WO2013046670A1

WO2013046670A1 - 触感呈示装置

Info

Publication number: WO2013046670A1
Application number: PCT/JP2012/006155
Authority: WO
Inventors: 毅史山根
Original assignee: 京セラ株式会社
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2013-04-04
Also published as: JPWO2013046670A1; US9448629B2; US20140232677A1

Abstract

　タッチセンサ１１と、タッチ面に対する押圧を検出する押圧検出部１２と、タッチ面を振動させる触感呈示部１３と、バッテリの情報を取得するバッテリ情報取得部１７と、タッチセンサ１１が接触を検出すると所定の処理を実行する第１の入力モード、またはタッチセンサ１１が接触を検出した状態で押圧検出部１２が検出する押圧に基づくデータが所定の基準を満たすと触感を呈示するように触感呈示部１３を制御するとともに所定の処理を実行する第２の入力モード、を切換可能に制御する制御部１５と、を備え、制御部１５は、バッテリ情報取得部１７が取得したバッテリの情報に基づいて、第１の入力モードと、第２の入力モードとを切り換えるように制御する。

Description

触感呈示装置

関連出願の相互参照

　本出願は、２０１１年９月２７日に出願された日本国特許出願２０１１－２１０８９５号の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。

　本発明は、タッチセンサに対する操作入力を検出して触感を呈示する装置に関するものである。

　近年、携帯電話等の携帯端末において、ユーザによる操作入力を検出す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採用されているものがある。携帯端末以外に、電卓、券売機等の情報機器や、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）等にも、タッチセンサを備える入力装置は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接触を検出するものであって、タッチセンサ自体は、タッチされても、機械式の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、タッチセンサ自体は物理的に変位しないので、入力装置が接触を検出しても、操作者は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、操作入力を行う際の「押下した／押下を解除した」という操作感が得られず、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。

　このような不要な繰り返し入力を防止するものとして、例えば、接触を検出して、音を鳴らすようにしたものが知られている。また、例えば、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（以下、単に「オブジェクト」と記す）の表示色を変更するなど表示態様を変更したりして、聴覚や視覚により操作入力の結果を確認できるようにしたものも知られている。

　しかしながら、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の消音状態にあるときは、対応できない。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オブジェクトのサイズが小さいと、特に指で入力を行う際に、指の下に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。

　そこで、聴覚や視覚によらず、タッチセンサが操作入力を検出すると、タッチセンサを振動させて、操作者の指先などに振動を伝え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および特許文献２参照）。

特開２００３－２８８１５８号公報特開２００８－１３００５５号公報

　上記特許文献１および特許文献２に開示の技術によれば、タッチセンサに対する操作入力を検出した際に、操作者の指先などに振動を伝えることができる。したがって、このような入力装置を用いて入力を行う操作者は、タッチセンサに対して行った操作入力が入力装置に検出されたことを認識することができる。

　また、これらの技術を入力装置に適用すれば、タッチセンサからの位置情報により、入力ボタン等のオブジェクトが表示部に画像表示されている位置に対応する位置のタッチセンサに操作入力があった場合にのみ、振動を発生させることもできる。すなわち、キーやボタンなどのオブジェクトが存在しない位置のタッチセンサに接触があっても振動は発生しないが、キーやボタンなどのオブジェクトが存在する位置のタッチセンサに接触があれば振動を発生させて触感を呈示することができる。

　しかしながら、上記特許文献１および特許文献２に開示の技術は、単にタッチセンサが接触を検出すると、当該接触に応じて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、機械式の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に描画されている場合、タッチセンサに指などが軽く触れた（タッチした）だけで触感が呈示されてしまう。したがって、操作者がタッチセンサを押圧（プッシュ）する前段階で、軽く触れる操作（タッチ）を行っただけで反応するため、誤操作を誘発するおそれがある。また、描画されたボタンスイッチを操作者がプッシュする意図はなくても（力を入れていなくても）、タッチセンサをプッシュする前段階の軽く触れる操作（タッチ）に応じて触感が呈示されるため、操作者に違和感を与えることにもなる。

　機械式の押しボタンスイッチの場合、操作者は、ある程度の押圧力を加えてスイッチを押下した際に、当該スイッチが押下された触感（以下、クリック触感という）が呈示されると期待するはずである。同様に、機械式の押しボタンスイッチの場合、操作者は、加えていた押圧力を弱めていく過程で、当該押下されていたスイッチが、元の押下されていない状態に戻る触感（以下、リリース触感という）が呈示されると期待する。また、機械式の押しボタンスイッチの場合、操作者は、非常に弱い押圧力により押圧位置を触れたりなぞったりしても、クリック触感やリリース触感は呈示されないものと期待する。

　そこで、本願出願人は、タッチセンサを用いてスライド入力を検出する際に、機械式のスイッチにより構成されるキー等を操作しているかのごとき触感を呈示することができるようにした入力装置を発明し、日本国特許庁に既に特許出願している（特開２０１１－０４８６８５号公報）。

　上記入力装置は、タッチセンサのタッチ面に対する押圧を検出する押圧検出部を付加することにより、押圧検出部が検出する押圧に基づくデータ（例えば圧電素子が検出する電圧値など）が所定の基準を満たしている状態、すなわちタッチセンサが押圧された状態で、触感呈示部が触感を呈示する。したがって、この入力装置は、操作者の意図しない軽いタッチによる操作入力が検出されても触感を呈示しないようにできる。さらに、この入力装置は、操作者に圧覚を与えた状態で触感を呈示するため、従来の装置では呈示できなかった、実際の押しボタンスイッチを操作する際に呈示されるような、リアルな触感を呈示することができる。

　しかしながら、上述の入力装置は、リアルな触感が呈示できるという顕著な効果を有するものの、押圧検出部を追加しているため、押圧を検出するための電力を必要とする。さらに、この入力装置は、触感呈示部も追加しているため、これを駆動して触感を呈示するための電力も必要とする。押圧を検出するにあたり押圧検出部を起動しておくための電力は、いわば待機電力のように、それほど大きくならないようにもできる。一方、触感呈示部が触感を呈示するための電力は、触感を呈示する入力モードで動作している限り、操作者の操作入力を検出して触感を呈示するたびに消費するものである。このため、１回の触感を呈示するための電力は大したものではないとしても、入力装置として絶えず操作入力を検出して触感を呈示している場合においては、操作入力が相当な回数になれば、消費する電力もそれだけ大きくなる。したがって、このような入力装置は、押圧検出部および触感呈示部を備えない通常のタッチパネルによる入力装置と比べると、多少なりとも消費する電力が大きくなる。

　外部から電力の供給を受けることができる入力装置であれば、消費電力が多少大きくなっても、エコロジーの観点を別にすれば、特段の問題は生じない。しかしながら、特に携帯端末のようにバッテリの容量が制限されている場合、操作感を向上させるために触感を多数回呈示することによりバッテリの電力を消費して、端末全体の稼動時間が短縮されてしまうことも考えられる。一方、操作者にとっては、触感の呈示により電力がどの程度消費されるのか分からないのが通常であるため、触感の呈示によってバッテリの残量がどの程度の影響を受けるのかを予測することは容易ではない。このような状況においても、操作者は、バッテリの残量が少なくなってきた場合、触感の呈示による操作感よりも、操作する端末本体の稼動が持続されることを優先させたいのが一般的であると考えられる。このように、例えば携帯端末などに備えられる入力装置の場合、リアルな触感の呈示と、入力装置本体のバッテリによる稼動時間のバランスを取ることが望まれることを考慮する必要がある。

　したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、タッチセンサに対する操作入力を検出してリアルな触感を呈示することと、バッテリによる稼働時間とのバランスをとることができる触感呈示装置を提供することにある。

　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、
　タッチセンサと、
　前記タッチセンサのタッチ面に対する押圧を検出する押圧検出部と、
　前記タッチ面を振動させる触感呈示部と、
　バッテリの情報を取得するバッテリ情報取得部と、
　前記タッチセンサが接触を検出すると所定の処理を実行する第１の入力モード（タッチパネル入力モード）、または、前記タッチセンサが接触を検出している状態で前記押圧検出部が検出する押圧に基づくデータが所定の基準を満たすと、前記タッチ面を押圧している押圧対象に対して触感を呈示するように前記触感呈示部を制御するとともに所定の処理を実行する第２の入力モード（ハプテッィク入力モード）、を切換可能に制御する制御部と、を備え、
　前記制御部は、前記バッテリ情報取得部が取得した前記バッテリの情報に基づいて、前記第１の入力モード（タッチパネル入力モード）と、前記第２の入力モード（ハプテッィク入力モード）とを切り換えるように制御するものである。

　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、
　前記制御部は、前記第２の入力モード（ハプテッィク入力モード）で動作中に、前記バッテリの残量が所定の閾値に満たなくなったと判定した場合、当該第２の入力モードを前記第１の入力モード（タッチパネル入力モード）に切り換えるように制御するものである。

　第３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、
　前記制御部は、前記第１の入力モード（タッチパネル入力モード）で動作中に、前記バッテリの残量が所定の閾値を満たしたと判定した場合、当該第１の入力モードを前記第２の入力モード（ハプテッィク入力モード）に切り換えるように制御するものである。

　第４の観点に係る発明は、第１～第３の何れか１つの観点に係る触感呈示装置において、
　表示部をさらに備え、
　前記制御部は、前記第１の入力モードと前記第２の入力モードとの切り換えが行われた旨を前記表示部に表示するように制御するものである。

　本発明によれば、タッチセンサに対する操作入力を検出してリアルな触感を呈示することと、バッテリによる入力装置としての稼働時間とのバランスをとることができる。

本発明の実施の形態に係る触感呈示装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態に係る触感呈示装置の実装構造の一例を示す図である。本発明の実施の形態によるタッチパネル入力モードで操作入力を検出する際の処理を説明するフローチャートである。本発明の実施の形態によるハプティック入力モードで操作入力を検出する際の処理を説明するフローチャートである。本発明の実施の形態に係る触感呈示装置においてタッチパネル入力モードまたはハプティック入力モードで操作入力の検出を開始する場合の処理を説明するフローチャートである。本実施の形態によるバッテリ残量に応じた入力モードの設定処理を説明するフローチャートである。一般的な充電池により触感呈示装置の動作を行う場合に充電池の残量が減少する様子の例を示す図である。図７に示した入力モード切換処理の詳細を説明するフローチャートである。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

　図１は、本発明の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。本実施の形態に係る触感呈示装置は、例えば携帯端末で操作者が文字または数字を入力する際に用いる入力装置や、銀行に設置されるＡＴＭ、駅に設置される券売機に用いる入力装置など、タッチセンサにより操作者による接触を検出するものであれば、任意の入力装置に適用することができる。

　図１に示すように、本実施の形態に係る触感呈示装置１は、タッチセンサ１１、押圧検出部１２、触感呈示部１３、表示部１４、制御部１５、およびバッテリ１６を備える。

　タッチセンサ１１は、通常は表示部１４の前面に配置して、表示部１４に表示したキーやボタン等（以下、単に「キー等」という）のオブジェクトに対する操作者の指やスタイラスなどによる接触を、対応するタッチセンサ１１のタッチ面により検出する。このタッチセンサ１１は、例えば抵抗膜方式、静電容量方式、光学式等の公知の方式のもので構成する。なお、タッチセンサ１１が接触を検出する上で、操作者の指などがタッチセンサ１１に物理的に接触することは必須ではない。例えば、タッチセンサ１１が光学式である場合は、タッチセンサ１１はタッチセンサ１１上の赤外線が指などで遮られた位置を検出するため、操作者の指などがタッチセンサ１１に接触することは不要である。

　押圧検出部１２は、タッチセンサ１１のタッチ面に対してユーザが操作を行う際の押圧を検出するもので、例えば、押圧に応じて物理的または電気的な特性（歪み、抵抗、電圧等）が変化する歪みゲージセンサや圧電素子等の素子等を用いて構成する。押圧検出部１２が、例えば、圧電素子等を用いて構成された場合、押圧検出部１２の圧電素子は、タッチセンサ１１に対する押圧に係る荷重（力）の大きさ（または、荷重（力）の大きさが変化する速さ（加速度））に応じて、電気的な特性である電圧の大きさ（電圧値（以下、押圧に基づくデータと称する））が変化する。そして、制御部１５は、押圧に基づくデータが所定の閾値以上である場合に、例えばアプリケーション基づくなどして、所定の処理を行うように制御する。

　制御部１５は、押圧検出部１２が押圧に基づくデータを制御部１５に通知することにより、または、制御部１５が、押圧検出部１２の押圧に基づくデータを検出することにより、当該押圧に基づくデータを取得する。つまり、制御部１５は、タッチセンサ１１に対する押圧に基づくデータを押圧検出部１２から取得する。なお、押圧に基づくデータは、電圧値の代わりに、押圧に係る荷重の大きさ、電力値、抵抗値等でもよい。

　また、押圧検出部１２は、タッチセンサ１１がユーザに押圧されたときに生じる、タッチセンサ１１と表示部１４との隙間の変化を測定するものであってもよい。この場合、押圧に基づくデータは、隙間の変化値に対応する。なお、押圧検出部１２は、タッチセンサ１１と他の部品、例えば回路基板との隙間の変化を測定するものであってもよい。

　また、押圧検出部１２は、タッチセンサ１１における接触検出方式に応じて構成することができる。例えば、タッチセンサ１１が抵抗膜方式の場合には、接触面積の大きさに応じた抵抗の大きさを、タッチパネルのタッチ面に対する押圧の荷重（力）に対応付けることにより、歪みゲージセンサや圧電素子等を用いることなく構成することができる。あるいは、タッチセンサ１１が静電容量方式の場合には、静電容量の大きさを、タッチパネルに対する押圧の荷重（力）に対応付けることにより、歪みゲージセンサや圧電素子等を用いることなく構成することができる。

　触感呈示部１３は、タッチセンサ１１のタッチ面を振動させる。この触感呈示部１３は、例えば圧電素子等を用いて構成する。この触感呈示部１３によって、タッチセンサ１１に接触している対象に対して振動を伝えることができる。また、触感呈示部１３は、振動モータ（偏心モータ）などによる振動を触感呈示装置１に伝達させることにより、タッチセンサ１１のタッチ面を間接的に振動させるように構成することもできる。

　この触感呈示部１３は、押圧検出部１２が検出する押圧（タッチセンサ１１に対する押圧）に応じて触感呈示部１３を振動させることにより、振動を発生してユーザの指などに触感を呈示して、タッチセンサ１１を押圧しているユーザに操作したことが感覚的に分かるようにできる。なお、押圧検出部１２は、触感呈示部１３と一体化して構成することもできる。特に、押圧検出部１２および触感呈示部１３は、圧電素子を用いて構成する場合は、圧電素子を共用して押圧検出部兼触感呈示部を構成することもできる。圧電素子は、圧力が加わると電圧を発生し、電圧が加えられると変形するためである。

　また、触感呈示部１３は、押圧検出部１２も兼ねる圧電素子の電圧の大きさ（電圧値（データ））が所定の基準を満たした際に（タッチセンサ１１がプレスされると）、当該圧電素子を駆動することにより振動を発生するようにもできる。ここで、圧電素子の電圧の大きさ（電圧値（データ））が所定の基準を満たした際とは、電圧値（データ）が所定の基準値に達した際であってもよいし、電圧値（データ）が所定の基準値を超えた際でもよいし、所定の基準値と等しい電圧値（データ）が検出された際でもよい。　

　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オブジェクトを表示するもので、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）または有機ＥＬディスプレイなどにより構成する。この表示部１４は、各アプリケーションに対応する表示を行う他、タッチセンサ１１に対する操作者の操作を検出するための各種キーやボタンなどで構成するユーザインタフェースを所定の表示領域に描画して表示する。

　制御部１５は、触感呈示装置１全体の動作を制御および管理する。バッテリ１６は、触感呈示装置１の全体を稼動させるための電力を供給する。触感呈示装置１を稼動させる電力を供給するために、バッテリ１６は、予め充電することにより、電力を蓄えることができる。本実施の形態においては、特に、バッテリ１６が、タッチセンサ１１が操作者による接触の位置を検出し、押圧検出部１２がタッチセンサ１１のタッチ面に対する押圧を検出し、触感呈示部１３が所定の触感を呈示するのに必要な電力を供給する場合について、重点的に説明する。また、制御部１５は、その内部にバッテリ情報取得部１７を含んでいる。このバッテリ情報取得部１７は、バッテリ１６の例えば電圧などを検出することにより、バッテリ１６の残量などに係る情報を取得することができる。

　図２は、図１に示した触感呈示装置１の実装構造の一例を示すもので、図２（ａ）は要部断面図であり、図２（ｂ）は要部平面図である。表示部１４は、筐体２１内に収納保持される。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が保持される。なお、本実施の形態に係る触感呈示装置１は、表示部１４およびタッチセンサ１１を、平面視で矩形状としてある。また、本実施の形態において、タッチセンサ１１は、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上に保持される。

　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が設けられ、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が配設される。

　なお、図２に示すタッチセンサ１１において、タッチ面１１ａを有する表面部材は、例えば透明フィルムやガラスで構成され、裏面部材はガラスやアクリルで構成される。タッチセンサ１１は、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）を検出するための歪みゲージセンサ３１がそれぞれ接着等により設けられる。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振動子３２がそれぞれ接着等により設けられる。すなわち、図２に示す触感呈示装置は、図１に示した押圧検出部１２が４つの歪みゲージセンサ３１を用いて構成され、触感呈示部１３が２つの圧電振動子３２を用いて構成されている。そして、触感呈示部１３は、タッチセンサ１１を振動させることにより、タッチ面１１ａを振動させるようにしている。なお、図２（ｂ）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。

　次に、本実施の形態による、２つの入力モードについて説明する。本実施の形態においては、タッチセンサ１１のみを用いて接触を検出することにより所定の処理を実行する従来方式の入力モードを、「タッチパネル入力モード」と記す。また、本実施の形態による、タッチセンサ１１および押圧検出部１２の双方の機能を組み合わせて、接触を検出するとともに所定の押圧も検出することにより所定の処理を実行する入力モードを、「ハプティック入力モード」と記す。

　図３は、上述の「タッチパネル入力モード」で所定の処理を実行する際の処理を説明するフローチャートである。図３に示すフローチャートは、触感呈示装置１が接触を検出した際、当該接触がキー等のオブジェクトに対応する位置である場合、触感を呈示して所定の処理を行う動作を示すものである。なお、図３のフローチャートに示す動作を開始するにあたり、タッチセンサ１１のタッチ面に対する接触を検出する前に、触感呈示装置１の表示部１４にキー等のオブジェクトを表示しておく。本実施の形態におけるオブジェクトは、操作入力を検出する部位を操作者に示唆する画像とすることができる。例えば、オブジェクトの画像として、数字や文字がキートップに描画されているキーなどを表す画像を表示部１４に表示する。

　本実施の形態に係る触感呈示装置１において「タッチパネル入力モード」で操作入力を検出する動作が開始すると、制御部１５は、タッチセンサ１１への操作入力を監視する。図３に示す処理は、タッチセンサ１１のタッチ面に対して、操作者による接触が検出された時点から開始する。

　ステップＳ１１において、表示部１４にオブジェクトが表示された領域に対応するタッチセンサ１１上の所定領域において、タッチセンサ１１が操作者の指やスタイラスペン等の押圧対象（押圧物）による接触を検出した場合、制御部１５は、ステップＳ１２以下の処理を行う。本実施の形態において、「所定領域」とは、キーやボタンなどの操作入力を検出するオブジェクトが表示部１４に表示された位置に対応する、タッチセンサ１１における領域のことである。この「所定領域」は、キー等に対応する領域であるため、以下、適宜、単に「キー領域」と記す。

　ステップＳ１１において検出された接触の位置がキー領域内にある場合、制御部１５は、接触を検出している位置に対応するオブジェクトの表示態様を変更して表示部１４に表示する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２にて行うオブジェクトの表示態様の変更は、例えば、オブジェクトの描画を、機械式の押しボタンスイッチが操作者により押下された際のキーが凹んだような表示（以下、キーの「押下表示」という）に変更するなどの態様が考えられる。その他、オブジェクトの表示態様を変更する際には、オブジェクトの色や輝度などを瞬間的に変更するなどして、操作者による接触を検出したことを強調するような態様の表示を行ってもよい。

　ステップＳ１２においてキーの押下表示を行ったら、制御部１５は、予め設定した手順に従って、所定の処理を実行する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３における「所定の処理」とは、接触を検出したオブジェクトに割り当てられている、予め規定された処理を意味する。例えば、接触を検出したオブジェクトが文字入力のキーである場合には、制御部１５は、当該文字を出力（表示）する処理を行う。また、接触を検出したオブジェクトが何かの機能の実行キーである場合には、制御部１５は、当該機能の実行を開始する処理を行う。

　以上説明した、タッチパネル入力モードにおける処理は、通常のタッチセンサを備える入力装置において、操作者による接触を検出して、当該接触を検出したことを表示や振動などで操作者に通知して、当該接触に係る処理を行う、という従来方式の処理と同様に行うことができる。なお、本実施の形態において、「タッチパネル入力モード」で所定の処理を実行する際、後述するような、触感呈示部１３を振動させて触感を呈示する処理は行わない。すなわち、「タッチパネル入力モード」では、操作入力を検出しても触感は呈示しない。しかしながら、操作者による接触が正常に検出されたことを、上述したように表示部１４における表示により示したり、または音声出力部（図示せず）から効果音を出力する等により示すことができる。

　図４は、上述の「ハプティック入力モード」で所定の処理を実行する際の処理を説明するフローチャートである。図４に示すフローチャートは、触感呈示装置１が接触を検出した時点ではまだ所定の処理は行わずに、当該接触がキー等に対応する位置であって、押圧検出部１２が検出する押圧に基づくデータが所定の基準を満たした場合に、触感を呈示して所定の処理を行う動作を示すものである。なお、図４のフローチャートに示す動作を開始するに際しても、タッチセンサ１１のタッチ面に対する接触を検出する前に、触感呈示装置１の表示部１４にキー等のオブジェクトを表示しておく。

　本実施の形態に係る触感呈示装置１において「ハプティック入力モード」で操作入力を検出する動作が開始すると、制御部１５は、タッチセンサ１１への操作入力を監視するとともに、押圧検出部１２で検出される押圧に基づくデータを監視する。図４に示す処理も、タッチセンサ１１のタッチ面に対して、操作者による接触が検出された時点から開始する。

　ステップＳ２１において、タッチセンサ１１が、キー領域において操作者の指やスタイラスペン等の押圧対象（押圧物）による接触を検出した場合、制御部１５は、ステップＳ２２以下の処理を行う。

　ステップＳ２２において、制御部１５は、押圧検出部１２により検出される押圧に基づくデータが、操作者によるタッチセンサ１１の押圧によって増加しながら所定の基準を満たしたか否かを判定する。なお、押圧検出部１２は、例えば、４つの歪みゲージセンサ３１の出力の平均値から荷重を検出する。ここで、押圧に基づくデータが所定の基準を満たすとは、操作者が通常の押圧操作を行う際の押圧に基づいて、例えば１Ｎ（ニュートン）などの値や荷重に相当する電圧値に対応するデータを予め設定し、その後も設定変更できるようにするのが好適である。また、この所定の基準は、操作者が意図せずに軽く触れてしまったような場合は所定の処理を開始しないようにするため、および後述するリアルな触感のための圧覚を操作者に与えるために、操作者の意図に基づく押圧入力の際の押圧を考慮して（例えば平均値など）、過度に低い基準を設定しないようにする。ステップＳ２１においてタッチセンサ１１のキー領域に対する接触が検出されていても、ステップＳ２２において押圧検出部１２が検出する押圧に基づくデータが所定の基準を満たしていない場合、制御部１５は、ステップＳ２１に戻って処理を続行する。

　ステップＳ２２において検出された押圧に基づくデータが所定の基準を満たしたら、制御部１５は、接触を検出している位置に対応するオブジェクトの表示態様を変更して表示部１４に表示する（ステップＳ２３）。ステップＳ２３にて行うオブジェクトの表示態様の変更は、上述したステップＳ１２と同様に行うことができる。

　ステップＳ２３においてキーの押下表示を行ったら、制御部１５は、触感呈示部１３を所定の駆動信号で駆動して、予め設定した所定の振動パターンでタッチセンサ１１を振動させて触感を呈示する（ステップＳ２４）。触感呈示部１３は、例えば、２つの圧電振動子３２を同相で駆動する。このようにして、触感呈示装置１は、「ハプティック入力モード」においては、操作者の意図に基づくプッシュ動作により、操作入力を検出して所定の処理を開始する。

　なお、ステップＳ２４において触感呈示部１３が押圧対象に対して呈示する触感は、上述したクリック触感とするのが好適である。操作者に対してリアルなクリック触感を呈示するためには、触感呈示装置１は、以下のような動作を行うことにより、操作者の圧覚を刺激した状態で触覚を刺激する。すなわち、制御部１５は、タッチセンサ１１に加わる押圧に基づくデータが、触感を呈示する基準（例えば１Ｎの押圧に基づくデータに対応する基準）を満たすまでは、圧覚を刺激するようにする。そして、押圧に基づくデータが当該基準を満たしたら、制御部１５は、圧電振動子３２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、触感呈示装置１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を押した際に得られるのと同様なクリック触感を、操作者に呈示することができる。したがって、操作者は、タッチセンサ上に描画された押しボタンスイッチであっても、現実の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、タッチセンサ１１に対して操作入力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」という意識との連動で操作入力を行うことができるので、単なる接触による入力ミスも防止することができる。

　上述したクリック触感を呈示する際の駆動信号、すなわち触覚を刺激する一定周波数、周期（波長）、波形、振幅は、呈示するクリック触感に応じて適宜設定することができる。例えば、携帯端末に使用されているメタルドームスイッチに代表されるクリック触感を呈示する場合、例えば、１７０Ｈｚの一定周波数のＳｉｎ波からなる１周期分の駆動信号により触感呈示部１３を駆動する。このような駆動信号により触感呈示部１３を駆動させて、タッチ面１１ａを、押圧に基づくデータが所定の基準を満たしている状態で、約１５μｍ振動させる。これにより、実際のキーをクリックした場合のような、リアルなクリック触感を操作者に呈示することができる。

　ステップＳ２４において触感を呈示したら、制御部１５は、予め設定した手順に従って、所定の処理を実行する（ステップＳ２５）。ステップＳ２５における「所定の処理」とは、ステップＳ１３において説明した所定の処理と同じである。

　以上説明した、ハプティック入力モードにおける処理は、通常のタッチセンサを備える入力装置とは異なり、操作者による接触を検出している状態で、押圧に基づくデータが所定の基準を満たした際に、押しボタンスイッチを押下したかのようなリアルな触感を呈示する。

　次に、本実施の形態による入力検出処理について説明する。本実施の形態においては、触感呈示装置１に電源を投入した際などの触感呈示装置１の起動時に、予め設定されたタッチパネル入力モードまたはハプティック入力モードのいずれかの入力モードにより操作者の操作入力を検出する態様について説明する。本実施の形態の触感呈示装置１は、設定されたタッチパネル入力モードまたはハプティック入力モードにて、操作者による接触および／または押圧を検出することにより、検出した操作入力に対応する処理を実行することができる。

　図５は、電源を投入した際などの触感呈示装置１の起動時に、タッチパネル入力モードまたはハプティック入力モードで入力検出を開始する場合の処理を説明するフローチャートである。本処理は、このように、例えば電源を投入した際などの触感呈示装置１の起動時に開始することができる。

　触感呈示装置１の電源スイッチをオンにする等して本処理を開始すると、制御部１５は、まず、タッチセンサ１１と、押圧検出部１２と、触感呈示部１３とをアクティブ化して、これらの各機能部がいつでも動作できるようにする（ステップＳ３１）。すなわち、タッチセンサ１１は、操作者による接触を検出して、当該接触が検出された位置をスキャンして制御部１５に通知できるような準備を行う。また、押圧検出部１２は、タッチセンサ１１のタッチ面に対する押圧を検出して、当該押圧に基づくデータを制御部１５に伝えることができるような準備を行う。さらに、触感呈示部１３は、制御部１５からの制御情報を通知されることによりタッチセンサ１１のタッチ面をいつでも振動させることができるような準備を行う。

　ステップＳ３１において各機能部がアクティブ化されたら、制御部１５は、タッチセンサ１１が操作者による接触を検出したか否かを判定する（ステップＳ３２）。すなわち、ステップＳ３２においては、操作者による何らかの操作入力がタッチセンサ１１に対してなされたか否かを判定する。

　ステップＳ３２において接触が検出された場合、制御部１５は、設定された入力モードがハプティック入力モードであるか否かを判定する（ステップＳ３３）。以後、設定された入力モードがハプティック入力モードである場合は、図４において説明したハプティック入力モードによる入力検出処理を行う（ステップＳ３４）。一方、設定された入力モードがタッチパネル入力モードである場合は、図３において説明したタッチパネル入力モードによる入力検出処理を行う（ステップＳ３５）。

　以上のような処理により、触感呈示装置１の起動時に、タッチパネル入力モードまたはハプティック入力モードの何れにおいて操作入力の検出を開始しても、それぞれの入力モードに対応して操作入力を検出して、当該操作入力に対応する処理を行うことができる。

　しかしながら、ハプティック入力モードにおいて操作入力の検出を開始した場合、触感呈示装置１の動作に係るバッテリ１６の電力の消費が進行して、バッテリ１６の残量が少なくなった場合でもハプティック入力モードを継続すると、バッテリ１６の電力の消費はますます進行する。このようにしてバッテリ１６の電力の消費が進行すると、バッテリ１６の残量が不足することにより、やがてすぐに触感呈示装置１全体の動作が維持できなくなることが想定される。そこで、本実施の形態においては、バッテリの残量に応じて入力モードの設定を変更する。

　図６は、本実施の形態によるバッテリ残量に応じた入力モードの設定処理を説明するフローチャートである。図６に示す処理は、図５に示した処理の実行が終了した後に、続けて開始すべき処理を説明している。

　本実施の形態によるバッテリ残量に応じた入力モードの設定処理が開始すると、制御部１５のバッテリ情報取得部１７は、バッテリ１６の電圧を検出する等により、バッテリ１６の残量に係る情報を取得する（ステップＳ４１）。ステップＳ４１においてバッテリの情報が取得されたら、制御部１５は、当該取得したバッテリ情報に基づいて、バッテリ１６の残量が所定の閾値を満たしているか否かを判定する（ステップＳ４２）。ここで、バッテリ１６の残量の「所定の閾値」とは、触感呈示装置１の動作に係る電力によって、バッテリ１６に充電された電力が減少して行く途中に設定される電圧等の値である。

　図７は、一般的な充電池（バッテリ１６）により触感呈示装置１の動作を行う場合に、当該充電池の残量が減少する様子の例を示す図である。触感呈示装置１の動作を継続することによりバッテリ１６の電力を消費するため、図７に示す曲線は徐々に減少している。図７においては、例として、バッテリの電圧が減少する様子を示している。ステップＳ４２におけるバッテリ１６の残量の「所定の閾値」は、ハプティック入力モードのままバッテリ１６の残量がこれ以上低下すると、近いうちに触感呈示装置１の動作が持続できなくなる電圧値などに基づいて予め設定する。例えば、図７に示す電圧の閾値ＶｔｈをステップＳ４２における「所定の閾値」とすることができる。なお、この「所定の閾値」は、ハプティック入力モードによって触感を呈示する動作を行わなければ（例えばタッチパネル入力モードであれば）、依然としてある程度の時間、触感呈示装置１の動作を持続できる電圧値などに基づいて設定するのが好適である。

　ステップＳ４２においてバッテリ１６の残量がまだ所定の閾値を満たしている場合、制御部１５は、入力モードの設定を「ハプティック入力モード」として（ステップＳ４３）、次の入力モード切換処理を実行する（ステップＳ４４）。

　図８は、図６のステップＳ４４に示した入力モード切換処理の詳細を説明するフローチャートである。図８に示す入力モード切換処理が開始すると、制御部１５は、以前のステップ（ステップＳ４３）において設定された入力モードが現在の入力モードと異なるか否かを判定する（ステップＳ５１）。もともとハプティック入力モードで動作していたところ、設定された入力モードがハプティック入力モードである場合は、入力モードを切り換える必要はないため、図８の処理を終了する（ステップＳ５１のＮｏ）。

　しかしながら、以前のステップ（ステップＳ４３）において設定された入力モードが現在の入力モードと異なる場合、制御部１５は、当該設定された入力モードがハプティック入力モードであるか否かを判定する（ステップＳ５２）。ここでは、ステップＳ４３においてハプティック入力モードに設定されたため、制御部１５は、押圧検出部１２および触感呈示部１３をアクティブ化する（ステップＳ５３）。さらに、制御部１５は、入力モードが「ハプティック入力モード」に切り換えられた旨を表示部１４に表示する（ステップＳ５４）。

　図８に示した入力モード切換処理（図６のステップＳ４４）が終了したら、制御部１５は、図６に示すステップＳ４５において、図４において説明したハプティック入力モードによる入力検出処理を行う。以上のような処理により、バッテリ１６の残量が所定の閾値以上残留している場合は、ハプティック入力モードによる操作入力検出処理が行われる。

　ステップＳ５４において「ハプティック入力モード」に切り換えられた旨を表示したら、すなわち図６のステップＳ４５の後は、本実施の形態によるバッテリ残量に応じた入力モードの設定処理が行われている間、制御部１５は、ステップＳ４１に戻って処理を続行する（ステップＳ４６）。本実施の形態において、このようなバッテリ残量に応じた入力モードの設定処理は、常に行われる設定にしてもよいし、あるいは、例えば「バランスモード」等として、操作者の選択により、バッテリ残量に応じた入力モードの設定処理が行われるようにすることもできる。本実施の形態においては、バッテリ残量に応じた入力モードの設定処理が行われている間は、図６にて説明した処理が続行されるように（ステップＳ４６）、当該処理が行われる時間を制御部１５が内蔵するタイマなどにより制御する。

　一方、ステップＳ４２においてバッテリ１６の残量が所定の閾値を満たさなくなったと判定された場合、制御部１５は、入力モードの設定を「タッチパネル入力モード」として（ステップＳ４７）、次の入力モード切換処理を実行する（ステップＳ４８）。

　ステップＳ４８においても、図８に示した入力モード切換処理を行う。図８に示す入力モード切換処理が開始すると、制御部１５は、以前のステップ（ステップＳ４７）において設定された入力モードが現在の入力モードと異なるか否かを判定する（ステップＳ５１）。もともとタッチパネル入力モードで動作していたところ、設定された入力モードがタッチパネル入力モードである場合は、入力モードを切り換える必要はないため、図８の処理を終了する（ステップＳ５１のＮｏ）。

　しかしながら、以前のステップ（ステップＳ４７）において設定された入力モードが現在の入力モードと異なる場合、制御部１５は、当該設定された入力モードがハプティック入力モードであるか否かを判定する（ステップＳ５２）。ここでは、ステップＳ４７においてタッチパネル入力モードに設定されたため、制御部１５は、押圧検出部１２および触感呈示部１３を非アクティブ化する（ステップＳ５５）。さらに、制御部１５は、入力モードが「タッチパネル入力モード」に切り換えられた旨を表示部１４に表示する（ステップＳ５６）。

　なお、ステップＳ５６における「タッチパネル入力モード」に切り換えられた旨の表示においては、さらに「バッテリの残量が僅少になったため、押圧の検出は行われず、触感も呈示されない」旨もあわせて表示すれば、操作者に誤解を招くことを回避できる。

　図８に示した入力モード切換処理（図６のステップＳ４８）が終了したら、制御部１５は、図６に示すステップＳ４９において、図３において説明したタッチパネル入力モードによる入力検出処理を行う。以上のような処理により、バッテリ１６の残量が所定の閾値ほど残留していない場合は、タッチパネル入力モードによる操作入力検出処理が行われる。

　このように、本実施の形態によれば、ハプテッィク入力モードで動作中に、バッテリ１６の残量が所定の閾値に満たなくなったとバッテリ情報取得部１７により判定された場合、ハプテッィク入力モードがタッチパネル入力モードに切り換えられる。また、本実施の形態による触感呈示装置１によれば、タッチパネル入力モードで動作中に、バッテリ１６が充電される等により残量が所定の閾値を満たしたとバッテリ情報取得部１７により判定された場合、タッチパネル入力モードがハプテッィク入力モードに切り換えられる。したがって、触感呈示装置１は、バッテリの残量が少なくなった状態から充電などによりバッテリが充分な残量を有するようになれば、再びリアルな触感を呈示する。

　以上説明したように、本発明によれば、バッテリの残量に応じて、タッチパネル入力モードと、ハプティック入力モードとが切り換えられる。したがって、本発明によれば、タッチセンサに対する操作入力を検出した際にリアルな触感を呈示することと、バッテリによる入力装置としての稼働時間とのバランスをとることができる。このため、操作者は、触感呈示装置を使用して操作入力を行っている最中にバッテリの残量が少なくなってきた場合、特に意識せずとも、入力装置としての機能を最大限に維持させることができる。また、操作者は、バッテリの残量が少なくなってきた場合には充電することにより、再び、タッチセンサに対する操作入力を検出した際にリアルな触感が呈示されるようにできる。

　なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、上述した実施の形態においては、押圧検出部１２が検出する押圧に基づくデータが所定の基準を満たした際にクリック触感を呈示し、リリース触感については特に言及していない。しかしながら、クリック触感と同様に、押圧検出部１２が検出する押圧に基づくデータが所定の基準を満たさなくなった場合、リリース触感を呈示するようにもできる。また、これらのクリック触感とリリース触感とを異なる触感とすれば、実物の押しボタンスイッチに一層近い触感を呈示することができるが、これらのクリック触感とリリース触感とを同じ触感とすることもできる。

　また、例えば、上述した実施の形態においては、動作が行われる際に音声を発生させるか否かについては特に言及していない。しかしながら、上記各実施の形態による動作と共に、当該動作と連動する音声を適宜発生させるようにすれば、触感呈示装置の操作性をさらに向上させ、誤操作の発生を一層低減することができる。

　また、上述した各実施の形態において、触感呈示装置１は、接触の検出時（タッチパネル入力モード）に、または押圧に基づくデータが所定の基準を満たして触感を呈示した時（ハプティック入力モード）に、所定の処理を行う例について説明した。しかしながら、触感の呈示および／または所定の処理の実行は、接触の検出時または押圧に基づくデータが所定の基準を満たした際に行うのではなく、接触の解除の検出時または押圧に基づくデータが所定の基準を満たさなくなった際に行うようにしてもよい。

　さらに、上述した各実施の形態において、バッテリ情報取得部１７は、触感呈示装置１が稼働中は、（図６に示したループに従って）絶えずバッテリ１６の電圧値などを検出する態様について説明した。しかしながら、バッテリ情報取得部１７が、所定の期間ごとにバッテリ１６の電圧値などを検出することにより、バッテリ１６の残量に係る情報を取得するようにもできる。このようにすれば、触感呈示装置１の稼動時間をさらに長くすることが期待できる。

　また、上述した実施の形態における触感呈示部は、任意の個数の圧電振動子を用いて構成したり、タッチセンサの全面に透明圧電素子を設けて構成したり、触感を呈示する振動を表現できるのであれば、偏心モータを駆動信号の１周期で１回転させるようして構成したり、することもできる。

　また、本発明に係る触感呈示装置は、押圧検出部が検出する押圧に基づくデータが、触感を呈示する基準を満たした際に、触感呈示部を駆動させる。しかしながら、上記押圧検出部が検出する押圧に基づくデータが触感を呈示する基準を満たした際とは、押圧検出部が検出する押圧に基づくデータが触感を呈示する基準値に達した際であってもよいし、押圧検出部が検出する押圧に基づくデータが触感を呈示する基準値を超えた際でもよい。また、押圧検出部により、触感を呈示する基準値に対応する押圧に基づくデータが検出された際でもよい。

　上述した実施の形態においては、タッチセンサ１１を表示部１４の上面に重ねて配置した構成を想定して説明した。本発明による触感呈示装置は、このような構成にすることは必須ではなく、タッチセンサ１１と表示部１４とを離間した構成にすることもできる。しかしながら、タッチセンサ１１を表示部１４の上面に重ねて配置した構成とする方が、表示される画像と発生する振動との対応関係を、操作者に容易に認識させることができる。

　また、本実施の形態の説明における表示部１４およびタッチセンサ１１は、表示部とタッチセンサ（接触検出部）との両機能を共通の基板に持たせる等により、一体化した装置によって構成されるようにしてもよい。このように表示部と接触検出部との両機能を一体化した装置の構成の一例としては、液晶パネルが有するマトリクス状配列の画素電極群に、フォトダイオード等の複数の光電変換素子を規則的に混在させたものを挙げることができる。この装置は、液晶パネル構造によって画像を表示する一方で、パネル表面の所望位置をタッチ入力するペンの先端で液晶表示用のバックライトの光を反射し、この反射光を周辺の光電変換素子が受光することによって、タッチ位置を検出することができる。

１１　タッチセンサ
１１ａ　タッチ面
１２　押圧検出部
１３　触感呈示部
１４　表示部
１５　制御部
１６　バッテリ
１７　バッテリ情報取得部
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　歪みゲージセンサ
３２　圧電振動子

Claims

　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を検出する押圧検出部と、
　前記タッチ面を振動させる触感呈示部と、
　バッテリの情報を取得するバッテリ情報取得部と、
　前記タッチセンサが接触を検出すると所定の処理を実行する第１の入力モード、または、前記タッチセンサが接触を検出している状態で前記押圧検出部が検出する押圧に基づくデータが所定の基準を満たすと、前記タッチ面を押圧している押圧対象に対して触感を呈示するように前記触感呈示部を制御するとともに所定の処理を実行する第２の入力モード、を切換可能に制御する制御部と、を備え、
　前記制御部は、前記バッテリ情報取得部が取得した前記バッテリの情報に基づいて、前記第１の入力モードと、前記第２の入力モードとを切り換えるように制御する、触感呈示装置。
　前記制御部は、前記第２の入力モードで動作中に、前記バッテリの残量が所定の閾値に満たなくなったと判定した場合、当該第２の入力モードを前記第１の入力モードに切り換えるように制御する、請求項１に記載の触感呈示装置。
　前記制御部は、前記第１の入力モードで動作中に、前記バッテリの残量が所定の閾値を満たしたと判定した場合、当該第１の入力モードを前記第２の入力モードに切り換えるように制御する、請求項１に記載の触感呈示装置。
　表示部をさらに備え、
　前記制御部は、前記第１の入力モードと前記第２の入力モードとの切り換えが行われた旨を前記表示部に表示するように制御する、請求項１ないし３の何れか１項に記載の触感呈示装置。