(57)【要約】  温冷情報を呈示する温冷呈示素子と、温冷呈示素子を振動させて振動情報を呈示する振動素子と、温冷呈示素子を含み、操作体に振動情報とともに温冷情報を呈示する触覚呈示領域を備え、触覚呈示領域には、操作体の温度を検知する第１温度検知部が配置される。触覚呈示領域の中央部に第１温度検知部が配置される。第１温度検知部の近傍に温冷呈示素子が配置される。
2018097195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温冷情報を呈示する温冷呈示素子と、
前記温冷呈示素子を振動させて振動情報を呈示する振動素子と、
前記温冷呈示素子を含み、操作体に前記振動情報とともに前記温冷情報を呈示する触覚呈示領域と、を備え、
前記触覚呈示領域には、前記操作体の温度を検知する第１温度検知部が配置されることを特徴とする触覚呈示装置。
【請求項２】
前記触覚呈示領域の中央部に前記第１温度検知部が配置される請求項１に記載の触覚呈示装置。
【請求項３】
前記第１温度検知部の近傍に前記温冷呈示素子が配置される請求項１又は請求項２に記載の触覚呈示装置。
【請求項４】
前記温冷呈示素子と前記第１温度検知部との間に熱を遮断する断熱部を設ける請求項３に記載の触覚呈示装置。
【請求項５】
前記第１温度検知部はサーミスタであって、前記サーミスタのプローブは、前記触覚呈示領域と同じ高さ位置に配置されている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
【請求項６】
前記触覚呈示領域の前記温冷呈示素子の表面に配置され、前記温冷呈示素子の表面温度を検知する第２温度検知部を備える請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
【請求項７】
前記振動素子の振動を制御するとともに、前記第１温度検知部による検知結果に基づいて、前記温冷呈示素子の温度を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記第１温度検知部による検知結果と前記第２温度検知部による検知結果とに基づいて、前記温冷情報を制御する請求項６に記載の触覚呈示装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記第１温度検知部によって検知した前記操作体の温度に対して、前記触覚呈示領域の前記温冷呈示素子の表面の温度が所定範囲内に維持されるように前記温冷呈示素子の温度を制御する請求項７に記載の触覚呈示装置。
【請求項９】
前記温冷呈示素子と前記振動素子との間に伝導部材を配置し、
前記伝導部材は、前記温冷呈示素子が温冷情報を呈示した際に発生する熱を前記振動素子に伝導する熱伝導部材と、前記振動素子が呈示した振動情報を前記温冷呈示素子に伝導する振動伝導部材とを備えることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
【請求項１０】
前記伝導部材は粘着性を有し、前記温冷呈示素子を前記振動素子に結合している請求項９に記載の触覚呈示装置。
【請求項１１】
前記振動素子は金属のカバーを備えており、前記伝導部材は、前記金属のカバーと前記温冷呈示素子とを結合している請求項９又は請求項１０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、指などの操作体が接触したときに、温冷情報や振動情報を呈示する触覚呈示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１においては、ボイスコイルまたは圧電体等の振動発生による触覚呈示装置と、温覚を呈するペルチェ素子と、皮膚温を測定するセンサとが台座上に載置された装置が開示されている。触覚呈示装置とセンサは台座上にそれぞれ直接載置され、ペルチェ素子は触覚呈示装置上に載置される。この構成より、触覚の呈示に、振動だけでなく温度の影響も付加することで、より高い表現力をもった触覚伝達装置を実現することが可能であるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−７２０１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特許文献１に記載の装置では、触覚呈示装置上に１つのペルチェ素子が載置された構成であるため、例えば、実際の品物に対応する質感、温度感覚、その品物に力を加えたときの動きや変形などを表現するには、触覚呈示の細かさ、表現力の豊かさ、精度などが不十分であった。これに対して、特許文献１においては、触覚呈示の細かさ、表現力の豊かさ、精度などを高めるための構成は開示されておらず、細かな触覚呈示を図ることは困難であった。【０００５】
本発明は、より細かな触覚呈示を実現するための、ペルチェ素子、振動素子、温度検知部などの具体的な構成を明らかにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の触覚呈示装置は、温冷情報を呈示する温冷呈示素子と、温冷呈示素子を振動させて振動情報を呈示する振動素子と、温冷呈示素子を含み、操作体に振動情報とともに温冷情報を呈示する触覚呈示領域を備え、触覚呈示領域には、操作体の温度を検知する第１温度検知部が配置されることを特徴としている。【０００７】
これにより、第１温度検知部が検知した操作体の温度に基づいて温冷呈示素子の温度を制御できるため、温冷情報を精度よく、かつ、高速に呈示することが可能となることから、よりリアルな温冷情報呈示が可能となり、ひいてはより細かな触覚を呈示することが可能となる。【０００８】
本発明の触覚呈示装置において、触覚呈示領域の中央部に第１温度検知部が配置されることが好ましい。【０００９】
これにより、操作体の温度を正確かつ確実に検知することが可能となる。【００１０】
本発明の触覚呈示装置において、第１温度検知部の近傍に温冷呈示素子が配置されることが好ましい。【００１１】
これにより、１つの第１温度検知部で操作体の温度を検知することができる。【００１２】
本発明の触覚呈示装置において、温冷呈示素子の近傍に第１温度検知部が配置され、温冷呈示素子と第１温度検知部の間に熱を遮断する断熱部を設けることが好ましい。【００１３】
これにより、温冷呈示素子で生じた熱による温度ノイズの影響を抑えることができ、操作体の温度を正確に検知できる。【００１４】
本発明の触覚呈示装置において、第１温度検知部はサーミスタであって、サーミスタのプローブは、触覚呈示領域と同じ高さ位置に配置されていることが好ましい。【００１５】
これにより、操作体が温冷呈示素子に触れたときに、操作者に違和感を感じさせることなく第１温度検知部にも接触させることが可能となり、触覚呈示及び温度検知を円滑に実行できる。【００１６】
本発明の触覚呈示装置において、触覚呈示領域の温冷呈示素子の表面に配置され、温冷呈示素子の表面温度を検知する第２温度検知部を備えることが好ましい。【００１７】
これにより、温冷呈示素子の表面温度を検知できるため、精度よく、かつ、短時間で目標温度へ到達できるようになる。したがって、温冷情報の切り替え速度を高めることが可能となり、より細かな触覚を呈示することができるようになる。【００１８】
本発明の触覚呈示装置において、振動素子の振動を制御するとともに、第１温度検知部による検知結果に基づいて、温冷呈示素子の温度を制御する制御部を備え、制御部は、第１温度検知部による検知結果と第２温度検知部による検知結果とに基づいて、温冷情報を制御することが好ましい。【００１９】
これにより、温冷呈示素子の温度と操作体の温度にしたがって、効率よく、高速に温冷情報を呈示することが可能となる。【００２０】
本発明の触覚呈示装置において、制御部は、第１温度検知部によって検知した操作体の温度に対して、触覚呈示領域の温冷呈示素子の表面の温度が所定範囲内に維持されるように温冷呈示素子の温度を制御することが好ましい。【００２１】
このように温冷呈示素子を予備加熱しておくことによって、目標温度への到達時間を短縮することができるため、温冷情報の切り替え速度を高めることが可能となり、より細かな触覚を呈示することができるようになる。【００２２】
本発明の触覚呈示装置において、温冷呈示素子と振動素子との間に伝導部材を配置し、伝導部材は、温冷呈示素子が温冷情報を呈示した際に発生する熱を振動素子に伝導する熱伝導部材と、振動素子が呈示した振動情報を温冷呈示素子に伝導する振動伝導部材とを備えることが好ましい。【００２３】
これにより、振動素子が呈示した振動情報を温冷呈示素子に効率よく伝えることができ、さらに、温冷呈示素子で発生した熱を効率よく伝導させて放熱効率を高めることができる。【００２４】
本発明の触覚呈示装置において、伝導部材は粘着性を有し、温冷呈示素子を振動素子に結合していることが好ましい。【００２５】
これにより、振動素子が呈示した振動情報をペルチェ素子に確実に伝えることができ、また、ペルチェ素子で発生した熱を効率よく放熱させることができる。【００２６】
本発明の触覚呈示装置において、振動素子は金属のカバーを備えており、伝導部材は、金属のカバーと温冷呈示素子を結合していることが好ましい。【００２７】
これにより、ペルチェ素子で発生した熱をさらに効率的に放熱させることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によると、触覚呈示の細かさ、表現力の豊かさ、精度を高めることができ、これによって、より細かな触覚呈示を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る触覚呈示装置の概略構成を示す側面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る触覚呈示装置の概略構成を示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る触覚呈示装置の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態に係る触覚呈示装置について図面を参照しつつ詳しく説明する。図１は、本実施形態に係る触覚呈示装置１０の概略構成を示す側面図である。図２は、触覚呈示装置１０の概略構成を示す平面図である。図３は、触覚呈示装置１０の機能ブロック図である。以下の説明において、Ｚ方向上側から下側を見た状態を平面視ということがある。
【００３１】
図１に示すように、触覚呈示装置１０は、合成樹脂材料からなる基材１１上に振動素子１２が載置され、この振動素子１２上に、伝導部材１３を介して、第１ペルチェ素子１４と、第２ペルチェ素子１５と、第１温度検知部としての温度検知素子１８とが載置された構成を備える。なお基材１１は、操作装置に設けられた押釦などであってもよい。
【００３２】
第１ペルチェ素子１４の表面１４ａには第１温度センサ１６が設けられ、第２ペルチェ素子１５の表面１５ａには第２温度センサ１７が設けられている。第１温度センサ１６と第２温度センサ１７は第２温度検知部を構成する。また、温度検知素子１８は、第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５の間に設けられている。第１ペルチェ素子１４、第２ペルチェ素子１５、及び、温度検知素子１８は、第１ペルチェ素子１４及び第２ペルチェ素子１５の一方又は両方に指が接触したときに、温度検知素子１８にも同時に接触するような大きさ・形状・配置で構成されている。
【００３３】
図３に示すように、第１温度センサ１６、第２温度センサ１７、及び、温度検知素子１８による検知結果は制御部２０へ出力され、制御部２０は、振動素子駆動回路２２、第１ペルチェ素子駆動回路２４、及び、第２ペルチェ素子駆動回路２５のそれぞれに対して制御信号を出力する。
【００３４】
振動素子１２は、例えば、振動子が金属製のケース（カバー）内で板バネなどの弾性部材によって上下方向に、すなわち図１に示すＺ方向に沿って、振動自在に支持された構成を備える。振動子にはコイルが巻かれており、ケース内には前記コイルに対向する磁石が固定されている。このコイルに対して、制御部２０から与えられた制御信号にしたがって振動素子駆動回路２２が交流電流を与えると、振動子が振動し、これによって振動素子１２は所定の振動情報を呈示することが可能となる。すなわち、振動素子１２は、制御部２０の制御によって所定の振動情報を呈示する。制御部２０が与える制御信号を変更することによって、振動の強弱、周期などを制御できる。
【００３５】
ここで、振動素子１２としては、振動子が磁石で形成され、振動子に対向するコイルがケース内に固定されていてもよい。また、振動素子１２を圧電素子で構成し、制御部２０からの制御信号にしたがって振動する構成としてもよい。
【００３６】
伝導部材１３は、例えば粘着性のテープ材であって、振動素子１２の上面を覆うように配置され、その粘着性によって、振動素子１２上に固定され、かつ、その上に配置された、第１ペルチェ素子１４及び第２ペルチェ素子１５を固定する。伝導部材１３により、振動素子１２と第１ペルチェ素子１４が互いに結合され、また、振動素子１２と第２ペルチェ素子１５とが互いに結合される。
【００３７】
伝導部材１３は、熱伝導部材として、第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５のそれぞれが温冷情報を呈示した際に発生する熱を振動素子１２の金属製のケースへ伝導する。また、伝導部材１３は、振動伝導部材として、振動素子１２が呈示した振動情報を第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５のそれぞれに伝導する。
【００３８】
このように伝導部材１３が粘着性及び振動伝導性を有するため、第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５の表面に、振動素子１２が呈示した振動情報を効率よく伝えることができる。さらに、伝導部材１３が熱伝導性を有するため、第１ペルチェ素子１４や第２ペルチェ素子１５で発生した熱を自身で拡散できるとともに、第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５の裏面から振動素子１２の特に金属製のケースへ熱を効率よく伝導させ、金属製のケースをヒートシンクとして利用することで放熱効率を高めることができる。
【００３９】
第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５は、伝導部材１３上にそれぞれ配置されている。これらのペルチェ素子は、例えば、Ｚ方向において対向する２枚の金属板の接合部に制御部２０から直流電流を与えたときのペルチェ効果の熱の移動を利用したものであり、電流方向に応じて２枚の金属板の表面における熱量が変化する。与える電流の方向と電流量を制御することで、第１ペルチェ素子１４または第２ペルチェ素子１５に触れた指に温かい温度や冷たい温度を感じさせることが可能であり、温冷情報を呈示することができる。第１ペルチェ素子１４または第２ペルチェ素子１５は、温冷呈示素子を構成する。
【００４０】
第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５は、伝導部材１３上において、互いに独立するように離間して配置されている。これによって、となりのペルチェ素子が呈示する温冷情報による影響を受けにくくなっており、効率的に温冷情報を呈示することができる。となりのペルチェ素子からの影響をさらに受けにくくするために、第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５との間に断熱材（断熱部）を配置することが好ましい。断熱材は、図１に示すように、第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５との間に隙間を設けることにより空気により構成することもでき、又熱伝導率の低い材料、例えば断熱効果を有する樹脂等を隙間に埋め込む構成とすることもできる。
【００４１】
第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５の一方を、触れた手や指（操作体）に温かい温度を感じさせるように温刺激を与える温刺激部として配置し、他方を、冷たい温度を感じさせるように冷刺激を与える冷刺激部として配置し、両者を交互に並置した場合、痛覚の生じない温度刺激の組み合わせ（２０°Ｃと４０°Ｃなど）でも痛覚が生起する（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｇｒｉｌｌ  Ｉｌｌｕｓｉｏｎ）。例えば４°Ｃ／ｓ以上などある程度以上の強い温刺激と冷刺激を、上述の温刺激部と冷刺激部のそれぞれから同時に呈示することで、痛覚を生じさせることができる。
【００４２】
図２に示すように、平面視において、第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５が設けられた領域の外形形状及びその面積は、操作体としての指の操作面に対応する触覚呈示領域Ａとほぼ一致している。ここで、指の操作面は指の腹であり、上記触覚呈示領域Ａは指の腹が２つのペルチェ素子１４、１５に接触する範囲に対応する接触領域である。図２に示すように、温度検知素子１８は、第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５のそれぞれの近傍に配置され、かつ、触覚呈示領域Ａの中央部に配置されている。この配置において、２つのペルチェ素子１４、１５うちの一方のペルチェ素子に指が接触したとき、他方のペルチェ素子にも同時に指が接触する。すなわち、触覚呈示領域Ａは、指が接触したときにその接触範囲が、２つのペルチェ素子１４、１５を含むように設定される。２つのペルチェ素子１４、１５を設ける領域は、上記触覚呈示領域Ａの面積や形状と同一であることが最も好ましいが、指が第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５を設けた領域の両方に同時に接触可能であれば、触覚呈示領域Ａの方が広くてもよいし、第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５を設けた領域の方が広くても良い。ただし、指が第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５のそれぞれに接触する面積は、ともに５０％以上の面積となることが好ましい。
【００４３】
第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５は、図３に示すように、第１ペルチェ素子駆動回路２４と第２ペルチェ素子駆動回路２５にそれぞれが接続され、さらに制御部２０に接続されて互いに独立して温度制御される。第１ペルチェ素子駆動回路２４と第２ペルチェ素子駆動回路２５には、制御部２０から制御信号がそれぞれ与えられ、この制御信号に基づいた駆動信号が、第１ペルチェ素子駆動回路２４から第１ペルチェ素子１４へ与えられ、同時にまたは別々のタイミングで、第２ペルチェ素子駆動回路２５から第２ペルチェ素子１５へ与えられ、これらの駆動信号にしたがって、第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５がそれぞれ駆動する。例えば、第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５の一方の表面に触れた指には温かい温度を感じさせ、他方の表面に触れた指には冷たい温度を感じさせるような温冷情報をそれぞれのペルチェ素子で呈示させることができる。また、第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５のいずれにおいても、その表面に触れた指に温かい温度を感じさせ、またはいずれにおいても、その表面に冷たい温度を感じさせ、さらには、第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５のそれぞれの表面の温度が互いに異なるようにすることもできる。
【００４４】
第１ペルチェ素子１４の表面１４ａ及び第２ペルチェ素子１５の表面１５ａは、操作体としての指が接触可能な接触部を構成する。
【００４５】
制御部２０は、振動情報を呈示させるために振動素子１２へ制御信号を与え、また、温冷情報を呈示させるために第１ペルチェ素子１４及び第２ペルチェ素子１５に対して制御信号を与え、これらの結果、温冷情報と振動情報とを含む触覚が第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５を通じて指に対して呈示される。
【００４６】
第１温度センサ１６及び第２温度センサ１７は、第２温度検知部として、第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５の表面温度をそれぞれ測定する。第１温度センサ１６は、第１ペルチェ素子１４の表面１４ａの全体を覆うように、一対の電極を印刷することなどで形成される。同様に、第２温度センサ１７も、第２ペルチェ素子１５の表面１５ａの全体を覆うように、一対の電極を印刷することなどで形成される。第１温度センサ１６及び第２温度センサ１７は、それぞれ、第１ペルチェ素子１４及び第２ペルチェ素子１５のＺ方向の厚みに対して十分に薄く形成されているため、第１ペルチェ素子１４及び第２ペルチェ素子１５の表面温度がほぼそのまま伝達される。また、第１ペルチェ素子１４及び第２ペルチェ素子１５の表面全体を一様に覆うように形成されているため、操作者に違和感を与えることがない。第１温度センサ１６と第２温度センサ１７による検知結果は、制御部２０に出力される。
【００４７】
温度検知素子１８は、温度を検知するプローブ１８ａを先端に有するサーミスタであり、図２に示すように、平面視において第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５の間に配置される。また、温度検知素子１８は、図１に示すように、伝導部材１３から上側へ延び、先端部に位置するプローブ１８ａは、Ｚ方向において、第１温度センサ１６及び第２温度センサ１７の表面と同じ高さ位置に配置される。ここで、第１温度センサ１６及び第２温度センサ１７の厚みは十分に小さいため、プローブ１８ａの高さは、第１ペルチェ素子１４の表面１４ａ及び第２ペルチェ素子１５の表面１５ａと同じ位置であると言える。これにより、操作者に違和感を与えることなく、第１ペルチェ素子１４や第２ペルチェ素子１５に接触する指を温度検知素子１８にも接触させることが可能となり、第１温度検知部として、接触した指の温度を検知することができる。なお、第１ペルチェ素子１４及び第２ペルチェ素子１５の表面と同じ高さにあればプローブ１８ａの形状や数は任意に設定できる。
【００４８】
図２に示すように、温度検知素子１８は、第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５のいずれに対しても一定の距離ｄをおいて配置されている。この距離ｄは、温度検知素子１８に接触した指の温度の検知の際に、第１ペルチェ素子１４や第２ペルチェ素子１５が呈示した温冷情報の影響を受けにくくなるような距離とする。さらに、となりのペルチェ素子からの影響をさらに受けにくくするために、温度検知素子１８と第１ペルチェ素子１４との間、及び、第温度検知素子１８と２ペルチェ素子１５との間に断熱材をそれぞれ配置することが好ましい。
【００４９】
ここで、第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５に接触することによる温冷刺激前の指の皮膚温度（順応温度）は、温感と冷感の感じやすさ（閾値）に影響を与える。ここで、順応温度とは、温感を呈示したいときは、ペルチェ素子に接触した指先の温度が高い方が温感を感じやすくなり、冷感を呈示したいときは、ペルチェ素子に接触した指先の温度が低い方が冷感を感じやすくなる温度のことである。別言すれば、指は、順応温度が高いほど温刺激を感じやすくなり、また、順応温度が低いほど冷刺激を感じやすくなる。したがって、温度検知素子１８により指の皮膚温度を正確に把握し、その結果を元に、２つのペルチェ素子１４、１５をそれぞれ駆動させ皮膚温度を上昇させる、もしくは下降させることで、小さな温度変化で温冷刺激を明瞭に呈示できる。例えば、温感を呈示したい場合、指先温度が３２°Ｃであれば、２°Ｃ高い３４°Ｃにすると「温かい」と感じ、また、指先温度が３５°Ｃであるときは、１°Ｃ高い３６°Ｃにするだけで「温かい」と感じる。一方、冷感を呈示したい場合、指先温度が３２°Ｃであれば、１°Ｃ低い３１°Ｃにすると「冷たい」と感じ、また、指先温度が２９°Ｃの場合、０．５°Ｃ低い２８．５°Ｃにするだけで「冷たい」と感じる。
【００５０】
また、ペルチェ素子は１つであってもよい。この場合、第１温度検知部としての温度検知素子は、触覚呈示領域内であってペルチェ素子の近傍に配置され、第２温度検知部としての温度センサはペルチェ素子の表面に配置される。
【００５１】
また、ペルチェ素子は３つ以上設けても良く、例えばマトリックス状に配置してそれぞれの温度を制御することによって、所望の温度勾配を持った温冷情報の呈示が可能となる。このような構成において、温度検知素子は、隣り合う２つのペルチェ素子の間にそれぞれ配置してもよいし、３つ以上のペルチェ素子に囲まれた領域に配置してもよい。
【００５２】
次に触覚呈示装置１０の操作と触覚呈示の例について説明する。  制御部２０は、触覚制御信号として、第１ペルチェ素子１４及び第２ペルチェ素子１５に温冷情報を呈示させるための温冷制御信号と、振動素子１２に振動情報を呈示させるための振動制御信号とを生成する。
【００５３】
制御部２０が生成する温冷制御信号は、第１温度センサ１６、第２温度センサ１７、及び、温度検知素子１８による検知結果に基づいて生成される。第１ペルチェ素子１４については、第１温度センサ１６と温度検知素子１８による検知結果に基づいて温冷制御信号が生成され、第２ペルチェ素子１５については、第２温度センサ１７と温度検知素子１８による検知結果に基づいて温冷制御信号が生成される。例えば、第１ペルチェ素子１４について言えば、まず、温度検知素子１８が検知した指の温度に基づいて、呈示しようとする温冷情報に対応する目標温度を設定する。例えば、指に対して＋３度分の温感情報を与える場合には、検知した指の温度に３度を加えた温度を目標温度とする。次に、第１温度センサ１６が検知した第１ペルチェ素子１４の表面温度と前記目標温度との差に基づいて、温冷制御信号が生成される。例えば、目標温度が４０度であり、第１ペルチェ素子１４の表面温度が３６度であった場合には、温度を４度上昇させるように第１ペルチェ素子１４を駆動させるための温冷制御信号が生成される。このような制御は第２ペルチェ素子１５においても同様である。このように温冷制御を実行するため、精度よく、かつ、短時間で目標温度へ到達させることが可能となることから、よりリアルな温冷情報呈示が可能となり、ひいてはより細かな触覚を呈示することが可能となる。
【００５４】
ここで、制御部２０は、一方のペルチェ素子のみに温冷制御信号を与えても良いし、両方のペルチェ素子に温冷制御信号を与えても良い。
【００５５】
制御部２０は、指が接触していない状態においても、第１温度センサ１６と第２温度センサ１７によって温度をそれぞれモニターし、これらによる検知結果に基づいて、第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５に対して駆動信号を与え、これによって、第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５の表面温度が予め定めた温度範囲に維持されるように制御する。このような予備加熱を行うことによって、指が接触したときに迅速に第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５の表面温度を目標温度へ変動させることが可能となり、温冷情報の呈示速度を高めることが可能となる。
【００５６】
温冷制御信号は第１ペルチェ素子１４及び第２ペルチェ素子１５にそれぞれ与えられ、第１ペルチェ素子１４の表面１４ａと第２ペルチェ素子１５の表面１５ａにおいて、熱量が変化し、これによって、指で感じる温度が上下する。第１ペルチェ素子１４における温冷情報の呈示と、第２ペルチェ素子１５における温冷情報の呈示とは、互いに独立して制御され、両者は同時に行われても良いし、別々に行われても良い。第１ペルチェ素子１４及び第２ペルチェ素子１５の一方に触れた指に温かい温度を感じさせ、他方に冷たい温度を感じさせてもよいし、両方に同じ温度感覚を与えても良い。第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５で温冷の異なる温冷情報を呈示できるため、全体として熱応答速度を高めることが可能となり、温冷情報の呈示スピードを速くすることができる。
【００５７】
例えば、第１ペルチェ素子１４の表面１４ａを高温に設定すると、熱量は、第１ペルチェ素子１４の振動素子１２と接する裏面から前記表面に向けて移動する。第２ペルチェ素子１５において、表面１５ａを低温に設定すると、第２ペルチェ素子１５では、表面１５ａから裏面に熱量が移動する。このとき、第２ペルチェ素子１５の裏面から、振動素子１２の金属ケースに熱量が移動し、金属ケースから第１ペルチェ素子１４の裏面へ熱量が移動するため、第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５とで表面の温度差を設定しやすくなる。このように、第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５とで、一方の表面を高温（温側）に、他方の表面を低温（冷側）に設定することで、表面の温度の変化を迅速にでき、指で感じる温度を変化の応答速度を上げることが可能である。
【００５８】
一方、振動制御信号は振動素子１２に与えられ、この信号にしたがって振動素子１２で振動が発生し、この振動は第１ペルチェ素子１４を経て、また、第２ペルチェ素子１５を経て指に与えられる。第１ペルチェ素子１４及び第２ペルチェ素子１５における温冷情報の呈示と、振動素子１２における振動情報の呈示とは、同時に行われても良いし、別々に行われても良い。
【００５９】
また、図３に例示するように、インターフェースＩ／Ｆを介して制御部２０を外部のアプリケーションや計測側システムに接続することができる。上記アプリケーションや計測側システムに接続した状態おいても、第１温度センサ１６、第２温度センサ１７、及び、温度検知素子１８の検知結果に応じて、第１ペルチェ素子１４と第２ペルチェ素子１５における温冷情報や振動素子１２における振動情報を変化させることができる。
【００６０】
上記実施形態においては第１温度センサ１６と第２温度センサ１７を設けたが、これらを設けない構成も可能である。この構成では、プローブ１８ａと、第１ペルチェ素子１４の表面１４ａと第２ペルチェ素子１５の表面１５ａとの高さ位置を一致させることが好ましい。このような構成においては、制御部２０は、温度検知素子１８による検知結果に基づいて温冷制御信号を生成する。第１ペルチェ素子１４を例に挙げると、温度検知素子１８が検知した指の温度に基づいて、呈示しようとする温冷情報に対応する目標温度を設定する。次に、第１ペルチェ素子１４に対して与えた直近の温冷制御信号に対応する温度と、前記目標温度との差に基づいて、温冷制御信号が生成される。このような制御は第２ペルチェ素子１５においても同様である。このような構成においても、より細かな触覚の呈示が可能である。
【００６１】
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
以上のように、本発明に係る触覚呈示装置は、より細かな触覚呈示を実現することができる点で有用である。
【符号の説明】
【００６３】
１０    触覚呈示装置
１１    基材
１２    振動素子
１３    伝導部材
１４    第１ペルチェ素子
１４ａ  表面（接触部）
１５    第２ペルチェ素子
１５ａ  表面（接触部）
１６    第１温度センサ（第２温度検知部）
１７    第２温度センサ（第２温度検知部）
１８    温度検知素子（第１温度検知部）
１８ａ  プローブ
２０    制御部
２２    振動素子駆動回路
２４    第１ペルチェ素子駆動回路
２５    第１ペルチェ素子駆動回路
本国際出願は２０１６年１１月２８日に出願された日本国特許出願２０１６−２３０４４４号に基づく優先権を主張するものであり、その全内容をここに援用する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2018097195.tif 000007