JP4838280B2 - タッチパネル式入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、触覚フィードバック機能を有すると共に、充電機能を有するタッチパネル式入力装置に関する。

タッチパネルの表面は平坦で滑らかであるため、機械的なスイッチと比較すると、ユーザは、正しく操作できているのかどうかを判断し難いという事情があった。このため、従来から、操作するユーザの指先に振動を与えて操作の感覚をフィードバックするタッチパネルが提案されている。このように、操作するユーザの指先に振動を与えるフィードバック方式は、触覚フィードバックと呼称されている。

図７は、特開２００７−３４９３８号公報に記載された触覚フィードバック機能を備えたタッチパネル式入力装置の概略構成を示す図である。このタッチパネル式入力装置６０は、触覚フィードバックを行なうと共に音響を発生させて音響フィードバックを行なう機能を兼ね備えている。すなわち、圧電アクチュエータ５７によって、触覚を再現する振動を発生させると共に、圧電アクチュエータ５７または圧電アクチュエータ５７が取り付けられたタッチパネル５３から音響を発生させる。

制御ユニット５５は、タッチパネル５３上の接触位置を表す信号を受理し、その位置に応じて所定の触覚振動を発生させるように、インターフェイス６１を介して波形整形回路５６に制御信号を出力すると共に、ミキシング回路６２に音響信号を出力する。波形成形回路５６は、制御信号に基づいて、圧電アクチュエータ５７を駆動する信号をミキシング回路６２に出力する。ミキシング回路６２は、音響信号と触覚信号を混合してこれらの混合信号をパワーアンプ６３に出力する。パワーアンプ６３は、入力された混合信号に基づいて、圧電アクチュエータ５７を駆動させる。これにより、圧電アクチュエータ５７が触覚を再現する振動を発生すると共に、圧電アクチュエータ５７または圧電アクチュエータ５７が取り付けられたタッチパネル５３が音響を発生する。
特開２００７−３４９３８号公報

しかしながら、図７に示したタッチパネル式入力装置では、触覚フィードバックと音響の発生を行なうために、圧電アクチュエータ５７または圧電アクチュエータ５７が取り付けられたタッチパネル５３にスピーカとして機能させるため、振動を発生させる信号と、音を発生させる信号とが別々に取り扱われるため、インターフェイス６１やミキシング回路６２等の回路を必要とし、コストアップは否めない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、触覚フィードバックおよび音響フィードバック機能を備えると共に、充電機能を備え、小型化および省電力化を図ることができるタッチパネル式入力装置を提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明のタッチパネル式入力装置は、ディスプレイ装置に表示された画像の表示位置に対応する位置における接触を検出して入力信号を発生させるタッチパネルを有するタッチパネル式入力装置であって、平板状の前記タッチパネルに対して垂直方向に駆動し、前記タッチパネルに振動を与える圧電アクチュエータと、前記タッチパネルが発生した入力信号に基づいて、音響信号または触覚信号の少なくとも一方を駆動信号として出力するデジタルシグナルプロセッサと、前記デジタルシグナルプロセッサから出力された駆動信号に基づいて前記圧電アクチュエータを駆動するＤ級アンプと、外部から前記タッチパネルに与えられた振動によって前記圧電アクチュエータに発生した交流電圧を、直流電圧に変換する整流回路と、前記変換された直流電圧が閾値より大きいかどうかを判定する電圧判定回路と、前記判定の結果、前記変換された直流電圧が閾値より大きい場合に、前記変換された直流電圧をバッテリに出力するスイッチング回路と、を備えることを特徴としている。

このように、圧電アクチュエータを駆動するためにＤ級アンプを用いるため、発熱を小さく抑えることができ、その結果、熱を拡散するヒートシンクが不要となり、小型化を図ることが容易となる。また、圧電素子は容量性を持つため、Ｄ級アンプに必要なＬＣフィルタのコンデンサを不要とすることができる。また、信号処理を行なう上で有利なデジタルシグナルプロセッサを用いるため、触覚信号と音響信号とを混合させて混合信号としてＤ級アンプに入力することができる。これにより、装置の小型化およびコスト削減を実現することが可能となる。さらに、圧電アクチュエータに発生した交流電圧を、直流電圧に変換し、変換された直流電圧が閾値より大きい場合に、変換された直流電圧をバッテリに出力するので、バッテリの充電を行なうことができる。その結果、省電力化およびコスト削減に寄与することが可能となる。

（２）また、本発明のタッチパネル式入力装置は、ディスプレイ装置に表示された画像の表示位置に対応する位置における接触を検出して入力信号を発生させるタッチパネルを有するタッチパネル式入力装置であって、平板状の前記タッチパネルに対して垂直方向に駆動し、前記タッチパネルに振動を与える圧電アクチュエータと、前記タッチパネルが発生した入力信号に基づいて、音響信号または触覚信号の少なくとも一方を駆動信号として出力するデジタルシグナルプロセッサと、前記デジタルシグナルプロセッサから出力された駆動信号に基づいて前記圧電アクチュエータを駆動するＤ級アンプと、外部から前記タッチパネルに与えられた振動によって前記圧電アクチュエータに発生した交流電圧が閾値より大きいかどうかを判定する電圧判定回路と、前記判定の結果、前記圧電アクチュエータに発生した交流電圧が閾値より大きい場合に、前記圧電アクチュエータに発生した交流電圧を、交流電圧から直流電圧に変換する整流回路に出力するスイッチング回路と、入力された交流電圧を直流電圧に変換してバッテリに出力する整流回路と、を備えることを特徴としている。

このように、圧電アクチュエータを駆動するためにＤ級アンプを用いるため、発熱を小さく抑えることができ、その結果、熱を拡散するヒートシンクが不要となり、小型化を図ることが容易となる。また、圧電素子は容量性を持つため、Ｄ級アンプに必要なＬＣフィルタのコンデンサを不要とすることができる。また、信号処理を行なう上で有利なデジタルシグナルプロセッサを用いるため、触覚信号と音響信号とを混合させて混合信号としてＤ級アンプに入力することができる。これにより、装置の小型化およびコスト削減を実現することが可能となる。さらに、圧電アクチュエータに発生した交流電圧を、直流電圧に変換し、変換された直流電圧が閾値より大きい場合に、変換された直流電圧をバッテリに出力するので、バッテリの充電を行なうことができる。その結果、省電力化およびコスト削減に寄与することが可能となる。

（３）また、本発明のタッチパネル式入力装置において、前記整流回路は、倍電圧整流回路であることを特徴としている。

このように、整流回路は、倍電圧整流回路であるので、入力電圧よりも大きな電圧を出力することが可能となる。

（４）また、本発明のタッチパネル式入力装置において、前記圧電アクチュエータは、圧電素子が積層化したバイモルフ型の圧電アクチュエータであることを特徴としている。

このように、圧電アクチュエータは、バイモルフ型であるので、ユニモルフ型よりも強力な駆動力を発揮することが可能となる。また、圧電素子が積層化しているので、単層よりも低い電圧で駆動することが可能となる。これにより、携帯情報端末や携帯電話に好適なタッチパネル式入力装置を実現することが可能となる。

（５）また、本発明のタッチパネル式入力装置において、前記Ｄ級アンプは、出力部がＢＴＬ（Bridged Transless）構成を採るＤ級アンプであることを特徴としている。

このように、実質的にＤ級アンプを２つ用意して、一方を逆相駆動するＢＴＬ構成を採るため、負荷電圧を見かけ上２倍にすることができる。その結果、より大きな振動または音響を得ることが可能となる。

本発明によれば、圧電アクチュエータを駆動するためにＤ級アンプを用いるため、発熱を小さく抑えることができ、その結果、熱を拡散するヒートシンクが不要となり、小型化を図ることが容易となる。また、圧電素子は容量性を持つため、Ｄ級アンプに必要なＬＣフィルタのコンデンサを不要とすることができる。また、信号処理を行なう上で有利なデジタルシグナルプロセッサを用いるため、触覚信号と音響信号とを混合させて混合信号としてＤ級アンプに入力することができる。これにより、装置の小型化およびコスト削減を実現することが可能となる。さらに、圧電アクチュエータに発生した交流電圧を、直流電圧に変換し、変換された直流電圧が閾値より大きい場合に、変換された直流電圧をバッテリに出力するので、バッテリの充電を行なうことができる。その結果、省電力化およびコスト削減に寄与することが可能となる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るタッチパネル式入力装置の概略構成を示す図である。このタッチパネル式入力装置１は、触覚フィードバック機能と音響フィードバック機能とを有している。タッチパネル２は、図示しないディスプレイ装置に表示された画像の表示位置に対応する位置における接触を検出して入力信号を発生する。タッチパネル回路３は、タッチパネル２から得られる信号を処理することによって、タッチパネル２のパネル面でユーザの指先が接触する位置を表す信号を発生させる。

デジタルシグナルプロセッサ４は、タッチパネル２上の接触位置を表す信号を受信し、その位置に応じて所定の音響および触覚振動を発生させるように、音響信号と触覚信号とを混合した混合信号をＤ級アンプ５に出力する。デジタルシグナルプロセッサ４では、音響信号と触覚信号との区別をすることは無く、両者を混合させて出力する。

Ｄ級アンプ５は、デジタルシグナルプロセッサ４から入力された混合信号に基づいて、圧電アクチュエータ６を駆動する。Ｄ級アンプ５は、入力されたアナログ信号をＰＷＭ（Pulse Wide Modulation）信号に変換し、スイッチング回路を通したＰＷＭ信号をＬＣフィルタに通すことにより電力的に増幅されたアナログ信号を出力するアンプである。圧電素子は容量性を持つため、Ｄ級アンプに必要なＬＣフィルタのコンデンサを不要とすることができる。また、容量性負荷である圧電素子（圧電アクチュエータ）を一般のアナログアンプで駆動すると、電流の位相が電圧と９０度ずれるため、発熱が大きいのに対し、Ｄ級アンプはスイッチングにより増幅するため、発熱が小さく、熱を拡散するヒートシンクが不要となることから、小型化にも有利である。

図２は、Ｄ級アンプの概略構成を示すブロック図である。Ｄ級アンプ５は、ＰＷＭ変調を行なうＰＷＭ回路５ａ、ＦＥＴを駆動するＦＥＴドライバ５ｂ、２つのＦＥＴ５ｃ、およびチョークコイル５ｄから構成される。ＰＷＭ回路５ａは、入力信号に対してパルス幅変調を行ない、ＦＥＴドライバ５ｂは、パルス幅変調された信号に基づいてＦＥＴ５ｃを駆動する。ＦＥＴ５ｃの出力信号は、チョークコイル５ｄを介して出力される。このチョークコイル５ｄと圧電アクチュエータ６が持つ容量により、Ｄ級アンプに必要なＬＣフィルタが形成される。すなわち、圧電アクチュエータ６が容量性を有するため、本実施形態では、ＬＣフィルタにおけるコンデンサが不要となっている。このようなＤ級アンプ５で圧電アクチュエータ６を駆動することにより、圧電アクチュエータ６または圧電アクチュエータ６が取り付けられたタッチパネル２が音響を発生する。なお、図２において、Ｍｕｔｅ信号は、Ｄ級アンプ５内の出力段のＭＯＳＦＥＴ５ｃをオフするための信号である。

ここで、Ｄ級アンプ５は、出力部がＢＴＬ（Bridged Transless）構成を採っても良い。図３は、ＢＴＬ構成を採ったＤ級アンプの概略構成を示す図である。図３において、Ｄ級アンプ５−２は、ＰＷＭ変調を行なうＰＷＭ回路５ａ−２、ＦＥＴを駆動する２つのＦＥＴドライバ５ｂ−２、４つのＦＥＴ５ｃ−２、２つのチョークコイル５ｄ−２、およびＮＯＴ回路５ｅから構成される。ＰＷＭ回路５ａ−２は、入力信号に対してパルス幅変調を行なう。ＮＯＴ回路５ｅは、ＰＷＭ回路５ａ−２の出力の位相を反転する。２つのＦＥＴドライバ５ｂ−２は、パルス幅変調された信号に基づいて各ＦＥＴ５ｃ−２を駆動する。各ＦＥＴ５ｃ−２の出力信号は、それぞれチョークコイル５ｄ−２を介して出力される。このチョークコイル５ｄ−２と圧電アクチュエータ６−２が持つ容量により、Ｄ級アンプに必要なＬＣフィルタが形成される。このように、実質的にＤ級アンプを２つ用意して、一方を逆相駆動するＢＴＬ構成を採ることにより、負荷電圧を見かけ上２倍にすることができる。その結果、より大きな振動または音響を得ることが可能となる。なお、図３において、Ｍｕｔｅ信号は、Ｄ級アンプ５−２内の出力段のＭＯＳＦＥＴ５ｃ−２をオフするための信号である。

なお、ユーザによるタッチパネル２の操作については、指で触っても良いし、図１に示すように、スタイラスペン７を用いても良い。

デジタルシグナルプロセッサ４が出力するアナログ信号の形態を変えることによって、ユーザがタッチパネル２の誤った位置を触れたときに、それをユーザに気づかせるようなエラーの触覚や、ボタンを押し込んだときのような触覚などの種々の触覚フィードバックを行なうことが可能となる。

さらに、このタッチパネル式入力装置１は、外部からタッチパネル２に与えられた振動によって圧電アクチュエータ６に発生した交流電圧を直流電圧に変換する整流回路８と、整流回路８によって変換された直流電圧が規定値（閾値）より大きいかどうかを判定する電圧判定回路９が設けられている。さらに、電圧判定回路９の判定の結果、直流電圧をバッテリ１０に出力する第１のスイッチング回路１１と、Ｄ級アンプ５による圧電アクチュエータ６の駆動時は整流回路８を切り離す機能を果たす第２のスイッチング回路１２と、を備えている。第２のスイッチング回路１２は、ＮＯＴ回路１３からの入力に応じてＯＮまたはＯＦＦとなる。

このようなタッチパネル式入力装置１において、例えば、装置を休止状態としている時、Ｄ級アンプ５は、Ｍｕｔｅ信号によって、Ｄ級アンプ出力段のＭＯＳＦＥＴ５ｃは、ＯＦＦになっており、Ｄ級アンプ５と圧電アクチュエータ６とは切り離された状態となっている。このとき、ＮＯＴ回路１３からの信号により、第２のスイッチング回路１２がＯＮとなり、圧電アクチュエータ６と整流回路８とを接続する。ここで、ユーザが、タッチパネル２を触ると、その振動に伴い圧電アクチュエータ６には交流電圧が発生する。その交流電圧を整流回路８によって直流電圧に変換し、得られた直流電圧が、例えば、バッテリ１０の規定電圧より高い時には、整流回路８の後段に設けられた第１のスイッチング回路１１をＯＮにし、直流電圧をバッテリ１０に入力する。これにより、バッテリを充電することが可能となる。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係るタッチパネル式入力装置２０の概略構成を示す図である。第２の実施形態では、図１における第２のスイッチング回路１２に、第１のスイッチング回路１１の直流電圧を整流回路へ接続する機能を持たせることによって、図１に示す第１のスイッチング回路１１を省いている。この場合、電圧を判定する部分は、図４に示すように、スイッチング回路２１の前段となる。すなわち、図４において、圧電アクチュエータ６で発生した交流電圧は、電圧判定回路９によってその大きさが判定される。また、スイッチング回路２１は、ＮＯＴ回路１３を介して、デジタルシグナルプロセッサ４からのＤ級アンプ５のＭｕｔｅ信号と、電圧判定回路９によってＯＮ／ＯＦＦ制御されるが、Ｄ級アンプ５をＯＦＦとすべく、Ｍｕｔｅ信号がイネーブル（アサート）で、かつ、圧電アクチュエータ６で発生した交流電圧が、規定値（閾値）よりも高い状態の時に、スイッチング回路２１は、ＯＮとなる。

（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態に係るタッチパネル式入力装置の概略構成を示す図である。圧電アクチュエータ６に印加する電圧と、圧電アクチュエータ６の変位量と、圧電アクチュエータ６を変位させた時に圧電アクチュエータ６に発生する電圧量は、基本的にほぼ等しい（ただし、整流回路のインピーダンスによって変化する）。従って、例えばＤ級アンプ５によって３．３Ｖを印加させることで得られる圧電アクチュエータの変位量よりも、大きな変位を圧電アクチュエータに生じさせないと３．３Ｖ以上の電圧が発生しない。そこで、第３の実施形態では、整流回路として、Ｃｏｃｋｃｒｏｆｔ−Ｗａｌｔｏｎ回路等の倍電圧整流回路５０を用いた。その他の構成は、図１で示した第１の実施形態と同様である。

図６は、倍電圧整流回路の概略構成を示す図である。倍電圧整流回路５０は、圧電アクチュエータ６が発生した交流電圧が入力された場合、ダイオード５０ｂの接地側端子の方が高電位のときに、コンデンサ５０ｃが充電される。次に、入力端子が高電位になると、入力電位とコンデンサ５０ｃの充電値が直列になってダイオード５０ｂによってコンデンサ５０ｄを充電する。その結果、コンデンサ５０ｄの出力電圧は、入力値の２倍近くになる。このように、整流回路が、倍電圧整流回路５０であるので、入力電圧よりも大きな電圧を出力することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態に係るタッチパネル式入力装置によれば、圧電アクチュエータを駆動するためにＤ級アンプを用いるため、発熱を小さく抑えることができ、その結果、熱を拡散するヒートシンクが不要となり、小型化を図ることが容易となる。また、圧電素子は容量性を持つため、Ｄ級アンプに必要なＬＣフィルタのコンデンサを不要とすることができる。また、信号処理を行なう上で有利なデジタルシグナルプロセッサを用いるため、触覚信号と音響信号とを混合させて混合信号としてＤ級アンプに入力することができる。これにより、装置の小型化およびコスト削減を実現することが可能となる。さらに、圧電アクチュエータに発生した交流電圧を、直流電圧に変換し、変換された直流電圧が閾値より大きい場合に、変換された直流電圧をバッテリに出力するので、バッテリの充電を行なうことができる。その結果、省電力化およびコスト削減に寄与することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係るタッチパネル式入力装置の概略構成を示す図である。 Ｄ級アンプの概略構成を示すブロック図である。 ＢＴＬ構成を採ったＤ級アンプの概略構成を示す図である。 第２の実施形態に係るタッチパネル式入力装置の概略構成を示す図である。 第３の実施形態に係るタッチパネル式入力装置の概略構成を示す図である。 倍電圧整流回路の概略構成を示す図である。 従来のタッチパネル式入力装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１ タッチパネル式入力装置
２ タッチパネル
３ タッチパネル回路
４ デジタルシグナルプロセッサ
５ Ｄ級アンプ
５ａ ＰＷＭ回路
５ｂ ＦＥＴドライバ
５ｃ ＦＥＴ
５ｄ チョークコイル
５−２ Ｄ級アンプ
５ａ−２ ＰＷＭ回路
５ｂ−２ ＦＥＴドライバ
５ｃ−２ ＦＥＴ
５ｄ−２ チョークコイル
６ 圧電アクチュエータ
６−２ 圧電アクチュエータ
７ スタイラスペン
８ 整流回路
９ 電圧判定回路
１０ バッテリ
１１ 第１のスイッチング回路
１２ 第２のスイッチング回路
１３ ＮＯＴ回路
２１ スイッチング回路
５０ 倍電圧整流回路

Claims (5)

1. ディスプレイ装置に表示された画像の表示位置に対応する位置における接触を検出して入力信号を発生させるタッチパネルを有するタッチパネル式入力装置であって、
   平板状の前記タッチパネルに対して垂直方向に駆動し、前記タッチパネルに振動を与える圧電アクチュエータと、
   前記タッチパネルが発生した入力信号に基づいて、音響信号または触覚信号の少なくとも一方を駆動信号として出力するデジタルシグナルプロセッサと、
   前記デジタルシグナルプロセッサから出力された駆動信号に基づいて前記圧電アクチュエータを駆動するＤ級アンプと、
   外部から前記タッチパネルに与えられた振動によって前記圧電アクチュエータに発生した交流電圧を、直流電圧に変換する整流回路と、
   前記変換された直流電圧が閾値より大きいかどうかを判定する電圧判定回路と、
   前記判定の結果、前記変換された直流電圧が閾値より大きい場合に、前記変換された直流電圧をバッテリに出力するスイッチング回路と、を備えることを特徴とするタッチパネル式入力装置。
2. ディスプレイ装置に表示された画像の表示位置に対応する位置における接触を検出して入力信号を発生させるタッチパネルを有するタッチパネル式入力装置であって、
   平板状の前記タッチパネルに対して垂直方向に駆動し、前記タッチパネルに振動を与える圧電アクチュエータと、
   前記タッチパネルが発生した入力信号に基づいて、音響信号または触覚信号の少なくとも一方を駆動信号として出力するデジタルシグナルプロセッサと、
   前記デジタルシグナルプロセッサから出力された駆動信号に基づいて前記圧電アクチュエータを駆動するＤ級アンプと、
   外部から前記タッチパネルに与えられた振動によって前記圧電アクチュエータに発生した交流電圧が閾値より大きいかどうかを判定する電圧判定回路と、
   前記判定の結果、前記圧電アクチュエータに発生した交流電圧が閾値より大きい場合に、前記圧電アクチュエータに発生した交流電圧を、交流電圧から直流電圧に変換する整流回路に出力するスイッチング回路と、
   入力された交流電圧を直流電圧に変換してバッテリに出力する整流回路と、を備えることを特徴とするタッチパネル式入力装置。
3. 前記整流回路は、倍電圧整流回路であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のタッチパネル式入力装置。
4. 前記圧電アクチュエータは、圧電素子が積層化したバイモルフ型の圧電アクチュエータであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のタッチパネル式入力装置。
5. 前記Ｄ級アンプは、出力部がＢＴＬ構成を採るＤ級アンプであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のタッチパネル式入力装置。

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