JP3973875B2

JP3973875B2 - ハプティック入力装置

Info

Publication number: JP3973875B2
Application number: JP2001332835A
Authority: JP
Inventors: 幹夫小野寺
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2001-10-30
Filing date: 2001-10-30
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2021-10-30
Also published as: JP2003140810A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操作フィーリング付与機能付きのハプティック入力装置に係り、特に、操作者が手動で操作するノブの操作感触の改善手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車載された多くの電気機器、例えばエアコン、ラジオ、テレビジョン、ＣＤプレーヤ、カーナビゲーションシステム等の機能調整を１つのノブを操作することによって行えるようにしたハプティック入力装置が提案されている。
【０００３】
また、この種のハプティック入力装置としては、所望の電気機器の選択や選択された電気機器の機能調整に際してノブの操作を確実に行えるようにするため、ノブの操作方向又は操作位置に応じて特有の操作フィーリングをノブに付与するものも従来より提案されている。
【０００４】
ノブに操作方向又は操作位置に応じた特有の操作フィーリングを付与するフィーリング付与手段としては、ノブの先端部が弾接される面に、ノブの可動範囲と操作位置に応じて付与される操作フィーリングのパターンとを規制する凹凸が形成された案内板を用いたものや、制御手段によって駆動が制御され、ノブの操作位置を検知する検知手段の出力信号に基づいて、ノブに可動範囲を規制する外力及び操作位置に応じた操作フィーリングを付与する外力を加えるアクチュエータを用いたものが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、従来のハプティック入力装置は、いずれもノブに与えられる触覚のみによってノブの操作フィーリングを感得する構成であるので、例えば自動車が未舗装路を走行中の場合のように車体の振動が大きい場合には、ノブの操作フィーリングを感得しにくく、所望の電気機器の選択や選択された電気機器の機能調整を迅速かつ確実に行うことが難しくなるという不都合がある。
【０００６】
本発明は、かかる従来技術の不備を解消するためになされたものであって、その課題とするところは、車体の振動が大きい場合にもノブの操作フィーリングを的確に感得できて、所望の電気機器の選択や選択された電気機器の機能調整を迅速かつ確実に行うことができるハプティック入力装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するため、第１に、操作者が手動で操作するノブと、前記ノブに操作フィーリングを付与するフィーリング付与手段と、前記フィーリング付与手段によって規制される前記ノブの可動範囲及び前記フィーリング付与手段によって付与される操作フィーリングのパターン並びに前記ノブの動きを３次元表示するモニターと、前記ノブの操作位置を検知する検知手段と、前記検知手段の出力信号に基づいて前記モニターに表示されたノブの動きを制御する制御手段とを有するという構成にした。
【０００８】
このように、ハプティック入力装置に、ノブに操作フィーリングを付与するフィーリング付与手段とノブの動きを表示するモニターとを備えると、操作者は、フィーリング付与手段よりノブに与えられる触覚とモニターによって与えられる視覚との両方からノブの操作フィーリングを感得することができるので、仮に車体の振動が大きいために触覚による操作フィーリングを十分に得られない場合にも、ノブの操作フィーリングを確実に感得することができ、所要のノブの操作を迅速かつ確実に行うことができる。また、モニターとして、フィーリング付与手段によって規制されるノブの可動範囲及び操作位置に応じて付与される操作フィーリングのパターン並びにノブの動きを３次元表示するものを用いるので、フィーリング付与手段よりノブに与えられる触覚とモニターによって与えられる視覚とを感覚的に一致させることができ、単にフィーリング付与手段によって規制されるノブの可動範囲及び操作位置に応じて付与される操作フィーリングのパターン並びにノブの動きを２次元表示するものを用いる場合に比べて、ノブの操作性をより良好なものにすることができる。
【０００９】
本発明は、前記の課題を解決するため、第２に、前記フィーリング付与手段として、前記ノブの先端部が弾接される面に、前記モニターに表示された前記ノブの可動範囲及び前記ノブに付与される操作フィーリングとを規制する凹凸が形成された案内板を用いるという構成にした。
【００１０】
このように、フィーリング付与手段をノブが弾接される案内板をもって構成すると、ノブに外力を加えるためのアクチュエータを備える必要がないので、ハプティック入力装置の小型化、省電力化及び低コスト化を図ることができる。
【００１１】
本発明は、前記の課題を解決するため、第３に、前記フィーリング付与手段として、前記制御手段によって駆動が制御され、前記検知手段の出力信号に基づいて、前記モニターに表示された前記ノブの可動範囲及び前記ノブに付与される操作フィーリングを規制する外力を前記ノブに加えるアクチュエータを用いるという構成にした。
【００１２】
このように、フィーリング付与手段をノブに外力を加えるアクチュエータをもって構成すると、多種多様な操作フィーリングをノブに加えることができるので、ハプティック入力装置の多機能性及び汎用性を高めることができる。
【００１３】
本発明は、前記の課題を解決するため、第４に、前記モニターの表示画面と前記アクチュエータの駆動モードとを切替可能に構成し、前記制御手段は、切り替えられたモニターの画面に応じて前記アクチュエータの駆動モードを切り替え、前記モニターの表示画面に合致した外力を前記アクチュエータより発生するという構成にした。
【００１４】
このように、モニターの表示画面とアクチュエータの駆動モードとを切替可能に構成し、制御手段が、切り替えられたモニターの画面に応じてアクチュエータの駆動モードを切り替え、モニターの表示画面に合致した外力をアクチュエータより発生すると、モニターの表示画面に応じてノブに多種多様な操作フィーリングを加えることができるので、ノブに多種多様な機能を持たせることができ、ハプティック入力装置の多機能性及び汎用性を高めることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るハプティック入力装置の第１例を、図１乃至図５に基づいて説明する。本例のハプティック入力装置は、フィーリング付与手段として案内板を用いたことを特徴とする。図１は第１実施形態例に係るハプティック入力装置の構成図、図２は第１実施形態例に係るハプティック入力装置に備えられる案内板の平面図、図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４は図２のＢ−Ｂ断面図、図５は第１実施形態例に係るハプティック入力装置に備えられるモニターの表示画面を示す図である。
【００１６】
図１に示すように、第１実施形態例に係るハプティック入力装置は、手動操作部１と、手動操作部１を視覚的に表示するモニター２と、手動操作部１より出力される位置信号に基づいてモニター２の駆動を制御する制御手段３とから主に構成されており、前記手動操作部１は、筐体１１と、当該筐体１の天板１１ａに貫通保持された操作軸１２と、当該操作軸１２の上端に固着され、前記筐体１１の外部に配置されたノブ１３と、前記筐体１１とノブ１３との間に張設され、前記ノブ１３を常時下向きに付勢する弾性部材１４と、前記操作軸１２の下端が弾接される前記ノブ１３の案内板１５と、前記筐体１１内に設置され、前記ノブ１３の操作位置を検知する検知手段１６とから構成されている。筐体１１は、自動車のダッシュボード或いはコンソールボックス等を構成するパネル２０の内部に設置され、ノブ１３は当該パネル２０の外部に配置される。
【００１７】
案内板１５の上面には、図２に示すように、操作軸１２の先端部を内挿可能な幅を有する十文字形の溝１７が形成されており、操作軸１２の先端部を当該溝１７内に内挿することによって、ノブ１３の可動範囲を当該溝１７の範囲内に規制できるようになっている。また、前記溝１７の底面には、図３及び図４に示すように凹凸１８が形成されており、操作軸１２を介してノブ１３に凹凸１８のパターンに応じた操作フィーリングを与えられるようになっている。本例の案内板１５においては、溝１７のセンター位置Ｏを中心として、その上側に形成される溝１７ａの凹凸１８ａと、下側に形成される溝１７ｂの凹凸１８ｂと、左側に形成される溝１７ｃの凹凸１８ｃと、右側に形成される溝１７ｄの凹凸１８ｄとがそれぞれ異なるパターンで形成されており、操作者は、ノブ１３を操作したときに得られる触覚を感得することによって、ノブ１３を意図する方向に操作できたか否かをブラインドタッチで知ることができる。
【００１８】
モニター２には、図５に示すように、前記案内板１５に形成された溝１７の画像と、溝１７の底面に形成された凹凸１８の画像と、ノブ１３の現在位置を示す円形のマーク１９とが立体的に３次元表示される。また、各溝１７ａ〜１７ｄに対応して、ノブ１３を操作することによって選択される電気機器の種別１９ａ〜１９ｄが表示される。本例においては、センター位置Ｏを中心として上側に形成される溝１７ａに沿ってノブ１３を操作することによりエアコンを選択でき、下側に形成される溝１７ｂに沿ってノブ１３を操作することによりカーナビゲーションシステムを選択でき、左側に形成される溝１７ｃに沿ってノブ１３を操作することによりオーディオ機器を選択でき、右側に形成される溝１７ｄに沿ってノブ１３を操作することにより電話を選択できることが表示されている。
【００１９】
ノブ１３の現在位置を示す円形のマーク１９は、ノブ１３の操作位置を検知する検知手段１６より出力される位置信号ａを制御手段３に取り込み、当該位置信号ａに応じたマーク１９の制御信号ｂを制御手段３より出力することによって、ノブ１３の現在位置に対応する位置に移動される。また、このマーク１９は、ノブ１３の操作位置が溝１７の山に当たる部分に至ったときには大きく表示され、ノブ１３の操作位置が溝１７の谷に当たる部分に至ったときには小さく表示される。これによって、ノブ１３を操作した特に感得される触覚と視覚とを、感覚的に合致させることができる。なお、検知手段１６としては、例えばエンコーダや可変抵抗器などを位置センサを用いることができる。
【００２０】
本例のハプティック入力装置は、ノブ１３に操作フィーリングを付与するフィーリング付与手段としての案内板１５とノブ１３の動きを表示するモニター２とを備えたので、操作者は、案内板１５よりノブ１３に与えられる触覚とモニター２によって与えられる視覚との両方からノブ１３の操作フィーリングを感得することができ、仮に車体の振動が大きいために触覚による操作フィーリングを十分に得られない場合にも、ノブ１３の操作フィーリングを確実に感得することができて、所要のノブ１３の操作を迅速かつ確実に行うことができる。また、モニター２として、案内板１５によって規制されるノブ１３の可動範囲及び操作位置に応じて付与される操作フィーリングのパターン並びにノブ１３の動きを３次元表示するものを用いるので、案内板１５によりノブ１３に与えられる触覚とモニター２によって与えられる視覚とを感覚的に一致させることができ、単に案内板１５によって規制されるノブ１３の可動範囲及び操作位置に応じて付与される操作フィーリングのパターン並びにノブの動きを２次元表示するものを用いる場合に比べて、ノブ１３の操作性をより良好なものにすることができる。さらに、フィーリング付与手段として、ノブ１３が弾接される案内板１５を用いたので、ノブ１３に外力を加えるためのアクチュエータ等を備える必要がなく、ハプティック入力装置の小型化、省電力化及び低コスト化を図ることができる。
【００２１】
次に、本発明に係るハプティック入力装置の第２例を、図６及び図７に基づいて説明する。本例のハプティック入力装置は、フィーリング付与手段としてアクチュエータを用いたことを特徴とする。図６は第２実施形態例に係るハプティック入力装置の構成図、図７はノブの位置とアクチュエータによってノブに加えられる外力との関係を示すグラフ図である。
【００２２】
図６に示すように、第２実施形態例に係るハプティック入力装置は、手動操作部１を、筐体１１と、当該筐体１の天板１１ａに貫通保持された操作軸１２と、当該操作軸１２の上端に固着され、前記筐体１１の外部に配置されたノブ１３と、前記操作軸１２の下端に連結され、操作軸１２を介してノブ１３に外力を加えるアクチュエータ２１と、前記筐体１１内に設置され、前記ノブ１３の操作位置を検知する検知手段１６とから構成すると共に、検知手段１６より出力される位置信号ａに基づいてモニター２及びアクチュエータ２１の駆動を制御する制御手段３を備えている。
【００２３】
アクチュエータ２１は、図７に示すように、図５に例示したモニター２の表示画面に応じて、画面上の溝や凹凸を表す操作フィーリングをノブ１３に与えるように、ノブ１３の操作方向及び操作位置ｓに応じた外力ｆを出力し、ノブ１３に所定の操作フィーリングを与える。また、当該アクチュエータ２１は、ノブ１３が予め定められた所定の範囲外に操作されたときには、それを禁止する外力を出力して、ノブ１３の可動範囲を規制する。当該アクチュエータ２１としては、リニアモータやソレノイドなどを用いることができる。その他については、第１実施形態例に係るハプティック入力装置と同じであるので、説明を省略する。
【００２４】
本例のハプティック入力装置は、第１実施形態例に係るハプティック入力装置と同様の効果を奏するほか、フィーリング付与手段としてノブ１３に外力を加えるアクチュエータ２１を備えたので、多種多様な操作フィーリングをノブ１３に加えることができ、ハプティック入力装置の多機能性及び汎用性を高めることができる。
【００２５】
なお、前記各実施形態例においては、ノブ１３をセンター位置Ｏより上下左右の４方向に操作する場合を例にとって説明したが、ノブ１３の操作方向はこれに限定されるものではなく、必要に応じて任意の方向に設定することができる。
【００２６】
図８（ａ）は、ノブ１３をセンター位置Ｏより上下左右及び斜めの８方向に操作できるようにした場合におけるモニター２の表示画面を例示する図であって、表示画面がセンター位置Ｏとセンター位置Ｏよりノブ１３を操作可能な８つの切替位置とに区分され、各切替位置には、ノブ１３を操作することによって選択される放送局を表す文字１９ａが表示されると共に、前記センター位置Ｏ及び各切替位置には、ノブ１３を操作したときに当該ノブ１３に付与される外力の変化を視覚的に示す立体的な画像１９ｂが表示されている。この画像１９ｂは、図８（ｂ）に示すように、前記センター位置Ｏ及び各切替位置の中央部分が最も低く周辺部分に至るにしたがって高くなる四角錐面と表示画面の外周部に立てられた垂直面との組合せをもって構成されており、ノブ１３が前記センター位置Ｏの中央部又は前記各切替位置の中央部まで操作された状態では手を離してもノブ１３が当該位置に安定に保持され、ノブ１３を前記センター位置Ｏから各切替位置に、又は１の切替位置から他の切換位置に操作する場合にはクリック感触が加わり、ノブ１３がモニター２に表示された切替位置外に操作された場合にはノブ１３の操作を禁止する抵抗感が加わることが視覚的に判るようになっている。また、ノブ１３の操作に応じて、ノブ１３の操作位置を示すリング状の画像１９が、操作前の位置から操作後の位置に移動される。これによって、操作者は、ノブ１３の操作位置を視覚的に知得することができる。
【００２７】
図９は、モニター２に図８（ａ），（ｂ）の表示画面が表示されたハプティック入力装置において、ノブ１３を表示画面のＥ−Ｅ方向に沿って移動した場合にノブ１３に付与される外力の変化を表すグラフ図であって、ノブ１３をセンター位置Ｏの中央部から符号ＤＥＦで示される切替位置又は符号ＦＭ２で示される切替位置に切り換えるときにノブ１３の操作にクリック感触を与え、切り換え後の切替位置ＤＥＦ又はＦＭ２に安定に保持する。また、ノブ１３が切替位置ＤＥＦ又はＦＭ２を越えて操作された場合には、ノブ１３にそれ以上の操作を禁止する抵抗感を加える。なお、図９の外力は、前記第１実施形態例に係るハプティック入力装置に備えられた案内板１５、又は前記第２実施形態例に係るハプティック入力装置に備えられたアクチュエータ２１により付与することができる。
【００２８】
このように、モニター２の表示画面を変えた場合にも、前記第１又は第２実施形態例に係るハプティック入力装置と同様の効果を奏することができる。
【００２９】
また、前記各実施形態例においては、モニター２の表示画面を特定の１種類とした場合を例にとって説明したが、前記第２実施形態例に係るハプティック入力装置のように制御手段３によってアクチュエータ２１の駆動を制御し、ノブ１３に付与される外力を制御するタイプのハプティック入力装置においては、前記モニター２の表示画面とアクチュエータ２１の駆動モードとを切替可能に構成し、制御手段３が切り替えられたモニター２の画面に応じた外力をアクチュエータ２１より発生するという構成にすることもできる。
【００３０】
このように、モニター２の表示画面とアクチュエータ２１の駆動モードとを切替可能に構成し、切り替えられたモニター２の画面に応じた外力をアクチュエータ２１より発生すると、モニター２の表示画面に応じてノブ１３に多種多様な操作フィーリングを加えることができるので、ノブ１３に多種多様な機能を持たせることができ、ハプティック入力装置の多機能性及び汎用性を高めることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のハプティック入力装置は、ノブに操作フィーリングを付与するフィーリング付与手段とノブの動きを表示するモニターとを備えたので、操作者は、フィーリング付与手段よりノブに与えられる触覚とモニターによって与えられる視覚との両方からノブの操作フィーリングを感得することができ、仮に車体の振動が大きいために触覚による操作フィーリングを十分に得られない場合にも、ノブの操作フィーリングを確実に感得することができて、所要のノブの操作を迅速かつ確実に行うことができる。また、モニターとして、フィーリング付与手段によって規制されるノブの可動範囲及び操作位置に応じて付与される操作フィーリングのパターン並びにノブの動きを３次元表示するものを用いるので、フィーリング付与手段よりノブに与えられる触覚とモニターによって与えられる視覚とを感覚的に一致させることができ、単にフィーリング付与手段によって規制されるノブの可動範囲及び操作位置に応じて付与される操作フィーリングのパターン並びにノブの動きを２次元表示するものを用いる場合に比べて、ノブの操作性をより良好なものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態例に係るハプティック入力装置の構成図である。
【図２】第１実施形態例に係るハプティック入力装置に備えられる案内板の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】第１実施形態例に係るハプティック入力装置に備えられるモニターの表示画面を示す図である。
【図６】第２実施形態例に係るハプティック入力装置の構成図である。
【図７】ノブの位置とアクチュエータによってノブに加えられる外力との関係を示すグラフ図である。
【図８】他の実施形態例に係るハプティック入力装置に備えられるモニターの表示画面を示す図である。
【図９】モニターに図８の表示画面が表示されたハプティック入力装置におけるノブの位置とアクチュエータによってノブに加えられる外力との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１手動操作部
２モニター
３制御手段
１３ノブ
１５案内板
１６検知手段
１７（１７ａ〜１７ｄ）溝
１８（１８ａ〜１８ｄ）凹凸
２１アクチュエータ

Claims

操作者が手動で操作するノブと、前記ノブに操作フィーリングを付与するフィーリング付与手段と、前記フィーリング付与手段によって規制される前記ノブの可動範囲及び前記フィーリング付与手段によって付与される操作フィーリングのパターン並びに前記ノブの動きを３次元表示するモニターと、前記ノブの操作位置を検知する検知手段と、前記検知手段の出力信号に基づいて前記モニターに表示されたノブの動きを制御する制御手段とを有することを特徴とするハプティック入力装置。
前記フィーリング付与手段として、前記ノブの先端部が弾接される面に、前記モニターに表示された前記ノブの可動範囲及び前記ノブに付与される操作フィーリングとを規制する凹凸が形成された案内板を用いたことを特徴とする請求項１に記載のハプティック入力装置。
前記フィーリング付与手段として、前記制御手段によって駆動が制御され、前記検知手段の出力信号に基づいて、前記モニターに表示された前記ノブの可動範囲及び前記ノブに付与される操作フィーリングを規制する外力を前記ノブに加えるアクチュエータを用いたことを特徴とする請求項１に記載のハプティック入力装置。
前記モニターの表示画面と前記アクチュエータの駆動モードとを切替可能に構成し、前記制御手段は、切り替えられたモニターの画面に応じて前記アクチュエータの駆動モードを切り替え、前記モニターの表示画面に合致した外力を前記アクチュエータより発生することを特徴とする請求項３に記載のハプティック入力装置。