触覚提示装置
【課題】パネルに表示された所定画像情報の位置を、ユ−ザが画面を見なくても容易に認識可能とし、かつ、パネル上での手指のなぞり動作により生じる触感を自然に提示する。
【解決手段】画像情報を表示する表示パネル１と、表示パネル１面上に設けられ、物体が接触した位置座標を検出するタッチパネル２と、タッチパネル２をＸ軸方向に励振する第１振動アクチュエータ７ａと、タッチパネル２をＹ軸方向に励振する第２振動アクチュエータ７ｂと、表示パネル１の所定画像情報が表示された領域内において、物体がタッチパネル２に接触して移動している場合には第１振動アクチュエータ７ａ及び／又は第２振動アクチュエータ７ｂを駆動し、物体が停止している場合又は物体が接触していない場合には第１，２振動アクチュエータ７ａ，７ｂを停止する制御部とを備えた。
【解決手段】画像情報を表示する表示パネル１と、表示パネル１面上に設けられ、物体が接触した位置座標を検出するタッチパネル２と、タッチパネル２をＸ軸方向に励振する第１振動アクチュエータ７ａと、タッチパネル２をＹ軸方向に励振する第２振動アクチュエータ７ｂと、表示パネル１の所定画像情報が表示された領域内において、物体がタッチパネル２に接触して移動している場合には第１振動アクチュエータ７ａ及び／又は第２振動アクチュエータ７ｂを駆動し、物体が停止している場合又は物体が接触していない場合には第１，２振動アクチュエータ７ａ，７ｂを停止する制御部とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、利用者（ユ−ザ）による表示画面の視認なしに、画面に表示された所定の画像情報の位置を識別可能とする触覚提示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の触覚提示装置として、パネルに対するユ−ザの手指等の接触を検知し、振動子等のアクチュエ−タによりパネルを振動させることによって、クリック感を提示するものがある（例えば特許文献１参照）。
また、パネル上に形成したストライプ状電極を固定子とし、この固定子上に薄膜移動子を配置し、固定子の電極と移動子との間に電圧を印加して静電吸引力を発生させるものもある（例えば特許文献２参照）。そして、この移動子にユーザの手指を当てて動かすことによって、手指に触感を提示することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２６３４４号公報
【特許文献２】特開２００３−２４８５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載の触覚提示装置は、パネルとユ−ザが接触したことを検知した場合に、パネル自体を振動させてユ−ザに触覚提示するものである。例えば、パネル内に操作ボタン画像が表示される場合、操作ボタン画像が表示されたパネル上の位置にユ−ザが触れた際にパネルを振動させることで、ユ−ザに操作ボタンの押下感を知覚させることができる。しかしなから、パネルの振動方向が特定方向に限定されているので、パネル上の手指のなぞり動作に伴ってパネルを振動させる場合、手指のなぞり方向によっては触感が不自然となる課題があった。
【０００５】
また、特許文献２記載の触覚提示装置では、固定子の電極と移動子との間の静電力により触感を生成するため、常に移動子を手指に付随して動かす必要があり、自然な触感提示ができないという課題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、パネルに表示された所定の画像情報の位置を、ユ−ザが画面を見なくても容易に認識することが可能であり、かつ、パネル上での手指のなぞり動作により生じる触感を自然に提示できる触覚提示装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る触覚提示装置は、画像情報を表示する表示パネルと、表示パネル面上に設けられ、物体が接触した位置座標を検出するタッチパネルと、タッチパネルを接触面に水平な第１の方向に励振する第１振動アクチュエータと、タッチパネルを接触面に水平かつ第１の方向と直交する第２の方向に励振する第２振動アクチュエータと、表示パネルの所定画像情報が表示された領域内において、物体がタッチパネルに接触して移動している場合には第１振動アクチュエータ及び／又は第２振動アクチュエータを駆動し、物体が停止している場合又は物体が接触していない場合には第１，２振動アクチュエータを停止する制御部とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、上記のように構成したので、パネルに表示された所定の画像情報の位置を、ユ−ザが画面を見なくても容易に認識することが可能であり、かつ、パネル上での手指のなぞり動作により生じる触感を自然に提示できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る触覚提示装置の構成を示す要部平面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る触覚提示装置の構成を示す要部側断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る触覚提示装置の構成を示す要部側面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る触覚提示装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る触覚提示装置の動作を説明する図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る触覚提示装置の動作を説明する図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る触覚提示装置の動作を説明する図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る触覚提示装置の動作を説明する図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係る触覚提示装置の動作を説明する図である。
【図１０】この発明の実施の形態３に係る触覚提示装置の動作を説明する図である。
【図１１】この発明の実施の形態４に係る触覚提示装置の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る触覚提示装置の構成を示す要部平面図であり、図２は要部側断面図であり、図３は要部側面図である。
図１〜３に示すように、触覚提示装置には、文字や映像等の画像情報を表示する表示パネル１が設けられている。この表示パネル１の面上には、ユーザの手指２０等の物体が接触した位置座標を検出するタッチパネル２が設けられている。そして、表示パネル１及びタッチパネル２はパネル支持部材３により一体的に保持されている。このパネル支持部材３は、弾性支持部材４により下部筐体５に柔軟に支持されている。なお、下部筐体５は、表示パネル１と略同型状の開口を有する上部筐体６とともに触覚提示装置の外形を構成する。なお、図１では、上部筐体６の図示を省略している。
【００１１】
また、パネル支持部材３には、第１，２振動アクチュエータ７ａ，７ｂが固定されている。第１振動アクチュエータ７ａは、パネル支持部材３をＸ軸方向に励振することでタッチパネル２をＸ軸方向（接触面に水平な第１の方向）に励振する。また、第２振動アクチュエータ７ｂは、パネル支持部材３をＹ軸方向に励振することでタッチパネル２をＹ軸方向（接触面に水平かつ第１の方向と直交する第２の方向）に励振する。
【００１２】
図４はこの発明の実施の形態１に係る触覚提示装置のシステム構成を示すブロック図である。
触覚提示装置のシステムは、図４に示すように、表示パネル駆動部１１、タッチパネル駆動部１２、第１，２アクチュエータ駆動部１３ａ，１３ｂ及び制御部１４から構成されている。
【００１３】
表示パネル駆動部１１は、制御部１４からの表示情報に従い、表示パネル１を駆動して文字や映像等の画像情報を表示するものである。
タッチパネル駆動部１２は、タッチパネル２から得られる信号を処理して、タッチパネル２とユ−ザの手指２０等の物体との接触点の位置座標（接触点座標）を制御部１４に通知するものである。
【００１４】
第１アクチュエータ駆動部１３ａは、制御部１４からの制御信号に従い、第１振動アクチュエータ７ａを駆動・停止するものである。
第２アクチュエータ駆動部１３ｂは、制御部１４からの制御信号に従い、第２振動アクチュエータ７ｂを駆動・停止するものである。
【００１５】
制御部１４は、触覚提示装置の各部を制御するものである。この制御部１４は、表示パネル１の所定画像情報が表示された領域内において、物体がタッチパネル２に接触して移動している場合には第１振動アクチュエータ７ａ及び／又は第２振動アクチュエータ７ｂを駆動させ、物体が停止している場合又は物体が接触していない場合には第１，２振動アクチュエータ７ａ，７ｂを停止させる。
【００１６】
次に、上記のように構成された触覚提示装置の動作について説明する。なお、本実施の形態では、表示パネル１に表示された操作ボタン画像１ａ等の画像情報の位置を、ユ−ザが表示パネル１を注視せずに手指２０のなぞり動作のみで知覚する場合について説明する。
【００１７】
図５は、ユ−ザが操作ボタン画像１ａの位置を手指２０のなぞり動作により知覚する場合における、触覚提示装置の動作を説明する図である。図５（ａ）は触覚提示装置をパネル面垂直方向から見た平面図であり、表示パネル１に操作ボタン画像１ａが表示された状態を示している。そして、ユ−ザが表示パネル１を注視せずに操作ボタン画像１ａの位置を探す場合、ユ−ザは手指２０でタッチパネル２面に触れながらなぞり動作を行う。図５（ａ）〜（ｄ）は、ユ−ザによるＸ軸方向での上記なぞり動作、及びそれに伴う触覚提示装置の動作を示す要部側断面図である。
【００１８】
図５（ａ）に示すように、表示パネル駆動部１１は、制御部１４からの表示情報に従って、表示パネル１の任意位置に操作ボタン画像１ａを表示する。また、ユ−ザの手指２０がタッチパネル２上に触れている場合、タッチパネル駆動部１２はその接触点座標を検出し、制御部１４に通知する。
ここで、図５（ｂ）に示すように、ユ−ザの手指２０が表示パネル１左側の操作ボタン画像１ａ以外の領域に接触している場合、制御部１４は領域外と判定する。そのため、制御部１４は、第１，２振動アクチュエータ７ａ，７ｂの駆動によるタッチパネル２の励振を行わない。
【００１９】
一方、ユ−ザの手指２０が＋ｘ方向に移動して符号３０で示す軌跡を進み、図５（ｃ）に示すように操作ボタン画像１ａに達すると、制御部１４は領域内と判定する。そして、実施の形態１の制御部１４では、第１アクチュエータ駆動部１３ａ又は第２アクチュエータ駆動部１３ｂに制御信号を送り、第１振動アクチュエータ７ａ又は第２振動アクチュエータ７ｂを駆動させる。ここで、手指２０のなぞり動作による軌跡３０が図５に示すとおりＸ軸に並行な場合、制御部１４は、第１振動アクチュエータ７ａを駆動させて、タッチパネル２をＸ軸方向に励振する。その後、ユ−ザの手指２０が引続き操作ボタン画像１ａの領域内で移動する場合には第１振動アクチュエータ７ａの駆動を継続させる。
【００２０】
一方、図５（ｄ）の示すように、ユ−ザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域から逸脱すると、制御部１４は領域外と判定する。そして、制御部１４は、第１アクチュエータ駆動部１３ａに制御信号を送り、第１振動アクチュエータ７ａの駆動を終了させる。これにより、タッチパネル２の励振が終了する。
【００２１】
図５（ｅ）は、図５（ａ）〜（ｄ）に示したユ−ザの手指２０の動きに伴うタッチパネル２の励振の様子を示すグラフである。図５（ｅ）において、横軸はユ−ザの手指２０のタッチパネル２上でのＸ軸方向の位置を示し、縦軸はタッチパネル２のＸ軸方向の振動による移動量を示している。
図５（ｅ）に示すように、手指２０が表示パネル１に表示された操作ボタン画像１ａの領域内（領域左端ｘ１０から領域右端ｘ２０の区間）をなぞっている間は、タッチパネル２はＸ軸方向に励振されている。
【００２２】
次に、ユ−ザの手指２０が表示パネル１に表示された操作ボタン画像１ａの領域内を移動する場合の詳細について図５，６を用いて説明する。
図６は、ユ−ザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域内をなぞっている間での、手指２０の状態、及びそれに伴う触覚提示装置の動作を示すグラフである。図６（ａ）は手指２０のＸ軸方向移動速度ｖを示し、図６（ｂ）は第１振動アクチュエータ７ａの励振に伴い生じるタッチパネル２のＸ軸方向移動量Δｘを示している。図６（ａ），（ｂ）において、横軸はいずれもユ−ザの手指２０のタッチパネル２上でのＸ軸方向の位置を示している。
【００２３】
図５（ｂ）に示すように、ユ−ザの手指２０が表示パネル１左側の操作ボタン画像１ａ以外の領域に接触し、Ｘ軸の矢印＋ｘ方向に速度ｖ１で移動している場合には、制御部１４は、第１振動アクチュエータ７ａの駆動を行わない。そのため、図６（ｂ）の領域左端ｘ１０より左側に示すように、タッチパネル２のＸ軸方向への振動による移動は生じない。したがって、ユ−ザの手指２０には、手指２０とタッチパネル２との間の摩擦による抵抗力Ｎ１が生じる。
【００２４】
一方、図５（ｃ）に示すように、ユ−ザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域左端ｘ１０に達すると、制御部１４は、第１振動アクチュエータ７ａを駆動させてタッチパネル２をＸ軸方向に励振する。そのため、図６（ｂ）のｘ１０〜ｘ１１に示すように、タッチパネル２はＸ軸方向に＋ｘ１〜−ｘ１の振幅で往復移動する。タッチパネル２が手指２０の移動方向と同じ方向に往復移動すると、タッチパネル２と手指２０は相対的な静止と移動の繰り返しとなる。よって、タッチパネル２と手指２０との間の摩擦は、静摩擦と動摩擦との繰り返しとなる。
ここで、静摩擦係数は動摩擦係数より大であるため、静摩擦と動摩擦との繰り返しにより発生する抵抗力Ｎ２は、動摩擦のみによる抵抗力Ｎ１に対して大きくなる。したがって、ユ−ザの手指２０には、抵抗力Ｎの変化による触覚の変化が発生し、ユ−ザは触感の変化として知覚できる。
【００２５】
次に、ユーザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域をなぞる場合に、その移動速度が変動する場合の動作について説明する。
図６（ｃ）は図６（ｂ）の横軸を時間ｔで表わしたものである。図６（ｄ）はユ−ザの手指２０がタッチパネル２から受ける抵抗力Ｎを示している。図６（ｄ）において、横軸は、図６（ａ），（ｂ）同様、ユ−ザの手指２０のタッチパネル２上でのＸ軸方向の位置を示している。
【００２６】
図６（ａ）に示すように、ユーザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域内の任意位置ｘ１１に達した後、手指２０の＋ｘ方向への移動速度が速度ｖ１から徐々に低下すると、図６（ｃ）のｔ１１〜ｔ１２に示すように、第１振動アクチュエータ７ａの励振によるタッチパネル２のＸ軸方向への往復移動時間周期は徐々に長くなる。そのため、タッチパネル２と手指２０の間に生じる静摩擦と動摩擦との繰り返しの頻度は少なくなり、図６（ｄ）のｘ１１〜ｘ１２に示すように、発生する抵抗力Ｎは徐々に減少する。
そして、図６（ａ）のｘ１２に示すように、手指２０の移動が停止すると、制御部１４は、第１振動アクチュエータ７ａの駆動を停止させてタッチパネル２のＸ軸方向への励振を終了する。そのため、図６（ｄ）の位置ｘ１２に示すように、タッチパネル２と手指２０との間の抵抗力Ｎは０となる。
【００２７】
その後、図６（ａ）のｘ１２〜ｘ１３に示すように、再度、手指２０の移動が再開されると、制御部１４は、第１振動アクチュエータ７ａの駆動を再開させる。そして、タッチパネル２と手指２０の間に生じる抵抗力Ｎは、上述の理由により、図６（ｄ）のｘ１２〜ｘ１３に示すように徐々に増加する。
そして、ユーザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域右端ｘ２０に達し、操作ボタン画像１ａの領域から逸脱すると、制御部１４は、第１振動アクチュエータ７ａの駆動を停止させる。そのため、図６（ｂ）のｘ２０より右側に示すように、タッチパネル２のＸ軸方向への振動による移動は生じない。したがって、ユーザの手指２０とタッチパネル２との間の摩擦による抵抗力ＮはＮ１となる。
以上のように、表示パネル１に表示された操作ボタン画像１ａの領域内をユーザの手指２０がなぞり動作を行った場合に、該領域内外で触覚が変化し、また該領域内で手指２０ｂの動きが停止した際には抵抗力Ｎが０となる。よって、実際に凹凸のあるボタンを手指２０でなぞった場合と類似した触感を得ることができる。
【００２８】
上記の動作説明では、ユ−ザの手指２０がＸ軸方向に移動する場合に、第１振動アクチュエータ７ａの駆動によってタッチパネル２をＸ軸方向に励振する場合について説明した。次に、ユ−ザの手指２０の移動方向成分がＸ軸、Ｙ軸ともに生じる場合について、図７を用いて説明する。
上述したように、タッチパネル駆動部１２により検知したタッチパネル２上の手指２０の接触点座標は制御部１４に通知される。ここで、図７に示すように、ユ−ザの手指２０によるなぞり動作が操作ボタン画像１ａの領域内であり、その軌跡３０がＸ軸及びＹ軸に対して斜めである場合、制御部１４は、Ｘ軸方向への移動速度成分ΔＶｘとＹ軸方向への移動速度成分ΔＶｙとを比較する。そして、制御部１４は、移動速度成分が大きい方向にタッチパネル２を励振する振動アクチュエータ（第１振動アクチュエータ７ａ又は第２振動アクチュエータ７ｂ）のみを駆動させる。
【００２９】
例えば、図７において、手指２０の移動速度成分のうち、Ｙ軸方向への移動速度成分ΔＶｙがＸ軸方向への移動速度成分ΔＶｘより大きい場合、制御部１４は、第２アクチュエータ駆動部１３ｂのみに制御信号を送り、第２振動アクチュエータ７ｂのみを駆動させる。そして、タッチパネル２はＹ軸方向に励振され、ユ−ザの手指２０に触感を付与する。
このように、移動速度成分が大きい方向のみにタッチパネル２を励振することによって、効率的に触感を知覚させることが可能となる。
【００３０】
以上のように、この実施の形態１によれば、タッチパネル２上のユ−ザの手指２０の接触点座標を検出して、ＸＹ軸方向のうち手指２０の移動速度成分が大きい方向にタッチパネル２を励振し、タッチパネル２上をユ−ザの手指２０が移動することにより生じる抵抗力Ｎを変化させるように構成したので、ユ−ザは表示パネル１を見なくても、触感により操作ボタン画像１ａ等の領域を知覚することができる。特に実施の形態１に係る構成では、操作ボタン画像１ａの領域内をユ−ザの手指２０がなぞった場合に該領域内外での触覚が変化し、また該領域内で手指２０の動きが停止した際には抵抗力Ｎが０となるため、実際に凹凸のあるボタンを手指２０でなぞった場合と類似した触感を得ることができる。
【００３１】
なお、実施の形態１では、第１，２振動アクチュエータ７ａ，７ｂはタッチパネル２等を支持するパネル支持部材３に配設した場合について示したが、これに限るものではなく、例えば、固定子と可動子で構成されるアクチュエ−タを用い、パネル支持部材３と下部筐体５とに掛け渡して振動を発生する構成としてもよい。
【００３２】
また、実施の形態１では、タッチパネル２等を支持するパネル支持部材３が、圧縮バネで構成される弾性支持部材４により下部筐体５に柔軟に支持される場合について示したが、弾性支持部材４の形状、材質はこれに限定する必要はなく、他の構成としてもよい。
【００３３】
また、実施の形態１では、表示パネル１の任意位置に操作ボタン画像１ａが１つ表示される場合の動作例について示したが、操作ボタン画像１ａ等の表示映像は複数個であってもよく、形状、個数を限定するものではない。
【００３４】
実施の形態２．
実施の形態１では、ユ−ザの手指２０によるタッチパネル２上のなぞり動作の軌跡３０がＸ軸及びＹ軸に対して斜めとなる場合に、Ｘ軸方向への移動速度成分ΔＶｘとＹ軸方向への移動速度成分ΔＶｙを比較して、移動速度成分が大きい方向にのみタッチパネル２を励振する構成について示した。それに対して、実施の形態２では、第１振動アクチュエータ７ａと第２振動アクチュエータ７ｂとを協調して駆動させることで触感を知覚させる構成について説明する。
【００３５】
図８は、ユーザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域内をＸ軸及びＹ軸に対して斜めになぞる場合（＋ｘ方向、＋ｙ方向）での、触覚提示装置の動作を説明する図である。図８（ａ）は要部平面図であり、表示パネル１に操作ボタン画像１ａが表示された状態を示している。図８（ｂ）は、ユ−ザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域内をなぞっている間での、第１振動アクチュエータ７ａの励振に伴い生じるタッチパネル２のＸ軸方向移動量Δｘを示し、図８（ｃ）は第２振動アクチュエータ７ｂの励振に伴い生じるタッチパネル２のＹ軸方向移動量Δｙを示している。図８（ｂ），（ｃ）において、横軸はいずれもユ−ザの手指２０のタッチパネル２上でのＸ軸方向の位置を示している。その他の構成、動作等は実施の形態１と同様であるのでその説明を省略する。
【００３６】
ユ−ザの手指２０によるタッチパネル２上のなぞり動作の軌跡３０がＸ軸及びＹ軸に対して斜め（＋ｘ方向、＋ｙ方向）であり、操作ボタン画像１ａの領域内を移動する場合、制御部１４は、第１，２アクチュエータ駆動部１３ａ，１３ｂ両方に制御信号を送り、第１，２振動アクチュエータ７ａ，７ｂを共に駆動させる。このとき、図８（ｂ）に示す第１振動アクチュエータ７ａによるタッチパネル２のＸ軸方向への振動と、図８（ｃ）に示す第２振動アクチュエータ７ｂによるタッチパネル２のＹ軸方向への振動とが、同位相となるように駆動制御を行う。
【００３７】
次に、ユ−ザの手指２０のなぞり動作の軌跡３０がＸ軸方向には＋ｘ方向、Ｙ軸方向には−ｙ方向である場合について説明する。図９は、ユ−ザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域内をＸ軸及びＹ軸に対して斜めになぞる場合（＋ｘ方向、−ｙ方向）での、触覚提示装置の動作を説明する図である。図９（ａ）は要部平面図であり、表示パネル１に操作ボタン画像１ａが表示された状態を示している。図９（ｂ）は、ユ−ザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域内をなぞっている間での、第１振動アクチュエータ７ａの励振に伴い生じるタッチパネル２のＸ軸方向移動量Δｘを示し、図９（ｃ）は第２振動アクチュエータ７ｂの励振に伴い生じるタッチパネル２のＹ軸方向移動量Δｙを示している。図９（ｂ），（ｃ）において、横軸はいずれもユ−ザの手指２０のタッチパネル２上でのＸ軸方向の位置を示している。
【００３８】
ユ−ザの手指２０によるタッチパネル２上のなぞり動作の軌跡３０がＸ軸及びＹ軸に対して斜め（＋ｘ方向、−ｙ方向）であり、操作ボタン画像１ａの領域内を移動する場合、制御部１４は、第１，２アクチュエータ駆動部１３ａ，１３ｂ両方に制御信号を送り、第１，２振動アクチュエータ７ａ，７ｂを共に駆動させる。このとき、図９（ｂ）に示す第１振動アクチュエータ７ａによるタッチパネル２のＸ軸方向への振動と、図９（ｃ）に示す第２振動アクチュエータ７ｂによるタッチパネル２のＹ軸方向への振動とが、逆位相となるように駆動制御を行う。
【００３９】
また、同様に、ユ−ザの手指２０のなぞり動作の軌跡３０がＸ軸方向に−ｘ方向、Ｙ軸方向に−ｙである場合には、制御部１４は、第１振動アクチュエータ７ａと第２振動アクチュエータ７ｂとが同位相となるよう振動制御する。また、ユ−ザの手指２０のなぞり動作の軌跡３０がＸ軸方向に−ｘ方向、Ｙ軸方向に＋ｙである場合には、制御部１４は、第１振動アクチュエータ７ａと第２振動アクチュエータ７ｂとが逆位相となるよう振動制御する。
【００４０】
すなわち、手指２０の移動方向の座標の符号がＸ軸方向及びＹ軸方向で同じ場合には第１振動アクチュエータ７ａと第２振動アクチュエータ７ｂとを同位相に駆動制御し、符号が異なる場合には逆位相に駆動制御する。さらに、なぞり動作の軌跡３０がＸ軸方向に並行でＹ軸方向への移動成分が０の場合には、第１振動アクチュエータ７ａのみを駆動させてタッチパネル２をＸ軸方向に励振する。また同様に、なぞり動作の軌跡３０がＹ軸方向に並行でＸ軸方向への移動成分が０の場合には、第２振動アクチュエータ７ｂのみを駆動させてタッチパネル２をＹ軸方向に励振する。
この結果、ユ−ザの手指２０のなぞり動作の軌跡３０と、タッチパネル２の往復振動方向は略一致するので、ユ−ザに自然な触感を知覚させることが可能となる。
【００４１】
以上のように、この実施の形態２によれば、第１振動アクチュエータ７ａと第２振動アクチュエータ７ｂとを協調して駆動することで触感を知覚させるように構成したので、実施の形態１と同様の効果を得られるとともに、ユーザにより自然な触感を知覚させることができる。
【００４２】
実施の形態３．
実施の形態１，２では、ユ−ザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域内をなぞる場合に、第１，２振動アクチュエータ７ａ，７ｂによるタッチパネル２の励振の振幅が手指２０の移動速度に関わらず一定である構成について示した。それに対して、実施の形態３では、手指２０の移動速度に応じて第１，２振動アクチュエータ７ａ，７ｂによるタッチパネル２の励振の振幅を変動させる構成について説明する。なお、以下では、手指２０がＸ軸方向に並行な軌跡を描いて移動する場合について説明するが、Ｙ軸方向に移動する場合や、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して斜めに移動する場合についても同様である。
【００４３】
図１０は、ユ−ザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域内をなぞっている場合での、手指２０の状態、及びそれに伴う触覚提示装置の動作を説明するグラフである。図１０（ａ）は手指２０のＸ軸方向移動速度ｖを示し、図１０（ｂ）は第１振動アクチュエータ７ａの励振に伴い生じるタッチパネル２のＸ軸方向移動量Δｘを示している。図１０（ａ），（ｂ）において、横軸はいずれもユ−ザの手指２０のタッチパネル２上でのＸ軸方向の位置を示している。また、図１０（ｃ）は図１０（ｂ）の横軸を時間ｔで表わしたものである。図１０（ｄ）はユ−ザの手指２０がタッチパネル２から受ける抵抗力Ｎを示している。図１０（ｄ）において、横軸は、図１０（ａ），（ｂ）同様、ユ−ザの手指２０のタッチパネル２上でのＸ軸方向の位置を示している。その他の構成、動作等は実施の形態１，２と同様であるのでその説明を省略する。
【００４４】
ユ−ザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域をなぞる場合、制御部１４は手指２０が領域内を移動中と判定する。そして、制御部１４は、第１アクチュエータ駆動部１３ａに制御信号を送り、第１振動アクチュエータ７ａを駆動させる。このとき、第１振動アクチュエータ７ａの振動振幅を、手指２０の移動速度に応じて変動制御する。すなわち、手指２０の移動速度が高い場合は振動振幅を大きく、移動速度が低い場合は振動振幅を小さく制御する。
【００４５】
ここで、図１０（ａ）に示すように、ユ−ザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域内の任意位置ｘ１１に達した後、手指２０の＋ｘ方向への移動速度が速度ｖ１から徐々に低下する場合には、図１０（ｂ）のｘ１１〜ｘ１２に示すように、第１振動アクチュエータ７ａの振動振幅は徐々に低下する。この結果、図１０（ｃ）のｔ１１〜ｔ１２に示すように、第１振動アクチュエータ７ａの励振によるタッチパネル２のＸ軸方向への往復移動時間周期は徐々に長くなり、かつ往復移動の振幅も徐々に小さくなる。このため、タッチパネル２と手指２０の間に生じる静摩擦と動摩擦との繰り返しの頻度は少なくなるとともに、タッチパネル２の振動自体が小さくなるので、発生する抵抗力Ｎを確実に小さくすることができる。
その他の動作に関しては上記実施の形態１，２と同様であるので省略する。
【００４６】
以上のように、この実施の形態３によれば、表示パネル１に表示された操作ボタン画像１ａの領域内をユ−ザの手指２０がなぞり動作を行った場合に該領域内外での触覚を変化させ、手指２０の移動速度に応じて触感（振動振幅）を変動させるように構成したので、実際に凹凸のあるボタンを手指２０でなぞった場合と類似した触感を確実に得ることができる。
【００４７】
実施の形態４．
実施の形態１，２では、ユ−ザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域内をなぞる場合に、第１，２振動アクチュエータ７ａ，７ｂによるタッチパネル２の励振の周期が手指２０の移動速度に関わらず一定である構成について示した。また、実施の形態３では、手指２０の移動速度に応じて第１，２振動アクチュエータ７ａ，７ｂによるタッチパネル２の励振の振幅を変動させる構成について示した。それに対して、実施の形態４では、手指２０の移動速度に応じて第１，２振動アクチュエータ７ａ，７ｂによるタッチパネル２の励振の周期を変動させる構成について説明する。なお、以下では、手指２０はＸ軸方向に並行な軌跡を描いて移動する状態を説明するが、Ｙ軸方向に移動する場合や、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して斜めに移動する場合についても同様である。
【００４８】
図１１は、ユ−ザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域内をなぞっている間での、手指２０の状態、及びそれに伴う触覚提示装置の動作を説明するグラフである。図１１（ａ）は手指２０のＸ軸方向移動速度ｖを示し、図１１（ｂ）は第１振動アクチュエータ７ａの励振に伴い生じるタッチパネル２のＸ軸方向移動量Δｘを示している。図１１（ａ），（ｂ）において、横軸はいずれもユ−ザの手指２０のタッチパネル２上でのＸ軸方向の位置を示している。また、図１１（ｃ）は図１１（ｂ）の横軸を時間ｔで表わしたものである。図１１（ｄ）はユ−ザの手指２０がタッチパネル２から受ける抵抗力Ｎを示している。図１１（ｄ）において、横軸は図１１（ａ），（ｂ）同様、ユ−ザの手指２０のタッチパネル２上でのＸ軸方向の位置を示している。その他の構成、動作等は実施の形態１−３と同様であるのでその説明を省略する。
【００４９】
ユ−ザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域をなぞる場合、制御部１４は手指２０が領域内を移動中と判定する。そして、制御部１４は、第１アクチュエータ駆動部１３ａに制御信号を送り、第１振動アクチュエータ７ａを駆動させる。このとき、第１振動アクチュエータ７ａの振動周期を、手指２０の移動速度に応じて制御する。すなわち、手指２０の移動速度が高い場合は振動周期を短く、移動速度が低い場合は振動周期を長く制御する。
【００５０】
図１１（ａ）に示すように、ユ−ザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域内の任意位置ｘ１１に達した後、手指２０の＋ｘ方向への移動速度が速度ｖ１から徐々に低下する場合には、図１１（ｂ）のｘ１１〜ｘ１２に示すように、第１振動アクチュエータ７ａの振動周期は徐々に拡大する。この結果、図１０（ｃ）のｔ１１〜ｔ１２に示すように、第１振動アクチュエータ７ａの励振によるタッチパネル２のＸ軸方向への往復移動時間周期は徐々に長くなる。このため、タッチパネル２と手指２０の間に生じる静摩擦と動摩擦との繰り返しの頻度は少なくなる。
【００５１】
ここに示す実施の形態４では、実施の形態１に示した、第１，２振動アクチュエ−タ７ａ，７ｂによるタッチパネル２の励振の周期が手指２０の移動速度に関わらず一定の場合と比較して、手指２０の移動速度低下によってタッチパネル２の振動周期が一層長くなるので、発生する抵抗力Ｎを確実に小さくすることができる。
その他の動作に関しては上記実施の形態１−３と同様であるので省略する。
【００５２】
以上のように、この実施の形態４によれば、表示パネル１に表示された操作ボタン画像１ａの領域内をユ−ザの手指２０がなぞり動作を行った場合に該領域内外での触覚を変化させ、手指２０の移動速度に応じて触感（振動周期）を変動させるように構成したので、実際に凹凸のあるボタンを手指２０でなぞった場合と類似した触感を確実に得ることができる。
【００５３】
なお、実施の形態３，４では、手指２０の移動方向をＸ軸方向に限定した場合の動作について説明したが、手指２０の移動方向成分がＸ軸、Ｙ軸の双方に発生する場合は、実施の形態１，２に示すよう制御すればよく、同様の効果を奏する。
【００５４】
また、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 表示パネル、１ａ 操作ボタン画像、２ タッチパネル、３ パネル支持部材、４ 弾性支持部材、５ 下部筐体、６ 上部筐体、７ａ，７ｂ 第１，２振動アクチュエータ、１１ 表示パネル駆動部、１２ タッチパネル駆動部、１３ａ，１３ｂ 第１，２アクチュエータ駆動部、１４ 制御部、２０ 手指、３０ 軌跡。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、利用者（ユ−ザ）による表示画面の視認なしに、画面に表示された所定の画像情報の位置を識別可能とする触覚提示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の触覚提示装置として、パネルに対するユ−ザの手指等の接触を検知し、振動子等のアクチュエ−タによりパネルを振動させることによって、クリック感を提示するものがある（例えば特許文献１参照）。
また、パネル上に形成したストライプ状電極を固定子とし、この固定子上に薄膜移動子を配置し、固定子の電極と移動子との間に電圧を印加して静電吸引力を発生させるものもある（例えば特許文献２参照）。そして、この移動子にユーザの手指を当てて動かすことによって、手指に触感を提示することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２６３４４号公報
【特許文献２】特開２００３−２４８５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載の触覚提示装置は、パネルとユ−ザが接触したことを検知した場合に、パネル自体を振動させてユ−ザに触覚提示するものである。例えば、パネル内に操作ボタン画像が表示される場合、操作ボタン画像が表示されたパネル上の位置にユ−ザが触れた際にパネルを振動させることで、ユ−ザに操作ボタンの押下感を知覚させることができる。しかしなから、パネルの振動方向が特定方向に限定されているので、パネル上の手指のなぞり動作に伴ってパネルを振動させる場合、手指のなぞり方向によっては触感が不自然となる課題があった。
【０００５】
また、特許文献２記載の触覚提示装置では、固定子の電極と移動子との間の静電力により触感を生成するため、常に移動子を手指に付随して動かす必要があり、自然な触感提示ができないという課題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、パネルに表示された所定の画像情報の位置を、ユ−ザが画面を見なくても容易に認識することが可能であり、かつ、パネル上での手指のなぞり動作により生じる触感を自然に提示できる触覚提示装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る触覚提示装置は、画像情報を表示する表示パネルと、表示パネル面上に設けられ、物体が接触した位置座標を検出するタッチパネルと、タッチパネルを接触面に水平な第１の方向に励振する第１振動アクチュエータと、タッチパネルを接触面に水平かつ第１の方向と直交する第２の方向に励振する第２振動アクチュエータと、表示パネルの所定画像情報が表示された領域内において、物体がタッチパネルに接触して移動している場合には第１振動アクチュエータ及び／又は第２振動アクチュエータを駆動し、物体が停止している場合又は物体が接触していない場合には第１，２振動アクチュエータを停止する制御部とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、上記のように構成したので、パネルに表示された所定の画像情報の位置を、ユ−ザが画面を見なくても容易に認識することが可能であり、かつ、パネル上での手指のなぞり動作により生じる触感を自然に提示できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る触覚提示装置の構成を示す要部平面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る触覚提示装置の構成を示す要部側断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る触覚提示装置の構成を示す要部側面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る触覚提示装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る触覚提示装置の動作を説明する図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る触覚提示装置の動作を説明する図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る触覚提示装置の動作を説明する図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る触覚提示装置の動作を説明する図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係る触覚提示装置の動作を説明する図である。
【図１０】この発明の実施の形態３に係る触覚提示装置の動作を説明する図である。
【図１１】この発明の実施の形態４に係る触覚提示装置の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る触覚提示装置の構成を示す要部平面図であり、図２は要部側断面図であり、図３は要部側面図である。
図１〜３に示すように、触覚提示装置には、文字や映像等の画像情報を表示する表示パネル１が設けられている。この表示パネル１の面上には、ユーザの手指２０等の物体が接触した位置座標を検出するタッチパネル２が設けられている。そして、表示パネル１及びタッチパネル２はパネル支持部材３により一体的に保持されている。このパネル支持部材３は、弾性支持部材４により下部筐体５に柔軟に支持されている。なお、下部筐体５は、表示パネル１と略同型状の開口を有する上部筐体６とともに触覚提示装置の外形を構成する。なお、図１では、上部筐体６の図示を省略している。
【００１１】
また、パネル支持部材３には、第１，２振動アクチュエータ７ａ，７ｂが固定されている。第１振動アクチュエータ７ａは、パネル支持部材３をＸ軸方向に励振することでタッチパネル２をＸ軸方向（接触面に水平な第１の方向）に励振する。また、第２振動アクチュエータ７ｂは、パネル支持部材３をＹ軸方向に励振することでタッチパネル２をＹ軸方向（接触面に水平かつ第１の方向と直交する第２の方向）に励振する。
【００１２】
図４はこの発明の実施の形態１に係る触覚提示装置のシステム構成を示すブロック図である。
触覚提示装置のシステムは、図４に示すように、表示パネル駆動部１１、タッチパネル駆動部１２、第１，２アクチュエータ駆動部１３ａ，１３ｂ及び制御部１４から構成されている。
【００１３】
表示パネル駆動部１１は、制御部１４からの表示情報に従い、表示パネル１を駆動して文字や映像等の画像情報を表示するものである。
タッチパネル駆動部１２は、タッチパネル２から得られる信号を処理して、タッチパネル２とユ−ザの手指２０等の物体との接触点の位置座標（接触点座標）を制御部１４に通知するものである。
【００１４】
第１アクチュエータ駆動部１３ａは、制御部１４からの制御信号に従い、第１振動アクチュエータ７ａを駆動・停止するものである。
第２アクチュエータ駆動部１３ｂは、制御部１４からの制御信号に従い、第２振動アクチュエータ７ｂを駆動・停止するものである。
【００１５】
制御部１４は、触覚提示装置の各部を制御するものである。この制御部１４は、表示パネル１の所定画像情報が表示された領域内において、物体がタッチパネル２に接触して移動している場合には第１振動アクチュエータ７ａ及び／又は第２振動アクチュエータ７ｂを駆動させ、物体が停止している場合又は物体が接触していない場合には第１，２振動アクチュエータ７ａ，７ｂを停止させる。
【００１６】
次に、上記のように構成された触覚提示装置の動作について説明する。なお、本実施の形態では、表示パネル１に表示された操作ボタン画像１ａ等の画像情報の位置を、ユ−ザが表示パネル１を注視せずに手指２０のなぞり動作のみで知覚する場合について説明する。
【００１７】
図５は、ユ−ザが操作ボタン画像１ａの位置を手指２０のなぞり動作により知覚する場合における、触覚提示装置の動作を説明する図である。図５（ａ）は触覚提示装置をパネル面垂直方向から見た平面図であり、表示パネル１に操作ボタン画像１ａが表示された状態を示している。そして、ユ−ザが表示パネル１を注視せずに操作ボタン画像１ａの位置を探す場合、ユ−ザは手指２０でタッチパネル２面に触れながらなぞり動作を行う。図５（ａ）〜（ｄ）は、ユ−ザによるＸ軸方向での上記なぞり動作、及びそれに伴う触覚提示装置の動作を示す要部側断面図である。
【００１８】
図５（ａ）に示すように、表示パネル駆動部１１は、制御部１４からの表示情報に従って、表示パネル１の任意位置に操作ボタン画像１ａを表示する。また、ユ−ザの手指２０がタッチパネル２上に触れている場合、タッチパネル駆動部１２はその接触点座標を検出し、制御部１４に通知する。
ここで、図５（ｂ）に示すように、ユ−ザの手指２０が表示パネル１左側の操作ボタン画像１ａ以外の領域に接触している場合、制御部１４は領域外と判定する。そのため、制御部１４は、第１，２振動アクチュエータ７ａ，７ｂの駆動によるタッチパネル２の励振を行わない。
【００１９】
一方、ユ−ザの手指２０が＋ｘ方向に移動して符号３０で示す軌跡を進み、図５（ｃ）に示すように操作ボタン画像１ａに達すると、制御部１４は領域内と判定する。そして、実施の形態１の制御部１４では、第１アクチュエータ駆動部１３ａ又は第２アクチュエータ駆動部１３ｂに制御信号を送り、第１振動アクチュエータ７ａ又は第２振動アクチュエータ７ｂを駆動させる。ここで、手指２０のなぞり動作による軌跡３０が図５に示すとおりＸ軸に並行な場合、制御部１４は、第１振動アクチュエータ７ａを駆動させて、タッチパネル２をＸ軸方向に励振する。その後、ユ−ザの手指２０が引続き操作ボタン画像１ａの領域内で移動する場合には第１振動アクチュエータ７ａの駆動を継続させる。
【００２０】
一方、図５（ｄ）の示すように、ユ−ザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域から逸脱すると、制御部１４は領域外と判定する。そして、制御部１４は、第１アクチュエータ駆動部１３ａに制御信号を送り、第１振動アクチュエータ７ａの駆動を終了させる。これにより、タッチパネル２の励振が終了する。
【００２１】
図５（ｅ）は、図５（ａ）〜（ｄ）に示したユ−ザの手指２０の動きに伴うタッチパネル２の励振の様子を示すグラフである。図５（ｅ）において、横軸はユ−ザの手指２０のタッチパネル２上でのＸ軸方向の位置を示し、縦軸はタッチパネル２のＸ軸方向の振動による移動量を示している。
図５（ｅ）に示すように、手指２０が表示パネル１に表示された操作ボタン画像１ａの領域内（領域左端ｘ１０から領域右端ｘ２０の区間）をなぞっている間は、タッチパネル２はＸ軸方向に励振されている。
【００２２】
次に、ユ−ザの手指２０が表示パネル１に表示された操作ボタン画像１ａの領域内を移動する場合の詳細について図５，６を用いて説明する。
図６は、ユ−ザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域内をなぞっている間での、手指２０の状態、及びそれに伴う触覚提示装置の動作を示すグラフである。図６（ａ）は手指２０のＸ軸方向移動速度ｖを示し、図６（ｂ）は第１振動アクチュエータ７ａの励振に伴い生じるタッチパネル２のＸ軸方向移動量Δｘを示している。図６（ａ），（ｂ）において、横軸はいずれもユ−ザの手指２０のタッチパネル２上でのＸ軸方向の位置を示している。
【００２３】
図５（ｂ）に示すように、ユ−ザの手指２０が表示パネル１左側の操作ボタン画像１ａ以外の領域に接触し、Ｘ軸の矢印＋ｘ方向に速度ｖ１で移動している場合には、制御部１４は、第１振動アクチュエータ７ａの駆動を行わない。そのため、図６（ｂ）の領域左端ｘ１０より左側に示すように、タッチパネル２のＸ軸方向への振動による移動は生じない。したがって、ユ−ザの手指２０には、手指２０とタッチパネル２との間の摩擦による抵抗力Ｎ１が生じる。
【００２４】
一方、図５（ｃ）に示すように、ユ−ザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域左端ｘ１０に達すると、制御部１４は、第１振動アクチュエータ７ａを駆動させてタッチパネル２をＸ軸方向に励振する。そのため、図６（ｂ）のｘ１０〜ｘ１１に示すように、タッチパネル２はＸ軸方向に＋ｘ１〜−ｘ１の振幅で往復移動する。タッチパネル２が手指２０の移動方向と同じ方向に往復移動すると、タッチパネル２と手指２０は相対的な静止と移動の繰り返しとなる。よって、タッチパネル２と手指２０との間の摩擦は、静摩擦と動摩擦との繰り返しとなる。
ここで、静摩擦係数は動摩擦係数より大であるため、静摩擦と動摩擦との繰り返しにより発生する抵抗力Ｎ２は、動摩擦のみによる抵抗力Ｎ１に対して大きくなる。したがって、ユ−ザの手指２０には、抵抗力Ｎの変化による触覚の変化が発生し、ユ−ザは触感の変化として知覚できる。
【００２５】
次に、ユーザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域をなぞる場合に、その移動速度が変動する場合の動作について説明する。
図６（ｃ）は図６（ｂ）の横軸を時間ｔで表わしたものである。図６（ｄ）はユ−ザの手指２０がタッチパネル２から受ける抵抗力Ｎを示している。図６（ｄ）において、横軸は、図６（ａ），（ｂ）同様、ユ−ザの手指２０のタッチパネル２上でのＸ軸方向の位置を示している。
【００２６】
図６（ａ）に示すように、ユーザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域内の任意位置ｘ１１に達した後、手指２０の＋ｘ方向への移動速度が速度ｖ１から徐々に低下すると、図６（ｃ）のｔ１１〜ｔ１２に示すように、第１振動アクチュエータ７ａの励振によるタッチパネル２のＸ軸方向への往復移動時間周期は徐々に長くなる。そのため、タッチパネル２と手指２０の間に生じる静摩擦と動摩擦との繰り返しの頻度は少なくなり、図６（ｄ）のｘ１１〜ｘ１２に示すように、発生する抵抗力Ｎは徐々に減少する。
そして、図６（ａ）のｘ１２に示すように、手指２０の移動が停止すると、制御部１４は、第１振動アクチュエータ７ａの駆動を停止させてタッチパネル２のＸ軸方向への励振を終了する。そのため、図６（ｄ）の位置ｘ１２に示すように、タッチパネル２と手指２０との間の抵抗力Ｎは０となる。
【００２７】
その後、図６（ａ）のｘ１２〜ｘ１３に示すように、再度、手指２０の移動が再開されると、制御部１４は、第１振動アクチュエータ７ａの駆動を再開させる。そして、タッチパネル２と手指２０の間に生じる抵抗力Ｎは、上述の理由により、図６（ｄ）のｘ１２〜ｘ１３に示すように徐々に増加する。
そして、ユーザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域右端ｘ２０に達し、操作ボタン画像１ａの領域から逸脱すると、制御部１４は、第１振動アクチュエータ７ａの駆動を停止させる。そのため、図６（ｂ）のｘ２０より右側に示すように、タッチパネル２のＸ軸方向への振動による移動は生じない。したがって、ユーザの手指２０とタッチパネル２との間の摩擦による抵抗力ＮはＮ１となる。
以上のように、表示パネル１に表示された操作ボタン画像１ａの領域内をユーザの手指２０がなぞり動作を行った場合に、該領域内外で触覚が変化し、また該領域内で手指２０ｂの動きが停止した際には抵抗力Ｎが０となる。よって、実際に凹凸のあるボタンを手指２０でなぞった場合と類似した触感を得ることができる。
【００２８】
上記の動作説明では、ユ−ザの手指２０がＸ軸方向に移動する場合に、第１振動アクチュエータ７ａの駆動によってタッチパネル２をＸ軸方向に励振する場合について説明した。次に、ユ−ザの手指２０の移動方向成分がＸ軸、Ｙ軸ともに生じる場合について、図７を用いて説明する。
上述したように、タッチパネル駆動部１２により検知したタッチパネル２上の手指２０の接触点座標は制御部１４に通知される。ここで、図７に示すように、ユ−ザの手指２０によるなぞり動作が操作ボタン画像１ａの領域内であり、その軌跡３０がＸ軸及びＹ軸に対して斜めである場合、制御部１４は、Ｘ軸方向への移動速度成分ΔＶｘとＹ軸方向への移動速度成分ΔＶｙとを比較する。そして、制御部１４は、移動速度成分が大きい方向にタッチパネル２を励振する振動アクチュエータ（第１振動アクチュエータ７ａ又は第２振動アクチュエータ７ｂ）のみを駆動させる。
【００２９】
例えば、図７において、手指２０の移動速度成分のうち、Ｙ軸方向への移動速度成分ΔＶｙがＸ軸方向への移動速度成分ΔＶｘより大きい場合、制御部１４は、第２アクチュエータ駆動部１３ｂのみに制御信号を送り、第２振動アクチュエータ７ｂのみを駆動させる。そして、タッチパネル２はＹ軸方向に励振され、ユ−ザの手指２０に触感を付与する。
このように、移動速度成分が大きい方向のみにタッチパネル２を励振することによって、効率的に触感を知覚させることが可能となる。
【００３０】
以上のように、この実施の形態１によれば、タッチパネル２上のユ−ザの手指２０の接触点座標を検出して、ＸＹ軸方向のうち手指２０の移動速度成分が大きい方向にタッチパネル２を励振し、タッチパネル２上をユ−ザの手指２０が移動することにより生じる抵抗力Ｎを変化させるように構成したので、ユ−ザは表示パネル１を見なくても、触感により操作ボタン画像１ａ等の領域を知覚することができる。特に実施の形態１に係る構成では、操作ボタン画像１ａの領域内をユ−ザの手指２０がなぞった場合に該領域内外での触覚が変化し、また該領域内で手指２０の動きが停止した際には抵抗力Ｎが０となるため、実際に凹凸のあるボタンを手指２０でなぞった場合と類似した触感を得ることができる。
【００３１】
なお、実施の形態１では、第１，２振動アクチュエータ７ａ，７ｂはタッチパネル２等を支持するパネル支持部材３に配設した場合について示したが、これに限るものではなく、例えば、固定子と可動子で構成されるアクチュエ−タを用い、パネル支持部材３と下部筐体５とに掛け渡して振動を発生する構成としてもよい。
【００３２】
また、実施の形態１では、タッチパネル２等を支持するパネル支持部材３が、圧縮バネで構成される弾性支持部材４により下部筐体５に柔軟に支持される場合について示したが、弾性支持部材４の形状、材質はこれに限定する必要はなく、他の構成としてもよい。
【００３３】
また、実施の形態１では、表示パネル１の任意位置に操作ボタン画像１ａが１つ表示される場合の動作例について示したが、操作ボタン画像１ａ等の表示映像は複数個であってもよく、形状、個数を限定するものではない。
【００３４】
実施の形態２．
実施の形態１では、ユ−ザの手指２０によるタッチパネル２上のなぞり動作の軌跡３０がＸ軸及びＹ軸に対して斜めとなる場合に、Ｘ軸方向への移動速度成分ΔＶｘとＹ軸方向への移動速度成分ΔＶｙを比較して、移動速度成分が大きい方向にのみタッチパネル２を励振する構成について示した。それに対して、実施の形態２では、第１振動アクチュエータ７ａと第２振動アクチュエータ７ｂとを協調して駆動させることで触感を知覚させる構成について説明する。
【００３５】
図８は、ユーザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域内をＸ軸及びＹ軸に対して斜めになぞる場合（＋ｘ方向、＋ｙ方向）での、触覚提示装置の動作を説明する図である。図８（ａ）は要部平面図であり、表示パネル１に操作ボタン画像１ａが表示された状態を示している。図８（ｂ）は、ユ−ザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域内をなぞっている間での、第１振動アクチュエータ７ａの励振に伴い生じるタッチパネル２のＸ軸方向移動量Δｘを示し、図８（ｃ）は第２振動アクチュエータ７ｂの励振に伴い生じるタッチパネル２のＹ軸方向移動量Δｙを示している。図８（ｂ），（ｃ）において、横軸はいずれもユ−ザの手指２０のタッチパネル２上でのＸ軸方向の位置を示している。その他の構成、動作等は実施の形態１と同様であるのでその説明を省略する。
【００３６】
ユ−ザの手指２０によるタッチパネル２上のなぞり動作の軌跡３０がＸ軸及びＹ軸に対して斜め（＋ｘ方向、＋ｙ方向）であり、操作ボタン画像１ａの領域内を移動する場合、制御部１４は、第１，２アクチュエータ駆動部１３ａ，１３ｂ両方に制御信号を送り、第１，２振動アクチュエータ７ａ，７ｂを共に駆動させる。このとき、図８（ｂ）に示す第１振動アクチュエータ７ａによるタッチパネル２のＸ軸方向への振動と、図８（ｃ）に示す第２振動アクチュエータ７ｂによるタッチパネル２のＹ軸方向への振動とが、同位相となるように駆動制御を行う。
【００３７】
次に、ユ−ザの手指２０のなぞり動作の軌跡３０がＸ軸方向には＋ｘ方向、Ｙ軸方向には−ｙ方向である場合について説明する。図９は、ユ−ザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域内をＸ軸及びＹ軸に対して斜めになぞる場合（＋ｘ方向、−ｙ方向）での、触覚提示装置の動作を説明する図である。図９（ａ）は要部平面図であり、表示パネル１に操作ボタン画像１ａが表示された状態を示している。図９（ｂ）は、ユ−ザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域内をなぞっている間での、第１振動アクチュエータ７ａの励振に伴い生じるタッチパネル２のＸ軸方向移動量Δｘを示し、図９（ｃ）は第２振動アクチュエータ７ｂの励振に伴い生じるタッチパネル２のＹ軸方向移動量Δｙを示している。図９（ｂ），（ｃ）において、横軸はいずれもユ−ザの手指２０のタッチパネル２上でのＸ軸方向の位置を示している。
【００３８】
ユ−ザの手指２０によるタッチパネル２上のなぞり動作の軌跡３０がＸ軸及びＹ軸に対して斜め（＋ｘ方向、−ｙ方向）であり、操作ボタン画像１ａの領域内を移動する場合、制御部１４は、第１，２アクチュエータ駆動部１３ａ，１３ｂ両方に制御信号を送り、第１，２振動アクチュエータ７ａ，７ｂを共に駆動させる。このとき、図９（ｂ）に示す第１振動アクチュエータ７ａによるタッチパネル２のＸ軸方向への振動と、図９（ｃ）に示す第２振動アクチュエータ７ｂによるタッチパネル２のＹ軸方向への振動とが、逆位相となるように駆動制御を行う。
【００３９】
また、同様に、ユ−ザの手指２０のなぞり動作の軌跡３０がＸ軸方向に−ｘ方向、Ｙ軸方向に−ｙである場合には、制御部１４は、第１振動アクチュエータ７ａと第２振動アクチュエータ７ｂとが同位相となるよう振動制御する。また、ユ−ザの手指２０のなぞり動作の軌跡３０がＸ軸方向に−ｘ方向、Ｙ軸方向に＋ｙである場合には、制御部１４は、第１振動アクチュエータ７ａと第２振動アクチュエータ７ｂとが逆位相となるよう振動制御する。
【００４０】
すなわち、手指２０の移動方向の座標の符号がＸ軸方向及びＹ軸方向で同じ場合には第１振動アクチュエータ７ａと第２振動アクチュエータ７ｂとを同位相に駆動制御し、符号が異なる場合には逆位相に駆動制御する。さらに、なぞり動作の軌跡３０がＸ軸方向に並行でＹ軸方向への移動成分が０の場合には、第１振動アクチュエータ７ａのみを駆動させてタッチパネル２をＸ軸方向に励振する。また同様に、なぞり動作の軌跡３０がＹ軸方向に並行でＸ軸方向への移動成分が０の場合には、第２振動アクチュエータ７ｂのみを駆動させてタッチパネル２をＹ軸方向に励振する。
この結果、ユ−ザの手指２０のなぞり動作の軌跡３０と、タッチパネル２の往復振動方向は略一致するので、ユ−ザに自然な触感を知覚させることが可能となる。
【００４１】
以上のように、この実施の形態２によれば、第１振動アクチュエータ７ａと第２振動アクチュエータ７ｂとを協調して駆動することで触感を知覚させるように構成したので、実施の形態１と同様の効果を得られるとともに、ユーザにより自然な触感を知覚させることができる。
【００４２】
実施の形態３．
実施の形態１，２では、ユ−ザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域内をなぞる場合に、第１，２振動アクチュエータ７ａ，７ｂによるタッチパネル２の励振の振幅が手指２０の移動速度に関わらず一定である構成について示した。それに対して、実施の形態３では、手指２０の移動速度に応じて第１，２振動アクチュエータ７ａ，７ｂによるタッチパネル２の励振の振幅を変動させる構成について説明する。なお、以下では、手指２０がＸ軸方向に並行な軌跡を描いて移動する場合について説明するが、Ｙ軸方向に移動する場合や、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して斜めに移動する場合についても同様である。
【００４３】
図１０は、ユ−ザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域内をなぞっている場合での、手指２０の状態、及びそれに伴う触覚提示装置の動作を説明するグラフである。図１０（ａ）は手指２０のＸ軸方向移動速度ｖを示し、図１０（ｂ）は第１振動アクチュエータ７ａの励振に伴い生じるタッチパネル２のＸ軸方向移動量Δｘを示している。図１０（ａ），（ｂ）において、横軸はいずれもユ−ザの手指２０のタッチパネル２上でのＸ軸方向の位置を示している。また、図１０（ｃ）は図１０（ｂ）の横軸を時間ｔで表わしたものである。図１０（ｄ）はユ−ザの手指２０がタッチパネル２から受ける抵抗力Ｎを示している。図１０（ｄ）において、横軸は、図１０（ａ），（ｂ）同様、ユ−ザの手指２０のタッチパネル２上でのＸ軸方向の位置を示している。その他の構成、動作等は実施の形態１，２と同様であるのでその説明を省略する。
【００４４】
ユ−ザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域をなぞる場合、制御部１４は手指２０が領域内を移動中と判定する。そして、制御部１４は、第１アクチュエータ駆動部１３ａに制御信号を送り、第１振動アクチュエータ７ａを駆動させる。このとき、第１振動アクチュエータ７ａの振動振幅を、手指２０の移動速度に応じて変動制御する。すなわち、手指２０の移動速度が高い場合は振動振幅を大きく、移動速度が低い場合は振動振幅を小さく制御する。
【００４５】
ここで、図１０（ａ）に示すように、ユ−ザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域内の任意位置ｘ１１に達した後、手指２０の＋ｘ方向への移動速度が速度ｖ１から徐々に低下する場合には、図１０（ｂ）のｘ１１〜ｘ１２に示すように、第１振動アクチュエータ７ａの振動振幅は徐々に低下する。この結果、図１０（ｃ）のｔ１１〜ｔ１２に示すように、第１振動アクチュエータ７ａの励振によるタッチパネル２のＸ軸方向への往復移動時間周期は徐々に長くなり、かつ往復移動の振幅も徐々に小さくなる。このため、タッチパネル２と手指２０の間に生じる静摩擦と動摩擦との繰り返しの頻度は少なくなるとともに、タッチパネル２の振動自体が小さくなるので、発生する抵抗力Ｎを確実に小さくすることができる。
その他の動作に関しては上記実施の形態１，２と同様であるので省略する。
【００４６】
以上のように、この実施の形態３によれば、表示パネル１に表示された操作ボタン画像１ａの領域内をユ−ザの手指２０がなぞり動作を行った場合に該領域内外での触覚を変化させ、手指２０の移動速度に応じて触感（振動振幅）を変動させるように構成したので、実際に凹凸のあるボタンを手指２０でなぞった場合と類似した触感を確実に得ることができる。
【００４７】
実施の形態４．
実施の形態１，２では、ユ−ザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域内をなぞる場合に、第１，２振動アクチュエータ７ａ，７ｂによるタッチパネル２の励振の周期が手指２０の移動速度に関わらず一定である構成について示した。また、実施の形態３では、手指２０の移動速度に応じて第１，２振動アクチュエータ７ａ，７ｂによるタッチパネル２の励振の振幅を変動させる構成について示した。それに対して、実施の形態４では、手指２０の移動速度に応じて第１，２振動アクチュエータ７ａ，７ｂによるタッチパネル２の励振の周期を変動させる構成について説明する。なお、以下では、手指２０はＸ軸方向に並行な軌跡を描いて移動する状態を説明するが、Ｙ軸方向に移動する場合や、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して斜めに移動する場合についても同様である。
【００４８】
図１１は、ユ−ザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域内をなぞっている間での、手指２０の状態、及びそれに伴う触覚提示装置の動作を説明するグラフである。図１１（ａ）は手指２０のＸ軸方向移動速度ｖを示し、図１１（ｂ）は第１振動アクチュエータ７ａの励振に伴い生じるタッチパネル２のＸ軸方向移動量Δｘを示している。図１１（ａ），（ｂ）において、横軸はいずれもユ−ザの手指２０のタッチパネル２上でのＸ軸方向の位置を示している。また、図１１（ｃ）は図１１（ｂ）の横軸を時間ｔで表わしたものである。図１１（ｄ）はユ−ザの手指２０がタッチパネル２から受ける抵抗力Ｎを示している。図１１（ｄ）において、横軸は図１１（ａ），（ｂ）同様、ユ−ザの手指２０のタッチパネル２上でのＸ軸方向の位置を示している。その他の構成、動作等は実施の形態１−３と同様であるのでその説明を省略する。
【００４９】
ユ−ザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域をなぞる場合、制御部１４は手指２０が領域内を移動中と判定する。そして、制御部１４は、第１アクチュエータ駆動部１３ａに制御信号を送り、第１振動アクチュエータ７ａを駆動させる。このとき、第１振動アクチュエータ７ａの振動周期を、手指２０の移動速度に応じて制御する。すなわち、手指２０の移動速度が高い場合は振動周期を短く、移動速度が低い場合は振動周期を長く制御する。
【００５０】
図１１（ａ）に示すように、ユ−ザの手指２０が操作ボタン画像１ａの領域内の任意位置ｘ１１に達した後、手指２０の＋ｘ方向への移動速度が速度ｖ１から徐々に低下する場合には、図１１（ｂ）のｘ１１〜ｘ１２に示すように、第１振動アクチュエータ７ａの振動周期は徐々に拡大する。この結果、図１０（ｃ）のｔ１１〜ｔ１２に示すように、第１振動アクチュエータ７ａの励振によるタッチパネル２のＸ軸方向への往復移動時間周期は徐々に長くなる。このため、タッチパネル２と手指２０の間に生じる静摩擦と動摩擦との繰り返しの頻度は少なくなる。
【００５１】
ここに示す実施の形態４では、実施の形態１に示した、第１，２振動アクチュエ−タ７ａ，７ｂによるタッチパネル２の励振の周期が手指２０の移動速度に関わらず一定の場合と比較して、手指２０の移動速度低下によってタッチパネル２の振動周期が一層長くなるので、発生する抵抗力Ｎを確実に小さくすることができる。
その他の動作に関しては上記実施の形態１−３と同様であるので省略する。
【００５２】
以上のように、この実施の形態４によれば、表示パネル１に表示された操作ボタン画像１ａの領域内をユ−ザの手指２０がなぞり動作を行った場合に該領域内外での触覚を変化させ、手指２０の移動速度に応じて触感（振動周期）を変動させるように構成したので、実際に凹凸のあるボタンを手指２０でなぞった場合と類似した触感を確実に得ることができる。
【００５３】
なお、実施の形態３，４では、手指２０の移動方向をＸ軸方向に限定した場合の動作について説明したが、手指２０の移動方向成分がＸ軸、Ｙ軸の双方に発生する場合は、実施の形態１，２に示すよう制御すればよく、同様の効果を奏する。
【００５４】
また、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 表示パネル、１ａ 操作ボタン画像、２ タッチパネル、３ パネル支持部材、４ 弾性支持部材、５ 下部筐体、６ 上部筐体、７ａ，７ｂ 第１，２振動アクチュエータ、１１ 表示パネル駆動部、１２ タッチパネル駆動部、１３ａ，１３ｂ 第１，２アクチュエータ駆動部、１４ 制御部、２０ 手指、３０ 軌跡。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像情報を表示する表示パネルと、
前記表示パネル面上に設けられ、物体が接触した位置座標を検出するタッチパネルと、
前記タッチパネルを接触面に水平な第１の方向に励振する第１振動アクチュエータと、
前記タッチパネルを接触面に水平かつ前記第１の方向と直交する第２の方向に励振する第２振動アクチュエータと、
前記表示パネルの所定画像情報が表示された領域内において、物体が前記タッチパネルに接触して移動している場合には前記第１振動アクチュエータ及び／又は前記第２振動アクチュエータを駆動し、物体が停止している場合又は物体が接触していない場合には前記第１，２振動アクチュエータを停止する制御部と
を備えた触覚提示装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記物体の第１の方向速度成分と第２の方向速度成分とを比較して、速度成分が大きい方向に前記タッチパネルを励振する前記振動アクチュエータを駆動する
ことを特徴とする請求項１記載の触覚提示装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記物体の第１の方向速度成分及び第２の方向速度成分の座標の符号が同じの場合には前記第１，２振動アクチュエータを同位相で駆動し、符号が異なる場合には前記第１，２振動アクチュエータを逆位相で駆動する
ことを特徴とする請求項１記載の触覚提示装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記物体の移動速度に応じて、駆動する前記第１振動アクチュエータ及び／又は前記第２振動アクチュエータの振動振幅を制御する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の触覚提示装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記物体の移動速度に応じて、駆動する前記第１振動アクチュエータ及び／又は前記第２振動アクチュエータの振動周期を制御する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の触覚提示装置。
【請求項１】
画像情報を表示する表示パネルと、
前記表示パネル面上に設けられ、物体が接触した位置座標を検出するタッチパネルと、
前記タッチパネルを接触面に水平な第１の方向に励振する第１振動アクチュエータと、
前記タッチパネルを接触面に水平かつ前記第１の方向と直交する第２の方向に励振する第２振動アクチュエータと、
前記表示パネルの所定画像情報が表示された領域内において、物体が前記タッチパネルに接触して移動している場合には前記第１振動アクチュエータ及び／又は前記第２振動アクチュエータを駆動し、物体が停止している場合又は物体が接触していない場合には前記第１，２振動アクチュエータを停止する制御部と
を備えた触覚提示装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記物体の第１の方向速度成分と第２の方向速度成分とを比較して、速度成分が大きい方向に前記タッチパネルを励振する前記振動アクチュエータを駆動する
ことを特徴とする請求項１記載の触覚提示装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記物体の第１の方向速度成分及び第２の方向速度成分の座標の符号が同じの場合には前記第１，２振動アクチュエータを同位相で駆動し、符号が異なる場合には前記第１，２振動アクチュエータを逆位相で駆動する
ことを特徴とする請求項１記載の触覚提示装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記物体の移動速度に応じて、駆動する前記第１振動アクチュエータ及び／又は前記第２振動アクチュエータの振動振幅を制御する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の触覚提示装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記物体の移動速度に応じて、駆動する前記第１振動アクチュエータ及び／又は前記第２振動アクチュエータの振動周期を制御する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の触覚提示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−９７４３８（Ｐ２０１３−９７４３８Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３７３３７（Ｐ２０１１−２３７３３７）
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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