(57)【要約】  良好な触感を提供できる教育用触感提供装置、及び、システムを提供することを課題とする。  教育用触感提供装置は、対象有体物の擬似触感を提供する教育用触感提供装置であって、操作入力に応じた信号を出力するタッチパネルと、前記タッチパネルの裏面側に配設されるディスプレイパネルと、前記タッチパネルに操作入力を行う操作面に振動を発生させる第１振動素子と、対象有体物の画像と、前記画像の中での位置と、前記位置における前記対象有体物の触感に対応する振幅とを関連付けた触感データを格納するメモリと、前記操作面に超音波帯の固有振動を発生させる駆動信号で前記第１振動素子を駆動する駆動制御部とを含み、前記駆動制御部は、前記タッチパネルへの操作入力の位置と、前記触感データに含まれる前記画像の中での位置とに基づいて、前記駆動信号の振幅を調整する。
2015121970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象有体物の擬似触感を提供する教育用触感提供装置であって、
操作入力に応じた信号を出力するタッチパネルと、
前記タッチパネルの裏面側に配設されるディスプレイパネルと、
前記タッチパネルに操作入力を行う操作面に振動を発生させる第１振動素子と、
前記対象有体物の画像と、前記画像の中での位置と、前記位置における前記対象有体物の触感に対応する振幅とを関連付けた触感データを格納するメモリと、
前記操作面に超音波帯の固有振動を発生させる駆動信号で前記第１振動素子を駆動する駆動制御部と
を含み、
前記駆動制御部は、前記タッチパネルへの操作入力の位置と、前記触感データに含まれる前記画像の中での位置とに基づいて、前記駆動信号の振幅を調整する、教育用触感提供装置。
【請求項２】
前記駆動制御部は、前記操作面への操作入力の位置及び当該位置の時間的変化度合に応じて、前記固有振動の強度が変化するように前記第１振動素子を駆動する、請求項１記載の教育用触感提供装置。
【請求項３】
対象有体物の擬似触感を提供する教育用触感提供装置であって、
操作入力に応じた信号を出力するタッチパネルと、
前記タッチパネルに操作入力を行う操作面に振動を発生させる第１振動素子と、
前記操作面での位置と、前記位置における前記対象有体物の触感に対応する振幅とを関連付けた触感データを格納するメモリと、
前記操作面に超音波帯の固有振動を発生させる駆動信号で前記第１振動素子を駆動する駆動制御部と
を含み、
前記駆動制御部は、前記操作面への操作入力の位置と、前記触感データに含まれる前記操作面での位置とに基づいて、前記駆動信号の振幅を調整する、教育用触感提供装置。
【請求項４】
前記操作面には、前記対象有体物の位置を表す印が記される、請求項３記載の教育用触感提供装置。
【請求項５】
対象有体物の擬似触感を提供する教育用触感提供装置であって、
利用者が触れる操作面に振動を発生させる第１振動素子と、
前記対象有体物の表面の触感に対応する振幅を表す触感データを格納するメモリと、
前記操作面に超音波帯の固有振動を発生させる駆動信号で前記第１振動素子を駆動する駆動制御部と
を含み、
前記駆動制御部は、前記操作面に前記利用者が接触すると、前記駆動信号の振幅を前記触感データが表す振幅に調整する、教育用触感提供装置。
【請求項６】
前記操作面の温度を調整する温度調整素子をさらに含む、請求項１乃至５のいずれか一項記載の教育用触感提供装置。
【請求項７】
前記操作面に可聴帯域の振動を発生させる第２振動素子をさらに含む、請求項１乃至６のいずれか一項記載の教育用触感提供装置。
【請求項８】
前記メモリに格納される触感データは、有線又は無線で接続される携帯端末機から入力される、請求項１乃至７のいずれか一項記載の教育用触感提供装置。
【請求項９】
携帯端末機と、
前記携帯端末機と通信を行うサーバと
を含むシステムであって、
前記サーバは、前記携帯端末機からの要求に応じた対象有体物の触感データを前記携帯端末機に送信し、
前記携帯端末機は、前記サーバから受信する前記触感データを、請求項１乃至８のいずれか一項記載の教育用触感提供装置に入力する、
システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、教育用触感提供装置、及び、システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、表示手段と、使用者の操作部位の前記表示手段への接触状態を検出する接触検出手段と、前記表示手段に接触している前記操作部位に対し、所定の触感を与える触感振動を発生させる触感振動発生手段とを備える触感呈示装置がある（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
この触感呈示装置は、さらに、前記接触検出手段による検出結果に基づいて、前記触感振動を発生させるための波形データを生成する振動波形データ生成手段を備える。また、この触感呈示装置は、さらに、前記振動波形データ生成手段により生成された前記波形データに対し超音波を搬送波として変調処理を行い、該変調処理により生成された超音波変調信号を、前記触感振動を発生させるための信号として前記触感振動発生手段に出力する超音波変調手段とを備える。【０００４】
また、前記超音波変調手段は、周波数変調又は位相変調のどちらか一方を行う。また、前記超音波変調手段は、更に振幅変調を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２３１６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来の触感呈示装置の超音波の周波数は、可聴帯域より高い周波数（およそ２０ｋＨｚ以上）であればよく、超音波の周波数自体に特に工夫はなされていないため、良好な触感を提供できないおそれがある。【０００７】
そこで、良好な触感を提供できる教育用触感提供装置、及び、システ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】
【０００８】
本発明の実施の形態の教育用触感提供装置は、対象有体物の擬似触感を提供する教育用触感提供装置であって、操作入力に応じた信号を出力するタッチパネルと、前記タッチパネルの裏面側に配設されるディスプレイパネルと、前記タッチパネルに操作入力を行う操作面に振動を発生させる第１振動素子と、対象有体物の画像と、前記画像の中での位置と、前記位置における前記対象有体物の触感に対応する振幅とを関連付けた触感データを格納するメモリと、前記操作面に超音波帯の固有振動を発生させる駆動信号で前記第１振動素子を駆動する駆動制御部とを含み、前記駆動制御部は、前記タッチパネルへの操作入力の位置と、前記触感データに含まれる前記画像の中での位置とに基づいて、前記駆動信号の振幅を調整する。
【発明の効果】
【０００９】
良好な触感を提供できる教育用触感提供装置、及び、システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１の教育用触感提供装置１００の利用態様の一例を示す図である。
【図２】実施の形態１の教育用触感提供装置１００を示す平面図である。
【図３】図２に示す教育用触感提供装置１００のＡ−Ａ矢視断面を示す図である。
【図４】超音波帯の固有振動によってトップパネル１２０に生じる定在波のうち、トップパネル１２０の短辺に平行に形成される波頭を示す図である。
【図５】教育用触感提供装置１００のトップパネル１２０に生じさせる超音波帯の固有振動により、操作入力を行う指先に掛かる動摩擦力が変化する様子を説明する図である。
【図６】実施の形態１の教育用触感提供装置１００の構成を示す図である。
【図７】メモリ２５０に格納されるデータを示す図である。
【図８】実施の形態１の教育用触感提供装置１００に利用者が操作入力を行った場合における振動素子１４０の駆動パターンを示す図である。
【図９】実施の形態１の教育用触感提供装置１００に利用者が操作入力を行った場合における振動素子１４０の駆動パターンを示す図である。
【図１０】実施の形態１の教育用触感提供装置１００の駆動制御部２４０が実行する処理を示すフローチャートを示す図である。
【図１１】実施の形態１の教育用触感提供装置１００に触感データをダウンロードする手順を説明する図である。
【図１２】実施の形態１の教育用触感提供装置１００に触感データをダウンロードする手順を説明する図である。
【図１３】実施の形態１の第１変形例の教育用触感提供装置１００Ａを示す図である。
【図１４】実施の形態１の第２変形例の教育用触感提供装置１００Ｂを示す図である。
【図１５】実施の形態１の第３変形例の教育用触感提供装置１００Ｃを示す図である。
【図１６】実施の形態１の第４変形例の教育用触感提供装置１００Ｄの動作状態を示す平面図である。
【図１７】実施の形態２の教育用触感提供装置１００Ｅの利用態様を示す図である。
【図１８】実施の形態２のタブレット型コンピュータ６００に触感データをダウンロードする手順を説明する図である。
【図１９】実施の形態２のタブレット型コンピュータ６００に触感データをダウンロードする手順を説明する図である。
【図２０】実施の形態３の教育用触感提供装置１００Ｆを示す平面図である。
【図２１】図２０に示す教育用触感提供装置１００ＦのＡ−Ａ矢視断面を示す図である。
【図２２】実施の形態３の教育用触感提供装置１００Ｆの利用態様を示す図である。
【図２３】実施の形態３の変形例の教育用触感提供装置１００Ｇを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の教育用触感提供装置、及び、システムを適用した実施の形態について説明する。
【００１２】
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１の教育用触感提供装置１００の利用態様の一例を示す図である。
【００１３】
図１の（Ａ）に示すように、教育用触感提供装置１００は、トップパネル１２０、タッチパネル１５０、及びディスプレイパネル１６０を含み、ディスプレイパネル１６０にはゾウ、イルカ、ペンギンの画像５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃが表示されている。
【００１４】
実施の形態１の教育用触感提供装置１００は、例えば、電子図鑑又は電子教材として利用するものである。図１の（Ａ）に示す状態では、ディスプレイパネル１６０にゾウ、イルカ、ペンギンの画像５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃが選択用の候補として表示されている。図１の（Ａ）に示す状態では、いずれの画像も選択されていないため、ディスプレイパネル１６０の主領域１６０Ａには、何も表示されていない。
【００１５】
ここで、利用者がトップパネル１２０に操作入力を行うことにより、ゾウの画像５１０Ａを選択すると、図１の（Ｂ）に示すように、ディスプレイパネル１６０の主領域１６０Ａにゾウが表示される。また、教育用触感提供装置１００は、利用者が主領域１６０Ａの内部でゾウの画像５１０Ａに触れると、ゾウの触感を表す駆動パターンでトップパネル１２０の表面に振動を発生させる。
【００１６】
実物のゾウ、イルカ、ペンギンに直接触ることは容易ではないが、教育用触感提供装置１００のタッチパネル１５０の前面にあるトップパネル１２０に触れて、ディスプレイパネル１６０に表示されている画像５１０Ａをなぞると、教育用触感提供装置１００が振動することにより、利用者の指先にゾウの表面に触れたような触感を提供する。ゾウは、対象有体物の一例である。
【００１７】
実施の形態１の教育用触感提供装置１００は、このように、実物に触れなくても、トップパネル１２０に触れることにより、実物を触れるような擬似的な触感を提供する。このような教育用触感提供装置１００は、例えば児童の教育や障がい者向け教育に非常に有用である。
【００１８】
図２は、実施の形態１の教育用触感提供装置１００を示す平面図であり、図３は、図２に示す教育用触感提供装置１００のＡ−Ａ矢視断面を示す図である。なお、図２及び図３では、図示するように直交座標系であるＸＹＺ座標系を定義する。
【００１９】
教育用触感提供装置１００は、筐体１１０、トップパネル１２０、両面テープ１３０、振動素子１４０、タッチパネル１５０、ディスプレイパネル１６０、及び基板１７０を含む。
【００２０】
教育用触感提供装置１００は、一例として、タッチパネルを入力操作部とするタブレット型コンピュータである。教育用触感提供装置１００は、タブレットコンピュータに、教育用触感提供装置１００として機能させるためのアプリケーションのデータをダウンロードすることにより、電子図鑑又は電子教材として利用可能になる。
【００２１】
筐体１１０は、例えば、樹脂製であり、図３に示すように凹部１１１に基板１７０、ディスプレイパネル１６０、及びタッチパネル１５０が配設されるとともに、両面テープ１３０によってトップパネル１２０が接着されている。
【００２２】
トップパネル１２０は、平面視で長方形の薄い平板状の部材であり、透明なガラス、又は、ポリカーボネートのような強化プラスティックで作製される。トップパネル１２０の表面（Ｚ軸正方向側の面）は、教育用触感提供装置１００の利用者が操作入力を行う操作面の一例である。
【００２３】
トップパネル１２０は、Ｚ軸負方向側の面に振動素子１４０が接着され、平面視における四辺が両面テープ１３０によって筐体１１０に接着されている。なお、両面テープ１３０は、トップパネル１２０の四辺を筐体１１０に接着できればよく、図３に示すように矩形環状である必要はない。
【００２４】
トップパネル１２０のＺ軸負方向側にはタッチパネル１５０が配設される。トップパネル１２０は、タッチパネル１５０の表面を保護するために設けられている。なお、トップパネル１２０の表面に、さらに別なパネル又は保護膜等が設けられていてもよい。
【００２５】
トップパネル１２０は、Ｚ軸負方向側の面に振動素子１４０が接着された状態で、振動素子１４０が駆動されることによって振動する。実施の形態１では、トップパネル１２０の固有振動周波数でトップパネル１２０を振動させて、トップパネル１２０に定在波を生じさせる。ただし、トップパネル１２０には振動素子１４０が接着されているため、実際には、振動素子１４０の重さ等を考慮した上で、固有振動周波数を決めることが好ましい。
【００２６】
振動素子１４０は、トップパネル１２０のＺ軸負方向側の面において、Ｙ軸正方向側において、Ｘ軸方向に伸延する短辺に沿って接着されている。振動素子１４０は、超音波帯の振動を発生できる素子であればよく、例えば、ピエゾ素子のような圧電素子を含むものを用いることができる。
【００２７】
振動素子１４０は、後述する駆動制御部から出力される駆動信号によって駆動される。振動素子１４０が発生する振動の振幅（強度）及び周波数は駆動信号によって設定される。また、振動素子１４０のオン／オフは駆動信号によって制御される。
【００２８】
なお、超音波帯とは、例えば、約２０ｋＨｚ以上の周波数帯をいう。実施の形態１の教育用触感提供装置１００では、振動素子１４０が振動する周波数は、トップパネル１２０の振動数と等しくなるため、振動素子１４０は、トップパネル１２０の固有振動数で振動するように駆動信号によって駆動される。
【００２９】
タッチパネル１５０は、ディスプレイパネル１６０の上（Ｚ軸正方向側）で、トップパネル１２０の下（Ｚ軸負方向側）に配設されている。タッチパネル１５０は、教育用触感提供装置１００の利用者がトップパネル１２０に触れる位置（以下、操作入力の位置と称す）を検出する座標検出部の一例である。
【００３０】
タッチパネル１５０の下にあるディスプレイパネル１６０には、ＧＵＩ(Graphic User Interface)による様々なボタン等（以下、ＧＵＩ操作部と称す）が表示される。このため、教育用触感提供装置１００の利用者は、通常、ＧＵＩ操作部を操作するために、指先でトップパネル１２０に触れる。
【００３１】
タッチパネル１５０は、利用者のトップパネル１２０への操作入力の位置を検出できる座標検出部であればよく、例えば、静電容量型又は抵抗膜型の座標検出部であればよい。ここでは、タッチパネル１５０が静電容量型の座標検出部である形態について説明する。タッチパネル１５０とトップパネル１２０との間に隙間があっても、静電容量型のタッチパネル１５０は、トップパネル１２０への操作入力を検出できる。
【００３２】
また、ここでは、タッチパネル１５０の入力面側にトップパネル１２０が配設される形態について説明するが、トップパネル１２０はタッチパネル１５０と一体的であってもよい。この場合、タッチパネル１５０の表面が図２及び図３に示すトップパネル１２０の表面になり、操作面を構築する。また、図２及び図３に示すトップパネル１２０を省いた構成であってもよい。この場合も、タッチパネル１５０の表面が操作面を構築する。また、この場合には、操作面を有する部材を、当該部材の固有振動で振動させればよい。
【００３３】
また、タッチパネル１５０が静電容量型の場合は、トップパネル１２０の上にタッチパネル１５０が配設されていてもよい。この場合も、タッチパネル１５０の表面が操作面を構築する。また、タッチパネル１５０が静電容量型の場合は、図２及び図３に示すトップパネル１２０を省いた構成であってもよい。この場合も、タッチパネル１５０の表面が操作面を構築する。また、この場合には、操作面を有する部材を、当該部材の固有振動で振動させればよい。
【００３４】
ディスプレイパネル１６０は、例えば、液晶ディスプレイパネル又は有機ＥＬ(Electroluminescence)パネル等の画像を表示できる表示部であればよい。ディスプレイパネル１６０は、筐体１１０の凹部１１１の内部で、図示を省略するホルダ等によって基板１７０の上（Ｚ軸正方向側）に設置される。
【００３５】
ディスプレイパネル１６０は、後述するドライバＩＣ(Integrated Circuit)によって駆動制御が行われ、教育用触感提供装置１００の動作状況に応じて、ＧＵＩ操作部、画像、文字、記号、図形等を表示する。
【００３６】
基板１７０は、筐体１１０の凹部１１１の内部に配設される。基板１７０の上には、ディスプレイパネル１６０及びタッチパネル１５０が配設される。ディスプレイパネル１６０及びタッチパネル１５０は、図示を省略するホルダ等によって基板１７０及び筐体１１０に固定されている。
【００３７】
基板１７０には、後述する駆動制御装置の他に、教育用触感提供装置１００の駆動に必要な種々の回路等が実装される。
【００３８】
以上のような構成の教育用触感提供装置１００は、トップパネル１２０に利用者の指が接触し、指先の移動を検出すると、基板１７０に実装される駆動制御部が振動素子１４０を駆動し、トップパネル１２０を超音波帯の周波数で振動させる。この超音波帯の周波数は、トップパネル１２０と振動素子１４０とを含む共振系の共振周波数であり、トップパネル１２０に定在波を発生させる。
【００３９】
教育用触感提供装置１００は、超音波帯の定在波を発生させることにより、トップパネル１２０を通じて利用者に触感を提供する。
【００４０】
次に、図４を用いて、トップパネル１２０に発生させる定在波について説明する。
【００４１】
図４は、超音波帯の固有振動によってトップパネル１２０に生じる定在波のうち、トップパネル１２０の短辺に平行に形成される波頭を示す図であり、図４の（Ａ）は側面図、（Ｂ）は斜視図である。図４の（Ａ）、（Ｂ）では、図２及び図３と同様のＸＹＺ座標を定義する。なお、図４の（Ａ）、（Ｂ）では、理解しやすさのために、定在波の振幅を誇張して示す。また、図４の（Ａ）、（Ｂ）では振動素子１４０を省略する。
【００４２】
トップパネル１２０のヤング率Ｅ、密度ρ、ポアソン比δ、長辺寸法ｌ、厚さｔと、長辺方向に存在する定在波の周期数ｋとを用いると、トップパネル１２０の固有振動数（共振周波数）ｆは次式（１）、（２）で表される。定在波は１／２周期単位で同じ波形を有するため、周期数ｋは、０．５刻みの値を取り、０．５、１、１．５、２・・・となる。
【００４３】
【数１】
2015121970.tif 000003
【００４４】
【数２】
2015121970.tif 000004
なお、式（２）の係数αは、式（１）におけるｋ２以外の係数をまとめて表したものである。
【００４５】
図４の（Ａ）、（Ｂ）に示す定在波は、一例として、周期数ｋが１０の場合の波形である。例えば、トップパネル１２０として、長辺の長さｌが１４０ｍｍ、短辺の長さが８０ｍｍ、厚さｔが０．７ｍｍのGorilla（登録商標）ガラスを用いる場合には、周期数ｋが１０の場合に、固有振動数ｆは３３．５ｋＨｚとなる。この場合は、周波数が３３．５ｋＨｚの駆動信号を用いればよい。
【００４６】
トップパネル１２０は、平板状の部材であるが、振動素子１４０（図２及び図３参照）を駆動して超音波帯の固有振動を発生させると、図４の（Ａ）、（Ｂ）に示すように撓むことにより、表面に定在波が生じる。
【００４７】
なお、ここでは、１つの振動素子１４０がトップパネル１２０のＺ軸負方向側の面において、Ｙ軸正方向側において、Ｘ軸方向に伸延する短辺に沿って接着される形態について説明するが、振動素子１４０を２つ用いてもよい。２つの振動素子１４０を用いる場合は、もう１つの振動素子１４０をトップパネル１２０のＺ軸負方向側の面において、Ｙ軸負方向側において、Ｘ軸方向に伸延する短辺に沿って接着すればよい。この場合に、２つの振動素子１４０は、トップパネル１２０の２つの短辺に平行な中心線を対称軸として、軸対称になるように配設すればよい。
【００４８】
また、２つの振動素子１４０を駆動する場合は、周期数ｋが整数の場合は同一位相で駆動すればよく、周期数ｋが奇数の場合は逆位相で駆動すればよい。
【００４９】
次に、図５を用いて、教育用触感提供装置１００のトップパネル１２０に生じさせる超音波帯の固有振動について説明する。
【００５０】
図５は、教育用触感提供装置１００のトップパネル１２０に生じさせる超音波帯の固有振動により、操作入力を行う指先に掛かる動摩擦力が変化する様子を説明する図である。図５の（Ａ）、（Ｂ）では、利用者が指先でトップパネル１２０に触れながら、指をトップパネル１２０の奥側から手前側に矢印に沿って移動する操作入力を行っている。なお、振動のオン／オフは、振動素子１４０（図２及び図３参照）をオン／オフすることによって行われる。
【００５１】
また、図５の（Ａ）、（Ｂ）では、トップパネル１２０の奥行き方向において、振動がオフの間に指が触れる範囲をグレーで示し、振動がオンの間に指が触れる範囲を白く示す。
【００５２】
超音波帯の固有振動は、図４に示すようにトップパネル１２０の全体に生じるが、図５の（Ａ）、（Ｂ）には、利用者の指がトップパネル１２０の奥側から手前側に移動する間に振動のオン／オフを切り替える動作パターンを示す。
【００５３】
このため、図５の（Ａ）、（Ｂ）では、トップパネル１２０の奥行き方向において、振動がオフの間に指が触れる範囲をグレーで示し、振動がオンの間に指が触れる範囲を白く示す。
【００５４】
図５の（Ａ）に示す動作パターンでは、利用者の指がトップパネル１２０の奥側にあるときに振動がオフであり、指を手前側に移動させる途中で振動がオンになっている。
【００５５】
一方、図５の（Ｂ）に示す動作パターンでは、利用者の指がトップパネル１２０の奥側にあるときに振動がオンであり、指を手前側に移動させる途中で振動がオフになっている。
【００５６】
ここで、トップパネル１２０に超音波帯の固有振動を生じさせると、トップパネル１２０の表面と指との間にスクイーズ効果による空気層が介在し、指でトップパネル１２０の表面をなぞったときの動摩擦係数が低下する。
【００５７】
従って、図５の（Ａ）では、トップパネル１２０の奥側にグレーで示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は大きく、トップパネル１２０の手前側に白く示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は小さくなる。
【００５８】
このため、図５の（Ａ）に示すようにトップパネル１２０に操作入力を行う利用者は、振動がオンになると、指先に掛かる動摩擦力の低下を感知し、指先の滑り易さを知覚することになる。このとき、利用者はトップパネル１２０の表面がより滑らかになることにより、動摩擦力が低下するときに、トップパネル１２０の表面に凹部が存在するように感じる。
【００５９】
一方、図５の（Ｂ）では、トップパネル１２０の奥前側に白く示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は小さく、トップパネル１２０の手前側にグレーで示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は大きくなる。
【００６０】
このため、図５の（Ｂ）に示すようにトップパネル１２０に操作入力を行う利用者は、振動がオフになると、指先に掛かる動摩擦力の増大を感知し、指先の滑り難さ、あるいは、引っ掛かる感じを知覚することになる。そして、指先が滑りにくくなることにより、動摩擦力が高くなるときに、トップパネル１２０の表面に凸部が存在するように感じる。
【００６１】
以上より、図５の（Ａ）と（Ｂ）の場合は、利用者は指先で凹凸を感じ取ることができる。このように人間が凹凸の知覚することは、例えば、"触感デザインのための印刷物転写法とSticky-band Illusion"(第11回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会論文集 (SI2010, 仙台)____174-177, 2010-12)に記載されている。また、"Fishbone Tactile Illusion"(日本バーチャルリアリティ学会第10 回大会論文集(2005 年9 月))にも記載されている。
【００６２】
なお、ここでは、振動のオン／オフを切り替える場合の動摩擦力の変化について説明したが、これは、振動素子１４０の振幅（強度）を変化させた場合も同様である。
【００６３】
次に、図６を用いて、実施の形態１の教育用触感提供装置１００の構成について説明する。
【００６４】
図６は、実施の形態１の教育用触感提供装置１００の構成を示す図である。
【００６５】
教育用触感提供装置１００は、振動素子１４０、アンプ１４１、タッチパネル１５０、ドライバＩＣ(Integrated Circuit)１５１、ディスプレイパネル１６０、ドライバＩＣ１６１、制御部２００、正弦波発生器３１０、及び振幅変調器３２０を含む。
【００６６】
制御部２００は、アプリケーションプロセッサ２２０、駆動制御部２４０、及びメモリ２５０を有する。制御部２００は、例えば、ＩＣチップで実現される。
【００６７】
また、駆動制御部２４０、正弦波発生器３１０、及び振幅変調器３２０は、駆動制御装置３００を構築する。なお、ここでは、アプリケーションプロセッサ２２０、駆動制御部２４０、及びメモリ２５０が１つの制御部２００によって実現される形態について説明するが、駆動制御部２４０は、制御部２００の外部に別のＩＣチップ又はプロセッサとして設けられていてもよい。この場合には、メモリ２５０に格納されているデータのうち、駆動制御部２４０の駆動制御に必要なデータは、メモリ２５０とは別のメモリに格納して、駆動制御装置３００の内部に設ければよい。
【００６８】
図６では、筐体１１０、トップパネル１２０、両面テープ１３０、及び基板１７０（図２参照）は省略する。また、ここでは、アンプ１４１、ドライバＩＣ１５１、ドライバＩＣ１６１、駆動制御部２４０、メモリ２５０、正弦波発生器３１０、及び振幅変調器３２０について説明する。
【００６９】
アンプ１４１は、駆動制御装置３００と振動素子１４０との間に配設されており、駆動制御装置３００から出力される駆動信号を増幅して振動素子１４０を駆動する。
【００７０】
ドライバＩＣ１５１は、タッチパネル１５０に接続されており、タッチパネル１５０への操作入力があった位置を表す位置データを検出し、位置データを制御部２００に出力する。この結果、位置データは、アプリケーションプロセッサ２２０と駆動制御部２４０に入力される。なお、位置データが駆動制御部２４０に入力されることは、位置データが駆動制御装置３００に入力されることと等価である。
【００７１】
ドライバＩＣ１６１は、ディスプレイパネル１６０に接続されており、駆動制御装置３００から出力される描画データをディスプレイパネル１６０に入力し、描画データに基づく画像をディスプレイパネル１６０に表示させる。これにより、ディスプレイパネル１６０には、描画データに基づくＧＵＩ操作部又は画像等が表示される。
【００７２】
アプリケーションプロセッサ２２０は、教育用触感提供装置１００の利用者が操作するのに必要なＧＵＩ操作部、画像、文字、記号、図形等を表す描画データをドライバＩＣ１６１に出力する。
【００７３】
通信プロセッサ２３０は、教育用触感提供装置１００が例えばWiFi、Bluetooth（登録商標）、又は非接触近距離通信等の通信を行うために必要な処理を実行する。なお、教育用触感提供装置１００が特に通信を行わない場合は、教育用触感提供装置１００は通信プロセッサ２３０を含まなくてよい。
【００７４】
駆動制御部２４０は、振幅を表す振幅データを振幅変調器３２０に出力する。振幅データは、振動素子１４０の駆動に用いる駆動信号の強度を調整するための振幅値を表すデータである。振幅を表す振幅データは、メモリ２５０に格納しておけばよい。
【００７５】
また、実施の形態１の教育用触感提供装置１００は、利用者の指先がトップパネル１２０の表面に沿って移動したときに、指先に掛かる動摩擦力を変化させるためにトップパネル１２０を振動させる。
【００７６】
トップパネル１２０の表面に触れた指先を移動させる操作入力の種類としては、例えば、所謂フリック操作、スワイプ操作、及びドラッグ操作がある。
【００７７】
フリック操作は、指先をトップパネル１２０の表面に沿って、はじく（スナップする）ように比較的短い距離移動させる操作である。スワイプ操作は、指先をトップパネル１２０の表面に沿って掃くように比較的長い距離移動させる操作である。また、ドラッグ操作は、例えば、ディスプレイパネル５１０に表示されたボタン等をスライドさせる場合に、ボタン等を選択しながら指先をトップパネル１２０の表面に沿って移動させる操作である。
【００７８】
ここで一例として挙げるフリック操作、スワイプ操作、及びドラッグ操作のように、トップパネル１２０の表面に触れた指先を移動させる操作入力は、ディスプレイパネル１６０に表示されるＧＵＩ操作部等の種類によって使い分けられる。
【００７９】
また、駆動制御部２４０は、上述のような処理に加えて、位置データの時間的変化度合に応じて振幅値を設定してもよい。
【００８０】
ここで、位置データの時間的変化度合としては、利用者の指先がトップパネル１２０の表面に沿って移動する速度を用いる。利用者の指先の移動速度は、ドライバＩＣ１５１から入力される位置データの時間的な変化度合に基づいて、駆動制御部２４０が算出すればよい。
【００８１】
実施の形態１の教育用触感提供装置１００は、一例として、指先の移動速度に関わらずに利用者が指先から感知する触感を一定にするために、移動速度が高いほど振幅値を小さくし、移動速度が低いほど振幅値を大きくする。
【００８２】
このような振幅値を表す振幅データと移動速度との関係を表すデータは、メモリ２５０に格納しておけばよい。
【００８３】
なお、ここでは、振幅値を表す振幅データと移動速度との関係を表すデータを用いて移動速度に応じた振幅値を設定する形態について説明するが、次式（３）を用いて振幅値Ａを算出してもよい。式（３）で算出される振幅値Ａは、移動速度が高いほど小さくなり、移動速度が低いほど大きくなる。
【００８４】
【数３】
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ここで、Ａ０は振幅の基準値であり、Ｖは指先の移動速度であり、ａは所定の定数である。式（３）を用いて振幅値Ａを算出する場合は、式（３）を表すデータと、振幅の基準値Ａ０と所定の定数ａを表すデータとをメモリ２５０に格納しておけばよい。
【００８５】
駆動制御部２４０は、移動速度が所定の閾値速度以上になったときに、振動素子１４０を振動させる。
【００８６】
従って、駆動制御部２４０が出力する振幅データが表す振幅値は、移動速度が所定の閾値速度未満のときはゼロであり、移動速度が所定の閾値速度以上になると、移動速度に応じて所定の振幅値に設定される。移動速度が所定の閾値速度以上のときには、移動速度が高いほど振幅値は小さく設定され、移動速度が低いほど振幅値を大きく設定される。
【００８７】
メモリ２５０は、操作入力が行われるＧＵＩ操作部等を表す座標データと、振幅データを表すパターンデータとを関連付けたデータを格納する。
【００８８】
正弦波発生器３１０は、トップパネル１２０を固有振動数で振動させるための駆動信号を生成するのに必要な正弦波を発生させる。例えば、トップパネル１２０を３３．５ｋＨｚの固有振動数ｆで振動させる場合は、正弦波の周波数は、３３．５ｋＨｚとなる。正弦波発生器３１０は、超音波帯の正弦波信号を振幅変調器３２０に入力する。
【００８９】
振幅変調器３２０は、駆動制御部２４０から入力される振幅データを用いて、正弦波発生器３１０から入力される正弦波信号の振幅を変調して駆動信号を生成する。振幅変調器３２０は、基本的な動作としては、正弦波発生器３１０から入力される超音波帯の正弦波信号の振幅を変調し、周波数及び位相は変調せずに、駆動信号を生成する。
【００９０】
このため、振幅変調器３２０が出力する駆動信号は、正弦波発生器３１０から入力される超音波帯の正弦波信号の振幅のみを変調した超音波帯の正弦波信号である。なお、振幅データがゼロの場合は、駆動信号の振幅はゼロになる。これは、振幅変調器３２０が駆動信号を出力しないことと等しい。
【００９１】
また、振幅変調器３２０は、正弦波発生器３１０から入力される超音波帯の正弦波信号を、可聴帯域の正弦波の信号を用いて変調することもできる。この場合は、振幅変調器３２０が出力する駆動信号は、超音波帯の駆動信号に、可聴帯域の駆動信号を重畳したものとなり、振幅は振幅変調器３２０によって設定される。
【００９２】
次に、図７を用いて、メモリ２５０に格納されるデータについて説明する。
【００９３】
図７は、メモリ２５０に格納されるデータを示す図である。
【００９４】
図７の（Ａ）に示すデータは、ＩＤ（IDentification）、画像データ、座標データ、及び振幅データを関連付けた触感データである。
【００９５】
ＩＤは、触感データの識別子である。図７の（Ａ）には、ＩＤの一例として、００１、００２、００３、００４・・・を示す。
【００９６】
画像データは、図１に示すイルカの画像５１０Ａのような対象有体物の画像を表すデータである。図７の（Ａ）には、Ｉ００１、Ｉ００２、Ｉ００３、Ｉ００４、・・・の画像データを示す。
【００９７】
座標データは、画像データの中における画像の座標を表すデータである。例えば、座標は、ピクセル毎に割り当てられてもよいし、一定数のピクセルを１つの単位領域として各単位領域に割り当てられてもよい。図７の（Ａ）には、f1~f4の座標データを示す。
【００９８】
振幅データは、振動素子１４０の駆動に用いる駆動信号の強度を調整するための振幅値を表すデータであり、各座標データで表される領域に割り当てられる。図７の（Ａ）には、振幅データＡ１（Ｘ，Ｙ）、Ａ２（Ｘ、Ｙ）、Ａ３（Ｘ、Ｙ）、Ａ４（Ｘ、Ｙ）を示す。
【００９９】
なお、各座標データで表される領域に割り当てられる振幅データの振幅値は、例えば、３Ｄスキャン等で対象有体物の実物の表面の形状及び凹凸等を計測し、計測値に応じて、トップパネル１２０の超音波帯の固有振動によって利用者の指先に対象有体物の形状及び凹凸等を知覚させることができるような振幅値に設定すればよい。
【０１００】
図７の（Ｂ）に示すデータは、振幅値の増幅率を表す増幅率データと、移動速度とを関連付けたデータである。図７の（Ｂ）に示すデータによれば、移動速度Ｖが０以上ｂ１未満（０≦Ｖ＜ｂ１）のときは増幅率を０に設定し、移動速度Ｖがｂ１以上ｂ２未満（ｂ１≦Ｖ＜ｂ２）のときは増幅率をＧ１に設定し、移動速度Ｖがｂ２以上ｂ３未満（ｂ２≦Ｖ＜ｂ３）のときは、増幅率をＧ２に設定することになる。
【０１０１】
例えば、指先の移動速度に関わらずに利用者が指先から感知する触感を一定にするために、移動速度が高いほど図７の（Ｂ）に示す増幅率データを用いて振幅値を小さくし、移動速度が低いほど増幅率データを用いて振幅値を大きくすることができる。
【０１０２】
図８は、実施の形態１の教育用触感提供装置１００に利用者が操作入力を行った場合における振動素子１４０の駆動パターンを示す図である。
【０１０３】
図８の（Ａ）には、利用者の指先が教育用触感提供装置１００のトップパネル１２０に触れて、ディスプレイパネル１６０に表示されている画像５１０Ａをなぞる様子を示す。
【０１０４】
図８の（Ｂ）において、横軸は図８の（Ａ）において利用者の指先が画像５１０Ａをなぞる方向における位置を示し、縦軸は駆動信号の振幅を示す。ここでは、横軸方向に点Ａ〜Ｄを示す。図８の（Ｂ）は、利用者の指先が画像５１０Ａをなぞる場合の駆動パターンの一例を示す。
【０１０５】
図８において、点Ａで操作入力が開始されるが、点Ａはゾウを表す画像５１０Ａの領域外であるため、この時点では駆動制御部２４０は振動素子１４０を駆動しない。このため、振幅は０である。
【０１０６】
利用者の指先が移動して点Ｂに達すると、点Ｂはゾウを表す画像５１０Ａの領域内であるため、駆動制御部２４０は、触感データに基づいて振動素子１４０を駆動する。触感データは、図７の（Ａ）に示すように、座標データと振幅データを含むため、駆動制御部２４０は、ドライバＩＣ１５１から入力される位置データに対応する振幅データを出力する。
【０１０７】
このような駆動制御部２４０の処理により、操作入力の位置が点Ｂから点Ｃまで移動すると、点Ｂから振幅が急激に大きくなり、短い周期で振幅の増減が繰り返し行われる。その後、振幅が少し小さくなるとともに振動の周期が少し長くなった後、点Ｃに向けて周期が再び短くなるような駆動パターンで振動素子１４０が駆動される。
【０１０８】
このような点Ｂと点Ｃとの間の駆動パターンは、指先にかかる動摩擦力が点Ｂから急激に低下し、その後、周期的な振幅の増減に伴って動摩擦力が増減するような触感を指先に提供する。
【０１０９】
このような触感は、実物のゾウの表面に人間が触れたときに、ざらざらとする皮膚の触感を再現したものである。
【０１１０】
利用者の指先の位置が点Ｃを過ぎると、操作入力の位置はゾウを表す画像５１０Ａの領域外にあるため、駆動制御部２４０は振動素子１４０を停止する。このため、点Ｃから点Ｄまでの間は、振幅が０になる。
【０１１１】
このような駆動パターンは、周波数が３５ｋＨｚで、振幅データに基づいて振幅を変化させる駆動信号を表す。
【０１１２】
操作入力の位置が画像５１０Ａの表示領域に到達すると、振動素子１４０がオンになり、利用者の指先にかかる動摩擦係数はスクイーズ効果によって低下し、指先はトップパネル１２０の表面を移動しやすい状態になる。
【０１１３】
また、操作入力の位置が画像５１０Ａの表示領域に到達すると、駆動制御部２４０は振動素子１４０をオフにする。振動素子１４０をオフにすることは、駆動制御部２４０が振幅データを０にすることによって行えばよい。
【０１１４】
振動素子１４０がオフにされると、トップパネル１２０の超音波帯の固有振動がオフにされるため、利用者の指先にかかる動摩擦力は増大し、利用者は指先の滑り難さ、あるいは、引っ掛かる感じを知覚することになる。そして、指先が滑りにくくなることにより、動摩擦力が高くなるときに、トップパネル１２０の表面に凸部が存在するように感じる。
【０１１５】
図９は、実施の形態１の教育用触感提供装置１００に利用者が操作入力を行った場合における振動素子１４０の駆動パターンを示す図である。
【０１１６】
図９の（Ａ）には、利用者の指先が教育用触感提供装置１００のトップパネル１２０に触れて、ディスプレイパネル１６０に表示されている画像５１０Ｂをなぞる様子を示す。
【０１１７】
図９の（Ｂ）において、横軸は図９の（Ａ）において利用者の指先が画像５１０Ｂをなぞる方向における位置を示し、縦軸は駆動信号の振幅を示す。ここでは、横軸方向に点Ａ〜Ｄを示す。図９の（Ｂ）は、利用者の指先が画像５１０Ｂをなぞる場合の駆動パターンの一例を示す。
【０１１８】
図９において、点Ａで操作入力が開始されるが、点Ａはイルカを表す画像５１０Ｂの領域外であるため、この時点では駆動制御部２４０は振動素子１４０を駆動しない。このため、振幅は０である。
【０１１９】
利用者の指先が移動して点Ｂに達すると、点Ｂはイルカを表す画像５１０Ｂの領域内であるため、駆動制御部２４０は、触感データに基づいて振動素子１４０を駆動する。触感データは、図７の（Ａ）に示すように、座標データと振幅データを含むため、駆動制御部２４０は、ドライバＩＣ１５１から入力される位置データに対応する振幅データを出力する。
【０１２０】
このような駆動制御部２４０の処理により、操作入力の位置が点Ｂから点Ｃまで移動すると、点Ｂから振幅が急激に大きくなり、その後振幅が小さくなった後、点Ｃに向けて振幅が増大し、さらに、点Ｃの直前から振幅が小さくなるような駆動パターンで振動素子１４０が駆動される。
【０１２１】
このような点Ｂと点Ｃとの間の駆動パターンは、指先にかかる動摩擦力が点Ｂから急激に低下し、その後振幅の減少に伴って動摩擦力が増大し、点Ｃに向けて振幅が増大するに伴って再び動摩擦力が低下し、さらに、点Ｃの直前から振幅が小さくなるに伴って動摩擦力が増大するような触感を指先に提供する。
【０１２２】
このような触感は、実物のイルカの表面に人間が触れたときに、ツルッと指先が滑るような触感を再現したものである。
【０１２３】
利用者の指先の位置が点Ｃを過ぎると、操作入力の位置はイルカを表す画像５１０Ｂの領域外にあるため、駆動制御部２４０は振動素子１４０を停止する。このため、点Ｃから点Ｄまでの間は、振幅が０になる。
【０１２４】
このような駆動パターンは、周波数が３５ｋＨｚで、振幅データに基づいて振幅を変化させる駆動信号を表す。
【０１２５】
操作入力の位置が画像５１０Ｂの表示領域に到達すると、振動素子１４０がオンになり、利用者の指先にかかる動摩擦係数はスクイーズ効果によって低下し、指先はトップパネル１２０の表面を移動しやすい状態になる。
【０１２６】
また、操作入力の位置が画像５１０Ｂの表示領域に到達すると、駆動制御部２４０は振動素子１４０をオフにする。振動素子１４０をオフにすることは、駆動制御部２４０が振幅データを０にすることによって行えばよい。
【０１２７】
振動素子１４０がオフにされると、トップパネル１２０の超音波帯の固有振動がオフにされるため、利用者の指先にかかる動摩擦力は増大し、利用者は指先の滑り難さ、あるいは、引っ掛かる感じを知覚することになる。そして、指先が滑りにくくなることにより、動摩擦力が高くなるときに、トップパネル１２０の表面に凸部が存在するように感じる。
【０１２８】
図１０は、実施の形態１の教育用触感提供装置１００の駆動制御部２４０が実行する処理を示すフローチャートを示す図である。
【０１２９】
駆動制御部２４０は、まず、操作入力があるかどうかを判定する（ステップＳ１）。操作入力の有無は、ドライバＩＣ１５１（図６参照）から位置データが入力されるかどうかで判定すればよい。
【０１３０】
駆動制御部２４０は、操作入力があったと判定すると（Ｓ１：ＹＥＳ）、操作入力の位置が画像５１０Ａの表示領域内であるかどうかを判定する（ステップＳ２）。画像５１０Ａの表示領域内であるかどうかで、振動素子１４０の駆動状態（オン／オフ）が異なるからである。
【０１３１】
駆動制御部２４０は、画像５１０Ａの表示領域内である（Ｓ２：ＹＥＳ）と判定すると、フローをステップＳ３に進行させる。
【０１３２】
駆動制御部２４０は、触感データを用いて振動素子１４０を駆動する（ステップＳ３）。駆動制御部２４０は、ドライバＩＣ１５１から入力される位置データに対応する振幅データを触感データから抽出し、出力する。これにより、振幅データに基づく振動素子１４０の駆動が行われる。
【０１３３】
次いで、駆動制御部２４０は、操作入力があるかどうかを判定する（ステップＳ４）。操作入力の有無は、ドライバＩＣ１５１（図６参照）から位置データが入力されるかどうかで判定すればよい。
【０１３４】
駆動制御部２４０は、操作入力があったと判定すると（Ｓ４：ＹＥＳ）、フローをステップＳ２にリターンする。
【０１３５】
一方、駆動制御部２４０は、操作入力がないと判定すると（Ｓ４：ＮＯ）、一連の処理を終了する（エンド）。操作入力がない場合は、利用者が操作を行っていない場合であるため、振動素子１４０を駆動する必要がないからである。
【０１３６】
なお、駆動制御部２４０は、ステップＳ２において、操作入力の位置が画像５１０Ａの表示領域の内部にない（Ｓ２：ＮＯ）と判定すると、フローをステップＳ４に進行させる。ステップＳ４で操作入力の有無を判定し、操作入力があればフローをステップＳ２にリターンする。
【０１３７】
図１１及び図１２は、実施の形態１の教育用触感提供装置１００に触感データをダウンロードする手順を説明する図である。
【０１３８】
教育用触感提供装置１００は、ネットワークを介してサーバと通信する機能を有する。このような機能は、通信プロセッサ２３０（図６参照）によって実現される。利用者は、教育用触感提供装置１００として機能させるためのアプリケーションのデータをネットワークを介してダウンロードし、教育用触感提供装置１００のメモリ２５０（図６参照）に保存する。
【０１３９】
ダウンロードを開始させるには、次のようにすればよい。触感データをダウンロードするアプリケーションを実行すると、図１１の（Ａ）に示すようにディスプレイパネル１６０の主領域１６０Ａにダウンロード（ＤＬ）ボタン１６１がＧＵＩボタンとして表示される。利用者は、ダウンロードボタン１６１を操作して、触感データのダウンロードを実行すればよい。
【０１４０】
図１１の（Ｂ）には、３種類の触感データ２５１Ａ、２５１Ｂ、２５１Ｃを教育用触感提供装置１００のメモリ２５０に格納した状態を示す。
【０１４１】
図１１の（Ｂ）に示すように、アプリケーションのデータは、様々な生物、植物等の触感データを含む。利用者は好みの触感データを選択して、ダウンロードし、メモリ２５０に保存してもよい。
【０１４２】
また、図１２には、サーバ７００にＩＤが００１１、００１２、００１３・・・の触感データがアップロードされており、利用者が必要な触感データだけを自己の教育用触感提供装置１００にダウンロードする様子を示す。
【０１４３】
このように、利用者は、そのときに触感を得たい対象有体物の触感データだけを自己の教育用触感提供装置１００にダウンロードするようにしてもよい。
【０１４４】
なお、最新データ以外は、サーバ７００に返却することも有効である。利用者は、教育用触感提供装置１００に保存した触感データを利用して、触感を体感することが可能となる。この方法では、ウェブ上のアプリケーション等を介してサーバ７００の最新情報を必要に応じて利用できる他、メモリ２５０の容量を必要以上に消費することがない。
【０１４５】
図１３は、実施の形態１の第１変形例の教育用触感提供装置１００Ａを示す図である。
【０１４６】
教育用触感提供装置１００Ａは、図１乃至図３に示す教育用触感提供装置１００に対して、ヒータ１８０を追加したものである。その他の構成は、図１乃至図３に示す教育用触感提供装置１００と同様である。
【０１４７】
ヒータ１８０（図１３参照）は、トップパネル１２０の表面の温度を制御できるように、トップパネル１２０の裏面側に配設されている。説明の便宜上、図１３にはヒータ１８０として１本の電熱線を示すが、ヒータ１８０は、トップパネル１２０の一面にわたって設けられていてもよい。また、ヒータ１８０は、タッチパネル１５０の裏側、又は、ディスプレイパネル１６０の裏側に設けられていてもよい。また、ヒータ１８０は、抵抗型の透明導電膜、又は、ニッケル合金等の合金ヒータ等であってもよい。例えば、ヒータ１８０は、室温から６０℃程度まで温度を上昇させることができればよい。
【０１４８】
また、ヒータ１８０の代わりに、あるいは、ヒータ１８０に加えて、ペルチェ素子のように温度を室温よりも下げることができる素子を用いてもよい。
【０１４９】
例えば、対象有体物として、暖かいものを表示する場合には、振動による触感に加えて暖かさを利用者に知覚させることにより、より現実味のある触感を利用者に提供することができる。一方、冷たいものを表示する場合には、振動による触感に加えて冷たさを利用者に知覚させることにより、より現実味のある触感を利用者に提供することができる。
【０１５０】
なお、ヒータ１８０の設定温度は、対象有体物の種類によって予めある一定の温度にしてもよいし、部位によって温度分布のある対象有体物の触感を提供する場合は、複数のヒータ１８０を設けるとともに、各ヒータ１８０の設定温度を表す温度データを触感データに追加して、対象有体物の温度分布を表現してもよい。
【０１５１】
図１４は、実施の形態１の第２変形例の教育用触感提供装置１００Ｂを示す図である。
【０１５２】
教育用触感提供装置１００Ｂは、図１乃至図３に示す教育用触感提供装置１００に対して、アクチュエータ１９０を追加したものである。その他の構成は、図１乃至図３に示す教育用触感提供装置１００と同様である。
【０１５３】
アクチュエータ１９０は、筐体１１０の裏面側（Ｚ軸負方向側）に設けられており、例えば、平面視で四隅に一つずつ配設される。アクチュエータ１９０は、例えば、可聴帯域の周波数の駆動信号で駆動される。
【０１５４】
アクチュエータ１９０は、例えば、サーボモータやステッピングモータを用いたリニアアクチュエータなどが利用でき、教育用触感提供装置１００Ｂの全体を振動させる。なお、可聴帯域とは、およそ２０ｋＨｚ未満の周波数帯域であり、ここでは、例えば、数１０Ｈｚオーダの駆動信号でアクチュエータ１９０を駆動させる。このようなアクチュエータ１９０は、例えば、１００μｍ〜１ｍｍ程度の変位を発生させることができるものが好ましい。なお、アクチュエータ１９０の駆動は、駆動制御部２４０又は同等の駆動制御部が行えばよい。
【０１５５】
このように、教育用触感提供装置１００Ｂ自体を振動させると、トップパネル１２０の表面に触れる利用者の指先には、振動素子１４０の振動による超音波帯の固有振動と、アクチュエータ１９０による可聴帯域の振動とが合成された振動を提供できる。
【０１５６】
対象有体物の表面の感触によっては、超音波帯の固有振動による定在波の振動に、可聴帯域の振動を加えることにより、より現実味のある触感を提供できる場合がある。
【０１５７】
このような場合に、第２変形例の教育用触感提供装置１００Ｂは有効的である。
【０１５８】
なお、アクチュエータ１９０は、サーボモータやステッピングモータを用いたリニアアクチュエータ以外であってもよく、電気式の駆動素子、油圧式又は空気圧式の駆動素子、圧電アクチュエータ、又は人工筋肉等であってもよい。
【０１５９】
図１５は、実施の形態１の第３変形例の教育用触感提供装置１００Ｃを示す図である。図１５に示す断面は、図３に示すＡ−Ａ矢視断面に対応する断面である。図１５では図３と同様に直交座標系であるＸＹＺ座標系を定義する。
【０１６０】
教育用触感提供装置１００Ｃは、筐体１１０Ｃ、トップパネル１２０、パネル１２０Ｃ、両面テープ１３０、振動素子１４０、タッチパネル１５０、ディスプレイパネル１６０Ｃ、及び基板１７０を含む。
【０１６１】
教育用触感提供装置１００Ｃは、図３に示す教育用触感提供装置１００のタッチパネル１５０を裏面側（Ｚ軸負方向側）に設けた構成を有する。このため、図３に示す教育用触感提供装置１００と比べると、両面テープ１３０、振動素子１４０、タッチパネル１５０、及び基板１７０が裏面側に配設されている。
【０１６２】
筐体１１０Ｃには、Ｚ軸正方向側の凹部１１１と、Ｚ軸負方向側の凹部１１１Ｃとが形成されている。凹部１１１の内部には、ディスプレイパネル１６０Ｃが配設され、トップパネル１２０で覆われている。また、凹部１１１Ｃの内部には、基板１７０とタッチパネル１５０が重ねて設けられ、パネル１２０Ｃは両面テープ１３０で筐体１１０Ｃに固定され、パネル１２０ＣのＺ軸正方向側の面には、振動素子１４０が設けられている。
【０１６３】
図１５に示す教育用触感提供装置１００Ｃにおいて、パネル１２０Ｃへの操作入力に応じて、振動素子１４０のオン／オフを切り替えることによってパネル１２０Ｃに超音波帯の固有振動を発生させれば、図３に示す教育用触感提供装置１００と同様に、利用者が指先の感覚でディスプレイパネル１６０Ｃに表示される絵文字（商品）の入れ替えを知覚できる教育用触感提供装置１００Ｃを提供することができる。
【０１６４】
このような教育用触感提供装置１００Ｃを図１乃至図３に示す教育用触感提供装置１００の代わりに用いてもよい。なお、図１５には、裏面側にタッチパネル１５０を設けた教育用触感提供装置１００Ｃを示すが、図３に示す構造と図１５に示す構造とを合わせて、表面側と裏面側とにそれぞれタッチパネル１５０を設けてもよい。
【０１６５】
図１６は、実施の形態１の第４変形例の教育用触感提供装置１００Ｄの動作状態を示す平面図である。
【０１６６】
教育用触感提供装置１００Ｄは、筐体１１０Ｄ、トップパネル１２０Ｄ、両面テープ１３０Ｄ、振動素子１４０Ｄ、タッチパネル１５０Ｄ、ディスプレイパネル１６０Ｄ、及び基板１７０Ｄを含む。
【０１６７】
図１６に示す教育用触感提供装置１００Ｄは、トップパネル１２０Ｄが曲面ガラスであること以外は、図３に示す実施の形態１の教育用触感提供装置１００の構成と同様である。
【０１６８】
トップパネル１２０Ｄは、平面視における中央部がＺ軸正方向側に突出するように湾曲している。図１６には、トップパネル１２０ＤのＹＺ平面における断面形状を示すが、ＸＺ平面における断面形状も同様である。
【０１６９】
このように、曲面ガラスのトップパネル１２０Ｄを用いることにより、良好な触感を提供できる。特に、対象有体物の表面が湾曲している場合に有効的である。
【０１７０】
＜実施の形態２＞
図１７は、実施の形態２の教育用触感提供装置１００Ｅの利用態様を示す図である。教育用触感提供装置１００Ｅは、タブレット型コンピュータ６００と無線通信によってデータ転送ができる状態になっている。無線通信は、例えば、Bluetooth（登録商標）、WiFi等であればよい。また、タブレット型コンピュータ６００と教育用触感提供装置１００Ｅとは、無線通信ではなく、直接ケーブルを介した有線通信や、フラッシュメモリカードなどの可搬記憶媒体を介してデータの送信を行うことも可能である。
【０１７１】
タブレット型コンピュータ６００は、トップパネル６１０、タッチパネル６２０、ディスプレイパネル６３０を含み、タッチパネル６２０を入力操作部とするコンピュータである。
【０１７２】
ディスプレイパネル６３０の左側にはゾウ、イルカ、ペンギンの画像５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃが選択用の候補として表示されている。
【０１７３】
利用者がトップパネル６１０に操作入力を行うことにより、ゾウの画像５１０Ａを選択すると、図１７に示すように、ディスプレイパネル６３０の主領域６３０Ａにゾウが表示される。
【０１７４】
そして、利用者がゾウの画像５１０Ａを教育用触感提供装置１００Ｅに転送すると、ゾウの画像５１０Ａがディスプレイパネル１６０に表示される。この状態で、利用者が教育用触感提供装置１００Ｅのトップパネル１２０に触れて、ディスプレイパネル１６０に表示されている画像５１０Ａをなぞると、教育用触感提供装置１００Ｅが振動することにより、利用者の指先にゾウの表面に触れたような触感を提供する。ゾウは、対象有体物の一例である。
【０１７５】
実施の形態２の教育用触感提供装置１００Ｅは、このように、実物に触れなくても、トップパネル１２０に触れることにより、実物を触れるような擬似的な触感を提供する。このような教育用触感提供装置１００Ｅは、例えば児童の教育や障がい者向け教育に非常に有用である。
【０１７６】
ここで、実施の形態２における触感データの入手方法について説明する。
【０１７７】
図１８及び図１９は、実施の形態２のタブレット型コンピュータ６００に触感データをダウンロードする手順を説明する図である。
【０１７８】
タブレット型コンピュータ６００は、ネットワークを介してサーバと通信する機能を有する。利用者は、タブレット型コンピュータ６００として機能させるためのアプリケーションのデータをネットワークを介してダウンロードし、タブレット型コンピュータ６００のメモリに保存する。
【０１７９】
ダウンロードを開始させるには、次のようにすればよい。触感データをダウンロードするアプリケーションを実行すると、図１８の（Ａ）に示すようにディスプレイパネル６３０の主領域６３０Ａにダウンロード（ＤＬ）ボタン６０１がＧＵＩボタンとして表示される。利用者は、ダウンロードボタン６０１を操作して、触感データのダウンロードを実行すればよい。
【０１８０】
図１８の（Ｂ）には、３種類の触感データ６４１Ａ、６４１Ｂ、６４１Ｃをタブレット型コンピュータ６００のメモリ６４０に格納した状態を示す。
【０１８１】
図１８の（Ｂ）に示すように、アプリケーションのデータは、様々な生物の触感データを含む。利用者は好みの触感データを選択して、ダウンロードし、メモリ６４０に保存してもよい。
【０１８２】
また、図１９には、サーバ７００にＩＤが００１１、００１２、００１３・・・の触感データがアップロードされており、利用者が必要な触感データだけを自己のタブレット型コンピュータ６００にダウンロードする様子を示す。
【０１８３】
このように、利用者は、そのときに触感を得たい対象有体物の触感データだけを自己のタブレット型コンピュータ６００にダウンロードするようにしてもよい。
【０１８４】
なお、最新データ以外は、サーバ７００に返却することも有効である。利用者は、タブレット型コンピュータ６００に保存した触感データを教育用触感提供装置１００Ｅに転送して、触感を体感することが可能となる。この方法では、ウェブ上のアプリケーション等を介してサーバ７００の最新情報を必要に応じて利用できる他、メモリ６４０の容量を必要以上に消費することがない。
【０１８５】
＜実施の形態３＞
図２０は、実施の形態３の教育用触感提供装置１００Ｆを示す平面図であり、図２１は、図２０に示す教育用触感提供装置１００ＦのＡ−Ａ矢視断面を示す図である。なお、図２０及び図２１では、図示するように直交座標系であるＸＹＺ座標系を定義する。
【０１８６】
教育用触感提供装置１００Ｆは、筐体１１０、トップパネル１２０、両面テープ１３０、振動素子１４０、タッチパネル１５０、及び基板１７０を含む。教育用触感提供装置１００Ｆでは、基板１７０の上にタッチパネル１５０が直接的に搭載されている。実施の形態３の教育用触感提供装置１００Ｆは、ディスプレイパネル１６０を含まない点が実施の形態２の教育用触感提供装置１００Ｅと異なる。
【０１８７】
教育用触感提供装置１００Ｆは、ディスプレイパネル１６０を含まず、タッチパネル１５０の操作位置に応じた駆動を行わないため、触感データ（図７の（Ａ）参照）は画像データと座標データを含まなくてもよい。
【０１８８】
教育用触感提供装置１００Ｆの駆動制御部２４０は、トップパネル１２０に操作入力が行われると、教育用触感提供装置１００Ｆに入力される触感データに基づく振幅の駆動信号を用いて振動素子１４０を駆動する。
【０１８９】
実施の形態３では、タッチパネル１５０は利用者の操作入力が行われていることと、操作入力の位置の移動を検出するために設けられている。従って、教育用触感提供装置１００Ｆは、トップパネル１２０に操作入力が行われ、操作入力の位置が移動することをドライバＩＣ１５１から出力される位置データに基づいて検出すると、触感データの振幅データを用いて、振動素子１４０を駆動する。
【０１９０】
例えば、教育用触感提供装置１００Ｆにゾウの触感データが入力される場合は、振動素子１４０は、ゾウの皮膚の感触を再現する駆動信号で駆動される。例えば、ゾウ、イルカ、ペンギン等の皮膚の感触だけを振動で再現したいような場合には、ディスプレイパネル１６０を含まない簡易な構成の教育用触感提供装置１００Ｆでも、利用者に良好な触感を提供することができる。
【０１９１】
以上、実施の形態３の教育用触感提供装置１００Ｆによれば、トップパネル１２０の超音波帯の固有振動を発生させて利用者の指先に掛かる動摩擦力を変化させるので、利用者に良好な触感を提供することができる。このような教育用触感提供装置１００Ｆは、対象有体物の表面の触感が略一定であるような場合に、有効的である。
【０１９２】
教育用触感提供装置１００Ｆを例えば、レストラン又はカフェ等の人が集う場所に設置すれば、その場に実物のイルカ（図１参照）がなくても、利用者は教育用触感提供装置１００Ｆを通じて、イルカの表面に触れたような触感を体感することができる。
【０１９３】
図２２は、実施の形態３の教育用触感提供装置１００Ｆの利用態様を示す図である。教育用触感提供装置１００Ｆは、近距離無線通信装置８００を介して、タブレット型コンピュータ６００と無線通信によってデータ転送ができる状態になっている。近距離無線通信装置８００は、教育用触感提供装置１００Ｆにデータケーブル８１０を介して接続されている。
【０１９４】
無線通信は、例えば、Bluetooth（登録商標）、WiFi等であればよい。また、タブレット型コンピュータ６００と教育用触感提供装置１００Ｆとは、無線通信ではなく、直接ケーブルを介した有線通信や、フラッシュメモリカードなどの可搬記憶媒体を介してデータの送信を行うことも可能である。
【０１９５】
タブレット型コンピュータ６００は、トップパネル６１０、タッチパネル６２０、ディスプレイパネル６３０を含み、タッチパネル６２０を入力操作部とするコンピュータである。
【０１９６】
ディスプレイパネル６３０の左側にはゾウ、イルカ、ペンギンの画像５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃが選択用の候補として表示されている。
【０１９７】
利用者がトップパネル６１０に操作入力を行うことにより、ゾウの画像５１０Ａを選択すると、図２２に示すように、ディスプレイパネル６３０の主領域６３０Ａにゾウが表示される。
【０１９８】
そして、利用者がゾウの触感データを近距離無線通信装置８００を介して教育用触感提供装置１００Ｆに転送し、この状態で、利用者が教育用触感提供装置１００Ｆのトップパネル１２０に触れると、教育用触感提供装置１００Ｆが振動することにより、利用者の指先にゾウの表面に触れたような触感を提供する。ゾウは、対象有体物の一例である。近距離無線通信装置８００は、入力装置の一例である。
【０１９９】
実施の形態３の教育用触感提供装置１００Ｆは、このように、実物に触れなくても、トップパネル１２０に触れることにより、実物を触れるような擬似的な触感を提供する。このような教育用触感提供装置１００Ｆは、例えば児童の教育や障がい者向け教育に非常に有用である。
【０２００】
また、このような場合に、タブレット型コンピュータ６００と教育用触感提供装置１００Ｆとの間におけるデータ通信量、教育用触感提供装置１００Ｆの利用回数又は利用時間等に応じて、課金するようにしてもよい。例えば、近距離無線通信装置８００に課金装置８２０を接続して、近距離無線通信装置８００の利用回数又は利用時間等に応じて、利用料を課金してもよい。
【０２０１】
また、教育用触感提供装置１００Ｆは、タッチパネル１５０を含まずに、トップパネル１２０への接触を検出するセンサを含んでもよい。この場合には、利用者がトップパネル１２０に触れたことをセンサで検出し、振動素子１４０を駆動すればよい。なお、センサとしては、例えば、圧力センサ等を用いることができる。
【０２０２】
なお、上述のようにディスプレイパネル１６０を含まない場合において、トップパネル１２０にマークを表示し、マークの位置の座標データを触感データに含ませることにより、操作入力の位置に応じた振幅を用いて振動素子１４０を駆動してもよい。
【０２０３】
図２３は、実施の形態３の変形例の教育用触感提供装置１００Ｇを示す平面図である。教育用触感提供装置１００Ｇは、図２０に示す教育用触感提供装置１００Ｆのトップパネル１２０にイルカのマーク１２０Ａを設けたものである。また、イルカのマーク１２０Ａの位置を表す座標データは、触感データに含まれている。
【０２０４】
トップパネル１２０のイルカのマーク１２０Ａの内部で操作入力が行われると、実施の形態１の教育用触感提供装置１００と同様に、駆動制御部２４０は操作入力の位置の座標に応じた振幅の駆動信号を用いて振動素子１４０を駆動する。
【０２０５】
従って、実施の形態３の変形例の教育用触感提供装置１００Ｇによれば、トップパネル１２０の超音波帯の固有振動を発生させて利用者の指先に掛かる動摩擦力を変化させるので、利用者に良好な触感を提供することができる。
【０２０６】
なお、ここでは、イルカのマーク１２０Ａをトップパネル１２０の表面に印刷する形態について説明したが、マーク１２０Ａの代わりに、対象有体物の実物の表面の１又は複数の点に対応する印（例えば、図８における点Ａ〜Ｄを示すような印）をトップパネル１２０の表面に設けてもよい。
【０２０７】
また、利用度合に応じて、様々なポイントサービスや懸賞サービス等を行ってもよい。教育用途としては、幼児向けや小中学生向けの他、老人向け、リハビリテーション教育向け、障がい者教育向けなど、様々なシーンに適用可能である。
【０２０８】
以上、本発明の例示的な実施の形態の教育用触感提供装置、及び、システムについて説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【０２０９】
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｇ  教育用触感提供装置
１１０、１１０Ｃ、１１０Ｄ  筐体
１２０、１２０Ｃ、１２０Ｄ  トップパネル
１３０、１３０Ｄ  両面テープ
１４０、１４０Ｄ  振動素子
１５０、１５０Ｄ  タッチパネル
１６０、１６０Ｃ、１６０Ｄ  ディスプレイパネル
１７０、１７０Ｄ  基板
２００  制御部
２２０  アプリケーションプロセッサ
２３０  通信プロセッサ
２４０  駆動制御部
２５０  メモリ
３００  駆動制御装置
３１０  正弦波発生器
３２０  振幅変調器
６００  スマートフォン端末機
８００  近距離無線通信装置
【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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【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】
2015121970.tif 000019
【図１５】
2015121970.tif 000020
【図１６】
2015121970.tif 000021
【図１７】
2015121970.tif 000022
【図１８】
2015121970.tif 000023
【図１９】
2015121970.tif 000024
【図２０】
2015121970.tif 000025
【図２１】
2015121970.tif 000026
【図２２】
2015121970.tif 000027
【図２３】
2015121970.tif 000028
【国際調査報告】
2015121970.tif 000029
2015121970.tif 000030
2015121970.tif 000031
2015121970.tif 000032