(57)【要約】【課題】スタイラスペンによって筆記用具で紙に字を書いたときのような触覚フィードバックを行なうと共に、小型化および省電力化を図る。【解決手段】ディスプレイ装置に表示された画像の表示位置に対応する位置における接触を検出して入力信号を発生させるタッチパネル２を有するタッチパネル式入力装置であって、入力信号に応じて振動を発生させる圧電振動子を有するスタイラスペン７と、タッチパネル２がスタイラスペン７の接触を検出したときに、駆動信号を出力するデジタルシグナルプロセッサ４と、デジタルシグナルプロセッサ４から出力された駆動信号に基づいて圧電振動子を駆動するＤ級アンプ５と、を備える。【選択図】図１
2009238081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイ装置に表示された画像の表示位置に対応する位置における接触を検出して入力信号を発生させるタッチパネルを有するタッチパネル式入力装置であって、
入力信号に応じて振動を発生させる圧電振動子を有するスタイラスペンと、
前記タッチパネルがスタイラスペンの接触を検出したときに、駆動信号を出力するデジタルシグナルプロセッサと、
前記デジタルシグナルプロセッサから出力された駆動信号に基づいて前記圧電振動子を駆動するＤ級アンプと、を備えることを特徴とするタッチパネル式入力装置。
【請求項２】
前記圧電振動子は、圧電素子が積層化したバイモルフ型の圧電振動子であることを特徴とする請求項１記載のタッチパネル式入力装置。
【請求項３】
振動センサを有する筆記用具と、
前記筆記用具が使用されることによって前記振動センサが振動を検出したときに発生した電気信号を記憶するメモリと、を備え、
前記タッチパネルがスタイラスペンの接触を検出したときに、前記デジタルシグナルプロセッサは、前記メモリに記憶されている電気信号を読み出して駆動信号として出力し、
前記Ｄ級アンプは、前記メモリから読み出された駆動信号に基づいて前記圧電振動子を駆動することを特徴とする請求項１または請求項２記載のタッチパネル式入力装置。
【請求項４】
筆記用具が使用されたときに紙面に対して与えられる振動に相当する電気信号を予め記憶するメモリを備え、
前記デジタルシグナルプロセッサは、前記タッチパネルがスタイラスペンの接触を検出したときに、前記メモリに記憶されている電気信号を読み出して駆動信号として出力し、
前記Ｄ級アンプは、前記メモリから読み出された駆動信号に基づいて前記圧電振動子を駆動することを特徴とする請求項１または請求項２記載のタッチパネル式入力装置。
【請求項５】
前記Ｄ級アンプは、出力部がＢＴＬ構成を採るＤ級アンプであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のタッチパネル式入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触覚フィードバック機能を有するタッチパネル式入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチパネルの表面は平坦で滑らかであるため、機械的なスイッチと比較すると、ユーザは、正しく操作できているのかどうかを判断し難いという事情があった。このため、従来から、操作するユーザの指先に振動を与えて操作の感覚をフィードバックするタッチパネルが提案されている。このように、操作するユーザの指先に振動を与えるフィードバック方式は、触覚フィードバックと呼称されている。
【０００３】
特開２００６−０３１４１０号公報には、振動機能付きスタイラスペンおよびそれを用いたゲームシステムが開示されている。このゲームシステムは、スピーカによる音声出力が可能であると共に、振動発生機能を有するスタイラスペンと、タッチパネルを有するゲーム装置とから構成されている。このスタイラスペンは、ステレオ音声用のイヤホンプラグを備えており、このイヤホンプラグはゲーム装置のステレオ音声用のイヤホンジャックに差し込まれる。ゲーム装置は、ゲームの音についてのモノラル音声信号を左音声信号としてスタイラスペンに出力する。また、ユーザが、スタイラスペンを用いてタッチパネルの振動領域を操作したとき、その振動領域に応じた振動制御信号を右音声信号としてスタイラスペンに出力する。これにより、スタイラスペンのスピーカからゲームの音が出力されると共に、振動制御信号に基づいてスタイラスペンの内部に設けられた振動子が駆動され、スタイラスペンが振動する。
【特許文献１】特開２００６−０３１４１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の従来技術では、スタイラスペンを振動させる信号が、ステレオ音声用の信号であるため、スタイラスペンを使用したときに、筆記用具で紙に字を書いたときのような感覚をユーザに与えるような振動を発生させることは容易ではない。スタイラスペンで筆記用具で紙に字を書いたときのような触覚フィードバックを行なうためには、単なる音声信号ではなく、筆記用具で紙に字を書いたときのような振動を再現する駆動信号を用いると共に、振動子が、駆動信号に応じた振動を発生させるものである必要がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、スタイラスペンによって筆記用具で紙に字を書いたときのような触覚フィードバックを行なうと共に、小型化および省電力化を図ることができるタッチパネル式入力装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明のタッチパネル式入力装置は、ディスプレイ装置に表示された画像の表示位置に対応する位置における接触を検出して入力信号を発生させるタッチパネルを有するタッチパネル式入力装置であって、入力信号に応じて振動を発生させる圧電振動子を有するスタイラスペンと、前記タッチパネルがスタイラスペンの接触を検出したときに、駆動信号を出力するデジタルシグナルプロセッサと、前記デジタルシグナルプロセッサから出力された駆動信号に基づいて前記圧電振動子を駆動するＤ級アンプと、を備えることを特徴としている。
【０００７】
このように、スタイラスペンに圧電振動子を設けたので、スタイラスペンによって触覚フィードバックを行なうことが可能となる。また、圧電振動子を駆動するためにＤ級アンプを用いるため、発熱を小さく抑えることができ、その結果、熱を拡散するヒートシンクが不要となり、小型化を図ることが容易となる。また、圧電素子は容量性を持つため、Ｄ級アンプに必要なＬＣフィルタのコンデンサを不要とすることができる。また、信号処理を行なう上で有利なデジタルシグナルプロセッサを用いるため、触覚信号を駆動信号としてＤ級アンプに入力することができる。これにより、装置の小型化およびコスト削減を実現することが可能となる。
【０００８】
（２）また、本発明のタッチパネル式入力装置において、前記圧電振動子は、圧電素子が積層化したバイモルフ型の圧電振動子であることを特徴としている。
【０００９】
このように、圧電振動子は、バイモルフ型であるので、ユニモルフ型よりも強力な駆動力を発揮することが可能となる。また、圧電素子が積層化しているので、単層よりも低い電圧で駆動することが可能となる。
【００１０】
（３）また、本発明のタッチパネル式入力装置は、振動センサを有する筆記用具と、前記筆記用具が使用されることによって前記振動センサが振動を検出したときに発生した電気信号を記憶するメモリと、を備え、前記タッチパネルがスタイラスペンの接触を検出したときに、前記デジタルシグナルプロセッサは、前記メモリに記憶されている電気信号を読み出して駆動信号として出力し、前記Ｄ級アンプは、前記メモリから読み出された駆動信号に基づいて前記圧電振動子を駆動することを特徴としている。
【００１１】
このように、タッチパネルがスタイラスペンの接触を検出したときに、筆記用具が使用されることによって振動センサが振動を検出したときに発生した電気信号を読み出して駆動信号として出力するので、ユーザがスタイラスペンを使用したときに、ユーザに対してあたかも筆記用具を使用している感覚を与えることが可能となる。
【００１２】
（４）また、本発明のタッチパネル式入力装置は、筆記用具が使用されたときに紙面に対して与えられる振動に相当する電気信号を予め記憶するメモリを備え、前記デジタルシグナルプロセッサは、前記タッチパネルがスタイラスペンの接触を検出したときに、前記メモリに記憶されている電気信号を読み出して駆動信号として出力し、前記Ｄ級アンプは、前記メモリから読み出された駆動信号に基づいて前記圧電振動子を駆動することを特徴としている。
【００１３】
このように、筆記用具が使用されたときに紙面に対して与えられる振動に相当する電気信号を予め記憶するので、振動センサを設ける必要が無くなる。また、タッチパネルがスタイラスペンの接触を検出したときに、筆記用具が使用されたときに紙面に対して与えられる振動に相当する電気信号を読み出して駆動信号として出力するので、ユーザがスタイラスペンを使用したときに、ユーザに対してあたかも筆記用具を使用している感覚を与えることが可能となる。
【００１４】
（５）また、本発明のタッチパネル式入力装置において、前記Ｄ級アンプは、出力部がＢＴＬ構成を採るＤ級アンプであることを特徴としている。
【００１５】
このように、実質的にＤ級アンプを２つ用意して、一方を逆相駆動するＢＴＬ構成を採るため、負荷電圧を見かけ上２倍にすることができる。その結果、より大きな振動を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、スタイラスペンに圧電振動子を設けたので、スタイラスペンによって触覚フィードバックを行なうことが可能となる。また、圧電振動子を駆動するためにＤ級アンプを用いるため、発熱を小さく抑えることができ、その結果、熱を拡散するヒートシンクが不要となり、小型化を図ることが容易となる。また、圧電素子は容量性を持つため、Ｄ級アンプに必要なＬＣフィルタのコンデンサを不要とすることができる。また、信号処理を行なう上で有利なデジタルシグナルプロセッサを用いるため、触覚信号を駆動信号としてＤ級アンプに入力することができる。これにより、装置の小型化およびコスト削減を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係るタッチパネル式入力装置の概略構成を示す図である。このタッチパネル式入力装置１は、触覚フィードバック機能を有している。タッチパネル２は、図示しないディスプレイ装置に表示された画像の表示位置に対応する位置における接触を検出して入力信号を発生する。本実施形態では、タッチパネル２は、スタイラスペン７の接触を検出する。なお、ユーザが指でタッチパネル２を触れることによって操作することも可能である。
【００１８】
スタイラスペン７には、圧電振動子が内蔵されている。スタイラスペン７に圧電振動子を設けることにより、スタイラスペンによって触覚フィードバックを行なうことが可能となる。スタイラスペン７に内蔵される圧電振動子は、圧電素子が積層化したバイモルフ型の圧電振動子であってもよい。バイモルフ型の圧電振動子を用いることによって、ユニモルフ型よりも強力な駆動力を発揮することが可能となる。また、圧電素子が積層化しているので、単層よりも低い電圧で駆動することが可能となる。
【００１９】
タッチパネル回路３は、タッチパネル２から得られる信号を処理することによって、タッチパネル２のパネル面でユーザが操作するスタイラスペン７が接触する位置を表す信号を発生させる。デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ：Digital Signal Processor）４は、タッチパネル２上のスタイラスペン７の接触位置を表す信号を受信し、その位置に応じて所定の触覚振動を発生させるように、駆動信号をＤ級アンプ５に出力する。
【００２０】
Ｄ級アンプ５は、デジタルシグナルプロセッサ４から入力された駆動信号（触覚信号）に基づいて、スタイラスペン７に内蔵されている圧電振動子を駆動する。Ｄ級アンプ５は、入力されたアナログ信号をＰＷＭ（Pulse Wide Modulation）信号に変換し、スイッチング回路を通したＰＷＭ信号をＬＣフィルタに通すことにより電力的に増幅されたアナログ信号を出力するアンプである。圧電素子は容量性を持つため、Ｄ級アンプに必要なＬＣフィルタのコンデンサを不要とすることができる。また、容量性負荷である圧電素子（圧電振動子）をアナログアンプで駆動すると、電流の位相が電圧と９０度ずれるため、発熱が大きいのに対し、Ｄ級アンプはスイッチングにより増幅するため、発熱が小さく、熱を拡散するヒートシンクが不要となることから、小型化にも有利である。
【００２１】
図２は、Ｄ級アンプの概略構成を示すブロック図である。Ｄ級アンプ５は、ＰＷＭ変調を行なうＰＷＭ回路５ａ、ＦＥＴを駆動するＦＥＴドライバ５ｂ、２つのＦＥＴ５ｃ、およびチョークコイル５ｄから構成される。ＰＷＭ回路５ａは、入力信号に対してパルス幅変調を行ない、ＦＥＴドライバ５ｂは、パルス幅変調された信号に基づいてＦＥＴ５ｃを駆動する。ＦＥＴ５ｃの出力信号は、チョークコイル５ｄを介して出力される。このチョークコイル５ｄと圧電振動子が持つ容量により、Ｄ級アンプに必要なＬＣフィルタが形成される。すなわち、圧電振動子が容量性を有するため、本実施形態では、ＬＣフィルタにおけるコンデンサが不要となっている。このようなＤ級アンプ５で圧電振動子を駆動することにより、圧電振動子が振動を発生する。なお、図２において、Ｍｕｔｅ信号は、Ｄ級アンプ５内の出力段のＭＯＳＦＥＴ５ｃをオフするための信号である。
【００２２】
ここで、Ｄ級アンプ５は、出力部がＢＴＬ（Bridged Transless）構成を採っても良い。図３は、ＢＴＬ構成を採ったＤ級アンプの概略構成を示す図である。図３において、Ｄ級アンプ５−２は、ＰＷＭ変調を行なうＰＷＭ回路５ａ−２、ＦＥＴを駆動する２つのＦＥＴドライバ５ｂ−２、４つのＦＥＴ５ｃ−２、２つのチョークコイル５ｄ−２、およびＮＯＴ回路５ｅから構成される。ＰＷＭ回路５ａ−２は、入力信号に対してパルス幅変調を行なう。ＮＯＴ回路５ｅは、ＰＷＭ回路５ａ−２の出力の位相を反転する。２つのＦＥＴドライバ５ｂ−２は、パルス幅変調された信号に基づいて各ＦＥＴ５ｃ−２を駆動する。各ＦＥＴ５ｃ−２の出力信号は、それぞれチョークコイル５ｄ−２を介して出力される。このチョークコイル５ｄ−２と圧電振動子６が持つ容量により、Ｄ級アンプに必要なＬＣフィルタが形成される。このように、実質的にＤ級アンプを２つ用意して、一方を逆相駆動するＢＴＬ構成を採ることにより、負荷電圧を見かけ上２倍にすることができる。その結果、より大きな振動または音響を得ることが可能となる。なお、図３において、Ｍｕｔｅ信号は、Ｄ級アンプ５−２内の出力段のＭＯＳＦＥＴ５ｃ−２をオフするための信号である。
【００２３】
また、図１に示すように、本実施形態では、触覚振動の基となる波形データを読み取るための振動センサ１１を筆記用具（例えば、鉛筆１１ａ）に設けた。より具体的には、鉛筆１１ａの内部または先端部に、圧電素子等を使った振動を電気信号に変換する振動センサ１１を組み込んでいる。ユーザが鉛筆１１ａを用いて紙に文字を書くと、紙と鉛筆１１ａの芯との間で発生する振動が鉛筆１１ａに伝わり、鉛筆１１ａに組み込まれた振動センサ１１により、振動が電気信号に変換される。その電気信号は、増幅回路１２とデジタルシグナルプロセッサ４内部の図示しないＤ／Ａ変換器を経て、デジタルシグナルプロセッサ４内部のメモリ４ａに記憶される。
【００２４】
次に、ユーザがスタイラスペン７を使ってタッチパネル２に文字を入力する時、メモリ４ａに記憶された電気信号を読み出して、スタイラスペン７に組み込まれた圧電振動子を駆動させ、スタイラスペン７を振動させる。これにより、ユーザはスタイラスペン７で文字入力しているのに、あたかも鉛筆を使って紙に文字を書いているような感触をユーザに与えることが可能となる。
【００２５】
例えば、鉛筆の代わりに、ボールペンに振動センサを取り付け、ボールペンで書いた時の振動をメモリ４ａに記憶しても良い。この構成により、スタイラスペン７で文字入力している時に、スタイラスペン７に内蔵されている圧電振動子で振動を再現すれば、スタイラスペン７によって、ボールペンの“書き味”を持たせた文字入力が可能となる。
【００２６】
なお、メモリ４ａに、鉛筆やボールペンなどの筆記用具が使用されたときに紙面に対して与えられる振動に相当する電気信号を予め記憶させておいても良い。この場合、デジタルシグナルプロセッサ４は、タッチパネル２がスタイラスペン７の接触を検出したときに、メモリ４ａに記憶されている電気信号を読み出して駆動信号として出力し、Ｄ級アンプ５は、メモリ４ａから読み出された駆動信号に基づいて圧電振動子を駆動する。この構成によっても、ユーザがスタイラスペンを使用したときに、ユーザに対してあたかも筆記用具を使用している感覚を与えることが可能となる。
【００２７】
また、タッチパネル２でユーザの筆圧を検出することができる場合は、筆圧に応じて、スタイラスペン７に内蔵されている圧電振動子が発生する振動を変えても良い。例えば、メモリ４ａに、鉛筆やボールペンを使用した場合の筆圧に対応した複数種類の電気信号を記憶させておく。そして、タッチパネル２で検出した筆圧に応じてメモリ４ａから読み出す電気信号を変更し、筆圧に応じて異なる振動を発生させる。これにより、筆圧に応じて振動や音が変わる本物の鉛筆やボールペンをスタイラスペン７の使用時に再現することが可能となる。なお、図１において、Ｍｕｔｅ信号は、Ｄ級アンプ５内出力段（図２参照）のＭＯＳＦＥＴ５ｃをオフするための信号である。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態によれば、スタイラスペン７に圧電振動子を設けたので、スタイラスペン７によって触覚フィードバックを行なうことが可能となる。また、圧電振動子を駆動するためにＤ級アンプ５を用いるため、発熱を小さく抑えることができ、その結果、熱を拡散するヒートシンクが不要となり、小型化を図ることが容易となる。また、圧電素子は容量性を持つため、Ｄ級アンプに必要なＬＣフィルタのコンデンサを不要とすることができる。また、信号処理を行なう上で有利なデジタルシグナルプロセッサ４を用いるため、触覚信号を駆動信号としてＤ級アンプに入力することができる。これにより、装置の小型化およびコスト削減を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係るタッチパネル式入力装置の概略構成を示す図である。
【図２】Ｄ級アンプの概略構成を示すブロック図である。
【図３】ＢＴＬ構成を採ったＤ級アンプの概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  タッチパネル式入力装置
２  タッチパネル
３  タッチパネル回路
４  デジタルシグナルプロセッサ
４ａ  メモリ
５  Ｄ級アンプ
５ａ  ＰＷＭ回路
５ｂ  ＦＥＴドライバ
５ｃ  ＦＥＴ
５ｄ  チョークコイル
５−２  Ｄ級アンプ
５ａ−２  ＰＷＭ回路
５ｂ−２  ＦＥＴドライバ
５ｃ−２  ＦＥＴ
５ｄ−２  チョークコイル
６  圧電振動子
７  スタイラスペン
１１  振動センサ
１１ａ  鉛筆
１２  増幅回路
【図１】
2009238081.tif 000003
【図２】
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【図３】
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