(57)【要約】      （修正有）【課題】振動による連続的な変化を感じさせるのではなく、へこみ感といった定常的な感触を、操作者の操作箇所に応じて与える。【解決手段】触覚呈示装置１００は、少なくとも操作者の接触面側が弾性体１１１によって形成された基材１１０と、基材に巻き付けられ、区分された複数の通電部に対して選択的に通電して収縮させるように電源とグランドが接続されている形状記憶合金であるＳＭＡ線１２０とを備える。また、電子機器は、上記の触覚呈示装置を備えて、例えば、表示部に表示される映像の変化と形状記憶合金への通電を連動させる。【選択図】図１
2014167775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも操作者の接触面側が弾性体によって形成された基材と、
前記基材に巻き付けられ、区分された複数の通電部に対して選択的に通電して収縮させるように電源とグランドが接続されている形状記憶合金と
を備える触覚呈示装置。
【請求項２】
前記複数の通電部の少なくとも一部は、前記基材に巻き付けた前記形状記憶合金の所定周期に対応して区分されている請求項１に記載の触覚呈示装置。
【請求項３】
前記複数の通電部のうち互いに隣接する通電部の少なくとも一組は、共通の導線を介して前記グランドに接続されている請求項１または２に記載の触覚呈示装置。
【請求項４】
前記基材は、前記弾性体と支持体とを有し、
前記弾性体と前記支持体のうち少なくとも一方は導電性素材により形成され、前記グランドに接続されている請求項１から３のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
【請求項５】
複数の前記形状記憶合金が前記基材に巻き付けられ、
複数の前記形状記憶合金のうち少なくとも一組は、互いに交差するように前記基材に巻き付けられている請求項１から４のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
【請求項６】
前記弾性体は、前記形状記憶合金に沿う方向の弾性率が、前記沿う方向に対して直交する方向の弾性率よりも高い請求項１から５のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
【請求項７】
前記基材は、円弧形状または円環形状である請求項１から６のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
【請求項８】
前記基材は、前記円弧形状または前記円環形状の外周側が前記弾性体によって形成されている請求項７に記載の触覚呈示装置。
【請求項９】
前記円弧形状または前記円環形状の中心軸に対して、外周側に現われる前記形状記憶合金が斜交するように巻かれている請求項８に記載の触覚呈示装置。
【請求項１０】
前記弾性体と前記形状記憶合金を覆う被覆を備える請求項１から９のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
【請求項１１】
前記操作者の接触操作を検出する検出部と、
前記検出部による検出に同期して前記形状記憶合金に通電する制御部とを備える請求項１から１０のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の触覚呈示装置を備える電子機器。
【請求項１３】
表示部を備え、
前記制御部は、前記形状記憶合金への通電と前記表示部に表示される映像の変化を連動させる請求項１２に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触覚呈示装置および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
触覚子の一端が取り付けられた形状記憶合金に対するパルス電圧のオンオフを制御し、制御に応じた形状記憶合金の伸縮によって触覚子を振動させることにより、触覚子の他端に接触している操作者に触覚を与える装置が知られている（特許文献１参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２００８−２６２４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
振動による連続的な変化を感じさせるのではなく、へこみ感といった定常的な感触を、操作者の操作箇所に応じて与えることができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様における触覚呈示装置は、少なくとも操作者の接触面側が弾性体によって形成された基材と、基材に巻き付けられ、区分された複数の通電部に対して選択的に通電して収縮させるように電源とグランドが接続されている形状記憶合金とを備える。
【０００５】
本発明の第２の態様における電子機器は、上記の触覚呈示装置を備える。なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施例に係る触覚呈示装置を説明する説明図である。
【図２】第２実施例に係る触覚呈示装置を説明する説明図である。
【図３】形状記憶合金線を交差させる場合を説明する説明図である。
【図４】第３実施例に係る触覚呈示装置を説明する概説明図である。
【図５】第４実施例に係る触覚呈示装置を説明する概説明図である。
【図６】触覚呈示装置を電子機器に適用した場合の外観図である。
【図７】触覚呈示装置を組み込んだ電子機器のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
本実施形態における以下の各実施例に係る触覚呈示装置は、線状に加工された形状記憶合金の収縮、伸長を利用して、接触する操作者の指等に凹凸感を付与する装置である。収縮する形状記憶合金が弾性部材に食い込むと、弾性部材は形状記憶合金に沿って溝状に締め付けられ、弾性部材に接触している操作者は、当該溝状の変形をへこみ感（凹状感）として感知する。また、収縮が解除されて伸長すると元の平面に戻るので、へこみ感は解消する。形状記憶合金の収縮、伸長は、当該形状記憶合金への通電により制御する。形状記憶合金に通電すると、当該形状記憶合金は、発生する熱により収縮する。通電を停止すると放熱して元の長さまで伸長する。ここで、「形状記憶合金が弾性部材に食い込む」とは、形状記憶合金が、弾性部材を弾性破壊することなく、弾性体を変形させ、弾性部材に沈み込むことである。形状記憶合金が弾性部材に食い込むことによって、当該弾性部材は物理的な形状としての溝が一定時間にわたって形成される。このように形成された溝は、その一定時間にわたって、操作者に溝としてのへこみ感を知覚させることができる。すなわち、触覚呈示装置は、操作者へ、形成された形状をそのような形状として感じさせる定常的なへこみ感を知覚させることができる。
【０００９】
なお、形状記憶合金の線径、弾性部材の素材などの選択によっては、急峻な溝形状を実現することもできる。接触する指に対する溝幅を一定の割合以下に調整すれば、物理的な形状が溝形状であっても、操作者は生体反応として凸状に感じる場合があることが知られている。したがって、以下の各実施例における触覚呈示装置は、へこみ感を付与することを前提として説明するが、形状記憶合金の線径などの選択によってはつばくみ感（凸状感）を付与することもできることに留意すべきである。以下に、各実施例の構成と特徴を順次説明する。
【００１０】
図１は、第１実施例に係る触覚呈示装置１００を説明する説明図である。図１（ａ）は、結線構造を単純化して示した斜視図であり、図１（ｂ）は、一部が変形した状態を示す側面図である。
【００１１】
基材１１０は、操作者の指が接触する側を構成する弾性体１１１と、弾性体１１１を支持、固定する支持体１１２とを含む。弾性体１１１は、弾力のある半円筒形を成し、例えば絶縁性のシリコンゴムにより形成されている。支持体１１２は、弾性体１１１よりも高硬度素材である例えばポリカーボネイトにより、板状に形成されている。図示するように、弾性体１１１のうち円筒軸を含む平面と、支持体１１２の板面とが、後述する圧力センサ１３０を部分的に挟み込んで重ね合わされ、例えば接着剤により固定されている。
【００１２】
ＳＭＡ（Ｓｈａｐｅ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ａｌｌｏｙ）線１２０は、例えばチタンとニッケルの合金を線状に加工した形状記憶合金である。ＳＭＡ線１２０は、円筒軸方向に予め定められた周期間隔となるように、基材１１０の表面に巻き付けられている。周期間隔は、操作者の指が弾性体１１１に接触する約１０ｍｍ四方を少なくとも一ラインが交差するように、すなわち１０ｍｍ以下に定められることが好ましい。
【００１３】
本実施例においては、ＳＭＡ線１２０が基材１１０を１周するごとに、電源線１５０とグランド線１６０が交互に接続されている。また、それぞれの電源線１５０にはスイッチ１４０が接続されており、それぞれのスイッチ１４０にはアドレス線１７０が接続されている。アドレス線１７０は、選択回路に接続されており、選択回路は、アドレス線１７０を介して、任意のスイッチ１４０の開閉を実行する。
【００１４】
アドレス線１７０を介してあるスイッチ１４０が閉じられると、当該スイッチ１４０が接続されている電源線１５０から、一周前のグランド線１６０までと一周先のグランド線１６０までの２周分のＳＭＡ線１２０に電流が流れる。すると、当該２周分のＳＭＡ線１２０が収縮して弾性体１１１に食い込み、弾性体１１１は溝状にへこむ。具体的には、図１（ｂ）に示すように、ＳＭＡ線１２０によって締め付けられた部分は半円筒形の頂点部において溝状にΔｄだけ沈み込み、これに応じてその周囲も全体的に窪む。
【００１５】
一方、スイッチ１４０が開いた状態であれば、当該スイッチ１４０が接続されている電源線１５０から、一周前のグランド線１６０までと一周先のグランド線１６０までの２周分のＳＭＡ線１２０には電流が流れない。したがって、当該２周分のＳＭＡ線１２０は収縮することなく、したがって、弾性体１１１もへこむことがない。
【００１６】
弾性体１１１は、ＳＭＡ線１２０の収縮により上記のように変形するが、支持体１１２は、剛性の高い板状部材であるので、ＳＭＡ線１２０が収縮しても変形することはない。したがって、弾性体１１１のうち支持体１１２に隣接する部分においてはそれほど収縮力を受けず、支持体１１２から離れた上記の頂点部近傍が最も収縮力を受ける。すなわち、弾性体１１１は、操作者の接触が想定される頂点部近傍が最も変位する。
【００１７】
このように、触覚呈示装置１００は、グランド線１６０が接続されるＳＭＡ線１２０の２周分ごとに区分される。換言すれば、ＳＭＡ線１２０は、その巻き付け周期において２周分ごとに区分されて、それぞれが通電部を構成していると言える。すなわち、電源線１５０とスイッチ１４０は、それぞれの通電部ごとにひとつずつ設けられ、それぞれの通電部は、選択回路によるスイッチ１４０の選択に応じて、選択的かつ独立的に収縮することができる。
【００１８】
なお、ここで言う巻き付け周期は、ＳＭＡ線１２０を基材１１０に対して螺旋状に１周させた場合を１周期とする繰り返し単位である。また、一周の起点と終点の巻き軸方向に対する距離を１ピッチとする。本実施例においては、２周期ごとにＳＭＡ線１２０をグランド線１６０と接続して、ひとつの通電部を２周期で構成したが、例えば１０周期、１００周期で構成しても良い。この場合、ピッチを狭くすれば、すなわちＳＭＡ線１２０を密に巻回すれば、食い込む溝幅を広くしたり、ギザギザ状の溝にしたりすることもできる。
【００１９】
なお、このようにグランド線１６０が接続される単位ごとに通電部が構成されている場合は、互いに隣接する通電部がグランド線１６０を共有しているとみなすことができる。つまり、それぞれの通電部が両端に各々グランド線１６０を有さなくても、隣接する通電部の一組が一つのグランド線１６０を共有すれば良い。このように、隣接する通電部の少なくとも一組がグランド線１６０を共有すれば、配線を簡素に構成することができる。
【００２０】
圧力センサ１３０は、それぞれの通電部に対応して設けられている。具体的には、圧力センサ１３０は、当該通電部を成すＳＭＡ線１２０が上記の頂点部を通過する位置の直下に、弾性体１１１と支持体１１２の間に挟み込まれて設置される。圧力センサ１３０は、例えばひずみゲージが用いられる。
【００２１】
それぞれの通電部は、対応する圧力センサ１３０と共に触覚部を構成する。操作者がある触覚部における弾性体１１１の表面領域に触れると、圧力センサ１３０が当該接触に応じた出力信号を、検出回路線１８０を介して検出回路に出力する。検出回路は、いずれの触覚部で接触を検出したかを同定して、検出結果を制御部に引き渡す。制御部は、検出結果を受け取ると、これに同期して、選択回路を介して当該触覚部を構成する通電部に接続されたスイッチ１４０を閉じる。すると、当該通電部を成すＳＭＡ線１２０に電流が流れ、操作者が触れた弾性体１１１の表面領域がへこむ。これにより、操作者は、弾性体１１１の表面を軽く触れただけで、大きなへこみ感を感じる。弾性体１１１が操作者の押圧によるへこみ量以上にへこむと、操作者は、へこみ感を引き込まれ感として感知し得る。
【００２２】
制御部は、例えば１秒程度の予め定められた時間が経過したらスイッチ１４０を開く。すると、当該通電部を成すＳＭＡ線１２０は放熱して元の長さにまで戻る。すなわち、締め付けられていた弾性体１１１は元の形状に戻る。このとき、操作者がまだ弾性体１１１の表面を触れていれば、弾性体１１１には、その押圧による変形のみが残る。
【００２３】
なお、ＳＭＡ線１２０が巻き付けられた弾性体１１１の接触面は、ＳＭＡ線１２０ごと保護膜により被覆されると良い。この場合、保護膜は、弾性体１１１の弾力性を妨げないことが好ましい。保護膜は、例えばラバー塗装により形成される。
【００２４】
図２は、第２実施例に係る触覚呈示装置２００を説明する説明図である。図２（ａ）は、結線構造を単純化して示した斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ断面における変形の様子を示した断面図である。
【００２５】
基材２１０は、操作者の指が接触する側を構成する弾性体２１１と、弾性体２１１を支持、固定する支持体２１２とを含む。基材２１０は、弾性体２１１を外周側とし、支持体２１２を内周側とする円環形状を成す。弾性体２１１は、例えば導電性シリコンゴムにより形成されており、全体がグランド電位となるように、グランド線２６０により接地されている。支持体２１２は、弾性体２１１よりも高硬度素材である例えばポリカーボネイトにより形成されている。図示するように、外周側の弾性体２１１と内周側の支持体２１２は、円環軸を中心軸とする円筒面で互いに接し、圧力センサ２３０を部分的に挟み込んで重ね合わされ、例えば接着剤により固定されている。なお、図２（ａ）においては、図１（ａ）と異なり、Ａ断面に対応する位置の圧力センサ２３０のみを示している。
【００２６】
ＳＭＡ線２２０は、上記のＳＭＡ線１２０と同様の線状素材である。ＳＭＡ線２２０は、円環形状の周方向に予め定められた周期間隔となるように、基材２１０の表面に巻き付けられている。周期間隔は、第１実施例と同様に、１０ｍｍ以下に定められることが好ましい。
【００２７】
本実施例においては、ＳＭＡ線２２０が基材２１０を１周するごとに電源線２５０が接続されている。電源線２５０が接続される接続ポイント２２１は、支持体２１２側に設定されている。ＳＭＡ線２２０は、接続ポイント２２１において摺動しないように、支持体２１２の表面に、例えば接着剤により固定されている。それぞれの電源線２５０にはスイッチ２４０が接続されており、それぞれのスイッチ２４０には、第１実施例と同様に、アドレス線が接続されている。アドレス線は、選択回路に接続されており、選択回路は、アドレス線を介して、任意のスイッチ２４０の開閉を実行する。なお、図２においては、図の見やすさの観点から、アドレス線の描画を省略している。
【００２８】
アドレス線を介してあるスイッチ２４０が閉じられると、当該スイッチ２４０が接続されている電源線２５０から、約１／４周前の下部接地ポイント２２２までと約１／４周先の上部接地ポイント２２３までの約半周分のＳＭＡ線２２０に電流が流れる。なお、各接地ポイントは、絶縁体により形成される支持体２１２の表面を通過するＳＭＡ線２２０が、導電体により形成される弾性体２１１に到達する位置であり、支持体２１２と弾性体２１１の境界地点である。
【００２９】
電流が流れる約半周分のＳＭＡ線２２０は、発熱により収縮する。しかし、当該電流が流れている部分は、剛性の高い支持体２１２の表面に位置しているので、支持体２１２に食い込むことはない。ＳＭＡ線２２０は、接続ポイント２２１ごとに固定されているので、１周先までのおよび１周前までのＳＭＡ線２２０の長さとしては、この収縮分だけ短くなる。すると、図２（ｂ）に示すように、電流が流れていない部分（弾性体２１１の表面に位置する部分）が弾性体２１１に食い込み、弾性体２１１の表面を窪ませる。
【００３０】
このように、ＳＭＡ線２２０は、その巻き付け周期において、下部接地ポイント２２２から接続ポイント２２１を通って上部接地ポイント２２３までの約半周分を通電部としつつ、接続ポイント２２１から前後１周分の収縮作用により弾性体２１１を締め付ける。電源線２５０とスイッチ２４０は、それぞれの通電部ごとにひとつずつ設けられ、それぞれの通電部は、選択回路によるスイッチ２４０の選択に応じて、選択的かつ独立的に収縮することができる。
【００３１】
圧力センサ２３０は、それぞれの通電部に対応して設けられており、操作者が弾性体２１１の表面を触れてからへこみ感を感じるまでのプロセスは、第１実施例と同様である。また、ＳＭＡ線２２０が巻き付けられた弾性体２１１の接触面に、ＳＭＡ線２２０ごと保護膜により被覆されると良いことも第１実施例と同様である。
【００３２】
なお、弾性体２１１と支持体２１２のいずれを導電体とするかは、適宜変更し得る。上記においては弾性体２１１を導電体としたが、支持体２１２を導電体として、共通のグランド電位としても良い。この場合、電源線とグランド線の関係は上記の例と逆になる。
【００３３】
このように、円環形状を成す触覚呈示装置２００によれば、立体形状としての円環が操作者に回転方向を示唆する上に、例えば円周方向へ順次ＳＭＡ線２２０を収縮させれば、操作者へ明示的に回転を知覚させることができる。また、触覚呈示装置２００を電子機器に適用する場合において、電子機器に多く採用されている回転ダイヤルなどの回転型操作部材と相性が良い。すなわち、触覚呈示装置２００と回転型操作部材とを連動させることにより、操作者は、電子機器への入力に対する応答を触覚で受けることができる。
【００３４】
次に第１実施例および第２実施例の応用例について説明する。上記の実施例においては、一本のＳＭＡ線を螺旋状に巻き付ける場合を説明したが、巻き付けるＳＭＡ線は一本に限らない。基材に複数のＳＭＡ線が巻き付けられていても良い。複数のＳＭＡ線を巻き付ける場合は、互いに交差しないように、一方のＳＭＡ線が螺旋状に一周する周期の間から他方のＳＭＡ線を巻き付けはじめるようにピッチを揃えつつ位相をずらして平行に巻き付けることができる。また、螺旋状に一周するピッチを異ならせたり、巻き付け方向を逆転させたりして、互いに交差するように巻き付けることもできる。
【００３５】
図３（ａ）は、２本のＳＭＡ線を互いに交差させる場合を説明する説明図である。特に、図示する触覚呈示装置３００は、心棒としての支持体３１２と、支持体３１２の全周を覆う弾性体３１１とから成る円筒形状の基材３１０を有する。そして円筒軸方向に沿って、第１ＳＭＡ線３２１と第２ＳＭＡ線３２２とが、互いに交差するように螺旋状に巻き付けられている。電源線、グランド線、圧力センサなどの結線構造は、支持体３１２の内部を経由して基材３１０から外部に引き出されている。
【００３６】
第１ＳＭＡ線３２１と第２ＳＭＡ線３２２は、それぞれ電源線、グランド線を接続する箇所以外は絶縁被覆されており、互いに交差する箇所においてショートしない。したがって、制御部は、第１ＳＭＡ線３２１が区分された複数の通電部と、第２ＳＭＡ線３２２が区分された複数の通電部のそれぞれに対して、独立して電流を流すことができる。このように構成された触覚呈示装置３００によれば、操作者は、弾性体３１１の表面の１箇所に触れたとしても、制御部による通電制御により、複数種類のへこみ感を感知することができる。
【００３７】
なお、第１ＳＭＡ線３２１と第２ＳＭＡ線３２２を互いに交差させる場合、交差する点において、交互に弾性体３１１に接するように巻き付けられることが好ましい。すなわち、図３（ａ）において、実線で示した紙面手前側では第１ＳＭＡ線３２１が弾性体３１１に接してその上を第２ＳＭＡ線３２２が通過するように交差し、逆に破線で示した紙面奥側では第２ＳＭＡ線３２２が弾性体３１１に接してその上を第１ＳＭＡ線３２１が通過するように交差して巻き付けられている。このように巻き付けると、弾性体３１１への食い込み量を互いに等しくすることができる。
【００３８】
図３（ｂ）は、図３（ａ）の触覚呈示装置３００に更に多くのＳＭＡ線を巻き付けて構成した触覚呈示装置３０１を説明する説明図である。図示するように、第１ＳＭＡ線３２１と第２ＳＭＡ線３２２に加え、第１ＳＭＡ線３２１に平行な第３ＳＭＡ線３２３、第５ＳＭＡ線３２５、第７ＳＭＡ線３２７と、第２ＳＭＡ線３２２に平行な第４ＳＭＡ線３２４、第６ＳＭＡ線３２６、第８ＳＭＡ線３２８とを有する。このように構成された触覚呈示装置３０１によれば、操作者は、弾性体３１１の表面の１箇所に触れたとしても、例えば触れた１０ｍｍ四方の面積に多くのＳＭＡ線が交差しているので、制御部による通電制御により、変化に富んだへこみ感を感知することができる。
【００３９】
更に別の実施例について説明する。図４は、第３実施例に係る触覚呈示装置４００を説明する概説明図である。図４（ａ）は、結線構造を単純化して示した斜視図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ断面における変形の様子を示した断面図である。
【００４０】
基材４１０は、操作者の指が接触する側を構成する弾性体４１１と、弾性体４１１を支持、固定する支持体４１２とを含む。基材４１０は、全体として中空円筒形を円筒軸方向に２つに割った形状を成す。弾性体４１１は外周側に配置され、支持体４１２は内周側に配置されている。ただし、支持体４１２は、弾性体４１１の上端部を覆う上端面部４１３と下端部を覆う下端面部４１４を有する。なお、本実施例では電子機器への適用のしやすさの観点から半円筒形状として説明するが、全周を有する円筒形状（円環形状）であっても良い。
【００４１】
弾性体４１１は、例えば絶縁性のシリコンゴムにより形成されている。支持体４１２は、弾性体４１１よりも高硬度素材である例えばポリカーボネイトにより形成されている。図示するように、外周側の弾性体４１１と内周側の支持体４１２は、円筒軸を中心軸とする円筒面で互いに接し、圧力センサ４３０を部分的に挟み込んで重ね合わされ、例えば接着剤により固定されている。なお、図４（ａ）においては、図１（ａ）と異なり、Ｂ断面に対応する位置の圧力センサ４３０のみを示している。
【００４２】
ＳＭＡ線４２０は、上記のＳＭＡ線１２０と同様の線状素材である。ＳＭＡ線４２０は、円筒形状の周方向に予め定められた周期間隔となるように、基材４１０の表面に巻き付けられている。特にここでは、弾性体４１１の表面において円筒軸と平行になるように巻き付けられている。周期間隔は、第１実施例と同様に、１０ｍｍ以下に定められることが好ましい。
【００４３】
本実施例においては、巻き付けられたＳＭＡ線４２０のうち、上端面部４１３を通過する位置でそれぞれ電源線４５０が接続されており、下端面部４１４を通過する位置でそれぞれグランド線４６０が接続されている。電源線４５０が接続される接続ポイントでは、ＳＭＡ線４２０は、支持体４１２の表面に対して固定されていない。したがって、当該接続ポイントにおいてＳＭＡ線４２０は、支持体４１２の表面を摺動できる。一方、グランド線４６０が接続される接続ポイントでは、ＳＭＡ線４２０は、支持体４１２の表面に対して例えば接着剤により固定されている。
【００４４】
それぞれの電源線４５０にはスイッチ４４０が接続されており、それぞれのスイッチ４４０には、第１実施例と同様に、アドレス線が接続されている。アドレス線は、選択回路に接続されており、選択回路は、アドレス線を介して、任意のスイッチ４４０の開閉を実行する。なお、図４においては、図の見やすさの観点から、アドレス線の描画を省略している。
【００４５】
アドレス線を介してあるスイッチ４４０が閉じられると、当該スイッチ４４０が接続されている電源線４５０から、隣接する２つのグランド線４６０の接続ポイントまで電流が流れる。すなわち全体として約１周分のＳＭＡ線４２０に電流が流れる。
【００４６】
電流が流れる約１周分のＳＭＡ線４２０は、発熱により収縮する。ここで、上記の通り、電源線４５０との接続ポイントは摺動できるので、固定されている２つのグランド線４６０の接続ポイント間の約１周分全体として収縮が作用する。収縮したＳＭＡ線４２０は、弾性体４１１の表面に食い込む。
【００４７】
上記の通り、弾性体４１１の両端部は、上端面部４１３と下端面部４１４によって覆われているが、図４（ｂ）に示すように、弾性体４１１は、ＳＭＡ線４２０の食い込み量に相当するΔｄ分だけそれぞれの端面部から突出するように配置されている。上端面部４１３と下端面部４１４は、支持体４１２の一部であるので剛性が高く、ＳＭＡ線４２０がこれらに食い込むことはない。したがって、図４（ｂ）の点線で示すように、ＳＭＡ線４２０の収縮により、弾性体４１１には、円筒軸方向に沿った、深さが均一な溝が形成される。
【００４８】
このように、ＳＭＡ線４２０は、その巻き付け周期において、２つのグランド線４６０の接続ポイント間の約１周分を通電部として弾性体４１１を締め付ける。電源線４５０とスイッチ４４０は、それぞれの通電部ごとにひとつずつ設けられ、それぞれの通電部は、選択回路によるスイッチ４４０の選択に応じて、選択的かつ独立的に収縮することができる。
【００４９】
圧力センサ４３０は、それぞれの通電部に対応して設けられており、操作者が弾性体４１１の表面を触れてからへこみ感を感じるまでのプロセスは、第１実施例と同様である。また、ＳＭＡ線４２０が巻き付けられた弾性体４１１の接触面に、ＳＭＡ線４２０ごと保護膜により被覆されると良いことも第１実施例と同様である。
【００５０】
上記の第３実施例においては、弾性体４１１の両端部を、上端面部４１３と下端面部４１４によって覆う構成を説明したが、このような端面部を設けることなく、弾性体４１１を異方性素材とすることによっても、同様の作用を得ることができる。具体的には、弾性体４１１を、巻き付けられたＳＭＡ線４２０が沿う方向の弾性率が、これと直交する方向の弾性率よりも高い異方性を有する素材とすれば良い。このような素材として、例えば、向きを揃えた針状のガラス繊維を混在させたシリコンゴムが挙げられる。このような素材による弾性体４１１を採用すれば、ＳＭＡ線４２０が径方向のみに食い込みやすくすることができ、円筒軸方向に沿った、深さが均一な溝を実現することができる。
【００５１】
弾性体４１１は、指先で接触される場合に限らず、例えば掌で複数の通電部を跨ぐように接触される場合もあり得る。電子機器の、掌で接触されるような箇所に配設する場合において、例えばグリップ部などの曲面で構成された筐体へ配設する場合において、半円筒形状を成す触覚呈示装置４００は適用性に優れる。
【００５２】
図５は、第４実施例に係る触覚呈示装置５００を説明する概説明図である。触覚呈示装置５００は、第３実施例における触覚呈示装置４００のＳＭＡ線４２０の巻き付け方を変更した装置であるので、両者の違いを中心に説明する。なお、触覚呈示装置５００において触覚呈示装置４００と同様の構成については、同符番を付して説明を省略する。
【００５３】
ＳＭＡ線５２０は、上記のＳＭＡ線４２０と同様の線状素材である。ＳＭＡ線５２０は、円筒形状の周方向に予め定められた周期間隔となるように、基材４１０の表面に巻き付けられているが、第３実施例とは異なり、弾性体４１１の表面において円筒軸方向に対して斜交するように巻き付けられている。具体的には、円筒軸方向に対して３０度から６０度を成すように、巻き付けられている。
【００５４】
圧力センサ５３０は、このように斜交して巻き付けられたＳＭＡ線５２０の方向に沿うような形状が採用され、それぞれの通電部に対応して弾性体４１１と支持体４１２の間に設置されている。特に、本実施例においては、指が接触する約１０ｍｍ四方を複数の通電部が交差するように設置することが好ましい。このように設置すれば、ＳＭＡ線５２０の巻き付け角度、対応する通電部への通電順、通電時間などの組み合わせにより、変化に富む触覚を操作者に付与することができる。例えば、円筒軸方向に沿った上下方向への変化、あるいは円周方向に沿った左右方向への変化としての触覚を与えることができる。
【００５５】
また、図３を用いて説明したように、複数のＳＭＡ線を巻き付けても良い。例えば、１本目のＳＭＡ線を４５度方向に巻き付け、２本目のＳＭＡ線を−４５度方向に巻き付けて互いに交差させれば、その通電の組み合わせにより、上下左右方向への独立した触覚を容易に提供できる。なお、このように複数のＳＭＡ線を巻き付ける場合は、一つの圧力センサを複数の通電部が共有するように構成しても良い。あるいは、一つの通電部でも、他のＳＭＡ線と交差する領域とそれ以外の領域を分けて、それぞれに独立した圧力センサを設置しても良い。
【００５６】
以上で説明した各実施例における触覚呈示装置およびその変形例としての触覚呈示装置は、様々な電子機器に組み込まれてその機能を発揮する。以下にその一例を説明する。
【００５７】
図６は、図４を用いて説明した触覚呈示装置４００を代表例として、当該触覚呈示装置４００を電子機器としての撮像装置６００に適用した場合の、撮像装置６００の外観図である。触覚呈示装置４００は、撮像装置６００の背面部に配置されている。特に、操作者が把持するグリップ部において、右手親指が位置する領域に配置されている。
【００５８】
撮像装置６００の背面部には、表示部としての液晶モニタ６１０が設けられており、液晶モニタ６１０は、撮影画像の表示の他にも、メニュー項目等の情報表示も行う。ここでは、メニュー項目表示として、操作者が絞り値を選択する場面を想定して説明する。
【００５９】
図示するように、操作者が選択し得る項目値６２０が、液晶モニタ６１０の長手方向（左右方向）に沿って順に「４．０…５．６…８．０…」のように表示されている。選択し得る値は、表示されている値に限らず、「４．０」よりも小さな「２．８」、「２．０」といった値が存在し、また、「８．０」よりも大きな「１１」、「１６」といった値が存在する。すなわち、操作者は、数値を左右方向にスクロールすることにより、これらの値を表示させることができる。
【００６０】
触覚呈示装置４００は、図示するように、ＳＭＡ線４２０が液晶モニタ６１０の短手方向（上下方向）に沿って平行に巻き付けられている。操作者が、例えば図注矢印で示すように左側から右側へ順にその表面をなぞると、それぞれの通電部に対応する圧力センサがその接触を検出して、制御部へ検出結果を引き渡す。制御部は、操作者が左側から右側へ、すなわち右方向への指示を行ったと判断して、液晶モニタ６１０に表示している数値を右方向へ順次スクロールする。このとき、制御部は、このスクロール表示動作に連動して、左側の通電部から順に右側の通電部へ連続的に通電／遮断を繰り返す（右端まで到達したら再び左端から通電を行う）。すると、触覚呈示装置４００に指を載せている操作者は、スクロール表示による視覚に連動した連続的な触覚（へこみ感）を感知する。そして、操作者は、選択したい値が中央に配置されたら、ＯＫボタン６３０を押下して選択を実行する。
【００６１】
このように、触覚呈示装置を搭載した電子機器は、これまで操作者の視覚のみに依存していた表示項目の変化を、触覚によっても認識させることができる。なお、上記の例では、触覚呈示装置を入力部材としても利用したが、入力部材を別に設けても良い。
【００６２】
次に、触覚呈示装置を組み込んだ電子機器の構成を簡単に説明する。図７は、触覚呈示装置７１０を組み込んだ電子機器７００のブロック図である。ここでは、撮像機能を有する電子機器を想定して説明する。
【００６３】
電子機器７００は、触覚呈示装置７１０、全体の制御を統括する制御部としてのＣＰＵ７３０、レンズおよび撮像素子などを含む撮像部７４０、取得した画像およびメニュー項目などを表示する表示部７５０、制御プログラム等を記憶するメモリ７６０を備える。
【００６４】
触覚呈示装置７１０は、圧力センサおよび検出回路などを含む検出部７２０を有する。操作者が触覚呈示装置７１０に触れると、検出部７２０は、その検出結果をＣＰＵ７３０へ引き渡す。ＣＰＵ７３０は、操作者が接触した位置に対応する通電部への通電を触覚呈示装置７１０へ指示する。触覚呈示装置７１０は、これに応じて通電を実行する。
【００６５】
また、撮像部７４０によって取得された画像データをＣＰＵ７３０が処理して表示部７５０へ連続的にスクロールさせながら表示させる場合は、ＣＰＵ７３０は、同時に触覚呈示装置７１０へ指示して、スクロールに連動した通電を実行させる。これらの処理は、ＣＰＵ７３０が、メモリ７６０に記憶されている制御プログラムを読み出して実行する。
【００６６】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６７】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００６８】
１００  触覚呈示装置、１１０  基材、１１１  弾性体、１１２  支持体、１２０  ＳＭＡ線、１３０  圧力センサ、１４０  スイッチ、１５０  電源線、１６０  グランド線、１７０  アドレス線、１８０  検出回路線、２００  触覚呈示装置、２１０  基材、２１１  弾性体、２１２  支持体、２２０  ＳＭＡ線、２２１  接続ポイント、２２２  下部接地ポイント、２２３  上部接地ポイント、２３０  圧力センサ、２５０  電源線、２４０  スイッチ、２６０  グランド線、３００  触覚呈示装置、３０１  触覚呈示装置、３１０  基材、３１１  弾性体、３１２  支持体、３２１  第１ＳＭＡ線、３２２  第２ＳＭＡ線、３２３  第３ＳＭＡ線、３２４  第４ＳＭＡ線、３２５  第５ＳＭＡ線、３２６  第６ＳＭＡ線、３２７  第７ＳＭＡ線、３２８  第８ＳＭＡ線、４００  触覚呈示装置、４１０  基材、４１１  弾性体、４１２  支持体、４１３  上端面部、４１４  下端面部、４２０  ＳＭＡ線、４３０  圧力センサ、４４０  スイッチ、４５０  電源線、４６０  グランド線、５００  触覚呈示装置、５２０  ＳＭＡ線、５３０  圧力センサ、６００  撮像装置、６１０  液晶モニタ、６２０  項目値、６３０  ＯＫボタン、７００  電子機器、７１０  触覚呈示装置、７２０  検出部、７３０  ＣＰＵ、７４０  撮像部、７５０  表示部、７６０  メモリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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