JP2018101274A

JP2018101274A - 触聴覚呈示装置

Info

Publication number: JP2018101274A
Application number: JP2016246795A
Authority: JP
Inventors: 貴志上野; Takashi Ueno
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2018-06-28

Abstract

【課題】触覚刺激と聴覚刺激の一体感や統一感を向上させることができる触聴覚呈示装置を提供する。【解決手段】触聴覚呈示装置１は、操作を受け付ける操作面１２０に振動を付加するアクチュエータ１６を制御し、操作面１２０を振動させて複数の倍音を含む音１６１を出力させて聴覚刺激を呈示すると共に、複数の倍音のミッシングファンダメンタルである基本周波数ｆ０に基づいた周波数ｆ１を有する振動１６０を操作面１２０に付加して触覚刺激を呈示する制御部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、触聴覚呈示装置に関する。

従来の技術として、少なくとも車室内前方に設置される薄膜振動板と、この薄膜振動板と一体化して若しくは近接して重ねて設けられ、乗員が触れることによって操作される操作部と、この操作部が操作されたことを検出する検出手段と、検出手段により操作部が操作されたことが検出された時に、薄膜振動板の少なくとも操作部の領域を振動させることにより、乗員に操作を受け付けたことを知らせるための確認振動を行う確認振動制御手段と、音響信号を入力した時に、薄膜振動板を振動させることにより音響出力を行う音響出力制御手段と、を備えた車両用操作ユニットが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この車両用操作ユニットは、薄膜振動板による確認振動の周波数帯域よりも音響出力の周波数帯域を高い周波数とすることで、確認振動のための振動と、音響出力による音響振動とを容易に識別可能とする。

特開２００６−７９１９号公報

しかし従来の車両用操作ユニットのように確認振動と音響振動の周波数帯域を分けただけでは、触覚刺激と聴覚刺激の一体感や統一感が得られない可能性がある。

従って本発明の目的は、触覚刺激と聴覚刺激の一体感や統一感を向上させることができる触聴覚呈示装置を提供することにある。

本発明の一態様は、操作を受け付ける操作面に振動を付加するアクチュエータを制御し、操作面を振動させて複数の倍音を含む音を出力させて聴覚刺激を呈示すると共に、複数の倍音のミッシングファンダメンタルである基本周波数に基づいた周波数を有する振動を操作面に付加して触覚刺激を呈示する制御部を備えた触聴覚呈示装置を提供する。

本発明によれば、触覚刺激と聴覚刺激の一体感や統一感を向上させることができる。

図１（ａ）は、実施の形態に係る触聴覚呈示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、触聴覚呈示装置の一例を示す概略図であり、図１（ｃ）は、触聴覚呈示装置の一例を示すブロック図である。図２（ａ）は、実施の形態に係る触聴覚呈示装置の聴覚の周波数と触覚の周波数との関係の一例を示す概略図であり、図２（ｂ）は、基本周波数と倍音の周波数の関係の一例を示すグラフである。図３は、実施の形態に係る触聴覚呈示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）
実施の形態に係る触聴覚呈示装置は、操作を受け付ける操作面に振動を付加するアクチュエータを制御し、操作面を振動させて複数の倍音を含む音を出力させて聴覚刺激を呈示すると共に、複数の倍音のミッシングファンダメンタルである基本周波数に基づいた周波数を有する振動を操作面に付加して触覚刺激を呈示する制御部を備えて概略構成されている。

この触聴覚呈示装置は、聴覚刺激として呈示される複数の倍音の基本周波数に基づいて振動の周波数が定められるので、この構成を採用しない場合と比べて、触覚刺激と聴覚刺激の一体感や統一感を向上させることができる。

[実施の形態]
（触聴覚呈示装置１の概要）
図１（ａ）は、実施の形態に係る触聴覚呈示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、触聴覚呈示装置の一例を示す概略図であり、図１（ｃ）は、触聴覚呈示装置の一例を示すブロック図である。図２（ａ）は、実施の形態に係る触聴覚呈示装置の聴覚の周波数と触覚の周波数との関係の一例を示す概略図であり、図２（ｂ）は、基本周波数と倍音の周波数の関係の一例を示すグラフである。図２（ｂ）は、横軸が倍音の周波数（Ｈｚ）であり、縦軸が基本周波数（Ｈｚ）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（ｃ）では、主な信号や情報の流れを矢印で示している。また数値範囲を示す「Ａ〜Ｂ」は、Ａ以上Ｂ以下の意味で用いるものとする。

触聴覚呈示装置１は、例えば、図１（ａ）に示すように、車両８のフロアコンソール８０に操作面１２０が露出するように配置されている。触聴覚呈示装置１は、例えば、車両８に搭載された操作対象の電子機器と電磁気的に接続されている。そして触聴覚呈示装置１は、当該電子機器の表示部となるセンターコンソール８１に配置された表示装置８２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遠隔操作装置である。操作対象の電子機器は、一例として、ナビゲーション装置、空調装置、音楽及び映像再生装置などである。

また触聴覚呈示装置１は、操作面１２０なされた操作に応じて操作面１２０に振動１６０を付加すると共に操作面１２０の振動により音１６１を出力して操作者に触覚刺激及び聴覚刺激によるフィードバック、つまりクロスモーダルなフィードバックを呈示するように構成されている。

具体的には、触聴覚呈示装置１は、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、操作を受け付ける操作面１２０に振動を付加するアクチュエータ１６を制御し、操作面１２０を振動させて複数の倍音を含む音１６１を出力させて聴覚刺激を呈示すると共に、複数の倍音のミッシングファンダメンタルである基本周波数ｆ_０に基づいた周波数ｆ_１を有する振動１６０を操作面１２０に付加して触覚刺激を呈示する制御部１８と、を備えて概略構成されている。なお振動１６０は、触覚刺激に寄与する振動を示している。また倍音は、例えば、基本周波数ｆ_０の２以上の整数倍の周波数を持つ音、つまり２ｆ_０、３ｆ_０、４ｆ_０などの周波数の音である。

また触聴覚呈示装置１は、例えば、操作面１２０に接触又は接近した検出対象の座標を検出するタッチパッド１２と、操作面１２０を押し込む操作が行われた際に付加された荷重Ｆを検出する荷重検出部１４と、操作面１２０に振動を付加するアクチュエータ１６と、を備えている。そして制御部１８は、操作面１２０を押し込む操作が行われた際に付加された荷重Ｆが予め定められた荷重しきい値１８０以上である場合、アクチュエータ１６を制御して触覚刺激及び聴覚刺激を呈示する。

なお操作面１２０は、例えば、図１（ｂ）に示すように、タッチパッド１２の操作面１２０であるがこれに限定されず、スイッチのボタンを模した板部材などの表面であっても良い。また以下では、触覚刺激及び聴覚刺激の呈示を触覚及び聴覚の呈示と記載する場合もある。

（タッチパッド１２の構成）
タッチパッド１２は、例えば、操作者の体の一部（例えば、操作指）や専用のペンで操作面１２０に触れることにより、触れた操作面１２０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１２０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。タッチパッド１２としては、例えば、抵抗膜方式や静電容量方式などのタッチパネルを用いることが可能である。本実施の形態のタッチパッド１２は、一例として、静電容量方式のタッチセンサである。

タッチパッド１２は、操作面１２０の下方に、複数の駆動電極と複数の検出電極が絶縁性を保ちながら交差して配置されている。タッチパッド１２は、例えば、複数の駆動電極及び複数の検出電極を走査して周期的に静電容量を読み出している。タッチパッド１２は、この読み出した静電容量に基づいて操作指９が検出された検出点１２１の座標を算出する。

そしてタッチパッド１２は、例えば、算出した検出点１２１の座標に基づいて検出情報Ｓ_１を生成して制御部１８に出力する。この座標は、操作面１２０に設定された座標系における座標である。

（荷重検出部１４の構成）
荷重検出部１４は、図１（ｂ）に示すように、タッチパッド１２の裏面側に配置され、操作面１２０に付加された荷重Ｆを検出するように構成されている。この荷重Ｆは、荷重や振動が付加されない基準位置１２０ａを基準として押し込み方向に付加された荷重を正としている。

荷重検出部１４は、例えば、歪みゲージである。荷重検出部１４は、検出した荷重Ｆに基づく荷重情報Ｓ_２を生成して制御部１８に出力する。

（アクチュエータ１６の構成）
アクチュエータ１６は、図１（ｂ）に示すように、操作面１２０の裏面側に配置されている。アクチュエータ１６は、例えば、ボイスコイルモータやピエゾ素子を用いて構成されている。

本実施の形態のアクチュエータ１６は、筐体１０と荷重検出部１４の間に配置されたボイスコイルモータである。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に基づいて基準位置１２０ａの上下に操作面１２０を振動させる。この操作面１２０の振動によって、操作者に触覚を呈示するための振動１６０、及び聴覚を呈示するための音１６１が生成される。

（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、周波数情報１８１と、が格納されている。

また制御部１８は、例えば、タッチパッド１２から取得した検出情報Ｓ_１、及び荷重検出部１４から取得した荷重情報Ｓ_２に基づいて操作指９の検出点１２１の座標の情報や操作面１２０を押し込む操作（プッシュ操作）の情報を含む操作情報Ｓ_４を接続された操作対象の電子機器に出力するように構成されている。

変形例として制御部１８は、例えば、指定情報Ｓ_５に基づいて触覚及び聴覚の呈示、つまりクロスモーダルなフィードバックを呈示するように構成されても良い。なお触聴覚呈示装置１が荷重検出部１４を備えない構成である場合、操作対象から出力される指定情報Ｓ_５に基づいてクロスモーダルなフィードバックの呈示を行う。

荷重しきい値１８０は、触覚及び聴覚の呈示を行うか否かを判定するためのしきい値である。制御部１８は、例えば、検出された荷重Ｆと荷重しきい値１８０とを比較し、この荷重Ｆが荷重しきい値１８０以上となると、周波数情報１８１に基づいた駆動信号Ｓ_３を生成してアクチュエータ１６に出力する。アクチュエータ１６は、この駆動信号Ｓ_３に基づいて操作面１２０を振動させ、触覚刺激と聴覚刺激を生成する。

触聴覚呈示装置１は、操作面１２０の振動によって操作者に振動１６０による触覚刺激を与えると共に音１６１による聴覚刺激を与えるので、周波数によっては、聴覚刺激のための振動が操作者の操作指に伝わって触覚が低下する可能性がある。また触聴覚呈示装置１は、触覚の低下を抑制するため、操作指の知覚領域よりも高い周波数の振動によって聴覚刺激を生成すると、高い周波数成分のみとなって低音領域の成分がなくなり、高級感に欠ける可能性がある。

制御部１８は、複数の倍音の周波数が操作面１２０に接触する操作指を介して操作者に振動として知覚されない周波数帯の周波数の音１６１とすると共に、基本周波数ｆ_０のＮ倍又はＮ分の一倍（Ｎは自然数）の周波数を有する振動１６０を操作面１２０に付加して触覚を呈示する。

具体的には、触聴覚呈示装置１は、ミッシングファンダメンタルと呼ばれる聴覚現象に基づいて振動１６０の周波数ｆ_１と音１６１の周波数とを定める。

このミッシングファンダメンタルとは、例えば、図２（ａ）に示すように、呈示される倍音が８００Ｈｚ、１０００Ｈｚ、１２００Ｈｚ及び１４００Ｈｚであった場合、操作者がこの倍音の基本周波数ｆ_０である２００Ｈｚの音を呈示されていなくても認知するという聴覚現象である。この基本周波数ｆ_０に基づいて上記の倍音の周波数を表すと、２００×４＝４ｆ_０、２００×５＝５ｆ_０、２００×６＝６ｆ_０及び２００×７＝７ｆ_０となる。

そこで周波数情報１８１には、例えば、聴覚を呈示するための音１６１の成分ｆ_Ｍがｆ_Ｍ＝Ｍｆ_０（２≦Ｍ：Ｍは自然数）となる複数の倍音の周波数の情報が含まれている。

またこのような聴覚が呈示される場合、触覚を呈示するための振動１６０の周波数ｆ_１は、基本周波数ｆ_０に基づく周波数であれば、触覚刺激と聴覚刺激の一体感や統一感を向上させることが期待される。

そこで振動１６０の周波数ｆ_１は、例えば、図２（ａ）に示すように、基本周波数ｆ_０のＮ倍又はＮ分の一倍（ｆ_１＝Ｎｆ_０又はｆ_１＝ｆ_０／Ｎ）とすると良い。従って振動１６０の周波数ｆ_１は、Ｎ＝１で２００Ｈｚ、Ｎ＝２で４００Ｈｚ又は１００Ｈｚなどとなる。

ここでミッシングファンダメンタルは、例えば、図２（ｂ）に斜線で示す範囲において生じる聴覚現象である。例えば、基本周波数ｆ_０＝１００Ｈｚを知覚させたい場合は、図２（ｂ）に示すように、およそ４００〜２０００Ｈｚ程度の範囲に倍音が収まるようにすれば良い。つまり倍音の周波数は、振動１６０の周波数ｆ_１を定めた後、図２（ｂ）の斜線の範囲内に収まる範囲で定められる。

本実施の形態の周波数情報１８１は、振動１６０の周波数として１００Ｈｚ、音１６１の周波数として８００Ｈｚ、１０００Ｈｚ、１２００Ｈｚ及び１４００Ｈｚとする情報を有している。

制御部１８は、触覚及び聴覚の呈示を行う場合、周波数情報１８１に基づいて駆動信号Ｓ_３を生成してアクチュエータ１６に出力する。なお周波数情報１８１は、関数であっても良い。

以下に本実施の形態に係る触聴覚呈示装置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）
触聴覚呈示装置１の制御部１８は、荷重検出部１４から荷重情報Ｓ_２を取得し（Ｓｔｅｐ１）、検出された荷重Ｆが荷重しきい値１８０を超えるか否かを監視する。制御部１８は、ステップ２の「Ｙｅｓ」が成立する、つまり検出された荷重Ｆが荷重しきい値１８０以上となると（Ｓｔｅｐ２：Ｙｅｓ）、周波数情報１８１に基づいて駆動信号Ｓ_３を生成する。なおステップ２において制御部１８は、荷重Ｆが荷重しきい値１８０より小さい場合（Ｓｔｅｐ２：Ｎｏ）、ステップ１に処理を進める。

制御部１８は、生成した駆動信号Ｓ_３をアクチュエータ１６に出力して触覚及び聴覚によるクロスモーダルなフィードバックを呈示して動作を終了する（Ｓｔｅｐ３）。

（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る触聴覚呈示装置１は、触覚刺激と聴覚刺激の一体感や統一感を向上させることができる。この触聴覚呈示装置１は、聴覚刺激として呈示される複数の倍音のミッシングファンダメンタルである基本周波数ｆ_０に基づいて振動１６０の周波数ｆ_１が定められるので、この構成を採用しない場合と比べて、触覚刺激と聴覚刺激の一体感や統一感を向上させることができ、クロスモーダルなフィードバックの印象を向上させることができる。

触聴覚呈示装置１は、基本周波数ｆ_０に基づいて振動１６０の周波数ｆ_１を定めるので、この構成を採用しない場合と比べて、触覚及び聴覚が呈示された際の触感が良い。

触聴覚呈示装置１は、倍音が複数含まれることで重厚で高級感のある音１６１の周波数を定め、その定めた複数の倍音に調和する振動１６０の周波数を定めることができるので、この構成を採用しない場合と比べて、音１６１の高級感を演出しながら触感が良い振動１６０を呈示することができる。

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…触聴覚呈示装置、８…車両、９…操作指、１０…筐体、１２…タッチパッド、１４…荷重検出部、１６…アクチュエータ、１８…制御部、８０…フロアコンソール、８１…センターコンソール、８２…表示装置、１２０…操作面、１２０ａ…基準位置、１２１…検出点、１６０…振動、１６１…音、１８０…荷重しきい値、１８１…周波数情報

Claims

操作を受け付ける操作面に振動を付加するアクチュエータを制御し、前記操作面を振動させて複数の倍音を含む音を出力させて聴覚刺激を呈示すると共に、前記複数の倍音のミッシングファンダメンタルである基本周波数に基づいた周波数を有する振動を前記操作面に付加して触覚刺激を呈示する制御部を備えた触聴覚呈示装置。
前記制御部は、前記複数の倍音の周波数が前記操作面に接触する操作指を介して操作者に振動として知覚されない周波数帯の周波数の音とする、
請求項１に記載の触聴覚呈示装置。
前記制御部は、前記基本周波数のＮ倍又はＮ分の一倍（Ｎは自然数）の周波数を有する振動を前記操作面に付加して触覚刺激を呈示する、
請求項１又は２に記載の触聴覚呈示装置。
前記制御部は、前記操作面を押し込む操作が行われた際に付加された荷重が予め定められた荷重しきい値以上である場合、前記アクチュエータを制御して触覚刺激及び聴覚刺激を呈示する、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の触聴覚呈示装置。