(57)【要約】【課題】従来装置における触覚子の振動は連続的な変化を触覚として与えるに留まり、様々なへこみ感といった定常的な触覚を与えることができなかった。【解決手段】接触する操作者に対して知覚を喚起させる動作領域を有する接触部と、基盤部と、接触部の平面に対して斜交するように動作領域と基盤部の間に配置され、動作領域を基盤部に対して変位させる伸縮部とを備える触覚呈示装置を提供する。また、上記の触覚呈示装置を備える電子機器を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作者に接触される領域を有する接触部と、
基盤部と、
前記接触部の平面に対して斜交するように前記領域と前記基盤部の間に配置され、前記領域を前記基盤部に対して変位させる伸縮部と
を備える触覚呈示装置。
【請求項２】
前記伸縮部は、ひとつの前記領域に対して複数設けられた請求項１に記載の触覚呈示装置。
【請求項３】
複数の前記伸縮部は、前記領域において互いの作用点が離れて配置された請求項２に記載の触覚呈示装置。
【請求項４】
複数の前記伸縮部は、それぞれの伸縮方向が互いに平行でない請求項２または３に記載の触覚呈示装置。
【請求項５】
前記基盤部から前記領域を支持する弾性体の支持柱を備える請求項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】
前記伸縮部は、通電によって収縮する形状記憶合金である請求項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】
前記伸縮部を成す前記形状記憶合金は、前記基盤部の側で互いに接続された一体形成物である請求項６に記載の触覚呈示装置。
【請求項８】
複数の前記伸縮部に対して共通の接地電極と、それぞれ独立して通電可能な電源電極とを備える請求項６または７に記載の触覚呈示装置。
【請求項９】
前記領域を複数備え、
複数の前記領域の少なくとも一部が前記操作者により接触されたことを検出する検出部を備える請求項１から８のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の触覚呈示装置と、
前記伸縮部を連携して制御する制御部と
を備える電子機器。
【請求項１１】
表示部を備え、
前記制御部は、前記表示部に表示された映像に連動させて前記伸縮部を制御する請求項１０に記載の電子機器。
【請求項１２】
接触する操作者に対して知覚を喚起させる領域を有する接触部と、
基盤部と、
前記領域と前記基盤部の間に配置され、それぞれが前記領域を前記基盤部に対して変位させる複数の伸縮部と
を備える触覚呈示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触覚呈示装置及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】
触覚子の振動は連続的な変化を触覚として与えるに留まり、へこみ感といった触覚を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、接触する操作者に対して知覚を喚起させる動作領域を有する接触部と、基盤部と、接触部の平面に対して斜交するように動作領域と基盤部の間に配置され、動作領域を基盤部に対して変位させる伸縮部とを備える。
【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。
【０００６】
本発明の第３の態様における触覚呈示装置は、接触する操作者に対して知覚を喚起させる動作領域を有する接触部と、基盤部と、前記動作領域と前記基盤部の間に配置され、それぞれが動作領域を基盤部に対して変位させる複数の伸縮部とを備える。
【０００７】
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】
【０００８】
【図１】第１実施例に係る触覚呈示装置を模式的に表す断面斜視図である。
【図２】第１実施例に係る触覚呈示装置の動作状態を説明する説明図である。
【図３】第２実施例に係る触覚呈示装置２００の第１の動作推移を説明する説明図である。
【図４】第２実施例に係る触覚呈示装置２００の第２の動作推移を説明する説明図である。
【図５】第３実施例に係る触覚呈示装置を説明する説明図である。
【図６】第４実施例に係る触覚呈示装置を説明する説明図である。
【図７】第５実施例に係る触覚呈示装置を説明する説明図である。
【図８】撮像装置に、触覚呈示装置を組み込んだ例を示す。
【図９】ＳＭＡ線の代替としてのＳＭＡ板を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
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、線状又は板状に加工された形状記憶合金の収縮、伸長を利用して、接触部に接触する操作者の指等に様々な触覚を付与する装置である。接触部は、弾性力のある例えば弾性シートが用いられ、触覚を付与する少なくとも一つ以上の動作領域を有する。それぞれの動作領域に対して設けられた複数の形状記憶合金は、独立して通電制御される。形状記憶合金は、通電されて発生する熱により収縮する。
【００１１】
例えば、通電されたひとつの形状記憶合金が収縮して動作領域を一方向に引張すると、当該動作領域はその一方向へ窪む。動作領域に接触している操作者は、当該窪み状の変形を当該方向へのへこみ感（凹状感）として感知する。引張する方向が動作領域に対して平行な成分を多く含めば、操作者に水平方向への移動感、摩擦感を感じさせることもできる。
【００１２】
形状記憶合金は、通電が解除されると放熱し、伸長して元の長さまで戻る。すると、動作領域は元の平面に戻るので、へこみ感は解消する。
【００１３】
なお、形状記憶合金の線径、板厚、合金の種類、および接触部の厚さ、素材などの選択によっては、急峻な窪み形状を実現することもできる。接触する指に対する窪み面積を一定の割合以下に調整すれば、物理的な形状が窪み形状であっても、操作者は生体反応として凸状に感じる場合がある。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を付言しておく。以下に、各実施例の構成と特徴を順次説明する。
【００１４】
図１は第１実施例に係る触覚呈示装置１００を模式的に表す断面斜視図である。本実施例に係る触覚呈示装置１００は、操作者の指が接触する接触部１１０と、接触部１１０を支持する支持柱１２０と、接触部１１０および支持柱１２０を支持、固定する基盤部１３０と、接触部１１０および基盤部１３０の間を架設し配置された線対１４０と、本装置の側面を囲む側壁１５０と、操作者の接触を検出する圧力センサ１６０とを備える。
【００１５】
接触部１１０は、操作者が接触する表面と、支持柱１２０によって支えられる裏面とを有するシート状の弾性体からなり、例えば絶縁性のシリコンゴムにより形成されている。接触部１１０は、弛みが生じない程度に面方向に引張された状態で、側壁１５０にビスで固定されている。
【００１６】
支持柱１２０は、円筒形状の弾性体からなり、例えば、接触部１１０と同様に、絶縁性のシリコンゴムにより形成されている。同一の素材を採用する場合には、接触部１１０と支持柱１２０を一体的に成型しても良い。異なる素材を採用する場合であっても、二色成形等により一体的に成形すれば、接着等の後工程を省くことができる。
【００１７】
基盤部１３０は、ベース部材としての機能を担い、剛性の高い例えばポリカーボネイトにより形成されている。基盤部１３０は、引張された接触部１１０と対向して配置される。基盤部１３０は、側壁１５０を固定する固定部材としても機能する。なお、基盤部１３０と側壁１５０を同一型により一体的に成形しても良い。
【００１８】
線対１４０は、２本のＳＭＡ（Ｓｈａｐｅ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ａｌｌｏｙ）線１４１、１４２により構成され、ＳＭＡ線１４１、１４２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１４１は、接触部１１０の裏面において支持柱１２０の近傍に固設された接地電極１７１と、基盤部１３０に固設された電源電極１８１との間で架設されて固定されている。ＳＭＡ線１４２も同様に、接触部１１０の裏面において支持柱１２０の近傍に固設された接地電極１７２と、基盤部１３０に固設された電源電極１８２との間で架設されて固定されている。
【００１９】
図示するように、本実施形態においてＳＭＡ線１４１、１４２は、断面が円形の線状形状である。線状に形成されたＳＭＡ線１４１、１４２は、紐としての性質を有する。したがって、ＳＭＡ線１４１、１４２は、撓むことも、ねじることもできので、剛体で形成された場合に比べて、両端に固定された接地電極１７１、１７２と電源電極１８１、１８２の相対的な位置関係は、多様に変化し得る。すなわち、ＳＭＡ線１４１、１４２は、支持柱１２０のさまざまな傾きを創り出すことができる。一方、支持柱１２０を特定の方向へ傾きやすくし、他方向への傾きを制限したい場合には、例えば断面を矩形にしてねじれにくくすれば良い。このような場合には、板状のＳＭＡ板を採用すれば良い。ＳＭＡ線１４１、１４２の断面形状、断面積等は、実現したい窪み形状との関係において適宜定められる。
【００２０】
接地電極１７１、１７２は、互いにグランド線２３０により接続されている。グランド線２３０は、接地電位に保たれる。電源電極１８１、１８２は、それぞれがスイッチ２１１、２１２を介して電源線２２０に接続されている。電源線２２０は、装置のＯＮ状態において電源電位に保たれる。
【００２１】
スイッチ２１１は、ＳＭＡ線１４１と電源線２２０の間に組み込まれており、選択回路２９１に接続されたアドレス線２４０の指令により開閉するスイッチング素子である。同様に、スイッチ２１２は、ＳＭＡ線１４２と電源線２２０の間に組み込まれており、アドレス線２４０の指令により開閉するスイッチング素子である。スイッチ２１１が閉じられると、ＳＭＡ線１４１に電流が流れる。すると、ＳＭＡ線１４１は収縮し、接地電極１７１を介して接触部１１０を電源電極１８１方向へ引張する。スイッチ２１２が閉じられると、ＳＭＡ線１４２に電流が流れる。すると、ＳＭＡ線１４２は収縮し、接地電極１７２を介して接触部１１０を電源電極１８２方向へ引張する。すなわち、装置全体の制御を実行する制御部２９０は、選択回路２９１を介してＳＭＡ線１４１、１４２を独立に制御することにより、接触部１１０の引張方向、ひいては引張によって形成される窪みの形状を制御することができる。
【００２２】
接触部１１０において、制御部２９０の制御により窪みが形成される領域が動作領域１９０である。動作領域１９０は、図示するように操作者の指に対応する大きさであり、例えば、φ２ｍｍ以上φ１０ｍｍ未満程度が好ましい。複数の動作領域１９０が隣接するように支持柱１２０、線対１４０の組を複数設ける場合には、操作者の指の接触領域に複数の動作領域１９０が存在するように、例えばφ２ｍｍ以上φ５ｍｍ未満程度が好ましい。
【００２３】
本実施例において、ＳＭＡ線１４１、１４２は、支持柱１２０の中心軸を挟んで対称に位置する。また、線対１４０の作る平面は、基盤部１３０の表面に対して垂直に交わる。ＳＭＡ線１４１、１４２が収縮していない状態では、当該平面において、接地電極１７１、１７２、電源電極１８１、１８２の４点が、接触部１１０側を上底、基盤部１３０側を下底とする台形を形成する。この場合、上底を形成する接地電極１７１、１７２間の間隔は、下底を形成する電源電極１８１、１８２間の間隔よりも短い。
【００２４】
このようにＳＭＡ線１４１、１４２をそれぞれ斜めに架設することにより、垂直に架設するＳＭＡ線よりも長いＳＭＡ線を採用することができ、したがって、通電時の収縮量を大きくすることができる。すなわち、動作領域１９０の変形量を大きくすることができる。また、斜めに架設されたＳＭＡ線は、単に垂直方向へ収縮するのではなく、接触部１１０の平面に平行な成分を有して収縮するので、動作領域１９０における水平方向の変位量を大きくすることができ、さまざまな種類の触覚を呈示することができる。
【００２５】
スイッチ２１１、２１２を共に閉じてＳＭＡ線１４１、１４２を同時に収縮させると、ＳＭＡ線１４１、１４２の端部である接地電極１７１、１７２が同時に基盤部１３０側である下方へ引き込まれる。すると、図示するように、ＳＭＡ線１４１、１４２に挟まれた弾性体である支持柱１２０の上面（接触部１１０との固定面）が平行に沈み込み、動作領域１９０の中心部が、ボウル状に窪む。このとき、動作領域１９０の中心部は、窪む前の平面に対してΔｄの深さを成す。深さΔｄは、ＳＭＡ線１４１、１４２の収縮量、互いに成す角、支持柱１２０の弾性力、接触部１１０の弾性力等により変化するので、これらを調整することにより適宜定めることができる。なお、ここでＳＭＡ線１４１、１４２の互いに成す角とは、ＳＭＡ線１４１、１４２が張る平面において、両線を伸延した場合の交点における交差角である。
【００２６】
スイッチ２１１、２１２が開いた状態であれば、ＳＭＡ線１４１、１４２には電流が流れない。この場合は、初期状態として動作領域１９０は平面を保つ。なお、支持柱１２０の高さを調整することにより、動作領域１９０の初期状態を凸状としたり、凹状としたりすることもできる。動作領域１９０を積極的に操作者に示したい場合は、このように初期状態を凹凸状にして操作者に視認できるようにすれば良い。初期状態において動作領域１９０を視認させるには、これに限らず、例えば接触部１１０に印刷を施しても良い。
【００２７】
圧力センサ１６０は、互いに接着される基盤部１３０の表面と支持柱１２０の底面との間に挟み込まれて固定されている。圧力センサ１６０は、例えばひずみゲージが用いられる。操作者が動作領域１９０に触れると、圧力センサ１６０が当該接触に応じた出力信号を、検出回路線２５０を介して検出回路２９２に出力する。複数の動作領域１９０が隣接するように支持柱１２０、線対１４０の組を複数設ける場合には、圧力センサ１６０も対応して複数設ける。この場合、検出回路２９２は、いずれの動作領域１９０で圧力を検出したかを同定して、検出結果を制御部２９０に引き渡す。
【００２８】
制御部２９０は、圧力センサ１６０からの検出結果を受け取ると、操作者が触れたタイミングなどの他の条件と併せて、スイッチ２１１、２１２の開閉動作を決定する。例えば、制御部２９０がスイッチ２１１、２１２を共に閉状態とする決定をすると、当該決定に対する指令がアドレス線を介してスイッチ２１１、２１２へ送られ、スイッチ２１１、２１２は共に閉じられる。すると、ＳＭＡ線１４１、１４２に電流が流れ、操作者が触れた動作領域１９０の表面がボウル状に窪む。これにより、操作者は、動作領域１９０の表面を軽く触れただけで、大きなへこみ感を感じる。動作領域１９０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。
【００２９】
制御部２９０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２１１、２１２を開く。すると、ＳＭＡ線１４１、１４２は放熱して元の長さにまで戻る。これにより、引張されていた接触部１１０と押圧されていた支持柱１２０は元の形状に戻る。このとき、操作者がまだ接触部１１０の表面を触れていれば、接触部１１０には、その押圧による変形のみが残る。
【００３０】
本実施例の場合、制御部２９０は、スイッチ２１１、２１２を同時に開閉するに限らず、スイッチ２１１のオンとオフ、スイッチ２１２のオンとオフの４通りの開閉動作を決定することができる。図２を用いて、これらの組み合わせによる動作領域１９０の変形について説明する。
【００３１】
図２は、第１実施例に係る触覚呈示装置１００の動作状態を説明する説明図である。図２（ａ）〜図２（ｃ）を用いて、触覚呈示装置１００の状態変化を３パターンに分けて説明する。なお、以後の説明に用いる各図において、図１と同一の符番を付した要素については、特に言及する場合を除き、同一の機能を発揮する要素としてその説明を省略する。また、本説明においては、圧力センサ、電極、配線等の記載を適宜省略している。以降の図においても、特に言及しない限りにおいて同様とする。
【００３２】
図２（ａ）は、スイッチ２１１、２１２を共に開状態としてＳＭＡ線１４１、１４２へ通電しない初期状態を示す図である。この状態においては、動作領域１９０は、接触部１１０全体として平面を成す。
【００３３】
図２（ｂ）は、ＳＭＡ線１４１へ通電して、ＳＭＡ線１４２へ通電していない状態を示す図である。図２（ａ）の状態からスイッチ２１１を閉じると、電源線２２０からＳＭＡ線１４１に電流が流れ、ＳＭＡ線１４１は、発熱により収縮を開始する。
【００３４】
ＳＭＡ線１４１の一端は接地電極１７１を介して接触部１１０に固定されており、他端は電源電極１８１を介して基盤部１３０に固定されている。基盤部１３０は剛性の高いベース部材であるので、ＳＭＡ線１４１が収縮しても変形することはない。すると、弾性体である接触部１１０の動作領域１９０がＳＭＡ線１４１により引張されることとなり、ＳＭＡ線１４１の上端固定点、すなわち接地電極１７１の固定箇所において接触部１１０が沈み込む。そして、接触部１１０の裏面と接着された支持柱１２０は、接触部１１０との固定面がＳＭＡ線１４１側へ移動するように屈曲する。
【００３５】
このとき、ＳＭＡ線１４２は、収縮することなく、ＳＭＡ線１４２の上端固定点、すなわち接地電極１７２の固定箇所の変位に追従する。すると、図示するように、ＳＭＡ線１４１の上端固定点の近傍が最も深くなり、かつ、支持柱１２０の固定面に対応する領域が斜面となるような、一方に偏った窪みが形成される。
【００３６】
支持柱１２０の固定面に対応する動作領域１９０ａは、裏面側で固定面と接着されているので、他の動作領域１９０ｂに対して面方向の伸縮量が小さい。図２（ａ）の状態から図２（ｂ）の状態への推移において、支持柱１２０の中心軸が屈曲により傾くが、このとき、接触する指のうち、動作領域１９０ａと接する部位は、動作領域１９０ａと相対的な変位を伴うことなく平行に移動する。一方、動作領域１９０ｂと接する部位は、大きく伸縮する動作領域１９０ｂと相対的な変位を引き起こしながら移動する。このような、接触部位ごとの変位の違いにより、水平方向に対する摩擦感が増幅される。
【００３７】
特に、接触する指自体が移動しながら動作領域１９０と接触する場合には、指の移動方向と、支持柱１２０の屈曲方向の組み合わせにより、さまざまな感触を呈示することができる。例えば、指の移動方向と支持柱１２０の屈曲方向を一致させれば、追従感（あるいは、つるるつした感触）を与えることができ、逆転させれば、抵抗感（あるいはざらざらした感触）を与えることができる。
【００３８】
なお、図２（ｂ）においては、ＳＭＡ線１４１へ通電して、ＳＭＡ線１４２へ通電していない状態を示したが、ＳＭＡ線１４２へ通電して、ＳＭＡ線１４１へ通電していない状態は、図２（ｂ）と左右対象な状態であるので、説明を省略する。
【００３９】
図２（ｃ）は、ＳＭＡ線１４１、１４２の両方へ通電している状態を示す図である。図２（ａ）の状態からスイッチ２１１、２１２を同じタイミングで閉じると、電源線２２０からＳＭＡ線１４１、１４２に電流が流れ、ＳＭＡ線１４１、１４２は、共に発熱により収縮を開始する。すると、ＳＭＡ線１４１の上端固定点、すなわち接地電極１７１の固定箇所と、ＳＭＡ線１４２の上端固定点、すなわち接地電極１７２の固定箇所において接触部１１０が沈み込む。ここで、ＳＭＡ線１４１とＳＭＡ線１４２は、支持柱１２０を中心にして対称に配置されているので、両固定箇所を結んだ直線と支持柱１２０の中心軸は直交する。したがって、接触部１１０と接着された支持柱１２０は、接触部１１０の沈み込みにより固定面に対して軸対称な押圧力を受け、基盤部１３０に対し垂直に圧縮される。なお、スイッチ２１１、２１２を、タイミングを異ならせて閉じると、先に閉じた側から沈み込むが、両方が閉じられてから一定時間の後には図２（ｃ）の状態で安定する。
【００４０】
図２（ａ）の状態から図２（ｃ）の状態への推移においては、水平方向への偏りが生じないので、一方向への摩擦感をほとんど生じさせることなく、強調したへこみ感を操作者へ与えることができる。なお、図２（ｂ）の状態からＳＭＡ線１４２を収縮させることにより、図２（ｃ）の状態へ変位させることもできる。また、図２（ｂ）と左右対称な状態からＳＭＡ線１４１を収縮させることにより、図２（ｃ）の状態へ変位させることもできる。このような場合は、水平方向への偏りが解消される推移であるので、水平方向に対する更に異なる感触を生じさせることができる。
【００４１】
以上の説明から理解されるように、ＳＭＡ線１４１の上端固定点である接地電極１７１の固定箇所と、ＳＭＡ線１４２の上端固定点である接地電極１７２の固定箇所は、それぞれが動作領域に対する作用点として機能するので、互いに離間させることが好ましい。すなわち、互いに離して設置することにより、動作領域１９０に傾きを能動的に生じさせることができるので、窪み形状のバリエーションを広げることができる。さらに、互いに離間させた間の領域を支持柱１２０との接着領域とすることにより、動作領域１９０の内部で互いに伸縮量の異なる領域を生じさせることができるので、より多くの触覚を呈示することができる。
【００４２】
次に、第２実施例について説明する。上記の第１実施例においては、触覚呈示装置１００は、ひとつの動作領域１９０を有する単ユニットの装置であったが、第２実施例の触覚呈示装置２００は、複数のユニットが隣接して並置されることにより、直線状に配列された複数の動作領域を有する装置である。
【００４３】
図３は、第２実施例に係る触覚呈示装置２００の第１の動作推移を説明する説明図である。より具体的には、図３（ａ）〜（ｆ）に亘り、動作する領域が紙面左方向から右方向へと順次移動する様子を示す。
【００４４】
互いに隣接する複数の動作領域の間隔は、隣接する支持柱１２０が屈曲時に互いに干渉しないように、また、操作者の指が接触部１１０に接触する約１０ｍｍ四方に少なくとも２つの動作領域が含まれるように設定される。
【００４５】
本実施例においては、操作者の指が接触部１１０に触れると接触箇所がそのまま沈み込むような制御を行うものではない。動作する領域が、接触箇所以外の接触部１１０から順次伝達され、接触箇所を窪みが通過していくように制御する。これにより、操作者は、指先で動作する領域が水平方向に移動してように感じることができる。
【００４６】
図３（ａ）は、操作者が接触部１１０に触れていない、接触部１１０の形状が変化する直前の様子を示す。このとき、接触部１１０は、全体として平坦である。なお、ここで触覚呈示装置２００は、複数のユニットとして、第１ユニット３０１、第２ユニット３０２、第３ユニット３０３、第４ユニット３０４、および第５ユニット３０５の５つのユニットを有する装置として説明する。
【００４７】
図３（ｂ）は、操作者が接触部１１０に触れて、紙面左端の第１ユニット３０１が、図２（ｃ）と同様の状態となった様子を示す。図３（ｃ）は、図３（ｂ）で変形した第１ユニット３０１に隣接する第２ユニット３０２が、図２（ｃ）と同様の状態となった様子を示す。図３（ｄ）は、その隣の第３ユニット３０３が、図３（ｅ）は、またその隣の第４ユニット３０４が、図３（ｆ）は、またその隣の第５ユニット３０５が、図２（ｃ）と同様の状態となった様子を示す。
【００４８】
本実施例の制御についてより具体的に説明すると、まず、操作者が指先で接触した接触部１１０の直下にある圧力センサが当該接触を検出し、これに応じた出力信号を検出回路２９２へ出力する。検出回路２９２は、いずれの動作領域に対応するユニットで圧力を検出したかを同定して（ここでは第３ユニット３０３）、検出結果を制御部２９０に引き渡す。制御部２９０は、検出結果を受け取ると、同定した第３ユニット３０３から左側へ２つ離れた第１ユニット３０１のスイッチ３１１、３１２を閉じる指令を送る。当該指令によりスイッチ３１１、３１２が閉じられ、これにより、両スイッチに接続されたＳＭＡ線４１１、４１２が収縮し、図３（ｂ）に示すように、第１動作領域３９１が窪む。
【００４９】
制御部２９０は、スイッチ３１１、３１２を閉じて０．５秒程度の時間経過後に、スイッチ３１１、３１２を開く。さらに連続して、制御部２９０は、第２ユニット３０２のスイッチ３２１、３２２を閉じる。すると、ＳＭＡ線４１１、４１２は放熱して元の長さにまで戻り、第１動作領域３９１が元の平面に戻る一方で、ＳＭＡ線４２１、４２２は、発熱により収縮することにより、図３（ｃ）に示すように、第２動作領域３９２が窪む。
【００５０】
これら一連の動作が繰り返されることにより、第２動作領域３９２が平面に戻ると同時に第３動作領域３９３が図３（ｄ）のように窪み、第３動作領域３９３が平面に戻ると同時に第４動作領域３９４が図３（ｅ）のように窪み、第４動作領域３９４が平面に戻ると同時に第５動作領域３９５が図３（ｆ）のように窪む。接触部１１０を指先で触れている操作者は、接触部１１０における動作領域のこのような段階的な形状変化を、水平方向への移動感として感じる。
【００５１】
なお、上記においては、一度にひとつの動作領域が窪む制御を行ったが、窪むタイミングを相互に調整することにより、複数の動作領域を平行して窪ませるように制御しても良い。このような制御により、より滑らかなへこみ感と水平方向への移動感を操作者に呈示することができる。また、隣接する動作領域間で窪ませるタイミングを徐々に早くする、あるいは遅くすることにより、水平方向への移動感に方向感を付与することもできる。
【００５２】
図４は、第２実施例に係る触覚呈示装置２００の第２の動作推移を説明する説明図である。より具体的には、図４（ａ）〜（ｆ）に亘り、動作する領域が紙面左方向から右方向へと順次移動する様子を示す。
【００５３】
図３を用いて説明した第１の動作推移においては、それぞれのユニットにおいて動作領域をボウル状に窪ませた。これに対し第２の動作推移においては、それぞれのユニットにおいて動作領域の移動方向前方のＳＭＡ線のみに通電して偏った窪みを形成する。このような同一方向に偏った窪みを連続的に形成することにより、操作者に動作領域の移動方向をより確実に認識させることができる。
【００５４】
図４（ａ）は、操作者が接触部１１０に触れていない、接触部１１０の形状が変化する直前の様子を示す。このとき、接触部１１０は、全体として平坦である。図４（ｂ）は、操作者が接触部１１０に触れて、紙面左端の第１ユニット３０１が、図２（ｂ）と対称な状態となった様子を示す。すなわち、図２（ｂ）では、紙面に向かって左側のＳＭＡ線１４１が収縮して、動作領域１９０ａが左側へ傾いているが、図４（ｂ）の第１ユニット３０１は、動作領域３９１ａが右側へ傾いている。
【００５５】
図４（ｃ）は、図４（ｂ）で変形した第１ユニット３０１に隣接する第２ユニット３０２が、第１ユニット３０１と共に、図２（ｂ）と対称な状態となった様子を示す。図４（ｄ）は、図４（ｂ）において変形した第１ユニット３０１の第１動作領域３９１が元の平面に戻る一方で、図４（ｃ）で変形した第２ユニット３０２に隣接する第３ユニット３０３が、第２ユニット３０２と共に、図２（ｂ）と対称な状態となった様子を示す。図４（ｅ）は、第２ユニット３０２の第２動作領域３９２が平面に戻る一方で、第４ユニット３０４が、第３ユニット３０３と共に、図２（ｂ）と対称な状態となった様子を示す。図４（ｆ）は、第３ユニット３０３の第３動作領域３９３が平面に戻る一方で、第５ユニット３０５が、第４ユニット３０４と共に、図２（ｂ）と対称な状態となった様子を示す。
【００５６】
本実施例の制御についてより具体的に説明すると、まず、操作者が指先で接触した接触部１１０の直下にある圧力センサが当該接触を検出し、これに応じた出力信号を検出回路２９２へ出力する。検出回路２９２は、いずれの動作領域に対応するユニットで圧力を検出したかを同定して（ここでは第３ユニット３０３）、検出結果を制御部２９０に引き渡す。制御部２９０は、検出結果を受け取ると、同定した第３ユニット３０３から左側へ２つ離れた第１ユニット３０１のスイッチ３１２を閉じる指令を送る。当該指令によりスイッチ３１２が閉じられ、これにより、ＳＭＡ線４１２が収縮する。このとき、制御部２９０は、第１ユニット３０１のスイッチ３１１は開いたままとするので、ＳＭＡ線４１１は収縮しない。すると、図４（ｂ）に示すように、第１動作領域３９１ａが右側へ倒れ込むように第１動作領域３９１が窪む。なお、第１動作領域３９１ａは、第１動作領域３９１のうち支持柱１２０の固定面に対応する領域である。
【００５７】
制御部２９０は、スイッチ３１２を閉じて０．５秒程度の時間経過後に、第２ユニット３０２のスイッチ３２２を閉じる。すると、ＳＭＡ線４２２も収縮して、図４（ｃ）に示すように、第１動作領域３９１と共に、第２動作領域３９２ａが右側へ倒れ込むように第２動作領域３９２が窪む。
【００５８】
次に、制御部２９０は、スイッチ３２２を閉じて０．５秒程度の時間経過後に、第１ユニット３０１のスイッチ３１２を開く。さらに連続して、制御部２９０は、第３ユニット３０３のスイッチ３３２を閉じる。すると、ＳＭＡ線４１２は放熱して元の長さにまで戻り、第１動作領域３９１が元の平面に戻る。一方で、ＳＭＡ線４３２は、発熱により収縮することにより、図４（ｄ）に示すように、第２動作領域３９２と共に、第３動作領域３９３ａが右側へ倒れ込むように第３動作領域３９３が窪む。
【００５９】
これら一連の動作が繰り返されることにより、第２動作領域３９２が平面に戻ると同時に第４動作領域３９４が図４（ｅ）のように窪み、第３動作領域３９３が平面に戻ると同時に第５動作領域３９５が図４（ｆ）のように窪む。接触部１１０を指先で触れている操作者は、接触部１１０における動作領域のこのような段階的な形状変化を、水平方向への移動感として感じる。特に、窪みの中心位置が進行方向に対して前方に偏っているので、操作者は、移動感に加えて方向感を感じることができる。進行方向に対して前方に偏った形状変化は、操作者の指先を不均等に順次持ち上げる作用が操作者に進行方向を知覚させる。また、同時に複数の動作領域を窪ませているので、操作者は、より確実に触覚を得ることができる。
【００６０】
図５は、第３実施例に係る触覚呈示装置５００を説明する説明図である。第１実施例および第２実施例では、ＳＭＡ線のペアである線対が支持柱を中心にして対称な台形となるように配置したが、本実施例では、線対５４０を構成するＳＭＡ線５４１とＳＭＡ線５４２が互いに交差するように配置する。
【００６１】
具体的には、支持柱５２０は中心軸を通る軸方向にスリットを有し、ＳＭＡ線５４１、５４２は、このスリットの内部で交差するように接触部５１０と基盤部５３０の間で架設されている。圧力センサ５６０は、支持柱５２０と基盤部５３０の間に挟み込まれて配置されている。このような構成により、第１実施例および第２実施例の構成に比べて架設されるＳＭＡ線の長さが相対的に長くすることができるので、ＳＭＡ線の収縮量を大きくすることができる。ＳＭＡ線の収縮量を大きくできれば、動作領域５９０における窪みの深さを深くでき、操作者へより効果的に触覚を呈示することができる。
【００６２】
図６は、第４実施例に係る触覚呈示装置４００を説明する説明図である。図６（ａ）はひとつの動作領域６９０に対応する単ユニットの斜視概念図であり、図６（ｂ）は当該単ユニットの配置を示す平面図であり、図６（ｃ）は当該単ユニットの動作の様子を示す説明図である。
【００６３】
第１実施例から第３実施例までは、ひとつの動作領域を窪ませるＳＭＡ線は２本であったが、本実施例においては、ＳＭＡ線を３本配置している。具体的には、ひとつの動作領域６９０を窪ませるべく、図６（ｂ）に示すように、線対６４０を構成するＳＭＡ線６４１、６４２、６４３が、接触部６１０側から見た場合に、支持柱６２０を中心にして互いに１２０度間隔で対称に配置されている。また、同じく接触部６１０側から見た場合に、ＳＭＡ線６４１、６４２、６４３が接触部６１０側で固定される接地端子６７１、６７２、６７３が描く円の直径は、基盤部６３０側で固定される電源端子６８１、６８２、６８３が描く円の直径よりも小さい。すなわち、ＳＭＡ線６４１、６４２、６４３は、支持柱６２０の中心軸と一致する中心軸を有する仮想的な円錐台に沿って配置されていると言える。
【００６４】
本実施例においては、ＳＭＡ線６４１、６４２、６４３に印加する電圧値をそれぞれ変更できるように構成されており、スイッチのオン状態において電圧値を変更することにより、ＳＭＡ線６４１、６４２、６４３のそれぞれの収縮量を段階的に変更できる。このように構成することにより、動作領域６９０のうち支持柱６２０の固定面に対応する領域である動作領域６９０ａの傾き角を任意に調整して、動作領域６９０を窪ませることができる。
【００６５】
具体的には、例えばＳＭＡ線６４１には電流を流さず、ＳＭＡ線６４２には、ＳＭＡ線６４３の半分の電流を流すようにすれば、それぞれの収縮量を０：１：２とすることができる。この場合、支持柱６２０の弾性力も考慮して、図６（ｃ）に示すように、初期状態に対する３方向の力ベクトル（点線矢印）の和としての合成ベクトル（実線矢印）が得られるので、動作領域６９０ａは、この合成ベクトルの方向に従って傾斜する。すなわち、制御部２９０は、ＳＭＡ線６４１、６４２、６４３に流す電流を変化させることにより、動作領域６９０ａの傾き角を制御することができる。
【００６６】
なお、架設するＳＭＡ線は３本に限らず、さらに増やしても良い。例えば、ＳＭＡ線の収縮量が少ない場合には、１２０度間隔よりも小さな角度間隔で多くのＳＭＡ線を配置すると良い。なお、隣接する２本のＳＭＡ線の間隔を１８０度以上にならないように配置すれば、動作領域６９０ａの傾き角を任意に制御することができる。
【００６７】
また、以上の説明における各実施例の支持柱は円柱として説明したが、支持柱の形状は円柱に限らない。四角柱、円錐台など様々な形状を採用し得る。特に、動作領域の傾斜方向に異方性を持たせたい場合には、特定の向きに倒れやすい形状を採用すると良い。
【００６８】
図７は、第５実施例に係る触覚呈示装置６００を説明する説明図である。触覚呈示装置６００は、第４実施例における触覚呈示装置４００の単ユニットに相当するユニット７００が円環状に配置された触覚呈示装置である。
【００６９】
接触部７１０は、例えば接触する指の腹程度の大きさであり、一般的な押しボタンあるいはダイヤルボタンの天頂部に類する形状を有する。ユニット７００は、接触部７１０と基盤部７３０に挟まれて、円周方向に沿って、例えば図７（ａ）で示すように、４５度間隔で８個配列されている。
【００７０】
このように構成された触覚呈示装置６００は、複数のユニット７００が協調動作することにより、さまざまな窪みを実現することができる。
【００７１】
操作者が指で接触部７１０を触れると、ユニット７００のいずれか、あるいは複数の圧力センサが当該接触を検出し、制御部２９０は当該検出結果を受けてユニット７００に対する制御を開始する。例えば、各ユニット７００の動作領域が接触部７１０の中心に向かって傾斜するように制御すれば、図７（ｂ）に示すように、全体として中央部が凹部となる窪みを形成することができる。逆に、各ユニット７００の動作領域が接触部７１０の外周に向かって傾斜するように制御すれば、図７（ｃ）に示すように、全体として周縁部が凹部となる窪みを形成することができる。
【００７２】
さらに、図７（ｃ）に示すように、それぞれのユニット７００を反時計回りに順次窪ませれば、操作者は、周回するへこみ感を知覚することができる。特に、進行方向に対して動作領域を偏らせて窪ませれば、操作者へより大きな周回感を与えることができる。制御部２９０は、もちろん時計回りに順次窪ませることもできるし、複数の窪みを順次移動させることもできる。また、操作者の接触が無い場合であっても、動作領域を窪ませる制御を行えば、窪みが順次周回する様子を操作者に視認させることができる。
【００７３】
接触部７１０をどのように窪ませるかについては、当該触覚呈示装置６００が組み込まれる電子機器の機能、状態等によって適宜決定され得る。例えば、電子機器としてデジタルカメラに触覚呈示装置６００を組み込む場合、触覚呈示装置６００は、操作者の指等が掛かるようにグリップ部近傍に配設される。組み込まれた触覚呈示装置６００は、例えば、モードダイヤルの回転によってモード選択が実行されるときに、モードダイヤルの回転に同期して、図７（ｃ）で示すような態様により窪みを形成することができる。さらに、決定ボタンが操作された場合には、図７（ａ）で示すような態様により、あるいは、キャンセルボタンが操作された場合には、図７（ｂ）で示すような態様により窪みを形成することができる。触覚呈示装置６００は、他にもズームアップ、ズームアウトに同期するなど、デジタルカメラに付随する様々な動作に同期して窪みを形成することができる。
【００７４】
なお、接触部の平面において円環状に動作領域を配列する場合、１周に限らず、複数周に渡って配列しても良い。また、円環状でなく、格子状に配列しても良い。
【００７５】
触覚呈示装置６００に限らず、上述した各実施例における触覚呈示装置は、様々な態様により電子機器に組み込まれ得る。特に、電子機器が表示装置を備える場合には、表示される映像に連動させてＳＭＡ線を制御し、窪みを形成すると良い。例えば、図２および図３を用いて説明した触覚呈示装置２００がタブレット端末に組み込まれた場合には、表示部で再生される静止画像の送り動作に同期して、当該送り動作の送り方向に合わせて窪みを推移させることができる。
【００７６】
図８は、電子機器としての撮像装置９００に、触覚呈示装置２００を組み込んだ場合の、撮像装置９００の外観図である。触覚呈示装置２００は、撮像装置９００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。
【００７７】
撮像装置９００の背面部には、表示部としての液晶モニタ９１０が設けられており、液晶モニタ９１０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。
【００７８】
図示するように、操作者が選択し得る項目値９２０が、液晶モニタ９１０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。
【００７９】
触覚呈示装置２００は、液晶モニタ９１０の長手方向と同じ方向に動作領域が複数設置されている。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２９０へ検出結果を引き渡す。制御部２９０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９１０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２９０は、このスクロール表示動作に連動して、左側から右側へ順に図３または図４で示したように動作領域を窪ませる。そして、右端まで到達したら再び左端から窪ませる。すると、触覚呈示装置２００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。操作者は、選択したい値が中央に配置されたら、ＯＫボタン９３０を押下して選択を実行する。
【００８０】
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。
【００８１】
図９は、ＳＭＡ線の代替としてのＳＭＡ板８４０を説明する説明図である。上述のように、触覚呈示装置にはＳＭＡ線に替えてＳＭＡ板を採用し得るが、複数のＳＭＡ板を一体成形しても良い。ＳＭＡ板８４０は、打ち抜き加工により一体成形された形状記憶合金である。
【００８２】
具体的には、ＳＭＡ板８４０は、基盤部に固定される固定部しての役割を担う本体部８４１と、本体部８４１の四方から延出する伸縮部８４２、８４３、８４４、８４５とから成る。打ち抜き加工により十字形状に打ち抜かれたＳＭＡ板８４０は、伸縮部８４２、８４３、８４４、８４５が全体として円錐台に沿うような形状に折り曲げられる。
【００８３】
このように形成されたＳＭＡ板８４０は、本体部８４１がグランド線に接続され、伸縮部８４２、８４３、８４４、８４５のそれぞれの先端が、個別のスイッチを介して電源線に接続される。本体部８４１は、支持柱８２０を支持する支持部としての役割も担う。なお、基盤部に本体部８４１を固定するのではなく、本体部８４１自体を基盤部とすることもできる。このように構成されたＳＭＡ板８４０を採用する場合、窪み方向に対する剛性を高めることができる。特に接触部を支持する剛性を備えるのであれば、支持柱８２０を廃止することもできる。また、伸縮部８４２、８４３、８４４、８４５が窪み方向に対して板バネの機能を発揮すれば、接触部を弾性体としなくても良い。この場合、接触部は、可撓性を有するのであれば様々な素材を採用することができる。
【００８４】
以上説明した本実施形態においては、接触部が非導電性部材であることを前提として説明したが、接触部が導電性部材である場合は、絶縁シート、絶縁膜で接触面を覆うと良い。絶縁シート、絶縁膜は、窪み動作を妨げないように、軟質材で形成される。また、接触部として導電性シートなどの導電性部材を採用する場合には、ＳＭＡ線を接触部の裏面に直接接続することができるので、設置配線を簡素化することができる。
【００８５】
また、以上の本実施形態においては、複数のＳＭＡ線が互いに同一の特性を有するとして説明したが、ＳＭＡ線の特性をそれぞれ異ならせても良い。異なる性質を有するＳＭＡ線を採用することにより、さらに様々な触覚を呈示することができる。
【００８６】
また、以上の本実施形態においては、接触部は、複数の動作領域に渡り共通のシート形状としたが、動作領域ごとにスリットを設け、動作領域を独立のものとしても良い。これにより、接触部を通しての隣接する支持柱による反力を受けないので、動作領域の変位を得やすくすることができる。
【００８７】
以上説明した各触覚呈示装置では、接触部と基盤部の間の空間は中空であることを前提としたが、当該空間を、弾性体である接触部および支持柱よりも軟らかい素材の充填剤で充填しても良い。充填剤で充填された充填部は、接触部の形状を安定させることができるので、接触部に破損が生じる可能性を低減することができる。
【００８８】
また、以上説明した各触覚呈示装置では、ＳＭＡ線を支持柱の外部で接触部および基盤部に固定したが、例えば二色成型によりＳＭＡ線を支持柱に埋没させて配置しても良い。このように構成することにより、ユニットを小型に構成することができる。また、以上において形状記憶合金として説明した伸縮部は、形状記憶合金に限らず、能動的に伸縮させることができる素子、部材、装置であって良い。
【００８９】
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。
【符号の説明】
【００９０】
１００  触覚呈示装置、１１０  接触部、１２０  支持柱、１３０  基盤部、１４０  線対、１４１、１４２  ＳＭＡ線、１５０  側壁、１６０  圧力センサ、１７１、１７２  接地電極、１８１、１８２  電源電極、１９０  動作領域、２００  触覚呈示装置、２１１、２１２  スイッチ、２２０  電源線、２３０  グランド線、２４０  アドレス線、２５０  検出回路線、２９０  制御部、２９１  選択回路、２９２  検出回路、３０１  第１ユニット、３０２  第２ユニット、３０３  第３ユニット、３０４  第４ユニット、３０５  第５ユニット、３１１、３１２  スイッチ、３２１、３２２  スイッチ、３３２  スイッチ、３９１  第１動作領域、３９２  第２動作領域、３９３  第３動作領域、３９４  第４動作領域、３９５  第５動作領域、４００  触覚呈示装置、４１１、４１２  ＳＭＡ線、４２１、４２２  ＳＭＡ線、４３２  ＳＭＡ線、５００  触覚呈示装置、５１０  接触部、５２０  支持柱、５３０  基盤部、５４０  線対、５４１  ＳＭＡ線、５４２  ＳＭＡ線、５６０  圧力センサ、５９０  動作領域、６００  触覚呈示装置、６１０  接触部、６２０  支持柱、６３０  基盤部、６４０  線対、６４１、６４２、６４３  ＳＭＡ線、６７１、６７２、６７３  接地端子、６８１、６８２、６８３  電源端子、６９０  動作領域、７００  ユニット、７１０  接触部、７３０  基盤部、８２０  支持柱、８４０  ＳＭＡ板、８４１  本体部、８４２、８４３、８４４、８４５  伸縮部、９００  撮像装置、９１０  液晶モニタ、９２０  項目値、９３０  ＯＫボタン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014167773.tif 000009
【図８】
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【図９】
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