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1. (WO2018193981) 回転型操作装置とその制御方法及びプログラム
Document

明 細 書

発明の名称 回転型操作装置とその制御方法及びプログラム

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005   0006  

課題を解決するための手段

0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023  

発明の効果

0024  

図面の簡単な説明

0025  

発明を実施するための形態

0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084  

符号の説明

0085  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8  

明 細 書

発明の名称 : 回転型操作装置とその制御方法及びプログラム

技術分野

[0001]
 本発明は、回転操作に伴う操作感触を制御することが可能な回転型操作装置とその制御方法及びプログラムに関するものである。

背景技術

[0002]
 操作部材を回転させることにより、車両のトランスミッションの切り換えやオーディオ装置の音量の調節などの入力を受け付ける回転型操作装置が知られている。例えば、下記の特許文献1に記載される力覚付与入力装置は、操作者により回転操作される操作部材と、操作部材にトルクを与える電動アクチュエータと、操作部材の回転角を検知する回転角度検知手段と、操作部材の角速度を検知する回転速度検知手段と、操作部材の回転角及び角速度に応じて電動アクチュエータを制御する制御手段とを備える。この力覚付与入力装置は、回転操作に伴う操作部材の回転角及び回転速度に応じて、電動アクチュエータから操作部材に与えるトルクを制御することにより、クリック機構に似た操作感触を発生させることができる。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 特開2004-114201号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 ところで、上記特許文献1における電動アクチュエータは、例えば電動のモータであり、操作部材に与えるトルクの方向を反転させることができる。従って、上記特許文献1に記載される装置では、操作部材に与えるトルクの大きさを変化させつつ、トルクの方向を反転させるように電動アクチュエータ(モータ)を制御している。
[0005]
 明瞭なクリック感を生成するためには、操作部材に与えるトルクの変化をできるだけ急峻にすることが望ましい。しかしながら、モータなどの電動アクチュエータは、構造上、双方向にトルクを発生させることができるため、トルクの変化をあまり急峻にすると、振動的なトルクの変化を生じ易くなる。トルクが振動的に変化すると、明瞭なクリック感が得られ難くなり、操作感触の質が低下するという問題がある。
[0006]
 本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、明瞭なクリック感を生成できる回転型操作装置とその制御方法及びプログラムを提供することにある。

課題を解決するための手段

[0007]
 本発明の第1の観点に係る回転型操作装置は、回転操作に応じて回転可能な操作部材と、前記操作部材の回転角を検出する回転角センサと、前記操作部材を回転駆動する駆動機と、前記操作部材の回転を摩擦力により制動する制動機と、前記回転角センサにおいて検出された前記回転角に応じて、前記駆動機の駆動トルクと前記制動機の制動トルクとの和である制御トルクを制御する制御部とを有する。前記制御部は、前記回転角の一方向への変化に伴って、前記操作部材の前記回転を促進する促進方向から当該回転を抑制する抑制方向へ前記制御トルクを変化させ、前記制御トルクが前記促進方向から前記抑制方向へ遷移する遷移領域を前記回転角が通過する場合、前記制動トルクをパルス状に増大させる。
[0008]
 この回転型操作装置では、前記促進方向の前記制御トルクが前記回転角の変化とともに小さくなると、前記操作部材の回転とともに引き込み力が弱くなる感覚が得られる。また、前記抑制方向の前記制御トルクが前記回転角の変化とともに大きくなると、前記操作部材の回転とともに抵抗力が増す感覚が得られる。このような制御トルクの変化が生じることにより、前記制御トルクが前記促進方向から前記抑制方向へ遷移する領域において、前記操作部材の回転を安定的に停止させ易くなる。また、この前記制御トルクの変化により、回転操作に伴うクリック感が生成される。
[0009]
 更に、この回転型操作装置では、前記制御トルクが前記促進方向から前記抑制方向へ遷移する前記遷移領域を前記回転角が通過する場合、摩擦力による前記制動トルクがバルス状に増大する。そのため、前記回転角が前記遷移領域を通過するときに、前記制御トルクに振動的な変化を生じることなく、より明瞭なクリック感が生成される。しかも、バルス状に増大する前記制動トルクによって、前記遷移領域での回転の停止が補助されるため、前記遷移領域における回転の停止が楽になり、操作感触がより良好になる。
[0010]
 好適に、前記回転角の変化可能な範囲において、前記遷移領域をそれぞれ含んだ複数の区間が設定されてよい。前記制御部は、前記複数の区間の各々において、前記回転角の前記一方向への変化に伴って、前記促進方向から前記抑制方向へ前記制御トルクを変化させてよい。
[0011]
 この構成によれば、前記複数の区間の各々において、前記回転角が前記遷移領域を通過するときに明瞭なクリック感が生成される。
[0012]
 好適に、前記制御部は、2つの連続する前記遷移領域の間における前記抑制方向の前記制御トルクのピークを、前記遷移領域における前記抑制方向の前記制御トルクのピークより小さくしてよい。
[0013]
 この構成によれば、2つの連続する前記遷移領域の間における前記抑制方向の前記制御トルクが、前記遷移領域における前記抑制方向の前記制御トルクに比べて相対的に小さくなるため、機械的にクリック感を生成する場合に比べて操作感触が軽快になるとともに、前記遷移領域における回転の停止が楽になる。
[0014]
 好適に、前記制御部は、2つの連続する前記遷移領域の間における前記制動トルクを最小値に設定してよい。
[0015]
 この構成によれば、2つの連続する前記遷移領域の間において、摩擦力による前記制動トルクが最小になるため、前記遷移領域において明瞭なクリック感を生成しつつ、全体として軽い操作感触が得られる。
[0016]
 好適に、前記制御部は、2つの連続する前記遷移領域の間において、前記制動トルクを一定の値に保持するか、又は、前記制動トルクを前記回転角に応じて変化させてよい。
[0017]
 この構成によれば、2つの連続する前記遷移領域の間における前記制動トルクの設定に応じて、この区間における回転操作の負荷の重さが設定されるため、軽快感や重厚感など、所望の操作感触を得ることが可能になる。
[0018]
 好適に、前記制御部は、前記回転角センサにおいて検出された前記回転角に応じて回転速度を算出し、前記遷移領域における前記制動トルクを前記算出した回転速度に応じて変化させてよい。例えば、前記制御部は、前記回転速度が速くなるほど前記遷移領域における前記制動トルクを大きくしてよい。
[0019]
 この構成によれば、前記遷移領域における前記制動トルクを前記操作部材の回転速度に応じて変化させることにより、前記回転速度に応じた知覚の変化によるクリック感の強さの変化が抑制され易くなる。
[0020]
 好適に、前記制動機は、前記操作部材に接触した磁気粘性流体と、前記制御部の指示に応じた磁界を発生し、当該磁界により前記磁気粘性流体の粘性を変化させる磁界制御部とを含んでよい。
[0021]
 この構成によれば、前記磁気粘性流体の粘性を変化させることにより、前記操作部材に印加される前記制動トルクが変化する。従って、前記操作部材に機械的な摩擦力を加える方法に比べて前記制動トルクの精密な制御が可能になる。
[0022]
 本発明の第2の観点は、回転操作に応じて回転可能な操作部材に印加する制御トルクの制御を行う回転型操作装置の制御方法に関する。前記回転型操作装置は、前記操作部材の回転角を検出する回転角センサと、前記操作部材を回転駆動する駆動機と、前記操作部材の回転を制動する制動機とを有する。前記制御トルクは、前記駆動機の駆動トルクと前記制動機の制動トルクとの和である。この回転型操作装置の制御方法は、前記回転角の一方向への変化に伴って、前記操作部材の回転を促進する促進方向から当該回転を抑制する抑制方向へ前記制御トルクを変化させることと、前記制御トルクが前記促進方向から前記抑制方向へ遷移する遷移領域を前記回転角が通過する場合、前記制動トルクをパルス状に増大させることとを有する。
[0023]
 本発明の第3の観点は、上記第2の観点に係る回転型操作装置の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関する。

発明の効果

[0024]
 本発明によれば、明瞭なクリック感を生成できる。

図面の簡単な説明

[0025]
[図1] 本発明の実施形態に係る回転型操作装置の外観の一例を示す斜視図である。
[図2] 図1に示す2-2線を通る断面における回転型操作装置の部分切断面図である。
[図3] 図1に示す回転型操作装置の構成の一例を示すブロック図である。
[図4] 制御部の構成の一例を示すブロック図である。
[図5] 回転角に応じて変化する第1制御信号及び第2制御信号と、これに対応する駆動トルク及び制御トルクの例を示す図である。
[図6] 制御信号の生成に関わる処理を説明するためのフローチャートである。
[図7] 回転角に応じて変化する第1制御信号及び第2制御信号と、これに対応する駆動トルク及び制御トルクの一変形例を示す図である。
[図8] 本発明の一変形例における制御部の構成の一例を示すブロック図である。

発明を実施するための形態

[0026]
 以下、本発明の実施形態に係る回転型操作装置について図面を参照して説明する。図1は、本実施形態に係る回転型操作装置100の外観の一例を示す斜視図である。図2は、図1に示す2-2線を通る断面における回転型操作装置100の部分切断面図である。図3は、図1に示す回転型操作装置100の構成の一例を示すブロック図である。
[0027]
 図1に示すように、回転型操作装置100は、操作者の回転操作に応じて回転可能な操作部材102と、操作部材102を回転可能に支持する筐体101とを有する。回転型操作装置100は、操作部材102の回転角や、回転位置、回転速度等の回転操作に関わる操作情報を生成する。回転型操作装置100は、例えばオーディオ装置における音量の調整や、車両におけるトランスミッションの切り換えなどに用いられる。
[0028]
 図2の切断面は、操作部材102の回転軸AXを通る。図2に示すように、操作部材102は、筐体101によって回転可能に支持されたシャフト112と、シャフト112に固定されたノブ111とを含む。シャフト112は、筐体101の内部に収容される。ノブ111は、筐体101の外側に露出しており、操作者の回転操作を受ける。図1及び図2の例において、ノブ111とシャフト112は回転軸AXを中心軸とする円柱状の形状を持っており、回転軸AXの回りで一体的に回転する。
[0029]
 図2に示すように、回転型操作装置100は、機械系の構成として、回転角センサ105と、駆動機106と、制動機107とを有する。回転角センサ105、駆動機106及び制動機107は、それぞれ筐体101の内部に収容されており、操作部材102のシャフト112に沿って設けられている。
[0030]
 また図3に示すように、回転型操作装置100は、制御系の構成として、処理部108と、記憶部109と、インターフェース部110とを更に含む。
[0031]
(駆動機106)
 駆動機106は、処理部108の制御に従って操作部材102を回転駆動する。すなわち、駆動機106は、処理部108から入力される第1制御信号D1に応じて、操作部材102を回転駆動する駆動トルクTdを発生する。駆動機106は、例えば図2に示すように、DCモータなどの電動機120を含む。電動機120は、図2の例において、シャフト112と一体的に回転する複数の回転子121と、回転子121に対向して配置された複数の固定子122とを含む。回転子121は例えば永久磁石であり、固定子122は例えばコイルである。複数の固定子122のコイルにそれぞれ所定の波形の駆動電流を供給することにより、複数の回転子121に作用する磁界が発生し、複数の回転子121をシャフト112とともに回転駆動する駆動トルクTdが発生する。駆動トルクTdの大きさは、固定子122のコイルに供給する駆動電流の大きさに応じて変化する。
[0032]
 駆動機106は、図3に示すように、駆動回路123と駆動信号生成部124を更に含む。駆動回路123は、入力される駆動信号に応じた駆動電流を発生し、電動機120の複数の固定子122にそれぞれ供給する。駆動信号生成部124は、処理部108から入力される第1制御信号D1に応じた駆動信号を生成し、駆動回路123に入力する。第1制御信号D1は、固定子122のコイルに供給する駆動電流の大きさを設定する信号である。駆動信号生成部124は、この第1制御信号D1の設定に応じた駆動電流が供給されるように駆動信号を生成する。
[0033]
 例えば駆動信号生成部124は、第1制御信号D1の信号値(デジタル値)に応じた振幅を持つアナログの駆動信号を出力するD/Aコンバータを含む。あるいは、駆動信号生成部124は、第1制御信号D1の信号値(デジタル値)に応じてパルス幅変調されたPWM信号を平滑化し、駆動信号として出力する平滑回路を含んでもよい。
[0034]
 なお、駆動機106は、上述した電動機120に限定されず、他の動力源に基づいてトルクを発生する種々のタイプの原動機を含んでもよい。
[0035]
 制動機107は、処理部108の制御に従って、操作部材102の回転を摩擦力により制動する。すなわち、制動機107は、処理部108から入力される第2制御信号D2に応じて、操作部材102の回転を摩擦力により制動する制動トルクTbを発生する。例えば制動機107は、操作部材102に接触した磁気粘性流体134と、磁気粘性流体134に作用する磁界を制御する磁界制御部132とを含む。
[0036]
 磁界制御部132は、第2制御信号D2に応じた磁界を発生し、当該磁界により磁気粘性流体134の粘性を変化させる。例えば磁界制御部132は、シャフト112の周りに環状に巻かれたコイルである。図2に示すように、磁界制御部132は、操作部材102のシャフト112の周りに配置された環状のコイルケース131の中に配置される。コイルケース131は、回転軸AXに略垂直な対向面133を持つ。シャフト112には、回転軸AXに略垂直な面を持つ円盤状の抵抗盤135が固定されており、この抵抗盤135の一方の面とコイルケース131の対向面133とが近接して配置される。磁気粘性流体134は、コイルケース131の対向面133と抵抗盤135との間隙に充填されており、図示しないシール部材によってこの間隙の中に閉じ込められている。
[0037]
 磁界制御部132に流れる駆動電流が変化すると、磁気粘性流体134を通る磁界が変化し、磁界の変化によって磁気粘性流体134を構成する粒子の結合力が変化し、粒子の結合力の変化によって磁気粘性流体134の粘性が変化する。磁気粘性流体134の粘性が変化すると、コイルケース131と抵抗盤135との相対的な回転を妨げる力、すなわち摩擦力が変化する。この摩擦力が大きくなるほど、操作部材102の回転を制動する制動トルクTbが大きくなる。制動トルクTbの大きさは、磁界制御部132に流れる駆動電流の大きさに応じて変化する。
[0038]
 制動機107は、図3に示すように、駆動回路136と駆動信号生成部137を更に含む。駆動回路136は、入力される駆動信号に応じた駆動電流を発生し、磁界制御部132に供給する。駆動信号生成部137は、処理部108から入力される第2制御信号D2に応じた駆動信号を生成し、駆動回路136に入力する。第2制御信号D2は、磁界制御部132に供給する駆動電流の大きさを設定する信号である。駆動信号生成部137は、この第2制御信号D2の設定に応じた駆動電流が供給されるように駆動信号を生成する。
[0039]
 例えば駆動信号生成部137は、第2制御信号D2の信号値(デジタル値)に応じた振幅を持つアナログの駆動信号を出力するD/Aコンバータを含む。あるいは、駆動信号生成部137は、第2制御信号D2の信号値(デジタル値)に応じてパルス幅変調されたPWM信号を平滑化し、駆動信号として出力する平滑回路を含んでもよい。
[0040]
 なお、制動機107は、上述したように磁気粘性流体134の粘性を利用するものに限定されず、他の種々の方法で摩擦力による制動トルクTbを発生してもよい。例えば、制動機107は、操作部材102へ機械的に部材を接触させる方法により制動トルクTbを発生してもよい。
[0041]
(回転角センサ105)
 回転角センサ105は、操作部材102の回転角を検出するセンサであり、例えばロータリーエンコーダ140を含む。ロータリーエンコーダ140は、例えば図2に示すように、操作部材102のシャフト112に固定された円盤状の検出盤141と、検出盤141の外周縁付近に近接して配置された光学検知部142を含む。検出盤141には、外周縁付近に複数の穴が形成されている。光学検知部142は、この穴の有無を光学的に検知する。光学検知部142の検知結果により、操作部材102の回転角が検出される。
[0042]
 なお、回転角センサ105は、上述したロータリーエンコーダ140に限定されず、他の種々の方法により回転角を検出してもよい。例えば、回転角センサ105は、シャフト112に固定された永久磁石による磁界の変化に基づいて回転角を検出してもよいし、シャフト112の回転に応じて抵抗値や他の物理量が変化するセンサにより回転角を検出してもよい。
[0043]
(処理部108)
 処理部108は、回転型操作装置100の動作に関わる制御やデータの入出力などの処理を実行する装置であり、例えば記憶部109に格納されるプログラム155に基づいて種々の処理を実行するコンピュータを含む。処理部108は、全ての処理をコンピュータによって実行しても良いし、少なくとも一部の処理を専用のハードウェア(ロジック回路)で実行してもよい。
[0044]
 処理部108は、駆動機106及び制動機107の制御に関わる処理を行う構成要素として、制御部151を含む。
[0045]
 制御部151は、回転角センサ105において検出された回転角に応じて、駆動機106の駆動トルクTdと制動機107の制動トルクTbとの和である制御トルクT1を制御する。すなわち、制御部151は、一方向に変化する操作部材102の回転角が第1区間R1にある場合、回転角の変化に伴って、操作部材102の回転を促進する方向(以下、「促進方向」と記す場合がある。)から当該回転を抑制する方向(以下、「抑制方向」と記す場合がある。)へ制御トルクT1を変化させる。また、制御部151は、一方向に変化する回転角が第2区間R2にある場合、回転角の変化に伴って、抑制方向から促進方向へ制御トルクT1を変化させる。
[0046]
 なお、第1区間R1及び第2区間R2は、操作部材102を回転させることが可能な回転角の範囲において設定された区間であり、交互に並んでいる。回転角の範囲の少なくとも一部が、交互に並んだ第1区間R1と第2区間R2とに区分されている。すなわち、回転角の変化可能な範囲において、複数の第1区間R1が設定されており、連続する2つの第1区間R1の間が第2区間R2となっている。
[0047]
 また、制御部151は、第1区間R1において制御トルクT1が促進方向から抑制方向へ遷移する所定の遷移領域を回転角が通過する場合、制動機107の制動トルクTbをパルス状に増大させる。
[0048]
 更に、制御部151は、2つの連続する遷移領域の間における抑制方向の制御トルクT1のピークを、遷移領域における抑制方向の制御トルクT1のピークより小さくする。
[0049]
 制御部151は、このような制御トルクT1の制御を、例えば記憶部109に格納されるパターンデータ156に基づいて行う。すなわち、制御部151は、操作部材102の回転角と第1制御信号D1の信号値との予め設定された対応関係、及び、操作部材102の回転角と第2制御信号D2の信号値との予め設定された対応関係に基づいて、回転角の検出値に対応した信号値を持つ第1制御信号D1及び第2制御信号D2を生成する。パターンデータ156は、操作部材102の回転角と第1制御信号D1の信号値との対応関係、及び、操作部材102の回転角と第2制御信号D2の信号値との対応関係を定めたデータである。制御部151は、パターンデータ156を参照して、回転角の検出値に応じた第1制御信号D1及び第2制御信号D2を生成する。
[0050]
 図4は、制御部151の構成の一例を示すブロック図である。図4の例において、制御部151は、角度データ生成部161と、第1制御信号生成部162と、第2制御信号生成部163を含む。
[0051]
 角度データ生成部161は、回転角センサ105における回転角の検出値に応じた角度データAを生成する。例えば角度データ生成部161は、操作部材102を回転することが可能な範囲における回転角の検出値を、この範囲に含まれる複数の角度範囲の各々における相対的な回転角を表す角度データAに変換する。具体例として、回転可能な範囲に制限がなく、1回転(360°)の範囲が12個の角度範囲に分かれており、各角度範囲が30°の幅を持つものとする。この場合、角度データ生成部161は、回転角の検出値が0°から360°まで変化する間に、角度データAを0°から30°まで12回変化させる。
[0052]
 第1制御信号生成部162は、パターンデータ156に含まれる第1制御信号D1の信号値と角度データAとの対応関係に基づいて、角度データAに対応した信号値を持つ第1制御信号D1を生成する。
 第2制御信号生成部163は、パターンデータ156に含まれる第2制御信号D2の信号値と角度データAとの対応関係に基づいて、角度データAに対応した信号値を持つ第2制御信号D2を生成する。
[0053]
 図5は、回転角に応じて変化する第1制御信号D1及び第2制御信号D2と、これに対応する駆動トルクTd及び制御トルクT1の例を示す図である。図5における横軸は、操作部材102の回転方向を正とする一方向への回転角の変化を示す。図5における正の第1制御信号D1は、抑制方向に駆動トルクTdを発生させることを示し、負の第1制御信号D1は、促進方向に駆動トルクTdを発生させることを示す。図5における正の駆動トルクTdは抑制方向のトルクを示し、負の駆動トルクTdは促進方向のトルクを示す。図5における第2制御信号D2は、制動トルクTbの大きさを指定する。図5における制御トルクT1は、駆動トルクTdと制動トルクTbとの和を示しており、正負の符号の意味は駆動トルクTdと同じである。
[0054]
 操作部材102の回転方向を右回りと左回りとで反転させる場合、例えば制御部151は、それぞれの回転方向において図5と同様な第1制御信号D1及び第2制御信号D2を生成してよい。この場合、それぞれの回転方向において、図5における正の第1制御信号D1は、抑制方向に駆動トルクTdを発生させることを示し、負の第1制御信号D1は、促進方向に駆動トルクTdを発生させることを示す。
[0055]
 図5に示すように、連続する2つの角度範囲R0-1及びR0-2において、回転角の変化に対する第1制御信号D1及び第2制御信号D2の変化のパターンが同一となっている。1回転の範囲(360°)には、角度範囲R0-1、R0-2と同様な複数の角度範囲が含まれる。これらの複数の角度範囲を区別せずに「R0」と呼ぶ。角度データ生成部161は、それぞれの角度範囲R0において、始点から終点に向かって同様に変化する角度データAを生成する。これにより、第1制御信号生成部162及び第2制御信号生成部163は、それぞれの角度範囲R0において同様に変化する第1制御信号D1及び第2制御信号D2を生成する。
[0056]
 図5の例において、1つの角度範囲R0には、第1区間R1と第2区間R2が含まれる。角度データが「A1」から「A3」までの第1区間R1において、第1制御信号D1は負のピーク値DL1から正のピーク値DH1へ連続的に変化し、駆動トルクTdは負のピーク値TL1から正のピーク値TH1へ連続的に変化する。第1区間R1の角度データA2において、第1制御信号D1がゼロになり、これに対応して駆動トルクTdもゼロになる。
[0057]
 角度データが「A3」から「A1」までの第2区間R2において、第1制御信号D1は正のピーク値DH1から負のピーク値DL1へ連続的に変化し、駆動トルクTdは正のピーク値TH1から負のピーク値TL1へ連続的に変化する。第2区間R2の角度データA4において、第1制御信号D1がゼロになり、これに対応して駆動トルクTdもゼロになる。
[0058]
 角度データが「A1」から「A2」までの第1サブ区間S1と、角度データが「A4」から「A1」までの第4サブ区間S4では、駆動トルクTdが負であるため、駆動トルクTdが促進方向に働く。角度データが「A2」から「A3」までの第2サブ区間S2と、角度データが「A3」から「A4」までの第3サブ区間S3では、駆動トルクTdが正であるため、駆動トルクTdが抑制方向に働く。
[0059]
 図5の例において、第2制御信号D2は、第1区間R1の遷移領域Uにおいて値DH2設定され、遷移領域U以外では値DH2より小さな値DL2に設定される。すなわち、第2制御信号D2は、遷移領域Uにおいてパルス状に増大する。そのため、制動機107の制動トルクTbも、遷移領域Uにおいてパルス状に増大する。
[0060]
 制御トルクT1は、駆動トルクTdと制動トルクTbとの和であるため、図5に示す制御トルクT1のグラフは、図5に示す駆動トルクTdのグラフを、定常的な制動トルクTbの値TM3だけ正方向にシフトさせたものになる。定常的な制動トルクTbの値TM3は、第2制御信号D2の値DL2に対応するトルク値である。
[0061]
 図5に示す制御トルクT1のグラフにおける点線の部分は、第2制御信号D2が常に値DH2に設定された場合(遷移領域Uでのパルス状の増大がない場合)の制御トルクT1を示す。この点線のグラフにおいて、制御トルクT1がゼロとなる角度データA5は、制御トルクT1が促進方向から抑制方向へ遷移する回転角である。この回転角(以下、「安定点」と記す場合がある。)では、操作部材102の回転を安定的に停止させ易くなる。遷移領域Uは、制御トルクT1が促進方向から抑制方向へ遷移する領域、すなわち、安定点(角度データA5)を含む領域に設定される。
[0062]
 制御トルクT1は、遷移領域U以外において、抑制方向のピーク値が「TH3」、促進方向のピーク値が「TL3」となっている。遷移領域Uにおいて、制御トルクT1の抑制方向のピーク値は「TP」となっている。遷移領域Uにおける抑制方向のピーク値TPは、遷移領域U以外における抑制方向のピーク値TH3よりも大きい。
[0063]
(記憶部109)
 記憶部109は、処理部108において処理に使用される定数データや変数データ、処理の結果として得られたデータなどを記憶する。処理部108がコンピュータを含む場合、記憶部109は、コンピュータにおいて実行されるプログラム155を記憶してもよい。記憶部109は、例えば、DRAMやSRAMなどの揮発性メモリ、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリ、ハードディスクなどを含んで構成される。
[0064]
(インターフェース部110)
 インターフェース部110は、回転型操作装置100と他の装置(回転型操作装置100から操作情報を入力して処理に使用するホストコンピュータ等)との間でデータをやり取りするための回路である。処理部108は、記憶部109に記憶される情報(操作部材102の回転操作に関わる操作情報など)をインターフェース部110から図示しない装置へ出力する。
[0065]
 また、インターフェース部110は、処理部108のコンピュータにおいて実行されるプログラム155をネットワーク上のサーバなどから取得して、記憶部109にロードしてもよい。他の例において、インターフェース部110は、非一時的な有形の媒体(光ディスク、USBメモリ等)からプログラム155を読み出して記憶部109に保存する読み取り装置を含んでいてもよい。
[0066]
 ここで、上述した構成を有する回転型操作装置100において実行される制御信号(D1,D2)の生成に関わる処理について、図6に示すフローチャートを参照して説明する。図6のフローチャートの処理は、例えば、回転角センサ105の検出結果を所定の周期で取得する度に実行される。
[0067]
 制御部151は、回転角センサ105における操作部材102の回転角の検出値を取得し(ST100)、今回の回転角の検出値と前回の回転角の検出値とを比較して、操作部材102が一方向に回転しているか否かを判定する(ST105)。操作部材102が一方向に回転していない場合(回転方向が反転した場合)、制御部151は、以降のステップを実行せずに処理を終了する(ST105のNo)。
[0068]
 操作部材102が一方向に回転している場合(ST105のYes)、制御部151は、回転角が含まれる区分に応じて、制御トルクT1を制御する。回転角が第1区間R1にあり(ST110のYes)、かつ、回転角が遷移領域Uにある場合(ST115のYes)、制御部151は、制動トルクTbをピーク状に増大させる第2制御信号D2を生成する(ST120)。具体的には、図5の例において、制御部151は第2制御信号D2の値を「DH2」に設定する。
[0069]
 回転角が第1区間R1にあり(ST110のYes)、かつ、回転角が遷移領域U以外にある場合(ST115のNo)、制御部151は、制御トルクT1を促進方向から抑制方向に向かって変化させる(ST125)。具体的には、図5の例において、制御部151は制御トルクT1を正方向へ増大させる。
[0070]
 回転角が第2区間R2にある場合(ST130のYes)、制御部151は、制御トルクT1を抑制方向から促進方向に向かって変化させる(ST135)。具体的には、図5の例において、制御部151は制御トルクT1を負方向へ増大させる。
[0071]
 以上説明したように、本実施形態に係る回転型操作装置100では、第1区間R1において抑制方向の制御トルクT1が回転角の変化とともに大きくなると、操作部材102の回転とともに抵抗力が増す感覚が得られる。その後、回転角が第1区間R1から第2区間R2へ移り、抑制方向の制御トルクT1が回転角の変化とともに小さくなると、操作部材102の回転とともに抵抗力が軽くなる感覚が得られる。第2区間R2の途中で、促進方向の制御トルクT1が回転角の変化とともに大きくなると、操作部材102の回転とともに引き込み力が増す感覚が得られる。そして、回転角が第2区間R2から第1区間R1へ移り、促進方向の制御トルクT1が回転角の変化とともに小さくなると、操作部材102の回転とともに引き込み力が弱くなる感覚が得られる。このような制御トルクT1の変化が生じることにより、制御トルクT1が促進方向から抑制方向へ遷移する第1区間R1の領域において、操作部材102の回転を安定的に停止させ易くなる。また、この第1区間R1及び第2区間R2を通した制御トルクT1の変化により、回転操作に伴うクリック感が生成される。ただし、第1区間R1及び第2区間R2を通した制御トルクT1の変化により得られるクリック感は、主に駆動トルクTdのリップル的な変化によるものであり、急峻なトルクの変化で得られるクリック感ではないため、明瞭性に乏しい。
[0072]
 そこで、本実施形態に係る回転型操作装置100では、制御トルクT1が促進方向から抑制方向へ遷移する遷移領域Uを回転角が通過する場合において、摩擦力による制動トルクTbがバルス状に増大する。摩擦力による制動トルクTbは、急峻に増大させても電動機の駆動トルクのような振動を生じない。そのため、回転角が遷移領域Uを通過するときに、制御トルクT1に振動的な変化を生じることなく、より明瞭なクリック感を生成することができる。
[0073]
 一般に、人の負荷の感覚には、大きな負荷を感じるほど、微小な負荷の変化を感じ難くなる特性がある。操作部材102を速く回転させるほど、その運動エネルギーが大きくなり、回転操作の負荷を重く感じるようになるため、微小な負荷の変化であるクリック感を感じ難くなる。しかも、人の触覚は周波数特性を持っており、周波数が高くなるほど圧力の変化を感じ難くなる特性がある。従って、操作部材102を速く回転させるほど、駆動トルクTdのリップル的な変化は感覚的に平均化されてしまい、クリック感として更に感じ難くなる。本実施形態に係る回転型操作装置100によれば、遷移領域Uにおいて摩擦力による制動トルクTbをパルス状に増大させるため、操作部材102を速く回転させた場合、このパルス状の制動トルクTbは振動として感じられ易くなる。人の触覚において、振動の感覚は高い周波数でも維持され易いため、摩擦力によるパルス状の制動トルクTbは、操作部材102を速く回転させた場合でも、クリック感として明瞭に感じることができる。すなわち、本実施形態に係る回転型操作装置100では、高速な回転操作でも明瞭なクリック感を生成できる。
[0074]
 しかも、本実施形態に係る回転型操作装置100では、操作部材102の回転を安定的に停止させ易くなる遷移領域Uにおいて、制動トルクTbが増大するため、この大きな制動トルクTbによって遷移領域Uでの回転の停止が補助される。通常、人が回転操作を停止するためには、操作部材の慣性トルクに逆らう力を余分に出す必要がある。余分な力を出すと、それが疲れの感覚を生じさせて、操作感触の質が低下する。制動トルクTbによって回転の停止が補助される本実施形態によれば、回転を停止するための余分な力が減り、このような補助がない場合に比べて疲れを感じ難くなるため、操作感触の質を高めることができる。
[0075]
 従来、クリック感を機械的に発生させる方法として、凹凸のあるカム面に弾性体で付勢された金属球などの当接部材を押し当てる方法が一般的に知られている。凹部が当接部材の安定点になっており、1つの凹部から別の凹部へ凸部を乗り越えて当接部材が移動するときにクリック感が発生する。このようなクリック機構では、安定点である凹部において摩擦力が最小となり、不安定点である凸部において摩擦力が最大となる。そのため、安定点において当接部を停止させる際、摩擦力の補助が小さいため、疲れを感じ易くなり、操作感触の質を高め難いという不利益がある。また、不安定点で摩擦力が大きいことから、軽快な操作感触を得難いという不利益もある。これに対して、本実施形態に係る回転型操作装置100によれば、2つの連続する遷移領域Uの間における抑制方向の制御トルクT1を、遷移領域Uにおける抑制方向の制御トルクに比べて相対的に小さくすることができる。そのため、機械的にクリック感を生成する場合に比べて操作感触を軽快にすることができるとともに、疲れを感じ難い良好な操作感触を得ることができる。
[0076]
 更に、本実施形態に係る回転型操作装置100によれば、第1制御信号D1に応じた駆動トルクTdが駆動機106において発生し、第2制御信号D2に応じた制動トルクTbが制動機107において発生する。そのため、駆動トルクTdと制動トルクTbとの組み合わせにより、様々な操作感触を生み出す制御トルクT1を生成できる。
[0077]
 また、本実施形態に係る回転型操作装置100よれば、磁気粘性流体134の粘性を磁界制御部132の磁界で変化させることにより、操作部材102に印加される制動トルクTbが変化する。従って、操作部材102に機械的な摩擦力を加える方法に比べて、制動トルクTbの精密な制御が可能になる。
[0078]
 なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々のバリエーションを含んでいる。
[0079]
 例えば、上述した実施形態における図5の例では、遷移領域U以外の回転角において、第2制御信号D2の値を「DL2」に設定し、これにより一定の制動トルクTb(=TM3)を発生させているが、本発明はこの例に限定されない。本発明の他の例では、例えば図7に示すように、遷移領域U以外の回転角における定常的な制動トルクTbをゼロ(若しくは最小値)に設定してもよい。これにより、遷移領域Uにおいて明瞭なクリック感を生成しつつ、全体として軽い操作感触を得ることができる。
[0080]
 また、遷移領域U以外の回転角における第2制御信号D2の値は、図5の例のように一定である必要はなく、回転角に応じて変化させてもよい。これにより、軽快感や重厚感など、所望の操作感触を得ることが可能になる。
[0081]
 また、上述した実施形態では、遷移領域Uにおける制動トルクTbの設定値を一定にしているが、本発明はこの例に限定されない。本発明の他の例では、回転角センサ105において検出された回転角に基づいて回転速度(角速度)を算出し、遷移領域Uにおける制動トルクTbを回転速度に応じて変化させてもよい。例えば、回転速度が速くなるほど遷移領域Uにおける制動トルクTbを大きくしてもよい。
[0082]
 図8は、本発明の一変形例における制御部151Aの構成の一例を示すブロック図である。図8に示す制御部151Aは、図4に示す制御部151と同様な構成に加えて、角速度算出部164を有する。角速度算出部164は、回転角センサ105において検出された回転角に基づいて、操作部材102の回転の角速度を算出する。第2制御信号生成部163は、角速度算出部164において算出された角速度に応じて、遷移領域Uにおける制動トルクTbを変化させる。例えば第2制御信号生成部163は、角速度が大きくなるほど、遷移領域Uにおける制動トルクTbを大きくする。
[0083]
 このように、遷移領域Uにおける制動トルクTbを操作部材102の回転速度に応じて変化させることにより、回転速度に応じた知覚の変化によるクリック感の強さの変化を抑制し、安定したクリック感を生成することが可能になる。
[0084]
 上述した実施形態において挙げられている操作部材102の形状や構造、駆動機106における駆動トルクTdの発生手段、制動機107における制動トルクTbの発生手段、回転角センサ105における回転角の検出手段などは一例であり、それぞれ実施態様に合わせた他の形状、構造、機構、手段等に置き換え可能である。

符号の説明

[0085]
100…回転型操作装置、101…筐体、102…操作部材、105…回転角センサ、106…駆動機、107…制動機、108…処理部、109…記憶部、110…インターフェース部、111…ノブ、112…シャフト、120…電動機、121…回転子、122…固定子、123…駆動回路、124…駆動信号生成部、131…コイルケース、132…磁界制御部、133…対向面、134…磁気粘性流体、135…抵抗盤、136…駆動回路、137…駆動信号生成部、140…ロータリーエンコーダ、141…検出盤、142…光学検知部、151…制御部、155…プログラム、156…パターンデータ、161…角度データ生成部、162…第1制御信号生成部、163…第2制御信号生成部、164…角速度算出部、D1…第1制御信号、D2…第2制御信号、T1…制御トルク、Td…駆動トルク、Tb…制動トルク、AX…回転軸

請求の範囲

[請求項1]
 回転操作に応じて回転可能な操作部材と、
 前記操作部材の回転角を検出する回転角センサと、
 前記操作部材を回転駆動する駆動機と、
 前記操作部材の回転を摩擦力により制動する制動機と、
 前記回転角センサにおいて検出された前記回転角に応じて、前記駆動機の駆動トルクと前記制動機の制動トルクとの和である制御トルクを制御する制御部とを有し、
 前記制御部は、
  前記回転角の一方向への変化に伴って、前記操作部材の前記回転を促進する促進方向から当該回転を抑制する抑制方向へ前記制御トルクを変化させ、
  前記制御トルクが前記促進方向から前記抑制方向へ遷移する遷移領域を前記回転角が通過する場合、前記制動トルクをパルス状に増大させる、
 回転型操作装置。
[請求項2]
 前記回転角の変化可能な範囲において、前記遷移領域をそれぞれ含んだ複数の区間が設定されており、
 前記制御部は、前記複数の区間の各々において、前記回転角の前記一方向への変化に伴って、前記促進方向から前記抑制方向へ前記制御トルクを変化させる、
 請求項1に記載の回転型操作装置。
[請求項3]
 前記制御部は、2つの連続する前記遷移領域の間における前記抑制方向の前記制御トルクのピークを、前記遷移領域における前記抑制方向の前記制御トルクのピークより小さくする、
 請求項2に記載の回転型操作装置。
[請求項4]
 前記制御部は、2つの連続する前記遷移領域の間における前記制動トルクを最小値に設定する、
 請求項2又は3に記載の回転型操作装置。
[請求項5]
 前記制御部は、2つの連続する前記遷移領域の間において、前記制動トルクを一定の値に保持するか、又は、前記制動トルクを前記回転角に応じて変化させる、
 請求項2又は3に記載の回転型操作装置。
[請求項6]
 前記制御部は、
  前記回転角センサにおいて検出された前記回転角に応じて回転速度を算出し、
  前記遷移領域における前記制動トルクを前記算出した回転速度に応じて変化させる、
 請求項1乃至5の何れか一項に記載の回転型操作装置。
[請求項7]
 前記制御部は、前記回転速度が速くなるほど前記遷移領域における前記制動トルクを大きくする、
 請求項6に記載の回転型操作装置。
[請求項8]
 前記制動機は、前記操作部材に接触した磁気粘性流体と、前記制御部の指示に応じた磁界を発生し、当該磁界により前記磁気粘性流体の粘性を変化させる磁界制御部とを含む、
 請求項1乃至7の何れか一項に記載の回転型操作装置。
[請求項9]
 回転操作に応じて回転可能な操作部材に印加する制御トルクの制御を行う回転型操作装置の制御方法であって、
 前記回転型操作装置は、
  前記操作部材の回転角を検出する回転角センサと、
  前記操作部材を回転駆動する駆動機と、
  前記操作部材の回転を制動する制動機と
 を有し、
 前記制御トルクは、前記駆動機の駆動トルクと前記制動機の制動トルクとの和であり、
 前記回転角の一方向への変化に伴って、前記操作部材の回転を促進する促進方向から当該回転を抑制する抑制方向へ前記制御トルクを変化させることと、
 前記制御トルクが前記促進方向から前記抑制方向へ遷移する遷移領域を前記回転角が通過する場合、前記制動トルクをパルス状に増大させることとを有する、
 回転型操作装置の制御方法。
[請求項10]
 請求項9に記載の回転型操作装置の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]