WO2015121971A1 - 触感提供装置、及び、システム - Google Patents

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遠藤　康浩
裕一 鎌田
谷中　聖志
宮本　晶規
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    • H04B7/26—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts at least one of which is mobile

Definitions

  • an object is to provide a tactile sensation providing apparatus and system that can provide a good tactile sensation.
  • FIG. 2 is a plan view showing the tactile sensation providing apparatus 100 according to the first embodiment
  • FIG. 3 is a diagram showing a cross section taken along the line AA of the tactile sensation providing apparatus 100 shown in FIG. 2 and 3, an XYZ coordinate system that is an orthogonal coordinate system is defined as shown.
  • the tactile sensation providing apparatus 100 includes a housing 110, a top panel 120, a double-sided tape 130, a vibration element 140, a touch panel 150, a display panel 160, and a substrate 170.
  • an ultrasonic band means a frequency band about 20 kHz or more, for example.
  • the frequency at which the vibration element 140 vibrates is equal to the frequency of the top panel 120, so that the vibration element 140 vibrates at the natural frequency of the top panel 120. Driven by.
  • the display panel 160 is driven and controlled by a driver IC (Integrated Circuit), which will be described later, and displays a GUI operation unit, images, characters, symbols, graphics, and the like in accordance with the operation status of the tactile sensation providing apparatus 100.
  • driver IC Integrated Circuit
  • the top panel 120 is a flat plate member.
  • the vibration element 140 see FIGS. 2 and 3
  • the top panel 120 is changed to (A) and (B) in FIG. By bending as shown, a standing wave is generated on the surface.
  • the drive control unit 240, the sine wave generator 310, and the amplitude modulator 320 constitute the drive control device 300.
  • the drive control unit 240 may be connected to another IC chip or the outside of the control unit 200. It may be provided as a processor.
  • data necessary for drive control of the drive control unit 240 is stored in a memory different from the memory 250 and provided in the drive control device 300. That's fine.
  • the driver IC 151 is connected to the touch panel 150, detects position data indicating a position where an operation input to the touch panel 150 has been performed, and outputs the position data to the control unit 200. As a result, the position data is input to the application processor 220 and the drive control unit 240. Note that inputting position data to the drive control unit 240 is equivalent to inputting position data to the drive control apparatus 300.
  • the amplitude modulator 320 can also modulate the ultrasonic band sine wave signal input from the sine wave generator 310 using an audible band sine wave signal.
  • the drive signal output from the amplitude modulator 320 is obtained by superimposing the audible band drive signal on the ultrasonic band drive signal, and the amplitude is set by the amplitude modulator 320.
  • FIG. 7 is a diagram showing data stored in the memory 250.
  • the drive control unit 240 turns off the vibration element 140.
  • the vibration element 140 may be turned off by setting the amplitude data to 0 by the drive control unit 240.
  • a good tactile sensation can be provided by using the curved glass top panel 120D.
  • it is effective when the surface of the target tangible object is curved.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a drive pattern of the vibration element 140 when a user inputs an operation to the tactile sensation providing apparatus 100E according to the second embodiment.
  • FIG. 17A shows a state in which the fingertip of the user touches the top panel 120 of the tactile sensation providing apparatus 100E and traces the image 520A displayed on the display panel 160.
  • the drive control unit 240 drives the vibration element 140 based on the tactile data.
  • the tactile sensation data includes coordinate data and amplitude data. Therefore, the drive control unit 240 outputs amplitude data corresponding to the position data input from the driver IC 151.
  • the driving pattern in the three sections is realized by the amplitude data included in the tactile sensation data.
  • the amplitude decreases from a large state, the dynamic friction force increases at the fingertip of the user, so that the user feels that a convex portion exists on the surface of the top panel 120 when the dynamic friction force increases.
  • the coordinate data of the tactile sensation data represents the coordinates of the eyelid mark 120A, and when the operation input is performed inside the eyelid mark 120A of the top panel 120, the drive control unit 240 drives the vibration element 140.
  • the short-range wireless communication device 800 can communicate with the smartphone terminal 600A in a wireless state, such as Bluetooth (registered trademark), and is connected to the tactile sensation providing device 100H via the data cable 810.
  • the short-range wireless communication device 800 is an example of an input device.

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Abstract

　良好な触感を提供できる触感提供装置、及び、システムを提供することを課題とする。　触感提供装置は、操作入力に応じた信号を出力するタッチパネルと、前記タッチパネルの裏面側に配設されるディスプレイパネルと、前記タッチパネルに操作入力を行う操作面に振動を発生させる第１振動素子と、対象有体物の画像と、前記画像の中での位置と、前記位置における前記対象有体物の触感に対応する振幅とを関連付けた触感データを格納するメモリと、前記操作面に超音波帯の固有振動を発生させる駆動信号で前記第１振動素子を駆動する駆動制御部とを含み、前記駆動制御部は、前記タッチパネルへの操作入力の位置と、前記触感データに含まれる前記画像の中での位置とに基づいて、前記駆動信号の振幅を調整する。

Description

触感提供装置、及び、システム
　本発明は、触感提供装置、及び、システムに関する。
　従来より、表示手段と、使用者の操作部位の前記表示手段への接触状態を検出する接触検出手段と、前記表示手段に接触している前記操作部位に対し、所定の触感を与える触感振動を発生させる触感振動発生手段とを備える触感呈示装置がある（例えば、特許文献１参照）。
　この触感呈示装置は、さらに、前記接触検出手段による検出結果に基づいて、前記触感振動を発生させるための波形データを生成する振動波形データ生成手段を備える。また、この触感呈示装置は、さらに、前記振動波形データ生成手段により生成された前記波形データに対し超音波を搬送波として変調処理を行い、該変調処理により生成された超音波変調信号を、前記触感振動を発生させるための信号として前記触感振動発生手段に出力する超音波変調手段とを備える。
　また、前記超音波変調手段は、周波数変調又は位相変調のどちらか一方を行う。また、前記超音波変調手段は、更に振幅変調を行う。
特開２０１０－２３１６０９号公報
　ところで、従来の触感呈示装置の超音波の周波数は、可聴帯域より高い周波数（およそ２０ｋＨｚ以上）であればよく、超音波の周波数自体に特に工夫はなされていないため、良好な触感を提供できないおそれがある。
　そこで、良好な触感を提供できる触感提供装置、及び、システムを提供することを目的とする。
　本発明の実施の形態の触感提供装置は、操作入力に応じた信号を出力するタッチパネルと、前記タッチパネルの裏面側に配設されるディスプレイパネルと、前記タッチパネルに操作入力を行う操作面に振動を発生させる第１振動素子と、対象有体物の画像と、前記画像の中での位置と、前記位置における前記対象有体物の触感に対応する振幅とを関連付けた触感データを格納するメモリと、前記操作面に超音波帯の固有振動を発生させる駆動信号で前記第１振動素子を駆動する駆動制御部とを含み、前記駆動制御部は、前記タッチパネルへの操作入力の位置と、前記触感データに含まれる前記画像の中での位置とに基づいて、前記駆動信号の振幅を調整する。
　良好な触感を提供できる触感提供装置、及び、システムを提供することができる。
実施の形態１の触感提供装置１００の利用態様の一例を示す図である。 実施の形態１の触感提供装置１００を示す平面図である。 図２に示す触感提供装置１００のＡ－Ａ矢視断面を示す図である。 超音波帯の固有振動によってトップパネル１２０に生じる定在波のうち、トップパネル１２０の短辺に平行に形成される波頭を示す図である。 触感提供装置１００のトップパネル１２０に生じさせる超音波帯の固有振動により、操作入力を行う指先に掛かる動摩擦力が変化する様子を説明する図である。 実施の形態１の触感提供装置１００の構成を示す図である。 メモリ２５０に格納されるデータを示す図である。 実施の形態１の触感提供装置１００に利用者が操作入力を行った場合における振動素子１４０の駆動パターンを示す図である。 実施の形態１の触感提供装置１００の駆動制御部２４０が実行する処理を示すフローチャートを示す図である。 実施の形態１の触感提供装置１００で用いる触感データの取得方法を説明する図である。 実施の形態１の触感提供装置１００で用いる触感データの取得方法を説明する図である。 実施の形態１の第１変形例の触感提供装置１００Ａを示す図である。 実施の形態１の第２変形例の触感提供装置１００Ｂを示す図である。 実施の形態１の第３変形例の触感提供装置１００Ｃを示す図である。 実施の形態１の第４変形例の触感提供装置１００Ｄの動作状態を示す平面図である。 実施の形態２の触感提供装置１００Ｅの利用態様の一例を示す図である。 実施の形態２の触感提供装置１００Ｅに利用者が操作入力を行った場合における振動素子１４０の駆動パターンを示す図である。 実施の形態３の触感提供装置１００Ｆの利用態様の一例を示す図である。 実施の形態３の触感提供装置１００Ｆに利用者が操作入力を行った場合における振動素子１４０の駆動パターンを示す図である。 実施の形態４の触感提供装置１００Ｇの利用態様の一例を示す図である。 実施の形態４の触感提供装置１００Ｇを示す平面図である。 図２１に示す触感提供装置１００ＧのＡ－Ａ矢視断面を示す図である。 実施の形態５の触感提供装置１００Ｈの利用態様を説明する図である。 実施の形態５の触感提供装置１００Ｈの利用態様を説明する図である。
　以下、本発明の触感提供装置、及び、システムを適用した実施の形態について説明する。
　＜実施の形態１＞
　図１は、実施の形態１の触感提供装置１００の利用態様の一例を示す図である。
　触感提供装置１００は、博物館のショーケース５００の前に設置されている。ショーケース５００は、透明なガラス製のケースであり、内部には壺５１０が配設されている。また、触感提供装置１００は、トップパネル１２０、タッチパネル１５０、及びディスプレイパネル１６０を含み、ディスプレイパネル１６０には壺５１０の画像５１０Ａが表示されている。
　博物館の来場者は、壺５１０に直接触ることはできないが、触感提供装置１００のタッチパネル１５０の前面にあるトップパネル１２０に触れて、ディスプレイパネル１６０に表示されている画像５１０Ａをなぞると、触感提供装置１００が振動することにより、来場者の指先に壺５１０の表面に触れたような触感を提供する。壺５１０は、対象有体物の一例である。
　実施の形態１の触感提供装置１００は、このように、実物に触れなくても、トップパネル１２０に触れることにより、実物を触れるような擬似的な触感を提供する。
　図２は、実施の形態１の触感提供装置１００を示す平面図であり、図３は、図２に示す触感提供装置１００のＡ－Ａ矢視断面を示す図である。なお、図２及び図３では、図示するように直交座標系であるＸＹＺ座標系を定義する。
　触感提供装置１００は、筐体１１０、トップパネル１２０、両面テープ１３０、振動素子１４０、タッチパネル１５０、ディスプレイパネル１６０、及び基板１７０を含む。
　筐体１１０は、例えば、樹脂製であり、図３に示すように凹部１１１に基板１７０、ディスプレイパネル１６０、及びタッチパネル１５０が配設されるとともに、両面テープ１３０によってトップパネル１２０が接着されている。
　トップパネル１２０は、平面視で長方形の薄い平板状の部材であり、透明なガラス、又は、ポリカーボネートのような強化プラスティックで作製される。トップパネル１２０の表面（Ｚ軸正方向側の面）は、触感提供装置１００の利用者が操作入力を行う操作面の一例である。
　トップパネル１２０は、Ｚ軸負方向側の面に振動素子１４０が接着され、平面視における四辺が両面テープ１３０によって筐体１１０に接着されている。なお、両面テープ１３０は、トップパネル１２０の四辺を筐体１１０に接着できればよく、図３に示すように矩形環状である必要はない。
　トップパネル１２０のＺ軸負方向側にはタッチパネル１５０が配設される。トップパネル１２０は、タッチパネル１５０の表面を保護するために設けられている。なお、トップパネル１２０の表面に、さらに別なパネル又は保護膜等が設けられていてもよい。
　トップパネル１２０は、Ｚ軸負方向側の面に振動素子１４０が接着された状態で、振動素子１４０が駆動されることによって振動する。実施の形態１では、トップパネル１２０の固有振動周波数でトップパネル１２０を振動させて、トップパネル１２０に定在波を生じさせる。ただし、トップパネル１２０には振動素子１４０が接着されているため、実際には、振動素子１４０の重さ等を考慮した上で、固有振動周波数を決めることが好ましい。
　振動素子１４０は、トップパネル１２０のＺ軸負方向側の面において、Ｙ軸正方向側において、Ｘ軸方向に伸延する短辺に沿って接着されている。振動素子１４０は、超音波帯の振動を発生できる素子であればよく、例えば、ピエゾ素子のような圧電素子を含むものを用いることができる。
　振動素子１４０は、後述する駆動制御部から出力される駆動信号によって駆動される。振動素子１４０が発生する振動の振幅（強度）及び周波数は駆動信号によって設定される。また、振動素子１４０のオン／オフは駆動信号によって制御される。
　なお、超音波帯とは、例えば、約２０ｋＨｚ以上の周波数帯をいう。実施の形態１の触感提供装置１００では、振動素子１４０が振動する周波数は、トップパネル１２０の振動数と等しくなるため、振動素子１４０は、トップパネル１２０の固有振動数で振動するように駆動信号によって駆動される。
　タッチパネル１５０は、ディスプレイパネル１６０の上（Ｚ軸正方向側）で、トップパネル１２０の下（Ｚ軸負方向側）に配設されている。タッチパネル１５０は、触感提供装置１００の利用者がトップパネル１２０に触れる位置（以下、操作入力の位置と称す）を検出する座標検出部の一例である。
　タッチパネル１５０の下にあるディスプレイパネル１６０には、ＧＵＩ(Graphic User Interface)による様々なボタン等（以下、ＧＵＩ操作部と称す）が表示される。このため、触感提供装置１００の利用者は、通常、ＧＵＩ操作部を操作するために、指先でトップパネル１２０に触れる。
　タッチパネル１５０は、利用者のトップパネル１２０への操作入力の位置を検出できる座標検出部であればよく、例えば、静電容量型又は抵抗膜型の座標検出部であればよい。ここでは、タッチパネル１５０が静電容量型の座標検出部である形態について説明する。タッチパネル１５０とトップパネル１２０との間に隙間があっても、静電容量型のタッチパネル１５０は、トップパネル１２０への操作入力を検出できる。
　また、ここでは、タッチパネル１５０の入力面側にトップパネル１２０が配設される形態について説明するが、トップパネル１２０はタッチパネル１５０と一体的であってもよい。この場合、タッチパネル１５０の表面が図２及び図３に示すトップパネル１２０の表面になり、操作面を構築する。また、図２及び図３に示すトップパネル１２０を省いた構成であってもよい。この場合も、タッチパネル１５０の表面が操作面を構築する。また、この場合には、操作面を有する部材を、当該部材の固有振動で振動させればよい。
　また、タッチパネル１５０が静電容量型の場合は、トップパネル１２０の上にタッチパネル１５０が配設されていてもよい。この場合も、タッチパネル１５０の表面が操作面を構築する。また、タッチパネル１５０が静電容量型の場合は、図２及び図３に示すトップパネル１２０を省いた構成であってもよい。この場合も、タッチパネル１５０の表面が操作面を構築する。また、この場合には、操作面を有する部材を、当該部材の固有振動で振動させればよい。
　ディスプレイパネル１６０は、例えば、液晶ディスプレイパネル又は有機ＥＬ(Electroluminescence)パネル等の画像を表示できる表示部であればよい。ディスプレイパネル１６０は、筐体１１０の凹部１１１の内部で、図示を省略するホルダ等によって基板１７０の上（Ｚ軸正方向側）に設置される。
　ディスプレイパネル１６０は、後述するドライバＩＣ(Integrated Circuit)によって駆動制御が行われ、触感提供装置１００の動作状況に応じて、ＧＵＩ操作部、画像、文字、記号、図形等を表示する。
　基板１７０は、筐体１１０の凹部１１１の内部に配設される。基板１７０の上には、ディスプレイパネル１６０及びタッチパネル１５０が配設される。ディスプレイパネル１６０及びタッチパネル１５０は、図示を省略するホルダ等によって基板１７０及び筐体１１０に固定されている。
　基板１７０には、後述する駆動制御装置の他に、触感提供装置１００の駆動に必要な種々の回路等が実装される。
　以上のような構成の触感提供装置１００は、トップパネル１２０に利用者の指が接触し、指先の移動を検出すると、基板１７０に実装される駆動制御部が振動素子１４０を駆動し、トップパネル１２０を超音波帯の周波数で振動させる。この超音波帯の周波数は、トップパネル１２０と振動素子１４０とを含む共振系の共振周波数であり、トップパネル１２０に定在波を発生させる。
　触感提供装置１００は、超音波帯の定在波を発生させることにより、トップパネル１２０を通じて利用者に触感を提供する。
　次に、図４を用いて、トップパネル１２０に発生させる定在波について説明する。
　図４は、超音波帯の固有振動によってトップパネル１２０に生じる定在波のうち、トップパネル１２０の短辺に平行に形成される波頭を示す図であり、図４の（Ａ）は側面図、（Ｂ）は斜視図である。図４の（Ａ）、（Ｂ）では、図２及び図３と同様のＸＹＺ座標を定義する。なお、図４の（Ａ）、（Ｂ）では、理解しやすさのために、定在波の振幅を誇張して示す。また、図４の（Ａ）、（Ｂ）では振動素子１４０を省略する。
　トップパネル１２０のヤング率Ｅ、密度ρ、ポアソン比δ、長辺寸法ｌ、厚さｔと、長辺方向に存在する定在波の周期数ｋとを用いると、トップパネル１２０の固有振動数（共振周波数）ｆは次式（１）、（２）で表される。定在波は１／２周期単位で同じ波形を有するため、周期数ｋは、０．５刻みの値を取り、０．５、１、１．５、２・・・となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　なお、式（２）の係数αは、式（１）におけるｋ２以外の係数をまとめて表したものである。
　図４の（Ａ）、（Ｂ）に示す定在波は、一例として、周期数ｋが１０の場合の波形である。例えば、トップパネル１２０として、長辺の長さｌが１４０ｍｍ、短辺の長さが８０ｍｍ、厚さｔが０．７ｍｍのGorilla（登録商標）ガラスを用いる場合には、周期数ｋが１０の場合に、固有振動数ｆは３３．５ｋＨｚとなる。この場合は、周波数が３３．５ｋＨｚの駆動信号を用いればよい。
　トップパネル１２０は、平板状の部材であるが、振動素子１４０（図２及び図３参照）を駆動して超音波帯の固有振動を発生させると、図４の（Ａ）、（Ｂ）に示すように撓むことにより、表面に定在波が生じる。
　なお、ここでは、１つの振動素子１４０がトップパネル１２０のＺ軸負方向側の面において、Ｙ軸正方向側において、Ｘ軸方向に伸延する短辺に沿って接着される形態について説明するが、振動素子１４０を２つ用いてもよい。２つの振動素子１４０を用いる場合は、もう１つの振動素子１４０をトップパネル１２０のＺ軸負方向側の面において、Ｙ軸負方向側において、Ｘ軸方向に伸延する短辺に沿って接着すればよい。この場合に、２つの振動素子１４０は、トップパネル１２０の２つの短辺に平行な中心線を対称軸として、軸対称になるように配設すればよい。
　また、２つの振動素子１４０を駆動する場合は、周期数ｋが整数の場合は同一位相で駆動すればよく、周期数ｋが奇数の場合は逆位相で駆動すればよい。
　次に、図５を用いて、触感提供装置１００のトップパネル１２０に生じさせる超音波帯の固有振動について説明する。
　図５は、触感提供装置１００のトップパネル１２０に生じさせる超音波帯の固有振動により、操作入力を行う指先に掛かる動摩擦力が変化する様子を説明する図である。図５の（Ａ）、（Ｂ）では、利用者が指先でトップパネル１２０に触れながら、指をトップパネル１２０の奥側から手前側に矢印に沿って移動する操作入力を行っている。なお、振動のオン／オフは、振動素子１４０（図２及び図３参照）をオン／オフすることによって行われる。
　また、図５の（Ａ）、（Ｂ）では、トップパネル１２０の奥行き方向において、振動がオフの間に指が触れる範囲をグレーで示し、振動がオンの間に指が触れる範囲を白く示す。
　超音波帯の固有振動は、図４に示すようにトップパネル１２０の全体に生じるが、図５の（Ａ）、（Ｂ）には、利用者の指がトップパネル１２０の奥側から手前側に移動する間に振動のオン／オフを切り替える動作パターンを示す。
　このため、図５の（Ａ）、（Ｂ）では、トップパネル１２０の奥行き方向において、振動がオフの間に指が触れる範囲をグレーで示し、振動がオンの間に指が触れる範囲を白く示す。
　図５の（Ａ）に示す動作パターンでは、利用者の指がトップパネル１２０の奥側にあるときに振動がオフであり、指を手前側に移動させる途中で振動がオンになっている。
　一方、図５の（Ｂ）に示す動作パターンでは、利用者の指がトップパネル１２０の奥側にあるときに振動がオンであり、指を手前側に移動させる途中で振動がオフになっている。
　ここで、トップパネル１２０に超音波帯の固有振動を生じさせると、トップパネル１２０の表面と指との間にスクイーズ効果による空気層が介在し、指でトップパネル１２０の表面をなぞったときの動摩擦係数が低下する。
　従って、図５の（Ａ）では、トップパネル１２０の奥側にグレーで示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は大きく、トップパネル１２０の手前側に白く示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は小さくなる。
　このため、図５の（Ａ）に示すようにトップパネル１２０に操作入力を行う利用者は、振動がオンになると、指先に掛かる動摩擦力の低下を感知し、指先の滑り易さを知覚することになる。このとき、利用者はトップパネル１２０の表面がより滑らかになることにより、動摩擦力が低下するときに、トップパネル１２０の表面に凹部が存在するように感じる。
　一方、図５の（Ｂ）では、トップパネル１２０の奥前側に白く示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は小さく、トップパネル１２０の手前側にグレーで示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は大きくなる。
　このため、図５の（Ｂ）に示すようにトップパネル１２０に操作入力を行う利用者は、振動がオフになると、指先に掛かる動摩擦力の増大を感知し、指先の滑り難さ、あるいは、引っ掛かる感じを知覚することになる。そして、指先が滑りにくくなることにより、動摩擦力が高くなるときに、トップパネル１２０の表面に凸部が存在するように感じる。
　以上より、図５の（Ａ）と（Ｂ）の場合は、利用者は指先で凹凸を感じ取ることができる。このように人間が凹凸の知覚することは、例えば、"触感デザインのための印刷物転写法とSticky-band Illusion"(第11回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会論文集 (SI2010, 仙台)____174-177, 2010-12)に記載されている。また、"Fishbone Tactile Illusion"(日本バーチャルリアリティ学会第10 回大会論文集(2005 年9 月))にも記載されている。
　なお、ここでは、振動のオン／オフを切り替える場合の動摩擦力の変化について説明したが、これは、振動素子１４０の振幅（強度）を変化させた場合も同様である。
　次に、図６を用いて、実施の形態１の触感提供装置１００の構成について説明する。
　図６は、実施の形態１の触感提供装置１００の構成を示す図である。
　触感提供装置１００は、振動素子１４０、アンプ１４１、タッチパネル１５０、ドライバＩＣ(Integrated Circuit)１５１、ディスプレイパネル１６０、ドライバＩＣ１６１、制御部２００、正弦波発生器３１０、及び振幅変調器３２０を含む。
　制御部２００は、アプリケーションプロセッサ２２０、駆動制御部２４０、及びメモリ２５０を有する。制御部２００は、例えば、ＩＣチップで実現される。
　また、駆動制御部２４０、正弦波発生器３１０、及び振幅変調器３２０は、駆動制御装置３００を構築する。なお、ここでは、アプリケーションプロセッサ２２０、駆動制御部２４０、及びメモリ２５０が１つの制御部２００によって実現される形態について説明するが、駆動制御部２４０は、制御部２００の外部に別のＩＣチップ又はプロセッサとして設けられていてもよい。この場合には、メモリ２５０に格納されているデータのうち、駆動制御部２４０の駆動制御に必要なデータは、メモリ２５０とは別のメモリに格納して、駆動制御装置３００の内部に設ければよい。
　図６では、筐体１１０、トップパネル１２０、両面テープ１３０、及び基板１７０（図２参照）は省略する。また、ここでは、アンプ１４１、ドライバＩＣ１５１、ドライバＩＣ１６１、駆動制御部２４０、メモリ２５０、正弦波発生器３１０、及び振幅変調器３２０について説明する。
　アンプ１４１は、駆動制御装置３００と振動素子１４０との間に配設されており、駆動制御装置３００から出力される駆動信号を増幅して振動素子１４０を駆動する。
　ドライバＩＣ１５１は、タッチパネル１５０に接続されており、タッチパネル１５０への操作入力があった位置を表す位置データを検出し、位置データを制御部２００に出力する。この結果、位置データは、アプリケーションプロセッサ２２０と駆動制御部２４０に入力される。なお、位置データが駆動制御部２４０に入力されることは、位置データが駆動制御装置３００に入力されることと等価である。
　ドライバＩＣ１６１は、ディスプレイパネル１６０に接続されており、駆動制御装置３００から出力される描画データをディスプレイパネル１６０に入力し、描画データに基づく画像をディスプレイパネル１６０に表示させる。これにより、ディスプレイパネル１６０には、描画データに基づくＧＵＩ操作部又は画像等が表示される。
　アプリケーションプロセッサ２２０は、触感提供装置１００の利用者が操作するのに必要なＧＵＩ操作部、画像、文字、記号、図形等を表す描画データをドライバＩＣ１６１に出力する。
　通信プロセッサ２３０は、触感提供装置１００が例えばWiFi、Bluetooth（登録商標）、又は非接触近距離通信等の通信を行うために必要な処理を実行する。なお、触感提供装置１００が特に通信を行わない場合は、触感提供装置１００は通信プロセッサ２３０を含まなくてよい。
　駆動制御部２４０は、振幅を表す振幅データを振幅変調器３２０に出力する。振幅データは、振動素子１４０の駆動に用いる駆動信号の強度を調整するための振幅値を表すデータである。振幅を表す振幅データは、メモリ２５０に格納しておけばよい。
　また、実施の形態１の触感提供装置１００は、利用者の指先がトップパネル１２０の表面に沿って移動したときに、指先に掛かる動摩擦力を変化させるためにトップパネル１２０を振動させる。
　トップパネル１２０の表面に触れた指先を移動させる操作入力の種類としては、例えば、所謂フリック操作、スワイプ操作、及びドラッグ操作がある。
　フリック操作は、指先をトップパネル１２０の表面に沿って、はじく（スナップする）ように比較的短い距離移動させる操作である。スワイプ操作は、指先をトップパネル１２０の表面に沿って掃くように比較的長い距離移動させる操作である。また、ドラッグ操作は、例えば、ディスプレイパネル５１０に表示されたボタン等をスライドさせる場合に、ボタン等を選択しながら指先をトップパネル１２０の表面に沿って移動させる操作である。
　ここで一例として挙げるフリック操作、スワイプ操作、及びドラッグ操作のように、トップパネル１２０の表面に触れた指先を移動させる操作入力は、ディスプレイパネル１６０に表示されるＧＵＩ操作部等の種類によって使い分けられる。
　また、駆動制御部２４０は、上述のような処理に加えて、位置データの時間的変化度合に応じて振幅値を設定してもよい。
　ここで、位置データの時間的変化度合としては、利用者の指先がトップパネル１２０の表面に沿って移動する速度を用いる。利用者の指先の移動速度は、ドライバＩＣ１５１から入力される位置データの時間的な変化度合に基づいて、駆動制御部２４０が算出すればよい。
　実施の形態１の触感提供装置１００は、一例として、指先の移動速度に関わらずに利用者が指先から感知する触感を一定にするために、移動速度が高いほど振幅値を小さくし、移動速度が低いほど振幅値を大きくする。
　このような振幅値を表す振幅データと移動速度との関係を表すデータは、メモリ２５０に格納しておけばよい。
　なお、ここでは、振幅値を表す振幅データと移動速度との関係を表すデータを用いて移動速度に応じた振幅値を設定する形態について説明するが、次式（３）を用いて振幅値Ａを算出してもよい。式（３）で算出される振幅値Ａは、移動速度が高いほど小さくなり、移動速度が低いほど大きくなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　ここで、Ａ０は振幅の基準値であり、Ｖは指先の移動速度であり、ａは所定の定数である。式（３）を用いて振幅値Ａを算出する場合は、式（３）を表すデータと、振幅の基準値Ａ０と所定の定数ａを表すデータとをメモリ２５０に格納しておけばよい。
　駆動制御部２４０は、移動速度が所定の閾値速度以上になったときに、振動素子１４０を振動させる。
　従って、駆動制御部２４０が出力する振幅データが表す振幅値は、移動速度が所定の閾値速度未満のときはゼロであり、移動速度が所定の閾値速度以上になると、移動速度に応じて所定の振幅値に設定される。移動速度が所定の閾値速度以上のときには、移動速度が高いほど振幅値は小さく設定され、移動速度が低いほど振幅値を大きく設定される。
　メモリ２５０は、操作入力が行われるＧＵＩ操作部等を表す座標データと、振幅データを表すパターンデータとを関連付けたデータを格納する。
　正弦波発生器３１０は、トップパネル１２０を固有振動数で振動させるための駆動信号を生成するのに必要な正弦波を発生させる。例えば、トップパネル１２０を３３．５ｋＨｚの固有振動数ｆで振動させる場合は、正弦波の周波数は、３３．５ｋＨｚとなる。正弦波発生器３１０は、超音波帯の正弦波信号を振幅変調器３２０に入力する。
　振幅変調器３２０は、駆動制御部２４０から入力される振幅データを用いて、正弦波発生器３１０から入力される正弦波信号の振幅を変調して駆動信号を生成する。振幅変調器３２０は、基本的な動作としては、正弦波発生器３１０から入力される超音波帯の正弦波信号の振幅を変調し、周波数及び位相は変調せずに、駆動信号を生成する。
　このため、振幅変調器３２０が出力する駆動信号は、正弦波発生器３１０から入力される超音波帯の正弦波信号の振幅のみを変調した超音波帯の正弦波信号である。なお、振幅データがゼロの場合は、駆動信号の振幅はゼロになる。これは、振幅変調器３２０が駆動信号を出力しないことと等しい。
　また、振幅変調器３２０は、正弦波発生器３１０から入力される超音波帯の正弦波信号を、可聴帯域の正弦波の信号を用いて変調することもできる。この場合は、振幅変調器３２０が出力する駆動信号は、超音波帯の駆動信号に、可聴帯域の駆動信号を重畳したものとなり、振幅は振幅変調器３２０によって設定される。
　次に、図７を用いて、メモリ２５０に格納されるデータについて説明する。
　図７は、メモリ２５０に格納されるデータを示す図である。
　図７の（Ａ）に示すデータは、ＩＤ（IDentification）、画像データ、座標データ、及び振幅データを関連付けた触感データである。
　ＩＤは、触感データの識別子である。図７の（Ａ）には、ＩＤの一例として、００１、００２、００３、００４・・・を示す。
　画像データは、図１に示す壺５１０の画像５１０Ａのような対象有体物の画像を表すデータである。図７の（Ａ）には、Ｉ００１、Ｉ００２、Ｉ００３、Ｉ００４、・・・の画像データを示す。
　座標データは、画像データの中における画像の座標を表すデータである。例えば、座標は、ピクセル毎に割り当てられてもよいし、一定数のピクセルを１つの単位領域として各単位領域に割り当てられてもよい。図７の（Ａ）には、f1~f4の座標データを示す。
　振幅データは、振動素子１４０の駆動に用いる駆動信号の強度を調整するための振幅値を表すデータであり、各座標データで表される領域に割り当てられる。図７の（Ａ）には、振幅データＡ１（Ｘ，Ｙ）、Ａ２（Ｘ、Ｙ）、Ａ３（Ｘ、Ｙ）、Ａ４（Ｘ、Ｙ）を示す。
　なお、各座標データで表される領域に割り当てられる振幅データの振幅値は、例えば、３Ｄスキャン等で対象有体物の実物の表面の形状及び凹凸等を計測し、計測値に応じて、トップパネル１２０の超音波帯の固有振動によって利用者の指先に対象有体物の形状及び凹凸等を知覚させることができるような振幅値に設定すればよい。
　図７の（Ｂ）に示すデータは、振幅値の増幅率を表す増幅率データと、移動速度とを関連付けたデータである。図７の（Ｂ）に示すデータによれば、移動速度Ｖが０以上ｂ１未満（０≦Ｖ＜ｂ１）のときは増幅率を０に設定し、移動速度Ｖがｂ１以上ｂ２未満（ｂ１≦Ｖ＜ｂ２）のときは増幅率をＧ１に設定し、移動速度Ｖがｂ２以上ｂ３未満（ｂ２≦Ｖ＜ｂ３）のときは、増幅率をＧ２に設定することになる。
　例えば、指先の移動速度に関わらずに利用者が指先から感知する触感を一定にするために、移動速度が高いほど図７の（Ｂ）に示す増幅率データを用いて振幅値を小さくし、移動速度が低いほど増幅率データを用いて振幅値を大きくすることができる。
　図８は、実施の形態１の触感提供装置１００に利用者が操作入力を行った場合における振動素子１４０の駆動パターンを示す図である。
　図８の（Ａ）には、利用者の指先が触感提供装置１００のトップパネル１２０に触れて、ディスプレイパネル１６０に表示されている画像５１０Ａをなぞる様子を示す。
　図８の（Ｂ）において、横軸は図８の（Ａ）において利用者の指先が画像５１０Ａをなぞる方向における位置を示し、縦軸は駆動信号の振幅を示す。ここでは、横軸方向に点Ａ～Ｄを示す。図８の（Ｂ）は、利用者の指先が画像５１０Ａをなぞる場合の駆動パターンの一例を示す。
　図８において、点Ａで操作入力が開始されるが、点Ａは壺５１０を表す画像５１０Ａの領域外であるため、この時点では駆動制御部２４０は振動素子１４０を駆動しない。このため、振幅は０である。
　利用者の指先が移動して点Ｂに達すると、点Ｂは壺５１０を表す画像５１０Ａの領域内であるため、駆動制御部２４０は、触感データに基づいて振動素子１４０を駆動する。触感データは、図７の（Ａ）に示すように、座標データと振幅データを含むため、駆動制御部２４０は、ドライバＩＣ１５１から入力される位置データに対応する振幅データを出力する。
　このような駆動制御部２４０の処理により、操作入力の位置が点Ｂから点Ｃまで移動すると、点Ｂから徐々に振幅が大きくなり、振幅が最大になった後、点Ｃに向けて振幅が減少するような駆動パターンで振動素子１４０が駆動される。
　このような点Ｂと点Ｃとの間の駆動パターンは、指先にかかる動摩擦力が点Ｂから点Ｃにむかって徐々に低下し、振幅が最大になる位置で動摩擦力が最小になり、その後、点Ｃに向かって動摩擦力が徐々に増大するような触感を指先に提供する。
　このような触感は、図１に示す実物の壺５１０の表面に人間が触れたときに、ツルッと指先が滑るような触感を再現したものである。
　利用者の指先の位置が点Ｃを過ぎると、操作入力の位置は壺５１０を表す画像５１０Ａの領域外にあるため、駆動制御部２４０は振動素子１４０を停止する。このため、点Ｃから点Ｄまでの間は、振幅が０になる。
　このような駆動パターンは、周波数が３５ｋＨｚで、振幅データに基づいて振幅を変化させる駆動信号を表す。
　操作入力の位置が画像５１０Ａの表示領域に到達すると、振動素子１４０がオンになり、利用者の指先にかかる動摩擦係数はスクイーズ効果によって低下し、指先はトップパネル１２０の表面を移動しやすい状態になる。
　また、操作入力の位置が画像５１０Ａの表示領域に到達すると、駆動制御部２４０は振動素子１４０をオフにする。振動素子１４０をオフにすることは、駆動制御部２４０が振幅データを０にすることによって行えばよい。
　振動素子１４０がオフにされると、トップパネル１２０の超音波帯の固有振動がオフにされるため、利用者の指先にかかる動摩擦力は増大し、利用者は指先の滑り難さ、あるいは、引っ掛かる感じを知覚することになる。そして、指先が滑りにくくなることにより、動摩擦力が高くなるときに、トップパネル１２０の表面に凸部が存在するように感じる。
　図９は、実施の形態１の触感提供装置１００の駆動制御部２４０が実行する処理を示すフローチャートを示す図である。
　駆動制御部２４０は、まず、操作入力があるかどうかを判定する（ステップＳ１）。操作入力の有無は、ドライバＩＣ１５１（図６参照）から位置データが入力されるかどうかで判定すればよい。
　駆動制御部２４０は、操作入力があったと判定すると（Ｓ１：ＹＥＳ）、操作入力の位置が画像５１０Ａの表示領域内であるかどうかを判定する（ステップＳ２）。画像５１０Ａの表示領域内であるかどうかで、振動素子１４０の駆動状態（オン／オフ）が異なるからである。
　駆動制御部２４０は、画像５１０Ａの表示領域内である（Ｓ２：ＹＥＳ）と判定すると、フローをステップＳ３に進行させる。
　駆動制御部２４０は、触感データを用いて振動素子１４０を駆動する（ステップＳ３）。駆動制御部２４０は、ドライバＩＣ１５１から入力される位置データに対応する振幅データを触感データから抽出し、出力する。これにより、振幅データに基づく振動素子１４０の駆動が行われる。
　次いで、駆動制御部２４０は、操作入力があるかどうかを判定する（ステップＳ４）。操作入力の有無は、ドライバＩＣ１５１（図６参照）から位置データが入力されるかどうかで判定すればよい。
　駆動制御部２４０は、操作入力があったと判定すると（Ｓ４：ＹＥＳ）、フローをステップＳ２にリターンする。
　一方、駆動制御部２４０は、操作入力がないと判定すると（Ｓ４：ＮＯ）、一連の処理を終了する（エンド）。操作入力がない場合は、利用者が操作を行っていない場合であるため、振動素子１４０を駆動する必要がないからである。
　なお、駆動制御部２４０は、ステップＳ２において、操作入力の位置が画像５１０Ａの表示領域の内部にない（Ｓ２：ＮＯ）と判定すると、フローをステップＳ４に進行させる。ステップＳ４で操作入力の有無を判定し、操作入力があればフローをステップＳ２にリターンする。
　図１０及び図１１は、実施の形態１の触感提供装置１００で用いる触感データの取得方法を説明する図である。
　図１０の（Ａ）に示すように、触感提供装置１００（図１乃至３参照）の利用者は、自己のスマートフォン端末機６００で、触感データがアップロードされているサイトにアクセスし、ダウンロード（ＤＬ）ボタン６０１に触れることにより、好みの触感データをダウンロードすることができる。
　図１０の（Ｂ）には、３種類の触感データ６１１Ａ、６１１Ｂ、６１１Ｃをスマートフォン端末機６００のメモリ６２０に格納した状態を示す。なお、スマートフォン端末機６００は、タッチパネルを入力操作部とするとしており、触感データをダウンロードするアプリケーションを実行すると、図１０の（Ａ）に示すようにディスプレイパネルにダウンロード（ＤＬ）ボタン６０１がＧＵＩボタンとして表示され、タッチパネルに操作入力を行うことができる。
　また、図１１には、サーバ７００にＩＤが００１１、００１２、００１３・・・の触感データがアップロードされており、利用者が必要な触感データだけを自己のスマートフォン端末機６００にダウンロードする様子を示す。
　このように、利用者は、そのときに触感を得たい対象有体物の触感データだけを自己のスマートフォン端末機６００にダウンロードするようにしてもよい。
　以上、実施の形態１の触感提供装置１００によれば、トップパネル１２０の超音波帯の固有振動を発生させて利用者の指先に掛かる動摩擦力を変化させるので、利用者に良好な触感を提供することができる。
　また、実施の形態１の触感提供装置１００は、画像データの中における画像の座標を表す座標データと、振動素子１４０の駆動に用いる駆動信号の強度を調整するための振幅値を表す振幅データを関連付けた触感データを用いて、操作入力の位置に応じた振幅データを出力する。
　このため、利用者が触感提供装置１００のディスプレイパネル１６０に表示される対象有体物の画像をなぞることにより、対象有体物の実物の表面をなぞっているような触感を利用者に提供することができる。
　特に、対象有体物が、美術品又は工芸品等で実物に触れることができない場合は、実施の形態の触感提供装置１００を用いることによって触感を疑似的に体験できるので、有用性は高い。
　また、実施の形態１の触感提供装置１００（図１乃至図３参照）は、正弦波発生器３１０で発生される超音波帯の正弦波の振幅のみを振幅変調器３２０で変調することによって駆動信号を生成している。正弦波発生器３１０で発生される超音波帯の正弦波の周波数は、トップパネル１２０の固有振動数に等しく、また、この固有振動数は振動素子１４０を加味して設定している。
　すなわち、正弦波発生器３１０で発生される超音波帯の正弦波の周波数又は位相を変調することなく、振幅のみを振幅変調器３２０で変調することによって駆動信号を生成している。
　従って、トップパネル１２０の超音波帯の固有振動をトップパネル１２０に発生させることができ、スクイーズ効果による空気層の介在を利用して、指でトップパネル１２０の表面をなぞったときの動摩擦係数を確実に低下させることができる。また、Sticky-band Illusion効果、又は、Fishbone Tactile Illusion効果により、トップパネル１２０の表面に凹凸が存在するような良好な触感を利用者に提供することができる。
　また、以上では、トップパネル１２０に凹凸が存在するような触感を利用者に提供するために、振動素子１４０のオン／オフと振幅を切り替える形態について説明した。振動素子１４０をオフにするとは、振動素子１４０を駆動する駆動信号が表す振幅値をゼロにすることである。
　しかしながら、このような触感を提供するために、必ずしも振動素子１４０をオンからオフにする必要はない。例えば、振動素子１４０のオフの状態の代わりに、振幅を小さくして振動素子１４０を駆動する状態を用いてもよい。例えば、振幅を１／５程度に小さくすることにより、振動素子１４０をオンからオフにする場合と同様に、トップパネル１２０に凹凸が存在するような触感を利用者に提供してもよい。
　この場合は、振動素子１４０の振動の強弱を切り替えるような駆動信号で振動素子１４０を駆動することになる。この結果、トップパネル１２０に発生する固有振動の強弱が切り替えられ、利用者の指先に凹凸が存在するような触感を提供することができる。
　振動素子１４０の振動の強弱を切り替えるために、振動を弱くする際に振動素子１４０をオフにすると、振動素子１４０のオン／オフを切り替えることになる。振動素子１４０のオン／オフを切り替えることは、振動素子１４０を断続的に駆動することである。
　以上、実施の形態１によれば、良好な触感を提供できる触感提供装置１００を提供することができる。
　なお、以上では、博物館に展示される壺５１０の触感を提供する形態について説明したが、対象有体物は、様々な美術品、博物品、工芸品、絵画、書物、仏像、銅像、石像、生物、自然物、人造物等のあらゆる有体物であってもよい。
　また、触感提供装置１００は、博物館に限らず、美術館、学校、図書館、商業施設等の様々な場所に設置してもよい。また、利用者が個人的に所有して、あらゆる場所で利用してもよい。
　図１２は、実施の形態１の第１変形例の触感提供装置１００Ａを示す図である。
　触感提供装置１００Ａは、図１乃至図３に示す触感提供装置１００に対して、ヒータ１８０を追加したものである。その他の構成は、図１乃至図３に示す触感提供装置１００と同様である。
　ヒータ１８０（図１２参照）は、トップパネル１２０の表面の温度を制御できるように、トップパネル１２０の裏面側に配設されている。説明の便宜上、図１２にはヒータ１８０として１本の電熱線を示すが、ヒータ１８０は、トップパネル１２０の一面にわたって設けられていてもよい。また、ヒータ１８０は、タッチパネル１５０の裏側、又は、ディスプレイパネル１６０の裏側に設けられていてもよい。また、ヒータ１８０は、抵抗型の透明導電膜、又は、ニッケル合金等の合金ヒータ等であってもよい。例えば、ヒータ１８０は、室温から６０℃程度まで温度を上昇させることができればよい。
　また、ヒータ１８０の代わりに、あるいは、ヒータ１８０に加えて、ペルチェ素子のように温度を室温よりも下げることができる素子を用いてもよい。
　例えば、対象有体物として、暖かいものを表示する場合には、振動による触感に加えて熱を利用者に知覚させることにより、より現実味のある触感を利用者に提供することができる。
　なお、ヒータ１８０の設定温度は、対象有体物の種類によって予めある一定の温度にしてもよいし、部位によって温度分布のある対象有体物の触感を提供する場合は、複数のヒータ１８０を設けるとともに、各ヒータ１８０の設定温度を表す温度データを触感データに追加して、対象有体物の温度分布を表現してもよい。
　図１３は、実施の形態１の第２変形例の触感提供装置１００Ｂを示す図である。
　触感提供装置１００Ｂは、図１乃至図３に示す触感提供装置１００に対して、アクチュエータ１９０を追加したものである。その他の構成は、図１乃至図３に示す触感提供装置１００と同様である。
　アクチュエータ１９０は、筐体１１０の裏面側（Ｚ軸負方向側）に設けられており、例えば、平面視で四隅に一つずつ配設される。アクチュエータ１９０は、例えば、可聴帯域の周波数の駆動信号で駆動される。
　アクチュエータ１９０は、例えば、サーボモータやステッピングモータを用いたリニアアクチュエータなどが利用でき、触感提供装置１００Ｂの全体を振動させる。なお、可聴帯域とは、およそ２０ｋＨｚ未満の周波数帯域であり、ここでは、例えば、数１０Ｈｚオーダの駆動信号でアクチュエータ１９０を駆動させる。このようなアクチュエータ１９０は、例えば、１００μｍ～１ｍｍ程度の変位を発生させることができるものが好ましい。なお、アクチュエータ１９０の駆動は、駆動制御部２４０又は同等の駆動制御部が行えばよい。
　このように、触感提供装置１００Ｂ自体を振動させると、トップパネル１２０の表面に触れる利用者の指先には、振動素子１４０の振動による超音波帯の固有振動と、アクチュエータ１９０による可聴帯域の振動とが合成された振動を提供できる。
　対象有体物の表面の感触によっては、超音波帯の固有振動による定在波の振動に、可聴帯域の振動を加えることにより、より現実味のある触感を提供できる場合がある。
　このような場合に、第２変形例の触感提供装置１００Ｂは有効的である。
　なお、アクチュエータ１９０は、サーボモータやステッピングモータを用いたリニアアクチュエータ以外であってもよく、電気式の駆動素子、油圧式又は空気圧式の駆動素子、圧電アクチュエータ、又は人工筋肉等であってもよい。
　図１４は、実施の形態１の第３変形例の触感提供装置１００Ｃを示す図である。図１４に示す断面は、図３に示すＡ－Ａ矢視断面に対応する断面である。図１４では図３と同様に直交座標系であるＸＹＺ座標系を定義する。
　触感提供装置１００Ｃは、筐体１１０Ｃ、トップパネル１２０、パネル１２０Ｃ、両面テープ１３０、振動素子１４０、タッチパネル１５０、ディスプレイパネル１６０Ｃ、及び基板１７０を含む。
　触感提供装置１００Ｃは、図３に示す触感提供装置１００のタッチパネル１５０を裏面側（Ｚ軸負方向側）に設けた構成を有する。このため、図３に示す触感提供装置１００と比べると、両面テープ１３０、振動素子１４０、タッチパネル１５０、及び基板１７０が裏面側に配設されている。
　筐体１１０Ｃには、Ｚ軸正方向側の凹部１１１と、Ｚ軸負方向側の凹部１１１Ｃとが形成されている。凹部１１１の内部には、ディスプレイパネル１６０Ｃが配設され、トップパネル１２０で覆われている。また、凹部１１１Ｃの内部には、基板１７０とタッチパネル１５０が重ねて設けられ、パネル１２０Ｃは両面テープ１３０で筐体１１０Ｃに固定され、パネル１２０ＣのＺ軸正方向側の面には、振動素子１４０が設けられている。
　図１２に示す触感提供装置１００Ｃにおいて、パネル１２０Ｃへの操作入力に応じて、振動素子１４０のオン／オフを切り替えることによってパネル１２０Ｃに超音波帯の固有振動を発生させれば、図３に示す触感提供装置１００と同様に、利用者が指先の感覚でディスプレイパネル１６０Ｃに表示される絵文字（商品）の入れ替えを知覚できる触感提供装置１００Ｃを提供することができる。
　このような触感提供装置１００Ｃを図１乃至図３に示す触感提供装置１００の代わりに用いてもよい。なお、図１２には、裏面側にタッチパネル１５０を設けた触感提供装置１００Ｃを示すが、図３に示す構造と図１２に示す構造とを合わせて、表面側と裏面側とにそれぞれタッチパネル１５０を設けてもよい。
　図１５は、実施の形態１の第４変形例の触感提供装置１００Ｄの動作状態を示す平面図である。
　触感提供装置１００Ｄは、筐体１１０Ｄ、トップパネル１２０Ｄ、両面テープ１３０Ｄ、振動素子１４０Ｄ、タッチパネル１５０Ｄ、ディスプレイパネル１６０Ｄ、及び基板１７０Ｄを含む。
　図１５に示す触感提供装置１００Ｄは、トップパネル１２０Ｄが曲面ガラスであること以外は、図３に示す実施の形態１の触感提供装置１００の構成と同様である。
　トップパネル１２０Ｄは、平面視における中央部がＺ軸正方向側に突出するように湾曲している。図１５には、トップパネル１２０ＤのＹＺ平面における断面形状を示すが、ＸＺ平面における断面形状も同様である。
　このように、曲面ガラスのトップパネル１２０Ｄを用いることにより、良好な触感を提供できる。特に、対象有体物の表面が湾曲している場合に有効的である。
　＜実施の形態２＞
　図１６は、実施の形態２の触感提供装置１００Ｅの利用態様の一例を示す図である。
　触感提供装置１００Ｅは、美術館に展示されている富士山の絵画５２０の前に配設されている。絵画５２０は、例えば、油絵であり、表面には凹凸がある。
　触感提供装置１００Ｅは、トップパネル１２０、タッチパネル１５０、及びディスプレイパネル１６０を含み、ディスプレイパネル１６０には絵画５２０の画像５２０Ａが表示されている。
　美術館の来場者は、絵画５２０に直接触ることはできないが、触感提供装置１００Ｅのタッチパネル１５０の前面にあるトップパネル１２０に触れて、ディスプレイパネル１６０に表示されている画像５２０Ａをなぞると、触感提供装置１００Ｅが振動することにより、来場者の指先に絵画５２０の表面に触れたような触感を提供する。絵画５２０は、対象有体物の一例である。
　実施の形態２の触感提供装置１００Ｅは、このように、実物に触れなくても、トップパネル１２０に触れることにより、実物を触れるような擬似的な触感を提供する。
　図１７は、実施の形態２の触感提供装置１００Ｅに利用者が操作入力を行った場合における振動素子１４０の駆動パターンを示す図である。
　図１７の（Ａ）には、利用者の指先が触感提供装置１００Ｅのトップパネル１２０に触れて、ディスプレイパネル１６０に表示されている画像５２０Ａをなぞる様子を示す。
　図１７の（Ｂ）において、横軸は図１７の（Ａ）において利用者の指先が画像５２０Ａをなぞる方向における位置を示し、縦軸は駆動信号の振幅を示す。ここでは、横軸方向に点Ａ～Ｄを示す。図１７の（Ｂ）は、利用者の指先が画像５２０Ａをなぞる場合の駆動パターンの一例を示す。
　図１７の（Ａ）において、点Ａで操作入力が開始されと、点Ａは画像５２０Ａの表示領域内であるため、駆動制御部２４０は触感データに基づいて振動素子１４０を駆動する。触感データは、図７の（Ａ）に示すように、座標データと振幅データを含むため、駆動制御部２４０は、ドライバＩＣ１５１から入力される位置データに対応する振幅データを出力する。
　点Ａから点Ｂの区間と、点Ｂから点Ｃの区間と、点Ｃから点Ｄまでの区間は、実際の絵画５２０に描かれている富士山の表面の凹凸が異なるため、駆動パターンが異なる。
　３つの区間における駆動パターンは、触感データに含まれる振幅データによって実現されている。振幅が大きい状態から小さくなると、利用者の指先に動摩擦力が増大するため、利用者は、動摩擦力が高くなるときに、トップパネル１２０の表面に凸部が存在するように感じる。
　このような振幅の変化を富士山を描いた絵画５２０の表面の凹凸に合わせて設定しておけば、利用者は、実際に絵画５２０の表面に触れているような触感を指先で感知することができる。
　以上、実施の形態２の触感提供装置１００Ｅによれば、トップパネル１２０の超音波帯の固有振動を発生させて利用者の指先に掛かる動摩擦力を変化させるので、利用者に良好な触感を提供することができる。
　また、実施の形態２の触感提供装置１００Ｅは、画像データの中における画像の座標を表す座標データと、振動素子１４０の駆動に用いる駆動信号の強度を調整するための振幅値を表す振幅データを関連付けた触感データを用いて、操作入力の位置に応じた振幅データを出力する。
　このため、利用者が触感提供装置１００Ｅのディスプレイパネル１６０に表示される対象有体物の画像をなぞることにより、対象有体物の実物の表面をなぞっているような触感を利用者に提供することができる。
　＜実施の形態３＞
　図１８は、実施の形態３の触感提供装置１００Ｆの利用態様の一例を示す図である。
　触感提供装置１００Ｆは、博物館に展示されている仏像５２０の前に配設されている。また、触感提供装置１００Ｆは、トップパネル１２０、タッチパネル１５０、及びディスプレイパネル１６０を含み、ディスプレイパネル１６０には仏像５２０の画像５２０Ａが表示されている。
　博物館の来場者は、仏像５２０に直接触ることはできないが、触感提供装置１００Ｆのタッチパネル１５０の前面にあるトップパネル１２０に触れて、ディスプレイパネル１６０に表示されている画像５２０Ａをなぞると、触感提供装置１００Ｆが振動することにより、来場者の指先に仏像５２０の表面に触れたような触感を提供する。仏像５２０は、対象有体物の一例である。
　実施の形態３の触感提供装置１００Ｆは、このように、実物に触れなくても、トップパネル１２０に触れることにより、実物を触れるような擬似的な触感を提供する。
　図１９は、実施の形態３の触感提供装置１００Ｆに利用者が操作入力を行った場合における振動素子１４０の駆動パターンを示す図である。
　図１９の（Ａ）には、利用者の指先が触感提供装置１００Ｆのトップパネル１２０に触れて、ディスプレイパネル１６０に表示されている画像５２０Ａをなぞる様子を示す。
　図１９の（Ｂ）において、横軸は図１９の（Ａ）において利用者の指先が画像５２０Ａをなぞる方向における位置を示し、縦軸は駆動信号の振幅を示す。ここでは、横軸方向に点Ａ～Ｄを示す。図１９の（Ｂ）は、利用者の指先が画像５２０Ａをなぞる場合の駆動パターンの一例を示す。
　図１９の（Ａ）において、点Ａで操作入力が開始されと、点Ａは画像５２０Ａの表示領域内であるため、駆動制御部２４０は触感データに基づいて振動素子１４０を駆動する。触感データは、図７の（Ａ）に示すように、座標データと振幅データを含むため、駆動制御部２４０は、ドライバＩＣ１５１から入力される位置データに対応する振幅データを出力する。
　点Ａから点Ｂの区間と、点Ｂから点Ｃの区間と、点Ｃから点Ｄまでの区間は、実際の仏像５２０の表面の凹凸が異なるため、駆動パターンが異なる。点Ａから点Ｂの区間は仏像の衣服の部分で凹凸があるため、振幅が短い周期で変動している。
　また、点Ｂから点Ｃの区間では、仏像の胸元の肌に触れるため、振幅は緩やかに変化し、ツルッとした触感を実現する振幅に設定されている。また、点Ｃから点Ｄまでの区間は、点Ａから点Ｂの区間と同様に仏像の衣服の部分で凹凸があるため、振幅が短い周期で変動している。
　また、点Ｂ及び点Ｃの直後で振幅が０に設定されているのは、衣服と肌の境界で凸間を提供するためである。
　３つの区間における駆動パターンは、触感データに含まれる振幅データによって実現されている。振幅が大きい状態から小さくなると、利用者の指先に動摩擦力が増大するため、利用者は、動摩擦力が高くなるときに、トップパネル１２０の表面に凸部が存在するように感じる。
　このような振幅の変化を仏像５２０の表面の凹凸に合わせて設定しておけば、利用者は、実際に仏像５２０の表面に触れているような触感を指先で感知することができる。
　以上、実施の形態３の触感提供装置１００Ｆによれば、トップパネル１２０の超音波帯の固有振動を発生させて利用者の指先に掛かる動摩擦力を変化させるので、利用者に良好な触感を提供することができる。
　また、実施の形態３の触感提供装置１００Ｆは、画像データの中における画像の座標を表す座標データと、振動素子１４０の駆動に用いる駆動信号の強度を調整するための振幅値を表す振幅データを関連付けた触感データを用いて、操作入力の位置に応じた振幅データを出力する。
　このため、利用者が触感提供装置１００Ｆのディスプレイパネル１６０に表示される対象有体物の画像をなぞることにより、対象有体物の実物の表面をなぞっているような触感を利用者に提供することができる。
　＜実施の形態４＞
　図２０は、実施の形態４の触感提供装置１００Ｇの利用態様の一例を示す図である。
　触感提供装置１００Ｇは、実施の形態１の触感提供装置１００と同様に、博物館のショーケース５００の前に設置されている。
　触感提供装置１００Ｇは、ディスプレイパネル１６０を含まない点が実施の形態１の触感提供装置１００と異なる。また、ディスプレイパネル１６０を含まないため、触感データは画像データを含まず、座標データはトップパネル１２０の表面における座標を表す。トップパネル１２０の表面には、壺５１０の輪郭を表すマーク１２０Ａが印刷されている。座標データは壺のマーク１２０Ａの座標を表す。その他の構成は、実施の形態１の触感提供装置１００と同様であるため、同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
　図２１は、実施の形態４の触感提供装置１００Ｇを示す平面図であり、図２２は、図２１に示す触感提供装置１００ＧのＡ－Ａ矢視断面を示す図である。なお、図２１及び図２２では、図示するように直交座標系であるＸＹＺ座標系を定義する。
　触感提供装置１００Ｇは、筐体１１０、トップパネル１２０、両面テープ１３０、振動素子１４０、タッチパネル１５０、及び基板１７０を含む。触感提供装置１００Ｇでは、基板１７０の上にタッチパネル１５０が直接的に搭載されている。
　触感提供装置１００Ｇは、ディスプレイパネル１６０を含まないため、触感データ（図７の（Ａ）参照）には画像データを含める必要はない。
　触感提供装置１００Ｇの駆動制御部２４０は、トップパネル１２０の壺のマーク１２０Ａの内部で操作入力が行われると、実施の形態１の触感提供装置１００と同様に、駆動制御部２４０は操作入力の位置の座標に応じた振幅の駆動信号を用いて振動素子１４０を駆動する。
　以上、実施の形態４の触感提供装置１００Ｇによれば、トップパネル１２０の超音波帯の固有振動を発生させて利用者の指先に掛かる動摩擦力を変化させるので、利用者に良好な触感を提供することができる。
　なお、ここでは、壺のマーク１２０Ａをトップパネル１２０の表面に印刷する形態について説明したが、マーク１２０Ａの代わりに、対象有体物の実物の表面の１又は複数の点に対応する印をトップパネル１２０の表面に設けてもよい。
　また、以上では、触感データの座標データは壺のマーク１２０Ａの座標を表し、トップパネル１２０の壺のマーク１２０Ａの内部で操作入力が行われると、駆動制御部２４０が振動素子１４０を駆動する形態について説明した。
　しかしながら、触感データが画像データ及び座標データを含まずに、トップパネル１２０への操作入力をタッチパネル１５０で検知し、操作入力の位置が移動したときに、壺５１０の表面の触感を表す駆動パターンで振動素子１４０を駆動してもよい。このような形態は、対象有体物の表面の触感が略一定であるような場合に、有効的である。
　この場合には、タッチパネル１５０は利用者の操作入力が行われていることと、操作入力の位置の移動を検出するために用いればよい。触感提供装置１００Ｇは、トップパネル１２０に操作入力が行われ、操作入力の位置が移動することをドライバＩＣ１５１から出力される位置データに基づいて検出すると、触感データの振幅データを用いて、振動素子１４０を駆動する。
　例えば、触感提供装置１００Ｇに壺の触感データが入力される場合は、振動素子１４０は、壺の皮膚の感触を再現する駆動信号で駆動される。例えば、壺の皮膚の感触だけを振動で再現したいような場合には、ディスプレイパネル１６０を含まない簡易な構成の触感提供装置１００Ｇでも、利用者に良好な触感を提供することができる。
　また、触感提供装置１００Ｇは、タッチパネル１５０を含まずに、トップパネル１２０への接触を検出するセンサを含んでもよい。この場合には、利用者がトップパネル１２０に触れたことをセンサで検出し、振動素子１４０を駆動すればよい。なお、センサとしては、例えば、圧力センサ等を用いることができる。
　＜実施の形態５＞
　図２３及び図２４は、実施の形態５の触感提供装置１００Ｈの利用態様を説明する図である。実施の形態５の触感提供装置１００Ｈは、実施の形態１の触感提供装置１００と同様である。
　図２３に示すように、触感提供装置１００Ｈ（図２４参照）の利用者は、自己のスマートフォン端末機６００Ａのメモリに格納してある触感データを選択する。
　そして、図２４に示すように、スマートフォン端末機６００Ａを近距離無線通信装置８００にかざし、好みの触感データをスマートフォン端末機６００Ａから近距離無線通信装置８００に送信する。
　近距離無線通信装置８００は、例えば、Bluetooth（登録商標）等のように無線状態でスマートフォン端末機６００Ａと通信が可能であり、触感提供装置１００Ｈにデータケーブル８１０を介して接続されている。近距離無線通信装置８００は、入力装置の一例である。
　図２４では、利用者は、壺の画像５１０Ａの触感データを近距離無線通信装置８００を介して触感提供装置１００Ｈに送信しており、触感提供装置１００Ｈのディスプレイパネル１６０には壺の画像５１０Ａが表示されている。
　この状態で、利用者が画像５１０Ａをなぞると、触感提供装置１００Ｈが振動することにより、利用者の指先に壺の表面に触れたような触感を提供することができる。実施の形態１では、博物館に展示された壺５１０の前に配設された触感提供装置１００（図１参照）を用いる形態について説明したが、実施の形態５の触感提供装置１００Ｈを例えば、レストラン又はカフェ等の人が集う場所に設置すれば、その場に実物の壺５１０（図１参照）がなくても、利用者は触感提供装置１００Ｈを通じて、壺５１０の表面に触れたような触感を提供することができる。
　また、このような場合に、スマートフォン端末機６００Ａと近距離無線通信装置８００との間におけるデータ通信量、近距離無線通信装置８００又は触感提供装置１００Ｈの利用回数又は利用時間等に応じて、課金するようにしてもよい。例えば、近距離無線通信装置８００に課金装置８２０を接続して、近距離無線通信装置８００の利用回数又は利用時間等に応じて、利用料を課金してもよい。
　また、利用度合に応じて、様々なポイントサービスや懸賞サービス等を行ってもよい。
　スマートフォン端末機６００Ａと触感提供装置１００Ｈとは、無線通信だけでなく、直接ケーブルを介した有線通信や、フラッシュメモリカードなどの可搬記憶媒体を介してデータの送信を行うことも可能である。
　以上、本発明の例示的な実施の形態の触感提供装置、及び、システムについて説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
　１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｇ、１００Ｈ　触感提供装置
　１１０、１１０Ｃ、１１０Ｄ　筐体
　１２０、１２０Ｃ、１２０Ｄ　トップパネル
　１３０、１３０Ｄ　両面テープ
　１４０、１４０Ｄ　振動素子
　１５０、１５０Ｄ　タッチパネル
　１６０、１６０Ｃ、１６０Ｄ　ディスプレイパネル
　１７０、１７０Ｄ　基板
　２００　制御部
　２２０　アプリケーションプロセッサ
　２３０　通信プロセッサ
　２４０　駆動制御部
　２５０　メモリ
　３００　駆動制御装置
　３１０　正弦波発生器
　３２０　振幅変調器
　６００、６００Ａ　スマートフォン端末機
　８００　近距離無線通信装置

Claims (9)

  1. 　操作入力に応じた信号を出力するタッチパネルと、
    　前記タッチパネルの裏面側に配設されるディスプレイパネルと、
    　前記タッチパネルに操作入力を行う操作面に振動を発生させる第１振動素子と、
    　対象有体物の画像と、前記画像の中での位置と、前記位置における前記対象有体物の触感に対応する振幅とを関連付けた触感データを格納するメモリと、
    　前記操作面に超音波帯の固有振動を発生させる駆動信号で前記第１振動素子を駆動する駆動制御部と
    　を含み、
    　前記駆動制御部は、前記タッチパネルへの操作入力の位置と、前記触感データに含まれる前記画像の中での位置とに基づいて、前記駆動信号の振幅を調整する、触感提供装置。
  2. 　前記駆動制御部は、前記操作面への操作入力の位置及び当該位置の時間的変化度合に応じて、前記固有振動の強度が変化するように前記第１振動素子を駆動する、請求項１記載の触感提供装置。
  3. 　操作入力に応じた信号を出力するタッチパネルと、
    　前記タッチパネルに操作入力を行う操作面に振動を発生させる第１振動素子と、
    　前記操作面での位置と、前記位置における対象有体物の触感に対応する振幅とを関連付けた触感データを格納するメモリと、
    　前記操作面に超音波帯の固有振動を発生させる駆動信号で前記第１振動素子を駆動する駆動制御部と
    　を含み、
    　前記駆動制御部は、前記操作面への操作入力の位置と、前記触感データに含まれる前記操作面での位置とに基づいて、前記駆動信号の振幅を調整する、触感提供装置。
  4. 　前記操作面には、前記対象有体物の位置を表す印が記される、請求項３記載の触感提供装置。
  5. 　利用者が触れる操作面に振動を発生させる第１振動素子と、
    　対象有体物の表面の触感に対応する振幅を表す触感データを格納するメモリと、
    　前記操作面に超音波帯の固有振動を発生させる駆動信号で前記第１振動素子を駆動する駆動制御部と
    　を含み、
    　前記駆動制御部は、前記操作面に前記利用者が接触すると、前記駆動信号の振幅を前記触感データが表す振幅に調整する、触感提供装置。
  6. 　前記操作面の温度を調整する温度調整素子をさらに含む、請求項１乃至５のいずれか一項記載の触感提供装置。
  7. 　前記操作面に可聴帯域の振動を発生させる第２振動素子をさらに含む、請求項１乃至６のいずれか一項記載の触感提供装置。
  8. 　前記メモリに格納される触感データは、有線又は無線で接続される携帯端末機から入力される、請求項１乃至７のいずれか一項記載の触感提供装置。
  9. 　携帯端末機と、
    　前記携帯端末機と通信を行うサーバと
    　を含むシステムであって、
    　前記サーバは、前記携帯端末機からの要求に応じた対象有体物の触感データを前記携帯端末機に送信し、
    　前記携帯端末機は、前記サーバから受信する前記触感データを、請求項１乃至８のいずれか一項記載の触感提供装置に入力する、
    　システム。
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