JP2018195143A - 制御装置、入力システムおよび制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザに与える操作感を向上させることができる制御装置、入力システムおよび制御方法を提供する。【解決手段】実施形態の一態様に係る制御装置においては、操作検出部と、駆動部とを備える。操作検出部は、操作面を有するパネルの操作面に対するユーザの操作を検出する。駆動部は、パネルに取り付けられた振動素子を駆動してパネルに振動を発生させる。また、駆動部は、操作検出部によって操作が検出された場合、ユーザへ触感の振動を与える触感振動をパネルに発生させる駆動信号に、パネルの振動によってパネルから発生させる音の音信号を組み合わせて振動素子へ出力し、パネルに触感振動と音とを発生させる。【選択図】図３

Description

本発明は、制御装置、入力システムおよび制御方法に関する。

従来、ユーザに触感を与えることでユーザのパネルの操作面への操作を受け付けたことを認識させる入力システムが知られている。かかる入力システムでは、例えばユーザによってパネルの操作面が操作された場合に、パネルに取り付けられた振動素子を振動させることで、ユーザに対して入力操作を受け付けたことを認識させている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１３−２３５６１４号公報

しかしながら、従来の入力システムでは、ユーザに与える操作感は必ずしも十分ではなく、ユーザに与える操作感を向上させる点で改善の余地がある。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、ユーザに与える操作感を向上させることができる制御装置、入力システムおよび制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、制御装置において、操作検出部と、駆動部とを備える。操作検出部は、操作面を有するパネルの前記操作面に対するユーザの操作を検出する。駆動部は、前記パネルに取り付けられた振動素子を駆動して前記パネルに振動を発生させる。また、前記駆動部は、前記操作検出部によって前記操作が検出された場合、前記ユーザへ触感の振動を与える触感振動を前記パネルに発生させる駆動信号に、前記パネルの振動によって前記パネルから発生させる音の音信号を組み合わせて前記振動素子へ出力し、前記パネルに前記触感振動と前記音とを発生させる。

本発明によれば、ユーザに与える操作感を向上させることができる。

図１は、第１の実施形態に係る入力システムの搭載例を示す図である。 図２は、第１の実施形態に係る入力システムの構成例を示す図である。 図３は、パネルの振動の一例を説明する図である。 図４は、第１の実施形態に係る入力システムを有する電子装置システムの構成例を示す図である。 図５は、第１の実施形態に係る振動素子の配置例を示す図である。 図６は、制御部が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。 図７は、電子装置システムにおける入力ユニットと表示装置との関係を示す図である。 図８は、第２の実施形態において、振動素子を触感振動させる駆動信号に音信号を組み合わせる処理の一例を説明する図である。 図９は、パネルに形成される線状共振領域と定在波との関係を示す図である。 図１０は、パネルに形成される定在波と操作音の指向性との関係を説明するための図である。 図１１は、第３の実施形態に係る制御部が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。 図１２は、第４の実施形態において、振動素子を触感振動させる駆動信号および音信号を出力する処理の一例を説明する図である。 図１３は、第４の実施形態に係る制御部が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。 図１４は、第４の実施形態の変形例に係る入力システムを有する電子装置システムの構成例を示す図である。 図１５は、第４の実施形態の変形例に係る制御部が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。 図１６は、第５の実施形態において、パネルに発生する振動の強度を説明する図である。 図１７は、表示装置に表示されるメニュー画面の一例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する制御装置、入力システムおよび制御方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

（第１の実施形態）
＜１．入力システムの搭載例＞
図１は、第１の実施形態に係る入力システム１の搭載例を示す図である。図１に示すように本実施形態に係る入力システム１は、車両に搭載されるが、これはあくまでも例示であって限定されるものではない。

入力システム１は、例えば、表示装置３やスピーカ４等の車載装置とネットワーク通信を介して接続され、かかる車載装置の入力デバイスとして機能する。また、入力システム１は、入力ユニット９を含み、入力ユニット９はユーザの入力操作を受け付けるタッチパッドなどのパネル１０を備える。

パネル１０の操作面１５は、例えば、センターコンソールのシフトレバーＳ近傍など、運転者から操作しやすい位置に配置される。図１の例では、操作面１５は、アームレストＲとシフトレバーＳとの間に配置される。したがって、ユーザは、腕をアームレストＲに置いた状態で操作面１５を操作することができる。これにより、ユーザは、運転姿勢を変化させることなく入力システム１を容易に操作することができる。

車載装置としては、例えば、所定の画像を表示する表示装置３や、所定の音声を出力するスピーカ４、エアコン、カーナビゲーションシステムなどの各種機器を備える。したがって、ユーザは、入力システム１を操作することでかかる各種機器を操作することができる。

上記した入力システム１は、ユーザからの入力操作を受け付けると、かかる入力操作に伴ってパネル１０に振動を発生させ、これによりユーザに対して入力操作を受け付けたことを認識させることが可能となる。

ところで、入力システム１にあっては、ユーザに対して入力操作を受け付けたことを認識させるため、上記したパネル１０の振動に加え、例えばビープ音などの音（以下、「操作音」と記載する場合がある）を出力するように構成してもよい。

しかしながら、例えば仮に、操作音がスピーカ４から出力されるように構成すると、入力システム１とスピーカ４とはネットワーク通信を介して接続されているため、ユーザの入力操作から遅れて操作音が出力され、ユーザに違和感を与えることがあった。このように、操作音がスピーカ４から出力される構成の場合、ユーザに与える操作感は必ずしも十分ではなかった。

そこで、本実施形態に係る入力システム１にあっては、ユーザに対して入力操作を受け付けたことを違和感なく認識させ、ユーザに与える操作感を向上させることができる構成とした。以下、かかる構成について図２以降を参照して詳しく説明する。

＜２．入力システムの制御処理＞
図２は、第１の実施形態に係る入力システム１の構成例を示す図である。図２に示すように、実施形態に係る入力システム１は、パネル１０と、振動素子１４と、制御装置２０とを備える。

パネル１０は、支持板１１と、保護層１２と、接触センサ１３とを備え、支持板１１上に接触センサ１３と保護層１２とが順に積層される。保護層１２は、例えば、ガラスまたは樹脂フィルムによって形成され、保護層１２の表面がパネル１０の操作面１５である。

接触センサ１３は、ユーザＵ（例えば指５０）のパネル１０の操作面１５への接触位置（以下、ユーザ接触位置と記載する場合がある）を検出可能なセンサであり、例えば、静電容量式タッチパネルである。振動素子１４は、パネル１０に取り付けられており、制御装置２０から出力される駆動電圧に基づいて振動する。

制御装置２０は、パネル１０の操作面１５へのユーザＵの操作（以下、ユーザ操作と記載する場合がある）に応じて振動素子１４を駆動しパネル１０を振動させる。かかる制御装置２０は、操作検出部４０と、駆動部４１とを備える。

操作検出部４０は、接触センサ１３によって検出されたユーザ接触位置と駆動部４１で駆動されていない状態の振動素子１４から出力される電圧とに基づいて、ユーザ操作を検出することができる。ユーザ操作には、例えば、操作面１５へのユーザＵの押圧操作や操作面１５へのユーザＵのスライド操作などがある。なお、押圧操作とは、操作面１５を押圧する操作であり、スライド操作とは、操作面１５上を移動する操作（ＸＹ平面上の移動）である。

振動素子１４は、例えば、電気機械変換素子であり、パネル１０へ加わる圧力に応じた電圧を出力する。操作検出部４０は、駆動されていない状態の振動素子１４から出力される電圧に基づいて、ユーザＵの操作面１５への接触圧力を検出する。

操作検出部４０は、ユーザＵの操作面１５への接触圧力が所定圧力値以上である場合に、ユーザＵの押圧操作を検出する。また、操作検出部４０は、ユーザ接触位置が所定距離以上移動した場合に、ユーザＵのスライド操作を検出する。

駆動部４１は、操作検出部４０によって検出されたユーザ操作に基づいて、振動素子１４を駆動してパネル１０を振動させ、ユーザＵへ触感の振動を与える触感振動を発生させる。さらに、駆動部４１は、ユーザ操作に基づいて、振動素子１４を駆動してパネル１０を振動させ、パネル１０から操作音を発生させる。

図３は、パネル１０の振動の一例を説明する図である。図３の左図に示すように、駆動部４１は、操作検出部４０によってユーザ操作が検出された場合、触感振動がパネル１０に発生するように振動素子１４を駆動させる駆動信号を生成する。また、駆動部４１は、パネル１０の振動によってパネル１０から発生させる操作音の音信号を生成する。

そして、駆動部４１は、生成された駆動信号に操作音の音信号を組み合わせるとともに、音信号が組み合わされた駆動信号を振動素子１４へ出力する。具体的には、駆動部４１は、音信号を組み合わせた駆動信号に応じた駆動電圧を振動素子１４に印加する。かかる駆動電圧が振動素子１４に印加されることで、振動素子１４が振動し、図３の右図に示すように、パネル１０には触感振動と操作音とが発生する。

このように、駆動部４１は、操作検出部４０によってユーザ操作が検出された場合に、ユーザＵに触感振動および操作音による操作感（言い換えると、触覚的な操作感と聴覚的な操作感と）を与えることができ、パネル１０の操作面１５を操作するユーザＵに与える操作感を向上させることができる。

また、駆動部４１は、触感振動の駆動信号に操作音の音信号を組み合わせることから、触感振動と操作音とを同じタイミングでパネル１０に発生させることができる。これにより、例えば、操作音がユーザ操作から遅れて出力されることに起因する違和感をユーザＵに与えることがない。すなわち、本実施形態にあっては、ユーザＵに対して入力操作を受け付けたことを違和感なく認識させ、ユーザＵに与える操作感を向上させることができる。

＜３．電子装置システムの構成＞
図４は、第１の実施形態に係る入力システム１を有する電子装置システム１００の構成例を示す図である。図４に示す電子装置システム１００は、例えば、車両に搭載される車載システムであるが、かかる例に限定されず、ＰＣ（Personal Computer）を含むコンピュータシステムなどであってもよい。

図４に示すように、電子装置システム１００は、入力システム１と、制御装置２と、表示装置３と、スピーカ４とを備える。入力システム１は、ユーザ操作を受け付け、ユーザ操作を示す情報を制御装置２へ通知する。制御装置２は、ユーザ操作に応じて表示装置３に表示される画面を制御する。また、制御装置２は、例えば、ユーザ操作によって各種の車載装置からオーディオが選択された場合、オーディオの音声や音楽等をスピーカ４から出力する制御を行う。

入力システム１は、入力ユニット９と、制御装置２０とを備える。入力ユニット９は、上述したように、パネル１０と、複数の振動素子１４とを備える。なお、パネル１０の接触センサ１３は、ユーザＵのパネル１０の操作面１５への接触位置を検出可能なセンサであり、上述したように、静電容量式タッチパネルであるが、静電容量式タッチパネル以外の接触センサであってもよい。例えば、ユーザＵのパネル１０の操作面１５への接触圧力を接触センサ１３で検出する場合、接触センサ１３は、抵抗感圧式のタッチセンサを用いることができる。

振動素子１４は、パネル１０の表面または裏面に取り付けられる。かかる振動素子１４は、例えば圧電素子（ピエゾ素子）であるが、振動素子１４によってパネル１０の操作面１５に対するユーザ操作の圧力を検出せずに接触センサ１３を感圧センサとする場合、振動素子１４は、リニア共振アクチュエータなどであってもよい。なお、図示しないが入力ユニット９には、制御装置２０から出力される駆動電圧を増幅して振動素子１４へ出力する増幅部を備えていてもよい。

図５は、本実施形態に係る振動素子１４の配置例を示す図である。図５に示す例では、入力ユニット９は４つの振動素子１４を備える。４つの振動素子１４は、パネル１０の両端部にそれぞれ２つずつ配置される。なお、振動素子１４の数は、４つに限定されず、３つ以下であってもよく、５つ以上であってもよい。例えば、振動素子１４は、パネル１０の両端部に１つずつ配置されてもよい。

図４の説明に戻ると、制御装置２０は、記憶部２１と、制御部２２とを備える。記憶部２１は、音信号情報３０を記憶している。音信号情報３０は、操作音の音信号の生成に用いられる情報である。

具体的には、音信号情報３０は、ユーザ操作に応じた操作音（例えばビープ音など）の音信号に関する情報である。なお、音信号情報３０には、ユーザ操作の種類に応じて、複数種の操作音の音信号に関する情報が含まれてもよい。例えば、ユーザ操作が押圧操作である場合に「カチッ」といったクリック感をユーザＵに与える操作音の音信号や、ユーザ操作がスライド操作である場合にスライド方向に指５０が吸い込まれていく感覚をユーザＵに与える操作音の音信号などが音信号情報３０に含まれてもよい。

制御部２２は、操作検出部４０と、駆動部４１とを備える。操作検出部４０は、接触センサ１３によって検出されるユーザＵの操作面１５に対する接触位置を示す検出情報を取得する。また、操作検出部４０は、駆動部４１によって駆動されていない状態で振動素子１４から出力される出力電圧の値を取得し、かかる出力電圧の値に基づいて、ユーザＵの操作面１５に対する接触圧力を検出する。

操作検出部４０は、接触センサ１３から取得した情報や、検出された接触圧力に基づいて、ユーザ操作を検出する。具体的には、操作検出部４０は、ユーザＵの操作面１５への押圧操作やスライド操作などの各種のユーザ操作を検出することができる。なお、接触センサ１３が感圧センサである場合、操作検出部４０は、振動素子１４の出力電圧を用いずに、接触センサ１３からユーザＵの操作面１５への接触圧力を示す情報を取得することもできる。

操作検出部４０は、ユーザＵの操作面１５に対する接触位置が継続して同一位置にあり、かつ、接触圧力が所定圧力値以上である場合に、ユーザＵの操作面１５への押圧操作があると判定することができる。

また、操作検出部４０は、ユーザＵの操作面１５に対する接触圧力が所定圧力値以上の状態でユーザＵの操作面１５に対する接触位置が所定距離以上移動した場合に、ユーザＵの操作面１５へのスライド操作があると判定することができる。なお、操作検出部４０は、接触圧力にかかわらず接触位置が所定距離以上移動した場合にスライド操作があると判定することもできる。

駆動部４１は、操作検出部４０によってスライド操作または押圧操作が検出された場合に、振動素子１４を駆動して、パネル１０に触感振動と操作音とを発生させる。

例えば、駆動部４１は、操作検出部４０によってスライド操作が検出された場合、振動素子１４を超音波帯域の高周波数で振動させることができる。具体的には、駆動部４１は、スライド操作が検出されると、振動素子１４を超音波振動させる駆動信号を生成する。また、駆動部４１は、音信号情報３０を読み込み、スライド操作に応じた操作音の音信号を生成する。

そして、駆動部４１は、振動素子１４を超音波振動させる駆動信号に、スライド操作に応じた操作音の音信号を重畳させて組み合わせる。このように、駆動部４１は、駆動信号に音信号を重畳させることで、駆動信号に音信号を効率よく組み合わせることができる。

駆動部４１は、音信号を組み合わせた駆動信号に応じた駆動電圧を振動素子１４に印加する。かかる駆動電圧は、超音波帯域の高周波数（例えば、３０ｋＨｚ）を有する正弦波電圧であり、駆動電圧が各振動素子１４に印加されることで、各振動素子１４が超音波帯域の周波数で振動し、パネル１０に超音波振動が触感振動として発生する。

パネル１０が超音波振動することで、スクイーズ効果を利用してユーザＵに対する操作面１５の摩擦力を低減させることができる。

スクイーズ効果とは、振動素子１４により操作面１５が超音波振動すると、振動による圧力変動で、ユーザＵの指５０（図２参照）と操作面１５（図２参照）との間に空気が引き込まれて空気層が形成され、ユーザＵの指５０と操作面１５との間の摩擦抵抗が、振動がない場合に比べて相対的に低くなる現象を指す。

このようにパネル１０の操作面１５の摩擦力が低減することから、パネル１０の操作面１５上で指５０を移動させるユーザＵのスライド操作のスライド方向に対して吸い込まれていくような、つるつるした触感を与えることができ、ユーザＵに与える操作感を向上させることができる。

また、駆動信号には音信号が組み合わされるため、パネル１０には、上記した超音波振動に加え、スライド操作に応じた操作音も発生する。

このように、本実施形態にあっては、ユーザ操作としてスライド操作が検出された場合、スライド操作に応じた触感振動および操作音をパネル１０に発生させることができる。これにより、パネル１０の操作面１５を操作するユーザＵに与える操作感を向上させることができる。

また、駆動部４１は、例えば操作検出部４０によって押圧操作が検出された場合、振動素子１４を超音波帯域の高周波数より低い低周波で振動させることができる。具体的には、駆動部４１は、押圧操作が検出されると、振動素子１４を低周波振動させる駆動信号を生成する。また、駆動部４１は、音信号情報３０を読み込み、押圧操作に応じた操作音の音信号を生成する。

そして、駆動部４１は、振動素子１４を低周波振動させる駆動信号に、押圧操作に応じた操作音の音信号を重畳させて組み合わせる。駆動部４１は、音信号を組み合わせた駆動信号に応じた駆動電圧を振動素子１４に印加する。

かかる駆動電圧は、超音波帯域よりも低い低周波帯域の周波数（例えば、２００Ｈｚ以下の周波数）を有する正弦波電圧であり、駆動電圧が各振動素子１４に印加されることで、各振動素子１４が低周波帯域の周波数で振動し、パネル１０に低周波振動が触感振動として発生する。これにより、駆動部４１は、例えば「カチッ」としたクリック感をユーザＵに与えることができ、ユーザＵに与える操作感を向上させることができる。

また、駆動信号には音信号が組み合わされるため、パネル１０には、上記した低周波振動に加え、押圧操作に応じた操作音も発生する。このように、本実施形態にあっては、ユーザ操作として押圧操作が検出された場合、押圧操作に応じた触感振動および操作音をパネル１０に発生させることができ、ユーザＵに与える操作感を向上させることができる。

なお、上記では、ユーザ操作がスライド操作の場合と押圧操作の場合とで、超音波振動や低周波振動などパネル１０の振動態様、および、操作音を異ならせるようにしたが、これに限定されるものではなく、同じ振動態様や同じ操作音としてもよい。

＜４．入力システムの制御装置による処理＞
次に、制御装置２０の制御部２２が実行する処理の流れの一例を説明する。図６は、制御部２２が実行する処理手順の一例を示すフローチャートであり、繰り返し実行される処理である。

図６に示すように、制御部２２は、ユーザＵによるスライド操作があるか否かを判定する（ステップＳ１０）。制御部２２は、スライド操作があると判定した場合（ステップＳ１０，Ｙｅｓ）、振動素子１４を超音波振動させる駆動信号を生成する（ステップＳ１１）。

続いて、制御部２２は、ユーザ操作（ここではスライド操作）に応じた操作音の音信号を生成する（ステップＳ１２）。制御部２２は、振動素子１４を超音波振動させる駆動信号に操作音の音信号を組み合わせ、音信号を組み合わせた駆動信号に応じた駆動電圧を振動素子１４へ印加する（ステップＳ１３）。これにより、パネル１０には、ユーザＵの触感のための超音波振動と操作音とが発生する。

他方、制御部２２は、スライド操作がないと判定した場合（ステップＳ１０，Ｎｏ）、ユーザＵによる押圧操作があるか否かを判定する（ステップＳ１４）。制御部２２は、押圧操作があると判定した場合（ステップＳ１４，Ｙｅｓ）、振動素子１４を低周波振動させる駆動信号を生成する（ステップＳ１５）。

そして、スライド操作のときと同様に、制御部２２は、ユーザ操作（ここでは押圧操作）に応じた操作音の音信号を生成し（ステップＳ１２）、かかる音信号を組み合わせた低周波振動の駆動信号に応じた駆動電圧を振動素子１４へ印加する（ステップＳ１３）。これにより、パネル１０には、ユーザＵの触感のための低周波振動と操作音とが発生する。なお、制御部２２は、ステップＳ１４においてユーザＵの押圧操作がないと判定した場合（ステップＳ１４，Ｎｏ）、処理をステップＳ１０から繰り返し行う。

上述してきたように、第１の実施形態に係る制御装置２０は、操作検出部４０と、駆動部４１とを備える。操作検出部４０は、操作面１５を有するパネル１０の操作面１５に対するユーザＵの操作を検出する。駆動部４１は、パネル１０に取り付けられた振動素子１４を駆動してパネル１０に振動を発生させる。また、駆動部４１は、操作検出部４０によって操作が検出された場合、ユーザＵへ触感の振動を与える触感振動をパネル１０に発生させる駆動信号に、パネル１０の振動によってパネル１０から発生させる音の音信号を組み合わせて振動素子１４へ出力し、パネルに触感振動と音とを発生させる。これにより、ユーザＵに与える操作感を向上させることができる。

なお、上記した電子装置システム１００において、入力ユニット９と表示装置３とは離間して配置されるが（図１参照）、これに限定されるものではない。すなわち、電子装置システム１００は、図７に示すように、入力ユニット９と表示装置３とを一体化したタッチパネルディスプレイを含む構成であってもよい。

図７は、電子装置システム１００における入力ユニット９と表示装置３との関係を示す図である。図７に示すように、パネル１０の背面に表示装置３が配置されており、ユーザＵは、パネル１０を介して表示装置３に表示された画面を見ることができる。

なお、図４に示す例では、制御装置２と制御装置２０とを別体で構成しているが、制御装置２の機能を制御装置２０に加えることもできる。この場合、制御装置２は、入力ユニット９に接続されると共に表示装置３に接続され、入力ユニット９への操作に応じた画面を表示装置３に表示させることができる。

（第２の実施形態）
次いで、第２の実施形態について説明する。なお、以下においては、第１の実施形態と共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図８は、第２の実施形態において、振動素子１４を触感振動させる駆動信号に音信号を組み合わせる処理の一例を説明する図である。図８に示すように、第２の実施形態に係る駆動部４１は、触感振動の駆動信号と音信号とを交互に振動素子１４へ出力して、駆動信号と音信号とを組み合わせるようにする。

詳しくは、駆動部４１は、触感振動の駆動信号および音信号を分割し、分割された駆動信号および音信号を交互に振動素子１４へ出力する。具体的には、駆動部４１は、時刻ｔ１〜ｔ２において触感振動の駆動信号を振動素子１４へ出力する、より具体的には触感振動の駆動信号に応じた駆動電圧を振動素子１４へ印加する。かかる駆動電圧が振動素子１４に印加されることで、振動素子１４が触感振動し、パネル１０には触感振動が発生する。

駆動部４１は、続く時刻ｔ２〜ｔ３において音信号を振動素子１４へ出力する、より具体的には音信号に応じた駆動電圧を振動素子１４へ印加する。かかる駆動電圧が振動素子１４に印加されることで、振動素子１４が振動し、パネル１０には操作音が発生する。

時刻ｔ３から時刻ｔ７まで、駆動部４１は、触感振動の駆動信号と音信号とを交互に振動素子１４へ出力する。このように、第２の実施形態にあっては、触感振動の駆動信号と音信号とを時分割で切り替えるようにした。

そして、第２の実施形態では、触感振動の駆動信号と音信号とが切り替わる周期が比較的短く設定されることで、触感振動と操作音とを同じタイミングでパネル１０に発生させることができる。これにより、本実施形態にあっては、ユーザＵに対して入力操作を受け付けたことを違和感なく認識させ、ユーザＵに与える操作感を向上させることができる。

（第３の実施形態）
次いで、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態にあっては、パネル１０を超音波振動させて触感振動を発生させる際、かかる超音波振動させる駆動信号を操作音の音信号で変調することで、駆動信号に音信号を組み合わせるようにした。

これにより、第３の実施形態においては、触感振動を発生させつつ、操作音を特定方向に発生させることが可能になる、すなわち、指向性の高い操作音を出力することが可能になる。

ここで、指向性の高い操作音について説明する。第３の実施形態に係る入力システム１（図４参照）は、音信号で変調された搬送波に応じた超音波を発生することで、指向性の高い操作音を出力する。

具体的には、第３の実施形態に係る駆動部４１は、超音波帯域の搬送波を生成する。搬送波は、超音波帯域の正弦波信号であり、パネル１０に定在波Ｗ（後述する図９参照）を発生させ、縞状の共振領域Ａｓ（図９参照）を形成する周波数を有する。なお、パネル１０に発生した定在波Ｗにより、上記した触感振動としての超音波振動が生じる。

駆動部４１は、生成された搬送波を音信号で変調した信号である変調信号を生成する。上記した変調は、例えばＡＭ（Amplitude Modulation）変調によって行われる。なお、ＡＭ変調は、例えば、ＤＳＢ（Double Sideband）変調、または、ＳＳＢ（Single Sideband）変調である。また、駆動部４１は、変調信号を増幅するように構成されてもよい。

駆動部４１は、変調信号の波形に応じた交流電圧を駆動電圧として各振動素子１４へ印加する。かかる駆動電圧が振動素子１４に印加されることで、パネル１０には定在波Ｗが発生する。これにより、パネル１０に縞状の共振領域Ａｓが形成され、かかる定在波Ｗの腹が共振領域Ａｓに含まれる複数の線状共振領域Ａｇ（図９参照）となる。

図９は、パネル１０に形成される線状共振領域Ａｇと定在波Ｗとの関係を示す図である。図９において、定在波Ｗの腹を実線で示し、定在波Ｗの節を破線で示しており、定在波Ｗの腹部分が線状共振領域Ａｇとして機能する。かかる線状共振領域Ａｇは、操作音の音信号で変調された超音波を放射する線音源として機能する。

次に、パネル１０から発生する操作音の指向性について図１０を参照して説明する。図１０は、パネル１０に形成される定在波Ｗと操作音の指向性との関係を説明するための図である。図１０においては、説明を分かりやすくするために、定在波Ｗを部分的に示している。また、定在波Ｗにおいて位相が等しく、隣り合う腹を線状共振領域Ａｇ１，Ａｇ２とし、線状共振領域Ａｇ１，Ａｇ２で発生する超音波のパネル１０に対する角度θを表している。

任意の角度θに対して、線状共振領域Ａｇ１，Ａｇ２で発生する超音波は、距離ｄｃｏｓθだけ位相がずれる。搬送波の波長をλとすると、距離ｄｃｏｓθが波長λ／２の奇数倍となる角度θにおいて線状共振領域Ａｇ１，Ａｇ２で発生する超音波は互いに打消し合う。つまり、距離ｄｃｏｓθが波長λ／２の奇数倍となる角度θでは、超音波がキャンセルされる。一方で、距離ｄｃｏｓθが波長λの整数倍（波長λ／２の偶数倍）となる角度θでは、線状共振領域Ａｇ１，Ａｇ２で発生する超音波が互いに強め合う。そして、超音波が空間を伝搬する際や超音波が剛体に反射する際の超音波の非線形歪みによる自然復調現象により、可聴波帯域の音波が生成される。

このように、複数の線状共振領域Ａｇから発生する超音波は位相干渉（強調および打ち消し）することで、特定方向に超音波を進行させることができる。そして、超音波の非線形歪みによる自然復調現象により可聴波帯域の音波が生成されることによって、パネル１０から指向性の高い操作音が発生することとなる。

これにより、第３の実施形態にあっては、パネル１０に触感振動を発生させつつ、例えば運転者など特定のユーザＵの方向に対して操作音を発生させることも可能となる。

図１１は、第３の実施形態に係る制御部２２が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。

図１１に示すように、制御部２２は、ステップＳ１０〜Ｓ１２の処理を行って、振動素子１４を超音波振動させる駆動信号と操作音の音信号とを生成する。その後、制御部２２は、駆動信号を操作音の音信号で変調することで、駆動信号に音信号を組み合わせ、音信号で変調した駆動信号に応じた駆動電圧を振動素子１４へ印加する（ステップＳ１３ａ）。これにより、パネル１０には、ユーザＵの触感のための超音波振動と指向性の高い操作音とが発生する。

他方、制御部２２は、ステップＳ１０，Ｓ１４，Ｓ１５の処理を行い、押圧操作に応じて振動素子１４を低周波振動させる駆動信号を生成する。次いで、制御部２２は、押圧操作に応じた操作音の音信号を生成し（ステップＳ１６）、かかる音信号を組み合わせた低周波振動の駆動信号に応じた駆動電圧を振動素子１４へ印加する（ステップＳ１７）。これにより、パネル１０には、ユーザＵの触感のための低周波振動と操作音とが発生する。

（第４の実施形態）
次いで、第４の実施形態について説明する。図１２は、第４の実施形態において、振動素子１４を触感振動させる駆動信号および音信号を出力する処理の一例を説明する図である。図１２に示すように、第４の実施形態に係る駆動部４１は、時刻ｔ１０〜ｔ１１において触感振動の駆動信号を振動素子１４へ出力する。これにより、パネル１０には触感振動が発生する。

駆動部４１は、時刻ｔ１１で触感振動が完了すると、振動収束期間が経過するまで待機する。なお、振動収束期間は、触感振動していたパネル１０の振動が収束すると予測される期間である。振動収束期間は、例えば一定の値であっても、後述するように可変の値であってもよい。なお、振動収束期間は、数ｍｓｅｃ〜数十ｍｓｅｃ程度の極めて短い時間である。なお、振動収束期間は、所定時間の一例である。

駆動部４１は、振動収束期間が経過すると（時刻ｔ１２）、時刻ｔ１２〜ｔ１３において音信号を振動素子１４へ出力する。これにより、振動素子１４が振動し、パネル１０には操作音が発生する。

このように、第４の実施形態にあっては、触感振動を発生させた後、続いて操作音を発生させるようにしたことから、ユーザＵに対して入力操作を受け付けたことを違和感なく認識させ、ユーザＵに与える操作感を向上させることができる。

また、第４の実施形態にあっては、触感振動が完了してから振動収束期間が経過した後、パネル１０を振動させて操作音を発生させる。すなわち、第４の実施形態では、触感振動が収まったパネル１０に対して操作音の振動を発生させるようにしたので、操作音を発生させる振動に対する触感振動の影響を抑制することができる。

図１３は、第４の実施形態に係る制御部２２が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。図１３に示すように、制御部２２は、スライド操作の場合、ステップＳ１０，Ｓ１１の処理を経て、振動素子１４を超音波振動させる駆動信号を生成する。他方、制御部２２は、押圧操作の場合、ステップＳ１０，Ｓ１４，Ｓ１５の処理を経て、振動素子１４を低周波振動させる駆動信号を生成する。

そして、制御部２２は、生成された駆動信号に応じた駆動電圧を振動素子１４へ印加する（ステップＳ１８）。これにより、パネル１０には、触感振動として超音波振動または低周波振動が発生する。

続いて、制御部２２は、触感振動が完了したか否かを判定する（ステップＳ１９）、具体的には、駆動信号の出力が終了したか否かを判定する。制御部２２は、触感振動が完了していないと判定された場合（ステップＳ１９，Ｎｏ）、ステップＳ１９の処理を繰り返す一方、触感振動が完了したと判定された場合（ステップＳ１９，Ｙｅｓ）、振動収束期間が経過したか否かを判定する（ステップＳ２０）。

制御部２２は、振動収束期間が経過していないと判定された場合（ステップＳ２０，Ｎｏ）、ステップＳ２０の処理を繰り返す一方、振動収束期間が経過したと判定された場合（ステップＳ２０，Ｙｅｓ）、ユーザ操作に応じた音信号を生成する（ステップＳ２１）。そして、制御部２２は、音信号に応じた駆動電圧を振動素子１４へ印加する（ステップＳ２２）。これにより、パネル１０には、操作音が発生する。

なお、上記では、制御部２２は、振動収束期間が経過した後に音信号を生成するようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば振動収束期間が経過する前に音信号を生成してもよい。

（第４の実施形態の変形例）
次いで、第４の実施形態の変形例について説明する。かかる変形例にあっては、例えばパネル１０の振動状態を検出し、検出された振動状態に応じて振動収束期間を設定および変更するようにした。

第４の実施形態の変形例について図１４を参照して説明する。図１４は、第４の実施形態の変形例に係る入力システム１を有する電子装置システム１００の構成例を示す図である。図１４に示すように、第４の実施形態の変形例にあっては、制御部２２が振動状態検出部４２を備える。

なお、本変形例においては、振動素子１４として圧電素子が用いられる。振動素子１４は、触感振動させる駆動信号が入力されなくなると、パネル１０に残存する触感振動を圧電効果により電圧に変換する。そして、パネル１０に残存する触感振動を示す電圧は、振動素子１４から振動状態検出部４２へ入力される。

振動状態検出部４２は、入力された電圧に基づいて、パネル１０に残存する触感振動の有無や強度など、パネル１０の振動状態を検出する。振動状態検出部４２は、検出されたパネル１０の振動状態を示す信号を駆動部４１へ出力する。

そして、駆動部４１は、パネル１０の振動状態に基づいて振動収束期間を設定する。具体的には、振動状態検出部４２は、パネル１０に残存する触感振動の強度が比較的強い場合、振動収束期間を長い時間に設定する一方、残存する触感振動の強度が比較的弱い場合、振動収束期間を短い時間に設定することができる。

また、振動状態検出部４２には、振動収束期間が設定された後も、パネル１０の振動状態を示す信号が入力されるようにしてもよい。パネル１０に残存する触感振動は時間の経過に伴って収束するが、振動状態検出部４２は、例えば触感振動が予測より収束せずに、振動強度が比較的強いままの場合、振動収束期間を長い時間に変更してもよい。一方、振動状態検出部４２は、例えば触感振動が予測よりも収まって振動強度が比較的弱くなった場合、振動収束期間を短い時間に変更してもよい。

図１５は、第４の実施形態の変形例に係る制御部２２が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。図１５に示すように、制御部２２は、上記したステップＳ１０，Ｓ１１，Ｓ１８またはＳ１０，Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ１８の処理を経て、パネル１０に触感振動を発生させ、触感振動が完了したと判定された場合（ステップＳ１９，Ｙｅｓ）、パネル１０の振動状態を検出する（ステップＳ１９ａ）。

続いて、制御部２２は、検出されたパネル１０の振動状態に基づいて振動収束期間を設定する（ステップＳ１９ｂ）。次に、制御部２２は、振動収束期間が経過したか否かを判定し（ステップＳ２０）、振動収束期間が経過していないと判定された場合（ステップＳ２０，Ｎｏ）、ステップＳ１９ａ，１９ｂの処理を繰り返し、パネル１０の振動状態に基づいて振動収束期間を適宜に変更する。

そして、制御部２２は、設定あるいは変更された振動収束期間が経過したと判定された場合（ステップＳ２０，Ｙｅｓ）、上記したステップＳ２１，Ｓ２２の処理を行って、操作音をパネル１０に発生させる。

これにより、第４の実施形態の変形例にあっては、例えばパネル１０の振動状態を検出して、触感振動が収まったことが検出されたパネル１０に対して操作音の振動を発生させることが可能となり、よって操作音を発生させる振動に対する触感振動の影響を効果的に抑制することができる。

（第５の実施形態）
次いで、第５の実施形態について説明する。図１６は、第５の実施形態において、パネル１０に発生する振動の強度を説明する図である。

図１６に示すように、第５の実施形態にあっては、例えばパネル１０の操作面１５が複数の領域Ａ１〜Ａ４に区画されるものとする。そして、駆動部４１は、複数の領域Ａ１〜Ａ４のうち領域Ａ１でユーザ接触位置が検出された場合、各振動素子１４の振動を適宜に制御することで、例えば領域Ａ１の振動強度を領域Ａ２〜Ａ４に比べて強くすることができる。これにより、ユーザ接触位置が検出された領域Ａ１において、触感振動を効率よくユーザＵの指５０に与えることが可能となる。

触感振動の完了後、駆動部４１は、各振動素子１４の振動を制御し、操作音を触感振動の際に振動強度が弱かった領域（ここでは領域Ａ２〜Ａ４のうちの少なくとも一つの領域（例えば領域Ａ４））から発生させるようにしてもよい。これにより、操作音を発生させる振動に対する触感振動の影響を抑制しつつ、操作音を触感振動に続いて早期に発生させることができる。

すなわち、領域Ａ２〜Ａ４は、ユーザ接触位置以外の部分を含んでいるため、触感振動の際の振動強度がユーザ接触位置を含む領域Ａ１より弱い。そのため、領域Ａ２〜Ａ４は、触感振動が完了してから触感振動が収束するまでの時間が領域Ａ１よりも短くなる。

そこで、第５の実施形態にあっては、パネル１０の操作面１５において、触感振動が早期に収束する領域（例えば領域Ａ４）から操作音を発生させるようにした。このように、第５の実施形態では、触感振動が早期に収まったパネル１０の領域（例えば領域Ａ４）に対して操作音の振動を発生させるようにしたので、操作音を発生させる振動に対する触感振動の影響を抑制することができるとともに、操作音を触感振動に続いて早期に発生させることができる。なお、領域Ａ１は第１領域の一例であり、領域Ａ２〜Ａ４は第２領域の一例である。

なお、上記した第１〜第５の実施形態を適宜に組み合わせてもよい。すなわち、例えば、第１、第３の実施形態を組み合わせて、例えば通常のユーザ操作の場合には振動素子１４を振動させる駆動信号に音信号を重畳して出力する一方、特定の方向に操作音を発生させるべきユーザ操作の場合には駆動信号を音信号で変調して出力するようにしてもよい。

また、第１〜第５の実施形態を、表示装置３の表示内容に応じて組み合わせてもよい。図１７は、表示装置３に表示されるメニュー画面６０の一例を示す図である。図１７に示すように、メニュー画面６０には、例えばスライドボタン６１と、アイコンボタン６２とが表示される。

スライドボタン６１は、スライド操作によってユーザＵの入力操作を受け付けるボタンであり、例えばオーディオの音量調整操作などを受け付ける。アイコンボタン６２は、押圧操作によってユーザＵの入力操作を受け付けるボタンであり、例えばオーディオから出力されるコンテンツの選択操作などを受け付ける。

表示装置３の表示内容が図１７に示す内容である場合、例えば第１、第４の実施形態を組み合わせることができる。すなわち、例えばスライドボタン６１に対するスライド操作の場合には振動素子１４を振動させる駆動信号に音信号を重畳して出力する一方、アイコンボタン６２に対する押圧操作の場合には振動素子１４を振動させる駆動信号を出力し、触感振動が完了して振動収束期間が経過した後、操作音の音信号を出力するようにしてもよい。これにより、表示装置３の表示内容に適した触感振動および操作音をパネル１０に発生させることが可能となる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 入力システム
２，２０ 制御装置
３ 表示装置
４ スピーカ
９ 入力ユニット
１０ パネル
１４ 振動素子
１５ 操作面
４０ 操作検出部
４１ 駆動部
４２ 振動状態検出部
１００ 電子装置システム

Claims (9)

1. 操作面を有するパネルの前記操作面に対するユーザの操作を検出する操作検出部と、
   前記パネルに取り付けられた振動素子を駆動して前記パネルに振動を発生させる駆動部と、を備え、
   前記駆動部は、
   前記操作検出部によって前記操作が検出された場合、前記ユーザへ触感の振動を与える触感振動を前記パネルに発生させる駆動信号に、前記パネルの振動によって前記パネルから発生させる音の音信号を組み合わせて前記振動素子へ出力し、前記パネルに前記触感振動と前記音とを発生させること
   を特徴とする制御装置。
2. 前記駆動部は、
   前記駆動信号に前記音信号を重畳させて組み合わせること
   を特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記駆動部は、
   前記駆動信号および前記音信号を分割し、分割された前記駆動信号および前記音信号が交互に前記振動素子へ出力されるように組み合わせること
   を特徴とする請求項１に記載の制御装置。
4. 前記駆動部は、
   前記駆動信号により前記パネルを超音波振動させて前記触感振動を発生させるとともに、前記駆動信号を前記音信号で変調することで、前記駆動信号に前記音信号を組み合わせること
   を特徴とする請求項１に記載の制御装置。
5. 操作面を有するパネルの前記操作面に対するユーザの操作を検出する操作検出部と、
   前記パネルに取り付けられた振動素子を駆動して前記パネルに振動を発生させる駆動部と、を備え、
   前記駆動部は、
   前記操作検出部によって前記操作が検出された場合、前記ユーザへ触感の振動を与える触感振動を前記パネルに発生させるとともに、前記触感振動が完了してから所定時間が経過した後、前記パネルを振動させて前記パネルから音を発生させること
   を特徴とする制御装置。
6. 前記パネルの振動状態を検出する振動状態検出部
   を備え、
   前記駆動部は、
   前記振動状態検出部によって検出された前記パネルの振動状態に基づいて前記所定時間を変更すること
   を特徴とする請求項５に記載の制御装置。
7. 前記駆動部は、
   前記パネルにおいて前記操作が検出された位置を含む第１領域の振動強度が、前記操作が検出された位置以外の部分を含む第２領域の振動強度と比べて強くなるように、前記触感振動を発生させた場合、前記音を前記パネルの前記第２領域から発生させること
   を特徴とする請求項５または６に記載の制御装置。
8. 操作面を有するパネルと、
   前記パネルに取り付けられる振動素子と、
   前記操作面に対するユーザの操作を検出する操作検出部と、前記パネルに取り付けられた前記振動素子を駆動して前記パネルに振動を発生させる駆動部とを備えた制御装置と
   を備え、
   前記駆動部は、
   前記操作検出部によって前記操作が検出された場合、前記ユーザへ触感の振動を与える触感振動を前記パネルに発生させる駆動信号に、前記パネルの振動によって前記パネルから発生させる音の音信号を組み合わせて前記振動素子へ出力し、前記パネルに前記触感振動と前記音とを発生させること
   を特徴とする入力システム。
9. 操作面を有するパネルの前記操作面に対するユーザの操作を検出する操作検出工程と、
   前記パネルに取り付けられた振動素子を駆動して前記パネルに振動を発生させる駆動工程と、
   を含み、前記駆動工程は、
   前記操作検出工程で前記操作が検出された場合、前記ユーザへ触感の振動を与える触感振動を前記パネルに発生させる駆動信号に、前記パネルの振動によって前記パネルから発生させる音の音信号を組み合わせて前記振動素子へ出力し、前記パネルに前記触感振動と前記音とを発生させること
   を特徴とする制御方法。

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