JP6297587B2 - 触覚制御インタフェース - Google Patents

Description

本発明は、触覚制御インタフェース、特に、自動車に設置されることが意図された触覚制御インタフェースに関する。

自動車の人間工学を向上させ、異なる制御部（ダッシュボード、ステアリングコラム制御、センターコンソールなど）に負荷をかけすぎることなく、多数の機能へのアクセスが実現されるように、製造業者らは、ディスプレイスクリーンに接続された触覚インタフェースであって、改良された制御部が得られる単純で一様なインタフェースからユーザが複数の機能や制御にアクセスできるようになる触覚インタフェースを採用することが増えてきた。さらに、自動車産業分野と適合可能になるように、このタイプのインタフェースは、信頼性が高く、コストを抑えたものである必要がある。

このタイプのインタフェースを得るために、本発明は、外面と、外面上でのユーザの指による圧力の位置を特定する手段とを含む触覚制御インタフェースであって、外面は剛性プレートで作られ、前記位置特定手段は、
−剛性プレートが取り付けられ、剛性プレートの平面に対して実質的に垂直方向の力を測定するように構成された少なくとも３つの力センサと、
−前記少なくとも３つの力センサによって供給される測定値に基づいて、剛性プレート上での指の圧力の位置を算出する手段と、
を含むことを特徴とする触覚制御インタフェースに関する。

本発明の異なる態様によれば、算出手段は、前記少なくとも３つの力センサによって供給される測定値に基づいて、三角測量によって剛性プレート上での指の圧力の位置を決定するように構成される。

本発明のさらなる態様によれば、触覚制御インタフェースは、少なくとも４つの力センサを含み、算出手段は、少なくとも４つの力センサの中から３つのセンサの異なる組み合わせを交互に用いて、３つの力センサに基づいて三角測量による位置の特定を複数回実行するように構成される。

本発明の異なる態様によれば、算出手段は、三角測量に使用しない力センサによって供給される測定値を用いて、環境パラメータを推定するように構成される。

本発明のさらなる態様によれば、算出手段は、力センサの異なる対ごとに連続して２つの力センサによって供給される測定値の重心を決定することによって、圧力点の位置を特定するように構成される。

本発明の異なる態様によれば、力センサは、圧電型センサである。

本発明のさらなる態様によれば、圧電型センサは、略楕円形の構造によって機械的に増幅されたセンサであり、楕円の長軸に沿って圧電素子が設けられ、測定される力は楕円の短軸に沿ってかけられる。

本発明のさらなる態様によれば、力センサの少なくとも１つは、力覚フィードバックをユーザに送るように構成される。

本発明の異なる態様によれば、位置特定手段は、ユーザの圧力の力を決定するように構成される。

本発明のさらなる態様によれば、触覚インタフェースは、剛性プレートと対向して配置されたディスプレイスクリーンをさらに含み、前記剛性プレートは透明である。

本発明のさらなる態様によれば、算出手段は、マイクロコントローラを含む。

本発明の異なる態様によれば、力センサは、外面上での力センサと対向する位置にある点の重心が前記外面の幾何学的中心とは異なり、位置特定手段がユーザの圧力の位置を決定するために力センサの位置を考慮するように構成されるように分散して設けられる。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照しながら、１つの可能な実施形態を例示的かつ非制限的に示す以下の説明から明らかになるであろう。

３つの力センサを含む触覚インタフェースの図。 ４つの力センサを含む触覚インタフェースの図。 増幅圧電型力センサの図。 本発明の一実施形態による触覚インタフェースの平面図。 メインメニューの表示部を備えた触覚インタフェースの正面図。

図面において、同じ参照番号は、同じ機能を有する要素に相当する。さらに、数字と文字とを含む参照に関して、数字は、同じ機能を有する要素の種類を示すのに対して、文字は、その種類の特定の要素を示す。例えば、要素５ａは、参照番号５で示す力センサの種類の特定の要素である。

本発明の実施形態は、外面または触覚表面２を含む触覚制御インタフェース１であって、ユーザが指で外面または触覚表面２を押すと、その圧力の位置を特定するための制御および手段が生じる触覚制御インタフェース１に関する。外面２は、剛性プレート３で作られている。位置特定手段は、剛性プレート３が取り付けられた力センサ５を含む。剛性プレートとは、プレートにかかる圧力の作用下で力センサ５が変形すると、その変形に伴ってプレートが無視できる程度に変形することで、ユーザの指の圧力による力がすべて力センサ５に伝わるようにされたプレートを意味することを理解されたい。剛性プレート３は、例えば、ポリカーボネートまたはガラスで作られている。このように、剛性プレート３の表面に対する位置が既知の少なくとも３つの力センサ５を使用することで、剛性プレート３上での圧力点の位置は、力センサ５によって供給される力測定値から推測されうる。センサによって供給される測定値から圧力の位置を得るためのこのような推測は、例えば、三角測量を用いて行われる。圧力点の位置特定は、静的または動的なものであってもよく、すなわち、剛性プレート３上での指の動きや滑りが決定されるものであってもよい。

図１は、剛性プレート３の周囲に位置をずらして配置された３つの力センサ５が使用されている一実施形態を示す。これらのセンサを周囲に位置づけることで、ディスプレイスクリーンと触覚制御インタフェースとの関連付けが可能となるが、触覚制御がディスプレイスクリーンを含まない場合、力センサ５は、剛性プレート３の中心寄りに位置づけられてもよい。位置特定手段５は、例えば、マイクロコントローラなどの算出手段をさらに含み、この算出手段は、力センサによって供給される測定値の処理に必要な算出、例えば、三角測量に関連する算出などを実行可能である。触覚制御インタフェース１は、一般に、図１に示すような矩形状のものであるが、他の形状を用いることも可能である。

力センサ５は、剛性プレート３の平面に対して略垂直な方向の力を測定するように構成され、例えば、圧電型センサである。増幅圧電型センサは、触覚制御インタフェース１の感度を高めるために使用されうる。図３は、長軸および短軸が互いに垂直な略楕円形の金属構造９を含む増幅圧電型センサ７の図を示す。圧電素子１１は、楕円の長軸に沿って配置される。センサ７の感度軸、すなわち、力が測定される方向の軸は、楕円の短軸に相当する。このように、矢印１３で示す短軸に沿って弱い力がかかると、矢印１５で示す長軸において変形が生じることで、単純な圧電型センサと比較してセンサの感度を高くすることができる。

第２の実施形態によれば、触覚インタフェース１は、４つの力センサ５を含み、これらの力センサ５は、例えば、図２に示すように、剛性プレート３の４隅に配置される。力センサは、５ａ、５ｂ、５ｃおよび５ｄで示されている。三角測量による圧力点の決定を行うには、３つのセンサで十分であるが、４つのセンサを使用すると、静的な位置の特定だけでなく、動的な位置の特定を向上させることができる。これを行うために、３つの力センサ５、例えば、センサ５ａ、５ｂおよび５ｃによって供給された測定値に基づいて、所与の時間に、三角測量により位置の特定が実行された後、次の時間の位置特定に対して、センサ５ｂ、５ｃおよび５ｄによって供給される測定値が使用される。このようにして、３つのセンサから４つの可能な組み合わせが交互に使用されることで、位置特定の品質が向上し、力センサ５のドリフトが補償される。さらに、三角測量に使用されないセンサを使用して、三角測量による位置特定に悪影響を及ぼす可能性のある環境パラメータ、例えば、振動の存在などの測定を行うこともできる。なお、使用する力センサ５の数をさらに増やすことで、圧力の位置特定の品質をさらに向上させることもできる。

あるいは、圧力領域の位置は、並列に配置されていない少なくとも２対のセンサを用いて、２つの力センサ５によって供給される測定値の重心を算出することによって決定されうる。例えば、センサ５ａおよび５ｂを通る直線に垂直であり、圧力領域の位置が特定される第１の軸を与えるセンサ５ａおよび５ｂの間の重心が決定され、または同時に、圧力領域の位置が特定される第２の軸を与えるセンサ５ｂおよび５ｃの間の重心が決定され、これらの２つの軸の交点は、触覚表面２上での圧力の地理的状況に対応する。他の対のセンサの重心を算出することで、剛性プレート３が示しうる均質性の欠如もさらに組み入れることで、支持領域の位置特定の品質および信頼性を向上させることができる。

さらに、異なる実施形態において、力センサ５の位置づけは、力センサ５と対向する触覚表面２の点の重心が、触覚表面２の幾何学的中心、すなわち、触覚表面のすべての点の重心に相当する「均質的な」分布に相当するものであってもよいことに留意されたい。例えば、矩形表面が４つの表面を有する場合、センサは、４つの辺の中心または４隅に配置され、幾何学的中心は、矩形の対角線の交点に相当する。また、力センサ５と対向する触覚表面２の点の重心が、剛性プレート３の幾何学的中心と異なる場合、例えば、剛性プレート３の構造の非均質性（剛性プレート３の異なる厚みまたは異なる材料）、剛性プレートのいくつかの領域における制約（例えば、剛性プレートを制御インタフェースの構造に取り付けることによる制約）の存在を考慮し、または触覚表面２のいくつかの領域における感度を高めるために、この分布は、「非均質または不均質」であってもよい。実際、いくつかの実施形態において、力センサ５がこの領域において高い感度を得るように位置づけられるようにして、触覚制御として剛性プレート３の一部のみが使用されうる。

さらに、力センサ５、とりわけ、圧電型センサの場合の力センサ５は、力覚フィードバックをユーザに与えて、前記ユーザに対して、制御が実際に選択または有効化されたことを示すように使用されうる。力覚フィードバックは、剛性プレート３を振動させることを含む。この目的のために、力センサ５の１つ以上が、振動波を剛性プレート３に伝達するために使用される。実際には、圧電型センサの場合、センサが力の影響下で変形すると、加えられた変形に比例した電圧がセンサの出力に生じる。しかしながら、この圧電効果を逆転させて、圧電型センサの出力に電圧を印加することで、センサを変形させて振動波を生じうるようにすることもできる。このように、圧電型センサは、圧力領域の位置を特定するだけでなく、力覚フィードバックのためにも使用されることで、触覚インタフェース１に必要な部品点数が少なくなる。前述したように、力覚フィードバックを供給する１つまたは複数のセンサの位置は、剛性プレートのある領域における力覚フィードバックの感度を高めるように、または剛性プレートの幾何学的形状または構造を考慮するように「非均質」のものであってもよい。

さらに、前述したように、圧電型センサの測定は、剛性プレート３上でのユーザの指の圧力によって発生する力に感度がある。したがって、例えば、圧力の力に応じて異なる制御が可能になるように、異なる力センサによって測定される力の和を算出することによって、圧力の位置だけでなく、圧力の力も決定されうる。このようにして、外側プレートの領域を触れるだけで機能を選択することができ、この領域におけるユーザの圧力による力が大きいほど、選択された機能の選択肢が有効化される。また、ポテンショメータの効果が導入されてもよく、例えば、この領域が音量制御に相当するものであれば、圧力による力が大きくなるほど、第１の動的効果に対応する音量が増大する。

第２の動的効果は、触覚表面上の圧力点の動きや滑りの決定に対応したものであり、この滑りは、特定の制御に対応することが可能である。これらの２つの動的効果（滑りに伴う空間的なものと、ポテンショメータの機能に伴う時間的なもの）は、さらなる制御または二重制御を得るように対にされうる。

また、触覚インタフェース１は、触覚インタフェースの異なる機能を表示するように、剛性プレート３の後方に対向して位置づけられたディスプレイスクリーン１７を含んでもよい。この場合、剛性プレート３は透明であり、力センサ５は、ユーザがディスプレイスクリーンを見ることができるように、剛性外側プレート３の周囲に配置され、剛性外側プレート３がディスプレイスクリーン１７より大きければ、ディスプレイスクリーン１７の周囲に配置される。そして、ディスプレイスクリーン１７は、剛性プレート３とディスプレイスクリーンとの間で振動波を伝播させずに、剛性プレート３のできる限り近くに配置される。

図４は、剛性プレート３の後方に対向させて配置されたディスプレイスクリーン１７、例えば、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）スクリーンを含む触覚インタフェース１の例示的な実施形態を示す。剛性プレート３は、力センサ５に取り付けられ、力センサ５自体は、支持体１９、例えば、力センサ５が設置される角度に対して側方、垂直または斜めであってもよい金属支持体に取り付けられる。支持体１９は、触覚インタフェース１の構造体２１に、例えば、鋳造によって取り付けられる。構造体２１は、例えば、構造体２１が支持体１９の周りに直接成形可能な方法で成形されたＺａｍａｋ（登録商標）で与えられる。触覚インタフェース１は、透明な剛性プレート３とディスプレイスクリーン１７との間に埃が侵入しないように、剛性外側プレート３と構造体２１の外縁部２５との間に位置づけられた周囲ジョイント２３をさらに含む。

以下、本発明の実施形態をより深く理解するために、触覚インタフェース１が自動車のセンターコンソールに設置された場合の使用の一例を詳細に説明する。図５は、自動車の始動時に表示される初期メニューを示す。スクリーンは、６つの部分２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅおよび２０ｆに分割され、これらの部分は、それぞれ６つの異なる機能、例えば、「オーディオ」、「空調」、「ナビゲーション」、「電話」、「ビデオ」および「緊急」に相当する。機能を選択するために、ユーザは、要求された機能に対応するスクリーン部分、例えば、「オーディオ」機能に対応する左上の部分２０ａを指で押す。このスクリーン部分上での圧力は、３つのセンサで三角測量を行うことによって力センサ５によって検出される。実際、力センサ５に圧力の位置が近いほど、検出される力は大きくなる。このように、部分２０ａ上の圧力の場合、最大の力は、センサ５ａによって測定され、最小の力は、センサ５ｄによって測定される。さらに、圧力の位置づけの検出の信頼性は、三角測量のための３つの力センサの組み合わせを各測定値で修正することによって向上される。三角測量に使用されない力センサ５は、力センサ５の測定に影響する環境パラメータを測定するために使用されうる。例えば、振動が路面によって生じることがあり、または触覚表面は、振動挙動などの点で不均質になることもある。これらの振動は、４つ目のセンサによって測定され、４つ目のセンサの測定値は、他の３つのセンサ５の測定値を補償するために使用される。圧力の位置が検出されると、圧力の位置に対応する機能が、例えば、マイクロコントローラなどの処理手段によって決定される。そして、選択された機能に対応する矩形は、異なる色で表示され、力覚フィードバックをユーザに供給するために、圧電型力センサの１つによって振動が発せられる。この振動は、例えば、三角測量に用いられていないセンサによって与えられる。そして、選択された機能は、ユーザのさらに強い圧力によって有効化される。異なる実施形態によれば、当該表面領域からユーザの指が退くことによって、または専用の有効化領域を用いて有効化が実行されうる。実際、力センサ５のデータを処理するためのソフトウェアは、圧力による力が所定のしきい値より大きい場合、制御を有効化するように構成されうる。力センサの１つによって測定される値がしきい値を超えた場合、または力センサによって測定された値の和がしきい値を超えた場合に、有効化がトリガされうる。また、力覚フィードバックは、力覚選択フィードバックに加え、または力覚選択フィードバックの代わりに、有効化の時点で与えられうる。このように、「オーディオ」機能を有効化することで、例えば、音量、ラジオ局または音楽トラックなどの異なるパラメータを変更可能な「オーディオ」メニューが開かれる。同様に、ユーザは、触覚制御インタフェース１を押すことで、異なる制御を実行しうる。

このように、剛性プレートを力センサに載せて使用することで、自動車に容易に搭載可能な単純で高信頼性の触覚インタフェースが提供される。さらに、増幅圧電型センサを使用することで、感度が高くなり、さらなるアクチュエータを設けることなく、力覚フィードバックを供給することができる。

Claims (10)

1. 外面（２）と、前記外面（２）上でのユーザの指による圧力の位置を特定する手段とを含む触覚制御インタフェース（１）であって、前記外面（２）は剛性プレート（３）によって与えられ、前記位置特定手段は、
   −前記剛性プレート（３）が取り付けられ、前記剛性プレート（３）の平面に対して実質的に垂直方向の力を測定するように構成された少なくとも３つの力センサ（５）と、
   −前記少なくとも３つの力センサ（５）によって供給される測定値に基づいて、前記剛性プレート（３）上での指の前記圧力の位置を算出する手段と、
   を含み、
   前記算出手段は、前記少なくとも３つの力センサ（５）によって供給される測定値に基づいて、三角測量によって前記剛性プレート上での前記指の圧力の位置を決定するように構成され、
   前記算出手段は、前記三角測量に使用しない力センサ（５）によって供給される測定値を用いて、環境パラメータを推定するように構成される、触覚制御インタフェース（１）。
2. 前記触覚制御インタフェース（１）は、少なくとも４つの力センサ（５）を含み、前記算出手段は、前記少なくとも４つの力センサ（５）の中から３つのセンサの異なる組み合わせを交互に用いて、３つの力センサ（５）に基づいて三角測量による位置の特定を複数回実行するように構成される、請求項１に記載の触覚制御インタフェース（１）。
3. 前記算出手段は、力センサ（５）の異なる対ごとに連続して２つの力センサ（５）によって供給される測定値の重心を決定することによって、圧力点の位置を特定するように構成される、請求項１に記載の触覚制御インタフェース（１）。
4. 前記力センサ（５）は、圧電型センサである、請求項１から３のいずれか一項に記載の触覚制御インタフェース（１）。
5. 前記圧電型センサは、略楕円形の構造によって機械的に増幅されたセンサ（７）であり、前記楕円の長軸に沿って圧電素子が設けられ、測定される力は、前記楕円の短軸に沿ってかけられる、請求項４に記載の触覚制御インタフェース（１）。
6. 前記力センサ（５）の少なくとも１つは、力覚フィードバックを前記ユーザに送るように構成される、請求項１から５のいずれか一項に記載の触覚制御インタフェース（１）。
7. 前記位置特定手段は、ユーザの圧力の力を決定するように構成される、請求項１から６のいずれか一項に記載の触覚制御インタフェース（１）。
8. 前記剛性プレート（３）と対向して配置されたディスプレイスクリーン（１７）をさらに含み、前記剛性プレート（３）は透明である、請求項１から７のいずれか一項に記載の触覚制御インタフェース（１）。
9. 前記算出手段は、マイクロコントローラを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の触覚制御インタフェース（１）。
10. 前記位置特定手段がユーザの圧力の位置を決定するために前記力センサ（５）の位置を考慮するように構成されるように分散して設けられる、請求項１から９のいずれか一項に記載の触覚制御インタフェース（１）。

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