(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信者と通信相手との間で、力覚を相互に伝達することのできる力覚通信端末装置であって、
掌によって把握できる筐体部分を有し、
筐体を把握した際の指を添える位置で通信者の指の押す力を測定し、この力の大きさを電圧として出力する応力測定手段と、
この電圧を通信相手の端末装置に送信する送信手段と、
通信相手の端末装置から送られてきた電圧を受信する受信手段と、
受信した電圧の大きさに比例した力を前記応力測定手段と同じ位置で通信者の指に呈示する力覚呈示手段とを備え、
前記応力測定手段は、
軸を中心に回転可能に取り付けられた第２のアームと、
ユーザの指によって押されて第２のアームに取り付けられた軸を中心にして回転するように配置された第１のアームと、
前記第１のアームと前記第２のアームとの間にあり、ユーザの指がこの第１のアームに対して加えた力の大きさに応じて反力を発生するスプリングと、
前記第１のアームの回転角を電圧に変換して出力する角度センサとで構成され、
ユーザの指の押す力が大きくなると、出力電圧が大きくなる特性としたものであり、
前記力覚呈示手段は、
入力電圧の大きさに応じた回転力を発生する電動機と、
この電動機の回転軸に取り付けられた偏心カムと、
この偏心カムが回転したときに前記第２のアームを回転させ、前記第１のアームに反力を与える力覚発生部とで構成され、
入力電圧が大きくなると、ユーザの指に呈示される力が大きくなる特性としたものであることを特徴とする力覚通信端末装置。
【請求項２】
前記第１のアームは、筐体を把握した際の小指を添える位置に配置され、
ユーザの小指の押す力によって回転するものであることを特徴とする請求項１記載の力覚通信端末装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信端末装置に関し、特に、個人同士の遠隔通信に際し、気持ちを相互に伝達するために、手を用いて力覚を相互に伝達する力覚通信端末装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
個人同士の遠隔通信に際し、力覚を相互に伝達する通信端末装置として、特開昭６４−７２７６８号公報に示される「通信回線を用いた網引装置」ならびに特開平７−３０９７８号公報に示される「力送信装置及び力受信装置並びに力伝送装置」がある。前者の要旨は、通信回線で接続された両端末間で網引きを行うのに、各端末に牽引力発生手段と、これに接続される変位量検出手段と、これの出力および相手端末の出力を受けて両変位量の差に比例する牽引力を算出する演算部と、この出力により前記牽引力発生手段に該牽引力を発生させる制御部とを設けたものである。後者の要旨は、送り手においては力を及ぼして可動部を移動させた時にその変位量及び変位の速さに応じてセンサー部に発生する電気信号を利用して、送り手における力を可動部の変位量及び変位の速さの信号として受け手に送信することができるようにし、受け手はその可動部で送り手からの力を再現できるようにしたものである。
【０００３】
これらの先行技術においては、力を伝送することはできるが通信者の気持ちをきめ細かく通信相手に伝えることはできない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、指切りの経験からもわかるように、手の指（特に小指）は内側から押されたときの感覚が敏感なので、会話中に手の指を互いに押し合えば気持ちを相互に伝達する効果を高めることができる。そこで、個人同士の遠隔通信に際し、気持ちを相互に伝達するために用いられる力覚通信端末装置では、力覚を測定および呈示する部位として手の指を用いることが望ましい。
【０００５】
しかしながら、前記先行技術では、通信者に互いの指を押し合っているかのように感じさせることができないという問題点があった。
【０００６】
本発明は、通信者に互いの指を押し合っているかのように感じさせることができないという先行技術の問題点を解決することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる力覚通信端末装置は、通信者と通信相手との間で、力覚を相互に伝達することのできる力覚通信端末装置であって、掌によって把握できる筐体部分を有し、筐体を把握した際の指を添える位置で通信者の指の押す力を測定し、この力の大きさを電圧として出力する応力測定手段と、この電圧を通信相手の端末装置に送信する送信手段と、通信相手の端末装置から送られてきた電圧を受信する受信手段と、受信した電圧の大きさに比例した力を前記応力測定手段と同じ位置で通信者の指に呈示する力覚呈示手段とを備え、前記応力測定手段は、軸を中心に回転するように取り付けられた第２のアームと、
ユーザの指によって押されて第２のアームに取り付けられた軸を中心にして回転するように配置された第１のアームと、前記第１のアームと前記第２のアームとの間にあり、ユーザの指がこの第１のアームに対して加えた力の大きさに応じて反力を発生するスプリングと、前記第１のアームの回転角を電圧に変換して出力する角度センサとで構成され、ユーザの指の押す力が大きくなると、出力電圧が大きくなる特性としたものであり、前記力覚呈示手段は、入力電圧の大きさに応じた回転力を発生する電動機と、この電動機の回転軸に取り付けられた偏心カムと、この偏心カムが回転したときに前記第２のアームを回転させ、前記第１のアームに反力を与える力覚発生部とで構成され、入力電圧が大きくなると、ユーザの指に呈示される力が大きくなる特性としたものである。
【０００８】
また、前記第１のアームは、筐体を把握した際の小指を添える位置に配置され、  ユーザの小指の押す力によって回転するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１により説明する。
【００１６】
図１は、本発明にかかる力覚通信端末装置の構成を示すブロック図である。
【００１７】
図１において、１０は応力測定手段であり、通信者の指の押す力の大きさを測定してこの力の大きさを電圧に変換して出力する。なお、応力測定手段１０は力覚呈示手段４０の力覚発生部４３と通信者の指との間に配置されており、力覚呈示手段４０が発生した力を通信者の指に伝達する役割も兼ねている。
【００１８】
２０は送信手段であり、応力測定手段１０が出力した電圧を、通信回線Ｌに適合するように符号化し、通信回線Ｌを介して相手側に設置された本端末装置に伝達する。通信回線Ｌとしては、送信用と受信用に合計４本の銅線を用いて相手側の端末装置と直接接続しても良いし、一般電話網やデジタル通信網などを利用しても良い。
【００１９】
３０は受信手段であり、相手側に設置された本端末装置から伝達された符号を受信し、電圧として出力する。
【００２０】
４０は力覚呈示手段であり、受信手段３０が出力した電圧に比例した力を発生し、本手段の力覚発生部４３に取り付けられた応力測定手段１０を介して通信者の小指に力覚を呈示する。
【００２１】
次に、応力測定手段１０と力覚呈示手段４０の詳細を、図２によって説明する。
【００２２】
図２は、応力測定手段１０と力覚呈示手段４０をその蓋をはずした状態で見た正視図である。
【００２３】
この図で、６０は筐体であり、掌によって把握できる大きさと形状である。図３は、図２に示す筐体６０を右手で把持した状態を示す斜視図である。
【００２４】
応力測定手段１０は、通信者の小指に触れる位置に突起部を持つたアーム１１と、アーム１１とアーム（力覚発生部）４３との間に張架されたスプリング１２と、軸１３を中心にアーム１１とアーム４３とのなす角を測定する角度センサ１４とからなる。
【００２５】
力覚呈示手段４０は、筐体６０に固着された支持具５０に取り付けられた電動機４１と、電動機４１の回転軸に取り付けられた偏心カム４２と、力覚発生部であるアーム４３と、アーム４３と筐体６０との間に張架されたスプリング４４と、筐体６０に取り付けられたストッパー４５とからなる。
【００２６】
まず、応力測定手段１０の動作について説明する。
【００２７】
アーム１１は、通信者の小指に触れる位置に突起部を持ち、力覚呈示手段４０の力覚発生部であるアーム４３に取り付けられた軸１３を中心に回転できるように取り付けられている。
【００２８】
通信者の指が、アーム１１の突起部を筐体の内側に向かって押すと、アーム１１は軸１３を中心に反時計回りに回転し、スプリング１２を縮める。このときスプリング１２の縮んだ量が通信者の指の押す力の大きさの平方根に比例する。
【００２９】
スプリング１２の縮んだ量を測定するために、アーム４３を基準としたアーム１１の角度の変化を角度センサ１４で測定する。角度センサ１４は無接触型ポテンショメータであり、回転角に比例した電圧が出力される。
【００３０】
通信者の指がアーム１１を押す力が大きくなると、スプリング１２が縮んでアーム１１の回転角が増加するので、角度センサ１４によって出力される電圧は大きくなる。
【００３１】
逆に、通信者の指がアーム１１を押す力が小さくなると、スプリング１２が復元してアーム１１の回転角が減少するので、角度センサ１４によって得られる電圧は小さくなる。
【００３２】
以上説明した動作により、応力測定手段１０は、通信者の指の押す力の大きさに比例した電圧を出力する。
【００３３】
次に、力覚呈示手段４０の動作について説明する。
【００３４】
電動機４１は筐体６０に固定された支持具５０に取り付けられており、入力された電圧に比例した回転力を、回転軸に発生する。
【００３５】
偏心カム４２は正円形をしており、その中心から少しずれたところで電動機４１の回転軸に取り付けられている。
【００３６】
アーム４３は力覚発生部であり、支持具５０に取り付けられた軸４６を中心に回転できるように取り付けられている。
【００３７】
電動機４１に入力された電圧が大きくなると、偏心カム４２はその中心が電動機４１の回転軸の左側に来るように回転し、アーム４３を筐体６０の外側方向に押す。このときアーム４３はスプリング４４を縮めるとともに、スプリング１２を介して応力測定手段１０のアーム１１を筐体６０の外側方向に押す。スプリング１２は十分に強いので、アーム１１に触れている通信者の指に対して、力を伝達することができる。なお、電動機４１に入力された電圧が非常に大きくなり、偏心カム４２がアーム４３を筐体６０の外側方向に押す力が強くなりすぎた場合は、アーム４３が筐体６０に取り付けられたストッパ４５に当たって停止し、通信者の指にはそれ以上強い力が伝達されなくなる。
【００３８】
電動機４１に入力された電圧が小さくなると、偏心カム４２がアーム４３を筐体６０の外側方向に押す力が弱くなり、スプリング４４の復元力によってアーム４３が筐体６０の内側方向に押される。このとき、アーム４３はスプリング１２を介してアーム１１を筐体６０の内側方向に引き戻すので、通信者の指に対して伝達される力が弱まる。
【００３９】
以上説明した動作により、力覚呈示手段４０は、入力された電圧に比例した大きさの力覚を、通信者の指に呈示する。
【００４０】
さらに、本力覚通信端末装置２台を通信回線Ｌを介して互いに接続したときの動作について説明する。ここでは２台の力覚通信端末装置をそれぞれ端末１、端末２と表記する。また、端末１を使用する通信者を通信者１（端末２を使用する通信者を通信者２）と表記する。
【００４１】
通信者１の指が端末１のアーム１１を筐体６０の内部に向かって押すと、端末２のアーム１１が筐体外部に向かって動き、通信者２の指を押す。逆に通信者２の指が端末２のアーム１１を筐体内部に向かって押すと、端末１のアーム１１が筐体６０の外側に向かって動き、通信者１の指を押す。
【００４２】
通信者１の指と通信者２の指が同時にそれぞれの端末のアーム１１を筐体６０の内部に向かって押すと、それぞれの端末のアーム１１は、あたかも二人の指で１本の棒の両端を押し合っているかのように動作する。すなわち、通信者１の加える力の方が通信者２の加える力よりも強い場合、端末１のアーム１１は筐体６０の内部に向かって押され、端末２のアーム１１は筐体６０の外部に向かって押し出される。逆に、通信者２の指の方が強い場合、端末２のアーム１１は筐体６０の内部に向かって押され、端末１のアーム１１は筐体６０の外部に向かって押し出される。
【００４３】
以上説明した動作が、２台の端末間でほとんど時間差なく進行するので、二人の通信者１，２はあたかも互いの指を押し合っているかのように感じる。
【００４４】
上記した図１〜３に示す実施形態は、力を伝達する機能のみを具備したものであったが、この他に通話の機能を有する実施形態すなわち、握手機能付送受話器とも称することができる実施形態を図４，図５により説明する。
【００４５】
図４において、１１０は握力検出部で、通話者が送受話器を握った状態において通話者の中指または人差し指が触れる位置に握力センサを配設し、前記中指または人差し指から手の内側へ押す力の強さを検出する。
【００４６】
１２０は入力握力変換部で、前記握力検出部１１０によって検出された握力の強さを、アームを用いてポテンショメータの回転量に変換し、電気信号に変換する。
【００４７】
１３０はマイクロホンで、通常の電話機の送話器と同様のものであって、音声の入力を行う。
【００４８】
前記入力握力変換部１２０によって電気信号に変換された握力信号、及びマイクロホン１３０によって入力された音声信号は、電話回線などによって相手の通話者の送受話器に送信される。握力信号と音声信号とを電話回線によって送信する方法としては、例えば、周波数帯域分割により両信号を１チャネルのアナログ電話回線に多重して送信する方法や、両信号をアナログ・デジタル変換器でデジタル化してｌチャネルのデジタル電話回線に時分割多重して送信する方法など、様々な方法を利用することができる。
【００４９】
１４０は出力握力変換部で、相手の通話者の送受話器から送信されてくる電気信号としての握力の強さを物理変位量に変換する。それには電気信号によってトルクモータの回転量を制御し、カムとアームを用いて物理変位量に変換する。
【００５０】
１５０は握力出力部で、通話者が送受話器を握った状態において通話者の親指の付け根が触れる位置に可動部を配設し、相手の通話者の電話機から送信されてくる握力データの値が大きくなるときに前記可動部における親指の付け根を押す方向に作用する力が大きくなるようにする。
【００５１】
１６０はスピーカで、通常の電話機の受話器と同様のものであって、相手の通話者から送信されてくる音声の出力を行う。
【００５２】
次に、図５によって、握力検出部１１０、入力握力変換部１２０、握力出力部１５０、及び出力握力変換部１４０の詳細について説明する。
【００５３】
図５は、握手機能付送受話器の裏蓋を外した状態の裏面の正視図である。なお、送受話器のマイクロホンとスピーカのついている側を表としている。１７０は筐体で、これにスピーカ１６０と、マイクロホン１３０が通常の電話機の送受話器と同様の位置に配設されている。
【００５４】
握力検出部１１０は、具体的には図５に示すアーム１１１であり、通話者が送受話器を握った状態において、通話者の中指または人差し指が触れる位置に配設されている。通話者の中指または人差し指から手の内側へ押す力が大きくなるとアーム１１１が回動する。
【００５５】
入力握力変換部１２０は、筐体１７０に固着した基板１２１に植設したピン１２２と、アーム１１１に植設したピン１１２との間に伸長した状態で張架されたスプリング１２３，基板１２１に取付けられ、アーム１１１の一端に連結された回動するポテンショメータ１２４からなる。通話者がアーム１１１を押す力と、スプリング１２３の伸張力とが釣り合ったときのアーム１１１の回転角が、ポテンショメータ１２４によって検出され、電圧の大きさとして出力される。
【００５６】
出力握力変換部１４０は、筐体１７０に固着した基板１４１に取付けられたトルクモータ１４２，偏心カム１４３，スプリング１４４からなる。スプリング１４４は基板１４１に植設したピン１４５と、後述するアーム１５１に植設したピン１５２との間に圧縮方向になるように張架される。電圧の大きさとして入力される握力データに応じて、トルクモータ１４２が回転し、トルクモータ１４２に接続されたカム１４３によって後述するアーム１５１が基板１４１に植設したピン１５３を軸として回動する。入力される電圧の大きさが小さくなると、トルクモータ１４２の回転力が弱くなり、スプリング１４４によってアーム１５１が元の位置に引き戻される。
【００５７】
握力出力部１５０は、具体的にはアーム１５１であり、基板１４１に一端が回動自在に取付けられている。通話者が送受話器を握った状態において、通話者の親指の付け根が触れる位置に可動部が配設されている。アーム１５１が回転することにより、通話者の親指の付け根を押す方向に作用する力が変化する。
【００５８】
上記の構成によれば、通話者が送受話器を握ると、アーム１１１の筐体１７０から外方に突出している部分が人差し指で押され、アーム１１１が回動し、この回動につれてポテンショメータ１２４から押圧に応じた電気信号が出力され、これが伝送されて相手の送受話器（説明の都合上、図５を相手方としても用いる）のトルクモータ１４２を駆動し、カム１４３によりアーム１５１を筐体１７０からより突出させるように駆動する。つまり、一方の送話者の握りの強さが、相手の送話者へ伝達される。
【００５９】
【発明の効果】
請求項１にかかる発明においては、掌によって把握できる筐体部分を有し、筐体を把握した際の指を添える位置で通信者の指の押す力を測定する応力測定手段と、この力の大きさを通信相手の端末装置に送信する送信手段と、通信相手の端末装置から送られてきた力の大きさを受信する受信手段と、受信した力の大きさに比例した力を通信者の指に呈示する力覚呈示手段とを備えており、前記応力測定手段は前記力覚呈示手段の力覚発生部に取り付けられているので、通信者の指が前記応力測定手段を押圧するのと同じ位置で通信者の指に力覚を呈示することが可能となり、本装置を利用している二人の通信者に対して、あたかも互いの指を押し合っているかのように感じさせることができる。また、前記応力測定装置においては、通信者の指によって押されて回転するように配置されたアームと、指がこのアームに対して加えた力の大きさに応じて反力を発生するスプリングと、このアームの回転角を電圧に変換する角度センサとで構成されているので、簡単な構成によって、通信者の指の押す力を測定することを可能にし、さらに、前記力覚呈示装置においても、制御電圧に応じて回転力を発生する電動機と、この電動機の回転軸に取り付けられた偏心カムと、この偏心カムが回転することによって通信者の指が押されるように配置されたアームとで構成されているので、簡単な構成によって、通信者の指に力覚を呈示することを可能にする。
【００６０】
また、請求項２にかかる発明においては、前記応力測定手段は、筐体を把握した際の小指を添える位置で通信者の小指の押す力を測定するものであり、前記力覚呈示手段は、受信した電圧に比例した力を前記応力測定手段と同じ位置で通信者の小指に呈示するものであるので、本装置を利用している二人の通信者が、気持ちを相互に伝達する効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる力覚通信端末装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１における応力測定手段および力覚呈示手段を側面から見た正視図である。
【図３】図１における筐体を右手で把持した状態を示す斜視図である。
【図４】本発明にかかる力覚通信端末装置の他の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図５】図４における握力検出部、入力握力変換部、出力握力変換部、及び握力出力部の構造と送受話器への実装例を示す正視図である。
【符号の説明】
１０  応力測定手段
１１  アーム
１２  スプリング
１３  軸
１４  角度センサ
２０  送信手段
３０  受信手段
４０  力覚呈示手段
４１  電動機
４２  偏心カム
４３  力覚発生部（アーム）
４４  スプリング
４５  ストッパ
４６  軸
５０  支持具
６０  筐体
１１０  握力検出部
１１１，１５１  アーム
１１２，１２２，１４５，１５２，１５３  ピン
１２０  入力握力変換部
１２１，１４１  基板
１２３，１４４  スプリング
１２４  ポテンショメータ
１３０  マイクロホン
１４０  出力握力変換部
１４２  トルクモータ
１４３  偏心カム
１５０  握力出力部
１６０  スピーカ
【図１】
0003851459.tif 000002
【図２】
0003851459.tif 000003
【図３】
0003851459.tif 000004
【図４】
0003851459.tif 000005
【図５】
0003851459.tif 000006