JP2018036818A - 入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多様な触覚及び音響フィードバック効果を実現することができる入力装置を提供する。
【解決手段】入力装置１は、操作部２と、操作部２に対する操作を検出する検出部３と、操作部２を水平振動可能に支持する固定支持部４と、検出部３からの検出信号に基づいて水平振動生成信号及び音響生成信号からなる駆動信号を生成する制御部７と、駆動信号により、操作部２を水平振動させるとともに、固定支持部４をたわみ振動させることで音響を発生させる振動発生部６とを備えている。固定支持部４のたわみ振動の最小固有振動数は、操作部２の水平方向の固有振動数よりも大きく設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力装置に係り、特に、触覚呈示機能と音響呈示機能とを兼ね備えた入力装置に関する。

触覚呈示機能と音響呈示機能とを有する入力装置としては、ユーザの指先に触覚を発生させるとともに、音響を出力させるアクチュエータを備えたタッチパネルディスプレイ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

上記特許文献１に記載されたタッチパネルディスプレイ装置に適用されるアクチュエータは、振動板が取着されるハウジングと、振動板に取着されたコイルと、コイルの内側に配置されたマグネットと、マグネットを移動可能に支持するスプリングと、マグネットの磁力線をコイルに導く磁気回路を構成するヨーク部材と、ハウジングを閉塞するカバーとを備えている。

コイルに電流信号を供給すると、コイルから磁界が発生する。このコイルによる磁界とマグネットの磁界との磁気相互作用により、コイル及びマグネットの双方が軸心方向に相対的に振動する。コイルが軸心方向に振動すると、振動板が厚さ方向に振動することで音響が発生する。同時に、マグネットが軸心方向に振動することで、その振動はハウジングに伝達され、ハウジングが振動する。

特許第４３０５４５４号公報

上記特許文献１に記載のタッチパネルディスプレイ装置は、コイル及びマグネットの双方がディスプレイパネルの垂直な方向に相対的に振動することで、ディスプレイパネルの垂直な方向にユーザの指先に感じるクリック感を呈示するとともに、音響を呈示する構成であるが、この種の入力装置には、多様な触覚及び音響フィードバック効果が求められている。

本発明の目的は、多様な触覚及び音響フィードバック効果を実現することができる入力装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、操作部と、前記操作部に対する操作を検出する検出部と、前記操作部を水平振動可能に支持する支持部と、前記検出部からの検出信号に基づいて水平振動生成信号及び音響生成信号からなる駆動信号を生成する制御部と、前記駆動信号により、前記操作部を水平振動させるとともに、前記支持部をたわみ振動させることで音響を発生させる振動発生部と、を備えており、前記支持部のたわみ振動の最小固有振動数は、前記操作部の水平方向の固有振動数よりも大きく設定されてなることを特徴とする入力装置を主要な構成としている。

また、本発明において、前記振動発生部は、前記操作部の下面に配置され、厚さ方向に着磁された少なくとも２極以上の多極磁石と、前記多極磁石に離間して前記支持部の上面に対向配置されたコイルとからなることが好ましい。

更に、本発明において、前記駆動信号は、前記音響生成信号を前記水平振動生成信号に重畳させた信号であることが好ましい。

更にまた、本発明において、前記操作部の水平方向の固有振動数は、約４００Ｈｚ以下であり、前記支持部のたわみ振動の最小固有振動数は、約５００Ｈｚ以上であることが好ましい。

本発明によれば、たわみ振動による音響の呈示と、水平振動による触覚の呈示とによって、多様なフィードバック効果を実現することができる。

本発明に好適な実施の形態に係る入力装置の一例を説明するための模式図である。 水平振動呈示時に出力される水平振動生成信号の一例を説明するための図である。 水平振動生成信号が入力されたときの入力装置の動作の一例を説明するための模式図（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）である。 音響呈示時に出力される音響生成信号の一例を説明するための図（ａ）であり、水平振動生成信号に音響生成信号が重畳される重畳信号の一例を説明するための図（ｂ）である。 音響生成信号が入力されたときの入力装置の動作の一例を説明するための模式図（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。

（入力装置の構成）
図１において、全体を示す符号１は、本実施の形態に係る典型的な入力装置を模式的に例示している。この入力装置１は、例えば操作者の手指等の検出対象物により、タッチ操作、押圧操作やなぞり操作等の操作を行った際の物理量の変化を検出するタッチパネルとして構成されている。

入力装置１は、操作を受ける操作面２１を有する操作部２と、操作面２１に対する操作を検出する検出部３と、操作部２を支持する固定支持部４とを備えている。操作部２及び固定支持部４の間には、操作部２を水平方向へ可動自在に支持する複数の可動支持部５が配置されており、操作部２は、可動支持部５を介して固定支持部４に水平方向のみに移動可能に支持されている。

操作部２は、操作者の手指に触覚刺激操作感触を与える振動体として構成される。検出部３は、特に限定されるものではないが、例えば操作面２１の操作に基づき静電容量が変化するタッチセンサと、操作面２１の接触圧に応じた信号を出力する感圧センサとを有している。

固定支持部４は、操作部２を支持することができる剛性を有する材質であればよく、例えば樹脂材料からなる。樹脂材料の一例としては、例えばポリカーボネートが挙げられる。

一方の可動支持部５は、操作部２を操作面２１と平行な平面に沿って水平方向に変位可能な材料により構成することが好適である。図示例では、２枚の板ばねが平行に対向配置された平行ばねが可動支持部５として例示されている。平行ばねは、微小範囲において平行に移動可能であり、水平振動の指示部として好適である。可動支持部５としては、操作部２を水平方向のみに移動可能に支持する構成であれば、例えばトリプルスプリング等の弾性部材であっても構わない。なお、直交する水平方向の振動も可能とする２次元駆動を行なう場合は、平行ばねを互いに直交する方向に組み合わせた構成とすることができる。

入力装置１は更に、操作部２を水平振動させるとともに、固定支持部４をたわみ振動させる振動発生部６と、振動発生部６を駆動制御する制御部７とを備えている。

制御部７は、記憶されたプログラムに従い取得したデータに演算及び処理等を行うＣＰＵ、半導体メモリであるＲＡＭ及びＲＯＭ等の各種の構成要素を有するマイクロコンピュータからなり、検出部３のタッチセンサ及び感圧センサから得られる検出信号Ｓ１を処理する手段と、検出信号Ｓ１に基づいて水平振動生成信号Ｓ２及び音響生成信号Ｓ３からなる駆動信号Ｓを生成する手段とを有している。

制御部７は、タッチセンサ及び感圧センサからの出力に基づき、操作部２の操作面２１に対して操作者の手指が接触している位置を表す信号、及び操作部２の接触圧を表す信号を受け付け、水平振動生成信号Ｓ２に音響生成信号Ｓ３を重畳させた１つの駆動信号Ｓを振動発生部６へ送る。

振動発生部６は、互いに反対方向に着磁された永久磁石６１，６２と、永久磁石６１，６２の下方に所定の空隙を介して対向配置された偏平なコイル６３とにより１ユニットとして構成されている。

永久磁石６１，６２のそれぞれは、Ｓ極とＮ極の異磁極が厚み方向に対向するとともに、隣接する永久磁石６１，６２が互いに異磁極となるように多極着磁されており、検出部３の下面に接着固定されている。

コイル６３は、永久磁石６１，６２と同一軸線上に配置されており、固定支持部４の上面に接着固定されている。コイル６３には、振動発生部６を駆動する駆動信号Ｓとしての駆動電流が制御部７から供給される。この駆動電流は、制御部７により駆動電流の大きさ及び流れの向きが制御される。なお、永久磁石６１，６２及びコイル６３の配置位置を図示例とは逆の配置位置とした構成を採用することもできる。

（水平振動による触覚フィードバックの動作）
図２には、水平振動呈示時に出力される水平振動生成信号Ｓ２の一例が示されている。同図において、横軸は時間を、縦軸は駆動電流をそれぞれ示す。

制御部７は、検出部３からの検出信号Ｓ１に基づいて振動発生部６を駆動する駆動信号Ｓとしての駆動電流を生成し、その駆動電流をコイル６３へ印加する。駆動電流Ｓは、水平振動生成信号Ｓ２に対応する成分を含んでいる。操作部２は、駆動電流の波形に従って操作面２１に平行な平面に沿って水平に振動することから、操作面２１に触れている操作者の手指に対して、駆動電流の波形に応じた触覚フィードバックが付与される。

図３（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）を参照すると、これらの図には、水平振動生成信号Ｓ２が入力されたときの入力装置１の動作の一例が示されている。これらの図は、図２に示す時間ｔ０〜ｔ１、時間ｔ１〜ｔ２、及び時間ｔ２〜ｔ３のそれぞれに対応する入力装置１の動作の一例を示している。

図３（ａ）に示すように、操作部２に固定された永久磁石６１，６２のＮ極からＳ極に向かって磁界ＭＨが発生している。図３（ｂ）に示すように、図２に示す時間ｔ１から時間ｔ２の間において、コイル６３に駆動電流を供給すると、その駆動電流により、コイル６３の中央には、磁極の方向（Ｎ極）を示す磁界Ｈ１が生成される。

このような構成によると、永久磁石６１がコイル６３の磁極の方向（Ｎ極）を示す磁界Ｈ１に吸引されることで、永久磁石６１のＳ極がコイル６３の中央に発生する磁界Ｈ１に接近する。それと同時に、永久磁石６２がコイル６３の磁界Ｈ１に反発されることで、永久磁石６２のＮ極がコイル６３の中央に発生する磁界Ｈ１から離れる。この磁気吸引力及び磁気反発力により、操作部２及び永久磁石６１，６２は、可動支持部５を介して操作面２１に平行な平面に沿って紙面左側へ水平に移動する。コイル６３は、固定支持部４に固定されているので移動しない。

一方、図３（ｃ）に示すように、図２に示す時間ｔ２から時間ｔ３の間において、コイル６３に供給される駆動電流の流れの向きを逆方向に切り替えることで、コイル６３の中央には、磁極の方向（Ｓ極）を示す磁界Ｈ２が生成されることとなる。

従って、永久磁石６１がコイル６３の磁界Ｈ２に反発されることで、永久磁石６１のＳ極がコイル６３の中央に発生する磁界Ｈ２から離れる。それと同時に、永久磁石６２がコイル６３の磁界Ｈ２に吸引されることで、永久磁石６２のＮ極がコイル６３の中央に発生する磁界Ｈ２に接近する。この磁気吸引力及び磁気反発力によって、操作部２及び永久磁石６１，６２は、可動支持部５を介して操作面２１に平行な平面に沿って紙面右側へ水平に移動する。

以上の一連の動作により、操作部２の往復水平移動が、操作面２１に触れている操作者の手指に与えられる触覚フィードバックとなる。

（たわみ振動による音響フィードバックの動作）
図４（ａ）には、音響の呈示時に出力される音響生成信号Ｓ３の一例が示されており、図４（ｂ）には、水平振動生成信号Ｓ２に音響生成信号Ｓ３が重畳される重畳信号Ｓ４の一例が示されている。なお、これらの図は、図２に示す時間に対応して図示されている。

制御部７は、検出部３からの検出信号Ｓ１に基づいて、水平振動生成信号Ｓ２に音響生成信号Ｓ３が重畳される重畳信号Ｓ４を駆動信号Ｓとして生成し、その駆動信号Ｓとしての駆動電流をコイル６３へ印加する。固定支持部４は、固定支持部４の固有振動数を含む駆動電流の波形に従い、たわみ振動（たわみ変形）することから、音響発生源となり、駆動電流の波形に応じた音響フィードバックを発生する。

図５（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）には、音響生成信号Ｓ３が入力されたときの入力装置１の動作の一例が示されている。なお、これらの図は、図３（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）に対応して図示されている。

水平振動生成信号Ｓ２は、操作部２の水平方向の固有振動数と略等しい周波数を有するとともに、その水平振動生成信号Ｓ２に重畳される音響生成信号Ｓ３は、固定支持部４の固有振動数と略等しい周波数を有している。

たわみ振動ｆｖの最小固有振動数は、水平方向の固有振動数よりも大きく設定されていることが好適である。操作部２の水平方向の固有振動数としては、約４００Ｈｚ以下であることが好ましく、固定支持部４のたわみ振動ｆｖの最小固有振動数としては、約５００Ｈｚ以上であることが好ましい。

図４に示す時間ｔ２から時間ｔ３の間において、水平振動生成信号Ｓ２に重畳される音響生成信号Ｓ３を含む駆動電流をコイル６３に供給すると、図５（ｂ）に破線ｆｖで示すように、固定支持部４は、駆動電流の波形に応じてたわみ振動する。このたわみ振動ｆｖが、音響フィードバックとなる。

音響生成信号Ｓ３を水平振動生成信号Ｓ２に重畳させても、操作部２は、水平振動することなく、所定の保持位置で保持されたままの状態になる。その結果、固定支持部４のたわみ振動ｆｖを効率よく生成することができるようになり、このたわみ振動ｆｖにより、例えばカチというようなクリック感触を発生させることで、高音質の音響フィードバックを付与することができる。

以上のように構成された入力装置１としては、例えばメニュー画面、地図画面、オーディオ画面やエアコン画面などの各種の選択画面を表示可能な車両のセンターディスプレイの項目ボタンを選択決定する遠隔操作式の入力装置として構成することができる。

センターディスプレイは、車両のインストルメントパネルの中央部付近に配置されたセンタークラスタの意匠面側に設けられている。入力装置１の操作対象となる車載機器は、例えばカーナビゲーション装置、オーディオ装置、エアコンディショナ装置や通信装置等である。

（実施の形態の効果）
本実施の形態における入力装置１によると、上記効果に加えて、以下の効果を有する。

水平振動による触覚の呈示と、たわみ振動ｆｖによる音響の呈示とを単一の振動発生部６により効果的に行うことができる。

水平振動による触覚の呈示と、たわみ振動ｆｖによる音響の呈示とのそれぞれを独立させることで、それぞれ単独に作動するように構成することができる。

なお、操作部２及び振動発生部６は、例えば使用目的などに応じて配置個数、配置位置や配置形態などを適宜に選択すればよく、本発明の初期の目的を達成することができる。上記示した構成は、一方向の水平振動であるが、この一方向の水平振動と直交する２次元の水平方向の振動フィードバックにも適用が可能である。

また、入力装置１としては、建設機械や農業機械などの各種の作業用車両の車載機器、パーソナルコンピュータ、携帯電話機やゲーム機などの各種の端末装置の入力デバイスとして用いることができることは勿論である。

以上の説明からも明らかなように、本発明に係る代表的な実施の形態、変形例、及び図示例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。従って、上記実施の形態、変形例、及び図示例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１…入力装置、２…操作部、３…検出部、４…固定支持部、５…可動支持部、６…振動発生部、７…制御部、２１…操作面、６１，６２…永久磁石、６３…コイル、ｆｖ…たわみ振動、Ｈ１，Ｈ２…コイルの磁界、ＭＨ…永久磁石の磁界、Ｓ…駆動信号、Ｓ１…検出信号、Ｓ２…水平振動生成信号、Ｓ３…音響生成信号、Ｓ４…重畳信号

Claims (4)

1. 操作部と、
   前記操作部に対する操作を検出する検出部と、
   前記操作部を水平振動可能に支持する支持部と、
   前記検出部からの検出信号に基づいて水平振動生成信号及び音響生成信号からなる駆動信号を生成する制御部と、
   前記駆動信号により、前記操作部を水平振動させるとともに、前記支持部をたわみ振動させることで音響を発生させる振動発生部と、
   を備えており、
   前記支持部のたわみ振動の最小固有振動数は、前記操作部の水平方向の固有振動数よりも大きく設定されてなることを特徴とする入力装置。
2. 前記振動発生部は、前記操作部の下面に配置され、厚さ方向に着磁された少なくとも２極以上の多極磁石と、前記多極磁石に離間して前記支持部の上面に対向配置されたコイルとからなる請求項１記載の入力装置。
3. 前記駆動信号は、前記音響生成信号を前記水平振動生成信号に重畳させた信号である請求項１記載の入力装置。
4. 前記操作部の水平方向の固有振動数は、約４００Ｈｚ以下であり、
   前記支持部のたわみ振動の最小固有振動数は、約５００Ｈｚ以上である請求項１記載の入力装置。

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