(57)【要約】【課題】  温覚呈示部間の温覚情報のやり取りが可能な温覚呈示装置及び温覚呈示方法を提供する。【解決手段】  発熱及び吸熱機能を持つ複数の発熱・吸熱素子及び複数の温度検出手段が２次元状に配列された温覚呈示手段１０２ａ，１０２ｂと、複数の発熱・吸熱素子を駆動し、発熱・吸熱素子に発熱又は吸熱動作を行わせる駆動手段とを備えた複数の温覚呈示部１００Ａ，１００Ｂを情報伝達手段１０３により相互に接続させる。そして、複数の各温覚呈示部１００Ａ，１００Ｂは、温覚呈示部自体の温度検出手段からの温度情報と、情報伝達手段１０３を介して入力される他の温覚呈示部１００Ａ，１００Ｂからの温度情報に応じて駆動手段を制御する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱及び吸熱機能を持つ複数の発熱・吸熱素子及び複数の温度検出手段が２次元状に配列された温覚呈示手段と、前記複数の発熱・吸熱素子を駆動し、該発熱・吸熱素子に発熱又は吸熱動作を行わせる駆動手段とを備えた複数の温覚呈示部と、
前記複数の温覚呈示部を接続する情報伝達手段と、
を備え、
前記複数の各温覚呈示部は、温覚呈示部自体の温度検出手段からの温度情報と、前記情報伝達手段を介して入力される他の温覚呈示部からの温度情報に応じて前記駆動手段を制御することを特徴とする温覚呈示装置。
【請求項２】
前記各温覚呈示部は、前記情報伝達手段を介して前記他の温覚呈示部との間で温度情報のやり取りを行うインターフェースと、前記他の温覚呈示部からの温度情報と前記温覚呈示部自体の温度測定手段からの温度情報とにより前記駆動手段を制御する制御手段と、をそれぞれ備えていることを特徴とする請求項１記載の温覚呈示装置。
【請求項３】
前記発熱・吸熱素子がペルチェ素子であることを特徴とする請求項１又は２記載の温覚呈示装置。
【請求項４】
発熱及び吸熱機能を持つ複数の発熱・吸熱素子を備えた温覚呈示部の温覚呈示手段を物体に接触させ、前記物質の温度を測定する温度測定工程と、
複数の温覚呈示部を接続する情報伝達手段を用いて他の温覚呈示部からの温度情報を得る温度情報取得工程と、
前記他の温覚呈示部からの温度情報と、前記温覚呈示部の測定された物質の温度情報を用いて温覚呈示手段の発熱及び吸熱動作を制御する発熱・吸熱制御工程と、
を備えたことを特徴とする温覚呈示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温覚呈示装置及び温覚呈示方法に関し、特に温覚を情報として伝達するための構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、五感通信の分野において、バーチャルリアリティの進展により、今そこに存在しないものを感覚、主に視覚、聴覚によって表現するインターフェース技術が進んできた。またそれに加え、最近になって手触り、すなわち触覚を表現するデバイスも登場し始めている。
【０００３】
ところで、触覚の中には温覚があり、この温覚に関するものとしては、例えばロボットの遠隔操作性向上のための研究開発がある。これは、ロボットの手に温度センサをつけて対象物の温度を測定し、操作者に温覚を呈示するようにしたものである（特許文献１参照）。これにより、より詳細な対象物の情報を得ることができ、ロボットの操作性が向上する。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−７２０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、このような従来の温覚呈示装置及び温覚呈示方法においては、ロボット側で測定した情報を一方的に操作者に送ることでロボットの遠隔操作における操作性を向上させることはできるが、複数の温覚呈示部を備えたものの場合、温覚呈示部間の接続がなされていないため温覚を情報として温覚呈示部間で相互にやり取りすることができない。
【０００６】
このため、温覚呈示部間で擬似的な熱のやり取りを実現し、あたかも実際に接触しているような感覚を得ることができない。言い換えれば、双方向の温度情報のやり取りにより、擬似的な熱のやり取りを実現し、あたかも実際に接触しているような感覚を得るためには温覚呈示部間の相互接続性が必要である。
【０００７】
そこで、本発明は、このような現状に鑑みてなされたものであり、温覚呈示部間の温覚情報のやり取りが可能となると共に、あたかも実際に接触しているような感覚を得ることができる温覚呈示装置及び温覚呈示方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、温覚呈示装置において、発熱及び吸熱機能を持つ複数の発熱・吸熱素子及び複数の温度検出手段が２次元状に配列された温覚呈示手段と、前記複数の発熱・吸熱素子を駆動し、該発熱・吸熱素子に発熱又は吸熱動作を行わせる駆動手段とを備えた複数の温覚呈示部と、前記複数の温覚呈示部を接続する情報伝達手段と、を備え、前記複数の各温覚呈示部は、温覚呈示部自体の温度検出手段からの温度情報と、前記情報伝達手段を介して入力される他の温覚呈示部からの温度情報に応じて前記駆動手段を制御することを特徴とするものである。
【０００９】
また本発明は、前記各温覚呈示部は、前記情報伝達手段を介して前記他の温覚呈示部との間で温度情報のやり取りを行うインターフェースと、前記他の温覚呈示部からの温度情報と前記温覚呈示部自体の温度測定手段からの温度情報とにより前記駆動手段を制御する制御手段と、をそれぞれ備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
また本発明は、前記発熱・吸熱素子がペルチェ素子であることを特徴とするものである。
【００１１】
また本発明は、温覚呈示方法において、発熱及び吸熱機能を持つ複数の発熱・吸熱素子を備えた温覚呈示部の温覚呈示手段を物体に接触させ、前記物質の温度を測定する温度測定工程と、複数の温覚呈示部を接続する情報伝達手段を用いて他の温覚呈示部からの温度情報を得る温度情報取得工程と、前記他の温覚呈示部からの温度情報と、前記温覚呈示部の測定された物質の温度情報を用いて温覚呈示手段の発熱及び吸熱動作を制御する発熱・吸熱制御工程と、を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のように、複数の温覚呈示部を情報伝達手段により相互に接続させることにより温覚呈示部間の温覚情報のやり取りが可能となると共に、各温覚呈示部は、温覚呈示部自体の温度検出手段からの温度情報と、情報伝達手段を介して入力される他の温覚呈示部からの温度情報に応じて駆動手段を制御することにより、あたかも実際に接触しているような感覚を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態に係る温覚呈示装置の概略を示すブロック図である。
【００１５】
同図において、１００Ａは第１温覚呈示部、１００Ｂは第２温覚呈示部であり、これら第１及び第２温覚呈示部１００Ａ，１００Ｂは、それぞれ温覚呈示手段１０２（１０２ａ，１０２ｂ）及び制御手段である制御装置１０１（１０１ａ，１０１ｂ）を備えると共に、ネットワーク等の情報伝達手段１０３を介して相互に接続されている。
【００１６】
ここで、温覚呈示手段１０２は実際に温覚を呈示するものである。なお、この温覚呈示手段１０２は、一般的にはパッド状が望ましいが、別な形状を有していても本発明には何ら影響は無い。また、制御装置１０１は温覚呈示手段１０２を制御すると同時に、温度情報を情報伝達手段１０３を介して他の温覚呈示部とやり取りをするようになっている。
【００１７】
即ち、温覚呈示装置の全体の動作としては、複数、本実施の形態においては、２つの温覚呈示部１００Ａ，１００Ｂが温度情報等の制御情報を情報伝達手段１０３を介して相互にやり取りすることによって、温覚を情報として伝達できるようにしたものである。
【００１８】
図２は、温覚呈示手段１０２の構成を示すものであり、温覚呈示手段１０２は、平面（パッド）状の温覚呈示素子２０１を備えている。ここで、この温覚呈示素子２０１は、複数の発熱・吸熱素子２０２と、温度検出手段である複数の温度センサ２０３を２次元にアレイ状に並べた形状を有しており、これにより、その表面に接した物体の局所的な温度を検出できる機能を有すると共にその物体に熱を注入したり、放出させたりできるようになっている。
【００１９】
また、図３は制御装置１０１の構成を示すブロック図であり、制御装置１０１は、ドライブ回路３０１、温度検出回路３０２、コントローラ３０３を備えている。
【００２０】
ここで、ドライブ回路３０１は温覚呈示素子２０１の各発熱・吸熱素子２０２を独立に駆動する駆動信号を生成するためのものであり、この駆動信号により温覚呈示素子２０１（の各発熱・吸熱素子２０２）を発熱させたり、吸熱させたりすることが可能となっている。また、温度検出手段である温度検出回路３０２は温覚呈示素子２０１の各温度センサ２０３により、接した物体の温度を局所的に測定するためのものである。
【００２１】
コントローラ３０３は温覚呈示部（例えば第１温覚呈示部１００Ａ）の温度情報及び駆動情報と、情報伝達手段１０３及びインターフェース３０４を介して送られる他の温覚呈示部（例えば第２温覚呈示部１００Ｂ）からの温覚情報等に基づいて駆動手段であるドライブ回路３０１を制御すると共に、インターフェース３０４及び情報伝達手段１０３を介して本温覚呈示部の温度情報等を他の温覚呈示部に送出するようにしている。
【００２２】
なお、本実施の形態においては、発熱・吸熱素子２０２としてペルチェ素子を用いている。ここで、このペルチェ素子は図４に示すように、ｎ型の半導体６０２、ｐ型の半導体６０１及び２つの半導体素子６０１，６０２に接合された電極６０３，６０４，６０５を備えたものである。
【００２３】
そして、電源６０６の端子に電気的に接続された電極６０４、６０５を介してペルチェ素子部６０７に電流Ｉを流すと、ペルチェ素子６０７は電流Ｉが正の場合は電極６０３側から電流Ｉに比例した熱を放出し、逆に電流Ｉが負の場合は電流Ｉに比例した熱を吸収するように動作する。
【００２４】
つまり、このようなペルチェ素子を用いることにより、電流の向きと大きさによって、制御された熱量の吸収、放出が可能である。なお、本実施の形態においては、ペルチェ素子の大きさは直径１ｍｍであり、温覚呈示素子２０１に、格子状に、かつ１センチ平方センチ当たり１０×１０（＝１００）素子で配置されている。一方、温度センサ２０３は熱電対を用い、ペルチェ素子の間に格子状に配置されている。
【００２５】
次に、コントローラ３０３の制御動作を図５に示すフローチャートを用いて説明する。
【００２６】
まず、情報伝達手段１０３及びインターフェース３０４を介してある時刻に接続先の他の温覚呈示部から温度データｂを取得し（温度情報取得工程）（Ｓ１０１）、次に物体に温覚呈示手段１０２を接触させ、物体に接触している各温度センサ２０３の信号に基づいて出力される温度検出回路３０２からの温度データａを取得する（温度測定工程）（Ｓ１０２）。
【００２７】
なお、この後、例えば第１温覚呈示部１００Ａの温度検出回路３０２からの温度データａをインターフェース３０４及び情報伝達手段１０３を介して接続先である他の温覚呈示部（第２温覚呈示部１００Ｂ）に送信する（Ｓ１０３）。
【００２８】
次に、熱の授受のための制御量を算出するため、これら２つの温度データａ，ｂを比較し（Ｓ１０４）、この比較により求められた制御量に基づいて発熱・吸熱素子２０２を駆動し、発熱・吸熱素子２０２の発熱・吸熱を制御する（発熱・吸熱制御工程）。
【００２９】
例えば、ａ＝ｂでなく（Ｓ１０５のＹ）、ａ＞ｂならば（Ｓ１０６のＹ）、接続先（第２温覚呈示部１００Ｂ）よりも接続元（第１温覚呈示部１００Ａ）の温度が高いので熱を奪う、即ち冷却駆動を行う（Ｓ１０７）。また、ａ＜ｂならば（Ｓ１０６のＮ）、接続先よりも接続元の温度が低いので熱を送り込み、温度を上昇させる。即ち加熱駆動を行う（Ｓ１０８）。
【００３０】
なお、ａ＝ｂならば（Ｓ１０５のＮ）、接続先と接続元の物体の温度が等しいので、加熱、冷却動作は行わない。即ち、発熱・吸熱素子２０１の駆動を停止する（Ｓ１０９）。そして、この動作を温覚呈示動作が終了するまで行う（Ｓ１１０）。
【００３１】
ここで、この制御量の算出は比例・積分・微分制御の組み合わせによるコンベンショナルなＰＩＤ制御によるものが一般的であるが、その他にも高度な制御方法を用いることが可能である。あるいはまた、出力が大きすぎることで、接触させる物質や直に触る指などの損傷を招くことがない様に出力の制限を行うことも可能である。
【００３２】
ところで、以上のような動作は接続先においても同様に機能しており、これにより接続元（第１温覚呈示部１００Ａ）と接続先（第２温覚呈示部１００Ｂ）との間で擬似的な熱のやり取りが可能である。例えば、図６に示すように温度データａ（接続元）、温度データｂ（接続先）の２点でのやり取りの場合、点線で示す時刻ｔ０でお互いに接触したとすると、そこから熱交換が擬似的に始まり、２点は最終的には同じ温度になる。なお、制御量の算出は温度データａｂ間の温度差δＴ等を参照することにより算出してもよい。
【００３３】
このように、複数（本実施の形態においては２つ）の温覚呈示部１００Ａ，１００Ｂを情報伝達手段１０３により相互に接続させ、接続元の温覚呈示部１００Ａにおいては温覚呈示部自体の温度センサ２０３からの温度情報と、情報伝達手段１０３を介して入力される他の（接続先の）温覚呈示部１００Ｂからの温度情報に応じてドライブ回路３０１を制御することにより、温覚呈示部間の温覚情報のやり取りが可能となる。
【００３４】
つまり、温覚呈示手段各々が温度情報等の測定情報をやり取りすることによって、温覚の双方向伝達が可能になり、この結果、情報伝達手段１０３で結ばれた遠隔の温覚呈示部１００Ｂから温覚情報がよりリアルに得られるだけでなく、擬似的な熱交換等、遠隔の環境に対してよりシームレスに働きかけることが可能となる。
【００３５】
ここで、本実施の形態の実施例として、情報伝達手段１０３としてローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）を用いて、異なる部屋にあるデバイス（温覚呈示部）を結んだところ、異なる部屋間での温覚情報のやり取りが可能になった。なお、本実施例では情報伝達手段としてＬＡＮを用いたが、もちろんインターネットのようなもっとワイドなネットワークを用いることも可能であり、伝達方式やプロトコルには左右されない。
【００３６】
また、これまでの説明においては、伝達情報として温度情報のみを用いて説明したが、温度情報に加えて加減した熱量を情報として送ることでも制御できる。そして、このように熱量を送ることで、熱のやり取りがよりバーチャルになる。すなわち、こちらで加えた熱量をそのまま接続先から奪うようにすることができるので、温覚という感覚を超え、物理的な状況をバーチャルに再現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本実施の形態に係る温覚呈示装置の概略を示すブロック図。
【図２】上記温覚呈示装置の温覚呈示部の構成を示す図。
【図３】上記温覚呈示部を制御する制御部の動作を説明するブロック図。
【図４】上記温覚呈示部の発熱・吸熱素子であるペルチェ素子の構成を説明する図。
【図５】上記温覚呈示装置のコントローラの制御動作を示すフローチャート。
【図６】上記温覚呈示装置の動作時の温度変化の一例を示す図。
【符号の説明】
【００３８】
１００Ａ    第１温覚呈示部
１００Ｂ    第２温覚呈示部
１０２      温覚呈示手段
１０１      制御装置
１０３      情報伝達手段
２０１      温覚呈示素子
２０２      発熱・吸熱素子
２０３      温度センサ
３０１      ドライブ回路
３０２      温度検出回路
３０３      コントローラ
【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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