WO2015186520A1 - 触覚呈示装置 - Google Patents

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WO2015186520A1
WO2015186520A1 PCT/JP2015/064467 JP2015064467W WO2015186520A1 WO 2015186520 A1 WO2015186520 A1 WO 2015186520A1 JP 2015064467 W JP2015064467 W JP 2015064467W WO 2015186520 A1 WO2015186520 A1 WO 2015186520A1
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WO
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panel
vibration
tactile sensation
operation surface
unit
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PCT/JP2015/064467
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山下　耕四郎
Original Assignee
株式会社東海理化電機製作所
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Publication date
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    • G06F3/0488—Interaction techniques based on graphical user interfaces [GUI] using specific features provided by the input device, e.g. functions controlled by the rotation of a mouse with dual sensing arrangements, or of the nature of the input device, e.g. tap gestures based on pressure sensed by a digitiser using a touch-screen or digitiser, e.g. input of commands through traced gestures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means

Definitions

  • the present invention relates to a tactile sense presentation device.
  • a touch panel display device including an actuator and an actuator drive control means for driving and controlling the actuator by sending an actuator drive signal (for example, see Patent Document 1).
  • the touch panel display device described in Patent Document 1 is configured such that an actuator vibrates a movable panel unit along a plane parallel to the panel surface to generate a tactile sensation at an operator's fingertip that is in contact with the panel surface. Has been.
  • An object of the present invention is to provide a tactile sense presentation device that presents a tactile sense in a direction in which an operator can easily feel vibration.
  • a tactile sensation presentation apparatus includes a panel having a surface shape in a panel operation surface such that respective normal lines at two different points intersect by translation, and detection for detecting an operation performed on the panel operation surface.
  • a tactile sensation presentation unit that applies vibration to the panel to present a tactile sensation to the operator, and controls the tactile sensation presentation unit to present vibration in a direction that intersects the tangential plane including the detection point where the operation is detected.
  • a control unit a control unit.
  • a tactile sensation providing apparatus that presents a tactile sense in a direction in which an operator can easily feel vibration.
  • FIG. 1A is an explanatory diagram showing the inside of a vehicle on which the tactile sense presentation device according to the first embodiment is mounted.
  • FIG. 1B is an explanatory diagram illustrating an air conditioner using a tactile sensation presentation apparatus as an operation unit.
  • FIG. 2A is a front view showing the tactile sensation providing apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2B is a top view illustrating the tactile sense presentation device.
  • 2C is a cross-sectional view taken along the line II (c) -II (c) of FIG. 2A.
  • FIG. 3A is a block diagram illustrating the tactile sensation providing apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 3B is a block diagram illustrating an air conditioner using the tactile sense presentation device.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the tactile sensation presentation apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 5A is a side view showing a tactile sensation providing apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 5B is a top view showing the tactile sensation providing apparatus according to the third embodiment.
  • a tactile sensation presentation apparatus includes a panel having a shape in which normals at two different points intersect by translation, a detection unit that detects an operation performed on the surface of the panel, and a vibration applied to the panel.
  • a tactile sensation presentation unit that presents a tactile sensation to the operator and a control unit that controls the tactile sensation presentation unit to present vibration in a direction intersecting the tangential plane at the detection point where the operation is detected It is configured.
  • This tactile sensation presentation device can present vibration in a direction intersecting the tangent plane at the detection point where the operation is detected in a panel having a shape where the normal intersects, so that the flat operation surface where the normal does not intersect is displayed. Compared to the case of presenting vibration in the surface direction, the tactile sensation can be presented in a direction in which the operator can easily feel vibration.
  • FIG. 1A is an explanatory view showing the inside of a vehicle in which the tactile presentation device according to the first embodiment is mounted
  • FIG. 1B is an explanatory view showing an air conditioner using the tactile presentation device as an operation unit
  • 2A is a front view of the haptic presentation device according to the first embodiment
  • FIG. 2B is a top view of the haptic presentation device
  • FIG. 2C is cut along the line II (c) -II (c) of FIG. 2A. It is sectional drawing which looked at the cross section from the arrow direction. Note that, in each drawing according to the embodiment described below, the ratio between figures may be different from the actual ratio.
  • the tactile sense presentation device 1 is used as an operation unit of an electronic device mounted on a vehicle 5 as illustrated in FIG. 1A.
  • This electronic device is an air conditioner 3 as an example.
  • the air conditioner 3 includes a tactile sense presentation device 1 as an operation unit.
  • the tactile sensation presentation apparatus 1 includes a panel 10 having a shape in which normals at two different points intersect with each other by parallel movement, and a surface 100 (panel operation surface) of the panel 10.
  • the detection unit 12 that detects the operation performed on the touch panel
  • the tactile display unit 14 that applies vibration to the panel 10 to present a tactile sensation to the operator, and the vibration in the direction intersecting the tangential plane at the detection point where the operation is detected.
  • the control part 16 which controls the tactile sense presentation part 14 so that it may present, and the communication part 17 mentioned later are comprised roughly.
  • the panel 10 has a plate shape, and is formed with a first electrode group 121 to a fourth electrode group 124.
  • the panel 10 is provided with a printed layer 15 that covers the first electrode group 121 to the fourth electrode group 124.
  • the operator can execute the function indicated by the image by performing a touch operation on the image formed by the print layer 15.
  • the surface 100 of the print layer 15 becomes an operation surface described later.
  • the panel 10 is formed using resin materials, such as a transparent acrylic and polycarbonate, as an example.
  • resin materials such as a transparent acrylic and polycarbonate
  • the panel 10 of this Embodiment is formed using the polycarbonate as an example.
  • the panel 10 has a plurality of operation surfaces formed on the surface 100 by protruding or recessed. Specifically, as shown in FIG. 2C, the panel 10 includes a plate-shaped base portion 10a and a protruding portion 10b formed by protruding an operator-side surface of the base portion 10a.
  • the panel 10 may be formed using glass, for example.
  • the panel 10 includes a normal line 111a of the first operation surface 111, a normal line 113a of the third operation surface 113, a normal line 114a of the fourth operation surface 114, and a second operation surface.
  • 112 normal lines 112a intersect with each other by translation.
  • the panel 10 has an xyz coordinate system in which the horizontal direction is the x axis, the vertical direction is the y axis, the vertical direction is the paper surface, and the direction toward the paper surface is the z axis on the paper surface of FIG. 2A.
  • the origin of this coordinate system is the lower left of the panel 10 in FIG. 2A.
  • a detection point at which the fingertip of the operator is detected is detected as coordinates in the xyz coordinate system in the slide operation unit 11b and the slide operation unit 11c described later.
  • the base 10a mainly includes two surfaces, a first operation surface 111 that is the upper surface 100 of the protrusion 10b and a fourth operation surface 114 that is the lower surface 100. I know.
  • a first button group 11a is arranged on the first operation surface 111.
  • a second button group 11d is arranged on the fourth operation surface 114.
  • the first button group 11a includes, for example, an air volume button, an AUTO button, an A / C button, an inside / outside air switching button, and a temperature adjustment button from the left side of FIG. 1B.
  • the second button group 11d includes, for example, an upper body blowing button, an upper body and a foot blowing button, a foot blowing button, a foot and windshield blowing button, a windshield blowing button, and a rear glass blowing button from the left side of FIG. 1B. ing. These buttons are configured as capacitive touch switches that are turned on and off by a touch operation with an operator's finger.
  • the protruding portion 10b is formed along the longitudinal direction of the base portion 10a and has a quadrangular prism shape.
  • the protruding portion 10b is an operation surface that faces the operator like the first operation surface 111 and the fourth operation surface 114, as well as the second operation surface 112 that serves as the operation surface facing upward of the vehicle 5.
  • the electrode is not arrange
  • the second operation surface 112 is provided with a slide operation unit 11b that detects a slide operation.
  • the slide operation unit 11b has a function set in the slide operation unit 11b by moving a finger from the left operation surface 112 on the paper surface of FIG. It is possible to change the set value.
  • the function of changing the air volume is assigned to the slide operation unit 11b, the air volume increases when the operator slides from left to right and the air volume increases by sliding from right to left. Decrease.
  • the third operation surface 113 is provided with a slide operation unit 11c that detects a slide operation.
  • the slide operation unit 11c can change the setting value of the function set in the slide operation unit 11c by performing a slide operation from left to right or from right to left on the paper surface of FIG. 2A. .
  • a function for changing the set temperature is assigned to the slide operation unit 11c, the set temperature rises when the operator slides from left to right, and the slide operation is performed from right to left. The set temperature drops.
  • the slide operation unit 11b and the slide operation unit 11c are configured as, for example, a capacitive touch switch.
  • FIG. 3A is a block diagram showing the tactile sensation presentation apparatus according to the first embodiment
  • FIG. 3B is a block diagram showing an air conditioner using the tactile sensation presentation apparatus.
  • the flow of main signals and information is indicated by arrows.
  • the detection unit 12 includes a first electrode group 121 to a fourth electrode group 124 configured from detection electrodes of a capacitive touch switch.
  • the first electrode group 121 to the fourth electrode group 124 are formed on the panel 10 including a conductive metal material such as copper or gold.
  • the first electrode group 121 to the fourth electrode group 124 of the present embodiment are configured to include copper.
  • the first electrode group 121 to the fourth electrode group 124 may be formed on a flexible substrate and placed on the panel 10.
  • the first electrode group 121 is composed of rectangular electrodes disposed below each button of the first button group 11a.
  • the first electrode group 121 includes five electrodes.
  • the second electrode group 122 is configured by arranging rectangular electrodes on the second operation surface 112 at regular intervals.
  • the third electrode group 123 is configured by arranging rectangular electrodes on the third operation surface 113 at regular intervals.
  • Each of the second electrode group 122 and the third electrode group 123 has, for example, 14 electrodes.
  • the 4th electrode group 124 is comprised from the rectangular electrode arrange
  • the fourth electrode group 124 has, for example, six electrodes.
  • the first electrode group 121 to the fourth electrode group 124 described above are covered with the printing layer 15.
  • 2C shows the electrode 121a of the first electrode group 121, the electrode 122a of the second electrode group 122, the electrode 123a of the third electrode group 123, and the fourth electrode group 124 covered with the printing layer 15.
  • a cross section of the electrode 124a is shown.
  • the print layer 15 is printed in black, and is configured so that characters and image portions are not printed. Therefore, the design of the button shown in FIG. 1B is formed by the printing layer 15.
  • the tactile sensation providing apparatus 1 is configured such that a plurality of light sources that output light from the back surface 103 of the panel 10 toward the front surface 100 are arranged corresponding to each button, and illuminate when the button is turned on. It may be configured.
  • the first electrode group 121 to the fourth electrode group 124 are electrically connected to the control unit 16 and output the first detection value S 1 to the fourth detection value S 4 .
  • the first detection value S 1 to the fourth detection value S 4 are, for example, capacitance values generated by electrostatic coupling between the operator's finger and the electrode.
  • the first electrode group 121 has five electrodes as shown in FIG. 2A.
  • the detection values are obtained separately from the five electrodes.
  • a detection value acquired from each electrode of the first electrode group 121 is described as a first detection value S1.
  • the control unit 16 acquires 14 different second detection values S 2 from the second electrode group 122 and 14 different third detection values S from the third electrode group 123 in one cycle. 3 is acquired, and six different fourth detection values S 4 are acquired from the fourth electrode group 124.
  • the tactile sense providing unit 14 includes a plurality of actuators that apply vibration to the panel 10. Specifically, as shown in FIG. 3A, the tactile sensation providing unit 14 includes a y actuator 140 and a z actuator 141 that vibrate the panel 10 in directions intersecting each other.
  • the y actuator 140 is disposed on the lower surface 101 of the panel 10 and is configured to vibrate the panel 10 in the y-axis direction.
  • the vibration direction of the y actuator 140 is illustrated as the first vibration direction 105.
  • the y actuator 140 is vibrated by a predetermined frequency based on a first driving signal S 5 output from the control unit 16.
  • the y actuator 140 is an actuator that vibrates when an operation is performed on the second operation surface 112, as shown in FIG. 2C. Therefore, when the control unit 16 determines that the operation has been performed on the second operation surface 112, the control unit 16 applies vibration in a direction intersecting the second operation surface 112, that is, a direction of the normal line 112a of the second operation surface 112.
  • the y actuator 140 capable of being driven is driven.
  • the z actuator 141 is disposed on the back surface 103 of the panel 10 and is configured to vibrate the panel 10 in the z-axis direction.
  • the vibration direction of the z actuator 141 is illustrated as the second vibration direction 106.
  • the z-actuator 141 vibrated by a predetermined frequency based on a second driving signal S 6 output from the control unit 16.
  • the predetermined frequency is about 120 to 250 Hz for both the y actuator and the z actuator.
  • the amplitude of vibration is about 0.02 to 1.0 mm.
  • the z actuator 141 is an actuator that vibrates when an operation is performed on the first operation surface 111, the third operation surface 113, and the fourth operation surface 114. Therefore, when the control unit 16 determines that the operation has been performed on the first operation surface 111, the control unit 16 applies vibration in a direction intersecting the first operation surface 111, that is, in the direction of the normal 111a of the first operation surface 111.
  • the z-actuator 141 capable of being driven is driven.
  • the control unit 16 determines that the operation is performed on the third operation surface 113
  • the control unit 16 determines that the operation is performed on the direction of the normal line 113 a of the third operation surface 113 and the fourth operation surface 114.
  • the z actuator 141 capable of applying vibration in the direction of the normal line 114a of the operation surface 114 is driven.
  • the detection point is the first point. Since it is on the operation surface 111, the tangential plane at the detection point is the first operation surface 111. Further, as an example, the direction intersecting the first operation surface 111 may be the direction of the normal line 111a of the first operation surface 111, and therefore the vibration is presented by the z actuator 141.
  • the y actuator 140 and the z actuator 141 are configured using, for example, a motor, a voice coil, a piezoelectric element, and the like.
  • the y actuator 140 and the z actuator 141 of the present embodiment are configured using piezoelectric elements.
  • the y actuator 140 and the z actuator 141 are, for example, monomorph actuators including a metal plate and a piezoelectric element.
  • the metal plate is formed using, for example, a conductive metal material such as aluminum, nickel, copper, or iron, an alloy material containing them, or an alloy material such as stainless steel.
  • the piezoelectric element is formed using, for example, lithium niobate, barium titanate, lead titanate, lead zirconate titanate (PZT), lead metaniobate, polyvinylidene fluoride (PVDF), or the like.
  • the monomorph actuator described above is an actuator having a structure that bends with only one piezoelectric element.
  • a modified example of the y actuator 140 and the z actuator 141 may be a bimorph actuator in which two piezoelectric elements are provided on both surfaces of a metal plate.
  • the control unit 16 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) that performs calculation and processing on acquired data according to a stored program, a RAM (Random Access Memory) that is a semiconductor memory, a ROM (Read Only Memory), and the like. Microcomputer. In this ROM, for example, a program for operating the control unit 16 is stored. For example, the RAM is used as a storage area for temporarily storing calculation results and the like.
  • a CPU Central Processing Unit
  • RAM Random Access Memory
  • ROM Read Only Memory
  • the control unit 16 includes a threshold value 160, related information 161, and a vibration pattern 162.
  • This threshold value 160 is a value to be compared with the detection value acquired from the electrode. For example, when the acquired detection value is larger than the threshold value 160, the control unit 16 is configured to determine that an operation has been performed.
  • the related information 161 is information that associates the operation surface where the operation is detected with the actuator that applies vibration in a direction intersecting the operation surface where the operation is detected. Based on the related information 161, the control unit 16 is configured to determine an actuator related to the operation surface where the operation is detected and generate a drive signal for driving the actuator. As a modification, the related information 161 may be information that associates coordinates and actuators. In this case, the control unit 16 determines the actuator to be driven from the coordinates of the detected detection point and the related information 161.
  • the vibration pattern 162 is information on a vibration pattern when the actuator is vibrated.
  • Control unit 16 generates a first driving signal S 5 and the second driving signal S 6 based on the vibration pattern 162.
  • the vibration pattern may be different for each operation surface.
  • the operation surface and the vibration pattern are associated with each other.
  • the second operation surface 112 may be a vibration pattern that generates a greater vibration than the first operation surface 111, the third operation surface 113, and the fourth operation surface 114.
  • the operator mainly operates the operation surface using the fingertip, and there are many sensory receptors such as a Pacini body and a Meissner body on the fingertip.
  • the pachinko body has a higher sensitivity than other sensory receptors, and is known to have the highest sensitivity at about 200 Hz.
  • the vibration is presented in a direction that intersects the operation surface where the finger is detected. Accordingly, the fingertip of the operator is struck by the panel 10 to effectively stimulate the pachinko body, and the operator can easily recognize the presentation of vibration.
  • the control unit 16 is configured to generate operation information S 7 based on the operated electrode and output the operation information S 7 to the air conditioning control unit 36 via the communication unit 17.
  • the operation information S 7 includes information on a button on which an operation has been performed, and information on ON / OFF of the button.
  • the communication unit 17 is electrically connected to the control unit 16 and is also electrically connected to the air conditioning control unit 36 of the air conditioner 3.
  • the communication unit 17 is configured to output the operation information S 7 generated by the control unit 16 to the air conditioning control unit 36.
  • the air conditioner 3 uses the tactile sense presentation device 1 as an operation unit.
  • the air conditioner 3 further includes a display unit 30, a temperature adjustment unit 32, a power supply 34, and an air conditioning control unit 36.
  • the display unit 30 is disposed on the upper side of the tactile presentation device 1 on the paper surface of FIG. 1B.
  • the display unit 30 is, for example, a liquid crystal display.
  • the display unit 30 includes a first display area 301 in which an image indicating the air volume is displayed, a second display area 302 in which the air volume is displayed like a bar graph, and a third display in which an air outlet is displayed. An area 303 and a fourth display area 304 in which the set temperature is displayed are provided.
  • the temperature adjustment unit 32 is configured to adjust the temperature and the air volume of air sent from the blowout port according to the set temperature, and to switch the blowout port that sends out the temperature-adjusted air.
  • the temperature adjustment unit 32 includes a heat pump.
  • the power source 34 is configured to supply electric power P suitable for the tactile sense presentation device 1 and the air conditioner 3 using a battery mounted on the vehicle 5.
  • the air conditioning control unit 36 is, for example, a microcomputer that includes a CPU, a RAM, a ROM, and the like that perform calculation, processing, and the like on acquired data according to a stored program.
  • ROM for example, a program for operating the air conditioning control unit 36 is stored.
  • the RAM is used as a storage area for temporarily storing calculation results and the like.
  • the air conditioning control unit 36 is configured to generate a display control signal S 8 for controlling the display unit 30 based on the operation information S 7 acquired from the tactile sense presentation device 1 and to control the temperature adjustment unit 32. .
  • the control unit 16 of the tactile sense presentation device 1 periodically obtains the first detection value S 1 to the fourth detection value S 4 from the first electrode group 121 to the fourth electrode group 124 (S1).
  • control unit 16 compares the acquired first detection value S 1 to fourth detection value S 4 with the threshold value 160 in order, and monitors whether or not an operation has been performed.
  • Step 2 that is, when an operation is detected (S2: Yes)
  • the control unit 16 determines an operation surface from the electrode where the operation is detected (S3).
  • the control unit 16 when the operator performs a touch operation on the A / C button of the first button group 11a, the control unit 16 outputs the first output from the electrode 121a corresponding to the A / C button. It determines that the touch operation has been performed on the electrode 121a on the basis of the detection values S 1 and the threshold 160. Subsequently, the control unit 16 determines that the operation is performed on the first operation surface 111 because the determined electrode 121a belongs to the first electrode group 121.
  • control unit 16 presents vibrations in a direction intersecting the determined operation surface (S4).
  • the control unit 16 determines the actuator to be driven based on the determined operation surface and the related information 161. Subsequently, the control unit 16 generates a drive signal for driving the determined actuator based on the vibration pattern 162 and outputs the drive signal to the actuator.
  • the control unit 16 generates a second drive signal S 6 for presenting vibration in the direction of the determined normal line 111 a of the first operation surface 111, that is, the second vibration direction 106. , Output to the z actuator 141. z-actuator 141, presents a vibration in a second vibration direction 106 based on the second driving signal S 6 obtained.
  • the presentation of the vibration is performed, for example, during a period when the touch operation is detected.
  • the presentation of vibration is continued based on a short period of time during which the operation is detected or a predetermined period after the operation is detected, for example.
  • the tactile sense presentation device 1 can present a tactile sense in a direction in which an operator can easily feel vibration. Since the tactile sense presentation device 1 presents vibration in a direction intersecting the operation surface in which the operation is detected among the first operation surface 111 to the fourth operation surface 114, vibration is generated in a plane parallel to the operation surface. Can be presented in a direction in which the operator can easily feel the vibration.
  • the tactile sensation presentation device 1 can present vibration in a direction in which it is easy to feel vibration at the fingertip and efficiently transmit the vibration to the fingertip. Therefore, compared with the case where the presentation of tactile sensation in a direction that is difficult to feel is supplemented by the magnitude of the amplitude, etc. Thus, the actuator can be easily downsized and the power consumed by the actuator can be suppressed.
  • the tactile sense presentation device 1 can efficiently transmit vibration to the fingertip, even if there is vibration accompanying the movement of the vehicle 5, the operator can vibrate the vibrations of the first operation surface 111 to the fourth operation surface 114. Can be recognized.
  • the tactile sensation providing apparatus 1 can present vibration in a direction intersecting the tangential plane at the detection point where the operation is detected.
  • the processing load is suppressed as compared with the case where the related information 161 is not provided.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that the shape of the protruding portion of the operation surface has a shape like the circumference of a cylinder.
  • FIG. 5A is a side view showing a tactile sensation providing apparatus according to the second embodiment.
  • parts having the same functions and configurations as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and description thereof is omitted.
  • the tactile sensation presentation apparatus 1 has a protruding portion 10c that extends in the longitudinal direction of the panel 10 and has a semicylindrical shape.
  • the protrusion 10 c divides the surface 100 of the panel 10 into two surfaces, a first operation surface 115 and a third operation surface 117. Further, the peripheral surface of the protruding portion 10 c is a second operation surface 116.
  • the normal line 115a of the first operation surface 115, the normal line 117a of the third operation surface 117, and the normal line 116c of the second operation surface 116 are translated. It has a shape that intersects.
  • the normal line 116c of the second operation surface 116 faces the same direction as the normal line 115a and the normal line 117a, it is the same as when the operation is performed on the first operation surface 115 and the third operation surface 117. Vibration is presented in the direction of.
  • the detection unit 12 includes, for example, a plurality of electrodes that detect an operation on the second operation surface 116.
  • the control unit 16 drives the z actuator 141 based on the related information 161. Further, when an operation is performed on the second operation surface 116, the control unit 16 drives the actuator based on the detection point where the operation is detected and the related information 161. Therefore, in the related information 161, the detection point 116a of the second operation surface 116 is associated with the actuator that presents vibration.
  • the control unit 16 when the operator touches the detection point 116a of the second operation surface 116 with the fingertip, the normal 116c of the tangent plane 116b at the detection point 116a is uniquely determined. . Therefore, the control unit 16 generates a drive signal for exhibiting vibration in the direction of the normal line 116c.
  • the second operation surface 116 is a curved surface.
  • the control unit 16 generates a first driving signal S 5 and the second driving signal S 6 to produce a vibration in the normal 116c direction by synthesis of driving by y actuator 140 and z-actuator 141.
  • the composition pattern of the driving is stored in the control unit 16 as a vibration pattern 162, for example.
  • the tactile sensation presentation device 1 Even if the operation surface has a shape including a curved surface, the tactile sensation presentation device 1 according to the present embodiment adds vibrations in a direction intersecting the tangent plane at the detection point, so that the tactile sensation can be effectively presented. it can.
  • the third embodiment is different from the above-described embodiment in that the vibration is presented in the three-axis direction of the xyz system.
  • FIG. 5B is a top view showing the tactile sensation providing apparatus according to the third embodiment.
  • the tactile sense presentation device 1 includes an x actuator 142 in addition to the y actuator 140 and the z actuator 141.
  • the x actuator 142 is attached to the left side surface 102 of the panel 10 on the paper surface of FIG. 5B and is configured to vibrate the panel 10 in the x-axis direction.
  • the panel 10 includes a first protrusion 18 and a second protrusion 19 that protrude from the surface 100 of the panel 10.
  • the first protrusion 18 includes a first surface 118a serving as a left side surface, a second surface 118b serving as a front surface of the panel 10, and a third surface 118c serving as a right side surface.
  • the detection unit 12 is configured to detect an operation performed on the first surface 118a to the third surface 118c.
  • the second projecting portion 19 includes a first surface 119a which is a left side surface, a second surface 119b which is a front surface of the panel 10, and a third surface which is a right side surface in the paper surface of FIG. 5B. 119c.
  • the detection unit 12 is configured to detect an operation performed on the first surface 119a to the third surface 119c.
  • the tactile sensation providing apparatus 1 is configured so that the operator can, for example, configure the first surface 118a, the third surface 118c, and the first surface 119a and the third surface 119c of the second protrusion 19 of the first protrusion 18.
  • the control unit 16 When any of the operations is performed, it is configured to exhibit vibration in the x-axis direction. Therefore, the control unit 16 generates a drive signal for driving the x actuator 142 and outputs the drive signal to the x actuator 142.
  • the x actuator 142 presents a tactile sense by vibrating the panel 10 in the x-axis direction based on the drive signal.
  • the tactile sensation presentation apparatus 1 includes the x actuator 142, the y actuator 140, and the z actuator 141 that can apply vibrations in directions that intersect with each other, and thus the shape of the operation surface is complicated. Even so, it is possible to present a tactile sensation by adding vibration in a direction intersecting the tangent plane of the detected detection point.
  • the direction in which the tactile sensation is presented in each of the above-described embodiments is preferably a normal direction based on the detection point, but is not limited to this. It may be inclined from the normal line within a range.
  • the predetermined range is preferably 0 ° to 30 °, and more preferably 0 ° to 10 °.
  • the tactile sense presentation device 1 is the operation unit of the air conditioner 3, but is not limited thereto, and can be used as an operation unit of an electronic device mounted on the vehicle 5.
  • the electronic device include a car navigation device, a music playback device, and a video playback device.
  • the surface 100 of the panel 10 is provided with a protruding portion that protrudes from the surface 100 in the direction of the operator.
  • the present invention is not limited to this. May be.
  • the tactile sensation providing apparatus 1 of at least one embodiment described above it is possible to present a tactile sensation in a direction in which an operator can easily feel vibration.
  • the tactile sensation presentation apparatus 1 may be, for example, a program executed by a computer, ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FPGA (Field Programmable Gate Array), or the like, depending on the application. It may be realized by.
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • the ASIC is an application specific integrated circuit
  • the FPGA is an LSI (Large Scale Integration) that can be programmed.
  • the present invention can be applied to a tactile sense presentation device used as an operation unit of an electronic device such as an air conditioner mounted on a vehicle.

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Abstract

　操作者が振動を感じ易い方向に触覚を呈示する触覚呈示装置を提供する。触覚呈示装置１は、異なる２点におけるそれぞれの法線が平行移動により交差するような表面形状を表面１００内に有するパネル１０と、パネル１０の表面１００になされた操作を検出する検出部１２と、パネル１０に振動を付加して操作者に触覚を呈示する触覚呈示部１４と、操作が検出された検出点を含む接平面と交差する方向に振動を呈示するように触覚呈示部１４を制御する制御部１６とを有する。

Description

触覚呈示装置
本発明は、触覚呈示装置に関する。
タッチパネルを備えた平板形状の可動パネルユニットと、可動パネルユニットをそのパネル面に平行な平面に沿って変位可能に支持構造体上に支持する可動支持手段と、可動パネルユニットを駆動して振動させるアクチュエータと、アクチュエータ駆動信号を送出してアクチュエータを駆動制御するアクチュエータ駆動制御手段と、を備えたタッチパネルディスプレイ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載されたタッチパネルディスプレイ装置は、アクチュエータが可動パネルユニットをそのパネル面に平行な平面に沿って振動させてパネル面に接触している操作者の指先に触覚を発生させるように構成されている。
特開２００７－３４９９１号公報
特許文献１に記載されたタッチパネルディスプレイ装置は、操作者がパネル面に軽く触れているような場合、指先を擦るような振動しか生成しないので操作者が触覚を感じ難い可能性がある。
本発明の目的は、操作者が振動を感じ易い方向に触覚を呈示する触覚呈示装置を提供することにある。
本発明の一態様による触覚呈示装置は、異なる２点におけるそれぞれの法線が平行移動により交差するような表面形状をパネル操作面内に有するパネルと、パネル操作面になされた操作を検出する検出部と、パネルに振動を付加して操作者に触覚を呈示する触覚呈示部と、操作が検出された検出点を含む接平面と交差する方向に振動を呈示するように触覚呈示部を制御する制御部とを有する。
本発明の一態様によれば、操作者が振動を感じ易い方向に触覚を呈示する触覚呈示装置を提供することができる。
図１Ａは、第１の実施の形態に係る触覚呈示装置が搭載された車両内部を示す説明図である。 図１Ｂは、触覚呈示装置を操作部として用いた空調装置を示す説明図である。 図２Ａは、第１の実施の形態に係る触覚呈示装置を示す正面図である。 図２Ｂは、触覚呈示装置を示す上面図である。 図２Ｃは、図２ＡのＩＩ（ｃ）－ＩＩ（ｃ）線で切断した断面図である。 図３Ａは、第１の実施の形態に係る触覚呈示装置を示すブロック図である。 図３Ｂは、触覚呈示装置を用いた空調装置を示すブロック図である。 図４は、第１の実施の形態に係る触覚呈示装置の動作を示すフローチャートである。 図５Ａは、第２の実施の形態に係る触覚呈示装置を示す側面図である。 図５Ｂは、第３の実施の形態に係る触覚呈示装置を示す上面図である。
（実施の形態の要約）
実施の形態に係る触覚呈示装置は、異なる２点におけるそれぞれの法線が平行移動により交差するような形状を有するパネルと、パネルの表面になされた操作を検出する検出部と、パネルに振動を付加して操作者に触覚を呈示する触覚呈示部と、操作が検出された検出点における接平面と交差する方向に振動を呈示するように触覚呈示部を制御する制御部と、を備えて概略構成されている。
この触覚呈示装置は、法線が交差する形状を有するパネルにおいて、操作が検出された検出点における接平面と交差する方向に振動を呈示することができるので、法線が交差しない平たい操作面の面方向に振動を呈示する場合と比べて、操作者が振動を感じ易い方向に触覚を呈示することができる。
[第１の実施の形態]
（触覚呈示装置１の構成）
図１Ａは、第１の実施の形態に係る触覚呈示装置が搭載された車両内部を示す説明図であり、図１Ｂは、触覚呈示装置を操作部として用いた空調装置を示す説明図である。図２Ａは、第１の実施の形態に係る触覚呈示装置の正面図、図２Ｂは、触覚呈示装置の上面図、図２Ｃは、図２ＡのＩＩ（ｃ）－ＩＩ（ｃ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図である。なお、以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。
触覚呈示装置１は、一例として、図１Ａに示すように、車両５に搭載された電子機器の操作部として用いられる。この電子機器は、一例として、空調装置３である。この空調装置３は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、操作部としての触覚呈示装置１を備えている。
この触覚呈示装置１は、図２Ａ～図２Ｃに示すように、異なる２点におけるそれぞれの法線が平行移動により交差するような形状を有するパネル１０と、パネル１０の表面１００（パネル操作面）になされた操作を検出する検出部１２と、パネル１０に振動を付加して操作者に触覚を呈示する触覚呈示部１４と、操作が検出された検出点における接平面と交差する方向に振動を呈示するように触覚呈示部１４を制御する制御部１６と、後述する通信部１７と、を備えて概略構成されている。
（パネル１０の構成）
パネル１０は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、板形状を有し、第１の電極群１２１～第４の電極群１２４が形成されている。また、パネル１０には、第１の電極群１２１～第４の電極群１２４を覆う印刷層１５が設けられている。操作者は、この印刷層１５により形成された画像に対してタッチ操作を行うことにより、当該画像により示された機能の実行が可能となる。この印刷層１５の表面１００が、後述する操作面となる。
またパネル１０は、一例として、透明なアクリル、ポリカーボネート等の樹脂材料を用いて形成されている。本実施の形態のパネル１０は、一例として、ポリカーボネートを用いて形成されている。
このパネル１０は、突き出す、又は凹むことによって複数の操作面が表面１００に形成されている。具体的には、パネル１０は、図２Ｃに示すように、板形状の基部１０ａと、基部１０ａの操作者側の面が突出して形成された突出部１０ｂと、を有する。なお、パネル１０は、例えば、ガラスを用いて形成されても良い。
パネル１０は、図２Ｃに示すように、第１の操作面１１１の法線１１１ａ、第３の操作面１１３の法線１１３ａ及び第４の操作面１１４の法線１１４ａと、第２の操作面１１２の法線１１２ａと、が平行移動により交差するような形状を有している。
パネル１０は、図２Ａの紙面において、横方向がｘ軸であり、縦方向がｙ軸であり、紙面に垂直で、かつ紙面に向かう方向がｚ軸であるｘｙｚ座標系が設定されている。この座標系の原点は、図２Ａの紙面においてパネル１０の左下である。操作者の指先が検出された検出点は、後述するスライド操作部１１ｂ及びスライド操作部１１ｃでは、このｘｙｚ座標系の座標として検出される。
基部１０ａは、図２Ａの紙面において、主に、突出部１０ｂの上側の表面１００である第１の操作面１１１と、下側の表面１００である第４の操作面１１４と、の２面に分かれている。第１の操作面１１１には、図１Ｂに示すように、第１のボタン群１１ａが配置されている。また第４の操作面１１４には、第２のボタン群１１ｄが配置されている。
第１のボタン群１１ａは、例えば、図１Ｂの紙面左側から、風量ボタン、ＡＵＴＯボタン、Ａ／Ｃボタン、内外気切り替えボタン、温度調整ボタンから構成されている。また第２のボタン群１１ｄは、例えば、図１Ｂの紙面左側から、上半身送風ボタン、上半身及び足元送風ボタン、足元送風ボタン、足元及びフロントガラス送風ボタン、フロントガラス送風ボタン、リアガラス送風ボタンから構成されている。これらのボタンは、操作者の指によるタッチ操作によりオンとオフが切り替わる静電容量式のタッチスイッチとして構成されている。
突出部１０ｂは、基部１０ａの長手方向に沿って形成され、四角柱形状を有している。この突出部１０ｂは、車両５の上方向に向く操作面となる第２の操作面１１２と、第１の操作面１１１及び第４の操作面１１４と同様に操作者と対向する操作面である第３の操作面１１３と、を有している。なお、本実施の形態の突出部１０ｂには、車両５の下方向に向く面、及び車両５の左右方向の面に、電極が配置されていないが、限定されるものではなく、配置されても良い。
第２の操作面１１２には、スライド操作を検出するスライド操作部１１ｂが設けられている。このスライド操作部１１ｂは、図２Ｂの紙面において、左から右、又は右から左へと指を第２の操作面１１２に接触させて移動させることで、このスライド操作部１１ｂに設定された機能の設定値を変更することが可能となる。一例として、このスライド操作部１１ｂに風量を変更する機能が割り当てられている場合、操作者が左から右へとスライド操作することで風量が増加し、右から左へとスライド操作することで風量が減少する。
また第３の操作面１１３には、スライド操作を検出するスライド操作部１１ｃが設けられている。このスライド操作部１１ｃは、図２Ａの紙面において、左から右、又は右から左へとスライド操作することで、このスライド操作部１１ｃに設定された機能の設定値を変更することが可能となる。一例として、このスライド操作部１１ｃに設定温度を変更する機能が割り当てられている場合、操作者が左から右へとスライド操作することで設定温度が上昇し、右から左へとスライド操作することで設定温度が下降する。このスライド操作部１１ｂ及びスライド操作部１１ｃは、例えば、静電容量式のタッチスイッチとして構成されている。
（検出部１２の構成）
図３Ａは、第１の実施の形態に係る触覚呈示装置を示すブロック図であり、図３Ｂは、触覚呈示装置を用いた空調装置を示すブロック図である。この図３Ａ及び図３Ｂでは、主な信号や情報の流れを矢印で示している。
検出部１２は、例えば、図３Ａに示すように、静電容量式のタッチスイッチの検出電極から構成される第１の電極群１２１～第４の電極群１２４を備えている。第１の電極群１２１～第４の電極群１２４は、例えば、銅、金等の導電性を有する金属材料を含んでパネル１０に形成されている。本実施の形態の第１の電極群１２１～第４の電極群１２４は、一例として、銅を含んで構成されている。なお、変形例として、第１の電極群１２１～第４の電極群１２４は、フレキシブル基板に形成され、パネル１０に重ねて配置されても良い。
第１の電極群１２１は、図２Ａに示すように、第１のボタン群１１ａの各ボタンの下方に配置された矩形状の電極から構成されている。この第１の電極群１２１は、例えば、５個の電極を有している。
第２の電極群１２２は、図２Ｂに示すように、矩形状の電極が一定の間隔で、第２の操作面１１２に配置されて構成されている。同様に、第３の電極群１２３は、図２Ａに示すように、矩形状の電極が一定の間隔で、第３の操作面１１３に配置されて構成されている。この第２の電極群１２２及び第３の電極群１２３は、例えば、それぞれ１４個の電極を有している。
第４の電極群１２４は、図２Ａに示すように、第４のボタン群１１ｄの各ボタンの下方に配置された矩形状の電極から構成されている。この第４の電極群１２４は、例えば、６個の電極を有している。
上述の第１の電極群１２１～第４の電極群１２４は、印刷層１５に覆われている。図２Ｃは、印刷層１５に覆われた、第１の電極群１２１の電極１２１ａ、第２の電極群１２２の電極１２２ａ、第３の電極群１２３の電極１２３ａ、及び第４の電極群１２４の電極１２４ａの断面を図示している。この印刷層１５は、一例として、黒色で印刷され、文字や画像の部分は印刷されないように構成されている。従って、図１Ｂに示すボタンの意匠は、印刷層１５により形成されている。
なお、変形例として、触覚呈示装置１は、パネル１０の裏面１０３から表面１００に向かって光を出力する複数の光源が各ボタンに対応して配置され、ボタンがオンされた際に照明するように構成されても良い。
第１の電極群１２１～第４の電極群１２４は、図３Ａに示すように、制御部１６に電気的に接続され、第１の検出値Ｓ１～第４の検出値Ｓ４を出力するように構成されている。この第１の検出値Ｓ１～第４の検出値Ｓ４は、例えば、操作者の指と電極との間の静電結合により生じる容量値である。
第１の電極群１２１は、図２Ａに示すように、５個の電極を有している。検出値は、その５個の電極から別々に取得される。本実施の形態では、第１の電極群１２１の各電極から取得した検出値を第１の検出値Ｓ１と記載している。つまり制御部１６は、１周期で、５個の異なる第１の検出値Ｓ１を取得するように構成されている。従って、制御部１６は、１周期において、第２の電極群１２２から１４個の異なる第２の検出値Ｓ２を取得し、第３の電極群１２３から１４個の異なる第３の検出値Ｓ３を取得し、第４の電極群１２４から６個の異なる第４の検出値Ｓ４を取得する。
（触覚呈示部１４の構成）
触覚呈示部１４は、パネル１０に振動を付加する複数のアクチュエータを有している。具体的には、触覚呈示部１４は、図３Ａに示すように、互いに交差する方向にパネル１０を振動させる、ｙアクチュエータ１４０及びｚアクチュエータ１４１を有している。
ｙアクチュエータ１４０は、パネル１０の下面１０１に配置され、パネル１０をｙ軸方向に振動させるように構成されている。図２Ｃでは、ｙアクチュエータ１４０の振動方向を第１の振動方向１０５として図示している。このｙアクチュエータ１４０は、制御部１６から出力された第１の駆動信号Ｓ５に基づいて予め定められた周波数により振動する。
ｙアクチュエータ１４０は、図２Ｃに示すように、第２の操作面１１２に操作がなされた際に振動するアクチュエータである。従って、制御部１６は、第２の操作面１１２に操作がなされたと判定すると、第２の操作面１１２と交差する方向、つまり第２の操作面１１２の法線１１２ａの方向に振動を付加することが可能なｙアクチュエータ１４０を駆動する。
ｚアクチュエータ１４１は、パネル１０の裏面１０３に配置され、パネル１０をｚ軸方向に振動させるように構成されている。図２Ｃでは、ｚアクチュエータ１４１の振動方向を第２の振動方向１０６として図示している。このｚアクチュエータ１４１は、制御部１６から出力された第２の駆動信号Ｓ６に基づいて予め定められた周波数により振動する。この予め定められた周波数は、一例として、ｙアクチュエータ及びｚアクチュエータ共に１２０～２５０Ｈｚ程度である。また、振動の振幅は、０．０２～１．０ｍｍ程度である。
ｚアクチュエータ１４１は、第１の操作面１１１、第３の操作面１１３及び第４の操作面１１４に操作がなされた際に振動するアクチュエータである。従って、制御部１６は、第１の操作面１１１に操作がなされたと判定すると、第１の操作面１１１と交差する方向、つまり第１の操作面１１１の法線１１１ａの方向に振動を付加することが可能なｚアクチュエータ１４１を駆動する。同様に、制御部１６は、第３の操作面１１３に操作がなされたと判定すると第３の操作面１１３の法線１１３ａの方向、及び第４の操作面１１４に操作がなされたと判定すると第４の操作面１１４の法線１１４ａの方向、に振動を付加することが可能なｚアクチュエータ１４１を駆動する。
なお、上述の操作が検出された検出点における接平面と交差する方向に振動を呈示するとは、例えば、操作者が第１の操作面１１１にタッチ操作を行った場合、検出点が第１の操作面１１１上にあるので、検出点における接平面とは、第１の操作面１１１となる。また、第１の操作面１１１と交差する方向は、一例として、第１の操作面１１１の法線１１１ａの方向であって良いので、ｚアクチュエータ１４１により振動が呈示される。
ｙアクチュエータ１４０及びｚアクチュエータ１４１は、例えば、モータ、ボイスコイル及び圧電素子等を用いて構成される。本実施の形態のｙアクチュエータ１４０及びｚアクチュエータ１４１は、一例として、圧電素子を用いて構成される。
具体的には、ｙアクチュエータ１４０及びｚアクチュエータ１４１は、例えば、金属板と、圧電素子と、を備えたモノモルフ型のアクチュエータである。金属板は、例えば、導電性を有するアルミニウム、ニッケル、銅、鉄等の金属材料、それらを含有する合金材料、或いはステンレス等の合金材料を用いて形成される。圧電素子は、例えば、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等を用いて形成される。
上述のモノモルフ型アクチュエータとは、１枚の圧電素子だけで屈曲する構造のアクチュエータである。なお、ｙアクチュエータ１４０及びｚアクチュエータ１４１の変形例としては、２枚の圧電素子を金属板の両面に設けたバイモルフ型アクチュエータであっても良い。
（制御部１６の構成）
制御部１６は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工等を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、半導体メモリであるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成されるマイクロコンピュータである。このＲＯＭには、例えば、制御部１６が動作するためのプログラムが格納されている。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算結果等を格納する記憶領域として用いられる。
制御部１６は、しきい値１６０と、関連情報１６１と、振動パターン１６２と、を有している。このしきい値１６０は、電極から取得した検出値と比較される値である。制御部１６は、例えば、取得した検出値がしきい値１６０より大きい場合、操作がなされたと判定するように構成されている。
また、関連情報１６１は、操作が検出された操作面と、操作が検出された操作面に交差する方向に振動を付加するアクチュエータと、を関連付けた情報である。制御部１６は、関連情報１６１に基づいて、操作が検出された操作面に関連するアクチュエータを判定して当該アクチュエータを駆動する駆動信号を生成するように構成されている。なお、変形例として、関連情報１６１は、座標とアクチュエータとを関連付けたものであっても良い。この場合、制御部１６は、検出された検出点の座標と関連情報１６１から駆動するアクチュエータを判定する。
振動パターン１６２は、アクチュエータを振動させる際の振動パターンの情報である。制御部１６は、振動パターン１６２に基づいて第１の駆動信号Ｓ５及び第２の駆動信号Ｓ６を生成する。なお、変形例として、操作面ごとに振動パターンが違っても良い。この場合、振動パターン１６２は、操作面と振動パターンとが関連つけられている。例えば、第２の操作面１１２は、第１の操作面１１１、第３の操作面１１３及び第４の操作面１１４よりも大きい振動を生成する振動パターンであっても良い。
ここで、操作者は、主に指先を用いて操作面に操作を行うが、この指先には、パチニ小体やマイスナー小体といった感覚受容器が多く存在している。中でもパチニ小体は、他の感覚受容器よりも感度が高く、およそ２００Ｈｚにおいて最も感度が高いことが知られている。
しかし、指先がパネル１０に軽く接触した状態で、指先が接触した操作面に平行な方向の振動が付加された場合、軽く接触しているためにパチニ小体を十分刺激することができず、操作者が振動の呈示を認識し難いことが考えられる。
本実施の形態では、振動は、指が検出された操作面に交差する方向に呈示される。従って、操作者の指先がパネル１０によって叩かれてパチニ小体を効果的に刺激し、操作者が振動の呈示を認識し易くなっている。
制御部１６は、操作がなされた電極に基づいた操作情報Ｓ７を生成し、通信部１７を介して空調制御部３６に出力するように構成されている。この操作情報Ｓ７は、一例として、操作がなされたボタンの情報と、当該ボタンのオン及びオフの情報と、を含んでいる。
（通信部１７の構成）
通信部１７は、一例として、制御部１６と電気的に接続される共に、空調装置３の空調制御部３６と電気的に接続されている。通信部１７は、制御部１６が生成した操作情報Ｓ７を空調制御部３６に出力するように構成されている。
（空調装置３の構成）
空調装置３は、図３Ｂに示すように、触覚呈示装置１を操作部として用いている。空調装置３は、さらに、表示部３０と、温度調整部３２と、電源３４と、空調制御部３６と、を備えている。
表示部３０は、図１Ｂの紙面において、触覚呈示装置１の上側に配置されている。この表示部３０は、例えば、液晶ディスプレイである。
表示部３０は、風量を示す画像が表示された第１の表示領域３０１と、風量が棒グラフのように表示された第２の表示領域３０２と、空気の吹き出し口が表示された第３の表示領域３０３と、設定温度が表示された第４の表示領域３０４と、を備えている。
温度調整部３２は、吹出し口から送出する空気の温度及び風量を設定温度に応じて調整すると共に、温度調整された空気を送出する吹出し口の切り替えを行うように構成されている。この温度調整部３２は、一例として、ヒートポンプを備えて構成されている。
電源３４は、車両５に搭載されたバッテリーを利用して、触覚呈示装置１及び空調装置３に適した電力Ｐを供給するように構成されている。
空調制御部３６は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工等を行うＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等から構成されるマイクロコンピュータである。このＲＯＭには、例えば、空調制御部３６が動作するためのプログラムが格納されている。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算結果等を格納する記憶領域として用いられる。
空調制御部３６は、触覚呈示装置１から取得した操作情報Ｓ７に基づいて、表示部３０を制御する表示制御信号Ｓ８を生成すると共に、温度調整部３２を制御するように構成されている。
以下に触覚呈示装置１の動作について、図４のフローチャートに従って説明する。操作者が第１の電極群１２１に属する電極１２１ａに対応するＡ／Ｃボタンに操作を行う場合について説明する。
（動作）
車両５の電源が投入されると、空調装置３の電源３４を介して電力Ｐが、空調装置３の表示部３０、温度調整部３２、空調制御部３６及び触覚呈示装置１等に供給される。
触覚呈示装置１の制御部１６は、第１の電極群１２１～第４の電極群１２４から第１の検出値Ｓ１～第４の検出値Ｓ４を周期的に取得する（Ｓ１）。
次に、制御部１６は、取得した第１の検出値Ｓ１～第４の検出値Ｓ４としきい値１６０とを順番に比較し、操作がなされたか否かを監視する。制御部１６は、ステップ２の「Ｙｅｓ」が成立する、つまり操作が検出されると（Ｓ２：Ｙｅｓ）、操作が検出された電極から操作面を判定する（Ｓ３）。
具体的には、例えば、操作者が第１のボタン群１１ａのＡ／Ｃボタンにタッチ操作を行った場合、制御部１６は、Ａ／Ｃボタンに対応する電極１２１ａから出力された第１の検出値Ｓ１としきい値１６０とに基づいて電極１２１ａにタッチ操作がなされたと判定する。続いて、制御部１６は、判定した電極１２１ａが第１の電極群１２１に属することから第１の操作面１１１に操作がなされたと判定する。
次に、制御部１６は、判定した操作面に交差する方向に振動を呈示する（Ｓ４）。制御部１６は、判定した操作面と関連情報１６１とに基づいて駆動するアクチュエータを判定する。続いて制御部１６は、判定したアクチュエータを駆動するための駆動信号を振動パターン１６２に基づいて生成して当該アクチュエータに出力する。
具体的には、制御部１６は、判定された第１の操作面１１１の法線１１１ａの方向、つまり第２の振動方向１０６に振動を呈示するための第２の駆動信号Ｓ６を生成し、ｚアクチュエータ１４１に出力する。ｚアクチュエータ１４１は、取得した第２の駆動信号Ｓ６に基づいて第２の振動方向１０６に振動を呈示する。この振動の呈示は、例えば、タッチ操作が検出されている期間、行われる。変形例として、振動の呈示は、例えば、操作が検出されている期間、又は操作が検出されてから予め定められた期間のうち、短い期間に基づいて継続される。
（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る触覚呈示装置１は、操作者が振動を感じ易い方向に触覚を呈示することができる。この触覚呈示装置１は、第１の操作面１１１～第４の操作面１１４のうち、操作が検出された操作面に交差する方向に振動を呈示するので、操作面に平行な面内で振動を呈示する場合と比べて、操作者が振動を感じ易い方向に触覚を呈示することができる。
触覚呈示装置１は、指先において振動を感じ易い方向に振動を呈示して効率良く振動を指先に伝達することができるので、感じ難い方向の触覚の呈示を振幅の大きさ等で補う場合と比べて、アクチュエータの小型化が容易であると共に、アクチュエータが消費する電力を抑制することができる。
触覚呈示装置１は、効率良く振動を指先に伝達することができるので、車両５の移動に伴う振動があっても、操作者が第１の操作面１１１～第４の操作面１１４の振動を認識することができる。
触覚呈示装置１は、パネル１０の表面１００が突き出す、又は凹んだ形状を有していても、操作が検出された検出点における接平面に交差する方向に振動を呈示することができる。
触覚呈示装置１は、関連情報１６１を有するので、関連情報を備えない場合と比べて、処理負荷が抑制される。
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、操作面の突出部の形状が円筒の円周のような形状を有している点で第１の実施の形態と異なっている。
図５Ａは、第２の実施の形態に係る触覚呈示装置を示す側面図である。なお以下に記載する実施の形態において、第１の実施の形態と同じ機能及び構成を有する部分は、第１の実施の形態と同じ符号を付し、その説明は省略するものとする。
本実施の形態に係る触覚呈示装置１は、パネル１０の長手方向に伸び、半円筒形状を有する突出部１０ｃを有している。この突出部１０ｃは、パネル１０の表面１００を、第１の操作面１１５と第３の操作面１１７の２面に分けている。また突出部１０ｃの周面が、第２の操作面１１６となっている。
このパネル１０は、図５Ａに示すように、第１の操作面１１５の法線１１５ａ、第３の操作面１１７の法線１１７ａと、第２の操作面１１６の法線１１６ｃと、が平行移動により交差するような形状を有している。なお、第２の操作面１１６の法線１１６ｃが、法線１１５ａ及び法線１１７ａと同じ方向を向く場合は、第１の操作面１１５及び第３の操作面１１７に操作がなされた際と同様の方向に振動が呈示される。
検出部１２は、例えば、第２の操作面１１６における操作を検出する複数の電極を備えている。
制御部１６は、第１の操作面１１５及び第３の操作面１１７に操作が行われた場合、関連情報１６１に基づいてｚアクチュエータ１４１を駆動する。また、制御部１６は、第２の操作面１１６に操作が行われた場合、操作が検出された検出点と、関連情報１６１と、に基づいてアクチュエータを駆動する。従って、関連情報１６１は、第２の操作面１１６の検出点１１６ａと、振動を呈示するアクチュエータと、が関連付けられている。
具体的には、図５Ａに示すように、操作者が第２の操作面１１６の検出点１１６ａに指先を接触させた場合、この検出点１１６ａにおける接平面１１６ｂの法線１１６ｃが一意的に決まる。従って、制御部１６は、この法線１１６ｃ方向に振動を呈示するための駆動信号を生成する。
第２の操作面１１６は、曲面である。従って制御部１６は、ｙアクチュエータ１４０及びｚアクチュエータ１４１による駆動の合成により法線１１６ｃ方向の振動を生成するための第１の駆動信号Ｓ５及び第２の駆動信号Ｓ６を生成する。この駆動の合成のパターンは、例えば、振動パターン１６２として制御部１６に記憶されている。
（第２の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る触覚呈示装置１は、操作面が曲面を含む形状を有しても、検出点における接平面に交差する方向に振動を付加するので、効果的に触覚を呈示することができる。
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態は、ｘｙｚ系の３軸方向に振動を呈示する点で上述の実施の形態と異なっている。
図５Ｂは、第３の実施の形態に係る触覚呈示装置を示す上面図である。この触覚呈示装置１は、図５Ｂに示すように、ｙアクチュエータ１４０及びｚアクチュエータ１４１に加えてｘアクチュエータ１４２を備えている。
ｘアクチュエータ１４２は、例えば、図５Ｂの紙面において、パネル１０の左側の側面１０２に取り付けられ、ｘ軸方向にパネル１０を振動させるように構成されている。
このパネル１０は、図５Ｂに示すように、パネル１０の表面１００から突出する第１の突出部１８及び第２の突出部１９を有している。第１の突出部１８は、図５Ｂの紙面において、左側の側面となる第１の面１１８ａと、パネル１０の正面である第２の面１１８ｂと、右側の側面となる第３の面１１８ｃと、を有する。検出部１２は、この第１の面１１８ａ～第３の面１１８ｃになされた操作を検出するように構成されている。
また、第２の突出部１９は、図５Ｂの紙面において、左側の側面となる第１の面１１９ａと、パネル１０の正面である第２の面１１９ｂと、右側の側面となる第３の面１１９ｃと、を有する。検出部１２は、この第１の面１１９ａ～第３の面１１９ｃになされた操作を検出するように構成されている。
触覚呈示装置１は、操作者が、例えば、第１の突出部１８の第１の面１１８ａ、第３の面１１８ｃ、第２の突出部１９の第１の面１１９ａ、第３の面１１９ｃのいずれかに操作を行った場合、ｘ軸方向に振動を呈示するように構成されている。従って、制御部１６は、ｘアクチュエータ１４２を駆動する駆動信号を生成してｘアクチュエータ１４２に出力する。ｘアクチュエータ１４２は、当該駆動信号に基づいてパネル１０をｘ軸方向に振動させて触覚を呈示する。
（第３の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る触覚呈示装置１は、互いに交差する方向に振動を付加することができるｘアクチュエータ１４２、ｙアクチュエータ１４０及びｚアクチュエータ１４１を有しているので、操作面の形状が複雑な形状であっても、検出された検出点の接平面に交差する方向に振動を付加して触覚を呈示することができる。
なお、上述の各実施の形態における触覚を呈示する方向は、検出点に基づく法線の方向が望ましいが、これに限定されず、検出点における接平面と交差する方向であれば、予め定められた範囲内で当該法線から傾いていても良い。この予め定められた範囲とは、一例として、０°以上３０°以内が好ましく、０°以上１０°以内がより好ましい。
また、上述の実施の形態において、触覚呈示装置１は、空調装置３の操作部であったが、これに限定されず、車両５に搭載される電子機器の操作部として利用することができる。この電子機器とは、一例として、カーナビゲーション装置、音楽再生装置、動画再生装置等である。
上述の実施の形態において、パネル１０の表面１００には、表面１００から操作者の方向に突出する突出部が形成されていたがこれに限定されず、表面１００から凹んだ凹部を有する構成であっても良い。
以上述べた少なくとも１つの実施の形態の触覚呈示装置１によれば、操作者が振動を感じ易い方向に触覚を呈示することが可能となる。
上述の実施の形態及び変形例に係る触覚呈示装置１は、例えば、用途に応じて、その一部が、コンピュータが実行するプログラム、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）及びＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）等によって実現されても良い。
なお、ＡＳＩＣとは、特定用途向け集積回路であり、ＦＰＧＡとは、プログラミングすることができるＬＳＩ（大規模集積回路：Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）である。
以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
本発明は、車両に搭載された空調装置等の電子機器の操作部として用いられる触覚呈示装置に適用できる。
１　触覚呈示装置
１０　パネル
１０ｂ　突出部
１０ｃ　突出部
１２　検出部
１４　触覚呈示部
１６　制御部
１００　表面
１０５　第１の振動方向
１０６　第２の振動方向
１１１～１１４　第１の操作面～第４の操作面
１１１ａ～１１４ａ　法線
１１６ａ　検出点
１１６ｂ　接平面
１４０　ｙアクチュエータ
１４１　ｚアクチュエータ
１４２　ｘアクチュエータ

Claims (5)

  1. 異なる２点におけるそれぞれの法線が平行移動により交差するような表面形状をパネル操作面内に有するパネルと、
    前記パネル操作面になされた操作を検出する検出部と、
    前記パネルに振動を付加して操作者に触覚を呈示する触覚呈示部と、
    前記操作が検出された検出点を含む接平面と交差する方向に振動を呈示するように前記触覚呈示部を制御する制御部と、を備えた触覚呈示装置。
  2. 前記パネル操作面は、前記表面形状を有する複数の操作面を有し、
    前記制御部は、前記複数の操作面のいずれか一の操作面において前記検出点を含む前記接平面と交差する方向に振動を呈示するように前記触覚呈示部を制御する、請求項１に記載の触覚呈示装置。
  3. 前記触覚呈示部は、前記パネルに振動を付加する複数のアクチュエータを有し、
    前記制御部は、前記操作が検出された検出点と、前記検出点を含む前記接平面と交差する方向に振動を付加する前記アクチュエータと、を関連付けた関連情報を有する、請求項２に記載の触覚呈示装置。
  4. 前記パネル操作面は、曲面を有する操作面を有し、
    前記触覚呈示部は、前記パネルに振動を付加する複数のアクチュエータを有し、
    前記制御部は、前記複数のアクチュエータの振動を合成することにより前記接平面と交差する方向に振動を付加する、請求項１に記載の触覚呈示装置。
  5. 前記接平面と交差する方向は、前記接平面の法線から３０度以内の範囲の方向である、請求項１に記載の触覚呈示装置。
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