(57)【要約】【課題】操作位置の算出精度を低下させることなく処理負荷を抑制することができる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２に示すように、主に、第１の方向、及び第１の方向と交差する第２の方向に沿ってマトリクス状に配置され、駆動部１４によって駆動される複数の表示ピン１２と、駆動力を発生する駆動部１４と、表示ピン１２になされた操作に基づく静電容量を検出する検出部１６と、第１の方向及び第２の方向ごとに、駆動された表示ピン１２の数に基づいて検出部１６により検出された静電容量の補正を行う容量補正部１８と、を備える。【選択図】図２
2013080369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動力を発生する駆動部と、
第１の方向、及び前記第１の方向と交差する第２の方向に沿ってマトリクス状に配置され、前記駆動部によって駆動される複数の表示ピンと、
前記表示ピンになされた操作に基づく静電容量を検出する検出部と、
前記第１の方向及び前記第２の方向ごとに、駆動された表示ピンの数に基づいて前記検出部により検出された静電容量の補正を行う補正部と、
を備えた触覚呈示装置。
【請求項２】
前記補正部は、１つの駆動された表示ピンに基づいた補正値を有し、前記第１の方向及び前記第２の方向ごとに、前記駆動された表示ピンの数と前記補正値と、を乗算することで、前記第１の方向及び前記第２の方向ごとの補正量を算出して前記補正を行う請求項１に記載の触覚呈示装置。
【請求項３】
さらに、触覚呈示装置により制御される被制御装置の表示部に表示される画像情報を取得し、前記画像情報に基づいて表示ピンの駆動情報を生成する駆動情報生成部を有し、
前記補正部は、前記駆動情報生成部から取得した前記駆動情報に基づいて前記第１の方向及び前記第２の方向ごとの前記駆動された表示ピンの数を判定する請求項１又は２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するので、操作者は、当該触覚ピンに操作を行うことにより、当該触覚ピンに対応する機能等を選択することができる。
【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、操作がなされていないにも関わらず、凹凸を形成した後に検出される触覚ピンごとの静電容量が変化する。この静電容量の変化の補正は、例えば、凹凸を形成した後に操作者の指の接触状態を考慮して行われるため、処理負荷が大きく、また、操作位置の算出精度が低下する問題がある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、操作位置の算出精度を低下させることなく処理負荷を抑制することができる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、駆動力を発生する駆動部と、第１の方向、及び第１の方向と交差する第２の方向に沿ってマトリクス状に配置され、駆動部によって駆動される複数の表示ピンと、表示ピンになされた操作に基づく静電容量を検出する検出部と、第１の方向及び第２の方向ごとに、駆動された表示ピンの数に基づいて検出部により検出された静電容量の補正を行う補正部と、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、操作位置の算出精度を低下させることなく処理負荷を抑制することができる。
【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、容量補正部による補正を説明するための模式図である。
【図２】図２は、実施の形態に係る触覚呈示装置のブロック図である。
【図３】図３は、実施の形態に係る補正に関するフローチャートである。
【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、駆動力を発生する駆動部と、第１の方向、及び第１の方向と交差する第２の方向に沿ってマトリクス状に配置され、駆動部によって駆動される複数の表示ピンと、表示ピンになされた操作に基づく静電容量を検出する検出部と、第１の方向及び第２の方向ごとに、駆動された表示ピンの数に基づいて検出部により検出された静電容量の補正を行う補正部と、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、容量補正部による補正を説明するための模式図である。図２は、実施の形態に係る触覚呈示装置のブロック図である。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、触覚呈示装置１により制御される被制御装置の表示部としての液晶ディスプレイ等に表示された画像に含まれるアイコンに基づいて表示ピン１２を駆動し、駆動されない表示ピン１２と駆動された表示ピン１２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凸部１２０を認識することができる。この被制御装置とは、例えば、車両に搭載されるカーナビゲーション装置、空調装置及び音楽再生装置等である。
【００１３】
触覚呈示装置１は、例えば、図２に示すように、主に、第１の方向、及び第１の方向と交差する第２の方向に沿ってマトリクス状に配置され、駆動部１４によって駆動される複数の表示ピン１２と、駆動力を発生する駆動部１４と、表示ピン１２になされた操作に基づく静電容量を検出する検出部１６と、第１の方向及び第２の方向ごとに、駆動された表示ピン１２の数に基づいて検出部１６により検出された静電容量の補正を行う補正部としての容量補正部１８と、を備える。
【００１４】
ここで、図１（ａ）に示すｘｙｚ座標系は、直交座標系であり、ｘ軸は、触覚呈示装置１の長手方向の軸であり、ｙ軸は、触覚呈示装置１の短手方向の軸であり、ｚ軸は、ｘ軸及びｙ軸と直交し、図１（ａ）の紙面上方向を正とする軸である。座標の原点は、例えば、図１（ａ）に示す触覚呈示装置１の左下となる。従って、第１の方向は、一例として、ｘ軸方向である。また、第２の方向は、一例として、ｙ軸方向である。表示ピン１２は、このｘ軸方向及びｙ軸方向に沿ってマトリクス状に配置されている。
【００１５】
また、触覚呈示装置１は、例えば、座標演算部２０と、駆動情報生成部２２と、通信部２４と、を備えて概略構成されている。
【００１６】
・本体１０の構成
本体１０は、例えば、図１（ａ）に示すように、箱型形状を有し、その上部に検出部１６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。
【００１７】
・表示ピン１２の構成
表示ピン１２は、例えば、図２に示すように、操作部１２ａと、軸部１２ｂと、を備えて概略構成されている。
【００１８】
表示ピン１２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。
【００１９】
操作部１２ａは、例えば、図１（ａ）に示すように、上面と下面が正方形となる四角柱形状を有する。
【００２０】
軸部１２ｂは、例えば、円柱形状を有し、一方端が操作部１２ａと接続し、他端は駆動部１４に取り付けられている。駆動部１４は、例えば、この他端を介して表示ピン１２をｚ軸方向に駆動するように構成されている。表示ピン１２は、例えば、操作部１２ａ及び軸部１２ｂが、接着剤やねじ止めにより取り付けられていても良い。
【００２１】
・駆動部１４の構成
駆動部１４は、例えば、表示ピン１２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、駆動情報生成部２２が生成する駆動情報に従って制御される。
【００２２】
・検出部１６の構成
検出部１６は、例えば、静電検出センサ部１６ａと、静電検出部１６ｂと、を備えて概略構成されている。
【００２３】
検出部１６は、一例として、表示ピン１２に指が接触することによる、センサワイヤと指との距離に反比例した電流の変化を検出する静電容量方式のタッチパネルである。このセンサワイヤは、例えば、後述する静電検出センサ部１６ａにマトリクス状に設けられている。
【００２４】
図１（ａ）に示すｘ軸方向には、例えば、ｘ軸方向に並ぶ表示ピン１２に対応してｎ個のセンサワイヤが等間隔で並べられている。この数字ｎは、例えば、正の整数である。また、図１（ａ）に示すｙ軸方向には、例えば、ｙ軸方向に並ぶ表示ピン１２に対応してｍ個のセンサワイヤが等間隔で並べられている。この数字ｍは、例えば、正の整数である。なお、本実施の形態における検出部１６は、表示ピン１２の数と同数のセンサワイヤを有するが、操作がなされた座標を算出可能な構成であれば、これに限定されない。
【００２５】
ｘ軸に沿って並べられたセンサワイヤは、例えば、ｙ軸に沿って並べられたセンサワイヤよりも本体１０の表面１００に近い層に形成されている。また、ｘ軸に沿って並べられたセンサワイヤは、例えば、ｙ軸に沿って並べられたセンサワイヤと電気的に絶縁されている。
【００２６】
静電検出部１６ｂは、例えば、センサワイヤと電気的に接続され、ｘ軸方向のセンサワイヤ、ｙ軸方向のセンサワイヤに応じた静電容量を、クロック信号に基づいて順番に読み出すように構成されている。このセンサワイヤごとに読み出された静電容量は、例えば、検出情報として静電検出部１６ｂに入力する。
【００２７】
また、静電検出部１６ｂは、静電検出センサ部１６ａから取得した検出情報に基づいてｘ軸及びｙ軸のそれぞれのセンサワイヤと、それぞれのセンサワイヤから読み出した静電容量と、を関連付けた静電容量情報を生成するように構成されている。
【００２８】
・容量補正部１８の構成
検出部１６によって検出される静電容量は、例えば、検出部１６から表示ピン１２の操作部１２ａ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軸方向で異なることに起因している。
【００２９】
そこで容量補正部１８は、静電容量を読み出すセンサワイヤに関係する駆動された表示ピン１２の数に基づいて補正を行う。容量補正部１８は、例えば、この補正を行うため、予め定められた補正値１８０を有する。この補正値１８０は、一例として、１つの駆動された表示ピン１２に基づいて定められる。
【００３０】
具体的には、補正値１８０を定める一例として、駆動された表示ピン１２が存在しないセンサワイヤの静電容量と、１つの表示ピン１２が駆動されているセンサワイヤの静電容量と、の差を算出し、この差を補正値１８０と定める。
【００３１】
なお、変形例として、補正値１８０を定める方法は、例えば、センサワイヤ上の駆動された表示ピン１２の位置を変えながら、駆動されない場合の静電容量との差を算出し、この差の平均を補正値１８０と定める方法でも良い。また、他の変形例として、補正値１８０を定める方法は、例えば、１つの表示ピン１２が駆動されたセンサワイヤごとに補正値を算出し、この平均を補正値１８０と定める方法でも良い。さらに、他の変形例として、補正値１８０は、通信部２４を介して取得されても良く、また、上記の方法に限定されない。
【００３２】
容量補正部１８は、例えば、ｘ軸方向及びｙ軸方向ごとに、駆動された表示ピン１２の数と補正値１８０と、を乗算することで、ｘ軸方向及びｙ軸方向ごとの補正量を算出して補正を行うように構成されている。以下に、この補正値１８０を用いた補正を具体的に説明する。
【００３３】
図１（ｂ）には、ｘ軸方向にセンサワイヤｘ１〜センサワイヤｘｎ、ｙ軸方向にセンサワイヤｙ１〜センサワイヤｙｍが模式的に示されている。触覚呈示装置１が、図１（ｂ）に示すように、凸部として凸部１２０のみを有している場合、センサワイヤｘ１、センサワイヤｘ４〜センサワイヤｘｎ、センサワイヤｙ１、及びセンサワイヤｙ４〜センサワイヤｙｍに関係する表示ピン１２は駆動されていない。また、センサワイヤｘ２及びセンサワイヤｘ３と、センサワイヤｙ２及びセンサワイヤｙ３と、に関係する表示ピン１２は、駆動されている。
【００３４】
つまり、センサワイヤｘ２及びセンサワイヤｘ３は、２つの表示ピン１２が駆動されている。また、センサワイヤｙ２及びセンサワイヤｙ３は、２つの表示ピン１２が駆動されている。従って容量補正部１８は、表示ピン１２が駆動されているセンサワイヤｘ２、センサワイヤｘ３、センサワイヤｙ２及びセンサワイヤｙ３から取得した静電容量に、補正値１８０と、駆動された表示ピン１２の数と、を乗算した補正量を用いた補正を行う。
センサワイヤｘ２の補正静電容量＝取得した静電容量＋補正値×２
センサワイヤｘ３の補正静電容量＝取得した静電容量＋補正値×２
センサワイヤｙ２の補正静電容量＝取得した静電容量＋補正値×２
センサワイヤｙ３の補正静電容量＝取得した静電容量＋補正値×２
容量補正部１８は、一つのセンサワイヤと、この一つのセンサワイヤから取得した静電容量と、を関連付け、また、補正がなされた一つのセンサワイヤと、この一つのセンサワイヤの補正後の補正静電容量と、を関連付けた補正静電容量情報を生成し、座標演算部２０に出力する。
【００３５】
なお、容量補正部１８は、例えば、駆動情報生成部２２から取得した駆動情報に基づいてｘ軸方向及びｙ軸方向のセンサワイヤごとの駆動された表示ピン１２の数を判定するように構成されている。
【００３６】
・座標演算部２０の構成
座標演算部２０は、例えば、しきい値２００を有し、このしきい値２００と、容量補正部１８から取得した補正静電容量情報と、に基づいて操作がなされたか否かを判定するように構成されている。また、座標演算部２０は、例えば、操作がなされたと判定されると、操作がなされた座標を算出して座標の情報である座標情報を生成するように構成されている。座標演算部２０による座標の算出方法は、例えば、加重平均を用いた方法等の周知の方法が用いられる。
【００３７】
具体的には、座標演算部２０は、例えば、センサワイヤｘａに関連付けられた静電容量がしきい値２００を超え、センサワイヤｙａに関連付けられた静電容量がしきい値２００を超えている場合、センサワイヤｘａとセンサワイヤｙａの交点の座標を算出し、算出された座標を、静電容量を読み出した時間における操作位置とする。なお、座標演算部２０は、例えば、複数の操作位置（マルチタッチ）を算出するように構成されても良い。
【００３８】
・駆動情報生成部２２の構成
駆動情報生成部２２は、例えば、通信部２４を介して取得した画像情報に基づいて駆動する表示ピン１２を選択し、駆動する表示ピン１２の情報である駆動情報を生成するように構成されている。
【００３９】
・通信部２４の構成
通信部２４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２４は、例えば、触覚呈示装置１になされた操作の情報である座標情報を出力するように構成されている。
【００４０】
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、図３のフローチャートに従って詳細に説明する。なお、以下では、触覚呈示装置１が、取得した画像情報に基づいて凹凸を形成した後の補正の動作について説明する。
【００４１】
（動作）
触覚呈示装置１の容量補正部１８は、クロック信号に基づいて静電検出部１６ｂから静電容量情報を取得する（Ｓ１）と共に駆動情報生成部２２から駆動情報を取得する。
【００４２】
次に、容量補正部１８は、前回取得した駆動情報に基づいて駆動された表示ピン１２と、今回取得した駆動情報に基づいて駆動された表示ピン１２と、を比較する。容量補正部１８は、駆動された表示ピン１２に変化があるとき（Ｓ２：Ｙｅｓ）、補正値１８０に基づいて駆動された表示ピン１２が存在するセンサワイヤごとに補正量を算出する（Ｓ３）。
【００４３】
次に、容量補正部１８は、取得した静電容量情報と、算出した補正量と、に基づいて補正静電量情報を生成する（Ｓ４）。
【００４４】
次に、座標演算部２０は、容量補正部１８から補正静電容量情報を取得すると、取得した補正静電容量情報に基づいて操作がなされた座標（操作位置）を演算する（Ｓ５）。続いて、座標演算部２０は、演算により算出された座標（操作位置）の座標情報を、通信部２４を介して出力して補正の動作を終了する。
【００４５】
ここで、ステップ２において、表示ピン１２の駆動数に変化がないとき（Ｓ２：Ｎｏ）、容量補正部１８は、前回算出した補正量と読み出した静電容量とに基づいて生成した補正静電容量情報を座標演算部２０に出力し、座標演算部２０は、この補正静電容量情報に基づいて演算を行い、座標（操作位置）を算出する。
【００４６】
（効果）
本実施の形態に係る触覚呈示装置１は、マトリクス状に配置されたセンサワイヤごとに、駆動された表示ピン１２の数と、補正値１８０と、を乗算して補正量を演算するので、操作者の指の接触を考慮するような補正と比べて、四則演算によって補正量が算出されることから、複雑な演算を必要とせず、処理負荷を抑制することができる。また、触覚呈示装置１は、複雑な演算を必要としないので、操作を検出可能となるまでの時間が早く操作性が向上する。
【００４７】
また、触覚呈示装置１による補正は、操作者の指の接触の有無を考慮する必要がないので、操作位置の算出精度が向上する。
【００４８】
さらに、触覚呈示装置１は、複雑な演算を可能とする演算部を必要としないので、低コストとなる。
【００４９】
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】
【００５０】
１…触覚呈示装置
１０…本体
１２…表示ピン
１２ａ…操作部
１２ｂ…軸部
１４…駆動部
１６…検出部
１６ａ…静電検出センサ部
１６ｂ…静電検出部
１８…容量補正部
２０…座標演算部
２２…駆動情報生成部
２４…通信部
１００…表面
１２０…凸部
１８０…補正値
２００…しきい値
【図１】
2013080369.tif 000003
【図２】
2013080369.tif 000004
【図３】
2013080369.tif 000005