JP2010086471A - 操作感提供装置、および操作感フィードバック方法、並びにプログラム - Google Patents

操作感提供装置、および操作感フィードバック方法、並びにプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】ユーザに対して様々な操作感を提供する装置および方法を実現する。
【解決手段】操作部を導電体と絶縁体の２層構成として、操作部の絶縁体に対するユーザ接触情報として少なくともユーザ接触位置をセンサによって検出し、センサ検出情報に基づいて導電体に出力する電気信号のパラメータ、具体的には交流電圧の電圧値と周波数を決定して、決定した電気信号を導電層に出力する構成とした。本構成により、様々な電気信号によって異なる摩擦力が、ユーザの指と絶縁対層との間に発生する。これにより、ユーザは様々な異なるタイプの操作感を体感することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、操作感提供装置、および操作感フィードバック方法、並びにプログラムに関する。例えばタッチパネル等に表示したスイッチなどの操作部に対してユーザが操作を行った場合の操作感としての感触をユーザに提供することを可能とする操作感提供装置、および操作感フィードバック方法、並びにプログラムに関する。
昨今、液晶画面なとのタッチパネルにスイッチなどの操作部を表示して、ユーザの指での操作を可能としたユーザインタフェースが様々な分野で利用されている。このようなタッチパネル型のインタフェースはスイッチやボタン、スライダ、ダイヤルなどを画像として表示し、これらの画像表示領域に対するユーザの指の接触を検出して予め規定された処理を行なう構成となっている。
しかし、ユーザはこのようなインタフェースを操作しても実際の物理的なスイッチやスライダを動かす感触は得られない。そこで、実際のスイッチの操作感としての抵抗感や振動、あるいは音などを発生させてユーザに操作感を提供するインタフェースが考案されている。このようなインタフェースは、タクタイル（ｔａｃｔｉｌｅ）・インタフェースと呼ばれる。なお、このようなインタフェース構成については、例えば特許文献１〜３に記載がある。
タクタイル・インタフェースとしては、例えばタッチパネルの周囲に圧電アクチュエータを装着して、ユーザがタッチパネル上の操作ボタンを押した場合に振動や音を発生させて実際の物理的なボタンの操作と同様の操作感を提供するものなどがある。
ユーザに対して操作感を提供するタクタイル・インタフェースとして、例えば以下の３種類がある。
（１）バイブロタクタイル（Ｖｉｖｒｏｔａｃｔｉｌｅ）・デバイス
（２）２次元（２Ｄ）タクタイル・ディスプレイ＆マトリックス
（３）電気刺激型デバイス
以下、これらのインタフェースの概要について説明する。
（１）バイブロタクタイル（Ｖｉｖｒｏｔａｃｔｉｌｅ）・デバイス
ユーザ操作に応じて振動などを発生させるインタフェース・デバイスは、バイブロタクタイル（Ｖｉｖｒｏｔａｃｔｉｌｅ）・デバイスと呼ばれる。バイブロタクタイル・デバイスは電気信号を振動などに変換するアクチュエータなどを利用して、ユーザの指などの接触に対応した振動を発生させる構成を持つ。
バイブロタクタイル（Ｖｉｖｒｏｔａｃｔｉｌｅ）・デバイスの一例としては、例えばトルク・ベースのタクタイル・フィードバック装置がある。これはモータの回転開始や停止時に生じるトルクから得るフィードバック感をユーザに感じさせて操作感を提供するものである（例えば、非特許文献１、非特許文献２を参照のこと）。
しかし、このような構成において十分なトルクを発生させるためにはそれなりの大きさのモータを組み込むことが必要となり小型の携帯機器に取り付けることは困難である。また、このようなモータを利用した構成では、特定のパターンに従ったフィードバック感を与えることができるのみであり、任意のパターンを生成することはできない。また、デバイスからのフィードバック出力が開始された場合、突然ストップさせるといったことも困難である。
携帯電話やゲームコントローラなどに利用されている振動モータは、非対称軸やカムを備えたものが多い。これらは、その構成から一定の遅延時間後に振動を開始することになる。これらのアクチュエータは極めて大きなレイテンシを持つので対話型のアプリケーションには不向きであるという問題がある。
また、ピエゾ・アクチュエータや、ボイスコイル、あるいはソレノイドなどのマグネット・アクチュエータも、デバイス全体を振動させてユーザの手などに対して直接刺激を与えるための素子として利用されている（例えば、非特許文献３、非特許文献４、非特許文献５、非特許文献６を参照のこと）。
（２）２次元（２Ｄ）タクタイル・ディスプレイ＆マトリックス
複数のピンで構成され、これらのピンの動作によりユーザの手に影響を与えるというマトリックスを基調とするタクタイル・ディスプレイも既に存在する。このようなディスプレイには２つのタイプがある。第１のタイプは、ピンの垂直方向の動きで３次元のレリーフを形成するタイプである（例えば、非特許文献７、非特許文献８、非特許文献９を参照のこと）。第２のタイプは、ピンを水平方向および垂直方向に振動させるものである（例えば、非特許文献１０を参照のこと）。しかし、このような構成も大きさが比較的大きくなり、小型の携帯機器に搭載することは困難であるという問題がある。
（３）電気刺激型デバイス
さらに、ユーザの手などに対して微弱な電流を流して操作感を伝える電気刺激型デバイスも考案されている。例えばマトリックスパータンの電極によって刺激をユーザに伝える構成である（例えば、非特許文献１１、非特許文献１２を参照のこと）。しかし、この電気刺激型デバイスの構成は電気刺激が不快であると感じるユーザが多い。また、不快感は電流除去後も残る場合があるという問題がある。
［電気振動型タクタイル・ディスプレイ（Ｅｌｅｃｔｒｏｖｉｂｒｏｔａｃｔｉｌｅ ｄｉｓｐｌａｙ）］
次に、電気振動型タクタイル・ディスプレイ（Ｅｌｅｃｔｒｏｖｉｂｒｏｔａｃｔｉｌｅ ｄｉｓｐｌａｙ）について説明する。電気振動型タクタイル・ディスプレイ（Ｅｌｅｃｔｒｏｖｉｂｒｏｔａｃｔｉｌｅ ｄｉｓｐｌａｙ）とは、電気的に絶縁された表面に間欠的に電圧を印加することによって人の手や指などの皮膚を引き付ける効果を利用したデバイスである。この物理現象については、１９５３年にＭａｌｌｉｎｃｋｒｏｄｔ，Ｈｕｇｈｅｓ他によって偶然発見されたものである（例えば、非特許文献１３を参照のこと）。彼らは、１１０Ｖの電圧を間欠的に金属（ｍｅｔａｌ）に印加し、金属（ｍｅｔａｌ）を絶縁層で覆った表面に乾いた指を滑らせると、まるでゴムのような弾性体上を滑らせる感覚［ｒｕｂｂｅｒｙ ｆｅｅｌｉｎｇ］が得られることを発見した。
この物理現象の原理について、Ｍａｌｌｉｎｃｋｒｏｄｔ他は以下のように解析している。
（１）乾いた皮膚の絶縁層が、金属（ｍｅｔａｌ）を１つのキャパシタとするコンデンサの誘電体として作用し、指側の導電体である水分がコンデンサを構成するもう１つのキャパシタとして作用する。
（２）コンデンサに交流電圧を印加すると、皮膚と金属（ｍｅｔａｌ）間に間欠的な引力が発生する。
（３）手を軽く押し付けながら動かすと、皮膚とプレート表面の摩擦が定期的に増減し、指が引き付けられ開放される感覚を繰り返して受けることになる。
この現象は１９５３年に発見されているが、具体的な利用は１９７０年に至るまでなかった。１９７０年、Ｓｔｒｏｎｇがこの原理に基づくタクタイル・ディスプレイを開発した（例えば、非特許文献１４を参照のこと）。Ｓｔｒｏｎｇは、誘電体で覆われた多数のピンの配列（ａｒｒａｙ）によって構成されるディスプレイを提案した。間欠的な電圧をピンに印加して、ピン上で指を移動させるとタクタイル感覚、すなわち引き付けられるような特有の触感を得ることができる。
しかし、この時点で提案されたタクタイル・ディスプレイは、入力とセンシング技術の融合が十分になされなかったため、限定された利用価値しかなかった。提案された構成は、多数のピンを利用した構成であるため、例えば一般的なフラットなディスプレイに利用することはできなかった。
１９９８年、Ｔａｎｇと、Ｂｅｅｂｅによって、これと類似するタクタイル・ディスプレイが提案された（例えば、非特許文献１５を参照のこと）。これは、リソグラフィを適用した微細製作技術によって薄型で丈夫な構成を持つディスプレイを実現している。しかし基本的な原理はＳｔｒｏｎｇのものと同じであった。
さらに、これらとは異なる電気振動型タクタイル・ディスプレイが、２００６年、Ｙａｍａｍｏｔｏ，Ｎａｇａｓａｗａ他によって提案された（例えば、非特許文献１６を参照のこと）。これは、図１に示すように電極パターンを有する電極形成基板１１の上に置いたスライダ２０を指３１で動かす構成を持つ。
スライダ２０はアルミニウム層２１と絶縁層２２によって構成される。電極形成基板１１内には、＋および−の電圧が交互に印加される電極パターンが形成されている。電極形成基板１１内の電極に、図に印加電圧パターン４０のように、定期的に変化する電圧信号を付加する。この処理によって、導電体を持つスライダ２０と電極形成基板１１間に静電気力が発生する。なお、この構成では指３１は絶縁層２２に接しているのみであるので電流は発生しない。しかし、この構成も電極パターンの設定が必要となるなど小さなデバイスのディスプレイに採用することは困難である。
特開２００３−３３０６１１号公報 特開２００４−２１５２８号公報 特開２００３−２８８１５８号公報 Ｍ．Ｙｏｓｈｉｅ，Ｈ．Ｙａｎｏ，Ｉｗａｔａ"Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｎｏｎ−ｇｒｏｕｎｄｅｄ ｆｏｒｃｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｕｓｉｎｇ ｇｙｒｏ ｍｏｍｅｎｔｓ"（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｈｕｍａｎ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｍｅｅｔｉｎｇ．２００１．ｐｐ．２５−３０） Ｙ．Ｆｕｋｕｉ，Ｓ．Ｎｉｓｈｉｈａｒａ，Ｋ．Ｎａｋａｍｕｒａ，Ｊ．Ｙａｍａｓｈｉｔａ"Ｈａｎｄ−ｈｅｌｄ ｔｏｒｑｕｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｄｉｓｐｌａｙ"（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＩＧＧＲＡＰＨ０１ Ａｂｓｔｒａｃｔ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．２００１．ＡＣＭ．ｐｐ．１９２） Ｈｕｇｈｅｓ，Ｒ．ａｎｄ Ａ．Ｆｏｒｒｅｓｔ（１９９６）．Ｐｅｒｃｅｐｔｕａｌｉｓａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ａ ｔａｃｔｉｌｅ ｍｏｕｓｅ．Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ'９６，ＩＥＥＥ． Ｆｕｋｕｍｏｔｏ，Ｍ． ａｎｄ Ｓ．Ｔｏｓｈｉａｋｉ（２００１）．ＡｃｔｉｖｅＣｌｉｃｋ： Ｔａｃｔｉｌｅ Ｆｅｅｄｂａｃｋ ｆｏｒ Ｔｏｕｃｈ Ｐａｎｅｌｓ． ＣＨＩ'２００１，Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ａｂｓｔｒａｃｔｓ，ＡＣＭ． Ｐｏｕｐｙｒｅｖ，Ｉ．，Ｓ．Ｍａｒｕｙａｍａ，ｅｔ ａｌ．（２００２）．Ａｍｂｉｅｎｔ Ｔｏｕｃｈ： Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｔａｃｔｉｌｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ ｆｏｒ ｈａｎｄｈｅｌｄ ｄｅｖｉｃｅｓ．ＵＩＳＴ'２００２，ＡＣＭ． Ｐｏｕｐｙｒｅｖ，Ｉ． ａｎｄ Ｓ．Ｍａｒｕｙａｍａ（２００３）．Ｔａｃｔｉｌｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ ｆｏｒ ｓｍａｌｌ ｔｏｕｃｈ ｓｃｒｅｅｎｓ． ＵＩＳＴ， ＡＣＭ． Ｆｒｉｓｋｅｎ−Ｇｉｂｓｏｎ，Ｓ．，Ｐ．Ｂａｃｈ−ｙ−Ｒｉｔａ，ｅｔ ａｌ．（１９８７）．"Ａ ６４−ｓｏｌｅｎｏｉｄ，ｆｏｕｒ−ｌｅｖｅｌ ｆｉｎｇｅｒｔｉｐ ｓｅａｒｃｈ ｄｉｓｐｌａｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ｂｌｉｎｄ．"ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＢＭＥ−３４（１２）：９６３−９６５． Ｓｈｉｎｏｈａｒａ，Ｍ．，Ｙ．Ｓｈｉｍｉｚｕ， ｅｔ ａｌ． （１９９８）．"Ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｔａｃｔｉｌｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｆｏｒ ｂｌｉｎｄ．"ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ６（３）： ２４９−２５５ Ｐｏｕｐｙｒｅｖ，Ｉ．， Ｔ．Ｎａｓｈｉｄａ，ｅｔ ａｌ．（２００７）．Ａｃｔｕａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｔａｎｇｉｂｌｅ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ：ｔｈｅ Ｖａｕｃａｎｓｏｎ Ｄｕｃｋ， Ｒｏｂｏｔｓ，ａｎｄ Ｓｈａｐｅ Ｄｉｓｐｌａｙｓ． Ｔａｎｇｉｂｌｅ ａｎｄ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ，ＡＣＭ：２０５−２１２． Ｃｈｏｌｅｗｉａｋ， Ｒ． ａｎｄ Ｃ． Ｓｈｅｒｒｉｃｋ （１９８１）．"Ａ ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｍａｔｒｉｘ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｏ ｓｋｉｎ ｏｆ ｃｏｍｐｌｅｘ ｓｐａｔｉｏｔｅｍｐｏｒａｌ ｐａｔｔｅｒｎ．"Ｂｅｈａｖｉｏｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ１３（５）：６６７−６７３． Ｋａｊｉｍｏｔｏ，Ｈ．，Ｎ．Ｋａｗａｋａｍｉ，ｅｔ ａｌ．（２００１）．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｕｔａｎｅｏｕｓ ｄｉｓｐｌａｙ ａｓ ａｎ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｔｏ ａ ｖｉｒｔｕａｌ ｔａｃｔｉｌｅ ｗｏｒｌｄ．ＶＲ'２００１，ＩＥＥＥ． Ｋａｃｚｍａｒｅｋ，Ｋ． ａｎｄ Ｐ． Ｂａｃｈ−ｙ−Ｒｉｔａ （１９９５）． Ｔａｃｔｉｌｅ ｄｉｓｐｌａｙｓ． Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｄｅｓｉｇｎ． Ｗ． ａ． Ｆ． Ｂａｒｆｉｅｌｄ， Ｔ．Ｏｘｆｏｒｄ， Ｏｘｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ： ３４９−４１４． Ｍａｌｌｉｎｃｋｒｏｄｔ，Ｅ．，Ａ．Ｈｕｇｈｅｓ，ｅｔ ａｌ．（１９５３）．"Ｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎ ｂｙ ｔｈｅ Ｓｋｉｎ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓ．"Ｓｃｉｅｎｃｅ １１８（３０６２）：２７７−２７８． Ｓｔｒｏｎｇ， Ｒ． Ｍ． ａｎｄ Ｄ． Ｅ． Ｔｒｏｘｅｌ （１９７０）．"Ａｎ ｅｌｅｃｔｒｏｔａｃｔｉｌｅ ｄｉｓｐｌａｙ．"ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍａｎ−Ｍａｃｈｉｎｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ １１（１）： ７２−７９． Ｔａｎｇ， Ｈ． ａｎｄ Ｄ． Ｂｅｅｂｅ（１９９８）．"Ａ ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｈａｐｔｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ ｆｏｒ ｐｅｒｓｏｎｓ ｗｉｔｈ ｖｉｓｕａｌ ｉｍａｉｒｍｅｎｔｓ．"ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ６（３）：２４１−２４８． Ｙａｍａｍｏｔｏ，Ａ．，Ｓ．Ｎａｇａｓａｗａ，ｅｔ ａｌ．（２００６）．"Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｔａｃｔｉｌｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｗｉｔｈ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｓｌｉｄｅｒ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ｔａｃｔｉｌｅ ｔｅｌｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ"ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ １２（２）：１６８−１７７．
上述したように、ユーザに対して操作感を与える技術はいくつか提案されているが、小型化に不向きであるといった問題や、電流が人体に流れて不快感を与える、あるいはユーザに対して与えられる操作感としてのパターンが多様化できないといった様々な問題が存在する。本発明は例えばこのような問題点に鑑みてなされたものであり、例えば小型のデバイスにも適用可能で多様な操作感を提供することを実現する操作感提供装置、および操作感フィードバック方法、並びにプログラムを提供することを目的とする。
本発明の第１の側面は、
導電体と絶縁体の２層構成を有する操作部と、
前記操作部の絶縁体に対するユーザ接触情報として少なくともユーザ接触位置を検出するセンサと、
前記センサからの検出情報を入力し、前記導電体に出力する電気信号のパラメータを決定するデータ処理部と、
前記データ処理部の決定したパラメータによって規定される電気信号を前記導電層に出力して前記絶縁体とユーザ間の摩擦力制御を行う触感制御部を有する操作感提供装置にある。
さらに、本発明の操作感提供装置の一実施態様において、前記データ処理部は、前記電気信号のパラメータとして、交流電圧の電圧値と周波数を決定し、前記触感制御部は、前記データ処理部の決定した電圧値と周波数を持つ交流電圧からなる電気信号を前記導電層に出力する構成である。
さらに、本発明の操作感提供装置の一実施態様において、前記センサは、ユーザの接触部位の位置情報を取得して前記データ処理部に提供し、前記データ処理部は、前記センサから取得するユーザの接触部位の位置情報に応じて前記電気信号のパラメータを決定する構成である。
さらに、本発明の操作感提供装置の一実施態様において、前記操作感提供装置は、さらに、表示部を備え、前記データ処理部は、前記センサの検出情報として得られるユーザの操作部に対する接触位置と、前記表示部に表示された画像との対応関係に従って前記電気信号のパラメータを決定する構成である。
さらに、本発明の操作感提供装置の一実施態様において、前記センサは、ユーザの接触部位の圧力情報を取得して前記データ処理部に提供し、前記データ処理部は、前記センサから取得するユーザの接触部位の圧力情報に応じて前記電気信号のパラメータを決定する構成である。
さらに、本発明の操作感提供装置の一実施態様において、前記センサは、ユーザの接触部位の位置情報を取得して前記データ処理部に提供し、前記データ処理部は、前記センサから取得するユーザの接触部位の位置情報に基づいて得られるユーザの接触部位の移動情報に応じて前記電気信号のパラメータを決定する構成である。
さらに、本発明の操作感提供装置の一実施態様において、前記操作部は、２次元平面の操作部として構成され、前記センサは、前記操作部に対するユーザの接触情報として２次元平面におけるユーザ接触位置を検出し、前記データ処理部は、２次元平面におけるユーザ接触位置に応じて、前記導電体に出力する電気信号のパラメータを決定する構成である。
さらに、本発明の操作感提供装置の一実施態様において、前記操作部は、１次元の操作部として構成され、前記センサは、前記操作部に対するユーザの接触情報として１次元のラインにおけるユーザ接触位置を検出し、前記データ処理部は、１次元ラインにおけるユーザ接触位置に応じて、前記導電体に出力する電気信号のパラメータを決定する構成である。
さらに、本発明の操作感提供装置の一実施態様において、前記センサは、静電容量結合方式に従ってユーザ接触位置を検出するセンサである。
さらに、本発明の操作感提供装置の一実施態様において、前記センサは、光学式センサ、または電気式センサ、またはカメラ、または圧力センサのいずれかを含む構成である。
さらに、本発明の操作感提供装置の一実施態様において、前記操作感提供装置は、さらに、ユーザの電位を接地電位にするためのアース接続構成を有する。
さらに、本発明の第２の側面は、
表示部と、透明導電体と透明絶縁体の多層構成を有する操作部と、
前記操作部の絶縁体に対するユーザ接触情報として少なくともユーザ接触位置を検出するセンサと、
前記センサからの検出情報としてユーザ接触位置情報を入力し、前記表示部に対する表示情報との対応関係に従って前記導電体に出力する電気信号のパラメータを決定するデータ処理部と、
前記データ処理部の決定したパラメータによって規定される電気信号を前記導電層に出力して前記絶縁体とユーザ間の摩擦力制御を行う触感制御部を有する操作感提供装置にある。
さらに、本発明の第３の側面は、
情報処理装置において実行する操作感フィードバック方法であり、
センサが、導電体と絶縁体の２層構成を有する操作部の構成要素である絶縁体に対するユーザ接触情報として少なくともユーザ接触位置を検出するステップと、
データ処理部が、前記センサからの検出情報を入力し、前記導電体に出力する電気信号のパラメータを決定するデータ処理ステップと、
触感制御部が、前記データ処理部の決定したパラメータによって規定される電気信号を前記導電層に出力して前記絶縁体とユーザ間の摩擦力制御を行うステップと、
を有する操作感フィードバック方法にある。
さらに、本発明の第４の側面は、
情報処理装置において操作感フィードバック処理を実行させるプログラムであり、
センサに、導電体と絶縁体の２層構成を有する操作部の構成要素である絶縁体に対するユーザ接触情報として少なくともユーザ接触位置を検出させるステップと、
データ処理部に、前記センサからの検出情報を入力し、前記導電体に出力する電気信号のパラメータを決定させるデータ処理ステップと、
触感制御部に、前記データ処理部の決定したパラメータによって規定される電気信号を前記導電層に出力して前記絶縁体とユーザ間の摩擦力制御を行わせるステップと、
を有するプログラムにある。
なお、本発明のプログラムは、例えば、様々なプログラム・コードを実行可能な汎用システムに対して、コンピュータ可読な形式で提供する記憶媒体、通信媒体によって提供可能なプログラムである。このようなプログラムをコンピュータ可読な形式で提供することにより、コンピュータ・システム上でプログラムに応じた処理が実現される。
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施例や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。なお、本明細書においてシステムとは、複数の装置の論理的集合構成であり、各構成の装置が同一筐体内にあるものには限らない。
本発明の一実施例構成によれば、ユーザに対して様々な操作感を提供する装置が実現される。操作部を導電体と絶縁体の２層構成として、操作部の絶縁体に対するユーザ接触情報として少なくともユーザ接触位置をセンサによって検出し、センサ検出情報に基づいて導電体に出力する電気信号のパラメータ、具体的には交流電圧の電圧値と周波数を決定して、決定した電気信号を導電層に出力する構成とした。本構成により、様々な電気信号によって異なる摩擦力が、ユーザの指と絶縁対層との間に発生する。これにより、ユーザは様々な異なるタイプの操作感を体感することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の操作感提供装置、および操作感フィードバック方法、並びにプログラムの詳細について説明する。説明は以下の項目に従って行う。
（１）操作感提供装置の構成例および原理説明
（２）操作感提供装置の具体化例
（１）操作感提供装置の構成例および原理説明
まず、操作感提供装置の構成例および原理について説明する。本発明は、様々な情報処理機器に適用可能でありユーザに対して操作感を提供する。このような装置はタクタイルメインタフェース、触覚入力装置（ｈａｐｔｉｃ ａｐｐｒａｔｕｓ）などと呼ばれる。本発明の操作感提供装置は、例えば液晶表示装置と一体化した触覚ディスプレイ（ｈａｐｔｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ）、あるいはタッチパッド、スクリーン方式表示装置などに利用可能である。
例えば液晶表示装置と一体化した構成では、液晶ディスプレイに様々な操作部としてのスイッチやボタン、あるいはスライダ、ダイヤルなどの画像やアイコンを表示する。これらの表示画像やアイコンに対してユーザが指を触れて操作を行った場合に、ユーザ操作に応じた摩擦（ｆｒｉｃｔｉｏｎ）等の物理的な感触を発生させてユーザに操作感を提供する。
図２以下を参照して、本発明の一実施例に係る操作感提供装置の構成について説明する。図２に示す操作感提供装置１００は、操作部１１０を有し、ユーザの指１５０が、操作部１１０に対して操作を行う。
操作部１１０は、例えば、液晶表示装置からなるＵＩ（ユーザインタフェース）として構成される。操作部１１０に表示された各種のスイッチ、ボタン、スライダ、ダイヤルなどに対して、ユーザの指１５０が操作を行う。
操作部１１０が液晶表示装置からなるＵＩ（ユーザインタフェース）として構成された場合の例を図３に示す。例えば図３に示すように操作部１１０には、各種のスイッチ、ボタン、スライダ、ダイヤルなどのアイコン（画像）が表示される。このアイコン（画像）に対してユーザの指１５０が操作を行う。本発明の操作感提供装置１００は、このユーザ操作に対して、例えば摩擦抵抗（ｆｒｉｃｔｉｏｎ）などの操作感を発生させる。
なお、操作部はディスプレイに限らず、単なる面として構成してもよい。図２に示す例では、操作部１１０と、ディスプレイ１２５は個別の構成として分離して示している。このように別々の構成としてもよい。あるいは、操作部１１０と、ディスプレイ１２５が合体した構成（図３に示すような構成）であってもよい。
図２に示すように、操作部１１０は、導電層１１１と絶縁層１１２から構成される。ユーザ１５０は導電層１１１には触れることなく、絶縁層１１２にのみ接触することになる。
操作部１１０にはユーザの指１５０の位置を検出するポジションセンサ１２１と、ユーザの指１５０による圧力や傾き等を計測する圧力センサ１２２が備えられる。これらのセンサによる検出データはデータ入力部（Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌｅ）１２３に入力される。
ポジションセンサ１２１の一例として静電容量結合方式に従ったセンサ構成例について図４を参照して説明する。操作部１１０の４隅から同相、同電位の交流を印加し、それぞれの電流値から、指の位置を示すＸ，Ｙの座標を算出する。具体的には、
Ｘ＝ｋ１＋ｋ２（（ｉ２＋ｉ３）／（ｉ１＋ｉ２＋ｉ３＋ｉ４））
Ｙ＝ｋ１＋ｋ２（（ｉ１＋ｉ２）／（ｉ１＋ｉ２＋ｉ３＋ｉ４））
ただし、ｋ１：オフセット、ｋ２：倍率
上記算出式に従って、指の位置を算出することができる。
なお、図４に示す構成以外にも、ポジションセンサ１２１は例えば指の位置を光学的に検出する光学センサ、赤外線センサ、レーザセンサ、あるいは指の接触位置を検出する電気的なセンサ、圧力センサなど、既存のセンサによって構成可能であり、２次元平面上における指の位置および動きを検出する。圧力センサ１２２は、例えば操作部１１０に表示されたスイッチなどに対するユーザの操作情報、例えば押す操作などの操作情報を取得するためのセンサである。
これらのセンサによる検出データはデータ入力部（Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌｅ）１２３を介して、データ処理部（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）１２４に入力される。データ処理部（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）１２４は、例えばマイクロプロセッサ、パーソナルコンピュータなどによって構成される。
データ処理部（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）１２４は、センサ情報に基づいて、ユーザの操作部１１０に対する操作を解析し、操作に応じたデータ処理を行う。さらに、ディスプレイ１２５に表示している情報の更新処理や、音声出力部（スピーカ）１２６に対する操作に応じた音声出力処理などを行う。
データ処理部（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）１２４は、さらに、触感制御部（Ｔａｃｔｉｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｕｌｅ）１２７に対してコマンドを出力する。このコマンドは、触感制御部（Ｔａｃｔｉｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｕｌｅ）１２７が、操作部１１０の導電層１１１に対して出力する電気信号の制御用コマンドである。例えば、ユーザの指の位置、圧力等がセンサによって検出され、データ処理部１２４は、このセンサ検出情報に応じて電圧および周波数を決定して、これらのパラメータを設定したコマンドを触感制御部（Ｔａｃｔｉｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｕｌｅ）１２７に出力する。なお、データ処理部１２４は、センサの検出情報である位置情報を入力し、位置情報の時間変化に基づいてユーザの指２５０の動き（移動情報）を判断し、その判断結果に基づいて電圧および周波数を決定するといった処理も行う。
触感制御部（Ｔａｃｔｉｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｕｌｅ）１２７は、データ処理部（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）１２４から入力するコマンドに応じて、操作部１１０の導電層１１１に対して電気信号を出力する。
触感制御部（Ｔａｃｔｉｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｕｌｅ）１２７が出力する電気信号は時間経過に従って変動する電圧信号、例えば交流電圧である。この電気信号が操作部１１０の導電層１１１に対して入力された状態で、ユーザの指１５０が絶縁層１１２上をすべって移動すると、電気信号に応じた摩擦（ｆｒｉｃｔｉｏｎ）が発生し、ユーザは操作感を感じることになる。
この原理について、図５を参照して説明する。図５に示すように、触感制御部（Ｔａｃｔｉｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｕｌｅ）１２７は、操作部１１０の導電層１１１に対して、例えば時間経過に従って＋Ｖａ〜−Ｖａ間で変動する交流電圧を入力する。
ユーザの指１５０が操作部１１０の絶縁層１１２上を図の右から左に移動するものとする。このような動きに応じて、ユーザの指１５０と絶縁層１１２表面との間には摩擦力（ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｆｏｒｃｅ）ｆｒが発生する。ここで、定期的に変動する電圧信号を操作部１１０の導電層１１１に印加することで、ユーザの指１５０を導電層１１１側に引き付ける引力（ａｔｔｒａｃｔｉｖｅ ｆｏｒｃｅ）ｆｅが発生する。この引力の発生原理は、先に図１を参照して説明した原理と同様である。
なお、電気信号に基づく摩擦増減効果を十分に発揮させるためにはユーザ自身に電荷が蓄積されないように例えばユーザを接地電位とするためユーザをアース状態に設定とすることが好ましい。例えば人体を接地電位にするため、ユーザの皮膚をアースケーブルに接続する構成とすることが好ましい。あるいはユーザの立つフロアを介してユーザに対する蓄積電荷を排出する構成としてユーザの電位を接地電位に保つ構成としてもよい。あるいは操作部を有するデバイスに設定されたアース部位にユーザ自身が触れる設定としてもよい。またその他のユーザの保持するアクセサリや衣服を介してユーザの蓄積電荷を排出する構成としてもよい。
先に図１を参照して説明した原理に従って、ユーザの指１５０を導電層１１１側に引き付ける引力（ａｔｔｒａｃｔｉｖｅ ｆｏｒｃｅ）ｆｅが発生して、摩擦力ｆｒは増加することになる。引力ｆｅの大きさは、触感制御部（Ｔａｃｔｉｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｕｌｅ）１２７から操作部１１０の導電層１１１に印加する電圧の大きさや周期によって変動することになる。結果として、摩擦力ｆｒの大きさも印加する電圧の大きさや周期によって変動することになる。ユーザは、指から変動する摩擦力を体感することになる。具体的には変動する摩擦力による振動も体感することになる。ユーザはこの触感を操作感として受け取る。
ユーザの触感は、触感制御部（Ｔａｃｔｉｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｕｌｅ）１２７から操作部１１０の導電層１１１に印加する電圧の大きさや周期によって変更することが可能である。この電圧の大きさや周期は、触感制御部（Ｔａｃｔｉｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｕｌｅ）１２７がデータ処理部（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）１２４から出力するコマンドによって決定することができる。
データ処理部（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）１２４は、図２を参照して説明したように、ポジションセンサ１２１と圧力センサ１２２から、ユーザの指１５０の位置情報、動き情報、圧力等の情報をセンサ情報として入力しており、これらのセンサ情報に応じてコマンドを設定する。
例えば、操作部に表示したスライダを操作している状況が検出された場合は、データ処理部１２４は、スライダの動きに応じた摩擦感が発生するような電圧の大きさや周期を設定した電気信号を出力する命令としてのコマンドを触感制御部１２７に出力する。触感制御部１２７はこのコマンドに応じて、電圧の大きさや周期を設定した電気信号を生成して操作部１１０の導電層１１１に印加する。
また、データ処理部１２４が、ユーザの指１５０が操作部１１０に表示したダイヤルの操作を行っていることをセンサ情報によって検出した場合にも、指の動きに応じた摩擦力を発生させるための電圧の大きさや周期を設定した電気信号を出力する命令としてのコマンドを触感制御部１２７に出力する。触感制御部１２７はこのコマンドに応じて、電圧の大きさや周期を設定した電気信号を生成して操作部１１０の導電層１１１に印加する。
例えば、ユーザの指１５０が操作部１１０の何も表示されていない領域にある場合には、データ処理部１２４は、電圧の印加をストップさせるコマンドを触感制御部１２７に出力する。触感制御部１２７はこのコマンドに応じて、操作部１１０の導電層１１１に対する電気信号の出力を停止する。この処理によって、操作部１１０のスイッチやスライダなどが表示された領域で指を移動させた場合には操作感としての摩擦力や振動を感じることになり、何も表示されていない部分では特別の触感は発生しないことになる。
このように、本発明の構成では、ユーザの指の位置や動き、印加圧力などに応じて、データ処理部１２４のコマンドを変更して、触感制御部１２７が、操作部１１０の導電層１１１に印加する電気信号を制御する。この結果として、ユーサの指の位置や、動き、印加圧力などに応じて摩擦力を変化させることが可能となり、多様な操作感をユーザに提供することが可能となる。
また、本発明の構成では、操作部１１０は導電層１１１と絶縁層１１２の２層構成とすればよく、先に図１を参照して説明したような多数の電極を配置する構成とする必要がない。従って、小型化が可能であり、コストも低く抑えることが可能となる。また、操作部をフレキシブル構成とすることも可能であり、様々なデバイスに利用できる。
本発明の構成では、操作部１１０の導電層１１１に印加する電圧と、周波数を独立に変更することが可能であり、様々なバリエーションの操作感をユーザに提供することができる。操作部１１０に対するユーザの入力状況や、操作部の表示情報に応じて電圧、周波数を適宜変更するといったことが可能である。
なお、図２〜図５を参照して説明した構成は本発明の一実施例であり、この構成の他にもユーザ情報等を入力する様々なセンサを利用した構成も可能である。例えば光学センサ、レーザセンサ、あるいはカメラなどによってユーザの指の位置や動きを検出する構成としてもよい。また、前述したフレキシブル構成や、ディスプレイなど操作部を様々な構成に変更することも可能である。
（２）操作感提供装置の具体化例
図６以下を参照して、本発明の操作感提供装置の複数の具体例について説明する。以下の２つの構成例について、順次説明する。
（２−１）２次元（２Ｄ）型操作感提供装置
（２−２）１次元（１Ｄ）型操作感提供装置
（２−１）２次元（２Ｄ）型操作感提供装置
まず、２次元（２Ｄ）型操作感提供装置について、図６を参照して説明する。２次元型操作感提供装置は基本的に図２〜図５を参照して説明したと同様の構成であり、例えば液晶ディスプレイなどのディスプレイと一体化した操作部を持つ構成である。図６には操作部２００の構成のみを示している。操作部２００は、ガラスやプラスチック等によって構成される透明層２２０の上に透明導電層２１１、透明絶縁層２１２を載置した構成である。最下部の透明層２２０は、例えば液晶表示装置の構成部分としての層である。
このような構成は、透明導電層２１１、透明絶縁層２１２を、従来のディスプレイ上に構成するのみで実現可能となる。図６に示す構成の透明導電層２１１、透明絶縁層２１２は、図２に示す構成の導電層１１１、絶縁層１１２に対応する。図６には操作部２００のみ示しているが、操作部２００に対して、図２と同様の処理部が接続されることになる。
ユーザの指２５０の位置、圧力等がセンサによって検出され、このセンサ検出情報に応じて電圧および周波数を決定して透明導電層２１１に対して、電気信号が入力される。なお、センサの検出情報としての位置情報の変化からユーザの指２５０の動き（移動情報）を判断し、その判断結果に応じて電圧および周波数を決定する処理が行われる場合もある。ユーザの指２５０を透明絶縁層２１２上で移動させた場合、透明導電層２１１に入力する電気信号に応じて増減する摩擦が感じられる。この摩擦は、例えばユーザの指２５０が操作部２００に表示されたスイッチやスライダなどの操作に対応する操作感として受け取られる。
先に説明したように、透明導電層２１１に対して出力する電気信号の電圧および周波数は、ユーザの指２５０の位置、動き、圧力等に応じて任意の値に設定可能であり、ユーザが操作部２００に表示されたスイッチやスライダなどを表示した画像やアイコン位置にある場合に、それぞれの画像やアイコンに対応して予め設定した値の電圧および周波数の電気信号を入力し、スイッチやスライダなどを表示した画像やアイコン位置にない場合には電気信号を停止するといった処理も可能である。このような処理によって、画像／アイコンによって構成される操作部２００に対する操作を行ったユーザは、実際のスイッチやスライダなどを持つメカニカルな操作部を操作しているのと同様の操作感を得ることができる。
さらに、２次元（２Ｄ）型操作感提供装置の実施例として図７に示す構成について説明する。図７は、ＰＣ等のタッチパッドに２次元（２Ｄ）型操作感提供装置を構成したものである。この図７には操作部２７０のみを示している。操作部２７０がＰＣのタッチパッドとして構成されている。この構成では、操作部２７０はディスプレイ機能を有さない。
操作部２７０は、導電層２７１、絶縁層２７２を持つ構成である。図７に示す構成の導電層２７１、絶縁層２７２は、図２に示す構成の導電層１１１、絶縁層１１２に対応する。図６には操作部２００のみ示しているが、操作部２００に対して、図２と同様の処理部が接続されることになる。これらの処理部は例えばＰＣ等によって構成可能である。
ユーザの指２８０の位置、圧力等がセンサによって検出され、このセンサ検出情報、あるいはセンサ検出情報から求められる移動情報等に応じて電圧および周波数を決定して導電層７１１に対して、電気信号が入力される。ユーザの指２８０を絶縁層２７２上で移動させた場合、導電層２７１に入力する電気信号に応じて増減する摩擦が感じられる。この摩擦は、例えばユーザの指２８０の操作部２７０に対する操作感として受け取られる。
さらに、２次元（２Ｄ）型操作感提供装置の実施例として図８に示す構成について説明する。図８は、プロジェクタ３０２によってスクリーン３０１に画像を表示して、ユーザ３００がスクリーン３０１に表示された画像に対して操作を行う構成である。
この場合、スクリーン３０１が操作部として機能する。すなわち、図９に示すように、スクリーン３０１は、ガラスやプラスチック等によって構成される透明層３２０の上に透明導電層３１１、透明絶縁層３１２を載置した構成である。
図９に示す構成の透明導電層３１１、透明絶縁層３１２は、図２に示す構成の導電層１１１、絶縁層１１２に対応する。図８に示す操作部としてのスクリーン３０１に対して接続された情報処理装置（ＰＣ）３０３に図２と同様の処理部が構成されることになる。
ユーザ３００の指の位置、圧力等がセンサ３０４によって検出され、このセンサ検出情報が情報処理装置（ＰＣ）３０３に入力される。情報処理装置（ＰＣ）３０３は、入力されるセンサ情報に応じて電圧および周波数を決定してスクリーン３０１の透明導電層３１１に対して電気信号を出力する。例えばセンサ検出情報からユーザの指の動き（移動）を求め、その結果に応じて電圧および周波数を決定してスクリーン３０１の透明導電層３１１に対して電気信号を出力する。
ユーザ３００の指３０５をスクリーン３０１の透明絶縁層３１２上で移動させた場合、透明導電層３１１に入力する電気信号に応じて増減する摩擦が感じられる。例えばユーザ３００の指３０５によってスクリーン３０１に表示された様々なオブジェクトに対する操作を行った場合、ユーザは電気信号によって設定される固有の摩擦を、表示オブジェクトに対応する固有の操作感として体感することになる。
先に説明した構成と同様、スクリーン３０１の透明導電層３１１に対して情報処理装置（ＰＣ）３０３から出力する電気信号の電圧および周波数は、ユーザ３００の指の位置、動き、圧力等に応じて任意の値に設定可能である。ユーザ３００がスクリーン３０１に表示された様々なオブジェクト画像の位置にある場合に、それぞれの画像に対応して予め設定した値の電圧および周波数の電気信号を入力することで、表示されたオブジェクト毎に異なる摩擦力を体感することができる。
ユーザの指が表示オブジェクト位置にない場合には電気信号を停止するといった処理も可能である。このような処理によって、様々なオブジェクト画像をスクリーン３０１に表示して、それぞれのオブジェクトに応じた操作感をユーザに提供することが可能となる。
なお、先に説明したようにユーザ３００に対する電荷の蓄積は、防止する構成とすることが好ましい。本実施例ではフロア３０６を介してユーザを接地電位に設定する構成としている。
（２−２）１次元（１Ｄ）型操作感提供装置
次に、１次元（１Ｄ）型操作感提供装置について、図１０を参照して説明する。１次元型操作感提供装置は、１つのラインに沿った操作部によって構成される。図１０には、以下の２つの具体例を示している。
（ａ）基板上に設定したライン状の操作部を設定した構成例
（ｂ）ひも状の操作部の構成例
これらの構成例について、順次説明する。
（ａ）基板上に設定したライン状の操作部を設定した構成例
図１０（ａ）に示す操作部４１０は、
導電体からなる導電線４１１、
絶縁体からなる絶縁基板４１２、
センサ４１３、
これらの構成を有する。
導電線４１１には外部から電気信号が印加される。導電線４１１に外部から電気信号が印加された状態で、ユーザの指を絶縁基板４１２上において滑らせると、所定の摩擦が発生することになる。
図１０（ａ）に示す構成の導電線４１１、絶縁基板４１２は、図２に示す構成の導電層１１１、絶縁層１１２に対応する。図１０（ａ）には操作部４１０のみ示しているが、操作部４１０に対して、図２と同様の処理部が接続されることになる。これらの処理部は例えばＰＣ等によって構成可能である。
ユーザの指の位置、圧力等がセンサ４１３によって検出され、このセンサ検出情報が例えば情報処理装置（ＰＣ）に入力される。情報処理装置は入力されるセンサ情報に応じて電圧および周波数を決定して導電線４１１に対して電気信号を出力する。例えば情報処理装置はセンサ検出情報からユーザの指の動き（移動）を求め、その結果に応じて電圧および周波数を決定して導電線４１１に対して電気信号を出力する。
ユーザの指を導電線４１１上の絶縁基板４１２に触れながら移動させた場合、導電線４１１に入力する電気信号に応じて増減する摩擦が感じられる。ユーザは電気信号によって設定される固有の摩擦を固有の操作感として体感することになる。
先に説明した構成と同様、導電線４１１に対して情報処理装置（ＰＣ）等から出力される電気信号の電圧および周波数は、ユーザの指の位置、動き、圧力等に応じて任意の値に設定可能である。例えば、絶縁基板４１２に設定された複数の導電線の各々に対して異なる電圧、周波数の設定信号を出力する設定も可能である。
このような設定により、ユーザの指の位置に応じて、様々な電圧値および周波数の電気信号を入力することで、ユーザは、ユーザの指の位置に応じた異なる摩擦力を体感することができる。
（ｂ）ひも状の操作部の構成例
図１０（ｂ）には、ひも状の操作部の構成例を示している。図１０（ｂ）に示すひも状の操作部４２０は、
導電体からなる導電線４２１、
絶縁体からなる絶縁層４２２、
センサ４２３、
これらの構成を有する。
導電線４２１には外部から電気信号が印加される。導電線４２１に外部から電気信号が印加された状態で、絶縁層４２２上でユーザの指を滑らせると、所定の摩擦が発生することになる。
図１０（ｂ）に示す構成の導電線４２１、絶縁層４２２は、図２に示す構成の導電層１１１、絶縁層１１２に対応する。図１０（ｂ）にはひも状の操作部４２０のみ示しているが、操作部４２０に対して、図２と同様の処理部が接続されることになる。これらの処理部は例えばＰＣ等によって構成可能である。
ユーザの指の位置、動き、圧力等がセンサ４２３によって検出され、このセンサ検出情報が例えば情報処理装置（ＰＣ）に入力される。情報処理装置は入力されるセンサ情報に応じて電圧および周波数を決定して導電線４２１に対して電気信号を出力する。
ユーザの指を導電線４２１上の周囲の絶縁層４２２周囲に触れながら移動させた場合、導電線４２１に入力する電気信号に応じて増減する摩擦が感じられる。ユーザは電気信号によって設定される固有の摩擦を固有の操作感として体感することになる。
先に説明した構成と同様、導電線４２１に対して情報処理装置（ＰＣ）等から出力される電気信号の電圧および周波数は、ユーザの指の位置、動き、圧力等に応じて任意の値に設定可能である。従って、例えば、絶縁層４２２の指の位置に応じて異なる電圧、周波数の設定信号を出力する設定も可能である。ユーザの指の位置に応じて、様々な電圧値および周波数の電気信号を入力することで、ユーザは、ユーザの指の位置に応じた異なる摩擦力を体感することができる。
図６〜図１０を参照して複数の具体的構成例について説明した、このように、本発明の構成では、ユーザの指の位置や印加圧力などをセンサによって検出し、センサ検出情報、またはセンサ検出情報から求められる動き情報などに応じて、電圧および周波数を変更した電気信号（例えば交流電圧信号）を操作部に構成した導電層あるいは導電線に出力する。この結果として、ユーザの指の位置や、動き、印加圧力などに応じて摩擦力を変化させることが可能となり、多様な操作感をユーザに提供することが可能となる。
本発明の構成では、操作部は導電層または導電線と、絶縁層の２層構成とすればよく、先に図１を参照して説明したような多数の電極を配置する構成とする必要がない。従って、小型化が可能であり、コストも低く抑えることが可能となる。また、操作部をフレキシブル構成とすることも可能であり、様々なデバイスに利用できる。
本発明の構成では、操作部の導電層または導電線に印加する電圧と、周波数を独立に変更することが可能であり、様々なバリエーションの操作感をユーザに提供することができる。
ユーザの指の位置、動きなどの入力状況や、操作部の表示情報に応じて電圧、周波数を適宜変更することが可能であり、ユーザの指の位置、動きなどの入力状況や、操作部の表示情報に応じて異なる操作感をユーザに提供することが可能となる。
次に、図１１に示すフローチャートを参照して、本発明の操作感提供装置において実行する処理シーケンスについて説明する。図２の各処理部の処理に対応づけて説明する。
まず、データ入力部１２３（図２参照）は、ステップＳ１０１において操作部１１０に対応して設定されたセンサの検出したセンサ情報を入力する。なお、センサ情報はユーザの指の位置情報、圧力情報などであり、定常的、あるいは間欠的、あるいは変化の発生時点において入力される。
ステップＳ１０２において、データ処理部１２４（図２参照）は、データ入力部１２３（図２参照）を介してセンサ情報を入力し、操作部１１０に設定された導電層１１１に対して出力する電気信号のパラメータを決定する。パラメータは例えば交流電圧信号の電圧値と周波数である。なお、パラメータ決定処理に際しては、例えばデータ処理部内のメモリに予め記録されたテーブルを参照して決定する構成としてもよい。
テーブルには、例えば操作部に表示された画像、例えばスイッチ、スライダ、オブジェクトなどの種類や、ユーザの指の位置などに対応する電圧値、周波数を設定したデータが記録されている。データ処理部１２４は、センサ入力とテーブル記録情報を利用してパラメータを決定する。
ステップＳ１０３において、データ処理部１２４は、決定したパラメータを含むコマンドを触感制御部１２７（図２参照）に出力する。ステップＳ１０４において、触感制御部１２７（図２参照）はコマンドに含まれるパラメータに従った電気信号を操作部１１０の導電層１１１に対して出力する。
その後、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４の処理が繰り返し実行されることになる。ステップＳ１０１におけるセンサ入力情報の変化が発生すれば、ステップＳ１０２において設定されるパラメータが変更され、ステップＳ１０４において出力される電気信号が変更されることになる。この変更により、ユーザの指に対する摩擦は増減し、ユーザは様々な操作感を体感することができる。
なお、センサ入力情報によっては、出力電気信号は停止される場合もある。この場合は、パラメータとしては、電圧値＝０、周波数＝０のパラメータを設定したコマンドがデータ処理部１２４から触感制御部１２７に出力される。
最後に、上述した処理を実行する装置のハードウェア構成例について、図１２を参照して説明する。本発明に従った操作感提供装置は、例えば携帯型の情報処理装置として実現可能である。具体的には先に図３を参照して説明したような表示部を入出力インタフェースとして持つ情報処理装置として実現可能である。
図１２はこのような構成とした装置のハードウェア構成例を示している。図１２に示す構成は、図２に示すブロック図の処理構成を実現する１つのハードウェア構成例である。図１２に示す構成について説明する。
操作部７１１は、図２に示す操作部１１０に対応し、例えば図３に示すディスプレイ型の操作部として構成される。センサ７２１は、ユーザの指の位置、圧力等を検出するセンサであり、センサ情報入力部を介して検出情報が入力される。これらのセンサ情報は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）７０１に入力される。ＣＰＵ７０１は、上述の実施例の図２に示すデータ処理部における処理を行う。例えばＲＯＭ７０２に記録されたプログラムに従ったデータ処理によって、センサ情報に応じて操作部の導電層に出力する電気信号の態様を決定する。
具体的には、交流電圧の電圧値と周波数などを決定する。なお、メモリ７１４、あるいはＲＯＭ７０２にこれらのパラメータ決定に適用するテーブルを格納し、ＣＰＵ７０１がテーブルを参照してパラメータを決定してもよい。決定したパラメータに従った電機信号が電気信号出力部７１３を介して操作部７１１の導電層に対して出力される。
ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）７０２は、ＣＰＵ７０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を格納する。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）７０３は、ＣＰＵ７０１の実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータ等を格納する。これらはＣＰＵバスなどから構成されるホストバス７０４により相互に接続されている。ホストバス７０４は、ブリッジ７０５を介して、バス７０６に接続されている。
その他、ハードディスク、フラッシュメモリなどによって構成されるメモリ７１４、通信部７１５を有する。なお、図１２に示すハードウェア構成例は一例である。本発明の操作感提供装置の一例であり、本発明の操作感提供装置は、図１２に示す構成に限らず、上述した実施例において説明した処理を実行可能であれば、その他の機能を設定することも可能である。
以上、特定の実施例を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が実施例の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、限定的に解釈されるべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
また、明細書中において説明した一連の処理はハードウェア、またはソフトウェア、あるいは両者の複合構成によって実行することが可能である。ソフトウェアによる処理を実行する場合は、処理シーケンスを記録したプログラムを、専用のハードウェアに組み込まれたコンピュータ内のメモリにインストールして実行させるか、あるいは、各種処理が実行可能な汎用コンピュータにプログラムをインストールして実行させることが可能である。例えば、プログラムは記録媒体に予め記録しておくことができる。記録媒体からコンピュータにインストールする他、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、インターネットといったネットワークを介してプログラムを受信し、内蔵するハードディスク等の記録媒体にインストールすることができる。
なお、明細書に記載された各種の処理は、記載に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。また、本明細書においてシステムとは、複数の装置の論理的集合構成であり、各構成の装置が同一筐体内にあるものには限らない。
以上、説明したように、本発明の一実施例構成によれば、ユーザに対して様々な操作感を提供する装置が実現される。操作部を導電体と絶縁体の２層構成として、操作部の絶縁体に対するユーザ接触情報として少なくともユーザ接触位置をセンサによって検出し、センサ検出情報に基づいて導電体に出力する電気信号のパラメータ、具体的には交流電圧の電圧値と周波数を決定して、決定した電気信号を導電層に出力する構成とした。本構成により、様々な電気信号によって異なる摩擦力が、ユーザの指と絶縁対層との間に発生する。これにより、ユーザは様々な異なるタイプの操作感を体感することができる。
電極パターンを有するタクタイル・ディスプレイの構成例について説明する図である。 本発明の一実施例に係る操作感提供装置の構成について説明する図である。 本発明の一実施例に係る操作感提供装置の構成例において、操作部が液晶表示装置からなるＵＩ（ユーザインタフェース）として構成された場合の例について説明する図である。 ポジションセンサの一例として静電容量結合方式に従ったセンサ構成例について説明する図である。 本発明の一実施例に係る操作感提供装置において摩擦間を発生させる原理について説明する図である。 本発明の一実施例に係る操作感提供装置の構成例であり、２次元（２Ｄ）型操作感提供装置の構成例について説明する図である。 本発明の一実施例に係る操作感提供装置の構成例であり、ＰＣ等のタッチパッドに２次元（２Ｄ）型操作感提供装置を構成した例について説明する図である。 本発明の一実施例に係る操作感提供装置の構成例であれ、プロジェクタによってスクリーンに画像を表示して、ユーザがスクリーンに表示された画像に対して操作を行う構成例について説明する図である。 図８に示す実施例におけるスクリーンの構成について説明する図である。 本発明の一実施例に係る操作感提供装置の構成例であり、１次元（１Ｄ）型操作感提供装置の構成例について説明する図である。 本発明の一実施例に係る操作感提供装置の実行する処理シーケンスを説明するフローチャートを示す図である。 本発明の一実施例に係る操作感提供装置のハードウェア構成例を示す図である。
符号の説明
１１ 電極形成基板
２０ スライダ
２１ アルミニウム層
２２ 絶縁層
３１ 指
１００ 操作感提供装置
１１０ 操作部
１１１ 絶縁層
１１２ 導電層
１２１ ポジションセンサ
１２２ 圧力センサ
１２３ データ入力部
１２４ データ処理部
１２５ ディスプレイ
１２６ 音声出力部
１２７ 触感制御部
１５０ ユーザの指
２００ 操作部
２１１ 透明導電層
２１２ 透明絶縁層
２２０ 透明層
２７０ 操作部
２７１ 導電層
２７２ 絶縁層
２８０ ユーザの指
３００ ユーザ
３０１ スクリーン
３０２ プロジェクタ
３０３ 情報処理装置
３０４ センサ
３０５ ユーザの指
３０６ フロア
３１１ 透明導電層
３１２ 透明絶縁層
３２０ 透明層
４１０ 操作部
４１１ 導電線
４１２ 絶縁基板
４１３ センサ
４２０ 操作部
４２１ 導電線
４２２ 絶縁層
４２３ センサ
７０１ ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）
７０２ ＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ−Ｍｅｍｏｒｙ）
７０３ ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）
７０４ ホストバス
７０５ ブリッジ
７０６ 外部バス
７０７ インタフェース
７１１ 操作部
７１２ センサ情報入力部
７１３ 電気信号出力部
７１４ メモリ
７１５ 通信部
７２１ センサ

Claims (14)

  1. 導電体と絶縁体の２層構成を有する操作部と、
    前記操作部の絶縁体に対するユーザ接触情報として少なくともユーザ接触位置を検出するセンサと、
    前記センサからの検出情報を入力し、前記導電体に出力する電気信号のパラメータを決定するデータ処理部と、
    前記データ処理部の決定したパラメータによって規定される電気信号を前記導電層に出力して前記絶縁体とユーザ間の摩擦力制御を行う触感制御部を有する操作感提供装置。
  2. 前記データ処理部は、前記電気信号のパラメータとして、交流電圧の電圧値と周波数を決定し、
    前記触感制御部は、前記データ処理部の決定した電圧値と周波数を持つ交流電圧からなる電気信号を前記導電層に出力する構成である請求項１に記載の操作感提供装置。
  3. 前記センサは、ユーザの接触部位の位置情報を取得して前記データ処理部に提供し、
    前記データ処理部は、前記センサから取得するユーザの接触部位の位置情報に応じて前記電気信号のパラメータを決定する構成である請求項１に記載の操作感提供装置。
  4. 前記操作感提供装置は、さらに、
    表示部を備え、
    前記データ処理部は、前記センサの検出情報として得られるユーザの操作部に対する接触位置と、前記表示部に表示された画像との対応関係に従って前記電気信号のパラメータを決定する構成である請求項１に記載の操作感提供装置。
  5. 前記センサは、ユーザの接触部位の圧力情報を取得して前記データ処理部に提供し、
    前記データ処理部は、前記センサから取得するユーザの接触部位の圧力情報に応じて前記電気信号のパラメータを決定する構成である請求項１に記載の操作感提供装置。
  6. 前記センサは、ユーザの接触部位の位置情報を取得して前記データ処理部に提供し、
    前記データ処理部は、前記センサから取得するユーザの接触部位の位置情報に基づいて得られるユーザの接触部位の移動情報に応じて前記電気信号のパラメータを決定する構成である請求項１に記載の操作感提供装置。
  7. 前記操作部は、２次元平面の操作部として構成され、
    前記センサは、前記操作部に対するユーザの接触情報として２次元平面におけるユーザ接触位置を検出し、
    前記データ処理部は、２次元平面におけるユーザ接触位置に応じて、前記導電体に出力する電気信号のパラメータを決定する構成である請求項１に記載の操作感提供装置。
  8. 前記操作部は、１次元の操作部として構成され、
    前記センサは、前記操作部に対するユーザの接触情報として１次元のラインにおけるユーザ接触位置を検出し、
    前記データ処理部は、１次元ラインにおけるユーザ接触位置に応じて、前記導電体に出力する電気信号のパラメータを決定する構成である請求項１に記載の操作感提供装置。
  9. 前記センサは、静電容量結合方式に従ってユーザ接触位置を検出するセンサである請求項１に記載の操作感提供装置。
  10. 前記センサは、光学式センサ、または電気式センサ、またはカメラ、または圧力センサのいずれかを含む構成である請求項１に記載の操作感提供装置。
  11. 前記操作感提供装置は、さらに、
    ユーザの電位を接地電位にするためのアース接続構成を有する請求項１に記載の操作感提供装置。
  12. 表示部と、透明導電体と透明絶縁体の多層構成を有する操作部と、
    前記操作部の絶縁体に対するユーザ接触情報として少なくともユーザ接触位置を検出するセンサと、
    前記センサからの検出情報としてユーザ接触位置情報を入力し、前記表示部に対する表示情報との対応関係に従って前記導電体に出力する電気信号のパラメータを決定するデータ処理部と、
    前記データ処理部の決定したパラメータによって規定される電気信号を前記導電層に出力して前記絶縁体とユーザ間の摩擦力制御を行う触感制御部を有する操作感提供装置。
  13. 情報処理装置において実行する操作感フィードバック方法であり、
    センサが、導電体と絶縁体の２層構成を有する操作部の構成要素である絶縁体に対するユーザ接触情報として少なくともユーザ接触位置を検出するステップと、
    データ処理部が、前記センサからの検出情報を入力し、前記導電体に出力する電気信号のパラメータを決定するデータ処理ステップと、
    触感制御部が、前記データ処理部の決定したパラメータによって規定される電気信号を前記導電層に出力して前記絶縁体とユーザ間の摩擦力制御を行うステップと、
    を有する操作感フィードバック方法。
  14. 情報処理装置において操作感フィードバック処理を実行させるプログラムであり、
    センサに、導電体と絶縁体の２層構成を有する操作部の構成要素である絶縁体に対するユーザ接触情報として少なくともユーザ接触位置を検出させるステップと、
    データ処理部に、前記センサからの検出情報を入力し、前記導電体に出力する電気信号のパラメータを決定させるデータ処理ステップと、
    触感制御部に、前記データ処理部の決定したパラメータによって規定される電気信号を前記導電層に出力して前記絶縁体とユーザ間の摩擦力制御を行わせるステップと、
    を有するプログラム。
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