JP2019121218A

JP2019121218A - 触覚呈示装置

Info

Publication number: JP2019121218A
Application number: JP2018001200A
Authority: JP
Inventors: 大輔染田; Daisuke Someta; 治彦橋本; Haruhiko Hashimoto; 柚樹森; Yuzuki Mori
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2019-07-22

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。

特表２０１３−５３０３９８号公報

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。

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。図３は、実施の形態に係る触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Ｔｈ_１及び調整しきい値Ｔｈ_２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Ｔｈ_２以上である場合、荷重しきい値Ｔｈ_１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Ｔｈ_１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Ｔｈ_１以上である場合、荷重しきい値Ｔｈ_１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Ｔｈ_２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Ｆ_１及び第２の圧電素子２ｂが検出する荷重Ｆ_２の双方が調整しきい値Ｔｈ_２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Ｆ_１及び荷重Ｆ_２のいずれか一方が調整しきい値Ｔｈ_２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。

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Ｓ_１及び検出信号Ｓ_２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Ｓ_３及び駆動信号Ｓ_４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Ｓ_３及び駆動信号Ｓ_４は、例えば、予め定められた時間供給される。また駆動信号Ｓ_３及び駆動信号Ｓ_４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Ｔｈ_１と、調整しきい値Ｔｈ_２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Ｔｈ_１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Ｔｈ_２以上となった場合、荷重しきい値Ｔｈ_１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Ｔｈ_１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Ｔｈ_２以上となった場合、荷重しきい値Ｔｈ_１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Ｆ_１であり、第２の圧電素子２ｂが検出した荷重がＦ_２（＜Ｆ_１）であったとする。

制御部４は、検出された荷重Ｆ_１及び荷重Ｆ_２と調整前の荷重しきい値Ｔｈ_１を比較し、荷重Ｆ_１及び荷重Ｆ_２が荷重しきい値Ｔｈ_１より小さい場合、さらに荷重Ｆ_１及び荷重Ｆ_２と調整しきい値Ｔｈ_２とを比較する。そして制御部４は、荷重Ｆ_１及び荷重Ｆ_２が調整しきい値Ｔｈ_２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Ｔｈ_１を調整して小さくする。なお調整された荷重しきい値Ｔｈ_１は、一例として、調整前の荷重しきい値Ｔｈ_１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Ｔｈ_２＜調整後の荷重しきい値Ｔｈ_１＜調整前の荷重しきい値Ｔｈ_１の大小関係を有する。

次に制御部４は、最も大きい荷重Ｆ_１と調整後の荷重しきい値Ｔｈ_１とを比較し、最も大きい荷重Ｆ_１が調整後の荷重しきい値Ｔｈ_１以上である場合、最も大きい荷重Ｆ_１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Ｓ_３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Ｓ_５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Ｔｈ_１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Ｔｈ_１より小さい場合、さらに検出された荷重と調整しきい値Ｔｈ_２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Ｔｈ_２以上である場合、荷重しきい値Ｔｈ_１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Ｔｈ_１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Ｓ_５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Ｓ_１及び検出信号Ｓ_２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Ｆ_１及び荷重Ｆ_２と調整前の調整しきい値Ｔｈ_２とを比較する。

制御部４は、検出された荷重Ｆ_１及び荷重Ｆ_２が調整前の荷重しきい値Ｔｈ_１より小さい場合（Ｓｔｅｐ２：Ｙｅｓ）、さらに調整しきい値Ｔｈ_２と比較する。

制御部４は、検出された荷重Ｆ_１及び荷重Ｆ_２が調整しきい値Ｔｈ_２以上である場合（Ｓｔｅｐ３：Ｙｅｓ）、荷重しきい値Ｔｈ_１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Ｔｈ_１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Ｔｈ_１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Ｓ_５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Ｔｈ_１が調整されている場合、調整した荷重しきい値Ｔｈ_１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Ｔｈ_１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Ｆ_１又は荷重Ｆ_２が調整前の荷重しきい値Ｔｈ_１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Ｆ_１及び荷重Ｆ_２の少なくとも１つの荷重が調整しきい値Ｔｈ_２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Ｔｈ_１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Ｔｈ_１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Ｆ_１及び荷重Ｆ_２が調整しきい値Ｔｈ_２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Ｔｈ_１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

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。