JP2019200641A - 触感出力装置および触感出力方法 - Google Patents

Abstract

【課題】触感の出力に際しての異音の発生を抑制すること。【解決手段】実施形態に係る触感出力装置は、圧電素子と、駆動回路と、制御部とを備える。圧電素子は、操作面を振動させる。駆動回路は、圧電素子へ操作面への入力に応じた駆動信号を出力することによって圧電素子を駆動させる。制御部は、圧電素子を駆動させるに際して、圧電素子に発生中の電位および上記駆動信号の電位の間の電位差を減少させる制御を実行する。【選択図】図２

Description

開示の実施形態は、触感出力装置および触感出力方法に関する。

従来、タッチパネル等へ操作部品を表示して、かかる操作部品に対するユーザの、たとえば押し込み操作等を検知した場合に、ピエゾ等の圧電素子を交流電圧で駆動してタッチパネルを振動させ、ユーザの指先へ触感をフィードバックする技術が知られている。また、このような技術において、１つの圧電素子が、ユーザの操作に基づく荷重の検知と、触感の出力とを兼ねる技術も提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１７−１０２４９３号公報

しかしながら、上述した従来技術には、触感の出力に際しての異音の発生を抑制するうえで、更なる改善の余地がある。

具体的には、押し込み等のユーザの操作により、タッチパネルが撓むと、その撓みが伝播して、圧電素子には電位が発生する。いわゆる圧電効果であるが、これにより、ユーザの操作を検知することが可能となる。

ところが、検知されたユーザ操作に対しての触感をフィードバックするべく圧電素子を駆動する場合、かかる駆動出力時の電位とユーザ操作により発生している圧電電位との電位差によって、耳障りな異音が発生するという問題があった。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、触感の出力に際しての異音の発生を抑制することができる触感出力装置および触感出力方法を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る触感出力装置は、圧電素子と、駆動回路と、制御部とを備える。前記圧電素子は、操作面を振動させる。前記駆動回路は、前記圧電素子へ前記操作面への入力に応じた駆動信号を出力することによって前記圧電素子を駆動させる。前記制御部は、前記圧電素子を駆動させるに際して、前記圧電素子に発生中の電位および前記駆動信号の電位の間の電位差を減少させる制御を実行する。

実施形態の一態様によれば、触感の出力に際しての異音の発生を抑制することができる。

図１Ａは、実施形態に係る触感出力装置の概要説明図（その１）である。 図１Ｂは、実施形態に係る触感出力装置の概要説明図（その２）である。 図１Ｃは、比較例に係る触感出力装置の概要説明図である。 図１Ｄは、実施形態に係る触感出力装置の概要説明図（その３）である。 図２は、第１の実施形態に係る触感出力装置のブロック図である。 図３Ａは、電位差減少制御処理の別の具体例を示す図（その１）である。 図３Ｂは、電位差減少制御処理の別の具体例を示す図（その２）である。 図４は、第１の実施形態に係る触感出力装置が実行する処理手順を示すフローチャートである。 図５は、第２の実施形態に係る触感出力装置のブロック図である。 図６は、第２の実施形態に係る電位差減少制御処理の具体例を示す図である。 図７は、第２の実施形態に係る触感出力装置が実行する処理手順を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する触感出力装置および触感出力方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

また、以下では、図１Ａ〜図１Ｄを用いて本実施形態に係る触感出力装置の概要について説明した後に、図２以降を用いて本実施形態に係る触感出力装置の構成例について、具体的に説明する。なお、図２〜図４を用いた説明では、第１の実施形態について説明する。また、図５〜図７を用いた説明では、第２の実施形態について説明する。

まず、本実施形態に係る触感出力装置１０の概要について、図１Ａ〜図１Ｄを用いて説明する。図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｄは、本実施形態に係る触感出力装置１０の概要説明図（その１）、（その２）および（その３）である。また、図１Ｃは、比較例に係る触感出力装置１０’の概要説明図である。

図１Ａに示すように、触感出力装置１０は、操作面Ｐを有する。操作面Ｐは、たとえば静電容量方式の情報入力機能を有するタッチパッド等を用いて構成され、制御対象となる各種機器を制御するための操作をユーザから受け付ける。

操作面Ｐには、たとえばボタンＢ１〜Ｂ３のようなＧＵＩ（Graphical User Interface）としての操作部品が配置され、ボタンＢ１〜Ｂ３であれば、各ボタンに対する押し込み操作を操作の態様として受け付ける。なお、操作部品にはそれぞれ、たとえば機能の選択やボリュームや明るさの調整といった各種機能が割り当てられる。

触感出力装置１０は、車両に搭載される場合であれば、操作面Ｐが、たとえば運転席のシフトレバー近傍の、運転中のユーザから届く位置に配置されるように設けられる。

より具体的に、図１Ａに示すように、触感出力装置１０は、圧電素子ＰＺを少なくとも１つ備える。なお、ここでは、圧電素子ＰＺを操作面Ｐの左右の端部に２つ備えた例を図示しているが、操作面Ｐの全体を均一に振動させることが可能であれば、個数や配置を限定するものではない。

圧電素子ＰＺは、ピエゾ素子等の圧電アクチュエータであって、図１Ｂに示すように、たとえばユーザの指Ｕ１によりボタンＢ１が「押し込み操作」されると、かかる操作に応じて撓み、電位が発生する。触感出力装置１０は、かかる電位を後述する荷重検知回路１２１（図２参照）によって検知し、その圧電信号レベルに基づいてボタンＢ１に対する押し込み操作が行われたか否かを判定する。

また、ボタンＢ１に対する押し込み操作が行われたと判定されると、圧電素子ＰＺは、後述する駆動回路１２２（図２参照）によって駆動され、操作面Ｐを振動させる。このとき、圧電素子ＰＺは、たとえば低周波高電圧で駆動され、それにより、ユーザの指Ｕ１へボタンＢ１をさも押し込んだかのようなクリック感を感じさせる「触感をフィードバック」する。

ただし、このとき、図１Ｂに示すように、「チッ」といった耳障りな異音が発生することがある。その理由について、図１Ｃを用いて説明する。図１Ｃに示すように、圧電素子ＰＺにかかる荷重によりユーザの押し込み操作を検知させる「押し込み検知モード」においては、圧電素子ＰＺに発生する電位が基準電圧ＶＲＥＦよりも低い閾値Ｔｈ１を下回った場合に、ユーザの押し込み操作が行われたと判定される。

それにより、「押し込み検知モード」から、圧電素子ＰＺを駆動させる「駆動出力モード」へと移行し、駆動出力が行われることとなるが、駆動出力の初期出力レベルがたとえば基準電圧ＶＲＥＦであった場合、圧電素子ＰＺにはユーザ操作によりそれよりも低い電位が発生しているので、「駆動出力モード」への切り替え時においてその電位差により電圧に「急激な変化」が生じてしまう。これにより、前述の異音が発生する。

そこで、本実施形態に係る触感出力方法では、図１Ｄに示すように、駆動出力に際して、電圧の「急激な変化を抑制するべく電位差を減少させる制御を実行」することとした。その一例として、図１Ｄに示すように、本実施形態に係る触感出力方法では、たとえば圧電効果による電位分、所定の駆動出力波形を「オフセット」する制御を行う。これにより、前述の電位差が相対的に減少した状態で圧電素子ＰＺの駆動出力が行われることとなるので、異音の発生を抑制することができる。

なお、図１Ｄに示す例はあくまで一例であって、その他の方法によっても「急激な変化を抑制するべく電位差を減少させる制御を実行」することができる。この点については、図３Ａ、図３Ｂおよび図６等を用いた説明で後述する。

このように、本実施形態に係る触感出力方法では、圧電効果による圧電素子ＰＺの電位に基づいて、駆動出力に際しての電圧の急激な変化を抑制するべく電圧差を減少させる制御を実行することとした。

したがって、本実施形態に係る触感出力方法によれば、触感の出力に際しての異音の発生を抑制することができる。以下、上述した本実施形態に係る触感出力方法を適用した触感出力装置１０，１０Ａについて、さらに具体的に説明する。

（第１の実施形態）
図２は、第１の実施形態に係る触感出力装置１０のブロック図である。なお、図２では、本実施形態の特徴を説明するために必要な構成要素のみを表しており、一般的な構成要素についての記載を省略している。

換言すれば、図２に図示される各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。例えば、各ブロックの分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することが可能である。

図２に示すように、触感出力装置１０は、制御部１１と、駆動部１２と、操作面Ｐと、圧電素子ＰＺとを備える。操作面Ｐと、圧電素子ＰＺについては説明済みのため、ここでの説明は省略する。

制御部１１は、たとえばマイクロコントローラであって、押し込み判定部１１１と、電位差減少制御部１１２と、駆動回路制御部１１３とを備える。押し込み判定部１１１は、荷重検知回路１２１から入力される圧電素子ＰＺの圧電信号のレベルが前述の閾値Ｔｈ１を下回る場合に、ユーザの押し込み操作が行われたと判定する。

電位差減少制御部１１２は、押し込み判定部１１１によってユーザの押し込み操作が行われたと判定された場合に、前述の電位差を減少させる制御を実行する。ここで、電位差減少制御部１１２よって実行される、図１Ｄに示した一例とは別の電位差減少制御処理について、図３Ａおよび図３Ｂを用いて説明しておく。

図３Ａおよび図３Ｂは、電位差減少制御処理の別の具体例を示す図（その１）および（その２）である。図３Ａに示すように、電位差減少制御部１１２は、ユーザの押し込み操作が検知され、「押し込み検知モード」から「駆動出力モード」へモードが切り替えられた場合に、圧電素子ＰＺの電位を「リファレンスレベル（すなわち基準電圧ＶＲＥＦ）まで徐々に変化させる制御」を実行したうえで、所定の駆動出力波形で駆動出力を行わせる。

これによっても、前述の電位差を減少させることができるので、異音の発生を抑制することができる。なお、電位差減少制御部１１２は、図３Ａに示す例において、たとえば傾きが一定となるように電位を徐々に変化させる。これにより、異音の発生を確実に防止するのに資することができる。

また、電位差減少制御部１１２は、同じく図３Ａに示す例において、たとえば時間が一定（一例として１０ｍｓ以下）となるように電位を徐々に変化させる。これにより、レスポンス性を高めるの資することができる。

また、図３Ｂに示すように、電位差減少制御部１１２は、たとえば図３Ａに示した例をベースとして、より滑らかに電位を変化させる制御を行う（図中の閉曲線に囲まれた部分参照）。たとえば鋭角的な波形をなくすために、位相９０°→２７０°または位相２７０°→９０°とする正弦曲線を用いることによってより滑らかに電位を変化させる。これにより、高周波成分による異音の発生を防止するのに資することができる。

また、電位差減少制御部１１２は、位相（９０−α）°→２７０°または位相（２７０−α）°→９０°とする正弦曲線を用いることによってより滑らかに電位を変化させる。これにより、電位が上昇途中の接続をより滑らかにすることができる。

なお、図１Ｄ、図３Ａおよび図３Ｂに示した例を総じて言えば、電位差減少制御部１１２は、駆動出力に際しての圧電素子ＰＺの電位に応じて、圧電素子ＰＺを駆動するための出力制御を変更すると言い換えることができる。

図２の説明に戻り、つづいて駆動回路制御部１１３について説明する。駆動回路制御部１１３は、電位差減少制御部１１２の制御結果に基づき、駆動回路１２２を制御する制御信号を生成して駆動回路１２２へ出力する。

駆動部１２は、荷重検知回路１２１と、駆動回路１２２とを備える。荷重検知回路１２１は、押し込み検知モードにおいて、圧電効果により圧電素子ＰＺに発生する電位を検知し、これに対応する圧電信号を押し込み判定部１１１へ出力する。

駆動回路１２２は、駆動回路制御部１１３の制御信号に基づき、圧電素子ＰＺを駆動する駆動信号を生成し、圧電素子ＰＺに対して駆動出力する。

次に、第１の実施形態に係る触感出力装置１０が実行する処理手順について、図４を用いて説明する。図４は、第１の実施形態に係る触感出力装置１０が実行する処理手順を示すフローチャートである。

図４に示すように、まず、押し込み検知モードへ移行したものとする（ステップＳ１０１）。かかるモードでは、荷重検知回路１２１および押し込み判定部１１１が、押し込み操作をモニタする（ステップＳ１０２）。

かかるモニタリングにおいて、圧電信号の変位が所定値以上であるならば（ステップＳ１０３，Ｙｅｓ）、触感出力装置１０は、駆動出力モードへ移行する（ステップＳ１０４）。また、圧電信号の変位が所定値未満であるならば（ステップＳ１０３，Ｎｏ）、ステップＳ１０２からの処理を繰り返す。

そして、駆動出力モードへ移行したならば、電位差減少制御部１１２が、電位差を減少させるべく出力制御を変更する（ステップＳ１０５）。そのうえで、駆動回路制御部１１３および駆動回路１２２による駆動出力が行われ（ステップＳ１０６）、ステップＳ１０１からの処理が繰り返される。

上述してきたように、第１の実施形態に係る触感出力装置１０は、圧電素子ＰＺと、駆動回路１２２と、電位差減少制御部１１２（「制御部」の一例に相当）とを備える。圧電素子ＰＺは、操作面Ｐを振動させる。駆動回路１２２は、圧電素子ＰＺへ操作面Ｐへの入力に応じた駆動信号を出力することによって圧電素子ＰＺを駆動させる。電位差減少制御部１１２は、圧電素子ＰＺを駆動させるに際して、圧電素子ＰＺに発生中の電位および上記駆動信号の電位の間の電位差を減少させる制御を実行する。

したがって、本実施形態に係る触感出力装置１０によれば、触感の出力に際しての異音の発生を抑制することができる。

また、電位差減少制御部１１２は、圧電素子ＰＺを駆動させるに際して、圧電素子ＰＺに発生中の電位に応じ、圧電素子ＰＺを駆動するための出力制御の内容を変更する。

したがって、本実施形態に係る触感出力装置１０によれば、圧電素子ＰＺに発生中の電位に応じた多様な出力制御を行うことによって、触感の出力に際しての異音の発生を抑制することができる。

また、電位差減少制御部１１２は、上記電位差を減少させるように、上記駆動信号の出力レベルを圧電素子ＰＺに発生中の電位分オフセットさせる。

したがって、本実施形態に係る触感出力装置１０によれば、駆動信号の出力レベルをオフセットすることによって上記電位差を減少させることができるので、触感の出力に際しての異音の発生を抑制することができる。

また、電位差減少制御部１１２は、上記電位差を減少させるように、圧電素子ＰＺに発生中の電位を徐々に基準電圧ＶＲＥＦまで変化させる。

したがって、本実施形態に係る触感出力装置１０によれば、圧電素子ＰＺに発生中の電位を基準電圧ＶＲＥＦまで変化させることによって上記電位差を減少させることができるので、触感の出力に際しての異音の発生を抑制することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る触感出力装置１０Ａの構成例について説明する。図５は、第２の実施形態に係る触感出力装置１０Ａのブロック図である。なお、図５は、図２に示した第１の実施形態に係る触感出力装置１０のブロック図と対応しているため、ここでは、第１の実施形態と異なる点についてのみ説明する。

図５に示すように、第２の実施形態に係る触感出力装置１０Ａは、電位差減少制御部１１２が、荷重検知回路１２１の後段および押し込み判定部１１１の前段に設けられている点が第１の実施形態とは異なる。また、電位差減少制御部１１２から圧電素子ＰＺへの制御線（図中の実線の矢印参照）が伸びている点が第１の実施形態とは異なる。

第２の実施形態に係る電位差減少制御部１１２は、押し込み検知モード時において、間欠的にリファレンス出力を行うことによって、圧電効果により発生した圧電素子ＰＺの電位をリセットする。

電位差減少制御部１１２は、たとえば荷重検知回路１２１から入力される圧電信号のレベルが所定のレベルに達したならば、かかるリセットを行う。なお、所定のレベルとは、たとえば異音が発生する電位である。

また、電位差減少制御部１１２は、かかるリセットに際し、リセット前の圧電信号のレベルを押し込み判定部１１１へ出力して、押し込み判定部１１１に積算して保持させておく。

押し込み判定部１１１は、このように積算された信号レベルが所定の閾値に達するならば、ユーザの押し込み操作が行われたと判定し、駆動出力モードへ移行させて、駆動回路制御部１１３に所定の駆動出力波形で駆動出力を行わせる。

かかる処理の内容を図６に図示しておく。図６は、第２の実施形態に係る電位差減少制御処理の具体例を示す図である。図中の閾値Ｔｈ１は、これまで同様、押し込み操作を検知するための判定閾値であり、閾値Ｔｈ２は、リセットのための判定閾値である。

すなわち、図６に示すように、圧電素子ＰＺの電位が閾値Ｔｈ２に達するたびに「リセット」が行われ、リセット前の信号レベルは積算される。そして、たとえば図中の時間ｔ１において積算で閾値Ｔｈ１に到達した場合、かかる時間ｔ１において駆動出力モードへと切り替えられ、所定の駆動出力波形で駆動出力が行われることとなる。

なお、電位差減少制御部１１２は、荷重検知回路１２１からのサンプリングのたびに「リセット」を行い、各リセット前の圧電信号のレベルを押し込み判定部１１１へ出力して、押し込み判定部１１１に積算させてもよい。

すなわち、第２の実施形態に係る電位差減少制御部１１２は、このような押し込み検知モード中の間欠的なリファレンス出力によって、そのたびに圧電素子ＰＺの電位をリセットさせ、前述の電位差がある状態を極力発生させない。したがって、第２の実施形態に係る触感出力装置１０によれば、触感の出力に際しての異音の発生を抑制することができる。

次に、第２の実施形態に係る触感出力装置１０Ａが実行する処理手順について、図７を用いて説明する。図７は、第２の実施形態に係る触感出力装置１０Ａが実行する処理手順を示すフローチャートである。

図７に示すように、まず、押し込み検知モードへ移行したものとする（ステップＳ２０１）。そして、荷重検知回路１２１および押し込み判定部１１１が、押し込み操作をモニタする（ステップＳ２０２）。

また、電位差減少制御部１１２は、電位差を減少させるべく間欠的にリファレンス出力を行う（ステップＳ２０３）。また、押し込み判定部１１１は、押し込み操作のモニタリングにおいて、圧電信号の変位の積算値が所定値以上であるならば（ステップＳ２０４，Ｙｅｓ）、触感出力装置１０は、駆動出力モードへ移行する（ステップＳ２０５）。また、圧電信号の変位の積算値が所定値未満であるならば（ステップＳ２０４，Ｎｏ）、ステップＳ２０２からの処理を繰り返す。

そして、駆動出力モードへ移行したならば、駆動回路制御部１１３および駆動回路１２２による駆動出力が行われ（ステップＳ２０６）、ステップＳ２０１からの処理が繰り返される。

上述してきたように、第２の実施形態に係る触感出力装置１０Ａは、電位差減少制御部１１２が、圧電素子ＰＺの非駆動時において間欠的にリファレンス出力を行うことによって、圧電素子ＰＺに発生中の電位をリセットさせる。

したがって、本実施形態に係る触感出力装置１０Ａによれば、触感の出力に際しての異音の発生を抑制することができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１０，１０Ａ 触感出力装置
１１１ 押し込み判定部
１１２ 電位差減少制御部
１１３ 駆動回路制御部
１２１ 荷重検知回路
１２２ 駆動回路
Ｐ 操作面
ＰＺ 圧電素子

Claims (6)

1. 操作面を振動させる圧電素子と、
   前記圧電素子へ前記操作面への入力に応じた駆動信号を出力することによって前記圧電素子を駆動させる駆動回路と、
   前記圧電素子を駆動させるに際して、前記圧電素子に発生中の電位および前記駆動信号の電位の間の電位差を減少させる制御を実行する制御部と
   を備えることを特徴とする触感出力装置。
2. 前記制御部は、
   前記圧電素子を駆動させるに際して、前記圧電素子に発生中の電位に応じ、該圧電素子を駆動するための出力制御の内容を変更する
   ことを特徴とする請求項１に記載の触感出力装置。
3. 前記制御部は、
   前記電位差を減少させるように、前記駆動信号の出力レベルを前記圧電素子に発生中の電位分オフセットさせる
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の触感出力装置。
4. 前記制御部は、
   前記電位差を減少させるように、前記圧電素子に発生中の電位を徐々に基準電圧レベルまで変化させる
   ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の触感出力装置。
5. 前記制御部は、
   前記圧電素子の非駆動時において間欠的にリファレンス出力を行うことによって、前記圧電素子に発生中の電位をリセットさせる
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の触感出力装置。
6. 操作面を振動させる圧電素子と、前記圧電素子へ前記操作面への入力に応じた駆動信号を出力することによって前記圧電素子を駆動させる駆動回路とを備える触感出力装置を用いた触感出力方法であって、
   前記圧電素子を駆動させるに際して、前記圧電素子に発生中の電位および前記駆動信号の電位の間の電位差を減少させる制御を実行する制御工程
   を含むことを特徴とする触感出力方法。

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