专利名称：输入设备、便携式电子设备、遥控设备以及用于输入设备的压电激励器驱动控制方法
技术领域：
本发明涉及输入设备、便携式电子设备、遥控设备和用于输入设备的压电激励器驱动控制方法。
本申请基于在2002年12月12日提交的在先日本专利申请No.2002-360608并且要求其优先权，该文献的全文在这里被引用作为参考。
背景技术：
近年来，被称为触摸面板的输入设备已经广泛用于在金融机构中的自动出纳机、在火车站中的售票机、信息处理设备例如PDA(个人数字助理)等。触摸面板型输入设备使显示在显示器例如LCD(液晶显示器)上的图标等与在显示面板上的坐标系相关联，并且显示出用户已经用其手指或指示装置例如笔接触的位置以便实现GUI(图形用户界面)功能。
在传统的触摸面板式输入设备中，在用户操作它并且向它输入数据时，例如出现他或她已经按压的图标改变其外观或者出现操作声音以便告知他或她输入操作已经接受。相反，在最近的触摸面板中，在用户按压图标等时，面板的高度变化，从而使得力感觉回馈给其手指或指示装置。因此，由于用户能够感觉他或她是否接触(点击)了开关按钮，所以将改善其操作感觉。
例如，日本专利申请特许公开No.2002-259059(于2002年9月13日公开)披露了一种电阻膜式触摸面板，它具有这样一种结构，其中其上形成有透明电极的多块电极板按照这样一种方式层叠，从而它们间隔预定长度并且其电极相对对准。具体地说，该相关技术的说明书的段落 至 和图6描述了一种具有多层结构的触摸面板，三块或多个电极板和激励器例如筒管线圈设置在固定着触摸面板的外壳和固定着显示器侧的外壳之间以便使得用户感觉到作为反馈的力感。
另外，日本专利申请特许公开平11-212725(在1999年8月6日公开)披露了一种信息显示设备，它采用了压电装置来使得用户感觉到作为反馈的力感并且检测出操作输入位置。具体地说，该相关技术的说明书段落 至 和图3描述了设置在液晶显示面板上并且由压电装置支撑的操作面板。与在按压操作面板的操作表面时在压电装置中产生出的电压对应地检测出该操作力和操作位置。在检测到操作力大于预定阈值时，向压电装置施加射频波以使该操作表面振动。
利用力感反馈功能让用户能够最大地感受到点击感的最简单方法是使触摸面板的变形量最大化。在通过压电激励器按照使压电激励器沿着一个方向最大弯曲然后沿着相反方向最大弯曲这样一种方式使触摸面板变形时，获得触摸面板的最大变形量。但是，在这样使用压电激励器时，总是必须使压电激励器在等待状态中沿着两个方向中的一个最大弯曲。由于压电激励器的弯曲量与所施加的电压成正比，所以压电激励器的能耗变大。另外，压电激励器的使用寿命变短。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种输入设备、一种便携式电子设备、一种遥控设备和一种用于输入设备的压电激励器驱动控制方法，它们是新颖的并且能够解决上面现有技术的问题。
本发明的另一个目的在于提供一种输入设备、一种便携式电子设备、一种遥控设备和一种用于输入设备的压电激励器驱动控制方法，其使得用户能够感觉到比现有技术更自然的操作感觉，同时输入设备能耗较低并且使用寿命较长。
本发明的输入设备输出用户作为输入操作按压的操作表面的坐标值，使操作表面变形并且利用变形的操作表面使用户感觉到力感作为反馈。该输入设备具有采用了包括压电双晶片装置的压电激励器并且使操作表面变形的一变形机构部分和检测操作表面是否受到按压的压力检测部分。另外，输入设备具有一控制部分，它控制变形机构部分开始驱动压电激励器以使操作表面沿着一个方向逐渐变形然后沿着相反方向逐渐变形，从而在压力检测部分检测出操作表面已经受到按压时该操作表面沿着一个方向变形的时间明段显长于操作表面沿着相反方向变形的时间段。
另外，本发明涉及一种便携式电子设备和一种具有输入设备的遥控设备。
在该输入设备、便携式电子设备和遥控设备中，在按压触摸面板部分时，操作表面在控制部分的控制下沿着一个方向逐渐变形然后沿着相反方向变形。在这一点上，由于操作表面沿着一个方向的变形时间段明显长于操作表面沿着相反方向的变形时间段，所以紧接着在按压操作表面之后，该操作表面变形。因此，在操作表面沿着相反方向变形时，用户可以感觉到强力感。另外，由于操作表面沿着一个方向变形然后沿着相反方向变形，所以在按压操作表面同时没有向压电激励器施加任何电压时，可以使操作表面的变形量最大。因此，在压电激励器在等待状态中的能耗降低并且压电激励器的使用寿命增加的同时，用户能够感到比他或她在现有技术中所能够感觉到的更自然且更清晰的点击感觉。
另外，本发明的压电激励器驱动控制方法应用于这样一种输入设备，该设备具有作为输入操作受到按压的操作表面，输出按压操作表面的位置，使操作表面变形并且使得用户感觉到力感作为反馈。在该驱动控制方法中，在检测到操作表面已经受到按压时，向压电激励器施加电压。在操作表面沿着一个方向逐渐变形之后，操作表面沿着相反方向变形。另外，如此驱动该压电激励器，从而操作表面沿着一个方向变形所用的时间段明显长于该操作表面沿着相反方向变形所用的时间段。
在用于输入设备的压电激励器驱动控制方法中，在操作表面受到按压时，它沿着一个方向逐渐变形然后沿着相反方向变形。在这一点上，由于操作表面沿着一个方向变形所用的时间段明显长于该操作表面沿着相反方向变形所用的时间段，所以紧接着在按压操作表面之后，该操作表面变形。因此，在操作表面沿着相反方向变形时，用户能够从操作表面感觉到强烈的力感。另外，由于操作表面沿着一个方向变形然后沿着相反方向变形，所以在按压操作表面同时没有向压电激励器施加任何电压时，操作表面能够产生最大变形。因此，在压电激励器在等待状态中的能耗降低并且压电激励器的使用寿命增加的同时，用户能够感到比他或她在现有技术中所能够感觉到的更自然且更清晰的点击感觉。
从如在附图中所示的其最佳实施方案的以下详细说明中将更加清楚地了解本发明的这些和其它目的、特征和优点。
图1为一分解透视图，显示出根据本发明的输入设备的主要部分。
图2A和图2B为示意图，显示出压电激励器在柔性板上的安装状态。
图3为一示意图，显示出压电激励器的曲率和其驱动电压的关系。
图4为一曲线图，显示出与压电激励器的操作对应的触摸面板部分的变形量。
图5为一方框图，显示出根据本发明第一实施方案的输入设备的功能。
图6为一流程图，显示出参考电压控制部分的过程。
图7为一时间图，显示出输入设备的输出信号和驱动器电路的输出电压的波形。
图8为一时间图，显示出压电激励器的驱动电压和定时器的设定值的关系。
图9为一示意图，显示出用于录像磁带记录机的遥控设备即根据本发明输入设备的遥控设备的外观示例。
具体实施例方式
接下来将参照这些附图对本发明的优选实施方案进行说明。下面的这些优选实施方案在技术上具有优选限制条件。但是，应该指出的是，本发明的范围不限于这些实施方案，除非它们描述了本发明的限制条件。
图1为一分解透视图，显示出根据本发明实施方案的输入设备的主要部分。在下面，输入设备100用作用来控制播放装置例如从一个图画切换至另一个图画的切换器的控制面板。图1所示的输入设备100具有液晶显示部分1和触摸面板部分2。在液晶显示部分1的显示侧上固定有一柔性板4，在其上安装有压电激励器(piezoelectric actuator)3。
液晶显示部分1具有一显示面板1a和一框架1b。显示面板1a显示图画。框架1b保持着该显示面板1a。在显示面板1a中设有液晶基板、背光灯等(未示出)。框架1b由例如金属制成。框架1b设置在显示面板1a的显示表面上，从而框架1b不会遮挡图画的显示区域。
触摸面板部分2具有一按压部分2a和一框架2b。按压部分2a由用户按压。框架2b保持着按压部分2a。按压部分2a由透明树脂片等构成。按压部分2a将液晶显示部分1的显示面板1a显示出的图画透射出。框架2b例如由金属制成。框架2b设置成不会遮挡显示面板1a的显示区域。
触摸面板部分2例如为所谓的电阻膜式触摸面板。触摸面板部分2具有这样一种结构，其中其上形成有透明电极的多块电极板层叠在一起，从而它们等距离间隔开并且电极表面相对地对准。在通过用户的手指或指示装置例如笔按压所述按压部分2a时，电极板相互接触。通过检测电极板的电阻变化，从而可以识别出所指示的位置的坐标值。
压电激励器3由压电双晶片(bi-morph)装置构成。该压电激励器3与通过形成在柔性板4上的电极提供的驱动电压对应地弯曲和变形。柔性板4为柔性电路板，在其上用导电金属薄膜例如铜箔在树脂膜例如聚酰亚胺上形成电极。柔性板4具有用来从中将驱动电压施加给压电激励器3的电极。在柔性板4中形成有一对通孔(将在后面描述)。通过这些通孔保持着压电激励器3。
触摸面板部分2如此设置，从而柔性板4和压电激励器3由液晶显示部分1和触摸面板部分2夹着。触摸面板部分2的按压部分2a将操作功能项目的图画例如显示在液晶显示部分1的显示面板1a上的图标透射出。在用户用其手指或指示装置例如笔接触在按压部分2a上的图画显示位置时，进行与所显示的图画对应的输入操作。
液晶显示部分1和触摸面板部分2设置在输入设备100的外壳(未示出)上，从而触摸面板部分2能够相对于液晶显示部分1的显示表面垂直来回运动。因此，随着压电激励器3弯曲并且变形，在液晶显示部分1和触摸面板部分2之间的距离改变。因此，在用户按压触摸面板部分2的按压部分2a时，压电激励器3弯曲并且变形。因此，将力感反馈给用户。用户能够感觉就好像他或她按压(点击)开关按钮一样。用来检测触摸面板已经受到按压并且根据触摸面板是否已经受到按压来驱动和控制压电激励器3的电路封装在例如外壳中。
图2A和2B显示出压电激励器3在柔性板4上的安装状态。图2A为一平面图，显示出一部分柔性板4。图2B为沿着图2A的X-X线剖开的剖视图。
如图2A和2B所示，在柔性板4上形成有一安装部分41和接线图案42a和42b。安装部分41由一对通孔41a和41b构成。接线图案42a和42b向压电激励器3提供驱动电压。
具有相同形状的通孔41a和41b形成并且对准在安装部分41中。在通孔41a和41b之间形成有中央间隔部分41c。该中央间隔部分41c由成桥形离开柔性板4的树脂膜制成。根据该实施方案，在柔性板4上设有两个安装部分41。
接线图案42a和42b如此形成，从而它们与形成在安装部分41的一个端部上的两条相应直线连接。另一方面，在压电激励器3的一个端部上设有接线端子31a和31b。在接线端子31a和31b分别与在柔性板4上的接线图案42a和42b接触时，从驱动器(未示出)将驱动电压提供给压电激励器3。
压电激励器3从安装部分41的前部插入到通孔41a中。然后从安装部分41的后部通过中央间隔部分41c将压电激励器3插入到通孔41b中。因此，压电激励器3如此安装在柔性板4上，从而该压电激励器3沿着纵向方向的两个端部接触着柔性板4的前表面。压电激励器3刚性相对较高并且柔性板4容易变形。因此，如图2B所示，压电激励器3由安装部分41保持在只有中央间隔部分41c向上变形的状态中。在这一点上，设置在压电激励器3的一端上的接线端子31a和31b在柔性板4上分别与接线图案42a和42b接触，并且它们电连接。实际上，在它们接触之后，它们通过焊剂等连接。因此压电激励器3固定在柔性板4上。
在压电激励器3已经按照前述方式安装在柔性板4上之后，柔性板4设置在液晶显示部分1的框架1b和触摸面板部分2的框架2b之间。在这一点上，例如图中所示的中央间隔部分41c的上表面与触摸面板部分2的框架2b接触。图中所示的柔性板4的下表面与压电激励器3接触的区域43a和43b与液晶显示部分1的框架1b相接触。这种安装结构导致柔性板4的中央间隔部分41c作为设置在触摸面板部分2的框架2b和压电激励器3之间的间隔。另一方面，柔性板4的区域43a和43b作为液晶显示部分1的框架1b和压电激励器3之间的间隔。
当在这种状态中向压电激励器3提供驱动电压的时候，压电激励器3弯曲变形。在这一点上，随着压电激励器3的中央部分的变形，中央间隔部分41c朝着液晶显示部分1竖直移动。因此，随着中央间隔部分41c的变形，触摸面板部分2移动。结果，实现了对于用户的作用力反馈功能。
高刚性材料例如赛璐珞制成的增强板可以附着在压电激励器3的两端部分所接触的中央间隔部分41c的前表面上或者柔性板4的后表面上。
压电激励器3的这种安装方式只是一个示例。因此，可以采用其它的方式来安装压电激励器3，只要在压电激励器3的一个表面上在中央部分的附近设置一个间隔，并且在压电激励器3的另一个表面上沿着纵向在两端部分处设置两个间隔即可。
压电激励器3的弯曲量与施加给它的驱动电压成比例。如上所述，压电激励器3具有两个接线端子31a和31b。当这些端子之间的电势提高时，压电激励器3的弯曲量增加。当驱动电极的极性变为反向的时候，压电激励器3的弯曲方向变为反向。
图3是显示压电激励器3的弯曲与对其施加的驱动电压之间的关系。
图3中，施加给接线端子31a和31b的驱动电压分别用Vh和Vl表示。另外，图3显示了压电激励器3的弯曲部分，以及柔性板4的作为压电激励器3、触摸面板部分2以及液晶显示部分1之间的间隔的区域。
如图3所示，当两个驱动电压Vh和Vl的电平为L(例如接地电平)时，压电激励器3不会弯曲。当驱动电压Vh和Vl的电平分别是H和L时，压电激励器3例如向上弯曲。当驱动电压Vh和Vl的电平分别是L和H时，压电激励器3向下弯曲。当压电激励器3向上弯曲的时候，触摸面板部分2向上发生最大变形。当压电激励器3向下弯曲的时候，触摸面板部分2发生最小变形。
当触摸面板部分2使得用户感觉到力感作为反馈的时候，用户清晰地感觉到的点击感觉与触摸面板部分2的瞬时变形量成比例。因此，优选压电激励器3沿着一个方向最大弯曲并然后沿着相反方向最大弯曲。这意味着在点击感觉被反馈之前和之后，需要使施加给压电激励器3的驱动电压最大。在这个操作中，压电激励器3的等待功率(standbypower)在操作触摸面板部分2之前变大。另外，当压电激励器3处于等待状态时，它始终被供能。因此，减少了压电激励器3的寿命。
因此根据本发明，当压电激励器3处于等待状态时，驱动电压没有施加在压电激励器3上，如图4所示。当操作触摸面板部分2的时候，压电激励器3逐渐弯曲，从而尽可能使用户不会感觉到力感。然后压电激励器3沿着相反方向快速弯曲，从而用户感觉到强烈的力感。结果，可以利用压电激励器3实现允许用户感觉到优异的操作感觉的力感反馈功能，同时减小其能量消耗并延长其寿命。
图4显示了与压电激励器3的操作相对应的触摸面板部分2的变形量的变化。图4显示了被施压的触摸面板部分2的变形量与时间的关系。设定触摸面板部分2被向下压，触摸面板部分2没有被施加驱动电压的位置称为变形量“0”，压电激励器3的弯曲量最大时的触摸面板部分2的最大和最小位置被分别称之为变形量“Max”和“Min”。
在用户已经在定时T401按下触摸面板部分2之前，压电激励器3不会弯曲。当用户在定时T401压下触摸面板部分2时，压电激励器3被驱动而使得触摸面板部分2逐渐向上变形。在经过预定时间段之后，在定时T402，触摸面板部分2发生最大程度的升高。然后，压电激励器3使得触摸面板部分2沿着相反方向变形。在定时T403，触摸面板部分2发生最大程度的降低。直到面板表面已经被压下，触摸面板部分2保持在最低位置处。
在用户已经压下触摸面板部分2的时候，当他或者她在定时T404从面板表面释放他或者她的手指或者指示设备的时候，压电激励器3使得触摸面板部分2沿着相反方向(向上)变形。在定时T405，压电激励器3最大程度地升高触摸面板部分2，然后逐渐使得触摸面板部分2变形至变形量“0”的位置。
在触摸面板部分2的位置的过渡中，在从定时T401至T402的时间段T1中，触摸面板部分2的面板表面相对的逐渐向上变形。另一方面，在从定时T402至T403的时间段T2中，触摸面板部分2的面板表面快速降低。当时间段T1远大于时间段T2的时候，在时间段T1中，用户基本不会由于触摸面板部分2的变形而感觉到力感。在时间段T2，用户可以感觉到清晰的点击感觉，具有比时间段T1大很多的力感。
在时间段T2中，触摸面板部分2的变形量从最大变至最小。换句话说，当在压电激励器3的性能中触摸面板部分2的变形量最大的时候，用户可以感觉的点击感觉最大。因此当不向处于等待状态的压电激励器3施加驱动电压的时候，与现有技术相比，压电激励器3可以使得用户感觉到更加清晰的点击感觉和更加自然的操作感觉。
优选从定时T402至T403的时间段T2尽可能短。但是当触摸面板部分2在短时间时间中发生大的变形的时候，压电激励器3和通过柔性板4的树脂构件相接触的框架1b和2b产生噪音。
当20V左右的驱动电压施加至大约30mm长的压电激励器3时，在中央部分处的沿着上下方向的变形量是最大为大约200μm。在这种情况下，当压电激励器3从一个方向向相反方向最大变形的变形时间段在2毫秒至3毫秒的范围内的时候，可以降低噪音水平而不会牺牲用户的操作感觉。在这一点上，优选时间段T1大约是时间段T2的大约33倍或者更多，以使得用户感觉到自然的操作感觉。
另一方面，从其中面板表面受到按压的时刻T401至T402开始的时期为在用户按压面板表面直到他或她感到点击感之后的延迟时间。为了防止这个延迟削弱用户的操作感觉，该时间段T1优选为20毫秒或更少。
接着将对实现该压电激励器3的操作的结构示例进行说明。图5为一方框图，显示出输入设备100的功能。
该输入设备100具有一A/D转换器5、一触摸面板检测部分6、一感觉压力设定部分7、一感觉压力设定开关(SW)71、一激励器控制部分8以及一驱动器电路9。A/D转换器5将在触摸面板部分2中检测到的信号转换成数字信号。触摸面板检测部分6与所转换的数字信号对应地检测出坐标值以及面板表面是否受到按压。感觉压力设定部分7和感觉压力设定开关(SW)71将对于回馈给用户的力感设定触摸面板部分2的变形量。该激励器控制部分8控制着压电激励器3的操作。该驱动器电路9驱动着压电激励器3。
A/D转换器5将从触摸面板部分2检测到的信号转换成数字信号，并且将数字信号提供给触摸面板检测部分6。
触摸面板检测部分6向触摸面板部分2输出控制信号以扫描面板上的X-Y坐标。触摸面板检测部分6具有压力检测部分61和坐标检测部分62。A/D转换器5的数字信号输入至压力检测部分61和坐标检测部分62。
压力检测部分61检测用户根据从A/D转换器5输出的信号用他或者她的手指、指示设备等压下触摸面板部分2的时间(该时间被称之为“推时间”)，以及用户从触摸面板部分2释放他或者她的手指、指示设备等的时间(该时间被称之为“拉时间”)。压力检测部分61向感觉压力设定部分7提供推时间并向激励器控制部分8的参考电压控制部分82提供拉时间。坐标检测部分62向输入设备100的外侧对应于A/D转换器5的信号输出用户按压触摸面板部分2的位置作为X-Y坐标值。
感觉压力设定开关71连接至感觉压力设定部分7。感觉压力设定开关71可以设定用户利用触摸面板部分2的力感反馈功能可以感觉到的多个压力感觉灵敏度级别。感觉压力设定开关71可以设定例如三个感觉级别“硬(最高灵敏度)”、“中等”和“软(最低灵敏度)”。感觉压力设定部分7根据感觉压力设定开关71的设定向激励器控制部分8的定时器81提供定时器设定值。另外，感觉压力设定部分7在压力检测部分61提供的推时间向定时器81提供操作开始信号。当定时器81的定时器设定值发生改变的时候，如后所述，触摸面板2的变形量发生变化。结果，用户感觉到的力感灵敏度发生变化。
激励器控制部分8具有定时器81、参考电压控制部分82、以及控制信号输出部分83。定时器81向参考电压控制部分82提供一个代表与感觉压力设定部分7所设定的定时器设定值相对应的输出电压提高时间的信号。实际上，当激励器控制部分8从感觉压力设定部分7接收操作开始信号的时候，定时器81开始计数。直到定时器81已经计数到计时器设定值，计时器81输出定时信号St。
参考电压控制部分82与从定时器81接收的定时信号St和从压力检测部分61接收的拉时间相对应地向驱动器电路9提供参考电压Vref。参考电压控制部分82具有滤波器。当施加参考电压Vref的时候，电压按照恒定速率逐渐提高，直到电压变为预定的最大值。在已经施加了参考电压Vref之后，电压按照恒定的速率逐渐降低。参考电压控制部分82向控制信号输出部分83提供定时器81的计数结束时间和拉时间。
控制信号输出部分83输出控制信号，该信号使得驱动器电路9的输出信号的极性根据参考电压控制部分82的定时信号来改变。实际上，在定时器81已经计数了预定的数值之后直至控制信号输出部分83接收拉时间，控制信号输出部分83输出控制信号，该控制信号使得驱动器电路9的输出电压的极性发生改变。
驱动器电路9根据参考电压控制部分82和控制信号输出部分83提供的信号向压电激励器3施加驱动电压Vh和Vl。实际上，驱动器电路9连接至压电激励器3的两个接线端子31a和31b。驱动器电路9根据参考电压控制部分82提供的参考电压改变输出至接线端子31a和31b的驱动电压Vh和Vl。在这一点上，当驱动器电路9接收来自控制信号输出部分83的控制信号的时候，驱动器电路9输出驱动电压Vl。当驱动器电路9不接收控制信号的时候，驱动器电路9输出驱动电压Vh。结果，驱动器电路9改变施加给压电激励器3的电压的极性。
信息处理装置(未显示)连接至输入设备100。信息处理装置向液晶显示部分1输出图画信号，从坐标检测部分62接收与用户在触摸面板部分2上的输入操作相对应的X-Y坐标值，进行预定的处理。信息处理装置在液晶显示部分1上显示操作功能项目的图画例如图标。信息处理装置接收触摸面板部分2被压下的位置作为X-Y坐标值，辨别与该X-Y坐标值相对应的操作功能项目，进行与所辨别的操作功能项目相对应的处理。
图6是显示参考电压控制部分82的过程的流程图。在流程图所示的过程开始之前，提供给驱动器电路9的参考电压Vref的输出电压值是0。提供给控制信号输出部分83的定时信号的电平是L。
在步骤S601，参考电压控制部分82监视从定时器81接收的定时信号St。当定时信号St的电平变为H的时候，参考电压控制部分82确定定时器81开始计数操作。然后，该流程进到步骤S602。在步骤S602，参考电压控制部分82对应于预定波形逐渐提高参考电压Vref的输出电压值。
在步骤S603，参考电压控制部分82监视从定时器81接收的定时信号St，并连续提高参考电压Vref的输出电压值直至定时信号St的电平变为L。当定时信号St的电平变为L的时候，参考电压控制部分82确定参考电压控制部分82已经完成计数操作。然后，该流程进入到步骤S604。
在步骤S604，在定时信号St的电平为L的状态下，参考电压控制部分82保持参考电压Vref的输出电压值。在步骤S605，参考电压控制部分82将输出至控制信号输出部分83的定时信号的电平改变为H。
在步骤S606，参考电压控制部分82监视从压力检测部分61接收的定时信号并连续输出参考电压Vref，直至参考电压控制部分82接收拉时间。当参考电压控制部分82接收拉时间的时候，流程进入到步骤S607。在步骤S607，参考电压控制部分82将提供给控制信号输出部分83的定时信号的电平变为L。
图7是显示输入设备100的输出信号和驱动器电路9的输出电压的波形的时间图。在图7中，时间T701至T705分别对应于图4所示的定时T401至T405。当用户如图7所示在时间T701压下触摸面板部分2的时候，压力检测部分61检测用户压下触摸面板部分2的时间(该时间被称之为推时间)。压力检测部分61通过感觉压力设定部分7通知定时器81该时间，以使得定时器81开始计数操作。结果，定时信号St的电平变为H。参考电压控制部分82对应于定时信号St逐渐提高提供给驱动器电路9的参考电压Vref的输出电压值。
驱动器电路9对应于输入的参考电压Vref的值决定输出驱动电压Vh或者Vl。在这一点上，由于从控制信号输出部分83向驱动电路9提供的控制信号Sc的电平是L，如图7所示，驱动器电路9逐渐提高输出至压电激励器3的接线端子31a的驱动电压Vh。
然后，在时间T702，当定时器81计数到由感觉压力设定部分7所设定的定时器设定值的时候，从定时器81提供的定时信号St的电平变为L。当参考电压控制部分82检测到该电平已经改变的时候，参考电压控制部分82保持参考电压Vref的输出电压值，并向控制信号输出部分83提供定时信号St的电平改变的检测时间。控制信号输出部分83对应于从参考电压控制部分82接收的定时信号将提供给驱动器电路9的控制信号Sc变为H。
当控制信号83的电平改变的时候，驱动器电路9停止输出驱动电压Vh，并开始输出驱动电压Vl。在这一点上，驱动器电路9对应于在时间T702的状态中的参考电压Vref保持输出电压值。在时间T703，驱动器电路9向压电激励器3的接线端子31b施加恒定的驱动电压Vl。
然后，在时间T704，当用户从触摸面板部分2释放她或者他的手指或者指示设备的时候，压力检测部分61检测拉时间。参考电压控制部分82接收拉时间，并逐渐降低提供给驱动器电路9的参考电压Vref的输出电压值。电压降低的比例可以小于在时间T701至T702电压升高的比例。拉时间通过参考电压控制部分82提供给控制信号输出部分83。控制信号输出部分83将提供给驱动器电路9的控制信号Sc的电平变为L。
驱动器电路9对应于控制信号Sc的电平的改变，停止输出驱动电压V，并开始输出驱动电压Vh。驱动器电路9对应于参考电压Vref逐渐降低输出电压。在时间T705，驱动电压Vh施加给压电激励器3的接线端子31a。电压值逐渐降低。
因此，触摸面板部分2如图4所示变形。换句话说，当压下触摸面板部分2的时候，它沿着被压下的反向变形。然后，触摸面板部分2沿着它被压下的方向发生极大的变形。紧接着在触摸面板部分2被压下之后，由于它逐渐变形，因此用户基本不会感觉到变形。然后，当触摸面板部分2沿着它被压下的方向快速变形的时候，用户感觉到清晰的点击感觉。结果，与现有技术中用户可以感觉到的相比，由于他或者她可以感觉到更自然和更清晰的点击感觉，因此改善了用户的操作感觉。另外，由于触摸面板部分2的变形产生的噪音水平降低。
当压电激励器3在压下触摸面板部分2之前处于等待状态的时候，提供给压电激励器3的驱动电压Vh和Vl是0V。因此压电激励器3不会消耗功率。另外，仅当触摸面板部分2被压下的时候，由于压电激励器3弯曲，因此提高了压电激励器3的寿命。
输入设备100可以给用户能够利用触摸面板部分2的变形感觉到的点击感觉设定多级灵敏度。触摸面板部分2的变形量可以对应于用户的喜好而从定时T402至T403发生变化，如图4所示。感觉压力可以由感觉压力设定部分7设定。在这种情况下，感觉压力设定部分7改变定时器81的定时器设定值。用户可以利用感觉压力设定开关71自由改变感觉压力设定部分7的定时器设定值。
图8是显示压电激励器3的驱动电压之间的关系的时间图，并对应于定时器81的定时器设定值的变化。
假设可以设定三个感觉级别“硬(最高灵敏度)”、“中等”和“软(最低灵敏度)”。实际上，定时器81为“硬”设定至80毫秒，为“软”设定至40毫秒，为“中等”设定60毫秒。因此如图8所示，当在定时T801检测推时间的时候，定时器81向参考电压控制部分82输出定时信号St。定时信号St在与定时器设定值对应的一个时间内保持在H水平上。定时信号St电平变为L的定时T802、T803和T804分别对应于感觉设定“软”、“中等”和“硬”。
当定时器81的定时信号St水平变为H的时候，参考电压控制部分82始终与同样的波形相对应而与感觉设定无关地输出参考电压Vref。因此，当定时器81的计数时间也就是输出定时信号St的时间减少的时候，参考电压Vref的最终输出电压值降低。结果，触摸面板部分2的变形量减少。
在前述结构中，随着触摸面板部分2的变形量降低，在用户压下触摸面板部分2之后直至他或者她的感觉到点击感觉的延迟时间降低。因此，希望强烈的点击感觉的用户可以将压力感觉设定为“硬”。相比强烈的点击感觉而言更喜欢快速响应的用户可以将感觉压力设定为“软”。当用户优选力感反馈的快速响应的时候，她或者他倾向于连续和快速的进行按钮操作。在这种情况下，当触摸面板部分2的变形量降低时，在按压触摸面板部分2的用户的手指上施加的负载被减轻，改善了操作感觉。
因此，利用定时器81控制施加在驱动器电路9上的参考电压Vref的电压值，从而改变触摸面板部分2的变形量和响应时间。结果，由于可以容易的设定多个感觉压力级别，因此用户可以在多个级别中感觉到自然的操作感觉。
在前面的实施方案中，当触摸面板部分2被压下的时候，它沿着被压下的方向快速变形，从而用户可以感觉到点击感觉。或者，在触摸面板部分2被压下的时候，它可以沿着相反的方向变形。在这种情况下，当用户利用他的手指或者指示设备感觉到强烈的排斥力的时候，他或者她可以知道他的输入已经被接受。
输入设备可以适用于信息处理装置例如个人计算机(PC)、蜂窝电话、便携式信息终端例如PDA以及电子设备例如DSC(数码照相机)和DVC(数码摄像机)。另外，输入设备可以用于控制金融机构的任何设备例如自动提款机(CD)或者自动柜员机(ATM)、游戏设备以及广播设备例如开关设备的显示输入设备。另外，输入设备可以用作遥控那些设备的遥控装置的显示输入设备。
图9是显示本发明遥控装置的外观的示意图，该遥控装置可以用于磁带录像机(VTR)。
图9所示的遥控装置200显示VTR的操作模式。遥控装置200具有显示和输入部分210，以及红外传输部分220。显示和输入部分210接收这些模式的选择输入。红外传输部分220对应于选择输入向VTR传递例如指令代码的信息。当本发明的输入设备用于显示和输入部分210并且用户感觉到与显示和输入部分210的输入操作相对的操作感觉的时候，可以改善遥控装置200的操作感觉，同时它功率消耗低，寿命长，并且噪音低。另外，利用允许用户设定显示和输入部分210的力感的任何反馈量的感觉压力设定开关230，可以提供与用户的喜好相对应的力感反馈功能。
在前面的实施方案中，描述了触摸面板部分设置在图画显示表面上并且发生变形的输入设备。或者本发明可以用于不具有图画显示部分的输入设备。在这种情况下，优选压电激励器可以平坦的设置在触摸面板部分的面板表面的后表面上。
不具有这种显示部分的输入设备可以是例如笔记本型PC的输入操作部分的指示设备的输入垫，以及用于画图软件的图形输入板设备。
工业实用性如上所述，根据本发明，提供一种输入设备，它具有作用力反馈功能，使得用户可以感觉到自然的操作感觉，同时该装置在压电激励器的等待状态中功率消耗低，并且其使用寿命长。
权利要求
1.一种输入设备，输出用户作为输入操作按压的操作表面的坐标值，使操作表面变形并且利用变形的操作表面使用户感觉到力感作为反馈，该输入设备包括采用包括压电双晶片装置的压电激励器并且使操作表面变形的一变形机构部分；检测操作表面是否受到按压的压力检测部分；以及一控制部分，它控制所述变形机构部分开始驱动压电激励器，以使操作表面沿着一个方向逐渐变形并随后沿着相反方向逐渐变形，从而在压力检测部分检测出操作表面已经受到按压时，该操作表面沿着一个方向变形的时间段明显长于操作表面沿着相反方向变形的时间段。
2.如权利要求1所述的输入设备，其中当所述变形机构部分所变形的操作表面的最大变形量是200μm或者更小时，操作表面沿着一个方向变形的时间段是该操作表面沿着相反方向变形的时间段的33倍或者更多。
3.如权利要求1所述的输入设备，其中操作表面沿着第一方向变形的时间段是200毫秒或者更小。
4.如权利要求1所述的输入设备，还包括变形量设定部分，对应于用户的设定来设定面板表面的变形量；其中所述控制部分对应于操作表面的变形量设定来变形操作表面。
5.如权利要求4所述的输入设备，其中所述控制部分始终对应于相同波形逐渐增加或者减少压电激励器的驱动电压，并对应于该波形改变驱动电压增加或者减少的时间段以改变操作表面沿着一个方向的变形量。
6.如权利要求1所述的输入设备，其中所述控制部分控制所述变形机构部分，以保持沿着相反方向变形的操作表面，直至所述压力检测部分检测到操作表面已经被压下。
7.如权利要求6所述的输入设备，其中所述控制部分控制所述变形机构部分，以将操作表面沿着相反方向变形预定的时间段，以及将操作表面变形一个明显长于该预定时间段的时间段，从而当所述压力检测部分检测到所述操作表面已经被压下时，施加给压电激励器的电压变为0V。
8.如权利要求1所述的输入设备，其中所述变形机构部分具有第一间隔器，设置在压电激励器中央部分附近的第一表面上；以及第二间隔器和第三间隔器，设置在压电激励器的前表面的相对表面上，第二间隔器和第三间隔器设置在压电激励器的纵向端部的附近；其中压电激励器沿着与设置有间隔器的表面垂直的方向弯曲，从而改变第一间隔器的前表面与第二和第三间隔器的前表面之间的距离，并变形所述操作表面。
9.如权利要求1所述的输入设备，还包括显示部分，透射操作表面并且显示屏幕，其中当通过操作表面按压显示在所述显示部分上的操作功能项目时，操作功能项目被选定并被输入。
10.一种便携式电子设备，包括如权利要求1所述的输入设备。
11.一种遥控设备，包括如权利要求1所述的输入设备。
12.一种输入设备的压电激励器驱动控制方法，该输入设备输出用户作为输入操作按压的操作表面的坐标值，利用包括压电双晶片装置的压电激励器使操作表面变形，并且利用变形的操作表面使用户感觉到力感作为反馈，包括如下步骤开始向压电激励器施加电压并驱动压电激励器，以逐渐将操作表面沿着一个方向变形并随后沿着相反方向变形，从而当检测到该操作表面已经被按压时，操作表面沿着一个方向变形的时间段明显长于该操作表面沿着相反方向变形的时间段。
全文摘要
本发明涉及输入设备，它使用户感到力感，作为从其已按压的操作表面的反馈。当输入设备处于用户按压操作表面的等待状态中时，不向压电激励器施加驱动电压。当在定时T401按压操作表面时，驱动电压逐渐增加。这时，随着压电激励器弯曲，操作表面逐渐升高。在经过预定时间段T1之后，在定时T402，压电激励器沿相反方向快速弯曲。在定时T403，操作表面变形至最低位置。保持操作表面的该位置，直至在T404按压操作表面。当时间段T1明显长于T2时，紧接着在按压操作表面后，它发生变形。然后由于操作表面沿相反方向变形，用户能感到强烈的力感。当操作表面沿相反方向变形时，由于压电激励器沿相反方向弯曲，变形量变大。因此用户能感到更自然且更清晰的点击感觉。
文档编号G06F3/033GK1723432SQ200380105683
公开日2006年1月18日 申请日期2003年10月8日 优先权日2002年12月12日
发明者佐藤公保, 井川裕幸 申请人:索尼株式会社