JP5734824B2

JP5734824B2 - 触覚呈示装置

Info

Publication number: JP5734824B2
Application number: JP2011276692A
Authority: JP
Inventors: 竹内　修一; 修一竹内
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2011-12-19
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2031-12-19
Also published as: JP2013127687A; CN103164078A; US20130154972A1

Description

本発明は、触覚呈示装置に関する。

従来の技術として、操作者の操作部位による接触位置を検出するタッチパネルと、タッチパネルを横方向に変位させる横方向変位手段と、タッチパネルを縦方向に変位させる縦方向変位手段と、を備えたタッチパネル装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

このタッチパネル装置は、横方向変位手段及び縦方向変位手段により、タッチパネルをいろいろな振動パターンで二次元的に振動させるので、タッチパネルに触れている操作者に対して触覚を呈示することができる。

特開２００３−５８３２１号公報

しかし、従来のタッチパネル装置は、横方向と縦方向にそれぞれ変位手段が配置されるため、製造コストがかかり、また、横方向変位手段及び縦方向変位手段が配置されるのは、タッチパネルの側面であることからから、小型化が困難であった。

従って、本発明の目的は、構造が簡単で小型化し易く、また、安価に製造す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、筐体と、一方端部が支持部材によって筐体に回転可能に取り付けられ、操作面になされた操作を検出する検出部と、検出部に付加する振動により、支持部材を回転中心として検出部を振動させる振動部と、を備えた触覚呈示装置を提供する。

本発明によれば、構造が簡単で小型化し易く、また、安価に製造することができる。

図１（ａ）は、実施の形態に係る触覚呈示装置が搭載される車両内部の概略図であり、（ｂ）は、触覚呈示装置と空調装置の表示部との配置を示す概略図であり、（ｃ）は、触覚呈示装置と空調装置に関するブロック図である。図２（ａ）は、実施の形態に係る触覚呈示装置の上面図であり、（ｂ）は、図２（ａ）に示すII（ｂ）-II（ｂ）線で切断した面を矢印の方向から見た断面図である。図３（ａ）は、実施の形態に係る触覚呈示装置の振動部が振動する様子を示す上面図であり、（ｂ）は、振動部の振幅と時間に関するグラフである。

（実施の形態の要約）
実施の形態に係る触覚呈示装置は、筐体と、一方端部が支持部材によって筐体に回転可能に取り付けられ、操作面になされた操作を検出する検出部と、検出部に付加する振動により、支持部材を回転中心として検出部を振動させる振動部と、を備える。

[実施の形態]
（触覚呈示装置１の構成）
図１（ａ）は、実施の形態に係る触覚呈示装置が搭載される車両内部の概略図であり、（ｂ）は、触覚呈示装置と空調装置の表示部との配置を示す概略図であり、（ｃ）は、触覚呈示装置と空調装置に関するブロック図である。図２（ａ）は、実施の形態に係る触覚呈示装置の上面図であり、（ｂ）は、図２（ａ）に示すII（ｂ）-II（ｂ）線で切断した面を矢印の方向から見た断面図である。なお、実施の形態に係る各図において、部品と部品との比率は、実際の比率とは異なる場合がある。

本実施の形態に係る触覚呈示装置１は、一例として、車両３に搭載された電子機器の各種設定値を設定できるように構成されている。また、本実施の形態に係る触覚呈示装置１は、電子機器としての空調装置５の各設定値を設定するものとする。

この触覚呈示装置１は、例えば、図１（ａ）に示すように、車両３の運転席と助手席の間に設けられたセンターコンソール３０に、空調装置５の表示部５１と共に配置されている。

また、触覚呈示装置１は、主に、筐体１０と、一方端部１２３が支持部材１１０によって筐体１０に回転可能に取り付けられ、操作面１２０になされた操作を検出する検出部１２と、検出部１２に付加する振動により、支持部材１１０を回転中心として検出部１２を振動させる振動部１４と、を備えて概略構成されている。

（筐体１０の構成）
筐体１０は、例えば、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、上面１０１に開口１０１ａが形成された細長い箱形状を有する。この筐体１０は、例えば、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリアミド系、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン（ＡＢＳ）等の合成樹脂材料、又はアルミニウム、鉄等の金属材料、それらを含有する合金材料、或いはステンレス等の合金材料を用いて形成される。

また、筐体１０は、例えば、上面１０１に貫通孔１０２を有している。この貫通孔１０２には、例えば、支持部材１１０が挿入されている。この支持部材１１０は、例えば、後述する検出部１２の貫通孔１２２にも挿入されている。つまり、検出部１２は、この支持部材１１０を回転中心として回転するように支持されている。

（検出部１２の構成）
検出部１２は、一方端部１２３が支持部材１１０によって筐体１０に回転可能に取り付けられ、支持部材１１０を回転中心として振動する。

また、この検出部１２は、例えば、操作者の体の一部（例えば、指）や専用のペンで操作面１２０に触れることにより、触れた操作面１２０上の位置を検出するタッチセンサである。操作者は、例えば、操作面１２０に操作を行うことにより、接続された電子機器の操作を行うことが可能となる。検出部１２としては、例えば、周知の抵抗膜方式、静電容量方式等のタッチパネルを用いることが可能である。

本実施の形態に係る検出部１２は、例えば、操作面１２０に指が接触することによる、電極と指との距離に反比例した電流の変化を検出信号として、接続された電子機器に出力する周知の静電容量方式のタッチセンサである。また、検出部１２は、例えば、指の接触を検出したことを示す振動開始信号を振動部１４に出力するように構成されている。振動部１４は、例えば、この振動開始信号をトリガとして検出部１２に対する振動の付加を開始する。

この検出部１２は、例えば、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、細長い板形状を有している。また、検出部１２は、例えば、筐体１０の開口１０１ａよりも一回り大きい形状を有している。

また、検出部１２の操作面１２０には、例えば、図１（ｂ）に示すように、三角形状となる第１のマーク１２５と、図２（ａ）の紙面において時計回りに第１のマーク１２５を１８０°回転させた形状となる第２のマーク１２６と、が印刷されている。

ここで、空調装置５は、例えば、第１のマーク１２５方向になぞり操作が行われると、検出部１２から出力される検出信号に基づいて設定値が減少し、第２のマーク１２６方向になぞり操作が行われると、検出部１２から出力される検出信号に基づいて設定値が増加する。設定値が、例えば、空調装置５から送出される温度調整された空気の設定温度であった場合、第１のマーク１２５方向になぞり操作が行われると、設定温度が下がり、第２のマーク１２６方向になぞり操作が行われると、設定温度が上がる。

また、空調装置５は、例えば、検出部１２の第１のマーク１２５の近傍に長押操作が行われると、操作された時間に比例して設定値が減少する。空調装置５は、例えば、第１のマーク１２５の近傍に短押操作が行われると、予め定められた変化幅で設定値が減少する。

さらに、空調装置５は、例えば、検出部１２の第２のマーク１２６の近傍に長押操作が行われると、操作された時間に比例して設定値が増加する。空調装置５は、例えば、第２のマーク１２６の近傍に短押操作が行われると、予め定められた変化幅で設定値が増加する。

この長押操作の判定は、一例として、空調装置５の制御部５０により行われ、予め定められた時間以上、指が所定の範囲内に留まって検出された場合、長押操作が行われていると判定する。また、指が所定の範囲内に留まって検出された時間が、予め定められた時間よりも短い場合は、短押操作と判定される。なお、本実施の形態では、長押操作等の判定は、空調装置５の制御部５０が行うがこれに限定されず、触覚呈示装置１が制御部を備え、操作を判定した結果を検出信号として出力する構成としても良い。

（振動部１４の構成）
図３（ａ）は、実施の形態に係る触覚呈示装置の振動部が振動する様子を示す上面図であり、（ｂ）は、振動部の振幅と時間に関するグラフである。図３（ｂ）は、縦軸が振幅ｘであり、縦軸が時間ｔである。振幅ｘは、例えば、検出部１２の他方端部１２４の図３（ａ）の紙面垂直方向の移動距離を示している。また、検出部１２が停止状態にあるときの振幅をゼロと示し、図３（ａ）の紙面上側の最大振幅を図３（ｂ）において振幅Ｌと示し、図３（ｂ）の紙面下側の最大振幅を図３（ｂ）において振幅−Ｌと示している。

振動部１４は、例えば、検出部１２の操作面１２０に対して略水平方向に振動を付加するように構成されている。具体的には、振動部１４は、例えば、支持部材１１０を回転中心として検出部１２を、図３（ａ）に示す矢印Ａ方向及び矢印Ｂ方向に、交互に回転させるように構成されている。この振動部１４は、一例として、水平方向振動型の振動子である。振動子としては、例えば、偏心モータ、ピエゾ素子等を用いることができる。

振動部１４は、例えば、検出部１２の一方端部１２３と反対側の他方端部１２４の裏面１２１に設けられる。

具体的には、振動部１４は、例えば、図２（ｂ）に示すように、筐体１０の底面１０３上に設けられ、検出部１２の裏面１２１と接触するように配置されている。また、検出部１２は、例えば、振動部１４と筐体１０の上面１０１の裏側とによって支持されている。

振動部１４は、例えば、検出部１２から出力された振動開始信号が入力すると、予め定められた振動数によって振動するように構成されている。この振動部１４の振動により、図３（ａ）において点線で示すように、検出部１２が支持部材１１０を回転中心として矢印Ａ方向、及び矢印Ｂ方向に、振幅Ｌで交互に回転する。

振動部１４は、例えば、図３（ｂ）に示すように、供給された電圧に基づいて振幅Ｌで振動する。この振動の振幅Ｌは、一例として、数μｍ〜数十μｍである。振動数は、一例として、１５０Ｈｚ〜２５０Ｈｚである。

（空調装置５の構成）
空調装置５は、例えば、図１（ｃ）に示すように、制御部５０と、表示部５１と、調整部５５と、を備えて概略構成されている。

・制御部５０の構成
制御部５０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、加工等を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）等から構成されるマイクロコンピュータである。

・表示部５１の構成
表示部５１は、例えば、液晶ディスプレイを含んで構成される。この表示部５１は、例えば、図１（ｂ）に示すように、設定温度表示領域５２と、風量表示領域５３と、吹出口表示領域５４と、を有している。

設定温度表示領域５２は、例えば、空調装置５の現在の設定温度を表示する領域である。風量表示領域５３は、例えば、空調装置５の現在の風量を表示する領域である。吹出口表示領域５４は、例えば、車両３のいずれの吹出口から温度調整された空気が吹出しているのかを表示する領域である。なお、触覚呈示装置１による設定値の変更は、例えば、風量の変更及び吹出口の変更であっても良い。

・調整部５５の構成
調整部５５は、例えば、制御部５０から出力される制御信号に基づいた設定温度となるように調整された空気を生成するものである。また、調整部５５は、例えば、設定された吹出口から調整された空気を送出できるように構成されている。

以下に、本実施の形態に係る触覚呈示装置１の動作について、各図を参照しながら説明する。

（動作）
操作者が設定温度を設定するため、検出部１２の操作面１２０に指を接触させると、検出部１２から出力された振動開始信号をトリガとして振動部１４は、車両３の電源から供給された電圧に基づいて振動を開始する。

検出部１２は、振動部１４の振動により、図３（ａ）に示すように、支持部材１１０を回転中心として振幅Ｌで矢印Ａ方向及び矢印Ｂ方向に交互に回転する。

操作者が、例えば、設定温度を上げるため、第１のマーク１２５から第２のマーク１２６の方向に向けてなぞり操作を行うと、第２のマーク１２６に近づくに連れて大きな振動を指先に感じる。

これは、例えば、図３（ａ）に示すように、支持部材１１０を回転中心としていることから、支持部材１１０から離れるにつれて、検出部１２の回転半径が大きくなることに起因している。つまり、振動は、第２のマーク１２６に近づくにつれて大きくなる。

従って、操作者は、検出部１２に視線を移動しなくても、検出部１２の振動の大小により、設定値の増加、減少を触覚として感じることができる。

空調装置５の制御部５０は、取得する検出信号に基づいて指示された設定温度となるように調整部５５を制御する。

（効果）
本実施の形態に係る触覚呈示装置１は、検出部１２の一方端部１２３が筐体１０に回転可能に取り付けられ、他方端部１２４が振動部１４によって一定の振動が付加される構造であるので、操作位置に応じて複数の振動部によって振動を付加するもの、周波数を変更するものと比べて、振動子の振幅や振動数を制御する必要がないため、構造が簡単で小型化し易く、安価に製造することができる。この触覚呈示装置１は、振動子を制御する必要がないため、高度な処理を行う制御部を必要とせず、また、一定の周波数及び振幅で振動する安価な振動子を用いることができる。

また、触覚呈示装置１は、設定値を増加させる方向に操作すると、徐々に指に伝わる振動が大きくなるので、検出部１２に視線を移動させることなく、所望の操作を行い易い。つまり、触覚呈示装置１は、振幅が指の操作位置によって異なるので、振動の感じ方が位置に依存して変わる。従って、操作者が感じとる振動の大きさと操作位置とが一対一の関係となり、操作者は、自分が検出部１２のどの位置に接触しているのかを、視線を移動することなく、容易に認識することができる。

また、触覚呈示装置１は、長押操作及び短押操作を行った際、指に伝わる振動の大小により、設定値が増加するのか、減少するのかを、操作者は容易に認識することができる。

なお、変形例として、上記の実施の形態に係る振動部１４は、指の接近又は接触が検出された後、振動を開始していたが、これに限定されず、触覚呈示装置１に電圧が供給されたことで振動を開始する構成でも良い。

また、他の変形例として、上記の実施の形態では、電子機器として空調装置５を例にしたが、これに限定されず、音楽再生装置及びカーナビゲーション装置等に接続可能である。触覚呈示装置１が、例えば、音楽再生装置と電気的に接続される場合、設定値として音量、曲順等を設定することができる。

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、変更等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ともに、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
３…車両
５…空調装置
１０…筐体
１２…検出部
１４…振動部
３０…センターコンソール
５０…制御部
５１…表示部
５２…設定温度表示領域
５３…風量表示領域
５４…吹出口表示領域
５５…調整部
１０１…上面
１０１ａ…開口
１０２…貫通孔
１０３…底面
１１０…支持部材
１２０…操作面
１２１…裏面
１２２…貫通孔
１２３…一方端部
１２４…他方端部
１２５…第１のマーク
１２６…第２のマーク

Claims

筐体と、
一方端部が支持部材によって前記筐体に回転可能に取り付けられ、操作面になされた操作を検出する検出部と、
前記検出部に付加する振動により、前記支持部材を回転中心として前記検出部を振動させる振動部と、
を備えた触覚呈示装置。
前記振動部は、前記検出部の前記操作面に対して略水平方向に振動を付加する請求項１に記載の触覚呈示装置。
前記振動部は、前記検出部の前記一方端部と反対側の他方端部の裏面に設けられる請求項１又は２に記載の触覚呈示装置。