JP2011528830A - 触覚フィードバックの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ユーザの指の変位ゾーンにおいて、ユーザの指に触覚フィードバックを伝達するための制御装置を用いる、ユーザの指の軌跡、触覚フィードバックの振動の周波数、方向などのパラメータに依存しない、触覚フィードバックの制御方法を提供する。
【解決手段】 この制御方法は、指の要素変位の方向を特定し、かつこの要素変位を、第１および第２の駆動方向(Ｄ１、Ｄ２）に沿った成分に分解する第１のステップ（１０１）と、第１および第２のアクチュエータ（７ａ、７ｂ）によって発生する振動効果の和が、要素変位（ｄＵ）の方向に対して実質的に直角であり、かつ同一平面内にある方向（ｄＲ）に沿って、指によって感知されるように支持板（３）を並進駆動するために、第１のアクチュエータ（７ａ）と第２のアクチュエータ（７ｂ）とを、要素変位（ｄＵ）の各成分に応じて、互いに独立に制御する第２のステップ（１０２）とを含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ユーザに対して、例えばコマンドの変更または選択の後に、振動などの触覚フィードバックを伝達することができる支持板を有する制御装置のための、触覚フィードバックの制御方法に関する。

タッチ面に振動を伝達するためにコイルの内部で磁石がスライドするか、または磁石の内部でコイルがスライドするバイブレータ（「音声コイル」タイプのバイブレータなどの）を備える、触覚フィードバックの制御装置は公知である。

また、２つのコイル間を可動鉄片がスライドするアクチュエータを備える制御装置も公知である。コイルに交流電圧を供給することによって、可動鉄片を、コイルの一方から他方へと交互に引き寄せ、それによって、震動性の振動効果を発生させることができる。

このアクチュエータは、コマンドの検出に呼応して、ユーザの指の変位ゾーンに触覚フィードバックを発生させるために、支持板に連結されている。

しかしながら、振動が弱いか、またはユーザによって十分に感知されないために、ユーザの指が、コマンドの変更または選択のための軌跡を辿り続けるという事態が発生する場合がある。

本発明は、従来技術のこのような欠点を除去した、触覚フィードバックの制御方法を提案することを目的としている。

この目的を達成するために、本発明は、ユーザの指の変位ゾーンにおいて、ユーザの指に触覚フィードバックを伝達するための、次のものを備えている制御装置を用いる、触覚フィードバックの制御方法を提供するものである。
− ユーザの指の変位ゾーンにおいて、ユーザの指に触覚フィードバックを伝達するための支持板と、
− 変位ゾーンにおいて、指の変位を検知するための変位センサと、
− 変位センサから発せられた信号に応じて、変位ゾーンに触覚フィードバックを発生させるために、支持板に連結されている第１および第２のアクチュエータであって、第１のアクチュエータは、支持板を、第１の駆動方向に沿って駆動することができ、第２のアクチュエータは、支持板を、第１の駆動方向に対して実質的に直角であり、かつ同一平面内にある第２の駆動方向に沿って駆動することができる第１および第２のアクチュエータと、
− 変位センサから発せられた信号に基づいて、指の要素変位の方向を特定するために、変位センサに接続されている処理ユニットであって、第１の駆動方向および第２の駆動方向に沿う、要素変位の成分に応じて、第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータを、互いに独立に制御するように構成されている処理ユニット。
この制御方法は、指の要素変位の方向を特定し、かつこの要素変位を、第１および第２の駆動方向に沿った成分に分解する第１のステップと、第１および第２のアクチュエータによって発生する振動効果の和が、要素変位の方向に対して実質的に直角であり、かつ同一平面内にある方向に沿って、指によって感知されるように支持板を並進駆動するために、第１のアクチュエータと第２のアクチュエータとを、要素変位の各成分に応じて、互いに独立に制御する第２のステップとを含んでいる。

支持板は、ユーザの指の変位の方向に対して直角であり、かつ同一平面内にある方向に並進駆動される。その結果、ユーザによって知覚される触感が増し、かついかなる指の軌跡であっても、ユーザは振動効果を知覚する。さらに、指の変位速度は、触感に何らの影響も及ぼさなくなる。特に、発生する触覚効果は、発生する振動の周波数に依存しなくなるだけではなく、支持板の移動方向や、特定の一方向に沿う移動速度などの他のパラメータにも依存しなくなる。したがって、触覚効果は、発生する振動の周波数に依存しなくなるから、その周波数が、ユーザの指の軌跡の周波数に近接しているときに知覚されにくいということはなくなる。

この制御方法の一特徴によれば、第２のステップ中に、第１および第２のアクチュエータに対する制御パラメータは、指の要素変位の成分に比例するように調整される。

制御装置の第１の実施形態の概要図である。 図１の制御装置のアクチュエータに対する制御信号の時間変化を表わすグラフである。 制御装置の第２の実施形態の概要図である。 図３ａの制御装置の支持板の移動位置を示す概要図である。 図３ａの制御装置のアクチュエータに対する制御信号の時間変化を表わすグラフである。 図３ａの制御装置のアクチュエータに対する別の制御信号の時間変化を表わすグラフである。 図３ａの制御装置のアクチュエータに対する、さらに別の制御信号の時間変化を表わすグラフである。 本発明の制御方法を説明するフローチャートである。

添付図面を参照して、本発明の説明を読むことによって、本発明の他の利点および特徴が明らかになると思う。

添付図面において、同等の部分には、同一の符号を付してある。明瞭化のために、制御方法を実行するステップには、１００からの符号を付してある。

本発明は、例えば自動車の制御パネル、タッチプレート、またはタッチスクリーンのための、例えばコマンドを変更または選択したユーザに、触覚フィードバックを伝達することができる、触覚フィードバックの制御装置に関する。

図１に示すように、制御装置１は、ユーザの指の変位ゾーンにおいて、ユーザの指に触覚フィードバックを伝達するための支持板３、ユーザの指の変位ゾーンにおいて、ユーザの指の変位を検知するための変位センサ５、および変位センサ５から発せられた信号に応答して、指の変位ゾーンに触覚フィードバックを発生させるために、支持板３に連結されている第１および第２のアクチュエータ７ａおよび７ｂを備えている。

触覚フィードバックは、例えば正弦波制御信号、または、単一パルスまたは連続パルスを有する制御信号によって引き起こされる振動である。

図１の例においては、制御装置１は、支持板３の下に、２つのアクチュエータ７ａ、７ｂ（破線で示す）を備えている。

アクチュエータ７ａ、７ｂは、固定部分と可動部分とを有している。可動部分は、固定部分の空隙内を、可動部分の長手方向軸に沿って、第１の位置と第２の位置との間で、例えば約２００μｍだけ並進移動することができる。可動部分は、例えば固定コイル内をスライドする可動磁石、または固定磁石のまわりをスライドする可動コイルによって形成されている。可動部分と固定部分とは、電磁効果によって相互作用する。

可動部分は、支持板３に連結されており、したがって、可動部分の移動によって、支持板３の並進移動が引き起こされ、その結果、指の変位ゾーンにおいて、ユーザの指への触覚フィードバックが発生する。

変位センサ５は、指の変位ゾーンにおいて、支持板３によって支持されている、タッチ面を有するセンサを備えている。すなわち、英語で「フォースセンシングレジスタ」の頭字語であるＦＳＲ、すなわち感圧抵抗体を用いた技術による、タッチ面を有する圧力センサなどの、タッチ面を有する圧力センサが設けられている。

このような圧力センサは、例えば導電層と抵抗層との間にはさまれた可撓性の半導電層を有している。ＦＳＲ層に圧力または滑り動作を加えることによって、ＦＳＲ層のオーム抵抗は低下する。したがって、適切な電圧を印加することによって、加えられた圧力、および／または圧力が加えられた箇所の位置を特定することができる。

ＦＳＲ技術の別の一コンセプトによれば、タッチ面を有する圧力センサは、弾性スペーサによって、空間的に互いに隔離されており、かつ対向し合う面上に、圧力センサに圧縮応力が印加されたときに電気的に接続することができる要素を支持している、２枚の可撓性の支持シートを備えている。

制御装置１は、さらに、変位センサ５から発せられた信号に基づいて、ユーザの指の要素変位ｄＵの方向をリアルタイムで特定するために、変位センサ５に接続されている処理ユニット９を備えている。要素変位ｄＵの方向は、例えば変位センサ５から発せられた、連続した２つの位置情報から導出される。

第１のアクチュエータ７ａは、支持板３を、第１の駆動方向Ｄ１に沿って駆動することができ、第２のアクチュエータ７ｂは、支持板３を、第２の駆動方向Ｄ２に沿って駆動することができる。処理ユニット９は、第１の駆動方向Ｄ１および第２の駆動方向Ｄ２に沿う、要素変位ｄＵの成分ｄＸおよびｄＹに応じて、第１のアクチュエータ７ａおよび第２のアクチュエータ７ｂを、互いに独立に制御するように構成されている。

一実施形態によれば、処理ユニット９は、アクチュエータ７ａ、７ｂに対する少なくとも１つの制御パラメータを調整するように構成されている。

成分ｄＸ、ｄＹに応じて、アクチュエータ７ａ、７ｂに対する制御パラメータを調整することによる、アクチュエータ７ａ、７ｂの制御によって、コマンドの変更または選択のために、指によって辿られる軌跡ｔに依存する伝播方向ｄＲに沿って知覚される触覚効果を発生させることができる。

制御パラメータは、アクチュエータ７ａ、７ｂに対する制御信号、例えばアクチュエータ７ａ、７ｂの端子に印加される供給電流の振幅である。

したがって、アクチュエータ７ａおよび７ｂは、それぞれ駆動方向Ｄ１およびＤ２に沿って可動である。しかしながら、支持板３の移動を可能にするために、支持板３と、アクチュエータ７ａおよび７ｂとの間の連結手段１１は、支持板３が、アクチュエータ７ａ、７ｂの各々に相対的に、そのアクチュエータ７ａ、７ｂの非移動方向に沿って移動することができるように、変形可能に作られている。連結手段１１は、例えば可塑性材料で作られている。

したがって、第１のアクチュエータ７ａは、駆動方向Ｄ１に移動可能であり、支持板３と、第１のアクチュエータ７ａの可動部分との間の連結手段１１は、駆動方向Ｄ２に十分に変形可能である。同様に、第２のアクチュエータ７ｂは、駆動方向Ｄ２に移動可能であり、支持板３と、第２のアクチュエータ７ｂの可動部分との間の連結手段１１は、駆動方向Ｄ１に十分に変形可能である。

処理ユニット９は、アクチュエータ７ａ、７ｂによって発生させられる振動効果の和が、要素変位ｄＵの方向に対して実質的に直角であり、かつ同一平面内にある伝播方向ｄＲに沿って、ユーザの指によって知覚されるように、アクチュエータ７ａ、７ｂに対する少なくとも１つの制御パラメータを調整するように構成されている。

したがって、支持板３は、ユーザの指の変位の方向に対して直角であり、かつ同一平面内のある方向に並進駆動される。その結果、ユーザによって知覚される触感は改善され、かついかなる指の軌跡であっても、ユーザは振動効果を知覚する。さらに、指の変位速度は、触感に何らの影響も及ぼさなくなる。特に、発生する触覚効果は、発生する振動の周波数に依存しなくなるだけではなく、支持板３の移動方向や、特定の一方向に沿う移動速度などの他のパラメータにも依存しなくなる。したがって、触覚効果は、発生する振動の周波数に依存しなくなるから、その周波数が、ユーザの指の軌跡の周波数に近接しているときに知覚されにくいということはなくなる。

第１のアクチュエータ７ａは、支持板３を、第１の駆動方向Ｄ１に沿って並進駆動するように構成されており、第２のアクチュエータ７ｂは、支持板３を、第１の駆動方向Ｄ１に対して直角であり、かつ同一平面内にある第２の駆動方向Ｄ２に沿って並進駆動するように構成されている。このために、可動部分は、支持板３の駆動方向Ｄ１、Ｄ２に沿って、変位センサ５に対して実質的に直角に、かつ同一平面上に固定されている。

したがって、アクチュエータ７ａおよび７ｂは、それぞれ直交し合う駆動方向Ｄ１およびＤ２に沿って移動可能であり、支持板３と、アクチュエータ７ａおよび７ｂとの間の連結手段１１は、他の方向に沿う移動を可能にする。

図１は、制御装置１の変位ゾーンにおけるユーザの指の軌跡ｔの一例を示している。

ユーザの指の軌跡ｔ上の点ＡとＢとの間の、ユーザの指の要素変位ｄＵの方向が、変位センサ５から発せられる信号に基づいて特定される。

ユーザの指の要素変位ｄＵは、アクチュエータ７ａおよび７ｂの駆動方向Ｄ１およびＤ２によって形成される直交座標系のＸ軸およびＹ軸上の成分ｄＸおよび成分ｄＹに分解される。

処理ユニット９は、例えばアクチュエータ７ａおよび７ｂに対する制御信号ＳａおよびＳｂの振幅強度を、それぞれ要素変位ｄＵの成分ｄＸおよびｄＹに比例するように調整する（図２）。

この例においては、単発的な触覚効果を発生させるために、２つのアクチュエータ７ａ、７ｂに、同位相であり、初期時刻ｔ０後に減衰する周期的な制御信号が印加される。例えばユーザの指が、ドロップダウンコマンドメニュー中の選択を変更したときに、この単発的な触覚効果を発生させてもよい。

さらに、アクチュエータ７ａの駆動方向Ｄ１に沿う成分ｄＹが、アクチュエータ７ｂの駆動方向Ｄ２に沿う成分ｄＸよりも大きいため、あらかじめ定められた印加期間Ｄｔ内の全ての時刻において、アクチュエータ７ａに対する制御信号Ｓａは、アクチュエータ７ｂに対する制御信号Ｓｂの振幅強度より大きい振幅強度を有する。

要素変位がＸ軸またはＹ軸に実質的に平行である、図示していない別の状態においては、支持板３を、要素変位に対して直角であり、かつ同一平面内にある方向に並進駆動することができるアクチュエータが、実質的に最大振幅強度を有するように、処理ユニット９によって、制御信号が調整される。

同時に、支持板３を、要素変位に平行な方向に駆動することができる方のアクチュエータの振幅強度は、実質的に０にされる。

したがって、アクチュエータ７ａ、７ｂによって発生する振動効果の和は、伝播方向ｄＲ（図１に、両端矢印で示されている）、すなわち要素変位ｄＵの方向と直角な方向に、ユーザの指によって感知されることが好ましい。

これをより明確にするために、軌跡ｔに直角な伝播方向ｄＲに沿って並進移動する支持板３の、数百マイクロメートルだけずれた２つの位置３’および３’’が、点線で、かつそれらの間の間隔を誇張して示されている。

図３ａおよび図３ｂに示す別の実施形態によれば、変位ゾーンは、中心Ｉを有する環状の形状を呈している。

上述の実施形態と同様に、ユーザの指の要素変位ｄＵは、アクチュエータ７ａおよび７ｂの駆動方向Ｄ１およびＤ２によって形成される直交座標系のＸ軸およびＹ軸上の成分ｄＸおよびｄＹに分解される。

この例においては、２つのアクチュエータ７ａ、７ｂに、同位相であって、初期時刻ｔ０後減衰する、周期的な制御信号Ｓａ、Ｓｂが印加される（図４ａ、４ｂ、４ｃ)。

ユーザの指が、変位ゾーン内の点Ａにあるとき（図３ａ）には、要素変位ｄＵは、第１のアクチュエータ７ａの駆動方向Ｄ１と実質的に平行である。

したがって、第２のアクチュエータ７ｂに対する制御信号Ｓａは、実質的に最大振幅である振幅Ａ２を有し、一方、第１のアクチュエータ７ａに対する制御信号は、実質的に０である振幅Ａ１を有する（図４ａ）。

次に、ユーザの指が、変位ゾーン内の点Ｂにあるとき（図３ａ）には、要素変位ｄＵは、実質的に互いに等しい成分ｄＸとｄＹとを有する。したがって、アクチュエータ７ａおよび７ｂに対する制御信号ＳａおよびＳｂは、実質的に互いに等しい振幅Ａ１およびＡ２を有する（図４ｂ）。

図３ｂは、ユーザの指によって辿られた軌跡ｔに対応する触覚効果の、点Ｂにおける伝播方向ｄＲ（半径方向の）に沿って移動する支持板３の２つの位置３’および３’’を点線で、かつそれらの間の間隔を誇張して示している。移動した支持板３の位置３’、３’’は、静止位置にある支持板３の中心Ｉに対してずれていることに注意されたい。

最後に、ユーザの指が、変位ゾーン内の点Ｃにあるとき（図３ａ）には、要素変位ｄＵは、第２のアクチュエータ７ｂの駆動方向Ｄ２と概ね平行である。

したがって、第２のアクチュエータ７ｂに対する制御信号Ｓａは、実質的に０である振幅Ａ２を有し、一方、第１のアクチュエータ７ａに対する制御信号は、実質的に最大振幅である振幅Ａ１を有する（図４ｃ）。

したがって、アクチュエータ７ａ、７ｂによって発生する振動効果の和は、要素変位ｄＵの方向に実質的に直角な伝播方向ｄＲ（半径方向の）に沿って、ユーザの指によって感知される。

このように、タッチセンサ式の触覚フィードバックによって、例えばドロップダウンメニュー内のコマンドの変更または選択をユーザに通知するために、または例えば温度変化をユーザに通知するために、触覚フィードバックを発生させる平坦な表面を用いて、機械式のサムホイールを模することができる。

図５は、上述の制御装置１を用いて、第１のステップ１０１および第２のステップ１０２を連続的に適用する、触覚フィードバックの制御方法のフローチャート１００を示している。

第１のステップ１０１において、ユーザの指の要素変位ｄＵの方向が特定され、この要素変位ｄＵが、第１および第２の駆動方向Ｄ１およびＤ２に沿う成分ｄＸおよびｄＹに分解される。

次に、第２のステップ１０２において、第１のアクチュエータ７ａおよび第２のアクチュエータ７ｂが、要素変位ｄＵの成分ｄＸおよびｄＹに応じて、互いに独立に制御される。

アクチュエータ７ａ、７ｂに対する制御信号のパラメータは、ユーザの指の要素変位ｄＵの成分ｄＸ、ｄＹに比例するように調整される。

例えばアクチュエータ７ａ、７ｂに対する制御信号のパラメータは、アクチュエータ７ａ、７ｂによって発生する振動効果の和が、要素変位ｄＵの方向に実質的に直角な伝播方向ｄＲに沿って、ユーザの指によって感知されるように、要素変位ｄＵの成分ｄＸ、ｄＹに応じて調整される。

制御信号Ｓ１およびＳ２の印加期間Ｄｔを利用して、第１のステップ１０１を繰り返すことにより、次の要素変位ｄＵを特定することができる。

したがって、変位センサ５がもはやユーザの指のいかなる変位も検知しなくなるまで、連続的に、次の要素変位に対して、第１のステップ１０１、第２のステップ１０２を繰り返す。

触覚フィードバックを、ユーザの指の変位に対して実質的に直角に発生させることによって、ユーザは、動作周波数に関わりなく、触覚フィードバックを知覚することができる。

１ 制御装置
３ 支持板
３’、３’’ 位置
５ 変位センサ
７ａ、７ｂ アクチュエータ
９ 処理ユニット
１１ 連結手段
１００ フローチャート
１０１ 第１のステップ
１０２ 第２のステップ
Ａ、Ｂ、Ｃ 点
Ａ１、Ａ２ 振幅
ｄＲ 伝播方向
ｄＵ 要素変位
ｄＸ、ｄＹ 成分
Ｄ１、Ｄ２ 駆動方向
Ｄｔ 印加期間
Ｉ 中心
Ｓａ、Ｓｂ 制御信号
ｔ 軌跡
ｔ０ 初期時刻

Claims (2)

1. ユーザの指の変位ゾーンにおいて、ユーザの指に触覚フィードバックを伝達するための制御装置による、触覚フィードバックの制御方法であって、前記制御装置は、
   − ユーザの指の変位ゾーンにおいて、ユーザの指に触覚フィードバックを伝達するための支持板（３）と、
   − 前記変位ゾーンにおいて、前記指の変位を検知するためのセンサ（５）と、
   − 前記センサ（５）から発せられた信号に応じて、前記変位ゾーンに触覚フィードバックを発生させるために、前記支持板（３）に連結されている第１および第２のアクチュエータ（７ａ、７ｂ）であって、第１のアクチュエータ（７ａ）は、前記支持板（３）を、第１の駆動方向（Ｄ１）に沿って駆動することができ、第２のアクチュエータ（７ｂ）は、前記支持板（３）を、該第１の駆動方向（Ｄ１）に対して実質的に直角であり、かつ同一平面内にある第２の駆動方向（Ｄ２）に沿って駆動することができる第１および第２のアクチュエータ（７ａ、７ｂ）と、
   − 前記センサ（５）から発せられた信号に基づいて、前記指の要素変位（ｄＵ）の方向を特定するために、前記センサ（５）に接続されている処理ユニット（９）であって、前記第１の駆動方向（Ｄ１）および第２の駆動方向（Ｄ２）における、前記要素変位（ｄＵ）の成分（ｄＸ、ｄＹ）に応じて、前記第１のアクチュエータ（７ａ）および第２のアクチュエータ（７ｂ）を、互いに独立して制御しうるように構成されている処理ユニット（９）とを備えている制御方法において、
   前記指の要素変位の方向が特定され、かつこの要素変位が、前記第１および第２の駆動方向(Ｄ１、Ｄ２）に沿った成分に分解される第１のステップ（１０１）と、前記第１および第２のアクチュエータ（７ａ、７ｂ）によって発生する振動効果の和が、前記要素変位（ｄＵ）の方向に対して実質的に直角であり、かつ同一平面内にある方向（ｄＲ）に沿って、前記指によって感知されるように前記支持板（３）を並進駆動するために、前記第１のアクチュエータ（７ａ）と前記第２のアクチュエータ（７ｂ）とが、前記要素変位（ｄＵ）の各成分に応じて、互いに独立に制御される第２のステップ（１０２）とを含むことを特徴とする制御方法。
2. 前記第２のステップ（１０２）中に、前記アクチュエータ（７ａ、７ｂ）の制御パラメータが、前記指の要素変位の成分に比例するように調整されることを特徴とする、請求項１に記載の制御方法。

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