(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣接する磁石の極性が交番されるように配列された磁石配列フレームと、
前記磁石配列フレームのフレーム要素のそれぞれの上部に位置し、前記フレーム要素の内、いずれか１つの極性を遮蔽するようにウィンドウ配列を形成した遮蔽スクリーンと、
前記遮蔽スクリーンの外縁部を固定してフレーム要素のそれぞれの長手方向に遮蔽スクリーンを移動させる線形移動手段と、
前記遮蔽スクリーンを挟んだ状態で前記磁石配列フレームの上部に位置し、１面の全体に同一極性を帯びる磁石フレームと、
前記線形移動手段を制御する制御部とを具備する、磁力を利用するハプティックモジュール。
【請求項２】
前記線形移動手段は、
固定子と、該固定子の１面の中心部に垂直に固定された固定棒と、該固定棒に沿って線形移動し、また、外周面には前記遮蔽スクリーンの外縁部を挿入・固定するための溝が形成された移動子によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の磁力を利用するハプティックモジュール。
【請求項３】
前記制御部は、
前記線形移動手段を制御して、前記遮蔽スクリーンの移動距離を前記ウィンドウのサイズに制限することを特徴とする請求項１に記載の磁力を利用するハプティックモジュール。
【請求項４】
さらに、前記制御部は、
前記線形移動手段を制御して、前記フレーム要素がＮ極及びＳ極を同時に帯びるように、前記遮蔽スクリーンを移動させることを特徴とする請求項１に記載の磁力を利用するハプティックモジュール。
【請求項５】
タッチパネルを包含してなる電子装置において、
隣接する磁石の極性が交番されるように配列された磁石配列フレームと、
前記磁石配列フレームのフレーム要素のそれぞれの上部に位置し、前記フレーム要素の内、いずれか１つの極性を遮蔽するようにウィンドウ配列を形成した遮蔽スクリーンと、
前記遮蔽スクリーンの外縁部を固定して、フレーム要素のそれぞれの長手方向に遮蔽スクリーンを移動させる線形移動手段と、
前記タッチパネルをその上部に固定させるとともに、前記遮蔽スクリーンを挟んだ状態で前記磁石配列フレームの上部に位置し、１面の全体に同一極性を帯びる磁石フレームと、
前記線形移動手段を制御する制御部とを具備する、ハプティックモジュールを使用する電子装置。
【請求項６】
前記線形移動手段は、
固定子と、該固定子の１面の中心部に垂直に固定された固定棒と、該固定棒に沿って線形移動し、また、外周面には前記遮蔽スクリーンの外縁部を挿入・固定するための溝が形成された移動子によって構成されることを特徴とする請求項５に記載の電子装置。
【請求項７】
前記制御部は、
前記線形移動手段を制御して、前記遮蔽スクリーンの移動距離を前記ウィンドウのサイズに制限することを特徴とする請求項５に記載の電子装置。
【請求項８】
さらに、前記制御部は、
前記線形移動手段を制御して、前記フレーム要素がＮ極及びＳ極を同時に帯びるように、前記遮蔽スクリーンを移動させることを特徴とする請求項５に記載の電子装置。
【請求項９】
タッチパネルを包含してなる電子装置において、
隣接する磁石の極性が交番されるように配列された磁石配列フレームと、
前記磁石配列フレームのフレーム要素のそれぞれの上部に位置し、前記フレーム要素のいずれか１つの極性を遮蔽するようにウィンドウ配列を形成する遮蔽スクリーンと、
前記遮蔽スクリーンの外縁部を固定して、フレーム要素のそれぞれの長手方向に遮蔽スクリーンを移動させる線形移動手段と、
前記タッチパネルをその上部に固定させるとともに、前記遮蔽スクリーンを挟んだ状態で前記磁石配列フレームの上部に位置し、１面の全体に同一極性を帯びる磁石フレームとによって構成されるハプティックモジュールを包含し、
前記電子装置の前記線形移動手段を中央制御部によって制御することを特徴とする電子装置。
【請求項１０】
前記線形移動手段は、
固定子と、該固定子の１面の中心部に垂直に固定された固定棒と、該固定棒に沿って線形移動し、また、外周面は前記遮蔽スクリーンの外縁部を挿入・固定するための溝が形成された移動子によって構成することを特徴とする請求項９に記載の電子装置。
【請求項１１】
前記中央制御部は、
前記線形移動手段を制御して、前記遮蔽スクリーンの移動距離を前記ウィンドウのサイズに制限することを特徴とする請求項９に記載の電子装置。
【請求項１２】
さらに、前記中央制御部は、
前記線形移動手段を制御して、前記フレーム要素がＮ極及びＳ極を同時に帯びるように、前記遮蔽スクリーンを移動させることを特徴とする請求項９に記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反力及び触感をユーザーにフィードバックするハプティック技術に関する。より詳細には、磁力の調節を通じてユーザーがタッチパネル（例えば、タッチウィンドウ）に印加する力に対応して、反力及び触感を伝達するハプティックモジュール及びこれを使用する電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハプティックインターフェース（ｈａｐｔｉｃ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）は、広義では仮想環境との触覚的相互作用を具現するシステム全体を意味するが、狭義ではヒトに触感を伝達するための物理的装置を意味し、一般的にハプティック装置と指称されることもある。情報伝達のためには、ヒトとメディアとの間に伝達媒介体が必要であり、これらをインターフェースという用語で定義することができ、メディアとインターフェースとは不可分の関係にあり、インターフェースはヒトの五感に依存する形態を有することになる。最近、工学技術の発展に伴い視聴覚にのみ依存していたインターフェース関連技術が、嗅覚、触覚を活用する技術が進化を重ねている。即ち、ハプティック装置は、触感というメディアを利用する装置として注目を受けている。
【０００３】
知られているように、ハプティック装置は、ヒトの筋肉または関節などに物理的な力を伝達する反力提示装置（ｆｏｒｃｅ  ｆｅｅｄｂａｃｋ  ｄｅｖｉｃｅ）と、振動を始め圧力、温度、質感、痛症のような皮膚刺激を伝達する触感装置（ｔａｃｔｉｌｅ  ｄｅｖｉｃｅ）に分類されている。
【０００４】
触感装置には、前記のように、皮膚刺激を通じてユーザーに実体物の質感のような現実的な力を伝達する触感技術（ｔａｃｔｉｌｅ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）を備えることがかなめである。
【０００５】
触感装置の一例が特許文献１に開示されている（以下、特許文献１とする）。前記特許文献１のタッチディスプレイ装置は、タッチプレートと、タッチプレートに作動するべく装着された磁性を帯びている複数個の触感変更構成要素（ｔａｃｔｉｌｅ  ｓｅｎｓａｔｉｏｎ  ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）と、複数個のコイルで構成されている。前記の触感変更構成要素などは、コイルに印加される電流の方向に沿って振動され、タッチプレートの振動によってユーザーの手または指先が刺激される。これによってユーザーは、スクリーンに表示される物体の触感を感じることができる。
【０００６】
しかし、上述の特許文献１のタッチディスプレイ装置は、その構成要素が複雑である他、コイルとブレードの下面に装着される電磁気装置の占有面積が広いため、小型化に限界がある。さらに、触感機能のみを具現しているため、反力によるより力動的な感じをユーザーに提供することができないという問題などがある。
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／００１２５７６Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前記のような問題点を解決する目的で案出された発明であって、触感及び反力による、より力動的な感じをユーザーに提供することのできるハプティックモジュール及びこれを使用する電子装置を提供する。
【０００９】
また、本発明は、従来のタッチディスプレイ装置に比べて、構成の複雑度を削減し、併せて装置の小型化を具現することのできるハプティックモジュール及びこれを使用する電子装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のハプティックモジュールは、隣接する磁石の極性が交番されるように配列された磁石配列フレームと、磁石配列フレームのフレーム要素のそれぞれの上部に位置し、フレーム要素の内、いずれか１つの極性を遮蔽するようにウィンドウ配列を形成した遮蔽スクリーンと、遮蔽スクリーンの外縁部を固定してフレーム要素のそれぞれの長手方向に遮蔽スクリーンを移動させる線形移動手段と、遮蔽スクリーンを挟んだ状態で磁石配列フレームの上部に位置し、１面の全体に同一極性を帯びる磁石フレームと、前記線形移動手段を制御する制御部とを包含する。
【００１１】
本発明の線形移動手段は、固定子と、該固定子の１面の中心部に垂直に固定された固定棒と、該固定棒に沿って線形移動し、また、外周面には線形移動手段の長手方向に遮蔽スクリーンの外縁部を挿入・固定するための溝が形成された移動子によって構成されることが好ましい。
【００１２】
前記の制御部は、前記線形移動手段を制御して遮蔽スクリーンの移動距離をウィンドウのサイズに制限することが好ましい。また、制御部は、前記線形移動手段を制御してフレーム要素がＮ極及びＳ極を同時に帯びるように遮蔽スクリーンを移動させることができるようにする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、多様でかつ力動的な反力及び触感をユーザーに提供することができる。また、従来のタッチディスプレイ装置に比べて構成の複雑度を削減するとともに、さらに、装置の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付の図面を逐次参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本発明に関連された公知機能及びその構成に対しては本発明の要旨を混同すると判断される場合、その具体的な説明を省略する。
【００１５】
また、以下の実施例はただ具体的説明のための例示であるため、本実施例によって本願発明を限定してはならない。
まず、図１は、本発明の好ましい実施形態による磁力を利用するハプティックモジュールの概略的な構成図である。図示のように、ハプティックモジュール１００は、大別して磁石配列フレーム１１０と、磁石配列フレームの各要素の上部に長手方向（図上の矢印）に移動する遮蔽スクリーン１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄと、該遮蔽スクリーンを移動させる線形移動手段１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄと、遮蔽スクリーンを挟んで磁石配列フレーム１１０の上部に位置する磁石フレーム１４０と、前記線形移動手段の移動を制御する未図示の制御部１５０とを具備する。
【００１６】
より詳細には、磁石配列フレーム１１０は、図２に図示したように、４つのフレーム要素１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄからなり、Ｎ極とＳ極の磁石をフレーム全体に対して交番磁界を形成するように配置している。本実施形態においては、図２のように１つのＮ極と１つのＳ極で構成された磁石要素１０を配列する。即ち、磁石配列フレーム１１０は、複数個の磁石要素１０を配列するとともに、互に隣接する磁石要素１０は極性（ｐｏｌａｒ）が反転されるように配列される。このような配列形態は、磁石配列フレーム１１０の４つの隅角においても同一に適用されている。
【００１７】
図３を参照するとき、前記遮蔽スクリーン１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄは、上述のように、磁石配列フレーム１１０の各フレーム要素１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄの上部に位置して、各フレーム要素のそれぞれの長手方向に移動することにより磁石要素１０の内、いずれか１つの極性を遮蔽する。このような遮蔽を行うために遮蔽スクリーンは、多数の開放されたウィンドウからなる配列１２２（以下、ウィンドウ配列という）を形成している。遮蔽動作に対するより詳細な説明は後述する。
【００１８】
前記‘長手方向への移動’は、遮蔽スクリーンのそれぞれの外縁部に固定された線形移動手段１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄによって行われるが、該線形移動手段は、機械的な構成体でなることができる。本実施形態においては、本発明者が線形移動手段に最も好適と判断した例として、例えば、‘リニアアクチュエータ（ｌｉｎｅａｒ  ａｃｔｕａｔｏｒ）’を例示することができる。
【００１９】
図４は、‘リニアアクチュエータ’を例に取った線形移動手段を示している。この線形移動手段は、固定子１３２と、この固定子の１面の中心部に垂直に固定された固定棒１３４と、この固定棒を中央部に挿入して固定棒に沿ってリニアに移動する円筒型の移動子１３６によって構成される。また、前記移動子１３６の外周面には移動子の長手方向に遮蔽スクリーンの外縁部を挿入・固定するための溝３６が形成されている。このように構成された線形移動手段は、遮蔽スクリーンを各フレーム要素の長手方向に線形で移動させることになる（図５参照）。ここで該遮蔽スクリーンの移動距離は、ウィンドウ配列１２２のサイズ（図３の丸内拡大図の未説明符号‘ｄ’）に制限されることが好ましい。
【００２０】
一方、線形移動手段によって駆動される遮蔽スクリーンの移動距離を制御することによって、磁石要素１０の極性を選択的に遮蔽することができる。このような動作は遮蔽スクリーンの動作によって具現されることができるが、図６のようにＮ極を遮蔽した場合を［Ａ］、Ｓ極を遮蔽した場合を［Ｂ］、また、Ｎ極とＳ極の一部だけを遮蔽した場合を［Ｃ］の動作として区分することができる。即ち、遮蔽スクリーンは、磁石配列フレーム１１０の各フレーム要素別に極性を選択的にかつ柔軟な動作で遮蔽することができる。
【００２１】
図７は、本実施形態の磁石フレーム１４０を示している。該磁石フレーム１４０は、前記の図１で説明したように、遮蔽スクリーンを挟んだ磁石配列フレーム１１０の上部に配置される。この磁石フレーム１４０は、前記の磁石配列フレーム１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄと類似の部品名に命名されているが、磁石要素１０によって極性が交番されるのではなく、フレームの１面の全体が同一の極性を有するように構成されている。すなわち、１面がＳ極であれば他面はＮ極になるのである。
【００２２】
図８に図示するタッチパネルＰは、本実施形態においてハプティックモジュール１００を使用する電子装置、例えば、携帯電話、携帯用ゲーム機、ＰＤＡなどに包含される構成要素である。このタッチパネルＰは、図１のように磁石フレーム１４０の上部に固定されて、磁石配列フレームの磁力によって自由自在かつ多様に浮遊（ｆｌｏａｔｉｎｇ）することになる。本実施形態におけるタッチパネルＰはタッチウィンドウ、または、多数の物理的ボタンによってなるパネルと理解しても良い。
【００２３】
一方、制御部１５０は、遮蔽スクリーン１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄの移動を制御する。より具体的には、図９の図示のように、上述した各遮蔽スクリーンの外縁部に固定されている線形移動手段１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄを駆動させることによって、該遮蔽スクリーンの線形移動を制御するようになっている。
【００２４】
以下、制御部１５０の制御によって、本発明が目的とする反力及び触感がどのようなメカニズムによってユーザーに伝達されるかを以下詳細に説明する。なお、タッチパネルＰの下部面に固着されている磁石フレーム１４０の下部面はまずＮ極を帯びていることに仮定する。
【００２５】
まず、図１０に図示したように制御部１５０（未図示）によって線形移動手段１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄを駆動して、４つの遮蔽スクリーンが磁石配列フレーム１１０のフレーム要素１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄにその全てがＮ極を帯びるように遮蔽する場合、Ｎ極を帯びている磁石フレーム１４０が上部に引き上げられるようになる。一方、制御部１５０によって線形移動手段を駆動して、フレーム要素にその全てがＳ極を帯びるように遮蔽する場合、図１１のようにＮ極を帯びている磁石フレーム１４０が下部に引き下げられるようになる。すなわち、制御部１５０によって図１０及び図１１の状態になるように（図中の矢印参照）反復的に制御する場合、タッチパネルＰを操作するユーザーに垂直方向の振動、或は、物理的ボタンを押すような感じを提供することができる。
【００２６】
一方、制御部１５０が磁石配列フレーム１１０のいずれか１つのフレーム要素にＳ極を帯びるように線形移動手段を駆動する場合、磁石フレーム１４０は、前記いずれか１つのフレーム要素に向かって傾斜するようになる。例えば、図１２のように、フレーム要素１１０ｂのＮ極を遮蔽すると、磁石フレーム１４０は、フレーム要素１１０ｂの方に傾斜する。また、図１３のように、フレーム要素１１０ｄのＮ極を遮蔽すると、磁石フレーム１４０は、フレーム要素１１０ｄの方に傾斜するようになる。このような制御方式を通じて上・下・左・右のいずれか１方向に磁石フレーム１４０を傾斜させることができ、また、傾斜したフレーム要素の極性をＮ極に転換するとともに、対応するフレーム要素の極性をＳ極に転換させる手順の制御方式を反復的に繰り返す場合、前記で例示した垂直方向の振動とは異なり、上下方向または左右方向の振動感をユーザーに伝達することができるようになる。
【００２７】
また、本実施形態は、上述のように傾斜形態または振動形態だけではない。例えば、図１４のように、磁石配列フレーム１１０のフレーム要素１１０ａ及び１１０ｄがＳ極を帯びるように遮蔽すると、磁石フレーム１４０は、フレーム要素１１０ａと１１０ｄとが接近する方向、すなわち、フレームの対角線方向に傾斜する。これと同様にフレーム要素１１０ｂ及び１１０ｃがＳ極を帯びるように遮蔽すると、磁石フレーム１４０は、フレーム要素１１０ｂと１１０ｃとが接近する方向に傾斜する（図１５参照）。勿論、このような対角線方向の傾斜を起す制御を反復的に繰り返す場合、対角線方向の振動感を伝達することができる。
【００２８】
また、図１６のように、磁石配列フレーム１１０の全てのフレーム要素がＮ極とＳ極とを同時に帯びるようにするか、また、Ｎ極とＳ極の比率を調整した状態にして、ユーザーが指先などでタッチパネル面を上・下・左・右に擦る（ｓｃｒｕｂｂｉｎｇ）場合、恰も凸凹表面をなでるような触感、例えば、滑らかさ、かさかさな触感を感じることもできる。このように、制御部１５０が、線形移動手段１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄを制御して遮蔽スクリーン１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄを線形移動させることによって、ユーザーに多様でかつ自由自在に、その上、力動的な反力と触感を提供することができる。
【００２９】
上述のように、本発明のハプティックモジュール１００は、従来の装置（特許文献１のタッチディスプレイ装置）に比べて、構成の複雑度が非常に低く、さらなる小型化を実現することができる。したがって、携帯電話、携帯ゲーム機、ＰＤＡなどのような小型電子装置に容易に使用することのできるメリットがある。
【００３０】
図１７は、上述のハプティックモジュール１００を使用する電子装置２００の構造を示す模式図である。この電子装置２００は、タッチパネルＰを具備した装置であって、上述した本実施形態におけるハプティックモジュール１００の制御部１５０を、電子装置２００の中央制御部２１０の従属的機能にするか、或は中央制御部２１０をして前記制御部１５０の機能を専担するように変形して実施することもできる。
【００３１】
以上、好適な実施形態を図１〜図１７を逐次対照しながら詳細に説明したが、本発明は、このような図示と説明に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において、多様な変更及び修正が可能である。したがって、このような全ての適切な変更及び修正とこれの均等物も本発明の範囲に属することになる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の好ましい実施形態による磁力を利用するハプティックモジュールの概略的構成図である。
【図２】図１の磁石配列フレームの細部構成図である。
【図３】図１の遮蔽スクリーンの細部構成図である。
【図４】図３における線形移動手段の例示図である。
【図５】図３の線形移動手段による遮蔽スクリーンの線形移動を示す模式図である。
【図６】図３における遮蔽スクリーンの選択的遮蔽動作を示す模式図である。
【図７】図１における磁石フレームの細部構成図である。
【図８】図１におけるタッチパネルＰの細部構成図である。
【図９】本発明の好ましい１実施形態における制御部の概略的模式図である。
【図１０】図９における制御部による磁石フレームの傾斜動作を示す例示図である。
【図１１】図９における制御部による磁石フレームの傾斜動作を示す例示図である。
【図１２】図９における制御部による磁石フレームの傾斜動作を示す例示図である。
【図１３】図９における制御部による磁石フレームの傾斜動作を示す例示図である。
【図１４】図９における制御部による磁石フレームの傾斜動作を示す例示図である。
【図１５】図９における制御部による磁石フレームの傾斜動作を示す例示図である。
【図１６】図９における制御部による磁石フレームの傾斜動作を示す例示図である。
【図１７】本発明のハプティックモジュールを使用した電子装置の概略的構成図である。
【符号の説明】
【００３３】
１００：（磁力を利用する）ハプティックモジュール
１１０：磁石配列フレーム
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ：磁石配列フレームのフレーム要素
１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ：遮蔽スクリーン
１２２：ウィンドウ
１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ：線形移動手段
１４０：磁石フレーム
１５０：制御部
２１０：中央制御部
Ｐ：タッチパネル
【図１】
0004663771.tif 000002
【図２】
0004663771.tif 000003
【図３】
0004663771.tif 000004
【図４】
0004663771.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0004663771.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0004663771.tif 000011
【図１１】
0004663771.tif 000012
【図１２】
0004663771.tif 000013
【図１３】
0004663771.tif 000014
【図１４】
0004663771.tif 000015
【図１５】
0004663771.tif 000016
【図１６】
0004663771.tif 000017
【図１７】
0004663771.tif 000018