(57)【要約】【課題】より小型化を可能とし操作性の高い態様で、ディスプレイで提示される情報に関してユーザーの指を力覚で誘導する力覚誘導装置を提供する。【解決手段】本発明の力覚誘導装置１は、振動子３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄを有する表示部３４をダンパー３６を介して支持し表示部３４を当該振動子のインパクト駆動により２次元平面上で相対移動可能とする触覚ディスプレイ３１、所定の情報を表示部３４に提示するよう制御する触覚提示制御部２２、表示部３４におけるユーザーの指位置を示す指位置座標を計測する指位置座標計測部２３、提示された情報に設定されている目標位置座標の誘導完了の有無を管理する目標位置座標管理部２４、指位置座標と目標位置座標とをベクトル差分して力覚誘導ベクトルを求める座標間ベクトル算出部２５、及び力覚誘導ベクトルを基に当該インパクト駆動を行いユーザーの指位置を誘導制御する力覚誘導制御部２６を備える。【選択図】図１
2017033130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイで提示される情報に関してユーザーの指を力覚で誘導する力覚誘導装置であって、
振動子を有する表示部をダンパーを介して支持し、該表示部を前記振動子のインパクト駆動により２次元平面上で相対移動可能とするディスプレイと、
所定の情報を前記表示部に提示するよう制御する情報提示制御手段と、
前記表示部におけるユーザーの指位置を示す指位置座標を計測する指位置座標計測手段と、
提示された情報に設定されている目標位置座標の誘導完了の有無を管理する目標位置座標管理手段と、
前記指位置座標と前記目標位置座標とをベクトル差分して力覚誘導ベクトルを求める座標間ベクトル算出手段と、
前記力覚誘導ベクトルを基に前記振動子を制御して、前記表示部に対するインパクト駆動を行い、前記表示部に対して前記ユーザーの指位置を前記目標位置座標へと力覚で強制的に相対移動させるよう誘導制御する力覚誘導制御手段と、
を備えることを特徴とする力覚誘導装置。
【請求項２】
前記力覚誘導制御手段は、前記インパクト駆動として、当該ユーザーの指と前記表示部又は前記ピンとの間で生じる予め想定された静止摩擦力を超える駆動力で、前記表示部に対し逆誘導方向へ前記第１速度の駆動を行った後、当該静止摩擦力以下の駆動力で、前記表示部を誘導方向へ前記第２速度の駆動を行うよう前記振動子を制御することを特徴とする、請求項１に記載の力覚誘導装置。
【請求項３】
前記ディスプレイは、前記表示部の挿通孔に突出又は非突出の状態を提示可能な複数のピンを配列したピンマトリクスを有し、前記ピンマトリクスと前記表示部とが互いに相対移動可能に構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の力覚誘導装置。
【請求項４】
前記ピンは、弾性変形可能な弾性材料よりなることを特徴とする、請求項３に記載の力覚誘導装置。
【請求項５】
前記ディスプレイは、前記表示部の挿通孔に突出又は非突出の状態を提示可能な複数のピンを配列したピンマトリクスを有し、前記ピンマトリクスと前記表示部とが２次元的相対移動不能に構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の力覚誘導装置。
【請求項６】
前記ディスプレイは、当該表示部の２次元平面に対する法線方向への振動を付与して伝搬可能にする超音波振動子を有し、
前記力覚誘導制御手段は、前記第１速度の駆動時に前記超音波振動子による超音波振動を前記表示部の２次元平面上に伝搬させるよう制御する手段を有することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の力覚誘導装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイで提示される情報に関してユーザーの指を力覚で誘導する力覚誘導装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
視覚障害者等のユーザーに対する情報提示方法として、アクチュエータ等で駆動されるピンを多数配列したピンマトリクスによる触覚ディスプレイにより、点字に加え、図形情報を提示可能とすることが知られている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
【０００３】
ただし、視覚情報である図形情報は視覚障害者等のユーザーにとって触覚のみでの把握が困難であるため、音声ガイドが併せて用いられることが多い。
【０００４】
一方、近年、このような触覚ディスプレイを用いた力覚提示装置に対して、その触覚情報を提示する際にリンク機構を有するマニピュレータを用いてユーザーの指を誘導するよう力覚を提示する力覚誘導システムを構成し、ユーザーに対するより迅速な情報把握を可能にする技法が開示されている（例えば、特許文献２、非特許文献２参照）。
【０００５】
これら特許文献２や非特許文献２に開示される力覚誘導システムでは、触覚情報として提示された図やグラフなどの情報をユーザーが触察する前に、力覚誘導システムがユーザーの指を力覚的に誘導して、情報の構成やグラフの軌跡等を教示することができる。
【０００６】
しかしながら、この力覚誘導システムでは、当該誘導のための力覚の提示にリンク機構を有するマニピュレータを用いているため、そのシステムが高価となることや大型化することが避けられない。さらにマニピュレータと指を固定しなくてはならないため、操作性も悪くなる。
【０００７】
一方、一般的な視覚用のディスプレイに対して力覚を提示する技法として、そのディスプレイの表示面上に設置したパッドやパネルなどをワイヤ等で牽引することで力覚を発生させるものが知られている（例えば、非特許文献３，４参照）。
【０００８】
このようなパッドを用いた技法では、パッドを牽引するためのワイヤがディスプレイ上に存在することになるため、触察時の障害となりうる。また、パネルを牽引する技法ではディスプレイの額縁の幅を大きくしてパネルの可動範囲を確保する必要があり、装置の大型化を避けることができず、その構造上、触覚ディスプレイへの応用が難しい。
【０００９】
ところで、小型なアクチュエータを実現するインパクト駆動機構が知られている（例えば、非特許文献５参照）。非特許文献５に開示されるインパクト駆動機構は、圧電素子等の急激な変形に伴う慣性力及び移動体とシャフト間のスティックスリップ現象を利用して、駆動力を発生させるものである。
【００１０】
また、インパクト駆動機構の他の例として、静電気力を利用した撃力を利用したものもある（例えば、非特許文献６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第４２９４６６８号明細書
【特許文献２】特開２０１４−２６６８号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Fernando Vidal-Verdu and Moustapha Hafez, “Graphical Tactile Displays for Visually-Impaired People", IEEE Trans．On Neural Syst．＆Rehabilitation，Vol．15， No．1（2007）
【非特許文献２】坂井 忠裕、他、“2次元情報の触覚提示における力覚誘導方式と効果”、電子情報通信学会技術研究報告、MVE, マルチメディア・仮想環境基礎 112(474), pp.311-316, 2013年3月4日発行
【非特許文献３】田村理乃、他、“タッチパネルのための力覚インタフェースSPIDAR-tabletとその力覚計算方法の開発”、日本バーチャルリアリティ学会論文誌 16(3), pp.363-366, 2011年9月30日発行
【非特許文献４】則枝真、佐藤誠、“パネル駆動型力覚提示タッチパネルとその力覚制御手法の提案”、情報処理学会インタラクション2012、2012年3月15日発行
【非特許文献５】樋口 俊郎、他、“圧電素子の急速変形を利用したマイクロロボットアーム”、日本ロボット学会誌、Vo1 8， No.4, pp 479-482, 2010年8月25日発行
【非特許文献６】桂井 宏明、他、“DC静電インパクト駆動機構の動作特性”、精密工学会学術講演会講演論文集 2006S(0), 875-876, 2007年1月31日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
触覚ディスプレイにて触覚情報を提示する際に、ユーザーの指を誘導するよう力覚を提示することは、触覚のみでの把握が困難な図形情報等の提示の際に有効である。
【００１４】
しかしながら、上述したように、従来技法では、例えば、特許文献２や非特許文献２に開示されるように構成すると、そのシステムが高価となることや大型化することが避けられない。さらにマニピュレータと指を固定しなくてはならないため、操作性も悪くなる。
【００１５】
また、このような触覚ディスプレイに対して、非特許文献３，４の技法を応用し、マニピュレータの代用としてワイヤ等で牽引することで力覚を発生させるよう構成するとしても、触察時の障害となりうる。また、パネルを牽引する技法ではディスプレイの額縁の幅を大きくしてパネルの可動範囲を確保する必要があり、装置の大型化を避けることができず、その構造上、触覚ディスプレイへの応用が難しい。
【００１６】
また、非特許文献５，６に開示されるように、小型なアクチュエータを実現するインパクト駆動機構が知られているが、このようなインパクト駆動機構により触覚ディスプレイで提示される触覚情報に対してユーザーの指を力覚で誘導するよう構成する技法は知られておらず、確立されていない。
【００１７】
また、触覚ディスプレイに限らず、一般的な視覚用のディスプレイにおいても、このようなインパクト駆動機構によりディスプレイで提示される情報に対してユーザーの指を力覚で誘導するよう構成する技法は知られておらず、確立されていない。
【００１８】
本発明の目的は、上述の問題に鑑みて、より小型化を可能とし操作性の高い態様で、ディスプレイで提示される情報に関してユーザーの指を力覚で誘導する力覚誘導装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の力覚誘導装置は、ディスプレイで提示される情報に関してユーザーの指を力覚で誘導する力覚誘導装置であって、振動子を有する表示部をダンパーを介して支持し、該表示部を前記振動子のインパクト駆動により２次元平面上で相対移動可能とするディスプレイと、所定の情報を前記表示部に提示するよう制御する情報提示制御手段と、前記表示部におけるユーザーの指位置を示す指位置座標を計測する指位置座標計測手段と、提示された情報に設定されている目標位置座標の誘導完了の有無を管理する目標位置座標管理手段と、前記指位置座標と前記目標位置座標とをベクトル差分して力覚誘導ベクトルを求める座標間ベクトル算出手段と、前記力覚誘導ベクトルを基に前記振動子を制御して、前記表示部に対するインパクト駆動を行い、前記表示部に対して前記ユーザーの指位置を前記目標位置座標へと力覚で強制的に相対移動させるよう誘導制御する力覚誘導制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の力覚誘導装置において、前記力覚誘導制御手段は、前記インパクト駆動として、当該ユーザーの指と前記表示部又は前記ピンとの間で生じる予め想定された静止摩擦力を超える駆動力で、前記表示部に対し逆誘導方向へ前記第１速度の駆動を行った後、当該静止摩擦力以下の駆動力で、前記表示部を誘導方向へ前記第２速度の駆動を行うよう前記振動子を制御することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の力覚誘導装置において、前記ディスプレイは、前記表示部の挿通孔に突出又は非突出の状態を提示可能な複数のピンを配列したピンマトリクスを有し、前記ピンマトリクスと前記表示部とが互いに相対移動可能に構成されていることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の力覚誘導装置において、前記ピンは、弾性変形可能な弾性材料よりなることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の力覚誘導装置において、前記ディスプレイは、前記表示部の挿通孔に突出又は非突出の状態を提示可能な複数のピンを配列したピンマトリクスを有し、前記ピンマトリクスと前記表示部とが２次元的相対移動不能に構成されていることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の力覚誘導装置において、前記ディスプレイは、当該表示部の２次元平面に対する法線方向への振動を付与して伝搬可能にする超音波振動子を有し、前記力覚誘導制御手段は、前記第１速度の駆動時に前記超音波振動子による超音波振動を前記表示部の２次元平面上に伝搬させるよう制御する手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ディスプレイで提示される情報に対してユーザーの指を力覚で誘導する力覚誘導装置の小型化、及びその操作性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による第１実施形態の力覚誘導装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明による第１実施形態の力覚誘導装置における力覚提示ユニットの概略構成を示す断面図である。
【図３】（ａ）,（ｂ）,（ｃ）は、それぞれ本発明による第１実施形態の力覚誘導装置における力覚提示ユニットにおけるインパクト駆動機構を設けた力覚誘導式の触覚ディスプレイの概略構成を示す図である。
【図４】本発明による第１実施形態の力覚誘導装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】（ａ）,（ｂ）,（ｃ）は、それぞれ本発明による第１実施形態の力覚誘導装置における触覚情報の提示例を示す図である。
【図６】本発明による第１実施形態の力覚誘導装置における提示した触覚情報に対する力覚による誘導例を示す図である。
【図７】（ａ）,（ｂ）,（ｃ）は、それぞれ本発明による第１実施形態の力覚誘導装置における力覚提示ユニットにおける一実施例のインパクト駆動機構による力覚による誘導時の動作例を示す図である。
【図８】（ａ）,（ｂ）,（ｃ）は、それぞれ本発明による第１実施形態の力覚誘導装置における力覚提示ユニットにおける他の実施例のインパクト駆動機構による力覚による誘導時の動作例を示す図である。
【図９】（ａ）,（ｂ）,（ｃ）は、それぞれ本発明による第２実施形態の力覚誘導装置における力覚提示ユニットにおけるインパクト駆動機構を設けた力覚誘導式の触覚ディスプレイの概略構成を示す図である。
【図１０】（ａ）,（ｂ）,（ｃ）は、それぞれ本発明による第２実施形態の力覚誘導装置における力覚提示ユニットにおける一実施例のインパクト駆動機構による力覚による誘導時の動作例を示す図である。
【図１１】本発明による第３実施形態の力覚誘導装置における力覚提示ユニットの概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して、本発明による各実施形態の力覚誘導装置１を例示して説明する。
【００２８】
〔第１実施形態〕
まず、本発明による第１実施形態の力覚誘導装置１を説明する。図１は、第１実施形態の力覚誘導装置１の概略構成を示す図である。本実施形態の力覚誘導装置１は、制御ユニット２と、力覚提示ユニット３とを備える。
【００２９】
力覚提示ユニット３は、触覚ディスプレイ３１の本体に対して支持体３３を介して指位置検出器３２が支持されて構成されている。触覚ディスプレイ３１の本体は、その上面に表示部３４が設けられ、この表示部３４にピンマトリクス３５が設けられている。このピンマトリクス３５がユーザーの指に対して触覚情報を提示するための表示画面を形成している。
【００３０】
支持体３３は、その一端部が触覚ディスプレイ３１の本体の一側端部に取着され、上方（ｚ軸方向）に延びた後、表示部３４の２次元平面（ｘ，ｙ軸平面）に対して略水平となるように屈曲しており、その他端部には指位置検出器３２が設けられている。図２を参照して後述するが、指位置検出器３２は、１つ又は複数の赤外ＬＥＤ３２１と、ビデオカメラ３２２とを備え、ユーザーの指位置を検出する機器であり、表示部３４上のピンマトリクス３５のほぼ中央部と対向するように配置されている。尚、指位置検出器３２は、ユーザーの指位置を検出可能であれば他の形態でもよく、例えば一般的なタッチパネルに用いられる人体の静電容量方式のタッチ検出に基づいて検出することや、マトリクス状に圧力センサを配列して構成することもできる。
【００３１】
ここで、本発明に係る触覚ディスプレイ３１では、その触覚ディスプレイ３１の本体の上面に設けられる表示部３４の四辺が触覚ディスプレイ３１の本体の額縁（表示部３４を挟む周囲の額縁）に対して伸縮可能なバネやゴム等のダンパー部材３６により支持されている。これにより表示部３４が、触覚ディスプレイ３１の本体に対して、その上面における２次元平面（ｘ，ｙ軸平面）で任意方向に所定量、振動可能（相対移動可能）となっている。
【００３２】
そして、表示部３４の下面側の四辺の各端部に、ｘ軸方向及びｙ軸方向にてそれぞれ一対となる振動子３７ａ，３７ｂと、振動子３７ｃ，３７ｄが配置され、触覚ディスプレイ３１の本体内に設置されている。一対の振動子３７ａ，３７ｂは、表示部３４を触覚ディスプレイ３１の本体（表示部３４を挟む周囲の額縁）に対してｙ軸方向に相対移動可能に振動を与えることが可能であり、一対の振動子３７ｃ，３７ｄは、表示部３４を触覚ディスプレイ３１の本体（表示部３４を挟む周囲の額縁）に対してｘ軸方向に相対移動可能に振動を与えることが可能である。このような振動子３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄは、例えば、圧電素子や、アルプス電気株式会社製フォースリアクタ（登録商標）等の電磁駆動式の振動子とすることができる。
【００３３】
そして、振動子３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄは、詳細に後述するように、本発明に係るインパクト駆動による振動を付与するインパクト駆動機構を構成するものであり、触覚ディスプレイの表示部３４で提示される触覚情報についてユーザーの指を力覚で誘導可能とする。但し、該振動子はインパクト駆動による振動を与えることができればよく、一対ではなく単体で構成してもよい。このように、触覚ディスプレイ３１は、表示部３４、ピン３５２、ピン駆動部３５３（３５３ａ）、及び振動子３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄを備え、表示部３４と触覚ディスプレイ３１の本体（表示部３４を挟む周囲の額縁）は２次元平面上で相対移動可能な構造を有している。そして、以下に説明する制御ユニット２により、振動子３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄによるインパクト駆動で当該表示部３４の相対移動を制御可能とする。
【００３４】
制御ユニット２は、力覚提示ユニット３に対して所定のケーブルを介して接続され、その表示部３４に触覚情報を提示するとともに、ユーザーの指位置を検出し、該指位置を表示部３４における目標座標位置へと力覚で強制的に相対移動させるよう表示部３４を制御する機能部である。尚、制御ユニット２と力覚提示ユニット３とを別個のユニットとして説明するが、制御ユニット２を力覚提示ユニット３内に収容して一体化させてもよい。
【００３５】
制御ユニット２は、触覚提示・力覚誘導データＤＢ２１と、触覚提示制御部２２と、指位置座標計測部２３と、目標位置座標管理部２４と、座標間ベクトル算出部２５と、力覚誘導制御部２６とを備える。
【００３６】
触覚提示・力覚誘導データＤＢ２１は、表示部３４に触覚情報を提示するための触覚提示データ及びユーザーの指位置を力覚で強制的に相対移動させるための該触覚提示データに予め設定される目標位置座標を保持するデータベースである。
【００３７】
触覚提示制御部２２は、操作者（或いはユーザーでもよい）の外部指示に応じて、触覚提示データ・力覚誘導ＤＢ２１から表示部３４に触覚情報を提示するための触覚提示データを取り出し、ピンマトリクス３５による触覚情報を提示するよう制御する。
【００３８】
指位置座標計測部２３は、力覚提示ユニット３に指示して、指位置検出器３２を経てユーザーの指位置を示すｘ，ｙ座標（指位置座標）の情報を検出させて取得し、目標位置座標算出部２４及び座標間ベクトル算出部２５に出力する。
【００３９】
目標位置座標管理部２４は、提示された触覚情報に設定されている目標位置座標の誘導完了の有無を管理し、目標位置座標の情報を座標間ベクトル算出部２５に出力する。
【００４０】
座標間ベクトル算出部２５は、指位置座標計測部２３から得られる指位置座標と、目標位置座標管理部２４から得られる目標位置座標とをベクトル差分して力覚誘導ベクトル（ｘ軸方向、ｙ軸方向へとそれぞれ誘導する向きと大きさの情報）を求め、この力覚誘導ベクトルを力覚誘導制御部２６に出力する。
【００４１】
力覚誘導制御部２６は、座標間ベクトル算出部２５から得られる力覚誘導ベクトルを基に、振動子３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄに対するインパクト駆動の制御情報を生成し、力覚提示ユニット３における触覚ディスプレイ３１の本体部に出力する。
【００４２】
この制御ユニット２をそれぞれコンピュータで機能させることができ、当該コンピュータに、本発明に係る各構成要素を実現させるためのプログラムは、当該コンピュータの内部又は外部に備えられるメモリに記憶される。コンピュータに備えられる中央演算処理装置（ＣＰＵ）などの制御で、各構成要素の機能を実現するための処理内容が記述されたプログラムを、適宜、メモリから読み込んで、制御ユニット２の各構成要素の機能をコンピュータに実現させることができる。ここで、各構成要素の機能をハードウェアの一部で実現してもよい。
【００４３】
図２は、本発明による第１実施形態の力覚誘導装置１における力覚提示ユニット３の概略構成を示す断面図である。指位置検出器３２は、表示部３４上のピンマトリクス３５と対向する面に、ビデオカメラ３２２が設けられ、このビデオカメラ３２２の周辺に１つ又は複数の赤外ＬＥＤ３２１が設けられている（図示する例では、赤外ＬＥＤ３２１を２個示している）。赤外ＬＥＤ３２１は、ピンマトリクス３５による表示画面の全体に赤外光を照射するよう配置され、ビデオカメラ３２２は、ピンマトリクス３５による表示画面の全体を撮影可能に配置されている。
【００４４】
尚、ビデオカメラ３２２には、赤外ＬＥＤ３２１の照射する赤外光の波長を透過し、可視光などの他の波長域をカットするフィルタ（赤外光通過フィルタ）が設けられており、ビデオカメラ３２２は、ピンマトリクス３５の表面などから反射される赤外光を撮影するよう構成されている。
【００４５】
ピンマトリクス３５は、表示部３４にマトリクス状に配列された挿通孔３５１に対して、それぞれ突出／非突出に制御可能なピン３５２がマトリクス状に配列されて構成される。
【００４６】
ピン３５２における突出／非突出の状態は、表示部３４の下面側に配置されるピン駆動部３５３によって駆動され、制御部３１１の制御により、ピンマトリクス３５における適宜のピン３５２の突出／非突出の状態が制御される。また、制御部３１１は、制御ユニット２における触覚提示制御部２２からの触覚情報の提示に関する制御情報を基にピン３５２の突出／非突出の状態を制御する。また、制御部３１１と制御ユニット２とを一体化して力覚提示ユニット３内に収容してもよい。
【００４７】
このように、ピン３５２における突出／非突出の状態の組み合わせで、そのピン３５２の凹凸による触感的に認識可能な文字や図形、画像などの情報を触覚情報として提示することができる。したがって、制御ユニット２における触覚提示制御部２２により、触覚情報をピンマトリクス３５による表示画面に表示可能となる。
【００４８】
そして、ユーザーは、触覚情報が表示されているピンマトリクス３５に指先で触れると、ピン３５１の凹凸を指先で知覚することにより、ピンマトリクス３５に表示された触覚情報を認識（触知）することができる。
【００４９】
また、ユーザーの指先によるタッチ位置を検出可能とするために、ユーザーの指ｆの爪先などの先端部に、識別可能な形状で赤外光を乱反射させるマーカーｆａを取り付けるのが好適である。このようなマーカーｆａは、赤外ＬＥＤ３２１から照射された赤外光をビデオカメラ３２２の方向に反射させることができ、ビデオカメラ３２２の撮像情報の解析により、ピンマトリクス３５による表示画面上でのマーカーｆａの位置をほぼリアルタイムで特定することができる。
【００５０】
尚、赤外ＬＥＤ３２１の点灯制御や、ビデオカメラ３２２の撮像情報の解析は、制御部３１１の制御により行われ、制御部３１１は、ビデオカメラ３２２の撮像情報の解析を経てユーザーの指位置を示すｘ，ｙ座標（指位置座標）の情報を生成する。また、制御部３１１は、制御ユニット２における指位置座標計測部２３からの指示により、指位置座標の情報を指位置座標計測部２３に出力する。
【００５１】
そして、制御部３１１は、制御ユニット２における力覚誘導制御部２６からのインパクト駆動の制御情報を基に、触覚ディスプレイの表示部３４で提示される触覚情報を力覚誘導で補助するために、インパクト駆動による振動を与えるよう振動子３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄを駆動制御する。
【００５２】
次に、図３を参照して、本発明に係る振動子３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄによるインパクト駆動について説明する。図３（ａ）は、力覚誘導式の触覚ディスプレイの概略構成を示す斜視図であり、図３（ｂ）は、その平面図であり、図３（ｃ）は、ピンマトリクス３５を構成する表示部３４上の挿通孔３５１と、突出／非突出の状態が制御可能なピン３５２との相対関係を示す図である。
【００５３】
図３（ａ），（ｂ）に示すように、表示部３４の下面側の四辺の各端部に、ｘ軸方向及びｙ軸方向にてそれぞれ一対となる振動子３７ａ，３７ｂと、振動子３７ｃ，３７ｄが設けられている。そして、一対の振動子３７ａ，３７ｂは、表示部３４を触覚ディスプレイ３１の本体に対してｙ軸方向に相対移動可能に振動（図示Ｖｙ）を与えることが可能であり、一対の振動子３７ｃ，３７ｄは、表示部３４を触覚ディスプレイ３１の本体に対してｘ軸方向に相対移動可能に振動（図示Ｖｘ）を与えることが可能である。前述したように、このような振動子３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄは、例えば、圧電素子や、アルプス電気株式会社製フォースリアクタ（登録商標）等の電磁駆動式の振動子、或いは非特許文献５に示されるような撃力による非対称性を利用したものでもよい。
【００５４】
即ち、詳細に後述するが、インパクト駆動を実現するにあたり、２段階の速度制御で、振動方向によってその加速度を変化（偏加速）させることが可能なものであれば、任意の振動子を利用することができるが、より好適には振動の変位を大きくとれるものが望ましい。そのため、振動の変位を大きくとれる電磁駆動式を用いるのが望ましく、例えば電磁駆動式の振動子にて偏加速を生成するには、入力信号を制御（例えばデューティー比を偏らせる）すればよい。
【００５５】
また、図３（ｃ）に示すように、ピンマトリクス３５を構成する表示部３４上の挿通孔３５の孔径ｄｈは、突出／非突出の状態が制御可能なピン３５２の断面径ｄｐよりもインパクト駆動による表示部３４の振動が可能な程度に大きくし、ピン３５２間のピッチｐは、挿通孔３５の孔径ｄｈよりも大きくする。
【００５６】
このようにピンマトリクス３５を構成し、振動子３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄを表示部３４の四辺の各端部に配置し、ｘ，ｙ軸方向に駆動することで、その組み合わせにより２次元平面内の任意の方向へのインパクト駆動が可能となる。
【００５７】
次に、図４を参照して、本発明による第１実施形態の力覚誘導装置の動作を説明する。図４は、本発明による第１実施形態の力覚誘導装置１の動作を示すフローチャートである。
【００５８】
まず、力覚誘導装置１は、制御ユニット２における触覚提示制御部２２により、操作者等の外部指示に応じて、触覚提示・力覚誘導データＤＢ２１から表示部３４に触覚情報を提示するための触覚提示データを取り出し、ピンマトリクス３５による触覚情報を提示するよう制御する（ステップＳ１）。
【００５９】
例えば、図５（ａ），（ｂ）は、それぞれ表示部３４におけるピンマトリクス３５に触覚情報が提示された状態を斜視図及び平面図で簡易的に示しており、図５（ｃ）は、ピン３５２が表示部３４から突出した状態となり、触覚情報が提示される様子を示している。図５に示すように、触覚提示・力覚誘導データＤＢ２１に格納されている触覚提示データを基に、ピン３５２が表示部３４から突出し、触覚情報が提示される。
【００６０】
続いて、力覚誘導装置１は、制御ユニット２における目標位置座標管理部２４から、ユーザーの指位置を力覚で強制的に相対移動させる目標位置座標を取得する（ステップＳ２）。
【００６１】
続いて、力覚誘導装置１は、制御ユニット２における指位置座標計測部２３により、力覚提示ユニット３に指示して、指位置検出器３２を経てユーザーの指位置を示すｘ，ｙ座標（指位置座標）の情報を検出させ取得する（ステップＳ３）。
【００６２】
続いて、力覚誘導装置１は、制御ユニット２における座標間ベクトル算出部２５により、指位置座標計測部２３から得られる指位置座標と、目標位置座標管理部２４から得られる目標位置座標とをベクトル差分して力覚誘導ベクトルを求める（ステップＳ４）。
【００６３】
ここで、座標間ベクトル算出部２５は、求めた力覚誘導ベクトルの値から指が目標座標に達しているか否かを判別し（ステップＳ５）、指が目標座標に達していない際に（ステップＳ５：Ｎｏ）、力覚誘導装置１は、制御ユニット２における力覚誘導制御部２６により、座標間ベクトル算出部２５から得られる力覚誘導ベクトルを基に、振動子３７ａ,３７ｂ，３７ｃ,３７ｄに対するインパクト駆動の制御情報を生成し、力覚提示ユニット３における触覚ディスプレイ３１の本体部に出力する。
【００６４】
これにより、力覚提示ユニット３では、表示部３４に触覚情報が提示され、ユーザーの指位置を基に表示部３４がインパクト駆動により振動し、ユーザーの指位置を表示部３４上にて力覚で強制的に相対移動させるよう作動する。
【００６５】
指が目標座標に達するまで（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、力覚誘導装置１は、制御ユニット２における力覚誘導制御部２６により、インパクト駆動の制御情報を生成し、力覚提示ユニット３における触覚ディスプレイ３１の本体部に出力する（ステップＳ３乃至ステップＳ６）。
【００６６】
指が目標座標に達すると（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、力覚誘導装置１は、目標位置座標管理部２４から次の目標座標の有無を判別し（ステップＳ７）、次の目標座標が無くなるまで力覚誘導装置１は、制御ユニット２における力覚誘導制御部２６により、インパクト駆動の制御情報を生成し、力覚提示ユニット３における触覚ディスプレイ３１の本体部に出力する（ステップＳ２乃至ステップＳ７）。
【００６７】
例えば、図６に示すように表示部３４におけるピンマトリクス３５に触覚情報が提示されており、ピンマトリクス３５に触覚情報が提示された開始位置Ｏｐから最終位置Ｏｅまでを誘導する際に、力覚誘導装置１は、以下の手順でユーザーの指を誘導する。
（１）第１目標座標（開始位置Ｏｐ）と指位置を順次ベクトル差分して力覚誘導ベクトルｖ０（図示せず）を求め、指を第１目標座標に誘導する。
（２）指が第１目標座標に誘導されると、第２目標座標と指位置を順次ベクトル差分して力覚誘導ベクトルｖ１を求め、指を第２目標座標に誘導する。
（３）指が第２目標座標に誘導されると、第３目標座標と指位置を順次ベクトル差分して力覚誘導ベクトルｖ２を求め、指を第３目標座標に誘導する。
（４）指が第３目標座標に誘導されると、第４目標座標と指位置を順次ベクトル差分して力覚誘導ベクトルｖ３を求め、指を第４目標座標に誘導する。
（５）指が第４目標座標（最終位置Ｏｅ）に誘導され、誘導完了となる。
【００６８】
そして、図７に、本発明に係る一実施例のインパクト駆動機構（振動子３７ａ,３７ｂ，３７ｃ,３７ｄ）による力覚による誘導時の動作例を示している。まず、図７（ａ）には、指が表示部３４上で接触し静止している状態を示しており、この状態から、例えばｘ軸方向に点在する表示部３４から突出したピン３５２‐１，３５２‐２，３５２‐３の順で指を誘導したい場合に、その誘導方向へのインパクト駆動は、ｘ軸方向における一対の振動子３７ｃ,３７ｄを駆動制御する。本発明に係るインパクト駆動は、逆誘導方向への急速駆動（図７（ｂ）参照）と誘導方向への緩速駆動（図７（ｃ）参照）を一組の駆動手順とし、これを繰り返すことで指を誘導する。
【００６９】
より具体的には、図７（ａ）に示す状態から、指と表示部３４との間で生じる予め想定された静止摩擦力を超える駆動力で、表示部３４を逆誘導方向へと急速駆動する（図７（ｂ）参照）。すると、指は、表示部３４上を滑り、表示部３４に対して相対移動する。このとき、指に働く慣性力により、表示部３４の変位に比べ指位置の変位は限りなく小さいものとなる。尚、指と表示部３４との間で生じる静止摩擦力は、指の表示部３４に対する押圧力や表示部３４の材質や形状に依存することから、予め想定される最大静止摩擦力を超える駆動力を表示部３４に対して付与するよう一対の振動子３７ｃ，３７ｄを駆動制御すればよい。
【００７０】
続いて、図７（ｂ）に示す状態から、指と表示部３４との間で生じる静止摩擦力以下の駆動力で、表示部３４を誘導方向へと緩速駆動する（図７（ｃ）参照）。すると、指は、表示部３４上の位置を維持して表示部３４に対して更なる相対移動はしない。結果として、図７（ｃ）のインパクト駆動を経た新たな静止状態は、図７（ａ）に示す静止状態の位置から指を強制的に誘導させた状態となる。
【００７１】
尚、図７に示す例では、指が表示部３４と接触するようピン３５２間のピッチｐが十分に設けられている例を説明したが、指が表示部３４と接触しないピン３５２間のピッチｐで構成する場合には、ピン３５２を弾性変形可能な材料で構成すればよい。特に、ピン３５２を長めに構成し、挿通孔３５１に対してピン３５２が弾性変形するのに十分な空間（遊び）を設けておくのが好適である。
【００７２】
例えば、図８に、本発明に係るピン３５２を弾性変形可能な材料で構成した他の実施例のインパクト駆動機構（振動子３７ａ,３７ｂ，３７ｃ，３７ｄ）による力覚による誘導時の動作例を示している。まず、図８（ａ）には、指が表示部３４上で接触し静止している状態を示しており、この状態から、例えばｘ軸方向に点在する表示部３４から突出したピン３５２‐１，３５２‐２，３５２‐３の順で指を誘導したい場合に、その誘導方向へのインパクト駆動は、ｘ軸方向における一対の振動子３７ｃ，３７ｄを駆動制御する。本例におけるインパクト駆動においても、逆誘導方向への急速駆動（図８（ｂ）参照）と誘導方向への緩速駆動（図８（ｃ）参照）を一組の駆動手順とし、これを繰り返すことで指を誘導する。
【００７３】
より具体的には、図８（ａ）に示す状態から、指とピン３５２との間で生じる予め想定された静止摩擦力を超える駆動力で、表示部３４を逆誘導方向へと急速駆動する（図８（ｂ）参照）。すると、表示部３４のインパクト駆動がピン３５２に伝達されてピン３５２が弾性変形し、指は、ピン３５２‐１上を滑ってピン３５２‐２上に移り、表示部３４に対して相対移動する。このとき、指に働く慣性力により、表示部３４の変位に比べ指位置の変位は限りなく小さいものとなる。尚、指とピン３５２との間で生じる静止摩擦力は、指のピン３５２に対する押圧力やピン３５２の材質や形状に依存することから、予め想定される最大静止摩擦力を超える駆動力を表示部３４に対して付与するよう一対の振動子３７ｃ，３７ｄを駆動制御すればよい。
【００７４】
続いて、図８（ｂ）に示す状態から、指とピン３５２との間で生じる静止摩擦力以下の駆動力で、表示部３４を誘導方向へと緩速駆動する（図７（ｃ）参照）。すると、指は、ピン３５２‐２上の位置を維持して表示部３４に対して更なる相対移動はしない。結果として、図８（ｃ）のインパクト駆動を経た新たな静止状態は、図８（ａ）に示す静止状態の位置から指を強制的に誘導させた状態となる。
【００７５】
ここで、指と表示部３４と接触するようピン３５２間のピッチｐが十分に設けられている際の誘導は容易であり、更にピン３５２を弾性変形可能な材料で構成することで、より容易に指を強制的に誘導させることができる。このため、ピン３５２を弾性変形可能な材料で構成すればピン３５２間のピッチｐが任意の状態で、指を強制的に誘導させることができる。
【００７６】
以上のように構成した第１実施形態の力覚誘導装置１であれば、触覚ディスプレイ３１で提示される触覚情報に対してユーザーの指を力覚で誘導することができ、その小型化、及びその操作性を向上させることができる。
【００７７】
〔第２実施形態〕
次に、本発明による第２実施形態の力覚誘導装置１を説明する。第２実施形態の力覚誘導装置１は、表示部３４の下面に（例えば、その四隅に）、ピエゾ素子を用いた超音波用振動子などの超音波振動子３８がさらに配置されている点を除き、第１実施形態と同様である。図９（ａ）,（ｂ）は、表示部３４の下面の四隅に超音波振動子３８が設けられている様子を示しており、図９（ｃ）は、超音波振動子３８が表示部３４に対してｚ軸方向への振動を与え、表示部３４上に伝搬させる様子を示している。
【００７８】
力覚提示ユニット３の制御部３１１は、制御ユニット２における力覚誘導制御部２６からのインパクト駆動の制御情報を基に、インパクト駆動による振動を与えるよう振動子３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄを駆動制御する際に、その急速駆動と緩速駆動の２段階の駆動のうち、急速駆動の間のみ、超音波振動子３８によるｚ軸方向への振動を与えるよう制御する。
【００７９】
例えば、図１０に、第２実施形態におけるインパクト駆動機構（振動子３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄ）による力覚による誘導時の動作例を示している。まず、図１０（ａ）には、指が表示部３４上で接触し静止している状態を示しており、第１実施形態と同様に、この状態から、例えばｘ軸方向に点在する表示部３４から突出したピン３５２‐１，３５２‐２，３５２‐３の順で指を誘導したい場合に、その誘導方向へのインパクト駆動は、ｘ軸方向における一対の振動子３７ｃ，３７ｄを駆動制御する。本発明に係るインパクト駆動においても、逆誘導方向への急速駆動（図１０（ｂ）参照）と誘導方向への緩速駆動（図１０（ｃ）参照）を一組の駆動手順とし、これを繰り返すことで指を誘導する。
【００８０】
より具体的には、図１０（ａ）に示す状態から、指と表示部３４との間で生じる予め想定された静止摩擦力を超える駆動力で、表示部３４を逆誘導方向へ急速駆動する（図１０（ｂ）参照）。このとき、超音波振動子３８によるｚ軸方向への振動も付与する。すると、指と表示部３４との間で生じる予め想定される静止摩擦力を低下させることができ、指が表示部３４に対して滑りやすくなる。このため、指は、表示部３４上を容易に滑り、表示部３４に対して相対移動する。
【００８１】
続いて、図１０（ｂ）に示す状態から緩速駆動する際には、超音波振動子３８によるｚ軸方向への振動を停止させ、第１実施形態と同様に、指と表示部３４との間で生じる静止摩擦力以下の駆動力で、表示部３４を誘導方向へと緩速駆動する（図１０（ｃ）参照）。すると、指は、表示部３４上の位置を維持して表示部３４に対して更なる相対移動はしない。結果として、図１０（ｃ）のインパクト駆動を経た新たな静止状態は、図１０（ａ）に示す静止状態の位置から指を強制的に誘導させた状態となる。
【００８２】
以上のように構成した第２実施形態の力覚誘導装置１であれば、容易にインパクト駆動による誘導が可能となり、その小型化、及びその操作性を向上させることができる。
【００８３】
〔第３実施形態〕
次に、本発明による第３実施形態の力覚誘導装置１を説明する。第３実施形態の力覚誘導装置１は、図１に示す第１実施形態の概略構成とほぼ同様に構成することができるが、表示部３４をピン駆動部３５３とは独立して振動させるよう構成する代わりに、表示部３４に一体化させて振動させるピン駆動部３５３ａを構成する点で相違する。
【００８４】
図１１は、本発明による第３実施形態の力覚誘導装置１における力覚提示ユニット３の概略構成を示す断面図である。尚、第１実施形態と同様な構成要素には同一の参照番号を付している。即ち、図１１に示すように、ピン３５２における突出／非突出の状態を駆動するピン駆動部３５３ａが、表示部３４の下面側に配置されるとともに、表示部３４と一体化させている。そして、制御部３１１は、制御ユニット２における力覚誘導制御部２６からのインパクト駆動の制御情報を基に、触覚ディスプレイの表示部３４で提示される触覚情報を力覚誘導で補助するために、インパクト駆動による振動を与えるよう振動子３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄを駆動制御する。
【００８５】
すると、表示部３４は、ピン駆動部３５３ａと一体となってインパクト駆動による振動が行われる。このように構成することで、ピンマトリクス３５を構成する表示部３４上の挿通孔３５１は、ピン３５２の突出／非突出の状態が制御可能な程度の孔径でよくなり、且つピン３５２の材質を弾性材料とせずとも誘導することが可能となる。即ち、第３実施形態の場合、ピン３５２の材質や孔径を考慮せずに、インパクト駆動の振幅を定めることができる。
【００８６】
更には、第２実施形態と第３実施形態を組み合わせた実施形態とすることもできる。
【００８７】
以上、特定の実施形態の例を挙げて本発明を説明したが、本発明は前述の実施形態の例に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、上述した例では、主として、触覚ディスプレイを例に説明したが、本発明は、触覚ディスプレイに限らず、一般的な視覚用のディスプレイにも適用することができる。
【００８８】
即ち、上述した例では、触覚ディスプレイ３１として、表示部３４、ピン３５２、ピン駆動部３５３（３５３ａ）、及び振動子３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄ、更に好適例として超音波振動子３８を備え、表示部３４と触覚ディスプレイ３１の本体（表示部３４を挟む周囲の額縁）は２次元平面上で相対移動可能な構造を有しているが、同様に、視覚用のディスプレイにも適用する際には、同一の参照番号を付して説明するに、表示部３４及び振動子３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄ、更に好適例として超音波振動子３８を備え、表示部３４と視覚用のディスプレイの本体（表示部３４を挟む周囲の額縁）は２次元平面上で相対移動可能な構造を有するよう構成することができる。尚、本発明に係るディスプレイは、当該振動子により「２次元平面上で相対移動可能」に構成することに加え、当該超音波振動子を備えるよう構成したときは、「当該２次元平面に対し法線方向に振動伝搬可能」に構成される点に留意する。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明によれば、ディスプレイで提示される情報に対してユーザーの指を力覚で誘導することができ、その小型化、及びその操作性を向上させることができるため、ディスプレイ上での提示情報へ誘導する用途に有用である。
【符号の説明】
【００９０】
１  力覚誘導装置
２  制御ユニット
２１  触覚提示・力覚誘導データＤＢ
２２  触覚提示制御部
２３  指位置座標計測部
２４  目標位置座標管理部
２５  座標間ベクトル算出部
２６  力覚誘導制御部
３  力覚提示ユニット
３１  触覚ディスプレイ
３２  指位置検出器
３３  支持体
３４  表示部
３５  ピンマトリクス
３６  ダンパー部材
３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄ  振動子
３８  超音波振動子
３１１  制御部
３２１  赤外ＬＥＤ
３２２  ビデオカメラ
３５１  挿通孔
３５２  ピン
３５３，３５３ａ  ピン駆動部
【図１】
2017033130.tif 000003
【図２】
2017033130.tif 000004
【図３】
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【図４】
2017033130.tif 000006
【図５】
2017033130.tif 000007
【図６】
2017033130.tif 000008
【図７】
2017033130.tif 000009
【図８】
2017033130.tif 000010
【図９】
2017033130.tif 000011
【図１０】
2017033130.tif 000012
【図１１】
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