TW200414014A - Input device and electronic machine using the input - Google Patents

Description

^414014 故、發明說明： 觸控面板而輪入資訊之際， 入操作之使用者之輸入裝置 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於在使用者觸動 可利用觸覺實現反饋至對其輪 及具有輸入裝置之電子機器。 【先前技術】 作為电子機态之一例，例如 . 」^ΑΤΜ (自勁櫃員機）為例 加以况明時，此ATM之顯示面 又者觸徑面板，使用者經 由觸衩面板輸入資訊時，利用 ‘ J附加於ATM外部之裝置實現 二子孩使用者施行輸入動作之際之 士 心1〜用名 < 反饋勁作。此附 7口裝置例如係利用引起ATM之顯千金而+回你 、.、、、貝7F晝面又圖像之變化，或 揚聲器及音響器等之聲音變化加以實現。 〜 為又，使用者欲指定顯7^畫面之圖式等時，執行操作之 手指會遮住圖像，以致也有圖像之變化之反饋資訊無法傳 送至使用者之缺點。 在此種利用輸入動作之圖像變化或聲音變化之反饋方式 中’例如在戶外使用個人數位助料小型電子機器時，在 有噪音或暗處等環境下，往往難以充分將反饋傳送至使用 有關以某些形態將觸覺反饋提供至觸控面板之嘗試，已 有若干公開發表之以下文獻存在。 在曰本特開平9-25 1347號公報（1997年9月22曰公開）揭示 之座標輸入裝置中，係利用觸控面板與機械開關之組合創 造出點選之感覺。在日本特開平11-212725號公報（1999年8 月6日公開）揭示之資訊顯示裝置及操作輸入裝置中，含有 87 ⑹ .7 200414014 使用壓電元件等在觸控面板提示觸覺反饋之描述。但，實 際上，為了獲得反饋（就目前市面上存在之產品而言），若不 使用疊層型之壓電元件或雙晶型之壓電元件，由於變位量 過小，故不可能實現。在日本實開昭63_164127號公報（1988 年10月26日公開）揭示之觸控面板開關中，雖有有關利用壓 電體賦予觸控面板觸覺反饋之描述，但其觸控面板，限定 於光學式之觸控面板。日本特開平丨丨_854〇〇號公報（丨999年3 月30日公開）揭示之顯示裝置係組合圖像顯示裝置與輸入 裝置、振動裝置而成。並無有關致動器之種類及支持方法 寺 < 具體的描述。主要係描述有關在圖像顯示裝置之下側 配置輸出入檢測之檢測器（不透明之檢測器）之構造。因此， 本卷月係為消除上述問題而研發者，其目的在於：在使用 者對觸控面板，利用觸覺施行資訊之輸入操作之際，可提 供利用對使用者之觸覺確實實現反饋至對對應#資訊之種 類之輸入操作之使用者之輸入裝置及具有輸入裝置之電子 機器。 【發明内容】 本毛明係關於具有下列特徵之輸入裝置及具有該輸入裝 直< 龟子機器：輸入裝置係包含觸控面板，其係藉使用者 、接觸兑行貝汛之輸入者；振動產生裝置，其係通過前述 觸^面板使因W述資訊之種類而異之種類之觸覺反饋至前 ^ ^ ^ ▲動担制電路，其係使前述振動產生裝置產生 大Ί ϋ 〃 Λ之種類而異之振動者；前述振動產生裝置係包 口第1致動态單元與疊層於第1致動器單元之第2致動器單 87161 200414014 元，前述第1致動器單元與前述第2致動器單元中之一方伸 長而他方收縮之雙晶型壓電致動器，前述第1致動器單元與 别述弟2致動為卓元均利用多數壓電元件層叠層所構成。 在本發明中，藉使用者之接觸觸控面板，以施行資訊之 輸入。振動產生裝置係通過觸控面板使因資訊之種類而異 之種類之觸覺反饋至使用者。振動控制電路係使振動產生 裝置產生因資訛之種類而異之振動。振動產生裝置係包含 第1致動器單元與第2致動器單元。第丨致動器單元與第2致 動器單元係疊層在一起，使用第丨致動器單元與第2致動器 單元中之一方伸長一方收縮之雙晶型壓電致動器作為振動 產生裝JL。弟1致動器單元與第2致動器單元均利用多數壓 電元件層疊層所構成。 因此，振動產生裝置依據來自振動控制電路之控制，產 玍因貧訊之種類而異之振動。藉此，使用者通過觸控面板 足接觸’可使對應於該資訊之種類之振動反饋至使用者， 以作為對使用者之觸覺。此利用觸覺之反饋在感覺上接近 万、以彳王—般使用作為操作之反饋之點選感或衝擊感等之感 見與利用圖像或聲音之反饋相比，具有更直接的感覺之 優點’且由於雙晶型壓電致動器之第1致動器單元與第2致 勁器單元均利用多數壓電元件層疊層所構成，故與各致動 的單元利用單一壓電元件層構·成之情形相比，較可增大隊 振動方向之彎曲（屈曲）變位。 、本發明係關於輸入裝置及具有其輸入裝置之電子機器， 其^入裝置進一步包含顯示資訊之圖像顯示單元，前述觸 87161 200414014 控面板在使用者接觸到對應於前述圖像顯示 訊之位置之部分時，可斿於 則述貝 屯 了她仃資讯之輸入，前述振動產* 1L係配置於Μ述顯示圖像顯示單元。在 示單元係用於顯示圖像。觸控面板係在使；::二鳴 於圖像顯示單元之資訊之位置之部分時，可施〜⑽ 人。振動產生裝置係配置於顯示圖像顯示單元丁貝口…則 斗#芩杈、π ρ 早7L。此振動產 係通過觸役面板使因資訊之種類而異之種類之觸與 反饋至使用者，因此，使用者可通過觸控面板 二 圖像顯示單元之不同資訊之一， I谇、萄勁 褙以便對應於該资 類之振動反饋至使用者。因此，使用者可 一…广 直覺地獲悉圖像顯示單元之資訊之種類。又，二::二 (振動）之顯示機能附加至觸嵌 1觸見 人澡作…又"利用觸覺實現歸輸 入休作（反饋。又’將觸覺顯示機能與影像、 r顯示機能相組合時，可施行真實性更高心訊之:; 【實施方式】 “以下’依據附圖詳細說明本發明之合適之實施形態。又， 在以下所述之實施形態係本發明之合適之具 技術上理想之種種限定，但本發明之範圍只要在 明中無限定本發明之記載，均不受此等形態之限制。 、圖:二表示具有本發明之輸出入裝置之電子機器之-例 '。圖1之電子機器10係所謂個人數位助理(PDA)。 …明中，將利用觸覺(振動)之觸覺反 至觸控面枳，盤估m H W 丄職此附加 S7161 使用端可利用觸覺實現對應於資訊之種類 -10- 2〇〇414〇14 之輸入操作之反饋。此利用觸覺之反饋在感覺上接近於以 往一般便用作為操作之反饋之點選感或衝擊感等之感覺， 對使用者而5 ’與利用圖像或聲音之反饋相比，具有更直 接的感覺之優點。 又，利用觸覺反饋產生機能，不僅輸入操作之反饋，也 矸對使用者提示與以往所使用之圖像及聲音之顯示同樣之 · 資訊。 圖1所示之電子機器10概略上具有本體13、觸控面板15、 籲 多數雙晶型壓電致動器20及輸出入裝置i 〇〇。在圖1之電子 機器10之例中’設有4個雙晶型壓電致動器2〇。本體13具有 若干键16至19及键21、22、24及電源開關23。例如，鍵16 為變換鍵，鍵17為決定鍵，鍵1 8為日文與英文之切換键等， 本體13也設有其他必要之按鍵。 圖2係表示圖1所示之觸控面板15與本體13之支持框25。 在此支持框25之4角之位置例如利用接著劑固定著長板狀 之4個雙晶型壓電致動器20。 φ 圖3係表示觸控面板15與本體13之分解立體圖。 * 本體13如上所述，具有圖像顯示部之支持框25、圖像顯 示部30。此圖像顯示部30例如可使用液晶顯示部。圖像顯* 示部30除了液晶顯示部LCD (Liquid Crystal Display ;液晶 顯示器）以外，也可使用有機EL (Electroluminescence;電致 々a光）元彳η、或CRT (Cathode Ray Tube ;陰極射線管）等。例 如，利用操作圖1所示之鍵24，可將必要之圖式3丨至34作為 一例顯示於此圖像顯示部30。支持框25例如係由金屬所製 -11 - 87161 200414014 成’且設於圖像顯示部30之4邊之位置之4邊形之框體。々 支持框25之縱框體25 A、25B，分別隔著間隔串聯地以接著 劑固定2個雙晶型壓電致動器2〇。雙晶型壓電致動器加平行 地排列於X方向。此X方向係與本體13之短邊方向之Y方向 成直角之方向。 本體13例如利用塑膠，以一例表示時，例如利用(聚 碳鉍酯）、ABS (丙烯腈-丁二烯_苯乙烯三元共聚物卜p〗（聚 醯亞胺）等所製成，但並非特別限定於此。支持框25可利用 金屬或塑膠製成，例如可利用鋁或鐵板、不銹鋼板製成。 圖像顯示部30例如係可施行彩色顯示之液晶顯示部。、 觸控面板15係透明薄膜’例如可採用薄的聚酯薄膜。在 此觸控面板15中，例如將透明之導電膜（ITO)以特定之厚度 蒸鍵成詩籤狀（長方形狀）。準備2片此種聚§旨薄膜，在—方 =醋薄膜上將詩籤狀之導電卿成於縱方向，在他方聚醋 歧上將疔戴狀之導電膜形成於橫方向。將如此2片聚酯薄 膜f疊，、利用在其間配置電性絕緣之隔層，使兩方之導電 U接1矣觸而’構成在使用者（又稱操作者）用手指按壓 =薄膜表面時’可㈣—方聚㈣膜與他方聚酷薄膜使 =流通’由座標轴之χ、γ交點瞭解按在圖3所示之圖像 頭ΓΓΓ之哪—位置。而利用電路處理連結此交點所流通 :::呻’例如CPU (中央處理裝置)即可判別使用者用手 1日所按的是圖3戶斤+ > @ θ '、圖仏頟示部30之哪一圖式31至34。此 種觸在面板15之形式並血姊 — 細面柄⑴ ”’、1宁別限疋’可採用各種形式。觸 tW㈣透明之破璃板與透明之薄膜 87161 ^ 1 y -12- 200414014 成。此玻璃板表面之導電膜與薄膜表面之導電膜相接觸 時，即可瞭解按壓在圖像顯示部3〇之哪一位置。 圖4係表示A_A線之電子機器之剖面構造例。圖5係表示圖 4之剖面構造例之放大圖。 彺圖4與圖5中，上述4個雙晶型壓電致動器2〇係被配置於 觸控面板15與支持框25之間。為了設定觸控面板15與支持 框25足間隔，設置有觸控面板支持材料％。觸控面板支持 材料35係由有柔軟性且不吸收振動之材料所製成，位於觸 控面板15之4角位置。在觸控面板15與支持框乃之間之空間 配置上述雙晶型壓電致動器2〇。此雙晶型壓電致動器加與 振動傳達機構構成振動產生裝置。可將雙晶型壓電致動器 20之芎曲變位引起之振動傳達至觸控面板Η側。 彺以下之說明中，雙晶型壓電致動器2〇僅使用壓電致動 器20之簡稱。在此壓電致動器2〇之一端部2〇a與支持框乃 足間設有第1支持部41。同樣情形，在此壓電致動器2〇之他 端部20B與支持框25之間設有第2支持部42。在壓電致動器 20之中間部分與觸控面板15之背面之間設有第3支持部μ: I圖5中，將第1支持部41、第2支持部42及第3支持部a 放大顯示。如圖5(A)與圖4所示，壓電致動器2〇之振動變位 以u表示。此振動變位u係垂直於觸控面板15與支持框乃之 方向，即Ζ方向。此Ζ方向係與圖3所示之χ方向與γ方向呈 直角之方向。 如圖4與圖5(A)所示，壓電致動器2〇係在觸控面板15與支 持框25之間，利用第i支持部4丨至第3支持部43施行3點支 87161 -13- 200414014 ，之^支持部4i至第3支持部43係構成將壓電致動請產 3;?: V專達至觸，15倒之所謂 刀刀二= 文持邵43如圖5(A)所示，係分別由 、之笑起50與軟質接著劑51所構成。第i支持部41至第 支持邵43係利用刀刃狀之突起5〇支持著壓電致動哭2〇之 面’以便在各個地點不致於造成壓電致動器2〇之彎曲㈣ (又稱屈自變形）之妨礙。即，第i支持部41之突起_ = 使壓電致動器20在R方向自由旋轉地支持於支持心。同樣 地’第2支持部42之突起5〇係以可使壓電致動器2〇在尺方向 自^旋轉地支持於支持框25。第3支持部似突起朗系以可 使壓包致勁器2G在R方向自由旋轉地支持於支持框^。 第1支持部至第3支持部43之軟質接著劑51係用來將各 =起50分別接著於支持框25與觸控面板15，以防止位置偏 ί :作為軟質接著劑51之材料’可使用可接著硬質材料之 哭起而可在不減少壓電致動器2〇之彎曲變位之情況下將其 傳違至觸控面板i 5側之材料。作為軟質接著劑5丄之材料例 如使用苯乙烯系彈性體（KG凝膠：γΜ(3_8〇·Βκ (北川工業株 式會社製））。 衣π 圖5(B)係表示突起5〇與軟質接著劑51，軟質接著劑^係 以虛線表示。 ’ 圖4與圖5所示之壓電致動器2〇產生之振動變位11平行於 Ζ万向。在第1支持部41至第3支持部43,如上所述，具有刀 刃狀之突起50而被接著劑51所固定，故在第1支持部41至第 3支持部43，壓電致動器2〇可沿著R方向且僅在旋轉方向r 87161 -14- 200414014 具有自由度，在沿著振動變位U之Z方向上，其位置受到拘 東。 其次，參照圖6與圖7，說明壓電致動器20之構造例。圖6 係表示壓電致動器之構造之局部省略之圖。壓電致動器20 係所謂雙晶型壓電致動器。此雙晶型壓電致動器又稱為雙 晶型壓電振動器等。雙晶型壓電致動器20概略上係由第1致 動器單元61與第2致動器單元62疊層所構成。 第1致動器單元61與第2致動器單元62之構造大致相同， 分別具有多數壓電元件層63。此壓電元件層63係由壓電元 件64與形成於此壓電元件64之兩面之電極層65之3層所構 成。此壓電元件層63又稱為素致動器單元。因此，第1致動 器單元61與第2致動器單元62分別利用疊層多數壓電元件 層63所構成。在圖6與圖7之例中，第1致動器單元61與第2 致動器單元62分別利用疊層9層壓電元件層63所構成。壓電 元件層63之壓電元件64例如係由PZT (鈦酸錘酸鉛）所製 成。電極層65例如係由Ag-Pd所製成。在第1致動器單元61 與第2致動器單元62之間設有中間之電極層65A。 因此，圖6與圖7所示之壓電致動器20係由合計18層之壓 電元件64與各壓電元件64間之電極層65及在表背面之電極 層65合計19層電極層65所構成。如圖7所示之壓電元件64每 1層厚度D1例如為28 μιη。電極層65之厚度D2例如為約4 μηι。壓電致動器20係由18個上述壓電元件層63疊層而成之 構造，各壓電元件層63分別電性並聯地耦合在一起。 如圖6所示，在壓電致動器20設有層間連接部66A、66Β， -15 - 87161 200414014 對此等層間連接部66A、66B施加驅動電壓時，可對各壓電 元件層63之壓電元件64施以極化處理，使第1致動器單元61 之9層壓電元件層63伸長/收縮，使第2致動器單元62之9層 壓電元件層63收縮/伸長。因此，其結果，可使壓電致動器 20利用與雙金屬同樣之原理彎曲變位。圖7所示之壓電致動 器20之合計厚度例如為500 μπι，非常薄而小型。使用此種 疊層型之壓電致動器20時，和第1致動器單元61與第2致動 器單元62分別以單層之壓電元件層形成之情形相比，可在 使用有限之驅動電壓時產生更大之彎曲變位。壓電致動器 20可沿著圖4所示之振動變位U變位，在第1致動器單元61 伸長時使第2致動器單元62收縮，在第1致動器單元61收縮 時使第2致動器單元62伸長。上述之此種雙晶型壓電致動器 20又稱為多層雙晶型壓電致動器。 茲說明有關特別適合於小型電子機器之雙晶型壓電致動 器2 0之動作如下。 圖1所示之攜帶式電子機器10通常係使用Li-ion或Ni-氫 電池為主電源。即使將上述電池產生之電壓施加至上述通 常之雙晶型壓電致動器，也不能產生足以令使用者有觸覺 之知覺之彎曲變位與動力。為了解決此問題，在本發明之 實施形態中，利用以下之方式，使用具有精心設計之構造 之多層雙晶型壓電致動器20謀求達成產生相同之彎曲變位 與動力所需之驅動電壓之低電壓化： 使雙晶型壓電致動器20變形（驅動）用之壓電元件之變形 量AL1可利用下式求得： 87161 -16 - 200414014 △Ll= d31* E* L (d31 :壓電常數、E ••施加電場強度、^ 元件長度） 交开》量與電場強度成正比，即使低電壓化，若能保持一 定之電場強度，則變形量不變。例如，雖將2 ¥施加至圖9(八) 之元件，將1 V施加至圖9(B)之元件，但因圖9(b)之元件厚 度為圖9(A)之元件厚度之1/2,故元件内部之電位斜率Y = 電場強度雙方均相同，其結果，變形量也相同。 如此，在本發明中，如圖6與圖7所示，利用在厚度方向 上分割元件時，即可實現即使在利用驅動時，也可令使用 者有觸覺之感之雙晶型壓電致動器2〇。此例之情形之致動 器之變位量，例如以20 mm跨距支持兩端時之中央部變位予 以表現時，施加電壓為10V時，中央部變位為約25μπι。另 外，將元件厚度分割，例如為了以使用Li_i〇n電池時之電壓 約3.3V與上述同樣地獲得約25μιη程度之變位，每丄元件: 厚度只要圖6之約1/3即可，故厚度只要設定於1〇μηι即可實 現。 圖9所示之％子機為1 〇之圖像顯示部3 〇例如顯示4個圖式 31 土 34。彺此圖像顯不邵3〇上配置有上述之觸控面板μ。 圖10係表示圖9之控制區塊之例.電子機器1〇之控制區塊 70具有振動產生裝置71、振動控制電路73、觸控面板15、 。圖像㈣部30。CPU (中央處理裝置）74係實現作為電子機 时0之冬个之個人數位助理之機能之中央處理裝置，此 U 74係用方、執行圖像顯示邵3〇與觸控面板15等之訊號處 理，即CPU 74係將圖式等之顯示訊號以傳送至圖像顯示部 87161 -17· 200414014 30，來自觸控面板15之座標值S4則被供應至CPU 74。觸控 面板15可供使用者之手指F或電子筆（筆）接觸按壓之用。 振動控制電路7 3係用於使振動產生裝置7 1產生因資訊種 類而異之振動模態。振動控制電路73與振動產生裝置7 1係 通常使用之電子機器10中所無之本發明之實施形態之特徵 部分。振動控制電路73係具有處理器80、記憶體81、外部 程式埠82、D/A變換器83及電流放大器84。處理器80連接於 CPU 74、記憶體81、外部程式埠82及D/A變換器83。 記憶體8 1係記憶著如圖1 〇所示之例如4種振動模態之例 如振動控制波形圖案P1至P4。此振動控制波形圖案p (p 1至 P4)可由記憶體8 1供應至處理器80。此等振動控制波形圖案 P1至P4係分別對應圖9所示之圖式31至34之圖案。圖式31 至34係分別不同之資訊之例，此4種圖式31至34之圖案可任 意顯示於圖像顯示部3 0。 此數位机號之振動控制波形圖案p係被供應至處理器 8 0。作為對記憶體8 1供應數位訊號之振動控制波形圖案p 之方法，有將外部個人電腦等外部程式設計師75所產生之 任意振動控制波形圖案，經由外部程式蟑82取入處理器 80，賦予振動控制波形圖案p之登錄號碼及性質後，登錄於 記憶體81之方法。又，作為使記憶體81記憶振動控制波形 圖案之另一方汰，可依據由觸控面板1 5輸入之波形之資 況’由處理备80產生振動控制波形圖案，仍然賦予登錄號 碼及性負後’供應至記憶體81。如此，外部程式埠8 2係用 來經由處理器80將外部個人電腦及其他外部的手段產生之 -18- 87161 200414014 上逑振動控制波形圖案取入至記憶體8 1之埠。 處理器80利用CPU 74送來之例如對應於觸控面板15上之 座標值S4 (座標資訊）之要求訊號座標值S，由記憶體以選擇 對應於該要求訊號座標值S之振動控制波形圖案ρ π ^至 P4)，作為數位波形S1，以施行輸出至D/A變換器83之訊號 處理。此座標值S4(座標資訊）連結於作為圖9所示之圖像顯 示部30之資訊之圖式31至34之座標。又，處理器8〇如上所 述也可不用外部的程式手段’而利用將儲存於作為個人數 位助理之電子機器10之觸控面板15等輸入手段所輸入之資 訊’施行產生使振動產生裝置71之壓電致動器2〇執行動作 之振動控制波形圖案P等訊號處理。如此，在處理器8〇與 CPU 74之間，可利用交換對應於座標值以之要求訊號座標 值S ’將觸控面板15之座標值S4取入處理器go。 處理器80將數位波形S1送至D/A變換器83時，D/A變換器 83將此數位波形S1變換成類比電壓波形S2。電流放大器料 對壓電致動器20產生具有用來驅動壓電致動器2〇之充分之 電流之電壓之指令值S3，而將此類比電壓波形32送至振動 產生裝置7 1之壓電致動器2〇。此電流放大器84將類比電壓 波形S2在電流上放大成用來驅動壓電致動器2〇之充分之電 流而輸出至壓電致動器2〇。 圖1〇所示之振動產生裝置7丨具有壓電致動器2〇與振動傳 達機構37。 振動傳達機構37如圖4所示，具有第i支持部41至第3支持 4 43。壓電致動為20將來自電流放大器84之指令值S3變換 87161 -19- 200414014 成機械的彎曲變位。振動傳達機構37將壓電致動器2〇之彎 曲變位傳達至圖4所示之觸控面板15。如圖1與圖3所示之個 人數位助理之電子機态10具有圖10之輸出入裝置1〇〇。此輸 出入裝置100如圖10所示具有圖像顯示部3〇、觸控面板15、 振動產生裝置7 1及振動控制電路7 3。 其次，說明具有上述輸出入裝置1〇〇之電子機器1〇之動 作。 舉一例加以說明時，使用者會先觀察圖9所示之圖像顯示 部30之圖式31至34。此等圖式31至34分別表示不同之資 訊。當使用者經由觸控面板15用手指觸動圖式31時，圖像 顯示部30之畫面上之座標由圖1〇所示之圖像顯示部3〇被送 至CPU 74，以作為座標值S4。圖式31與此圖式31之座標值 S4已事先在CPU 74中被附上相關關係。當表示使用者觸動 之圖式31之訊號（例如為所點選之圖式）被送至處理器⑽作 為要求訊號厓標值S時，處理器80由記憶體8丨調用適合於該 圖式31之振動控制波形圖案ρι作為數位波形S1，將其輸出 至D/A變換器83。 D/A變換器83將來自處理器80之數位波形S1變換成類比 電壓波形S2。電流放大器84將類比電壓波形S2之電流值放 人，而將指令值S3供應至壓電致動器2〇。壓電致動器2〇依 據供應之指令值S3 (電壓值），施行機械的彎曲變形。此時， 壓電致動為20如圖4所示，具有不會因第！支持部4丨至第3支 持部43而阻礙彎曲變形之自由度。即，如上所述，第i支持 部41至第3支持邵43如圖5(A)所示，可沿著尺方向在旋轉方 87161 -20- 200414014 向具有自由度，但不能向振動變位u方向施行位置變位。因 此，觸控面板15僅能藉壓電致動器20之彎曲變形而沿著振 勁變位U變位。壓電致動器20之中央部之連續的此種振動變 位U類似於觸控面板15之連續的變位，即作為振動之波形， 可對使用者提示作為觸覺反饋TB。 如此在本發明之實施形態中’將利用觸覺（振動）之觸覺 反磧產玍機能附加至觸控面板時，可利用觸覺實現對輸入 操作之反饋。此利用觸覺之反饋在感覺上接近於以往一般 使用作為操作之反饋之點選感或衝擊感等之感覺，由使用 者之角度觀之，與利用圖像或聲音之反饋相比，具有更直 接的感克之優點。而，不僅反饋資訊，也具有觸覺資訊之 顯示機能。 選擇圖9所示之另一圖式32時，以上述相同之要領，由記 憶體81調用振動控制波形圖案？2，壓電致動器2〇依據來自 直流放大器84之指令值S3，並依據振動控制波形圖案？2振 動。同¥ >也，當使用者用手指觸動圖式3 3時，壓電致動器 20可依據振動控制波形圖案P3引起振動變位。當使用者用 手指觸動圖式34時，壓電致動器2〇可依據振動控制波形圖 案P4引起振動變位。 如圖9所示，振動控制波形圖案？1係產生點觸感，即剛性 感之所渭矩形波形圖案。振動控制波形圖案p2係如同心搏 動般有韻律感覺之感之波形，其脈衝寬可任意設定。振動 控制波形圖案P3係感覺有發生連續的運動之動作感之波 形，屬於階梯狀之波形。振動控制波形圖案p4係普通之觸 87161 -21 - 200414014 控面板之反應，即大致一定之振動變位。如此，圖式31至 34雖表示不同之資訊，但可依據此等圖式3丨至科分別分配 振動控制波形圖案P1至P4。因此，依據振動控制波形圖案 P1至P4’使壓電致動器20發生不同之振動變位時，使用者 可透過手指直感地且體感地感覺出圖式31至34之種類。 a，圖式3 1至34與此等之座標值及振動控制波形圖案之關 係之連結也可利用圖1〇所示之處理器8〇執行。cpu 74與處 理器80之訊號處理之分擔有各種方式，並不特別限定於上 述圖10所示之例。 圖11與圖12係表示本發明之又另一實施形態。圖丨丨與圖 12芡各另一實施形態係具有在圖4之實施形態中另外附加 之元件。有關圖11之實施形態與圖12之實施形態之構成元 件相同於圖4之實施形態之構成元件，附上相同符號而使用 其說明。 87161 弘圖11之貫施形怨中，不同之處在於在觸控面板與支 持框25之間設置有面板壓框11G。此面板壓框丨職固定於 士持觸控面板15端部之支持框25用之剖面大致呈匕字形之 ^ 1例如為具有4邊之框體。在此面板壓框11 〇之上端部 hi與觸面板15端部之間設有防塵封圈113。力防塵封圈 ⑴例如為環狀，為具有大致剖面方形、剖面圓形或剖面橢 圓开7〈每性之構件’例如塑膠或橡膠所製成。此防塵封圈 ’、用+防止塵；矣、灰塵等塵屑入侵觸控面板^與支持框 25間之空間用之密封圈，而此防塵封圈ιΐ3也具有作為將觸 控面板15支持於面板㈣η◦之面板支持材料之作用。防塵 -22- 200414014 封圈113由非常具有柔軟性之材料或具有某種程度柔軟性 而不衰減振動之特性之材料所製成，具有將壓電致動器2〇 產生之振動變位之衰減控制在最小值之作用。 在圖12之又另一實施形態、中，除了圖此防塵封圈⑴及 面板壓框11G《外’壓電致動器2Q之振動傳達機構⑴之構 以匕个同。彺圖4中，壓電致動器2〇係在觸控面板Η與支持 框25之間，利用第1支持部41至第3支持部43施行3點支持。 相對地’在圖12之實施形態中，振動傳達機構137具有支持 人另支诗邙142。支持邵141配置於壓電致動器2〇之 碲口(5 20A與支持框25之間。另一支持部142配置於壓電致 動器20之他端部細與觸控面㈣之内面之間。支持部142 相同於具有圖5(A)與圖5(B)之突起與軟質接著劑^之構 ^仁支持邯141則被硬質之接著劑牢固地固定於圖像 員7F 4《支持框25。*此，壓電致動器係以利用支持部 …42之2點支诗方式被支持於觸控面板η與支持框μ之 間。當壓電致動器20彎曲變位時，觸控面板15即沿著振動 變仙方向變位。此種壓電致動器2〇係以所謂懸臂方式被支 持於觸控面板15與支持框25之間。 ”人圖13與圖丨4係表示本發明之又另一實施形態。 仏圖13<只她形態中，壓電致動器之特徵在於僅被支 持於觸控面杯1 5 > ι3α ρ ^ τ r- ^ < 内面側。壓電致動器20之一端部20A被支 :4 241所支侍，壓電致動器20之他端部20B被支持部242 所支4即使休用此種構成，壓電致動器川也在沿著r方向 而在· $疋轉方向R ~br A 1 、 /、名目由度，但可沿著振動變位U使觸控面 87161 -23- 200414014 板15發生彳辰動。 在圖14之實施形態中，更在圖13之實施形態中之壓電致 動器20之中間部分固定重碼250。此重碼250之慣性力係在 發生壓電致動器20之振動變位υ時產生。由於可利用此重碼 250足慣性力支持壓電致動器2〇向上推壓觸控面板丨5時之 反作用力，故可有效地將壓電致動器2〇之彎曲變位傳達至 觸控面板15。如圖13及圖14所示，由於採用壓電致動器2〇 僅被支持於觸控面板15侧之構成，故具有下列之優點。即， 使用者按壓觸控面板15時之力不會直接施加於壓電致動器 20，放即使在使用者誤將過度之力按壓觸控面板1 $時，外 力負荷也不會施加於壓電致動器2〇上。 圖15係表示圖1〇之控制區塊7〇之又另一實施形態。圖 之控制區塊70與圖1〇之控制區塊7〇不同之點如下··即振動 控制電路73具有A/D變換器89。A/D變換器89為了測定壓電 致勁器20之端子間之電壓S6，取入此電壓％而施行類比/數 位變換而將數位電壓S 10傳送至處理器8〇。在本發明之會施 形態中，因壓電致動器2〇與_面板15被直接連接成如圖4 所示，故使用者按壓觸控面板15之力直接傳至壓電致動器 20,因此，壓電致動器20與觸控面板15之卡合部會因力而 變位。壓電致動H2G具有在施加此變位時，會產生虫此成 正比之電動勢之性質，故測定此電動勢時，處理器8〇即； 獲悉使用者手指F之操作力（按壓力）。如（，由於處现哭8〇 可即時測定使用者手指F按壓觸控面板15所產生之操作力 W所對應之壓電致動器2()之電壓S6，故具有以下之優點： 87161 -24- 2〇〇4l4〇14 即，在使用者手指F以過庶之六4品 I皮足力鉍作觸控面板15時，例 如，處理器80會對CPU 74下栺人，你廿， 卜扣v ’使其對圖像顯示部30供 應顯示以過度之力操作之圖放夕& 一、 圄式足頭不訊號S5而使圖像顯示 部30顯示該圖式，藉以促使使用者注意剛才施加之力過 大。測定利用輸入筆之手寫輸入時等使用者之操作力（筆 廢），使其與使用者相對應而預先加以記憶，即可進行使用 者之特別指定（認證）。也可考慮組合由觸控面板⑽搏得之 座標之資訊（2維座標資訊）與使㈣之操作力資訊，使其執 行作為3維輸入裝置之動作。 ”匕® 16係表不限定於某特定振動頻率時可使觸控面 板15有效振動用之振動指令方式之例。 將觸控面板15及JL筌1楚q ^ 八八弟1〜弟3支持邵41、42、43全部視 個振動㈣’假設觸控面板15之質量為m、與觸控面板i5 卡合之全部構件之彈簧常數為Kt、黏性係數為c【時，振動 系之固有振動頻率f可由下式求得·· f = 1/2π x (Kt/m . (Ct/2m))1/2 、由圖10〈振勁控制電路73，輸出含有上述固有振動頻率 ㈣為指令值時’即可有效地使觸控面板15振 動。在此，所謂含有固有振動頻率之振動波形，並非僅指 t弦波^連續的振動之波形，有時也包含脈衝性的加振; 〜口各禮误動頻率成分之波形。又，為了將振動系之固有 #動Λ、率㉟整於人的觸覺容易感知之50 Hz〜300 Hz之範 圍，只要變更觸控面板之支持構件之材料及形狀等，以: 87161 -25- 200414014 上述彈育系數Kt及黏性係數ct控制於適當值即可。 雙晶型壓電致動器最好為壓電元件層4層以上之多層雙 晶型壓電致動器。尤其考慮作為PDA等攜帶式機器時Y = 於受到驅動電壓之限制，不能使用通常之壓電致動器。利 用私壓電層多層化，以實現可藉較低電壓驅動之壓電致動 器，且將其使用於對觸控面板之觸覺反饋時，也可實現即 使在攜帶式機器中’也具有觸覺反饋效果之觸控面枳。雙 晶型壓電致動器之兩端部及中央部之各支持部在旋轉二 具有自由度，並會拘束傳達觸覺之方向（致動器中央部之變 位^向）。作為拘束傳達觸覺之方向之方法，使用不妨礙^ 動备〈笑點或線狀之突起，4 了施行致動器與其支 岐 < 接合，使用阮直接著劑。 身作為觸控面板之支持體 止灰塵等入侵圖像顯示部 ^W，交伍（迩度），以致動器本 支持觸控面板之材料兼作為防 部圖像顯示部等之顯示裝置之間之

效地將觸覺反饋施加至使用者。 、、、、1 及〜勁斋屋生之振動的變位（速度），以致動器太 又狩體之振動系之固有振 區域，且利用包含該固有 來加振觸控面板時，可有

87161 -26- 所產生之電動勢 按壓力。 之手段’可測定使用者執行輪人操作時之 也可採用僅將雙晶型壓電致動器 等，沪P 义早响4固足於基座 知另一方端邵連接於觸控面板之構造。 =損及壓電致動器發生之振動的變位(速度 膠)支=且柔軟之材料（例如北川工業株式會社製之職 面扳。以不妨礙壓電致動器之弯曲變形之方 二=動器支持於觸控面板下面，將壓電致動器變 二《1辰動傳達至觸控面板。此時 器之中央部負加重碼。 …致動 、便用雙晶型壓電致動器時’可構建具有適於攜帶式機器 〜型(薄型)而低耗電力之特徵之觸覺反饋系統。尤其二 用多層雙晶型壓電致動器時’除了上述特徵外，並可、： 以攜帶式機器通常使用之Li_ion式或Ni· 八守兒池為電源 而執行動作之低電壓驅動型之觸覺反饋系統。利用簡單而 低廉之構造，實現雙晶型壓電致動器之支持機能。由於可 以致動器本身作為_面板之支持體，不僅無支持㈣起 :振動之損耗，且可提供構造簡單而低廉之系統。由於觸 控面板之支持構件兼具有防塵封圈之機能，故可減少構件 之數，結果可提供廉價之系統。即使收縮小致動器之輪出 也可發生使用者可觸知之振動，故可提供小型而廉價之系 钿入衣置因可施行具有任意波形之振動（觸覺）反饋，故可 對使用者提供以輸入動作之確認之操作感為首之各種觸覺 87161 -27- 厶明14014 資訊（感覺）。靈活利用此觸螯 啊見g汛作為加在視覺資 資訊中之第3種資訊提示通 、以及1見 古且^時，可岐用者提供真實性更 问且豐s〈資訊。另外，由 g Φ 1 i t ; 4人而g，觸覺比視覺及聽 .Ώ, Μ此感覺，也可表現出人的感 情，且也可假想單獨使用觸 ,,.L , 見反貝I h形。此情形係在依 據為百人之資訊提示，運轉 ^ 1 A木曰味》兄下或無法依照某 二狀/兄J件獲得視覺、聽覺資 ^ /、Λ時，可她行所謂盲目操作。 由於振動波形容易改寫或添加，例如可在使用機器之各國 執：振動波形之設定或執行依照使用者之喜好之振動圖案 且也可將各使用者所作成之振動圖案，例如透過 網路提供給其他使用者。 由於使用者可瞭解機器如何使用之使用狀況，故可事先 防範使用者不慎破壞機器於未然。又，提示觸覺資訊所需

之零件與檢測操作力之零件之大部份可共通使用，故可提 供廉價之3維輸入装f。AH i、t L l 一 i支持觸控面板 < 材料因具有柔軟性 故不會機械地抑制壓電致動器發生之變位，且因可收縮小 該二料吸收振動之特性（例如，如橡膠），故可有效將磨電致 丄之此里傳達至觸控面板。由於使用者按壓觸控面 ㈣之力不會施加至壓電致動器，故即使在使用者誤以過 反2力按壓觸控面板時，也不會有加諸壓電致動器之外力 負倚。由於重碼之慣性力可支持壓電致動器向上推壓觸控 面板時之反作用力，故可有效地將壓電致動器之變位傳達 A觸fe面板。 但，本發明並非限定於上述之實施形態。例如，作為雙 87161 *28- 200414014 晶型壓電致動器2 0之第i致動器單元與第2致動器單元之疊 層構造例’雖分別具有9層壓電元件層63，但此壓電元件層 63並非限定於9層，只要屬於多數層即可，最好為4層以上， 此日守可利用小的驅動電壓獲得更大之彎曲變位。在圖式之 例中’將第1支持部與第2支持部配置於圖像顯示部侧，將 第3支持部配置於觸控面板。但並非限定於此，也可將第1 支持部與第2支持部配置於觸控面板，且將第3支持部配置 於圖像顯示部侧。 本發明之實施形態之電子機器係以列舉個人數位助理 (PDA)為例作為其一例，但並非限定於此，具有本發明之輸 出入裝置100之電子機器1〇並非限定於個人數位助理，也包 t手機、遙控器、Dsc (數位靜物攝影機）、Dvc (數位錄像 u ) pc (個人％腦）等具有以全部觸控面板作為輸入手段之 輸出入裝置之電子機器。 本發明 < 實施形態之電子機器係利

覺反饋至使用者。 用具有顯示機能 ’但並不限定於本實施形態，例如如 一般，也可將顯示機能由觸控面板分 元。此時，也可經由觸控面板，使觸

【圖式簡單說明】 依據本發明，在使用者利用觸覺對觸控 入操作之際，可利用對使用者之觸覺確 之貝訊之種類之輸入操作之使用者。 87161 圖1係表示 一有本發明之輸出入裝置之電子機器之ίψ相 八 V、 '29- 200414014 之實施形態之立體圖。 圖2係表示圖1之電子機器10之觸控面板與支持框及雙晶 型壓電致動器之圖。 圖3係表示圖1之電子機器之分解立體圖。 圖4係表示圖3之電子機器之A-A線之剖面構造例。 圖5(A)、（B)係表示圖4之壓電致動器、振動傳達機構等 之放大圖。 圖6係表示雙晶型壓電致動器之構造例之局部省略之立 體圖。 圖7係表示圖6之雙晶型壓電致動器之疊層構造例之圖。 圖8(A)、（B)係表示雙晶型壓電致動器為單層之情形與多 層之情形之比較例之圖。 圖9係表示以一例顯示於圖像顯示部之圖式及對應於此 等圖式之振動控制波形圖案之例之圖。 圖10係表示包含輸出入裝置之控制區塊之圖。 圖11係表示本發明之另一實施形態之剖面圖。 圖12係表示本發明之又另一實施形態之剖面圖。 圖13係表示本發明之又另一實施形態之剖面圖。 圖14係表示本發明之又另一實施形態之剖面圖。 圖15係表示對應於圖10所示之控制區塊之另一實施形態 之圖。 圖16係表示限定於配置於本發明之雙晶型壓電致動器中 之特定振動器時可使觸控面板有效振動用之振動指令方式 之例之圖。 -30- 87161 200414014 【圖式代表符號說明】 10 電子機器 13 本體 15 觸控面板 16〜 19 键 20 雙晶型壓電致動器 20A 端部 20B 他端部 21、 22、24 键 23 電源開關 25 支持框 25A 縱框體 25B 縱框體 30 顯示部 31〜 34 圖案 35 觸控面板支持材料 37 振動傳達機構 41 第1支持部 42 第2支持部 43 第3支持部 50 突起 51 軟質接著劑 61 第1致動器單元 62 第2致動器單元 87161 -31 - 200414014 63 壓電元件層 64 壓電元件（PZT) 65 電極層（Ag-Pd) 66A 層間連接部 66B 層間連接部 70 控制區塊 71 振動產生裝置 73 振動控制電路 74 CPU (中央處理裝置） 75 外部程式設計師 80 處理器 81 記憶體 82 外部程式璋 83 D/A變換器 84 電流放大器 89 A/D變換器 100 輸出入裝置 110 面板壓框 111 113 137 141 、 142 241 、 242 250 上端部 防塵封圈 振動傳達機構 支持部 支持邵 重碼 87161 -32- 200414014 X 座標軸 Y 座標軸 υ 振動變位 D1 厚度 D2 厚度 Ρ1 〜Ρ4 振動控制波形圖案 S3 指令值 S4 座標值 S5 顯示訊號 S1 數位波形 S 訊號座標值 Ρ 振動控制波形圖案 ΤΒ 觸覺反饋 87161 -33 -

Claims (1)

1. 拾 申請專利範圍·· 1 ·—種輸入裝置，其係包含·· 觸控面板，其係藉使用者之接觸施行資訊之輸入者； 振勁屋i袁置，其係通過前述觸控面板使因前述資訊 之種類而異之種類之觸覺反饋至前述使用者；及 A振動控制電路，其係使前述振動產生裝置產生因前述 資訊之種類而異之振動者； 、、f述振動產生裝置係包含第丨致動器單元與疊層於前 述第1致動器單元之第2致動器單元，#述第i致動器單元 與前述第2致動器單元中之—方伸長而他方收縮之雙晶 型壓電致動器； …前述第1致動器單元與前述第2致動器單元均利用多數 壓電元件層疊層所構成者。 2·如申請專利範圍第i項之輸入裝置，其中進—步包含 顯示資訊之圖像顯示單元； 口 前述觸控面板可藉由使用者接觸到對應於前述圖像顧 之前述資訊之位置之部分而施行資訊之輸入，前 辰力產生裝置係配置於前述圖像顯示單元者 3. ::請t利範圍第2項之輸入裝置，其中在前述第1致動 存早…述第2致動器單元之各前述壓 配置有電極者。 4. 如申請專利範圍第2項之輸入裝置，其中前述雙晶型歷電 致動器包含配置於前述雙晶型歷電致動器 述圖像顯示單元之 门< 弟1支持邛、配直於前述雙晶型壓 87161 200414014 電致動器之他端部與前述圖 、 * 717單凡之間> $ 9 $技 邵、及配置於前述雙晶型恩 …' %品拓、扣 包玟動态〈中間部與前述觸 I面板 < 間之第3支持部者。 5.:;申:"Γ範圍第4項之輪入裝置，其中前述第i支持 二支持部、及前迷第3支持部係在異於前述使 者。 万W疋轉万向具有自由度 6.

   如^青專利範圍第5項之輸人裝置1中前述第]支持部 與則述弟2支持部係包含突起、與將前述突起固定於前述 雙晶型壓電致動器與前述圖像顯示單元用之軟質接著 劑；前述第3支持部係包含突起 '與將前述突起固定於前 述i θ曰j愚電致動器與前述觸控面板用之軟質接著劑 者0 7. 如申請專利_第2項之輸入裝置，纟中前述雙晶型壓電 致動器係包含配置於前述圖像顯示單元之間之支持部、 及配置於前述雙晶型壓電致動器之他端部與前述觸控面 板之間之另一支持部者。 8. 如申請專利範圍第2項之輸入裝置，其中前述雙晶型壓電 致動器係包含支持部，其係分別配置於前述雙晶型壓電 致動器之一端部與前述觸控面板之間、及前述雙晶型廖 電致勁器之他端部與前述觸控面板之間者。 9·如申請專利範圍第8項之輸入裝置，其中在前述雙晶型慝 兒致動為之中途設有重碼者。 10·如申請專利範圍第2項之輸入裝置，其中前述圖像顯示單 87161 200414014 兀係包含液晶顯示單元，在前述觸控面板與前述液晶顯 不單元之間包含防止塵屑入侵用之防塵封圈者。 11，如申請專利範圍第2項之輸入裝置，其中前述振動控制電 ^係對前述雙晶型壓電致動器記憶多數振勳控制波形圖 案’各前述振動控制波形圖案係對應於顯示於前述圖像 顯示單元之多數前述資訊者。 12·如申m專利範圍第11項之輸入裝置，其中記憶於前述振 動把制電路之前述振動控制波形圖案係可改寫者。 13.如申請專利範圍第11項之輸入裝置，其中前述振動控制 裝置係包含電動勢檢知電路，其係檢知因應施加於前述 雙晶型壓電致動器之前述使用者之按壓力而產生之電動 勢者。 14· 一種電子機器，其係包含輸入資訊用之輸入裝置者； 上述輸入裝置係包含： 觸控面板’其係藉使用者之接觸施行資訊之輸入者； 振動屋生裝置，其係通過前述觸控面板使因前述資訊 之種類而異之種類之觸覺反饋至前述使用者；及 振動制電路，其係使前述振動產生裝置產生因前述 貧訊之種類而異之振動者； W述振動產生裝置係包含第1致動器單元與疊層於前 述第1致動為單元之弟2致動器單元，前述第1致動器單元 與前述第2致動器單元中之一方伸長而他方收縮之雙晶 型壓電致動器； 前述第1致動器單元與前述第2致動器單元均利用多數 87161 丄"+υ丄4 壓電元件層疊層所構成者。 5·如申請專利範圍第14項之電子機器，其中進—步包含顯 π資訊之圖像顯示單元；前述觸控面板可藉由使用者接 觸到對應於前述圖像顯示單元之前述資訊之位置之部分 而施行資訊之輸入，前述振動產生裝置係配置於前述圖 像顯示單元者。 丄6·如申請專利範圍第15項之電子機器，其中在前述第丨致動 器單元與前述第2致動器單元之各前述壓電元件之兩側 配置有電極者。 17·如申請專利範圍第14項之電子機器，其中前述電子機器 係可攜式電子機器者。

   87161