JP6100355B1 - キーボード及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な打鍵感をユーザに与えるキーボードを提供する。
【解決手段】キーボードは、複数のキー１０ｘと、圧力センサ１１と、ハプティックデバイス１２と、フィードバック制御手段１３を備える。フィードバック制御手段１３は、圧力センサ１１の検知した圧力に応じて、微小振動を伴うハプティック・フィードバックを発生させるハプティックデバイス１２を駆動させる駆動信号を発する。フィードバック制御手段１３は、１回のキーの押下に対して、圧力センサ１１の検知した圧力が第１の閾値を超えると第１のハプティック・フィードバックを発生させる駆動信号を発する。キーを押した際のラバーカップなどの機構部品の変形の反力を提供する。次に圧力が第２の閾値を下回ると第２のハプティック・フィードバックを発生させる駆動信号を発し、キーから指を離す際の機構部品の変形が戻る反力を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、キーボード及びその制御方法に関し、特に、ハプティック・フィードバックを発生させるものに関する。

電子計算機分野におけるキーボードには、ユーザが押下したキーのスイッチが動作する際に指が感じる操作感（打鍵感）がある。キーのスイッチは、スイッチが動作する前に指に対して適度な反力を与える。個々のユーザに適した反力は、リズミカルなキー操作を可能にして長時間の操作による疲労を軽減するなどのメリットがあるため、良好な打鍵感を返すハードウェアキーボードが、提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１５−０９５４２６号公報

打鍵感にはいくつかの種類があり、どのような打鍵感を好むかはユーザによって異なるが、そのうちの一つ、従来のメカニカル・キーボードの打鍵感には根強い人気がある。しかしながら、その一方で、近年の製品は薄型化が進み、板状のキーボードが登場し始めている。ところが、このような板状キーボードにおいては、強い打鍵感を返すことが難しく、メカニカル・キーボードの打鍵感を好むユーザには不満があった。

そこで、従来のメカニカル・キーボードのようなタイピングフィーリングを板状のキーボードに持たせることを考える。ところが、メカニカル・キーボードは、キーを押した際にラバーカップなどの機構部品の変形により生じる反力と、押したキーから指を離そうとする際に前記機構部品が元の形状に戻る際に生じる反力との２種類の反力に由来する打鍵感がある。したがって、単にキーを押した際に何かしらのフィードバックを与えるというだけでは、メカニカル・キーボードの打鍵感の挙動と異なり、使用感が大幅に異なるという不満が生じる。

そこで本願では、良好な打鍵感をユーザに与えるキーボードを提供することを目的とするが、このようなキーボードのスコープは「板状のキーボード」に限定されない。「板状のキーボード」は本願の課題を説明する際に説明を簡明にする際に便宜的に提示した例に過ぎない。また、良好な打鍵感のスコープは「メカニカル・キーボードのタイピングフィーリング」に限定されない。「メカニカル・キーボードのタイピングフィーリング」も同様に、便宜的に提示した説明例である。

本発明は、上記従来技術の実情に鑑みてなされたものであって、良好な打鍵感をユーザに与えるキーボードを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、複数のキーと、各キーを押下する圧力を検知する圧力センサと、微小振動を伴うハプティック・フィードバックを発生させるハプティックデバイスと、前記圧力センサの検知した圧力に応じて、前記ハプティックデバイスを駆動させる信号を発するフィードバック制御手段と、を備え、前記フィードバック制御手段は、１回のキーの押下に対して、前記圧力センサの検知した圧力が第１の閾値のときに第１のハプティック・フィードバックを発生させる駆動信号と、前記圧力センサの検知した圧力が第２の閾値のときに第２のハプティック・フィードバックを発生させる駆動信号と、を発し、前記第１のハプティック・フィードバックを発生させた時点から所定の時間が経過するより前に、前記圧力センサの検知した圧力が前記第２の閾値を下回った場合に、前記第２のハプティック・フィードバックを発生させないことを特徴とする。

本発明によれば、良好な打鍵感をユーザに与えるキーボードを提供することが可能となる。

本発明による一実施形態の機能構成を示すブロック図である。 図１のキーボード１の外観構成例を示す分解図である。 ハプティック・フィードバックを発生させた場合のタイミング図である。 メカニカル・キーボードのキーの機構部分の概略構成を示す図である。 押下圧力とハプティックの関係を示すグラフ図である。 本実施形態の動作の概念を示すグラフ図である。

図１に実施形態の機能構成を、また、図２に実施形態の外観構成例を分解図の形で示す。図１に示すように、キーボード１は、複数のキー１０と、圧力センサ１１と、ハプティックデバイス１２と、フィードバック制御手段１３とを備える構成である。

キー１０は、一般的なキーボードのキーである。図２に示すように、キー１０と圧力センサ１１の下に、ハプティックデバイス１２を備える。圧力センサ１１は、例えば、平面状に構成され、センサ上を押圧する力を検知すると押圧されている場所の座標や押圧する力の強さなどを出力する。

ハプティックデバイス１２は、例えば平面状に構成され、フィードバック制御手段１３の制御信号に応じて、微小な振動を発する機構を備える。この振動機構は、キー１０の各々に対応する位置にキーごとに分離させて設けることも好ましい。この場合、あるキー１０への押下を圧力センサ１１が感知した場合に、同キー１０に対応する位置に設けられたハプティックデバイス１２の振動機構が微小振動を発するようにする。

フィードバック制御手段１３は、圧力センサ１１の出力に基づいて、ハプティックデバイス１２の動作を制御する駆動信号を出力する。

この本実施形態のキーボード１は、上述した構成を備えて、メカニカル・キーボードで言うところの、キーを押した際にラバーカップなどの機構部品の変形により生じる反力（以下、「第１の反力」と呼ぶ）と、押したキーから指を離そうとする際に前記機構部品が元の形状に戻る際に生じる反力（以下、「第２の反力」と呼ぶ）の２種類の反力をエミュレートしたハプティクス（触感）を、提供する。また、少なくとも１種類のハプティクスを提供することを、以下、「ハプティック・フィードバック」と呼ぶ。

本実施形態は、このハプティック・フィードバックを、ユーザの１回の打鍵に対し上記２種類の反力に対応した２回、行うことで、良好な打鍵感をユーザに与えることができる。

しかしながら、２種類のハプティック・フィードバックを単に発生させるだけでは、以下に述べるような問題がある。第２の反力は、第１の反力を発生させた後、一定の時間間隔を置いて、発生させることがまず考えられる。図３にそのようにハプティック・フィードバックを発生させた場合のタイミング図を示す。

図３には、縦軸にあるキーを指が押下する力、横軸に時間を取り、３種類の打鍵の態様に対して、２種類のハプティック・フィードバックを時間差をつけて発生させた場合のタイミングが示されている。１，２と番号が振られた縦棒は、そのタイミングでそれぞれ、第１の反力に対応するハプティック・フィードバック、第２の反力に対応するハプティック・フィードバックが返されることを示す。

ここでは、圧力のかかり始めから第１の反力に対応するハプティック・フィードバック発生までの時間が、もっとも単純にハプティック・フィードバックを実装した場合、通常の速さの打鍵でもゆっくりの打鍵でも、また、速く打鍵した場合でも、同じである場合を示した。また、１回目のハプティック・フィードバックから２回目のハプティック・フィードバックまでにかかる時間も、一定の時間差で発生させる場合のものを示した。

そうすると、通常の速度での打鍵では、キー１０を押下する力が所定の大きさ以上になった時に１回目のハプティック・フィードバックが発生し、キー１０を離し始めて押下する力が所定の大きさ以下になった時に２回目のハプティック・フィードバックが発生するような、良好な打鍵感が得られる。しかしながら、図３の示すように、ゆっくりの打鍵の場合は、押下の途中に、２回のハプティック・フィードバックが発生してしまう。逆に、速い打鍵の場合は、キー１０から指を離し始めてようやく１回目のハプティック・フィードバックが発生したり、別のキー１０を押下しているときに前のキー１０の２回目のハプティック・フィードバックが発生したりしてしまう（ハプティック・フィードバックの交錯）。

ユーザのキーボードへの入力スピードは一定ではないため、一般的な打鍵速度であれば良好な打鍵感が得られるところ、打鍵が速い場合や遅い場合にはハプティック・フィードバックの交錯が起きたりして、不自然な打鍵感になってしまう。したがって、単に２種類のハプティック・フィードバックを発生させる設計では良好な打鍵感が得られない。また、この方法は、特に早い打鍵の際に発生させる必要のない２回目のハプティック・フィードバックを発生させているので、消費電力の観点からも非効率である。

そこで、本実施形態では、さらに、以下に述べる制御を行って、違和感のない良好な打鍵感を提供する。すなわち、本実施形態では、それぞれのキー１０にかけられる圧力を常時、検知する。圧力が所定の第１の閾値を超えると、１回目のハプティック・フィードバックを発生させる。次に、圧力が所定の第２の閾値を下回ると、２回目のハプティック・フィードバックを発生させる。

図４に、メカニカル・キーボードのキーの機構部分の概略構成を示す。図４には、一般的なメンブレンキー方式の概略が示されている。図４（ａ）は圧力がかかっていない静止状態の構成を示し、メンブレン下に接点部分、接点上方にラバー部材等の弾性体が配置される。ラバー部材の上にプラスチック等のキーキャップ部材が配置されてもよい。

キー押下に伴って、ラバー部材が変形し（図４（ｂ））、接点と接点が接触してキー押下が検出される（図４（ｃ））。

このような構成における、押下圧力とハプティックの関係をグラフにしたものが図５である。キーを押下するとき、図中原点から始まり、所望のストローク深度に至るには対応する押圧力を必要とする。

ここで、図５に示すように、従来のメカニカル・キーボードでは１度、必要とする押圧力のピークがあり、このときに変形部材のコラスプが起き、必要とする押圧力が下がることがわかる。図４（ｃ）の状態は、このピーク後にもたらされる。

このような押圧力の変化がある中、上述の第１の閾値を、キーの押圧に必要とする力の１つ目のピークに設定することが好ましい。このピーク値は、変形部材の変形に抗する力が臨界に達してコラスプする値である。図５中では、「ｍａｋｅ」に対応する値である。

さらに、上述の第２の閾値を、図５に示すように、ストローク深度が接点到達深度に至ったのち、変形部材の元に戻ろうとする力がピークとなる、図中ピーク値後の谷の部分を超えた値とすることが好ましい。この場合、第１の閾値よりも低くすることも好ましい。図５中では、「ｂｒｅａｋ」に対応する値である。

このように、２回のハプティック・フィードバックを発生させ、なおかつ、上述のように第１、第２の閾値を設定することで、メカニカル・キーボードにおいて発生するハプティック・フィードバックのエミュレーションが的確に行うことができる。したがって、良好な打鍵感をユーザに与えるキーボードを提供することが可能となる。

さらに、フィードバック制御手段１３が２回目のハプティック・フィードバックを所定の条件の場合に省略することにより、フィードバックの交錯を防ぎ、違和感のない打鍵感を提供する。

図６に、動作イメージを示す。図６では、打鍵の速さを通常、ゆっくり、高速の三態様で、時間に応じ押圧力がどのように変化するかを示したものである。また、図５同様に、第１の反力に対する「ｍａｋｅ」に応じたハプティック・フィードバックを発生させるタイミングと、第２の反力に対する「ｂｒｅａｋ」に応じたハプティック・フィードバックを発生させるタイミングを示している。なお、本実施形態のキー１０はメカニカルな機構を持たないので、図５のような軌跡をたどらない。

本実施形態では、速く打鍵した場合に、「ｂｒｅａｋ」に応じたハプティック・フィードバックを発生させない点が特徴の一つである。速い打鍵であるか否かは、「ｍａｋｅ」に応じたハプティック・フィードバックの発生から所定の時間（例えば、２０ｍｓ）が経過するより前に、検知している圧力が「ｂｒｅａｋ」の閾値である第２の閾値を下回った場合に、そのように判断する。なお、この判断は、フィードバック制御手段１３が実行する。

このように構成することで、ハプティック・フィードバックの交錯を防ぐことができる。また、必要のないハプティック・フィードバックの発生をしないことで、消費電力の低減も実現する。

なお、キー１０の具体的形態としては、変形を伴わないタッチパッドのような形態も含まれる。図４に示した図は一般のメンブレン・キーボードの構成であり、本実施形態のキー１０がこのような構成でなければならないことを示すものではない。
また、上記実施の形態の機能構成を図２に示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、圧力センサ１１とハプティクスデバイス１２の配置を入れ替えても良い。

１ キーボード
１０ キー
１１ 圧力センサ
１２ ハプティックデバイス
１３ フィードバック制御手段

Claims (3)

1. 複数のキーと、
   各キーを押下する圧力を検知する圧力センサと、
   微小振動を伴うハプティック・フィードバックを発生させるハプティックデバイスと、
   前記圧力センサの検知した圧力に応じて、前記ハプティックデバイスを駆動させる信号を発するフィードバック制御手段と、を備え、
   前記フィードバック制御手段は、
   １回のキーの押下に対して、
   前記圧力センサの検知した圧力が第１の閾値のときに第１のハプティック・フィードバックを発生させる駆動信号と、
   前記圧力センサの検知した圧力が第２の閾値のときに第２のハプティック・フィードバックを発生させる駆動信号と、
   を発し、
   前記第１のハプティック・フィードバックを発生させた時点から所定の時間が経過するより前に、前記圧力センサの検知した圧力が前記第２の閾値を下回った場合に、前記第２のハプティック・フィードバックを発生させない
   ことを特徴とする、キーボード。
2. 前記第２の閾値は、前記第１の閾値よりも低い値であることを特徴とする、請求項１に記載のキーボード。
3. 複数のキーと、
   各キーを押下する圧力を検知する圧力センサと、
   微小振動を伴うハプティック・フィードバックを発生させるハプティックデバイスと、
   前記圧力センサの検知した圧力に応じて、前記ハプティックデバイスを駆動させる信号を発するフィードバック制御手段と、
   を備えるキーボードの制御方法であって、
   前記フィードバック制御手段が、
   １回のキーの押下に対して、
   前記圧力センサの検知した圧力が第１の閾値のときに第１のハプティック・フィードバックを発生させる駆動信号と、
   前記圧力センサの検知した圧力が第２の閾値のときに第２のハプティック・フィードバックを発生させる駆動信号と、
   を発し、
   前記第１のハプティック・フィードバックを発生させた時点から所定の時間が経過するより前に、前記圧力センサの検知した圧力が前記第２の閾値を下回った場合に、前記第２のハプティック・フィードバックを発生させない
   制御をすることを特徴とする、キーボードの制御方法。

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