JP2015075995A - 触覚呈示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操作性を低下させることなく触覚を呈示することができる触覚呈示装置を提供する。【解決手段】触覚呈示装置１は、図１（ｂ）及び図２（ａ）に示すように、操作面１００に対する指の接近及び接触を検出する検出部１０と、検出部１０に振動を付加して触覚を呈示する触覚呈示部１２と、検出部１０によって、指の接近に続いて接触が検出された場合、接近が検出されている間は、第１の振動パターンに基づく触覚を呈示させるように触覚呈示部１２を制御し、接触が検出された後は、第１の振動パターンよりも振幅が大きい第２の振動パターンに基づく触覚を、第１の振動パターンに基づく触覚に続けて呈示させるように触覚呈示部１２を制御する制御部１８と、を備えて概略構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、触覚呈示装置に関する。

従来の技術として、装置において触覚的効果を生成する方法であって、装置の入力領域近傍における、物体の存在を検出するステップと、存在検出に応答して、装置上の触覚的効果を生成するステップと、を含む方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この触覚的効果を生成するステップは、物体が入力領域に触れる前に、アクチュエータを電気的に付勢するステップを含んでいる。

特表２０１０−５０６３０２号公報

ここで、操作者に触覚を呈示する場合、振動を付加する対象の慣性により、振動開始からしばらくの間は、予定した振動が得られず、予定した触覚ではないことに基づく操作性の低下が考えられる。この操作性の低下を解決するため、例えば、従来の方法では、物体が入力領域に触れる前から振動を付勢する方法が採用されている。しかし、従来の方法によって入力領域に触れる前に付勢される振動は、物体に触覚的効果をもたらすための振動の初めの部分であり、操作者がこの振動を認識する可能性があると共に、物体の存在を検出してから触れるまでの時間が長くなると、予定していた触覚的効果をもたらす振動に移行し、さらに操作性が低下する可能性がある。

従って、本発明の目的は、操作性を低下させることなく触覚を呈示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、操作面に対する検出対象物の接近及び接触を検出する検出部と、検出部に振動を付加して触覚を呈示する触覚呈示部と、検出部によって、検出対象物の接近に続いて接触が検出された場合、接近が検出されている間は、第１の振動パターンに基づく触覚を呈示させるように触覚呈示部を制御し、接触が検出された後は、第１の振動パターンよりも振幅が大きい第２の振動パターンに基づく触覚を、第１の振動パターンに基づく触覚に続けて呈示させるように触覚呈示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、操作性を低下させることなく触覚を呈示することができる。

図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る触覚呈示装置が搭載された車両内部の概略図であり、（ｂ）は、触覚呈示装置の上面図である。 図２（ａ）は、第１の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、図１（ｂ）のII（ｂ）-II（ｂ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図であり、（ｃ）は、アクチュエータの構造を説明するための要部断面図であり、（ｄ）は、触覚呈示装置と接続された表示装置に表示された表示画像を示す概略図である。 図３（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施の形態に係る触覚呈示装置の振動パターンに関する概略図である。 図４は、第１の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５（ａ）は、第２の実施の形態に係る触覚呈示装置の要部断面図であり、（ｂ）は、触覚呈示装置のブロック図である。

（実施の形態の要約）
実施の形態に係る触覚呈示装置は、操作面に対する検出対象物の接近及び接触を検出する検出部と、検出部に振動を付加して触覚を呈示する触覚呈示部と、検出部によって、検出対象物の接近に続いて接触が検出された場合、接近が検出されている間は、第１の振動パターンに基づく触覚を呈示させるように触覚呈示部を制御し、接触が検出された後は、第１の振動パターンよりも振幅が大きい第２の振動パターンに基づく触覚を、第１の振動パターンに基づく触覚に続けて呈示させるように触覚呈示部を制御する制御部と、を備えて概略構成されている。

この触覚呈示装置は、検出対象物の接近により第１の振動パターンに基づく触覚を呈示し、検出対象物の接触により第１の振動パターンよりも振幅が大きい第２の振動パターンに基づく触覚を呈示することができる。従って触覚呈示装置は、接触により呈示される振動を接近の検出から呈示する場合と比べて、接触により呈示される第２の振動パターンより小さい第１の振動パターンによる触覚を、接近が検出された後に呈示し、また接触が検出されるまで第１の振動パターンによる触覚の呈示から第２の振動パターンによる触覚の呈示に切り替わらないので、操作性を低下させることなく触覚を呈示することができる。

[第１の実施の形態]
（触覚呈示装置１の構成）
図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る触覚呈示装置が搭載された車両内部の概略図であり、（ｂ）は、触覚呈示装置の上面図である。図２（ａ）は、第１の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、図１（ｂ）のII（ｂ）-II（ｂ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図であり、（ｃ）は、アクチュエータの構造を説明するための要部断面図であり、（ｄ）は、触覚呈示装置と接続された表示装置に表示された表示画像を示す概略図である。なお、以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。また図２（ａ）における矢印は、主な信号や情報の流れを示している。

触覚呈示装置１は、図１（ａ）に示すように、車両５の運転席と助手席の間に伸びるフロアコンソール５０に配置されている。

この触覚呈示装置１は、電磁気的に接続された電子機器の操作を行うことが可能であると共に、電子機器が操作を受け付けたことを示す触覚の呈示を行うことを可能としている。なお、この電磁気的に接続とは、導電体による接続、電磁波の一種である光による接続、及び電磁波の一種である電波による接続の少なくとも１つを用いた接続である。

触覚呈示装置１は、接続された電子機器の表示部として機能する表示装置３と当該電子機器を介して接続されている。この表示装置３は、図１（ａ）に示すように、フロアコンソール５０から立ち上がるように設けられたインストルメントパネル５１に配置されている。

触覚呈示装置１は、例えば、操作面１００になされた操作に基づいて、表示装置３の表示画面３０に表示されたカーソル等を操作可能に構成されている。触覚呈示装置１は、例えば、操作者の体の一部（例えば、指）や専用のペンで操作面１００に触れることにより、触れた操作面１００上の位置を検出するタッチセンサである。操作者は、例えば、操作面１００に操作を行うことにより、接続された電子機器の操作を行うことが可能となる。以下では、検出対象物は、一例として、操作者の指とする。

触覚呈示装置１は、図１（ｂ）及び図２（ａ）に示すように、操作面１００に対する指の接近及び接触を検出する検出部１０と、検出部１０に振動を付加して触覚を呈示する触覚呈示部１２と、検出部１０によって、指の接近に続いて接触が検出された場合、接近が検出されている間は、第１の振動パターンに基づく触覚を呈示させるように触覚呈示部１２を制御し、接触が検出された後は、第１の振動パターンよりも振幅が大きい第２の振動パターンに基づく触覚を、第１の振動パターンに基づく触覚に続けて呈示させるように触覚呈示部１２を制御する制御部１８と、を備えて概略構成されている。

また触覚呈示装置１は、図２（ａ）に示すように、後述する記憶部１４と、後述するタイマ部１５と、接続された電子機器と通信を行う通信部１６と、を備えて概略構成されている。

触覚呈示装置１は、図２（ｂ）に示すように、上面２１に開口２２が形成された筐体２０を有している。この開口２２には、検出部１０が露出しており、開口２２の縁には、ベゼル部２４が設けられている。この開口２２に露出した検出部１０の表面が、操作面１００となる。

このベゼル部２４は、図２（ｂ）に示すように、上面２１から検出部１０に向かって傾斜するように設けられている。

この筐体２０の内側の側面には、図２（ｂ）に示すように、検出部１０の端部を収容する収容部２６が設けられている。また筐体２０の底部２８は、図２（ｂ）に示すように、触覚呈示部１２の第１のアクチュエータ１２ａ〜第４のアクチュエータ１２ｄが動作可能となるように凹形状に形成されている。

収容部２６には、検出部１０の四隅を支持する４つの弾性部材２９が配置されている。この弾性部材２９は、一例として、エボナイト等の硬質ゴムが用いられる。弾性部材２９は、例えば、円柱形状を有しているが、これに限定されず、検出部１０側が頂点となる円錐形状等であっても良い。また弾性部材２９は、硬質ゴムに限定されず、樹脂材料や金属材料を用いたバネ等であっても良い。

なお、弾性部材２９は、検出部１０の四隅に配置されているが、これに限定されず、環形状を有して検出部１０と収容部２６の間に配置されても良い。また弾性部材２９の数は、上述の数に限定されず、適宜変更可能である。

（検出部１０の構成）
検出部１０は、一例として、操作面１００に指が近づくことによる、センサワイヤと指との距離に基づく電流の変化を検出する静電容量方式のタッチセンサである。このセンサワイヤは、図示は省略しているが操作面１００の下に複数設けられている。

この検出部１０は、例えば、図１（ｂ）の紙面において左上を原点として、横方向にｘ軸、縦方向にｙ軸が設定されている。このｘｙ座標系は、一例として、直交座標系である。

センサワイヤは、ｘ軸とｙ軸に沿って複数配置され、検出周期に基づいて駆動と静電容量の読み出しが行われる。

検出部１０は、この検出周期に基づいて検出情報Ｓ_１を生成し、制御部１８に出力するように構成されている。なお検出周期は、一例として、２０ｍｓである。

（触覚呈示部１２の構成）
触覚呈示部１２は、一例として、図１（ｂ）及び図２（ａ）に示すように、第１のアクチュエータ１２ａ〜第４のアクチュエータ１２ｄを備えて構成されている。なお、触覚呈示部１２を構成するアクチュエータの数は、上記に限定されず、適宜変更可能である。

第１のアクチュエータ１２ａ〜第４のアクチュエータ１２ｄは、検出部１０に振動を与えるものであり、例えば、ピエゾ素子、ボイスコイルモータ及びモータ等の振動を発生することができるものを用いることが可能である。本実施の形態のアクチュエータは、一例として、図２（ｃ）に示すボイスコイルモータが用いられる。

またアクチュエータが生成する振動は、例えば、ｘ軸とｙ軸とが作るｘｙ平面に、ほぼ垂直な方向、つまり図２（ｂ）に示す矢印Ａ方向及び矢印Ｂ方向に検出部１０を移動させる振動である。

第１のアクチュエータ１２ａ〜第４のアクチュエータ１２ｄは、図２（ｂ）に示すように、検出部１０の裏面１０１に取り付けられている。第１のアクチュエータ１２ａ〜第４のアクチュエータ１２ｄは、図１（ｂ）の紙面、左上から時計回りとなる、開口２２に露出する検出部１０の四隅に配置されている。

第１のアクチュエータ１２ａ〜第４のアクチュエータ１２ｄは、いずれも同じ構成を有しているので、以下では、第１のアクチュエータ１２ａの構成について説明する。

第１のアクチュエータ１２ａは、底部１２０ａを有する円筒形状のアウターヨーク１２０と、アウターヨーク１２０の底部１２０ａの中央に設けられた円柱形状の磁石１２１と、磁石１２１上に設けられたインナーヨーク１２２と、円筒形状を有するボビン１２３と、このボビン１２３に電線が巻き回されて構成され、ボビン１２３の開口である収容孔１２３ａをインナーヨーク１２２が移動するコイル１２４と、を備えて概略構成されている。

アウターヨーク１２０とインナーヨーク１２２は、例えば、高透磁率を有する材料を用いて形成される。この高透磁率を有する材料は、一例として、純鉄、パーマロイ、電磁鋼板、フェライト等の軟磁性体材料である。

磁石１２１は、例えば、アルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石等の永久磁石、又は、フェライト系、ネオジム系、サマコバ系、サマリウム鉄窒素系等の磁性体材料と、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリアミド系、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン（ＡＢＳ）等の合成樹脂材料と、を混合して所望の形状に成形したプラスチックマグネットである。この磁石１２１は、図２（ｃ）の紙面において、垂直方向に磁化されている。

アウターヨーク１２０は、円筒の先端の縁に沿って環状に突出する凸部１２０ｂが設けられている。また検出部１０の裏面１０１側には、この凸部１２０ｂに対応するように環状に突出する凸部１０２が設けられている。コイルバネ１２５は、この凸部１２０ｂと凸部１０２とが、コイルバネ１２５の開口に嵌るように取り付けられている。このコイルバネ１２５は、例えば、鋼、リン酸銅等の金属材料、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等の樹脂材料を用いて形成される。なお、コイルバネ１２５は、例えば、板ばねであっても良い。

ボビン１２３は、例えば、ポリイミド、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の耐熱性樹脂フィルム、アルミニウムフィルム等の金属フィルムを用いて形成されている。本実施の形態のボビン１２３は、一例として、ポリイミドフィルムを用いて形成されている。

この第１のアクチュエータ１２ａは、コイル１２４に供給される電流の向きに応じて、主に、インナーヨーク１２２を吸引する力、反発する力を生じさせ、その結果、検出部１０に振動を付加するように構成されている。

第１のアクチュエータ１２ａは、制御部１８から出力される駆動信号Ｓ_２に基づいて振動するように構成されている。同様に、第２のアクチュエータ１２ｂ〜第４のアクチュエータ１２ｄは、制御部１８から出力される駆動信号Ｓ_３〜駆動信号Ｓ_５に基づいて振動するように構成されている。

検出部１０は、触覚呈示部１２の振動により、上方向及び下方向、つまり図２（ｃ）に示す矢印Ａ方向及び矢印Ｂ方向に移動する。なお検出部１０は、触覚呈示部１２による振動が付加されていない状態では、図２（ｃ）に示す基準位置にあるものとする。

（記憶部１４の構成）
図３（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施の形態に係る触覚呈示装置の振動パターンに関する概略図である。図３（ａ）〜（ｄ）は、第１のアクチュエータ１２ａに供給される駆動信号Ｓ_２を示しており、横軸が時間ｔ、縦軸が電圧Ｖである。第１のアクチュエータ１２ａは、図３（ａ）〜（ｄ）の縦軸の正方向の電圧が供給されると、検出部１０を上側に移動させ、縦軸の負方向の電圧が供給されると、下側に移動させるように振動するものとする。以下では、第１のアクチュエータ１２ａに供給される駆動信号Ｓ_２について説明するが、駆動信号Ｓ_３〜駆動信号Ｓ_５においても同様である。

記憶部１４は、例えば、半導体素子を用いて構成された半導体メモリである。この記憶部１４は、例えば、後述する制御部１８のＲＡＭ（Random Access Memory）又はＲＯＭ（Read Only Memory）であっても良い。

記憶部１４は、図２（ａ）に示すように、振動パターン情報１４０と、画像情報１４１と、を記憶している。

振動パターン情報１４０は、図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、接近が検出された際の微振動を生成するための第１の振動パターン１４０ａと、第１の振動パターン１４０ａより大きい振幅を有する本振動を生成するための第２の振動パターン１４０ｂと、を有している。

第１の振動パターン１４０ａは、振幅が電圧±Ｖ_１となる周期振動を生成する振動パターンである。第１のアクチュエータ１２ａは、この第１の振動パターン１４０ａに基づいて生成された駆動信号Ｓ_２により駆動される。従って検出部１０は、電圧が負から正に変化する際に図２（ｂ）の紙面において上側となる矢印Ａ方向に移動する。また検出部１０は、電圧が正から負に変化する際に、図２（ｂ）の紙面において下側となる矢印Ｂ方向に移動する。なお、検出部１０の実際の移動は、駆動信号Ｓ_２に遅れるが、説明のため、ほぼ同じように移動するものとする。

第２の振動パターン１４０ｂは、振幅が電圧±Ｖ_２となる周期振動を生成する振動パターンである。この電圧±Ｖ_２の絶対値は、第１の振動パターン１４０ａの電圧±Ｖ_１の絶対値よりも大きい。具体的には、第２の振動パターン１４０ｂの電圧±Ｖ_２の絶対値は、一例として、第１の振動パターン１４０ａの電圧±Ｖ_１の絶対値の５０〜１００倍程度である。つまり、第１の振動パターン１４０ａは、例えば、操作者に聞き取れない程度の動作音となると共に、操作者が検出部１０を見ても振動しているか否かが分からない程度の振動となるように設定される。

第１の振動パターン１４０ａは、指の接近が検出されてから接触が検出され、さらに本振動に移行するまでのパターンである。第２の振動パターン１４０ｂは、一例として、予め定められた期間、具体的には、１〜１０波形の振動のパターンである。本実施の形態では、第２の振動パターン１４０ｂは、一例として、５波形、つまり５周期分であるものとする。なお第１の振動パターン１４０ａと第２の振動パターン１４０ｂは、一例として、同じ振動数であるものとするが、これに限定されない。

画像情報１４１は、例えば、触覚呈示装置１が接続された電子機器が、表示装置３に表示させている表示画像３１の情報である。触覚呈示装置１は、この画像情報１４１と、操作が検出された座標と、に基づいて振動の呈示、すなわち触覚の呈示を行う。

具体的には、触覚呈示装置１の後述する制御部１８は、例えば、図２（ｄ）に示すように、表示装置３が、表示画面３０にカーソル３２、アイコン３３及びアイコン３４を含む表示画像３１を表示している場合、カーソル３２によりアイコン３３又はアイコン３４が選択されると、触覚を呈示するように触覚呈示部１２を制御する。この際、制御部１８は、記憶部１４に記憶された画像情報１４１に基づいてアイコン３３又はアイコン３４が選択されたか否かを判定するように構成されている。

（タイマ部１５の構成）
タイマ部１５は、時間を測定するように構成されている。タイマ部１５は、例えば、第１の振動パターン１４０ａが継続する時間を時間情報１５０として蓄積するように構成されている。またタイマ部１５は、第３のしきい値１５１を有している。この第３のしきい値１５１は、第１の振動パターン１４０ａが継続する時間が、予め定められた時間を超えないように判定するために用いられる。

（制御部１８の構成）
制御部１８は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工等を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ及びＲＯＭ等から構成されるマイクロコンピュータである。このＲＯＭには、例えば、制御部１８が動作するためのプログラムが格納されている。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算結果等を格納する記憶領域として用いられる。このＲＡＭには、例えば、取得した検出情報Ｓ_１が格納される。また制御部１８は、その内部にクロック信号を生成する手段を有し、このクロック信号に基づいて駆動信号Ｓ_２〜駆動信号Ｓ_５の生成等を行うものである。

制御部１８は、第１のしきい値１８０及び第２のしきい値１８１を有している。第１のしきい値１８０は、操作面１００に接近する検出対象物を検出するためのしきい値である。また第２のしきい値１８１は、操作面１００に接触する検出対象物を検出するためのしきい値である。

制御部１８は、検出部１０から取得した検出情報Ｓ_１と、第１のしきい値１８０及び第２のしきい値１８１と、を比較することにより、接近及び接触を検出するように構成されている。

ここで制御部１８は、第１の振動パターン１４０ａと第２の振動パターン１４０ｂとの位相が合うように触覚呈示部１２を制御して触覚を呈示させるように構成されている。

具体的には、制御部１８は、検出部１０が、触覚が呈示される前の基準位置に移動するタイミングで、位相を合わせて第１の振動パターン１４０ａから第２の振動パターン１４０ｂに切り替えるように構成されている。この基準位置に移動するタイミングとは、例えば、第１の振動パターン１４０ａ及び第２の振動パターン１４０ｂにおいて、電圧がゼロとなるタイミングである。

さらに具体的には、制御部１８は、第１の振動パターン１４０ａに基づく触覚の呈示によって検出部１０が上方向に移動する期間に接触が検出された場合は、次に検出部１０が下方向に移動する期間に、第１の振動パターン１４０ａの位相に合わせて下方向に移動する第２の振動パターン１４０ｂに基づく触覚を呈示させるように構成されている。

図３（ａ）は、第１の振動パターン１４０ａにおいて電圧がマイナスであり、かつ検出部１０が上方向に移動する期間に接触が検出された場合を示し、図３（ｂ）は、第１の振動パターン１４０ａにおいて電圧がプラスであり、かつ検出部１０が上方向に移動する期間に接触が検出された場合を示している。

制御部１８は、図３（ａ）に示すように、時間Ｔ_０において接近が検出された後、記憶部１４に記憶された振動パターン情報１４０に基づいて、第１の振動パターン１４０ａに応じた振動を呈示するように触覚呈示部１２を制御する。

続いて図３（ａ）に示すように、電圧がマイナスであり、かつ検出部１０が上方向に移動する時間Ｔ_１において接触が検出された場合、制御部１８は、接触が検出された時点で第１の振動パターン１４０ａから第２の振動パターン１４０ｂに切り替えるのではなく、次に検出部１０が下方向に移動する期間内に切り替えを行う。

この切り替えは、検出部１０が下方向に移動する期間であって、検出部１０が基準位置に移動するタイミング、すなわち、接触が検出された時間Ｔ_１から時間（１／ｆ）−α後に第２の振動パターン１４０ｂに切り替わる時間Ｔ_２において行われる。つまり時間Ｔ_１から時間（１／ｆ）−α後は、図３（ａ）に示すように、第１の振動パターン１４０ａが、電圧ゼロとなるタイミングである。なおｆは、振動数であり、αは、接触が検出された時間Ｔ_１の前に電圧ゼロとなる時間から時間Ｔ_１までの時間である。

また第１の振動パターン１４０ａに続く第２の振動パターン１４０ｂは、制御部１８によって位相が合わせられ、電圧ゼロから検出部１０を下方向に移動させる振動パターンから始められる。

図３（ｂ）に示すように、電圧がプラスであり、かつ検出部１０が上方向に移動する時間Ｔ_１において接触が検出された場合は、上述の電圧がマイナスであり、かつ検出部１０が上方向に移動する時間Ｔ_１において接触が検出された場合と同様に、振動パターンの切り替えが行われる。

また制御部１８は、第１の振動パターン１４０ａに基づく触覚の呈示によって検出部１０が下方向に移動する期間に接触が検出された場合は、次に検出部１０が上方向に移動する期間に、第１の振動パターン１４０ａの位相に合わせて上方向に移動する第２の振動パターン１４０ｂに基づく触覚を呈示させるように構成されている。

図３（ｃ）に示すように、電圧がプラスであり、かつ検出部１０が下方向に移動する時間Ｔ_１において接触が検出された場合、制御部１８は、上述の場合と同様に、接触が検出された時点で第１の振動パターン１４０ａから第２の振動パターン１４０ｂに切り替えるのではなく、次に検出部１０が上方向に移動する期間内に切り替えを行う。

この切り替えは、検出部１０が上方向に移動する期間であって、検出部１０が基準位置に移動するタイミング、すなわち、接触が検出された時間Ｔ_１から時間（１／ｆ）−α＋（１／２ｆ）後に第２の振動パターン１４０ｂに切り替わる時間Ｔ_２において行われる。つまり時間Ｔ_１から時間（１／ｆ）−α＋（１／２ｆ）後は、図３（ｃ）に示すように、第１の振動パターン１４０ａが、電圧ゼロとなるタイミングである。

また図３（ｄ）に示すように、電圧がマイナスであり、かつ検出部１０が下方向に移動する時間Ｔ_１において接触が検出された場合、制御部１８は、上述の場合と同様に、接触が検出された時点で第１の振動パターン１４０ａから第２の振動パターン１４０ｂの切り替えを行わない。

この切り替えは、検出部１０が上方向に移動する期間であって、検出部１０が基準位置に移動するタイミング、すなわち、接触が検出された時間Ｔ_１から時間（１／ｆ）−α＋（１／２ｆ）後に第２の振動パターン１４０ｂに切り替わる時間Ｔ_２において行われる。つまり時間Ｔ_１から時間（１／ｆ）−α＋（１／２ｆ）後は、図３（ｃ）に示すように、第１の振動パターン１４０ａが、電圧ゼロとなるタイミングである。

しかし、図３（ａ）〜（ｃ）に示す切り替えが、接触が検出されてから１周期以内に行われるのに対し、図３（ｄ）に示す切り替えは、１．５周期以内の切り替えとなっている。

従って電圧がマイナスであり、かつ検出部１０が下方向に移動する時間Ｔ_１において接触が検出された場合は、切り替えのタイミングを早めるために、時間Ｔ_１から時間（１／ｆ）−α−（１／２ｆ）後に第２の振動パターン１４０ｂに切り替えても良い。

また第１の振動パターン１４０ａが、検出部１０の上方向の移動が発生するよう始められた場合は、図３（ａ）〜（ｄ）において、各振動パターンを半波長ずらして時間Ｔ_０から上方向の振動が始まるように考えれば良いので、上述したタイミングと同様のタイミングで切り替えが行われる。

以下に、本実施の形態に係る触覚呈示装置１の動作について図４のフローチャートに従って説明する。

（動作）
触覚呈示装置１の制御部１８は、車両５の電源が投入されると、生成されたクロック信号に基づいて検出部１０のセンサワイヤの駆動と読出しを行って検出情報Ｓ_１を取得する（Ｓ１）。

次に、制御部１８は、取得した検出情報Ｓ_１と第１のしきい値１８０とを比較し、指の接近があったか否かを判定する。制御部１８は、比較の結果、指の接近を検出すると（Ｓ２：Ｙｅｓ）、微振動を呈示すると共に、タイマ部１５を制御してタイマを起動する（Ｓ３）。タイマ部１５は、カウントした時間を時間情報１５０として蓄積する。

具体的には、制御部１８は、比較の結果に基づいて記憶部１４から振動パターン情報１４０を読み出し、読み出した振動パターン情報１４０の第１の振動パターン１４０ａに基づいた駆動信号Ｓ_２〜駆動信号Ｓ_５を生成し、触覚呈示部１２に出力する。この微振動の呈示は、接触が検出されるまで継続されるか、又は、予め定められた時間が経過した後に停止される。

次に、制御部１８は、さらに検出部１０から検出情報Ｓ_１を取得する（Ｓ４）。続いて制御部１８は、タイマ部１５から時間情報１５０を取得して予め定められた時間以内であるか否かを判定する。制御部１８は、カウントした時間が予め定められた時間以内である場合（Ｓ５：Ｙｅｓ）、検出情報Ｓ_１と第２のしきい値１８１とを比較して指の接触の有無を判定する。

次に制御部１８は、指の接触があったと判定すると（Ｓ６：Ｙｅｓ）、タイマ部１５を制御してタイマを停止してリセットすると共に、振動パターン情報１４０に基づいて第２の振動パターン１４０ｂを、第１の振動パターン１４０ａの位相に合わせ、駆動信号Ｓ_２〜駆動信号Ｓ_５を生成して触覚呈示部１２に出力する。

触覚呈示部１２は、取得した駆動信号Ｓ_２〜駆動信号Ｓ_５に基づいて予め定められた期間、本振動を呈示し（Ｓ７）、処理をステップ１に進める。

ここで、ステップ２において、制御部１８は、指の接近が検出されない場合は（Ｓ２：Ｎｏ）、ステップＳ_１に処理を進め、次の周期の検出情報Ｓ_１の読み出しを行う。

またステップ５において、第１の振動パターン１４０ａによる微振動の呈示が、予め定められた時間を超えていた場合は（Ｓ５：Ｎｏ）、タイマを停止してリセットすると共に、ステップ１に処理を進め、次の周期の検出情報Ｓ_１の読み出しを行う。

さらにステップ６において、指の接触が検出されていない場合は（Ｓ６：Ｎｏ）、ステップ４に処理を進めて、次の周期の検出情報Ｓ_１の読み出しを行う。

（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る触覚呈示装置１は、操作性を低下させることなく触覚を呈示することができる。この触覚呈示装置１は、指の接近により第１の振動パターン１４０ａに基づく触覚を呈示し、指の接触により第１の振動パターン１４０ａよりも振幅が大きい第２の振動パターン１４０ｂに基づく触覚を呈示することができる。従って触覚呈示装置１は、接触により呈示される振動を接近の検出から呈示する場合と比べて、接触により呈示される第２の振動パターン１４０ｂより小さい第１の振動パターン１４０ａによる触覚を、接近が検出された後に呈示し、また接触が検出されるまで第１の振動パターン１４０ａによる触覚の呈示から第２の振動パターン１４０ｂによる触覚の呈示に切り替わらないので、操作性を低下させることなく触覚を呈示することができる。

また触覚呈示装置１は、第１の振動パターン１４０ａと第２の振動パターン１４０ｂの位相を合わせて振動を切り替えるので、位相を合わさない場合と比べて、操作性の低下が軽減される。

また触覚呈示装置１は、第１の振動パターン１４０ａにおいて、検出部１０を上方向に移動させる場合に接触を検出した場合、位相を合わせてすぐに上方向の振動を生成するのではなく、下向きの振動を呈示する期間において位相を合わせるので、指に伝わる本振動の上向きの振動を大きくすることができ、効果的に触覚を呈示することができる。

同様に、触覚呈示装置１は、第１の振動パターン１４０ａにおいて、検出部１０を下方向に移動させる際に接触を検出した場合、位相を合わせて下方向の第２の振動パターン１４０ｂを実行するのではなく、上方向に振動を呈示する期間において位相を合わせるので、指に伝わる本振動の上向きの振動を大きくすることができ、効果的に触覚を呈示することができる。

さらに触覚呈示装置１は、検出部１０が基準位置に戻るタイミングで、第１の振動パターン１４０ａから第２の振動パターン１４０ｂに切り替えるので、他のタイミングで切り替える場合と比べて、最も検出部１０の移動速度が高いタイミングで切り替えるので、慣性力による立ち上がりの遅い移動にならずに、触覚を呈示することができる。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、触覚呈示部１２としてピエゾ素子を用いている点で第１の実施の形態と異なっている。

図５（ａ）は、第２の実施の形態に係る触覚呈示装置の要部断面図であり、（ｂ）は、触覚呈示装置のブロック図である。なお、以下の第２の実施の形態において、第１の実施の形態と同じ構成及び機能を有する部分については、第１の実施の形態と同じ符号を付し、その説明は省略するものとする。また、以下では、主に、第１の実施の形態と異なる部分について説明する。

本実施の形態に係る触覚呈示装置１の触覚呈示部１２は、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、筐体２０の底部２８と、検出部１０との間の台座１２ｆに配置されたピエゾ素子１２ｅを有している。この触覚呈示部１２は、検出部１０の裏面１０１の中央に接触するように配置されている。

ピエゾ素子１２ｅは、例えば、供給される電圧により、伸縮を行う。この伸縮により、屈曲し、この屈曲によって振動が発生する構造となっている。

ピエゾ素子１２ｅの材料としては、例えば、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等が用いられる。ピエゾ素子１２ｅは、例えば、これらの材料を用いて形成された膜を積層して形成された積層型の素子である。

この触覚呈示部１２は、例えば、金属板と、ピエゾ素子１２ｅと、を備えたモノモルフ型のアクチュエータであっても良い。このモノモルフ型のアクチュエータとは、１枚のピエゾ素子１２ｅだけで屈曲する構造のアクチュエータである。なお、触覚呈示部１２の変形例としては、２枚のピエゾ素子を金属板の両面に設けたバイモルフ型圧電アクチュエータであっても良い。

上述の金属板は、例えば、細長い板形状を有し、導電性を有するアルミニウム、ニッケル、銅、鉄等の金属材料、それらを含有する合金材料、或いはステンレス等の合金材料を用いて形成される。なお、金属板は、例えば、合成樹脂等の非導電性材料を用いて形成されても良い。

さらに触覚呈示部１２は、ピエゾ素子１２ｅの伸縮による変位を拡大する機構を有していても良い。

この触覚呈示部１２は、図５（ｂ）に示すように、制御部１８が生成する駆動信号Ｓ_１０に基づいて検出部１０に振動を付加するように構成されている。なお、第１の振動パターン１４０ａから第２の振動パターン１４０ｂに切り替わるタイミングは、第１の実施の形態におけるタイミングと同じである。

（第２の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る触覚呈示装置１は、ピエゾ素子１２ｅを含む触覚呈示部１２を備えているので、ボイスコイルモータを用いる場合と比べて、構成が簡略化され、製造コストが抑制される。

以上述べた少なくとも１つの実施の形態の触覚呈示装置１によれば、操作性を低下させることなく触覚を呈示することが可能となる。

以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、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及び変形例は、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、これら実施の形態及び変形例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、これら実施の形態及び変形例は、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、３…表示装置、５…車両、１０…検出部、１２…触覚呈示部、１２ａ〜１２ｄ…第１のアクチュエータ〜第４のアクチュエータ、１２ｅ…ピエゾ素子、１２ｆ…台座、１４…記憶部、１５…タイマ部、１６…通信部、１８…制御部、２０…筐体、２１…上面、２２…開口、２４…ベゼル部、２６…収容部、２８…底部、２９…弾性部材、３０…表示画面、３１…表示画像、３２…カーソル、３３…アイコン、３４…アイコン、５０…フロアコンソール、５１…インストルメントパネル、１００…操作面、１０１…裏面、１０２…凸部、１２０…アウターヨーク、１２０ａ…底部、１２０ｂ…凸部、１２１…磁石、１２２…インナーヨーク、１２３…ボビン、１２３ａ…収容孔、１２４…コイル、１２５…コイルバネ、１４０…振動パターン情報、１４０ａ…第１の振動パターン、１４０ｂ…第２の振動パターン、１４１…画像情報、１５０…時間情報、１５１…第３のしきい値、１８０…第１のしきい値、１８１…第２のしきい値

Claims (5)

1. 操作面に対する検出対象物の接近及び接触を検出する検出部と、
   前記検出部に振動を付加して触覚を呈示する触覚呈示部と、
   前記検出部によって、前記検出対象物の接近に続いて接触が検出された場合、接近が検出されている間は、第１の振動パターンに基づく触覚を呈示させるように前記触覚呈示部を制御し、接触が検出された後は、前記第１の振動パターンよりも振幅が大きい第２の振動パターンに基づく触覚を、前記第１の振動パターンに基づく触覚に続けて呈示させるように前記触覚呈示部を制御する制御部と、
   を備えた触覚呈示装置。
2. 前記制御部は、前記第１の振動パターンと前記第２の振動パターンとの位相が合うように前記触覚呈示部を制御して触覚を呈示させる、
   請求項１に記載の触覚呈示装置。
3. 前記制御部は、前記第１の振動パターンに基づく触覚の呈示によって前記検出部が上方向に移動する期間に接触が検出された場合は、次に前記検出部が下方向に移動する期間に、前記第１の振動パターンの位相に合わせて前記下方向に移動する前記第２の振動パターンに基づく触覚を呈示させる、
   請求項１又は２に記載の触覚呈示装置。
4. 前記制御部は、前記第１の振動パターンに基づく触覚の呈示によって前記検出部が下方向に移動する期間に接触が検出された場合は、次に前記検出部が上方向に移動する期間に、前記第１の振動パターンの位相に合わせて前記上方向に移動する前記第２の振動パターンに基づく触覚を呈示させる、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
5. 前記制御部は、前記検出部が、触覚が呈示される前の基準位置に移動するタイミングで、位相を合わせて前記第１の振動パターンから前記第２の振動パターンに切り替える、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。

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