(57)【要約】【課題】温度変化を通じて素材の相違を呈示することができる制御装置、温度覚呈示装置、温度覚呈示システム、制御方法及びプログラムを提供する。【解決手段】制御装置１２０は、仮想の素材に接触したときの温度覚を呈示する温度覚呈示手段を制御する制御装置であって、仮想の素材の種類と、温度覚の呈示開始から予め定められた第１の時間が経過するまでの第１の期間における温度変化の速度と、の関係を示す第１の情報を含むデータベース１２３と、第１の期間において第１の情報に基づいて温度覚呈示手段の呈示温度を制御する温度制御部１２２と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮想の素材に接触したときの温度覚を呈示する温度覚呈示手段を制御する制御装置であって、
前記仮想の素材の種類と、前記温度覚の呈示開始から予め定められた第１の時間が経過するまでの第１の期間における温度変化の速度と、の関係を示す第１の情報を含むデータベースと、
前記第１の期間において前記第１の情報に基づいて前記温度覚呈示手段の呈示温度を制御する温度制御部と、
を有することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記第１の情報は、前記仮想の素材の種類と前記第１の期間における前記温度覚呈示手段の駆動電流の大きさとの関係を示す情報を含むことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記データベースは、前記仮想の素材の種類と前記第１の期間の経過後の第２の期間における制御温度との関係を示す第２の情報を含み、
前記温度制御部は、前記第２の期間において前記第２の情報に基づいて前記温度覚呈示手段の呈示温度を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記第２の情報は、前記仮想の素材の種類と前記第２の期間における前記温度覚呈示手段の駆動電流の大きさとの関係を示す情報を含むことを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
【請求項５】
前記温度制御部による前記呈示温度の制御は、前記温度覚呈示手段の環境温度にも基づくことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項６】
前記温度制御部による前記呈示温度の制御は、前記温度覚呈示手段に接触した物体の温度にも基づくことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項７】
前記温度制御部は、前記温度覚を呈示する対象物が前記温度覚呈示手段に接触したことが接触センサにより検知されると、前記温度覚の呈示を開始することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の制御装置。
【請求項８】
前記接触センサは、静電センサを含むことを特徴とする請求項７に記載の制御装置。
【請求項９】
前記接触センサは、温度センサを含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の制御装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の制御装置と、
前記制御装置により制御される温度覚呈示手段と、
を有することを特徴とする温度覚呈示装置。
【請求項１１】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の制御装置と、
前記制御装置により制御される温度覚呈示手段を有する温度覚呈示装置と、
を有することを特徴とする温度覚呈示システム。
【請求項１２】
仮想の素材に接触したときの温度覚を呈示する温度覚呈示手段を制御する制御方法であって、
前記仮想の素材の種類と、前記温度覚の呈示開始から予め定められた第１の時間が経過するまでの第１の期間における温度変化の速度と、の関係を示す第１の情報を含むデータベースを参照し、前記第１の期間において前記第１の情報に基づいて前記温度覚呈示手段の呈示温度を制御する温度制御工程を有することを特徴とする制御方法。
【請求項１３】
コンピュータに、仮想の素材に接触したときの温度覚を呈示する温度覚呈示手段の制御を実行させるプログラムであって、
コンピュータに、
前記仮想の素材の種類と、前記温度覚の呈示開始から予め定められた第１の時間が経過するまでの第１の期間における温度変化の速度と、の関係を示す第１の情報を含むデータベースを参照し、前記第１の期間において前記第１の情報に基づいて前記温度覚呈示手段の呈示温度を制御する温度制御ステップを実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置、温度覚呈示装置、温度覚呈示システム、制御方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、温度覚呈示手段（例えば、ペルチェ素子）を駆動することにより、当該温度覚呈示手段の接触面に接触した接触体（例えば、ユーザの指）に対して、温度覚（冷感又は温感）を呈示することができるようにした技術が知られている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、冷温感再現パラメータという変数を用いて観察者の皮膚に提示する温度を調整することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１４６８３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の温度覚呈示装置では、素材の相違を呈示する能力が低い。例えば、温度が２２℃の金属、ガラス、木材に実際に触れた場合、ヒトはこれらの素材を区別できるが、従来の温度覚呈示装置によっては、これらをヒトが区別できるような素材の相違を呈示する能力が悪くなる。
【０００６】
本発明は、温度変化を通じて素材の相違を呈示することができる制御装置、温度覚呈示装置、温度覚呈示システム、制御方法及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
制御装置の一態様は、仮想の素材に接触したときの温度覚を呈示する温度覚呈示手段を制御する制御装置であって、前記仮想の素材の種類と、前記温度覚の呈示開始から予め定められた第１の時間が経過するまでの第１の期間における温度変化の速度と、の関係を示す第１の情報を含むデータベースと、前記第１の期間において前記第１の情報に基づいて前記温度覚呈示手段の呈示温度を制御する温度制御部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、温度変化を通じて素材の相違を呈示することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る温度覚呈示システムの概略構成を示す図である。
【図２】実施形態に係る温度覚呈示システムに含まれる制御装置の機能構成を示す図である。
【図３】経過時間と皮膚の温度の変化との関係の例を示す図である。
【図４】実施形態に係る温度覚呈示システムに含まれる制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】実施形態に係る温度覚呈示システムに含まれる温度制御部による制御の一例を示す図である。
【図６】実施形態に係る温度覚呈示装置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。
【００１１】
（温度覚呈示システム１０の概略構成）
図１は、実施形態に係る温度覚呈示システム１０の概略構成を示す図である。実施形態に係る温度覚呈示システム１０は、温度覚呈示装置１００が備えるペルチェ素子１０４にユーザの指１２を接触させておくことにより、ユーザの指１２に対して、冷感又は温感を呈示することが可能なシステムである。図１に示すように、温度覚呈示システム１０は、温度覚呈示装置１００及び制御装置１２０を備えている。温度覚呈示装置１００及び制御装置１２０は、通信ケーブル１４によって互いに接続されている。なお、以下の説明では、便宜上、温度覚呈示システム１０が冷感を呈示するものとするが、温度覚呈示システム１０は温感を呈示するように構成することができる。つまり、温度覚呈示システム１０は冷感呈示システムに限定されない。
【００１２】
温度覚呈示装置１００は、ペルチェ素子１０４の冷却面にユーザの指１２が接触するように、固定手段（例えば、ゴムベルト等）によって、ユーザの指１２に固定的に装着される装置である。温度覚呈示装置１００は、ケース１０２、ペルチェ素子１０４、ドライバ回路１０６、ヒートシンク１０８、接触センサ１０９、温度計１１０Ａ及び温度計１１０Ｂを備えている。
【００１３】
ケース１０２は、各部品を保持及び収容する部材である。本実施形態では、ケース１０２は、直方体形状を有している。ケース１０２は、比較的硬質な素材（例えば、樹脂、金属等）が用いられる。
【００１４】
ペルチェ素子１０４は、ケース１０２の表面から冷却面（「温度覚呈示面」の一例）が露出して設けられている。ペルチェ素子１０４は、「温度覚呈示手段」の一例である。ペルチェ素子１０４における冷却面とは反対側の面は、放熱面となっている。ペルチェ素子１０４は、ドライバ回路１０６から駆動電流が供給されることにより、ペルチェ効果によって、冷却面が冷却されるとともに、放熱面が発熱する。これにより、ペルチェ素子１０４は、冷却面に接触したユーザの指１２に対して、冷感を呈示することができる。
【００１５】
ドライバ回路１０６は、ケース１０２の内部に設けられている。ドライバ回路１０６は、制御装置１２０から供給された制御信号に応じて、ペルチェ素子１０４へ駆動電流を供給することにより、ペルチェ素子１０４の動作を制御する。
【００１６】
ヒートシンク１０８は、ペルチェ素子１０４の放熱面と密着して設けられている、平板状の部材である。ヒートシンク１０８は、ペルチェ素子１０４の冷却面を冷却した際に、ペルチェ素子１０４の放熱面に生じた熱を、温度覚呈示装置１００の外部（大気中）に放熱するために設けられている。ヒートシンク１０８は、比較的放熱性が高い素材（例えば、アルミニウム等）が用いられる。なお、ケース１０２を、比較的放熱性が高い素材（例えば、アルミニウム等）を用いて形成し、ペルチェ素子１０４をケース１０２に密着させることにより、ケース１０２をヒートシンクとして機能させるようにしてもよい。この場合、温度覚呈示装置１００は、ヒートシンク１０８を設けない構成としてもよい。
【００１７】
接触センサ１０９は、指１２がペルチェ素子１０４に接触したことを検知し、通信ケーブル１４を介して、その旨を制御装置１２０に出力する。接触センサ１０９は、例えば、ペルチェ素子１０４の静電容量の変化を検知することができる静電センサ、又はペルチェ素子１０４の温度変化を検知することができる温度センサである。
【００１８】
温度計１１０Ａは、ペルチェ素子１０４の環境温度を測定し、制御装置１２０に出力する。温度計１１０Ｂは、ペルチェ素子１０４に接触した物体、すなわち指１２の温度を測定し、制御装置１２０に出力する。
【００１９】
制御装置１２０は、温度覚呈示装置１００の外部から、温度覚呈示装置１００が備えるペルチェ素子１０４の動作を制御することが可能な装置である。具体的には、制御装置１２０は、温度覚呈示装置１００のドライバ回路１０６に対して、制御信号を供給する。これにより、ドライバ回路１０６から、ペルチェ素子１０４へ駆動電流が供給され、したがって、ペルチェ素子１０４が動作することとなる。なお、制御装置１２０は、専用の装置であってもよく、汎用的な情報処理装置（例えば、スマートフォン、パーソナルコンピュータ等）であってもよい。また、制御装置１２０は、有線通信に限らず、無線通信（例えば、Bluetooth（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ、ＮＦＣ（Near Field Communication）等）によって、温度覚呈示装置１００のドライバ回路１０６に対して、制御信号を供給してもよい。
【００２０】
（制御装置１２０の機能構成）
図２は、温度覚呈示システム１０に含まれる制御装置１２０の機能構成を示す図である。図２に示すように、制御装置１２０は、入力部１２１、温度制御部１２２及びデータベース１２３を備えている。
【００２１】
入力部１２１は、温度覚呈示装置１００に温度覚を呈示させる仮想の素材を特定する情報を入力する。この情報は、例えば、ユーザが自ら入力してもよく、温度覚呈示装置１００と連動するバーチャルリアリティ（virtual reality：ＶＲ）表示装置が映像に合わせて入力してもよい。
【００２２】
データベース１２３は、金属、ガラス、木材等の仮想の素材の種類と温度覚の呈示開始から予め定められた第１の時間が経過するまでの第１の期間における温度変化の速度との関係を示す第１の情報を含む。第１の情報は、例えば、仮想の素材の種類に応じて、ペルチェ素子１０４による温度覚の呈示開始から第１の時間、例えば０．１秒間が経過するまでの第１の期間、どれだけ急激な温度の変化を呈示するかを示し、その呈示のための駆動電流の大きさに関する情報を含む。データベース１２３は、更に、仮想の素材の種類と第１の期間の経過後の第２の期間における制御温度との関係を示す第２の情報を含む。第２の情報は、例えば、仮想の素材の種類に応じて、第１の期間が経過した後の第２の期間にどの程度の温度を呈示するかを示し、その呈示のための駆動電流の大きさに関する情報を含む。
【００２３】
温度制御部１２２は、データベース１２３を参照し、第１の情報及び第２の情報に基づいて、温度覚呈示装置１００のドライバ回路１０６に対して、制御信号を供給することにより、温度覚呈示装置１００が備えるペルチェ素子１０４の動作を制御する。
【００２４】
例えば、温度制御部１２２は、ドライバ回路１０６に制御信号を供給することにより、ペルチェ素子１０４の冷却面の温度が目標温度となるように、ペルチェ素子１０４を駆動することができる。この際、温度制御部１２２は、より高い駆動電流でペルチェ素子１０４を駆動することにより、ペルチェ素子１０４の冷却面の温度がより低くなるように、ペルチェ素子１０４を駆動することができる。
【００２５】
上記した制御装置１２０の各機能は、例えば、制御装置１２０において、メモリ（例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等）に記憶されているプログラムを、ＣＰＵ（Central Processing Unit）（「コンピュータ」の一例）が実行することによって実現される。ＣＰＵが実行するプログラムは、予め制御装置１２０に導入された状態で提供されてもよく、外部から提供されて制御装置１２０に導入されるようにしてもよい。後者の場合、このプログラムは、外部記憶媒体（例えば、ＵＳＢメモリ、メモリカード、ＣＤ−ＲＯＭ等）によって提供されてもよく、ネットワーク（例えば、インターネット等）上のサーバからダウンロードすることによって提供されるようにしてもよい。
【００２６】
（温度制御部１２２による制御の一例）
図３は、経過時間と皮膚の温度の変化との関係の例を示す図である。図３に示す例は、環境温度が２２℃、皮膚の温度が３２℃の条件下で、ヒトが素材（木材、ガラス、金属）に実際に触れた場合の皮膚の温度の変化を示す。図３に示す経過時間は、皮膚の温度の変化の態様に基づき、二つの時間帯２０１及び２０２に大別することができる。時間帯２０１は、極初期の時間帯であり、皮膚の温度が急激に低下する。この時間帯２０１において、皮膚と素材との間で急激に熱交換が行われ、ヒトは強い温度刺激を受け、瞬間的に素材の温度を感じる。時間帯２０１の長さは０．１秒程度である。時間帯２０２は、時間帯２０１に引き続く時間帯であり、皮膚の温度の低下は緩やかである。この時間帯２０２において、ヒトが受ける温度刺激は弱く、素材の温度と皮膚の温度がほぼ一致するようになると、ヒトは温度刺激を感じなくなる。
【００２７】
また、図３に示すように、時間帯２０１では、素材の種類に応じて温度変化の速度が大きく相違する。これは、素材毎に固有の熱伝導率を有しており、金属の熱伝導率がガラスの熱伝導率よりも高く、ガラスの熱伝導率が木材の熱伝導率よりも高いためである。
【００２８】
このように、環境温度及び皮膚の温度が同一であっても、素材が異なれば皮膚の温度の変化の態様も相違し、単に環境温度を呈示しただけでは、ヒトは仮想の素材を区別することができない。
【００２９】
そこで、本実施形態では、図３に示すような皮膚の温度の変化を再現すべく、制御装置１２０が次のような制御を行う。図４は、制御装置１２０の動作を示すフローチャートである。図５は、温度制御部１２２による制御の一例を示す図である。図５（ａ）は、温度制御部１２２の制御による、ペルチェ素子１０４の駆動電流の変化を示しており、縦軸は駆動電流を表し、横軸は経過時間を表す。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示したペルチェ素子１０４の駆動電流の変化に伴う、ペルチェ素子１０４の冷却面の温度の変化を示しており、縦軸は温度を表し、横軸は経過時間を表す。なお、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す例において、仮想の素材間で環境温度も呈示しようとする温度も共通している。例えば、環境温度は３２℃、呈示しようとする温度は２２℃である。
【００３０】
先ず、入力部１２１が、温度覚呈示装置１００に温度覚を呈示させる仮想の素材を特定する（ステップＳ１）。
【００３１】
次いで、温度制御部１２２が、接触センサ１０９を介して、指１２がペルチェ素子１０４に接触したか判断し（ステップＳ２）、接触したと判断すると、データベース１２３から仮想の素材に対応する第１の情報及び第２の情報を読み出す（ステップＳ３）。
【００３２】
その後、温度制御部１２２が第１の情報に基づく温度制御を行う（ステップＳ４）。上述のように、第１の情報は、金属、ガラス、木材等の仮想の素材の種類に応じて、ペルチェ素子１０４による温度覚の呈示開始から第１の時間が経過するまで第１の期間、どれだけ急激な温度の変化を呈示するかを示し、その呈示のための駆動電流の大きさに関する情報を含む。図５（ａ）及び図５（ｂ）において第１の期間の終了時刻をｔ１としており、例えば、第１の時間は０．１秒間である。図５（ａ）に示す例において、仮想の素材がガラスである場合は、仮想の素材が木材である場合よりも駆動電流を大きくし、仮想の素材が金属である場合は、仮想の素材がガラスである場合よりも駆動電流を大きくする。この結果、図５（ｂ）に示すように、第１の時間ｔ１が経過するまでの第１の期間において、ガラスを呈示する場合は木材を呈示する場合よりも急激に温度が低下し、金属を呈示する場合はガラスを呈示する場合よりも急激に温度が低下する。
【００３３】
第１の期間が終了すると（ステップＳ５）、第２の期間において、温度制御部１２２が第２の情報に基づく温度制御を行う（ステップＳ６）。上述のように、第２の情報は、仮想の素材の種類に応じて、第１の期間が経過した後にどの程度の温度を呈示するかを示し、その呈示のための駆動電流の大きさに関する情報を含む。図５（ａ）に示す例において、仮想の素材がガラスである場合は、仮想の素材が木材である場合よりも駆動電流を大きくし、仮想の素材が金属である場合は、仮想の素材がガラスである場合よりも駆動電流を大きくする。つまり、温度制御部１２２は、ガラスに対しては木材よりも低い温度を呈示、金属に対してはガラスよりも低い温度を呈示する。この結果、図５（ｂ）に示すように、第２の期間において、温度は第１の期間よりも緩やかに変化し、その際に、ガラスは金属よりも緩やかに、木材はガラスよりも緩やかに変化する。
【００３４】
第２の期間が終了すると（ステップＳ７）、図５（ａ）に示すように、温度制御部１２２は駆動電流を徐々に低下させ、温度制御を終了する。この結果、図５（ｂ）に示すように、温度は徐々に制御開始時の環境温度に近づいていく。図５（ａ）及び図５（ｂ）において第２の期間の終了時刻をｔ２としており、例えば、第２の期間は温度覚の呈示開始から１．５秒間後に終了する。
【００３５】
このように、本実施形態に係る制御装置１２０は、仮想の素材の種類に関連づけられた第１及び第２の情報に基づいて、ペルチェ素子１０４を制御する。このため、図５（ｂ）に示すように、図３に示す関係をより高い精度で再現することができる。つまり、温度変化を通じて素材の相違をユーザに呈示することができる。
【００３６】
また、ヒトによる素材の区別は、主として第１の期間における強い温度刺激に依存するため、第２の期間における駆動電流を下げても素材感は損なわれず、第２の期間における駆動電流を下げることで消費電力を低減することができる。
【００３７】
図５（ａ）に示す例では、第２の期間において、仮想の素材のすべてについて駆動電流を供給することとしているが、環境温度、呈示しようとする温度及び素材の種類によっては、第２の期間において駆動電流を供給しなくてもよい。例えば、実際に木材に触れた場合、接触直後には温度刺激を感じるものの、その後には温度刺激をほとんど感じなくなることがある。従って、このような条件に相当する場合には、第２の期間において駆動電流をゼロとしてもよい。このような制御を行うことで消費電力をより低減することができる。
【００３８】
温度制御部１２２による呈示温度の制御は、第１及び第２の情報だけでなく、環境温度若しくは指１２等のペルチェ素子１０４に接触した物体の温度又はこれらの両方にも基づいて行われることが好ましい。より再現性を向上するためである。
【００３９】
指１２がペルチェ素子１０４に接触する前からペルチェ素子１０４に駆動電流を供給してもよいが、接触の検知をトリガとして呈示温度の制御を開始することで、電力の消費を低減することができる。
【００４０】
（温度覚呈示装置１００の変形例）
図６は、実施形態に係る温度覚呈示装置１００の変形例を示す図である。図６に示す温度覚呈示装置１００Ａは、制御装置１２０Ａを内部に備える点で、温度覚呈示装置１００と異なる。制御装置１２０Ａは、制御装置１２０と同様の機能を有する。すなわち、温度覚呈示装置１００Ａは、自装置内に設けられた制御装置１２０Ａにより、ペルチェ素子１０４の駆動電流の制御を行うことができるようになっている。
【００４１】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形又は変更が可能である。
【００４２】
例えば、上記実施形態では、本発明を、冷感を呈示することが可能な温度覚呈示装置１００に適用しているが、これに限らず、例えば、本発明を、温感を呈示することが可能な温度覚呈示装置に適用してもよい。または、例えば、本発明を、冷感及び温感の双方を呈示することが可能な温度覚呈示装置に適用してもよい。例えば、上記実施形態で説明した温度覚呈示装置１００において、ペルチェ素子１０４に対し、冷感を呈示させたときとは反対方向の電流を供給することにより、ペルチェ素子１０４の接触面に熱を発生させて、当該接触面に接触しているユーザの指１２に対して、温感を呈示することができる。この場合も同様に、第１の期間において仮想の素材の種類に応じた速度で温度を変化させ、好ましくは、更に第２の期間において仮想の素材の種類に応じた温度を呈示することで、温度変化を通じて素材の相違を呈示することができる。
【００４３】
また、例えば、上記実施形態では、第２の期間においてペルチェ素子１０４の駆動電流を一定としているが、第１の期間の経過後にペルチェ素子１０４の駆動電流を２以上の段階で段階的に徐々に弱めるようにしてもよい。
【００４４】
また、例えば、上記実施形態では、冷感を呈示後に、冷却〜初期皮膚温度の範囲での温度を呈示させてもよい。このような制御をすることにより、指を離したと錯覚させる温度覚呈示をすることができる。
【００４５】
また、例えば、上記実施形態では、本発明を、ペルチェ素子１０４を備えた温度覚呈示装置１００に適用した例を説明したが、これに限らず、例えば、本発明を、ペルチェ素子１０４（又は、他の温度覚呈示手段）と、その他の触覚提示手段（例えば、振動発生装置等）とを備えた温度覚呈示装置に適用してもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０  温度覚呈示システム
１２  指
１４  通信ケーブル
１００、１００Ａ  温度覚呈示装置
１０２  ケース
１０４  ペルチェ素子（温度覚呈示手段）
１０６  ドライバ回路
１０８  ヒートシンク
１０９  接触センサ
１１０Ａ、１１０Ｂ  温度計
１２１  入力部
１２０、１２０Ａ  制御装置
１２３  データベース
【図１】
2019185604.tif 000003
【図２】
2019185604.tif 000004
【図３】
2019185604.tif 000005
【図４】
2019185604.tif 000006
【図５】
2019185604.tif 000007
【図６】
2019185604.tif 000008