(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
触覚提示つまみを操作面上に載置し、前記触覚提示つまみを介して使用者に触覚を提示する触覚提示装置であって、
前記使用者が前記触覚提示つまみに接触したことを検出すると共に、前記触覚提示つまみの前記触覚提示装置上の位置を検出して位置情報として出力するタッチ検出回路と、
前記使用者の前記触覚提示つまみを介した前記操作面の押込み量を検出して押圧情報として出力する押圧検出回路と、
前記タッチ検出回路より出力される前記位置情報と前記押圧検出回路より出力される前記押圧情報に基づいて、前記触覚提示つまみと前記操作面との間の摩擦力を生成する電圧信号を決定する触覚制御回路と、
前記押圧検出回路で検出された前記押込み量に基づいて押圧量を算出し、前記押圧情報に加える押圧量算出回路と、を備え、
前記触覚制御回路が決定した前記電圧信号により前記触覚提示つまみと前記操作面との間の前記摩擦力の変化に起因する触覚を発生させ、
前記押圧検出回路は、
前記電圧信号によって生じる前記触覚提示つまみと前記操作面との間の前記摩擦力が一定になるように、前記触覚提示つまみを介した前記操作面の前記押込み量を検出する、触覚提示装置。
【請求項２】
前記触覚提示つまみは、
前記操作面に対向する位置に設けられ、前記操作面と接する導電性弾性部と、
前記導電性弾性部への押圧力を制限する支持部と、を有し、
前記押圧検出回路は、
前記支持部も介して前記操作面の前記押込み量を検出する、請求項１記載の触覚提示装置。
【請求項３】
前記触覚提示つまみは、
前記導電性弾性部上に設けられた回転部を有し、
前記支持部は、
前記回転部の底面に設けられ、前記操作面と前記回転部との間の距離を一定に保ち、
前記支持部の高さは、前記触覚提示つまみが前記操作面に載置された状態、かつ、前記使用者が前記触覚提示つまみに接触していない状態における前記導電性弾性部の高さよりも低く設定され、
前記支持部は、
前記使用者が前記触覚提示つまみを押圧した場合に前記操作面と接触し、前記電圧信号を印可していない状態の前記導電性弾性部と前記操作面との摩擦係数を一定に保つ、請求項２記載の触覚提示装置。
【請求項４】
前記触覚制御回路は、
触覚提示信号の信号波形および信号電圧が印加される時間、周期を変化させて前記摩擦力を変化させる、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の触覚提示装置。
【請求項５】
前記触覚提示装置の前記操作面側に設けられた複数の第１電極および複数の第２電極を含む触覚電極と、
前記触覚電極を覆い、かつ一面が前記操作面である誘電体層と、
前記触覚提示装置の前記操作面における少なくとも一部の領域に位置する少なくとも１つの前記第１電極に印加する第１の電圧信号を生成し、かつ前記触覚提示装置の前記操作面における少なくとも一部の領域に位置する少なくとも１つの前記第２電極に印加する前記第１の電圧信号とは異なる波形の第２の電圧信号を生成する電圧生成回路と、を備え、
前記第１および第２の電圧信号の供給により前記操作面と前記触覚提示つまみとの間に生じる前記摩擦力を発生させる、請求項３記載の触覚提示装置。
【請求項６】
前記第１の電圧信号および前記第２の電圧信号は、周波数、位相、振幅電圧の少なくとも何れか１つが異なる波形を有する電圧信号である、請求項５記載の触覚提示装置。
【請求項７】
前記支持部と前記操作面との前記摩擦係数は、
前記触覚電極と前記導電性弾性部との間に静電気力が生じていない状態における前記導電性弾性部と前記操作面との静止摩擦係数よりも小さい、請求項５記載の触覚提示装置。
【請求項８】
前記支持部と前記導電性弾性部との高さの差は、前記導電性弾性部の厚さの寸法公差よりも大きく設定される、請求項３記載の触覚提示装置。
【請求項９】
前記導電性弾性部は、
前記回転部の前記底面の複数の位置に互いに間隔を開けて複数設けられ、
前記支持部は、
前記回転部の前記底面の複数の位置に互いに間隔を開けて複数設けられ、
複数の導電性弾性部および複数の支持部は、交互に設けられる、請求項３記載の触覚提示装置。
【請求項１０】
前記支持部は、
前記回転部の前記底面の外周部に設けられ、
前記導電性弾性部は、
前記支持部の内側の前記回転部の前記底面に設けられる、請求項３記載の触覚提示装置。
【請求項１１】
前記支持部は、
前記回転部の前記底面の複数の位置に互いに間隔を開けて複数設けられ、
複数の支持部は前記導電性弾性部に囲まれるように設けられる、請求項３記載の触覚提示装置。
【請求項１２】
前記触覚提示つまみは、
前記回転部の底面に設けられた位置検出部をさらに有し、
前記支持部は、
前記回転部の前記底面の複数の位置に互いに間隔を開けて複数設けられ、
前記位置検出部は、
前記回転部の前記底面の複数の位置に互いに間隔を開けて複数設けられ、
複数の支持部および複数の位置検出部は、交互に設けられる、請求項３記載の触覚提示装置。
【請求項１３】
前記触覚提示つまみは、
前記操作面に接し、前記触覚提示つまみを回転させる中心軸となる固定部をさらに有する、請求項９から請求項１２の何れか１項に記載の触覚提示装置。
【請求項１４】
前記導電性弾性部は、
前記回転部の前記底面の複数の位置に互いに間隔を開けて複数設けられ、
複数の導電性弾性部は、
平面視において少なくとも隣り合う前記第１電極および前記第２電極と重畳することで触覚を発生させる、請求項５記載の触覚提示装置。
【請求項１５】
請求項１記載の触覚提示装置と、
前記触覚提示装置の前記操作面とは反対側に配置されたタッチパネルと、を備え、
前記タッチ検出回路は、前記タッチパネルに備えられる、触覚提示タッチパネル。
【請求項１６】
前記タッチパネルの検出電極および励起電極は、一対となってマトリクス状に配置されている、請求項１５記載の触覚提示タッチパネル。
【請求項１７】
請求項１６記載の触覚提示タッチパネルと、
前記触覚提示タッチパネルに取り付けられた表示パネルと、を備える、触覚提示タッチディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、触覚提示つまみを介して使用者に触覚を提示する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチスクリーン上において使用者の指またはペンなどの指示体によって指示された位置（以下「タッチ位置」という場合がある）を検出して出力する装置として、タッチパネルが広く知られており、静電容量方式を用いたタッチパネルとして投影型静電容量方式タッチパネル（ＰＣＡＰ：Projected Capacitive Touch Panel）がある。ＰＣＡＰは、タッチスクリーンの使用者側の面（以下「表側面」という場合がある）が厚さ数ｍｍ程度のガラス板などの保護板で覆った場合でもタッチ位置を検出することができる。また、ＰＣＡＰ、表側面に保護板を配置できるので堅牢性に優れている点、および可動部を有しないので長寿命である点などの利点を有している。【０００３】
ＰＣＡＰのタッチスクリーンは、行方向におけるタッチ位置の座標を検出する検出用行方向配線層と、列方向におけるタッチ位置の座標を検出する検出用列方向配線層とを備えている。以下の説明では、検出用行方向配線層と検出用列方向配線層とを総称して「検出用配線層」という場合がある。【０００４】
また、検出用配線層が配置された部材を「タッチスクリーン」といい、タッチスクリーンに検出用回路が接続された装置を「タッチパネル」という。さらに、タッチスクリーンにおいてタッチ位置の検出が可能な領域を「検出可能エリア」という。【０００５】
静電容量（以下、単に「容量」という場合がある）を検出するための検出用配線層として、薄い誘電膜上に形成された第１シリーズの導体エレメントと、第１シリーズの導体エレメント上に絶縁膜を隔てて形成された第２シリーズの導体エレメントとを備えている。各導体エレメント間には電気的接触はなく、表側面の法線方向から見て、第１シリーズの導体エレメントと、第２シリーズの導体エレメントとのうち一方が他方と平面視で重畳しているが、両者の間に電気的接触はなく立体的に交差している。【０００６】
指示体のタッチ位置の座標は、指示体と、検出用配線である導体エレメントとの間で形成される容量（以下「タッチ容量」という場合がある）を検出回路で検出することによって特定される。また、１以上の導体エレメントの検出容量の相対値によって、導体エレメント間のタッチ位置を補間することができる。【０００７】
近年、スイッチ等を含む操作パネルとしてのタッチパネルが機械スイッチに代わって身の回りの多くの機器に用いられるようになっている。しかし、タッチパネルには、機械スイッチのように凹凸がなく手触りが均一であるため、操作によって表面形状が変形しない。そのため、スイッチの位置確認から操作実行および操作完了までのすべての操作過程を視覚に頼って行わなければならず、自動車の運転中の音響等の操作など、他の作業と並行して行う操作時にブラインド操作の確実性および視覚障害者の操作性などに課題がある。【０００８】
例えば、車載機器では、デザイン性の観点から広くタッチパネルが用いられるようになっているため、運転中に車載機器をブラインドタッチで操作し難くなり、安全性確保の観点から、ブラインドタッチでの操作が可能になる機能付タッチパネルへの注目が高まっている。また、民生機器においては、家電および電子機器の多くに操作パネルとしてのタッチパネルが用いられるようになった。さらに、デザイン性の観点から表面をカバーガラスで保護したＰＣＡＰを搭載する機器も増加している。しかし、タッチパネルは表面が平滑なため、手触りでスイッチの位置を確認することができず、ユニバーサルデザイン対応が困難であることが課題である。ＰＣＡＰの場合、デザイン性としてガラス表面が平滑であることが求められており、スイッチ位置に相当するガラス面に凹凸を加工するなどといったユニバーサルデザイン対応が難しい。【０００９】
上記の対策として、操作を受け付けたこと、および操作を完了したことを音声で知らせる方法があるが、プライバシーおよび騒音の問題で音声機能を使用できる環境が限定されるなど、機械スイッチと同等の機能と汎用性には至っていない。タッチパネルにスイッチの位置を提示する機能、操作の受け付け、および操作の完了を触覚で使用者にフィードバックする機能があれば、ブラインドタッチでの操作およびユニバーサルデザイン対応を実現することが可能である。【００１０】
携帯電話およびスマートフォンでは、操作の確実性および視覚に頼らない操作性を補うために、振動による触覚フィードバック機能を搭載している場合がある。使用者の操作に連動した振動によるフィードバック機能が急速に身近なものになり、さらに高度な触覚フィードバックへの需要も高まると予想される。【００１１】
触覚を発生する方式は、振動方式、超音波方式、および電気方式の３つに大別される。振動方式の特徴は、ＰＣＡＰとの共存が可能で低コストであるが、デバイス全体が十分に振動するように筐体への振動子の組み込みが不適合であり、また振動子の出力の限界から大面積化ができない。超音波方式は、ツルツル感など、他の方式では発生できないような触覚を発生させることが可能であるが、振動方式と同様の理由で、筐体への組み込みに不適合であり、また大面積化もできない点が短所である。電気方式には、静電摩擦力により触覚を生成する静電摩擦方式と指に直接電気刺激を与える電気刺激方式とがあるが、これらは、任意の箇所に触覚を発生させることが可能であり、大面積化およびマルチタッチ対応が可能である。【００１２】
以下、この方式について説明する。なお以下において、透明絶縁基板に触覚電極が配置された部材を「触覚提示スクリーン」といい、触覚提示スクリーンに検出用回路が接続された装置を「触覚提示パネル」という。また触覚提示スクリーンにおける触覚提示可能な領域を「触覚提示可能エリア」という。【００１３】
回転つまみに対する触覚出力デバイスに関して、例えば特許文献１では、触覚出力デバイスは、電極と電極の上に配置された誘電材料と、電極に信号を入力するコントローラを有している。誘電材料は、使用者が接触する面にマイクロパターニングされた凹凸を有している。コントローラが信号を電極に入力すると、マイクロパターニングされた誘電材料の凸部が帯電し、回転つまみとの間に静電気力が発生し、使用者に触覚を与えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０１７−１６８１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献１では、使用者が回転操作をする際の回転つまみの押圧は、使用者の体格および操作時の姿勢による回転つまみを操作する際の腕および手首の角度などの違いにより異なり、安定した触覚を得ることができない場合があった。【００１６】
本開示は上記のような問題を解決するためになされたものであり、操作時の腕および手首の角度などの違いに影響されず、一定の明瞭性と触覚強度を有した触覚を提示することが可能な触覚提示パネル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】
【００１７】
本開示に係る触覚提示装置は、触覚提示つまみを操作面上に載置し、前記触覚提示つまみを介して使用者に触覚を提示する触覚提示装置であって、前記使用者が前記触覚提示つまみに接触したことを検出すると共に、前記触覚提示つまみの前記触覚提示装置上の位置を検出して位置情報として出力するタッチ検出回路と、前記使用者の前記触覚提示つまみを介した前記操作面の押込み量を検出して押圧情報として出力する押圧検出回路と、前記タッチ検出回路より出力される前記位置情報と前記押圧検出回路より出力される前記押圧情報に基づいて前記触覚提示つまみと前記操作面との間の摩擦力を生成する電圧信号を決定する触覚制御回路と、前記押圧検出回路で検出された前記押込み量に基づいて押圧量を算出し、前記押圧情報に加える押圧量算出回路と、を備え、前記触覚制御回路が決定した前記電圧信号により前記触覚提示つまみと前記操作面との間の前記摩擦力の変化に起因する触覚を発生させ、前記押圧検出回路は、前記電圧信号によって生じる前記触覚提示つまみと前記操作面との間の前記摩擦力が一定になるように、前記触覚提示つまみを介した前記操作面の前記押込み量を検出する。
【発明の効果】
【００１８】
本開示に係る触覚提示装置によれば、使用者の操作時の腕および手首の角度などの違いに影響されず、一定の明瞭性と触覚強度を有した触覚を提示する触覚提示装置を得ることができる。また、触覚提示装置を備えた、触覚提示タッチパネルおよび触覚提示タッチディスプレイを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態１による触覚提示タッチディスプレイの構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図２】図１の触覚提示タッチディスプレイの構成を概略的に示す断面図である。
【図３】図２の触覚提示パネルが有する触覚電極と触覚提示つまみとの間で形成される静電容量を説明するための模式図である。
【図４】図２の触覚提示パネルが有する触覚電極と触覚提示つまみとの間で形成される静電容量を説明するための斜視図である。
【図５】図２の第１電極に印加される第１周波数の電圧信号の一例を示すグラフである。
【図６】図２の第２電極に印加される第２周波数の電圧信号の一例を示すグラフである。
【図７】図５および図６の各電圧信号が組み合わさることによって発生する振幅変調信号を示すグラフである。
【図８】図２のタッチスクリーンの一例を示す平面図である。
【図９】図８の線Ａ１−Ａ１および線Ａ２−Ａ２に沿う部分断面図である。
【図１０】図２のタッチスクリーンの一例を示す平面図である。
【図１１】図１０の線Ｂ１−Ｂ１および線Ｂ２−Ｂ２に沿う部分断面図である。
【図１２】実施の形態１によるセグメント構造のタッチパネルの構成を概略的に示す平面図である。
【図１３】実施の形態１によるセグメント構造のタッチパネルの検出電極および励起電極の形状の一例を概略的に示す平面図である。
【図１４】実施の形態１によるセグメント構造のタッチパネルの検出電極および励起電極の形状の一例を概略的に示す平面図である。
【図１５】図２の触覚提示スクリーンの構成を概略的に示す平面図である。
【図１６】図２の触覚提示パネルが有する触覚電極と指示体との間で形成される静電容量を説明するための模式図である。
【図１７】実施の形態１によるセグメント構造の触覚提示パネルの構成を概略的に示す平面図である。
【図１８】実施の形態１によるセグメント構造の触覚提示パネルの触覚電極の形状の一例を概略的に示す平面図である。
【図１９】実施の形態１によるセグメント構造の触覚提示パネルの触覚電極の形状の一例を概略的に示す平面図である。
【図２０】図２の触覚提示パネルが有する触覚電極のピッチが触覚提示つまみの直径よりも大きい場合において触覚電極と触覚提示つまみとの間で形成される静電容量を説明するための模式図である。
【図２１】図２の触覚提示パネルが有する触覚電極のピッチが触覚提示つまみの直径よりも小さい場合において触覚電極と触覚提示つまみとの間で形成される静電容量を説明するための模式図である。
【図２２】実施の形態１による触覚提示つまみの回転部の構成を示す模式図である。
【図２３】実施の形態１による触覚提示つまみを載置する位置が１箇所に固定される場合における固定部の構成を示す模式図である。
【図２４】実施の形態１による触覚提示つまみを載置する位置が移動する場合の回転軸構造の構成を示す模式図である。
【図２５】実施の形態１によるタッチスクリーンが触覚提示つまみの位置を検出したときの線Ｃ−Ｃの容量プロファイルを説明するための模式図である。
【図２６】実施の形態１による位置検出部が複数の場合の回転量の算出を説明する図である。
【図２７】実施の形態１による導電性弾性部のエッジ部の位置を示す模式図である。
【図２８】図１の触覚提示タッチパネルの構成を概略的に示すブロック図である。
【図２９】図１の触覚提示タッチパネルで指示体が触覚提示つまみに接触していないときに触覚提示タッチパネルで形成される静電容量を説明するための模式図である。
【図３０】指示体が触覚提示つまみに接触していないときの図１の触覚提示タッチパネルの動作タイミングを概略的に示すタイミングチャートである。
【図３１】図１の触覚提示タッチパネルで指示体が触覚提示つまみに接触しているときに触覚提示タッチパネルで形成される静電容量を説明するための模式図である。
【図３２】指示体が触覚提示つまみに接触しているときの図１の触覚提示タッチパネルの動作タイミングを概略的に示すタイミングチャートである。
【図３３】図１の触覚提示タッチパネルがタッチ位置を検出する際に触覚提示タッチパネルで形成される静電容量を説明するための模式図である。
【図３４】図１の触覚提示タッチパネルが触覚を生成する際に触覚提示タッチパネルで形成される静電容量を説明するための模式図である。
【図３５】実施の形態１による信号電圧印加時に触覚提示つまみが指示体を介して接地接続した際に導電性弾性部に蓄積した電荷の移動を模式的に示すイメージ図である。
【図３６】実施の形態１による信号電圧印加時に触覚提示つまみが誘電体層を介して接触している一部の触覚電極を接地接続した際の触覚提示タッチパネルの構成を概略的に示すブロック図である。
【図３７】実施の形態１による表示パネル、タッチパネルおよび触覚提示パネルの関係の概要を示したブロック図である。
【図３８】実施の形態１による触覚提示の処理を示すフローチャートである。
【図３９】触覚提示つまみを弱い押圧で操作したときの導電性弾性部と表示面との界面の様子を示した模式図である。
【図４０】一般的なゴムシートのシート厚さと片面の平坦度の関係を示した図である。
【図４１】触覚提示つまみを強い押圧で操作したときの導電性弾性部と表示面との界面の様子を示した模式図である。
【図４２】実施の形態１の触覚提示つまみの構成を示す断面図である。
【図４３】実施の形態１の触覚提示つまみの支持部の高さと導電性弾性部の最大高さとの差と触覚強度の関係を示した図である。
【図４４】実施の形態１の触覚提示つまみの構成を示す図である。
【図４５】実施の形態２の触覚提示つまみの構成を示す図である。
【図４６】実施の形態３の触覚提示つまみの構成を示す図である。
【図４７】実施の形態４の触覚提示つまみの構成を示す図である。
【図４８】実施の形態４の触覚提示つまみの導電性弾性部が分割されていない場合の構成を示す図である。
【図４９】タッチスクリーンが実施の形態４の触覚提示つまみの位置を検出したときの線Ｄ−Ｄの容量プロファイルを説明するための模式図である。
【図５０】実施の形態５の触覚提示つまみの構成を示す図である。
【図５１】実施の形態６の触覚提示つまみの構成を示す図である。
【図５２】実施の形態７の触覚提示つまみの構成を示す図である。
【図５３】実施の形態８の触覚提示つまみの構成を示す図である。
【図５４】実施の形態９の触覚提示つまみの構成を示す図である。
【図５５】実施の形態１０の触覚提示つまみの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
＜実施の形態１＞
＜触覚提示タッチディスプレイ＞
図１は、本実施の形態１における触覚提示タッチディスプレイ１の上に触覚提示つまみ３を置いて操作感および操作量の触覚を提示する触覚提示デバイスの構成を概略的に示す分解斜視図である。図２は、触覚提示タッチディスプレイ１の構成を概略的に示す断面図である。
【００２１】
触覚提示タッチディスプレイ１は、触覚提示タッチパネル４００と、触覚提示タッチパネル４００が取り付けられた表示パネル３００とを有している。表示パネル３００は、感圧センサ２１６を有している。触覚提示タッチパネル４００は、触覚提示パネル１００と、タッチパネル２００とを有している。触覚提示パネル１００は、触覚提示スクリーン１５０と、電圧供給回路１１０とを有している。タッチパネル２００は、タッチスクリーン２５０と、タッチ検出回路２１０とを有している。
【００２２】
本実施の形態１において、触覚提示スクリーン１５０は、触覚提示タッチディスプレイ１の、使用者に面する側（表側）に配置されており、タッチスクリーン２５０の使用者に面する面（表側面）上に、接着材２０ｂによって固定されている。タッチスクリーン２５０は、表示パネル３００の、使用者に面する面（表側面）上に、接着材２０ａによって固定されている。
【００２３】
触覚提示スクリーン１５０は、透明絶縁基板１０１と、触覚電極１０２と、誘電体層１０６とを有している。触覚電極１０２は、透明絶縁基板１０１上に間隔を空けて交互に配置された複数の第１電極１０２ａおよび複数の第２電極１０２ｂを含む。誘電体層１０６は、複数の第１電極１０２ａおよび複数の第２電極１０２ｂを覆っている。触覚提示スクリーン１５０は、電圧供給回路１１０にＦＰＣ（Flexible Print Circuit）１０８によって電気的に接続されている。また、表示パネル３００の裏面側には液晶駆動回路部３１１を備えている。
【００２４】
タッチスクリーン２５０は、透明であって絶縁性を有する基板２０１と、励起電極２０２と、検出電極２０３と、層間絶縁層２０４と、絶縁層２０５とを有している。タッチスクリーン２５０は、タッチ検出回路２１０にＦＰＣ１０８によって電気的に接続されている。タッチ検出回路２１０は、触覚提示スクリーン１５０の透明絶縁基板１０１上のタッチされた位置を検出する。これにより、透明絶縁基板１０１上において、触覚提示だけでなくタッチ位置検出が可能とされている。タッチ検出回路２１０は、例えば、タッチによる静電容量の変化を検出するための検出用ＩＣ（Integrated Circuit）とマイクロコンピュータとを有している。タッチスクリーン２５０の構成の詳細については、具体例を挙げて後述する。
【００２５】
表示パネル３００は、対向する２つの透明絶縁基板と、それらの間に挟まれ表示機能を有する表示機能層とを有する。表示パネル３００は、典型的には液晶パネルである。表示パネル３００は、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）パネル、μＬＥＤ（Micro Light Emitting Diode）パネルまたは電子ペーパーパネルであってもよい。タッチパネル２００は、典型的にはＰＣＡＰである。また、感圧センサ２１６がタッチ位置検出機能を有する場合は、タッチパネル２００を備えなくてもよい。感圧センサ２１６は、触覚提示タッチディスプレイ１を構成する部材が押圧によって生じる変形を容量変化として検出する静電容量方式、半導体歪みゲージの抵抗変化をとして検出するピエゾ方式など、押圧を検出できる感圧センサであれば何れの方式を用いてもよい。
【００２６】
＜触覚提示パネルの概要＞
図３は、触覚提示パネル１００が有する触覚電極１０２と触覚提示つまみ３との間で形成される静電容量ＣＮＥを模式的に説明するための図である。図４は、図３の斜視図である。触覚提示つまみ３が触覚提示スクリーン１５０の表側面の一部である接触面ＣＴに触れると、接触面ＣＴ上の触覚提示つまみ３と触覚電極１０２との間に誘電体層１０６を介して静電容量ＣＮＥが形成される。なお、これらの図中では、図を見やすくするために電圧供給回路１１０（図２参照）に含まれる触覚提示電圧生成回路１１３のみが示されており、電圧供給回路１１０に含まれる他の構成は図示されていない。電圧供給回路１１０のより具体的な構成については後述する。
【００２７】
電圧供給回路１１０に含まれる触覚提示電圧生成回路１１３は、第１電圧発生回路１１３ａと、第２電圧発生回路１１３ｂとを有している。第１電圧発生回路１１３ａは、複数の第１電極１０２ａのうち、透明絶縁基板１０１の少なくとも一部の領域上に位置する第１電極１０２ａへ電圧信号Ｖａ（第１の電圧信号）を印加するものであり、本実施の形態１では透明絶縁基板１０１の少なくとも一部の領域上に位置するすべての第１電極１０２ａへ電圧信号Ｖａを印加するものである。第２電圧発生回路１１３ｂは、複数の第２電極１０２ｂのうち、透明絶縁基板１０１の少なくとも一部の領域上に位置する第２電極１０２ｂへ電圧信号Ｖｂ（第２の電圧信号）を印加するものであり、本実施の形態１では透明絶縁基板１０１の少なくとも一部の領域上に位置するすべての第２電極１０２ｂへ電圧信号Ｖｂを印加するものである。
【００２８】
図５および図６のそれぞれは、電圧信号Ｖａおよび電圧信号Ｖｂの一例を示すグラフである。第１電圧発生回路１１３ａの電圧信号Ｖａは、第１周波数を有している。第２電圧発生回路１１３ｂの電圧信号Ｖｂは、第１周波数と異なる第２周波数を有している。電圧信号Ｖａの振幅と電圧信号Ｖｂの振幅とは、同じ振幅ＶＬであってよい。図５，６の例では、電圧信号Ｖａおよび電圧信号Ｖｂとして、周波数の異なる正弦波が用いられている。正弦波に代わって、パルス波、または他の形状を有するものが用いられてもよい。十分に大きな触覚を生成するためには、振幅ＶＬは、数十Ｖ程度であることが好ましい。
【００２９】
図７は、電圧信号Ｖａ（図５参照）および電圧信号Ｖｂ（図６参照）が組み合わさることによって発生する振幅変調信号ＶＮを示すグラフである。第１電極１０２ａへは電圧信号Ｖａが印加され、かつ第２電極１０２ｂへは電圧信号Ｖｂが印加される。その結果、第１電極１０２ａおよび第２電極１０２ｂの各々と触覚提示つまみ３との間の静電容量ＣＮＥ（図４参照）が形成されている領域では、振幅ＶＬのおおよそ２倍の最大振幅ＶＨを有する振幅変調信号ＶＮに従った充放電が繰り返される。その結果、誘電体層１０６を介して第１電極１０２ａおよび第２電極１０２ｂに跨って接する触覚提示つまみ３には、最大振幅ＶＨの振幅変調信号ＶＮに対応する静電気力が加わる。振幅変調信号ＶＮは、上記第１周波数と第２周波数との差に対応して、うなりの周波数を有する。よって、触覚提示つまみ３が触覚提示スクリーン１５０上を回転する際には、触覚提示つまみ３に作用する摩擦力が、上述したうなり波で生成される。その結果、電圧信号Ｖａおよび電圧信号Ｖｂの印加の有無に伴ううなり波により生じる静電気力のＯＮ／ＯＦＦにより、触覚提示つまみ３が振動する。使用者は、触覚提示つまみ３の振動を触覚提示スクリーン１５０から得られた触覚として知覚する。以上のように、触覚提示パネル１００が有する触覚提示スクリーン１５０は、触覚提示つまみ３に加わる静電気力を制御することによって触覚提示つまみ３に加わる摩擦力を変化させることにより触覚を生成するように構成されている。
【００３０】
上記のように、入力された電圧信号Ｖａ（図５参照）および電圧信号Ｖｂ（図６参照）の各々に比しておおよそ２倍の電圧を有する振幅変調信号ＶＮが生成される。これにより、触覚提示つまみ３に所望の摩擦力を作用させるのに必要な振幅変調信号ＶＮを、そのおおよそ１／２の電圧を有する電圧信号Ｖａ（図５参照）および電圧信号Ｖｂ（図６参照）によって生成することができる。よって、第１電極１０２ａおよび１０２ｂに振幅変調信号が直接入力される場合に比して、１／２の電圧で同等の静電気力を生成することができ、低電圧駆動が可能となる。
【００３１】
また、電圧信号Ｖａおよび電圧信号Ｖｂは、パルス信号を用いてもよい。その場合は、同じ振幅ＶＬの逆相のパルス波形を用い、電圧信号Ｖａおよび電圧信号Ｖｂの印加の有無に伴う電圧信号Ｖａおよび電圧信号Ｖｂの差分電圧により生じる静電気力のＯＮ／ＯＦＦにより触覚提示つまみ３が振動する。
【００３２】
使用者に対して十分に大きな触覚を提示するためには、それに対応して最大振幅ＶＨが十分に大きければよく、それに比して振幅ＶＬは小さな値であってよい。よって振幅ＶＬは、それ自体によって十分に大きな触覚を生成するほどに大きい必要はない。振幅ＶＬがそのように設定される結果、第１電極１０２ａおよび第２電極１０２ｂの何れか一方のみが触覚提示つまみ３に接触している状態では、電圧信号Ｖａおよび電圧信号Ｖｂの周波数がどのように選択されても、使用者は触覚をほとんど知覚しない。
【００３３】
触覚提示つまみ３が第１電極１０２ａおよび第２電極１０２ｂを跨るように位置しやすくするためには、触覚電極１０２のピッチＰＥが接触面ＣＴの直径ＲＮＥよりも小さいことが好ましい。この詳細については後述する。
【００３４】
＜タッチパネル＞
図８は、タッチスクリーン２５０（図２参照）の一例としての、静電容量方式のタッチスクリーン２５０ａを示す平面図である。図９は、図８の線Ａ１−Ａ１および線Ａ２−Ａ２に沿う部分断面図である。
【００３５】
タッチスクリーン２５０ａは、複数の行方向配線層２０６と複数の列方向配線層２０７とを有している。行方向配線層２０６の各々は、電気的に接続された複数の励起電極２０２（図２参照）からなり、列方向配線層２０７の各々は、電気的に接続された複数の検出電極２０３（図２参照）からなる。図８および図９では、このような微細構造を無視して、行方向配線層２０６および列方向配線層２０７が図示されている。励起電極２０２（図２参照）は、金属の単層膜もしくは多層膜、または、これらの何れかを含みかつ他の導電材料も用いた多層構造からなる。金属としては、例えば、アルミニウムまたは銀など低抵抗のものが好ましい。検出電極２０３（図２参照）についても同様である。配線材料として金属を用いることによって、配線抵抗を低くすることができる。一方で、金属配線は、不透明であるので、視認されやすい。視認性を低くしかつタッチスクリーンの透過率を高くするためには、金属配線に細線構造が付与されればよい。細線構造は典型的にはメッシュ状である。
【００３６】
行方向配線層２０６の各々は、行方向（図中ｘ方向）に沿って延在しており、列方向配線層２０７の各々は列方向（図中ｙ方向）に沿って延在している。複数の行方向配線層２０６は列方向において間隔を空けて配列されており、複数の列方向配線層２０７は行方向において間隔を空けて配列されている。図８に示すように、平面視において、行方向配線層２０６の各々は複数の列方向配線層２０７と交差しており、列方向配線層２０７の各々は複数の行方向配線層２０６と交差している。行方向配線層２０６と列方向配線層２０７とは、層間絶縁層２０４によって絶縁されている。
【００３７】
層間絶縁層２０４は、有機絶縁膜の単層膜、無機絶縁膜の単層膜、または多層膜からなる。耐湿性の向上には無機絶縁膜が優れており、平坦性の向上には有機絶縁膜が優れている。無機絶縁膜としては、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜などの透明性シリコン系無機絶縁膜、または、アルミナなどの金属酸化物からなる透明性無機絶縁膜が用いられる。有機絶縁膜の材料としては、シリコン酸化物、シリコン窒化膜もしくはシリコン酸化窒化膜からなる主鎖を有し、かつその側鎖もしくは官能基に結合した有機物を有する高分子材料、または、炭素からなる主鎖を有する熱硬化性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ノボラック樹脂、またはオレフィン樹脂が挙げられる。
【００３８】
タッチスクリーン２５０ａの行方向配線層２０６のそれぞれは、引き出し配線層Ｒ（１）〜Ｒ（ｍ）によってタッチスクリーン端子部２０８に接続されている。列方向配線層２０７のそれぞれは、引き出し配線層Ｃ（１）〜Ｃ（ｎ）によってタッチスクリーン端子部２０８に接続されている。タッチスクリーン端子部２０８は、基板２０１の端部に設けられている。
【００３９】
引き出し配線層Ｒ（１）〜Ｒ（ｍ）は、検出可能エリアの外側に配置されており、タッチスクリーン端子部２０８の配列の中央に近いものから順に、ほぼ最短距離が得られるように、対応する電極へと延びている。引き出し配線層Ｒ（１）〜Ｒ（ｍ）は、相互の絶縁を確保しつつ、なるべく密に配置されている。引き出し配線層Ｃ（１）〜Ｃ（ｎ）についても同様である。このような配置とすることによって、基板２０１のうち検出可能エリアの外側の部分の面積を抑えることができる。
【００４０】
引き出し配線層Ｒ（１）〜Ｒ（ｍ）の群と、引き出し配線層Ｃ（１）〜Ｃ（ｎ）の群との間に、シールド配線層２０９が設けられてもよい。これにより、一方の群からの影響で他方の群にノイズが発生することが抑制される。また、表示パネル３００（図２参照）から発生する電磁ノイズが引き出し配線層へ及ぼす影響を低減することができる。シールド配線層２０９は、行方向配線層２０６または列方向配線層２０７と同時に同材料で形成されてもよい。
【００４１】
絶縁層２０５は、タッチスクリーン端子部２０８が露出されるように基板２０１上に設けられており、行方向配線層２０６、列方向配線層２０７および層間絶縁層２０４を覆っている。絶縁層２０５は、層間絶縁層２０４と同様の材料により形成され得る。表示パネル３００が液晶パネルである場合、絶縁層２０５の、表示のための光が透過する部分の上に、液晶パネル用のアンチグレア処置が施された上部偏光板が貼り付けられてもよい。
【００４２】
図１０は、タッチスクリーン２５０（図２参照）の一例としての、静電容量方式のタッチスクリーン２５０ｂを示す平面図である。図１１は、図１０の線Ｂ１−Ｂ１および線Ｂ２−Ｂ２に沿う部分断面図である。図１０、図１１の例では、いわゆるダイヤモンド構造が採用されている。
【００４３】
行方向配線層２０６および列方向配線層２０７は、同一レイヤに配置されている。列方向配線層２０７の各々は、検出電極２０３として、互いにつながった複数のダイヤモンド形状の電極を有している。行方向配線層２０６は、励起電極２０２として、互いに離れた複数のダイヤモンド形状の電極と、隣り合うダイヤモンド形状の電極間を電気的に接続するブリッジ２０６Ｂとを有している。層間絶縁層２０４は、ブリッジ２０６Ｂと列方向配線層２０７との間を絶縁するように配置されている。なお、行方向配線層ではなく列方向配線層にブリッジ構造が適用されてもよい。ブリッジを形成することにより、配線層の電気的抵抗が高くなる傾向があるので、列方向配線層および行方向配線層のうち短い方にブリッジ構造が適用されることが好ましい。
【００４４】
行方向配線層２０６および列方向配線層２０７の材料としては、例えば、酸化インジウムスズ（Indium tin Oxide：ＩＴＯ）などの透明導電膜が用いられる。ＩＴＯは、透光性を有するので、配線層が使用者に視認される可能性が低くなる。ＩＴＯなどの透明導電膜は、比較的高い電気抵抗を有するので、配線抵抗が問題とならない小型のタッチスクリーンへの適用が適している。また、ＩＴＯなどの透明導電膜は、他の金属配線との間での腐食によって配線が断線しやすいので、腐食を防止するために、耐湿性および防水性への配慮を要する。
【００４５】
なお、上記ではタッチスクリーンの構造と表示パネルの構造とが独立している場合について説明したが、これらが不可分に一体化されていてもよい。例えば、いわゆるオンセルタッチパネルの場合は、タッチスクリーンが、基板２０１を用いることなしに表示パネル３００の基板（典型的にはカラーフィルタ基板）上に直接形成される。いわゆるインセルタッチパネルの場合は、表示パネル３００が有する２つの透明絶縁基板（図示せず）の間にタッチスクリーンが形成される。
【００４６】
また、上記のタッチスクリーンでは、行方向配線層２０６と列方向配線層２０７で構成される検出構造を示したが、この構造に限らない。例えば、図１２は、検出電極と励起電極で構成されるセグメントをマトリクス状に並べた検出構造を有するタッチスクリーン２５０ｃの構成を概略的に示す平面図である。図１３および図１４は、図１２中のエリアＡのセグメント内に配置されている励起電極２０２ａおよび検出電極２０３ｂのパターン形状の一例を示したものである。図１３および図１４に示されるような励起電極２０２ａおよび検出電極２０３ｂを１セットとしたセグメントをマトリクス状に並べて個々に駆動するセグメント構造のタッチスクリーン２５０ｃを用いる。駆動回路でのスイッチ切り替えにより、触覚提示パネル１００ａおよびタッチパネル２００を兼用することも可能である。
【００４７】
＜感圧センサ＞
図１に示す感圧センサ２１６について説明する。一般的に、感圧センサ２１６には、半導体Ｓｉ（シリコン）からなるダイヤフラム（隔膜）に加わる圧力を膜の変形として検出する方式、押圧力に応じて生じる表示パネルまたはタッチパネルなどの変形を静電容量の変化で検出する静電容量式、押圧力に応じた歪みによる金属線の抵抗変化を検出する抵抗式などがある。
【００４８】
静電容量式の場合、例えば、表示パネル３００の表示面とは反対側の面上に、対角線上の対称的な４箇所に感圧センサ２１６を設置する。この場合、触覚提示タッチディスプレイ１の操作面を触覚提示つまみ３で押込みむと、その押圧力により触覚提示タッチディスプレイ１が操作面とは反対面側の方向に撓んだり、触覚提示タッチディスプレイ１が操作面とは反対側の面方向に微小に移動したりする。感圧センサ２１６は、当該感圧センサ２１６内に配置されている容量検出電極間の間隔が狭くなることで生じる容量変化を検出することにより押圧力を検知する。感圧センサ２１６内の各容量検出電極は、触覚提示タッチディスプレイ１の操作面と平行であり、かつ任意の間隔を空けて設置されている。
【００４９】
静電容量式以外の方式の場合も、触覚提示タッチディスプレイ１を構成する部材の何れかの押圧力による形状変化を検出することで押圧力を検知する。
【００５０】
なお、図１では、感圧センサ２１６を表示パネル３００の下側（表示面とは反対側）に配置したが、これに限るものではない。感圧センサ２１６は、触覚提示タッチディスプレイ１の構造において形状変化と押圧力との関係の再現性がよく、押圧力による形状変化が大きく、かつ感圧センサ２１６の感度が最もよい位置に配置すればよい。
【００５１】
また、感圧センサ２１６の検出値のバランスより押圧位置を算出できるように感圧センサ２１６を配置した場合は、感圧センサ２１６は押圧検知だけでなくタッチ位置検知も可能であり、タッチパネル２００としても共用することが可能である。感圧センサ２１６によるタッチ位置検知については後に説明する。
【００５２】
＜触覚提示パネル＞
図１５は、触覚提示スクリーン１５０の構成を概略的に示す平面図である。図１６は、触覚電極１０２と触覚提示つまみ３との間での静電容量ＣＮＥの形成を説明する模式図である。
【００５３】
上述した通り、触覚提示スクリーン１５０は、透明絶縁基板１０１と、触覚電極１０２と、誘電体層１０６とを有している。さらに、透明絶縁基板１０１の端部には触覚提示パネル端子部１０７が設けられており、透明絶縁基板上には複数の引き出し配線層１０５が配置されている。誘電体層１０６は、触覚提示パネル端子部１０７が露出されるように設けられている。触覚電極１０２は、引き出し配線層１０５を介して触覚提示パネル端子部１０７に接続されている。触覚提示パネル端子部１０７には、ＦＰＣ１０８（図１参照）を介して電圧供給回路１１０（図２参照）が接続されている。なお、引き出し配線層１０５の詳細については後述する。
【００５４】
触覚電極１０２の各々は、延在方向（図１５における縦方向）に沿って延びている。複数の触覚電極１０２は、配列方向（図１５における横方向）に沿って、間隔を空けて配列されている。図１５の例では、透明絶縁基板１０１は、長辺および短辺を有する長方形状を有している。従って、触覚提示スクリーン１５０も、透明絶縁基板１０１に対応して長辺および短辺を有している。図１２の例では、配列方向は長辺に沿っている。触覚提示スクリーン１５０の観察者にとっての水平方向が長辺に沿っている場合、上記配列方向は水平方向に沿っている。
【００５５】
上記では、触覚提示スクリーン１５０において、触覚電極１０２が延在方向に伸びて配列方向に沿って配列されている例を示したが、触覚電極１０２の構造はこれに限らず、例えば図１７に示す触覚提示パネル１００ａのように複数のセグメントをマトリクス状に配置した構成としてもよい。図１８および図１９は、図１７中のエリアＡのセグメント内に配置されている触覚電極１０２パターン形状の一例を示したものである。触覚電極１０２の形状は、図１８および図１９のような形状に限らず、第１電極１０２ａおよび第２電極１０２ｂが隣り合う構造で異なるエリア間の電極との相互容量よりも、同一エリア内の相互容量の方が大きくなるような構造であればよい。具体的には、同一エリア内の触覚第１電極１０２ａと第２電極１０２ｂとの距離が、異なるエリア間の第１電極１０２ａと第２電極１０２ｂとの距離よりも狭くなるように配置するとよい。これにより、タッチパネル２００の検出電極２０３と触覚電極１０２との間に形成される容量のタッチ検出精度への影響を抑制できるため、触覚電極１０２の配線抵抗をより低くすることが可能となり、より触覚強度（触感）を向上させることが可能となる。
【００５６】
触覚電極１０２と触覚提示つまみ３との間で形成される静電容量ＣＮＥが大きいほど強い触覚を提示することが可能である。この観点では、触覚電極１０２の面積は大きい方が好ましい。触覚電極１０２の面積の大きさが優先される場合、触覚電極１０２への微細構造の付与によって触覚電極１０２を視認され難くすることは困難となる。触覚電極１０２の面積を大きくしつつ触覚電極１０２が視認され難くするために、触覚電極１０２は透明導電膜によって形成され得る。透明導電膜の典型的な材料としてＩＴＯがある。ＩＴＯなどの透明導電膜は、金属に比べて比較的高い電気抵抗を有するので、配線抵抗が問題とならない小型のタッチスクリーンへの適用が適している。配線抵抗が問題となる大型のタッチスクリーンへの適用が必要な場合は、ＩＴＯ膜厚を厚くするか、ドーパントの含有率を増やして抵抗率を低減させる。この場合、ＩＴＯの光吸収率が変化してタッチスクリーンが着色して見える場合があるので、ディスプレイの色味の調整等が必要になる場合がある。また、ＩＴＯなどの透明導電膜は、他の金属配線との間での腐食によって配線が断線しやすいので、電極を他の金属との積層構造により配線抵抗を低くする場合は、腐食を防止するために耐湿性および防水性への配慮を要する。
【００５７】
上記のような透明導電膜を用いる代わりに、触覚電極１０２は、金属の単層膜もしくは多層膜、または、これらの何れかを含みかつ他の導電材料も用いた多層構造を有する電極（以下、「金属膜含有電極」ともいう）であってもよい。金属としては、例えば、アルミニウムまたは銀など低抵抗のものが好ましい。金属膜含有電極を用いることによって配線抵抗を低くすることができる。一方、金属膜は、不透明であるので視認されやすい。従って、金属膜を視認され難くするためには、金属膜含有電極に細線構造が付与されればよい。細線構造は典型的にはメッシュ状である。
【００５８】
誘電体層１０６は、有機絶縁膜の単層膜、無機絶縁膜の単層膜、または多層膜からなる。多層膜の場合、異なる種類の有機絶縁膜が積層されてもよく、あるいは異なる種類の無機絶縁膜が積層されてもよく、あるいは有機絶縁膜と無機絶縁膜とが積層されてもよい。無機絶縁膜は、高い不透湿性と、高い硬度と、高い耐摩耗性とを有している。誘電体層１０６上で触覚提示つまみ３が回転することから、誘電体層１０６は高い耐摩耗性を要する。有機絶縁膜は、高い平坦性を得るためには好ましいものの、硬度が低く耐磨耗性が低い。このため、高い平坦性と高い耐摩耗性との両方を得るには、有機絶縁膜上に無機絶縁膜を形成することが好ましい。無機絶縁膜としては、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜などの透明性シリコン系無機絶縁膜、または、アルミナなどの金属酸化物からなる透明性無機絶縁膜が用いられる。有機絶縁膜の材料としては、シリコン酸化物、シリコン窒化膜もしくはシリコン酸化窒化膜からなる主鎖を有し、かつその側鎖もしくは官能基に結合した有機物を有する高分子材料、または、炭素からなる主鎖を有する熱硬化性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ノボラック樹脂、またはオレフィン樹脂が挙げられる。
【００５９】
静電容量ＣＮＥは、下記の式（１）によって表される。
ＣＮＥ＝Ｑ／Ｖ＝εＳ／ｄ  ・・・（１）
【００６０】
ここで、Ｑは導電性弾性部６および触覚電極１０２の各々に蓄えられる電荷量、Ｖは触覚提示つまみ３と触覚電極１０２との間の電圧、εは誘電体層１０６の誘電率、Ｓは誘電体層１０６を介しての導電性弾性部６と触覚電極１０２との接触面積、ｄは誘電体層１０６の厚さである。静電容量ＣＮＥは、誘電率εに比例しており、膜厚ｄに反比例している。
【００６１】
上記の式（１）から、静電容量ＣＮＥを大きくするためには誘電率εが高いことが好ましい。具体的には、誘電体層１０６が、１０以上の比誘電率を有する膜（以下、「高誘電率絶縁膜」とも称する）を含むことが好ましい。高誘電率絶縁膜では、外部から印加される電場により材料内に正負電荷が変位している状態が生じる（これを一般的に誘電分極と呼ぶ）。誘電分極は、電圧が保持されている間は分極によって生じた電荷（一般的に分極電荷と呼ぶ）が維持され、電圧が低下すると分極電荷が減少して誘電分極が低下し、印加電圧をゼロボルトにすると誘電分極も消失する。誘電分極の方向は、電場によって変化することができる。高誘電率絶縁膜は、単層で用いられてもよく、他の低誘電率の無機絶縁膜もしくは有機絶縁膜、または他の高誘電率絶縁膜と積層することによって多層膜として用いられてもよい。一般に誘電率が高いほど屈折率も高いことから、高誘電率絶縁膜と低誘電率絶縁膜とを積層することによって、高屈折率膜と低屈折率膜との積層構造が得られる。この積層構造によって、誘電体層１０６は、反射防止膜としても機能し得る。
【００６２】
また上記の式（１）から、静電容量ＣＮＥを大きくするためには厚さｄが小さいことが好ましい。高誘電率絶縁膜と有機絶縁膜とを積層することで、十分な絶縁性を確保しつつ、有機絶縁膜の膜厚を薄くすることができる。これにより誘電体層１０６の厚さｄを小さくすることができる。
【００６３】
触覚電極が、マトリクス構造（すなわち、互いに交差するＸ電極およびＹ電極を有する構造）であったと仮定すると（例えば特開２０１５−０９７０７６号公報参照）、Ｘ電極とＹ電極との交差部には段差、すなわち凹凸、が生じる。この凹凸は、それを被覆する絶縁層の厚さが大きければ平坦化されるが、静電容量ＣＮＥの過度な低下を避けるためには、絶縁層の厚さには限界がある。このため、触覚提示スクリーンの表側面に凹凸が生じ得る。この凹凸のテクスチャ感が、触覚電極からの静電気力によってもたらされるテクスチャ感と混合すると、意図されたテクスチャ感を使用者へ与え難くなる。表面形状の平坦化効果がある有機絶縁膜が誘電体層１０６として用いられる場合は、上記凹凸の発生は避けられるものの、平坦化のためにはある程度大きな厚さを要するので、静電容量ＣＮＥの低下は避けられない。
【００６４】
これに対して本実施の形態１によれば、触覚電極１０２が交差部を有しないので、凹凸の大きさが触覚電極１０２の厚さ程度に抑えられる。これにより、平坦化効果を有する有機膜の薄膜化、または、平坦化効果の低い高誘電率絶縁膜の適用が可能になる。これにより、静電容量ＣＮＥをマトリクス構造の場合よりも大きくすることができる。また、触覚提示スクリーン１５０の触覚提示つまみ３との接触面に凹凸が少ないため、信号電圧を印加していないときに表面凹凸起因の触覚を触覚提示つまみ３に与えないため、信号電圧を印加した際の触覚提示つまみ３の触覚がより明瞭になる。
【００６５】
また、静電容量ＣＮＥが同じであっても、触覚提示つまみ３が誘電体層１０６上において滑りやすければ、触覚提示つまみ３と触覚電極１０２との間の静電気力の変化が摩擦力の変化として使用者に知覚されやすくなる。これにより、使用者に対してより大きな触覚を与えることができる。誘電体層１０６上において触覚提示つまみ３を滑りやすくするためには、誘電体層１０６と触覚提示つまみ３との間の密着力を抑制する必要がある。そのために、例えば、誘電体層１０６の最表面に、または、導電性弾性部６の誘電体層１０６との接触面に、またはその両方に、誘電体層１０６の内部に比して高い撥水性を有する膜が設けられてもよい。
【００６６】
＜電極ピッチ＞
図２０は、触覚電極１０２のピッチＰＥが触覚提示つまみ３の直径ＲＦＥよりも大きい場合における、触覚電極１０２と触覚提示つまみ３との間で形成される静電容量ＣＮＥを説明する模式図である。図２１は、触覚電極１０２のピッチＰＥが直径ＲＦＥよりも小さい場合における、触覚電極１０２と触覚提示つまみ３との間で形成される静電容量ＣＮＥを説明する模式図である。
【００６７】
本実施の形態１では、上述の通り、隣り合う第１電極１０２ａおよび第２電極１０２ｂのそれぞれに、周波数の異なる電圧信号Ｖａ（図５参照）および電圧信号Ｖｂ（図６参照）を印加することによって、振幅変調信号ＶＮ（図７参照）に対応する静電気力を発生させる。これにより、誘電体層１０６と触覚提示つまみ３との間の摩擦力が振幅変調信号ＶＮのうなりの周波数に対応して変化し、この変化を使用者が触覚として知覚する。図２０に示された状態では、触覚提示つまみ３に電圧信号Ｖａのみが作用し電圧信号Ｖｂが作用しないので、振幅変調信号ＶＮが発生せず触覚が生成されない。一方、触覚提示つまみ３が第１電極１０２ａと第２電極１０２ｂとの境界の上方に位置した場合は、触覚が生成される。従って、図２０の構成では、触覚提示つまみ３の位置によって触覚が生成する位置と触覚が生成しない位置とがあることになる。これに対して、図２１に示された状態では、触覚提示つまみ３の位置に関わらず触覚提示つまみ３へ電圧信号Ｖａおよび電圧信号Ｖｂの両方が作用し、これにより振幅変調信号ＶＮが発生する。従って、図２１の構成においては、触覚提示つまみ３の位置によらず触覚を感じることができ、触覚提示つまみ３の位置を任意に設定できる。つまり、触覚提示つまみ３が第１電極１０２ａおよび第２電極１０２ｂを跨るように位置しやすくするには、例えば後述する図２２に示す導電性弾性部６のように分割している場合は、導電性弾性部６の幅６ｂが触覚電極１０２のピッチＰＥよりも大きいことが好ましい。また、導電性弾性部６が幾つかに分割していない場合は、導電性弾性部６の外径６ａが、触覚電極１０２のピッチＰＥよりも大きいことが好ましい。
【００６８】
＜触覚提示つまみの構造＞
図２２は、触覚提示つまみ３の回転部４の構造を示す模式図である。図２３は、触覚提示つまみ３を置く位置が１箇所に固定される場合における、回転部４を触覚提示パネル１００の接触面上に置いて回転させる際の固定部５の模式図である。図２４は、触覚提示つまみ３の回転部４を触覚提示パネル１００の接触面上に置いて回転させる際に水平移動を抑制する回転軸部５ａの模式図である。回転部４および固定部５（回転軸部５ａ）は、共にアルミニウム、ＳＵＳ、銅などの金属、およびポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリアセタール、超高分子量ポリエチレン、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリイミド、ポリフェニレンスルフィッド、液晶性ポリマ、ポリエーテルエーテルケトン、フッ素樹脂などの樹脂からなる。触覚提示つまみ３の重量によって操作感および触覚が変化するので、ユーザの好み、触覚提示つまみ３の使用環境、および使用目的などに応じて材料を選択する。回転部側面１０は、導電性弾性部６および指示体２（図３１参照）と電気的に接続する必要があるため、回転部側面１０の指示体２と接触する表面部１０ｓおよび境界部導電部１６ｓは、金属または導電性樹脂材料（抵抗１０３Ω以下が望ましい）からなる。表面部１０ｓおよび境界部導電部１６ｓの抵抗値は、触覚電極１０２の配線抵抗、導電性弾性部６の抵抗、誘電体層１０６との間で形成されるＲＣ回路において触覚電極１０２と導電性弾性部６の間に形成される容量Ｃが最も大きくなるような値に設定されることが望ましい。
【００６９】
触覚提示つまみ３は、軸部１４の形状と固定穴９の穴部の形状と同じ円柱形状をしており、固定部５（回転軸部５ａ）の軸部１４を回転部の固定穴９に差し込んで一体化したものをいう。軸部１４と固定穴９の間の隙間は、回転部４がスムーズに回る範囲内できる限り隙間が狭いことが望ましい。軸部１４と固定穴９との隙間が狭いと、触覚提示つまみ３を回転したときの回転軸のブレが小さくなり、回転軸のブレにより生じた回転部４の揺れおよび振動などの本来触覚提示つまみ３に付与するはずの触覚とは異なる触覚を指示体２に与えることを抑制し、使用者に付与する触覚がより明瞭になる。回転部４がスムーズに回転するためには、軸部１４の表面および固定穴９の内面部における表面の凹凸ができるだけ少ない方が望ましく、何れも表面粗さがＲａ０．５μｍ以下であることが望ましい。固定穴９の内径公差は、０〜＋０．５ｍｍ、軸部１４の外径公差は、−０．０００５ｍｍが望ましい。
【００７０】
固定部５（回転軸部５ａ）は、回転部４が回転する際の回転軸（中心軸）となる部分であり、触覚提示パネル１００の操作面と回転部４の回転軸が垂直を保つ役割をする。そのため、固定部５（回転軸部５ａ）の軸部１４の中心は底面部１５および粘着部１７（軸構造体保持部１７ａ）と直交しており、粘着部１７（軸構造体保持部１７ａ）の底面は平坦であり、導電性弾性部６の触覚提示パネル１００との接触面と粘着部１７（軸構造体保持部１７ａ）は、同一平面上に位置する。なお、図２３では粘着部１７の直径と固定台１３の直径が同一の場合を示したが、図２４のように軸構造体保持部１７ａの直径と固定台１３の直径が異なっていてもよい。固定部５を設けることで、触覚提示つまみ３の操作時の回転軸を安定させて、より明瞭な触感を生成することができる。
【００７１】
回転部４を回転させる際に指示体２が接する回転部４の回転部側面１０の表面部１０ｓおよび境界部導電部１６ｓは、導電性材料からなり、導電性弾性部６および位置検出部７にも電気的に接続している。使用者の回転部４の表面への接触有無を検知し、導電性弾性部６に電荷が蓄積するのを抑制する。表面部１０ｓおよび境界部導電部１６ｓは、導電性弾性部６と同様の材料からなる。特に、抵抗の低い金属であることが望ましく、樹脂等で回転部４を形成した後、金属メッキなどでコーティングをして表面部１０ｓおよび境界部導電部１６ｓを形成してもよい。詳細については後述する。
【００７２】
導電性弾性部６は、触覚電極１０２と静電容量を形成する導電体である。導電性弾性部６は、２つ以上に分割されており、触覚強度が低下するのを防止する。この効果の詳細については、後述する。導電性弾性部６が弾性を有することにより、密着性低下による触覚強度低下を抑制する効果がある。回転部４や固定部５（回転軸部５ａ）の加工精度や触覚提示スクリーン１５０の組み立て精度に起因する平坦度の低下および凹凸および触覚提示パネル１００の表面の微小な凹凸などにより、導電性弾性部６と触覚提示パネル表面の密着性が減少すると、触覚電極１０２と導電性弾性部６とが誘電体層だけでなく誘電率が小さい空気を介して静電容量を形成することになる。これにより、触覚電極１０２と導電性弾性部６との間に形成する静電容量が減少し、触覚強度の低下を招いてしまう。導電性弾性部６が弾性を有することにより凹凸による誘電体層と導電性弾性部６との隙間を埋め、密着性低下による触覚強度の低下の防止が可能となる。
【００７３】
導電性弾性部６に用いる材料としては、導電性弾性部６および位置検出部７に用いる材料は、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、シリコーンゴム（ＶＭＱ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、フロロシリコーンゴム（ＦＶＭＱ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、ウレタンゴム（Ｕ）などの熱硬化性エラストマーを用いることができる。また、ポリウレタン系（ＴＰＵ）、ポリスチレン系（ＴＰＳ）、オレフィン／アルケン系（ＴＰＯ）、ポリ塩化ビニル系（ＴＰＶＣ）、ポリエステル系（ＴＰＥＥ）、ポリアミド系（ＴＰＡＥ）などの熱可塑性エラストマーを基材とし、導電性カーボンブラックまたは金属粉末などの導電性物質を混合した導電性ゴムと呼ばれる弾性のある樹脂材料を用いることができる。また、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を用いることもできる。
【００７４】
体積固有抵抗は、１０６Ωｃｍ以下であればよく、体積固有抵抗が低ければ低いほど導電性弾性部６に電荷が蓄積し難くなる。導電性弾性部６への電荷蓄積についての詳細は後述する。また、触覚電極１０２と静電容量を形成するので、耐圧特性が可能な限り高い方が導電性弾性部６の寿命や信頼性が向上するので望ましい。位置検出部７は、タッチスクリーン２５０の検出電極２０３と静電容量を形成して、触覚提示つまみ３の位置や回転量の検出に用いる。
【００７５】
位置検出部７を形成する材料は、検出電極２０３と静電容量が形成できる導電体で、導電性弾性部６と同様に弾性を有し、導電性弾性部６と同じ材料を基材として用いてもよい。触覚提示パネル１００との密着性がよい方が設計値と実際の静電容量値に差異が生じ難く、安定した位置検出精度が得られる。
【００７６】
なお、位置検出部７を上述した導電性弾性部６の材料のうち同じ材料を基材として用いる場合も、導電性をもたらすカーボンブラックまたは金属粉末の分量が少なくなれば抵抗値が高くなり、触覚電極１０２と導電性弾性部６との間に形成する静電容量が小さくなる。逆に、導電性をもたらすカーボンブラックまたは金属粉末の分量を多くすれば、抵抗値が高くなり、触覚電極１０２と導電性弾性部６との間に形成する静電容量を大きくできる。
【００７７】
導電性弾性部６および位置検出部７を同一の厚みにすることにより、触覚提示パネル１００の表面との間に隙間を作らずに密着するようにすると、強い触覚強度や高精度な位置検出が得られる。導電性弾性部６および位置検出部７と触覚提示パネル１００とが接する面の平面度（ある基準面からの距離を測定し、測定値の最大値と最小値の差分）は、０．５ｍｍ以下であることが望ましい。また、タッチパネルを操作するときのタッチ面に対する人の指の接触面積の直径は、子供が３ｍｍ、大人が最大７〜１０ｍｍ程度であるといわれていることから、位置検出部７の面積は７ｍｍ２以上４００ｍｍ２以下であると考えてよい。
【００７８】
＜つまみ位置および回転量の検出＞
図２５は、触覚提示つまみ３の位置検出時のタッチパネル２００が検出した際の線Ｃ−Ｃの容量プロファイルを説明する模式図である。触覚提示つまみ３への触覚発生と触覚提示つまみ３の位置検出は、時間分割で行う。触覚電極１０２に信号電圧が印加されている期間において、検出電極２０３および励起電極２０２は、０Ｖまたは触覚電極１０２と静電容量を形成して触覚電極１０２にかかる電圧低下を招かないように任意の電圧を印加する。検出電極２０３が位置検出している際、触覚電極１０２はフローティング状態にし、触覚電極１０２を介して導電性弾性部６と検出電極２０３が静電容量を形成することで、励起電極２０２と検出電極２０３との静電容量の変化量を検出し、触覚提示つまみ３の位置を検出する。
【００７９】
検出電極２０３は、位置検出部７と導電性弾性部６の両方と静電容量を形成して静電容量を検出する。その際、隙間８があるので、位置検出部７との静電容量プロファイルと導電性弾性部６との静電容量プロファイルは、異なる位置にピークを有し、それぞれの位置を分別して検出する。
【００８０】
触覚提示つまみ３の回転量は、位置検出部７が１つの場合は、位置検出部７の初期位置からの移動量から回転方向のみの移動として回転量を算出する。位置検出部７は、必ずしも１つでなくてもよい。図２６に示すように位置検出部７が複数個の場合、初期位置（Ｐ１，Ｐ２）での各位置検出部７間の方向ベクトルＰ１−Ｐ２と移動後の位置（Ｐ１’，Ｐ２’）での方向ベクトルＰ１’−Ｐ２’から回転角θを算出することができる。
【００８１】
図２６において、回転中心をＰ０、並進移動量をＴｘｙ、回転角θの座標変換行列をＲ、単位行列をＩとすると、以下の式（２）および（３）からＰ１’−Ｐ２’は式（４）で表される。
【００８２】
Ｐ１’＝Ｒ・Ｐ１−（Ｒ−Ｉ）・Ｐ０＋Ｔｘｙ  ・・・（２）
Ｐ２’＝Ｒ・Ｐ２−（Ｒ−Ｉ）・Ｐ０＋Ｔｘｙ  ・・・（３）
Ｐ１’−Ｐ２’＝Ｒ・（Ｐ１−Ｐ２）  ・・・（４）
【００８３】
なお、座標変換行列Ｒが単位行列Ｉに等しい（Ｒ＝Ｉ）場合は並進動作であり、Ｔｘｙは以下の式（５）で表される。
Ｔｘｙ＝Ｐ１’−Ｐ１  ・・・（５）
【００８４】
また、触覚提示つまみ３の操作範囲が３６０度を超える設定とする場合は、直前の位置検出部７の回転角および回転角変化方向を参照し、３６０度×ｎ（ｎは整数）の加減算補正を行うことで初期位置からの回転角を算出できる。算出に用いる各位置検出部７のペア数が多いほど回転角の測定精度が向上するが、導電性弾性部６の面積が少なくなるので、触覚強度と回転角の測定精度のバランスで位置検出部７の数は決定される。触覚提示つまみ３の指示位置を示す指示位置線１１（図２２参照）を回転部４に配置し、つまみ位置の視覚化を図ってもよい。指示位置線１１を配置した場合、指示位置線１１の直下に位置検出部７を配置することで指示位置線１１の初期状態としてあるべき位置（原点）からの移動量として計算できるので計算処理の簡易化が図れる。
【００８５】
＜電極間距離＞
図２７は、触覚提示つまみ３における導電性弾性部６および位置検出部７の位置関係の一例を示したものである。隣り合う導電性弾性部６との間に位置検出部７が配置されている場合の導電性弾性部６と位置検出部７との間の距離を隙間８、隣り合う導電性弾性部６との間に位置検出部７が配置されていない場合の導電性弾性部６間の距離を隙間８ａで示す。電極の厚さに起因する凹凸が触覚提示パネル１００の表面にある場合、導電性弾性部６が誘電体層１０６を介して触覚電極１０２に接触しながらスライドすると、表面の凹凸よって触覚提示つまみ３が振動する。この振動は、触覚電極１０２に印加される電圧信号とは無関係に、指示体２に感知されてしまう。その結果、当該電圧信号によって得られる触覚を指示体２が感じ難くなり得る。言い換えれば、触覚強度が低下し得る。
【００８６】
触覚提示パネル１００の表面に凹凸があったとしても、それを指示体２が感じやすいか否かは、後述するように触覚電極１０２の電極間間隔に依存する。より大きな凹凸が許容されるほど、凹凸緩和のために誘電体層１０６の厚さを大きくする必要性が低くなる。すなわち、誘電体層１０６の厚さを小さくすることが許容される。これにより、導電性弾性部６と触覚電極１０２との間に形成される容量を大きくすることができる。よって、より強い触覚を発生させることができる。また、触覚電極１０２の電極間距離が導電性弾性部６と位置検出部７との間の隙間８よりも広いと、導電性弾性部６のエッジ部１８１（図２７参照）が触覚電極１０２の電極間距離起因の表面の凹凸に引っかかり、意図しない触覚が触覚提示つまみ３に生じてしまうので、触覚電極１０２の電極間距離は、隙間８よりも狭い方が望ましい。また、触覚電極１０２の電極間距離が狭い方が、触覚電極１０２の専有面積が大きくなり、導電性弾性部６と形成する静電容量が大きくなり、得られる触覚強度も大きくなるので望ましい。
【００８７】
＜触覚提示タッチパネルの詳細構成＞
図２８は、触覚提示タッチパネル４００の構成を概略的に示すブロック図である。ここでは、複数の励起電極２０２として励起電極Ｔｙ（１）〜Ｔｙ（ｍ）が設けられ、複数の検出電極２０３として検出電極Ｔｘ（１）〜Ｔｘ（ｎ）が設けられ、複数の触覚電極１０２として触覚電極Ｈ（１）〜Ｈ（ｊ）が設けられているとする。触覚電極Ｈ（１）〜Ｈ（ｎ）は、括弧内の数字に従って順に並んでおり、奇数の触覚電極１０２は第１電極１０２ａに対応しており、偶数の触覚電極１０２は第２電極１０２ｂに対応している。また、説明を簡略化するために、１つの励起電極２０２によって１つの行方向配線層２０６（図８または図１０参照）が構成され、かつ１つの検出電極２０３によって１つの列方向配線層２０７（図８または図１０参照）が構成されているものとする。
【００８８】
上述の通り、触覚提示タッチパネル４００は、タッチパネル２００と、触覚提示パネル１００とを有している。タッチパネル２００は、タッチスクリーン２５０と、タッチ検出回路２１０とを有している。触覚提示パネル１００は、触覚提示スクリーン１５０と、電圧供給回路１１０とを有している。
【００８９】
タッチ検出回路２１０は、励起パルス発生回路２１５と、電荷検出回路２１２と、タッチ座標算出回路２１４と、タッチ検出制御回路２１３とを有している。タッチ検出制御回路２１３は、励起パルス発生回路２１５、電荷検出回路２１２、およびタッチ座標算出回路２１４の動作を制御する。励起パルス発生回路２１５は、励起電極Ｔｙ（１）〜Ｔｙ（ｍ）へ、順次、励起パルス信号を印加する。電荷検出回路２１２は、検出電極Ｔｘ（１）〜Ｔｘ（ｎ）の各々から得られる信号を測定する。これにより電荷検出回路２１２は、検出電極Ｔｘ（１）〜Ｔｘ（ｎ）の各々の電荷量を検出する。電荷検出結果の情報は、ｋを１以上ｍ以下の整数として、励起電極Ｔｙ（ｋ）に励起パルス信号が付与されたときの励起電極Ｔｙ（ｋ）と検出電極Ｔｘ（１）〜Ｔｘ（ｎ）の各々との相互容量に対応した値を表す。なお、電荷検出回路２１２は、タッチ検出制御回路２１３からの制御信号によって、励起電極Ｔｙ（１）〜Ｔｙ（ｍ）のうちのどれに励起パルス信号が印加されているかを認識することができる。タッチ座標算出回路２１４は、上記電荷検出結果に基づいて、指示体２がタッチした座標のデータ（以下、「タッチ座標データ」という）を得る。
【００９０】
タッチ座標データは、つまみ移動量算出回路２２０へ出力されると共に、タッチ動作情報として触覚形成条件変換回路１２０および触覚提示制御回路１１４（触覚提示回路）へも出力される。つまみ移動量算出回路２２０は、つまみの移動量として回転角、回転速度、水平移動距離の情報を触覚形成条件変換回路１２０（触覚強度算出回路）および表示画面処理回路３２１へ出力する。触覚形成条件変換回路１２０は、入力された情報を基に算出した触覚強度（操作感強度）を実現する電気信号条件を触覚提示制御回路１１４へ出力する。
【００９１】
電圧供給回路１１０は、スイッチ回路１１２と、触覚提示電圧生成回路１１３と、触覚提示制御回路１１４とを有している。触覚提示電圧生成回路１１３は、スイッチ回路１１２を介して、触覚電極Ｈ（１）〜Ｈ（ｊ）のうち第１電極１０２ａへ電圧信号Ｖａを印加し、第２電極１０２ｂへ電圧信号Ｖｂを印加する。言い換えれば、一の方向（図中、横方向）に並んだ触覚電極Ｈ（１）〜Ｈ（ｊ）に対して、電圧信号Ｖａおよび電圧信号Ｖｂが交互に印加される。スイッチ回路１１２は、触覚提示電圧生成回路１１３からの指令に基づいてオン状態またはオフ状態を取るものである。スイッチ回路１１２は、オン状態において触覚電極１０２を触覚提示電圧生成回路１１３へ接続し、オフ状態において触覚電極１０２をフローティング状態とする。本実施の形態１において、スイッチ回路１１２は、２つのスイッチ４０を有しており、一方がすべての第１電極１０２ａへの電気的経路のスイッチングを行い、他方がすべての第２電極１０２ｂへの電気的経路のスイッチングを行う。これら２つのスイッチ４０は連動して制御されてもよい。なお、スイッチ４０は、切り替え部に相当する。
【００９２】
触覚提示制御回路１１４は、触覚形成条件変換回路１２０によって算出された触覚強度の情報を参照する。触覚提示制御回路１１４は、この情報に基づいて触覚提示電圧生成回路１１３の動作を制御し得る。すなわち、タッチ検出回路２１０は、使用者が触覚提示つまみ３に接触したことを検出する接触検出部としても機能する。
【００９３】
＜触覚提示タッチパネルの動作＞
図２９は、指示体２が触覚提示つまみ３に接触していないときの励起電極２０２と検出電極２０３との静電容量のイメージを示す模式図である。図３０は、指示体２が触覚提示つまみ３に接触していないときの触覚提示タッチパネル４００（図２８参照）の動作タイミングを概略的に示すタイミングチャートである。
【００９４】
指示体２が触覚提示つまみ３に接触していないときは、導電性弾性部６および触覚電極１０２共にフローティング状態で、検出電極２０３と同電位にあり、電荷検出回路２１２は検出電極２０３と励起電極２０２との静電容量を主とする電荷量を検出する。タッチ検出制御回路２１３は、上記制御信号を触覚提示電圧生成回路１１３にも出力する。
【００９５】
この制御信号に基づいて、触覚提示電圧生成回路１１３は、タッチ検出期間Ｐ１を認識することができる。タッチ検出期間Ｐ１において、触覚提示電圧生成回路１１３は、スイッチ回路１１２のスイッチ４０を遮断する。これにより、触覚提示電圧生成回路１１３とすべての触覚電極１０２との間の電気的接続が遮断される。その結果、すべての触覚電極１０２の電位がフローティング状態となる。
【００９６】
触覚電極１０２の電極間距離が広く、触覚電極１０２の電極間の隙間を介して検出電極２０３と触覚提示つまみ３の位置検出部７が静電容量を形成する場合は、触覚電極１０２をフローティングにする必要はなく、検出ＧＮＤまたは任意の固定電位に固定してもよい。触覚電極１０２の電位は、検出電極２０３と励起電極２０２との静電容量を主とする電荷量を最も検出しやすい電位を選択する。
【００９７】
次に、タッチ座標算出期間Ｐ２において、タッチ座標算出回路２１４は、電荷検出回路２１２から入力され保持された、励起電極Ｔｙ（１）〜Ｔｙ（ｍ）の各々に対応する相互容量の電荷検出結果、言い換えれば励起電極Ｔｙ（１）〜Ｔｙ（ｍ）と検出電極Ｔｘ（１）〜Ｔｘ（ｎ）とによって形成されるすべての交差部の容量の電荷検出結果に基づいて、指示体２によるタッチがあるかどうかを判定する。指などの指示体２の近接または接触によって励起電極２０２と検出電極２０３との間の電界結合が緩和される結果、相互容量における充電電荷が低下する。この低下の度合いに基づいて、タッチ座標算出回路２１４はタッチの有無を判定することができる。タッチ座標算出回路２１４は、タッチがあると判定した場合、上記電荷検出結果に基づいてタッチ座標データの算出を開始する。具体的にはタッチ座標算出回路２１４は、充電電荷の低下度合いが最も大きい交差部とその周辺の交差部とについての検出結果に対して、例えば重心演算等の演算処理を行うことによって、タッチ座標データを算出することができる。タッチ座標算出回路２１４は、タッチがないと判定した場合、タッチ座標データの算出を行わず、処理がタッチ検出期間Ｐ１に戻る。このような処理を可能とするために、タッチ座標算出回路２１４は、指示体２のタッチパネル表面への接触の有無と、触覚提示つまみ３への接触の有無との判定結果を表す信号をタッチ検出制御回路２１３に付与する。指示体２の触覚提示つまみ３への接触有の判定結果が出なかった場合は、Ｐ１〜Ｐ３の動作を繰り返す。
【００９８】
ここで、指示体２の触覚提示つまみ３への接触有の判定結果が出なかった場合の動作を以下で説明する。
【００９９】
図３１は、指示体２が触覚提示つまみ３に接触しているときの励起電極２０２と位置検出部７との静電容量のイメージを示す模式図である。図３２は、指示体２が触覚提示つまみ３に接触しているときの触覚提示タッチパネル４００（図２８参照）の動作タイミングを概略的に示すタイミングチャートである。
【０１００】
指示体２が触覚提示つまみ３に接触している場合、導電性弾性部６は触覚提示つまみ３および指示体２を介して接地接続した状態になり、検出電極２０３は触覚電極１０２を介して導電性弾性部６と静電容量を形成し、検出電極２０３と励起電極２０２との静電容量が減少する。その結果、電荷検出回路２１２が検出する電荷量が減少して、指示体２が触覚提示つまみ３に接触したことが検知される。
【０１０１】
タッチ検出期間Ｐ１において、タッチ検出制御回路２１３から励起パルス発生回路２１５へ、第１の変換タイミングを表す制御信号が出力される。この制御信号を受けて励起パルス発生回路２１５は励起電極Ｔｙ（１）へ励起パルス信号（充電パルス信号）を与える。これにより、励起電極Ｔｙ（１）と、それに平面視において交差する検出電極Ｔｘ（１）〜Ｔｘ（ｎ）の各々との間の電極間容量（相互容量）が充電される。電荷検出回路２１２は、検出電極Ｔｘ（１）〜Ｔｘ（ｎ）を用いて上記充電による電荷量を検出する。そして電荷検出回路２１２は、その検出結果に対してアナログ／デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）を施し、それによって得られたデジタル情報を、励起電極Ｔｙ（１）に対応する相互容量の電荷検出結果として、タッチ座標算出回路２１４へ出力する。同様にして、タッチ検出制御回路２１３から励起パルス発生回路２１５へ、第２〜第ｍの変換タイミングを表す制御信号が順に出力される。第２〜第ｍの変換タイミングのそれぞれに対応して、励起電極Ｔｙ（２）〜Ｔｙ（ｍ）に対応する相互容量の電荷検出結果がタッチ座標算出回路２１４へ出力される。
【０１０２】
タッチ検出制御回路２１３は、上記制御信号を触覚提示電圧生成回路１１３にも出力する。この制御信号に基づいて、触覚提示電圧生成回路１１３は、タッチ検出期間Ｐ１を認識することができる。タッチ検出期間Ｐ１において、触覚提示電圧生成回路１１３は、スイッチ回路１１２のスイッチ４０を遮断する。これにより、触覚提示電圧生成回路１１３とすべての触覚電極１０２との間の電気的接続が遮断される。その結果、すべての触覚電極１０２の電位がフローティング状態となる。
【０１０３】
次に、タッチ座標算出期間Ｐ２において、タッチ座標算出回路２１４は、電荷検出回路２１２から入力され保持された、励起電極Ｔｙ（１）〜Ｔｙ（ｍ）の各々に対応する相互容量の電荷検出結果、言い換えれば励起電極Ｔｙ（１）〜Ｔｙ（ｍ）と検出電極Ｔｘ（１）〜Ｔｘ（ｎ）とによって形成されるすべての交差部の容量の電荷検出結果に基づいて、指示体２によるタッチがあるかどうかを判定する。指などの指示体２の近接または接触によって励起電極２０２と検出電極２０３との間の電界結合が緩和される結果、相互容量における充電電荷が低下する。この低下の度合いに基づいて、タッチ座標算出回路２１４はタッチの有無を判定することができる。タッチ座標算出回路２１４は、タッチがあると判定した場合、上記電荷検出結果に基づいてタッチ座標データの算出を開始する。具体的には、タッチ座標算出回路２１４は、充電電荷の低下度合いが最も大きい交差部とその周辺の交差部とについての検出結果に対して、例えば重心演算等の演算処理を行うことによって、タッチ座標データを算出することができる。タッチ座標算出回路２１４は、タッチがないと判定した場合、タッチ座標データの算出を行わず、処理がタッチ検出期間Ｐ１に戻る。このような処理を可能とするために、タッチ座標算出回路２１４は、タッチの有無の判定結果を表す信号をタッチ検出制御回路２１３に付与する。
【０１０４】
次に、タッチ座標送出期間Ｐ３において、タッチ検出制御回路２１３からのタッチ座標データ送出タイミングに従って、タッチ座標算出回路２１４は、タッチ座標データは、つまみ移動量算出回路２２０へ出力されると共に、タッチ動作情報として触覚形成条件変換回路１２０および触覚提示制御回路１１４へも出力される。
【０１０５】
次に、判定期間Ｐ４において、触覚提示制御回路１１４は、タッチ座標データから触覚提示つまみ３の位置を判定し、触覚提示するエリアを決定する。
【０１０６】
触覚提示制御回路１１４は、表示画面と触覚提示つまみ３の座標に対応する触覚提示信号波形（電圧信号波形）を触覚形成条件変換回路１２０からの入力を基に選択する。この「触覚提示信号波形」は、電圧信号Ｖａおよび電圧信号Ｖｂの各々の波形を定義するものである。なお電圧信号Ｖａと電圧信号Ｖｂとの間での波形の相違は、典型的には、周波数の相違である。触覚提示信号波形は、触覚提示制御回路１１４の内部または外部において設定されている。触覚提示信号波形の種類は、１つであってもよく、１つより多くてもよい。触覚提示信号波形の種類が１つしか存在しない場合、触覚提示信号波形を選択する処理は必要ない。触覚提示信号波形の種類が１つより多い場合は、触覚形成条件変換回路１２０からの入力を基に触覚提示信号波形の種類が選択される。
【０１０７】
次に、触覚提示信号印加期間Ｐ５において、触覚提示制御回路１１４は、上記触覚提示信号波形での触覚提示信号を発生する。また、スイッチ回路１１２の触覚提示信号を入力する領域にある触覚電極１０２に接続しているスイッチ４０は、触覚提示電圧生成回路１１３と接続し、触覚提示信号を入力しない領域にある触覚電極１０２と接続しているスイッチ４０はＧＮＤと接続するか、もしくはそのままスイッチをオンしないで触覚電極１０２をフローティングにする。これにより触覚電極１０２へ信号が印加され、よって触覚が提示される。図３２の例では、触覚電極１０２へ、Ｈレベル（高レベル）およびＬレベル（低レベル）を有する交流信号が印加される。触覚電極１０２は、Ｈレベルの期間において、正極の高電圧、典型的にはプラス数十ボルトで充電され、０レベルの期間において放電され、Ｌレベルにおいて負極の高電圧、典型的にはマイナス数十ボルトで充電される。パルス信号の発生周期および発生期間は、触覚形成条件変換回路１２０からの入力に基づき、適宜設定され得る。
【０１０８】
上記触覚提示信号印加期間Ｐ５の後、処理はタッチ検出期間Ｐ１へ戻る。それによって、上述した動作が繰り返される。これにより、触覚提示タッチパネル４００は、触覚提示つまみ３の位置検出と、触覚提示つまみ３の位置と表示画面に応じた触覚提示とを行うことができる。
【０１０９】
図３３は、タッチ検出期間Ｐ１（図３２参照）における触覚提示タッチパネル４００中での静電容量の形成を示す模式図である。タッチ検出期間Ｐ１において、指示体２と検出電極２０３との間で静電容量ＣＮＤが形成される。この期間において、すべての触覚電極１０２の電位がフローティング状態とされる。これにより、触覚電極１０２がシールドとして機能してしまうことが避けられる。よってタッチ検出の感度を高めることができる。
【０１１０】
図３４は、触覚提示信号印加期間Ｐ５（図３２参照）における触覚提示タッチディスプレイ１中での静電容量の形成を示す模式図である。触覚提示信号印加期間Ｐ５において、タッチパネル２００の励起電極２０２および検出電極２０３の電位がフローティング状態とされてよい。これにより、励起電極２０２および検出電極２０３による容量形成が静電容量ＣＮＥへ及ぼす影響を抑えることができる。代わりに、タッチパネル２００の励起電極２０２および検出電極２０３の電位が実質的に定電位とされてもよく、例えば、励起電極２０２および検出電極２０３がグラウンド電位へ低インピーダンスで接続されていてもよい。これにより、励起電極２０２および検出電極２０３が、触覚電極１０２と表示パネル３００との間のシールドとして機能し得る。よって、触覚電極１０２に印加される高電圧信号に起因して表示パネル３００においてノイズが発生することが抑制される。よって、ノイズに起因しての表示不良を防止することができる。また逆に、表示パネル３００に起因して触覚電極１０２にノイズが発生することが抑制される。触覚電極１０２に触覚提示信号が印加されると、導電性弾性部６は、触覚電極１０２との間に静電容量を形成し、導電性弾性部６の誘電体層１０６と接する面に触覚電極１０２の電圧と逆の電位の電荷が蓄積し、導電性弾性部６と誘電体層１０６との間に静電気力が生じる。その結果、導電性弾性部６と誘電体層１０６との間の摩擦力が変化し、この摩擦力の変化により触覚提示つまみ３を回転したときにつまみのトルクが変化し、触覚提示つまみ３を回転したときの操作感として感じる。
【０１１１】
なお、フローティング状態が用いられる場合、励起電極２０２および検出電極２０３の両方がフローティング状態とされてもよく、あるいは一方がフローティング状態とされてもよい。また、定電位が用いられる場合、励起電極２０２および検出電極２０３の両方が定電位とされてもよく、あるいは一方が定電位とされてもよい。励起電極２０２および検出電極２０３の一方がフローティング状態とされ、他方が定電位とされてもよい。励起電極２０２および検出電極２０３の各々と触覚電極１０２との距離が異なる場合、励起電極２０２および検出電極２０３のうち触覚電極１０２により近い方がフローティング状態とされ、かつ、より遠い方が定電位とされてもよい。
【０１１２】
なお、図２８に示された例では、タッチ検出回路２１０から電圧供給回路１１０へタッチ座標データが送られるが、変形例として、電荷検出回路２１２から電圧供給回路１１０へ電荷検出結果の情報が送られてもよい。この場合、触覚提示制御回路１１４が、電荷検出結果の情報を用いてタッチの有無の判定およびタッチ座標の算出を行う。
【０１１３】
操作中または操作ごとに触覚提示パネル１００上に触覚提示つまみ３を置く位置を変更する場合は、底面部１５を触覚提示パネル１００上に面で密着して固定してもよい。また、操作中または操作ごとに触覚提示パネル１００上に触覚提示つまみ３を置く位置を変更しない場合（触覚提示つまみ３の位置を固定して使用する場合）は、底面部１５を触覚提示パネル１００上に粘着部１７で接着して固定してもよい。
【０１１４】
＜導電性弾性部への電荷蓄積の抑制＞
図３５は、信号電圧印加時に導電性弾性部６に蓄積した電荷が指示体２を介して接地されたときの電荷の移動を模式的に示すイメージ図である。導電性弾性部６は、絶縁性の樹脂に導電性のカーボンブラックや金属粒子を混ぜたものであるため、比較的抵抗が高く、電荷が蓄積しやすい。導電性弾性部６に電荷が蓄積すると、信号電圧によって触覚電極１０２との間の静電気力が変化しなくなり、触覚強度が低下してしまう。導電性弾性部６と回転部４の表面を電気的に接続すると、指示体２が回転部４に接した際に指示体２を介して接地接続されることにより、導電性弾性部６に蓄積した電荷が解放され、電荷の蓄積を抑制することができる。
【０１１５】
導電性弾性部６の抵抗が高い場合は、導電性弾性部６内を電荷が移動し難く、上記のような指示体２を介した電荷の解放だけでは十分に電荷を解放できない。その場合は、信号電圧を印加する際に２つ以上に分割した導電性弾性部６の少なくとも１つが、触覚電極１０２と静電容量を形成し、少なくとも１つが接地接続された電荷排出部１１５（後述の図３６参照）と接続された触覚電極１０２と誘電体層１０６を介して接続するように触覚電極１０２を駆動することで、導電性弾性部６に蓄積した電荷を指示体２を介して開放するのを促し、誘電体層１０６に蓄積した電化を触覚電極１０２へと解放することで、電荷の蓄積を防止する。電荷排出部１１５に接続する触覚電極１０２は、固定する必要はなく、同一の触覚電極１０２において信号電圧の印加と電荷排出部１１５への接続とを切り替えて駆動してもよく、信号電圧を印加する触覚電極１０２と電荷排出部１１５に接続する触覚電極１０２とが交互になるようにしてもよい。ただし、電荷排出部１１５に接続した触覚電極１０２には静電気力が生じない。従って、触覚の低下を防止するために、信号電圧が印加された触覚電極１０２の数は、電荷排出部１１５に接続された触覚電極１０２の数よりも多くしたり、電荷排出部１１５に接続する時間を信号電圧を印加する時間よりも短くしたりすることによって、触覚電極１０２との間に静電気力を生成する導電性弾性部６の実効的な面積が、電荷排出部１１５と容量を形成する導電性弾性部６の実効的な面積よりも大きくなるようにするとよい。
【０１１６】
図３６は、２つ以上に分割した導電性弾性部６の少なくとも１つが、触覚電極１０２と静電容量を形成し、少なくとも１つが接地接続された触覚電極１０２と誘電体層１０６を介して接続するように触覚電極１０２を駆動する場合の構成を示すブロック図である。判定期間Ｐ４（図３２参照）において、触覚提示制御回路１１４は、タッチ座標データから触覚提示つまみ３が置かれた位置を判定し、触覚提示するエリアを決定し、そのエリアを２つ以上に分割し、触覚提示信号を入力する領域とＧＮＤに接続する領域を決定する。
【０１１７】
触覚提示制御回路１１４は、表示画面と触覚提示つまみ３の座標に対応する触覚提示信号波形を触覚形成条件変換回路１２０からの入力を基に選択する。この「触覚提示信号波形」は、電圧信号Ｖａおよび電圧信号Ｖｂの各々の波形を定義するものである。なお電圧信号Ｖａと電圧信号Ｖｂとの間での波形の相違は、典型的には、周波数の相違である。触覚提示信号波形は、触覚提示制御回路１１４の内部または外部において設定されている。触覚提示信号波形の種類は、１つであってもよく、１つより多くてもよい。触覚提示信号波形の種類が１つしか存在しない場合、触覚提示信号波形を選択する処理は必要ない。触覚提示信号波形の種類が１つより多い場合は、触覚形成条件変換回路１２０からの入力を基に触覚提示信号波形の種類が選択される。
【０１１８】
次に、触覚提示信号印加期間Ｐ５（図３２参照）において、触覚提示制御回路１１４は、上記触覚提示信号波形での触覚提示信号を発生する。また、スイッチ回路１１２の触覚提示信号を入力する領域にある触覚電極１０２に接続しているスイッチ４０は、触覚提示電圧生成回路１１３と接続し、ＧＮＤと接続する領域にある触覚電極１０２と接続しているスイッチ４０は、ＧＮＤと接続する。触覚提示信号を入力しない領域にある触覚電極１０２と接続しているスイッチ４０は、ＧＮＤと接続するか、またはスイッチ４０をオンしないで触覚電極１０２をフローティングのままにする。これにより触覚電極１０２へ信号が印加され、よって触覚が提示される。図２４の例では、触覚電極１０２へ、Ｈレベル（高レベル）およびＬレベル（低レベル）を有する交流信号が印加される。触覚電極１０２は、Ｈレベルの期間において、正極の高電圧、典型的にはプラス数十ボルト、で充電され、０レベルの期間において放電され、Ｌレベルにおいて負極の高電圧、典型的にはマイナス数十ボルトで充電される。パルス信号の発生周期および発生期間は、触覚形成条件変換回路１２０からの入力に基づき、適宜設定され得る。
【０１１９】
上記触覚提示信号印加期間Ｐ５の後、処理はタッチ検出期間Ｐ１へ戻る。それによって、上述した動作が繰り返される。これにより、触覚提示タッチパネル４００は、触覚提示つまみ３の位置検出と、触覚提示つまみ３の位置と表示画面に応じた触覚提示とを行うことができる。
【０１２０】
なお、本実施の形態１では、電荷排出部１１５として、ＧＮＤ端子を用いて説明しているが、導電性弾性部６に蓄積された電荷を排出することができれば、その他の構成でも構わない。例えば、導電性弾性部６に蓄積される電荷の導電性に応じて、ＧＮＤ端子ではなく、効率的に電荷が排出される正電圧や負電圧を印加してもよい。
【０１２１】
＜触覚提示スクリーンの電極構造とタッチスクリーンの電極構造との相違＞
触覚電極１０２の好適な条件として、第１に、指示体２が触覚電極１０２に誘電体層１０６以外の部材を介することなく接することができる構成が望まれる。よって、誘電体層１０６に被覆された触覚電極１０２は、触覚提示タッチパネル４００の最表面に配置されることが好ましい。
【０１２２】
第２に、指示体２と触覚電極１０２との間の距離が近いほど、大きな触覚を発生することができる。この観点から、誘電体層１０６の厚さは薄いことが好ましく、また誘電体層１０６の誘電率は大きいことが好ましい。
【０１２３】
第３に、触覚の生成時には静電容量ＣＮＥ（図３４参照）を大きくするために触覚電極１０２が密に存在することが望まれる一方、タッチ位置の検出時（図３２参照）には、静電容量ＣＮＤの形成を阻害しないよう、触覚電極１０２間の静電容量ＣＥ、すなわち電極間容量は小さいことが好ましい。
【０１２４】
触覚提示タッチパネル４００のサイズが触覚提示つまみ３よりも大きく、触覚提示つまみ３を置かないエリアを触覚提示しないタッチパネルとして使用する場合、触覚提示つまみ３に指示体２が接触していないときは、触覚提示タッチパネル４００の全面を触覚提示つまみ３に指示体２が接触していないときの動作タイミング（図２９参照）を繰り返す。触覚提示をしないタッチパネルとして使用するエリアでタッチ検出した際は、タッチ位置を算出して出力する。触覚提示つまみ３に指示体２が接触したときは、触覚提示つまみ３を置いていないエリアのタッチ検出を休止して、触覚提示つまみ３を置いているエリアのみ前述のような触覚提示つまみ３に指示体２が接触しているとき（図３１参照）の動作タイミングで動作する。
【０１２５】
触覚提示つまみ３を置いていないエリアを触覚提示するタッチパネルとして使用する場合、触覚提示つまみ３に指示体２が接触していないときは、触覚提示タッチパネル４００の全面を触覚提示つまみ３に指示体２が接触していないときの動作タイミング（図２９参照）を繰り返す。触覚提示をするタッチパネルとして使用するエリアにタッチ検出した際は、前述のような触覚提示つまみ３に指示体２が接触しているとき（図３１参照）の動作タイミングで動作する。触覚提示つまみ３に指示体２が接触したときは、触覚提示つまみ３を置いていないエリアのタッチ検出を休止して、触覚提示つまみ３を置いているエリアのみ前述のような触覚提示つまみ３に指示体２が接触しているとき（図３１参照）の動作タイミングで動作する。
【０１２６】
励起電極２０２および検出電極２０３の好適な条件として、第１に、タッチ位置検出の感度およびリニアリティを確保するには、タッチ位置を正確に識別することができるマトリクス構造が必要である。第２に、指示体２と検出電極２０３とが触覚提示スクリーン１５０を介して形成した静電容量ＣＮＤによってタッチ位置を検知するため、横方向に電界が広がるように励起電極２０２と検出電極２０３との間に所定の距離（数百μｍ以上数ｍｍ以下）を設ける必要がある。
【０１２７】
上記のように、触覚電極１０２の好適な条件と、励起電極２０２および検出電極２０３の好適な条件とでは相違がある。両条件を最適化するためには、それらに対して同様の構造を適用することは望ましくない。
【０１２８】
＜引き出し配線層の詳細＞
触覚提示スクリーン１５０の引き出し配線層１０５（図１５）は、具体的には、引き出し配線層Ｌｄ（１）〜Ｌｄ（ｊ）および引き出し配線層Ｌｕ（１）〜Ｌｕ（ｊ）を有している。番号１からｊまでの何れかの整数をｋとして、引き出し配線層Ｌｄ（ｋ）およびＬｕ（ｋ）の各々は、ｋ番目の触覚電極１０２に接続されている。引き出し配線層Ｌｄ（ｋ）およびＬｕ（ｋ）のそれぞれは、一の触覚電極１０２の延在方向における一方端および他方端に接続されている。
【０１２９】
触覚提示スクリーン１５０に設けられた触覚電極１０２の各々の配線抵抗は、タッチスクリーン２５０によるタッチ検出を阻害しないようにする観点では、高抵抗である方が望ましく、例えば１０４Ω以上にするのが望ましい。このように配線抵抗が高い場合、配線層内での電圧信号の伝播遅延が生じやすくなる。上述したように触覚電極１０２の一方端および他方端の各々に引き出し配線層１０５が接続されることによって、伝播遅延を抑えることができる。
【０１３０】
引き出し配線層Ｌｄ（１）〜Ｌｄ（ｊ）は、触覚提示可能エリアの外側に配置されており、触覚提示パネル端子部１０７の配列の中央に近いものから順に、対応する電極へ触覚提示パネル端子部１０７からほぼ最短距離が得られるように延びている。触覚提示パネル端子部１０７は、透明絶縁基板１０１の長辺に沿って、長辺の中央近傍に配置されている。引き出し配線層Ｌｄ（１）〜Ｌｄ（ｊ）は、相互の絶縁を確保しつつ、なるべく密に配置されている。引き出し配線層Ｌｕ（１）〜Ｌｕ（ｊ）は、引き出し配線層Ｌｄ（１）〜Ｌｄ（ｊ）によって占められた領域の外側において、同様に配置されている。このような配置とすることによって、透明絶縁基板１０１のうち触覚提示可能エリアの外側の部分の面積を抑えることができる。
【０１３１】
引き出し配線層１０５、具体的には引き出し配線層Ｌｄ（１）〜Ｌｄ（ｊ）および引き出し配線層Ｌｕ（１）〜Ｌｕ（ｊ）は、金属単層膜、または金属単層と非金属単層との積層膜の何れかから構成されていることが好ましい。積層膜が下層とそれを覆う上層とを有する場合、上層は下層の保護層としての機能を有し得る。例えば、保護層としての上層が、触覚提示スクリーン１５０の製造に用いられるエッチング工程において、下層をエッチャントから保護してもよい。あるいは、上層が、触覚提示スクリーン１５０の製造時または使用時において、下層の腐食を防止するキャップ層として機能してもよい。下層の材料を、上層の材料よりも透明絶縁基板１０１との密着性に優れた材料とすれば、引き出し配線層１０５の剥離の発生を抑制することができる。
【０１３２】
＜表示パネルを含めた触覚提示タッチパネル＞
図３７は、表示パネル、タッチパネルおよび触覚提示パネルの関係の概要を示したブロック図である。つまみ移動量算出回路２２０（図２８、図３６参照）は、タッチ検出回路２１０で得られたつまみのタッチパネル２００上の座標を基につまみの移動量（回転角）の情報を触覚形成条件変換回路１２０および表示画面処理回路３２１へ出力する。
【０１３３】
表示画面処理回路３２１は、予め表示処理条件記憶装置３２２（表示条件記憶装置）に記憶されたパターンにおけるつまみの移動量に対応する表示処理条件を選択する。そして選択した表示処理条件を基に画像情報３３０を編集し画像信号供給回路３２０へ画像データを転送する。
【０１３４】
触覚形成条件変換回路１２０は、予め触覚形成条件記憶装置１２１（触覚条件記憶装置）に記憶されたパターンにおけるつまみの移動量に対応する触覚形成条件、例えば触覚強度を選択する。そして選択した触覚形成条件を基に電圧供給回路１１０は触覚提示パネル１００に電圧信号を供給する。従って、触覚提示つまみ３の回転量に応じた表示パネルの表示変化とつまみから得られる触覚が同調する。
【０１３５】
図３８は上記同調処理を記載したフローチャートである。指示体２（図３１参照）が触覚提示つまみ３（図３１参照）に接触（ノブタッチ）、または触覚提示タッチパネル４００に電源が投入（電源ＯＮ）されることで同調処理が開始され、同調処理を開始した時点、または触覚提示タッチパネル４００に触覚提示つまみ３の初期状態化信号が与えられた時点のタッチパネル２００上の触覚提示つまみ３の位置座標が初期位置として記憶される（ステップＳ０）。
【０１３６】
定められた周期で触覚提示つまみ３と指示体２の接触状態が判断され（ステップＳ１）、接触していないと判断される場合（Ｎｏの場合）は、手離し動作（接触解除）が行われたと判断し、手離し動作処理（ステップＳ１４）に移行する。一方、接触状態と判断される場合は（Ｙｅｓの場合）は、タッチパネル２００上の触覚提示つまみ３の位置を検出し現在座標を取得する（ステップＳ２）。そして、取得した現在座標と初期座標より触覚提示つまみ３の移動量（回転角）を算出し（ステップＳ３）、移動量から移動の有無を判断する（ステップＳ４）。
【０１３７】
触覚提示つまみ３が移動していないと判断される場合（Ｎｏの場合）は、前周期での動作が回転か並進かを判断し（ステップＳ１１）、並進の場合は並進動作処理（ステップＳ１５）に移行する。一方、回転の場合は前周期での回転角で角度-触感変換テーブルを参照し（ステップＳ１２）、前周期と同じ触感を形成する条件で触覚電極へ信号を印加する（ステップＳ８）。
【０１３８】
また、前周期での動作が回転である場合は、前周期の回転角に合わせた表示処理を行う（ステップＳ１３）。
【０１３９】
一方、ステップＳ４で触覚提示つまみ３が移動していると判断される場合（Ｙｅｓの場合）は、回転動作か否かを判断する（ステップＳ５）。この判断は、例えば図２６を用いて説明した方法で判断され、回転動作ではないと判断される場合（Ｎｏの場合）は、並進動作と判断して、並進動作処理（ステップＳ１５）に移行する。一方、回転動作と判断される場合（Ｙｅｓの場合）は、前周期での回転方向と同じか否かを判断する（ステップＳ６）。また、回転動作の場合は、ステップＳ３で算出した回転角に合わせた表示処理を行う（ステップＳ９）。
【０１４０】
ステップＳ６において同じ回転方向と判断される場合（Ｙｅｓの場合）は、前周期と同じ角度-触感変換テーブルを参照し（ステップＳ７）、触覚電極１０２へ信号を印加する（ステップＳ８）。
【０１４１】
一方、ステップＳ６で前周期での回転方向と同じではないと判断される場合（Ｎｏの場合）は、逆方向に回転しているとして、逆方向用の回転角から触感への変換テーブルに変更し（ステップＳ１０）、変更した角度-触感変換テーブルを参照し（ステップＳ７）、触覚電極１０２へ信号を印加する（ステップＳ８）。
【０１４２】
触覚電極１０２への電圧印加後は、次の周期での触覚提示つまみ３と指示体２の接触状態の確認に移行する。
【０１４３】
＜押圧と触感強度の関係＞
使用者が触覚提示つまみ３を回転操作する際の押圧力は、操作量などに起因する使用者の腕および手首の角度などの変化によって変動する。図３９は、触覚提示つまみ３を弱い押圧力Ｆ１で操作しているときの導電性弾性部６と表示面との界面の様子を示した模式図である。図４０は、一般的なゴムシートのシート厚さと片面の平坦度の関係を示したグラフであり、図４１は、触覚提示つまみ３を強い押圧力で操作しているときの導電性弾性部６と表示面の界面の様子を示した模式図である。
【０１４４】
以下、導電性弾性部６に一般的な導電ゴムを用いた場合を例として説明する。導電ゴムは、原材料を配合、精錬してゴムの塊とし、ローラーで所定の厚さのゴムシートにした後、加硫処理をして製造する。一般的なゴムシートの厚さの寸法公差は、１．５ｍｍの厚さで±０．２ｍｍ、２ｍｍの厚さで±０.２５ｍｍ、３〜４ｍｍの厚さで±０．３ｍｍであり、シート厚さが厚くなるほど寸法公差が大きくなる。よって、ゴムシート片面での平坦度（最大凹凸）は、図４０に示すように、１．５ｍｍの厚さで０．２ｍｍ、２ｍｍの厚さで０.２５ｍｍ、３〜４ｍｍの厚さで０．３ｍｍである。
【０１４５】
触覚提示つまみ３を触覚提示タッチディスプレイ１の操作面に置いた状態では、図３９に示すように弱い押圧力Ｆ１で触覚提示つまみ３を操作した場合は、導電性弾性部６の変形が少ないので導電性弾性部６と操作面の間に導電性弾性部６の凹凸起因の空気層１８が残る。一方、図４１に示すように導電性弾性部６が十分に変形して導電性弾性部６が操作面に密着する押圧力Ｆ２で操作した場合は、空気層１８が図３９の場合よりも減少するかあるいは消失する。
【０１４６】
空気層１８の誘電率は、ほぼ真空の誘電率と同じで１.０であり、誘電体層１０６よりも低い。押圧力Ｆ１の場合の触覚電極１０２と導電性弾性部６との間の距離をｄ１、平均誘電率ε１とし、押圧力Ｆ２の場合の触覚電極１０２と導電性弾性部６との間の距離をｄ２、平均誘電率ε２とすると、ｄ１＞ｄ２、ε１＜ε２の関係となり、先に説明した式（１）に従って触覚電極１０２と導電性弾性部６との間の静電容量ＣＮＥを算出すると、押圧力Ｆ１の場合の静電容量Ｃ１＜押圧力Ｆ２の場合の静電容量Ｃ２となる。よって、押圧力Ｆ１の場合の触感強度は、押圧力Ｆ２の場合の触感強度よりも弱くなる。
【０１４７】
さらに、触覚提示つまみ３を操作時の押圧力が大きくなり過ぎると、導電性弾性部６と操作面との接触面積が大きくなり、さらには密着して静止摩擦係数が大きくなるために、電圧信号を入力していないときの摩擦力（静止摩擦力）と電圧信号を入力しているときの静電気力によって生成する摩擦力の差が小さくなり、触感の明瞭性が低下し、使用者は触感強度が弱く感じる。
【０１４８】
一連の操作の中で押圧力が図４１のように空気層１８を含まない状態から図３９のように空気層１８を含む状態に変化すると、同一の電荷を保持した状態で静電容量ＣＮＥが減少するので電圧Ｖが急増し（式（１）参照）、触覚電極１０２と導電性弾性部６との間に放電現象が生じる場合があり、触覚提示パネル１００の信頼性低下を招く。
【０１４９】
上記のような押圧力起因の触感強度の変化を抑制する方法として、例えば、図１に示したように、表示パネル３００の裏面に感圧センサ２１６を配置し、触覚提示つまみ３の操作時の押圧力を、触覚提示タッチディスプレイ１を構成する部材の変形を感圧センサ２１６で検出させる。そして、図３７に示したように感圧センサ２１６の出力を押圧検出回路２１７に入力し、押圧検出回路２１７での検出値により押圧量算出回路２１８で押圧量を算出する。算出した押圧量に応じて電圧信号の波形を触覚形成条件変換回路１２０で補正する方法が考えられる。以下、その方法を説明する。
【０１５０】
感圧センサ２１６は、押圧力によって感圧センサ電極のギャップが変化することによる容量変化を検出する容量方式または感圧センサ２１６を接着している構造体、例えば、図１の場合は、表示パネル３００の裏面が押圧力に比例して伸びたり縮んだりする変形の量である歪みを電気信号として検出する圧電方式を用いてもよい。また押下力を検出する感圧センサであれば、どのような方式を用いてもよい。感圧センサ２１６の配置位置は、表示エリア３０１内の何れの位置で触覚提示つまみ３を操作しても、均等な感度で押圧力を検知できるように、複数の感圧センサ２１６を配置する。例えば感圧センサ２１６を４個用いる場合は、図１のように表示エリア３０１内の四隅に近い部分に点対象あるいは線対称になるように配置する。
【０１５１】
押圧力は、４個の感圧センサ２１６の容量の変化あるいは歪み量の変化を押圧検出回路２１７が検出し、押圧検出回路２１７が出力した検出値より押圧量算出回路２１８が加重平均を求めて押圧量を算出し、その押下量を触覚形成条件変換回路１２０へ出力する。表示しているユーザインターフェース（ＵＩ）に対応した操作位置、操作量などにより決定される触覚形成条件に基づいて、触覚形成条件記憶装置１２１より出力された電圧信号の波形を、押圧量に応じた電圧信号の波形に補正し、電圧供給回路１１０に出力する。
【０１５２】
感圧センサ２１６の個数および配置する位置は上記の限りではなく、さらに多くの感圧センサ２１６を表示エリアに均等に配置し、より高感度かつ高精細に押圧量を検出して表示エリア３０１内の押圧量分布を算出することも可能になる。この場合は、触覚提示つまみ３の荷重を検出して触覚提示つまみ３の位置を算出することも可能となる。
【０１５３】
圧電方式の場合、感圧素子をマトリクスに配置したシート状の感圧センサ２１６を表示パネル３００の裏面全面に貼り合せてもよい。この場合は、触覚提示つまみ３の荷重を検出して触覚提示つまみ３の位置を算出することも可能となる。
【０１５４】
また、感圧センサ２１６を配置する場所は表示パネル３００の裏面に限らない。例えば、触覚提示タッチディスプレイ１の外周を筐体に固定する場合、固定した触覚提示パネル１００の裏面の外周である黒枠印刷部３０２の下に配置し、触覚提示タッチディスプレイ１の変形を検出してもよい。感圧素子が透明導電膜で構成される場合は、触覚提示パネル１００、タッチパネル２００、表示パネル３００の何れかの構造内に感圧素子をマトリクス状に配置した一体化構造とすることも可能である。
【０１５５】
感圧センサ２１６の方式、構造、検出位置等については、触覚提示タッチディスプレイ１の筐体への固定方法および表示パネル３００の種類（液晶ディスプレイ、有機ＥＬパネル、μＬＥＤ等）によって、触覚提示タッチディスプレイ１を構成する構造体の変形量が多く、高感度の押圧検出が可能な条件に基づいて選択すればよい。
【０１５６】
上記のように触覚提示つまみ３の押圧力に応じて、電圧信号を補正する構成を採ることができるが、触覚提示つまみ３の荷重および操作時の押圧力は、導電性弾性部６にかかる。導電性弾性部６は弾性を有しているので、触覚提示つまみ３の荷重および操作時の押圧力がかかった際に、導電性弾性部６の材料が押圧方向に対して圧縮し、押圧力の一部を緩和してしまう。感圧センサ２１６および押圧検出回路２１７は導電性弾性部６の弾性によって緩和された後の押圧力しか検出できない。導電性弾性部６の弾性は温度、圧力、回転速度等に応じて変化する。このため、押圧量算出回路１２８では、導電性弾性部６によって緩和した押圧力分を含む正確な押圧力を算出することは困難である。また、導電性弾性部６と操作面の間の空気層１８の厚さを制御できないので、導電性弾性部６と操作面との静止摩擦係数を一定に保つことができず、触覚の明瞭性を一定に保つことが困難である。
【０１５７】
以下に上記のような課題を解決した実施の形態１の触覚提示つまみについて説明する。図４２は、実施の形態１の触覚提示つまみ３０の構成を示す断面図である。
【０１５８】
図４２に示すように触覚提示つまみ３０は、導電性弾性部６の直径が回転部４の直径よりも小さく、導電性弾性部６の側面に接するように支持部１９が設けられている。支持部１９は、回転部４の底面から導電性弾性部６の底面近傍まで延在するように設けられており、触覚提示つまみ３０が押圧されていない状態では、導電性弾性部６の高さを超えない高さに設定されている。図４２では、支持部１９の高さと導電性弾性部６の最大高さとの差をΔｔとしている。
【０１５９】
図４３は、触覚提示つまみ３０における支持部１９の高さと導電性弾性部６の最大高さとの差Δｔ（ｍｍ）と、触覚提示つまみ３０をつまんだ場合の触覚強度の関係をテーブルで示した図である。図４３は、厚さ２ｍｍ、硬度６０の導電ゴムを導電性弾性部６として用いた場合の支持部１９の高さと導電性弾性部の最大高さとの差Δｔ（ｍｍ）と、触覚強度を比較した結果を示している。図４３より、Δｔ値が厚さ２ｍｍの導電ゴムの平坦度と同じ０．２６ｍｍから明瞭な触覚（〇）が得られるようになり、０．３４ｍｍで最も触覚強度が強く、明瞭な触覚（◎）を得られ、Δｔ値が０．４３ｍｍ、０．５２ｍｍとなると、触覚強度が〇、△と低下する。
【０１６０】
導電ゴムは、ゴム材料が樹脂架橋したスポンジ様の構造をしている。Δｔ値が０．３４ｍｍで最も触覚強度が強かったのは、上記材料加工起因の大きな表面凹凸が押圧力により変形し、さらに材料のミクロな構造起因の細かな表面凹凸も押しつぶして導電性弾性部６と操作面が密着した状態が、空気層１８による静電容量の減少と導電性弾性部６操作面の接触面積増大による静止摩擦力増大の双方の影響が最も少ない条件となったものと考えられる。
【０１６１】
支持部１９を設けることで、図４１に示すように導電性弾性部６が十分に変形して導電性弾性部６が操作面に密着する押圧力Ｆ２を触覚提示つまみ３０に加えた場合に、支持部１９が操作面に接触し、触覚提示つまみ３０を支えるので、支持部１９の高さ以上に導電性弾性部６が圧縮されることがなく、導電性弾性部６にかかる押圧力を一定に保つことにより、導電性弾性部６と操作面との静止摩擦力を一定に保つことができる。
【０１６２】
支持部１９の高さを導電性弾性部６よりも低くして、操作時の押圧力を制限し、押圧力が過剰に導電性弾性部６にかからないようにすることで、導電性弾性部６と操作面との間の空気層１８の厚さを含めた容量設計が可能となり、操作時の触覚電極１０２と導電性弾性部６との間の静電容量ＣＮＥを一定に保つことが可能になる。
【０１６３】
支持部１９が操作面と接する面と操作面との摩擦係数は、導電性弾性部６と操作面との摩擦係数よりも低くすることで、電圧信号を入力していないときの触覚提示つまみ３に作用する摩擦力は、導電性弾性部６と操作面との摩擦係数に因る摩擦力が主となるようにする。このため、支持部１９の材料としては、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ６、ＰＡ６６）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ガラス繊維強化ポリアミドＭＸＤ６（ＲＥＮＹ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂（ＳＡＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、フッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）、セラミック（ＣＥＲＡＭＩＣ）、ポリスライダー、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン・スチロール樹脂（ＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などのプラスチック材料、ガラス、金属など導電性弾性部６よりも摩擦係数が小さい材料を用いる。
【０１６４】
これにより、導電性弾性部６と操作面との摩擦力よりも支持部１９と操作面との摩擦力が小さくなるように、支持部１９が操作面と面接触する場合は、接触面の凹凸が小さくフラットな形状とし、操作面と点接触する場合は、点接触する部分が半球形で操作面との引っかかりが生じないような形状とする。
【０１６５】
なお、支持部１９の表面の凹凸、表面粗さＲａが５．０μｍ以下、あるいは輪郭曲線要素の平均長さＲＳｍが触覚電極１０２の電極ピッチ以上であることが望ましい。
【０１６６】
また、支持部１９が操作面に接した状態で回転操作されるので、触覚提示つまみ３の押圧力が支持部１９を介して直接操作面に伝わり、触覚提示タッチディスプレイ１の構成部材が押圧力に比例して変形しやすいので、感圧センサ２１６が正確に押圧力を検出し、押圧力に対して高精度な電圧信号波形調整が可能となる。
【０１６７】
図４４は、図４２示した実施の形態１の触覚提示つまみ３０を、より実用的な構成とした触覚提示つまみ３０Ａの構成を示す図であり、触覚提示つまみ３０Ａの側面図を上側に、底面図を下側に示している。
【０１６８】
図４４に示されるように、触覚提示つまみ３０Ａは、触覚提示つまみ３を操作面に固定する固定部５を中央に配置し、固定部５を中心として支持部１９および導電性弾性部６を同心で配置した構成となっている。
【０１６９】
導電性弾性部６は、固定部５を中心として平面視形状が扇形をなして、互いに間隔を開けて３箇所に配置され、導電性弾性部６の間に、平面視形状が扇形の支持部１９が配置されている。
【０１７０】
支持部１９は、操作面と均等に接した状態を回転操作時も維持できるように、固定部５を中心とする同心円上に均等間隔で配置されている。導電性弾性部６は、支持部１９の間に導電性弾性部６で生じた振動が均等に回転部４に伝わるように、固定部５を中心とする同心円上にできる限り均等に配置する方が望ましい。導電性弾性部６は、位置検出部７の機能を兼用し、導電性弾性部６と検出電極２０３との間に形成する静電容量をタッチ検出回路２１０が検出し、つまみ移動量算出回路２２０が触覚提示つまみ３０Ａの回転角度および回転速度を算出する。
【０１７１】
＜効果＞
実施の形態１の触覚提示つまみ３０および３０Ａによれば、触覚提示つまみ操作時に触覚提示つまみ３と操作面の間の距離を一定に保つ支持部１９を設けることにより、触覚提示つまみが支持部を介して直接表示面を押圧し、導電性弾性部６の押圧変形による圧力緩和の影響を受けずに押圧検知が可能となる。これにより、操作時の押圧力が導電性弾性部６で一定に保たれ、導電性弾性部６と操作面との接触面積に起因する摩擦係数が一定となり、押圧力によって変化する支持部１９と表示面との摩擦係数のみを考慮した電圧信号波形の補正が可能となり、すべての操作者に対して一定の明瞭性のある触覚を提示することが可能となる。
【０１７２】
また、導電性弾性部６と操作面との接触面積に起因する摩擦係数を一定に保つと共に、触覚電極１０２と導電性弾性部６との間の空気層１８の厚さを一定に保つことで、触覚電極１０２と導電性弾性部６との間の静電容量の変動を抑制し、安定した強度の触覚を生成する。さらには、空気層１８の厚さ変動に起因する触覚電極１０２と導電性弾性部６との間に形成する静電容量の変動による導電性弾性部６に蓄積した電荷の放電現象を抑制し、触覚提示タッチパネル２００の信頼性向上の効果も得られる。
【０１７３】
＜実施の形態２＞
図４５は、実施の形態２の触覚提示つまみ３０Ｂの構成を示す図であり、触覚提示つまみ３０Ｂの側面図を上側に、底面図を下側に示している。図４５に示されるように、触覚提示つまみ３０Ｂは、触覚提示つまみ３０Ｂを操作面に固定する固定部５を中央に配置し、固定部５を中心として支持部１９および導電性弾性部６を同心で配置した構成となっている。
【０１７４】
導電性弾性部６は、固定部５を中心として平面視形状が扇形をなして、互いに間隔を開けて３箇所に配置され、導電性弾性部６の間に、平面視形状が扇形の支持部１９が配置されている点では図４４に示した実施の形態１の触覚提示つまみ３０Ａと同じであるが、導電性弾性部６の扇形の平面内に、それぞれ平面視形状が円形の位置検出部７が固定部５を中心とする同心円上に等間隔で配置されている。
【０１７５】
支持部１９は、操作面と均等に接した状態を回転操作時も維持できるように、固定部５を中心とする同心円上に均等間隔で配置されている。導電性弾性部６は、支持部１９の間に導電性弾性部６で生じた振動が均等に回転部４に伝わるように、固定部５を中心とする同心円上にできる限り均等に配置する方が望ましい。
【０１７６】
導電性弾性部６および位置検出部７に用いる材料は、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、シリコーンゴム（ＶＭＱ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、フロロシリコーンゴム（ＦＶＭＱ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、ウレタンゴム（Ｕ）などの熱硬化性エラストマーを用いることができる。また、ポリウレタン系（ＴＰＵ）、ポリスチレン系（ＴＰＳ）、オレフィン／アルケン系（ＴＰＯ）、ポリ塩化ビニル系（ＴＰＶＣ）、ポリエステル系（ＴＰＥＥ）、ポリアミド系（ＴＰＡＥ）などの熱可塑性エラストマーを基材とし、導電性カーボンブラックまたは金属粉末などの導電性物質を混合した導電性ゴムと呼ばれる弾性のある樹脂材料を用いることができる。また、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を用いることもできる。
【０１７７】
なお、導電性弾性部６および位置検出部７を上述した材料のうち同じ材料を基材として用いる場合も、導電性をもたらすカーボンブラックまたは金属粉末の分量が少なくなれば抵抗値が高くなり、触覚電極１０２と導電性弾性部６との間に形成する静電容量が小さくなる。逆に、導電性をもたらすカーボンブラックまたは金属粉末の分量を多くすれば、抵抗値が高くなり、触覚電極１０２と導電性弾性部６との間に形成する静電容量を大きくできる。導電性弾性部６と位置検出部７の導電性に差異を付けたり、面積または形状に差異を付けることで、導電性弾性部６または位置検出部７と検出電極２０３との間に形成する静電容量および容量値のプロファイルに差異を付け、位置検出部７の位置検出をし易くすることも可能である。図４５では、導電性弾性部６、位置検出部７、支持部１９を各々３箇所に配置しているが、３箇所以上に配置してもよい。支持部１９の配置箇所が多いほど、回転操作時につまみが傾き難くなり、より安定した強度の触感を提示することが可能となる。位置検出部７は、１箇所以上あればよく、３箇所以上配置するとつまみの回転角度をより精度よく算出することが可能となる。
【０１７８】
＜効果＞
実施の形態２の触覚提示つまみ３０Ｂによれば、導電性弾性部６の抵抗値が高く、触覚電極１０２と導電性弾性部６との間に形成する静電容量が触覚提示つまみ３０Ｂの移動量を検出するのに足りない場合に、抵抗値が低い位置検出部７を設けることで静電容量を補うことができ、触覚提示つまみ３０Ｂの移動量を検出することが可能となる。また、位置検出部７の面積を最小限にすることが可能となる。
【０１７９】
＜実施の形態３＞
図４６は、実施の形態３の触覚提示つまみ３０Ｃの構成を示す図であり、触覚提示つまみ３０Ｃの側面図を上側に、底面図を下側に示している。図４６に示されるように、触覚提示つまみ３０Ｃは、触覚提示つまみ３０Ｃを操作面に固定する固定部５を中央に配置し、固定部５を中心として支持部１９、導電性弾性部６および位置検出部７を同心で配置した構成となっている。
【０１８０】
導電性弾性部６は、固定部５を中心として平面視形状が扇形をなして、互いに間隔を開けて３箇所に配置され、導電性弾性部６の間に、平面視形状が扇形の位置検出部７および支持部１９が隣り合って配置されており、位置検出部７が導電性弾性部６と支持部１９とに挟まれた構成となっている。
【０１８１】
＜効果＞
実施の形態３の触覚提示つまみ３０Ｃによれば、導電性弾性部６の抵抗値が高く、触覚電極１０２と導電性弾性部６との間に形成する静電容量が触覚提示つまみ３０Ｃの移動量を検出するのに足りないために導電性弾性部６が位置検出部７の機能を兼ねることができない場合に、抵抗値が低い位置検出部７を設けることで静電容量を補うことができ、容量プロファイルを得ることで、触覚提示つまみ３０Ｃの移動量を検出することが可能となる。
【０１８２】
また、図４６の例では、検出電極２０３のピッチよりも導電性弾性部６の縦横幅が小さく、位置算出が可能となる容量プロファイルが得られない場合に、導電性弾性部６よりも抵抗値が高い位置検出部７を導電性弾性部６の隣に設けることで、触覚提示つまみ３０Ｃの移動量を検出することが可能となる。なお、図４６では、導電性弾性部６、位置検出部７、支持部１９が各々３箇所に配置しているが、３箇所以上に配置してもよく、導電性弾性部６、位置検出部７、支持部１９の数が同一でなくてもよい。支持部１９の配置箇所が多いほど、回転操作時につまみが傾き難くなり、より安定した強度の触感を提示することが可能となる。
【０１８３】
また、図４６の例では、位置検出部７が導電性弾性部６と支持部１９とに挟まれた構成としたが、位置検出部７の両隣に支持部１９を配置し、位置検出部７が誘電率の低い材料で構成される支持部１９に挟まれた構成とすることも可能であり、位置検出部７と導電性弾性部６の容量プロファイルの分離が可能であり、移動量算出回路の検出精度の向上を図ることができる。
【０１８４】
＜実施の形態４＞
図４７は、実施の形態４の触覚提示つまみ３０Ｄの構成を示す図であり、触覚提示つまみ３０Ｄの側面図を上側に、底面図を下側に示している。図４７に示されるように、触覚提示つまみ３０Ｄは、触覚提示つまみ３０Ｄを操作面に固定する固定部５を中央に配置し、固定部５を中心として導電性弾性部６を同心で配置した構成となっている。
【０１８５】
導電性弾性部６は、固定部５を中心として平面視形状が扇形をなして、互いに間隔を開けて３箇所に配置され、導電性弾性部６の間は空隙部２０となっている。そして、触覚提示つまみ３０Ｄの操作面と接する面の外周部、すなわち回転部４の底面の外周に支持部１９を配置している。
【０１８６】
支持部１９の操作面との接触部の面積は、回転操作時に触覚提示つまみ３０Ｄを安定して保持でき、耐久性が保証できる範囲内で可能な限り小さい方が、支持部１９と操作面の摩擦係数を可能な限り小さくする上でも、導電性弾性部６の面積を可能な限り大きく確保して、より強い触覚強度を得るためにも望ましい。
【０１８７】
導電性弾性部６は、必ずしも複数に分割する必要なく、その面積は触覚電極１０２との間に形成する静電容量の設計値に合わせて調整すればよい。分割する場合は、できる限り均等に配置して、導電性弾性部６と操作面との間の静電気力によって生じる振動が可能な限り均等に回転部４に伝わるようにすることが望ましい。
【０１８８】
導電性弾性部６は、位置検出部７の機能を兼用し、導電性弾性部６と検出電極２０３との間に形成する静電容量をタッチ検出回路２１０が検出し、つまみ移動量算出回路２２０が触覚提示つまみ３０Ｄの回転角度および回転速度を算出する。
【０１８９】
図４８は、触覚提示つまみ３０Ｄが空隙部２０を１箇所だけ有し、導電性弾性部６が分割されていない構成を採る場合の構成を示す図であり、触覚提示つまみ３０Ｄの側面図を上側に、底面図を下側に示している。図４８に示されるように、触覚提示つまみ３０Ｄは、導電性弾性部６が配置されず、静電容量を形成しない空隙部２０の位置をつまみ移動量算出の基準位置することができる。
【０１９０】
図４９は、図４８の触覚提示つまみ３０Ｄの構成を採る場合に、タッチスクリーンが触覚提示つまみの位置３０を検出した際の線Ｄ−Ｄの静電容量プロファイルを説明する模式図であり、横軸に線Ｄ−Ｄ上の位置を、縦軸に静電容量を示している。図４９に示されるように、空隙部２０を有することで導電性弾性部６の静電容量プロファイルは、２つの異なる位置にピークを有したプロファイルとなり、２つのプロファイル間をつまみ移動量算出の基準位置することができる。
【０１９１】
＜効果＞
実施の形態４の触覚提示つまみ３０Ｄによれば、位置検出部７が不要となり、かつ、触覚提示つまみ３０Ｄと操作面との接触面の外周部に支持部１９を設けるので、導電性弾性部６の配置の自由度が向上し、導電性弾性部６の大面積化が可能となり、触感強度の増強を図ることができる。また、触覚提示つまみ３０Ｄと操作面との接触面の外周部で支持部１９が触覚提示つまみ３０Ｄを保持するので、触覚提示つまみ３０Ｄの安定した回転操作が可能となる。
【０１９２】
＜実施の形態５＞
図５０は、実施の形態５の触覚提示つまみ３０Ｅの構成を示す図であり、触覚提示つまみ３０Ｅの側面図を上側に、底面図を下側に示している。図５０に示されるように、触覚提示つまみ３０Ｅは、触覚提示つまみ３０Ｅを操作面に固定する固定部５を中央に配置し、固定部５を中心として導電性弾性部６を同心で配置した構成となっている。
【０１９３】
導電性弾性部６は、固定部５を中心として平面視形状が扇形をなして、互いに間隔を開けて３箇所に配置され、導電性弾性部６の間は空隙部２０となっており、空隙部２０の扇形の平面内に、それぞれ平面視形状が円形の位置検出部７が固定部５を中心とする同心円上に等間隔で配置されている。そして、触覚提示つまみ３０Ｄの操作面と接する面の外周部、すなわち回転部４の底面の外周部に支持部１９を配置している。図５０では、導電性弾性部６、位置検出部７を各々３箇所に配置しているが、３箇所以上に配置してもよい。位置検出部７は、１箇所以上配置されていればよく、３箇所以上配置されるとつまみの回転角度をより精度よく算出することが可能となる。
【０１９４】
＜効果＞
実施の形態５の触覚提示つまみ３０Ｅによれば、触覚提示つまみ３０Ｄと操作面との接触面の外周部に支持部１９を設けるので、導電性弾性部６と位置検出部７の配置の自由度が高くなる。また、導電性弾性部６が低抵抗の場合、位置検出部７との静電容量プロファイルの分離が困難となる可能性があるが、図５０に示されるように位置検出部７の周辺に空隙部２０を設けることで、位置検出部７の容量プロファイルと導電性弾性部６の容量プロファイルとの重なりを低減することができ、位置検出の精度の低下を抑制できる。
【０１９５】
＜実施の形態６＞
図５１は、実施の形態６の触覚提示つまみ３０Ｆの構成を示す図であり、触覚提示つまみ３０Ｆの側面図を上側に、底面図を下側に示している。図５１に示されるように、触覚提示つまみ３０Ｆは、触覚提示つまみ３０Ｅを操作面に固定する固定部５を中央に配置し、固定部５を中心として導電性弾性部６を同心で配置した構成となっている。そして、触覚提示つまみ３０Ｅの操作面と接する面の外周部、すなわち回転部４の底面の外周部に支持部１９を配置している。
【０１９６】
導電性弾性部６は、固定部５を取り囲むように平面視形状がリング状をなし、リング状の導電性弾性部６の平面内に平面視形状が円形の３つの位置検出部７が、固定部５を中心とする同心円上に等間隔で配置されている。
【０１９７】
＜効果＞
実施の形態６の触覚提示つまみ３０Ｆによれば、導電性弾性部６よりも抵抗値が低い位置検出部７を設けることで、ピークを有する容量プロファイルを得ることができ、触覚提示つまみ３０Ｆの移動量を検出することが可能となる。図５１では、位置検出部７を３箇所に配置しているが、３箇所以上に配置してもよい。位置検出部７は、１箇所以上配置されていればよく、３箇所以上配置されるとつまみの回転角度をより精度よく算出することが可能となる。
【０１９８】
また、導電性弾性部６が分割されていないので、触覚電極１０２の電極ピッチが広く、導電性弾性部６と触覚電極１０２との重畳部が不均等になりやすい場合に、均等性を向上させることが可能である。
【０１９９】
＜実施の形態７＞
図５２は、実施の形態７の触覚提示つまみ３０Ｇの構成を示す図であり、触覚提示つまみ３０Ｇの側面図を上側に、底面図を下側に示している。図５２に示されるように、触覚提示つまみ３０Ｇは、触覚提示つまみ３０Ｇを操作面に固定する固定部５を中央に配置し、固定部５を中心として導電性弾性部６を同心で配置した構成となっている。
【０２００】
導電性弾性部６は、固定部５を中心として平面視形状が扇形をなして、互いに間隔を開けて３箇所に配置され、導電性弾性部６の間は空隙部２０となっており、導電性弾性部６の扇形の平面内に、それぞれ平面視形状が円形の支持部１９が固定部５を中心とする同心円上に等間隔で配置されており、支持部１９は導電性弾性部６で囲まれている。
【０２０１】
なお、導電性弾性部６は、互いに間隔を開けて３箇所に配置されており、それぞれの平面内に支持部１９が配置されているが、導電性弾性部６の配置数と、支持部１９の配置数とが同じでなくてもよく、例えば、導電性弾性部６が２箇所に設けられる場合は、それぞれの平面内に支持部１９を配置すると共に、空隙部２０の平面内に位置検出部７を配置することもできる。図５２では、導電性弾性部６、支持部１９を各々３箇所に配置しているが、３箇所以上に配置してもよい。支持部１９の配置数が多くなると、回転操作時につまみが傾き難くなり、より安定した強度で触感を提示することが可能となる。
【０２０２】
また、導電性弾性部６のみが位置検出部７の機能を兼用してもよく、支持部１９と導電性弾性部６の両方で位置検出部７の機能を兼用してもよい。支持部１９が位置検出部７の機能を兼用する場合は、支持部１９も導電性材料を用いるとよい。
【０２０３】
導電性材料としては、実施の形態１において説明した支持部１９の材料を基材として、導電性をもたらすカーボンブラックまたは金属粉末など添加した材料を用いることができる。
【０２０４】
＜効果＞
実施の形態７の触覚提示つまみ３０Ｇによれば、導電性弾性部６が支持部１９に対して、回転操作における機械的、物理的強度を補強することが可能となり、支持部１９の配置面積の縮小化が容易となる。
【０２０５】
＜実施の形態８＞
図５３は、実施の形態８の触覚提示つまみ３０Ｈの構成を示す図であり、触覚提示つまみ３０Ｈの側面図を上側に、底面図を下側に示している。図５３に示されるように、触覚提示つまみ３０Ｈは、触覚提示つまみ３０Ｈを操作面に固定する固定部５を中央に配置し、固定部５を中心として導電性弾性部６を同心で配置した構成となっている。
【０２０６】
導電性弾性部６は、固定部５を中心として平面視形状が扇形をなして、互いに間隔を開けて３箇所に配置され、導電性弾性部６の間は空隙部２０となっており、導電性弾性部６の扇形の平面内に、それぞれ平面視形状が円形の支持部１９が、固定部５を中心とする同心円上に等間隔で配置されており、支持部１９は導電性弾性部６で囲まれている。また、空隙部２０の扇形の平面内に、それぞれ平面視形状が円形の位置検出部７が固定部５を中心とする同心円上に等間隔で配置されている。図５３では、導電性弾性部６を３箇所に配置しているが、３箇所以上に配置してもよい。
【０２０７】
＜効果＞
実施の形態８の触覚提示つまみ３０Ｈによれば、導電性弾性部６と位置検出部７の容量プロファイルの重なりを抑制し、位置検出精度を高めることができる。
【０２０８】
＜実施の形態９＞
図５４は、実施の形態９の触覚提示つまみ３０Ｉの構成を示す図であり、触覚提示つまみ３０Iの側面図を上側に、底面図を下側に示している。図５４に示されるように、触覚提示つまみ３０Ｉは、触覚提示つまみ３０Ｉを操作面に固定する固定部５を中央に配置し、固定部５を中心として導電性弾性部６を同心で配置した構成となっている。
【０２０９】
導電性弾性部６は、固定部５を取り囲むように平面視形状がリング状をなし、リング状の導電性弾性部６の平面内に平面視形状が円形の３つの支持部１９が、固定部５を中心とする同心円上に等間隔で配置されており、支持部１９は導電性弾性部６で囲まれている。
【０２１０】
＜効果＞
実施の形態９の触覚提示つまみ３０Ｉによれば、導電性弾性部６が大面積を確保しやすいので、触覚提示つまみ３０Ｉの直径が小さい場合でも強い触覚強度を得ることができる。
【０２１１】
なお、支持部１９に導電性材料を用いることで、支持部１９に位置検出部７の機能を兼用させることもできる。図５４では、支持部１９を３箇所に配置しているが、３箇所以上に配置してもよい。支持部１９の配置箇所が多いほど、回転操作時につまみが傾き難くなり、より安定した強度の触感を提示することが可能となる。
【０２１２】
＜実施の形態１０＞
図５５は、実施の形態１０の触覚提示つまみ３０Ｊの構成を示す図であり、触覚提示つまみ３０Ｊの側面図を上側に、底面図を下側に示している。図５５に示されるように、触覚提示つまみ３０Ｊ、触覚提示つまみ３０Ｉを操作面に固定する固定部５を中央に配置し、固定部５を中心として導電性弾性部６を同心で配置した構成となっている。
【０２１３】
導電性弾性部６は、固定部５を取り囲むように平面視形状がリング状をなし、リング状の導電性弾性部６の平面内に平面視形状が円形の３つの支持部１９が、固定部５を中心とする同心円上に等間隔で配置され、また、リング状の導電性弾性部６の平面内に平面視形状が円形の３つの位置検出部７が、支持部１９と重ならない位置に、固定部５を中心とする同心円上に等間隔で配置されている。
【０２１４】
導電性弾性部６は分割されておらず、位置検出部７および支持部１９を配置している場所以外はすべて導電性弾性部６が操作面と接している。
【０２１５】
＜効果＞
実施の形態１０の触覚提示つまみ３０Ｊによれば、導電性弾性部６が大面積を確保しやすいので、触覚提示つまみ３０Ｊの直径が小さい場合でも強い触覚強度を得ることができる。
【０２１６】
図５５では、位置検出部７と支持部１９を各々３箇所に配置しているが、３箇所以上に配置してもよい。支持部１９の配置箇所が多いほど、回転操作時につまみが傾き難くなり、より安定した強度の触感を提示することが可能となる。位置検出部７は、少なくとも１箇所以上あればよく、３箇所以上あると、回転角度算出精度が向上する。
【０２１７】
また、導電性弾性部６が高抵抗である場合、触覚電極１０２と導電性弾性部６との間に形成する静電容量が触覚提示つまみ３０Ｊの移動量を検出するのに足りない場合に、抵抗値が低い位置検出部７を設けることで静電容量を補うことができ、容量プロファイルを得ることで、触覚提示つまみ３０Ｊの移動量を検出することが可能となる。
【０２１８】
なお、本開示は、その開示の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【０２１９】
本開示は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、この開示がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この開示の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【要約】
使用者に触覚を提示する触覚提示パネルに関し、使用者が触覚提示つまみに接触したことを検出し、触覚提示つまみの位置情報を出力するタッチ検出回路と、触覚提示つまみによる操作面の押込み量を検出する押圧検出回路と、触覚提示つまみと操作面との間の摩擦力を生成する電圧信号を決定する触覚制御回路と、を備え、触覚制御回路が決定した電圧信号により触覚提示つまみと前記操作面との間の摩擦力の変化に起因する触覚を発生させ、触覚提示つまみは、操作面に対向する位置に設けられ、操作面と接する導電性弾性部と、導電性弾性部への押圧力を制限する支持部と、を有している。【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】
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【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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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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