CN1278302C - 触觉接口装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种触觉接口装置，不依赖于视觉而是通过操作者的触觉向操作者提供种种信息。为此，这种触觉接口装置具有：其上配备有极性交替设置的磁铁的底座、相对于底座可动、安装有线圈的框架、以及固定到框架上的按钮型开关。操作部位驱动控制机构为了生成对应于传递给操作的信息的内容的方式，使规定方向的电流流过线圈，使开关沿二维方向位移。操作者通过触觉从开关获得信息。

Description

触觉接口装置

技术领域

本发明涉及操作开关装置，特别涉及可通过触觉提供信息的装置的结构及该装置的利用方法。

背景技术

在现有技术中，作为汽车和摩托车等车辆用车载设备的操作开关，一般使用简单的按钮开关，交互转换开关及滑动式开关，即使不用眼睛观察也可以对其进行操作，比较简单。但是，近年来，不仅是车辆主体的设备，空调，音响等附加的车载设备也分别高功能化，所以，在整个车辆上的开关数目也在逐渐增加。或者将一个开关给予多种功能。因此，开关的操作本身变得复杂起来，一面驾驶一面操作这些开关则变得很难，在有些情况下必须用眼睛观察加以确认。进而，目前在车上加装了汽车驾驶导向系统这种信息处理装置的情况下，在驾驶过程中视线离开前方的情况有增加的趋势。

从而，目前，通过驾驶员操作给予设备信息量及从设备接收的信息量日益增加，它们中的大多数都要通过视觉来接收，加大对驾驶员的视力的负担。从而，需要一种不依赖驾驶员的视觉而可利用其它手段提供信息的装置。

发明内容

本发明为了解决上述问题，其目的是提供一种操作开关装置及触觉接口装置，它们可以不依赖于视觉而是通过触觉向操作者提供种种信息。

为了达到上述目的，根据本发明一个方面的触觉接口装置，用作车辆系统的输入装置或输出装置，其特征为，它具有：底座构件；由前述触觉接口装置的操作者操作的操作部位；可动地安装在前述底座构件上，其上固定有前述操作部位的可动构件；和通过使前述可动构件位移，将前述操作部位沿一维方向或二维方向驱动的操作部位驱动控制机构，其中，前述操作部位驱动控制机构产生对应于车辆的当前位置和目标点之间的距离的、多个预定的不同位移方式中的一个，从而为操作者提供指示从前述当前位置到目标点之间的距离的触觉信息。

根据本发明的另一方面的触觉接口装置，用作汽车导航系统的输入装置，其特征为，它具有：底座构件；由前述触觉接口装置的操作者接触的接触部位；相对可动地安装到前述底座构件上，其上安装有前述接触部位的可动构件；和通过使上述可动构件位移，将前述接触部位沿一维方向或两维方向驱动的接触部位驱动控制机构，其中，当操作者操作前述触觉接口装置以移动由前述汽车导航系统显示的地图时，前述接触部位驱动控制机构产生预定的移动方式，以为操作者提供触觉信息，该触觉信息指示地图显示所移动的距离。

根据本发明的又一方面的触觉接口装置，用作车辆系统的输入装置或输出装置，其特征为，它具有：底座构件；由前述触觉接口装置的操作者操作的操作部位；可动地安装在前述底座构件上，其上固定有前述操作部位的可动构件；和通过使前述可动构件位移，将前述操作部位沿一维方向或二维方向驱动的操作部位驱动控制机构，其中，前述操作部位驱动控制机构产生对应于有关安装有前述电子设备的车辆的警告信息的、多个预定的不同位移方式中的一个，从而以触觉信息的方式为操作者提供具体的警告信息。

根据本发明，可以不依赖视觉通过操作者的触觉提供各种信息。此外，由于可根据多种方式使操作部位位移，所以，通过装配本发明的操作开关装置，可减少开关的数量。

此外，可以根据操作者的操作给予各种阻力感。借此，通过生成给予阻力感的位移方式，使得利用一个操作开关装置起着设置多个开关的作用。

附图说明

图1、是表示本发明的操作开关装置的一种实施形式的平面图。

图2、是图1所示的操作开关装置的侧视图。

图3、是把实施形式1中的操作开关配置到汽车的转向装置上时的示意图。

图4、是表示本发明的操作开关装置的另外的实施形式的平面图。

图5、是图4所示的操作装置的侧视图。

图6、是具有图2所示的操作开关的导航系统的操作面板部分的示意图。

图7、是表示实施形式3中传递给开关的位移方式的波形例子的图示。

图8、是表示实施形式4中引导操作者的指尖的图形的例子的图示。

图9、是实施形式5中的操作开关装置的外观图。

图10、是在实施形式5中把移动量换算成电压的电路的结构图。

图11。是表示实施形式5中操作开关装置的驱动控制机构的图示。

图12、是表示实施形式5中的操作开关的阻力感的波形的例子的图示。

具体实施方式

下面根据附图对本发明的优选实施形式进行说明。

实施形式1

图1是表示本发明的操作开关装置的一种实施形式的平面图。图2是图1所示的操作开关装置的侧视图。此外，在图3中表示把本实施形式的操作开关配置到汽车的转向(steering)装置上的示意图。如从图2中可以看出的，本实施形式由固定部10和可动部20以及固定到可动部20上的开关部30构成。固定部10具有操作开关的安装部位，即，在本实施例中，具有固定到转向装置上的底座11，以及极性交替配置在底座11上的磁铁12，13，14，15。磁铁12～15沿底座11的厚度方向上分极，在相邻的磁铁之间产生磁场。此外，在底座11的中心设置开口部16，利用配置在开口部16下方的位置传感器17检测出可动部20乃至开关31的移动量。

可动部20由线圈21，22，23，24以及安装各线圈21～24的框架25构成。根据弗来明(Fleming)左手定则，通过使电流按规定方向流过在磁场中沿X轴方向并列设置的线圈21，23，将可动部20沿Y轴方向驱动。同样地，通过使规定方向的电流流过沿Y轴方向并列设置的线圈22，24，将可动部20沿X轴驱动。从而，如果仅使电流流过上述线圈组中的其中一组，可以沿一维方向驱动可动部20，如果使电流流过两组线圈时，可以沿由各个一维方向的向量和表示的二维方向驱动可动部20。这样，可动部20相对于固定部10底座11可动地安装、并借助提供给操作者的信息，被流过线圈21～24的电流进行控制的机构(图中未示出)以及设置在固定部10上的磁铁12～15和具有设在可动部20上的线圈21～24的操作部位驱动控制机构驱动。同时，由于开关部30固定在可动部20上，所以，通过驱动可动部20使之移动，可以使开关部30的位置发生位移。

本实施形式的开关部30具有按钮式开关31。从而，操作者通过按下开关31，将某些信息经由操作开关装置输入到车辆中。此外，由于作为按钮式开关本来所具有的结构不是本实施形式的特征，所以图中将其省略。在本实施形式中，当操作者按下开关31时，或者在驾驶过程中操作者用指尖触及开关31的状态下，通过使开关31位移，经过触及开关31的状态的操作者的指尖，可向操作者提供某些信息。

在本实施形式中，相对于电流不流过开关31的全部线圈21～24的中性(neutral)时的基准位置，通过使电流流过，可以经由可动部20使开关31位移。从而，当操作部位驱动控制机构获得传递给操作者的信息内容时，利用对应于该内容的位移方式驱动可动部20。各种位移方式对于各个信息内容是预先决定的，所以可通过根据该位移方式，用指尖感受开关31的位移获得信息。此外，基准位置也可以通过令一定的电流持续地流过全部线圈21～24，持续地给予可动部20一定的负荷来获得。借此，可以防止按钮式开关31的位置偏离。

下面对本实施形式的应用例进行说明。如图3所示，将上述结构的操作开关配置在驾驶过程中驾驶员的手把持的位置附近，例如，将本实施形式的操作开关4配置在转向装置的臂部2上。同时，驾驶员的指尖总是触及操作开关。驾驶员通过对操作开关进行操作，可向车载设备发出某些指示。另一方面，连接操作开关的设备按照下列方式向操作者提供信息。

例如，在该车辆上装载有导向装置，操作部位驱动控制机构与导向系统联动进行操作开关的驱动控制。然后，导向系统根据驾驶员的指示引导到某个目的地，为了到达该目的地，假设需要在200m前方的交叉点左转弯。这时，导向系统通常通过在显示器上左转弯交叉点，将这种意图通知驾驶员。

但是，当视觉不能从前方避开的情况下，驾驶员不能得到该信息。所以，在本实施形式中，在到达左转弯的交叉点前方200m时，按照预定的位移方式，例如使正在进行操作的手的指尖触及的开关振动一次。此外，使可动部20的位移方向瞬时反转，通过再次重复这一动作可以使开关31振动。借此，通过触觉可以使驾驶员知道有必要在200m的前方左转弯。然后，在到达50mm的前方时，利用与前次不同的振动方式，例如使开关振动两次。进而，通过在即将进入交叉点之前使开关连续振动，使驾驶员知道这是应该左转弯的交叉点。此外，假定已经通过左转弯的交叉点时，通过用进一步不同的方式使开关31振动，把这一情况通知驾驶员。

根据本实施形式，对应于行驶的现在位置和目的位置之间的位置关系的位移方式，在上述例子中通过产生一次、两次或连续的振动，通过操作者的触觉能够可靠地知道与交叉点的位置的关系。这样，在本实施形式中，可以把必须向左转的交叉点以及左转交叉点的位置等从外部环境获得的信息通过触觉刺激进行信息传递，所以驾驶员在获得这些信息时无须将视线离开前方。

此外，在上述例子中，不需要由操作者进行输入时，可以不要开关部30。在这种情况下，没有开关部30，操作者直接触及可动部20，或者也可以把开关部30只当做由操作者接触的部位。

此外，在上面的例子中，是通过改变振动的次数来判断应该传递的信息的内容的，也可以利用开关位移方向及振动的时间及振动的强弱等不同的方式进行判断。

此外，本实施形式中的操作开关，在结构上，可以使开关部30沿二维方向移动，但也可以不沿上下方向位移，而总是向可动部20上施加推力，使之只能向左右一维方向位移。

实施形式2

在上述实施形式在1中，说明了可沿二维方向位移的操作开关，在本实施形式中，提供一种简化的结构，只沿一维方向位移的操作开关。

图4是表示本发明的操作开关装置的另外一种实施形式的平面图。图5是图4所示的操作开关装置的侧视图。此外，在图6中表示了采用本实施形式的操作开关的导向系统的操作面板部分的示意图。在本实施形式中，其结构也可以大致分为固定部，可动部，及开关部。固定部具有操作开关安装部位，在本实施形式中即埋设在导向系统的显示器下方的操作面板内的底座41，及载置于底座41上的磁铁42，43。磁铁42，43在底座41上极性不同且沿底座41的厚度方向分极。在底座41的可动构件滑动的一维方向上，竖立地设置壁44，45。

可动构件具有位于壁44，45之间的可滑动地载置于磁铁42，43上的线圈46。线圈46由弹性支撑构件47、48沿滑动方向支撑。弹性支撑构件47，48的另一端与壁44，45的内侧相接。此外，壁44，45及弹性构件47，48通过承担开关功能，也可以仅配置在其中的一侧上。在本实施形式中，作为弹性支撑构件47、48，采用图中所示的圈簧，但并不局限于此。本实施形式中的开关部30具有开关49，从功能上，提供一种滑动式开关。

可动部可沿一维方向滑动地安装在固定部的底座41上，由固定部的磁铁42、43和可动部的线圈46、以及根据向操作者提供的信息向线圈46流过规定方向的电流的控制机构(图中未示出)构成的操作部位驱动控制机构进行驱动。开关49根据操作者的操作在壁44、45之间沿图4的左右方向滑动。进而，开关49利用操作部位驱动控制机构按规定的方式位移。特别是，在本实施形式中，如后面所述，向触及开关49的指尖施加规定的负荷。

下面对本实施形式的应用例进行说明。将上述结构的操作开关50用于图6所示的导向系统。此外，操作开关51是现有类型的开关。由于导向系统配置在驾驶座与助手座之间的仪表盘部分上，所以在驾驶员操作导向系统的按钮50、51时，需要将视线离开前方。

这时，当想把目前显示的地图向左偏移300m时，在现有技术中，驾驶员操作右指示器，移动地图的显示位置，当用目视确认已移动300m时，停止操作，但是，在这种情况下，为了确认已偏移300m，必须使视线离开前方。因此，在本实施形式中，操作开关50起着下面所述的作用。

即，驾驶员进行操作，将开关49向右滑动并保持指尖不动。就是说，处于原封不动地触及开关49的状态。操作部位驱动控制机构与导向系统连动，当识别到其显示已移动50m时，相对于可动部给予规定的位移。例如，可以是简单的振动，也可以给予所谓“咔哧”的轻的冲击感。通过触觉刺激的传递，驾驶员知道其显示移动50米。例如，当这种触觉是振动时，当把开关49向右侧滑动操作之后，指尖接收到六次振动的话，通过触觉驾驶员可以认识到地图向右移动了300m。借此，停止对开关50的操作。

根据本实施形式，由于驾驶员可以按上述方式对操作开关50进行操作，通过触觉得知地图的显示向右移动300m，所以，不必用目视确认显示地图的移动。

此外，在上述说明中，列举了将本实施形式的操作开关用于导向系统时的情况，但也可以通过振动等位移方式，或者给予开关49对振动方向的反作用力(阻力感)等，将其用于音量等其它设备的操作开关。

实施形式3

在上述实施形式2中，对把图4，5所示的操作开关用于导向系统，得知地图的移动距离时的情况进行了说明，在本实施例中，给出提供其它信息时的例子。

例如，侧制动器未完全放开以及门未完全关闭，所谓半关门状态的警告信息，通常是使在驾驶座前的仪表盘部分的显示报警灯亮灯，来通知驾驶员，但是，除非驾驶员的视线向着报警灯，否则就无法得知这些警告。因此，在本实施形式中，如图3所示，把操作开关配置在驾驶员的指尖通常放置的转向装置的部分上，通过驾驶员总是触及它，可以通过触觉刺激得知上述警告等有关汽车的状态。

图7中给出了借助由操作部位的驱动控制机构进行的电流控制传递给开关的位移方式的波形的例子，通知驾驶员的开关位移方式，如图7(a)或(b)所示，按所谓警告信息的种类指定脉冲波形，只生成警告数的脉冲波形。或者，也可以根据警告的种类设定不同的方式。

实施形式4

在上述实施形式3中，是基于向驾驶者的指尖给予一次或两次冲击的脉冲波形，但在本实施形式中，通过产生字符，记号等种种方式，驾驶员可以获得更详细的警告类别。

图8是表示采用实施形式1所示的操作开关，引导指尖的方式的例子的图示。在图8中，有(a)横向触摸，(b)圆周，(c)花瓣，(d)振动圆周等各种位移图形，进而还被表示成(e)〔A〕及(f)〔X〕这样的字符，以及(g)〔8〕这类的数字。使用它们，可以给各方式以一定的含意。例如，在使用导向系统寻找停车场时，当靠近停车场时，和实施例1一样，使开关振动，但在本实施形式中，作为其振动方式可采用(d)的振动圆周。根据到停车场的距离，改变其振动的次数。当停车场在行驶方向的左侧时，用(b)的圆形方式仅使左侧的操作开关进行开关位移。

或者，当驾驶员由于是单行线的出口而在禁止进入车道左转弯行驶时，利用表示否定的(a)的横向触摸方式使开关位移。此外，对于用文字和数字直接显示的信息，可直接用英文和数字通知。这样，在本实施形式中，可利用各种方式通过触觉将各种信息提供给驾驶员。

此外，在像〔A〕字这种不能用一笔书写的字符的情况下，通过将构成字符的线段部分比较缓慢地移动，而对不形成字符的线段，即对通常将指尖浮起移动的部分较快的移动，可以判断区分构成字符的部分和只是简单的移动部分。同时，对于指尖的移动部分，在本实施形式中，也可以保持在触及接触板的状态。

实施形式5

在本实施形式中，通过产生各种方式的负荷，可给予操作开关的操作者的指尖阻力感的滑动式操作开关进行说明。

图9是实施形式的操作开关装置的外观图，图10是设置在装置框体内部、将移动量换算成电压的电路的结构图。操作者通过沿开口部52滑动相当于操作部位的操作旋钮53，输入所要设定的音量及室温等信息。操作旋钮53安装到从装置框体内部伸出的作为可动构件的臂54上，安装到该臂54的相反侧的电刷56总是与电路的电阻58接触，通过使电刷56移动，可连续地使输出值变化。此外，除这种接触式以外，还存在着用线性编码器测量操作旋钮位置的方式。

图11是表示在操作开关装置中驱动操作旋钮的本实施形式中独特的驱动机构的图示。这种驱动机构相当于操作部位驱动控制机构。臂54在装置框体的内部紧密连接在旋转带60上。旋转带60架设在安装到配置于操作旋钮53的移动范围的两端侧的马达62的马达轴上的驱动皮带轮64与从动皮带轮66之间。操作部位驱动控制机构，根据向操作者提供的信息，通过控制马达62的动作，向触及该操作旋钮的操作者提供该信息。在本实施形式中，其特征为，根据信息的内容使马达62产生预先确定的旋转速度及转矩，借此在操作旋钮53上产生各种阻力感，使操作者感受到开关感觉等。

下面对本发明实施形式的动作进行说明。图12是表示本实施形式中的操作开关所产生的阻力感的波形的例子。图12(a)中表示出这样一种形状的波形C，即，操作者根据滑动操作的作用，从初始位置施加成正比的负荷，在到达峰值之前施加更大的负荷，在到达峰值时一下子取消负荷。当根据该波形C进行驱动控制时，操作者会感受到为使操作旋钮53滑动而加到指尖上的相当可观的阻力感，当进一步使之滑动达到峰值时，会获得一下子变得没有阻力感变得轻松起来的感觉。借助这种感觉，可以通知操作者开关是接通还是断开。这种波形C恰恰类似于拧煤气炉的旋转开关使之自动点火时的“咔哧”的感觉以及点燃压电式打火机时的感觉。通过按照这种波形C进行驱动控制，可以给予操作开关已接通(ON)的触觉刺激。

此外，图12(b)中表示，以等量间隔重复性地出现一会儿有阻力感，一会儿没有阻力感。即，利用这种波形D，例如可以给予车载空调装置的风量调整开关那样风量切换的感觉。在图12(b)中，从开关断开的状态滑动操作旋钮53时，可以感受到阻力感，当进一步滑动时，变得没有阻力感。借此，给予操作者从关闭到将风量设定到一级的感觉。进而，通过使操作旋钮滑动，借助受到同样的感觉，可以感受到将风量从一级到二级，从二级到三级的切换，这样，感觉到阻力感，然后没有阻力感，可以将开关的接通/关闭(ON/OFF)，或者对风量级别的设定通知操作者。

根据本实施形式，根据用上述波形C，D所示的位移方式可给予操作者规定的阻力感。上面所述的开关感觉都是通过使滑动型开关滑动操作获得的，所谓“咔哧”感不是根据物理结构给出的。利用上面所产生的波形的形状顺序，即，利用所产生的负荷的调整顺序，即使在实际上不使开关滑动，也可以给予开关感。在本实施形式中，以滑动型的开关为例子，但在实施形式1，2中所示的按钮式开关中，也可以给予操作滑动式开关的开关感。进而，它也适用于旋转式开关等。

在本实施形式中，根据操作者的操作输入，以给予阻力感的方式使操作部位位移，但也可以不是阻力感的感觉，而是按照对查询进行回答的方式作用。

上述各种实施形式与本实施形式不同，与有无操作者的输入操作无关、主动地使操作部位位移，根据其位移方式提供信息。换句话说，由于上述各实施形式无需输入操作，所以代替能进行输入操作用的操作部位，设置不进行输入而仅提供信息的由操作者接触的接触部位，通过该接触部位向操作者提供信息。但是，不管操作者接触的部位是操作部位，还是接触部位，借助振动方式，操作部位等的移动有时会终止于偏离底座的位置处。当从这种偏离的位置开始向下一个振动方式开始移动时，从结构上讲，操作部位等的移动有可能会超出上下或左右方向的界限，其结果是，会造成不能正确地展示振动方式的可能性。因此，优选地在根据一个振动方式使操作部位等刚刚移动之后，或者在移动结束经过规定的时间之后，或者在根据下一个振动方式即将开始移动之前，或者在画面图示及输入模式转变时等规定的时刻，根据需要进行控制，使操作部位等位置返回到初始位置，即返回到中性的基准位置。也可以在进行返回到作为基准的初始位置的初始化动作时，通过根据预定的初始化方式进行振动动作的展示，通知操作者已经实行初始化动作。这样，通过明确地表示初始动作，可以避免与其它方式的混淆。

如上所述，在各实施形式中，对本发明的特征性结构进行了说明，也可以把在实施形式中所示的结构适当的进行组合进行使用。此外，在上述例子中，列举了用于车载用电子设备时的情况，但也可用于车载用之外的电子设备。

Claims (9)

1、一种触觉接口装置，用作车辆系统的输入装置或输出装置，其特征为，它具有：

底座构件；

由前述触觉接口装置的操作者操作的操作部位；

可动地安装在前述底座构件上，其上固定有前述操作部位的可动构件；和

通过使前述可动构件位移，将前述操作部位沿一维方向或二维方向驱动的操作部位驱动控制机构，

其中，前述操作部位驱动控制机构产生对应于车辆的当前位置和目标点之间的距离的、多个预定的不同位移方式中的一个，从而为操作者提供指示从前述当前位置到前述目标点之间的距离的触觉信息。

2、如权利要求1所述的触觉接口装置，其特征为，前述操作部位驱动控制机构驱动前述可动构件，以按照向操作者的动作给予规定的阻力量的位移方式来位移。

3、如权利要求1所述的触觉接口装置，其特征为，它设置在转向装置的驾驶员操作的位置附近。

4、如权利要求1所述的触觉接口装置，其特征为，前述操作部位驱动控制机构在规定的时间进行使前述可动构件返回初始参考位置的动作。

5、一种触觉接口装置，用作汽车导航系统的输入装置，其特征为，它具有：

底座构件；

由前述触觉接口装置的操作者接触的接触部位；

相对可动地安装到前述底座构件上，其上安装有前述接触部位的可动构件；和

通过使上述可动构件位移，将前述接触部位沿一维方向或两维方向驱动的接触部位驱动控制机构，

其中，当操作者操作前述触觉接口装置以移动由前述汽车导航系统显示的地图时，前述接触部位驱动控制机构产生预定的移动方式，以为操作者提供触觉信息，该触觉信息指示地图显示所移动的距离。

6、一种触觉接口装置，用作车辆系统的输入装置或输出装置，其特征为，它具有：

底座构件；

由前述触觉接口装置的操作者操作的操作部位；

可动地安装在前述底座构件上，其上固定有前述操作部位的可动构件；和

通过使前述可动构件位移，将前述操作部位沿一维方向或二维方向驱动的操作部位驱动控制机构，

其中，前述操作部位驱动控制机构产生对应于有关安装有前述电子设备的车辆的警告信息的、多个预定的不同位移方式中的一个，从而以触觉信息的形式为操作者提供具体的警告信息。

7、如权利要求6所述的触觉接口装置，其特征为，前述操作部位驱动控制机构驱动前述可动构件，以按照向操作者的动作给予规定的阻力量的位移方式来位移。

8、如权利要求6所述的触觉接口装置，其特征为，它设置在转向装置的驾驶员操作的位置附近。

9、如权利要求6所述的触觉接口装置，其特征为，前述操作部位驱动控制机构在规定的时间进行使前述可动构件返回初始参考位置的动作。

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