(57)【要約】【課題】触覚を途切れさせる事無く接触位置の検出を行うことができる触覚提示装置、及び触覚提示装置の制御方法を提供する。【解決手段】接触面に沿って、複数の線状のＸ電極１３及びＹ電極１４が交差して配置されている。一部のＸ電極１３及びＹ電極１４はタッチパネル駆動回路２２に接続され、接触面１１への接触の検出が行われる。他のＸ電極１３はＸ電極駆動回路２３に接続され、他のＹ電極１４はＹ電極駆動回路２４に接続され、接触面１１での触覚の提示が行われる。接触の検出に用いられるＸ電極１３及びＹ電極１４は順次的に変更される。触覚提示装置は、触覚の提示と接触位置の検出とを同時に実行することが可能であり、触覚の提示を途切れさせることは無い。【選択図】図３
2018073390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接触面を備え、該接触面上に触覚を提示し、該接触面上への物体の接触又は接近を検出する触覚提示装置において、
前記接触面に沿って配置された複数の電極と、
前記接触面上への物体の接触又は接近を検出するために前記電極の動作を制御する第１制御部と、
前記接触面上に触覚を提示させるために前記電極の動作を制御する第２制御部と、
前記複数の電極の内の一部の電極を前記第１制御部の制御対象にし、前記第１制御部の制御対象にする電極を前記複数の電極の中で順次的に変更し、前記第１制御部の制御対象にしている電極以外の電極を前記第２制御部の制御対象にする第３制御部とを備えること
を特徴とする触覚提示装置。
【請求項２】
前記第３制御部は、前記第１制御部の制御対象にしている電極に隣り合う電極を、前記第２制御部の制御対象にすること
を特徴とする請求項１に記載の触覚提示装置。
【請求項３】
前記第３制御部は、前記複数の電極の夫々を順次的に前記第１制御部の制御対象にする処理を繰り返すこと
を特徴とする請求項１又は２に記載の触覚提示装置。
【請求項４】
前記第３制御部は、隣り合っていない複数の電極を同時に前記第１制御部の制御対象にすること
を特徴とする請求項１又乃至３のいずれか一つに記載の触覚提示装置。
【請求項５】
前記第３制御部は、前記第１制御部の制御対象にする電極を、一の電極から該一の電極に隣り合っていない他の電極へ変更すること
を特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の触覚提示装置。
【請求項６】
前記複数の電極の内で隣り合う電極の中心間の距離は５ｍｍ以下であること
を特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の触覚提示装置。
【請求項７】
前記第３制御部は、１０ミリ秒以下の時間間隔で、前記第１制御部の制御対象にする電極を変更すること
を特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載の触覚提示装置。
【請求項８】
前記第１制御部は、前記電極の静電容量の変化を検出するための検出回路を有し、
前記第２制御部は、前記電極へ所定の周波数の電圧信号を印加するための信号印加回路を有し、
前記第３制御部は、前記複数の電極の内の一部の電極を前記検出回路へ接続し、他の電極を前記信号印加回路へ接続し、各電極の接続先を前記検出回路及び前記信号印加回路の一方から他方へ順次的に切り替える切り替え部を有すること
を特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つに記載の触覚提示装置。
【請求項９】
前記複数の電極はマトリクス状に配置されており、
前記第３制御部は、夫々の電極に前記第１制御部及び前記第２制御部を接続すること
を特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つに記載の触覚提示装置。
【請求項１０】
前記複数の電極は、
並列に配置された複数の第１線状電極と、
該第１線状電極に交差して並列に配置された複数の第２線状電極とを含んでおり、
前記第１制御部は、
前記第１線状電極及び前記第２線状電極が交差する部分での静電容量の変化を検出するための検出回路を有し、
前記第２制御部は、
前記第１線状電極へ所定の第１周波数の電圧信号を印加するための第１信号印加回路と、
前記第２線状電極へ、前記第１周波数とは所定の差がある第２周波数の電圧信号を印加するための第２信号印加回路とを有し、
前記第３制御部は、
前記複数の第１線状電極の内の一部の第１線状電極を前記検出回路へ接続し、他の第１線状電極を前記第１信号印加回路へ接続し、各第１線状電極の接続先を前記検出回路及び前記第１信号印加回路の一方から他方へ順次的に切り替える第１切り替え部と、
前記複数の第２線状電極の内の一部の第２線状電極を前記検出回路へ接続し、他の第２線状電極を前記第１信号印加回路へ接続し、各第２線状電極の接続先を前記検出回路及び前記第２信号印加回路の一方から他方へ順次的に切り替える第２切り替え部とを有すること
を特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つに記載の触覚提示装置。
【請求項１１】
前記第１制御部は、制御対象の電極に交流電圧を印加し、
前記第２制御部は、制御対象の電極に、前記第１制御部の制御対象とされた電極に印加される交流電圧と等しい振幅及び周波数を有する交流成分を含んだ交流電圧を印加すること
を特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つに記載の触覚提示装置。
【請求項１２】
接触面を備え、該接触面上に触覚を提示し、該接触面上への物体の接触又は接近を検出する触覚提示装置において、
前記接触面に沿って配置された複数の電極と、
前記複数の電極の内の一部の電極が接続され、前記接触面上への物体の接触又は接近を検出するために前記電極の動作を制御する第１制御部と、
前記第１制御部に接続される電極以外の電極が接続され、前記接触面上に触覚を提示させるために前記電極の動作を制御する第２制御部とを備え、
前記第１制御部は、接続された電極に交流電圧を印加し、
前記第２制御部は、接続された電極に、前記第１制御部に接続された電極に印加される交流電圧と等しい振幅及び周波数を有する交流成分を含んだ交流電圧を印加すること
を特徴とする触覚提示装置。
【請求項１３】
接触面を備え、該接触面上に触覚を提示し、該接触面上への物体の接触又は接近を検出する触覚提示装置において、
前記接触面上の一部分が物体の接触又は接近を検出するために用いられ、他の部分は触覚を提示させるために用いられ、
前記接触面上で物体の接触又は接近を検出するために用いられる部分の位置が順次変更され、
前記接触面上の複数の部分の夫々は、特定のタイミングで物体の接触又は接近を検出するために用いられ、他のタイミングで触覚を提示させるために用いられること
を特徴とする触覚提示装置。
【請求項１４】
接触面を備え、該接触面上に触覚を提示し、該接触面上への物体の接触又は接近を検出する触覚提示装置の制御方法において、
前記接触面に沿って複数の電極が配置されており、
該複数の電極の内の一部の電極の動作を、前記接触面上への物体の接触又は接近を検出するために制御し、制御対象の電極を前記複数の電極の中で順次的に変更し、
前記複数の電極の内、前記接触面上への物体の接触又は接近を検出するための制御対象になっている電極以外の電極の動作を、前記接触面上に触覚を提示させるために制御すること
を特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触面への接触を検出するとともに接触面上に触覚を提示する触覚提示装置及び触覚提示装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチパネルの表面に静電気力による触覚を提示する技術が開発されている。触覚の提示とは、使用者が触れることができる物体の表面に、使用者が触れたときに触覚で知覚することができるテクスチャ感を生じさせることを指す。例えば、タッチパネルの表面上の特定の位置に触覚が提示された場合、タッチパネルの表面に触れた使用者は、表面上の特定の位置を触覚で知ることができる。特許文献１及び２には、タッチパネルの表面に触覚を提示する触覚提示装置が開示されている。
【０００３】
タッチパネルを備えた触覚提示装置は、タッチパネルの表面への接触位置を検出する機能と、タッチパネルの表面に触覚を提示する機能とを共存させる必要がある。特許文献１に記載の触覚提示装置では、平面状に複数の電極を配置しており、ある期間には、接触位置を検出するための電圧を複数の電極へ供給し、他の期間には、触覚を提示するための電圧を複数の電極へ供給する。これにより、触覚提示装置は、ある期間の間は接触位置を検出するために動作し、他の期間の間は触覚を提示するために動作する。タッチパネルの表面への接触位置を検出する機能と、タッチパネルの表面に触覚を提示する機能とが時間的に交互に実現される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１４／００２４０５号
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１３／０３０７７８９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の触覚提示装置では、タッチパネルの表面への接触位置を検出するために動作している期間は、タッチパネルの表面に触覚を提示することができない。このため、触覚提示装置の使用中に使用者が感じていた触覚が途切れるという問題がある。
【０００６】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、触覚を途切れさせる事無く接触位置の検出を行うことができる触覚提示装置、及び触覚提示装置の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る触覚提示装置は、接触面を備え、該接触面上に触覚を提示し、該接触面上への物体の接触又は接近を検出する触覚提示装置において、前記接触面に沿って配置された複数の電極と、前記接触面上への物体の接触又は接近を検出するために前記電極の動作を制御する第１制御部と、前記接触面上に触覚を提示させるために前記電極の動作を制御する第２制御部と、前記複数の電極の内の一部の電極を前記第１制御部の制御対象にし、前記第１制御部の制御対象にする電極を前記複数の電極の中で順次的に変更し、前記第１制御部の制御対象にしている電極以外の電極を前記第２制御部の制御対象にする第３制御部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明においては、触覚提示装置は、接触面に沿って複数の電極を配置してある。一部の電極は、接触面上への物体の接触又は接近を検出するために用いられ、他の電極は、接触面上に触覚を提示させるために用いられる。接触面上への物体の接触又は接近を検出するために用いられる電極は、順次的に変更される。各電極の夫々は、特定のタイミングで物体の接触又は接近を検出するために用いられ、他のタイミングで触覚を提示させるために用いられる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にあっては、触覚提示装置は、触覚の提示と接触位置の検出とを同時に実行することが可能であり、触覚提示装置の使用中に使用者が感じている触覚が途切れることが無い等、優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】触覚提示装置の外観の例を示す模式的斜視図である。
【図２】触覚提示装置の内部の機能構成例を示すブロック図である。
【図３】実施形態１に係る触覚パネル及び触覚パネル駆動部の内部構成を示すブロック図である。
【図４】実施形態１に係るＸ電極駆動回路の内部の構成を示す模式的回路図である。
【図５】実施形態１に係るＹ電極駆動回路の内部の構成を示す模式的回路図である。
【図６】実施形態１に係るタッチパネル駆動回路の内部の構成を示す模式的回路図である。
【図７】実施形態１における各電極の動作の例を示すタイミングチャートである。
【図８】実施形態１における各電極の動作の他の例を示すタイミングチャートである。
【図９】説明のための触覚パネルのモデルを示す模式的平面図である。
【図１０】使用者の指と接触面との接触部分及びＸ電極の位置関係を示す模式図である。
【図１１】接触部分及びＸ電極の位置と時刻との関係を示す模式図である。
【図１２】指に生じる静電気力の変化を示す特性図である。
【図１３】図９に示した触覚パネルのモデルにおいて接触の検出のために制御されるＸ電極の位置を離散的に変化させた場合に、接触部分及びＸ電極の位置と時刻との関係を示す模式図である。
【図１４】実施形態２に係るタッチパネル駆動回路の内部の構成を示す模式的回路図である。
【図１５】実施形態３に係る触覚パネル及び触覚パネル駆動部の内部構成を示すブロック図である。
【図１６】実施形態３に係る電極駆動回路の内部の構成を示す模式的回路図である。
【図１７】実施形態３に係るタッチパネル駆動回路の内部の構成を示す模式的回路図である。
【図１８】実施形態３における各電極の状態の時間変化の例を示すタイミングチャートである。
【図１９】実施形態４に係るタッチパネル駆動回路及び切り替え部の内部の構成を示す模式的回路図である。
【図２０】実施形態４に係る触覚パネルの例を示す模式図である。
【図２１】実施形態４における各電極の動作の例を示すタイミングチャートである。
【図２２】実施形態４における特定のタイミングでの触覚パネルの状態を示す模式図である。
【図２３】実施形態５に係る触覚パネルの内部構成を示すブロック図である。
【図２４】実施形態６に係る触覚パネル及び触覚パネル駆動部の内部構成を示すブロック図である。
【図２５】実施形態６に係るタッチパネル駆動回路の内部の構成を示す模式的回路図である。
【図２６】実施形態６に係るＸ電極駆動回路の内部の構成を示す模式的回路図である。
【図２７】実施形態６に係るＸ電極駆動回路において得られる電圧の波形を模式的に示すグラフである。
【図２８】実施形態６に係るＹ電極駆動回路の内部の構成を示す模式的回路図である。
【図２９】実施形態６に係るＹ電極駆動回路において得られる電圧の波形を模式的に示すグラフである。
【図３０】Ｘ電極Ｘ1 が電流検出部を介して交流電圧源に接続され、他の全ての電極に交流電圧源が生成する電圧が重畳される状態をモデル化した回路図である。
【図３１】実施形態２での電極の状態をモデル化した回路図である。
【図３２】実施形態６に係る電圧重畳部の構成例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
＜実施形態１＞
図１は、触覚提示装置の外観の例を示す模式的斜視図である。触覚提示装置は、スマートフォン又はタブレット型コンピュータ等のコンピュータである。触覚提示装置は、使用者が指で接触するための面状の接触面１１を有している。接触面１１には画像が表示され、使用者が指で接触面１１に接触した場合に触覚が提示され、更に、接触面１１上の接触位置が検出される。
【００１２】
図２は、触覚提示装置の内部の機能構成例を示すブロック図である。触覚提示装置は、演算を行う演算部３１、一時的なデータを記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）３２、不揮発性の記憶部３３、及びデータの入出力を行う入出力部３４を備えている。記憶部３３は、例えば、ハードディスク又は不揮発性半導体メモリである。入出力部３４は、例えば、触覚提示装置の外部の機器と有線又は無線で通信を行う通信部である。また、触覚提示装置は、液晶ディスプレイパネル又はＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイパネル等の画像を表示する表示パネル３６を備えている。表示パネル３６には、画像を表示させるべく表示パネル３６を駆動させる表示パネル駆動部３５が接続されている。表示パネル駆動部３５は演算部３１に接続されている。表示パネル駆動部３５は、演算部３１から画像データを入力され、画像データに基づいて表示パネル３６に画像を表示させる。
【００１３】
更に、触覚提示装置は、触覚の提示と共に接触面１１上の接触位置の検出を行うための触覚パネル１を備えている。触覚パネル１は、表示パネル３６に重なっている。触覚パネル１には、触覚パネル１を駆動させる触覚パネル駆動部２が接続されている。触覚パネル駆動部２は、演算部３１に接続されている。
【００１４】
図３は、実施形態１に係る触覚パネル１及び触覚パネル駆動部２の内部構成を示すブロック図である。触覚パネル１は、ガラス基板等の透明な基板１２を有している。基板１２上には、複数の線状のＸ電極（第１線状電極）１３が並列に配置されている。図３中には、Ｘ電極１３を破線で示している。また、基板１２上に、複数の線状のＹ電極（第２線状電極）１４が並列に配置されている。複数のＸ電極１３と複数のＹ電極１４とは絶縁されている。また、複数のＸ電極１３と複数のＹ電極１４とは互いに交差している。線状のＸ電極１３に沿った方向をＸ方向とし、線状のＹ電極１４に沿った方向をＹ方向とする。基板１２には、Ｘ電極１３及びＹ電極１４を間に挟んで絶縁性のカバー層１５が重ねられている。カバー層１５の表面が接触面１１となっている。
【００１５】
触覚パネル駆動部２は、接触面１１への物体の接触を検出すべくＸ電極１３及びＹ電極１４の動作を制御するためのタッチパネル駆動回路（第１制御部）２２を有している。タッチパネル駆動回路２２は、Ｘ電極１３及びＹ電極１４を利用して接触面１１への物体の接触を検出するタッチパネルの機能を実現するための回路である。触覚パネル駆動部２は、接触面１１上に触覚を提示させるべくＸ電極１３の動作を制御するためのＸ電極駆動回路２３と、接触面１１上に触覚を提示させるべくＹ電極１４の動作を制御するためのＹ電極駆動回路２４とを有している。Ｘ電極駆動回路２３及びＹ電極駆動回路２４は、Ｘ電極１３及びＹ電極１４を利用して接触面１１上に触覚を提示するための回路であり、第２制御部に対応する。また、触覚パネル駆動部２は、複数のＸ電極１３に接続された第１切り替え部２５と、複数のＹ電極１４に接続された第２切り替え部２６とを有している。第１切り替え部２５は、一部のＸ電極１３をタッチパネル駆動回路２２へ接続し、他のＸ電極１３をＸ電極駆動回路２３へ接続し、各Ｘ電極１３の接続を一方から他方へ切り替えることができるようになっている。第２切り替え部２６は、一部のＹ電極１４をタッチパネル駆動回路２２へ接続し、他のＹ電極１４をＹ電極駆動回路２４へ接続し、各Ｙ電極１４の接続を一方から他方へ切り替えることができるようになっている。
【００１６】
更に、触覚パネル駆動部２は、制御回路２１を有している。制御回路２１は、タッチパネル駆動回路２２、Ｘ電極駆動回路２３、Ｙ電極駆動回路２４、第１切り替え部２５及び第２切り替え部２６に接続されている。また、制御回路２１は、演算部３１に接続されている。制御回路２１は、演算部３１から制御信号を入力され、タッチパネル駆動回路２２、Ｘ電極駆動回路２３、Ｙ電極駆動回路２４、第１切り替え部２５及び第２切り替え部２６の動作を制御する。制御回路２１、第１切り替え部２５及び第２切り替え部２６は、第３制御部に対応する。
【００１７】
図４は、実施形態１に係るＸ電極駆動回路２３の内部の構成を示す模式的回路図である。Ｘ電極駆動回路２３は、複数の単極双投形スイッチ２３１と、所定の第１周波数ｆ１の交流電圧を発生する第１交流電圧源２３２とを有している。Ｘ電極駆動回路２３の内部の回路は、第１切り替え部２５を介して接続された各Ｘ電極１３を各単極双投形スイッチ２３１により第１交流電圧源２３２及びグラウンドのいずれか一方に接続するように構成されている。各単極双投形スイッチ２３１は、制御回路２１に制御されて、各Ｘ電極１３と第１交流電圧源２３２又はグラウンドとの接続を切り替える。図４に示したＸ電極駆動回路２３の内部の回路は、第１信号印加回路に対応する。
【００１８】
図５は、実施形態１に係るＹ電極駆動回路２４の内部の構成を示す模式的回路図である。Ｙ電極駆動回路２４は、複数の単極双投形スイッチ２４１と、所定の第２周波数ｆ２の交流電圧を発生する第２交流電圧源２４２とを有している。Ｙ電極駆動回路２４の内部の回路は、第２切り替え部２６を介して接続された各Ｙ電極１４を各単極双投形スイッチ２４１により第２交流電圧源２４２及びグラウンドのいずれか一方に接続するように構成されている。各単極双投形スイッチ２４１は、制御回路２１に制御されて、各Ｙ電極１４と第２交流電圧源２４２又はグラウンドとの接続を切り替える。図５に示したＹ電極駆動回路２４の内部の回路は、第２信号印加回路に対応する。
【００１９】
触覚提示装置は、Ｘ電極駆動回路２３及びＹ電極駆動回路２４の動作により、接触面１１に触覚を提示する。使用者が接触面１１に指を接触させた場合、この指は、絶縁体を挟んでＸ電極１３又はＹ電極１４と対向して、所定のインピーダンスを介してグラウンドに接続された電極と等価である。Ｘ電極１３又はＹ電極１４に電圧が印加された場合は、Ｘ電極１３又はＹ電極１４と指との間に静電気による引力（静電気力）が発生する。交流電圧が印加された場合は、静電気力が周期的に変化する。静電気力が変化することにより、接触面１１と指との間の摩擦力が周期的に変化する。使用者が指で接触面１１をなぞったとき、指で感じられる摩擦力が周期的に変化し、使用者は触覚を知覚する。従来の研究により、交流電圧の周波数が５Ｈｚを超過し５００Ｈｚ未満である場合に、触覚が知覚され、周波数がこの範囲内にない場合には触覚が知覚されないことが明らかになっている。
【００２０】
また、Ｘ電極１３に第１周波数ｆ１の交流電圧が印加され、Ｙ電極１４に第２周波数ｆ２の交流電圧が印加された場合は、静電気力は第１周波数ｆ１及び第２周波数ｆ２で変化する。更に、第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２との差の周波数で静電気力が変化するうなりが発生する。従来の研究により、うなりの周波数が１０Ｈｚを超過し１０００Ｈｚ未満である場合にうなりによる触覚が知覚され、うなりの周波数がこの範囲内にない場合にはうなりによる触覚が知覚されないことが明らかになっている。
【００２１】
本実施形態では、第１周波数ｆ１及び第２周波数ｆ２が共に５００Ｈｚ以上であり、第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２との差の絶対値が１０Ｈｚを超過し１０００Ｈｚ未満となるように、第１周波数ｆ１及び第２周波数ｆ２が定められている。例えば、第１周波数ｆ１＝１０００Ｈｚ、第２周波数ｆ２＝１２４０Ｈｚである。Ｘ電極駆動回路２３は、制御回路２１の制御により、Ｘ電極駆動回路２３に接続されたＸ電極１３の内、一部のＸ電極１３を第１交流電圧源２３２に接続し、他のＸ電極１３をグラウンドに接続する。Ｙ電極駆動回路２４は、Ｙ電極駆動回路２４に接続されたＹ電極１４の内、制御回路２１の制御により、一部のＹ電極１４を第２交流電圧源２４２に接続し、他のＹ電極１４をグラウンドに接続する。例えば、触覚パネル１が５本のＸ電極Ｘ0 〜Ｘ4 及び６本のＹ電極Ｙ0 〜Ｙ5 を備え、Ｘ電極Ｘ1 が第１交流電圧源２３２に接続され、Ｙ電極Ｙ1 が第２交流電圧源２４２に接続され、Ｘ電極Ｘ0 、Ｘ2 〜Ｘ4 及びＹ電極Ｙ0 、Ｙ2 〜Ｙ5 がグラウンドに接続されるとする。このとき、接触面１１のＸ電極Ｘ1 及びＹ電極Ｙ1 が交差している部分では、２４０Ｈｚのうなりが発生し、使用者は指で触覚を知覚することができる。Ｘ電極Ｘ1 及びＹ電極Ｙ0 、Ｙ2 〜Ｙ5 が交差している部分では、１０００Ｈｚで静電気力が変化するものの、触覚は知覚されない。Ｙ電極Ｙ1 及びＸ電極Ｘ0 、Ｘ2 〜Ｘ4 が交差している部分では、１２４０Ｈｚで静電気力が変化するものの、触覚は知覚されない。他の部分では、静電気力は変化せず、触覚は知覚されない。このようにして、触覚提示装置は、接触面１１の任意の位置に触覚を提示することができる。なお、Ｘ電極駆動回路２３及びＹ電極駆動回路２４は、Ｘ電極１３及びＹ電極１４をグラウンドではなく所定の直流電源に接続する形態であってもよい。
【００２２】
図６は、実施形態１に係るタッチパネル駆動回路２２の内部の構成を示す模式的回路図である。タッチパネル駆動回路２２は、複数の信号入力部２２１及び複数の電流検出部２２２を有している。各信号入力部２２１は、第１切り替え部２５に接続された信号線の夫々に接続されている。各電流検出部２２２は、第２切り替え部２６に接続された信号線の夫々に接続されている。信号入力部２２１は、第１切り替え部２５を介して接続されたＸ電極１３に接続され、電流検出部２２２は、第２切り替え部２６を介して接続されたＹ電極１４に接続される。信号入力部２２１は、交流信号をＸ電極１３へ入力する。電流検出部２２２は、Ｙ電極１４に流れる電流信号を検出する。図６に示したタッチパネル駆動回路２２の内部の回路は、検出回路に対応する。
【００２３】
Ｘ電極１３及びＹ電極１４が交差している部分では、Ｘ電極１３及びＹ電極１４の間に静電容量が発生する。信号入力部２２１がＸ電極１３へ交流信号を入力した場合、Ｘ電極１３と電流検出部２２２が接続されたＹ電極１４との間に交流電流が流れ、電流検出部２２２は交流電流を検出する。接触面１１上で、Ｘ電極１３及びＹ電極１４が交差している部分に対向する部分に、使用者の指が接触した場合、Ｘ電極１３又はＹ電極１４と指との間に静電容量が発生し、Ｘ電極１３及びＹ電極１４の間の静電容量が変化する。Ｘ電極１３及びＹ電極１４の間の静電容量が変化した場合、電流検出部２２２が検出する交流電流が変化する。第１切り替え部２５及び第２切り替え部２６の動作は制御回路２１に制御され、タッチパネル駆動回路２２に接続されるＸ電極１３及びＹ電極１４は制御回路２１の制御により特定される。制御回路２１は、電流検出部２２２が検出する交流電流と所定の閾値とを比較して、タッチパネル駆動回路２２に接続しているＸ電極１３及びＹ電極１４の間の静電容量が変化したことを検出する。また制御回路２１は、静電容量が変化した場合にタッチパネル駆動回路２２に接続しているＸ電極１３及びＹ電極１４を特定することにより、使用者の指が接触している位置を検出する。接触位置は、接触面１１上で、タッチパネル駆動回路２２に接続されているＸ電極１３及びＹ電極１４が交差している部分に対向する位置である。制御回路２１は、接触位置を示すデータを演算部３１へ出力する。このように、触覚提示装置は、相互容量方式により、接触面１１上の接触位置の検出を行う。
【００２４】
なお、触覚提示装置は、接触面１１上の接触位置だけでなく、接触面１１に対して指等の導電性の物体が所定距離以内に接近した場合に物体が接近した位置を検出する形態であってもよい。この形態では、物体が接触面１１に対して所定距離以内に接近した場合、Ｘ電極１３と物体との間に静電容量が発生し、同様にして、接触面１１上で物体が接近した位置が検出される。また、タッチパネル駆動回路２２は、Ｘ電極１３に電流検出部２２２を接続し、Ｙ電極１４に信号入力部２２１を接続する形態であってもよい。
【００２５】
次に、触覚提示装置が接触位置の検出と触覚の提示とを両立させる処理を説明する。制御回路２１は、第１切り替え部２５が各Ｘ電極１３をタッチパネル駆動回路２２及びＸ電極駆動回路２３のどちらへ接続するのかを制御する。同様に、制御回路２１は、第２切り替え部２６が各Ｙ電極１４をタッチパネル駆動回路２２及びＹ電極駆動回路２４のどちらへ接続するのかを制御する。
【００２６】
制御回路２１は、第１切り替え部２５に、一部のＸ電極１３をタッチパネル駆動回路２２へ接続させ、他のＸ電極１３をＸ電極駆動回路２３へ接続させる。また、制御回路２１は、第１切り替え部２５に、タッチパネル駆動回路２２へ接続するＸ電極１３を順次的に変更させる。タッチパネル駆動回路２２へ接続するＸ電極１３を変更する際には、第１切り替え部２５は、これまでタッチパネル駆動回路２２へ接続していたＸ電極１３をＸ電極駆動回路２３へ接続し、これまでＸ電極駆動回路２３へ接続していた複数のＸ電極１３の内の一部のＸ電極１３をタッチパネル駆動回路２２へ接続する。例えば、Ｘ電極Ｘ0 〜Ｘ4 の内、Ｘ電極Ｘ0がタッチパネル駆動回路２２へ接続され、Ｘ電極Ｘ1 〜Ｘ4 がＸ電極駆動回路２３へ接続された状態から、Ｘ電極Ｘ1 がタッチパネル駆動回路２２へ接続され、Ｘ電極Ｘ0 ，Ｘ2 〜Ｘ4 がＸ電極駆動回路２３へ接続された状態へ変更され、同様に、タッチパネル駆動回路２２へ接続されるＸ電極１３が順次的に変更される。
【００２７】
同様に、制御回路２１は、第２切り替え部２６に、一部のＹ電極１４をタッチパネル駆動回路２２へ接続させ、他のＹ電極１４をＹ電極駆動回路２４へ接続させ、タッチパネル駆動回路２２へ接続するＹ電極１４を順次的に変更させる。タッチパネル駆動回路２２へ接続するＹ電極１４を変更する際には、第２切り替え部２６は、これまでタッチパネル駆動回路２２へ接続していたＹ電極１４をＹ電極駆動回路２４へ接続し、これまでＹ電極駆動回路２４へ接続していた複数のＹ電極１４の内の一部のＹ電極１４をタッチパネル駆動回路２２へ接続する。例えば、Ｙ電極Ｙ0 〜Ｙ5 の内、Ｙ電極Ｙ0 がタッチパネル駆動回路２２へ接続され、Ｙ電極Ｙ1 〜Ｙ5 がＹ電極駆動回路２４へ接続された状態から、Ｙ電極Ｙ1 がタッチパネル駆動回路２２へ接続され、Ｙ電極Ｙ0 ，Ｙ2 〜Ｙ5 がＹ電極駆動回路２４へ接続された状態へ変更され、同様に、タッチパネル駆動回路２２へ接続されるＹ電極１４が順次的に変更される。
【００２８】
また、制御回路２１は、Ｘ電極駆動回路２３の単極双投形スイッチ２３１を制御して、触覚を提示させるべき領域に対応するＸ電極１３を第１交流電圧源２３２へ接続させ、他のＸ電極１３をグラウンドへ接続させる。同様に、制御回路２１は、Ｙ電極駆動回路２４の単極双投形スイッチ２４１を制御して、触覚を提示させるべき領域に対応するＹ電極１４を第２交流電圧源２４２へ接続させ、他のＹ電極１４をグラウンドへ接続させる。例えば、図３中の二点鎖線で囲んだ領域を、接触面１１で触覚を提示すべき対象領域１６とし、対象領域１６はＸ電極Ｘ1 及びＸ2 とＹ電極Ｙ1 及びＹ2 との交点に対向する部分であるとする。この場合、Ｘ電極駆動回路２３は、Ｘ電極Ｘ1 及びＸ2 を第１交流電圧源２３２へ接続して他のＸ電極１３をグラウンドへ接続し、Ｙ電極駆動回路２４は、Ｙ電極Ｙ1 及びＹ2 を第２交流電圧源２４２へ接続して他のＹ電極１４をグラウンドへ接続する。
【００２９】
図７は、実施形態１における各電極の動作の例を示すタイミングチャートである。図７では、左から右へかけて時間の経過を示し、ｔ0 〜ｔ13は夫々の時点を示す。図７には、Ｘ電極Ｘ0 〜Ｘ4 及びＹ電極Ｙ0 〜Ｙ5 の夫々が夫々の時点でどのような状態になっているのかを示している。Ｘ電極１３又はＹ電極１４がグラウンドに接続されている状態をＴG で示し、Ｘ電極１３が第１交流電圧源２３２に接続されている状態をＴA で示し、Ｙ電極１４が第２交流電圧源２４２に接続されている状態をＴB で示している。また、Ｘ電極１３がタッチパネル駆動回路２２に接続されている状態をＳT で示し、Ｙ電極１４がタッチパネル駆動回路２２に接続されている状態をＳR で示している。
【００３０】
図７に示すように、ｔ0 〜ｔ6 の期間、Ｘ電極Ｘ0 がタッチパネル駆動回路２２に接続されている。また、ｔ0 〜ｔ1 の期間はＹ電極Ｙ0 がタッチパネル駆動回路２２に接続され、ｔ1 〜ｔ2 の期間はＹ電極Ｙ1 がタッチパネル駆動回路２２に接続される等、Ｙ電極Ｙ0 〜Ｙ5 の夫々が順次的にタッチパネル駆動回路２２に接続される。これにより、ｔ0 〜ｔ6 の期間は、Ｘ電極Ｘ0 とＹ電極Ｙ0 〜Ｙ5 の夫々との交点に対応する接触面１１上の位置での接触の検出が順次的に行われる。同様に、ｔ6 〜ｔ12の期間、Ｘ電極Ｘ1 がタッチパネル駆動回路２２に接続され、Ｙ電極Ｙ0 〜Ｙ5 の夫々が順次的にタッチパネル駆動回路２２に接続され、Ｘ電極Ｘ1 とＹ電極Ｙ0 〜Ｙ5 の夫々との交点に対応する接触面１１上の位置での接触の検出が順次的に行われる。タッチパネル駆動回路２２に接続されるＸ電極１３を変更しながら同様に処理が繰り返され、接触面１１上の各位置での接触の検出が順次的に行われる。このようにして、夫々のＸ電極１３及びＹ電極１４は、順次的にタッチパネル駆動回路２２に接続されることにより、接触面１１への接触を検出するために順次的に制御される。即ち、接触位置の検出のために接触面１１の走査が行われる。接触面１１全体の走査が終了した後は、制御回路２１は、夫々のＸ電極１３及びＹ電極１４を順次的にタッチパネル駆動回路２２へ接続させる処理を繰り返す。これにより、走査が繰り返され、使用者が接触面１１の任意の位置に接触した場合に接触位置が検出される。接触面１１全体の走査は、１秒当たり１０〜１０００回のいずれかの値で繰り返される。例えば、接触面１１全体の走査は、１秒当たり６０回繰り返される。
【００３１】
図７に示すように、タッチパネル駆動回路２２に接続されている期間以外の期間では、Ｘ電極Ｘ1 及びＸ2 は第１交流電圧源２３２に接続され、Ｙ電極Ｙ1 及びＹ2 は第２交流電圧源２４２に接続され、他のＸ電極１３及びＹ電極１４はグラウンドに接続されている。この結果、接触面１１内の対象領域１６に触覚が提示される。このように、Ｘ電極１３及びＹ電極１４は、接触面１１上に触覚を提示するために制御される。以上のようにＸ電極１３及びＹ電極１４が制御される結果、接触面１１は、一部分が接触の検出のために用いられ、他の部分は触覚を提示させるために用いられ、接触の検出のために用いられる部分の位置が順次変更される。接触面１１上の各部分は、特定のタイミングで接触の検出のために用いられ、他のタイミングで触覚の提示のために用いられる。
【００３２】
以上のように、本実施形態では、一部のＸ電極１３及びＹ電極１４が接触面１１への接触を検出するために制御されている期間の間でも、他のＸ電極１３及びＹ電極１４は、接触面１１上に触覚を提示するために制御されている。このため、触覚提示装置は、触覚の提示と接触位置の検出とを同時に実行することが可能であり、触覚提示装置の使用中に使用者が感じていた触覚が途切れることは無い。また、接触面１１への接触を検出するために制御されるＸ電極１３及びＹ電極１４は順次的に変更され、夫々のＸ電極１３及びＹ電極１４は、接触を検出するために制御されるタイミング以外のタイミングでは、接触面１１上に触覚を提示するために制御される。このため、接触面１１上のいずれの位置でも接触の検出が可能であり、いずれの位置でも触覚の提示が可能である。接触面１１上で接触の検出が行われる位置では、触覚の提示は行われないものの、接触の検出が行われる位置は順次移動していくので、接触面１１全体では触覚の提示が途切れることは無い。
【００３３】
また、図７に示すように、制御回路２１は、Ｘ電極１３の内、タッチパネル駆動回路２２に接続しているＸ電極１３に隣り合っているＸ電極１３を、第１切り替え部２５を介して、Ｘ電極駆動回路２３へ接続させる。同様に、制御回路２１は、Ｙ電極１４の内、タッチパネル駆動回路２２に接続しているＹ電極１４に隣り合っているＹ電極１４を、第２切り替え部２６を介して、Ｙ電極駆動回路２４へ接続させる。このように、接触面１１への接触を検出するために制御されるＸ電極１３に隣り合うＸ電極１３、及び接触を検出するために制御されるＹ電極１４に隣り合うＹ電極１４は、触覚を提示するために制御される。接触面１１への接触を検出するために制御されている複数の電極が隣り合った場合は、触覚の提示に用いられない部分が大きくなるという問題がある。本実施形態では、接触面１１への接触を検出するために制御されている電極に隣り合う電極は触覚を提示するために制御されるので、接触面１１上の触覚の提示に用いられない部分の大きさが最小限となる。
【００３４】
本実施形態では、隣り合うＸ電極１３の中心間の距離及び隣り合うＹ電極１４の中心間の距離を、人間の指が接触面１１に接触する面積に対して十分小さくしてある。このため、接触面１１上の触覚の提示に用いられない部分の大きさは、使用者の指の大きさに比べて十分小さい。使用者の指が接触面１１に接触している部分の内、一部で触覚の提示が行われずとも、他の部分には触覚が提示され、指全体で平均された触覚が知覚される。従って、接触位置の検出のために触覚の提示が部分的に途切れることを使用者が知覚することは無い。
【００３５】
また、従来、人間の触覚の時間分解能は、１０ｍｓであると言われている。本実施形態では、接触面１１への接触を検出するために制御されるＸ電極１３を変更する時間間隔を１０ｍｓに比べて短くしてある。図７に示した例では、ｔ0 〜ｔ6 の期間の長さ及びｔ6 〜ｔ12の期間の長さは、１０ｍｓ未満である。例えば、各Ｘ電極１３が連続してタッチパネル駆動回路２２に接続されている期間の長さは、１．６ｍｓである。接触面１１への接触を検出するために制御されるＹ電極１４を変更する時間間隔は、更に短い。図７に示した例では、各Ｙ電極１４が連続してタッチパネル駆動回路２２に接続されている期間の長さは、各Ｘ電極１３が連続してタッチパネル駆動回路２２に接続されている期間の長さの六分の一である。接触面１１上の一部で触覚が提示されない期間の長さは、人間の触覚の時間分解能よりも十分短くなるので、使用者は、触覚の消失を感じることができない。従って、接触位置の検出のために触覚の提示が部分的に途切れることを使用者が知覚することは無い。
【００３６】
図８は、実施形態１における各電極の動作の他の例を示すタイミングチャートである。図８に示すように、触覚提示装置は、複数のＹ電極１４が同時にタッチパネル駆動回路２２に接続される形態であってもよい。このとき、制御回路２１は、第２切り替え部２６に、隣り合っていない複数のＹ電極１４をタッチパネル駆動回路２２へ接続させる。具体的には、ｔ0 〜ｔ1 の期間にＹ電極Ｙ0 及びＹ4 がタッチパネル駆動回路２２に接続され、ｔ1 〜ｔ2 の期間はＹ電極Ｙ1 及びＹ5 がタッチパネル駆動回路２２に接続される。即ち、隣り合っていない複数のＹ電極１４が同時に接触面１１への接触を検出するために制御される。
【００３７】
複数のＹ電極１４を同時に接触面１１への接触の検出のために制御することによって、全てのＹ電極１４を接触の検出のために順次的に制御するために必要な時間を短縮することができる。これに伴って、各Ｘ電極１３を接触の検出のために制御するのに必要な時間を短縮することができる。このため、接触面１１上の全ての部分で接触を検出するために必要な時間を短縮することができる。また、接触面１１上の複数の位置で同時に接触の検出が行われる。従って、触覚提示装置は、使用者が接触面１１の任意の位置に接触した場合に接触位置の検出を迅速に行うことが可能となる。また、接触の検出のために制御される複数のＹ電極１４が隣り合っていないので、接触面１１上の触覚の提示に用いられない部分の大きさは最小限となる。なお、触覚提示装置は、隣り合っていない複数のＸ電極１３が同時に接触面１１への接触を検出するために制御される形態であってもよい。
【００３８】
次に、隣り合う電極の中心間の距離と、接触面１１への接触を検出するために制御される電極を変更する時間間隔とについて更に説明する。図９は、説明のための触覚パネル１のモデルを示す模式的平面図である。基板１２上に複数のＸ電極１３が配置され、Ｙ電極１４が配置されていないモデルを考える。Ｘ電極１３の数を３２本とし、隣り合うＸ電極１３の中心間の距離を５ｍｍとする。接触面１１のＹ方向の大きさは１６０ｍｍである。全てのＸ電極１３を走査する時間を１６．６ｍｓとする。個々のＸ電極１３が接触の検出のために制御される時間は０．５１９ｍｓである。使用者の指と接触面１１との接触部分を、一辺１０ｍｍの正方形とする。接触面１１に接触しながら指が移動する速度を３００ｍｍ／ｓとする。触覚の提示のためにＸ電極１３に印加される交流電圧を、１００Ｈｚで１５０Ｖの電圧とする。
【００３９】
図１０は、使用者の指と接触面１１との接触部分及びＸ電極１３の位置関係を示す模式図である。図中には複数のＸ電極１３を縦に並べて示し、図中の１３１は接触の検出のために制御されるＸ電極１３である。Ｘ電極１３１以外のＸ電極１３は、触覚の提示のために制御される。また、図中の４１は、指と接触面１１との接触部分である。図中の下向きがＹ方向である。図１０Ａに示す状態から所定時間が順次経過した状態を、図１０Ｂ、図１０Ｃ及び図１０Ｄに夫々示す。図中の矢印は、指が移動する向きを示す。使用者がこの向きに指で接触面１１をなぞることにより、指と接触面１１との間に摩擦力が生じ、使用者は静電気力による触覚を得る。図１０Ａ〜Ｄに順に示すように、時間経過に従って、指と接触面１１との接触部分４１は移動する。同様に、走査により、Ｘ電極１３の内で接触の検出のために制御されるＸ電極１３１の位置が変化する。接触部分４１の移動速度よりもＸ電極１３の走査速度の方が極めて早い。図１０に示すようにＸ電極１３１と接触部分４１とが平面視で重なる場合に、指の接触が検出されるとともに、触覚を提示するために指に働く静電気力が低下する。
【００４０】
図１１は、接触部分４１及びＸ電極１３１の位置と時刻との関係を示す模式図である。図中の縦軸は時刻を示し、上から下へ向けて時間が経過している。横軸は、端からの距離でＹ方向の位置を示している。図中にハッチングで示した部分は、その部分に対応する時刻にその部分に対応する位置にあるＸ電極１３が、接触の検出のために制御されるＸ電極１３１であることを示す。その他の部分は、Ｘ電極１３が触覚の提示のために制御されていることを示している。例えば、１行目のＸ電極１３、即ちＹ方向の０〜５ｍｍの位置にあるＸ電極１３は、０〜０．５１９ｍｓの期間に接触の検出のために制御され、他の期間は触覚の提示のために制御される。２行目のＸ電極１３、即ちＹ方向の５〜１０ｍｍの位置にあるＸ電極１３は、０．５１９〜１．０３８ｍｓの期間は接触の検出のために制御され、他の期間は触覚の提示のために制御される。このように、接触の検出のために制御されるＸ電極１３１は順次的に変更される。
【００４１】
図１１中には、接触部分４１の中心の軌跡を実線で示し、接触部分４１の上端及び下端の軌跡を破線で示している。時刻ゼロの時、接触部分４１の中心は１７．５ｍｍの位置にある。この位置は４行目のＸ電極１３のＹ方向の中心に一致する。使用者は、Ｙ方向の位置の数値が増す向きにＹ方向に指を３００ｍｍ／ｓの速度で接触面１１を滑らせる。時刻５．１９ｍｓの時に、接触部分４１の中心の位置は１９．０５７ｍｍとなる。図１１に示すように、例えば、時刻が０．７７ｍｓの時、接触部分４１の上端から下端までの範囲と対向する位置にあるＸ電極１３、即ち接触部分４１の全ての領域に対応するＸ電極１３は全て触覚の提示のために制御されている。時刻が１．８ｍｓｅｃの時には、接触部分４１の半分の面積の領域に対応するＸ電極１３が接触の検出のために制御され、他のＸ電極１３が触覚の提示のために制御されている。このとき触覚を提示するために指に生じる静電気力は、この面積に応じて通常の半分となる。
【００４２】
図１２は、指に生じる静電気力の変化を示す特性図である。横軸は時刻を示し、縦軸は静電気力の相対値を示す。時刻が０〜１．０３８ｍｓの期間は、静電気力の相対値は１である。時刻が１．０３８ｍｓを超えたとき、静電気力の相対値は０．７７５まで低下し、時刻１．５５７ｍｓにかけて０．７９４までやや上昇する。時刻１．５５７ｍｓを過ぎると静電気力の相対値は０．５へ低下し、時刻２．０７６ｍｓまで０．５である。時刻２．０７６ｍｓを過ぎると静電気力の相対値は０．６９３５へ上昇し、時刻２．５９５ｍｓにかけて０．６７８まで低下する。時刻２．５９５ｍｓ以降は、静電気力の相対値は１となる。静電気力の低下が生じた期間は時刻１．０３８〜２．５９５ｍｓの間の僅か１．５５７ｍｓである。この期間は触覚の時間分解能１０ｍｓよりも十分に短い。更に、静電気力の相対値の最小値は０．５である。この結果、使用者は触覚の途切れを知覚することがないという効果が得られる。
【００４３】
また、使用者が触覚の途切れを知覚することがない理由には、他の理由も考えられる。図９に示した触覚パネル１のモデルにおいて触覚の提示のためにＸ電極１３へ印加する交流電圧の周波数は１００Ｈｚであり、静電気力の周波数はその２倍の２００Ｈｚである。この周波数は人間の機械受容器のうちパチニ小体を主に刺激する。パチニ小体の受容野は広く、エッジは不鮮明に検出されるか、又は検出されない。このため、接触部分４１の半分の領域で静電気力が発生しない場合であっても、使用者には、接触部分４１全体に触覚が提示されていると知覚される。接触部分４１の全体に静電気力が発生した場合と半分しか静電気力が発生しない場合とで仮に差が知覚できたとしても、その差は刺激の強さの差として知覚され、エッジの有無の差は知覚されない。触覚の変化を知覚する手がかりとなりうるエッジを検出することができないため、使用者は触覚の変化を知覚できず、触覚の途切れを知覚することがないとも考えられる。このように、主としてパチニ小体を刺激する周波数の静電気力を用いることは、使用者が触覚の途切れを知覚することがないという効果を生む要因の一つとも考えられる。
【００４４】
以上の見地を踏まえ、本実施形態では、隣り合うＸ電極１３の中心間距離及び隣り合うＹ電極１４の中心間距離を５ｍｍ以下としている。接触面１１と指との接触部分の内、Ｘ方向の半分以上及びＹ方向の半分以上が触覚を提示するために制御されているＸ電極１３及びＹ電極１４と対向することになる。また、本実施形態では、図１２に示すような接触部分４１内での静電気力の相対的な減少量の時間変化の関数を時間で積分した値が１０ｍｓより小さくなるようにしてある。ここで、静電気力の相対的な減少量の時間変化の関数を時間で積分した値の概念について補足する。図１２の縦軸は静電気力、すなわち力であり、横軸は時間である。このことから、静電気力の相対的な減少量の時間変化の関数を時間で積分した値は力学で言う力積の類比と考えることができる。静電気力の減少によって知覚される触覚の途切れの大きさは、静電気力の減少の大きさと静電気力が減少する時間との関数である。そして、一定の範囲において知覚される触覚の途切れの大きさは、静電気力の減少の大きさと静電気力が減少する時間との積である力積の単調増加関数である。してみれば、静電気力の相対的な減少量の時間変化の関数を時間で積分した値を人間の触覚の時間分解能１０ｍｓより小さくすることで、触覚の提示が途切れることを使用者が知覚することは無くなる。図１２の例では、触覚の時間分解能である１０ｍｓよりも短い期間内に静電気力の低下が生じ、更に、静電気力が低下する場合であっても知覚される静電気力は指の全体で平均されてゼロにはならないので、触覚の提示が途切れることを使用者が知覚することは無い。また、指全体での静電気力の平均値がゼロとなる場合であっても，静電気力がゼロとなる時間を１０ｍｓより小さくすることで触覚の提示が途切れることを使用者が知覚することは無い。
【００４５】
なお、以上の本実施形態の説明では、接触面１１への接触を検出するために制御されている電極に隣り合う電極が次に接触の検出のために制御される電極となる形態を示したが、触覚提示装置は、接触の検出のために制御されている電極に隣り合っていない電極が次に接触の検出のために制御される電極となる形態であってもよい。図１３は、図９に示した触覚パネル１のモデルにおいて接触の検出のために制御されるＸ電極１３１の位置を離散的に変化させた場合に、接触部分４１及びＸ電極１３１の位置と時刻との関係を示す模式図である。図中の縦軸は時刻を示し、上から下へ向けて時間が経過している。図中のＴs は、Ｔs ＝０．５１９ｍｓである。横軸は、端からの距離でＹ方向の位置を示している。図中にハッチングで示した部分は、その部分に対応する時刻にその部分に対応する位置にあるＸ電極１３が、接触の検出のために制御されるＸ電極１３１であることを示す。その他の部分は、Ｘ電極１３が触覚の提示のために制御されていることを示している。
【００４６】
図１３に示した例では、時刻が０〜Ｔs の期間は、Ｙ方向の位置が０〜５ｍｍのＸ電極１３、即ち１行目のＸ電極１３が接触の検出のために制御される。時刻がＴs 〜２Ｔs の期間は、Ｙ方向の位置が７５〜８０ｍｍのＸ電極１３、即ち１６行目のＸ電極１３が接触の検出のために制御される。続いて、時刻が２Ｔs 〜３Ｔs の期間は、Ｙ方向の位置が１０〜１５ｍｍのＸ電極１３、即ち３行目のＸ電極１３が接触の検出のために制御される。このように、接触の検出のために制御されるＸ電極１３１の位置は、１行目の次に１６行目となり、以降、３行目、１８行目、５行目、２０行目、７行目…と、離散的に変更されている。
【００４７】
Ｘ電極１３１の位置を離散的に変更することにより、接触部分４１内に含まれる複数の領域で静電気力が低下するタイミングが離散化される。このため、接触部分４１内で提示される触覚が途切れる期間が更に短くなる。従って、使用者が触覚の途切れを知覚することがないという効果がより向上する。
【００４８】
図１３には、接触部分４１の軌跡の例を二通り示している。接触部分４１の中心の軌跡を実線で示し、接触部分４１の上端及び下端の軌跡を破線で示している。図１３の左部に記載した軌跡は、時刻ゼロの時に１７．５ｍｍの位置にあって３００ｍｍ/ｓの速度でＹ方向の位置の数値が増す向きへ移動する接触部分４１の軌跡である。この軌跡によれば、時刻が２Ｔｓ〜３Ｔｓの期間に、接触部分４１内の静電気力が通常の７８％となり、時刻が４Ｔｓ〜５Ｔｓの期間に７０％となる。その一方、両期間に挟まれた期間は静電気力の低下がない。静電気力の低下が発生する期間の長さは最大でＴｓであり、極めて短い。この期間の長さは、図１２に示した１．５５７ｍｓよりも短く、触覚の時間分解能である１０ｍｓよりも十分短い。このため、使用者は触覚の途切れを知覚することが無い。また、図１３の右部に記載した軌跡は、時刻ゼロの時に１２０ｍｍの位置にあって６００ｍｍ/ｓの速度でＹ方向の位置の数値が減少する向きへ移動する接触部分４１の軌跡である。この軌跡を辿った場合であっても、静電気の低下が発生する期間は最大でＴｓであって極めて短く、使用者は触覚の途切れを知覚することが無い。
【００４９】
図１３に示した例のように、触覚提示装置は、Ｘ電極１３及びＹ電極１４の内で接触面１１への接触を検出するために制御するＸ電極１３及びＹ電極１４の位置を離散的に変更する形態であってもよい。接触の検出のために制御するＸ電極１３及びＹ電極１４の位置を離散的に変更することにより、接触面１１と使用者の指との接触部分に含まれる複数の領域で静電気力が低下するタイミングが離散化される。これにより、図１３に示した例と同様に、接触部分内で静電気が低下する期間が更に短くなり、従って、使用者が触覚の途切れを知覚することがないという効果がより向上する。
【００５０】
＜実施形態２＞
実施形態２に係る触覚提示装置は、実施形態１と異なる方法で接触面１１への接触位置の検出を行う。触覚提示装置の構成は、タッチパネル駆動回路２２の内部以外は図１〜図３に示した実施形態１の場合と同様である。
【００５１】
図１４は、実施形態２に係るタッチパネル駆動回路２２の内部の構成を示す模式的回路図である。タッチパネル駆動回路２２は、複数の電流検出部２２３及び複数の交流電圧源２２４を有している。各電流検出部２２３は、第１切り替え部２５に接続された信号線の夫々に接続され、第２切り替え部２６に接続された信号線の夫々に接続されている。電流検出部２２３には、夫々に交流電圧源２２４が接続されている。交流電圧源２２４はグラウンドに接続されている。第１切り替え部２５により、電流検出部２２３はＸ電極１３に接続され、交流電圧源２２４はＸ電極１３へ電圧を印加し、電流検出部２２３はＸ電極１３に流れる電流を検出する。同様に、第２切り替え部２６により、電流検出部２２３はＹ電極１４に接続され、交流電圧源２２４はＹ電極１４へ電圧を印加し、電流検出部２２３はＹ電極１４に流れる電流を検出する。図１４に示したタッチパネル駆動回路２２の内部の回路は、検出回路に対応する。
【００５２】
接触面１１に使用者の指が接触していない状態では、交流電圧源２２４からＸ電極１３又はＹ電極１４へ電圧を印加しても、電流はほとんど流れず、電流検出部２２３が検出する電流はほぼゼロである。より詳細には、夫々のＸ電極１３の寄生容量及び夫々のＹ電極１４の寄生容量にわずかな電流が流れる。寄生容量に流れるこの電流を寄生電流という。電流検出部２２３は寄生電流を検出する。接触面１１上で、タッチパネル駆動回路２２に接続されたＸ電極１３に対向する部分に使用者の指が接触した場合、Ｘ電極１３と指との間に静電容量が発生する。交流電圧源２２４から交流電圧が印加され、静電容量に応じた電流がＸ電極１３に流れ、電流検出部２２３は電流を検出する。同様に、接触面１１に接触した使用者の指とタッチパネル駆動回路２２に接続されたＹ電極１４との間に静電容量が発生し、静電容量に応じた電流がＹ電極１４に流れ、電流検出部２２３は電流を検出する。電流検出部２２３が検出した電流のノルムは、発生した静電容量に比例する。より詳細には、電流検出部２２３が検出した電流のノルムの寄生電流からの増加分が、発生した静電容量に比例する。
【００５３】
第１切り替え部２５及び第２切り替え部２６の動作は制御回路２１に制御され、タッチパネル駆動回路２２に接続されるＸ電極１３及びＹ電極１４は制御回路２１の制御により特定される。制御回路２１は、タッチパネル駆動回路２２に接続したＸ電極１３及びＹ電極１４の夫々について、電流検出部２２３が検出する電流のノルムが所定値以上であることに応じて、静電容量が発生したことを検出する。また制御回路２１は、静電容量が発生したＸ電極１３及びＹ電極１４、即ち静電容量が発生したときにタッチパネル駆動回路２２に接続しているＸ電極１３及びＹ電極１４を特定することにより、使用者の指が接触している位置を検出する。接触位置は、接触面１１上で、静電容量が発生したＸ電極１３及びＹ電極１４が交差している部分に対向する位置である。制御回路２１は、接触位置を示すデータを演算部３１へ出力する。このように、触覚提示装置は、自己容量方式により、接触面１１上の接触位置の検出を行う。
【００５４】
なお、触覚提示装置は、接触面１１上の接触位置だけでなく、接触面１１に対して指等の導電性の物体が所定距離以内に接近した場合に物体が接近した位置を検出する形態であってもよい。この形態では、物体が接触面１１に対して所定距離以内に接近した場合、Ｘ電極１３及びＹ電極１４と物体との間に静電容量が発生し、同様にして、接触面１１上で物体が接近した位置が検出される。
【００５５】
制御回路２１は、実施形態１と同様に第１切り替え部２５及び第２切り替え部２６を制御して、一部のＸ電極１３及びＹ電極１４をタッチパネル駆動回路２２に接続し、タッチパネル駆動回路２２に接続するＸ電極１３及びＹ電極１４を順次変更する。また、実施形態１と同様に、制御回路２１は、タッチパネル駆動回路２２に接続しないＸ電極１３をＸ電極駆動回路２３へ接続し、タッチパネル駆動回路２２に接続しないＹ電極１４をＹ電極駆動回路２４へ接続する。即ち、本実施形態においても、一部のＸ電極１３及びＹ電極１４は接触面１１への接触を検出するために制御され、接触の検出のために制御されるＸ電極１３及びＹ電極１４は順次的に変更され、夫々のＸ電極１３及びＹ電極１４は、接触の検出のために制御されるタイミング以外のタイミングでは、接触面１１上に触覚を提示するために制御される。このため、本実施形態においても、触覚提示装置は、触覚の提示と接触位置の検出とを同時に実行することが可能であり、触覚提示装置の使用中に使用者が感じていた触覚が途切れることは無い。
【００５６】
なお、以上の実施形態１及び２においては、タッチパネル駆動回路２２、Ｘ電極駆動回路２３、Ｙ電極駆動回路２４、第１切り替え部２５及び第２切り替え部２６の他に制御回路２１を備える形態を示したが、触覚提示装置は制御回路２１を備えていない形態であってもよい。例えば、触覚提示装置は、制御回路２１と同等の機能をタッチパネル駆動回路２２が兼ね備えている形態であってもよい。また、触覚提示装置は、制御回路２１と同等の機能を、タッチパネル駆動回路２２、Ｘ電極駆動回路２３、Ｙ電極駆動回路２４、第１切り替え部２５及び第２切り替え部２６の夫々で分散して備えている形態であってもよい。また、触覚提示装置は、タッチパネル駆動回路２２、Ｘ電極駆動回路２３、Ｙ電極駆動回路２４、第１切り替え部２５及び第２切り替え部２６の動作を演算部３１が直接に制御する形態であってもよい。
【００５７】
また、実施形態１及び２においては、特定のＸ電極１３及びＹ電極１４に印加される交流電圧の間のうなりを利用して触覚を提示する形態を示したが、触覚提示装置は、従来知られているその他の方法で触覚を提示する形態であってもよい。例えば、触覚提示装置は、特定のＸ電極１３及びＹ電極１４に同じ交流電圧を印加することによって触覚を提示する形態であってもよく、全てのＸ電極１３及びＹ電極１４に同じ交流電圧を印加することによって触覚を提示する形態であってもよい。また，触覚提示装置は、隣り合うＸ電極１３又は隣り合うＹ電極１４に互いに逆極性の電圧を印加することによって触覚を提示する形態であってもよい。
【００５８】
また、触覚提示装置は、以上の実施形態１及び２において説明した方法以外の従来知られている方法で、接触面１１へ物体が接触又は接近した位置を検出する形態であってもよい。例えば、触覚提示装置は、触覚を提示するためにＸ電極１３及びＹ電極１４へ印加する電圧信号の電流値を測定し、測定した電流値の変化に応じて物体の接触又は接近を検出する形態であってもよい。
【００５９】
また、実施形態１及び２においては、Ｘ電極１３及びＹ電極１４の交点がマトリクス状に配置されるようにＸ電極１３及びＹ電極１４を配置した形態を示したが、触覚提示装置は、その他の態様でＸ電極１３及びＹ電極１４が配置された形態であってもよい。例えば、触覚提示装置は、触覚により表現すべき形状にＸ電極１３及びＹ電極１４の交点が配置されるようにＸ電極１３及びＹ電極１４を配置した形態であってもよい。
【００６０】
＜実施形態３＞
実施形態３においては、実施形態１及び２と異なった態様で電極が配置された形態を示す。触覚提示装置の構成は、触覚パネル１及び触覚パネル駆動部２の内部以外は図１及び図２に示した実施形態１の場合と同様である。
【００６１】
図１５は、実施形態３に係る触覚パネル１及び触覚パネル駆動部２の内部構成を示すブロック図である。触覚パネル１は、ガラス基板等の透明な基板１２を有し、基板１２上には、複数の電極１７が配置されている。各電極１７の形状は矩形であり、マトリクス状に配置されている。図１５には、電極１７が６行９列に配置されている例を示している。各電極１７には配線１８が接続されている。図１５では一つの電極に１７を付し一つの配線に１８を付しているが、図１５に示す矩形の電極は全て電極１７であり、電極１７に接続された配線は全て配線１８である。図１５に示した一行に沿った方向をＸ方向とし、一列に沿った方向をＹ方向とする。複数の電極１７は互いに絶縁されている。基板１２には、電極１７を間に挟んで絶縁性のカバー層１５が重ねられている。カバー層１５の表面が接触面１１となっている。
【００６２】
触覚パネル駆動部２は、接触面１１への接触を検出すべく電極１７の動作を制御するためのタッチパネル駆動回路（第１制御部）２２を有している。触覚パネル駆動部２は、接触面１１上に触覚を提示させるべく電極１７の動作を制御するための電極駆動回路２７を有している。電極駆動回路２７は、第２制御部に対応する。また、触覚パネル駆動部２は、複数の配線１８が接続された切り替え部２８を有している。切り替え部２８には、各配線１８を通じて電極１７が接続されている。切り替え部２８は、一部の電極１７をタッチパネル駆動回路２２へ接続し、他の電極１７を電極駆動回路２７へ接続し、各電極１７の接続を一方から他方へ切り替えることができるようになっている。
【００６３】
更に、触覚パネル駆動部２は、制御回路２１を有している。制御回路２１は、タッチパネル駆動回路２２、電極駆動回路２７及び切り替え部２８に接続されている。また、制御回路２１は、演算部３１に接続されている。制御回路２１は、演算部３１から制御信号を入力され、タッチパネル駆動回路２２、電極駆動回路２７及び切り替え部２８の動作を制御する。制御回路２１及び切り替え部２８は第３制御部に対応する。
【００６４】
図１６は、実施形態３に係る電極駆動回路２７の内部の構成を示す模式的回路図である。電極駆動回路２７は、複数の単極双投形スイッチ２７１と、所定周波数の交流電圧を発生する交流電圧源２７２とを有している。電極駆動回路２７の内部の回路は、切り替え部２８を介して接続された各配線１８を各単極双投形スイッチ２７１により交流電圧源２７２及びグラウンドのいずれか一方に接続するように構成されている。各単極双投形スイッチ２７１は、制御回路２１に制御されて、各配線１８と交流電圧源２７２又はグラウンドとの接続を切り替える。即ち、電極駆動回路２７は、切り替え部２８及び配線１８を介して接続された電極１７を交流電圧源２７２及びグラウンドのいずれか一方に接続し、制御回路２１の制御によって接続を切り替える。図１６に示した電極駆動回路２７の内部の回路は、信号印加回路に対応する。
【００６５】
触覚提示装置は、電極駆動回路２７の動作により、接触面１１に触覚を提示する。接触面１１に接触した使用者の指に対向する電極１７に交流電圧が印加された場合、電極１７と指との間に周期的に変化する静電気力が発生する。使用者が指で接触面１１をなぞったとき、指で感じられる摩擦力が周期的に変化し、触覚が提示される。交流電圧源２７２が印加する交流電圧の周波数は、５Ｈｚを超過し１０００Ｈｚ未満である。例えば、周波数は１２０Ｈｚである。このため、使用者は、接触面１１上で触覚を知覚することができる。
【００６６】
電極駆動回路２７は、制御回路２１の制御により、電極駆動回路２７に接続された電極１７の内、一部の電極１７を交流電圧源２７２に接続し、他の電極１７をグラウンドに接続する。接触面１１上で交流電圧源２７２に接続された電極１７に対向する部分には、周期的な静電気力が発生し、使用者は指で触覚を知覚することができる。他の部分では、静電気力は発生せず。触覚は知覚されない。このようにして、触覚提示装置は、接触面１１の任意の位置に触覚を提示することができる。なお、電極駆動回路２７は、電極１７をグラウンドではなく所定の直流電源に接続する形態であってもよい。
【００６７】
図１７は、実施形態３に係るタッチパネル駆動回路２２の内部の構成を示す模式的回路図である。タッチパネル駆動回路２２は、複数の電流検出部２２３及び複数の交流電圧源２２４を有している。各電流検出部２２３は、切り替え部２８に接続された信号線の夫々に接続されている。電流検出部２２３には、夫々に交流電圧源２２４が接続されている。交流電圧源２２４はグラウンドに接続されている。切り替え部２８により、電流検出部２２３は配線１８を通じて電極１７に接続され、交流電圧源２２４は電極１７へ電圧を印加し、電流検出部２２３は電極１７に流れる電流を検出する。図１７に示したタッチパネル駆動回路２２の内部の回路は、検出回路に対応する。
【００６８】
接触面１１に使用者の指が接触していない状態では、交流電圧源２２４から電極１７へ電圧を印加しても、電流はほとんど流れず、電流検出部２２３が検出する電流はほぼゼロである。より詳細には、実施形態２と同様に、電流検出部２２３は寄生電流を検出する。接触面１１上で、タッチパネル駆動回路２２に接続された電極１７に対向する部分に使用者の指が接触した場合、電極１７と指との間に静電容量が発生する。交流電圧源２２４から交流電圧が印加され、静電容量に応じて増加した電流が電極１７に流れ、電流検出部２２３はこの電流を検出する。電流検出部２２３が検出した電流のノルムの増加分は、発生した静電容量に比例する。
【００６９】
切り替え部２８の動作は制御回路２１に制御され、タッチパネル駆動回路２２に接続される電極１７は制御回路２１の制御により特定される。制御回路２１は、タッチパネル駆動回路２２に接続した電極１７の夫々について、電流検出部２２３が検出する電流のノルムが所定値以上であることに応じて、静電容量が発生したことを検出する。また制御回路２１は、静電容量が発生した電極１７、即ち静電容量が発生したときにタッチパネル駆動回路２２に接続している電極１７を特定することにより、使用者の指が接触している位置を検出する。接触位置は、接触面１１上で、静電容量が発生した電極１７に対向する位置である。制御回路２１は、接触位置を示すデータを演算部３１へ出力する。このように、触覚提示装置は、自己容量方式により、接触面１１上の接触位置の検出を行う。
【００７０】
なお、触覚提示装置は、接触面１１上の接触位置だけでなく、接触面１１に対して指等の導電性の物体が所定距離以内に接近した場合に物体が接近した位置を検出する形態であってもよい。この形態では、物体が接触面１１に対して所定距離以内に接近した場合、電極１７と物体との間に静電容量が発生し、同様にして、接触面１１上で物体が接近した位置が検出される。
【００７１】
制御回路２１は、切り替え部２８が各電極１７をタッチパネル駆動回路２２及び電極駆動回路２７のどちらへ接続するのかを制御する。制御回路２１は、切り替え部２８に、一部の電極１７をタッチパネル駆動回路２２へ接続させ、他の電極１７を電極駆動回路２７へ接続させる。また、制御回路２１は、切り替え部２８に、タッチパネル駆動回路２２へ接続する電極１７を順次的に変更させる。タッチパネル駆動回路２２へ接続する電極１７を変更する際には、切り替え部２８は、これまでタッチパネル駆動回路２２へ接続していた電極１７を電極駆動回路２７へ接続し、これまで電極駆動回路２７へ接続していた複数の電極１７の一部をタッチパネル駆動回路２２へ接続する。また、制御回路２１は、電極駆動回路２７の単極双投形スイッチ２７１を制御して、電極駆動回路２７に接続した電極１７の内、触覚を提示させるべき領域に対応する電極１７を交流電圧源２７２へ接続させ、他の電極１７をグラウンドへ接続させる。
【００７２】
このような制御回路２１の制御により、複数の電極１７の夫々が順次的にタッチパネル駆動回路２２に接続され、接触面１１上の各電極１７に対向する位置での接触の検出が順次的に行われる。各電極１７は、順次的にタッチパネル駆動回路２２に接続されることにより、接触面１１への接触を検出するために順次的に制御される。即ち、接触位置の検出のために接触面１１の走査が行われる。接触面１１全体の走査が終了した後は、制御回路２１は、夫々の電極１７を順次的にタッチパネル駆動回路２２へ接続させる処理を繰り返す。これにより、走査が繰り返され、使用者が接触面１１の任意の位置に接触した場合に接触位置が検出される。接触面１１全体の走査は、１秒当たり１０〜１０００回のいずれかの値で繰り返される。例えば、接触面１１全体の走査は、１秒当たり１２０回繰り返される。タッチパネル駆動回路２２に接続されている期間以外の期間では、電極１７は、制御回路２１の制御により、電極駆動回路２７に接続される。一部の電極１７は交流電圧源２７２に接続され、他の電極１７はグラウンドに接続されている。この結果、接触面１１上に触覚が提示される。このように、電極１７は、接触面１１上に触覚を提示するために制御される。
【００７３】
図１８は、実施形態３における各電極１７の状態の時間変化の例を示すタイミングチャートである。縦軸は、各電極１７の位置を示している。Ｘ方向に沿った各電極１７に０〜８の番号を振り、Ｙ方向に沿った各電極１７に０〜５の番号を振り、Ｘ方向及びＹ方向の番号の組み合わせで各電極１７の位置を表している。横軸は時間の経過を示し、時間を分割した各期間に１〜９の番号を付すことで時間経過を示している。各期間の長さは０．９２５ｍｓである。図中にハッチングで示した部分は、その部分に対応する期間にその部分に対応する位置にある電極１７が、接触の検出のために制御されことを示す。その他の部分は、電極１７が触覚の提示のために制御されていることを示している。番号１を付した期間の列は、時刻０〜０．９２５ｍｓの期間の各電極１７の状態を示し、番号２を付した期間の列は次の０．９２５ｍｓ間の各電極１７の状態を示す。番号１を付した期間では、接触の検出のために制御される電極１７は、（Ｘ、Ｙ）で示す位置が（０，０）、（０，３）、（３，０）、（３，３）、（６，０）、（６，３）の６個の電極１７である。その他の電極１７は触覚の提示のために制御される。番号２を付した期間では、接触の検出のために制御される電極１７は、（０，１）、（０，４）、（３，１）、（３，４）、（６，１）、（６，４）の６個の電極である。図１８に示すように、番号１〜９を付した期間に、全ての電極１７が順次的に触覚の提示のために制御され、接触面１１全体の走査が８．３ｍｓの時間で完了する。
【００７４】
以上のように、本実施形態では、一部の電極１７が接触面１１への接触を検出するために制御されている期間の間でも、他の電極１７は接触面１１上に触覚を提示するために制御されている。このため、触覚提示装置は、触覚の提示と接触位置の検出とを同時に実行することができる。また、接触面１１への接触を検出するために制御される電極１７は順次的に変更され、夫々の電極１７は、接触を検出するために制御されるタイミング以外のタイミングでは、接触面１１上に触覚を提示するために制御される。接触面１１上で接触の検出が行われる位置では、触覚の提示は行われないものの、接触の検出が行われる位置は順次移動していくので、接触面１１全体では触覚の提示が途切れることは無い。本実施形態においても、触覚提示装置は、触覚の提示と接触位置の検出とを同時に実行することが可能であり、触覚提示装置の使用中に使用者が感じていた触覚が途切れることは無い。
【００７５】
また、本実施形態では、制御回路２１は、タッチパネル駆動回路２２に接続している電極１７に隣り合っている電極１７を、切り替え部２８に、電極駆動回路２７へ接続させる。このように、接触面１１への接触を検出するために制御される電極１７に隣り合う電極１７は、触覚を提示するために制御される。このため、接触面１１上の触覚の提示に用いられない部分の大きさが最小限となる。
【００７６】
また、図１８に示す例では、隣り合っていない複数の電極１７が同時に接触面１１への接触を検出するために制御される。これにより、全ての電極１７を接触の検出のために順次的に制御するために必要な時間を短縮することができ、接触面１１全体の走査に必要な時間を短縮することができる。また、接触面１１上の複数の位置で同時に接触の検出が行われるので、触覚提示装置は、接触位置の検出を迅速に行うことが可能となる。
【００７７】
また、本実施形態では、隣り合う電極１７の中心間の距離を、人間の指が接触面１１に接触する面積に対して十分小さくしてある。例えば、Ｘ方向及びＹ方向共に、隣り合う電極１７の中心間の距離を５ｍｍとしてある。接触面１１上の触覚の提示に用いられない部分の大きさは、使用者の指の大きさに比べて十分小さい。使用者の指が接触面１１に接触している部分の内、一部で触覚の提示が行われずとも、他の部分には触覚が提示され、指全体で平均された触覚が知覚される。
【００７８】
また、本実施形態では、接触面１１への接触を検出するために制御される電極１７を変更する時間間隔を、触覚の時間分解能１０ｍｓに比べて短くしてある。より詳しくは、使用者の指が接触面１１に接触する部分での静電気力の相対的な減少量の時間変化の関数を時間で積分した値が１０ｍｓより小さくなるようにしてある。例えば、制御回路２１は、接触の検出のために制御される電極１７を変更する時間間隔を１０ｍｓ未満に制御する。図１８に示す例では、接触の検出のために制御される電極１７を変更する時間間隔は、０．９２５ｍｓである。触覚の時間分解能よりも短い期間内に静電気力の低下が生じ、更に、静電気力が低下する場合であっても知覚される静電気力は指の全体で平均されてゼロにはならないので、触覚の提示が途切れることを使用者が知覚することは無い。
【００７９】
なお、図１８には、接触面１１への接触を検出するために制御されている電極１７に隣り合う電極１７が次に接触の検出のために制御される電極１７となる例を示したが、触覚提示装置は、接触の検出のために制御される電極１７の位置を離散的に変更する形態であってもよい。接触の検出のために制御される電極１７の位置を離散的に変更することにより、使用者の指と接触面１１との接触部分に含まれる複数の領域で静電気力が低下するタイミングが離散化される。このため、提示される触覚が途切れる期間が更に短くなり、使用者が触覚の途切れを知覚することがないという効果がより向上する。
【００８０】
＜実施形態４＞
実施形態４に係る触覚提示装置は、相互容量方式で接触面１１への接触位置の検出を行う。触覚提示装置の構成は、触覚パネル１及び触覚パネル駆動部２の内部以外は図１及び図２に示した実施形態１の場合と同様である。図１５に示した実施形態３の場合と同様に、触覚パネル１は、基板１２と、基板１２上にマトリクス状に配置された複数の矩形の電極１７と、カバー層１５とを有している。同様に、触覚パネル駆動部２は、図１５に示すように、タッチパネル駆動回路２２と、電極駆動回路２７と、切り替え部２８と、制御回路２１とを有している。
【００８１】
図１９は、実施形態４に係るタッチパネル駆動回路２２及び切り替え部２８の内部の構成を示す模式的回路図である。触覚パネル１に含まれる複数の電極１７は、隣り合う一対の電極１７からなる電極ペアが複数組み合わさって構成されている。切り替え部２８には、各配線１８を通じて各電極１７が接続されている。切り替え部２８は、一部の電極１７をタッチパネル駆動回路２２へ接続し、他の電極１７を電極駆動回路２７へ接続し、各電極１７の接続を一方から他方へ切り替えることができるようになっている。また、切り替え部２８は、電極ペア単位で接続を切り替える。即ち、電極ペアに含まれる二つの電極１７は、同時に接続が切り替わり、タッチパネル駆動回路２２及び電極駆動回路２７の内の同じ回路に接続される。タッチパネル駆動回路２２は、複数の信号入力部２２１及び複数の電流検出部２２２を有している。タッチパネル駆動回路２２及び切り替え部２８は、電極ペアがタッチパネル駆動回路２２に接続されたときに一方の電極１７は信号入力部２２１へ接続され他方の電極１７は電流検出部２２２へ接続されるように構成されている。信号入力部２２１は、交流信号を一方の電極１７へ入力し、電流検出部２２２は、他方の電極１７を流れる電流信号を検出する。図１９に示したタッチパネル駆動回路２２の内部の回路は、検出回路に対応する。
【００８２】
電極ペアに含まれる隣り合う二つの電極１７の間には、静電容量が発生する。信号入力部２２１が一方の電極１７へ交流信号を入力した場合、二つの電極１７の間に交流電流が流れ、電流検出部２２２は交流電流を検出する。接触面１１上で、電極ペアに対向する部分に使用者の指が接触した場合、電極ペアと指との間に静電容量が発生し、二つの電極１７の間の静電容量が変化する。二つの電極１７の間の静電容量が変化した場合、電流検出部２２２が検出する交流電流が変化する。切り替え部２８の動作は制御回路２１に制御され、タッチパネル駆動回路２２に接続される電極ペアは制御回路２１の制御により特定される。制御回路２１は、電流検出部２２２が検出する交流電流と所定の閾値とを比較して、タッチパネル駆動回路２２に接続している電極ペアの間の静電容量が変化したことを検出する。また制御回路２１は、静電容量が変化した場合にタッチパネル駆動回路２２に接続している電極ペアを特定することにより、使用者の指が接触している位置を検出する。接触位置は、接触面１１上で、タッチパネル駆動回路２２に接続されている電極ペアに対向する位置である。制御回路２１は、接触位置を示すデータを演算部３１へ出力する。このように、触覚提示装置は、相互容量方式により、接触面１１上の接触位置の検出を行う。
【００８３】
なお、触覚提示装置は、接触面１１上の接触位置だけでなく、接触面１１に対して指等の導電性の物体が所定距離以内に接近した場合に物体が接近した位置を検出する形態であってもよい。この形態では、物体が接触面１１に対して所定距離以内に接近した場合、電極ペアと物体との間に静電容量が発生し、同様にして、接触面１１上で物体が接近した位置が検出される。
【００８４】
電極駆動回路２７の構成は図１６に示す実施形態３と同様である。制御回路２１は、切り替え部２８が各電極ペアをタッチパネル駆動回路２２及び電極駆動回路２７のどちらへ接続するのかを制御する。制御回路２１は、切り替え部２８に、一部の電極ペアをタッチパネル駆動回路２２へ接続させ、他の電極ペアを電極駆動回路２７へ接続させる。また、制御回路２１は、切り替え部２８に、タッチパネル駆動回路２２へ接続する電極ペアを順次的に変更させる。タッチパネル駆動回路２２へ接続する電極ペアを変更する際には、切り替え部２８は、これまでタッチパネル駆動回路２２へ接続していた電極ペアを電極駆動回路２７へ接続し、これまで電極駆動回路２７へ接続していた複数の電極ペアの一部をタッチパネル駆動回路２２へ接続する。また、制御回路２１は、電極駆動回路２７の単極双投形スイッチ２７１を制御して、電極駆動回路２７に接続した電極１７の内、触覚を提示させるべき領域に対応する電極１７を交流電圧源２７２へ接続させ、他の電極１７をグラウンドへ接続させる。
【００８５】
このような制御回路２１の制御により、複数の電極ペアの夫々が順次的にタッチパネル駆動回路２２に接続され、接触面１１上の各電極ペアに対向する位置での接触の検出が順次的に行われる。各電極ペアは、順次的にタッチパネル駆動回路２２に接続されることにより、接触面１１への接触を検出するために順次的に制御される。即ち、接触位置の検出のために接触面１１の走査が行われる。接触面１１全体の走査が終了した後は、制御回路２１は、夫々の電極ペアを順次的にタッチパネル駆動回路２２へ接続させる処理を繰り返す。これにより、走査が繰り返され、使用者が接触面１１の任意の位置に接触した場合に接触位置が検出される。タッチパネル駆動回路２２に接続されている期間以外の期間では、電極１７は、制御回路２１の制御により、電極駆動回路２７に接続される。一部の電極１７は交流電圧源２７２に接続され、他の電極１７はグラウンドに接続されている。この結果、接触面１１上に触覚が提示される。このように、電極１７は、接触面１１上に触覚を提示するために制御される。
【００８６】
図２０は、実施形態４に係る触覚パネル１の例を示す模式図である。図２０には、電極１７が４行６列に配置されている例を示している。図２０では一つの電極に１７を付しているが、図２０に示す矩形の電極は全て電極１７である。Ｘ方向に沿った各電極１７に０〜５の番号を振り、Ｙ方向に沿った各電極１７に０〜３の番号を振り、Ｘ方向及びＹ方向の番号の組み合わせで各電極１７の位置を表している。図２０に示した例では、偶数列目に配置された電極１７と、次の列に配置された電極１７とが電極ペアを構成しているとする。例えば、（０，０）及び（１，０）の位置にある電極１７が電極ペアを構成している。また、（１，１）、（１，２）、（２，１）及び（２，２）の位置にある電極１７に対応する領域が、触覚が提示される対象領域１６であるとする。
【００８７】
図２１は、実施形態４における各電極１７の動作の例を示すタイミングチャートである。図２１では、左から右へかけて時間の経過を示し、ｔ0 〜ｔ12は夫々の時点を示す。図２１には、（Ｘ，Ｙ）で位置を示す各電極１７が夫々の時点でどのような状態になっているのかを示している。図２２は、実施形態４における特定のタイミングでの触覚パネル１の状態を示す模式図である。図２２Ａ、図２２Ｂ及び図２２Ｃは、夫々、ｔ1 〜ｔ2 、ｔ2 〜ｔ3 及びｔ3 〜ｔ4 の期間の状態を示す。電極１７がグラウンドに接続されている状態をＴG で示し、電極１７が交流電圧源２７２に接続されている状態をＴD で示し、電極１７が信号入力部２２１に接続されている状態をＳT で示し、電極１７が電流検出部２２２に接続されている状態をＳR で示している。
【００８８】
図２１及び図２２に示すように、ｔ1 〜ｔ2 の期間では（２，０）及び（３，０）の位置にある電極ペア並びに（４，２）及び（５，２）の位置にある電極ペアが接触の検出のために制御される。ｔ2 〜ｔ3 の期間では（４，０）及び（５，０）の位置にある電極ペア並びに（０，３）及び（１，３）の位置にある電極ペアが接触の検出のために制御される。ｔ3 〜ｔ4 の期間では（０，１）及び（１，１）の位置にある電極ペア並びに（２，３）及び（３，３）の位置にある電極ペアが接触の検出のために制御される。このように、夫々の電極ペアが順次的に接触の検出のために制御され、接触面１１上の各位置での接触の検出が順次的に行われる。また、接触の検出のために制御されている期間以外の期間では、（１，１）、（１，２）、（２，１）及び（２，２）の位置にある電極１７は交流電圧源２７２に接続され、他の電極１７はグラウンドに接続されている。この結果、接触面１１内の対象領域１６に触覚が提示される。
【００８９】
以上のように、本実施形態においても、一部の電極１７が接触面１１への接触を検出するために制御されている期間の間に、他の電極１７は接触面１１上に触覚を提示するために制御されている。このため、触覚提示装置は、触覚の提示と接触位置の検出とを同時に実行することができる。また、接触面１１への接触を検出するために制御される電極１７は順次的に変更され、夫々の電極１７は、接触を検出するために制御されるタイミング以外のタイミングでは、接触面１１上に触覚を提示するために制御される。接触面１１上で接触の検出が行われる位置では、触覚の提示は行われないものの、接触の検出が行われる位置は順次移動していくので、接触面１１全体では触覚の提示が途切れることは無い。実施形態３と同様に、触覚の時間分解能よりも短い期間内に静電気力の低下が生じ、更に、静電気力が低下する場合であっても知覚される静電気力は指の全体で平均されてゼロにはならないので、触覚の提示が途切れることを使用者が知覚することは無い。従って、本実施形態においても、触覚提示装置は、触覚の提示と接触位置の検出とを同時に実行することが可能であり、触覚提示装置の使用中に使用者が感じていた触覚が途切れることは無い。
【００９０】
なお、以上の実施形態３及び４においては、タッチパネル駆動回路２２、電極駆動回路２７及び切り替え部２８の他に制御回路２１を備える形態を示したが、触覚提示装置は、制御回路２１を備えていない形態であってもよい。例えば、触覚提示装置は、制御回路２１と同等の機能をタッチパネル駆動回路２２が兼ね備えている形態であってもよく、制御回路２１と同等の機能を、タッチパネル駆動回路２２、電極駆動回路２７及び切り替え部２８の夫々で分散して備えている形態であってもよい。また、触覚提示装置は、タッチパネル駆動回路２２、電極駆動回路２７及び切り替え部２８の動作を演算部３１が直接に制御する形態であってもよい。
【００９１】
また、実施形態３及び４においては、特定の電極１７に対して交流電圧を印加することによって触覚を提示する形態を示したが、触覚提示装置は、従来知られているその他の方法で触覚を提示する形態であってもよい。例えば、触覚提示装置は、全ての電極１７に同じ交流電圧を印加することによって触覚を提示する形態であってもよい。また、触覚提示装置は、隣り合う電極１７に互いに逆極性の電圧を印加することによって触覚を提示する形態であってもよい。
【００９２】
また、触覚提示装置は、実施形態３及び４において説明した方法以外の従来知られている方法で、接触面１１へ物体が接触又は接近した位置を検出する形態であってもよい。例えば、触覚提示装置は、触覚を提示するために電極１７へ印加する電圧信号の電流値を測定し、測定した電流値の変化に応じて物体の接触又は接近を検出する形態であってもよい。また、実施形態３及び４においては、電極１７がマトリクス状に配置された形態を示したが、触覚提示装置は、その他の態様で電極１７が配置された形態であってもよい。例えば、触覚提示装置は、触覚により表現すべき形状に電極１７が配置された形態であってもよい。
【００９３】
＜実施形態５＞
図２３は、実施形態５に係る触覚パネル１の内部構成を示すブロック図である。実施形態５に係る触覚提示装置の構成は、触覚パネル１以外は実施形態１又は２と同様である。Ｘ電極１３は複数のサブＸ電極１３２からなり、Ｙ電極１４は複数のサブＹ電極１４２からなる。Ｘ電極１３を構成する複数のサブＸ電極１３３は、並列に隣り合って配置され、共通に接続されている。同様に、Ｙ電極１４を構成する複数のサブＹ電極１４２は、並列に隣り合って配置され、互いに接続されている。図中にはＸ電極１３が三本のサブＸ電極１３２からなる例を示しているが、Ｘ電極１３は、二本のサブＸ電極１３２から構成されていてもよく、四本以上のサブＸ電極１３２から構成されていてもよい。同様に、Ｙ電極１４は、二本のサブＹ電極１４２から構成されていてもよく、四本以上のサブＹ電極１４２から構成されていてもよい。触覚パネル１のその他の構成は、実施形態１又は２と同様である。
【００９４】
本実施形態に係る触覚提示装置の動作は、実施形態１又は２と同様である。即ち、一部のＸ電極１３及びＹ電極１４は、接触面１１へ物体が接触又は接近した位置を検出するために制御され、物体が接触又は接近した位置の検出のために制御されるＸ電極１３及びＹ電極１４は順次的に変更される。夫々のＸ電極１３及びＹ電極１４は、接触の検出のために制御されるタイミング以外のタイミングでは、接触面１１上に触覚を提示するために制御される。これにより、一のＸ電極１３を構成する隣り合う複数のサブＸ電極１３２と一のＹ電極１４を構成する隣り合う複数のサブＹ電極１４２とが位置検出に用いられ、他のサブＸ電極１３２及びサブＹ電極１４２が触覚の提示に用いられる。実施形態１及び２と同様に、本実施形態においても、触覚提示装置は、触覚の提示と接触位置の検出とを同時に実行することが可能であり、触覚提示装置の使用中に使用者が感じていた触覚が途切れることは無い。
【００９５】
使用者の指と接触面１１との接触部分の内部に位置検出に用いられるサブＸ電極１３２と触覚の提示用いられるサブＸ電極１３２とが含まれるように、隣り合うＸ電極１３間で各Ｘ電極１３を構成する複数のサブＸ電極１３２のＹ方向の中心間距離は１０ｍｍより小さいことが望ましい。この距離は、６ｍｍより小さいことが更に望ましい。同様に、隣り合うＹ電極１４間で各Ｙ電極１４を構成する複数のサブＹ電極１４２のＸ方向の中心間距離は、１０ｍｍより小さいことが望ましく、６ｍｍより小さいことが更に望ましい。
【００９６】
＜実施形態６＞
実施形態６は実施形態２の変形である。実施形態２では、接触面１１に使用者の指が接触していない状態で交流電圧源２２４からＸ電極１３又はＹ電極１４へ電圧を印加した場合、夫々のＸ電極１３の寄生容量及び夫々のＹ電極１４の寄生容量に寄生電流が流れ、電流検出部２２３はこの寄生電流を検出する。Ｘ電極１３の寄生容量は、Ｘ電極１３と交差する複数のＹ電極１４との間、及び当該Ｘ電極１３と隣り合うＸ電極１３との間に形成される。Ｙ電極１４の寄生容量は、Ｙ電極１４と交差する複数のＸ電極１３との間、及び当該Ｙ電極１４と隣り合うＹ電極１４との間に形成される。触覚パネル１の設計によっては、これらの寄生容量の値が大きくなり、寄生容量に流れる寄生電流が問題となる虞がある。寄生電流は、電流検出部が検出可能な電流値のダイナミックレンジの大部分を占めることがあるので、寄生電流を低減することが望ましい。実施形態６は、寄生電流を低減するための形態である。
【００９７】
図２４は、実施形態６に係る触覚パネル１及び触覚パネル駆動部２の内部構成を示すブロック図である。Ｘ電極駆動回路２３はタッチパネル駆動回路２２に接続されている。また、Ｙ電極駆動回路２４はタッチパネル駆動回路２２に接続されている。後述するように、タッチパネル駆動回路２２、Ｘ電極駆動回路２３及びＹ電極駆動回路２４は、内部構成が実施形態１及び２と異なっている。タッチパネル駆動回路２２は、内部の交流電圧源が生成する電圧をＸ電極駆動回路２３及びＹ電極駆動回路２４へ供給可能となっている。触覚提示装置のその他の部分は、実施形態１と同様である。
【００９８】
図２５は、実施形態６に係るタッチパネル駆動回路２２の内部の構成を示す模式的回路図である。タッチパネル駆動回路２２は、交流電圧源２２５を有している。交流電圧源２２５は複数の電流検出部２２３に接続されている。また、交流電圧源２２５はＸ電極駆動回路２３及びＹ電極駆動回路２４に接続されている。電流検出部２２３と第１切り替え部２５との間には、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２２６が設けられている。また、電流検出部２２３と第２切り替え部２６との間には、ハイパスフィルタ２２６が設けられている。交流電圧源２２５は、Ｘ電極駆動回路２３が有する第１交流電圧源２３２、及びＹ電極駆動回路２４が有する第２交流電圧源２４２に比べて、高い周波数の交流電圧を生成する。ハイパスフィルタ２２６は、交流電圧源２２５が生成する交流電圧と同じ周波数（例えば、１００ｋＨｚ）を有する電流を通過させ、第１交流電圧源２３２及び第２交流電圧源２４２が生成する交流電圧と同じ周波数（例えば、１０００Ｈｚ及び１２４０Ｈｚ）を有する電流を阻止する特性を有する。タッチパネル駆動回路２２のその他の部分は、実施形態１と同様である。
【００９９】
図２６は、実施形態６に係るＸ電極駆動回路２３の内部の構成を示す模式的回路図である。前述したように、Ｘ電極駆動回路２３には、タッチパネル駆動回路２２が有する交流電圧源２２５が接続されている。Ｘ電極駆動回路２３は、第１交流電圧源２３２が生成する電圧に交流電圧源２２５が生成する電圧を重畳する電圧重畳部２３３を有する。また、Ｘ電極駆動回路２３は、グラウンド電圧に交流電圧源２２５が生成する電圧を重畳する電圧重畳部２３４を有する。各単極双投形スイッチ２３１は、各Ｘ電極１３と電圧重畳部２３３の出力ノードＮ１又は電圧重畳部２３４の出力ノードＮ２との接続を切り替える。Ｘ電極駆動回路２３のその他の部分は、実施形態１と同様である。
【０１００】
電圧重畳部２３３及び電圧重畳部２３４の動作を説明する。図２７は、実施形態６に係るＸ電極駆動回路２３において得られる電圧の波形を模式的に示すグラフである。図中の横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。第１交流電圧源２３２が生成する交流電圧の振幅を１００Ｖとし、第１周波数ｆ１を１０００Ｈｚとする。タッチパネル駆動回路２２の交流電圧源２２５が生成する交流電圧の振幅を１Ｖとし、周波数を１００ｋＨｚとする。図２７Ａは、第１交流電圧源２３２が生成する交流電圧の波形を模式的に示し、図２７Ｂは、交流電圧源２２５が生成する交流電圧の波形を模式的に示す。図２７Ｃは、電圧重畳部２３３の出力ノードＮ１が出力する電圧の波形を模式的に示す。出力ノードＮ１から出力される電圧は、第１交流電圧源２３２が生成する交流電圧と交流電圧源２２５が生成する交流電圧とを加算した電圧である。図２７Ｄは、電圧重畳部２３４の出力ノードＮ２が出力する電圧の波形を模式的に示す。出力ノードＮ２から出力される電圧は、グラウンドの電圧、即ち０Ｖの電圧と交流電圧源２２５が生成する交流電圧とを加算した電圧である。このように、電圧重畳部２３３及び電圧重畳部２３４は、与えられた二つの電圧を加算し出力する機能を有する。
【０１０１】
図２８は、実施形態６に係るＹ電極駆動回路２４の内部の構成を示す模式的回路図である。前述したように、Ｙ電極駆動回路２４には、タッチパネル駆動回路２２が有する交流電圧源２２５が接続されている。Ｙ電極駆動回路２４は、第２交流電圧源２４２が生成する電圧に交流電圧源２２５が生成する電圧を重畳する電圧重畳部２４３を有する。また、Ｙ電極駆動回路２４は、グラウンド電圧に交流電圧源２２５が生成する電圧を重畳する電圧重畳部２４４を有する。各単極双投形スイッチ２４１は、各Ｙ電極１４と電圧重畳部２４３の出力ノードＮ３又は電圧重畳部２４４の出力ノードＮ４との接続を切り替える。Ｙ電極駆動回路２４のその他の部分は、実施形態１と同様である。
【０１０２】
電圧重畳部２４３及び電圧重畳部２４４の動作を説明する。図２９は、実施形態６に係るＹ電極駆動回路２４において得られる電圧の波形を模式的に示すグラフである。図中の横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。第２交流電圧源２４２が生成する交流電圧の振幅を１００Ｖとし、第２周波数ｆ２を１２４０Ｈｚとする。タッチパネル駆動回路２２の交流電圧源２２５が生成する交流電圧の振幅を１Ｖとし、周波数を１００ｋＨｚとする。図２９Ａは、第２交流電圧源２４２が生成する交流電圧の波形を模式的に示し、図２９Ｂは、交流電圧源２２５が生成する交流電圧の波形を模式的に示す。図２９Ｃは、電圧重畳部２４３の出力ノードＮ３が出力する電圧の波形を模式的に示す。出力ノードＮ３から出力される電圧は、第２交流電圧源２４２が生成する交流電圧と交流電圧源２２５が生成する交流電圧とを加算した電圧である。図２９Ｄは、電圧重畳部２４４の出力ノードＮ４が出力する電圧の波形を模式的に示す。出力ノードＮ４から出力される電圧は、グラウンドの電圧、即ち０Ｖの電圧と交流電圧源２２５が生成する交流電圧とを加算した電圧である。このように、電圧重畳部２４３及び電圧重畳部２４４は、与えられた二つの電圧を加算し出力する機能を有する。
【０１０３】
実施形態２では、Ｘ電極１３は第１交流電圧源２３２、グラウンド、及びタッチパネル駆動回路２２のうちいずれかに接続される。これに対し、実施形態６では、Ｘ電極１３は、電圧重畳部２３３の出力ノードＮ１、電圧重畳部２３４の出力ノードＮ２、及びタッチパネル駆動回路２２のうちいずれかに接続される。Ｘ電極１３がタッチパネル駆動回路２２に接続された状態では、図２７Ｂに示す如き、交流電圧源２２５が生成する交流電圧がＸ電極１３に印加される。Ｘ電極１３が出力ノードＮ１に接続された状態では、図２７Ｃに示す如き、第１交流電圧源２３２が生成する交流電圧と交流電圧源２２５が生成する交流電圧とを加算した電圧がＸ電極１３に印加される。Ｘ電極１３が出力ノードＮ２に接続された状態では、図２７Ｄに示す如き、グラウンドの電圧の電圧と交流電圧源２２５が生成する交流電圧とを加算した電圧がＸ電極１３に印加される。
【０１０４】
また、実施形態２では、Ｙ電極１４は第２交流電圧源２４２、グラウンド、タッチパネル駆動回路２２のうちいずれかに接続される。これに対し、実施形態６では、Ｙ電極１４は、電圧重畳部２４３の出力ノードＮ３、電圧重畳部２４４の出力ノードＮ４、及びタッチパネル駆動回路２２のうちいずれかに接続される。Ｙ電極１４がタッチパネル駆動回路２２に接続された状態では、図２９Ｂに示す如き、交流電圧源２２５が生成する交流電圧がＹ電極１４に印加される。Ｙ電極１４が出力ノードＮ３に接続された状態では、図２９Ｃに示す如き、第２交流電圧源２４２が生成する交流電圧と交流電圧源２２５が生成する交流電圧とを加算した電圧がＹ電極１４に印加される。Ｙ電極１４が出力ノードＮ４に接続された状態では、図２９Ｄに示す如き、グラウンドの電圧の電圧と交流電圧源２２５が生成する交流電圧とを加算した電圧がＹ電極１４に印加される。
【０１０５】
電圧重畳部２３３、２３４、２４３及び２４４は、Ｘ電極１３及びＹ電極１４に印加される電圧のうち、タッチパネル駆動回路２２の交流電圧源２２５が生成する電圧の周波数（本実施形態では１００ｋＨｚ）の成分の振幅が同一になるように構成されている。即ち、出力ノードＮ１に接続されたＸ電極１３、出力ノードＮ２に接続されたＸ電極１３、出力ノードＮ３に接続されたＹ電極１４、及び出力ノードＮ４に接続されたＹ電極１４は、タッチパネル駆動回路２２に接続されたＸ電極１３及びＹ電極１４に印加される電圧と同じ周波数及び振幅を有する成分を含む電圧が印加される。Ｘ電極１３及びＹ電極１４に印加される電圧のうち、タッチパネル駆動回路２２の交流電圧源２２５が生成する電圧の周波数成分に着目すると、全てのＸ電極１３及びＹ電極１４は同じ振幅、同じ位相で駆動される。このため、接触面１１に使用者の指が接触していない状態で、交流電圧源２２５からＸ電極１３又はＹ電極１４へ電圧を印加した場合、寄生容量を構成する電極間の電圧が一定となり、寄生容量には電流が流れない。
【０１０６】
ここで、触覚パネル１は、図２４に示すように、５本のＸ電極Ｘ0 〜Ｘ4 及び６本のＹ電極Ｙ0 〜Ｙ5 を備えているとし、Ｘ電極Ｘ1 がタッチパネル駆動回路２２に接続されている状態を考える。このとき、Ｘ電極Ｘ1 には、Ｘ電極Ｘ1 とＹ電極Ｙ0 〜Ｙ5 の夫々との交差部分、Ｘ電極Ｘ1 とＸ電極Ｘ0 との隣接部分、及びＸ電極Ｘ1 とＸ電極Ｘ2 との隣接部分に寄生容量が形成される。また、Ｘ電極Ｘ1 は電流検出部２２３を介して交流電圧源２２５に接続され、他の全ての電極には交流電圧源２２５が生成する電圧が重畳される。
【０１０７】
図３０は、Ｘ電極Ｘ1 が電流検出部２２３を介して交流電圧源２２５に接続され、他の全ての電極に交流電圧源２２５が生成する電圧が重畳される状態をモデル化した回路図である。Ｘ電極Ｘ1 が図中のＰ１に対応し、他の全ての電極が図中のＰ２に対応する。電極Ｐ１とＰ２との間には、寄生容量Ｃｐが存在する。しかし、寄生容量Ｃｐを構成する電極Ｐ１と電極Ｐ２との間の電位差が変化しないので、寄生容量Ｃｐには、交流電圧源２２５が生成する電圧の周波数の成分の電流が流れない。このため、電流検出部２２３は電流を検出しない。
【０１０８】
図３１は、実施形態２での電極の状態をモデル化した回路図である。実施形態２では、Ｘ電極Ｘ1 は電流検出部２２３を介して周波数が１００ｋＨｚの交流電圧源２２４に接続され、他の電極の多くは、グラウンド、周波数が１０００Ｈｚの第１交流電圧源２３２、又は周波数が１２４０Ｈｚの第２交流電圧源２４２に接続される。交流電圧源２２４が生成する電圧の周波数である１００ｋＨｚの成分に着目すると、Ｘ電極Ｘ1 以外の電極の多くは、グラウンドに接続されているとされるモデルで表すことができる。図３１に示す電極Ｐ１はＸ電極Ｘ1 に対応し、電極Ｐ２は他の電極の多くをまとめた電極に対応する。寄生容量Ｃｐを構成する電極Ｐ１と電極Ｐ２との間の電位差が変化するので、寄生容量Ｃｐには電流が流れる。この電流は、実施形態２において接触面１１に使用者の指が接触していない状態で流れる寄生電流である。
【０１０９】
実際に作成した実施形態６に係る触覚パネル１において寄生容量を測定したところ、一本のＸ電極１３の寄生容量は２４０ｐＦであり、一本のＹ電極１４の寄生容量は１７０ｐＦであった。また、接触面１１に使用者の指が接触した場合は、電極と指との間に生じる静電容量は５ｐＦであった。実施形態２では、電流検出部２２３が検出可能な電流値のダイナミックレンジの内、２４０/２４５が本来不要な寄生電流で占有される。これに対し、実施形態６では、寄生電流がほぼゼロに低減され、電流検出部２２３が検出する電流のＳＮ比が向上する。
【０１１０】
図３２は、実施形態６に係る電圧重畳部２３３及び２３４の構成例を示す回路図である。電圧重畳部２３３はキャパシタＣ１で構成されている。キャパシタＣ１の一端は出力ノードＮ１に接続され、他端はタッチパネル駆動回路２２の交流電圧源２２５に接続されている。キャパシタＣ１の一端及び出力ノードＮ１には、第１交流電圧源２３２が接続されている。第１交流電圧源２３２の内部に記された抵抗Ｒ１は、第１交流電圧源２３２の出力インピーダンスを表す。電圧重畳部２３４は、出力ノードＮ２とグラウンドとの間に接続された抵抗Ｒ３、及び出力ノードＮ２と交流電圧源２２５との間に接続された抵抗Ｒ２を含んで構成されている。出力ノードＮ１及び出力ノードＮ２から出力される電圧の内、交流電圧源２２５が生成する電圧の周波数の成分の振幅が等しくなるように、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との比が定められている。電圧重畳部２４３及び２４４も、同様に構成されている。
【０１１１】
以上の実施形態６で説明した寄生電流を低減するための触覚提示装置の構成は、マトリクス状に配置された複数の電極を備えた実施形態３に適用することも可能である。寄生電流を低減するための構成を実施形態３に適用した形態においても、実施形態６と同様の効果が得られる。また、実施形態６で説明した寄生電流を低減するための構成は、第３制御部を備えていない触覚提示装置に適用することも可能である。即ち、触覚を提示させるための電極と、物体の接触又は接近を検出するための電極とが接触面に沿って別々に配置されている触覚提示装置においても、寄生電流を低減するための構成を適用することが可能であり、実施形態６と同様の効果が得られる。
【０１１２】
なお、以上の実施形態１〜６においては、接触面１１が平面である形態を示したが、触覚提示装置は、接触面１１が曲面である形態であってもよい。また、実施形態１〜６においては、触覚提示装置がスマートフォン等のコンピュータである形態を示したが、触覚提示装置は、現金自動預け払い機に組み込まれた形態等、種々の形態をとることができる。また、実施形態１〜６においては、触覚提示装置が表示パネル３６を備える形態を示したが、触覚提示装置は、表示パネル３６を備えていない形態であってもよい。
【符号の説明】
【０１１３】
１  触覚パネル
１１  接触面
１２  基板
１３  Ｘ電極
１４  Ｙ電極
１７  電極
２  触覚パネル駆動部
２１  制御回路
２２  タッチパネル駆動回路
２２１  信号入力部
２２２、２２３  電流検出部
２２４、２２５  交流電圧源
２２６  ハイパスフィルタ
２３  Ｘ電極駆動回路
２３２  第１交流電圧源
２４  Ｙ電極駆動回路
２４２  第２交流電圧源
２５  第１切り替え部
２６  第２切り替え部
２７  電極駆動回路
２７２  交流電圧源
２８  切り替え部
【図１】
2018073390.tif 000003
【図２】
2018073390.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2018073390.tif 000007
【図６】
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【図７】
2018073390.tif 000009
【図８】
2018073390.tif 000010
【図９】
2018073390.tif 000011
【図１０】
2018073390.tif 000012
【図１１】
2018073390.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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