タッチセンサ及び電子機器
【課題】簡単な構成で、タッチパネルに装着された振動素子の周波数特性の変化を補償する。
【解決手段】タッチセンサ３９は、タッチパネル７と、第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂと、素子駆動部３７とを備えている。第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂは、タッチパネル７に装着されている。素子駆動部３７は、タッチパネル７が操作されれば駆動信号を用いて第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂを振動させる。素子駆動部３７は、第１振動素子９Ａを振動させつつ第２振動素子９Ｂからの検出信号を取得することで、第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂを振動させるための共振周波数を探索して、駆動信号の周波数を決定する。
【解決手段】タッチセンサ３９は、タッチパネル７と、第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂと、素子駆動部３７とを備えている。第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂは、タッチパネル７に装着されている。素子駆動部３７は、タッチパネル７が操作されれば駆動信号を用いて第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂを振動させる。素子駆動部３７は、第１振動素子９Ａを振動させつつ第２振動素子９Ｂからの検出信号を取得することで、第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂを振動させるための共振周波数を探索して、駆動信号の周波数を決定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチセンサ及び電子機器、特に、操作者に操作感をフィードバック可能なタッチセンサ及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチパネル上に液晶画面によってスイッチなどの操作部を表示して、ユーザの指での操作を可能としたユーザインタフェースが多くの分野で利用されている。
【０００３】
また、ユーザに対して、タッチパネルを操作した時に実際の物理的なスイッチを動かしたような操作感を与えるために、振動又は音を発生させるインタフェースが考案されている。例えばタッチパネルの周囲に圧電アクチュエータを装着して、ユーザがタッチパネル上の操作ボタンを押した場合に振動又は音を発生させることで、実際の物理的なボタンの操作と同様の操作感を提供する（例えば、特許文献１を参照。）。
圧電アクチュエータは、チタン酸バリウム等のセラミックスからなる。セラミックスに圧力を加えると電圧が発生し、その反対に、セラミックスに電圧を印加するとセラミックスが変形を起こす。このような圧電効果を用いることで、圧電アクチュエータに振動を発生させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−３０２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
振動素子の製造誤差又は取付誤差によって、タッチパネル装置における周波数特性にバラツキが生じることがある。また、使用温度によっても、振動素子の周波数特性が変化する。つまり、従来のタッチパネル装置では共振周波数がずれやすく、同じ強さの操作感をフィードバックすることが困難であった。
【０００６】
本発明の課題は、簡単な構成で、タッチパネルに装着された振動素子の周波数特性の変化を補償することで、発生する操作感を均一にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
【０００８】
本発明の一見地に係るタッチセンサは、タッチパネルと、第１振動素子及び第２振動素子と、駆動制御部とを備えている。
第１振動素子及び第２振動素子は、タッチパネルに装着されている。
駆動制御部は、タッチパネルが操作されれば、駆動信号を用いて第１振動素子及び第２振動素子を振動させる。
駆動制御部は、第１振動素子を振動させつつ、第２振動素子からの検出信号を取得することで、第１振動素子及び第２振動素子を振動させるための共振周波数を探索して、駆動信号の周波数を決定する。
この装置では、第１振動素子と第２振動素子を用いて第１振動素子及び第２振動素子を振動させるための共振周波数が探索されて、その結果、駆動信号の周波数が決定される。したがって、簡単な構成によって、振動素子の周波数特性の変化を補償できる。
【０００９】
駆動制御部は、第１振動素子及び第２振動素子を振動させるための共振周波数を探索して駆動信号の周波数を決定するために、スイープサイン信号を第１振動素子に与えてもよい。
例えば、電子機器の電源投入時又はｈａｐｔｉｃｓ機能ＯＮ時に、スイープサイン信号を用いて共振周波数を検出して、その共振周波数を駆動信号の周波数に設定できる。
【００１０】
駆動制御部は、タッチパネルの所定領域が操作されれば、第１振動素子に探索用駆動信号を供給してもよい。
この装置では、タッチパネルの操作のタイミングで探索用駆動信号が第１振動素子に供給されるので、周波数特性の変化をきめ細かく補償できる。また、所定領域以外が操作されれば駆動信号が第１振動素子及び第２振動素子に供給されるので、周波数特性の補償の場合と通常の場合とを使い分けることができる。
【００１１】
所定領域は、第１振動素子が単独で所定以上の強度の振動を発生可能な領域であってもよい。
この装置では、第１振動素子のみを振動させても、十分な大きさの振動が得られる。
【００１２】
駆動制御部は、検出信号の強度が駆動信号を用いた場合に得られるはずの検出信号の強度より大きければ、探索用駆動信号の周波数を新たな駆動信号の周波数に設定してもよい。
この装置では、駆動信号の強度より大きな検出信号を発生する探索用駆動信号が見つかれば駆動信号の周波数が更新されるので、駆動信号の周波数を共振周波数に近づけることができる。
【００１３】
駆動制御部は、検出信号の強度が前回得られた検出信号の強度より大きければ次回の探索用駆動信号の周波数を設定する高低向きを前回と反対側にし、検出信号の強度が前回得られた検出信号の強度より小さければ次回の駆動信号の周波数を設定する高低向きを前回と同じ側にしてもよい。
この装置では、検出信号の強度が大きい側に探索用駆動信号を設定していくので、探索用駆動信号の周波数が共振周波数に徐々に近づく。
【００１４】
本発明の他の見地に係る電子機器は、上記のタッチセンサを有する。
電子機器は、上述の作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るタッチセンサ及び電子機器では、簡単な構成で、タッチパネルに装着された振動素子の周波数特性の変化を補償でき、その結果、発生する操作感を均一にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】タブレット型コンピュータの平面図、Ａ−Ａ断面図、及びＢ−Ｂ断面図。
【図２】図１の部分拡大図。
【図３】タブレット型コンピュータの制御構成を示すブロック図
【図４】素子駆動部のハードウェア構成を示すブロック図
【図５】単一駆動領域を示すタッチパネル装置の概略平面図
【図６】ｈａｐｔｉｃｓ強度の測定方法を説明するための概略模式図
【図７】ｈａｐｔｉｃｓ機能がＯＮになっているときの制御動作を示すフローチャート。
【図８】クリック波形を示すグラフ。
【図９】スイープサイン信号による共振検出制御のフローチャート。
【図１０】リアルタイム共振検出制御動作を示すフローチャート。
【図１１】一方の振動素子を駆動させて他方の振動素子の圧電信号を測定したときの周波数特性を示すグラフ。
【図１２】リアルタイム共振検出の第１実施例のグラフ。
【図１３】リアルタイム共振検出の第２実施例のグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（１）タブレット型コンピュータ
図１を用いて、本発明の一実施形態としてのタブレット型コンピュータ１（電子機器の一例）を説明する。図１は、タブレット型コンピュータの平面図、Ａ−Ａ断面図、及びＢ−Ｂ断面図である。図２は、図１の部分拡大図である。
【００１８】
タブレット型コンピュータ１は、主に、ケース３と、ディスプレイ５と、タッチパネル７とを有している。ケース３は例えばプラスチック製の箱形部材である。ディスプレイ５は、例えば、液晶ディスプレイであり、ケース３内に配置されている。タッチパネル７は、例えば、静電容量方式のタッチパネルであり、ケース３に装着されている。
【００１９】
図３に示すように、タブレット型コンピュータ１は、制御部３１を有している。制御部３１は、タッチパネル７に信号が入力されると、それに基づいて情報処理を行い、さらにディスプレイ５に各種表示を行わせる。制御部３１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等からなりプログラムを実行するコンピュータである。
【００２０】
（２）振動素子
タブレット型コンピュータ１は、さらに、第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂを有している。第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂは、圧電効果を実現するための部材である。第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂは、タッチパネル７の裏面に装着されている。第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂは、タッチパネル７の両端に離れて装着されている。
【００２１】
図２を用いて、第１振動素子９Ａの構造を詳細に説明する。第１振動素子９Ａは、ＤＭＡ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｍｏｄｅ Ａｃｔｕａｔｏｒ）であり、２枚の圧電素子を貼り合わせた構造であり、２枚の圧電素子のそれぞれに差動的な電圧を加えると伸縮方向が反対になるため反りが生ずる現象を利用している。第１振動素子９Ａは、主に、第１金属板１１と、ピエゾ素子１３，１５とを有している。ピエゾ素子１３，１５は、第１金属板１１の両面に貼りつけられている。これら部材は、一方向に長く延びる短冊状の部材である。第１振動素子９Ａは、さらに、樹脂成型物１７と、第２金属板１９とを有している。樹脂成型物１７はブロック状の部材であり、第１金属板１１の一端が固定されている。また、樹脂成型物１７は、第２金属板１９の一端側の平面に固定されている。第２金属板１９は、第１金属板１１と同様に一方向に長く延びる短冊状の部材である。第２金属板１９は、両面テープ２１によって、タッチパネル７の裏面に固定されている。
【００２２】
以上のようにして、第１金属板１１及びピエゾ素子１３，１５からなる振動体が片持ち状態でタッチパネル７の裏面に固定されている。電圧が加えられるとピエゾ素子１３，１５は画面内方向に延伸することで、第１金属板１１に撓み振動が発生する。この振動は、樹脂成型物１７及び第２金属板１９を介して、タッチパネル７に伝達される。
なお、第２振動素子９Ｂの構造は第１振動素子９Ａの構造と同じであるので、ここでは説明を省略する。
【００２３】
（３）制御部
図３を用いて、制御部３１の構成を説明する。図３は、タブレット型コンピュータの制御構成を示すブロック図である。図に示すように、制御部３１は、入力位置判定部３３と、表示制御部３５と、素子駆動部３７とを有する。これら機能は、ソフトウェア及びハードウェアで実現される。入力位置判定部３３は、タッチパネル７に人間の指が触れると、タッチパネル７からの検出信号に基づいて指が触れた位置を判定する。この判定情報を用いて、制御部３１はタブレット型コンピュータ１としての機能を実行する。表示制御部３５は、ディスプレイ５に各種情報を表示する。素子駆動部３７は、第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂに駆動信号を送信して、それらを振動させる。また、素子駆動部３７は、後述するように、第２振動素子９Ｂで検出された検出信号を受信する機能を有している。
上述のタッチパネル７と、第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂと、素子駆動部３７とによって、タッチセンサ３９が構成されている。
【００２４】
図４を用いて、素子駆動部３７を詳細に説明する。図４は、素子駆動部のハードウェア構成を示すブロック図である。素子駆動部３７は、マイクロコントローラ４１を有している。マイクロコントローラ４１は、第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂにｈａｐｔｉｃｓ信号を送信することができ、さらに第２振動素子９Ｂから検出信号を受信可能である。より具体的には、マイクロコントローラ４１は、第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂにｈａｐｔｉｃｓ信号を送信する一対のＤＡコンバータ（ＤＡＣ）と、第２振動素子９Ｂから検出信号を受信可能なＡＤコンバータ（ＡＤＣ）とを有している。
素子駆動部３７は、さらに、第１アンプ４３、第２アンプ４５、チャージアンプ４７と、スイッチ４９とを有している。第１アンプ４３は、第１振動素子９Ａに接続されている。第２アンプ４５及びチャージアンプ４７は、第２振動素子９Ｂに対してスイッチ４９を介して接続されている。スイッチ４９は、第２振動素子９Ｂの接続先を、第２アンプ４５とチャージアンプ４７との間で切り替えることができる。
【００２５】
第２アンプ４５と第２振動素子９Ｂが接続されている状態では、マイクロコントローラ４１からｈａｐｔｉｃｓ信号が第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂに供給可能である。チャージアンプ４７と第２振動素子９Ｂが接続されている状態では、マイクロコントローラ４１からｈａｐｔｉｃｓ信号が第１振動素子９Ａにのみ供給され、第２振動素子９Ｂが振動を電圧に変換することで検出信号を得て、その検出信号がマイクロコントローラ４１に供給されることが可能である。
【００２６】
図５を用いて、タッチパネル７における単一駆動領域７ａ、７ｂを説明する。図５は、単一駆動領域を示すタッチパネル装置の概略平面図である。
単一駆動領域７ａ、７ｂは、第１振動素子９Ａのみを振動させたときに操作者の指に対して十分な大きさの触感を与える振動を発生できる領域である。言い換えると、単一駆動領域７ａ、７ｂ以外の領域は、十分な大きさの触感を与えるためには第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂの両方を振動させることが必要又は望ましいことになる。
【００２７】
図５に示すタッチパネル７上の数字は、第１振動素子９Ａのみを共振周波数で振動させたときのタッチパネル面内のｈａｐｔｉｃｓ強度のバラツキの一例を示している（単位はｍＮ）。このバラツキは、タッチパネルの厚み、材質、タッチパネルとケースの間の空気による空気バネ、ケースに対するタッチパネルの固定状態によって決まる。したがって、図５に示す単一駆動領域の設定は各機種で異なることがある。なお、発明者からの経験から４０ｍＮ程度であれば指に十分に強い触感を与えることができるので、それらの領域を単一駆動領域としている。
図６を用いて、ｈａｐｔｉｃｓ強度の測定方法を説明する。図６は、ｈａｐｔｉｃｓ強度の測定方法を説明するための概略模式図である。図に示すように、フォースセンサ２５をタッチパネル７の表面に押し当てて振動を検出し、その強度をｈａｐｔｉｃｓ強度とする。ｈａｐｔｉｃｓ強度は制御部３１に取り込まれ、制御部３１が単一駆動領域７ａ、７ｂを決定する。
【００２８】
（４）ｈａｐｔｉｃｓ機能
図７を用いて、タブレット型コンピュータ１のｈａｐｔｉｃｓ制御動作を説明する。図７は、ｈａｐｔｉｃｓ機能がＯＮになっているときの制御動作を示すフローチャートである。
【００２９】
電源投入又はｈａｐｔｉｃｓ機能ＯＮ操作によって、ｈａｐｔｉｃｓ機能がＯＮ状態になれば、図７の制御動作が開始される。
ステップＳ１では、スイープサイン信号による共振検出が実行される（後述）。つまり、電源投入又はｈａｐｔｉｃｓ機能ＯＮ操作時に、スイープサイン信号による共振検出が実行される
【００３０】
ステップＳ２では、マイクロコントローラ４１は、ｈａｐｔｉｃｓ機能がＯＦＦになっているか否かを判断する。「Ｙｅｓ」であればプロセスは終了し、「Ｎｏ」であればプロセスをステップＳ３に移行する。
ステップＳ３では、マイクロコントローラ４１は、入力位置判定部３３からの判定結果に基づいて、入力が検出された否かを判断する。「Ｙｅｓ」であればプロセスはステップＳ４に移行し、「Ｎｏ」であればプロセスはステップＳ２に戻って、次の入力を待つ。
【００３１】
ステップＳ４では、マイクロコントローラ４１は、入力位置判定部３３からの位置座標に基づいて、入力位置が単一駆動領域７ａ、７ｂであるか否かを判断する。「Ｙｅｓ」であればプロセスはステップＳ５に移行し、「Ｎｏ」であればプロセスはステップＳ６に移行する。
ステップＳ５では、リアルタイム共振検出が実行される。つまり、ｈａｐｔｉｃｓ機能ＯＮ時に単一駆動領域に入力がされれば、リアルタイム共振検出が実行される（後述）。
【００３２】
ステップＳ６では、マイクロコントローラ４１は、スイッチ４９によって第２振動素子９Ｂを第２アンプ４５に接続した状態とした上で、第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂに駆動信号での周波数のサイン波で駆動させる。その結果、振動によるクリックが発生する。
なお、クリック波形としては、図８に示すように、図８上側の駆動周波数にエンベロープをかけて得られた図８下側のものが用いられる。
【００３３】
ステップＳ５及びステップＳ６が終了すると、プロセスはステップＳ２に戻って次の入力を待つ。
【００３４】
（５）スイープサイン信号による共振検出（図７のステップＳ１）
図９を用いて、スイープサイン信号による共振検出制御を説明する。図９は、スイープサイン信号による共振検出制御のフローチャートである。
【００３５】
ステップＳ１１では、マイクロコントローラ４１は、スイッチ４９を操作して第２振動素子９Ｂをチャージアンプ４７に接続しておき、その状態でスイープサイン信号を第１振動素子９Ａに供給する。スイープサイン信号は、周波数を連続的に変化させたサイン波である。さらに、マイクロコントローラ４１は、第２振動素子９Ｂで発生した圧電信号を、検出する。
【００３６】
ステップＳ１２では、マイクロコントローラ４１は、圧電信号をＦＦＴ解析して、各周波数の信号強度を算出する。つまり、圧電信号の周波数応答から共振周波数が検出される。
ステップＳ１３では、マイクロコントローラ４１は、共振周波数を駆動周波数に設定する。
【００３７】
なお、スイープサイン信号の代わりに、様々な周波数が一定の割合で含まれたノイズ信号が用いられてもよい。ただし、上記の駆動信号の周波数の設定は、タッチパネルの操作中には行われないことが好ましい。スイープサイン信号又はノイズ信号で生じる振動又は音が、タッチパネル操作の邪魔となるからである。
【００３８】
（６）リアルタイム共振検出
図１０を用いて、リアルタイム共振検出を説明する。図１０は、リアルタイム共振検出制御動作を示すフローチャートである。
ステップＳ１５では、マイクロコントローラ４１は、駆動信号が図８のステップＳ１で設定された後での第１回目のリアルタイム共振検出であるか否かを判断する。「Ｙｅｓ」であればプロセスはステップＳ１６に移行し、「Ｎｏ」であればプロセスはステップＳ１８に移行する。
【００３９】
ステップＳ１６では、マイクロコントローラ４１は、スイッチ４９を操作して第２振動素子９Ｂをチャージアンプ４７に接続しておき、その状態で駆動信号の周波数の高い側又は低い側にわずかにずれた周波数の信号を第１振動素子９Ａに供給する。さらに、マイクロコントローラ４１は、第２振動素子９Ｂで発生した圧電信号をＡＤＣで検出する。
【００４０】
ステップＳ１７では、マイクロコントローラ４１は、圧電信号の強度が駆動信号の周波数で駆動されたときの圧電信号の強度より大きければ、駆動信号の周波数を更新する。つまり、この場合はすでに駆動信号の共振周波数がずれていることが分かるので、より大きな信号強度をもたらす周波数を仮の共振周波数として選択する。ステップＳ１７が終了すると、プロセスは終了する。
【００４１】
ステップＳ１８では、マイクロコントローラ４１は、スイッチ４９を操作して第２振動素子９Ｂをチャージアンプ４７に接続しておき、先の探索用駆動周波数から更新されて得られた探索用駆動周波数の探索用駆動信号を第１振動素子９Ａに供給する。さらに、マイクロコントローラ４１は、第２振動素子９Ｂで発生した圧電信号をＡＤＣで検出する。
【００４２】
ステップＳ１９では、マイクロコントローラ４１は、圧電信号の強度が駆動信号の周波数で駆動されたときの圧電信号の強度より大きければ、駆動信号の周波数を更新する。つまり、この場合はすでに駆動信号の共振周波数がずれていることが分かるので、より大きな信号強度をもたらす周波数を仮の共振周波数として選択する。ステップＳ１９が終了すると、プロセスはステップＳ２０に移行する。
【００４３】
ステップＳ２０では、マイクロコントローラ４１は、前回の探索用駆動信号の強度が今回の探索用駆動信号の強度より大きいか否かを判断する。「Ｙｅｓ」の場合はプロセスはステップＳ２１に移行し「Ｎｏ」の場合はプロセスはステップＳ２２に移行する。
ステップＳ２１では、マイクロコントローラ４１は、前回から今回へとシフトされた探索用駆動信号の周波数シフト方向と反対側に、次回の探索用駆動信号の周波数を設定する。
【００４４】
ステップＳ２２では、マイクロコントローラ４１は、前回から今回へとシフトされた探索用駆動信号の周波数シフト方向と同じ側に、次回の探索用駆動信号の周波数を設定する。
ステップＳ２１又はステップＳ２２が終了すれば、プロセスは終了する。
【００４５】
（７）リアルタイム共振の第１実施例
図１１〜図１３を用いて、リアルタイム共振を説明する。なお、以下の説明は動作の原理を説明するためのものであり、実際の動作より単純化されていることに注意されたい。図１１は、一方の振動素子を駆動させて他方の振動素子の圧電信号を測定したときの周波数特性を示すグラフである。
【００４６】
図１１には、周辺温度によって周波数特性が大きく異なることが分かる。また、この場合、各スペクトルのピーク値が、各温度の共振周波数に対応していることが分かっている。つまり、上記の測定によるピーク値を把握することで、２つの振動素子を駆動させて例えばタッチパネルの中心の振動を測定した場合の共振周波数が分かる。
【００４７】
図１２を用いて、リアルタイム共振検出の第１実施例を説明する。この実施例は、周波数特性がわずかに変化した場合の一実施例である。
図１２に示すように、温度変化によって周波数特性Ａが周波数特性Ｂに変化した場合を考える。この場合、共振周波数がｆ０１（Ｈｚ）からｆ０２（Ｈｚ）にシフトしている。
【００４８】
例えば、図１０に示すリアルタイム共振検出において１回目の場合は（ステップＳ１５のＹｅｓ）、第１振動素子９Ａの共振周波数ｆ０１（Ｈｚ）近傍の高低いずれかにわずかにずれた周波数で駆動して、第２振動素子９Ｂから圧電振動を検出する（ステップＳ１６）。
この周波数がｆ０２（Ｈｚ）又はその近傍であれば、圧電信号の強度が共振周波数ｆ０１（Ｈｚ）の場合の強度より大きいので、駆動周波数をｆ０２（Ｈｚ）又はその近傍に変更する(ステップＳ１７）。
【００４９】
この周波数がｆ０１（Ｈｚ）に対してｆ０２（Ｈｚ）と反対側であれば、圧電信号の強度が共振周波数ｆ０１（Ｈｚ）の場合の強度より小さいので、駆動周波数はｆ０１（Ｈｚ）のまま維持される(ステップＳ１７）。そして、次のリアルタイム検出時には、反対側つまりｆ０２（Ｈｚ）側の探索用駆動周波数が用いられ、上記と同等の結果が得られる（ステップＳ１９）。
【００５０】
図１３を用いて、リアルタイム共振の第２実施例を説明する。この実施例は、周波数特性が大きく変化した場合の一実施例である。
図１３に示すように、温度変化によって周波数特性Ａが周波数特性Ｃに変化した場合を考える。この場合、共振周波数がｆ０１（Ｈｚ）からｆ０３（Ｈｚ）にシフトしている。
【００５１】
例えば、図１０に示すリアルタイム共振検出において１回目の場合は（ステップＳ１５のＹｅｓ）、第１振動素子９Ａの共振周波数ｆ０１（Ｈｚ）近傍のわずかにずれた周波数で駆動して、第２振動素子９Ｂから圧電振動を検出する（ステップＳ１６）。
【００５２】
この周波数がｆ０１（Ｈｚ）に対してｆ０３（Ｈｚ）と反対側のＰ１点に対応する周波数であれば、圧電信号の強度が共振周波数ｆ０１（Ｈｚ）の場合の強度より小さいので、駆動周波数はｆ０１（Ｈｚ）のまま維持される(ステップＳ１７）。そして、次のリアルタイム検出時には、反対側つまりｆ０３（Ｈｚ）側の探索用駆動周波数が用いられる。図１３の実施例では、ステップＳ２０において連続して「Ｎｏ」となるので、探索用駆動信号はｆ０３側に順番にＰ２点，Ｐ３点，Ｐ４点、Ｐ５点に対応する周波数に設定されていく（ステップＳ２２）。
【００５３】
そして、Ｐ６点に対応する探索用駆動信号では、圧電信号の強度がｆ０１（Ｈｚ）の場合の強度より大きくなるので、駆動周波数は更新される。(ステップＳ１７）。つまり、Ｐ６点に対応する周波数が新たな駆動周波数になる。
以後、Ｐ７点、Ｐ８点と駆動周波数は更新される。
【００５４】
Ｐ９点では、今回の圧電信号の強度が前回の圧電信号の強度より小さくなるので（ステップＳ２０のＹｅｓ）、次はｆ０３（Ｈｚ）の反対側に探索用駆動周波数が設定される（ステップＳ２１）。したがって、周波数ｆ０３の両側で探索用駆動周波数の探索が続けられる。なお、探索の往復は無制限に行われてもよいし、複数回実行された後に打ち切られてもよい。また、探索の往復は回数が増えると探索の幅を小さくしてもよい。
【００５５】
（８）実施形態の作用効果
上記実施形態は、下記のように表現可能である。
（Ａ）タッチセンサ３９（タッチセンサの一例）は、タッチパネル７（タッチパネルの一例）と、第１振動素子９Ａ（第１振動素子の一例）及び第２振動素子９Ｂ（第２振動素子の一例）と、素子駆動部３７（駆動制御部の一例）とを備えている。
第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂは、タッチパネル７に装着されている。
素子駆動部３７は、タッチパネル７が操作されれば駆動信号を用いて第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂを振動させる。
素子駆動部３７は、第１振動素子９Ａを振動させつつ第２振動素子９Ｂからの検出信号を取得することで、第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂを振動させるための共振周波数を探索して、駆動信号の周波数を決定する。
この装置では、第１振動素子９Ａと第２振動素子９Ｂを用いて第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂを振動させるための共振周波数が探索されて、その結果駆動信号の周波数が決定される。したがって、簡単な構成によって、振動素子の周波数特性の変化を補償することができる。つまり、タッチパネルにおける振動の強度均一化が実現される。
【００５６】
（Ｂ）素子駆動部３７は、スイープサイン信号を第１振動素子９Ａに与えてもよい。
例えば、電子機器の電源投入時又はｈａｐｔｉｃｓ機能ＯＮ時に、スイープサイン信号を用いて共振周波数を検出して、その共振周波数を駆動信号の周波数に設定できる。
【００５７】
（Ｃ）素子駆動部３７は、タッチパネル７の第１単一駆動領域７ａ又は第２単一駆動領域７ｂ（所定領域の一例）が操作されれば、第１振動素子９Ａに探索用駆動信号を供給してもよい。
この装置では、タッチパネル７の操作のタイミングで探索用駆動信号が第１振動素子９Ａに供給されるので、周波数特性の変化をきめ細かく補償できる。また、所定領域以外が操作されれば駆動信号が第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂに供給されるので、周波数特性の補償の場合と通常の場合とを使い分けることができる。
【００５８】
（Ｄ）第１単一駆動領域７ａ又は第２単一駆動領域７ｂは、第１振動素子９Ａが単独で所定以上の強度の振動を発生可能な領域であってもよい。
この装置では、第１振動素子９Ａのみを振動させても十分な大きさの振動が得られる。
【００５９】
（Ｅ）素子駆動部３７は、検出信号の強度が駆動信号を用いた場合に得られるはずの検出信号の強度より大きければ、探索用駆動信号の周波数を新たな駆動信号の周波数に設定してもよい。
この装置では、駆動信号の強度より大きな検出信号を発生する探索用駆動信号が見つかれば駆動信号の周波数が更新されるので、駆動信号の周波数を共振周波数に近づけることができる。
【００６０】
（Ｆ）素子駆動部３７は、検出信号の強度が前回得られた検出信号の強度より大きければ次回の探索用駆動信号の周波数を設定する高低向きを前回と反対側にし、検出信号の強度が前回得られた検出信号の強度より小さければ次回の駆動信号の周波数を設定する高低向きを前回と同じ側にしてもよい。
この装置では、検出信号の強度が大きい側に探索用駆動信号を設定していくので、探索用駆動信号の周波数が共振周波数に徐々に近づくことができる。
【００６１】
（Ｇ）タブレット型コンピュータ１（電子機器の一例）は、上記のタッチセンサを有する。
タブレット型コンピュータ１は、上述の作用効果を得ることができる。
【００６２】
（９）他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合わせ可能である。
（ａ）前記実施形態ではタッチパネル装置としてタブレット型コンピュータを採用したが、本発明は他のコンピュータにも適用できる。
（ｂ）前記実施形態では振動素子は２個であったが、３個以上であってもよい。その場合、振動させられる素子の数と、振動を検出する素子の数の組み合わせは任意である。
（ｃ）前記実施形態ではバイモルフ型圧電素子が用いられたが、振動素子の種類は前記実施形態のものに限定されない。また、振動素子の形状、取り付け位置、取り付け手段も前記実施形態に限定されない。
（ｄ）図１０のステップＳ２１及びステップＳ２２において設定される探索用駆動周波数の設定幅は一定であってもよいし、変化させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、操作者に操作感をフィードバック可能なタッチセンサ及び電子機器に広く適用できる。
【符号の説明】
【００６４】
１ タブレット型コンピュータ
３ ケース
５ ディスプレイ
７ タッチパネル
７ａ 第１単一駆動領域
７ｂ 第２単一駆動領域
９Ａ 第１振動素子
９Ｂ 第２振動素子
１１ 第１金属板
１３ ピエゾ素子
１７ 樹脂成型物
１９ 第２金属板
２１ 両面テープ
２５ フォースセンサ
３１ 制御部
３３ 入力位置判定部
３５ 表示制御部
３７ 素子駆動部
３９ タッチセンサ
４１ マイクロコントローラ
４３ 第１アンプ
４５ 第２アンプ
４７ チャージアンプ
４９ スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチセンサ及び電子機器、特に、操作者に操作感をフィードバック可能なタッチセンサ及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチパネル上に液晶画面によってスイッチなどの操作部を表示して、ユーザの指での操作を可能としたユーザインタフェースが多くの分野で利用されている。
【０００３】
また、ユーザに対して、タッチパネルを操作した時に実際の物理的なスイッチを動かしたような操作感を与えるために、振動又は音を発生させるインタフェースが考案されている。例えばタッチパネルの周囲に圧電アクチュエータを装着して、ユーザがタッチパネル上の操作ボタンを押した場合に振動又は音を発生させることで、実際の物理的なボタンの操作と同様の操作感を提供する（例えば、特許文献１を参照。）。
圧電アクチュエータは、チタン酸バリウム等のセラミックスからなる。セラミックスに圧力を加えると電圧が発生し、その反対に、セラミックスに電圧を印加するとセラミックスが変形を起こす。このような圧電効果を用いることで、圧電アクチュエータに振動を発生させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−３０２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
振動素子の製造誤差又は取付誤差によって、タッチパネル装置における周波数特性にバラツキが生じることがある。また、使用温度によっても、振動素子の周波数特性が変化する。つまり、従来のタッチパネル装置では共振周波数がずれやすく、同じ強さの操作感をフィードバックすることが困難であった。
【０００６】
本発明の課題は、簡単な構成で、タッチパネルに装着された振動素子の周波数特性の変化を補償することで、発生する操作感を均一にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
【０００８】
本発明の一見地に係るタッチセンサは、タッチパネルと、第１振動素子及び第２振動素子と、駆動制御部とを備えている。
第１振動素子及び第２振動素子は、タッチパネルに装着されている。
駆動制御部は、タッチパネルが操作されれば、駆動信号を用いて第１振動素子及び第２振動素子を振動させる。
駆動制御部は、第１振動素子を振動させつつ、第２振動素子からの検出信号を取得することで、第１振動素子及び第２振動素子を振動させるための共振周波数を探索して、駆動信号の周波数を決定する。
この装置では、第１振動素子と第２振動素子を用いて第１振動素子及び第２振動素子を振動させるための共振周波数が探索されて、その結果、駆動信号の周波数が決定される。したがって、簡単な構成によって、振動素子の周波数特性の変化を補償できる。
【０００９】
駆動制御部は、第１振動素子及び第２振動素子を振動させるための共振周波数を探索して駆動信号の周波数を決定するために、スイープサイン信号を第１振動素子に与えてもよい。
例えば、電子機器の電源投入時又はｈａｐｔｉｃｓ機能ＯＮ時に、スイープサイン信号を用いて共振周波数を検出して、その共振周波数を駆動信号の周波数に設定できる。
【００１０】
駆動制御部は、タッチパネルの所定領域が操作されれば、第１振動素子に探索用駆動信号を供給してもよい。
この装置では、タッチパネルの操作のタイミングで探索用駆動信号が第１振動素子に供給されるので、周波数特性の変化をきめ細かく補償できる。また、所定領域以外が操作されれば駆動信号が第１振動素子及び第２振動素子に供給されるので、周波数特性の補償の場合と通常の場合とを使い分けることができる。
【００１１】
所定領域は、第１振動素子が単独で所定以上の強度の振動を発生可能な領域であってもよい。
この装置では、第１振動素子のみを振動させても、十分な大きさの振動が得られる。
【００１２】
駆動制御部は、検出信号の強度が駆動信号を用いた場合に得られるはずの検出信号の強度より大きければ、探索用駆動信号の周波数を新たな駆動信号の周波数に設定してもよい。
この装置では、駆動信号の強度より大きな検出信号を発生する探索用駆動信号が見つかれば駆動信号の周波数が更新されるので、駆動信号の周波数を共振周波数に近づけることができる。
【００１３】
駆動制御部は、検出信号の強度が前回得られた検出信号の強度より大きければ次回の探索用駆動信号の周波数を設定する高低向きを前回と反対側にし、検出信号の強度が前回得られた検出信号の強度より小さければ次回の駆動信号の周波数を設定する高低向きを前回と同じ側にしてもよい。
この装置では、検出信号の強度が大きい側に探索用駆動信号を設定していくので、探索用駆動信号の周波数が共振周波数に徐々に近づく。
【００１４】
本発明の他の見地に係る電子機器は、上記のタッチセンサを有する。
電子機器は、上述の作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るタッチセンサ及び電子機器では、簡単な構成で、タッチパネルに装着された振動素子の周波数特性の変化を補償でき、その結果、発生する操作感を均一にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】タブレット型コンピュータの平面図、Ａ−Ａ断面図、及びＢ−Ｂ断面図。
【図２】図１の部分拡大図。
【図３】タブレット型コンピュータの制御構成を示すブロック図
【図４】素子駆動部のハードウェア構成を示すブロック図
【図５】単一駆動領域を示すタッチパネル装置の概略平面図
【図６】ｈａｐｔｉｃｓ強度の測定方法を説明するための概略模式図
【図７】ｈａｐｔｉｃｓ機能がＯＮになっているときの制御動作を示すフローチャート。
【図８】クリック波形を示すグラフ。
【図９】スイープサイン信号による共振検出制御のフローチャート。
【図１０】リアルタイム共振検出制御動作を示すフローチャート。
【図１１】一方の振動素子を駆動させて他方の振動素子の圧電信号を測定したときの周波数特性を示すグラフ。
【図１２】リアルタイム共振検出の第１実施例のグラフ。
【図１３】リアルタイム共振検出の第２実施例のグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（１）タブレット型コンピュータ
図１を用いて、本発明の一実施形態としてのタブレット型コンピュータ１（電子機器の一例）を説明する。図１は、タブレット型コンピュータの平面図、Ａ−Ａ断面図、及びＢ−Ｂ断面図である。図２は、図１の部分拡大図である。
【００１８】
タブレット型コンピュータ１は、主に、ケース３と、ディスプレイ５と、タッチパネル７とを有している。ケース３は例えばプラスチック製の箱形部材である。ディスプレイ５は、例えば、液晶ディスプレイであり、ケース３内に配置されている。タッチパネル７は、例えば、静電容量方式のタッチパネルであり、ケース３に装着されている。
【００１９】
図３に示すように、タブレット型コンピュータ１は、制御部３１を有している。制御部３１は、タッチパネル７に信号が入力されると、それに基づいて情報処理を行い、さらにディスプレイ５に各種表示を行わせる。制御部３１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等からなりプログラムを実行するコンピュータである。
【００２０】
（２）振動素子
タブレット型コンピュータ１は、さらに、第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂを有している。第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂは、圧電効果を実現するための部材である。第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂは、タッチパネル７の裏面に装着されている。第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂは、タッチパネル７の両端に離れて装着されている。
【００２１】
図２を用いて、第１振動素子９Ａの構造を詳細に説明する。第１振動素子９Ａは、ＤＭＡ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｍｏｄｅ Ａｃｔｕａｔｏｒ）であり、２枚の圧電素子を貼り合わせた構造であり、２枚の圧電素子のそれぞれに差動的な電圧を加えると伸縮方向が反対になるため反りが生ずる現象を利用している。第１振動素子９Ａは、主に、第１金属板１１と、ピエゾ素子１３，１５とを有している。ピエゾ素子１３，１５は、第１金属板１１の両面に貼りつけられている。これら部材は、一方向に長く延びる短冊状の部材である。第１振動素子９Ａは、さらに、樹脂成型物１７と、第２金属板１９とを有している。樹脂成型物１７はブロック状の部材であり、第１金属板１１の一端が固定されている。また、樹脂成型物１７は、第２金属板１９の一端側の平面に固定されている。第２金属板１９は、第１金属板１１と同様に一方向に長く延びる短冊状の部材である。第２金属板１９は、両面テープ２１によって、タッチパネル７の裏面に固定されている。
【００２２】
以上のようにして、第１金属板１１及びピエゾ素子１３，１５からなる振動体が片持ち状態でタッチパネル７の裏面に固定されている。電圧が加えられるとピエゾ素子１３，１５は画面内方向に延伸することで、第１金属板１１に撓み振動が発生する。この振動は、樹脂成型物１７及び第２金属板１９を介して、タッチパネル７に伝達される。
なお、第２振動素子９Ｂの構造は第１振動素子９Ａの構造と同じであるので、ここでは説明を省略する。
【００２３】
（３）制御部
図３を用いて、制御部３１の構成を説明する。図３は、タブレット型コンピュータの制御構成を示すブロック図である。図に示すように、制御部３１は、入力位置判定部３３と、表示制御部３５と、素子駆動部３７とを有する。これら機能は、ソフトウェア及びハードウェアで実現される。入力位置判定部３３は、タッチパネル７に人間の指が触れると、タッチパネル７からの検出信号に基づいて指が触れた位置を判定する。この判定情報を用いて、制御部３１はタブレット型コンピュータ１としての機能を実行する。表示制御部３５は、ディスプレイ５に各種情報を表示する。素子駆動部３７は、第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂに駆動信号を送信して、それらを振動させる。また、素子駆動部３７は、後述するように、第２振動素子９Ｂで検出された検出信号を受信する機能を有している。
上述のタッチパネル７と、第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂと、素子駆動部３７とによって、タッチセンサ３９が構成されている。
【００２４】
図４を用いて、素子駆動部３７を詳細に説明する。図４は、素子駆動部のハードウェア構成を示すブロック図である。素子駆動部３７は、マイクロコントローラ４１を有している。マイクロコントローラ４１は、第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂにｈａｐｔｉｃｓ信号を送信することができ、さらに第２振動素子９Ｂから検出信号を受信可能である。より具体的には、マイクロコントローラ４１は、第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂにｈａｐｔｉｃｓ信号を送信する一対のＤＡコンバータ（ＤＡＣ）と、第２振動素子９Ｂから検出信号を受信可能なＡＤコンバータ（ＡＤＣ）とを有している。
素子駆動部３７は、さらに、第１アンプ４３、第２アンプ４５、チャージアンプ４７と、スイッチ４９とを有している。第１アンプ４３は、第１振動素子９Ａに接続されている。第２アンプ４５及びチャージアンプ４７は、第２振動素子９Ｂに対してスイッチ４９を介して接続されている。スイッチ４９は、第２振動素子９Ｂの接続先を、第２アンプ４５とチャージアンプ４７との間で切り替えることができる。
【００２５】
第２アンプ４５と第２振動素子９Ｂが接続されている状態では、マイクロコントローラ４１からｈａｐｔｉｃｓ信号が第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂに供給可能である。チャージアンプ４７と第２振動素子９Ｂが接続されている状態では、マイクロコントローラ４１からｈａｐｔｉｃｓ信号が第１振動素子９Ａにのみ供給され、第２振動素子９Ｂが振動を電圧に変換することで検出信号を得て、その検出信号がマイクロコントローラ４１に供給されることが可能である。
【００２６】
図５を用いて、タッチパネル７における単一駆動領域７ａ、７ｂを説明する。図５は、単一駆動領域を示すタッチパネル装置の概略平面図である。
単一駆動領域７ａ、７ｂは、第１振動素子９Ａのみを振動させたときに操作者の指に対して十分な大きさの触感を与える振動を発生できる領域である。言い換えると、単一駆動領域７ａ、７ｂ以外の領域は、十分な大きさの触感を与えるためには第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂの両方を振動させることが必要又は望ましいことになる。
【００２７】
図５に示すタッチパネル７上の数字は、第１振動素子９Ａのみを共振周波数で振動させたときのタッチパネル面内のｈａｐｔｉｃｓ強度のバラツキの一例を示している（単位はｍＮ）。このバラツキは、タッチパネルの厚み、材質、タッチパネルとケースの間の空気による空気バネ、ケースに対するタッチパネルの固定状態によって決まる。したがって、図５に示す単一駆動領域の設定は各機種で異なることがある。なお、発明者からの経験から４０ｍＮ程度であれば指に十分に強い触感を与えることができるので、それらの領域を単一駆動領域としている。
図６を用いて、ｈａｐｔｉｃｓ強度の測定方法を説明する。図６は、ｈａｐｔｉｃｓ強度の測定方法を説明するための概略模式図である。図に示すように、フォースセンサ２５をタッチパネル７の表面に押し当てて振動を検出し、その強度をｈａｐｔｉｃｓ強度とする。ｈａｐｔｉｃｓ強度は制御部３１に取り込まれ、制御部３１が単一駆動領域７ａ、７ｂを決定する。
【００２８】
（４）ｈａｐｔｉｃｓ機能
図７を用いて、タブレット型コンピュータ１のｈａｐｔｉｃｓ制御動作を説明する。図７は、ｈａｐｔｉｃｓ機能がＯＮになっているときの制御動作を示すフローチャートである。
【００２９】
電源投入又はｈａｐｔｉｃｓ機能ＯＮ操作によって、ｈａｐｔｉｃｓ機能がＯＮ状態になれば、図７の制御動作が開始される。
ステップＳ１では、スイープサイン信号による共振検出が実行される（後述）。つまり、電源投入又はｈａｐｔｉｃｓ機能ＯＮ操作時に、スイープサイン信号による共振検出が実行される
【００３０】
ステップＳ２では、マイクロコントローラ４１は、ｈａｐｔｉｃｓ機能がＯＦＦになっているか否かを判断する。「Ｙｅｓ」であればプロセスは終了し、「Ｎｏ」であればプロセスをステップＳ３に移行する。
ステップＳ３では、マイクロコントローラ４１は、入力位置判定部３３からの判定結果に基づいて、入力が検出された否かを判断する。「Ｙｅｓ」であればプロセスはステップＳ４に移行し、「Ｎｏ」であればプロセスはステップＳ２に戻って、次の入力を待つ。
【００３１】
ステップＳ４では、マイクロコントローラ４１は、入力位置判定部３３からの位置座標に基づいて、入力位置が単一駆動領域７ａ、７ｂであるか否かを判断する。「Ｙｅｓ」であればプロセスはステップＳ５に移行し、「Ｎｏ」であればプロセスはステップＳ６に移行する。
ステップＳ５では、リアルタイム共振検出が実行される。つまり、ｈａｐｔｉｃｓ機能ＯＮ時に単一駆動領域に入力がされれば、リアルタイム共振検出が実行される（後述）。
【００３２】
ステップＳ６では、マイクロコントローラ４１は、スイッチ４９によって第２振動素子９Ｂを第２アンプ４５に接続した状態とした上で、第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂに駆動信号での周波数のサイン波で駆動させる。その結果、振動によるクリックが発生する。
なお、クリック波形としては、図８に示すように、図８上側の駆動周波数にエンベロープをかけて得られた図８下側のものが用いられる。
【００３３】
ステップＳ５及びステップＳ６が終了すると、プロセスはステップＳ２に戻って次の入力を待つ。
【００３４】
（５）スイープサイン信号による共振検出（図７のステップＳ１）
図９を用いて、スイープサイン信号による共振検出制御を説明する。図９は、スイープサイン信号による共振検出制御のフローチャートである。
【００３５】
ステップＳ１１では、マイクロコントローラ４１は、スイッチ４９を操作して第２振動素子９Ｂをチャージアンプ４７に接続しておき、その状態でスイープサイン信号を第１振動素子９Ａに供給する。スイープサイン信号は、周波数を連続的に変化させたサイン波である。さらに、マイクロコントローラ４１は、第２振動素子９Ｂで発生した圧電信号を、検出する。
【００３６】
ステップＳ１２では、マイクロコントローラ４１は、圧電信号をＦＦＴ解析して、各周波数の信号強度を算出する。つまり、圧電信号の周波数応答から共振周波数が検出される。
ステップＳ１３では、マイクロコントローラ４１は、共振周波数を駆動周波数に設定する。
【００３７】
なお、スイープサイン信号の代わりに、様々な周波数が一定の割合で含まれたノイズ信号が用いられてもよい。ただし、上記の駆動信号の周波数の設定は、タッチパネルの操作中には行われないことが好ましい。スイープサイン信号又はノイズ信号で生じる振動又は音が、タッチパネル操作の邪魔となるからである。
【００３８】
（６）リアルタイム共振検出
図１０を用いて、リアルタイム共振検出を説明する。図１０は、リアルタイム共振検出制御動作を示すフローチャートである。
ステップＳ１５では、マイクロコントローラ４１は、駆動信号が図８のステップＳ１で設定された後での第１回目のリアルタイム共振検出であるか否かを判断する。「Ｙｅｓ」であればプロセスはステップＳ１６に移行し、「Ｎｏ」であればプロセスはステップＳ１８に移行する。
【００３９】
ステップＳ１６では、マイクロコントローラ４１は、スイッチ４９を操作して第２振動素子９Ｂをチャージアンプ４７に接続しておき、その状態で駆動信号の周波数の高い側又は低い側にわずかにずれた周波数の信号を第１振動素子９Ａに供給する。さらに、マイクロコントローラ４１は、第２振動素子９Ｂで発生した圧電信号をＡＤＣで検出する。
【００４０】
ステップＳ１７では、マイクロコントローラ４１は、圧電信号の強度が駆動信号の周波数で駆動されたときの圧電信号の強度より大きければ、駆動信号の周波数を更新する。つまり、この場合はすでに駆動信号の共振周波数がずれていることが分かるので、より大きな信号強度をもたらす周波数を仮の共振周波数として選択する。ステップＳ１７が終了すると、プロセスは終了する。
【００４１】
ステップＳ１８では、マイクロコントローラ４１は、スイッチ４９を操作して第２振動素子９Ｂをチャージアンプ４７に接続しておき、先の探索用駆動周波数から更新されて得られた探索用駆動周波数の探索用駆動信号を第１振動素子９Ａに供給する。さらに、マイクロコントローラ４１は、第２振動素子９Ｂで発生した圧電信号をＡＤＣで検出する。
【００４２】
ステップＳ１９では、マイクロコントローラ４１は、圧電信号の強度が駆動信号の周波数で駆動されたときの圧電信号の強度より大きければ、駆動信号の周波数を更新する。つまり、この場合はすでに駆動信号の共振周波数がずれていることが分かるので、より大きな信号強度をもたらす周波数を仮の共振周波数として選択する。ステップＳ１９が終了すると、プロセスはステップＳ２０に移行する。
【００４３】
ステップＳ２０では、マイクロコントローラ４１は、前回の探索用駆動信号の強度が今回の探索用駆動信号の強度より大きいか否かを判断する。「Ｙｅｓ」の場合はプロセスはステップＳ２１に移行し「Ｎｏ」の場合はプロセスはステップＳ２２に移行する。
ステップＳ２１では、マイクロコントローラ４１は、前回から今回へとシフトされた探索用駆動信号の周波数シフト方向と反対側に、次回の探索用駆動信号の周波数を設定する。
【００４４】
ステップＳ２２では、マイクロコントローラ４１は、前回から今回へとシフトされた探索用駆動信号の周波数シフト方向と同じ側に、次回の探索用駆動信号の周波数を設定する。
ステップＳ２１又はステップＳ２２が終了すれば、プロセスは終了する。
【００４５】
（７）リアルタイム共振の第１実施例
図１１〜図１３を用いて、リアルタイム共振を説明する。なお、以下の説明は動作の原理を説明するためのものであり、実際の動作より単純化されていることに注意されたい。図１１は、一方の振動素子を駆動させて他方の振動素子の圧電信号を測定したときの周波数特性を示すグラフである。
【００４６】
図１１には、周辺温度によって周波数特性が大きく異なることが分かる。また、この場合、各スペクトルのピーク値が、各温度の共振周波数に対応していることが分かっている。つまり、上記の測定によるピーク値を把握することで、２つの振動素子を駆動させて例えばタッチパネルの中心の振動を測定した場合の共振周波数が分かる。
【００４７】
図１２を用いて、リアルタイム共振検出の第１実施例を説明する。この実施例は、周波数特性がわずかに変化した場合の一実施例である。
図１２に示すように、温度変化によって周波数特性Ａが周波数特性Ｂに変化した場合を考える。この場合、共振周波数がｆ０１（Ｈｚ）からｆ０２（Ｈｚ）にシフトしている。
【００４８】
例えば、図１０に示すリアルタイム共振検出において１回目の場合は（ステップＳ１５のＹｅｓ）、第１振動素子９Ａの共振周波数ｆ０１（Ｈｚ）近傍の高低いずれかにわずかにずれた周波数で駆動して、第２振動素子９Ｂから圧電振動を検出する（ステップＳ１６）。
この周波数がｆ０２（Ｈｚ）又はその近傍であれば、圧電信号の強度が共振周波数ｆ０１（Ｈｚ）の場合の強度より大きいので、駆動周波数をｆ０２（Ｈｚ）又はその近傍に変更する(ステップＳ１７）。
【００４９】
この周波数がｆ０１（Ｈｚ）に対してｆ０２（Ｈｚ）と反対側であれば、圧電信号の強度が共振周波数ｆ０１（Ｈｚ）の場合の強度より小さいので、駆動周波数はｆ０１（Ｈｚ）のまま維持される(ステップＳ１７）。そして、次のリアルタイム検出時には、反対側つまりｆ０２（Ｈｚ）側の探索用駆動周波数が用いられ、上記と同等の結果が得られる（ステップＳ１９）。
【００５０】
図１３を用いて、リアルタイム共振の第２実施例を説明する。この実施例は、周波数特性が大きく変化した場合の一実施例である。
図１３に示すように、温度変化によって周波数特性Ａが周波数特性Ｃに変化した場合を考える。この場合、共振周波数がｆ０１（Ｈｚ）からｆ０３（Ｈｚ）にシフトしている。
【００５１】
例えば、図１０に示すリアルタイム共振検出において１回目の場合は（ステップＳ１５のＹｅｓ）、第１振動素子９Ａの共振周波数ｆ０１（Ｈｚ）近傍のわずかにずれた周波数で駆動して、第２振動素子９Ｂから圧電振動を検出する（ステップＳ１６）。
【００５２】
この周波数がｆ０１（Ｈｚ）に対してｆ０３（Ｈｚ）と反対側のＰ１点に対応する周波数であれば、圧電信号の強度が共振周波数ｆ０１（Ｈｚ）の場合の強度より小さいので、駆動周波数はｆ０１（Ｈｚ）のまま維持される(ステップＳ１７）。そして、次のリアルタイム検出時には、反対側つまりｆ０３（Ｈｚ）側の探索用駆動周波数が用いられる。図１３の実施例では、ステップＳ２０において連続して「Ｎｏ」となるので、探索用駆動信号はｆ０３側に順番にＰ２点，Ｐ３点，Ｐ４点、Ｐ５点に対応する周波数に設定されていく（ステップＳ２２）。
【００５３】
そして、Ｐ６点に対応する探索用駆動信号では、圧電信号の強度がｆ０１（Ｈｚ）の場合の強度より大きくなるので、駆動周波数は更新される。(ステップＳ１７）。つまり、Ｐ６点に対応する周波数が新たな駆動周波数になる。
以後、Ｐ７点、Ｐ８点と駆動周波数は更新される。
【００５４】
Ｐ９点では、今回の圧電信号の強度が前回の圧電信号の強度より小さくなるので（ステップＳ２０のＹｅｓ）、次はｆ０３（Ｈｚ）の反対側に探索用駆動周波数が設定される（ステップＳ２１）。したがって、周波数ｆ０３の両側で探索用駆動周波数の探索が続けられる。なお、探索の往復は無制限に行われてもよいし、複数回実行された後に打ち切られてもよい。また、探索の往復は回数が増えると探索の幅を小さくしてもよい。
【００５５】
（８）実施形態の作用効果
上記実施形態は、下記のように表現可能である。
（Ａ）タッチセンサ３９（タッチセンサの一例）は、タッチパネル７（タッチパネルの一例）と、第１振動素子９Ａ（第１振動素子の一例）及び第２振動素子９Ｂ（第２振動素子の一例）と、素子駆動部３７（駆動制御部の一例）とを備えている。
第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂは、タッチパネル７に装着されている。
素子駆動部３７は、タッチパネル７が操作されれば駆動信号を用いて第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂを振動させる。
素子駆動部３７は、第１振動素子９Ａを振動させつつ第２振動素子９Ｂからの検出信号を取得することで、第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂを振動させるための共振周波数を探索して、駆動信号の周波数を決定する。
この装置では、第１振動素子９Ａと第２振動素子９Ｂを用いて第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂを振動させるための共振周波数が探索されて、その結果駆動信号の周波数が決定される。したがって、簡単な構成によって、振動素子の周波数特性の変化を補償することができる。つまり、タッチパネルにおける振動の強度均一化が実現される。
【００５６】
（Ｂ）素子駆動部３７は、スイープサイン信号を第１振動素子９Ａに与えてもよい。
例えば、電子機器の電源投入時又はｈａｐｔｉｃｓ機能ＯＮ時に、スイープサイン信号を用いて共振周波数を検出して、その共振周波数を駆動信号の周波数に設定できる。
【００５７】
（Ｃ）素子駆動部３７は、タッチパネル７の第１単一駆動領域７ａ又は第２単一駆動領域７ｂ（所定領域の一例）が操作されれば、第１振動素子９Ａに探索用駆動信号を供給してもよい。
この装置では、タッチパネル７の操作のタイミングで探索用駆動信号が第１振動素子９Ａに供給されるので、周波数特性の変化をきめ細かく補償できる。また、所定領域以外が操作されれば駆動信号が第１振動素子９Ａ及び第２振動素子９Ｂに供給されるので、周波数特性の補償の場合と通常の場合とを使い分けることができる。
【００５８】
（Ｄ）第１単一駆動領域７ａ又は第２単一駆動領域７ｂは、第１振動素子９Ａが単独で所定以上の強度の振動を発生可能な領域であってもよい。
この装置では、第１振動素子９Ａのみを振動させても十分な大きさの振動が得られる。
【００５９】
（Ｅ）素子駆動部３７は、検出信号の強度が駆動信号を用いた場合に得られるはずの検出信号の強度より大きければ、探索用駆動信号の周波数を新たな駆動信号の周波数に設定してもよい。
この装置では、駆動信号の強度より大きな検出信号を発生する探索用駆動信号が見つかれば駆動信号の周波数が更新されるので、駆動信号の周波数を共振周波数に近づけることができる。
【００６０】
（Ｆ）素子駆動部３７は、検出信号の強度が前回得られた検出信号の強度より大きければ次回の探索用駆動信号の周波数を設定する高低向きを前回と反対側にし、検出信号の強度が前回得られた検出信号の強度より小さければ次回の駆動信号の周波数を設定する高低向きを前回と同じ側にしてもよい。
この装置では、検出信号の強度が大きい側に探索用駆動信号を設定していくので、探索用駆動信号の周波数が共振周波数に徐々に近づくことができる。
【００６１】
（Ｇ）タブレット型コンピュータ１（電子機器の一例）は、上記のタッチセンサを有する。
タブレット型コンピュータ１は、上述の作用効果を得ることができる。
【００６２】
（９）他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合わせ可能である。
（ａ）前記実施形態ではタッチパネル装置としてタブレット型コンピュータを採用したが、本発明は他のコンピュータにも適用できる。
（ｂ）前記実施形態では振動素子は２個であったが、３個以上であってもよい。その場合、振動させられる素子の数と、振動を検出する素子の数の組み合わせは任意である。
（ｃ）前記実施形態ではバイモルフ型圧電素子が用いられたが、振動素子の種類は前記実施形態のものに限定されない。また、振動素子の形状、取り付け位置、取り付け手段も前記実施形態に限定されない。
（ｄ）図１０のステップＳ２１及びステップＳ２２において設定される探索用駆動周波数の設定幅は一定であってもよいし、変化させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、操作者に操作感をフィードバック可能なタッチセンサ及び電子機器に広く適用できる。
【符号の説明】
【００６４】
１ タブレット型コンピュータ
３ ケース
５ ディスプレイ
７ タッチパネル
７ａ 第１単一駆動領域
７ｂ 第２単一駆動領域
９Ａ 第１振動素子
９Ｂ 第２振動素子
１１ 第１金属板
１３ ピエゾ素子
１７ 樹脂成型物
１９ 第２金属板
２１ 両面テープ
２５ フォースセンサ
３１ 制御部
３３ 入力位置判定部
３５ 表示制御部
３７ 素子駆動部
３９ タッチセンサ
４１ マイクロコントローラ
４３ 第１アンプ
４５ 第２アンプ
４７ チャージアンプ
４９ スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチパネルと、
前記タッチパネルに装着された第１振動素子及び第２振動素子と、
前記タッチパネルが操作されれば、駆動信号を用いて前記第１振動素子及び前記第２振動素子を振動させる駆動制御部と、を備え、
前記駆動制御部は、前記第１振動素子を振動させつつ前記第１振動素子からの検出信号を取得することで、前記第１振動素子及び前記第２振動素子を振動させるための共振周波数を探索して、前記駆動信号の周波数を決定する、
タッチセンサ。
【請求項２】
前記駆動制御部は、前記第１振動素子及び前記第２振動素子を振動させるための共振周波数を探索して、前記駆動信号の周波数を決定するために、スイープサイン信号を前記第１振動素子に与える、請求項１に記載のタッチセンサ。
【請求項３】
前記駆動制御部は、前記タッチパネルの所定領域が操作されれば、前記第１振動素子に探索用駆動信号を供給する、請求項１又は２に記載のタッチセンサ。
【請求項４】
前記所定領域は、前記第１振動素子が単独で所定以上の強度の振動を発生可能な領域である、請求項３に記載のタッチセンサ。
【請求項５】
前記駆動制御部は、前記検出信号の強度が駆動周波数を用いた場合に得られるはずの検出信号の強度より大きければ、前記探索用駆動信号の周波数を新たな駆動信号の周波数に設定する、請求項３又は４に記載のタッチセンサ。
【請求項６】
前記駆動制御部は、前記検出信号の強度が前回得られた検出信号の強度より大きければ次回の探索用駆動信号の駆動周波数を設定する高低向きを前回と反対側にし、前記検出信号の強度が前回得られた検出信号の強度より小さければ次回の探索用駆動信号の駆動周波数を設定する高低向きを前回と同じ側にする、請求項３〜５のいずれかに記載のタッチセンサ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のタッチセンサを有する、電子機器。
【請求項１】
タッチパネルと、
前記タッチパネルに装着された第１振動素子及び第２振動素子と、
前記タッチパネルが操作されれば、駆動信号を用いて前記第１振動素子及び前記第２振動素子を振動させる駆動制御部と、を備え、
前記駆動制御部は、前記第１振動素子を振動させつつ前記第１振動素子からの検出信号を取得することで、前記第１振動素子及び前記第２振動素子を振動させるための共振周波数を探索して、前記駆動信号の周波数を決定する、
タッチセンサ。
【請求項２】
前記駆動制御部は、前記第１振動素子及び前記第２振動素子を振動させるための共振周波数を探索して、前記駆動信号の周波数を決定するために、スイープサイン信号を前記第１振動素子に与える、請求項１に記載のタッチセンサ。
【請求項３】
前記駆動制御部は、前記タッチパネルの所定領域が操作されれば、前記第１振動素子に探索用駆動信号を供給する、請求項１又は２に記載のタッチセンサ。
【請求項４】
前記所定領域は、前記第１振動素子が単独で所定以上の強度の振動を発生可能な領域である、請求項３に記載のタッチセンサ。
【請求項５】
前記駆動制御部は、前記検出信号の強度が駆動周波数を用いた場合に得られるはずの検出信号の強度より大きければ、前記探索用駆動信号の周波数を新たな駆動信号の周波数に設定する、請求項３又は４に記載のタッチセンサ。
【請求項６】
前記駆動制御部は、前記検出信号の強度が前回得られた検出信号の強度より大きければ次回の探索用駆動信号の駆動周波数を設定する高低向きを前回と反対側にし、前記検出信号の強度が前回得られた検出信号の強度より小さければ次回の探索用駆動信号の駆動周波数を設定する高低向きを前回と同じ側にする、請求項３〜５のいずれかに記載のタッチセンサ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のタッチセンサを有する、電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−１０９４２９（Ｐ２０１３−１０９４２９Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５２１２７（Ｐ２０１１−２５２１２７）
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００２３１３６１）日本写真印刷株式会社 (477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００２３１３６１）日本写真印刷株式会社 (477)
【Ｆターム（参考）】
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