JP6814065B2 - Tactile presentation device - Google Patents

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Description

本発明は、触覚呈示装置に関する。 The present invention relates to a tactile presentation device.

従来の技術として、入力部と、入力部に設けられた複数の振動部と、押圧された入力位置に応じて、複数の振動部のうち一部の振動部を振動させる制御部と、を備えた触覚伝達装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 As a conventional technique, an input unit, a plurality of vibrating parts provided in the input unit, and a control unit that vibrates a part of the vibrating parts among the plurality of vibrating parts according to the pressed input position are provided. A tactile transmission device is known (see, for example, Patent Document 1).

この触覚伝達装置は、振動部として圧電素子を使用し、またこの圧電素子によって入力部に付加された荷重を検出するように構成されている。 This tactile transmission device uses a piezoelectric element as a vibrating portion, and is configured to detect a load applied to an input portion by the piezoelectric element.

特開2011−90615号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-90615

このような触覚伝達装置の中には、例えば、入力部に設けられた押子によって直接圧電素子に荷重が付加されるものがあり、予期せぬ過剰な荷重が入力部に付加された場合に圧電素子が破損する可能性がある。 In some such tactile transmission devices, for example, a load is directly applied to the piezoelectric element by a pusher provided in the input unit, and when an unexpected excessive load is applied to the input unit. The piezoelectric element may be damaged.

従って本発明の目的は、予期せぬ荷重が付加された際に圧電素子の破損を抑制することができる触覚呈示装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a tactile presentation device capable of suppressing damage to the piezoelectric element when an unexpected load is applied.

本発明の一態様は、操作面を有する操作部と、操作面に付加された荷重を検出する圧電素子、及び圧電素子と一体とされた金属シムを有するアクチュエータと、操作面を押し下げる操作に伴う金属シムの変形が大きくなる操作部と金属シムの間に設けられた押子と、を備えた触覚呈示装置を提供する。 One aspect of the present invention is associated with an operation unit having an operation surface, a piezoelectric element for detecting a load applied to the operation surface, an actuator having a metal shim integrated with the piezoelectric element, and an operation of pushing down the operation surface. Provided is a tactile presentation device including an operation unit in which the deformation of the metal shim is large and a pusher provided between the metal shims.

本発明によれば、予期せぬ荷重が付加された際に圧電素子の破損を抑制することができる。 According to the present invention, damage to the piezoelectric element can be suppressed when an unexpected load is applied.

図1(a)は、実施の形態に係る触覚呈示装置の一例を示す概略図であり、図1(b)は、図1(a)のI(b)-I(b)線で切断した断面を矢印方向から見た断面図の一例である。FIG. 1 (a) is a schematic view showing an example of a tactile presentation device according to an embodiment, and FIG. 1 (b) is cut along the lines I (b) -I (b) of FIG. 1 (a). This is an example of a cross-sectional view of the cross section viewed from the direction of the arrow. 図2(a)は、実施の形態に係る触覚呈示装置のアクチュエータの一例を示す概略図であり、図2(b)は、アクチュエータの一例を示す側面図であり、図2(c)は、触覚呈示装置のブロック図の一例であり、図2(d)は、触覚呈示装置が有するデータベースの一例を示す概略図である。FIG. 2A is a schematic view showing an example of an actuator of the tactile presentation device according to the embodiment, FIG. 2B is a side view showing an example of the actuator, and FIG. 2C is a side view. It is an example of the block diagram of the tactile presentation device, and FIG. 2D is a schematic view showing an example of a database included in the tactile presentation device. 図3は、実施の形態に係る触覚呈示装置の動作の一例を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing an example of the operation of the tactile presentation device according to the embodiment.

(実施の形態の要約)
実施の形態に係る触覚呈示装置は、操作面を有する操作部と、操作面に付加された荷重を検出する圧電素子、及び圧電素子と一体とされた金属シムを有するアクチュエータと、操作面を押し下げる操作に伴う金属シムの変形が大きくなる操作部と金属シムの間に設けられた押子と、を備えて概略構成されている。
(Summary of Embodiment)
The tactile presentation device according to the embodiment pushes down an operation unit having an operation surface, a piezoelectric element for detecting a load applied to the operation surface, an actuator having a metal shim integrated with the piezoelectric element, and an operation surface. It is roughly configured with an operation portion in which the deformation of the metal shim becomes large due to the operation and a pusher provided between the metal shims.

この触覚呈示装置は、操作部と圧電素子とが接触しないので、操作部や操作部に設けられた押子が圧電素子に接触する場合と比べて、予期せぬ荷重が付加された際に圧電素子の破損を抑制することができる。 In this tactile presentation device, since the operation unit and the piezoelectric element do not come into contact with each other, the piezoelectricity is generated when an unexpected load is applied as compared with the case where the pusher provided on the operation unit or the operation unit comes into contact with the piezoelectric element. Damage to the element can be suppressed.

[実施の形態]
(触覚呈示装置1の概要)
図1(a)は、実施の形態に係る触覚呈示装置の一例を示す概略図であり、図1(b)は、図1(a)のI(b)-I(b)線で切断した断面を矢印方向から見た断面図の一例である。図2(a)は、実施の形態に係る触覚呈示装置のアクチュエータの一例を示す概略図であり、図2(b)は、アクチュエータの一例を示す側面図であり、図2(c)は、触覚呈示装置のブロック図の一例であり、図2(d)は、触覚呈示装置が有するデータベースの一例を示す概略図である。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2(c)では、主な信号や情報の流れを矢印で示している。
[Embodiment]
(Outline of tactile presentation device 1)
FIG. 1 (a) is a schematic view showing an example of a tactile presentation device according to an embodiment, and FIG. 1 (b) is cut along the lines I (b) -I (b) of FIG. 1 (a). This is an example of a cross-sectional view of the cross section viewed from the direction of the arrow. FIG. 2A is a schematic view showing an example of an actuator of the tactile presentation device according to the embodiment, FIG. 2B is a side view showing an example of the actuator, and FIG. 2C is a side view. It is an example of the block diagram of the tactile presentation device, and FIG. 2D is a schematic view showing an example of a database included in the tactile presentation device. In each figure according to the embodiment described below, the ratio between the figures may differ from the actual ratio. Further, in FIG. 2C, the main signal and information flow are indicated by arrows.

この触覚呈示装置1は、例えば、車両のステアリングに配置され、車両に搭載された電子機器を操作するように構成されている。また触覚呈示装置1は、例えば、ステアリングを把持した状態で親指などの操作指によって操作される小型の操作装置である。なお触覚呈示装置1の配置は、これに限定されず、例えば、電子機器の操作部として、当該電子機器の表示部などの近くに配置されても良い。 The tactile presentation device 1 is arranged on the steering wheel of the vehicle, for example, and is configured to operate an electronic device mounted on the vehicle. Further, the tactile presentation device 1 is, for example, a small operating device operated by an operating finger such as a thumb while holding the steering wheel. The arrangement of the tactile presentation device 1 is not limited to this, and may be arranged near the display unit of the electronic device, for example, as an operation unit of the electronic device.

触覚呈示装置1は、例えば、図1(a)〜図2(c)に示すように、操作面200を有する操作部2と、操作面200に付加された荷重を検出する圧電素子40、及び圧電素子40と一体とされた金属シム41を有するアクチュエータ4と、操作面200を押し下げる操作に伴う金属シム41の変形が大きくなる操作部2と金属シム41の間に設けられた押子5と、を備えて概略構成されている。このアクチュエータ4は、荷重を検出すると共に操作面200に振動を付加するように構成されている。 The tactile presentation device 1 includes, for example, as shown in FIGS. 1A to 2C, an operation unit 2 having an operation surface 200, a piezoelectric element 40 for detecting a load applied to the operation surface 200, and a piezoelectric element 40. An actuator 4 having a metal shim 41 integrated with a piezoelectric element 40, and a pusher 5 provided between an operation unit 2 and a metal shim 41 in which the metal shim 41 is greatly deformed due to an operation of pushing down the operation surface 200. , Is roughly configured. The actuator 4 is configured to detect a load and apply vibration to the operation surface 200.

この圧電素子40は、例えば、図2(a)に示すように、押子5を中心に対称な形状を有している。そして圧電素子40は、貫通孔405を有している。押子5は、貫通孔405に挿入され、操作面200を押し下げる操作(プッシュ操作)に伴って金属シム41を介して圧電素子40を変形させる。 As shown in FIG. 2A, for example, the piezoelectric element 40 has a shape symmetrical with respect to the pusher 5. The piezoelectric element 40 has a through hole 405. The pusher 5 is inserted into the through hole 405 and deforms the piezoelectric element 40 via the metal shim 41 in accordance with the operation of pushing down the operation surface 200 (push operation).

そして触覚呈示装置1は、さらに、操作面200に接触した操作指の位置を検出する検出部としてのタッチセンサ3と、操作面200に規定された複数の領域ごとに基準荷重を付加して検出された荷重に基づいて領域ごとに定められた荷重しきい値、及びアクチュエータ4を駆動するための領域ごとの駆動信号Sを有し、操作指が検出された領域の荷重しきい値に基づいて操作を判定すると共に当該領域に対応する駆動信号Sによってアクチュエータ4を駆動して触覚フィードバックを呈示する制御部8と、を備えて概略構成されている。 The tactile presentation device 1 further detects by applying a touch sensor 3 as a detection unit for detecting the position of the operating finger in contact with the operating surface 200 and a reference load for each of a plurality of regions defined on the operating surface 200. load force threshold determined for each region based on the load, and a drive signal S 3 of each region for driving the actuator 4, based on the load threshold for operation finger is detected region and a control unit 8 for presenting tactile feedback, the drives the actuator 4 by a drive signal S 3 corresponding to the region as well as determining the operating Te is schematically configured.

従って触覚呈示装置1は、操作部2に付加された荷重を検出すると共に振動による触覚フィードバックを呈示するように構成されている。 Therefore, the tactile presentation device 1 is configured to detect the load applied to the operation unit 2 and present tactile feedback due to vibration.

この操作面200は、例えば、図1(a)及び図1(b)に示す操作部2の表面である。そして操作面200は、一例として、中央の領域(中央領域27)、及び中央の領域を挟んで位置する複数の領域(上領域23〜右領域26)に規定されている。なお操作面200の領域の規定は、これに限定されず、触覚呈示装置1の仕様に応じて任意に設定することが可能である。 The operation surface 200 is, for example, the surface of the operation unit 2 shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b). The operation surface 200 is defined as, for example, a central region (central region 27) and a plurality of regions (upper region 23 to right region 26) located across the central region. The region of the operation surface 200 is not limited to this, and can be arbitrarily set according to the specifications of the tactile presentation device 1.

ここで触覚呈示装置1が表示装置に表示されたカーソルの移動を指示できる場合、操作者は、例えば、上領域23を押すことでカーソルを上方向に移動させ、下領域24を押すことで下方向、左領域25を押すことで左方向、右領域26を押すことで右方向に移動させることができる。そして例えば、操作者が所望のアイコンなどをカーソルで選択した状態で中央領域27を押すと、選択されたアイコンの機能の実行が決定される。 Here, when the tactile presentation device 1 can instruct the movement of the cursor displayed on the display device, the operator moves the cursor upward by pressing the upper area 23, and lowers by pressing the lower area 24, for example. The direction can be moved to the left by pressing the left area 25, and to the right by pressing the right area 26. Then, for example, when the operator presses the central area 27 with the desired icon or the like selected by the cursor, the execution of the function of the selected icon is determined.

触覚呈示装置1は、一例として、領域に対してプッシュ操作が判定された場合、ボタンを押し込んだ際のクリック感などを模した触覚フィードバックを呈示する。なお触覚フィードバックは、これに限定されず、操作を受け付けたことを示す触覚などであっても良い。 As an example, the tactile presentation device 1 presents tactile feedback that imitates a click feeling when a button is pressed when a push operation is determined for an area. The tactile feedback is not limited to this, and may be a tactile sensation indicating that the operation has been accepted.

(操作部2の構成)
操作部2は、例えば、タッチセンサ3と、基部20と、を備えて概略構成されている。操作部2に付加された荷重は、押子5及び金属シム41を介して圧電素子40に作用する。またアクチュエータ4が生成した振動は、金属シム41及び押子5を介して操作部2に伝達される。
(Structure of operation unit 2)
The operation unit 2 is roughly configured to include, for example, a touch sensor 3 and a base 20. The load applied to the operation unit 2 acts on the piezoelectric element 40 via the pusher 5 and the metal shim 41. Further, the vibration generated by the actuator 4 is transmitted to the operation unit 2 via the metal shim 41 and the pusher 5.

タッチセンサ3は、基部20に貼り合わされている。この基部20は、例えば、図1(a)に示すように、樹脂を用いて円板形状に形成され、その表面である操作面200には印刷やレーザなどによって上下左右方向の矢印や文字が形成されている。 The touch sensor 3 is attached to the base 20. As shown in FIG. 1A, the base 20 is formed in a disk shape using resin, and arrows and characters in the up, down, left, and right directions are formed on the operation surface 200, which is the surface thereof, by printing, a laser, or the like. It is formed.

なお変形例として基部20は、例えば、光を遮光する遮光領域と光を透過する透過領域が表面に形成された透明な樹脂で形成され、タッチセンサ3との間に発光部を有する基板が配置されても良い。この場合、発光部からの光が基部20内部を伝達して透過領域から出射するので、透過領域が照明される。 As a modification, the base 20 is formed of, for example, a transparent resin having a light-shielding region for blocking light and a transmission region for transmitting light formed on the surface, and a substrate having a light-emitting portion is arranged between the base 20 and the touch sensor 3. May be done. In this case, since the light from the light emitting unit is transmitted inside the base 20 and emitted from the transmission region, the transmission region is illuminated.

また変形例として操作部2は、上面視において円形や対称な形状に限定されず、他の形状であっても良い。 Further, as a modification, the operation unit 2 is not limited to a circular shape or a symmetrical shape in a top view, and may have another shape.

(タッチセンサ3の構成)
タッチセンサ3は、例えば、図1(b)に示すように、基板30と、電極部31と、を備えて概略構成されている。タッチセンサ3は、操作部2の形状に応じて円板形状を有している。基板30は、例えば、リジット基板である。この基板30の表面30a側には、タッチセンサ3の電極部31が取り付けられ、裏面30b側には、押子5が取り付けられている。
(Structure of touch sensor 3)
As shown in FIG. 1B, for example, the touch sensor 3 is roughly configured with a substrate 30 and an electrode portion 31. The touch sensor 3 has a disk shape according to the shape of the operation unit 2. The substrate 30 is, for example, a rigid substrate. The electrode portion 31 of the touch sensor 3 is attached to the front surface 30a side of the substrate 30, and the pusher 5 is attached to the back surface 30b side.

このタッチセンサ3は、例えば、静電容量方式のタッチセンサである。そしてタッチセンサ3は、少なくとも操作面200に規定された上領域23〜中央領域27のいずれの領域に操作指が接触しているのかを判定するための検出信号Sを出力するように構成されている。 The touch sensor 3 is, for example, a capacitance type touch sensor. The touch sensor 3 is configured to output a detection signals S 1 to determine whether the one of the region above the region 23 to the central region 27 defined at least on the operation surface 200 is operated finger in contact ing.

タッチセンサ3の電極部31は、例えば、上領域23〜中央領域27の形状に応じた形状の検出電極を有している。そしてタッチセンサ3は、領域ごとに検出した静電容量の信号である検出信号Sを制御部8に出力するように構成されている。 The electrode portion 31 of the touch sensor 3 has, for example, a detection electrode having a shape corresponding to the shape of the upper region 23 to the central region 27. The touch sensor 3 is configured to output a detection signal S 1 , which is a capacitance signal detected for each region, to the control unit 8.

なお変形例としてタッチセンサ3は、複数の駆動電極と、駆動電極と絶縁されて交差する複数の検出電極と、を有し、駆動電極と検出電極の全ての組み合わせで検出された静電容量を検出信号Sとして制御部8に出力するように構成されても良い。そして制御部8は、例えば、検出信号Sに基づいて操作面200に設定された座標系における操作指が検出された座標から領域を判定する。 As a modification, the touch sensor 3 has a plurality of drive electrodes and a plurality of detection electrodes that are insulated and intersect with the drive electrodes, and the capacitance detected by all combinations of the drive electrodes and the detection electrodes can be obtained. it may be configured to output to the control unit 8 as a detection signal S 1. The control unit 8 is, for example, determines an area from coordinates the operation finger is detected in the coordinate system set on the operating face 200 on the basis of the detection signal S 1.

この上領域23は、図1(a)の紙面において上向きの矢印の周囲の点線で囲まれた領域である。また下領域24は、下向きの矢印の周囲の点線で囲まれた領域である。また左領域25は、左向きの矢印の周囲の点線で囲まれた領域である。また右領域26は、右向きの矢印の周囲の点線で囲まれた領域である。そして中央領域27は、操作部2の中心の点線の円で囲まれた領域である。なお他の点線よりも間隔の広い点線で囲まれた円は、アクチュエータ4の外形を示している。 The upper region 23 is an region surrounded by a dotted line around the upward arrow on the paper surface of FIG. 1 (a). The lower region 24 is an region surrounded by a dotted line around a downward arrow. The left region 25 is an region surrounded by a dotted line around the arrow pointing to the left. The right region 26 is an region surrounded by a dotted line around the arrow pointing to the right. The central region 27 is an region surrounded by a dotted circle at the center of the operation unit 2. The circle surrounded by the dotted line having a wider interval than the other dotted lines indicates the outer shape of the actuator 4.

上述の押子5は、例えば、樹脂によって円柱形状に形成され、操作部2の荷重をアクチュエータ4の金属シム41に伝達するものである。 The pusher 5 described above is formed in a cylindrical shape by, for example, resin, and transmits the load of the operation unit 2 to the metal shim 41 of the actuator 4.

(アクチュエータ4の構成)
アクチュエータ4は、例えば、図1(b)に示すように、圧電素子40と、金属シム41と、を備えたユニモルフ型の圧電アクチュエータである。
(Structure of actuator 4)
The actuator 4 is, for example, a unimorph type piezoelectric actuator including a piezoelectric element 40 and a metal shim 41, as shown in FIG. 1 (b).

このアクチュエータ4は、例えば、図1(b)に示すように、支持部10に形成された取付部14に取り付けられている。この取付部14は、アクチュエータ4の金属シム41が嵌り込む形状を有している。そして取付部14には、操作面200に付加された荷重、及び操作面200に付加する振動によるアクチュエータ4の撓みを許容する凹部12が形成されている。この凹部12は、取付部14の底面に形成されている。 The actuator 4 is attached to an attachment portion 14 formed on the support portion 10, for example, as shown in FIG. 1 (b). The mounting portion 14 has a shape into which the metal shim 41 of the actuator 4 is fitted. The mounting portion 14 is formed with a recess 12 that allows the load applied to the operation surface 200 and the deflection of the actuator 4 due to the vibration applied to the operation surface 200. The recess 12 is formed on the bottom surface of the mounting portion 14.

押子5は、金属シム41に対して荷重をかけた場合、変位が大きい位置に取り付けられる。言い換えるなら押子5は、アクチュエータ4が振動している際に振幅が大きい位置に取り付けられる。この変位が大きい位置は、金属シム41が円板形状である場合、中央である。なお変位が大きい位置は、金属シム41の形状によって中心であったり、重心であったり、自由端となる端部であったりする。 When a load is applied to the metal shim 41, the pusher 5 is attached at a position where the displacement is large. In other words, the pusher 5 is attached at a position where the amplitude is large when the actuator 4 is vibrating. The position where this displacement is large is the center when the metal shim 41 has a disk shape. The position where the displacement is large may be the center, the center of gravity, or the free end depending on the shape of the metal shim 41.

圧電素子40は、例えば、図2(a)及び図2(b)に示すように、円板形状を有し、圧電体401を第1の電極400と第2の電極402で挟んで概略構成されている。この圧電体401の材料としては、例えば、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などが用いられる。圧電体401は、例えば、これらの材料を用いて形成された膜を積層して形成された積層型の圧電体である。なお圧電体は、圧電定数がd33となるように厚み方向に分極し、厚み方向の変形に対して出力が大きくなるように構成されている。 As shown in FIGS. 2A and 2B, for example, the piezoelectric element 40 has a disk shape, and has a schematic configuration in which the piezoelectric body 401 is sandwiched between the first electrode 400 and the second electrode 402. Has been done. As the material of the piezoelectric body 401, for example, lithium niobate, barium titanate, lead titanate, lead zirconate titanate (PZT), lead metaniobate, polyvinylidene fluoride (PVDF) and the like are used. The piezoelectric body 401 is, for example, a laminated type piezoelectric body formed by laminating a film formed by using these materials. The piezoelectric body is configured to be polarized in the thickness direction so that the piezoelectric constant is d33, and the output is increased with respect to deformation in the thickness direction.

圧電体401は、過度な荷重による変形によって破壊され易いものである。従って本実施の形態では、図1(b)に示すように、操作部2の荷重が伝達される押子5が直接圧電素子40に接触しないように貫通孔405に挿入されている。 The piezoelectric body 401 is easily broken by deformation due to an excessive load. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 1B, the pusher 5 to which the load of the operation unit 2 is transmitted is inserted into the through hole 405 so as not to come into direct contact with the piezoelectric element 40.

第1の電極400は、金属シム41及び配線を介して制御部8と電気的に接続されている。また第2の電極402は、配線を介して制御部8と電気的に接続されている。 The first electrode 400 is electrically connected to the control unit 8 via a metal shim 41 and wiring. Further, the second electrode 402 is electrically connected to the control unit 8 via wiring.

金属シム41は、例えば、図2(a)に示すように、圧電素子40よりも半径が大きい円板形状を有している。この金属シム41は、例えば、導電性を有するリン青銅やステンレスなどによって形成されている。 As shown in FIG. 2A, for example, the metal shim 41 has a disk shape having a radius larger than that of the piezoelectric element 40. The metal shim 41 is made of, for example, conductive phosphor bronze or stainless steel.

アクチュエータ4は、操作面200に荷重が付加されると、操作部2、押子5及び金属シム41を介して圧電素子40に荷重が付加され圧電体401が変形する。圧電素子40は、この変形に応じた電圧を出力する。また圧電体401は、第1の電極400及び第2の電極402の間に電圧が印加されるとこの電圧に応じて変形する。アクチュエータ4は、荷重に応じて出力した電圧を荷重信号Sとして制御部8に出力し、制御部8から出力された駆動信号Sに基づく電圧に応じて変形して金属シム41と共に振動するように構成されている。 When a load is applied to the operation surface 200 of the actuator 4, a load is applied to the piezoelectric element 40 via the operation unit 2, the pusher 5, and the metal shim 41, and the piezoelectric body 401 is deformed. The piezoelectric element 40 outputs a voltage corresponding to this deformation. Further, when a voltage is applied between the first electrode 400 and the second electrode 402, the piezoelectric body 401 is deformed according to the voltage. The actuator 4 outputs the voltage output according to the load to the control unit 8 as the load signal S 2 , deforms according to the voltage based on the drive signal S 3 output from the control unit 8, and vibrates together with the metal shim 41. It is configured as follows.

(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、データベース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。また制御部8は、その内部にクロック信号を生成する手段を有し、このクロック信号に基づいて動作を行う。
(Structure of control unit 8)
The control unit 8 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) that performs calculations and processing on the acquired data according to a stored program, a RAM (Random Access Memory) that is a semiconductor memory, a ROM (Read Only Memory), and the like. It is a microcomputer that is used. In this ROM, for example, a program for operating the control unit 8 and a database 80 are stored. The RAM is used, for example, as a storage area for temporarily storing a calculation result or the like. Further, the control unit 8 has a means for generating a clock signal inside thereof, and operates based on the clock signal.

この制御部8は、アクチュエータ4から出力された荷重信号Sを荷重に変換するように構成されている。 The control unit 8 is configured to convert the load the load signals S 2 output from the actuator 4.

データベース80は、例えば、図2(d)に示すように、領域ごとの荷重しきい値及び駆動波形と、タッチしきい値Th10を有している。 The database 80 has, for example, as shown in FIG. 2D, a load threshold value and a drive waveform for each region, and a touch threshold value Th 10 .

荷重しきい値Th〜荷重しきい値Thは、領域ごとに基準荷重を付加し、その結果アクチュエータ4が検出した荷重に基づいて定められたしきい値である。具体的には、上領域23の荷重しきい値Thは、上領域23に基準荷重を付加した際に検出された荷重に基づいて定められる。同様に、下領域24〜中央領域27の荷重しきい値Th〜荷重しきい値Thは、下領域24〜中央領域27ごとに基準荷重を付加した際に検出された荷重に基づいて定められる。 The load threshold value Th 1 to the load threshold value Th 5 are threshold values determined based on the load detected by the actuator 4 as a result of adding a reference load for each region. Specifically, the load threshold value Th 1 of the upper region 23 is determined based on the load detected when the reference load is applied to the upper region 23. Similarly, the load thresholds Th 2 to the load threshold Th 5 of the lower region 24 to the central region 27 are determined based on the load detected when the reference load is applied to each of the lower region 24 to the central region 27. Be done.

駆動波形Wa〜駆動波形Waは、領域ごとの駆動信号Sに関する情報である。この駆動波形Waは、基準波形を有する駆動信号Sによって生成された触覚フィードバックに基づいて振幅や振動数などを変更し、操作者が十分に触覚フィードバックを認知できるように定められた波形である。同様に、駆動波形Wa〜駆動波形Waは、基準波形を有する駆動信号Sによって生成された触覚フィードバックに基づいて振幅や振動数などをそれぞれ変更し、操作者が十分に触覚フィードバックを認知できるように定められた波形である。 Drive waveform Wa 1 ~ driving waveform Wa 5 is information relating to the drive signal S 3 of each region. The driving waveform Wa 1 changes the like amplitude or frequency, based on the haptic feedback generated by the drive signal S 3 with a reference waveform, in the operator defined so that it can be well recognized tactile feedback waveform is there. Similarly, the drive waveform Wa 2 ~ driving waveform Wa 5 are respectively changed amplitude or frequency, etc., based on the haptic feedback generated by the drive signal S 3 with a reference waveform, the operator well recognized tactile feedback It is a waveform defined so that it can be done.

なお変形例として制御部8は、領域ごとの駆動信号Sをデータベース80に格納していても良い。また制御部8は、領域ごとの駆動波形又は駆動信号を関数としてデータベース80に格納していても良い。 Note the control unit 8 as a modified example, it may store the driving signal S 3 of each area in the database 80. Further, the control unit 8 may store the drive waveform or drive signal for each region as a function in the database 80.

タッチしきい値Th10は、タッチセンサ3に対する接触を判定するためのしきい値である。制御部8は、入力する検出信号Sに基づいてタッチしきい値Th10以上の静電容量が検出された領域を判定する。 The touch threshold value Th 10 is a threshold value for determining contact with the touch sensor 3. Control unit 8 determines a region where the touch threshold Th 10 or more electrostatic capacitance is detected on the basis of the detection signals S 1 to be input.

制御部8は、検出信号Sに基づく領域ごとの静電容量とデータベース80から読み出したタッチしきい値Th10とを比較して操作指が接触した領域を判定する。次に制御部8は、領域が判定されると、当該領域に対応する荷重しきい値をデータベース80から読み出して荷重信号Sに基づく荷重と比較する。そして制御部8は、荷重が荷重しきい値以上であり、当該領域に対するプッシュ操作が判定された場合、触覚フィードバックを生成するため、当該領域の駆動波形をデータベース80から読み出して駆動信号Sを生成してアクチュエータ4を駆動し、触覚フィードバックを呈示する。 Control unit 8 determines by comparing the touch threshold value Th 10 read from the capacitance and the database 80 for each area based on the detection signal S 1 is operated finger touches area. Next, the control unit 8, when the region is determined and compared to the load based on the load signal S 2 reads the load threshold value corresponding to the region from the database 80. The control unit 8, the load is greater than or equal to the load threshold, when the push operation on the region is determined, in order to generate haptic feedback, the drive signal S 3 reads a driving waveform of the area from the database 80 It is generated to drive the actuator 4 and present tactile feedback.

制御部8は、判定結果に基づいてプッシュ操作がなされた領域の情報などを含む操作情報Sを生成して接続されている電子機器に出力する。 The control unit 8 generates the operation information S4 including the information of the area where the push operation is performed based on the determination result, and outputs the operation information S 4 to the connected electronic device.

以下に本実施の形態の触覚呈示装置1の動作について図3のフローチャートに従って説明する。 The operation of the tactile presentation device 1 of the present embodiment will be described below with reference to the flowchart of FIG.

(動作)
触覚呈示装置1の制御部8は、タッチセンサ3から取得した検出信号Sに基づく領域ごとの静電容量と、データベース80から読み出したタッチしきい値Th10と、を比較して操作指が接触するか否かを監視する。
(motion)
Control unit 8 of the tactile display device 1, and the capacitance of each region based on the detection signals S 1 acquired from the touch sensor 3, the touch threshold value Th 10 read from the database 80, the operation finger by comparing the Monitor for contact.

制御部8は、ステップ1の「Yes」が成立する、つまり操作指の接触が検出されると(Step1:Yes)、接触が検出された領域の荷重しきい値をデータベース80から読み出して荷重信号Sに基づく荷重と比較し、プッシュ操作が行われるか否かを監視する(Step2)。 When the "Yes" of step 1 is satisfied, that is, when the contact of the operating finger is detected (Step 1: Yes), the control unit 8 reads the load threshold value of the region where the contact is detected from the database 80 and reads the load signal. It is compared with the load based on S 2 and whether or not the push operation is performed is monitored (Step 2).

制御部8は、荷重が荷重しきい値以上であってプッシュ操作が判定された場合(Step3:Yes)、データベース80から接触が検出された領域の駆動波形を読み出して駆動信号Sを生成し、アクチュエータ4に出力し、触覚フィードバックを呈示する(Step4)。 Control unit 8, when the push operation force is not less than the load threshold is determined (Step3: Yes), the contact from the database 80 reads out the driving waveform of the detection area and generates a drive signal S 3 , Output to the actuator 4 and present tactile feedback (Step 4).

ここでステップ3において制御部8は、プッシュ操作が判定されず(Step3:No)、また操作が継続していない、つまり操作指の接触が検出されなくなった場合(Step5:No)、処理を終了する。またステップ5において制御部8は、操作指の接触が継続して検出されている場合(Step5:Yes)、ステップ3に処理を進めてプッシュ操作の判定を行う。 Here, in step 3, the control unit 8 ends the process when the push operation is not determined (Step3: No) and the operation is not continued, that is, the contact of the operating finger is no longer detected (Step5: No). To do. Further, in step 5, when the contact of the operating finger is continuously detected (Step 5: Yes), the control unit 8 proceeds to step 3 to determine the push operation.

(実施の形態の効果)
触覚呈示装置1は、予期せぬ荷重が付加された際に圧電素子40の破損を抑制することができる。具体的には、触覚呈示装置1は、操作部2と圧電素子40とが直接接触しないので、操作部や操作部に設けられた押子が直接圧電素子に接触する場合と比べて、予期せぬ荷重が付加された際に圧電素子40の破損を抑制することができる。
(Effect of embodiment)
The tactile presentation device 1 can suppress damage to the piezoelectric element 40 when an unexpected load is applied. Specifically, in the tactile presentation device 1, since the operation unit 2 and the piezoelectric element 40 do not come into direct contact with each other, it is expected that the pusher provided on the operation unit or the operation unit will come into direct contact with the piezoelectric element. It is possible to suppress damage to the piezoelectric element 40 when a heavy load is applied.

触覚呈示装置1は、押子5が金属シム41の変位が大きい場所に取り付けられているので、押子が直接圧電素子に接触する場合と比べて、荷重の検出精度の低下を抑制しつつ十分な触覚フィードバックを呈示することができる。 Since the tactile presenting device 1 is attached to a place where the pusher 5 has a large displacement of the metal shim 41, it is sufficient while suppressing a decrease in load detection accuracy as compared with the case where the pusher directly contacts the piezoelectric element. Can present tactile feedback.

触覚呈示装置1は、荷重の検出と振動の呈示を1つのアクチュエータ4によって行い、また操作が検出された位置の違いによる荷重検出のばらつきを抑制するために領域ごとに荷重しきい値を定めると共に位置の違いによる触覚フィードバックのばらつきを抑制するために領域ごとに駆動信号を定めている。本実施の形態の上領域23〜右領域26は、中央領域27を挟んで対称に位置するので、理想的には、アクチュエータ4が検出する荷重や呈示する振動フィードバックは各領域で同じになるが、実際は異なる。また触覚呈示装置1は、アクチュエータ4が1つなので小型化が容易である。従って触覚呈示装置1は、この構成を採用しない場合と比べて、小型化されても荷重の検出精度の低下を抑制しつつ十分な触覚フィードバックを呈示することができる。 The tactile presentation device 1 detects the load and presents the vibration by one actuator 4, and also sets a load threshold value for each region in order to suppress the variation in load detection due to the difference in the position where the operation is detected. A drive signal is defined for each region in order to suppress variations in tactile feedback due to differences in position. Since the upper region 23 to the right region 26 of the present embodiment are symmetrically located with the central region 27 in between, ideally, the load detected by the actuator 4 and the vibration feedback presented are the same in each region. , Actually different. Further, since the tactile presentation device 1 has one actuator 4, it can be easily miniaturized. Therefore, the tactile presentation device 1 can present sufficient tactile feedback while suppressing a decrease in load detection accuracy even if the size is reduced, as compared with the case where this configuration is not adopted.

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。 Although some embodiments and modifications of the present invention have been described above, these embodiments and modifications are merely examples and do not limit the invention according to the claims. These novel embodiments and modifications can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, changes, etc. can be made without departing from the gist of the present invention. In addition, not all combinations of features described in these embodiments and modifications are essential as means for solving the problems of the invention. Further, these embodiments and modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

1…触覚呈示装置、2…操作部、3…タッチセンサ、4…アクチュエータ、5…押子、8…制御部、10…支持部、12…凹部、14…取付部、20…基部、23…上領域、24…下領域、25…左領域、26…右領域、27…中央領域、30…基板、30a…表面、30b…裏面、31…電極部、40…圧電素子、41…金属シム、80…データベース、200…操作面、400…第1の電極、401…圧電体、402…第2の電極、405…貫通孔 1 ... Tactile presentation device, 2 ... Operation unit, 3 ... Touch sensor, 4 ... Actuator, 5 ... Pusher, 8 ... Control unit, 10 ... Support part, 12 ... Recession, 14 ... Mounting part, 20 ... Base, 23 ... Upper region, 24 ... lower region, 25 ... left region, 26 ... right region, 27 ... central region, 30 ... substrate, 30a ... front surface, 30b ... back surface, 31 ... electrode part, 40 ... piezoelectric element, 41 ... metal shim, 80 ... database, 200 ... operation surface, 400 ... first electrode, 401 ... piezoelectric body, 402 ... second electrode, 405 ... through hole

Claims (4)

操作面を有する操作部と、
前記操作面に付加された荷重を検出する圧電素子、及び前記圧電素子と一体とされた金属シムを有し、前記操作部と前記金属シムの間に前記圧電素子が位置するアクチュエータと、
前記操作部の裏面側に設けられると共に前記金属シムと接触する押子と、
を備え
前記圧電素子は、貫通孔を有し、
前記押子は、前記貫通孔に挿入され、前記操作面を押し下げる操作に伴って前記金属シムを介して前記圧電素子を変形させる、
触覚呈示装置。
An operation unit with an operation surface and
An actuator piezoelectric elements, and possess the piezoelectric element and a metal shim that is integrated, the piezoelectric element is positioned between the metal shim and the operation unit detects the added load on the operation surface,
A pusher provided on the back surface side of the operation unit and in contact with the metal shim ,
Equipped with a,
The piezoelectric element has a through hole and has a through hole.
The pusher is inserted into the through hole and deforms the piezoelectric element via the metal shim as the operation surface is pushed down.
Tactile presentation device.
前記圧電素子は、前記押子を中心に対称な形状を有する、
請求項1に記載の触覚呈示装置。
The piezoelectric element has a shape symmetrical with respect to the pusher.
The tactile presentation device according to claim 1.
前記アクチュエータは、荷重を検出すると共に前記操作面に振動を付加するように構成され、
前記操作面に接触した操作指の位置を検出する検出部と、
前記操作面に規定された複数の領域ごとに基準荷重を付加して検出された荷重に基づいて領域ごとに定められた荷重しきい値、及び前記アクチュエータを駆動するための領域ごとの駆動信号を有し、操作指が検出された領域の荷重しきい値に基づいて操作を判定すると共に当該領域に対応する駆動信号によって前記アクチュエータを駆動して触覚フィードバックを呈示する制御部と、
を備えた請求項1又は2に記載の触覚呈示装置。
The actuator is configured to detect a load and add vibration to the operating surface.
A detection unit that detects the position of the operating finger in contact with the operating surface, and
A load threshold value determined for each region based on the load detected by applying a reference load for each of a plurality of regions defined on the operation surface, and a drive signal for each region for driving the actuator are set. A control unit that determines the operation based on the load threshold value of the region in which the operating finger is detected and drives the actuator by the drive signal corresponding to the region to present tactile feedback.
The tactile presentation device according to claim 1 or 2 .
前記貫通孔は、前記アクチュエータが振動している際に振幅が大きい位置に形成され、
前記押子は、前記貫通孔に挿入されて前記振幅が大きい位置で前記金属シムと接触する、
請求項に記載の触覚呈示装置。
The through hole is formed at a position where the amplitude is large when the actuator is vibrating.
The pusher is inserted into the through hole and comes into contact with the metal shim at a position where the amplitude is large.
The tactile presentation device according to claim 3 .
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JP2012198582A (en) * 2009-06-23 2012-10-18 Murata Mfg Co Ltd Electronic apparatus
JP5658493B2 (en) * 2010-06-30 2015-01-28 京セラ株式会社 Tactile sensation presentation apparatus and control method for tactile sensation presentation apparatus
JP2011048846A (en) * 2010-10-27 2011-03-10 Kyocera Corp Input device and control method for the same
KR20160062660A (en) * 2015-04-09 2016-06-02 주식회사 이노칩테크놀로지 Piezoelectric vibrating device

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