JP2019003340A - 入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】荷重検出部を用いることなく操作体の操作荷重を推定して、推定した操作荷重に基づいて振動制御することで、安定的な引込み力が得られる入力装置を提供する。
【解決手段】操作体が操作面に接触しているときに、駆動部１２０に対して制御部１３０が、検出部１１２による操作状態から推定される操作体の移動先の方向に往復する振動を操作面に発生させると共に、往復する振動の往路側と復路側とで振動の速度あるいは加速度が異なるように制御する振動制御を実行する入力装置において、制御部は、検出部による操作状態から、操作面における操作体の接触面積および接触形状を把握して、接触面積および接触形状を基に操作体の操作面に対する操作荷重Ｗを推定すると共に、振動制御を実行する際に、操作荷重に応じて、往路側あるいは復路側における振動の速度あるいは加速度の大きさを変更する。
【選択図】図２

Description

本発明は、タッチパッドやタッチパネルのように、指等の操作体による入力操作を可能とする入力装置に関するものである。

従来の入力装置として、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１の入力装置（電子機器）は、操作体（例えば操作者の指）が接触する接触面と、接触面を支持する筐体と、筐体に対して接触面を移動させる駆動装置とを備えている。そして、操作体の位置情報をもとに、駆動装置によって接触面が移動されるようになっている。

これにより、操作体の移動方向に対して逆方向に接触面を移動させることで、操作体に対して抗力を与え、また操作体の移動方向と同一方向に接触面を移動させることで、引き込み力（誘導力）を与えるようになっている。

特開２０１６−１８４４２８号公報

特許文献１の入力装置では、操作体の移動量が大きい場合では、これに応じて接触面の移動量も大きくする必要が生ずる。よって、その分、筐体において接触面の可動範囲を大きくとる必要が生じ、筐体の大型化を招き、現実性に欠けるものとなってしまう。

そこで、本発明者らは、先の出願（特願２０１７−４４１９６）において、操作体の移動先の方向に往復する振動を操作面に発生させると共に、往復する振動の往路側と復路側とで振動の速度あるいは加速度が異なるように制御する入力装置を提案した。

この入力装置においては、振動の速度あるいは加速度が大きい方向においては、操作面と操作体との間に滑りが発生して、慣性の法則によって、操作体は、操作面の動きに追従しにくく、その位置に取り残される形となる。逆に、振動の速度あるいは加速度が小さい方向においては、操作面と操作体との間の摩擦力が作用して、慣性の法則によって、操作体には、操作面の動きと共に移動される力が働きやすくなる。

これにより、小さな可動領域で、振動の速度あるいは加速度が小さい側に効果的な引込み力を得ることができるようにし、従来技術のように、操作体の移動量が大きい場合に、これに応じて接触面の移動量も大きくしなければならないといった問題を解消するようにした。

しかしながら、操作体の操作面に対する操作荷重（押圧力）によっては、操作面と操作体との間の摩擦力が変化して、安定的な引込み力が得られない場合があり、引込みの触覚が異なってしまうことが分かった。よって、操作荷重に応じて発生させる振動を制御することが考えられるが、操作荷重を把握するための荷重検出部が新たに必要となり、構成部品の増加（コストアップ）を伴ってしまう。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、荷重検出部を用いることなく操作体の操作荷重を推定して、推定した操作荷重に基づいて振動制御することで、安定的な引込み力が得られる入力装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

本発明では、操作側となる操作面（１１１）に対する操作体（Ｆ）の操作状態を検出する検出部（１１２）と、
検出部によって検出される操作状態に応じて、所定の機器（５０）に対する入力を行う制御部（１３０）と、
操作面の拡がる方向に操作面を振動させる駆動部（１２０）と、が設けられ、
操作体が操作面に接触しているときに、駆動部に対して制御部が、検出部による操作状態から推定される操作体の移動先（５２ａ）の方向に往復する振動を操作面に発生させると共に、往復する振動の往路側と復路側とで振動の速度あるいは加速度が異なるように制御する振動制御を実行する入力装置において、
制御部は、検出部による操作状態から、操作面における操作体の接触面積および接触形状を把握して、接触面積および接触形状を基に操作体の操作面に対する操作荷重（Ｗ）を推定すると共に、振動制御を実行する際に、推定した操作荷重に応じて、往路側あるいは復路側における振動の速度あるいは加速度の大きさを変更することを特徴としている。

この発明によれば、制御部（１３０）によって、振動制御が実行されると、操作面（１１１）において、操作体（Ｆ）の移動先（５２ａ）の方向に往路側と復路側とで、速度あるいは加速度が異なる振動が発生される。振動の速度あるいは加速度が大きい方向においては、操作面（１１１）と操作体（Ｆ）との間に滑りが発生して、慣性の法則によって、操作体（Ｆ）は、操作面（１１１）の動きに追従しにくく、その位置に取り残される（置いていかれる）形となる。逆に、振動の速度あるいは加速度が小さい方向においては、操作面（１１１）と操作体（Ｆ）との間の摩擦力が作用して、慣性の法則によって、操作体（Ｆ）には、操作面（１１１）の動きと共に移動される力が働きやすくなり、総じて操作体（Ｆ）は、振動の速度あるいは加速度が小さい方向に引込まれる形となる。

よって、上記のように振動制御を実行することで、小さな可動領域で、振動の速度あるいは加速度が小さい側に効果的な引込み力を得ることができる。したがって、従来技術のように、操作体の移動量が大きい場合に、これに応じて接触面の移動量も大きくしなければならないといった問題を無くすことができる。

ここで、操作体（Ｆ）による操作荷重（Ｗ）が変化すると、操作面（１１１）と操作体（Ｆ）との間の摩擦力（Ｆｒ）が変化する。これに伴い、操作面（１１１）と操作体（Ｆ）との間の滑り状態が変化して、引込み力が変化してしまう。つまり、引込みの触覚が変化してしまう。

本発明では、制御部（１３０）は、検出部（１１２）による操作状態から操作面（１１１）における操作体（Ｆ）の接触面積および接触形状を把握し、この把握した接触面積および接触形状を基に、操作体（Ｆ）の操作面（１１１）に対する操作荷重（Ｗ）を推定する。よって、操作荷重（Ｗ）を検出するための専用の荷重検出部の設定を不要とすることができる。

そして、制御部（１３０）は、振動制御を実行する際に、推定した操作荷重（Ｗ）に応じて、往路側あるいは復路側における振動の速度あるいは加速度の大きさを変更するようにしている。これにより、操作荷重（Ｗ）に伴う、引込み力の変化を抑制することが可能となり、安定的な引込み力を得ることができる（詳細後述）。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

車両における入力装置の搭載状態を示す説明図である。 第１実施形態における入力装置を示すブロック図である。 操作荷重と摩擦力との関係を説明するためのグラフである。 制御部が行う制御内容を示すフローチャートである。 １軸方向への指操作が行われる様子を示す説明図である。 斜め方向（２軸方向）への指操作が行われる様子を示す説明図である。 操作面に対して指が触れた領域を示す説明図である。 指が触れた領域の２軸方向のそれぞれの長さ（接触形状の特徴）を示す説明図である。 指の接触形状の特徴から、操作面への指の接触部位を推定するためのテーブルである。 指の接触部位と接触面積とに基づいて、操作荷重を推定するためのテーブルである。 操作荷重に対して標準振動パターンを変更する際の要領を示す説明図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
第１実施形態の入力装置１００を図１〜図１１に示す。本実施形態の入力装置１００は、例えば、ナビゲーション装置５０を操作するための遠隔操作デバイスに適用したものである。入力装置１００は、ナビゲーション装置５０と共に、車両１０に搭載されている。ナビゲーション装置５０は、本発明の所定の機器に対応する。

ナビゲーション装置５０は、地図上における自車の現在位置情報、進行方向情報、あるいは操作者の希望する目的地への案内情報等を表示する航路誘導システムである。図１に示すように、ナビゲーション装置５０は、表示部としての液晶ディスプレイ５１を有している。液晶ディスプレイ５１は、車両１０のインストルメントパネル１３の車両幅方向の中央部に配置されて、表示画面５２が操作者によって視認されるようになっている。

ナビゲーション装置５０は、入力装置１００に対して別体で形成されており、入力装置１００から離れた位置に設定されている。ナビゲーション装置５０と入力装置１００とは、例えば、Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋバス（ＣＡＮバス（登録商標））によって接続されている。

液晶ディスプレイ５１の表示画面５２には、地図上における自車位置が表示されると共に、地図の拡大表示、縮小表示、および目的地案内設定等のための各種操作ボタン５２ａが表示されるようになっている（図５、図６）。操作ボタン５２ａは、いわゆる操作アイコンと呼ばれるものである。また、表示画面５２には、後述する操作部１１０（操作面１１１）における操作者の指Ｆ（操作体）の位置に対応するように、例えば、矢印状にデザインされたポインタ５２ｂが表示されるようになっている。

入力装置１００は、図１、図２に示すように、車両１０のセンターコンソール１１にて、アームレスト１２と隣接する位置に設けられ、操作者の手の届き易い範囲に配置されている。入力装置１００は、操作部１１０、駆動部１２０、および制御部１３０等を備えている。

操作部１１０は、いわゆるタッチパッドを形成するものであり、操作者の指Ｆによって、ナビゲーション装置５０に対する入力操作を行う部位となっている。操作部１１０は、操作面１１１、およびタッチセンサ１１２等を有している。

操作面１１１は、アームレスト１２と隣接する位置で操作者側に露出して、操作者が指操作を行う平面部となっており、例えば、表面全体にわたって指の滑りを良くする素材等が設けられることで形成されている。操作面１１１上における操作者の指操作により、表示画面５２に表示される各種操作ボタン５２ａに対する操作（選択、押込み決定等）のための入力ができるように設定されている。表示画面５２における操作ボタン５２ａは、本発明の操作面における「操作状態から推定される操作体の移動先」に対応する。

タッチセンサ１１２は、操作面１１１の裏面側に設けられた、例えば、静電容量式の検出部である。タッチセンサ１１２は、矩形の平板状に形成されており、センサ表面に対する操作者の指Ｆによる操作状態を検出するようになっている。

タッチセンサ１１２は、操作面１１１上のｘ軸方向（図５、図６）に沿って延びる電極と、ｙ軸方向（図５、図６）に沿って延びる電極とが格子状に配列されることにより形成されている。これら各電極は、後述する制御部１３０と接続されている。

各電極は、センサ表面に近接する操作者の指Ｆの位置で（操作位置座標で）、静電容量（所定の静電容量値）を発生させるようになっており、発生される静電容量の信号（感度値）が制御部１３０に出力されるようになっている。センサ表面は、絶縁材よりなる絶縁シートによって覆われている。尚、タッチセンサ１１２としては、上記静電容量式のものに限らず、他の感圧式等、各種タイプのものを使用することができる。

上記操作面１１１およびタッチセンサ１１２は、筐体によって支持されている。筐体は、例えば、センターコンソール１１の内部に配置されている。

駆動部１２０は、操作面１１１の拡がる方向に操作面１１１を、ｘ、ｙ軸の２軸方向に振動させるものであり、操作面１１１の周囲４辺の少なくとも１辺に設けられている。駆動部１２０は、後述する制御部１３０と接続されており、制御部１３０によって振動発生の制御がなされるようになっている。

駆動部１２０は、２軸方向のうち、１軸方向のみの振動を有効にすることで、操作面１１１には１軸方向（ｘ軸方向、あるいはｙ軸方向）の振動を発生させ、また、２軸方向の振動を同時に有効にすることにより、操作面１１１には両振動を合成した斜め方向の振動を発生させることができるようになっている。

また、駆動部１２０は、往復する振動の往路側と復路側とにおいて、振動の速度あるいは加速度が異なるように作動することができるようになっている。

駆動部１２０としては、例えば、ソレノイド、ボイスコイルモータ等の電磁アクチュエータ、あるいはピエゾ等の振動体、更には、上記振動体とバネとが組み合わされたもの等を用いることができる。例えば、１つの振動体が２軸方向の振動を発生させるものであれば、操作面１１１の周囲４辺のうち少なくとも１つの辺部に１つの振動体を設けることで、駆動部１２０を形成することができる。あるいは、振動体が１軸方向のみの振動を発生させるものであれば、操作面１１１の周囲の隣合う２つの辺部にそれぞれ１つの振動体（合計２つ）を設けることで、駆動部１２０を形成することができる。あるいは、１軸方向の振動体とバネとの組合せを、対向する辺部に設けて、振動方向が直交するように２組設けることで駆動部１２０を形成することができる。

制御部１３０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、および記憶媒体等を有している。制御部１３０は、タッチセンサ１１２から得られる信号から、操作者の指Ｆの操作状態として、操作面１１１上における指Ｆの接触位置（表示画面５２上のポインタ５２ｂの位置）、接触面積、接触形状、各種操作ボタン５２ａのうち操作者の指Ｆ（ポインタ５２ｂ）から一番近い操作ボタン５２ａへの方向、および操作者の指Ｆ（ポインタ５２ｂ）から一番近い操作ボタン５２ａまでの距離等を取得する。

加えて、制御部１３０は、操作状態として、操作面１１１上において、操作ボタン５２ａに相当する位置での押込み操作の有無等を取得する。そして、制御部１３０は、これらの操作状態に応じて駆動部１２０による振動の発生状態を制御するようになっている（詳細後述）。

本実施形態の入力装置１００の構成は以上のようになっており、以下、作動および作用効果について、図３〜図１１を加えて説明する。

まず、本入力装置１００における操作荷重Ｗと、摩擦力Ｆｒとの関係について、図３を用いて、簡単に説明しておく。

図３（ａ）に示すように、一般的に物体同士が相対運動することで発生する摩擦力Ｆｒは物体固有の摩擦係数μに垂直抗力（＝垂直荷重＝操作荷重）Ｎを乗ずることで算出できると知られている。したがって、操作面１１１上における指Ｆに対する摩擦力Ｆｒによってもたらされる本入力装置１００での引込み力は、垂直荷重Ｎ、つまり操作荷重Ｗによって変化する。

ここで、図３（ｂ）に示すように、摩擦係数μは、変形のない剛体であれば物体固有の値をもち、その値は垂直荷重Ｎには依存しない（μ＝一定）。しかしながら、図３（ｃ）に示すように、操作者の指Ｆ等の弾性体では、操作荷重Ｗによって接触部が変形することで、その変形に応じて真の接触面積が変動し、摩擦係数μも変化する（μ１＝変動）ことも知られている。

したがって、図３（ｄ）に示すように、本入力装置１００における操作者の指Ｆと操作面１１１との摩擦力Ｆｒは、操作者の操作状態に応じて変動する操作荷重Ｗと、それに伴って変化する摩擦係数μ１とを乗じて算出されることになる。

以下、制御部１３０が実行する制御内容について、図４に示すフローチャートを用いて説明する。

まず、制御部１３０は、図４に示すステップＳ１００で、タッチセンサ１１２から得られる信号によって、操作者の指Ｆが操作面１１１にタッチ（接触）しているか否かを判定する。制御部１３０は、否と判定すれば、ステップＳ１１０で、駆動部１２０による操作面１１１への振動発生を停止して、ステップＳ１００を繰り返し、肯定判定すれば、ステップＳ１２０に移行する。尚、図５、図６に示すように、操作者の指Ｆが操作面１１１にタッチされると、表示画面５２におけるポインタ５２ｂの表示が有効となって、操作面１１１上における操作者の指Ｆの接触位置に対応するように、ポインタ５２ｂが表示画面５２に表示される。

ステップＳ１２０では、制御部１３０は、タッチセンサ１１２から得られる信号から、指Ｆが操作面１１１に触れている接触面積を算出する（図７）。接触面積は、タッチセンサ１１２における各電極のうち、静電容量の発生した領域の面積として算出される。尚、指Ｆの接触位置は、例えば、接触している領域の中心位置として捉えることができる。

次に、ステップＳ１３０で、制御部１３０は、指Ｆが操作面１１１に触れている形状（接触形状）の特徴を抽出する。制御部１３０は、図８に示すように、接触領域において、ｘ軸方向の最大値と最小値との差をＸ長（ｘ軸方向の長さ）、ｙ軸方向の最大値と最小値との差をＹ長（ｙ軸方向の長さ）とし、両長さの比（Ｘ長／Ｙ長）をもって、接触形状を抽出する。Ｘ長は、本発明の所定方向の長さに対応し、Ｙ長は、本発明の直交方向の長さに対応する。両長さの比を以下、縦横比Ａと呼ぶことにする。

尚、図７、図８では、接触領域（楕円）の中心軸（長軸および短軸）は、ｘ軸およびｙ軸に対して傾きのないものとして例示している。

図９の中段に示すように、縦横比Ａが相対的に小さいと、接触形状は極めて細長い楕円であることを示し、また、縦横比Ａが相対的に大きいと接触形状は、円に近いものであることを示し、更に、縦横比Ａが中間的な値であると、接触形状は、通常イメージされる楕円に近いものであることを示す。

次に、ステップＳ１４０で、制御部１３０は、操作面１１１に触れる指Ｆの部位（接触部位）を、図９の下段に示すように、縦横比Ａに基づいて推定する。図９は、指Ｆの接触部位を推定するための指の部位テーブルの一例であり、推定する接触部位を３種類とした場合を示している。

例えば、縦横比Ａが０．３よりも小さい場合であると、接触形状は、細長の楕円となり、制御部１３０は、接触部位が指Ｆの側面であると推定する。また、縦横比Ａが０．３以上で０．６よりも小さい場合であると、接触形状は、一般的な楕円となり、制御部１３０は、接触部位が指Ｆの腹であると推定する。更に、両長さの比が０．６以上の場合であると、接触形状は、円に近いものとなって、制御部１３０は、接触部位が指Ｆの先端（指先）であると推定する。

次に、ステップＳ１５０で、制御部１３０は、図１０に示すように、指Ｆの接触部位と接触面積とから、操作面１１１に対する指Ｆの操作荷重Ｗを推定する。図１０は、操作荷重Ｗを推定するための操作荷重テーブルの一例であり、接触部位ごとに、３水準の接触面積を設定して、それらに対応する３水準の操作荷重（１〜３）を推定するものとしている。尚、各接触部位において、接触面積の大小を判定する閾値として、指Ｆの側面でタッチした場合では、２０および３０を用い、指Ｆの腹でタッチした場合では、８０および１２０を用い、指先でタッチした場合では、４０および６０を用いている。

指Ｆの接触面積が同じであっても、接触部位によって、発生する操作荷重Ｗは異なり、接触面積だけから操作荷重Ｗを推定すると、誤差が大きくなる可能性がある。よって、本実施形態では、接触部位ごとに接触面積に応じて、操作荷重Ｗが推定されるようになっている。まず、操作面積が大きくなる程、操作荷重Ｗは大きくなるように設定されている。図１０中では、操作荷重１＜操作荷重２＜操作荷重３、である。加えて、操作部位については、操作荷重Ｗが同レベルであっても、指Ｆの側面、指先、指の腹の順で、操作面積の条件が大きくなるように設定されている。

次に、ステップＳ１６０で、制御部１３０は、操作者の指Ｆが各種操作ボタンのうち、いずれかの操作ボタン５２ａを選択中か否かを判定する。制御部１３０は、操作者の指Ｆの位置がいずれかの操作ボタン５２ａに重なる位置にあると選択中（Ｙｅｓ）であると判定し、操作者の指Ｆの位置がいずれかの操作ボタン５２ａに重ならない位置であると選択中ではない（Ｎｏ）と判定する。

尚、操作者の指Ｆがいずれかの操作ボタン５２ａを選択中ではないという状態は、いずれかの操作ボタン５２ａに対して操作者の指Ｆは離れた位置にあり、いずれかの操作ボタン５２ａに向けて移動されている状態を示す。制御部１３０は、ステップＳ１６０で、否と判定すると、ステップＳ１７０に移行する。

ステップＳ１７０では、制御部１３０は、操作者の指Ｆの操作状態から、指Ｆの移動先となる操作ボタン５２ａを推定する。ここでは、現在の指Ｆの位置から一番近い操作ボタン５２ａを移動先の操作ボタン５２ａとして推定する。

そして、制御部１３０は、表示画面５２におけるポインタ５２ｂの位置（操作面１１１上の操作者の指Ｆの位置）から、操作者の指Ｆが移動しようとする操作ボタン５２ａの位置へのベクトルを算出する。ベクトル算出にあたって、制御部１３０は、ポインタ５２ｂの位置と操作ボタン５２ａの位置との距離（ベクトルの長さ）と、ポインタ５２ｂの位置から操作ボタン５２ａの位置に向かう方向（ベクトルの向き）とを算出する。

次に、ステップＳ１８０で、制御部１３０は、算出したベクトルの方向に引込み力を発生させるための標準振動パターンを設定すると共に、ステップＳ１５０で推定した操作荷重Ｗに応じて、標準振動パターンを一部変更する。

即ち、制御部１３０は、まず、標準振動パターンとして、算出したベクトルの向き（操作体の移動先の方向）に往復する振動を設定する。例えば、制御部１３０は、上記ベクトルがｘｙの２軸方向のうち、いずれか一方の軸方向（例えばｙ軸方向）であると、図５に示すように、その軸方向に沿う振動を設定する。また、制御部１３０は、上記ベクトルが２軸に対して傾いている場合であると、図６に示すように、２軸方向の合成によって得られる斜め方向の振動を設定する。

そして、制御部１３０は、往復する振動の往路側と復路側とで振動の速度あるいは加速度が異なるように設定する。ここでは、往路側は、操作者の指Ｆが移動しようとする方向としており、制御部１３０は、図１１中の波形例における実線で示すように、復路側よりも往路側の速度あるいは加速度が小さくなるように標準振動パターンを設定する。尚、図１１では、振動の速度あるいは加速度のうち、一例として、加速度を振動の制御対象として示している。

更に、制御部１３０は、推定した操作荷重Ｗに応じて、標準振動パターンにおける速度あるいは加速度の大きさを変更した変更振動パターンを設定する。変更振動パターンは、図１１中の波形例において破線で示したものである。

変更振動パターンの設定要領は、以下の通りである。即ち、制御部１３０は、操作荷重Ｗが予め定めた規定範囲の荷重よりも大きいときに、標準振動パターンにおける往路側はそのままとして、復路側の速度あるいは加速度を大きく設定する（図１１中の上段）。また、制御部１３０は、操作荷重Ｗが規定範囲の荷重よりも小さいときに、標準振動パターンにおける復路側はそのままとして、往路側の速度あるいは加速度を小さく設定する（図１１中の下段）。尚、操作荷重Ｗが規定範囲の荷重であると、標準振動パターンを変更することなく、そのまま使用するように設定する（図１１中の中段）。

尚、往路側あるいは復路側の振動の速度あるいは加速度の大きさを設定、更には変更するにあたっては、振動の振幅を変更する、振動の周波数を変更する、あるいは往路側と復路側の波形におけるデューティ比（復路側振動時間／（往路側振動時間＋復路側振動時間））を変更することで対応可能である。

例えば、振動の振幅を大きくすることで、振動の速度あるいは加速度を大きくし、振動の振幅を小さくすることで振動の速度あるいは加速度を小さくすることができる。また、振動の周波数を大きくすることで、振動の速度あるいは加速度を大きくし、振動の周波数を小さくすることで振動の速度あるいは加速度を小さくすることができる。更には、デューティ比を小さくすることで、復路側の速度あるいは加速度を大きくし、往路側の速度あるいは加速度を小さくすることができる。逆に、デューティ比を大きくすることで、復路側の速度あるいは加速度を小さくし、往路側の速度あるいは加速度を大きくすることができる。

そして、ステップＳ１９０にて、制御部１３０は、上記のようにベクトルの方向、および操作荷重Ｗに応じて設定した振動パターン（標準振動パターン、あるいは変更振動パターン）となるように、駆動部１２０を駆動させて、操作面１１１を振動させる。尚、標準振動パターンに基づく操作面１１１への振動付加は、本発明の振動制御に対応する。 ステップＳ１９０の後、操作者の指Ｆによって、操作者が希望する操作ボタン５２ａが選択されるまで（ステップＳ１６０でＹｅｓ場合）、制御部１３０は、ステップＳ１００、Ｓ１２０〜Ｓ１９０を繰り返す。

上記ステップＳ１００、Ｓ１２０〜Ｓ１９０を繰り返す中で、ステップＳ１６０で、肯定判定すると、制御部１３０は、ステップＳ２００で、操作ボタン５２ａに対する押込み操作があったか否かを判定する。押込み操作は、操作者の操作ボタン５２ａに対する選択決定を示す操作であり、操作者が操作面１１１上で、操作ボタン５２ａに対応する位置で指を押込むことで行われる。ステップＳ２００で肯定判定すると、制御部１３０は、ステップＳ２１０で押込み決定処理を行う。つまり、操作ボタン５２ａに対応する指示をナビゲーション装置５０に対して行う。尚、ステップＳ２００で否定判定すると、ステップＳ１００に戻る。

そして、ステップＳ２２０で、制御部１３０は、操作者の指Ｆに対してクリック感を与えるための振動（クリック感振動）を発生させる。ここでは、駆動部１２０を流用して、上記ステップＳ１８０、Ｓ１９０における引込み用の振動とは異なり、駆動部１２０を単発的に振動させることで、操作者が押込み操作をしたことが認識できるようにする。

以上のように本実施形態では、推定された操作荷重Ｗが規定範囲の荷重であると、操作面１１１において、制御部１３０によって、操作者の指Ｆの移動先（操作ボタン５２ａ）の方向に往路側と復路側とで、速度あるいは加速度が異なる振動が発生される（標準振動パターンによる振動制御）。振動の速度あるいは加速度が大きい方向においては、操作面１１１と指Ｆとの間に滑りが発生して、慣性の法則によって、操作者の指Ｆは、操作面１１１の動きに追従しにくく、その位置に取り残される（置いていかれる）形となる。逆に、振動の速度あるいは加速度が小さい方向においては、操作面１１１と指Ｆとの間の摩擦力Ｆｒが作用して、慣性の法則によって、操作者の指Ｆには、操作面１１１の動きと共に移動される力が働きやすくなり、総じて操作者の指Ｆは、振動の速度あるいは加速度が小さい方向に引込まれる形となる。

よって、上記のように振動制御を実行することで、小さな可動領域で、振動の速度あるいは加速度が小さい側に効果的な引込み力を得ることができる。したがって、従来技術のように、操作体の移動量が大きい場合に、これに応じて接触面の移動量も大きくしなければならないといった問題を無くすことができる。

また、本実施形態では、振動の往路側を移動先の方向としており、制御部１３０は、駆動部１２０に対して、復路側よりも往路側の速度あるいは加速度を小さくするようにしている。これにより、操作ボタン５２ａに近づいて行こうとしている操作者の指Ｆに対して、この操作ボタン５２ａに引込ませるような引込み力を発生させることができる。

ここで、指Ｆによる操作荷重Ｗが変化すると、操作面１１１と指Ｆとの間の摩擦力Ｆｒが変化する。これに伴い、操作面１１１と指Ｆとの間の滑り状態が変化して、引込み力が変化してしまう。つまり、引込みの触覚が変化してしまう。

本実施形態では、制御部１３０は、タッチセンサ１１２による操作状態から操作面１１１における指Ｆの接触面積および接触形状を把握し、この把握した接触面積および接触形状を基に、指Ｆの操作面１１１に対する操作荷重Ｗを推定する。よって、操作荷重Ｗを検出するための専用の荷重検出部の設定を不要とすることができる。

そして、制御部１３０は、振動制御を実行する際に、推定した操作荷重Ｗに応じて、往路側あるいは復路側における振動の速度あるいは加速度の大きさを変更するようにしている。

具体的には、操作荷重Ｗが規定範囲の荷重よりも大きいときは、標準振動パターンに対して、制御部１３０は、復路側の振動の速度あるいは加速度を大きくしている。

操作荷重Ｗが大きくなると摩擦力Ｆｒも大きくなって、指Ｆは、操作面１１１上で滑りにくくなり、振動の往路側、および復路側の両方向で指Ｆが滑らずに移動を繰り返し、結果的に指Ｆの位置が変化しない（引込み力が得られない）。

よって、操作荷重Ｗが大きいとき、復路側の速度あるいは加速度を標準振動パターンよりも大きくすることで（図１１上段）、操作面１１１と指Ｆとの間の滑りがより多く発生するようにすることができる。したがって、振動の復路側において、指Ｆが操作面１１１の動きに追従しにくくすることができ、操作荷重Ｗが大きい場合でも復路側（引込みと逆方向）に指が移動しようとするのを抑制することができる。

逆に、操作荷重Ｗが規定範囲の荷重よりも小さいときは、標準振動パターンに対して、制御部１３０は、往路側の振動の速度あるいは加速度を小さくしている。

操作荷重Ｗが小さくなると摩擦力Ｆｒも小さくなって、指Ｆは、操作面１１１上で滑りやすくなり、振動の往路側における操作面１１１の動きに対して移動されにくくなる（引込み力が小さくなる）。よって、指Ｆは、振動の往路側、および復路側の両方向で滑りやすくなり、結果的に指Ｆが移動しない（引込み力が得られない）。

よって、操作荷重Ｗが小さいとき、往路側の速度あるいは加速度を標準振動パターンよりも小さくすることで（図１１下段）、操作面１１１と指Ｆとの間の滑りが起きにくくすることができる。したがって、振動の往路側において、指Ｆが操作面１１１の動きに追従しやすくすることができ、操作荷重Ｗが小さい場合でも往路側（引込み側）に指が移動しやすくすることができる。

以上のことから、制御部１３０は、振動制御を実行する際に、専用の荷重検出部の設定を不要として、推定した操作荷重Ｗに応じて、往路側あるいは復路側における振動の速度あるいは加速度の大きさを変更することで、操作荷重Ｗに伴う、引込み力の変化を抑制することが可能となり、安定的な引込み力を得ることができる。安定的な引込み力によって、操作荷重Ｗによらず、引込みの触覚が同等に維持される。

また、制御部１３０は、操作荷重Ｗを推定する際に用いる接触形状については、指Ｆが触れた領域のＸ長と、Ｙ長との比（縦横比Ａ）を用いて、抽出（把握）するようにしている。これにより、容易に、且つ的確に接触形状を抽出することができる。

また、制御部１３０は、接触形状から操作面１１１に対する指Ｆの接触部位（指Ｆの側面、腹、指先等）を推定し、接触部位ごとに、接触面積に対する操作荷重Ｗを推定するようにしている。これにより、単に接触面積だけに基づいて操作荷重Ｗを推定する場合に比べて、接触部位を考慮することで、操作荷重Ｗを推定する際の誤差を抑制することができる。

また、制御部１３０は、タッチセンサ１１２より操作状態として、操作面１１１に対する押込み操作を取得すると（ステップＳ２００）、駆動部１２０に対して、引込みのための振動とは異なり、操作者の指Ｆに対してクリック感を与えるクリック感振動を発生させるようにしている（ステップＳ２２０）。これにより、駆動部１２０を流用して、操作者に選択決定操作を認識させることができる。

（その他の実施形態）
上記第１実施形態では、図９で説明したように、接触形状を抽出するために、縦横比Ａを判定する判定値として、０．３、０．６等を用いたが、これに限定されるものではなく、他の判定値を用いてもよい。

また、上記第１実施形態では、図９で説明したように、接触部位を推定するために、パターン１〜３（指Ｆの側面、腹、指先等）としたが、これに限定されるものではなく、２パターン、あるいは４パターン以上としてもよい。例えば、接触部位として、指Ｆの腹でタッチされる場合に、指Ｆと操作面１１１との成す角度に応じて、「指Ｆの腹」を更に複数の水準に設定することが可能である。あるいは、接触部位として、指Ｆの腹でタッチされる場合に、指Ｆの軸線周りの回転角度に応じて、「指Ｆの腹」を更に複数の水準に設定することが可能である。

また、上記第１実施形態では、図１０で説明したように、操作荷重Ｗを推定するにあたって、接触面積を３水準にし、これに対応する３水準の操作荷重Ｗ（１〜３）としたが、接触面積（操作荷重Ｗ）の水準は、任意に設定することができる。

また、上記第１実施形態では、図１０で説明したように、操作荷重Ｗを推定するために、接触面積の大小を判定する閾値として、２０、３０、４０、６０、８０、１２０等を用いたが、これに限定されるものではなく、任意の値に設定可能である。

また、上記第１実施形態では、指Ｆが操作面１１１にタッチされた領域における楕円の長軸および短軸は、ｘ軸およびｙ軸に対して傾きの無いものとして例示したが、両軸に対して傾きをもつものへの適用も可能である。この場合では、楕円の傾きを算出し、傾きを考慮した縦横比Ａを算出して、操作荷重Ｗを推定するようにすればよい。尚、楕円の傾きは、最小二乗法による近似や、「Ｖｅｒｙ Ｆａｓｔ Ｅｌｌｉｐｓｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｖｉｓｉｏｎ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」等の既知の方法で算出することができる。

また、上記第１実施形態では、制御部１３０は、操作者の指Ｆの操作状態から、指Ｆの移動先となる操作ボタン５２ａを推定するにあたって、現在の指Ｆの位置から一番近い操作ボタン５２ａを移動先の操作ボタン５２ａとして推定するようにした。しかしながら、これに限定されることなく、例えば、過去の所定期間における操作者の使用頻度の高い操作ボタン５２ａを移動先となる操作ボタン５２ａとして推定してもよい。あるいは、現時点での操作者の指Ｆの移動しようとするその先にある操作ボタン５２ａを移動先となる操作ボタン５２ａとして推定してもよい。

また、上記第１実施形態では、操作ボタン５２ａに近づいていく操作者の指Ｆに対して操作ボタン５２ａ側に引込み力を発生させるものとしたが、これに加えて、操作者の指Ｆが操作ボタン５２ａの近傍から離れようとするときに、操作ボタン５２ａ側に向かう引込み力を発生させるものとしてもよい。この場合は、操作者の指Ｆが操作ボタン５２ａに対して離れていく方向に振動を発生させ、離れていく方向を往路側、その反対方向を復路側とし、復路側の振動の速度あるいは加速度を往路側よりも小さくするようにしてやればよい。

また、上記第１実施形態では、操作部１１０として、いわゆるタッチパッド式のもとしたが、これに限らず、液晶ディスプレイ５１の表示画面５２が透過されて操作面１１１に視認されるいわゆるタッチパネル式のものにも適用可能である。

また、上記第１実施形態では、図４で説明したステップＳ２００〜ステップＳ２２０で、押込み操作があると、クリック感を与えるクリック感振動を発生させるものとした。しかしながら、本発明は、基本的には、往路側と復路側とで振動の速度あるいは加速度が異なるようにすることで、引込み力を発生させると共に、推定した操作荷重Ｗに応じて、速度あるいは加速度を変更することで引込み力の安定化を図るものとしており、ステップＳ２００〜ステップＳ２２０を廃止したものとしてもよい。

また、上記第１実施形態では、操作体を操作者の指Ｆとして説明したが、これに限らず、ペンを模したスティック等としてもよい。

また、上記第１実施形態では、入力装置１００による入力制御の対象（所定の機器）として、ナビゲーション装置５０としたが、これに限定されることなく、車両用の空調装置、あるいは車両用オーディオ装置等の他の機器にも適用することができる。

５０ ナビゲーション装置（所定の機器）
５２ａ 操作ボタン（移動先）
１００ 入力装置
１１１ 操作面
１１２ タッチセンサ（検出部）
１２０ 駆動部
１３０ 制御部
Ｆ 操作者の指（操作体）
Ｗ 操作荷重

Claims (4)

1. 操作側となる操作面（１１１）に対する操作体（Ｆ）の操作状態を検出する検出部（１１２）と、
   前記検出部によって検出される前記操作状態に応じて、所定の機器（５０）に対する入力を行う制御部（１３０）と、
   前記操作面の拡がる方向に前記操作面を振動させる駆動部（１２０）と、が設けられ、
   前記操作体が前記操作面に接触しているときに、前記駆動部に対して前記制御部が、前記検出部による前記操作状態から推定される前記操作体の移動先（５２ａ）の方向に往復する振動を前記操作面に発生させると共に、前記往復する振動の往路側と復路側とで前記振動の速度あるいは加速度が異なるように制御する振動制御を実行する入力装置において、
   前記制御部は、前記検出部による前記操作状態から、前記操作面における前記操作体の接触面積および接触形状を把握して、前記接触面積および前記接触形状を基に前記操作体の前記操作面に対する操作荷重（Ｗ）を推定すると共に、前記振動制御を実行する際に、前記操作荷重に応じて、前記往路側あるいは前記復路側における前記振動の速度あるいは加速度の大きさを変更する入力装置。
2. 前記制御部は、前記操作面において、前記操作体が触れた領域の所定方向（Ｘ）の長さと、前記所定方向に直交する直交方向（Ｙ）の長さとの比をもって、前記接触形状を把握する請求項１に記載の入力装置。
3. 前記制御部は、前記接触形状から前記操作面に対する前記操作体の接触部位を推定し、前記接触部位ごとに、前記接触面積に対する前記操作荷重を推定する請求項２に記載の入力装置。
4. 前記制御部は、前記検出部より前記操作状態として、前記操作面に対する押込み操作を取得すると、前記駆動部に対して、前記振動とは異なり、前記操作体に対してクリック感を与えるクリック感振動を発生させる請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の入力装置。

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