(57)【要約】【課題】小型化及び触感呈示機能の両立を可能とするタッチ操作デバイスを提供する。【解決手段】本発明に係るタッチ操作デバイス１０は、少なくとも１つの振動子１３１を有する振動子層１３と、振動子層１３の表面に配置され、非ニュートン流体１２２を有する流体層１２と、流体層１２の表面に配置されたタッチセンサ１１と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの振動子を有する振動子層と、
前記振動子層の表面に配置され、非ニュートン流体を有する流体層と、
前記流体層の表面に配置されたタッチセンサと、
を備える、
タッチ操作デバイス。
【請求項２】
制御部をさらに備え、
前記振動子層は、複数の前記振動子を有し、
前記制御部は、一部の前記振動子を振動させ、前記流体層の対応する位置にある非ニュートン流体の物性を変化させる、
請求項１に記載のタッチ操作デバイス。
【請求項３】
前記非ニュートン流体はダイラタント流体である、
請求項２に記載のタッチ操作デバイス。
【請求項４】
前記流体層は、外部の表示装置が備える画面内の境界領域に対応する第１の領域を有し、
前記制御部は、前記第１の領域に対応する前記振動子を振動させ、前記第１の領域にあるダイラタント流体を固体化させる、
請求項３に記載のタッチ操作デバイス。
【請求項５】
前記流体層は、外部の表示装置が備える画面内の選択メニュー領域に対応する第２の領域を有し、
前記制御部は、前記第２の領域に対応する前記振動子を振動させ、前記第２の領域にあるダイラタント流体を固体化させる、
請求項３に記載のタッチ操作デバイス。
【請求項６】
前記制御部は、前記第１の領域に対応する位置で前記タッチセンサにより接触を検出した場合に、前記接触の位置に対応する前記振動子を振動させる、
請求項４に記載のタッチ操作デバイス。
【請求項７】
前記制御部は、前記第２の領域に対応する位置で前記タッチセンサにより接触を検出した場合に、前記接触の位置に対応する前記振動子を振動させる、
請求項５に記載のタッチ操作デバイス。
【請求項８】
前記流体層を構成する前記非ニュートン流体の配列は、格子状である、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載のタッチ操作デバイス。
【請求項９】
前記タッチセンサは、フィルム状に形成される、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のタッチ操作デバイス。
【請求項１０】
少なくとも１つのタクタイルスイッチをさらに備え、
前記タクタイルスイッチは、前記振動子層の直下に配置される、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載のタッチ操作デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作者に対して触感を呈示する機能（ハプティック）を有するタッチ操作デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、操作者がタッチセンサ上で行うタッチ操作に基づいて、操作者の触覚を刺激して、操作感触を呈示する装置が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示された操作装置は、タッチパネル装置が操作入力を受け付けた際に、操作者の手指に対して振動刺激操作感を呈示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−０８１８０９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の操作装置は、モータの駆動による振動をタッチパネル装置に伝達することで、ハプティック感、操作感を呈示する。従って、当該操作装置は、回転駆動手段及びカム手段を有することで、ユニット全体が大きくなる。
【０００６】
かかる観点に鑑みてなされた本発明の目的は、小型化及び触感呈示機能の両立を可能とするタッチ操作デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する第１の観点に係るタッチ操作デバイスは、
少なくとも１つの振動子を有する振動子層と、
前記振動子層の表面に配置され、非ニュートン流体を有する流体層と、
前記流体層の表面に配置されたタッチセンサと、
を備える。
【０００８】
また、第２の観点に係るタッチ操作デバイスは、
制御部をさらに備え、
前記振動子層は、複数の前記振動子を有し、
前記制御部は、一部の前記振動子を振動させ、前記流体層の対応する位置にある非ニュートン流体の物性を変化させる。
【０００９】
また、第３の観点に係るタッチ操作デバイスでは、
前記非ニュートン流体はダイラタント流体である。
【００１０】
また、第４の観点に係るタッチ操作デバイスでは、
前記流体層は、外部の表示装置が備える画面内の境界領域に対応する第１の領域を有し、
前記制御部は、前記第１の領域に対応する前記振動子を振動させ、前記第１の領域にあるダイラタント流体を固体化させる。
【００１１】
また、第５の観点に係るタッチ操作デバイスでは、
前記流体層は、外部の表示装置が備える画面内の選択メニュー領域に対応する第２の領域を有し、
前記制御部は、前記第２の領域に対応する前記振動子を振動させ、前記第２の領域にあるダイラタント流体を固体化させる。
【００１２】
また、第６の観点に係るタッチ操作デバイスでは、
前記制御部は、前記第１の領域に対応する位置で前記タッチセンサにより接触を検出した場合に、前記接触の位置に対応する前記振動子を振動させる。
【００１３】
また、第７の観点に係るタッチ操作デバイスでは、
前記制御部は、前記第２の領域に対応する位置で前記タッチセンサにより接触を検出した場合に、前記接触の位置に対応する前記振動子を振動させる。
【００１４】
また、第８の観点に係るタッチ操作デバイスでは、
前記流体層を構成する前記非ニュートン流体の配列は、格子状である。
【００１５】
また、第９の観点に係るタッチ操作デバイスでは、
前記タッチセンサは、フィルム状に形成される。
【００１６】
また、第１０の観点に係るタッチ操作デバイスでは、
少なくとも１つのタクタイルスイッチをさらに備え、
前記タクタイルスイッチは、前記振動子層の直下に配置される。
【発明の効果】
【００１７】
第１の観点に係るタッチ操作デバイスによれば、小型化及び触感呈示機能の両立を可能とする。
【００１８】
第２の観点に係るタッチ操作デバイスによれば、領域ごとに操作者の触感を変化させることができる。
【００１９】
第３の観点に係るタッチ操作デバイスによれば、振動により、流体層の対応する領域を固体化できる。
【００２０】
第４の観点に係るタッチ操作デバイスによれば、略凸状の枠を形成できる。
【００２１】
第５の観点に係るタッチ操作デバイスによれば、略凹状の枠を形成できる。
【００２２】
第６の観点に係るタッチ操作デバイスによれば、操作への影響を低減しつつ、略凸状の枠を形成できる。
【００２３】
第７の観点に係るタッチ操作デバイスによれば、操作への影響を低減しつつ、略凹状の枠を形成できる。
【００２４】
第８の観点に係るタッチ操作デバイスによれば、意図しない範囲への振動の影響を低減できる。
【００２５】
第９の観点に係るタッチ操作デバイスによれば、タッチ操作時の指などの引っ掛かりを防止できる。
【００２６】
第１０の観点に係るタッチ操作デバイスによれば、明瞭でより直感的なタッチ操作を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１実施形態に係るタッチ操作デバイスと表示装置とを示した模式図である。
【図２】図１のタッチ操作デバイスの構成の一部を示した模式図である。
【図３】図１の制御部による画像データの識別の一例を示す模式図である。
【図４】図１の制御部による振動子の制御の一例を示す模式図である。
【図５】図１の制御部による振動子の制御の他の例を示す模式図である。
【図６】図１のタッチ操作デバイスの動作の一例を示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態に係るタッチ操作デバイスの制御部による振動子の制御の一例を示す模式図である。
【図８】第２実施形態に係るタッチ操作デバイスの制御部による振動子の制御の他の例を示す模式図である。
【図９】第２実施形態に係るタッチ操作デバイスの動作の一例を示すフローチャートである。
【図１０】第３実施形態に係るタッチ操作デバイスの構成の一部を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２９】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るタッチ操作デバイス１０と表示装置２０とを示した模式図である。タッチ操作デバイス１０は、タッチセンサ１１と、流体層１２と、振動子層１３と、制御部１４とを有する。
【００３０】
タッチ操作デバイス１０は、操作者によるタッチ操作を検出し、当該タッチ操作入力に基づく出力信号を、表示装置２０に送信する。タッチ操作デバイス１０は、例えば、車両の内部に搭載され、センターコンソールに配置される。この場合、操作者とは、例えば車両を運転する運転者又は助手席に座っている同乗者である。運転者又は同乗者は、表示装置２０に表示された内容を視認しながら、センターコンソール側の自身の手、特に指により、タッチ操作デバイス１０上でタッチ操作を行う。
【００３１】
表示装置２０は、少なくとも１つの画面を有し、タッチ操作デバイス１０からの出力信号に基づいて、操作者のタッチ操作に対応する画面制御を行う。表示装置２０は、例えば、車両の内部に搭載される。表示装置２０は、液晶ディスプレイなどの任意のディスプレイにより構成されてもよい。表示装置２０は、液晶ディスプレイによって構成される場合、例えば、インストルメントパネルに配置される。表示装置２０を構成するディスプレイは、タッチパネルディスプレイであってもよいし、タッチ操作不能のディスプレイであってもよい。
【００３２】
表示装置２０は、例えば、車両に関する情報を制御するための機能項目を表示する。車両に関する情報は、例えば、カーナビゲーション、オーディオ、空調などの情報を含む。例えば、図１に示すとおり、表示装置２０は、車両に関する情報を制御するための機能項目として、各種メニューを表示する。具体的には、表示装置２０は、カーナビゲーションを使用するためのメニューとして「ナビ」を、オーディオを使用するためのメニューとして「オーディオ」を、エアコンを制御するためのメニューとして「空調」を、電話を使用するためのメニューとして「ＴＥＬ」を、各種アプリを表示するためのメニューとして「ＡＰＰ」を表示する。
【００３３】
上記では、タッチ操作デバイス１０及び表示装置２０は、車両の内部に搭載されるものとして説明したが、これに限定されず、任意の使用態様により使用されてもよい。また、タッチ操作デバイス１０を用いてタッチ操作する操作者も、運転者又は同乗者に限定されず、任意の者であってよい。さらに、表示装置２０が表示する内容も、車両に関する情報を制御するための機能項目に限定されず、任意の内容であってよい。
【００３４】
図２は、図１のタッチ操作デバイス１０の構成の一部を示した模式図である。タッチ操作デバイス１０は、タッチセンサ１１、流体層１２、及び振動子層１３の３つの層により構成される。流体層１２は、振動子層１３の表面に配置され、タッチセンサ１１は、流体層１２の表面に配置される。すなわち、タッチ操作デバイス１０は、その上面方向から、タッチセンサ１１、流体層１２、及び振動子層１３の順で各層が配列した構造となっている。各層の厚さは、好適には、それぞれ数ミリメートル程度である。
【００３５】
タッチセンサ１１は、操作者の操作手又はスタイラスペンなどの接触物による接触を、対応する接触位置において検出する。特に、タッチセンサ１１は、操作者の操作手の一部、例えば指による接触を対応する接触位置において検出する。操作者は、タッチセンサ１１上でタッチ操作を行うことにより、表示装置２０を構成する各画面上に表示される情報を操作する。
【００３６】
例えば、操作者は、画面に表示された情報を選択するために、タッチセンサ１１上でスワイプ操作を行う。また、操作者は、選択を確定させるために、タッチセンサ１１上でタップ操作を行う。上記の指の操作はあくまでも一例であり、タッチセンサ１１が検出可能な操作であれば任意のタッチ操作であってよい。さらに、指の操作と画面の操作との対応関係も一例であり、タッチ操作デバイス１０は、操作者による任意の指の操作により、任意の画面操作を行ってもよい。
【００３７】
タッチセンサ１１は、例えば透明なガラスにより形成され、抵抗膜方式、静電容量方式、表面弾性波方式、赤外線方式、又は電磁誘導方式などの任意の方式により構成されてもよい。以下では、タッチセンサ１１は、静電容量方式による静電タッチセンサであるものとして説明する。また、タッチセンサ１１は、可撓性を有するよう、薄いフィルム状に形成される。タッチセンサ１１は、これに限定されず、可撓性を有するという条件を満たせば、任意に形成されてもよい。小型化の観点からも、タッチセンサ１１は、薄いフィルム状に形成されるのが好適である。
【００３８】
流体層１２は、可撓性を有する材質により形成された複数の封入体１２１の中に、非ニュートン流体１２２が封入されるように構成されている。封入体１２１は、封入された非ニュートン流体１２２の変形に応じて、変形する。また、封入体１２１は、外部からの圧力、例えば、タッチセンサ１１の変形に伴う押圧に応じても、変形する。非ニュートン流体１２２は、例えば、ダイラタント流体及び擬塑性流体を含む。
【００３９】
ダイラタント流体は、圧力又は振動のような急激な変形が加わると固体のように振る舞う一方で、比較的緩やかな変形に対しては流体のように振る舞う性質を有する。このようなダイラタント流体は、例えば、粘弾性エラストマーにより構成される。一方で、擬塑性流体は、ダイラタント流体とは逆の性質を有する。すなわち、擬塑性流体は、圧力又は振動のような急激な変形が加わると流体のように振る舞う一方で、比較的緩やかな変形に対しては固体のように振る舞う性質を有する。
【００４０】
ダイラタント流体及び擬塑性流体は、変化の態様が真逆であるが、圧力又は振動などによってその粘度を変える点では共通している。以下では、流体層１２は、ダイラタント流体１２３を有するものとして主に説明するが、これに限定されず、擬塑性流体を有してもよい。擬塑性流体を有する場合、ダイラタント流体１２３を有する構成に関する以下の説明は、物性の変化が真逆であることを考慮してその内容を改変することで、適用することができる。
【００４１】
流体層１２を構成する、非ニュートン流体１２２を封入した複数の封入体１２１の配列は、例えば図１のように、格子状であるのが好適である。この時、封入体１２１は、例えば、四角柱のような形状であり、各辺の長さは、数ミリメートル程度である。格子の間隔も、通常時に操作者に対して凹凸を感じさせないように、人間の指先の空間分解能である数ミリメートル以下であるのが好適である。複数の封入体１２１の配列は、これに限定されず、互いに平行な複数のライン状であってもよい。このように、非ニュートン流体１２２を封入した複数の封入体１２１の配列は、各封入体１２１の任意の形状により、任意の間隔で互いに離間していれば、任意の配列であってよい。
【００４２】
振動子層１３は、複数の振動子１３１を有する。振動子１３１は、例えば、数ミリメートルサイズの車載用小型水晶振動子である。振動子１３１は、これに限定されず、水晶振動子以外の他の圧電素子であって、振動を発生させる小型のものであれば、任意の振動子であってよい。振動子層１３は、非ニュートン流体１２２に対して振動を加えるための層であり、複数の振動子１３１は、例えば、複数の封入体１２１の直下にそれぞれ配置される。
【００４３】
より詳述すると、振動子層１３を構成する複数の振動子１３１は、非ニュートン流体１２２を封入した複数の封入体１２１の配列に合わせて、配列される。具体的には、複数の封入体１２１の配列が格子状である場合、各格子点に配列された各封入体１２１の直下に各振動子１３１が配列される。同様に、複数の封入体１２１の配列がライン状である場合、当該ラインの直下に少なくとも１つの振動子１３１が配列される。
【００４４】
以下では、一例として、複数の封入体１２１及び複数の振動子１３１の配列は、図１及び図２のように、格子状であるものとして説明する。
【００４５】
非ニュートン流体１２２がダイラタント流体１２３である場合、封入体１２１の中に封入されたダイラタント流体１２３は、その直下に配置された振動子１３１からの振動によって固体化する。流体層１２の厚さは数ミリメートル程度であるので、振動子１３１による振動は、その直上にあるダイラタント流体１２３全体に伝搬する。一方で、隣り合う封入体１２１は、任意の間隔で互いに離間している。従って、振動子１３１による振動は、その直上にある封入体１２１と隣り合う複数の封入体１２１に封入されているダイラタント流体１２３には伝搬しない。
【００４６】
一方で、タッチセンサ１１及び封入体１２１は、共に可撓性を有するので、タッチセンサ１１の上面からの押圧により、変形する。すなわち、操作者が指でタッチセンサ１１を上面から押込むと、タッチセンサ１１は沈み込む。この時、押込みが強く、押圧の変化が急峻である場合、当該押圧によっても、封入体１２１の中に封入されたダイラタント流体１２３が固体化する。一方で、タッチセンサ１１上をなぞる程度で押込みが弱く、押圧の変化が緩やかである場合は、封入体１２１の中に封入されたダイラタント流体１２３は流体のままである。
【００４７】
制御部１４は、タッチ操作デバイス１０の各機能ブロックをはじめとして、タッチ操作デバイス１０の全体を制御及び管理するプロセッサである。制御部１４は、制御手順を規定したプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサで構成され、かかるプログラムは、例えば所定の記憶媒体に格納される。
【００４８】
制御部１４は、タッチセンサ１１上で検出した接触情報を、入力信号としてタッチセンサ１１から取得する。具体的には、制御部１４は、接触物、例えば、操作者の指による接触及び対応する接触位置に関する検出情報を取得する。制御部１４は、対応する接触位置に関する検出情報に基づいて、タッチ操作が行われるタッチセンサ１１上の正確な位置座標を識別する。
【００４９】
制御部１４は、上記の入力信号に基づく出力信号を、表示装置２０に送信する。一方で、制御部１４は、表示装置２０の画面に表示されている画像データを表示装置２０より取得する。
【００５０】
制御部１４は、タッチセンサ１１内の位置座標と、表示装置２０を構成する画面内の位置座標とを対応させる。これにより、制御部１４は、操作者の指によるタッチ操作が、画面上のどの位置での操作に対応しているかを識別できる。同様に、制御部１４は、非ニュートン流体１２２を封入した複数の封入体１２１及び複数の振動子１３１の配列と、表示装置２０を構成する画面内の位置座標とをそれぞれ対応させる。
【００５１】
以下では、図３及び図４を参照して、制御部１４が行う振動子１３１の制御について詳細に説明する。制御部１４は、表示装置２０より取得した画像データに基づいて、振動子１３１の作動を制御する。
【００５２】
図３は、図１の制御部１４による画像データの識別の一例を示す模式図である。図４は、図１の制御部１４による振動子１３１の制御の一例を示す模式図である。図４（ａ）は、アイコン形式の機能項目選択画面が表示される場合の、振動子１３１の制御の様子を示す。図４（ｂ）は、メニュー形式の項目選択画面が表示される場合の、振動子１３１の制御の様子を示す。図５は、図１の制御部１４による振動子１３１の制御の他の例を示す模式図である。図５（ａ）は、アイコン形式の機能項目選択画面が表示される場合の、振動子１３１の制御の様子を示す。図５（ｂ）は、メニュー形式の項目選択画面が表示される場合の、振動子１３１の制御の様子を示す。
【００５３】
制御部１４は、表示装置２０より取得した画像データに基づいて、選択メニューを表示する領域、並びに、画像の外枠及び選択メニューの境界線を識別する。例えば、制御部１４は、図３のような、車両に関する情報を制御するための機能項目の選択に関する画像データを取得する。この場合、制御部１４は、図３に示すように、表示された５つの選択メニューからなる領域、及び、５つの選択メニューからなる領域の各境界線と画像の外枠とによって囲まれる境界領域を識別する。
【００５４】
制御部１４は、当該識別に基づいて、上記の各々の領域に流体層１２の２つの領域を対応付ける。すなわち、制御部１４は、５つの選択メニューからなる領域の各境界線と画像の外枠とによって囲まれる境界領域に、流体層１２の第１の領域Ｒ１を対応付ける。同様に、制御部１４は、画面に表示された５つの選択メニューからなる領域に、流体層１２の第２の領域Ｒ２を対応付ける。すなわち、第１の領域Ｒ１とは、画面内の境界領域に対応する流体層１２の領域であり、第２の領域Ｒ２とは、画面内の全ての選択メニューからなる領域に対応する流体層１２の領域である。
【００５５】
制御部１４は、当該対応付けに基づいて、作動させるべき振動子１３１を識別する。すなわち、制御部１４は、複数の振動子１３１のうちの一部を振動させ、流体層１２の対応する位置にある非ニュートン流体１２２の物性を変化させる。
【００５６】
非ニュートン流体１２２がダイラタント流体１２３である場合、制御部１４は、例えば、流体層１２の第１の領域Ｒ１に対応する振動子１３１を振動させ、第１の領域Ｒ１にあるダイラタント流体１２３を固体化させる。一方で、制御部１４は、流体層１２の第２の領域Ｒ２に対応する振動子１３１を作動させずに、第２の領域Ｒ２にあるダイラタント流体１２３を流体にとどめる。
【００５７】
この時、図４（ａ）に示すとおり、画面の選択メニュー領域に対応する流体層１２の第２の領域Ｒ２は流体により形成され、それ以外の境界領域に対応する流体層１２の第１の領域Ｒ１は固体により形成される。すなわち、操作者は、画面の選択メニューを操作するために、対応するタッチセンサ１１上の位置に指を接触させると、第２の領域Ｒ２は流体であるので、柔らかい触感を得る。さらに、タッチセンサ１１は、指の接触による押圧により、沈み込む。一方で、操作者は、画面の選択メニューの境界領域に対応するタッチセンサ１１上の位置に指を接触させると、第１の領域Ｒ１は固体であるので、硬い触感を得る。さらに、タッチセンサ１１は、操作者の指による接触があっても、沈み込まない。
【００５８】
図４（ａ）において、操作者は、タッチセンサ１１上の接触を維持した状態で、例えば「ナビ」から「オーディオ」に指を移動させる場合、タッチセンサ１１上の沈み込む位置から、沈み込まない位置を越えて、再び沈み込む位置に指を移動させることになる。すなわち、制御部１４は、ダイラタント流体１２３の物性を領域ごとに変化させて操作者に触感の違いを呈示することで、各選択メニューの略凸状の枠を形成する。
【００５９】
図４（ｂ）のように、メニュー形式の項目選択画面が表示されている場合も、制御部１４は、同様の制御を行う。従って、操作者は、タッチセンサ１１上の接触を維持した状態で、例えば「北海道」から「青森」へと指を移動させる場合、タッチセンサ１１上の沈み込む位置から、沈み込まない位置を越えて、再び沈み込む位置に指を移動させることになる。すなわち、制御部１４は、図４（ａ）と同様に、各選択メニューの略凸状の枠を形成する。
【００６０】
上記では、第１の領域Ｒ１にあるダイラタント流体１２３を固体化させるものとして説明したが、制御方法は、これに限定されず、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２とにあるダイラタント流体１２３の間で物性が変化する方法であれば、任意の方法であってよい。制御部１４は、例えば、流体層１２の第２の領域Ｒ２に対応する振動子１３１を振動させ、第２の領域Ｒ２にあるダイラタント流体１２３を固体化させてもよい。この場合、制御部１４は、流体層１２の第１の領域Ｒ１に対応する振動子１３１を作動させずに、第１の領域Ｒ１にあるダイラタント流体１２３を流体にとどめる。
【００６１】
この時、図５（ａ）に示すとおり、画面の選択メニュー領域に対応する流体層１２の第２の領域Ｒ２は固体により形成され、それ以外の境界領域に対応する流体層１２の第１の領域Ｒ１は流体により形成される。すなわち、操作者は、図４の場合と比較して、真逆の触感を得ることになり、タッチセンサ１１が沈み込む領域も真逆になる。
【００６２】
図５（ａ）において、操作者は、タッチセンサ１１上の接触を維持した状態で、例えば「ナビ」から「オーディオ」に指を移動させる場合、タッチセンサ１１上の沈み込まない位置から、沈み込む位置を越えて、再び沈み込まない位置に指を移動させることになる。すなわち、制御部１４は、図４（ａ）の場合とは逆に、各選択メニューの略凹状の枠を形成する。
【００６３】
図５（ｂ）のように、メニュー形式の項目選択画面が表示されている場合も、制御部１４は、同様の制御を行う。従って、操作者は、タッチセンサ１１上の接触を維持した状態で、例えば「北海道」から「青森」へと指を移動させる場合、タッチセンサ１１上の沈み込まない位置から、沈み込む位置を越えて、再び沈み込まない位置に指を移動させることになる。すなわち、制御部１４は、各選択メニューの略凹状の枠を形成する。
【００６４】
各選択メニューの略凸状又は略凹状の枠のいずれを形成するかに関する設定は、例えば、タッチ操作デバイス１０製造後の初期の段階でキャリブレーションとして実行されてもよいし、操作者による変更により随時実行されてもよい。すなわち、各選択メニューの略凸状又は略凹状の枠の設定は、いずれかに固定されてもよいし、随時変更されてもよい。
【００６５】
図６は、図１のタッチ操作デバイス１０の動作の一例を示すフローチャートである。
【００６６】
初めに、制御部１４は、表示装置２０から、画像データを取得する（ステップＳ１０）。
【００６７】
続いて、制御部１４は、取得した画像データに基づいて、選択メニュー領域及び境界領域を識別する（ステップＳ１１）。
【００６８】
次に、制御部１４は、上記の各領域に、流体層１２の２つの領域を対応付ける（ステップＳ１２）。具体的には、制御部１４は、境界領域に、流体層１２の第１の領域Ｒ１を対応付け、選択メニュー領域に、流体層１２の第２の領域Ｒ２を対応付ける。
【００６９】
その後、制御部１４は、上記の設定に基づいて、略凸状の枠を形成するか否かを決定する（ステップＳ１３）。
【００７０】
制御部１４は、略凸状の枠を形成する場合、ステップＳ１４に進む。制御部１４は、略凸状の枠を形成しない、すなわち、略凹状の枠を形成する場合、ステップＳ１５に進む。
【００７１】
制御部１４は、略凸状の枠を形成する場合、流体層１２の第１の領域Ｒ１に対応する振動子１３１を振動させる（ステップＳ１４）。
【００７２】
制御部１４は、略凹状の枠を形成する場合、流体層１２の第２の領域Ｒ２に対応する振動子１３１を振動させる（ステップＳ１５）。
【００７３】
その後、フローは終了する。
【００７４】
以上により、タッチ操作デバイス１０は、数ミリメートル程度の層構造により構成されるので、従来の操作装置に比べて大幅な小型化が可能である。同時に、タッチ操作デバイス１０は、触感呈示機能も提供できる。すなわち、タッチ操作デバイス１０は、簡易な構造で、操作者に対して触感を呈示できる。
【００７５】
また、タッチ操作デバイス１０は、一部の振動子１３１のみを振動させて、対応する一部の領域にある非ニュートン流体１２２の物性を変化させるので、領域ごとに操作者の触感を変化させることができる。すなわち、タッチ操作デバイス１０は、非ニュートン流体１２２の物性を振動により変化させることで、操作感及びフィードバック感を操作者に呈示する。
【００７６】
また、タッチ操作デバイス１０は、非ニュートン流体１２２としてダイラタント流体１２３を用いることにより、振動を加えて、流体層１２の対応する領域を固体化できる。すなわち、タッチ操作デバイス１０は、操作者に対して、通常は柔らかい触感を与えつつ、必要に応じて硬い触感を与えることもできる。
【００７７】
また、タッチ操作デバイス１０は、流体層１２の第１の領域Ｒ１に対応する振動子１３１を振動させ、第２の領域Ｒ２に対応する振動子１３１を作動させないので、略凸状の枠を形成できる。すなわち、操作者は、指の接触を移動させる際に、選択メニューを囲む略凸状の壁を乗り越えるような感覚を得ることができ、その境界を容易に識別できる。
【００７８】
また、タッチ操作デバイス１０は、流体層１２の第２の領域Ｒ２に対応する振動子１３１を振動させ、第１の領域Ｒ１に対応する振動子１３１を作動させないので、略凹状の枠を形成できる。すなわち、操作者は、指の接触を移動させる際に、選択メニューを囲む略凹状の窪みを触覚により認識し、その境界を容易に識別できる。
【００７９】
このように、タッチ操作デバイス１０は、画面に表示された内容に基づいて、操作者に対して操作感をフィードバックする。操作者は、画面を目視しながら、より直感的にタッチ操作デバイス１０上でタッチ操作を行うことができる。より具体的には、操作者は、指を移動させる際に、画面に表示された選択メニューを何個飛び越したかを容易に知覚することができる。操作者は、移動後に選択しているメニューを、触覚によるフィードバックによっても認識できる。
【００８０】
また、タッチ操作デバイス１０は、非ニュートン流体１２２を封入した複数の封入体１２１を格子状に配列することにより、細かい空間分解能で振動子１３１を制御できる。すなわち、タッチ操作デバイス１０は、数ミリメートル単位で、複数の振動子１３１を個別に制御可能である。これにより、タッチ操作デバイス１０は、細かい空間分解能で、流体層１２を構成する非ニュートン流体１２２も制御できる。すなわち、タッチ操作デバイス１０は、ある特定の振動子１３１による意図しない範囲への振動伝搬を低減でき、意図しない範囲の非ニュートン流体１２２の物性変化を抑制できる。
【００８１】
また、タッチ操作デバイス１０は、タッチセンサ１１を薄いフィルム状に形成することで、タッチセンサ１１表面の形状が変化し、タッチ操作時の指などの引っ掛かりを防止できる。
【００８２】
（第２実施形態）
第２実施形態に係るタッチ操作デバイス１０は、振動子１３１の制御に対して、タッチセンサ１１上の指の接触位置情報を加える点で、第１実施形態と異なる。第２実施形態に係るタッチ操作デバイス１０の構成、及び各構成部の機能は、第１実施形態と同様である。以下では、第１実施形態と同じ構成部については同一の符号を付す。また、その説明を省略し、第１実施形態と異なる点について主に説明する。さらに、第１実施形態で説明した各バリエーションは、第２実施形態に係るタッチ操作デバイス１０に対してもそのまま適用される。
【００８３】
図７は、第２実施形態に係るタッチ操作デバイス１０の制御部１４による振動子１３１の制御の一例を示す模式図である。図７（ａ）は、画目の選択メニューに対応するタッチセンサ１１上の位置に指が接触している場合の制御の様子を示す。図７（ｂ）は、選択メニューの境界領域に対応するタッチセンサ１１上の位置に指が接触している場合の制御の様子を示す。図８は、第２実施形態に係るタッチ操作デバイス１０の制御部１４による振動子１３１の制御の他の例を示す模式図である。図８（ａ）は、画目の選択メニューに対応するタッチセンサ１１上の位置に指が接触している場合の制御の様子を示す。図８（ｂ）は、選択メニューの境界領域に対応するタッチセンサ１１上の位置に指が接触している場合の制御の様子を示す。
【００８４】
図７に示すとおり、一例として、制御部１４は、第１の領域Ｒ１に対応する位置でタッチセンサ１１により接触を検出した場合に、当該接触の位置に対応する振動子１３１を振動させる。上記以外の場合、全ての振動子１３１は、作動しない。タッチセンサ１１上で接触している指の位置と、画面上の境界領域とが一致した時にのみ、制御部１４は対応する振動子１３１を振動させる。これにより、当該指の位置に対応するダイラタント流体１２３のみが、固体化する。
【００８５】
例えば、図７（ａ）に示すように、操作者が画面上の「ＡＰＰ」メニューに対応するタッチセンサ１１上の位置に指を接触させた場合、制御部１４は、全ての振動子１３１を作動させない。すなわち、流体層１２の全ての位置において、ダイラタント流体１２３は流体のままである。一方で、図７（ｂ）に示すように、操作者が画面上の境界領域に対応するタッチセンサ１１上の位置に指を接触させた場合、制御部１４は、当該接触の位置に対応する振動子１３１のみを振動させる。
【００８６】
ここで、ダイラタント流体１２３の物性変化の応答速度は、十分に速い。従って、操作者が、タッチセンサ１１上の接触を維持した状態で、例えば「ＡＰＰ」から「オーディオ」に指を移動させる場合、制御部１４は、境界領域に接触する平均的な時間内で、ダイラタント流体１２３を固体化させることが可能である。すなわち、ダイラタント流体１２３は、指の動きよりも十分に速く固体化するので、操作者は、第１実施形態同様に、略凸状の枠を認識できる。
【００８７】
逆に、第１実施形態でも述べたように、例えば、略凹状の枠を形成したい場合は、制御部１４は、第２の領域Ｒ２に対応する位置でタッチセンサ１１により接触を検出した場合に、接触の位置に対応する振動子１３１を振動させる。これにより、図８に示すような場合、操作者は、これまでの説明と同様に、略凹状の枠を認識できる。
【００８８】
図９は、第２実施形態に係るタッチ操作デバイス１０の動作の一例を示すフローチャートである。ステップＳ２０からステップＳ２３までは、図６のステップＳ１０からステップＳ１３にそれぞれ対応するので、その説明を省略する。
【００８９】
制御部１４は、略凸状の枠を形成する場合、ステップＳ２４に進む。制御部１４は、略凸状の枠を形成しない、すなわち、略凹状の枠を形成する場合、ステップＳ２６に進む。
【００９０】
制御部１４は、略凸状の枠を形成する場合、さらに、指の接触位置が、画面上の境界領域に対応しているかを識別する（ステップＳ２４）。
【００９１】
制御部１４は、指の接触位置が、画面上の境界領域に対応している場合、ステップＳ２５に進む。制御部１４は、対応していな場合、再度ステップＳ２４に戻り、対応するまで待機する。
【００９２】
制御部１４は、指の接触位置が、画面上の境界領域に対応している場合、接触位置に対応し、かつ、第１の領域Ｒ１内の振動子１３１を振動させる（ステップＳ２５）。
【００９３】
その後、フローは終了する。
【００９４】
制御部１４は、略凹状の枠を形成する場合、さらに、指の接触位置が、画面上の選択メニュー領域に対応しているかを識別する（ステップＳ２６）。
【００９５】
制御部１４は、指の接触位置が、画面上の選択メニュー領域に対応している場合、ステップＳ２７に進む。制御部１４は、対応していな場合、再度ステップＳ２６に戻り、対応するまで待機する。
【００９６】
制御部１４は、指の接触位置が、画面上の選択メニュー領域に対応している場合、接触位置に対応し、かつ、第２の領域Ｒ２内の振動子１３１を振動させる（ステップＳ２７）。
【００９７】
その後、フローは終了する。
【００９８】
以上により、第２実施形態に係るタッチ操作デバイス１０は、振動子１３１を常時作動させず、対応する位置で指の接触を検出した時のみその一部を作動させるので、操作への影響を低減しつつ、略凸状の枠を形成できる。同様に、第２実施形態に係るタッチ操作デバイス１０は、操作への影響を低減しつつ、略凹状の枠を形成できる。
【００９９】
すなわち、第２実施形態に係るタッチ操作デバイス１０は、操作への影響を低減しつつ、操作者に対して選択位置の変化をフィードバックできる。具体的には、第２実施形態に係るタッチ操作デバイス１０は、振動子１３１の振動により発生する音の影響を低減できる。これにより、操作者は、ストレスを感じることなく、より容易にタッチ操作を行うことができる。また、第２実施形態に係るタッチ操作デバイス１０は、振動子１３１の作動によって消費される電力を節約できる。
【０１００】
（第３実施形態）
第３実施形態に係るタッチ操作デバイス１０は、少なくとも１つのタクタイルスイッチをさらに有する点で、第１及び第２実施形態と異なる。第３実施形態に係るタッチ操作デバイス１０では、操作者は、タッチセンサ１１全体の押込みによっても選択メニューの確定を行うことができる。第３実施形態に係るタッチ操作デバイス１０の構成、及び各構成部の機能は、タクタイルスイッチを除いて、第１及び第２実施形態と同様である。以下では、第１及び第２実施形態と同じ構成部については同一の符号を付す。また、その説明を省略し、第１及び第２実施形態と異なる点について主に説明する。さらに、第１及び第２実施形態で説明した各バリエーションは、第３実施形態に係るタッチ操作デバイス１０に対してもそのまま適用される。
【０１０１】
図１０は、第３実施形態に係るタッチ操作デバイス１０の構成の一部を示した模式図である。
【０１０２】
タクタイルスイッチ１５は、図１０に示すとおり、振動子層１３の直下に配置され、基板により支持される。タクタイルスイッチ１５は、操作者の押込みによってタッチセンサ１１が下方へと変位した場合、その押圧によりオンになる。すなわち、タッチセンサ１１が下方へと変位した場合、流体層１２及び振動子層１３も下方へと共に変位し、タクタイルスイッチ１５をオンにする。タクタイルスイッチ１５は、操作者の押込みが解除されタッチセンサ１１が元の位置に戻った場合、オフになる。操作者は、タッチセンサ１１を押込むと、タクタイルスイッチ１５がオンになることで、クリック感を得る。
【０１０３】
図１０では、タクタイルスイッチ１５は、振動子層１３の直下において、その中心部に１つ配置されているが、これに限定されず、タッチセンサ１１からの押圧を検出可能であれば、任意の個数で任意の場所に配置されてもよい。例えば、タクタイルスイッチ１５は、振動子層１３の直下において、その外周部に１つ配置されてもよいし、分散した位置に複数個配置されてもよい。例えば、振動子層１３の直下に複数のタクタイルスイッチ１５が配置されることで、制御部１４は、タッチセンサ１１の所定のエリアごとにタッチセンサ１１からの押圧を識別可能なように構成されてもよい。すなわち、制御部１４は、操作者の複数の指が同時にタッチセンサ１１に接触している場合に、タッチセンサ１１上のどの位置で操作者が押込んだかを識別可能なように構成されてもよい。
【０１０４】
以上により、第３実施形態に係るタッチ操作デバイス１０は、タクタイルスイッチ１５により、明瞭でより直感的なタッチ操作を可能にする。すなわち、操作者は、タクタイルスイッチ１５からのクリック感により、確定操作に対するフィードバックを得ることができる。また、確定操作と押込みとを対応させることで、操作者は、通常の感覚によりタッチ操作を行うことができる。
【０１０５】
本発明は、その精神又はその本質的な特徴から離れることなく、上述した実施形態以外の他の所定の形態で実現できることは当業者にとって明白である。従って、先の記述は例示的なものであり、これに限定されるものではない。発明の範囲は、先の記述によってではなく、付加した請求項によって定義される。あらゆる変更のうちその均等の範囲内にあるいくつかの変更は、その中に包含されるものとする。
【符号の説明】
【０１０６】
１０  タッチ操作デバイス
１１  タッチセンサ
１２  流体層
１２１  封入体
１２２  非ニュートン流体
１２３  ダイラタント流体
１３  振動子層
１３１  振動子
１４  制御部
１５  タクタイルスイッチ
２０  表示装置
Ｒ１  第１の領域
Ｒ２  第２の領域
【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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