JP4314810B2 - 触覚インタフェース装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、触覚インタフェース装置、特に抵抗感などインタフェース装置を操作するときに得られる種々の操作感あるいはジョイスティックやトグルスイッチなど種々のインタフェース装置の操作感を一つの操作部位により与えることのできる装置の提供に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多岐にわたる電気・電子機器において、その機器が提供する機能の切替や指示を行うためにトグルスイッチやジョグダイヤル、スライドスイッチなどさまざまなインタフェース装置が搭載されている。また、情報機器では一般的なジョイスティックやトラックボールなどのインタフェース装置も利用されている。これらのインタフェース装置は、それぞれが受け持つ機能の切替や指示が適切に操作されたことの知覚を容易にするために、バネやゴムなどの弾性素材による復元力を用いて操作感を操作者に与えるように設計される。
【０００３】
しかし、このような弾性素材を用いた方法では、操作者が操作部に加える圧力が弾性部材あるいはその支持部分にかかることが原理的に避けられないため、弾性部材等の劣化や破損によって、本来意図した反力を与えられないなどの問題点があった。
【０００４】
また、近年の電気・電子機器では、その機器が提供する機能の高度化、複雑化のために、すべての機能を操作パネル上に設置できなくなり、そのため、モード切替によって１つのスイッチへ複数の機能を割り当てることが行われている。そのため、必ずしもその機能の切替を知覚するのに最適な操作感が操作者に与えられていなかったりする。また、タッチパネルなどの触覚による操作感が皆無なインタフェース装置が用いられるなど、機能の高度化、複雑化と引き換えに、インタフェース装置の操作性が損なわれていくという問題点があった。
【０００５】
これらの問題点を解決するために、これまでいくつかの発明がなされてきた。例えば、回転ノブ型の操作部を水平方向に動かすことで機能選択ができると同時にノブの回転方向にフォースフィードバック制御を行うことにより機能に応じた操作感を操作者に与える技術が開示されている（特許文献１参照）。また、音声によって選択された機能に応じてｘ、ｙ、ｚの３軸周りに動作する操作部の自由度を変化（制限）して、機能の選択状態を理解容易にした技術が開示されている（特許文献２参照）。更に、タッチパネルの操作を理解容易にするためにタッチパネル自体を振動させてクリック感などを操作者に呈示した技術が開示されている（特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１０９５５８号公報
【特許文献２】
特開平９−２４４８６６号公報
【特許文献３】
特開平１０−２９３６４４号公報
【特許文献４】
特開２０００−３３０６８８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１，２においては、いずれも回転方向の制御によって操作感を付与しているため、回転動作における操作性の改善は見込めるが、回転以外の動作、例えば水平移動や垂直移動、画面のポインティングなどの操作に操作感を与えることはできなかった。
【０００８】
また、上記特許文献３においては、タッチパネル上のスイッチ動作にクリック感を付与し操作性を向上させる効果はあるが、操作部を動かして切替や調整を行うようなインタフェースに適用することは極めて困難である。
【０００９】
本発明は以上のような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、反力を生成する部材の劣化に伴う操作感の変化を防止することのできる触覚インタフェース装置を提供することにある。
【００１０】
更に、回転動作や水平移動、垂直移動、画面のポインティングなどのさまざまな操作に伴う操作感を単一の操作部位で触覚により与えることのできる触覚インタフェース装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するために、本発明に係る触覚インタフェース装置は、操作者によって操作される操作手段と、操作者に反力を与えるために前記操作手段に対して駆動力を与える駆動手段と、操作者が前記操作手段に対して行っている操作状況又は前記操作手段の可動範囲内における位置を検出して信号出力する検出手段と、前記操作手段が一のインタフェース装置として動作する際の仕様情報が複数定義されたインタフェース定義情報を記憶する記憶手段と、前記インタフェース定義情報に基づき、前記検出手段からの出力信号に応じて前記駆動手段の駆動制御を行う制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記操作手段が一のインタフェース装置として動作する際に、前記複数定義された仕様情報のうち、前記検出手段が検出した前記操作手段の位置に対応した仕様情報に切り替えて前記駆動手段の駆動制御を行うことを特徴とする。
【００１２】
また、前記インタフェース定義情報には、前記操作手段が互いに隣接する滞留点の中間に位置するときに、前記制御手段が前記操作手段に対して異なる方向に反力を与える仕様情報が定義されていることを特徴とする。
【００１３】
また、前記制御手段は、前記駆動手段の駆動制御を開始する際に前記インタフェース定義情報に基づき前記操作手段を予め決められている初期位置まで移動させるよう前記駆動手段を制御することを特徴とする。
【００１４】
また、前記制御手段は、前記駆動手段の駆動制御に用いるインタフェース定義情報を、前記インタフェース選択手段により選択されたインタフェース装置に対応するインタフェース定義情報に切り替えることを特徴とする。
【００１５】
また、前記操作手段の動作範囲を略２次元平面内で動作させることを特徴とする。
【００１６】
更に、前記制御手段は、インタフェース定義情報に基づき、前記操作手段が略２次元平面内の一定の略直線上に拘束されるように前記駆動手段の駆動制御を行うことを特徴とする。
【００１７】
あるいは、前記制御手段は、インタフェース定義情報に基づき、前記操作手段が略２次元平面内の一定の略円周上に拘束されるように前記駆動手段の駆動制御を行うことを特徴とする。
【００１９】
更に、前記インタフェース選択手段は、前記操作手段と一体に形成されることを特徴とする。
【００２０】
また、前記検出手段は、前記操作手段にかかる押圧力を検出することを特徴とする。
【００２１】
更に、前記制御手段は、前記検出手段が検出した押圧力又は押圧力の変位に対応した仕様情報に切り替えて前記駆動手段の駆動制御を行うことを特徴とする。
【００２２】
また、前記検出手段が検出した信号を外部装置へ信号出力する外部接続端子を有することを特徴とする。
【００２３】
更に、前記制御手段は、前記操作判断部による判断に従い前記外部接続端子から出力する信号を選択することを特徴とする。
【００２４】
更に、前記制御手段は、振舞っているインタフェース装置を表示させるために外部装置である画像表示装置へ、前記検出手段からの信号を出力することを特徴とする。
【００２５】
更に、前記操作手段は、前記画像表示装置の画面上側に配設されることを特徴とする。
【００２６】
また、前記制御手段は、振舞っているインタフェース装置が操作者による操作に応じて本来発生する音を出力させるために外部装置である音出力装置へ、前記検出手段からの信号を出力することを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２８】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る触覚インタフェース装置の一実施の形態を示した概略的な斜視図である。図２は、図１に示した触覚インタフェース装置の筐体上面を取り除いた状態の平面図であり、図３は、図２に示した触覚インタフェース装置の側面図である。
【００２９】
本実施の形態における触覚インタフェース装置２は、図１から明らかなように外部装置と信号交換を行うための端子及び電源端子から構成される外部接続端子４が設けられており、外部装置に埋め込み可能な構造を有している。触覚インタフェース装置２は、ユーザインタフェース部１０と駆動部２０と制御部４０とに大別できる。ユーザインタフェース部１０は、操作者によって操作される操作部１２を有している。操作部１２を支持する基台１４の中心部分には、発光部１６が取り付けられている。なお、図２には、発光部１６を便宜的に省略している。
【００３０】
駆動部２０は、操作部１２を操作する操作者に反力を与えるために操作部１２に対して電磁気により駆動力を与える。このため、駆動部２０は、駆動部２０を格納するケース２１の中に、極性が交互になるように配設された磁石２２，２３，２４，２５を有している。磁石２２〜２５は、装置２の厚さ方向に分極されており、隣接した磁石間で磁界が発生するようにしている。磁石２１〜２５の上方の空間には、各磁石２１〜２５の間にそれぞれが配設されるようにコイル２６，２７，２８，２９と、各コイル２６〜２９を取り付けるフレーム３０とが設けられている。フレミングの左手の法則に従い、磁界中をＸ軸方向に並設したコイル２６，２８に対して電流を所定方向に流すことによって可動状態にあるフレーム３０をＹ軸方向に沿って駆動する。同様にＹ軸方向に並設したコイル２７，２９に対して電流を所定方向に流すことによってフレーム３０をＸ軸方向に沿って駆動する。従って、上記コイルの組のいずれか一方のみに電流を流せば一次元方向に、双方に電流を流せば各一次元方向のベクトル和により表される二次元方向に、フレーム３０を駆動することができる。このように、駆動部２０は、ケース２１の中においてフレーム３０を可動可能にした構造を有している。後述する制御部４０は、信号線３１を介してコイル２６〜２９へ電流を流すことによって駆動部２０の駆動制御に行うことでフレーム３０を変位させ、フレーム３０に取り付けられている操作部１２は、フレーム３０の変位に連動して変位することになるが、駆動部２０は、操作者に反力を与えるために制御部４０における駆動制御のもと、操作部１２に対して電磁気により駆動力を与えることになる。駆動部２０は、例えば上記特許文献４に記載された２次元アクチュエータにより実現することができる。
【００３１】
ケース２１の中心部分には、発光部１６が発した光を光センサ４１が受光できるように開口部３２が設けられている。光センサ４１は、光検出方向により操作部１２の移動量を検出するので、開口部３２は、操作部１２の可動範囲において光の通過を阻止しないような大きさとする必要がある。また、光センサ４１は、光検出方向だけでなく光の照射位置や光量から検出する方法を用いるようにしてもよい。
【００３２】
制御部４０は、制御手段として駆動手段の駆動制御を行うための制御回路が形成された制御基板４２と、制御基板４２上に配設された前述の光センサ４１とを有している。光センサ４１は、前述したように発光部１６が発した光を検出することによって操作部１２の可動範囲内における位置を検出する。本実施の形態における検出手段は、この光センサ４１と、制御基板４２上に形成され、操作者が操作部１２に対して行っている操作状況を検出する検出回路（図示せず）とを有している。なお、操作部１２の可動範囲は、光センサ４１による光の検出範囲と同義であるが、実際には筐体の表面３３の開口領域の大きさにより決定される。
【００３３】
なお、操作者が操作部１２に対して行っている操作状況というのは、操作部１２を上下方向及び／又は左右方向に動かそうとしている行為や操作部１２を現在位置に留めておこうとする行為、またその行為の強さ（操作部１２を早くあるいはゆっくり移動させる）など操作者が操作部１２をどのように操作している、操作しようとしているかを知るために必要な情報のことをいう。本実施の形態における検出回路は、この操作者による行為（操作状況）を検出するために操作部１２にかかる速度、加速度及びその力の加わる方向等を検出する。制御基板４２には、更に検出手段が検出した信号を外部装置へ出力する外部接続端子４が接続されている。
【００３４】
本実施の形態における触覚インタフェース装置２は、上記のように構成されており、一般に外部接続端子４を電気・電子機器、情報機器等の外部装置に接続し外部装置の筐体内に組み込まれて使用されると考えられる。このため、ケース２１を含む触覚インタフェース装置２の筐体は、ケイ素鋼板等の磁気シールド材で形成することが好適である。また、触覚インタフェース装置２の筐体の表面３３は、搭載する外部装置を形成する筐体や画像表示画面等と共用することができる。
【００３５】
そして、詳細は後述するが、本実施の形態における触覚インタフェース装置２は、この１つの装置２でジョイスティックやトグルスイッチ、スライドレバー、マウス（のクリックボタン）等種々のインタフェース装置と同等の操作感を操作者に与えることができる。触覚インタフェース装置２をどの種類のインタフェース装置として機能させるか、換言すると操作部１２をどの種類のインタフェース装置の操作部のように振舞わせるかは、制御部３０における駆動部２０の駆動制御により決定される。
【００３６】
図４は、本実施の形態における触覚インタフェース装置２の機能ブロック構成図である。図４には、図３に対応させて、ユーザインタフェース（ＵＩ）操作部１０、駆動部２０及び制御部４０が示されている。このうち、制御部４０には、前述した光センサ４１と検出回路によって実現される機能を有する検出部５２と、制御回路によって実現される機能を有する制御部５６とが含まれている。検出部５２は、操作者による操作状況や操作部５０の位置を検出して、その操作状況や位置を知らせるために制御部５６へ検出信号を出力する。駆動部２０は、操作者に反力を与えるために操作部１２に対して駆動力を与える。制御部５６は、検出部５２からの出力信号に応じて駆動部２０の駆動制御を行う。
【００３７】
駆動部２０は、上記のように制御部５６による制御に従い操作部１２を介して操作者に反力を与えることで、操作部１２が振舞うべきインタフェース装置が通常操作者に与えている操作感を作り出すわけであるが、制御部５６は、予め設定されているインタフェース定義情報に基づき駆動部２０の駆動制御を行っている。このインタフェース定義情報の詳細については後述することにして、ここでは、まず、触覚インタフェース装置２がジョイスティックとして動作する場合を例にして触覚インタフェース装置２における基本的な動作について図５を用いて説明する。
【００３８】
図５（ａ）には、図２と同様に触覚インタフェース装置２を上方から見たときの平面図であり、触覚インタフェース装置２の表面３３と操作部１２の頂部が示されている。図５（ｂ）は、操作部１２の位置と、駆動部２０が操作部１２に対して与える駆動力との関係を示した図である。インタフェース定義情報には、図５（ｂ）に示した駆動力を駆動部２０に発揮させるように駆動部２０を制御することになる。
【００３９】
例えば、操作者がＸ軸に沿ってそのプラス方向に操作部１２を操作したとする。検出部５２は、その操作に伴い検出した操作状況と操作部１２の位置を検出信号として制御部５６へ出力する。制御部５６は、検出部５２からの検出信号により操作部１２がＸ軸に沿ってそのプラス方向に移動されたことを認識すると、図５（ｂ）に模式的に示されているような予め設定されているインタフェース定義情報に基づいて駆動部２０の駆動制御を行うことになる。すなわち、図５（ｂ）のＸ軸についてのグラフを参照すると、Ｘ軸プラス方向では負の方向に駆動力を与えることがわかるので、駆動部２０に対してそのような制御信号を出力する。駆動部２０は、その制御信号に基づき操作部１２に対してＸ軸の負の方向、すなわち矢印６ａで示したＸ軸に沿ってそのマイナス方向に駆動力をかける。これにより、操作者には、操作部１２の操作方向とは反対方向の反力が与えられる。なお、図５（ｂ）に示した例では、操作部１２の中心から離れるにつれて与えられる駆動力は増加することになる。
【００４０】
また、例えば、操作者がＸ軸とＹ軸の共にマイナス方向に操作部１２を操作したとする。検出部５２は、その操作に伴い検出した操作状況と操作部１２の位置を検出信号として制御部５６へ出力する。制御部５６は、検出部５２からの検出信号により操作部１２がＸ軸とＹ軸との間のマイナス方向に移動されたことを認識すると、図５（ｂ）に模式的に示されているような予め設定されているインタフェース定義情報に基づいて駆動部２０の駆動制御を行うことになる。すなわち、図５（ｂ）のＸ軸についてのグラフを参照すると、Ｘ軸マイナス方向では正の方向に駆動力を与えることがわかる。また、図５（ｂ）のＹ軸についてのグラフを参照すると、Ｙ軸マイナス方向では正の方向に駆動力を与えることがわかる。すなわち、制御部５６は、駆動部２０に制御信号を出力することによって各軸にかけるべき駆動力を知らせる。駆動部２０は、その制御信号に基づき操作部１２に対してＸ軸の正の方向かつＹ軸の正の方向、すなわち矢印６ｂで示した方向に駆動力をかける。これにより、操作者には、操作部１２の操作方向とは反対方向の反力が与えられる。
【００４１】
すなわち、本実施の形態によれば、図５（ｂ）に模式的に示したインタフェース定義情報に基づき、検出部５２からの検出信号に応じた方向及び強さの駆動力を駆動部２０にかけさせるように駆動部２０の駆動制御を行うことにより、ジョイスティックから得られるべき操作感を操作者に与えることができる。
【００４２】
ここで、インタフェース定義情報について詳述する。
【００４３】
前述したように、制御部５６は、入力された検出信号に応じてインタフェース定義情報に基づき駆動部２０の駆動制御を行う。ジョイスティック装置の操作部（ジョイスティック）は、２次元方向に動くので、図５（ｂ）に例示したように２次元方向への動作について定義すればよいわけであるが、図５（ｂ）に示したグラフの線の傾きを変えれば、操作者に与える反力の強さを変えることができる。例えば、グラフ線の傾きを大きくすれば、反力（抵抗感）を強くすることができ、これにより抵抗感あるいは向心力の大きなジョイスティック装置を操作しているという操作感を提供することができる。一方、グラフ線の傾きを小さくすれば、反力を弱くすることができ、これにより抵抗感あるいは向心力の小さいジョイスティック装置を操作しているという操作感を提供することができる。このように、インタフェース定義情報には、図５（ｂ）で模式的に表現できるようなインタフェース装置（ここではジョイスティック装置）として動作する際の仕様情報が定義されている。
【００４４】
なお、詳細については改めて後述するが、図５（ｂ）で模式的に表現できるインタフェース定義情報によって駆動部２０の駆動力、つまり、触覚インタフェース装置２としての動作は定義される。つまり、駆動力を示すグラフ線の形状によって触覚インタフェース装置２としての動作は定義されるのだから、インタフェース定義情報にインタフェース装置の種類を必ずしも設定しておく必要はない。ここでは、図５に示したジョイスティック装置として動作する際のインタフェース定義情報しか定義していないので、インタフェース定義情報と仕様情報とは同義である。
【００４５】
上記説明では、触覚インタフェース装置２における基本動作を説明するために、制御部５６の内部にインタフェース定義情報を予め設定しておき、図５（ｂ）に基づく一意的な反力を与えるような装置として説明した。従って、例えば、図６に示したように、インタフェース定義情報を記憶する記憶部５８を更に設けておき、記憶部５８の内容を書き換えることにより、所望の操作感を与えることのできるジョイスティックを提供することができる。
【００４６】
ここで、制御部５６における動作について更に詳述すると、制御部５６は、検出部５２からの検出信号により認識できる操作部１２の存在位置Xと目標制御位置Xtとの差分から駆動部２０での出力FをPID制御によって決定する。これらの関係式は次のようになる。
【００４７】
F＝Kp×(X-Xt)＋Kd／dt×[(X-Xt)−(X0-Xt0)]＋Ki×∫(X-Xt)dt
【００４８】
ここで、X0は1サイクル前の検出位置、Xt0は1サイクル前の目標位置である。触覚インタフェース装置２の場合、外乱には操作者の操作が含まれるのでPID制御のKiは0としてPD制御で用いるとよい。また、制御サイクルは操作部１２にゴツゴツ感を発生させないよう少なくとも数百〜１ＫＨｚの周波数を用いる。これらの制御によって、Kpによる操作部１２の復元力（反力）は、図５（ｂ）のようになり、操作部１２は、図５（ａ）に示されるように目標位置（本実施の形態の場合は中央）に復元力を持ったジョイスティックとして機能させることができる。そして、この場合は、前述したグラフ線の傾きというのは、係数Kpの値によって決定されることになる。なお、グラフ線の形状により模式的に表される仕様情報というのは、グラフ線を表す計算式とその計算式に含まれる各係数の値の組合せによって決定する。
【００４９】
本実施の形態では、各係数が一定の上記計算式を仕様情報として記憶部５８に予め記憶し、必要に応じて記憶した仕様情報を変更するように説明したが、各係数を外部から入力指定できるようにし、制御部５６が指定された係数を反映させた計算式により出力Ｆを決定するようにしてもよい。この場合は、係数が可変なままの計算式が仕様情報となり、係数の値を変更することによって一つのインタフェース装置を操作している間に操作部１２に対する同じ操作に対して異なる操作感を与えることができる。
【００５０】
本実施の形態によれば、ジョイスティックやスイッチなどの入力装置として動作する際に、操作者に与える操作感を弾性部材などの素材によって実現するのではなく、電磁気的に動作する２次元アクチュエータを用いて実現しているので、インタフェース装置として与える操作感の劣化を防止することができる。また、動作方向も回転方向以外の略２次元平面内の方向にも反力を与えることができる。
【００５１】
実施の形態２．
図７は、本実施の形態における触覚インタフェース装置の機能ブロック構成図である。なお、実施の形態１と同じ構成要素には同じ符号を付ける。以降の実施の形態においても同様とする。本実施の形態においては、図６に示した装置構成に、検出部５２からの出力信号により操作者による操作状況を判断する操作判断部６０を制御部５６に設けたことを特徴とする。本実施の形態においては、触覚インタフェース装置２がトグルスイッチとして動作する場合について図８を用いて説明する。
【００５２】
図８は、実施の形態１の図５に相当する図であり、図の見方は図５と基本的には同じなので説明を省略する。
【００５３】
図８では、矢印６ａ〜６ｄで示された反力の向きの中心がスイッチＯＮの状態、矢印６ｅ〜６ｈで示された反力の向きの中心がスイッチＯＦＦの状態にあると設定している。図８（ａ）では、操作部１２の滞留点として点７ａ，７ｂでそれぞれ示すことにする。そして、矢印６ｂ，６ｉ，６ｆと矢印６ｄ，６ｊ，６ｈとにより表された反力が操作部１２に与えられることから、操作部１２がＹ軸上からずれないように誘導されることがわかる。このように、制御部５６は、インタフェース定義情報に基づき操作部１２が略２次元平面内の一定の略直線上に拘束されるように駆動部２０の駆動制御を行うことによりトグルスイッチを実現できる。反力についてより詳細に説明すると、矢印６ｂ，６ｉ，６ｆと矢印６ｄ，６ｊ，６ｈで示される反力は、操作部１２を略直線上に拘束するための反力であり、このうち、矢印６ｂ，６ｄ，６ｆ，６ｈは、操作部１２を各滞留点７ａ，７ｂに滞留させるための反力でもある。また、矢印６ａ，６ｃ，６ｅ，６ｇで示される反力は、操作部１２を各滞留点７ａ，７ｂに滞留させるための反力でもあり、そのうち、矢印６ｃ，６ｅは、更に操作者の意思によって操作部１２を隣接した滞留点へ移動させるための誘導力でもある。
【００５４】
なお、図８（ａ）には、操作部１２を略直線上に拘束するために各方向に矢印６ｂ，６ｉ，６ｆと矢印６ｄ，６ｊ，６ｈを示したが、直線上の全ての位置においてＹ軸上に沿って移動するように反力を与えていることは図８（ｂ）から明らかである。
【００５５】
例えば、操作者がスイッチをＯＮにしたいために操作部１２をＹ軸のプラス方向に操作したとする。検出部５２は、その操作に伴い検出した操作状況と操作部１２の位置を検出信号として制御部５６へ出力する。制御部５６は、検出部５２からの検出信号により操作部１２がＹ軸のプラス領域にある場合には点７ａの位置に操作部１２を拘束するように制御する。すなわち、図８（ｂ）のＹ軸についてのグラフを参照すると、Ｙ軸プラス方向では中央に近いところでは極めて強い駆動力をプラス方向に与えていることがわかる。すなわち、操作部１２がニュートラルな中心位置からＹ軸のプラス方向に操作者によって操作されると、操作部１２を更にプラス方向へ積極的に誘導する。これにより、操作部１２の動きをスムーズにすることができる。そして、ある距離移動すると、駆動力は低下し、駆動力を示すグラフ線はいずれＹ軸と交差することになる。この交差する点７ａは、図８（ａ）における滞留点７ａに相当する。つまり、滞留点７ａでは、駆動力がゼロということであり、Ｙ軸方向に関しては何ら反力を与えないということであり、これにより、操作部１２は、外力が加わらない限り（通常は操作者による操作力）、点７ａの位置に滞留することになる。よって、スイッチはＯＮに保たれることになる。一方、ニュートラルな位置からスイッチをＯＦＦにするときは、上記と動作は全く逆となるので、説明を省略する。
【００５６】
スイッチの動作を誤動作やジッタリングのないより確実なものとするために、インタフェース定義情報をＯＮ／ＯＦＦそれぞれの状態に応じて用意し、ヒステリシス動作をさせることもできる。図９は操作部１２がスイッチＯＮの状態にあるときの、図１０は操作部１２がスイッチＯＦＦの状態にあるときの図８に相当する図である。本実施の形態においては、図８で示されるインタフェース定義情報の代わりに図９及び図１０で示されるインタフェース定義情報を記憶部５８に記憶させ、状態の変化に応じて切り替えて用いている。つまり、触覚インタフェース装置２をトグルスイッチとして動作させる際の複数の仕様情報がインタフェース定義情報に定義されていることになる。前述したように、本実施の形態においては、操作判断部６０を設けている。操作判断部６０は、検出部５２からの検出信号、この場合は光センサ４１により検出された位置を示す検出信号に基づき操作部１２がニュートラルな位置にいるときと判断したとき、制御部５６は、参照する仕様情報ＯＮのときには図９の仕様情報に基づいてマイナス方向に、ＯＦＦのときには図１０の仕様情報に基づいてプラス方向に、同じトグルスイッチに対して異なる駆動制御を行うようになる。
【００５７】
本実施の形態によれば、同じインタフェース装置に対して複数の仕様情報を設定し、操作部１２の操作状況又は存在位置（本実施の形態では操作部１２の位置）に応じて使用する仕様情報を切り替えることができるので、本来のインタフェース装置により近い、あるいは本来のインタフェース装置より良好な操作感を操作者に与えることができる。
【００５８】
実施の形態３．
上記実施の形態２においては、ＯＮとＯＦＦの２カ所で滞留するトグルスイッチとして動作する場合について説明した。この滞留する箇所、つまり滞留点を略直線上に増やして多段階とすることで多段階選択スイッチの一形態であるスライドスイッチを実現することができる。なお、本実施の形態の機能ブロック構成は、図６又は図７と同じになる。
【００５９】
図１１は、実施の形態３における触覚インタフェース装置をスライドスイッチとして動作させる際に操作部の滞留点７ａ〜７ｄを示した図である。可動範囲内において操作部に与えられる反力は、矢印６ａ〜６ｃに示したように図８乃至図１０の各（ａ）に示した滞留点７ａ，７ｂを略直線上に更に連ねることによって表すことができる。また、図１１では、操作部を省略している。
【００６０】
図１１には、操作部１２を４点に滞留させるスライドスイッチが示されている。例えば、風量のスイッチであれば、各滞留点７ａ〜７ｄは、「切」、「弱」、「中」、「強」の位置に相当することになり、各滞留点間を移動する際には反力が与えられている。停留させる点をさらに多くとりほぼ連続的に移動可能な状態にする、あるいはＹ軸方向には駆動力が発生しないようにすることによってスライドボリュームのような動作をも実現することができる。
【００６１】
ところで、ジョイスティックでは問題ないが、本実施の形態において例示した偶数個の滞留点のスライドスイッチ、また前述したトグルスイッチにも実際には当てはまるが、操作部１２の可動範囲における中心点に滞留点が存在しない場合、操作部１２を初期状態としていずれかの滞留点に位置決めしておくようにするように動作制御することが現実的である。従って、例えばスライドスイッチとしての動作を開始した場合、制御部５６は、検出部５２からの信号により操作部１２の現在位置は特定できるので、インタフェース定義情報に基づき操作部１２を予め決められている初期位置まで移動させ滞留させるように駆動部２０を制御する。上記トグルスイッチの例だと、ＯＦＦの位置を初期位置とし、上記スライドスイッチの例だと、「切」の位置を初期位置とすることが好適であると考えられる。もちろん、これに限定されるものではなく、例えば、前回トグルスイッチとして振舞ったときの終了状態を記憶しておき、それを次回振舞い時の初期状態とするようにしてもよい。
【００６２】
実施の形態４．
上記実施の形態３においては、多段階選択スイッチの一形態としてスライドスイッチを例示したが、本実施の形態においては、ジョグダイヤルを例示する。なお、本実施の形態の機能ブロック構成は、図７と同じになる。
【００６３】
図１２は、実施の形態４における触覚インタフェース装置をジョグダイヤルとして動作させる際に操作部の滞留点７ａ，７ｂ，７ｃ，・・・を示した図である。可動範囲内において操作部に与えられる反力は、矢印６ａ，６ｂ，６ｃ，・・・に示したように図８乃至図１０の各（ａ）を略円周上に連ねることによって表すことができる。なお、図１２では、操作部を省略している。
【００６４】
更に、本実施の形態における制御部５６は、操作部が略２次元平面内の一定の略円周上に拘束されるように駆動部２０の駆動制御を行うことを特徴としている。すなわち、滞留点７ａに対応させて示した反力６ｍ，６ｎが操作部を略円周上に拘束するための反力に相当する。なお、本実施の形態におけるジョグダイヤルは、実施の形態４において示したスライドスイッチを丸めて円周上に配置し、そして、円形状とすることで形成できる。終端がない点で異なる以外は基本動作は同じなので、詳細な動作の説明は省略する。
【００６５】
このジョグダイヤルは、ビデオデッキのコマ送り再生やオーディオ装置の回転式ボリューム等に採用されているが、本実施の形態によれば、触覚インタフェース装置をジョグダイヤルとして動作させることができる。
【００６６】
なお、本実施の形態では、１周を１２分割して１２個の滞留点を形成した例を示したが、この滞留点の数はこれに限られたものではない。例えば、滞留点の数を多くしていくと、最終的には操作部がスムーズに動き、各滞留点への滞留感を感じないような触覚を操作者に与えることができる。一方、滞留点の数を少なくするとゴツゴツ感のあるジョグダイヤルを提供することができる。４点ほどまで少なくすると、スライドスイッチと同様の機能を持つ風量用のロータリースイッチとして操作させることも可能である。
【００６７】
実施の形態５．
図１３は、本実施の形態における触覚インタフェース装置の機能ブロック構成図である。本実施の形態における触覚インタフェース装置は、実施の形態２（図７）において示した構成に、インタフェース選択部６２を更に追加した構成を有している。そして、制御部５６は、外部装置と信号の送受信を行う。
【００６８】
上記各実施の形態においては、本発明に係る触覚インタフェース装置をジョイスティック、トグルスイッチ等のインタフェース装置に適用した場合を例にして説明した。本実施の形態では、複数のインタフェース装置として動作させることを可能にしたことを特徴としている。このために、本実施の形態においては、記憶部５８に複数のインタフェース装置に対するインタフェース定義情報を記憶しておき、制御部５６は、駆動部２０の駆動制御に用いるインタフェース定義情報を、ユーザにより選択されたインタフェース装置に対応するインタフェース定義情報に切り替えるようにしたことを特徴としている。インタフェース選択部６２は、操作部１２が振舞うインタフェース装置を選択するための手段である。
【００６９】
ここでは、本実施の形態における触覚インタフェース装置を自動車に適用した場合を例にして説明する。図１３は、本実施の形態における触覚インタフェース装置が取り付けられた自動車のハンドルの概略図である。図１３には、ハンドル８に取り付けられた触覚インタフェース装置の操作部１２と、インタフェース選択部６２に相当するＵＰ／ＤＯＷＮボタン６２ａ，６２ｂが示されている。
【００７０】
図１４は、本実施の形態において切り替えられるインタフェース装置の遷移を示した概念図であり、この図から明らかなように、触覚インタフェース装置は、音量操作、ドアミラーの角度調整操作及びウィンカー指示操作のために用いられる。音量操作にはジョグダイヤルを、ドアミラー調整操作には上下左右に移動可能なジョイスティックを、ウィンカー操作にはスライドスイッチを利用することが好適であり、そのために各インタフェース装置として動作させるためのインタフェース定義情報を記憶部５８に記憶させておく。
【００７１】
以下、本実施の形態における動作について説明する。
【００７２】
車両のスイッチＯＮに伴い、外部装置、この場合は車載制御処理装置から始動信号を受信することで触覚インタフェース装置は作動を開始する。始動時のモードは何でもよく、予め設定したモードでもよいし、例えば、車両のスイッチＯＦＦ時の状態を保持しておき、次回のスイッチＯＮ時の初期モードとするようにしてもよい。ここで、ドアミラーの調整をしたければ、操作者は、必要に応じてＵＰ／ＤＯＷＮボタン６２ａ，６２ｂを操作し、ドアミラー操作モードに設定する。なお、現在どのモードが選択されているかは、制御部５６が選択モード信号を車載制御処理装置へ出力し、車両のディスプレイに表示させるようにすればよい。
【００７３】
触覚インタフェース装置は、ドアミラー操作モードのときには、ジョイスティックとして動作する。これにより、操作者は、操作部を上下左右に動かすことでドアミラーの角度調整を行うことができる。なお、左右のドアミラーの選択には左右方向に動作するトグルスイッチが有効であるが、ジョイスティックとトグルスイッチとの切替えは、図１４にドアミラーの選択モードを図１４に組み入れるなどのロジックにより対応できる。
【００７４】
そして、ＵＰ／ＤＯＷＮボタン６２ａ，６２ｂの操作により音量操作モードが選択されると、制御部５６は、その選択に応じてインタフェース定義情報をジョイスティック用からジョグダイヤル用に切り替えて駆動部２０の駆動制御を開始する。これにより、触覚インタフェース装置は、音量操作モードが選択されたときにはジョグダイヤルとして動作することができる。そして、ＵＰ／ＤＯＷＮボタン６２ａ，６２ｂの操作によりウィンカー操作モードが選択されると、制御部５６は、その選択に応じてインタフェース定義情報をジョグダイヤル用からスライドスイッチ用に切り替えて駆動部２０の駆動制御を開始する。これにより、触覚インタフェース装置は、音量操作モードが選択されたときにはジョグダイヤルとして動作することができる。
【００７５】
ウィンカー操作モードに適用するスライドスイッチは、中央とその左右方向に滞留点を有し、左右方向のみに動作可能な３段階のスライドスイッチとして動作させることが好適である。従って、操作部をこのように動作させる仕様情報がインタフェース定義情報に定義される。
【００７６】
以上のように、本実施の形態では、複数のインタフェース装置を一つの操作部により実現することができるので、インタフェース装置の取付スペースを削減することができる。ここに例示したように、多機能化した車両に取り付ける際には特に有効である。但し、より良好に車両の走行に適合させるには、モード切替に何らかの工夫が必要になる。例えば、車両走行にはウィンカーは必要なので、図１４に示したように車両の前進を感知したり、あるいは音量操作やドアミラー操作が一定時間されなければ、ウィンカー操作モードに自動遷移させるようにする。また、現在の車両では、ウィンカーを表示しその方向へハンドルを回し、そしてハンドルが元に戻るときにはウィンカーの表示はハンドルの動きに追従して取り消される。従って、同様の動作制御が実現できるようにしなければならない。このためには、次のようにすればよい。
【００７７】
ウィンカー用のスライドスイッチの仕様情報は、前述したように初期の状態として左右方向に並ぶ３点の滞留点を有している。つまり、そのように操作部を動作させる仕様情報が定義されており、それを使用している。そして、制御部５６は、車載制御処理装置若しくは操舵角センサ等が発するハンドルの操舵角あるいは回転角等の信号を常時入力しており、ハンドルが回された後ある程度戻ったときに操作部を滞留させていた滞留点を削除した仕様情報に切り替える。なお、仕様情報の切替については、実施の形態２において説明した。なお、仕様情報を切り替えずにジョイスティックのインタフェース定義情報に切り替えるようにしても実現可能である。そして、ハンドル操作終了時には、左右方向に並ぶ３点の滞留点を有する３段階のスライドスイッチの仕様情報に切り替える。このように、滞留していた位置に滞留点のない仕様情報に切り替えることで操作部をニュートラルな中央位置に自動的に戻すことができる。
【００７８】
上記実施の形態では、一つのインタフェース定義情報のみを記憶部５８に記憶させ、その中に１乃至複数の仕様情報を定義し、操作部の位置によって仕様情報を適宜切り替える触覚インタフェース装置を説明した。これにより、例えば、スライドスイッチであれば、同じスライドスイッチの操作においても操作部の位置や移動方向によって仕様情報を切り替えることで操作者に与える操作感を変更することができた。
【００７９】
本実施の形態においては、複数のインタフェース定義情報を記憶部５８に記憶させ、その中に１乃至複数の仕様情報が定義し、操作部の位置や外部装置から送られてくる信号に応じて仕様情報又はインタフェース定義情報を適宜切り替える触覚インタフェース装置を説明した。これにより、一つの触覚インタフェース装置によって異種のインタフェース装置の操作を提供することができる。また、同種であっても３段階や４段階など異なる動作のスライドスイッチを提供することができる。なお、同種のインタフェース装置であっても動作自体が異なれば、異なるインタフェース装置として扱い、これにより、インタフェース定義情報を別個に生成する。
【００８０】
また、以上の説明から明らかなように、本実施の形態における触覚インタフェース装置をいずれかのインタフェース装置として機能させるには、仕様情報として定義する内容（図８（ｂ）等で表現されるグラフ線の形状）によって決まってくる。換言すると、仕様情報として定義する内容いかんでは、所望するインタフェース装置を作成できるということである。例えば、上下方向と左右方向にそれぞれ動作するスライドスイッチを連結してＴ字形状やＬ字形状のスライドスイッチ、あるいはスライドスイッチの終端部はジョイスティックになっているようなインタフェース装置など新たなインタフェース装置の操作感を提供することができる。このように、本実施の形態によれば、複数のインタフェース装置を一つの操作部で実現できるだけでなく、仮想的な新たなインタフェース装置を作成することも可能である。
【００８１】
なお、実施の形態１においては、一つのインタフェース定義情報のみ生成され、その中に一つの仕様情報のみが定義されていたので、各情報の識別情報は不要であった。また、実施の形態２では、一つのインタフェース定義情報のみ生成され、その中に複数の仕様情報のみが定義されていたので、仕様情報に識別情報が必要でもインタフェース定義情報には識別情報が不要であった。本実施の形態においては、複数のインタフェース定義情報が生成されているので、モード切替の際に各インタフェース定義情報を識別できるように、インタフェース定義情報にはその情報の識別情報を含ませる必要がある。
【００８２】
また、本実施の形態では、操作部から離れた位置にＵＰ／ＤＯＷＮボタン６２ａ，６２ｂを選択スイッチとして別途設けたが、操作部に選択スイッチ機能を付加して一体に形成するようにしてもよい。例えば、操作部の頂部に圧力センサを取り付け、制御部５６は、圧力センサが一定以上の押圧力を検出すると、それを操作者によるモード切替操作と認識してモードを切り替える。なお、この場合は、遷移する方向は一方向のみなので、モードの移行遷移はサイクリックとなる。
【００８３】
上記実施の形態では、触覚インタフェース装置を２次元リニアモータで実現することができるが、本実施の形態においては、３次元方向の操作を検出する必要がある。そのため、圧力センサなどの検出手段が必要となるが、これにより、外部装置に取り付けるスイッチの数を更に削減することができる。また、圧力センサに押圧力の有無を検出できるようにすれば、タッチセンサとしての動作を実現することができる。
【００８４】
実施の形態６．
上記実施の形態５では、触覚インタフェース装置を自動車のハンドルに適用した例を示した。本実施の形態では、外部装置が情報処理装置の場合を例にして説明する。
【００８５】
図１６（ａ）は、本実施の形態における触覚インタフェース装置を示した概略的な側面図であり、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）において情報処理装置に何も表示されていない状態の平面図である。本実施の形態における触覚インタフェース装置２は、情報処理装置８０と一体に形成されている。触覚インタフェース装置２は、外部接続端子を情報処理装置８０に接続しており、制御部５６は、検出信号を外部装置へ出力できる。また、操作部１２は、ガラス板３４、アーム３５を介して情報処理装置８０に対して相対的に可動できる状態に取り付けられている。情報処理装置８０の画像表示部８２は、上向きに設置されており、その画像表示部８２の上側に触覚インタフェース装置２の操作部１２が配設される。そして、画像表示部８２による表示内容を遮らないように情報処理装置８０の下側に制御部と駆動部２０の一部を含む触覚インタフェース装置２の本体が配設される。操作部１２は、画像表示部８２による表示内容が見れるように透明である板材の上、本実施の形態ではガラス板３４の上に載置される。ガラス板３４は、装置２の本体から延出した少なくとも１組のアーム３５によって支持される。本実施の形態では、操作部１２に対して加わる操作力を、操作部１２、ガラス板３４、アーム３５を介して装置本体内の検出手段へ、同時に触覚インタフェース装置２から発生される駆動力を操作部１２に伝える構造になっている。
【００８６】
本実施の形態における動作について図１７を用いて説明する。図１７では、情報処理装置８０がスライドスイッチを表示するときの例を示している。操作部１２は、装置２において中央に位置しているとすると、情報処理装置８０は、制御部４０から送られてきた検出信号によりその位置を認識できるので、操作部１２の現在位置に合わせてスライドスイッチを表示する。操作部１２の初期位置が図１７（ａ）に示したように上から２番目のレベルだとすると、情報処理装置８０は、表示したスライドスイッチの２番目のレベル上に操作部１２がくるように操作部１２を相対的に移動させる。一方、制御部４０は、情報処理装置８０から送られてきた信号に基づきスライドスイッチが表示されたことを認識すると、そのスライドスイッチに対応するインタフェース定義情報に基づき駆動部２０の駆動制御を行うようにする。
【００８７】
そして、操作者がスイッチを下から３番目のレベルに移動させようと操作部１２を操作すると、制御部４０は、上記実施の形態で説明したように操作者に操作感を与えると共に検出部が検出した検出信号を外部接続端子４を介して情報処理装置８０へ出力する。この際、制御部４０は、操作者に操作部を押し下げているような操作感を与える。制御部４０から送られてきた検出信号を入力した情報処理装置８０は、その検出信号に応じて表示したスライドスイッチの３番目のレベル上に操作部１２がくるように操作部１２を相対的に移動させる。この状態を図１７（ｂ）に示す。図１７では、情報処理装置８０が移動したようにみえるが、実際には上記の通り操作部１２が相対的に移動する。
【００８８】
また、図１８では、情報処理装置８０がジョグダイヤルを表示するときの例を示している。情報処理装置８０は、操作部１２は、装置２において中央に位置しているとすると、情報処理装置８０は、制御部４０から送られてきた検出信号によりその位置を認識できるので、操作部１２の現在位置に合わせてジョグダイヤルを表示する。スライドスイッチのときと同様に、操作部１２が初期位置にくるように操作部１２を相対的に移動させる。一方、制御部４０は、情報処理装置８０から送られてきた信号に基づきジョグダイヤルが表示されたことを認識すると、そのジョグダイヤルに対応するインタフェース定義情報に基づき駆動部２０の駆動制御を行うようにする。
【００８９】
そして、操作者が例えば図１８（ａ）に示した位置から１８０度回転させようと操作部１２を操作すると、制御部４０は、検出部が検出した検出信号を外部接続端子４を介して情報処理装置８０へ出力する。この際、制御部４０は、操作者に操作部を操作方向に回しているような操作感を与える。制御部４０から送られてきた検出信号を入力した情報処理装置８０は、その操作者による操作に応じて表示したジョグダイヤルがあたかも１８０度回転したように操作部１２を相対的に移動させる。この状態を図１８（ｂ）に示す。図１８では、情報処理装置８０が移動したようにみえるが、実際には上記の通り操作部１２が相対的に移動する。
【００９０】
本実施の形態によれば、搭載された外部装置に対して検出信号を出力し、また、外部装置から表示内容に関する情報を受け取ることで、画像を表示する情報処理装置と連動して動作することができる。また、操作部を表示画面上に配設したことにより表示内容と操作部との一体感が生まれ、視覚的にもあたかもその場所にスイッチがあるかのように操作者にイメージさせることができる。
【００９１】
実施の形態７．
上記実施の形態５では、触覚インタフェース装置を自動車のハンドルに適用した例を示した。本実施の形態では、外部装置がオーブンレンジの場合を例にして説明する。なお、本実施の形態における触覚インタフェース装置の機能ブロックは、図１３と同じである。
【００９２】
図１９は、本実施の形態における触覚インタフェース装置を搭載したオーブンレンジの操作パネルを示した概略図である。オーブンレンジのように操作手順がフローになっている場合、各モードを階層構造で遷移させる必要がある。階層の移動は、図１９に示した決定／取消ボタンによって行われるが、本実施の形態では、インタフェース選択部６２が決定／取消ボタンに相当する。図１９には、表示パネル８６と、触覚インタフェース装置の操作部１２とインタフェース選択部６２による決定／取消ボタン６２，６２ｂが示されている。表示パネル８６は、上記実施の形態６において説明した情報処理装置の画像表示部に相当し、情報処理装置及び触覚インタフェース装置の制御部と駆動部はオーブンレンジの筐体内に収納されている。
【００９３】
図２０は、本実施の形態における触覚インタフェース装置の操作モードの遷移を示した図である。以下に、本実施の形態における動作について説明する。
【００９４】
初期状態において表示パネル８６には、図１９に示したように縦４段階のスライドスイッチによる加熱モードの選択画面が表示されている。操作者は、この表示内容に従い操作部１２を操作して、所望の加熱モードを選択する。操作部の動作制御、表示パネル８６への表示制御、情報処理装置と触覚インタフェース装置との連係動作については、実施の形態６と同様なので説明を省略する。ただ、表示画面と操作部とが一体でない本実施の形態においては、表示と操作は次のように連係動作する。例えば、スライドスイッチ上を動くスライドノブを下方に移動させたいとき、操作者は操作部１２を下方に操作力を加えるので、情報処理装置は、制御部から送られてきた検出信号に従い表示されているスライドノブを下方に移動させる。
【００９５】
ここで、例えば「レンジ強」にスライドノブが合わせられているときに決定ボタン６２aが押下されると、図２０に示したように加熱時間の設定モードに遷移するので、情報処理装置は、加熱時間の設定画面（例えばデジタル時計）を表示する。制御部は、情報処理装置から送られてきた信号に応じて操作部１２をスライドスイッチからジョグダイヤルとしての操作感を与えるように駆動部を制御する。一般に、ジョグダイヤルを右に回せば設定時間が増え、左に回せば設定時間が減るので、本実施の形態においてもこの操作に準じる。更に、決定ボタン６２ａを押すことにより加熱がスタートし、加熱終了と共に再び初期状態に戻るようにする。
【００９６】
本実施の形態によれば、オーブンレンジの操作パネルに組み込んだときに、スライドスイッチやジョグダイヤルなど実際のスイッチと同等の操作感を一つの操作部１２のみで与えることができる。これにより、操作パネルの小型化を図ることができる。
【００９７】
なお、本実施の形態では、決定ボタン６２ａを別途は移設したが、操作部１２の上に搭載してもよい。そうすることによって、手の動作が少なくなり、より操作性を改善することができる。
【００９８】
実施の形態８．
本実施の形態では、外部装置が複写機の場合を例にして説明する。なお、本実施の形態における触覚インタフェース装置の機能ブロックは、図１３と同じである。
【００９９】
近年の複写機は、数多くの機能が一つのタッチパネルへの操作によって実現されている。これらの機能の選択を本発明に係る触覚インタフェース装置によって操作することにより操作性を大きく向上させることができる。
【０１００】
図２１は、本実施の形態における触覚インタフェース装置を搭載した複写機の操作パネルを示した概略図である。図２１に示された操作パネルによると、トレイ選択、倍率選択、片面又は両面印刷及びコピー枚数が設定できる。各モードは、インタフェース選択部６２により実現される図示しない選択ボタンによって切り替えられる。あるいは、各モードの割り付けられている領域をマウス等でクリック選択する、あるいは画像表示部をタッチパネルとしてタッチ操作により選択するようにしてもよい。また、図２１には、操作部１２を図示していないが、本実施の形態においては、操作パネル近傍に設けたり、あるいはマウスに取り付ける。インタフェース選択部６２と操作部１２とを同じマウスに取り付ければ、操作性は更に向上する。
【０１０１】
図２１において、トレイ選択や倍率の選択は、段階（滞留点）数が異なるものの同じ縦方向のスライドスイッチにより実現され、片面／両面印刷の選択は、横方向のスライドに縦方向のトグルスイッチを組み合わせて実現でき、枚数の設定は、ジョグダイヤルにより実現される。制御部５６は、インタフェース選択部６２により選択されたインタフェース装置に対応したインタフェース定義情報に基づき駆動部２０を駆動制御することは、上記各実施の形態において説明したとおりである。図２１に示した各インタフェース装置に対応したインタフェース定義情報において設定される滞留点を図２２に示す。なお、スライドスイッチとジョグダイヤルに関しては、実施の形態２，３において詳述しているので、ここで、片面／両面印刷の選択について図２３を用いて説明する。
【０１０２】
図２３には、図２１に示した片面／両面印刷を選択するためのインタフェース装置のみを抽出した。このうち、図２３（ａ）では、片面原稿と片面コピーの各滞留点を実線で結んで示していることから、片面原稿を片面コピーすることを選択したことが把握できる。この状態においては、操作部１２には片面原稿と片面コピーの間をスライド移動可能な拘束力が働いている。ここで、原稿側を両面原稿に変更したいときはこれらの拘束力に対抗して操作部１２を矢印６ａの向きに動作させると画面は、図２３（ｂ）のようになると同時に、操作部１２には図２３（ｃ）に示したように両面原稿と片面コピーと間を結ぶ斜めの線上に矢印６ｃ，６ｄの方向の拘束力が働くように変化する。コピー側を両面に変更する場合や、これらの逆の操作も方向が逆になること以外は同じなので、説明を省略する。制御部５６は、このような仕様情報に基づき駆動部２０を制御する。なお、その仕様情報は、片面／両面印刷のインタフェース装置に対応したインタフェース定義情報に含まれていることは言うまでもない。
【０１０３】
前述した図２３（ａ）に対応する仕様情報と図２３（ｂ）に対応する仕様情報とは同じインタフェース定義情報に含まれている。本実施の形態によれば、複写機に操作パネルにも適用することができる。
【０１０４】
実施の形態９．
上記実施の形態７では、外部装置として情報を表示する機能を有する情報処理装置と組み合わせた場合を説明したが、本実施の形態では、音を出力する音出力装置が接続された、あるいは音を出力する機能を有する情報処理装置と組み合わせた場合について説明する。なお、本実施の形態における触覚インタフェース装置の機能ブロックは、図１３と同じである。
【０１０５】
前述したように、操作部１２の操作状況や位置を検出した信号は、情報処理装置に送られるが、情報処理装置は、この検出信号によって認識した操作部１２の位置や移動の速度、加速度に応じてその状態を表現する音を出力する。例えば、操作部１２の動きが遅いときには低音を、早いときには高音を発したり、移動させてはいけない位置にあるときには警告音を発したりする。
【０１０６】
また、同じ位置で同じ操作であっても操作回数をカウントしておき、その値によって音を変えたりすることもできる。例えば、ボールペンのノック音をペン先を出すときの音としまうときの音を変えたりすることができる。一方、情報処理装置は、この状態の信号を制御部５６に送り、制御部５６は、ノック音をペン先を出すときとしまうときとで使用する仕様情報を切り替えることで、ボールペンのペン先を出すときとしまうときの操作感を異ならせることができる。このように、制御部５６は、外部装置からの信号に基づき操作部１２の同じ位置での同じ操作でも異なる仕様情報を使用させることができる。
【０１０７】
以上のように、上記各実施の形態において、さまざまなインタフェース装置の操作感を与えるべき本実施の形態の動作について説明した。上記各実施の形態において、操作部１２の操作方向のほとんどは２次元方向なので、実施の形態１に記載したように２次元アクチュエータにより実現することができるが、押圧力を検出する圧力センサと組み合わせることによりタッチパネルというインタフェース装置、更には押圧力に応じて仕様情報を切り替えるなど様々な操作感を与えることができ、また様々な種類のインタフェース装置を一つの操作部１２によって提供することができる。そして、同じインタフェース装置においても仕様情報を切り替えることで粘性感、慣性感などさまざまな操作感を操作者に与えることができる。
【０１０８】
【発明の効果】
本発明によれば、操作者に与える反力を電気回路および磁気回路で置き換えているため、操作手段へ加わった圧力による機構部分の物理的な劣化を極力削減することができる。従って、長寿命で信頼性の高い触覚インタフェース装置を提供することができる。
【０１０９】
また、さまざまなインタフェース装置の操作感を一つの操作手段によって操作者に与えることができる。
【０１１０】
また、一つのインタフェース装置に対して駆動手段の駆動制御に用いる仕様情報を操作手段の操作状況や位置に応じて切り替えることでその操作状況や位置に適した操作感を与えることができる。
【０１１１】
また、外部接続端子から検出信号を外部装置へ出力できるようにしたので、操作状態や仕様情報の切替に応じて表示画像や音声出力を変化させることにより、よりユーザビリティの高い触覚インタフェース装置装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る触覚インタフェース装置の一実施の形態を示した概略的な斜視図である。
【図２】 図１に示した触覚インタフェース装置の筐体上面を取り除いた状態の平面図である。
【図３】 図２に示した触覚インタフェース装置の側面図である。
【図４】 実施の形態１における触覚インタフェース装置の機能ブロック構成図である。
【図５】 （ａ）は実施の形態１における触覚インタフェース装置をジョイスティックとして動作させる際に操作部に与える反力を示した図であり、（ｂ）は触覚インタフェース装置をジョイスティックとして動作させるときの２次元方向の各軸と駆動力とを関係を示した図である。
【図６】 実施の形態１における他の触覚インタフェース装置の機能ブロック構成図である。
【図７】 実施の形態２における触覚インタフェース装置の機能ブロック構成図である。
【図８】 （ａ）は実施の形態２における触覚インタフェース装置をトグルスイッチとして動作させる際に操作部に与える反力を示した図であり、（ｂ）は触覚インタフェース装置をトグルスイッチとして動作させるときの２次元方向の各軸と駆動力とを関係を示した図である。
【図９】 （ａ）は実施の形態２における触覚インタフェース装置の操作部がＯＮの位置にあるときに操作部に与える反力を示した図であり、（ｂ）は操作部がＯＮの位置にあるときの２次元方向の各軸と駆動力とを関係を示した図である。
【図１０】 （ａ）は実施の形態２における触覚インタフェース装置の操作部がＯＦＦの位置にあるときに操作部に与える反力を示した図であり、（ｂ）は操作部がＯＦＦの位置にあるときの２次元方向の各軸と駆動力とを関係を示した図である。
【図１１】 実施の形態３における触覚インタフェース装置をスライドスイッチとして動作させる際に操作部に与える反力と操作部の滞留点を示した図である。
【図１２】 実施の形態４における触覚インタフェース装置をジョグダイヤルとして動作させる際に操作部に与える反力と操作部の滞留点を示した図である。
【図１３】 実施の形態５における触覚インタフェース装置の機能ブロック構成図である。
【図１４】 実施の形態５における触覚インタフェース装置を自動車のハンドルに配設したときの概略図である。
【図１５】 実施の形態５において触覚インタフェース装置の操作モードの遷移を示した図である。
【図１６】 （ａ）は、実施の形態６における触覚インタフェース装置を示した概略的な側面図であり、（ｂ）は、（ａ）において情報処理装置に何も表示されていない状態の平面図である。
【図１７】 実施の形態６において触覚インタフェース装置を搭載した情報処理装置が表示したスライドスイッチと操作部との位置関係を示す表示画面例を示した図である。
【図１８】 実施の形態６において触覚インタフェース装置を搭載した情報処理装置が表示したジョグダイヤルと操作部との位置関係を示す表示画面例を示した図である。
【図１９】 実施の形態７における触覚インタフェース装置を搭載したオーブンレンジの操作パネルを示した概略図である。
【図２０】 実施の形態７において触覚インタフェース装置の操作モードの遷移を示した図である。
【図２１】 実施の形態８における触覚インタフェース装置を搭載した複写機の操作パネルを示した概略図である。
【図２２】 図２１に示した各インタフェース装置における滞留点を示した概念図である。
【図２３】 実施の形態８において片面／両面印刷のインタフェース装置の状態を示した概念図である。
【符号の説明】
２ 触覚インタフェース装置、４ 外部接続端子、１０ ユーザインタフェース部、１２ 操作部、１４ 基台、１６ 発光部、２０ 駆動部、２１ ケース、２２，２３，２４，２５ 磁石、２６，２７，２８，２９ コイル、３０ フレーム、３１ 信号線、３２ 開口部、３３ 表面、３４ ガラス板、３５ アーム、４０，５６ 制御部、４１ 光センサ、４２ 制御基板、５２ 検出部、５８ 記憶部、６０ 操作判断部、６２ インタフェース選択部、８０ 情報処理装置、８２ 画像表示部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、触覚インタフェース装置、特に抵抗感などインタフェース装置を操作するときに得られる種々の操作感あるいはジョイスティックやトグルスイッチなど種々のインタフェース装置の操作感を一つの操作部位により与えることのできる装置の提供に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多岐にわたる電気・電子機器において、その機器が提供する機能の切替や指示を行うためにトグルスイッチやジョグダイヤル、スライドスイッチなどさまざまなインタフェース装置が搭載されている。また、情報機器では一般的なジョイスティックやトラックボールなどのインタフェース装置も利用されている。これらのインタフェース装置は、それぞれが受け持つ機能の切替や指示が適切に操作されたことの知覚を容易にするために、バネやゴムなどの弾性素材による復元力を用いて操作感を操作者に与えるように設計される。
【０００３】
しかし、このような弾性素材を用いた方法では、操作者が操作部に加える圧力が弾性部材あるいはその支持部分にかかることが原理的に避けられないため、弾性部材等の劣化や破損によって、本来意図した反力を与えられないなどの問題点があった。
【０００４】
また、近年の電気・電子機器では、その機器が提供する機能の高度化、複雑化のために、すべての機能を操作パネル上に設置できなくなり、そのため、モード切替によって１つのスイッチへ複数の機能を割り当てることが行われている。そのため、必ずしもその機能の切替を知覚するのに最適な操作感が操作者に与えられていなかったりする。また、タッチパネルなどの触覚による操作感が皆無なインタフェース装置が用いられるなど、機能の高度化、複雑化と引き換えに、インタフェース装置の操作性が損なわれていくという問題点があった。
【０００５】
これらの問題点を解決するために、これまでいくつかの発明がなされてきた。例えば、回転ノブ型の操作部を水平方向に動かすことで機能選択ができると同時にノブの回転方向にフォースフィードバック制御を行うことにより機能に応じた操作感を操作者に与える技術が開示されている（特許文献１参照）。また、音声によって選択された機能に応じてｘ、ｙ、ｚの３軸周りに動作する操作部の自由度を変化（制限）して、機能の選択状態を理解容易にした技術が開示されている（特許文献２参照）。更に、タッチパネルの操作を理解容易にするためにタッチパネル自体を振動させてクリック感などを操作者に呈示した技術が開示されている（特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１０９５５８号公報
【特許文献２】
特開平９−２４４８６６号公報
【特許文献３】
特開平１０−２９３６４４号公報
【特許文献４】
特開２０００−３３０６８８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１，２においては、いずれも回転方向の制御によって操作感を付与しているため、回転動作における操作性の改善は見込めるが、回転以外の動作、例えば水平移動や垂直移動、画面のポインティングなどの操作に操作感を与えることはできなかった。
【０００８】
また、上記特許文献３においては、タッチパネル上のスイッチ動作にクリック感を付与し操作性を向上させる効果はあるが、操作部を動かして切替や調整を行うようなインタフェースに適用することは極めて困難である。
【０００９】
本発明は以上のような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、反力を生成する部材の劣化に伴う操作感の変化を防止することのできる触覚インタフェース装置を提供することにある。
【００１０】
更に、回転動作や水平移動、垂直移動、画面のポインティングなどのさまざまな操作に伴う操作感を単一の操作部位で触覚により与えることのできる触覚インタフェース装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するために、本発明に係る触覚インタフェース装置は、操作者によって操作される操作手段と、操作者に反力を与えるために前記操作手段に対して駆動力を与える駆動手段と、操作者が前記操作手段に対して行っている操作状況又は前記操作手段の可動範囲内における位置を検出して信号出力する検出手段と、前記操作手段が一のインタフェース装置として動作する際の仕様情報が複数定義されたインタフェース定義情報を記憶する記憶手段と、前記インタフェース定義情報に基づき、前記検出手段からの出力信号に応じて前記駆動手段の駆動制御を行う制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記操作手段が一のインタフェース装置として動作する際に、前記複数定義された仕様情報のうち、前記検出手段が検出した前記操作手段の位置に対応した仕様情報に切り替えて前記駆動手段の駆動制御を行うことを特徴とする。
【００１２】
また、前記インタフェース定義情報には、前記操作手段が互いに隣接する滞留点の中間に位置するときに、前記制御手段が前記操作手段に対して異なる方向に反力を与える仕様情報が定義されていることを特徴とする。
【００１３】
また、前記制御手段は、前記駆動手段の駆動制御を開始する際に前記インタフェース定義情報に基づき前記操作手段を予め決められている初期位置まで移動させるよう前記駆動手段を制御することを特徴とする。
【００１４】
また、前記制御手段は、前記駆動手段の駆動制御に用いるインタフェース定義情報を、前記インタフェース選択手段により選択されたインタフェース装置に対応するインタフェース定義情報に切り替えることを特徴とする。
【００１５】
また、前記操作手段の動作範囲を略２次元平面内で動作させることを特徴とする。
【００１６】
更に、前記制御手段は、インタフェース定義情報に基づき、前記操作手段が略２次元平面内の一定の略直線上に拘束されるように前記駆動手段の駆動制御を行うことを特徴とする。
【００１７】
あるいは、前記制御手段は、インタフェース定義情報に基づき、前記操作手段が略２次元平面内の一定の略円周上に拘束されるように前記駆動手段の駆動制御を行うことを特徴とする。
【００１９】
更に、前記インタフェース選択手段は、前記操作手段と一体に形成されることを特徴とする。
【００２０】
また、前記検出手段は、前記操作手段にかかる押圧力を検出することを特徴とする。
【００２１】
更に、前記制御手段は、前記検出手段が検出した押圧力又は押圧力の変位に対応した仕様情報に切り替えて前記駆動手段の駆動制御を行うことを特徴とする。
【００２２】
また、前記検出手段が検出した信号を外部装置へ信号出力する外部接続端子を有することを特徴とする。
【００２３】
更に、前記制御手段は、前記操作判断部による判断に従い前記外部接続端子から出力する信号を選択することを特徴とする。
【００２４】
更に、前記制御手段は、振舞っているインタフェース装置を表示させるために外部装置である画像表示装置へ、前記検出手段からの信号を出力することを特徴とする。
【００２５】
更に、前記操作手段は、前記画像表示装置の画面上側に配設されることを特徴とする。
【００２６】
また、前記制御手段は、振舞っているインタフェース装置が操作者による操作に応じて本来発生する音を出力させるために外部装置である音出力装置へ、前記検出手段からの信号を出力することを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２８】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る触覚インタフェース装置の一実施の形態を示した概略的な斜視図である。図２は、図１に示した触覚インタフェース装置の筐体上面を取り除いた状態の平面図であり、図３は、図２に示した触覚インタフェース装置の側面図である。
【００２９】
本実施の形態における触覚インタフェース装置２は、図１から明らかなように外部装置と信号交換を行うための端子及び電源端子から構成される外部接続端子４が設けられており、外部装置に埋め込み可能な構造を有している。触覚インタフェース装置２は、ユーザインタフェース部１０と駆動部２０と制御部４０とに大別できる。ユーザインタフェース部１０は、操作者によって操作される操作部１２を有している。操作部１２を支持する基台１４の中心部分には、発光部１６が取り付けられている。なお、図２には、発光部１６を便宜的に省略している。
【００３０】
駆動部２０は、操作部１２を操作する操作者に反力を与えるために操作部１２に対して電磁気により駆動力を与える。このため、駆動部２０は、駆動部２０を格納するケース２１の中に、極性が交互になるように配設された磁石２２，２３，２４，２５を有している。磁石２２〜２５は、装置２の厚さ方向に分極されており、隣接した磁石間で磁界が発生するようにしている。磁石２１〜２５の上方の空間には、各磁石２１〜２５の間にそれぞれが配設されるようにコイル２６，２７，２８，２９と、各コイル２６〜２９を取り付けるフレーム３０とが設けられている。フレミングの左手の法則に従い、磁界中をＸ軸方向に並設したコイル２６，２８に対して電流を所定方向に流すことによって可動状態にあるフレーム３０をＹ軸方向に沿って駆動する。同様にＹ軸方向に並設したコイル２７，２９に対して電流を所定方向に流すことによってフレーム３０をＸ軸方向に沿って駆動する。従って、上記コイルの組のいずれか一方のみに電流を流せば一次元方向に、双方に電流を流せば各一次元方向のベクトル和により表される二次元方向に、フレーム３０を駆動することができる。このように、駆動部２０は、ケース２１の中においてフレーム３０を可動可能にした構造を有している。後述する制御部４０は、信号線３１を介してコイル２６〜２９へ電流を流すことによって駆動部２０の駆動制御に行うことでフレーム３０を変位させ、フレーム３０に取り付けられている操作部１２は、フレーム３０の変位に連動して変位することになるが、駆動部２０は、操作者に反力を与えるために制御部４０における駆動制御のもと、操作部１２に対して電磁気により駆動力を与えることになる。駆動部２０は、例えば上記特許文献４に記載された２次元アクチュエータにより実現することができる。
【００３１】
ケース２１の中心部分には、発光部１６が発した光を光センサ４１が受光できるように開口部３２が設けられている。光センサ４１は、光検出方向により操作部１２の移動量を検出するので、開口部３２は、操作部１２の可動範囲において光の通過を阻止しないような大きさとする必要がある。また、光センサ４１は、光検出方向だけでなく光の照射位置や光量から検出する方法を用いるようにしてもよい。
【００３２】
制御部４０は、制御手段として駆動手段の駆動制御を行うための制御回路が形成された制御基板４２と、制御基板４２上に配設された前述の光センサ４１とを有している。光センサ４１は、前述したように発光部１６が発した光を検出することによって操作部１２の可動範囲内における位置を検出する。本実施の形態における検出手段は、この光センサ４１と、制御基板４２上に形成され、操作者が操作部１２に対して行っている操作状況を検出する検出回路（図示せず）とを有している。なお、操作部１２の可動範囲は、光センサ４１による光の検出範囲と同義であるが、実際には筐体の表面３３の開口領域の大きさにより決定される。
【００３３】
なお、操作者が操作部１２に対して行っている操作状況というのは、操作部１２を上下方向及び／又は左右方向に動かそうとしている行為や操作部１２を現在位置に留めておこうとする行為、またその行為の強さ（操作部１２を早くあるいはゆっくり移動させる）など操作者が操作部１２をどのように操作している、操作しようとしているかを知るために必要な情報のことをいう。本実施の形態における検出回路は、この操作者による行為（操作状況）を検出するために操作部１２にかかる速度、加速度及びその力の加わる方向等を検出する。制御基板４２には、更に検出手段が検出した信号を外部装置へ出力する外部接続端子４が接続されている。
【００３４】
本実施の形態における触覚インタフェース装置２は、上記のように構成されており、一般に外部接続端子４を電気・電子機器、情報機器等の外部装置に接続し外部装置の筐体内に組み込まれて使用されると考えられる。このため、ケース２１を含む触覚インタフェース装置２の筐体は、ケイ素鋼板等の磁気シールド材で形成することが好適である。また、触覚インタフェース装置２の筐体の表面３３は、搭載する外部装置を形成する筐体や画像表示画面等と共用することができる。
【００３５】
そして、詳細は後述するが、本実施の形態における触覚インタフェース装置２は、この１つの装置２でジョイスティックやトグルスイッチ、スライドレバー、マウス（のクリックボタン）等種々のインタフェース装置と同等の操作感を操作者に与えることができる。触覚インタフェース装置２をどの種類のインタフェース装置として機能させるか、換言すると操作部１２をどの種類のインタフェース装置の操作部のように振舞わせるかは、制御部３０における駆動部２０の駆動制御により決定される。
【００３６】
図４は、本実施の形態における触覚インタフェース装置２の機能ブロック構成図である。図４には、図３に対応させて、ユーザインタフェース（ＵＩ）操作部１０、駆動部２０及び制御部４０が示されている。このうち、制御部４０には、前述した光センサ４１と検出回路によって実現される機能を有する検出部５２と、制御回路によって実現される機能を有する制御部５６とが含まれている。検出部５２は、操作者による操作状況や操作部５０の位置を検出して、その操作状況や位置を知らせるために制御部５６へ検出信号を出力する。駆動部２０は、操作者に反力を与えるために操作部１２に対して駆動力を与える。制御部５６は、検出部５２からの出力信号に応じて駆動部２０の駆動制御を行う。
【００３７】
駆動部２０は、上記のように制御部５６による制御に従い操作部１２を介して操作者に反力を与えることで、操作部１２が振舞うべきインタフェース装置が通常操作者に与えている操作感を作り出すわけであるが、制御部５６は、予め設定されているインタフェース定義情報に基づき駆動部２０の駆動制御を行っている。このインタフェース定義情報の詳細については後述することにして、ここでは、まず、触覚インタフェース装置２がジョイスティックとして動作する場合を例にして触覚インタフェース装置２における基本的な動作について図５を用いて説明する。
【００３８】
図５（ａ）には、図２と同様に触覚インタフェース装置２を上方から見たときの平面図であり、触覚インタフェース装置２の表面３３と操作部１２の頂部が示されている。図５（ｂ）は、操作部１２の位置と、駆動部２０が操作部１２に対して与える駆動力との関係を示した図である。インタフェース定義情報には、図５（ｂ）に示した駆動力を駆動部２０に発揮させるように駆動部２０を制御することになる。
【００３９】
例えば、操作者がＸ軸に沿ってそのプラス方向に操作部１２を操作したとする。検出部５２は、その操作に伴い検出した操作状況と操作部１２の位置を検出信号として制御部５６へ出力する。制御部５６は、検出部５２からの検出信号により操作部１２がＸ軸に沿ってそのプラス方向に移動されたことを認識すると、図５（ｂ）に模式的に示されているような予め設定されているインタフェース定義情報に基づいて駆動部２０の駆動制御を行うことになる。すなわち、図５（ｂ）のＸ軸についてのグラフを参照すると、Ｘ軸プラス方向では負の方向に駆動力を与えることがわかるので、駆動部２０に対してそのような制御信号を出力する。駆動部２０は、その制御信号に基づき操作部１２に対してＸ軸の負の方向、すなわち矢印６ａで示したＸ軸に沿ってそのマイナス方向に駆動力をかける。これにより、操作者には、操作部１２の操作方向とは反対方向の反力が与えられる。なお、図５（ｂ）に示した例では、操作部１２の中心から離れるにつれて与えられる駆動力は増加することになる。
【００４０】
また、例えば、操作者がＸ軸とＹ軸の共にマイナス方向に操作部１２を操作したとする。検出部５２は、その操作に伴い検出した操作状況と操作部１２の位置を検出信号として制御部５６へ出力する。制御部５６は、検出部５２からの検出信号により操作部１２がＸ軸とＹ軸との間のマイナス方向に移動されたことを認識すると、図５（ｂ）に模式的に示されているような予め設定されているインタフェース定義情報に基づいて駆動部２０の駆動制御を行うことになる。すなわち、図５（ｂ）のＸ軸についてのグラフを参照すると、Ｘ軸マイナス方向では正の方向に駆動力を与えることがわかる。また、図５（ｂ）のＹ軸についてのグラフを参照すると、Ｙ軸マイナス方向では正の方向に駆動力を与えることがわかる。すなわち、制御部５６は、駆動部２０に制御信号を出力することによって各軸にかけるべき駆動力を知らせる。駆動部２０は、その制御信号に基づき操作部１２に対してＸ軸の正の方向かつＹ軸の正の方向、すなわち矢印６ｂで示した方向に駆動力をかける。これにより、操作者には、操作部１２の操作方向とは反対方向の反力が与えられる。
【００４１】
すなわち、本実施の形態によれば、図５（ｂ）に模式的に示したインタフェース定義情報に基づき、検出部５２からの検出信号に応じた方向及び強さの駆動力を駆動部２０にかけさせるように駆動部２０の駆動制御を行うことにより、ジョイスティックから得られるべき操作感を操作者に与えることができる。
【００４２】
ここで、インタフェース定義情報について詳述する。
【００４３】
前述したように、制御部５６は、入力された検出信号に応じてインタフェース定義情報に基づき駆動部２０の駆動制御を行う。ジョイスティック装置の操作部（ジョイスティック）は、２次元方向に動くので、図５（ｂ）に例示したように２次元方向への動作について定義すればよいわけであるが、図５（ｂ）に示したグラフの線の傾きを変えれば、操作者に与える反力の強さを変えることができる。例えば、グラフ線の傾きを大きくすれば、反力（抵抗感）を強くすることができ、これにより抵抗感あるいは向心力の大きなジョイスティック装置を操作しているという操作感を提供することができる。一方、グラフ線の傾きを小さくすれば、反力を弱くすることができ、これにより抵抗感あるいは向心力の小さいジョイスティック装置を操作しているという操作感を提供することができる。このように、インタフェース定義情報には、図５（ｂ）で模式的に表現できるようなインタフェース装置（ここではジョイスティック装置）として動作する際の仕様情報が定義されている。
【００４４】
なお、詳細については改めて後述するが、図５（ｂ）で模式的に表現できるインタフェース定義情報によって駆動部２０の駆動力、つまり、触覚インタフェース装置２としての動作は定義される。つまり、駆動力を示すグラフ線の形状によって触覚インタフェース装置２としての動作は定義されるのだから、インタフェース定義情報にインタフェース装置の種類を必ずしも設定しておく必要はない。ここでは、図５に示したジョイスティック装置として動作する際のインタフェース定義情報しか定義していないので、インタフェース定義情報と仕様情報とは同義である。
【００４５】
上記説明では、触覚インタフェース装置２における基本動作を説明するために、制御部５６の内部にインタフェース定義情報を予め設定しておき、図５（ｂ）に基づく一意的な反力を与えるような装置として説明した。従って、例えば、図６に示したように、インタフェース定義情報を記憶する記憶部５８を更に設けておき、記憶部５８の内容を書き換えることにより、所望の操作感を与えることのできるジョイスティックを提供することができる。
【００４６】
ここで、制御部５６における動作について更に詳述すると、制御部５６は、検出部５２からの検出信号により認識できる操作部１２の存在位置Xと目標制御位置Xtとの差分から駆動部２０での出力FをPID制御によって決定する。これらの関係式は次のようになる。
【００４７】
F＝Kp×(X-Xt)＋Kd／dt×[(X-Xt)−(X0-Xt0)]＋Ki×∫(X-Xt)dt
【００４８】
ここで、X0は1サイクル前の検出位置、Xt0は1サイクル前の目標位置である。触覚インタフェース装置２の場合、外乱には操作者の操作が含まれるのでPID制御のKiは0としてPD制御で用いるとよい。また、制御サイクルは操作部１２にゴツゴツ感を発生させないよう少なくとも数百〜１ＫＨｚの周波数を用いる。これらの制御によって、Kpによる操作部１２の復元力（反力）は、図５（ｂ）のようになり、操作部１２は、図５（ａ）に示されるように目標位置（本実施の形態の場合は中央）に復元力を持ったジョイスティックとして機能させることができる。そして、この場合は、前述したグラフ線の傾きというのは、係数Kpの値によって決定されることになる。なお、グラフ線の形状により模式的に表される仕様情報というのは、グラフ線を表す計算式とその計算式に含まれる各係数の値の組合せによって決定する。
【００４９】
本実施の形態では、各係数が一定の上記計算式を仕様情報として記憶部５８に予め記憶し、必要に応じて記憶した仕様情報を変更するように説明したが、各係数を外部から入力指定できるようにし、制御部５６が指定された係数を反映させた計算式により出力Ｆを決定するようにしてもよい。この場合は、係数が可変なままの計算式が仕様情報となり、係数の値を変更することによって一つのインタフェース装置を操作している間に操作部１２に対する同じ操作に対して異なる操作感を与えることができる。
【００５０】
本実施の形態によれば、ジョイスティックやスイッチなどの入力装置として動作する際に、操作者に与える操作感を弾性部材などの素材によって実現するのではなく、電磁気的に動作する２次元アクチュエータを用いて実現しているので、インタフェース装置として与える操作感の劣化を防止することができる。また、動作方向も回転方向以外の略２次元平面内の方向にも反力を与えることができる。
【００５１】
実施の形態２．
図７は、本実施の形態における触覚インタフェース装置の機能ブロック構成図である。なお、実施の形態１と同じ構成要素には同じ符号を付ける。以降の実施の形態においても同様とする。本実施の形態においては、図６に示した装置構成に、検出部５２からの出力信号により操作者による操作状況を判断する操作判断部６０を制御部５６に設けたことを特徴とする。本実施の形態においては、触覚インタフェース装置２がトグルスイッチとして動作する場合について図８を用いて説明する。
【００５２】
図８は、実施の形態１の図５に相当する図であり、図の見方は図５と基本的には同じなので説明を省略する。
【００５３】
図８では、矢印６ａ〜６ｄで示された反力の向きの中心がスイッチＯＮの状態、矢印６ｅ〜６ｈで示された反力の向きの中心がスイッチＯＦＦの状態にあると設定している。図８（ａ）では、操作部１２の滞留点として点７ａ，７ｂでそれぞれ示すことにする。そして、矢印６ｂ，６ｉ，６ｆと矢印６ｄ，６ｊ，６ｈとにより表された反力が操作部１２に与えられることから、操作部１２がＹ軸上からずれないように誘導されることがわかる。このように、制御部５６は、インタフェース定義情報に基づき操作部１２が略２次元平面内の一定の略直線上に拘束されるように駆動部２０の駆動制御を行うことによりトグルスイッチを実現できる。反力についてより詳細に説明すると、矢印６ｂ，６ｉ，６ｆと矢印６ｄ，６ｊ，６ｈで示される反力は、操作部１２を略直線上に拘束するための反力であり、このうち、矢印６ｂ，６ｄ，６ｆ，６ｈは、操作部１２を各滞留点７ａ，７ｂに滞留させるための反力でもある。また、矢印６ａ，６ｃ，６ｅ，６ｇで示される反力は、操作部１２を各滞留点７ａ，７ｂに滞留させるための反力でもあり、そのうち、矢印６ｃ，６ｅは、更に操作者の意思によって操作部１２を隣接した滞留点へ移動させるための誘導力でもある。
【００５４】
なお、図８（ａ）には、操作部１２を略直線上に拘束するために各方向に矢印６ｂ，６ｉ，６ｆと矢印６ｄ，６ｊ，６ｈを示したが、直線上の全ての位置においてＹ軸上に沿って移動するように反力を与えていることは図８（ｂ）から明らかである。
【００５５】
例えば、操作者がスイッチをＯＮにしたいために操作部１２をＹ軸のプラス方向に操作したとする。検出部５２は、その操作に伴い検出した操作状況と操作部１２の位置を検出信号として制御部５６へ出力する。制御部５６は、検出部５２からの検出信号により操作部１２がＹ軸のプラス領域にある場合には点７ａの位置に操作部１２を拘束するように制御する。すなわち、図８（ｂ）のＹ軸についてのグラフを参照すると、Ｙ軸プラス方向では中央に近いところでは極めて強い駆動力をプラス方向に与えていることがわかる。すなわち、操作部１２がニュートラルな中心位置からＹ軸のプラス方向に操作者によって操作されると、操作部１２を更にプラス方向へ積極的に誘導する。これにより、操作部１２の動きをスムーズにすることができる。そして、ある距離移動すると、駆動力は低下し、駆動力を示すグラフ線はいずれＹ軸と交差することになる。この交差する点７ａは、図８（ａ）における滞留点７ａに相当する。つまり、滞留点７ａでは、駆動力がゼロということであり、Ｙ軸方向に関しては何ら反力を与えないということであり、これにより、操作部１２は、外力が加わらない限り（通常は操作者による操作力）、点７ａの位置に滞留することになる。よって、スイッチはＯＮに保たれることになる。一方、ニュートラルな位置からスイッチをＯＦＦにするときは、上記と動作は全く逆となるので、説明を省略する。
【００５６】
スイッチの動作を誤動作やジッタリングのないより確実なものとするために、インタフェース定義情報をＯＮ／ＯＦＦそれぞれの状態に応じて用意し、ヒステリシス動作をさせることもできる。図９は操作部１２がスイッチＯＮの状態にあるときの、図１０は操作部１２がスイッチＯＦＦの状態にあるときの図８に相当する図である。本実施の形態においては、図８で示されるインタフェース定義情報の代わりに図９及び図１０で示されるインタフェース定義情報を記憶部５８に記憶させ、状態の変化に応じて切り替えて用いている。つまり、触覚インタフェース装置２をトグルスイッチとして動作させる際の複数の仕様情報がインタフェース定義情報に定義されていることになる。前述したように、本実施の形態においては、操作判断部６０を設けている。操作判断部６０は、検出部５２からの検出信号、この場合は光センサ４１により検出された位置を示す検出信号に基づき操作部１２がニュートラルな位置にいるときと判断したとき、制御部５６は、参照する仕様情報ＯＮのときには図９の仕様情報に基づいてマイナス方向に、ＯＦＦのときには図１０の仕様情報に基づいてプラス方向に、同じトグルスイッチに対して異なる駆動制御を行うようになる。
【００５７】
本実施の形態によれば、同じインタフェース装置に対して複数の仕様情報を設定し、操作部１２の操作状況又は存在位置（本実施の形態では操作部１２の位置）に応じて使用する仕様情報を切り替えることができるので、本来のインタフェース装置により近い、あるいは本来のインタフェース装置より良好な操作感を操作者に与えることができる。
【００５８】
実施の形態３．
上記実施の形態２においては、ＯＮとＯＦＦの２カ所で滞留するトグルスイッチとして動作する場合について説明した。この滞留する箇所、つまり滞留点を略直線上に増やして多段階とすることで多段階選択スイッチの一形態であるスライドスイッチを実現することができる。なお、本実施の形態の機能ブロック構成は、図６又は図７と同じになる。
【００５９】
図１１は、実施の形態３における触覚インタフェース装置をスライドスイッチとして動作させる際に操作部の滞留点７ａ〜７ｄを示した図である。可動範囲内において操作部に与えられる反力は、矢印６ａ〜６ｃに示したように図８乃至図１０の各（ａ）に示した滞留点７ａ，７ｂを略直線上に更に連ねることによって表すことができる。また、図１１では、操作部を省略している。
【００６０】
図１１には、操作部１２を４点に滞留させるスライドスイッチが示されている。例えば、風量のスイッチであれば、各滞留点７ａ〜７ｄは、「切」、「弱」、「中」、「強」の位置に相当することになり、各滞留点間を移動する際には反力が与えられている。停留させる点をさらに多くとりほぼ連続的に移動可能な状態にする、あるいはＹ軸方向には駆動力が発生しないようにすることによってスライドボリュームのような動作をも実現することができる。
【００６１】
ところで、ジョイスティックでは問題ないが、本実施の形態において例示した偶数個の滞留点のスライドスイッチ、また前述したトグルスイッチにも実際には当てはまるが、操作部１２の可動範囲における中心点に滞留点が存在しない場合、操作部１２を初期状態としていずれかの滞留点に位置決めしておくようにするように動作制御することが現実的である。従って、例えばスライドスイッチとしての動作を開始した場合、制御部５６は、検出部５２からの信号により操作部１２の現在位置は特定できるので、インタフェース定義情報に基づき操作部１２を予め決められている初期位置まで移動させ滞留させるように駆動部２０を制御する。上記トグルスイッチの例だと、ＯＦＦの位置を初期位置とし、上記スライドスイッチの例だと、「切」の位置を初期位置とすることが好適であると考えられる。もちろん、これに限定されるものではなく、例えば、前回トグルスイッチとして振舞ったときの終了状態を記憶しておき、それを次回振舞い時の初期状態とするようにしてもよい。
【００６２】
実施の形態４．
上記実施の形態３においては、多段階選択スイッチの一形態としてスライドスイッチを例示したが、本実施の形態においては、ジョグダイヤルを例示する。なお、本実施の形態の機能ブロック構成は、図７と同じになる。
【００６３】
図１２は、実施の形態４における触覚インタフェース装置をジョグダイヤルとして動作させる際に操作部の滞留点７ａ，７ｂ，７ｃ，・・・を示した図である。可動範囲内において操作部に与えられる反力は、矢印６ａ，６ｂ，６ｃ，・・・に示したように図８乃至図１０の各（ａ）を略円周上に連ねることによって表すことができる。なお、図１２では、操作部を省略している。
【００６４】
更に、本実施の形態における制御部５６は、操作部が略２次元平面内の一定の略円周上に拘束されるように駆動部２０の駆動制御を行うことを特徴としている。すなわち、滞留点７ａに対応させて示した反力６ｍ，６ｎが操作部を略円周上に拘束するための反力に相当する。なお、本実施の形態におけるジョグダイヤルは、実施の形態４において示したスライドスイッチを丸めて円周上に配置し、そして、円形状とすることで形成できる。終端がない点で異なる以外は基本動作は同じなので、詳細な動作の説明は省略する。
【００６５】
このジョグダイヤルは、ビデオデッキのコマ送り再生やオーディオ装置の回転式ボリューム等に採用されているが、本実施の形態によれば、触覚インタフェース装置をジョグダイヤルとして動作させることができる。
【００６６】
なお、本実施の形態では、１周を１２分割して１２個の滞留点を形成した例を示したが、この滞留点の数はこれに限られたものではない。例えば、滞留点の数を多くしていくと、最終的には操作部がスムーズに動き、各滞留点への滞留感を感じないような触覚を操作者に与えることができる。一方、滞留点の数を少なくするとゴツゴツ感のあるジョグダイヤルを提供することができる。４点ほどまで少なくすると、スライドスイッチと同様の機能を持つ風量用のロータリースイッチとして操作させることも可能である。
【００６７】
実施の形態５．
図１３は、本実施の形態における触覚インタフェース装置の機能ブロック構成図である。本実施の形態における触覚インタフェース装置は、実施の形態２（図７）において示した構成に、インタフェース選択部６２を更に追加した構成を有している。そして、制御部５６は、外部装置と信号の送受信を行う。
【００６８】
上記各実施の形態においては、本発明に係る触覚インタフェース装置をジョイスティック、トグルスイッチ等のインタフェース装置に適用した場合を例にして説明した。本実施の形態では、複数のインタフェース装置として動作させることを可能にしたことを特徴としている。このために、本実施の形態においては、記憶部５８に複数のインタフェース装置に対するインタフェース定義情報を記憶しておき、制御部５６は、駆動部２０の駆動制御に用いるインタフェース定義情報を、ユーザにより選択されたインタフェース装置に対応するインタフェース定義情報に切り替えるようにしたことを特徴としている。インタフェース選択部６２は、操作部１２が振舞うインタフェース装置を選択するための手段である。
【００６９】
ここでは、本実施の形態における触覚インタフェース装置を自動車に適用した場合を例にして説明する。図１３は、本実施の形態における触覚インタフェース装置が取り付けられた自動車のハンドルの概略図である。図１３には、ハンドル８に取り付けられた触覚インタフェース装置の操作部１２と、インタフェース選択部６２に相当するＵＰ／ＤＯＷＮボタン６２ａ，６２ｂが示されている。
【００７０】
図１４は、本実施の形態において切り替えられるインタフェース装置の遷移を示した概念図であり、この図から明らかなように、触覚インタフェース装置は、音量操作、ドアミラーの角度調整操作及びウィンカー指示操作のために用いられる。音量操作にはジョグダイヤルを、ドアミラー調整操作には上下左右に移動可能なジョイスティックを、ウィンカー操作にはスライドスイッチを利用することが好適であり、そのために各インタフェース装置として動作させるためのインタフェース定義情報を記憶部５８に記憶させておく。
【００７１】
以下、本実施の形態における動作について説明する。
【００７２】
車両のスイッチＯＮに伴い、外部装置、この場合は車載制御処理装置から始動信号を受信することで触覚インタフェース装置は作動を開始する。始動時のモードは何でもよく、予め設定したモードでもよいし、例えば、車両のスイッチＯＦＦ時の状態を保持しておき、次回のスイッチＯＮ時の初期モードとするようにしてもよい。ここで、ドアミラーの調整をしたければ、操作者は、必要に応じてＵＰ／ＤＯＷＮボタン６２ａ，６２ｂを操作し、ドアミラー操作モードに設定する。なお、現在どのモードが選択されているかは、制御部５６が選択モード信号を車載制御処理装置へ出力し、車両のディスプレイに表示させるようにすればよい。
【００７３】
触覚インタフェース装置は、ドアミラー操作モードのときには、ジョイスティックとして動作する。これにより、操作者は、操作部を上下左右に動かすことでドアミラーの角度調整を行うことができる。なお、左右のドアミラーの選択には左右方向に動作するトグルスイッチが有効であるが、ジョイスティックとトグルスイッチとの切替えは、図１４にドアミラーの選択モードを図１４に組み入れるなどのロジックにより対応できる。
【００７４】
そして、ＵＰ／ＤＯＷＮボタン６２ａ，６２ｂの操作により音量操作モードが選択されると、制御部５６は、その選択に応じてインタフェース定義情報をジョイスティック用からジョグダイヤル用に切り替えて駆動部２０の駆動制御を開始する。これにより、触覚インタフェース装置は、音量操作モードが選択されたときにはジョグダイヤルとして動作することができる。そして、ＵＰ／ＤＯＷＮボタン６２ａ，６２ｂの操作によりウィンカー操作モードが選択されると、制御部５６は、その選択に応じてインタフェース定義情報をジョグダイヤル用からスライドスイッチ用に切り替えて駆動部２０の駆動制御を開始する。これにより、触覚インタフェース装置は、音量操作モードが選択されたときにはジョグダイヤルとして動作することができる。
【００７５】
ウィンカー操作モードに適用するスライドスイッチは、中央とその左右方向に滞留点を有し、左右方向のみに動作可能な３段階のスライドスイッチとして動作させることが好適である。従って、操作部をこのように動作させる仕様情報がインタフェース定義情報に定義される。
【００７６】
以上のように、本実施の形態では、複数のインタフェース装置を一つの操作部により実現することができるので、インタフェース装置の取付スペースを削減することができる。ここに例示したように、多機能化した車両に取り付ける際には特に有効である。但し、より良好に車両の走行に適合させるには、モード切替に何らかの工夫が必要になる。例えば、車両走行にはウィンカーは必要なので、図１４に示したように車両の前進を感知したり、あるいは音量操作やドアミラー操作が一定時間されなければ、ウィンカー操作モードに自動遷移させるようにする。また、現在の車両では、ウィンカーを表示しその方向へハンドルを回し、そしてハンドルが元に戻るときにはウィンカーの表示はハンドルの動きに追従して取り消される。従って、同様の動作制御が実現できるようにしなければならない。このためには、次のようにすればよい。
【００７７】
ウィンカー用のスライドスイッチの仕様情報は、前述したように初期の状態として左右方向に並ぶ３点の滞留点を有している。つまり、そのように操作部を動作させる仕様情報が定義されており、それを使用している。そして、制御部５６は、車載制御処理装置若しくは操舵角センサ等が発するハンドルの操舵角あるいは回転角等の信号を常時入力しており、ハンドルが回された後ある程度戻ったときに操作部を滞留させていた滞留点を削除した仕様情報に切り替える。なお、仕様情報の切替については、実施の形態２において説明した。なお、仕様情報を切り替えずにジョイスティックのインタフェース定義情報に切り替えるようにしても実現可能である。そして、ハンドル操作終了時には、左右方向に並ぶ３点の滞留点を有する３段階のスライドスイッチの仕様情報に切り替える。このように、滞留していた位置に滞留点のない仕様情報に切り替えることで操作部をニュートラルな中央位置に自動的に戻すことができる。
【００７８】
上記実施の形態では、一つのインタフェース定義情報のみを記憶部５８に記憶させ、その中に１乃至複数の仕様情報を定義し、操作部の位置によって仕様情報を適宜切り替える触覚インタフェース装置を説明した。これにより、例えば、スライドスイッチであれば、同じスライドスイッチの操作においても操作部の位置や移動方向によって仕様情報を切り替えることで操作者に与える操作感を変更することができた。
【００７９】
本実施の形態においては、複数のインタフェース定義情報を記憶部５８に記憶させ、その中に１乃至複数の仕様情報が定義し、操作部の位置や外部装置から送られてくる信号に応じて仕様情報又はインタフェース定義情報を適宜切り替える触覚インタフェース装置を説明した。これにより、一つの触覚インタフェース装置によって異種のインタフェース装置の操作を提供することができる。また、同種であっても３段階や４段階など異なる動作のスライドスイッチを提供することができる。なお、同種のインタフェース装置であっても動作自体が異なれば、異なるインタフェース装置として扱い、これにより、インタフェース定義情報を別個に生成する。
【００８０】
また、以上の説明から明らかなように、本実施の形態における触覚インタフェース装置をいずれかのインタフェース装置として機能させるには、仕様情報として定義する内容（図８（ｂ）等で表現されるグラフ線の形状）によって決まってくる。換言すると、仕様情報として定義する内容いかんでは、所望するインタフェース装置を作成できるということである。例えば、上下方向と左右方向にそれぞれ動作するスライドスイッチを連結してＴ字形状やＬ字形状のスライドスイッチ、あるいはスライドスイッチの終端部はジョイスティックになっているようなインタフェース装置など新たなインタフェース装置の操作感を提供することができる。このように、本実施の形態によれば、複数のインタフェース装置を一つの操作部で実現できるだけでなく、仮想的な新たなインタフェース装置を作成することも可能である。
【００８１】
なお、実施の形態１においては、一つのインタフェース定義情報のみ生成され、その中に一つの仕様情報のみが定義されていたので、各情報の識別情報は不要であった。また、実施の形態２では、一つのインタフェース定義情報のみ生成され、その中に複数の仕様情報のみが定義されていたので、仕様情報に識別情報が必要でもインタフェース定義情報には識別情報が不要であった。本実施の形態においては、複数のインタフェース定義情報が生成されているので、モード切替の際に各インタフェース定義情報を識別できるように、インタフェース定義情報にはその情報の識別情報を含ませる必要がある。
【００８２】
また、本実施の形態では、操作部から離れた位置にＵＰ／ＤＯＷＮボタン６２ａ，６２ｂを選択スイッチとして別途設けたが、操作部に選択スイッチ機能を付加して一体に形成するようにしてもよい。例えば、操作部の頂部に圧力センサを取り付け、制御部５６は、圧力センサが一定以上の押圧力を検出すると、それを操作者によるモード切替操作と認識してモードを切り替える。なお、この場合は、遷移する方向は一方向のみなので、モードの移行遷移はサイクリックとなる。
【００８３】
上記実施の形態では、触覚インタフェース装置を２次元リニアモータで実現することができるが、本実施の形態においては、３次元方向の操作を検出する必要がある。そのため、圧力センサなどの検出手段が必要となるが、これにより、外部装置に取り付けるスイッチの数を更に削減することができる。また、圧力センサに押圧力の有無を検出できるようにすれば、タッチセンサとしての動作を実現することができる。
【００８４】
実施の形態６．
上記実施の形態５では、触覚インタフェース装置を自動車のハンドルに適用した例を示した。本実施の形態では、外部装置が情報処理装置の場合を例にして説明する。
【００８５】
図１６（ａ）は、本実施の形態における触覚インタフェース装置を示した概略的な側面図であり、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）において情報処理装置に何も表示されていない状態の平面図である。本実施の形態における触覚インタフェース装置２は、情報処理装置８０と一体に形成されている。触覚インタフェース装置２は、外部接続端子を情報処理装置８０に接続しており、制御部５６は、検出信号を外部装置へ出力できる。また、操作部１２は、ガラス板３４、アーム３５を介して情報処理装置８０に対して相対的に可動できる状態に取り付けられている。情報処理装置８０の画像表示部８２は、上向きに設置されており、その画像表示部８２の上側に触覚インタフェース装置２の操作部１２が配設される。そして、画像表示部８２による表示内容を遮らないように情報処理装置８０の下側に制御部と駆動部２０の一部を含む触覚インタフェース装置２の本体が配設される。操作部１２は、画像表示部８２による表示内容が見れるように透明である板材の上、本実施の形態ではガラス板３４の上に載置される。ガラス板３４は、装置２の本体から延出した少なくとも１組のアーム３５によって支持される。本実施の形態では、操作部１２に対して加わる操作力を、操作部１２、ガラス板３４、アーム３５を介して装置本体内の検出手段へ、同時に触覚インタフェース装置２から発生される駆動力を操作部１２に伝える構造になっている。
【００８６】
本実施の形態における動作について図１７を用いて説明する。図１７では、情報処理装置８０がスライドスイッチを表示するときの例を示している。操作部１２は、装置２において中央に位置しているとすると、情報処理装置８０は、制御部４０から送られてきた検出信号によりその位置を認識できるので、操作部１２の現在位置に合わせてスライドスイッチを表示する。操作部１２の初期位置が図１７（ａ）に示したように上から２番目のレベルだとすると、情報処理装置８０は、表示したスライドスイッチの２番目のレベル上に操作部１２がくるように操作部１２を相対的に移動させる。一方、制御部４０は、情報処理装置８０から送られてきた信号に基づきスライドスイッチが表示されたことを認識すると、そのスライドスイッチに対応するインタフェース定義情報に基づき駆動部２０の駆動制御を行うようにする。
【００８７】
そして、操作者がスイッチを下から３番目のレベルに移動させようと操作部１２を操作すると、制御部４０は、上記実施の形態で説明したように操作者に操作感を与えると共に検出部が検出した検出信号を外部接続端子４を介して情報処理装置８０へ出力する。この際、制御部４０は、操作者に操作部を押し下げているような操作感を与える。制御部４０から送られてきた検出信号を入力した情報処理装置８０は、その検出信号に応じて表示したスライドスイッチの３番目のレベル上に操作部１２がくるように操作部１２を相対的に移動させる。この状態を図１７（ｂ）に示す。図１７では、情報処理装置８０が移動したようにみえるが、実際には上記の通り操作部１２が相対的に移動する。
【００８８】
また、図１８では、情報処理装置８０がジョグダイヤルを表示するときの例を示している。情報処理装置８０は、操作部１２は、装置２において中央に位置しているとすると、情報処理装置８０は、制御部４０から送られてきた検出信号によりその位置を認識できるので、操作部１２の現在位置に合わせてジョグダイヤルを表示する。スライドスイッチのときと同様に、操作部１２が初期位置にくるように操作部１２を相対的に移動させる。一方、制御部４０は、情報処理装置８０から送られてきた信号に基づきジョグダイヤルが表示されたことを認識すると、そのジョグダイヤルに対応するインタフェース定義情報に基づき駆動部２０の駆動制御を行うようにする。
【００８９】
そして、操作者が例えば図１８（ａ）に示した位置から１８０度回転させようと操作部１２を操作すると、制御部４０は、検出部が検出した検出信号を外部接続端子４を介して情報処理装置８０へ出力する。この際、制御部４０は、操作者に操作部を操作方向に回しているような操作感を与える。制御部４０から送られてきた検出信号を入力した情報処理装置８０は、その操作者による操作に応じて表示したジョグダイヤルがあたかも１８０度回転したように操作部１２を相対的に移動させる。この状態を図１８（ｂ）に示す。図１８では、情報処理装置８０が移動したようにみえるが、実際には上記の通り操作部１２が相対的に移動する。
【００９０】
本実施の形態によれば、搭載された外部装置に対して検出信号を出力し、また、外部装置から表示内容に関する情報を受け取ることで、画像を表示する情報処理装置と連動して動作することができる。また、操作部を表示画面上に配設したことにより表示内容と操作部との一体感が生まれ、視覚的にもあたかもその場所にスイッチがあるかのように操作者にイメージさせることができる。
【００９１】
実施の形態７．
上記実施の形態５では、触覚インタフェース装置を自動車のハンドルに適用した例を示した。本実施の形態では、外部装置がオーブンレンジの場合を例にして説明する。なお、本実施の形態における触覚インタフェース装置の機能ブロックは、図１３と同じである。
【００９２】
図１９は、本実施の形態における触覚インタフェース装置を搭載したオーブンレンジの操作パネルを示した概略図である。オーブンレンジのように操作手順がフローになっている場合、各モードを階層構造で遷移させる必要がある。階層の移動は、図１９に示した決定／取消ボタンによって行われるが、本実施の形態では、インタフェース選択部６２が決定／取消ボタンに相当する。図１９には、表示パネル８６と、触覚インタフェース装置の操作部１２とインタフェース選択部６２による決定／取消ボタン６２，６２ｂが示されている。表示パネル８６は、上記実施の形態６において説明した情報処理装置の画像表示部に相当し、情報処理装置及び触覚インタフェース装置の制御部と駆動部はオーブンレンジの筐体内に収納されている。
【００９３】
図２０は、本実施の形態における触覚インタフェース装置の操作モードの遷移を示した図である。以下に、本実施の形態における動作について説明する。
【００９４】
初期状態において表示パネル８６には、図１９に示したように縦４段階のスライドスイッチによる加熱モードの選択画面が表示されている。操作者は、この表示内容に従い操作部１２を操作して、所望の加熱モードを選択する。操作部の動作制御、表示パネル８６への表示制御、情報処理装置と触覚インタフェース装置との連係動作については、実施の形態６と同様なので説明を省略する。ただ、表示画面と操作部とが一体でない本実施の形態においては、表示と操作は次のように連係動作する。例えば、スライドスイッチ上を動くスライドノブを下方に移動させたいとき、操作者は操作部１２を下方に操作力を加えるので、情報処理装置は、制御部から送られてきた検出信号に従い表示されているスライドノブを下方に移動させる。
【００９５】
ここで、例えば「レンジ強」にスライドノブが合わせられているときに決定ボタン６２aが押下されると、図２０に示したように加熱時間の設定モードに遷移するので、情報処理装置は、加熱時間の設定画面（例えばデジタル時計）を表示する。制御部は、情報処理装置から送られてきた信号に応じて操作部１２をスライドスイッチからジョグダイヤルとしての操作感を与えるように駆動部を制御する。一般に、ジョグダイヤルを右に回せば設定時間が増え、左に回せば設定時間が減るので、本実施の形態においてもこの操作に準じる。更に、決定ボタン６２ａを押すことにより加熱がスタートし、加熱終了と共に再び初期状態に戻るようにする。
【００９６】
本実施の形態によれば、オーブンレンジの操作パネルに組み込んだときに、スライドスイッチやジョグダイヤルなど実際のスイッチと同等の操作感を一つの操作部１２のみで与えることができる。これにより、操作パネルの小型化を図ることができる。
【００９７】
なお、本実施の形態では、決定ボタン６２ａを別途は移設したが、操作部１２の上に搭載してもよい。そうすることによって、手の動作が少なくなり、より操作性を改善することができる。
【００９８】
実施の形態８．
本実施の形態では、外部装置が複写機の場合を例にして説明する。なお、本実施の形態における触覚インタフェース装置の機能ブロックは、図１３と同じである。
【００９９】
近年の複写機は、数多くの機能が一つのタッチパネルへの操作によって実現されている。これらの機能の選択を本発明に係る触覚インタフェース装置によって操作することにより操作性を大きく向上させることができる。
【０１００】
図２１は、本実施の形態における触覚インタフェース装置を搭載した複写機の操作パネルを示した概略図である。図２１に示された操作パネルによると、トレイ選択、倍率選択、片面又は両面印刷及びコピー枚数が設定できる。各モードは、インタフェース選択部６２により実現される図示しない選択ボタンによって切り替えられる。あるいは、各モードの割り付けられている領域をマウス等でクリック選択する、あるいは画像表示部をタッチパネルとしてタッチ操作により選択するようにしてもよい。また、図２１には、操作部１２を図示していないが、本実施の形態においては、操作パネル近傍に設けたり、あるいはマウスに取り付ける。インタフェース選択部６２と操作部１２とを同じマウスに取り付ければ、操作性は更に向上する。
【０１０１】
図２１において、トレイ選択や倍率の選択は、段階（滞留点）数が異なるものの同じ縦方向のスライドスイッチにより実現され、片面／両面印刷の選択は、横方向のスライドに縦方向のトグルスイッチを組み合わせて実現でき、枚数の設定は、ジョグダイヤルにより実現される。制御部５６は、インタフェース選択部６２により選択されたインタフェース装置に対応したインタフェース定義情報に基づき駆動部２０を駆動制御することは、上記各実施の形態において説明したとおりである。図２１に示した各インタフェース装置に対応したインタフェース定義情報において設定される滞留点を図２２に示す。なお、スライドスイッチとジョグダイヤルに関しては、実施の形態２，３において詳述しているので、ここで、片面／両面印刷の選択について図２３を用いて説明する。
【０１０２】
図２３には、図２１に示した片面／両面印刷を選択するためのインタフェース装置のみを抽出した。このうち、図２３（ａ）では、片面原稿と片面コピーの各滞留点を実線で結んで示していることから、片面原稿を片面コピーすることを選択したことが把握できる。この状態においては、操作部１２には片面原稿と片面コピーの間をスライド移動可能な拘束力が働いている。ここで、原稿側を両面原稿に変更したいときはこれらの拘束力に対抗して操作部１２を矢印６ａの向きに動作させると画面は、図２３（ｂ）のようになると同時に、操作部１２には図２３（ｃ）に示したように両面原稿と片面コピーと間を結ぶ斜めの線上に矢印６ｃ，６ｄの方向の拘束力が働くように変化する。コピー側を両面に変更する場合や、これらの逆の操作も方向が逆になること以外は同じなので、説明を省略する。制御部５６は、このような仕様情報に基づき駆動部２０を制御する。なお、その仕様情報は、片面／両面印刷のインタフェース装置に対応したインタフェース定義情報に含まれていることは言うまでもない。
【０１０３】
前述した図２３（ａ）に対応する仕様情報と図２３（ｂ）に対応する仕様情報とは同じインタフェース定義情報に含まれている。本実施の形態によれば、複写機に操作パネルにも適用することができる。
【０１０４】
実施の形態９．
上記実施の形態７では、外部装置として情報を表示する機能を有する情報処理装置と組み合わせた場合を説明したが、本実施の形態では、音を出力する音出力装置が接続された、あるいは音を出力する機能を有する情報処理装置と組み合わせた場合について説明する。なお、本実施の形態における触覚インタフェース装置の機能ブロックは、図１３と同じである。
【０１０５】
前述したように、操作部１２の操作状況や位置を検出した信号は、情報処理装置に送られるが、情報処理装置は、この検出信号によって認識した操作部１２の位置や移動の速度、加速度に応じてその状態を表現する音を出力する。例えば、操作部１２の動きが遅いときには低音を、早いときには高音を発したり、移動させてはいけない位置にあるときには警告音を発したりする。
【０１０６】
また、同じ位置で同じ操作であっても操作回数をカウントしておき、その値によって音を変えたりすることもできる。例えば、ボールペンのノック音をペン先を出すときの音としまうときの音を変えたりすることができる。一方、情報処理装置は、この状態の信号を制御部５６に送り、制御部５６は、ノック音をペン先を出すときとしまうときとで使用する仕様情報を切り替えることで、ボールペンのペン先を出すときとしまうときの操作感を異ならせることができる。このように、制御部５６は、外部装置からの信号に基づき操作部１２の同じ位置での同じ操作でも異なる仕様情報を使用させることができる。
【０１０７】
以上のように、上記各実施の形態において、さまざまなインタフェース装置の操作感を与えるべき本実施の形態の動作について説明した。上記各実施の形態において、操作部１２の操作方向のほとんどは２次元方向なので、実施の形態１に記載したように２次元アクチュエータにより実現することができるが、押圧力を検出する圧力センサと組み合わせることによりタッチパネルというインタフェース装置、更には押圧力に応じて仕様情報を切り替えるなど様々な操作感を与えることができ、また様々な種類のインタフェース装置を一つの操作部１２によって提供することができる。そして、同じインタフェース装置においても仕様情報を切り替えることで粘性感、慣性感などさまざまな操作感を操作者に与えることができる。
【０１０８】
【発明の効果】
本発明によれば、操作者に与える反力を電気回路および磁気回路で置き換えているため、操作手段へ加わった圧力による機構部分の物理的な劣化を極力削減することができる。従って、長寿命で信頼性の高い触覚インタフェース装置を提供することができる。
【０１０９】
また、さまざまなインタフェース装置の操作感を一つの操作手段によって操作者に与えることができる。
【０１１０】
また、一つのインタフェース装置に対して駆動手段の駆動制御に用いる仕様情報を操作手段の操作状況や位置に応じて切り替えることでその操作状況や位置に適した操作感を与えることができる。
【０１１１】
また、外部接続端子から検出信号を外部装置へ出力できるようにしたので、操作状態や仕様情報の切替に応じて表示画像や音声出力を変化させることにより、よりユーザビリティの高い触覚インタフェース装置装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る触覚インタフェース装置の一実施の形態を示した概略的な斜視図である。
【図２】 図１に示した触覚インタフェース装置の筐体上面を取り除いた状態の平面図である。
【図３】 図２に示した触覚インタフェース装置の側面図である。
【図４】 実施の形態１における触覚インタフェース装置の機能ブロック構成図である。
【図５】 （ａ）は実施の形態１における触覚インタフェース装置をジョイスティックとして動作させる際に操作部に与える反力を示した図であり、（ｂ）は触覚インタフェース装置をジョイスティックとして動作させるときの２次元方向の各軸と駆動力とを関係を示した図である。
【図６】 実施の形態１における他の触覚インタフェース装置の機能ブロック構成図である。
【図７】 実施の形態２における触覚インタフェース装置の機能ブロック構成図である。
【図８】 （ａ）は実施の形態２における触覚インタフェース装置をトグルスイッチとして動作させる際に操作部に与える反力を示した図であり、（ｂ）は触覚インタフェース装置をトグルスイッチとして動作させるときの２次元方向の各軸と駆動力とを関係を示した図である。
【図９】 （ａ）は実施の形態２における触覚インタフェース装置の操作部がＯＮの位置にあるときに操作部に与える反力を示した図であり、（ｂ）は操作部がＯＮの位置にあるときの２次元方向の各軸と駆動力とを関係を示した図である。
【図１０】 （ａ）は実施の形態２における触覚インタフェース装置の操作部がＯＦＦの位置にあるときに操作部に与える反力を示した図であり、（ｂ）は操作部がＯＦＦの位置にあるときの２次元方向の各軸と駆動力とを関係を示した図である。
【図１１】 実施の形態３における触覚インタフェース装置をスライドスイッチとして動作させる際に操作部に与える反力と操作部の滞留点を示した図である。
【図１２】 実施の形態４における触覚インタフェース装置をジョグダイヤルとして動作させる際に操作部に与える反力と操作部の滞留点を示した図である。
【図１３】 実施の形態５における触覚インタフェース装置の機能ブロック構成図である。
【図１４】 実施の形態５における触覚インタフェース装置を自動車のハンドルに配設したときの概略図である。
【図１５】 実施の形態５において触覚インタフェース装置の操作モードの遷移を示した図である。
【図１６】 （ａ）は、実施の形態６における触覚インタフェース装置を示した概略的な側面図であり、（ｂ）は、（ａ）において情報処理装置に何も表示されていない状態の平面図である。
【図１７】 実施の形態６において触覚インタフェース装置を搭載した情報処理装置が表示したスライドスイッチと操作部との位置関係を示す表示画面例を示した図である。
【図１８】 実施の形態６において触覚インタフェース装置を搭載した情報処理装置が表示したジョグダイヤルと操作部との位置関係を示す表示画面例を示した図である。
【図１９】 実施の形態７における触覚インタフェース装置を搭載したオーブンレンジの操作パネルを示した概略図である。
【図２０】 実施の形態７において触覚インタフェース装置の操作モードの遷移を示した図である。
【図２１】 実施の形態８における触覚インタフェース装置を搭載した複写機の操作パネルを示した概略図である。
【図２２】 図２１に示した各インタフェース装置における滞留点を示した概念図である。
【図２３】 実施の形態８において片面／両面印刷のインタフェース装置の状態を示した概念図である。
【符号の説明】
２ 触覚インタフェース装置、４ 外部接続端子、１０ ユーザインタフェース部、１２ 操作部、１４ 基台、１６ 発光部、２０ 駆動部、２１ ケース、２２，２３，２４，２５ 磁石、２６，２７，２８，２９ コイル、３０ フレーム、３１ 信号線、３２ 開口部、３３ 表面、３４ ガラス板、３５ アーム、４０，５６ 制御部、４１ 光センサ、４２ 制御基板、５２ 検出部、５８ 記憶部、６０ 操作判断部、６２ インタフェース選択部、８０ 情報処理装置、８２ 画像表示部。
Claims (15)
- 操作者によって操作される操作手段と、
操作者に反力を与えるために前記操作手段に対して駆動力を与える駆動手段と、
操作者が前記操作手段に対して行っている操作状況又は前記操作手段の可動範囲内における位置を検出して信号出力する検出手段と、
前記操作手段が一のインタフェース装置として動作する際の仕様情報が複数定義されたインタフェース定義情報を記憶する記憶手段と、
前記インタフェース定義情報に基づき、前記検出手段からの出力信号に応じて前記駆動手段の駆動制御を行う制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記操作手段が一のインタフェース装置として動作する際に、前記複数定義された仕様情報のうち、前記検出手段が検出した前記操作手段の位置に対応した仕様情報に切り替えて前記駆動手段の駆動制御を行うことを特徴とする触覚インタフェース装置。 - 請求項１記載の触覚インタフェース装置において、
前記インタフェース定義情報には、前記操作手段が互いに隣接する滞留点の中間に位置するときに、前記制御手段が前記操作手段に対して異なる方向に反力を与える仕様情報が定義されていることを特徴とする触覚インタフェース装置。 - 請求項１記載の触覚インタフェース装置において、
前記制御手段は、前記駆動手段の駆動制御を開始する際に前記インタフェース定義情報に基づき前記操作手段を予め決められている初期位置まで移動させるよう前記駆動手段を制御することを特徴とする触覚インタフェース装置。 - 請求項１記載の触覚インタフェース装置において、
前記制御手段は、前記駆動手段の駆動制御に用いるインタフェース定義情報を、前記インタフェース選択手段により選択されたインタフェース装置に対応するインタフェース定義情報に切り替えることを特徴とする触覚インタフェース装置。 - 請求項４記載の触覚インタフェース装置において、
前記インタフェース選択手段は、前記操作手段と一体に形成されることを特徴とする触覚インタフェース装置。 - 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の触覚インタフェース装置において、
前記操作手段の動作範囲を略２次元平面内で動作させることを特徴とする触覚インタフェース装置。 - 請求項６記載の触覚インタフェース装置において、
前記制御手段は、インタフェース定義情報に基づき、前記操作手段が略２次元平面内の一定の略直線上に拘束されるように前記駆動手段の駆動制御を行うことを特徴とする触覚インタフェース装置。 - 請求項６記載の触覚インタフェース装置において、
前記制御手段は、インタフェース定義情報に基づき、前記操作手段が略２次元平面内の一定の略円周上に拘束されるように前記駆動手段の駆動制御を行うことを特徴とする触覚インタフェース装置。 - 請求項１記載の触覚インタフェース装置において、
前記検出手段は、前記操作手段にかかる押圧力を検出することを特徴とする触覚インタフェース装置。 - 請求項９記載の触覚インタフェース装置において、
前記制御手段は、前記検出手段が検出した押圧力又は押圧力の変位に対応した仕様情報に切り替えて前記駆動手段の駆動制御を行うことを特徴とする触覚インタフェース装置。 - 請求項１記載の触覚インタフェース装置において、
前記検出手段が検出した信号を外部装置へ信号出力する外部接続端子を有することを特徴とする触覚インタフェース装置。 - 請求項１１に記載の触覚インタフェース装置において、
前記制御手段は、前記操作判断部による判断に従い前記外部接続端子から出力する信号を選択することを特徴とする触覚インタフェース装置。 - 請求項１１又は１２に記載の触覚インタフェース装置において、
前記制御手段は、振舞っているインタフェース装置を表示させるために外部装置である画像表示装置へ、前記検出手段からの信号を出力することを特徴とする触覚インタフェース装置。 - 請求項１３記載の触覚インタフェース装置において、
前記操作手段は、前記画像表示装置の画面上側に配設されることを特徴とする触覚インタフェース装置。 - 請求項１１又は１２記載の触覚インタフェース装置において、
前記制御手段は、振舞っているインタフェース装置が操作者による操作に応じて本来発生する音を出力させるために外部装置である音出力装置へ、前記検出手段からの信号を出力することを特徴とする触覚インタフェース装置。
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