(57)【要約】【課題】なぞり操作の方向による触覚のずれを抑制することができる触覚呈示装置を提供する。【解決手段】触覚呈示装置は、操作面２０に対して操作指９の指先９０を引く方向、及び押し出す方向のなぞり操作を検出するタッチパッド２と、操作面２０に振動を付加するアクチュエータ４と、引く方向と押し出す方向のなぞり操作に対して異なる振動を生成して触覚を呈示するようにアクチュエータ４を制御する制御部６と、を備えて概略構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作面に対して操作指の指先を引く方向、及び押し出す方向のなぞり操作を検出するタッチパッドと、
前記操作面に振動を付加するアクチュエータと、
前記引く方向と前記押し出す方向のなぞり操作に対して異なる振動を生成して触覚を呈示するように前記アクチュエータを制御する制御部と、
を備えた触覚呈示装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記引く方向のなぞり操作に対して付加する振動よりも前記押し出す方向のなぞり操作に対して付加する振動を強くして実質的に同じ触覚として操作者に認識されるように触覚を呈示する、
請求項１に記載の触覚呈示装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記引く方向のなぞり操作に対してパチニ小体の感度に適した振動を呈示し、前記押し出す方向のなぞり操作に対してパチニ小体とマイスナー小体の感度に適した振動を呈示する、
請求項１又は２に記載の触覚呈示装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記引く方向のなぞり操作に対して１００Ｈｚ以上３００Ｈｚ以下の周波数の振動を呈示し、前記押し出す方向のなぞり操作に対して１００Ｈｚ以上３００Ｈｚ以下の周波数の振動に１Ｈｚ以上１００Ｈｚ未満の周波数の振動を加えて呈示する、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記タッチパッドの配置、又は前記タッチパッドが検出した操作指の形状に基づいて前記押し出す方向のなぞり操作、及び前記引く方向のなぞり操作の判定を行う、
請求項１乃至４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、タッチ入力を検出するタッチセンサと、タッチセンサのタッチ面を振動させる触感呈示部と、タッチ面にタッチしているタッチ対象に対して触感を呈示するように触感呈示部の駆動を制御する制御部と、を備えた入力装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この入力装置の制御部は、タッチ対象がタッチ面をスライドしていると、タッチ対象に対してスライドに係る触感を呈示するように触感呈示部の駆動を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−４８６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
操作者は、操作指の皮膚の変形の違いから手前に引いた場合と押し出す場合とで感じる触覚が異なることが知られている。しかし従来の入力装置は、手前に引いた場合と押し出す場合とで付加する振動を変えないので、なぞり操作の方向によって触覚が異なる可能性がある。
【０００６】
従って本発明の目的は、なぞり操作の方向による触覚のずれを抑制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、操作面に対して操作指の指先を引く方向、及び押し出す方向のなぞり操作を検出するタッチパッドと、操作面に振動を付加するアクチュエータと、引く方向と押し出す方向のなぞり操作に対して異なる振動を生成して触覚を呈示するようにアクチュエータを制御する制御部と、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、なぞり操作の方向による触覚のずれを抑制することができる。
【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、触覚呈示装置のブロック図の一例であり、図１（ｃ）は、触覚呈示装置の一例を示す模式図である。
【図２】図２（ａ）は、パチニ小体とマイスナー小体の振幅しきい値曲線の一例であり、図２（ｂ）は、実施の形態に係る触覚呈示装置のタッチパッドになされるなぞり操作の方向の一例について説明するための概略図であり、図２（ｃ）は、Ａ方向の操作とＢ方向の操作において付加する振動の一例について説明するための表である。
【図３】図３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、操作面に対して操作指の指先を引く方向、及び押し出す方向のなぞり操作を検出するタッチパッドと、操作面に振動を付加するアクチュエータと、引く方向と押し出す方向のなぞり操作に対して異なる振動を生成して触覚を呈示するようにアクチュエータを制御する制御部と、を備えて概略構成されている。
【００１１】
この触覚呈示装置は、引く方向と押し出す方向のなぞり操作に対して異なる振動を生成するので、同じ振動を付加する場合と比べて、なぞり操作の方向による触覚のずれを抑制することができる。
【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、触覚呈示装置のブロック図の一例であり、図１（ｃ）は、触覚呈示装置の一例を示す模式図である。図２（ａ）は、パチニ小体とマイスナー小体の振幅しきい値曲線の一例であり、図２（ｂ）は、実施の形態に係る触覚呈示装置のタッチパッドになされるなぞり操作の方向の一例について説明するための概略図であり、図２（ｃ）は、Ａ方向の操作とＢ方向の操作において付加する振動の一例について説明するための表である。図２（ａ）は、横軸が周波数ｆ（Ｈｚ）であり、縦軸が振幅しきい値（μｍ）である。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（ｂ）では、主な信号や情報の流れを矢印で示している。
【００１３】
触覚呈示装置１は、一例として、図１（ａ）に示すように、車両８の運転席と助手席の間に伸びるフロアコンソール８０に配置されている。なお触覚呈示装置１の配置は、これに限定されず、ステアリングのスポークなどに配置されても良い。
【００１４】
この触覚呈示装置１は、例えば、なされた操作に基づいて車両８の表示装置８１に表示されるカーソルの操作や画面のスクロールなどを接続された電子機器に指示することができる。この表示装置８１は、当該電子機器の表示部として機能する。また電子機器は、例えば、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】
この触覚呈示装置は、例えば、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、操作面２０に対して操作指９の指先９０を引く方向、及び押し出す方向のなぞり操作を検出するタッチパッド２と、操作面２０に振動を付加するアクチュエータ４と、引く方向と押し出す方向のなぞり操作に対して異なる振動を生成して触覚を呈示するようにアクチュエータ４を制御する制御部６と、を備えて概略構成されている。
【００１６】
この制御部６は、引く方向のなぞり操作に対して付加する振動よりも押し出す方向のなぞり操作に対して付加する振動を強くして実質的に同じ触覚として操作者に認識されるように触覚を呈示するように構成されている。
【００１７】
また制御部６は、タッチパッド２の配置、又はタッチパッド２が検出した操作指９の形状に基づいて押し出す方向のなぞり操作、及び引く方向のなぞり操作の判定を行う。本実施の形態では、タッチパッド２が運転席と助手席の間に配置されるので、どちらの席に着座する操作者によって操作されても、押し出す方向が車両８の前方に向かって操作する方向であり、引く方向が後方に向かって操作する方向となる。従って制御部６は、押し出す方向と引く方向を一義的に判定可能である。
【００１８】
またタッチパッド２がフロアコンソール８０以外の場所に配置されても助手席や運転席に着座する操作者による操作となるので、制御部６は、押し出す方向と引く方向を一義的に判定可能である。
【００１９】
さらに制御部６は、タッチパッド２が検出した操作指９の形状に基づいてなぞり操作方向を判定することも可能である。この場合、タッチパッド２は、例えば、後述する予め定められたしきい値を下げるなどにより操作指９の検出感度が高められ、指先以外の部分を検出するように構成される。そして制御部６は、この指先以外の部分、つまり予め定められたしきい値を超えた静電容量の分布から操作方向を判定することができる。
【００２０】
（タッチパッド２の構成）
タッチパッド２は、例えば、静電容量方式のタッチパッドであるがこれに限定されず、操作面２０に接触する操作指９の座標を検出できるものであれば良い。このタッチパッド２は、操作面２０の下方に、複数の駆動電極と複数の検出電極とが交差するように配置されている。そしてタッチパッド２は、複数の駆動電極と複数の検出電極の全ての組み合わせで操作指９との間で生じる静電容量を読み出し、予め定められたしきい値以上の静電容量に基づいて操作指９の座標を算出する。この操作指９の座標の算出は、例えば、加重平均などによって行われる。
【００２１】
タッチパッド２は、例えば、周期ごとに検出情報Ｓ１を出力する。検出情報Ｓ１は、検出された操作指９の座標の情報を含んでいる。この操作指９の座標とは、例えば、図２（ｂ）に示すように、操作面２０に設定されたｘｙ直交座標系における座標である。ｘｙ座標系のｘ軸が、図２（ｂ）の図面において左から右に向かう軸であり、ｙ軸が上から下に向かう軸である。ｘｙ座標系の原点は、図２（ｂ）の図面における操作面２０の左上である。なお図２（ａ）では、上側が車両８の前方であり、下側が後方である。
【００２２】
従って引く方向は、ｙ軸の正方向に向かう方向である。そして押し出す方向は、ｙ軸の負方向に向かう方向である。
【００２３】
（アクチュエータ４の構成）
アクチュエータ４は、例えば、ボイスコイルモータやピエゾ素子を備えて構成される。本実施の形態のアクチュエータ４は、一例として、ボイスコイルモータである。
【００２４】
このアクチュエータ４は、例えば、図１（ｃ）に示すように、支持部１０とタッチパッド２の間、つまり支持部１０の表面１００とタッチパッド２の裏面２１に接触するように配置されている。そしてタッチパッド２は、制御部６から供給される駆動信号Ｓ２に基づいて操作面２０を上下方向に振動させる。
【００２５】
この振動は、例えば、操作を受け付けたことを示すアンサーバック、つまり操作を受け付けたことを示す触覚フィードバックとして呈示されるものである。
【００２６】
（制御部６の構成）
制御部６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６が動作するためのプログラムと、振動パターン情報６０と、が格納されている。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算結果などを格納する記憶領域として用いられる。
【００２７】
この制御部６は、引く方向のなぞり操作に対してパチニ小体の感度に適した振動を呈示し、押し出す方向のなぞり操作に対してパチニ小体とマイスナー小体の感度に適した振動を呈示するように構成されている。
【００２８】
具体的には、制御部６は、引く方向のなぞり操作に対して１００Ｈｚ以上３００Ｈｚ以下の周波数の振動を呈示し、押し出す方向のなぞり操作に対して１００Ｈｚ以上３００Ｈｚ以下の周波数の振動に１Ｈｚ以上１００Ｈｚ未満の周波数の振動を加えて呈示する。
【００２９】
なお振動は、パチニ小体とマイスナー小体の神経発火を分けるため、パチニ小体に対する周波数とマイスナー小体に対する周波数を数十Ｈｚ程度離すことが好ましい。
【００３０】
ここで操作者がタッチパッド２になぞり操作を行った場合、例えば、図２（ｂ）に示すように、操作指９を引く方向（Ａ方向）の操作、及び押し出す方向（Ｂ方向）の操作に対して同じ振動に基づく触覚を呈示した場合、操作者は、Ｂ方向の操作時に呈示された触覚の方を弱く感じる。
【００３１】
これは、操作指９の爪９１の影響で皮膚がＡ方向の操作とＢ方向の操作とでは、異なる変形を行うためであり、その結果、Ｂ方向の操作よりもＡ方向の操作の方が操作面２０に対する摩擦係数が大きくなる。従って摩擦力は、摩擦係数と垂直抗力（荷重）の積で表すことができるので、なぞり操作による荷重が一定である場合、Ａ方向の操作の方がＢ方向の操作よりも大きくなる。
【００３２】
また操作指９の触覚受容器としてのマイスナー小体は、摩擦力が増すと神経発火し易いことが知られている。つまりＢ方向の操作は、Ａ方向の操作よりも摩擦力が小さく、マイスナー小体の神経発火頻度が低いと考えられる。
【００３３】
一方、例えば、図２（ａ）に示すように、振幅しきい値が最も低い、つまり振動による刺激を受け易いのは、実線で示すパチニ小体である。この振幅しきい値とは、付加した振動の振幅がそれ以上であれば触覚受容器が神経発火を行うという最小の振幅である。このパチニ小体は、１００Ｈｚより大きい周波数において最も小さい振幅で神経発火が発生する。
【００３４】
つまりパチニ小体は、例えば、図２（ａ）に実線で示すように、振動の周波数が１００Ｈｚを超えた辺りの最も小さい振幅の振動で刺激を感じ始める。そしてマイスナー小体は、例えば、図２（ａ）に点線で示すように、振動の周波数が１００Ｈｚよりも小さい辺りの最も小さい振幅の振動で刺激を感じ始める。
【００３５】
以上より、通常の触覚の呈示は、振幅しきい値が最も低い、つまり弱い振動でも神経発火が生じて振動による刺激を感じるパチニ小体に合わせた周波数ｆ１（一例として、１００Ｈｚ以上３００Ｈｚ以下）の振動によって生成する方が、効率が良く、効果的である。
【００３６】
そして摩擦力が小さいＢ方向の操作における触覚の呈示は、パチニ小体と異なる振幅しきい値を有するマイスナー小体が神経発火する周波数ｆ２（一例として、１Ｈｚ以上１００Ｈｚ未満）の振動を周波数ｆ１の振動に加えることで、Ａ方向の操作とＢ方向の操作とで操作指９を介して受ける刺激の差が抑制される。
【００３７】
具体的には、一例として、図２（ｃ）の表に示すように、Ａ方向の操作において、摩擦による刺激がα（＞０）、操作者がアクチュエータ４から受ける振動刺激（ｆ１）がγ（＞０）であるとした場合、Ａ方向の操作の刺激合計は、α＋γとなる。
【００３８】
また上述のように、Ｂ方向の操作における摩擦による刺激は、Ａ方向の操作に伴う刺激αよりも小さい。従ってＢ方向の操作における摩擦による刺激をβ（＞０）分小さいとしてα−β（＞０）と仮定する。よってＢ方向の操作の刺激合計は、操作者がアクチュエータ４から受ける振動刺激（ｆ１）がγであることからα−β＋γとなる。
【００３９】
以上より、Ａ方向の操作に基づく触覚呈示による刺激合計（α＋γ）と、Ｂ方向の操作に基づく触覚呈示による刺激合計（α−β＋γ）とが等しくなるためには、刺激βを生じさせる振動を追加すれば良いことが分かる。
【００４０】
従って制御部６は、Ｂ方向の操作では、アクチュエータ４から受ける振動刺激として周波数ｆ２の振動を発生させて刺激βを刺激γに加えて生成することにより、刺激合計をα＋γ（＝α−β＋γ＋β）とすることができる。
【００４１】
つまり制御部６は、Ａ方向のなぞり操作に対して付加する振動に新たに振動を追加することによってＢ方向のなぞり操作に対して付加する振動をＡ方向よりも強くして実質的に同じ触覚として操作者に認識されるように触覚を呈示する。
【００４２】
振動パターン情報６０は、周波数ｆ１及び周波数ｆ２の振動を生成するための駆動信号Ｓ２に関する情報である。制御部６は、例えば、なぞり操作がＡ方向であれば、周波数ｆ１の振動を生成する駆動信号Ｓ２をアクチュエータ４に出力し、Ｂ方向であれば、周波数ｆ１＋周波数ｆ２の振動を生成する駆動信号Ｓ２をアクチュエータ４に出力する。
【００４３】
また制御部６は、タッチパッド２から取得した検出情報Ｓ１に基づいて、なされた操作に関する情報である操作情報Ｓ３を生成し、接続されている電子機器に出力する。
【００４４】
以下に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３のフローチャートに従って説明する。
【００４５】
（動作）
触覚呈示装置１の制御部６は、例えば、車両８の電源が投入されると、タッチパッド２から周期的に検出情報Ｓ１を取得し、なぞり操作がなされたか否かを監視する。制御部６は、ステップ１の「Ｙｅｓ」が成立する、つまりなぞり操作を検出すると（Ｓｔｅｐ１：Ｙｅｓ）、なぞり操作の方向を判定する。
【００４６】
制御部６は、なぞり操作方向がＢ方向、つまり押し出す方向であった場合（Ｓｔｅｐ２：Ｙｅｓ）、周波数ｆ１の振動に周波数ｆ２の振動を加えた振動を操作面２０に付加する駆動信号Ｓ２を生成してアクチュエータ４に出力し、予め定められた期間、触覚を呈示する（Ｓｔｅｐ３）。
【００４７】
ここでステップ２において制御部６は、なぞり操作方向がＢ方向以外である場合（Ｓｔｅｐ２：Ｎｏ）、周波数ｆ１の振動を操作面２０に付加する駆動信号Ｓ２を生成してアクチュエータ４に出力し、予め定められた期間、触覚を呈示する（Ｓｔｅｐ４）。
【００４８】
なおなぞり操作方向がＢ方向以外とは、ｙ軸の負方向に向かうＡ方向と、Ａ方向及びＢ方向に交差する方向と、を含むものとする。また制御部６は、操作が操作面２０の斜め方向に行われた場合、なぞりの軌跡に基づいてｘ軸成分とｙ軸成分に成分を分け、ｘ軸成分及びｙ軸成分の比率に基づいた周波数ｆ１及び周波数ｆ２の振動を付加するように構成される。
【００４９】
（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、引く方向（Ａ方向）と押し出す方向（Ｂ方向）のなぞり操作に対して異なる振動を生成するので、同じ振動を付加する場合と比べて、なぞり操作の方向による触覚のずれを抑制することができる。
【００５０】
触覚呈示装置１は、刺激を受ける触覚受容器が異なるような周波数の振動を用いてＡ方向とＢ方向のなぞり操作に伴う触覚を同じ触覚にするように触覚呈示を行うので、この構成を採用しない場合と比べて、なぞり操作の方向による触覚のずれをより抑制することができる。
【００５１】
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】
【００５２】
１…触覚呈示装置、２…タッチパッド、４…アクチュエータ、６…制御部、８…車両、９…操作指、１０…支持部、２０…操作面、２１…裏面、６０…振動パターン情報、８０…フロアコンソール、８１…表示装置、９０…指先、９１…爪、１００…表面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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