JP5784283B2 - 触感呈示装置及び触感呈示装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、タッチセンサを備える触感呈示装置及び当該触感呈示装置の制御方法に関するものである。

近年、携帯電話やゲーム機等の携帯端末、電卓、券売機等の情報機器、電子レンジ、テレビ、照明器具等の家電製品、産業用機器（ＦＡ機器）等には、ユーザによる入力操作を受け付ける操作部やスイッチ等の入力装置として、タッチパネルやタッチスイッチ等のタッチセンサを備える入力装置が広く使用されている。

このようなタッチセンサには、抵抗膜方式、静電容量方式、光学式等の種々の方式が知られている。しかしながら、いずれの方式のタッチセンサにおいても、指やスタイラスペンによるタッチ入力を受け付けるものであって、タッチセンサ自体は、タッチされても、押しボタンスイッチのようには物理的に変位しない。

このように、タッチセンサがタッチされても、タッチセンサ自体が物理的に変位しないので、操作者は、タッチ入力が受け付けられても、入力に対するフィードバックを得ることができない。このため、操作者は、同じ位置を何度もタッチする等の繰り返し入力が生じ易く、操作者にストレスを与える場合がある。

このような繰り返し入力を防止するものとして、例えば、タッチ入力を受け付けて、音を鳴らしたり、当該入力位置に対応して表示部に画像表示されている入力ボタン等の入力用オブジェクトの表示色を変更する等の表示態様を変更したりして、聴覚や視覚により入力操作を確認できるようにしたものが知られている。

しかし、聴覚に働きかけるフィードバック方法の場合は、騒音環境下での確認が困難になるとともに、使用機器がマナーモード等で消音状態にある場合は、対応できないことになる。また、視覚に働きかけるフィードバック方法の場合は、表示部に表示されている入力用オブジェクトのサイズが小さいと、特に指入力の場合は、指の下に入力用オブジェクトが隠れて表示態様の変化が確認できない場合がある。

また、聴覚や視覚によらず、タッチセンサが入力を受け付けると、タッチセンサを振動させて、操作者の指先に触覚を発生させるようにしたフィードバック方法も提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

また、より詳細な触覚を呈示する方法には、タッチセンサに対するユーザの指等の接触位置から摺動速度を算出し、該摺動速度に応じてユーザ毎に異なる振動時間を有する複数種類の振動を発生できるようにしたフィードバック方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００３−２８８１５８号公報 特開２００８−１３００５５号公報 特許第４０４６０９５号明細書

しかしながら、上記特許文献１，２に開示の技術は、単に、タッチセンサが入力を受け付けると、タッチセンサを振動させているに過ぎない。このため、特に、押しボタンスイッチ（プッシュ式ボタンスイッチ）のようなボタンスイッチがタッチセンサ上部に描画されている場合、タッチセンサの入力を受け付ける閾値が低い場合は、タッチセンサに指等が軽く触れた（タッチした）だけで触感が呈示される。これにより操作者がプッシュする前の意図しない動作（タッチ）に反応して誤操作を誘発したり、操作者にプッシュする前の意図しない動作（タッチ）による違和感を与えたりすることになる。ここで、タッチセンサのタッチによる入力を受け付ける閾値とは、タッチセンサが反応する閾値で、例えば抵抗膜方式においては、上部導電膜が下部導電膜に接触する押圧力の閾値であり、静電容量方式においては、接触による電気的信号の検出閾値である。

このような不都合を解決するため、本出願人は、タッチセンサのタッチ面に対するタッチによる押圧荷重を検出し、その検出荷重が触感を呈示する所定の閾値に達した際に、タッチセンサのタッチ面を振動させて指等の押圧対象に触感を呈示するようにした触感呈示装置を開発している。

この入力装置によれば、操作者がタッチ面をプッシュし、その押圧荷重が所定の閾値に達すると触感が呈示されるので、上述した意図しないタッチによる誤操作を誘発したり、違和感を与えたりするのを確実に防止して、操作者に対して入力が受け付けられたのを触感として認識させることができる。

また、上記特許文献３に開示の技術は、ユーザに触感を呈示する際に、タッチ面の位置によるタッチ面の振動量の変化を考慮していない。本発明者は、タッチ面の位置によるタッチ面の振動量の変化について鋭意検討を進めた結果、以下に説明する知見を見出した。図７は、タッチセンサのタッチ面における振動素子配置の一例を示す図であり、図８は、図７に示した振動素子配置における所定駆動電圧での振動量の分布を示す図である。図８に示されるとおり、図７に示す各振動素子を所定電圧（例えば１Ｖ）で振動させた場合、タッチ面上の押圧位置に応じてタッチ面の振動量は異なる値をとる。図８の例では、位置Ａ、位置Ｂおよび位置Ｃの振動量（振幅）は、それぞれ、２０μｍ、１５μｍおよび７μｍとなっている。タッチ面上の位置により振動量が異なる原因としては、振動素子との距離に応じた振動の減衰や反射波の影響など様々な要因が考えられるが、このようなタッチ面の振動の振幅の違いは、ユーザが感じる触感に大きな影響を与える。

特許文献３に開示の技術は、上述の通りタッチ面の位置によるタッチ面の振動量の変化を考慮しないため、ユーザからの同じ入力操作（例えば摺動速度が同じ動作）に対しては、ユーザがタッチ面のどの位置に入力しているかに係わらず、同じ駆動信号によって振動素子を駆動することになる。しかし、この場合、タッチ面の位置によりタッチ面の振動の振幅が異なるため、各位置において、ユーザは異なる触感を感じることになる。即ち、ユーザは同じ入力操作に対してタッチ面の位置毎に異なる触感を感じることになり、操作時の違和感が増大する。ユーザの操作感を向上させるためには、ユーザの入力の位置に係わらず、ユーザに同一の触感を呈示することが好ましい。

本発明は、このような要望に応えるべくなされたもので、ユーザの入力の位置に係わらず、ユーザに対して同一の触感を呈示可能な触感呈示装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成する第１の観点に係る触感呈示装置の発明は、
タッチ入力を検出するタッチセンサと、
前記タッチセンサのタッチ面に対する押圧荷重を検出する荷重検出部と、
前記タッチ面を振動させる触感呈示部と、
前記荷重検出部により検出される押圧荷重が触感を呈示する基準を満たした際に、前記タッチ面を押圧している押圧対象に対して押圧位置に依存しない一定振幅の振動による触感を呈示するように、前記タッチ面上の位置に応じたサイズのエリア毎に設定された調整情報に基づき、前記触感呈示部の駆動を前記押圧位置に応じて制御する制御部と、
を備えることを特徴とするものである。

第２の観点に係る発明は、第１の観点に係る触感呈示装置において、
前記調整情報が設定されるエリアは前記触感呈示部の位置に応じて分割されている、
ことを特徴とするものである。

第３の観点に係る発明は、第１又は第２の観点に係る触感呈示装置において、
前記制御部は、前記触感呈示部に印加する電圧を前記押圧位置に応じて調整することにより、前記触感呈示部に前記一定振幅の振動による前記触感を呈示させる、
ことを特徴とするものである。

第４の観点に係る発明は、第１乃至第３の観点に係る触感呈示装置において、
前記制御部は、前記触感呈示部の振動の位相を前記押圧位置に応じて調整することにより、前記触感呈示部に前記一定振幅の振動による前記触感を呈示させる、
ことを特徴とするものである。

第５の観点に係る発明は、第１乃至第４の観点に係る触感呈示装置において、
前記制御部は、前記一定振幅の振動による前記触感がクリック触感となるように、前記触感呈示部の駆動を制御する、
ことを特徴とするものである。

また、本発明を方法として実現させた第６の観点に係る触感呈示装置の制御方法の発明は、
タッチ入力を検出するタッチセンサと、
前記タッチセンサのタッチ面に対する押圧荷重を検出する荷重検出部と、
前記タッチ面を振動させる触感呈示部と、を備える触感呈示装置の制御方法であって、
前記荷重検出部により検出される押圧荷重が触感を呈示する基準を満たした際に、前記タッチ面を押圧している押圧対象に対して押圧位置に依存しない一定振幅の振動による触感を呈示するように、前記タッチ面上の位置に応じたサイズのエリア毎に設定された調整情報に基づき、前記触感呈示部の駆動を前記押圧位置に応じて制御する、ことを特徴とするものである。

また、上記目的を達成する第７の観点に係る触感呈示装置の発明は、
タッチ入力を検出するタッチセンサと、
前記タッチセンサに装着された圧電素子と、
前記圧電素子の出力信号に基づいて前記タッチセンサのタッチ面に対する押圧荷重を検出し、該検出される押圧荷重が触感を呈示する基準を満たした際に、前記タッチ面を押圧している押圧対象に対して押圧位置に依存しない一定振幅の振動による触感を呈示するように、前記タッチ面上の位置に応じたサイズのエリア毎に設定された調整情報に基づき、前記圧電素子の駆動を前記押圧位置に応じて制御する制御部と、
を備えることを特徴とするものである。

第８の観点に係る発明は、第７の観点に係る触感呈示装置において、
前記調整情報が設定されるエリアは前記圧電素子の位置に応じて分割されている、
ことを特徴とするものである。

第９の観点に係る発明は、第７又は第８の観点に係る触感呈示装置において、
前記制御部は、前記圧電素子に印加する電圧を前記押圧位置に応じて調整することにより、前記圧電素子に前記一定振幅の振動による前記触感を呈示させる、
ことを特徴とするものである。

第１０の観点に係る発明は、第７乃至第９の観点に係る触感呈示装置において、
前記制御部は、前記圧電素子の振動の位相を前記押圧位置に応じて調整することにより、前記圧電素子に前記一定振幅の振動による前記触感を呈示させる、
ことを特徴とするものである。

第１１の観点に係る発明は、第７乃至第１０の観点に係る触感呈示装置において、
前記制御部は、前記一定振幅の振動による前記触感がクリック触感となるように、前記圧電素子の駆動を制御する、
ことを特徴とするものである。

また、本発明を方法として実現させた第１２の観点に係る触感呈示装置の制御方法の発明は、
タッチ入力を検出するタッチセンサと、
前記タッチセンサに装着された圧電素子と、を備える触感呈示装置の制御方法であって、
前記圧電素子の出力信号に基づいて前記タッチセンサのタッチ面に対する押圧荷重を検出し、該検出される押圧荷重が触感を呈示する基準を満たした際に、前記タッチ面を押圧している押圧対象に対して押圧位置に依存しない一定振幅の振動による触感を呈示するように、前記タッチ面上の位置に応じたサイズのエリア毎に設定された調整情報に基づき、前記圧電素子の駆動を前記押圧位置に応じて制御する、ことを特徴とするものである。

本発明に係る触感呈示装置によれば、ユーザの指等の押圧対象の押圧位置に応じて、ユーザに一定振幅の振動による触感を呈示するように制御するため、ユーザの入力の位置に係わらず、ユーザに対して同一の触感を呈示することが可能となる。

本発明の第１実施の形態に係る触感呈示装置の機能ブロック図である。 図１に示したタッチセンサを含む部分の実装構造の一例を示す図である。 第１実施の形態に係る触感呈示装置による触感呈示動作を示すフローチャートである。 本発明の第２実施の形態に係る触感呈示装置の機能ブロック図である。 図４に示したタッチセンサを含む部分の実装構造の一例を示す図である。 第２実施の形態に係る触感呈示装置による触感呈示動作を示すフローチャートである。 タッチセンサのタッチ面における振動素子配置の一例を示す図である。 図７に示した振動素子配置における所定駆動電圧での振動量の分布を示す図である。 図７に示す振動素子配置における各位置での駆動電圧と振動量との関係示す図である。 タッチセンサのタッチ面のエリア毎に設定された電圧調整情報の一例を示す図である。 タッチ面上の位置に応じたサイズのエリア毎に設定された電圧調整情報の一例を示す図である。 タッチ面上の位置に応じたサイズのエリア毎に設定された電圧調整情報の一例を示す図である。 タッチ面上の位置に応じたサイズのエリア毎に設定された電圧調整情報の一例を示す図である。 タッチ面上の位置に応じたサイズのエリア毎に設定された電圧調整情報の一例を示す図である。

以下、本発明に係る触感呈示装置の実施の形態について、図を参照して説明する。

（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る触感呈示装置の機能ブロック図である。この触感呈示装置は、タッチセンサ１１、荷重検出部１２、触感呈示部１３、表示部１４、記憶部１５、および、全体の動作を制御する制御部１６を有する。

タッチセンサ１１は、そのタッチ面に対する指などのタッチ対象によるタッチ入力を検出するもので、抵抗膜方式、静電容量方式、光学式等のタッチ位置（指等の押圧対象の押圧位置）の二次元の位置情報を出力する公知のもので構成して、表示部１４上に配置する。荷重検出部１２は、タッチセンサ１１のタッチ面に対する指等の押圧対象の押圧荷重を検出するもので、例えば、歪みゲージセンサや圧電素子等の荷重に対してリニアに反応する素子を用いて構成する。触感呈示部１３は、タッチセンサ１１を振動させるもので、例えば、圧電素子を用いて構成する。

表示部１４は、押しボタンスイッチ（プッシュ式ボタンスイッチ）のような入力ボタン等の入力用オブジェクトを表示するもので、例えば、液晶表示パネルや有機ＥＬ表示パネル等を用いて構成する。この表示部１４に表示された入力用オブジェクトに対するタッチ入力は、タッチセンサ１１から出力される位置情報に基づいて制御部１６により検出される。記憶部１５は、触感呈示部１３の駆動信号情報、および押圧対象の押圧位置に応じて駆動信号を調整するための駆動調整情報等の各種情報を記憶するもので、例えば、揮発性又は不揮発性メモリ等を用いて構成する。制御部１６は、例えばＣＰＵ等からなり、タッチセンサ１１からの押圧対象の押圧位置情報、荷重検出部１２からの押圧荷重情報、並びに、記憶部１５が記憶する駆動信号情報および駆動調整情報に基づいて、触感呈示部１３の駆動を制御する。

記憶部１５が記憶する触感呈示部１３の駆動信号情報は、ユーザに呈示する触感毎に、タッチ面を振動させる周波数および振動周期の数など種々の情報を含むものである。制御部１６は、記憶部１５の駆動信号情報に基づき、触感呈示部１３の駆動を制御して、例えば、指等の押圧対象に対して、「ブル」と感じる触感や、「ブブ」と感じる触感や、「カツ」と感じる触感など、様々な触感を呈示することができる。ここで、触感呈示部１３が圧電素子を用いて構成されている場合、制御部１６は、「ブル」や「ブブ」と感じられる軟質的な触感を呈示する場合、２００Ｈｚ〜５００Ｈｚ程度の三角波信号や正弦波信号を２〜３周期分を駆動信号として圧電素子に印加する。また、「カツ」と感じられる硬質な触感を呈示する場合は、制御部１６は、２００Ｈｚ〜５００Ｈｚ程度の矩形波信号を２〜３周期分を駆動信号として圧電素子に印加する。

また、制御部１６は、触感呈示部１３の駆動を制御して、ユーザの操作感をさらに高めるため、指等の押圧対象に対して、「カチ」と感じるクリック触感を呈示することができる。制御部１６は、硬い押しボタンスイッチを押したような「カチ」と感じられるクリック触感を呈示する場合は、駆動信号として、１００Ｈｚ〜２００Ｈｚ程度の正弦波信号または矩形波信号を１周期分印加する。「カチ」と感じるクリック触感の場合、表示部１４に表示されたソフトウェア的な入力用オブジェクトに対する入力でも、ユーザは、ハードウェア的なボタンスイッチを押したような触感を得ることができるため、ユーザが体感する操作感は向上することになる。

記憶部１５が記憶する押圧対象の押圧位置に応じて駆動信号を調整するための駆動調整情報は、触感呈示部１３に印加する電圧を調整する電圧調整情報や、各振動素子間の振動の位相を調整する位相調整情報など、種々の情報を含むものである。

（電圧調整情報）
図９は、図７に示す振動素子配置における各位置での駆動電圧と振動量との関係示す図である。図９の場合、位置Ａ、位置Ｂ、および、位置Ｃにおいてある一定の振幅Ｘ（μｍ）の振動を発生させるためには、それぞれ、０．５Ｖ、１．０Ｖ、および、２．０Ｖの駆動電圧が必要となる。このように、タッチセンサ１１のタッチ面上での位置と、所定振幅の振動を発生させるために必要な駆動電圧との関係を予め測定しておき、製品出荷時などに、テーブルやリストとして記憶部１５に記憶することが考えられる。例えば、タッチセンサ１１のタッチ面を縦ｍ分割、横ｎ分割のｍ´ｎ個のエリアに分割し、エリア毎に振幅と駆動電圧との関係を記憶部１５に記憶させることができる。このような電圧調整情報により、制御部１６は、所定振幅の振動を発生させるため、駆動信号の標準の駆動電圧（例えば１．０Ｖ）を、例えば２倍の駆動電圧（例えば２．０Ｖ）とした方が良いか、又は半分の駆動電圧（例えば０．５Ｖ）とした方が良いかなど、押圧対象（押圧物）の押圧位置に応じて駆動電圧を調整することができる。

図１０は、タッチセンサ１１のタッチ面１１ａのエリア毎に設定された電圧調整情報の一例を示す図である。この例では、タッチセンサ１１の４隅は弾性部材からなる支持部材によって支持されており、２つの振動素子（例えば圧電素子）がタッチセンサ１１の対向する２つの辺の中央に配置されている。また、タッチ面１１aのエリア毎の電圧調整情報として、標準の駆動電圧に対する電圧調整係数（１〜８）が設定されている。なお、電圧調整係数の数字は電圧調整係数間の相対的な大きさを表すものであり、絶対的な大きさを表すものではないことに留意されたい。

図１０の例では、支持部材の近傍エリアでは比較的高い電圧調整係数が設定されており、支持部材から離れたタッチ面１１ａの中央付近では比較的低い電圧調整係数が設定されている。これは、標準の駆動電圧で振動素子を振動させた場合、支持部材の近傍エリアにおけるタッチ面１１ａの振動量は小さくなり、タッチ面１１ａの中央付近におけるタッチ面１１ａの振動量は大きくなるためである。また、図１０の例では、支持部材の近傍エリアでは、エリア毎に電圧調整係数が細かく変化しているのに対し、支持部材から離れたタッチ面１１ａの中央付近では、エリア毎の電圧調整係数の変化は少ない。これは、標準の駆動電圧で振動素子を振動させた場合、支持部材の近傍エリアでは、エリアの位置によりタッチ面１１ａの振動量の差が大きいのに対し、支持部材から離れたタッチ面１１ａの中央付近では、エリアの位置によるタッチ面１１ａの振動量の差が小さいためである。

また、図１０の例では、例えば各辺の中央付近のエリアを比較すると、振動素子が配置された辺の中央付近のエリアでは比較的低い電圧調整係数が設定されており、振動素子が配置されていない辺の中央付近のエリアでは比較的高い電圧調整係数が設定されている。これは、標準の駆動電圧で振動素子を振動させた場合、振動素子が配置された辺におけるタッチ面１１ａの振動量は大きくなり、振動素子が配置されていない辺におけるタッチ面１１ａの振動量は小さくなるためである。また、図１０の例では、振動素子が配置された辺の中央付近のエリアでは、エリア毎の電圧調整係数の変化が少ないのに対し、振動素子が配置されていない辺の中央付近のエリアでは、エリア毎に電圧調整係数が細かく変化している。これは、標準の駆動電圧で振動素子を振動させた場合、振動素子が配置された辺の中央付近のエリアでは、エリアの位置によるタッチ面１１ａの振動量の差が少ないのに対し、振動素子が配置されていない辺の中央付近のエリアでは、エリアの位置によりタッチ面１１ａの振動量が大きく変化するためである。

ここで、電圧調整係数が設定される各エリアのサイズは必ずしも同じサイズである必要はない。図１１は、タッチ面１１ａ上の位置に応じたサイズのエリア毎に設定された電圧調整情報の一例を示す図である。図１１では、支持部材の近傍エリアでは比較的小さいサイズのエリアが規定されており、支持部材から離れたタッチ面１１ａの中央付近では比較的大きいサイズのエリアが規定されている。これは、図１０において説明した通り、支持部材の近傍エリアでは、エリア毎に電圧調整係数を細かく変化させる必要があるのに対し、支持部材から離れたタッチ面１１ａの中央付近では、エリア毎に電圧調整係数を細かく変化させなくても良いためである。また、図１１では、各辺の中央付近のエリアを比較すると、振動素子が配置された辺の中央付近のエリアでは比較的低い電圧調整係数が設定されており、振動素子が配置されていない辺の中央付近のエリアでは比較的高い電圧調整係数が設定されている。これは、図１０において説明したとおり、標準の駆動電圧で振動素子を振動させた場合、振動素子が配置された辺におけるタッチ面１１ａの振動量は大きくなり、振動素子が配置されていない辺におけるタッチ面１１ａの振動量は小さくなるためである。図１１のように、タッチ面１１ａ上の位置に応じたサイズのエリア毎に電圧調整情報を設定することにより、少ないエリア数でも適切な電圧調整を行うことが可能になる。

図１２は、タッチ面１１ａ上の位置に応じたサイズのエリア毎に設定された電圧調整情報の他の例を示す図である。図１２では、振動素子が配置された辺の方向（縦方向）に沿ってエリアが分割されており、支持部材に近づくほどエリアのサイズが小さく規定されている。また、図１２では、振動素子が配置されていない辺の方向（横方向）にはエリアが分割されていない。図１０において説明したとおり、標準の駆動電圧で振動素子を振動させた場合、振動素子の近傍ではタッチ面１１ａの振動量は比較的大きくなるため、タッチ面１１ａの中央から離れた位置においても、横方向の振動量の減衰は比較的少なくなる。このため、振動素子の位置を考慮すると、振動素子が配置されている辺の方向（縦方向）についてエリアを分割し、振動素子が配置されていない辺の方向（横方向）についてはエリアを分割しないことも考えられる。図１２のように、振動素子の位置に応じて分割され、タッチ面１１ａ上の位置に応じたサイズのエリア毎に電圧調整情報を設定することにより、より少ないエリア数でも適切な電圧調整を行うことが可能になる。

図１３は、エリア毎に設定された電圧調整情報の一例を示す図である。図１３では、タッチセンサ１１は、４隅及び左右各辺の中央の計６つの弾性部材からなる支持部材によって支持されており、２つの圧電素子が振動素子としてタッチセンサ１１の対向する２つの辺の中央に配置されている。図１３では、図１２と同様に、振動素子が配置された辺の方向（横方向）に沿ってエリアが分割されており、支持部材に近づくほどエリアのサイズが小さく規定されている。また、図１４は、エリア毎に設定された他の電圧調整情報の一例を示す図である。図１４では、６個の支持部材の近傍エリアにおいて、比較的小さいサイズのエリアが規定されており、支持部材から離れたタッチ面１１ａの中央付近では比較的大きいサイズのエリアが規定されている。また、電圧調整係数が設定されるエリアは必ずしもマトリックス形状に分割される必要は無い。例えば、タッチ面１１ａ中央の電圧調整係数１が設定されたエリアのように、電圧調整係数が設定されるエリアを多様に設定することにより、より適切な電圧調整を行うことが可能になる。

（位相調整情報）
また、例えば、図７に示す振動素子配置においては、各振動素子間の振動の合成によって、即ち、複数振動による合成波を形成することによって、各位置の振幅を制御することも可能である。例えば、位置Ａ、位置Ｂ、および、位置Ｃにおいてある一定の振幅Ｘ（μｍ）の振動を持つ合成波を発生させるためには、それぞれ、図７に示す２つの振動素子間の振動の位相差をπ／４、０、および、３π／４とする必要があるものとする。この場合、タッチセンサ１１のタッチ面上での位置と、所定振幅の振動を発生させるために必要な位相差との関係を予め測定しておき、製品出荷時などに、テーブルやリストとして記憶部１５に記憶することが考えられる。例えば、タッチセンサ１１のタッチ面を縦ｍ分割、横ｎ分割のｍ´ｎ個のエリアに分割し、エリア毎に振幅と位相差との関係を記憶部１５に記憶させることができる。このような位相調整情報により、制御部１６は、所定振幅の振動を発生させるため、各触感呈示部１３に印加する駆動信号の標準の位相差（例えば０）を、例えばπ／４としたり、又は３π／４とするなど、押圧対象の押圧位置に応じて駆動信号の位相を調整することができる。

なお、図１１〜図１４における電圧調整係数と同様に、位相調整情報が設定されるエリアについても、各エリアのサイズは必ずしも同じサイズである必要はない。例えば、位相調整情報が設定されるエリアのサイズは、タッチ面上の位置に応じて設定することができる。また、位相調整情報が設定されるエリアを振動素子の位置に応じて分割することも可能である。

なお、記憶部１５が記憶する押圧対象の押圧位置に応じて駆動信号を調整するための駆動調整情報は、触感呈示部１３に印加する電圧を調整する電圧調整情報や、各振動素子間の振動の位相を調整する位相調整情報のみに限定されるものではなく、駆動信号の周波数、周期および振幅や、駆動信号を印加する際の電流および印加時間など、駆動信号の調整に関する任意のパラメータを用いることができるものである。

図２は、図１に示したタッチセンサ１１を含む部分の実装構造の一例を示すもので、図２（ａ）は要部断面図、図２（ｂ）は要部平面図である。表示部１４は、筐体２１内に収納保持する。表示部１４上には、弾性部材からなるインシュレータ２２を介して、タッチセンサ１１を保持する。なお、本実施の形態では、タッチセンサ１１および表示部１４を、平面視で縦長の矩形状として、タッチセンサ１１を、図２（ｂ）に仮想線で示す表示部１４の表示領域Ａから外れた４隅に配設したインシュレータ２２を介して表示部１４上に保持する。

また、筐体２１には、表示部１４の表示領域から外れたタッチセンサ１１の表面領域を覆うようにアッパカバー２３を設け、このアッパカバー２３とタッチセンサ１１との間に、弾性部材からなるインシュレータ２４を配設する。

なお、図２に示すタッチセンサ１１は、タッチ面１１ａを有する表面部材が、例えば透明フィルムやガラスで構成され、裏面部材がガラスやアクリルで構成されて、タッチ面１１ａが押圧されると、押圧部分が押圧力に応じて微少量撓む（歪む）、または構造体そのものが微少量撓む構造のものを用いる。

タッチセンサ１１の表面上には、アッパカバー２３で覆われる各辺の近傍に、タッチセンサ１１に加わる荷重（押圧力）を検出する歪みゲージセンサや圧電素子からなる荷重センサ３１をそれぞれ接着等により設ける。また、タッチセンサ１１の裏面上には、対向する２つの辺の近傍に、タッチセンサ１１を振動させるための圧電素子３２をそれぞれ接着等により設ける。すなわち、図２に示す触感呈示装置は、図１に示した荷重検出部１２を４つの荷重センサ３１を用いて構成し、触感呈示部１３を２つの圧電素子３２を用いて構成している。そして、触感呈示部１３によりタッチセンサ１１を振動させることにより、タッチ面１１ａを振動させて、タッチ面１１ａ上のタッチ対象に触感を呈示するようにしている。なお、図２（ｂ）においては、図２（ａ）に示した筐体２１、アッパカバー２３およびインシュレータ２４の図示を省略している。

本実施の形態に係る触感呈示装置においては、タッチセンサ１１は、タッチ面１１ａへのタッチ操作を検出する。そして、制御部１６は、荷重検出部１２により検出される押圧荷重が触感を呈示する荷重基準（例えば、１．０Ｎ）を満たすかどうか判定する。そして、押圧荷重が触感を呈示する荷重基準を満たすと判定した場合は、制御部１６は、タッチ面１１ａを押圧している押圧対象に対して押圧位置に依存しない一定振幅の振動による触感を呈示するように、触感呈示部１３の駆動を押圧位置に応じて制御する。

以下、本実施の形態に係る触感呈示装置による通知情報の触感呈示動作について、図３に示すフローチャートを参照して説明する。

先ず、制御部１６は、タッチセンサ１１からの位置情報（押圧対象の押圧位置）の入力を検出して（ステップＳ１０１）、タッチ面１１ａに指等が接触したのを検出する（ステップＳ１０２）。次に、制御部１６は、荷重検出部１２から入力される押圧荷重が触感を呈示する荷重基準（１．０Ｎ）を満たすか否かを判定する（ステップＳ１０３）。その結果、押圧荷重が荷重基準を満たすと判定した場合（Ｙｅｓの場合）、制御部１６は、記憶部１５を参照し、触感を呈示する駆動信号情報と、タッチセンサ１１からの位置情報に応じた駆動調整情報を取得する（ステップＳ１０４）。制御部１６は、駆動信号情報を駆動調整情報に基づき調整し、調整後の駆動信号により触感呈示部１３を駆動して、ユーザへ、押圧対象に押圧位置に依存しない一定振幅の振動による触感を呈示する（ステップＳ１０５）。ステップS１０４で取得する駆動調整情報が駆動電圧の調整情報である場合、制御部１６は、駆動信号の駆動電圧を調整して、ユーザに一定振幅の振動による触感を呈示するように触感呈示部１３を駆動する。また、ステップS１０４で取得する駆動調整情報が位相の調整情報である場合、制御部１６は、駆動信号の位相を調整して、ユーザに一定振幅の振動による触感を呈示するように触感呈示部１３を駆動する。さらに、制御部１６は、一定振幅の振動による触感がクリック触感となるように、触感呈示部１３の駆動を制御することができる。

本実施の形態に係る触感呈示装置によれば、ユーザがタッチセンサ１１のタッチ面１１ａを、触感を呈示する基準を満たす押圧荷重で押圧すると、制御部１６は、触感呈示部１３の駆動を押圧位置に応じて制御し、指等の押圧対象に押圧位置に依存しない一定振幅の振動による触感を呈示する。これにより、ユーザの入力の位置に係わらず、ユーザに対して均一の触感を呈示し、ユーザの操作感を向上させることができる。

また、制御部１６は、触感呈示部１３に印加する電圧を押圧対象の押圧位置に応じて調整することにより、指等の押圧対象に押圧位置に依存しない一定振幅の振動による触感を呈示する。即ち、電圧の調整によって、ユーザ入力の位置に係わらず、ユーザに対して均一の触感を呈示し、ユーザの操作感を向上させることができる。

また、制御部１６は、触感呈示部１３の振動の位相を押圧対象の押圧位置に応じて調整することにより、指等の押圧対象に押圧位置に依存しない一定振幅の振動による触感を呈示する。即ち、位相の調整によって、ユーザ入力の位置に係わらず、ユーザに対して均一の触感を呈示し、ユーザの操作感を向上させることができる。

また、制御部１６は、一定振幅の触感がクリック触感となるように、触感呈示部１３の駆動を制御する。これにより、表示部１４に表示されたソフトウェア的な入力用オブジェクトに対する入力でも、ユーザは、ハードウェア的なボタンスイッチを押したような触感を得ることができるため、ユーザの操作感をさらに向上させることができる。

（第２実施の形態）
図４は、本発明の第２実施の形態に係る触感呈示装置の概略構成を示す機能ブロック図である。この触感呈示装置は、図１に示す第１実施の形態に係る触感呈示装置の荷重検出部１２および触感呈示部１３を圧電素子１７によって置き換えたものである。タッチセンサ１１、表示部１４、記憶部１５、および、制御部１６については、それぞれ、第1実施の形態におけるものと同等の機能を有するものであり、詳細な説明は省略する。なお、第1実施の形態におけるタッチセンサ１１、表示部１４、記憶部１５、および、制御部１６に関する説明のうち、荷重検出部１２、触感呈示部１３に関する記載は、「荷重検出部１２」及び「触感呈示部１３」を「圧電素子１７」と適宜読み替えるものとする。

圧電素子１７は、タッチセンサ１１に装着される。この圧電素子１７は、制御部１６の制御により、圧電正効果を利用して、タッチセンサ１１のタッチ面１１ａに対する押圧荷重を検出するための荷重検出モードと、圧電逆効果を利用して、タッチセンサ１１のタッチ面１１ａを振動させる触感呈示モードとのいずれかのモードで動作させる。そして、荷重検出モードでは、タッチセンサ１１のタッチ面１１ａに対する押圧荷重に対応する出力信号を制御部１６に供給する。また、触感呈示モードでは、制御部１６から供給される駆動信号に応じてタッチセンサ１１のタッチ面１１ａを振動させて、タッチ面を押圧している押圧対象に駆動信号に応じた所定の触感を呈示する。

図５は、図４に示したタッチセンサ１１、圧電素子１７および表示部１４の実装構造の概略構成例を示すもので、図５（ａ）は要部断面図、図５（ｂ）は要部平面図である。タッチセンサ１１には、その裏面上で、アッパカバー２３で覆われる一辺または複数辺の近傍、ここでは３辺の近傍に、タッチセンサ１１のタッチ面１１ａに対する押圧荷重を検出するとともに、タッチセンサ１１を振動させて、タッチ面１１ａを押圧している押圧対象に触感を呈示するための圧電素子１７をそれぞれ装着する。これら３個の圧電素子１７の出力は、制御部１６に並列に供給する。なお、図５（ｂ）においては、図５（ａ）に示した筐体２１、アッパカバー２３およびインシュレータ２４の図示を省略している。

本実施の形態に係る触感呈示装置においては、タッチセンサ１１は、タッチ面１１ａへのタッチ操作を検出する。そして、制御部１６は、圧電素子１７により検出される押圧荷重が触感を呈示する荷重基準（例えば、１．０Ｎ）を満たすかどうか判定する。そして、押圧荷重が触感を呈示する荷重基準を満たすと判定した場合は、制御部１６は、タッチ面１１ａを押圧している押圧対象に対して押圧位置に依存しない一定振幅の振動による触感を呈示するように、圧電素子１７の駆動を押圧位置に応じて制御する。

以下、本実施の形態に係る触感呈示装置による通知情報の触感呈示動作について、図６に示すフローチャートを参照して説明する。

先ず、制御部１６は、３個の圧電素子１７を荷重検出モードとして、それらの出力信号を監視する（ステップＳ２０１）。次いで、制御部１６は、タッチセンサ１１からの位置情報（押圧対象の押圧位置）の入力を検出して（ステップＳ２０２）、タッチ面１１ａに指等が接触したのを検出する（ステップＳ２０３）。次に、制御部１６は、３個の圧電素子１７の出力に基づいてタッチセンサ１１への押圧荷重を演算し、その押圧荷重が触感を呈示する基準（１．０Ｎ）を満たすか否かを判定する（ステップＳ２０４）。その結果、押圧荷重が荷重基準を満たすと判定した場合（Ｙｅｓの場合）、制御部１６は、記憶部１５を参照し、触感を呈示する駆動信号情報と、タッチセンサ１１からの位置情報に応じた駆動調整情報を取得する（ステップＳ２０５）。また、制御部１６は、３個の圧電素子１７を荷重検出モードから、触感呈示モードに切り替える（ステップＳ２０６）。制御部１６は、駆動信号情報を駆動調整情報に基づき調整し、調整後の駆動信号により圧電素子１７を駆動して、ユーザに一定振幅の振動による触感を呈示する（ステップＳ２０７）。ステップＳ２０５で取得する駆動調整情報が駆動電圧の調整情報である場合、制御部１６は、駆動信号の駆動電圧を調整して、ユーザに一定振幅の振動による触感を呈示するように圧電素子１７を駆動する。また、ステップＳ２０５で取得する駆動調整情報が位相の調整情報である場合、制御部１６は、駆動信号の位相を調整して、ユーザに一定振幅の振動による触感を呈示するように圧電素子１７を駆動する。さらに、制御部１６は、一定振幅の振動による触感がクリック触感となるように、圧電素子１７の駆動を制御することができる。その後、制御部１６は、３個の圧電素子１７を荷重検出モードに復帰させて（ステップＳ２０８）、タッチセンサ１１に対する押圧荷重を演算する。

本実施の形態に係る触感呈示装置によれば、圧電素子１７を、タッチセンサ１１のタッチ面１１ａに対する押圧荷重を検出する荷重センサと、タッチ面１１ａを振動させるアクチュエータとして共用したので、部品点数を削減できてコストダウンが図れる。また、部品点数を削減できることから、部品の設置スペースを少なくできるので、装置を小型化することができる。

また、本実施の形態に係る触感呈示装置によれば、ユーザがタッチセンサ１１のタッチ面１１ａを、触感を呈示する基準を満たす押圧荷重で押圧すると、制御部１６は、圧電素子１７の駆動を押圧位置に応じて制御し、指等の押圧対象に押圧位置に依存しない一定振幅の振動による触感を呈示する。これにより、ユーザの入力の位置に係わらず、ユーザに対して均一の触感を呈示し、ユーザの操作感を向上させることができる。

また、制御部１６は、圧電素子１７に印加する電圧を押圧対象の押圧位置に応じて調整することにより、指等の押圧対象に押圧位置に依存しない一定振幅の振動による触感を呈示する。即ち、電圧の調整によって、ユーザ入力の位置に係わらず、ユーザに対して均一の触感を呈示し、ユーザの操作感を向上させることができる。

また、制御部１６は、圧電素子１７の振動の位相を押圧対象の押圧位置に応じて調整することにより、指等の押圧対象に押圧位置に依存しない一定振幅の振動による触感を呈示する。即ち、位相の調整によって、ユーザ入力の位置に係わらず、ユーザに対して均一の触感を呈示し、ユーザの操作感を向上させることができる。

また、制御部１６は、一定振幅の触感がクリック触感となるように、圧電素子１７の駆動を制御する。これにより、表示部１４に表示されたソフトウェア的な入力用オブジェクトに対する入力でも、ユーザは、ハードウェア的なボタンスイッチを押したような触感を得ることができるため、ユーザの操作感をさらに向上させることができる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部などに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

例えば、荷重検出部１２又は圧電素子１７の出力に基づいて演算されるタッチセンサ１１に加わる荷重が、触感を呈示する基準（例えば、１Ｎ）を満たすまでは圧覚を刺激するようにし、基準を満たすと、触感呈示部１３又は圧電素子１７を所定の駆動信号で駆動してタッチ面１１ａを振動させて触覚を刺激する。これにより、操作者に対してクリック触感を呈示して、当該入力操作が完了したことを認識させる。したがって、操作者は、押しボタンスイッチ（プッシュ式ボタンスイッチ）のようなボタンスイッチがタッチセンサ１１上部に描画されていても、タッチセンサ１１を、押しボタンスイッチを操作した場合と同様のリアルなクリック触感を得ながら、入力操作を行うことができるので、違和感を覚えることがない。また、タッチセンサ１１を「押した」と言う意識との連動で入力操作を行うことができるので、単なる押圧による入力ミスも防止することができる。

なお、触感を呈示する押圧荷重の基準は、例えば、表現したい押しボタンスイッチの押下時の荷重特性に応じて適宜設定することができる。例えば、この基準は、タッチセンサ１１がタッチ入力に反応する荷重と同じに設定（タッチセンサ１１のタッチ入力の反応と触感を呈示するタイミングを同じに設定）してもよいし、タッチセンサ１１がタッチ入力に反応する荷重よりも高い荷重に設定（タッチセンサ１１のタッチ入力の反応よりも触感を呈示するタイミングを遅くする設定）してもよい。例えば、本実施の形態に係る触感呈示装置を携帯端末に適用する場合においては、好ましくは、タッチセンサ１１がタッチ入力に反応する荷重以上（タッチセンサ１１のタッチ入力の反応よりも触感を呈示するタイミングを遅くする設定）とする。また、年配のユーザは重めに（より遅く）、若いユーザは軽めに（より早く）設定できるように、ユーザにおいて自由に設定できるようにしても良い。

また、例えば、触感呈示部１３、荷重検出部１２、および圧電素子１７の数は、実施形態に記載の個数に限らず、任意の個数とすることができる。例えば、圧電素子１７は、３個に限らず、任意の個数とすることができる。また、圧電素子１７の構造も、タッチセンサ１１の面積や、振動振幅等に応じて、モノモルフ、ユニモルフ、バイモルフ、積層型等の公知の構造とすることができる。

また、本発明は、タッチセンサ１１がオン・オフ動作を行うタッチスイッチとして機能する触感呈示装置にも有効に適用することができる。さらに、本発明に係る触感呈示装置は、タッチセンサ１１に対する押圧の途中で、異なる基準（荷重）で順次に触感を呈示して、２段階スイッチ（押し込んだ後、さらに押し込む）などの多段階スイッチの触感を呈示することもできる。これにより、例えば、カメラのレリーズボタンに適用した場合は、フォーカスロック（１段押し）とレリーズ（２段押し）との触感を呈示することが可能となる。また、表示部１４と組み合わせた場合は、押し込みの段数に応じてメニュー階層画面等の表示を種々変更することが可能となる。さらに、このように、多段階スイッチの触感を呈示する場合は、各段階でタッチ面を振動させる駆動信号を変更して、各段階において異なる触感を呈示することも可能である。

また、本発明に係る触感呈示装置は、荷重検出部１２又は圧電素子１７の出力に基づいて検出される押圧荷重が触感を呈示する基準を満たした際に、触感呈示部１３又は圧電素子１７を駆動する。ここで、荷重検出部１２又は圧電素子１７の出力に基づいて検出される押圧荷重が触感を呈示する基準を満たした際とは、検出される押圧荷重が触感を呈示する基準値に達した際であってもよいし、検出される押圧荷重が触感を呈示する基準値を超えた際でもよいし、荷重検出部又は圧電素子の出力に基づいて触感を呈示する基準値が検出された際でもよい。

１１ タッチセンサ
１１ａ タッチ面
１２ 荷重検出部
１３ 触感呈示部
１４ 表示部
１５ 記憶部
１６ 制御部
１７ 圧電素子
２１ 筐体
２２ インシュレータ
２３ アッパカバー
２４ インシュレータ
３１ 荷重センサ
３２ 圧電素子

Claims (12)

1. タッチ入力を検出するタッチセンサと、
   前記タッチセンサのタッチ面に対する押圧荷重を検出する荷重検出部と、
   前記タッチ面を振動させる触感呈示部と、
   前記荷重検出部により検出される押圧荷重が触感を呈示する基準を満たした際に、前記タッチ面を押圧している押圧対象に対して押圧位置に依存しない一定振幅の振動による触感を呈示するように、前記タッチ面上の位置に応じたサイズのエリア毎に設定された調整情報に基づき、前記触感呈示部の駆動を前記押圧位置に応じて制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする触感呈示装置。
2. 前記調整情報が設定されるエリアは前記触感呈示部の位置に応じて分割されている、請求項１に記載の触感呈示装置。
3. 前記制御部は、前記触感呈示部に印加する電圧を前記押圧位置に応じて調整することにより、前記触感呈示部に前記一定振幅の振動による前記触感を呈示させる、請求項１又は２に記載の触感呈示装置。
4. 前記制御部は、前記触感呈示部の振動の位相を前記押圧位置に応じて調整することにより、前記触感呈示部に前記一定振幅の振動による前記触感を呈示させる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の触感呈示装置。
5. 前記制御部は、前記一定振幅の振動による前記触感がクリック触感となるように、前記触感呈示部の駆動を制御する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の触感呈示装置。
6. タッチ入力を検出するタッチセンサと、
   前記タッチセンサのタッチ面に対する押圧荷重を検出する荷重検出部と、
   前記タッチ面を振動させる触感呈示部と、を備える触感呈示装置の制御方法であって、
   前記荷重検出部により検出される押圧荷重が触感を呈示する基準を満たした際に、前記タッチ面を押圧している押圧対象に対して押圧位置に依存しない一定振幅の振動による触感を呈示するように、前記タッチ面上の位置に応じたサイズのエリア毎に設定された調整情報に基づき、前記触感呈示部の駆動を前記押圧位置に応じて制御する、ことを特徴とする触感呈示装置の制御方法。
7. タッチ入力を検出するタッチセンサと、
   前記タッチセンサに装着された圧電素子と、
   前記圧電素子の出力信号に基づいて前記タッチセンサのタッチ面に対する押圧荷重を検出し、該検出される押圧荷重が触感を呈示する基準を満たした際に、前記タッチ面を押圧している押圧対象に対して押圧位置に依存しない一定振幅の振動による触感を呈示するように、前記タッチ面上の位置に応じたサイズのエリア毎に設定された調整情報に基づき、前記圧電素子の駆動を前記押圧位置に応じて制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする触感呈示装置。
8. 前記調整情報が設定されるエリアは前記圧電素子の位置に応じて分割されている、請求項７に記載の触感呈示装置。
9. 前記制御部は、前記圧電素子に印加する電圧を前記押圧位置に応じて調整することにより、前記圧電素子に前記一定振幅の振動による前記触感を呈示させる、請求項７又は８に記載の触感呈示装置。
10. 前記制御部は、前記圧電素子の振動の位相を前記押圧位置に応じて調整することにより、前記圧電素子に前記一定振幅の振動による前記触感を呈示させる、請求項７乃至９のいずれか一項に記載の触感呈示装置。
11. 前記制御部は、前記一定振幅の振動による前記触感がクリック触感となるように、前記圧電素子の駆動を制御する請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の触感呈示装置。
12. タッチ入力を検出するタッチセンサと、
    前記タッチセンサに装着された圧電素子と、を備える触感呈示装置の制御方法であって、
    前記圧電素子の出力信号に基づいて前記タッチセンサのタッチ面に対する押圧荷重を検出し、該検出される押圧荷重が触感を呈示する基準を満たした際に、前記タッチ面を押圧している押圧対象に対して押圧位置に依存しない一定振幅の振動による触感を呈示するように、前記タッチ面上の位置に応じたサイズのエリア毎に設定された調整情報に基づき、前記圧電素子の駆動を前記押圧位置に応じて制御する、ことを特徴とする触感呈示装置の制御方法。

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