(57)【要約】【課題】水および／または食材等の異物が付着した手および／または指で操作を行っても、当該異物の超音波振動子および反射面への付着を十分に防止することができ、仮に付着しても、付着物を強制的に排出することができる触感提示装置を提供すること。【解決手段】複数の超音波振動子１と、前記複数の超音波振動子を設置する支持基板２と、前記超音波振動子に対向する位置に設置され、かつ前記超音波振動子から発振された超音波を反射させる反射面３と、前記超音波振動子、前記支持基板および前記反射面を取り囲み、かつ少なくとも１つの開口部を有する筐体４と、を備え、前記反射面３で反射された前記超音波１ｙが前記開口部４０を通して前記筐体４の外に設定された筐体外集束位置Ａに集束することを特徴とする超音波触感提示装置１０。【選択図】図１
2019101988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の超音波振動子と、
前記複数の超音波振動子を設置する支持基板と、
前記超音波振動子に対向する位置に設置され、かつ前記超音波振動子から発振された超音波を反射させる反射面と、
前記超音波振動子、前記支持基板および前記反射面を取り囲み、かつ少なくとも１つの開口部を有する筐体と、
を備え、
前記反射面で反射された前記超音波が前記開口部を通して前記筐体の外に設定された筐体外集束位置に集束することを特徴とする超音波触感提示装置。
【請求項２】
前記筐体外集束位置は前記筐体を含む垂直エリアの外側にある、請求項１に記載の超音波触感提示装置。
【請求項３】
前記超音波振動子は前記超音波の発振方向が水平方向よりも下向きとなるように設置されている、請求項１または２に記載の超音波触感提示装置。
【請求項４】
前記開口部は前記筐体の側面部に位置付けられている、請求項１〜３のいずれかに記載の超音波触感提示装置。
【請求項５】
前記反射面は前記開口部に向かって低くなるように傾斜している、請求項１〜４のいずれかに記載の超音波触感提示装置。
【請求項６】
前記複数の超音波振動子は全て同じ位相で駆動し、
各超音波振動子から発振された超音波が前記筐体外集束位置に至るまでの行路距離の調整により、超音波が筐体外集束位置に集束する、請求項１〜５のいずれかに記載の超音波触感提示装置。
【請求項７】
前記反射面は回転楕円形状を有する曲面の一部である、請求項６のいずれかに記載の超音波触感提示装置。
【請求項８】
前記超音波は、該超音波の音圧に基づく音響流および／または音響放射圧により、前記反射面に付着した異物を除去する、請求項６または７に記載の超音波触感提示装置。
【請求項９】
前記複数の超音波振動子における超音波の位相を制御する超音波制御部をさらに備え、
前記超音波制御部で各超音波振動子における超音波の発振のタイミングを調整することにより、超音波が筐体外集束位置に集束する、請求項１〜５のいずれかに記載の超音波触感提示装置。
【請求項１０】
前記超音波制御部が、前記筐体外集束位置に超音波を集束させるための第１の位相制御と、前記反射面上に設定された反射面集束位置に超音波を集束させるための第２の位相制御とを時分割法により行う、請求項９に記載の超音波触感提示装置。
【請求項１１】
前記第１の位相制御で発振された超音波の音圧に基づく音響流および／または音響放射圧により触感提示を行い、
前記第２の位相制御で発振された超音波の音圧に基づく音響流および／または音響放射圧により、前記反射面に付着した異物を除去する、請求項１０に記載の超音波触感提示装置。
【請求項１２】
前記反射面は平面である、請求項９〜１１のいずれかに記載の超音波触感提示装置。
【請求項１３】
前記複数の超音波振動子は変調周波数が３００Ｈｚ以下である、請求項１〜１２のいずれかに記載の超音波触感提示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は超音波触感提示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、キッチンおよび厨房において行われる調理は、基本的に、食材の切断、配合および混合からなっている。このような調理においては、様々な調理器具が使用されており、例えば、コンロにおける火加減の操作、および水栓における水量加減の操作が複合的に行われている。
【０００３】
またインターネットの普及に伴い、タブレット端末でレシピを参照しながら、調理を行うことがある。また厨房においては、注文管理のために、タブレット端末を利用しながら、調理を行うこともある。
【０００４】
従って、調理を行うに際しては、各種の操作を複合的（すなわち同時かつ／または順次）に効率よく行うことが求められている。詳しくは、例えば、レシピ参照および／または注文管理のためにタブレット端末を操作しながら、火加減および／または水量加減を操作することがよく行われている。また例えば、火加減および／または水量加減を操作した直後に、タブレット端末を操作することもある。
【０００５】
しかしながら、上記の各種操作は通常、操作板に手または指を接触させて行われるため、手および／または指に付着した水および／または食材が当該接触操作を阻害した。このため、各操作の前に、その都度、手を洗ったり、かつ／または手を拭ったりする必要が生じ、複合的な操作は極めて煩雑であった。
【０００６】
一方、視差画像を表示する表示面で音波を反射させ、立体画像の位置と空間的に同一位置に音波を伝播させて力覚を生じさせる立体表示デバイスが開示されている（特許文献１）。他方、プリント基板の孔に溜まった水を効率的に除去できる液体除去装置が開示されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ２０１２／０１１３２１号
【特許文献２】特開２０１４−６３６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような立体表示デバイスを調理時の各種操作に応用すると、非接触操作が可能となり、各操作の前に、その都度、手を洗う必要はなくなるが、手および／または指に付着した水および／または食材等の異物がデバイス上に落下し、再付着するという新たな問題が生じることを見い出した。すなわち、従来の技術では、水および／または食材等の異物が付着した手および／または指で操作を行うと、非接触操作であっても、当該異物が超音波振動子および／または反射面等に付着するため、触感提示装置本来の入力機能を十分に発揮できないという懸念があった。
【０００９】
詳しくは、図２６に示すように、超音波振動子５０１を、超音波の発振方向が鉛直方向において上向きになるように設置すると、異物が当該超音波振動子の発振面上に落下して付着した。その結果、電気的な短絡が起こったり、固有振動数が変化したり、かつ／または腐食の原因となったりして、触感提示装置本来の入力機能を十分に発揮できないという懸念があった。このため、超音波振動子をカバーで覆うと、超音波が減衰した。カバーとしてメッシュ生地を用いると、超音波の減衰を抑制することはできるが、水の進入を回避することはできず、やはり触感提示装置本来の入力機能を十分に発揮できなかった。
【００１０】
そこで、本開示の発明者等は、超音波振動子を、超音波の発振方向が鉛直方向において下向きになるように設置し、超音波を反射により変向させることを試みたところ、異物が反射面上に落下して付着した。このため、反射角度が変化したり、かつ／または反射率が低下したりして、やはり触感提示装置本来の入力機能を十分に発揮できないという懸念があった。
【００１１】
本開示は、水および／または食材等の異物が付着した手および／または指で操作を行っても、当該異物の超音波振動子および反射面への付着をより十分に防止することができ、仮に付着しても、付着物を強制的に排出することができる触感提示装置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】
【００１２】
本開示は、
複数の超音波振動子と、
前記複数の超音波振動子を設置する支持基板と、
前記超音波振動子に対向する位置に設置され、かつ前記超音波振動子から発振された超音波を反射させる反射面と、
前記超音波振動子、前記支持基板および前記反射面を取り囲み、かつ少なくとも１つの開口部を有する筐体と、
を備え、
前記反射面で反射された前記超音波が前記開口部を通して前記筐体の外に設定された筐体外集束位置に集束することを特徴とする超音波触感提示装置に関する。
【発明の効果】
【００１３】
本開示の触感提示装置は、異物が付着した手および／または指で操作を行っても、当該異物の超音波振動子および反射面への付着をより十分に防止することができる。
本開示の触感提示装置は、仮に反射面に異物が付着しても、付着物を強制的に排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示の第１実施態様に係る超音波触感提示装置の模式的断面図である。
【図２】本開示の第１実施態様において複数の超音波振動子を支持基板に設置してなる超音波振動子アレイの模式的平面図である。
【図３】本開示の第１実施態様に係る超音波触感提示装置の模式的断面図であって、反射面における超音波の重なり音圧拡大部での異物排出現象を説明するための断面図である。
【図４】図３における超音波の重なり音圧拡大部Ｓ近傍の一部拡大図である。
【図５】本開示の第２実施態様に係る超音波触感提示装置の模式的断面図である。
【図６】本開示の第２実施態様において複数の超音波振動子を支持基板に設置してなる超音波振動子アレイの模式的平面図である。
【図７】本開示の第２実施態様に係る超音波触感提示装置の模式的断面図であって、反射面３における反射面集束位置での異物排出現象を説明するための断面図である。
【図８】図７における反射面集束位置近傍の一部拡大図である。
【図９】本開示の第３実施態様に係るシステム構成例を示すシステムの模式的断面図である。
【図１０】本開示の第４実施態様に係るシステム構成例を示すシステムの模式的断面図である。
【図１１】本開示の第５実施態様に係るシステム構成例を示すシステムの模式的断面図である。
【図１２】本開示の第６実施態様におけるジェスチャ入力システムの構成を示すブロック図である。
【図１３】ジェスチャ入力システムによる仮想的なトラックボールの操作を説明するための図である。
【図１４】ジェスチャ入力システムにより設定される、基点、追跡点、触感提示エリアおよび入力可能エリアを説明した図である。
【図１５】入力可能エリアと触感提示エリアの相対的な位置関係による、触感提示出力のオン／オフを説明した図（入力可能エリアがユーザの手のひら全体の領域に設定された場合）である。
【図１６】入力可能エリアと触感提示エリアの相対的な位置関係による、触感提示出力のオン／オフを説明した図（入力可能エリアがユーザの手のひらの一部の領域に設定された場合）である。
【図１７】入力可能エリアが触感提示エリアと接触していないときに触感提示出力をオフにする理由を説明するための図である。
【図１８】本開示の第６実施態様における、ジェスチャ入力システムに対する断続的な入力操作を説明した図である。
【図１９】本開示の第６実施態様における、ジェスチャ入力システムに対する断続的な入力操作を説明した図である。
【図２０】本開示の第６実施態様におけるジェスチャ入力システムの動作を示すフローチャートである。
【図２１】第７実施態様に係るアイコン操作の３つの基本動作の一例である。
【図２２】本開示の超音波触感提示装置を用いたジェスチャ入力システムにより、着信電話の対応操作を行う方法を模式的かつ時系列的に示すブロック図である。
【図２３】本開示の超音波触感提示装置を用いたジェスチャ入力システムにより、タイマーの操作を行う方法を模式的かつ時系列的に示すブロック図である。
【図２４】本開示の超音波触感提示装置を用いたジェスチャ入力システムにより、水栓の操作を行う方法を模式的かつ時系列的に示すブロック図である。
【図２５】本開示の超音波触感提示装置を用いたジェスチャ入力システムにより、水栓の操作を行うまた別の方法を模式的かつ時系列的に示すブロック図である。
【図２６】従来の超音波触感提示装置の模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本開示の超音波触感提示装置は、超音波により、空中に触感を提示することが可能な通知装置である。「超音波」とは一般に２０ｋＨｚ以上の周波数を有する音波のことであり、人の耳には聞こえない。聴覚に頼らず触感を提示するためには、周波数を２０ｋＨｚ以上にすればよい。超音波の周波数に上限の制約はないが、空気中を伝播する超音波の減衰は、周波数が高くなるに従い大きくなるため、超音波を用いた触感提示を行う周波数は、好ましくは２０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ、より好ましくは２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚである。周波数が２０ｋＨｚ未満では可聴域となり、駆動時に音が出る。周波数が２００ｋＨｚ超では減衰が大きくなり、超音波の伝播効率が悪くなる。また、人が認識できる圧力をより一層、効果的に身体表面に提示することができる超音波の音圧レベルは、好ましくは１２０ｄＢ以上、より好ましくは１４０ｄＢ以上、さらに好ましくは１６０ｄＢ以上である。音圧レベルに上限の制約はなく、音圧レベルは通常、１９０ｄＢ以下である。超音波の波形は特に限定されず、搬送波形は例えば、正弦波、矩形波、および三角波等であってもよい。
【００１６】
「触感」とは、皮膚を通して人体が認識することのできる感覚である。本開示において皮膚を通して認識できる感覚の例として、触覚、振動覚、圧覚、及び痛覚が挙げられる。「触感を提示する」とは、例えば、振動及び／又は圧力によって刺激を与えることであってもよい。詳しくは、超音波触感提示装置は、超音波振動子によってユーザに振動、音響流及び／又は音響放射圧を与えてもよく、または音響流及び／又は音響放射圧を与えてもよい。本開示においては、上記のように、超音波により触感をユーザに提示すると同時に、コンプレッサまたはファンによってユーザに空気流を与えてもよいし、赤外線源によってユーザに温感を与えてもよいし、かつ／または、ペルチェ素子によってユーザに冷感を与えてもよい。言い換えると、超音波触感提示装置は、少なくとも超音波振動子を含み、レーザー 、コンプレッサ、ファン、ペルチェ素子、及び、赤外線源からなる群から選択される少なくとも１つをさらに含んでもよい。空中での触感の提示とは、人体に接触せずに、触感を人体に感じさせることである。
【００１７】
本開示の超音波触感提示装置について、以下、図面および実施態様を参照しながら説明する。図面に示す各種の要素は、本開示の理解のために模式的に示したにすぎず、寸法比及び外観などは実物と異なり得ることに留意されたい。尚、本明細書で直接的または間接的に用いる“上下方向”、“左右方向”および“表裏方向”は、特記しない限り、それぞれ、図中における“上下方向”、“左右方向”および“表裏方向”に対応した方向に相当する。また、同じ符号または記号は、特記しない限り、形状が異なること以外、同じ部材または同じ意味内容を示すものとする。
【００１８】
［第１実施態様］
図１は、第１実施態様の超音波触感提示装置の模式的断面図である。第１実施態様の超音波触感提示装置１０は、複数の超音波振動子１と、支持基板２と、反射面３と、筐体４とを含み、所望により、超音波触感提示装置１０を支持するための支持部材５をさらに含んでもよい。
【００１９】
（超音波振動子）
超音波振動子１は圧電体からなり、超音波を発振面から発振させる素子である。超音波振動子１は通常、複数で使用され、当該複数の超音波振動子１を後述の支持基板２上に並べて超音波振動子アレイを構成してもよい。複数の超音波振動子１（特に超音波振動子アレイ）は、空中の任意の位置に超音波の集束位置（すなわち焦点）を作り出すことによって、人体の表面に触覚を提示することができる。超音波の集束位置では、音響流（音波の非線形効果によって生じる空気の流れ）の他に、音響放射圧という静的な圧力が発生する。音響放射圧という静的な圧力は、空気中を伝播する超音波が空気の音響インピーダンスと異なる物体で遮られたときに発生する。音圧レベルが大きな超音波になると、超音波が身体表面で遮られることにより、人が認識できるような身体表面を押す力が発生する。これにより、非接触で身体に力を提示することができる。
【００２０】
超音波振動子１は通常、超音波の発振方向が水平方向よりも下向きとなるように設置される。すなわち、手および／または指に付着していた異物が落下等により超音波振動子の超音波発振部（例えば、超音波振動子が通常、有する発振面）に乗らないように、超音波振動子からの超音波の発振方向を水平方向よりも下向きにする。超音波振動子への異物付着のより一層効果的な防止の観点から、好ましい態様においては、図１に示すように、超音波の発振方向ｄは重力方向ｇと同じ方向である。重力方向ｇとは、鉛直方向における下向きのことである。上記好ましい態様においては、超音波の発振方向ｄは厳密に重力方向ｇと同じ方向でなければならないというわけではなく、当該好ましい態様は、例えば、発振方向ｄと重力方向ｇとがなす角度が４５°以下、特に３０°以下である態様を包含する。なお、発振方向ｄと重力方向ｇとがなす角度が０°のとき、発振方向ｄは重量方向ｇと同じ方向である。異物とは、手および／または指等の身体に付着し得る、身体とは異なる物質という意味である。異物は、例えば、水、ジュースおよびソース等の液体物質、ならびに食材（例えば、野菜および肉）、塩、砂糖、コショウ、小麦粉、パン粉、コーヒー豆粉砕物、コーヒー抽出物および塵等の固形物質を包含する。超音波触感提示装置は、異物の中でも固形物質（特に塩、砂糖、コショウおよび小麦粉等の粉体物）の排出に有効である。
【００２１】
複数の超音波振動子１は、平面視において全体として点対称性または線対称性を有しながら配置されていてもよいし、またはランダムに配置されていてもよい。触感のより一層効果的な提示および反射面からのより一層効果的な異物排出の観点から、複数の超音波振動子１は、図２に示すように、平面視において全体として点対称性を有しながら配置されていることが好ましい。平面視とは、超音波触感提示装置を設置して、鉛直方向（例えば高さ方向）の真上から見たときの状態のことであり、平面図と同意である。超音波触感提示装置の設置は、例えば当該装置の使用時における状態（方向および位置）での設置である。図２は、第１実施態様において複数の超音波振動子１を支持基板２に設置してなる超音波振動子アレイの模式的平面図である。
【００２２】
超音波振動子１の搬送波を変調させることで、排出対象の異物の固有振動に合致させることができる。これにより、異物をさらに一層、効率的に排出することができる。異物が上記した液体物質または固形物質のとき、変調周波数は通常、３００Ｈｚ以下であり、好ましくは０Ｈｚ超３００Ｈｚ以下、より好ましくは１００Ｈｚ〜３００Ｈｚである。
【００２３】
超音波振動子１の搬送波を振幅変調および／または周波数変調および／またはパルス幅変調させることで、音響放射圧を時間的に変化させて、ユーザに振動として提示することができる。いずれの変調方法においても、変調周波数は、好ましくは１０Ｈｚ〜３００Ｈｚ、より好ましくは１００Ｈｚ〜２００Ｈｚである。
【００２４】
変調波形は特に限定されず、例えば、正弦波、矩形波、および三角波等であってもよい。
【００２５】
超音波振動子１は種々の振動数および音圧レベルのものが市販品として入手可能である。
【００２６】
（支持基板）
支持基板２は複数の超音波振動子１を設置するための基板である。支持基板２の構成材料および形状は、複数の超音波振動子１を支持および固定できる限り特に限定されない。支持基板２の構成材料として、例えば、エポキシ系樹脂、およびフェノール樹脂、ポリオレフィン系樹脂（例えば、ポリエチレン、およびポリプロピレン）、ポリエステル系樹脂（例えば、ポリエチレンテレフテレート）、ポリビニル系樹脂（例えば、ポリ塩化ビニル、およびポリスチレン）、ポリイミド系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリビニルホルマール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ポリカーボネート、および液晶ポリマー等のポリマー；銅、アルミニウム、スズ、鉄、ステンレス、金、銀、および鋼等の金属；木材；ガラス；および上記した材料からなる群から選択される２種以上の材料を含む複合材料等が挙げられる。支持基板２の好ましい構成材料は複合材料、特に紙フェノール、紙エポキシ、およびガラスエポキシである。支持基板２の構成材料としては、回路基板に使用される材料も好適である。
【００２７】
超音波振動子１が設置された支持基板２は直接的に、または他の部材を介して間接的に、後述の筐体４の内側に固定されてもよい。支持基板２の筐体４への固定手段は、固定が達成される限り特に限定されず、例えば、ネジ締め、および／または接着剤等が使用されてもよい。
【００２８】
（反射面）
反射面３は、超音波振動子１に対向する位置に設置され、かつ超音波振動子１から発振された超音波１ｘを反射させる。反射面３は、超音波１ｘを反射させ得る限り、図１に示すような板材等の各種部材によって提供されてもよい。反射面３の構成材料は、超音波を反射させ得る限り特に限定されず、例えば、支持基板２の構成材料として例示した同様の材料（例えば、上記したポリマー、金属および木材等）が挙げられる。反射面３の好ましい構成材料としてのポリマーは、製造容易性の観点から射出成型が可能な「熱可塑性樹脂」であり、特にポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステル、および液晶ポリマーである。
【００２９】
反射面３は通常、後述する筐体４の開口部４０に向かって低くなるように傾斜している。すなわち反射面３は通常、後述する筐体４の開口部４０に向かって低くなるようにテーパー形態を有している。反射面３は通常、開口部４０に向かって漸次低くなるように傾斜している。反射面３の傾斜角度は、反射された超音波１ｙが後述する所望の集束位置Ａに集束する限り特に限定されず、例えば、水平面に対して５°以上８０°以下であってよく、反射面３への異物付着のより一層効果的な防止および集束位置Ａの制御の観点から、好ましくは水平面に対して１０°以上６０°以下である。
【００３０】
反射面３の形状は、反射された超音波１ｙの集束位置Ａでの集束が可能な限り特に限定されず、反射面３は、例えば、曲面であってもよいし、または平面であってもよい。第１実施態様において反射面３は、複数の超音波振動子１の設置容易性および超音波触感提示装置の構造簡易化の観点から、曲面であることが好ましい。曲面としては、例えば、湾曲面（パラボラ形状を有する曲面）、回転楕円形状を有する曲面、および回転放物面が挙げられる。反射面３は、超音波の集束位置Ａでの集束のための制御容易性の観点から、回転楕円形状を有する曲面であることが好ましい。回転楕円形状を有する曲面とは、超音波振動子および集束位置Ａを２つの焦点とする回転楕円体が表面に有する曲面のことであり、反射面３は通常、そのような回転楕円形状を有する曲面の一部である。２つの焦点のうち一方の焦点としての超音波振動子は、上記した複数の超音波振動子１のうちの任意の１つの超音波振動子であってもよく、好ましくは平面視で略中央に位置付けられる超音波振動子であることが好ましい。例えば、複数の超音波振動子１が図２に示すように平面視において全体として点対称性を有しながら配置されている場合、対称点（一定点）に位置付けられる超音波振動子１ａが２つの焦点のうちの一方の焦点として使用されることが好ましい。回転放物面とは、放物線をその対称軸を中心として回転させた曲面のことである。
【００３１】
（筐体）
筐体４は超音波振動子１、支持基板２および反射面３を取り囲み、かつ少なくとも１つの開口部４０を有している。開口部４０は、筐体４内において反射面３で反射された超音波１ｙが筐体４から出るための出口である。筐体４により、その内部において、超音波の伝播を阻害する外乱因子（例えば、風）の影響を抑えることができ、超音波の減衰を極力抑えた状態で超音波１ｙを筐体４の外側に導くことができる。筐体４において、反射された超音波１ｙが伝播する経路に対応する位置に開口部４０を設けることにより、超音波の伝播損失を抑えることができる。筐体４が有する開口部は、超音波１ｙの伝播経路に対応する位置に設けられた開口部４０のみであることが好ましい。
【００３２】
開口部４０は通常、図１に示すように筐体４の側面部に位置付けられている。筐体４の側面部とは、超音波触感提示装置１０の外観において少なくとも高さ方向に延在する面を有する部材のことであり、例えば、図１に示すように鉛直方向に延在する面部材４１であってもよい。
【００３３】
筐体４の構成材料は、筐体４の内部において超音波への外乱因子の影響を抑えることができる限り特に限定されず、例えば、支持基板２または反射面３の構成材料として例示した同様の材料（すなわち上記したポリマー、金属および木材等）が挙げられる。筐体４の好ましい構成材料としてのポリマーは、製造容易性の観点から射出成型が可能な「熱可塑性樹脂」であり、特にポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステル、および液晶ポリマーである。
【００３４】
開口部４０には、メッシュ状部材を設置して、開口部４０からの異物の侵入を防止してもよい。メッシュ部材が存在しても、超音波の減衰はほとんど起こらない。メッシュ部材の構成材料としては、例えば、支持基板２または筐体４の構成材料として例示した同様の材料（例えば、上記したポリマー、および金属等）が挙げられる。メッシュ部材としては、スピーカー用ネットまたはスピーカー用カバーとして市販されているものが有用である。また、開口部４０は筐体４に複数の微細な穴を形成させた部分を設けることで形成しても良い。
【００３５】
（支持部材）
支持部材５は必ずしも必要とされるものではなく、例えば、超音波触感提示装置が据え置き型のときは必要とされるし、または壁掛け型のときは必要とされない。特に超音波触感提示装置により触感を提示しながら、プロジェクタにより映像を重ねる場合においては、支持部材５は、プロジェクタによる映像を映し出すためのスクリーンとして機能させることができる。支持部材５は、キッチン、厨房および洗面所における作業台、机、洗面台等であってもよい。
【００３６】
（超音波触感提示装置の構成）
第１実施態様の超音波触感提示装置においては、反射面３で反射された超音波１ｙが開口部４０を通して筐体４の外に設定された集束位置Ａに集束する。すなわち、集束位置Ａは筐体４を含む垂直エリアの外側にある。筐体４を含む垂直エリアとは、超音波触感提示装置１０の平面視において、筐体に含まれるエリア、すなわち筐体と重複するエリアのことであり、側面視においては図１に示すようなエリアＥのことである。集束位置Ａは筐体を含む垂直エリアの外側にあるとは、集束位置Ａは筐体を含む垂直エリア内には存在しなという意味であり、詳しくは、超音波触感提示装置の平面視において集束位置Ａと筐体を表したとき、集束位置Ａが筐体を示す領域の外側に位置付けられるという意味である。集束位置Ａは、「筐体外集束位置」と称することができる。
【００３７】
集束位置Ａでは、超音波の集束に伴い、音圧が集束し、集束された音圧に基づいて、音響流（音波の非線形効果によって生じる空気の流れ）の他に、音響放射圧という静的な圧力が発生する。音響放射圧という静的な圧力は、空気中を伝播する超音波が空気の音響インピーダンスと異なる物体で遮られたときに発生する。音圧レベルが大きな超音波になると、超音波が身体表面で遮られることにより、人が認識できるような身体表面を押す力が発生する。これにより、非接触で身体に力を提示することができる。
【００３８】
複数の超音波振動子１（特に超音波振動子アレイ）は、上記したように、空中の任意の位置に超音波の集束位置（すなわち焦点）を作り出すことができる。このため、第１実施態様においては、このような集束位置を、反射面３および筐体４（特に開口部４０）を利用して、筐体４の外に設定された集束位置Ａとする。このとき、超音波振動子１および反射面３は筐体４の内部に設置されている。それらの結果、異物が付着した手および／または指で操作を行い、異物が落下しても、当該異物の超音波振動子および反射面への付着を十分に防止することができる。このような異物の超音波振動子および反射面への付着防止効果は、以下の事項により初めて達成される：
（１）複数の超音波振動子１を筐体４の内部に設置すること；
（２）複数の超音波振動子１を超音波の発振方向が水平方向よりも下向きとなるように設置すること；
（３）複数の超音波振動子１から発信された超音波１ｘを、筐体４の内部で、反射面３により反射させること；
（４）反射された超音波１ｙを、筐体４の外に設定された集束位置Ａで集束させること。
【００３９】
第１実施態様においては、反射面３は筐体４の開口部４０に向かって低くなるように傾斜しているため、当該超音波の音圧に基づく音響流および／または音響放射圧により、反射面３に付着した異物を筐体外へ強制的に排出および除去することが可能である。詳しくは、第１実施態様においては、複数の超音波振動子１の使用により、図３に示すように、反射面３において超音波の重なり音圧が大きい部分Ｓが存在する。このため、図４に示すように、異物６に対して音響放射圧ｆ１が重量方向ｇに作用する。このとき、異物６には、反射面３の傾斜により、水平方向における開口部方向にも力ｆ２が有効に作用する。これにより、異物６が筐体４外へ強制的に排出および除去される。その結果、反射面３を清浄に保つことができ、異物による反射角度および反射率への影響を抑えることができる。反射面３が傾斜していない場合、反射面３上の異物は超音波により振動するだけで、水平方向における開口部方向の力ｆ２（例えば、図４参照）は作用しないため、強制的排出は達成され得ない。図３は、第１実施態様の超音波触感提示装置の模式的断面図であって、反射面３における超音波の重なり音圧拡大部Ｓでの異物排出現象を説明するための断面図である。図４は、図３における超音波の重なり音圧拡大部Ｓ近傍の一部拡大図である。
【００４０】
(超音波の集束)
超音波の集束は位相を制御することにより行う。第１実施態様においては、超音波触感提示装置の構造簡易化の観点から、位相の制御は、各超音波振動子における超音波の行路距離を調整することにより行うが、後述する第２実施態様のように、超音波制御部で各超音波振動子における超音波の発振のタイミングを調整することにより行ってもよい。第１実施態様においては、位相の制御は、各超音波振動子における超音波の行路距離を調整することにより行うため、複数の超音波振動子１は全て同じ位相で駆動させることができ、集束位置は集束位置Ａの１点のみである。第１実施態様においては、個々の超音波振動子１における超音波の発振のタイミングを調整するための超音波制御部を必要としないため、ドライバ回路を単純にすることができる。
【００４１】
各超音波振動子における超音波の行路距離とは、各超音波振動子から発振された超音波が反射面３を経て前記集束位置Ａに至るまでの行路距離のことである。
【００４２】
各超音波振動子における超音波の行路距離を調整するとは、各超音波振動子の設置位置を調整するという意味である。詳しくは、各超音波振動子から発振された超音波が集束位置Ａに至るまでの行路距離が、複数の超音波振動子の全てについて同じであるか、または当該複数の超音波振動子の全てについて相互に波長の整数倍だけの行路差を与えるように、設置位置を調整する。
【００４３】
（超音波触感提示装置の好ましい動作）
各超音波振動子１から発振された超音波１ｘは反射面３に向かう。反射面３は超音波振動子１の近くに設置することで、超音波（または音圧）の減衰が少なく、強力な超音波（または音圧）を反射面３に入射させることが出来る。複数の超音波振動子１のうち、超音波が超音波振動子から発振されて反射面３に至るまでの行路距離が最小の超音波振動子について、当該行路距離は３００ｍｍ以下（特に１〜３００ｍｍ）であることが好ましく、より好ましくは１〜１００ｍｍである。反射面では、この強力な超音波（または音圧）に伴う音響流および／または音響放射圧を発生させることができる。このため、開口部４０を通して侵入した異物が反射面に付着しても、この音響流および／または音響放射圧により強制的に排出させることが出来る。その結果、反射方向および／または反射効率が付着物により変化することが回避される。反射面３で反射した超音波１ｙは集束位置Ａ（集音点）に向かう。ここで、各超音波振動子１から発振された超音波が反射面３で反射した後に集束位置Ａに至るまでの行路距離は振動子によって異なる。超音波振動子１はすべて同位相で駆動している為、集束位置Ａ（集音点）で位相をそろえる為には、すべての行路距離を同じにする、もしくは波長の整数倍だけの行路差を与える必要がある。そこで、超音波振動子の支持基板を立体形状とし、先の条件を満たす高さに超音波振動子１を設置する。これにより、集束位置Ａ（集音点）においては全振動子から位相のそろった超音波が到来し、波が重ね合わされ強力な音圧を実現することが出来る。
【００４４】
集束位置Ａ（集音点）は予め決められた座標１点のみに提示される。この点を基点として触感提示を有するジェスチャ操作を行う。この時、集束位置Ａ（集音点）を、筐体を含む垂直エリア外に設定することにより、手および／または指に付着した異物が筐体に落下することを防止することができる。
【００４５】
［第２実施態様］
図５は、第２実施態様の超音波触感提示装置の模式的断面図である。第２実施態様の超音波触感提示装置１０’は、以下に特記すること以外、第１実施態様の超音波触感提示装置１０と同様である。
【００４６】
第２実施態様の超音波触感提示装置１０’は、複数の超音波振動子１における超音波の位相を制御する超音波制御部（図示せず）をさらに備えている。超音波制御部（図示せず）では各超音波振動子１における超音波の発振のタイミングを調整することにより、位相を制御して、超音波を集束位置Ａに集束させる。また集束位置を集束位置Ａだけでなく、任意の複数の位置に設定することができる。例えば、各超音波振動子１から発振された超音波が集束位置Ａに向かう行路における反射面３上に集束位置Ｂ（集音点）を新たに設定することにより、反射面からの異物の強制的排出をより一層、効果的に行うことができる。さらには支持基板２における複数の超音波振動子１の設置面を面一の平面とすることもできるし、かつ／または反射面３を平面にすることもできる。集束位置Ｂは、「反射面集束位置」と称することができる。
【００４７】
超音波制御部（図示せず）は、複数の超音波振動子１の全てと電気的に接続されており、各超音波振動子１における超音波の発振のタイミングを調整して、各超音波振動子１における超音波の位相を制御することができる。当該超音波制御部は、詳しくは、各超音波振動子１から発振された超音波（またはその音圧）が時分割法により集束位置Ａおよび集束位置Ｂに集束するように、各超音波振動子１の設置位置および超音波の行路距離を勘案して、各超音波振動子１の発振のタイミングを調整する。
【００４８】
超音波制御部（図示せず）においては、より詳しくは、集束位置Ａに超音波（またはその音圧）を集束させるための位相制御（以下、「第１の位相制御」ということがある）と、反射面３上に設定された集束位置Ｂに超音波（またはその音圧）を集束させるための位相制御（以下、「第２の位相制御」ということがある）とを時分割法により行う。時分割法とは、１つの超音波触感提示装置（または超音波制御部）において、第１の位相制御と第２の位相制御とを時間的にずらせて交互に行う方法である。詳しくは、集束位置Ａに超音波（またはその音圧）を集束させるためのタイミングでの超音波の発振と、集束位置Ｂに超音波（またはその音圧）を集束させるためのタイミングでの超音波の発振とを交互に行う。「第１の位相制御」および「第２の位相制御」はそれぞれ「第１の超音波発振」および「第２の超音波発振」とも称され得る。
【００４９】
第２実施態様においては、第１の位相制御で発振された超音波の音圧に基づく音響流および／または音響放射圧により触感提示を行い、第２の位相制御で発振された超音波の音圧に基づく音響流および／または音響放射圧により、反射面３に付着した異物を除去することができる。
【００５０】
第１の位相制御のための処理時間（発振時間）および第２の位相制御のための処理時間（発振時間）は、超音波触感提示装置により触感を提示しながらも、反射面の異物をより一層、効果的に除去できる限り特に限定されない。第１の位相制御のための処理時間（発振時間）と、第２の位相制御のための処理時間（発振時間）の比率（第１の位相制御／第２の位相制御）は通常、１／１００〜１００／１であり、好ましくは１／１〜１００／１である。第１の位相制御のための処理時間（発振時間）は例えば、１回あたり、１ミリ秒〜数十分間、特に１００ミリ秒〜１０分間であってもよい。第２の位相制御のための処理時間（発振時間）は例えば、１回あたり、１ミリ秒〜数分間、特に１００ミリ秒〜１分間であってもよい。
【００５１】
第２実施態様において、複数の超音波振動子１は、第１実施態様においてと同様に、平面視において全体として点対称性または線対称性を有しながら配置されていてもよいし、またはランダムに配置されていてもよい。第２実施態様においては、位相の制御を超音波制御部により行うため、超音波触感提示装置の構造簡易化の観点から、複数の超音波振動子１は平面視において規則性を有しながら配置されていることが好ましく、より好ましくは、図６に示すように、平面視において六方格子状に配置されている。六方格子状は円をより高い密度にて配置できる配置形状であるので、同一個数の超音波振動子をより十分にコンパクトに配置できる。図６は、第２実施態様において複数の超音波振動子１を支持基板２に設置してなる超音波振動子アレイの模式的平面図である。
【００５２】
（超音波触感提示装置の構成）
第２実施態様の超音波触感提示装置１０’においては、複数の超音波振動子１から発振された超音波１ｘが反射面３上に設定された集束位置Ｂに集束するとともに、反射面３で反射された超音波１ｙが開口部４０を通して筐体４の外に設定された集束位置Ａに集束する。すなわち、集束位置Ａは筐体４を含む垂直エリアの外側にあり、集束位置Ｂは反射面３の上にある。
【００５３】
集束位置Ａでは、第１実施態様においてと同様に、超音波の集束に伴い、音圧が集束し、集束された音圧に基づいて、音響流（音波の非線形効果によって生じる空気の流れ）の他に、音響放射圧という静的な圧力が発生する。これにより、非接触で身体に力を提示することができる。
【００５４】
第２実施態様においては、集束位置Ａは、第１実施態様においてと同様に、筐体４の外に設定され、このとき、超音波振動子１および反射面３は筐体４の内部に設置されている。このため、異物が付着した手および／または指で操作を行い、異物が落下しても、当該異物の超音波振動子および反射面への付着を十分に防止することができる。このような異物の超音波振動子および反射面への付着防止効果は、第１実施態様においてと同様に、上記した事項（１）〜（４）により初めて達成される。
【００５５】
第２実施態様においては、反射面３は、筐体４の開口部４０に向かって低くなるように傾斜している。しかも、反射面３においては、超音波の音圧に基づく音響流および／または音響放射圧が作用するだけでなく、図７に示すように、複数の超音波振動子１から発振された超音波１ｘが反射面３上に設定された集束位置Ｂに集束するため、超音波の音圧に基づく音響流および／または音響放射圧がより一層、強力に（効果的に）作用する。このため、反射面３に付着した異物をより一層、十分かつ効果的に筐体外へ強制的に排出および除去することが可能である。詳しくは、第２実施態様においては、複数の超音波振動子１の使用により、図７に示すように、反射面３において集束位置Ｂが設定される。このため、図８に示すように、異物６に対して、より大きな音響放射圧ｆ１が重量方向ｇに作用する。このとき、異物６には、反射面３の傾斜により、水平方向における開口部方向にもより大きな力ｆ２が有効に作用する。これにより、異物６がより一層、強制的に筐体４外へ排出および除去される。その結果、反射面３をより一層、清浄に保つことができ、異物による反射角度および反射率への影響をより一層、十分に抑えることができる。反射面３が傾斜していない場合、反射面３上に集束位置Ｂを設定しても、反射面３上の異物は超音波により振動するだけで、水平方向における開口部方向の力ｆ２（例えば、図８参照）は作用しないため、強制的排出は達成され得ない。図７は、第２実施態様の超音波触感提示装置の模式的断面図であって、反射面３における集束位置Ｂでの異物排出現象を説明するための断面図である。図８は、図７における集束位置Ｂ近傍の一部拡大図である。
【００５６】
（超音波触感提示装置の好ましい動作）
第２実施態様においては、超音波振動子１は個別に位相制御される。これにより、任意の場所で超音波の位相を揃えることが可能になり、集束位置（集音点）の座標を任意に設定することが出来る。各超音波振動子１から発振された超音波１ｘは反射面３に向かう。反射面３を超音波振動子１の近くに設置することで、超音波（または音圧）の減衰が少なく、強力な超音波（または音圧）を反射面３に入射させることが出来る。複数の超音波振動子１のうち、超音波が超音波振動子から発振されて反射面３に至るまでの行路距離が最小の超音波振動子について、当該行路距離は、第１実施態様においてと同様の範囲内であることが好ましい。個別の位相制御により、反射面上に集束位置Ｂを作ることにより、より一層、強力な音圧を実現できる。反射面では、このような音圧に伴い、より一層、大きな音響流および／または音響放射圧を発生させることができる。このため、開口部４０を通して侵入した異物が反射面に付着しても、この音響流および／または音響放射圧により、より一層、強制的に排出させることが出来る。その結果、反射方向および／または反射効率が付着物により変化することがより一層、十分に回避される。また、時分割法により、触感提示する任意の集束位置Ａに対して集音させる。このとき、超音波は反射面３で反射した後、集束位置Ａで集束する。
【００５７】
第２実施態様においては、集束位置は任意の座標に設定することができる。この時、集束位置を、筐体を含む垂直エリア外と、反射面上とに設定し、かつ時分割法で超音波をそれらの集束位置に集束させる。このため、手および／または指に付着した異物が筐体に落下することを防止しながら、反射面上の付着物をより一層、強制的に排出することができる。
【００５８】
［第３実施態様］
第３実施態様は本開示の超音波触感提示装置を用いたシステム構成例の一例に関する。図９は、第３実施態様のシステム構成例を示すシステムの模式的断面図である。
【００５９】
第３実施態様のシステムは、タブレット７Ａおよび当該タブレット７Ａに電気的に接続された超音波触感提示装置１０Ａを含む。タブレット７Ａのカーソルまたはアイコンを、超音波触感提示装置１０Ａによる空中触感提示で操作することができる。
【００６０】
タブレット７Ａはインターネットに接続しており、レシピ参照、動画閲覧、音楽鑑賞、メール確認、電話、およびメモ等のインターネットのあらゆる機能が利用できる。また、家庭内の電子機器に無線通信または有線通信で接続し、インターホン、換気扇、クッキングヒーター、水栓、および／または照明等を操作することができる。
【００６１】
超音波触感提示装置１０Ａは、筐体４Ａとして、タブレット７Ａの設置のための台座となるクレードルの筐体を用いたこと以外、第１実施態様の超音波触感提示装置１０と同様である。超音波触感提示装置１０Ａはタブレット７Ａの設置のための台座となるクレードル内に収納されてもよい。タブレット７Ａはクレードルから取り外しが可能であってもよい。
【００６２】
第３実施態様のシステムにおいては、タブレット７Ａの代わりにディスプレイを用いることにより、ディスプレイのカーソルまたはアイコンを、超音波触感提示装置１０Ａによる空中触感提示で操作することができる。このようなシステム（端末）は、客側と提供側との双方に存在させてもよい。食べ物を取り扱う店舗等で当該システムを採用すると、衛生面に有意な非接触操作を行うことができる。
【００６３】
［第４実施態様］
第４実施態様は本開示の超音波触感提示装置を用いたシステム構成例の別の一例に関する。図１０は、第４実施態様のシステム構成例を示すシステムの模式的断面図である。
【００６４】
第４実施態様のシステムは、ディスプレイ７Ｂおよび当該ディスプレイ７Ｂに電気的に接続された超音波触感提示装置１０Ｂを含む。ディスプレイ７Ｂのカーソルまたはアイコンを、超音波触感提示装置１０Ｂによる空中触感提示で操作することができる。
【００６５】
ディスプレイ７Ｂはあらゆるディスプレイであってもよい。ディスプレイ７Ｂは、例えば、家庭内の電子機器に無線通信または有線通信で接続され、インターホン、換気扇、クッキングヒーター、水栓、および／または照明等の機能または状態を表示して、超音波触感提示装置１０Ｂにより操作されてもよい。
【００６６】
超音波触感提示装置１０Ｂは、筐体４Ｂとして、少なくとも一部が壁体８内に埋め込まれる埋設型筐体を用いたこと以外、第１実施態様の超音波触感提示装置１０と同様である。
【００６７】
［第５実施態様］
第５実施態様は本開示の超音波触感提示装置を用いたシステム構成例のまた別の一例に関する。図１１は、第５実施態様のシステム構成例を示すシステムの模式的断面図である。
【００６８】
第５実施態様のシステムは、プロジェクタ７Ｃおよびプロジェクタ７Ｃに電気的に接続された超音波触感提示装置１０Ｃを含む。プロジェクタ７Ｃのカーソルまたはアイコンを、超音波触感提示装置１０Ｂによる空中触感提示で操作することができる。
【００６９】
プロジェクタ７Ｃは、超音波触感提示装置１０Ｃの支持部材５Ｃをスクリーンとして用いて、当該支持部材５Ｃに映像を映し出す。このような映像内のカーソルまたはアイコンを、超音波触感提示装置１０Ｃによる空中触感提示で操作することができる。
また、位相制御にて集束位置Ａを可変させることにより、プロジェクタ７Ｃで表示した映像内のカーソルまたはアイコンに重畳させた位置に触感を提示させてもよい。
【００７０】
超音波触感提示装置１０Ｃは、筐体４Ｃとして、少なくとも一部が壁体８内に埋め込まれる埋設型筐体を用いたこと、および支持部材５Ｃとして、スクリーンとして使用可能なスクリーン部を有する支持部材を用いたこと以外、第２実施態様の超音波触感提示装置１０’と同様である。
【００７１】
［第６実施態様］
第６実施態様は本開示の超音波触感提示装置を用いたジェスチャ入力システムの一例に関する。以下に説明するジェスチャ入力システムは、ユーザのジェスチャ入力を可能とする装置である。ジェスチャ入力とは、ユーザの身体の少なくとも一部（例えば、手）の動きを用いて、ユーザの操作の意思を電子機器等に伝える入力方法である。ジェスチャ入力システムは、ユーザの身体の動きに基づく操作を示す信号（操作情報）を電子機器等に出力する。電子機器等は、ジェスチャ入力システムによって検出されたユーザの身体の動きに基づく操作にしたがい、操作に関連付けられた命令を実行する。
【００７２】
（ジェスチャ入力システムの構成）
図１２は、本開示の第６実施態様のジェスチャ入力システムの構成を示した図である。本実施形態のジェスチャ入力システム１００は、ユーザの身体の動きを検出するセンサ１１と、センサ１１の出力に基づいてユーザのジェスチャ入力を受け付ける入力制御装置１２と、入力制御装置１２による制御に応じてユーザに対して触感を提示する触感提示装置１０とを含む。この触感提示装置１０は、第１実施態様に係る超音波触感提示装置１０であり、第２実施態様に係る超音波触感提示装置１０’、第３実施態様に係る超音波触感提示装置１０Ａ、第４実施態様に係る超音波触感提示装置１０Ｂまたは第５実施態様に係る超音波触感提示装置１０Ｃであってもよい。入力制御装置１２の機能を司る部品は筐体４の中に組み込まれていてもよい。
【００７３】
センサ１１は、所定範囲内において物体の動きを検出可能なセンサであって、カメラなどの視覚センサを含む。例えば、センサ１１は、物体の動きを非接触で３次元的に検出することが可能な距離画像センサ（ＴＯＦセンサ）又はレーザーセンサである。センサ１１は、人体の動きを検出することができるものであれば良く、例えば、超音波センサ、赤外線センサ、又は可視光センサであっても良い。
【００７４】
センサ１１は、ユーザの身体の一部の動きを検出する。センサ１１は、参照箇所の３次元の座標を参照箇所の動きに関する情報として取得する。本実施形態では、検出対象の身体の一部は人の手(hand)とする。検出対象の部位は他の身体の部位であってもよく、人の上半身、顔、指又は指先等であってもよい。
【００７５】
入力制御装置１２は、センサ１１が検出したユーザの手の動きに基づいて、ユーザによる操作を検出し、ユーザ操作を示す情報を出力する。入力制御装置１２は、ジェスチャ入力を判定する制御部２１と、制御に必要な種々の情報を格納する記憶部２２と、外部機器と通信を行うためのインタフェース部２３とを含む。制御部２１は、半導体素子などで実現可能であり、マイコン、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、および／またはＡＳＩＣ等で構成される。制御部２１は、ハードウェアのみで構成してもよいし、ハードウェアとソフトウェアとを組み合わせることにより実現してもよい。制御部２１は、センサ１１の出力に基づき判定したユーザ操作を示す情報を制御対象の電子機器２００に出力する。電子機器２００は任意の装置であり、パーソナルコンピュータや種々の電子機器である。なお、制御部２１は、前記した超音波触感提示装置１０における超音波制御部（図示せず）とは異なる。
【００７６】
記憶部２２は、例えば、ＤＲＡＭ、フラッシュメモリ、又は強誘電体メモリなどで実現できる。
【００７７】
インタフェース部２３は、ＵＳＢ、ＨＤＭＩ（登録商標）、ＰＣＩバス等の通信規格にしたがって入力制御装置と、制御対象である電子機器２００との通信を行う装置（回路）である。
【００７８】
（ジェスチャ入力システムの動作）
以上のように構成されるジェスチャ入力システム１００の動作を説明する。ジェスチャ入力システム１００は空間中でのユーザの手５０の動き（移動）をセンサ１１により検出し、動き（移動）の方向及び動きの量を示す情報を操作情報（操作信号）として外部の電子機器２００に送信する。これにより、図１３に示すように、ユーザはあたかも空間中に仮想的なトラックボール９０が存在し、その仮想的なトラックボール９０に対して回転操作するような感覚で電子機器２００に対する操作を行うことが可能となる。つまり、ユーザは、仮想的なトラックボール９０を前後左右に回転させるように手５０を操作することで、電子機器２００の表示部においてカーソルを上下左右に移動させたり、画面を上下左右にスクロールしたりすることが実現される。
【００７９】
また、ジェスチャ入力システム１００は、ユーザの手５０の形状も検出し、形状を示す情報を操作情報として電子機器２００に送信する。例えば、ジェスチャ入力システム１００は、ユーザの手５０の形状として、手５０のひらを閉じた形状（グーの状態）または全開した形状（パーの状態）を検出し、その形状を示す情報を操作情報（操作信号）として電子機器２００に送信する。
【００８０】
最初に、図１４を参照し、ジェスチャ入力システム１００の動作に関連したいくつかの用語について説明する。
【００８１】
「基点」とは、ユーザがジェスチャ入力操作を行うときの基準位置である。ジェスチャ入力システム１００は、図１４（Ａ）に示すように、ユーザがジェスチャ入力操作を行う空間において基点６１の座標を設定する。ユーザは、この基点６１に触れながら空間中で入力操作を行う。このため、ジェスチャ入力システム１００（触感提示装置１０）は、空間において基点６１を中心としたある範囲６３に触感を提示する（図１４（Ａ）、（Ｂ）参照）。この触感が提示される範囲を「触感提示エリア」という。ユーザは、手５０（身体の一部の例）が触感提示エリア６３に接触している間、手に触感を感じる。本開示の超音波触感提示装置１０における集束位置Ａ（すなわち筐体外集束位置）は狭義には基点６１に相当し、広義には触感提示エリア６３に相当する。触感提示エリア６３は基点を中心とした高音圧のエリアである。集束位置Ａは波の重ね合わせに起因して、ある程度の広がりを持ってもよい。
【００８２】
「追跡点」とは、ジェスチャ入力システム１００が、ユーザの手５０の位置を判定する基準として設定する、ユーザの手５０の領域内の位置である。本実施形態では、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、追跡点５１はユーザの手５０の領域内の所定位置に設定される。ジェスチャ入力システム１００は、追跡点５１と基点６１の相対的な位置関係の変化に基づき、ユーザによりなされたジェスチャ入力（ユーザ操作）を検出する。この追跡点は手５０の動きに付随して移動する。
【００８３】
ジェスチャ入力システム１００は、ユーザの手５０のひらの全部または一部の領域に「入力可能エリア」５３を設定する。入力可能エリア５３のサイズは、触感提示エリア６３のサイズよりも大きく、ユーザの手５０のサイズ以下となる。入力可能エリア５３が触感提示エリア６３と接触している間、ジェスチャ入力の受付が可能となる。入力可能エリア５３は手５０の動きに付随して一緒に移動する。
【００８４】
入力可能エリア５３は、例えば、図１５の（Ｂ１）、（Ｂ２）に示すように、手のひら全体の領域に設定してもよいし、図１６の（Ｂ１）、（Ｂ２）に示すように、手のひらの一部の領域に設定してもよい。なお、本実施形態では、入力可能エリア５３は、図１５の（Ｂ１）、（Ｂ２）に示すように、手のひら全体の領域に設定されているとして以下の説明を行う。
【００８５】
ジェスチャ入力システム１００は、動作状態として、ジェスチャ入力の受付が可能な入力受付可能状態と、ジェスチャ入力の受付を行わない入力受付不可状態とを有する。入力可能エリア５３が触感提示エリア６３と接触している場合、ジェスチャ入力システム１００は、その動作状態をジェスチャ入力の受付が可能な入力受付可能状態に設定する。入力受付可能状態のとき、触感提示装置１０は触感提示エリア６３に対して触感を提示する（図１５（Ａ１）、（Ｂ１）、図１６（Ａ１）、（Ｂ１）参照）。ユーザは手のひらに触感を感じることでジェスチャ入力が可能であることを認識できる。
【００８６】
一方、入力可能エリア５３が触感提示エリア６３と接触していない場合、ジェスチャ入力システム１００は、その動作状態をジェスチャ入力の受付不可状態に設定する。このとき、触感提示装置１０は触感提示エリア６３に対して触感を提示しない（図１５（Ａ２）、（Ｂ２）、図１６（Ａ２）（Ｂ２）参照）。このように受付不可状態において触感提示を停止する理由は、ジェスチャ入力の受付が不可の状態においてユーザが触感を感じることで、受付可能状態であると誤解することを防止するためである。例えば、図１７に示すように、触感を超音波６６で与え、触感提示エリア６３の下方に手のひら（入力可能エリア５３）が位置する場合、入力可能エリア５３は触感提示エリア６３と接触していないため、ジェスチャ入力システム１００は入力受付不可状態に設定される。このとき、触感提示出力をオフにしないと、超音波６６がユーザの手のひらに当たるため、ユーザは触感を感じてジェスチャ入力が可能であると誤解してしまう可能性がある。そこで、本実施形態では、入力可能エリア５３が触感提示エリア６３と接触していない場合、触感提示出力をオフにすることにより、受付不可なことをユーザに認知させるようにする。
【００８７】
図１８および図１９は、ジェスチャ入力システム１００において、一方向（方向Ａ）への動き（移動）を連続して指示するための断続的なユーザ操作を説明した図である。図１８は、操作を行うユーザの正面側から見たときのユーザの手の動きを説明した図である。図１９は、ユーザの横側から見たときのユーザの手５０と触感提示エリア６３の相対的な位置関係の遷移を説明した図である。図１８および図１９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、最初ユーザは手５０（すなわち入力可能エリア５３）を触感提示エリア６３と接触させながら一方向（方向Ａ）へ移動させる。このとき、ジェスチャ入力システム１００において、基点６１と追跡点５１の相対的な位置関係の変化に基づき、方向Ａの方向への操作指示が入力される。これにより、例えば、電子機器２００上でカーソルが方向Ａに対応する方向に移動する。
【００８８】
ユーザが手５０をさらに方向Ａへ移動させると、入力可能エリア５３は、触感提示エリア６３の外側に移動し、触感提示エリア６３と接触しなくなる（図１９（Ｃ）参照）。このとき、ジェスチャ入力システム１００は入力受付不可状態になる。このとき、電子機器２００においてカーソルは移動しない。
【００８９】
そして、ユーザは、図１８に示すように、入力可能エリア５３と触感提示エリア６３が接触しない状態を維持しつつ手５０を触感提示エリア６３の上方まで移動する（図１９（Ｄ）参照）。さらに、ユーザは手５０を下降していき（図１９（Ｅ）参照）、入力可能エリア５３が触感提示エリア６３に接触した時点で再度一方向（方向Ａ）に手５０を移動させる（図１９（Ａ）、（Ｂ）参照）。これにより、再度、カーソルは停止位置からさらに方向Ａに移動する。
【００９０】
上記のように、入力可能エリア５３と触感提示エリア６３が接触させた状態で手５０を一方向へ移動させる操作と、入力可能エリア５３と触感提示エリア６３が接触しない状態で手５０を元の位置に戻す操作と、入力可能エリア５３と触感提示エリア６３が接触させた状態で手５０を一方向へ移動させる操作とを繰り返すことで、一方向への長い距離の移動を指示する操作が可能となる。このような断続操作により、限定された空間内での操作（手の動き）により広い仮想空間内でのカーソルの移動等を可能にする。
【００９１】
また、ジェスチャ入力システム１００は、ユーザが操作を行う位置に応じて出力感度を変更してもよい。すなわち、ジェスチャ入力システム１００は、ユーザが操作を行う位置（例えば、高さ）に応じて、実際の手の移動量に対する、移動量を示す出力値の割合（感度）を変化させてもよい。
【００９２】
図２０は、ジェスチャ入力システム１００におけるジェスチャ入力動作を示すフローチャートである。以下、このフローチャートを参照して、ジェスチャ入力システム１００におけるジェスチャ入力動作を説明する。
【００９３】
ジェスチャ入力システム１００において、センサ１１はユーザの手５０（身体の一部）の動きを検出する（Ｓ１１）。センサ１１により検出された結果は入力制御装置１２に入力される。入力制御装置１２（制御部２１）は、センサ１１からの情報に基づきユーザの動きを分析し（Ｓ１２）、入力受付を開始するためのトリガとなる所定の動きが検出されたか否かを検出する（Ｓ１３）。この所定の動きは、例えば、手５０のひらを閉じた状態（グーの状態）から全開した状態（パーの状態）に変化させる動きである。
【００９４】
入力制御装置１２の制御部２１は、所定の動きを検出しない場合（Ｓ１３でＮＯ）、ステップＳ１１に戻り、ユーザの手の動きの検出を続ける。
【００９５】
所定の動きを検出した場合（Ｓ１３でＹＥＳ）、制御部２１は、ジェスチャ入力システム１００の動作状態を、ジェスチャ入力の受付が可能な入力受付可能状態に設定する（Ｓ１４）。さらに制御部２１は、基点６１の座標を設定し、触感提示装置１０を制御して、基点６１を含む触感提示エリア６３に触感を提示させる（Ｓ１５）。この時、本開示の超音波触感提示装置１０における集束位置Ａ（すなわち筐体外集束位置）は狭義には基点６１に相当し、広義には触感提示エリア６３に相当する。触感提示エリア６３は基点を中心とした高音圧のエリアである。集束位置Ａは波の重ね合わせに起因して、ある程度の広がりを持ってもよい。制御部２１は、検出した手５０の位置に基づき、手５０のひらで触感が感じられるように基点６１の位置（座標）を設定する。これによりジェスチャ入力が可能となる。なお、基点６１の座標は一旦決定されると、本処理が終了するまでは、決定された座標に固定される。本処理とは図２０の開始から終了までの操作を示す。新たな処理が開始された場合には、基点６１の座標は前回の座標と異なっていてもよい。
【００９６】
その後、センサ１１はユーザの手５０の動き（ジェスチャ操作）を検出する（Ｓ１６）。センサ１１による検出結果を示す情報は制御部２１に入力される。制御部２１は、センサ１１からの検出結果を示す情報に基づき手の動きを分析する（Ｓ１７）。すなわち、制御部２１は、検出した手の領域の情報に基づいて追跡点５１の位置（座標）と入力可能エリア５３とを検出する。なお、手のひらのどの部分を追跡点５１と入力可能エリア５３に設定するかは予め決められており、それを示す情報は記憶部２２に格納されている。制御部２１は、検出した基点６１と追跡点５１の相対的な位置関係の変化に基づき、ユーザ操作を検出する。具体的には、制御部２１は、基点６１の座標に対する追跡点５１の座標の変化を求めて、前回検出時からの追跡点５１の移動方向、移動速度および移動量を算出する。制御部２１は、算出した追跡点５１の移動方向、移動速度および移動量に基づきユーザ操作（操作の方向及び量）を求める。
【００９７】
また、制御部２１は、手５０の形状を検出してもよい。例えば、手５０のひらを閉じた状態（グーの状態）、手５０のひらを全開した状態（パーの状態）、１本指を立てた状態等を検出し、各状態に対応するユーザ操作を検出してもよい。
【００９８】
制御部２１は、インタフェース部２３を介して、分析結果に基づき検出したユーザ操作を示す操作情報を電子機器２００に出力する（Ｓ１８）。電子機器２００は、入力制御装置１２から受信した操作情報に基づくユーザ操作にしたがい動作する。例えば、電子機器２００は操作情報に基づき表示画面上でカーソルを移動させる。
【００９９】
その後、制御部２１は、ユーザの手５０の領域に設定された入力可能エリア５３が触感提示エリア６３と接触しているか否かを判定する（Ｓ１９）。
【０１００】
入力可能エリア５３が触感提示エリア６３に接触している場合（Ｓ１９でＮＯ）、制御部２１は、ジェスチャ入力システム１００の動作状態が入力受付不可状態であるときは入力受付可能状態に設定する（Ｓ２３）。さらに、制御部２１は触感提示装置１０を制御して、基点６１を含む触感提示エリア６３に触感を提示する（Ｓ２４）。その後、制御部２１はステップＳ１６に戻り、上記処理を繰り返す。
【０１０１】
一方、入力可能エリア５３が触感提示エリア６３の外である場合（Ｓ１９でＹＥＳ）、制御部２１は、ジェスチャ入力システム１００の動作状態を入力受付不可状態に設定する（Ｓ２０）。さらに、制御部２１は、触感提示装置１０を制御し、触感提示のための出力を停止させる（Ｓ２１）。このように、入力可能エリア５３が触感提示エリア６３外になった場合には、ジェスチャ入力を受付けないように設定するとともに触感提示を停止する。
【０１０２】
その後、制御部２１は、所定時間内にセンサ１１によりユーザの手の動きが検出されたか否かを判断する（Ｓ２２）。所定時間内にセンサ１１によりユーザの手の動きが検出された場合（Ｓ２２でＹＥＳ）、制御部２１は、ステップＳ１９に戻り、上記処理（Ｓ１６〜Ｓ２２）を繰り返す。例えば、ユーザにより図１８、図１９を用いて説明した断続的な操作が行われた場合、ステップＳ１６〜Ｓ２２が繰り返される。
【０１０３】
一方、所定時間内にセンサ１１によりユーザの手の動きが検出されなかった場合（Ｓ２２でＹＥＳ）、制御部２１は、本処理を終了する。
【０１０４】
以上のように、本実施形態のジェスチャ入力システム１００は、空間においてなされたユーザのジャスチャからその操作情報を検出し、制御対象である電子機器２００に対しその操作情報を入力することができる。その際、ジェスチャ入力システム１００は、空間中の一点を基点６１とし、その基点６１の位置を中心とした領域（触感提示エリア）６３に触感を提示する。ユーザは、基点６１近傍に提示された触感を手のひらで感じながら操作することで、操作した方向および／または量を容易に認識することができる。
【０１０５】
［第７実施態様］
第７実施態様は本開示の超音波触感提示装置を用いたジェスチャ入力システムによるアイコン操作の基本動作に関する。図２１は第７実施態様に係るアイコン操作の３つの基本動作の一例である。
【０１０６】
図２１において「近づける」は、図２０Ｓ１６に示すユーザの手の動きの一態様を意味する。具体的には、触感提示装置１０における集束位置Ａで示された基点から手を筐体４に近づけることを意味する。これにより、図２０Ｓ１８における操作情報としての「決定」がなされてもよい。この基本動作時においては、集束位置Ａで超音波により、例えば「スイッチ感」が提示される。「スイッチ感」とは、超音波振動子１の駆動波形を限定するものではないが、例えば、予め設定された移動量だけ近づけ、操作情報として「決定」が出力された際、単発の音響放射圧を提示することで、ユーザに決定が成されたことを触感でフィードバックし、スイッチを押したように感じさせる。
【０１０７】
図２１において「回転」は、図２０Ｓ１６に示すユーザの手の動きの一態様を意味する。具体的には、触感提示装置１０における集束位置Ａの周りで手を回転させることを意味する。これにより、回転角度や手の移動量に応じて「数量調整」がなされてもよい。この基本動作時においては、集束位置Ａで超音波により、例えば「ダイアル感」が提示される。「ダイアル感」とは、超音波振動子１の駆動波形を限定するものではないが、例えば、予め設定された回転角度や手の移動量が検出される度に、単発の音響放射圧を提示することで、ユーザに数量の変化を触感でフィードバックし、ダイアルを回したように感じさせる。
【０１０８】
図２１においては「回転」の代わりに「傾斜」を採用してもよい。「傾斜」は、図２０Ｓ１６に示すユーザの手の動きの一態様を意味する。具体的には、触感提示装置１０における集束位置Ａにおいて手を傾斜移動させることを意味する。これにより、傾斜方向および傾斜角度に応じて「数量調整」がなされてもよい。この基本動作時においては、集束位置Ａで超音波により、例えば「連打感」が提示される。「連打感」とは、超音波振動子１の駆動波形を限定するものではないが、例えば、予め設定された傾斜角度が検出される間、一定間隔で音響放射圧を提示することで、ユーザに数量の変化を触感でフィードバックし、連続的な振動を感じさせる。
【０１０９】
図２１において「左右払い」は、図２０Ｓ１６に示すユーザの手の動きの一態様を意味する。具体的には、触感提示装置１０における集束位置Ａにおいて手を左方向または右方向に移動させることを意味する。これにより、移動方向に応じて「二者選択」がなされてもよい。この基本動作時においては、集束位置Ａで超音波により、例えば「抵抗感」が提示される。「抵抗感」とは、超音波振動子１の駆動波形を限定するものではないが、例えば、手を左方向または右方向に移動させるに従い、音響放射圧の提示強さを増減させることで、ユーザに手の移動を触感でフィードバックし、抵抗感を感じさせる。
【０１１０】
図２１に示すような３つの単純な基本動作により各種の処理操作を行うことができる。
【０１１１】
例えば、図２２に示すように、着信電話の対応操作を、単純な基本動作で行うことができる。図２２は、本開示の超音波触感提示装置を用いたジェスチャ入力システムにより、着信電話の対応操作を行う方法を模式的かつ時系列的に示すブロック図である。図２２においては、着信電話の対応操作時における各動作（「操作手順」）ごとに、センサによる「検出」方法、「触感」および「ディスプレイ」表示の例が示されている。
【０１１２】
また例えば、図２３に示すように、タイマーの操作を、単純な基本動作で行うことができる。図２３は、本開示の超音波触感提示装置を用いたジェスチャ入力システムにより、タイマーの操作を行う方法を模式的かつ時系列的に示すブロック図である。図２３においては、タイマーの操作時における各動作（「操作手順」）ごとに、センサによる「検出」方法、「触感」および「ディスプレイ」表示の例が示されている。
【０１１３】
また例えば、図２４に示すように、水栓の操作を、単純な基本動作で行うことができる。図２４は、本開示の超音波触感提示装置を用いたジェスチャ入力システムにより、水栓の操作を行う方法を模式的かつ時系列的に示すブロック図である。図２４においては、水栓の操作時における各動作（「操作手順」）ごとに、センサによる「検出」方法、「触感」および「ディスプレイ」表示の例が示されている。
【０１１４】
また例えば、図２５に示すように、水栓の操作を、単純な基本動作で行うことができる。図２５は、本開示の超音波触感提示装置を用いたジェスチャ入力システムにより、水栓の操作を行うまた別の方法を模式的かつ時系列的に示すブロック図である。図２５においては、水栓の操作時における各動作（「操作手順」）ごとに、センサによる「検出」方法、「触感」および「ディスプレイ」表示の例が示されている。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本開示の超音波触感提示装置によれば、ジェスチャ操作における利便性を向上できるため、種々の電子機器の入力手段として有用である。例えば、パーソナルコンピュータ、カーナビゲーション装置、空調装置、オーディオ装置、及びゲーム機器の入力手段として有用である。
【符号の説明】
【０１１６】
１：超音波振動子
２：支持基板
３：反射面
４：筐体
５：支持部材
１０：超音波触感提示装置
４０：開口部
４１：側面部
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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