(57)【要約】【課題】タッチパネルを押圧操作した操作者に対し、より良好な押圧感を感じさせる。【解決手段】触覚提示装置２０は、一方の面にタッチセンサ２２が設けられたタッチパネル２１と、錘２８を有し、かつタッチパネル２１の他方の面に対し、支持部材２７を介して取付けられた圧電素子２６とを備える。タッチパネル２１に対する押圧操作がタッチセンサ２２により検出されることをもって、圧電素子２６に電圧が印加されて圧電素子２６が伸縮させられる。この触覚提示装置２０にあって、圧電素子２６の伸縮によるタッチパネル２１の振動における振幅の時間変化である振動波形が計測され、その計測結果に基づき、圧電素子２６に支持部材２７及び錘２８を加えてなる振動体２９の振動波形が求められる。求められた振動波形を打ち消すための振動波形で振動体２９を振動させる補正電圧が求められ、次回以降の押圧操作に応じて圧電素子２６に印加される電圧が補正される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面にタッチセンサが設けられたタッチパネルと、
錘を有し、かつ前記タッチパネルの他方の面に対し、支持部材を介して取付けられた圧電素子と、
前記タッチパネルに対する押圧操作が前記タッチセンサにより検出されることをもって、前記圧電素子に電圧を印加して同圧電素子を伸縮させる制御部と
を備える触覚提示装置であって、
前記圧電素子の伸縮による前記タッチパネルの振動における振幅の時間変化である振動波形を計測する振動波形計測部と、
前記振動波形計測部により計測された振動波形に基づき、前記圧電素子に前記支持部材及び前記錘を加えてなる振動体の振動波形を求める振動波形演算部と、
前記振動波形演算部で求められた振動波形を打ち消すための振動波形で前記振動体を振動させる補正電圧に基づき、次回以降の前記押圧操作に応じて前記制御部により前記圧電素子に印加される電圧を補正する電圧補正部と
がさらに設けられた触覚提示装置。
【請求項２】
一方の面にタッチセンサが設けられたタッチパネルの他方の面に圧電素子を直接取付け、前記タッチパネルに対する押圧操作が前記タッチセンサにより検出されることをもって、基準波形で変化する電圧を前記圧電素子に印加して同圧電素子を伸縮させ、前記タッチパネルを正弦波からなる基本波形で振動させるようにした触覚提示装置を基準触覚提示装置とした場合において、
前記制御部は、前記振動波形計測部による振動波形の計測に先立ち前記圧電素子に印加される電圧として、前記基準触覚提示装置において印加される前記基準波形の電圧を用いる請求項１に記載の触覚提示装置。
【請求項３】
前記振動波形演算部は、前記振動波形計測部により計測された振動波形をフーリエ変換することにより、前記振動体の固有振動数を求め、その固有振動数を逆フーリエ変換することにより、前記振動体の振動波形を求める請求項１又は２に記載の触覚提示装置。
【請求項４】
前記電圧補正部は、前記振動波形演算部で求められた振動波形の位相を１８０°ずらした振動波形で前記振動体を振動させるための補正電圧により、次回以降の前記押圧操作に応じて前記圧電素子に印加される電圧を補正する請求項１〜３のいずれか１項に記載の触覚提示装置。
【請求項５】
前記振動波形計測部は、前記タッチパネルを支持し、かつ同タッチパネルの振動の振幅を直接又は間接に検出する振動センサを備え、その振動センサの検出結果に基づき前記タッチパネルの振動波形を計測する請求項１〜４のいずれか１項に記載の触覚提示装置。
【請求項６】
前記タッチパネルは、前記振動センサを介して車両のステアリングホイールに支持される請求項５に記載の触覚提示装置。
【請求項７】
一方の面にタッチセンサが設けられたタッチパネルの他方の面に対し、錘を有する圧電素子を、支持部材を介して取付け、前記タッチパネルに対する押圧操作が前記タッチセンサにより検出されることをもって、前記圧電素子に電圧を印加して同圧電素子を伸縮させるようにした触覚提示装置に適用される触覚提示方法であって、
前記圧電素子に印加される電圧の設定に先立ち、基準波形で変化する電圧を前記触覚提示装置の前記圧電素子に印加し、その圧電素子の伸縮による前記タッチパネルの振動における振幅の時間変化である振動波形を計測し、その計測した振動波形に基づき、前記圧電素子に前記支持部材及び前記錘を加えてなる振動体の振動波形を求め、その求めた振動波形を打ち消すための振動波形で前記振動体を振動させる補正電圧に基づき、前記基準波形の電圧を補正し、補正後の電圧を、前記触覚提示装置における前記圧電素子に印加される電圧として設定する触覚提示方法。
【請求項８】
一方の面にタッチセンサが設けられたタッチパネルの他方の面に圧電素子を直接取付け、前記タッチパネルに対する押圧操作が前記タッチセンサにより検出されることをもって、基準波形で変化する電圧を前記圧電素子に印加して同圧電素子を伸縮させ、前記タッチパネルを正弦波からなる基本波形で振動させるようにした触覚提示装置を基準触覚提示装置とした場合において、
前記触覚提示装置における前記振動波形の計測に先立ち前記圧電素子に印加される基準波形の電圧として、前記基準触覚提示装置において印加される前記基準波形の電圧を用いる請求項７に記載の触覚提示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作者がタッチパネルを押圧操作した場合に、その操作者に対し擬似的に押圧感を伝達する触覚提示装置及び触覚提示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９に示すように、指Ｆで触れることで入力を行なう装置として、タッチパネル５１が知られている。このタッチパネル５１の一方の面の複数箇所には、操作面５３を有するタッチセンサ５２が設けられている。各タッチセンサ５２は、操作面５３に対する操作者の指Ｆの接触をそれぞれ検出し、検出した旨の信号を出力する。このタッチパネル５１には、操作者が押圧操作を行なった場合に、押した触感（押圧感）が伝達されにくいという問題がある。
【０００３】
そこで、同図９に示すように、タッチパネル５１の他方の面に圧電素子５４を直接取付けることにより構成された触覚提示装置５０が考えられている（例えば、特許文献１参照）。この触覚提示装置５０によると、タッチセンサ５２によって、操作面５３に対する指Ｆの接触が検出されると、図１０（ａ）に示すように、基準波形で変化する電圧が圧電素子５４に印加される。電圧の印加により圧電素子５４が伸縮し、図１０（ｂ）に示すように、タッチパネル５１及び圧電素子５４が、正弦波からなる基本波形で振動する。操作者には、指Ｆを通じてタッチパネル５１の振動が伝達されることで、押しボタンスイッチを操作した場合と同様のリアルな押圧感が伝達される。
【０００４】
しかし、圧電素子５４は衝撃に弱い。そのため、触覚提示装置５０のタッチパネル５１に衝撃が加わると、その衝撃はタッチパネル５１を介して圧電素子５４にダイレクトに伝わり、耐久性に影響を及ぼす。従って、車両等、衝撃が伝わりやすい箇所に上記触覚提示装置５０を適用することは難しい。
【０００５】
これに対しては、図１１に示すように、タッチパネル６１と圧電素子６４との間に支持部材６５を介在させるとともに、圧電素子６４の端部に錘６６を付加した触覚提示装置６０が考えられている（例えば、特許文献２参照）。この触覚提示装置６０でも、タッチセンサ６２によって、操作面６３に対する指Ｆの接触が検出されると、図１２（ａ）に示すように、基準波形で変化する電圧が圧電素子６４に印加される。
【０００６】
この触覚提示装置６０によれば、電圧の印加により圧電素子６４が伸縮して振動すると、その振幅が錘６６によって増幅されて、タッチパネル６１に伝達される。また、タッチパネル６１と圧電素子６４との間に支持部材６５が介在されることで、圧電素子６４がタッチパネル６１に直接取付けられる場合よりも、タッチパネル６１に加わった衝撃が圧電素子６４に伝わりにくくなる。そのため、車両等、衝撃が伝わりやすい箇所であっても触覚提示装置６０を適用することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１１８７５４号公報
【特許文献２】特開２００４−９４３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、後者の触覚提示装置６０では、前者の触覚提示装置５０とは異なり、タッチパネル６１が正弦波からなる基本波形で振動せず、押しボタンスイッチを操作したときのようなリアルな押圧感が得られにくいという問題がある。これは、タッチパネル６１の固有振動数と、圧電素子６４に支持部材６５及び錘６６を加えてなる振動体６７の固有振動数との相違が原因で、正弦波からなる基本波形（図１０（ｂ）参照）が、図１２（ｂ）に示すように歪むためと考えられる。そして、この歪んだ振動波形により、操作者に違和感を感じさせるおそれがある。
【０００９】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、タッチパネルを押圧操作した操作者に対し、より良好な押圧感を感じさせることのできる触覚提示装置及び触覚提示方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する触覚提示装置は、一方の面にタッチセンサが設けられたタッチパネルと、錘を有し、かつ前記タッチパネルの他方の面に対し、支持部材を介して取付けられた圧電素子と、前記タッチパネルに対する押圧操作が前記タッチセンサにより検出されることをもって、前記圧電素子に電圧を印加して同圧電素子を伸縮させる制御部とを備える触覚提示装置であって、前記圧電素子の伸縮による前記タッチパネルの振動における振幅の時間変化である振動波形を計測する振動波形計測部と、前記振動波形計測部により計測された振動波形に基づき、前記圧電素子に前記支持部材及び前記錘を加えてなる振動体の振動波形を求める振動波形演算部と、前記振動波形演算部で求められた振動波形を打ち消すための振動波形で前記振動体を振動させる補正電圧に基づき、次回以降の前記押圧操作に応じて前記制御部により前記圧電素子に印加される電圧を補正する電圧補正部とがさらに設けられている。
【００１１】
上記の構成によれば、操作者によってタッチパネルが押圧操作されて、そのことがタッチセンサによって検出されると、制御部によって圧電素子に電圧が印加される。圧電素子が伸縮し、これに伴い、圧電素子に支持部材及び錘を加えてなる振動体が振動する。この振動体の振動がタッチパネルに伝達されて、同タッチパネルの振動が操作者に伝達される。
【００１２】
一方で、振動波形計測部では、圧電素子の伸縮によるタッチパネルの振動における振幅の時間変化である振動波形が計測される。この振動波形は、タッチパネルの振動波形に振動体の振動波形が重畳されたものである。計測された振動波形に基づき、振動体の振動波形が振動波形演算部によって求められる。そして、電圧補正部では、上記の求められた振動波形を打ち消すための振動波形でタッチパネル及び振動体を振動させる補正電圧に基づき上記電圧が補正される。
【００１３】
次回以降、操作者によってタッチパネルが押圧操作されると、制御部では、上記補正後の電圧が圧電素子に印加される。タッチパネル及び振動体は、振動体の振動波形が打ち消されたような振動波形で振動する。そのため、操作者には、タッチパネルの振動波形に振動体の振動波形が重畳した場合よりも良好な押圧感が伝達される。
【００１４】
上記触覚提示装置において、一方の面にタッチセンサが設けられたタッチパネルの他方の面に圧電素子を直接取付け、前記タッチパネルに対する押圧操作が前記タッチセンサにより検出されることをもって、基準波形で変化する電圧を前記圧電素子に印加して同圧電素子を伸縮させ、前記タッチパネルを正弦波からなる基本波形で振動させるようにした触覚提示装置を基準触覚提示装置とした場合において、前記制御部は、前記振動波形計測部による振動波形の計測に先立ち前記圧電素子に印加される電圧として、前記基準触覚提示装置において印加される前記基準波形の電圧を用いることが好ましい。
【００１５】
基準触覚提示装置では、操作者によってタッチパネルが押圧操作されたことがタッチセンサによって検出されると、基準波形で変化する電圧が圧電素子に印加される。圧電素子が伸縮させられ、タッチパネルが正弦波からなる基本波形で振動させられる。そのため、操作者には、押しボタンスイッチを操作した場合のようなリアルな押圧感が伝達される。
【００１６】
一方、触覚提示装置では、操作者によってタッチパネルが押圧操作されたことがタッチセンサによって検出されると、制御部によって圧電素子に電圧が印加される。この電圧として、基準触覚提示装置において印加される基準波形の電圧が用いられる。振動波形計測部での振動波形の計測、及び振動波形演算部での振動体の振動波形の演算を経て、電圧補正部での電圧の補正が行なわれる。
【００１７】
次回以降、操作者によってタッチパネルが押圧操作されて、制御部により、上記補正後の電圧が圧電素子に印加されると、タッチパネル及び振動体は、振動体の振動波形が打ち消されたような振動波形で振動する。そのため、操作者には、上記基準触覚提示装置のタッチパネルを押圧操作した場合と同様の押圧感、すなわち、押しボタンスイッチを操作した場合のようなリアルな押圧感が伝達される。
【００１８】
上記触覚提示装置において、前記振動波形演算部は、前記振動波形計測部により計測された振動波形をフーリエ変換することにより、前記振動体の固有振動数を求め、その固有振動数を逆フーリエ変換することにより、前記振動体の振動波形を求めることが好ましい。
【００１９】
上記の構成によれば、振動波形演算部では、振動波形計測部により計測された振動波形、すなわち、タッチパネルの振動波形に振動体の振動波形が重畳した振動波形、がフーリエ変換されることにより、振動体の固有振動数が求められる。そして、その固有振動数が逆フーリエ変換されることにより、振動体の振動波形が求められる。
【００２０】
上記触覚提示装置において、前記電圧補正部は、前記振動波形演算部で求められた振動波形の位相を１８０°ずらした振動波形で前記振動体を振動させるための補正電圧により、次回以降の前記押圧操作に応じて前記圧電素子に印加される電圧を補正することが好ましい。
【００２１】
上記の構成によれば、振動波形演算部で求められた振動体の振動波形の位相を１８０°ずらした振動波形は、振動体の振動波形を反転した波形となる。そのため、位相をずらした上記振動波形が、タッチパネル及び振動体の振動波形に加えられると、振動体の振動波形が打ち消される。
【００２２】
従って、振動体の振動波形の位相を１８０°ずらした振動波形で振動体を振動させるための補正電圧により、電圧が補正され、その補正後の電圧が、次回以降、操作者によってタッチパネルが押圧操作された場合に圧電素子に印加されることで、タッチパネル及び振動体は、振動体の振動波形が打ち消されたような振動波形で振動する。
【００２３】
上記触覚提示装置において、前記振動波形計測部は、前記タッチパネルを支持し、かつ同タッチパネルの振動の振幅を直接又は間接に検出する振動センサを備え、その振動センサの検出結果に基づき前記タッチパネルの振動波形を計測することが好ましい。
【００２４】
上記の構成によれば、圧電素子への電圧の印加により、圧電素子を含む振動体の全体が振動して、タッチパネルが振動すると、その振動の振幅は、同タッチパネルを支持する振動センサによって検出される。振動波形計測部では、振動センサの検出結果に基づきタッチパネルの振動波形が計測される。
【００２５】
上記触覚提示装置において、前記タッチパネルは、前記振動センサを介して車両のステアリングホイールに支持されることが好ましい。
車両の走行中や、車載エンジンのアイドリング中には、ステアリングホイールに上下方向や左右方向の振動が伝わる。この振動は、上記振動センサを介してステアリングホイールに支持されたタッチパネルにも伝達される。この振動は、圧電素子にも伝わるが、その伝わる振動の強度は、タッチパネルに圧電素子が直接取付けられた場合よりも、タッチパネルに支持部材を介して圧電素子が取付けられた場合の方が小さい。従って、車両のステアリングホイールに支持された触覚提示装置に対しては種々の振動が伝わるが、圧電素子は衝撃を受けにくい。
【００２６】
上記課題を解決する触覚提示方法は、一方の面にタッチセンサが設けられたタッチパネルの他方の面に対し、錘を有する圧電素子を、支持部材を介して取付け、前記タッチパネルに対する押圧操作が前記タッチセンサにより検出されることをもって、前記圧電素子に電圧を印加して同圧電素子を伸縮させるようにした触覚提示装置に適用される触覚提示方法であって、前記圧電素子に印加される電圧の設定に先立ち、基準波形で変化する電圧を前記触覚提示装置の前記圧電素子に印加し、その圧電素子の伸縮による前記タッチパネルの振動における振幅の時間変化である振動波形を計測し、その計測した振動波形に基づき、前記圧電素子に前記支持部材及び前記錘を加えてなる振動体の振動波形を求め、その求めた振動波形を打ち消すための振動波形で前記振動体を振動させる補正電圧に基づき、前記基準波形の電圧を補正し、補正後の電圧を、前記触覚提示装置における前記圧電素子に印加される電圧として設定する。
【００２７】
上記の触覚提示方法によれば、触覚提示装置の圧電素子に印加される電圧の設定に先立ち、基準波形で変化する電圧がその圧電素子に印加される。圧電素子の伸縮によるタッチパネルの振動における振幅の時間変化である振動波形が計測される。計測された振動波形に基づき、圧電素子に支持部材及び錘を加えてなる振動体の振動波形が求められる。求められた振動波形を打ち消すための振動波形で振動体を振動させる補正電圧に基づき、基準波形の上記電圧が補正される。補正後の電圧が、触覚提示装置における圧電素子に印加される電圧として設定される。
【００２８】
そして、触覚提示装置のタッチパネルが操作者によって押圧操作されて、そのことがタッチセンサによって検出されると、圧電素子に対し、上記のように設定された補正後の電圧が印加される。圧電素子が伸縮し、これに伴い、振動体がタッチパネルと一緒になって、その振動体の振動波形が打ち消されたような振動波形で振動する。そのため、操作者には、タッチパネルの振動波形に振動体の振動波形が重畳した場合よりも良好な押圧感が伝達される。
【００２９】
上記触覚提示方法において、一方の面にタッチセンサが設けられたタッチパネルの他方の面に圧電素子を直接取付け、前記タッチパネルに対する押圧操作が前記タッチセンサにより検出されることをもって、基準波形で変化する電圧を前記圧電素子に印加して同圧電素子を伸縮させ、前記タッチパネルを正弦波からなる基本波形で振動させるようにした触覚提示装置を基準触覚提示装置とした場合において、前記触覚提示装置における前記振動波形の計測に先立ち前記圧電素子に印加される基準波形の電圧として、前記基準触覚提示装置において印加される前記基準波形の電圧を用いることが好ましい。
【００３０】
上記基準触覚提示装置では、操作者によってタッチパネルが押圧操作されて、そのことがタッチセンサによって検出されると、基準波形で変化する電圧が圧電素子に印加される。圧電素子が伸縮させられ、タッチパネルが正弦波からなる基本波形で振動させられる。そのため、操作者には、押しボタンスイッチを操作した場合のようなリアルな押圧感が伝達される。
【００３１】
上記の触覚提示方法によれば、触覚提示装置の圧電素子に印加される電圧の設定に先立ち、基準波形で変化する電圧がその圧電素子に印加されるところ、その電圧として、基準触覚提示装置において印加される基準波形の電圧が用いられる。振動波形の計測、及び振動体の振動波形の演算を経て、電圧の補正が行なわれる。
【００３２】
そして、操作者によってタッチパネルが押圧操作されて、そのことがタッチセンサによって検出されると、上記補正後の電圧が圧電素子に印加される。タッチパネル及び振動体は、振動体の振動波形が打ち消されたような振動波形で振動する。そのため、操作者には、上記基準触覚提示装置のタッチパネルを押圧操作した場合と同様の押圧感、すなわち、押しボタンスイッチを操作した場合のようなリアルな押圧感が伝達される。
【発明の効果】
【００３３】
上記触覚提示装置及び触覚提示方法によれば、タッチパネルを押圧操作した操作者に対し、より良好な押圧感を感じさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】一実施形態における触覚提示装置が組込まれた車両用のステアリングホイールを示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）はステアリングホイールを図１（ａ）のＡ方向から見た正面図。
【図２】一実施形態における触覚提示装置の概略構成図。
【図３】一実施形態における触覚提示装置の電気的構成を示すブロック図。
【図４】一実施形態において、操作者によってタッチパネルが押圧操作された場合に電子制御装置により実行される処理について説明するフローチャート。
【図５】一実施形態におけるタッチパネルが、エンジン始動後、初めて押圧操作された場合の作用を説明する図であり、（ａ）は、圧電素子に印加される電圧の波形を示す特性図であり、（ｂ）は、タッチパネル及び振動体の振動波形を示す特性図。
【図６】図５（ｂ）の振動波形をフーリエ変換することにより得られる、周波数と振幅との関係を示す特性図。
【図７】図６の特性に基づき求められる振動体の振動波形を、位相を１８０°ずらした状態で示す特性図。
【図８】一実施形態におけるタッチパネルが、２回目以降に押圧操作された場合の作用を説明する図であり、（ａ）は、図７の振動波形で振動体を振動させるための補正電圧にて補正されて、圧電素子に印加される電圧の波形を示す特性図であり、（ｂ）はタッチパネル及び振動体の振動波形を示す特性図。
【図９】従来の触覚提示装置の概略構成図。
【図１０】図９の触覚提示装置におけるタッチパネルが押圧操作された場合の作用を説明する図であり、（ａ）は圧電素子に印加される電圧の波形を示す特性図であり、（ｂ）は、タッチパネル及び圧電素子の振動波形を示す特性図。
【図１１】図９とは異なるタイプの従来の触覚提示装置の概略構成図。
【図１２】図１１の触覚提示装置におけるタッチパネルが押圧操作された場合の作用を説明する図であり、（ａ）は圧電素子に印加される電圧の波形を示す特性図であり、（ｂ）は、タッチパネル及び振動体の振動波形を示す特性図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、触覚提示装置及び触覚提示方法の一実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、車両の運転席よりも前方には、回転軸線Ｌを中心として回転するステアリングシャフト（操舵軸）１１が、運転席側（図１（ａ）の左側）ほど高くなるように傾斜した状態で配設されている。ステアリングシャフト１１の後端部には、ステアリングホイール１２が一体回転可能に取付けられている。
【００３６】
なお、本実施形態では、ステアリングホイール１２の各部（触覚提示装置２０を含む）について説明する際には、ステアリングシャフト１１の回転軸線Ｌを基準とする。この回転軸線Ｌに沿う方向をステアリングホイール１２の「前後方向」といい、回転軸線Ｌに直交する面に沿う方向のうち、ステアリングホイール１２の起立する方向を「上下方向」というものとする。従って、ステアリングホイール１２の前後方向及び上下方向は、車両の前後方向（水平方向）及び上下方向（鉛直方向）に対し若干傾いていることとなる。
【００３７】
ステアリングホイール１２は、リム部（ハンドル部、リング部と呼ばれることもある）１３、パッド部１４及びスポーク部１５を備えている。リム部１３は、運転者によって把持されて回転操作（操舵）される部分であり、上記回転軸線Ｌを中心とした略円環状をなしている。パッド部１４は、リム部１３によって囲まれた空間に配置されている。スポーク部１５は、リム部１３及びパッド部１４間の複数箇所に設けられている。
【００３８】
図１及び図２に示すように、所定のスポーク部１５における芯金１６には、本実施形態の触覚提示装置２０が組込まれている。触覚提示装置２０の主要部は、タッチパネル２１、複数の振動センサ２５、圧電素子２６、支持部材２７及び錘２８を備えている。
【００３９】
タッチパネル２１は、操作者としての運転者Ｄの指Ｆにより押圧操作されるものであり、略板状をなし、芯金１６の後方近傍に配置されている。タッチパネル２１の後面の複数箇所には、静電容量式のタッチセンサ２２がそれぞれ設けられている。各タッチセンサ２２は、高さの低い突部２３を備えており、その突部２３の後側の面は、指Ｆによって接触及び押圧される操作面２４となっている。各タッチセンサ２２では、指Ｆと、図示しない検出部とによってコンデンサが構成される。そして、各タッチセンサ２２では、指Ｆが操作面２４に触れることに伴うコンデンサの静電容量の変化が検出されることで、操作面２４に対する指Ｆの接触状態が検出される。
【００４０】
複数の振動センサ２５は、圧電素子２６の伸縮により振動するタッチパネル２１の振動波形を計測する振動波形計測部の一部を構成するものであり、タッチパネル２１と上記芯金１６との間に配置されている。タッチパネル２１は、これらの振動センサ２５によって、芯金１６に対し、前後方向へ振動可能に支持されている。各振動センサ２５は、タッチパネル２１が振動した場合に、その変位量（振幅）を直接又は間接に検出する。なお、間接に検出する振動センサ２５としては、例えば、タッチパネル２１の振動に伴い加わる圧力を検出する圧力センサが用いられてもよい。
【００４１】
圧電素子２６は、タッチパネル２１の前方に配置されており、支持部材２７を介して、タッチパネル２１の前面に取付けられている。圧電素子２６としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミックからなる薄板を電極層で挟みながら複数枚積層したものが用いられている。圧電素子２６は、力が加えられるとその力を電圧に変換する性質と、電圧が加えられるとその電圧を力に変換する性質とを有する素子である。
【００４２】
圧電素子２６の後者の性質を利用して、圧電素子２６に電圧を印加することにより、同圧電素子２６を伸縮させてタッチパネル２１を前後方向に振動させるようにしている。すなわち、圧電素子２６を、タッチパネル２１を振動させるアクチュエータとして機能させるようにしている。
【００４３】
支持部材２７は、ゴム等の弾性を有する材料によって形成されている。この支持部材２７により、上記圧電素子２６はタッチパネル２１に弾性的に支持されている。なお、支持部材２７として、ゴムに代えて、ばねが用いられてもよい。支持部材２７はタッチパネル２１の前面に対しても、圧電素子２６の後面に対しても接着されている。
【００４４】
錘２８は、圧電素子２６の振幅を増大してタッチパネル２１に伝達するために用いられており、同圧電素子２６において支持部材２７から離間した箇所、ここでは端部に固定されている。
【００４５】
上記圧電素子２６に支持部材２７及び錘２８を加えたものによって振動体２９が構成されている。
さらに、触覚提示装置２０は、図３に示す電子制御装置３１を備えている。電子制御装置３１には、各タッチセンサ２２、各振動センサ２５及び圧電素子２６がそれぞれ電気的に接続されている。電子制御装置３１は、各種の制御に係る演算処理を実施する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、各種の制御用のプログラムやデータが記憶されたメモリ等を備えて構成されている。そして、電子制御装置３１は、各タッチセンサ２２及び各振動センサ２５からの各検出信号に基づき各種演算を行ない、その演算結果に基づき圧電素子２６に対する電圧の印加を制御する。
【００４６】
次に、本実施形態の作用として、電子制御装置３１が実行する処理について、図４に示すフローチャートを参照して説明する。なお、このフローチャートの一連の処理は、車載エンジンの始動に伴い開始され、所定時間毎に繰り返し実行される。
【００４７】
電子制御装置３１は、まず、ステップ１１０において、各タッチセンサ２２の検出信号に基づき、操作者によってタッチパネル２１が押圧操作されたかどうかを判定する。
上記ステップ１１０の判定条件が満たされている（押圧操作検出）と、ステップ１２０において、タッチパネル２１に対する上記押圧操作が、エンジン始動後に初めてなされたものであるかどうかを判定する。これに対し、上記判定条件が満たされていない（タッチパネル２１の押圧操作非検出）と、ステップ１１０の処理を繰り返す。
【００４８】
上記ステップ１２０の判定条件が満たされている（初回の押圧操作である）と、ステップ１３０において、図５（ａ）に示すように、予め設定された基準波形で変化する電圧を圧電素子２６に印加する。この基準波形は、次のようにして設定されたものである。
【００４９】
従来の触覚提示装置５０と同様の構成を有する触覚提示装置を基準触覚提示装置とする。この基準触覚提示装置では、一方の面にタッチセンサが設けられたタッチパネルの他方の面に圧電素子が直接取付けられている。そして、操作者によってタッチパネルが押圧操作されて、そのことがタッチセンサによって検出されると、基準波形で変化する電圧が圧電素子に印加される。圧電素子が伸縮させられ、タッチパネルが正弦波からなる基本波形で振動させられる。そのため、操作者には、押しボタンスイッチを操作した場合のような触感（押圧感）が伝達される。
【００５０】
このように、基準触覚提示装置において印加される基準波形の電圧は、ステップ１３０において印加される基準波形の電圧とされる。
これに対し、本実施形態の触覚提示装置２０では、従来の触覚提示装置６０と同様に、端部に錘２８の固定された圧電素子２６が、支持部材２７を介してタッチパネル２１に取付けられている。この圧電素子２６に対し、上記基準波形の電圧が印加されると、圧電素子２６が伸縮し、これに伴い振動体２９の全体が振動する。この振動体２９の振動がタッチパネル２１に伝達されて、同タッチパネル２１の振動が、タッチパネル２１を押圧操作している運転者Ｄの指Ｆに伝達される。
【００５１】
このときには、上記基準触覚提示装置とは異なり、押しボタンスイッチを操作した場合のような押圧感が得られにくい。これは、タッチパネル２１の固有振動数と、振動体２９の固有振動数との相違が原因で、タッチパネル２１及び圧電素子２６の振動の基本波形に、振動体２９の振動波形が重畳して、基本波形が歪むためと考えられる。
【００５２】
上記の点を考慮し、本実施形態では、図４の上記ステップ１３０の実行後に、ステップ１４０において、圧電素子２６の伸縮によるタッチパネル２１の振動における振幅の時間変化である振動波形（図５（ｂ）参照）を計測する。この計測には、振動センサ２５によって検出されるタッチパネル２１の振幅が用いられる。
【００５３】
次に、ステップ１５０，１６０において、上記ステップ１４０で計測された振動波形（図５（ｂ）参照）に基づき、振動体２９の振動波形を求める。より詳しくは、ステップ１５０では、上記ステップ１４０で計測された振動波形をフーリエ変換することにより、振動体２９の固有振動数を求める。図６は、図５（ｂ）の振動波形をフーリエ変換することにより得られる、周波数と振幅との関係を示している。振幅は、周波数αを含む周波数域と、周波数αよりも高い周波数βを含む周波数域とで、他の周波数域よりも大きくなる。このことから、タッチパネル２１の固有振動数が周波数α又はそれに近い値であり、振動体２９の固有振動数が周波数β又はそれに近い値であると考えられる。そこで、振動体２９の固有振動数を決定するに当たり、周波数αを含む周波数域を除く周波数域が、対象の周波数域とされる。この対象の周波数域のうちで振動の振幅が最大となるときの周波数が、振動体２９の固有振動数とされる。
【００５４】
ステップ１６０では、求められた固有振動数を逆フーリエ変換することにより、振動体２９の振動波形を求める。
ステップ１７０において、上記ステップ１６０で求められた振動波形を打ち消すための振動波形で振動体２９を振動させる補正電圧に基づき、触覚提示装置２０の圧電素子２６に印加される電圧を補正する。より詳しくは、ステップ１６０で求められた振動波形の位相を、図７に示すように１８０°ずらした振動波形で振動体２９を振動させるための補正電圧により上記電圧を補正する。
【００５５】
次に、図４のステップ１８０において、車載エンジンを停止させるための操作（キー操作）が行なわれたかどうかを判定する。この判定条件が満たされていない（エンジン運転中である）と、上記ステップ１１０に戻る。
【００５６】
一方、上記ステップ１２０の判定条件が満たされていないと、すなわち、タッチパネル２１に対する押圧操作があり、かつその押圧操作が、エンジン始動後、２回目以降の押圧操作であると、ステップ１９０へ移行する。ステップ１９０では、上記ステップ１７０の処理により補正された後の電圧（図８（ａ）参照）を圧電素子２６に印加する。
【００５７】
ステップ１９０の処理は、車載エンジンを停止させるための操作が行なわれるまでは、操作者によってタッチパネル２１が押圧操作される毎に実行される。
そして、上記ステップ１７０又はステップ１９０の処理を実行した後、車載エンジンを停止させるための操作が行なわれてステップ１８０の判定条件が満たされると、上述した一連の処理を停止する。
【００５８】
ここで、上記各振動センサ２５と、ステップ１４０の処理を行なう電子制御装置３１とによって、振動波形計測部が構成されている。ステップ１３０，１９０の処理を行なう電子制御装置３１によって制御部が構成されている。ステップ１５０，１６０の処理を行なう電子制御装置３１によって振動波形演算部が構成されている。ステップ１７０の処理を行なう電子制御装置３１によって電圧補正部が構成されている。
【００５９】
上記一連の処理によると、例えば、図５のタイミングｔ１で、エンジン始動後、初めて操作者によってタッチパネル２１が押圧操作されたことが検出されると、図４のフローチャートに従い、ステップ１１０→１２０→１３０の順に処理が行なわれる。図５（ａ）に示すように、基準波形で変化する電圧が圧電素子２６に印加されて、タイミングｔ２以降に圧電素子２６が伸縮し、振動体２９及びタッチパネル２１が図５（ｂ）に示すように歪んだ振動波形で振動するところ、図４のステップ１４０→１５０→１６０→１７０の順に処理が行なわれることで、電圧が補正される。
【００６０】
その後、図８のタイミングｔ１１で、操作者によってタッチパネル２１が押圧操作されたことが検出されると、図４のステップ１１０→１２０→１９０の順に処理が行なわれる。図８（ａ）に示す補正後の電圧が圧電素子２６に印加されて、タイミングｔ１２以降に圧電素子２６が伸縮し、タッチパネル２１及び振動体２９が図８（ｂ）に示すように、歪みの少ない正弦波からなる振動波形で振動する。この振動波形は、図５（ｂ）に示す振動体２９及びタッチパネル２１の振動波形に、図７に示す振動波形（振動体２９の振動波形の位相を１８０°ずらした振動波形）を加えて、図５（ｂ）の振動波形に含まれる振動体２９の振動波形を打ち消したのと同様の波形を有している。表現を変えると、タッチパネル２１の振動波形は、振動体２９の振動波形を含まない振動波形、すなわち、基準触覚提示装置と同様の振動波形（正弦波からなる基本波形）となる。
【００６１】
従って、図９に示すように、タッチパネル５１に圧電素子５４が直接取付けられた場合に得られる、押しボタンスイッチを操作した場合と同様な押圧感が運転者Ｄに伝達される。この押圧感は、タッチパネル２１の振動波形に振動体２９の振動波形が重畳した場合（図５（ｂ）参照）よりも良好なものである。
【００６２】
さらに、本実施形態では、エンジン始動後、タッチパネル２１に対する初回の押圧操作が行なわれる毎に、圧電素子２６の伸縮によるタッチパネル２１の振動波形が計測され、その計測結果に基づき電圧が補正される。エンジン始動後、２回目以降のタッチパネル２１に対する押圧操作が行なわれる毎に、補正後の電圧が圧電素子２６に印加される。
【００６３】
従って、触覚提示装置２０の構成部品の形状及び大きさのばらつき、同触覚提示装置２０のステアリングホイール１２に対する組付けのばらつき、経時変化等があっても、タッチパネル２１の振動波形の計測、振動体２９の固有振動数及び振動波形の各演算、さらには電圧の補正を適正に行なうことができる。
【００６４】
ところで、車両の走行中や、車載エンジンのアイドリング中には、ステアリングホイール１２に上下方向や左右方向の振動が伝わる。この振動は、上記振動センサ２５を介して芯金１６に支持されたタッチパネル２１にも伝達される。この振動は、圧電素子２６にも伝わるが、その伝わる振動の強度は、タッチパネル５１に圧電素子５４が直接取付けられた従来の触覚提示装置５０（図９参照）よりも、タッチパネル２１に支持部材２７を介して圧電素子２６が固定された本実施形態の触覚提示装置２０（図２参照）の方が小さい。これは、車両側からの振動に応じ、支持部材２７が弾性変形することで、振動が圧電素子２６に伝わりにくくなるからである。従って、車両用のステアリングホイール１２に組込まれた触覚提示装置２０に対しては、種々の振動が伝わるが、圧電素子２６が衝撃を受けるのを抑制することができる。触覚提示装置２０を長期間にわたり支障なく使用し続けることが可能となる。
【００６５】
なお、上記実施形態は、これを以下のように変更した変形例として実施することもできる。
・エンジン始動後、タッチパネル２１に対し、２回目以降の押圧操作が行なわれる毎に、補正された電圧を圧電素子２６に印加する上記実施形態とは異なり、補正された電圧を予め決定しておき、タッチパネル２１が押圧操作される毎に、その補正された電圧を圧電素子２６に印加するようにしてもよい。
【００６６】
この変形例に係る触覚提示装置の構成は、上記実施形態における触覚提示装置２０と同様である。そのため、変形例の説明に際し、触覚提示装置及びその構成部材については、触覚提示装置２０におけるものと同じ符号を用いるものとする。
【００６７】
この変形例によれば、触覚提示装置２０の圧電素子２６に印加される電圧の設定に先立ち、基準波形で変化する電圧がその圧電素子２６に印加されるところ、その電圧として、基準触覚提示装置において印加される基準波形の電圧が用いられる。基準触覚提示装置は、上記実施形態で説明したものと同じである。振動波形の計測、及び振動体２９の振動波形の演算を経て、電圧の補正が行なわれる。
【００６８】
そして、操作者によってタッチパネル２１が押圧操作されて、そのことがタッチセンサ２２によって検出されると、上記補正後の電圧が圧電素子２６に印加される。タッチパネル２１及び振動体２９は、その振動体２９の振動波形が打ち消されたような振動波形で振動する。そのため、操作者には、上記基準触覚提示装置のタッチパネルを押圧操作した場合と同様の押圧感、すなわち、押しボタンスイッチを操作した場合のようなリアルな押圧感が伝達される。
【００６９】
この変形例では、操作者がエンジン始動後、初めてタッチパネル２１を押圧操作した場合にも、２回目以降の押圧操作時と同様に、押しボタンスイッチを操作した場合と同様なリアルな押圧感を得ることができるメリットがある。
【００７０】
・電圧を補正する処理の実行頻度が、車載エンジンが始動される毎に行なわれる上記実施形態とは異なる実行頻度に変更されてもよい。電圧を補正する処理は、例えば、エンジン始動が所定回数行なわれる毎や、所定日数が経過する毎に、行なわれてもよい。
【００７１】
この場合、補正された後の電圧は、次回の電圧を補正する処理が行なわれるまで使い続けられる。
・支持部材２７として剛体からなるものが用いられてもよい。これは、タッチパネル２１と圧電素子２６との間に支持部材２７を介在させることで、圧電素子２６がタッチパネル２１に直接取付けられる場合よりも、タッチパネル２１に加わった衝撃を圧電素子２６に伝わりにくくすることが可能であるからである。
【００７２】
・触覚提示装置２０は、ステアリングホイール１２においてスポーク部１５とは異なる箇所、例えばパッド部１４に組込まれてもよい。
・触覚提示装置２０は、ステアリングホイール１２とは異なる車両の構成品、例えば、インストルメントパネル等の内装品にも適用可能である。
【００７３】
・触覚提示装置２０は、車両とは異なる用途にも適用可能である。触覚提示装置２０は、衝撃が加わりやすい用途に適用された場合には、支持部材２７によって圧電素子２６に衝撃が加わるのを抑制できるため、特に有効である。
【符号の説明】
【００７４】
１２…ステアリングホイール、２０…触覚提示装置、２１…タッチパネル、２２…タッチセンサ、２５…振動センサ（振動波形計測部の一部を構成）、２６…圧電素子、２７…支持部材、２８…錘、２９…振動体、３１…電子制御装置（振動波形計測部の一部を構成するとともに、制御部、振動波形演算部及び電圧補正部を構成）。
【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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