JP7306257B2 - 操作装置 - Google Patents

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Description

本発明は、操作パネルに対して操作者の指による入力操作があると、指に対する振動触覚を発生させる操作装置に関するものである。
従来の操作装置として、例えば、特許文献1に記載されたものが知られている。特許文献1の操作装置(触覚効果を生成する装置)は、コイル、中心対象(例えば金属)、およびバネを有するアクチュエータを備えており、タッチ感応パネルにおける操作者の指に対して振動による触覚フィードバックを生成するようになっている。
操作装置は、入力パルスによってアクチュエータを駆動し、コイルによる吸引力とバネによる戻り反力とによって、触覚フィードバックを生成する。そして、アクチュエータにより生成された触覚フィードバックの減衰効果を減らすように、入力パルスを除去した後に、ブレーキパルスを発生させる。ブレーキパルスは、約0.2V/msから0.3V/msまでのスリューレートを有する下降傾斜部を備えている。
これにより、加速度応答を増加させ、且つ、ブレーキパルスを発生して、短い(急速に)機械的タイプの触覚効果に対する減衰効果を提供して、歯切れのよい触覚フィードバックを生成するようにしている。
特許第5599657号公報
しかしながら、上記特許文献1では、入力パルスの後に出力されるブレーキパルスは、入力パルスと同方向への力を継続する区間を設けており、且つ、この区間においては、可動部の振動位相に関係なく力が一定値として与えられるようにしている。よって、通常、振動触覚を得るために有効とされるバネによる最初の戻り反力が低減されてしまい、操作者の指に与えられる振動触覚が低下してしまう。
本発明の目的は、上記問題に鑑み、バネの初回リターンによる効果的な触覚を確保すると共に、ブレーキ効果によって、切れの良い触覚を付与できる操作装置を提供することにある。
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
本発明では、操作者の指操作によって、押圧方向に可動する可動部(120)と、
通電時に、可動部に対して押圧方向に吸引力を発生するアクチュエータ(130)と、
吸引力が解除されると、可動部に対して押圧方向とは逆方向に反力を付与して、振動するバネ部(140)と、
アクチュエータに対する通電のオンオフを制御する制御部(160)と、を備え、
指操作があったときに、アクチュエータによる吸引力と、バネ部による反力とによって、可動部を介して操作者の指(F)に振動触覚を付与する操作装置であって、
制御部は、振動触覚の付与のために、
アクチュエータに対して所定時間、通電オンして、一旦、通電オフする加速パルスを付加すると共に、
アクチュエータへの加速パルスの付加の後に、バネ部によって、可動部が、逆方向へ戻り、更に押圧方向へ反転した後に、押圧方向への最大位置から更に反転して、逆方向への逆最大位置に戻る間(A)において、吸引力のピーク値が発生するように再度、アクチュエータに対して通電オンするブレーキパルスを付加するようになっており、
可動部の押圧方向における位置を検出する位置センサ(150)を備え、
制御部は、
位置センサによる可動部の位置に基づいて、指操作の有無の判定、および可動部の位相の把握を行い、
アクチュエータに対する加速パルスの付加の後に、可動部の位相に応じて、ブレーキパルスの付加のタイミングを設定して、ブレーキパルスの付加を行い、
ブレーキパルスの付加時の入力波形を、位置センサによる可動部の振動位相、振動振幅、および振動周期に基づき決定し、決定した入力波形が予め定めた許容範囲内であるか否かを判定して、肯定判定のとき、決定した入力波形に更新して使用し、否定判定のとき、決定した入力波形の更新を禁止することを特徴としている。
本発明によれば、アクチュエータ(130)を所定時間オンして、一旦オフすることで、バネ部(140)による逆方向へのリターン振動を生かした切れの良い振動触覚を発生させることができる。そして、可動部(120)が、押圧方向への最大位置から更に反転して、逆方向への逆最大位置に戻る間において、吸引力のピーク値が発生するようにアクチュエータを再度オンさせることで、可動部(120)の振動位相とは逆方向となる吸引力を発生させることができ、振動を効果的に停止させる(ブレーキ効果を得る)ことができる。このブレーキ効果によって残振動を抑制し、振動雑味の少ない純クリック感を操作者の指に付与することができ、且つ、作動音を低減することができる。
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
操作装置の全体構成を示す説明図である。 操作装置を示すブロック図である。 操作装置における作動を示す作動図である。 アクチュエータに付加する入力波形における加速パルス、およびブレーキパルスを示す説明図である。 第1実施形態における制御要領を示すフローチャートである。 第2実施形態における制御要領を示すフローチャート(前半)である。 第2実施形態における制御要領を示すフローチャート(後半)である。 第3実施形態におけるブレーキパルスを示す説明図である。
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
(第1実施形態)
第1実施形態の操作装置100を、図1~図5に示す。本実施形態の操作装置100は、例えば、車両用空調装置において、操作者(ユーザ)の指Fによって入力操作する(押圧操作する)ためのスイッチ部に適用したものである。車両用空調装置のスイッチ部は、例えば、エアコンオンスイッチ、オート(自動制御)スイッチ、ファン風量設定スイッチ、および吹出し口選択スイッチ等がある。図1~図3に示すように、操作装置100は、固定部110、操作パネル120、アクチュエータ130、バネ部140、隙間距離センサ150、および制御部160等を備えている。
固定部110は、アクチュエータ130、バネ部140、および隙間距離センサ150等を固定する部材であり、ここでは、筐体の底部に対応する部材として示している。固定部110は、例えば、樹脂材によって形成されている。
操作パネル120は、操作者の指操作によって押圧方向に可動する部材(スイッチ部)となっており、固定部110の操作者側に配置されている。操作パネル120は、本発明の可動部に対応する。操作パネル120は、例えば、樹脂材から形成されている。そして、操作パネル120の固定部110側の面には、アクチュエータ130に対向するように、磁性体金属材料から形成された板部材が固定されている。
アクチュエータ130は、例えば、駆動回路131、および巻線コイル132を有している。巻線コイル132は、磁性体金属材料の芯部材の周りに巻回されたコイルある。アクチュエータ130は、制御部160からの再生開始信号(後述)を受けると、駆動回路131から巻線コイル132への通電が行われて、電磁石として機能するようになっている。アクチュエータ130は、操作パネル120(磁性体金属材料の板部材)に対して押圧方向に吸引力を発生する吸引型アクチュエータとなっている。
尚、アクチュエータ130としては、上記の吸引型アクチュエータに限らず、この他にも、電磁石式で且つ永久磁石を用いた双方向型アクチュエータ、あるいは、双方向型で片側の動きのみを使用する反発型アクチュエータ等を用いるようにしてもよい。
バネ部140は、アクチュエータ130による吸引力が解除されたとき、操作パネル120に対して押圧方向とは逆方向に反力を付与して、振動する弾性部材となっている。バネ部140は、例えば、板バネやコイルバネが使用されており、一端が固定部110に固定され、他端が操作パネル120に接続されて、固定部110に対して、操作パネル120を、弾性的に支持するようになっている。
隙間距離センサ150は、操作パネル120の押圧方向における位置を検出する位置センサであり、固定部110の上面に設けられている。隙間距離センサ150は、例えば、反射式光量センサが使用されている。隙間距離センサ150は、操作パネル120側に光を発射させて、操作パネル120で反射して戻ってきた光結像位置(検出物体の距離によって異なるという三角測距の原理)をもとに、固定部110と操作パネル120との間の距離に相当する距離信号を検知するようになっている。隙間距離センサ150は、検知した距離信号を制御部160に出力するようになっている。
制御部160は、隙間距離センサ150からの距離信号を受け、アクチュエータ130に対する通電のオンオフを制御する部位となっている。制御部160は、操作パネル120に対する操作者の指操作があったときに、アクチュエータ130による吸引力と、バネ部140による反力とによって、操作パネル120を介して操作者の指Fに振動触覚を付与するようになっている。
制御部160は、CPU、RAM、および記憶媒体等を有している。制御部160は、アクチュエータ130に対して、フィードフォアード制御を行うための複数のID入力波形(再生開始信号)を予め記憶している。複数のID入力波形のうちの1つが、車両メーカにおいて選択設定される、あるいは、車両の使用前に、もしくは使用時に、操作者によって選択設定される。ID入力波形は、本発明の設定波形に対応する。
ID入力波形は、アクチュエータ130に対して出力される再生開始信号となる。ID入力波形は、図4に示すように、アクチュエータ130に対する通電パターン(ここでは電圧波形を使用)を予め設定したものである。ID入力波形は、最初にアクチュエータ130をオンオフさせるための加速パルスと、バネ部140による操作パネル120の振動挙動を予め把握したうえで、この振動挙動を効果的に停止させるためのブレーキパルスとを含んでいる。尚、ID入力波形は、電圧波形に限らず、他にも、電流値を示す波形としてもよい。
加速パルスは、アクチュエータ130に対して所定時間、通電オンして、一旦、通電オフする(電圧0にする)矩形状の波形となっている。尚、加速パルスは、sin波状の波形、もしくはsin波状と矩形状の波形とを組み合わせたもの等としてもよい。
また、ブレーキパルスは、アクチュエータ130への加速パルスがオフされた後に、図4中の区間Aにおいて、吸引力のピーク値が発生するように再度、アクチュエータ130に対して通電オンする山状のパルスとなっている。区間Aは、加速パルスがオフされた後に、バネ部140によって、操作パネル120が、逆方向(図4中の手前側)へ戻り、更に押圧方向(図4中の奥側)へ反転した後に、押圧方向への最大位置(図4中の上死点)から更に反転して、逆方向への逆最大位置(図4中の下死点)に戻る区間である。
ブレーキパルスのすそ野は、区間A内に入っている場合、あるいは多少はみ出している場合のいずれも許容可能である。また、ブレーキパルスのピークの後は、徐々に(滑らかに)パルス出力が低減されるように設定されている(徐下降)。パルス出力の低減度合いは、例えば、0.5~2V/ms程度である。尚、ブレーキパルスのピークの後は、階段状に段階を刻んで徐下降してもよい。また、ブレーキパルスは、山状のパルスに限らず、矩形状の波形としてもよい。
また、制御部160は、隙間距離センサ150から出力される距離信号に対する押圧閾値を予め記憶している。押圧閾値は、操作者の指Fによって操作パネル120が押圧されて、移動されたときに、指操作があったか否かを判定するための値となっている。
本開示に記載の制御部160およびその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つないしは複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ、およびメモリーを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。
あるいは、本開示に記載の制御部160およびその手法は、一つ以上の専用ハードウエア理論回路によって、プロセッサを構成することにより提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。
もしくは、本開示に記載の制御部160およびその手法は、一つないしは複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリーと、一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合せにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。
また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
ここで、本実施形態に記載されるフローチャート、あるいはフローチャートの処理は、複数のセクション(あるいはステップと言及される)から構成され、各セクションは、たとえば、ステップS100と表現される。更に、各セクションは、複数のサブセクションに分割されることができる、一方、複数のセクションが合わさって一つのセクションにすることも可能である。また、このように構成される各セクションは、デバイス、モジュール、ミーンズとして言及されることができる。
本実施形態の操作装置100の構成は、以上のようになっており、以下、図5を加えて、作動および作用効果について説明する。
操作装置100が使用される前の準備段階として、制御部160に記憶された複数のID入力波形のうちのいずれかが、車両メーカによって標準的な入力波形として、あるいは、操作者によって好みに応じた入力波形として、適宜選択設定される。
図5に示すフローチャートのステップS100で、制御部160は、隙間距離センサ150から距離信号を取得する。
次に、ステップS110で、制御部160は、固定部110に対する操作パネル120の位置は、予め定めた押圧閾値を超えたか否かを判定する。ステップS110で、肯定判定すると、制御部160は、操作パネル120の位置が押圧閾値を超えており、操作者によって指操作されたものとして、ステップS120に移行する。また、ステップS110で、否定判定すると、操作者による指操作はないとして、ステップS100、S110を繰り返す。
ステップS120では、制御部160は、既に選択設定されたID入力波形を再生するための再生開始信号を、アクチュエータ130に対して出力する。これに伴って、アクチュエータ130の駆動回路131は、巻線コイル132に対して、ID入力波形となるように通電する(図4の電圧波形を付与する)。
図4の一点鎖線(操作パネル120の変位)で示すように、ID入力波形のうち、加速パルスのオンによって、操作パネル120は、アクチュエータ130側(奥側)に吸引され、加速パルスがオフ(一旦、オフ)されることで、バネ部140によって逆方向(手前側)に戻る。これは、バネ部140による1回目のリターン振動となる。よって、操作装置100は、リターン振動の加速度を最大限に生かした切れの良い振動触覚を発生させることができる。更に、加速パルスがオフしている間に、操作パネル120は、バネ特性に基づき、反転して、奥側に変位する。
次に、操作パネル120が奥側の上死点に至り、この上死点から更に反転して、手前側の下死点に戻る間(区間A)において、ID入力波形においては、予めブレーキパルスが発生されるようになっている。よって、操作パネル120の振動位相とは逆方向となる吸引力を発生させることができ、振動を効果的に停止させる(ブレーキ効果を得る)ことができる。このブレーキ効果によって残振動を抑制し、振動雑味の少ない純クリック感を操作者の指に付与することができ、且つ、作動音を低減することができる。
また、制御部160は、ID入力波形(設定波形)を用いることで、ID入力波形に基づくフィードフォアード制御による対応が可能となる。フィードフォアード制御は、フィードバック制御に対して安価な対応が可能である。
また、制御部160は、隙間距離センサ150による操作パネル120の位置に基づいて、指操作の有無を判定するようにしており、これにより、明確に指操作の有無を判定することができる。
また、制御部160は、アクチュエータ130に対するブレーキパルスを付加する際に、ピーク出力の後に徐々にパルス出力を低減させるようにしている。これにより、操作パネル120を停止させる際に、急激なブレーキ作用を回避して、滑らかに停止させることができる。
(第2実施形態)
第2実施形態を図6、図7に示す。第2実施形態の操作装置100は、上記第1実施形態と構成同一としつつも、制御内容を変更したものである。第2実施形態では、フィードバック制御により、ブレーキパルスを付与するようにしている。図6のステップS100とステップS110は、図5で説明したステップS100とステップS110と同一である。
ステップS100、ステップS110の後に、ステップS125で、制御部160は、既に設定されたID入力波形のうち、加速パルスの部分を再生するための再生開始信号を、アクチュエータ130に対して出力する。これに伴って、アクチュエータ130の駆動回路131は、巻線コイル132に対して、ID入力波形の加速パルスとなるように通電する(図4の加速パルスの電圧波形を付与する)。これにより、操作パネル120に変位(図4の一点鎖線)が発生する。
この変位の発生に伴って、ステップS130で、制御部160は、ステップS100と同様に、隙間距離センサ150から距離信号を取得する。
次に、ステップS140で、制御部160は、距離信号から、操作パネル120の振動位相、振動振幅、および振動周期を算出(換算)する。
次に、ステップS150で、制御部160は、ブレーキパルスの波形のプロファイルを決定する。ブレーキパルスの波形は、ブレーキ電圧duty、電圧印加時間、およびピーク後の下降傾斜(duty、時間)によって決定する。
次に、図7のステップS160で、決定したブレーキパルスの波形は、予め定めた補正のための許容範囲内か否かを判定する。許容範囲は、ブレーキパルスとして、使用でき得るものか否かを判定するものである。
ステップS160で肯定判定すると、ステップS170で、制御部160は、ID入力波形においてもともと設定されていたブレーキパルスの波形を、ステップS150で設定した新ブレーキパルスの波形に更新して、ステップS190に移行する。
一方、ステップS160で否定判定すると、ステップS180で、制御部160は、もともと設定されていたブレーキパルスの波形の更新を行わず(禁止して)ステップS190に移行する。
そして、ステップS190で、制御部160は、操作パネル120の位置が、1回目リターン振動における下死点を超え、且つ、引込み側(奥側)の上死点を超えたか否かを判定し、肯定判定すると、ステップS200に移行する。尚、ステップS190で、否定判定した場合は、ステップS130に戻り、ステップS130~ステップS190を繰り返す。
そして、ステップS200では、制御部160は、ステップS170で更新したブレーキパルスの波形となるように、あるいは、もともと設定されていたブレーキパルスの波形となるように、アクチュエータ130に対して、再生開始信号を出力する。これに伴って、アクチュエータ130の駆動回路131は、巻線コイル132に対して、更新した(あるいはもともとの)ブレーキパルスの波形となるように通電する。
以上のように、本実施形態では、制御部160は、隙間距離センサ150による操作パネル120の位置に基づいて、指操作の有無の判定、および操作パネル120の位相の把握を行うようにしている。これにより、隙間距離センサ150による操作パネル120の位置に基づいて、明確に指操作の有無、および操作パネル120の位相の把握ができる。
また、制御部160は、アクチュエータ130に対する加速パルスの付加の後に、操作パネル120の位相に応じて、ブレーキパルス付加のタイミングを設定して、ブレーキパルスの付加を行うようにしている。これにより、ブレーキパルス付加を行うにあたって、操作パネル120の位相に基づいたフィードバック制御が可能となる。
また、制御部160は、ブレーキパルス付加時の入力波形を、隙間距離センサ150による操作パネル120の振動位相、振動振幅、および振動周期に基づき決定する。そして、決定した入力波形が予め定めた許容範囲内であるか否かを判定して、肯定判定のとき、決定した入力波形に更新して使用し、否定判定のとき、決定した入力波形の更新を禁止するようにしている。これにより、決定した入力波形(ブレーキパルス)の良否を判定して、適切な入力波形を使用することができる。
(第3実施形態)
第3実施形態を図8に示す。第3実施形態は、ID入力波形において、ブレーキパルスの付加を複数回(ここでは2回)に分けたものとしている。
操作装置100においては、操作パネル120、アクチュエータ130、およびバネ部140の設定に応じて、操作パネル120の変位特性は変化し得る。よって、操作パネル120の変位特性からして、1回のブレーキパルスでは操作パネル120を停止できない場合は、予め、ブレーキパルスを複数(区間A、区間Bに)設けるようにするとよい。これにより、変位特性に応じた操作パネル120の適切な停止が可能となる。
(その他の実施形態)
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および/または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および/または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および/または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、更に請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
本実施形態では、操作装置100を、例えば、車両用空調装置の各種スイッチ部に適用した例を示したが、これに限らず、例えば、オーディオ機器用のスイッチ部や、遠隔操作用のタッチパッド等に適用してもよい。
100 操作装置
120 操作パネル(可動部)
130 アクチュエータ
140 バネ部
150 隙間距離センサ(位置センサ)
160 制御部

Claims (5)

  1. 操作者の指操作によって、押圧方向に可動する可動部(120)と、
    通電時に、前記可動部に対して前記押圧方向に吸引力を発生するアクチュエータ(130)と、
    前記吸引力が解除されると、前記可動部に対して前記押圧方向とは逆方向に反力を付与して、振動するバネ部(140)と、
    前記アクチュエータに対する通電のオンオフを制御する制御部(160)と、を備え、
    前記指操作があったときに、前記アクチュエータによる前記吸引力と、前記バネ部による前記反力とによって、前記可動部を介して前記操作者の指(F)に振動触覚を付与する操作装置であって、
    前記制御部は、前記振動触覚の付与のために、
    前記アクチュエータに対して所定時間、通電オンして、一旦、通電オフする加速パルスを付加すると共に、
    前記アクチュエータへの前記加速パルスの付加の後に、前記バネ部によって、前記可動部が、前記逆方向へ戻り、更に前記押圧方向へ反転した後に、前記押圧方向への最大位置から更に反転して、前記逆方向への逆最大位置に戻る間(A)において、前記吸引力のピーク値が発生するように再度、前記アクチュエータに対して通電オンするブレーキパルスを付加するようになっており、
    前記可動部の前記押圧方向における位置を検出する位置センサ(150)を備え、
    前記制御部は、
    前記位置センサによる前記可動部の位置に基づいて、前記指操作の有無の判定、および前記可動部の位相の把握を行い、
    前記アクチュエータに対する前記加速パルスの付加の後に、前記可動部の位相に応じて、前記ブレーキパルスの付加のタイミングを設定して、前記ブレーキパルスの付加を行い、
    前記ブレーキパルスの付加時の入力波形を、前記位置センサによる前記可動部の振動位相、振動振幅、および振動周期に基づき決定し、決定した前記入力波形が予め定めた許容範囲内であるか否かを判定して、肯定判定のとき、決定した前記入力波形に更新して使用し、否定判定のとき、決定した前記入力波形の更新を禁止する操作装置。
  2. 前記制御部は、予め設定された設定波形に基づいて、前記アクチュエータに対する前記加速パルスの付加、および前記ブレーキパルスの付加を行う請求項1に記載の操作装置。
  3. 前記可動部の前記押圧方向における位置を検出する位置センサ(150)を備え、
    前記制御部は、前記位置センサによる前記可動部の位置に基づいて、前記指操作の有無を判定する請求項2に記載の操作装置。
  4. 前記制御部は、前記アクチュエータに対する前記ブレーキパルスを付加する際に、ピーク出力の後に徐々にパルス出力を低減させる請求項1~請求項3のいずれか1つに記載の操作装置。
  5. 前記制御部は、前記アクチュエータに対する前記ブレーキパルスの付加を、複数回に分けて行う請求項1~請求項4のいずれか1つに記載の操作装置。
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