凹凸形成装置および情報入力装置
【課題】装置の複雑化を抑制し、かつ、形成された凸形状を入力用ボタンとして認識することが容易な接触感覚を得ることが可能な凹凸形成装置および情報入力装置を提供する。
【解決手段】この凹凸形成部（凹凸形成装置）４０は、絶縁体からなる突出部材４１と、突出部材４１の側方および下方を取り囲むように配置され、突出部材４１よりも硬度が小さく、かつ、絶縁性を有するエラストマ４２と、エラストマ４２を挟むように配置された第１電極５１ａ、５１ｂおよび第２電極６１ａ、６１ｂとを備え、第１電極５１ａ、５１ｂおよび第２電極６１ａ、６１ｂを用いて、エラストマ４２に電圧を印加して第１電極５１ａ、５１ｂおよび第２電極６１ａ、６１ｂの間の静電引力によりエラストマ４２を変形させて突出部材４１を押し上げることによって入力用凸部１２ａ〜１２ｎを形成するように構成されている。
【解決手段】この凹凸形成部（凹凸形成装置）４０は、絶縁体からなる突出部材４１と、突出部材４１の側方および下方を取り囲むように配置され、突出部材４１よりも硬度が小さく、かつ、絶縁性を有するエラストマ４２と、エラストマ４２を挟むように配置された第１電極５１ａ、５１ｂおよび第２電極６１ａ、６１ｂとを備え、第１電極５１ａ、５１ｂおよび第２電極６１ａ、６１ｂを用いて、エラストマ４２に電圧を印加して第１電極５１ａ、５１ｂおよび第２電極６１ａ、６１ｂの間の静電引力によりエラストマ４２を変形させて突出部材４１を押し上げることによって入力用凸部１２ａ〜１２ｎを形成するように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、凹凸形成装置および情報入力装置に関し、特に、電圧を印加することにより凹凸形状を形成する凹凸形成装置および情報入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電圧などを印加することにより凹凸形状を形成する凹凸形成装置および情報入力装置が知られている（たとえば、特許文献１〜５参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、表面電極と裏面電極とにより挟まれた高分子アクチュエータを備える凹凸形成装置が開示されている。この高分子アクチュエータは、電圧の印加により高分子電解質内の陽イオンが陰極側へ移動し、表裏で膨潤に差が生じて弧状に湾曲する。この凹凸形成装置は、高分子アクチュエータの一方端をスペーサによって固定し、他方端に半球部材を取り付けた片持ち梁構造を有し、高分子アクチュエータを弧状に湾曲させることにより半球部材を突出させるように構成されている。
【０００４】
上記特許文献２には、少なくとも１層の起歪層を少なくとも２層の電極層により挟み込んだ構造を有する動作部と、動作部の両端を支持するフレーム部とを備える電気信号変位変換装置（凹凸形成装置）が開示されている。この電気信号変位変換装置は、動作部の両端をフレーム部により固定する両端固定梁構造を有し、複数の電極層に電圧を印加すると、圧電効果によって起歪層が伸張する一方、フレーム部によって動作部の両端が固定されているために、起歪層の伸張が制限され、その結果、動作部全体が座屈変形する。この電気信号変位変換装置は、この座屈変形により動作部が湾曲することによって凹凸形状を形成するように構成されている。
【０００５】
また、上記特許文献３には、ヒータが配置された基板上に高分子ゲル膜が積層されている点字表示用ディスプレイ（凹凸形成装置）が開示されている。この点字表示用ディスプレイの高分子ゲル膜は熱により膨張する性質を有する単分子膜である。また、ヒータは高分子ゲル膜の下に配置され、温度変化の刺激を与えることにより高分子ゲル膜を膨張させて、凹凸形状を形成するように構成されている。この高分子ゲルは柔軟であり、形成された凸部も柔軟性を有する。
【０００６】
また、上記特許文献４には、高分子ゲル層と膨潤液保持層とを一対の電極により挟み込んだ構造を有する凹凸形成層（凹凸形成装置）が開示されている。この凹凸形成層は、電極から電気的刺激が付与されると、高分子ゲル層が隣接する膨潤液保持層の膨潤液を吸収または排出することにより、高分子ゲル層の体積が増減することによって、凹凸形状を形成するように構成されている。この高分子ゲルは柔軟であり、形成された凸部も柔軟性を有すると考えられる。
【０００７】
また、上記特許文献５には、板状電気機械変換素子と、板状電気機械変換素子の各面に互いに交差するように配置した電極アレイ（電極）と、板状電気機械変換素子と固着された補強板とを備える触覚ディスプレイ装置（凹凸形成装置）が開示されている。この触覚ディスプレイ装置では、板状電気機械変換素子としてＰＺＴ基板が用いられており、電極アレイの交差部分以外の部分でＰＺＴ基板が補強板と固着されている。ＰＺＴ基板の各面に配置された電極の交差部分に電圧が印加されると、ＰＺＴ基板の電圧が印加された部分が伸張する一方、電極の交差部分以外の部分が補強板と固着されているために伸びが制限される。この結果、ＰＺＴ基板の電圧が印加された部分が座屈変形を起こすことにより凹凸形状が形成されるように構成されている。つまり、この特許文献５による触覚ディスプレイ装置は、板状電気機械変換素子の両端を補強板により固定した両端固定梁構造を有する。
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−７９１７２号公報
【特許文献２】特開平８−１１４４０８号公報
【特許文献３】特開平６−４０２１号公報
【特許文献４】特開平１１−２０３０２５号公報
【特許文献５】特開２０００−５６６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１に記載の凹凸形成装置では、凹凸形状を形成する高分子アクチュエータは片持ち梁構造を有しているので、この高分子アクチュエータを固定するためのスペーサを設ける必要がある。さらに、この凹凸形成装置は、半球部材が取り付けられた梁状の高分子アクチュエータを備える構造を有するため、スペーサおよび半球部材を設ける分、装置の構造が複雑化するという問題点がある。
【００１０】
また、上記特許文献２に記載の電気信号変位変換装置では、動作部の両端を固定するフレーム部が起歪層の伸張を制限することにより凸形状を形成するので、動作部を固定するためのフレーム部を装置の両端に設ける必要がある。このため、フレーム部を設ける必要がある分、装置の構造が複雑化するという問題点がある。
【００１１】
また、上記特許文献３に記載の点字表示用ディスプレイでは、凹凸形状の形成が熱により膨張する柔軟な高分子ゲルにより行われるため、形成された凸形状部分も柔軟性を有する。このため、これをたとえばスイッチなどの入力用ボタンとして用いた場合には、押し下げる部分（入力用ボタン）自体が柔軟に形成されてしまうので、凸形状を押す際に通常の硬い入力用ボタンを押したような感触を得ることは困難であるという問題点がある。
【００１２】
また、上記特許文献４に記載の凹凸形成層では、膨潤液を吸収して膨潤した高分子ゲル層により凸形状が形成されるため、形成された凸形状自体が柔軟性を有する。このため、凸形状を押す際に通常の硬い入力用ボタンを押したような感触を得ることは困難であるという問題点がある。
【００１３】
また、上記特許文献５に記載の触覚ディスプレイ装置では、ＰＺＴ基板の両端を固定する補強板がＰＺＴ基板の伸張を制限することにより凸形状を形成するので、ＰＺＴ基板の両端を固定するための補強板を装置の両端に設ける必要がある。このため、補強板を設ける必要がある分、装置の構造が複雑化するという問題点がある。
【００１４】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、装置の構造が複雑化するのを抑制し、かつ、形成された凸形状を押す際に通常の硬い入力用ボタンと同様の接触感覚を得ることが可能な凹凸形成装置および情報入力装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【００１５】
この発明の第１の局面による凹凸形成装置は、絶縁体からなる突出部材と、突出部材の側方および下方を取り囲むように配置され、突出部材よりも硬度が小さく、かつ絶縁性を有するエラストマからなる変形部材と、変形部材を挟むように配置された第１電極および第２電極とを備え、第１電極および第２電極を用いて変形部材に電圧を印加して第１電極および第２電極間の静電引力により変形部材を変形させて突出部材を押し上げることによって凸部を形成するように構成されている。
【００１６】
この第１の局面による凹凸形成装置では、上記のように、突出部材の側方および下方を取り囲むように配置された絶縁性を有する変形部材に電圧を印加して第１電極および第２電極間の静電引力により変形部材を変形させて突出部材を押し上げることにより凸部を形成するように構成することによって、梁の湾曲により凸部を形成する構造と異なり、両端または一方端に梁を固定する部材を設けることなく凸部を形成することが可能となる。これにより、凹凸形成装置の構造が簡素化されるので、装置の構造が複雑化するのを抑制することができる。また、突出部材よりも硬度が小さいエラストマからなる変形部材に電圧を印加して変形部材を変形させ、突出部材を押し上げることにより凸部を形成するように構成することによって、柔軟な変形部材により凸部を形成する構成と異なり、変形部材よりも硬度の大きい突出部材を突出させて凸部を形成することができる。これにより、形成された凸部自体の硬度を大きくすることができるため、形成された凸部を押す際に通常の硬い入力用ボタンと同様の接触感覚を得ることができる。
【００１７】
上記第１の局面による凹凸形成装置において、好ましくは、第１電極が設けられた変形可能な上部層と、第２電極が設けられた下部層とをさらに備え、突出部材は、上部層の第１電極が設けられた部分以外の部分に下部層の方向に向かって設けられている。このように構成すれば、突出部材と第１電極とが設けられた上部層と、第２電極が設けられた下部層とにより、変形部材を挟み込むだけで凹凸形成装置を構成することが可能となる。これにより、装置の構造が複雑化するのを抑制することができる。
【００１８】
上記第１の局面による凹凸形成装置において、好ましくは、変形部材の第１電極との接触部分の面積が、突出部材の底面積よりも大きい。このように構成すれば、変形部材に電圧を印加して第１電極および第２電極の間の静電引力により上下方向に変形部材が圧縮されて突出部材の下方にもぐりこむ体積に応じた体積分だけ突出部材が押し上げられる場合に、変形部材の第１電極との接触部分の面積（変形部材の変形する部分の面積）を突出部材の底面積よりも大きくすることによって、変形部材の上下方向の変位量（第１電極および第２電極の間の静電引力により圧縮された上下方向の変形量）に対して突出部材の突出量（変形部材に押し上げられた上下方向の変位量）を大きくすることができる。これにより、簡単な構造によって凸形状の突出量を容易に大きくすることができる。
【００１９】
上記第１の局面による凹凸形成装置において、好ましくは、突出部材の下方に突出部材に対向するように配置され、変形部材よりも硬度の大きい材料からなる当接部材をさらに備え、当接部材は、突出部材が押し下げられた場合に突出部材と当接することにより突出部材を制止するように構成されている。このように構成すれば、形成された入力用凸部（入力用ボタン）を押し下げる際に、変形部材よりも硬度の大きい材料からなる当接部材と突出部材とが当接することにより押し下げが制止される。これにより、入力用凸部の入力操作（押し下げ）の終了を硬度の大きい当接部材との当接により感知することができるので、明確な入力感覚を得ることができる。その結果、入力感覚の不確かさによる重複入力（２度押し）や誤入力を防止することができる。
【００２０】
この発明の第２の局面による情報入力装置は、絶縁体からなる突出部材と、突出部材の側方および下方を取り囲むように配置され、突出部材よりも硬度が小さく、かつ、絶縁性を有するエラストマからなる変形部材と、変形部材を挟むように配置された第１電極および第２電極とを含み、第１電極および第２電極を用いて変形部材に電圧を印加して第１電極および第２電極間の静電引力により変形部材を変形させて突出部材を押し上げることによって凸部を形成するように構成されている複数の凹凸形成部が配列された凹凸形成パネルと、凹凸形成パネルに重ねて配置される表示装置とを備え、凹凸形成パネルは、表示装置に表示される入力用画像に応じて凹凸形成部の突出部材を突出させることによって、所定の形状の入力用凸部を形成するように構成されている。
【００２１】
この第２の局面による情報入力装置では、上記のように、凹凸形成部は、突出部材の側方および下方を取り囲むように配置された絶縁性を有する変形部材に電圧を印加して第１電極および第２電極間の静電引力により変形部材を変形させて突出部材を押し上げることにより凸部を形成するように構成することによって、梁の湾曲により凸部を形成する構造と異なり、両端または一方端に梁を固定する部材を設けることなく凸部を形成することが可能となる。これにより、凹凸形成部の構造が簡素化されるので、装置の構造が複雑化するのを抑制することができる。また、凹凸形成部は、突出部材よりも硬度が小さいエラストマからなる変形部材に電圧を印加して変形部材を変形させ、突出部材を押し上げるようにして突出させることにより凸部を形成するように構成することによって、柔軟な変形部材により凸部を形成する構成と異なり、変形部材よりも硬度の大きい突出部材を突出させて凸部を形成することができる。これにより、形成された凸部自体の硬度を大きくすることができるため、形成された凸部を入力用ボタンとして認識することが容易な接触感覚を得ることができる。また、凹凸形成パネルに複数の凹凸形成部を配列するように構成することによって、凹凸形成パネルの任意の位置の凹凸形成部に電圧を印加させて凸部を形成させることができるので、情報入力装置の任意の位置に入力用凸部を形成することができる。また、凹凸形成パネルに重ねて配置される表示装置に表示される入力用画像に応じて凹凸形成部の突出部材を突出させることにより、所定の形状の入力用凸部を形成するように構成することによって、表示装置が表示する入力用画像（テンキーの画像や再生または停止ボタンなどの画像、チャンネル選択ボタンの画像など）に応じた入力用凸部を形成することができるので、異なる複数の情報入力機能を提供することができる。また、入力操作の際に、形成された入力用凸部を押し下げることができるので、明確な入力感覚を得ることができる。
【００２２】
この場合において、好ましくは、凹凸形成パネルは、表示装置の上方に配置された場合に、表示装置に表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する部材により構成されている。このように構成すれば、凹凸形成パネルを表示装置の上方に重ねた状態で入力用画像を視認することができるので、使用者が触れる側に凹凸形成パネルが配置されることが可能になる。これにより、凹凸形成部により形成された入力用凸部の凸形状を使用者がより明確に感じとることができるので、確実な入力操作を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による情報入力装置の全体構成を示した斜視図である。また、図２〜図１２は、図１に示した本発明の第１実施形態による情報入力装置の詳細な構造を示した図である。まず、図１〜図１２を参照して、本発明の第１実施形態によるリモートコントローラ１００の構成について説明する。なお、第１実施形態では、情報入力装置の一例であるリモートコントローラ１００に本発明を適用した場合について説明する。
【００２５】
本発明の第１実施形態によるリモートコントローラ１００は、図１および図２に示すように、凹凸形成パネル１０と、表面保護膜２０と、表示装置３０とから構成されている。
【００２６】
リモートコントローラ１００の凹凸形成パネル１０は、図２に示すように、平面的に見て、表示装置３０と同一の長方形形状を有し、表示装置３０の上方に重ねて配置されている。また、図３に示すように、凹凸形成パネル１０には、後述する凹凸形成部４０がマトリクス状に配列されている。
【００２７】
また、表面保護膜２０は、図１および図２に示すように、平面的に見て、凹凸形成パネル１０と同形状の長方形形状を有し、凹凸形成パネル１０の上方に重ねて配置されている。表面保護膜２０は、表示装置３０に表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する材料で、かつ、凹凸形成パネル１０の凹凸形成部４０が凸形状に変形するのに伴って弾性変形可能な材料により構成されている。
【００２８】
また、表示装置３０は、平面的に見て、凹凸形成パネル１０および表面保護膜２０に対応した長方形形状を有し、凹凸形成パネル１０の下方に重ねて配置されている。この表示装置３０は、たとえばテンキーの画像、再生または停止ボタンの画像、チャンネル選択ボタンの画像など、必要とされる入力情報に応じた入力用画像を表示するように構成されている。
【００２９】
また、第１実施形態では、凹凸形成パネル１０は、図３および図４に示すように、上部層５０と、下部層６０とによりエラストマ４２を挟み込むように構成されている。また、外周部の全周に渡って後述するエラストマ４２を封止する封止部材１１が設けられている。また、図４に示すように、上部層５０の下面には、四角柱状の突出部材４１が取り付けられているとともに第１電極５１ａおよび５１ｂが固定されている。下部層６０の上面の第１電極５１ａおよび５１ｂに対応する位置には、第１電極５１ａおよび５１ｂと同じ形状を有する第２電極６１ａおよび６１ｂが固定されている。
【００３０】
また、図３に示すように、平面的に見て、突出部材４１は正方形形状を有する。また、第１電極５１ａは、突出部材４１の４辺を取り囲むように配置されるとともに、長方形形状を有する。また、第１電極５１ｂは、第１電極５１ａに隣接し、突出部材４１の四隅を囲むように配置されるとともに、正方形形状を有する。凹凸形成部４０は、突出部材４１と、突出部材４１を取り囲む第１電極５１ａおよび５１ｂとからなる正方形領域を１つの単位として、マトリクス状に配列されている。したがって、各々の凹凸形成部４０は、隣接する凹凸形成部４０と複数の第１電極５１ａおよび５１ｂを共有する。
【００３１】
突出部材４１は、絶縁性を有し、エラストマ４２よりも硬度の大きい材料からなる。また、第１実施形態では、突出部材４１は、表示装置３０により表示された入力用画像を視認することが可能な光透過性を有する材料からなる。突出部材４１は、たとえば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）やアクリル樹脂などからなる。
【００３２】
また、図３に示すように、エラストマ４２は、突出部材４１の四辺を囲む第１電極５１ａと第２電極６１ａとにより上下から挟まれ、突出部材４１の四隅を囲むように配列された第１電極５１ｂと第２電極６１ｂとにより上下から挟まれている。また、このエラストマ４２は、突出部材４１の下方および側方を取り囲むように配置されている。また、このエラストマ４２は、絶縁性を有し、突出部材４１よりも硬度が小さく、電圧印加により大きく変形する柔軟性の高い材料からなる。また、第１実施形態では、エラストマ４２は、表示装置３０により表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する材料からなる。このエラストマ４２は、たとえば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などの樹脂材料のほか、高分子ゲルなどからなる。なお、エラストマ４２は、本発明の「変形部材」の一例である。
【００３３】
ここで、第１実施形態では、図３および図４に示すように、四角柱形状を有する突出部材４１は、平面的に見て一辺の長さがＬ１の正方形形状を有している。また、第１電極５１ａおよび第２電極６１ａは、平面的に見て長辺の長さがＬ２、短辺の長さがＬ１の長方形形状を有している。そして、第１電極５１ｂおよび第２電極６１ｂは、平面的に見て一辺の長さがＬ２の正方形形状を有している。また、第１電極５１ａおよび５１ｂと、第２電極６１ａおよび６１ｂとは、それぞれエラストマ４２と全面で接している。ここで、長さＬ１とＬ２とは、Ｌ２＞Ｌ１の関係を有する。したがって、突出部材４１の底面積は、第１電極５１ａおよび第２電極６１ａのそれぞれのエラストマ４２との接触面積よりも小さく、かつ、第１電極５１ｂおよび第２電極６１ｂのそれぞれのエラストマ４２との接触面積よりも小さくなるように構成されている。
【００３４】
また、第１実施形態では、上部層５０は、絶縁性を有し、かつ、突出部材４１の突出に伴って弾性変形可能な材料からなる。上部層５０は、たとえば、シリコン樹脂などから形成されている。ここで、上部層５０の下面に固定される第１電極５１ａおよび５１ｂは、エラストマ４２の変形に伴って弾性変形可能で、かつ、表示装置３０により表示された入力用画像を視認することが可能な光透過性を有する材料からなる。第１電極５１ａおよび５１ｂは、たとえば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）やＺｎＯ（酸化亜鉛）などの透明導電膜からなる。上部層５０に固定された第１電極５１ａおよび５１ｂは、それぞれ下面の全面でエラストマ４２と接触しており、所定の電圧を印加できるように構成されている。ここで、上部層５０は、突出部材４１が突出する場合（電圧印加時）には、後述する変形動作により第１電極５１ａおよび５１ｂがエラストマ４２を押圧するのに伴い弾性変形するとともに、突出部材４１の突出に伴い弾性変形するように構成されている。
【００３５】
また、第１実施形態では、下部層６０は、絶縁性を有し、かつ、表示装置３０により表示された入力用画像を視認することが可能な光透過性を有するとともに、柔軟性を有しない材料からなる。すなわち、下部層６０は上部層５０と異なり、突出部材４１が突出する場合（電圧印加時）でも変形しないように構成されている。下部層６０は、たとえば、ＰＥＴやアクリル樹脂などからなる。図４に示すように、下部層６０の上面には、第１電極５１ａおよび５１ｂと対応する位置に、第２電極６１ａおよび６１ｂが設けられている。また、第１実施形態では、第２電極６１ａおよび６１ｂは、表示装置３０により表示された入力用画像を視認することが可能な光透過性を有する材料からなる。第２電極６１ａおよび６１ｂは、たとえば、ＩＴＯやＺｎＯなどの透明導電膜からなる。下部層６０に設けられた第２電極６１ａおよび６１ｂは、それぞれ上面の全面でエラストマ４２と接触しており、所定の電圧を印加できるように構成されている。
【００３６】
また、凹凸形成パネル１０の上部層５０に配置された第１電極５１ａ、５１ｂおよび下部層６０に配置された第２電極６１ａ、６１ｂは、それぞれ一般的に知られた、いわゆるアクティブマトリクス方式により電気的に接続されている。上部層５０の第１電極５１ａおよび５１ｂは、図５および図６に示すように、突出部材４１の取り付け位置を除いて、マトリクス状に配置されている。すなわち、各々の第１電極５１ａおよび５１ｂは、Ｘ方向に延びるゲート線５３とＹ方向に延びるデータ線５４とが交差する位置にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）５２を介してデータ線５４に接続するように配置されている。また、各々のＴＦＴ５２のゲートには、Ｘ方向に延びるゲート線５３が接続されている。ゲート線５３にアドレス信号が印加されると、そのアドレス信号が印加されたゲート線５３とゲートが接続されたＴＦＴ５２はオン状態になる。このとき、各々のデータ線５４に印加された電圧は、オン状態のＴＦＴ５２に接続された第１電極５１ａおよび５１ｂのそれぞれに、ＴＦＴ５２を介して印加される。一方、アドレス信号が印加されないゲート線５３にゲートが接続されたＴＦＴ５２はオフ状態になっていることにより、このオフ状態のＴＦＴ５２に接続された第１電極５１ａおよび５１ｂには、電圧は印加されない。ここで、下部層６０の第２電極６１ａおよび６１ｂも同様の構造を有しており、電圧の印加された第１電極５１ａおよび５１ｂと対応する位置に配置された第２電極６１ａおよび６１ｂにも電圧が印加されるように構成されている。これにより、凹凸形成パネル１０は、平面的に見て同一の位置に配置された、互いに対応する任意の第１電極５１ａおよび第２電極６１ａまたは第１電極５１ｂおよび第２電極６１ｂに選択的に電圧を印加することができるように構成されている。
【００３７】
したがって、凹凸形成パネル１０は、それぞれの第１電極５１ａ、５１ｂおよび第２電極６１ａ、６１ｂとにおいて、アドレス信号を印加するゲート線５３と所定の電圧を印加するデータ線５４とを選択することにより、それぞれ対応する任意の位置の第１電極５１ａおよび第２電極６１ａまたは第１電極５１ｂおよび第２電極６１ｂに電圧を印加することができるように構成されている。これにより、マトリクス状に配列された任意の凹凸形成部４０に選択的に電圧を印加することが可能となる。このため、凹凸形成パネル１０は、図１および図７に示すように、表示装置３０の入力用画像に応じた位置で、リモートコントローラ１００の表面に入力用凸部１２ａ〜１２ｆを形成することが可能である。
【００３８】
ここで、図１、図７および図８に示すように、リモートコントローラ１００には、１つの凹凸形成部４０により正方形形状に形成された入力用凸部（操作ボタン）１２ａおよび入力用凸部（一時停止ボタン）１２ｆが形成されている。また、２つの凹凸形成部４０により長方形形状に形成された入力用凸部（操作ボタン）１２ｂおよび入力用凸部１２ｃ（早送り／巻戻しボタン）が形成されている。また、４つの凹凸形成部４０により正方形形状に形成された大型の入力用凸部（再生ボタン）１２ｄおよび入力用凸部（停止ボタン）１２ｅが形成されている。このように、リモートコントローラ１００の凹凸形成パネル１０は、凸形状を形成させる凹凸形成部４０の組み合わせにより、様々な大きさおよび形状を有する入力用凸部１２ａ〜１２ｆを形成することが可能となる。これにより、たとえば、リモートコントローラ１００がＣＤやＤＶＤなど再生装置の操作に用いられる場合、使用頻度の高い再生ボタン１２ｄおよび停止ボタン１２ｅは大型に形成し、使用頻度の低いボタンや誤操作を防止したいボタンを小型の操作ボタン１２ａとして形成するなど、目的に応じた入力用凸部１２ａ〜１２ｆを形成することが可能となる。
【００３９】
また、第１実施形態では、凹凸形成パネル１０を構成する上部層５０、下部層６０および封止部材１１と、これらを構成する第１電極５１ａおよび５１ｂ、突出部材４１、エラストマ４２、第２電極６１ａおよび６１ｂなどは、全て表示装置３０に表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する透明な材料により構成されている。このため、凹凸形成部４０をマトリクス状に配列した凹凸形成パネル１０は、全体が表示装置３０に表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有するように構成されている。
【００４０】
次に、図１、図４および図６〜図１２を参照して、本発明の第１実施形態によるリモートコントローラ１００および凹凸形成部４０の変形動作を説明する。
【００４１】
図４に示すように、凹凸形成パネル１０の凹凸形成部４０は、電圧無印加時では平板形状を有している。ここで、第１電極５１ａおよび５１ｂと、第２電極６１ａおよび６１ｂとにより、突出部材４１の周囲を囲むエラストマ４２に電圧を印加すると、エラストマ４２を挟んで互いに向かい合う第１電極５１ａおよび第２電極６１ａと、第１電極５１ｂおよび第２電極６１ｂとの間に静電引力が生じる。この場合、上部層５０が弾性変形可能に構成されているのに対して、下部層６０は変形しないように構成されているので、この静電引力によって、上部層５０の第１電極５１ａおよび５１ｂがエラストマ４２を電圧印加方向に押圧する。したがって、図９に示すように、この押圧力によりエラストマ４２は押しつぶされ、電圧が印加された部分の周囲に押し出されるように変形する。エラストマ４２は突出部材４１の側方および下方を取り囲むように配置されているので、突出部材４１の周囲のエラストマ４２に電圧を印加することにより、変形されたエラストマ４２の一部が突出部材４１の周囲から下側にもぐりこみ、突出部材４１を押し上げる。これにより、凹凸形成部４０に凸形状が形成される。
【００４２】
図６に示すように、突出部材４１は、平面的に見て、周囲を４つの長方形形状の第１電極５１ａと、４つの正方形形状の第１電極５１ｂとにより囲まれているので、これらの８つの第１電極５１ａおよび５１ｂと、これらに対応する８つの第２電極６１ａおよび６１ｂとに電圧を印加することにより突出部材４１を突出させることが可能になる。
【００４３】
また、図９に示すように、それぞれの第１電極５１ａおよび５１ｂが下方向にエラストマ４２を押しのけた体積の合計に応じて、エラストマ４２が突出部材４１の下方にもぐりこみ、突出部材４１が押し上げられる突出量が定まる。第１実施形態では、突出部材４１の底面積は、その突出部材４１を取り囲む第１電極５１ａおよび５１ｂとエラストマ４２との合計の接触面積よりも小さくなるように構成されているので、電圧印加時の第１電極５１ａおよび５１ｂの下方向への変位量に比べて、突出部材４１の突出量が大きくなる。このため、図９に示すように、入力用凸部１２ａ〜１２ｆの高さを効率よく大きくすることができる。
【００４４】
第１実施形態では、図７および図８に示すように、任意の第１電極５１ａおよび５１ｂと、任意の第２電極６１ａおよび６１ｂとに電圧を印加可能に構成することによって、電圧を印加する位置を変化させ、これを組み合わせることにより、任意の凹凸形成部４０の突出部材４１を突出させることが可能である。これにより、リモートコントローラ１００の任意の位置に任意の大きさの入力用凸部１２ａ〜１２ｆを形成することができる。
【００４５】
したがって、図１、図７および図８に示すように、リモートコントローラ１００には、凹凸形成パネル１０にマトリクス状に配列される凹凸形成部４０により任意の位置に入力用凸部１２ａ〜１２ｆが形成されるので、状況や入力情報に応じて入力用凸部１２ａ〜１２ｆの配置や変形量が変更される。たとえば、図１０に示すように、リモートコントローラ１００がＣＤやＤＶＤなど再生装置の操作に用いられる場合、ＣＤやＤＶＤなどの再生中には、入力済みの再生ボタン１２ｄが平坦な状態となり、停止ボタン１２ｅなど他のボタンが突出して形成されて入力待ちの状態となる。一方、図１１に示すように、ＣＤやＤＶＤなどが停止中には、停止ボタン１２ｅおよび一時停止ボタン１２ｆが平坦な状態となり、再生ボタン１２ｄなど他のボタンが突出して形成され入力待ちの状態となる。
【００４６】
さらに、リモートコントローラ１００が別の機能を果たす場合には、表示装置３０の表示に対応して入力用凸部１２ａ〜１２ｆの全体の配置が変更される。たとえば、図１２に示すように、リモートコントローラ１００がテレビのチャンネル選択用の情報入力装置としての機能を果たす場合、入力用凸部（チャンネル選択ボタン）１２ｇや入力用凸部（電源ボタン）１２ｈ、入力用凸部（音量調節ボタン）１２ｉ、入力用凸部（ＣＤ、ＤＶＤなど他の機能への切り替えボタン）１２ｊ、入力用凸部（入力切り替えボタン）１２ｋ、入力用凸部（メニュー画面表示ボタン）１２ｌ、入力用凸部（メニュー項目切り替えボタン）１２ｍおよび入力用凸部（決定ボタン）１２ｎなどを表示する画像が表示装置３０に表示され、それぞれのボタンを表示する画像に対応した入力用凸部１２ｇ〜１２ｎが新たに形成される。このように、リモートコントローラ１００は、入力用凸部１２ａ〜１２ｎの配置を変更することにより、再生時や停止時など、状況に応じた入力操作を使用者に案内できるように構成されている。また、リモートコントローラ１００は、入力用凸部１２ａ〜１２ｎの全体の配置を変更することにより、ＣＤ、ＤＶＤ、テレビなど、複数の機器への情報入力装置としての機能を果たすように構成されている。
【００４７】
また、第１実施形態では、凹凸形成パネル１０に形成された入力用凸部１２ａ〜１２ｎは、エラストマ４２よりも硬度の大きい突出部材４１により形成されるため、入力用凸部１２ａ〜１２ｎ自体の硬度が大きくなる。このため、リモートコントローラ１００には、入力用凸部１２ａ〜１２ｎを入力用ボタンとして認識するのが容易な、明確な接触感覚を有した入力用凸部１２ａ〜１２ｎが形成される。一方、押し上げられた突出部材４１の下方には硬度の小さいエラストマ４２が存在するため、入力操作（押し下げ）には大きな力は不要であり、良好な入力感覚を得ることができる。
【００４８】
第１実施形態では、上記のように、突出部材４１の側方および下方を取り囲むように配置された絶縁性を有するエラストマ４２に電圧を印加して第１電極５１ａ、５１ｂおよび第２電極６１ａ、６１ｂの間の静電引力によりエラストマ４２を変形させて突出部材４１を押し上げることにより入力用凸部１２ａ〜１２ｎを形成するように構成することによって、梁の湾曲により凸部を形成する構造と異なり、両端または一方端に梁を固定する部材を設けることなく入力用凸部１２ａ〜１２ｎを形成することが可能となる。これにより、凹凸形成部４０の構造が簡素化されるので、装置の構造が複雑化するのを抑制することができる。また、突出部材４１よりも硬度が小さい材料からなるエラストマ４２に電圧を印加してエラストマ４２を変形させ、突出部材４１を押し上げるようにして突出させることにより入力用凸部１２ａ〜１２ｎを形成するように構成することによって、エラストマ４２よりも硬度の大きい突出部材４１を突出させて入力用凸部１２ａ〜１２ｎを形成することができる。これにより、形成された入力用凸部１２ａ〜１２ｎ自体の硬度を大きくすることができるため、形成された入力用凸部１２ａ〜１２ｎを押す際に通常の硬い入力用ボタンと同様の接触感覚を得ることができる。
【００４９】
第１実施形態では、上記のように、第１電極５１ａおよび５１ｂが設けられた変形可能な上部層５０と、第２電極６１ａおよび６１ｂが設けられた下部層６０とをさらに備え、突出部材４１は、上部層５０の第１電極５１ａおよび５１ｂが設けられた部分以外の部分に設けられているように構成することによって、突出部材４１と第１電極５１ａおよび５１ｂとが設けられた上部層５０と、第２電極６１ａおよび６１ｂが設けられた下部層６０とにより、エラストマ４２を挟み込むだけで凹凸形成部４０を構成することが可能となる。これにより、凹凸形成部４０の構造が複雑化するのを抑制することができる。
【００５０】
第１実施形態では、上記のように、凹凸形成部４０のエラストマ４２の第１電極５１ａおよび５１ｂとの接触部分の面積が、突出部材４１の底面積よりも大きくなるように構成することによって、エラストマ４２に電圧を印加して第１電極５１ａ、５１ｂおよび第２電極６１ａ、６１ｂの間の静電引力により上下方向にエラストマ４２が圧縮されて突出部材４１の下方にもぐりこむ体積に応じた体積分だけ突出部材４１が押し上げられる場合に、
エラストマ４２の上下方向の変位量（第１電極５１ａ、５１ｂおよび第２電極６１ａ、６１ｂの間の静電引力により圧縮された上下方向の変形量）に対して突出部材４１の突出量（エラストマ４２に押し上げられた上下方向の変位量）を大きくすることができる。これにより、簡単な構造によって入力用凸部１２ａ〜１２ｎの突出量を容易に大きくすることができる。
【００５１】
第１実施形態では、上記のように、凹凸形成パネル１０に複数の凹凸形成部４０を配列するように構成することによって、凹凸形成パネル１０の任意の位置の凹凸形成部４０に電圧を印加させて入力用凸部１２ａ〜１２ｎを形成させることができるので、リモートコントローラ１００の任意の位置に入力用凸部１２ａ〜１２ｎを形成することができる。また、凹凸形成パネル１０に重ねて配置される表示装置３０に表示される入力用画像に応じて凹凸形成部４０の突出部材４１を突出させることにより、所定の形状の入力用凸部１２ａ〜１２ｎを形成するように構成することによって、表示装置３０が表示する入力用画像（テンキーの画像や再生または停止ボタンなどの画像、チャンネル選択ボタンの画像など）に応じた入力用凸部１２ａ〜１２ｎを形成することができるので、異なる複数の情報入力機能を提供することができる。また、入力操作の際に、形成された入力用凸部１２ａ〜１２ｎを押し下げることができるので、明確な入力感覚を得ることができる。
【００５２】
第１実施形態では、上記のように、凹凸形成パネル１０は、表示装置３０の上方に配置された場合に、表示装置３０に表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する部材により構成されることによって、凹凸形成パネル１０を表示装置３０の上方に重ねた状態で入力用画像を視認することができるので、使用者が触れる側に凹凸形成パネル１０が配置されることが可能になる。これにより、凹凸形成部４０により形成された入力用凸部１２ａ〜１２ｎの凹凸形状を使用者がより明確に感じとることができるので、確実な入力操作を行うことができる。
【００５３】
（第２実施形態）
図１３〜図１５は、本発明の第２実施形態によるリモートコントローラ２００の凹凸形成部４００を示す断面図である。この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、突出部材４１０の下方に当接部材４１１が設けられた例について説明する。
【００５４】
第２実施形態のリモートコントローラ２００では、図１３に示すように、上部層５０に取り付けられた突出部材４１０と対向するように、下部層６０の上面に、突出部材４１０と略同一形状を有する当接部材４１１が設けられている。当接部材４１１は、絶縁性を有し、エラストマ４２よりも硬度の大きい材料であり、かつ、表示装置３０に表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する部材により形成されている。当接部材４１１は、たとえば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）やアクリル樹脂などからなり、突出部材４１０と同じ材料により構成されていてもよい。また、第２実施形態では、突出部材４１０の底面は略半球状の形状に形成されている。このように形成することにより、エラストマ４２に押し上げられる際の圧力を、半球形状を有する突出部材４１０の底面に均一に加えることが可能となる。また、当接部材４１１の上面も略半球形状を有するように形成されている。なお、その他のリモートコントローラ２００の構成は、上記第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５５】
次に、図１４および図１５を参照して、本発明の第２実施形態によるリモートコントローラ２００に形成された入力用凸部（操作ボタン）１２ａを押し下げる場合の変形状態について説明する。
【００５６】
第２実施形態では、図１４に示すように、第１電極５１ａ、５１ｂおよび第２電極６１ａ、６１ｂによりエラストマ４２に電圧が印加されると、静電引力により第１電極５１ａおよび５１ｂがエラストマ４２を電圧印加方向に押圧する。第１電極５１ａおよび５１ｂに押圧されたエラストマ４２は、突出部材４１０と当接部材４１１との間に押し出され、突出部材４１０の半球形状を有する底面を周囲から押し上げる。これにより、突出部材４１０が突出し、入力用凸部１２ａが形成される。この入力用凸部１２ａを押し下げる場合、図１５に示すように、突出部材４１０は、突出部材４１０の下方に対向して配置された当接部材４１１に当接するまで押し下げられ、当接部材４１１と当接することにより押し下げ（入力動作）が終了する。当接部材４１１は突出部材４１０と同じ材料により形成されており、エラストマ４２よりも硬度が大きいため、硬い当接部材４１１に硬い突出部材４１０が当接することにより、使用者は入力動作の終了を明確に認識することになる。
【００５７】
第２実施形態では、突出部材４１０の下方に突出部材４１０に対向するように配置され、エラストマ４２よりも硬度の大きい材料からなる当接部材４１１をさらに備え、当接部材４１１は、突出部材４１０が押し下げられた場合に突出部材４１０と当接することにより突出部材４１０を制止するように構成することによって、形成された入力用凸部１２ａ〜１２ｎを押し下げる際に、エラストマ４２よりも硬度の大きい材料からなる当接部材４１１と突出部材４１０とが当接することにより押し下げが制止される。これにより、入力用凸部１２ａ〜１２ｎの入力操作（押し下げ）の終了を硬度の大きい当接部材４１１との当接により感知することができるので、明確な入力感覚を得ることができる。その結果、入力感覚の不確かさによる重複入力（２度押し）や誤入力を防止することができる。
【００５８】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００５９】
たとえば、上記第１実施形態では、本発明の情報入力装置の一例としてリモートコントローラを示したが、本発明はこれに限らず、リモートコントローラ以外の情報入力装置にも適用可能である。
【００６０】
また、上記第１実施形態では、図２に示すように、凹凸形成パネル１０が表示装置３０の上方に重ねて配置されている例を示したが、本発明はこれに限らず、凹凸形成パネルが表示装置の下方に配置されていてもよい。この場合には、表示装置に、たとえば電子ペーパーのような柔軟で薄い表示装置を用いる必要がある。
【００６１】
また、上記第１実施形態では、複数の凹凸形成部４０が、凹凸形成パネル１０にマトリクス状に配列されている例を示したが、本発明はこれに限らず、複数の凹凸形成部は、マトリクス状に配列されている必要はない。したがって、複数の凹凸形成部は、たとえば、千鳥配列をなすように配列されてもよい。
【００６２】
また、上記第１実施形態では、下部層６０と上部層５０とが異なる材料により形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、下部層を、上部層と同一の材料により形成してもよい。この場合、下部層を含めた凹凸形成パネルの全体を柔軟に形成することが可能となり、凹凸形成パネルをたとえば電子ペーパーのような柔軟な表示装置に重ね、曲面に貼り付けて使用することも可能となる。ただし、この場合、下部層は貼り付けられる面に固定され、エラストマに電圧を印加する際に変形しないように構成される必要がある。
【００６３】
また、上記第１実施形態では、図３に示すように、それぞれの凹凸形成部４０は、平面的に見て実質的に正方形形状を有するように構成されている例を示したが、本発明はこれに限らず、凹凸形成部を平面的に見た場合に、円形など、他の形状を有するように構成してもよい。
【００６４】
また、上記第１実施形態では、突出部材４１が平面的に見て正方形形状を有する四角柱形状により形成されている例を示すとともに、上記第２実施形態では、突出部材４１０の底面が略半球状の形状になるように形成されている例を示したが、本発明はこれに限らず、突出部材が異なる形状を有するように形成されていてもよい。
【００６５】
また、上記第１実施形態では、突出部材４１は上部層５０に取り付けられている例を示したが、本発明はこれに限らず、突出部材を上部層と一体的に形成していてもよい。
【００６６】
また、上記第１実施形態では、エラストマ４２がアクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などの樹脂材料のほか、高分子ゲルなどの透明な材料から形成され、第１電極５１ａおよび５１ｂ、第２電極６１ａおよび６１ｂがＩＴＯやＺｎＯなどの透明導電膜から形成され、突出部材４１が透明なＰＥＴやアクリル樹脂などから形成されている例を示したが、本発明はこれに限らず、異なる材料により形成されていてもよい。エラストマは絶縁性を有し、突出部材よりも硬度が小さく、電圧印加により大きく変形する柔軟性の高い材料であり、かつ表示装置により表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有するものであればよく、たとえば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂以外の樹脂材料や高分子ゲル以外の材料により形成してもよい。また、第１電極は、導電性を有し、エラストマ層が変形するのに伴って弾性変形可能な材料であり、かつ、表示装置により表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有するものであればよい。たとえば、ＩＴＯやＺｎＯなどの透明導電膜以外にＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリエチレンジオキシチオフェン）／（ポリスチレン・スルフォン酸）などの導電性有機材料を用いてもよい。また、第２電極は、第１電極と同様の材料を用いることが可能だが、変形しない材料で形成されていてもよい。また、突出部材は絶縁性を有し、エラストマよりも硬度の大きい材料であり、かつ、表示装置により表示された入力用画像を視認することが可能な光透過性を有する材料であればＰＥＴやアクリル樹脂以外でもよい。
【００６７】
また、上記第２実施形態では、当接部材４１１は、突出部材４１０と略同一形状を有するように形成されている例を示したが、本発明はこれに限らず、当接部材が突出部材と異なる形状により形成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１実施形態によるリモートコントローラの全体構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態によるリモートコントローラの全体構成を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態による凹凸形成パネルを示す平面図である。
【図４】図３の３００−３００線に沿った、凹凸形成パネルの断面を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態による凹凸形成パネルの電極配置を模式的にを示す平面図である。
【図６】図５に示した凹凸形成パネルの電極配置の部分拡大図である。
【図７】本発明の第１実施形態によるリモートコントローラの全体構成を示す平面図である。
【図８】本発明の第１実施形態によるリモートコントローラの全体構成を示す側面図である。
【図９】図４の凹凸形成パネルの断面図において、入力用凸部が形成されている状態を模式的に示す断面図である。
【図１０】本発明の第１実施形態によるリモートコントローラの入力用凸部の配置の変化を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第１実施形態によるリモートコントローラの入力用凸部の配置の変化を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第１実施形態によるリモートコントローラの入力用凸部の全体の配置の変化を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第２実施形態によるリモートコントローラの凹凸形成パネルの断面を模式的に示す断面図である。
【図１４】図１３の凹凸形成パネルの断面図において、入力用凸部が形成されている状態を模式的に示す断面図である。
【図１５】図１４の凹凸形成パネルの断面図において、入力用凸部が押し下げられている状態を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０ 凹凸形成パネル
１２ａ〜１２ｎ 入力用凸部
３０ 表示装置
４０、４００ 凹凸形成部（凹凸形成装置）
４１、４１０ 突出部材
４２ エラストマ（変形部材）
５０ 上部層
５１ａ、５１ｂ 第１電極
６０ 下部層
６１ａ、６１ｂ 第２電極
４１１ 当接部材
１００、２００ リモートコントローラ（情報入力装置）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、凹凸形成装置および情報入力装置に関し、特に、電圧を印加することにより凹凸形状を形成する凹凸形成装置および情報入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電圧などを印加することにより凹凸形状を形成する凹凸形成装置および情報入力装置が知られている（たとえば、特許文献１〜５参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、表面電極と裏面電極とにより挟まれた高分子アクチュエータを備える凹凸形成装置が開示されている。この高分子アクチュエータは、電圧の印加により高分子電解質内の陽イオンが陰極側へ移動し、表裏で膨潤に差が生じて弧状に湾曲する。この凹凸形成装置は、高分子アクチュエータの一方端をスペーサによって固定し、他方端に半球部材を取り付けた片持ち梁構造を有し、高分子アクチュエータを弧状に湾曲させることにより半球部材を突出させるように構成されている。
【０００４】
上記特許文献２には、少なくとも１層の起歪層を少なくとも２層の電極層により挟み込んだ構造を有する動作部と、動作部の両端を支持するフレーム部とを備える電気信号変位変換装置（凹凸形成装置）が開示されている。この電気信号変位変換装置は、動作部の両端をフレーム部により固定する両端固定梁構造を有し、複数の電極層に電圧を印加すると、圧電効果によって起歪層が伸張する一方、フレーム部によって動作部の両端が固定されているために、起歪層の伸張が制限され、その結果、動作部全体が座屈変形する。この電気信号変位変換装置は、この座屈変形により動作部が湾曲することによって凹凸形状を形成するように構成されている。
【０００５】
また、上記特許文献３には、ヒータが配置された基板上に高分子ゲル膜が積層されている点字表示用ディスプレイ（凹凸形成装置）が開示されている。この点字表示用ディスプレイの高分子ゲル膜は熱により膨張する性質を有する単分子膜である。また、ヒータは高分子ゲル膜の下に配置され、温度変化の刺激を与えることにより高分子ゲル膜を膨張させて、凹凸形状を形成するように構成されている。この高分子ゲルは柔軟であり、形成された凸部も柔軟性を有する。
【０００６】
また、上記特許文献４には、高分子ゲル層と膨潤液保持層とを一対の電極により挟み込んだ構造を有する凹凸形成層（凹凸形成装置）が開示されている。この凹凸形成層は、電極から電気的刺激が付与されると、高分子ゲル層が隣接する膨潤液保持層の膨潤液を吸収または排出することにより、高分子ゲル層の体積が増減することによって、凹凸形状を形成するように構成されている。この高分子ゲルは柔軟であり、形成された凸部も柔軟性を有すると考えられる。
【０００７】
また、上記特許文献５には、板状電気機械変換素子と、板状電気機械変換素子の各面に互いに交差するように配置した電極アレイ（電極）と、板状電気機械変換素子と固着された補強板とを備える触覚ディスプレイ装置（凹凸形成装置）が開示されている。この触覚ディスプレイ装置では、板状電気機械変換素子としてＰＺＴ基板が用いられており、電極アレイの交差部分以外の部分でＰＺＴ基板が補強板と固着されている。ＰＺＴ基板の各面に配置された電極の交差部分に電圧が印加されると、ＰＺＴ基板の電圧が印加された部分が伸張する一方、電極の交差部分以外の部分が補強板と固着されているために伸びが制限される。この結果、ＰＺＴ基板の電圧が印加された部分が座屈変形を起こすことにより凹凸形状が形成されるように構成されている。つまり、この特許文献５による触覚ディスプレイ装置は、板状電気機械変換素子の両端を補強板により固定した両端固定梁構造を有する。
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−７９１７２号公報
【特許文献２】特開平８−１１４４０８号公報
【特許文献３】特開平６−４０２１号公報
【特許文献４】特開平１１−２０３０２５号公報
【特許文献５】特開２０００−５６６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１に記載の凹凸形成装置では、凹凸形状を形成する高分子アクチュエータは片持ち梁構造を有しているので、この高分子アクチュエータを固定するためのスペーサを設ける必要がある。さらに、この凹凸形成装置は、半球部材が取り付けられた梁状の高分子アクチュエータを備える構造を有するため、スペーサおよび半球部材を設ける分、装置の構造が複雑化するという問題点がある。
【００１０】
また、上記特許文献２に記載の電気信号変位変換装置では、動作部の両端を固定するフレーム部が起歪層の伸張を制限することにより凸形状を形成するので、動作部を固定するためのフレーム部を装置の両端に設ける必要がある。このため、フレーム部を設ける必要がある分、装置の構造が複雑化するという問題点がある。
【００１１】
また、上記特許文献３に記載の点字表示用ディスプレイでは、凹凸形状の形成が熱により膨張する柔軟な高分子ゲルにより行われるため、形成された凸形状部分も柔軟性を有する。このため、これをたとえばスイッチなどの入力用ボタンとして用いた場合には、押し下げる部分（入力用ボタン）自体が柔軟に形成されてしまうので、凸形状を押す際に通常の硬い入力用ボタンを押したような感触を得ることは困難であるという問題点がある。
【００１２】
また、上記特許文献４に記載の凹凸形成層では、膨潤液を吸収して膨潤した高分子ゲル層により凸形状が形成されるため、形成された凸形状自体が柔軟性を有する。このため、凸形状を押す際に通常の硬い入力用ボタンを押したような感触を得ることは困難であるという問題点がある。
【００１３】
また、上記特許文献５に記載の触覚ディスプレイ装置では、ＰＺＴ基板の両端を固定する補強板がＰＺＴ基板の伸張を制限することにより凸形状を形成するので、ＰＺＴ基板の両端を固定するための補強板を装置の両端に設ける必要がある。このため、補強板を設ける必要がある分、装置の構造が複雑化するという問題点がある。
【００１４】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、装置の構造が複雑化するのを抑制し、かつ、形成された凸形状を押す際に通常の硬い入力用ボタンと同様の接触感覚を得ることが可能な凹凸形成装置および情報入力装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【００１５】
この発明の第１の局面による凹凸形成装置は、絶縁体からなる突出部材と、突出部材の側方および下方を取り囲むように配置され、突出部材よりも硬度が小さく、かつ絶縁性を有するエラストマからなる変形部材と、変形部材を挟むように配置された第１電極および第２電極とを備え、第１電極および第２電極を用いて変形部材に電圧を印加して第１電極および第２電極間の静電引力により変形部材を変形させて突出部材を押し上げることによって凸部を形成するように構成されている。
【００１６】
この第１の局面による凹凸形成装置では、上記のように、突出部材の側方および下方を取り囲むように配置された絶縁性を有する変形部材に電圧を印加して第１電極および第２電極間の静電引力により変形部材を変形させて突出部材を押し上げることにより凸部を形成するように構成することによって、梁の湾曲により凸部を形成する構造と異なり、両端または一方端に梁を固定する部材を設けることなく凸部を形成することが可能となる。これにより、凹凸形成装置の構造が簡素化されるので、装置の構造が複雑化するのを抑制することができる。また、突出部材よりも硬度が小さいエラストマからなる変形部材に電圧を印加して変形部材を変形させ、突出部材を押し上げることにより凸部を形成するように構成することによって、柔軟な変形部材により凸部を形成する構成と異なり、変形部材よりも硬度の大きい突出部材を突出させて凸部を形成することができる。これにより、形成された凸部自体の硬度を大きくすることができるため、形成された凸部を押す際に通常の硬い入力用ボタンと同様の接触感覚を得ることができる。
【００１７】
上記第１の局面による凹凸形成装置において、好ましくは、第１電極が設けられた変形可能な上部層と、第２電極が設けられた下部層とをさらに備え、突出部材は、上部層の第１電極が設けられた部分以外の部分に下部層の方向に向かって設けられている。このように構成すれば、突出部材と第１電極とが設けられた上部層と、第２電極が設けられた下部層とにより、変形部材を挟み込むだけで凹凸形成装置を構成することが可能となる。これにより、装置の構造が複雑化するのを抑制することができる。
【００１８】
上記第１の局面による凹凸形成装置において、好ましくは、変形部材の第１電極との接触部分の面積が、突出部材の底面積よりも大きい。このように構成すれば、変形部材に電圧を印加して第１電極および第２電極の間の静電引力により上下方向に変形部材が圧縮されて突出部材の下方にもぐりこむ体積に応じた体積分だけ突出部材が押し上げられる場合に、変形部材の第１電極との接触部分の面積（変形部材の変形する部分の面積）を突出部材の底面積よりも大きくすることによって、変形部材の上下方向の変位量（第１電極および第２電極の間の静電引力により圧縮された上下方向の変形量）に対して突出部材の突出量（変形部材に押し上げられた上下方向の変位量）を大きくすることができる。これにより、簡単な構造によって凸形状の突出量を容易に大きくすることができる。
【００１９】
上記第１の局面による凹凸形成装置において、好ましくは、突出部材の下方に突出部材に対向するように配置され、変形部材よりも硬度の大きい材料からなる当接部材をさらに備え、当接部材は、突出部材が押し下げられた場合に突出部材と当接することにより突出部材を制止するように構成されている。このように構成すれば、形成された入力用凸部（入力用ボタン）を押し下げる際に、変形部材よりも硬度の大きい材料からなる当接部材と突出部材とが当接することにより押し下げが制止される。これにより、入力用凸部の入力操作（押し下げ）の終了を硬度の大きい当接部材との当接により感知することができるので、明確な入力感覚を得ることができる。その結果、入力感覚の不確かさによる重複入力（２度押し）や誤入力を防止することができる。
【００２０】
この発明の第２の局面による情報入力装置は、絶縁体からなる突出部材と、突出部材の側方および下方を取り囲むように配置され、突出部材よりも硬度が小さく、かつ、絶縁性を有するエラストマからなる変形部材と、変形部材を挟むように配置された第１電極および第２電極とを含み、第１電極および第２電極を用いて変形部材に電圧を印加して第１電極および第２電極間の静電引力により変形部材を変形させて突出部材を押し上げることによって凸部を形成するように構成されている複数の凹凸形成部が配列された凹凸形成パネルと、凹凸形成パネルに重ねて配置される表示装置とを備え、凹凸形成パネルは、表示装置に表示される入力用画像に応じて凹凸形成部の突出部材を突出させることによって、所定の形状の入力用凸部を形成するように構成されている。
【００２１】
この第２の局面による情報入力装置では、上記のように、凹凸形成部は、突出部材の側方および下方を取り囲むように配置された絶縁性を有する変形部材に電圧を印加して第１電極および第２電極間の静電引力により変形部材を変形させて突出部材を押し上げることにより凸部を形成するように構成することによって、梁の湾曲により凸部を形成する構造と異なり、両端または一方端に梁を固定する部材を設けることなく凸部を形成することが可能となる。これにより、凹凸形成部の構造が簡素化されるので、装置の構造が複雑化するのを抑制することができる。また、凹凸形成部は、突出部材よりも硬度が小さいエラストマからなる変形部材に電圧を印加して変形部材を変形させ、突出部材を押し上げるようにして突出させることにより凸部を形成するように構成することによって、柔軟な変形部材により凸部を形成する構成と異なり、変形部材よりも硬度の大きい突出部材を突出させて凸部を形成することができる。これにより、形成された凸部自体の硬度を大きくすることができるため、形成された凸部を入力用ボタンとして認識することが容易な接触感覚を得ることができる。また、凹凸形成パネルに複数の凹凸形成部を配列するように構成することによって、凹凸形成パネルの任意の位置の凹凸形成部に電圧を印加させて凸部を形成させることができるので、情報入力装置の任意の位置に入力用凸部を形成することができる。また、凹凸形成パネルに重ねて配置される表示装置に表示される入力用画像に応じて凹凸形成部の突出部材を突出させることにより、所定の形状の入力用凸部を形成するように構成することによって、表示装置が表示する入力用画像（テンキーの画像や再生または停止ボタンなどの画像、チャンネル選択ボタンの画像など）に応じた入力用凸部を形成することができるので、異なる複数の情報入力機能を提供することができる。また、入力操作の際に、形成された入力用凸部を押し下げることができるので、明確な入力感覚を得ることができる。
【００２２】
この場合において、好ましくは、凹凸形成パネルは、表示装置の上方に配置された場合に、表示装置に表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する部材により構成されている。このように構成すれば、凹凸形成パネルを表示装置の上方に重ねた状態で入力用画像を視認することができるので、使用者が触れる側に凹凸形成パネルが配置されることが可能になる。これにより、凹凸形成部により形成された入力用凸部の凸形状を使用者がより明確に感じとることができるので、確実な入力操作を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による情報入力装置の全体構成を示した斜視図である。また、図２〜図１２は、図１に示した本発明の第１実施形態による情報入力装置の詳細な構造を示した図である。まず、図１〜図１２を参照して、本発明の第１実施形態によるリモートコントローラ１００の構成について説明する。なお、第１実施形態では、情報入力装置の一例であるリモートコントローラ１００に本発明を適用した場合について説明する。
【００２５】
本発明の第１実施形態によるリモートコントローラ１００は、図１および図２に示すように、凹凸形成パネル１０と、表面保護膜２０と、表示装置３０とから構成されている。
【００２６】
リモートコントローラ１００の凹凸形成パネル１０は、図２に示すように、平面的に見て、表示装置３０と同一の長方形形状を有し、表示装置３０の上方に重ねて配置されている。また、図３に示すように、凹凸形成パネル１０には、後述する凹凸形成部４０がマトリクス状に配列されている。
【００２７】
また、表面保護膜２０は、図１および図２に示すように、平面的に見て、凹凸形成パネル１０と同形状の長方形形状を有し、凹凸形成パネル１０の上方に重ねて配置されている。表面保護膜２０は、表示装置３０に表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する材料で、かつ、凹凸形成パネル１０の凹凸形成部４０が凸形状に変形するのに伴って弾性変形可能な材料により構成されている。
【００２８】
また、表示装置３０は、平面的に見て、凹凸形成パネル１０および表面保護膜２０に対応した長方形形状を有し、凹凸形成パネル１０の下方に重ねて配置されている。この表示装置３０は、たとえばテンキーの画像、再生または停止ボタンの画像、チャンネル選択ボタンの画像など、必要とされる入力情報に応じた入力用画像を表示するように構成されている。
【００２９】
また、第１実施形態では、凹凸形成パネル１０は、図３および図４に示すように、上部層５０と、下部層６０とによりエラストマ４２を挟み込むように構成されている。また、外周部の全周に渡って後述するエラストマ４２を封止する封止部材１１が設けられている。また、図４に示すように、上部層５０の下面には、四角柱状の突出部材４１が取り付けられているとともに第１電極５１ａおよび５１ｂが固定されている。下部層６０の上面の第１電極５１ａおよび５１ｂに対応する位置には、第１電極５１ａおよび５１ｂと同じ形状を有する第２電極６１ａおよび６１ｂが固定されている。
【００３０】
また、図３に示すように、平面的に見て、突出部材４１は正方形形状を有する。また、第１電極５１ａは、突出部材４１の４辺を取り囲むように配置されるとともに、長方形形状を有する。また、第１電極５１ｂは、第１電極５１ａに隣接し、突出部材４１の四隅を囲むように配置されるとともに、正方形形状を有する。凹凸形成部４０は、突出部材４１と、突出部材４１を取り囲む第１電極５１ａおよび５１ｂとからなる正方形領域を１つの単位として、マトリクス状に配列されている。したがって、各々の凹凸形成部４０は、隣接する凹凸形成部４０と複数の第１電極５１ａおよび５１ｂを共有する。
【００３１】
突出部材４１は、絶縁性を有し、エラストマ４２よりも硬度の大きい材料からなる。また、第１実施形態では、突出部材４１は、表示装置３０により表示された入力用画像を視認することが可能な光透過性を有する材料からなる。突出部材４１は、たとえば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）やアクリル樹脂などからなる。
【００３２】
また、図３に示すように、エラストマ４２は、突出部材４１の四辺を囲む第１電極５１ａと第２電極６１ａとにより上下から挟まれ、突出部材４１の四隅を囲むように配列された第１電極５１ｂと第２電極６１ｂとにより上下から挟まれている。また、このエラストマ４２は、突出部材４１の下方および側方を取り囲むように配置されている。また、このエラストマ４２は、絶縁性を有し、突出部材４１よりも硬度が小さく、電圧印加により大きく変形する柔軟性の高い材料からなる。また、第１実施形態では、エラストマ４２は、表示装置３０により表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する材料からなる。このエラストマ４２は、たとえば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などの樹脂材料のほか、高分子ゲルなどからなる。なお、エラストマ４２は、本発明の「変形部材」の一例である。
【００３３】
ここで、第１実施形態では、図３および図４に示すように、四角柱形状を有する突出部材４１は、平面的に見て一辺の長さがＬ１の正方形形状を有している。また、第１電極５１ａおよび第２電極６１ａは、平面的に見て長辺の長さがＬ２、短辺の長さがＬ１の長方形形状を有している。そして、第１電極５１ｂおよび第２電極６１ｂは、平面的に見て一辺の長さがＬ２の正方形形状を有している。また、第１電極５１ａおよび５１ｂと、第２電極６１ａおよび６１ｂとは、それぞれエラストマ４２と全面で接している。ここで、長さＬ１とＬ２とは、Ｌ２＞Ｌ１の関係を有する。したがって、突出部材４１の底面積は、第１電極５１ａおよび第２電極６１ａのそれぞれのエラストマ４２との接触面積よりも小さく、かつ、第１電極５１ｂおよび第２電極６１ｂのそれぞれのエラストマ４２との接触面積よりも小さくなるように構成されている。
【００３４】
また、第１実施形態では、上部層５０は、絶縁性を有し、かつ、突出部材４１の突出に伴って弾性変形可能な材料からなる。上部層５０は、たとえば、シリコン樹脂などから形成されている。ここで、上部層５０の下面に固定される第１電極５１ａおよび５１ｂは、エラストマ４２の変形に伴って弾性変形可能で、かつ、表示装置３０により表示された入力用画像を視認することが可能な光透過性を有する材料からなる。第１電極５１ａおよび５１ｂは、たとえば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）やＺｎＯ（酸化亜鉛）などの透明導電膜からなる。上部層５０に固定された第１電極５１ａおよび５１ｂは、それぞれ下面の全面でエラストマ４２と接触しており、所定の電圧を印加できるように構成されている。ここで、上部層５０は、突出部材４１が突出する場合（電圧印加時）には、後述する変形動作により第１電極５１ａおよび５１ｂがエラストマ４２を押圧するのに伴い弾性変形するとともに、突出部材４１の突出に伴い弾性変形するように構成されている。
【００３５】
また、第１実施形態では、下部層６０は、絶縁性を有し、かつ、表示装置３０により表示された入力用画像を視認することが可能な光透過性を有するとともに、柔軟性を有しない材料からなる。すなわち、下部層６０は上部層５０と異なり、突出部材４１が突出する場合（電圧印加時）でも変形しないように構成されている。下部層６０は、たとえば、ＰＥＴやアクリル樹脂などからなる。図４に示すように、下部層６０の上面には、第１電極５１ａおよび５１ｂと対応する位置に、第２電極６１ａおよび６１ｂが設けられている。また、第１実施形態では、第２電極６１ａおよび６１ｂは、表示装置３０により表示された入力用画像を視認することが可能な光透過性を有する材料からなる。第２電極６１ａおよび６１ｂは、たとえば、ＩＴＯやＺｎＯなどの透明導電膜からなる。下部層６０に設けられた第２電極６１ａおよび６１ｂは、それぞれ上面の全面でエラストマ４２と接触しており、所定の電圧を印加できるように構成されている。
【００３６】
また、凹凸形成パネル１０の上部層５０に配置された第１電極５１ａ、５１ｂおよび下部層６０に配置された第２電極６１ａ、６１ｂは、それぞれ一般的に知られた、いわゆるアクティブマトリクス方式により電気的に接続されている。上部層５０の第１電極５１ａおよび５１ｂは、図５および図６に示すように、突出部材４１の取り付け位置を除いて、マトリクス状に配置されている。すなわち、各々の第１電極５１ａおよび５１ｂは、Ｘ方向に延びるゲート線５３とＹ方向に延びるデータ線５４とが交差する位置にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）５２を介してデータ線５４に接続するように配置されている。また、各々のＴＦＴ５２のゲートには、Ｘ方向に延びるゲート線５３が接続されている。ゲート線５３にアドレス信号が印加されると、そのアドレス信号が印加されたゲート線５３とゲートが接続されたＴＦＴ５２はオン状態になる。このとき、各々のデータ線５４に印加された電圧は、オン状態のＴＦＴ５２に接続された第１電極５１ａおよび５１ｂのそれぞれに、ＴＦＴ５２を介して印加される。一方、アドレス信号が印加されないゲート線５３にゲートが接続されたＴＦＴ５２はオフ状態になっていることにより、このオフ状態のＴＦＴ５２に接続された第１電極５１ａおよび５１ｂには、電圧は印加されない。ここで、下部層６０の第２電極６１ａおよび６１ｂも同様の構造を有しており、電圧の印加された第１電極５１ａおよび５１ｂと対応する位置に配置された第２電極６１ａおよび６１ｂにも電圧が印加されるように構成されている。これにより、凹凸形成パネル１０は、平面的に見て同一の位置に配置された、互いに対応する任意の第１電極５１ａおよび第２電極６１ａまたは第１電極５１ｂおよび第２電極６１ｂに選択的に電圧を印加することができるように構成されている。
【００３７】
したがって、凹凸形成パネル１０は、それぞれの第１電極５１ａ、５１ｂおよび第２電極６１ａ、６１ｂとにおいて、アドレス信号を印加するゲート線５３と所定の電圧を印加するデータ線５４とを選択することにより、それぞれ対応する任意の位置の第１電極５１ａおよび第２電極６１ａまたは第１電極５１ｂおよび第２電極６１ｂに電圧を印加することができるように構成されている。これにより、マトリクス状に配列された任意の凹凸形成部４０に選択的に電圧を印加することが可能となる。このため、凹凸形成パネル１０は、図１および図７に示すように、表示装置３０の入力用画像に応じた位置で、リモートコントローラ１００の表面に入力用凸部１２ａ〜１２ｆを形成することが可能である。
【００３８】
ここで、図１、図７および図８に示すように、リモートコントローラ１００には、１つの凹凸形成部４０により正方形形状に形成された入力用凸部（操作ボタン）１２ａおよび入力用凸部（一時停止ボタン）１２ｆが形成されている。また、２つの凹凸形成部４０により長方形形状に形成された入力用凸部（操作ボタン）１２ｂおよび入力用凸部１２ｃ（早送り／巻戻しボタン）が形成されている。また、４つの凹凸形成部４０により正方形形状に形成された大型の入力用凸部（再生ボタン）１２ｄおよび入力用凸部（停止ボタン）１２ｅが形成されている。このように、リモートコントローラ１００の凹凸形成パネル１０は、凸形状を形成させる凹凸形成部４０の組み合わせにより、様々な大きさおよび形状を有する入力用凸部１２ａ〜１２ｆを形成することが可能となる。これにより、たとえば、リモートコントローラ１００がＣＤやＤＶＤなど再生装置の操作に用いられる場合、使用頻度の高い再生ボタン１２ｄおよび停止ボタン１２ｅは大型に形成し、使用頻度の低いボタンや誤操作を防止したいボタンを小型の操作ボタン１２ａとして形成するなど、目的に応じた入力用凸部１２ａ〜１２ｆを形成することが可能となる。
【００３９】
また、第１実施形態では、凹凸形成パネル１０を構成する上部層５０、下部層６０および封止部材１１と、これらを構成する第１電極５１ａおよび５１ｂ、突出部材４１、エラストマ４２、第２電極６１ａおよび６１ｂなどは、全て表示装置３０に表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する透明な材料により構成されている。このため、凹凸形成部４０をマトリクス状に配列した凹凸形成パネル１０は、全体が表示装置３０に表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有するように構成されている。
【００４０】
次に、図１、図４および図６〜図１２を参照して、本発明の第１実施形態によるリモートコントローラ１００および凹凸形成部４０の変形動作を説明する。
【００４１】
図４に示すように、凹凸形成パネル１０の凹凸形成部４０は、電圧無印加時では平板形状を有している。ここで、第１電極５１ａおよび５１ｂと、第２電極６１ａおよび６１ｂとにより、突出部材４１の周囲を囲むエラストマ４２に電圧を印加すると、エラストマ４２を挟んで互いに向かい合う第１電極５１ａおよび第２電極６１ａと、第１電極５１ｂおよび第２電極６１ｂとの間に静電引力が生じる。この場合、上部層５０が弾性変形可能に構成されているのに対して、下部層６０は変形しないように構成されているので、この静電引力によって、上部層５０の第１電極５１ａおよび５１ｂがエラストマ４２を電圧印加方向に押圧する。したがって、図９に示すように、この押圧力によりエラストマ４２は押しつぶされ、電圧が印加された部分の周囲に押し出されるように変形する。エラストマ４２は突出部材４１の側方および下方を取り囲むように配置されているので、突出部材４１の周囲のエラストマ４２に電圧を印加することにより、変形されたエラストマ４２の一部が突出部材４１の周囲から下側にもぐりこみ、突出部材４１を押し上げる。これにより、凹凸形成部４０に凸形状が形成される。
【００４２】
図６に示すように、突出部材４１は、平面的に見て、周囲を４つの長方形形状の第１電極５１ａと、４つの正方形形状の第１電極５１ｂとにより囲まれているので、これらの８つの第１電極５１ａおよび５１ｂと、これらに対応する８つの第２電極６１ａおよび６１ｂとに電圧を印加することにより突出部材４１を突出させることが可能になる。
【００４３】
また、図９に示すように、それぞれの第１電極５１ａおよび５１ｂが下方向にエラストマ４２を押しのけた体積の合計に応じて、エラストマ４２が突出部材４１の下方にもぐりこみ、突出部材４１が押し上げられる突出量が定まる。第１実施形態では、突出部材４１の底面積は、その突出部材４１を取り囲む第１電極５１ａおよび５１ｂとエラストマ４２との合計の接触面積よりも小さくなるように構成されているので、電圧印加時の第１電極５１ａおよび５１ｂの下方向への変位量に比べて、突出部材４１の突出量が大きくなる。このため、図９に示すように、入力用凸部１２ａ〜１２ｆの高さを効率よく大きくすることができる。
【００４４】
第１実施形態では、図７および図８に示すように、任意の第１電極５１ａおよび５１ｂと、任意の第２電極６１ａおよび６１ｂとに電圧を印加可能に構成することによって、電圧を印加する位置を変化させ、これを組み合わせることにより、任意の凹凸形成部４０の突出部材４１を突出させることが可能である。これにより、リモートコントローラ１００の任意の位置に任意の大きさの入力用凸部１２ａ〜１２ｆを形成することができる。
【００４５】
したがって、図１、図７および図８に示すように、リモートコントローラ１００には、凹凸形成パネル１０にマトリクス状に配列される凹凸形成部４０により任意の位置に入力用凸部１２ａ〜１２ｆが形成されるので、状況や入力情報に応じて入力用凸部１２ａ〜１２ｆの配置や変形量が変更される。たとえば、図１０に示すように、リモートコントローラ１００がＣＤやＤＶＤなど再生装置の操作に用いられる場合、ＣＤやＤＶＤなどの再生中には、入力済みの再生ボタン１２ｄが平坦な状態となり、停止ボタン１２ｅなど他のボタンが突出して形成されて入力待ちの状態となる。一方、図１１に示すように、ＣＤやＤＶＤなどが停止中には、停止ボタン１２ｅおよび一時停止ボタン１２ｆが平坦な状態となり、再生ボタン１２ｄなど他のボタンが突出して形成され入力待ちの状態となる。
【００４６】
さらに、リモートコントローラ１００が別の機能を果たす場合には、表示装置３０の表示に対応して入力用凸部１２ａ〜１２ｆの全体の配置が変更される。たとえば、図１２に示すように、リモートコントローラ１００がテレビのチャンネル選択用の情報入力装置としての機能を果たす場合、入力用凸部（チャンネル選択ボタン）１２ｇや入力用凸部（電源ボタン）１２ｈ、入力用凸部（音量調節ボタン）１２ｉ、入力用凸部（ＣＤ、ＤＶＤなど他の機能への切り替えボタン）１２ｊ、入力用凸部（入力切り替えボタン）１２ｋ、入力用凸部（メニュー画面表示ボタン）１２ｌ、入力用凸部（メニュー項目切り替えボタン）１２ｍおよび入力用凸部（決定ボタン）１２ｎなどを表示する画像が表示装置３０に表示され、それぞれのボタンを表示する画像に対応した入力用凸部１２ｇ〜１２ｎが新たに形成される。このように、リモートコントローラ１００は、入力用凸部１２ａ〜１２ｎの配置を変更することにより、再生時や停止時など、状況に応じた入力操作を使用者に案内できるように構成されている。また、リモートコントローラ１００は、入力用凸部１２ａ〜１２ｎの全体の配置を変更することにより、ＣＤ、ＤＶＤ、テレビなど、複数の機器への情報入力装置としての機能を果たすように構成されている。
【００４７】
また、第１実施形態では、凹凸形成パネル１０に形成された入力用凸部１２ａ〜１２ｎは、エラストマ４２よりも硬度の大きい突出部材４１により形成されるため、入力用凸部１２ａ〜１２ｎ自体の硬度が大きくなる。このため、リモートコントローラ１００には、入力用凸部１２ａ〜１２ｎを入力用ボタンとして認識するのが容易な、明確な接触感覚を有した入力用凸部１２ａ〜１２ｎが形成される。一方、押し上げられた突出部材４１の下方には硬度の小さいエラストマ４２が存在するため、入力操作（押し下げ）には大きな力は不要であり、良好な入力感覚を得ることができる。
【００４８】
第１実施形態では、上記のように、突出部材４１の側方および下方を取り囲むように配置された絶縁性を有するエラストマ４２に電圧を印加して第１電極５１ａ、５１ｂおよび第２電極６１ａ、６１ｂの間の静電引力によりエラストマ４２を変形させて突出部材４１を押し上げることにより入力用凸部１２ａ〜１２ｎを形成するように構成することによって、梁の湾曲により凸部を形成する構造と異なり、両端または一方端に梁を固定する部材を設けることなく入力用凸部１２ａ〜１２ｎを形成することが可能となる。これにより、凹凸形成部４０の構造が簡素化されるので、装置の構造が複雑化するのを抑制することができる。また、突出部材４１よりも硬度が小さい材料からなるエラストマ４２に電圧を印加してエラストマ４２を変形させ、突出部材４１を押し上げるようにして突出させることにより入力用凸部１２ａ〜１２ｎを形成するように構成することによって、エラストマ４２よりも硬度の大きい突出部材４１を突出させて入力用凸部１２ａ〜１２ｎを形成することができる。これにより、形成された入力用凸部１２ａ〜１２ｎ自体の硬度を大きくすることができるため、形成された入力用凸部１２ａ〜１２ｎを押す際に通常の硬い入力用ボタンと同様の接触感覚を得ることができる。
【００４９】
第１実施形態では、上記のように、第１電極５１ａおよび５１ｂが設けられた変形可能な上部層５０と、第２電極６１ａおよび６１ｂが設けられた下部層６０とをさらに備え、突出部材４１は、上部層５０の第１電極５１ａおよび５１ｂが設けられた部分以外の部分に設けられているように構成することによって、突出部材４１と第１電極５１ａおよび５１ｂとが設けられた上部層５０と、第２電極６１ａおよび６１ｂが設けられた下部層６０とにより、エラストマ４２を挟み込むだけで凹凸形成部４０を構成することが可能となる。これにより、凹凸形成部４０の構造が複雑化するのを抑制することができる。
【００５０】
第１実施形態では、上記のように、凹凸形成部４０のエラストマ４２の第１電極５１ａおよび５１ｂとの接触部分の面積が、突出部材４１の底面積よりも大きくなるように構成することによって、エラストマ４２に電圧を印加して第１電極５１ａ、５１ｂおよび第２電極６１ａ、６１ｂの間の静電引力により上下方向にエラストマ４２が圧縮されて突出部材４１の下方にもぐりこむ体積に応じた体積分だけ突出部材４１が押し上げられる場合に、
エラストマ４２の上下方向の変位量（第１電極５１ａ、５１ｂおよび第２電極６１ａ、６１ｂの間の静電引力により圧縮された上下方向の変形量）に対して突出部材４１の突出量（エラストマ４２に押し上げられた上下方向の変位量）を大きくすることができる。これにより、簡単な構造によって入力用凸部１２ａ〜１２ｎの突出量を容易に大きくすることができる。
【００５１】
第１実施形態では、上記のように、凹凸形成パネル１０に複数の凹凸形成部４０を配列するように構成することによって、凹凸形成パネル１０の任意の位置の凹凸形成部４０に電圧を印加させて入力用凸部１２ａ〜１２ｎを形成させることができるので、リモートコントローラ１００の任意の位置に入力用凸部１２ａ〜１２ｎを形成することができる。また、凹凸形成パネル１０に重ねて配置される表示装置３０に表示される入力用画像に応じて凹凸形成部４０の突出部材４１を突出させることにより、所定の形状の入力用凸部１２ａ〜１２ｎを形成するように構成することによって、表示装置３０が表示する入力用画像（テンキーの画像や再生または停止ボタンなどの画像、チャンネル選択ボタンの画像など）に応じた入力用凸部１２ａ〜１２ｎを形成することができるので、異なる複数の情報入力機能を提供することができる。また、入力操作の際に、形成された入力用凸部１２ａ〜１２ｎを押し下げることができるので、明確な入力感覚を得ることができる。
【００５２】
第１実施形態では、上記のように、凹凸形成パネル１０は、表示装置３０の上方に配置された場合に、表示装置３０に表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する部材により構成されることによって、凹凸形成パネル１０を表示装置３０の上方に重ねた状態で入力用画像を視認することができるので、使用者が触れる側に凹凸形成パネル１０が配置されることが可能になる。これにより、凹凸形成部４０により形成された入力用凸部１２ａ〜１２ｎの凹凸形状を使用者がより明確に感じとることができるので、確実な入力操作を行うことができる。
【００５３】
（第２実施形態）
図１３〜図１５は、本発明の第２実施形態によるリモートコントローラ２００の凹凸形成部４００を示す断面図である。この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、突出部材４１０の下方に当接部材４１１が設けられた例について説明する。
【００５４】
第２実施形態のリモートコントローラ２００では、図１３に示すように、上部層５０に取り付けられた突出部材４１０と対向するように、下部層６０の上面に、突出部材４１０と略同一形状を有する当接部材４１１が設けられている。当接部材４１１は、絶縁性を有し、エラストマ４２よりも硬度の大きい材料であり、かつ、表示装置３０に表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する部材により形成されている。当接部材４１１は、たとえば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）やアクリル樹脂などからなり、突出部材４１０と同じ材料により構成されていてもよい。また、第２実施形態では、突出部材４１０の底面は略半球状の形状に形成されている。このように形成することにより、エラストマ４２に押し上げられる際の圧力を、半球形状を有する突出部材４１０の底面に均一に加えることが可能となる。また、当接部材４１１の上面も略半球形状を有するように形成されている。なお、その他のリモートコントローラ２００の構成は、上記第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５５】
次に、図１４および図１５を参照して、本発明の第２実施形態によるリモートコントローラ２００に形成された入力用凸部（操作ボタン）１２ａを押し下げる場合の変形状態について説明する。
【００５６】
第２実施形態では、図１４に示すように、第１電極５１ａ、５１ｂおよび第２電極６１ａ、６１ｂによりエラストマ４２に電圧が印加されると、静電引力により第１電極５１ａおよび５１ｂがエラストマ４２を電圧印加方向に押圧する。第１電極５１ａおよび５１ｂに押圧されたエラストマ４２は、突出部材４１０と当接部材４１１との間に押し出され、突出部材４１０の半球形状を有する底面を周囲から押し上げる。これにより、突出部材４１０が突出し、入力用凸部１２ａが形成される。この入力用凸部１２ａを押し下げる場合、図１５に示すように、突出部材４１０は、突出部材４１０の下方に対向して配置された当接部材４１１に当接するまで押し下げられ、当接部材４１１と当接することにより押し下げ（入力動作）が終了する。当接部材４１１は突出部材４１０と同じ材料により形成されており、エラストマ４２よりも硬度が大きいため、硬い当接部材４１１に硬い突出部材４１０が当接することにより、使用者は入力動作の終了を明確に認識することになる。
【００５７】
第２実施形態では、突出部材４１０の下方に突出部材４１０に対向するように配置され、エラストマ４２よりも硬度の大きい材料からなる当接部材４１１をさらに備え、当接部材４１１は、突出部材４１０が押し下げられた場合に突出部材４１０と当接することにより突出部材４１０を制止するように構成することによって、形成された入力用凸部１２ａ〜１２ｎを押し下げる際に、エラストマ４２よりも硬度の大きい材料からなる当接部材４１１と突出部材４１０とが当接することにより押し下げが制止される。これにより、入力用凸部１２ａ〜１２ｎの入力操作（押し下げ）の終了を硬度の大きい当接部材４１１との当接により感知することができるので、明確な入力感覚を得ることができる。その結果、入力感覚の不確かさによる重複入力（２度押し）や誤入力を防止することができる。
【００５８】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００５９】
たとえば、上記第１実施形態では、本発明の情報入力装置の一例としてリモートコントローラを示したが、本発明はこれに限らず、リモートコントローラ以外の情報入力装置にも適用可能である。
【００６０】
また、上記第１実施形態では、図２に示すように、凹凸形成パネル１０が表示装置３０の上方に重ねて配置されている例を示したが、本発明はこれに限らず、凹凸形成パネルが表示装置の下方に配置されていてもよい。この場合には、表示装置に、たとえば電子ペーパーのような柔軟で薄い表示装置を用いる必要がある。
【００６１】
また、上記第１実施形態では、複数の凹凸形成部４０が、凹凸形成パネル１０にマトリクス状に配列されている例を示したが、本発明はこれに限らず、複数の凹凸形成部は、マトリクス状に配列されている必要はない。したがって、複数の凹凸形成部は、たとえば、千鳥配列をなすように配列されてもよい。
【００６２】
また、上記第１実施形態では、下部層６０と上部層５０とが異なる材料により形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、下部層を、上部層と同一の材料により形成してもよい。この場合、下部層を含めた凹凸形成パネルの全体を柔軟に形成することが可能となり、凹凸形成パネルをたとえば電子ペーパーのような柔軟な表示装置に重ね、曲面に貼り付けて使用することも可能となる。ただし、この場合、下部層は貼り付けられる面に固定され、エラストマに電圧を印加する際に変形しないように構成される必要がある。
【００６３】
また、上記第１実施形態では、図３に示すように、それぞれの凹凸形成部４０は、平面的に見て実質的に正方形形状を有するように構成されている例を示したが、本発明はこれに限らず、凹凸形成部を平面的に見た場合に、円形など、他の形状を有するように構成してもよい。
【００６４】
また、上記第１実施形態では、突出部材４１が平面的に見て正方形形状を有する四角柱形状により形成されている例を示すとともに、上記第２実施形態では、突出部材４１０の底面が略半球状の形状になるように形成されている例を示したが、本発明はこれに限らず、突出部材が異なる形状を有するように形成されていてもよい。
【００６５】
また、上記第１実施形態では、突出部材４１は上部層５０に取り付けられている例を示したが、本発明はこれに限らず、突出部材を上部層と一体的に形成していてもよい。
【００６６】
また、上記第１実施形態では、エラストマ４２がアクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などの樹脂材料のほか、高分子ゲルなどの透明な材料から形成され、第１電極５１ａおよび５１ｂ、第２電極６１ａおよび６１ｂがＩＴＯやＺｎＯなどの透明導電膜から形成され、突出部材４１が透明なＰＥＴやアクリル樹脂などから形成されている例を示したが、本発明はこれに限らず、異なる材料により形成されていてもよい。エラストマは絶縁性を有し、突出部材よりも硬度が小さく、電圧印加により大きく変形する柔軟性の高い材料であり、かつ表示装置により表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有するものであればよく、たとえば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂以外の樹脂材料や高分子ゲル以外の材料により形成してもよい。また、第１電極は、導電性を有し、エラストマ層が変形するのに伴って弾性変形可能な材料であり、かつ、表示装置により表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有するものであればよい。たとえば、ＩＴＯやＺｎＯなどの透明導電膜以外にＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリエチレンジオキシチオフェン）／（ポリスチレン・スルフォン酸）などの導電性有機材料を用いてもよい。また、第２電極は、第１電極と同様の材料を用いることが可能だが、変形しない材料で形成されていてもよい。また、突出部材は絶縁性を有し、エラストマよりも硬度の大きい材料であり、かつ、表示装置により表示された入力用画像を視認することが可能な光透過性を有する材料であればＰＥＴやアクリル樹脂以外でもよい。
【００６７】
また、上記第２実施形態では、当接部材４１１は、突出部材４１０と略同一形状を有するように形成されている例を示したが、本発明はこれに限らず、当接部材が突出部材と異なる形状により形成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１実施形態によるリモートコントローラの全体構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態によるリモートコントローラの全体構成を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態による凹凸形成パネルを示す平面図である。
【図４】図３の３００−３００線に沿った、凹凸形成パネルの断面を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態による凹凸形成パネルの電極配置を模式的にを示す平面図である。
【図６】図５に示した凹凸形成パネルの電極配置の部分拡大図である。
【図７】本発明の第１実施形態によるリモートコントローラの全体構成を示す平面図である。
【図８】本発明の第１実施形態によるリモートコントローラの全体構成を示す側面図である。
【図９】図４の凹凸形成パネルの断面図において、入力用凸部が形成されている状態を模式的に示す断面図である。
【図１０】本発明の第１実施形態によるリモートコントローラの入力用凸部の配置の変化を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第１実施形態によるリモートコントローラの入力用凸部の配置の変化を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第１実施形態によるリモートコントローラの入力用凸部の全体の配置の変化を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第２実施形態によるリモートコントローラの凹凸形成パネルの断面を模式的に示す断面図である。
【図１４】図１３の凹凸形成パネルの断面図において、入力用凸部が形成されている状態を模式的に示す断面図である。
【図１５】図１４の凹凸形成パネルの断面図において、入力用凸部が押し下げられている状態を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０ 凹凸形成パネル
１２ａ〜１２ｎ 入力用凸部
３０ 表示装置
４０、４００ 凹凸形成部（凹凸形成装置）
４１、４１０ 突出部材
４２ エラストマ（変形部材）
５０ 上部層
５１ａ、５１ｂ 第１電極
６０ 下部層
６１ａ、６１ｂ 第２電極
４１１ 当接部材
１００、２００ リモートコントローラ（情報入力装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体からなる突出部材と、
前記突出部材の側方および下方を取り囲むように配置され、前記突出部材よりも硬度が小さく、かつ、絶縁性を有するエラストマからなる変形部材と、
前記変形部材を挟むように配置された第１電極および第２電極とを備え、
前記第１電極および前記第２電極を用いて前記変形部材に電圧を印加して前記第１電極および前記第２電極間の静電引力により前記変形部材を変形させて前記突出部材を押し上げることによって凸部を形成するように構成されている、凹凸形成装置。
【請求項２】
前記第１電極が設けられた変形可能な上部層と、
前記第２電極が設けられた下部層とをさらに備え、
前記突出部材は、前記上部層の前記第１電極が設けられた部分以外の部分に前記下部層の方向に向かって設けられている、請求項１に記載の凹凸形成装置。
【請求項３】
前記変形部材の前記第１電極との接触部分の面積が、前記突出部材の底面積よりも大きい、請求項１または２に記載の凹凸形成装置。
【請求項４】
前記突出部材の下方に前記突出部材に対向するように配置され、前記変形部材よりも硬度の大きい材料からなる当接部材をさらに備え、
前記当接部材は、前記突出部材が押し下げられた場合に前記突出部材と当接することにより前記突出部材を制止するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の凹凸形成装置。
【請求項５】
絶縁体からなる突出部材と、前記突出部材の側方および下方を取り囲むように配置され、前記突出部材よりも硬度が小さく、かつ、絶縁性を有するエラストマからなる変形部材と、前記変形部材を挟むように配置された第１電極および第２電極とを含み、前記第１電極および前記第２電極を用いて前記変形部材に電圧を印加して前記第１電極および前記第２電極間の静電引力により前記変形部材を変形させて前記突出部材を押し上げることによって凸部を形成するように構成されている複数の凹凸形成部が配列された凹凸形成パネルと、
前記凹凸形成パネルに重ねて配置される表示装置とを備え、
前記凹凸形成パネルは、前記表示装置に表示される入力用画像に応じて前記凹凸形成部の前記突出部材を突出させることによって、所定の形状の入力用凸部を形成するように構成されている、情報入力装置。
【請求項６】
前記凹凸形成パネルは、前記表示装置の上方に配置された場合に、前記表示装置に表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する部材により構成されている、請求項５に記載の情報入力装置。
【請求項１】
絶縁体からなる突出部材と、
前記突出部材の側方および下方を取り囲むように配置され、前記突出部材よりも硬度が小さく、かつ、絶縁性を有するエラストマからなる変形部材と、
前記変形部材を挟むように配置された第１電極および第２電極とを備え、
前記第１電極および前記第２電極を用いて前記変形部材に電圧を印加して前記第１電極および前記第２電極間の静電引力により前記変形部材を変形させて前記突出部材を押し上げることによって凸部を形成するように構成されている、凹凸形成装置。
【請求項２】
前記第１電極が設けられた変形可能な上部層と、
前記第２電極が設けられた下部層とをさらに備え、
前記突出部材は、前記上部層の前記第１電極が設けられた部分以外の部分に前記下部層の方向に向かって設けられている、請求項１に記載の凹凸形成装置。
【請求項３】
前記変形部材の前記第１電極との接触部分の面積が、前記突出部材の底面積よりも大きい、請求項１または２に記載の凹凸形成装置。
【請求項４】
前記突出部材の下方に前記突出部材に対向するように配置され、前記変形部材よりも硬度の大きい材料からなる当接部材をさらに備え、
前記当接部材は、前記突出部材が押し下げられた場合に前記突出部材と当接することにより前記突出部材を制止するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の凹凸形成装置。
【請求項５】
絶縁体からなる突出部材と、前記突出部材の側方および下方を取り囲むように配置され、前記突出部材よりも硬度が小さく、かつ、絶縁性を有するエラストマからなる変形部材と、前記変形部材を挟むように配置された第１電極および第２電極とを含み、前記第１電極および前記第２電極を用いて前記変形部材に電圧を印加して前記第１電極および前記第２電極間の静電引力により前記変形部材を変形させて前記突出部材を押し上げることによって凸部を形成するように構成されている複数の凹凸形成部が配列された凹凸形成パネルと、
前記凹凸形成パネルに重ねて配置される表示装置とを備え、
前記凹凸形成パネルは、前記表示装置に表示される入力用画像に応じて前記凹凸形成部の前記突出部材を突出させることによって、所定の形状の入力用凸部を形成するように構成されている、情報入力装置。
【請求項６】
前記凹凸形成パネルは、前記表示装置の上方に配置された場合に、前記表示装置に表示された入力用画像を視認することが可能な光透過率を有する部材により構成されている、請求項５に記載の情報入力装置。
【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１４】
【図１５】
【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１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００９−１７６２４３（Ｐ２００９−１７６２４３Ａ）
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６６８０（Ｐ２００８−１６６８０）
【出願日】平成２０年１月２８日（２００８．１．２８）
【出願人】（０００２０１１１３）船井電機株式会社 (7,855)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２８日（２００８．１．２８）
【出願人】（０００２０１１１３）船井電機株式会社 (7,855)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]