(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の平面に沿って所定の規則で配列されている複数の突出部材と、前記平面に対して交差する方向に沿って前記突出部材のそれぞれを独立に進退動作させる駆動機構と、当該駆動機構を制御する制御装置と、を備えた触覚ディスプレイであって、
前記制御装置は、
前記突出部材の突出によって表現する理想的な形状のデータである理想形状データを取得する理想形状データ取得部と、
前記平面上における前記突出部材のそれぞれの配置領域に対応した突出領域を仮想的に設定すると共に、全ての前記突出部材のそれぞれの前記突出領域の集合によって形成される突出領域配列と、前記理想形状データとを重ね合わせて比較する比較部と、
前記突出領域配列と前記理想形状データとの間にずれがある場合に、前記突出領域配列を構成する前記突出領域のそれぞれと前記理想形状データとの重なりの状態に応じて、前記突出領域のそれぞれに対応する前記突出部材のそれぞれの前記平面に対する突出高さである突出量を決定する突出量決定部と、を備え、
前記駆動機構は、前記突出部材の前記突出量を段階的に設定可能に構成され、
前記突出量決定部は、前記突出領域と前記理想形状データとの重なり面積が大きくなるに従って前記突出量を大きくするように段階的に決定する触覚ディスプレイ。
【請求項２】
単一の平面に沿って所定の規則で配列されている複数の突出部材と、前記平面に対して交差する方向に沿って前記突出部材のそれぞれを独立に進退動作させる駆動機構と、当該駆動機構を制御する制御装置と、を備えた触覚ディスプレイであって、
前記制御装置は、
前記突出部材の突出によって表現する理想的な形状のデータである理想形状データを取得する理想形状データ取得部と、
前記平面上における前記突出部材のそれぞれの配置領域に対応した突出領域を仮想的に設定すると共に、全ての前記突出部材のそれぞれの前記突出領域の集合によって形成される突出領域配列と、前記理想形状データとを重ね合わせて比較する比較部と、
前記突出領域配列と前記理想形状データとの間にずれがある場合に、前記突出領域配列を構成する前記突出領域のそれぞれと前記理想形状データとの重なりの状態に応じて、前記突出領域のそれぞれに対応する前記突出部材のそれぞれの前記平面に対する突出高さである突出量を決定する突出量決定部と、を備え、
前記突出量決定部は、前記突出領域の全体が前記理想形状データと重なっている場合には、当該突出領域に対応する前記突出部材の前記突出量を最大とし、前記突出領域の一部が前記理想形状データと重なっている場合には、当該突出領域に対応する前記突出部材の前記突出量を、前記最大の突出量未満であって当該突出領域と前記理想形状データとの重なりの程度に応じた量に段階的に決定する触覚ディスプレイ。
【請求項３】
前記突出領域が、格子状に並んだ前記突出部材それぞれについて、前記突出部材を中心として隣接する他の前記突出領域と隙間なく接して升目状に配置される請求項１又は２に記載の触角ディスプレイ。
【請求項４】
前記理想形状データが、突出高さ情報を有し、
前記突出量決定部は、前記突出領域と前記理想形状データとの重なりの状態と前記突出高さ情報とに応じて前記突出量を決定する請求項１から３のいずれか一項に記載の触覚ディスプレイ。
【請求項５】
前記理想形状データが、前記突出部材の数よりも多い画素数のラスタデータである請求項１から４のいずれか一項に記載の触覚ディスプレイ。
【請求項６】
前記平面は平板の正面側平面により構成され、前記突出部材のそれぞれが前記平板を貫通して設けられた孔部に挿入されており、前記駆動機構は、前記平板に対して背面側に設けられ、前記突出部材の先端部の高さが前記正面側平面よりも高い第一状態と前記先端部の高さが前記正面側平面以下の第二状態との間の任意の突出量で突出させることが可能に構成されている請求項１から５のいずれか一項に記載の触覚ディスプレイ。
【請求項７】
正面に操作面が形成された操作板を有し、前記操作面に接触又は近接する被検知物を検知して当該検知位置に応じた入力を受け付けるタッチパッドと、それぞれが前記操作板を貫通可能な状態で前記操作面に沿って所定の規則で配列されている複数の突出部材と、前記突出部材のそれぞれを前記操作板の貫通方向に沿って独立に進退動作させる駆動機構と、当該駆動機構を制御する制御装置と、を備えた操作入力装置であって、
前記制御装置は、
前記突出部材の突出によって表現する理想的な形状のデータである理想形状データを取得する理想形状データ取得部と、
前記操作面上における前記突出部材のそれぞれの配置領域に対応した突出領域を仮想的に設定すると共に、全ての前記突出部材のそれぞれの前記突出領域の集合によって形成される突出領域配列と、前記理想形状データとを重ね合わせて比較する比較部と、
前記突出領域配列と前記理想形状データとの間にずれがある場合に、前記突出領域配列を構成する前記突出領域のそれぞれと前記理想形状データとの重なりの状態に応じて、前記突出領域のそれぞれに対応する前記突出部材のそれぞれの前記操作面に対する突出高さである突出量を決定する突出量決定部と、を備え、
前記駆動機構は、前記突出部材の前記突出量を段階的に設定可能に構成され、
前記突出量決定部は、前記突出領域と前記理想形状データとの重なり面積が大きくなるに従って前記突出量を大きくするように段階的に決定する操作入力装置。
【請求項８】
正面に操作面が形成された操作板を有し、前記操作面に接触又は近接する被検知物を検知して当該検知位置に応じた入力を受け付けるタッチパッドと、それぞれが前記操作板を貫通可能な状態で前記操作面に沿って所定の規則で配列されている複数の突出部材と、前記突出部材のそれぞれを前記操作板の貫通方向に沿って独立に進退動作させる駆動機構と、当該駆動機構を制御する制御装置と、を備えた操作入力装置であって、
前記制御装置は、
前記突出部材の突出によって表現する理想的な形状のデータである理想形状データを取得する理想形状データ取得部と、
前記操作面上における前記突出部材のそれぞれの配置領域に対応した突出領域を仮想的に設定すると共に、全ての前記突出部材のそれぞれの前記突出領域の集合によって形成される突出領域配列と、前記理想形状データとを重ね合わせて比較する比較部と、
前記突出領域配列と前記理想形状データとの間にずれがある場合に、前記突出領域配列を構成する前記突出領域のそれぞれと前記理想形状データとの重なりの状態に応じて、前記突出領域のそれぞれに対応する前記突出部材のそれぞれの前記操作面に対する突出高さである突出量を決定する突出量決定部と、を備え、
前記突出量決定部は、前記突出領域の全体が前記理想形状データと重なっている場合には、当該突出領域に対応する前記突出部材の前記突出量を最大とし、前記突出領域の一部が前記理想形状データと重なっている場合には、当該突出領域に対応する前記突出部材の前記突出量を、前記最大の突出量未満であって当該突出領域と前記理想形状データとの重なりの程度に応じた量に段階的に決定する操作入力装置。
【請求項９】
正面に操作面が形成された操作板を有し、前記操作面に接触又は近接する被検知物を検知して当該検知位置に応じた入力を受け付けるタッチパッドと、それぞれが前記操作板を貫通可能な状態で前記操作面に沿って所定の規則で配列されている複数の突出部材と、前記突出部材のそれぞれを前記操作板の貫通方向に沿って独立に進退動作させる駆動機構と、表示画面を有すると共に当該表示画面に画像を表示する表示装置と、前記駆動機構を制御する制御装置と、を備えた操作入力システムであって、
前記制御装置は、
前記突出部材の突出によって前記表示画面に表示されている画像に応じた形状を表現する際の理想的な形状のデータである理想形状データを取得する理想形状データ取得部と、
前記操作面上における前記突出部材のそれぞれの配置領域に対応した突出領域を仮想的に設定すると共に、全ての前記突出部材のそれぞれの前記突出領域の集合によって形成される突出領域配列と、前記理想形状データとを重ね合わせて比較する比較部と、
前記突出領域配列と前記理想形状データとの間にずれがある場合に、前記突出領域配列を構成する前記突出領域のそれぞれと前記理想形状データとの重なりの状態に応じて、前記突出領域のそれぞれに対応する前記突出部材のそれぞれの前記操作面に対する突出高さである突出量を決定する突出量決定部と、を備え、
前記駆動機構は、前記突出部材の前記突出量を段階的に設定可能に構成され、
前記突出量決定部は、前記突出領域と前記理想形状データとの重なり面積が大きくなるに従って前記突出量を大きくするように段階的に決定する操作入力システム。
【請求項１０】
正面に操作面が形成された操作板を有し、前記操作面に接触又は近接する被検知物を検知して当該検知位置に応じた入力を受け付けるタッチパッドと、それぞれが前記操作板を貫通可能な状態で前記操作面に沿って所定の規則で配列されている複数の突出部材と、前記突出部材のそれぞれを前記操作板の貫通方向に沿って独立に進退動作させる駆動機構と、表示画面を有すると共に当該表示画面に画像を表示する表示装置と、前記駆動機構を制御する制御装置と、を備えた操作入力システムであって、
前記制御装置は、
前記突出部材の突出によって前記表示画面に表示されている画像に応じた形状を表現する際の理想的な形状のデータである理想形状データを取得する理想形状データ取得部と、
前記操作面上における前記突出部材のそれぞれの配置領域に対応した突出領域を仮想的に設定すると共に、全ての前記突出部材のそれぞれの前記突出領域の集合によって形成される突出領域配列と、前記理想形状データとを重ね合わせて比較する比較部と、
前記突出領域配列と前記理想形状データとの間にずれがある場合に、前記突出領域配列を構成する前記突出領域のそれぞれと前記理想形状データとの重なりの状態に応じて、前記突出領域のそれぞれに対応する前記突出部材のそれぞれの前記操作面に対する突出高さである突出量を決定する突出量決定部と、を備え、
前記突出量決定部は、前記突出領域の全体が前記理想形状データと重なっている場合には、当該突出領域に対応する前記突出部材の前記突出量を最大とし、前記突出領域の一部が前記理想形状データと重なっている場合には、当該突出領域に対応する前記突出部材の前記突出量を、前記最大の突出量未満であって当該突出領域と前記理想形状データとの重なりの程度に応じた量に段階的に決定する操作入力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一の平面に沿って所定の規則で配列されている複数の突出部材と、前記平面に対して交差する方向に沿って前記突出部材のそれぞれを独立に進退動作させる駆動機構と、当該駆動機構を制御する制御装置と、を備えた触覚ディスプレイ等に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述のような触覚ディスプレイとしては、非特許文献１に示す製品が知られている。一般的に、モニター等の表示デバイスの画素数に比べ、触覚ディスプレイの突出部材（ピン）の数は限られているため、多種多様な図形（例えば、モニター上に表示されたＧＵＩ画面）を表現するにあたっては、何らかの変換処理を行う必要がある。非特許文献１に示す技術では、モニター上に表示されたＧＵＩ画面を白と黒の２値に変換し、得られた白黒データを、ピンのＯＮ／ＯＦＦに対応させて触覚ディスプレイ上に表示することが記載されている。
【０００３】
この非特許文献１の技術では、触覚ディスプレイで表現させる対象として、ＧＵＩ画面のようなラスタデータを用いることに加え、ＧＵＩ画面上の１ドットと、触覚ディスプレイ上の１つのピンと、が１：１で対応している場合が想定されている。
【０００４】
また、特許文献１には、触覚ディスプレイで点字を表現するにあたって、ユーザーが認知し易いように、点字の表現方法を工夫することが記載されている。
【０００５】
しかし、いずれの文献においても、例えば、ベクタイメージや触覚ディスプレイのピン数に対して画素数が多いラスタイメージなど、ピンの配列と１：１の対応がとれないイメージを触覚ディスプレイで表現する場合に、ピンをどのように制御すれば使い勝手や使い心地の優れたものにできるか、については記載がなかった。すなわち、上述のようなイメージを表現する場合において、従来の触覚ディスプレイには改善の余地があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２０４７１１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】ＫＧＳ社「ドットビュー（商標登録）」（http://www.kgs-jpn.co.jp/b_dv2.html）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
触覚ディスプレイのピンの配列と、触角ディスプレイに表示するイメージとの間にずれがある場合（１：１の対応にない場合）であっても、ユーザービリティ（ｕｓａｂｉｌｉｔｙ）に優れた形態で凹凸イメージを表現可能な触覚ディスプレイや、操作入力装置、操作入力システムの実現が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る単一の平面に沿って所定の規則で配列されている複数の突出部材と、前記平面に対して交差する方向に沿って前記突出部材のそれぞれを独立に進退動作させる駆動機構と、当該駆動機構を制御する制御装置と、を備えた触覚ディスプレイの特徴構成は、
前記制御装置は、
前記突出部材の突出によって表現する理想的な形状のデータである理想形状データを取得する理想形状データ取得部と、
前記平面上における前記突出部材のそれぞれの配置領域に対応した突出領域を仮想的に設定すると共に、全ての前記突出部材のそれぞれの前記突出領域の集合によって形成される突出領域配列と、前記理想形状データとを重ね合わせて比較する比較部と、
前記突出領域配列と前記理想形状データとの間にずれがある場合に、前記突出領域配列を構成する前記突出領域のそれぞれと前記理想形状データとの重なりの状態に応じて、前記突出領域のそれぞれに対応する前記突出部材のそれぞれの前記平面に対する突出高さである突出量を決定する突出量決定部と、を備え、
前記駆動機構は、前記突出部材の前記突出量を段階的に設定可能に構成され、
前記突出量決定部は、前記突出領域と前記理想形状データとの重なり面積が大きくなるに従って前記突出量を大きくするように段階的に決定する点にある。
【００１０】
この特徴構成によれば、理想形状データと突出領域配列との重なりの状態に応じて突出部材の突出量を決定するため、突出領域配列と理想形状データとの間にずれがある場合でも、理想形状データに近い形状を突出部材により表現することができ、触覚ディスプレイを、ユーザーにとって理想形状を認識し易いものとすることができる。すなわち、突出領域配列と、触角ディスプレイに表示する凹凸イメージ（理想形状データ）とが、１：１の対応にない場合であっても、ユーザービリティに優れた形態で凹凸イメージを表現可能な触覚ディスプレイを実現することができる。
加えて、この構成によれば、突出領域の一部が理想形状データと重なっている箇所、例えば、理想形状データの輪郭部において、必要に応じ適切に突出量を設定することができる。このため、例えば、指あたりがなめらかになるように突出量を調整したり、細かな図形を表現できるように突出量を調整することで、ユーザービリティに優れた形態でイメージを表現可能な触覚ディスプレイを実現することができる。
さらに、この構成によれば、突出領域と理想形状データとの重なり面積に応じた大きさとなるように突出量を決定するので、突出領域の一部が理想形状データと重なっている箇所、例えば、理想形状データの輪郭部において、突出部材の突出量を適切に設定することができる。このため、例えば、理想形状データの輪郭部において、急な段差部が生じることを抑え、指あたりを滑らかにしつつ、凹凸イメージを表現可能な触覚ディスプレイを実現することができる。 
【００１１】
なお、ここで言う「突出領域配列と理想形状データとの間にずれがある」とは、理想形状データがベクタデータの場合は、突出領域配列内の各突出領域における境界部と、理想形状データの境界部分とが完全に一致しないことを意味し、理想形状データがラスタデータの場合は、所定の領域における突出部材の数と、当該所定の領域において表現したい理想形状データの画素数とが完全に一致しないことを意味する。
【００１２】
また、別の特徴構成としては、単一の平面に沿って所定の規則で配列されている複数の突出部材と、前記平面に対して交差する方向に沿って前記突出部材のそれぞれを独立に進退動作させる駆動機構と、当該駆動機構を制御する制御装置と、を備えた触覚ディスプレイであって、
前記制御装置は、
前記突出部材の突出によって表現する理想的な形状のデータである理想形状データを取得する理想形状データ取得部と、
前記平面上における前記突出部材のそれぞれの配置領域に対応した突出領域を仮想的に設定すると共に、全ての前記突出部材のそれぞれの前記突出領域の集合によって形成される突出領域配列と、前記理想形状データとを重ね合わせて比較する比較部と、
前記突出領域配列と前記理想形状データとの間にずれがある場合に、前記突出領域配列を構成する前記突出領域のそれぞれと前記理想形状データとの重なりの状態に応じて、前記突出領域のそれぞれに対応する前記突出部材のそれぞれの前記平面に対する突出高さである突出量を決定する突出量決定部と、を備え、
前記突出量決定部は、前記突出領域の全体が前記理想形状データと重なっている場合には、当該突出領域に対応する前記突出部材の前記突出量を最大とし、前記突出領域の一部が前記理想形状データと重なっている場合には、当該突出領域に対応する前記突出部材の前記突出量を、前記最大の突出量未満であって当該突出領域と前記理想形状データとの重なりの程度に応じた量に段階的に決定する点にある。
【００１３】
この構成によれば、理想形状データと突出領域配列との重なりの状態に応じて突出部材の突出量を決定するため、突出領域配列と理想形状データとの間にずれがある場合でも、理想形状データに近い形状を突出部材により表現することができ、触覚ディスプレイを、ユーザーにとって理想形状を認識し易いものとすることができる。すなわち、突出領域配列と、触角ディスプレイに表示する凹凸イメージ（理想形状データ）とが、１：１の対応にない場合であっても、ユーザービリティに優れた形態で凹凸イメージを表現可能な触覚ディスプレイを実現することができる。
加えて、この構成によれば、突出領域の一部が理想形状データと重なっている箇所、例えば、理想形状データの輪郭部において、必要に応じ適切に突出量を設定することができる。このため、例えば、指あたりがなめらかになるように突出量を調整したり、細かな図形を表現できるように突出量を調整することで、ユーザービリティに優れた形態でイメージを表現可能な触覚ディスプレイを実現することができる。
【００１４】
また、前記突出領域が、格子状に並んだ前記突出部材それぞれについて、前記突出部材を中心として隣接する他の前記突出領域と隙間なく接して升目状に配置されると好適である。
【００１５】
また、前記理想形状データが、突出高さ情報を有し、
前記突出量決定部は、前記突出領域と前記理想形状データとの重なりの状態と前記突出高さ情報とに応じて前記突出量を決定すると好適である。
【００１６】
この構成によれば、突出高さ情報を有する理想形状データ、すなわち３次元の形状を有する理想形状データを扱う場合にも、ユーザービリティに優れた形態で凹凸イメージを表現可能な触覚ディスプレイを実現することができる。
【００１７】
なお、上記の本発明に係る特徴構成は、前記理想形状データが、前記突出部材の数よりも多い画素数のラスタデータである場合に特に適している。
【００１８】
また、前記平面は平板の正面側平面により構成され、前記突出部材のそれぞれが前記平板を貫通して設けられた孔部に挿入されており、前記駆動機構は、前記平板に対して背面側に設けられ、前記突出部材の先端部の高さが前記正面側平面よりも高い第一状態と前記先端部の高さが前記正面側平面以下の第二状態との間の任意の突出量で突出させることが可能に構成されていると好適である。
【００１９】
この構成によれば、上述したような各種構成を備える触覚ディスプレイを適切に実現することができる。
【００２０】
また、正面に操作面が形成された操作板を有し、前記操作面に接触又は近接する被検知物を検知して当該検知位置に応じた入力を受け付けるタッチパッドと、それぞれが前記操作板を貫通可能な状態で前記操作面に沿って所定の規則で配列されている複数の突出部材と、前記突出部材のそれぞれを前記操作板の貫通方向に沿って独立に進退動作させる駆動機構と、当該駆動機構を制御する制御装置と、を備えた操作入力装置の特徴構成は、
前記制御装置は、
前記突出部材の突出によって表現する理想的な形状のデータである理想形状データを取得する理想形状データ取得部と、
前記操作面上における前記突出部材のそれぞれの配置領域に対応した突出領域を仮想的に設定すると共に、全ての前記突出部材のそれぞれの前記突出領域の集合によって形成される突出領域配列と、前記理想形状データとを重ね合わせて比較する比較部と、
前記突出領域配列と前記理想形状データとの間にずれがある場合に、前記突出領域配列を構成する前記突出領域のそれぞれと前記理想形状データとの重なりの状態に応じて、前記突出領域のそれぞれに対応する前記突出部材のそれぞれの前記操作面に対する突出高さである突出量を決定する突出量決定部と、を備え、
前記駆動機構は、前記突出部材の前記突出量を段階的に設定可能に構成され、
前記突出量決定部は、前記突出領域と前記理想形状データとの重なり面積が大きくなるに従って前記突出量を大きくするように段階的に決定する点にある。
【００２１】
この構成によれば、タッチパッドの操作面に接触又は近接する被検知物の検知位置に応じて、情報伝達可能に接続された他の機器に対して所定操作を入力することができる。このとき、突出部材の先端部が操作面から明確に突出した状態においては、使用者に触覚を利用した操作感を提供することができる。また、突出部材の先端部が操作面に一致した状態又は操作面より背面側に埋没した状態においては、タッチパッドの操作面が平坦となり
、使用者によるタッチパッドへの操作を阻害することがない。
さらに、理想形状データと突出領域配列との重なりの状態に応じて突出部材の突出量を決定するため、突出領域配列と理想形状データとの間にずれがある場合でも、理想形状データに近い形状を突出部材により表現することができ、操作入力装置を、ユーザーにとって理想形状が認識し易いものとすることができる。すなわち、突出領域配列と、触角ディスプレイに表示する凹凸イメージ（理想形状データ）とが、１：１の対応にない場合であっても、ユーザービリティに優れた形態で凹凸イメージを表現可能な操作入力装置を実現することができる。
加えて、この構成によれば、突出領域の一部が理想形状データと重なっている箇所、例えば、理想形状データの輪郭部において、必要に応じ適切に突出量を設定することができる。このため、例えば、指あたりがなめらかになるように突出量を調整したり、細かな図形を表現できるように突出量を調整することで、ユーザービリティに優れた形態でイメージを表現できる。
以上のように、突出部材を進退動作させることで、使用者によるタッチパッドへの操作感を損ねることなく、その使用者に触覚を利用した操作感を提供することができる。
【００２２】
また、正面に操作面が形成された操作板を有し、前記操作面に接触又は近接する被検知物を検知して当該検知位置に応じた入力を受け付けるタッチパッドと、それぞれが前記操作板を貫通可能な状態で前記操作面に沿って所定の規則で配列されている複数の突出部材と、前記突出部材のそれぞれを前記操作板の貫通方向に沿って独立に進退動作させる駆動機構と、当該駆動機構を制御する制御装置と、を備えた操作入力装置の特徴構成は、
前記制御装置は、
前記突出部材の突出によって表現する理想的な形状のデータである理想形状データを取得する理想形状データ取得部と、
前記操作面上における前記突出部材のそれぞれの配置領域に対応した突出領域を仮想的に設定すると共に、全ての前記突出部材のそれぞれの前記突出領域の集合によって形成される突出領域配列と、前記理想形状データとを重ね合わせて比較する比較部と、
前記突出領域配列と前記理想形状データとの間にずれがある場合に、前記突出領域配列を構成する前記突出領域のそれぞれと前記理想形状データとの重なりの状態に応じて、前記突出領域のそれぞれに対応する前記突出部材のそれぞれの前記操作面に対する突出高さである突出量を決定する突出量決定部と、を備え、
前記突出量決定部は、前記突出領域の全体が前記理想形状データと重なっている場合には、当該突出領域に対応する前記突出部材の前記突出量を最大とし、前記突出領域の一部が前記理想形状データと重なっている場合には、当該突出領域に対応する前記突出部材の前記突出量を、前記最大の突出量未満であって当該突出領域と前記理想形状データとの重なりの程度に応じた量に段階的に決定する点にある。
【００２３】
この構成によれば、タッチパッドの操作面に接触又は近接する被検知物の検知位置に応じて、情報伝達可能に接続された他の機器に対して所定操作を入力することができる。このとき、突出部材の先端部が操作面から明確に突出した状態においては、使用者に触覚を利用した操作感を提供することができる。また、突出部材の先端部が操作面に一致した状態又は操作面より背面側に埋没した状態においては、タッチパッドの操作面が平坦となり
、使用者によるタッチパッドへの操作を阻害することがない。
さらに、理想形状データと突出領域配列との重なりの状態に応じて突出部材の突出量を決定するため、突出領域配列と理想形状データとの間にずれがある場合でも、理想形状データに近い形状を突出部材により表現することができ、操作入力装置を、ユーザーにとって理想形状が認識し易いものとすることができる。すなわち、突出領域配列と、触角ディスプレイに表示する凹凸イメージ（理想形状データ）とが、１：１の対応にない場合であっても、ユーザービリティに優れた形態で凹凸イメージを表現可能な操作入力装置を実現することができる。
加えて、この構成によれば、突出領域の一部が理想形状データと重なっている箇所、例えば、理想形状データの輪郭部において、必要に応じ適切に突出量を設定することができる。このため、例えば、指あたりがなめらかになるように突出量を調整したり、細かな図形を表現できるように突出量を調整することで、ユーザービリティに優れた形態でイメージを表現できる。
以上のように、突出部材を進退動作させることで、使用者によるタッチパッドへの操作感を損ねることなく、その使用者に触覚を利用した操作感を提供することができる。
【００２４】
また、正面に操作面が形成された操作板を有し、前記操作面に接触又は近接する被検知物を検知して当該検知位置に応じた入力を受け付けるタッチパッドと、それぞれが前記操作板を貫通可能な状態で前記操作面に沿って所定の規則で配列されている複数の突出部材と、前記突出部材のそれぞれを前記操作板の貫通方向に沿って独立に進退動作させる駆動機構と、表示画面を有すると共に当該表示画面に画像を表示する表示装置と、前記駆動機構を制御する制御装置と、を備えた操作入力システムの特徴構成は、
前記制御装置は、
前記突出部材の突出によって前記表示画面に表示されている画像に応じた形状を表現する際の理想的な形状のデータである理想形状データを取得する理想形状データ取得部と、
前記操作面上における前記突出部材のそれぞれの配置領域に対応した突出領域を仮想的に設定すると共に、全ての前記突出部材のそれぞれの前記突出領域の集合によって形成される突出領域配列と、前記理想形状データとを重ね合わせて比較する比較部と、
前記突出領域配列と前記理想形状データとの間にずれがある場合に、前記突出領域配列を構成する前記突出領域のそれぞれと前記理想形状データとの重なりの状態に応じて、前記突出領域のそれぞれに対応する前記突出部材のそれぞれの前記操作面に対する突出高さである突出量を決定する突出量決定部と、を備え、
前記駆動機構は、前記突出部材の前記突出量を段階的に設定可能に構成され、
前記突出量決定部は、前記突出領域と前記理想形状データとの重なり面積が大きくなるに従って前記突出量を大きくするように段階的に決定する点にある。
【００２５】
この構成によれば、タッチパッドの操作面に接触又は近接する被検知物の検知位置に応じて、情報伝達可能に接続された他の機器に対して所定操作を入力することができる。このとき、制御装置は、表示画面に表示されている画像に応じた形状（理想形状データ）を、突出部材の突出によって表現する。
さらに、理想形状データと突出領域配列との重なりの状態に応じて突出部材の突出量を決定するため、突出領域配列と理想形状データとの間にずれがある場合でも、理想形状データに近い形状を突出部材により表現することができ、操作入力システムを、ユーザーにとって理想形状を認識し易いものとすることができる。すなわち、突出領域配列と、触角ディスプレイに表示する凹凸イメージ（理想形状データ）とが、１：１の対応にない場合であっても、ユーザービリティに優れた形態で凹凸イメージを表現できる。
加えて、この構成によれば、突出領域の一部が理想形状データと重なっている箇所、例えば、理想形状データの輪郭部において、必要に応じ適切に突出量を設定することができる。このため、例えば、指あたりがなめらかになるように突出量を調整したり、細かな図形を表現できるように突出量を調整することで、ユーザービリティに優れた形態でイメージを表現できる。
これにより、使用者は、例えば、表示画面における操作標章の位置と触覚により認識される操作面における突出状態にある突出部材の位置とを容易に関連付けることができ、望みの操作標章を容易に選択することができる。従って、表示画面を注視することなく従来に比べてより確実な操作入力を行うことが可能な操作入力システムを提供することができる。
【００２６】
また、正面に操作面が形成された操作板を有し、前記操作面に接触又は近接する被検知物を検知して当該検知位置に応じた入力を受け付けるタッチパッドと、それぞれが前記操作板を貫通可能な状態で前記操作面に沿って所定の規則で配列されている複数の突出部材と、前記突出部材のそれぞれを前記操作板の貫通方向に沿って独立に進退動作させる駆動機構と、表示画面を有すると共に当該表示画面に画像を表示する表示装置と、前記駆動機構を制御する制御装置と、を備えた操作入力システムの特徴構成は、
前記制御装置は、
前記突出部材の突出によって前記表示画面に表示されている画像に応じた形状を表現する際の理想的な形状のデータである理想形状データを取得する理想形状データ取得部と、
前記操作面上における前記突出部材のそれぞれの配置領域に対応した突出領域を仮想的に設定すると共に、全ての前記突出部材のそれぞれの前記突出領域の集合によって形成される突出領域配列と、前記理想形状データとを重ね合わせて比較する比較部と、
前記突出領域配列と前記理想形状データとの間にずれがある場合に、前記突出領域配列を構成する前記突出領域のそれぞれと前記理想形状データとの重なりの状態に応じて、前記突出領域のそれぞれに対応する前記突出部材のそれぞれの前記操作面に対する突出高さである突出量を決定する突出量決定部と、を備え、
前記突出量決定部は、前記突出領域の全体が前記理想形状データと重なっている場合には、当該突出領域に対応する前記突出部材の前記突出量を最大とし、前記突出領域の一部が前記理想形状データと重なっている場合には、当該突出領域に対応する前記突出部材の前記突出量を、前記最大の突出量未満であって当該突出領域と前記理想形状データとの重なりの程度に応じた量に段階的に決定する点にある。
【００２７】
この構成によれば、タッチパッドの操作面に接触又は近接する被検知物の検知位置に応じて、情報伝達可能に接続された他の機器に対して所定操作を入力することができる。このとき、突出部材の先端部が操作面から明確に突出した状態においては、使用者に触覚を利用した操作感を提供することができる。また、突出部材の先端部が操作面に一致した状態又は操作面より背面側に埋没した状態においては、タッチパッドの操作面が平坦となり
、使用者によるタッチパッドへの操作を阻害することがない。
さらに、理想形状データと突出領域配列との重なりの状態に応じて突出部材の突出量を決定するため、突出領域配列と理想形状データとの間にずれがある場合でも、理想形状データに近い形状を突出部材により表現することができ、操作入力装置を、ユーザーにとって理想形状が認識し易いものとすることができる。すなわち、突出領域配列と、触角ディスプレイに表示する凹凸イメージ（理想形状データ）とが、１：１の対応にない場合であっても、ユーザービリティに優れた形態で凹凸イメージを表現可能な操作入力装置を実現することができる。
加えて、この構成によれば、突出領域の一部が理想形状データと重なっている箇所、例えば、理想形状データの輪郭部において、必要に応じ適切に突出量を設定することができる。このため、例えば、指あたりがなめらかになるように突出量を調整したり、細かな図形を表現できるように突出量を調整することで、ユーザービリティに優れた形態でイメージを表現できる。
以上のように、突出部材を進退動作させることで、使用者によるタッチパッドへの操作感を損ねることなく、その使用者に触覚を利用した操作感を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】操作入力システムの車両への搭載した状態を示す模式図である。
【図２】操作入力装置と表示画面との対応関係を示す一例を表した図である。
【図３】操作入力装置に備えられるタッチパッドの斜視図である。
【図４】駆動機構の構成を示す断面図である。
【図５】操作入力システムの概略構成を示すブロック図である。
【図６】ステータス決定部の概略構成を示すブロック図である。
【図７】理想形状データと突出部材の突出量の関係を示す一例を表した図である。
【図８】突出部材の突出量の分布をＺ方向の断面で表した図である。
【図９】操作入力演算部における処理手順を示すフロー図である。
【図１０】突出量を決定するための処理手順を示すフロー図である。
【図１１】変化量を決定するための処理手順を示すフロー図である。
【図１２】理想形状データと突出部材の突出量の関係を示す一例を表した図である。
【図１３】突出部材の突出量の分布をＺ方向の断面で表した図である。
【図１４】理想形状データと突出部材の突出量の関係を示す一例を表した図である。
【図１５】突出部材の突出量の分布をＺ方向の断面で表した図である。
【図１６】理想形状データと突出部材の突出量の関係を示す一例を表した図である。
【図１７】突出部材の突出量の分布をＺ方向の断面で表した図である。
【図１８】理想形状データと突出部材の突出量の関係を示す一例を表した図である。
【図１９】突出部材の突出量の分布をＺ方向の断面で表した図である。
【図２０】理想形状データと突出部材の突出量の関係を示す一例を表した図である。
【図２１】突出部材の突出量の分布をＺ方向の断面で表した図である。
【図２２】理想形状データと突出部材の突出量の関係を示す一例を表した図である。
【図２３】突出部材の突出量の分布をＺ方向の断面で表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明に係る触角ディスプレイの実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態では、車載用のナビゲーション装置１（図１を参照）上の情報をユーザーに提示すると共に、ナビゲーション装置１に対して予め規定された（所定の）操作入力を行うことが可能な操作入力装置４を例として説明する。すなわち、本実施形態において、操作入力装置４はナビゲーション装置１の出力デバイスとしての機能と、入力デバイスとしての機能とが一体化された複合デバイスとなっている。以下では、ナビゲーション装置１の概略構成、操作入力装置４の構成を説明した後、操作入力装置４を含むナビゲーション装置１の操作入力システム３の構成について説明し、最後に操作入力演算部５０の内部構成について説明する。
【００３０】
１．ナビゲーション装置の概略構成
ナビゲーション装置１の概略構成について、図１及び図２を参照して説明する。ナビゲーション装置１は、自車位置表示、出発地から目的地までの経路探索、経路案内、及び目的地検索等の基本機能を実現可能に構成されている。ナビゲーション装置１の内部構成については公知のため詳細については省略する。
【００３１】
表示入力装置４０は、液晶表示装置等の表示装置とタッチパネル等の入力装置とが一体となったものである。表示入力装置４０は、表示画面４１を有すると共に当該表示画面４１に例えば自車位置周辺の地図や所定機能に関連付けられた操作標章４４（図２を参照）等の画像を表示する。ここで、操作標章４４は、タッチパネルやタッチパッド１０が操作され、その操作入力がナビゲーション装置１に伝達されて特定の機能が実現されるに際して、その機能をユーザー（ここでは車両の乗員）が容易に知覚できるように表示画面４１に表示される標章である。このような操作標章４４には、例えばイラスト等によって描画された操作アイコンやボタンイメージ、文字キーイメージ等が含まれる。表示入力装置４０は、タッチパネルに接触又は近接する被検知物を検知して当該検知位置に応じた入力を受け付ける。例えばユーザーは、表示画面４１に表示された操作標章４４に、被検知物としての指先やスタイラスペンのペン先等を接触又は近接させることで、その操作標章４４を選択してそれに関連付けられた機能を実現することができる。また、ユーザーは、表示画面４１に表示された操作標章４４以外の位置に被検知物を接触又は近接させることで、
例えば地図上の地点選択等を行うことができる。本実施形態では、この表示入力装置４０が、本発明における「表示装置」に相当する。
【００３２】
図１に示すように、タッチパッド１０は表示入力装置４０とは別体として設けられている。タッチパッド１０は、操作面１１ａを有し、操作面１１ａに接触又は近接する被検知物Ｄ（図２を参照）を検知して当該検知位置に応じた入力を受け付ける。ポインティングデバイスとしてのタッチパッド１０が検知した検知位置に対応させて、表示画面４１に操作カーソル４５（図２を参照）が表示される。ユーザーは、操作面１１ａに被検知物Ｄとしての指先等を接触又は近接させながらスライドさせることによって、表示画面４１上で操作カーソル４５を移動させる。そして、その操作カーソル４５が操作標章４４上に一致している状態で操作面１１ａを所定操作することで、当該操作標章４４を選択してそれに関連付けられた機能を実現することができる。また、ユーザーは、操作カーソル４５が表示画面４１に表示された操作標章４４以外の位置にある状態で操作面１１ａを所定操作することで、例えば地図上の地点選択等を行うことができる。
【００３３】
なお、表示入力装置４０は、ユーザー（ここでは特に、車両の運転者）から見やすいように、運転時の視線方向を大きく変えることなく見ることができるような位置に配置されている。図１に示す例では、表示入力装置４０はダッシュボード上面の中央部に配置されているが、計器盤の位置等に配置しても良い。一方、タッチパッド１０は、ユーザーが操作しやすいように、ユーザーの手元に近い位置に配置されている。すなわち、タッチパッド１０は、表示入力装置４０よりもユーザーの手元に近く、かつ、視線方向から遠い位置に配置されている。図１に示す例では、タッチパッド１０はセンターコンソール部に配置されているが、ダッシュボード上面の中央部やステアリングホイールのスポーク部、ドアパネル等に配置しても良い。
【００３４】
本発明では、ナビゲーション装置１と情報伝達可能に接続された各機器のうち、触覚ディスプレイとしての機能を備えたタッチパッド１０の具体的構成に関して、従来品との対比において新規な特徴を有している。そこで以下では、タッチパッド１０を含んで構成される操作入力装置４の構成について、より詳細に説明する。
【００３５】
２．操作入力装置の構成
図３及び図４に示すように、操作入力装置４は、正面に操作面１１ａが形成された操作板１１を有し、操作面１１ａに接触又は近接する被検知物Ｄを検知して当該検知位置に応じた入力を受け付けるタッチパッド１０と、それぞれが操作板１１を貫通可能な状態で操作面１１ａに沿って所定の規則で配列されている複数の突出部材２０と、突出部材２０のそれぞれを操作板１１の貫通方向に沿って独立に進退動作させる駆動機構３０と、当該駆動機構３０を制御する操作入力演算部５０と、を備えている。操作入力装置４は、概略的には、駆動機構３０によって駆動される突出部材２０が、タッチパッド１０の表面から突出可能（出没可能）に構成されている。ここで、操作板１１に対する突出部材２０の貫通方向は、操作面１１ａに対して交差する方向、具体的には操作面１１ａに対して直交する方向に設定されている。
【００３６】
ここで、本実施形態における操作面１１ａが本願発明における「単一の平面」に相当し、操作入力演算部５０が本願発明における「制御装置」に相当する。
【００３７】
図３に示すように、タッチパッド１０は操作板１１を有し、操作板１１の正面側には操作面１１ａが形成されている。このようなタッチパッド１０としては、抵抗膜式や静電容量式等、種々の方式のものを利用することができ、本例では静電容量式を採用している。操作面１１ａの背面側には基板や電極層が設けられている。タッチパッド１０は、操作面１１ａに接触又は近接する被検知物Ｄとしての指先等を検知して当該検知位置に応じた入
力を受け付ける。
【００３８】
図４に示すように、操作板１１には、当該操作板１１を貫通する孔部１２が設けられている。本実施形態では、このような孔部１２が操作面１１ａに沿って所定の規則で複数設けられている。本例では、操作面１１ａのＸＹ方向に並ぶように格子状（マトリクス状）に配列され、各々の孔部１２は、ＸＹ方向に沿って等間隔で配列されている。本実施形態においては、孔部１２の数は、表示画面４１の画素数に対して少なくなっている。また本実施形態では、孔部１２は、操作板１１の正面側から見て円形状に形成されている。なお、操作面１１ａの背面側に設けられた電極層に接続される導電性の配線部材１３が、操作面１１ａに沿って格子状に配設されているが、それぞれの孔部１２は配線部材１３を避けて設けられている。すなわち、それぞれの孔部１２は、本例では複数の配線部材１３によって囲まれた矩形状の領域内に、全ての配線部材１３と干渉することなく設けられている。これにより、複数の孔部１２を操作板１１に設けることによってタッチパッド１０の機能が損なわれることが防止されている。
【００３９】
操作板１１を貫通して設けられた孔部１２のそれぞれには、突出部材２０が挿入されている。従って本例では、突出部材２０も、操作面１１ａに沿って孔部１２と同様の配列規則で複数設けられている。なお、図２の例では、これらの孔部１２及び突出部材２０のタッチパッド１０上での配置領域は、後述する操作標章表示領域Ｒ（図２を参照）の表示画面４１上での配置領域に対応している。
【００４０】
図４に示すように、突出部材２０は、細長い円柱状（ピン状）のピン部材２１と、全体として円筒状の筒状部材２２とからなる。ピン部材２１の外径は、孔部１２の内径よりも僅かに小さい。筒状部材２２は、当該筒状部材２２の軸方向に沿って等分割された２つの半円筒状部材からなる。ピン部材２１は、その下端部において２つの半円筒状部材に挟まれた状態で筒状部材２２に係止されている。本例では、それぞれの孔部１２に、ピン部材２１の先端部（上端部）が挿入されている。駆動機構３０によって突出部材２０が駆動されていない基準状態（図４の左側の状態）では、平坦に形成されたピン部材２１の先端部（先端面）は、操作面１１ａのレベルに一致している。
【００４１】
図４に示すように、操作板１１に対して背面側に駆動機構３０が設けられている。この駆動機構３０は、操作面１１ａに対して交差（本例では直交）する方向（これを「進退動作方向Ｚ」と称する）に沿って突出部材２０を進退動作させるための機構である。なお、本実施形態における進退動作方向Ｚが本願発明における「貫通方向」に相当する。駆動機構３０は、圧電素子３１を備えている。
【００４２】
圧電素子３１は圧電効果を利用した受動素子であり、圧電体に印加された電圧を力に変換し、或いは圧電体に加えられた外力を電圧に変換する。圧電素子３１は、進退動作方向Ｚに振動するように設けられている。圧電素子３１には連結部材３３が連結されており、この連結部材３３は圧電素子３１と一体的に振動する。連結部材３３は、細長い円柱状（ピン状）に形成されている。圧電素子３１に連結された側とは反対側の連結部材３３の先端部は、筒状部材２２の内側の空間に挿入されている。連結部材３３の外径は筒状部材２２の内径にほぼ等しく、連結部材３３の外周面と筒状部材２２の内周面とが接している。
【００４３】
連結部材３３と筒状部材２２とが接触する接触位置において、筒状部材２２を外周側から包囲するようにバネ部材３４が設けられている。バネ部材３４は、内周側に向かう所定の大きさの予圧を提供し、連結部材３３と突出部材２０を構成する筒状部材２２との間に所定の摩擦力を生じさせる。バネ部材３４が付与する予圧は、連結部材３３と筒状部材２２との間の静止摩擦力が突出部材２０に作用する重力の進退動作方向Ｚの分力よりも少なくとも大きくなるように設定される。また、上記予圧は、圧電素子３１の振動に伴い連結
部材３３と筒状部材２２との間に動摩擦力が生じる状態でこれらが摺動可能となるように設定される。本実施形態では、筒状部材２２と連結部材３３との摺動部、及び予圧付与手段としてのバネ部材３４により、摺動機構３２が構成されている。
【００４４】
また本実施形態では、圧電素子３１の進退動作方向Ｚに沿った一方側への振動速度と他方側への振動速度との大小関係が、後述する突出制御部５２（図５を参照）によって調整可能とされている。これにより、突出部材２０の先端部が操作板１１の正面側に突出した状態と、突出部材２０の先端部が操作板１１の正面より背面側に埋没した状態と、の間の任意の突出量で突出させることが可能となっている。本実施形態においては、駆動機構３０は、突出部材２０の突出量を段階的に変更可能に構成されている。
【００４５】
より具体的には、突出方向側（操作面１１ａよりも正面側）への振動速度を、反突出方向側である埋没方向側（操作面１１ａよりも背面側）への振動速度よりも小さくすることで、連結部材３３と筒状部材２２との間に生じる静止摩擦と動摩擦との差異に基づいて、突出部材２０が突出方向側へと移動する。これにより、突出部材２０（ピン部材２１）の先端部は、操作面１１ａよりも正面側に突出する。すなわち、突出部材２０は、先端部が操作板１１を貫通して操作面１１ａより正面側に突出した状態（突出状態）となり得る。この突出状態は、進退動作方向Ｚに沿った突出部材２０の先端部の高さが操作面１１ａよりも高い状態であり、本願発明における「第一状態」に相当する。なお、操作板１１の操作面１１ａが、本願発明における「正面側表面」に相当する。
【００４６】
一方、これとは逆に埋没方向側への振動速度を突出方向側への振動速度よりも小さくすることで、突出部材２０は埋没方向側へと移動する。すなわち、突出部材２０は、先端部が操作面１１ａより背面側に埋没した状態（埋没状態）ともなり得る。なお、「埋没状態」には、突出部材２０のピン部材２１の先端部が操作面１１ａのレベルに一致している状態も含まれるものとする。この埋没状態は、進退動作方向Ｚに沿った突出部材２０の先端部の高さが操作面１１ａ以下の状態であり、本願発明における「第二状態」に相当する。
【００４７】
本実施形態では、圧電素子３１と、摺動機構３２と、突出制御部５２とにより駆動機構３０が構成される。この駆動機構３０により、複数の突出部材２０は、それぞれ独立に突出状態と埋没状態との間で移動可能となっている。このように、本実施形態に係る操作入力装置４は、タッチパッド１０と、このタッチパッド１０の操作面１１ａから出没自在に設けられた複数の突出部材２０とを組み合わせて有する。
【００４８】
３．操作入力システムの構成
図５に示すように、上述した操作入力装置４と、表示入力装置４０と、これらの間に介在される操作入力演算部５０とにより、ナビゲーション装置１における操作入力システム３が形成されている。本実施形態では、操作入力演算部５０は、不揮発性メモリなどの記憶領域を備えたマイクロコンピュータによって構成されている。操作入力装置４と表示入力装置４０とは、操作入力演算部５０を介して情報伝達可能に接続されている。
【００４９】
操作入力演算部５０は、ステータス決定部５１、突出制御部５２、位置検知部５３、描画制御部５４、選択操作判定部５５を備えている。また本実施形態では、操作入力演算部５０は、状態検知部５６及び入力受付部５７をさらに備えている。
【００５０】
ステータス決定部５１は、操作入力装置４で表現する理想形状データＩを取得し、当該理想形状データＩに合わせて、突出部材２０のそれぞれについて適切な突出の状態とするための情報を表す突出ステータスを決定する。本実施形態では、突出ステータスには「埋没状態から突出状態との間の任意の量だけ突出部材２０を操作面１１ａから突出させるために必要な突出部材２０のＺ軸方向の動作量（以下では「変化量」と呼ぶ。）」が含まれ
る。ここで、「埋没状態」は、進退動作方向Ｚにおける可動範囲内で突出部材２０が最小変位位置にある状態（ピン部材２１の先端部が操作面１１ａのレベルに一致している状態）であり、「突出状態」は、進退動作方向Ｚにおける可動範囲内で突出部材２０が最大変位位置にある状態である。本願発明は、ステータス決定部５１における突出量（変化量）の決定方法に新規な特徴を備えている。これについては次節で詳述する。
【００５１】
ここで、上述したように、表示画面４１には、自車位置周辺の地図画像の他にも、所定機能に関連付けられた操作標章４４の画像が表示され得る。例えば図２に示す例では、自車位置周辺の地図画像に重畳して、表示画面４１における下部側に設定された操作標章表示領域Ｒに、３つの操作標章４４の画像が等間隔で横一列に並んで表示されている。これらの操作標章４４は、ナビゲーション装置１や車両の各種装備類を操作する上での主要な機能に対応している。これらは、一例として、左から順にそれぞれ自車位置表示機能、目的地検索機能、オーディオ設定機能に関連付けられている。なお、これら以外にも、例えばプローブ交通情報表示機能やエアコンディショナー設定機能等に関連付けられた操作標章４４が表示されても良い。
【００５２】
突出制御部５２は、操作面１１ａに対する突出部材２０の突出方向（進退動作方向Ｚに一致する）の位置を制御する。突出制御部５２は、ステータス決定部５１から受け取った情報に基づいて駆動機構３０を制御する。本実施形態では、突出制御部５２は、パルス状の電圧を印加して圧電素子３１を振動させる。その際、突出制御部５２は、進退動作方向Ｚに沿った一方向側への振動速度と他方側への振動速度との大小関係を調整することができるように構成されている。このような構成は、圧電素子３１の振動方向に応じてデューティ比を異ならせることによって実現できる。突出制御部５２は、突出方向側への振動速度を埋没方向側への振動速度よりも小さくすることで、突出部材２０を突出方向側へと移動させる。一方、突出制御部５２は、埋没方向側への振動速度を突出方向側への振動速度よりも小さくすることで、突出部材２０を埋没方向側へと移動させる。
【００５３】
位置検知部５３は、タッチパッド１０の操作面１１ａ上での被検知物Ｄの検知位置を取得する。位置検知部５３は、取得した検知位置の情報を、描画制御部５４及び選択操作判定部５５に出力する。
【００５４】
描画制御部５４は、表示画面４１への表示画像を描画制御する。また、描画制御部５４は、表示画面４１に表示される画像（図２を参照）に応じた形状を表現する際の理想的な形状のデータである理想形状データＩをステータス決定部５１に対して伝達可能に構成されている。本実施形態では、描画制御部５４は、表示画面４１に設定された操作標章表示領域Ｒに、主要な操作標章４４を表示させると共に、操作標章表示領域Ｒの画像をステータス決定部５１に対して伝達するように構成されている。さらに、本実施形態においては、伝達の際には、操作標章表示領域Ｒに表示する操作標章４４を幾何学図形に変換した上で伝達できるように構成されている。本例では、複数の操作標章４４のそれぞれに対応して、操作標章４４毎に異なる形状（幾何学図形）に変換し、変換後の形状を複数の突出部材２０により表現している。すなわち、本実施形態では、ステータス決定部５１は、このような操作標章４４毎に異なる形状のデータを理想形状データＩとして取得する。このような構成とすれば、突出部材２０による表現が容易となり、ユーザーが操作入力装置４を用いた際、突出部材２０によって認識する図形と操作標章４４との対応を理解し易く、使い勝手の良い操作入力装置４（触覚ディスプレイ）を実現することができる。
【００５５】
選択操作判定部５５は、位置検知部５３及び後述する状態検知部５６からの情報により、表示画面４１に表示されている操作標章４４に対する選択操作の有無を判定する。
【００５６】
状態検知部５６は、突出部材２０の突出量を検知する。状態検知部５６は、例えば位置
センサ（図示せず）からの情報を取得可能に構成されている。状態検知部５６は、その検知結果の情報を、選択操作判定部５５の入力受付部５７に出力する。
【００５７】
入力受付部５７は、状態検知部５６により突出部材２０が突出状態から埋没状態に変化したことを検知した場合に、その突出部材２０への入力を受け付ける。ここで、上記のとおり本実施形態では、表示画面４１に表示されている特定の操作標章４４に対応する突出部材２０が突出状態とされている。そのため、突出部材２０への入力を受け付けることは、その突出部材２０に対応する操作標章４４への入力を受け付けることと等価である。つまり、入力受付部５７は、突出部材２０が突出状態から埋没状態に変化したことを検知した場合に、その突出部材２０に対応する操作標章４４への入力を受け付ける。これに基づいて、選択操作判定部５５は、当該突出部材２０に対応する操作標章４４の選択操作があったと判定する。
【００５８】
本実施形態では、このような入力受付部５７を備えることで、タッチパッド１０に対するタッチ操作等に基づく通常の選択操作とは別に、突出部材２０を介した操作標章４４の選択操作を受け付けることができる。このとき、ユーザーは、図２に示すように、被検知物Ｄとしての指先等の操作面１１ａ上でのスライド操作により突出状態にある目的の突出部材２０を触覚により認識した後、そのまま当該突出部材２０を押し込んで埋没状態に変化させるだけで、望みの操作標章４４を選択することができる。すなわち、ユーザーは、突出状態にある突出部材２０をボタンに見立て、その模擬的なボタンを押し込むという直感的な操作によって操作標章４４を選択することができる。従って、本実施形態に係る操作入力装置４及び操作入力システム３によれば、利便性に優れた操作入力を行うことができる。
【００５９】
以上のような構成により、ユーザーに対して、直感的に使い易いユーザーインターフェースを実現することができる。ここで、本願発明においては、ユーザービリティに優れた形態で、例えば、ユーザーが突出状態の突出部材２０からその突出部材２０に対応する操作標章４４を認識しやすいように、操作入力演算部５０が構成されている。そこで、以下では、操作入力演算部５０の内部構成について詳細に説明する。
【００６０】
４．操作入力演算部の内部構成
４−１．理想形状データ
ステータス決定部５１の説明に先立って、ステータス決定部５１に入力される理想形状データＩについて説明する。本実施形態においては、理想形状データＩとして、突出部材２０の数よりも多い画素数のラスタデータを用いる。具体的には、描画制御部５４により表示入力装置４０に描画されるラスタデータのうちの一部の領域又は全ての領域が理想形状データとして、ステータス決定部５１に入力される。本実施形態においては、理想形状データとして、操作標章表示領域Ｒの画像を設定している。また、本実施形態においては、描画制御部５４は、操作標章表示領域Ｒに含まれる操作標章４４を単純な幾何学図形に変換した上で、ステータス決定部５１へと出力するように構成されている。操作標章表示領域Ｒに含まれる操作標章４４をどのような幾何学図形に変換するかは、あらかじめ操作標章４４の作成時に設定しておくと良い。
【００６１】
以下では、操作入力装置４に円を表示する場合を例として、操作入力演算部５０の機能を説明する。すなわち、理想形状データＩとして円が操作入力演算部５０に入力された場合を説明する。
【００６２】
４−２．操作入力演算部の内部構成
以下では、図６及び図７に基づいて操作入力演算部５０の内部構成とその機能について説明する。図６に示すように、操作入力演算部５０に含まれるステータス決定部５１は、
理想形状データ取得部５１１と、比較部５１２と、記憶部５１３と、突出量決定部５１４と、変化量決定部５１５と、を備えている。
【００６３】
理想形状データ取得部５１１は、突出部材２０の突出によって操作入力装置４上に表現する理想的な形状のデータである理想形状データＩを、ステータス決定部５１の外部から取得する機能を有する。本実施形態においては、理想形状データ取得部５１１は、図５及び図６に示すように、選択操作判定部５５又は描画制御部５４から理想形状データＩを取得するように構成されている。
【００６４】
記憶部５１３には、操作入力装置４が備える突出部材２０に関する物理情報が記憶されている。具体的には、突出部材２０の数及び突出部材２０それぞれの配置位置情報が記憶されている。
【００６５】
比較部５１２は、記憶部５１３に記憶された突出部材２０に関する情報から、操作面１１ａ上における突出部材２０のそれぞれの配置領域（配置位置）に対応した突出領域ａを仮想的に設定する。本実施形態においては、図７に示すように、突出部材２０を中心として隣接する突出部材２０との間に隙間がないように突出領域ａを設定している。具体的には、格子状に並んだ突出部材２０それぞれについて、突出部材２０を中心とした正方形の突出領域ａを設定している。この正方形は、一辺の長さが上下左右に隣接する突出部材２０間の距離と等しくなるように設定している。これにより、各突出領域ａが、周囲に隣接する他の突出領域ａと隙間なく接して升目状に配置されている。
【００６６】
さらに、比較部５１２は、全ての突出部材２０のそれぞれの突出領域ａの集合によって形成される突出領域配列Ａと、理想形状データ取得部５１１が取得した理想形状データＩとを重ね合わせ、比較を行う。本実施形態においては、図７に示すように、突出領域配列Ａは操作入力装置４の操作板１１の操作面１１ａの全域に一致する。また、比較部５１２は、理想形状データＩの大きさが突出領域配列ＡのＸＹ方向の大きさに合うように、理想形状データＩと突出領域配列Ａとを重ね合わせる。すなわち、後述するように、突出領域配列Ａにおける座標に、理想形状データＩの座標を割り付ける。
【００６７】
ここで、上述したように本実施形態においては、理想形状データＩとしてラスタデータを用いており、理想形状データＩの画素数と、突出部材２０の数とが１：１で対応した場合は、後述する突出量決定部５１４での処理はスキップされる。
【００６８】
一方、突出領域配列Ａと理想形状データＩとの間にずれがあった場合には、突出量決定部５１４において、突出領域配列Ａを構成する突出領域ａのそれぞれと理想形状データＩとの重なりの状態に応じて、突出領域ａのそれぞれに対応する突出部材２０のそれぞれの操作面１１ａに対する突出量が決定される。突出量決定部５１４での突出量の決定方法については、次節で詳細に説明する。
【００６９】
変化量決定部５１５は、それぞれの突出部材２０について、現在の突出部材２０の突出量と、突出量決定部５１４で決定された突出部材２０の突出量との差分から、突出部材２０の変化量を求め、実際に駆動機構３０で駆動させるべき距離を算出する。なお、現在の突出部材２０の突出量に代えて、前回の突出量決定部５１４により決定された突出量を用いても構わない。
【００７０】
４−３．突出量の決定方法
本実施形態では、突出量決定部５１４は、ある突出部材２０について、その突出領域ａの全体が理想形状データＩと重なっている場合には、当該突出部材２０の突出量を最大としている。一方、突出領域ａの一部のみが理想形状データＩと重なっている場合には、当
該突出部材２０の突出量を、最大の突出量以下であって当該突出領域と理想形状データＩとの重なりの程度に応じた量に決定する。
【００７１】
上述したように、本実施形態において駆動機構３０は、突出部材２０の突出量を段階的に設定可能に構成されている。図７及び図８に示すように、具体的には、最大の突出量を１００％、最小の突出量を０％として、０％、２５％、５０％、７５％、１００％の５段階に設定可能に構成されている。
【００７２】
突出量決定部５１４は、突出領域ａと理想形状データＩとの重なり面積が大きくなるに従って突出量を大きく決定するように構成されている。すなわち、ある突出領域ａにおける重なり面積と、当該突出領域ａにおける突出部材２０の突出量とが対応する関係（例えば、比例関係）となるように決定される。本例では、突出領域ａと理想形状データＩとの重なり面積を複数の範囲に区分して、突出部材２０の突出量を段階的に決定している。具体的には、図７に示す拡大図に示すように、重なり面積が０以上３３％未満の突出領域ａでは、突出部材２０の突出量は２５％に、重なり面積が３３以上６６％未満では突出量は５０％に、重なり面積が６６〜１００％未満では突出量は７５％に、というように決定される。なお、突出領域ａと理想形状データＩとが全く重なってない場合には、突出部材２０の突出量は０％に決定される。
【００７３】
４−４．操作入力演算部における処理手順
次に、操作入力演算部５０において、突出部材２０それぞれの変化量を求めるための処理手順について、図９〜図１１に基づいて説明する。以下に説明する処理の手順は、操作入力演算部５０の各機能部を構成するハードウェア又はソフトウェア（プログラム）或いはその両方により実行可能である。上記の各機能部がプログラムにより構成される場合には、操作入力演算部５０を含む演算処理装置が、各機能部を構成するプログラムを実行するコンピュータとして動作する。
【００７４】
図９に示すように操作入力演算部５０における処理は、大別すると、突出量決定処理＃０１と、変化量決定処理＃０２との２つからなる。本実施形態においては、突出量決定処理＃０１は、理想形状データ取得部５１１と比較部５１２と突出量決定部５１４とにおいて行われ、変化量決定処理＃０２は、変化量決定部５１５において行われる。以下では、突出量決定処理＃０１と、変化量決定処理＃０２とを順に説明する。
【００７５】
４−４−１．突出量決定処理
図１０に示すように、突出量決定処理＃０１では、まず突出部材２０それぞれについての処理に入る前の準備処理が行なわれる。この準備処理としては、まず理想形状データ取得部５１１により理想形状データＩを読み込む（ステップ＃１０１）。次に、比較部５１２により操作入力装置４の突出領域配列Ａの座標に、理想形状データＩを割り付ける（ステップ＃１０２）。
【００７６】
そして、突出量決定部５１４において、突出部材２０ごとに突出量を決定するための処理（以下のステップ＃１１１〜＃１１５）を行う。具体的には、まず、理想形状データＩの図形範囲と突出部材２０の突出領域ａとが重なっているかを判定する（ステップ＃１１１）。重なっていない場合（ステップ＃１１１：Ｎｏ）には、突出領域ａは理想形状データＩの図形範囲外であると判断し、突出部材２０の突出量は０％に決定する。一方、重なっている場合（ステップ＃１１１：Ｙｅｓ）には、突出領域ａと理想形状データＩの図形範囲との重なりの程度（本実施形態においては面積）を算出する（ステップ＃１１２）。
【００７７】
次に、重なりの程度が１００％か否かを判定する（ステップ＃１１３）。１００％の場合（ステップ＃１１３：Ｙｅｓ）は、突出領域ａは理想形状データＩの図形範囲内である
と判断し、突出部材２０の突出量は１００％に決定する。一方、１００％でない場合（ステップ＃１１３：Ｎｏ）には、図形範囲の境界に存在する（突出領域ａの一部のみが理想形状データＩと重なっている）と判断し、重なりの程度が６６％以上か否かを判定する（ステップ＃１１４）。重なりの程度が６６％以上の場合（ステップ＃１１４：Ｙｅｓ）には、突出部材２０の突出量は７５％に決定する。一方、重なりの程度が６６％未満の場合（ステップ＃１１４：Ｎｏ）には、重なりの程度が３３％以上か否かを判定する（ステップ＃１１５）。重なりの程度が３３％以上の場合（ステップ＃１１５：Ｙｅｓ）には、突出部材２０の突出量を５０％に決定する。一方、重なりの程度が３３％未満の場合（ステップ＃１１５：Ｎｏ）には、突出部材２０の突出量を２５％に決定する。以上のようにして、各突出部材２０の突出量を決定する。
【００７８】
４−４−２．変化量決定処理
図１１に示すように、変化量決定処理＃０２では、まず突出部材２０それぞれについて変化量を決定するための処理（ステップ＃２０１〜＃２０５）を行う。具体的には、まず突出量決定処理＃０１で決定した突出量Ｂを読み込む（ステップ＃２０１）。次に、現在の突出量Ｃを読み込む（ステップ＃２０２）。続いて、突出量Ｂと突出量Ｃが等しくないかを判定する（ステップ＃２０３）。突出量Ｂと突出量Ｃが等しい場合（ステップ＃２０３：Ｎｏ）には、変化量は０に決定する（ステップ＃２０５）。一方、突出量Ｂと突出量Ｃが等しくない場合（ステップ＃２０３：Ｙｅｓ）には、突出量Ｂと突出量Ｃの差を変化量Δとする。以上のようにして、各突出部材２０の変化量を決定する（ステップ＃２０４）。
【００７９】
全ての突出部材２０について変化量Δを決定した後、一括して突出制御部５２に対し各突出部材２０の変化量Δの情報を設定する。そして、突出制御部５２は、各変化量Δに基づき、突出制御部５２は一斉に各突出部材２０に対応する駆動機構３０を駆動させる（ステップ＃２１１）。
【００８０】
以上のようにして、ユーザービリティに優れた形態で理想形状データＩを操作入力装置４上に表現することができる。
【００８１】
５．その他の実施形態
最後に、本発明に係る触覚ディスプレイ等の、その他の実施形態について説明する。なお、以下のそれぞれの実施形態で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することも可能である。
【００８２】
（１）上記実施形態においては、突出量決定部５１４が、突出部材２０の突出量を、突出領域ａと理想形状データＩとの重なり面積が大きくなるに従って大きく決定する構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、突出量決定部５１４が、突出領域ａと理想形状データＩとの重なり面積が所定のしきい値以上である場合に突出量を最大とし、突出領域ａと理想形状データＩとの重なり面積がしきい値未満である場合に突出量を最小とする構成としても構わない。
【００８３】
このような構成の例を、図１２〜図１５に示す。図１２及び図１３の例では、しきい値を１００％に設定している。すなわち、突出領域ａと理想形状データＩとが完全に重なっている場合にのみ、突出部材２０を突出させることができる。一方、図１４及び図１５の例では、しきい値を１％に設定している。すなわち、突出領域ａと理想形状データＩとが少しでも重なっている場合には、突出部材２０を突出させることができる。なお、図示は省略するがしきい値を５０％など、最大値から最小値までの中間の値としても良い。
【００８４】
（２）上記実施形態においては、理想形状データＩが、２次元の画像である場合の構成を
例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、理想形状データＩが、突出高さ情報ｈを有し、突出量決定部５１４は、突出領域ａと理想形状データＩとの重なりの状態と突出高さ情報ｈとに応じて突出量を決定する構成としても構わない。
【００８５】
このような構成の例を図１６及び図１７に示す。この場合、高さ情報ｈを有する理想形状データＩとしては、３次元形状を仮定する。具体的には、図１６に示すように、斜めにカットされた円柱状の図形を仮定する。この理想形状データＩを操作入力装置４上で表現するにあたっては、各突出部材２０の突出量は、突出領域配列Ａに対応する位置での理想形状データＩの体積（すなわち、理想形状データＩの面積と突出高さ情報ｈの積）に応じて決定すると良い。突出量を決定するにあたり、突出領域配列Ａと理想形状データＩの体積との重なりの状態から突出量をどう決定するかについては、突出領域配列Ａと理想形状データＩの面積との重なりの状態から突出量を求める場合と同様に種々の方法を用いることができる。
【００８６】
（３）上記実施形態においては、突出量決定部５１４が、突出部材２０の突出量を、突出領域ａと理想形状データＩとの重なり面積が大きくなるに従って大きく決定する構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、突出量決定部５１４が、突出領域ａと理想形状データＩとが全部重なっている場合には突出量を最大とし、これらが一部で重なっている場合には、突出部材２０の突出量を最大値から最小値までの中間の値とする構成としても構わない。このような構成の例を図１８及び図１９に示す。この場合、突出領域ａと理想形状データＩとが完全に重なっている場合に、突出部材２０の突出量を最大の１００％とし、突出領域ａと理想形状データＩとが少しでも重なっている場合には、突出部材２０の突出量を５０％としている。
【００８７】
（４）上記実施形態においては、突出量決定部５１４が、突出部材２０の突出量を、突出領域ａと理想形状データＩとの重なり面積が大きくなるに従って大きく決定する構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。突出量決定部５１４における突出部材２０の突出量は、突出領域配列Ａを構成する突出領域ａのそれぞれと理想形状データＩとの重なりの状態に応じて決定されていれば良い。具体的には、注目している突出領域ａと理想形状データＩとの重なりの状態とは無関係に、その突出領域ａに隣接する突出領域ａのそれぞれと理想形状データＩとの重なりの状態に応じて突出部材２０の突出量を決定しても構わない。
【００８８】
このような構成の例を図２０及び図２１に示す。この場合、突出領域ａと理想形状データＩとが完全に重なっている場合に、突出部材２０の突出量を最大とし、さらに、突出量が最大となる突出領域ａと隣接する突出領域ａにおいては、当該突出領域ａに対応する突出部材２０の突出量を一律最小値より大きく最大値よりも小さな中間値としている。具体的には、突出領域ａと理想形状データＩとが完全に重なっている場合に、突出量を１００％とし、その他の突出領域ａにおいて、突出量が１００％の突出領域ａが上下左右に隣接して存在する場合には、当該突出領域ａに対応する突出部材２０の突出量を一律７５％としている。このような構成とすれば、指あたりがなめらかであると同時に、理想形状データＩの輪郭部分には適度な段差が生じ、指あたりの良い触覚ディスプレイを実現することができる。
【００８９】
また、図２０及び図２１に示す例では、突出量が最大となる突出領域ａと隣接する突出領域ａにおいては、当該突出領域ａに対応する突出部材２０の突出量を一律最小値より大きく最大値よりも小さな中間値としたが、当該突出領域ａに対応する突出部材２０の突出量を最大としても構わない。
【００９０】
このような構成の例を、図２２及び図２３に示す。具体的には、突出領域ａと理想形状データＩとが完全に重なっている場合に、突出量を１００％とし、理想形状データＩと完全に重なっている突出領域ａに対し、上下左右に隣接する突出領域ａにおいては、当該突出領域ａに対応する突出部材２０の突出量を１００％にしている。このような構成とすれば、比較的理想形状データＩに近くすることができる。
【００９１】
（５）上記実施形態においては、理想形状データ取得部５１１が、理想形状データＩとして、突出部材２０の数よりも多い画素数のラスタデータを取得する構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、理想形状データ取得部５１１は、理想形状データＩとして、ベクタデータを取得する構成としても構わない。このほか、理想形状データ取得部５１１が、理想形状データＩとして突出部材２０の数と同数の画素数のラスタデータを取得する場合であっても、理想形状データＩの各画素の位置を１画素以下の範囲で突出領域ａとずらした場合には、本願発明の操作入力演算部５０によって、適切に理想形状データＩを操作入力装置４上で表現することができる。このような応用例としては、例えば、理想形状データＩに含まれるイメージが、操作入力装置４上で時系列変化する場合や回転する場合が考えられる。
【００９２】
（６）上記実施形態においては、触覚ディスプレイとして、操作面１１ａは操作板１１の正面側平面により構成され、突出部材２０のそれぞれが操作板１１を貫通して設けられた孔部１２に挿入されており、駆動機構３０は、操作板１１に対して背面側に設けられ、突出状態と埋没状態との間の任意の突出量で突出部材２０を突出させることが可能に構成された操作入力装置４を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、本願発明は上述の操作入力装置４に限らずその他公知の触覚ディスプレイに対しても用いることができる。
【００９３】
（７）上記実施形態においては、駆動機構３０が突出部材２０の突出量を段階的に設定可能に構成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、駆動機構３０が突出部材２０の突出量を無段階（リニア）に設定可能に構成されても構わない。この場合、例えば、突出量決定部５１４は、突出部材２０の突出量を、突出領域ａと理想形状データＩとの重なり面積に比例するように決定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
単一の平面に沿って所定の規則で配列されている複数の突出部材と、前記平面に対して交差する方向に沿って前記突出部材のそれぞれを独立に進退動作させる駆動機構と、当該駆動機構を制御する制御装置と、を備えた触覚ディスプレイに利用できる。
【符号の説明】
【００９５】
４    ：操作入力装置（触覚ディスプレイ）
１１ａ：操作面（平面）
２０  ：突出部材
３０  ：駆動機構
５０  ：操作入力演算部（制御装置）
５１１：理想形状データ取得部
５１２：比較部
５１４：突出量決定部
Ｉ    ：理想形状データ
ａ    ：突出領域
Ａ    ：突出領域配列
Ｚ    ：進退動作方向（貫通方向）
【図１】
0005725368.tif 000002
【図２】
0005725368.tif 000003
【図３】
0005725368.tif 000004
【図４】
0005725368.tif 000005
【図５】
0005725368.tif 000006
【図６】
0005725368.tif 000007
【図７】
0005725368.tif 000008
【図８】
0005725368.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0005725368.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005725368.tif 000014
【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】
0005725368.tif 000019
【図１９】
0005725368.tif 000020
【図２０】
0005725368.tif 000021
【図２１】
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【図２２】
0005725368.tif 000023
【図２３】
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