(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
触覚提示つまみを操作面上に載置し、前記触覚提示つまみを介して使用者に触覚を提示する触覚提示装置であって、
前記触覚提示つまみの前記触覚提示装置上の現在の座標と、前記触覚提示つまみの過去の座標から、前記触覚提示つまみの移動量を算出する移動量算出回路と、
前記移動量に基づいて、前記使用者に付与する触覚強度を算出する触覚強度算出回路と、
前記触覚強度に基づいて電圧信号波形を設定する触覚提示回路と、を備え、
前記移動量は、前記触覚提示つまみの回転速度を少なくとも含み、
前記回転速度に応じて操作感を変化させる、触覚提示装置。
【請求項２】
触覚提示つまみを操作面上に載置し、前記触覚提示つまみを介して使用者に触覚を提示する触覚提示装置であって、
前記触覚提示つまみの前記触覚提示装置上の現在の座標と、前記触覚提示つまみの過去の座標から、前記触覚提示つまみの移動量および移動方向を算出する移動量算出回路と、
前記移動量および初期位置に対する前記移動方向に基づいて、前記使用者に付与する触覚強度を算出する触覚強度算出回路と、
前記触覚強度に基づいて電圧信号波形を設定する触覚提示回路と、
前記移動量に基づく前記触覚強度との関係および前記触覚強度と前記電圧信号波形との関係を記憶する触覚条件記憶装置と、を備え、
前記移動量は、前記触覚提示つまみの回転角を少なくとも含む、触覚提示装置。
【請求項３】
前記移動量は、前記触覚提示つまみの回転角を含む、請求項１記載の触覚提示装置。
【請求項４】
触覚提示つまみを操作面上に載置し、前記触覚提示つまみを介して使用者に触覚を提示する触覚提示装置であって、
前記触覚提示つまみの前記触覚提示装置上の現在の座標と、前記触覚提示つまみの過去の座標から、前記触覚提示つまみの移動量および移動方向を算出する移動量算出回路と、
前記移動量および初期位置に対する前記移動方向に基づいて、前記使用者に付与する触覚強度を算出する触覚強度算出回路と、
前記触覚強度に基づいて電圧信号波形を設定する触覚提示回路と、を備え、
前記移動量は、前記触覚提示つまみの回転角および回転速度の少なくとも一方であり、
前記移動量に基づく前記触覚強度との関係および前記触覚強度と前記電圧信号波形との関係を記憶する触覚条件記憶装置を備え、
前記触覚条件記憶装置は、
前記移動量に基づく前記触覚強度との関係をパターンとして記憶し、
前記触覚強度算出回路は前記パターンに基づいて動作し、
前記パターンは、
前記触覚提示つまみの第１の方向への回転に対応する第１のパターンと、
前記第１の方向とは反対の第２の方向への回転に対応する第２のパターンとを有し、
前記第１の方向は初期位置から遠ざかる方向であり、
前記第２の方向は初期位置に近づく方向であり、
前記第１のパターンと前記第２のパターンとは異なり、
前記第１のパターンと前記第２のパターンにより、初期位置および操作範囲の終端領域の少なくとも１つに近づいたことを感知させる触覚を提示する、触覚提示装置。
【請求項５】
触覚提示つまみを操作面上に載置し、前記触覚提示つまみを介して使用者に触覚を提示する触覚提示装置であって、
前記触覚提示つまみの前記触覚提示装置上の現在の座標と、前記触覚提示つまみの過去の座標から、前記触覚提示つまみの移動量および移動方向を算出する移動量算出回路と、
前記移動量および初期位置に対する前記移動方向に基づいて、前記使用者に付与する触覚強度を算出する触覚強度算出回路と、
前記触覚強度に基づいて電圧信号波形を設定する触覚提示回路と、を備え、
前記移動量は、前記触覚提示つまみの回転角および回転速度の少なくとも一方であり、
前記移動量に基づく前記触覚強度との関係および前記触覚強度と前記電圧信号波形との関係を記憶する触覚条件記憶装置を備え、
前記触覚条件記憶装置は、
前記移動量に基づく前記触覚強度との関係をパターンとして記憶し、
前記触覚強度算出回路は前記パターンに基づいて動作し、
前記パターンは、
前記触覚提示つまみの第１の方向への回転に対応する第１のパターンと、
前記第１の方向とは反対の第２の方向への回転に対応する第２のパターンとを有し、
前記第１の方向は初期位置から遠ざかる方向であり、
前記第２の方向は初期位置に近づく方向であり、
前記第１のパターンと前記第２のパターンとは異なり、
前記第１のパターンは、
定められた回転角までは初期位置からの前記回転角が増加するに従い前記触覚強度が増加し、前記定められた回転角を超えると前記触覚強度が不連続に減少するパターンであり、
前記移動量に基づいて、表示装置に表示される表示画面を変更する表示画面処理回路を備え、
前記表示画面処理回路は、
前記定められた回転角を超えると、前記表示画面の変更を停止する、触覚提示装置。
【請求項６】
触覚提示つまみを操作面上に載置し、前記触覚提示つまみを介して使用者に触覚を提示する触覚提示装置であって、
前記触覚提示つまみの前記触覚提示装置上の現在の座標と、前記触覚提示つまみの過去の座標から、前記触覚提示つまみの移動量および移動方向を算出する移動量算出回路と、
前記移動量および初期位置に対する前記移動方向に基づいて、前記使用者に付与する触覚強度を算出する触覚強度算出回路と、
前記触覚強度に基づいて電圧信号波形を設定する触覚提示回路と、を備え、
前記移動量は、前記触覚提示つまみの回転角および回転速度の少なくとも一方であり、
前記触覚強度は、
複数の周波数を有する電圧信号の最大振幅を変更することで変更される、触覚提示装置。
【請求項７】
触覚提示つまみを操作面上に載置し、前記触覚提示つまみを介して使用者に触覚を提示する触覚提示装置であって、
前記触覚提示つまみの前記触覚提示装置上の現在の座標と、前記触覚提示つまみの過去の座標から、前記触覚提示つまみの移動量および移動方向を算出する移動量算出回路と、
前記移動量および初期位置に対する前記移動方向に基づいて、前記使用者に付与する触覚強度を算出する触覚強度算出回路と、
前記触覚強度に基づいて電圧信号波形を設定する触覚提示回路と、を備え、
前記移動量は、前記触覚提示つまみの回転角および回転速度の少なくとも一方であり、  前記触覚強度は、
複数の周波数を有する電圧信号の印加時間を変更することで変更される、触覚提示装置。
【請求項８】
触覚提示つまみを操作面上に載置し、前記触覚提示つまみを介して使用者に触覚を提示する触覚提示装置であって、
前記触覚提示つまみの前記触覚提示装置上の現在の座標と、前記触覚提示つまみの過去の座標から、前記触覚提示つまみの移動量および移動方向を算出する移動量算出回路と、
前記移動量および初期位置に対する前記移動方向に基づいて、前記使用者に付与する触覚強度を算出する触覚強度算出回路と、
前記触覚強度に基づいて電圧信号波形を設定する触覚提示回路と、を備え、
前記移動量は、前記触覚提示つまみの回転角および回転速度の少なくとも一方であり、
前記触覚強度は、
複数の周波数を有する電圧信号の形成周期を変更することで変更される、触覚提示装置。
【請求項９】
触覚提示つまみを操作面上に載置し、前記触覚提示つまみを介して使用者に触覚を提示する触覚提示装置であって、
前記触覚提示つまみの前記触覚提示装置上の現在の座標と、前記触覚提示つまみの過去の座標から、前記触覚提示つまみの移動量を算出する移動量算出回路と、
前記移動量に基づいて、前記使用者に付与する触覚強度を算出する触覚強度算出回路と、
前記触覚強度に基づいて電圧信号波形を設定する触覚提示回路と、を備え、
前記移動量は、前記触覚提示つまみの回転角および回転速度の少なくとも一方であり、  前記移動量算出回路は、
移動体の駆動制御を行う駆動制御回路に前記触覚提示つまみの前記移動量を出力し、
前記駆動制御回路は、
前記移動量に基づいて、記憶装置に記憶された、前記触覚提示つまみの回転、前記触覚提示つまみの水平方向の移動および前記触覚提示つまみから接触を解除する動作に関連付けられた動作パターンを参照して前記移動体を駆動制御する、触覚提示装置。
【請求項１０】
触覚提示つまみを操作面上に載置し、前記触覚提示つまみを介して使用者に触覚を提示する触覚提示装置であって、
前記触覚提示つまみの前記触覚提示装置上の現在の座標と、前記触覚提示つまみの過去の座標から、前記触覚提示つまみの移動量を算出する移動量算出回路と、
前記移動量に基づいて、前記使用者に付与する触覚強度を算出する触覚強度算出回路と、
前記触覚強度に基づいて電圧信号波形を設定する触覚提示回路と、を備え、
前記移動量は、前記触覚提示つまみの回転角および回転速度の少なくとも一方であり、
前記触覚提示装置は、
タッチパネルをさらに備え、触覚提示タッチパネルとして機能し、
前記移動量に基づいて、表示装置に表示される表示画面を変更する表示画面処理回路を備え、
前記触覚提示装置は、
前記表示画面の処理の内容および前記移動量に基づく前記表示画面の処理との関係を記憶する表示条件記憶装置を備え、
前記タッチパネルは、
前記使用者が前記触覚提示つまみに接触したことを検出する検出回路を有し、
前記検出回路は、
前記触覚提示つまみの回転、前記触覚提示つまみの水平方向の移動、前記触覚提示つまみの接触の解除および前記触覚提示つまみを押し込む操作を検出し、
前記表示画面処理回路は、
検出した前記操作に基づいて、前記表示画面を変更する、触覚提示装置。
【請求項１１】
触覚提示つまみを操作面上に載置し、前記触覚提示つまみを介して使用者に触覚を提示する触覚提示装置であって、
前記触覚提示つまみの前記触覚提示装置上の現在の座標と、前記触覚提示つまみの過去の座標から、前記触覚提示つまみの移動量を算出する移動量算出回路と、
前記移動量に基づいて、前記使用者に付与する触覚強度を算出する触覚強度算出回路と、
前記触覚強度に基づいて電圧信号波形を設定する触覚提示回路と、を備え、
前記移動量は、前記触覚提示つまみの回転角および回転速度の少なくとも一方であり、  前記触覚提示装置は、
タッチパネルをさらに備え、触覚提示タッチパネルとして機能し、
前移動量に基づいて、表示装置に表示される表示画面を変更する表示画面処理回路を備え、
前記触覚提示装置は、
前記表示画面の処理の内容および前記移動量に基づく前記表示画面の処理との関係を記憶する表示条件記憶装置を備え、
前記タッチパネルは、
前記使用者が前記触覚提示つまみに接触したことを検出する検出回路を有し、
前記検出回路は、
前記触覚提示つまみの回転、前記触覚提示つまみの水平方向の移動、前記触覚提示つまみの接触の解除、前記触覚提示つまみを押し込む操作、前記触覚提示つまみを往復させる操作を検出し、
前記表示画面処理回路は、
検出した前記操作に基づいて、前記表示画面を変更する、触覚提示装置。
【請求項１２】
触覚提示つまみを操作面上に載置し、前記触覚提示つまみを介して使用者に触覚を提示する触覚提示装置であって、
前記触覚提示つまみの前記触覚提示装置上の現在の座標と、前記触覚提示つまみの過去の座標から、前記触覚提示つまみの移動量を算出する移動量算出回路と、
前記移動量に基づいて、前記使用者に付与する触覚強度を算出する触覚強度算出回路と、
前記触覚強度に基づいて電圧信号波形を設定する触覚提示回路と、を備え、
前記移動量は、前記触覚提示つまみの回転角および回転速度の少なくとも一方であり、  前記触覚提示装置は、
タッチパネルをさらに備え、触覚提示タッチパネルとして機能し、
前記タッチパネルは、
前記使用者が前記触覚提示つまみに接触したことを検出する検出回路を有し、
前記使用者が前記触覚提示つまみに接触していない場合の、前記触覚提示つまみの現在の回転情報、現在の表示画面、前記表示画面の表示処理方法の少なくとも１つを記憶する記憶装置を有する、触覚提示装置。
【請求項１３】
前記移動量に基づいて、表示装置に表示される表示画面を変更する表示画面処理回路を備える、請求項１、２および４から１２の何れか１項に記載の触覚提示装置。
【請求項１４】
前記表示装置は、
前記触覚提示装置とは別個に設けられる、請求項１３記載の触覚提示装置。
【請求項１５】
前記表示画面の処理の内容および前記移動量に基づく前記表示画面の処理との関係を記憶する表示条件記憶装置を備える、請求項１３記載の触覚提示装置。
【請求項１６】
前記表示条件記憶装置は、
前記移動量に基づく前記表示画面の処理との関係をパターンとして記憶し、
前記表示画面処理回路は、前記パターンに基づいて動作する、請求項１５記載の触覚提示装置。
【請求項１７】
前記移動量に基づく前記触覚強度との関係および前記触覚強度と前記電圧信号波形との関係を記憶する触覚条件記憶装置を備える、請求項１記載の触覚提示装置。
【請求項１８】
前記触覚条件記憶装置は、
前記移動量に基づく前記触覚強度との関係をパターンとして記憶し、
前記触覚強度算出回路は前記パターンに基づいて動作する、請求項１７記載の触覚提示装置。
【請求項１９】
前記触覚提示つまみの前記移動量は回転角を含み、
前記パターンは、
前記触覚提示つまみの第１の方向への回転に対応する第１のパターンと、
前記第１の方向とは反対の第２の方向への回転に対応する第２のパターンとを有し、
前記第１の方向は初期位置から遠ざかる方向であり、
前記第２の方向は初期位置に近づく方向であり、
前記第１のパターンと前記第２のパターンとは異なる、請求項１８記載の触覚提示装置。
【請求項２０】
前記第１のパターンは、
前記触覚提示つまみの初期位置からの前記回転角が増加するに従い前記触覚強度が増加するパターンである、請求項１９記載の触覚提示装置。
【請求項２１】
前記第１のパターンは、
前記触覚提示つまみの初期位置の周辺領域での前記触覚強度の増加度合いが、前記触覚提示つまみの操作範囲の終端領域に比べて大きい、請求項１９記載の触覚提示装置。
【請求項２２】
前記第１のパターンは、
前記触覚提示つまみの初期位置の周辺領域での前記触覚強度の増加度合いが、前記触覚提示つまみの操作範囲の終端領域に比べて小さい、請求項１９記載の触覚提示装置。
【請求項２３】
前記第１のパターンは、
前記触覚提示つまみの初期位置からの前記回転角が増加するに従い前記触覚強度が減少するパターンである、請求項１９記載の触覚提示装置。
【請求項２４】
前記第１のパターンは、
定められた回転角までは初期位置からの前記回転角が増加するに従い前記触覚強度が増加し、前記定められた回転角を超えると前記触覚強度が不連続に減少するパターンである、請求項１９記載の触覚提示装置。
【請求項２５】
前記移動量に基づいて、表示装置に表示される表示画面を変更する表示画面処理回路を備え、
前記表示画面処理回路は、
前記定められた回転角を超えると、前記表示画面の変更を停止する、請求項２４記載の触覚提示装置。
【請求項２６】
前記第１のパターンは、
前記触覚提示つまみの初期位置の周辺領域では、前記触覚強度が変化しないパターンである、請求項１９記載の触覚提示装置。
【請求項２７】
前記第２のパターンは、
前記第１のパターンの前記触覚提示つまみの前記触覚強度から、予め定められた第１の触覚強度に減少するパターンである、請求項１９記載の触覚提示装置。
【請求項２８】
前記第２のパターンは、
前記触覚提示つまみの初期位置において前記第１の触覚強度から、予め定められた第２の触覚強度に増加するパターンである、請求項２７記載の触覚提示装置。
【請求項２９】
前記第２のパターンは、
前記第１の触覚強度から、予め定められた第２の触覚強度に向けて、前記触覚提示つまみの初期位置に近づくにつれて増加するパターンである、請求項２７記載の触覚提示装置。
【請求項３０】
前記触覚提示つまみの前記移動量は回転速度を含み、
前記パターンは、
前記触覚提示つまみの加速方向の第１のパターンと、
前記触覚提示つまみの停止方向の第２のパターンと、を有し、
前記第１のパターンと前記第２のパターンとは異なる、請求項１８記載の触覚提示装置。
【請求項３１】
前記第１のパターンは、
前記触覚提示つまみの停止状態から前記回転速度が増加するに従い前記触覚強度が減少するパターンである、請求項３０記載の触覚提示装置。
【請求項３２】
前記第１のパターンは、
定められた回転速度までは、前記触覚強度が変化しないパターンである、請求項３０記載の触覚提示装置。
【請求項３３】
前記第１のパターンは、
定められた回転速度を超えると前記触覚強度が不連続に減少するパターンである、請求項３０記載の触覚提示装置。
【請求項３４】
前記触覚強度は、
複数の周波数を有する電圧信号の最大振幅を変更することで変更される、請求項１または請求項２記載の触覚提示装置。
【請求項３５】
前記触覚強度は、
複数の周波数を有する電圧信号の印加時間を変更することで変更される、請求項１または請求項２記載の触覚提示装置。
【請求項３６】
前記触覚強度は、
複数の周波数を有する電圧信号の形成周期を変更することで変更される、請求項１または請求項２記載の触覚提示装置。
【請求項３７】
前記触覚提示装置は、
タッチパネルをさらに備え、触覚提示タッチパネルとして機能し、
前記移動量に基づいて、表示装置に表示される表示画面を変更する表示画面処理回路を備え、
前記タッチパネルは、
前記使用者が前記触覚提示つまみに接触したことを検出する検出回路を有し、
前記使用者が前記触覚提示つまみに接触していない場合の、前記触覚提示つまみの現在の回転情報、現在の表示画面、前記表示画面の表示処理方法の少なくとも１つを記憶する記憶装置を有する、請求項１または請求項２記載の触覚提示装置。
【請求項３８】
前記使用者が前記触覚提示つまみに接触していない場合は、
前記現在の回転情報の初期化または前記現在の回転情報の保持、
前記現在の表示画面の初期化または前記現在の表示画面の保持、
前記表示画面の表示処理方法に従った前記表示画面の更新のいずれかが選択される、請求項３７記載の触覚提示装置。
【請求項３９】
前記移動量算出回路は、
移動体の駆動制御を行う駆動制御回路に前記触覚提示つまみの前記移動量を出力する、請求項１または請求項２記載の触覚提示装置。
【請求項４０】
前記駆動制御回路は、
記憶装置に記憶された、前記触覚提示つまみの回転、前記触覚提示つまみの水平方向の移動および前記触覚提示つまみから接触を解除する動作に関連付けられた動作パターンを参照して前記移動体を駆動制御する、請求項３９記載の触覚提示装置。
【請求項４１】
前記移動量に基づく前記触覚強度との関係および前記触覚強度と前記電圧信号波形との関係を記憶する触覚条件記憶装置を備え、
前記触覚条件記憶装置は、
前記移動量に基づく前記触覚強度との関係をパターンとして記憶し、
前記触覚強度算出回路は前記パターンに基づいて動作し、
前記触覚提示つまみの前記移動量が前記触覚提示つまみの回転角を含み、
前記パターンは、
前記触覚提示つまみの第１の方向への回転に対応する第１のパターンと、
前記第１の方向とは反対の第２の方向への回転に対応する第２のパターンとを有し、
前記第１のパターンと前記第２のパターンとは異なる、請求項３９記載の触覚提示装置。
【請求項４２】
前記第１のパターンは、
前記触覚提示つまみの初期位置から第１の回転角までは前記触覚強度が一定であり、前記第１の回転角を超えると前記回転角が増加するに従い前記触覚強度が減少するパターンである、請求項４１記載の触覚提示装置。
【請求項４３】
前記第１のパターンは、
第２の回転角を超えると前記触覚強度が一定となり、
第３の回転角を超えると前記回転角が増加するに従い前記触覚強度が増加する、請求項４１記載の触覚提示装置。
【請求項４４】
前記移動量に基づいて、表示装置に表示される表示画面を変更する表示画面処理回路を備え、
前記第１のパターンは、
第４の回転角を超えると前記触覚強度は不連続に減少し、
前記表示画面処理回路は、前記表示画面の変更を停止する、請求項４３記載の触覚提示装置。
【請求項４５】
前記第２のパターンは、
前記第１のパターンの前記触覚提示つまみの前記触覚強度から、予め定められた第１の触覚強度に減少するパターンである、請求項４１記載の触覚提示装置。
【請求項４６】
前記第２のパターンは、
前記触覚提示つまみの初期位置において前記第１の触覚強度から、予め定められた第２の触覚強度に増加するパターンである、請求項４５記載の触覚提示装置。
【請求項４７】
前記触覚提示つまみによる前記移動体の操作は、
前記移動体に対する駆動力開放、制動、ギアチェンジのシフトアップ、ギアチェンジのシフトダウン、前進、後進、フラップアップ、フラップダウン、右へ回転および左へ回転の操作を含む、請求項３９記載の触覚提示装置。
【請求項４８】
前記移動体は、
自動車、農耕機器、建設機器、鉄道車両、船舶、飛行体およびロボットを含む、請求項３９記載の触覚提示装置。
【請求項４９】
前記触覚提示装置は、
タッチパネルをさらに備え、触覚提示タッチパネルとして機能し、
前記移動量に基づいて、表示装置に表示される表示画面を変更する表示画面処理回路を備え、
前記触覚提示装置は、
前記表示画面の処理の内容および前記移動量に基づく前記表示画面の処理との関係を記憶する表示条件記憶装置を備え、
前記タッチパネルは、
前記使用者が前記触覚提示つまみに接触したことを検出する検出回路を有し、
前記検出回路は、
前記触覚提示つまみの回転、前記触覚提示つまみの水平方向の移動、前記触覚提示つまみの接触の解除および前記触覚提示つまみを押し込む操作を検出し、
前記表示画面処理回路は、
検出した前記操作に基づいて、前記表示画面を変更する、請求項１または請求項２記載の触覚提示装置。
【請求項５０】
前記触覚提示装置は、
タッチパネルをさらに備え、触覚提示タッチパネルとして機能し、
前記移動量に基づいて、表示装置に表示される表示画面を変更する表示画面処理回路を備え、
前記触覚提示装置は、
前記表示画面の処理の内容および前記移動量に基づく前記表示画面の処理との関係を記憶する表示条件記憶装置を備え、
前記タッチパネルは、
前記使用者が前記触覚提示つまみに接触したことを検出する検出回路を有し、
前記検出回路は、
前記触覚提示つまみの回転、前記触覚提示つまみの水平方向の移動、前記触覚提示つまみの接触の解除、前記触覚提示つまみを押し込む操作、前記触覚提示つまみを往復させる操作を検出し、
前記表示画面処理回路は、
検出した前記操作に基づいて、前記表示画面を変更する、請求項１または請求項２記載の触覚提示装置。
【請求項５１】
前記表示画面処理回路は、
前記触覚提示つまみを押し込む操作がされている場合は、
前記表示条件記憶装置に記憶された、前記移動量に基づく前記表示画面の処理を停止する処理を行う、請求項４９または請求項５０記載の触覚提示装置。
【請求項５２】
前記表示画面処理回路による前記表示画面の変更は、
前記表示画面の微調整動作である、請求項４９または請求項５０記載の触覚提示装置。
【請求項５３】
前記微調整動作は、
画面スクロールにおけるコマ送り動作である、請求項５２記載の触覚提示装置。
【請求項５４】
前記表示画面処理回路による前記表示画面の変更は、
前記触覚提示つまみの回転操作により前記表示画面を大まかに変更し、
前記触覚提示つまみの回転操作以外の操作により前記表示画面を細かく変更する画面スクロール動作を含む、請求項４９または請求項５０記載の触覚提示装置。
【請求項５５】
前記表示画面処理回路による前記表示画面の変更は、
前記表示画面を拡大縮小する動作を含む、請求項４９または請求項５０記載の触覚提示装置。
【請求項５６】
前記表示画面処理回路による前記表示画面の変更は、
前記表示条件記憶装置に記憶された情報または外部から送られてきた情報に基づいて変更する、請求項４９または請求項５０記載の触覚提示装置。
【請求項５７】
前記表示画面処理回路による前記表示画面の変更は、
前記触覚提示つまみを往復させる操作によって変更する、請求項４９または請求項５０記載の触覚提示装置。
【請求項５８】
前記触覚提示つまみの回転操作により前記表示画面を変更する場合、
前記回転操作による回転角の情報は、初期化、保持および回転角に微調整分を加減算する処理のいずれか１つの処理を行う、請求項４９または請求項５０記載の触覚提示装置。
【請求項５９】
前記使用者への触覚の提示は、
静電的に提示される、請求項１、２および４から１２の何れか１項に記載の触覚提示装置。
【請求項６０】
前記使用者への触覚の提示は、
超音波と合わせて提示される、請求項１、２および４から１２の何れか１項に記載の触覚提示装置。
【請求項６１】
請求項１、２および４から１２の何れか１項に記載の触覚提示装置の前記操作面上に載置される前記触覚提示つまみであって、
中空構造を持つ回転軸と、
前記回転軸の中空部内に配置された第１の回転体と、
前記回転軸を収納する第２の回転体と、
前記第１の回転体の前記操作面に対面する側に配置された導電性弾性部と、
前記回転軸の前記操作面に対面する側に配置された構造体保持部と、
前記第２の回転体の前記操作面に対面する側に配置された位置検出部と、
前記第１の回転体と前記第２の回転体とを前記操作面とは反対側で接続する上面板と、を備え、
前記導電性弾性部と前記上面板とが電気的に接続される、触覚提示つまみ。
【請求項６２】
前記回転軸の前記中空部の直径は、
前記第１の回転体の直径よりも最大で０．５ｍｍ大きい、請求項６１記載の触覚提示つまみ。
【請求項６３】
請求項１、２および４から１２の何れか１項に記載の触覚提示装置の前記操作面上に載置される前記触覚提示つまみであって、
回転軸と、
前記回転軸を収納する第１の回転体と、
前記第１の回転体を収納する第２の回転体と、
前記回転軸の前記操作面に対面する側に配置された構造体保持部と、
前記第２の回転体の前記操作面に対面する側に配置された導電性弾性部と、
前記第１の回転体と前記第２の回転体とを前記操作面とは反対側で接続する上面板と、を備え、
前記回転軸は、
軸部と、
前記操作面に前記構造体保持部を介して対面する固定台と、
前記固定台と前記軸部とを接続する弾性部材と、を有する、触覚提示つまみ。
【請求項６４】
前記弾性部材は、
コイルバネで構成される、請求項６３記載の触覚提示つまみ。
【請求項６５】
前記弾性部材は、
向かい合って配置された２つ以上の第１の平板バネと、
前記第１の平板バネに直交する方向で向かい合って配置された２つ以上の第２の平板バネと、で構成される、請求項６４記載の触覚提示つまみ。
【請求項６６】
前記第１の回転体は、
前記操作面側となる底面が、
前記回転軸の前記固定台側の前記弾性部材を形成している部分にはみ出さないように設けられる、請求項６３記載の触覚提示つまみ。
【請求項６７】
請求項１、２および４から１２の何れか１項に記載の触覚提示装置の前記操作面上に載置される前記触覚提示つまみであって、
第１の回転軸と、
前記第１の回転軸を収納する第２の回転軸と、
前記第２の回転軸を収納する第１の回転体と、
前記第１の回転体を収納する第２の回転体と
前記第１の回転軸の前記操作面に対面する側に配置された第１の構造体保持部と、
前記第２の回転軸の前記操作面に対面する側に配置された第２の構造体保持部と、
前記第２の回転体の前記操作面に対面する側に配置された導電性弾性部と、
前記第１の回転体と前記第２の回転体とを前記操作面とは反対側で接続する上面板と、を備え、
前記第１の回転軸は、
軸部と、
前記操作面に前記第１の構造体保持部を介して対面する固定台と、
前記固定台と前記軸部とを接続する弾性部材と、を有する、触覚提示つまみ。
【請求項６８】
前記第１の回転軸の前記軸部の側面から突出するように設けられた第１の軸部ガイドと、
前記第２の回転軸の内面の前記第１の軸部ガイドに対応する位置から突出し、前記第１の軸部ガイドに係合する第２の軸部ガイドと、を有する、請求項６７記載の触覚提示つまみ。
【請求項６９】
請求項１、２および４から１２の何れか１項に記載の触覚提示装置の前記操作面上に載置される前記触覚提示つまみであって、
回転軸と、
前記回転軸を収納する第１の回転体と、
前記第１の回転体を収納する第２の回転体と、
前記回転軸の前記操作面に対面する側に配置された構造体保持部と、
前記第２の回転体の前記操作面に対面する側に配置された導電性弾性部と、
前記第１の回転体と前記第２の回転体とを前記操作面とは反対側で接続する上面板と、を備え、
前記回転軸は、
軸部と、
前記操作面に前記構造体保持部を介して対面する固定台と、を有し、
前記回転軸の前記軸部の側面と前記第１の回転体の内面との間には、前記第１の回転体、前記第２の回転体および前記上面板で構成される回転部を、平面方向で前後左右に移動させることが可能な隙間を有する、触覚提示つまみ。
【請求項７０】
前記隙間は、
前記回転軸と前記第１の回転体とを離間する複数のサスペンションを有し、
前記複数のサスペンションのそれぞれは、
一方端が前記軸部に接続された弾性部材と、前記弾性部材の他方端に接続され、前記第１の回転体の内面に接して摺動する摺動部を有する、請求項６９記載の触覚提示つまみ。
【請求項７１】
前記隙間は、
前記回転軸と前記第１の回転体とを離間する複数の圧電素子を有し、
前記複数の圧電素子のそれぞれは、
一方端が前記軸部に接続され、他方端に前記第１の回転体の内面に接して摺動する摺動部を有する、請求項６９記載の触覚提示つまみ。
【請求項７２】
請求項１、２および４から１２の何れか１項に記載の触覚提示装置の前記操作面上に載置される前記触覚提示つまみであって、
回転軸と、
前記回転軸を収納する第１の回転体と、
前記第１の回転体を収納する第２の回転体と、
前記回転軸の前記操作面に対面する側に配置された構造体保持部と、
前記第２の回転体の前記操作面に対面する側に配置された導電性弾性部と、
前記導電性弾性部の外側に配置された位置検出部と、
前記第１の回転体と前記第２の回転体とを前記操作面とは反対側で接続する上面板と、を備え、
前記回転軸は、
軸部と、
前記操作面に前記構造体保持部を介して対面する固定台と、有し、
前記位置検出部は、前記触覚提示つまみの回転操作および並進操作では底面が前記操作面に接しないように前記構造体保持部および前記導電性弾性部よりも厚みが薄く形成される、触覚提示つまみ。
【請求項７３】
前記回転軸の前記軸部は、断面が円弧状の頂部を有し、
前記上面板は、
前記軸部の前記頂部と相対する部分が、回転中心を最大高さとする傾斜を有した円錐形状をなす、請求項７２記載の触覚提示つまみ。
【請求項７４】
前記構造体保持部は、複数に分割されて互いに間隔を開けて配置され、
前記導電性弾性部は、複数に分割されて互いに間隔を開けて配置される、請求項６１、６３、６９および７２のいずれか１項に記載の触覚提示つまみ。
【請求項７５】
前記位置検出部は、複数に分割されて互いに間隔を開けて配置される、請求項６１または請求項７２記載の触覚提示つまみ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、触覚提示つまみを介して使用者に触覚を提示する触覚提示装置および触覚提示つまみに関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチスクリーン上において使用者の指またはペンなどの指示体によって指示された位置（以下「タッチ位置」という場合がある）を検出して出力する装置として、タッチパネルが広く知られており、静電容量方式を用いたタッチパネルとして投影型静電容量方式タッチパネル（ＰＣＡＰ：Projected Capacitive Touch Panel）がある。ＰＣＡＰは、タッチスクリーンの使用者側の面（以下「表側面」という場合がある）が厚さ数ｍｍ程度のガラス板などの保護板で覆った場合でもタッチ位置を検出することができる。また、ＰＣＡＰ、表側面に保護板を配置できるので堅牢性に優れている点、および可動部を有しないので長寿命である点などの利点を有している。【０００３】
ＰＣＡＰのタッチスクリーンは、行方向におけるタッチ位置の座標を検出する検出用行方向配線層と、列方向におけるタッチ位置の座標を検出する検出用列方向配線層とを備えている。以下の説明では、検出用行方向配線層と検出用列方向配線層とを総称して「検出用配線層」という場合がある。【０００４】
また、検出用配線層が配置された部材を「タッチスクリーン」といい、タッチスクリーンに検出用回路が接続された装置を「タッチパネル」という。さらに、タッチスクリーンにおいてタッチ位置の検出が可能な領域を「検出可能エリア」という。【０００５】
静電容量（以下、単に「容量」という場合がある）を検出するための検出用配線層として、薄い誘電膜上に形成された第１シリーズの導体エレメントと、第１シリーズの導体エレメント上に絶縁膜を隔てて形成された第２シリーズの導体エレメントとを備えている。各導体エレメント間には電気的接触はなく、表側面の法線方向から見て、第１シリーズの導体エレメントと、第２シリーズの導体エレメントとのうち一方が他方と平面視で重畳しているが、両者の間に電気的接触はなく立体的に交差している。【０００６】
指示体のタッチ位置の座標は、指示体と、検出用配線である導体エレメントとの間で形成される容量（以下「タッチ容量」という場合がある）を検出回路で検出することによって特定される。また、１以上の導体エレメントの検出容量の相対値によって、導体エレメント間のタッチ位置を補間することができる。【０００７】
近年、スイッチ等を含む操作パネルとしてのタッチパネルが機械スイッチに代わって身の回りの多くの機器に用いられるようになっている。しかし、タッチパネルには、機械スイッチのように凹凸がなく手触りが均一であるため、操作によって表面形状が変形しない。そのため、スイッチの位置確認から操作実行および操作完了までのすべての操作過程を視覚に頼って行わなければならず、自動車の運転中の音響等の操作など、他の作業と並行して行う操作時にブラインド操作の確実性および視覚障害者の操作性などに課題がある。【０００８】
例えば、車載機器では、デザイン性の観点から広くタッチパネルが用いられるようになっているため、運転中に車載機器をブラインドタッチで操作し難くなり、安全性確保の観点から、ブラインドタッチでの操作が可能になる機能付タッチパネルへの注目が高まっている。また、民生機器においては、家電および電子機器の多くに操作パネルとしてのタッチパネルが用いられるようになった。さらに、デザイン性の観点から表面をカバーガラスで保護したＰＣＡＰを搭載する機器も増加している。しかし、タッチパネルは表面が平滑なため、手触りでスイッチの位置を確認することができず、ユニバーサルデザイン対応が困難であることが課題である。ＰＣＡＰの場合、デザイン性としてガラス表面が平滑であることが求められており、スイッチ位置に相当するガラス面に凹凸を加工するなどといったユニバーサルデザイン対応が難しい。【０００９】
上記の対策として、操作を受け付けたこと、および操作を完了したことを音声で知らせる方法があるが、プライバシーおよび騒音の問題で音声機能を使用できる環境が限定されるなど、機械スイッチと同等の機能と汎用性には至っていない。タッチパネルにスイッチの位置を提示する機能、操作の受け付け、および操作の完了を触覚で使用者にフィードバックする機能があれば、ブラインドタッチでの操作およびユニバーサルデザイン対応を実現することが可能である。【００１０】
携帯電話およびスマートフォンでは、操作の確実性および視覚に頼らない操作性を補うために、振動による触覚フィードバック機能を搭載している場合がある。使用者の操作に連動した振動によるフィードバック機能が急速に身近なものになり、さらに高度な触覚フィードバックへの需要も高まると予想される。【００１１】
触覚を発生する方式は、振動方式、超音波方式、および電気方式の３つに大別される。振動方式の特徴は、ＰＣＡＰとの共存が可能で低コストであるが、デバイス全体が十分に振動するように筐体への振動子の組み込みが不適合であり、また振動子の出力の限界から大面積化ができない。超音波方式は、ツルツル感など、他の方式では発生できないような触覚を発生させることが可能であるが、振動方式と同様の理由で、筐体への組み込みに不適合であり、また大面積化もできない点が短所である。電気方式には、静電摩擦力により触覚を生成する静電摩擦方式と指に直接電気刺激を与える電気刺激方式とがあるが、これらは、任意の箇所に触覚を発生させることが可能であり、大面積化およびマルチタッチ対応が可能である。【００１２】
以下、この方式について説明する。なお以下において、透明絶縁基板に触覚電極が配置された部材を「触覚提示スクリーン」といい、触覚提示スクリーンに検出用回路が接続された装置を「触覚提示パネル」という。また触覚提示スクリーンにおける触覚提示可能な領域を「触覚提示可能エリア」という。【００１３】
回転つまみに対する触覚出力デバイスに関して、例えば特許文献１では、タッチパネルが取り付けられた表示装置の画面上に、回転つまみに相当するノブが取り付けられている。ノブは、使用者が手動で回転させることが可能であり、下面に凸部が設けられている。使用者がノブを回転操作すると、当該回転操作に応じて凸部がタッチ面に接触しながら移動する。凸部がタッチ面上を移動することで、ノブの回転操作がタッチ操作に変換される。使用者により回転操作が行われた場合、アクチュエータを制御することによって操作内容に対応する波形でノブを振動させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特許第６５７０７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献１では、タッチパネルが取り付けられた表示装置の画面上にノブが取り付けられて固定されているため、使用者は操作し易い任意の位置で回転ノブを回転操作することができない。また、アクチュエータの制御による振動でノブに触覚を提示するため、ノブに提示することができる触覚は振動感およびクリック感に限定され、回転操作を制止することによって規定される操作可能な範囲を提示することができない。さらに、触覚がないときにおける表示装置の画面と回転つまみとの間の摩擦力は常に一定のため、ノブを回転するときの抵抗感を変えることができない。このように、特許文献１では、使用者の触覚による直観的な操作が可能であり、かつ、使い勝手のいいダイヤルつまみの操作感を与えることができないという問題がある。【００１６】
本開示は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、使用者の触覚による直観的な操作が可能であり、かつ、使い勝手のいいダイヤルつまみの操作感を与えることができる触覚提示装置および触覚提示つまみを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本開示による触覚提示装置は、触覚提示つまみを操作面上に載置し、前記触覚提示つまみを介して使用者に触覚を提示する触覚提示装置であって、前記触覚提示つまみの前記触覚提示装置上の現在の座標と、前記触覚提示つまみの過去の座標から、前記触覚提示つまみの移動量を算出する移動量算出回路と、前記移動量に基づいて、前記使用者に付与する触覚強度を算出する触覚強度算出回路と、前記触覚強度に基づいて電圧信号波形を設定する触覚提示回路と、を備え、前記移動量は、前記触覚提示つまみの回転速度を少なくとも含み、前記回転速度に応じて操作感を変化させる。
【発明の効果】
【００１８】
本開示による触覚提示装置は、使用者の触覚による直観的な操作が可能であり、かつ、使い勝手のいいダイヤルつまみの操作感を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態１による触覚提示タッチディスプレイの構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図２】図１の触覚提示タッチディスプレイの構成を概略的に示す断面図である。
【図３】図２の触覚提示パネルが有する触覚電極と触覚提示つまみとの間で形成される静電容量を説明するための模式図である。
【図４】図２の触覚提示パネルが有する触覚電極と触覚提示つまみとの間で形成される静電容量を説明するための斜視図である。
【図５】図２の第１電極に印加される第１周波数の電圧信号の一例を示すグラフである。
【図６】図２の第２電極に印加される第２周波数の電圧信号の一例を示すグラフである。
【図７】図５および図６の各電圧信号が組み合わさることによって発生する振幅変調信号を示すグラフである。
【図８】図２のタッチスクリーンの一例を示す平面図である。
【図９】図８の線Ａ１−Ａ１および線Ａ２−Ａ２に沿う部分断面図である。
【図１０】図２のタッチスクリーンの一例を示す平面図である。
【図１１】図１０の線Ｂ１−Ｂ１および線Ｂ２−Ｂ２に沿う部分断面図である。
【図１２】実施の形態１によるセグメント構造のタッチパネルの構成を概略的に示す平面図である。
【図１３】実施の形態１によるセグメント構造のタッチパネルの検出電極および励起電極の形状の一例を概略的に示す平面図である。
【図１４】実施の形態１によるセグメント構造のタッチパネルの検出電極および励起電極の形状の一例を概略的に示す平面図である。
【図１５】図２の触覚提示スクリーンの構成を概略的に示す平面図である。
【図１６】図２の触覚提示パネルが有する触覚電極と指示体との間で形成される静電容量を説明するための模式図である。
【図１７】実施の形態１によるセグメント構造の触覚提示パネルの構成を概略的に示す平面図である。
【図１８】実施の形態１によるセグメント構造の触覚提示パネルの触覚電極の形状の一例を概略的に示す平面図である。
【図１９】実施の形態１によるセグメント構造の触覚提示パネルの触覚電極の形状の一例を概略的に示す平面図である。
【図２０】図２の触覚提示パネルが有する触覚電極のピッチが触覚提示つまみの直径よりも大きい場合において触覚電極と触覚提示つまみとの間で形成される静電容量を説明するための模式図である。
【図２１】図２の触覚提示パネルが有する触覚電極のピッチが触覚提示つまみの直径よりも小さい場合において触覚電極と触覚提示つまみとの間で形成される静電容量を説明するための模式図である。
【図２２】実施の形態１による触覚提示つまみの回転部の構成を示す模式図である。
【図２３】実施の形態１による触覚提示つまみを載置する位置が１か所に固定される場合における固定部の構成を示す模式図である。
【図２４】実施の形態１による触覚提示つまみを載置する位置が移動する場合の回転軸構造の構成を示す模式図である。
【図２５】実施の形態１によるタッチスクリーンが触覚提示つまみの位置を検出したときの線Ｃ−Ｃの容量プロファイルを説明するための模式図である。
【図２６】実施の形態１による位置検出部が複数の場合の回転量の算出を説明する図である。
【図２７】実施の形態１による導電性弾性部のエッジ部の位置を示す模式図である。
【図２８】図１の触覚提示タッチパネルの構成を概略的に示すブロック図である。
【図２９】図１の触覚提示タッチパネルで指示体が触覚提示つまみに接触していないときに触覚提示タッチパネルで形成される静電容量を説明するための模式図である。
【図３０】指示体が触覚提示つまみに接触していないときの図１の触覚提示タッチパネルの動作タイミングを概略的に示すタイミングチャートである。
【図３１】図１の触覚提示タッチパネルで指示体が触覚提示つまみに接触しているときに触覚提示タッチパネルで形成される静電容量を説明するための模式図である。
【図３２】指示体が触覚提示つまみに接触しているときの図１の触覚提示タッチパネルの動作タイミングを概略的に示すタイミングチャートである。
【図３３】図１の触覚提示タッチパネルがタッチ位置を検出する際に触覚提示タッチパネルで形成される静電容量を説明するための模式図である。
【図３４】図１の触覚提示タッチパネルが触覚を生成する際に触覚提示タッチパネルで形成される静電容量を説明するための模式図である。
【図３５】実施の形態１による信号電圧印加時に触覚提示つまみが指示体を介して接地接続した際に導電性弾性部に蓄積した電荷の移動を模式的に示すイメージ図である。
【図３６】実施の形態１による信号電圧印加時に触覚提示つまみが誘電体層を介して接触している一部の触覚電極を接地接続した際に導電性弾性部に蓄積した電荷の移動を模式的に示すイメージ図である。
【図３７】実施の形態１による信号電圧印加時に触覚提示つまみが誘電体層を介して接触している一部の触覚電極を接地接続した際の触覚提示タッチパネルの構成を概略的に示すブロック図である。
【図３８】実施の形態１による表示パネル、タッチパネルおよび触覚提示パネルの関係の概要を示したブロック図である。
【図３９】実施の形態１による触覚提示の処理を示すフローチャートである。
【図４０】実施の形態１による手離し動作処理を示すフローチャートである。
【図４１】実施の形態１による手離し動作処理の処理設定例を示す図である。
【図４２】実施の形態１による触覚提示つまみの回転角と触感（操作感）の変換テーブルを示す図である。
【図４３】実施の形態１による触覚提示つまみの回転角と触感（操作感）の変換テーブルを示す図である。
【図４４】実施の形態１による触覚提示つまみの回転角と触感（操作感）の変換テーブルを示す図である。
【図４５】実施の形態１による触覚提示つまみの回転角と触感（操作感）の変換テーブルを示す図である。
【図４６】実施の形態１による触覚提示つまみの回転角と触感（操作感）の変換テーブルを示す図である。
【図４７】実施の形態１による触覚提示つまみの回転角と表示処理量の変換テーブルを示す図である。
【図４８】実施の形態１による触覚提示つまみの回転角と表示処理量の変換テーブルを示す図である。
【図４９】実施の形態１による触覚提示つまみの回転角と表示処理量の変換テーブルを示す図である。
【図５０】実施の形態１による触覚提示つまみの回転角と触感（操作感）の変換テーブルを示す図である。
【図５１】実施の形態１による触覚提示つまみの回転角と触感（操作感）の変換テーブルを示す図である。
【図５２】実施の形態１による触覚提示つまみの回転角と触感（操作感）の変換テーブルを示す図である。
【図５３】実施の形態１による触覚提示つまみの回転角と触感（操作感）の変換テーブルを示す図である。
【図５４】実施の形態１による触覚提示つまみの触感（操作感）と触感付与信号の変換テーブルを示す図である。
【図５５】実施の形態１による触覚提示つまみの触感（操作感）と触感付与信号の変換テーブルを示す図である。
【図５６】実施の形態１による触覚提示つまみの触感（操作感）と触感付与信号の変換テーブルを示す図である。
【図５７】実施の形態１の他の適用例を示す概念図である。
【図５８】実施の形態２による触覚提示の処理を示すフローチャートである。
【図５９】実施の形態２による触覚提示つまみの回転速度と触感（操作感）の変換テーブルを示す図である。
【図６０】実施の形態２による触覚提示つまみの回転速度と触感（操作感）の変換テーブルを示す図である。
【図６１】実施の形態２による触覚提示つまみの回転速度と触感（操作感）の変換テーブルを示す図である。
【図６２】実施の形態２による触覚提示つまみの回転速度と表示処理量の変換テーブルを示す図である。
【図６３】実施の形態２による触覚提示つまみの触感（操作感）と触感付与信号の変換テーブルを示す図である。
【図６４】実施の形態２による触覚提示つまみの触感（操作感）と触感付与信号の変換テーブルを示す図である。
【図６５】実施の形態２による触覚提示つまみの触感（操作感）と触感付与信号の変換テーブルを示す図である。
【図６６】実施の形態１による表示パネル、タッチパネル、触覚提示パネルおよび移動体の関係の概要を示したブロック図である。
【図６７】実施の形態３による触覚提示の処理を示すフローチャートである。
【図６８】実施の形態３による触覚提示つまみの回転角と触感（操作感）の変換テーブルを示す図である。
【図６９】実施の形態３による触覚提示つまみの回転角と触感（操作感）の変換テーブルを示す図である。
【図７０】実施の形態３による触覚提示つまみの回転角と触感（操作感）の変換テーブルを示す図である。
【図７１】実施の形態３による触覚提示つまみの回転角と触感（操作感）の変換テーブルを示す図である。
【図７２】実施の形態３による触覚提示つまみの回転角と触感（操作感）の変換テーブルを示す図である。
【図７３】実施の形態３による触覚提示つまみの回転角と触感（操作感）の変換テーブルを示す図である。
【図７４】実施の形態３による触覚提示つまみの回転角と表示処理量の変換テーブルを示す図である。
【図７５】実施の形態３による触覚提示つまみの回転角と表示処理量の変換テーブルを示す図である。
【図７６】実施の形態３による触覚提示つまみの回転角と駆動制御量の変換テーブルを示す図である。
【図７７】実施の形態３による触覚提示つまみの回転角と駆動制御量の変換テーブルを示す図である。
【図７８】実施の形態４による触覚提示の処理を示すフローチャートである。
【図７９】実施の形態５による触覚提示つまみの操作イメージを示す図である。
【図８０】実施の形態５による触覚提示つまみの操作による表示処理を示すフローチャートである。
【図８１】実施の形態５による触覚提示つまみの一連の並進動作を示す図である。
【図８２】実施の形態５による表示処理の更新と触覚提示つまみの動作との変換テーブルを示す図である。
【図８３】実施の形態５による触覚提示つまみの操作による表示処理の一例を示すフローチャートである。
【図８４】実施の形態５による触覚提示つまみの構成の一例を示す図である。
【図８５】実施の形態５による触覚提示つまみの部分構成を示す図である。
【図８６】実施の形態５による触覚提示つまみの部分構成を示す図である。
【図８７】実施の形態５による触覚提示つまみの構成の一例を示す図である。
【図８８】実施の形態５による触覚提示つまみの構成の一例を示す図である。
【図８９】実施の形態５による触覚提示つまみの部分構成を示す図である。
【図９０】実施の形態５による触覚提示つまみの部分構成を示す図である。
【図９１】実施の形態５による触覚提示つまみの構成の一例を示す図である。
【図９２】実施の形態５による触覚提示つまみの部分構成を示す図である。
【図９３】実施の形態５による触覚提示つまみの構成の一例を示す図である。
【図９４】実施の形態５による触覚提示つまみの部分構成を示す図である。
【図９５】実施の形態５による触覚提示つまみの部分構成を示す図である。
【図９６】実施の形態５による触覚提示つまみの構成の一例を示す図である。
【図９７】実施の形態５による触覚提示つまみの部分構成を示す図である。
【図９８】実施の形態５による触覚提示つまみの部分構成を示す図である。
【図９９】実施の形態５による触覚提示つまみの部分構成を示す図である。
【図１００】実施の形態５における触覚提示つまみの一方向操作時の並進移動量と表示処理量の変換テーブルを示す図である。
【図１０１】実施の形態５における触覚提示つまみの一方向操作時の並進移動量と表示処理量の変換テーブルを示す図である。
【図１０２】実施の形態６における触覚提示パネルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
＜実施の形態１＞
＜触覚提示タッチディスプレイ＞
図１は、本実施の形態１における触覚提示タッチディスプレイ１の上に触覚提示つまみ３を置いて操作感および操作量の触覚を提示する触覚提示デバイスの構成を概略的に示す分解斜視図である。図２は、触覚提示タッチディスプレイ１の構成を概略的に示す断面図である。
【００２１】
触覚提示タッチディスプレイ１は、触覚提示タッチパネル４００と、触覚提示タッチパネル４００が取り付けられた表示パネル３００とを有している。表示パネル３００は、感圧センサ２１６を有している。触覚提示タッチパネル４００は、触覚提示パネル１００と、タッチパネル２００とを有している。触覚提示パネル１００は、触覚提示スクリーン１５０と、電圧供給回路１１０とを有している。タッチパネル２００は、タッチスクリーン２５０と、タッチ検出回路２１０とを有している。
【００２２】
本実施の形態１において、触覚提示スクリーン１５０は、触覚提示タッチディスプレイ１の、使用者に面する側（表側）に配置されており、タッチスクリーン２５０の使用者に面する面（表側面）上に、接着材２０ｂによって固定されている。タッチスクリーン２５０は、表示パネル３００の、使用者に面する面（表側面）上に、接着材２０ａによって固定されている。
【００２３】
触覚提示スクリーン１５０は、透明絶縁基板１０１と、触覚電極１０２と、誘電体層１０６とを有している。触覚電極１０２は、透明絶縁基板１０１上に間隔を空けて交互に配置された複数の第１電極１０２ａおよび複数の第２電極１０２ｂを含む。誘電体層１０６は、複数の第１電極１０２ａおよび複数の第２電極１０２ｂを覆っている。触覚提示スクリーン１５０は、電圧供給回路１１０にＦＰＣ（Flexible Print Circuit）１０８によって電気的に接続されている。
【００２４】
タッチスクリーン２５０は、透明であって絶縁性を有する基板２０１と、励起電極２０２と、検出電極２０３と、層間絶縁層２０４と、絶縁層２０５とを有している。タッチスクリーン２５０は、タッチ検出回路２１０にＦＰＣ１０８によって電気的に接続されている。タッチ検出回路２１０は、触覚提示スクリーン１５０の透明絶縁基板１０１上のタッチされた位置を検出する。これにより、透明絶縁基板１０１上において、触覚提示だけでなくタッチ位置検出が可能となる。タッチ検出回路２１０は、例えば、タッチによる静電容量の変化を検出するための検出用ＩＣ（Integrated Circuit）とマイクロコンピュータとを有している。タッチスクリーン２５０の構成の詳細については、具体例を挙げて後述する。
【００２５】
表示パネル３００は、対向する２つの透明絶縁基板と、それらの間に挟まれ表示機能を有する表示機能層とを有する。表示パネル３００は、典型的には液晶パネルである。表示パネル３００は、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）パネル、マイクロＬＥＤ（Micro Light Emitting Diode）パネルまたは電子ペーパーパネルであってもよい。タッチパネル２００は、典型的にはＰＣＡＰである。
【００２６】
＜触覚提示パネルの概要＞
図３は、触覚提示パネル１００が有する触覚電極１０２と触覚提示つまみ３との間で形成される静電容量ＣＮＥを模式的に説明するための図である。図４は、図３の斜視図である。触覚提示つまみ３が触覚提示スクリーン１５０の表側面の一部である接触面ＣＴに触れると、接触面ＣＴ上の触覚提示つまみ３と触覚電極１０２との間に誘電体層１０６を介して静電容量ＣＮＥが形成される。なお、これらの図中では、図を見やすくするために電圧供給回路１１０（図２参照）に含まれる触覚提示電圧生成回路１１３のみが示されており、電圧供給回路１１０に含まれる他の構成は図示されていない。電圧供給回路１１０のより具体的な構成については後述する。
【００２７】
電圧供給回路１１０に含まれる触覚提示電圧生成回路１１３は、第１電圧発生回路１１３ａと、第２電圧発生回路１１３ｂとを有している。第１電圧発生回路１１３ａは、複数の第１電極１０２ａのうち、透明絶縁基板１０１の少なくとも一部の領域上に位置する第１電極１０２ａへ電圧信号Ｖａを印加するものであり、本実施の形態１では透明絶縁基板１０１の少なくとも一部の領域上に位置するすべての第１電極１０２ａへ電圧信号Ｖａを印加するものである。第２電圧発生回路１１３ｂは、複数の第２電極１０２ｂのうち、透明絶縁基板１０１の少なくとも一部の領域上に位置する第２電極１０２ｂへ電圧信号Ｖｂを印加するものであり、本実施の形態１では透明絶縁基板１０１の少なくとも一部の領域上に位置するすべての第２電極１０２ｂへ電圧信号Ｖｂを印加するものである。
【００２８】
図５および図６のそれぞれは、電圧信号Ｖａおよび電圧信号Ｖｂの一例を示すグラフである。第１電圧発生回路１１３ａの電圧信号Ｖａ（第１電圧信号）は、第１周波数を有している。第２電圧発生回路１１３ｂの電圧信号Ｖｂ（第２電圧信号）は、第１周波数と異なる第２周波数を有している。電圧信号Ｖａの振幅と電圧信号Ｖｂの振幅とは、同じ振幅ＶＬであってよい。図５，６の例では、電圧信号Ｖａおよび電圧信号Ｖｂとして、周波数の異なる正弦波が用いられている。正弦波に代わって、パルス波、または他の形状を有するものが用いられてもよい。十分に大きな触覚を生成するためには、振幅ＶＬは、数十Ｖ程度であることが好ましい。
【００２９】
図７は、電圧信号Ｖａ（図５参照）および電圧信号Ｖｂ（図６参照）が組み合わさることによって発生する振幅変調信号ＶＮを示すグラフである。第１電極１０２ａへは電圧信号Ｖａが印加され、かつ第２電極１０２ｂへは電圧信号Ｖｂが印加される。その結果、第１電極１０２ａおよび第２電極１０２ｂの各々と触覚提示つまみ３との間の静電容量ＣＮＥ（図４参照）が形成されている領域では、振幅ＶＬのおおよそ２倍の最大振幅ＶＨを有する振幅変調信号ＶＮに従った充放電が繰り返される。その結果、誘電体層１０６を介して第１電極１０２ａおよび第２電極１０２ｂに跨って接する触覚提示つまみ３には、最大振幅ＶＨの振幅変調信号ＶＮに対応する静電気力が加わる。振幅変調信号ＶＮは、上記第１周波数と第２周波数との差に対応して、うなりの周波数を有する。よって、触覚提示つまみ３が触覚提示スクリーン１５０上を回転する際には、触覚提示つまみ３に作用する摩擦力が、上述したうなりの周波数で変化する。その結果、触覚提示つまみ３がうなりの周波数で振動する。使用者は、触覚提示つまみ３の振動を触覚提示スクリーン１５０から得られた触覚として知覚する。以上のように、触覚提示パネル１００が有する触覚提示スクリーン１５０は、触覚提示つまみ３に加わる静電気力を制御することによって触覚提示つまみ３に加わる摩擦力を変化させることにより触覚を生成するように構成されている。
【００３０】
上記のように、入力された電圧信号Ｖａ（図５参照）および電圧信号Ｖｂ（図６参照）の各々に比しておおよそ２倍の電圧を有する振幅変調信号ＶＮが生成される。これにより、触覚提示つまみ３に所望の摩擦力を作用させるのに必要な振幅変調信号ＶＮを、そのおおよそ１／２の電圧を有する電圧信号Ｖａ（図５参照）および電圧信号Ｖｂ（図６参照）によって生成することができる。よって、第１電極１０２ａおよび１０２ｂに振幅変調信号が直接入力される場合に比して、１／２の電圧で同等の静電気力を生成することができ、低電圧駆動が可能となる。
【００３１】
使用者に対して十分に大きな触覚を提示するためには、それに対応して最大振幅ＶＨが十分に大きければよく、それに比して振幅ＶＬは小さな値であってよい。よって振幅ＶＬは、それ自体によって十分に大きな触覚を生成するほどに大きい必要はない。振幅ＶＬがそのように設定される結果、第１電極１０２ａおよび第２電極１０２ｂのいずれか一方のみが触覚提示つまみ３に接触している状態では、電圧信号Ｖａおよび電圧信号Ｖｂの周波数がどのように選択されても、使用者は触覚をほとんど知覚しない。
【００３２】
触覚提示つまみ３が第１電極１０２ａおよび第２電極１０２ｂを跨るように位置しやすくするためには、触覚電極１０２のピッチＰＥが接触面ＣＴの直径ＲＮＥよりも小さいことが好ましい。この詳細については後述する。
【００３３】
＜タッチパネル＞
図８は、タッチスクリーン２５０（図２参照）の一例としての、静電容量方式のタッチスクリーン２５０ａを示す平面図である。図９は、図８の線Ａ１−Ａ１および線Ａ２−Ａ２に沿う部分断面図である。
【００３４】
タッチスクリーン２５０ａは、複数の行方向配線層２０６と複数の列方向配線層２０７とを有している。行方向配線層２０６の各々は、電気的に接続された複数の励起電極２０２（図２参照）からなり、列方向配線層２０７の各々は、電気的に接続された複数の検出電極２０３（図２参照）からなる。図８および図９では、このような微細構造を無視して、行方向配線層２０６および列方向配線層２０７が図示されている。励起電極２０２（図２参照）は、金属の単層膜もしくは多層膜、または、これらのいずれかを含みかつ他の導電材料も用いた多層構造からなる。金属としては、例えば、アルミニウムまたは銀など低抵抗のものが好ましい。検出電極２０３（図２参照）についても同様である。配線材料として金属を用いることによって、配線抵抗を低くすることができる。一方で、金属配線は、不透明であるので、視認されやすい。視認性を低くしかつタッチスクリーンの透過率を高くするためには、金属配線に細線構造が付与されればよい。細線構造は典型的にはメッシュ状である。
【００３５】
行方向配線層２０６の各々は、行方向（図中ｘ方向）に沿って延在しており、列方向配線層２０７の各々は列方向（図中ｙ方向）に沿って延在している。複数の行方向配線層２０６は列方向において間隔を空けて配列されており、複数の列方向配線層２０７は行方向において間隔を空けて配列されている。図８に示すように、平面視において、行方向配線層２０６の各々は複数の列方向配線層２０７と交差しており、列方向配線層２０７の各々は複数の行方向配線層２０６と交差している。行方向配線層２０６と列方向配線層２０７とは、層間絶縁層２０４によって絶縁されている。
【００３６】
層間絶縁層２０４は、有機絶縁膜の単層膜、無機絶縁膜の単層膜、または多層膜からなる。耐湿性の向上には無機絶縁膜が優れており、平坦性の向上には有機絶縁膜が優れている。無機絶縁膜としては、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜などの透明性シリコン系無機絶縁膜、または、アルミナなどの金属酸化物からなる透明性無機絶縁膜が用いられる。有機絶縁膜の材料としては、シリコン酸化物、シリコン窒化膜もしくはシリコン酸化窒化膜からなる主鎖を有し、かつその側鎖もしくは官能基に結合した有機物を有する高分子材料、または、炭素からなる主鎖を有する熱硬化性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ノボラック樹脂、またはオレフィン樹脂が挙げられる。
【００３７】
タッチスクリーン２５０ａの行方向配線層２０６のそれぞれは、引き出し配線層Ｒ（１）〜Ｒ（ｍ）によってタッチスクリーン端子部２０８に接続されている。列方向配線層２０７のそれぞれは、引き出し配線層Ｃ（１）〜Ｃ（ｎ）によってタッチスクリーン端子部２０８に接続されている。タッチスクリーン端子部２０８は、基板２０１の端部に設けられている。
【００３８】
引き出し配線層Ｒ（１）〜Ｒ（ｍ）は、検出可能エリアの外側に配置されており、タッチスクリーン端子部２０８の配列の中央に近いものから順に、ほぼ最短距離が得られるように、対応する電極へと延びている。引き出し配線層Ｒ（１）〜Ｒ（ｍ）は、相互の絶縁を確保しつつ、なるべく密に配置されている。引き出し配線層Ｃ（１）〜Ｃ（ｎ）についても同様である。このような配置とすることによって、基板２０１のうち検出可能エリアの外側の部分の面積を抑えることができる。
【００３９】
引き出し配線層Ｒ（１）〜Ｒ（ｍ）の群と、引き出し配線層Ｃ（１）〜Ｃ（ｎ）の群との間に、シールド配線層２０９が設けられてもよい。これにより、一方の群からの影響で他方の群にノイズが発生することが抑制される。また、表示パネル３００（図２参照）から発生する電磁ノイズが引き出し配線層へ及ぼす影響を低減することができる。シールド配線層２０９は、行方向配線層２０６または列方向配線層２０７と同時に同材料で形成されてもよい。
【００４０】
絶縁層２０５は、タッチスクリーン端子部２０８が露出されるように基板２０１上に設けられており、行方向配線層２０６、列方向配線層２０７および層間絶縁層２０４を覆っている。絶縁層２０５は、層間絶縁層２０４と同様の材料により形成され得る。表示パネル３００が液晶パネルである場合、絶縁層２０５の、表示のための光が透過する部分の上に、液晶パネル用のアンチグレア処置が施された上部偏光板が貼り付けられてもよい。
【００４１】
図１０は、タッチスクリーン２５０（図２参照）の一例としての、静電容量方式のタッチスクリーン２５０ｂを示す平面図である。図１１は、図１０の線Ｂ１−Ｂ１および線Ｂ２−Ｂ２に沿う部分断面図である。図１０および図１１の例では、いわゆるダイヤモンド構造が採用されている。
【００４２】
行方向配線層２０６および列方向配線層２０７は、同一レイヤに配置されている。列方向配線層２０７の各々は、検出電極２０３として、互いにつながった複数のダイヤモンド形状の電極を有している。行方向配線層２０６は、励起電極２０２として、互いに離れた複数のダイヤモンド形状の電極と、隣り合うダイヤモンド形状の電極間を電気的に接続するブリッジ２０６Ｂとを有している。層間絶縁層２０４は、ブリッジ２０６Ｂと列方向配線層２０７との間を絶縁するように配置されている。なお、行方向配線層ではなく列方向配線層にブリッジ構造が適用されてもよい。ブリッジを形成することにより、配線層の電気的抵抗が高くなる傾向があるので、列方向配線層および行方向配線層のうち短い方にブリッジ構造が適用されることが好ましい。
【００４３】
行方向配線層２０６および列方向配線層２０７の材料としては、例えば、酸化インジウムスズ（Indium Tin Oxide：ＩＴＯ）などの透明導電膜が用いられる。ＩＴＯは、透光性を有するので、配線層が使用者に視認される可能性が低くなる。ＩＴＯなどの透明導電膜は、比較的高い電気抵抗を有するので、配線抵抗が問題とならない小型のタッチスクリーンへの適用が適している。また、ＩＴＯなどの透明導電膜は、他の金属配線との間での腐食によって配線が断線しやすいので、腐食を防止するために、耐湿性および防水性への配慮を要する。
【００４４】
なお、上記ではタッチスクリーンの構造と表示パネルの構造とが独立している場合について説明したが、これらが不可分に一体化されていてもよい。例えば、いわゆるオンセルタッチパネルの場合は、タッチスクリーンが、基板２０１を用いることなしに表示パネル３００の基板（典型的にはカラーフィルタ基板）上に直接形成される。いわゆるインセルタッチパネルの場合は、表示パネル３００が有する２つの透明絶縁基板（図示せず）の間にタッチスクリーンが形成される。
【００４５】
また、上記のタッチスクリーンでは、行方向配線層２０６と列方向配線層２０７で構成される検出構造を示したが、この構造に限らない。例えば、図１２は、検出電極と励起電極で構成されるセグメントをマトリクス状に並べた検出構造を有するタッチスクリーン２５０ｃの構成を概略的に示す平面図である。図１３および図１４は、図１２中のエリアＡのセグメント内に配置されている励起電極２０２ａおよび検出電極２０３ｂのパターン形状の一例を示したものである。図１３および図１４に示されるような励起電極２０２ａおよび検出電極２０３ｂを１セットとしたセグメントをマトリクス状に並べて個々に駆動するセグメント構造のタッチスクリーン２５０ｃを用いる。駆動回路でのスイッチ切り替えにより、触覚提示パネル１００ａおよびタッチパネル２００を兼用することも可能である。
【００４６】
＜感圧センサ＞
図１に示す感圧センサ２１６について説明する。一般的に、感圧センサ２１６には、半導体Ｓｉ（シリコン）からなるダイヤフラム（隔膜）に加わる圧力を膜の変形として検出する方式、押圧力に応じて生じる表示パネルまたはタッチパネルなどの変形を静電容量の変化で検出する静電容量式、押圧力に応じた歪みによる金属線の抵抗変化を検出する抵抗式などがある。
【００４７】
静電容量式の場合、例えば、表示パネル３００の表示面とは反対側の面上に、対角線上の対称的な４か所に感圧センサ２１６を設置する。この場合、触覚提示タッチディスプレイ１の操作面を触覚提示つまみ３で押し込むと、その押圧力により触覚提示タッチディスプレイ１が操作面とは反対側の方向に撓んだり、触覚提示タッチディスプレイ１が操作面とは反対側の方向に微小に移動したりする。感圧センサ２１６は、当該感圧センサ２１６内に配置されている容量検出電極間の間隔が狭くなることで生じる容量変化を検出することにより押圧力を検知する。感圧センサ２１６内の各容量検出電極は、触覚提示タッチディスプレイ１の操作面と平行であり、かつ任意の間隔を空けて設置されている。
【００４８】
静電容量式以外の方式の場合も、触覚提示タッチディスプレイ１を構成する部材のいずれかの押圧力による形状変化を検出することで押圧力を検知する。
【００４９】
なお、図１では、感圧センサ２１６を表示パネル３００の下側（表示面とは反対側）に配置したが、これに限るものではない。感圧センサ２１６は、触覚提示タッチディスプレイ１の構造において形状変化と押圧力との関係の再現性が良く、押圧力による形状変化が大きく、かつ感圧センサ２１６の感度が最も良い位置に配置すればよい。なお、感圧センサ２１６の代わりに、例えば表示パネル３００の裏面にマトリクス状に配置したシート状の圧力センサを配置してもよい。また、これに限らず、検出に最適な方式の圧力センサを配置することができる。
【００５０】
＜触覚提示パネル＞
図１５は、触覚提示スクリーン１５０の構成を概略的に示す平面図である。図１６は、触覚電極１０２と触覚提示つまみ３との間での静電容量ＣＮＥの形成を説明する模式図である。
【００５１】
上述した通り、触覚提示スクリーン１５０は、透明絶縁基板１０１と、触覚電極１０２と、誘電体層１０６とを有している。さらに、透明絶縁基板１０１の端部には触覚提示パネル端子部１０７が設けられており、透明絶縁基板１０１上には複数の引き出し配線層１０５が配置されている。誘電体層１０６は、触覚提示パネル端子部１０７が露出されるように設けられている。触覚電極１０２は、引き出し配線層１０５を介して触覚提示パネル端子部１０７に接続されている。触覚提示パネル端子部１０７には、ＦＰＣ１０８（図１参照）を介して電圧供給回路１１０（図２参照）が接続されている。なお、引き出し配線層１０５の詳細については後述する。
【００５２】
触覚電極１０２の各々は、延在方向（図１５における縦方向）に沿って延びている。複数の触覚電極１０２は、配列方向（図１５における横方向）に沿って、間隔を空けて配列されている。図１５の例では、透明絶縁基板１０１は、長辺および短辺を有する長方形状を有している。従って、触覚提示スクリーン１５０も、透明絶縁基板１０１に対応して長辺および短辺を有している。図１２の例では、配列方向は長辺に沿っている。触覚提示スクリーン１５０の観察者にとっての水平方向が長辺に沿っている場合、上記配列方向は水平方向に沿っている。
【００５３】
上記では、触覚提示スクリーン１５０において、触覚電極１０２が延在方向に伸びて配列方向に沿って配列されている例を示したが、触覚電極１０２の構造はこれに限らず、例えば図１７に示す触覚提示パネル１００ａのように複数のセグメントをマトリクス状に配置した構成としてもよい。図１８および図１９は、図１７中のエリアＡのセグメント内に配置されている触覚電極１０２のパターン形状の一例を示したものである。触覚電極１０２の形状は、図１８および図１９のような形状に限らず、第１電極１０２ａおよび第２電極１０２ｂが隣り合う構造で異なるエリア間の電極との相互容量よりも、同一エリア内の相互容量の方が大きくなるような構造であればよい。具体的には、同一エリア内の第１電極１０２ａと第２電極１０２ｂとの距離が、異なるエリア間の第１電極１０２ａと第２電極１０２ｂとの距離よりも狭くなるように配置するとよい。これにより、タッチパネル２００の検出電極２０３と触覚電極１０２との間に形成される容量のタッチ検出精度への影響を抑制できるため、触覚電極１０２の配線抵抗をより低くすることが可能となり、より触覚強度を向上させることが可能となる。
【００５４】
触覚電極１０２と触覚提示つまみ３との間で形成される静電容量ＣＮＥが大きいほど強い触覚を提示することが可能である。この観点では、触覚電極１０２の面積は大きい方が好ましい。触覚電極１０２の面積の大きさが優先される場合、触覚電極１０２への微細構造の付与によって触覚電極１０２を視認されにくくすることは困難となる。触覚電極１０２の面積を大きくしつつ触覚電極１０２が視認されにくくするために、触覚電極１０２は透明導電膜によって形成され得る。透明導電膜の典型的な材料としてＩＴＯがある。ＩＴＯなどの透明導電膜は、金属に比べて比較的高い電気抵抗を有するので、配線抵抗が問題とならない小型のタッチスクリーンへの適用が適している。配線抵抗が問題となる大型のタッチスクリーンへの適用が必要な場合は、ＩＴＯ膜厚を厚くするか、ドーパントの含有率を増やして抵抗率を低減させる。この場合、ＩＴＯの光吸収率が変化してタッチスクリーンが着色して見える場合があるので、ディスプレイの色味の調整等が必要になる場合がある。また、ＩＴＯなどの透明導電膜は、他の金属配線との間での腐食によって配線が断線しやすいので、電極を他の金属との積層構造により配線抵抗を低くする場合は、腐食を防止するために耐湿性および防水性への配慮を要する。
【００５５】
上記のような透明導電膜を用いる代わりに、触覚電極１０２は、金属の単層膜もしくは多層膜、または、これらのいずれかを含みかつ他の導電材料も用いた多層構造を有する電極（以下、「金属膜含有電極」ともいう）であってもよい。金属としては、例えば、アルミニウムまたは銀など低抵抗のものが好ましい。金属膜含有電極を用いることによって配線抵抗を低くすることができる。一方、金属膜は、不透明であるので視認されやすい。従って、金属膜を視認されにくくするためには、金属膜含有電極に細線構造が付与されればよい。細線構造は典型的にはメッシュ状である。
【００５６】
誘電体層１０６は、有機絶縁膜の単層膜、無機絶縁膜の単層膜、または多層膜からなる。多層膜の場合、異なる種類の有機絶縁膜が積層されてもよく、あるいは異なる種類の無機絶縁膜が積層されてもよく、あるいは有機絶縁膜と無機絶縁膜とが積層されてもよい。無機絶縁膜は、高い不透湿性と、高い硬度と、高い耐摩耗性とを有している。誘電体層１０６上で触覚提示つまみ３が回転することから、誘電体層１０６は高い耐摩耗性を要する。有機絶縁膜は、高い平坦性を得るためには好ましいものの、硬度が低く耐磨耗性が低い。このため、高い平坦性と高い耐摩耗性との両方を得るには、有機絶縁膜上に無機絶縁膜を形成することが好ましい。無機絶縁膜としては、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜などの透明性シリコン系無機絶縁膜、または、アルミナなどの金属酸化物からなる透明性無機絶縁膜が用いられる。有機絶縁膜の材料としては、シリコン酸化物、シリコン窒化膜もしくはシリコン酸化窒化膜からなる主鎖を有し、かつその側鎖もしくは官能基に結合した有機物を有する高分子材料、または、炭素からなる主鎖を有する熱硬化性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ノボラック樹脂、またはオレフィン樹脂が挙げられる。
【００５７】
静電容量ＣＮＥは、下記の式（１）によって表される。
ＣＮＥ＝Ｑ／Ｖ＝εＳ／ｄ  ・・・（１）
【００５８】
ここで、Ｑは導電性弾性部６および触覚電極１０２の各々に蓄えられる電荷量、Ｖは触覚提示つまみ３と触覚電極１０２との間の電圧、εは誘電体層１０６の誘電率、Ｓは誘電体層１０６を介しての導電性弾性部６と触覚電極１０２との接触面積、ｄは誘電体層１０６の厚さである。静電容量ＣＮＥは、誘電率εに比例しており、膜厚ｄに反比例している。
【００５９】
上記の式（１）から、静電容量ＣＮＥを大きくするためには誘電率εが高いことが好ましい。具体的には、誘電体層１０６が、１０以上の比誘電率を有する膜（以下、「高誘電率絶縁膜」とも称する）を含むことが好ましい。高誘電率絶縁膜では、外部から印加される電場により材料内に正負電荷が変位している状態が生じる（これを一般的に誘電分極と呼ぶ）。誘電分極は、電圧が保持されている間は分極によって生じた電荷（一般的に分極電荷と呼ぶ）が維持され、電圧が低下すると分極電荷が減少して誘電分極が低下し、印加電圧をゼロボルトにすると誘電分極も消失する。誘電分極の方向は、電場によって変化することができる。高誘電率絶縁膜は、単層で用いられてもよく、他の低誘電率の無機絶縁膜もしくは有機絶縁膜、または他の高誘電率絶縁膜と積層することによって多層膜として用いられてもよい。一般に誘電率が高いほど屈折率も高いことから、高誘電率絶縁膜と低誘電率絶縁膜とを積層することによって、高屈折率膜と低屈折率膜との積層構造が得られる。この積層構造によって、誘電体層１０６は、反射防止膜としても機能し得る。
【００６０】
また上記の式（１）から、静電容量ＣＮＥを大きくするためには厚さｄが小さいことが好ましい。高誘電率絶縁膜と有機絶縁膜とを積層することで、十分な絶縁性を確保しつつ、有機絶縁膜の膜厚を薄くすることができる。これにより誘電体層１０６の厚さｄを小さくすることができる。
【００６１】
触覚電極が、マトリクス構造（すなわち、互いに交差するＸ電極およびＹ電極を有する構造）であったと仮定すると（例えば特開２０１５−０９７０７６号公報参照）、Ｘ電極とＹ電極との交差部には段差、すなわち凹凸、が生じる。この凹凸は、それを被覆する絶縁層の厚さが大きければ平坦化されるが、静電容量ＣＮＥの過度な低下を避けるためには、絶縁層の厚さには限界がある。このため、触覚提示スクリーンの表側面に凹凸が生じ得る。この凹凸のテクスチャ感が、触覚電極からの静電気力によってもたらされるテクスチャ感と混合すると、意図されたテクスチャ感を使用者へ与えにくくなる。表面形状の平坦化効果がある有機絶縁膜が誘電体層１０６として用いられる場合は、上記凹凸の発生は避けられるものの、平坦化のためにはある程度大きな厚さを要するので、静電容量ＣＮＥの低下は避けられない。
【００６２】
これに対して本実施の形態１によれば、触覚電極１０２が交差部を有しないので、凹凸の大きさが触覚電極１０２の厚さ程度に抑えられる。これにより、平坦化効果を有する有機膜の薄膜化、または、平坦化効果の低い高誘電率絶縁膜の適用が可能になる。これにより、静電容量ＣＮＥをマトリクス構造の場合よりも大きくすることができる。また、触覚提示スクリーン１５０の触覚提示つまみ３との接触面に凹凸が少ないため、電圧信号を印加していない時に触覚提示スクリーン１５０の表面の凹凸に起因する触覚を触覚提示つまみ３に与えないため、電圧信号を印加した際の触覚提示つまみ３の触覚がより明瞭になる。
【００６３】
また、静電容量ＣＮＥが同じであっても、触覚提示つまみ３が誘電体層１０６上において滑りやすければ、触覚提示つまみ３と触覚電極１０２との間の静電気力の変化が摩擦力の変化として使用者に知覚されやすくなる。これにより、使用者に対してより大きな触覚を与えることができる。誘電体層１０６上において触覚提示つまみ３を滑りやすくするためには、誘電体層１０６と触覚提示つまみ３との間の密着力を抑制する必要がある。そのために、例えば、誘電体層１０６の最表面に、または、導電性弾性部６の誘電体層１０６との接触面に、またはその両方に、誘電体層１０６の内部に比して高い撥水性を有する膜が設けられてもよい。
【００６４】
＜電極ピッチ＞
図２０は、触覚電極１０２のピッチＰＥが触覚提示つまみ３の直径ＲＦＥよりも大きい場合における、触覚電極１０２と触覚提示つまみ３との間で形成される静電容量ＣＮＥを説明する模式図である。図２１は、触覚電極１０２のピッチＰＥが直径ＲＦＥよりも小さい場合における、触覚電極１０２と触覚提示つまみ３との間で形成される静電容量ＣＮＥを説明する模式図である。
【００６５】
本実施の形態１では、上述の通り、隣り合う第１電極１０２ａおよび第２電極１０２ｂのそれぞれに、周波数の異なる電圧信号Ｖａ（図５参照）および電圧信号Ｖｂ（図６参照）を印加することによって、振幅変調信号ＶＮ（図７参照）に対応する静電気力を発生させる。これにより、誘電体層１０６と触覚提示つまみ３との間の摩擦力が振幅変調信号ＶＮのうなりの周波数に対応して変化し、この変化を使用者が触覚として知覚する。図２０に示された状態では、触覚提示つまみ３に電圧信号Ｖａのみが作用し電圧信号Ｖｂが作用しないので、振幅変調信号ＶＮが発生せず触覚が生成されない。一方、触覚提示つまみ３が第１電極１０２ａと第２電極１０２ｂとの境界の上方に位置した場合は、触覚が生成される。従って、図２０の構成では、触覚提示つまみ３の位置によって触覚が生成する位置と触覚が生成しない位置とがあることになる。これに対して、図２１に示された状態では、触覚提示つまみ３の位置に関わらず触覚提示つまみ３へ電圧信号Ｖａおよび電圧信号Ｖｂの両方が作用し、これにより振幅変調信号ＶＮが発生する。従って、図２１の構成においては、触覚提示つまみ３の位置によらず触覚を感じることができ、触覚提示つまみ３の位置を任意に設定できる。つまり、触覚提示つまみ３が第１電極１０２ａおよび第２電極１０２ｂを跨るように位置しやすくするには、例えば後述する図２２に示すように導電性弾性部６を分割している場合は、導電性弾性部６の幅６ｂが触覚電極１０２のピッチＰＥよりも大きいことが好ましい。また、導電性弾性部６を複数に分割していない場合は、導電性弾性部６の外径６ａが、触覚電極１０２のピッチＰＥよりも大きいことが好ましい。
【００６６】
＜触覚提示つまみの構造＞
図２２は、触覚提示つまみ３の回転部４の構造を示す模式図である。図２３は、触覚提示つまみ３を置く位置が１か所に固定される場合における、回転部４を触覚提示パネル１００の接触面上に置いて回転させる際の固定部５の模式図である。図２４は、触覚提示つまみ３の回転部４を触覚提示パネル１００の接触面上に置いて回転させる際に水平移動を抑制する回転軸部５ａの模式図である。回転部４および固定部５（回転軸部５ａ）は、共にアルミニウム、ＳＵＳ、銅などの金属、およびポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリアセタール、超高分子量ポリエチレン、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリイミド、ポリフェニレンスルフィッド、液晶性ポリマ、ポリエーテルエーテルケトン、フッ素樹脂などの樹脂からなる。触覚提示つまみ３の重量によって操作感および触覚が変化するので、ユーザの好み、触覚提示つまみ３の使用環境、および使用目的などに応じて材料を選択する。回転部側面１０は、導電性弾性部６および指示体２（図３１参照）と電気的に接続する必要があるため、回転部側面１０の指示体２と接触する表面部１０ｓおよび境界部導電部１６ｓは、金属または導電性樹脂材料（抵抗１０３Ω以下が望ましい。）からなる。表面部１０ｓおよび境界部導電部１６ｓの抵抗値は、触覚電極１０２の配線抵抗、導電性弾性部６の抵抗、誘電体層１０６との間で形成されるＲＣ回路において触覚電極１０２と導電性弾性部６の間に形成される容量Ｃが最も大きくなるような値に設定されることが望ましい。
【００６７】
軸部１４の形状と固定穴９の穴部の形状とは、同じ円柱形状をしている。触覚提示つまみ３は、固定部５（回転軸部５ａ）の軸部１４を回転部の固定穴９に差し込んで一体化したものをいう。例えば、図２２，２３に示すように、凹凸が形成された軸部１４を固定穴９にはめ込むことで、回転部４と軸部１４とが分離しないようにしてもよい。軸部１４と固定穴９の間の隙間は、回転部４がスムーズに回る範囲内でできる限り隙間が狭いことが望ましい。軸部１４と固定穴９との隙間が狭いと、触覚提示つまみ３を回転した時の回転軸のブレが小さくなり、回転軸のブレにより生じた回転部４の揺れおよび振動などの本来触覚提示つまみ３に付与するはずの触覚とは異なる触覚を指示体２に与えることを抑制し、使用者に付与する触覚がより明瞭になる。回転部４がスムーズに回転するためには、軸部１４の表面および固定穴９の内面部における表面の凹凸ができるだけ少ない方が望ましく、いずれも表面粗さＲａが０．５μｍ以下であることが望ましい。固定穴９の内径公差は、０〜＋０．５ｍｍ、軸部１４の外径公差は、−０．０００５ｍｍが望ましい。
【００６８】
固定部５（回転軸部５ａ）は、回転部４が回転する際の回転軸となる部分であり、触覚提示パネル１００の操作面と回転部４の回転軸が垂直を保つ役割をする。そのため、固定部５（回転軸部５ａ）の軸部１４の中心は底面部１５および粘着部１７（軸構造体保持部１７ａ）と直交しており、粘着部１７（軸構造体保持部１７ａ）の底面は平坦であり、導電性弾性部６の触覚提示パネル１００との接触面と粘着部１７（軸構造体保持部１７ａ）は、同一平面上に位置する。なお、図２３では粘着部１７の直径と固定台１３の直径が同一の場合を示したが、図２４のように軸構造体保持部１７ａの直径と固定台１３の直径が異なっていてもよい。
【００６９】
回転部４を回転させる際に指示体２が接する回転部４の回転部側面１０の表面部１０ｓおよび境界部導電部１６ｓは、導電性材料からなり、導電性弾性部６および位置検出部７にも電気的に接続している。使用者の回転部４の表面への接触有無を検知し、導電性弾性部６に電荷が蓄積するのを抑制する。表面部１０ｓおよび境界部導電部１６ｓは、導電性弾性部６と同様の材料からなる。特に、抵抗の低い金属であることが望ましく、樹脂等で回転部４を形成した後、金属メッキなどでコーティングをして表面部１０ｓおよび境界部導電部１６ｓを形成してもよい。詳細については後述する。
【００７０】
導電性弾性部６は、触覚電極１０２と静電容量を形成する導電体である。導電性弾性部６は、２つ以上に分割されており、触覚強度が低下するのを防止する。この効果の詳細については、後述する。導電性弾性部６が弾性を有することにより、密着性低下による触覚強度の１０６低下を抑制する効果がある。回転部４や固定部５（回転軸部５ａ）の加工精度または触覚提示スクリーン１５０の組み立て精度に起因する触覚提示パネル１００の表面の平坦度の低下、あるいは触覚提示パネル１００の表面の微小な凹凸などにより、導電性弾性部６と触覚提示パネル表面の密着性が減少すると、触覚電極１０２と導電性弾性部６とが誘電体層１０６だけでなく誘電率が小さい空気を介して静電容量を形成することになり、触覚電極１０２と導電性弾性部６との間に形成する静電容量が減少し、触覚強度の低下を招いてしまう。導電性弾性部６が弾性を有することにより、触覚提示パネル１００の表面の凹凸による誘電体層１０６と導電性弾性部６との隙間を埋め、導電性弾性部６と触覚提示パネル１００との密着性の低下による触覚強度の低下を防止することが可能となる。導電性弾性部６に用いる材料としては、ＣＮＲ、ＣＲゴム、ＮＢＲゴム、シリコン、フッ素ゴム、ＥＰＴゴム、ＳＢＲ、ブチルゴム、アクリルゴム、またはＣＳＭゴムを基材とし、導電性カーボンブラックまたは金属粉末などの導電性物質を混合した導電性ゴムと呼ばれる弾性のある樹脂材料が好ましい。体積固有抵抗は、１０６Ωｃｍ以下であればよく、体積固有抵抗が低ければ低いほど導電性弾性部６に電荷が蓄積し難くなる。導電性弾性部６への電荷蓄積についての詳細は後述する。また、触覚電極１０２と静電容量を形成するので、耐圧特性が可能な限り高い方が導電性弾性部６の寿命や信頼性が向上するので望ましい。位置検出部７は、タッチスクリーン２５０の検出電極２０３と静電容量を形成して、触覚提示つまみ３の位置や回転量の検出に用いる。
【００７１】
位置検出部７を形成する材料は、検出電極２０３と静電容量が形成できる導電体で、導電性弾性部６と同様に弾性を有し、導電性弾性部６と同じ材料を用いてもよい。触覚提示パネル１００との密着性が良い方が設計値と実際の静電容量値との差異が生じにくく、安定した位置検出精度が得られる。
【００７２】
導電性弾性部６および位置検出部７を同一の厚みにすることにより、触覚提示パネル１００の表面との間に隙間を作らずに密着するようにすると、強い触覚強度や高精度な位置検出が得られる。導電性弾性部６および位置検出部７と触覚提示パネル１００とが接する面の平面度（ある基準面からの距離を測定し、測定値の最大値と最小値の差分）は、０．５ｍｍ以下であることが望ましい。また、タッチパネルを操作するときのタッチ面に対する人の指の接触面積の直径は子供が３ｍｍ、大人が最大７〜１０ｍｍ程度であるといわれており、一般的に様々なタッチ操作における指の接触面積は２０〜４００ｍｍ２といわれていることから、位置検出部７の面積は７ｍｍ２以上４００ｍｍ２以下の範囲内であると考えてよい。
【００７３】
＜つまみ位置および回転量の検出＞
図２５は、触覚提示つまみ３の位置検出時のタッチパネル２００が検出した際の線Ｃ−Ｃの容量プロファイルを説明する模式図である。触覚提示つまみ３への触覚発生と触覚提示つまみ３の位置検出は、時間分割で行う。触覚電極１０２に電圧信号が印加されている期間において、検出電極２０３および励起電極２０２は、０Ｖまたは触覚電極１０２と静電容量を形成して触覚電極１０２にかかる電圧低下を招かないように任意の電圧を印加する。検出電極２０３が位置検出している際、触覚電極１０２はフローティング状態にする。そして、触覚電極１０２を介して導電性弾性部６と検出電極２０３とが静電容量を形成したときの励起電極２０２と検出電極２０３との静電容量の変化量を検出することで、触覚提示つまみ３の位置を検出する。
【００７４】
検出電極２０３は、位置検出部７と導電性弾性部６の両方と静電容量を形成して静電容量を検出する。その際、隙間８があるので、位置検出部７との静電容量プロファイルと導電性弾性部６との静電容量プロファイルは、異なる位置にピークを有し、それぞれの位置を分別して検出する。
【００７５】
触覚提示つまみ３の回転量は、位置検出部７が１つの場合は、位置検出部７の初期位置からの移動量から回転方向のみの移動として回転量を算出する。位置検出部７は、必ずしも１つでなくてもよい。図２６に示すように位置検出部７が複数個の場合、初期位置（Ｐ１，Ｐ２）での各位置検出部７間の方向ベクトルＰ１−Ｐ２と移動後の位置（Ｐ１’，Ｐ２’）での方向ベクトルＰ１’−Ｐ２’から回転量θを算出することができる。
【００７６】
図２６において、回転中心をＰ０、並進移動量をＴｘｙ、回転角θの座標変換行列をＲ、単位行列をＩとすると、以下の式（２）および（３）からＰ１’−Ｐ２’は式（４）で表される。
Ｐ１’＝Ｒ・Ｐ１−（Ｒ−Ｉ）・Ｐ０＋Ｔｘｙ  ・・・（２）
Ｐ２’＝Ｒ・Ｐ２−（Ｒ−Ｉ）・Ｐ０＋Ｔｘｙ  ・・・（３）
Ｐ１’−Ｐ２’＝Ｒ・（Ｐ１−Ｐ２）  ・・・（４）
【００７７】
なお、座標変換行列Ｒが単位行列Ｉに等しい（Ｒ＝Ｉ）場合は並進動作であり、Ｔｘｙは以下の式（５）で表される。
Ｔｘｙ＝Ｐ１’−Ｐ１  ・・・（５）
【００７８】
また、触覚提示つまみ３の操作範囲が３６０度を超える設定とする場合は、位置検出部７の回転角および回転角変化方向を参照し３６０度×ｎ（ｎは整数）の加減算補正を行うことで初期位置からの回転角度を算出できる。算出に用いる各位置検出部７のペア数が多いほど回転角の測定精度が向上するが、導電性弾性部６の面積が少なくなるので、触覚強度と回転角の測定精度のバランスで位置検出部７の数は決定される。触覚提示つまみ３の指示位置を示す指示位置線１１（図２２参照）を回転部４に配置し、つまみ位置の視覚化を図ってもよい。指示位置線１１を配置した場合、指示位置線１１の直下に位置検出部７を配置することで計算処理の簡易化が図れる。
【００７９】
＜電極間距離＞
図２７は、触覚提示つまみ３における導電性弾性部６および位置検出部７の位置関係の一例を示したものである。隣り合う導電性弾性部６の間に位置検出部７が配置されている場合の導電性弾性部６と位置検出部７との間の距離を隙間８、隣り合う導電性弾性部６の間に位置検出部７が配置されていない場合の導電性弾性部６間の距離を隙間８ａで示す。電極の厚さに起因する凹凸が触覚提示パネル１００の表面にある場合、導電性弾性部６が誘電体層１０６を介して触覚電極１０２に接触しながらスライドすると、表面の凹凸によって触覚提示つまみ３が振動する。この振動は、触覚電極１０２に印加される電圧信号とは無関係に、指示体２に感知されてしまう。その結果、当該電圧信号によって得られる触覚を指示体２が感じにくくなり得る。言い換えれば、触覚強度が低下し得る。
【００８０】
触覚提示パネル１００の表面に凹凸があったとしても、それを指示体２が感じやすいか否かは、後述するように触覚電極１０２の電極間間隔に依存する。より大きな凹凸が許容されるほど、凹凸緩和のために誘電体層１０６の厚さを大きくする必要性が低くなる。すなわち、誘電体層１０６の厚さを小さくすることが許容される。これにより、導電性弾性部６と触覚電極１０２との間に形成される容量を大きくすることができる。よって、より強い触覚を発生させることができる。また、触覚電極１０２の電極間距離が導電性弾性部６と位置検出部７との間の隙間８よりも広いと、導電性弾性部６のエッジ部１８（図２７参照）が触覚電極１０２の電極間距離起因の表面の凹凸に引っかかり、意図しない触覚が触覚提示つまみ３に生じてしまうので、触覚電極１０２の電極間距離は、隙間８よりも狭い方が望ましい。また、触覚電極１０２の電極間距離が狭い方が、触覚電極１０２の専有面積が大きくなり、導電性弾性部６と形成する静電容量が大きくなり、得られる触覚強度も大きくなるので望ましい。
【００８１】
＜触覚提示タッチパネルの詳細構成＞
図２８は、触覚提示タッチパネル４００の構成を概略的に示すブロック図である。ここでは、複数の励起電極２０２として励起電極Ｔｙ（１）〜Ｔｙ（ｍ）が設けられ、複数の検出電極２０３として検出電極Ｔｘ（１）〜Ｔｘ（ｎ）が設けられ、複数の触覚電極１０２として触覚電極Ｈ（１）〜Ｈ（ｊ）が設けられているとする。触覚電極Ｈ（１）〜Ｈ（ｊ）は、括弧内の数字に従って順に並んでおり、奇数の触覚電極１０２は第１電極１０２ａに対応しており、偶数の触覚電極１０２は第２電極１０２ｂに対応している。また、説明を簡略化するために、１つの励起電極２０２によって１つの行方向配線層２０６（図８または図１０参照）が構成され、かつ１つの検出電極２０３によって１つの列方向配線層２０７（図８または図１０参照）が構成されているものとする。
【００８２】
上述の通り、触覚提示タッチパネル４００は、タッチパネル２００と、触覚提示パネル１００とを有している。タッチパネル２００は、タッチスクリーン２５０と、タッチ検出回路２１０とを有している。触覚提示パネル１００は、触覚提示スクリーン１５０と、電圧供給回路１１０とを有している。
【００８３】
タッチ検出回路２１０は、励起パルス発生回路２１５と、電荷検出回路２１２と、タッチ座標算出回路２１４と、タッチ検出制御回路２１３とを有している。タッチ検出制御回路２１３は、励起パルス発生回路２１５、電荷検出回路２１２、およびタッチ座標算出回路２１４の動作を制御する。励起パルス発生回路２１５は、励起電極Ｔｙ（１）〜Ｔｙ（ｍ）へ、順次、励起パルス信号を印加する。電荷検出回路２１２は、検出電極Ｔｘ（１）〜Ｔｘ（ｎ）の各々から得られる信号を測定する。これにより電荷検出回路２１２は、検出電極Ｔｘ（１）〜Ｔｘ（ｎ）の各々の電荷量を検出する。電荷検出結果の情報は、ｋを１以上ｍ以下の整数として、励起電極Ｔｙ（ｋ）に励起パルス信号が付与されたときの励起電極Ｔｙ（ｋ）と検出電極Ｔｘ（１）〜Ｔｘ（ｎ）の各々との相互容量に対応した値を表す。なお、電荷検出回路２１２は、タッチ検出制御回路２１３からの制御信号によって、励起電極Ｔｙ（１）〜Ｔｙ（ｍ）のうちのどれに励起パルス信号が印加されているかを認識することができる。タッチ座標算出回路２１４は、上記電荷検出結果に基づいて、指示体２がタッチした座標のデータ（以下、「タッチ座標データ」という）を得る。
【００８４】
タッチ座標算出回路２１４は、タッチ座標データを、つまみ移動量算出回路２２０へ出力するとともに、タッチ動作情報として触覚形成条件変換回路１２０および触覚提示制御回路１１４へも出力する。つまみ移動量算出回路２２０は、つまみの移動量として回転角度、回転速度、水平移動距離の情報を触覚形成条件変換回路１２０および表示画面処理回路３２１へ出力する。触覚形成条件変換回路１２０は、入力された情報を基に算出した触覚強度（操作感強度）を実現する電気信号条件を触覚提示制御回路１１４へ出力する。このように、タッチ検出回路２１０は、触覚提示つまみ３と触覚提示パネル１００の操作面との接触位置を検出する接触位置検出部の機能を有する。なお、当該接触位置検出部の機能は、触覚提示パネル１００が有してもよい。
【００８５】
電圧供給回路１１０は、スイッチ回路１１２と、触覚提示電圧生成回路１１３と、触覚提示制御回路１１４とを有している。触覚提示電圧生成回路１１３は、スイッチ回路１１２を介して、触覚電極Ｈ（１）〜Ｈ（ｊ）のうち第１電極１０２ａへ電圧信号Ｖａを印加し、第２電極１０２ｂへ電圧信号Ｖｂを印加する。言い換えれば、一の方向（図中、横方向）に並んだ触覚電極Ｈ（１）〜Ｈ（ｊ）に対して、電圧信号Ｖａおよび電圧信号Ｖｂが交互に印加される。スイッチ回路１１２は、触覚提示電圧生成回路１１３からの指令に基づいてオン状態またはオフ状態を取るものである。スイッチ回路１１２は、オン状態において触覚電極１０２を触覚提示電圧生成回路１１３へ接続し、オフ状態において触覚電極１０２をフローティング状態とする。本実施の形態１において、スイッチ回路１１２は、２つのスイッチ４０を有しており、一方がすべての第１電極１０２ａへの電気的経路のスイッチングを行い、他方がすべての第２電極１０２ｂへの電気的経路のスイッチングを行う。これら２つのスイッチ４０は連動して制御されてもよい。なお、スイッチ４０は、切り替え部に相当する。
【００８６】
触覚提示制御回路１１４は、触覚形成条件変換回路１２０によって算出された触覚強度の情報を参照する。触覚提示制御回路１１４は、この情報に基づいて触覚提示電圧生成回路１１３の動作を制御し得る。このように、電圧供給回路１１０は、触覚提示つまみ３と触覚提示パネル１００の操作面との接触位置が予め設定された操作領域に存在するとき、当該操作領域に対して触覚提示つまみ３と操作面との間の摩擦力を触覚として提示する制御を行う触覚制御部の機能を有する。
【００８７】
＜触覚提示タッチパネルの動作＞
図２９は、指示体２が触覚提示つまみ３に接触していないときの励起電極２０２と検出電極２０３との静電容量のイメージを示す模式図である。図３０は、指示体２が触覚提示つまみ３に接触していない時の触覚提示タッチパネル４００（図２８参照）の動作タイミングを概略的に示すタイミングチャートである。
【００８８】
指示体２が触覚提示つまみ３に接触していないときは、導電性弾性部６および触覚電極１０２共にフローティング状態で、検出電極２０３と同電位にあり、電荷検出回路２１２は検出電極２０３と励起電極２０２との静電容量を主とする電荷量を検出する。タッチ検出制御回路２１３は、励起電極２０２の制御信号を触覚提示電圧生成回路１１３にも出力する。
【００８９】
この制御信号に基づいて、触覚提示電圧生成回路１１３は、タッチ検出期間Ｐ１を認識することができる。タッチ検出期間Ｐ１において、触覚提示電圧生成回路１１３は、スイッチ回路１１２のスイッチ４０を遮断する。これにより、触覚提示電圧生成回路１１３とすべての触覚電極１０２との間の電気的接続が遮断される。その結果、すべての触覚電極１０２の電位がフローティング状態となる。
【００９０】
次に、タッチ座標算出期間Ｐ２において、タッチ座標算出回路２１４は、電荷検出回路２１２から入力され保持された、励起電極Ｔｙ（１）〜Ｔｙ（ｍ）の各々に対応する相互容量の電荷検出結果、言い換えれば励起電極Ｔｙ（１）〜Ｔｙ（ｍ）と検出電極Ｔｘ（１）〜Ｔｘ（ｎ）とによって形成されるすべての交差部の容量の電荷検出結果に基づいて、指示体２によるタッチがあるかどうかを判定する。指などの指示体２の近接または接触によって励起電極２０２と検出電極２０３との間の電界結合が緩和される結果、相互容量における充電電荷が低下する。この低下の度合いに基づいて、タッチ座標算出回路２１４はタッチの有無を判定することができる。タッチ座標算出回路２１４は、タッチがあると判定した場合、上記電荷検出結果に基づいてタッチ座標データの算出を開始する。具体的にはタッチ座標算出回路２１４は、充電電荷の低下度合いが最も大きい交差部とその周辺の交差部とについての検出結果に対して、例えば重心演算等の演算処理を行うことによって、タッチ座標データを算出することができる。タッチ座標算出回路２１４は、タッチがないと判定した場合、タッチ座標データの算出を行わず、次の電荷検出結果の処理まで待機する。
【００９１】
ここで、指示体２の触覚提示つまみ３への接触有の判定結果が出た場合の動作を以下で説明する。
【００９２】
図３１は、指示体２が触覚提示つまみ３に接触している時の励起電極２０２と位置検出部７との静電容量のイメージを示す模式図である。図３２は、指示体２が触覚提示つまみ３に接触している時の触覚提示タッチパネル４００（図２８参照）の動作タイミングを概略的に示すタイミングチャートである。
【００９３】
指示体２が触覚提示つまみ３に接触している場合、導電性弾性部６は触覚提示つまみ３および指示体２を介して接地接続した状態になり、検出電極２０３は触覚電極１０２を介して導電性弾性部６と静電容量を形成し、検出電極２０３と励起電極２０２との静電容量が減少する。その結果、電荷検出回路２１２が検出する電荷量が減少して、指示体２が触覚提示つまみ３に接触したことが検知される。
【００９４】
タッチ検出期間Ｐ１において、タッチ検出制御回路２１３から励起パルス発生回路２１５へ、第１の変換タイミングを表す制御信号が出力される。この制御信号を受けて励起パルス発生回路２１５は励起電極Ｔｙ（１）へ励起パルス信号（充電パルス信号）を与える。これにより、励起電極Ｔｙ（１）と、それに平面視において交差する検出電極Ｔｘ（１）〜Ｔｘ（ｎ）の各々との間の電極間容量（相互容量）が充電される。電荷検出回路２１２は、検出電極Ｔｘ（１）〜Ｔｘ（ｎ）を用いて上記充電による電荷量を検出する。そして電荷検出回路２１２は、その検出結果に対してアナログ／デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）を施し、それによって得られたデジタル情報を、励起電極Ｔｙ（１）に対応する相互容量の電荷検出結果として、タッチ座標算出回路２１４へ出力する。同様にして、タッチ検出制御回路２１３から励起パルス発生回路２１５へ、第２〜第ｍの変換タイミングを表す制御信号が順に出力される。第２〜第ｍの変換タイミングのそれぞれに対応して、励起電極Ｔｙ（２）〜Ｔｙ（ｍ）に対応する相互容量の電荷検出結果がタッチ座標算出回路２１４へ出力される。
【００９５】
タッチ検出制御回路２１３は、上記制御信号を触覚提示電圧生成回路１１３にも出力する。この制御信号に基づいて、触覚提示電圧生成回路１１３は、タッチ検出期間Ｐ１を認識することができる。タッチ検出期間Ｐ１において、触覚提示電圧生成回路１１３は、スイッチ回路１１２のスイッチ４０を遮断する。これにより、触覚提示電圧生成回路１１３とすべての触覚電極１０２との間の電気的接続が遮断される。その結果、すべての触覚電極１０２の電位がフローティング状態となる。
【００９６】
次に、タッチ座標算出期間Ｐ２において、タッチ座標算出回路２１４は、電荷検出回路２１２から入力され保持された、励起電極Ｔｙ（１）〜Ｔｙ（ｍ）の各々に対応する相互容量の電荷検出結果、言い換えれば励起電極Ｔｙ（１）〜Ｔｙ（ｍ）と検出電極Ｔｘ（１）〜Ｔｘ（ｎ）とによって形成されるすべての交差部の容量の電荷検出結果に基づいて、指示体２によるタッチがあるかどうかを判定する。指などの指示体２の近接または接触によって励起電極２０２と検出電極２０３との間の電界結合が緩和される結果、相互容量における充電電荷が低下する。この低下の度合いに基づいて、タッチ座標算出回路２１４はタッチの有無を判定することができる。タッチ座標算出回路２１４は、タッチがあると判定した場合、上記電荷検出結果に基づいてタッチ座標データの算出を開始する。具体的には、タッチ座標算出回路２１４は、充電電荷の低下度合いが最も大きい交差部とその周辺の交差部とについての検出結果に対して、例えば重心演算等の演算処理を行うことによって、タッチ座標データを算出することができる。タッチ座標算出回路２１４は、タッチがないと判定した場合、タッチ座標データの算出を行わず、処理がタッチ検出期間Ｐ１に戻る。このような処理を可能とするために、タッチ座標算出回路２１４は、タッチの有無の判定結果を表す信号をタッチ検出制御回路２１３に付与する。
【００９７】
次に、タッチ座標送出期間Ｐ３において、タッチ検出制御回路２１３からのタッチ座標データ送出タイミングに従って、タッチ座標算出回路２１４は、タッチ座標データを、つまみ移動量算出回路２２０へ出力するとともに、タッチ動作情報として触覚形成条件変換回路１２０および触覚提示制御回路１１４へも出力する。
【００９８】
次に、判定期間Ｐ４において、触覚提示制御回路１１４は、タッチ座標データから触覚提示つまみ３の位置を判定し、触覚提示するエリアを決定する。
【００９９】
触覚提示制御回路１１４は、表示画面と触覚提示つまみ３の座標に対応する触覚提示信号波形を触覚形成条件変換回路１２０からの入力を基に選択する。この「触覚提示信号波形」は、電圧信号Ｖａおよび電圧信号Ｖｂの各々の波形を定義するものである。なお電圧信号Ｖａと電圧信号Ｖｂとの間での波形の相違は、典型的には、周波数の相違である。触覚提示信号波形は、触覚提示制御回路１１４の内部または外部において設定されている。触覚提示信号波形の種類は、１つであってもよく、１つより多くてもよい。触覚提示信号波形の種類が１つしか存在しない場合、触覚提示信号波形を選択する処理は必要ない。触覚提示信号波形の種類が１つより多い場合は、触覚形成条件変換回路１２０からの入力を基に触覚提示信号波形の種類が選択される。
【０１００】
次に、触覚提示信号印加期間Ｐ５において、触覚提示制御回路１１４は、上記触覚提示信号波形での触覚提示信号を発生する。また、スイッチ回路１１２の触覚提示信号を入力する領域にある触覚電極１０２に接続しているスイッチ４０は、触覚提示電圧生成回路１１３と接続し、触覚提示信号を入力しない領域にある触覚電極１０２と接続しているスイッチ４０はＧＮＤと接続するか、もしくはそのままスイッチをオンしないで触覚電極１０２をフローティングにする。これにより触覚電極１０２へ信号が印加され、よって触覚が提示される。図３２の例では、触覚電極１０２へ、Ｈレベル（高レベル）およびＬレベル（低レベル）を有する交流信号が印加される。触覚電極１０２は、Ｈレベルの期間において、正極の高電圧、典型的にはプラス数十ボルトで充電され、０レベルの期間において放電され、Ｌレベルにおいて負極の高電圧、典型的にはマイナス数十ボルトで充電される。パルス信号の発生周期および発生期間は、触覚形成条件変換回路１２０からの入力に基づき、適宜設定され得る。
【０１０１】
上記触覚提示信号印加期間Ｐ５の後、処理はタッチ検出期間Ｐ１へ戻る。それによって、上述した動作が繰り返される。これにより、触覚提示タッチパネル４００は、触覚提示つまみ３の位置検出と、触覚提示つまみ３の位置と表示画面に応じた触覚提示とを行うことができる。
【０１０２】
図３３は、タッチ検出期間Ｐ１（図３２参照）における触覚提示タッチディスプレイ１中での静電容量の形成を示す模式図である。タッチ検出期間Ｐ１において、指示体２と検出電極２０３との間で静電容量ＣＮＤが形成される。この期間において、すべての触覚電極１０２の電位がフローティング状態とされる。これにより、触覚電極１０２がシールドとして機能してしまうことが避けられる。よってタッチ検出の感度を高めることができる。
【０１０３】
図３４は、触覚提示信号印加期間Ｐ５（図３２参照）における触覚提示タッチディスプレイ１中での静電容量の形成を示す模式図である。触覚提示信号印加期間Ｐ５において、タッチパネル２００の励起電極２０２および検出電極２０３の電位がフローティング状態とされてよい。これにより、励起電極２０２および検出電極２０３による容量形成が静電容量ＣＮＥへ及ぼす影響を抑えることができる。代わりに、タッチパネル２００の励起電極２０２および検出電極２０３の電位が実質的に定電位とされてもよく、例えば、励起電極２０２および検出電極２０３がグラウンド電位へ低インピーダンスで接続されていてもよい。これにより、励起電極２０２および検出電極２０３が、触覚電極１０２と表示パネル３００との間のシールドとして機能し得る。よって、触覚電極１０２に印加される高電圧信号に起因して表示パネル３００においてノイズが発生することが抑制される。よって、ノイズに起因しての表示不良を防止することができる。また逆に、表示パネル３００に起因して触覚電極１０２にノイズが発生することが抑制される。触覚電極１０２に触覚提示信号が印加されると、導電性弾性部６は、触覚電極１０２との間に静電容量を形成し、導電性弾性部６の誘電体層１０６と接する面に触覚電極１０２の電圧と逆の電位の電荷が蓄積し、導電性弾性部６と誘電体層１０６との間に静電気力が生じる。その結果、導電性弾性部６と誘電体層１０６との間の摩擦力が変化し、この摩擦力の変化により触覚提示つまみ３を回転したときにつまみのトルクが変化し、触覚提示つまみ３を回転したときの操作感として感じる。
【０１０４】
なお、フローティング状態が用いられる場合、励起電極２０２および検出電極２０３の両方がフローティング状態とされてもよく、あるいは一方がフローティング状態とされてもよい。また、定電位が用いられる場合、励起電極２０２および検出電極２０３の両方が定電位とされてもよく、あるいは一方が定電位とされてもよい。励起電極２０２および検出電極２０３の一方がフローティング状態とされ、他方が定電位とされてもよい。励起電極２０２および検出電極２０３の各々と触覚電極１０２との距離が異なる場合、励起電極２０２および検出電極２０３のうち触覚電極１０２により近い方がフローティング状態とされ、かつ、より遠い方が定電位とされてもよい。
【０１０５】
なお、図２８に示された例では、タッチ検出回路２１０から電圧供給回路１１０へタッチ座標データが送られるが、変形例として、電荷検出回路２１２から電圧供給回路１１０へ電荷検出結果の情報が送られてもよい。この場合、触覚提示制御回路１１４が、電荷検出結果の情報を用いてタッチの有無の判定およびタッチ座標の算出を行う。
【０１０６】
操作中または操作ごとに触覚提示パネル１００上に触覚提示つまみ３を置く位置を変更する場合は、底面部１５を触覚提示パネル１００上に面で密着して固定してもよい。また、操作中または操作ごとに触覚提示パネル１００上に触覚提示つまみ３を置く位置を変更しない場合（触覚提示つまみ３の位置を固定して使用する場合）は、底面部１５を触覚提示パネル１００上に粘着部１７で接着して固定してもよい。
【０１０７】
＜導電性弾性部への電荷蓄積の抑制＞
図３５は、電圧信号印加時に導電性弾性部６に蓄積した電荷が指示体２を介して接地されたときの電荷の移動を模式的に示すイメージ図である。図３６は、電圧信号印加時に、触覚提示つまみ３が誘電体層１０６を介して接触している一部の触覚電極１０２を接地接続した際の、導電性弾性部６に蓄積した電荷の移動を模式的に示すイメージ図である。導電性弾性部６は、絶縁性の樹脂に導電性のカーボンブラックや金属粒子を混ぜたものであるため、比較的抵抗が高く、電荷が蓄積しやすい。導電性弾性部６に電荷が蓄積すると、電圧信号によって触覚電極１０２との間の静電気力が変化しなくなり、触覚強度が低下してしまう。導電性弾性部６と回転部４の表面を電気的に接続すると、指示体２が回転部４に接した際に指示体２を介して接地接続されることにより、導電性弾性部６に蓄積した電荷が解放され、電荷の蓄積を抑制することができる。
【０１０８】
導電性弾性部６の抵抗が高い場合は、導電性弾性部６内を電荷が移動し難く、上記のような指示体２を介した電荷の解放だけでは充分に電荷を解放できない。その場合は、電圧信号を印加する際に２つ以上に分割した導電性弾性部６の少なくとも１つが、触覚電極１０２と静電容量を形成し、少なくとも１つが接地接続された電荷排出部１１５（後述の図３７参照）と接続された触覚電極１０２と誘電体層１０６を介して接続するように触覚電極１０２を駆動することで、導電性弾性部６に蓄積した電荷を直接誘電体層１０６を介して触覚電極１０２へと解放することで、電荷の蓄積を防止する。電荷排出部１１５に接続する触覚電極１０２は、固定する必要はなく、同一の触覚電極１０２において電圧信号の印加と電荷排出部１１５への接続とを切り替えて駆動してもよく、電圧信号を印加する触覚電極１０２と電荷排出部１１５に接続する触覚電極１０２とが交互になるようにしてもよい。ただし、電荷排出部１１５に接続した触覚電極１０２には静電気力が生じない。従って、触覚の低下を防止するために、電圧信号が印加された触覚電極１０２の数は、電荷排出部１１５に接続された触覚電極１０２の数よりも多くしたり、電荷排出部１１５に接続する時間を電圧信号を印加する時間よりも短くしたりすることによって、触覚電極１０２との間に静電気力を生成する導電性弾性部６の実効的な面積が、電荷排出部１１５と容量を形成する導電性弾性部６の実効的な面積よりも大きくなるようにするとよい。
【０１０９】
図３７は、図３６のように２つ以上に分割した導電性弾性部６の少なくとも１つが、触覚電極１０２と静電容量を形成し、少なくとも１つが接地接続された触覚電極１０２と誘電体層１０６を介して接続するように触覚電極１０２を駆動する場合の構成を示すブロック図である。判定期間Ｐ４（図３２参照）において、触覚提示制御回路１１４は、タッチ座標データから触覚提示つまみ３が置かれた位置を判定し、触覚提示するエリアを決定し、そのエリアを２つ以上に分割し、触覚提示信号を入力する領域とＧＮＤに接続する領域を決定する。
【０１１０】
触覚提示制御回路１１４は、表示画面と触覚提示つまみ３の座標に対応する触覚提示信号波形を触覚形成条件変換回路１２０からの入力を基に選択する。この「触覚提示信号波形」は、電圧信号Ｖａおよび電圧信号Ｖｂの各々の波形を定義するものである。なお電圧信号Ｖａと電圧信号Ｖｂとの間での波形の相違は、典型的には、周波数の相違である。触覚提示信号波形は、触覚提示制御回路１１４の内部または外部において設定されている。触覚提示信号波形の種類は、１つであってもよく、１つより多くてもよい。触覚提示信号波形の種類が１つしか存在しない場合、触覚提示信号波形を選択する処理は必要ない。触覚提示信号波形の種類が１つより多い場合は、触覚形成条件変換回路１２０からの入力を基に触覚提示信号波形の種類が選択される。
【０１１１】
次に、触覚提示信号印加期間Ｐ５（図３２参照）において、触覚提示制御回路１１４は、上記触覚提示信号波形での触覚提示信号を発生する。また、スイッチ回路１１２の触覚提示信号を入力する領域にある触覚電極１０２に接続しているスイッチ４０は、触覚提示電圧生成回路１１３と接続し、ＧＮＤと接続する領域にある触覚電極１０２と接続しているスイッチ４０は、ＧＮＤと接続する。触覚提示信号を入力しない領域にある触覚電極１０２と接続しているスイッチ４０は、ＧＮＤと接続するか、またはスイッチ４０をオンしないで触覚電極１０２をフローティングのままにする。これにより触覚電極１０２へ信号が印加され、よって触覚が提示される。図２４の例では、触覚電極１０２へ、Ｈレベル（高レベル）およびＬレベル（低レベル）を有する交流信号が印加される。触覚電極１０２は、Ｈレベルの期間において、正極の高電圧、典型的にはプラス数十ボルト、で充電され、０レベルの期間において放電され、Ｌレベルにおいて負極の高電圧、典型的にはマイナス数十ボルトで充電される。パルス信号の発生周期および発生期間は、触覚形成条件変換回路１２０からの入力に基づき、適宜設定され得る。
【０１１２】
上記触覚提示信号印加期間Ｐ５の後、処理はタッチ検出期間Ｐ１へ戻る。それによって、上述した動作が繰り返される。これにより、触覚提示タッチパネル４００は、触覚提示つまみ３の位置検出と、触覚提示つまみ３の位置と表示画面に応じた触覚提示とを行うことができる。
【０１１３】
なお、本実施の形態１では、電荷排出部１１５として、ＧＮＤ端子を用いて説明しているが、導電性弾性部６に蓄積された電荷を排出することができれば、その他の構成でも構わない。例えば、導電性弾性部６に蓄積される電荷の導電性に応じて、ＧＮＤ端子ではなく、効率的に電荷が排出される正電圧や負電圧を印加してもよい。
【０１１４】
本開示では、上記の触覚提示信号印加期間Ｐ５において、電圧信号の波形および電圧信号が印加される時間および信号の形成周期を変化させて触覚提示つまみ３の回転操作を任意の期間停止させることによって、従来の触覚提示つまみでは提示することができなかった操作可能領域、および操作基準となるニュートラルポジションを提示する。これらの具体例については後述する。
【０１１５】
＜触覚提示スクリーンの電極構造とタッチスクリーンの電極構造との相違＞
触覚電極１０２の好適な条件として、第１に、指示体２が触覚電極１０２に誘電体層１０６以外の部材を介することなく接することができる構成が望まれる。よって、誘電体層１０６に被覆された触覚電極１０２は、触覚提示タッチパネル４００の最表面に配置されることが好ましい。
【０１１６】
第２に、指示体２と触覚電極１０２との間の距離が近いほど、大きな触覚を発生することができる。この観点から、誘電体層１０６の厚さは小さいことが好ましく、また誘電体層１０６の誘電率は大きいことが好ましい。
【０１１７】
第３に、触覚の生成時には静電容量ＣＮＥ（図３４参照）を大きくするために触覚電極１０２が密に存在することが望まれる一方、タッチ位置の検出時（図３２参照）には、静電容量ＣＮＤの形成を阻害しないよう、触覚電極１０２間の静電容量ＣＥ、すなわち電極間容量は小さいことが好ましい。
【０１１８】
触覚提示タッチパネル４００のサイズが触覚提示つまみ３よりも大きく、触覚提示つまみ３を置かないエリアを触覚提示しないタッチパネルとして使用する場合、触覚提示つまみ３に指示体２が接触していない時は、触覚提示タッチパネル４００の全面を触覚提示つまみ３に指示体２が接触していない時の動作タイミング（図３０参照）を繰り返す。触覚提示をしないタッチパネルとして使用するエリアでタッチ検出した際は、タッチ位置を算出して出力する。触覚提示つまみ３に指示体２が接触した時は、触覚提示つまみ３を置いていないエリアのタッチ検出を休止して、触覚提示つまみ３を置いているエリアのみ前述のような触覚提示つまみ３に指示体２が接触している時（図３２参照）の動作タイミングで動作する。
【０１１９】
触覚提示つまみ３を置いていないエリアを触覚提示するタッチパネルとして使用する場合、触覚提示つまみ３に指示体２が接触していない時は、触覚提示タッチパネル４００の全面を触覚提示つまみ３に指示体２が接触していない時の動作タイミング（図３０参照）を繰り返す。触覚提示をするタッチパネルとして使用するエリアにタッチ検出した際は、前述のような触覚提示つまみ３に指示体２が接触している時（図３２参照）の動作タイミングで動作する。触覚提示つまみ３に指示体２が接触した時は、触覚提示つまみ３を置いていないエリアのタッチ検出を休止して、触覚提示つまみ３を置いているエリアのみ前述のような触覚提示つまみ３に指示体２が接触している時（図３２参照）の動作タイミングで動作する。
【０１２０】
励起電極２０２および検出電極２０３の好適な条件として、第１に、タッチ位置検出の感度およびリニアリティを確保するには、タッチ位置を正確に識別することができるマトリクス構造が必要である。第２に、指示体２と検出電極２０３とが触覚提示スクリーン１５０を介して形成した静電容量ＣＮＤによってタッチ位置を検知するため、横方向に電界が広がるように励起電極２０２と検出電極２０３との間に所定の距離（数百μｍ以上数ｍｍ以下）を設ける必要がある。
【０１２１】
上記のように、触覚電極１０２の好適な条件と、励起電極２０２および検出電極２０３の好適な条件とでは相違がある。両条件を最適化するためには、それらに対して同様の構造を適用することは望ましくない。
【０１２２】
＜引き出し配線層の詳細＞
触覚提示スクリーン１５０の引き出し配線層１０５（図１５）は、具体的には、引き出し配線層Ｌｄ（１）〜Ｌｄ（ｊ）および引き出し配線層Ｌｕ（１）〜Ｌｕ（ｊ）を有している。番号１からｊまでのいずれかの整数をｋとして、引き出し配線層Ｌｄ（ｋ）およびＬｕ（ｋ）の各々は、ｋ番目の触覚電極１０２に接続されている。引き出し配線層Ｌｄ（ｋ）およびＬｕ（ｋ）のそれぞれは、一の触覚電極１０２の延在方向における一方端および他方端に接続されている。
【０１２３】
触覚提示スクリーン１５０に設けられた触覚電極１０２の各々の配線抵抗は、タッチスクリーン２５０によるタッチ検出を阻害しないようにする観点では、高抵抗である方が望ましく、例えば１０４Ω以上にするのが望ましい。このように配線抵抗が高い場合、配線層内での電圧信号の伝播遅延が生じやすくなる。上述したように触覚電極１０２の一方端および他方端の各々に引き出し配線層１０５が接続されることによって、伝播遅延を抑えることができる。
【０１２４】
引き出し配線層Ｌｄ（１）〜Ｌｄ（ｊ）は、触覚提示可能エリアの外側に配置されており、触覚提示パネル端子部１０７の配列の中央に近いものから順に、対応する電極へ触覚提示パネル端子部１０７からほぼ最短距離が得られるように延びている。触覚提示パネル端子部１０７は、透明絶縁基板１０１の長辺に沿って、長辺の中央近傍に配置されている。引き出し配線層Ｌｄ（１）〜Ｌｄ（ｊ）は、相互の絶縁を確保しつつ、なるべく密に配置されている。引き出し配線層Ｌｕ（１）〜Ｌｕ（ｊ）は、引き出し配線層Ｌｄ（１）〜Ｌｄ（ｊ）によって占められた領域の外側において、同様に配置されている。このような配置とすることによって、透明絶縁基板１０１のうち触覚提示可能エリアの外側の部分の面積を抑えることができる。
【０１２５】
引き出し配線層１０５、具体的には引き出し配線層Ｌｄ（１）〜Ｌｄ（ｊ）および引き出し配線層Ｌｕ（１）〜Ｌｕ（ｊ）は、金属単層膜、または金属単層と非金属単層との積層膜のいずれかから構成されていることが好ましい。積層膜が下層とそれを覆う上層とを有する場合、上層は下層の保護層としての機能を有し得る。例えば、保護層としての上層が、触覚提示スクリーン１５０の製造に用いられるエッチング工程において、下層をエッチャントから保護してもよい。あるいは、上層が、触覚提示スクリーン１５０の製造時または使用時において、下層の腐食を防止するキャップ層として機能してもよい。下層の材料を、上層の材料よりも透明絶縁基板１０１との密着性に優れた材料とすれば、引き出し配線層１０５の剥離の発生を抑制することができる。
【０１２６】
＜表示パネルを含めた触覚提示タッチパネル＞
図３８は、表示パネル、タッチパネルおよび触覚提示パネルの関係の概要を示したブロック図である。つまみ移動量算出回路２２０（図２８、図３７参照）は、タッチ検出回路２１０で得られたつまみのタッチパネル２００上の座標を基につまみの移動量（回転角）の情報（回転情報）を触覚形成条件変換回路１２０および表示画面処理回路３２１へ出力する。
【０１２７】
表示画面処理回路３２１は、予め表示処理条件記憶装置３２２（表示条件記憶装置）に記憶されたパターンにおけるつまみの移動量に対応する表示処理条件を選択する。そして選択した表示処理条件を基に画像情報３３０を編集し画像信号供給回路３２０へ画像データを転送する。
【０１２８】
触覚形成条件変換回路１２０は、予め触覚形成条件記憶装置１２１（触覚条件記憶装置）に記憶されたパターンにおけるつまみの移動量に対応する触覚形成条件、例えば触覚強度を選択する。そして選択した触覚形成条件を基に電圧供給回路１１０は触覚提示パネル１００に電圧信号を供給する。従って、触覚提示つまみ３の回転量に応じた表示パネルの表示変化とつまみから得られる触覚が同調する。
【０１２９】
図３９は上記同調処理を記載したフローチャートである。指示体２（図３１参照）が触覚提示つまみ３（図３１参照）に接触（ノブタッチ）、または触覚提示タッチパネル４００に電源が投入（電源ＯＮ）されることで同調処理が開始され、同調処理を開始した時点、または触覚提示タッチパネル４００に触覚提示つまみ３の初期状態化信号が与えられた時点のタッチパネル２００上の触覚提示つまみ３の位置座標が初期位置として記憶される（ステップＳ０）。
【０１３０】
定められた周期で触覚提示つまみ３と指示体２の接触状態が判断され（ステップＳ１）、接触していないと判断される場合（Ｎｏの場合）は、手離し動作（接触解除）が行われたと判断し、手離し動作処理（ステップＳ１４）に移行する。一方、接触状態と判断される場合は（Ｙｅｓの場合）は、タッチパネル２００上の触覚提示つまみ３の位置を検出し現在座標を取得する（ステップＳ２）。そして、取得した現在座標と初期座標より触覚提示つまみ３の移動量（回転角）を算出し（ステップＳ３）、移動量から移動の有無を判断する（ステップＳ４）。
【０１３１】
触覚提示つまみ３が移動していないと判断される場合（Ｎｏの場合）は、前周期での動作が回転か並進かを判断し（ステップＳ１１）、並進の場合は並進動作処理（ステップＳ１５）に移行する。一方、回転の場合は前周期での回転角で角度-触感変換テーブルを参照し（ステップＳ１２）、前周期と同じ触感を形成する条件で触覚電極へ信号を印加する（ステップＳ８）。
【０１３２】
また、前周期での動作が回転である場合は、前周期の回転角に合わせた表示処理を行う（ステップＳ１３）。
【０１３３】
一方、ステップＳ４で触覚提示つまみ３が移動していると判断される場合（Ｙｅｓの場合）は、回転動作か否かを判断する（ステップＳ５）。この判断は、例えば図２６を用いて説明した方法で判断され、回転動作ではないと判断される場合（Ｎｏの場合）は、並進動作と判断して、並進動作処理（ステップＳ１５）に移行する。一方、回転動作と判断される場合（Ｙｅｓの場合）は、前周期での回転方向と同じか否かを判断する（ステップＳ６）。また、回転動作の場合は、ステップＳ３で算出した回転角に合わせた表示処理を行う（ステップＳ９）。
【０１３４】
ステップＳ６において同じ回転方向と判断される場合（Ｙｅｓの場合）は、前周期と同じ角度-触感変換テーブルを参照し（ステップＳ７）、触覚電極１０２へ信号を印加する（ステップＳ８）。
【０１３５】
一方、ステップＳ６で前周期での回転方向と同じではないと判断される場合（Ｎｏの場合）は、逆方向に回転しているとして、逆方向用の回転角から触感への変換テーブルに変更し（ステップＳ１０）、変更した角度-触感変換テーブルを参照し（ステップＳ７）、触覚電極１０２へ信号を印加する（ステップＳ８）。
【０１３６】
触覚電極１０２への電圧印加後は、次の周期での触覚提示つまみ３と指示体２の接触状態の確認に移行する。
【０１３７】
図４０は、図３９のステップＳ１から移行したステップＳ１４の手離し動作処理を示すフローチャートである。手離し動作処理においては、予め、図４１に示すような、触覚提示つまみ３の回転量の処理と表示パネル３００の画像処理とを関係づけたマトリクスを準備して処理を行う。図４１に示されるように、画面表示のパターンとしては、画面表示の更新が継続されるパターン、前周期の画面（現画面）表示を保持して継続表示するパターン、および画面表示を初期化（初期画面を表示）するパターンがある。
【０１３８】
図４０は、触覚提示つまみの操作による表示処理の一例を示すフローチャートである。図４０に示される手離し動作処理では、上述したマトリクスに示されるような処理設定を確認し（ステップＳ２０）、表示画面を確認（ステップＳ２１）して行う画像処理と、つまみ情報を確認（ステップＳ２７）して行う回転量の処理とを行う。
【０１３９】
画像処理では、表示画面の更新の有無の判断を行い（ステップＳ２２）、表示画面の更新がない場合（Ｎｏの場合）は、現在表示されている表示画面を保持する（ステップＳ２５）。一方、表示画面の更新がある場合（Ｙｅｓの場合）は、更新の種類を判断する（ステップＳ２３）。
【０１４０】
更新の種類としては、図４１に示されるように、初期化の場合と更新の継続の場合があり、初期化の場合は初期画面の表示情報を用いて表示画面を更新し（ステップＳ２６）、更新の継続の場合は現在の回転角（前周期の回転角と同じ）による表示操作量に従って表示画面を更新する（ステップＳ２４）。
【０１４１】
一方、回転量の処理では、図４１に示されるように、次の触覚提示つまみ３の操作に現在までの処理を継続するために回転量を記憶する処理（現回転量記憶）と、次の触覚提示つまみ３の操作は初期状態（回転量ゼロ）から行うために回転量を初期化して０に設定する処理（回転量０設定）とがあり、まず、初期化の有無を判断する（ステップＳ２８）。
【０１４２】
ステップＳ２８において、初期化すると判断される場合（Ｙｅｓの場合）は、触覚提示つまみ３の現在位置において回転量を初期化して０に設定する（ステップＳ２９）。一方、初期化すると判断されない場合（Ｎｏの場合）は、回転量を記憶する（ステップＳ３０）。なお、図３９のステップＳ１５に示す並進動作処理については、後に図８０を用いて説明する。
【０１４３】
図３９のステップＳ７で用いる角度-触感変換テーブルとしては、例えば、初期位置から遠ざかる回転方向を往路方向（第１の方向）とし、初期位置に近づく回転方向を復路方向（第２の方向）とした場合、往路方向の回転角から触感への変換テーブル（第１のパターン）の一例を図４２に示す。図４２では、便宜的に変換テーブルを回転角に対する触感（操作感）のグラフとして表しており、触覚提示つまみ３が初期位置近傍（回転角ゼロ近傍）の場合は操作感が低い状態を維持し、初期位置からの移動量（回転角）が大きくなると回転角に比例した操作感（抵抗感）を提示するグラフとなっている。
【０１４４】
操作感が低い状態を維持する角度幅θ１および比例部分での傾きは、表示設定状態および触覚提示つまみ３の大きさ等に応じて適宜設定され得る。図４２に示される変換テーブルは、回転角を大きくしたときの誤操作の防止に寄与する。
【０１４５】
同様に、往路方向の回転角から触感への変換テーブルの他の例を図４３に示す。図４３に示すテーブル（グラフ）は、触覚提示つまみ３が初期位置近傍（回転角ゼロ近傍）の場合は操作感が高い状態を維持し、初期位置からの移動量（回転角）が大きくなると回転角に比例して操作感（抵抗感）が減少する。操作感が高い状態を維持する角度幅θ２および比例部分での傾きは、表示設定状態および触覚提示つまみ３の大きさ等に応じて適宜設定され得る。
【０１４６】
なお、操作感が高い状態から減少に転じる回転角での操作感は不連続であってもよい。図４３に示される変換テーブルは、指示体２が触覚提示つまみ３に接触した際の誤操作の防止に寄与する。
【０１４７】
図４２に示される変換テーブルでは操作感の増加率を一定（比例）としたが、図４４に示すように、操作感の増加率が回転角の増加に伴い減少する変換テーブルとしてもよいし、図４５に示すように、操作感の増加率が回転角の増加に伴い増加する変換テーブルとしてもよい。
【０１４８】
図４４に示される変換テーブルは、回転操作可能範囲が広いが、表示処理操作に適している回転範囲が狭い場合に有効であり、図４５に示される変換テーブルは、表示処理操作に適している回転範囲が広い場合に有効である。なお、図４４および図４５では、角度幅θ１＝０として図示した。
【０１４９】
また、変換テーブルの他の例を図４６に示す。図４６に示すテーブル（グラフ）は、所定の回転角θ３までは操作感が増加し、回転角θ３を超えると操作感が大きく減少し、以降は操作感が変わらないテーブルとなっている。操作範囲を超えた事を認識させるとともに、操作範囲を超えた領域において操作感付与のための信号強度が過大となり触覚提示タッチパネルが破損する事を防止する場合に有効である。なお、図４６において回転角θ３までの回転角と操作感の関係は、図４２または図４５に示すような関係としてもよい。
【０１５０】
図４２〜図４５に示される変換テーブルによる操作感の付与は、表示パネルの表示動作と連動し、例えば、図４７に示されるような、回転角と表示処理量のグラフで表される。図４７に示されるグラフは、回転角の増減に伴い表示処理量が増減している。このように、触覚提示つまみ３の操作と操作感と表示状態が連動するので誤った操作を抑制することが可能となる。
【０１５１】
図４６に示される変換テーブルによる操作感の付与は、表示パネルの表示動作と連動し、例えば図４８および図４９に示されるような関係を採ってもよい。図４８に示されるグラフの場合は、回転角と表示処理量は所定の回転角θ３までは同調し、回転角θ３を超えると表示処理量が固定されるので、表示処理量として、例えば任意の順番で並んだアイコン（アイテム）（以下リストと記載）の順番を示す場合にリスト最後となるアイコン（回転角が-θ３の場合は最初となるアイコン）を超えて回転操作が行われても最後のアイコンで固定される等の範囲が決められたデータの位置（座標）情報の連動に対応する。図４９に示されるグラフの場合は、回転角と表示処理量は所定の回転角θ３までは同調し、所定の回転角θ３を超えると表示処理量はゼロとなる。そのため、表示処理量として、例えばリスト（任意の順番で並んだアイコン等）を繰り返し表示する操作において現在のアイコンから次のアイコンへ変化する際の速度またはリストが繰り返される速度（以下送り速度と記載）を示す場合に、設定された送り速度を超える回転操作が行われると送り速度をゼロとする等の表示データの移動速度情報に対応する。操作者によって制限を超えて操作された場合に視覚と触覚の両方から操作無効化情報を得ることが可能となる。
【０１５２】
図４２に示した変換テーブルによる往路方向の回転から復路方向の回転に変わる場合の変換テーブル（第２のパターン）の一例を図５０に示す。図５０では、往路から復路に切り替わった回転角θ４において予め設定された操作感（第１の触覚強度）に減少し、触覚提示つまみ３を初期位置（角度＝ゼロ）に戻すに従って操作感が増加するグラフとなっている。従って、初期位置に近づいたことを触覚提示つまみ３から認識することが可能となる。
【０１５３】
同様に、図４４、図４５に示した変換テーブルによる往路方向の回転から復路方向の回転に変わる場合も図５０に示した変換テーブルが適用可能である。
【０１５４】
また、往路方向の回転から復路方向の回転に変わる場合の変換テーブルの他の例を図５１に示す。図５１では、往路から復路に切り替わった回転角θ４において予め設定された操作感に減少した後、初期位置までは予め設定された操作感が継続し、初期位置において予め設定された操作感（第２の触覚強度）を提示するグラフとなっている。初期位置まではスムーズに操作を行う場合に有効な転換テーブルである。
【０１５５】
同様に、往路方向の回転から復路方向の回転に変わる場合の変換テーブルの他の例を図５２に示す。図５２では、往路から復路に切り替わった回転角θ４において予め設定された操作感に減少した後、回転角がゼロ（初期位置）に近づくにつれて操作感の増加率が上昇するグラフとなっている。初期位置近傍までスムーズに操作を行うと共に、初期位置近傍で初期位置に近づいたことを感知させる場合に有効な変換テーブルである。
【０１５６】
図４３に示した変換テーブルにおける操作範囲の終端および図４６に示した変換テーブルにおける回転角θ３を超える回転角から復路方向の回転に変わる場合の変換テーブルの一例を図５３に示す。図５３では、初期位置までは切り替え時の操作感が継続し、初期位置において予め設定された感知される操作感を提示するグラフとなっている。なお、図４６に示した変換テーブルに対応させる場合には、操作感はゼロのままとする。
【０１５７】
また、初期位置へ戻る場合の操作感は図５０または図５２のように、回転角に依存して変化させるようにしてもよい。
【０１５８】
変換テーブルにおいて変換された操作感と触覚電極１０２への電圧印加条件の例を図５４および図５５に示す。図５４の左側には触感（操作感）に対する触感付与信号強度のグラフを示し、図５５の左側には触感（操作感）に対する触感付与信号印加時間のグラフを示しており、両図とも右側には触感付与信号の波形図を示している。
【０１５９】
図５４では、波形図に示されるように印加する触覚信号電圧の最大値（最大振幅）を操作感の向上に合わせて増加させている。印加する触覚信号の印加電圧を変化させることで触覚を明確に変えることができる。
【０１６０】
一方、図５５では、波形図に示されるように触覚信号を印加する時間を操作感の向上に合わせて増加させている。印加する触覚信号の印加時間を変化させることで触覚を明確に変えることができる。
【０１６１】
なお、図５４では、操作感と信号強度の関係が特定の信号強度を切片として特定の傾きを持つパターンとして表され、図５５では操作感と信号印加時間の関係が特定の印加時間を切片として特定の傾きを持つパターンとして表されているが、切片および傾きは触覚提示パネル１００、触覚提示つまみ３、指示体２の状態により適宜選択し得る。さらに図５６に実線で示されるように、操作感の増加に伴い信号条件の変化量が減少するパターンとしてもよいし、破線で示されるように、操作感の増加に伴い信号条件の変化量が増加するパターンとしてもよい。
【０１６２】
＜他の適用例＞
以上の説明においては、視認する画像は触覚提示タッチパネル４００に組み込まれた表示パネル３００に表示されるものとしたが、図５７に示されるように触覚提示タッチパネル４００とは別に設置された表示ディスプレイ５００に表示パネル３００とは異なる画像例えば地図情報等を表示し、当該表示を、触覚提示タッチパネル４００上に配置した触覚提示つまみ３の操作に連動させてもよい。さらには投影法等によりフロントガラスに情報が投影された領域を別に設置された表示ディスプレイ501としてもよい。これにより、触覚提示つまみ３の用途を拡大することができる。
【０１６３】
＜表示される情報＞
図３８のブロック図における画像情報３３０としては、アイコンリスト、温度、湿度、音量等の室内環境設定値、場所、地域、施設名、ＴＶ放送局名、ラジオ放送局名および放送周波数、楽曲、映像タイトル、ニュース、Ｗｅｂサイト名、電話帳等の文字リスト、地図情報（２次元、３次元）、ルート情報、ドラマ、映画、アニメ、ニュース、録画等の映像情報が挙げられる。
【０１６４】
表示画面処理回路３２１の画像情報３３０の編集処理として、表示リストの位置変更、表示リストの更新速度に応じたリスト表示、地図情報の左右上下への移動、地図情報の左右上下への移動速度に応じた地図表示、地図情報の拡大縮小表示、ルートトレースの位置に応じた地図情報表示、３次元地図における視野回転量に応じた立体表示、視野回転の速度設定に応じた立体表示、映像の設定に応じた時間軸移動時点の表示（スキップ）、映像の時間軸移動速度の設定に応じた表示（早送り、早戻し）等が挙げられる。
【０１６５】
＜効果＞
本実施の形態１によれば、使用者が触覚提示タッチパネル４００上で触覚提示つまみ３を使って操作した際に、触覚提示つまみ３の操作感および操作量の触覚が使用者に提示され、使用者の触覚による直観的な操作が可能であり、かつ、使い勝手のいいダイヤルつまみの操作感が得られるので、触覚に基づいた操作精度の向上および操作の確実性が得られる。
【０１６６】
さらに触覚提示つまみ３の操作量に応じて表示が更新されることによりさらに操作の充実感が得られる。
【０１６７】
また、回転量と操作感の変換テーブルを適宜設定することで、触覚提示つまみ３に触れた時点および操作開始時の誤動作防止、回転設定範囲の明確化、回転設定範囲外へ回転操作を実施した場合の処理の無効化、初期位置への戻り感付与により、触覚提示つまみ３の操作性が向上する。
【０１６８】
また、使用者への触覚提示を静電的に行うので、精度よく触覚を提示できる。
【０１６９】
＜実施の形態２＞
実施の形態２は、実施の形態１におけるつまみ移動量の情報を回転角から回転速度に置き換えた構成となっている。従って、触覚提示タッチパネル４００、触覚提示つまみ３等は構成的には同じであり、重複する説明は省略する。
【０１７０】
触覚提示つまみ３の回転量に応じた表示パネルの表示変化とつまみから得られる触覚の同調処理について、図５８に示されるフローチャートを用いて説明する。
【０１７１】
図５８において、指示体２（図３１参照）が触覚提示つまみ３（図３１参照）に接触、または触覚提示タッチパネル４００に電源が投入（電源ＯＮ）されることで同調処理が開始され、同調処理を開始した時点、または触覚提示タッチパネル４００に触覚提示つまみ３の初期状態化信号が与えられた時点のタッチパネル２００上の触覚提示つまみ３の位置座標が初期位置として記憶される（ステップＳ４０）。
【０１７２】
定められた周期で触覚提示つまみ３と指示体２の接触状態が判断され（ステップＳ４１）、接触していないと判断される場合（Ｎｏの場合）は、手離し動作が行われたと判断し、手離し動作処理（ステップＳ５３）に移行する。一方、接触状態と判断される場合は（Ｙｅｓの場合）は、タッチパネル２００上の触覚提示つまみ３の位置を検出し現在座標を取得する（ステップＳ４２）。そして、取得した現在座標と初期座標より触覚提示つまみ３の移動量（回転速度）を算出し（ステップＳ４３）、移動量から移動の有無を判断する（ステップＳ４４）。
【０１７３】
触覚提示つまみ３が移動していないと判断される場合（Ｎｏの場合）は、前周期での動作が回転か並進かを判断し（ステップＳ５２）、並進の場合は並進動作処理（ステップＳ５４）に移行する。一方、回転の場合は、次の周期での触覚提示つまみ３と指示体２の接触状態の確認に移行する。
【０１７４】
一方、ステップＳ４４で触覚提示つまみ３が移動していると判断される場合（Ｙｅｓの場合）は、回転動作か否かを判断する（ステップＳ４５）。この判断は、例えば図２６を用いて説明した方法で判断され、回転動作ではないと判断される場合（Ｎｏの場合）は、並進動作と判断して、並進動作処理（ステップＳ５４）に移行する。また、触覚提示つまみ３が移動している場合は、次の周期における初期位置を現在の触覚提示つまみ３の位置と置き換え、次の周期の回転速度を算出する。
【０１７５】
ステップＳ４５で回転動作と判断される場合（Ｙｅｓの場合）は、前周期での回転加速方向と同じか否かを判断する（ステップＳ４６）。同じ回転加速方向と判断される場合（Ｙｅｓの場合）は、前周期と同じ速度-触感変換テーブルを参照し（ステップＳ４７）、触覚電極１０２へ信号を印加する（ステップＳ４８）。また、回転動作である場合は、ステップＳ４３で算出した回転速度に合わせた表示処理を行う（ステップＳ５０）。
【０１７６】
なお、ステップＳ４７で用いる速度-触感変換テーブルとしては、例えば、触覚提示つまみ３の回転を加速する方向を加速方向（第１の方向）とし、触覚提示つまみ３の回転を停止する方向を停止方向（第２の方向）とした場合、加速方向の回転速度から触感への変換テーブル（第１のパターン）となる。
【０１７７】
一方、ステップＳ４６で前周期での回転加速方向と同じではないと判断される場合（Ｎｏの場合）は、停止方向に回転しているとして、減速方向用の回転速度から触感への変換テーブル（第２のパターン）に変更し（ステップＳ５１）、変更した速度-触感変換テーブルを参照し（ステップＳ４７）、触覚電極１０２へ信号を印加する（ステップＳ４８）。
【０１７８】
触覚電極１０２への電圧印加後は、次の周期での触覚提示つまみ３と指示体２のと接触状態の確認に移行する。
【０１７９】
実施の形態１では触覚提示つまみ３の回転角を移動量の情報として用いていたので、触覚提示つまみ３の移動がない場合も操作感および表示画面の更新がなされるが、触覚提示つまみ３の移動がない場合は回転速度はゼロである。従って、本実施の形態２では移動の判断において移動がなく前周期の動作の判断で回転動作と判断された場合は、回転速度に応じた触覚形成および表示画面の更新はせず、次の周期を待つことになる。
【０１８０】
また、移動量算出においても前周期での位置と現在位置との比較により回転速度の算出を行うため、初期状態から移行した後の周期では前回の周期の触覚提示つまみ３の位置を初期位置として置き換え、回転速度を算出する。
【０１８１】
なお、ノイズの影響等による誤差を低減するため、複数の周期での触覚提示つまみ３の位置を用いて回転速度を算出してもよい。複数の周期での触覚提示つまみ３の位置を用いる場合、例えば移動平均法および周波数フィルタ処理を行う方法がある。
【０１８２】
図５８のステップＳ４７で用いる速度-触感変換テーブルの一例を図５９に示す。図５９では、便宜的に変換テーブルを回転速度に対する触感（操作感）のグラフとして表しており、触覚提示つまみ３の回転速度がゼロ近傍の場合は操作感が高い状態を維持し、回転速度が大きくなると回転速度に比例して操作感（抵抗感）が減少するグラフとなっている。操作感が高い状態を維持する回転速度幅ω１および比例部分での傾きは、表示設定状態および触覚提示つまみ３の大きさ等に応じて適宜設定され得る。
【０１８３】
図５９の変換テーブルにおいて特に注目すべき点は、触覚提示つまみ３の回転を加速しようとする力と操作感による抵抗が釣り合うと回転速度は一定となるため、回転速度の範囲を限定するために敢えて操作感を増加する必要がない点である。
【０１８４】
なお、操作感が高い状態から減少に転じる回転速度での操作感は、図６０に示す変換テーブルのように不連続であってもよく、回転開始時の誤動作を防止し回転動作中は操作負荷を下げたい場合、例えば書類の早いページ送り動作等に有効である。
【０１８５】
一方、回転速度減少時は、図６１に示す変換テーブルのように初期位置に戻る必要がないため、回転速度ゼロ近傍で異なる操作感を形成する必要はない。
【０１８６】
上述したように、実施の形態２における回転速度と操作感との変換テーブルは、実施の形態１とは異なっているが、実施の形態２における回転速度と表示処理量の関係は、図６２に示す回転速度と表示処理量（スクロール速度）のグラフで表され、図４７に示した回転角と表示処理量のグラフと同じパターンとなっている。例えば、ゲーム操作シーンにおいて、連打速度が回転速度に対応して変化する場合や回転速度により登場人物の動作スピードを、例えば歩きから駆け足に変化する場合、動画鑑賞シーンにおいてスロー再生や早送り再生の再生速度が回転速度に対応して変化する場合等に用いることで、操作と表示画面の一体感に繋がる。
【０１８７】
変換テーブルにおいて変換された操作感と触覚電極１０２への電圧印加条件の例を図６３〜図６５に示す。図６３の左側には触感（操作感）に対する触感付与信号強度のグラフを示し、図６４の左側には触感（操作感）に対する触感付与信号印加時間のグラフを示し、図６５の左側には触感（操作感）に対する触感付与信号周期のグラフを示しており、いずれの図も右側には触感付与信号の波形図を示している。
【０１８８】
図６３では、波形図に示されるように印加する触覚信号電圧の最大値を操作感の向上に合わせて増加させ、図６４では、波形図に示されるように触覚信号を印加する時間を操作感の向上に合わせて増加させており、触覚の差異の形成方法は実施の形態１と同じである。
【０１８９】
一方、図６５では、波形図に示されるように触感を形成する印加電圧の出力周期を長くすることで操作感を減少させている。印加する触覚信号の印加間の周期を変化させることで触覚を明確に変えることができる。
【０１９０】
＜効果＞
本実施の形態２によれば、使用者が触覚提示タッチパネル４００上で触覚提示つまみ３を使って操作した際に、触覚提示つまみ３の操作感および操作量の触覚が使用者に提示され、回転量と操作感の変換テーブルを適宜設定することで、触覚提示つまみ３に触れた時点および操作開始時の誤動作防止による操作の確実性が得られる。さらに触覚提示つまみ３の操作量に応じて表示が更新されることによりさらに操作の充実感が得られる。
【０１９１】
＜回転速度併用の効果＞
なお、本実施の形態２では、実施の形態１のつまみ移動量の情報を回転角から回転速度に置き換えた構成を説明したが、実施の形態１と本実施の形態２の回転角および回転速度の両方を用いても構わない。その場合、例えば、回転角で楽曲のアルバム内の曲名送りを行い、回転速度を所定速度以上に突発的に上げる操作で回転角の処理を曲名送りとアルバム送りとを交互に選択する処理を行うことで、触感提示つまみの操作の仕方に応じて、異なる触感を提示することができ、さらに操作の充実感が得ることができる。
【０１９２】
＜実施の形態３＞
図６６は実施の形態３における表示パネル、タッチパネル、触覚提示パネルおよび移動体の関係の概要を示したブロック図である。表示パネルとタッチパネルおよび触覚提示パネルの関係は実施の形態１と同じであるので説明は省略し、異なる部分について説明する。
【０１９３】
つまみの移動量（回転角）の情報は触覚形成条件変換回路１２０および表示画面処理回路３２１に加えて駆動供給制御回路６１１（駆動制御回路）にも出力する。
【０１９４】
駆動供給制御回路６１１は、予め駆動制御条件記憶装置６１２に記憶されたパターンにおけるつまみの移動量に対応する駆動供給条件を選択し、選択した駆動供給条件を基に作成した駆動条件データを駆動供給装置６１０に出力する。駆動供給装置６１０は、駆動条件データに基づいて移動体６００の移動状態を制御する。
【０１９５】
図６７は、触覚提示つまみ３の回転量に応じた表示パネルの表示変化とつまみから得られる触覚の同調処理と上述した移動体６００の制御を記載したフローチャートである。なお、図３９に示した実施の形態１のフローチャートと同じステップには同じステップ番号を付し、重複する説明は省略する。
【０１９６】
図６７のステップＳ５において回転動作と判断された場合は、ステップＳ３で算出した回転角に合わせた表示処理を行い（ステップＳ９）、さらに、回転角に合わせた移動体６００の駆動制御を行う（ステップＳ１１０）。
【０１９７】
また、ステップＳ１１において回転と判断された場合は、前周期の回転角に合わせた表示処理を行い（ステップＳ１３）、さらに、前周期の回転角に合わせた移動体６００の駆動制御を行う（ステップＳ１１１）。
【０１９８】
このように実施の形態３では、触覚提示つまみ３の回転角に応じて、触覚提示つまみ３の操作感、画像表示の変更および移動体６００の駆動制御を行うことができる。
【０１９９】
触覚提示つまみ３の往路方向の回転角から触感への変換テーブルの一例を図６８に示す。本実施の形態３では移動体６００の移動状態を制御するので、図６８に示すように、回転角が初期状態近傍の所定の角度θ２（第１の回転角）までは誤動作を防止するために高い操作感を提示し、θ２を超えると回転角の増加につれて減少するグラフとなっている。
【０２００】
同様に、往路方向の回転角から触感への変換テーブルの他の例を図６９に示す。図６９に示すテーブル（グラフ）は、回転角が初期状態近傍の所定の角度θ２を越えた後の操作感の減少は所定の角度θ５（第２の回転角）を超えると操作感が一定となり、さらに操作範囲の終端に近くなる所定の回転角θ６（第３の回転角）から操作範囲の終端の回転角θ３に向けて急速に操作感が増加するグラフとなっている。これは、移動体６００が車両などの場合に、アクセルを踏み込むような操作に適用できるパターンである。
【０２０１】
同様に、往路方向の回転角から触感への変換テーブルの他の例を図７０に示す。図７０に示すテーブル（グラフ）は、操作範囲の終端の回転角θ３（第４の回転角）を越えると操作感が大きく減少し、それ以降は操作感が変化しないグラフとなっている。操作感の消失により操作範囲を超えたことを知ることができる。
【０２０２】
図６８に示した変換テーブルによる往路方向の回転から復路方向の回転に変わる場合の変換テーブルの一例を図７１に示し、図６９に示した変換テーブルによる往路方向の回転から復路方向の回転に変わる場合の変換テーブルの一例を図７２に示し、図７０に示した変換テーブルによる往路方向の回転から復路方向の回転に変わる場合の変換テーブルの一例を図７３に示している。
【０２０３】
図７１〜図７３では、初期位置に向かうまでは操作し易いように操作感を低い状態とし、初期状態に戻ったことを認識させるため初期状態では明確な操作感を与えるパターンとなっている。なお、実施の形態１で示した図５２の変換テーブルのように、初期状態近傍から操作感を付与するパターンとしてもよい。
【０２０４】
また、本実施の形態３では、操作感の付与は、表示パネルの表示動作および駆動制御量と連動している。従って、図６８および図６９に示される変換テーブルによる操作感の付与は、例えば、図７４に示されるような、回転角と表示処理量のグラフで表される。
【０２０５】
また、図７０に示される変換テーブルによる操作感の付与は、例えば、図７５に示されるような、回転角と表示処理量のグラフで表される。操作範囲である回転角θ３を超えると操作感の消失に連動して表示処理も初期状態となる。
【０２０６】
一方、図６８および図６９に示される変換テーブルによる駆動制御量は、例えば、図７６に示されるような、回転角と駆動制御量のグラフで表される。
【０２０７】
また、図７０に示される変換テーブルによる駆動制御量は、例えば、図７７に示されるような、回転角と表示処理量の駆動制御量のグラフで表される。操作範囲である回転角θ３を超えると操作感の消失に連動して駆動制御量も初期状態となる。なお、駆動制御量の初期状態化は駆動対象によっては安全に移動体６００を制御および運航可能な状態を含むものとする。
【０２０８】
実施の形態３で制御される移動体としては、運転動作に関連して自動車、鉄道車両、船舶および飛行体が挙げられる。付帯する工具の駆動操作に関連して農耕機器、建設機器、加工機器、医療機器のロボットが挙げられ、広い用途に使用可能である。
【０２０９】
従って、図６７の処理フローにおける手離し動作処理、並進動作処理および後述の実施の形態４で示される押し込み動作処理を、運転操作および工具操作に割り当てる必要があり、その割り当て情報は駆動制御条件記憶装置６１２（図６６参照）に記憶されている。
【０２１０】
自動車等の運転操作の割り当てとして記憶されている動作としては、駆動力開放（アクセルオフ）、制動（ブレーキ）、ギアチェンジのシフトアップ、ギアチェンジのシフトダウン、前進（駆動装置正転）、後進（駆動装置反転）、フラップアップ、フラップダウン、右へ回転、左へ回転が挙げられる。
【０２１１】
なお、農耕機器、建設機器、加工機器の動きに関連する動作は用途に応じ多岐に渡るので一般化の手法として、機器名、機器の使用用途、動作内容がツリー状のリストで駆動制御条件記憶装置６１２に記憶されている。触覚提示タッチパネルを前記機器に設置する際に前記リストから該当する機器、用途、操作を選択し、機器の操作と触覚提示つまみ３の操作の対応を設定することで、触覚提示つまみ３の動作量（回転角、並進移動量）と機器の動作内容の変換テーブルは駆動制御条件記憶装置６１２から利用可能となる。
【０２１２】
なお、本実施の形態３では、つまみの移動量を回転角として説明を行ったが、実施の形態２のように、つまみの移動量を回転速度としても構わないし、回転角および回転速度の両方を用いても構わない。
【０２１３】
なお、上記実施の形態１〜３では、入力装置として触覚提示つまみ３のみを示したが、移動体の安全性の向上として、例えば近接センサ、人感センサ等が設置されている場合、これらのセンサからの危険予知情報を入力として、危険予知情報に基づく発報により、アラーム画面表示、加速方向の操作感増加、駆動制御量の減少等の処理を行うフローを追加してもよい。
【０２１４】
＜効果＞
本実施の形態３によれば、触覚提示つまみ３で様々な機器を操作する場合において、操作感による確実性が得られると共に、誤操作を防止することができる。また、様々な操作が予め記憶されているので、操作パネル、操作レバーの簡略化が可能となり装置の設計製造におけるコストの低減が可能になる。
【０２１５】
＜実施の形態４＞
図７８は、触覚提示つまみ３の回転量に応じた表示パネルの表示変化とつまみから得られる触覚の同調処理を記載したフローチャートである。なお、図７８においては、実施の形態４に関係しない動作については簡略化して示している。
【０２１６】
指示体２（図３１参照）が触覚提示つまみ３（図３１参照）に接触、または触覚提示タッチパネル４００に電源が投入（電源ＯＮ）されることで同調処理が開始され、同調処理を開始した時点、または触覚提示タッチパネル４００に触覚提示つまみ３の初期状態化信号が与えられた時点のタッチパネル２００上の触覚提示つまみ３の位置座標が初期位置として記憶される（ステップＳ６０）。
【０２１７】
定められた周期で触覚提示つまみ３と指示体２の接触状態が判断され（ステップＳ６１）、接触していないと判断される場合（Ｎｏの場合）は、手離し動作が行われたと判断し、手離し動作処理（ステップＳ６７）に移行する。
【０２１８】
一方、接触状態と判断される場合は（Ｙｅｓの場合）は、触覚提示つまみ３を押し込む操作がなされているかを判断し（ステップＳ６２）、押し込む操作がなされていない場合（Ｎｏの場合）は、タッチパネル２００上の触覚提示つまみ３の位置を検出し現在座標を取得する（ステップＳ６３）。そして、取得した現在座標と初期座標より触覚提示つまみ３の移動量（回転角）を算出する（ステップＳ６４）。
【０２１９】
一方、ステップＳ６２において触覚提示つまみ３を押し込む操作がなされていると判断される場合（Ｙｅｓの場合）は、前周期までの回転角と表示処理量の変換テーブルに従って行っていた処理、例えばリスト表示の更新速度設定（スクロール動作）をゼロとするようなストップ処理（ステップＳ６８）を行う。
【０２２０】
ステップＳ６４において触覚提示つまみ３の移動量を算出した後は、回転動作か否かを判断する（ステップＳ６５）。この判断は、例えば図２６を用いて説明した方法で判断され、回転動作ではないと判断される場合（Ｎｏの場合）は、並進動作と判断して、並進動作処理（ステップＳ６９）に移行する。一方、回転動作と判断される場合（Ｙｅｓの場合）は、前周期での回転方向と同じか否かを判断する（ステップＳ６）。また、回転動作の場合は、ステップＳ６４で算出した回転角を変換テーブルを用いて表示処理量に変換する（ステップＳ６６）。
【０２２１】
なお、触覚提示つまみ３を押し込む操作がなされていた場合の前周期までの回転角と表示処理量の変換テーブルに従って行っていた処理については、実施の形態１において、図４０および図４１を用いて説明した画面表示のパターンのうち、実施の形態１で選択しなかったパターンを選択してもよい。例えば、手離し動作処理として「現回転角記憶」−「画面表示更新継続」を動作として選択した場合、押し込み動作処理を「回転角０設定」−「画面表示初期化」を選択し割り当ててもよい。
【０２２２】
また、回転角と表示リストの項目位置が対応する場合は該当するリストの項目を選択する動作としてもよい。例えば施設名が順に並んでいるリストにおいて回転角に応じた施設が表示されており、押し込み操作により表示されている施設を行先としてルート案内に登録する動作としてもよい。
【０２２３】
また、実施の形態３に適用した場合は、駆動制御条件記憶装置６１２（図６６参照）に記憶された押し込み操作に対応する機器の操作処理を行うことになる。
【０２２４】
なお、本実施の形態４では、つまみの移動量を回転角として説明を行ったが、実施の形態２のように、つまみの移動量を回転速度としても構わないし、回転角および回転速度の両方を用いても構わない。
【０２２５】
＜効果＞
本実施の形態４によれば、触覚提示つまみ３の回転動作、並進動作、手離し動作に加え押し込み動作を表示動作に追加できるので、触覚提示つまみ３の汎用性を広げることができる。
【０２２６】
＜実施の形態５＞
図７９は、実施の形態５における触覚提示タッチパネル上に配置した触覚提示つまみ３１の動作を模式的に示す図である。図７９に示すように触覚提示つまみ３１は、移動動作においてジョイスティック的な操作、すなわち触覚提示タッチパネル面に向かって回転を伴わない上下左右の往復動作が可能な構成を有している。これにより、実施の形態１〜４の触覚提示つまみ３では、回転操作により例えば数十曲の楽曲タイトルが並んだリストを選択対象タイトルと前後２タイトルが表示される画面において５タイトル毎に大まかに画面更新（スクロール動作）をしていたのに対し、本実施の形態５では触覚提示つまみ３１のジョイスティック操作により最小単位（１タイトル毎）での細かい画面更新（表示コマ送り）が可能となる。この最小単位での細かい画面更新は、例えば触覚提示つまみ３１を上方向（＋ｙ方向）に移動させるジョイスティック操作を行った場合は。次のリスト項目に移動し、下方向（−ｙ方向）に移動させるジョイスティック操作を行った場合は前のリスト項目に移動するような表示処理となる。
【０２２７】
図８０に上記ジョイスティック操作による表示処理のフローチャートを示す。ジョイスティック操作なので、実施の形態１〜４における並進動作処理に相当し、例えば、実施の形態１の図３９でのステップＳ５またはステップＳ１１から移行するステップＳ１５の並進動作処理に相当する。
【０２２８】
並進動作処理に移行した場合、移行時の並進方向と処理時刻を記憶する（ステップＳ７０）。並進動作処理においても前周期から移動がない場合があるので、移動の有無を判断し（ステップＳ７１）、移動がない場合（Ｎｏの場合）は、図８２に示される前周期の並進動作と表示処理の変換テーブルの内容から現在の操作種類の判断を行う（ステップＳ７７）。一連の往復操作の場合（Ｎｏの場合）は、前周期の表示画面、すなわち現在表示されている表示画面（現画面）が保持される（ステップＳ７９）。一方、一方向操作の場合（Ｙｅｓの場合）は、前周期の移動量と表示処理の変換テーブルにより前周期での動作と同じ表示処理を設定し（ステップＳ８０）、設定された表示処理を行う（ステップＳ７５）。
【０２２９】
ステップＳ７１において移動があると判断される場合（Ｙｅｓの場合）は、前回移動時からの経過時間ｔと所定の間隔ｔ０との大小関係を判断し、一連の並進動作中か、新たな並進動作かを判断する（ステップＳ７２）。そして、新たな並進動作と判断される場合（ｔ＞ｔ０の場合）は、往路動作として移動量と表示処理の変換テーブルにより往路動作の表示処理を設定し（ステップＳ７８）、設定された表示処理を行う（ステップＳ７５）。
【０２３０】
一方、ステップＳ７２において一連の並進動作中と判断される場合（ｔ≦ｔ０の場合）は、該当の動作が前周期での移動方向と同じか否かを判断する（ステップＳ７３）。移動方向が同じではない場合（Ｎｏの場合）は、操作種類に基づいて定めた表示処理を設定し（ステップＳ７６）、設定された表示処理を行う（ステップＳ７５）。操作種類が一方向操作の場合は、図１００および図１０１に示すように、並進移動量と表示処理量の変換テーブルにより表示処理量を設定する。つまり、図１００では、並進移動量の変化に伴い、表示処理量は連続的に変化し、図１０１では、並進移動量の変化に伴い、表示処理量は離散的に変化する。一方、一連の往復操作の場合は往路から復路に反転した周期のみ予め定められた表示処理量の設定を行いその他の周期では表示処理量はゼロ（表示の更新は行わない）とする。
【０２３１】
一方、ステップＳ７３において移動方向が同じ場合（Ｙｅｓの場合）は、移動経路が往路なのか、復路なのかを判断（ステップＳ７４）し、往路の場合（Ｙｅｓの場合）は、操作種類に基づいて定めた表示処理を設定し、設定された表示処理を行う（ステップＳ７５）。操作種類が一方向操作の場合は、図１００および図１０１に示すように、並進移動量と表示処理量設定する。つまり、図１００では、並進移動量の変化に伴い、表示処理量は連続的に変化し、図１０１では、並進移動量の変化に伴い、表示処理量は離散的に変化する。一方、一連の往復操作の場合は表示処理量をゼロ（表示の更新は行わない）とする。
【０２３２】
一方、ステップＳ７４において復路と判断される場合（Ｎｏの場合）は、復路動作とし移動方向が変化した場合と同じ表示処理を設定し（ステップＳ７６）、設定された表示処理を行う（ステップＳ７５）。
【０２３３】
図８１は、触覚提示つまみ３１の一連の往復操作の例を模式的に示す図である。図８１においては、触覚提示つまみ３１が矢印で示されるように、往路動作から往路とは反対方向に移動する復路動作を連続的に行うジョイスティック操作を示している。
【０２３４】
また、図８２は、表示画面および表示処理の更新と、触覚提示つまみ３１の動作との変換テーブルを示している。図８２に示されるように、一方向操作を行う場合は、並進移動量に応じて表示画面および表示処理の更新を行い、一連の往復操作では、経路の反転が発生した周期のみ表示画面および表示処理の更新を行うこととなる。
【０２３５】
図８３は、触覚提示つまみの操作による表示処理の一例を示すフローチャートである。図８０に示されるような並進動作の処理では、並進動作の設定を確認し（ステップＳ９０）、回転角と表示処理との変換テーブルによる処理を引き継ぐか否かを判定する（ステップＳ９１）。そして、処理を引き継ぐ場合（Ｙｅｓの場合）は、表示画面を確認（ステップＳ１００）して行う画像処理と、つまみ情報を確認（ステップＳ１０２）して行う回転量の処理とを行う。
【０２３６】
画像処理の例としては、図１０１に示されるように、最小単位でのリスト表示送り、すなわち、順に並べられたリストの項目を一つずつ移動し表示する表示コマ送り動作を行う（ステップＳ１０１）。一方、回転量の処理については、予め設定された条件に基づいて回転角情報を初期化するか更新するかを判断する（ステップＳ１０３）。初期化すると判断される場合（Ｙｅｓの場合）は、触覚提示つまみ３１の現在の位置での回転角を初期角度（ゼロ）に設定する（ステップＳ１０４）。一方、更新すると判断される場合（Ｎｏの場合）は、前周期での回転量に最小単位でのリスト表示送りに相当する回転量を加減算し、現在の位置での回転角とする（ステップＳ１０５）。
【０２３７】
並進操作による微調整動作を行った場合でも、ステップＳ１０５での更新処理により、回転操作での回転量に応じた画面表示の更新の連続感の創出が可能となる。例えば、地図画面にて地図表示をスクロールし周辺の地形等を確認する操作において、回転操作での地図表示の最小スクロール量を２００ｍで移動させていたときに、並進操作を行うことで最小スクロール量を１０ｍ単位で移動（微調整動作）し、回転動作を再度行う時は微調整動作で移動した地点から移動を開始することが可能である。なお、回転動作時の地図縮尺と並進操作時の地図縮尺は最小スクロール単位に応じて変化してもよい。
【０２３８】
一方、ステップＳ９１において回転角と表示処理との変換テーブルによる処理を引き継がないと判断される場合は、移動量と表示処理の変換テーブルの内容を新たに定めるか否かを判断する（ステップＳ９２）。そして、新たに定める場合（Ｙｅｓの場合）は、処理メニューを表示させ（ステップＳ９５）、次の周期での選択動作に進む。なお、処理メニューは、表示処理条件記憶装置３２２に記憶された情報および新たに外部から送られてきた情報等で構成されている。
【０２３９】
一方、ステップＳ９２において、新たに定めないと判断される場合（Ｎｏの場合）は、表示画面を確認し（ステップＳ９３）、既に定めてある移動量と表示処理の変換テーブルに従って表示処理を行って別の表示画面を表示する（ステップＳ９４）。
【０２４０】
また、つまみ情報を確認し（ステップＳ９６）、触覚提示つまみ３の移動情報（回転角）についてはこれまでの移動情報を保持するか初期化するかを判断し（ステップＳ９７）、初期化すると判断される場合（Ｙｅｓの場合）は、触覚提示つまみ３１の現在の位置での回転角を初期角度（ゼロ）に設定する（ステップＳ９８）。一方、初期化しないと判断される場合（Ｎｏの場合）は、前周期の回転角を記憶させる（ステップＳ９９）。
【０２４１】
＜他の適用例＞
以上の説明においては、ジョイスティック操作は、リスト表示送りの微調整動作を用いて説明したが、他のシーンに当てはめることも可能である。例えば地図情報画面において、回転操作によってルートトレースを行っていた場合、ジョイスティック操作に変えることで、トレース移動距離を回転時の所定の割合に減じてもよい。また、回転操作時のリストが大分類項目として表示されている場合、ジョイスティック操作により小分類項目のリスト移動としてもよい。
【０２４２】
一方、処理を変更する例として、回転操作によるルートトレース処理においてトレース途中の地点にてトレース処理を、ジョイスティック操作により地図情報を拡大縮小する処理に変える例が挙げられる。
【０２４３】
＜効果＞
本実施の形態５によれば、触覚提示つまみの回転動作、並進動作、手離し動作、押し込み動作に加え、ジョイスティック操作を表示動作内容に追加できるので、触覚提示つまみの汎用性をさらに広げることができる。また、回転操作の微調整処理用にジョイスティック操作を充てることで、ストレスの少ない操作を付与することができる。
【０２４４】
＜ジョイスティック操作を可能とする触覚提示つまみの構成＞
ジョイスティック的な操作を行う場合、軸の土台が固定された触覚提示つまみでは実現が困難である。実施の形態５の触覚提示つまみ３１は、ジョイスティック的な操作を可能とするために以下に説明する構成となっている。
【０２４５】
図８４は、触覚提示つまみ３１の構成の一例を示す図であり、図の左側には上面図、側面図および底面図を上から順に示し、右側には、底面図におけるＡ−Ａ線での矢示方向断面図を示す。
【０２４６】
図８４に示すように、回転軸部５ａも移動可能なので、回転部４を回転させる際に安定した回転動作を行うためには回転軸部５ａは回転時には移動しないことが望ましい。従って、回転部４が回転する際の回転軸部５ａの静止力が、回転部４の静止力より大きくすればよい。すなわち回転軸部５ａが触覚提示パネルと接する領域が、回転部４と触覚提示パネルとが接する領域よりも回転中心から見て外側に配置されている。一方、回転部４の任意の位置を回転動作時に検出する上で、位置検出部７は回転中心より遠い位置に配される方が回転量の算出には好適であり、位置検出部７は触覚提示つまみ３１の外周付近に設けられた構成となっている。
【０２４７】
回転部４は、回転部内側軸部３０（第１の回転体）、回転部側面１０（第２の回転体）および回転部上面板１２で構成され、回転軸部５ａは回転部内側軸部３０を囲むように設けられている。回転部内側軸部３０の底面には、平面視形状が扇形の複数の導電性弾性部６が設けられ、回転軸部５ａの底面には、平面視形状が扇形の複数の軸構造体保持部１７ａ（第１の構造体保持部）が設けられている。
【０２４８】
複数の位置検出部７を設けることで触覚提示つまみ３１の位置検出の精度が向上し、複数の軸構造体保持部１７ａを設けることで、触覚提示つまみ３１の移動を妨げず、かつ、触覚提示つまみ３１の保持も可能となる。
【０２４９】
このような構成を採ることで、触覚提示つまみ３１はジョイスティック操作が可能となる。
【０２５０】
また、回転軸部５ａは触覚提示パネルから脱着可能なので、回転軸部５ａと回転部４とが離脱しないように、例えば図８５に示すように、回転軸部５ａの内壁には軸部凸部３１ｂを、回転部内側軸部３０の外壁には回転部凸部３１ａを形成する構造も取り得る。
【０２５１】
なお、回転軸部５ａと回転部凸部３１ａとのクリアランスｃ１、回転部内側軸部３０と軸部凸部３１ｂのクリアランスｃ２については、実施の形態１で記述した触覚提示つまみ３の固定穴９の内径寸法公差０〜＋０．５ｍｍと同じ範囲とする。これにより、回転部４がスムーズに回転できる。
【０２５２】
また、図８６に示すように、回転部内側軸部３０と回転軸部５ａとの間に軸受け３２を設けて、回転軸部５ａと回転部４とを繋げてもよい。上記の構成を採ることで、回転軸部５ａと回転部内側軸部３０の隙間によるがたつきおよび接触時の相互の摩擦力が低減されるので回転軸部５ａの意図しない移動を抑制できる。
【０２５３】
図８７は、触覚提示つまみ３１の構成の他の例を示す図であり、図の配置は図８４と同じである。図８７においては、回転軸部５ａが回転部内側軸部３０の内側に設けられ、回転軸部５ａの軸部１４が、回転部内側軸部３０で囲まれている。そして、軸部１４と固定台１３とが弾性部材３３を介して接続されている。そのため回転部４を前後左右に移動させることができる。なお、弾性部材３３の種類としては、コイルバネ、平板バネの組み合わせが好適である。
【０２５４】
固定台１３の底面には、平面視形状が扇形の複数の軸構造体保持部１７ａが設けられ、軸構造体保持部１７ａよりも外側には回転部底面１３０上に平面視形状が扇形の複数の導電性弾性部６が設けられている。
【０２５５】
このような構成を採る場合、導電性弾性部６を位置検出部７として用いることもできるが、図８８に示されるように、位置検出部７は、回転部底面１３０上の導電性弾性部６に挟まれた位置に、回転中心よりできるだけ遠く離れて複数設けてもよい。複数の位置検出部７を設けることで、回転角の検出の精度が向上する。
【０２５６】
図８９は、軸部１４と固定台１３とを接続する弾性部材３３の構成の一例を示す図であり、軸部１４と固定台１３が弾性部材３３で接続された状態の２方向の側面図と上面図とを示している。
【０２５７】
図８９に示されるように弾性部材３３は、左右曲げ用板バネ３３ａ（第１の平板バネ）と前後曲げ用板バネ３３ｂ（第２の平板バネ）とを有し、回転部４を前後左右に移動させることができる。なお、図８９では、軸部１４側に左右曲げ用板バネ３３ａを配置し、その下に前後曲げ用板バネ３３ｂを配置した例を示しているが、上下逆に配置してもよい。
【０２５８】
また、回転軸部５ａは触覚提示パネルから脱着可能なので、回転軸部５ａと回転部４とが離脱しないように、例えば図９０に示すように、軸部１４の外壁には軸部凸部３１ｂを、回転部内側軸部３０の内壁には回転部凸部３１ａを形成する構造も取り得る。
【０２５９】
この場合、軸部１４の底面と回転部内側軸部３０の底面との間が距離ｃ３だけ開くように構成することで、触覚提示つまみ３１の操作により回転部凸部３１ａが固定台１３側の弾性部材３３を形成している部分にはみ出さないようすることができる。
【０２６０】
軸部１４と固定台１３が弾性部材３３で接続された構成を採る場合、弾性部材３３により軸部１４が傾いた状態で回転部４と接する可能性があり、傾くと回転部４の回転を阻害する可能性もある。そこで図９１に示すように、軸部１４（第１の回転軸）の外側に軸部３４（第２の回転軸）を設け、回転部４は軸部３４よりも外側に設ける。軸部３４を設けることで、軸部１４が傾いた場合の影響を抑えることが可能となる。なお、軸部３４の底面外縁には触覚提示パネル側に突出する軸構造体保持部３５（第２の構造体保持部）が設けられ、軸部３４の保持に寄与する。
【０２６１】
また、図９２に示されるように、軸部１４が傾いた場合に、軸部３４に沿うように変形する軸部ガイド３６ａ（第１の軸部ガイド）を軸部１４の側面に設け、軸部３４の内面には、軸部ガイド３６ａに対応する位置に、軸部ガイド３６ａを挟むように軸部ガイド３６ｂ（第２の軸部ガイド）を設けてもよい。軸部ガイド３６ａおよび軸部ガイド３６ｂが係合することで軸部３４の保持に寄与する。
【０２６２】
図９３は、触覚提示つまみ３１の構成の他の例を示す図であり、図の左側には上面図、側面図および底面図を上から順に示し、右側には、底面図におけるＤ−Ｄ線での矢示方向断面図を示す。
【０２６３】
図９３に示すように、軸部１４は固定台１３に接続され、軸部１４は回転部内側軸部３０の中空部に挿入されて回転部内側軸部３０との間に隙間３７を有しており、隙間３７の距離の範囲で回転部４を前後左右に移動させることが可能な構成となっている。
【０２６４】
なお、ジョイスティックの戻り感を形成するため、図９４に示されるように、隙間３７にサスペンションを形成してもよい。サスペンションとしては、軸部１４の側面に、複数の弾性部材３３を接続し、弾性部材３３の先端に、回転時に回転部４の回転部内側軸部３０の内面に接して引っかかりを低減する摺動部３８を設けている。サスペンションは、少なくとも２か所以上に設け、弾性部材３３による力が釣り合う配置とする。
【０２６５】
また、図９５に示されるように、軸部１４の側面に、複数の圧電素子３９を配置し、圧電素子３９の電圧情報を用いて、触覚提示タッチパネル側に別途に設けられた動作検知回路によって並進方向の動作を検知する構成としてもよい。なお、触覚提示つまみ３１は触覚提示タッチパネル側に設けられた動作検知回路とは離れているので電磁界等を用いて信号を動作検知回路へ伝達すればよい。
【０２６６】
図９６は、触覚提示つまみ３１の構成の他の例を示す図であり、図の左側には上面図、側面図および底面図を上から順に示し、右側には、底面図におけるＥ−Ｅ線での矢示方向断面図を示す。
【０２６７】
図９６に示すように、軸部１４は固定台１３に接続され、軸部１４は回転部内側軸部３０の固定穴に挿入されており、軸部１４と回転部内側軸部３０との隙間は狭く、回転部４の前後左右のずれは小さい。
【０２６８】
図９６に示されるように、軸構造体保持部１７ａの底面と導電性弾性部６の底面とは触覚提示パネル表面と同じ平面内にあるが、回転および並進操作を行う場合は、位置検出部７ｂの底面は触覚提示パネル表面に接しないように設けられている。押し込み操作が行われた場合には、位置検出部７ｂの底面は触覚提示パネル表面に接することで位置検出部７ｂの位置が検出されるように配置されている。これにより、触覚提示つまみ３１の押し込み動作を、追加の検出部を設けることなく検出できる。
【０２６９】
図９７は、軸部１４と回転部４の回転部上面板１２との接触部の構成を示す断面図である。図９７に示されるように、軸部１４の頂部は円弧状であり、回転部上面板１２は、軸部１４と相対する部分が、回転中心を最大高さとする傾斜を有した円錐形状となっている。触覚提示タッチパネルに対して垂直方向からずれて押し込み操作がなされた場合は、図９８に矢印で示されるように回転部が水平方向に移動し、軸部１４と回転部上面板１２の軸部１４と接する側の形状により、回転部４は移動前（破線で表示）に対してｃ４分持ち上がり、軸部１４と回転部上面板１２の接触点を中心に回転方向の力が加わることで図９９に矢印で示されるように、わずかに傾く。このわずかな傾きにより位置検出部７ｂが触覚提示パネルと接触し、その位置を検出することで移動方向を簡易的に検出できる。なお、回転部上面板１２の軸部１４と相対する部分の形状を円錐形状の場合で説明したが、回転部上面板１２を持ち上げる効果がある傾斜を付与した形状であればよい。
【０２７０】
なお、軸構造体保持部１７ａの保持方法について詳しく記載していないが、触覚提示タッチパネル４００表面に摩擦力が強い状態で接する形態が良好である。軸構造体保持部１７ａと触覚提示タッチパネル４００表面の摩擦力を材料の組み合わせよりもさらに高くする方法として、触覚提示タッチパネル４００による静電吸着力を用いる方法および触覚提示タッチパネル４００裏面に設けた磁石またはコイル等による磁界引力を用いる方法が挙げられる。
【０２７１】
＜実施の形態６＞
＜操作範囲外での操作無効と触感提示＞
図１０２は、触覚提示タッチディスプレイ１の構成の一例を示す断面図である。図１００２に示すように、本実施の形態６では、透明絶縁基板１０１の触覚提示つまみ３と接する面とは反対側の面の外周部に超音波素子６０を設置していることを特徴としている。その他の構成は、実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、ここでは説明を省略する。
【０２７２】
触覚提示つまみ３と透明絶縁基板１０１との間の摩擦力は、超音波によって制御してもよい。この場合、超音波の波長域は、触覚提示つまみ３と透明絶縁基板１０１との間に空気層が生じて摩擦力が生じなくなる高周波領域よりも低い周波数である。
【０２７３】
超音波素子６０は、透明絶縁基板１０１の外周部の対称的な位置に設置することが望ましい。超音波素子６０の振動タイミングを制御することで、透明絶縁基板１０１の表面の振動が共振する位置を触覚提示つまみ３の指示位置５０と同じ位置にすることが可能である。
【０２７４】
この場合、超音波素子６０が同期して動作している場合よりも少ない電圧で同等の振幅の振動を生成することが可能であり、触覚提示タッチディスプレイ１の全体的な低消費電力化に寄与することができる。
【０２７５】
＜効果＞
本実施の形態６によれば、超音波素子６０を用いて透明絶縁基板１０１の表面を振動させることにより、触覚提示つまみ３と透明絶縁基板１０１との間に摩擦力を生成する。従って、海上などの屋外で触覚提示タッチディスプレイ１を使用する場合に、触覚提示つまみ３を用いることが可能である。
【０２７６】
＜変形例＞
上記実施の形態１〜６は、つまみの回転軸を中心に回転操作する例を用いて説明したが、回転軸を使用せず、スライドスイッチのようにつまみをスライド操作する場合にも各実施の形態を適用することが可能である。具体的には、上下、左右、斜めの直線スライドだけでなく、円を描くような円形スライド、ジグザグにスライドするなど、つまみをスタイラスペンのように用いることが可能である。
【０２７７】
なお、以上説明した実施の形態１〜６では、触覚提示つまみ３または触覚提示つまみ３１を用いて、つまみの回転軸を中心に回転操作する場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、スライドスイッチのように、触覚提示つまみ３または触覚提示つまみ３１をスライド操作する場合にも各実施の形態１〜６を適用することが可能である。具体的には、触覚提示つまみ３または触覚提示つまみ３１をスタイラスペンのように用いることにより、上下、左右、および斜めの直線スライドだけでなく、円を描くような円形スライド、およびジグザグにスライドすることなどが可能である。
【０２７８】
なお、本開示は、その開示の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【０２７９】
本開示は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、この開示がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この開示の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【要約】
触覚提示パネルに関し、導電性部材を有する触覚提示つまみを操作面上に載置し、触覚提示つまみを介して使用者に触覚を提示する触覚提示パネルであって、触覚提示つまみの触覚提示パネル上の現在の座標と、触覚提示つまみの過去の座標から、触覚提示つまみの移動量を算出する移動量算出回路と、移動量に基づいて、使用者に付与する触覚強度を算出する触覚強度算出回路と、触覚強度に基づいて電圧信号波形を設定する触覚提示回路と、を備え、移動量は、触覚提示つまみの回転角および回転速度の少なくとも一方である。【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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
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【図８３】
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【図８４】
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【図８５】
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【図８６】
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【図８７】
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【図８８】
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【図８９】
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【図９０】
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【図９１】
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【図９２】
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【図９３】
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【図９４】
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【図９５】
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【図９６】
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【図９７】
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【図９８】
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【図９９】
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【図１００】
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【図１０１】
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【図１０２】
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