(57)【要約】【課題】突出状態における軸状部材の軸方向移動を抑制することが可能な触覚提示装置を提供する。【解決手段】触覚提示装置１は、ｘ方向及びｙ方向に沿って複数の貫通孔２１が面状に形成された保持部材２と、保持部材２の貫通孔２１に保持される軸部３０、及び軸部３０の軸方向の一側に設けられた掛かり部３００を有する複数の軸状部材３と、軸状部材３をその軸方向に移動させ、軸部３０を保持部材２の貫通孔２１から突出させることが可能なアクチュエータ４１と、ｘ方向に延在して設けられ、アクチュエータ４１による軸状部材３の移動後にｘ方向に移動して軸状部材３の掛かり部３００に接触し、軸状部材３の軸方向移動を規制することが可能な柱状のロックピン５１とを備える。【選択図】図１
2012150175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向及び前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って複数の貫通孔が面状に形成された保持部材と、
前記保持部材の前記貫通孔に保持される軸部、及び前記軸部の軸方向の一側に設けられた掛かり部を有する複数の軸状部材と、
前記軸状部材をその軸方向に移動させ、前記軸部を前記貫通孔から突出させることが可能な駆動部と、
前記第１の方向に延在して設けられ、前記駆動部による前記軸状部材の移動後に前記第１の方向に移動して前記軸状部材の前記掛かり部に接触し、前記軸状部材の軸方向移動を規制することが可能な柱状部材と、
を備えた触覚提示装置。
【請求項２】
前記柱状部材は、前記第２の方向に沿って隣り合う一対の軸状部材の間に介在し、前記一対の軸状部材の軸方向移動を規制可能である請求項１に記載の触覚提示装置。
【請求項３】
前記軸状部材の前記掛かり部は、前記軸部が前記保持部材の前記貫通孔から突出した状態で前記柱状部材に噛み合う第１の凹部と、前記軸部が前記保持部材の前記貫通孔から突出しない状態で前記柱状部材に噛み合う第２の凹部とを有する請求項１又は２に記載の触覚提示装置。
【請求項４】
前記軸状部材は、前記軸部の先端に、前記軸部の断面積よりも大きな断面積を有する膨大部を有する請求項１乃至３の何れか１項に記載の触覚提示装置。
【請求項５】
前記駆動部は、前記第２の方向に沿って配列された複数の前記軸状部材を選択的に軸方向移動させることが可能な複数のアクチュエータと、前記複数のアクチュエータを前記第１の方向に移動させるアクチュエータ移動手段とを有し、
前記柱状部材は、前記複数のアクチュエータによって前記軸状部材の軸方向移動が行われた後に前記第１の方向に移動して前記軸状部材の掛かり部に接触し、
前記アクチュエータ移動手段は、前記柱状部材が前記軸状部材の掛かり部に噛み合った後に前記複数のアクチュエータを前記第１の方向に移動させる請求項１乃至４の何れか１項に記載の触覚提示装置。
【請求項６】
前記複数の貫通孔が形成された領域への接触操作を検出することが可能な検出手段をさらに有する請求項１乃至５の何れか１項に記載の触覚提示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、提示した文字や図形等の形状を触覚によって使用者に認識させることが可能な触覚提示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、格子状に配置された複数の表示ピンを選択的に表示面から突出させ、文字や図形等の形状を触覚によって使用者に認識させることが可能な触覚ディスプレイが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された触覚ディスプレイは、各表示ピンを選択的に表示面から突出させる複数のソレノイドと、弾性を有する樹脂等からなる１枚のシート状のロック部材と、ロック部材を表示面に沿った方向に付勢する手段とを備え、ソレノイドによって表示面から突出した表示ピンをロック部材の弾性変形によって突出状態に保持するとともに、ロック部材を付勢方向とは逆方向に移動させることにより、表示ピンの保持を解除できるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２６６３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、この触覚ディスプレイは、ロック部材の弾性によって表示ピンを保持するため、例えば使用者によって表示ピンが押し込まれた際には、表示ピンの表示面からの突出量が変化してしまうおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、突出状態における軸状部材の軸方向移動を抑制することが可能な触覚提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】
［１］本発明は上記目的を達成するため、第１の方向及び前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って複数の貫通孔が面状に形成された保持部材と、前記保持部材の前記貫通孔に保持される軸部、及び前記軸部の軸方向の一側に設けられた掛かり部を有する複数の軸状部材と、前記軸状部材をその軸方向に移動させ、前記軸部を前記貫通孔から突出させることが可能な駆動部と、前記第１の方向に延在して設けられ、前記駆動部による前記軸状部材の移動後に前記第１の方向に移動して前記軸状部材の前記掛かり部に接触し、前記軸状部材の軸方向移動を規制することが可能な柱状部材と、を備えた触覚提示装置を提供する。
【０００８】
［２］前記柱状部材は、前記第２の方向に沿って隣り合う一対の軸状部材の間に介在し、前記一対の軸状部材の軸方向移動を規制可能である前記［１］に記載の触覚提示装置であってもよい。
【０００９】
［３］前記軸状部材の前記掛かり部は、前記軸部が前記保持部材の前記貫通孔から突出した状態で前記柱状部材に噛み合う第１の凹部と、前記軸部が前記保持部材の前記貫通孔から突出しない状態で前記柱状部材に噛み合う第２の凹部とを有する前記［１］又は［２］に記載の触覚提示装置であってもよい。
【００１０】
［４］前記軸状部材は、前記軸部の先端に、前記軸部の断面積よりも大きな断面積を有する膨大部を有する前記［１］乃至［３］の何れか１つに記載の触覚提示装置であってもよい。
【００１１】
［５］前記駆動部は、前記第２の方向に沿って配列された複数の前記軸状部材を選択的に軸方向移動させることが可能な複数のアクチュエータと、前記複数のアクチュエータを前記第１の方向に移動させるアクチュエータ移動手段とを有し、前記柱状部材は、前記複数のアクチュエータによって前記軸状部材の軸方向移動が行われた後に前記第１の方向に移動して前記軸状部材の掛かり部に接触し、前記アクチュエータ移動手段は、前記柱状部材が前記軸状部材の掛かり部に噛み合った後に前記複数のアクチュエータを前記第１の方向に移動させる前記［１］乃至［４］の何れか１つに記載の触覚提示装置であってもよい。
【００１２】
［６］前記複数の貫通孔が形成された領域への接触操作を検出することが可能な検出手段をさらに有する［１］乃至［５］の何れか１つに記載の触覚提示装置であってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、保持部材の貫通孔から突出した軸状部材を弾性部材の弾性によって保持する場合に比較して、突出状態における軸状部材の軸方向の移動を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る触覚提示装置の一例を示す全体図である。
【図２】図２は、表示ピンの形状の一例を示す外観図である。
【図３】図３は、制御部６の構成例を示す概略図である。
【図４Ａ】図４Ａ（ａ）〜（ｅ）は、触覚提示装置の動作例を示す説明図である。
【図４Ｂ】図４Ｂ（ｆ）〜（ｉ）は、触覚提示装置の動作例を示す説明図である。
【図５】図５は、制御部による第１のモータ及び第２のモータ、ならびにアクチュエータの制御の順序を示すグラフであり、（ａ）は第１のモータの動作状態を、（ｂ）はアクチュエータへの駆動電流の供給状態を、（ｃ）は第２のモータの動作状態を、それぞれ示す。
【図６】図６は、複数の表示ピン及びその周辺部を図１に示すｘ方向から見た状態の一例を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態を示し、（ａ）は表示ピンの形状を示す外観図、（ｂ）は表示ピンをその先端膨大部の側から見た形状を示す平面図、（ｃ）は複数の表示ピンを用いて触覚表示装置を構成した場合における触覚表示装置の動作状態の一例を示す斜視図である。
【図８】図８は、本発明の第３の実施の形態に係る触覚提示装置を示し、（ａ）は、触覚提示装置の一部を拡大した斜視図、（ｂ）は、タッチセンサの断面を複数の表示ピン及び保持部材と共に示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る触覚提示装置の一例を示す全体図である。
図２は、表示ピンの形状の一例を示す外観図である。
【００１６】
この触覚提示装置１は、複数の貫通孔２１が形成された表示面２０を有する保持部材２と、貫通孔２１のそれぞれに対応して設けられた複数の表示ピン３と、複数の表示ピン３を選択的に軸方向移動させることが可能な駆動部４と、駆動部４によって軸方向移動された表示ピン３の位置を固定するロック機構５と、駆動部４及びロック機構５を制御する制御部６とを有している。表示ピン３は、本発明の軸状部材の一例である。
【００１７】
（保持部材２の構成）
保持部材２は、所定の厚みを有する板状の部材であり、図１の左右方向にあたるｘ方向及びこのｘ方向に直交するｙ方向に沿って複数の貫通孔２１が面状に形成されている。本実施の形態では、ｘ方向に２７個、ｙ方向に２０個（合計５４０個）の貫通孔２１が設けられている。保持部材２の表面は平坦な表示面２０であり、複数の貫通孔２１は表示面２０に対して直交するように形成されている。
【００１８】
ｘ方向又はｙ方向に隣り合う貫通孔２１の中心間距離（孔ピッチ）は、ｘ方向及びｙ方向とも２．０〜３．０ｍｍに設定することが望ましい。
【００１９】
保持部材２の表示面２０とは反対側の面に対向して、板状のベース板２２が配置されている。保持部材２とベース板２２とは、図略の固定部材によって平行に固定されている。ベース板２２には、保持部材２の貫通孔２１と同数の貫通孔が形成されている。
【００２０】
（表示ピン３の構成）
表示ピン３は、図２に示すように、円柱状の軸部３０と、軸部３０の軸方向に沿って設けられた第１〜第３の環状突起３１〜３３を有する掛かり部３００と、掛かり部３００の軸部３０とは反対側に設けられた基端部３４とを有している。第１〜第３の環状突起３１〜３３は、軸部３０の軸方向の一側に設けられ、基端部３４の側には第１の環状突起３１が、軸部３０の側には第３の環状突起３３が設けられている。第２の環状突起３２は、第１の環状突起３１と第３の環状突起３３との間に設けられている。また、軸部３０の軸方向の端部には、平坦な先端面３０ａが形成されている。
【００２１】
触覚提示装置１において、軸部３０は保持部材２の貫通孔２１に軸方向移動可能に保持される。また、基端部３４はベース板２２の貫通孔に軸方向移動可能に保持される。第１〜第３の環状突起３１〜３３は、保持部材２とベース板２２との間に位置している。
【００２２】
第１〜第３の環状突起３１〜３３は、軸部３０の外径よりも大きな外径を有している。また、第１の環状突起３１と第２の環状突起３２との間、及び第２の環状突起３２と第３の環状突起３３との間は、軸部３０の外径と同等の外径に形成されている。これにより、第１の環状突起３１と第２の環状突起３２との間には、径方向に窪んだ第１の凹部３０１が形成されている。また、第２の環状突起３２と第３の環状突起３３との間には、同じく径方向に窪んだ第２の凹部３０２が形成されている。
【００２３】
（駆動部４の構成）
駆動部４は、ｙ方向に延びる棒状の支持部材４０と、支持部材４０に支持された複数のアクチュエータ４１と、支持部材４０をｘ方向に案内する一対のガイド４２と、第１のモータ４３と、第１のモータ４３のロータに連結され、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたボールねじ軸４３０とを有して構成されている。
【００２４】
支持部材４０には、保持部材２のｙ方向の貫通孔２１と同数（本実施の形態では２０個）のアクチュエータ４１がｙ方向に沿って一列に配置されている。また、支持部材４０には、ボールねじ軸４３０に形成された螺旋状のねじ溝に対向してボールの転動通路を形成する図略のボールねじ溝が形成されている。この構成により、第１のモータ４３のトルクによるボールねじ軸４３０の正方向又は逆方向の回転によって、支持部材４０がｘ方向に進退移動可能である。
【００２５】
各アクチュエータ４１は、例えば電磁ソレノイドからなり、本体部４１０と、本体部４１０に対して軸方向移動可能なシャフト４１１とを有している。本体部４１０は、制御部６から供給される駆動電流に基づく電磁力によってシャフト４１１が本体部４１０から突出するように構成されている。各アクチュエータ４１には、制御部６からの駆動電流が個別に供給されるように配線されている。
【００２６】
第１のモータ４３は、例えばステッピングモータであり、ｙ方向に沿って配置された複数のアクチュエータ４１をｘ方向に配列された複数の表示ピン３のそれぞれに対応した位置に位置決めすることが可能である。第１のモータ４３及びボールねじ軸４３０は、本発明のアクチュエータ移動手段の一例である。
【００２７】
（ロック機構５の構成）
ロック機構５は、ｙ方向に延びる棒状の支持部材５０と、支持部材５０に支持された複数の柱状のロックピン５１と、第２のモータ５２と、第２のモータ５２のロータに連結されたボールねじ軸５２０とを有して構成されている。
【００２８】
複数のロックピン５１は、ｘ方向に延びるように配置され、支持部材５０に支持されている。各ロックピン５１は、一端が支持部材５０に固定され、そのｘ方向の長さは、保持部材２の複数の貫通孔２１が形成された領域のｘ方向の長さよりも長く形成されている。ロックピン５１は、本発明の柱状部材の一例である。
【００２９】
また、支持部材５０には、ボールねじ軸５２０に形成された螺旋状のねじ溝に対向してボールの転動通路を形成する図略のボールねじ溝が形成されている。この構成により、第２のモータ５２のトルクによるボールねじ軸５２０の正方向又は逆方向の回転によって、支持部材５０が図略のガイド部材に案内されて＋ｘ方向（図１の矢印Ａ方向）又は−ｘ方向（図１の矢印Ｂ方向）に進退移動可能である。
【００３０】
第２のモータ５２は、例えばステッピングモータであり、複数の柱状のロックピン５１をｘ方向に配列された複数の表示ピン３のそれぞれに対応した位置に位置決めすることが可能である。
【００３１】
ロックピン５１は、支持部材５０と共にｘ方向に移動することにより、表示ピン３の掛かり部３００の第１の凹部３０１又は第２の凹部３０２に引っ掛かり、表示ピン３の軸方向移動を規制する。つまり、表示ピン３の径方向に開口を有する第１の凹部３０１又は第２の凹部３０２に、ロックピン５１が表示ピン３の軸方向に対して直交する方向から移動して噛み合うことにより、表示ピン３の軸方向への移動が制限される。
【００３２】
このロックピン５１は、支持部材３が使用者の接触によって軸方向に押されても、支持部材３の軸方向の位置が実質的に変化しない程度の剛性を有することが望ましい。ロックピン５１は、例えば金属又は硬質な樹脂によって形成される。
【００３３】
（制御部６の構成）
図３は、制御部６の構成例を示す概略図である。この図に示す構成例では、第１のモータ４３及び第２のモータ５２として、２相ユニポーラ式のステッピングモータを用いた場合について説明しているが、他の形式のモータを用いてもよい。
【００３４】
制御部６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）、及びこのＣＰＵが実行するプログラム等を記憶するＲＯＭやＲＡＭ等の記憶素子を有するコントローラ６０と、第１のモータ４３にモータ電流を供給する第１のモータ駆動回路６１と、第２のモータ５２にモータ電流を供給する第２のモータ駆動回路６２と、複数のアクチュエータ４１のそれぞれに駆動電流を供給する駆動電流供給回路６３とを備えている。また、第１のモータ駆動回路６１、第２のモータ駆動回路６２、及び駆動電流供給回路６３には、直流電源７からの直流電流が供給される。
【００３５】
第１のモータ駆動回路６１は、コントローラ６０からの制御信号によってオン状態又はオフ状態が切り替えられる第１〜第４のトランジスタ６１１〜６１４を有している。また、第１のモータ駆動回路６１は、第１のモータ４３のコイルに流れるモータ電流の向きを制御し、第１のモータ４３の回転方向を切り替えられるように構成されている。
【００３６】
第２のモータ駆動回路６２は、コントローラ６０からの制御信号によってオン状態又はオフ状態が切り替えられる第１〜第４のトランジスタ６２１〜６２４を有している。また、第２のモータ駆動回路６２は、第２のモータ５２のコイルに流れるモータ電流の向きを制御し、第２のモータ５２の回転方向を切り替えられるように構成されている。
【００３７】
駆動電流供給回路６３は、ｎ個（本実施の形態では２０個）のアクチュエータ４１にそれぞれ駆動電流を供給するための第１〜第ｎのトランジスタ６３１〜６３ｎを有している。第１〜第ｎのトランジスタ６３１〜６３ｎには、それぞれコントローラ６０からの制御信号が供給され、オン状態又はオフ状態を個別に切り替えることが可能である。このように、駆動電流供給回路６３は、複数（ｎ個）のアクチュエータ４１の全部又は任意の一部に選択的に駆動電流を供給できるように構成されている。
【００３８】
（触覚提示装置１の動作）
図４Ａ（ａ）〜（ｅ）及び図４Ｂ（ｆ）〜（ｉ）は、ｙ方向から見た場合の触覚提示装置１の動作の一例を示す一部断面図である。図４Ａ及び図４Ｂ（ａ）〜（ｉ）では、ｘ方向に沿って配列された３つの表示ピン３及びその周辺部を示している。説明の都合により、これらの３つの表示ピン３のそれぞれを区別する必要がある場合には、３つの表示ピン３をロック機構５の支持部材５０に近い側から、第１の表示ピン３Ａ，第２の表示ピン３Ｂ，及び第３の表示ピン３Ｃとして説明する。この動作例では、第１の表示ピン３Ａ及び第３の表示ピン３Ｃを保持部材２から突出させ、第２の表示ピン３Ｂは突出させない場合について説明する。
【００３９】
図４Ａ（ａ）に示すように、保持部材２に形成された複数の貫通孔２１のそれぞれには、表示ピン３の軸部３０が挿入されている。貫通孔２１の内径は軸部３０の外径よりも僅かに大きく形成されており、表示ピン３は貫通孔２１の中心軸に沿って軸方向に移動可能である。
【００４０】
ベース板２２には、保持部材２の複数の貫通孔２１のそれぞれに対応する位置に、複数の貫通孔２１と同数の貫通孔２２０が設けられている。保持部材２の貫通孔２１とベース板２２の貫通孔２２０とは、それらの中心軸が一致するように形成されている。ベース板２２の貫通孔２２０には、表示ピン３の基端部３４が軸方向移動可能に保持されている。
【００４１】
保持部材２と表示ピン３の第３の環状突起３３との間には、弾性部材としてのコイルばね２３が設けられている。コイルばね２３は、一端が表示ピン３の第３の環状突起３３に接触し、表示ピン３をベース板２２側に向かって押し付けている。
【００４２】
表示ピン３の第２の凹部３０２は、表示ピン３の軸部３０が保持部材２の貫通孔２１から突出しない非突出状態において、ロックピン５１に対応する位置に形成されている。また、表示ピン３の第１の凹部３０１は、表示ピン３の軸部３０が保持部材２の貫通孔２１から突出した突出状態において、ロックピン５１に対応する位置に形成されている。
【００４３】
図４Ａ（ａ）は、第１の表示ピン３Ａに対応する位置に駆動部４のアクチュエータ４１が位置決めされ、アクチュエータ４１のシャフト４１１が本体部４１０から突出していない状態を示している。
【００４４】
図４Ａ（ｂ）は、図４Ａ（ａ）に示す状態からアクチュエータ４１に駆動電流が供給され、シャフト４１１が本体部４１０から突出した状態を示している。この突出状態では、アクチュエータ４１がコイルばね２３の弾性力に抗して第１の表示ピン３Ａを軸方向に押圧し、第１の表示ピン３Ａの軸部３０を保持部材２の貫通孔２１から突出させている。また、第１の表示ピン３Ａの第１の凹部３０１が、ロックピン５１のｘ方向の延長線上に位置している。
【００４５】
図４Ａ（ｃ）は、図４Ａ（ｂ）に示す状態からロック機構５の第２のモータ５２の回転によってロックピン５１がｘ方向に移動し、第１の表示ピン３Ａの第１の凹部３０１にロックピン５１が噛み合った状態を示している。アクチュエータ４１は、第１の凹部３０１とロックピン５１との噛み合い（係合）が完了するまで、シャフト４１１によって第１の表示ピン３Ａを押圧し続ける。
【００４６】
図４Ａ（ｄ）は、図４Ａ（ｃ）に示す状態からアクチュエータ４１への駆動電流が遮断され、シャフト４１１による第１の表示ピン３Ａの押圧が解除された状態を示している。シャフト４１１による押圧が解除されても、第１の表示ピン３Ａの第２の環状突起３２にロックピン５１が接触して、第１の表示ピン３Ａのベース板２２側への軸方向移動が規制されているため、第１の表示ピン３Ａの軸部３０が保持部材２の表示面２０から突出した突出状態が維持される。また、図４Ａ（ｃ）に示す状態では、シャフト４１１の一部がベース板２２の貫通孔２２０の内部に位置し、アクチュエータ４１のｘ方向への移動が不可能な状態であったが、図４Ａ（ｄ）に示す状態では、アクチュエータ４１のｘ方向への移動が可能となっている。
【００４７】
図４Ａ（ｅ）は、図４Ａ（ｄ）に示す状態から支持部材４０がアクチュエータ４１と共にｘ方向に移動し、アクチュエータ４１が第２の表示ピン３Ｂに対応する位置に位置決めされた状態を示している。アクチュエータ４１が第２の表示ピン３Ｂに対応する位置では制御部６からアクチュエータ４１に駆動電流が供給されず、アクチュエータ４１は第２の表示ピン３Ｂを軸方向移動させない。従って、第２の表示ピン３Ｂは、コイルばね２３の弾性力によって第１の環状突起３１がベース板２２に当接した状態のままとなる。また、この状態では、第２の表示ピン３Ｂの第２の凹部３０２が、ロックピン５１のｘ方向の延長線上に位置している。
【００４８】
図４Ｂ（ｆ）は、図４Ａ（ｅ）に示す状態からロックピン５１がｘ方向に移動し、第２の表示ピン３Ｂの第２の凹部３０２にロックピン５１が噛み合った状態を示している。第２の凹部３０２とロックピン５１との噛み合いによって第２の表示ピン３Ｂの軸方向移動が規制され、第２の表示ピン３Ｂの先端面３０ａが保持部材２の表示面２０と同一の平面を形成するように、第２の表示ピン３Ｂの軸方向位置が固定される。
【００４９】
図４Ｂ（ｇ）は、図４Ｂ（ｆ）に示す状態から支持部材４０がアクチュエータ４１と共にｘ方向に移動し、アクチュエータ４１が第３の表示ピン３Ｃに対応する位置に位置決めされた状態を示している。
【００５０】
図４Ｂ（ｈ）は、図４Ｂ（ｇ）に示す状態からアクチュエータ４１に駆動電流が供給され、アクチュエータ４１の本体部４１０からシャフト４１１が突出した状態を示している。この状態では、アクチュエータ４１によって第３の表示ピン３Ｃが軸方向に移動して、第３の表示ピン３Ｃの軸部３０が保持部材２の表示面２０から突出している。また、第３の表示ピン３Ｃの第１の凹部３０１が、ロックピン５１のｘ方向の延長線上に位置している。
【００５１】
図４Ｂ（ｉ）は、図４Ｂ（ｈ）に示す状態からロックピン５１がｘ方向に移動し、第３の表示ピン３Ｃの第１の凹部３０１にロックピン５１が噛み合った状態を示している。アクチュエータ４１は、第３の表示ピン３Ｃの第１の凹部３０１とロックピン５１との噛み合いが完了するまで、シャフト４１１によって第１の表示ピン３Ａを押圧し続ける。
【００５２】
図５は、上記動作例における制御部６による第１のモータ４３及び第２のモータ５２、ならびにアクチュエータ４１の制御の順序を示すグラフであり、（ａ）は第１のモータ４３の動作状態を、（ｂ）はアクチュエータ４１への駆動電流の供給状態を、（ｃ）は第２のモータ５２の動作状態を、それぞれ示す。図５のグラフの横軸は時間軸であり、図４（ａ）〜（ｉ）に示す各状態に対応する時期を図５中にｔａ〜ｔｉで示している。
【００５３】
図５に示すように、ロック機構５の第２のモータ５２は、アクチュエータ４１によって表示ピン３の軸方向移動が行われた後にロックピン５１をｘ方向に移動させ、ロックピン５１を表示ピン３の第１の凹部３０１に噛み合わせる。ロックピン５１の移動中は、アクチュエータ４１への駆動電流の供給が維持され、ロックピン５１と表示ピン３の第１の凹部３０１との噛み合いが完了した後にアクチュエータ４１への駆動電流の供給が遮断される。
【００５４】
また、駆動部４の第１のモータ４３は、ロックピン５１と表示ピン３の第１の凹部３０１との噛み合いが完了し、アクチュエータ４１への駆動電流の供給が遮断された後に支持部材４０及びアクチュエータ４１をｘ方向に移動させる。
【００５５】
上記のような動作を繰り返すことにより、制御部６は、ｘ方向及びｙ方向に配列された複数の表示ピン３のうち、提示すべき図形に応じて選択された表示ピン３の軸部３０を保持部材２の表示面２０から突出させる。これにより、利用者は提示された図形を触覚によって認識することができる。
【００５６】
なお、制御部６は、突出させるべき表示ピン３が予め定義された複数のパターンの図形のうち、上位の制御装置から指示された図形を提示するように構成してもよく、あるいは上位の制御装置から突出させるべき表示ピン３を指定する情報を受信して、当該指定された表示ピン３を保持部材２の表示面２０から突出させるように構成してもよい。
【００５７】
また、提示した図形を消去する場合は、ロック機構５の第２のモータ５２を逆方向に回転させ、支持部材５０及び複数のロックピン５１を図１の矢印Ｂ方向に移動させる。これにより、表示面２０から軸部３０が突出した表示ピン３とロックピン５１との噛み合いが解除され、コイルばね２３の弾性力によって各表示ピン３が非突出状態となる。
【００５８】
図６は、ｙ方向に沿って配列された複数の表示ピン３及びその周辺部をｘ方向から見た状態の一例を示す図である。この図に示す例では、５つの表示ピン３を第１〜第５の表示ピン３Ａ１〜３Ａ５として示している。また、ｙ方向に沿って配列された３つのロックピン５１を、第１〜第３のロックピン５１１〜５１３として示している。
【００５９】
図５に示す５つの表示ピン３のうち、第１の表示ピン３Ａ１，第３の表示ピン３Ａ３，及び第４の表示ピン３Ａ４は、それらの軸部３０が保持部材２から突出した突出状態であり、第２の表示ピン３Ａ２及び第５の表示ピン３Ａ５は、軸部３０が保持部材２から突出しない非突出状態である。
【００６０】
第１のロックピン５１１は、ｙ方向に沿って隣り合う第１の表示ピン３Ａ１と第２の表示ピン３Ａ２との間に介在している。また、第１のロックピン５１１は、第１の表示ピン３Ａ１の第１の凹部３０１及び第２の表示ピン３Ａ２の第２の凹部３０２に噛み合って、これら一対の表示ピン３の軸方向移動を規制している。
【００６１】
第２のロックピン５１２は、ｙ方向に沿って隣り合う第３の表示ピン３Ａ３と第４の表示ピン３Ａ４との間に介在し、両表示ピン３Ａ３，３Ａ４の第１の凹部３０１に噛み合って、これら一対の表示ピン３の軸方向移動を規制している。また、第３のロックピン５１３は、第５の表示ピン３Ａ５の第２の凹部３０２に噛み合って、第５の表示ピン３Ａ５及びこの第５の表示ピン３Ａ５のｙ方向に隣り合う図略の第６の表示ピンの軸方向移動を規制している。
【００６２】
（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る触覚提示装置１によれば、ロックピン５１が保持部材２の表示面２０に対して平行に移動して表示ピン３の第１の凹部３０１に噛み合いし、保持部材２の貫通孔２１から突出した表示ピン３の軸方向移動を規制するので、例えば使用者によって表示ピン３が押し込み方向の圧力を受けた場合でも、表示ピン３の突出量が減少することを抑制することができる。
【００６３】
また、ロックピン５１は、保持部材２の貫通孔２１から突出しない表示ピン３の第２の凹部３０２に噛み合ってｘ方向及びｙ方向に直交する方向に支持されるので、表示ピン３が押し込み方向の圧力を受けた場合でも、より確実に表示ピン３の軸方向の移動を抑制することができる。
【００６４】
またさらに、ロックピン５１は、アクチュエータ４１による表示ピン３の軸方向の位置決め完了後に第１の凹部３０１又は第２の凹部３０２に噛み合うので、例えば弾性を有するロック部材が常に表示ピンの側面に接触するように構成された場合に比較して、アクチュエータ４１による表示ピン３の軸方向移動が円滑に行われる。また、表示ピン３の軸方向移動の際にロックピン５１との摩擦が発生しないので、磨耗が抑制されて耐久性を高めることができる。
【００６５】
（第１の実施の形態の変形例）
上記第１の実施の形態では、表示ピン３が第１〜第３の環状突起３１〜３３を有し、第１の環状突起３１と第２の環状突起３２との間、及び第２の環状突起３３と第３の環状突起３３との間に第１の凹部３０１及び第２の凹部３０２を有する場合について説明したが、コイルばね２３の保持を第３の環状突起３３以外の構成部材によって行い、第３の環状突起３３を有しない形状としてもよい。また、コイルばね２３による付勢力による表示ピン３のベース部材２２側への移動を第１の環状突起３１以外の構成部材によって規制し、第１の環状突起３１を有しない形状としてもよい。この場合でも、貫通孔２１から突出した表示ピン３は、第２の環状突起３２がロックピン５１と接触することにより、軸方向の移動が規制される。
【００６６】
また、上記第１の実施の形態では、複数のアクチュエータ４１がｙ方向に沿って一列に配置された場合について説明したが、これに限らず、複数のアクチュエータ４１を複列からなる千鳥状に配置してもよい。この場合、アクチュエータ４１の本体部４１０の直径が貫通孔２１の孔ピッチよりも大きくても、支持部材４０上に複数のアクチュエータ４１を配置することが可能となる。
【００６７】
また、駆動部４の支持部材４０やロック機構５の支持部材５０を移動させる移動手段についても、モータ及びボールねじに限らず、その他の機構を用いてもよい。またさらに、第２のモータ５２を支持部材４０に固定し、支持部材５０及び複数のロックピン５１を支持部材４０に対して第２のモータ５２によって相対移動可能としてもよい。この場合、ボールねじ軸５２０の長さを短くすることができる。
【００６８】
また、表示ピン３の数や形状、あるいは表示面２０からの突出量等にも特に制限は無く、例えば第１〜第２の環状突起３１〜３３を四角形状に形成してもよい。この場合、第１〜第２の環状突起３１〜３３とロックピン５１との接触面積を増大することができるので、より確実に表示ピン３の軸方向移動を抑制することが可能となる。
【００６９】
［第２の実施の形態］
図７（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る触覚提示装置における表示ピン９の形状を示す外観図である。
【００７０】
本実施の形態における触覚提示装置は、表示ピン９の形状が第１の実施の形態における表示ピン３と異なる他は、第１の実施の形態に係る触覚提示装置１と同様の構成であるので、第１の実施の形態について説明した触覚提示装置１の構成要素と同様の機能及び形状を有する構成要素については、第１の実施の形態と共通の符号を付してその説明を省略する。
【００７１】
表示ピン９は、円柱状の軸部９０と、軸部９０の軸方向に沿って設けられた第１〜第３の突起９１〜９３を有する掛かり部９００と、掛かり部９００の軸部９０とは反対側に設けられた基端部９４と、軸部９０の掛かり部９００とは反対側の端部に設けられ、軸部９０の断面積よりも大きな断面積を有する先端膨大部９５とを有している。
【００７２】
第１〜第３の突起９１〜９３は、軸部９０の軸方向の一側に設けられ、基端部９４の側には第１の突起９１が、軸部９０の側には第３の突起９３が設けられている。第２の突起９２は、第１の突起９１と第３の突起９３との間に設けられている。第１〜第３の突起９１〜９３は、表示ピン９の軸方向から見た場合に、四角形状を有している。第１の突起９１と第２の突起９２との間には第１の凹部９０１が、第２の突起９２と第３の突起９３との間には第２の凹部９０２が、それぞれ形成されている。第１の凹部９０１及び第２の凹部９０２は、掛かり部９００を構成する。
【００７３】
軸部９０は保持部材２の貫通孔２１に軸方向移動可能に保持される。先端膨大部９５は、保持部材２の表示面２０側に配置される。このような構成は、例えば軸部９０を貫通孔２１に挿通した後に表示面２０の側から先端膨大部９５を軸部９０に固定することで実現可能である。先端膨大部９５の表面９５ａは例えば多角形状であり、本実施の形態では表面９５ａが四角形状に形成されている。なお、表面９５ａを軸部９０の外径よりも大きな直径を有する円形状としてもよい。
【００７４】
図７（ｂ）は、表示ピン９をその先端膨大部９５側の軸方向から見た形状を示す図である。この図では、軸部９０を透視した輪郭を破線で示している。
【００７５】
図７（ｂ）に示すように、先端膨大部９５は、その表面９５ａの面積が軸部９０の軸方向に直交する面における軸部９０の断面積よりも大きく形成されている。
【００７６】
図７（ｃ）は、複数の表示ピン９を用いて触覚表示装置を構成した場合における触覚表示装置の動作状態の一例を示す図である。
【００７７】
図７（ｃ）に示すように、表示ピン９の先端部に先端膨大部９５が設けられているため、保持部材２から軸部９０が突出した複数の表示ピン９により形成される突出領域が、第１の実施の形態（図１参照）に比較して、より平滑な面となる。
【００７８】
［第３の実施の形態］
図８（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る触覚提示装置の一部を拡大した斜視図である。本実施の形態に係る触覚提示装置は、使用者による接触操作が行われたこと、及び使用者が接触した領域を検出可能である構成が第１の実施の形態とは異なる。
【００７９】
この触覚提示装置は、第１の実施の形態に係る触覚提示装置１の保持部材２の表示面２０に対向して、使用者による接触操作を検出するための光透過性を有するシート状のタッチセンサ８を配置したものであり、その他の構成は第１の実施の形態に係る触覚提示装置１と同様である。タッチセンサ８は、検出手段の一例である。以下、第１の実施の形態に係る触覚提示装置１の構成要素と同様の機能及び形状を有する構成要素については、第１の実施の形態と共通の符号を付してその説明を省略する。
【００８０】
タッチセンサ８は、保持部材２の表示面２０の複数の貫通孔２１が形成された領域を覆うように配置されている。このタッチセンサ８は、ｘ方向に沿って互いに平行に設けられた複数の第１の透明電極８１と、ｙ方向に沿って互いに平行に設けられた複数の第２の透明電極８２とを有している。第１の透明電極８１及び第２の透明電極８２は格子状に重なり、両透明電極８１，８２の交点は、各表示ピン３の軸部３０の先端面３０ａに対応している。
【００８１】
図８（ｂ）は、タッチセンサ８の断面を複数の表示ピン３及び保持部材２と共に示す概略図である。なお、この図では、説明のためにタッチセンサ８の厚みを誇張して表している。
【００８２】
タッチセンサ８は、保持部材２の表示面２０に面して表示ピン３の先端面３０ａに接触する裏面シート８０１と、使用者が触れることが可能な表面シート８０３と、裏面シート８０１及び表面シート８０３の間に介在する絶縁層８０２とを有している。裏面シート８０１の絶縁層８０２側の面には、複数の第２の透明電極８２が配置されている。また、表面シート８０３の絶縁層８０２側の面には、複数の第１の透明電極８１が配置されている。
【００８３】
タッチセンサ８の一部の領域に使用者の指等の接触検知対象物が触れると、第１の透明電極８１と第２の透明電極８２との間の静電容量が変化する。そして、この静電容量の変化に応じて得られる検出信号に基づいて、タッチセンサ８への接触操作があったこと、及び接触操作が行われた領域を検出することが可能である。
【００８４】
従って、本実施の形態に係る触覚提示装置によれば、選択された複数の表示ピン３を表示面２０から突出させることにより提示した図形のうち、使用者がどの部分に触れたかを検出することができる。例えば図１に示すように、右向きの矢印と左向きの矢印とを提示して、使用者が右向きの矢印の領域に接触した場合には、車両の右折用の方向指示器を点滅させる等の操作を行わせることが可能となる。
【００８５】
（第３の実施の形態の変形例）
上記した本実施の形態では、格子状に配置された第１及び第２の透明電極８１，８２を有するタッチセンサ８を用いた場合について説明したが、この構成に限らず、様々な公知の構成のタッチセンサを適用することが可能である。また、検出手段としてタッチセンサを用いる構成に限らず、例えばカメラによって得られた触覚提示装置周辺の画像の解析によって、使用者の触覚提示装置への接触操作を検出するようにしてもよい。
【００８６】
以上、本発明の実施の形態および変形例を説明したが、これらの実施の形態およ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、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態およ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、これら実施の形態および変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、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】
【００８７】
１…触覚提示装置、２…保持部材、３…表示ピン、３Ａ，３Ａ１…第１の表示ピン、３Ｂ，３Ａ２…第２の表示ピン、３Ｃ，３Ａ３…第３の表示ピン、３Ａ４…第４の表示ピン、３Ａ５…第５の表示ピン、４…駆動部、５…ロック機構、７…直流電源、８…タッチセンサ、９…表示ピン、２０…表示面、２１…貫通孔、２２…ベース板、３０…軸部、３０ａ…先端面、３１〜３３…第１〜第３の環状突起、３４…基端部、９０…軸部、９１〜９３…第１〜第３の突起、９４…基端部、９５…先端膨大部、９５ａ…表面、４０…支持部材、４１…アクチュエータ、４２…ガイド、４３…第１のモータ、５０…支持部材、５１…ロックピン、５１１〜５１３…第１〜第３のロックピン、５２…第２のモータ、６０…コントローラ、６１…第１のモータ駆動回路、６２…第２のモータ駆動回路、６３…駆動電流供給回路、８１…第１の透明電極、８２…第２の透明電極、２２０…貫通孔、３００…掛かり部、３０１…第１の凹部、３０２…第２の凹部、４１０…本体部、４１１…シャフト、４３０…ボールねじ軸、５２０…ボールねじ軸、６１１〜６１４…第１〜第４のトランジスタ、６２１〜６２４…第１〜第４のトランジスタ、６３１〜６３ｎ…第１〜第ｎのトランジスタ、８０１…裏面シート、８０２…絶縁層、８０３…表面シート、９００…掛かり部、９０１…第１の凹部、９０２…第２の凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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