(57)【要約】      （修正有）【課題】収縮速度を速めるとともに、操作者がへこみ感を知覚し易すい触覚呈示装置および電子機器を提供する。【解決手段】触覚呈示装置１００は、基材１１０と、形状記憶合金であるＳＭＡ線１３０と、基材と形状記憶合金との間に設けられた放熱部材１２０とを備え、形状記憶合金は、非通電時には放熱部材に接していなかった一部が通電時には収縮して接する。また、放熱粒子が分散された弾性素材で形成された基材と、線状に形成された形状記憶合金とを備え、形状記憶合金は、非通電時には基材に接していなかった一部が通電時には収縮して基材を変形させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
形状記憶合金と、
前記基材と前記形状記憶合金との間に設けられた放熱部材と
を備え、
前記形状記憶合金は、非通電時には前記放熱部材に接していなかった一部が通電時には収縮して接する触覚呈示装置。
【請求項２】
前記基材は、弾性素材で形成されており、
前記形状記憶合金は、通電時において前記放熱部材を介して前記基材を変形させる請求項１に記載の触覚呈示装置。
【請求項３】
前記放熱部材の弾性率は、前記基材の弾性率よりも大きい請求項２に記載の触覚呈示装置。
【請求項４】
前記放熱部材は、シート状に形成され、前記基材上に部分的に設けられている請求項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】
前記放熱部材は、前記基材が前記形状記憶合金の収縮に対して最も変形する部分に設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】
前記形状記憶合金は、互いに交差するように複数設けられており、
前記放熱部材は、少なくとも前記形状記憶合金が互いに交差する部分に設けられている請求項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】
放熱粒子が分散された弾性素材で形成された基材と、
線状に形成された形状記憶合金とを備え、
前記形状記憶合金は、非通電時には前記基材に接していなかった一部が通電時には収縮して前記基材を変形させる触覚呈示装置。
【請求項８】
放熱部材とは反対側の面において前記基材に接して配置され、操作者の接触操作を検出する検出部とを備える請求項１から７のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
【請求項９】
請求項８に記載の触覚呈示装置と、
前記検出部によって検出された操作者の接触領域に基づいて、通電により前記形状記憶合金を収縮させて前記基材に接触させる制御を行う制御部と
を備えた電子機器。
【請求項１０】
表示部とを備え、
前記制御部は、前記形状記憶合金に対する通電に連動させて前記表示部に映像を表示させる請求項９に記載の電子機器。
【請求項１１】
基材と、
伸縮部材と、
前記基材と前記伸縮部材との間に設けられた放熱部材と、
前記伸縮部材の伸縮を制御する制御部と、
を備え、
前記伸縮部材は、前記制御部により非制御時には前記放熱部材に接していなかった一部が制御時には収縮して接する触覚呈示装置。
【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】
形状記憶合金は、収縮した状態から元の状態まで戻るのが遅かった。
【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、基材と、形状記憶合金と、基材と形状記憶合金との間に設けられた放熱部材とを備え、形状記憶合金は、非通電時には放熱部材に接していなかった一部が通電時には収縮して接する。
【０００５】
本発明の第２の態様における触覚呈示装置は、放熱粒子が分散された弾性素材で形成された基材と、線状に形成された形状記憶合金とを備え、形状記憶合金は、非通電時には基材に接していなかった一部が通電時には収縮して基材を変形させる。
【０００６】
本発明の第３の態様における電子機器は、上記の触覚呈示装置と、検出部によって検出された操作者の接触領域に基づいて、通電により形状記憶合金を収縮させて基材に接触させる制御を行う制御部とを備える。
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】
【０００７】
【図１】実施形態１に係る触覚呈示装置の模式斜視図である。
【図２】触覚呈示装置を説明するための図である。
【図３】ＳＭＡの収縮を説明するための図である。
【図４】放熱部材による効果を説明するための図である。
【図５】放熱部材の有無による温度−時間特性の違いを説明するための図である。
【図６】触覚呈示装置のバリエーションを説明するための図である。
【図７】触覚呈示装置のバリエーションを説明するための図である。
【図８】触覚呈示装置のバリエーションを説明するための図である。
【図９】触覚呈示装置のバリエーションを説明するための図である。
【図１０】触覚呈示装置のバリエーションを説明するための図である。
【図１１】触覚呈示装置のバリエーションを説明するための図である。
【図１２】実施形態２に係るデジタルカメラのシステム構成図である。
【図１３】デジタルカメラにおいて触覚呈示装置による触覚呈示を説明するための図である。
【図１４】電子機器の他の例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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。
【０００９】
本実施形態に係る触覚呈示装置は、線状に加工された変形伸縮部材である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。形状記憶合金が弾性部材に沈み込むように変形収縮すると、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。本実施形態においては、形状記憶合金の放熱速度を高めるべく放熱部材を備える。形状記憶合金によって操作者に触覚を呈示するにあたっては、形状記憶合金の変位率も考慮すべきである。変位率とは、単位時間当たりの形状記憶合金の変化量である。そこで、弾性部材の弾性率より大きい弾性率を持つ放熱部材を用いれば、収縮速度を速めることもできる。これにより、操作者はへこみ感を知覚し易くなる。
【００１０】
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、本実施形態に係る触覚呈示装置は、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。
【００１１】
図１は、実施形態１に係る触覚呈示装置１００の模式斜視図である。触覚呈示装置１００は、基材１１０と、放熱部材１２０と、ＳＭＡ（Ｓｈａｐｅ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ａｌｌｏｙ）線１３０と、圧力センサ１４０とを備える。なお、図１においては、放熱部材１２０を視認し易くする目的で、放熱部材１２０にハッチングを施している。
【００１２】
基材１１０は、操作者の指が接触する側を構成する弾性体１０１と、弾性体１０１を支持、固定する支持体１０２とを含む。弾性体１０１は、弾力のある直方形を成し、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１０２は、弾性体１０１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１０１のうち下面と、支持体１０２の板面とが、後述する圧力センサ１４０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。
【００１３】
放熱部材１２０は、基材１１０の上面、すなわち弾性体１０１側に配置される。本実施形態においては、放熱部材１２０は、基材１１０の上面全体に配置されている。放熱部材１２０は、シート状に形成されている。放熱部材１２０の材料は、弾性率および放熱特性を考慮して適宜選択される。放熱部材１２０に要求される特性は、収縮速度を速めることを優先する場合と、伸張速度を速めることを優先する場合とで異なる。収縮速度を速めることを優先する場合には、放熱特性よりも弾性率が重視される。具体的には、放熱部材１２０の弾性率は、弾性体１０１の弾性率よりも大きいことが好ましい。一方、伸張速度を速めることを優先する場合には、弾性率よりも放熱特性の高さが重視される。具体的には、放熱部材１２０の放熱特性は、弾性体１０１の放熱特性よりも高いことが好ましい。もちろん弾性体１０１の弾性率よりも大きい弾性率を有し、弾性体１０１の放熱特性よりも高い放熱特性を有する放熱部材を用いることもできる。このような放熱部材としてグラファイトシートを用いることができる。放熱部材１２０は、接着剤等により基材１１０に固定される。詳しくは後述するが、弾性体１０１の弾性率よりも大きい弾性率を有する放熱部材１２０を設ければ、放熱部材１２０を設けない場合に比べて、ＳＭＡ線１３０が非収縮状態から収縮状態に到達するまでの時間、および収縮状態から非収縮状態に戻るまでの時間の両方を短くできる。
【００１４】
ＳＭＡ線１３０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１３０は、全体として鉤状であり、基材１１０の形状に沿って配置されている。具体的には、基材１１０における紙面左側の側面、紙面の上面、紙面右側の側面にわたって配置されている。ＳＭＡ線１３０は、基材１１０の上面においては放熱部材１２０を介して配置されている。非通電時においては、ＳＭＡ線１３０は、弛緩させた状態で配置される。ＳＭＡ線１３０において放熱部材１２０の上面に位置する部分は、例えば直線状または波状に形成することができる。詳しくは後述するが、当該部分を直線状に形成する場合には、当該部分を放熱部材から浮かせるとよい。本実施形態においては、図示するように、ＳＭＡ線１３０において放熱部材１２０の上面に位置する部分は、波状に形成されている。本実施形態においては、二つのＳＭＡ線１３０が互いに間隔をあけて配置されている。互いに隣接するＳＭＡ線１３０の間隔は、操作者の指の大きさを考慮し、例えば２０ｍｍ以下に設定するとよい。ＳＭＡ線１３０の両端は、支持体１０２の左右両側面にそれぞれ接着剤等により固定される。ＳＭＡ線１３０の右側の端部は、制御回路線１５０を介して外部の制御回路に接続され、左側の端部は、グランド接続線１６０に接続されている。外部の制御回路によりＳＭＡ線１３０に電圧が印加される、ＳＭＡ線１３０は自身の抵抗により発熱する。そして、ＳＭＡ線１３０は発熱により収縮する。ＳＭＡ線１３０の収縮の詳細については後述する。
【００１５】
圧力センサ１４０は、それぞれのＳＭＡ線１３０に対応して設けられている。具体的には、圧力センサ１４０は、当該ＳＭＡ線１３０の直下に、弾性体１０１と支持体１０２の間に挟み込まれて設置される。圧力センサ１４０は、例えばひずみゲージが用いられる。
【００１６】
それぞれのＳＭＡ線１３０は、対応する圧力センサ１４０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１０１の表面領域に触れると、圧力センサ１４０が当該接触に応じた出力信号を、検出回路線１７０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、検出結果を制御回路に引き渡す。制御回路は、検出結果を受け取ると、これに同期して、対応するＳＭＡ線１３０に電圧を印加する。すると、当該ＳＭＡ線１３０に電流が流れ、操作者が触れた弾性体１０１の表面領域がへこむ。これにより、操作者は、弾性体１０１の表面に軽く触れただけで、へこみ感を感じる。詳しくは後述するが、放熱部材１２０として弾性体１０１よりも弾性率が高い材料を用いれば、ＳＭＡ線１３０の収縮の変位率を高めることができ、より触覚を知覚し易くなる。弾性体１０１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。
【００１７】
制御回路は、例えば１００ｍｓｅｃ程度の予め定められた時間が経過したら電圧の印加を停止する。すると、当該ＳＭＡ線１３０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１０１は元の形状に戻る。このとき、操作者がまだ弾性体１０１の表面を触れていれば、弾性体１０１には、その押圧による変形のみが残る。放熱部材１２０として弾性体１０１よりも放熱特性の高い材料を用いていれば、元の形状に戻る速度を速めることができる。
【００１８】
図２は、触覚呈示装置１００を説明するための図である。なお、図２においては、図面を見易くする目的で、放熱部材１２０にハッチングを施すとともに、制御回路線、検出回路線、およびグランド接続線を省いて図示している。図２（ａ）は、操作者による接触操作の様子を示す図であり、図２（ｂ）は、一部が変形した状態を示す側面図である。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、操作者による接触操作がなされると、いずれの触覚部で接触を検出したかが同定された後、対応するＳＭＡ線１３０に電圧が印加される。すると、当該ＳＭＡ線１３０が弾性体１０１に沈み込むように変形収縮し、弾性体１０１は溝状にへこむ。具体的には、図２（ｂ）に示すように、ＳＭＡ線１３０によって締め付けられた部分は、溝状に沈み込み、これに応じてその周囲も全体的に窪む。一方、電圧が印加されなければ、ＳＭＡ線１３０には電流が流れないので、ＳＭＡ線１３０は収縮することなく、したがって、弾性体１０１もへこむことがない。
【００２０】
図３は、ＳＭＡ線１３０の収縮を説明するための図である。なお、図３においては、図面を見易くする目的で、制御回路線、検出回路線、グランド接続線、および圧力センサを省いて図示している。以降の図においても、これら部材を省いて図示している場合がある。図３（ａ）は、図２（ａ）に示した触覚呈示装置１００のＡ−Ａ断面図である。図３（ａ）は、非通電時におけるＳＭＡ線１３０の状態を示す。ＳＭＡ線１３０は、放熱部材１２０の上面に位置する上部１３１と、基材１１０および放熱部材１２０の側面に位置する側部１３２とを有する。非通電時においては、上述のように、ＳＭＡ線１３０の上部１３１は波状に形成されている。したがって、波状の最下点が放熱部材１２０に対して点状に接し、他の部分は放熱部材１２０に接しない。ＳＭＡ線１３０と放熱部材１２０の接触面積が小さいので、ＳＭＡ線１３０が収縮状態に到達するまでの時間が短くなる。
【００２１】
図３（ｂ）は、通電時におけるＳＭＡ線１３０の状態を示す。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した触覚呈示装置１００の断面図に対応している。図中の矢印は、ＳＭＡ線１３０の収縮による引き締め力のベクトルを示す。
【００２２】
ＳＭＡ線１３０の上部１３１は、全体的に左右方向に収縮する。これに対し、側部１３２は、全体的に上下方向に収縮する。したがって、ＳＭＡ線１３０全体としては、側部１３２の上下方向の収縮により、上部１３１が下方向に引っ張られるとともに、上部１３１の左右方向の収縮により、側部１３２が左右方向に引っ張られる。このため、弾性体１０１および放熱部材１２０における左右両端のエッジ部分１１２においては、上部１３１および側部１３２の両方の収縮による引き締め力がかかる。結果として、弾性体１０１および放熱部材１２０の中央部分に比べて、左右両端のエッジ部分１１２にはより大きな引き締め力がかかる。引き締め力が大きいと、ＳＭＡ線１３０が沈み込む量も大きくなる。したがって、図３（ｂ）に示すように、ＳＭＡ線１３０は、左右のエッジ部分１１２において最も沈み込むように収縮する。
【００２３】
このように、通電時においては、ＳＭＡ線１３０が収縮することにより、ＳＭＡ線１３０は放熱部材１２０を介して弾性体１０１に沈み込むように変形収縮する。すると、非通電時には放熱部材１２０に接していなかった一部が通電時には収縮して放熱部材１２０に接する。本実施形態においては、ＳＭＡ線１３０の上部１３１が全体的に放熱部材１２０に接する。これにより、非通電時に比べて、ＳＭＡ線１３０と放熱部材１２０の接触面積は大きくなる。これにより、放熱部材１２０による放熱効果を高めることができる。
【００２４】
以上のように、本実施形態の触覚呈示装置１００によれば、ＳＭＡ線１３０が非収縮状態であるか（すなわち非通電時であるか）、収縮状態であるか（通電時であるか）により、ＳＭＡ線１３０と放熱部材１２０の接触面積が変化する。より詳細には、ＳＭＡ線１３０の熱を放出させたくない場合には、ＳＭＡ線１３０の一部のみが放熱部材１２０に接触され、ＳＭＡ線１３０の熱を放出させたい場合には、ＳＭＡ線１３０は、より広範囲で放熱部材１２０に接触させる。このように、ＳＭＡ線１３０と放熱部材１２０の接触面積を変化させることにより、ＳＭＡ線１３０が非収縮状態から収縮状態に到達するまでの時間、および収縮状態から非収縮状態に戻るまでの時間を短くできる。
【００２５】
図４は、放熱部材による効果を説明するための図である。図４（ａ）は、放熱部材を用いない場合の比較例としての触覚呈示装置３００の断面図である。図４（ｂ）は、本実施形態に係る触覚呈示装置１００の断面図であり、図３（ａ）に示した断面図と同一である。
【００２６】
図４（ａ）に示す比較例の触覚呈示装置３００においては、放熱部材１２０を設けていないので、ＳＭＡ線１３０と弾性体１０１が直接接触する。弾性体１０１の弾性率は、放熱部材１２０の弾性率よりも小さいので、ＳＭＡ線１３０は、弾性体１０１に対してより沈む。その結果、拡大図に示すように、ＳＭＡ線１３０と弾性体１０１の接触面積は大きくなる。
【００２７】
一方、図４（ｂ）に示す本実施形態に係る触覚呈示装置１００においては、放熱部材１２０を設けているので、ＳＭＡ線１３０と放熱部材１２０が直接接触する。上述のように、放熱部材１２０の弾性率は、弾性体１０１の弾性率よりも大きいので、ＳＭＡ線１３０は、放熱部材１２０に対してあまり沈まない。その結果、ＳＭＡ線１３０と放熱部材１２０の接触面積は、図４（ａ）の拡大図で示した、ＳＭＡ線１３０と弾性体１０１の接触面積に比べて小さくなる。
【００２８】
図５は、放熱部材の有無による温度−時間特性の違いを説明するための図である。縦軸は温度（℃）を示し、横軸は時間（ｓ）を示す。曲線１９１は、図４（ａ）で示した比較例の触覚呈示装置に対応する。曲線１９２は、図４（ｂ）で示した本実施形態の触覚呈示装置に対応する。比較例の触覚呈示装置と本実施形態の触覚呈示装置に対して同じ時間、同じ電圧を印加した後、停止した。図５は、電圧を印加した時点以降を示している。
【００２９】
温度の立ち上がりに着目すると、曲線１９２の立ち上がりは、曲線１９１の立ち上がりに比べて急峻になっている。ＳＭＡ線１３０の放熱量は、接触する部材の放熱特性および当該部材との接触面積に依存する。したがって、弾性体１０１より弾性率が高い放熱部材を用いて接触面積を小さくすれば、放熱部材の放熱特性が若干高かったとしても、温度の立ち上がりが速くなり得る。このため、本実施形態の触覚呈示装置においては、曲線１９２の立ち上がりが急峻になっていると考えられる。なお、本実施形態の触覚呈示装置においては、ＳＭＡ線１３０が収縮し広範囲に亘って放熱部材１２０に接するまでは、温度が上がりやすいと考えられる。
【００３０】
一方で、弾性体１０１の放熱特性が放熱部材１２０の放熱特性より低かったとしても、ＳＭＡ線１３０との接触面積が大きければ、温度の立ち上がりが遅くなり得る。このため、比較例の触覚呈示装置においては、曲線１９１の立ち上がりが曲線１９２に比べて緩やかになっていると考えられる。
【００３１】
温度の最大値に着目すると、曲線１９１の最大値は、曲線１９２の最大値に比べて大きくなっている。本実施形態の触覚呈示装置においては、ＳＭＡ線１３０が収縮することにより、ＳＭＡ線１３０と放熱部材１２０の接触面積は増大する。すると、ＳＭＡ線１３０の熱は、放熱部材１２０により放熱されるので、比較例の触覚呈示装置の場合ほど上昇しないと考えられる。
【００３２】
温度の最大値からの立ち下がりに着目すると、曲線１９２の立ち下がりは、曲線１９１の立ち下がりに比べて急峻になっている。上述したように、本実施形態の触覚呈示装置においては、ＳＭＡ線１３０が収縮することにより、ＳＭＡ線１３０と放熱部材１２０の接触面積は増大する。すると、ＳＭＡ線１３０の熱は、放熱部材１２０により放出されるので、温度が下がりやすいと考えられる。
【００３３】
ＳＭＡ線１３０が収縮可能な温度範囲内においては、ＳＭＡ線１３０の温度が上昇すると、収縮量は大きくなる。したがって、本実施形態の触覚呈示装置においては、放熱部材１２０により放熱される分だけ、比較例の触覚呈示装置に比べて、ＳＭＡ線１３０の収縮量は小さい。一方、本実施形態の触覚呈示装置においては、比較例の触覚呈示装置に比べて、ＳＭＡ線１３０の変位率が高い。すなわち、本実施形態の触覚呈示装置においては、比較例の触覚呈示装置に比べて、ＳＭＡ線１３０は小さく、速く収縮する。ＳＭＡ線１３０の急激な収縮によって、操作者は充分にへこみ感を知覚できる。加えて、本実施形態の触覚呈示装置においては、小さい収縮量で触覚を呈示できるので、ＳＭＡ線１３０に対する印加電圧を抑えることができる。したがって、消費電力を低減できる。
【００３４】
以上の説明のおいては、触覚呈示装置１００は二つのＳＭＡ線１３０を備える構成であったが、三つ以上のＳＭＡ線１３０を備える構成であってもよい。図６は、触覚呈示装置のバリエーションを説明するための図である。図６においては、特に、三つのＳＭＡ線１３０が互いに間隔をあけて並列配置される場合の放熱部材１２０の配置について説明する。図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、触覚呈示装置の上視図である。
【００３５】
図６（ａ）においては、放熱部材１２０は、三つのＳＭＡ線１３０の全体に亘って配置されている。したがって、三つのＳＭＡ線１３０のそれぞれについて、ＳＭＡ線１３０が非収縮状態から収縮状態に到達するまでの時間、および収縮状態から非収縮状態に戻るまでの時間を短くできる。
【００３６】
図６（ｂ）においては、放熱部材１２０は、三つのＳＭＡ線１３０に対して一対一に対応するように配置されている。すなわち、放熱部材１２０は、三つのＳＭＡ線１３０が配置された領域にそれぞれ配置されている。したがって、図６（ａ）の場合と同様に、三つのＳＭＡ線１３０のそれぞれについて、ＳＭＡ線１３０が非収縮状態から収縮状態に到達するまでの時間、および収縮状態から非収縮状態に戻るまでの時間を短くできる。さらに、三つの放熱部材１２０の全体の面積は、図６（ａ）の場合に比べて小さい。したがって、放熱部材１２０の面積に対するコストを抑えることができる。
【００３７】
図６（ｃ）においては、放熱部材１２０は、弾性体１０１における左右のエッジ部分において、三つのＳＭＡ線１３０を縦断するように配置されている。上述したように、ＳＭＡ線１３０は、弾性体１０１のエッジ部分において最も収縮する。そこで、放熱部材１２０は、弾性体１０１がＳＭＡ線１３０の収縮に対して最も変形する部分に設けられている。このように、弾性体１０１における最も変形する部分に放熱部材１２０を設けることにより、当該部分においてＳＭＡ線１３０が沈み込み難くなる。ＳＭＡ線１３０の接触面積の増大を抑制できるので、ＳＭＡ線１３０の温度の立ち上がりを早くできる。また、放熱部材１２０の面積が小さいので、放熱部材１２０の面積に対するコストを抑えることができる。さらに、放熱部材１２０が配置された領域においては、通電時においてＳＭＡ線１３０が収縮することにより放熱部材１２０に接触する。したがって、放熱部材１２０を用いない場合に比べて、通電時における放熱効果を高めることもできる。
【００３８】
図７は、触覚呈示装置のバリエーションを説明するための図である。図７においても図６と同様に、三つのＳＭＡ線１３０が互いに間隔をあけて並列配置される場合の放熱部材１２０の配置について説明する。図７（ａ）は、触覚呈示装置の上視図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す触覚呈示装置のＢ−Ｂ断面図である。
【００３９】
図７（ａ）においては、放熱部材１２０は、弾性体１０１における左右のエッジ部分に加えて、中央部分に形成されている。放熱部材１２０は、三つのＳＭＡ線１３０を縦断するように配置されている。図７（ａ）においては、図６（ｃ）に示した弾性体１０１のエッジ部分に放熱部材１２０を配置する場合に比べて、より放熱効果を高めることができる。このように、放熱部材１２０の配置は、放熱部材１２０のコスト、放熱効果等を考慮して適宜決定されるとよい。
【００４０】
図７（ｂ）に示すように、放熱部材１２０は、ＳＭＡ線１３０のピッチａに合わせて配置されている。これにより、非通電時において、ＳＭＡ線１３０は、弾性体１０１に接することなく、放熱部材１２０上に配置される。したがって、ＳＭＡ線１３０の温度の立ち上がりを速くできる。さらに、放熱部材１２０が配置された領域においては、通電時においてＳＭＡ線１３０が収縮することにより放熱部材１２０に接触する。したがって、通電時における放熱効果を高めることもできる。
【００４１】
図８は、触覚呈示装置のバリエーションを説明するための図である。図８（ａ）は、触覚呈示装置の上視図である。放熱部材１２０は、弾性体１０１の上面の左右両端に配置されている。放熱部材１２０の間を埋めるように、さらに調整部材１２１が配置されている。調整部材１２１は、放熱部材１２０と同程度の弾性率を有する材料からなる。例えば、調整部材１２１としてプラスチック系の材料、シリコンゴム系の材料等を用いることができる。
【００４２】
図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す触覚呈示装置のＣ−Ｃ断面図である。図示するように、調整部材１２１は、放熱部材１２０と同一の高さである。これにより、放熱部材１２０の間の段差を埋めている。このように、収縮時におけるＳＭＡ線１３０と接触する部分を放熱部材１２０と調整部材１２１とにより平坦に形成することにより、接触面を滑らかに構成できる。また、調整部材１２１の弾性率は、放熱部材１２０の弾性率と同程度であるので、硬さの違いによる違和感が少ない。
【００４３】
以上の説明においては、非通電時において、ＳＭＡ線１３０の一部は、放熱部材１２０に接していた。しかしながら、非通電時において、ＳＭＡ線１３０は、放熱部材１２０に接していなくてもよい。図９は、ＳＭＡ線１３０が放熱部材１２０に接していない場合の構成を示す図である。この場合には、ＳＭＡ線１３０と放熱部材１２０は接触していないので、ＳＭＡ線１３０が収縮し放熱部材１２０に接触するまでは、放熱部材１２０によっては放熱されない。したがって、ＳＭＡ線１３０の温度の立ち上がり速度という観点では、最も速い。また、ＳＭＡ線１３０が収縮し放熱部材１２０に接触すると、ＳＭＡ線１３０の熱は、放熱部材１２０により放熱される。したがって、温度の立ち下がりも速くすることができる。なお、図９において、放熱部材１２０に接触していない部分は、直線状に形成されていてもよい。この場合でも、非通電時においては、ＳＭＡ線１３０と放熱部材１２０は接触せず、通電時においては、ＳＭＡ線１３０と放熱部材１２０が接触するので、ＳＭＡ線１３０が波状に形成された場合と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
以上の説明においては、ＳＭＡ線１３０は、左右方向に設けられていたが、上下方向に設けられてもよい。さらに、互いに交差するように設けられてもよい。図１０は、触覚呈示装置のバリエーションを説明するための図である。図１０においては、ＳＭＡ線１３０は、左右方向および上下方向にそれぞれ互いに間隔をあけて三つずつ配置されている。特に、ＳＭＡ線１３０が互いに交差するように配置される場合の放熱部材１２０の配置について説明する。また、非通電時において、左右方向に形成されたＳＭＡ線１３０と、上下方向に形成されたＳＭＡ線１３０は、互いに接触していない。
【００４５】
圧力センサ１４０は、複数のＳＭＡ線１３０で共有される。具体的には、圧力センサ１４０は、左右方向に設けられたＳＭＡ線１３０と上下方向に設けられたＳＭＡ線１３０の交差部分に形成されている。したがって、操作者の指が交差部分に接触すると、上下、左右の両方のＳＭＡ線１３０が収縮する。なお、ＳＭＡ線１３０のそれぞれに沿うように圧力センサ１４０を配置してもよし、ＳＭＡ線１３０の交差部分とそれ以外の部分とで領域を分けて、それぞれに独立した圧力センサを設置してもよい。
【００４６】
図１０（ａ）においては、放熱部材１２０は、互いに交差して配置されたＳＭＡ線１３０に対して一対一に対応するように配置されている。すなわち、放熱部材１２０は、六つのＳＭＡ線１３０が配置された領域にそれぞれ配置されている。したがって、六つのＳＭＡ線１３０のそれぞれについて、ＳＭＡ線１３０が非収縮状態から収縮状態に到達するまでの時間、および収縮状態から非収縮状態に戻るまでの時間を短くできる。さらに、放熱部材１２０の全体の面積は、六つのＳＭＡ線１３０の全体に亘って配置する場合に比べて小さい。したがって、放熱部材１２０の面積に対するコストを抑えることができる。
【００４７】
図１０（ｂ）においては、放熱部材１２０は、島状に設けられている。具体的には、放熱部材１２０は、ＳＭＡ線１３０が互いに交差する部分に設けられている。すなわち、左右方向に配置されたＳＭＡ線１３０と、上下方向に配置されたＳＭＡ線１３０とで、放熱部材１２０を共有している。これにより、放熱部材１２０の全体の面積を小さくできるので、放熱部材１２０の面積に対するコストを抑えることができる。さらに、放熱部材１２０の配置位置がＳＭＡ線１３０のピッチ、すなわち波状の最下点に合っていれば、ＳＭＡ線１３０の温度の立ち上がりを早くできる。
【００４８】
図１０（ｃ）においては、放熱部材１２０は、弾性体１０１における上下左右のエッジ部分に配置されている。具体的には、弾性体１０１の上面の外縁部に環状に設けられている。上述したように、ＳＭＡ線１３０は、弾性体１０１のエッジ部分において最も収縮する。そこで、放熱部材１２０は、弾性体１０１がＳＭＡ線１３０の収縮に対して最も変形する部分に設けられている。図６（ｃ）の場合と同様に、ＳＭＡ線１３０の接触面積の増大を抑制できるので、ＳＭＡ線１３０の温度の立ち上がりを早くできる。また、放熱部材１２０の面積が小さいので、放熱部材１２０の面積に対するコストを抑えることができる。さらに、放熱部材１２０を用いない場合に比べて、通電時における放熱効果を高めることができる。
【００４９】
以上の説明においては、基材１１０は、弾性体１０１と支持体１０２から構成されたが、弾性体１０１によって構成される基材１１０を用いることもできる。また、基材１１０は直方体形状であったが、他の形状であってもよい。図１１は、触覚呈示装置のバリエーションを説明するための図である。なお、図１１においては、図面を見易くする目的で、左端のＳＭＡ線１３０を除いて後述するポテンショメータ１９０の図示を省略している。
【００５０】
図１１においては、基材１１０は半円柱形状である。基材１１０は、全体が例えばシリコンゴムにより形成される。放熱部材１２０は基材１１０の曲面に配置される。ＳＭＡ線１３０は、全体として鉤状であり、基材１１０の上面、曲面、下面にかけて配置されている。ＳＭＡ線１３０において曲面に位置する部分は、波状に形成されている。図１１においては、四つのＳＭＡ線１３０が互いに間隔をあけて配置されている。ＳＭＡ線１３０は、基材１１０の曲面においては放熱部材１２０を介して配置されている。ＳＭＡ線１３０の両端は、基材１１０の上下面にそれぞれ接着剤等により固定される。ＳＭＡ線１３０の上面側の端部は、制御回路線１５０を介して外部の制御回路に接続され、下面側の端部は、グランド接続線１６０に接続されている。なお、基材１１０の上下面に、弾性体１０１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た固定部材を設け、この固定部材にＳＭＡ線１３０を固定してもよい。
【００５１】
操作者の接触動作を検出する検出部として、圧力センサ以外にもポテンショメータを用いることができる。図１１においては、圧力センサの替わりにポテンショメータ１９０を用いる。具体的には、ＳＭＡ線１３０において任意の二点に微弱な電圧を印加する。この状態で操作者の接触動作がなされると、抵抗値が変化する。この抵抗値の変化を検知することにより、操作者の接触動作を検知することができる。操作者の接触動作が検知されると、外部の制御回路は、制御回路線１５０を介してＳＭＡ線１３０に電圧を印加する。外部の制御回路は、弾性体１０１が予め設定された値以上の強さで押圧された場合に、電圧を印加してもよい。このような構成であっても、ＳＭＡ線１３０と放熱部材１２０の接触面積を変化させることにより、ＳＭＡ線１３０が非収縮状態から収縮状態に到達するまでの時間、および収縮状態から非収縮状態に戻るまでの時間を短くできる。なお、図１１では電子機器への適用のしやすさの観点から基材１１０を半円柱形状として説明したが、全周を有する円柱形状であってもよい。
【００５２】
上述したそれぞれの触覚呈示装置は、電子機器に搭載される。以下に、電子機器としてデジタルカメラに搭載された場合を例に挙げて説明する。
【００５３】
図１２は、デジタルカメラのシステム構成図である。デジタルカメラ２００は、触覚呈示装置１００に加えて、ＣＰＵ２０１、不揮発性メモリ２０２、撮像部２０３、Ａ／Ｄ変換部２０４、画像処理部２０５、表示制御部２０６、表示部２０７、および温度センサ２０８を備える。操作者は、触覚呈示装置１００を操作することによりデジタルカメラ２００を操作できる。操作者は、触覚呈示装置１００を操作することにより例えば撮影モードを設定する。
【００５４】
触覚呈示装置１００は、圧力センサおよび検出回路などを含む検出部２１０を有する。圧力センサを備えているので、入力部材としても利用できる。操作者が触覚呈示装置１００に触れると、検出部２１０は、その検出結果をＣＰＵ２０１へ引き渡す。
【００５５】
ＣＰＵ２０１は、触覚呈示装置１００をＰＷＭ方式により制御する制御部としての役割を担う。ＣＰＵ２０１は、検出結果を受け取ると、後述するテーブルを参照しながら制御対象となるＳＭＡ線１３０に印加する電圧の制御を行う。電圧の印加時間が長くなると、ＳＭＡ線１３０の発熱量は大きくなり、触覚呈示装置１００の温度が上昇する。そこで、ＣＰＵ２０１は、温度センサ２０８を介して触覚呈示装置１００のＳＭＡ線１３０の熱をモニタリングし、予め設定された温度を超えると電圧の印加を停止する。このように、ＣＰＵ２０１は、ＳＭＡ線１３０の熱に応じてデューティー比を調整することにより、ＳＭＡ線１３０の発熱量を調整できる。ＣＰＵ２０１は、予め定められた時間経過後に電圧の印加を停止してもよい。電圧を停止するまでの時間は、ＳＭＡ線１３０が収縮し終えるまでの時間、ＳＭＡ線１３０がある一定温度に達すまでの時間等を考慮して実験により予め算出しておく。上述のように、例えば、電圧の印加から１００ｍｓｅｃ経過後に印加を停止する。さらに、ＣＰＵ２０１は、デジタルカメラ２００を統合的に制御する。
【００５６】
ＳＭＡ線１３０は、ある一定温度に到達すると収縮し始める。そこで、ＣＰＵ２０１は、予め設定された温度よりもＳＭＡ線１３０の温度が低くなった場合には、ＳＭＡ線１３０に電圧を印加してもよい。これにより、ＳＭＡ線１３０の温度を予め設定された温度以上に保つことができる。ＳＭＡ線１３０が収縮し始める温度に近い温度を維持することにより、操作者の接触操作に対する応答性を向上させることができる。
【００５７】
不揮発性メモリ２０２は、触覚呈示装置１００を制御するプログラム、当該プログラムによって参照される各種テーブルを記憶する。テーブルの一例として、メニューの階層毎に、当該階層とＳＭＡ線１３０とが対応付けられたテーブルを挙げることができる。この場合には、ＣＰＵ２０１は、触覚呈示装置１００に含まれるＳＭＡ線１３０のうちのテーブルに対応付けられたＳＭＡ線１３０を制御対象に決定し、操作者の接触動作に応じて制御対象に決定されたＳＭＡ線１３０に印加する電圧を制御する。さらに、階層毎に、対応するＳＭＡ線１３０に供給すべき電流値または印加すべき電圧印加時間が対応付けられていてもよい。この場合には、ＣＰＵ２０１は、対応付けられた電流値または電圧印加時間となるよう、デューティー比を調整して対応するＳＭＡ線１３０に印加する電圧の制御を行う。これにより、触覚呈示装置１００が呈示する触覚をメニューの階層毎に異ならせることができる。
【００５８】
不揮発性メモリ２０２は、その他デジタルカメラ２００を動作させる様々な定数、プログラム等も記憶する。ＣＰＵは、上述の定数、プログラム等を不揮発性メモリから適宜呼び出して参照する。
【００５９】
撮像部２０３は光学系を含み、当該光学系を透過して入射する被写体像である光学像を光電変換する。撮像部２０３は、光電変換により得られた電荷を増幅した後、アナログ画像信号としてＡ／Ｄ変換部２０４に出力する。Ａ／Ｄ変換部２０４は、撮像部２０３から出力されたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換する。
【００６０】
画像処理部２０５は、デジタル画像信号に対して種々の画像処理を施し、画像データを生成する。表示制御部２０６は、ＣＰＵ２０１の指示に従って、画像データを表示部２０７に表示させる。表示制御部２０６は、ＣＰＵ２０１の指示に従って、各種設定に関する様々なメニュー項目も、表示部２０７に表示させることができる。表示制御部２０６は、撮影モードが設定される場合に、夜景モード、人物モード等を表す表示項目を表示部２０７に表示させる。
【００６１】
図１３は、デジタルカメラにおいて触覚呈示装置１００による触覚呈示を説明するための図である。図１３（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、表示部２０７側からデジタルカメラ２００を見た図を示している。以下の説明においては、図示するように、表示部２０７に撮影モードの項目が表示されている場合を想定し、触覚呈示装置１００を操作することにより撮影モードの項目を選択する場合について説明する。なお、図１３に示す例においては、触覚呈示装置１００は、１１個のＳＭＡ線１３０を備えている。
【００６２】
図１３（ａ）の例においては、表示部２０７は、撮影モードの項目として１１個の項目を表示している。不揮発性メモリ２０２に記憶されているテーブルは、この表示階層に対して全てのＳＭＡ線１３０を対応付けている。つまり、１１個全てのＳＭＡ線が制御対象となる。したがって、操作者は指をスライドさせると小刻みに触覚を知覚できる。表示部２０７には、予め設定された項目が強調表示される。この例においては、１１個の項目のうちの右端の項目が強調表示され、強調表示項目２０９となっている。操作者は、図中の矢印に示すように上下方向に触覚呈示装置１００を操作することにより、触覚呈示装置１００から呈示される触覚を感じながら、強調表示項目２０９を順次変更することができる。例えば、指を上方向にスライドさせると、項目も上方向、すなわち半時計周りに移動し、強調表示項目２０９が順次変更される。操作者は、接触動作に応じた触覚を感じながら項目を選択できる。
【００６３】
図１３（ｂ）の例においては、表示部２０７は、撮影モードの項目として４個の項目を表示している。不揮発性メモリ２０２に記憶されているテーブルは、この表示階層に対して４個のＳＭＡ線１３０を対応付けている。つまり、４個のＳＭＡ線１３０が制御対象となる。したがって、操作者が指をスライドさせたとしても収縮しない箇所がある。図１３（ｂ）においては、制御対象となるＳＭＡ線１３０を実線で示している。図１３（ｂ）の場合も、表示部２０７には、予め設定された項目が強調表示される。その後、図中の矢印に示すように上下方向に触覚呈示装置１００を操作することにより、触覚呈示装置１００から呈示される触覚を感じながら、強調表示項目２０９を順次変更することができる。
【００６４】
ＣＰＵ２０１は、図１３（ａ）に示すように、撮影モードの項目として１１個の項目が表示部２０７に表示されている場合と、図１３（ｂ）に示すように、４個の項目が表示部２０７に表示されている場合とで、電圧の制御を異ならせてもよい。１１個の項目が表示部２０７に表示されている場合には、制御対象となるＳＭＡ線１３０の密度がより高くなる。したがって、ＳＭＡ線１３０の収縮による触感を知覚し易くすべく、４個の項目が表示部２０７に表示されている場合に比べて、電圧の印加時間を長くするとよい。これにより、ＳＭＡ線１３０の収縮量がより大きくなるので、操作者は触覚を知覚し易くなる。なお、１１個の項目が表示部２０７に表示されている場合に、供給する電流値をより大きくすることによっても同様の効果が期待できる。
【００６５】
なお、撮影モードの項目を左右方向に並べて表示してもよい。操作方向と表示方向を同一にすることにより、操作者は操作に対する項目の移動方向を直感的に理解し易くなる。触覚呈示装置１００は、図１３に示す状態から９０度回転させた状態で配置されてもよい。この場合には、紙面の左右方向に操作されることになる。操作方向に合わせて撮影モードの項目を紙面の左右方向に並べて表示するとよい。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よい。
【００６６】
以上の説明においては、表示部２０７と触覚呈示装置１００は、互いに独立して設けられていたが、表示部２０７に触覚呈示装置１００を組み込んでもよい。すなわち、表示部２０７と触覚呈示装置１００とで領域を分けずに、これらを一体的に構成してもよい。この場合に、表示部２０７をタッチパネルとして構成すると、タッチパネルに対する操作に対して触覚を呈示できる。
【００６７】
以上の実施形態においては、電子機器としてデジタルカメラを例に挙げて説明したが、上述の態様は、デジタルカメラに限らず様々な電子機器に適用し得る。例えば、携帯電話、ゲーム端末、タブレット端末、産業機械の操作パネル等にも適用できる。なお、本明細書において、触覚は接したときの感触に加え、力の変化を感じる感覚である力覚を含む概念である。
【００６８】
図１４は、電子機器の他の例を説明するための図である。図１４（ａ）は、携帯電話４００の外観斜視図である。携帯電話４００は、筐体４１０に対して表示パネル４２０およびファンクションボタン４４０を備える。また、携帯電話４００は、筐体４１０の側面に触覚呈示装置１００を備える。操作者は、触覚呈示装置１００を例えば上下方向に操作することにより、触覚呈示装置１００から呈示される触覚を感じながら、表示パネル４２０に表示される表示内容を切り替えることができる。なお、触覚呈示装置１００は、表示パネル４２０と同一面に表示パネル４２０に隣接して配置されてもよいし、表示パネル４２０とは反対側の面に配置されてもよい。
【００６９】
図１４（ｂ）は、タブレット端末５００の外観斜視図である。タブレット端末５００は、筐体５１０に対して表示パネル５２０およびファンクションボタン５４０を備える。また、タブレット端末５００は、表示パネル５２０に隣接して配置された触覚呈示装置１００を備える。操作者は、触覚呈示装置１００を例えば上下方向に操作することにより、触覚呈示装置１００から呈示される触覚を感じながら、表示パネル５２０に表示される表示内容を切り替えることができる。なお、触覚呈示装置１００は、筐体５１０の側面に配置されてもよいし、表示パネル５２０とは反対側の面に配置されてもよい。
【００７０】
以上の説明においては、基材１１０と放熱部材１２０は別部材であったが、放熱粒子が混合された弾性素材により基材１１０を形成してもよい。放熱粒子として粉状のグラファイトを用いることができる。この場合には、放熱粒子が分散された弾性素材で形成された基材１１０の上面にＳＭＡ線１３０が配置される。そして、ＳＭＡ線１３０は、非通電時には基材１１０に接していなかった一部が通電時には基材１１０に沈み込むように変形収縮する。これにより、ＳＭＡ線１３０が収縮状態から非収縮状態に戻るまでの時間を短くできる。
【００７１】
以上の説明においては、触覚呈示装置１００は複数のＳＭＡ線１３０を備える構成であったが、一つのＳＭＡ線１３０を備える構成であってもよい。また、ＳＭＡ線１３０から操作者への伝熱を抑制すべく、ＳＭＡ線１３０が被膜されていてもよい。
【００７２】
また、触覚呈示装置は、基材と、変形し伸縮する伸縮部材と、当該基材と当該伸縮部材との間に設けられた放熱部材と、当該伸縮部材の伸縮を制御する制御部とを備える構成としてもよい。伸縮部材として電気活性ポリマを用いることができる。制御部は、電気活性ポリマに対する電圧の印加を制御することにより、電気活性ポリマの伸縮を制御する。伸縮部材は、図９に示したように、例えば非制御時、すなわち電圧が印加されていない場合に放熱部材に接しないように構成される。そして、非制御時には放熱部材に接していなかった一部が、制御時、すなわち電圧が印加された場合に変形して放熱部材に接するように構成される。これにより、電圧の印加による電気活性ポリマの熱を放熱部材に放熱できるので、電気活性ポリマの温度上昇を抑制できる。なお、伸縮部材として高分子を用いることもできる。この場合には、制御部は高分子に与える熱を制御する。
【００７３】
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】
【００７４】
１００  触覚呈示装置、１０１  弾性体、１０２  支持体、１１０  基材、１１２  エッジ部分、１２０  放熱部材、１２１  調整部材、１３０  ＳＭＡ線、１３１  上部、１３２  側部、１４０  圧力センサ、１５０  制御回路線、１６０  グランド接続線、１７０  検出回路線、１９０  ポテンショメータ、１９１  曲線、１９２  曲線、２００  デジタルカメラ、２０１  ＣＰＵ、２０２  不揮発性メモリ、２０３  撮像部、２０４  Ａ／Ｄ変換部、２０５  画像処理部、２０６  表示制御部、２０７  表示部、２０８  温度センサ、２０９  強調表示項目、２１０  検出部、３００  触覚呈示装置、４００  携帯電話、４１０  筐体、４２０  表示パネル、４４０  ファンクションボタン、５００  タブレット端末、５１０  筐体、５２０  表示パネル、５４０  ファンクションボタン
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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