JP4473078B2 - Tactile presentation device - Google Patents
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Description
本発明は触覚提示装置に関し、特に、触覚を提示するためのパネルを平面に対して垂直方向へ振動させることによって触覚を提示する機能を有する触覚提示装置に関する。 The present invention relates to a tactile sense presentation device, and more particularly to a tactile sense presentation device having a function of presenting a tactile sense by vibrating a panel for presenting a tactile sense in a direction perpendicular to a plane.
近年、パソコン、PDA、ATM端末、POS端末、カーナビゲーション、コピー機等においてペンや指で平面状のパネル面を押下し、座標を検出・入力するタッチパネルが使われることが多くなってきている。これまでのタッチパネル入力機構は機械スイッチのような押下時のタクタイル感(クリック感)が無く、押下が認識し難いことが課題となっている。 In recent years, in a personal computer, a PDA, an ATM terminal, a POS terminal, a car navigation system, a copying machine, and the like, a touch panel that detects and inputs coordinates by pressing a flat panel surface with a pen or a finger is increasingly used. Conventional touch panel input mechanisms have a problem that there is no tactile feeling (click feeling) at the time of pressing unlike a mechanical switch and it is difficult to recognize the pressing.
パネル状平面部材を振動させて操作者に触覚を得させる波形に関しては、特許文献1において、図1の様な触覚提示波形が例示されている。図1(a)は5から10msec幅のパルス2回発生させたものであり、瞬間的に2回振動する。図1(b)は20から30Hzの正弦波交流の駆動電圧波形、図1(c)は数100μsecの周期の交流の駆動電圧波形で振動の感触でなく、操作音を発生させるものである。図1(d)は図1(a)と図1(c)の組合せである。 With respect to a waveform that vibrates the panel-like planar member and obtains a tactile sensation for the operator, Patent Document 1 exemplifies a tactile sense presenting waveform as shown in FIG. FIG. 1A shows a pulse generated twice with a width of 5 to 10 msec and vibrates twice instantaneously. FIG. 1B shows a sinusoidal alternating current drive voltage waveform of 20 to 30 Hz, and FIG. 1C shows an alternating drive voltage waveform with a period of several hundreds of microseconds, which generates an operation sound rather than a feeling of vibration. FIG. 1D is a combination of FIG. 1A and FIG.
また、特許文献2には、タッチパネルを2段重ねした構成が開示されており、図2(a)から(c)に示す触覚波形が記載されている。
しかしながら、図1に示す特許文献1に記載の波形においては、単に方形波パルスを2つ出すだけであり、図3に示すキーボード等のタクタイル波形の感覚を表現する事はできない。 However, in the waveform described in Patent Document 1 shown in FIG. 1, only two square wave pulses are generated, and the sensation of a tactile waveform such as a keyboard shown in FIG. 3 cannot be expressed.
また、図2に示す特許文献2に記載の構成は2枚のタッチパネルを重ねて図2(a)の特性が出ているのであって、タッチパネルのドットスペーサの高さは通常、10μm程度である。よって、2枚重ねても変位は20μm程度であるので、特許文献2に記載されている様に、接触時点が使用者には感覚的に明確に判然としない。従って、図2(b)もしくは(c)の様な触覚フィードバックを与えることが必要であったが、これについてもキーボードの押下感を表現するのは困難であった。
In addition, the configuration described in
従って、本発明は上記従来技術の課題を解決し、多様な押下感を高い信頼度で提供することができる触覚提示装置を実現することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art and to realize a tactile sense presentation device that can provide various pressing feelings with high reliability.
本発明は、触覚を提示するためのパネルと、該パネルの押下される平面に対して垂直方向へ該パネルを振動させることによって触覚を提示する制御手段とを有し、該制御手段は、発生させた振動波形における時間の経過とともに振幅が増大する立ち上がり部分に、時間の経過とともに増大する振幅の勾配変化が生じる変曲点があるように前記パネルを振動させることを特徴とする触覚提示装置である。パネルを垂直方向へ振動させ、人がそのパネルに触れて振動を感じる場合、キーボードのキースイッチ押下時のような押下感(押すのに抗する力、つまり指が押される力)を得るためには、波形の途中に勾配変化の生じる変曲点を設けることが有効である。この変曲点前後の勾配の差や変曲点の位置を変えることにより様々な押下感を得ることができる。例えば、スイッチの重さがより重くなった様に感じさせるためには無振動部分の時間を長くするか、又は勾配をきつくする。また、強いクリック感を得るためには、勾配変化度合いを大きくすれば良い。 The present invention has a panel for presenting a tactile sensation and control means for presenting the tactile sensation by vibrating the panel in a direction perpendicular to a pressed plane of the panel. In the tactile sensation presentation apparatus, the panel is vibrated so that there is an inflection point where an amplitude gradient change that increases with the passage of time is present at a rising portion in which the amplitude increases with the passage of time in the vibration waveform that has been made. is there. When a panel vibrates vertically and a person touches the panel and feels vibration, in order to obtain a feeling of pressing (the force against pressing, that is, the force with which the finger is pressed), such as when pressing a key switch on the keyboard It is effective to provide an inflection point where a gradient change occurs in the middle of the waveform. Various pressing feelings can be obtained by changing the gradient difference before and after the inflection point and the position of the inflection point. For example, in order to make the weight of the switch feel heavier, the time of the non-vibration portion is lengthened or the gradient is tightened. Further, in order to obtain a strong click feeling, the degree of gradient change should be increased.
ここで、本発明者が検討した理想的な押下特性を図3に示す。図3の横軸は押し込み量(Displacement)、縦軸は力(Force)である。図3の実線で示すように、押し込むにつれて次第に力が大きくなっていき、あるところまで押し込まれたたらスッと力が抜け、その後また力がかかり、最終的には無限大になる。本発明は、この押下特性を実現する。なお、図3の破線は、帰り(戻り)を示している。戻りは徐々に弱まり、あるところで抵抗がおおきくなってまた弱まっていく。本発明は、このような戻り特性は考慮していない。 Here, the ideal pressing characteristics studied by the present inventors are shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 3 is the amount of pushing (Displacement), and the vertical axis is the force (Force). As shown by the solid line in FIG. 3, the force gradually increases as it is pushed in, and when it is pushed to a certain point, the force is released. After that, the force is applied again and finally becomes infinite. The present invention realizes this pressing characteristic. In addition, the broken line of FIG. 3 has shown the return (return). The return gradually weakens, and at some point the resistance increases and weakens again. The present invention does not consider such return characteristics.
図3の押下特性を実現するために、前記パネルに物体が接触したことを検知する検知機能を更に有し、前記制御手段は前記物体が接触してから約50ms以上の無振動部分を経た後、前記パネルを振動させることが好ましい。 In order to realize the pressing characteristics of FIG. 3, it further has a detection function for detecting that an object has contacted the panel, and the control means has passed through a non-vibration portion of about 50 ms or more after the object has contacted. It is preferable to vibrate the panel.
また、図3の押下特性を実現するために、好ましくは、上記触覚提示装置は前記パネルに物体が接触したことを検知する検知機能を更に有し、前記制御手段は前記物体が接触した後、図4に示すように、
(1)移動開始までの無振動部分
(2)徐々に手前に動く(押下面が上方向(押下方向と反対方向)に動く、つまり指を押すように動く)移動量が徐々に増大する部分
(3)緩やかに移動する部分
(4)振幅が徐々に減少し0まで戻る部分
を有するように前記パネルを駆動するとともに、上記(2)と(3)の間に、時間当たりの移動量が変化し、増大の度合いが緩やかになる変曲点を有する波形からなる振動を発生させる構成とする。このように、波形を4つの部分に分け、上記(2)と(3)の部分に増大の度合いが緩やかになる変曲点を有する部分からなる振動を発生させることで、指に図3に示すような荷重変化を与えることができ、押下感を表現することができる。
In order to realize the pressing characteristic of FIG. 3, preferably, the tactile sense presentation device further has a detection function of detecting that an object has touched the panel, and the control means has As shown in FIG.
(1) No-vibration part until the movement starts (2) A part where the moving amount gradually increases (the pressing surface moves upward (opposite to the pressing direction), that is, moves so as to push the finger) (3) A slowly moving part (4) The panel is driven so as to have a part where the amplitude gradually decreases and returns to 0, and the amount of movement per time is between (2) and (3) above. It is configured to generate a vibration having a waveform having an inflection point that changes and the degree of increase becomes moderate. In this way, the waveform is divided into four parts, and the vibrations of the parts (2) and (3) having inflection points where the degree of increase becomes gentle are generated in FIG. The load change as shown can be given and a feeling of pressing can be expressed.
また、上記触覚提示装置は前記パネルに物体が接触したことを検知する検知機能を更に有し、前記制御手段は前記物体が接触した後
(1)移動開始までの無振動部分
(2)徐々に手前に動く移動量が徐々に増大する部分
(3)緩やかに移動する部分
(4)振幅が徐々に減少し0まで戻る部分
を有するように前記パネルを駆動するとともに、上記(3)、(4)の波形が周期関数の一部からなる振動を発生させる構成とすることもできる。
In addition, the tactile sense presentation device further has a detection function for detecting that an object is in contact with the panel, and the control means is (1) a non-vibrating part until the movement starts (2) gradually after the object comes into contact. (3), (4) The panel is driven so as to have a part where the amount of movement that moves forward gradually increases (3) a part that moves slowly (4) a part where the amplitude gradually decreases and returns to zero. ) May generate a vibration having a part of a periodic function.
より具体的には、上記(1)〜(4)を以下のように記述することができる。すなわち、前記パネルに物体が接触したことを検知する検知機能を更に有し、前記制御手段は前記物体が接触した後
(1)無振動部分
More specifically, the above (1) to (4) can be described as follows. That is, it further has a detection function for detecting that an object has come into contact with the panel, and the control means is (1) a non-vibrating part after the object has come into contact
ただし、
また、別の構成として、前記パネルに物体が接触したことを検知する検知機能を更に有し、前記制御手段は前記物体が接触した後
(1)無振動部分
Further, as another configuration, the apparatus further includes a detection function for detecting that an object is in contact with the panel, and the control means is (1) a non-vibrating portion after the object is in contact.
ただし、
更に別の構成として、前記パネルに物体が接触したことを検知する検知機能を更に有し、前記制御手段は前記物体が接触した後
(1)無振動部分
Furthermore, as another configuration, it further has a detection function of detecting that an object has contacted the panel, and the control means is (1) a non-vibrating portion after the object has contacted
ただし、
本発明によれば、多様な押下感を高い信頼度で提供することができる触覚提示装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a tactile sense presentation device that can provide various pressing feelings with high reliability.
以下、本発明の一実施の形態を説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
図5は、本発明の一実施の形態に係る触覚提示装置のブロック図である。触覚提示装置は、パネル10、制御装置20、駆動装置30、変換装置40及び電圧印加装置45を有する。パネル10の一構成例を図6に示す。パネル10は、PETなどのフィルム11、ITOなどの上側透明電極12、ガラス基板13、下側透明電極14、及びドットスペーサ15を有する。上側透明電極12は、フィルム11の内側全面に貼付されている。下側電極14は、ガラス基板13の内側全面に貼付されている。上側電極12及び下側電極14は、図5に示す変換装置40の入力に接続されている。下側電極14上には、絶縁体で形成されるドットスペーサ15がマトリクス状に配置されている。図6の下側に示すように、パネル10を上からペンや指16などで押し下げると、フィルム11が変形して上側透明電極12が下側透明電極14に当接する。押下位置の座標検出方法には何通りかあり、いずれの検出方法であってもよい。例えば、図5に示す電圧印加装置45を用いて、下側透明電極14のX方向(例えば、紙面横方向)に両端から電圧を印加し、押下位置の電位(X座標位置に相当)を上側透明電極12を介して検出する。同様に、下側透明電極14のY方向(例えば、紙面垂直方向)に両端から電圧を印加し、押下位置の電位(Y座標位置に装置)を上側透明電極12を介して検出する。変換装置40は、このようにして得られたアナログ電圧をディジタル信号に変換して制御装置20に出力する。別の検出方法として、上側透明電極12のX方向に電圧を印加し、下側透明電極14を介して押下点の電位(つまり下側透明電極14の電位)を測定する。次に、下側透明電極14のY方向に電圧を印加し、上側透明電極12を介して押下点の電位を測定する。これにより、押下点のXY座標データを得ることができる。なお、座標を検出する必要がない場合には、いずれか一方の検出動作を行えばよい。
FIG. 5 is a block diagram of a tactile sense presentation device according to an embodiment of the present invention. The tactile sense presentation device includes a
パネル10には、図7に示すパネル駆動機構50が設けられている。パネル駆動機構50はパネル10を振動させるもので、X方向又はY方向におけるパネル10の対向するエッジ付近に設けられている。パネル10の4つのエッジ全てにパネル駆動機構50を設けてもよい。パネル駆動機構50の一構成例を図8及び図9に示す。パネル駆動機構50はコイル51、磁石52、ヨーク53、支持体55及びボビン56を含んで構成されている。断面が略コの字状のヨーク53の長手方向中心には磁石52が設けられ、図示するように磁気回路54が形成されている。ヨーク53の上部空隙には中空のボビン56が挿入されている。ボビン56の外側には、コイル51が巻回されている。磁束はコイル56を図示するように横切る。ボビン56はガラス基板13に固定されている。ボビン56に取り付けられたジャバラ状の支持体55がヨーク53を支持する。コイル51に流れる電流の方向に従い、ボビン56が上下方向に変位することで、パネル10を振動させることができる。コイル51は図5に示す駆動装置30に接続され、ここから電流の供給を受ける。
The
図5に示す制御装置20は、図10のフローチャートに従って動作する。制御装置20は例えば、マイクロコントローラユニットで構成できる。ステップS11で、制御装置20は電圧印加装置45を駆動して、上側透明電極12に電圧を印加し、ステップS12で下側透明電極14の電位を検出する。ステップS11、S12において、下側透明電極14に電圧を印加し、上側透明電極12の電位を測定することでもよい。制御装置20はステップS13で変換装置40の出力を監視し、電位が検出されたかどうかを判断する。ステップS13の判断結果がNOの場合には、ステップS12に戻る。YESの場合には、制御装置20は駆動装置30を駆動して、パネル駆動機構50のコイル51に電流を与える。制御回路20はこの電流を制御して、パネル10を図4に示すように振動させる。具体的には、課題を解決するための手段で説明した構成、具体的には式(1)から式(9)で記述される波形y(t)を実現するように電流を制御する。この電流制御は、予め駆動電流とパネル10の振動との関係を調べておけば、容易にプログラムすることができる。
The
このようにして、多様な押下感を高い信頼度で提供することができる触覚提示装置を実現することができる。 In this way, it is possible to realize a tactile sensation presentation apparatus that can provide various pressing feelings with high reliability.
以上、本発明の一実施の形態を説明した。本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、他の実施の形態や変形例などを含むものである。 The embodiment of the present invention has been described above. The present invention is not limited to this embodiment, and includes other embodiments and modifications.
10 パネル
20 制御装置
30 駆動装置
40 変換装置
45 電圧印加装置
50 パネル駆動機構
10
Claims (7)
(1)移動開始までの無振動部分
(2)徐々に手前に動く移動量が徐々に増大する部分
(3)緩やかに移動する部分
(4)振幅が徐々に減少し0まで戻る部分
を有するように前記パネルを駆動するとともに、上記(2)と(3)の間に、時間当たりの移動量が変化し、増大の度合いが緩やかになる変曲点を有する波形からなる振動を発生させることを特徴とする請求項1記載の触覚提示装置。 It further has a detection function for detecting that an object has come into contact with the panel, and the control means (1) a non-vibrating part until the movement starts after the object comes in contact (2) gradually moving forward. (3) Slowly moving part (4) The panel is driven to have a part in which the amplitude gradually decreases and returns to 0, and between (2) and (3) above, The tactile sensation presentation apparatus according to claim 1, wherein a vibration having a waveform having an inflection point at which the amount of movement of the movement changes and the degree of increase becomes gentle is generated.
(1)移動開始までの無振動部分
(2)徐々に手前に動く移動量が徐々に増大する部分
(3)緩やかに移動する部分
(4)振幅が徐々に減少し0まで戻る部分
を有するように前記パネルを駆動するとともに、上記(3)、(4)の波形が周期関数の一部からなる振動を発生させることを特徴とする請求項1記載の触覚提示装置。 It further has a detection function for detecting that an object has come into contact with the panel, and the control means (1) a non-vibrating part until the movement starts after the object comes in contact (2) gradually moving forward. (3) The part which gradually moves (4) The panel is driven so as to have a part where the amplitude gradually decreases and returns to 0, and the waveforms of (3) and (4) are The tactile sensation presentation apparatus according to claim 1, wherein vibration comprising a part is generated.
(1)無振動部分
ただし、
(1)無振動部分
ただし、
(1)無振動部分
ただし、
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