(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高さが変化するエッジ部分を一部に含む測定対象の表面に接触しながら前記測定対象の表面と相対的に移動する接触部と、
前記測定対象と前記接触部との相対的な加速度を検出する加速度検出部と、
前記接触部の周囲の音を収音する収音部と、
前記加速度検出部が検出した加速度と、前記接触部が前記測定対象の表面を移動している間に前記収音部が収音した音とに基づいて、前記測定対象の高さが変化するエッジ部分を一部に含む表面の形状を推定する形状推定部と、
振動を発生する振動発生装置に供給される情報であって前記振動発生装置が発生する振動の態様を決定する振動情報を、前記形状推定部が推定した前記測定対象の表面の形状に基づいて生成する生成部と、
を備える電子機器。
【請求項２】
前記形状推定部は、
前記加速度検出部が検出した加速度に基づいて、前記測定対象の表面の凹凸を推定する
請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
前記形状推定部は、
前記接触部が前記測定対象の表面を移動している間に前記収音部が収音した音に基づいて、前記測定対象の表面の表面粗さを推定する
請求項１または請求項２に記載の電子機器。
【請求項４】
前記収音部が収音した音に基づいて固有周波数を抽出し、前記固有周波数と予め求めた固有周波数の分布パターンとを比較することにより前記測定対象の表面の表面粗さを推定する、請求項３に記載の電子機器。
【請求項５】
前記接触部の移動の状態に基づいて、前記接触部が接触している前記測定対象の表面上の位置を推定する位置推定部
をさらに備える請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電子機器。
【請求項６】
高さが変化するエッジ部分を一部に含む測定対象の表面に接触しながら前記測定対象の表面と相対的に移動する接触部を備える電子機器のコンピュータに
前記測定対象と前記接触部との相対的な加速度を検出する加速度検出ステップと、
前記接触部が前記測定対象の表面を移動している間に、前記接触部の周囲の音を収音する収音ステップと、
前記加速度検出ステップにおいて検出された加速度と、前記収音ステップにおいて収音された音とに基づいて、前記測定対象の高さが変化するエッジ部分を一部に含む表面の形状を推定する形状推定ステップと、
振動を発生する振動発生装置に供給される情報であって前記振動発生装置が発生する振動の態様を決定する振動情報を、前記形状推定ステップにより推定した前記測定対象の表面の形状に基づいて生成する生成ステップと、
を実行させるための制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器、および制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、タッチセンサにユーザが触れたときに、プラスチック、木、鉄、砂、草、煉瓦、岩、皮膚、織物、毛皮などのテクスチャの触覚効果を生じさせるようにアクチュエータを作動させるシステムの発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１０／１０５０１０号
【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、従来の技術では、物体の触覚効果のうち表面的な凹凸をアクチュエータの作動により表現する際に、現実感のある触覚を再現しきれない場合がある。本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、触覚効果の現実感を向上させることができる電子機器、および制御プログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様は、高さが変化するエッジ部分を一部に含む測定対象の表面に接触しながら前記測定対象の表面と相対的に移動する接触部と、前記測定対象と前記接触部との相対的な加速度を検出する加速度検出部と、前記接触部の周囲の音を収音する収音部と、前記加速度検出部が検出した加速度と、前記接触部が前記測定対象の表面を移動している間に前記収音部が収音した音とに基づいて、前記測定対象の高さが変化するエッジ部分を一部に含む表面の形状を推定する形状推定部と、振動を発生する振動発生装置に供給される情報であって前記振動発生装置が発生する振動の態様を決定する振動情報を、前記形状推定部が推定した前記測定対象の表面の形状に基づいて生成する生成部と、を備える電子機器である。
【０００７】
また、本発明の一態様は、高さが変化するエッジ部分を一部に含む測定対象の表面に接触しながら前記測定対象の表面と相対的に移動する接触部を備える電子機器のコンピュータに前記測定対象と前記接触部との相対的な加速度を検出する加速度検出ステップと、前記接触部が前記測定対象の表面を移動している間に、前記接触部の周囲の音を収音する収音ステップと、前記加速度検出ステップにおいて検出された加速度と、前記収音ステップにおいて収音された音とに基づいて、前記測定対象の高さが変化するエッジ部分を一部に含む表面の形状を推定する形状推定ステップと、振動を発生する振動発生装置に供給される情報であって前記振動発生装置が発生する振動の態様を決定する振動情報を、前記形状推定ステップにより推定した前記測定対象の表面の形状に基づいて生成する生成ステップと、を実行させるための制御プログラムである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の態様によれば、触覚効果の現実感を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る振動再生システムの外観構成の一例を示す模式図である。
【図２】本実施形態に係る振動再生システムの機能構成の一例を示す構成図である。
【図３】表示対象である物体の断面を示す模式図である。
【図４】本実施形態の振動プローブによる物体表面の形状測定の一例を示す模式図である。
【図５】本実施形態の接触部の形状の変形例を示す模式図である。
【図６】本実施形態の振動プローブの動作の一例を示すフローチャートである。
【図７】本実施形態の振動発生装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る収音部が収音した音の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[第１の実施形態]
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る振動再生システム１の外観構成の一例を示す模式図である。また、図２は、本実施形態に係る振動再生システム１の機能構成の一例を示す構成図である。
【００１１】
振動再生システム１は、振動発生装置１０と振動プローブ１００とを備えている。ここでは、振動発生装置１０の構成について説明する。振動発生装置１０は、図１に示すように、例えば、Ｚ方向視で略矩形の形状を有し、タッチパネル１１、本体部２０、背面カバー３０がＺ方向に積層された構成となっている。図１（Ａ）は、振動発生装置１０をタッチパネル１１側から見た外観構成を示す。また、図１（Ｂ）は、電子機器を背面カバー３０側から見た外観構成を示す。
【００１２】
以下、本実施形態において、ＸＹＺ直交座標系を用いて振動再生システム１の構成を説明する。ＸＹＺ直交座標系において、振動発生装置１０および振動プローブ１００の各構成要素の積層方向をＺ方向とする。また、Ｚ方向に直交する平面をＸＹ平面とし、ＸＹ平面において直交する方向をそれぞれＸ方向及びＹ方向とする。
【００１３】
タッチパネル１１は、本体部２０に収容された制御部９０から入力される画像を表示するとともに、その表面にユーザが指などで触れた位置（座標）を検出し、制御部９０に出力する。タッチパネル１１は、例えば、画像を表示する液晶ディスプレイ装置と接触検知機構が組みわされて構成される。接触検知機構としては種々のものを用いることができ、例えば、抵抗膜方式、静電容量方式、赤外線方式、表面弾性波方式などの種々の方式を利用した接触検知機構が採用され得る。また、タッチパネル１１は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ；Liquid Crystal Display）に代えて、有機ＥＬ（Electroluminescence）表示装置などが用いられてもよい。
【００１４】
本体部２０は、筐体内に、図２に示す撮像部（カメラ）４０、通信部５０、Ｉ／Ｏ部５２、記憶部６０、スピーカ７０、加速度センサ７５、振動発生部８０、プローブＩ／Ｆ部８５、制御部９０などを収容する。また、本体部２０は、電源回路やバッテリ、ＧＰＳ（Global  Positioning  System）受信機などを筐体に収容してもよい。背面カバー３０には、孔部３２が形成され、撮像部４０のレンズ４２を露出させている。また、背面カバー３０には、撮像部４０を操作するためのリリースボタンなど、各種操作スイッチを搭載可能なマウント部３５が取り付けられる。
【００１５】
撮像部４０は、例えば、ＣＣＤ（Charge  Coupled  Device）やＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）などの固体撮像素子を利用したデジタルカメラである。なお、撮像部４０は、ビデオカメラであってもよい。なお、振動発生装置１０は、振動を再生できればよく、この撮像部４０を備えていないものであってもよい。
【００１６】
通信部５０は、例えば、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）などの無線ＬＡＮ網、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、赤外線通信、携帯電話網、ＰＨＳ網などを利用した無線通信を行う。
また、通信部５０は、電子機器が有線接続された際に通信インターフェースとして機能するネットワークカードなどを含んでもよい。Ｉ／Ｏ部５２は、例えば、ＵＳＢ（Universal  Serial  Bus）端子やＨＤＭＩ（登録商標；High  Definition  Multimedia  Interface）端子、ＳＤカードなどが装着される端子などを含む。
【００１７】
記憶部６０は、例えば、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard  Disk  Drive）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、レジスタなどの記憶装置である。記憶部６０には、制御部９０のＣＰＵ（Central  Processing  Unit）が実行するプログラム（ファームウェア）が予め格納される。また、記憶部６０には、ＣＰＵが演算処理を行った演算結果が格納される。また、記憶部６０には、他装置から通信部５０を介して受信したコンテンツデータ、Ｉ／Ｏ部５２に装着された機器から読み出されたコンテンツデータなどが格納される。
【００１８】
スピーカ７０は、制御部９０により生成された音声データに基づき、音声を出力する。
加速度センサ７５は、例えば３軸式の加速度センサであり、振動発生装置１０に対してＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向にそれぞれ作用する加速度（重力加速度を含む）を検出し、検出結果を制御部９０に出力する。
【００１９】
振動発生部８０は、不図示の振動子を備えており、制御部９０により生成された駆動信号に基づき、振動を発生させる。この振動子は、本体部２０の筐体または支持部材、或いは背面カバー３０などに取り付けられる。振動子としては、例えば、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）や偏心モータなどが用いられる。ボイスコイルモータを用いる場合、振動子は、振動発生装置１０の一部または全体に対して、例えばＺ方向の振動を発生させる。この振動発生部８０は、１つの振動子を備えていてもよいし、複数の振動子を備えていてもよい。例えば、振動発生部８０は、振動発生装置１０の中央部に１つの振動子のみ備えてもよいし、振動発生部８０は、振動発生装置１０の四隅付近に振動子を備えていてもよい。また、振動発生部８０は、振動発生装置１０の対角に位置する二隅付近に振動子を備えていてもよいし、その他の位置に振動子を備えていてもよい。この振動発生部８０が発生させる振動の態様は、振幅、周波数、位相、デューティなどの要素を変更することにより変更することができる。
【００２０】
プローブＩ／Ｆ部８５は、振動プローブ１００が接続されるＵＳＢ端子などを含んでいる。なお、このプローブＩ／Ｆ部８５は、振動プローブ１００が出力する情報を制御部９０に供給できる構成であればよく、上述した通信部５０やＩ／Ｏ部５２などにより実現されていてもよい。
【００２１】
制御部９０は、振動発生部８０を含めた振動発生装置１０全体の制御を行う。記憶部６０には、振動発生部８０の制御に用いられる情報として、振動情報が記憶されている。この振動情報とは、振動発生部８０が発生させる振動のパターンを示す情報である。以下の説明において、この振動情報を単に振動パターンとも記載する。
【００２２】
［振動による触感の表現］
ここで、タッチパネル１１に表示される表示対象の触感（テクスチャ感）の再現について、簡単に説明する。電子装置１は、タッチパネル１１に触れる指の動きに応じて、振動発生部８０がタッチパネル１１を振動させることによって表示対象の触感を再現する。ここで、表示対象がプラスチック板、木板、鉄板などの平面状の物体である場合を一例に、図３を参照して説明する。なお、ここでは表示対象が平面状の物体である場合について説明するが、これに限られない。表示対象は、曲面を有する物体や、立体的な物体であってもよい。以下の説明において、この表示対象を単に物体とも記載する。
【００２３】
図３は、表示対象である物体の断面を示す模式図である。図３に示すように、物体の表面には凹凸が存在するため、物体の表面を撫でるように指を移動させると、この凹凸に応じた振動が指に生じる。物体の材質や形状により、この凹凸のピッチ（Ｘ方向の間隔）や、１ピッチ当たりの高さ（Ｚ方向の位置）の変化のパターンが異なるため、物体の材質や形状によって振動の様相が異なる。このため、指が物体を撫でるように触れた場合に、物体の材質や形状の違いによって異なる触感が生じる。そこで、振動発生装置１０は、この物体の材質や形状の違いによって生じる特有の振動パターンを再現するようにして振動発生部８０を振動させる。これにより、振動発生装置１０は、タッチパネル１１に触れた指に対して、表示対象の材質や形状の違いによって異なる触感を与えることができる。具体的には、振動発生装置１０は、タッチパネル１１にプラスチック板の画像を表示している場合、指がタッチパネル１１を撫でるように移動することを検知すると、プラスチックに特有の振動パターンによって振動発生部８０を振動させる。また、振動発生装置１０は、タッチパネル１１に木板の画像を表示している場合、指がタッチパネル１１を撫でるように移動することを検知すると、木板に特有の振動パターンによって振動発生部８０を振動させる。このようにして、振動発生装置１０は、物体の形状に基づく振動パターンによって振動することにより、表示対象の触感を再現することができる。次に、図４を参照して、振動プローブ１００が物体の形状を測定する仕組みについて説明する。ここでは、図３において破線によって示す領域Ａの形状を測定する場合を一例にして説明する。
【００２４】
［プローブによる振動の取得］
図４は、本実施形態の振動プローブ１００による物体表面の形状測定の一例を示す模式図である。ここで、物体表面の形状は、高さ（Ｚ方向の位置）が変化するエッジ部分と、高さの変化が少ない平坦部分とが組み合わされて構成される。ここでは、振動プローブ１００が、エッジ部分および平坦部分の表面形状を測定する一例について説明する。この図４において、Ｘ方向の位置Ｘ０から位置Ｘ２までが平坦部分であり、位置Ｘ２から位置Ｘ３までがエッジ部分であり、位置Ｘ３から位置Ｘ５までが平坦部分である。
【００２５】
振動プローブ１００がＸ方向の位置Ｘ１から位置Ｘ４に一定の速度ｖで移動すると、物体表面のＺ方向の形状変化に応じて、Ｚ方向の加速度の変化が生じる。具体的には、振動プローブ１００がＸ方向に速度ｖで移動すると、位置Ｘ１から位置Ｘ２においてはＺ方向の加速度が生じない。このため、振動プローブ１００は、位置Ｘ１から位置Ｘ２までの間を平坦部分と判定する。
【００２６】
また、振動プローブ１００がＸ方向に速度ｖで移動すると、位置Ｘ２において物体表面の傾斜角度（角度θ）に応じた力Ｆによって、振動プローブ１００がＺ方向に変位する。このとき、振動プローブ１００には、力Ｆに応じたＺ方向の加速度ａが生じる。この加速度ａの大きさは、角度θの正接（ｔａｎθ）に比例する。したがって、振動プローブ１００は、この加速度ａを測定することにより、物体表面の傾斜角度を算出することができる。また、振動プローブ１００がＸ方向に速度ｖで移動すると、位置Ｘ３において上述した力Ｆが消失する。このとき、振動プローブ１００には、力Ｆに応じた−Ｚ方向の加速度ａが生じる。つまり、エッジ部分の両端において、振動プローブ１００に生じる加速度が反転する。ここで、振動プローブ１００は、Ｘ方向に一定の速度ｖで移動しているため、＋Ｚ方向の加速度ａが生じてから加速度が反転するまでの時間Δｔを測定することにより、位置Ｘ２から位置Ｘ３までの距離Ｌを算出することができる。
【００２７】
また、振動プローブ１００が速度ｖで移動すると、位置Ｘ３から位置Ｘ４においてＺ方向の加速度が生じない。このため、振動プローブ１００は、位置Ｘ３から位置Ｘ４までの間を平坦部分と判定する。このように、振動プローブ１００は、物体表面を撫でるように移動する際の加速度を測定することにより、物体表面の形状を測定することができる。
【００２８】
なお、ここでは振動プローブ１００の移動速度が一定の速度ｖである場合について説明したが、これに限られない。振動プローブ１００は、移動速度を測定する手段を備えていてもよい。この場合には、振動プローブ１００は、移動速度を随時測定することにより、移動速度が変化しても物体表面の形状を測定することができる。この移動速度の測定手段は、既知のいずれの方法であってもよく、例えば、所定間隔で表示されたマーカーをセンサにより検出することで移動速度を算出したり、測定した加速度を積分することにより移動速度を算出したりしてもよい。振動プローブ１００は、上述したように測定対象の表面を移動することにより、物体表面の形状を推定することができる。次に、この振動プローブ１００の構成について説明する。
【００２９】
［プローブの構成］
振動プローブ１００の構成について、再び図１および図２を参照して説明する。なお、以下の説明において、測定対象の位置が固定されており、振動プローブ１００が物体表面を移動することによって測定対象の形状を推定する例について説明するが、これに限られない。例えば、振動プローブ１００の位置が固定されており、位置が固定された振動プローブ１００に対して測定対象が移動することによっても、振動プローブ１００は、測定対象の形状を推定することができる。すなわち、振動プローブ１００は、測定対象の表面を相対的に移動することにより測定対象の形状を推定する。この振動プローブ１００は、接触部１１０と、加速度検出部１２０と、収音部１３０と、プローブ制御部１４０と、プローブ記憶部１８０とを備えている。なお、本実施形態においては、接触部１１０と、加速度検出部１２０と、プローブ制御部１４０と、プローブ記憶部１８０とについて説明する。収音部１３０については、後述する第２の実施形態において説明する。
【００３０】
接触部１１０は、振動プローブ１００の本体の底面に備えられており、測定対象の表面に接触して測定対象の形状をトレースする。この接触部１１０は、測定対象の表面を移動することにより表面の凹凸に沿って振動する。また、接触部１１０は、移動することにより生じた振動を加速度検出部１２０に伝達する。この接触部１１０は、振動プローブ１００の本体にネジＳＣによって取り付けられている。接触部１１０は、このネジＳＣを振動プローブ１００から取り外すことにより交換可能である。この接触部１１０の形状には、測定対象の材質や形状に応じた変形例がある。接触部１１０の形状の変形例について、図５を参照して説明する。
【００３１】
図５は、本実施形態の接触部１１０の形状の変形例を示す模式図である。接触部１１０は、同心円状の基部の中心に四角すい状の突起部を備えている。第１の変形例の接触部１１０−１は、格子状に並べられた複数の四角すい状の突起部を備えている。第２の変形例の接触部１１０−２は、半球状の突起部を備えている。振動プローブ１００は、さまざまな接触部１１０の形状のなかから、測定対象の材質や形状に応じた接触部１１０の形状を選択することにより、測定精度を向上させることができる。再び、図１および図２を参照して振動プローブ１００の各部について説明する。
【００３２】
加速度検出部１２０は、加速度センサなどを備えており、振動プローブ１００に生じる加速度を検出する。上述した接触部１１０は、振動プローブ１００にネジＳＣによって締結されているため、接触部１１０が振動すると、そのまま振動プローブ１００が振動する。これにより、加速度検出部１２０は、振動プローブ１００が測定対象の表面を移動する際に接触部１１０に生じる加速度を検出することができる。この加速度は、上述したように物体表面の凹凸に応じて生じる。すなわち、加速度検出部１２０は、接触部１１０の振動を検出することにより、測定対象の表面の凹凸に応じた加速度を検出する。
【００３３】
プローブ記憶部１８０は、例えば、フラッシュメモリ、ＨＤＤ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、レジスタなどの記憶装置を備えている。プローブ制御部１４０は、ＣＰＵを備えており、各種の演算を実行する。また、プローブ制御部１４０は、その演算を実行する機能部としての形状推定部１５０と、位置推定部１６０と、振動情報生成部１７０とを備えている。以下、このプローブ制御部１４０の各部が実行する演算、およびプローブ記憶部１８０が記憶している情報の具体例について説明する。なお、本実施形態においては、プローブ制御部１４０の各部のうち、形状推定部１５０と、振動情報生成部１７０とについて説明する。プローブ制御部１４０の位置推定部１６０については、後述する。
【００３４】
プローブ記憶部１８０には、プローブ制御部１４０のＣＰＵが実行するプログラム（ファームウェア）や、このＣＰＵが利用するデータが予め格納される。また、プローブ記憶部１８０には、プローブ制御部１４０のＣＰＵが演算処理を行った演算結果が格納される。また、プローブ記憶部１８０には、振動発生装置１０からプローブＩ／Ｆ部８５を介して取得された情報などが格納される。
【００３５】
具体的には、プローブ記憶部１８０には、加速度検出部１２０が検出した加速度と、物体の表面の形状との関係を示す形状情報が予め記憶されている。ここで、図４に示した角度θの傾斜面（エッジ部分）を測定する場合を一例にして、この形状情報の具体例について説明する。図４を参照して説明したように、振動プローブ１００が測定対象の表面を所定の速度（例えば、速度ｖ）で移動すると、表面の高さ（Ｚ方向の位置）の変化に応じた加速度ａが生じる。この加速度ａの大きさと、図４に示した角度θとの間には、ある物理的な関係がある。このため、この物理的な関係に基づく所定の変換式や変換係数によって演算することにより、加速度ａから角度θを求めることができる。このため、この形状情報には、加速度ａの大きさと、表面の形状の角度θとの関係を示す変換式や変換係数が含まれている。また、エッジ部分の長さＬと、加速度ａが生じてから加速度ａが反転するまでの時間Δｔとの間には、ある物理的な関係がある。このため、この物理的な関係に基づく所定の変換式や変換係数によって演算することにより、加速度ａの変化からエッジ部分の長さＬを求めることができる。このため、この形状情報には、Ｚ方向の加速度ａが生じてから加速度ａが反転するまでの時間Δｔ、および振動プローブ１００の移動速度（例えば、速度ｖ）と、エッジ部分のＸ方向の長さＬとの関係を示す変換式や変換係数が含まれている。具体的には、この形状情報には、時間Δｔと速度ｖとの積によって長さＬを算出する変換式が含まれている。なお、以下の説明において、振動プローブ１００の速度ｖまたは加速度ａと、測定対象の表面の形状との関係を示す変換式や変換係数を、物理形状パラメータとも記載する。
【００３６】
図２に戻り、プローブ制御部１４０の形状推定部１５０は、プローブ記憶部１８０が記憶する形状情報に含まれる変換式や変換係数に基づいて、振動プローブ１００に生じる加速度ａからエッジ部分の角度θを算出する。また、形状推定部１５０は、このプローブ記憶部１８０が記憶する形状情報に含まれる変換式や変換係数に基づいて、加速度ａが反転するまでの時間Δｔと、振動プローブ１００が移動する速度ｖとから、エッジ部分のＸ方向の長さＬを算出する。このようにして、形状推定部１５０は、加速度検出部１２０が検出した加速度と、プローブ記憶部１８０（記憶部）に記憶されている形状情報とに基づいて、測定対象の表面の形状を算出（または、推定）する。上述の具体例においては、形状推定部１５０は、測定対象のエッジ部分の角度と長さ、平坦部分の長さ、およびエッジ部分と平坦部分が繰り返されるピッチを、測定対象の表面の形状として算出する。すなわち、形状推定部１５０は、加速度検出部１２０が検出した加速度に基づいて、測定対象の表面の凹凸を推定する。形状推定部１５０は、算出した測定対象の形状を示す情報を振動情報生成部１７０に出力する。
【００３７】
振動情報生成部１７０は、形状推定部１５０が算出した測定対象の形状を示す情報に基づいて、振動発生装置１０の振動発生部８０が発生させる振動の振動パターンを生成する。ここで、振動パターンの具体例について説明する。図４を参照して説明したように、振動プローブ１００が測定対象の表面上を撫でるように移動すると、表面のエッジ部において振動プローブ１００に力Ｆが生じる。この力Ｆは、エッジ部分と平坦部分が繰り返されるピッチ（例えば、図３に示す１ピッチ）ごとに生じる。ここで、指が振動発生装置１０のタッチパネルに触れている場合において、１ピッチごとに力Ｆが減衰するようにして振動発生部８０を振動させると、測定対象に触れているような触感が生じる。そこで、振動情報生成部１７０は、例えば、式（１）に示す力Ｆによる減衰振動を振動パターンとして算出する。なお、この式（１）において、左辺Ｙ（ｔ）は、振動発生部８０が発生させる振動によるＺ軸方向の変位である。
【００３８】
【数１】
0006427975.tif 000002
【００３９】
振動プローブ１００は、振動情報生成部１７０が算出した振動パターンを振動発生装置１０に出力する。振動発生装置１０は、この振動パターンによってタッチパネル１１に振動を生じさせることにより、測定対象のエッジ部分に触れているような触感が生じさせることができる。
【００４０】
［振動プローブの動作］
次に、図６を参照して振動プローブ１００の動作について説明する。
図６は、本実施形態の振動プローブ１００の動作の一例を示すフローチャートである。この図６に示すフローチャートの処理は、例えば、所定周期で繰り返し実行される。振動プローブ１００の加速度検出部１２０は、接触部１１０が測定対象の表面を移動する際に生じる振動による加速度を検出する（ステップＳ１００）。この加速度は、測定対象の表面の高さ（Ｚ方向）の変化を示す。
【００４１】
プローブ制御部１４０は、プローブ記憶部１８０から形状情報を読み出す（ステップＳ１０２）。この形状情報とは、上述したように、加速度検出部１２０が検出した加速度と、物体の表面の形状との関係を示す情報である。
【００４２】
形状推定部１５０は、ステップＳ１０１において検出された加速度と、ステップＳ１０２において読み出した形状情報とに基づいて、測定対象の表面の物理形状パラメータを算出する（ステップＳ１０４）。この物理形状パラメータには、上述したように、振動プローブ１００の速度ｖまたは加速度ａと、測定対象の表面の形状との関係を示す変換式や変換係数が含まれる。
【００４３】
振動情報生成部１７０は、ステップＳ１０４において算出された物理形状パラメータに基づいて、振動発生装置１０の振動発生部８０が発生させる振動の振動パターンを生成する（ステップＳ１０６）。
【００４４】
プローブ制御部１４０は、ステップＳ１０６において算出された振動パターンを、振動発生装置１０のプローブＩ／Ｆ部８５を介して制御部９０に出力して（ステップＳ１０８）、処理を終了する。制御部９０は、プローブ制御部１４０が出力した振動パターンを取得すると、この振動パターンを記憶部６０に書き込む。これにより、制御部９０は、測定対象の表面の形状を模した振動パターンによって、振動発生部８０を振動させることができる。
【００４５】
上述したステップＳ１００からステップＳ１０８を、さまざまな測定対象に対して実行することにより、測定対象の材質や形状ごとに異なる振動パターンを生成することができる。具体的には、振動プローブ１００は、材質がプラスチックである測定対象についてステップＳ１００からステップＳ１０８を実行することにより、プラスチック材についての振動パターンを生成することができる。また、振動プローブ１００は、材質が木である測定対象についてステップＳ１００からステップＳ１０８を実行することにより、木材についての振動パターンを生成することができる。また、このようにさまざまな測定対象について振動パターンを生成する場合には、プローブ制御部１４０は、振動パターンと、測定対象の材質や形状を示す情報とを関連付けて、制御部９０に出力する。制御部９０は、プローブ制御部１４０が出力した振動パターンを取得すると、この振動パターンと、測定対象の材質や形状を示す情報とを関連付けて記憶部６０に書き込む。これにより、制御部９０は、測定対象の材質や形状に対応した振動パターンにより振動発生部８０を制御することにより、触感を再現することができる。次に、この振動発生装置１０の動作の一例について、図７を参照して説明する。
【００４６】
図７は、本実施形態の振動発生装置１０の動作の一例を示すフローチャートである。この図７に示すフローチャートの処理は、例えば、所定周期で繰り返し実行される。
【００４７】
制御部９０は、タッチパネル１１に物体の画像を表示するとともに、タッチパネル１１から表示面における接触位置を取得する（ステップＳ２００）。なお、タッチパネル１１からの接触位置の取得は、割り込み通知等によって行われてもよいし、制御部９０がポーリングを行って接触位置を取得してもよい。
【００４８】
次に、制御部９０は、ステップＳ２００において取得した接触位置と、物体の画像を表示している位置とに基づいて、接触位置に対応する物体の振動パターンを記憶部６０から取得する（ステップＳ２０２）。具体的には、制御部９０は、ステップＳ２００において取得した接触位置に表示している画像が示す物体の材質や形状を判定する。ここで、ステップＳ２００において表示される物体の画像には、この物体の材質や形状を示す情報が関連付けられている。例えば、この物体がプラスチック製である場合には、この物体の画像には、この物体がプラスチック製であることを示す情報が関連付けられている。これにより、制御部９０は、タッチパネル１１に表示している画像が示す物体の材質や形状を、表示位置毎に判定することができる。具体的な一例として、タッチパネル１１にプラスチック製の物体を画面の左半分（−Ｘ方向の半面）に、木製の物体を画面の右半分（＋Ｘ方向の半面）にそれぞれ表示している場合について説明する。このとき制御部９０は、ステップＳ２００において取得した接触位置が画面の左半面である場合には、接触位置に対応する物体、すなわちプラスチック製の物体の振動パターンを記憶部６０から取得する。また、制御部９０は、ステップＳ２００において取得した接触位置が画面の右半面である場合には、接触位置に体操する物体、すなわち木製の物体の振動パターンを記憶部６０から取得する。
【００４９】
制御部９０は、ステップＳ２０２において取得した振動パターンに基づいて振動発生部８０の出力を決定し（ステップＳ２０４）、これに応じた出力を行うように振動発生部８０を制御して処理を終了する。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態の振動プローブ１００は、加速度検出部１２０が検出した加速度に基づいて、測定対象の表面の材質や形状に応じた振動パターンを生成することができる。振動発生装置１０が、この振動パターンに基づいて振動を再生することにより、振動発生装置１０のタッチパネル１１に触れた場合に、あたかも現実の物体に触れているような触感を生じさせることができる。すなわち、本実施形態の振動プローブ１００によれば、触覚効果の現実感を向上させることができる。
【００５１】
なお、上述の説明においては、プローブ制御部１４０の各部がプローブ記憶部１８０に記憶されている形状情報に基づいて形状推定の演算を行う例について説明したが、これに限られない。例えば、振動発生装置１０の制御部９０が形状推定の演算を行ってもよい。また、形状情報は、振動発生装置１０の記憶部６０に記憶されていてもよい。この場合には、プローブ制御部１４０は、形状推定の演算を行わずに加速度検出部１２０が検出した振動プローブ１００の加速度を示す情報を、プローブＩ／Ｆ部８５を介して振動発生装置１０の制御部９０に供給する。この場合、制御部９０は、記憶部６０に記憶されている形状情報に基づいて形状推定の演算を行う。このように構成しても、これら振動発生装置１０と、振動プローブ１００とを含む振動再生システム１によれば、触覚効果の現実感を向上させることができる。
【００５２】
［第２の実施形態］
以下、図面を参照して、本発明の第２の実施形態を説明する。なお、上述した第１の実施形態と同様である構成及び動作については、同一の符号を付して、説明を簡略化あるいは省略する。本実施形態の振動プローブ１００は、収音部１３０が振動プローブ１００の周囲の音を収音する点において、第１の実施形態と異なる。以下、この収音部１３０について説明する。
【００５３】
収音部１３０は、例えば、マイクロフォンなどの収音デバイスを備えており、接触部１１０の周囲の音を収音する。ここで、振動プローブ１００が測定対象の表面を撫でるように移動している場合、接触部１１０と測定対象との間の摩擦により音が発生する。この音は、測定対象の材質や形状、特に測定対象の表面粗さによって変化する。したがって、収音部１３０が収音した音を解析することにより、振動プローブ１００は、測定対象の表面粗さを推定することができる。この収音部１３０が収音した音の一例について、図８を参照して説明する。
【００５４】
図８は、本実施形態の収音部１３０が収音した音の一例を示すグラフである。同図の横軸は収音部１３０が収音した音の周波数を、縦軸は収音部１３０が収音した音の大きさを示している。すなわち、同図に示す波形Ｗは、収音部１３０が収音した音の周波数分布を示している。ここで、振動プローブ１００が測定対象の表面を移動して、接触部１１０と測定対象との間に摩擦が生じると、測定対象の表面粗さに応じた固有周波数を有する振動が生じる。例えば、ある測定対象について収音部１３０が収音した音には、この測定対象の表面粗さに応じて、図８に示す周波数Ｃ１および周波数Ｃ２に周波数のピーク、すなわち固有周波数を有する振動が生じている。
【００５５】
本実施形態の形状推定部１５０は、加速度検出部１２０が検出した加速度に加えて、この収音部１３０が収音した音に基づいて、測定対象の表面の形状を推定する。具体的には、形状推定部１５０は、収音部１３０が収音した音から固有周波数を抽出する。また、形状推定部１５０は、抽出した固有周波数と、予め求められている固有周波数の分布パターンとを比較して、測定対象の表面粗さパラメータを算出することにより、測定対象の表面の形状を推定する。すなわち、形状推定部１５０は、接触部１１０が測定対象の表面を移動している間に収音部１３０が収音した音に基づいて、測定対象の表面粗さを推定する。
なお、ここでは、測定対象の位置を固定して、接触部１１０が測定対象の表面を移動する場合を一例にして説明するが、これに限られない。例えば、接触部１１０の位置を固定して、測定対象を移動させることにより、接触部１１０が測定対象の表面を移動するようにしてもよい。すなわち、形状推定部１５０は、接触部１１０が測定対象の表面を相対的に移動している間に収音部１３０が収音した音に基づいて、測定対象の表面粗さを推定する。
【００５６】
本実施形態の振動情報生成部１７０は、形状推定部１５０が推定した測定対象の表面の形状に基づいて振動パターンを生成する。例えば、振動情報生成部１７０は、式（２）に示す波形モデルに基づく変位を算出することにより、振動パターンを生成する。
【００５７】
【数２】
0006427975.tif 000003
【００５８】
なお、この式（２）において、左辺Ｙ（ｔ）は、振動発生部８０が発生させる振動によるＺ軸方向の変位である。また、式（２）の係数Ｃは収音部１３０が収音した音から形状推定部１５０が推定した係数であり、変数ｆは固有周波数である。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態の振動プローブ１００によれば、収音部１３０が収音した音に基づいて測定対象の表面粗さを推定することができる。これにより、振動プローブ１００は、測定対象の平坦部分など、高さ方向（Ｚ方向）に変位が少ない部分、すなわちエッジ部分以外の部分においても、測定対象に特有の振動を生じさせることができる。このため、振動プローブ１００によれば、測定対象の触感を再現することができる。また、第１の実施形態において説明したように、振動プローブ１００は、加速度を測定することにより測定対象の傾斜部分（エッジ部分）の変位を推定することができる。このように、本実施形態の振動プローブ１００によれば、測定対象の傾斜部分（エッジ部分）と、平坦部分とのいずれの部分についても測定対象に特有の振動を生じさせることができる。これにより、測定対象のエッジ部分と平坦部分とのいずれの部分についても、その触感を再現することができる。すなわち、本実施形態の振動プローブ１００によれば、触覚効果の現実感をさらに向上させることができる。
【００６０】
なお、振動プローブ１００は、位置推定部１６０によって、接触部１１０が接触している測定対象の表面上の位置を推定してもよい。この位置推定部１６０は、所定間隔で表示されたマーカーをセンサにより検出することで位置を算出したり、加速度検出部１２０が検出した加速度を積分することにより位置を算出したりしてもよい。すなわち、位置推定部１６０は、接触部１１０の移動の状態に基づいて、接触部１１０が接触している測定対象の表面上の位置を推定してもよい。この位置推定部１６０によって、接触部１１０が接触している測定対象の表面上の位置を推定することにより、振動プローブ１００は、形状推定部１５０が推定する形状が、測定対象のどの部分の形状であるのかを判定することができる。したがって、測定対象が複数の材質を含んでいる場合や、測定対象の形状が複雑である場合など、測定対象の位置によって異なる振動パターンを生成すべき場合においても、振動プローブ１００は、測定対象の材質や形状に応じた振動パターンを生成することができる。すなわち、この振動プローブ１００によれば、触覚効果の現実感をさらに向上させることができる。
【００６１】
また、上述の各実施形態において、振動発生装置１０と振動プローブ１００とが直接接続されて振動情報（振動パターン）をやり取りする構成について説明したが、これに限られない。例えば、振動プローブ１００が生成した振動パターンを、不図示のサーバ装置に記憶させてもよい。この場合、サーバ装置から振動発生装置１０に振動パターンをダウンロードすることにより、振動パターンを振動発生装置１０の記憶部６０に記憶させる。このように構成しても、振動発生装置１０は、振動プローブ１００が生成した振動パターンによって振動させることにより、振動プローブ１００の測定対象の触感を再現することができる。
【００６２】
なお、上述した各実施形態における振動再生システム１、およびこの振動再生システム１が備える振動発生装置１０、振動プローブ１００（以下、これらの装置を総称して単に装置と記載する。）の一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この制御機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、装置に内蔵されたコンピュータシステムであって、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。また、上述した実施形態における装置の一部、または全部を、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の集積回路として実現してもよい。装置の各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。
【００６３】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１…振動再生システム、１０‥振動発生装置、１１‥タッチパネル、２０‥本体部、３０‥背面カバー、３２‥孔部、３５‥マウント部、４０‥撮像部、４２‥レンズ、５０‥通信部、５２‥Ｉ／Ｏ部、６０‥記憶部、７０‥スピーカ、７５‥加速度センサ、８０‥振動発生部、８５…プローブＩ／Ｆ部、９０‥制御部、１００…振動プローブ、１１０…接触部、１２０…加速度検出部、１３０…収音部、１４０…プローブ制御部、１５０…形状推定部、１６０…位置推定部、１７０…振動情報生成部、１８０…プローブ記憶部
【図１】
0006427975.tif 000004
【図２】
0006427975.tif 000005
【図３】
0006427975.tif 000006
【図４】
0006427975.tif 000007
【図５】
0006427975.tif 000008
【図６】
0006427975.tif 000009
【図７】
0006427975.tif 000010
【図８】
0006427975.tif 000011