(57)【要約】【課題】指の非接触時間を必要とすることなく、摩擦力による触覚を提示することができる触覚提示装置、信号発生装置、触覚提示システム、および触覚提示方法を提供すること。【解決手段】触覚提示装置は、可動体と、アクチュエータ部と、信号発生部とを具備する。前記アクチュエータ部は、前記可動体に接続される。前記信号発生部は、異なる複数の振幅および異なる複数の周波数のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動を前記アクチュエータ部に発生させる駆動信号を、前記アクチュエータ部に供給するように構成される。【選択図】図５
2019096343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動体と、
前記可動体に接続されたアクチュエータ部と、
異なる複数の振幅および異なる複数の周波数のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動を前記アクチュエータ部に発生させる駆動信号を、前記アクチュエータ部に供給するように構成された信号発生部と
を具備し、
前記信号発生部は、前記アクチュエータ部が、第１の振幅で第１の方向に沿って移動し、かつ、前記第１の振幅とは異なる第２の振幅で前記第１の方向の反対の第２の方向に沿って移動するような前記駆動信号を発生するように構成される
触覚提示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の触覚提示装置であって、
前記信号発生部は、触覚受容器の検知閾値に基づき求められた振幅および周波数を持つ振動を前記アクチュエータ部に発生させるような駆動信号を発生するように構成される
触覚提示装置。
【請求項３】
請求項２に記載の触覚提示装置であって、
前記信号発生部は、前記触覚受容器による触覚領域に対応する周波数を持つ振動、および、前記触覚受容器による不覚領域に対応する周波数を持つ振動の両方を含む振動を、前記アクチュエータ部に発生させるような駆動信号を発生するように構成される
触覚提示装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の触覚提示装置であって、
前記信号発生部は、前記触覚受容器による触覚領域に対応する振幅を持つ振動、および、前記触覚受容器による不覚領域に対応する振幅を持つ振動の両方を含む振動を、前記アクチュエータ部に発生させるような駆動信号を発生するように構成される
触覚提示装置。
【請求項５】
請求項１に記載の触覚提示装置であって、
前記アクチュエータ部は、少なくとも第１の軸の方向に沿って前記可動体を動かす第１のアクチュエータを有する
触覚提示装置。
【請求項６】
請求項５に記載の触覚提示装置であって、
前記アクチュエータ部は、前記第１の軸とは異なる第２の軸の方向に沿って前記可動体を動かす第２のアクチュエータをさらに有し、
前記信号発生部は、前記第２のアクチュエータに前記駆動信号をさらに供給するように構成される
触覚提示装置。
【請求項７】
請求項６に記載の触覚提示装置であって、
前記信号発生部は、前記第１のアクチュエータに供給する駆動信号のピーク値のタイミングと、前記第２のアクチュエータにそれぞれ供給する駆動信号のピーク値のタイミングとを同期させるように構成される
触覚提示装置。
【請求項８】
請求項６に記載の触覚提示装置であって、
前記信号発生部は、前記第１のアクチュエータに供給する駆動信号のピーク値のタイミングと、前記第２のアクチュエータにそれぞれ供給する駆動信号のピーク値のタイミングとをずらすように構成される
触覚提示装置。
【請求項９】
請求項５から８のうちいずれか１項に記載の触覚提示装置であって、
前記アクチュエータ部は、前記第１の軸および第２の軸とは異なる第３の軸の方向に沿って前記可動体を動かす第３のアクチュエータをさらに有し、
前記信号発生部は、前記第３のアクチュエータに前記駆動信号をさらに供給するように構成される
触覚提示装置。
【請求項１０】
請求項１から９のうちいずれか１項に記載の触覚提示装置であって、
前記アクチュエータ部は、圧電デバイスを有し、前記可動体に触れる対象物の前記可動体上の位置を検出するタッチセンサとしてさらに機能する
触覚提示装置。
【請求項１１】
可動体と、
前記可動体に接続されたアクチュエータ部と、
異なる複数の振幅および異なる複数の周波数のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動を前記アクチュエータ部に発生させる駆動信号を受信する受信部と
を具備し、
前記受信部は、前記アクチュエータ部が、第１の振幅で第１の方向に沿って移動し、かつ、前記第１の振幅とは異なる第２の振幅で前記第１の方向の反対の第２の方向に沿って移動するような前記駆動信号を受信するように構成される
触覚提示装置。
【請求項１２】
異なる複数の振幅および異なる複数の周波数のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動を、触覚提示装置の可動体に接続されたアクチュエータ部に発生させる駆動信号を発生するように構成された信号発生部と、
前記発生した駆動信号を送信するように構成された送信部と
を具備し、
前記信号発生部は、前記アクチュエータ部が、第１の振幅で第１の方向に沿って移動し、かつ、前記第１の振幅とは異なる第２の振幅で前記第１の方向の反対の第２の方向に沿って移動するような前記駆動信号を発生するように構成される
信号発生装置。
【請求項１３】
可動体とこの可動体に触れる対象物との間の摩擦力に方向性を持たせるような振動を前記可動体に発生させるように、前記可動体に接続されたアクチュエータ部に駆動信号を供給するように構成され、
前記駆動信号は、前記アクチュエータ部が、第１の振幅で第１の方向に沿って移動し、かつ、前記第１の振幅とは異なる第２の振幅で前記第１の方向の反対の第２の方向に沿って移動するような駆動信号を含む
信号発生装置。
【請求項１４】
可動体と、
前記可動体に接続されたアクチュエータ部と、
前記可動体と前記可動体に触れる対象物との間の摩擦力の方向が可変に制御された振動を前記可動体に発生させるように、前記アクチュエータ部に駆動信号を供給するように構成された信号発生部と
を具備し、
前記信号発生部は、前記アクチュエータ部が、第１の振幅で第１の方向に沿って移動し、かつ、前記第１の振幅とは異なる第２の振幅で前記第１の方向の反対の第２の方向に沿って移動するような前記駆動信号を供給するように構成される
触覚提示装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の触覚提示装置であって、
前記信号発生部は、前記摩擦力の大きさがさらに可変に制御された振動を可動体に発生させるように、前記アクチュエータ部に駆動信号を供給するように構成される
触覚提示装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の触覚提示装置であって、
前記可動体に設けられたタッチセンサをさらに具備し、
前記信号発生部は、前記タッチセンサで検出された前記対象物の位置に応じて、前記摩擦力の方向が可変に制御されるための前記駆動信号を供給する
触覚提示装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の触覚提示装置であって、
前記可動体に設けられた表示パネルをさらに具備し、
前記信号発生部は、前記表示パネルに表示された画像が持つ高さのデータであって、前記対象物が触れる位置の高さデータに基づき、前記摩擦力の方向が可変に制御されるための前記駆動信号を供給する
触覚提示装置。
【請求項１８】
請求項１６に記載の触覚提示装置であって、
前記可動体に設けられた表示パネルをさらに具備し、
前記信号発生部は、前記表示パネルに表示されたキーボード画像が有する複数のキーのうち、対象物が触れる１つのキーの位置に基づき、前記摩擦力の方向が可変に制御されるための前記駆動信号を供給する
触覚提示装置。
【請求項１９】
請求項１４から１８のうちいずれか１項に記載の触覚提示装置であって、
前記信号発生部は、仮想の上りスロープ感を表すように前記対象物の動きに抗する摩擦力を発生する振動を前記可動体に発生させ、仮想の下りスロープ感を表すように前記対象物の動きに沿う力を発生する振動を前記可動体に発生させる
触覚提示装置。
【請求項２０】
可動体と、
前記可動体に接続されたアクチュエータ部と、
外部からの信号を受信するように構成された受信部と
を有する触覚提示装置と、
異なる複数の振幅および異なる複数の周波数のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動を前記アクチュエータ部に発生させる駆動信号を発生するように構成された信号発生部と、
前記発生した駆動信号を前記触覚提示装置に送信するように構成された送信部と
を有する信号発生装置と
を具備し、
前記信号発生装置の前記信号発生部は、前記アクチュエータ部が、第１の振幅で第１の方向に沿って移動し、かつ、前記第１の振幅とは異なる第２の振幅で前記第１の方向の反対の第２の方向に沿って移動するような前記駆動信号を発生するように構成される
触覚提示システム。
【請求項２１】
異なる複数の振幅および異なる複数の周波数のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動を、アクチュエータ部に発生させる駆動信号を、前記アクチュエータ部に供給するステップと、
前記供給された駆動信号に基づき、前記アクチュエータ部に接続された可動体を、前記アクチュエータ部により駆動するステップと
を含み、
前記駆動信号の供給ステップでは、前記アクチュエータ部が、第１の振幅で第１の方向に沿って移動し、かつ、前記第１の振幅とは異なる第２の振幅で前記第１の方向の反対の第２の方向に沿って移動するような前記駆動信号を供給する
触覚提示方法。
【請求項２２】
可動体と可動体に触れる対象物との間の摩擦力の方向が可変に制御された振動を前記可動体に発生させるように、前記可動体に接続されたアクチュエータ部に駆動信号を供給するステップと、
前記駆動信号が供給された前記アクチュエータ部により、前記可動体を駆動させるステップと
を含み、
前記駆動信号の供給ステップでは、前記アクチュエータ部が、第１の振幅で第１の方向に沿って移動し、かつ、前記第１の振幅とは異なる第２の振幅で前記第１の方向の反対の第２の方向に沿って移動するような前記駆動信号を供給する
触覚提示方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の触覚提示方法であって、
前記駆動信号の供給ステップでは、前記摩擦力の大きさがさらに可変に制御された振動を可動体に発生させるように、前記アクチュエータ部に駆動信号を供給する
触覚提示方法。
【請求項２４】
請求項２２または２３に記載の触覚提示方法であって、
さらに、前記可動体に設けられたタッチセンサ上での前記対象物の位置を検出し、
前記駆動信号の供給ステップでは、前記タッチセンサで検出された前記対象物の位置に応じて、前記摩擦力の方向が可変に制御されるための前記駆動信号が供給される
触覚提示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、触覚を提示することが可能な触覚提示装置、その信号発生装置、触覚提示システム、および触覚提示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、人の触覚を通じて人に情報を伝達する触覚フィードバック技術が提案されている。例えば特許文献１に記載のタッチスクリーン装置では、タッチスクリーンと使用者の指（入力手段）との接触時間と分離時間を制御することによって、使用者が微細形状などの表面質感を感じることができる。すなわち、この装置では、人が指をタッチスクリーンに接触している時間と接触していない時間とを調整することにより、タッチスクリーンと指の間の摩擦力が可変に制御される（例えば、特許文献１の明細書段落［００２８］、［００２９］参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2011-159280号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、人が、指の接触および非接触の時間を制御するためには、指を振動するタッチスクリーン上に精密に配置することが求められ、とても現実的とは言えない。特に、特許文献１の装置は、振動を発生する手段として圧電アクチュエータを用いる。この場合、その振動振幅はせいぜい数μm程度であり、そのような振幅で振動するタッチスクリーンの接触および非接触の時間を人が調整することは不可能である。
【０００５】
本技術の目的は、指の非接触時間を必要とすることなく、摩擦力による触覚を提示することができる触覚提示装置、信号発生装置、触覚提示システム、および触覚提示方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本技術に係る触覚提示装置は、可動体と、アクチュエータ部と、信号発生部とを具備する。
前記アクチュエータ部は、前記可動体に接続される。
前記信号発生部は、異なる複数の振幅および異なる複数の周波数のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動を前記アクチュエータ部に発生させる駆動信号を、前記アクチュエータ部に供給するように構成される。
このようなアクチュエータ部による振動で可動体が振動することにより、ユーザの身体（例えば指）と可動体との非接触時間を必要とすることなく、可動体と身体との間に摩擦力による触覚をユーザに提示することができる。
【０００７】
前記信号発生部は、前記アクチュエータ部が、第１の周波数で第１の方向に沿って移動し、かつ、前記第１の周波数と異なる第２の周波数で前記第１の方向の反対の第２の方向に沿って移動するような前記駆動信号を発生するように構成されてもよい。あるいは、前記信号発生部は、前記アクチュエータ部が、第１の振幅で第１の方向に沿って移動し、かつ、前記第１の振幅とは異なる第２の振幅で前記第１の方向の反対の第２の方向に沿って移動するような前記駆動信号を発生するように構成されてもよい。
これらの触覚提示装置によれば、第１の方向とその反対方向の第２の方向に応じて、可変に制御された摩擦力による触覚をユーザに提示することができる。
【０００８】
前記信号発生部は、触覚受容器の検知閾値に基づき求められた振幅および周波数を持つ振動を前記アクチュエータ部に発生させるような駆動信号を発生するように構成されてもよい。
触覚提示装置は、触覚受容器の検知閾値を設計値として採用することにより、触覚領域および不覚領域に対応する振幅や周波数を用いることができ、多彩な触覚をユーザに提示することができる。
【０００９】
前記信号発生部は、前記触覚受容器による触覚領域に対応する周波数を持つ振動、および、前記触覚受容器による不覚領域に対応する周波数を持つ振動の両方を含む振動を、前記アクチュエータ部に発生させるような駆動信号を発生するように構成されてもよい。あるいは、前記信号発生部は、前記触覚受容器による触覚領域に対応する振幅を持つ振動、および、前記触覚受容器による不覚領域に対応する振幅を持つ振動の両方を含む振動を、前記アクチュエータ部に発生させるような駆動信号を発生するように構成されてもよい。
【００１０】
前記アクチュエータ部は、少なくとも第１の軸の方向に沿って前記可動体を動かす第１のアクチュエータを有してもよい。
これにより、触覚提示装置は、その第１の軸の方向に沿う摩擦力による触覚をユーザに提示することができる。
【００１１】
前記アクチュエータ部は、前記第１の軸とは異なる第２の軸の方向に沿って前記可動体を動かす第２のアクチュエータをさらに有してもよい。そして、前記信号発生部は、前記第２のアクチュエータに前記駆動信号をさらに供給するように構成されてもよい。
これにより、触覚提示装置は、第１、第２の軸の両方に沿う摩擦力による触覚をユーザに提示することができる。
【００１２】
前記信号発生部は、前記第１のアクチュエータに供給する駆動信号のピーク値のタイミングと、前記第２のアクチュエータにそれぞれ供給する駆動信号のピーク値のタイミングとを同期させるように構成されてもよい。あるいは、前記信号発生部は、前記第１のアクチュエータに供給する駆動信号のピーク値のタイミングと、前記第２のアクチュエータにそれぞれ供給する駆動信号のピーク値のタイミングとをずらすように構成されてもよい。
これらの触覚提示装置によれば、摩擦力による多彩な触覚をユーザに提示することができる。
【００１３】
前記アクチュエータ部は、前記第１の軸および第２の軸とは異なる第３の軸の方向に沿って前記可動体を動かす第３のアクチュエータをさらに有してもよい。そして、前記信号発生部は、前記第３のアクチュエータに前記駆動信号をさらに供給するように構成されてもよい。
この場合、前記信号発生部は、前記第１のアクチュエータに供給する駆動信号のピーク値のタイミングと、前記第２のアクチュエータにそれぞれ供給する駆動信号のピーク値のタイミングと、前記第３のアクチュエータにそれぞれ供給する駆動信号のピーク値のタイミングとを同期させるように構成されてもよい。あるいは、前記信号発生部は、前記第１のアクチュエータに供給する駆動信号のピーク値のタイミングと、前記第２のアクチュエータにそれぞれ供給する駆動信号のピーク値のタイミングと、前記第３のアクチュエータにそれぞれ供給する駆動信号のピーク値のタイミングとをずらすように構成されてもよい。
これらの触覚提示装置によれば、摩擦力による多彩な触覚をユーザに提示することができる。
【００１４】
本技術に係る他の触覚提示装置は、上記可動体と、上記アクチュエータとを備え、さらに、異なる複数の振幅および異なる複数の周波数のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動を前記アクチュエータ部に発生させる駆動信号を受信する受信部を具備する。
【００１５】
本技術に係る他の触覚提示装置は、信号発生部と、送信部とを具備する。
前記信号発生部は、異なる複数の振幅および異なる複数の周波数のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動を、触覚提示装置の可動体に接続されたアクチュエータ部に発生させる駆動信号を発生するように構成される。
前記送信部は、前記発生した駆動信号を送信するように構成される。
【００１６】
本技術に係る他の信号発生装置は、可動体とこの可動体に触れる対象物との間の摩擦力に方向性を持たせるような振動を、前記可動体に接続されたアクチュエータ部に発生させる駆動信号を発生するように構成される。
【００１７】
本技術に係る他の触覚提示装置は、可動体と、アクチュエータ部と、信号発生部とを具備する。
前記アクチュエータ部は、前記可動体に接続される。
前記信号発生部は、前記可動体と前記可動体に触れる対象物との間の摩擦力の方向が可変に制御された振動を前記可動体に発生させるように、前記アクチュエータ部に駆動振動を供給するように構成される。
【００１８】
本技術に係る触覚提示システムは、触覚提示装置と、信号発生装置とを具備する。
前記触覚提示装置は、可動体と、アクチュエータ部と、受信部とを有する。前記アクチュエータ部は、前記可動体に接続される。前記受信部は、外部からの信号を受信するように構成される。
前記信号発生装置は、信号発生部と、送信部とを具備する。前記信号発生部は、異なる複数の振幅および異なる複数の周波数のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動を前記アクチュエータ部に発生させる駆動信号を発生するように構成される。
前記送信部は、前記発生した駆動信号を前記触覚提示装置に送信するように構成される。
これにより、例えば信号発生装置が駆動信号をクラウドを介して触覚提示装置に送信して、触覚提示装置がこれを受信することができる。
【００１９】
本技術に係る触覚提示方法は、異なる複数の振幅および異なる複数の周波数のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動を、アクチュエータ部に発生させる駆動信号を、前記アクチュエータ部に供給することを含む。
前記供給された駆動信号に基づき、前記アクチュエータ部に接続された可動体が、前記アクチュエータ部により駆動される。
【００２０】
本技術に係る触覚提示方法は、可動体と可動体に触れる対象物との間の摩擦力の方向が可変に制御された振動を前記可動体に発生させるように、前記可動体に接続されたアクチュエータ部に駆動信号を供給することを含む。
前記駆動信号が供給された前記アクチュエータ部により、前記可動体が駆動される。
【発明の効果】
【００２１】
以上、本技術によれば、指の非接触時間を必要とすることなく、摩擦力による触覚を提示することができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１Ａは、第１の実施形態に係る触覚提示装置の例を示す斜視図である。図１Ｂは、タッチパネルおよびこれに接続されたアクチュエータ部を示す斜視図である。
【図２】図２は、アクチュエータの構成の例を示す斜視図である。
【図３】図３は、信号発生部を含む、主に触覚提示装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、振動に対する人の触覚受容器の検知閾値を示すグラフである。
【図５】図５は、触覚受容器に基づき求められた振幅および周波数域を持つ振動波形の例を示す表である。
【図６】図６Ａ、Ｂは、図５の表の例１に対応する振動波形を示す。
【図７】図７Ａ、Ｂは、上記例１に対応する振動波形の他の例である。
【図８】図８Ａ、Ｂは、摩擦力や指先の力覚の発生方向等を模式的に示す。
【図９】図９は、放物線の振動波形の例を示す（加速度方向性無し）。
【図１０】図１０は、放物線の振動波形の例を示す（力覚小）。
【図１１】図１１は、放物線の振動波形の例を示す（力覚大）。
【図１２】図１２Ａ、Ｂは、摩擦力や指先の力覚の発生方向等を模式的に示す。
【図１３】図１３Ａは、第２の実施形態に係る触覚提示装置を示す斜視図である。図１３Ｂは、そのタッチパネルおよびこれに接続されたアクチュエータ部を示す斜視図である。
【図１４】図１４Ａ〜Ｄは、ＸアクチュエータおよびＺアクチュエータの２軸方向の振動を組み合わせた振動波形および振動方向を示す（ピーク値の同期）。
【図１５】図１５Ａ、Ｂは、図１４Ａ〜Ｄの振動波形を用いた場合に、ユーザのタッチパネル上の指なぞりによって、摩擦力が増減する状態を模式的に示す。
【図１６】図１６Ａ、Ｂは、ＸアクチュエータおよびＺアクチュエータの２軸方向の振動を組み合わせた振動波形および振動方向を示す（ピーク値の非同期）。
【図１７】図１７Ａ、Ｂは、他の実施形態に係るアクチュエータ部を示す。
【図１８】図１８Ａ〜Ｄは、さらに別の形態に係るアクチュエータ部を示す。
【図１９】図１９は、アクチュエータ部の他の動作例を示す。
【図２０】図２０は、触覚提示システムの構成を示す（触覚提示装置への送信と受信）。
【図２１】図２１は、触覚提示装置の他の応用例（応用例１）を説明するための図である。
【図２２】図２２は、触覚提示装置の応用例２を説明するための図である。
【図２３】図２３は、触覚提示装置の応用例３を説明するための図である。
【図２４】図２４Ａ〜Ｃは、応用例３において、キーボード上の指の位置とそれらに応じた触覚を提示するための高さ波形をそれぞれ示す。
【図２５】図２５Ａ、Ｂは、触覚提示装置の応用例３を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら、本技術の実施形態を説明する。
【００２４】
１．第１の実施形態
【００２５】
１）触覚提示装置の構成
１−１）全体構成
図１Ａは、第１の実施形態に係る触覚提示装置１００の例を示す斜視図である。
【００２６】
この触覚提示装置１００は、例えば可動体としてのタッチパネル（タッチセンサ）１０と、このタッチパネル１０に接続されたアクチュエータ部３０とを備える。タッチパネル１０は、例えば表示パネルと一体として構成されていてもよい。なお、タッチパネル１０と表示パネルとが一体となったパネルを、以下ではパネルユニットという場合がある。また、触覚提示装置１００は、後述するようにアクチュエータ部３０に駆動信号を供給する信号発生部（信号発生装置）６０を備える。なお、アクチュエータ部３０は、筐体やフレーム等の支持体２０に支持されている。
【００２７】
触覚提示装置１００として、携帯電話機やタブレット等、携帯型デバイスが典型例として挙げられる。
【００２８】
１−２）アクチュエータ部
図１Ｂは、タッチパネル１０およびこれに接続されたアクチュエータ部３０を示す斜視図である。
【００２９】
アクチュエータ部３０は、複数のＸアクチュエータ３５Ｘおよび複数のＹアクチュエータ３５Ｙを含む。これらＸアクチュエータ３５Ｘ、Ｙアクチュエータ３５Ｙは、それぞれ同様の構成を有する。したがって、以降の説明では、Ｘアクチュエータ３５Ｘ、Ｙアクチュエータ３５Ｙのうち任意の１つを指すときは、単に「アクチュエータ」と言う。後述する、Ｚアクチュエータについても同様である。
【００３０】
図２は、アクチュエータ３５の構成の例を示す斜視図である。この例に係るアクチュエータ３５は、例えば圧電デバイスである。アクチュエータ３５は、例えば板状の圧電要素３１と、この圧電要素３１に固定された接続部３２、３３とを有する。接続部３２は、例えば圧電要素３１の両端部に設けられ、支持体２０に固定される（図１Ａ参照）。接続部３３は、例えば圧電要素３１の中央部に設けられ、タッチパネル１０に接続される。圧電要素３１には、図示しないが電気信号の入力端子が設けられ、後述する駆動信号が入力される。これによりアクチュエータ３５は、接続部３２、３２を節とし、接続部３３を腹として、図中上下に振動することが可能となっている。
【００３１】
なお、上記アクチュエータ３５の構成はあくまでも一例であり、圧電要素３１を利用する様々な形状、サイズ、構造のデバイスが適用され得る。
【００３２】
図１Ｂに示すように、アクチュエータ３５（の接続部３３）は、矩形のタッチパネル１０の４辺にそれぞれ接続されている。例えば１辺に接続されるアクチュエータ３５数は２つとされる。以降では、説明の便宜上、図においてタッチパネル１０の短辺に沿う軸をＸ軸とし、長辺に沿う軸を、Ｘ軸に直交するＹ軸とする。
【００３３】
このように構成された触覚提示装置１００は、筐体内で、ＸおよびＹ軸の両方の軸方向、すなわちＸ−Ｙ平面である２次元内の任意の方向にタッチパネル１０を振動させることができる。
【００３４】
１−３）信号発生部
図３は、上述した信号発生部６０を含む、主に触覚提示装置１００の電気的構成を示すブロック図である。
【００３５】
触覚提示装置１００は、制御部５０、信号発生部６０を有する。制御部５０は、例えばタッチパネル１０から入力されたユーザの操作情報に基づき、信号発生部６０に制御信号を送るように構成される。制御部５０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等のハードウェアを備え、ＲＯＭに必要なソフトウェアを格納する。制御部５０は、ＣＰＵの代わりにＰＬＤ(Programmable Logic Device)を有していてもよい。
【００３６】
信号発生部６０は、Ｘドライバ６０ＸおよびＹドライバ６０Ｙを有する。Ｘドライバ６０Ｘは、各Ｘアクチュエータ３５Ｘを同期して駆動する（振動させる）ための駆動信号を、Ｘアクチュエータ３５Ｘに供給する。Ｙドライバ６０Ｙは、Ｙアクチュエータ３５Ｙを同期して駆動する（振動させる）ための駆動信号を、Ｙアクチュエータ３５Ｙに供給する。このような信号発生部６０の構成により、制御部５０からの制御信号に応じて駆動信号をアクチュエータ部３０に供給し、Ｘ−Ｙ平面内の任意の方向にタッチパネル１０を振動させることができる。
【００３７】
制御部５０が受けるユーザの操作情報とは、例えば、タッチパネル１０上での、ユーザの身体等の対象物（例えば指）の接触位置の情報である。ユーザが指をタッチパネル１０上で動かすと、制御部５０は、その接触位置のデータを次々と受けることにより、随時その接触位置の動きの方向を検出することができる。制御部５０は、その動きの方向に基づいて制御信号を出力することで、信号発生器を介してアクチュエータ３５を駆動することができる。
【００３８】
このようにアクチュエータ３５として圧電デバイスが用いられることにより、例えば偏心モータやリニアモータ等を利用するデバイスに比べ、アクチュエータ部３０による応答速度を高めることができる。圧電デバイスの応答速度は、5ms以下の応答速度を実現することができる。
【００３９】
２）振動波形
２−１）触覚受容器の検知閾値
図４は、例えば振動に対する人の複数タイプの触覚受容器の検知閾値を示すグラフである。横軸が周波数（Hz）、縦軸（μm）が振幅である。人の触覚受容器として、例えばSA I、FA I、FA II等の複数のタイプがある。すなわち、触覚受容器のタイプごとに、人が検知できる、または検知できない振幅域および周波数域が存在することが一般的に知られている。
【００４０】
これらの各タイプの閾値の包絡線ａ（破線で示す）を、ここでは検知閾値とする。この包絡線以上の領域が、人が検知可能な領域、つまり触覚領域である。また、包絡線ａに満たない領域（包絡線ａより下の領域）が、人が検知できない領域、つまり不覚領域である。本技術は、例えばこのような触覚受容器の検知閾値を応用することにより、多彩な触覚をユーザに提示することができる。
【００４１】
具体的には、この触覚提示装置１００は、主たる形態として、不覚〜触覚の振幅域または不覚〜触覚の周波数域を振動の一周期内に共存させる特殊な振動波形を生成し、タッチパネル１０と指との間の摩擦力を発生するものである。
【００４２】
２−２）振動波形の例
図５は、この触覚受容器に基づき求められた振幅および周波数域を持つ振動波形の例を示す表である。これらの例１〜４は、２種類の振動の波形１および２が一周期内に含まれることをそれぞれ示す。図５に示された周波数f0,f1,f2、振幅A,B,Cは、図４に示した触覚受容器の検知閾値を示すグラフ内に示されたものに対応する。以下、表の内容を記載する。
【００４３】
［例１］：
波形１（触覚領域）：振幅A、周波数f1<f<f2
波形２（不覚領域）：振幅A、周波数f<f1、もしくはf2<f
［例２］：
波形１（触覚領域）：振幅B、周波数f0<f
波形２（不覚領域）：振幅B、周波数f<f0
［例３］：
波形１（触覚領域）：振幅A、周波数f1<f<f2
波形２（不覚領域）：振幅C、周波数f1<f<f2
［例４］：
波形１（触覚領域）：振幅A、周波数f1<f<f2
波形２（不覚領域）：振幅C、周波数f<f1
【００４４】
つまり、これらの振動は、異なる複数の振幅（第１の振幅、第２の振幅）および異なる複数の周波数（第１の周波数、第２の周波数）のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動である。
【００４５】
本技術は、振動の一周期内で、上述の触覚領域および不覚領域の振動を共存させればよく、周波数と振幅の組合せは限定されない。
【００４６】
触覚受容器の検知閾値にしたがうならば、例えば、高めの100Hz〜200Hzの周波数域を使用することで、小さい振幅域（例えばA）を使用しても、人に十分に感じられる効果的な摩擦力を発生させることができる。
【００４７】
２−２−１）［例１］に係る振動波形を用いる形態
図６Ａ、Ｂは、上記例１に対応する振動波形を示す。縦軸（振幅）および横軸（時間）の値はノーマライズされている。図６Ａは、波形２について周波数f<f1に対応し、図６Ｂは、波形２について周波数f2<fに対応する。一例として、例えば、A≒5um、波形１としてf≒200Hzと設定することができる。各波形１、２のうち、実線部分でそれぞれ合成され、「合成波形」に示すような振動波形が得られる。
【００４８】
信号発生部６０は、このような振動でアクチュエータ部３０（およびタッチパネル１０）を振動させるように、駆動信号をアクチュエータ部３０に供給する。信号発生部６０から出力される電気信号の波形は、実質的には図６Ａ、Ｂの合成波形と同様の波形となる。この場合、振動振幅と電圧が対応する。ここでは、説明の簡単のため、Ｘアクチュエータ３５ＸおよびＹアクチュエータ３５Ｙのうちいずれか１軸方向のみの振動波形について述べる。これらのことは、図７Ａ、Ｂの波形についても同様である。
【００４９】
図６Ａ、Ｂの振動波形の説明に戻る。波形１について、また、波形２について、実線部分と破線部分とを分離する基準として、例えば１軸方向の振動の往路と復路を基準としている。すなわち波形１の実線部分が往路（グラフが正方向へ大きくなる方向）、波形２の実線部分が復路（グラフが負方向へ大きくなる方向）として設定される。
【００５０】
図６Ａ、Ｂの各合成波形において、摩擦力の大小は、タッチパネル１０上の指の動きの方向に応じて異なる。ここでは、ユーザは上述のように往路方向の振動振幅を感じるため、往路方向とは逆方向（すなわち復路方向）にユーザが指を動かすときに、それが（比較的大きい）摩擦力として現れる。逆に往路方向にユーザが指を動かす場合、摩擦力は小となる。このときの摩擦力や指先の力覚の発生方向等を図８Ａに模式的に示した。白矢印は力覚の方向、すなわち摩擦力の方向性が提示される。ユーザは、摩擦力大の感覚として、仮想的に、ザラザラ感を感じ、摩擦力小の感覚として、ツルツル感を感じる。また、振動波形によっては、摩擦力を大きくまたは小さくして、仮想の上りスロープ感や下りスロープ感の提示も可能である。
【００５１】
図７Ａ、Ｂは、上記例１に対応する振動波形の他の例である。図７ＡおよびＢは、図６Ａ、Ｂに対して、往路および復路での摩擦力の大小が逆になっている。すなわち、往路で波形２の不覚領域の振動波形が用いられ、復路で波形１の触覚領域の振動波形が用いられる（図８Ｂ参照）。
【００５２】
制御部５０は、上記のようにタッチパネル１０上のユーザの指の位置を検出できるので、その動きの方向を検出できる。したがって、制御部５０は、検出した方向に基づいて適応的に駆動信号を切り替えることにより、その指の動きの方向に応じて可変に制御された摩擦力をユーザに提示することができる。
【００５３】
また、本実施形態に係るアクチュエータ部３０は、Ｘアクチュエータ３５ＸおよびＹアクチュエータ３５Ｙを有する。したがって、Ｘドライバ６０ＸおよびＹドライバ６０Ｙが協働してそれぞれの駆動信号を発生することにより、Ｘ−Ｙ平面の任意の方向における指の動きに応じて、可変に制御された摩擦力をユーザに提示することができる。
【００５４】
以上では、例１に係る振動波形のみについて説明したが、触覚提示装置１００は、もちろん例２〜４に係る振動波形（＝駆動信号）を適宜用いて、多彩な摩擦力をユーザに提示することができる。
【００５５】
２−２−２）放物線の振動波形を用いる形態
次の技術は、上記のように図５に示したように触覚受容器の検知閾値を利用するだけでなく、放物線（サイン波ではなく）の振動波形を用いてさらに明確な力覚を提示しようとするものである。図９、１０、１１は、放物線の振動波形の例をそれぞれ示す。波形の半周期分が放物線となっている。横軸が時間であり、縦軸が振幅（左側）、速度（右側）である。それぞれの値はノーマライズされている。
【００５６】
これらの振動波形においては、加速度の極性（正または負）が切り替わる時間を半周期として定義する。図９に示した波形は、振幅の正負に対して同一周期（例えば約200Hz）を有し、振動波形の二階微分値である加速度は、正負に同一値で振動しており、力覚の方向感は提示されない。
【００５７】
図１０は、半周期ごとに異なる周波数を含む振動波形を示す。それらの周波数は、100Hzと50Hzである。ここで、上記図６、７に示した振動波形の例は、振動の往路と復路とでその周波数が異なっていた。しかし、この図１０（図１１も同様）に示す振動波形は、上記のように、加速度の極性が切り替わる時間である半周期ごとに、異なる周波数を有する。このような振動波形では、振動波形の二階微分値である加速度は正負で同一値とならず、加速度絶対値の大きい側に力覚が発生し、その方向感、すなわち摩擦力の方向性が提示されることとなる。
【００５８】
図１１は、半周期ごとに異なる周波数を含む振動波形を示す。それらの周波数は、200Hzと50Hzである。この場合も、振動波形の二階微分値である加速度は正負で同一値とならず、加速度絶対値の大きい側に力覚が発生し、図１０に示した加速度差よりもさらに大きな加速度差が発生し、より強い力覚の方向感、すなわち摩擦の方向性が提示されることとなる。
【００５９】
このように、触覚受容器の検知閾値を適用して、振動の一周期内で不覚〜触覚の周波数域を共存させる事に加え、より強い力覚をユーザに提示することが可能となる。また、このように強い力覚をユーザに提示することができる結果、図８Ａ、Ｂに示したように、摩擦力の違いによってザラザラ感やツルツル感を与えるだけでなく、スロープ感をユーザに与えることもできる。例えば、指の動きに抵抗する方向に加速度が働く場合、図１２Ａに示すように、それは仮想的な上りスロープ感をユーザに提示する。それとは逆に、指の動きに沿う方向に加速度が働く場合、図１２Ｂに示すように、それは仮想的な下りスロープ感をユーザに提示する。
【００６０】
図１０、１１に示した振動は、一周期内において、加速度の極性が切り替わる時間を半周期ごとに異なる複数の（２つの）周波数を含み、かつ、異なる複数の（２つの）振幅を含む振動であるとも言える。これらの振動は、図５の表の例４に相当する振動である。
【００６１】
このように放物線の振動波形を用いる形態においても、触覚提示装置１００は、Ｘドライバ６０ＸおよびＹドライバ６０Ｙが協働してそれぞれの駆動信号を発生することにより、Ｘ−Ｙ平面の任意の方向における指の動きに応じて、可変に制御された摩擦力をユーザに提示することができる。
【００６２】
３）まとめ
以上、この第１の実施形態に係る触覚提示装置１００は、触覚受容器の検知閾値を利用し、異なる複数の振幅および異なる複数の振幅のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動をアクチュエータ部３０に発生させる。したがって、従来のように指をタッチパネル１０上に精密に配置したり、指とタッチパネル１０との非接触時間を必要とすることなく、多彩な摩擦力による触覚をユーザに提示することができる。
【００６３】
２．第２の実施形態
【００６４】
次に、本技術の第２の実施形態に係る触覚提示装置２００について説明する。これ以降の説明では、上記第１の実施形態に係る触覚提示装置１００が含む部材や機能等について実質的に同様の要素については同一の符号を付し、その説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。
【００６５】
１）Ｚアクチュエータを含む触覚提示装置の構成
図１３Ａは、第２の実施形態に係る触覚提示装置２００を示す斜視図である。図１３Ｂは、そのタッチパネル１０およびこれに接続されたアクチュエータ部１３０を示す斜視図である。この触覚提示装置２００のアクチュエータ部１３０は、Ｘアクチュエータ３５Ｘ、Ｙアクチュエータ３５Ｙに加え、Ｚアクチュエータ３５Ｚを有する。例えばこれら４つのＺアクチュエータ３５Ｚは、タッチパネル１０（またはパネルユニット）の裏面側に接続されており、Ｚ軸に沿った方向にタッチパネル１０を振動させることが可能に構成される。したがって、この触覚提示装置２００は、タッチパネル１０を３次元内の任意の方向に振動させることができる。
【００６６】
触覚提示装置２００の信号発生部は、上述のＸドライバ６０Ｘ、Ｙドライバ６０Ｙに加え、図示しないが、それらＺアクチュエータ３５Ｚを同期して駆動するＺドライバを有する。
２）振動波形の例（同期）
【００６７】
図１４Ａ〜Ｄは、Ｘアクチュエータ３５Ｘ（Ｙアクチュエータ３５Ｙでもよい）、およびＺアクチュエータ３５Ｚの２軸方向の振動を組み合わせた振動波形および振動方向を示す。Ｘアクチュエータ３５Ｘ、Ｚアクチュエータ３５Ｚは、これらのように、正または負のピーク値の位相が一致する振動波形を形成する。ピーク値の位相が一致する互いの振動を、ここでは「同期」した振動とする。これら振動波形の、正負、乗算の組み合わせにより、２軸内で任意の方向の任意の摩擦力が提示される。
【００６８】
図１４Ａ〜Ｄにおいて、下図のリサージュ図は、上図のＸアクチュエータ３５Ｘの振動波形（以下、単に「Ｘ波形」という。）と、中央の図のＺアクチュエータ３５Ｚの振動波形（以下、単に「Ｚ波形」という。）とを合成した振動である。
【００６９】
図１４Ａでは、Ｘ波形とＺ波形の振幅（ピーク値1）の振動波形で、それぞれの正のピーク値(+1)の位相が一致し、それぞれの負のピーク値(-1)の位相が一致している。この場合、リサージュ図に示すように、振動は、図中、右上左下の方向の振動となり、右上方向で触覚（200Hz）、左下方向で不覚（50Hz）となる。
【００７０】
図１４Ｂでは、Ｘ波形の正のピーク値(+1)と、Ｚ波形の負のピーク値(-1)の位相が一致している。リサージュ図に示すように、振動は、図中、左上右下の方向の振動であり、右下方向で触覚（200Hz）、左上方向で不覚（50Hz）となる。
【００７１】
図１４Ｃでは、Ｘ波形の負のピーク値(-1)と、Ｚ波形の正のピーク値(+1)の位相が一致している。リサージュ図に示すように、振動は、図中、左上右下の方向の振動であり、左上方向で触覚（200Hz）、右下方向で不覚（50Hz）となる。
【００７２】
図１４Ｄでは、それぞれの負のピーク値(-1)の位相が一致し、それぞれの正のピーク値(+1)の位相が一致している。リサージュ図に示すように、振動は、図中、右上左下の方向の振動であり、左下方向で触覚（200Hz）、右上方向で不覚（50Hz）となる。
【００７３】
これらのように、振動振幅の正負、そして振幅の乗算により、Ｘ−Ｚ平面内の任意の方向において摩擦力に方向性を持たせることが可能となる。すなわち、ユーザの指に対して垂直抗力の増減を付加することが可能となる。
【００７４】
図１５Ａ、Ｂは、図１４Ａ〜Ｄの振動波形を用いた場合に、ユーザのタッチパネル１０上の指なぞりによって、摩擦力が増減する状態を模式的に示す。図１５Ａは、摩擦力が増える（大きい）状態を示し、図１５Ｂは、摩擦力が減る（小さい）状態を示す。この場合、Ｘ−Ｙ平面の摩擦係数をμ、垂直抗力の変化量をΔNとした場合に、摩擦力の増加（+μΔN）、摩擦力の減少（-μΔN）が同期して発生する。
【００７５】
このように、Ｚアクチュエータ３５Ｚの振動を用いることにより、図９〜１１に示した放物線の振動波形を用いる場合よりも、Ｘ−Ｙ平面でさらに強い力覚としての摩擦力差、つまり方向性を持つ摩擦力をユーザに提示することができる。これにより、Ｘ−Ｙ平面内で、例えば仮想的な上りスロープ感および下りスロープ感がさらに明確にユーザに提示される。
【００７６】
３）振動波形の例（非同期）
次に、Ｘ波形とＺ波形とが非同期の振動の例について述べる。ここでの非同期とは、Ｘ波形とＺ波形のそれぞれのピーク値が不一致の状態を意味する。
【００７７】
図１６Ａでは、Ｘ波形の振幅、Ｚ波形の振幅がともに1であり、それぞれの波形の位相が90degずれている。下部のリサージュ図に示すように、Ｘ−Ｚ平面内で振動方向が直線性を持たず、三角形に近い形となる。
【００７８】
図１６Ｂでは、Ｘ波形の振幅、Ｚ波形の振幅がともに1であり、それぞれの波形の位相が180degずれている。リサージュ図に示すように、Ｘ−Ｚ面内で振動方向が直線性を持たず、８の字に近い形となる。
【００７９】
これらの場合は、摩擦力提示の方向性がより複雑となり、必要に応じて多彩な触覚をユーザに提示することができる。
【００８０】
３．第３の実施形態
【００８１】
以上の第１、２の実施形態では、指なぞり動作に伴い、摩擦力を増加させた際に仮想の上りスロープを提示し、摩擦力を減少させた際に仮想の下りスロープを提示することで、平面上の指なぞり動作にも関わらず凹凸等の立体形状の触覚を提示できることを述べた。ここで、スロープの強弱（スロープの傾き）は、（ａ）振動振幅を徐々に変えること、または、（ｂ）振動発生のインターバルを調整することにより実現可能である。
【００８２】
上記（ａ）について、振動振幅の一定である場合、エッジ感を提示することになり、より強いスロープ感が得られる。これに対し、徐々に振動振幅を大きくすることで滑らかな上りスロープ、逆に、徐々に振動振幅を小さくすることで滑らかな下りスロープが提示される。
【００８３】
上記（ｂ）について、振動と振動の間に時間的なインターバルが長いほど、スロープを弱く（傾きを小さく）することが可能となる。
【００８４】
４．アクチュエータ部の他の実施形態
上記実施形態では、タッチパネル１０の一辺に接続されるアクチュエータ数は２つであった。しかし、それは１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。図１７Ａは、例えば一辺に１つのアクチュエータ３５が設けられた形態を示す。図１７Ｂは、例えばＸ軸に沿う辺に３つ、Ｙ軸に沿う辺に４つのアクチュエータ３５が設けられた形態を示す。これらのように、辺の長さ、またはタッチパネル１０（またはパネルユニット）の重量に応じて、接続されるアクチュエータ数を適宜変更してもよい。また、それらに応じてアクチュエータ３５の配置も適宜変更可能である。タッチパネルが持つ固有の共振振動を利用する場合は、タッチパネルの重量が増加しても振動発生デバイスの数量は少なくてもよい。
【００８５】
図１８Ａ〜Ｄに係るアクチュエータ部は、タッチパネル１０の対向する辺で、少なくもアクチュエータ３５と弾性部材３７とを少なくとも対として有する。これらアクチュエータ３５および弾性部材３７は、タッチパネル１０（またはパネルユニット）を振動可能に保持し、アクチュエータ３５の振動に応じて弾性部材３７が弾性変形する。弾性部材３７は、例えばゴムやバネである。
【００８６】
図１８Ａに示す例では、最小構成のアクチュエータ３５と弾性部材３７を有する。すなわち、対向する一対の辺にアクチュエータ３５および弾性部材３７が１つずつ設けられている。
【００８７】
図１８Ｂに示す例では、一辺に複数（例えば２つ）のアクチュエータ３５、それに対向する辺に１つの弾性部材３７が設けられている。
【００８８】
図１８Ｃに示す例では、一辺に１つのアクチュエータ３５、それに対向する辺に複数（例えば２つ）の弾性部材３７が設けられている。
【００８９】
図１８Ｄに示す例では、各辺に複数のアクチュエータ３５および複数の弾性部材３７が設けられている。
【００９０】
これらのように、アクチュエータ３５および弾性部材３７の配置、大きさ、個数等は限定されない。タッチパネル１０を可動させるのに必要な周波数および振動振幅を発生することができれば、それらはどのような配置、大きさ、個数であってもよい。
【００９１】
以上の説明では、タッチパネル１０の並進移動の振動について説明した。しかし、例えば図１９に示すように、触覚提示装置１００は、一辺に設けられる複数のうちアクチュエータ３５のうち、１つ以上のアクチュエータ３５を選択的に駆動することにより、回転方向の振動も発生することが可能である。これにより、より多彩な触覚を提示することができる。
【００９２】
５．本技術の振動波形の検出方法（検証方法）
【００９３】
以上説明した本技術における特殊な振動波形は、外部からレーザー変位計、加速度計等を用いた測定により、検出、検証され得る。変位と加速度は二階微分と二階積分の関係であり、相互の測定値から、外部から振動波形を検出可能である。
【００９４】
６．他の種々の実施形態
【００９５】
本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。
【００９６】
上記の説明では、本技術がタッチパネルを備えるデバイスに適用される形態を示したが、これに限定されず、人と物とのあらゆるインターフェースに適用され得る。そのインターフェースとなる可動体を支持する支持体（筐体やフレーム）を人が触った時に、ある時はザラザラした触り心地を提示し、またある時はツルツルした触り心地を提示したり、その支持体そのものに仮想のテクスチャを持たせることも可能である。また、可動体の表面が平面に限られず、曲面であってもよい。
【００９７】
これらインターフェースは人と物に一対一で対応することに加え、一対多、多対多の関係にも発展可能である。ある人が体感している触覚を与える振動波形をクラウド（インターネット等のネットワーク）経由で、一人に伝送、または多人数に同時に伝送することが考えられる。アーティストの息づかい、鼓動等を観客に伝送し、より臨場感を高めるなどの使い方が想定される。
【００９８】
図２０は、そのような触覚提示システムの構成を示す。信号発生装置２５０が、上記した信号発生部を持ち、信号発生部の駆動信号をクラウド３００経由で送信し（送信部）、アクチュエータ部３０または１３０を持つ機器１２０は、これを受信して（受信部）、アクチュエータ部３０または１３０を駆動する。本技術によれば、このような触覚提示システムも提供可能である。
【００９９】
アクチュエータ３５は、圧電デバイスに限られず、ボイスコイル等のリニアモータ、偏心軸を回転させて振動を得る偏心モータ等を用いたデバイスであってもよい。
【０１００】
上記各実施形態では、触覚受容器の検知閾値を利用したが、本技術の範囲は、これを利用しない形態も含む。
【０１０１】
上記各実施形態に係る触覚提示装置１００、２００が発生する振動は、２つの振幅および２つの周波数のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動であった。しかし、触覚提示装置は、一周期内に３つ以上の振幅および３つ以上の周波数のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動を発生してもよい。
【０１０２】
上記各実施形態では、アクチュエータ部３０または１３０は、互いに直交する２軸または互いに直交する３軸に沿う方向に振動可能なアクチュエータを備えていた。しかし、少なくとも２軸間の角度が直角以外の角度に設定されてもよい。
【０１０３】
７．アクチュエータ部による対象物の位置検出
【０１０４】
アクチュエータ部は、圧電デバイスを利用しているので、これを加速度センサ、つまり力センサとして用いることも可能である。すなわち、アクチュエータ部が取り付けられた表示パネルは、タッチセンサとしても機能する。圧電センサは、一般には、μs単位で逐次検出値を出力可能である。したがって、圧電デバイスは、表示パネルの駆動と、タッチパネル（タッチセンサ）１０上の指の位置の検出とを、μs単位の速さで切り替えることができる。すなわち、ユーザにとっては、触覚提示装置がその両者を同時に実現しているように認識される。
【０１０５】
アクチュエータ部の圧電デバイスにより指の位置を検出する場合、図１３Ａ、Ｂに示した、複数のＺアクチュエータ３５Ｚが必要になる。タッチパネル上の１次元上のみの位置の接触検出する場合、少なくとも２つのＺアクチュエータ３５Ｚが必要になる。タッチパネルの画面全体、すなわち２次元上の接触位置を検出する場合は、一直線上にない少なくとも３つのＺアクチュエータ３５Ｚが必要になる。
【０１０６】
例えば、これら複数のＺアクチュエータ３５Ｚの各出力値の比と、タッチパネル上での指の位置情報とを関連付けるルックアップテーブルを、触覚提示装置が有していればよい。これにより、制御部（例えば図３で示した制御部５０）は、ルックアップテーブルを参照することで、指の位置を検出できる。
【０１０７】
例えばこのようなタッチセンサ上に図示しない表示パネルが搭載される。典型的には、表示パネルの直下にアクチュエータ部を取り付けることができるので、例えば従来のように静電タッチセンサパネル等を表示パネル上に設ける必要がない。したがって、従来の静電タッチセンサパネルを有する表示デバイスに比べ、表示パネルが発生する光の透過率が向上する。したがって、従来と比べ表示パネルの同じ照度を維持する場合、消費電力を下げることができる。
【０１０８】
８．触覚提示装置の他の応用例
【０１０９】
（応用例１）
図２１は、触覚提示装置の他の応用例（応用例１）を説明するための図である。例えばアプリケーションソフトウェア（以下、単にアプリケーションという）として、触覚提示装置は、地図アプリケーションを備えている。地図アプリケーションは、例えばサーバから標高データ（高さデータ）を取得可能に構成されている。この触覚提示装置の信号発生部は、タッチパネル１０（および表示パネル）上で、ユーザの指Ｐの移動に応じて、摩擦力の大きさおよびその方向が可変に制御された振動を、タッチパネル１０（およびこれと一体となった表示パネル）に発生させるように、アクチュエータ部３０または１３０に駆動信号を供給する。
【０１１０】
具体的には、触覚提示装置の制御部（例えば図３で示した制御部５０）は以下のように動作する。まず、制御部は、図示しない表示パネルに地図を表示画面Ｓ１として表示する。また、制御部は、表示画面Ｓ１内の地図領域の標高データ（例えば等高線６１の高さデータ）を取得する。この標高データは、地図の位置データに対応している。
【０１１１】
信号発生部は、制御部による制御にしたがって、タッチパネル１０によって検出されるユーザの指Ｐの位置に対応する地図上の位置の標高データに基づき、駆動信号をアクチュエータ部に供給する。これにより、その駆動信号によってタッチパネル１０（および表示パネル）が振動し、指Ｐの位置に応じて、少なくとも方向が異なる（指Ｐの移動に応じて摩擦力の方向が変化する）摩擦力が発生する。摩擦力の変化は標高データに対応している。したがって、触覚提示装置は、タッチパネル１０上の指Ｐの位置にしたがって、等高線の起伏に対応する仮想の上りスロープ感および仮想の下りスロープ感、すなわち凹凸感をユーザに提示することができる。
【０１１２】
また、信号発生部は、指Ｐがタッチパネル上を動く速度に応じて、その摩擦力の大きさが変化するような振動をタッチパネルに発生させるように、駆動信号を供給してもよい。たとえば、その指の動きの速度が速いほど摩擦力の大きさが大きくなるようにすることができる。
【０１１３】
（応用例２）
図２２は、触覚提示装置の応用例２を説明するための図である。応用例２では、触覚提示装置は、表示パネルの表示画面Ｓ２内のボタン画像７０の位置に応じて凹凸感を提示する。
【０１１４】
触覚提示装置の制御部は、図２２の下に示すように、ボタン画像７０の高さデータとして輪郭形状データを取得する。この輪郭形状データは、触覚提示装置が、この表示画面Ｓ２の画像データとともに予め備えているデータでもよいし、例えば表示画面Ｓ２がブラウザ上の画面である場合、サーバから、テキストおよび画像データを含むコンテンツデータとともに取得されるデータであってもよい。
【０１１５】
信号発生部は、上記応用例１と同様の方法によって、表示画面Ｓ２内のボタン画像７０上のユーザの指Ｐの位置、具体的にはボタンの輪郭形状データに応じた、仮想の、上りスロープおよび下りスロープ感をユーザに提示するため、摩擦力が可変に制御された振動をタッチパネルに発生させるように、駆動信号を供給する。なお、上述したように、アクチュエータ部がタッチセンサとして利用されることにより、制御部は、ユーザがボタン画像７０が押したか否かの操作を判別することができる。
【０１１６】
この応用例２においては、触覚提示装置は、表示パネルにボタン画像７０を含む表示画面Ｓ２を表示しなくてもよく、この場合、ユーザはブラインド入力を行うことも可能である。この場合、例えば視覚障害者が、この触覚提示装置を用いて、指Ｐに発生する摩擦力を感じ、それに応じてスイッチやボタン等を認識してそれを操作することができる。
【０１１７】
（応用例３）
図２３、２４Ａ〜Ｃは、触覚提示装置の応用例３を説明するための図である。図２３に示すように、触覚提示装置は、例えばユーザの指Ｐによる画面への接触面積またはそれよりやや大きい程度の面積のキーボード画像７５を有するキーボードアプリケーションを備えている。キーボード画像７５は、複数のキーを有する。このキーボードアプリケーションは、例えば日本語キーボード機能を有し、例えばｎ×ｍ（ｎ、ｍは自然数）のマトリクスで表示される。以下では、タッチパネル上の指の位置の範囲として、「あ」〜「ら」の領域である３×３のマトリクス表示の領域について説明する。図２４Ａ、Ｂ、Ｃは、ユーザが、３×３のうち横１行、例えば３行目の「ま」、「や」、「ら」を入力する様子をそれぞれ示す。
【０１１８】
ユーザの指Ｐが「ま」（１列目）付近に接触し、ユーザが指Ｐを微小に動かすと、触覚提示装置は、摩擦力を発生させるような駆動信号をアクチュエータ部に供給する。この場合の摩擦力の方向は右方向であり、つまり、左側に向かって微小に指Ｐを動かそうとした場合、それに抗して発生する摩擦力の方向である。図２４Ａ〜Ｃの下には、上述した標高データや輪郭形状データと同じ考えにしたがった高さを表す波形８１を模式的に示している。ユーザは、左側へ向かって上るスロープ感、あるいは右側への力覚の提示を受けるので、現在触れているキーが、左側の「ま」のキーであることを認識することができる。
【０１１９】
ユーザの指Ｐが「や」（２列目）付近に接触すると、触覚提示装置は、指Ｐをタッチパネル１０（および表示パネル）が指Ｐを上方向（画面に垂直な方向）に押すような触覚、力覚を提示する。これにより、ユーザは、現在触れているキーが、中央の「や」のキーであることを認識することができる。
【０１２０】
ユーザの指Ｐが「ら」（３列目）付近に接触し、ユーザが指Ｐを微小に動かすと、触覚提示装置は、摩擦力を発生させるような駆動信号をアクチュエータ部に供給する。この場合の摩擦力の方向は左方向であり、つまり、右側に向かって微小に指Ｐを動かそうとした場合に、それに抗して発生する摩擦力の方向である。これにより、ユーザは、右側へ向かって上るスロープ感、あるいは左側への力覚の提示を受けるので、現在触れているキーが、右側の「ら」のキーであることを認識することができる。
【０１２１】
周知のキーボードでは、指先の面積、または、指先とタッチパネルとが接触する程度の面積に、テキストの一文字が割り当てられていた。この場合、ある１つの文字の入力後、別の文字の入力のために指Ｐを移動させるとき、移動量が多くなり、時間のロスも発生していた。これに対し、本応用例３によれば、微小な指なぞり動作の範囲内で、複数文字に対応するキーを配置させることができるので、小面積のキーボードを実現することができ、指Ｐの移動距離を短くすることができる。したがって、文字入力の速度を高めることができる。
【０１２２】
例えば３×３のマトリクス表示に対応して、触覚提示装置は、横方向である行方向だけでなく、縦方向である列方向についても、上記動作と同様の動作を実現することが可能である。
【０１２３】
キーボード画像が有する文字数が３×３より多い場合、摩擦力の大きさを変化させるようにしてもよい。例えば、指の位置がマトリクス表示の端部に近いほど摩擦力が大きくなる等の設定が可能である。
【０１２４】
以上のように、応用例３に係る触覚提示装置は、応用例１、２と同様に、指Ｐの接触位置に応じて、摩擦力の方向が可変に制御された振動をタッチパネル１０に発生させることでアプリケーションの内容に応じた多彩な触覚をユーザに提示できる。
【０１２５】
（応用例４）
図２５Ａ、Ｂは、触覚提示装置の応用例４を説明するための図である。本応用例４に係る触覚提示装置は、下りスロープ感の提示を利用して、道案内システム（ナビゲーションシステム）を提供する。
【０１２６】
触覚提示装置は、道案内アプリケーションを備えており、図２５Ａ、Ｂに示すように、例えば地図を表示画面Ｓ３として表示する。道案内アプリケーションは、周知のようにＧＰＳ（Global Positioning System）と連動するように構成される。触覚提示装置は、地図上で、制御部により設定された目的地までのルート８５を表示する。ここではそのルート８５が太線で表示されている。
【０１２７】
信号発生部は、制御部による制御にしたがって、ユーザの指Ｐが触れている画面Ｓ３上の位置（例えば現在地）からのルートに沿う進行方向に応じた方向性を有する摩擦力を発生するように、タッチパネル１０を振動させる駆動信号を発生する。具体的には、図２５Ａに示すように、画面上で白矢印Ｓで示すように、進行方向が右である場合、タッチパネルに触れている指Ｐを右に誘導するような下りスロープ感を提示する。つまり、図２５Ａにおいて、ユーザが現在地に触れている指Ｐを左に動かそうとすると、上りスロープ感による摩擦力が発生するように、タッチパネルが駆動される。
【０１２８】
なお、ユーザは、触覚提示装置を持ちながら、画面を見ずに、その提示される方向性を有する力に沿う方向へ進むことができる。また、この場合、表示パネルに地図が表示されなくてもよい。
【０１２９】
以上の、応用例４によっても、触覚提示装置は、指Ｐの接触位置に応じて、摩擦力の大きさおよび方向のうち、少なくともその方向が可変に制御された振動をタッチパネル１０に発生させることにより、アプリケーションの内容に応じた多彩な触覚をユーザに提示できる。
【０１３０】
本応用例４と、上記応用例１とを組み合わせて、標高データに基づく道路の傾斜感が、摩擦力の大きさによりさらにユーザに提示されてもよい。この場合、触覚提示装置は、指Ｐの位置に応じて摩擦力の大きさおよび方向を可変に制御する。
【０１３１】
以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。
【０１３２】
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）
可動体と、
前記可動体に接続されたアクチュエータ部と、
異なる複数の振幅および異なる複数の周波数のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動を前記アクチュエータ部に発生させる駆動信号を、前記アクチュエータ部に供給するように構成された信号発生部と
を具備する触覚提示装置。
（２）
前記（１）に記載の触覚提示装置であって、
前記信号発生部は、前記アクチュエータ部が、第１の周波数で第１の方向に沿って移動し、かつ、前記第１の周波数と異なる第２の周波数で前記第１の方向の反対の第２の方向に沿って移動するような前記駆動信号を発生するように構成される
触覚提示装置。
（３）
前記（１）または（２）に記載の触覚提示装置であって、
前記信号発生部は、前記アクチュエータ部が、第１の振幅で第１の方向に沿って移動し、かつ、前記第１の振幅とは異なる第２の振幅で前記第１の方向の反対の第２の方向に沿って移動するような前記駆動信号を発生するように構成される
触覚提示装置。
（４）
前記（１）から（３）のうちいずれか１つに記載の触覚提示装置であって、
前記信号発生部は、触覚受容器の検知閾値に基づき求められた振幅および周波数を持つ振動を前記アクチュエータ部に発生させるような駆動信号を発生するように構成される
触覚提示装置。
（５）
前記（４）に記載の触覚提示装置であって、
前記信号発生部は、前記触覚受容器による触覚領域に対応する周波数を持つ振動、および、前記触覚受容器による不覚領域に対応する周波数を持つ振動の両方を含む振動を、前記アクチュエータ部に発生させるような駆動信号を発生するように構成される
触覚提示装置。
（６）
前記（４）または（５）に記載の触覚提示装置であって、
前記信号発生部は、前記触覚受容器による触覚領域に対応する振幅を持つ振動、および、前記触覚受容器による不覚領域に対応する振幅を持つ振動の両方を含む振動を、前記アクチュエータ部に発生させるような駆動信号を発生するように構成される
触覚提示装置。
（７）
前記（１）に記載の触覚提示装置であって、
前記アクチュエータ部は、少なくとも第１の軸の方向に沿って前記可動体を動かす第１のアクチュエータを有する
触覚提示装置。
（８）
前記（７）に記載の触覚提示装置であって、
前記アクチュエータ部は、前記第１の軸とは異なる第２の軸の方向に沿って前記可動体を動かす第２のアクチュエータをさらに有し、
前記信号発生部は、前記第２のアクチュエータに前記駆動信号を供給するように構成される
触覚提示装置。
（９）
前記（８）に記載の触覚提示装置であって、
前記信号発生部は、前記第１のアクチュエータに供給する駆動信号のピーク値のタイミングと、前記第２のアクチュエータにそれぞれ供給する駆動信号のピーク値のタイミングとを同期させるように構成される
触覚提示装置。
（１０）
前記（８）に記載の触覚提示装置であって、
前記信号発生部は、前記第１のアクチュエータに供給する駆動信号のピーク値のタイミングと、前記第２のアクチュエータにそれぞれ供給する駆動信号のピーク値のタイミングとをずらすように構成される
触覚提示装置。
（１１）
前記（７）から（１０）のうちいずれか１つに記載の触覚提示装置であって、
前記アクチュエータ部は、前記第１の軸および第２の軸とは異なる第３の軸の方向に沿って前記可動体を動かす第３のアクチュエータをさらに有し、
前記信号発生部は、前記第３のアクチュエータに前記駆動信号を供給するように構成される
触覚提示装置。
（１２）
前記（１）から（１１）のうちいずれか１つに記載の触覚提示装置であって、
前記アクチュエータ部は、圧電デバイスを有し、前記可動体に触れる対象物の前記可動体上の位置を検出するタッチセンサとしてさらに機能する
触覚提示装置。
（１３）
可動体と、
前記可動体に接続されたアクチュエータ部と、
異なる複数の振幅および異なる複数の周波数のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動を前記アクチュエータ部に発生させる駆動信号を受信する受信部と
を具備する触覚提示装置。
（１４）
異なる複数の振幅および異なる複数の周波数のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動を、触覚提示装置の可動体に接続されたアクチュエータ部に発生させる駆動信号を発生するように構成された信号発生部と、
前記発生した駆動信号を送信するように構成された送信部と
を具備する信号発生装置。
（１５）
可動体とこの可動体に触れる対象物との間の摩擦力に方向性を持たせるような振動を前記可動体に発生させるように、前記可動体に接続されたアクチュエータ部に駆動信号を供給するように構成された
信号発生装置。
（１６）
可動体と、
前記可動体に接続されたアクチュエータ部と、
前記可動体と前記可動体に触れる対象物との間の摩擦力の方向が可変に制御された振動を前記可動体に発生させるように、前記アクチュエータ部に駆動振動を供給するように構成された信号発生部と
を具備する触覚提示装置。
（１７）
前記（１６）に記載の触覚提示装置であって、
前記信号発生部は、前記摩擦力の大きさがさらに可変に制御された振動を可動体に発生させるように、前記アクチュエータ部に駆動振動を供給するように構成される
触覚提示装置。
（１８）
前記（１６）に記載の触覚提示装置であって、
前記可動体は、タッチパネルを有し、
前記信号発生部は、前記タッチパネルで検出された前記対象物の位置に応じて、前記摩擦力の方向が可変に制御されるための前記駆動信号を供給する
触覚提示装置。
（１９）
前記（１８）に記載の触覚提示装置であって、
前記可動体に設けられた表示パネルをさらに具備し、
前記信号発生部は、前記表示パネルに表示された画像が持つ高さのデータであって、前記対象物が触れる位置の高さデータに基づき、前記摩擦力の方向が可変に制御されるための前記駆動信号を供給する
触覚提示装置。
（２０）
前記（１８）に記載の触覚提示装置であって、
前記可動体に設けられた表示パネルをさらに具備し、
前記信号発生部は、前記表示パネルに表示されたキーボード画像が有する複数のキーのうち、対象物が触れる１つのキーの位置に基づき、前記摩擦力の方向が可変に制御されるための前記駆動信号を供給する
触覚提示装置。
（２１）
前記（１６）から前記（２０）のうちいずれか１つに記載の触覚発生装置であって、
前記信号発生部は、仮想の上りスロープ感を表すように前記対象物の動きに抗する摩擦力を発生する振動を前記可動体に発生させ、仮想の下りスロープ感を表すように前記対象物の動きに沿う力を発生する振動を前記可動体に発生させる
触覚提示装置。
（２２）
可動体と、
前記可動体に接続されたアクチュエータ部と、
外部からの信号を受信するように構成された受信部と
を有する触覚提示装置と、
異なる複数の振幅および異なる複数の周波数のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動を前記アクチュエータ部に発生させる駆動信号を発生するように構成された信号発生部と、
前記発生した駆動信号を前記触覚提示装置に送信するように構成された送信部と
を有する信号発生装置と
を具備する触覚提示システム。
（２３）
異なる複数の振幅および異なる複数の周波数のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動を、アクチュエータ部に発生させる駆動信号を、前記アクチュエータ部に供給し、
前記供給された駆動信号に基づき、前記アクチュエータ部に接続された可動体を、前記アクチュエータ部により駆動する
触覚提示方法。
（２４）
可動体と可動体に触れる対象物との間の摩擦力の方向が可変に制御された振動を前記可動体に発生させるように、前記可動体に接続されたアクチュエータ部に駆動信号を供給し、
前記駆動信号が供給された前記アクチュエータ部により、前記可動体を駆動させる
触覚提示方法。
（２５）
前記（２２）に記載の触覚提示方法であって、
前記駆動信号の供給ステップでは、前記摩擦力の大きさがさらに可変に制御された振動を可動体に発生させるように、前記アクチュエータ部に駆動振動を供給する
触覚提示方法。
（２６）
前記（２４）または（２５）に記載の触覚提示方法であって、
さらに、前記可動体に設けられたタッチセンサ上での前記対象物の位置を検出し、
前記駆動信号の供給ステップでは、前記タッチセンサで検出された前記対象物の位置に応じて、前記摩擦力の方向が可変に制御されるための前記駆動信号が供給される
触覚提示方法。
【符号の説明】
【０１３３】
１０…タッチパネル
３０、１３０…アクチュエータ部
３５…アクチュエータ
３５Ｘ…Ｘアクチュエータ
３５Ｙ…Ｙアクチュエータ
３５Ｚ…Ｚアクチュエータ
３７…弾性部材
６０…信号発生部
１００、２００、１２０…触覚提示装置
２５０…信号発生装置
【図１】
2019096343.tif 000003
【図２】
2019096343.tif 000004
【図３】
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【図４】
2019096343.tif 000006
【図５】
2019096343.tif 000007
【図６】
2019096343.tif 000008
【図７】
2019096343.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2019096343.tif 000016
【図１５】
2019096343.tif 000017
【図１６】
2019096343.tif 000018
【図１７】
2019096343.tif 000019
【図１８】
2019096343.tif 000020
【図１９】
2019096343.tif 000021
【図２０】
2019096343.tif 000022
【図２１】
2019096343.tif 000023
【図２２】
2019096343.tif 000024
【図２３】
2019096343.tif 000025
【図２４】
2019096343.tif 000026
【図２５】
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