JP2015121983A - 触感呈示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所定の条件により構成される目的の触感を呈示する触感呈示装置を提供する。
【解決手段】
触感呈示装置１は、
接触を検出する接触検出部２０と、
接触検出部２０に対する押圧を検出する押圧検出部４２，４４と、
接触検出部２０を振動させる複数の振動部５２〜５８と、
押圧検出部４２，４４が検出する押圧に基づくデータが所定の基準を満たすと、複数の振動部５２〜５８を複数の異なる態様でそれぞれ振動させて、接触検出部２０に接触物が接触している位置において、接触検出部２０を押圧している接触物に対して目的の触感を呈示するように制御する制御部１０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、触感を呈示する装置に関するものである。より詳細には、本発明は、タッチセンサのような接触検出部に対する操作に基づいて触感を呈示する装置に関するものである。

従来、携帯電話等の携帯端末において、ユーザによる操作を検出する要素として、タッチパネルやタッチスイッチ等のタッチセンサを備える入力装置がある。携帯端末以外に、電卓、券売機等の情報機器や、電子レンジ、テレビ、照明器具等の家電製品、産業用機器（ＦＡ機器）等にも、タッチセンサを備える入力装置は広く使用されている。

このようなタッチセンサには、抵抗膜方式、静電容量方式、光学式等の種々の方式が知られている。しかしながら、いずれの方式のタッチセンサも、指やスタイラスペンによる操作を検出するものであり、タッチセンサ自体は、接触されても、押しボタンスイッチのようには物理的に変位しない。

したがって、タッチセンサに対する操作が入力装置に正しく認識されても、操作を行うユーザは、当該操作に対するフィードバックを得ることができない。このため、ユーザは、機械式の押しボタンスイッチで構成されるキーやボタンを押下する際に得られるような操作感を得ることができない。そこで、従来、タッチセンサが接触を検出すると、タッチセンサを振動させて、ユーザの指先に振動を伝えるようにしたフィードバック方法が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。

特開２００３−２８８１５８号公報 特開２００８−１３００５５号公報

この特許文献１および特許文献２に開示の技術によれば、タッチセンサに対する操作が検出された際に、ユーザの指先などに、振動を発生させることができる。したがって、このような装置を用いて操作を行うユーザは、タッチセンサに対して行った操作が装置に正しく認識されたことを、触覚により認識することができる。

しかしながら、従来の振動によってフィードバックを提供する装置は、例えば当該装置のメーカが所望するような所定の条件により構成される目的の触感を呈示することが困難であった。すなわち、このような従来の装置においては、振動により提供されるフィードバックが、所望の目的に必ずしも適うものではなかった。

また、従来の装置において、このように所定の条件により構成される目的の触感を呈示しようとすると、当該装置の筐体などが振動を伝達する特性などに起因して、当該目的の触感を効率的に呈示することが困難になるという問題もあった。

したがって、本発明の目的は、所定の条件により構成される目的の触感を効率的に呈示する触感呈示装置を提供することにある。

上記目的を達成する第１の観点に係る触感呈示装置の発明は、
接触を検出する接触検出部と、
前記接触検出部に対する押圧を検出する押圧検出部と、
前記接触検出部を振動させる複数の振動部と、
前記押圧検出部が検出する押圧に基づくデータが所定の基準を満たすと、前記複数の振動部を複数の異なる態様でそれぞれ振動させて、前記接触検出部に接触物が接触している位置において、当該接触検出部を押圧している当該接触物に対して目的の触感を呈示するように制御する制御部と、
を備えることを特徴とする。

また、前記制御部は、前記複数の振動部をそれぞれ振動させる際、当該複数の振動部のそれぞれが発生する振動波の時間を調整することにより、前記目的の触感を呈示するように制御してもよい。

また、前記制御部は、前記複数の振動部をそれぞれ振動させる際、当該複数の振動部のそれぞれが発生する振動波の周波数を調整することにより、前記目的の触感を呈示するように制御してもよい。

また、前記制御部は、
前記接触検出部が接触を検出すると、前記複数の振動部をそれぞれ振動させて、前記接触検出部に接触物が接触している位置において、当該接触検出部に接触している当該接触物に対して第１の目的の触感を呈示し、
前記押圧検出部が検出する押圧に基づくデータが所定の基準を満たすと、前記複数の振動部をそれぞれ振動させて、前記接触検出部に接触物が接触している位置において、当該接触検出部を押圧している当該接触物に対して第２の目的の触感を呈示する
ように制御してもよい。

また、前記制御部は、前記押圧検出部が検出する押圧に基づくデータが所定の基準を満たすと、前記複数の振動部をそれぞれ振動させて、前記接触検出部に接触物が接触している位置において、当該接触検出部を押圧している当該接触物に対して、当該押圧に基づくデータに応じた目的の触感を呈示するように制御してもよい。

本発明によれば、所定の条件により構成される目的の触感を効率的に呈示する触感呈示装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る触感呈示装置の概略構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る触感呈示装置の接触検出部周辺の構成を説明する図である。 第１実施形態に係る触感呈示装置の動作の例を説明する図である。 第１実施形態に係る触感呈示装置の動作の例を説明する図である。 第２実施形態に係る触感呈示装置の動作の例を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る触感呈示装置の第１実施形態について、図を参照して説明する。本発明に係る触感呈示装置は、タッチパネルを備えた携帯電話、スマートフォン、タブレット型ＰＣ、ノートＰＣ等とすることができる。しかしながら、本発明はこれら携帯型の機器に限定されるものではなく、タッチパネルを備えたデスクトップＰＣ、家電製品、産業用機器（ＦＡ機器）、家電製品、専用端末等、種々の電子機器とすることができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る触感呈示装置の概略構成を示すブロック図である。

図１に示すように、第１実施形態に係る触感呈示装置１は、制御部１０、接触検出部２０、表示部３０、押圧検出部４２，４４、および複数の振動部５２，５４，５６，５８を備えている。

制御部１０は、触感呈示装置１の各機能部および要素の全体を制御および管理する。制御部１０は、アプリケーションソフトウェアを実行可能なプロセッサまたはマイコン等により構成することができる。以下、制御部１０は、必要に応じて各種情報を記憶することができるメモリ等によって構成される記憶部等も適宜含むものとして説明する。本実施形態において、制御部１０は、特に、触感呈示装置１が触感を呈示するための動作を行うに際し、必要な各機能部および要素の制御および管理を行う。制御部１０による制御の詳細は、後述する。

接触検出部２０は、その接触検出面（操作面）に対する操作者の指やスタイラスペンなど（以下、「接触物」と記す）による接触を検出する。接触検出部２０が接触を検出する方式は、静電容量方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式（又は超音波方式）、赤外線方式、電磁誘導方式、および荷重検出方式等の任意の方式を用いることができる。接触検出部２０は、接触物による接触の検出に基づいて、当該接触物が接触検出面に接触している位置の情報を制御部１０に出力する。この出力により、制御部１０は、接触検出部２０によって検出された接触の位置を取得することができる。

なお、接触検出部２０は、例えば透明の部材で構成して、その背面側に、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機ＥＬディスプレイ、又は無機ＥＬディスプレイ等の表示デバイスで構成することができる表示部３０を備えることができる。図１においては、表示部３０を破線で示すことにより、表示部３０が接触検出部２０の背面側（裏面側）に配置されていることを示してある。このような構成により、例えば表示部３０にキーもしくはボタンまたはアイコン等のオブジェクトを描画して表示し、当該オブジェクトに対して操作者が接触（タッチ）する操作を接触検出部２０で検出することができる。表示部３０は、接触検出部２０の裏面側に、例えば両面テープ等の接合部材により取り付けることができる。また、表示部３０は、接触検出部２０の裏面側において、例えば板金のような中間部材を介して接触検出部２０に取り付けたり、他の支持部材に取り付けたりしてもよい。

表示部３０は、制御部１０から供給される画像／映像データに基づいて、各種の画像および映像を表示することができる。この場合、制御部１０は、必要な画像／映像データを、必要なタイミングで表示部３０に供給する。しかしながら、触感呈示装置１において、画像または映像を表示することは必須ではないため、以下、画像および映像の表示関連についての詳細な説明は省略する。また、接触検出部２０の表面側に何ら画像または映像を表示する必要がない構成とする場合には、表示部３０を備えることは必須ではない。

押圧検出部４２，４４は、接触物が接触検出部２０に接触して接触検出部２０を押圧した際の当該押圧を検出する。すなわち、押圧検出部４２，４４は、接触検出部２０に対する押圧を検出する。押圧検出部４２，４４は、例えば歪みゲージセンサまたは圧電素子など、押圧に応じて物理的または電気的な特性（歪み、抵抗、電圧等）が変化する、荷重に対してリニアに反応する素子などを用いて構成することができる。押圧検出部４２，４４は、接触検出部２０に対する接触物による接触の検出に基づいて、当該接触物が接触検出面を押圧する際の当該押圧に関する情報を制御部１０に出力する。この出力により、制御部１０は、押圧検出部４２，４４によって検出された押圧を取得することができる。

例えば、押圧検出部４２，４４がそれぞれ圧電素子で構成された場合、接触検出部２０の接触検出面に対する押圧に係る荷重（力）の大きさ（または、荷重（力）の大きさが変化する速さ（加速度））に応じて、圧電素子の電気的な特性により出力される電圧の大きさ（電圧値）が変化する。この場合、押圧検出部４２，４４は、この電圧の大きさ（電圧値（以下、単に「データ」と称する））を制御部１０に通知することができる。制御部１０は、押圧検出部４２，４４がデータを制御部１０に通知することにより、または、制御部１０が押圧検出部４２，４４の圧電素子に係るデータを検出することにより、当該データを取得する。すなわち、制御部１０は、押圧検出部４２，４４から押圧に基づくデータを取得することにより、接触検出部２０の接触検出面に対する操作者の押圧に基づくデータを取得する。

図１に示す構成においては、接触検出部２０の端部付近に、図に示すＹ軸方向に平行になるように、押圧検出部４２および４４を２つ配置している。図１において、押圧検出部４２，４４を破線で示してあるのは、これら押圧検出部４２，４４が接触検出部２０の背面側（裏面側）に設置されていることを表している。押圧検出部４２，４４の配置は図１に示す例に限定されるものではなく、接触検出部２０の形状および配設態様、接触検出部２０において検出すべき押圧の態様、および触感呈示装置１が呈示すべき触感の態様など種々の要因に応じて、様々な配置とすることができる。また、押圧検出部４２，４４の配設数も２つに限定されるものではなく、任意の個数とすることができる。押圧検出部４２，４４は、接合部材（例えば両面テープ）により接触検出部２０に取り付けられる。押圧検出部４２，４４は、中間部材（例えば板金）を介して接触検出部２０に取り付けられてもよい。

複数の振動部５２，５４，５６，５８は、接触検出部２０を振動させて、接触検出部２０の接触検出面に所定の振動パターンによる振動を発生させる。これら振動部５２〜５８は、例えば圧電振動子等を用いて構成することができる。

図１に示す構成においては、所望の触感を適切に呈示することができるように、接触検出部２０の端部付近に、図に示すＸ軸方向に平行になるように、振動部５２，５４を上側に、振動部５６，５８を下側に、合計４つ配置している。図１において、振動部５２〜５８を破線で示してあるのは、これら振動部５２〜５８が接触検出部２０の背面側（裏面側）に設置されていることを表している。振動部５２〜５８の配置は図１に示す例に限定されるものではなく、触感呈示装置１が呈示すべき触感の態様などの要因に応じて、種々の配置を採用することができる。また、振動部５２〜５８の配設数も４つに限定されるものではなく、任意の個数とすることができる。振動部５２〜５８は、接合部材（例えば両面テープ）により接触検出部２０に取り付けられる。振動部５２〜５８は、中間部材（例えば板金）を介して接触検出部２０に取り付けられてもよい。

振動部５２〜５８は、接触検出部２０の接触検出面に振動を発生させることにより、接触検出面を接触している接触物に対して触感を呈示する。振動部５２〜５８の振動により接触物に対して触感を呈示する際には、制御部１０が、所定の触感を呈示するための駆動信号を、適切なタイミングで供給する。このような触感の呈示のために制御部１０が出力する駆動信号については、後述する。また、図１においては、上側の振動部５２および５４と、下側の振動部５６および５８は、それぞれ制御部１０から同じ駆動信号が供給されるように示してあるが、４つの振動部５２〜５８にそれぞれ互いに異なる駆動信号が供給されるようにしてもよい。

押圧検出部４２，４４を圧電素子で構成する場合、これらの圧電素子に制御部１０から所定の駆動信号を供給することにより、この圧電素子を振動させて操作者の指などに触感を呈示することができる。したがって、本実施形態において、押圧検出部４２，４４は、振動部５２〜５８としても機能させることができる。すなわち、押圧検出部４２，４４を圧電素子で構成することにより、押圧検出部４２，４４が振動部５２〜５８を兼ねる構成とすることもできる。しかしながら、以下の説明においては、押圧検出部４２，４４とは別個の部材として振動部５２〜５８を設ける場合について記す。

図１においては、押圧検出部４２，４４および振動部５２〜５８を取り付けた接触検出部２０が設置される筐体の図示は省略してある。接触検出部２０は、最終的に、様々な電子機器とし得る触感呈示装置１の本体を構成する筐体などに取り付けられる。この筐体には、図１に示す制御部１０および他の必要な回路ならびに機能部などが内蔵されるようにするのが好適である。この場合、接触検出部２０は、適切な手段によって、振動可能なように筐体などに配設するのが好適である。すなわち、接触検出部２０の各端辺全てを筐体などに強固に固定してしまうと、接触検出部２０を振動させる際の振幅を稼ぐことができず、操作者に良好な触感を呈示することが困難になり得る。したがって、例えば弾性部材を介してタッチパネル１０を筐体に配設したり、接触検出部２０を部分的に筐体に固定したりするなどして、接触検出部２０を振動可能なようにして筐体などに配設するようにする。

図２は、触感呈示装置１の接触検出部２０周辺の構成をさらに説明する図である。

図２は、主な各機能部の配置構成を、図１とは別の観点から示した図である。図２においては、図１に示した表示部３０および制御部１０の図示は省略してある。また、図２においては、接触検出部２０が取り付けられる筐体などの図示も省略してある。

本実施形態では、図２に示すように、接触検出部２０は、支持点６１，６２，６３，６４，６５，６６の６点において支持されるように、上述した筐体などに取り付ける。すなわち、接触検出部２０は、支持点６１〜６６において、ある程度固定されることになる。しかしながら、これら支持点６１〜６６に接触検出部２０を過度に強固に固定してしまうと、接触検出部２０の振動を阻害しかねない。したがって、接触検出部２０は、これら支持点６１〜６６に支持されつつも、振動可能なように配設するのが好適である。例えば、支持点６１〜６６において弾性部材を介して接触検出部２０を筐体などに配設したり、筐体などの側で支持点６１〜６６を受ける部分を弾性部材で構成したりすることができる。接触検出部２０を筐体などに取り付ける際の位置は図２に示した配置構成に限定されるものではなく、また支持点の個数も６つに限定されるものではない。触感呈示装置１が呈示すべき触感の態様に応じて、支持点の位置および支持箇所の個数を調整するのが好適である。

本実施形態において、制御部１０は、例えば図２に示すように、操作者の指などの接触物による接触が接触検出部２０上の所定の位置（例えば位置Ａ）において検出されたか否かを判定する。また、制御部１０は、接触検出部２０の所定の位置において接触が検出された状態で、さらに押圧検出部４２，４４が検出する押圧に基づくデータが、接触検出部２０に対する押圧によって所定の基準を満たしたか否かを判定する。そして、所定の位置における接触が検出されたまま、当該押圧に基づくデータが所定の基準を満たしたら、制御部１０は、振動部５２〜５８をそれぞれ駆動させる。

これにより、接触検出部２０を押圧している接触物に対して触感が呈示される。なお、押圧検出部４２，４４は、例えば、２つの押圧検出部４２，４４の出力の平均値から荷重を検出することができる。ここで、所定の基準を満たすデータは、操作者が通常の押圧操作を行う際の押圧荷重に基づいて、例えば１Ｎ（ニュートン）になった際に押圧検出部４２，４４から出力されるデータが所定の基準を満たすものとして予め設定する。このような設定は、その後もユーザの好みに合わせて適宜設定変更できるようにするのが好適である。また、この所定の基準は、操作者が意図せずに軽く触れてしまったような場合の操作は入力として認識しないようにするため、およびリアルな触感のための圧覚を操作者に与えるために、過度に低い押圧荷重によって満たされることがないように設定する。

一方、上述の押圧に基づくデータは任意に設定することができる。例えば、本実施形態を簡略化した実施例では、制御部１０は、押圧検出部４２，４４による押圧の検出には基づかずに、接触検出部２０が所定の位置における接触を検出した時点で、振動部５２〜５８をそれぞれ駆動させて触感を呈示してもよい。

また、本実施形態において、表示部２０にアイコンまたはボタンなどのオブジェクトを表示して操作者の操作を受け付ける場合には、接触検出部２０上で接触が検出された位置がオブジェクトに対応する位置である場合にのみ、触感を呈示するのが好適である。このようにすれば、操作者は、自らがアイコンまたはボタンなどのオブジェクトを接触または押圧した操作が、触感呈示装置１に正しく認識されたことを、触感により把握することができる。

次に、本実施形態に係る触感呈示装置１が触感を呈示する動作について説明する。

まず、本実施形態において、制御部１０からの駆動信号によって振動部５２〜５８を振動させることにより呈示する、目的の触感について説明する。以下、振動部５２および５４は同じ振動を発生するように制御部１０から駆動信号が供給されるものとし、振動部５６および５８は同じ振動を発生するように制御部１０から駆動信号が供給されるものとして説明する。

本実施形態に係る触感呈示装置１は、当該装置のメーカの所望に応じて、種々の触感を呈示することができる。触感呈示装置１が呈示する触感の態様は、触感呈示装置１の構成などに起因する様々な要因によって決まる。例えば、接触検出部２０をパネル状とする場合の大きさ、厚さ、および曲げ特性、振動部５２〜５８の設置位置、設置態様、および個数、接触検出部２０が筐体に取り付けられる際の構成態様、接触検出部２０および筐体を含めた系の振動伝達特性などの要因がある。

また、触感呈示装置１が呈示する触感の態様は、制御部１０から出力される駆動信号に大きく依存する。このため、当該駆動信号によって、触感呈示装置１が呈示する触感は著しく異なるものとなる。したがって、本実施形態では、制御部１０から複数の振動部５２〜５８にそれぞれ出力する駆動信号を適宜制御することにより、所定の条件により構成される目的の触感を呈示する。

本実施の形態において、触感呈示装置１のメーカが所望する目的に適う触感を構成する所定の条件は、例えば以下のような条件を満たすものとすることができる。以下のような条件を満たす振動による触感は、強度的にも充分であり、触感が呈示される部分と呈示されない部分とのコントラストが明確となるため、触感呈示装置のメーカが所望する目的に適うと考えられる。しかしながら、この目的の触感を構成する所定の条件は一例であり、この他にも、例えば触感呈示装置１のメーカの所望に応じて、種々の条件を採用することができる。
（１）目的の触感を構成する振動の周波数は、１００Ｈｚ〜４００Ｈｚとする。
（２）目的の触感を構成する振動の振幅は、ピーク・トゥ・ピークで少なくとも２０μｍとする。
（３）目的の触感を構成する振動を発生させる駆動信号は１周期すなわち１波長とし、当該駆動信号の入力によって良好な触感が呈示されるようにするとともに、当該駆動信号の入力がない時点では触感が極力呈示されないようにする。

しかしながら、制御部１０から複数の振動部５２〜５８に、それぞれ単に同じ駆動信号を出力したとしても、所定の条件により構成される目的の触感を呈示することは困難である。以下、この点について説明する。

以下、図２に示した位置Ａを操作者が押圧する際に呈示される触感を説明する。図２において、操作者が接触検出部２０上で押圧する位置Ａは、図２に示したＹ軸上の正方向に寄っている。すなわち、振動部５２，５４から位置Ａまでの距離の方が、振動部５６，５８から位置Ａまでの距離よりも短い。このような場合において、振動部５２，５４と、振動部５６，５８とを、同じ駆動信号で駆動する場合について検討する。

図３は、振動部５２，５４と、振動部５６，５８とを、同じ駆動信号で駆動する場合に呈示される触感を説明する図である。

図３（Ａ）は、振動部５２，５４のみを駆動させた場合に呈示される触感を示す図である。すなわち、図３（Ａ）は、振動部５２，５４のみを駆動させて、振動部５６，５８を駆動させない状態を表している。図３（Ａ）は、駆動信号Ｐのパルスによって位置Ａにおいて発生する振動波形αの振幅の時間変化を表している。すなわち、図３（Ａ）は、駆動信号Ｐの波形が入力されることによって、位置Ａにおいて波形αのような振動が発生することを表している。

図３（Ｂ）は、振動部５６，５８のみを駆動させた場合に呈示される触感を示す図である。すなわち、図３（Ｂ）は、振動部５６，５８のみを駆動させて、振動部５２，５４を駆動させない状態を表している。図３（Ｂ）は、駆動信号Ｐのパルスによって位置Ａにおいて発生する振動波形βの振幅の時間変化を表している。すなわち、図３（Ｂ）は、駆動信号Ｐの波形が入力されることによって、位置Ａにおいて波形βのような振動が発生することを表している。

上述したように、ここでは、振動部５２，５４と、振動部５６，５８とを、同じ駆動信号で駆動している。しかしながら、位置Ａから振動部５２，５４までの距離と、位置Ａから振動部５６，５８までの距離が異なるため、それぞれの場合で呈示される触感は同じにならない。したがって、振動部５２，５４と、振動部５６，５８とを、同じ駆動信号で駆動すると、図３（Ａ）に示した波形αと、図３（Ｂ）に示した波形βとの合成波となる。

図３（Ｃ）は、図３（Ａ）に示した波形αと、図３（Ｂ）に示した波形βとの合成波γを示す図である。図３（Ｃ）に示すように、駆動信号Ｐのパルスによる振動波形αと振動波形βとの合成波γは、元の振動波形αまたはβと比べて弱い波形になってしまう。

このように、振動部５２，５４と振動部５６，５８とを同時に駆動させても振動の波形が弱まってしまうと、目的の触感を効率的に呈示することはできない。したがって、本実施形態では、制御部１０は、振動部５２，５４と、振動部５６，５８とを、複数の異なる態様でそれぞれ振動させる。特に、本実施形態では、制御部１０は、複数の振動部５２，５４と５６，５８とのそれぞれが発生する振動波の時間を調整することにより、目的の触感を呈示する。具体的には、制御部１０は、振動部５２，５４が振動波を発生するタイミングと、振動部５６，５８が振動波を発生するタイミングとが異なるように制御する。

図４は、振動部５２，５４と、振動部５６，５８とを、同じ駆動信号を用いて異なるタイミングで駆動する場合に呈示される触感を説明する図である。

図４（Ａ）は、図３（Ａ）と同様に、振動部５２，５４のみを駆動させて、振動部５６，５８を駆動させない状態を表している。したがって、図４（Ａ）は、駆動信号Ｐ２の波形が入力されることによって、位置Ａにおいて波形α１のような振動が発生することを表している。

図４（Ｂ）は、図３（Ｂ）と同様に、振動部５６，５８のみを駆動させて、振動部５２，５４を駆動させない状態を表している。したがって、図４（Ｂ）は、駆動信号Ｐ１の波形が入力されることによって、位置Ａにおいて波形β１のような振動が発生することを表している。

本実施形態では、振動部５２，５４と、振動部５６，５８とを、同じ駆動信号で駆動している。しかしながら、本実施形態では、振動部５２，５４を駆動するタイミングを、振動部５６，５８を駆動するタイミングよりも遅らせる。図４に示す例においては、図４（Ａ）に示す駆動信号Ｐ２のパルスを、図４（Ｂ）に示す駆動信号Ｐ１のパルスよりも２ｍｓｅｃ程度遅らせている。このように、振動部５２，５４と、振動部５６，５８とを、同じ駆動信号を用いて異なるタイミングで駆動すると、図４（Ａ）に示した波形α１と、図４（Ｂ）に示した波形β１との合成波となる。

図４（Ｃ）は、図４（Ａ）に示した波形α１と、図４（Ｂ）に示した波形β１との合成波γ１を示す図である。図４（Ｃ）に示すように、駆動信号Ｐ２のパルスによる振動波形α１と、駆動信号Ｐ１のパルスによる振動波形β１との合成波γ１は、元の振動波形α１またはβ１と比べて強い波形になる。

このように、本実施形態において、制御部１０は、押圧検出部４２，４４が検出する押圧に基づくデータが所定の基準を満たすと、複数の振動部５２〜５８をそれぞれ振動させるように制御する。また、制御部１０は、複数の振動部５２〜５８を複数の異なる態様でそれぞれ振動させて、接触検出部２０に接触物が接触している位置において、接触検出部２０を押圧している接触物に対して目的の触感を呈示するように制御する。特に、本実施形態において、制御部１０は、複数の振動部５２〜５８をそれぞれ振動させる際、複数の振動部５２〜５８のそれぞれが発生する振動波の時間を調整することにより、前記目的の触感を呈示するように制御する。ここで、振動波の時間の調整においては、例えば、振動を発生させる駆動信号を出力するタイミングを変更することができる。振動を発生させる駆動信号を出力するタイミングを変更する際には、図４に示したように、振動部５２，５４および振動部５６，５８それぞれによる振動の波形α１および波形β１の山同士（または谷同士）が重なるようにするのが好適である。

このように、本実施形態に係る触感呈示装置１においては、複数の振動部の駆動タイミングを調整することで、各振動部から発生する振動波のピーク位置（位相）を合わせて振動波形の振幅を増幅する。したがって、本実施形態に係る触感呈示装置１によれば、所定の条件により構成される目的の触感を効率的に呈示することができる。

上述した実施形態において、振動部５２，５４と、振動部５６，５８との、どちらをどれだけ遅らせるかについては、種々のシミュレーションまたは実物を用いた実測実験などにより、接触の位置に応じて効率的に触感を呈示できるように設定することができる。一般的な傾向としては、振動部５２，５４および振動部５６，５８のうち、接触検出部２０上で接触が検出された位置近い振動部からの振動の方が、伝達が早い。したがって、接触検出部２０上で接触が検出された位置が、振動部５２〜５８のいずれかに近くなればなるほど、当該振動部から出力する駆動信号を遅らせることになる。このような遅延量を、各種の場合について（例えば接触検出部２０上で検出される接触の位置に応じて）前もって制御部１０に記憶させておくのが好適である。あるいは、振動を発生する都度、このような遅延量を制御部１０が演算することによって求めてもよい。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。

上述した第１実施形態では、複数の振動部５２〜５８をそれぞれ振動させる際、例えば振動波形のタイミングを変更することで、それぞれが発生する振動波の時間を調整した。一方、本発明の第２実施形態では、複数の振動部５２〜５８をそれぞれ振動させる際、それぞれが発生する振動波の周波数を調整する。その他の観点では、第２実施形態は、上述した第１実施形態と同様の構成により実施することができる。すなわち、本実施形態に係る触感呈示装置は、上述した第１実施形態に係る触感呈示装置１と同じ構成のものを採用し、制御部１０による制御を変更することで実施することができる。したがって、本実施形態において、第１実施形態と同様になる説明は、適宜説明を簡略化または省略する。

図５は、振動部５２，５４と、振動部５６，５８とを、異なる周波数の駆動信号で駆動する場合に呈示される触感を説明する図である。

図５において、振動部５２，５４のみを駆動させて、振動部５６，５８を駆動させない場合に、位置Ａにおいて発生する振動を、波形α２で表している。本実施形態においては、制御部１０は、元々の振動波形として用意していたものを波形α２とすると、接触が検出された位置Ａからそれぞれの振動部までの距離に応じて、波形α２の周波数を高く（または低く）した波形β２を駆動信号として出力する。図５において、振動部５６，５８のみを駆動させて、振動部５２，５４を駆動させない場合に、位置Ａにおいて発生する振動を、波形β２で表している。図５に示す例においては、接触検出部２０において接触が検出された位置Ａについて、図２に示した例とは異なり、振動部５６，５８から位置Ａの距離の方が、振動部５２，５４から位置Ａの距離よりも短い場合について説明する。図５に示すように、位置Ａからの距離が遠い振動部５２，５４が発生する振動波形α２の周波数よりも、位置Ａからの距離が近い振動部５６，５８が発生する振動波形β２の周波数を高く（約２倍）している。このように、振動部５２，５４と、振動部５６，５８とを、異なる周波数の駆動信号で駆動すると、図５に示した波形α２と、波形β２との合成波となる。

図５においては、振動波形α２と振動波形β２との合成波γ２を示してある。図５に示すように、周波数が比較的低い振動波形α２と、周波数が比較的高い振動波形β２との合成波γ２は、元の振動波形α２またはβ２と比べて強い波形になる。

このように、本実施形態において、制御部１０は、複数の振動部５２〜５８をそれぞれ振動させる際、複数の振動部５２〜５８のそれぞれが発生する振動波の周波数を調整することにより、前記目的の触感を呈示するように制御する。ここで、振動波の周波数の調整においては、例えば、振動を発生させる駆動信号の周波数を変更してから出力する。この場合、例えば接触検出部２０上で検出される接触の位置に応じて、振動を発生させる駆動信号の周波数を変更するのが好適である。振動を発生させる駆動信号の周波数を変更する際には、図５に示したように、振動部５２，５４および振動部５６，５８それぞれによる振動の波形α２および波形β２の山同士（または谷同士）が重なるようにするのが好適である。

このように、本実施形態に係る触感呈示装置１においては、複数の振動部の振動周波数を調整することで、触感を呈示する位置における合成波の波形を制御して、各振動部から発生する振動波のピーク位置（位相）を合わせて振動波形の振幅を増幅する。例えば、合成する波形のパラメータに周波数を増大する（または低減する）ことで、振動波形を詳細に調整することができる。また、本実施形態に係る触感呈示装置１においては、それぞれの振動部から発生する波形の第１波が揃うように周波数を調整することにより、第２波以降のピークは揃わずに分散することが期待できる。したがって、本実施形態に係る触感呈示装置１は、第１波により強い触感を呈示したら、その後の余波による影響を低減することができる。すなわち、触感を呈示すべきタイミングにおいては良好な強い触感を呈示することができ、触感を呈示すべきでないタイミングにおいては余計な触感が呈示されることを抑制することができる。したがって、本実施形態に係る触感呈示装置１によれば、所定の条件により構成される目的の触感を効率的に呈示することができる。

上述した実施形態において、振動部５２，５４および振動部５６，５８のどちらの周波数をどれだけ変化させるかについては、上述した第１実施形態と同様に設定することができる。すなわち、種々のシミュレーションまたは実物を用いた実測実験などにより、接触の位置に応じて効率的に触感を呈示できるように設定することができる。一般的な傾向としては、本例においては、駆動信号のパルスを１波長のみ出力しているため、一度振動が発生した後は、触感呈示装置１全体において自由振動となるため、徐々に固有振動に近づいていくと考えられる。したがって、接触検出部２０上で接触が検出された位置が、振動部５２〜５８のいずれかに近くなればなるほど、当該振動部から出力する駆動信号の周波数を高くすべきであることが想定される。このような周波数の増加量（または減少量）を、各種の場合について（例えば接触検出部２０上で検出される接触の位置に応じて）前もって制御部１０に記憶させておくのが好適である。あるいは、振動を発生する都度、このような周波数の増加量（または減少量）を制御部１０が演算することによって求めてもよい。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。

第３実施形態は、上述した第１または第２実施形態において、複数の振動部５２〜５８を複数の異なる態様でそれぞれ振動させる際に、さらに操作者が接触検出部２０を押圧する際の押圧力もさらに考慮する。その他の観点では、第３実施形態は、上述した第１および第２実施形態と同様の構成により実施することができる。すなわち、本実施形態に係る触感呈示装置は、上述した第１または第２実施形態に係る触感呈示装置１と同じ構成のものを採用し、制御部１０による制御を変更することで実施することができる。したがって、本実施形態において、第１または第２実施形態と同様になる説明は、適宜説明を簡略化または省略する。

上述した第１または第２実施形態では、操作者の操作による接触が接触検出部２０において検出された時点では触感を呈示せずに、接触の検出後に操作者の操作による押圧が増大して押圧に基づくデータが所定の基準を満たしたら、触感を呈示した。しかしながら、本実施形態では、制御部１０は、接触検出部２０が接触を検出した時点で、まず第１の目的の触感を呈示するように制御する。その後、制御部１０は、操作者の操作による押圧が増大して、押圧検出部４２，４４が検出する押圧に基づくデータが所定の基準を満たしたら、第２の触感を呈示するように制御する。第１の目的の触感と、第２の目的の触感とは、同じ触感とすることもできるが、区別のために異なる触感とするのが好適である。

このように、本実施形態において、制御部１０は、接触検出部２０が接触を検出すると、複数の振動部５２〜５８をそれぞれ振動させて、接触検出部２０に接触物が接触している位置において、接触検出部２０に接触している当該接触物に対して第１の目的の触感を呈示する。また、制御部１０は、押圧検出部４２，４４が検出する押圧に基づくデータが所定の基準を満たすと、複数の振動部５２〜５８をそれぞれ振動させて、接触検出部２０に接触物が接触している位置において、接触検出部２０を押圧している接触物に対して第２の目的の触感を呈示するように制御する。

このようにすることで、本実施形態に係る触感呈示装置１は、第１の目的の触感を呈示する場面において、オブジェクトに対する接触により当該オブジェクトが選択されたことを操作者に認識させることができる。また、本実施形態に係る触感呈示装置１は、第２の目的の触感を呈示する場面において、オブジェクトに対する押圧により当該オブジェクトの選択が決定されたことを操作者に認識させることができる。このような場面において、本実施形態に係る触感呈示装置１は、現段階の操作がオブジェクトの選択なのか、あるいは当該オブジェクトの選択が決定されたのか、操作者に区別して認識させることができる。

さらに、本実施形態においては、接触検出部２０に接触物が接触している位置において目的の触感を呈示する際、操作者の接触検出部２０に対する押圧を加味した上で、複数の振動部５２〜５８を複数の異なる態様でそれぞれ振動させる。すなわち、本実施形態に係る触感呈示装置１は、触感を呈示すべき時点で操作者が接触検出部２０を押圧している際に押圧検出部４２，４４が検出する押圧に基づくデータに応じて、複数の振動部５２〜５８を複数の異なる態様でそれぞれ振動させる。

このように、本実施形態において、制御部１０は、押圧検出部４２，４４が検出する押圧に基づくデータが所定の基準を満たすと、複数の振動部５２〜５８をそれぞれ振動させるように制御するのは、第１および第２実施形態と同様である。さらに、本実施形態においては、制御部１０は、接触検出部２０に接触物が接触している位置において、接触検出部２０を押圧している接触物に対して、当該押圧に基づくデータに応じた目的の触感を呈示するように制御する。

具体的には、本実施形態に係る触感呈示装置１においては、接触検出部２０に操作者が接触した時点と、操作者が接触検出部２０にある程度の押圧を加えた時点とで、押圧に基づくデータに応じて、振動部５２〜５８を駆動するタイミングを調整する。また、この場合、押圧に基づくデータに応じて、振動部５２〜５８を駆動する駆動信号の周波数を調整することもできる。

操作者が接触検出部２０に接触している場合と、接触検出部２０を押圧している場合とでは、振動部５２〜５８の駆動による振動が伝播する際の触感呈示装置１全体の系の固有振動数が変化すると考えられる。この場合、操作者が接触検出部２０に接触している場合、接触検出部２０を弱く押圧している場合、接触検出部２０を強く押圧している場合において、それぞれ制御部１０が同じ駆動信号を出力したとしても、呈示される触感は異なってしまう。これは、伝播する振動の波形が変化することにより、波形の位相および／または周波数が変化するためと考えられる。

このような場合、操作者の押圧により、接触検出部２０を構成するパネルなどの部材全体の合成が変化したり、固有振動数が変化したりすることが予想される。また、操作者の押圧により、接触検出部２０を押圧した位置が疑似的な支点として作用することで、波形の位相が変化してしまうことも考えられる。このような場合であっても、本実施形態に係る触感呈示装置１においては、触感を呈示する際の操作者の押圧を考慮した上で振動部５２〜５８をそれぞれ振動させるため、任意の押圧に対して最適と言える目的の触感を呈示することができる。したがって、本実施形態に係る触感呈示装置１によれば、所定の条件により構成される目的の触感を効率的に呈示することができる。

上述した実施形態において、どれだけの押圧に応じて、振動部５２，５４および振動部５６，５８のどちらの波形のタイミングをどれだけ変化させるか、また周波数をどれだけ変化させるかについては、上述した第１及び第２実施形態と同様に設定することができる。すなわち、種々のシミュレーションまたは実物を用いた実測実験などにより、接触の位置に応じて効率的に触感を呈示できるように設定することができる。一般的な傾向としては、操作者による押圧が強く加わっている方が、触感呈示装置１において振動を伝達する系が硬くなると考えられるが、操作者が接触検出部２０を押圧する位置によって、当該押圧位置を支点として全体的な振動のモードも変化すると考えられる。したがって、接触検出部２０上で種々の押圧位置において種々の押圧力を加えることで、調整すべき周波数の増加量（または減少量）、および／または駆動信号を出力するタイミンの遅延量を、前もって制御部１０に記憶させておくのが好適である。あるいは、振動を発生する都度、このような周波数の増加量（または減少量）および／または遅延量を制御部１０が演算することによって求めてもよい。

本発明を諸図面および実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形および修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形および修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各機能部、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の機能部およびステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、上述した本発明の各実施形態は、それぞれ説明した各実施形態に忠実に実施することに限定されるものではなく、適宜、各特徴を組み合わせて実施することもできる。

また、上述した実施の形態において、押圧検出部は、接触検出部における接触検出方式に応じて構成することもできる。例えば、接触検出部が抵抗膜方式の場合には、接触面積による抵抗変化に基づく出力信号の変化から荷重が検出できれば、歪みゲージセンサを用いることなく構成することができる。あるいは、接触検出部が静電容量方式の場合には、静電容量の変化に基づく出力信号の変化から荷重が検出できる場合も、歪みゲージセンサを用いることなく構成することができる。

上述した実施の形態においては、接触検出部を表示部の上面（表側の面）に重ねて配置した構成を想定して説明した。本発明による触感呈示装置は、このような構成にすることは必須ではなく、接触検出部と表示部とを離間した構成にすることもできる。しかしながら、接触検出部を表示部の上面に重ねて配置した構成とする方が、表示される画像と呈示される触感の対応関係を、操作者に容易に認識させることができる。

また、本発明に係る触感呈示装置は、圧電素子の出力に基づいて検出される押圧に基づくデータが触感を呈示する所定の基準を満たした際に、当該圧電素子を駆動することを想定して説明した。ここで、圧電素子の出力に基づいて検出される押圧に基づくデータが所定の基準を満たした際とは、検出される押圧に基づくデータが所定の基準値に達した際であってもよいし、検出される押圧に基づくデータが所定の基準値を超えた際でもよいし、押圧検出部から出力される押圧に基づくデータに基づいて所定の基準値が検出された際でもよい。

また、本実施の形態の説明における表示部３０および接触検出部２０は、表示部と接触検出部との両機能を共通の基板に持たせる等により、一体化した装置によって構成されるようにしてもよい。このように表示部と接触検出部との両機能を一体化した装置の構成の一例としては、液晶パネルが有するマトリクス状配列の画素電極群に、フォトダイオード等の複数の光電変換素子を規則的に混在させたものを挙げることができる。この装置は、液晶パネル構造によって画像を表示する一方で、パネル表面の所望位置を接触入力するペンの先端で液晶表示用のバックライトの光を反射し、この反射光を周辺の光電変換素子が受光することによって、接触位置を検出することができる。

なお、振動部５２〜５８は、振動モータ（偏心モータ）などに基づいて触感呈示装置１を振動させることにより、接触検出部２０を間接的に振動させるように構成してもよいし、接触検出部２０に圧電素子を配設することにより、接触検出部２０を直接的に振動させるように構成してもよい。

また、例えば、押圧検出部４２，４４および振動部５２〜５８は、圧電素子を用いて構成する場合は、圧電素子を共用して押圧検出部兼振動部を構成することもできる。圧電素子は、圧力が加わると電力を発生し、電力が加えられると変形するためである。

なお、接触検出部２０が接触を検出する上で、接触物が接触検出部２０に物理的に接触することは必須ではない。例えば、接触検出部２０が光学式である場合、接触検出部２０は当該接触検出部２０上の赤外線が指やスタイラスペン等で遮られた位置を検出するため、接触対象が接触検出部２０に接触することは不要である。

また、本発明は、押圧検出部４２，４４により検出される押圧荷重が、入力として認識されるための所定の基準を満たした際に、振動部５２〜５８を駆動させるが、押圧検出部４２，４４により検出される押圧荷重が入力として認識されるための所定の基準を満たした際とは、押圧検出部４２，４４により検出される押圧荷重が入力として認識される所定値に達した際であってもよいし、押圧検出部４２，４４により検出される押圧荷重が入力として認識される所定値を超えた際でもよいし、押圧検出部４２，４４により入力として認識される所定値が検出された際でもよい。

１ 触感呈示装置
１０ 制御部
２０ 接触検出部
３０ 表示部
４２，４４ 押圧検出部
５２，５４，５６，５８ 振動部
６１〜６６ 支持点

Claims (5)

1. 接触を検出する接触検出部と、
   前記接触検出部に対する押圧を検出する押圧検出部と、
   前記接触検出部を振動させる複数の振動部と、
   前記押圧検出部が検出する押圧に基づくデータが所定の基準を満たすと、前記複数の振動部をそれぞれ振動させて、前記接触検出部に接触物が接触している位置において、当該接触検出部を押圧している当該接触物に対して目的の触感を呈示するように制御する制御部と、
   を備える触感呈示装置。
2. 前記制御部は、前記複数の振動部をそれぞれ振動させる際、当該複数の振動部のそれぞれが発生する振動波の時間を調整することにより、前記目的の触感を呈示するように制御する、請求項１に記載の触感呈示装置。
3. 前記制御部は、前記複数の振動部をそれぞれ振動させる際、当該複数の振動部のそれぞれが発生する振動波の周波数を調整することにより、前記目的の触感を呈示するように制御する、請求項１に記載の触感呈示装置。
4. 前記制御部は、
   前記接触検出部が接触を検出すると、前記複数の振動部をそれぞれ振動させて、前記接触検出部に接触物が接触している位置において、当該接触検出部に接触している当該接触物に対して第１の目的の触感を呈示し、
   前記押圧検出部が検出する押圧に基づくデータが所定の基準を満たすと、前記複数の振動部をそれぞれ振動させて、前記接触検出部に接触物が接触している位置において、当該接触検出部を押圧している当該接触物に対して第２の目的の触感を呈示する
   ように制御する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の触感呈示装置。
5. 前記制御部は、前記押圧検出部が検出する押圧に基づくデータが所定の基準を満たすと、前記複数の振動部をそれぞれ振動させて、前記接触検出部に接触物が接触している位置において、当該接触検出部を押圧している当該接触物に対して、当該押圧に基づくデータに応じた目的の触感を呈示するように制御する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の触感呈示装置。

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