CN107735751A - 触觉再现装置 - Google Patents

Abstract

提供一种触觉再现装置，能够对手指给予模拟出用手指抓住物体的反力。具有输入装置(20)。输入装置(20)的2个第一操作体(33、33)和1个第二操作体(43)从外壳(21)突出。进行与用拇指保持第二操作体(43)，且用食指和中指分别保持第一操作体(33)而抓住物品相同的动作。从控制部对外壳(21)的内部的马达给予控制信号，将第一操作体(33)和第二操作体(43)的反力给予到手指。此时能够对手指给予模拟出物体的硬质感、软质感或者弹力感的反力。

Description

触觉再现装置

技术领域

本发明涉及一种触觉再现装置，在用手以手指触碰到输入装置时，能够受到模拟出以手指触碰到规定的物体而得到的反力。

背景技术

专利文献1中记载了与假想空间显示装置有关的发明。

该假想空间显示装置设为能够与终端通信部和服务器进行通信，并且在终端通信部具备包括液晶显示器和输入部在内的触摸面板。

通过来自服务器的通信，在触摸面板的液晶显示器上显示购物中心的图像。当用户在触摸面板进行拖动时，能够使正显示的购物中心内的场景移动，当用户点击购物中心的画面内的商品缩略图时，商品的详细信息被显示到画面上。用户能够事先将购入的预定的商品暂时收集在存货区域，通过对存货商品进行结算处理，从而能够购入商品。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012－234355号公报

发明内容

发明所要解决的问题

在专利文献1所记载的假想空间显示装置中，能够确定在购物中心的商店中正显示的商品的价格、颜色，并能够找到进一步参考商品的详细信息而将要购入的商品。

但是，不能够实际地触碰到商品，所以，不能够用手去感觉出该商品的大小、质感等。

本发明为解决上述以往的问题而做出，其目的在于提供一种触觉再现装置，能够机械地生成对用手触碰到规定的物体时的触觉进行模拟而得到的反力。

用于解决问题的手段

本发明的触觉再现装置其特征在于，具有：输入装置、控制部以及由上述控制部控制的显示面板，

在上述输入装置设有：能够用手指进行按压操作的进退移动的操作体；检测上述操作体的移动位置的检测构件；以及对上述操作体给予力的马达，

上述显示面板显示有手和手指的模式图像、以及手或者手指触碰的被接触物的模式图像，

在上述控制部保持有与手或者手指触碰到上述被接触物时的反力有关的信息，

当通过来自上述检测构件的检测信号，由上述控制部检测出上述操作体被手指按着时，上述马达的输出被控制，以使根据上述操作体的移动距离模拟上述反力而得到的力从上述操作体被给予到手或者手指。

优选地，本发明的触觉再现装置根据上述显示面板所显示的画面的情况，在上述输入装置中，从上述外壳起的上述操作体的突出位置或者从上述操作体对手指给予的反力发生变化。

本发明的触觉再现装置能够构成为，根据上述显示面板所显示的画面的情况，上述显示面板所显示的手和手指的模式图像发生变化，在上述输入装置中，上述输入装置的上述操作体的突出位置发生变化，以便与手和手指的模式图像的变化对应。

例如，上述显示面板显示出物体的模式图像，上述输入装置以与用手指抓住上述物体的模式图像的状态对应的方式决定出各个上述操作体的突出位置。

或者，上述显示面板显示出菜单图像和列表图像的至少一方，并且手的模式图像变化成任意手指指示上述菜单图像或者列表图像，与此对应地在上述输入装置中，正指示上述菜单图像或者列表图像的手指触碰着的上述操作体被设定于能够操作的位置。

而且，用上述手指的模式图像选择出菜单图像或者列表图像的任意图像，用上述手指按上述操作体时，成为决定动作。

优选地，对于本发明的触觉再现装置，在上述控制部中保持有与上述被接触物的大小有关的信息，通过来自上述检测构件的检测信号，通过上述控制部检测出上述操作体移动了与到手指触碰到上述被接触物为止的移动量相当的距离时，控制上述马达的输出，以便在该检测位置上从上述操作体对手指开始产生上述反力。

本发明的触觉再现装置中，上述输入装置在外壳上设置有多组由上述操作体、检测构件以及马达构成的触觉产生单元，上述操作体从上述外壳起向相反的方向突出，

在用拇指按着向相反的方向突出的上述操作体的一方并用食指按着另一方时，模拟出用拇指和食指掐住上述被接触物的反力从各个操作体被给予到拇指和食指。

或者，上述输入装置在外壳上设置有多组由上述操作体、检测构件以及马达构成的触觉产生单元，1个上述操作体和多个上述操作体从上述外壳向相反的方向突出，

在用拇指按着向一方突出的上述操作体，并分别用拇指以外的手指按着向另一方突出的多个上述操作体时，模拟出用多个手指抓住上述被接触物的反力从各个操作体被给予到各个手指。

在用1根手指按着上述操作体时，与上述被接触物的软质感、硬质感以及弹力感中的至少1个触觉有关的反力从上述操作体被给予到上述手指。

对于本发明的触觉再现装置，表示上述操作体的上述移动距离与上述反力的关系的反力作用线在按着上述操作体时和上述操作体返回时是相同的。

或者，表示上述操作体的上述移动距离和上述反力的关系的反力作用线在按着上述操作体时和上述操作体返回时是不同的。

本发明的触觉再现装置中能够设为，使向上述马达通电的电力以规定的循环细致地变化，从上述操作体对上述手指给予上述反力。

本发明的触觉再现装置中还可以是，表示上述操作体的上述移动距离和上述反力的关系的反力作用线与在上述被接触物为机构式操作部件的情况下的、操作时的反力相当。

发明效果

本发明的触觉再现装置在用手指触碰设置于输入装置的操作体时，能够用手指感觉到与触碰到规定的被接触物相同的触觉，能够感觉到被接触物的硬度、柔软度、回弹力等。

另外，根据显示面板所显示的图像的变化，用手抓住输入装置时的状态发生变化，因此，能够感觉到显示画面的显示内容与手的动作始终关联。

另外，通过对设置于输入装置的操作体进行操作，从而，能够再现出用2个手指掐住作为图像出现的物体，进而用多个手指抓住物体，或者是用1根手指按着物体时的、物体的感觉。

进而，通过设定反力作用线，能够对硬质感、软质感以及弹力感进一步再现出胶粘感等触觉。

附图说明

图1是表示使用本发明的实施方式的触觉再现装置的例子的说明图，

图2是表示设置于图1所示的触觉再现装置的输入装置的图，(A)是从上方观察到的立体图，(B)是从下方观察到的立体图，

图3是图2所示的输入装置的分解立体图，

图4是表示设置于图2所示的输入装置的触觉产生单元的立体图，

图5是表示本发明的实施方式的触觉再现装置的构成的框图，

图6表示实施方式的触觉再现装置的使用例子，是表示用1个手指正指着显示画面的菜单显示时的显示图像的说明图，

图7表示实施方式的触觉再现装置的使用例子，是表示再现出用2个手指掐住物体时的触觉的显示图像的说明图，

图8表示实施方式的触觉再现装置的使用例子，是表示再现出用多个手指抓住物体时的触觉的显示图像的说明图，

图9表示实施方式的触觉再现装置的使用例子，是表示再现出用1个手指按物体时的触觉的显示图像的说明图，

图10是表示示出操作体的移动距离与反力的关系的反力作用线的一个例子的线图，

图11是表示示出操作体的移动距离与反力的关系的反力作用线的一个例子的线图，

图12(A)是表示示出操作体的移动距离与反力的关系的反力作用线的一个例子的线图，(B)是表示为了再现(A)向马达的通电例子的线图，

图13是表示示出操作体的移动距离与反力的关系的反力作用线的一个例子的线图。

具体实施方式

＜整体的构造＞

在图1中，示出了正使用本发明的触觉再现装置1的状态。

触觉再现装置1由装置主体10和输入装置20构成。在图1中，使用2个相同的输入装置20，一个输入装置20被右手使用，另一个输入装置20被左手使用。但是，作为触觉再现装置1的使用例，还可以仅使用1个输入装置20且单手操作。

装置主体10具有在眼睛的前方装配的面罩型主体11、以及用于将该面罩型主体11装配到头部的带12。

如图5的框图所示，在装置主体10的面罩型主体11设有显示面板13。显示面板13被设置于操作者的眼睛的前方且能够目视。在面罩型主体11的内部设有用于驱动显示面板13的显示面板驱动器14、以及控制显示面板驱动器14的显示方式的控制部15。控制部15以CPU和存储器为主体被构成。另外，在面罩型主体11设有用于在控制部15与各个输入装置20之间授受信号的接口16。

另外，上述显示面板13不限于设置于面罩型主体11，显示面板还可以设置于桌子上等，并且还可以作为例如个人计算机的显示画面、电视机的显示画面、或者游戏装置的显示画面来使用。

在图2(A)中对输入装置20从上方以立体图表示外观，在图2(B)中对输入装置20从下方以立体图表示外观。图3是输入装置20的分解立体图。图4示出了内置于输入装置20的第一触觉产生单元30的构造。在图2(A)、图3以及图4中，示出了以输入装置20为基准的X－Y－Z坐标。输入装置20的Z方向是第一方向，Y方向是第二方向，X方向是第三方向。

在图1所示的使用例中，输入装置20成为第二方向即Y方向朝向上下的姿势而被两手保持。

如图2所示，输入装置20具有合成树脂制的外壳21。外壳21是能够单手保持的大小。外壳21通过上部外壳22与下部外壳23组合而构成。如图3所示，上部外壳22和下部外壳23能够沿第一方向即Z方向进行分割。上部外壳22和下部外壳23以螺丝紧固方式等被相互固定，在2个外壳22、23的内部形成有机构收纳空间。

上部外壳22的朝向Z方向的表面是第一面22a，下部外壳23的朝向Z方向的表面是第二面23a。如图3所示，在上部外壳22开口有在第一面22a沿Z方向贯通的操作孔24、24。在下部外壳23开口有沿Z方向贯通第二面23a的操作孔25。操作孔24、24沿第二方向(Y方向)排列形成，在第二方向(Y方向)上的开口尺寸是，操作孔25比各个操作孔24大。

在上部外壳22的朝向第二方向(Y方向)的端面开口有连接器装配孔26，在下部外壳23的朝向Y方向的端面开口有电源插头装配孔27。

如图3所示，在外壳21的内部的机构收纳空间收纳有机构底盘28。机构底盘28由金属板折曲而形成有与X－Y平面平行的安装板部28a以及与Y－Z平面平行的划分板部28b。

在划分板部28b的第三方向(X方向)的一侧固定有多组第一触觉产生单元30。在实施方式的输入装置20中，第一触觉产生单元30沿第二方向(Y方向)排列且配置2组。在划分板部28b的X方向的另一侧配置1组第二触觉产生单元40。

＜触觉产生单元的构造＞

图4示出了第一触觉产生单元30的构造。

第一触觉产生单元30具有将金属板30折曲而成的框架31。通过将该框架31安装于划分板部28b，从而，在机构底盘28搭载第一触觉产生单元30。

在框架31设有移动构件32。移动构件32以合成树脂材料形成，其前部固定有第一操作体33。第一操作体33以合成树脂材料形成。如图2所示，第一操作体33从形成于上部外壳22的操作孔24向外部突出。

在框架31的一个侧板部31a形成有沿第一方向(Z方向)延伸的引导长孔31c，在移动构件32的侧部一体地形成有滑动突部32a。通过滑动突部32a在引导长孔31c的内部进行滑动，从而，移动构件32在框架31上被支承为向第一方向(Z方向)移动自如。移动构件32具有凹部32b。在该凹部32b的内部设置有移动构件32与框架31的下端部之间的螺旋压缩弹簧34。通过该螺旋压缩弹簧34的弹力，移动构件32朝向第一操作体33从上部外壳22突出的方向即朝向Z方向的图示上方施力。

在框架31的一个侧壁部31a固定有马达35。在马达35的输出轴固定有输出齿轮36a。在侧壁部31a的外表面减速齿轮36b被支承为旋转自如，输出齿轮36a与减速齿轮36b啮合。在框架31的侧壁部31a固定有齿轮箱37，在齿轮箱37的内部收纳有减速机构。上述减速齿轮36b的旋转力通过齿轮箱37内的减速机构被减速。齿轮箱37内的减速机构由太阳齿轮和行星齿轮等构成。

在齿轮箱37的减速输出轴固定有小齿轮37a。在移动构件32中在厚壁部的表面形成有齿条部32c，小齿轮37a与齿条部32c啮合。小齿轮38a的齿部和齿条部32c的齿部是相对与移动构件32的移动方向正交的Y方向倾斜的斜齿。

通过设置上述螺旋压缩弹簧34，能够消除小齿轮38a与齿条部32c的齿隙。但是，也可以不设置螺旋压缩弹簧34。

在框架31的另一个侧壁部31b固定有编码器38。编码器38是具有固定于侧壁部31b的定子部以及与定子部对置且旋转的转子部的检测构件。设置于转子部的转子轴与小齿轮37a一起旋转。编码器38是电阻变化式，在定子部设有圆弧状的电阻体图案，在转子部设有在上述电阻体图案上滑动的滑动件。另外，编码器38还可以是磁检测型，在转子部固定有旋转磁铁，在定子部设有GMR元件等磁检测元件，转子部的旋转角度通过磁检测元件来检测。或者，编码器38还可以是光学式的编码器。

如图3所示，在机构底盘28的划分板部28b的另一侧设有第二触觉产生单元40。

第二触觉产生单元40与第一触觉产生单元30基本上构造相同。第二触觉产生单元40中，移动构件42向Z方向移动自如地被支承于框架41，在移动构件42的前部固定有第二操作体43。第二操作体43从下部外壳23的操作孔25向图示下方突出。移动构件42通过螺旋压缩弹簧44，向第二操作体43从操作孔25突出的方向被施力。

在框架41固定有马达45，在马达45的输出轴固定的输出齿轮46a与减速齿轮46b啮合。上述减速齿轮46b的旋转力通过齿轮箱47内的减速机构被减速，其减速输出从小齿轮传递到形成于移动构件42的齿条部。而且，小齿轮的旋转由编码器48检测。

如图3所示，在外壳21的内部内置有信号连接器17和电源插头29。信号连接器17在形成于上部外壳22的连接器装配孔26的内部露出，电源插头29在形成于下部外壳23的电源插头装配孔27的内部露出。

如图5的框图所示，在各个输入装置20的内部设有马达驱动器51。设置于第一触觉产生单元30的马达35和设置于第二触觉产生单元40的马达45通过马达驱动器35被旋转驱动。上述信号连接器17是USB接口，在图5中，对设置于输入装置20的接口标记与图3所示的信号连接器17相同的符号17。

如图1所示，装置主体10的接口16与各个输入装置20的接口17通过塞绳52连接。该塞绳52含有电源线，电源线与电源插头29连接。通过该电源线从装置主体10向输入装置20供给电力。

另外，还可以设置成装置主体10与各个输入装置20能够通过RF信号进行通信，在输入装置20内置有电池。在这种情况下，不需要将装置主体10与输入装置20连接的塞绳52。

另外，优选地，装置主体10还具有与服务器的通信功能。

随后，对上述触觉再现装置1的操作方法和动作进行说明。

＜由手进行的输入装置20的保持＞

如图2所示，输入装置20中，多个第一操作体33向外壳21的第一面22a突出，1个第二操作体43向第二面22b突出，第一操作体33与第二操作体43在第一方向(Z方向)上向相互相反朝向突出。由此，如图1所示，设成用拇指按第二操作体43，用食指和中指分别按第一操作体33、33，能够用单手保持输入装置20。

多个第一操作体33朝向第二方向(Y方向)排列，但是，第二操作体43的Y方向的长度尺寸比第一操作体33的Y方向的长度尺寸大。其结果是，2个第一操作体33、33共同与第二操作体43在第一方向(Z方向)上对置。因此，能够在用食指和中指正按着第一操作体33、33的状态下，通过拇指在宽广的范围保持第二操作体43。

另外，第一操作体33、33和第二操作体43在外壳21中位于X方向(第三方向)的中央部。输入装置20相对X－Z面大致面对称，相对Y－Z面大致面对称。因此，从X方向的图示右侧和左侧都能够相同地保持输入装置20。由此，易于使用。

＜输入装置20的动作＞

在输入装置20中，从控制部15对马达驱动器51给予控制指令，第一触觉产生单元30的马达35和第二触觉产生单元40的马达45基于上述控制指令进行动作。通过控制马达35和马达45的旋转，由此，能够使移动构件32和移动构件42向任意的位置移动，并在该位置停止。例如，能够使操作体33和操作体43在从外壳21突出到最大限为止的位置停止，或者能够使操作体33和操作体33在向外壳21的内部最大限地后退后的位置停止。另外，也能够使操作体33和操作体43在最大突出位置与最大后退位置的中途的任意的位置停止。

而且，通过控制给予马达35和马达45的电力，由此，能够以较强的力保持马达35、45的转子，以便即使用手指按从外壳21正突出的操作体33或者操作体43也不会移动。

在移动构件32和移动构件42能够移动的状态时，当操作体33或者操作体43被按，移动构件32或者42向按入方向移动时，来自编码器38或者编码器48的检测输出被给予到控制部15，在控制部15中，操作体33或者操作体43的移动位置被识别。在控制部15中保持有表示移动距离与反力的关系的反力作用线(反力作用系数)，根据操作体43或者操作体43的移动位置，马达35或者马达45产生与上述反力作用线对应的转矩，从操作体33或者操作体43向手指给予反力。

＜由触觉再现装置1生成的触觉反力＞

在触觉再现装置1中，作为模拟地将用手进行保持的对象的物体的形状和大小、其表面的硬质感、软质感进而弹性感等信息被保持在控制部15。

例如，与备齐规定的商品群后的商品目录内的多个商品有关的上述信息被保持于控制部15。这些信息通过因特网等，从服务器被下载到控制部15。或者，还可以通过将存储着商品目录等的存储介质与装置主体10连接，从而，将物体的信息保持于控制部15。

如图6所示，当启动触觉再现装置1时，在显示面板13显示出用于进行显示动作的菜单图像Mv、商品目录的列表图像Lv。通过边观察该显示内容边移动输入装置20，从而，能够进行菜单选择、列表选择，能够选择应显示的任意的商品。

在触觉再现装置1中，根据在显示面板13正显示的画面的情况，在输入装置20中，从外壳21起的各操作体33、34的突出位置或者从上述操作体33、34给予手指的反力发生变化。

在显示面板13的显示图像是图6那样的菜单显示时，在显示画面出现的手H的模式图像表示只有食指F2伸出，其他手指闭着。与此相对应地，从控制部15对输入装置20给予状态设定指令，入力装置20中只有由食指保持的1个第一操作体33能够操作或者能够动作，其他第一操作体33和第二动作体43后退成几乎不从外壳21突出，或者由食指以外的手指保持的操作体33、43设定成马达35、45的负载变大而不移动。

如图5所示，在输入装置20设有姿势检测部53。姿势检测部53是例如检测地磁传感器的磁传感器，或者是振动型陀螺装置，能够检测输入装置20的在操作空间内的姿势、在操作空间上的位置。

当边观察显示面板13所显示的商品目录边使输入装置20移动，进而使其姿势变化时，显示画面内的手H的模式图像进行移动，用食指F2来选择菜单图像Mv或者列表图像Lv的任一个，通过该选择操作来选择应显示的商品。而且，当用食指按操作体33时，该动作被编码器38检测，来自编码器38的检测信号被送到控制部15。由此，用控制部15检测出第一操作体33被按，决定出商品的选择。

另外，选择并决定图6所示的菜单图像Mv或者列表图像Lv的操作还可以设置为代替食指，能够用中指、拇指的操作来进行。

在图6所示的显示方式中，菜单图像Mv或者列表图像Lv成为被接触物。

当商品被选择时，该商品被确定为作为应该用手触碰到的被接触物的物体。如图7～图9所示，当确定出用手触碰的物体时，在显示面板13显示出被确定的物体W1或者W2或者W3的图像和将操作者的手H模拟出的模式图像。

用手保持着的输入装置20的在空间内的位置、姿势被上述姿势检测部53检测，该检测信息被给予到控制部15。在控制部15，与输入装置20的姿势对应地生成在显示面板13应显示的模式图像，在显示面板13显示的手H的模式图像、手指的模式图像的位置和姿势与输入装置20的位置和姿势对应地变化。

另外，还能够在显示面板13显示出各种商店的图像，用手把持输入装置20进行操作，选择出所显示的商店中陈列着的任意的商品，确定为用手触碰的物体。

图7所示的物体W1是能够用拇指F1和食指F2掐住的大小。在显示面板13中，显示成以拇指F1的模式图像和食指F2的模式图像抓住物体W1。

在图7的表示例中，仅由拇指F1和食指F2掐住物体W1，因此，在显示面板13所显示的手H的模式图像中，显示成中指和其他手指闭着。

在这种情况下，从控制部15对输入装置20的马达驱动器51给予状态设定指令，拇指F1触碰着的第二操作体43和食指F2触碰着的一个第一操作体33能够进行操作。关于与中指对置的第一操作体33，使第一触觉产生单元30的马达35动作，事先使中指正对置的第一操作体33后退成从外壳21的第一面22a不突出。或者，事先上述第一触觉产生单元30的马达35给予较大的负载以使转子不容易进行旋转，事先将中指触碰着的第一操作体33设为不移动。

即，根据在上述显示面板13所显示的物体的种类，在上述输入装置20中，从上述外壳21起的上述操作体33、43的突出位置或者从上述操作体33、43给予手指的反力发生变化。

当用实际的手指按第一操作体33和第二操作体43时，其位置信息被从编码器38、48给予到控制部15，在控制部15中控制显示状态，以便根据第一操作体33和第二操作体43的接近距离，在显示面板13所显示的拇指F1的模式图像和食指F2的模式图像相互接近。

即，根据在上述输入装置20设置的上述操作体33、43的移动，手和手指的模式图像的移动发生变化。

食指F2触碰着的第一触觉产生单元30的来自编码器38的检测信号和拇指F1触碰着的第二触觉产生单元40的来自编码器48的检测信号被给予到控制部15，在控制部15中，物体W1的形状以及大小的信息和来自编码器38、48的检测信号被比较。用拇指F1和食指F2开始按第2的操作体43和第一操作体33时，设定成几乎不产生马达35、45的旋转负载，拇指F1和食指F2几乎不会感觉到负载，操作者感觉到拇指F1和食指F2在空间上自由地移动。

通过来自编码器38、48的检测信号，在拇指F1和食指F2的间隔成为与物体W1的大小相当的距离时，从控制部15对马达驱动器51给予制御指定，对马达35、45给予旋转负载，对拇指F1和食指F2给予恰似掐住物体W1那样的反力。

另外，还可以在用拇指F1和食指F2开始按第二操作体43和第一操作体33时，使马达35、45产生较弱的驱动力，对第二操作体43和第一操作体33给予向使它们的距离接近的方向的移动力，拇指F1和食指F2的间隔成为与物体W1的大小相当的距离时，对马达35、45给予负载。当这样进行动作时，能够感觉到在开始操作拇指F1和食指F2时对手指完全没有阻力，另外，还能够抵消螺旋压缩弹簧34、44的弹力。由此，变得容易感觉到使拇指F1和食指F2在空间内自由地移动并掐住物体W1。

或者，还可以与显示面板13所显示的物体W1的模式图像的形状和大小一致地来决定食指F2触碰着的第一操作体33和拇指F1触碰着的第二操作体43从外壳21的突出位置。

随后，图8所示的物体W2是能够单手保持的大小，即是能够用拇指F1、食指F2以及中指F3保持的大小。

当作为被接触部选择物体W2并在显示面板13显示出物体W2的模式图像时，手H、手指的模式图像变化成保持物体W的状态。从控制部15对输入部20给予状态设定指令，输入装置20根据物体W2的形状、大小，或者与手的模式图像一致地发生变化，在输入装置20中决定出第一操作体33和第2的操作体43的突出位置。由此，能够感觉到用实际的手来抓住画面所显示的物体W2。

在这种情况下，来自在输入装置20设置的2个触觉产生单元30中所设置的编码器38、38的检测输出、以及来自在触觉产生单元40设置的编码器48的检测输出被给予到控制部15，通过控制部15来控制3个马达35、35、45。

另外，能够感觉到若用拇指F1按第二操作体43，用食指F2和中指F3按2个第一操作体33、33，则开始按时，对马达35、35、45没有给予负载，或者朝向使操作体33、33与操作体34相互接近的方向来使移动体32、32、42移动，手指F1、F2、F3正在空间内移动。在手指F1、F2、F3的间隔与物体W2的外形所相当的距离一致时，对马达35、35、45给予负载。由此，还能够控制成产生与用手指F1、F2、F3抓住物体W2相同感觉的反力。

随后，图9所示的物体W3是能够用单手的食指F2触碰的情况。

在显示面板13显示出该物体W3的图像时，通过来自控制部15的状态设定指令，增大中指F3触碰着的第一触觉产生单元30的马达35的旋转负载，增大拇指F1触碰着的第二触觉产生单元40的马达45的旋转负载，事先设为不移动中指F3触碰着的第一操作体33和拇指F1触碰着的第2的操作体43，事先设置成仅能移动食指F2触碰着的第一操作体33。

这样，输入装置20与显示面板13所显示的物体(被接触物)W2的模式图像一致地或者与手H的模式图像一致地设定操作体33、43的状态。

在实际用食指F2触碰到物体W2时的动作中，通过内置于输入装置20的姿势检测部53来检测手的姿势以及位置。如图9所示，一边观察显示面板13所显示的手H的图像，一边将保持着输入装置20的手设为其指甲朝上的姿势，使手向前方移动以便接近物体W3的图像。在该时间点，对食指F2触碰着的第一触觉产生单元30的马达35不给予负载，使操作者感觉是否正在使食指F2在空间内自由地移动。而且，当在图像内食指F2触碰到物体W3的表面时，使上述第一触觉产生单元30的马达35的旋转负载增大，从第一操作体33对食指F2给予感觉为食指F2碰触到物体W3的表面那样的反力。

在这种情况下，在显示面板18所显示的手H的模式图像中，如图9所示，食指F2以外的手指显示为闭着。

＜硬质感，软质感，反弹感等＞

在控制部15中，监视编码器38、48的检测信号，如图7～如图9所示，判断为手指的间隔成为恰似抓住物体W1、W2的距离，或者判断为手指移动而到达恰似触碰到物体W3的位置时，对马达驱动器51给予用于感觉到质感的控制信号。而且，从第一操作体33和第2的操作体43对各手指给予的反力的强度被控制，对手指给予用于感觉到物体W1、W2、W3的硬质感、软质感进而弹力感的反力。

在图10中示出表示操作体33、43的按压行程与从操作体33、43对手指给予的反力之间的关系的反力作用线(反力作用系数)L1的一个例子。

在感觉到质感的控制中，通过来自编码器38、48的检测输出，检测出操作体33、43的位置时，基于反力作用线L1，用与此时的按压行程的关系决定出反力。在图10所示的反力作用线L1中，随着用手指将操作体33、43按入而手指感觉到的反力变大。

例如，当操作体33、43的按压行程达到6mm时，对手指作用fa的反力。该反力fa还可以是对拇指F1给予的反力与对食指F2给予的反力的合计，还可以对拇指f1和食指F2这两者给予相同的反力fa。这在对拇指F1、食指F2以及中指F3给予反力时也是相同的。另外，如图9所示，在仅用食指F2按着物体W3时，对食指F2给予反力fa。

在图10所示的反力作用线L1中，当减弱按入到按压行程6mm的手指的力时，通过此时的反力fa，移动体32、32、42向突出方向被驱动，用操作体33、43将指推回。之后，随着按压行程返回到5mm、4mm、3mm，手指感觉到的反力变弱。

当上述反力作用线L1被设定时，能够感觉到用手指掐住的物体W1、用手指抓住的物体W2或者用食指按着的物体W3具有弹力性。另外，通过改变图10所示的反力作用线，从而，能够自由地设定硬质感、软质感进而弹力感。

在图11所示的反力的设定中，以不同的曲线设定出在按操作体33、43时对手指给予的反力作用线为L2、以及在操作体33、43返回时对指给予的反力作用线为L3。

在该反力的设定中，例如，用手指按操作体33、43而其按压行程到达5mm左右手指感觉的反力按照反力作用线L2缓缓变大。当减弱在按压行程到达5mm时用手指按着操作体的力时，用以反力作用线L2设定的反力来使指返回，但是，当用编码器38、48检测出操作体33、43与手指一起返回的情况时，之后，基于反力作用线L3从操作体33、43对手指给予返回时的反力。

在图11所示的反力的设定中，能够产生弹力感，该弹性感具有弹力，并且具有在被按后返回变慢那样的粘性。

随后，图12(A)所示的反力作用线L4中，随着操作体33、43的按压行程的增加而反力缓缓变大，但是，该反力一点一点地变化以便在较短的循环中进行振动。即，随着按压行程变长，向马达35、45通电的电力变大，反力缓缓地变大，但是，此时，向马达的通电如图12(B)所示，被控制成以规定的周期进行增减。通电周期例如为10msec以下。

由此，通过一点一点地变化马达35、45的转矩，从而，使从操作体33、43对操作者的手指给予的反力成为胶粘的感觉。即，能够得到与用手指按着粘弹性体类似的反力。该胶粘感能够通过改变图12(B)所示的通电循环的周期、占空比进行设定。

图13所示的反力作用线L5、L6通过模拟显示面板13所显示的物体是电子机构部件且例如是按压开关的情况下的操作反力而设定。

设置为仿佛用食指按着在画面出现的按压开关的操作旋钮，用食指F2按着第一操作体33时，在按压时按照图13所示的反力作用线L5产生反力，当减弱手指的力时，按照反力作用线L6对手指给予反力。

由此，能够得知作为图像而选择出的按压开关的操作感觉是什么样的手指的感觉。

另外，还可以设置为作为能够由输入装置20的触觉产生单元30、40产生的对手指的反力，例如用手指开始按时反力发挥弹力性，按到中途时在该时间点反力变硬且变得无法用手指继续按。这是模拟出人用手指按手的表面时的感觉。

另外，通过使操作体33、43振动，使手指感觉到该振动，从而，能够得到恰似用手指触碰着小动物那样的反力。

符号说明

W1、W2、W3 物体

1 触觉再现装置

10 装置主体

11 面罩型主体

13 显示面板

15 控制部

20 输入装置

21 外壳

22a 第一面

23a 第二面

24，25 操作孔

28 机构底盘

30 第一触觉产生单元

32 移动构件

33 第一操作体

35 马达

38 编码器

40 第二触觉产生单元

42 移动体

43 第二操作体

45 马达

48 编码器(检测构件)

W1、W2、W3 物体

L1，L2，L3，L4，L5、L6 反力作用线

Claims (14)

1.一种触觉再现装置，其特征在于，具有：输入装置、控制部以及由上述控制部控制的显示面板，

在上述输入装置设有：能够用手指进行按压操作的进退移动的操作体；检测上述操作体的移动位置的检测构件；以及对上述操作体给予力的马达，

上述显示面板显示有手和手指的模式图像、以及手或者手指触碰的被接触物的模式图像，

在上述控制部保持有与手或者手指触碰到上述被接触物时的反力有关的信息，

当通过来自上述检测构件的检测信号，由上述控制部检测出上述操作体被手指按着时，上述马达的输出被控制，以使根据上述操作体的移动距离模拟上述反力而得到的力从上述操作体被给予到手或者手指。

2.如权利要求1所述的触觉再现装置，其特征在于，

根据上述显示面板所显示的画面的情况，在上述输入装置中，从上述外壳起的上述操作体的突出位置或者从上述操作体对手指给予的反力发生变化。

3.如权利要求1或2所述的触觉再现装置，其特征在于，

根据上述显示面板所显示的画面的情况，上述显示面板所显示的手和手指的模式图像发生变化，在上述输入装置中，上述输入装置的上述操作体的突出位置发生变化，以便与手和手指的模式图像的变化对应。

4.如权利要求3所述的触觉再现装置，其特征在于，

上述显示面板显示出物体的模式图像，上述输入装置以与用手指抓住上述物体的模式图像的状态对应的方式决定出各个上述操作体的突出位置。

5.如权利要求3所述的触觉再现装置，其特征在于，

上述显示面板显示出菜单图像和列表图像的至少一方，并且手的模式图像变化成任意手指指示上述菜单图像或者列表图像，与此对应地在上述输入装置中，正指示上述菜单图像或者列表图像的手指触碰着的上述操作体被设定于能够操作的位置。

6.如权利要求5所述的触觉再现装置，其特征在于，

用上述手指的模式图像选择出菜单图像或者列表图像的任意图像，用上述手指按上述操作体时，成为决定动作。

7.如权利要求1～4中任一项所述的触觉再现装置，其特征在于，

在上述控制部中保持有与上述被接触物的大小有关的信息，通过来自上述检测构件的检测信号，通过上述控制部检测出上述操作体移动了与到手指触碰到上述被接触物为止的移动量相当的距离时，控制上述马达的输出，以便在该检测位置上从上述操作体对手指开始产生上述反力。

8.如权利要求1～4中任一项所述的触觉再现装置，其特征在于，

上述输入装置在外壳上设置有多组由上述操作体、检测构件以及马达构成的触觉产生单元，上述操作体从上述外壳起向相反的方向突出，

在用拇指按着向相反的方向突出的上述操作体的一方并用食指按着另一方时，模拟出用拇指和食指掐住上述被接触物的反力从各个操作体被给予到拇指和食指。

9.如权利要求1～4中任一项所述的触觉再现装置，其特征在于，

上述输入装置在外壳上设置有多组由上述操作体、检测构件以及马达构成的触觉产生单元，1个上述操作体和多个上述操作体从上述外壳向相反的方向突出，

在用拇指按着向一方突出的上述操作体，并分别用拇指以外的手指按着向另一方突出的多个上述操作体时，模拟出用多个手指抓住上述被接触物的反力从各个操作体被给予到各个手指。

10.如权利要求1～4中任一项所述的触觉再现装置，其特征在于，

在用1根手指按着上述操作体时，与上述被接触物的软质感、硬质感以及弹力感中的至少1个触觉有关的反力从上述操作体被给予到上述手指。

11.如权利要求1～10中任一项所述的触觉再现装置，其特征在于，

表示上述操作体的上述移动距离与上述反力的关系的反力作用线在按着上述操作体时和上述操作体返回时是相同的。

12.如权利要求1～10中任一项所述的触觉再现装置，其特征在于，

表示上述操作体的上述移动距离和上述反力的关系的反力作用线在按着上述操作体时和上述操作体返回时是不同的。

13.如权利要求1～12中任一项所述的触觉再现装置，其特征在于，使向上述马达通电的电力以规定的循环细致地变化，从上述操作体对上述手指给予上述反力。

14.如权利要求10所述的触觉再现装置，其特征在于，

表示上述操作体的上述移动距离和上述反力的关系的反力作用线与在上述被接触物为机构式操作部件的情况下的、操作时的反力相当。