JP6044791B2 - 触感呈示装置および触感呈示方法 - Google Patents

触感呈示装置および触感呈示方法 Download PDF

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Description

本発明は、ユーザがパネルにタッチした際に、触感（ｈａｐｔｉｃｓ）を呈示する触感呈示装置に関する。
従来、タッチパネルを備える公共端末（例えば、ＡＴＭ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｔｅｌｌｅｒ Ｍａｃｈｉｎｅ）あるいは自動券売機など）、がある。また、タッチパネルを備える個人用機器（例えば、タブレットＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）あるいはスマートフォンなど）も増加している。
タッチパネルとは、パネルへのタッチを入力として検出する入力装置である。タッチパネルは、表示領域に表示されたＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）オブジェクト（例えばボタンなど）に対するユーザのタッチを検出する。
このようなタッチパネルを用いたユーザインタフェースは、ＧＵＩオブジェクトの配置に対する柔軟性が高いという利点を有する。しかし、タッチパネルを用いたユーザインタフェースでは、従来の機械式ボタンを用いたユーザインタフェースと比較して、ボタンを押下したときの感覚のフィードバックが小さい。そのため、ユーザは、タッチパネルをタッチしたときに、そのタッチが正しく検出されたか否かを認識することが困難である。
これに対して、タッチパネルを振動させることにより触感を呈示する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１の技術では、タッチパネルを効率的に振動させるために、タッチパネル上のタッチされた位置（タッチ位置）に応じてタッチパネルを振動させるための周波数が変更されている。
特表２０１１‐５０１２９６号公報
しかしながら、上記従来の技術では、パネルをタッチしているユーザに適切な触感を呈示することが難しい場合がある。
そこで、本発明は、パネルをタッチしているユーザに適切な触感を呈示することができる触感呈示装置を提供する。
パネルをタッチしたユーザに触感を呈示する触感呈示装置であって、パネルと、前記パネル上の位置であって前記ユーザによりタッチされた位置である第１タッチ位置と、前記パネル上の位置であって前記第１タッチ位置がタッチされた後に前記ユーザによりタッチされた位置である第２タッチ位置とを取得する位置取得部と、前記パネルに画像を表示する画像表示部と、前記パネルに表示された画像の空間周波数を特徴として抽出する画像特徴抽出部と、前記第１タッチ位置から前記第２タッチ位置へのタッチの移動速度を算出する速度算出部と、前記移動速度が大きいほど高い周波数の成分を有する変調信号を生成する変調信号生成部と、前記パネルの複数の共振周波数の中から前記空間周波数が高いほど高い共振周波数を搬送信号のための周波数と決定する搬送周波数決定部と、前記パネルを振動させるための信号であって決定された前記共振周波数の成分を有する信号を前記搬送信号として生成する搬送信号生成部と、生成された前記搬送信号を、前記変調信号を用いて変調する変調部と、変調された前記搬送信号に従って前記パネルを振動させることにより、前記ユーザに触感を呈示するアクチュエータと、を備える。
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
本発明の一態様に係る触感呈示装置によれば、パネルをタッチしているユーザに適切な触感を呈示することができる。
図１は、実施の形態１における触感呈示装置の構成図である。 図２は、実施の形態１におけるパネルの平面図である。 図３は、パネルに表示される画像の一例を示す図である。 図４Ａは、パネルに表示される画像の一例を示す図である。 図４Ｂは、パネルに表示される画像の空間周波数特性の一例を示す図である。 図５は、タッチ速度が単調に増加し、かつ空間周波数が一定である場合の変調信号および触感信号を示すグラフである。 図６は、タッチ速度が一定であり、かつ空間周波数が単調に増加する場合の変調信号および触感信号を示すグラフである。 図７は、タッチ速度が単調に増加し、かつ空間周波数が増加した後に減少する場合の変調信号および触感信号を示すグラフである。 図８は、パネルの振動特性の一例を示す図である。 図９は、実施の形態１における触感呈示装置の処理を示すフローチャートである。 図１０は、実施の形態２における触感呈示装置の構成図である。 図１１は、実施の形態２における空間周波数と搬送周波数との対応関係を示すグラフである。 図１２は、実施の形態２における触感呈示装置の処理を示すフローチャートである。 図１３は、実施の形態３における触感呈示装置の構成図である。 図１４は、実施の形態３における弾性率と搬送周波数との対応関係を示すグラフである。 図１５は、実施の形態３における触感呈示装置の処理を示すフローチャートである。 図１６は、変形例における触感呈示装置の構成図である。 図１７は、変形例における触感呈示装置の処理を示すフローチャートである。
（本発明の基礎となった知見）
上記従来の技術では、パネルの特性およびタッチ位置に適した周波数でパネルを振動させることができるので、より強い触感をユーザに効率的に呈示することができる。しかし、パネルにタッチしているユーザに触感を呈示する際に、単に強い触感を呈示するだけでは、タッチに適した触感を呈示できない場合がある。
そこで、本発明の一態様に係る触感呈示装置は、パネルをタッチしたユーザに触感を呈示する触感呈示装置であって、パネルと、前記パネル上の位置であって前記ユーザによりタッチされた位置である第１タッチ位置と、前記パネル上の位置であって前記第１タッチ位置がタッチされた後に前記ユーザによりタッチされた位置である第２タッチ位置とを取得する位置取得部と、前記第１タッチ位置から前記第２タッチ位置へのタッチの移動速度を算出する速度算出部と、前記移動速度が大きいほど高い周波数の成分を有する変調信号を生成する変調信号生成部と、前記パネルを振動させるための搬送信号を生成する搬送信号生成部と、生成された前記搬送信号を、前記変調信号を用いて変調する変調部と、変調された前記搬送信号に従って前記パネルを振動させることにより、前記ユーザに触感を呈示するアクチュエータと、を備える。
この構成によれば、タッチの移動速度が大きいほど高い周波数の成分を有する変調信号を用いて搬送信号を変調し、変調された搬送信号に従ってパネルを振動させることができる。したがって、タッチの移動速度が大きいほどパネル振動の振幅を速く変化させることができ、パネルにタッチしているユーザにタッチの移動速度に適した触感を呈示することができる。その結果、ユーザは、タッチが正しく検出されていることを、触感を介して容易に認識することが可能となる。
例えば、前記触感呈示装置は、さらに、前記パネルに画像を表示する画像表示部と、前記パネルに表示された画像の特徴を抽出する画像特徴抽出部とを備え、前記変調信号生成部は、前記移動速度が大きいほど高い周波数であって前記画像の特徴に応じた周波数の成分を有する前記変調信号を生成してもよい。
この構成によれば、さらに画像の特徴に応じて変調信号の周波数を調整することができる。したがって、パネルに表示されている画像に応じた触感を呈示することが可能となる。
例えば、前記画像特徴抽出部は、前記画像の空間周波数を前記画像の特徴として抽出し、前記変調信号生成部は、前記移動速度が大きいほど高く、かつ前記空間周波数が高いほど高い周波数の成分を有する前記変調信号を生成してもよい。
この構成によれば、タッチの移動速度が大きいほど高く、かつ画像の空間周波数が高いほど高い周波数の成分を有する変調信号を生成することができる。したがって、高い空間周波数を有する画像が表示されている場合に、パネル振動の振幅を速く変化させることができ、パネルにタッチしているユーザに、パネルに表示されている画像に適した触感を呈示することができる。
例えば、前記画像特徴抽出部は、前記画像の一部の領域であって前記第２タッチ位置を含む領域から前記画像の特徴を抽出してもよい。
この構成によれば、第２タッチ位置を含む一部の領域から画像の特徴を抽出することができる。したがって、タッチ位置に表示されている画像に適した変調信号を生成することができ、パネルをタッチしているユーザにより適切な触感を呈示することができる。
例えば、前記画像特徴抽出部は、前記移動速度が大きいほど広い前記領域から前記画像の特徴を抽出してもよい。
この構成によれば、タッチの移動速度が大きいほど広い領域から画像の特徴を抽出することができる。したがって、タッチの移動速度に適した領域から画像の特徴を抽出することが可能となる。
例えば、前記画像特徴抽出部は、前記パネルに表示された画像が更新されるたびに、前記画像の特徴を抽出し、前記変調信号生成部は、前記画像の特徴が抽出されるたびに、前記変調信号を生成してもよい。
この構成によれば、画像が更新されるたびに画像の特徴を抽出することができる。したがって、パネルに表示されている画像の変化に同期させて画像の特徴を抽出することができる。したがって、ユーザの視覚に連動した自然な触感を呈示することが可能となる。
例えば、前記搬送信号生成部は、前記画像の特徴に応じた周波数の成分を有する信号を前記搬送信号として生成してもよい。
この構成によれば、画像の特徴に応じた周波数の成分を有する搬送信号を生成することができる。したがって、画像の特徴に応じてパネルを振動させることができ、パネルをタッチしているユーザにより適切な触感を呈示することができる。
例えば、前記画像特徴抽出部は、前記画像の空間周波数を前記画像の特徴として抽出し、前記搬送信号生成部は、前記空間周波数が高いほど高い周波数の成分を有する信号を前記搬送信号として生成してもよい。
この構成によれば、画像の空間周波数が高いほど高い周波数の成分を有する搬送信号を生成することができる。したがって、高い空間周波数を有する画像が表示されている場合に、パネル振動の周波数を高くすることができ、パネルにタッチしているユーザに、パネルに表示されている画像に適した触感を呈示することができる。
例えば、前記触感呈示装置は、さらに前記パネルの複数の共振周波数の中から前記空間周波数が高いほど高い共振周波数を前記搬送信号のための周波数と決定する搬送周波数決定部を備え、前記搬送信号生成部は、決定された前記共振周波数の成分を有する信号を前記搬送信号として生成してもよい。
この構成によれば、空間周波数が高いほど高い共振周波数の成分を有する搬送信号を生成することができる。したがって、パネルに表示されている画像に適した触感を呈示するとともに、パネルを効率的に振動させることができる。
例えば、前記搬送信号生成部は、前記パネルの共振周波数の成分を有する信号を前記搬送信号として生成してもよい。
この構成によれば、パネルの共振周波数の成分を有する搬送信号を生成することができ、パネルを効率的に振動させることが可能となる。
例えば、前記搬送信号生成部は、前記パネルの複数の共振周波数のうちの前記第２タッチ位置に対応する共振周波数の成分を有する信号を前記搬送信号として生成してもよい。
この構成によれば、第２タッチ位置に対応する共振周波数の成分を有する搬送信号を生成することができる。したがって、タッチ位置を効率的に振動させることができる共振周波数の成分を有する搬送信号を生成することができ、パネルを効率的に振動させることが可能となる。
例えば、前記触感呈示装置は、さらに、前記画像に含まれるオブジェクトの硬さを表す値を取得する硬さ取得部を備え、前記搬送信号生成部は、前記硬さを表す値が大きいほど高い周波数の成分を有する信号を前記搬送信号として生成してもよい。
この構成によれば、画像に含まれるオブジェクトの硬さを表す値が大きいほど高い周波数の成分を有する搬送信号を生成することができる。したがって、ユーザが実際にオブジェクトを触っているときに得られる触感に近い触感を呈示することができ、パネルをタッチしているユーザにより適切な触感を呈示することが可能となる。
例えば、前記触感呈示装置は、さらに、前記第２タッチ位置におけるタッチの圧力を測定する圧力測定部を備え、前記変調信号生成部は、測定された前記圧力が大きいほど高い周波数の成分を有する前記変調信号を生成してもよい。
この構成によれば、タッチの圧力が大きいほど高い周波数の成分を有する変調信号を生成することができる。したがって、パネルにタッチしているユーザに、タッチの圧力に適した触感を呈示することができる。
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
以下、実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、請求の範囲を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における触感呈示装置１００の構成図である。この触感呈示装置１００は、パネルをタッチしているユーザに触感を呈示する。
図１に示すように、触感呈示装置１００は、パネル１０１と、位置取得部１０２と、画像表示部１０３と、画像特徴抽出部１０４と、速度算出部１０５と、圧力測定部１０６と、変調信号生成部１０７と、搬送信号生成部１０８と、変調部１０９と、アクチュエータ１１０とを備える。
以下に触感呈示装置１００の各構成要素について説明する。
＜パネル１０１＞
図２は、実施の形態１におけるパネル１０１の平面図である。パネル１０１は、ユーザからタッチ入力を受け付ける。また、パネル１０１は、パネル１０１の表面をタッチしているユーザに触感を呈示するための振動を伝達する。さらに、パネル１０１には、画像表示部１０３によって画像が表示される。
本実施の形態では、パネル１０１は、タッチディスプレイである。具体的には、パネル１０１は、例えば、静電容量方式あるいは感圧方式などのタッチパネルと、液晶ディスプレイあるいは有機ＥＬディスプレイなどの表示デバイスとを含む。 パネル１０１の表面は、例えばガラス製あるいはアクリル製の板状部材により構成される。
なお、パネル１０１は、少なくとも１つの共振周波数を有する。共振周波数とは、パネル１０１が固有振動する際の周波数（固有振動数）である。共振周波数は、パネル１０１の部材や大きさなどに依存する。
＜位置取得部１０２＞
位置取得部１０２は、ユーザがパネル１０１をタッチした際、そのパネル１０１上のタッチされた位置（タッチ位置）を取得する。以下において、時間的に前後してタッチされた２つのタッチ位置を、第１タッチ位置および第２タッチ位置と区別する場合がある。
位置取得部１０２は、例えば静電容量方式や感圧方式などによりタッチ位置を取得する。具体的には、位置取得部１０２は、例えば指あるいはスタイラスペンが接触しているパネル１０１上の領域（接触領域）の中央位置をタッチ位置として、所定の時間間隔で取得する。また、位置取得部１０２は、接触領域における荷重の重心位置をタッチ位置として取得してもよい。なお、タッチ位置の取得方法は、静電容量方式および抵抗膜方式に限定される必要はない。
＜画像表示部１０３＞
画像表示部１０３は、例えばＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であり、画像をパネル１０１に表示する。画像表示部１０３は、例えば図３に示すようなストライプ模様の画像をパネル１０１に表示する。
なお、画像表示部１０３が表示する画像は、図３に示すような画像に限定されない。画像表示部１０３は、例えば、ＧＵＩオブジェクトをパネル１０１に表示してもよい。また、画像表示部１０３は、カメラによって撮影された画像をパネル１０１に表示してもよい。
画像表示部１０３は、ユーザのタッチ操作に応じて、表示している画像の状態を変更してもよい。例えば、画像表示部１０３は、位置取得部１０２によって取得されたタッチ位置の時間的な変化（例えば、ピンチイン、ピンチアウトあるいはフリックなど）に応じて、画像の状態を変更してもよい。
具体的には、画像表示部１０３は、例えば、ピンチインが検出されたときに、表示されている画像を縮小する。また例えば、ピンチアウトが検出されたときに、画像表示部１０３は、表示されている画像を拡大する。また例えば、フリックが検出されたときに、画像表示部１０３は、画像をフリック方向に移動させる。なお、画像の状態の変更方法は、これらに限るものではない。
なお、画像表示部１０３は、ユーザのタッチ操作とは異なる情報に基づいて、表示されている画像を変更してもよい。例えば、画像表示部１０３は、パネル１０１が傾いている方向に画像を移動させてもよい。
＜画像特徴抽出部１０４＞
画像特徴抽出部１０４は、パネル１０１に表示されている画像の特徴を抽出する。画像の特徴は、例えばテクスチャ情報あるいは形状情報である。具体的には、画像の特徴は、画像の空間周波数あるいは輝度などである。
例えば、画像特徴抽出部１０４は、画像に離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を行うことにより、画像から空間周波数を抽出する。
具体的には、例えばパネル１０１に表示された画像の空間周波数や輝度などが一様である場合、画像特徴抽出部１０４は、パネル１０１上の任意の点の空間周波数や輝度などを画像の特徴として取得してもよい。また、例えばパネル１０１に表示されている画像の空間周波数や輝度などが一様でない場合、画像特徴抽出部１０４は、位置取得部１０２により取得したタッチ位置の周辺の空間周波数や輝度などを画像の特徴として取得してもよい。つまり、画像特徴抽出部１０４は、画像の一部の領域であって第２タッチ位置を含む領域から、画像の特徴を抽出してもよい。
このとき、画像特徴抽出部１０４は、例えば適当な窓関数を用いて画像情報を切り出すことで、局所的な空間周波数や輝度などを取得してもよい。これにより、画像特徴抽出部１０４は、タッチ位置に応じた特徴を抽出することができる。
なお、画像特徴抽出部１０４は、パネル１０１に表示されている画像が更新されるたびに、画像の特徴を抽出してもよい。これにより、画像特徴抽出部１０４は、表示されている画像の状態の変化に同期させて画像の特徴を抽出することができる。この場合、画像の特徴を定量的に示す画像特徴量λは、式（１）に示すように時間の関数として表される。
Figure 0006044791
なお、画像特徴抽出部１０４は、画像の特徴を例えば所定の時間間隔で抽出してもよい。この場合、画像特徴抽出部１０４は、所定の時間間隔が短いほど、表示されている画像の変化に追随して画像の特徴を抽出することができる。
＜速度算出部１０５＞
速度算出部１０５は、ユーザによるタッチの移動速度（タッチ速度）を算出する。具体的には、速度算出部１０５は、例えば位置取得部１０２により取得された第１タッチ位置および第２タッチ位置の各々がタッチされた時刻（タッチ時刻）を取得することで、タッチ速度を算出する。より具体的には、速度算出部１０５は、例えば、時刻ｔにタッチされた第２タッチ位置（ｘt、ｙt）と、時刻（ｔ−Δｔ）にタッチされた第１タッチ位置（ｘt-1、ｙt-1）とを用いて、式（２）に従ってタッチ速度を算出する。
Figure 0006044791
ここで、ｖxは横方向（水平方向）のタッチ速度を示し、ｖyは縦方向（垂直方向）のタッチ速度を示す。
なお、位置取得部１０２は、例えば、取得したタッチ位置およびタッチ時刻を対応付けてメモリに格納してもよい。この場合、速度算出部１０５は、第１タッチ位置および第１タッチ位置のタッチ時刻をメモリから取得してもよい。
＜圧力測定部１０６＞
圧力測定部１０６は、位置取得部１０２により取得されたタッチ位置におけるタッチの圧力（タッチ圧力）を測定する。或いは、圧力測定部１０６は、タッチ位置の指の接触面積から圧力を推定しても良い。
タッチ圧力は、感圧方式のタッチパネルや加重センサーを用いることで取得できる。
＜変調信号生成部１０７＞
変調信号生成部１０７は、画像特徴抽出部１０４により抽出された画像の特徴を用いて変調信号を生成する。画像の特徴としては、例えば、画像の空間周波数または輝度などが用いられる。具体的には、変調信号生成部１０７は、例えば、画像特徴抽出部１０４が抽出した画像の特徴に応じた周波数の成分を有する変調信号を生成する。例えば、変調信号生成部１０７は、画像の特徴と周波数とが対応付けられたテーブル、または、画像の特徴と周波数との関係を示す数式などを参照して、画像の特徴に応じた周波数を決定する。
また例えば、変調信号生成部１０７は、画像の空間周波数が高いほど高い周波数の成分を有する変調信号を生成してもよい。このような変調信号を用いて変調された搬送信号に従ってパネルを振動させることにより、触感呈示装置１００は、画像の空間周波数が高い場合に強い触感をユーザに呈示することができる。そのため、触感呈示装置１００は、画像からユーザが一般的に想起される触感に近い触感を呈示できる。
なお、変調信号生成部１０７は、画像特徴抽出部１０４により抽出された画像の特徴に加えて、速度算出部１０５により算出されたタッチ速度を用いて変調信号を生成してもよい。具体的には、変調信号生成部１０７は、例えば、タッチ速度が大きいほど高い周波数の成分を有する変調信号を生成してもよい。
ここで、タッチ速度と空間周波数との両方を用いて変調信号が生成される場合について説明する。
例えば、パネル１０１に表示された画像が、図４Ａに示すようなテクスチャ画像である場合、画像特徴抽出部１０４は、画像の一部の領域であって現在のタッチ位置（第２タッチ位置）を含む領域を切り出す。そして、画像特徴抽出部１０４は、切り出された画像をフーリエ変換することにより、図４Ｂに示すような空間周波数特性を取得する。画像特徴抽出部１０４は、このように取得された空間周波数特性を用いて空間周波数を取得する。
例えば、画像特徴抽出部１０４は、タッチの移動方向の空間周波数の成分のうち、所定の強度よりも強い成分の空間周波数を、画像特徴量λiとして抽出する。図４Ｂの例では、画像特徴抽出部１０４は、空間周波数λ1およびλ2を画像特徴量として抽出している。また例えば、画像特徴抽出部１０４は、タッチの移動方向の空間周波数の成分のうち、最も強い成分の空間周波数を画像特徴量として抽出してもよい。
なお、画像特徴抽出部１０４は、タッチ速度が大きい場合には広い領域を、タッチ速度が小さい場合には狭く領域を切り出してもよい。つまり、画像特徴抽出部１０４は、タッチ速度が大きいほど広い領域から画像の特徴を抽出してもよい。具体的には、画像特徴抽出部１０４は、例えば、タッチ位置からタッチの移動方向にタッチ速度に応じた長さを有する領域を切り出してもよい。これにより、画像特徴抽出部１０４は、タッチ速度に適した領域から画像の特徴を抽出できる。また、画像特徴抽出部１０４は、ハニング窓などの適当な窓関数を用いることにより、切り出しの影響による信号の不連続感を解消できる。
以下に、画像の空間周波数とタッチ速度とを用いて変調信号を生成する具体例について説明する。
例えば、パネル１０１上に表示されている画像が図３に示すようなストライプ状の画像であり、ユーザがその画像をなぞるようにタッチした場合、変調信号生成部１０７は、式（３）を用いて変調信号を生成する。
Figure 0006044791
ここで、ｓmは変調信号を示し、Ａiはｉ番目の空間周波数成分の強度を示し、λi（１／ｍｍ）はｉ番目の空間周波数を示し、ｖ（ｍｍ／ｓ）はタッチ速度を示す。図３の例では、凹凸の間隔が２ｍｍであるため、単一の空間周波数（ｎ＝１）が、画像特徴量λ1＝０．５（１／ｍｍ）として抽出される。このとき、変調信号生成部１０７は、タッチ速度ｖおよび画像特徴量λ1に比例する周波数の正弦波を変調信号として生成する。
ここで、タッチ速度および画像の空間周波数が変化した場合変調信号および変調信号を用いて変調された搬送信号（触感信号）を図５〜図７を用いて説明する。
図５〜図７において、（ａ）は、タッチ速度の時間変化を示すグラフである。また、（ｂ）は、画像の空間周波数の時間変化を示すグラフである。また、（ｃ）は、変調信号を示すグラフである。また、（ｄ）は触感信号を示すグラフである。
図５は、タッチ速度が単調に増加し、かつ空間周波数が一定である場合の変調信号および触感信号を示す。
図５の（ａ）では、タッチ速度ｖ（ｔ）は、０［ｍｍ／ｓ］から１０［ｍｍ／ｓ］まで単調に増加している。また、図５の（ｂ）では、パネル１０１に表示されている画像の空間周波数は、０．２［１／ｍｍ］で一定である。この場合、変調信号生成部１０７は、式（３）を用いて、図５の（ｃ）に示す変調信号を生成する。また、図５の（ｃ）に示す変調信号によって変調された搬送信号（触感信号）は、図５の（ｄ）のようになる。
図６は、タッチ速度が一定であり、かつ空間周波数が単調に増加する場合の変調信号および触感信号を示す。
図６の（ａ）では、タッチ速度ｖ（ｔ）は、２０ｍｍ／ｓで一定である。また、図６の（ｂ）では、画像の空間周波数は０［１／ｍｍ］から０．３［１／ｍｍ］まで単調に増加している。この場合、変調信号生成部１０７は、式（３）を用いて、図６の（ｃ）に示す変調信号を生成する。また、図６の（ｃ）に示す変調信号によって変調された搬送信号（触感信号）は、図６の（ｄ）のようになる。
図７は、タッチ速度が単調に増加し、かつ空間周波数が増加した後に減少する場合の変調信号および触感信号を示す。
図７の（ａ）では、タッチ速度ｖ（ｔ）は、０ｍｍ／ｓから１０ｍｍ／ｓまで単調に増加している。また、図７の（ｂ）では、空間周波数は、０［１／ｍｍ］から０．３［１／ｍｍ］まで増加し、その後０［１／ｍｍ］まで減少している。例えば、パネル１０１に表示されている画像が縮小された後に拡大された場合に、図７の（ｂ）に示すような空間周波数の時間変化が得られる。
この場合、変調信号生成部１０７は、式（３）を用いて、図７の（ｃ）に示す変調信号を生成する。また、この場合、図６の（ｃ）に示す変調信号によって変調された搬送信号（触感信号）は、図７の（ｄ）のようになる。
つまり、空間周波数が増加する（画像が縮小される）と共にタッチ速度が増加している状態では、変調信号の周波数は増加する。一方、空間周波数が減少する（画像が拡大される）と共にタッチ速度が増加している状態では、変調信号の周波数の変化は抑制される。
なお、変調信号生成部１０７は、画像特徴抽出部１０４により抽出された画像の特徴に加えて、圧力測定部１０６により測定されたタッチ圧力を用いて変調信号を生成してもよい。具体的には、変調信号生成部１０７は、例えば、タッチ圧力が大きいほど高い周波数の成分を有する変調信号を生成してもよい。これにより、触感呈示装置１００は、ユーザがパネル１０１を強くタッチしたときに強い触感を呈示することができる。
なお、変調信号生成部１０７は、タッチ位置における輝度を画像の特徴として用いて、変調信号を生成してもよい。具体的には、変調信号生成部１０７は、タッチ位置における輝度に対応する振幅の変調信号を生成する。
ここで、輝度を画像の特徴として用いて変調信号が生成される場合についてより具体的に説明する。
変調信号生成部１０７は、例えば、タッチ位置における画像の輝度が高いほど大きい振幅の変調信号を生成する。これにより、例えば輝度がシーンの奥行きに対応する場合（例えば被写体の前方から強い光が照らされている場合など）、奥行きの変化が大きいほど高い周波数の成分が変調信号に含まれる。その結果、触感呈示装置１００は、ユーザが一般的に画像から想起される触感を呈示することができる。
なお、輝度とシーンの奥行きとは、例えば式（４）に示す対応関係を有する場合がある。
Figure 0006044791
ここで、Ｄは、パネル１０１上の位置（ｘ，ｙ）におけるシーンの奥行きを示す。また、Ｂは、パネル１０１上の位置（ｘ，ｙ）における輝度を示す。この場合、変調信号生成部１０７は、例えば式（５）を用いて変調信号を生成する。
Figure 0006044791
ここで、Ｄ（ｐ（ｔ））は、時刻ｔにおけるタッチ位置ｐ（ｔ）＝（ｘ、ｙ）の奥行きを示す。また、Ｂ（ｐ（ｔ））は、時刻ｔにおけるタッチ位置ｐ（ｔ）＝（ｘ、ｙ）における輝度を示す。
なお、変調信号生成部１０７が生成する変調信号の生成方法は、これに限定するものではなく、奥行き情報に反比例する方法であればよい。
＜搬送信号生成部１０８＞
搬送信号生成部１０８は、パネル１０１を振動させるための搬送信号を生成する。すなわち、搬送信号生成部１０８は、パネル１０１の振動特性に応じた周波数の成分を有する搬送信号を生成する。つまり、搬送信号生成部１０８は、パネル１０１の振動に適した周波数の成分を有する搬送信号を生成する。具体的には、搬送信号生成部１０８は、例えば、式（６）に示すように、周波数Ｆcの正弦波を搬送信号ｓcとして生成する。
Figure 0006044791
以下において、周波数Ｆcを搬送信号の周波数と呼ぶ場合がある。
なお、搬送信号の周波数は、パネル１０１の共振周波数であってもよい。つまり、搬送信号生成部１０８は、パネルの共振周波数の成分を有する信号を搬送信号として生成してもよい。これにより、触感呈示装置１００は、効率的にパネル１０１を振動させることができ、少ないエネルギーでユーザに触感を呈示できる。
図８は、パネル１０１の振動特性の一例を示す。図８に示すように、複数の共振周波数が存在する場合、搬送信号生成部１０８は、強度が最も強い共振周波数Ｆc3の成分を有する信号を搬送信号として生成すればよい。これにより、触感呈示装置１００は、さらに効率よくパネル１０１を振動させることができるので、より省電力化が可能となる。
なお、パネル１０１の振動特性は、パネル１０１上の位置によって異なる場合がある。この場合、搬送信号生成部１０８は、パネル１０１上の複数の位置に適した複数の共振周波数の平均値の成分を有する信号を搬送信号として生成してもよい。あるいは、搬送信号生成部１０８は、位置取得部１０２により取得されたタッチ位置に適した共振周波数の成分を有する信号を搬送信号として生成してもよい。つまり、搬送信号生成部１０８は、パネル１０１の複数の共振周波数のうちのタッチ位置に対応する共振周波数の成分を有する信号を搬送信号として生成してもよい。
＜変調部１０９＞
変調部１０９は、搬送信号生成部１０８により生成された搬送信号を、変調信号生成部１０７により生成された変調信号を用いて変調する。具体的には、変調部１０９は、例えば振幅変調（ＡＭ：Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を行う。より具体的には、変調部１０９は、例えば式（７）のように、搬送信号の振幅変調を行ってもよい。
Figure 0006044791
ここで、ｓは触感信号を示し、ｓmは変調信号を示し、ｓcは搬送信号を示す。
また、変調部１０９は、例えば式（８）のように、搬送信号の振幅変調を行なってもよい。
Figure 0006044791
図５の（ｄ）、図６の（ｄ）および図７の（ｄ）に、実際に変調された搬送信号（触感信号）の例を示す。変調部１０９は、変調信号を用いて搬送信号を振幅変調することにより、アクチュエータ１１０を駆動するための触感信号を生成する。
なお、変調部１０９により生成された触感信号は、必要に応じて、アクチュエータ１１０を駆動するために増幅される。増幅の方法は特に限定するものではない。また具体的な増幅率は、アクチュエータ１１０の特性に基づいて決定されればよい。
＜アクチュエータ１１０＞
アクチュエータ１１０は、変調部１０９により変調された搬送信号（触感信号）により駆動され、パネル１０１を振動させる。パネル１０１を振動させることによりユーザに触感が呈示される。つまり、アクチュエータ１１０は、変調された搬送信号に従ってパネル１０１を振動させることによりユーザに触感を呈示する。
アクチュエータ１１０は、例えば、パネル１０１に貼付される。例えば、図２に示すように、第１アクチュエータ１１０Ａと第２アクチュエータ１１０Ｂとを含むアクチュエータ１１０は、パネル１０１の周縁部に配置される。このようにアクチュエータ１１０がパネル１０１の周縁部に配置されることにより、画像が表示される領域にアクチュエータ１１０を配置する必要がなくなり、設計の自由度を向上させることができる。
なお、アクチュエータの数は、２つに限られない。つまり、アクチュエータ１１０は、１つのアクチュエータのみを含んでもよいし、３つ以上のアクチュエータを含んでもよい。
アクチュエータ１１０の種類は特に限定するものではないが、例えばピエゾ素子のような圧電素子をアクチュエータ１１０として用いることでパネル１０１を振動させることができる。あるいは、アクチュエータ１１０としてボイスコイルが用いられてもよい。
なお、アクチュエータ１１０は、触感信号を増幅させるためのアンプを備えてもよい。この場合、アクチュエータ１１０は、増幅された触感信号を用いて駆動されればよい。なお、搬送信号生成部１０８で増幅された触感信号を用いて駆動されてもよい。アクチュエータ１１０は、増幅された触感信号を用いて駆動されることで、アクチュエータ１１０の駆動エネルギーをより大きくでき、ユーザに強い触感を呈示できる。
次に、以上のように構成された触感呈示装置１００の動作の一例について説明する。図９は、実施の形態１における触感呈示装置１００の処理を示すフローチャートである。
（ステップＳ１０１）
位置取得部１０２は、パネル１０１上のユーザによりタッチされた位置（タッチ位置）を所定の時間間隔で取得する。
（ステップＳ１０２）
位置取得部１０２は、ステップＳ１０１で取得されたタッチ位置に応じて触感呈示が必要か否かを判断する。
例えば、図３の縞模様のテクスチャ画像が表示されている場合は、位置取得部１０２は、タッチ位置が縞模様のテクスチャ画像の領域内に存在しているか否かに基づいて、触感呈示が必要か否かを判断する。または、ＧＵＩオブジェクトとしてボタンが表示されている場合は、位置取得部１０２は、タッチ位置がボタンの領域内に存在しているか否かに基づいて、触感呈示が必要か否かを判断する。触感呈示が必要と判断されれば、ステップＳ１０３に進む。触感呈示が必要と判断されなければ、ステップＳ１０１に戻る。
なお、触感呈示が必要か否かの判断基準は、上記に限定されない。例えば、パネル１０１に画像が表示されている場合は、位置取得部１０２は、タッチ位置が画像の領域内に存在し、かつタッチ位置が動いているときに、触感呈示が必要と判断してもよい。
（ステップＳ１０３）
画像表示部１０３は、位置取得部１０２により取得されたタッチ位置に応じてパネル１０１上に表示している画像の状態を変更する。
（ステップＳ１０４）
画像特徴抽出部１０４は、パネル１０１上に表示されている画像の特徴を所定の時間間隔で抽出する。
（ステップＳ１０５）
変調信号生成部１０７は、ステップＳ１０４で抽出された画像の特徴を用いて変調信号を生成する。
（ステップＳ１０６）
搬送信号生成部１０８は、パネル１０１を振動させるための搬送信号を生成する。
（ステップＳ１０７）
変調部１０９は、ステップＳ１０６で生成された搬送信号を、ステップＳ１０５で生成された変調信号を用いて変調する。
（ステップＳ１０８）
アクチュエータ１１０は、ステップＳ１０７で変調された搬送信号（触感信号）に従ってパネル１０１を振動させることにより、ユーザに触感を呈示する。
これにより、触感呈示装置１００は、パネル１０１上に表示されている画像の特徴に応じた触感をユーザに呈示できる。
以上に述べたように、本実施の形態における触感呈示装置１００によれば、パネル１０１を振動させることにより、パネル１０１に表示された画像に基づいた触感を呈示することができる。さらに、パネル１０１に表示されている画像が変化した場合にも、触感呈示装置１００は、その画像の変化を触感に随時反映することができるため、視覚に連動した自然な触感を呈示することができる。
さらに、本実施の形態における触感呈示装置１００によれば、タッチの移動速度が大きいほど高い周波数の成分を有する変調信号を用いて搬送信号を変調し、変調された搬送信号に従ってパネルを振動させることができる。したがって、触感呈示装置１００は、タッチの移動速度が大きいほどパネル振動の振幅を速く変化させることができ、パネルにタッチしているユーザにタッチの移動速度に適した触感を呈示することができる。その結果、ユーザは、タッチが正しく検出されていることを、触感を介して容易に認識することが可能となる。
（実施の形態２）
次に、実施の形態２について図面を用いて具体的に説明する。
本実施の形態における触感呈示装置と実施の形態１における触感呈示装置との違いは、画像の特徴に基づいて搬送信号の周波数を変更する点である。以下この点を中心に説明する。なお、実施の形態１と同様の構成要素に関しては詳細な説明を省略する。
図１０は、実施の形態２における触感呈示装置２００の構成図である。図１０において、図１と同様の構成については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
触感呈示装置２００は、パネル１０１と、位置取得部１０２と、画像表示部１０３と、画像特徴抽出部１０４と、変調信号生成部１０７と、搬送信号生成部２０８と、変調部１０９と、アクチュエータ１１０と、搬送周波数記憶部２１１と、搬送周波数決定部２１２とを備える。
＜搬送周波数記憶部２１１＞
搬送周波数記憶部２１１は、搬送信号の周波数を画像の特徴毎に記憶する。
＜搬送周波数決定部２１２＞
搬送周波数決定部２１２は、画像特徴抽出部１０４により抽出された画像の特徴に対応する周波数を搬送周波数記憶部２１１から取得する。
まず、画像特徴抽出部１０４により抽出された画像特徴量λが単一である場合について説明する。
画像表示部１０３が表示する画像が、例えば図３に示すように一様で単一の縞模様であった場合、画像特徴量λは１つの値を持つ。例えば図３の場合、画像特徴量λは、０．５［本／ｍｍ］という値を持つ。
搬送周波数決定部２１２は、この画像特徴量λが大きいほど搬送信号の周波数が高くなるように、搬送信号の周波数を決定する。逆に、搬送周波数決定部２１２は、画像特徴量λが小さいほど搬送信号の周波数が低くなるように、搬送信号の周波数を決定する。つまり、搬送信号の周波数は、式（９）に示すように、画像特徴量λの関数として表される。
搬送信号の周波数の具体的な決定方法は特に限定するものではないが、例えば、パネル１０１が図８に示すような振動特性を持ち、かつ画像特徴量λが空間周波数である場合は、搬送周波数決定部２１２は、図１１に示すように搬送信号の周波数を決定する。具体的には、搬送周波数決定部２１２は、０≦λ＜λ1の場合に搬送信号の周波数をＦc1と決定する。また、搬送周波数決定部２１２は、λ1≦λ＜λ2の場合に搬送信号の周波数をＦc2と決定する。また、搬送周波数決定部２１２は、λ2≦λの場合に搬送信号の周波数をＦc3と決定する。
つまり、搬送周波数決定部２１２は、空間周波数が高いほど高い周波数を搬送信号の周波数として決定する。より具体的には、搬送周波数決定部２１２は、空間周波数の増加したときにステップ状に増加するように搬送信号の周波数を、決定する。なお、空間周波数の閾値λ1およびλ2は、経験あるいは実験により適宜調整されればよい。なお、搬送周波数決定部２１２は、空間周波数の増加したときに、比例的にあるいは指数関数的に増加するように搬送信号の周波数を決定してもよい。
Figure 0006044791
ところで、パネル１０１は、すべての周波数で一様に振動することはない。パネル１０１の特性（大きさ、厚さ、硬さ等）に応じて、パネル１０１の振動特性は異なる。例えば、図８に示すように、パネル１０１は、共振により特定の周波数（共振周波数）で大きく振動する。搬送信号の周波数としてこのような共振周波数が用いられれば、効率よくパネル１０１を振動させることが可能である。
そこで、搬送周波数決定部２１２は、例えば、パネル１０１の共振周波数を搬送信号の周波数として決定する。このとき、搬送周波数決定部２１２は、パネル１０１の複数の共振周波数の中から、空間周波数λが大きいほど高い共振周波数を搬送信号のための周波数として決定する。
次に、画像特徴抽出部１０４により抽出された画像特徴量λが単一でない場合について説明する。例えば、図４Ａのように複数の画像特徴量を持つ画像が表示されている場合は、搬送周波数決定部２１２は、図４Ｂに示すような画像の空間周波数特性に基づいて搬送信号の周波数を決定する。具体的には、搬送周波数決定部２１２は、最も大きい強度を持つ成分の空間周波数を当該画像の空間周波数として用いて、搬送信号の周波数を決定する。
また例えば、搬送周波数決定部２１２は、所定の閾値以上の強度を持つ成分の空間周波数を用いて搬送信号の周波数を決定してもよい。このとき、所定の閾値以上の強度を持つ成分の空間周波数が複数ある場合、搬送周波数決定部２１２は、複数の空間周波数を用いて搬送信号の複数の周波数をそれぞれ決定してもよい。
＜搬送信号生成部２０８＞
搬送信号生成部２０８は、搬送周波数決定部２１２により決定された周波数の成分を有する搬送信号を生成する。つまり、搬送信号生成部２０８は、例えば、画像特徴抽出部１０４により抽出された画像の特徴に応じた周波数の成分を有する信号を搬送信号として生成する。具体的には、搬送信号生成部２０８は、例えば、画像の空間周波数が高いほど高い周波数の成分を有する信号を搬送信号として生成する。より具体的には、搬送信号生成部２０８は、例えば、パネル１０１の複数の共振周波数の中から空間周波数が高いほど高い共振周波数の成分を有する信号を搬送信号として生成する。
ここで、搬送周波数決定部２１２によって複数の周波数が決定された場合について説明する。この場合、搬送信号生成部２０８は、決定された複数の周波数の成分を有する信号を搬送信号として生成する。つまり、搬送信号生成部２０８は、決定された複数の周波数の正弦波を重ね合わせることで搬送信号を生成する。具体的には、搬送信号生成部２０８は、式（１０）に示すように、複数の周波数の正弦波を加算することにより搬送信号を生成する。
Figure 0006044791
次に、以上のように構成された触感呈示装置２００の動作を説明する。図１２は、実施の形態２における触感呈示装置２００の処理を示すフローチャートである。なお、図１２において、図９と同じ処理については、適宜詳細な説明を省略する。
（ステップＳ２０１）
位置取得部１０２はタッチ位置を取得する。
（ステップＳ２０２）
位置取得部１０２は、触感呈示が必要か否かを判断する。
（ステップＳ２０３）
画像表示部１０３は、必要に応じて、表示されている画像を更新する。
（ステップＳ２０４）
画像特徴抽出部１０４は、画像表示部１０３が表示している画像の特徴を抽出する。
（ステップＳ２０５）
搬送周波数決定部２１２は、画像特徴抽出部１０４により抽出された画像の特徴に基づいて、搬送信号の周波数を決定する。例えば、搬送周波数決定部２１２は、画像の空間周波数が高いほど周波数が高くなるように搬送信号の周波数を決定する。
（ステップＳ２０６）
画像特徴抽出部１０４により抽出された画像の特徴と、位置取得部１０２により取得されたタッチ位置とに基づいて触感信号が生成される。具体的には、変調信号生成部１０７は、画像の特徴量に対応する周波数の成分を有する変調信号を生成する。さらに、搬送信号生成部２０８は、搬送周波数決定部２１２により決定された周波数の成分を有する搬送信号を生成する。そして、変調部１０９は、変調信号を用いて搬送信号を振幅変調することにより触感信号を生成する。
（ステップＳ２０７）
アクチュエータ１１０は、ステップＳ２０６で生成された触感信号を用いて駆動される。つまり、アクチュエータ１１０は、触感信号に従ってパネル１０１を振動させることにより、ユーザに触感を呈示する。
以上に述べたように、本実施の形態における触感呈示装置２００によれば、パネル１０１を振動させることにより、パネル１０１に表示された画像に基づいた触感を呈示することができる。さらに、触感呈示装置２００は、パネル１０１に表示されている画像の特徴に応じて、搬送信号の周波数を変更することができる。したがって、触感呈示装置２００は、空間周波数が低い場合には柔らかく滑らかな触感を呈示することができ、空間周波数が高い場合にはより細い振動を呈示することができる。つまり、触感呈示装置２００は、画像の特徴に応じた周波数の成分を有する搬送信号を生成することができるので、パネルにタッチしているユーザに、パネルに表示されている画像に適した触感を呈示することができる。
また、実施の形態１と同様に、パネル１０１に表示されている画像が変化した場合にも、触感呈示装置２００は、その画像の変化を触感に随時反映することができるため、視覚に連動した自然な触感を呈示することができる。
なお、本実施の形態における触感呈示装置２００は、実施の形態１と同様に、さらに、速度算出部１０５および圧力測定部１０６を備えてもよい。その場合、変調信号生成部１０７は、実施の形態１と同様に、例えばタッチ速度が大きいほど高い周波数の成分を有する変調信号を生成すればよい。また、変調信号生成部１０７は、タッチ圧力が大きいほど高い周波数の成分を有する変調信号を生成してもよい。
（実施の形態３）
次に、実施の形態３について説明する。実施の形態３では、画像に含まれるオブジェクトの硬さに応じて搬送信号の周波数が変化する点が実施の形態１と異なる。
図１３は、実施の形態３における触感呈示装置３００の構成図である。図１３において、図１と同様の構成要素に関しては同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
触感呈示装置３００は、パネル１０１と、位置取得部１０２と、画像表示部１０３と、画像特徴抽出部１０４と、変調信号生成部１０７と、変調部１０９と、アクチュエータ１１０と、弾性率記憶部３１３と、弾性率決定部３１４と、搬送周波数記憶部３１１と、搬送周波数決定部３１２と、搬送信号生成部３０８とを備える。
＜弾性率記憶部３１３＞
弾性率記憶部３１３は、弾性率［Ｐａ］を画像の特徴毎に記憶している。
弾性率は、パネル１０１に表示されている画像に含まれるオブジェクトの硬さを表す値の一例である。つまり、弾性率は、パネル１０１上に表示されている画像に含まれるオブジェクトの素材感を表す。つまり、同じ空間周波数をもつテクスチャ画像であっても、金属のように硬い素材の画像もあれば、ゴムのように柔らかい素材の画像もある。そこで、弾性率記憶部３１３は、画像の特徴毎に、当該画像の特徴に対応する素材の硬さを表す値を記憶している。本実施の形態では、素材の硬さを示す尺度として弾性率を用いているが、これに限定されるわけではない。すなわち、素材の硬さ／柔らかさを表現できる尺度であれば、どのような尺度が用いられても良い。
＜弾性率決定部３１４＞
弾性率決定部３１４は、硬さ取得部の一例である。弾性率決定部３１４は、画像特徴抽出部１０４により抽出された画像の特徴に基づいて弾性率を決定する。つまり、弾性率決定部３１４は、抽出された画像の特徴に対応する弾性率を弾性率記憶部３１３から取得する。
＜搬送周波数記憶部３１１＞
搬送周波数記憶部３１１は、搬送信号の周波数を弾性率毎に記憶している。つまり、搬送周波数記憶部３１１は、複数の弾性率にそれぞれ対応付けて複数の周波数を記憶している。
＜搬送周波数決定部３１２＞
搬送周波数決定部３１２は、弾性率決定部３１４により決定された弾性率に基づいて搬送信号の周波数を決定する。具体的には、搬送周波数決定部３１２は、決定された弾性率に対応する周波数を、搬送周波数記憶部３１１から取得する。
より具体的には、図１４に示すように、搬送周波数決定部３１２は、弾性率Ｋが大きいほど高い周波数を搬送信号の周波数として決定する。なお、実施の形態２と同様に、搬送信号の周波数は、パネル１０１の複数の共振周波数の中から選択されることが望ましい。
＜搬送信号生成部３０８＞
搬送信号生成部３０８は、搬送周波数決定部３１２により決定された周波数の成分を有する搬送信号を生成する。つまり、搬送信号生成部３０８は、画像に含まれるオブジェクトの硬さを表す値が大きいほど高い周波数の成分を有する信号を搬送信号として生成する。
次に、以上のように構成された触感呈示装置３００の具体的な動作について説明する。図１５は、実施の形態３における触感呈示装置３００の処理を示すフローチャートである。なお、図１５において、図９と同じ処理については、適宜詳細な説明を省略する。
（ステップＳ３０１）
位置取得部１０２は、タッチ位置を取得する。
（ステップＳ３０２）
位置取得部１０２は、触感呈示が必要か否かを判断する。
（ステップＳ３０３）
画像表示部１０３は、必要に応じて、表示されている画像を更新する。
（ステップＳ３０４）
画像特徴抽出部１０４は、画像表示部１０３が表示している画像の特徴を抽出する。
（ステップＳ３０５）
弾性率決定部３１４は、画像の特徴に基づいて、弾性率記憶部３１３から弾性率を取得する。
（ステップＳ３０６）
搬送周波数決定部３１２は、弾性率に基づいて、搬送信号の周波数を決定する。具体的には、搬送周波数決定部３１２は、弾性率が大きいほど搬送信号の周波数が高くなるように、搬送信号の周波数を決定する。逆に、搬送周波数決定部３１２は、弾性率が小さいほど搬送信号の周波数が低くなるように、搬送信号の周波数を決定する。
（ステップＳ３０７）
画像特徴抽出部１０４により抽出された画像の特徴と、位置取得部１０２により取得されたタッチ位置と、搬送周波数決定部３１２により決定された搬送周波数とに基づいて触感信号が生成される。具体的には、変調信号生成部１０７は、画像特徴量（空間周波数）に対応する周波数の成分を有する変調信号を生成する。さらに、搬送信号生成部３０８は、搬送周波数決定部３１２によって決定された周波数の成分を有する搬送信号を生成する。そして、変調部１０９は、変調信号を用いて搬送信号を振幅変調することにより触感信号を生成する。
（ステップＳ３０８）
アクチュエータ１１０は、ステップＳ３０７で生成された触感信号を用いて駆動される。つまり、アクチュエータ１１０は、触感信号に従ってパネル１０１を振動させることにより、ユーザに触感を呈示する。
以上に述べたように、本実施の形態における触感呈示装置３００によれば、パネル１０１を振動させることにより、パネル１０１に表示された画像に基づいた触感を呈示することができる。さらに、触感呈示装置３００は、パネル１０１に表示されている画像に含まれるオブジェクトの素材感に応じて、搬送信号の周波数を変更することができる。
したがって、触感呈示装置３００は、柔らかいオブジェクトが含まれる場合には、柔らかく滑らかな触感を呈示することができ、硬いオブジェクトが含まれる場合には、より細い振動を呈示することができる。つまり、触感呈示装置３００は、ユーザが実際にオブジェクトを触っているときに得られる触感に近い触感を呈示することができ、パネルをタッチしているユーザにより適切な触感を呈示することが可能となる。
また、実施の形態１と同様に、パネル１０１に表示されている画像が変化した場合にも、触感呈示装置３００は、その画像の変化を触感に随時反映することができるため、視覚に連動した自然な触感を呈示することができる。
なお、本実施の形態では、画像に含まれるオブジェクトの硬さを表す値（弾性率）が画像の特徴から取得されていたが、硬さを表す値の取得方法はこれに限られない。例えば、弾性率決定部３１４は、ユーザから硬さを表す値の入力を受け付けてもよい。この場合、硬さを表す値は、例えば硬さのレベルを表す値（例えば１〜５）などであってもよい。
また、本実施の形態における触感呈示装置３００は、実施の形態１と同様に、さらに、速度算出部１０５および圧力測定部１０６を備えてもよい。その場合、変調信号生成部１０７は、実施の形態１と同様に、例えばタッチ速度が大きいほど高い周波数の成分を有する変調信号を生成すればよい。また、変調信号生成部１０７は、タッチ圧力が大きいほど高い周波数の成分を有する変調信号を生成してもよい。
以上、１つまたは複数の態様に係る触感呈示装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、１つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
例えば、触感呈示装置は、図１、図１０または図１５に示す構成要素を必ずしもすべて備える必要はない。つまり、触感呈示装置は、図１、図１０または図１５に示す構成要素のいくつかを備えなくてもよい。例えば、触感呈示装置は、図１６に示すように構成されてもよい。
図１６は、変形例における触感呈示装置４００の構成図である。また、図１７は、変形例における触感呈示装置の処理を示すフローチャートである。この触感呈示装置４００は、パネル１０１をタッチしているユーザに触感を呈示する際に、画像の特徴を用いない。
図１６に示すように、触感呈示装置４００は、パネル１０１と、位置取得部１０２と、速度算出部１０５と、変調信号生成部４０７と、搬送信号生成部１０８と、変調部１０９と、アクチュエータ１１０とを備える。
（ステップＳ４０１）
位置取得部１０２は、所定の時間間隔でパネル１０１上のタッチ位置を取得する。つまり、位置取得部１０２は、パネル１０１上の、ユーザによりタッチされた第１タッチ位置と、第１タッチ位置がタッチされた後にユーザによりタッチされた第２タッチ位置とを取得する。
（ステップＳ４０２）
速度算出部１０５は、第１タッチ位置から第２タッチ位置へのタッチの移動速度（タッチ速度）を算出する。
（ステップＳ４０３）
変調信号生成部４０７は、タッチ速度が大きいほど高い周波数の成分を有する変調信号を生成する。具体的には、変調信号生成部４０７は、例えば式（１１）に示すように、タッチ速度ｖに比例定数ｋ（ｋ＞０）で比例する周波数の正弦波を変調信号ｓmとして生成する。
Figure 0006044791
なお、変調信号の周波数は、タッチ速度に比例しなくてもよい。つまり、第１タッチ速度のときの周波数よりも、第２タッチ速度（第１タッチ速度よりも大きい速度）のときの周波数が高ければよい。
（ステップＳ４０４）
搬送信号生成部１０８は、パネル１０１を振動させるための搬送信号を生成する。例えば、搬送信号生成部１０８は、パネル１０１の共振周波数の成分を有する信号を搬送信号として生成する。なお、搬送信号生成部１０８は、パネル１０１の共振周波数とは異なる周波数の成分を有する信号を搬送信号として生成してもよい。つまり、搬送信号生成部１０８は、ユーザが触覚により知覚できる周波数の成分を有する搬送信号を生成すればよい。
（ステップＳ４０５）
変調部１０９は、変調信号を用いて搬送信号を変調することにより触感信号を生成する。具体的には、変調部１０９は、例えば、式（７）または式（８）に示すように触感信号を生成する。
（ステップＳ４０６）
アクチュエータ１１０は、変調された搬送信号（触感信号）に従ってパネル１０１を振動させることにより、ユーザに触感を呈示する。
以上にように、変形例における触感呈示装置４００によれば、タッチの移動速度が大きいほど高い周波数の成分を有する変調信号を用いて搬送信号を変調し、変調された搬送信号に従ってパネルを振動させることができる。したがって、触感呈示装置４００は、タッチの移動速度が大きいほどパネル振動の振幅を速く変化させることができ、パネルにタッチしているユーザにタッチの移動速度に適した触感を呈示することができる。その結果、ユーザは、タッチが正しく検出されていることを、触感を介して容易に認識することが可能となる。
なお、上記各実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。ここで、上記各実施の形態の触感呈示装置などを実現するソフトウェアは、次のようなプログラムである。
すなわち、このプログラムは、コンピュータに、パネルをタッチしているユーザに触感を呈示する触感呈示方法であって、前記パネル上の位置であって前記ユーザによりタッチされた位置である第１タッチ位置と、前記パネル上の位置であって前記第１タッチ位置がタッチされた後に前記ユーザによりタッチされた位置である第２タッチ位置とを取得する位置取得ステップと、前記第１タッチ位置から前記第２タッチ位置へのタッチの移動速度を算出する速度算出ステップと、前記移動速度が大きいほど高い周波数の成分を有する変調信号を生成する変調信号生成ステップと、前記パネルを振動させるための搬送信号を生成する搬送信号生成ステップと、生成された前記搬送信号を、前記変調信号を用いて変調する変調ステップと、変調された前記搬送信号に従って前記パネルを振動させることにより、前記ユーザに触感を呈示する触感呈示ステップと、を含む触感呈示方法を実行させる。
本発明の一態様に係る触感呈示装置は、パネルをタッチしているユーザに触感を呈示することができるので、タッチパネルを備える、ＴＶ、デジタルスチルカメラ、デジタルムービーカメラ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末、または携帯電話などに有用である。
１００、２００、３００、４００ 触感呈示装置
１０１ パネル
１０２ 位置取得部
１０３ 画像表示部
１０４ 画像特徴抽出部
１０５ 速度算出部
１０６ 圧力測定部
１０７、４０７ 変調信号生成部
１０８、２０８、３０８ 搬送信号生成部
１０９ 変調部
１１０ アクチュエータ
１１０Ａ 第１アクチュエータ
１１０Ｂ 第２アクチュエータ
２１１、３１１ 搬送周波数記憶部
２１２、３１２ 搬送周波数決定部
３１３ 弾性率記憶部
３１４ 弾性率決定部

Claims (12)

  1. パネルをタッチしたユーザに触感を呈示する触感呈示装置であって、
    パネルと、
    前記パネル上の位置であって前記ユーザによりタッチされた位置である第１タッチ位置と、前記パネル上の位置であって前記第１タッチ位置がタッチされた後に前記ユーザによりタッチされた位置である第２タッチ位置とを取得する位置取得部と、
    前記パネルに画像を表示する画像表示部と、
    前記パネルに表示された画像の空間周波数を特徴として抽出する画像特徴抽出部と、
    前記第１タッチ位置から前記第２タッチ位置へのタッチの移動速度を算出する速度算出部と、
    前記移動速度が大きいほど高い周波数の成分を有する変調信号を生成する変調信号生成部と、
    前記パネルの複数の共振周波数の中から前記空間周波数が高いほど高い共振周波数を搬送信号のための周波数と決定する搬送周波数決定部と、
    前記パネルを振動させるための信号であって決定された前記共振周波数の成分を有する信号を前記搬送信号として生成する搬送信号生成部と、
    生成された前記搬送信号を、前記変調信号を用いて変調する変調部と、
    変調された前記搬送信号に従って前記パネルを振動させることにより、前記ユーザに触感を呈示するアクチュエータと、を備える
    触感呈示装置。
  2. 前記変調信号生成部は、前記移動速度が大きいほど高い周波数であって前記画像の特徴に応じた周波数の成分を有する前記変調信号を生成する
    請求項１に記載の触感呈示装置。
  3. 前記搬送周波数決定部は、前記パネルの複数の共振周波数の中から、前記移動速度が大きいほど高く、かつ前記空間周波数が高いほど高い周波数の成分を有する共振周波数を前記搬送信号のための周波数と決定する
    請求項２に記載の触感呈示装置。
  4. 前記画像特徴抽出部は、前記画像の一部の領域であって前記第２タッチ位置を含む領域から前記画像の特徴を抽出する
    請求項２または３に記載の触感呈示装置。
  5. 前記画像特徴抽出部は、前記移動速度が大きいほど広い前記領域から前記画像の特徴を抽出する
    請求項４に記載の触感呈示装置。
  6. 前記画像特徴抽出部は、前記パネルに表示された画像が更新されるたびに、前記画像の特徴を抽出し、
    前記変調信号生成部は、前記画像の特徴が抽出されるたびに、前記変調信号を生成する
    請求項２〜５のいずれか１項に記載の触感呈示装置。
  7. 前記搬送信号生成部は、前記パネルの共振周波数の成分を有する信号を前記搬送信号として生成する
    請求項１〜６のいずれか１項に記載の触感呈示装置。
  8. 前記搬送信号生成部は、前記パネルの複数の共振周波数のうちの前記第２タッチ位置に対応する共振周波数の成分を有する信号を前記搬送信号として生成する
    請求項７に記載の触感呈示装置。
  9. 前記触感呈示装置は、さらに、
    前記画像に含まれるオブジェクトの硬さを表す値を取得する硬さ取得部を備え、
    前記搬送信号生成部は、前記硬さを表す値が大きいほど高い周波数の成分を有する信号を前記搬送信号として生成する
    請求項１〜６のいずれか１項に記載の触感呈示装置。
  10. 前記触感呈示装置は、さらに、
    前記第２タッチ位置におけるタッチの圧力を測定する圧力測定部を備え、
    前記変調信号生成部は、測定された前記圧力が大きいほど高い周波数の成分を有する前記変調信号を生成する
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の触感呈示装置。
  11. パネルをタッチしているユーザに触感を呈示する触感呈示方法であって、
    前記パネル上の位置であって前記ユーザによりタッチされた位置である第１タッチ位置と、前記パネル上の位置であって前記第１タッチ位置がタッチされた後に前記ユーザによりタッチされた位置である第２タッチ位置とを取得する位置取得ステップと、
    前記パネルに画像を表示する画像表示ステップと、
    前記パネルに表示された画像の空間周波数を特徴として抽出する画像特徴抽出ステップと、
    前記第１タッチ位置から前記第２タッチ位置へのタッチの移動速度を算出する速度算出ステップと、
    前記移動速度が大きいほど高い周波数の成分を有する変調信号を生成する変調信号生成ステップと、
    前記パネルの複数の共振周波数の中から前記空間周波数が高いほど高い共振周波数を搬送信号のための周波数と決定する搬送周波数決定ステップと、
    前記パネルを振動させるための信号であって、決定された前記共振周波数の成分を有する信号を前記搬送信号として生成する搬送信号生成ステップと、
    生成された前記搬送信号を、前記変調信号を用いて変調する変調ステップと、
    変調された前記搬送信号に従って前記パネルを振動させることにより、前記ユーザに触感を呈示する触感呈示ステップと、を含む
    触感呈示方法。
  12. 請求項１１に記載の触感呈示方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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