JP2019121218A - 触覚呈示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】操作性を向上させ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、複数の操作領域120及び操作領域121が設けられた操作面12を有するパネル11と、操作面12に付加された荷重を検出すると共に操作面12に振動を付加し、それぞれの操作領域120及び操作領域121の中央の下方に配置された第1の圧電素子2a及び第2の圧電素子2bと、操作面12になされた操作に伴って操作面12に付加された荷重を検出する第1の圧電素子2a及び第2の圧電素子2bのうち、最も大きい荷重を検出した圧電素子に対する荷重しきい値Th1を調整し、操作がなされたことを示すオン判定を行い易くする制御部4と、を備えて概略構成されている。【選択図】図3
Description
本発明は、触覚呈示装置に関する。
従来の技術として、表面部への操作指の接触の検出と、操作指への触覚の呈示と、を行う圧電素子を備えた装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
この装置は、表面部に対する操作指の接触が検出されたのち、振動によって操作指に触覚を呈示する。
このような従来の装置は、例えば、複数の圧電素子が並んで配置された場合、圧電素子の中心部から外れた位置になされた操作を検出し易くするために判定に用いるしきい値を下げすぎると、隣接する圧電素子もオン判定し易くなり、操作性が低下する可能性がある。
従って本発明の目的は、操作性を向上させ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、荷重しきい値及び調整しきい値を有し、操作面になされた操作に伴って複数の荷重センサが検出したうちの少なくとも1つの荷重が調整しきい値以上である場合、荷重しきい値を調整し、操作がなされたことを示すオン判定を行い易くする判定部を備えた触覚呈示装置を提供する。
本発明によれば、操作性を向上させることができる。
(実施の形態の要約)
実施の形態に係る触覚呈示装置は、荷重しきい値及び調整しきい値を有し、操作面になされた操作に伴って複数の荷重センサが検出したうちの少なくとも1つの荷重が調整しきい値以上である場合、荷重しきい値を調整し、操作がなされたことを示すオン判定を行い易くする判定部を備えて概略構成されている。
実施の形態に係る触覚呈示装置は、荷重しきい値及び調整しきい値を有し、操作面になされた操作に伴って複数の荷重センサが検出したうちの少なくとも1つの荷重が調整しきい値以上である場合、荷重しきい値を調整し、操作がなされたことを示すオン判定を行い易くする判定部を備えて概略構成されている。
この触覚呈示装置は、操作目的の荷重センサの中心部から外れた位置で操作がなされた場合であっても、荷重しきい値が調整されて当該荷重センサが検出した荷重でオン判定し易くなるので、この構成を採用しない場合と比べて、操作者が操作を受け付けさせるために強く操作面を押し込むようなことが抑制され、操作性を向上させることができる。
[実施の形態]
(触覚呈示装置1の概要)
図1(a)は、実施の形態に係る触覚呈示装置の一例を示す上面図であり、図1(b)は、触覚呈示装置の一例を示す要部断面図である。図2(a)は、実施の形態に係る触覚呈示装置のブロック図の一例であり、図2(b)は、変形例に係る触覚呈示装置の一例を示す上面図である。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。さらに数値範囲を示す「A〜B」は、A以上B以下の意味で用いるものとする。
(触覚呈示装置1の概要)
図1(a)は、実施の形態に係る触覚呈示装置の一例を示す上面図であり、図1(b)は、触覚呈示装置の一例を示す要部断面図である。図2(a)は、実施の形態に係る触覚呈示装置のブロック図の一例であり、図2(b)は、変形例に係る触覚呈示装置の一例を示す上面図である。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。さらに数値範囲を示す「A〜B」は、A以上B以下の意味で用いるものとする。
触覚呈示装置1は、一例として、車両に搭載された電子機器を操作するステアリングスイッチなどの操作装置として用いられるがこれに限定されない。この電子機器は、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。そして触覚呈示装置1が検出する操作は、例えば、タッチ操作、タップ操作、プッシュ操作などである。
触覚呈示装置1は、例えば、図1(a)及び図1(b)に示すように、複数の操作領域が設けられた操作面12を有するパネル11と、操作面12に付加された荷重を検出すると共に操作面12に振動を付加する振動部でもあって、それぞれの操作領域の中央の下方に配置された複数の荷重センサと、荷重しきい値Th1及び調整しきい値Th2を有し、操作面12になされた操作に伴って複数の荷重センサが検出したうちの少なくとも1つの荷重が調整しきい値Th2以上である場合、荷重しきい値Th1を調整し、操作がなされたことを示すオン判定を行い易くする判定部としての制御部4と、を備えて概略構成されている。なお調整された荷重しきい値Th1は、判定が行われた後、調整前の値に戻される。
また制御部4は、複数の荷重センサが検出したうちの少なくとも1つの荷重が調整前の荷重しきい値Th1以上である場合、荷重しきい値Th1の調整を行わずにオン判定を行う。
さらに制御部4は、検出された荷重のうちで最も大きい荷重が調整された荷重しきい値Th2以上の場合、オン判定を行うと共に操作面12に振動を付加する振動部を制御する。
また複数の荷重センサは、例えば、図1(b)に示すように、並んで配置され、操作に伴うパネル11の撓みを阻害する部材が荷重センサ間に配置されない。
本実施の形態の触覚呈示装置1は、操作面12に付加された荷重を検出すると共に、操作面12を振動させて触覚の呈示を行う振動部としての機能を有するので、荷重センサとして圧電素子が用いられるがこれに限定されない。触覚呈示装置1は、例えば、ダイヤフラム方式などの荷重センサを用いると共に、モータなどを用いた振動部を備える構成であっても良い。また触覚呈示装置1は、一例として、複数の圧電素子として第1の圧電素子2a及び第2の圧電素子2bを備えているがさらに複数であっても良い。
また本実施の形態の制御部4は、第1の圧電素子2aが検出する荷重F1及び第2の圧電素子2bが検出する荷重F2の双方が調整しきい値Th2以上となった場合、中心部210から外れた位置を操作していると判定する。なお変形例として制御部4は、上述のように、荷重F1及び荷重F2のいずれか一方が調整しきい値Th2以上であった場合、中心部210から外れた位置を操作していると判定するように構成されても良い。
触覚呈示装置1は、例えば、図1(a)及び図1(b)に示すように、第1の圧電素子2a及び第2の圧電素子2bが基板10に配置されている。この基板10は、例えば、プリント配線基板である。
また触覚呈示装置1のパネル11は、例えば、ポリカーボネートなどの樹脂部材であり、板形状を有している。このパネル11の表面は、例えば、図1(a)に示すように、操作面12であり、印刷により形成された矩形の意匠によって操作領域120及び操作領域121が規定されている。
第1の圧電素子2aと第2の圧電素子2bは、押子14を介してパネル11の裏面13と接触している。押子14は、例えば、ポリカーボネートなどの樹脂材料を用いて円柱形状に形成されている。この押子14は、例えば、パネル11と別体であっても良いし、パネル11の裏面13から突出するようにパネル11と一体に形成されても良い。
本実施の形態の第1の圧電素子2aと第2の圧電素子2bは、基板10とパネル11の間に設けられ、パネル11の撓みを阻害する部材が間に配置されないようにされている。同様に、後述する変形例の第1の圧電素子2a〜第4の圧電素子2dは、基板10とパネル11の間に設けられ、パネル11の撓みを阻害する部材が間に配置されないようにされている。
(第1の圧電素子2a及び第2の圧電素子2bの構成)
第1の圧電素子2a及び第2の圧電素子2bは、例えば、図1(b)に示すように、円板形状を有する金属シム20と、金属シム20よりも半径が小さい円板形状を有する圧電体21と、圧電体21と同じ半径を有する円板形状を有する上部電極22と、を備えて概略構成されている。この第1の圧電素子2a及び第2の圧電素子2bは、一例として、ユニモルフ型の圧電素子である。
第1の圧電素子2a及び第2の圧電素子2bは、例えば、図1(b)に示すように、円板形状を有する金属シム20と、金属シム20よりも半径が小さい円板形状を有する圧電体21と、圧電体21と同じ半径を有する円板形状を有する上部電極22と、を備えて概略構成されている。この第1の圧電素子2a及び第2の圧電素子2bは、一例として、ユニモルフ型の圧電素子である。
なお変形例として圧電素子は、例えば、2枚の圧電体を金属シム20の両面に設けたバイモルフ型圧電素子であっても良い。この圧電素子は、上部電極22側の圧電体によって荷重を検出し、裏側の圧電体のみ、又は双方の圧電体が振動するように構成される。
金属シム20は、例えば、導電性を有するリン青銅やステンレスなどによって形成されている。また上部電極22は、例えば、銅などの導電性金属によって形成されている。この金属シム20は、例えば、圧電体21と電気的に接続され、下部電極として機能する。そして金属シム20は、例えば、基板10に形成された配線と電気的に接続されている。なお基板10は、例えば、金属シム20が撓むように、金属シム20に応じた凹部が設けられても良い。
圧電体21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。圧電体21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体である。なお圧電体21は、厚み方向に分極し、厚み方向の変形に対して出力が大きくなるように構成されている。
第1の圧電素子2aは、操作面12に荷重が付加されると、パネル11、押子14及び上部電極22を介して圧電体21が変形する。圧電体21は、この変形に応じた電圧を、上部電極22及び金属シム20を介して出力する。また圧電体21は、上部電極22及び金属シム20を介して電圧が印加されるとこの電圧に応じて変形する。
第1の圧電素子2a及び第2の圧電素子2bは、例えば、図2(a)に示すように、荷重に応じて出力した電圧を検出信号S1及び検出信号S2として制御部4に出力する。そして第1の圧電素子2a及び第2の圧電素子2bは、制御部4から出力された駆動信号S3及び駆動信号S4に基づく電圧に応じて変形して振動するように構成されている。
この駆動信号S3及び駆動信号S4は、例えば、予め定められた時間供給される。また駆動信号S3及び駆動信号S4は、一例として、サイン波形状を有するがこれに限定されない。
(制御部4の構成)
制御部4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4が動作するためのプログラムと、荷重しきい値Th1と、調整しきい値Th2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4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4が動作するためのプログラムと、荷重しきい値Th1と、調整しきい値Th2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4は、複数の圧電素子によって検出された全ての荷重が調整前の荷重しきい値Th1より小さく、また検出された少なくとも1つの荷重が調整しきい値Th2以上となった場合、荷重しきい値Th1を調整し、検出された最も大きい荷重が調整された荷重しきい値Th1以上の場合、オン判定を行うと共に触覚を呈示するように構成されている。なお本実施の形態では、全ての荷重が調整しきい値Th2以上となった場合、荷重しきい値Th1を調整する。
具体的には、例えば、図1(b)に示すように、操作者が第1の圧電素子2aの中心部210よりも境界8よりの位置で操作した場合、第1の圧電素子2aが検出した荷重がF1であり、第2の圧電素子2bが検出した荷重がF2(<F1)であったとする。
制御部4は、検出された荷重F1及び荷重F2と調整前の荷重しきい値Th1を比較し、荷重F1及び荷重F2が荷重しきい値Th1より小さい場合、さらに荷重F1及び荷重F2と調整しきい値Th2とを比較する。そして制御部4は、荷重F1及び荷重F2が調整しきい値Th2以上であった場合、中心部210から外れた位置を操作していると判定する。
次に制御部4は、荷重しきい値Th1を調整して小さくする。なお調整された荷重しきい値Th1は、一例として、調整前の荷重しきい値Th1の70〜90%が好ましく、80%がより好ましい。
つまり各しきい値は、調整しきい値Th2<調整後の荷重しきい値Th1<調整前の荷重しきい値Th1の大小関係を有する。
次に制御部4は、最も大きい荷重F1と調整後の荷重しきい値Th1とを比較し、最も大きい荷重F1が調整後の荷重しきい値Th1以上である場合、最も大きい荷重F1を検出した第1の圧電素子2aの操作領域120に対して操作が行われたと判定する。
制御部4は、操作が行われたと判定した後、操作を検出した第1の圧電素子2aを駆動する駆動信号S3を出力すると共に第1の圧電素子2aの操作領域120が操作されたことを示す操作情報S5を生成して接続された電子機器に出力する。
ここで変形例として図2(b)では、第1の圧電素子2a〜第4の圧電素子2dが密集して配置されている様子を示している。この変形例では、第1の圧電素子2a〜第4の圧電素子2dに応じて操作領域120〜操作領域123が操作面12に形成されている。図2(b)では、操作領域120〜操作領域123の間に仮想的な境界8a及び境界8bを図示している。
この変形例では、まず制御部4は、例えば、第1の圧電素子2a〜第4の圧電素子2dが検出した荷重と調整前の荷重しきい値Th1とを比較する。制御部4は、検出された荷重が調整前の荷重しきい値Th1より小さい場合、さらに検出された荷重と調整しきい値Th2とを比較する。続いて制御部4は、少なくとも1つの荷重が調整しきい値Th2以上である場合、荷重しきい値Th1を下げて最も大きい荷重と比較する。制御部4は、この最も大きい荷重が調整後の荷重しきい値Th1以上である場合、最も大きい荷重を検出した圧電素子の操作領域が操作されたとして操作情報S5を出力すると共に触覚を呈示する。
以下に本実施の形態の触覚呈示装置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)
触覚呈示装置1の制御部4は、第1の圧電素子2a及び第2の圧電素子2bから出力される検出信号S1及び検出信号S2に基づいて荷重が検出される、つまりステップ1の「Yes」が成立すると(Step1:Yes)、検出された荷重F1及び荷重F2と調整前の調整しきい値Th2とを比較する。
触覚呈示装置1の制御部4は、第1の圧電素子2a及び第2の圧電素子2bから出力される検出信号S1及び検出信号S2に基づいて荷重が検出される、つまりステップ1の「Yes」が成立すると(Step1:Yes)、検出された荷重F1及び荷重F2と調整前の調整しきい値Th2とを比較する。
制御部4は、検出された荷重F1及び荷重F2が調整前の荷重しきい値Th1より小さい場合(Step2:Yes)、さらに調整しきい値Th2と比較する。
制御部4は、検出された荷重F1及び荷重F2が調整しきい値Th2以上である場合(Step3:Yes)、荷重しきい値Th1を調整する(Step4)。続いて制御部4は、最も大きい荷重と調整後の荷重しきい値Th1とを比較する(Step5)。
制御部4は、最も大きい荷重が調整された荷重しきい値Th1以上である場合(Step6:Yes)、最も大きい荷重を検出した圧電素子に駆動信号を出力して触覚を呈示すると共に当該圧電素子の操作領域が操作されたことを示す操作情報S5を生成して電子機器に出力する(Step7)。
次に制御部4は、荷重しきい値Th1が調整されている場合、調整した荷重しきい値Th1を元の値に戻し(Step8)、ステップ1に処理を進める。また制御部4は、荷重しきい値Th1が調整されていない場合、ステップ1に処理を進める。これらの処理は、触覚呈示装置1の電源が遮断されるまで行われる。
ここでステップ2において制御部4は、検出された荷重F1又は荷重F2が調整前の荷重しきい値Th1以上であった場合(Step2:No)、ステップ7に処理を進める。
ここでステップ3において制御部4は、荷重F1及び荷重F2の少なくとも1つの荷重が調整しきい値Th2より小さい場合(Step3:No)、ステップ1に処理を進める。
またステップ6において制御部4は、最も大きい荷重が調整された荷重しきい値Th1より小さい場合(Step6:Yes)、ステップ1に処理を進める。
(実施の形態の効果)
本実施の形態に係る触覚呈示装置1は、操作性を向上させることができる。具体的には、触覚呈示装置1は、操作目的の圧電素子の中心部210から外れた位置に操作がなされた場合であっても、荷重しきい値Th1が下がるように調整されて当該圧電素子が検出した荷重でオン判定し易くなるので、この構成を採用しない場合と比べて、操作者が操作を受け付けさせるために強く操作面12を押し込むようなことが抑制され、操作性を向上させることができる。
本実施の形態に係る触覚呈示装置1は、操作性を向上させることができる。具体的には、触覚呈示装置1は、操作目的の圧電素子の中心部210から外れた位置に操作がなされた場合であっても、荷重しきい値Th1が下がるように調整されて当該圧電素子が検出した荷重でオン判定し易くなるので、この構成を採用しない場合と比べて、操作者が操作を受け付けさせるために強く操作面12を押し込むようなことが抑制され、操作性を向上させることができる。
触覚呈示装置1は、操作がなされた位置を検出する機能がパネル11になくとも、圧電素子の中心部210か、中心部210の外か、を判定することができるので、パネルがタッチパネルなどの場合と比べて、低コストで製造することができる。
触覚呈示装置1は、荷重F1及び荷重F2が調整しきい値Th2以上となった場合、中心部210から外れた位置を操作していると判定するので、いずれか一方の場合と比べて、判定の精度が高い。
触覚呈示装置1は、圧電素子が密集していても、荷重しきい値Th1を高めに設定し、その後調整してオン判定できるので、この構成を採用しない場合と比べて、他の圧電素子が同時にオン判定となること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…触覚呈示装置、2a〜2d…第1の圧電素子2a〜第4の圧電素子、4…制御部、8,8a,8b…境界、10…基板、11…パネル、12…操作面、13…裏面、14…押子、20…金属シム、21…圧電体、22…上部電極、120〜123…操作領域、210…中心部
Claims (5)
- 荷重しきい値及び調整しきい値を有し、操作面になされた操作に伴って複数の荷重センサが検出したうちの少なくとも1つの荷重が前記調整しきい値以上である場合、前記荷重しきい値を調整し、操作がなされたことを示すオン判定を行い易くする判定部を備えた触覚呈示装置。
- 前記判定部は、検出された荷重のうちで最も大きい荷重が調整された前記荷重しきい値以上の場合、オン判定を行うと共に前記操作面に振動を付加する振動部を制御する、
請求項1に記載の触覚呈示装置。 - 前記判定部は、前記複数の荷重センサが検出したうちの少なくとも1つの荷重が調整前の前記荷重しきい値以上である場合、前記荷重しきい値の調整を行わずにオン判定を行う、
請求項1又は2に記載の触覚呈示装置。 - さらに、複数の操作領域が設けられた前記操作面を有するパネルと、
前記操作面に付加された荷重を検出すると共に前記操作面に振動を付加する振動部でもあって、それぞれの前記操作領域の中央の下方に配置された前記複数の荷重センサと、
を備えた請求項1乃至3のいずれか1項に記載の触覚呈示装置。 - 前記複数の荷重センサは、並んで配置され、操作に伴う前記パネルの撓みを阻害する部材が荷重センサ間に配置されない、
請求項4に記載の触覚呈示装置。
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