(57)【要約】【課題】ユーザーが音響ノイズを聴覚することが抑制された触覚装置、および、それを有する触覚ディスプレイを提供する。【解決手段】生体の皮膚にある触覚受容器を刺激する刺激超音波を発生する触覚部１０と、触覚部から刺激超音波とともに発生される可聴域の音響ノイズに緩和音を重畳する緩和音生成部５０と、を有する。【選択図】図１
2016035646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の皮膚にある触覚受容器（３００）を刺激する刺激超音波を発生する触覚部（１０）と、
前記触覚部から前記刺激超音波とともに発生される可聴域の音響ノイズに緩和音を重畳する緩和音生成部（５０）と、を有することを特徴とする触覚装置。
【請求項２】
前記緩和音生成部は、前記音響ノイズと前記緩和音によって和音が形成されるように、前記緩和音の周波数を決定していることを特徴とする請求項１に記載の触覚装置。
【請求項３】
前記音響ノイズに前記緩和音が重畳されてなる合成音がユーザーによって聴覚されることを抑制するサイレンサー（６０）を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の触覚装置。
【請求項４】
前記サイレンサーは、前記触覚部および前記緩和音生成部それぞれよりも前記ユーザーの着座位置若しくは立ち位置側に位置していることを特徴とする請求項３に記載の触覚装置。
【請求項５】
前記触覚部は、複数の超音波素子（３１）と、前記刺激超音波を前記超音波素子から発生させる制御部（４０）と、を有し、
複数の前記超音波素子の一部によって前記刺激超音波を発生する第１素子群と、残りの前記超音波素子によって前記緩和音を発生する第２素子群と、が構成されており、
前記緩和音生成部は前記第２素子群を構成する前記超音波素子を含むことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の触覚装置。
【請求項６】
前記制御部は前記第１素子群を構成する前記超音波素子に前記刺激超音波を発生するための第１制御信号を出力するとともに、前記第２素子群を構成する前記超音波素子に前記緩和音を発生するための第２制御信号を出力しており、
前記緩和音生成部は前記第２素子群と前記制御部から構成されていることを特徴とする請求項５に記載の触覚装置。
【請求項７】
前記制御部は、発振タイミングが決定された位相制御信号を前記第１素子群に出力することで、触覚提供位置（Ａ）に前記第１素子群を構成する複数の前記超音波素子から発せられる前記刺激超音波の位相が高めあう集中点を形成し、前記触覚提供位置に前記生体が位置した時に前記触覚受容器を刺激して、前記生体に触覚を提供しており、
前記制御部は、前記触覚提供位置が変動する度に、その変動に応じて前記位相制御信号を出力する前記超音波素子を変動しており、前記第１素子群を構成する複数の前記超音波素子と前記第２素子群を構成する複数の前記超音波素子とは前記触覚提供位置が変動する度に変動することを特徴とする請求項６に記載の触覚装置。
【請求項８】
請求項１〜７いずれか１項に記載の触覚装置（１００）と、
画像を中空に表示するディスプレイ（１１０）と、
前記ディスプレイによって中空に表示された前記画像の表示領域に生体が位置したか否かを判定する判定部（１２０）と、を有し、
前記触覚装置は前記画像の表示領域に、前記画像に応じた前記刺激超音波を出力することを特徴とする触覚ディスプレイ。
【請求項９】
前記触覚装置は、前記判定部によって前記画像の表示領域に生体が位置したことが判定された場合に、前記刺激超音波とともに前記緩和音を発生することを特徴とする請求項８に記載の触覚ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体の皮膚にある触覚受容器を刺激する刺激超音波を発生する触覚部を備える触覚装置、および、それを有する触覚ディスプレイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されるように、皮膚表面に空気を介して超音波を照射し、皮膚の触覚受容器を刺激することによって触感を人工的に生成する触覚装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２９８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したように特許文献１に示される触覚装置では、超音波によって触感を人工的に生成している。このように触感を得るために超音波を発生させると、それに伴って可聴域の音響ノイズが生成される。したがって触感のみをユーザーに提供したいにも拘らず、音響ノイズをユーザーが聴覚する虞ある。
【０００５】
そこで本発明は上記問題点に鑑み、ユーザーが音響ノイズを聴覚することが抑制された触覚装置、および、それを有する触覚ディスプレイ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】
【０００６】
上記した目的を達成するための第１発明は、生体の皮膚にある触覚受容器（３００）を刺激する刺激超音波を発生する触覚部（１０）と、触覚部から刺激超音波とともに発生される可聴域の音響ノイズに緩和音を重畳する緩和音生成部（５０）と、を有することを特徴とする。
【０００７】
これによればユーザーに触覚を提供する際に生じる音響ノイズをユーザーが聴覚することが抑制される。
【０００８】
なお、特許請求の範囲に記載の請求項、および、課題を解決するための手段それぞれに記載の要素に括弧付きで符号をつけている。この括弧付きの符号は実施形態に記載の各構成要素との対応関係を簡易的に示すためのものであり、実施形態に記載の要素そのものを必ずしも示しているわけではない。括弧付きの符号の記載は、いたずらに特許請求の範囲を狭めるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】触覚ディスプレイを示す模式図である。
【図２】触覚部の概略構成を示す上面図である。
【図３】超音波素子と触覚提供位置Ａを説明するための断面図である。
【図４】触覚受容器を説明するための断面斜視図である。
【図５】触覚受容器の反応と周波数の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を車両のディスプレイに適用した場合の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１〜図５に基づいて、本実施形態に係る触覚ディスプレイ２００を説明する。この触覚ディスプレイ２００は車両に設けられるものであり、図１に示すように車両のシートに着座したユーザーによって操作される。触覚ディスプレイ２００は、触覚装置１００と、ディスプレイ１１０と、判定部１２０と、を有する。触覚装置１００は刺激超音波をユーザーに印加することで触感をユーザーに与えるものであり、ディスプレイ１１０は画像を中空に表示するものである。判定部１２０は画像の表示領域に例えばユーザーの指などが位置したか否かを判定するものである。図示しないが表示領域におけるユーザーの指の有無を判定する静電センサがディスプレイに埋め込まれており、この静電センサの検出信号に基づいて判定部１２０は表示領域にユーザーの指が位置するか否かを判定する。判定部１２０は表示領域にユーザーの指が位置したか否かの判定信号を触覚装置１００へ出力する。触覚装置１００は判定部１２０の判定信号に応じて刺激超音波を発生する。すなわち触覚装置１００は表示領域にユーザーの指が位置する旨の含まれた判定信号を受信した場合、画像に応じた刺激超音波を発生する。こうすることで画像に応じた触感をユーザーに与える。これとは反対に、触覚装置１００は表示領域にユーザーの指が位置しない旨の含まれた判定信号を受信した場合、刺激超音波を発生しない。
【００１１】
図１に示すように触覚装置１００は、触覚部１０、緩和音生成部５０、および、サイレンサー６０を有する。触覚部１０から上記した刺激超音波が生成されるが、刺激超音波が発生されるとそれに伴って可聴域の音響ノイズが生成される。緩和音生成部５０はこの音響ノイズに緩和音を重畳することで、音響ノイズそのものがユーザーによって聴覚されることを抑制する。そしてサイレンサー６０は音響ノイズに緩和音が重畳されてなる合成音がユーザーによって聴覚されることを抑制する。
【００１２】
図２および図３に示すように触覚部１０は、基板２０、超音波素子群３０、および、制御部４０を有する。基板２０の一面２０ａに複数の超音波素子３１が設けられ、これら複数の超音波素子３１によって超音波素子群３０が構成されている。超音波素子群３０を構成する複数の超音波素子３１それぞれは、制御部４０によって駆動制御される。図３に曲線で示すように、複数の超音波素子３１それぞれから超音波が発振されるが、超音波は山と谷とを有するので、各超音波素子３１から出力された超音波は互いに強めあったり、弱めあったりする。超音波が互いに強めあう位置や、互いに弱めあう位置は、各超音波素子３１から出力される超音波の出力タイミングによって決定される。図３は、一面２０ａの上方の触覚提供位置Ａにおいて特に超音波が強めあうように、超音波素子３１の超音波の出力タイミングが制御部４０によって調整されている状態を示している。
【００１３】
基板２０は、絶縁性を有するものであり、本実施形態では平板形状となっている。基板２０の一面２０ａは、互いに直交の関係にあるｘ方向とｙ方向とによって規定されるｘ−ｙ平面に沿っており、この一面２０ａに超音波素子３１が形成されている。これにより、超音波は一面２０ａから離れる方向に発振される。
【００１４】
超音波素子３１は、圧電素子３２、および、所定の周波数に設定された共振器３３（音響整合層）から成る。圧電素子３２に後述する位相制御信号のパルスが断続的に入力されることで圧電素子３２が振動し、共振器３３から超音波が発せられる。図１に示すように複数の超音波素子３１は、一面２０ａ上にアレイ状に配置されている。この一面２０ａに形成された全ての超音波素子３１によって超音波素子群３０が構成されている。１つの触覚提供位置（例えば、図２および図３に示す触覚提供位置Ａ）に形成される集中点は、超音波素子群３０を構成する全ての超音波素子３１によって形成される。本実施形態では複数の超音波素子３１から出力される超音波の強度が同一になっている。
【００１５】
超音波素子３１は、図４に示す生体（人間）の皮膚にある触覚受容器３００を刺激する刺激超音波を発振する。人間の皮膚は表層から内側に向かって、表皮、真皮、皮下組織がある。触覚受容器３００として、真皮に位置するメルケル細胞３０１とマイスナー小体３０２、および、皮下組織に位置するパチニ小体３０３がある。図５に実線、破線、一点鎖線で示すように、これら受容器３０１〜３０３それぞれは、超音波の周波数に応じて反応する量が異なる。図５に一点鎖線で示すようにメルケル細胞３０１は、どのような周波数でもほぼ一定の反応を示す。しかしながら図５に破線で示すように、マイスナー小体３０２はおよそ５０Ｈｚで最も大きく反応する。そして図５に実線で示すように、パチニ小体３０３はおよそ１００Ｈｚで最も大きく反応する。本実施形態では刺激超音波の周波数として、１００Ｈｚと２００Ｈｚを採用しており、主としてパチニ小体３０３を刺激することで生体に触覚を提供する。
【００１６】
制御部４０は、上記した刺激超音波を複数の超音波素子３１それぞれから発生させるものである。制御部４０は、複数の超音波素子３１それぞれの発振タイミングが決定された位相制御信号を複数の超音波素子３１それぞれに出力する。位相制御信号はパルス信号であり、複数の超音波素子３１それぞれに入力されるパルス信号の立ち上がりエッジは、触覚提供位置に応じて決定される。これら立ち上がりエッジの調整されたパルス信号を各超音波素子３１に入力することで、触覚提供位置に複数の超音波素子３１から発せられる超音波の位相が高めあう集中点を形成する。これにより触覚提供位置に生体が位置した時に受容器３０１〜３０３が刺激され、生体に触覚が提供される。なお、制御部４０は判定部１２０と電気的に接続されている。制御部４０は判定部１２０からの判定信号に基づいて、位相制御信号を出力するタイミングを調整する。すなわち制御部４０は、表示領域にユーザーの指が位置する旨の含まれた判定信号を受信した場合、画像に応じた触覚提供位置に集中点が形成されるように位相制御信号を複数の超音波素子３１に出力する。これとは反対に表示領域にユーザーの指が位置しない旨の含まれた判定信号を受信した場合、制御部４０は位相制御信号を超音波素子３１に出力せず、刺激超音波を発生させない。これにより表示領域にユーザーの指が位置している時のみ触覚部１０から刺激超音波が出力される。
【００１７】
上記したように緩和音生成部５０は音響ノイズに緩和音を重畳することで、音響ノイズそのものがユーザーによって聴覚されることを抑制するものである。本実施形態に係る緩和音生成部５０は車両に設けられるスピーカーである。このスピーカーの少なくとも１つを活用することで、音響ノイズとともに緩和音をユーザーに伝達する。本実施形態では緩和音として、音響ノイズに緩和音を重畳することで形成される合成音が和音となるように、緩和音の周波数を決定している。上記したように刺激超音波の周波数として１００Ｈｚと２００Ｈｚを採用しており、音響ノイズの周波数は概略的に決定されている。したがっておよそ１００Ｈｚと２００Ｈｚの音響ノイズに可聴域の緩和音を重畳することで和音を形成することができる。例えば音響ノイズがドの音を出す場合、緩和音としてソとミの音をだして和音を形成する。このように刺激超音波の周波数に基づくことで緩和音の周波数が決定される。なお、可聴域はおよそ２０Ｈｚから２００００Ｈｚである。
【００１８】
上記したようにサイレンサー６０は合成音がユーザーによって聴覚されることを抑制するものである。サイレンサー６０は具体的にはアクティブサイレンサーであり、合成音を検知し、その検知した合成音とは逆位相の音を生成して出力する。こうすることで合成音を消音し、合成音がユーザーによって聴覚されることを抑制する。図１にサイレンサー６０の位置を概略的に示すように、サイレンサー６０は触覚部１０および緩和音生成部５０それぞれよりもユーザーの着座位置側に位置している。したがって合成音がユーザーの耳に到達される前にサイレンサー６０によって合成音が消音される。人間は２つの耳を有するので、この２つの耳に到達する合成音を消音するために、サイレンサー６０はユーザーの着座位置の両サイドに設けられる。
【００１９】
次に本実施形態に係る触覚装置１００と触覚ディスプレイ２００の作用効果を説明する。上記したように音響ノイズに緩和音を重畳することで、音響ノイズそのものがユーザーによって聴覚されることが緩和音生成部５０によって抑制される。これによればユーザーに触覚を提供する際に生じる音響ノイズをユーザーが聴覚することが抑制される。
【００２０】
音響ノイズに緩和音が重畳されてなる合成音を和音とする。これによればユーザーが触覚を得る際に音響ノイズではなく和音を聴覚することとなる。したがってユーザーが音響ノイズを聴覚することが抑制される。
【００２１】
合成音がユーザーによって聴覚されることがサイレンサー６０によって抑制されている。これによればユーザーに触覚を提供する際に生じる音響ノイズだけではなく合成音をユーザーが聴覚することが抑制される。
【００２２】
サイレンサー６０は、触覚部１０および緩和音生成部５０それぞれよりもユーザーの着座位置側に位置している。これによればサイレンサーが触覚部と緩和音生成部よりもユーザーから遠い構成と比べて、ユーザーが合成音を聴覚することが抑制される。
【００２３】
触覚部１０は表示領域にユーザーの指が位置している時のみ激超音波を出力する。これによれば画像が表示されている間、常時刺激超音波が出力される構成と比べて、ユーザーが音響ノイズを聴覚することが抑制される。
【００２４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００２５】
本実施形態では触覚ディスプレイ２００は車両に設けられる例を示した。しかしながら触覚ディスプレイ２００の適用としては上記例に限定されない。例えば、ゲーム、携帯電話、３Ｄテレビ、インターネットショッピングなどに適用することができる。いずれに適用した場合においても、ディスプレイ１１０によって中空に画像表示されたスイッチなどを人間が触れた際、その画像を触れている触覚を人間に提供することができる。
【００２６】
本実施形態ではディスプレイに埋め込まれた静電センサによって表示領域におけるユーザーの指などの有無を判定する例を示した。しかしながら表示領域にユーザーの指が位置するか否かを判定する素子としては上記例に限定されず、例えばカメラを採用することもできる。
【００２７】
本実施形態では触覚装置１００は表示領域にユーザーの指が位置する旨の含まれた判定信号を受信した場合に刺激超音波を発生する例を示した。しかしながら触覚装置１００はディスプレイ１１０によって中空に画像が表示された際、その表示領域にユーザーの指が位置するか否かに依らずに刺激超音波を出力してもよい。
【００２８】
本実施形態に係る触覚装置１００はサイレンサー６０を有する例を示した。しかしながら触覚装置１００はサイレンサー６０を有していなくともよい。
【００２９】
本実施形態では超音波素子３１が、圧電素子３２、および、共振器３３から成る例を示した。しかしながら超音波素子３１としては上記例に限定されず、超音波を発振することができるものであれば適宜採用することができる。
【００３０】
本実施形態では複数の超音波素子３１がアレイ状に配置された例を示した。しかしながら複数の超音波素子３１の配置としては上記例に限定されない。図示しないが、例えば複数の超音波素子３１が同心円状に配置された構成を採用することができる。
【００３１】
本実施形態では一面２０ａに形成された全ての超音波素子３１によって超音波素子群３０が構成された例を示した。しかしながら一面２０ａに形成された一部の超音波素子３１によって超音波素子群３０が形成された構成を採用することもできる。若しくは複数の基板２０を用意し、各基板２０に１つの超音波素子群３０が形成された構成を採用することもできる。この場合、複数の超音波素子群３０の触覚提供位置それぞれは異なる。
【００３２】
なお、上記したように一面２０ａに形成された一部の超音波素子３１によって超音波素子群３０が構成され、これら複数の超音波素子３１から刺激超音波が出力される場合、残りの超音波素子３１から緩和音を出力してもよい。そして触覚提供位置の変動に応じて超音波素子群３０を構成する超音波素子３１を変動し、それに伴って緩和音を出力する超音波素子３１を変動してもよい。これによれば緩和音を生成するための素子を超音波素子とは異なる素子によって生成する構成と比べて、部品点数の増大が抑制される。また音響ノイズと緩和音が複数の超音波素子３１から出力されるので、音響ノイズと緩和音とが異なる場所から出力される構成とは異なり、ユーザーの位置に応じて緩和音の出力場所を考慮しなくとも良くなる。また刺激超音波を出力する超音波素子と緩和音を出力する超音波素子が固定された構成とは異なり、触覚提供位置の変動に応じて刺激超音波を出力する超音波素子３１の配置位置が変動する。そのために多くの触覚提供位置を提供することができる。なお、緩和音は制御部４０から超音波素子３１に制御信号が出力されることで生成される。したがってこの変形例の場合、緩和音生成部５０は超音波素子３１と制御部４０によって構成される。刺激超音波を出力する複数の超音波素子によって構成される超音波素子群３０が特許請求の範囲に記載の第１素子群、緩和音を出力する複数の超音波素子によって構成される群が特許請求の範囲に記載の第２素子群に相当する。そして位相制御信号が特許請求の範囲に記載の第１制御信号、緩和音を出力する超音波素子３１に入力される制御信号が特許請求の範囲に記載の第２制御信号に相当する。
【００３３】
本実施形態では複数の超音波素子３１から出力される超音波の強度が同一になっている例を示した。しかしながら、複数の超音波素子３１から出力される超音波の強度は異なっていても良い。
【００３４】
本実施形態では超音波素子３１から出力される刺激超音波の周波数が、１００Ｈｚ，２００Ｈｚである例を示した。しかしながら刺激超音波の周波数としては上記例に限定されない。例えばマイスナー小体３０２を刺激するべく、５０Ｈｚや７５Ｈｚを採用することもできる。
【００３５】
本実施形態に係る緩和音生成部５０は車両に設けられるスピーカーである例を示した。しかしながら緩和音生成部５０としては上記例に限定されず、車両にあらかじめ設けられたスピーカーとは別のスピーカーであってもよい。そして上記したように複数の超音波素子３１の一部が緩和音を生成してもよい。
【００３６】
本実施形態ではユーザーが着座状態で触覚ディスプレイ２００を操作する例を示した。しかしながらユーザーが立ちながら触覚ディスプレイ２００を操作してもよい。この場合サイレンサー６０は、触覚部１０および緩和音生成部５０それぞれよりもユーザーの立ち位置側に位置する。
【００３７】
本実施形態ではサイレンサー６０がユーザーの着座位置の両サイドに設けられる例を示した。しかしながらサイレンサー６０をユーザーの両サイドに設けなくともよい。例えば音響ノイズがユーザーの左方向、若しくは、右方向に指向性をもって出力される場合、その音響ノイズの出力方向に応じてサイレンサー６０をユーザーの両サイドの一方に設けてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１０…触覚部
５０…緩和音生成部
１００…触覚装置
３００…触覚受容器
【図１】
2016035646.tif 000003
【図２】
2016035646.tif 000004
【図３】
2016035646.tif 000005
【図４】
2016035646.tif 000006
【図５】
2016035646.tif 000007