(57)【要約】【課題】操作者に指を叩く感触と指を擦る感触の両方を備えた隆起する触覚をフィードバックするタッチパネル装置を提供する。【解決手段】タッチパネル１０３を操作している操作者に触覚をフィードバックするため、支持部材１０１上に構成された傾倒部材１０２を、操作者の押下による傾倒とアクチュエータ１０４による引き戻しを繰り返すように動作させる。この動作により、傾倒部材１０２の上部に置かれたタッチパネル１０３を通じて、操作者の指１３５にタッチパネル１０３が隆起したような触覚がフィードバックされる。【選択図】図２
2013105192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部材と、
前記支持部材上に設けられた傾倒部材と、
前記傾倒部材上に載置されたタッチパネルと、
前記傾倒部材の傾倒方向に磁路を形成するアクチュエータと、を備え、
前記傾倒部材は、前記支持部材に連結される第１の連結部材と、前記タッチパネルに連結される第２の連結部材とを、有しており、
前記アクチュエータに近接した前記傾倒部材は、軟磁性材料を含むことを特徴とするタッチパネル装置。
【請求項２】
前記第１の連結部材もしくは前記第２の連結部材の少なくともいずれか一方が、板ばねであることを特徴とする請求項１に記載されたタッチパネル装置。
【請求項３】
前記第１の連結部材もしくは前記第２の連結部材の少なくともいずれか一方が、磁石であることを特徴とする請求項１に記載されたタッチパネル装置。
【請求項４】
前記第１の連結部材もしくは前記第２の連結部材の少なくともいずれか一方が、エラストマーであることを特徴とする請求項１に記載されたタッチパネル装置。
【請求項５】
前記アクチュエータは、前記傾倒部材が傾倒する方向に複数配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載されたタッチパネル装置。
【請求項６】
前記傾倒部材の傾倒角度を測定するセンサを設けたことを特徴とする請求項１から５のいずれか1項に記載されたタッチパネル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチパネル装置に関し、特に、操作者が入力操作を行う際、その触覚を操作者にフィードバックする機能を備えるタッチパネル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチパネル装置は、電子機器の小型化や薄型化を実現できるため、携帯情報端末やデジタルカメラ、現金自動預け払い機（ＡＴＭ :Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｔｅｌｌｅｒ Ｍａｃｈｉｎｅ）、カーナビゲーションなど、さまざまな電子機器に搭載されている。タッチパネル装置を操作する際、操作者の触れている指に触覚を与える機能は、触覚フィードバック機能と呼ばれ、操作性の向上に役立っている。たとえば、操作者の指にこのような触覚をフィードバックするための様々な手法として、特許文献１ないし３のような技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２２８１６１号公報
【特許文献２】特開２０１１−０４３９２５号公報
【特許文献３】特開２００４−０９４３８９号公報
【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、特許文献１の技術は、平面板の厚さ方向のストロークからパネル全体を振動させるため、操作者にフィードバックされる触覚は、押下に対する反発力のみとなり単調になりがちであった。また、特許文献２や３の技術は、触覚フィードバックのための振動発生手段に圧電素子を用いているため、振動量に限界があり操作者に十分な触覚をフィードバックできないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされた発明であり、その主たる目的は、操作者に指を叩く感触と指を擦る感触の両方を備えた隆起する触覚をフィードバックすることが可能なタッチパネル装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明のタッチパネル装置は、支持部材と、前記支持部材上に設けられた傾倒部材と、前記傾倒部材上に載置されたタッチパネルと、前記傾倒部材の傾倒方向に磁路を形成するアクチュエータと、を備え、前記傾倒部材は、前記支持部材に連結される第１の連結部材と、前記タッチパネルに連結される第２の連結部材とを、有しており、前記アクチュエータに近接した前記傾倒部材は、軟磁性材料を含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明のタッチパネル装置によれば、操作者がタッチパネルを押下することにより、傾倒部材は自立した状態から傾倒し、同時にアクチュエータが動作する。傾倒部材の一端はアクチュエータから離れる方向に傾倒するものの、第１の連結部材で支持部材に連結され、第２の連結部材でタッチパネルに連結されているため、自立した状態に戻ろうとする。同時に、傾倒部材は軟磁性材料を含むため、アクチュエータが生成する磁力によって、自立する方向に引き戻される。タッチパネルが押下されるたびに、傾倒部材が傾倒する動きと、傾倒部材が引き戻される動きを繰り返すため、操作者には、タッチパネルから隆起するような触覚がフィードバックされる。
【０００８】
本発明のタッチパネル装置において、前記第１の連結部材もしくは前記第２の連結部材の少なくともいずれか一方は、板ばねであることが好ましい。このような構成にすることによって、傾倒部材が自立する状態に戻ろうとする力が強くなるため、操作者には一層隆起する触覚がフィードバックされる。
【０００９】
本発明のタッチパネル装置において、前記第１の連結部材もしくは前記第２の連結部材の少なくともいずれか一方は、磁石であることが好ましい。このような構成にすることによって、傾倒部材の傾倒方向が自在になり、操作者にはより柔軟な触覚がフィードバックされる。
【００１０】
本発明のタッチパネル装置において、前記第１の連結部材もしくは前記第２の連結部材の少なくともいずれか一方は、エラストマーであることが好ましい。このような構成にすることによって、傾倒部材の傾倒方向が自在となり、操作者には様々な方向から隆起する触覚がフィードバックされる。
【００１１】
本発明のタッチパネル装置において、前記アクチュエータは、前記傾倒部材が傾倒する方向に複数配置されていてもよい。このような構成にすることによって、傾倒した傾倒部材を引き戻す動きが、一段と強くなり、操作者にはより一層隆起する触覚がフィードバックされる。
【００１２】
本発明のタッチパネル装置において、前記傾倒部材の傾斜角度を測定するセンサを設けることが好ましい。このように構成することによって、タッチパネルが押下された圧力に応じて、傾倒部材の傾倒角度が検知され、操作者には異なる大きさの触覚がフィードバックされる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のタッチパネル装置によれば、操作者に指を叩く感触と指を擦る感触の両方を備えた隆起する触覚をフィードバックすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態における触覚タッチパネル装置の斜視断面図である。
【図２】図１のＡの部分拡大断面図である。
【図３】傾倒部材の構成例を示す模式図である。
【図４】傾倒部材の動作例を示す模式図である。
【図５】第１実施形態の傾倒部材の応用例を示す模式図であり、複数による板ばねを組み合わせて柱を構成した例を示す模式図である。
【図６】第１実施形態における傾倒部材の応用例を示す模式図であり、柱側に円筒（円柱）形状の凸部を設けて、接続他面に鉢状の凹部を設けた構成。
【図７】第１実施形態における傾倒部材の応用例を示す模式図であり、柱側に鉢状の凹部を設けて、接続他面に半円筒（半円柱）形状の凸部を設けた構成。
【図８】第１実施形態における傾倒部材の応用例を示す模式図であり、図５の形状の半円筒（半円柱）の径を柱よりも大きくした構成。
【図９】第１実施形態における傾倒部材の応用例を示す模式図であり、樹脂片を設けて傾倒角度を制限した構成。
【図１０】第１実施形態における傾倒部材の応用例を示す模式図であり、第１の接続部材に永久磁石を用い、第２の接続部材に板ばね用いた例である。
【図１１】第１実施形態における傾倒部材の応用例を示す模式図であり、回転のための軸を設けた構成。
【図１２】第１実施形態における傾倒部材の応用例を示す模式図であり、低歪み材と高歪み材を組み合わせた柱の模式図である。
【図１３】第２実施形態における傾倒部材の傾倒方向にアクチュエータを２つ配置した場合の断面模式図である。
【図１４】第２実施形態の応用例の模式図である。
【図１５】第３実施形態の傾斜角度を検出するための静電容量センサの模式図である。
【図１６】第３実施形態における傾倒角度を検出するためのセンサを備えた触覚デバイスの機能ブロック図である。
【図１７】第３実施形態における傾倒角度を検出するためのセンサを備えた、本デバイスの動作を示すフローチャートである。
【図１８】第３実施形態における傾倒角度を検出するためのセンサを備えた触覚デバイスの動作の設定例を示す図である。
【図１９】第３実施形態における傾倒角度を検出するためのセンサを備えた触覚デバイスの動作の設定値例を示す図である。
【図２０】図１８の第１エリアを指が通過するときの模式図である。
【図２１】図１８の第２エリア、特に第１エリア近傍、を操作者の指が通過するときの模式図である。
【図２２】図１８の第２エリア、特に第３エリア近傍、を操作者の指が通過するときの模式図である。
【図２３】図１８の第３エリアを操作者の指が通過するときの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態であるタッチパネル装置の斜視断面図である。本実施形態のタッチパネル装置は、支持部材１０１と、支持部材１０１上に配置された傾倒部材１０２と、前記傾倒部材上に配置されたタッチパネル１０３と、アクチュエータ１０４とにより構成される。
【００１７】
傾倒部材１０２は、第１の連結部材１０５および第２の連結部材１０６である板ばね１０９とこの板ばねを保持する柱状部１１１とで構成される。傾倒部材１０２は、アクチュエータから生じる磁力に応答し、回転するように駆動するため、板ばね１０９もしくは柱状部１１１の少なくともいずれか一方は、軟磁性材料から形成される。
【００１８】
傾倒部材１０２は、一端に設けられた第１の連結部材１０５である板ばね１０９を介して支持部材に連結され、他端に設けられた第２の連結部材１０６である板ばね１０９を介して、タッチパネル１０３に連結される。
【００１９】
図１においては、傾倒部材１０２は支持部材１０１に直接連結されているが、支持部材１０１上に平板部１１３を設置して傾倒部材１０２をその平板部１１３に連結してもよい。同様に、タッチパネル１０３の下面に接するように平板部１１３を設け、この平板部１１３に連結してもよい。
【００２０】
傾倒部材１０２は、タッチパネル１０３を支持するために、情報表示部１１０の映像を妨げないように、情報表示部１１０周辺に、少なくとも３つ以上が配置されていることが好ましい。
【００２１】
本実施形態における情報表示部１１０とは、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、電子ペーパーなどのディスプレイ構成要素を示し、タッチパネル１０３とは、抵抗膜方式、静電容量方式、光学方式、超音波方式、などのタッチセンサを構成するパネルあるいは、そのパネルを支持するパネルを示している。
【００２２】
第１および第２の連結部材を構成する板ばね１０９は、図１のように、第１の連結部材を構成する板ばねと第２の連結部材を構成する板ばねとに分かれていてもよいし、連続する１つの板ばねから形成されてもよい。
【００２３】
また、図５に示すとおり、第１の連結部材および第２の連結部材の板ばね１０９の他に、分割された柱状部１１１を繋ぐ板ばねを設けてもよい。このとき、第１および第２の連結部材の板ばね１０９と柱状部を繋ぐ板ばねとが互いに直交するように配置してもよい。このような構成にすることで傾倒方向が増え、異なる方向へも傾倒することが可能となる。
【００２４】
具体的には、可動部１３１ａ、可動部１３１ｃにｙ−ｚ平面に可動する板ばね１０９ａ、１０９ｃを用い、可動部１３１ｂに可動部１３１ａと可動部１３１ｃと直交するｘ−ｚ平面の可動する板ばね１０９ｂを用いている。この構成では、それぞれの可動部１３１により、ｘ軸、ｙ軸への傾倒動作を共に備えることが可能である。
【００２５】
図２は、図１の破線領域を拡大した横断面図である。傾倒部材１０２のうち、最もアクチュエータ１０４に近い傾倒部材を、磁性体柱１２４のような別体の板ばねのみで構成してもよい。その場合は、傾倒部材１０２が支点部１３２を支点とし、中心に傾倒可能なように連結されていてもよい。この磁性体柱１２４は平板部１１３を通じて、他の傾倒部材と連動して動作する。傾倒部材１０２に板ばねを用いた場合は、ヤング率が大きい、１０ＧＰａ以上のステンレス、黄銅、真鍮、パーマロイ、などの厚み１ｍｍ以下の薄板を用いることが望ましい。
【００２６】
この磁性体柱１２４の一端が、アクチュエータ１０４に磁気的に接触していてもよい。アクチュエータ１０４は、磁心１２５とその外周に巻かれたコイル１０７と、磁心１２５と接触しているヨーク１２６によって構成されている。磁心１２５及びヨーク１２６は、電磁軟鉄、構造用炭素鋼、フェライト、珪素鋼板、鉄ダスト、などの磁性体で構成されている。コイル１０７は、ボビン１２７を介して磁心１２５と距離をとっても良いし、三層絶縁線など電気的に絶縁がとれるものであれば、磁心１２５に直接巻いてもよい。このような構成にすることで、磁性体柱１２４、磁心１２５、ヨーク１２６によって、ギャップつきの磁気回路１２８が形成され、アクチュエータ１０４が磁性体柱１２４を引き戻す力は一段と強くなる。
【００２７】
傾倒部材１０２は、図３に示すように、長さが等しい複数の傾倒部材１０２で構成することが好ましい。また、柱の設置間隔は、下面でＬ１ならば上面でもＬ１になるように、下面でＬ２ならば上面でもＬ２になるように、上下等間隔で設置することが好ましい。このように設置することで、平板の移動がｘ−ｙに対して平行になり、上部の乗せられたタッチパネル１０３の平行性を保つことが可能となり、タッチパネル１０３の変形を防止することが可能となる。
【００２８】
傾倒部材１０２の長さｂは、可動範囲を得るためには長く取ったほうが好ましいが、可動範囲を大きく取りすぎると、下に配置された情報表示部１１０の表示とタッチパネル１０３の座標がずれてしまうという問題があり、１〜２０ｍｍの場合が好ましい。柱は容易に傾倒できるように、高いアスペクト比を持っていることが好ましく、柱の最大幅をaとするとa、ｂのアスペクト比ｂ／ａが1以上であることが好ましい。
【００２９】
コイル１０７には、電流を発生させるための、電流源１２９が接続されている。ここでいう電流源１２９とは、電流を生じさせることができる全般的な電流源を意味し、電流のＯＮ／ＯＦＦや電流量を制御できるものを示す。コイル１０７に電流を流すと、コイル１０７の内に配置された磁心１２５に磁束１３０が発生する。磁束１３０はヨーク１２６を通過して、磁性体柱１２４に流れる。この磁性体柱と磁心１２５は空間的に離れており、磁気回路１２８のギャップ間に実線矢印のように、パネルの水平方向に吸引力１１８が働く。この吸引力によって、傾倒部材１０２は、可動部１３１を支点部１３２として図のｙ−側に傾くことになる。このとき磁性体柱の上部に構成された平板部１１３上には、タッチパネル１０３が置かれているので、このタッチパネル１０３も同様にｙ−方向に変位する。
【００３０】
図１、図２の例では、磁気回路１２８内に一つのコイル１０７のみを施したが、磁気回路１２８内の磁束１３０をリセットできるように、逆回転で巻かれたリセット用のコイル１３３を加えても良い。また、バイアス磁界を作るために磁路内に永久磁石を配置してもよい。また、コイルの位置を、磁路内の別の位置にしてもよい。また、磁心や磁性体柱のギャップ間隔を狭くするために、磁心の形状や、磁性体柱の形状を変えても良い。また、平板部を磁性体にして、平板部と磁心が接近するように構成してもよい。
【００３１】
図４に傾倒部材１０２の動きの説明するための模式図を示す。傾倒部材１０２は同じ長さの柱により構成されているため、図の実線や破線のように動作する。すなわち、平板部１１３の重心部をＡ、Ａ’、Ａ’’、で示せば図のように円上に移動する。いまここで、平板の重心がＡにあるとし、タッチパネル１０３に操作者の指１３５を置いていたとする。図では、説明を簡単にするためにタッチパネル１０３を省略して、平板部１１３の上に指を描く。このとき指１３５には、斜め下方からの円運動が伝わり、隆起したような触覚を得ることができる。なお、Ａ’の時点でＡ方向あるいはＡ’’方向に傾倒部材１０２を倒しても摩擦により指１３５に間隔を与えることができるが、Ａの状態からＡ’’に傾倒したり、Ａ’’の状態からＡに傾倒するほうが、隆起するようなよりはっきりとした刺激を指１３５に与えることが可能となる。
【００３２】
傾倒部材１０２は板ばね１０９などの弾性を有する連結部材を備えているため、アクチュエータ１０４の駆動がないときや操作者の指１３５の圧力が無い場合は、図のＡ’の状態に戻ることができる。
【００３３】
この動作はタッチパネル１０３の位置センシング動作と連動することが好ましい。タッチパネル１０３の位置センシング信号を取得することで、指１３５がタッチパネル１０３に触れているかどうかを判別することができる。
【００３４】
指１３５が触れていると判別されたときに、電流源１２９に電流を通じ、アクチュエータ１０４を動作させることで、指１３５に刺激を与えるようにしてもよい。
【００３５】
アクチュエータ１０４の駆動タイミングとしては、指１３５の圧下動作により、傾倒部材１０２がアクチュエータ１０４から離れるように動作している状態が好ましい。
【００３６】
アクチュエータ１０４のコイル１０７に流す電流波形により、様々な触覚を実現することができる。
【００３７】
例えば、コイル１０７に瞬間的に大きな電流を流すと、傾倒部材１０２は急激に、強く変位するため、指１３５に急激で、強い、隆起するような刺激を与えることができる。また、ＯＮ／ＯＦＦを繰り返すパルス状の電流をコイル１０７に流すと、アクチュエータの吸引力１１８は、断続的に強弱が変化する。アクチュエータの吸引力１１８は指１３５の力と逆向きのベクトルのため、傾倒部材１０２はｙ＋、ｙ−に振動する動作を行い、指１３５に小刻みに隆起を繰り返すような刺激を与えることができる。
【００３８】
図６から図１０に、傾倒部材１０２の変形例を示す。これら図６から図１０の構成は、いずれも第２の連結部材１０６にのみ板ばねを用い、柱状部１１１と支持部材１０１とが連結される固定部１１２の構成を変形させた例である。
【００３９】
図６は傾倒部材１０２の一端に半円筒もしくは半球面形状の凸部を設けた構造であり、支持部材側に鉢状の凹部を設けている。この例のように半円筒もしくは半球面形状の凸部１１５と、鉢状の凹部１１６を設け、勘合する構成にすることで、より滑らかな円運動を実現することが可能になる。また、半円筒もしくは半球面形状の柱状部の端部と支持部材側の鉢状の凹部との間に、傾倒動作を滑らかにするためにグリースなどの潤滑材を注入してもよい。
【００４０】
図７は、図６の例とは逆に柱状部側に鉢状の凹部を設け、支持部材側に凸部を設けた構造である。
【００４１】
また、図８のように半円筒もしくは半球面形状を柱の直径よりも大きくしたり、小さくしてもよい。
【００４２】
また、図９のように傾倒部材の傾倒角度を規制する樹脂片１３６などを置いてもよい。このようにすることで、タッチパネルが必要以上の力で押下されたとき、タッチパネル装置の損傷を防ぐことができる。
【００４３】
また、図１０のように、第２の連結部材を板ばねとし、第１の連結部材を、支持部材１０１の凹部に設けた磁石１１７と傾倒部材１０２の凸部に設けた磁石１１７とで構成してもよい。このようにすることで、磁石１１７どうしの吸引力を利用することができるようになる。
【００４４】
傾倒部材１０２が支持部材１０１に対して垂直になるときに、支持部材側の磁石１１７と傾倒部材側の磁石１１７との間の磁力が最大になるように構成すれば、アクチュエータが駆動していないときであっても、傾倒部材を自立させることが可能となる。尚、磁石は、フェライト系、ネオジウム系、サマリウム系などの硬磁性体を磁化した永久磁石でもよいし、電磁石でもよい。
【００４５】
また、図１１のように、支持部材面に対し垂直となる壁部に横軸を設け、この横軸に柱状部が回転できるように先端部を勘合させてもよい。
【００４６】
また、図１２のように、傾倒部材を低歪み材からなる軟磁性を有する柱状部１１１（磁性柱１３９）と高歪み材１４０との組み合わせとし、高歪み材１４０を第１および第２の連結部材としてもよい。低歪み材１３９は例えば、フェライト、鉄、珪素鋼板などの軟磁性体や軟磁性体を混合した、ポリカーボネートやアクリル、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの樹脂が用いられ、特に柱の断面積が１ｍｍ2〜５００ｍｍ2であることが好ましい。一方、柱の接触面を高歪み材１４０にて平板部１１３や支持部材１０１と接合している。この高歪み材１４０には、天然ゴム、イソプロピレン、ブタジエンゴム、ウレタンゴム、シリコンゴム、等の０．１ＧＰａ以下のエラストマーで構成することが好ましい。
【００４７】
以上のとおり、本実施形態のタッチパネル装置によれば、操作者がタッチパネル１０３を押下した際、傾倒部材１０２は、連結部材１０５、１０６の連結部を支点として、自立した傾倒部材１０２が押下方向に傾倒し、同時にアクチュエータ１０４が動作する。このとき、傾倒部材１０２と平板部１１３を連結する板ばね１０９は、アクチュエータ１０４から離れるように傾倒する。一端はアクチュエータ１０４から離れる方向に傾倒した傾倒部材１０２は、軟磁性を帯びた板ばね１０９を有しているため、アクチュエータ１０４が生成する磁力１１４によって、自立する方向に引き戻される。タッチパネル１０３が押下されるたびに、傾倒部材１０２が傾倒する動きと、傾倒部材１０２を構成する板ばね１０９が引き戻される動きを繰り返すため、操作者は、タッチパネル１０３から隆起するような触覚を得ることができる。
【００４８】
（第２実施形態）
アクチュエータを、前記傾倒部材が傾倒する方向に互いに対向するように前記タッチパネルの両側に配置してもよい。このようにすることで、対向するどちら側でも吸引力１１８を発生させることが出来るようになり、操作者は２方向から隆起するような触覚を得ることができる。
【００４９】
たとえば、図１３のように、タッチパネル１０３のｙ−方向に配置したアクチュエータ１０４に加え、タッチパネル１０３を挟みこむように、ｙ＋方向にもアクチュエータ１０４を配置してもよい。このように傾倒部材１０２が傾倒する方向に互いにアクチュエータ１０４を配置することで、ｙ＋方向にも動作させることが可能になる。
【００５０】
この実施形態では、ｙ−方向のアクチュエータ１０４ａに電流源１２９ａをスイッチ素子１３７ａを介して接続し、ｙ＋方向のアクチュエータ１０４ｂに電流源１２９ｂをスイッチ素子１３７ｂを介して接続している。然るに、スイッチ素子１３７ａを開放にしたまま、スイッチ素子１３７ｂを閉じると、ｙ＋方向に傾倒部材１０２が倒れ、逆にスイッチ素子１３７ｂを開放にしたまま、１３７ａを閉じると、ｙ−方向に傾倒部材１０２が倒れる。スイッチ素子１３７は、トランジスタ、リレー、などの電子制御できるもので実現できる。またスイッチ素子１３７は、コントローラ１３８により制御される。このようにすることで、ｙ−,ｙ＋方向どちらでも傾倒部材１０２を傾けることが可能となり、フィードバックされる触覚のバリエーションが増える。
【００５１】
また、例えば、前記アクチュエータは、前記タッチパネルの互いに直交する方向に複数配置し、前記傾倒部材は、前記アクチュエータが形成する磁路の方向に傾倒可能な磁性体柱を有する構成にしてもよい。このようにすることで、直交する方向に傾倒させることも可能となる。
【００５２】
具体的には、図１４のように傾倒方向が直交する方向、すなわちｘ軸方向にもアクチュエータ１０４を配置してよい。さらに、ｘ軸方向に傾倒可能な傾倒部材１０２も配置することで、ｘ−ｙ平面どちらにも傾倒可能になる。この構成では、ｙ−軸方向とｘ−軸方向にアクチュエータ１０４を配置している。傾倒部材１０２には図７の半球形状の凸凹をもつ構造が用いられている。これら傾倒部材１０２は磁性体柱１２４で構成される。また、傾倒部材１０２が接する平板部１１３も磁性体で構成し、平板部１１３にてアクチュエータ１０４側に磁束１３０を誘導している。ｘ−軸側のアクチュエータ１０４ａとｙ−軸側のアクチュエータ１０４ｂにはそれぞれにコイル１０７が巻かれており、コイル１０７にはコントローラ１３８からの制御できる電流源１２９がそれぞれ取り付けられている。そのため、ｘ軸方向、ｙ軸方向それぞれ直交する方向に磁気回路１２８が形成されている。
【００５３】
図１や図１３のようなｙ軸方向のみに傾倒する構成では、ｙ軸方向のアスペクト比のみを高めればよいが、この構成においては、傾倒部材１０２はｘ方向にもアスペクト比を高めることが好ましい。このようにすることでｘ方向に動作するアクチュエータ１０４ａの吸引力１１８ａにより、傾倒することが可能となる。傾倒部材１０２を、図６から図１０に示した構成で実現することが可能である。
【００５４】
また、電流増幅器を用いて電流源１２９の電流値を制御してもよいし、パルス波にてスイッチ素子１３７を駆動するようにしてもよい。また、コントローラ１３８にはタッチパネル１０３からの信号を入力し、この入力信号を元に、スイッチ素子１３７ａ、スイッチ素子１３７ｂの制御を行うようにしてもよい。
【００５５】
コントローラ１３８からの指令により、電流源１２９ａと電流源１２９ｂに発生させる電流によって、アクチュエータ１０４ａとアクチュエータ１０４ｂの吸引力１１８が変化する。電流源１２９ａのみに電流を流せば、アクチュエータ１０４ａのみにｘ軸方向の吸引力１１８ａが発生し、電流源１２９ｂのみに電流を流せば、アクチュエータ１０４ｂのみにｙ軸方向の吸引力１１８ｂが発生する。同時に電流を流せば、それぞれの吸引力１１８のベクトルの和の方向、すなわち、ｘ軸とｙ軸の斜め方向に傾倒させることが出来る。すなわち、タッチパネル１０３の可動方向が増え、様々な方向から反力を指１３５に返すことができるようになる。
【００５６】
（第３実施形態）
本実施形態では、傾倒部材１０２の傾倒角度１２０を検出する手段を備えている。傾倒角度１２０を検出することで、角度情報を制御コントローラ１３８へフィードバックすることが可能となり、操作者には傾倒角度に応じて異なる大きさの触覚がフィードバックされる。
【００５７】
検出手段の例として図１５に静電容量センサ１４１の模式図を示す。支持部材１０１側に電極１４２ａと電極１４２ｃが取り付けられ、タッチパネル１０３側に電極１４２ｂが取り付けられている。図では省略しているが、ｙ−およびｙ＋側には本発明のアクチュエータ１０４が構成されている。ここで各電極の位置関係は、傾倒部材がｙ−方向に倒れこむ場合、電極１４２ａと電極１４２ｂが接近し、傾倒部材がｙ＋方向に倒れこむ場合、電極１４２ｂと電極１４２ｃが接近するようになっている。
【００５８】
電極１４２ａと電極１４２ｂ間の静電容量Ｃは、電極１４２ａと電極１４２ｂの対向部の面積に依存する静電容量Ｃ１と電極のエッジ部に構成される静電容量Ｃ２の和（Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２）で示される。Ｃ１は、電極１４２の奥行きをｗ、誘電率をε、対向面積をＳ、オーバーラップ距離ｋ１、とすると、Ｃ１=εＳ／ｄ=ε・ｗ・ｋ１／ｄで示される。ｙ−方向に傾倒部材１０２が倒れると、タッチパネル１０３も弧を描きながら、移動するため、電極１４２ａと電極１４２ｂが接近する。このとき、電極のｚ軸の距離ｄが小さくなるだけでなく、オーバーラップ距離ｋ１が増加することになるので、ｋ１/ｄが増加し、Ｃ１が増加する。Ｃ２は定式化することが困難であるが同様に電極間が近づくことで増加する。そのため、電極１４２ａと電極１４２ｂの間が近づくことで静電容量Ｃは増加する。逆に、電極１４２ｂと電極１４２ｃの静電容量は、ｙ＋方向に傾倒部材１０２が倒れこむほど増加する。したがって、端子１４３aと端子１４３b間の静電容量を検出すれば、ｙ−方向に傾倒したかどうかが確認でき、端子１４３bと端子１４３c間の静電容量を検出すれば、ｙ＋方向に傾倒したかどうかが確認できる。また、あらかじめ傾倒角度１２０と容量値の関係を測定しておけば、静電容量値の変化を検出することで傾倒角度１２０が推測可能であり、傾倒角度１２０をセンシングできる。
【００５９】
上記例では、単純な平面的な電極１４２で構成したが、電極１４２の形をジグザグにするなどして対向面積を増やすなどの構成にしてもよい。対向面積が増加することで静電容量Ｃの変化量が増加し、センサの感度が向上する。また、電極１４２ａ、電極１４２ｃの代わりにホールセンサやＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏ−ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子、ＭＩ（Ｍａｇｎｅｔｏ−ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）素子、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ  ｍｅｇｎｅｔｏ−ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子などの磁界を検出できるセンサ素子を配置し、電極１４２ｂの代わりに磁石、あるいは磁界発生のためのコイルを配置して、磁気的に傾きを検出してもよい。接近するほどセンサに働く磁界が強くなるので、センシングした磁界の強さから傾きの程度を得ることができる。
【００６０】
図１６は、傾倒角度１２０を検出するためのセンサ１４１を備えた触覚デバイスの機能ブロック図である。センサ１４１の情報は検出回路１４６を通じてマイクロコントローラ１４４に入力される。同様にタッチパネル１０３の入力もマイクロコントローラ１４４に入力される。すなわち、マイクロコントローラ１４４には傾倒部材１０２の傾倒角度θ１２０とタッチパネル１０３のタッチ位置の情報（ｘ、ｙ）が入力される。アクチュエータ１０４は、駆動回路１４７を通じてマイクロコントローラ１４４からの制御が可能となっており、タッチパネル１０３と角度センサ１４１両方の入力に応じて様々な場面で触覚を作り出すことが可能となる。以下にソフトウェアと連携した二つの応用例を示す。
【００６１】
一つ目の例では、アクチュエータ１０４の駆動を行うかどうかの判別に角度センサ１４１の値を応用する。この例のフローチャートを図１７に示す。以下順にフローチャートを説明する。
【００６２】
まず、Ｓ１およびＳ２のフローにて触覚発生領域のエリア座標情報と、傾倒角度の閾値θ‘の二つの駆動条件が設定され、メモリに格納される。
【００６３】
続いて、Ｓ３では、タッチパネル１０３の位置情報（ｘ、ｙ）の値を取得する。その後のＳ４では、タッチパネル１０３から取得した位置情報（ｘ、ｙ）の値が触覚発生領域に入っているかを比較する。この領域に入っている場合には、後段のフローＳ５に移動し、逆に入っていなければ、前段のフローＳ１に移動する。
【００６４】
Ｓ５では、傾倒角度センサ１４１の値θを取得する。非タッチ時には、指圧が加わっていないため｜θ｜はほぼゼロである。強くタッチし、指圧が加わることで｜θ｜の値は大きくなる。
【００６５】
Ｓ６では、傾倒角度センサの値θと傾倒角度の閾値θ‘を比較する。指圧が加わっていない場合には、センサの値が閾値を越えることがない。すなわち、｜θ’｜＞｜θ｜の関係が成り立つ。同様に指圧が弱い場合にもやはり、｜θ’｜＞｜θ｜の関係が成り立つ。これら場合には、前段のフローＳ１へ移動させる。一方、指圧が強い場合には、センサの値が閾値を超えることになるので、｜θ｜≧｜θ’｜の関係が成り立つ。このときには後段のフローＳ７に移動するように設定する。
【００６６】
Ｓ７にフローが移動すると、アクチュエータ１０４のコイルに電流を流し、傾倒部材１０２を反転し、指１３５に触覚を与える。操作者は強く押さえた後、逆向きの回転の触覚を得るので、押したことを強く確認できる。この応用は、ソフトウェア上のファイルやプログラムの削除の確認など、特に重要な場面での使用に適している。
【００６７】
上記で説明した、フローチャートは、本デバイスの駆動タイミングのみのフローチャートであって、本フローチャートを関数化し、これと並列および従属するプログラム内に組み込まれていてもよい。また本説明では傾倒角度の比較に絶対値を用いたが、＋、−などの符号つきで比較してもよい。
【００６８】
図１８のように、タッチパネル１０３上に各エリアを設定し、傾倒角度１２０を変えることによって、ｚ方向の高さを領域毎に随時変更し、操作者により立体的な触覚フィードバックすることも可能である。
【００６９】
図１９は、傾倒部材あるいはパネルのｚ方向に関する制御目標を示したグラフである。このグラフの内部の図は傾倒部材の傾きを模式化したものである。また、簡略に説明するために図では各エリアを実線で示したが、実際には、タッチパネル上の座標を基準に、ソフト的に設定するエリアであり、ソフト的な操作のみでエリアや制御目標の変更が可能である。この動作例では、第１エリア１４５ａを、傾倒角度θを０ｒａｄ（傾倒していない状態）とし、第３エリア１４５ｃの傾倒角度θを−π／３ｒａｄとしている。第２エリア１４５ｂは、第１エリア１４５ａと第３エリア１４５ｃを連続的に繋ぐように設けられたエリアである。
【００７０】
情報表示部１１０に連動した、タッチパネル１０３に操作者が触れると、そのエリアに応じた制御目標まで、アクチュエータ１０４を駆動させて、傾倒部材１０２を傾ける。その後タッチパネル１０３から指１３５を離せば、傾倒角度θは0の位置まで戻るが、操作者がそのまま指１３５でタッチパネル１０３を押しているとき、タッチパネル１０３には指圧が加わることになる。指圧は一定値ではないので、制御していなければ指圧に応じて傾倒角度θが変化してしまう。そこで、センサ１４１で傾きを測定し、リアルタイムの傾き情報をマイクロコントローラ１４４へ送る。マイクロコントローラ１４４は制御目標とリアルタイムの傾き情報から差を計算し、必要な力１１８を発生させるようにアクチュエータ１０４を駆動し、傾きを維持させる。このフィードバックの応答が速ければ、操作者は頑なな触覚を得る。一方、フィードバックの応答が遅ければ、より弾性的な触覚を得る。
【００７１】
図２０から図２３は、動作を説明するための概略図である。この例では、操作者が第１エリア１４５ａから第２エリア１４５ｂを経由して、第３エリア１４５ｃをまでを指１３５を滑らせるとする。図２１は第１エリア１４５ａ内での動きを示している。このエリアの制御目標は傾きが０°であるので、指１３５から摩擦によって伝わってくる力に抗うように、アクチュエータ１０４からは、逆向きの力を発生させる。次に第２エリア１４５ｂの場合、指１３５の力よりもアクチュエータ１０４の逆向きの力を弱くしていく（図２１）。さらに、傾倒部材１０２のばね性の反発力を考慮して右端に近くなるにつれ指１３５の力と同じ向きにアクチュエータ１０４の力を発生させる（図２２）。最後に、第３エリア１４５ｃにおいては、同じ傾きを続けさせるために、指１３５からの力と同一の方向にアクチュエータ１０４の力を与える（図２３）。
【００７２】
図２０から図２３の動作において、第１エリア１４５ａ、第３エリア１４５ｃを通過するときには、指１３５は平面を滑る感覚を得ることができる。また第２エリア１４５ｂを通過するこきには、指１３５は斜面を滑る感覚を得ることができる。
【００７３】
この例では、指１３５を滑らせたときに斜面の触覚を得るため、第２エリア１３５ｂのような第１エリア１３５ａと第２エリア１３５ｃを線形的に繋ぐエリアを設定したが、第１エリア１３５ａのようなｚ軸上の最も高いところから、急に第３エリア１３５ｃのような低いところへ変位してもよい。このように急激な変化を作ることで、操作者は凸凹を感じることなる。エリア１３５や傾倒角度１２０は、ソフト的な操作により変更可能なため、必要に応じて斜面や凸凹を作り出すことができる。
【００７４】
また、この動作を行う間、傾倒角度１２０に応じてタッチパネル座標はディスプレイ表示に若干のずれが生じる。タッチパネル上のずれは、傾倒角度をθ、柱の長さをｂとすると、ｂ×ｓｉｎθで示される。すなわちｂが大きく、傾倒角度θが大きいほどタッチパネル座標がずれることになるが、傾倒部材１０２の角度情報はセンサ１４１によりマイクロコントローラ１４４に入力されているので、この情報を基にマイクロコントローラ１４４内でディスプレイ表示に合うように座標補正を行ってもよい。
【００７５】
また、本例では、一つの平面的なタッチパネル上に三つのエリアを設定したが、タッチパネルを複数用意して、パネルごとにエリアを割り当ててもよい。
【００７６】
また、加速度センサを設けてもよい。加速度センサの値より重力方向を検出し、重力方向の角度と傾倒部材１０２の傾きθを比較し、差分を計算し、アクチュエータ１０４出力を調整することで重力による角度補正を行ってもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１００  タッチパネル装置、１０１  支持部材、１０２  傾倒部材、１０３  タッチパネル、１０４  アクチュエータ、１０５  第１の連結部材、１０６  第２の連結部材、
１０７  コイル、１０８  発生磁界、１０９  板ばね、１１０  情報表示部、１１１  柱状部、１１２  固定部、１１３  平板部、１１４  磁力、１１５  すり鉢状の凸部、１１６  半球、半円状の凹部、１１７  磁石、１１８  吸引力、１１９  角度検出センサ、１２０  傾倒角度、１２１  携帯機器、１２２  エラストマー、１２３  連結部材、１２４  磁性体柱、１２５  磁心、１２６  ヨーク、１２７  ボビン、１２８  磁気回路、１２９  電流源、１３０  磁束、１３１  可動部、１３２  支点部、１３３  リセット用コイル、１３４  非磁性体柱、１３５  指、１３６  樹脂片、１３７  スイッチ素子、１３８  コントローラ、１３９  低歪み材、１４０  高歪み材、１４１  検出センサ、１４２  電極、１４３  端子、１４４  マイクロコントローラ、１４５a  第１エリア、１４５ｂ  第２エリア、１４５ｃ  第３エリア、１４６  検出回路、１４７  駆動回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【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】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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