WO2019123780A1 - 触覚呈示装置、触覚呈示システム、コンピュータプログラム及び記憶媒体 - Google Patents

Abstract

触覚呈示装置は、タッチパネル（３）に接続されている可動ヨーク（１１）と、固定ヨーク（６）とを備え、固定ヨークに電磁力を発生させて可動ヨークを吸引し、板バネ（１２）のバネ反力によりタッチパネルを振動させて触覚を呈示する。触覚呈示装置は、固定ヨークと可動ヨークとの間の吸引方向の隙間距離であるヨーク隙間距離を測定する隙間距離センサ（１０）と、中立状態にあるときの隙間距離センサにより測定されたヨーク隙間距離を校正し、タッチパネルを振動させる際の固定ヨークに発生させる電磁力を、その校正したヨーク隙間距離を用いて制御する制御マイコンと、を備える。

Description

触覚呈示装置、触覚呈示システム、コンピュータプログラム及び記憶媒体 関連出願の相互参照

　本出願は、２０１７年１２月２２日に出願された日本出願番号２０１７－２４６２８１号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、触覚呈示装置、触覚呈示システム、コンピュータプログラム及び記憶媒体に関する。

　ユーザがタッチパネルに触れたときに触覚を呈示する構成が供されている。触覚を呈示する構成において人が触覚を検出しやすい周波数は数十Ｈｚ程度である。数十Ｈｚ程度の振動を発生させる構成として、振動させる対象である振動対象の下方に振動体を配置し、振動体の振動を振動対象に伝搬させ、振動対象を間接的に振動させる構成が開示されている（例えば特許文献１参照）。

特許第６０７８９３５号公報

　上記した特許文献１の構成では、共振を利用して振動対象を間接的に振動させる構成であるので、急峻な振動の立ち上がり特性を実現することができず、触覚を適切に呈示することができない問題がある。急峻な振動の立ち上がり特性を実現するには、共振を利用せずに振動対象を直接的に振動させる必要がある。振動対象を直接的に振動させる構成としては、アクチュエータを利用し、振動対象を振動させる構成が考えられる。具体的には、タッチパネルを振動対象とする構成であれば、タッチパネルを板バネで懸架して可動ヨークに接続し、固定ヨークに電磁力を発生させ、可動ヨークを吸引する構成が考えられる。

　このような構成では、可動ヨークを吸引するアクチュエータ吸引力が固定ヨークと可動ヨークとの間の吸引方向の隙間距離であるヨーク隙間距離の影響を顕著に受けるので、ヨーク隙間距離の影響を低減する必要がある。しかしながら、タッチパネルを板バネで複数個所において懸架する構成では、組み付け時に個体差によるヨーク隙間距離のばらつきが生じる。又、使用期間が長くなると経年変化による板バネのへたりによりヨーク隙間距離のばらつきが生じる可能性もある。そのため、ヨーク隙間距離の変化が生じても、触覚を呈示する感触を変化させないようにするための工夫が必要である。

　本開示は、固定ヨークと可動ヨークとの間の吸引方向の隙間距離を定期的に測定することで、個体差や経年変化等の影響を受けずに触覚を安定して呈示することができる触覚呈示装置、触覚呈示システム、コンピュータプログラム及び記憶媒体を提供することを目的とする。

　本開示の一態様によれば、振動対象に接続されている可動ヨークと、固定ヨークとを備え、固定ヨークに電磁力を発生させて可動ヨークを吸引し、振動対象を振動させて触覚を呈示する。測定部は、固定ヨークと可動ヨークとの間の吸引方向の隙間距離であるヨーク隙間距離を測定する。制御部は、中立状態にあるときの測定部により測定されたヨーク隙間距離を校正し、振動対象を振動させる際の固定ヨークに発生させる電磁力を、その校正したヨーク隙間距離を用いて制御する。

　個体差や経年変化等によりヨーク隙間距離のばらつきが生じている場合でも、そのばらつきを解消した状態で、振動対象を振動させることができる。これにより、固定ヨークと可動ヨークとの間の吸引方向の隙間距離を定期的に測定することで、個体差や経年変化等の影響を受けずに触覚を安定して呈示することができる。

　本開示についての上記目的及びその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、第１の実施形態の全体構成を模式的に示す斜視図であり、 図２は、アクチュエータの構成を示す縦断側面図であり、 図３は、アクチュエータの構成部品を示す分解斜視図であり、 図４は、機能ブロック図であり、 図５は、アクチュエータ吸引力及びバネ反力とヨーク隙間距離との関係を示す図（その１）であり、 図６は、センサ電流比とセンサ隙間距離との関係を示す図であり、 図７は、動作シークエンスであり、 図８は、キャリブレーション処理を示すフローチャートであり、 図９は、整合性算出処理を示すフローチャートであり、 図１０は、アクチュエータ吸引力及びバネ反力とヨーク隙間距離との関係を示す図（その２）であり、 図１１は、第２の実施形態を示す動作シークエンスである。

　（第１の実施形態）
　以下、第１の実施形態について図１から図１０を参照して説明する。図１に示すように、触覚呈示システム１は、四角形の表示面２ａを有する表示器２と、表示面２ａの全体をカバーするタッチパネル３（振動対象に相当する）と、表示器２の４隅の下方に配置されている４個のアクチュエータ４ａ～４ｄとを有する。タッチパネル３は、表示面２ａに表示されるアイコン等をユーザが視認可能となるように透明素材から構成されている。

　本実施形態では、アクチュエータの個数が「４」の構成を例示しているが、表示面２ａの面積が大きい場合や表示器２やタッチパネル３の重量が大きい場合等では、アクチュエータの個数を増やしても良い。即ち、表示器２及びタッチパネル３を均等に支持する構成であれば、アクチュエータの個数をどのように設計しても良い。４個のアクチュエータ４ａ～４ｄは同じ構成であり、アクチュエータ４ａを代表して説明する。

　アクチュエータ４ａは、図２及び図３に示すように、ケース５と、ケース５に固定状態で配置されている固定ヨーク６と、巻線コイル７が巻回されているボビン８と、センサ回路基板９と、センサ回路基板９に実装されている隙間距離センサ１０と、固定ヨーク６の上方に配置されている可動ヨーク１１と、板バネ１２（弾性部材に相当する）とを有する。板バネ１２は、その一端側がケース５に対してボルト１３及びナット１４より固定されており、その他端側では可動ヨーク１１がカシメ固定されて一体化されている。表示器２の下面部の４隅と可動ヨーク１１の他端側とはステー１５を介して接続されている。即ち、表示器２の下面部の４隅が板バネ１２で懸架されている。

　巻線コイル７に駆動電流が流れると、巻線コイル７の周辺に磁界が発生して固定ヨーク６に電磁力が発生し、アクチュエータ吸引力が発生し、可動ヨーク１１が吸引され、可動ヨーク１１と一体化されている板バネ１２が変位する。巻線コイル７への駆動電流が止まると、アクチュエータ吸引力は消滅し、板バネ１２が元の位置、即ち、アクチュエータ吸引力が発生する前の位置に戻ろうとする。このとき、板バネ１２がステー１５を介して表示器２に接続されているので、表示器２及びタッチパネル３が一体的に上下方向に振動し、ユーザがタッチパネル３に触れている状態では、その上下方向の振動が触覚として呈示される。

　隙間距離センサ１０は、可動ヨーク１１の下方に配置されており、赤外線光を可動ヨーク１１の下面部に向けて発光する発光部と、発光された赤外線光が可動ヨーク１１の下面部で反射した反射光を受光する受光部とを有する。受光部は例えばフォトトランジスタである。隙間距離センサ１０は、反射光を受光部により受光すると、その受光した反射光の光量を測定して電流値に変換し、その電流値をセンサ電流値として出力する。隙間距離センサ１０と可動ヨーク１１の下面部との間の上下方向の隙間距離であるセンサ隙間距離（図２中「Ｘａ」）は、固定ヨーク６と可動ヨーク１１との間の吸引方向の隙間距離であるヨーク隙間距離（図２中「Ｘｂ」）よりも広く、センサ隙間距離とヨーク隙間距離とでは、以下の関係が成立する。
　　センサ隙間距離＝ヨーク隙間距離＋オフセット

　触覚呈示システム１は、電気的な構成としては、図４に示す機能ブロックを有する。触覚呈示システム１は、ホスト１６と、制御マイコン１７と、上記した４個のアクチュエータ４ａ～４ｄとを有する。制御マイコン１７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＩ／Ｏ（Input／Output）を有し、非遷移的実体的記憶媒体に格納されているコンピュータプログラムを実行することで、コンピュータプログラムに対応する処理を実行し、触覚呈示システム１の動作全般を制御する。本実施形態では、４個のアクチュエータ４ａ～４ｄを制御対象とするので、４個のアクチュエータ４ａ～４ｄとは別に１個の制御マイコン１７を設け、４個のアクチュエータ４ａ～４ｄを１個の制御マイコン１７により制御する構成を例示しているが、１個のアクチュエータを制御対象とする場合であれば、そのアクチュエータの内部に制御マイコン１７の機能を持たせても良い。即ち、触覚呈示装置は、少なくとも１個のアクチュエータと、その少なくとも１個のアクチュエータを制御する制御マイコンとを含む。

　アクチュエータ４ａ～４ｄは、それぞれ巻線コイル７に駆動電流を流す駆動回路１８と、隙間距離センサ１０とを有する。ユーザがタッチパネル３に触れると、隙間距離センサ１０は、そのユーザの操作に応じた反射光の光量を測定して電流値に変換し、その電流値をセンサ電流値として制御マイコン１７に出力する。制御マイコン１７は、アクチュエータ４ａ～４ｄをＩＤにより識別しており、隙間距離センサ１０からセンサ電流値を入力すると、ユーザがタッチパネル３に触れたことを特定し、アクチュエータ４ａ～４ｄのセンサ電流値から求めた隙間距離の出力元を特定可能な操作検出信号をホスト１６に出力する。

　ホスト１６は、制御マイコン１７から操作検出信号を入力すると、ユーザがタッチパネル３に触れているタッチ位置を図示しないタッチパネルコントローラにより特定し、その特定したタッチ位置と表示オブジェクトとを関係付け、どのような触覚を呈示するかを決定する。本実施形態では、表示器２の４隅の下方にアクチュエータ４ａ～４ｄが配置されているので、タッチパネルコントローラは、それぞれの隙間距離センサ１０から出力されるセンサ電流値から求めた隙間距離の変位を、アクチュエータ４ａ～４ｄの配置に応じて比例配分することでユーザがタッチパネル３に触れているタッチ位置を特定可能となる。ホスト１６は、ユーザに呈示すべき触覚を決定すると、その決定した触覚に基づいて触覚の呈示を定義するデータを特定可能な振動命令信号を制御マイコン１７に出力する。

　制御マイコン１７は、ホスト１６から振動命令信号を入力すると、その入力した振動命令信号から触覚の呈示を定義するデータを特定する。制御マイコン１７は、隙間距離センサ１０から入力するセンサ電流値から求めた隙間距離の変位によりユーザがタッチパネル３に触れたことで当該タッチパネル３に加わる押圧力に対応する押圧検出値を特定し、その特定した押圧検出値が閾値に対して所定の関係になると、その特定したデータに応じた駆動信号を駆動回路１８に出力する。即ち、制御マイコン１７は、例えばタッチパネル３に表示されるボタンスイッチの領域毎に閾値を設けておき、押圧検出値が閾値を超えると、駆動信号を駆動回路１８に出力する。この場合、閾値とは、ユーザがタッチパネル３を軽く短時間に亘って押す、軽く長時間に亘って押す、深く短時間に亘って押す、深く長時間に亘って押す等の操作を区別するための閾値である。尚、制御マイコン１７が駆動回路１８に出力する駆動信号はＰＷＭ信号である。又、押圧検出値はそれぞれの隙間距離センサ１０において押圧力が付与されていない状態からの出力変化量に機械的構造から決まる定数を乗じた値の合計値である。

　駆動回路１８は、制御マイコン１７から駆動信号を入力すると、その入力した駆動信号により特定される駆動電流を巻線コイル７に出力し、巻線コイル７の周辺に磁界を発生させて固定ヨーク６に電磁力を発生させ、アクチュエータ吸引力を発生させる。

　ここで、上記したヨーク隙間距離と、アクチュエータ吸引力との関係について説明する。ヨーク隙間距離はアクチュエータ吸引力を有効に使うために１ｍｍ以下であることが望ましい。アクチュエータ吸引力が大きくなると、可動ヨーク１１の移動距離が長くなり、可動ヨーク１１が固定ヨーク６に衝突すると、衝突音が発生する。衝突音が発生するとユーザに不快感を与えてしまうので、制御マイコン１７は、可動ヨーク１１が固定ヨーク６に衝突しないようにアクチュエータ吸引力を制御する必要がある。即ち、制御マイコン１７は、ヨーク隙間距離を測定し、その測定したヨーク隙間距離を用い、巻線コイル７に流す駆動電流をフィードバック制御し、アクチュエータ吸引力を制御する必要がある。

　アクチュエータ吸引力及びバネ反力（弾性力に相当する）とヨーク隙間距離との関係は図５に示すような特性を示す。図５において、実線はアクチュエータ吸引力とヨーク隙間距離との関係を示し、破線はバネ反力とヨーク隙間距離との関係を示す。バネ反力とは板バネ１２が中立状態からの位置変位に伴って発生する弾性力であり、中立状態とはアクチュエータ吸引力が発生していない状態である。

　アクチュエータ吸引力は、ヨーク隙間距離に反比例し、電磁石の磁気飽和が発生しない範囲において巻線コイル７に流れる電流の２乗に比例する。アクチュエータ吸引力を「Ｆｃｏｉｌ」とし、電磁力生成係数を「α」とし、巻線コイル７に流れる駆動電流の電流値を「ｉ」とし、ヨーク隙間距離を「Ｌ」とすると、以下の関係が成立する。
　　Ｆｃｏｉｌ＝α×ｉ∧２／Ｌ（∧はべき乗を示す）

　一方、バネ反力は、板バネ１２の中立状態からの位置変位に比例する。バネ反力を「Ｆｋ」とし、弾性係数を「ｋ」とし、変位量を「△Ｌ」とすると、以下の関係が成立する。
　　Ｆｋ＝－ｋ×△Ｌ
　アクチュエータ吸引力とバネ反力とが釣り合い、板バネ１２が停止している状態では、以下の関係が成立する。
　　Ｆｃｏｉｌ＋Ｆｋ＝０

　図５において、実線Ａ１を巻線コイル７に流れる駆動電流の電流値が「ｉ１」であるときの特性、実線Ａ２を巻線コイル７に流れる駆動電流の電流値が「ｉ２」であるときの特性、実線Ａ３を巻線コイル７に流れる駆動電流の電流値が「ｉ３」であるときの特性とすると、以下の関係が成立する。
　　ｉ１＜ｉ２＜ｉ３

　この場合、駆動電流が電流値「ｉ３」未満では、可動ヨーク１１が固定ヨーク６に衝突しないが、駆動電流が電流値「ｉ３」以上では、可動ヨーク１１が固定ヨーク６に衝突する。即ち、可動ヨーク１１が固定ヨーク６に衝突しない駆動電流の最大電流値は電流値「ｉ３」となる。

　次に、隙間距離センサ１０について説明する。隙間距離センサ１０は、上記したように、反射光を受光部により受光すると、その受光した反射光の光量を測定して電流値に変換し、その電流値をセンサ電流値として制御マイコン１７に出力する。制御マイコン１７は、隙間距離センサ１０からセンサ電流値を入力すると、その入力したセンサ電流値を距離に換算し、隙間距離センサ１０と可動ヨーク１１の下面部との間の上下方向の隙間距離をセンサ隙間距離として特定する。この場合、上記したように、センサ隙間距離とヨーク隙間距離とでは、以下の関係が成立する。
　　センサ隙間距離＝ヨーク隙間距離＋オフセット
　即ち、本実施形態では、センサ隙間距離を求め、その求めたセンサ隙間距離からオフセットを減算することで、ヨーク隙間距離を求めることが可能である。

　センサ電流値とセンサ隙間距離との関係は図６に示すような特性を示す。尚、縦軸は、センサ電流比であり、測定したセンサ電流値を特定のセンサ電流値で正規化した値である。横軸は、センサ隙間距離である。

　図６において、センサ隙間距離の変化とセンサ電流比の変化は線形な関係ではない。センサ隙間距離が比較的小さく、約１ｍｍ以下である場合には、発光部から発光された赤外線光のほぼ全てが可動ヨーク１１の下面部まで到達し、センサ隙間距離が大きくなるにしたがってセンサ電流比が増大する。一方、センサ隙間距離が比較的大きく、約１ｍｍ以上である場合には、発光部から発光された赤外線光が可動ヨーク１１の下面部まで到達する前に減衰し、センサ隙間距離が大きくなるにしたがってセンサ電流比が減少する。

　センサ電流値は、隙間距離センサ１０の個体差、温度影響、反射物における光の反射率等の影響を受けるが、上記したように測定したセンサ電流値を特定のセンサ電流値で正規化することで、これらの影響を相殺することができる。例えば一般的に隙間距離センサ１０に用いられるフォトトランジスタは、温度が上昇すると反射光量の大小に関わらずセンサ電流値が大きくなるが、特定のセンサ電流値で除して正規化することで、温度影響を軽減することができる。又、隙間距離センサ１０の個体差も同様に軽減することができる。ここで、正規化するのに用いる特定のセンサ電流値は、隙間距離センサ１０から出力される電流値が最大センサ電流値となるように可動ヨーク１１の位置を調整することが機械的な制約から困難である理由により、中立状態のセンサ電流値である。

　しかしながら、中立状態のセンサ電流値ではセンサ隙間距離が不明であり、そのセンサ隙間距離が不明である中立状態のセンサ電流値で正規化したセンサ電流比だけでは、センサ隙間距離の変化とセンサ電流比の変化との比がセンサ隙間距離により変化するので、その精度は低い。そのため、センサ電流値を正規化する際のセンサ隙間距離を正確に求めることが必要となる。

　中立状態のセンサ隙間距離を正確に求める処理をキャリブレーション処理（校正）と定義する。尚、センサ隙間距離のバラツキに比べ、電流測定の精度、起磁力、バネ定数等のバラツキは小さいので、電流測定の精度、起磁力、バネ定数の精度は誤差がないものとして扱う。

　次に、上記した構成の作用について図７から図１０を参照して説明する。図７はホスト１６と制御マイコン１７との動作シークエンスを示し、図８及び図９はそれぞれ制御マイコン１７が実行するキャリブレーション処理及び整合性算出処理を示す。尚、ここでは、触覚呈示システム１が車両に搭載されている場合を説明する。

　ホスト１６は、例えばアクセサリ信号のオフからオンへの切替によりユーザの乗車を検出すると（Ａ１）、起動要求信号を制御マイコン１７に出力し、触覚呈示システム１を触覚呈示可能な状態に移行する必要があるか否かを判定する（Ａ２）。ホスト１６は、触覚呈示システム１を触覚呈示可能な状態に移行する必要があると判定すると（Ａ２：ＹＥＳ）、制御マイコン１７からの起動応答信号の入力を待機する。

　制御マイコン１７は、ホスト１６から起動要求信号を入力すると、停止状態から起動状態に移行し（Ｂ１）、起動応答信号をホスト１６に出力し、詳しくは後述するキャリブレーション処理に移行する（Ｂ２、校正手順に相当する）。制御マイコン１７は、キャリブレーション処理を開始し、キャリブレーション処理を終了すると、ホスト１６からの触覚要求データの入力を待機する。

　ホスト１６は、制御マイコン１７から起動応答信号を入力すると、触覚呈示の準備が完了した旨を図示しない表示装置において表示し（Ａ３）、ユーザがタッチパネル３に対してタッチ操作を行ったか否かを監視する（Ａ４）。ホスト１６は、ユーザがタッチパネル３に対してタッチ操作を行ったことで、触覚呈示が必要であると判定すると（Ａ５：ＹＥＳ）、触覚要求データを制御マイコン１７に出力する。

　制御マイコン１７は、ホスト１６から触覚要求データを入力すると、その入力した触覚要求データを特定し（Ｂ３）、キャリブレーション処理により求めたセンサ隙間距離を用い、呈示すべき触覚を生成する（Ｂ４、電磁力制御手順に相当する）。制御マイコン１７は、駆動信号をアクチュエータ４ａ～４ｄに出力し、その生成した触覚の呈示を完了したと判定すると（Ｂ５：ＹＥＳ）、触覚呈示完了データをホスト１６に出力する。

　ホスト１６は、制御マイコン１７から触覚呈示完了データを入力すると、触覚呈示システム１を触覚呈示可能な状態に維持しておく必要があるか否かを判定する（Ａ６）。ホスト１６は、触覚呈示システム１を触覚呈示可能な状態に維持しておく必要があると判定すると（Ａ６：ＹＥＳ）、上記したステップＡ４に戻り、ステップＡ４以降を繰り返す。ホスト１６は、触覚呈示システム１を触覚呈示可能な状態に維持しておく必要がなくなったと判定すると（Ａ６：ＮＯ）、停止要求信号を制御マイコン１７に出力し、制御マイコン１７からの停止応答信号の入力を待機する。
　制御マイコン１７は、ホスト１６から停止要求信号を入力すると、起動状態から停止状態に移行し（Ｂ６）、停止応答信号をホスト１６に出力する。
　ホスト１６は、制御マイコン１７から停止応答信号を入力すると、触覚呈示を完了した旨を図示しない表示装置において表示する（Ａ７）。

　次に、制御マイコン１７が実行するキャリブレーション処理について説明する。尚、本実施形態では、制御マイコン１７は、停止状態から起動状態に移行した直後にキャリブレーション処理を実行する場合を説明しているが、停止状態から起動状態に移行した直後に加え、長時間の使用中において各アクチュエータ４ａ～４ｄが発生する位置変位のバラツキが大きくなった場合やユーザが所定の操作を行った場合等でもキャリブレーション処理を実行しても良い。即ち、制御マイコン１７は、キャリブレーション処理をどのようなタイミングで実行しても良い。

　制御マイコン１７は、キャリブレーション処理を開始すると、駆動電流を「０」に設定する（Ｓ１）。この状態では、アクチュエータ吸引力は発生せず、可動ヨーク１１が吸引されることはない。次に、制御マイコン１７は、この状態で隙間距離センサ１０から入力するセンサ電流値を測定する。この場合、制御マイコン１７は、予め設定した時間幅の期間でのセンサ電流値の平均値や実効値を用いたりセンサ電流値が安定するのを待機したりして測定精度を高めても良い。

　次に、制御マイコン１７は、目標位置変位を前回目標位置変位から少しずつ大きくなるように設定し（Ｓ３）、駆動電流をフィードバック制御し、そのときの駆動電流、隙間距離センサ１０から入力するセンサ電流値を測定する（Ｓ４）。即ち、駆動電流が増大すると、アクチュエータ吸引力が増大し、板バネ１２の中立状態からの位置変位に比例してバネ反力が増大し、アクチュエータ吸引力とバネ反力とが均衡する位置で停止するので、制御マイコン１７は、アクチュエータ吸引力とバネ反力とが均衡する位置の変位を目標位置変位とし、駆動電流をフィードバック制御する。

　制御マイコン１７は、駆動電流のフィードバック制御中にセンサ電流値や当該センサ電流値から算出した板バネ１２の位置を監視し、フィードバック制御中にセンサ電流値又は板バネ１２の位置が予め定めた閾値以上に変化したか否かを判定する（Ｓ５）。制御マイコン１７は、センサ電流値又は板バネ１２の位置が予め定めた閾値以上に変化したと判定すると（Ｓ５：ＹＥＳ）、ユーザのタッチ操作や走行振動等の外乱が発生した可能性があるので、キャリブレーション処理を中断する。又、制御マイコン１７は、フィードバック制御中にユーザのタッチ操作を監視し、フィードバック制御中にユーザのタッチ操作が行われたか否かを判定する（Ｓ６）。制御マイコン１７は、フィードバック制御中にユーザのタッチ操作が行われたと判定すると、この場合も、キャリブレーション処理を中断する。

　尚、制御マイコン１７は、駆動電流から想定した位置変位と実際の位置変位のズレ量からユーザの操作量を推定し、その操作量が所定の閾値を越えたときに触覚を呈示すれば、キャリブレーション処理を実行中でもユーザの操作を継続して検出することができ、触覚を呈示することができる。又、制御マイコン１７は、キャリブレーション処理を中断したときには、最後に算出した中立状態のセンサ隙間距離を用いて操作量の検出を行い、中立状態のセンサ隙間距離は更新しない。

　制御マイコン１７は、測定精度を向上するために予め定めた位置が安定する時間、即ち、予め定めたフィードバック制御時間が経過するのを待機する（Ｓ７）。制御マイコン１７は、予め定めたフィードバック制御時間が経過したと判定すると（Ｓ７：ＹＥＳ）、整合性が最大になるセンサ隙間距離を求める整合性算出処理に移行する（Ｓ８）。

　制御マイコン１７は、中立状態のセンサ隙間距離を仮定し、アクチュエータ４ａ～４ｄにある駆動電流を流したときのセンサ隙間距離の位置変位をアクチュエータ吸引力とバネ反力の関係とを用いて算出する。制御マイコン１７は、整合性算出処理を実行することで、正確には算出していない中立状態のセンサ隙間距離を仮定し、実際に測定したセンサ電流比との整合性が最大になるセンサ隙間距離を求める。

　制御マイコン１７は、整合性算出処理を開始すると、中立状態のセンサ隙間距離を「Ｘ０」とし、中立状態の隙間距離センサ１０から入力するセンサ電流値を「Ｉｓｏｕｔ０」とし、駆動電流を「Ｉｄｒｖ１」とし、駆動電流「Ｉｄｒｖ１」を巻線コイル７に流したときの隙間距離センサ１０から入力するセンサ電流値を「Ｉｓｏｕｔ１」とする。制御マイコン１７は、中立状態のセンサ電流値「Ｉｓｏｕｔ０」、駆動電流「Ｉｄｒｖ１」、駆動電流「Ｉｄｒｖ１」を巻線コイル７に流したときのセンサ電流値「Ｉｓｏｕｔ１」の整合性が最大になるセンサ隙間距離「Ｘ０」を算出する。制御マイコン１７は、設計上のセンサ隙間距離１０の最小値を「Ｘ０ＭＩＮ」、最大値を「Ｘ０ＭＡＸ」とし、センサ隙間距離を変数「ＸＴ０」で仮置きし、変数「ＸＴ０」を最小値「Ｘ０ＭＩＮ」～最大値「Ｘ０ＭＡＸ」の間で変化させる。

　制御マイコン１７は、センサ隙間距離「ＸＴ０」の初期値に「Ｘ０ＭＩＮ」を設定し、誤差ＭＩＮに十分に大きな値を設定し（Ｓ１１）、図６に示したセンサ電流比とセンサ隙間距離との関係を用い、センサ隙間距離「ＸＴ０」におけるセンサ電流比を「Ｉｓｒａｔ０」として求める（Ｓ１２）。制御マイコン１７は、実際の処理ではソフトウェア上でグラフ特性に相当する複数のセンサ隙間距離とセンサ電流比との関係から補間して求める。

　次に、制御マイコン１７は、中立状態のセンサ電流値「Ｉｓｏｕｔ０」を基準とし、隙間距離センサ１０の出力比率換算係数を「Ｉｓｃｏｎｖ」とすると、その出力比率換算係数「Ｉｓｃｏｎｖ」を以下の計算式により求める（Ｓ１３）。
　　Ｉｓｃｏｎｖ＝Ｉｓｒａｔ０／Ｉｓｏｕｔ０

　次に、制御マイコン１７は、可動ヨーク１１が吸引されたときのセンサ電流比を「Ｉｓｒａ１」とし、そのセンサ電流比「Ｉｓｒａ１」を以下の計算式により求める（Ｓ１４）。
　　Ｉｓｒａ１＝Ｉｓｃｏｎｖ×Ｉｓｏｕｔ１

　又、制御マイコン１７は、図６に示したセンサ電流比とセンサ隙間距離との関係を用い、センサ電流比「Ｉｓｒａ１」におけるセンサ隙間距離「Ｘ１」を求める（Ｓ１５）。
　次に、制御マイコン１７は、アクチュエータ吸引力を「Ｆｃｏｉｌ」とし、そのアクチュエータ吸引力「Ｆｃｏｉｌ」を以下の計算式により求める（Ｓ１６）。
　　Ｆｃｏｉｌ＝α×Ｉｄｒｖ１∧２／（Ｘ１－ｄｚ）（∧はべき乗を示す）
　尚、「ｄｚ」はセンサ隙間距離とヨーク隙間距離のオフセットである。

　次に、制御マイコン１７は、バネ反力を「Ｆｋ」とし、バネ反力「Ｆｋ」を以下の計算式により求める（Ｓ１７）。
　　Ｆｋ＝－ｋ×（Ｘ１－ＸＴ０）
　制御マイコン１７は、アクチュエータ吸引力「Ｆｃｏｉｌ」とバネ反力「Ｆｋ」との誤差を以下の計算式により求める（Ｓ１８）。
　　誤差＝｜バネ反力＋アクチュエータ吸引力｜（｜Ａ｜はＡの絶対値を示す）

　制御マイコン１７は、算出した誤差を誤差ＭＩＮと比較し、算出した誤差が誤差ＭＩＮを超えているか否かを判定し、算出した誤差の大きさを評価する（Ｓ１９）。制御マイコン１７は、算出した誤差が誤差ＭＩＮより小さいと判定すると（Ｓ１９：ＹＥＳ）、誤差ＭＩＮ＝誤差とし、センサ隙間距離「Ｘ０」＝「ＸＴ０」とする（Ｓ２０）。

　制御マイコン１７は、センサ隙間距離「ＸＴ０」を予め定めた刻み量「ＳＴＥＰＸ」だけ増大させる（Ｓ２１）。即ち、制御マイコン１７は、可動ヨーク１１の吸引の目標位置変位を前回の目標位置変位から少しずつ大きくなるように設定する。刻み量「ＳＴＥＰＸ」は整合性を求める算出で使うセンサ隙間距離「ＸＴ０」の刻みであり、キャリブレーション処理で許容可能な時間や必要な精度から予め定めた値である。

　制御マイコン１７は、設計上のセンサ隙間距離の最大値を「Ｘ０ＭＡＸ」とし、「ＳＴＥＰＸ」だけ増大させたセンサ隙間距離「ＸＴ０」と最大値「Ｘ０ＭＡＸ」とを比較する（Ｓ２２）。制御マイコン１７は、センサ隙間距離「ＸＴ０」が最大値「Ｘ０ＭＡＸ」を超えていないと判定すると（Ｓ２２：ＮＯ）、上記したステップＳ１２に戻り、ステップＳ１２以降を繰り返す。制御マイコン１７は、センサ隙間距離「ＸＴ０」が最大値「Ｘ０ＭＡＸ」を超えていると判定すると（Ｓ２２：ＹＥＳ）、整合性算出処理を終了する。

　制御マイコン１７は、整合性算出処理を終了すると、「バネ反力＞アクチュエータ吸引力」を満たす位置があるか否かを判定する（Ｓ９）。制御マイコン１７は、「バネ反力＞アクチュエータ吸引力」を満たす位置があると判定すると（Ｓ９：ＹＥＳ）、上記したステップＳ３に戻り、ステップＳ３以降を繰り返す。制御マイコン１７は、「バネ反力＞アクチュエータ吸引力」を満たす位置がないと判定すると（Ｓ９：ＮＯ）、推定したセンサ隙間距離を中立状態のセンサ隙間距離として特定し（Ｓ１０）、キャリブレーション処理を終了する。制御マイコン１７は、「バネ反力＞アクチュエータ吸引力」を満たす位置がないと判定することで、図１０に示すように、アクチュエータ吸引力とバネ反力とが釣り合う平衡点がないことを特定することができる。

　以上に説明したように第１の実施形態によれば、次に示す効果を得ることができる。
　触覚呈示システム１において、固定ヨーク６に電磁力を発生させて可動ヨーク１１を吸引し、タッチパネル３を振動させて触覚を呈示する構成において、キャリブレーション処理を実行して中立状態にあるときのセンサ隙間距離を求め、タッチパネル３を振動させる際の固定ヨーク６に発生させる電磁力を、そのキャリブレーション処理を実行して求めたセンサ隙間距離を用いて制御するようにした。個体差や経年変化等によりヨーク隙間距離のばらつきが生じている場合でも、そのばらつきを解消した状態で、振動対象を振動させることができる。これにより、固定ヨーク６と可動ヨーク１１との間の吸引方向の隙間距離を定期的に測定することで、個体差や経年変化等の影響を受けずに触覚を安定して呈示することができる。

　（第２の実施形態）
　次に、第２の実施形態について、図１１を参照して説明する。尚、上記した第１の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。第２の実施形態では、制御マイコン１７は、キャリブレーション処理を実行したことで求めた中立状態のセンサ隙間距離を記憶領域に記憶しておく。

　制御マイコン１７は、ホスト１６から起動要求信号を入力すると、停止状態から起動状態に移行し（Ｂ１）、起動応答信号をホスト１６に出力した後に、中立状態のセンサ隙間距離を今回センサ隙間距離として特定する（Ｂ１１）。制御マイコン１７は、記憶領域に記憶しているセンサ隙間距離、即ち、前回のキャリブレーション処理で求めた中立状態のセンサ隙間距離を前回センサ隙間距離として特定し（Ｂ１２）、今回センサ隙間距離と前回センサ隙間距離との差が所定値以上であるか否かを判定する（Ｂ１３）。

　制御マイコン１７は、今回センサ隙間距離と前回センサ隙間距離との差が所定値以上であると判定すると（Ｂ１３：ＹＥＳ）、前述した第１の実施形態で説明したキャリブレーション処理に移行する（Ｂ２）。即ち、制御マイコン１７は、キャリブレーション処理を開始し、キャリブレーション処理を終了すると、ホスト１６からの触覚要求データの入力を待機する。

　一方、制御マイコン１７は、今回センサ隙間距離と前回センサ隙間距離との差が所定値以上でないと判定すると（Ｂ１３：ＮＯ）、キャリブレーション処理に移行せず、ホスト１６からの触覚要求データの入力を待機する。これ以降、制御マイコン１７は、ホスト１６から触覚要求データを入力すると、その入力した触覚要求データを特定し（Ｂ３）、キャリブレーション処理により求めたセンサ隙間距離を用い、呈示すべき触覚を生成し（Ｂ４）、前述した第１の実施形態と同様の処理を実行する。

　即ち、制御マイコン１７は、今回センサ隙間距離と前回センサ隙間距離との差が所定値以上であれば、キャリブレーション処理を実行し、キャリブレーション処理を実行して求めた最新のセンサ隙間距離を用いて呈示すべき触覚を生成する。一方、制御マイコン１７は、今回センサ隙間距離と前回センサ隙間距離との差が所定値以上でなければ、キャリブレーション処理を実行せず、前回のキャリブレーション処理を実行して求めたセンサ隙間距離を用いて呈示すべき触覚を生成する。制御マイコン１７は、今回センサ隙間距離と前回センサ隙間距離との差が許容範囲内であれば、キャリブレーション処理を省く。

　以上に説明したように第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。又、今回センサ隙間距離と前回センサ隙間距離との差が所定値以上であればキャリブレーション処理を実行するが、所定値以上でなければキャリブレーション処理を実行しないようにしたので、キャリブレーション処理を省くことで、キャリブレーション処理を実行するのに要する電力消費を抑えることができる。

　（その他の実施形態）
　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、更には、それらに一要素のみ、それ以上、或いはそれ以下を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
　車載に適用する構成に限らず、他の用途に適用する構成でも良い。
　制御マイコン１７が行う処理をホスト１６が行っても良いし、ホスト１６が行う処理を制御マイコン１７が行っても良く、ホスト１６が行う処理と制御マイコン１７が行う処理とをどのように分散しても良い。

Claims (8)

1. 　振動対象（３）に接続されている可動ヨーク（１１）と、固定ヨーク（６）とを備え、前記固定ヨークに電磁力を発生させて前記可動ヨークを吸引し、前記振動対象を振動させて触覚を呈示する触覚呈示装置であって、
   　前記固定ヨークと前記可動ヨークとの間の吸引方向の隙間距離であるヨーク隙間距離を測定する測定部（１０）と、
   　中立状態にあるときの前記測定部により測定されたヨーク隙間距離を校正し、前記振動対象を振動させる際の前記固定ヨークに発生させる電磁力を、その校正したヨーク隙間距離を用いて制御する制御部（１７）と、を備えた触覚呈示装置。
2. 　前記制御部は、前記可動ヨークの吸引の目標位置変位を前回目標位置変位から少しずつ大きくなるように設定し、駆動電流をフィードバック制御し、弾性力が、前記可動ヨークを吸引するアクチュエータ吸引力よりも大きい条件を満たさない変位を特定することで、ヨーク隙間距離を校正する請求項１に記載した触覚呈示装置。
3. 　前記制御部は、前記振動対象を振動させた際に用いたヨーク隙間距離を前回ヨーク隙間距離として記憶し、中立状態にあるときの前記測定部により測定されたヨーク隙間距離を今回ヨーク隙間距離として特定し、前記今回ヨーク隙間距離と前記前回ヨーク隙間距離との差が所定値以上である場合には、前記今回ヨーク隙間距離を校正し、前記振動対象を振動させる際の前記固定ヨークに発生させる電磁力を、その校正した前記今回ヨーク隙間距離を用いて制御する請求項１又は２に記載した触覚呈示装置。
4. 　前記制御部は、前記今回ヨーク隙間距離と前記前回ヨーク隙間距離との差が所定値未満である場合には、前記今回ヨーク隙間距離を校正せず、前記振動対象を振動させる際の前記固定ヨークに発生させる電磁力を、前記前回ヨーク隙間距離を用いて制御する請求項３に記載した触覚呈示装置。
5. 　振動対象（３）に接続されている可動ヨーク（１１）と、固定ヨーク（６）とを備え、前記固定ヨークに電磁力を発生させて前記可動ヨークを吸引し、弾性部材（１２）の弾性力により前記振動対象を振動させて触覚を呈示する触覚呈示装置を複数備える触覚呈示システムであって、
   　複数の触覚呈示装置の個々に設けられ、前記固定ヨークと前記可動ヨークとの間の吸引方向の隙間距離であるヨーク隙間距離を測定する測定部（１０）と、
   　中立状態にあるときの前記測定部により測定されたヨーク隙間距離を校正し、前記振動対象を振動させる際の前記固定ヨークに発生させる電磁力を、その校正したヨーク隙間距離を用いて制御する制御部（１７）と、を備えた触覚呈示システム。
6. 　振動対象（３）に接続されている可動ヨーク（１１）と、固定ヨーク（６）とを備え、前記固定ヨークに電磁力を発生させて前記可動ヨークを吸引し、弾性部材（１２）の弾性力により前記振動対象を振動させて触覚を呈示する触覚呈示装置の制御部（１７）に、
   　中立状態にあるときの前記固定ヨークと前記可動ヨークとの間の吸引方向の隙間距離であるヨーク隙間距離を校正する校正手順と、
   　前記振動対象を振動させる際の前記固定ヨークに発生させる電磁力を、前記校正手順により校正したヨーク隙間距離を用いて制御する電磁力制御手順と、を実行させるコンピュータプログラム。
7. 　前記校正手順は、前記可動ヨークの吸引の目標位置変位を前回目標位置変位から少しずつ大きくなるように設定し、駆動電流をフィードバック制御し、弾性力が、前記可動ヨークを吸引するアクチュエータ吸引力よりも大きい条件を満たさない変位を特定することで、ヨーク隙間距離を校正する請求項６に記載したコンピュータプログラム。
8. 　請求項６又は７に記載したコンピュータプログラムを記憶するコンピュータ読み取り可能な非一時的な記憶媒体。

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