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Timestamp: 2019-09-18 12:32:28
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JP2005056267A - Kinesthetic sense feedback device - Google Patents
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JP2005056267A
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JP2003287988A
ダニエル タイラー
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<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a system having a kinesthetic sense feedback device for presenting greater kinesthetic sense feedbacks for users to recognize easily. <P>SOLUTION: The system includes: a body part 10; an operating part 20 for the user to make inputs to interface with the body part 10; and a display part 30 for displaying images matching the current states of an interface and an application program. The operating part 20 includes an interface element 22 for accepting the user's inputs and a piezoactuator 21 for generating kinesthetic sense feedbacks to the user who is making inputs to the operating part 20. The piezoactuator 21 is mounted on the interface element 22. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI
本発明は力覚フィードバックをユーザに提示することが可能な装置に関する。 The present invention relates to a device capable of presenting the tactile feedback to the user. 特に、本発明はスイッチ、ボタン、ジョイスティック等のようにユーザの指によって直接操作されるヒューマンインタフェースコントロール装置のための力覚フィードバック装置に関する。 In particular, the present invention switches, buttons, relates tactile feedback apparatus for a human interface control device operated directly by a user's finger as a joystick or the like.
力覚フィードバックは、ボタンやジョイスティックのような様々なコントロール装置にとって重要な要素機能の１つである。 Tactile feedback is one of the important factors feature for a variety of control devices such as buttons or joysticks. 通常、ゴムパッド等のような機械的なスイッチや機構は、力覚フィードバックを提示するために用いられている。 Usually, a mechanical switch or mechanism such as a rubber pad is used to present the tactile feedback. しかしながら、これら従来のコントロール装置においては、力覚フィードバックの種類が変わることはなく、またユーザインタフェース要素を操作した場合の感触をより効果的にユーザに提示するために、コンピュータのアプリケーションプログラムを用いて変更させることもできない。 However, in these conventional control apparatus is not the kind of tactile feedback is changed, and in order to present the feel in the case of operating the user interface elements to more effectively user, using a computer application program not be able to change.
特開平１１−２１２７２５号公報 JP 11-212725 discloses
非特許文献１には、フォースジョイスティック（force joystick）に力覚フィードバック機能を追加した例が開示されている。 Non-Patent Document 1, an example of adding a force feedback function to force the joystick (force joystick) is disclosed. また、非特許文献２には、力覚フィードバック機能を有するマウスのボタンの例が開示されている。 Further, Non-Patent Document 2, an example of a mouse button with a tactile feedback function is disclosed. しかしながら、これら非特許文献に開示された例では、提示できる振動周波数の帯域が制限されているソレノイド素子が用いられており、また、そのソレノイド素子は大きすぎて、ゲーム用コントロール装置のジョイスティックやカメラ装置のボタン等のような小型の装置に装着することはできない。 However, these in the example disclosed in Non-Patent Document, the band of the presentation can vibration frequency has a solenoid device is used that is restricted, and the solenoid device is too large, the game control device joysticks or cameras It can not be mounted on a small device such as a button or the like of the apparatus. また、これらの装置では、力覚フィードバックと入力された力の大きさとの関連付けはなされていない。 Furthermore, in these devices, the association between the size of the force input and force feedback is not performed.
携帯電話やゲームコントローラでは振動発生用のモータが利用されている。 It has been used motor for generating vibration in mobile phones and game controllers. 例えば、力覚フィードバックを提示するための２つの振動発生用モータを備えたゲームコントローラがある。 For example, there is a game controller with two vibration generating motor for presenting tactile feedback. このような振動発生用モータは、非対称的なシャフトを備え、所定の回転速度を超えた場合に振動が開始される。 Such vibration generating motor includes an asymmetric shaft, vibration is started if it exceeds a predetermined rotational speed. しかしながら、このような振動発生用モータは反応が非常に遅く、迅速な応答を必要とするインタラクティブな用途で利用するのは難しい。 However, such vibration generating motor is very slow reaction, is difficult to use in interactive applications requiring rapid response. また、特にゲーム等の用途では、高周波振動は効果的なフィードバックとはならない。 Further, particularly in applications such as a game, the high frequency vibrations are not an effective feedback.
トルクをベースにした力覚フィードバック装置も提案されている（非特許文献３、非特許文献４）。 Also tactile feedback device in the torque-based is proposed (non-patent documents 3 and 4). これら従来技術では、回転モータが利用されており、該モータの回転を開始及び停止させた場合に発生するトルクをフィードバックとして用いている。 In these prior art, the rotary motor are utilized, it is used torque generated when starting and stopping the rotation of the motor as a feedback. このような装置には以下のような問題がある。 Such apparatus has the following problems. （１）これらの装置は大きく、大きな質量を装着する必要があるため、ゲームコントローラの小さな部位に利用することが困難である。 (1) large these devices, it is necessary to mount a large mass, it is difficult to utilize a small portion of the game controller. （２）これら装置が発生できる力覚パターンは非常に限定されている。 (2) the force pattern which these devices can occur is very limited. （３）モータの慣性のため、力覚帯域が狭く、その結果、主に力フィードバック装置に利用が限られている。 (3) for the inertia of the motor, the force band is narrow, as a result, have limited mainly used in force feedback device.
マトリクス状に配置したピエゾアクチュエータによりユーザの手を直接刺激する技術も開示されている（非特許文献５）。 Technology to directly stimulate the user's hand by the piezo actuator arranged in a matrix is ​​also disclosed (Non-patent document 5). しかし、このようなピエゾアクチュエータは単独で用いられ、スイッチやボタン等のようなインタフェースコントローラ機構と共に使用されることを目的としたものではない。 However, such piezoelectric actuator is used alone, not for the purpose of being used with the interface controller mechanism, such as switches or buttons.
ボイスコイルを利用して力覚フィードバックを生成する技術も開示されている（非特許文献６）。 Techniques for generating tactile feedback by utilizing the voice coil is also disclosed (Non-patent Document 6). しかし、このような力覚フィードバックは局所的な振動に限定されている。 However, such tactile feedback is limited to local vibration. さらにボイスコイルは大きく、通常、そのボイスコイルに特有な固有周波数での振動しか発生させることができない。 Furthermore the voice coil is large, usually, it can not be only generated vibrations at specific natural frequency to the voice coil. したがって、力覚フィードバックのパターンは限定的である。 Thus, the pattern of the tactile feedback is limited.
特許文献１には、情報表示面へのユーザ入力を検出するとともに該ユーザ入力に応じた力覚フィードバックを提示する複数の圧電素子を利用した情報表示装置及び操作入力装置が開示されている。 Patent Document 1, the information display device and the operation input device using a plurality of piezoelectric elements for presenting tactile feedback in response to the user input and detects the user input to the information display screen is disclosed. この従来技術では、圧電素子を駆動するために高周波信号が供給され、力覚フィードバックのための振動が発生される。 In this prior art, the high-frequency signal is supplied to drive the piezoelectric elements, vibration for tactile feedback is generated.
しかし、上記特許文献１に開示された従来技術において、圧電素子の振動振幅は小さく、また、より大きな力覚フィードバックを生成するための機構も開示されていない。 However, in the prior art disclosed in Patent Document 1, the vibration amplitude of the piezoelectric element is small, also does not disclose a mechanism for generating a greater force feedback. さらに、これら圧電素子自体で、より大きな力覚フィードバックを生成するには、非常に大きな電圧が必要となる。 Further, in these piezoelectric elements themselves, to generate a larger force feedback, it is necessary to very large voltage. また、上記特許文献１には、ＬＣＤへの適用方法だけが記載されており、所定の閾値値よりも大きな力でＬＣＤディスプレイが押圧された場合、所定の大きさの力覚フィードバックを提示するというシステムが開示されている。 The aforementioned Patent Document 1, only application of the LCD has been described, if the LCD display is pressed with a force greater than a predetermined threshold value, that presents a tactile feedback of a predetermined size system is disclosed.
上述した従来技術の問題点を考慮すると、特にボタンやコントローラのようなヒューマンインタフェースコントロール装置に適用できる力覚フィードバック装置、及び該力覚フィードバック装置をヒューマンインタフェースコントロール装置として備えるシステムを提供することが望ましい。 Considering the problems of the prior art described above, it is desirable to provide a system comprising tactile feedback device can be applied, and the force sense feedback device as a human interface control device particularly human interface control devices such as buttons and controller .
また、ユーザが容易に認識できる、より大きな力覚フィードバックを提示できる力覚フィードバック装置を提供することが望ましい。 Further, the user can easily recognize, it is desirable to provide a tactile feedback device capable of presenting a greater tactile feedback.
さらにまた、加えられたユーザの力と力覚フィードバックとの対応させることができる力覚フィードバック装置を提供することが望ましい。 Furthermore, it is desirable to provide a tactile feedback device may correspond with the user's force and tactile feedback applied.
本発明の一実施形態によれば、力覚フィードバック装置が提供される。 According to an embodiment of the present invention, tactile feedback device is provided. この力覚フィードバック装置は、ユーザによって直接操作されるインタフェース要素と、インタフェース要素上に配置されインタフェース要素を操作しているユーザに対して力覚フィードバックを提示するピエゾアクチュエータとを備えている。 The tactile feedback device comprises an interface element that is directly operated by a user, and a piezoelectric actuator for presenting tactile feedback to a user who operates the arranged interface element on the interface element. ピエゾアクチュエータは、円形形状の多層構造を有し、多層構造のうち上方に位置する複数層と下方に位置する複数層とにそれぞれ逆極性の電圧を印加した場合、上又は下方向へ向いたドーム形状へと、その形状が変化する。 The piezoelectric actuator has a multi-layer structure of a circular shape, when a voltage of opposite polarity respectively to the plurality of layers positioned in a plurality of layers and lower located above one of the multi-layer structure, the dome facing upward or downward and to shape, its shape changes.
力覚フィードバック装置では、上方向のドーム形状と下方向のドーム形状との間での変化における振幅及び周波数のうち少なくとも一方は、インタフェース要素を介したユーザの入力に応じて決定されることが好ましい。 In force feedback device, at least one of the amplitude and frequency of changes between the upward direction of the dome-shaped and downwardly dome-shaped, is preferably determined according to the input by the user via the interface element .
また、力覚フィードバック装置は、ユーザの入力操作時に加えられた力を検出するための力検出器をさらに備えてもよい。 Further, tactile feedback device may further comprise a force detector for detecting a force applied at the time of the input operation of the user. ここで、ユーザへ提示される力覚フィードバックは、検出された力と相関していることが好ましい。 Here, the tactile feedback to be presented to the user is preferably correlated with the sensed force. 具体的には、上方向のドーム形状と下方向のドーム形状との間での変化における振幅及び周波数のうち少なくとも一方が、力検出器で検出された力に応じて決定されるか、あるいは、インタフェース要素を介して入力されたユーザ入力に応じて決定されることがより好ましい。 Specifically, at least one of the amplitude and frequency of changes between the upward direction of the dome-shaped and downwardly dome-shaped is determined in accordance with the detected force by the force detector, or, it is more preferably determined in response to user input entered via the interface element. したがって、本実施形態によれば、力覚フィードバック装置へユーザが加えた力の大きさに応じて変化する力覚的な応答を、ユーザが感じとることができる。 Therefore, according to this embodiment, the haptic response that varies depending on the magnitude of the force to the tactile feedback device user was added, the user can feel.
インタフェース要素とは、例えば、ゲーム機器用コントローラのジョイスティック型操作装置や、ボタンやスイッチを必要とする様々なタイプの消費者用機器に含まれている任意のボタン又はスイッチ装置等である。 The interface elements, for example, a joystick-type operating device of the controller for a game machine and is any button or switch device or the like included in the various types consumer devices that require a button or switch.
また、本発明の他の実施形態によれば、アプリケーションプログラム及びユーザインタフェースプログラムを実行する本体部と、本体部と離れて設けられ、アプリケーションプログラムの状態を制御するコントロール装置とを備えるシステムが提供される。 According to another embodiment of the present invention, a body portion that executes an application program and a user interface program, provided apart from the body portion, the system comprising a control device for controlling the state of the application program is provided that. 本システムにおいて、コントロール装置は、ユーザによって操作されるインタフェース要素と、インタフェース要素上に配置されインタフェース要素を操作しているユーザに対して力覚フィードバックを提示するピエゾアクチュエータとを備える。 In this system, the control device comprises an interface element that is operated by a user, and a piezoelectric actuator for presenting tactile feedback to a user who operates the arranged interface element on the interface element. ピエゾアクチュエータは、円形形状の多層構造を有し、多層構造のうち上方に位置する複数層と下方に位置する複数層とにそれぞれ逆極性の電圧を印加した場合、上又は下方向へ向いたドーム形状へと、その形状が変化する。 The piezoelectric actuator has a multi-layer structure of a circular shape, when a voltage of opposite polarity respectively to the plurality of layers positioned in a plurality of layers and lower located above one of the multi-layer structure, the dome facing upward or downward and to shape, its shape changes.
さらにまた、本発明の他の実施形態によれば、以下の構成を備える力覚フィードバック装置が提供される。 Furthermore, according to another embodiment of the present invention, tactile feedback device is provided which comprises the following arrangement.
（ａ）スイッチ、ボタン、ジョイスティック等、ユーザの指によって直接操作されるヒューマンインタフェースコントローラ（ｂ）ヒューマンインタフェースコントローラに装着された円形形状を有する単層又は複数層のピエゾアクチュエータ（ｃ）ピエゾアクチュエータで任意の振動を生じさせるための任意波形の駆動信号を生成するハードウエア部品及びソフトウェアシステム（ｄ）ヒューマンインタフェースコントローラからの入力を受け付け、適切な力覚フィードバックをユーザに提示するよう、ユーザインタフェース及びアプリケーションプログラムの現時点での状態に応じてハードウエア部品及び前記ソフトウェアシステムを制御するための他のソフトウェアシステム。 (A) any switches, buttons, a joystick or the like, in human interface controller (b) piezoelectric actuator (c) the piezoelectric actuator of the single layer or plural layers having a circular shape mounted on the human interface controller which is operated directly by a user's finger hardware receiving part and the input from the software system (d) human interface controller, so as to present an appropriate tactile feedback to the user, the user interface and application program for generating a drive signal of an arbitrary waveform for generating vibrations of other software system for controlling the hardware components and the software system according to the state of the moment.
ここで、これらのソフトウェアシステムは、例えば、適切なアプリケーションプログラムを実行するコンピュータによって実現される。 Here, these software systems, for example, be realized by a computer executing an appropriate application program.
本発明によれば、ボタンやコントローラのようなヒューマンインタフェースコントロール装置に特に適用可能な力覚フィードバック装置、及び力覚フィードバック装置をヒューマンインタフェースコントロール装置として備えるシステムが提供される。 According to the present invention, particularly applicable tactile feedback device to human interface control devices such as buttons and controller, and a system comprising a tactile feedback apparatus as human interface control system is provided.
また本発明によれば、ユーザが容易に認識できる、より大きな力覚フィードバックを提示できる力覚フィードバック装置が提供される。 According to the present invention, the user can easily recognize, tactile feedback apparatus is provided which can provide greater tactile feedback.
さらにまた、本発明によれば、加えられたユーザの力と力覚フィードバックとを対応させることができる力覚フィードバック装置が提供される。 Furthermore, according to the present invention, tactile feedback device and a user of the force and tactile feedback applied it can correspond is provided.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して、より詳細に説明する。 Hereinafter, the embodiments of the present invention will be explained with reference to the drawings in more detail.
（１）システム構成 本発明の一実施形態によるシステム構成の一例を図１に示す。 (1) shows an example of a system configuration according to an exemplary embodiment of a system configuration present invention in FIG. このシステムは、本体部１０と、本体部１０とインタフェースするためにユーザが入力操作を加える操作部２０と、現時点でのインタフェース及びアプリケーションプログラムの状態に応じた画像を表示するための表示部３０とを備えている。 This system includes a main body portion 10, an operation unit 20 that the user applies an input operation in order to interface with the main body portion 10, a display unit 30 for displaying an image corresponding to the state of the interface and the application program at the present time It is equipped with a.
操作部２０は、ユーザの入力操作を受け付けるインタフェース要素２２と、この操作部２０へ入力操作を加えているユーザに対する力覚フィードバックを生成するためのピエゾアクチュエータ２１とを備えている。 Operation unit 20 includes an interface element 22 that receives an input operation by a user, and a piezoelectric actuator 21 for generating a tactile feedback to the user that adding an input operation to the operation unit 20. ピエゾアクチュエータ２１の詳細及び具体的な構成は以下に説明する。 Details and specific structure of the piezoelectric actuator 21 will be described below. インタフェース要素２２は、例えば、ボタン、ジョイスティック等のような任意のユーザインタフェースコントローラである。 Interface element 22, for example, a button, an arbitrary user interface controller such as a joystick or the like.
ピエゾアクチュエータ２１は、インタフェース要素２２上に搭載されていることがより好ましい。 The piezoelectric actuator 21, and more preferably is mounted on the interface element 22. しかし、操作部２０におけるピエゾアクチュエータ２１及びインタフェース要素２２の構成はある特定のものに限定されるのではなく、ピエゾアクチュエータ２１で発生された機械的振動や揺動のような力覚フィードバックを、操作部２０に対して入力操作を加えているユーザの指や手へ伝えることができるものであれば、任意の構成をとることができる。 However, rather than being limited to those configurations certain of the piezoelectric actuator 21 and the interface element 22 on the operation unit 20, a tactile feedback such as mechanical vibration or rocking generated by the piezoelectric actuator 21, the operation as long as it can be transmitted to the user's fingers or hands that apply an input operation on the part 20, you can have any configuration.
本体部１０は、ユーザの入力操作に応じてインタフェース要素２２から出力された信号を受け取るインタフェース制御部１２と、ピエゾアクチュエータ２１を駆動制御する力覚フィードバック制御部１１と、アプリケーションプログラム及びユーザインタフェースプログラムを実行するとともにユーザの入力操作に応じてピエゾアクチュエータ２１の動きを制御する制御信号を力覚フィードバック制御部１１へ出力するアプリケーションプログラム及びユーザインタフェース部１３とを備えている。 Body portion 10 includes an interface controller 12 which receives a signal output from the interface element 22 in accordance with the input operation of the user, a tactile feedback controller 11 for driving and controlling the piezoelectric actuator 21, an application program and a user interface program and an application program and a user interface unit 13 outputs a control signal for controlling the movement of the piezoelectric actuator 21 to the force feedback control unit 11 in response to an input operation of the user and executes. アプリケーションプログラム及びユーザインタフェース部１３は、アプリケーションプログラム及びユーザインタフェースプログラムを実行するためのＣＰＵ及びメモリを備えるコンピュータにより実現されていてもよい。 Application program and a user interface unit 13 may be realized by CPU and a computer with a memory for executing the application program and the user interface program.
図１に示すシステムでは、ボタンを押す又はジョイスティックを動かす等して、ユーザがインタフェース要素２２を介してインタフェース制御部１２へ入力を行うと、ユーザはピエゾアクチュエータ２１から力覚フィードバックを受ける。 In the system shown in FIG. 1, and the like moving the press or joystick button, the user performs input to the interface controller 12 via the interface element 22, the user receives a tactile feedback from the piezoelectric actuator 21. ピエゾアクチュエータ２１は、制御信号を生成する力覚フィードバック制御部１１により制御される。 The piezoelectric actuator 21 is controlled by the tactile feedback controller 11 for generating a control signal. 制御信号は、時間の関数となっている電圧信号であり、異なる入力操作に対してどのような力覚フィードバックが提示されるべきかを決定するインタフェース設計者によって定められた振幅、波形及び周期を有していてもよい。 Control signal is a voltage signal which is a function of time, the amplitude defined by the interface designer to decide to what tactile feedback to different input operation is presented, the waveform and period it may have. 制御信号は矩形波、正弦波等であってもよい。 Control signal is a rectangular wave, it may be a sine wave or the like.
制御信号は、インタフェース制御部１２からの入力信号に応じてアプリケーションプログラム及びユーザインタフェースプログラムから生成されてもよい。 Control signals may be generated from the application program and the user interface program in accordance with an input signal from the interface control unit 12. 制御信号は、このシステムで利用されているアプリケーションプログラム及びユーザインタフェースプログラムの現時点での状態と対応するよう生成される。 Control signal is generated so as to correspond to the state at the moment of the application program and the user interface program that is used in this system.
図２は、本発明に適用したシステムの他の実施形態を示している。 Figure 2 shows another embodiment of a system according to the present invention. 図２に示す実施形態のシステムは、図１のシステムに含まれている構成要素に加えて、インタフェース要素２２に対しユーザが加えた力を検出するための力検出器２３及び測定部１４を備えている。 System of the embodiment shown in Figure 2, in addition to the components included in the system of FIG. 1, comprises a force detector 23 and the measuring unit 14 for detecting the force applied by the user to interface element 22 ing. 力検出器２３には、圧力センサや、ユーザの力を直接的あるいは間接的に検出可能な他の任意のセンサが含まれていてもよい。 The force detector 23, and a pressure sensor, a force of the user may include directly or indirectly detectable any other sensor.
図２のシステムでは、入力操作時の力が測定部１４で計測され、インタフェース制御部１２からの信号と共に、アプリケーションプログラム及びユーザインタフェース部１３に送られる。 In the system of FIG. 2, the force at the time of the input operation is measured by the measurement unit 14, together with a signal from the interface control unit 12, are sent to the application program and the user interface unit 13. このシステムにおいて提示される力覚フィードバックは、ゲーム用コントローラのボタンやジョイスティックのような操作部２０に対してユーザが加えた力に相関している。 Tactile feedback presented in this system correlates to the force applied by the user to the operation unit 20 such as a button or a joystick of the game controller.
（２）力覚インタフェースの部品及び構成 ピエゾアクチュエータ２１は、力覚フィードバックの動力源であり、インタフェース要素２２の形状に対応又はそれに適合した形状を有する、単層又は複数層の圧電素子を備えている。 (2) the haptic interface components and configurations piezoelectric actuator 21 is a power source of the haptic feedback, having a shape adapted corresponding or in the shape of the interface element 22, provided with a piezoelectric element of single layer or plural layers there.
図３（ａ）にピエゾアクチュエータ２１の１例を示す。 Figure 3 shows an example of the piezoelectric actuator 21 in (a). この具体例においてピエゾアクチュエータ２１の主構成要素は、円形の屈曲型多層ピエゾアクチュエータであり、その層間に電極を挟み込んだ薄膜ピエゾセラミック材の多層構造を有している。 The main component of the piezoelectric actuator 21 in this embodiment is a circular bent multilayer piezoelectric actuator has a multilayer structure of thin piezoceramic material sandwiched electrodes between the layers.
この具体例のピエゾアクチュエータ２１は、例えばバイモルフ型であり、電極を間に挟んで張り合わされている上部アクチュエータユニット２１ａと下部アクチュエータユニット２１ｂとから構成されている。 The piezoelectric actuator 21 of this embodiment is, for example, a bimorph type, and an upper actuator unit 21a and the lower actuator unit 21b that are attached to each other across the electrodes between. これらユニットの各々は、層間に電極を挟み込んだピエゾセラミック材の多層膜構造を有している。 Each of these units has a multilayer structure of piezo ceramic material sandwiched electrode layers.
圧電材料は印加された電圧の向きに応じて拡張又は縮小する。 Piezoelectric material to expand or shrink depending on the direction of the voltage applied. 上部アクチュエータユニット２１ａ及び下部アクチュエータユニット２１ｂにそれぞれ逆極性の電圧を印加すると、一方が縮小すると同時に他方が拡張する。 When applying a reverse polarity voltage respectively to the upper actuator unit 21a and the lower actuator unit 21b, the other is expanded at the same time as one is reduced. この結果、ピエゾアクチュエータ２１は全体して上側あるいは下側が伸びてドーム形状を形成する。 As a result, the piezoelectric actuator 21 to form a dome shape extends the upper or lower side to the whole. 例えば、図３（ａ）はピエゾアクチュエータ２１の電圧が印加されていないニュートラルな状態を示し、図３（ｂ）及び図３（ｃ）は互いに逆極性の電圧が印加されたことに応じて屈曲している状態を示している。 For example, FIG. 3 (a) shows a neutral state in which the voltage of the piezoelectric actuator 21 is not applied, in accordance with FIGS. 3 (b) and. 3 (c) a reverse polarity voltage is applied to each other bent It shows to that state.
この具体例でピエゾアクチュエータ２１は円形形状を有する。 The piezoelectric actuator 21 in this embodiment has a circular shape. なお、本発明に基づくピエゾアクチュエータ２１の形状は、この特定の例に限定されるものではない。 The shape of the piezoelectric actuator 21 according to the present invention is not limited to this particular example. 例えば、このピエゾアクチュエータ２１が、以下に説明するようにインタフェース要素２２上に装着でき、かつ印加される駆動信号に応じて上方又は下方に向いたドーム形状となるように、その形状を変えることができるものであれば、楕円形でも他の任意の形状でもよい。 For example, the piezoelectric actuator 21, so that the dome shape facing upwards or downwards in response to the drive signal can be mounted on the interface element 22, and is applied as described below, may change its shape as long as it can, but may be any other shape oval.
このピエゾアクチュエータ２１の各層に駆動信号を供給するための電極は、例えば複数の層を接続するスルーホール等を利用して、円形ピエゾアクチュエータ２１の周辺部あるいは中心部に装着する。 Electrodes for supplying driving signals to the respective layers of the piezoelectric actuator 21, for example by utilizing a through hole for connecting a plurality of layers is attached to the periphery or the center of the circular piezoelectric actuator 21. この電極が屈曲時に、ピエゾアクチュエータ２１を傷つけないようにするため、ピエゾアクチュエータ２１の中央部分での変形量は他の部分よりも少ない。 The electrode at the time of bending, in order not to damage the piezoelectric actuator 21, the deformation amount at the center portion of the piezoelectric actuator 21 is smaller than other portions.
ピエゾアクチュエータ２１に取り付けられている電極にユーザが気付かないようにするために、ピエゾアクチュエータ２１全体を、ピエゾアクチュエータ２１と同様に屈曲可能な樹脂等で覆ってもよい。 To ensure that the user does not notice the electrodes attached to the piezoelectric actuator 21, the entire piezoelectric actuator 21 may be covered with similar bendable resin piezo actuator 21. また、ピエゾアクチュエータ２１を収容するためのケーシングを利用してもよい。 It may also be utilized casing for housing the piezoelectric actuator 21. ケーシングには、ピエゾアクチュエータ２１の中央部分の変位を可能とする構成を有していれば、任意のものを利用することができる。 The casing, as long as it has a structure that allows the displacement of the central portion of the piezoelectric actuator 21, it is possible to use an arbitrary one.
ピエゾアクチュエータ２１が屈曲する場合の力は電圧に直接比例し、さらに多層構造の圧電素子が利用されることから、この実施形態のピエゾアクチュエータ２１は、ユーザが認識するに十分な大きさの振動による力覚フィードバックを提示することができる。 Force when the piezoelectric actuator 21 bends is directly proportional to the voltage, further since the piezoelectric element of multilayer structure is used, the piezoelectric actuator 21 of this embodiment, due to the vibration of sufficient magnitude to the user recognizes it is possible to present the haptic feedback.
図１の実施形態による操作部２０の具体的構成の一例を図４に示す。 An example of a specific configuration of the operation unit 20 according to the embodiment of FIG. 1 shown in FIG. 図４は、この実施形態のピエゾアクチュエータ２０４を備えたゲーム用のコントロール装置２００の構成の一例を示している。 Figure 4 shows an example of a configuration of a control apparatus 200 for the game with a piezo actuator 204 of this embodiment. ピエゾアクチュエータ２０４は、上述したピエゾアクチュエータ２１と同様の構成を備えている。 The piezoelectric actuator 204 has the same configuration as the piezoelectric actuator 21 described above.
ゲーム用のコントロール装置２００に含まれている筐体２０３は、その中にピエゾアクチュエータ２０４を保持し、保持したピエゾアクチュエータ２０４が上方又は下方へ向いたドーム型を形成する場合の上下方向への屈曲を可能とする内部構成及び空間を備えている。 Housing 203 that are included in the control apparatus 200 for the game, bending in the vertical direction when the piezoelectric actuator 204 and held therein, holding the piezoelectric actuator 204 that forms a dome facing upward or downward It has an internal structure and space to allow. ストッパ２０１は、ユーザがゲーム用のコントロール装置２００を操作している場合にピエゾアクチュエータ２０４が過度に屈曲されるのを防ぐためのものであり、筐体２０３とピエゾアクチュエータ２０４との間に設けられている。 Stopper 201, the user is intended to prevent the piezoelectric actuator 204 from being excessively bent when operating the control device 200 of the game, provided between the housing 203 and the piezoelectric actuator 204 ing. カバー２０２は、ユーザが操作しやすく、かつユーザがピエゾアクチュエータ２０４に直接触れることを避けるために設けられている。 Cover 202, the user is likely to operate, and the user is provided to avoid touching directly the piezoelectric actuator 204. カバー２０２には例えばゴム製のキャップを用いることができる。 It can be used a rubber cap, for example, in the cover 202. カバー２０２を構成する部材には、ピエゾアクチュエータ２０４により生成された振動を大きく減衰させない部材を用いることがより好ましい。 The members constituting the cover 202, it is preferable to use a member that does not significantly attenuate the generated vibration by the piezoelectric actuator 204.
ピエゾアクチュエータ２０４は、その中央部分が駆動信号に応じて上下に変位可能であるように、その周辺部分で筐体２０３に取り付けられている。 The piezoelectric actuator 204 is such that its central portion is displaceable up and down in response to the drive signals, attached to the housing 203 at its peripheral portion.
ピエゾアクチュエータ２０４は、例えば接着されるか、粘着剤を用いて取り付けられるか、あるいは単に何らかの機械的構造により押さえ付けられている。 The piezoelectric actuator 204, for example either glued, either attached using an adhesive, or are simply held down by some mechanical structure. 例えば、ピエゾアクチュエータ２０４を筐体２０３の壁部分に形成された溝に動かないよう嵌め込む構成としてもよい。 For example, it may be a piezo actuator 204 as a fitted so as not to move in a groove formed in the wall portion of the housing 203. このような構造において必要とされる主たる条件は、ピエゾアクチュエータ２０４の上下変位を可能とする一方で、ユーザが押圧した場合にピエゾアクチュエータ２０４が過屈曲することを防止可能とすることである。 The main conditions required in this structure, while enabling vertical displacement of the piezoelectric actuator 204 is that the piezoelectric actuator 204 when the user presses to allow preventing the excessive bending. この具体例においてストッパ２０１を設けた理由の１つはこの過屈曲の防止にある。 One reason for providing the stopper 201 in this embodiment is to prevent the excessive bending.
コントロール装置２００の構造としては、このような過屈曲やアクチュエータ表面に対して垂直ではない方向への屈曲が起こらないようにする構造が好ましい。 The structure of the control apparatus 200, the structure to prevent occur bent in a direction not perpendicular to such excessive bending or actuator surface is preferred. さらに、ユーザがコントロール装置２００を操作した場合、ピエゾアクチュエータ２０４の表面に対して垂直あるいは略垂直な方向にのみ力が作用するように、ピエゾアクチュエータ２０４がコントロール装置２００に装着されていることがより好ましい。 Furthermore, when the user operates the control device 200, so that force acts only in the vertical or substantially vertical direction with respect to the surface of the piezoelectric actuator 204, more that the piezoelectric actuator 204 is mounted to the control device 200 preferable.
スイッチやボタン（図示しない）のようなインタフェース要素２２は、筐体２０３内部に配置してもよく、あるいは、筐体２０３の下方に配置し、ユーザがコントロール装置２００を押した場合にオン／オフできるようにしてもよい。 Interface element 22, such as switches or buttons (not shown) may be disposed in the housing 203, or disposed below the housing 203, on / off when the user presses the control device 200 it may be able to.
なお、ピエゾ素子それ自体を用いてもユーザの入力操作を計測することもできる。 Even using a piezo element itself can also be measured input operation by the user. 例えば、コントロール装置２００がユーザにより操作された場合、該コントロール装置２００に内蔵されたピエゾ素子は屈曲し、信号を生成する。 For example, if the control apparatus 200 is operated by a user, a piezoelectric element incorporated in the control device 200 is bent to generate a signal. この信号を用いて、コントロール装置２００に対してユーザが加えた入力を検出することができる。 Using this signal, it is possible to detect the input applied by the user to the control device 200. もちろん、この同じピエゾ素子を用いて力覚フィードバックを提示することもできる。 Of course, it is also possible to provide a tactile feedback by using the same piezoelectric element.
この実施形態のピエゾアクチュエータが組み込まれた単純構成のボタンを形成する操作部３００の一例を図５に示す。 An example of the operation unit 300 to form a simple configuration of buttons piezo actuator is incorporated in this embodiment shown in FIG. 図５の例では、図３で示したような円形形状のピエゾアクチュエータ３０２が、それと対応した円形形状を備えたボタン（インタフェース要素２２）に搭載されている。 In the example of FIG. 5, the piezoelectric actuator 302 of a circular shape as shown in FIG. 3, it is mounted therewith to a button having a corresponding circular shape (interface element 22). ピエゾアクチュエータ３０２はカバー３０３により覆われている。 The piezoelectric actuator 302 is covered by a cover 303.
図６は本実施形態のピエゾアクチュエータをゲーム用コントローラ４００へ組み込む場合の装置構成の一例を示している。 Figure 6 shows an example of an apparatus configuration when incorporating the piezoelectric actuator of the present embodiment to the game controller 400. この具体例では、図５の例と同様に、ゲーム用コントローラ４００に設けられたジョイスティックの操作部３０１ａに、ピエゾアクチュエータ３０２ａが搭載されている。 In this embodiment, as in the example of FIG. 5, the operation portion 301a of the joystick provided in the game controller 400, the piezoelectric actuator 302a is mounted. さらに、例えばゴム等で構成されたカバー部材３０３ａをピエゾアクチュエータ３０２ａの上に配置する。 Furthermore, for example arranging the cover member 303a made of a rubber or the like on the piezoelectric actuator 302a.
本発明の力覚フィードバックが適用できる用途は、上述した実施形態や例に限定されるものではなく、例えば、ＰＤＡ、携帯電話、ウェアラブルコンピュータ、パーソナル音楽装置のリモートコントローラ等、機械的なスイッチやコントローラを必要とするモバイル装置や携帯装置等の他の用途にも適用可能である。 Application can be applied tactile feedback of the present invention is not limited to the embodiments and examples described above, for example, PDA, mobile phones, wearable computers, a remote controller or the like of a personal music device, a mechanical switch or controller also for other applications such as mobile devices and mobile devices requiring applicable. 特に、本発明の力覚フィードバックは、ユーザに力覚フィードバックを提示することができるゲーム用コントローラへの用途に適している。 In particular, the tactile feedback of the present invention are suitable for application to the game controller that can present a tactile feedback to the user.
本発明の一実施形態によるシステムの概略ブロック図である。 It is a schematic block diagram of a system according to an embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態によるシステムの概略ブロック図である。 It is a schematic block diagram of a system according to another embodiment of the present invention. 図３（ａ）：本発明によるピエゾアクチュエータの概略図である。 Figure 3 (a): is a schematic diagram of a piezoelectric actuator according to the present invention. 図３（ｂ）：本発明によるピエゾアクチュエータが上方へ屈曲した場合の概略図である。 Figure 3 (b): is a schematic diagram of a case where the piezoelectric actuator according to the invention is bent upward. 図３（ｃ）：本発明によるピエゾアクチュエータが下方へ屈曲した場合の概略図である。 Figure 3 (c): is a schematic diagram of a case where the piezoelectric actuator according to the present invention is bent downward. 本発明による操作部の一例を示す図である。 Is a diagram showing an example of an operation unit according to the present invention. 本発明による操作部の他の例を示す図である。 It is a diagram illustrating another example of the operation unit according to the present invention. 本発明によるゲーム用コントロール装置の一例を示す図である。 Is a diagram illustrating an example of a game control device according to the present invention.
１０ 本体部、１１ 力覚フィードバック制御部、１２ インタフェース制御部、１３ アプリケーションプログラム及びユーザインタフェース部、２０ 操作部、２１ ピエゾアクチュエータ、２１ａ 上部アクチュエータユニット、２１ｂ 下部アクチュエータユニット、２２ インタフェース要素。 10 main body, 11 tactile feedback controller, 12 interface control unit, 13 an application program and a user interface unit, 20 operation unit, 21 a piezoelectric actuator, 21a upper actuator units, 21b lower actuator unit, 22 interface elements.
力覚フィードバック装置において、 In the haptic feedback device,
ユーザによって操作されるインタフェース要素と、 And interface elements that are operated by a user,
前記インタフェース要素上に配置され、該インタフェース要素を操作しているユーザに対して力覚フィードバックを提示するピエゾアクチュエータとを備え、 Wherein disposed on the interface element, and a piezoelectric actuator for presenting tactile feedback to a user who operates the interface element,
前記ピエゾアクチュエータは、円形形状の多層構造を有し、該多層構造のうち上方に位置する複数層と下方に位置する複数層とにそれぞれ逆極性の電圧を印加し、上又は下方向へ向いたドーム形状へと、その形状が変化することを特徴とする力覚フィードバック装置。 The piezoelectric actuator has a multi-layer structure of a circular shape, a plurality of layers and each opposite polarity voltage to the plurality of layers positioned below that is located above one of the multi-layer structure is applied, facing upward or downward to dome shape, tactile feedback device, characterized in that its shape is changed.
前記上方向のドーム形状と前記下方向のドーム形状との間での変化における振幅及び周波数のうち少なくとも一方は、前記インタフェース要素を介したユーザ入力に応じて決定されることを特徴とする請求項１に記載の力覚フィードバック装置。 At least one of the amplitude and frequency of changes in between the upper direction of the dome-shaped and the lower direction of the dome-shaped, claims, characterized in that is determined in response to user input via said interface element tactile feedback apparatus according to 1.
前記ユーザ入力操作時に加えられた力を検出する力検出器をさらに備え、 Further comprising a force detector for detecting a force applied at the time of the user input operation,
前記上方向のドーム形状と前記下方向のドーム形状との間での変化における振幅及び周波数のうち少なくとも一方は、前記力検出器で検出された力に応じて決定されることを特徴とする請求項１に記載の力覚フィードバック装置。 At least one of the amplitude and frequency of changes in between the upper direction of the dome-shaped and the lower direction of the dome-shaped, claims characterized in that it is determined according to the detected force by the force detector tactile feedback apparatus according to claim 1.
前記インタフェース要素は、ジョイスティック型操作装置、ボタン装置及びスイッチ装置のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の力覚フィードバック装置。 It said interface element is a joystick-type operating device, button device and tactile feedback apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized in that either of the switch device.
アプリケーションプログラム及びユーザインタフェースプログラムを実行する本体部と、該本体部と離れて設けられ、該アプリケーションプログラムの状態を制御するコントロール装置とを備えるシステムにおいて、 A body portion for executing an application program and a user interface program, provided apart from the body portion, the system comprising a control device for controlling the state of the application program,
前記コントロール装置は、 Said control device,
前記ピエゾアクチュエータは、円形形状の多層構造を有し、該多層構造のうち上方に位置する複数層と下方に位置する複数層とにそれぞれ逆極性の電圧を印加し、上又は下方向へ向いたドーム形状へと、その形状が変化することを特徴とするシステム。 The piezoelectric actuator has a multi-layer structure of a circular shape, a plurality of layers and each opposite polarity voltage to the plurality of layers positioned below that is located above one of the multi-layer structure is applied, facing upward or downward system characterized to a dome shape, that the shape changes.
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