(57)【要約】      （修正有）【課題】触覚子で構成される微小な振動提示装置において、指先を触れて振動の有無を検知し、情報を伝える機構で触覚子を同一周波数で振動させた場合、振動に対する指先の感覚が慣れてきて麻痺し、各触覚子の部位の判別が著しく低下する。長時間使用しても判別能力が低下しない微小情報伝達装置を提供する。【解決手段】触覚子を６つ持つ微小振動体１Ａ〜３Ｂを備え、各々のドライバー６に信号発生器３を配設し、これらを制御するパターン発生器２を設ける。このように構成された装置において、６つそれぞれの触覚子の駆動周波数を変える事で触覚子の振動の有無を判別する能力を高める。また、触覚子をグループに分け、その中では同じ周波数で駆動させ、別グループは別の周波数で駆動したり、グループとグループとの間に駆動の時間差を設けることで触覚子の振動の有無を高めた触覚振動式の情報伝達装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
触覚子（４）で構成される微小な振動提示装置において、各々の触覚子（４）に与える振動周波数を変える事により、触覚子（４）の振動の有無の判別性を向上させたことを特徴とする情報伝達方法。
【請求項２】
前記微小な振動提示装置において、指の幅方向の触覚子（４）の周波数を同一にし、長さ方向の触覚子（４）の振動周波数を変える事により、触覚子（４）の振動の有無の判別性を向上させたことを特徴とする請求項１に記載の情報伝達方法。
【請求項３】
前記微小な振動提示装置において、同じ周波数で駆動するグループと、違う振動周波数のグループとの間に時間差を設けることにより、触覚子（４）の振動の有無の判別性を向上させたことを特徴とする請求項１または２に記載の情報伝達方法。
【請求項４】
触覚子（４）で構成される微小な振動提示装置において、各々の触覚子（４）に与える振動周波数を変える事により、触覚子（４）の振動の有無の判別性を向上させたことを特徴とする情報伝達装置。
【請求項５】
前記微小な振動提示装置において、指の幅方向の触覚子（４）の周波数を同一にし、長さ方向の触覚子（４）の振動周波数を変える事により、触覚子（４）の振動の有無の判別性を向上させたことを特徴とする請求項４に記載の情報伝達装置。
【請求項６】
前記微小な振動提示装置において、同じ周波数で駆動するグループと、違う振動周波数のグループとの間に時間差を設けることにより、触覚子（４）の振動の有無の判別性を向上させたことを特徴とする請求項４または５に記載の情報伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触覚子にて構成される微小な振動提示装置において、各部位の振動周波数を変えたり、駆動タイミングを変える事により、振動の有無の判別能力を向上させた情報伝達方法及び情報伝達装置である。
【背景技術】
【０００２】
従来から振動モータや圧電素子、形状記憶合金などを振動源とした触覚子にて、人体の触覚を刺激することにより情報を伝達する情報伝達装置が知られている。一般的に小さい部位の振動を人体が感ずるメカニズムとしては以下のように説明されている。
皮膚感覚等の触覚の形成に関与する人間の受容器は皮膚および皮下組織に分布している。皮膚面に刺激が加わると、皮下組織の数種類の受容器が刺激される。人間の受容器を見てみると１００［Ｈｚ］以下の振動を知覚するのがマイスナー小体、１００〜３００［Ｈｚ］程度の振動に反応するのがパチニ小体、メルケル触盤が圧に反応し、ルフィニ終末が歪みと変位を知覚するとされている。マイスナー小体は順応が速く且つ受容野の狭いもの、パチニ小体は順応が速く且つ受容野の広いもの、メルケル細胞は順応が遅く且つ受容野の狭いものとされている。具体的にはパチニ小体は、２００［Ｈｚ］ 程度の振動に最も敏感に反応し、マイスナー小体は、３０［Ｈｚ］ 程度の振動に最も敏感に反応するとされている。また、パチニ小体およびマイスナー小体は、素早く反応するが、だんだん感覚情報を生成しなくなる性質を持つとされている。
【０００３】
従来からの技術として特許文献１には、航空機の操縦者の視覚的負荷を軽減する為の皮膚感覚操縦支援装置では、振動を利用した信号伝達装置として、ピンアレイを使用し、その振動周波数をマイスナー小体の一番感度の良い３０［Ｈｚ］に固定して提示する方法が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、形状記憶合金にパルス電流を流すことにより情報を伝達する情報伝達装置で、この装置は、形状記憶合金を弛緩した状態で平面または曲面上に、両端を固定して取り付けられている。その中間部に触覚子の１端を取り付け、他端は生体に接触可能なように構成されている。その形状記憶合金に電流を流せば、オーム損により形状記憶合金は加熱され、状態変異温度を超えると収縮運動を起こす。形状記憶合金が収縮運動すれば、弓の弦を縮める動作なので、射られた矢が飛び出すように触覚子の運動量が、形状記憶合金のそれの数倍多く効率よく飛び出す（いわゆる三角駆動）。形状記憶合金に電流を流すのをやめれば、印加時と逆の減少で形状記憶合金は弛緩し、触覚子は元に戻る。このような構造のものにパルス電流を流すことにより、触覚子に振動を与えることが出来る。この情報伝達装置により、小型軽量で効率が良く、生体に高度な情報を十分に伝達することができる装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２２４６９１号公報
【特許文献２】特開２００８−２６２４７８号公報
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１、特許文献２の発明では、いずれも触覚子を振動させる周波数は生体に一番感度の良いところに固定して使用されている。触覚子の振動周波数を固定した場合、上述したように、パチニ小体およびマイスナー小体が、だんだん感覚情報を生成しなくなるため、刺激を感じなくなってしまって情報の伝達が出来なくなってしまうという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
触覚子の隣接距離が数ｍｍ以下と非常に近接している場合、先述のようにマイスナー小体に与える振動が同一のものを継続すると、生体はだんだん感覚情報を生成しなくなる性質から、隣接した触覚子の振動を分離して区別できなくなる。すなわち、正確な情報が伝えることが出来なくなったり、解読するのに著しく時間を要する。それを回避するには、その周波数の振動感覚のリフレッシュが必要になる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記、発明が解決しようとする課題を達成するために、請求項１に係る本発明は、触覚子で構成される微小な振動提示装置において、各々の触覚子に与える振動周波数を変えたり、駆動のタイミングを変える事により、特定周波数での振動感覚のリフレッシュがなされ、触覚子を数ｍｍ以下にまで隣接させても各触覚子の振動の有無を十分に判別することを可能にした情報伝達方法である。
【０００９】
請求項２に係る本発明は、請求項１に係る触覚子で構成される微小な振動提示装置において、指の幅方向の触覚子の周波数を同一にし、長さ方向の触覚子の振動周波数を変える事により、触覚子の振動の有無の判別性を向上させる。これは、人体の神経の構造から説明できる。生体の指の神経は、木の幹のように太い中枢神経から、末端に行くにしたがって枝分かれしている。指の先は細かく枝分かれし、指の長さ方向に糸状に走っていて、その先端に多数の受容体が配列されている。すなわち、指の長さ方向に神経線が走っているので、その方向に配列された触覚子を刺激すれば、同じ神経線を刺激することになるから麻痺が進行するが、違う神経線を刺激する場合新たな感覚として認知される事実による。このため、人体の指先の刺激に対する感覚は指の長さ方向の刺激ポイントの判別は鈍く、幅方向の刺激ポイントの判別は鋭い。この事実から、触覚子が近接距離にマトリックス上に配列されている場合、指の幅方向に配列された触覚子の振動の判別は鋭いため、同じ周波数でも判別能力は十分に持つが、指の長さ方向に配列された触覚子は判別能力が低くなるため、振動周波数を変えてやらねば、感覚の麻痺作用で判別能力は格段に下がる。
また、指の幅方向に配列されているものを１グループとして、触覚子が指の長さ方向に３つある時は、真中のグループだけ周波数を変えるだけでも同じ効果が得られる。これにより機器の構成、ソフトウエアの負担などが軽減される。
【００１０】
請求項３に係る本発明は、請求項１または２に係る触覚子で構成される微小な振動提示装置において、同じ周波数で駆動するグループと、違う振動周波数のグループとの間に時間差を設けることにより、触覚子の振動の有無の判別性を向上させる。これも、生体系は同じタイミングで刺激すると感覚が鈍感になる事実を回避する方法である。
【００１１】
請求項４に係る本発明は、触覚子で構成される微小な振動提示装置において、各々の触覚子に与える振動周波数を変える事により、触覚子の振動の有無の判別性を向上させた情報伝達装置である。
【００１２】
請求項５に係る本発明は、請求項４に係る微小な振動提示装置において、指の幅方向の触覚子の周波数を同一にし、長さ方向の触覚子の振動周波数を変える事により、触覚子の振動の有無の判別性を向上させる。
【００１３】
請求項６に係る本発明は、請求項４または５に係る微小な振動提示装置において、同じ周波数で駆動するグループと、違う振動周波数のグループとの間に時間差を設けることにより、触覚子の振動の有無の判別性を向上させる。
【発明の効果】
【００１４】
従来の触覚子で構成される微小な振動提示装置において、触覚子が至近距離でマトリックス上に配列されている場合、同じ周波数で駆動すれば、時間とともに個々の触覚子の振動判別能力が低下し、情報の伝達が出来なくなるか、著しく遅くなってしまう。本発明では、個々またはグループの触覚子の駆動周波数を違えることにより、特定周波数での振動感覚のリフレッシュがなされ、その障害を取り除くことが出来た。これにより、小型でも振動の有無を十分判別できる装置が出来るようになった。また、振動型点字表示装置などに利用する場合、指先の神経線が長さ方向に平行に伸びている構造から、指の幅の方向では別の神経線を刺激することになり、同じ周波数でも分解能は高く、特に周波数を変える必要がない。さらに、個々またはグループの触覚子の駆動タイミングをずらせることでより、同じ周期で刺激されることによる神経の麻痺を回避することで一層分解能をあげることが出来る。この技術を用いることにより、分解能の良い小型の情報伝達装置を作る手段として用いることが出来るようになった。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明である触覚子で構成される微小な振動提示装置において、各々の触覚子に与える周波数を変えることが出来る装置を示す説明図である。
【図２】形状記憶合金を利用した触覚子で構成される微小な振動提示装置、触覚子ユニットの原理を示す説明図である。
【図３】文字列送りを備えた５文字の文字列として点字を呈示できる装置を示す説明図である。
【図４】携帯用に最適にする為、信号発生器、ドライバーをパターン発生器に統合した説明図である。
【図５】触覚子ユニットを平面的または立体的に多数並べ、パターンを呈示する装置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の代表的な装置は、図１のようにピエゾ素子や形状記憶合金などを駆動源とした触覚子ユニット、および、それを駆動するドライバ、さらにそのドライバに任意の周波数で信号を発生できる信号発生器、それを制御し情報を形成するパターン発生器とで構成される。通常、パターン発生器はコンピュータが用いられ、文字情報や、パターン情報を生成する。生成された信号を信号発生器に伝達し、周波数や、タイミングを変えてドライバーに伝達し、触覚子ユニットを駆動する。パターン発生器と信号発生器とを融合したもの、さらにはドライバーをも取り込んだ一体型装置が最終的な形態となる。また、触覚子４が形状記憶合金などで構成されていれば小型で薄く、省電力である為、携帯型として容易に構成できる為、前記の一体型装置の先に触覚子ユニットを取り付ける形態も有効である。
【００１７】
本発明装置は、触覚子４の配列を、密にしても判別能力が高いため、数ｍｍ間隔でマトリックス上に配列することが出来る。図３のように書き換え可能型点字呈示装置とした場合、６つの触覚子ユニットを１文字とし、数文字分横に並べ、文字列を呈示できる形態とする。さらに、文字列を進めたり、戻すためのセンサーを設けておくと実用的な形態になる。
携帯用としては図４のようにドライバ、信号発生器をパターン発生器と一体化して小型にし、さらに無線装置などで遠隔から情報を提供する形態も良い。
【００１８】
図５は、触覚子４の配列の密度を上げ、パターンを呈示する方法である。多くの触覚子ユニットを平面状に並べ、その各々、またはグループを異なる周波数で駆動したり、タイミングをずらせて駆動できるように構成された装置である。図５のようにコンピュータを用いたパターン発生器からの信号を、色々な周波数を発生させる信号発生器を経由し、ドライバーを介して触覚子４に信号を伝える。勿論、パターン発生器と信号発生器、さらにはドライバーも一体化した構成にした形態とする方法も実用的な装置である。
【実施例１】
【００１９】
以下、本発明に係る情報伝達装置の実施例について、図面に基づき説明する。図１は本発明である触覚子４で構成される微小な振動提示装置において、各々の触覚子４に与える周波数を変えることが出来る装置を示す説明図である。図２は形状記憶合金を利用した微小な振動提示装置ユニットの原理を示す説明図であり、図３は５文字の文字列として点字を呈示できる装置を示す説明図である。  図４は図３のドライバー、信号発生器３をパターン発生器２に統合した装置の説明図である。図５は平面状に多数触覚子４を配列しパターンを呈示できる装置を示す説明図である。
符号１は情報伝達装置である。触覚子ユニット１Ａ・１Ｂ・２Ａ・２Ｂ・３Ａ・３Ｂ、ドライバー６、信号発生器３、パターン発生器２で構成されている。伝えたい情報は、マイクロコンピュータなどで形成されたパターン発生器２で発生し、それを信号発生器３でそれぞれ異なった周波数でドライバー６を駆動する。その先端に触覚子ユニット１Ａ・１Ｂ・２Ａ・２Ｂ・３Ａ・３Ｂが接続されていてそれぞれの触覚子４を違った周波数で振動させることが出来る装置となっている。
【００２０】
触覚子ユニットの１例を挙げると、図２のように形状記憶合金５を弛緩した状態で平面または曲面上に、両端を固定して取り付ける。その中間部に触覚子４の１端を取り付け、他端は生体に接触可能なように構成されている。すなわち、形状記憶合金５を弓の弦の形に形成し、その真ん中に矢を射るように触覚子４の一端を取り付ける構造とする。その形状記憶合金５に電流を流せば、オーム損により形状記憶合金５は加熱され、状態変異温度を超えると収縮運動を起こす。形状記憶合金５が収縮運動は、弓の弦を縮める動作なので、射られた矢が飛び出すように触覚子４が効率よく飛び出す（いわゆる三角駆動）。形状記憶合金５への電流を切れば、形状記憶合金５は弛緩し、触覚子４は元に戻る。このような構造のものにパルス電流を流すことにより、触覚子４に振動を与えることが出来る。この構造は非常に小さく、薄く、効率よく電気エネルギーを伝えることが出来、その上、三角駆動で触覚子４に形状記憶合金５の収縮運動の数倍の運動量を与えることが出来る。
【００２１】
図１のように上記の触覚子ユニットを６つ使用した情報伝達装置において、触覚子４を振動させることにより、単に突起しているか否かを判別する場合より、早く正確に判別できる。振動数が１〜１０００［Ｈｚ］の範囲で生態は感ずることが出来る。一番感受性の良い周波数にて触覚子４を駆動するが、具体的には３０［Ｈｚ］付近が良く用いられる。しかし、この周波数単一で駆動している場合、わずか数分でどの触覚子４が振動しているか生体の性質から判別し辛くなる。特に、触覚子ユニット１Ａ、２Ａ，３Ａのような縦の配列の判別が困難になってくる。
【００２２】
そこで触覚子ユニット１Ａを２０Ｈｚで駆動し、１Bを５０［Ｈｚ］で、また、２Aを３０［Ｈｚ］で駆動するなど、触覚子ユニットごとに駆動周波数を変える事により、各触覚子ユニットの判別能力が飛躍的に高まった。周波数を変える事により、単一周波数の刺激に麻痺した神経を、違う周波数で刺激することによりリフレッシュさせるためである。このため振動型点字表示装置やパターン認識装置のように近傍に多数触覚子４が設置されている場合でも、その各々を十分に判別でき、情報の伝達が正確に行えるようになった。
【００２３】
前述のように人体の指先は、指の幅方向は判別しやすく、長さ方向は判別しにくい性質がある。図１の触覚子ユニット１Ａと１Ｂ、２Ａと２Ｂ、３Ａと３Ｂの横のグループは周波数が同じでも判別しやすく、１，２，３の縦のグループは、時間がたつにつれ、判別し難くなる。そこで１，２，３各グループ内は同じ周波数で、しかし、グループごとは異なる周波数にて駆動することでも判別力が低下することは少ない。また、１，３グループは同じで２のグループだけを変えても同じ効果が得られる。実例として１グループを２０［Ｈｚ］、２グループを５０［Ｈｚ］、３グループを３０［Ｈｚ］として駆動する方法や、１グループを２０Ｈｚ、２グループを５０［Ｈｚ］、３グループを２０［Ｈｚ］ と、１グループと同じにしても判別力はさほど低下しない。聾唖学校で実験した結果、周波数を変える効果はすべての人で明確に確認できた。多くの健常者でもその違いははっきり確認できた。
【００２４】
さらに、１グループと２グループとに時間差を付けることにより、より判別能力が増した。具体例として１パターンの提示期間を２秒間とした場合、１グループと２グループとの時間差を５００ｍＳｅｃつければ、時間差がないときに比べ多くの人への実験で判別能力が上がることが実証された。
【００２５】
点字表示装置は１文字だけで構成されることは少ない。４〜６文字分横に設置し、少し離れた位置に文字切り替えセンサーを設けておく。それに文字列を呈示し、読むほうの意思により、その文字列の上を指でスライドさせ、１文字ずつ解読し、文字列として判読する。この方法だと、読むほうは文脈も分かり、１文字で判別するよりはるかに早く、正確に読むことが出来る。本発明の実施例として、図３の様に、触覚子ユニット７を６つ組み合わせて１文字分を形成し、それを４〜６文字分横に配列し、それぞれに同時に文字を呈示して文字列とする。少し離れた位置に文字切り替えセンサー１０を設け、それをタッチされたことをセンサー・アンプ１１で検知し、次の文字列を提示するような書き換え可能な振動型点字表示装置で構成とした装置とする。触覚子ユニットの駆動周波数を、一番上の段は２０［Ｈｚ］ ,真中の段は５０［Ｈｚ］ 、下の段は３０［Ｈｚ］ で駆動した。こうすることで長時間、個々の触覚子ユニットを明瞭に判別できた。これに文字ごと、グループごとに時間差をつけたところ、触覚子ユニットの判別がさらに向上し、情報伝達の正確性が格段に上昇する大きな効果を得られた。
【００２６】
図５のように、さらに触覚子４を増やしてN個を平面状に配置し、パターンを呈示するN個パターン呈示装置９において、グループごとに分けてそれぞれのグループに異なる周波数でドライブすることでパターンの認識率が向上した。また、触覚子４それぞれに異なる周波数でドライブしても同様な効果が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
現在、携帯用の書き換え可能な振動型点字表示装置で明確に判別できるようなものがない。形状記憶合金を用いて触覚子ユニットを形成したものは、小型で薄く、無音で、エネルギー効率も良いため携帯用の機器の利用に最適である。実際の利用においては、上述のように触覚子ユニットの駆動周波数を変えたり、遅延を付けることにより判別能力を高めた装置であれば、実用的な点字表示装置を構築できる。この装置に無線の装置をつけ、遠隔からの情報や、画像からの情報を呈示させることも出来る。また、薄く省電力である特性により、携帯電話を握っただけで情報伝達できるものや、自動車のハンドルに設置し、ナビゲーションや、危険を告知するもの、また、時計の裏側に設置し、時計を見ることなく時刻を知る装置などさまざまな利用が可能である。
また、多数の触覚子ユニットを設け、パターン情報を呈示できような装置にすれば飛躍的に多くの情報量を呈示することが出来る。
【符号の説明】
【００２８】
１    情報伝達装置
２    パターン発生器
３    信号発生器
４    触覚子
５    形状記憶合金
１Ａ、２Ａ、３Ａ  触覚子ユニット
１Ｂ、２Ｂ、３Ｂ  触覚子ユニット
６    ドライバー
７    触覚子ユニット
８    ５文字文字列点字呈示装置
９    N個パターン呈示装置
【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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