JP5628800B2 - 触覚フィードバックの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ユーザに対して、例えばコマンドの変更または選択の後に、振動などの触覚フィードバックを伝達することができる支持板を有する、触覚フィードバックの制御装置に関する。

このような制御装置は、ユーザの指の変位ゾーンにおいて、ユーザの指に触覚フィードバックを伝達するために、アクチュエータに連結された支持板を備えている。

そのため、変位ゾーンにおいて、指の圧力が検出されると、アクチュエータは、支持板を並進振動させる。

ユーザの指の変位ゾーンが円形形状を呈している制御装置の場合には、指の全変位ゾーンにわたる一様な触覚フィードバックを、ユーザが知覚することができなくなるという事態が発生し得る。

したがって、本発明は、従来技術のこのような欠点の存在しない、触覚フィードバックの制御装置を提供することを目的としている。

この目的を達成するために、本発明は、ユーザの指の、円形状の変位ゾーンにおいて、ユーザの指に触覚フィードバックを伝達するための支持板と、変位ゾーンにおいて、ユーザの指による圧力を検出するための、タッチ面を有する変位センサとを備えている、触覚フィードバックの制御装置を提供するものである。この制御装置は、圧力が検出されたときに、支持板に回転トルクを印加して、ユーザの指の変位ゾーンの中心と同軸の回転軸まわりの支持板の回動運動によって、変位ゾーンに触覚フィードバックを発生させるように、支持板に連結されている第１および第２のアクチュエータを備えている。

したがって、ユーザによって得られる触感は、指の全変位ゾーンにわたって一様である。また、回転軸は、何らの物質的な軸を有しておらず、そのため、ノイズを抑制することができる。

本発明の１つ以上の特徴、またはそれらの組み合わせによると、次のようになる。
− 支持板は、円形形状または環状形状を呈している。
− 第１のアクチュエータと第２のアクチュエータとは、直径方向に対向し合うように配置されている。
− 支持板と、アクチュエータの可動部分との間の２つの連結部のうちの１つに、半径方向の並進移動を可能にする遊びが設けられている。
− 制御装置は、支持板と、第１および第２のアクチュエータの可動部分との間に、可塑性物質から成る連結手段を備えている。この可塑性物質のコンプライアンス（単位応力当たりのひずみ）は、支持板と、それぞれのアクチュエータの支持部との間の連結部の変形を吸収することができるほどに十分の大きさを有しており、支持板の回動時に、ノイズを制限することができる。
− 制御装置は、変位センサに接続されており、かつ変位センサから発せられる信号に基づいて、指の要素変位の方向を特定し、アクチュエータによって発生する振動効果の和が、要素変位の方向と同一の方向で、かつ実質的に反対の向きに、指によって知覚されるように、少なくとも一方のアクチュエータに対する少なくとも１つの制御パラメータを調整するように構成されている処理ユニットを備えている。
− 制御パラメータは、少なくとも一方のアクチュエータが、支持板を、要素変位の方向と同一の向きの方向に回転させるときより、反対の向きの方向に回転させるときに、より高速に移動するように調整される。
− 変位センサは、指の変位ゾーンにおいて、支持板に支持されている、タッチ面を有するセンサを有している。
− 制御装置は、ＦＳＲタイプの、タッチ面を有する圧力センサのような、タッチ面を有する圧力センサを備えている。

第１の実施形態による制御装置の概要図である。 第２の実施形態による制御装置の概要図である。 図２の制御装置の作動状態を示す図である。 図３ａの作動状態に続く作動状態を示す図である。 図３ｂの作動状態に続く作動状態を示す図である。 アクチュエータの移動の時間変化の一例を示すグラフである。 アクチュエータの移動の時間変化の別の一例を示すグラフである。

添付図面を参照して、以下の本発明の説明を読むことにより、本発明の他の利点および特徴が明らかになると思う。

添付図面において、同等の部分には、同一の符号を付してある。

本発明は、例えば自動車の制御パネル、タッチプレート、またはタッチスクリーンのための、例えばコマンドを変更または選択したユーザに、触覚フィードバックを伝達することができる、触覚フィードバックの制御装置に関する。

図１に示すように、制御装置１は、ユーザの指の、円形状の変位ゾーンにおいて、ユーザの指に触覚フィードバックを伝達するための支持板３、この変位ゾーンにおいて、ユーザの指の圧力を検出するための、タッチ面を有する変位センサ５、および圧力が検出されたときに、指の変位ゾーンに触覚フィードバックを発生させるために、支持板３に連結されている第１および第２のアクチュエータ７ａおよび７ｂを備えている。

触覚フィードバックは、例えば正弦波制御信号、または、単一パルスまたは連続パルスを有する制御信号によって引き起こされる振動である。

アクチュエータ７ａ、７ｂは、例えば固定部分と可動部分とを有している。可動部分は、固定部分の空隙内を、第１の位置と第２の位置（図示せず）との間で、例えば約２００μｍだけ並進移動することができる。

可動部分は、例えば固定コイル内をスライドする可動磁石、または固定磁石のまわりをスライドする可動コイルである。可動部分と固定部分とは、電磁効果によって相互作用する。

可動部分は、支持板３に連結されている。したがって、可動部分の移動により、支持板３の移動が引き起こされ、その結果、指の変位ゾーンにおいて、アクチュエータの移動Ｄ（方向Ｄ１、Ｄ２の）による、ユーザの指への触覚フィードバックが発生する。

支持板３は、ユーザの指の、円形の変位ゾーンを内部に組み込むことができる円形状または環状を呈している。支持板３の寸法は、ユーザの指の変位ゾーンの寸法に合わせて調整されており、したがって、制御装置の嵩が抑制されている。

変位センサ５は、指の変位ゾーンにおいて、支持板３によって支持されている、タッチ面を有するセンサを備えている。すなわち、英語で「フォースセンシングレジスタ」の頭字語であるＦＳＲ、すなわち感圧抵抗体を用いる技術による、タッチ面を有する圧力センサなどの、タッチ面を有する圧力センサが設けられている。

このような圧力センサは、例えば導電層と抵抗層との間にはさまれた可撓性の半導電層を有している。ＦＳＲ層に圧力または滑り動作を加えることによって、ＦＳＲ層のオーム抵抗は低下する。したがって、適切な電圧を印加することによって、加えられた圧力、および／または圧力が加えられた箇所の位置を特定することができる。

ＦＳＲ技術の別の一コンセプトによれば、タッチ面を有する圧力センサは、弾性スペーサによって、空間的に互いに隔離されており、かつ対向し合う面上に、圧力センサに圧縮応力が印加されたときに電気的に接続することができる要素を支持している、２枚の可撓性の支持シートを備えている。

アクチュエータ７ａ、７ｂは、圧力が検出されたときに、ユーザの指の変位ゾーンの中心と同軸の回転軸Ｉのまわりの支持板３の回動運動によって、変位ゾーンに触覚フィードバックを発生させるために、支持板３に回転トルクＣを印加するように構成されている。

この場合、回転軸Ｉは、何らの物質的な軸を有しておらず、したがって、ノイズを抑制することができる。

図１に示す第１の実施形態によれば、アクチュエータ７ａ、７ｂは、支持板３に回転トルクＣを印加するように、直交し合う２つの方向Ｄ１、Ｄ２に沿って、かつ適切な向きに、支持板３を並進駆動するように配置されている。

図２に示す第２の実施形態によれば、アクチュエータ７ａ、７ｂは、支持板３に回転トルクＣを印加するように、直径方向に対向し合っている。

いずれの実施形態においても、回転軸Ｉは、支持板３の中心に形成されている。したがって、ユーザによって得られる触感は、指の全変位ゾーンにおいて一様である。

図３ａ、図３ｂ、図３ｃは、図２の実施形態の制御装置１の作動状態を示している。

支持板３が回動することを妨げないように、支持板３と、アクチュエータ７ａ、７ｂの可動部分との間の２つの連結部のうちの１つ（図の場合には、アクチュエータ７ｂの方の連結部）に、半径方向の並進移動を可能にする遊びＪが設けられている。

例えば各アクチュエータ７ａ、７ｂの可動部分は、支持板３に連結された、例えばロッド形状の支持部１０ａ、１０ｂを有している。遊びＪは、支持部１０ｂと支持板３との間の、半径方向の相対的な並進移動を可能にしている。

それに替えて、制御装置１において、支持板３と、アクチュエータ７ａ、７ｂの可動部分との間に、可塑性物質から成る連結手段を設けてもよい。

例えば可塑性の支持部１０ａ、１０ｂを用いてもよい。この可塑性物質のコンプライアンスは、支持板３と、アクチュエータ７ａ、７ｂのそれぞれの支持部１０ａ、１０ｂとの間の連結部の変形を吸収することができるのに十分な大きさを有している。この実施形態によれば、支持板３の回動時に、ノイズを制限することができる。

制御装置１の作動中に、支持板３は、回転軸Ｉのまわりに、第１の位置（図３ａ）と第２の位置（図３ｃ）との間で回動する。図３ｂは、中間の位置を示している。

図３ａにおいては、アクチュエータ７ａ、７ｂの可動部分は、固定部分８ａ、８ｂに当接している。

次に、図３ｂにおいては、支持板３に回転トルクを発生させるために、第１のアクチュエータ７ａの可動部分は、方向Ｄ１に沿って並進移動しており、第２のアクチュエータ７ｂの可動部分は、方向Ｄ１に平行で、かつ反対の向きの方向Ｄ２に沿って並進移動している。

次に、図３ｃにおいては、アクチュエータ７ａの可動部分は、第２の位置において、固定部分８ａ、８ｂに当接している。

制御信号は周期的である。制御信号を、パルスタイプの制御信号、または周波数が時間とともに変化する制御信号とすることもできる。

第１の変形例によれば、制御信号のパラメータは、アクチュエータ７ａ、７ｂが、支持板３を時計回りの向きに回転させるときと、反時計回りの向きに回転させるときとで、同一の速度で移動するように調整される。

図４は、第１の位置と第２の位置との間の、アクチュエータの移動Ｓ１ａの時間変化を示すグラフである。

アクチュエータは、第１の位置から第２の位置への第１の半周期Ｔ１と、第２の位置から第１の位置への第２の半周期Ｔ２とで、同一の速度で移動する。

第１の半周期Ｔ１および第２の半周期Ｔ２は、制御装置１の共振周波数に対応するように選択されることが好ましい。

第２の変形例によれば、制御装置１は、変位センサ５に接続された処理ユニット９を備えている。

処理ユニット９は、変位センサ５から発せられる信号に基づいて、ユーザの指の要素変位の方向を特定し、アクチュエータによって発生する振動効果の和が、要素変位の方向に同一の方向で、かつ実質的に反対の向きに、ユーザの指によって感知されるように、少なくとも一方のアクチュエータに対する少なくとも１つの制御パラメータを調整するように構成されている。

要素変位の方向は、例えば変位センサ５から発せられる、連続した２つの位置信号情報から導出される。

アクチュエータに、このような特定の制御信号を印加することによって、ユーザによってよりよく知覚される逆の向きに、触覚フィードバックを発生させることができる。

例えば制御信号のパラメータは、アクチュエータが、支持板３を要素変位の向きと同一の向きに回転させるときよりも、反対の向きに回転させるときに、より高速に移動するように調整される。

図５は、第１の位置と第２の位置との間の、アクチュエータの移動Ｓ２ａの時間変化を示すグラフの一例である。

これらの２つの位置間のアクチュエータの往復運動の１周期において、アクチュエータは、第２の位置から第１の位置への第１の半周期Ｔ１において、相対的にはるかに高速に移動し、第１の位置から第２の位置への第２の半周期Ｔ２において、相対的にはるかに低速に移動する。

アクチュエータのより高速の移動の方が、より低速の移動より、ユーザによって、より明瞭に知覚される。したがって、アクチュエータによって発生する振動効果の和は、ユーザの指の変位に対して反対の向きの、第２の位置から第１の位置への支持板３の移動において、ユーザによって、より明瞭に知覚される。

したがって、タッチセンサ式の触覚フィードバックによって、例えばドロップダウンメニュー内のコマンドの変更または選択をユーザに通知するために、または例えば温度変化をユーザに通知するために、触覚フィードバックを発生させる平坦な表面を用いて、機械式のサムホイールを模することができる。

回転軸Ｉのまわりの支持板３の回動運動による、触覚フィードバックの発生によって、ユーザは、ユーザの指の全変位ゾーンにおいて、均一に、触覚フィードバックを知覚することができる。

１ 制御装置
３ 支持板
５ 変位センサ
７ａ、７ｂ アクチュエータ
８ａ、８ｂ 固定部分
９ 処理ユニット
１０ａ、１０ｂ 支持部
Ｃ 回転トルク
Ｄ１、Ｄ２ 方向
Ｉ 回転軸
Ｊ 遊び
Ｓ１ａ、Ｓ２ａ アクチュエータの移動
Ｔ１ 第１の半周期
Ｔ２ 第２の半周期

Claims (9)

1. 触覚フィードバックの制御装置であって、支持板（３）と、タッチ表面センサ（５）とを備え、前記支持板（３）は、ユーザの指が動く円形状のゾーンにおいて、ユーザの指に触覚フィードバックを伝達し、前記タッチ表面センサ（５）は、前記ゾーンにおいて、ユーザの指による圧力を検出する、触覚フィードバックの制御装置において、
   第１および第２のアクチュエータ（７ａ、７ｂ）を備え、前記第１および第２のアクチュエータ（７ａ、７ｂ）は、前記支持板（３）に接続され、圧力が検出されたときに、前記ゾーンに触覚フィードバックを発生させるように、前記ゾーンの中心と同軸の非物質的な回転軸（Ｉ）のまわりの前記支持板（３）の回動運動によって、前記支持板（３）に回転トルク（Ｃ）を印加するようになっていることを特徴とする制御装置。
2. 前記支持板（３）は、円形状または環状を呈していることを特徴とする、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記アクチュエータ（７ａ、７ｂ）は、直径方向に対向し合うように配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の制御装置。
4. 前記支持板（３）とアクチュエータ（７ｂ）の可動部分との間の２つの連結部のうちの１つに、半径方向の並進移動を可能にする遊びが設けられていることを特徴とする、請求項３に記載の制御装置。
5. 前記支持板（３）とアクチュエータ（７ａ、７ｂ）の可動部分との間に、プラスチック材から成る連結手段が設けられていることを特徴とする、請求項３に記載の制御装置。
6. 制御装置であって、処理ユニット（９）を備え、前記処理ユニット（９）は、前記センサ（５）に接続されており、前記センサ（５）から発せられた信号に基づいて、前記指の要素変位（ｄＵ）の方向を特定し、前記アクチュエータ（７）によって発生する振動効果の和が、一方向および同一の方向、および前記要素変位（ｄＵ）の方向と実質的に反対の方向に、前記指によって知覚されるように、少なくとも１つのアクチュエータ（７）の少なくとも１つの制御パラメータを調整するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１つに記載の制御装置。
7. 前記制御パラメータは、アクチュエータ（７）が、前記要素変位の方向と同一の向きの方向に移動するときより、反対の向きの方向に移動するときに、より高速に移動するように調整されることを特徴とする、請求項６に記載の制御装置。
8. 移動センサ（５）は、前記指の変位ゾーンにおいて、前記支持板（３）に支持されている、タッチ表面センサを有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１つに記載の制御装置。
9. ＦＳＲタイプのタッチ表面圧力センサのような、タッチ表面圧力センサを備えていることを特徴とする、請求項８に記載の制御装置。

Images