(57)【要約】【課題】操作対象の状態を呈示することができる触覚呈示装置を提供する。【解決手段】触覚呈示装置１は、操作面１２０を有するパネルと、操作面１２０に振動を付加するアクチュエータ１６と、減衰する振動を操作面１２０に与えるようにアクチュエータ１６を制御して操作対象の状態として操作対象の機能の終了を示す触覚を操作者に呈示する制御部１８と、を備えて概略構成されている。また触覚呈示装置１は、操作面１２０を押し込む操作が行われた際に付加された荷重Ｆを検出する荷重検出部１４を備えている。そして制御部１８は、検出された荷重Ｆが荷重しきい値１８１以上である場合、アクチュエータ１６を制御して触覚を呈示する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作面を有するパネルと、
前記操作面に振動を付加するアクチュエータと、
減衰する振動を前記操作面に与えるように前記アクチュエータを制御して操作対象の状態として前記操作対象の機能の終了を示す触覚を操作者に呈示する制御部と、
を備えた触覚呈示装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記操作面を不連続に振動させる、
請求項１に記載の触覚呈示装置。
【請求項３】
前記制御部は、一定の間隔で前記操作面を振動させると共に、一塊となる振動の波形は減衰させず、波形の塊ごとに振幅を小さくすることで前記操作面に与える振動を減衰させる、
請求項２に記載の触覚呈示装置。
【請求項４】
前記操作面を押し込む操作が行われた際に付加された荷重を検出する荷重検出部を有し、
前記制御部は、検出された前記荷重が荷重しきい値以上である場合、前記アクチュエータを制御して前記操作対象の機能の終了を示す前記触覚を呈示する、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触覚呈示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、アクチュエータと、触覚セルを制御する制御器と、を備えた触覚インターフェースが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この制御器は、システムの減衰特性のみならず所望の触覚効果のタイプに従って、主パルスが後続するキックインパルスを発生して増加加速度応答を生成し、及び／又はブレーキパルスを発生して短い機械的タイプの触覚効果を提供する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２８７２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし従来の触覚インターフェースは、操作対象の機能の状態を呈示することができない。
【０００６】
従って本発明の目的は、操作対象の状態を呈示することができる触覚呈示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、操作面を有するパネルと、操作面に振動を付加するアクチュエータと、減衰する振動を操作面に与えるようにアクチュエータを制御して操作対象の状態として操作対象の機能の終了を示す触覚を操作者に呈示する制御部と、を備えた触覚呈示装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、操作対象の状態を呈示することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（ａ）は、実施の形態に係る触覚呈示装置の一例が搭載された車両内部の概略図であり、図１（ｂ）は、触覚呈示装置の一例を示す概略図であり、図１（ｃ）は、触覚呈示装置の一例を示すブロック図である。
【図２】図２（ａ）は、実施の形態に係る触覚呈示装置の荷重検出部が検出した荷重と荷重しきい値の一例について説明するためのグラフであり、図２（ｂ）は、アクチュエータに出力される駆動信号の一例について説明するためのグラフである。
【図３】図３（ａ）は、表示装置に表示された割り当てられた機能が終了状態にあるアイコンの一例を示す概略図であり、図３（ｂ）は、当該機能が開始状態となったアイコンの一例を示す概略図である。
【図４】図４は、実施の形態に係る触覚呈示装置の動作の一例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】
【００１０】
（実施の形態の要約）
実施の形態に係る触覚呈示装置は、操作面を有するパネルと、操作面に振動を付加するアクチュエータと、減衰する振動を操作面に与えるようにアクチュエータを制御して操作対象の状態として操作対象の機能の終了を示す触覚を操作者に呈示する制御部と、を備えて概略構成されている。
【００１１】
この触覚呈示装置は、減衰する振動を行うことによって操作対象の状態の1つである機能の終了を呈示するので、この構成を採用しない場合と比べて、操作対象の状態を呈示することができる。
【００１２】
[実施の形態]
（触覚呈示装置１の概要）
図１（ａ）は、実施の形態に係る触覚呈示装置の一例が搭載された車両内部の概略図であり、図１（ｂ）は、触覚呈示装置の一例を示す概略図であり、図１（ｃ）は、触覚呈示装置の一例を示すブロック図である。図２（ａ）は、実施の形態に係る触覚呈示装置の荷重検出部が検出した荷重と荷重しきい値の一例について説明するためのグラフであり、図２（ｂ）は、アクチュエータに出力される駆動信号の一例について説明するためのグラフである。図２（ａ）は、横軸が時間、縦軸が検出された荷重であり、図２（ｂ）は、横軸が時間、縦軸が駆動信号である。なお荷重Ｆは、図１（ｂ）の紙面下向きを正とする。
【００１３】
なお、以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。また図１（ｃ）では、主な信号や情報の流れを矢印で示している。また数値範囲を示す「Ａ〜Ｂ」は、Ａ以上Ｂ以下の意味で用いるものとする。
【００１４】
触覚呈示装置１は、例えば、図１（ａ）に示すように、車両８のフロアコンソール８０に操作面１２０が露出するように配置されている。触覚呈示装置１は、例えば、車両８に搭載された操作対象の電子機器と電磁気的に接続されている。そして触覚呈示装置１は、当該電子機器の表示部となるセンターコンソール８１に配置された表示装置８２に表示されたカーソルの移動、表示されたアイコンの選択、決定、ドラッグ、ドロップなどの指示を行うことができる遠隔操作装置である。操作対象の電子機器は、一例として、ナビゲーション装置、空調装置、音楽及び映像再生装置などである。
【００１５】
また触覚呈示装置１は、操作面１２０なされた操作に応じて操作面１２０に振動を付加して操作者に触覚を呈示するように構成されている。
【００１６】
具体的には、触覚呈示装置１は、図１（ｂ）〜図２（ｂ）に示すように、操作面１２０を有するパネルと、操作面１２０に振動を付加するアクチュエータ１６と、減衰する振動を操作面１２０に与えるようにアクチュエータ１６を制御して操作対象の状態として操作対象の機能の終了を示す触覚を操作者に呈示する制御部１８と、を備えて概略構成されている。
【００１７】
また本実施の形態の触覚呈示装置１は、操作面１２０を押し込む操作が行われた際に付加された荷重Ｆを検出する荷重検出部１４を備えている。そして制御部１８は、検出された荷重Ｆが荷重しきい値１８１以上である場合、アクチュエータ１６を制御して触覚を呈示する。
【００１８】
触覚呈示装置１は、例えば、操作面１２０に操作がなされて操作対象の機能が開始される際、離散的に徐々に振幅が増幅する振動を操作面１２０に付加することにより機能が開始する触覚を呈示する。また触覚呈示装置１は、例えば、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、操作面１２０に操作がなされて操作対象の機能が終了する際、減衰する振動を操作面１２０に付加することにより機能が終了する触覚を呈示する。つまり触覚呈示装置１は、操作対象の状態を示す操作対象の機能開始の触覚と、機能終了の触覚を呈示する。なお触覚呈示装置１は、一例として、図２（ｂ）に示す減衰する振動を振動の小さい順に呈示することで機能の開始を呈示するように構成されていても良い。
【００１９】
上述のパネルは、例えば、図１（ｂ）に示すように、操作面１２０に接触した操作指９の位置を検出するタッチパッド１２である。なお変形例としてパネルは、スイッチのボタンを模した板部材などであっても良い。
【００２０】
（タッチパッド１２の構成）
タッチパッド１２は、例えば、操作者の体の一部（例えば、操作指）や専用のペンで操作面１２０に触れることにより、触れた操作面１２０上の位置を検出するタッチセンサである。操作者は、例えば、操作面１２０に操作を行うことにより、接続された電子機器の操作を行うことが可能となる。タッチパッド１２としては、例えば、抵抗膜方式や静電容量方式などのタッチパネルを用いることが可能である。本実施の形態のタッチパッド１２は、一例として、静電容量方式のタッチセンサである。
【００２１】
タッチパッド１２は、操作面１２０の下方に、複数の駆動電極と複数の検出電極が絶縁性を保ちながら交差して配置されている。タッチパッド１２は、例えば、複数の駆動電極及び複数の検出電極を走査して周期的に静電容量を読み出している。タッチパッド１２は、この読み出した静電容量に基づいて操作指９が検出された検出点１２１の座標を算出する。
【００２２】
そしてタッチパッド１２は、例えば、算出した検出点１２１の座標に基づいて検出情報Ｓ１を生成して制御部１８に出力する。この座標は、操作面１２０に設定された座標系における座標である。
【００２３】
（荷重検出部１４の構成）
荷重検出部１４は、図１（ｂ）に示すように、タッチパッド１２の裏面側に配置され、操作面１２０に付加された荷重Ｆを検出するように構成されている。この荷重Ｆは、荷重や振動が付加されない基準位置１２０ａを基準として押し込み方向に付加された荷重を正としている。
【００２４】
荷重検出部１４は、例えば、歪みゲージである。荷重検出部１４は、検出した荷重Ｆに基づく荷重情報Ｓ２を生成して制御部１８に出力する。
【００２５】
（アクチュエータ１６の構成）
アクチュエータ１６は、図１（ｂ）に示すように、操作面１２０の裏面側に配置されている。アクチュエータ１６は、例えば、ボイスコイルモータやピエゾ素子を用いて構成されている。
【００２６】
本実施の形態のアクチュエータ１６は、筐体１０と荷重検出部１４の間に配置されたボイスコイルモータである。アクチュエータ１６は、制御部１８から出力される駆動信号Ｓ３に基づいて基準位置１２０ａの上下に操作面１２０を振動させる。操作面１２０を基準位置１２０ａから上方向に駆動する駆動信号Ｓ３は、図２（ｂ）に示すグラフの上側である。また操作面１２０を基準位置１２０ａから下方向に駆動する駆動信号Ｓ３は、図２（ｂ）に示すグラフの下側である。
【００２７】
（制御部１８の構成）
図３（ａ）は、表示装置に表示された割り当てられた機能が終了状態にあるアイコンの一例を示す概略図であり、図３（ｂ）は、当該機能が開始状態となったアイコンの一例を示す概略図である。図３（ａ）の表示画面８２０に示すアイコン８２２は、一例として、カーソル８２１による選択決定により、割り当てられた操作対象の機能の状態が変わると共に表示が変わるように構成されている。
【００２８】
制御部１８は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工などを行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などから構成されるマイクロコンピュータである。このＲＯＭには、例えば、制御部１８が動作するためのプログラムと、状態情報１８０と、荷重しきい値１８１と、呈示パターン情報１８２と、が格納されている。
【００２９】
また制御部１８は、例えば、タッチパッド１２から取得した検出情報Ｓ１、及び荷重検出部１４から取得した荷重情報Ｓ２に基づいて操作指９の検出点１２１の座標の情報や操作面１２０を押し込む操作（プッシュ操作）の情報を含む操作情報Ｓ４を接続された操作対象の電子機器に出力するように構成されている。
【００３０】
状態情報１８０は、例えば、操作対象の状態に関する情報である。制御部１８は、例えば、操作面１２０にプッシュ操作がなされた場合、この状態情報１８０に基づいて機能の開始なのか終了なのかを判定して適切な触覚を呈示する。制御部１８は、一例として、操作対象から取得した指定情報Ｓ５に基づいて状態情報１８０を生成する。
【００３１】
変形例として制御部１８は、例えば、指定情報Ｓ５に基づいて操作対象の機能の開始なのか終了なのかを判定して触覚を呈示するように構成されても良い。なお触覚呈示装置１が荷重検出部１４を備えない構成である場合、操作対象から出力される指定情報Ｓ５に基づいて機能の開始を示す触覚の呈示、及び機能の終了を示す触覚の呈示を行う。
【００３２】
また状態情報１８０は、例えば、機能を割り当てられたアイコンが複数表示されている場合、複数のアイコンごとの現在の状態を記憶する。
【００３３】
荷重しきい値１８１は、図２（ａ）に示すように、触覚の呈示を行うか否かを判定するためのしきい値である。制御部１８は、例えば、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、検出された荷重Ｆと荷重しきい値１８１とを比較し、この荷重Ｆが時間ｔにおいて荷重しきい値１８１以上となると、触覚パターン１８２ａを有する駆動信号Ｓ３を生成してアクチュエータ１６に出力する。この触覚パターン１８２ａは、呈示パターン情報１８２に基づいて生成される。なお呈示パターン情報１８２は、例えば、関数であっても良い。
【００３４】
機能の終了を呈示するための触覚パターン１８２ａは、図２（ｂ）に示すように、操作面１２０を不連続に振動させるパターンである。また触覚パターン１８２ａは、一定の間隔△ｔで操作面１２０を振動させるパターンである。つまり触覚パターン１８２ａは、複数の孤立波形１８２ｂが一定の間隔△ｔで並び、かつ孤立波形１８２ｂの振幅が減衰せず、一の孤立波形１８２ｂに続く孤立波形１８２ｂの振幅が小さくなり、全体として減衰するパターンとなっている。この孤立波形１８２ｂは、一例として、正弦波である。なお波形は、正弦波に限定されず、矩形波、三角波など、様々な波形であって良い。
【００３５】
制御部１８は、上述のように、一定の間隔△ｔで操作面１２０を振動させると共に、一塊となる振動の波形は減衰させず、波形の塊ごとに振幅を小さくすることで操作面１２０に与える振動を減衰させるように構成されている。制御部１８は、離散的に減衰する振動によって徐々に振動が消えていく感覚を操作者に想起させる。
【００３６】
孤立波形１８２ｂが正弦波である場合、実験などの結果により、触覚パターン１８２ａは、周波数ｆが１０〜１００Ｈｚ、孤立波形１８２ｂに含まれる波の周期が０．５〜２周期、間隔△ｔが０．０５〜０．２ｓ、減衰比ζが０．１〜０．９、波数が２〜７波の組み合わせのパターンとして構成される。
【００３７】
具体的には、周波数ｆが１０Ｈｚ未満である場合、触覚による知覚が困難となる。また周波数ｆが１００Ｈｚより高い場合、個々の振動の触覚が明確であるため、減衰していく感覚を想起させるのが困難である。
【００３８】
孤立波形１８２ｂに含まれる波が０．５周期未満の場合、知覚される振動が弱く、減衰していく感覚を想起させるのが困難となる。また孤立波形１８２ｂに含まれる波が２周期より長い場合、触感が悪くなり適さない。
【００３９】
間隔△ｔが０．０５ｓ未満の場合、孤立波形１８２ｂ間の間隔が短くなって複数の波形と知覚され難い。また間隔△ｔが０．２ｓより長い場合、間隔が長すぎて減衰する触感が得られない。
【００４０】
減衰比ζが０．１未満である場合、最初の波形が強調されるため、１つの波としか知覚されず、従来のクリック感のような触感になり適さない。また減衰比ζが０．９より大きい場合、減衰する触覚が得られない。
【００４１】
波数が１波である場合、従来のクリック感のように、単純な振動フィードバックとなる。また波数が８波以上である場合、振動の継続時間が長くなり、触感が悪くなり適さない。
【００４２】
以上の結果により、触覚パターン１８２ａの最適な条件は、一例といて、周波数ｆが    Ｈｚ、孤立波形１８２ｂに含まれる波の周期が１周期、間隔△ｔが０．１ｓ、減衰比ζが０．７、波数が５波の組み合わせのパターンとして構成されるのが好ましい。なお減衰比ζは、図２（ｂ）に示すように、ｂ／ａ＝ｃ／ｂ＝ｄ／ｃ＝ｅ／ｄである。図２（ｂ）の孤立波形１８２ｂの減衰比ζは、０．７である。
【００４３】
制御部１８は、操作対象の機能終了時には、図２（ｂ）に示すように徐々に減衰する触覚パターン１８２ａを有する駆動信号Ｓ３を生成してアクチュエータ１６に出力する。また制御部１８は、操作対象の機能開始時には、一例として、徐々に振動が増幅するような、つまり触覚パターン１８２ａを逆にした触覚パターンを有する駆動信号Ｓ３を生成してアクチュエータ１６に出力する。なお機能開始時の触覚パターンは、例えば、振幅が一定でかつ連続的な振動であっても良い。
【００４４】
制御部１８は、例えば、図３（ａ）に示すように、アイコン８２２の機能が終了状態にある場合、カーソル８２１で選択した状態で操作面１２０にプッシュ操作がなされると、機能開始状態を呈示する駆動信号Ｓ３を呈示パターン情報１８２に基づいて生成してアクチュエータ１６に出力して機能開始を呈示する。
【００４５】
また制御部１８は、例えば、図３（ｂ）に示すように、機能が開始されたアイコン８２２をカーソル８２１で選択した状態で操作面１２０にプッシュ操作がなされると、機能終了を呈示する駆動信号Ｓ３を呈示パターン情報１８２に基づいて生成してアクチュエータ１６に出力して機能終了を呈示する。
【００４６】
続いて本実施の形態の触覚呈示装置１の動作の一例について図４のフローチャートに従って説明する。ここでは、操作面１２０を押し込むことで第１の触覚又は第２の触覚を呈示する場合について説明する。
【００４７】
（動作）
触覚呈示装置１の制御部１８は、荷重検出部１４から荷重情報Ｓ２を取得し（Ｓｔｅｐ１）、荷重しきい値１８１を超えるか否かを監視する。制御部１８は、ステップ２の「Ｙｅｓ」が成立する、つまり検出された荷重Ｆが荷重しきい値１８１以上となると（Ｓｔｅｐ２：Ｙｅｓ）、状態情報１８０を参照して操作対象の状態が機能開始なのか機能終了なのかを確認する。
【００４８】
制御部１８は、機能終了である場合（Ｓｔｅｐ３：Ｙｅｓ）、振動が離散的に徐々に減衰する駆動信号Ｓ３を生成してアクチュエータ１６に出力し、減衰する振動を呈示する（Ｓｔｅｐ４）。
【００４９】
具体的には制御部１８は、呈示パターン情報１８２に基づいて離散的に徐々に減衰する触覚パターン１８２ａに基づいた駆動信号Ｓ３を生成してアクチュエータ１６に出力する。制御部１８は、駆動信号Ｓ３に基づいて操作面１２０を離散的に徐々に減衰するようにアクチュエータ１６を振動させて機能の終了を示す触覚を呈示して動作を終了する。
【００５０】
ここでステップ３において制御部１８は、機能開始である場合（Ｓｔｅｐ３：Ｎｏ）、振動が離散的に徐々に増幅する駆動信号Ｓ３を生成してアクチュエータ１６に出力し、増幅する振動を呈示する（Ｓｔｅｐ５）。
【００５１】
具体的には制御部１８は、呈示パターン情報１８２に基づいて離散的に徐々に増幅するように触覚パターン１８２ａを反転したような駆動信号Ｓ３を生成してアクチュエータ１６に出力する。制御部１８は、駆動信号Ｓ３に基づいて操作面１２０を離散的に徐々に増幅するようにアクチュエータ１６を振動させて機能の開始を示す触覚を呈示して動作を終了する。
【００５２】
（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る触覚呈示装置１は、操作対象の状態を呈示することができる。具体的には触覚呈示装置１は、操作面１２０を押し込む操作によって操作対象の機能が終了する場合、連続的な振動と明確に異なる離散的に減衰する振動により操作面１２０を振動させるので、この構成を採用しない場合と比べて、機能が終了するという操作対象の状態を触覚によって操作者に呈示することができる。
【００５３】
触覚呈示装置１は、連続的に減衰するのではなく、波形の塊である孤立波形１８２ｂが一定間隔△ｔで呈示され、かつ一の孤立波形１８２ｂに続く孤立波形１８２ｂが一の孤立波形１８２ｂより減衰することで全体として減衰するので、この構成を採用しない場合と比べて、減衰が操作者に認識され易い。
【００５４】
また触覚呈示装置１は、押し込み操作によって操作対象の機能が第１の状態から第２の状態、第２の状態から第１の状態に切り替わる触覚を呈示することができる。
【００５５】
以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５６】
１…触覚呈示装置、８…車両、９…操作指、１０…筐体、１２…タッチパッド、１４…荷重検出部、１６…アクチュエータ、１８…制御部、８０…フロアコンソール、８１…センターコンソール、８２…表示装置、１２０…操作面、１２０ａ…基準位置、１２１…検出点、１８０…状態情報、１８１…荷重しきい値、１８２…呈示パターン情報、１８２ａ…触覚パターン、１８２ｂ…孤立波形、８２１…カーソル、８２２…アイコン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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