JP2018072951A

JP2018072951A - 操作装置

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Publication number: JP2018072951A
Application number: JP2016208973A
Authority: JP
Inventors: 阿部　喜; Yoshi Abe; 喜阿部
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2016-10-25
Filing date: 2016-10-25
Publication date: 2018-05-10

Abstract

【課題】違和感や不快感を低減する操作装置を提供する。【解決手段】操作装置１は、例えば、操作指９による操作がなされる操作面１００を有する操作部１０と、操作面１００に付加された荷重Ｆを検出する荷重検出部１４と、操作部１０を振動させて操作面１００上にスクイーズ膜１６０を生成するアクチュエータ１６と、荷重しきい値１８０を有し、検出された荷重Ｆが荷重しきい値１８０以上である場合、スクイーズ膜１６０が消失するようにアクチュエータ１６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１

Description

本発明は、操作装置に関する。

従来の技術として、押圧による入力を受け付ける入力部と、入力部に対する押圧荷重を検出する荷重検出部と、入力部を振動させる振動部と、荷重検出部により検出される押圧荷重が、入力部への入力を受け付ける所定の基準を満たした際に、入力部を押圧している押圧物に対して浮揚力を発生させるように振動部の駆動を制御する制御部と、を備える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、入力部を超音波振動させることによって生じるスクイーズ効果によって浮揚力を発生させ、押圧物としての操作指と入力部の接触面との摩擦力を減少させる。

特開２０１０−１４０１０２号公報

しかし従来の入力装置は、操作指を強く接触面に押し付けた場合、入力部の振動が操作指に作用して操作者が違和感や不快感を抱く可能性がある。

従って本発明の目的は、違和感や不快感を低減する操作装置を提供することにある。

本発明の一態様は、操作指による操作がなされる操作面を有する操作部と、操作面に付加された荷重を検出する荷重検出部と、操作部を振動させて操作面上にスクイーズ膜を生成するアクチュエータと、荷重しきい値を有し、検出された荷重が荷重しきい値以上である場合、スクイーズ膜が消失するようにアクチュエータを制御する制御部と、を備えた操作装置を提供する。

本発明によれば、違和感や不快感を低減することができる。

図１（ａ）は、実施の形態に係る操作装置の一例が搭載された車両内部の概略図であり、図１（ｂ）は、操作装置のブロック図の一例である。図２（ａ）は、実施の形態に係る操作装置の構成の一例を説明するための要部断面図であり、図２（ｂ）は、スクイーズ膜が生成された場合の操作面と操作指に関する模式図であり、図２（ｃ）は、スクイーズ膜が停止された場合の操作面と操作指に関する模式図である。図３は、実施の形態に係る操作装置の動作の一例を示すフローチャートである。

（実施の形態の要約）
実施の形態に係る操作装置は、操作指による操作がなされる操作面を有する操作部と、操作面に付加された荷重を検出する荷重検出部と、操作部を振動させて操作面上にスクイーズ膜を生成するアクチュエータと、荷重しきい値を有し、検出された荷重が荷重しきい値以上である場合、スクイーズ膜が消失するようにアクチュエータを制御する制御部と、を備えて概略構成されている。

この操作装置は、スクイーズ膜を生成するための振動による違和感や不快感が生じないように、検出された荷重が荷重しきい値以上となるとスクイーズ膜を消失させるので、この構成を採用しない場合と比べて、スクイーズ膜を生成する振動に起因する違和感や不快感を低減することができる。

[実施の形態]
（操作装置１の概要）
図１（ａ）は、実施の形態に係る操作装置の一例が搭載された車両内部の概略図であり、図１（ｂ）は、操作装置のブロック図の一例である。図２（ａ）は、実施の形態に係る操作装置の構成の一例を説明するための要部断面図であり、図２（ｂ）は、スクイーズ膜が生成された場合の操作面と操作指に関する模式図であり、図２（ｃ）は、スクイーズ膜が停止された場合の操作面と操作指に関する模式図である。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１（ｂ）では、主な信号や情報の流れを矢印で示している。

操作装置１は、例えば、図１（ａ）に示すように、車両８の運転席と助手席の間に位置するフロアコンソール８０に、操作面１００が露出するように配置している。なお操作装置１は、車載に限定されない。

操作装置１は、例えば、電磁気的に接続された電子機器の操作を行うことができるものである。操作装置１は、例えば、導電性を有するペンや操作者の体の一部による操作により、電子機器の表示部に表示されたカーソルの移動、表示されたアイコンの選択、決定、ドラッグ、ドロップなどの指示を行うことができるように構成されている。センターコンソール８１に配置された表示装置８５は、電子機器の表示部として機能する。そして電子機器は、例えば、空調装置、ナビゲーション装置、音楽及び映像再生装置などである。本実施の形態では、操作者の指（操作指）による操作について説明する。

この操作装置１は、例えば、図１（ａ）〜図２（ｂ）に示すように、操作指９による操作がなされる操作面１００を有する操作部１０と、操作面１００に付加された荷重Ｆを検出する荷重検出部１４と、操作部１０を振動させて操作面１００上にスクイーズ膜１６０を生成するアクチュエータ１６と、荷重しきい値１８０を有し、検出された荷重Ｆが荷重しきい値１８０以上である場合、スクイーズ膜１６０が消失するようにアクチュエータ１６を制御する制御部１８と、を備えて概略構成されている。

また操作装置１は、操作面１００になされた操作を検出する操作検出部としてのタッチセンサ１２を有している。このタッチセンサ１２は、操作面１００になされたタッチ操作、タップ操作、ダブルタップ操作、なぞり操作、ドラッグ操作、フリック操作、ピンチアウト（ピンチオープン）操作及びピンチイン（ピンチクローズ）操作などを検出することができるように構成されている。

なお操作検出部は、タッチセンサ１２に限定されず、操作面１００を撮像した画像に基づいてなされた操作を検出するものなどであっても良い。

操作装置１の荷重検出部１４は、例えば、図２（ａ）に示すように、第１の土台２の上に複数配置されている。また操作部１０は、例えば、図２（ａ）に示すように、荷重検出部１４の上に配置された第２の土台３の上に配置された複数の支持部４に支持されている。

この第１の土台２及び第２の土台３は、例えば、矩形状を有している。そして第１の土台２は、例えば、図２（ｂ）に示すように、第２の土台３より一回り大きくされている。この第１の土台２及び第２の土台３は、例えば、樹脂材料や金属材料を用いて形成されている。

第２の土台３は、操作部１０の振動により荷重検出部１４の検出値に影響がでることを抑制するために配置されている。この第２の土台３の表面３０に配置された複数の支持部４は、操作部１０の振動を吸収するシリコーンゴムなどの弾性部材である。操作部１０は、例えば、４つの支持部４によって支持されている。なお支持部４は、スプリングや板バネなどであっても良い。

（タッチセンサ１２の構成）
タッチセンサ１２は、操作指９が接触した操作面１００上の位置を検出するセンサである。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。このタッチセンサ１２は、一例として、静電容量方式のタッチセンサである。

このタッチセンサ１２は、例えば、図２（ａ）に示すように、操作部１０と一体となって振動しないように、操作部１０と隙間を空けて配置されている。本実施の形態のタッチセンサ１２は、例えば、複数の支持部５を介して第２の土台３の表面３０上に配置されている。

この複数の支持部５は、支持部４及び第２の土台３を介して伝達する操作部１０の振動を吸収するシリコーンゴムなどの弾性部材である。支持部５は、例えば、タッチセンサ１２の４つの隅に配置されている。

タッチセンサ１２は、例えば、操作面１００の下方に絶縁を保ちながら交差する複数の駆動電極と複数の検出電極を有している。タッチセンサ１２は、この複数の駆動電極と複数の検出電極の全ての組み合わせを走査して組み合わせごとの静電容量を読み出し、予め定められたしきい値以上の静電容量に基づいて操作指９が検出された検出点を算出する。

この検出点の算出は、例えば、加重平均を用いて行われる。そしてタッチセンサ１２は、走査ごとに検出点の座標を算出し、算出された座標の情報である検出情報Ｓ_１を制御部１８に周期的に出力する。なお検出点の座標は、例えば、操作面１００に設定されたＸＹ座標系における座標である。このＸＹ座標は、運転席に着座する操作者から見て、左上が原点であり、横軸（車両８の左右方向）がＸ軸、縦軸（車両８の前後方向）がＹ軸である。

（荷重検出部１４の構成）
荷重検出部１４は、例えば、支持部４及び第２の土台３を介して操作部１０に付加された荷重Ｆを検出するセンサである。この荷重検出部１４は、例えば、歪みゲージなどが用いられる。そして荷重検出部１４は、検出した荷重Ｆの情報である荷重情報Ｓ_２を生成して制御部１８に出力する。

この荷重検出部１４は、例えば、図２（ａ）に示すように、第１の土台２の表面２０と第２の土台３の裏面３１に接触して配置されている。

なお変形例として荷重検出部１４は、歪ゲージなどではなく、支持部４を導電性ゴムに置き換えたものを含む構成とされても良い。この変形例では、導電性ゴムの変形による抵抗値の変化を荷重に変換して荷重情報Ｓ_２として制御部１８に出力する。

また変形例として操作装置１は、操作面１００を押し込むプッシュ操作を検出するために配置された荷重センサを荷重検出部として用いても良い。

（アクチュエータ１６の構成）
アクチュエータ１６は、図２（ａ）に示すように、操作部１０の裏面１０１に配置されている。このアクチュエータ１６は、例えば、金属板と、圧電素子と、を備えたモノモルフ型の圧電アクチュエータである。なおアクチュエータ１６の変形例としては、２枚の圧電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。

この圧電素子の材料としては、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）などが用いられる。圧電素子は、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圧電素子である。

アクチュエータ１６は、制御部１８から出力される駆動信号Ｓ_３に基づいて操作部１０に振動を付加して操作面１００上にスクイーズ膜１６０を形成する。この駆動信号Ｓ３は、一例として、正弦波である。

このスクイーズ膜１６０は、スクイーズ効果によって生成される。このスクイーズ効果とは、例えば、操作面１００の振動に基づいて操作指９と操作面１００の間に空気の膜（スクイーズ膜１６０）が形成される効果である。このスクイーズ効果によって、操作指９には、図２（ｂ）に示すように、浮揚力Ｆ_Ａが操作指９に作用する。

なおスクイーズ膜１６０を生成する際の操作部１０の振動は、例えば、２０ｋＨｚ以上の超音波振動となる。

スクイーズ効果による浮揚力Ｆ_Ａは、操作面１００の法線方向に生じる力であり、なぞり操作に伴って操作者が操作面１００に作用させる荷重Ｆ_１は、当該法線方向とは逆方向の力である。従って操作面１００に作用する荷重Ｆ_Ｂは、浮揚力Ｆ_Ａと当該荷重Ｆ_１との合力となり、当該荷重Ｆ_１よりも浮揚力Ｆ_Ａの分、荷重Ｆ_Ｂの方が小さくなる。

そしてなぞり操作に伴って操作指９に作用する動摩擦力は、動摩擦係数と操作面１００の垂直抗力との乗算で求められるので、垂直抗力に比例している。この垂直抗力は、荷重Ｆ_Ｂの反作用として生じるので、スクイーズ効果がある場合の方が、ない場合よりも動摩擦力が低減されて指滑りが良くなる。

（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、加工などを行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）など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と、荷重しきい値１８０と、が格納されている。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算結果などを格納する記憶領域として用いられる。

制御部１８は、タッチセンサ１２から取得した検出情報Ｓ_１に基づいて検出された検出点の座標の情報を含む操作情報Ｓ_４を生成して操作対象の電子機器に出力する。

この制御部１８は、例えば、スクイーズ膜１６０の生成を指示する指示信号Ｓ_５が入力すると、図２（ｂ）に示すように、アクチュエータ１６を制御してスクイーズ膜１６０を生成するように構成されている。また制御部１８は、例えば、スクイーズ膜１６０の停止を指示する指示信号Ｓ_５が入力すると、アクチュエータ１６を制御して振動を停止させるように構成されている。

そして制御部１８は、図２（ｃ）に示すように、検出された荷重Ｆが荷重しきい値１８０以上である場合、スクイーズ膜１６０が消失するようにアクチュエータ１６を制御する。つまり制御部１８は、例えば、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、荷重Ｆが荷重しきい値１８０以上となると、スクイーズ膜１６０を生成していた状態からスクイーズ膜１６０を消失させた状態になるようにアクチュエータ１６を制御する。

この指示信号Ｓ_５は、例えば、操作対象の電子機器から出力される。電子機器は、例えば、表示装置８５に表示される画像に応じてなぞり操作などの操作面１００を操作指９が移動する操作が予想される場合、スクイーズ膜１６０の生成を指示する指示信号Ｓ_５を出力する。また電子機器は、例えば、操作指９が操作面１００を移動するような画面でない場合、スクイーズ膜１６０を停止させる指示信号Ｓ_５を出力する。

このスクイーズ膜１６０が消失するとは、振動を停止させること、及びスクイーズ膜１６０の効果が消失するほど振動の周波数を超音波領域より低周波数とすることを含んでいる。スクーズ効果がなくなる周波数で操作面１００を振動させた場合、振動を停止させた場合と比べて、指滑りを良くすることが可能となる。本実施の形態では、検出された荷重Ｆが荷重しきい値１８０以上となると、振動を停止させる。

なお変形例として操作装置１は、検出された荷重Ｆが荷重しきい値１８０以上となると、振動の周波数を超音波領域より低い周波数とするように構成されても良い。

また他の変形例として操作装置１は、第１の荷重しきい値と第１の荷重しきい値より大きい第２の荷重しきい値を有し、検出された荷重Ｆが第１の荷重しきい値以上で第２の荷重しきい値より小さい（第１の荷重しきい値≦荷重Ｆ＜第２の荷重しきい値）の場合、超音波領域より低い周波数で操作部を振動させ、検出された荷重Ｆが第２の荷重しきい値以上（荷重Ｆ≦第２の荷重しきい値）の場合、振動を停止させるように構成されても良い。

また制御部１８は、検出情報Ｓ_１に基づいて操作指９がタッチセンサ１２に対して停止している場合、つまり実質的に操作面１００に対して操作指９が停止している場合、振動を停止しても良い。

以下に本実施の形態の操作装置１の動作の一例について図３のフローチャートに従って説明する。

（動作）
操作装置１の制御部１８は、車両８の電源が投入されると、タッチセンサ１２から検出情報Ｓ_１を取得すると共に、荷重検出部１４から荷重情報Ｓ_２を取得する。

制御部１８は、操作対象の電子機器からスクイーズ膜１６０の生成を指示する指示信号Ｓ_５が入力すると（Ｓｔｅｐ１）、駆動信号Ｓ_３を生成してアクチュエータ１６に出力し、スクイーズ膜１６０を生成する（Ｓｔｅｐ２）。

制御部１８は、荷重情報Ｓ_２に基づいて検出された荷重Ｆが荷重しきい値１８０以上の場合（Ｓｔｅｐ３：Ｙｅｓ）、駆動信号Ｓ_３の出力を停止してスクイーズ膜１６０を消失させ（Ｓｔｅｐ４）、動作を終了する。

ここでステップ３において制御部１８は、検出された荷重Ｆが荷重しきい値１８０より小さく（Ｓｔｅｐ３：Ｎｏ）、スクイーズ膜１６０の停止を指示する指示信号Ｓ_５が入力する場合（Ｓｔｅｐ５：Ｙｅｓ）、駆動信号Ｓ_３を停止して操作部１０の振動を停止させる（Ｓｔｅｐ６）。

またステップ５において制御部１８は、指示信号Ｓ_５が入力していない場合（Ｓｔｅｐ５：Ｎｏ）、ステップ２に進んで継続してスクイーズ膜１６０を生成する。

（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る操作装置１は、違和感や不快感を低減することができる。スクイーズ膜は、操作面が超音波振動することにより生成されるので、操作者が操作指を強く操作面に押し付けた場合、振動のエネルギーが操作指に伝わって指内部の器官に作用して温度が上昇することなどに起因する違和感や不快感を抱かせる可能性がある。この操作装置１は、操作指９を強く操作面１００に押し付けた際の振動による違和感や不快感が生じないように、検出された荷重Ｆが荷重しきい値１８０以上となるとスクイーズ膜１６０を消失させるので、この構成を採用しない場合と比べて、操作指９に作用する振動のエネルギーを抑制し、振動に起因する違和感や不快感を低減することができる。

操作装置１は、支持部４及び第２の土台３によって操作部１０の振動が荷重検出部１４に伝達して検出する荷重Ｆに与える影響を少なくするので、この構成を採用しない場合と比べて、荷重Ｆの検出精度が向上する。同様に、操作装置１は、タッチセンサ１２が操作部１０と離れているので、一体となる場合と比べて、タッチセンサ１２の操作部１０の振動による検出精度の低下を抑制することができる。

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、変更など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共に、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…操作装置、２…第１の土台、３…第２の土台、４…支持部、５…支持部、８…車両、９…操作指、１０…操作部、１２…タッチセンサ、１４…荷重検出部、１６…アクチュエータ、１８…制御部、２０…表面、３０…表面、３１…裏面、８０…フロアコンソール、８１…センターコンソール、８５…表示装置、１００…操作面、１０１…裏面、１６０…スクイーズ膜、１８０…荷重しきい値

Claims

操作指による操作がなされる操作面を有する操作部と、
前記操作面に付加された荷重を検出する荷重検出部と、
前記操作部を振動させて前記操作面上にスクイーズ膜を生成するアクチュエータと、
荷重しきい値を有し、検出された荷重が前記荷重しきい値以上である場合、前記スクイーズ膜が消失するように前記アクチュエータを制御する制御部と、
を備えた操作装置。
前記操作面になされた操作を検出する操作検出部を有する、
請求項１に記載の操作装置。
前記操作検出部は、前記操作部と一体となって振動しないように、前記操作部と隙間を空けて配置される、
請求項２に記載の操作装置。
前記荷重検出部は、第１の土台の上に複数配置され、
前記操作部は、前記荷重検出部の上に配置された第２の土台の上に配置された複数の支持部に支持される、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の操作装置。