ｚ、１０ｘ、１０ｙは、それぞれハウジング１０ｂ内で回転自由に支持されたボール１０ａとスプリング１０ｃから構成される。ボール１０ａは、無負荷状態ではハウジング１０ｂから一部が飛び出した状態で支持されており、ボール１０ａを介してスプリング１０ｃの圧縮方向に負荷がかかると、ボール１０ａはハウジング１０ｂ内に移動する。このときの最大移動量はＳとなる。
【００４２】
スプリングボールプランジャー１０ｚ、１０ｘ、１０ｙはそれぞれパネル支持部材４と接触するように筐体７に設置されており、ｚ軸方向においては、スプリング１０ｃの反力により、タッチパネル１と表示パネル２と一体に構成されたパネル支持部材４を、弾性部材３を介して筐体７に押し付けるように構成されている。
ｘ軸、ｙ軸方向に関しては、スプリングボールプランジャー１０ｘ、１０ｙはスプリング１０ｃに負荷がかからない程度にパネル支持部材４と接触するように設置されており、タッチパネル１は筐体７に対して、ｘ軸、ｙ軸方向に最大で±Ｓ移動することが出来るように構成されている。
【００４３】
また、本実施の形態では、アクチュエータ６ｘ、６ｙ、６ｚとパネル支持部材４に設置された圧力センサ８とは、その摩擦が少なくなるように構成されており、パネル支持部材４との接触面でスプリングボールプランジャー１０ｘ、１０ｙ、１０ｚのボール１０ａが転がるので、パネル支持部材４と一体に構成されたタッチパネル１はｘ、ｙ、ｚ軸方向にスムーズな移動が可能となる。
その他の構成は実施の形態１と同じである。
【００４４】
次に、実施の形態３における触覚提示入力装置の動作について図１２を用いて説明する。本実施の形態では、表示パネル２に表示された複数のボタン画像位置をユーザに触覚提示する場合について説明する。
図１２（ａ）は表示パネル２に表示された４つのボタン画像２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅを示し、図１２（ｂ）は、前記４つのボタン画像をユーザに触覚提示する際のアクチュエータ６ｘ、６ｙ、６ｚの駆動（ＯＮ／ＯＦＦ）状態Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを示すタイミングチャート、図１２（ｃ）は前記Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅにおけるタッチパネル１のｘｙ平面内の移動可能方向を示す図である。
尚、本実施の形態３では、表示画像領域でｚ軸方向のパネル支持力を強くする場合について説明する。 
【００４５】
ユーザが表示パネル２の表示画像領域以外に対応するタッチパネル１の領域に触れた場合は、アクチュエータ６ｘ、６ｙ、６ｚの駆動をＯＦＦにする。この場合、タッチパネル１はｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向に移動可能な状態となり、ユーザは軟らかい物体に触れているような触覚を得る。
表示パネル２のボタン画像２ｂが表示されている領域に対応するタッチパネル１の領域にユーザが触れた場合（図１２の状態Ｂ）は、アクチュエータ６ｘ、６ｙ、６ｚの駆動をＯＮにする。この場合、タッチパネル１はｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向の移動の自由度が拘束された状態（図１２（ｃ）のＢ）となり、ユーザは硬い物体に触れているような触覚を得る。
【００４６】
表示パネル２のボタン画像２ｃが表示されている領域に対応するタッチパネル１の領域にユーザが触れた場合（図１２の状態Ｃ）は、アクチュエータ６ｘ、６ｚの駆動をＯＮ、アクチュエータ６ｙの駆動をＯＦＦにする。この場合、タッチパネル１はｘ軸、ｚ軸方向の移動の自由度が拘束されｙ軸方向だけに移動可能な状態となる。前記状態においてユーザが指を動かすと、ユーザはボタン画像２ｂが表示されている領域に対応するタッチパネル１の領域に触れたときとは異なる触覚を得ることができる。
【００４７】
表示パネル２のボタン画像２ｄが表示されている領域に対応するタッチパネル１の領域にユーザが触れた場合（図１２の状態Ｄ）は、アクチュエータ６ｙ、６ｚの駆動をＯＮ、アクチュエータ６ｘの駆動をＯＦＦにする。この場合、タッチパネル１はｙ軸、ｚ軸方向の移動の自由度が拘束されｘ軸方向に移動可能な状態となる。前記状態においてユーザが指を動かすと、ユーザはボタン画像２ｂ、２ｃが表示されている領域に対応するタッチパネル１の領域に触れたときとは異なる触覚を得ることができる。
【００４８】
表示パネル２のボタン画像２ｅが表示されている領域に対応するタッチパネル１の領域にユーザが触れた場合（図１２の状態Ｅ）は、アクチュエータ６ｚの駆動をＯＮ、アクチュエータ６ｘ、６ｙの駆動をＯＦＦにする。この場合、タッチパネル１はｚ軸方向の自由度が拘束されｘ軸及びｙ軸方向に移動可能な状態となる。前記状態においてユーザが指を動かすと、ユーザはボタン画像２ｂ、２ｃ、２ｄに触れたときとは異なる触覚を得ることができる。
【００４９】
尚、ユーザがタッチパネル１に触れながら指を動かしてタッチパネル１をｘｙ平面内に動かす場合、タッチパネル１のｘ軸、ｙ軸方向の最大移動量は各方向で±Ｓとなるが、タッチパネル１の移動量が±Ｓを越えたときは、ユーザが指をｘ軸あるいはｙ軸方向に動かす力が、指とタッチパネル１との間の静止摩擦力を上回り、指とタッチパネル面の間で滑りが生じる。前記滑りが生じると、スプリングボールプランジャー１０ｘあるいは１０ｙのスプリング１０ｃの復元力により、タッチパネル１のｘｙ平面位置は初期状態に戻る。そして再度ユーザの指がタッチパネル１に触れて、タッチパネル１はｘ軸、ｙ軸方向に最大±Ｓの距離だけ移動可能となる。前記動作を繰り返すことにより、ユーザはタッチパネル１がｘ軸、ｙ軸方向に±Ｓ以上の距離を動いているように感じることができる。
【００５０】
このように、タッチパネル１上のユーザの指の位置を検出して、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向のタッチパネル１の支持力を制御することにより、ユーザは表示画面を見なくても、触覚により複数の表示画像位置を知覚することができる。
【００５１】
尚、本実施の形態３では、表示画像領域でｚ軸方向のパネル支持力を強くする場合について述べたが、表示画像領域でｚ軸方向のパネル支持力が弱くなるように制御する場合は、画像表示領域に対応するタッチパネル１の領域にユーザが触れた場合はアクチュエータ６ｚの駆動をＯＦＦにして、画像表示領域以外の領域に対応するタッチパネル１の領域にユーザが触れた場合にはアクチュエータ６ｚの駆動をＯＮとすることで、実施の形態３と同様の効果が得られる。
【００５２】
また、図１３に示すように、画像表示領域（図１３（ａ）の２ｂ〜２ｈ）でｚ軸方向のパネル支持力を制御するアクチュエータ６ｚおよびアクチュエータ６ｘ、６ｙを図１３（ｂ）のようにＯＮ、ＯＦＦ駆動することにより、実施の形態３よりも多くの表示画像位置をユーザに触覚提示することができる。
【００５３】
尚、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
この発明によれば、画像表示パネルとタッチパネルを組み合わせた表示装置において、画像表示したタッチ操作用画像を、ユーザは表示パネルの表示画面を見なくても、触覚により表示画像位置を知覚することができ、モバイル端末のみならず画像表示パネルとタッチパネルを組み合わせた表示装置を備えた電子機器に適用可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１；タッチパネル、２；表示パネル、２ａ；ボタン画像、３；クッション材、４；パネル支持部材、５；弾性支持部材、６、６ｘ、６ｙ、６ｚ；アクチュエータ、７；筐体、８；圧力センサ、９；ｚ軸位置センサ、１０；ユーザの指、１０ｚ、１０ｘ、１０ｙ；スプリングボールプランジャー、１０ａ；ボール、１０ｂ；ハウジング、１０ｃ；スプリング、１０１；表示パネル駆動部、１０２；タッチパネル駆動部、１０３；アクチュエータ駆動部、１０４；圧力センサ駆動部、１０５；ｚ軸位置センサ駆動部、１０６；音声発生機構駆動部、１０７；制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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