(57)【要約】【課題】方向を含む情報を直感的に分かり易く伝達することができ、小型化・軽量化が可能な方向伝達装置を提供すること。【解決手段】方向伝達装置１０は、開口窓１１ａが形成された固定部１１と、固定部１１の背面に、所定間隙１３を保って配置され、開口窓１１ａに対して露出面が左右に移動可能な可動ステージ１２ａを有する可動部１２とを備え、情報伝達時、可動ステージ１２ａを所定方向に移動させ、開口窓１１ａを介して可動ステージ１２ａ上に接触させた皮膚の一部が、間隙１３に挟み込まれる力感覚を利用して方向を伝達する。【選択図】図１
2010191605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口窓が形成された固定部と、
前記固定部の背面に配置され、前記開口窓を介して接触させた皮膚の一部を所定方向に移動するステージを有する可動部と、
を備えることを特徴とする方向伝達装置。
【請求項２】
前記固定部と前記ステージは、所定間隙を保って配置されることを特徴とする請求項１記載の方向伝達装置。
【請求項３】
情報伝達時、前記開口窓に載置された皮膚の一部が、前記開口窓を介して前記ステージ上に接触した状態で、前記ステージを所定方向に移動させることを特徴とする請求項１記載の方向伝達装置。
【請求項４】
前記ステージ上に接触した皮膚の一部が、前記間隙に挟み込まれる時間、駆動パターンの間欠状態、又はこれらの組合わせにより情報を伝達することを特徴とする請求項１記載の方向伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力感覚を利用して方向などの情報を伝達する方向伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＺＴ素子による素子の変位を利用したアクチュエータがある。しかしＰＺＴのバルク素子は、例えば０．９ｍｍ×０．９ｍｍ×１．６ｍｍで定格電圧を印加した際の変位量は約１μｍ程度と変位量は小さい。ＰＺＴ素子そのものの変位量が小さいことから、変位を拡大するバイモルフ構造のＰＺＴ素子を利用する例が多くある。バイモルフ構造は、上下のピエゾ板間に導電板を挟んで一体化し、ピエゾ板あるいは導電板のいずれか一方を共通電極、他方をセグメント電極とした構造である。
【０００３】
特許文献１には、弾性導電材料からなる薄片の両板面に圧電材料からなる圧電層を積層した圧電素子片と、圧電素子片の基端部に位置する前記薄片の基端部を固定する固定手段と、圧電素子片の略中央部分を湾曲変位の自由度を持たせて支持する支持手段とを具備するバイモルフ構造の圧電アクチュエータが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、バイモルフ構造のＰＺＴ素子を利用してピンを上下する触覚刺激装置が記載されている。この触覚刺激装置は、音声などの音響情報を周波数分解し、振動ピンを夫々独立して振動させ、正確な振動パターンを指先に連続して与える。
【０００５】
特許文献３には、矢印が刻印された接触子を回転させて、指に方向を伝える触覚情報伝達装置が記載されている。この触覚情報伝達装置は、指と接触子の回転により形成される角度により、進行方向を呈示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平３−３２２３６号公報
【特許文献２】特開２０００−１６６９６２号公報
【特許文献３】特開２００５−３５２２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１，２に記載のバイモルフ構造のＰＺＴ素子を利用したアクチュエータにあっては、変位を拡大するために機構部の長手方向の距離寸法を必要としていたため、機器の小型化・軽量化が困難であった。例えば、特許文献２に記載の触覚刺激装置は、バイモルフ構造の長手方向のアームの長さを利用してピンの高さ方向の位置変化を大きくする構成であるため、構造的に小さく（すなわちアームを短く）すると、十分なピンの変位が得られず指先に刺激を伝えることができない。
【０００８】
いずれにしても、元々変位量の小さいＰＺＴ素子を利用する場合、バイモルフ構造を採らざるを得ず、このバイモルフ構造のＰＺＴ素子を利用したアクチュエータ自体がかなりの大きさと重量を持つことに加え、駆動電圧が高く、例えば携帯電話などに搭載することは全く不可能であった。
【０００９】
また、特許文献３に記載の触覚情報伝達装置は、接触子の回転や往復運動それ自体により情報を伝達していたため、皮膚がこの接触子に接触していたとしても、方向伝達が適切に行われるとは言いがたい。その理由について説明する。特許文献３には、接触子の往復運動の具体的構造や動作は何ら開示されていない。接触子の往復運動が可能であると仮定してみる。往復運動する接触子に指を接触し、指が往復運動を感知したとしても、感知した往復運動がどのような情報を伝達しようとしているか理解できない。また、接触子が回転する場合も、回転を感知できたからといってそれがどのような情報を持つのか直感的に理解できない。回転の意味と方向伝達とを、結びつける事前の学習が必要である。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、方向を含む情報を直感的に分かり易く伝達することができ、小型化・軽量化が可能な方向伝達装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の方向伝達装置は、開口窓が形成された固定部と、前記固定部の背面に配置され、前記開口窓を介して接触させた皮膚の一部を所定方向に移動するステージを有する可動部と、を備える構成を採る。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、方向を含む情報を直感的に分かり易く伝達することができる。また、装置の小型化・軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る方向伝達装置の全体構成を示す図
【図２】上記実施の形態に係る方向伝達装置の可動部の具体的な構成例を示す図
【図３】上記実施の形態に係る方向伝達装置の可動部の具体的な構成例を示す図
【図４】上記実施の形態に係る方向伝達装置の可動部の具体的な構成例を示す図
【図５】上記実施の形態に係る方向伝達装置の動作を説明する図
【図６】上記実施の形態に係る方向伝達装置の動作を説明する正面から見た断面図
【図７】上記実施の形態に係る方向伝達装置の多情報伝達方法を説明する図
【図８】本発明の実施の形態２に係る方向伝達装置の全体構成を示す図
【図９】本発明の実施の形態３に係る方向伝達装置の全体構成を示す図
【図１０】本発明の実施の形態４に係る方向伝達装置の全体構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る方向伝達装置の全体構成を示す図であり、図１（ａ）はその上面図、図１（ｂ）はその側面図である。本実施の形態は、指に各種情報を伝達する触覚呈示デバイスに適用した例である。
【００１６】
図１に示すように、方向伝達装置１０は、開口窓１１ａが形成された固定部１１と、固定部１１の背面に、所定間隙１３を保って配置され、開口窓１１ａに対して露出面が左右に移動可能な可動ステージ１２ａを有する可動部１２とから構成される。
【００１７】
固定部１１には、下部に設けられた可動部１２に対して、配置した指の皮膚が比較的多く接触するような大きさの開口窓１１ａが設けられている。本実施の形態では、開口窓１１ａは、正方形に近い矩形であるが、形状は正方形又は矩形に限定されるものではない。
【００１８】
図２乃至図４は、上記可動部１２の具体的な構成例を示す図である。上記可動部１２は、以下のような各種構造を採ることができる。
【００１９】
[リニアステージ構造の構成例]
図２に示すように、可動部２０は、モータ２１と、モータ２１の回転軸に取り付けられた溝付きシャフト２２と、溝付きシャフト２２の溝２２ａに歯合する爪２３ａを有する可動ステージ２３と、可動ステージ２３を直線方向に摺動させるリニアガイド２４とを備えて構成される。リニアステージ構造による可動部２０は、薄型化が可能であること、及び可動ステージ２３の線形移動が可能な利点がある。
【００２０】
[ベルト構造の構成例]
図３に示すように、可動部３０は、図示しないモータにより回転するプーリ３１と、プーリ３１の回転を受けて回転するプーリ３２と、プーリ３１とプーリ３２とを繋ぐリング状の幅広ベルト３３と、支持台３４とを備えて構成される。図３の例では、プーリ３１，３２の直径を大きく記載しているが、これは説明の便宜上であり、実際にはプーリ３１，３２の直径はもっと小さく、従って薄型化を図ることができる。ベルト構造による可動部３０は、構造が簡素であること、及び可動ステージ２３が線形移動する利点がある。
【００２１】
[ターンテーブル構造の構成例]
図４に示すように、可動部４０は、図示しないモータにより回転するターンテーブル４１を備えて構成される。ターンテーブル４１は、円盤形状であり、図示しないモータにより時計／反時計周りに回転する。ターンテーブル構造の可動部４０は、構造が簡素であること、薄型化が可能である利点がある。方向伝達装置１０を搭載する機器筐体の大きさに余裕がある場合に適用することができる。
【００２２】
上記いずれの構造においても、方向伝達装置１０は、開口窓１１ａを有する固定部１１と、固定部１１に対して所定間隙１３を保って左右に移動可能な可動ステージ１２ａを有する可動部１２とを備える。可動部１２は、開口窓１１ａに対して所定間隙１３を保ちつつ、ステージ移動できる構造であればどのような構成でもよい。
【００２３】
以下、上述のように構成された方向伝達装置１０の動作について説明する。
【００２４】
図５及び図６は、上記方向伝達装置１０の動作を説明する図であり、図５はその上面図、図６はその正面から見た断面図である。
【００２５】
図５及び図６に示すように、方向伝達装置１０は、固定部１１には、開口窓１１ａが設けられ、固定部１１の下には所定間隙１３を保って可動部１２が設けられる。
【００２６】
ユーザは、固定部１１に設けられた開口窓１１ａを介して、下部にある可動部１２の可動ステージ１２ａにある程度の力が加わるように指１を配置する。
【００２７】
[通常時]
可動部１２が動作していない場合を通常時とする。可動部１２が動作していない場合には、単に指１の先が可動部１２の可動ステージ１２ａに触れているだけである。
【００２８】
[方向伝達時]
方向伝達情報を含む情報を伝達する場合には、可動部１２を駆動し、可動部１２の可動ステージ１２ａを一方方向（例えば左方向）に移動させる。可動ステージ１２ａが一方方向に移動すると、可動ステージ１２ａ上に触れている指１の皮膚が移動方向側により摩擦により引っ張られる。摩擦により引っ張られた指１は、固定部１１と可動部１２との間に設けられた間隙１３に、指１の皮膚の一部が僅かに引っ張り込まれることになる。図６に示すように、ユーザは、この皮膚への上記摩擦により引っ張られる感覚（力覚）に加え（図６Ａ参照）、上記間隙１３により皮膚が引っ張り込まれる挟み込み感覚（触覚）（図６Ｂ参照）の、２つの異なる感覚を知覚することになる。すなわち、ユーザは、摩擦により指１が移動する時の引っ張り感覚と間隙１３に引き込む時の２つの感覚により方向を感知するので、方向をより敏感に感知することができる。以下詳細に説明する。
【００２９】
図５に示すように、可動部１２が動いていない状態で、固定部１１の開口窓１１ａに指１を置く。図示しない制御部（一般にはマイクロプロセッサにより構成される）により伝達したい方向が決定されると、制御部はその方向に可動部１２を動作させる。指１の一部は、開口窓１１ａを介して可動部１２の可動ステージ１２ａ上に載せられている一方、指１の他の部分は固定部１１に載せられている状態である。可動部１２が動作することにより、可動ステージ１２ａに接触している指１の皮膚は、可動ステージ１２ａと一緒に該当方向に移動しようとする。しかし、固定部１１に接触している指１の皮膚は動かないため、指１の皮膚は固定部１１と可動部１２との間の間隙１３に挟まれるような感触となる。ユーザはこの指１の皮膚が挟まれる部位（上下左右）を力感覚として捉えることにより、方向を把握することができる。
【００３０】
間隙１３量は、被験者の力感覚により違いはあるものの、ある範囲内であれば挟み込みを感じることができることを実験により確認した。可動ステージ１２ａの材質及び可動ステージ１２ａの移動速度により、少し異なるものの、間隙１３量は概略０．１５ｍｍ〜１．００ｍｍとすることが好ましい。なお、可動ステージ１２ａの移動速度は、力感覚の感知に余り影響を与えないことが実験により判明した。これに対し、間隙１３量は力感覚の感知にかなり影響する。但し、力感覚については被験者の個人差があるため、間隙１３量（０．１５ｍｍ〜１．００ｍｍ）の範囲よりも広いと考えられる。同様に、実験結果から開口窓１１ａの面積は、概略１０ｍｍ／□〜１５ｍｍ／□が好ましい。
【００３１】
[多情報伝達時]
可動部１２の移動方向は、１軸２方向である。したがって、一方方向と他方方向（例えば左方向と右方向、あるいは上方向と下方向）を呈示することができる。この呈示方向と、可動部１２の駆動パターンとを予め組み合わせるようにすれば、上記２方向に限らずより多くの情報を伝達することができる。
【００３２】
図７は、上記方向伝達装置１０の多情報伝達方法を説明する図である。
【００３３】
図７に示すように、可動部１２を駆動させ続ける時間又は間欠状態により複数の駆動パターンＡ，Ｂを予め設定しておく。ユーザは、このような駆動パターンＡ，Ｂによる情報伝達の意味を理解しているものとする。
【００３４】
ユーザに各種情報を伝達する場合、方向伝達装置１０は、ステップＳ１において呈示方向を決定し、ステップＳ２で可動方向を、通常の方向伝達か多情報伝達かを判別する。実際には、上記決定及び判別は、方向伝達装置１０を使用して情報を伝達しようとする図示しない制御部の制御である。例えば、図７のステップＳ３に示すように、駆動パターンＡを、２方向の方向伝達のパターンとすると、ステップＳ４の駆動パターンＢでは、上記２方向の方向伝達情報以外の情報を伝達することができる。一例を挙げると、図７のパターン例(1)の駆動パターンＢでは、図７のパターン例(1)の駆動パターンＡに比べ、可動部１２の駆動時間が長い。このような場合は、単に方向伝達ではなく、ユーザに何らかのメッセージ（例えば所定キー操作の指示）を伝達しているとする。同様に、図７のパターン例(2)の駆動パターンＢのような間欠動作によっても、ユーザに何らかのメッセージ（例えば、その方向での確定キー操作の指示）を伝達しているとする。
【００３５】
このように、呈示方向と駆動パターン（パターン種類）を組み合わせることにより、２方向以上の情報伝達が可能である。なお、図７に示す駆動パターンは、一例であり、その他のパターンが使用できることは勿論である。
【００３６】
以上詳細に説明したように、本実施の形態の方向伝達装置１０は、開口窓１１ａが形成された固定部１１と、固定部１１の背面に、所定間隙１３を保って配置され、開口窓１１ａに対して露出面が左右に移動可能な可動ステージ１２ａを有する可動部１２とを備え、情報伝達時、可動ステージ１２ａを所定方向に移動させ、開口窓１１ａを介して可動ステージ１２ａ上に接触させた皮膚の一部が、間隙１３に挟み込まれる力感覚を利用して方向を伝達する。この指１の皮膚が挟まれる部位（上下左右）を力感覚として捉えることにより、目的とする方向を呈示することができる。本方向伝達装置１０を利用すれば、場所への到達のために必要な情報を効果的、かつ事前学習なく直感的に伝達することができる。また、小型化・軽量化が実現可能であるため、携帯電話などの携帯機器に汎用的に適用することができる。
【００３７】
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２に係る方向伝達装置の全体構成を示す図である。図１と同一構成部分には、同一符号を付している。
【００３８】
図８に示すように、方向伝達装置５０は、開口窓１１ａが形成された固定部１１と、固定部１１の背面に、所定間隙１３を保って配置され、開口窓１１ａに対して露出面が上下に移動可能な可動ステージ５２ａを有する可動部５２とから構成される。
【００３９】
固定部１１には、下部に設けられた可動部５２に対して、配置した指の皮膚が比較的多く接触するような大きさの開口窓１１ａが設けられている。
【００４０】
可動部５２は、前記図２乃至図４のような各種構造を採ることができる。
【００４１】
本実施の形態によれば、上下方向において、実施の形態１と同様の効果、すなわち方向を含む情報を直感的に分かり易く伝達することができ、装置の小型化・軽量化を図ることができる。
【００４２】
（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３に係る方向伝達装置の全体構成を示す図であり、図９（ａ）はその上面図、図９（ｂ）はその側面図である。図１と同一構成部分には、同一符号を付している。
【００４３】
図９に示すように、方向伝達装置６０は、開口窓１１ａが形成された固定部１１と、固定部１１の背面に、所定間隙１３を保って配置され、開口窓１１ａに対して左右に移動可能な可動ステージ１２ａを有する可動部１２と、可動ステージ１２ａ上に貼り付けられたゴム６１とから構成される。
【００４４】
また、ゴム６１の貼り付けに代えて、樹脂などによる一体成型により可動ステージ１２ａ表面に滑り難い加工を施す態様でもよい。
【００４５】
本実施の形態によれば、指との摩擦力を増加させることができ、実施の形態１の効果をより一層高めることができる。
【００４６】
（実施の形態４）
図１０は、本発明の実施の形態４に係る方向伝達装置の全体構成を示す図であり、図１０（ａ）はその上面図、図１０（ｂ）はその側面図、図１０（ｃ）はその指がある場合の上面図である。
【００４７】
図１０に示すように、方向伝達装置７０は、筐体等の端部に設けられた固定部７１と、固定部７１の端面に形成された開口窓７１ａと、開口窓７１ａに対して露出面が回転移動する回転可動部７２とから構成される。
【００４８】
回転可動部７２は、図示しないモータにより回転する回転ダイヤル形状であり、時計／反時計周りに回転する。回転可動部７２の表面は、指１と摩擦力が生じるような成型物であることが好ましい。また、実施の形態３のようにゴムなどを貼り付けられていてもよい。
【００４９】
本実施の形態によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。特に、本実施の形態の方向伝達装置７０は、筐体の端部に設ける場合に適している。
【００５０】
以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明は上記各実施の形態に限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変更が可能であり、本発明がこれらに及ぶことは当然である。
【００５１】
また、本方向伝達装置を、入出力デバイスを搭載する各種装置、例えば移動体装置、コントローラ、ナビゲーション装置に適用し、これらの装置から方向を含む情報を伝達する構成も勿論可能である。
【００５２】
また、上記各実施の形態では、方向伝達装置という名称を用いたが、これは説明の便宜上であり、触覚情報伝達装置、指方向伝達デバイス等であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係る方向伝達装置は、指などの接触呈示対象部位に各種情報を伝達する触覚呈示デバイスに用いて有用である。
【符号の説明】
【００５４】
１０，５０，６０，７０  方向伝達装置
１１，７１  固定部
１１ａ，７１ａ  開口窓
１２，２０，３０，４０，５２  可動部
１２ａ，２３，５２ａ  可動ステージ
６１  ゴム
７２  回転可動部
【図１】
2010191605.tif 000003
【図２】
2010191605.tif 000004
【図３】
2010191605.tif 000005
【図４】
2010191605.tif 000006
【図５】
2010191605.tif 000007
【図６】
2010191605.tif 000008
【図７】
2010191605.tif 000009
【図８】
2010191605.tif 000010
【図９】
2010191605.tif 000011
【図１０】
2010191605.tif 000012