(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報表示装置であって、
(a)  情報を可変に表示可能な情報表示面と、
(b)  所定の操作面を有し、前記情報表示面上に配置された透明または半透明の操作部と、
(c)  前記操作部と結合し、力学的作用と電気信号とを双方向で変換可能な複数の単位機能手段を備える双方向機能手段と、
(d)  前記操作面に与えられた操作力によって前記双方向機能手段から発生する電気信号を操作信号として取出す操作信号取出し手段と、
(e)  前記複数の単位機能手段から発生する複数の電気信号に基づいて、前記操作面上の操作位置を表現した位置信号を生成する位置信号発生手段と、
(f)  前記操作信号に応答して前記双方向機能手段に電気的な駆動信号を送出する駆動制御手段と、
を備え、
前記駆動信号によって前記双方向機能手段で生ずる力学的反応が前記操作面に伝達されて操作者の触感として感得されるとともに、
前記駆動制御手段が、
(e-1)  前記操作信号と所定の閾値とを比較し、前記操作信号が前記閾値を越えるときに電気的な駆動信号を前記双方向機能手段に送出する操作信号判定手段と、
(e-2)  前記操作面において前記操作位置が属する領域ごとに前記閾値を可変に保持する閾値保持手段と、
を有することを特徴とする情報表示装置。
【請求項２】
請求項１の情報表示装置であって、
前記操作信号判定手段は、前記操作信号の大きさに応じて前記駆動信号のモードを変更することを特徴とする情報表示装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２の情報表示装置であって、
前記複数の単位機能手段として、２次元的に分散配置された３以上の単位機能手段を有することを特徴とする情報表示装置。
【請求項４】
請求項３の情報表示装置であって、
前記操作面は略矩形面であり、
前記複数の単位機能手段として、前記略矩形面のほぼ４隅に配置された４個の単位機能手段を有することを特徴とする情報表示装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかの情報表示装置であって、
前記駆動制御手段は、前記位置信号に応じて前記駆動信号のモードを変更することを特徴とする情報表示装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかの情報表示装置であって、
(g)  前記操作信号が前記閾値を越えるときに前記位置信号の発生を所定の情報処理手段に伝達する論理ゲート手段、
をさらに備えることを特徴とする情報表示装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかの情報表示装置であって、
前記双方向機能手段は、圧電素子を含むことを特徴とする情報表示装置。
【請求項８】
所定の主面を有する携帯可能なハウジングに収容され、操作面が前記主面に露出して可搬型とされた請求項１ないし請求項７のいずれかの情報表示装置。
【請求項９】
請求項８の情報表示装置であって、
前記ハウジングの前記主面以外の面に固定的に配置され、前記表示面の表示内容に応じた操作を受け付ける１または複数の操作スイッチ、
をさらに備えることを特徴とする情報表示装置。
【請求項１０】
操作入力装置であって、
(a)  所定の操作面を有する操作部と、
(b)  前記操作部と結合し、力学的作用と電気信号とを双方向で変換可能な複数の単位機能手段を備える双方向機能手段と、
(c)  前記操作面に与えられた操作力によって前記双方向機能手段から発生する電気信号を操作信号として取出す操作信号取出し手段と、
(d)  前記複数の単位機能手段から発生する複数の電気信号に基づいて、前記操作面上の操作位置を表現した位置信号を生成する位置信号発生手段と、
(e)  前記操作信号に応答して前記双方向機能手段に電気的な駆動信号を送出する駆動制御手段と、
を備え、
前記駆動信号によって前記双方向機能手段で生ずる力学的反応が前記操作面に伝達されて操作者の触感として感得されるとともに、
前記駆動制御手段が、
(e-1)  前記操作信号と所定の閾値とを比較し、前記操作信号が前記閾値を越えるときに電気的な駆動信号を前記双方向機能手段に送出する操作信号判定手段と、
(e-2)  前記操作面において前記操作位置が属する領域ごとに前記閾値を可変に保持する閾値保持手段と、
を有することを特徴とする操作入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえばＦＡ（ファクトリーオートメーション）機器、自動販売機、自動券売機、現金自動出納機、家庭電化製品、医療用の操作機器、情報機器、携帯情報端末、ゲーム機などに用いられる情報表示装置および操作入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
操作入力機能を有する情報表示装置のひとつとして、ディスプレイ上にタッチパネルを配置したものが広く使用されている。タッチパネルは極めて薄型であり、また、スイッチとして使用できる領域の選択の自由度が高いという利点を有する。
【０００３】
ところが、その反面で、タッチパネルはその押し込みストロークがほぼゼロであるために操作入力を行ったという感触（操作感）に欠けており、操作者としても実際に操作入力が装置側で受け付けられたかどうかについて不安感を持つ場合が多い。
【０００４】
このような事情に対応して、操作入力が実際に受け付けられた際には操作箇所の表示色を変化させたりフラッシュさせるなどの視覚的反応や、電子音を発生するなどの聴覚的反応を生じさせるような工夫もなされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しなしながら、視覚的反応を利用した装置では、操作者の指に隠れて表示色の変化が見にくくなるという問題がある。また、表示色の変化が微妙である場合には、弱視などの視覚障害者には認識が困難である。
【０００６】
また、聴覚的反応を利用した装置では、周囲の騒音に紛れて電子音を聞き逃す場合もある。これを防止するには電子音を大きくすることもできるが、そのようにすると、たとえば複数の自動券売機を配列してあるような場所では、どの自動券売機からの電子音であるかがわからなくなる。さらに、携帯電話のような場合には電子音を過大にすると周辺の迷惑になる。また、聴覚障害者には電子音による反応を聞き取ることができない。
【０００７】
以上はタッチパネルを使用した装置の場合について説明したが、これらの課題は、タッチパネルを使用した情報表示装置に限らず、操作部が実質的な押し込みストロークを持たないような情報表示装置に共通の課題となっている。
【０００８】
【発明の目的】
この発明は上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、操作部が実質的な押し込みストロークを持たなくても確実な操作感を与えることができる情報表示装置を提供することを第１の目的とする。
【０００９】
この発明の第２の目的は、表示面や操作面の付近の部品点数を減少させたシンプルな情報表示装置を実現することである。
【００１０】
また、この発明の第３の目的は、指を表示画面上ですべらせつつ目的の操作領域に到達させる操作方法（なぞり操作）を許容し、そのようななぞり操作においては目的の操作領域で実際に押圧操作を行うまでは装置側が誤った反応を示さないようにすることである。
【００１１】
さらに、この発明の第４の目的は、押圧操作を行った場所や操作力によって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ことである。
【００１２】
さらに、この発明の第５の目的は、表示面や操作面の面積を広げた装置を提供することである。
【００１３】
また、上記のような情報表示装置を実現する原理を利用した操作入力装置を提供することをも、この発明の目的のひとつとしている。
【００１４】
【発明の基本的原理】
上記の第１の目的に対応して、この発明では、操作入力に対する装置側からの応答として、操作面の振動や微少変位などの力学的反応を利用する。たとえば、圧電素子（すなわち圧電振動子ないしはピエゾ素子）などを利用することによって操作面を振動させ、それによって操作者に確実な操作感を与えることができる。
【００１５】
ところで、操作入力機能を有する情報表示装置の基本的要請として、操作面への操作入力を検知することが必要である。したがって、操作面に振動などの力学的反応を生じさせるように構成した装置においては、操作入力を検知する機能と、力学的反応を生成する機能との双方を持たせなければならない。
【００１６】
ここにおいて、この発明の発明者は、圧電素子などが、力学的作用と電気信号とを双方向で変換可能な機能手段（以下、「双方向機能手段」）であることに着目する。すなわち、このような双方向機能手段においては、電気信号を印加すれば振動などの力学的反応を生じる一方、この双方向機能手段に押圧力を加えると電圧などの電気的反応を生じる。
【００１７】
そこで、このような双方向機能手段の特性を積極的に利用して、操作検知機能と力学的反応発生機能とをひとつ（ないしは１組）の双方向機能手段によって兼用的に実現させることが、この発明の基本原理である。
【００１８】
ずなわち、この発明では双方向機能手段の諸機能のうち、「力学的圧力から電圧（または電流）への変換機能」によって操作入力の検知が行われ、「電圧（または電流）から力学的反応への変換機能」によって、操作面への力学的反応を生じさせる。
【００１９】
これによって、部品点数を増やすことなく、確実な操作感を与えることができる。
【００２０】
【課題を解決するための具体的構成】
上記の原理に従って構成された請求項１の発明の情報表示装置は、(a)  情報を可変に表示可能な情報表示面と、(b)  所定の操作面を有し、前記情報表示面上に配置された透明または半透明の操作部と、(c)  前記操作部と結合し、力学的作用と電気信号とを双方向で変換可能な複数の単位機能手段を備える双方向機能手段と、(d)  前記操作面に与えられた操作力によって前記双方向機能手段から発生する電気信号を操作信号として取出す操作信号取出し手段と、(e)  前記複数の単位機能手段から発生する複数の電気信号に基づいて、前記操作面上の操作位置を表現した位置信号を生成する位置信号発生手段と、(f)  前記操作信号に応答して前記双方向機能手段に電気的な駆動信号を送出する駆動制御手段とを備える。
【００２１】
そして、前記駆動信号によって前記双方向機能手段で生ずる力学的反応が前記操作面に伝達されて操作者の触感として感得されるとともに、前記駆動制御手段が、(e-1)  前記操作信号と所定の閾値とを比較し、前記操作信号が前記閾値を越えるときに電気的な駆動信号を前記双方向機能手段に送出する操作信号判定手段と、(e-2)  前記操作面において前記操作位置が属する領域ごとに前記閾値を可変に保持する閾値保持手段とを有する。
【００２３】
請求項２の発明では、請求項１の情報表示装置において、前記操作信号判定手段は、前記操作信号の大きさに応じて前記駆動信号のモードを変更することを特徴とする。
【００２５】
請求項３の発明では、請求項１または請求項２の情報表示装置において、前記複数の単位機能手段として、２次元的に分散配置された３以上の単位機能手段を有する。
【００２６】
請求項４の発明では、請求項３の情報表示装置において、前記操作面は略矩形面であり、前記複数の単位機能手段として、前記略矩形面のほぼ４隅に配置された４個の単位機能手段を有する。
【００２９】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの情報表示装置であって、前記駆動制御手段は、前記位置信号に応じて前記駆動信号のモードを変更する。
【００３０】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかの情報表示装置であって、(g)前記操作信号が前記閾値を越えるときに前記位置信号の発生を所定の情報処理手段に伝達する論理ゲート手段をさらに備える。
【００３１】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかの情報表示装置であって、前記双方向機能手段は、圧電素子を含む。
【００３２】
請求項８の発明では、所定の主面を有する携帯可能なハウジングに収容され、操作面が前記主面に露出して可搬型とされた請求項１ないし請求項７のいずれかの情報表示装置を提供する。
【００３３】
請求項９の発明は、請求項８の情報表示装置であって、前記ハウジングの前記主面以外の面に固定的に配置され、前記表示面の表示内容に応じた操作を受け付ける１または複数の操作スイッチをさらに備える。
【００３６】
また、請求項１０の発明は、請求項１〜請求項９の発明のうち、表示面の有無を問わずに、押圧力の検出とそれによる力学的反応の部分に着目して構成されている。
【００３７】
すなわち、請求項１０の発明の操作入力装置は、(a)所定の操作面を有する操作部と、(b)前記操作部と結合し、力学的作用と電気信号とを双方向で変換可能な複数の単位機能手段を備える双方向機能手段と、(c)前記操作面に与えられた操作力によって前記双方向機能手段から発生する電気信号を操作信号として取出す操作信号取出し手段と、(d)前記複数の単位機能手段から発生する複数の電気信号に基づいて、前記操作面上の操作位置を表現した位置信号を生成する位置信号発生手段と、(e)前記操作信号に応答して前記双方向機能手段に電気的な駆動信号を送出する駆動制御手段とを備えている。
【００３８】
そして、前記駆動信号によって前記双方向機能手段で生ずる力学的反応が前記操作面に伝達されて操作者の触感として感得されるとともに、前記駆動制御手段が、(e-1)前記操作信号と所定の閾値とを比較し、前記操作信号が前記閾値を越えるときに電気的な駆動信号を前記双方向機能手段に送出する操作信号判定手段と、(e-2)前記操作面において前記操作位置が属する領域ごとに前記閾値を可変に保持する閾値保持手段とを有する。
【００４０】
【発明の実施の形態】
＜1.  第１実施形態＞
＜1-1. 装置の概要＞
図１は、この発明の第１実施形態の情報表示装置１００を組み込んだシステム例としての、現金自動出納機（ＡＴＭ）１の斜視図である。この現金自動出納機１は筐体２の前面に、現金出納部３と、カードおよび通帳挿入部４とを備えている。また、情報入出力部５が配置されており、情報表示装置１００はこの情報入出力部５に使用されている。
【００４１】
図２は、情報表示装置１００の外観図である。図１で示した利用例では情報表示装置１００は主面を略上方に向けて配置してあるが、図２においてはこの情報表示装置１００を立てて図示している。
【００４２】
図２において、この情報表示装置１００は略箱状のハウジング１０１を備えており、このハウジング１０１に収容された部分は、操作者側に面した表示操作部ＤＰと、その裏側の制御回路部ＣＴとに大別されている。
【００４３】
ハウジング１０１の主面ＭＳには略矩形の操作面１１が露出している。この操作面１１は透明または半透明であり、操作面１１を介して情報表示面２１（図３参照）の表示内容を目視することができる。また、固定の押しボタンスイッチ１０２も主面ＭＳ上に配置しておくことができる。
【００４４】
図３は、図２のIII−III断面のうち表示操作部ＤＰに相当する部分を示す一部省略断面図である。また、図４は図３のIV方向から見た透視平面図である。図３において、この表示操作部ＤＰは窓４１を有するケース４０内に液晶表示パネル２０を収容しており、この液晶表示パネル２０の主面が情報表示面２１となっている。
【００４５】
図４に示すように、液晶表示パネル２０の四隅にそれぞれ隣接して、４個の圧電素子Ｅ1〜Ｅ4が配置されている。圧電素子Ｅ1〜Ｅ4は、力学的作用と電気信号とを双方向で変換可能な双方向機能手段３０の要素としての単位機能手段である。  これらの圧電素子Ｅ1〜Ｅ4は図３のケース４０の底面に固定されており、それらの頂部によって透明または半透明の操作パネル１０の四隅付近が支持されている。この操作パネル１０はたとえばガラス板、アクリル板などであり、略矩形の平面形状を有している。
【００４６】
液晶表示パネル２０には種々の情報を可変に表示可能であるが、図４の例では銀行の自動現金出納のメニューが表示されている。これらのメニューが表示された領域Ｒ1〜Ｒ7は銀行利用者による操作領域ともなっている。たとえば、「お預入れ」が表示された領域Ｒ1の上を銀行利用者が指で所定以上の力で押圧すると、後述する動作によってこの情報表示装置１００は「お預入れ」が選択されたことを検知し、銀行のホストコンピュータにその旨を通知するとともに、現金を受け入れることができるような状態になる。また、それに同期して、この情報表示面２１における表示は、現金の受け入れのためのガイダンスおよび新たな操作メニューが表示された画面へと変化する。なお、この操作領域Ｒ1〜Ｒ7の大きさと位置は任意に設定可能である。また、図４中の領域Ｒ0は、情報表示面２１のうち操作領域Ｒ1〜Ｒ7となっていない領域を示している。
【００４７】
そして、この第１実施形態の装置では、銀行利用者が操作領域Ｒ1〜Ｒ7のいずれを押圧したかを検知するための検知手段と、その押圧に応じて操作パネル１０を細かく振動させるための駆動手段との双方を兼ねた要素として、図３の圧電素子Ｅ1〜Ｅ4が利用されている。
【００４８】
＜1-2. 操作位置の検知原理＞
この装置における残余の構成を説明する前に、操作領域Ｒ1〜Ｒ7のいずれが押圧されたかを圧電素子Ｅ1〜Ｅ4を用いて検知する原理について説明しておく。
【００４９】
図５はこの原理を説明するためのモデル図であり、図５(a)は任意の２次元的形状を有する操作パネル１０Ｍと、その外周付近に沿って配列させたｎ個の圧電素子Ｅ1〜Ｅnを示している。また、図５(b)はその立面図である。ここで、数ｎは３以上の整数である。
【００５０】
また、任意の点を原点Ｏとし、この操作パネル１０Ｍの板面に平行な面内をＸＹ面とするような直角座標系ＸＹＺが定義されている。そして、点Ｐ（ｘ，ｙ）の位置を下向きに押圧力Ｆで操作パネル１０Ｍを押圧した場合を想定する。このとき、点ＰのＸＹ座標値である（ｘ，ｙ）を、圧電素子Ｅ1〜Ｅnの機能によって検知する原理は以下の通りである。なお、点ＰのＺ座標についてはそれが操作パネル１０Ｍの板面上にあることは自明であり、また、操作パネル１０ＭでのＸＹ方向の操作位置を知れば十分であるから、点ＰのＺ座標は具体的に求める必要はない。
【００５１】
まず、圧電素子Ｅk（ｋ＝１〜ｎ）のＸＹ座標を（ｘk，ｙk）とすると、これらは設計上からの既知の値である。また、各圧電素子Ｅ1〜Ｅnは、その双方向変換機能により圧力を加えるとその両端に電圧が生じるため、それによってそれらの圧電素子Ｅ1〜Ｅnに加わった力ｆk（ｋ＝１〜ｎ）を知ることができる。この力ｆ1〜ｆnは操作パネル１０Ｍから見ると上向きに働く反作用になる。
【００５２】
このとき、自重Ｗを有する操作パネル１０Ｍについて押圧力Ｆと圧電素子Ｅ1〜Ｅnに加わった力ｆ1〜ｆnとを考慮したＺ方向の力の平衡から、
【００５３】
【数１】
Ｆ＋Ｗ−Σｆk＝０
が成立する。ただし、この式および以下の各式において総和記号Σは、添字ｋについての１〜ｎまでの和を示す。
【００５４】
次に、Ｘ軸まわりおよびＹ軸まわりの力のモーメントの平衡から、
【００５５】
【数２】
Σｆｋ・ｘk＋Ｆ・ｘ＋Ｗ・ｘ0＝０
【００５６】
【数３】
Σｆｋ・ｙk＋Ｆ・ｙ＋Ｗ・ｙ0＝０
が成立する。ただし、（ｘ0，ｙ0）は操作パネル１０Ｍの重心のＸＹ座標であり、これも既知である。
【００５７】
数１および数２を変形すると、それぞれ
【００５８】
【数４】
ｘ＝−（Σｆｋ・ｘk＋Ｗ・ｘ0）／Ｆ
【００５９】
【数５】
ｙ＝−（Σｆｋ・ｙk＋Ｗ・ｙ0）／Ｆ
となるが、数１より、
【００６０】
【数６】
Ｆ＝Σｆk−Ｗ
であるから、これを数４，数５に代入して、
【００６１】
【数７】
ｘ＝−（Σｆｋ・ｘk＋Ｗ・ｘ0）／（Σｆk−Ｗ）
【００６２】
【数８】
ｙ＝−（Σｆｋ・ｙk＋Ｗ・ｙ0）／（Σｆk−Ｗ）
が得られる。
【００６３】
また、操作パネル１０Ｍの重心をＸＹＺ座標系の原点にとれば、ｘ0＝０，ｙ0＝０となるから、
【００６４】
【数９】
ｘ＝−（Σｆｋ・ｘk）／（Σｆk−Ｗ）
【００６５】
【数１０】
ｙ＝−（Σｆｋ・ｙk）／（Σｆk−Ｗ）
となる。
【００６６】
また、操作パネル１０Ｍが水平面から角度θ（図示せず）だけ傾いている場合は、数１は、
【００６７】
【数１１】
Ｆ＋Ｗ・ｃｏｓθ−Σｆk＝０
となり、それに応じて、数９，数１０は、
【００６８】
【数１２】
ｘ＝−（Σｆｋ・ｘk）／（Σｆk−Ｗ・COSθ）
【００６９】
【数１３】
ｙ＝−（Σｆｋ・ｙk）／（Σｆk−Ｗ・COSθ）
となる。
【００７０】
この数１２，数１３（または数７，数８；数９，数１０）が、圧電素子Ｅ1〜Ｅnでの力の力の検出値ｆk（ｋ＝１〜ｎ）から、操作点（押圧点）ＰのＸＹ座標（ｘ，ｙ）を求める一般式である。
【００７１】
これらの一般式を、本実施形態の操作パネル１０について具体化すると以下のようになる。すなわち、本実施形態の場合はｎ＝４であるため、図６に示すように圧電素子Ｅ1〜Ｅ4の配置を規定する矩形の辺長をそれぞれ２ａ，２ｂとし、この矩形の中心（重心）位置に座標原点Ｏをとると、数１２，数１３から、
【００７２】
【数１４】
ｘ＝ａ・{(ｆ1＋ｆ3)−(ｆ2＋ｆ4)}／(ｆ1＋ｆ3＋ｆ2＋ｆ4−Ｗ・COSθ)
【００７３】
【数１５】
ｙ＝ｂ・{(ｆ1＋ｆ2)−(ｆ3＋ｆ4)}／(ｆ1＋ｆ3＋ｆ2＋ｆ4−Ｗ・COSθ)
となる。
【００７４】
ここで、この実施形態のように情報表示装置１００を空間的に固定して利用する場合には操作パネル１０の自重成分Ｗ・ｃｏｓθをあらかじめ計測または計算しておくことができるが、後述する他の例のように可搬型の情報表示装置に利用する場合には傾き角度θが種々変化する。このような場合には自重成分Ｗ・ｃｏｓθは一定ではなくなるが、このような場合にも操作者による押圧操作位置を特定することができる。その理由は以下の通りある。
【００７５】
▲１▼まず、上記の圧電素子Ｅ1〜Ｅ4による力の検知量ｆ1〜ｆ4の和が所定の閾値以上の場合のみ有効とするように制御部を構成する。このとき、そのような閾値ｆhとして操作パネル１０の自重Ｗよりもかなり大きな値を設定しておけば、数１４，数１５の右辺の分母のうち、和（ｆ1＋ｆ3＋ｆ2＋ｆ4）の部分が（−Ｗ・COSθ）の部分よりもかなり大きくなるため、実質的に数１４，数１５の右辺の分母のうち、和（ｆ1＋ｆ3＋ｆ2＋ｆ4）の部分が主要部となる。このため、数１４，数１５の近似式として、
【００７６】
【数１６】
ｘ＝ａ・{(ｆ1＋ｆ3)−(ｆ2＋ｆ4)}／(ｆ1＋ｆ3＋ｆ2＋ｆ4)
【００７７】
【数１７】
ｙ＝ｂ・{(ｆ1＋ｆ2)−(ｆ3＋ｆ4)}／(ｆ1＋ｆ3＋ｆ2＋ｆ4)
としても誤差は少なく、これらの数１６，数１７を利用可能である。
【００７８】
▲２▼画面を指で操作するような情報表示装置では、押圧操作位置の特定にそれほど細かな精度は必要とされないことが多い。すなわち、図４の例では、操作領域Ｒ1〜Ｒ7のいずれを操作しているか、あるいはこれらのいずれも操作していないか、を特定すれば足りるのであるから、自重成分やその他の因子によって操作押圧位置の検出に若干の誤差が出ても十分に実用に耐える。好ましくは、操作領域Ｒ1〜Ｒ7は密に配置せず、相互間にある程度の間隔を隔てて配置する。これにより、操作領域の輪郭線付近での誤検出を防止できる。
【００７９】
以上のような理由によって、可搬型の情報表示装置でも上記の演算原理を適用可能である。なお、可搬型でなくても、押圧力の閾値ｆhとして操作パネル１０の自重Ｗよりも大きな値を設定しておく場合には、数９，数１０または数１６，数１７を近似式として使用することに問題はない。
【００８０】
＜1-3. 制御回路部ＣＴの構成と動作＞
次に、以上の原理を踏まえつつ、情報表示装置１００の制御回路部ＣＴ（図７）の構成と動作とを説明する。なお、ここでは制御回路部ＣＴをハード回路で構成した場合の例を示すが、マイクロコンピュータを使用してソフトウエアで実現してもよい。その場合には以下の各回路部分はマイクロコンピュータのＭＰＵおよびメモリによって機能的に実現される。
【００８１】
＜1-4. 圧電素子Ｅ1〜Ｅ4による押圧力検知＞
図７において、操作パネル１０に結合されている圧電素子Ｅ1〜Ｅ4のそれぞれの端子電圧ｅk（ｋ＝１〜４）は演算部５１に並列的に与えられる。
【００８２】
図８はこの演算部５１の内部構成を示している。演算部５１内の信号変換部５１ａには、圧電素子Ｅ1〜Ｅ4に加わる力と端子電圧との数値関係があらかじめ設定されている。圧電素子Ｅ1〜Ｅ4のそれぞれの端子電圧ｅkは、この信号変換部５１ａによって圧電素子Ｅ1〜Ｅ4に加わっている力ｆｋ（ｋ＝１〜４）を表現する信号Ｓｆkに変換され、これらの信号Ｓｆkは位置演算部５１ｂと操作力検出部５１ｃとに並列的に与えられる。
【００８３】
位置演算部５１ｂにはまた、定数記憶部５１ｃにあらかじめ記憶させておいた距離定数ａ、ｂ（図６参照）も与えられており、位置演算部５１ｂは既述した数１６，数１７によって操作点の位置座標（ｘ，ｙ）を算出する。なお、数１５，数１６のかわりに数１４，数１５を使用するときには、自重成分（Ｗ・ｃｏｓθ）に関する値も定数記憶部５１ｃに記憶させておき、それも利用する。
【００８４】
一方、操作力検出部５１ｄでは、力ｆｋ（ｋ＝１〜４）の総和Σｆkを求める。操作パネル１０の自重をも考慮するときにはさらに、定数記憶部５１ｃからの（Ｗ・ｃｏｓθ）の値も考慮して、数１１から操作力Ｆを求める。なお、この操作力演算部５１ｄで求めた操作力Ｆの値を位置演算部５１ｂにおける演算（たとえば数１６，１７）の分母の値として使用させれば、位置演算部と操作力演算部との双方で和Σｆｋの計算を行わなくても済む。
【００８５】
これらの結果、演算部５１からは、操作位置Ｐ（ｘ，ｙ）を示す操作位置信号ＳＰと、操作力Ｆを示す操作力信号ＳＦとが出力される。操作位置信号ＳＰは（ｘ，ｙ）の２成分を有する。
【００８６】
＜1-5. 操作位置（操作領域）の判定＞
図７に戻って、演算部５１で得られた操作位置信号ＳＰは領域判定部５２へ与えられる。この領域判定部５２には、領域区分記憶部５３から、図４の操作領域Ｒ1〜Ｒ7のそれぞれの頂点座標（図９参照）を表現した情報（ｘi-、ｘi+、ｙi-、ｙi+：ｉ＝１〜７）が入力される。これらの頂点座標の情報は、後述する情報処理部６０（図７）から、その時点での表示内容に応じてロードされている。
【００８７】
領域判定部５２は、比較判定部５２ａ（図１０）において、操作点Ｐの座標値（ｘ，ｙ）を、上記のようにして得られている操作領域Ｒ1〜Ｒ7の各頂点座標と比較し、操作点Ｐがこれらの操作領域Ｒ1〜Ｒ7および領域Ｒ0のいずれにあるかを判定する。たとえば、比較判定部５２ａのうち領域Ｒ2に関する部分では、
【００８８】
【数１８】
ｘ2- ≦ ｘ ≦ ｘ2+  かつ  ｙ2- ≦ ｙ ≦ ｙ2+
であるかどうかを比較演算し、この数１８が成立すれば、現在の操作点Ｐは操作領域Ｒ2内にあると判定される。
【００８９】
また、操作点Ｐの座標値（ｘ，ｙ）が、液晶表示画面中の操作領域Ｒ1〜Ｒ7以外の領域（非操作領域）Ｒ0にあるかどうかも判定される。
【００９０】
したがって、図１０の比較判定部５２ａからは、操作領域Ｒ1〜Ｒ7または非操作領域Ｒ0のいずれかを指示するかを表現する操作領域Ｒ1〜Ｒ6区分信号ＳＲが出力される。なお、操作者が操作面１１のいずれにも触れていないときには操作位置信号ＳＰは非活性レベルとされ、それに応じて領域判定信号ＳＲも非活性レベルとされる。複数の領域Ｒ1〜Ｒ0および非活性レベルを区別するために、領域判定信号ＳＲは複数ビットを持つ多値信号とされる。
【００９１】
＜1-6. 操作力の判定＞
一方、図７において、操作力Ｆを示す操作力信号ＳＦは操作力判定部５４へ与えられる。この操作力判定部５４には、操作力区分記憶部５５から、図１１の操作力区分Ｆ0〜Ｆ4を規定する複数の閾値Ｆh1〜Ｆh4が入力される。これらの閾値Ｆh1〜Ｆh4の情報も、後述する情報処理部６０から、その時点での表示内容に応じてロードされている。また、ここでの例では４つの操作力区分Ｆ0〜Ｆ4が規定されているが、その時点での表示内容に応じて力の区分数を変化させることもできる。
【００９２】
さらに、領域判定部５２からの領域判定信号ＳＲもまた領域区分記憶部５５に入力されている。そして、その時点での操作位置Ｐが属する領域（以下、「操作中領域Ｒ」）がいずれであるかに応じて閾値Ｆh1〜Ｆh4の値を変更可能になっている。したがって、たとえば、操作領域Ｒ1〜Ｒ6については閾値Ｆh1〜Ｆh4の値を小さくし、操作領域Ｒ7については閾値Ｆh1〜Ｆh4の値を大きくすることができる。これらの対応関係は図７の情報処理部６０中にあらかじめテーブル形式で記憶しておくが、これらの閾値の具体的変更方法については後述する。
【００９３】
ただし、いずれの場合でも、閾値Ｆh1〜Ｆh4のうちの最小閾値Ｆh1は、それより小さい操作力Ｆでの押圧はメニューの選択操作とはみなさないための閾値であり、なぞり操作を可能とするためのものである。すなわち、なぞり操作のばあいに単に指をそれぞれ操作面１１上で移動させているときにはほとんど操作力は加わっていないため、最小閾値Ｆh1によって操作力を弁別することによりなぞり中の誤動作を防止可能である。最小閾値Ｆh1はこのような意味を有しているため、この最小閾値Ｆh1については操作領域や表示内容にかかわらずに一定値としておくことが好ましい。
【００９４】
最小閾値Ｆh1以上の範囲の４つの操作力区分Ｆ1〜Ｆ4を「有効操作力区分」と呼ぶとき、操作力判定部５４は、その中の比較判定部５４ａ（図１２）において、操作力信号ＳＦで指示されているその時点での操作力Ｆを操作力閾値Ｆh1〜Ｆh4をそれぞれ比較し、その時点での操作力Ｆが有効操作力区分Ｆ1〜Ｆ4のいずれにあるかを判定する。たとえば、
【００９５】
【数１９】
Ｆh1 ≦ Ｆ ＜ Ｆh2
であれば、有効操作力区分Ｆ1での押圧と判定し、
【００９６】
【数２０】
Ｆh4 ≦ Ｆ
であれば、有効操作力区分Ｆ4での押圧と判定する。
【００９７】
また、操作力Ｆが操作力区分Ｆ1〜Ｆ4のいずれにもないとき、換言すれば、
【００９８】
【数２１】
Ｆ＜Ｆh1
であるときには、操作力区分Ｆ0での押圧（「実質的な押圧操作はない」）と判定する。
【００９９】
そして、有効操作力区分Ｆ1〜Ｆ4については、その時点での操作力Ｆがそれらの区分に属するときに活性化するような信号を生成する。有効操作力区分Ｆ1〜Ｆ4のいずれからの信号も非活性であるときには、操作力Ｆが最小閾値Ｆh1より小さいことを意味する。
【０１００】
これらの有効操作力区分Ｆ1〜Ｆ4の判定部５４ａからの各信号は論理和回路５４ｂに与えられ、それらの論理和信号としての操作有効信号ＦＣが生成される。したがって、その時点での操作力Ｆが最小判定閾値Ｆh1以上であって、それによって操作者が実質的に操作面１１を押圧操作していると判定されるときには、この操作有効信号ＦＣが活性化することになる。逆に言えば、操作者が全く操作面１１を押圧していない場合や、操作面１１に触れてはいるがまだ最終的な選択操作を行っていない場合（なぞり操作中の場合など）には、この操作有効信号ＦＣは非活性レベルのままである。
【０１０１】
また、有効操作力区分Ｆ1〜Ｆ4の各判定部からの信号は操作力判定信号ＦＢとして図７の駆動モード選択部７２に出力される。これは、操作力Ｆがどの区分にあるかによって、圧電素子Ｅ1〜Ｅ4による操作面１１の駆動モードを選択させるための情報として使用される。
【０１０２】
ところで、図７に示すように、領域判定部５２からの領域判定信号ＳＲもまた操作力区分記憶部５５に入力されている。これは、既述したように操作中領域Ｒに応じて閾値Ｆh1〜Ｆh4の値を変更可能とするためである。具体的には、その時点で表示されている画面に応じて閾値Ｆh1〜Ｆh4の複数の組が情報処理部６０から操作力区分記憶５５に入力されて記憶されており、その中から１組の閾値を領域区分信号Ｒに応じて選択する。このため、このように操作中領域Ｒ（ないしはその時点での操作位置）ごとに操作力Ｆの閾値を変更する場合には、操作力判定部５４での操作力判定を領域判定部５２から領域判定信号ＳＲが生成されてから行うようにする。これは、たとえば図１２の比較判定部５４ａの動作タイミングを領域判定部５２の動作時間より微少時間だけ遅延させるか、あるいはこの比較判定部５４ａの前に遅延回路を挿入することによって達成可能である。
【０１０３】
＜1-7. 領域判定信号Ｒのゲート＞
図７において、領域判定部５２から出力された領域判定信号ＳＲは、情報処理部６０と、ゲート回路５６と、論理積回路５７とに出力される。またこの論理積回路５７には操作有効信号ＦＣも入力されている。
【０１０４】
論理積回路５７は領域判定信号ＳＲと操作有効信号ＦＣとの論理積を求め、その論理積の値をゲート制御信号Ｇとしてゲート回路５６に与える。ゲート回路５６では、ゲート制御信号Ｇが活性のとき、すなわち、最小閾値Ｆh1より大きな力で操作面１１のいずれかの部分が操作されているときのみ、領域判定信号ＳＲを通過させる。
【０１０５】
このゲート回路５６を通過した領域判定信号ＳＲは、情報処理部６０内の第１処理部６１に入力される。この第１処理部６１は、この領域判定信号ＳＲによって操作者が選択操作したメニュー項目に応じた情報処理および装置各部への制御信号を発生するとともに、必要に応じて外部機器（たとえばホストコンピュータ）にその旨を伝える。たとえば、図３の領域Ｒ2に相当する「お引き出し」が選択されたときには、ディスプレイドライバ７１を介して液晶表示パネル２０を駆動することにより、引き出し金額の入力操作画面に切り換える。
【０１０６】
一方、ゲート回路５６を迂回して情報処理部６０へ入力した領域判定信号ＳＲは、情報処理部６０内の第２処理部６２に入力される。この第２処理部６２では操作者による最小閾値Ｆh1以上の力での実質的な押圧操作がまだ行われなくても、操作面１１のいずれかの領域に操作者の指がある程度の力で接触してときには所定の処理を行う。たとえば、その時点で指が触れている領域の表示色を変化させことにより、「その位置で押下すればどの領域での操作とみなされるか」を操作者に教えることができる。また、「そこは『お引き出し』です」というような音声案内を行わせてもよい。
【０１０７】
＜1-8. 駆動モード選択＞
一方、領域判定信号ＳＲと操作力判定信号ＦＢとを入力した図７の振動モード選択部７２は、操作中領域および操作力Ｆの区分に応じた駆動モードを選択する。この駆動モードは、操作面１１をどのような態様で振動させるかを規定するものである。
【０１０８】
具体的には、図１３に示すように、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１３中の記号Ｓ11，Ｓ12、…は、たとえば図１４のような各種の駆動モードのいずれかを選択して指定するためのコードである。
【０１０９】
図１４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を模式的に示したものである。たとえば、図１４(a)は小振幅で継続的振動を行うモードを示し、図１４(b)は大振幅の振動モードである。図１４(c)は図１４(a)、(b)とは周波数が異なる振動モードを示し、また、図１４(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１４(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である。なお、これ以外のモードの例は後に説明する。
【０１１０】
これらの駆動モードは所定のパラメータコードで識別可能となっており、図１４(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。
【０１１１】
図１３に戻って、テーブル７２ａの記憶内容を変更することにより、操作面１１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１４(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１３の操作力区分Ｆ1、Ｆ2では図１４(a)の振動モードを、操作力区分Ｆ3，Ｆ4では図１４(b)の振動モード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」を指定することが好ましいが、弱い振動を与えてもかまわない。
【０１１２】
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が選択されると、その駆動モードを規定するパラメータ値が図１４の駆動モード記憶部７３から読出され、図７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面１１に伝播する。これは、操作者が操作領域Ｒ1〜Ｒ7のいずれかを所定以上の力で押下したときに、操作面１１を振動ないしは微少にスライドさせることにより、その操作が受け付けられたことを操作者に触覚的に知らせるという作用を生じさせる。
【０１１３】
ところで、図１３のテーブル７２ａには、操作力Ｆが最小閾値Ｆh1以下である場合について駆動モードを指定している列がない。これは、そのような場合には操作面１１を駆動させず、それゆえに駆動モードを選択を行う必要がないことに起因する。
【０１１４】
このような構成により、操作力判定信号ＦＢが活性であるときには、テーブル７２ａの対応箇所で指定されている駆動モードのパラメータ信号Ｖが図７の圧電素子駆動部７５に出力されるが、操作力判定信号ＦＢが非活性であるときには、何らの駆動モードの情報も圧電素子駆動部７５に出力されない。このため、最小閾値Ｆh1以上の操作力Ｆが操作面１１に加わったときのみ、操作面１１が振動または微少変位するようになる。
【０１１５】
なお、非操作領域Ｒ0について操作力Ｆの大きさかかわらず「振動なし」と設定しているときには、最小閾値Ｆh1以上の操作力Ｆが操作面１１に加わってもそれが非操作領域Ｒ0であれば振動などは起こらない。
【０１１６】
また、図１３および図１４の例では各種の振動モードも、それからの選択規則もテーブル形式で準備されているが、操作領域判定信号ＳＲと操作力判定信号ＦＢとを２つの入力変数とした関数としてこの選択規則を保持しておいてもよい。
【０１１７】
ところで、これらの駆動モード選択動作において、最小閾値Ｆh1以上の操作力Ｆが操作面１１に加わったときのみ圧電素子Ｅ1〜Ｅ4を駆動させるには、他の構成をとることもできる。すなわち、図７および図１３に破線７４で示したように、論理積回路５７の出力である論理積信号Ｇを、図１３の駆動モード選択部７２内に追加して設けたゲート回路７２ｂにゲート制御信号として入力させる。このゲート回路７２ｂは、テーブル７２ａからの選択出力の駆動モード記憶部７３への伝達または、駆動モード記憶部７３への駆動モードのパラメータ信号Ｖの伝達を制御するものである。すなわち、操作力Ｆが最小閾値Ｆh1より小さければ論理積信号Ｇは必ず非活性であるから、これを用いて駆動モードの伝達を禁止することができる。このような変形は、テーブル７２ａが領域判定信号ＳＲに関してのみ規定されており、操作力Ｆの大きさによっては駆動モードを変化させないような装置として構成した場合に特に有効である。
【０１１８】
すなわち、このような場合には、操作力Ｆはそれが最小閾値Ｆh1より大きいかどうかだけが問題であり、それ以上の範囲でどの操作力区間Ｆ1〜Ｆ4に属しているかは判定する必要はない。このため、図７の操作力判定部５４では操作力判定信号ＦＢを生成する必要がなく、この操作力判定部５４から駆動モード選択部７２への操作力判定信号ＦＢの伝達も省略できる。このため、このような場合に、操作力Ｆが最小閾値Ｆh1より大きいときだけ操作面１１の振動の発生を許容させるには、追加のゲート回路７２ｂを使用して、論理積回路５７の出力である論理積信号Ｇを利用する実益が高くなるのである。
【０１１９】
さらに、図１３のテーブル７２ａは、液晶表示パネル２０に表示する画面ごとに書き換える方が好ましい。すなわち、液晶表示パネル２０に表示している内容が切り替わったときには、その新たな表示内容中の操作領域ごとに、また操作力Ｆが属する操作力区間ごとに、選択する駆動モードを変更することにより、操作面１１の各種の駆動モードを多彩に利用することができる。たとえば、「お引き出し」のメニュー項目を選択して引き出し金額の入力画面に変更したときには、操作領域はテンキーを模した領域になるが、それらででは押下するごとに、たとえば、図１４(f)のようなワンショット変位を与えるようにしてもよい。このようなワンショット変位の場合はいわゆるクリック感を操作者に与えることができる。
【０１２０】
このように、画面が切り換わるごとテーブル７２ａの内容を書き換えるために、情報処理部６０から駆動モード選択部７２にテーブル書き換え情報が入力されるようになっている。すなわち、液晶表示パネル２０に表示されている画面が変化することと同期して、図７の情報処理部６０は、▲１▼操作領域区分記憶部５３へ新たな操作領域を規定する座標値を、▲２▼操作力区分記憶部５５へ新たな操作力区分を規定する閾値群を、そして、▲３▼駆動モード選択部７２へ駆動モード選択テーブル７２ｂの新たな内容を、それぞれロードすることになる。
【０１２１】
＜1-9. 駆動制御＞
図７において、駆動モード選択部７２から出力された駆動モードのパラメータ信号Ｖは圧電素子駆動部７５に与えられる。圧電素子駆動部７５は高周波発振回路７６を有しており、パラメータ信号Ｖで指定されたモードの高周波を圧電素子Ｅ1〜Ｅ4へと送出する。これによって、圧電素子Ｅ1〜Ｅ4は、指定された振幅およびタイミングで振動または微少変位する。
【０１２２】
この力学的反応は図３の操作パネル１０に伝播され、それによって操作面１１が振動または微少変位する。そして操作面１１に接触している操作者によってこの振動が知覚され、自己の操作入力が正常に受け付けられたことを認識する。
【０１２３】
ところで、図７において圧電素子Ｅ1〜Ｅ4は演算部５１と圧電素子駆動部７５との双方に所定の配線で接続されている。したがって、圧電素子駆動部７５から高周波が出力されるとその高周波は演算部５１へも伝達される。圧電素子Ｅ1〜Ｅ4への操作力によって発生した電圧とこの高周波とを分離するために、たとえば図８の信号変換部５１ａの中に低域フィルタを設けておくことができる。そのようにすれば、振動の高周波はこの低域フィルタでカットされ、操作力による直流成分のみを取り出して操作位置Ｐや操作力Ｆの演算に使用することができる。また、操作力Ｆについての最小閾値Ｆh1を圧電素子Ｅ1〜Ｅ4の駆動信号の振幅よりも大きくしておくことによって、そのような信号の干渉を防止することもできる。
【０１２４】
操作者の操作入力に応答して画面が切り替わるような情報表示の場合には、たとえば所定の時間だけ操作パネル１０を振動させた後に振動を停止させる。これは、図７の情報処理部６０から駆動モード選択部７４への信号伝達経路を利用して、駆動モードのパラメータ信号Ｖを強制的に非活性レベルにすることによって達成可能である。また、演算部５１と圧電素子駆動部７５とを一体化し、圧電素子Ｅ1〜Ｅ4からの信号の取り込みと、圧電素子Ｅ1〜Ｅ4への高周波の送出とを、スイッチング回路を用いて時間的に切り換えても良い。さらに、図１４(d)，(e)のような短時間の振動モードを選択してもよい。
【０１２５】
図１４(a)〜(c)のような振動モードの場合には、操作者が最小閾値Ｆh1より大きい操作力Ｆを加えている限り振動が持続する。操作者が操作力Ｆを弱めるか、あるいは操作面１１から指を離すと、それが操作力判定部５４によって検知され、駆動モード選択部７２への操作力判定信号ＦＢが非活性になる。その結果、駆動モードのパラメータ信号Ｖが非活性レベルになり、操作面１１の振動が停止する。
【０１２６】
＜1-10. 情報表示装置１００の主な利点＞
以上のように、この実施形態の情報表示装置１００では操作者に操作による触感を与えるための圧電素子Ｅ1〜Ｅ4を、操作者によって選択された領域を検知するためにも使用しているため、これらにつき別個に多数の素子を準備する必要がない。
【０１２７】
したがって、操作面１１および情報表示面２１付近の部品点数を増やすことなく、どの操作領域を操作したかを特定しつつ有効な操作感を与えることができる。
【０１２８】
この操作感は触覚を利用したものであるため、周囲の騒音が大きい場合や周囲が暗い場合でも明確な操作感を得ることができる。また、聴覚障害者だけでなく弱視などの視覚障害を持つ人にも知覚可能である。
【０１２９】
さらに、最小閾値Ｆh1より小さな操作力Ｆでの押圧は有効な操作とみなさないようにされているため、なぞり操作などが可能である。
【０１３０】
さらに、操作力や操作領域の違いによって操作面１１に与える駆動モードを変更可能になっているため、操作者に対して多彩な操作感を与えることができる。
【０１３１】
また、操作力Ｆの最小閾値Ｆh1を変更することができるため、慎重に選択して欲しい操作領域（たとえば、係員呼び出し、非常通報などの操作領域）については他の操作領域よりも最小閾値Ｆh1を大きめに設定することにより、誤選択による混乱を防止可能である。
【０１３２】
＜2. 第２実施形態＞
図１５はこの発明の第２実施形態である情報表示装置の表示操作部ＤＰに相当する部分を示す一部省略断面図であり、図３の構造と置換して使用される。この第２実施形態の情報の利用態様例および外観は、図１および図２と同様である。
【０１３３】
図１５において、この第２実施形態の表示操作部ＤＰは操作者による操作位置の特定をタッチパネル１０Ｔによって行う。このタッチパネル１０Ｔは、たとえば抵抗膜式のものであり、透明基板上にＸＹ面内でＭ行Ｎ列の直行マトリクス状に配置された透明電極を有している。それらの各交点がスイッチ部となっており、マトリクスの各セルを単位としてＸＹ方向の操作位置信号を出力する。
【０１３４】
このタッチパネル１０Ｔは、抵抗膜式のものに限らず、(1) 発光素子からデータ光が受光素子に入射するのを指などで遮断または減衰させてその操作位置を検出する光電式のタッチパネル、(2) 超音波発振素子から出た超音波が受振素子に入るのを指などで遮断または減衰させてその操作位置を検出する超音波式のタッチパネル、(3) 静電容量の変化によって指などが触れた位置を検出する静電容量式のタッチパネル、などであってもよい。
【０１３５】
タッチパネル支持板４２はタッチパネル１０Ｔの補強のためのものであり、図示例のようにタッチパネル１０Ｔに対応する部分をくり抜いて枠体形状にする場合には不透明部材であってもよい。枠体形状にせずに平板状にする場合には透明または半透明部材で形成することが好ましい。また、タッチパネル１０Ｔ自身が押し込み操作によっても変形しない程度の強度を有している場合には、このタッチパネル支持板４２を設けなくてもよい。
【０１３６】
図１５の表示操作部ＤＰの残余の構成は図３のものと同様であるが、この図１５の表示操作部ＤＰでは操作位置の検出はタッチパネル１０Ｔが行い、圧電素子Ｅ1〜Ｅ4は操作面１１への操作力の検出と、操作面１１への力学的駆動との目的で使用される。
【０１３７】
図１６は、図１５の表示操作部ＤＰを利用する場合の制御回路部ＣＴの構成図であり、図７と同様にハード回路として記載されているが、それらの機能はソフト的に実現することもできる。この図１６の制御回路部ＣＴの多くの要素は図７の場合と同じ構成と機能を有しており、以下では図１６と図７とを比較しつつ図７と異なる部分について説明する。
【０１３８】
図１６において、タッチパネル１０Ｔの操作位置が操作位置特定部５１Ｔで特定される。ただし、タッチパネル１０ＴがＭ行Ｎ列のマトリクス配列であることから、この操作位置を示す操作位置信号ＳＰはタッチパネル１０Ｔの各セルのサイズを単位とした値となる。
【０１３９】
この操作位置信号ＳＰが操作領域Ｒ1〜Ｒ7のいずれに相当するかは領域判定部５２によって判定されるが、この領域判定部５２の構成と動作は図７のものと基本的に同一である。
【０１４０】
一方、圧電素子Ｅ1〜Ｅ4のそれぞれの端子電圧ｅk（ｋ＝１〜４）は演算部５１Ｆに並列的に与えられるが、この演算部５１Ｆは図８の構成から位置演算部５１ｂを省略したものに相当する。すなわち、この第２実施形態における操作位置の特定はタッチパネル１０Ｔを使用して行うため、圧電素子Ｅ1〜Ｅ4の出力電圧からはトータルな操作力Ｆだけを演算すればよい。
【０１４１】
演算部５１Ｆの出力である操作力信号ＳＦは操作力判定部５４に出力されて、その操作力Ｆがいずれの操作力区分Ｆ0〜Ｆ4（図１１）のうちのいずれに属するかが判定される。
【０１４２】
以後の構成および動作は第１実施形態と同様である。この第２実施形態では第１実施形態の装置における利点のほか、操作位置の検出における誤差が特に少ないという利点がある。すなわち、圧電素子Ｅ1〜Ｅ4の端子電圧ｅk（ｋ＝１〜４）によって操作位置を特定する場合は、既述したように操作パネル１０の自重などの影響がある。操作領域Ｒ1〜Ｒ7のそれぞれを比較的大きくとっている場合には、この誤差はほとんど問題にならないが、操作領域のそれぞれの面積を特に小さくしたい場合にはより正確な操作位置検出が求められる。このような場合は第２実施形態のようにタッチパネル１０Ｔを使用することが好ましい。
【０１４３】
また、タッチパネル１０Ｔを利用すると、端子電圧ｅk（ｋ＝１〜４）からの位置演算が不要になるため、操作領域の特定を高速で行うことができるという利点もある。
【０１４４】
＜3. 第３実施形態＞
図１７はこの発明の第３実施形態にかかる情報表示装置２００の外観斜視図であり、図１８はその正面図である。この情報表示装置２００は可搬型の情報表示装置の１例としての液晶表示型のゲーム機となっている。この情報表示装置２００は箱形のハウジング２０１の主面ＭＳに操作面１１が露出している。この操作面は図３の操作パネル１０または図１５のタッチパネル１０Ｔの表面に相当する。この操作面１１から奥の表示操作部や制御回路部は、第１実施形態または第２実施形態の表示操作部ＤＰと同様に構成されている。
【０１４５】
図１７の操作面１１には、液晶表示パネルで表示した操作領域Ｒ1〜Ｒ4が透過して見えている。これらの操作領域Ｒ1〜Ｒ4は、典型的には両側部に沿って表示される。操作者はハウジング２０１の両側を図１７に破線で示すように両手で握り、親指によってこれらの操作領域Ｒ1〜Ｒ4を押圧して操作する。この押圧操作の位置が検知されるとともに、所定の閾値より大きな押圧力であればその操作入力が受け付けられて画面中の表示対象物２１０（図１８）が変化するとともに、操作面１１が所定のモードで振動または微少変位する。このあたりの動作は第１および第２実施形態と同様である。
【０１４６】
一方、この情報表示装置２００では、ハウジング２０１の側面に固定操作ボタン２０３を設けている。また、図１９に背面図として示すように、ハウジング２０１の裏面２２０にも電池ケースカバー２２４を避けて固定操作ボタン２２１，２２２および十字操作ボタン２２３が配置されている。これらの固定ボタン２０３，２２１〜２２３はたとえば、ゲームの開始／終了、画面の表示内容の切り替え、画面中のオブジェクトの移動や操作などに割り当てることができる。典型的には、これらの固定ボタン２０３，２２１〜２２３はハウジング２０１を握った指のうち親指以外の指で操作する。
【０１４７】
従来のこの種の装置では液晶表示画面は表示のみの機能を有するとともに、固定ボタンが主面ＭＳに配置されているために液晶表示面の面積が狭くなっていた。しかしながら、この実施形態の情報表示装置２００では液晶表示画面上の操作面１１でも操作入力が可能であるから、固定ボタンをハウジング２０１の主面以外の面に移すことにより、主面ＭＳの多くの面積を表示操作面として利用できる。
【０１４８】
さらに、従来の装置では固定ボタンだけが設けられていたが、この実施形態の装置においては操作領域Ｒ1〜Ｒ4の表示内容および位置が可変であるため、種々の状況に応じて多彩な操作入力が可能になる。
【０１４９】
なお、図１７に示すようにハウジング２０１の天井面には電源スイッチ２０２があり、このような電源スイッチ２０２や音声ボリューム調整ダイアルは従来の装置でも主面ＭＳ以外の面に配置されていた。しかしながら、この実施形態の装置における固定ボタン２０３，２２１〜２２３は、情報表示面の表示内容に応じた操作を受け付けるための操作スイッチであるという点で、電源スイッチや音声ボリューム調整ダイアルとは性質が異なるものである。ゲーム機の例で言えば、これらの固定ボタン２０３，２２１〜２２３はゲーム内容に関連するボタンである。
【０１５０】
このようなゲーム機や携帯型の情報表示端末（いわゆるモバイル機器）にこの発明を応用した場合、操作面１１の振動によって単に操作感を与えるだけでなく、ゲームなどの臨場感を高めることもできる。すなわち、画面上の表示対象物（たとえばキャャラクター）の動きに合わせて操作面１１に振動を与えることもできるし、音声に同期して操作面１１を振動させることもできる。
【０１５１】
また、圧電素子Ｅ1〜Ｅ4に与える高周波の位相を異なるものとすれば、操作面１１の一端から他端に向けて進む進行波のような振動を与えることも可能であり、それによってゲームなどの興味がさらに増加することになる。
【０１５２】
＜4. 他の実施形態＞
図２０はこの発明の情報表示装置として利用可能な他の例を示す図であり、情報表示面２１およびその上に重なった操作面１１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。具体的には、音域ごとのスライド型ボリュームつまみ３０１を表示し、その上に指３０３を置いて押圧力を加えつつ、ボリューム調整ライン３０２に沿って「Ｈ」または「Ｌ」の方向に指３０３を移動させると、このボリュームつまみ３０１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１１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。
【０１５３】
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３０１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３０１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１１を振動させる。これによって、操作者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３０１のＹ座標に応じて連続的に振幅を増大させるようにすることもできる。
【０１５４】
図２２はこのような機能を実現するための具体的構成例を示している。この図２２は、第１実施形態の図７あるいは第２実施形態の図１６の一部の変形部分を示しており、情報処理部６０からは、その時点での操作中のボリュームつまみ３０１について表示中のＹ座標が区間ＹL、ＹM、およびＹHのいずれに属するかを示す情報ｙDが駆動モード選択部７２に伝達されてくる。この駆動モード選択部７２内のテーブル７２ａは、このＹ座標識別値ｙDに応じて駆動モードを選択するような関係がテーブル形式で記憶されており、Ｙ座標識別値ｙDが大きければ大振幅の振動モードが、小さければ小振幅の振動モードが駆動モード記憶部７３から選択されるようになっている。駆動モード記憶部７３には大振幅、中振幅、小振幅のそれぞれの振動モードが記憶されている。
【０１５５】
また、連続的に振幅を変化させたいときには、ボリュームつまみ３０１について表示中のＹ座標の値そのものをＹ座標識別情報ｙDとして駆動モード選択部７２に与え、このＹ座標識別情報ｙDの増加関数を使用して振動振幅を決めるようにしてもよい。
【０１５６】
いずれの場合も、臨場感あふれるつまみ操作を実現できる。
【０１５７】
図２１は図２０と類似の使用例を示す図である。この図２１の例では指３０３は低音量側の押しボタン表示３０４Ｌと、高音量側の押しボタン表示３０４Ｈとを押圧操作できるようになっている。たとえば、高音量側の押しボタン表示３０４Ｈを押圧操作するとスライド表示３０５がボリューム調整ライン３０２に沿って移動して音量が大きくなるとともに、操作面１１の振動振幅も増大する。この場合には、図２２の情報ｙDとして、その時点での操作中のボリュームつまみ３０３につき、スライド表示３０１のＹ座標そのものか、あるいは、そのＹ座標が区間ＹL、ＹM、およびＹHのいずれに属するかを示す情報を使用する。
【０１５８】
その他の構成と動作とは第１実施形態や第２実施形態の装置と同様である。
【０１５９】
＜5. 変形例＞
＜5-1. 双方向機能手段＞
この発明で利用する双方向機能手段ないしはその構成要素としての単位機能手段としては、▲１▼圧電素子、▲２▼電磁ソレノイドとプランジャーとの組合せ、▲３▼電磁石と永久磁石の組合せ、など種々のものが使用可能である。これらのうち、▲２▼や▲３▼のように電磁的作用を利用するものでは、操作面への押圧力が磁束分布の変化を生じさせてコイルの端子間に電圧を誘起する。そして、その電圧を増幅することにより、押圧力の大きさを判定することができる。すなわち、これらが変位センサと電磁駆動手段との双方の機能を備えていることを利用したものである。
【０１６０】
圧電素子を利用する場合においてもセラミック系の圧電素子のほか、圧電フィルムなどを使用してもよい。図２３は圧電フィルム３１０を利用した例を示す部分図である。この例では操作パネル１０またはタッチパネル１０Ｔの四隅付近の下に圧電フィルム３１０を配置し、これらの圧電フィルム３１０をバネやゴムなどの弾性体３１１で支持する。画面の表示は、既述した各実施形態のように操作パネル１０またはタッチパネル１０Ｔの下に配置した液晶表示パネル（図示せず）によって行われる。操作者が操作パネル１０またはタッチパネル１０Ｔの所望の箇所を押圧すると、その押圧力および押圧位置に応じて弾性体３１１が収縮するともに圧電フィルム３１０のそれぞれの表裏に電圧が生じ、それを検出することにより押圧力や押圧位置を検出することができる。
【０１６１】
＜5-2. 操作入力装置への拡張＞
図２４はこの発明の基本原理を最もシンプルに実現した操作入力装置の例としてのスイッチを示す断面図である。このスイッチはケース３２１の底部に圧電素子ＥSを配置し、その上に記銘板３２２と透明または半透明の操作板３２３を配置している。操作板３２３の上面が操作面３２４となる。
【０１６２】
圧電素子ＥSからは配線３２７が伸びており、この配線３２７は押圧検出部３２５と駆動部３２６とに接続されている。押圧検出部３２５は圧電素子ＥSの端子電圧を低域フィルタなどを介して検知することにより、操作者による操作面２３４の押圧を検知する。この押圧検知部３２５は、圧電素子ＥSの端子電圧が所定の閾値より大きいときに外部機器にスイッチング信号を送出するともに圧電素子駆動部３２６へ検知指令信号を送出し、それによって圧電素子駆動部３２６は所定の振動パターンの高周波を発生して圧電素子ＥSに送出して圧電素子ＥSを振動させる。それにより記銘板３２２を介して操作面３２４が振動し、操作者に操作入力が受け付けられた旨を指示する触感を与える。
【０１６３】
このように、この発明の原理に従えば、可変の表示面を持たないスイッチについても、押圧操作の検知と操作面への振動の付与とのために別の手段を準備することなく、１つのの圧電素子ＥSまたは１セットの圧電素子だけで実現可能である。
【０１６４】
図２４のスイッチにおける記銘板３２２はなくてもよい。この場合は操作板３２４自身の表面に固定表示を行ってもよく、このスイッチ外に表示を行っても良い。すなわち、この発明は、それ自身が表示面を持たない操作入力装置にも拡張することができる。
【０１６５】
＜6. 他の変形例＞
この発明の実施形態および変形例として説明した各構成以外に以下のような変形も可能である。
【０１６６】
第１実施形態のように操作パネルの操作位置を複数の単位機能手段（圧電素子など）によって検出する場合、３以上の単位機能手段を２次元的に分散配置することが好ましい。それは、３点以上で押圧力を検出することにより、２次元的な面内での操作位置を正確に特定することができるからである。
【０１６７】
その一方で、操作領域の場所が１次元的に並んでいるような使い方だけをするものであれば、対向する２辺のそれぞれに圧電素子を配置すれば、操作位置を１次元的に特定可能である。したがって、典型的には３点以上、好ましくは矩形の操作パネルおいて４点またはそれ以上の位置に単位機能手段を配置するが、操作パネルなどの形状や使用の態様に応じて単位機能手段の数は増減可能である。
【０１６８】
操作面に力学的反応を与えるモードとしては、▲１▼操作パネルを１ショットだけ横スライドさせる、▲２▼操作パネルを急に横スライドさせて操作面１１を押している間はこれを保持する、▲３▼操作パネルを１ショットだけ下げる、▲４▼操作パネルを急に下げて操作面１１を押している間はこれを保持する、▲５▼操作パネルを１ショットだけ上げる（図１４(f)と等価）、▲６▼操作パネルを急に上げて操作面１１を押している間はこれを保持する、などもあり、これらを図１４の駆動モード記憶部７３に記憶させておくことができる。
【０１６９】
これらのうち、▲１▼，▲３▼，▲５▼はパルス的な駆動信号を生成すればいが、▲２▼，▲４▼，▲６▼は直流的な駆動信号であるため、操作面１１を押圧することによって圧電素子Ｅ1〜Ｅ4に生じる端子電圧ｅk（直流）を検出するにあたって、駆動信号を拾ってしまうことを防止する必要がある。このうち上記▲２▼，▲６▼の場合は圧電素子の変位方向が操作力による変位方向（操作面から下向き）と異なるから、駆動信号を与える端子位置と信号ｅkを取り出す端子位置とを異なる場所にするとともに配線も別のものにすれば、圧電素子の駆動信号と、操作力による端子電圧とを相互に分離できる。
【０１７０】
これに対して▲６▼の場合は駆動信号による電圧と操作力による端子電圧とが圧電素子の同じ部位に現れるため、それらを相互に区別する必要がある。これは、たとえば直流的な駆動電圧の値よりも、操作力に対する最小閾値Ｆh1を大きく設定することによって解決することができる。
【０１７１】
この発明では操作パネル１０またはタッチパネル１０Ｔと圧電素子Ｅ1〜Ｅ4との間に他の部材が介挿されていてもよい。すなわち、操作部と双方向変換機能手段との結合は直接であるか間接であるかを問わない。
【０１７２】
可変情報表示手段としては、液晶表示パネルに限らず、ＥＬ（エレクトロルミネッセント）ディスプレイ、プラズマディスプレイ、薄型ＣＲＴ、ＬＥＤアレイ、液晶シャッターとそれを照らす発光体や反射板との組合せ、などを使用することもできる。
【０１７３】
固定表示手段を用いる場合も、記銘板ではなく、紙やシートを貼り付けてもよい。
【０１７４】
情報表示面を持たない操作入力装置としてこの発明を実施する場合において、第１実施形態のように複数の単位機能手段を２次元的に分散配置し、それらからの各出力に基づいて操作位置を検出するような機能を持たせてもよい。このような操作入力装置は、たとえば携帯型パーソナルコンピュータ（いわゆるノート型パソコン）のポインティングデバイスの１種であるスライディングパッドとして利用することができる。このような場合の操作面上の指の動きは、パソコンの液晶ディスプレイなどの画面上のカーソルの動きとして視認できるため、操作入力装置自身が表示機能を持たなくてもよいわけである。
【０１７５】
また、このような場合に操作力の閾値を複数設定しておき、最小閾値〜最大閾値の範囲内の操作力の場合はカーソルの移動指令として取り込み、また最大閾値以上の操作力の場合はマウスのクリックと同じ操作として取り込むようにすることもできる。このようにすれば、ノート型パソコンの本体上にクリック用のボタンを別途に設ける必要がなく、またクリック用ボタンを別途に設けた場合にも、スライディングパッドだけで容易にクリック操作もできることになる。
【０１７６】
さらに、この発明を操作の有無の検出だけに使用する場合の機能手段や、操作位置の検出だけに適用する場合の単位機能手段としては、導電ゴムやロードセルなどを利用することも可能である。
【０１７７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜請求項９の発明によれば、力学的作用と電気信号とを双方向で変換可能な双方向機能手段を利用することにより、操作面に加えられた操作力を検知できるとともに、操作信号に応答して双方向機能手段に電気的駆動信号を与えることにより操作面が力学的に作動し、操作者に操作感を与えることができる。
【０１７８】
このため、操作手段が実質的な押し込みストロークを持たなくても確実な操作感を与えることができる。この操作感は触覚的なものであり、視覚や聴覚を利用しないため、周囲に騒音がある場合や周囲が暗い場合でも知覚可能である。視覚障害者や聴覚障害者においても明確に操作面の力学的反応を知覚可能である。
【０１７９】
また、操作力の検知と操作面の力学作用とをひとつの手段で実現できるため、情報表示面や操作面の付近の部品点数を減少させたシンプルな情報表示装置となる。
【０１８０】
また、操作信号が所定の閾値を越えるときに双方向機能手段に駆動信号を与えるようにしているため、微少な押圧力だけでは駆動信号は発生せず、なぞり操作が可能になり、目的の操作領域で実際に押圧操作を行うまでは装置側が誤った反応を示さない。
さらに、双方向機能手段を構成する複数の単位機能手段によって操作面上の操作位置を表現した位置信号を生成することが可能であり、操作面上の操作位置を特定するために他の手段を追加する必要がない。
そして、操作位置によって操作力の閾値が変更されるため、押圧操作した位置に応じて感度を変化させることができ、操作感を多彩なものとすることができる。
【０１８１】
請求項２の発明によれば、操作信号の大きさに応じて駆動信号のモードを変更するため、操作感を多彩なものとすることができる。
【０１８３】
請求項３の発明によれば、３以上の単位機能手段によって平面的な操作面上の操作位置を検出可能である。
【０１８４】
特に、請求項４の発明によれば、利用範囲が広い矩形の操作面を使用して、その操作面上の操作位置を検出可能である。
【０１８７】
請求項５の発明によれば、操作位置によって駆動信号のモードが変更されるため、やはり操作感を多彩なものとすることができる。
【０１８８】
請求項６の発明によれば、操作力が所定の閾値を越えるときに位置信号を実質的に有効にするため、なぞり操作によって誤入力がなされることはない。
【０１８９】
請求項７の発明によれば、操作力の検出や操作面への力学的作用を与えるための機能手段を圧電素子で構成するため、装置を小型化しやすいとともに高精度で操作力の検出が可能になる。
【０１９０】
請求項８の発明によれば、上記の情報表示装置をハウジングに収容して可搬型としているため、情報表示面を有効に利用しつつ十分な操作感を与えることができる。
【０１９１】
請求項９の発明によれば、可搬型の情報表示装置において情報表示面の表示内容に応じた操作を受け付ける１または複数の操作スイッチをハウジングの主面以外の面に設けているため、ハウジングの主面の多くの部分を情報表示面およびそれと重なった操作面に利用することができる。
【０１９２】
そして、その操作面においても操作入力が可能であるため、ハウジングの主面を有効に利用しつつ、主面以外の操作スイッチとあわせて種々の操作入力が可能となる。
【０１９４】
請求項１０の発明によれば、上記の発明の基本原理を拡張して操作入力装置が構成されており、ストロークなしで確実な操作感が得られるとともに、部品点数も少ない操作入力装置となっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態の情報表示装置１００を組み込んだシステム例を示す図である。
【図２】図１の情報表示装置１００の外観図である。
【図３】図２のIII−III断面のうち表示操作部ＤＰに相当する部分を示す一部省略断面図である。
【図４】図４は図３のIV方向から見た透視平面図である。
【図５】押圧した操作領域を圧電素子を用いて検知する原理を説明するための一般的モデル図である。
【図６】第１実施形態において押圧した操作領域を圧電素子を用いて検知する原理を説明するためのモデル図である。
【図７】第１実施形態における制御回路部ＣＴのブロック図である。
【図８】演算部５１の内部ブロック図である。
【図９】操作領域の頂点座標の説明図である。
【図１０】比較判定部５２ａの内部ブロック図である。
【図１１】操作力区分Ｆ0〜Ｆ4の説明図である。
【図１２】操作力判定部５４の内部ブロック図である。
【図１３】駆動モード選択部７２の内部ブロック図である。
【図１４】駆動モード記憶部７３に記憶されている種々の振動モードを模式的に示す図である。
【図１５】この発明の第２実施形態である情報表示装置の表示操作部ＤＰに相当する部分を示す一部省略断面図である。
【図１６】図１５の表示操作部ＤＰを利用する場合の制御回路部ＣＴの構成図である。
【図１７】この発明の第３実施形態にかかる情報表示装置２００の外観斜視図である。
【図１８】情報表示装置２００の正面図である。
【図１９】情報表示装置２００の背面図である。
【図２０】この発明の情報表示装置として利用可能な他の例を示す図である。
【図２１】図２０と類似の使用例を示す図である。
【図２２】図２０の装置における機能を実現するための部分ブロック図である。
【図２３】圧電フィルム３１０を利用した例を示す部分図である。
【図２４】この発明の操作入力装置の例としてのスイッチを示す断面図である。
【符号の説明】
Ｅ1〜Ｅ4  圧電素子（単位機能手段）
ｅk  ｋ番目の圧電素子の端子電圧
Ｒ1〜Ｒ7  操作領域
Ｐ（ｘ，ｙ）  操作位置
Ｒ  操作中の領域
Ｆ  操作力
ＳＦ  操作力信号
ＳＰ  操作位置信号
ＦＣ  操作有効信号
ＦＤ  操作力判定信号
Ｇ  ゲート信号
Ｖ  駆動モードのパラメータ信号
Ｆ1〜Ｆ4  操作力区間
Ｆh1〜Ｆh4  操作力閾値
Ｆh1  操作力の最小閾値
ＤＰ  表示操作部
ＣＴ  制御回路部
ＭＳ  ハウジングの主面
１０  操作パネル
１０Ｔ  タッチパネル
１１  操作面
２０  液晶表示パネル
２１  表示面（情報表示面）
３０  双方向変換機能手段
５１  演算部
５２  領域判定部
５４  操作力判定部（操作信号判定手段）
５６  ゲート回路
５７  論理積回路
６０  情報処理部
７２  振動モード選択部
７３  振動モード記憶部
７５  圧電素子駆動部
１００，２００  情報表示装置
１０１，２０１  ハウジング
【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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【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】
0003987182.tif 000019
【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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