(57)【要約】【課題】検出の遅延や検出精度の低下を防止した触覚呈示装置を提供する。【解決手段】触覚呈示装置１は、例えば、図１（ａ）及び図２（ａ）に示すように、静電容量を検出する検出部としてのタッチセンサ１２と、駆動力を発生する駆動部１４と、操作がなされる操作部１６０、及び駆動部１４により操作部１６０と共に駆動され、その駆動の前後でタッチセンサ１２により検出される静電容量の変化を抑制するように形成されたダミー操作部１６２を有する表示ピン１６と、を備える。【選択図】図２
2013054621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電容量を検出する検出部と、
駆動力を発生する駆動部と、
操作がなされる操作部、及び前記駆動部により前記操作部と共に駆動され、その駆動の前後で前記検出部により検出される静電容量の変化を抑制するように形成されたダミー操作部、を有する表示ピンと、
を備えた触覚呈示装置。
【請求項２】
前記表示ピンは、駆動前における前記検出部から前記操作部までの距離が、駆動後における前記検出部から前記ダミー操作部までの距離と略等しい請求項１に記載の触覚呈示装置。
【請求項３】
前記表示ピンは、前記操作部の駆動方向の厚みが、前記ダミー操作部の駆動方向の厚みと略等しい請求項１又は２に記載の触覚呈示装置。
【請求項４】
前記表示ピンは、前記操作部及び前記ダミー操作部と接続する軸部を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
【請求項５】
前記検出部は、第１の電極及び第２の電極を有し、
前記第１の電極及び前記第２の電極は、前記操作部と前記ダミー操作部の間に配置される請求項１乃至４のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触覚呈示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、コンピュータのウィンドウの構造及び機能を凹凸で表現する複数の触覚ピンと、触覚ピンになされた操作を検出する触覚センサと、を備える触覚ディスプレイ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この触覚ディスプレイ装置は、凸状態とされた触覚ピンになされた操作を触覚センサで検出し、その触覚ピンに対応する機能等を外部のスピーカから音声出力させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−６９２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この従来の触覚ディスプレイ装置の触覚センサが、例えば、静電容量式のセンサであった場合、誘電体でもある触覚ピンの変位により検出される静電容量が変化し、触覚ディスプレイ装置が、操作が行われたと過った判断を行う可能性がある。また、この過った判断が行われないように防止する方法として、触覚ピンを駆動して凹凸を形成した後に補正（初期化）を行うことが考えられる。しかし、初期化に伴う検出の遅延、静電容量の変化を許容することによる検出精度の低下、及び、初期化を行うため、操作者が、一旦検出領域外に出なければならないという不便さ、が問題となる。
【０００６】
従って、本発明の目的は、検出の遅延や検出精度の低下を防止した触覚呈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】
本発明の一態様は、静電容量を検出する検出部と、駆動力を発生する駆動部と、操作がなされる操作部、及び駆動部により操作部と共に駆動され、その駆動の前後で検出部により検出される静電容量の変化を抑制するように形成されたダミー操作部、を有する表示ピンと、を備えた触覚呈示装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、検出の遅延や検出精度の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（ａ）は、実施の形態に係る触覚呈示装置の斜視図であり、（ｂ）は、タッチセンサの斜視図である。
【図２】図２（ａ）は、実施の形態に係る触覚呈示装置の要部断面図であり、（ｂ）は、凸状態の表示ピン（凸状態表示ピン）と凹状態の表示ピン（凹状態表示ピン）について説明するための模式図である。
【図３】図３は、実施の形態に係る触覚呈示装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施の形態の要約）
実施の形態に係る触覚呈示装置は、静電容量を検出する検出部と、駆動力を発生する駆動部と、操作がなされる操作部、及び駆動部により操作部と共に駆動され、その駆動の前後で検出部により検出される静電容量の変化を抑制するように形成されたダミー操作部、を有する表示ピンと、を備える。
【００１１】
[実施の形態]
（触覚呈示装置１の構成）
図１（ａ）は、実施の形態に係る触覚呈示装置の斜視図であり、（ｂ）は、タッチセンサの斜視図である。図２（ａ）は、実施の形態に係る触覚呈示装置の要部断面図であり、（ｂ）は、凸状態の表示ピン（凸状態表示ピン）と凹状態の表示ピン（凹状態表示ピン）について説明するための模式図である。図３は、実施の形態に係る触覚呈示装置のブロック図である。ここで、本実施の形態に係る触覚呈示装置１は、凸状態とする表示ピン１６以外を駆動するものとする。従って、凸状態にするためには、表示ピン１６を駆動する必要はなく、凹状態にするためには、表示ピン１６を駆動する必要がある。なお、実施の形態に係る各図において、部品と部品との比率は、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１２】
この触覚呈示装置１は、一例として、図１（ａ）に示すように、液晶ディスプレイ等に表示された表示画像に含まれるアイコンに基づいて表示ピン１６を駆動し、駆動されない表示ピン１６（凸状態表示ピン１６ａ）と駆動された表示ピン１６（凹状態表示ピン１６ｂ）とにより形成される凹凸により、当該アイコンを表現するものである。従って操作者は、例えば、触覚呈示装置１に触れることで、当該アイコンに対応する凹凸を認識することができる。
【００１３】
触覚呈示装置１は、例えば、図１（ａ）及び図２（ａ）に示すように、静電容量を検出する検出部としてのタッチセンサ１２と、駆動力を発生する駆動部１４と、操作がなされる操作部１６０、及び駆動部１４により操作部１６０と共に駆動され、その駆動の前後でタッチセンサ１２により検出される静電容量の変化を抑制するように形成されたダミー操作部１６２を有する表示ピン１６と、を備える。
【００１４】
・本体１０の構成
本体１０は、例えば、図１（ａ）に示すように、上部が開放された箱型形状を有し、その上部にタッチセンサ１２が取り付けられている。この本体１０は、例えば、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリアミド系、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン（ＡＢＳ）等の合成樹脂材料を用いて形成される。
【００１５】
・タッチセンサ１２の構成
タッチセンサ１２は、例えば、図１（ｂ）に示すように、基板１２０と、第１の電極１２２と、第２の電極１２３と、第２の電極１２３と電気的に接続する配線１２４と、を備えて概略構成されている。
【００１６】
基板１２０は、例えば、板形状を有するプリント配線基板である。基板１２０の表面１２ａには、第１の電極１２２、第２の電極１２３及び配線１２４が形成されている。また、基板１２０は、表示ピン１６の配置に基づいて、表面１２ａから裏面１２ｂに貫通する複数の貫通孔１２１が形成されている。この貫通孔１２１は、例えば、図１（ａ）に示す直交座標系であるｘｙｚ座標系のｘ方向、及びこのｘ方向に直交するｙ方向、に沿って形成されている。
【００１７】
第１の電極１２２及び第２の電極１２３は、例えば、操作部１６０とダミー操作部１６２の間に配置される。具体的には、第１の電極１２２は、例えば、貫通孔１２１を中心とし、第２の電極１２３の内側に位置する円形状を有する。また、第２の電極１２３は、例えば、第１の電極１２２を中心とする円形状を有する。第１の電極１２２は、例えば、図２（ａ）に示すように、貫通孔１２１を介して表面１２ａ側の電極パターンと、裏面１２ｂ側の電極パターンと、が電気的に接続され、さらに、裏面１２ｂ側の図示しない配線と電気的に接続されている。なお、後述する表示ピン１６の軸部１６１と貫通孔１２１との間には、例えば、摩擦を軽減するグリス等が介在しても良い。
【００１８】
このタッチセンサ１２は、例えば、操作者の指が表示ピン１６の接触面１６０ａに接近、又は接触すること（以下では共に接触と記載する。）による静電容量の変化に基づいてタッチ操作及びプッシュ操作等を検出する静電容量方式のセンサである。ここで、タッチ操作とは、表示ピン１６の操作部１６０の接触面１６０ａに、操作者が接触する、又は変化が検出できるほど指等を接近させる操作を示す。また、プッシュ操作とは、表示ピン１６を本体１０に押し込む方向の操作である。
【００１９】
触覚呈示装置１は、一例として、図２（ａ）に示すように、第１の電極１２２及び第２の電極１２３に電流が流されることより、凸状態表示ピン１６ａの操作部１６０側に電場３ａと、ダミー操作部１６２側に電場３ｂと、が発生し、凹状態表示ピン１６ｂの操作部１６０側に電場３ｃと、ダミー操作部１６２側に電場３ｄと、が発生する。操作者の指が、凸状態表示ピン１６ａの接触面１６０ａに接触することにより、特に、操作部１６０側の電場３ａが変化し、この変化に基づいて静電容量が変化する。タッチセンサ１２は、この静電容量の変化を検出するように構成されている。なお、図２（ａ）に示す電場３ａ〜電場３ｄは、一例であり、第１の電極１２２及び第２の電極１２３に基づく電場は、電極の形状に応じて複数形成される。
【００２０】
また、タッチセンサ１２は、静電容量の変化に基づいた操作信号を後述する制御部２０に出力するように構成されている。
【００２１】
・表示ピン１６の構成
表示ピン１６は、例えば、図２（ａ）に示すように、操作部１６０と、軸部１６１と、ダミー操作部１６２と、駆動ピン１６３と、を備えて概略構成されている。この表示ピン１６の数は、基板１２０の貫通孔１２１の数と同数である。
【００２２】
表示ピン１６の操作部１６０、軸部１６１及びダミー操作部１６２は、例えば、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリアミド系、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン（ＡＢＳ）等の合成樹脂材料を用いて形成される。また、駆動ピン１６３は、例えば、タッチセンサ１２に検出される静電容量に影響を与えない形状を有し、上記の合成樹脂材料を用いて形成される。
【００２３】
表示ピン１６は、操作部１６０の駆動方向（ｚ軸方向）の厚みが、ダミー操作部１６２の駆動方向（ｚ軸方向）の厚みと略等しくなるように構成されている。具体的には、操作部１６０は、例えば、図１（ａ）及び図２（ａ）に示すように、上面（接触面１６０ａ）と下面が正方形となる四角柱形状を有する。その厚みは、例えば、図２（ｂ）に示すように、ｄ１である。また、ダミー操作部１６２は、一例として、操作部１６０と同形状となるように形成される。その厚みは、例えば、ｄ２（＝ｄ１）である。
【００２４】
軸部１６１は、例えば、円柱形状を有し、一方端が操作部１６０と接続し、他方端がダミー操作部１６２と接続している。この軸部１６１は、例えば、タッチセンサ１２の貫通孔１２１に挿入されている。従って表示ピン１６は、例えば、操作部１６０、軸部１６１及びダミー操作部１６２の少なくとも一つが、接着剤やねじ止めにより取り付けられている。
【００２５】
また、表示ピン１６は、例えば、図２（ｂ）に示すように、駆動前におけるタッチセンサ１２から操作部１６０までの距離が、駆動後におけるタッチセンサ１２からダミー操作部１６２までの距離と略等しくなるように構成されている。さらに、表示ピン１６は、例えば、図２（ｂ）に示すように、駆動前におけるタッチセンサ１２からダミー操作部１６２までの距離が、駆動後におけるタッチセンサ１２から操作部１６０までの距離と略等しくなるように構成されている。
【００２６】
つまり、ダミー操作部１６２は、例えば、表示ピン１６の駆動前後で静電容量の変化が少ない、言い換えるなら、静電容量の変化が許容範囲内となる形状となるように形成されている。具体的には、ダミー操作部１６２は、凸状態表示ピン１６ａに対応して検出される静電容量と、凹状態表示ピン１６ｂに対応して検出される静電容量と、が略等しくなる、言い換えるなら、予め定められた許容範囲内となるように構成される。また、表示ピン１６は、例えば、基板１２０を中心として凸状態表示ピン１６ａを折り返すと、基板１２０に対して凹状態表示ピン１６ｂと同じ位置関係となるように構成されている。この略等しくとは、一例として、駆動されて第１の電極１２２に近づいた凹状態表示ピン１６ｂの静電容量によって、操作がなされたと誤判定されない範囲を示している。以下では、凸状態表示ピン１６ａ及び凹状態表示ピン１６ｂの静電容量について説明する。
【００２７】
・凸状態表示ピン１６ａと凹状態表示ピン１６ｂの静電容量について
タッチセンサ１２によって検出される静電容量は、例えば、表示ピン１６がダミー操作部１６２を持たない場合、タッチセンサ１２から操作部１６０までの距離が異なると変化する。これは、駆動前と駆動後の誘電率が、ｚ座標方向で異なるからである。なお、一つの表示ピン１６に対応して検出される静電容量は、近傍の複数の表示ピン１６の凹凸状態の影響を少なからず受けるが、以下ではその影響は無視できるほど小さいものとする。
【００２８】
ここで、凸状態表示ピン１６ａの操作部１６０側の第１の電極１２２の表面の座標をＺ０とすると、操作部１６０の下面１６０ｂの座標は、例えば、図２（ｂ）に示すように、Ｚ２となる。また、ダミー操作部１６２側の第１の電極１２２の表面の座標Ｚ０とすると、ダミー操作部１６２側の上面１６２ａの座標は、例えば、図２（ｂ）に示すように、Ｚ１となる。
【００２９】
また、凹状態表示ピン１６ｂの操作部１６０側の第１の電極１２２の表面の座標をＺ０とすると、操作部１６０の下面１６０ｂの座標は、例えば、図２（ｂ）に示すように、Ｚ１となる。また、ダミー操作部１６２側の第１の電極１２２の表面の座標をＺ０とすると、ダミー操作部１６２側の上面１６２ａの座標は、例えば、図２（ｂ）に示すように、Ｚ２となる。表示ピン１６は、上記の条件を満たすように構成されている。
【００３０】
上記に示したように、表示ピン１６がダミー操作部１６２を持たない場合、静電容量は、駆動することにより変化することが理解される。つまり、表示ピン１６がダミー操作部１６２を持たない場合、操作者が、例えば、操作を行わない状態であっても、凹凸が形成されることによって検出される静電容量に変化が生じる。この変化が大きい場合、凹状態表示ピン１６ｂに操作が行われたと誤った判定がなされる可能性があり、検出される静電容量の補正が必要であった。また、表示ピン１６に操作者が接触した状態で、凹凸が形成された場合、操作者が接触した状態で補正が行われてしまう問題がある。
【００３１】
しかし、本実施の形態では、ダミー操作部１６２を設けているため、ｚ軸方向の誘電率が基板１２０を介して、凸状態表示ピン１６ａと凹状態表示ピン１６ｂとで同じになるので、補正を行うことなく、凸状態表示ピン１６ａに対応して検出される静電容量と、凹状態表示ピン１６ｂに対応して検出される静電容量は、略等しくなる。
【００３２】
・駆動部１４の構成
駆動部１４は、例えば、表示ピン１６をｚ軸方向に駆動するアクチュエータを含んで構成されている。アクチュエータとしては、例えば、直線的な変位を可能とするリニアモータ等が用いられる。駆動部１４は、例えば、制御部２０が生成する駆動信号に従って制御される。
【００３３】
・通信部１８の構成
通信部１８は、例えば、外部装置と接続され、外部装置の表示部に表示される画像の情報である画像情報を取得する。また、通信部１８は、例えば、触覚呈示装置１になされた操作の情報である操作情報を出力するように構成されている。
【００３４】
・制御部２０の構成
制御部２０は、例えば、プログラムに従って、取得したデータに演算、加工等を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）等から構成されるマイクロコンピュータである。
【００３５】
以下に、本実施の形態に係る触覚呈示装置１の動作について、各図を参照しながら説明する。
【００３６】
（動作）
触覚呈示装置１の制御部２０は、電源が投入されると、通信部１８を介して画像情報を取得する。
【００３７】
次に、制御部２０は、取得した画像情報に基づいて駆動する表示ピン１６を選択し、選択された表示ピン１６を駆動するための駆動信号を生成して駆動部１４に出力する。
【００３８】
次に、駆動部１４は、取得した駆動信号に基づいて駆動対象となる表示ピン１６を駆動し、呈示のための動作を終了する。
【００３９】
（効果）
本実施の形態に係る触覚呈示装置１は、ダミー操作部１６２を備えることで、凸状態表示ピン１６ａに対応する静電容量と、凹状態表示ピン１６ｂに対応する静電容量と、が略等しくなるので、補正が必要なくなり、補正に伴う検出の遅延や検出精度の低下を防止することができる。また、触覚呈示装置１は、静電容量の補正を必要としないので、補正を行うための補正部が必要なく、製造コストを抑えることができる。さらに、触覚呈示装置１は、補正を必要としないので、操作者がタッチセンサ１２の検出領域内に居ても検出精度の低下や誤検出が発生せず、利便性が向上する。
【００４０】
なお、上記の実施の形態の変形例として、ダミー操作部１６２は、例えば、近傍の複数の表示ピン１６の影響等により、操作部１６０と同形状では凸状態と凹状態での静電容量が異なる場合は、静電容量が許容範囲内となるように、形状や材料が調整されても良い。従って、表示ピン１６は、例えば、操作部１６０、軸部１６１及びダミー操作部１６２のうち少なくとも１つが、他の部材と異なる材料から形成されても良い。
【００４１】
なお、第１の電極１２２は、貫通孔１２１を介して基板１２０の表面１２ａ及び裏面１２ｂに形成されたがこれに限定されず、例えば、第２の電極１２３と同じ面側、又は、タッチセンサ１２の内部に設けられても良い。
【００４２】
以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、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及び変形例は、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、これら実施の形態及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、これら実施の形態及び変形例は、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】
【００４３】
１…触覚呈示装置
３ａ〜３ｄ…電場
１０…本体
１２…タッチセンサ
１２ａ…表面
１２ｂ…裏面
１４…駆動部
１６…表示ピン
１６ａ…凸状態表示ピン
１６ｂ…凹状態表示ピン
１８…通信部
２０…制御部
１２０…基板
１２１…貫通孔
１２２…第１の電極
１２３…第２の電極
１２４…配線
１６０…操作部
１６０ａ…接触面
１６０ｂ…下面
１６１…軸部
１６２…ダミー操作部
１６２ａ…上面
１６３…駆動ピン
【図１】
2013054621.tif 000003
【図２】
2013054621.tif 000004
【図３】
2013054621.tif 000005