(57)【要約】【課題】少ない変位でも的確な触覚呈示を付与することができる触覚呈示装置を提供する。【解決手段】変位可能な触覚アクチュエータ１０と、触覚アクチュエータ１０の変位可能な方向の表面に設けられた触覚コンタクトレンズ２０と、触覚アクチュエータ１０の変位を制御する制御部３０と、を有して触覚呈示装置を構成する。形状が変形する触覚アクチュエータ１０自体に触覚コンタクトレンズ２０を取り付けたエラストマ形状の触覚呈示装置とすることにより、少ない変位でも的確な触覚呈示を付与することを可能とする。【選択図】図２
2019133274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変位可能な触覚アクチュエータと、
前記触覚アクチュエータの前記変位可能な方向の表面に設けられた触覚コンタクトレンズと、
前記触覚アクチュエータの変位を制御する制御部と、
を有する触覚呈示装置。
【請求項２】
前記触覚コンタクトレンズは、前記触覚アクチュエータの変位可能な方向の前記変位による触覚呈示を増幅する、請求項１に記載の触覚呈示装置。
【請求項３】
前記触覚アクチュエータは、ゲルアクチュエータである、請求項１又は２に記載の触覚呈示装置。
【請求項４】
前記触覚アクチュエータが複数２次元方向に配置されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触覚呈示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、指先を操作面に接触させて操作し、この操作に対して触覚呈示可能な触覚呈示装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この触覚呈示装置は、車室内の操作者の指先が接触可能な操作面と、前記操作面に加わるせん断力を検出するせん断力検出手段と、前記操作面の触感を部分的に変化させる触感変更手段と、前記せん断力検出手段が検出したせん断力に応じて、前記触感変更手段により触感が変化される触感変化部を制御する制御手段と、を備えて構成されている。この触覚呈示装置は、各種操作には、操作者としてのドライバの指はできるだけ動かさなくてもよいようにし、操作面の面積が小さくてよく、かつ、操作者が指を動かす範囲も小さくてよいとされている。このため、操作者の指先が接触可能な操作面に加わるせん断力を、せん断力検出手段で検出し、そのせん断力に応じて、制御手段は、触感変更手段により触感が変化される操作面の触感変化部を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２３２４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術は、可動する微小凹凸により指に触感を与えて操作状態をフィードバックするものであるが、凹凸変化が微小である場合には変位が少なく、操作者に的確な触覚呈示を付与することができない場合があるという問題があった。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、少ない変位でも的確な触覚呈示を付与することができる触覚呈示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［１］上記目的を達成するため、変位可能な触覚アクチュエータと、前記触覚アクチュエータの前記変位可能な方向の表面に設けられた触覚コンタクトレンズと、前記触覚アクチュエータの変位を制御する制御部と、を有する触覚呈示装置を提供する。
［２］また、前記触覚コンタクトレンズは、前記触覚アクチュエータの変位可能な方向の前記変位による触覚呈示を増幅する、上記［１］に記載の触覚呈示装置であってもよい。
［３］また、前記触覚アクチュエータは、ゲルアクチュエータである、上記［１］または［２］に記載の触覚呈示装置であってもよい。
［４］また、前記触覚アクチュエータが複数２次元方向に配置されている、上記［１］から［３］のいずれか１に記載の触覚呈示装置であってもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の触覚呈示装置によれば、少ない変位でも的確な触覚呈示を付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る触覚呈示装置の１つのユニットＵを示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る触覚呈示装置の１つのユニットＵにおいて、触覚アクチュエータが駆動されて変位した状態を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る触覚呈示装置の１つのユニットＵが複数２次元方向に配置されて触覚呈示装置が構成されている例を示す、立体斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本発明の実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る触覚呈示装置の１つのユニットＵを示す断面図である。本発明の実施の形態に係る触覚呈示装置１は、変位可能な触覚アクチュエータ１０と、触覚アクチュエータ１０の変位可能な方向の表面に設けられた触覚コンタクトレンズ２０と、触覚アクチュエータ１０の変位を制御する制御部３０と、を有して構成されている。図１に示す触覚呈示装置１は、触覚呈示可能な最小単位である１つのユニットＵを示すが、１つのユニットＵ、このユニットＵが複数組み合されたもののいずれでも触覚呈示の機能を発揮する。以下においては、図１に従がって、１つのユニットＵである触覚呈示装置１について説明する。
【００１１】
（触覚アクチュエータ１０）
触覚アクチュエータ１０は、図１に示すように、基板１１上にプラス電極１２が形成され、プラス電極１２に対応したマイナス電極１４が配置され、プラス電極１２とマイナス電極１４の間を含む領域に電圧により形状が変化するゲルアクチュエータであるＰＶＣゲル１３を有して構成されている。このプラス電極１２の上部は、図１に示すように、マイナス電極１４のない開口部１５とされている。
【００１２】
触覚アクチュエータ１０は、プラス電極１２とマイナス電極１４の間に電圧を印加することにより、ＰＶＣゲル１３がプラス電極１２付近に凝集して変形する。このＰＶＣゲル１３の変形により、図１に示す開口部１５から上方向にＰＶＣゲル１３の変位が発生する。このような動作により、触覚アクチュエータ１０は、変位可能な触覚アクチュエータとして機能する。
【００１３】
基板１１は、例えば、剛性を備えたリジッド基板であって、電極の形成が可能なエポキシ基板、セラミックス基板、ガラスエポキシ基板等の電気基板である。
【００１４】
プラス電極１２は、図１に示すように、基板１１上に形成され、制御部３０に接続されている。プラス電極１２は、例えば、銅等により形成されている。また、マイナス電極１４も同様に、プラス電極１２に対応した位置に、銅等により形成されている。
【００１５】
ゲルアクチュエータは、電圧を印加したときに電極の付近に凝集して変形するクリープ現象を生じる誘電性材が使用できる。クリープ現象を生じる誘電性材料には、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリメタクリル酸メチル、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ナイロン６、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリル、シリコーンゴム等がある。ＰＶＣは低廉であり、容易にクリープ変形する点で好適に利用できる。
【００１６】
本実施の形態では、ゲルアクチュエータとして、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）で構成されるＰＶＣゲル１３を使用する。このＰＶＣゲル１３は、図１に示すように、基板１１と触覚コンタクトレンズ２０の間に充填されている。ＰＶＣゲル１３は電圧の印加により電極の付近に凝集して変形することができるが、本実施の形態では、図２に示すように、ＰＶＣゲル１３の変形に伴って、プラス電極１２の上方向に形成された開口部１５から上方向へ変位することができる。この変位により、触覚呈示が可能になる。
【００１７】
なお、上記示した触覚アクチュエータの構成は一例であって、図１の上方向に変位制御できる構成であればよい。また、触覚コンタクトレンズ２０の方向に変位可能に制御できるものであれば、種々のものが使用可能である。例えば、突出可能なピンと、このピンを変位可能に支持しながら変位駆動を可能とする本体部から構成されるソレノイド等である。また、他の、電磁駆動方式、人工筋肉等の変位手段も使用可能である。
【００１８】
（触覚コンタクトレンズ２０）
触覚コンタクトレンズ２０は、図１に示すように、検出対象に貼り付けられるシート状検出部２１と、シート状検出部２１から立設して、指等で接触、なぞる等の操作をする部分である呈示部２２と、から構成されている。触覚コンタクトレンズ２０は、呈示部２２がブラシの毛のように突起して立設されている。触覚コンタクトレンズ２０は、呈示部２２を指等で触ると、シート状検出部２１の貼り付けられた検出対象（触覚アクチュエータ１０）の表面の凹凸の触感が、例えば、３〜５倍の感度に増幅されるとされている。
【００１９】
（シート状検出部２１）
シート状検出部２１は、触覚アクチュエータ１０と接触して配置される、可撓性を有するシートである。
【００２０】
シート状検出部２１は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアセタール、ポリカーボネート等の樹脂部材にて構成するのが好ましい。シート状検出部２１の厚さは、その弾性率によっても異なるが、０．０５〜０．６ｍｍ程度に構成するのが好ましい。
【００２１】
（呈示部２２）
呈示部２２は、シート状検出部２１から立設して形成されたもので、指等で接触、なぞる等の操作をする部分である。シート状検出部２１の厚さ方向と垂直な少なくとも一方向の変形抵抗が、同方向のシート状検出部２１の変形抵抗よりも小さくなるように構成され、シート状検出部２１の可撓性を阻害しない材質および形状で構成されている。
【００２２】
一例として、呈示部２２の材質としては、繊維強化プラスチックや高機能樹脂などの、変形方向によって変形抵抗が異なるような異方性材料を用いることができる。また、呈示部２２の表面である先端部２２ａが、シート状検出部２１の厚さ方向に加圧された場合でも、呈示部２２に伸縮が生じない程度の剛性を有するのが好ましい。
【００２３】
さらに、呈示部２２は、図１、図２に示すように、シート状検出部２１の平面内において、間隔を隔てて複数形成されて構成されている。
【００２４】
呈示部２２は、先端部２２ａが加圧された場合でも、呈示部２２の長手方向に伸縮が生じず、さらに、シート状検出部２１と呈示部２２とのなす角度（例えば９０度）を一定に保持できる程度の剛性を有する部材により構成されるのが好ましい。シート状検出部２１と呈示部２２とのなす角度を常に一定に保つことにより、先端部２２ａが触覚アクチュエータ１０の凹凸量に応じた変形量で変位するので、シート状検出部２１が検出した触覚アクチュエータ１０の凹凸を正確に増幅して触覚呈示することができる。
【００２５】
また、呈示部２２の形状は特に限定されるものではなく、円錐状や角錐状、円柱や角柱などの柱状体の他、板状や起毛状であっても凹凸の増幅効果を発揮することができる。先端部２２ａは、先鋭、平面状、曲面状等の形状に形成することができ、特に、呈示部２２が円錐状や円柱状であればその先端部２２ａの形状は半球状であるのが好ましい。
【００２６】
複数の呈示部２２の配置は、隣接する呈示部２２と互いに所定の間隔をもって配置される。この互いの呈示部２２の間隔は、例えば、０．５ｍｍ以上、３ｍｍ以下である。前記の間隔としたのは人の指先の弁別域が１ｍｍ程度であるためである。
【００２７】
（制御部３０）
制御部３０は、例えばマイクロコンピュータで構成されている。制御部３０は、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工などを行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などから構成される。
【００２８】
制御部３０は、図示しない外部からの入力信号により、あるいは、記憶されたプログラムに従って、触覚アクチュエータ１０のプラス電極１２とマイナス電極１４の間に電圧を印加する。この電圧印加により、触覚アクチュエータ１０を変位させる触覚呈示の制御ができる。また、印加する電圧値により、触覚呈示の量を制御することができる。
【００２９】
（触覚呈示装置１の動作）
図２は、本発明の実施の形態に係る触覚呈示装置の１つのユニットＵにおいて、触覚アクチュエータが駆動されて変位した状態を示す断面図である。
【００３０】
制御部３０により、触覚アクチュエータ１０のプラス電極１２とマイナス電極１４の間に電圧が印加されると、ＰＶＣゲル１３が、プラス電極１２の付近に凝集して変形する。このＰＶＣゲル１３の変形により、図２に示すように、開口部１５から上方向へ変位が発生する。
【００３１】
触覚アクチュエータ１０の上側には、触覚コンタクトレンズ２０が接触した状態で配置されているので、開口部１５から上方向へＰＶＣゲル１３ａが盛り上がるような変形により、図２に示すように、触覚コンタクトレンズ２０も変形する。
【００３２】
触覚アクチュエータ１０の変形において、シート状検出部２１と呈示部２２とのなす角度は一定、例えば、９０度に保たれる。図２に示すように、先端部２２ａが触覚アクチュエータ１０の凹凸量に応じた変形量で拡大変位する。これにより、シート状検出部２１が検出した触覚アクチュエータ１０の上下方向の凹凸を正確に増幅して触覚呈示することができる。
【００３３】
（複数の触覚呈示装置１が２次元配置された触覚呈示装置１００）
図３は、本発明の実施の形態に係る触覚呈示装置の１つのユニットＵが複数２次元方向に配置されて触覚呈示装置１００が構成されている例を示す、立体斜視図である。
【００３４】
前述の触覚呈示装置１は、１つの触覚アクチュエータ１０を備える１つのユニットＵであるが、このユニットＵを複数２次元方向に配置することにより、多様な触覚呈示を行なうことができる。
【００３５】
例えば、図３で示すような、ユニットＵを複数２次元方向に配置した触覚呈示装置１００において、触覚アクチュエータ１０を、Ｘ方向、Ｙ方向、ＸＹの任意の方向に順次駆動することにより、呈示部２２が指等に与える触覚が、Ｘ方向、Ｙ方向、ＸＹの任意の方向に変化して、指が一定の方向に移動しているような感覚を付与することができる。
【００３６】
また、図３で示すような、ユニットＵを複数２次元方向に配置した触覚呈示装置１００において、触覚アクチュエータ１０を、並列的に駆動することにより、任意の呈示部２２の組み合わせにより指等に触覚を与えることができる。これにより、例えば、文字、マーク、数字、点字等の任意の触覚呈示をすることができる。
【００３７】
（実施の形態の効果）
本発明の実施の形態によれば、以下のような効果を有する。
（１）本発明の実施の形態に係る触覚呈示装置１は、変位可能な触覚アクチュエータ１０と、触覚アクチュエータ１０の変位可能な方向の表面に設けられた触覚コンタクトレンズ２０と、触覚アクチュエータ１０の変位を制御する制御部３０と、を有して構成されている。本実施の形態では単に、凹凸を上下に可変させる触覚アクチュエータ１０と触覚コンタクトレンズ２０を重ねるのではなく、形状が変形する触覚アクチュエータ１０自体に触覚コンタクトレンズ２０を取り付けたエラストマ形状の触覚呈示装置としている。これにより、触覚コンタクトレンズと同等の原理で、触覚アクチュエータ１０の凹凸を機械的に増幅でき、少ない変位でも的確な触感呈示が行える。
（２）本発明の実施の形態に係る触覚呈示装置１を２次元配置した触覚呈示装置１００を構成することができる。触覚呈示装置１のユニットＵを複数２次元方向に配置することにより、多様な触覚呈示を行なうことができる。例えば、触覚アクチュエータ１０を、Ｘ方向、Ｙ方向、ＸＹの任意の方向に順次駆動することにより、呈示部２２が指等に与える触覚が、Ｘ方向、Ｙ方向、ＸＹの任意の方向に変化して、指が一定の方向に移動しているような感覚を付与することができる。また、触覚アクチュエータ１０を、並列的に駆動することにより、任意の呈示部２２の組み合わせにより指等に触覚を与えることができる。これにより、例えば、文字、マーク、数字、点字等の任意の触覚呈示をすることができる。
【００３８】
以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３９】
１…触覚呈示装置、
１０…触覚アクチュエータ
１１…基板
１２…プラス電極
１３…ＰＶＣゲル
１４…マイナス電極
１５…開口部
２０…触覚コンタクトレンズ
２１…シート状検出部
２２…呈示部
２２ａ…先端部
３０…制御部
１００…触覚呈示装置
【図１】
2019133274.tif 000003
【図２】
2019133274.tif 000004
【図３】
2019133274.tif 000005