(57)【要約】【課題】低騒音化と、操作感の多様化とを同時に実現できる触感呈示装置を提供する。【解決手段】本発明に係る触感呈示装置は、表示手段５１と、使用者の操作部位５６の表示手段５１への接触状態を検出する接触検出手段４１と、操作部位５６に対し所定の触感を与える触感振動を発生させる触感振動発生手段５０と、接触検出手段４１による検出結果に基づいて触感振動を発生させるための波形データを生成する振動波形データ生成手段と、この波形データに対し超音波を搬送波として変調処理を行い、該変調処理により生成された超音波変調信号を、触感振動を発生させるための信号として触感振動発生手段５０に出力する超音波変調手段とを備える。【選択図】  図４
2010231609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示手段と、
使用者の操作部位の前記表示手段への接触状態を検出する接触検出手段と、
前記表示手段に接触している前記操作部位に対し、所定の触感を与える触感振動を発生させる触感振動発生手段と、
前記接触検出手段による検出結果に基づいて、前記触感振動を発生させるための波形データを生成する振動波形データ生成手段と、
前記振動波形データ生成手段により生成された前記波形データに対し超音波を搬送波として変調処理を行い、該変調処理により生成された超音波変調信号を、前記触感振動を発生させるための信号として前記触感振動発生手段に出力する超音波変調手段と、
を備える触感呈示装置。
【請求項２】
前記超音波変調手段は、周波数変調又は位相変調のどちらか一方を行う、
請求項１記載の触感呈示装置。
【請求項３】
前記超音波変調手段は、更に振幅変調を行う、
請求項２記載の触感呈示装置。
【請求項４】
前記超音波変調手段は、抑圧搬送波片側波帯振幅変調を行う、
請求項１又は３記載の触感呈示装置。
【請求項５】
前記振動波形データ生成手段は、
前記触感の種類毎に設定された複数の前記波形データを格納する振動波形データベースと、
前記接触検出手段による検出結果に基づいて、前記振動波形データベースから最適な前記波形データを抽出する振動波形データ抽出手段と、
を備える請求項１〜４のいずれか１つに記載の触感呈示装置。
【請求項６】
前記振動波形データ抽出手段は、更に、前記表示画面の前記接触部位が接触している部分に表示されている画像データに基づいて、前記振動波形データベースから前記波形データを抽出する、
請求項５記載の触感呈示装置。
【請求項７】
使用者の操作部位が表示手段に接触している状態を検出するステップと、
前記検出された状態に基づいて、前記操作部位が接触している部分に所定の触感振動を発生させるための波形データを生成するステップと、
前記波形データに対して超音波を搬送波として変調処理を行うステップと、
前記変調処理により生成された超音波変調信号に基づいて、前記表示手段に接触している前記操作部位に対して所定の触感を与える触感振動を発生させるステップと、
を備える触感呈示方法。
【請求項８】
前記変調処理において、周波数変調又は位相変調のどちらか一方を行う、
請求項７記載の触感呈示方法。
【請求項９】
前記変調処理において、更に振幅変調を行う、
請求項８記載の触感呈示方法。
【請求項１０】
前記変調処理において、抑圧搬送波片側波帯振幅変調を行う、
請求項７又は９記載の触感呈示方法。
【請求項１１】
前記操作部位が前記表示手段に接触している状態に基づいて、前記触感の種類毎に予め格納された複数の前記波形データの中から、最適な前記波形データを抽出するステップ、
を更に備える請求項７〜１０のいずれか１つに記載の触感呈示方法。
【請求項１２】
前記表示画面の前記接触部位が接触している部分に表示されている画像データに基づいて、前記波形データを抽出するステップ、
を更に備える請求項１１記載の触感呈示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチパネル等の表示装置において、使用者に触感を呈示するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶パネルや有機ＥＬディスプレイ等の面状の表示装置と、タッチパネル機構とを組み合わせたマンマシンインターフェースの開発が進んでいる。この種の技術は、ディスプレイに表示された図柄と操作との関連性を使用者に直感的に把握させることができるものであり、ＡＴＭ機やゲーム機等に多く利用されている。
【０００３】
上記のようなインターフェースにおいては、平滑で弾性のほとんどないディスプレイに接触するという操作方法が用いられるため、ボタン等の機械的手段に比べて、使用者は操作感を得られ難いという問題がある。そのため、特に視覚の不自由な人にとって、又健常者であっても誤入力や重複入力を招く恐れが高い。そこで、上記のようなインターフェースにおいて、ディスプレイ上に振動発生手段を備え、使用者の操作に対応してディスプレイ上の所定箇所に振動を発生させ、クリック感等を呈示する装置が開発されている。
【０００４】
しかしながら、上記のような装置においては、前記クリック感等を呈示するために発せられる振動波として、可聴帯域の周波数を有する振動波を利用することが多いため、騒音が発生するという問題がある。そのため、上記のような操作感を与える装置は、自動車用のナビゲーションシステム等の騒音環境下で使用される装置以外への適用が困難なものであった。そこで、上記のような操作感を与える振動波として、可聴帯域外の周波数を有する振動波を用いることが考えられる。しかしながら、このような振動波として、例えば１００ｋＨｚ以下の振動波を用いると、実現できる触感の種類が大きく限定されるという問題が生ずる。
【０００５】
上記のような問題の解決を図るものとして、数ＭＨｚ以上の高周波弾性表面波、若しくはラム波を用いる構成が開示されている（特許文献１参照）。これにより、接触位置を計測すると同時にこれに応じた任意の物体表面粗さ感を触覚として呈示することが可能になるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２５５９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に係る構成においては、操作感を与えるための振動波として定在波又は進行波を用いるため、触感を呈示する部分の物性や形状によって、発信できる振動波の波形が限定される。即ち、提供できる操作感が限定されるという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、低騒音化と、操作感の多様化とを同時に実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題の解決を図る本発明は、表示手段と、使用者の操作部位の前記表示手段への接触状態を検出する接触検出手段と、前記表示手段に接触している前記操作部位に対し、所定の触感を与える触感振動を発生させる触感振動発生手段と、前記接触検出手段による検出結果に基づいて、前記触感振動を発生させるための波形データを生成する振動波形データ生成手段と、前記振動波形データ生成手段により生成された前記波形データに対し超音波を搬送波として変調処理を行い、該変調処理により生成された超音波変調信号を、前記触感振動を発生させるための信号として前記触感振動発生手段に出力する超音波変調手段とを備える触感呈示装置である。
【００１０】
このように、所定の触感振動を発生させるための波形データに対し、超音波を搬送波とする変調処理を行うことにより、この波形データが備える波形的特徴を維持したまま、その周波数を可聴帯域外に変更することができる。これにより、騒音の発生を防止できると共に、多用な触感を呈示することが可能となる。
【００１１】
また、前記超音波変調手段は、周波数変調又は位相変調のどちらか一方を行うものであることが好ましい。更に、この処理に加えて振幅変調も行うことがより好ましい。更にまた、前記振幅変調の方式は、抑圧搬送波片側波帯振幅変調であることが好ましい。
【００１２】
上記のような超音波変調処理における変調方式は種々考えられるが、抑圧搬送波両側波帯振幅変調を用いると、復調時に本来の基底波（波形データに基づく振動波）と異なるノイズ波が発生しやすく、触感として違和感がある場合が多い。そこで、発明者は、抑圧搬送波片側波帯振幅変調を利用することにより、そのような問題が解消されることを見出した。また、このような振幅変調に比べ、周波数変調や位相変調の方がより復調効率が高いことが確認されている。これら周波数変調や位相変調は、常時搬送波を出力するため省エネルギー性に問題があると言えるが、このような問題は、周波数変調又は位相変調を行うと共に振幅変調を行うことで、高い復調効率を保ったまま、消費電力を小さくすることが可能となる。
【００１３】
また、前記振動波形データ生成手段は、前記触感の種類毎に設定された複数の前記波形データを格納する振動波形データベースと、前記接触検出手段による検出結果に基づいて、前記振動波形データベースから最適な前記波形データを抽出する振動波形データ抽出手段とを備えてもよい。
【００１４】
このように、予め触感の種類に対応する波形データを格納しておくことにより、処理速度の向上を図ることができる。触感の種類としては、滑面感、粗面感、引掛かり感、圧感、押下感、打感、痺感、掻痒感、痛感、熱感、冷感等が挙げられる。
【００１５】
また、前記振動波形データ抽出手段は、更に、前記表示画面の前記接触部位が接触している部分に表示されている画像データに基づいて、前記振動波形データベースから前記波形データを抽出するものであってもよい。
【００１６】
これにより、画像に適合する触感を呈示することができる。例えば、針の画像に接触した場合には痛感、氷の画像に接触した場合には冷感を呈示するとよい。
【００１７】
また、本発明は、使用者の操作部位が表示手段に接触している状態を検出するステップと、前記検出された状態に基づいて、前記操作部位が接触している部分に所定の触感振動を発生させるための波形データを生成するステップと、前記波形データに対して超音波を搬送波として変調処理を行うステップと、前記変調処理により生成された超音波変調信号に基づいて、前記表示手段に接触している前記操作部位に対して所定の触感を与える触感振動を発生させるステップとを備える触感呈示方法である。
【００１８】
この方法による作用効果は、上記装置によるものと同様である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、低騒音化と、操作感の多様化とを同時に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る触感呈示装置の機能的な構成を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態に係る触感呈示装置をコンピュータシステムによって構成した場合の例を示すブロック図である。
【図３】本実施の形態に係る触感呈示装置のハードウェア的な構成を示す図である。
【図４】本実施の形態に係るＭＰＵによる処理を示す図である。
【図５】本実施の形態に係るＭＰＵによる処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
実施の形態１
以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明に係る触感呈示装置１の機能的な構成を示すブロック図である。この触感呈示装置１は、表示手段１１、接触検出手段１２、振動発生手段１３、振動波形データ生成手段１４、超音波変調手段１５を備える。
【００２２】
前記表示手段１１は、所定の画像を映し出すものであって、例えば液晶パネル、有機ＥＬディスプレイ等を含んで構成される。
【００２３】
前記接触検出手段１２は、前記表示手段１１上に使用者の指等の操作部位を接触させた時の状態を検出するものであり、各種センサを備えるタッチパネル機構を含んで構成される。このセンサとしては、位置、速度、加速度、押圧、押圧変化率等を検出可能なものが好適である。
【００２４】
前記振動発生手段１３は、前記表示手段１１に接触している前記操作部位に対し、所定の触感を与える触感振動を発生させるものであり、前記表示手段１１に重ねるように配置される振動伝達パネル、この振動伝達パネルに所定の振動波を出力するアクチュエータ等を含んで構成される。
【００２５】
前記振動波形データ生成手段１４は、前記接触検出手段１２による検出結果に基づいて、前記振動発生手段１３による振動波を発生させるための波形データを生成するものであり、所定の制御プログラムを含むＭＰＵ(Micro Processing Unit)等により構成される。
【００２６】
前記超音波変調手段１５は、前記振動波形データ生成手段１４により生成された波形データに対し、超音波、即ち可聴帯域より高い周波数（およそ２０ｋＨｚ以上）を有する振動波を搬送波として変調処理を行い、超音波変調信号を生成するものである。この超音波変調信号は、前記振動発生手段１３に出力され、所定の触感を呈示する振動波を発生させるための信号として利用される。この超音波変調手段１５は、所定の制御プログラムを含むＭＰＵ等により構成される。
【００２７】
図２は、前記触感呈示装置１を所定のコンピュータシステムを用いて構成した例を示すブロック図である。このコンピュータシステムは、中央処理装置２１、記憶装置２２、入力装置２３、出力装置２４、バス２５を備えている。図３は、前記触感呈示装置１のハード構成を概略的に示す図である。この触感呈示装置１は、前記コンピュータシステムの一部を構成するＭＰＵ２０、ディスプレイ５１、タッチパネル機構４１、振動発生機構５０を備えている。
【００２８】
図２において、前記中央処理装置２１は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)により構成され、前記記憶装置２２に格納されたプログラムに従い、各種制御及び演算を行う。
【００２９】
前記記憶装置２２は、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read Only Memory)等により構成され、その記憶領域として、プログラムメモリ３１、データメモリ３２を備えている。前記プログラムメモリ３１には、前記超音波変調手段１５に係る処理を実行する超音波変調プログラム３５、又後述する波形データ３６から最適な波形データを抽出する波形データ抽出プログラム３６等が格納されている。前記データメモリ３２には、各種の前記波形データを格納する振動波形データベース（ＤＢ）３７、前記ディスプレイ５１に表示される画像のデータを格納する画像データベース（ＤＢ）３８等が備えられている。
【００３０】
前記入力装置２３には、前記タッチパネル機構４１が含まれている。このタッチパネル機構４１は、物理的には前記ディスプレイ５１と一体に構成されている。
【００３１】
前記出力装置２４には、前記ディスプレイ５１、アクチュエータ５２、振動伝達パネル５３等が含まれている。これらアクチュエータ５２及び振動伝達パネル５３は、前記振動発生機構５０の一部を構成する。前記アクチュエータ５２は入力される信号により前記振動伝達パネル５３に振動波を発生させ、この振動伝達パネル５３に発生した振動は、前記操作部位によって感じ取られる。
【００３２】
図４は、本実施の形態に係るＭＰＵ２０による処理を示すブロック図である。同図が示すように、前記タッチパネル機構４１により検出された接触状態情報１０１と、前記ディスプレイ５１に所定の画像５５を表示させる画像データ１０２とに基づいて、前記振動波形ＤＢ３７から最適な波形データを抽出する最適波形抽出処理１０３が行われる。前記接触状態情報１０１は、前記ディスプレイ５１上における前記接触部位５６の座標データ、前記接触部位５６の移動方向、移動速度、接触圧力、接触時間等を示す情報であることが好ましい。前記接触状態情報１０１と前記画像データ１０２とを参照することにより、前記接触部位５６が、前記ディスプレイ５１上のどの画像５５をどのように触っているかを判定することができる。この判定結果に基づいて、最適な触感を呈示する前記波形データを前記駆動波形データベース３７から抽出することができる。また、前記接触状態情報１０１、前記画像データ１０２等に基づいて、新規に波形データを生成してもよいことは無論である。
【００３３】
そして、上記のようにして生成（抽出）された最適な波形データは、超音波変調処理１０４を施されて超音波変調信号１０５となり、前記振動発生機構５０のアクチュエータ５２にその駆動信号として出力される。
【００３４】
前記超音波変調処理１０４は、前記最適波形抽出処理１０３により抽出された、又はその他の処理により生成された最適な波形データに対し、超音波を搬送波として変調処理を行うものである。この超音波変調処理１０４においては、周波数変調、位相変調、振幅変調が行われる。周波数変調や位相変調は、振幅変調の場合よりも高い復調効率を示す。また、周波数変調又は位相変調を行うと共に、振幅変調を行うことにより、最も高い復調効率を得ることができる。そして、ここで使用される振幅変調方式は、抑圧搬送波片側波帯振幅変調(ＳＳＢ：Single Sideband)であることが好ましい。抑圧搬送波両側波帯振幅変調(ＤＳＢ： Double Sideband)を用いると、復調時にノイズが発生しやすい傾向がある。
【００３５】
図５は、本実施の形態に係るＭＰＵ２０による処理の流れを示すフローチャートである。前記タッチパネル機構４１からの信号により、前記ディスプレイ５１上で前記接触部位５６が接触している場所の座標情報が取得されると（Ｓ２０１）、その接触点が、指定画像範囲内にあるか否かが判定される（Ｓ２０２）。この指定画像範囲とは、前記接触部位５６に触感を呈示するべき範囲であり、前記ディスプレイ５１に映し出される画像の位置、前記振動発生機構５０の振動効果の有効範囲等に基づいて、適宜設定されるものである。
【００３６】
前記ステップＳ２０２において、前記接触部位５６が前記指定画像範囲内にあると判定された場合（ＹＥＳ）には、前記接触部位５６がその接触点に一定時間以上静止しているか否かが判定される（Ｓ２０３）。このステップＳ２０３において、一定時間以上静止していると判定された場合（ＹＥＳ）には、前記振動発生機構５０により、前記接触部位５６にクリック感、又はそれに相当する触感を呈示する処理を行う（Ｓ２０４）。
【００３７】
前記ステップＳ２０３において、前記接触部位５６が一定時間以上静止していないと判定された場合（ＮＯ）には、前記接触部位５６が移動したか否かが判定される（Ｓ２０５）。このステップＳ２０５において、前記接触部位５６が移動していないと判定された場合（ＮＯ）には、波形出力の一時停止、条件に応じた別波形の出力等の静止処理を行う（Ｓ２０６）。一方、前記ステップＳ２０５において、前記接触部位５６が移動した判定された場合（ＹＥＳ）には、画像に応じた触感を呈示する触感処理を行う（Ｓ２０７）。この触感処理において、特定の画像範囲に応じた呈示波形の選定、速度・加速度に応じた振幅・周波数の調整等が行われる。その後、再び前記接触部位５６が指定画像範囲内にあるか否かが判定され（Ｓ２０８）、範囲内にあると判定された場合（ＹＥＳ）には、前記ステップＳ２０５を実行し、範囲内にないと判定された場合（ＮＯ）には、前記ステップＳ２０２を実行する。
【００３８】
上記構成の触感呈示装置１によれば、低騒音化と、操作感の多様化とを同時に実現することができる。また、前記超音波変調処理１０４において、周波数変調又は位相変調と共に振幅変調を行うことにより、高い復調効率を保ったまま電力消費を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、タッチパネルを備える各種表示装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  触感呈示装置
１１  表示手段
１２  接触検出手段
１３  先導発生手段
１４  振動波形データ生成手段
１５  超音波変調手段
４１  タッチパネル機構
５１  ディスプレイ
５０  振動発生機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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