JP2014232498A - 車載操作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】指先を操作面に接触させて車両における各種操作に使用される車載操作装置であって、操作面の面積が小さくてよく、かつ、操作者が指を動かす範囲も小さくてよい車載操作装置の提供。
【解決手段】初期状態では、操作面３０の外周部のピン３１を凹ませ、その他のピン３１を凸にする（Ａ）。すると、操作者は、自身の指先Ｆが一つのボタン８１の略正方形の押圧部分８１Ａに載っているような知覚イメージを抱く（Ｄ）。黒矢印で示すように操作者が指先Ｆに右方向に移動させる力を加え、操作面３０にもその方向にせん断力が加わると、ピン３１の凹んだ部分が右から左へ移動する（Ｂ，Ｃ）。すると、操作者は、自身の指先Ｆが左側のボタン８１の押圧部分８１Ａから、傾斜部８１Ｂを超えて右隣のボタン８１の押圧部分８１Ａへ移動するような知覚イメージを抱く（Ｅ，Ｆ）。
【選択図】図３

Description

本発明は、指先を操作面に接触させて車両における各種操作に使用される車載操作装置に関する。

従来、ピストンとシリンダとからなるアクチュエータを車両のタッチパネルにマトリクス状に配設して、使用者が前方を注視することを妨げることなく、当該タッチパネルを操作を可能とすることが提案されている。すなわち、マトリックス状に配設された前記アクチュエータによりタッチパネル操作面の任意の位置に凹凸を形成可能とし、使用者の操作履歴に応じた操作感や操作性を有する操作部（スイッチ等）を凹凸によって前記操作面に形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００９−９８８９９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置は、従来使用されてきたスイッチ等の操作部と同様の形状の操作部を、凹凸によって操作面上の特定位置に形成しているため、従来の操作部と同様の占有面積が必要となる。例えば、３×３のマトリックス状に配列された９個のボタンを操作部として形成する場合、３×３に配列されたボタン９個分の占有面積が必要となる。

その場合、広い操作面が必要となり、その操作面の配置の自由度が低下し、その操作面を備えた車載操作装置の製造コストも上昇する。また、車両における各種操作には、操作者としてのドライバの指はできるだけ動かさなくてもよいようにするのが安全上好ましいが、前述のように操作面が広くなると、使用者が指を動かす範囲も広くなる。

そこで、本発明は、指先を操作面に接触させて車両における各種操作に使用される車載操作装置であって、操作面の面積が小さくてよく、かつ、操作者が指を動かす範囲も小さくてよい車載操作装置を提供することを目的としてなされた。

前記目的を達するためになされた本発明の車載操作装置では、車室内の操作者の指先が接触可能な操作面に加わるせん断力を、せん断力検出手段が検出する。すると、そのせん断力に応じて、制御手段は、触感変更手段により触感が変化される操作面の触感変化部を制御する。

ここで、触感変更手段は、前記操作面の触感を部分的に変化させることで、その操作面に例えばスイッチ，ボタン等の操作部を操作者に認識させることができる。その触感が変化される触感変化部は、前記せん断力に応じて例えば位置が変わるなどの制御をされるので、操作者は操作面に指先を接触させてせん断力を加えるだけで、指をそれ程動かさなくても種々の操作が実行可能となる。また、このため、操作面の面積は、操作者が指先を接触させてせん断力を加えることができる程度の小さい面積でよい。

なお、前記触感変更手段は、前記操作面に凹凸を形成する凹凸形成手段を備え、前記触感変化部は、他の部分よりも凸になること、他の部分よりも凹になること、又は、凸と凹とが交互に形成されて振動を生じること、によって呈されてもよい。その場合、スイッチ，ボタン等の操作部を操作者に認識させることが一層容易になる。

また、前記制御手段は、前記せん断力に平行な方向に前記触感変化部を移動させてもよい。その場合、操作者は、操作部またはその操作部の一部を指示するカーソル，ポインタ等の配置を自分が意図した通りの方向へ容易に移動させることができ、装置の操作性が一層向上する。

本発明を適用した車載操作装置の構成を表す模式図である。 その車載操作装置の触覚提示装置の構成を表す平面図及び側面図である。 その車載操作装置の第１制御例の動作を表す説明図である。 その車載操作装置のディスプレイの動作を表す説明図である。 その車載操作装置の第２制御例の動作を表す説明図である。 その車載操作装置の第３制御例の動作を表す説明図である。 その車載操作装置の第４制御例の動作を表す説明図である。 前記触覚提示装置の変形例の構成を表す平面図及び側面図である。

［実施形態の構成］
次に、本発明が適用された実施形態を図面と共に説明する。図１（Ａ）に示すように、本実施形態の車載操作装置１は、触覚提示装置３と、制御部５と、ディスプレイ７とを備えている。触覚提示装置３は、指腹程度（１ｃｍ角〜２ｃｍ角程度）の大きさの操作面３０を備えており、その操作面３０は、例えば、車両のステアリング，センタコンソール，ドア内張等の適宜の位置に設置される。制御部５は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成され、車両のダッシュボード内部等に設けられる。ディスプレイ７は、液晶表示装置やヘッドマウントディスプレイ，ヘッドアップディスプレイ等によって構成され、この車載操作装置１専用に設けられてもよく、カーナビゲーション装置のディスプレイ等と兼用されてもよい。

触覚提示装置３の操作面３０は、略正方形に構成され、マトリックス状に配置されたピン３１を備えている。各ピン３１は、駆動部３３によって操作面３０に垂直な方向（以下、上下方向ともいう）に移動可能とされており、これによって、操作面３０の任意の位置に凹凸を形成することができる。なお、ピン３１及び駆動部３３の構成としては、例えば、特開２００９−９８８９９号公報に記載されたものが適用できるので、ここでは詳述しない。

図２（Ａ）の平面図及び図２（Ｂ）の側面図に示すように、駆動部３３の片面（例えば上面）が操作面３０を構成し、その表面からピン３１が突出している。更に、駆動部３３の他面には、操作面３０を介して駆動部３３に加わる各方向の力を検出する歪センサからなる３軸力センサ３５が設けられている。なお、図２（Ｃ）に示すように、操作面３０にはピン３１が直接露出していてもよく、図２（Ｄ）に示すように、操作面３０においてピン３１は、当該ピン３１が上下動しても破れない程度の強度を有するシート３７によって被覆されていてもよい。

制御部５における処理は、図１（Ａ）に機能ブロック図として示すように、移動意思計算部５１，カーソル位置計算部５３，触覚マップ記憶部（触覚ＭＡＰ記憶部）５５，触覚生成部５７に分解することができる。移動意思計算部５１は、３軸力センサ３５の検出信号に基づいて操作者の移動意思としての移動方向と移動速度とを計算する。カーソル位置計算部５３は、移動意思計算部５１が計算した移動方向と移動速度とに基づいて移動される際のカーソル位置の変化（処理タイミング毎のカーソル位置）を計算する。触覚マップ記憶部５５は、操作者に二次元平面上で提示される触覚の情報を、操作に先立って記憶している。例えば、触覚マップ記憶部５５は、図１（Ｂ）に例示するような触覚マップを記憶しており、触覚生成部５７は、その触覚マップとカーソル位置計算部５３が計算したカーソル位置とに基づいて、駆動部３３を制御して操作面３０に凹凸（触覚）を生成する。

図１（Ｂ）に示す触覚マップは、５×５のマトリックス状に配列された２５個のボタン８１を備えた操作部８０に対応している。そして、各ボタン８１は、略正方形の平面状の押圧部分８１Ａとその四辺に連接された傾斜部８１Ｂとからなる四角台状に構成されている。

［第１制御例］
次に、図１（Ｂ）の触覚マップを使用した場合の車載操作装置１の制御例の一つを、第１制御例として説明する。図３（Ａ）〜（Ｃ）は、操作面３０に指先Ｆから右方向にせん断力が加えられる場合のピン３１の上下動を表している。図３（Ａ）〜（Ｃ）では、操作面３０に対して凸になる位置に移動されたピン３１を黒で、そのピン３１に比べて凹んだ位置に移動されたピン３１を白で、それぞれ表している。

図１（Ｂ）の触覚マップを使用した場合、初期状態では、触覚生成部５７は駆動部３３を制御して、図３（Ａ）に示すように操作面３０の外周部のピン３１を凹ませ、その他のピン３１を凸にする。すると、操作者は、自身の指先Ｆが、図３（Ｄ）に示すように、一つのボタン８１の略正方形の押圧部分８１Ａに載っているような知覚イメージを抱く。

そして、図３（Ａ）に黒矢印で示すように操作者が指先Ｆに例えば右方向に移動させる力を加え、操作面３０にもその方向にせん断力が加わると、図３（Ｂ），（Ｃ）に示すようにピン３１の凹んだ部分が右から左へ移動する。すると、操作者は、図３（Ｅ），（Ｆ）に示すように、自身の指先Ｆが左側のボタン８１の押圧部分８１Ａから、傾斜部８１Ｂを超えて右隣のボタン８１の押圧部分８１Ａへ移動するような知覚イメージを抱く。

すなわち、３軸力センサ３５が右方向のせん断力を検出すると、移動意思計算部５１は、操作者による右方向への移動意思を計算する。すると、カーソル位置計算部５３は、指先Ｆによって指示されるカーソル８３（図３（Ｇ）参照）が右方向へ移動されるようにカーソル位置の変化を計算し、その計算結果に基づき、触覚生成部５７は、前述のように駆動部３３を介してピン３１を移動させる。この場合、カーソル位置計算部５３及び触覚生成部５７は、３軸力センサ３５が検出したせん断力とは逆方向に、ピン３１の凹凸を移動させる。

ピン３１にこのような制御がなされることにより、操作者は、図３（Ｇ）に示すように、初期状態で知覚したボタン８１の周囲に同様のボタン８１が配置された操作部８０に対して、指先Ｆでカーソル８３を移動させているような知覚イメージ（触覚）を抱く。また、ディスプレイ７には、図４（Ａ）に示すように、触覚マップ記憶部５５に記憶された操作部８０の画像と、カーソル８３の画像とが重ねて表示される。このため、操作者は、カーソル８３を所望のボタン８１に合わせて、そのボタン８１としての操作面３０を押下することができる。３軸力センサ３５は、操作面３０に対するせん断力以外にも、操作面３０に対する押圧力も検出可能であるので、操作面３０に押圧力が加わると、カーソル８３によって指示されたボタン８１が押下された場合に対応する処理が実行可能となる。

このように、本制御例では、指腹程度の面積の操作面３０を車室内に設けただけで、知覚的にはその操作面３０の２５倍も広い操作部８０を操作者が操作することができる。また、操作者は操作面３０に指先Ｆを接触させてせん断力を加えるだけで、指先Ｆをそれ程動かさなくても種々の操作が実行可能となる。更に、操作面３０の面積も前述のように小さい面積でよいので、操作面３０の配置の自由度が向上し、その操作面３０を備えた車載操作装置１の製造コストも良好に抑制することができ、車載操作装置１をコンパクトにすることもできる。

また、本制御例では、凹凸によってボタン８１の形状を表現しているので、そのボタン８１を操作者に認識させることが一層容易である。また、そのボタン８１を表現する凹凸（触覚変化部に相当）はせん断力に平行な方向に移動されるので、操作者は、カーソル８３の配置を自分が意図した通りの方向へ容易に移動させることができ、装置の操作性が一層向上する。なお、ボタン８１を表現する凹凸はせん断力の強さに応じた速度で移動されてもよく、その場合、操作者は、カーソル８３の配置を自分が意図した位置へ一層容易に移動させることができ、操作性が更に一層向上する。

［第２制御例］
なお、第１制御例では、せん断力の方向にカーソル８３を移動させたが、図５に示す第２制御例のように、せん断力の方向に操作部８０を移動させてもよい。この場合、図５（Ａ）の初期状態から黒矢印で示すように操作者が指先Ｆに例えば右方向に移動させる力を加え、操作面３０にもその方向にせん断力が加わると、図５（Ｂ），（Ｃ）に示すようにピン３１の凹んだ部分が左から右へ移動する。すると、操作者は、図５（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）に示すように、自身の指先Ｆの下を右側のボタン８１の押圧部分８１Ａが右へ移動してその左隣のボタン８１の押圧部分８１Ａが指先Ｆの下へ移動するような知覚イメージを抱く。すなわち、３軸力センサ３５が右方向のせん断力を検出すると、移動意思計算部５１は、操作者による右方向への移動意思を計算する。すると、カーソル位置計算部５３は、指先Ｆによって指示されるカーソル８３に対して操作部８０が右方向へ移動されるようにカーソル位置の変化を計算し、その計算結果に基づき、触覚生成部５７は、前述のように駆動部３３を介してピン３１を移動させる。

ピン３１にこのような制御がなされることにより、操作者は、図５（Ｇ）に示すように、初期状態で知覚したボタン８１の周囲に同様のボタン８１が配置された操作部８０に対して、指先Ｆで操作部８０を移動させているような知覚イメージ（触覚）を抱く。

本制御例でも、凹凸によってボタン８１の形状を表現しているので、そのボタン８１を操作者に認識させることが一層容易である。また、そのボタン８１を表現する凹凸はせん断力に平行な方向に移動されるので、操作者は、カーソル８３の配置を自分が意図した通りの方向へ容易に移動させることができ、装置の操作性が一層向上する。なお、ボタン８１を表現する凹凸はせん断力の強さに応じた速度で移動されてもよく、その場合、操作者は、カーソル８３の配置を自分が意図した位置へ一層容易に移動させることができ、操作性が更に一層向上する。

なお、前記各制御例において、カーソル８３が移動可能な方向は前後左右に限定されてもよく、３６０°どの方向へも移動可能であってもよい。後者の場合も、移動方向に応じた触覚がピン３１によって表現される。また、ボタン８１を表現する凹凸は凹と凸とが逆であってもよい。更に、ボタン８１の押圧部分８１Ａの形状は、円，三角形など自由に表現することができ、全てのボタン８１において統一されていなくてもよい。

［第３制御例］
また、触覚マップの形態としても、図１（Ｂ）に示したもの以外に種々の形態が考えられる。以下、カーナビゲーション装置用の地図９０を触覚マップとして使用した場合の車載操作装置１の制御例の一つを、第３制御例として説明する。図６（Ａ）に示すように、地図９０は、大小各種の道路９１と、コンビニ，郵便局等の各種施設９３と、車両位置を示すカーソル９５とを備えている。そして、操作面３０は、図６（Ｂ）に示すように、カーソル９５が配設された道路９１の方向に沿って中央のピン３１が凹まされ、その部分が道路表現部３１Ａとされることにより、道路９１に沿った溝形状を呈する。

この状態から、黒矢印で示すように操作者が指先Ｆに道路表現部３１Ａに沿った力を加えると、道路表現部３１Ａの周囲のピン３１は、道路表現部３１Ａの溝によって表現された道路９１を指先Ｆが進んだように操作者に知覚させるよう駆動される。例えば、図６（Ｃ）に示すように、道路表現部３１Ａと直交する方向にライン状に凹んだ移動感提示列３１Ｂが、指先Ｆに加えられた力とは反対方向に移動される。

すなわち、３軸力センサ３５が道路表現部３１Ａに沿った方向のせん断力を検出すると、移動意思計算部５１は、操作者による当該方向への移動意思を計算する。すると、カーソル位置計算部５３は、指先Ｆによって指示されるカーソル９５（図６（Ａ）参照）が当該方向へ移動されるようにカーソル位置の変化を計算し、その計算結果に基づき、触覚生成部５７は、前述のように駆動部３３を介してピン３１を移動させる。この場合、カーソル位置計算部５３及び触覚生成部５７は、３軸力センサ３５が検出したせん断力とは逆方向に、ピン３１の凹凸を移動させる。また、道路９１がカーブしている場合は、そのカーブに従って道路表現部３１Ａの方向も徐々に変化する。

ピン３１にこのような制御がなされることにより、操作者は、図６（Ａ）に示したような操作部としての地図９０を知覚イメージ（触覚）として抱くことができる。また、ディスプレイ７には、図４（Ｂ）に示すように、触覚マップ記憶部５５に記憶された地図９０の画像と、カーソル９５の画像とが重ねて表示される。このため、操作者は、操作面３０にせん断力を加えることによって、カーソル９５を移動させて経路確認を行うことができる。また、移動感提示列３１Ｂが移動されることにより、操作者は、せん断力を加えた方向に指先Ｆが移動しているような知覚イメージを抱くことができる。

なお、移動感提示列３１Ｂは必ずしも設ける必要はなく、道路表現部３１Ａのみによって、操作者に指先Ｆが移動しているような知覚イメージを抱かせてもよい。また、道路表現部３１Ａは、図６（Ｄ）に示すように、ピン３１を凸にすることによって表現されてもよい。更に、本実施形態においても、移動感提示列３１Ｂ及びカーソル９５はせん断力の強さに応じた速度で移動されてもよく、その場合、操作性が更に一層向上する。

［第４制御例］
次に、図７（Ｂ）に示すスライダ１００を触覚マップとして使用した場合の車載操作装置１の制御例の一つを、第４制御例として説明する。図７（Ｂ）に示すように、スライダ１００は、音量調整等に使用される周知の形状で、摘み１０１が直線状のガイド１０３に沿って移動するものである。なお、図７（Ｂ）の例ではガイド１０３を横方向（水平方向）の直線で構成しているが、縦方向（鉛直方向）の直線で構成してもよく、円弧状に構成してもよい。

操作面３０は、図７（Ａ）に示すように、ガイド１０３に沿って中央のピン３１が凹まされ、その部分がガイド表現部３１Ｃとされることにより、ガイド１０３に沿った溝形状を呈する。この状態から、黒矢印で示すように操作者が指先Ｆにガイド表現部３１Ｃに沿った力を加えると、ガイド表現部３１Ｃの周囲のピン３１は、ガイド１０３に沿って指先Ｆが移動したように操作者に知覚させるよう駆動される。例えば、ガイド表現部３１Ｃと直交する方向にライン状に凹んだ移動感提示列３１Ｄが、指先Ｆに加えられた力とは反対方向に移動される。

すなわち、３軸力センサ３５がガイド表現部３１Ｃに沿った方向のせん断力を検出すると、移動意思計算部５１は、操作者による当該方向への移動意思を計算する。すると、カーソル位置計算部５３は、指先Ｆによって指示される摘み１０１（図７（Ｂ）参照）が当該向へ移動されるように摘み１０１の位置変化を計算し、その計算結果に基づき、触覚生成部５７は、前述のように駆動部３３を介してピン３１を移動させる。

ピン３１にこのような制御がなされることにより、操作者は、図７（Ｂ）に示したような操作部としてのスライダ１００を、知覚イメージ（触覚）として抱くことができ、摘み１０１を指先Ｆによって移動させているような知覚イメージを抱くことができる。また、本制御例では、図７（Ｃ）に示すように、摘み１０１の位置に応じて変化する振幅又は周波数で、移動感提示列３１Ｄを構成するピン３１を上下に振動させて、摘み１０１の位置を示している。すなわち、摘み１０１の位置が右へ行くほど、例えば、スライダ１００が音量調整用のボリュームスイッチであれば音量が大きくなるほど、振幅又は周波数が大きくなるように制御している。

なお、本制御例では、振幅又は周波数のいずれか一方のみを図７（Ｃ）に示すように制御してもよく、振幅及び周波数の両方を図７（Ｃ）に示すように制御してもよい。また、ピン３１の振動はガイド表現部３１Ｃを構成するピン３１以外の全てのピン３１においてなされてもよく、その場合、移動感提示列３１Ｄは省略されてもよい。

［本実施形態の効果及びその変形例］
以上説明したように、車載操作装置１では、操作者は、操作面３０に指先Ｆを接触させてせん断力を加えれば、移動意思計算部５１により指先Ｆを移動させたい意思を計算されるので、指先Ｆをそれ程動かさなくても広い操作部に応じた操作が実行可能となる。また、操作面３０の面積も前述のように小さい面積でよいので、操作面３０の配置の自由度が向上し、その操作面３０を備えた車載操作装置１の製造コストも良好に抑制することができ、車載操作装置１をコンパクトにすることもできる。なお、前記実施形態において、３軸力センサ３５がせん断力検出手段に、ピン３１及び駆動部３３が触感変更手段及び凹凸形成手段に、制御部５が制御手段に、それぞれ相当する。

また、本発明は前記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。例えば、図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、駆動部３３における操作面３０とは反対側の面には、３軸力センサ３５の代わりに２軸力センサ１３５を設けてもよい。この場合、操作面３０に加わる押圧力は検出できないが、操作面３０に加わるせん断力は検出可能である。

また、図８（Ｃ），（Ｄ）に示すように、２軸力センサ１３５を設ける代わりに、操作面３０と直交する駆動部３３の４面にそれぞれ圧力センサ２３５を設けてもよい。更に、図８（Ｅ），（Ｆ）に示すように、この４つの圧力センサ２３５に加えて、駆動部３３における操作面３０とは反対側の面にも圧力センサ２３６を設ければ、操作面３０に加わる押圧力も検出可能となる。なお、図８（Ａ）〜（Ｄ）に示したような触覚提示装置３を用いた場合、操作面３０に対して押圧がなされた場合に相当する決定動作を指示するためのボタン等を別途設けてもよい。

また、触覚提示装置３は運転席に限らず助手席や後部座席にあってもよく、ピン３１は横方向（長手方向の軸に直交する方向）の振動や軸回りの回転によって操作面３０の触感を部分的に変化させてもよい。更に、前述のように、本発明において、前記制御手段が、前記せん断力の強さに応じた速度で、前記方向に前記触感変化部を移動させる場合、操作性を一層向上させることができる。また、前述のように、本発明において、前記操作面が１０ｍｍ角〜２０ｍｍ角の大きさを有する場合、操作面の配置の自由度が向上し、その操作面を備えた車載操作装置の製造コスト抑制及びコンパクト化といった本発明の効果が一層顕著に表れる。更に、前述のように、本発明において、前記操作面より広い二次元平面上の凹凸の分布を記憶した記憶手段（触覚マップ記憶部５５）を更に備え、前記制御手段は、前記せん断力検出手段が検出したせん断力と前記記憶手段に記憶された凹凸の分布とに応じて、前記触感変更手段によって前記操作面に形成される凹凸を制御してもよい。その場合、操作面より広い操作部を操作しているような知覚イメージを、一層容易に操作者に抱かせることができる。

１…車載操作装置 ３…触覚提示装置 ５…制御部
７…ディスプレイ ３０…操作面 ３１…ピン
３３…駆動部 ３５…３軸力センサ ５１…移動意思計算部
５３…カーソル位置計算部 ５５…触覚マップ記憶部 ５７…触覚生成部
８０…操作部 ８１…ボタン ８３，９５…カーソル
９０…地図 ９１…道路 １００…スライダ
１０３…ガイド １３５…２軸力センサ ２３５，２３６…圧力センサ
Ｆ…指先

Claims (5)

1. 車室内の操作者の指先（Ｆ）が接触可能な操作面（３０）と、
   前記操作面に加わるせん断力を検出するせん断力検出手段（３５，１３５，２３５）と、
   前記操作面の触感を部分的に変化させる触感変更手段（３１，３３）と、
   前記せん断力検出手段が検出したせん断力に応じて、前記触感変更手段により触感が変化される触感変化部を制御する制御手段（５）と、
   を備えたことを特徴とする車載操作装置。
2. 前記触感変更手段は、前記操作面に凹凸を形成する凹凸形成手段（３１．３３）を備え、前記触感変化部は、他の部分よりも凸になること、他の部分よりも凹になること、又は、凸と凹とが交互に形成されて振動を生じること、によって呈されることを特徴とする請求項１に記載の車載操作装置。
3. 前記制御手段は、前記せん断力に平行な方向に前記触感変化部を移動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の車載操作装置。
4. 前記制御手段は、前記せん断力の強さに応じた速度で、前記方向に前記触感変化部を移動させることを特徴とする請求項３に記載の車載操作装置。
5. 前記操作面は１０ｍｍ角〜２０ｍｍ角の大きさを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の車載操作装置。