JP2012194635A

JP2012194635A - 触覚呈示装置

Info

Publication number: JP2012194635A
Application number: JP2011056395A
Authority: JP
Inventors: Takao Imai; 貴夫今井
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2012-10-11

Abstract

【課題】表示ピンに対するプッシュ操作において、操作者の指にかかる圧力を抑制することができる触覚呈示装置を提供する。
【解決手段】本実施の形態に係る触覚呈示装置１は、主に、複数の孔１０１が形成された本体１０と、孔１０１に沿って移動する表示ピン１２と、表示ピン１２を孔１０１に沿った方向に駆動する駆動部１４と、隣接する複数の表示ピン１２からなる第１のボタン１ａ、および第１のボタン１ａの接触面の面積よりも小さい接触面の面積を有し、本体１０の表面１０ａから突出する第１の突出量が、第１のボタン１ａが表面１０ａから突出する第２の突出量よりも少ない第２のボタン１ｂ、を形成するように駆動部１４を制御する制御部１７と、を備えて概略構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施の形態は、触覚呈示装置に関する。

従来の技術として、操作メニューを表示する表示手段と、操作メニューに対応する凹凸面を、ピンにより形成する触覚ディスプレイと、触覚ディスプレイ上の操作者の手を撮像する撮像手段と、触覚ディスプレイの凹凸面が押し下げられた後、押し下げられたピンの位置を検出する入力位置検出手段と、を備えた入力装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この入力装置は、凹凸面に入力する操作者の手を撮像手段により撮像し、撮像された画像に基づいて手が指示している位置を表示手段に表示するので、操作者は、表示手段を見ることにより、入力や選択を容易に行うことができる。

特開２０１０−１０２５０８号公報

しかし、従来の入力装置は、１つのピンのみが周囲のピンより突出している状態で当該１つのピンを指で押し下げる操作（プッシュ操作）を行うと、指と接触するピンの表面の面積が、ピンと接する側の指の腹の面積よりも小さいため、指に大きな圧力がかかるという問題があった。

従って、本発明の目的は、表示ピンに対するプッシュ操作において、操作者の指にかかる圧力を抑制することができる触覚呈示装置を提供することにある。

本発明の一態様は、複数の孔が形成された本体と、孔に沿って移動する移動部材と、移動部材を孔に沿った方向に駆動する駆動部と、隣接する複数の移動部材からなる第１の呈示、および第１の呈示の接触面の面積よりも小さい接触面の面積を有し、本体の表面から突出する第１の突出量が、第１の呈示が表面から突出する第２の突出量よりも少ない第２の呈示、を形成するように駆動部を制御する制御部と、を備えた触覚呈示装置を提供する。

本発明によれば、表示ピンに対するプッシュ操作において、操作者の指にかかる圧力を抑制することができる。

図１（ａ）は、実施の形態に係る触覚呈示装置の全体を示す斜視図であり、（ｂ）は、タッチセンサの一部を示す斜視図であり、（ｃ）は、本体の一部を示す斜視図である。図２（ａ）は、実施の形態に係る表示ピンの斜視図であり、（ｂ）は、表示ピンに設けられた第１の磁石と第１の電磁石および第２の電磁石との位置の関係を示す概略図であり、（ｃ）は、触覚呈示装置の要部断面図である。図３（ａ）は、実施の形態に係る第１のボタンに対するプッシュ操作を示す模式図であり、（ｂ）は、比較例に係る第３のボタンに対するプッシュ操作を示す模式図であり、（ｃ）は、実施の形態に係る第２のボタンに対するプッシュ操作を示す模式図である。図４（ａ）は、実施の形態に係る触覚呈示装置のブロック図であり、（ｂ）は、距離と静電容量との関係を示すグラフである。図５（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態に係る触覚呈示装置の表示ピンが初期位置から標準駆動位置まで駆動される動作を示す模式図である。図６は、実施の形態に係る触覚呈示装置の動作に関するフローチャートである。図７（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態に係る触覚呈示装置の表示ピンが標準駆動位置から初期位置まで駆動される動作を示す模式図である。図８は、実施の形態に係る触覚呈示装置のタッチ操作とプッシュ操作の検出動作に関するフローチャートである。

[実施の形態]
（実施の形態の要約）
実施の形態に係る触覚呈示装置は、複数の孔が形成された本体と、孔に沿って移動する移動部材と、移動部材を孔に沿った方向に駆動する駆動部と、隣接する複数の移動部材からなる第１の呈示、および第１の呈示の接触面の面積よりも小さい接触面の面積を有し、本体の表面から突出する第１の突出量が、第１の呈示が表面から突出する第２の突出量よりも少ない第２の呈示、を形成するように駆動部を制御する制御部と、を備える。

（触覚呈示装置の構成）
図１（ａ）は、実施の形態に係る触覚呈示装置の全体を示す斜視図であり、（ｂ）は、タッチセンサの一部を示す斜視図であり、（ｃ）は、本体の一部を示す斜視図である。図２（ａ）は、実施の形態に係る表示ピンの斜視図であり、（ｂ）は、表示ピンに設けられた第１の磁石と第１の電磁石および第２の電磁石との位置の関係を示す概略図であり、（ｃ）は、触覚呈示装置の要部断面図である。なお、実施の形態に係る各図において、部品と部品との比率は、実際の比率とは異なる場合がある。また、図２（ｂ）および（ｃ）では、符号の図示を容易にするため、断面を示す斜線を省略している。

本実施の形態に係る触覚呈示装置１は、主に、複数の孔１０１が形成された本体１０と、孔１０１に沿って移動する移動部材としての表示ピン１２と、表示ピン１２を孔１０１に沿った方向に駆動する駆動部１４と、隣接する複数の表示ピン１２からなる第１の呈示としての第１のボタン１ａ、および第１のボタン１ａの接触面の面積よりも小さい接触面の面積を有し、本体１０の表面１０ａから突出する第１の突出量が、第１のボタン１ａが表面１０ａから突出する第２の突出量よりも少ない第２の呈示としての第２のボタン１ｂ、を形成するように駆動部１４を制御する制御部１７と、を備えて概略構成されている。なお、第１の呈示（本実施の形態では、第１のボタン１ａ）の接触面の面積とは、第１の呈示を構成する表示ピン１２の接触面１２１ａの面積の総和である。よって、第１の呈示の接触面の面積よりも小さい接触面の面積とは、第２の呈示（本実施の形態では、第２のボタン１ｂ）を構成する表示ピン１２の接触面１２１ａの面積の総和が、第１の呈示を構成する表示ピン１２の接触面１２１ａの面積の総和よりも小さいことを示している。

また、この触覚呈示装置１は、例えば、本体１０の表面１０ａ上に検出部としてのタッチセンサ１６が設けられている。このタッチセンサ１６は、例えば、表示ピン１２へのタッチ操作、および押し下げ操作（以下プッシュ操作と記載する）を検出するように構成されている。

・第１のボタン１ａおよび第２のボタン１ｂについて
この触覚呈示装置１は、例えば、液晶ディスプレイ等に表示された表示画像に含まれるアイコンに基づいて表示ピン１２を駆動し、駆動された表示ピン１２と駆動されない表示ピン１２とにより形成される凹凸により、当該アイコンを表現するものである。操作者は、触覚呈示装置１に視線移動することなく、触覚呈示装置１に触れることで、当該アイコンに対応する凹凸（例えば、図１（ａ）の第１のボタン１ａおよび第２のボタン１ｂ）を認識することができる。本実施の形態においては、第１のボタン１ａを標準ボタンとし、この標準ボタンよりも構成される表示ピン１２が少ないボタンの突出量を、標準ボタンの突出量よりも小さくする。

本実施の形態では、駆動されない場合の本体１０に対する表示ピン１２の位置を初期位置とする。この初期位置では、例えば、本体１０の表面１０ａから表示ピン１２の接触面１２１ａまでの距離（突出量）は、最小となる。また、本実施の形態では、第１のボタン１ａを形成するために駆動された場合の本体１０に対する表示ピン１２の位置を標準駆動位置とする。この標準駆動位置では、例えば、本体１０の表面１０ａから表示ピン１２の接触面１２１ａまでの距離（第２の突出量）は、最大となる。さらに、本実施の形態では、第１のボタン１ａよりも少ない数の表示ピン１２により形成される第２のボタン１ｂを形成するために駆動された場合の本体１０に対する表示ピン１２の位置を中間駆動位置とする。この中間駆動位置では、例えば、本体１０の表面１０ａから表示ピン１２の接触面１２１ａまでの距離（第１の突出量）は、初期位置と標準駆動位置との間（例えば、第２の突出量の１／２）の距離となる。

図３（ａ）は、実施の形態に係る第１のボタンに対するプッシュ操作を示す模式図であり、（ｂ）は、比較例に係る第３のボタンに対するプッシュ操作を示す模式図であり、（ｃ）は、実施の形態に係る第２のボタンに対するプッシュ操作を示す模式図である。

本実施の形態に係る第１のボタン１ａは、図１（ａ）および図３（ａ）に示すように、触覚呈示装置１の上面視にて、９つの表示ピン１２によって、上面視にて一辺が６ｍｍの正方形が形成されている。この第１のボタン１ａに対してプッシュ操作が行われた場合、操作者の指は、９つの表示ピン１２の頭部１２１に接触することとなる。

一方、比較例に係る第３のボタン１ｃは、図３（ｂ）に示すように、第２のボタン１ｂと同様に、１つの表示ピン１２によって、一辺が２ｍｍの正方形が形成されている。ただし、第３のボタン１ｃの突出量は、第１のボタン１ａと同じである。この第３のボタン１ｃに対してプッシュ操作が行われた場合、操作者の指は、１つの表示ピン１２の頭部１２１に接触することとなる。つまり、比較例の第３のボタン１ｃに対してプッシュ操作を行う場合、操作者の指には、第１のボタン１ａと比べて、およそ９倍の圧力がかかることとなる。

本実施の形態に係る第２のボタン１ｂは、図１（ａ）および図３（ｂ）に示すように、触覚呈示装置１の上面視にて、１つの表示ピン１２によって、一辺が２ｍｍの正方形が形成され、さらに突出量が標準駆動位置の突出量の半分となっている。

この第２のボタン１ｂに対してプッシュ操作が行われた場合、操作者の指は、１つの表示ピン１２の頭部１２１に接触することとなるが、図３（ｃ）に示すように、指の一部が第２のボタン１ｂの周囲の表示ピン１２に接触するので、本実施の形態は、比較例の場合と比べて指にかかる圧力を低減することができる。

なお、本実施の形態では、第２のボタン１ｂは、１つの表示ピン１２により形成されたが、表示ピン１２の大きさによっては、同じ大きさの第２のボタン１ｂを形成するために複数の表示ピン１２が必要となる。この場合には、第２のボタン１ｂを形成する複数の表示ピン１２が、中間駆動位置となる。

・本体１０の構成
本体１０は、例えば、孔１０１により表示ピン１２の移動を案内し、所定の厚みを有する直方体形状の部材である。また、本体１０は、例えば、図１（ａ）に示すようにｘ方向、およびこのｘ方向に直交するｙ方向、に沿って複数の孔１０１が形成されている。なお、表示ピン１２の軸部１２０と孔１０１との間には、摩擦を軽減するグリス等が介在しても良く、また、軸部１２０を支持する軸受けが本体１０に形成されていても良い。

本実施の形態では、ｘ方向に２７個、ｙ方向に２０個（合計５４０個）の孔１０１が本体１０に形成されている。また、本体１０の表面１０ａおよび裏面１０ｂは、例えば、平坦である。孔１０１は、その中心軸が表面１０ａに対して直交するように形成されている。また、本実施の形態に係る孔１０１は、例えば、底部１０２を有する孔であるが、これに限定されず、貫通する孔であっても良い。本実施の形態の表示ピン１２は、例えば、初期位置にあるとき、孔１０１の底部１０２に軸部１２０の端部１２２が接触するものとする。

なお、ｘ方向またはｙ方向に隣り合う孔１０１の中心間距離は、例えば、ｘ方向およびｙ方向とも２．０〜３．０ｍｍであることが好ましい。

・表示ピンの構成
表示ピン１２は、例えば、図２（ａ）に示すように、円柱形状を有する軸部１２０と、軸部１２０の一方端部に形成された頭部１２１と、を備えて概略構成されている。この表示ピン１２の数は、孔１０１の数と同数（合計５４０個）である。

表示ピン１２は、例えば、図２（ｃ）に示すように、初期位置にあるとき、本体１０の表面１０ａから表示ピン１２の接触面１２１ａまでの距離（突出量）は、一例として３ｍｍである。表示ピン１２は、例えば、標準駆動位置にあるとき、突出量は、一例として５ｍｍである。表示ピン１２は、例えば、中間位置にあるとき、突出量は、一例として４ｍｍである。

軸部１２０は、例えば、樹脂材料を用いて形成される。また、軸部１２０は、例えば、他方端部側である端部１２２から頭部１２１に向って、軸部１２０の短手方向に貫通する貫通孔１２３〜貫通孔１２５を有する。

軸部１２０における貫通孔１２３の形成される位置は、例えば、表示ピン１２の最小の突出量に応じて定められている。

貫通孔１２３の中心と貫通孔１２５の中心との間隔は、例えば、表示ピン１２の最大の突出量に応じて定められている。駆動部１４は、例えば、図１（ａ）に示す第１のボタン１ａを形成する場合、隣接する表示ピン１２（合計９個）を最大の突出量で駆動する。

また、本実施の形態における、貫通孔１２３の中心と貫通孔１２４の中心との間隔は、例えば、表示ピン１２の最小の突出量と最大の突出量との中間の突出量に応じて定められている。触覚呈示装置１は、例えば、図１（ａ）に示す第２のボタン１ｂを形成する場合、第２のボタン１ｂに対応する位置に有る表示ピン１２を中間の突出量で駆動する。

貫通孔１２３には、例えば、第１の磁石１３０が挿入されている。貫通孔１２４には、例えば、第２の磁石１３１が挿入されている。貫通孔１２５には、例えば、第３の磁石１３２が挿入されている。この第１の磁石１３０〜第３の磁石１３２は、例えば、ネオジム磁石を用いて形成される。

頭部１２１は、例えば、正六面体（立方体）である。本実施の形態における頭部１２１は、例えば、導電性を有する導電材料を用いて形成される。頭部１２１は、導電材料を用いて形成されることで、操作者とタッチセンサ１６の電極１６２の間に介在することとなり、タッチセンサ１６の感度が向上する。頭部１２１の辺の長さは、一例として、２ｍｍである。なお、頭部１２１は、例えば、軸部１２０と同じ材料から形成されても良い。

なお、本実施の形態に係る変形例として、表示ピン１２は、頭部１２１を持たない形状であっても良い。また、表示ピン１２は、軸部１２０が円柱形状であったが、他の柱体形状であっても良い。さらに、表示ピン１２は、１つの磁石を備え、この磁石に対する反発力と吸引力により駆動されても良い。

・駆動部１４の構成
駆動部１４は、例えば、図２（ｃ）に示すように、それぞれの孔１０１の長手方向の側面に沿って、第１の電磁石１４１〜第６の電磁石１４６を有して概略構成されている。つまり、駆動部１４は、表示ピン１２の数と同じ数の第１の電磁石１４１〜第６の電磁石１４６を備えている。

第１の電磁石１４１は、図２（ｂ）および（ｃ）に示すように、第２の電磁石１４２と孔１０１を介して対向している。第３の電磁石１４３は、図２（ｃ）に示すように、第４の電磁石１４４と孔１０１を介して対向している。第５の電磁石１４５は、図２（ｃ）に示すように、第６の電磁石１４６と孔１０１を介して対向している。続いて、以下では、第１の電磁石１４１〜第６の電磁石１４６の構成を、第１の電磁石１４１を例として説明する。第２の電磁石１４２〜第６の電磁石１４６は、例えば、この第１の電磁石１４１と同じ構成を有する。

第１の電磁石１４１は、例えば、図２（ｂ）に示すように、コイル１４１ａと、ヨーク１４１ｂと、を備えて概略構成されている。

コイル１４１ａは、例えば、導電性を有する線材（例えば、銅線）が芯１４１ｃの周囲に巻き回されることにより形成されるものである。

ヨーク１４１ｂは、例えば、一方端部に開口が設けられた円柱形状を有し、その開口内に、円柱形状を有する芯１４１ｃが設けられている。また、ヨーク１４１ｂおよび芯１４１ｃは、例えば、軟鉄等の軟磁性体材料を用いて形成される。

芯１４１ｃは、図２（ｂ）に示すように、表示ピン１２の軸部１２０側のヨーク１４１ｂの端部よりも軸部１２０方向に突出しているので、発生する磁場が軸部１２０方向に集中することとなる。

これらの電磁石（第１の電磁石１４１〜第６の電磁石１４６）の芯１４１ｃは、コイル１４１ａに電流が流れていないとき、近傍に位置する軸部１２０の磁石（第１の磁石１３０〜第３の磁石１３２）との間に吸引力が発生する。つまり、表示ピン１２は、芯１４１ｃと対向する磁石とによる静止トルクにより、本体１０に対する表示ピン１２の位置が保持される。

なお、本実施の形態に係る変形例として、駆動部１４は、１つの駆動位置に対して１つの電磁石が配置されたり、孔１０１の周囲に３つ以上配置されたりしても良い。また、電磁石は、軸部１２０側と軸部１２０の反対側が同じ構成、つまり、軸部１２０の反対側にも軸部１２０側のように、磁場が集中する構成とし、１つの電磁石で、隣接する２つの表示ピン１２を駆動または保持する構成としても良い。

・タッチセンサ１６の構成
タッチセンサ１６は、例えば、操作者の指が表示ピン１２の接触面１２１ａに接近、または接触することによる、操作者と当該表示ピン１２の頭部１２１直下の電極１６２との間の静電容量の変化に基づいてタッチ操作およびプッシュ操作を検出する静電容量方式のセンサである。また、タッチセンサ１６は、静電容量の変化に基づいたタッチ信号を制御部１７に出力するように構成されている。ここで、タッチ操作とは、表示ピン１２の頭部１２１の接触面１２１ａに、操作者が接触する、または変化が検出できるほど指等を接近させる操作を示す。また、プッシュ操作とは、表示ピン１２を本体１０の表面１０ａから裏面１０ｂ方向に移動させる操作である。

タッチセンサ１６は、例えば、図１（ｂ）に示すように、ＦＰＣ（フレキシブル基板：Flexible printed circuits）１６０と、複数の電極１６２と、複数の電極１６２のそれぞれと電気的に接続する複数の配線１６３と、を備えて概略構成されている。ＦＰＣ１６０は、例えば、ポリイミド等を用いてフィルム形状に形成される。また、電極１６２および配線１６３は、例えば、銅等の導電性を有する導電材料を用いて形成される。ＦＰＣ１６０は、本体１０に形成された孔１０１に対応して複数の貫通孔１６１が形成されている。電極１６２は、この貫通孔１６１の周囲に形成されている。

・制御部１７の構成
図４（ａ）は、実施の形態に係る触覚呈示装置のブロック図であり、（ｂ）は、距離と静電容量との関係を示すグラフである。図４（ｂ）は、横軸が電極１６２と表示ピン１２の接触面１２１ａまでの距離であり、縦軸が操作者とタッチセンサ１６の電極１６２とにより形成されるコンデンサの静電容量である。なお、図４（ｂ）では、操作者の指と電極１６２との距離がｄ_３以上となる場合は、静電容量がゼロとなるように構成されている。また図４（ｂ）では、初期位置にある表示ピン１２と電極１６２との距離ｄ_１以下にすることができないため、距離ｄ_１〜距離ｄ_３までの静電容量を図示している。

触覚呈示装置１は、例えば、図４（ａ）に示すように、制御部１７と、メモリ１８と、通信部１９と、切替部２０と、を備えて概略構成されている。また、触覚呈示装置１は、例えば、図４（ａ）に示すように、動作に必要な電流が電源２１から供給されている。

制御部１７は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）を備えたマイクロコンピュータである。制御部１７は、例えば、メモリ１８に格納された設定情報１８０および呈示情報１８２に基づいて、各表示ピン１２に対応する第１の電磁石１４１〜第６の電磁石１４６を制御する駆動信号を生成して、切替部２０に出力するように構成されている。この設定情報１８０とは、例えば、表示ピン１２の駆動に必要な情報を含む。また、呈示情報１８２とは、例えば、通信部１９を介して取得されてメモリ１８に格納された情報であり、表示ピン１２の駆動により呈示されるボタンの大きさ、数、および形成する位置等の情報を含む。

なお、触覚呈示装置１は、通信部１９を介して呈示情報１８２を取得する構成に限定されず、呈示情報１８２は、予めメモリ１８に格納されていても良い。なお、メモリ１８は、例えば、制御部１７内（例えば、ＲＡＭ）に備えられていても良い。

また、制御部１７は、例えば、タッチセンサ１６が出力するタッチ信号、およびメモリ１８に格納されたしきい値情報１８１に基づいてどの表示ピン１２に対してタッチ操作およびプッシュ操作が行われたかを判定するように構成されている。また、制御部１７は、例えば、ある表示ピン１２に対してプッシュ操作が行われた場合、プッシュ操作がなされた表示ピン１２の情報等を入力情報として通信部１９を介して出力するように構成されている。

切替部２０は、例えば、制御部１７から出力される駆動信号に基づいて電流を供給する電磁石を切り替えるように構成されている。また、切替部２０は、例えば、駆動信号に基づいて電磁石に供給する電流の方向を変えることにより、電磁石の磁極を変えることができるように構成されている。

なお、本実施の形態に係る変形例として、電磁石のコイルが、巻き方向が異なる２つのコイルから構成され、切替部２０は、駆動信号に基づいてこのコイルを切り替えることにより、磁極を変化させる構成としても良い。

以下では、本実施の形態に係る触覚呈示装置の動作である、「表示ピンが初期位置から標準駆動位置まで駆動される動作」、「表示ピンが標準駆動位置から初期位置まで駆動される動作」および「タッチ操作とプッシュ操作の検出動作」について、各図を参照しながら説明する。

（表示ピンが初期位置から標準駆動位置まで駆動される動作について）
図５（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態に係る触覚呈示装置の表示ピンが初期位置から標準駆動位置まで駆動される動作を示す模式図である。図６は、実施の形態に係る触覚呈示装置の動作に関するフローチャートである。まず、触覚呈示装置１の表示ピン１２が、全て初期位置にある状態から、図１（ａ）に示す第１のボタン１ａおよび第２のボタン１ｂを形成する動作を、図６のフローチャートに従って説明する。

触覚呈示装置１の制御部１７は、呈示情報１８２を取得する（Ｓ１）。具体的には、制御部１７は、通信部１９を介して呈示情報１８２を取得、またはメモリ１８に格納された呈示情報１８２を取得する。

次に、制御部１７は、取得した呈示情報１８２に基づいて、標準ボタン（第１のボタン１ａ）より小さいボタン（第２のボタン１ｂ）があるか否かを判定する（Ｓ２）。

次に、制御部１７は、標準ボタンより小さいボタンがあるとき（Ｓ２：Ｙｅｓ）、標準ボタン（第１のボタン１ａ）および標準ボタンより小さいボタン（第２のボタン１ｂ）を形成するように駆動部１４を制御する（Ｓ３）。以下に、第１のボタン１ａの形成について、第１のボタン１ａを構成する表示ピン１２ａを例として説明する。

・第１の動作
まず、制御部１７は、第１の電磁石１４１〜第４の電磁石１４４を駆動するための駆動信号を切替部２０に出力する。切替部２０は、図５（ａ）に示すように、当該駆動信号に基づいて第１の磁石１３０のＮ極に対向する側の第１の電磁石１４１の磁極がＮ極となるように、電源２１から出力された電流を供給する。また、切替部２０は、図５（ａ）に示すように、当該駆動信号に基づいて第１の磁石１３０のＳ極に対向する側の第２の電磁石１４２の磁極がＳ極となるように、電源２１から出力された電流を供給する。また、切替部２０は、図５（ａ）に示すように、当該駆動信号に基づいて第２の磁石１３１のＮ極側の第３の電磁石１４３の磁極がＳ極となるように、電源２１から出力された電流を供給する。さらに、切替部２０は、図５（ａ）に示すように、当該駆動信号に基づいて第２の磁石１３１のＳ極側の第４の電磁石１４４の磁極がＮ極となるように、電源２１から出力された電流を供給する。

この第１の動作では、表示ピン１２の第１の磁石１３０と、第１の電磁石１４１および第２の電磁石１４２とには、同じ磁極が対向することにより、互いに反発する力（以下反発力と記載）が発生するとともに、第２の磁石１３１と、第３の電磁石および第４の電磁石１４４とには、異なる磁極が接近していることにより、互いに引き合う力（以下吸引力と記載）が発生する。従って、表示ピン１２ａは、図５（ａ）の上方向に駆動される。

・第２の動作
次に、制御部１７は、図５（ｂ）に示すように、新たに駆動信号を出力して切替部２０を制御し、第１の電磁石１４１〜第４の電磁石１４４に対する電流の供給を停止する。

この第２の動作では、表示ピン１２ａの第２の磁石１３１が第３の電磁石１４３および第４の電磁石１４４と対向する位置にあり、第２の磁石１３１と、第３の電磁石１４３および第４の電磁石１４４のヨーク１４１ｂおよび芯１４１ｃとに吸引力が発生する。従って、表示ピン１２ａは、図５（ｂ）に示す中間駆動位置に保持される。つまり、第２のボタン１ｂは、上記の第１の動作および第２の動作を経て形成される。

・第３の動作
次に、制御部１７は、第３の電磁石１４３〜第６の電磁石１４６を駆動するための駆動信号を切替部２０に出力する。切替部２０は、図５（ｃ）に示すように、当該駆動信号に基づいて第２の磁石１３１のＮ極に対向する側の第３の電磁石１４３の磁極がＮ極となるように、電源２１から出力された電流を供給する。また、切替部２０は、図５（ｃ）に示すように、当該駆動信号に基づいて第２の磁石１３１のＳ極に対向する側の第４の電磁石１４４の磁極がＳ極となるように、電源２１から出力された電流を供給する。また、切替部２０は、図５（ｃ）に示すように、当該駆動信号に基づいて第３の磁石１３２のＮ極側の第５の電磁石１４５の磁極がＳ極となるように、電源２１から出力された電流を供給する。さらに、切替部２０は、図５（ｃ）に示すように、当該駆動信号に基づいて第３の磁石１３２のＳ極側の第６の電磁石１４６の磁極がＮ極となるように、電源２１から出力された電流を供給する。

この第３の動作では、表示ピン１２の第２の磁石１３１と、第３の電磁石１４３および第４の電磁石１４４とには、同じ磁極が対向することにより、互いに反発力が発生するとともに、第３の磁石１３２と、第５の電磁石１４５および第６の電磁石１４６とには、異なる磁極が接近していることにより、互いに吸引力が発生する。従って、表示ピン１２ａは、図５（ｃ）の上方向に駆動される。

・第４の動作
次に、制御部１７は、図５（ｄ）に示すように、新たに駆動信号を出力して切替部２０を制御し、第３の電磁石１４３〜第６の電磁石１４６に対する電流の供給を停止する。

この第４の動作では、表示ピン１２ａの第３の磁石１３２が第５の電磁石１４５および第６の電磁石１４６と対向する位置にあり、第３の磁石１３２と、第５の電磁石１４５および第６の電磁石１４６のヨーク１４１ｂおよび芯１４１ｃとに吸引力が発生する。従って、表示ピン１２ａは、図５（ｄ）に示す標準駆動位置に保持される。つまり、第１のボタン１ａは、上記の第１の動作〜第４の動作を経て形成される。

ここで、ステップ２において、第２のボタン１ｂを形成しないとき（Ｓ２：Ｎｏ）、制御部１７は、第１のボタン１ａを形成するように駆動部１４を制御する（Ｓ４）。具体的には、触覚呈示装置１は、上記の第１の動作〜第４の動作を対象となる表示ピン１２に対して行い、少なくとも１つの第１のボタン１ａを形成し動作を終了する。

（表示ピンが標準駆動位置から初期位置まで駆動される動作について）
続いて、駆動された表示ピン１２ａを初期位置に移動させる動作について説明する。

図７（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態に係る触覚呈示装置の表示ピンが標準駆動位置から初期位置まで駆動される動作を示す模式図である。

・第５の動作
まず、制御部１７は、第３の電磁石１４３〜第６の電磁石１４６を駆動するための駆動信号を切替部２０に出力する。切替部２０は、図７（ａ）に示すように、当該駆動信号に基づいて第３の磁石１３２のＮ極に対向する側の第５の電磁石１４５の磁極がＮ極となるように、電源２１から出力された電流を供給する。また、切替部２０は、図７（ａ）に示すように、当該駆動信号に基づいて第３の磁石１３２のＳ極に対向する側の第６の電磁石１４６の磁極がＳ極となるように、電源２１から出力された電流を供給する。また、切替部２０は、図７（ａ）に示すように、当該駆動信号に基づいて第２の磁石１３１のＮ極側の第３の電磁石１４３の磁極がＳ極となるように、電源２１から出力された電流を供給する。さらに、切替部２０は、図７（ａ）に示すように、当該駆動信号に基づいて第２の磁石１３１のＳ極側の第４の電磁石１４４の磁極がＮ極となるように、電源２１から出力された電流を供給する。

この第５の動作では、表示ピン１２の第３の磁石１３２と、第５の電磁石１４５および第６の電磁石１４６とには、同じ磁極が対向することにより、互いに反発力が発生するとともに、第２の磁石１３１と、第３の電磁石１４３および第４の電磁石１４４とには、異なる磁極が接近していることにより、互いに吸引力が発生する。従って、表示ピン１２ａは、図７（ａ）の下方向に駆動される。

・第６の動作
次に、制御部１７は、図７（ｂ）に示すように、新たに駆動信号を出力して切替部２０を制御し、第３の電磁石１４３〜第６の電磁石１４６に対する電流の供給を停止する。

この第６の動作では、表示ピン１２ａの第２の磁石１３１が第３の電磁石１４３および第４の電磁石１４４と対向する位置にあり、第２の磁石１３１と、第３の電磁石１４３および第４の電磁石１４４のヨーク１４１ｂおよび芯１４１ｃとに吸引力が発生する。従って、表示ピン１２ａは、図７（ｂ）に示す中間駆動位置に保持される。

・第７の動作
次に、制御部１７は、第１の電磁石１４１〜第４の電磁石１４４を駆動するための駆動信号を切替部２０に出力する。切替部２０は、図７（ｃ）に示すように、当該駆動信号に基づいて第２の磁石１３１のＮ極に対向する側の第３の電磁石１４３の磁極がＮ極となるように、電源２１から出力された電流を供給する。また、切替部２０は、図７（ｃ）に示すように、当該駆動信号に基づいて第２の磁石１３１のＳ極に対向する側の第４の電磁石１４４の磁極がＳ極となるように、電源２１から出力された電流を供給する。また、切替部２０は、図７（ｃ）に示すように、当該駆動信号に基づいて第１の磁石１３０のＮ極側の第１の電磁石１４１の磁極がＳ極となるように、電源２１から出力された電流を供給する。さらに、切替部２０は、図７（ｃ）に示すように、当該駆動信号に基づいて第１の磁石１３０のＳ極側の第２の電磁石１４２の磁極がＮ極となるように、電源２１から出力された電流を供給する。

この第７の動作では、表示ピン１２の第２の磁石１３１と、第３の電磁石１４３および第４の電磁石１４４とには、同じ磁極が対向することにより、互いに反発力が発生するとともに、第１の磁石１３１と、第１の電磁石１４１および第２の電磁石１４２とには、異なる磁極が接近していることにより、互いに吸引力が発生する。従って、表示ピン１２ａは、図７（ｃ）の下方向に駆動される。

・第８の動作
次に、制御部１７は、図７（ｄ）に示すように、新たに駆動信号を出力して切替部２０を制御し、第１の電磁石１４１〜第４の電磁石１４４に対する電流の供給を停止する。

この第８の動作では、表示ピン１２ａの第１の磁石１３０が第１の電磁石１４１および第２の電磁石１４２と対向する位置にあり、第１の磁石１３０と、第１の電磁石１４１および第２の電磁石１４２のヨーク１４１ｂおよび芯１４１ｃとに吸引力が発生する。従って、表示ピン１２ａは、図７（ｄ）に示す初期位置に保持される。

（タッチ操作とプッシュ操作の検出動作について）
続いて、表示ピン１２になされたタッチ操作とプッシュ操作の検出動作について、図８のフローチャートに従って説明する。

まず、制御部１７は、タッチセンサ１６から出力されるタッチ信号に基づいてタッチ操作の有無を判定する（Ｓ１０）。制御部１７は、例えば、取得したタッチ信号としきい値情報１８１と、に基づいて判定を行う。

制御部１７は、タッチ操作がなされたと判定すると（Ｓ１０：Ｙｅｓ）、タッチ信号に基づいてタッチ操作がなされた表示ピン１２を保持する電磁石に、電源２１を介して電流を供給する（Ｓ１１）。言い換えるなら、制御部１７は、タッチセンサ１６がタッチ操作を検出した後、タッチ操作がなされた表示ピン１２の位置を保持する電磁石に電流を供給することにより、タッチ操作がなされた表示ピン１２を駆動部１４に保持させる。

具体的には、まず、制御部１７は、タッチ信号に基づいてタッチ操作がなされた表示ピン１２を特定する。続いて、制御部１７は、呈示情報１８２に基づいて当該表示ピン１２の位置を特定し、その位置を保持する電磁石を特定する。

例えば、当該表示ピン１２が中間駆動位置にある場合、当該表示ピン１２を保持する電磁石は、第３の電磁石１４３および第４の電磁石１４４である。従って、制御部１７は、第２の磁石１３１のＮ極に対向する第３の電磁石１４３の磁極がＳ極となるように、切替部２０を制御して、電源２１から出力される電流を供給する。また、制御部１７は、第２の磁石１３１のＳ極に対向する第４の電磁石１４４の磁極がＮ極となるように、切替部２０を制御して、電源２１から出力される電流を供給する。

この電流の供給により、第２の磁石１３１と、第３の電磁石１４３および第４の電磁石１４４とには、吸引力が発生する。従って、触覚呈示装置１は、ヨーク１４１ｂおよび芯１４１ｃにより保持される場合よりも強く、中間駆動位置を保持することができる。また、操作者が当該表示ピン１２に対しプッシュ操作を行うと、当該表示ピン１２は、プッシュ操作方向（例えば、図２（ｃ）の下方向）に移動するものの、上記の吸引力により中間駆動位置に復帰することとなる。つまり、電磁石に電流が供給されることにより、操作者は、適度な操作感を得ることができる。

また、例えば、当該表示ピン１２が標準駆動位置にある場合、当該表示ピン１２を保持する電磁石は、第５の電磁石１４５および第６の電磁石１４６である。従って、制御部１７は、第３の磁石１３２のＮ極に対向する第５の電磁石１４５の磁極がＳ極となるように、切替部２０を制御して、電源２１から出力される電流を供給する。また、制御部１７は、第３の磁石１３２のＳ極に対向する第６の電磁石１４６の磁極がＮ極となるように、切替部２０を制御して、電源２１から出力される電流を供給する。

この電流の供給により、第３の磁石１３２と、第５の電磁石１４５および第６の電磁石１４６とには、吸引力が発生する。従って、触覚呈示装置１は、ヨーク１４１ｂおよび芯１４１ｃにより保持される場合よりも強く、標準駆動位置を保持することができる。また、操作者が当該表示ピン１２に対しプッシュ操作を行うと、当該表示ピン１２は、プッシュ操作方向（例えば、図２（ｃ）の下方向）に移動するものの、上記の吸引力により標準駆動位置に復帰することとなる。つまり、電磁石に電流が供給されることにより、操作者は、適度な操作感を得ることができる。

制御部１７は、タッチ操作の判定を行った後、プッシュ操作の有無を判定する（Ｓ１２）。

具体的には、制御部１７は、タッチ信号から得られる静電容量と、しきい値情報１８１と、に基づいてプッシュ操作の有無を判定する。つまり、図４（ｂ）に示すように、例えば、中間駆動位置にある表示ピン１２に対してプッシュ操作がなされた場合、制御部１７は、しきい値情報１８１から得られた中間駆動位置の静電容量Ｃ_２と、タッチ信号から得られた静電容量と、を比較する。操作者と、タッチセンサ１６の電極１６２と、の距離が近い方が、静電容量は大きくなるので、制御部１７は、タッチ信号から得られた静電容量が、静電容量Ｃ_２よりも大きくなると、プッシュ操作がなされたと判定する。

また、例えば、標準駆動位置にある表示ピン１２に対してプッシュ操作がなされた場合、制御部１７は、しきい値情報１８１から得られた標準駆動位置の静電容量Ｃ_３と、タッチ信号から得られた静電容量と、を比較する。制御部１７は、タッチ信号から得られた静電容量が、静電容量Ｃ_３よりも大きくなると、プッシュ操作がなされたと判定する。

制御部１７は、プッシュ操作がなされたと判定すると（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、プッシュ操作がなされたボタンの情報を含む入力信号を、通信部１９を介して出力する（Ｓ１３）。ここで、制御部１７は、ステップ１２において、所定の時間プッシュ操作が行われない、またはタッチ操作が解除されたとき（Ｓ１２：Ｎｏ）、ステップ１０に戻って処理を続ける。

（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る触覚呈示装置１によれば、表示ピン１２に対するプッシュ操作において、操作者の指にかかる圧力を抑制することができる。具体的には、触覚呈示装置１は、標準ボタン（第１のボタン１ａ）の接触面の面積よりも小さい接触面の面積を有するボタン（第２のボタン１ｂ）の突出量を、標準ボタンの突出量よりも少なくすることにより、指がボタンの周囲に接触することで、小さいボタンの突出量が大きい場合と比べて、表示ピン１２から受ける圧力が低減する。

また、触覚呈示装置１は、駆動部１４によって、表示ピン１２の駆動と保持ができるので、別々に機構を必要とする場合と比べて、構成が少なく、製造コストを抑制することができる。また、触覚呈示装置１は、電磁石のヨーク１４１ｂおよび芯１４１ｃにより、表示ピン１２を保持することができるので、保持に電流が必要な場合と比べて、消費電力を抑制することができる。

また、触覚呈示装置１は、タッチセンサ１６により、タッチ操作およびプッシュ操作を検出することができるので、タッチ操作とプッシュ操作の検出を別々の構成で行う場合と比べて、構成が少なく、製造コストを抑制することができる。また、触覚呈示装置１は、タッチ操作を検出することにより、タッチ操作がなされた表示ピン１２に対応する電磁石に電流を供給し、表示ピン１２を保持する力を増加させることができる。また、触覚呈示装置１は、この保持する力により、操作者に操作感を付与することができる。

なお、本実施の形態に係る触覚呈示装置１は、電磁石により表示ピンを駆動および保持する構成としたが、これに限定されず、表示ピンをアクチュエータで駆動する構成、アクチュエータで駆動した表示ピンを保持機構により保持する構成等の周知の構成を用いても良い。

以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…触覚呈示装置、１ａ…第１のボタン、１ｂ…第２のボタン、１０…本体、１０ａ…表面、１０ｂ…裏面、１２…表示ピン、１２ａ…表示ピン、１４…駆動部、１６…タッチセンサ、１７…制御部、１８…メモリ、１９…通信部、２０…切替部、２１…電源、１０１…孔、１０２…底部、１２０…軸部、１２１…頭部、１２１ａ…接触面、１２２…端部、１２３〜１２５…貫通孔、１３０〜１３２…第１の磁石〜第３の磁石、１４０…貫通孔、１４１〜１４６…第１の電磁石〜第６の電磁石、１４１ａ…コイル、１４１ｂ…ヨーク、１４１ｃ…芯、１６０…ＦＰＣ、１６１…貫通孔、１６２…電極、１６３…配線、１８０…設定情報、１８１…しきい値情報、１８２…呈示情報

Claims

複数の孔が形成された本体と、
前記孔に沿って移動する移動部材と、
前記移動部材を前記孔に沿った方向に駆動する駆動部と、
隣接する複数の移動部材からなる第１の呈示、および前記第１の呈示の接触面の面積よりも小さい接触面の面積を有し、前記本体の表面から突出する第１の突出量が、前記第１の呈示が前記表面から突出する第２の突出量よりも少ない第２の呈示、を形成するように前記駆動部を制御する制御部と、
を備えた触覚呈示装置。
前記移動部材は、少なくとも１つの磁石を有し、
前記駆動部は、前記少なくとも１つの磁石との間に発生する吸引力により、前記本体に対する前記移動部材の位置を保持する軟磁性体を有する複数の電磁石を含む請求項１に記載の触覚呈示装置。
前記制御部は、前記検出部が前記タッチ操作を検出した後、前記タッチ操作がなされた前記移動部材の位置を保持する電磁石に電流を供給することにより、前記タッチ操作がなされた前記移動部材を前記駆動部に保持させる請求項２に記載の触覚呈示装置。