(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面及び前記表面と対向する裏面を備え、利用者が手の平を接触させることができる表面積を有する被接触部材と、
前記被接触部材の前記裏面に対して熱伝達可能に配置されて、冷却指令または発熱指令に応じて、前記被接触部材を部分的に冷却または加熱する複数の熱電モジュールと、
前記冷却指令または前記発熱指令を発生する制御指令発生装置とを具備し、
前記複数の熱電モジュールが、前記手の平に複数の前記熱電モジュールから同時に熱を伝達することができる密度で、前記裏面に沿ってマトリックス状に配置されている冷温感覚ディスプレイ装置の駆動方法であって、
前記冷却指令または発熱指令が供給される１つの前記熱電モジュールが、前記冷却指令または発熱指令が供給される複数の他の前記熱電モジュールと連続する状況になるときには、前記１つの熱電モジュールへの前記冷却指令または発熱指令の供給を停止することを特徴とする冷温感覚ディスプレイ装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、利用者が手の平の温度感覚で情報を取得できる冷温感覚ディスプレイ装置の駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＷＯ２００８／０１０５４０（特許文献１）には、映像によって示されている映像の部分の温度状況を、映像の目的部分を触ることにより、直接的に触覚によって観察者に伝達することができる冷温感覚ディスプレイ装置が開示されている。このディスプレイ装置は、ディスプレイ・ユニットと、映像投影装置と、制御ユニットから構成される。ディスプレイ・ユニットは、表示部材を支持する支持台と、支持台の内部に配置された複数の熱電モジュールとを備えている。制御指令発生装置と複数の熱電モジュールとにより、観察者が触った表示部材の表示面の位置に表示されている映像（特定領域）に対応する映像表示部分を冷却または加熱する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２００８／０１０５４０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の冷温感覚ディスプレイ装置では、表示面に必ず映像があるため、視覚と触覚によりディスプレイ装置が提示するイメージ情報を認識できる。しかしながら従来の装置で、映像を除いて冷温感覚だけで情報を提示した場合、従来の装置では、利用者に十分にイメージ情報を伝達することができない問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、冷温感覚だけでもイメージ情報を伝達することができる冷温感覚ディスプレイ装置の駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の方法が駆動の対象とする冷温感覚ディスプレイ装置は、表面及び表面と対向する裏面を備え、利用者が手の平を接触させることができる表面積を有する被接触部材と、被接触部材の裏面に対して熱伝達可能に配置されて、冷却指令または発熱指令に応じて、被接触部材を部分的に冷却または加熱する複数の熱電モジュールと、冷却指令または発熱指令を発生する制御指令発生装置とを具備してなる冷温感覚ディスプレイ装置である。熱電モジュールは、例えばペルチエ素子を利用して構成することができ、電流の通電方向を変えることにより被接触部材の裏面を冷却したり、または加熱したりすることができるものである。その構造は任意であり、汎用品を使用することができる。なお表示の仕方によっては、冷却専用の熱電モジュールだけ、または加熱専用の熱電モジュールだけを使用してもよい。本発明においては、手の平に複数の熱電モジュールから同時に熱を伝達する（冷却と加熱の両方を含む）ことができる密度で、裏面に沿ってマトリックス状に配置されている。仮に手の平の面積が１５０ｃｍ2であり、熱電モジュールの接触部の表面積が１５ｃｍ2であったとすると、同時に１０個の熱電モジュールから熱が伝達される。このように複数の熱電モジュールの密度を増加させると、手の平を移動させることなくイメージ情報を伝達することが可能になる。そのため本発明によれば、従来よりも確実に冷温感覚だけでイメージ情報を伝達する（識別する）ことが可能になる。なお本発明の実施にあたって、映像表示を付加することは除外されるものではない。
【０００７】
伝達性能または識別性能をより高めるためには、制御指令発生装置は、複数の熱電モジュールの一部に冷却指令及び発熱指令の一方を供給して被接触部材の一部領域を冷却または加熱するときに、被接触部材の一部領域の輪郭を手の平で感じる温度差で明示するように、冷却指令及び発熱指令の一方を供給した複数の熱電モジュールに隣接する複数の熱電モジュールに冷却指令及び発熱指令の他方を供給することが好ましい。このようにすると冷却または加熱によって形成されるイメージの輪郭を境にして温度が大きくなるため、イメージの輪郭の識別が容易になる。なおこの場合には、冷却と加熱の両方を行うことができる性能を備えた熱電モジュールをマトリックス状に配置する必要があるのは勿論である。
【０００８】
また制御指令発生装置は、複数の熱電モジュールの一部への冷却指令及び発熱指令の一方の供給を終了した後、複数の熱電モジュールの一部に冷却指令及び発熱指令の他方を所定時間供給するのが好ましい。このようにすると、冷却または加熱に使用された熱電モジュールの温度を周囲温度に早期に復帰させることができる。そのためディスプレイ装置の応答速度を速めることができる。
【０００９】
本発明の冷温感覚ディスプレイ装置の駆動方法では、複数の熱電モジュールの一部に冷却指令及び発熱指令の一方を供給して被接触部材の一部領域を冷却または加熱し、同時に冷却指令及び発熱指令の一方を供給した複数の熱電モジュールに隣接する複数の熱電モジュールに冷却指令及び発熱指令の他方を供給して、被接触部材の一部領域の輪郭を手の平で感じる温度差で明示する。
【００１０】
なお冷却指令または発熱指令が供給される１つの熱電モジュールが、冷却指令または発熱指令が供給される複数の他の熱電モジュールと連続する状況になるときには、１つの熱電モジュールへの冷却指令または発熱指令の供給を停止してもよい。発明者は、人が手の平で二つの熱源の存在を識別する能力には、限界があり、二つの熱源の距離が近くなると、二つの熱源の存在を識別できなくなる現象があることを見出した。そこで手の平と対向するすべての熱電モジュールを冷却または加熱しなくても、利用者にイメージ情報を伝達することが可能になる。その結果、上記のように熱電モジュールを制御すれば、使用電力量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の駆動方法で駆動する冷温感覚ディスプレイ装置の一例の平面図及び側面図である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は、被接触部材を外して内部構造を示すために段階的に部品を示す平面図と、段階的に構成部品を示すように断面を取った断面図である。
【図３】図１の冷温感覚ディスプレイ装置を駆動する方法の一例を説明するために用いる図である。
【図４】図１の冷温感覚ディスプレイ装置を駆動する方法の他の一例を説明するために用いる図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の駆動方法で駆動する冷温感覚ディスプレイ装置の実施の形態の一例の平面図及び側面図を示している。また図２（Ａ）及び（Ｂ）は、合成樹脂材料からなる被接触部材７を外して内部構造を示すために段階的に部品を示す平面図と、段階的に構成部品を示すように断面を取った断面図である。本実施の形態の冷温感覚ディスプレイ装置１は、ディスプレイ・ユニット３と、制御ユニットを構成する制御指令発生装置５とから構成される。制御指令発生装置５は、制御指令発生装置を内部に有しているが、映像を使用する場合には映像信号発生装置も内部に含むことになる。なお図１には、電源等のその他の必要手段の図示は省略してある。
【００１３】
ディスプレイ・ユニット３は、図２に示すように、表面７Ａと裏面７Ｂとを備えた被接触部材７と、被接触部材７を支持する枠部材９と、枠部材９の内部に配置された複数の熱電モジュール１１とを備えている。枠部材９は、上面に開口部９ａを有する箱体９ｂを備えている。箱体９ｂの１つの側壁には、通気口９ｃと複数の電気ケーブル９ｄとを備えている。被接触部材７は、箱体９ｂの開口部９ａを塞ぐように配置されている。
【００１４】
熱電モジュール１１は、後述するペルチエ素子１３のような熱電素子と、放熱用ヒートシンク１５と、冷却ファン１７と、制御指令に応じて熱電素子に電流を個別に通電する図示しない個別電流供給手段とから構成される。これらの個別電流供給手段は、制御指令発生装置５内に内蔵されている。放熱用ヒートシンク１５は熱電モジュール１１が冷却に使用されるときにペルチエ素子１３から発生する熱を放熱する目的で配置されている。そして冷却ファン１７は、冷却効率を高めるために利用される。複数の熱電モジュール１１が、制御指令発生装置５からの制御指令に応じて吸熱作用または加熱作用を発揮することにより、複数の熱電モジュール１１とそれぞれ対応する被接触部材７の複数の領域が、冷却されたり、加熱される。この冷却及び／または加熱により、被接触部材７上に温度差が発生する。利用者は、この温度差を手の平Ｈで感じ取ることにより、冷温感覚（冷たい感覚と、温かい感覚）によるイメージ情報ＩＧを感受することになる。なお図１（Ａ）には破線で手の平を表示し、またＴの文字のイメージ情報を例として示してある。
【００１５】
被接触部材７の構造は、裏面７Ｂ側から複数の熱電モジュール１１により冷却及び／または加熱することが可能なものであれば、いかなる構造のものであってもよい。本実施の形態では、被接触部材７の表面７Ａに８×１０に四角形状の８０個の領域が判るように半透明のフラットプレートが用いられている。なお表面７Ａが湾曲していても、また表面に凹凸があるものでもよい。
【００１６】
なお図２においては、一部の熱電モジュール１１に符号を付してある。被接触部材７の表面７Ａを全体的にまたは部分的に冷却または加熱するために、複数の熱電モジュール１１は、それぞれ吸熱と発熱の両方を選択的に実行できる熱電モジュールにより構成されている。複数の熱電モジュール１１は、被接触部材７の裏面に沿ってマトリックス状に配置されている。この例では、横に１０個縦に８個のペルチエ素子を用いた熱電モジュール１１が、マトリックス状に並べられている。なお冷却のみであれば、全ての熱電モジュール１１を吸熱用熱電モジュールとすればよい。また加熱のみであれば、全ての熱電モジュール１１を発熱用熱電モジュールとすればよい。本実施の形態で用いる熱電モジュール１１は、発熱用と吸熱用のペルチエ素子をそれぞれ備えていて、図１（Ｂ）の制御指令発生装置５から出力される制御指令（冷却指令または発熱指令）に応じて、吸熱状態または発熱状態になる。図２（Ｂ）に示すように放熱用ヒートシンク１５はペルチエ素子１３と接触するプレート部の下に複数の放熱フィン１５Ａを備えている。また放熱用ヒートシンク１５と冷却ファン１７との間には中央部に通気孔を備えた仕切板１６が配置されている。
【００１７】
本実施の形態の冷温感覚ディスプレイ装置は、温度感覚をインタラクティブに表示できる情報提示用小型ディスプレイとして利用できる。国籍や年齢、視覚障害などのハンディキャップにかかわらない温度による触覚表現と情報伝達の可能性を提案した。具体的な実施品では、１５ｍｍ×１５ｍｍの熱電モジュール１１を使用して小型化（８０ピクセル）が可能になった。そのため表示できる場所や携帯が可能で、よりアクセシブルな触覚表示ディスプレイとして応用できる。シンプルな表示装置にすることで、付加機能としてタッチパネルやプロジェクター、スキャナーなどの外部装置を装着し、状況に合わせた提示が可能になる。また、遠隔地からの情報送信によって温度が変化するシステムを付加すれば、日常の情報活動を支援する遠隔地からの触覚コミュニケーションが可能になる。
【００１８】
図１及び図２には示していないが、被接触部材７の表面７Ａ上にイメージ情報を示す映像を映してもよい。具体的には、プロジェクターを被接触部材７の上部に設置することで、画像を被接触部材７の表面７Ａ上に投影できる。同時に音声出力の表示を行ってもよい。
【００１９】
次に図３を用いて、上記実施の形態の温感覚ディスプレイ装置の駆動方法の一例を説明する。図１の実施の形態では、イメージ情報ＩＧを表示する領域［図１（Ａ）にハッチングを施した領域］に対応する部分にある複数の熱電モジュール１１だけに発熱指令を与えて発熱状態にしてイメージ情報を提示している。例えば、複数の熱電モジュール１１でイメージ情報ＩＧを表示する領域を加熱して「Ｔ」のイメージ情報を表示する場合、図３に示す例では、「Ｔ」のイメージ情報を表示するために発熱指令を受けて発熱状態になる複数の熱電モジュールに隣接する複数の熱電モジュールに冷却指令を供給する。図３の例では、複数のドットを付した領域が隣接する複数の熱電モジュールにより冷却されて、温度が低下している。このようにすると、被接触部材７の「Ｔ」のイメージ情報を示す領域の輪郭を手の平で十分に感じることができる温度差で明示することができる。このようにすれば冷温感覚を最大限活用してイメージ情報を利用者に提供することができる。
【００２０】
図４は、別の駆動方法を説明するために用いる図である。冷却指令または発熱指令が供給される１つの熱電モジュールが、冷却指令または発熱指令が供給される複数の他の熱電モジュールと連続する状況になるときには、図４に示すように、１つの熱電モジュールへの冷却指令または発熱指令の供給を停止することも可能である。図４の例では、「Ｔ」のイメージ情報を一つおきの熱電モジュールを加熱または冷却状態とすることにより表示することを示している。人が手の平で二つの熱源の存在を識別する能力には、限界があることが判っている。すなわち、二つの熱源の距離が近くなると、二つの熱源の存在を識別できなくなる現象がある。そこで手の平と対向するすべての熱電モジュールを冷却または加熱しなくても、利用者にイメージ情報を伝達することが可能になることが判った。そこで図４に示すように、熱電モジュールを制御すれば、使用電力量を低減することができる。この制御方法は、駆動する熱電モジュールの数が多くなる場合に特に有効である。
【００２１】
本実施の形態の装置を、遠隔地からの情報送信によって遠隔地から温度制御をできるようにしてもよい。このようにすれば、日常の情報活動を支援する遠隔地からの触覚コミュニケーションが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明のように、複数の熱電モジュールの密度を増加させると、手の平を移動させることなくイメージ情報を伝達することが可能になる。そのため本発明によれば、従来よりも確実に冷温感覚だけでイメージ情報を伝達する（識別する）ことが可能になる。そのため本発明によれば、視覚障害などのハンディキャップにかかわらない温度による触覚表現と情報伝達の可能性を提案することができる。
【符号の説明】
【００２３】
１  冷温感覚ディスプレイ装置
３  ディスプレイ・ユニット
５  制御指令発生装置
７  被接触部材
９  枠部材
１１  熱電モジュール
１３  ペルチエ素子
１５  放熱用ヒートシンク
１７  冷却ファン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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