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CN102473054A - 输入装置和输入装置的控制方法 - Google Patents

输入装置和输入装置的控制方法 Download PDF

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CN102473054A
CN102473054A CN2010800339241A CN201080033924A CN102473054A CN 102473054 A CN102473054 A CN 102473054A CN 2010800339241 A CN2010800339241 A CN 2010800339241A CN 201080033924 A CN201080033924 A CN 201080033924A CN 102473054 A CN102473054 A CN 102473054A
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CN
China
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tactile sensation
touch sensor
input
providing
Prior art date
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CN2010800339241A
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青野智刚
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Abstract

一种输入装置包括：触摸传感器(11)，用于接收输入；负荷检测单元(12)，用于检测触摸传感器(11)的触摸面(11a)上的压力负荷；触感提供单元(13)，用于振动触摸面(11a)；以及控制单元(15)，当通过负荷检测单元(12)检测到的压力负荷满足用于提供触感的标准时，控制单元(15)控制触感提供单元(13)的驱动，以使触摸面(11a)以一定频率振动，从而向按压触摸面(11a)的对象(工具)提供点击感觉。因此，当操作者操作触摸传感器时，提供了与操作按钮开关时获得的点击感觉类似的逼真的点击感觉。

Description

输入装置和输入装置的控制方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2009年7月29日提交的第2009-177070号日本专利申请的优先权和益处，该日本专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及具有触摸传感器的输入装置以及输入装置的控制方法。
背景技术
近年来，具有诸如触摸板、触摸开关等触摸传感器的输入装置普遍用作接收用户在移动终端(例如，移动电话、信息设备(如计算器)、自动售票机、家电产品(如微波炉)、电视机、灯光设备、工业设备(FA设备)等)进行的输入操作的输入装置，诸如操作单元、开关等。
已知存在多种类型的触摸传感器，例如，电阻膜型、电容型、光学型等。然而，这些类型中的任何触摸传感器均接收通过手指或手写笔进行的触摸输入，而且与按钮开关不同，即使在被触摸时，触摸传感器自身并没有物理移动。
由于触摸传感器自身在被触摸时没有物理移动，所以即使接收到触摸输入，操作者也不能获得对输入的反馈。因此，操作者可能通过多次触摸相同的点而错误地输入，这对于操作者而言会有压力。
已知的防止这种错误输入的方法是根据接收触摸输入时被按压的区域，通过例如产生声音或者通过改变在显示单元中图形描绘的显示状态(例如，输入按钮等的输入对象的颜色)来视觉地或听觉地确认输入操作。
然而，在嘈杂的环境中可能难以确认这种听觉反馈，并且当所使用的设备处于静音模式下时这种听觉反馈是不适用的。此外，当使用这种视觉反馈时，如果在显示单元上显示的输入对象较小，那么操作者不能确认显示状态的改变，这是因为输入对象的视图被手指阻挡，特别是当操作者正在用手指进行输入时。
还提出了一种既不依赖于听觉也不依赖于视觉而是通过当触摸传感器接收到输入时振动触摸传感器在操作者的指尖产生触感的反馈方法(例如，参见专利文献1、2)。
相关技术文献
专利文献
专利文献1：第2003-288158号日本专利公告
专利文献2：第2008-130055号日本专利公告
发明内容
技术问题
然而，在以上专利文献1和2中公开的技术仅通过振动在操作者的指尖产生触感。也就是说，其通过振动触摸传感器在操作者触摸触摸面的指尖处仅提供了“震动”感觉。
这些装置具有在触摸传感器上图形描绘的按键开关，例如，按钮开关(按压式按键开关)，并且尽管操作者操作(按压)按钮开关(按压式按键开关)打算按压，但是按钮开关会提供“震动”感觉。
因此，尽管操作者按压(具有按压意图的操作)这些按压式按键开关，但是操作者不能感觉到当按压式按键开关被按压时获得的如“点击”的逼真的点击感觉，因而会有奇怪的感觉。
因此，特别是如果诸如按钮开关(按压式按键开关)的按键开关被图形描绘在触摸传感器上并且用于接收触摸传感器的输入的阈值较低，那么当手指等轻微触摸该触摸传感器时可能会提供触感。因此，响应操作者按压之前的无意识的动作(触摸)可引起错误的操作，或者在操作者按压之前无意识的动作(触摸)会对操作者造成奇怪的感觉。此处，用于触摸传感器接收触摸输入的阈值是触摸传感器做出响应的阈值，对于电阻膜型触摸传感器而言，该阈值是上部传导膜与下部传导膜接触处的压力的阈值，对于电容型触摸传感器而言，该阈值是通过接触来检测电信号的阈值。
因此，考虑到这些情况，本发明的目的是提供一种能够在操作者操作触摸传感器时提供与操作按钮开关时所获得的点击感觉类似的逼真的点击感觉的输入装置，以及输入装置的控制方法。解决问题的技术方案
为了实现以上目的，根据本发明的第一方面的输入装置包括：
触摸传感器，用于接收输入；
负荷检测单元，用于检测触摸传感器的触摸面上的压力负荷；
触感提供单元，用于振动该触摸面；以及
控制单元，当通过负荷检测单元检测到的压力负荷满足用于提供触感的标准时，所述控制单元控制触感提供单元的驱动，以使所述触摸面以一定频率振动，从而向按压所述触摸面的对象提供点击感觉。
此外，为了实现以上目的，根据本发明的第二方面的、对输入装置的控制方法是用于这样的输入装置的控制方法，该输入装置包括用于接收输入的触摸传感器；用于检测触摸传感器的触摸面上的压力负荷的负荷检测单元；以及用于振动该触摸面的触感提供单元，并且该控制方法包括以下步骤：
当通过负荷检测单元检测到的压力负荷满足用于提供触感的标准时，控制触感提供单元的驱动，以使所述触摸面以一定频率振动，从而向按压所述触摸面的对象提供点击感觉。
此外，为了实现以上目的，根据本发明的第三方面的输入装置包括：
触摸传感器，用于接收输入；
负荷检测单元，用于检测触摸传感器的触摸面上的压力负荷；以及
触感提供单元，用于振动该触摸面；以及
控制单元，当通过负荷检测单元检测到的压力负荷满足用于提供触感的标准时，所述控制单元利用单个的驱动信号来驱动触感提供单元，其中
该驱动信号具有140Hz或更高的频率，并且
该驱动信号被用于被确定为在该驱动信号的1/4周期到5/4周期的范围内的周期。
此外，为了实现以上目的，根据本发明的第四方面的、对输入装置的控制方法是用于这种输入装置的控制方法，该输入装置包括：用于接收输入的触摸传感器；用于检测触摸传感器的触摸面上的压力负荷的负荷检测单元；以及用于振动触摸面的触感提供单元，并且该控制方法包括以下步骤：
当通过负荷检测单元检测到的压力负荷满足用于提供触感的标准时，利用单个的驱动信号驱动触感提供单元，其中
该驱动信号具有140Hz或更高的频率，并且
该驱动信号被用于确定为在该驱动信号的1/4周期到5/4周期的范围内的周期。
有益效果
根据本发明，如果触摸传感器上的压力负荷满足用于提供触感的标准，触摸传感器的触摸面以一定频率振动，以向操作者提供与按钮开关被操作时所获得的点击感觉类似的逼真的点击感觉。
附图说明
图1是示出按钮开关的一般负荷特征的示意图；
图2是示出利用不同的压力负荷对多种按钮开关进行操作的感官评价的结果的示意图；
图3是示出对具有不同冲程的多种按钮开关进行操作的感官评价结果的示意图；
图4是示出当操作按钮开关时在按钮处产生的振动的测量的示例性结果的示意图；
图5是示出根据本发明的第一实施方式的输入装置的示意性构造的框图；
图6示出了图5中所示的输入装置的示例性外壳结构；
图7是通过图5中所示的输入装置进行的操作的流程图；
图8是示出根据本发明的第二实施方式的输入装置的示意性构造的框图；
图9是图8中所示的输入装置的前视图；
图10是示出当改变用于振动触摸传感器的频率时对点击感觉的感官评价的结果的示意图；
图11是示出当改变触摸传感器的振动幅度时对点击感觉的感官评价的结果的示意图；
图12是示出当改变用于振动触摸传感器的驱动信号的周期时对点击感觉的感官评价的结果的示意图；
图13是示出当改变用于振动触摸传感器的驱动信号的波形时对点击感觉的感官评价的结果的示意图；
图14是示出用于振动触摸传感器的驱动信号的波形和触摸传感器的振动幅度的实际波形的示意图；
图15是示出通过根据本发明的第三实施方式的输入装置进行的操作的流程图；
图16是示出当用于提供触感的按压的标准负荷和用于提供触感的释放的标准负荷被设定为相等时由根据第三实施方式的输入装置提供点击感觉的实施例的示意图；
图17是示出当用于提供触感的释放的标准负荷被设定为小于用于提供触感的按压的标准负荷时由根据第三实施方式的输入装置提供点击感觉的实施例的示意图；
图18是示出对有点击感觉和没有点击感觉的情况进行比较时点击感觉的感官评价的示例性结果的示意图；
图19是示出当用于提供触感的按压的标准负荷和用于提供触感的释放的标准负荷被设定为相等时在连续输入期间提供触感的实施例的示意图；
图20是示出当用于提供触感的释放的标准负荷被设定为小于用于提供呈现触感的标准负荷时在连续输入期间提供触感的实施例的示意图；
图21是示出当用于提供触感的释放的标准负荷被设定为接近用于提供触感的按压的标准负荷时在连续输入期间提供触感的实施例的示意图；
图22是示出当用于提供触感的按压的标准负荷被设定为1N时对连续输入期间的触感进行感官评价的示例性结果的示意图；
图23是示出当用于提供触感的按压的标准负荷被设定为2N时对连续输入期间的触感进行感官评价的示例性结果的示意图；以及
图24是示出当用于提供触感的按压的标准负荷被设定为3N时对连续输入期间的触感进行感官评价的示例性结果的示意图。
具体实施方式
在描述本发明的实施方式之前，提供根据本发明的输入装置所采用的提供点击感觉的方法的原理的描述。
下面描述的提供点击感觉的方法的原理已通过包括本发明的发明人在内的成员进行的联合研究得知。本发明的申请人已基于该原理提出了一种输入装置(例如，参见第2008-326281号日本专利申请)。
对于触觉感官意识，人们具有负责压感的神经和另一负责触感的神经，负责压感的神经用于当触摸对象时通过引入骨头和肌肉的负荷来感觉诸如对象的硬度或软度的触感，负责触感的神经用于当触摸对象时通过检测引入到皮肤表面的振动来感觉对象的纹理等。也就是说，压感检测负荷，而触感检测振动。此外，触感通常是压觉和触感的组合。因此，在触摸传感器的触摸面上再现与操作按钮开关时对“压感”和“触感”的刺激类似的刺激能够向操作者提供点击感觉。
另一方面，例如金属弹片开关、浮雕开关、橡胶开关、触觉开关等被公认为用于信息设备和家用电器的按钮开关。尽管根据开关的类型，按钮的冲程和所施加的负荷(按压力)之间存在差别，但是这些普通的按钮开关基本上具有如图1中所示的负荷特性。
在图1中按压时的负荷特性中，从点A到点B的周期表示从按压按钮开始负荷与向下按压基本成比例增加的周期。从点B到点C的周期表示由于按钮被向下按压凸形弹性元件(例如金属弹片)被扣紧因而负荷迅速地减小的周期。从点C到点D的周期表示开关的接触点闭合并且负荷与向下按压基本成比例地增加的周期。
虽然存在一定程度的滞后，但是在释放时按钮的负荷特性回描在按压时负荷的改变。也就是说，从点D到点E的周期表示从该周期的起始点开始负荷与释放基本成比例地减小并且开关的接触点维持闭合状态的周期。从点E到点F的周期表示通过释放按钮弹性元件从扣紧形式恢复为凸形形式并且负荷迅速增加的周期，并且在该周期的起始点处开关的接触点断开。从点F到点G的周期表示在弹性元件恢复以后手指从按钮释放并且负荷与释放基本成比例地减小的周期。
在图1中所示的负荷特性中，按钮的最大冲程是最小的；例如，对于金属弹片开关、浮雕开关和触觉开关而言，按钮的最大冲程等于或小于1mm，而对于橡胶开关而言，按钮的最大冲程等于或小于3mm。此外，例如在金属弹片开关、浮雕开关和触觉开关上，点B处的负荷约为1N至6N，而例如在橡胶开关上，点B处的负荷约为0.5N。操作者可以在操作这些按钮开关中的任何一个时感觉到点击感觉。
因此，研究者研究了按钮开关的哪种类型的移动提供由“压感”和“触感”产生的点击感觉。首先研究是冲程的改变还是压力负荷的改变引起点击感觉。
图2是示出当利用不同的压力负荷操作多种按钮开关时对操作者如何感觉的感官评价的结果的示意图。横轴表示实际压力负荷，纵轴以刻度1至7表示操作者对按钮开关的感觉是重还是轻。作为操作者的主体是习惯使用移动终端的五个人。从图2中可以看出，其示出了操作者可以感知使用高压力负荷的按钮开关较重，而使用低压力负荷的按钮开关较轻。
图3是示出操作者操作具有不同冲程的各种按钮开关时如何感觉的感官评价结果的示意图。横轴表示实际的冲程，纵轴以1至7为刻度表示操作者对按钮开关的感觉是长还是短。作为操作者的主体是与图2中的那些相同的习惯使用移动终端的五个人。从图3中可以看出，操作者不能清晰地感知最小冲程是长还是短。
上面呈现的感官评价的结果显示出人们可以感知负荷的差别但不能感知最小冲程的差别。
因此，研究者关注压力负荷中的变化。也就是说，因为人们不能感知冲程的差别，所以研究了如果平面(例如触摸传感器)上的压力负荷(即，对压感的刺激)遵循图1中的点A、B和C改变，人们是否可感觉到点击感觉。因此，准备了具有在垂直方向上可移位的板的实验装置。然后，从如图1所示的点A到点B向下按压该板，并且在负荷达到点B处的负荷的点处，瞬时稍微向下移动板以再现点B和点C之间的负荷的变化。
因此，尽管获得了“按压按钮开关”到“已向下按压按钮开关”的感觉，但是没有获得例如当操作金属弹片开关时能够获得的例如“点击”的逼真的点击感觉。也就是说，发现还需要另一种要素来获得逼真的点击感觉，该要素不能通过冲程与负荷之间的关系被消除。
因此，研究者接下来的研究不仅关注“压感”，还关注为另一感受的“触感”。因此，利用具有其上安装有金属弹片开关的按钮开关的输入装置的各种移动终端，研究者对当操作按钮时在按钮处产生的振动进行测量。结果得知，在压力负荷达到图1中的点B时的点处，即，在金属弹片开始被扣紧的点处，按钮以近似100-200Hz的频率振动。
图4是示出这种测量的示例性结果的示意图。横轴表示压力经过时间，而纵轴表示振动幅度。该按钮开关在图1中的点B处如图4中的实线所示的那样振动。由此得知人们在按压该按钮开关时接收约6ms的振动刺激周期(约170Hz的频率)。此外，在释放时按钮开关上的压力负荷达到图1中的点F的点处的负荷，即，在金属弹片从扣紧状态恢复的点处，该按钮如图4中的虚线所示的那样振动。由此得知，当释放该按钮开关时，人们接收约8ms的振动刺激周期(约125Hz的频率)。
因此，当以板的形式的装置(例如触摸传感器)的触摸面被向下按压时，如果负荷从图1中所示的点A到点B时通过操作者不振动地自行下压触摸面来使输入装置刺激压感并且在点B处通过将触摸面以170Hz的频率振动1个周期来使输入装置刺激触感，或者如果通过向操作者提供从按钮开关实际所测量的振动波形来使输入装置刺激触感，那么可向操作者提供与对具有如图4中所示的测量结果的按钮开关进行操作时获得的点击感觉类似的点击感觉。
根据上述原理，当触摸面被按压时，根据申请人的以上建议的输入装置会刺激压感，直到压力负荷满足用于接收输入的预定标准，并且当满足该标准时，利用预定的驱动信号，也就是具有一定频率、周期(指驱动时间(波长))、波形和振动幅度的驱动信号，通过振动单元使触摸面进行振动来刺激触感。因此，向操作者提供了与操作按钮开关时获得的点击感觉类似的逼真的点击感觉。
将参照附图来描述基于上述原理的本发明的实施方式。
本发明通过独立于触摸传感器接收输入的操作检测压力负荷并且以某一频率振动触摸传感器，向触摸传感器的操作者提供与向下按压按钮开关时获得的感觉类似的逼真感觉。也就是说，当操作触摸传感器时，独立于触摸传感器接收输入的操作检测压力负荷，并且如果触摸传感器的触摸面上的压力负荷满足用于提供触感的标准压力负荷，触摸面就以某一频率振动，以向操作者提供没有奇怪感觉的逼真的点击感觉。
(第一实施方式)
图5是示出根据本发明的第一实施方式的输入装置的示意性构造的框图。该输入装置具有触摸传感器11、负荷检测单元12、触感提供单元13、显示单元14以及用于控制全部操作的控制单元15。触摸传感器11接收通过手指等对显示单元14的输入，并且可以为公知的类型，诸如电阻膜型、电容型、光学型等。负荷检测单元12检测触摸传感器11的触摸面上所施加的压力负荷，并且负荷检测单元12可以包括诸如应变计传感器、压电元件等对负荷做出线性反应的元件。触感提供单元13以某一频率振动触摸传感器11的触摸面，并且可以包括例如压电振动器。显示单元14显示诸如按钮开关(按压式按键开关)等的输入按键的输入对象，并且可以由例如液晶显示面板、有机EL显示面板等构成。
图6示出了图5中所示的输入装置的示例性外壳结构；图6(a)是主截面的横截面图，图6(b)是主截面的平面视图。显示单元14被容纳在外壳21中。触摸传感器11通过由弹性元件制成的绝缘装置22被配置在显示单元14上。在根据本实施方式的输入装置中，显示单元14和触摸传感器11在平面视图中的形状是矩形，并且触摸传感器11通过设置在显示单元14的显示区A外的四个角处的绝缘装置22被配置在显示单元14上，如图6(b)中的链式双划线所示。
此外，外壳21设有上盖23，上盖23覆盖显示单元14的显示区外的、触摸传感器11的表面区域。由弹性元件制成的绝缘装置24被设置在上盖23与触摸传感器11之间。
图6中所示的触摸传感器11例如可具有带有由透明膜或玻璃构成的触摸面11a的表面元件以及由玻璃或丙烯醛基构成的背面元件。触摸传感器11可以被设计使得当触摸面11a被向下按压时，被按压的部分或结构本身根据按压力略微弯曲(绷紧)。
在触摸传感器11的表面上接近于由上盖23覆盖的每个外围的位置处设有、附接有或以其它方式配置有用于检测触摸传感器11上所施加的负荷(按压力)的应变计传感器31。此外，在触摸传感器11的背面上接近于两个相对侧中的每一侧的外围的位置处设有、附接有或以其它方式配置有用于振动触摸传感器11的压电振动器32。也就是说，图6中所示的输入装置具有图5中所示的包括四个应变计传感器31的负荷检测单元12以及包括两个压电振动器32的触感提供单元13。此外，触感提供单元13振动触摸传感器11以振动触摸面11a。应当注意的是，在图6(b)中省略了图6(a)中所示的外壳21、上盖23和绝缘装置24。
图7是通过根据本实施方式的输入装置进行的操作的流程图。控制单元15监控触摸传感器11的输入并且监控由负荷检测单元12所检测的负荷。然后，控制单元15检测通过诸如手指、手写笔等的按压对象(按压装置)向触摸传感器11进行的输入是否是对显示单元14上显示的输入对象的输入(步骤S701)。因此，如果检测到该输入是输入对象的输入，那么控制单元15通过改变颜色等来改变由按压对象(按压装置)接触的显示单元14上的一部分(输入部分)的显示状态(步骤S702)。
此外，控制单元15还检测由负荷检测单元12所检测的压力负荷是否随触摸传感器11上的压力增加以及是否满足用于提供触感的标准压力负荷(步骤S703)。如果结果是检测到压力负荷满足标准压力负荷，那么控制单元15利用预定的驱动信号来驱动触感提供单元13。因而，触摸传感器11以预定的振动模式振动，以便提供点击感觉(步骤S704)。应当注意的是，负荷检测单元12例如通过来自四个应变计传感器31的平均输出值检测负荷。此外，触感提供单元13同相地驱动例如两个压电振动器32。
这里，在步骤S703中检测到的用于提供触感的标准压力负荷是例如在图1中所示的点B处的负荷。因此，可以根据在按压时有意按压开关的负荷特性来适当地设定标准压力负荷。例如，标准负荷压力可以被设定为等于触摸传感器11进行响应的负荷(将提供触感的时间设定为与由触摸传感器11进行响应的时间相同)或者高于触摸传感器11进行响应的负荷(将提供触感的时间设定为晚于由触摸传感器11进行响应的时间)。特别是如果应用于移动终端，那么用户可以根据需要将标准压力负荷设定为触摸传感器11进行响应的负荷或者更高的负荷(将提供触感的时间设定为晚于触摸传感器11的响应的时间)，以使年长的用户可以更重(更慢)地对其进行设定，而经常写消息的用户可以更轻(更快)地对其进行设定。因而，通过按压触摸传感器11的触摸面11a的按压对象(按压工具)将点击感觉提供给操作者，使得操作者可以识别确认输入操作已完成。
此外，可以根据要提供的点击感觉来适当地设定在步骤S704中用于驱动触感提供单元13的预定的驱动信号，也就是说，用于刺激触感的某一频率、周期(波长)、波形和振动幅度。例如，为了在上述施加有标准压力负荷的点处提供由用于移动终端的金属弹片开关所表示的点击感觉，触感提供单元13由驱动信号(例如，频率为170Hz的正弦波)驱动一个周期，以在其上施加有标准压力负荷的状态下以约15μm来振动触摸面11a。因而，可以向操作者提供逼真的点击感觉。
如上所述，根据本实施方式的输入装置刺激压感，直到由负荷检测单元12检测到的触摸传感器11所施加的负荷满足用于提供触感的标准，并且当满足该标准时，通过使用预定的驱动信号驱动触感提供单元13来刺激触感，以使触摸面11a以预定的振动模式振动。因而，输入装置向操作者提供点击感觉，使得操作者识别确认输入操作已完成。因此，即使诸如按钮开关(按压式按键开关)的按键开关被图形描绘在触摸传感器上，操作者也可以在感觉到与操作按钮开关时获得的点击感觉类似的逼真点击感觉的情况下执行输入操作，这样，操作者可能不会有奇怪的感觉。此外，因为操作者可以在执行输入操作的同时感知到“已敲击(tapped)”触摸传感器11，所以防止了因仅进行敲击引起的错误输入。
此外，如果用于提供触感的标准压力负荷被设定为高于触摸传感器11进行响应的负荷(将提供触感的时间设定为晚于由触摸传感器11进行响应的时间)，那么根据对触摸面11a的触摸操作来确定输入位置，并且在显示单元14的相应部分处改变输入对象的显示状态。然后，当由负荷检测单元12检测到的触摸面11a上的压力负荷满足用于提供触感的标准时，触感提供单元13被驱动为提供点击感觉并且确认输入位置以允许预定处理的执行。在这种情况下，操作者可以通过查看显示单元14上所显示的输入对象的显示状态的改变来确认输入对象已被选定。此外，利用按压触摸面11a时提供给操作者的点击感觉，操作者可以识别所选择的输入对象已确定。因而防止了由所谓的漂移手指导致的错误输入。
(第二实施方式)
图8和图9示出了根据本发明的第二实施方式的输入装置；图8是示意性构造的框图，图9是前视图。该输入装置被安装在例如移动终端上，如图8所示，该输入装置具有用于接收输入的触摸传感器41、基于触摸传感器41上的输入位置显示信息的显示单元43、用于检测触摸传感器41上的压力负荷的负荷检测单元44、用于振动触摸传感器41的触感提供单元45以及用于控制全部操作的控制单元46。
如图9所示，在触摸传感器41上已设有、印有、附接有等多个输入对象41a，例如数字键。因此，在根据本实施方式的输入装置中，输入对象41a中的每个均构成触摸面。为了防止按压多个相邻的输入对象41a的错误输入，将用于接收输入的每个输入对象41a的有效按压区设定为小于输入对象41a的布置区。应当注意的是，在图8中，负荷检测单元44和触感提供单元45以与如图6中所示的输入装置相同的方式分别具有应变计传感器和压电振动器。
控制单元46监控触摸传感器41的输入以及由负荷检测单元44所检测的负荷。当通过负荷检测单元44所检测到的压力负荷随着触摸传感器41上的压力增加并且满足用于提供触感的标准时，控制单元46利用预定的驱动信号来驱动触感提供单元45，从而以预定的振动模式振动触摸传感器41以便振动触摸面11a。
也就是说，独立于对触摸传感器41的输入对象的有效按压区的输入进行的检测，控制单元46检测压力负荷，并且在触摸传感器41上的负荷增加并满足用于提供触感的标准时的点处，以根据第一实施方式的相同的方式利用驱动信号(例如，具有170Hz的恒定频率的正弦波)来驱动触感提供单元45一个周期，以使得触摸触感器41在其上施加有预定负荷的状态下振动约15μm。由此向操作者提供了点击感觉。此外，通过接收在触摸传感器41上检测到的输入，控制单元46根据显示面板43上的输入进行显示。
因此，如果用于提供触感的标准压力负荷被设定为触摸传感器41进行响应的负荷或者更高的负荷，那么操作者可以在感觉到与按钮开关被操作时获得的点击感觉类似的逼真点击感觉的同时，以与第一实施方式相同的方式执行向触摸传感器41的输入操作，这样，操作者没有奇怪的感觉。此外，因为操作者执行输入操作并感知“已敲击”触摸传感器41，因此防止了通过仅进行敲击导致的错误输入。
这里，连同对以上所描述的提供点击感觉的方法的原理的研究一起来描述上述由研究者进行的对点击感觉的感官评价的结果。利用以上所描述的由申请人早前提出的输入装置进行下面所描述的感官评价。
尽管根据不同的终端模型存在一定程度的偏差，但是广泛用于市售的移动终端的金属弹片开关具有这样的负荷特性，当在其上施加约等于或者小于6N并且通常等于或小于3N的预定负荷时，负荷迅速减小。因此，上述研究者通过在用于开始驱动振动单元(对应于根据本发明的触感提供单元)的触摸传感器上施加1.5N的负荷(图1中的点B处的负荷)以及驱动信号的诸如频率、周期(波长)和波形等的参数的情况下来进行对点击感觉作出感官评价。
图10至图13中示出了评价的示例性结果。在图10至图13中，主体是与图2和图3中所示的感官评价中涉及的主体相同的五个人。三个评价项是“感到点击感觉”、“感觉良好”以及“与移动终端相似”的触感。对于项“感到点击感觉”而言，“否”得分为1，“强烈感觉”得分为7。对于项“感觉良好”而言，“坏”得分为1，“好”得分为7。对于项“与移动终端相似”而言，“不相似”得分为1，“非常相似”得分为7。每个项的得分表示五个人的平均得分。
图10示出了当频率改变时的评价结果。在感官评价中，驱动振动单元的周期(波长)，即驱动时间，是1个周期，波形是正弦波，并且频率在50至250Hz的范围内变化。驱动信号的幅度被设定为能在触摸传感器上施加有预定的标准负荷的状态下获得15μm的振动幅度的水平。从图10中可以看出，已经确认尽管在170Hz的频率下获得了最高评价，但是人们可以在140Hz或更高的频率下获得与移动终端的点击感觉类似的点击感觉。
图11示出了当改变驱动信号的幅度时的评价的结果。在感官评价中，用于驱动振动单元的驱动信号的频率是170Hz，周期是1个周期，波形是正弦波。信号幅度被改变，以使得在触摸传感器未被按压的无负荷的状态下，触摸传感器以1至35μm范围内的预定幅度振动。在无负荷的振动幅度的情况下，当在触摸传感器上施加1.5N的负荷时驱动振动单元，以便对每项进行评价。图11中的横轴表示当在触摸传感器上施加有与无负荷的振动幅度对应的1.5N的负荷时的振动幅度。因此，从图11中可以看出，已经确认在利用1.5N的负荷的状态下，如果振动幅度为15μm或更多，人们可以充分获得点击感觉。也就是说，如果在触摸传感器上施加有1.5N的负荷的状态下触摸传感器在170Hz的频率下以15μm或更大的振动幅度振动仅1个周期，人们也可感觉到点击感觉。
图12示出了当改变周期(波长)，即驱动时间时的评价的结果。在感官评价中，用于驱动振动单元的驱动信号的波形是正弦波，信号幅度被设定为在触摸传感器上施加有预定的标准负荷的状态下获得15μm的振动幅度，频率是170Hz，并且周期在1/4周期到3个周期的范围内变化。对于1/4周期和1/2周期而言，信号幅度被设定为使得触摸传感器上的振动位移与其它周期中的振动位移近似相同，也就是说，以便获得约15μm的振动幅度。因此，从图12中可以看出，当周期(波长)为一个周期时获得最高的评价。此外，还可以确认，在5/4周期和小于1个周期中获得基本良好的结果，但是在3/2周期或者更长的周期的情况下，触感与移动终端的点击感觉不同。
图13示出了当改变驱动信号的波长时评价的结果。在感官评价中，正弦波、矩形波以及三角波均被用作用于驱动振动单元的驱动信号的波形。此外，每个信号具有170Hz的频率，信号幅度被设定为在触摸传感器被施加预定的标准负荷的状态下引起15μm的振动幅度的水平，并且周期是1个周期。因此，从图13中可以看出，通过正弦波获得最高的评价。
这里，如图14中的虚线所示的正弦波的驱动信号(驱动单元的输入电压)可以是从任何相位开始的1个周期内的电压，不仅可以是电压从0度相位增加然后减少的1个周期，还可以是例如电压从180度相位开始减少然后增加的1个周期。图14还示出了在无负荷的情况下触摸传感器的振动幅度的波形(虚线)和当通过虚线所示的输入电压对驱动单元进行驱动时在1.5N的负荷的情况下触摸传感器的振动幅度的波形(实线)。
通过上面所描述的评价的示例性结果，已经确认，如果利用具有140Hz或更高(优选170Hz)的频率以及使振动单元以约15μm振动的幅度或更高的幅度的例如5/4周期或更少周期(优选1个周期)的正弦波的驱动信号来对振动单元进行振动，可在触摸传感器上施加有满足预定标准的负荷的点处向操作者提供逼真的点击感觉。
根据本发明的每个实施方式的输入装置基于以上所描述的感官评价的结果来驱动负荷检测单元12(44)。也就是说，如果负荷检测单元12(44)检测到作为用于提供触感的标准的1.5N的压力负荷，那么利用具有140Hz或者更高(优选170Hz)的频率以及使触摸传感器11(41)振动的约15μm或更高的振幅的例如5/4周期或者更少周期(优选地，1个周期)的正弦波的驱动信号对触感提供单元13(45)进行振动。因而，可以向操作者提供逼真的点击感觉。
(第三实施方式)
当人们操作按钮开关时，如图4所示，不仅在按压而且在释放时，通过按钮向人们提供手指处的触觉刺激。因此，根据本发明的第三实施方式的输入装置使用根据本发明的第一和第二实施方式的输入装置还向操作者提供了释放时的点击感觉(在下文中，释放时的点击感觉被任意地称作释放感觉)。由此，其向操作者提供了与按钮开关的点击感觉更类似的逼真的点击感觉。以下是通过示例的方式，对根据本实施方式的输入装置使用如图5和图6中所示的组成进行的操作的描述。
图15示出了根据本实施方式的输入装置进行的操作的流程图。在图15中，步骤S1501至S1504是与图7中所示的步骤S701至S704中的相同的处理。也就是说，如参照图7所描述的，当检测到触摸传感器11的输入是对显示单元14上显示的输入对象的输入时(步骤S1501)，控制单元15通过改变颜色等来改变显示单元14上由按压对象(按压工具)接触的一部分(输入部分)的显示状态(步骤S1502)。
此外，当检测到由负荷检测单元12所检测的压力负荷随着触摸传感器11上的压力增加并且满足用于提供触感的标准时(步骤S1503)，控制单元15利用预定的驱动信号来驱动触感提供单元13。因而，触摸传感器11以预定的振动模式振动(步骤S1504)，以便通过按压触摸传感器11的按压对象(按压工具)向操作者提供点击感觉。此处，通过与以上的实施方式类似的方式，用于提供点击感觉的标准压力负荷被设定为触摸传感器11响应(即，检测输入)处的压力负荷或者更高。
然后，在释放时，当检测到由负荷检测单元12所检测的负荷满足用于提供触感的标准时(步骤S1505)，控制单元15以与按压时的相同的方式利用预定的驱动信号来驱动触感提供单元13。因而，触摸传感器11以预定的振动模式振动(步骤S1506)，以便通过按压触摸传感器11的按压对象(按压工具)向操作者提供释放感觉。此外，基本上在驱动触感提供单元13的同时，控制单元15通过返回原始状态等来改变由按压对象(按压工具)所接触的、显示单元14中的一部分(输入部分)的显示状态(步骤S1507)。因而，允许操作者识别输入操作已完成。
此处，在步骤S1505中用于在释放时提供触感的标准负荷(第二标准)，也就是说，用于在按压时提供点击感觉以后进行检测的标准负荷可以被设定为比用于提供在步骤S1503中检测的点击感觉的按压的标准负荷(第一标准)更低的任意负荷。此外，在步骤S1506的释放中，用于驱动触感提供单元13的驱动信号可以与步骤S1504中的按压时的驱动信号相同或者不同。例如，如图4所示，当触摸传感器11检测到输入时，按压时的驱动信号的频率可以为170Hz，而释放时的驱动信号的频率可以是125Hz。
如上所述，在按压时提供了点击感觉之后的释放时，当由负荷检测单元12所检测的负荷满足用于提供触感的标准时，通过以与按压时的相同的方式利用预定的驱动信号驱动触感提供单元13以使触摸传感器11以预定的振动模式振动，可提供与点击感觉对应的释放感觉。因此，结合按压时的点击感觉，可向操作者提供与按钮开关的点击感觉更类似的点击感觉。
例如，如果用于驱动触感提供单元13的按压标准负荷与释放标准负荷被设定为相等，那么如果按压时的最大负荷超过标准负荷，如图16所示，可分别在按压和释放时提供点击感觉和释放感觉。因此，可以向操作者提供与按钮开关的点击感觉更类似的点击感觉。应当注意的是，在图16和其它附图中，“Cli”和“Ck”表示人们感觉到的点击感觉。
在用于驱动触感提供单元13的释放标准负荷被设定为小于按压标准负荷的任意负荷的情况下，即使按压时的最大负荷是按压标准负荷，也就是说，即使按压对象(按压工具)被拉回到按压标准负荷，如图17所示，也有可能分别在按压和释放时提供点击感觉和与点击感觉对应的释放感觉。如图16所示，在用于驱动触感提供单元13的按压标准负荷和释放标准负荷被设定为相等的情况下，如果按压时的最大负荷是标准负荷，那么，在释放中或者在当操作者期望将压力负荷维持在标准负荷时提供不期望的释放感觉时不会驱动触感提供单元13，从而导致操作者产生奇怪的感觉。相反，如图17所示，如果用于驱动触感提供单元13的释放的标准负荷(第二标准)被设定为小于按压的标准负荷，则确保了在释放时提供释放感觉，因而可确保向操作者提供与按钮开关的点击感觉更类似的点击感觉。
图18示出了当按压时仅提供点击感觉以及在按压时提供点击感觉并且在释放时提供释放感觉时的感官评价的结果。以与以上所描述的感官评价类似的方式，使用申请人早前提出的输入装置来进行这些感官评价。
在图18中，左侧的栏表示仅在按压时提供点击感觉的评价结果，也就是说，“没有释放感觉”，而右侧的栏表示当按压时提供点击感觉并且在释放时提供释放感觉的评价结果，也就是说，“具有释放感觉”。主体是与图2和图3中所示的感官评价中涉及的主体相同的五个人。评价项是四项，除了图10至图13中的三个评价项以外，还包括“良好反馈(易于感知)”。每项都以1至7为尺度，并且每项的得分表示五个人的平均得分。对于项“良好反馈”而言，“坏”得分为1，“好”得分为7。此外，将用于提供触感的按压标准负荷和释放标准负荷设定为相等，并且在按压和释放时使用相同的驱动信号。这里，用于提供触感的标准负荷是1.5N。此外，驱动信号是1个周期的正弦波，该正弦波具有170Hz的频率以及在1.5N的压力下使触摸传感器以约15μm振动的幅度。
从图18中的评价结果能够看出，可以确认，如果在释放时也通过振动触摸传感器提供释放感觉，那么点击感觉将变得与移动终端的按钮开关的点击感觉更加类似，并且可以获得良好的反馈(感知)。
(第四实施方式)
顺便提一句，移动终端中使用的输入装置通常用于例如所谓的重复敲击，从而在输入电话号码、消息等时连续地对相同的输入对象进行输入。在这种情况下，如图18所示，如果触摸传感器11不仅在按压时而且在释放时以预定的振动模式振动，那么必须适当地设定用于提供触感的预定的释放标准负荷。
也就是说，当人们快速地执行连续输入时，下一个输入通常在按压负荷返回到“0”之前开始，并且按压时的最大负荷会改变。在这一点上，在如第三实施方式中所描述的用于提供触感的按压标准负荷和释放标准负荷被设定为相等的情况下，如图19所示，如果在连续输入期间将压力负荷拉回到标准负荷，那么在释放输入时可能不会驱动触感提供单元13，或者可能在操作者识别到已经释放之外就提供下一个输入的点击感觉。因此，触感与输入操作不匹配，从而使操作者产生奇怪的感觉。图19示出了四个连续输入中的第三个输入上的压力负荷从标准负荷拉回的情况。
另一方面，与用于提供触感的按压标准负荷相比，如果用于提供触感的释放标准负荷被设定太低，并且如果在如图20所示的连续输入期间负荷返回到释放标准负荷之前执行下一个输入操作，可能使操作者产生奇怪的感觉，这是因为其提供了不同步的触感。图20示出了在第二个输入的释放中的负荷达到释放的标准负荷之前操作四个连续输入中的第三个输入的情况。此外，如前所述，如果用于提供触感的释放标准负荷太低，则需要花时间返回到该处。因此，即使操作者期望在没有感觉到奇怪的感觉连续地执行输入，也需花费时间以允许下一个输入。因此，阻止了操作者进行快速连续的输入操作，并因此在连续输入(重复敲击)期间存在使操作性退化的问题。
相反，如果将用于提供触感的释放的标准负荷设定为接近用于提供触感的按压的标准负荷，则能够进行更快速的连续输入。然而，如果操作者试图在连续输入期间维持(保持)按压状态，则会向操作者提供不期望的释放感觉，从而造成奇怪的感觉。也就是说，当在连续输入期间保持按压状态时，即使操作者试图将按压负荷维持恒定，负荷也会略微改变。因此，例如图21所示，如果按压标准负荷与释放标准负荷之间的负荷范围小于如上所述的保持状态下的负荷变化范围，尽管操作者认为其自身保持按压状态，操作者仍会有释放感觉，并因此产生奇怪的感觉。
因此，根据本发明的第四实施方式，为了处理上面所描述的在连续输入期间的操作性问题以及在保持状态下负荷的略微改变，并且为了允许操作者在感觉到逼真的点击感觉和释放感觉的情况下平稳地执行连续输入，利用第三实施方式中所描述的输入装置将用于提供触感的释放标准负荷设定为用于提供触感的按压标准负荷的约50-80％的范围内的值。
图22至图24是示出了在连续输入(重复敲击)期间对点击感觉的感官评价的结果的示意图。以与上述感官评价的结果相同的方式，利用申请人早前提出的输入装置进行这些感官评价。
在图22至图24中，主体是与图18中所示的感官评价中涉及的相同的五个人。评价项是五项，除了图18中的四项以外，还包括“易于重复敲击”。每项均是以1至7为尺度，并且每项的得分表示五个人的平均得分。对于项“易于重复敲击”，“否”得分为1，“是”得分为7。此外，在按压和释放时，用于驱动振动单元(对应于根据本发明的触感提供单元)的驱动信号是1个周期的正弦波，该正弦波具有170Hz的频率以及当用于提供触感的标准负荷被满足时使触摸传感器以约15μm振动的幅度。
图22示出了当用于提供触感的按压的标准负荷为1N并且用于提供触感的释放的标准负荷为0N、0.5N和1N时的评价的结果。从图22中可以看出，如果用于提供触感的按压的标准负荷为1N，那么当用于提供触感的释放的标准负荷为0.5N时，获得对于所有项的最高评价。
图23示出了当用于提供触感的按压的标准负荷为2N并且用于提供触感的释放的标准负荷为0N、0.5N、1N、1.5N以及2N时的评价的结果。从图23中可以看出，如果用于提供触感的按压的标准负荷为2N，那么当用于提供触感的释放的标准负荷为1N和1.5N时，获得较高评价。特别是在1.5N的情况下，获得对于所有项的最高评价。
图24示出了当用于提供触感的按压的标准负荷为3N并且用于提供触感的释放的标准负荷为0N、0.5N、1N、1.5N、2N、2.5N以及3N时的评价的结果。从图24中可以看出，如果用于提供触感的按压的标准负荷为3N，那么当用于提供触感的释放的标准负荷为1.5N、2N和2.5N时，获得较高评价。特别是在2N的情况下，获得对于所有项的最高评价。
通过以上所描述的评价的示例性结果，可以确认，如果将用于提供触感的释放标准负荷设定为用于提供触感的按压标准负荷的约50-80％范围内的值，则可在连续输入(重复敲击)期间使顺序输入和用于提供触感的时间同步，并因此可以在没有奇怪的感觉的情况下提供逼真的点击感觉。也就是说，通过将用于提供触感的释放标准负荷设定为小于用于提供触感的按压标准负荷来防止造成奇怪的感觉，并且通过将用于提供触感的释放标准负荷设定为用于提供触感的按压标准负荷的约50％或者更多，可显著改进连续输入期间的操作性。此外，还可通过将用于提供触感的释放标准负荷设定为约等于用于提供触感的按压标准负荷或者小于用于提供触感的按压标准负荷的80％，来处理连续输入期间处于保持状态下的负荷的略微变化。
因此，同样在本发明的第四实施方式中，考虑到感官评价的上述结果，如果将用于提供触感的按压标准负荷设定为例如1N，那么用于提供触感的释放标准负荷被设定为从0.5N到0.8N中的任何值。此外，如果用于提供触感的按压标准负荷较高，那么保持状态下的负荷的变化范围比当用于提供触感的按压标准负荷较低时的保持状态下的负荷的变化范围更宽。同样在这种情况下，将用于提供触感的释放标准负荷设定在用于提供触感的按压标准负荷的约50-80％的范围内。例如，如果将用于提供触感的按压标准负荷设定为较高的值6N，那么用于提供触感的释放标准负荷被设定为3N-4.8N。由此，可提供与连续输入同步的逼真的点击感觉，而不会提供引起奇怪感觉的不期望的释放感觉。用于提供触感的按压标准负荷以及用于提供触感的释放标准负荷可通过用户固定地或任意选择性地设定。
应当理解，本发明不限于以上提出的实施方式，并且可以实现各种修改和改变。例如，负荷检测单元可以由任意数量的应变计传感器构成。此外，如果能够根据触摸传感器的输入检测类型来检测负荷，也就是说，使用电阻薄膜型时基于随接触区域改变的电阻或者使用电容型时基于电容中的变化通过改变输出信号来检测负荷，那么可以无需利用应变计传感器来构成负荷检测单元。此外，触感提供单元可以由任意数量的压电振动器、设在触摸传感器的整个表面上的透明的压电元件或者在一个驱动信号周期内旋转360度的偏心马达构成。此外，如果负荷检测单元和触感提供单元均由压电元件构成，那么这两个单元可以共享压电元件。
此外，控制单元可以被配置为基于由触摸传感器所检测到的输入位置来改变驱动信号以驱动触感提供单元，从而改变点击感觉。
本发明可有效地应用于其中触摸传感器用作打开/关闭操作的触摸开关的输入装置。此外，根据本发明的输入装置能够通过触摸传感器被按压的同时在不同的标准(负荷)上连续地提供点击感觉来提供多步式开关的感觉，例如，两步式开关(在按压以后进一步按压)。因而，如果将该输入装置应用于例如照相机的释放按钮，那么可以提供锁定聚焦的感觉(第一步)以及释放的感觉(第二步)。此外，输入装置可以与显示单元一起根据按压的步骤以多种方式改变菜单屏幕等的显示。此外，当提供多步式开关的感觉时，可改变驱动信号以在每一步通过触感提供单元振动触摸面，从而在每一步提供不同的点击感觉。
根据本发明，当由负荷检测单元所检测到的负荷满足用于提供触感的标准时，振动单元被驱动。此处，“当由负荷检测单元所检测到的负荷满足用于提供触感的标准时”可以表示“当由负荷检测单元所检测到的压力负荷达到用于提供触感的标准负荷”、“当由负荷检测单元所检测到的压力负荷超出用于提供触感的标准负荷”或者“当用于提供触感的标准负荷被负荷检测单元检测到时”。
当由负荷检测单元所检测到的压力负荷满足用于提供触感的标准时，控制单元驱动触感提供单元以使触摸传感器以预定的振动模式振动，按压时这种预定的振动模式可以是图4中的实线所示的振动模式，而释放时预定的振动模式可以是图4中的划线所示的另一振动模式。触摸传感器以这些方式的振动可以向操作者提供与操作按钮开关时获得的点击感觉类似的点击感觉(振动刺激)。
参考标号列表
11触摸传感器
11a触摸面
12负荷检测单元
13触感提供单元
14显示单元
15控制单元
21外壳
22绝缘装置
23上盖
24绝缘装置
31应变计传感器
32压电振动器
41触摸传感器
41a输入对象
43显示单元
44负荷检测单元
45触感提供单元
46控制单元

Claims (2)

1.一种输入装置，包括：
触摸传感器，用于接收输入；
负荷检测单元，用于检测所述触摸传感器的触摸面上的压力负荷；
触感提供单元，用于振动所述触摸面；以及
控制单元，当通过所述负荷检测单元检测到的所述压力负荷满足用于提供触感的标准时，所述控制单元控制所述触感提供单元的驱动，以使所述触摸面以一定频率振动，从而向按压所述触摸面的对象提供点击感觉。
2.一种对输入装置的控制方法，所述输入装置包括用于接收输入的触摸传感器；用于检测所述触摸传感器的触摸面上的压力负荷的负荷检测单元；以及用于振动所述触摸面的触感提供单元，所述控制方法包括以下步骤：
当通过所述负荷检测单元检测到的所述压力负荷满足用于提供触感的标准时，控制所述触感提供单元的驱动，以使所述触摸面以一定频率振动，从而向按压所述触摸面的对象提供点击感觉。
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