JP6715721B2 - 触感呈示装置 - Google Patents

Description

本発明は、触感呈示装置に関する。

従来の技術として、操作方向に移動可能な入力操作を行うための操作部材と、操作部材に操作方向の力を与え、操作部材を操作方向に移動させるアクチュエータと、操作部材の状態を検出するセンサと、センサの出力に応じてアクチュエータを制御する制御部と、を備えた入力装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この入力装置は、初期抵抗時における第１制御と脱抵抗時における第２制御でアクチュエータから操作部材に作用する荷重量とアクチュエータによる操作部材の変位量を制御することにより、脱抵抗時後に発生するクリック感を種々変更することが可能である。

特開２０１１−８１７７４号公報

このような従来の入力装置の場合、操作部材の操作方向に基づいて反力を切り替える際、操作部材が振動する可能性がある。

従って本発明の目的は、反力が切り替わる際に振動が発生し難い触感呈示装置を提供することにある。

本発明の一態様は、一次元操作及び／又は二次元操作可能な操作部と、操作部の操作位置を測定する操作位置測定部と、操作が行われた操作方向と逆方向の反力を操作位置に応じて操作部に付加する反力生成部と、操作位置と反力の関数であって、操作部が第１の方向に移動している間、第１の反力を生成するための第１の関数、第１の方向とは逆の第２の方向に移動している間、第２の反力を生成するための第１の関数とは異なる第２の関数、及びお互いの関数に切り替わるための切替関数に基づいて反力生成部を制御する制御部と、を備えた触感呈示装置を提供する。

本発明によれば、反力が切り替わる際に振動が発生し難い。

図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る触感呈示装置の一例を示す概略図であり、図１（ｂ）は、触感呈示装置の一例を示すブロック図である。 図２（ａ）〜図２（ｃ）は、第１の実施の形態に係る触感呈示装置の切替モードから押下モードに切り替わるまでの操作位置と反力の関係の一例を説明するためのグラフである。 図３（ａ）〜図３（ｄ）は、第１の実施の形態に係る触感呈示装置の押下モード、切替モード、押戻モードに切り替わるまでの操作位置と反力の関係の一例を説明するためのグラフである。 図４は、第１の実施の形態に係る触感呈示装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図５（ａ）は、第２の実施の形態に係る触感呈示装置の一例を示す概略図であり、図５（ｂ）は、触感呈示装置の一例を示すブロック図である。 図６（ａ）〜図６（ｃ）は、第２の実施の形態に係る触感呈示装置の切替モードから前進モードに切り替わるまでの操作角度と反力の関係の一例を説明するためのグラフである。 図７（ａ）〜図７（ｄ）は、第２の実施の形態に係る触感呈示装置の前進モード、切替モード、後進モードに切り替わるまでの操作角度と反力の関係の一例を説明するためのグラフである。 図８は、第２の実施の形態に係る触感呈示装置の動作の一例を示すフローチャートである。

（実施の形態の要約）
実施の形態に係る触感呈示装置は、一次元操作及び／又は二次元操作可能な操作部と、操作部の操作位置を測定する操作位置測定部と、操作が行われた操作方向と逆方向の反力を操作位置に応じて操作部に付加する反力生成部と、操作位置と反力の関数であって、操作部が第１の方向に移動している間、第１の反力を生成するための第１の関数、第１の方向とは逆の第２の方向に移動している間、第２の反力を生成するための第１の関数とは異なる第２の関数、及びお互いの関数に切り替わるための切替関数に基づいて反力生成部を制御する制御部と、を備えて概略構成されている。

触感呈示装置は、操作方向が切り替わる際、切替関数に基づいて急峻な反力の変化を抑制するので、この構成を採用しない場合と比べて、反力が切り替わる際に振動が発生し難い。

[第１の実施の形態]
（触感呈示装置１の概要）
図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る触感呈示装置の一例を示す概略図であり、図１（ｂ）は、触感呈示装置の一例を示すブロック図である。図２（ａ）〜図２（ｃ）は、第１の実施の形態に係る触感呈示装置の切替モードから押下モードに切り替わるまでの操作位置と反力の関係の一例を説明するためのグラフである。図３（ａ）〜図３（ｄ）は、第１の実施の形態に係る触感呈示装置の押下モード、切替モード、押戻モードに切り替わるまでの操作位置と反力の関係の一例を説明するためのグラフである。図３（ａ）〜図４（ｄ）は、横軸が操作位置ｘ（ｍｍ）、縦軸が反力Ｆ（Ｎ）である。

なお、以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。また図１（ｂ）及び図５（ｂ）では、主な信号や情報の流れを矢印で示している。

本実施の形態における触感呈示装置１は、図１（ａ）に示すように、プッシュスイッチとして構成されている。そして触感呈示装置１は、一次元方向のプッシュ操作に対して反力Ｆを生成し、プッシュ操作に伴う触感を生成するように構成されている。

この触感呈示装置１は、図１（ａ）〜図３（ｄ）に示すように、一次元操作可能な操作部としてのボタン３と、ボタン３の操作位置ｘを測定する測定部５と、操作が行われた操作方向と逆方向の反力Ｆを操作位置ｘに応じてボタン３に付加する反力生成部としてのアクチュエータ６と、操作位置ｘと反力Ｆの関数であって、ボタン３が第１の方向Ａに移動している間、第１の反力を生成するための第１の関数Ｆｆ（ｘ）、第１の方向Ａとは逆の第２の方向Ｂに移動している間、第２の反力を生成するための第１の関数Ｆｆ（ｘ）とは異なる第２の関数Ｆｂ（ｘ）、及びお互いの関数に切り替わるための切替関数Ｆｃ（ｘ）に基づいてアクチュエータ６を制御する制御部８と、を備えて概略構成されている。

また制御部８は、測定された操作位置ｘが初期位置ｘ_０から第１の方向Ａに移動する際、第１の関数Ｆｆ（ｘ）との交点までは切替関数Ｆｃ（ｘ）を用いてアクチュエータ６を制御する。

さらに制御部８は、測定された操作位置ｘが第１の方向Ａに移動し、反力を生成する関数が切替関数Ｆｃ（ｘ）から第１の関数Ｆｆ（ｘ）に切り替わった後、第１の方向Ａから第２の方向Ｂに切り替わった点を交点として第１の関数Ｆｆ（ｘ）から第２の関数Ｆｂ（ｘ）に切り替えるための切替関数Ｆｃ（ｘ）を設定する。

以下では、ボタン３が第１の方向Ａに移動する際に反力Ｆを呈示するモードを押下モード、ボタン３が第２の方向Ｂに移動する際に反力Ｆを呈示するモードを押戻モード、押下モードから押戻モード、押戻モードから押下モードに切り替わる際に反力Ｆを呈示するモードを切替モードと記載する。

図２（ａ）などに示す△ｘは、切替モードの範囲を示している。また初期位置ｘ_０は、プッシュ操作が行われていない場合のボタン３の位置である。第１の方向Ａは、ボタン３を筐体１０に押し込む方向、つまりプッシュ操作方向である。また第２の方向Ｂは、押し込まれたボタン３を初期位置ｘ_０に戻す方向である。

また反力Ｆは、図１（ａ）に示すように、ボタン３を押し込む力ｆの方向（第１の方向Ａ）とは逆向きの方向（第２の方向Ｂ）の力であり、上向き（第２の方向Ｂ）を正としている。

触感呈示装置１は、例えば、図１（ａ）に示すように、筐体１０を有している。この筐体１０は、例えば、金属又は樹脂によって形成されている。

（ボタン３の構成）
ボタン３は、一例として、円板形状を有している。またボタン３には、アクチュエータ６のプランジャ５０が取り付けられている。従ってボタン３にプッシュ操作がなされると、ボタン３と共にプランジャ５０が筐体１０の内部方向に移動する。

（測定部５の構成）
測定部５は、図１（ａ）に示すように、筐体１０の内部に配置されている。この測定部５は、一例として、レーザ６０をプランジャ５０の端部に出力し、このプランジャ５０の端部を反射したレーザ６０を受光してプランジャ５０の位置を通じてボタン３の操作位置ｘを測定する位置測定センサである。

測定部５は、測定したボタン３の操作位置ｘの情報を測定情報Ｓ_１として制御部８に出力する。この操作位置ｘは、プッシュ操作がなされる前の位置が初期位置ｘ_０であり、図１（ａ）の紙面下方向が正である。

なお測定部５は、レーザ６０を用いた位置測定センサに限定されず、磁気センサを用いたものや超音波を用いたものなどであっても良い。

（アクチュエータ６の構成）
アクチュエータ６は、例えば、プッシュ型のソレノイドアクチュエータである。このアクチュエータ６は、制御部８から出力される駆動信号Ｓ_２に基づいてプランジャ５０を駆動して反力Ｆを生成する。

このプランジャ５０は、円柱形状を有している。プランジャ５０は、一方の端部が筐体１０から突出してボタン３に接続され、他方の端部が測定部５と対向している。

（制御部８の構成）
制御部８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、加工などを行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などから構成されるマイクロコンピュータである。このＲＯＭには、例えば、制御部８が動作するためのプログラムと、モード情報８０と、が格納されている。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算結果などを格納する記憶領域として用いられる。

制御部８は、一例として、ボタン３が予め定められた操作位置に到達すると、プッシュ操作がなされたとする操作情報Ｓ_３を接続された電子機器に出力する。この予め定められた操作位置は、例えば、第１の関数Ｆｆ（ｘ）から切替関数Ｆｃ（ｘ）に切り替わる際の操作位置である。

モード情報８０は、押下モード、押戻モード及び切替モードに関する情報である。このモード情報８０には、少なくとも第１の関数Ｆｆ（ｘ）、第２の関数Ｆｂ（ｘ）及び切替関数Ｆｃ（ｘ）の情報が含まれている。

第１の関数Ｆｆ（ｘ）及び第２の関数Ｆｂ（ｘ）は、一例として、図２（ａ）に示すように、正弦波を基準とした波形を有し、この波形を反力Ｆ＝０を基準として移動したものとなっている。この第１の関数Ｆｆ（ｘ）は、押下モードに対応した関数である。また第２の関数Ｆｂ（ｘ）は、押戻モードに対応した関数である。

切替関数Ｆｃ（ｘ）は、プッシュ操作開始から第１の関数Ｆｆ（ｘ）に切り替わるまで、及び第１の関数Ｆｆ（ｘ）から第２の関数Ｆｂ（ｘ）に切り替わるまでの関数である。この切替関数Ｆｃ（ｘ）は、図２（ａ）に示すように、プッシュ操作開始から第１の関数Ｆｆ（ｘ）に交差するまでの切替モードの範囲の幅△ｘが予め定められている。そして切替関数Ｆｃ（ｘ）は、図３（ｂ）に示すように、第１の関数Ｆｆ（ｘ）から第２の関数Ｆｂ（ｘ）に切り替わるまでの切替モードの範囲の幅が２△ｘと予め定められている。

この切替関数Ｆｃ（ｘ）は、一例として、範囲中心位置ｘ_ｃ、切替モードの範囲の幅△ｘ、第１の関数Ｆｆ（ｘ）及び第２の関数Ｆｂ（ｘ）を用いて以下の式で表される。
Ｆｃ（ｘ）＝［（ｘ−ｘ_ｃ＋△ｘ）Ｆｆ（ｘ）−（ｘ−ｘ_ｃ−△ｘ）Ｆｂ（ｘ）］／２△ｘ

この範囲中心位置ｘ_ｃは、切替モードの範囲の中心値である。なおプッシュ操作開始時の範囲中心位置ｘ_ｃは、範囲の中心とせずにボタン３の初期位置ｘ_０としている。

制御部８は、図２（ａ）に示すように、プッシュ操作がなされる前、切替モードから開始するように構成されている。この切替モードにおける切替関数Ｆｃ（ｘ）の幅は、△ｘ（ｘ_０＋△ｘ）である。

図２（ｂ）に示すように、プッシュ操作がなされると、ボタン３を介してプランジャ５０が移動する。制御部８は、ボタン３の操作位置ｘ_１が切替モード範囲（ｘ_０≦ｘ≦ｘ_０＋△ｘ）にある場合、範囲中心位置ｘ_ｃ、第１の関数Ｆｆ（ｘ）、第２の関数Ｆｂ（ｘ）及び切替関数Ｆｃ（ｘ）に基づいて操作位置ｘ_１における反力Ｆ（ｘ_１）を算出する。そして制御部８は、算出した反力Ｆ（ｘ_１）に基づく駆動信号Ｓ_２をアクチュエータ６に出力して操作指９に反力Ｆ（ｘ_１）を付加する。なお範囲中心位置ｘ_ｃは、切替モードの範囲内であるので更新されない。

また図２（ｃ）に示すように、制御部８は、切替モード（切替関数Ｆｃ（ｘ））と押下モード（第１の関数Ｆｆ（ｘ））の交点（ｘ_２＝ｘ_０＋△ｘ，Ｆｆ（ｘ_２））に操作位置が到達すると、第１の関数Ｆｆ（ｘ）に基づいて操作位置ｘ_２における反力（第１の反力）Ｆ（ｘ_２）＝Ｆｆ（ｘ_２）を算出する。そして制御部８は、算出した反力Ｆ（ｘ_２）に基づく駆動信号Ｓ_２をアクチュエータ６に出力して操作指９に反力Ｆ（ｘ_２）を付加する。なお範囲中心位置ｘ_ｃは、切替モードの範囲内であるので更新されない。

また図３（ａ）に示すように、制御部８は、操作位置ｘ_３が切替モードの範囲より大きい場合（ｘ_０＋△ｘ＜ｘ）、押下モードであると判定し、第１の関数Ｆｆ（ｘ）に基づいて操作位置ｘ_３における反力Ｆ（ｘ_３）＝Ｆｆ（ｘ_３）を算出する。そして制御部８は、算出した反力Ｆ（ｘ_３）に基づく駆動信号Ｓ_２をアクチュエータ６に出力して操作指９に反力Ｆ（ｘ_３）を付加する。なお範囲中心位置ｘ_ｃは、押下モードであるので、押下モードにおける操作位置に基づいて更新される。例えば、図３（ａ）に示すように、押下モードの操作位置が操作位置ｘ_３である場合、範囲中心位置ｘ_ｃは、ｘ_３−△ｘとなる。

なお操作位置ｘ_３は、図３（ａ）に示すように、第１の関数Ｆｆ（ｘ）の極大値を超えて位置している。例えば、機械式スイッチになされたプッシュ操作では、弾性体による反力が最大になった後、反力が小さくなる。この操作位置ｘ_３は、最大になった後の小さくなった反力が得られる位置である。従って制御部８は、一例として、この操作位置ｘ_３まで操作がなされた場合、プッシュ操作がなされたと判定して操作情報Ｓ_３を出力する。

また図３（ｂ）に示すように、制御部８は、操作位置ｘ_３において操作方向が逆になった場合、切替モードに移行してその範囲を（ｘ_３−２△ｘ≦ｘ≦ｘ_３）と設定する。制御部８は、範囲中心位置ｘ_ｃ、第１の関数Ｆｆ（ｘ）、第２の関数Ｆｂ（ｘ）及び切替関数Ｆｃ（ｘ）に基づいて操作位置ｘ_４における反力Ｆ（ｘ_４）を算出する。そして制御部８は、算出した反力Ｆ（ｘ_４）に基づく駆動信号Ｓ_２をアクチュエータ６に出力して操作指９に反力Ｆ（ｘ_４）を付加する。なお範囲中心位置ｘ_ｃは、切替モードの範囲内であるので更新されない。

また図３（ｃ）に示すように、制御部８は、切替モード（切替関数Ｆｃ（ｘ））と押戻モード（第２の関数Ｆｂ（ｘ））の交点（ｘ_５＝ｘ_３−２△ｘ，Ｆｂ（ｘ_５））に操作位置が到達すると、第２の関数Ｆｂ（ｘ）に基づいて操作位置ｘ_５における反力（第２の反力）Ｆ（ｘ_５）＝Ｆｂ（ｘ_５）を算出する。そして制御部８は、算出した反力Ｆ（ｘ_５）に基づく駆動信号Ｓ_２をアクチュエータ６に出力して操作指９に反力Ｆ（ｘ_５）を付加する。なお範囲中心位置ｘ_ｃは、切替モードの範囲内であるので更新されない。

そして図３（ｄ）に示すように、制御部８は、操作位置ｘ_６が切替モードの範囲より小さい場合（ｘ＜ｘ_３−２△ｘ）、押戻モードであると判定し、第２の関数Ｆｂ（ｘ）に基づいて操作位置ｘ_６における反力Ｆ（ｘ_６）＝Ｆｂ（ｘ_６）を算出する。そして制御部８は、算出した反力Ｆ（ｘ_６）に基づく駆動信号Ｓ_２をアクチュエータ６に出力して操作指９に反力Ｆ（ｘ_６）を付加する。なお範囲中心位置ｘ_ｃは、押戻モードであるので、押戻モードにおける操作位置に基づいて更新される。例えば、図３（ｄ）に示すように、押戻モードの操作位置が操作位置ｘ_６である場合、範囲中心位置ｘ_ｃは、ｘ_６＋△ｘとなる。

以下に本実施の形態に係る触感呈示装置１の反力呈示の動作の一例について図４のフローチャートに従って説明する。

（動作）
触感呈示装置１の制御部８は、モード情報８０に基づいて切替モードを設定する（Ｓｔｅｐ１）。制御部８は、測定部５から取得した測定情報Ｓ_１に基づく操作位置とモード情報８０に基づく切替関数Ｆｃ（ｘ）に応じて駆動信号Ｓ_２を生成してアクチュエータ６に出力し、反力Ｆ（ｘ）を呈示する（Ｓｔｅｐ２）。

制御部８は、測定された操作位置を監視してモードを切り替えるか否かを判定する。制御部８は、操作位置が切替関数Ｆｃ（ｘ）と第１の関数Ｆｆ（ｘ）の交点に到達すると、切替モードから押下モードへとモード切替を行う（Ｓｔｅｐ３：Ｙｅｓ）。制御部８は、押下モードの第１の関数Ｆｆ（ｘ）に基づいた反力Ｆ（ｘ）を呈示する（Ｓｔｅｐ４）。

制御部８は、操作位置の移動方向が逆転すると（Ｓｔｅｐ５：Ｙｅｓ）、押下モード（第１の関数Ｆｆ（ｘ））から切替モード（切替関数Ｆｃ（ｘ））にモードを切り替えて反力Ｆ（ｘ）を呈示する（Ｓｔｅｐ６）。

制御部８は、操作位置が切替関数Ｆｃ（ｘ）と第２の関数Ｆｂ（ｘ）の交点に到達すると、さらに切替モードから押戻モードへとモード切替を行う（Ｓｔｅｐ７：Ｙｅｓ）。制御部８は、押戻モード（第２の関数Ｆｂ（ｘ））に基づいた反力Ｆ（ｘ）を呈示する（Ｓｔｅｐ８）。

そして制御部８は、操作位置が初期位置ｘ_０に到達すると（Ｓｔｅｐ９：Ｙｅｓ）、切替モードにモードを切り替え（Ｓｔｅｐ１０）、プッシュ操作に対する反力呈示の動作を終了する。

ここでステップ３において制御部８は、モードを切り替えない場合（Ｓｔｅｐ３：Ｎｏ）、ステップ２に進んで切替モードにおいて反力Ｆ（ｘ）を呈示する。

ステップ５において制御部８は、移動方向が逆転しない場合（Ｓｔｅｐ５：Ｎｏ）、ステップ４に処理を進める。

ステップ７において制御部８は、操作位置が切替関数Ｆｃ（ｘ）と第２の関数Ｆｂ（ｘ）の交点に到達していない場合（Ｓｔｅｐ７：Ｎｏ）、ステップ６に処理を進める。

ステップ９において制御部８は、操作位置が初期位置ｘ_０に到達していない場合（Ｓｔｅｐ９：Ｎｏ）、ステップ８に処理を進める。

（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る触感呈示装置１は、反力が切り替わる際に振動が発生し難い。具体的には、触感呈示装置１は、第１の関数Ｆｆ（ｘ）から第２の関数Ｆｂ（ｘ）、及び第２の関数Ｆｂ（ｘ）から第１の関数Ｆｆ（ｘ）に急峻に変わるのではなく、切替関数Ｆｃ（ｘ）によって緩やかに切り替わるので、この構成を採用しない場合と比べて、急峻に反力が切り替わることによる振動が発生し難くなる。

触感呈示装置１は、第１の関数Ｆｆ（ｘ）、第２の関数Ｆｂ（ｘ）及び切替関数Ｆｃ（ｘ）といった操作位置の関数によって反力を呈示するので、機械式スイッチを操作した際の反力を模した波形ファイルなどが必要なく、構成が簡単となって製造コストが抑制される。また触感呈示装置１は、上述の関数の設定を変えることにより、様々な触感を呈示することができる。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、操作部が二次元操作可能である点で第１の実施の形態と異なっている。

図５（ａ）は、第２の実施の形態に係る触感呈示装置の一例を示す概略図であり、図５（ｂ）は、触感呈示装置の一例を示すブロック図である。図６（ａ）〜図６（ｃ）は、第２の実施の形態に係る触感呈示装置の切替モードから前進モードに切り替わるまでの操作角度と反力の関係の一例を説明するためのグラフである。図７（ａ）〜図７（ｄ）は、第２の実施の形態に係る触感呈示装置の前進モード、切替モード、後進モードに切り替わるまでの操作角度と反力の関係の一例を説明するためのグラフである。

図６（ａ）〜図７（ｄ）は、横軸が操作位置としての操作角度θ（ｄｅｇ）、縦軸が反力Ｔ（Ｎ・ｍ）である。本実施の形態では、後述するように、Ｘ軸モータ６５及びＹ軸モータ６６によって操作レバー４０を回転させて反力を生成する。従って反力は、トルクＴとして示されている。

なお以下に記載する実施の形態において、第１の実施の形態と同じ機能及び構成を有する部分は、第１の実施の形態と同じ符号を付し、その説明は省略するものとする。

本実施の形態の触感呈示装置１は、一例として、図５（ａ）に示すように、操作部としての操作レバー４０がＸＹ座標系の所望の操作位置に操作されるように構成されたジョイステックである。このＸＹ座標系は、直交座標系である。この触感呈示装置１は、傾倒操作の逆方向の反力Ｔを生成し、傾倒操作に伴う触感を生成するように構成されている。この傾倒操作とは、操作レバー４０を中立の状態から倒して行う操作である。この触感呈示装置１は、例えば、表示装置に表示されたカーソルなどの移動を指示することができる。

なお反力Ｔは、操作レバー４０の操作角度のＸ成分及びＹ成分ごとに算出される。従って以下では、Ｘ成分の反力の生成について説明する。

以下では、操作レバー４０が第１の方向Ａに移動する際に反力Ｔを呈示するモードを前進モード、操作レバー４０が第２の方向Ｂに移動する際に反力Ｔを呈示するモードを後進モード、前進モードから後進モード、後進モードから前進モードに切り替わる際に反力Ｔを呈示するモードを切替モードと記載する。

この触感呈示装置１は、図５（ａ）〜図７（ｄ）に示すように、二次元操作可能な操作レバー４０と、操作レバー４０の操作角度θを測定する測定部５と、操作が行われた操作方向と逆方向の反力Ｔを操作角度θに応じて操作レバー４０に付加するアクチュエータ６と、操作角度θと反力Ｔの関数であって、操作レバー４０が第１の方向Ａ（第３の方向Ｃ）に移動している間、第１の反力を生成するための第１の関数Ｔｆ（θ）、第１の方向Ａとは逆の第２の方向Ｂ（第４の方向Ｄ）に移動している間、第２の反力を生成するための第１の関数Ｔｆ（θ）とは異なる第２の関数Ｔｂ（θ）、及びお互いの関数に切り替わるための切替関数Ｔｃ（θ）に基づいてアクチュエータ６を制御する制御部８と、を備えて概略構成されている。

上述のように本実施の形態の第１の関数Ｔｆ、第２の関数Ｔｂ及び切替関数Ｔｃは、操作角度θの関数である。なお制御部８は、例えば、得られた操作角度θに基づいて操作情報Ｓ_３を生成し、接続された電子機器に出力する。

この操作角度θは、図５（ａ）に示す中立位置を初期角度θ_０（＝０ｄｅｇ）とし、ＸＹ軸の正方向の操作角度を＋θ、ＸＹ軸の負方向の操作角度を−θとする。操作レバー４０は、操作支持機構４によって中立位置から傾倒操作可能に支持されている。

また制御部８は、測定された操作角度θが初期角度θ_０から第１の方向Ａに増加する際、第１の関数Ｔｆ（θ）との交点までは切替関数Ｔｃ（θ）を用いてアクチュエータ６を制御する。

さらに制御部８は、測定された操作角度θが第１の方向Ａに増加し、反力Ｔを生成する関数が切替関数Ｔｃ（θ）から第１の関数Ｔｆ（θ）に切り替わった後、第１の方向Ａから第２の方向Ｂに切り替わった点を交点として第１の関数Ｔｆ（θ）から第２の関数Ｔｂ（θ）に切り替えるための切替関数Ｔｃ（θ）を設定する。

（操作支持機構４の構成）
操作レバー４０は、例えば、円柱形状を有している。そして操作支持機構４は、図５（ａ）に示すように、操作レバー４０を傾倒操作可能に支持している。

操作支持機構４は、主にＸ軸方向支持部４４と、Ｙ軸方向支持部４５と、を備えて概略構成されている。操作レバー４０は、このＸ軸方向支持部４４とＹ軸方向支持部４５との組み合わせによって、ＸＹ座標上の所望の操作位置を指示することができる。

Ｘ軸方向支持部４４は、本体４４０と、操作レバー４０が挿入され、操作レバー４０のＸ軸方向の操作を案内するガイド部４４１と、本体４４０の短手方向の両側面に設けられ、回転可能に支持される支持部４４２及び支持部４４３と、を備えて概略構成されている。従って操作レバー４０は、第１の方向Ａ及び第２の方向Ｂ（Ｘ軸の正負方向）に傾倒する。

Ｙ軸方向支持部４５は、本体４５０と、操作レバー４０が挿入され、操作レバー４０のＹ軸方向の操作を案内するガイド部４５１と、本体４５０の短手方向の両側面に設けられ、回転可能に支持される支持部４５２及び支持部４５３と、を備えて概略構成されている。従って操作レバー４０は、第３の方向Ｃ及び第４の方向Ｄ（Ｙ軸の正負方向）に傾倒する。

（測定部５の構成）
測定部５は、一例として、Ｘ軸方向支持部４４の支持部４４２又は支持部４４３、及びＹ軸方向支持部４５の支持部４５２又は支持部４５３の回転を測定することによって操作レバー４０の操作角度θを測定する。

この測定部５は、例えば、ホール素子や磁気抵抗素子などの磁気センサを備えた回転センサである。測定部５は、測定した操作角度θに基づいた測定情報Ｓ_１を生成して制御部８に出力する。なお変形例として測定部５は、磁気センサを備えた回転センサに限定されず、他の測定方法を用いた回転センサで有っても良い。

（アクチュエータ６の構成）
アクチュエータ６は、例えば、図５（ｂ）に示すように、Ｘ軸モータ６５と、Ｙ軸モータ６６と、を備えている。このＸ軸モータ６５の出力軸は、例えば、操作支持機構４の支持部４５２に接続されている。Ｘ軸モータ６５は、出力軸を介して支持部４５２を回転させることにより、反力ＴのＸ成分を生成する。またＹ軸モータ６６の出力軸は、例えば、操作支持機構４の支持部４４２に接続されている。Ｙ軸モータ６６は、出力軸を介して支持部４４２を回転させることにより、反力ＴのＹ成分を生成する。

Ｘ軸モータ６５は、制御部８から出力される駆動信号Ｓ_４に基づいて第１の方向Ａ及び第２の方向Ｂに回転する。Ｙ軸モータ６６は、制御部８から出力される駆動信号Ｓ_５に基づいて第３の方向Ｃ及び第４の方向Ｄに回転する。

（制御部８の構成）
本実施の形態のモード情報８０には、少なくとも第１の関数Ｔｆ（θ）、第２の関数Ｔｂ（θ）及び切替関数Ｔｃ（θ）の情報が含まれている。

第１の関数Ｔｆ（θ）及び第２の関数Ｔｂ（θ）は、一例として、図６（ａ）に示すように、正弦波を基準とした波形を有し、この波形を反力Ｔ＝０を基準として移動したものとなっている。この第１の関数Ｔｆ（θ）は、前進モードに対応した関数である。また第２の関数Ｔｂ（θ）は、後進モードに対応した関数である。

切替関数Ｔｃ（θ）は、傾倒操作開始から第１の関数Ｔｆ（θ）に切り替わるまで、及び第１の関数Ｔｆ（θ）から第２の関数Ｔｂ（θ）に切り替わるまでの関数である。この切替関数Ｔｃ（θ）は、図６（ａ）に示すように、傾倒操作開始から第１の関数Ｔｆ（θ）に交差するまでの切替モードの範囲の幅△θが予め定められている。そして切替関数Ｔｃ（θ）は、図６（ｂ）に示すように、第１の関数Ｔｆ（θ）から第２の関数Ｔｂ（θ）に切り替わるまでの切替モードの範囲の幅が２△θと予め定められている。

この切替関数Ｔｃ（θ）は、一例として、範囲中心位置θ_ｃ、切替モードの範囲の幅２△θ、第１の関数Ｔｆ（θ）及び第２の関数Ｔｂ（θ）を用いて以下の式で表される。
Ｔｃ（θ）＝［（θ−θ_ｃ＋△θ）Ｔｆ（θ）−（θ−θ_ｃ−△θ）Ｔｂ（θ）］／２△θ

この範囲中心位置θ_ｃは、切替モードの範囲の中心値である。なお傾倒操作開始時の範囲中心位置θ_ｃは、操作レバー４０の初期角度θ_０と一致させている。

制御部８は、図６（ａ）に示すように、傾倒操作がなされる前、切替モードから開始するように構成されている。以下では、操作レバー４０がＸ軸に沿って操作された場合、つまりＹ成分がない場合について説明する。

図６（ｂ）に示すように、Ｘ軸の正方向に傾倒操作がなされると、操作支持機構４に支持されて操作レバー４０が移動する。制御部８は、操作レバー４０の操作角度θ_１が切替モード範囲（θ_０−△θ≦θ≦θ_０＋△θ）にある場合、第１の関数Ｔｆ（θ）、第２の関数Ｔｂ（θ）及び切替関数Ｔｃ（θ）に基づいて操作角度θ_１における反力Ｔ（θ_１）を算出する。そして制御部８は、算出した反力Ｔ（θ_１）に基づく駆動信号Ｓ_４をアクチュエータ６（Ｘ軸モータ６５）に出力して操作指９に反力Ｔ（θ_１）を付加する。なお範囲中心位置θ_ｃは、切替モードの範囲内であるので更新されない。

また図６（ｃ）に示すように、制御部８は、切替モード（切替関数Ｔｃ（θ））と前進モード（第１の関数Ｔｆ（θ））の交点（θ_２＝θ_０＋△θ，Ｔｆ（θ_２））に操作角度が到達すると、第１の関数Ｔｆ（θ）に基づいて操作角度θ_２における反力（第１の反力）Ｔ（θ_２）＝Ｔｆ（θ_２）を算出する。そして制御部８は、算出した反力Ｔ（θ_２）に基づく駆動信号Ｓ_４をアクチュエータ６に出力して操作指９に反力Ｔ（θ_２）を付加する。なお範囲中心位置θ_ｃは、切替モードの範囲内であるので更新されない。

また図７（ａ）に示すように、制御部８は、操作角度θ_３が切替モードの範囲より大きい場合（θ_０＋△θ＜θ）、前進モードであると判定し、第１の関数Ｔｆ（θ）に基づいて操作角度θ_３における反力Ｔ（θ_３）＝Ｔｆ（θ_３）を算出する。そして制御部８は、算出した反力Ｔ（θ_３）に基づく駆動信号Ｓ_４をアクチュエータ６に出力して操作指９に反力Ｔ（θ_３）を付加する。なお範囲中心位置θ_ｃは、前進モードであるので、前進モードにおける操作角度に基づいて更新される。例えば、図７（ａ）に示すように、前進モードの操作角度が操作角度θ_３である場合、範囲中心位置θ_ｃは、θ_３−△θとなる。

また図７（ｂ）に示すように、制御部８は、操作角度θ_３において操作方向が逆になった場合、切替モードに移行してその範囲を（θ_３−２△θ≦θ≦θ_３）と設定する。制御部８は、範囲中心位置θ_ｃ、第１の関数Ｔｆ（θ）、第２の関数Ｔｂ（θ）及び切替関数Ｔｃ（θ）に基づいて操作角度θ_４における反力Ｔ（θ_４）を算出する。そして制御部８は、算出した反力Ｔ（θ_４）に基づく駆動信号Ｓ_４をアクチュエータ６に出力して操作指９に反力Ｔ（θ_４）を付加する。なお範囲中心位置θ_ｃは、切替モードの範囲内であるので更新されない。

また図７（ｃ）に示すように、制御部８は、切替モード（切替関数Ｔｃ（θ））と後進モード（第２の関数Ｔｂ（θ））の交点（θ_５＝θ_３−２△θ，Ｔｂ（θ_５））に操作角度が到達すると、第２の関数Ｔｂ（θ）に基づいて操作角度θ_５における反力（第２の反力）Ｆ（θ_５）＝Ｔｂ（θ_５）を算出する。そして制御部８は、算出した反力Ｔ（θ_５）に基づく駆動信号Ｓ_４をアクチュエータ６に出力して操作指９に反力Ｔ（θ_５）を付加する。なお範囲中心位置θ_ｃは、切替モードの範囲内であるので更新されない。

さらに図７（ｄ）に示すように、制御部８は、操作角度θ_６が切替モードの範囲より小さい場合（θ＜θ_３−△θ）、後進モードであると判定し、第２の関数Ｔｂ（θ）に基づいて操作角度θ_６における反力Ｔ（θ_６）＝Ｔｂ（θ_６）を算出する。そして制御部８は、算出した反力Ｔ（θ_６）に基づく駆動信号Ｓ_４をアクチュエータ６に出力して操作指９に反力Ｔ（θ_６）を付加する。なお範囲中心位置θ_ｃは、後進モードであるので、後進モードにおける操作角度に基づいて更新される。例えば、図７（ｄ）に示すように、後進モードの操作角度が操作角度θ_６である場合、範囲中心位置θ_ｃは、θ_６＋△θとなる。

上述では、Ｘ成分の反力Ｔについて説明したが、Ｙ成分がある場合、Ｙ成分についても同様に計算され、駆動信号Ｓ_５がアクチュエータ６のＹ軸モータ６６に出力される。従って反力Ｔは、Ｘ成分の反力とＹ成分の合力として作用する。

以下に本実施の形態に係る触感呈示装置１の反力呈示の動作の一例について図８のフローチャートに従って説明する。

（動作）
触感呈示装置１の制御部８は、測定部５から取得した測定情報Ｓ_１とモード情報８０とに基づいてモードの判定を行う（Ｓｔｅｐ１１）。制御部８は、測定された操作角度θがθ_ｃ−△θ以上であり（Ｓｔｅｐ１２：Ｎｏ）、かつθ_ｃ＋△θ以下である場合（Ｓｔｅｐ１３：Ｎｏ）、切替モードであると判定する（Ｓｔｅｐ１４）。

制御部８は、モード情報８０に基づく切替モードの切替関数Ｆｃ（θ）を用いて反力Ｔ（θ）を算出する。制御部８は、算出した反力Ｔ（θ）に基づいて駆動信号Ｓ_４及び駆動信号Ｓ_５を生成してアクチュエータ６に出力し、反力Ｔ（θ）を呈示する（Ｓｔｅｐ１５）。

ここでステップ１２において制御部８は、測定された操作角度θがθ_ｃ−△θより小さい場合（Ｓｔｅｐ１２：Ｙｅｓ）、後退モードであると判定する（Ｓｔｅｐ１６）。制御部８は、範囲中心位置θ_ｃをθ＋△θに更新すると共に、モード情報８０に基づく後退モードの第２の関数Ｆｂ（ｘ）を用いて反力Ｔ（θ）を算出する。制御部８は、算出した反力Ｔ（θ）に基づいて駆動信号Ｓ_４及び駆動信号Ｓ_５を生成してアクチュエータ６に出力し、反力Ｔ（θ）を呈示する（Ｓｔｅｐ１５）。

またステップ１３において制御部８は、測定された操作角度θがθ_ｃ＋△θより大きい場合（Ｓｔｅｐ１３：Ｙｅｓ）、前進モードであると判定する（Ｓｔｅｐ１７）。制御部８は、範囲中心位置θ_ｃをθ−△θに更新すると共に、モード情報８０に基づく前進モードの第１の関数Ｆｆ（ｘ）を用いて反力Ｔ（θ）を算出する。制御部８は、算出した反力Ｔ（θ）に基づいて駆動信号Ｓ_４及び駆動信号Ｓ_５を生成してアクチュエータ６に出力し、反力Ｔ（θ）を呈示する（Ｓｔｅｐ１５）。

（第２の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る触感呈示装置１は、第１の関数Ｆｆ（θ）から第２の関数Ｆｂ（θ）、及び第２の関数Ｆｂ（θ）から第１の関数Ｆｆ（θ）に急峻に変わるのではなく、切替関数Ｆｃ（θ）によって緩やかに切り替わるので、この構成を採用しない場合と比べて、急峻に反力が切り替わることによる振動が発生し難くなる。

触感呈示装置１は、第１の関数Ｆｆ（θ）、第２の関数Ｆｂ（θ）及び切替関数Ｆｃ（θ）といった操作位置の関数によって反力を呈示するので、構成が簡単となって製造コストが抑制される。また触感呈示装置１は、上述の関数の設定を変えることにより、様々な触感を呈示することができる。

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態は、操作部が一次元操作及び二次元操作可能である点で上述の実施の形態と異なっている。

本実施の形態の触感呈示装置１は、例えば、第２の実施の形態の操作レバー４０に対してプッシュ操作ができるように構成されている。この場合、プッシュ操作に対する反力Ｆと、傾倒操作に対する反力Ｔは、第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様に算出され、呈示される。

以上述べた少なくとも１つの実施の形態の触感呈示装置１によれば、操作方向が切り替わる際に振動が発生し難くすることが可能となる。

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、変更など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共に、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…触感呈示装置、３…ボタン、４…操作支持機構、５…測定部、６…アクチュエータ、８…制御部、９…操作指、１０…筐体、４０…操作レバー、４４…Ｘ軸方向支持部、４５…Ｙ軸方向支持部、５０…プランジャ、６０…レーザ、６５…Ｘ軸モータ、６６…Ｙ軸モータ、８０…モード情報、４４０…本体、４４１…ガイド部、４４２，４４３…支持部、４５０…本体、４５１…ガイド部、４５２，４５３…支持部

Claims (3)

1. 一次元操作及び／又は二次元操作可能な操作部と、
   前記操作部の操作位置を測定する操作位置測定部と、
   操作が行われた操作方向と逆方向の反力を前記操作位置に応じて前記操作部に付加する反力生成部と、
   前記操作位置と反力の関数であって、前記操作部が第１の方向に移動している間、第１の反力を生成するための第１の関数、前記第１の方向とは逆の第２の方向に移動している間、第２の反力を生成するための前記第１の関数とは異なる第２の関数、及びお互いの関数に切り替わるための切替関数に基づいて前記反力生成部を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、測定された前記操作位置が初期位置から前記第１の方向に移動する際、前記第１の関数との交点までは前記切替関数を用いて前記反力生成部を制御する、
   触感呈示装置。
2. 一次元操作及び／又は二次元操作可能な操作部と、
   前記操作部の操作位置を測定する操作位置測定部と、
   操作が行われた操作方向と逆方向の反力を前記操作位置に応じて前記操作部に付加する反力生成部と、
   前記操作位置と反力の関数であって、前記操作部が第１の方向に移動している間、第１の反力を生成するための第１の関数、前記第１の方向とは逆の第２の方向に移動している間、第２の反力を生成するための前記第１の関数とは異なる第２の関数、及びお互いの関数に切り替わるための切替関数に基づいて前記反力生成部を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記操作部が操作される際、前記初期位置における前記第１の関数と前記第２の関数の反力の平均を前記初期位置の反力として前記反力生成部を制御する、
   触感呈示装置。
3. 前記制御部は、測定された前記操作位置が前記第１の方向に移動し、反力を生成する関数が前記切替関数から前記第１の関数に切り替わった後、前記第１の方向から前記第２の方向に切り替わった点を交点として前記第１の関数から前記第２の関数に切り替えるための前記切替関数を設定する、
   請求項１又は２に記載の触感呈示装置。

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