JPH11203021A - 触覚呈示装置 - Google Patents

触覚呈示装置

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JPH11203021A
JPH11203021A JP2260298A JP2260298A JPH11203021A JP H11203021 A JPH11203021 A JP H11203021A JP 2260298 A JP2260298 A JP 2260298A JP 2260298 A JP2260298 A JP 2260298A JP H11203021 A JPH11203021 A JP H11203021A
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JP
Japan
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tactile
air
blower
air chamber
presentation device
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Pending
Application number
JP2260298A
Other languages
English (en)
Inventor
Yukari Kokatsu
ゆかり 小勝
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Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、文字、図形、あるいはテクスチャ等
の情報を呈示するための触覚呈示装置に関し、短時間で
応答して触覚呈示可能であり、また、装置全体を薄型
化、小型化した触覚呈示装置を提供することを目的とす
る。 【解決手段】複数の貫通孔が配置されている基体3と、
複数の貫通孔からそれぞれ伸縮自在に突出可能な複数の
空気室4と、呈示する対象物に対する触覚データに基づ
いて所定の駆動信号を出力する触覚伝達駆動回路と、駆
動信号に基づいて空気室に空気を送り出す送風手段2
と、複数の空気室4のそれぞれに設けられ、複数の空気
室のそれぞれに対する送風手段からの送風量を制御する
複数の送風弁とを有するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、文字、図形、ある
いはテクスチャ等の情報を呈示するための触覚呈示装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の触覚呈示装置として、例えば、特
開昭59−198483号公報に示されたものがある。
この特開昭59−198483号公報に示された従来の
触覚呈示装置は、形状記憶合金からなる支持体で触針を
支持し、この支持体を加熱することにより支持体を変形
させて触針を突出させ、または復帰させる構成を有して
いる。このような構成にすることにより多数の触針の配
設を可能とし、また触針の高密度化を図っている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の触覚呈示装置によると、触針を支持している支持体
を加熱してから支持体が変形し終わるまでに一定の時間
がかかってしまい、触針が突出して情報を呈示できるま
での応答時間が長くなってしまうという問題を有してい
る。また、個々の触針毎に形状記憶合金からなる支持体
を設けなければならず、全体としての容積が大きくなっ
て十分に薄型化、小型化することができないという問題
も有している。
【0004】本発明の目的は、短時間で応答して触覚呈
示可能な触覚呈示装置を提供することにある。また、本
発明の目的は、装置全体を薄型化、小型化した触覚呈示
装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的は、複数の貫通
孔が配置されている基体と、複数の貫通孔からそれぞれ
伸縮自在に突出可能な複数の空気室と、呈示する対象物
に対する触覚データに基づいて所定の駆動信号を出力す
る触覚伝達駆動回路と、駆動信号に基づいて空気室に空
気を送り出す送風手段と、複数の空気室のそれぞれに設
けられ、複数の空気室のそれぞれに対する送風手段から
の送風量を制御する複数の送風弁とを有することを特徴
とする触覚呈示装置によって達成される。
【0006】本発明の触覚呈示装置において、駆動信号
に対応して空気室の入口の開口率を変化するように送風
弁を制御する制御手段を備えたことを特徴とする。ま
た、駆動信号に対応して空気室の入口の開口時間を変化
するように送風弁を制御する制御手段を備えたことを特
徴とする。
【0007】さらに、複数の送風弁は、圧電素子、電磁
ソレノイド、あるいは電磁モータのいずれかを有する弁
開閉手段を備えていることを特徴とする。また、空気室
は、合成ゴム、天然ゴム、シリコンゴム等の弾性材料で
形成されていることを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の第1の実施の形態による
触覚呈示装置を図1乃至図9を用いて説明する。まず、
本実施の形態による触覚呈示装置の概略の構成を図1を
用いて説明する。本触覚呈示装置は大別すると、人の手
のひらなどに触覚情報を呈示する触覚呈示部1と、所定
の空気圧を発生させて触覚提示部1を駆動するための送
風を作り出すコンプレッサー2とで構成されている。触
覚呈示部1には、複数の孔が貫通しているフレーム3
と、フレーム3に貫通している複数の孔のそれぞれから
突出可能な複数の触覚呈示素子部40が設けられてい
る。
【0009】図2は本実施の形態による触覚呈示装置で
用いられている触覚伝達駆動回路の信号処理回路を示し
たブロック図である。図2において、記憶部200に予
め保存された呈示対象物の各位置情報x、yおよび当該
位置での凹凸情報zは、位置信号−電圧信号変回路20
2に入力して電圧信号に変換される。位置信号−電圧信
号変換回路202で電圧値に変換された位置情報x、y
および凹凸情報zの出力信号は順次、信号処理回路20
4に入力して時系列信号に変換される。変換された時系
列信号は制御信号発生回路206に入力して所定の指令
信号となってコンプレッサー2および触覚呈示素子40
に出力される。触覚呈示素子部40には、制御信号発生
回路206からの指令信号を受けて駆動する送風弁42
と、手のひらに触覚情報を呈示する触覚呈示素子4とが
設けられている。送風弁42の図示しない制御部は制御
信号発生回路206からの送風弁制御指令と共に送られ
てきた個々の電圧信号に基づいて空気室入り口の送風弁
42の開口率と、開口時間を同時に決定する。
【0010】図3は、触覚呈示素子4の断面図である。
接触呈示素子4は、送風弁42の開口率と開口時間に基
づいて高さと硬さを制御可能な空気室41を備えてい
る。また、送風弁42はバイモルフ型圧電素子によって
構成されている。バイモルフ型圧電素子は印加されると
一次曲げ変形を生じ、この曲げ変形の大きさは印加電圧
の大きさによって異なる。従って、印加電圧を制御する
ことにより送風弁42の開口率および開口時間を制御す
ることができるようになっている。
【0011】図4および図5は送風弁42を構成してい
るバイモルフ型圧電素子への印加電圧の例を示してい
る。図4および図5の横軸は共に時間を表し、縦軸は電
圧値を表している。バイモルフ型圧電素子への印加電圧
をV1からV2に下げると空気室41入口の開口部の開
口率が小さくなるので空気室41への空気の流入量は減
少し、呈示される触覚呈示素子の高さは低くなる。逆に
印加電圧をV2からV1に上げると空気室41入口の開
口部の開口率が大きくなるので空気室41への空気の流
入量は増大し、呈示される触覚呈示素子の高さは高くな
る。また、バイモルフ型圧電素子への印加電圧をV1か
らV2に下げると空気室41入口の開口部の開口率が小
さくなるので空気室41への空気の流入量は減少し、呈
示される触覚呈示素子4の硬さは軟らかくなる。逆に印
加電圧をV2からV1に上げると空気室41入口の開口
部の開口率が大きくなるので空気室41への空気の流入
量は増大し、呈示される触覚呈示素子4の硬さは硬くな
る。すなわち、送風弁42を構成しているバイモルフ型
圧電素子への印加電圧を変えることで空気室41への流
入風量を可変にすることができ、触覚呈示素子4の凹凸
や硬さを可変にすることができる。
【0012】また、図5に示すようにバイモルフ型圧電
素子への印加時間を例えばt1からt2に変えることに
よっても同様に空気の流入量を可変にすることができ、
触覚呈示素子4の凹凸や硬さを可変にすることができ
る。
【0013】次に、本実施の形態における送風弁の変形
例を図6を用いて説明する。図6は、送風弁が電磁モー
タ53によって駆動されるシャッター52で構成した場
合の断面図である。電磁モータ51に印加する電圧を上
げると、空気室53入口の開口部の開口率を大きくする
方向にシャッター52が作動する。その結果 空気室5
3へ空気の流入量が多くなり、触覚呈示素子4の呈示す
る高さは高くなる。また、逆に電磁モータ51に印加す
る電圧を下げるとシャッター52が空気室53入口の開
口部の開口率を小さくする方向に作動する。従って、空
気室53へ空気の流入量が少なくなり、触覚呈示素子4
の呈示する高さは低くなる。また、電磁モータ51への
印加電圧を下げると空気室53入口の開口部の開口率が
小さくなるので空気室53への空気の流入量は減少し、
呈示される触覚呈示素子4の硬さは軟らかくなる。逆に
印加電圧を上げると空気室53入口の開口部の開口率が
大きくなるので空気室53への空気の流入量は増大し、
呈示される触覚呈示素子4の硬さは硬くなる。すなわ
ち、シャッター52の駆動している電磁モータ51への
印加電圧を変えることで空気室53への流入風量を可変
にすることができ、触覚呈示素子4の凹凸や硬さを可変
にすることができる。
【0014】また、電磁モータ51への電圧の印加時間
を変えることによっても同様に流入風量を可変にするこ
とができ、触覚呈示素子4の凹凸や硬さを可変にするこ
とができる。
【0015】図7は、本実施の形態による触覚呈示装置
における送風弁の他の変形例を示している。図7は、例
えば図3に示した空気室41の空気が流入する開口部を
任意の面積で塞ぐことができるロータリーソレノイドに
よって駆動されるシャッター61で送風弁を構成してい
る。図7(a)は、シャッター61が開口部に対して全
開の状態を示し、図7(b)は同半開の状態を示してい
る。送風弁をこのように構成しても、空気室41への流
入風量を可変にすることができ、触覚呈示素子4の凹凸
や硬さを可変にすることができる。
【0016】また、送風弁のさらに別の変形例として、
図8に示すような複数枚のカメラの絞りに類似した羽根
(ブレード)72を設けたシャッター71を用いるよう
にしてもよい。図8(a)は、シャッター71の複数の
羽根72が開口部に対して全開の状態を示し、図8
(b)は同半開の状態を示している。送風弁をこのよう
に構成しても、空気室41への流入風量を可変にするこ
とができ、触覚呈示素子4の凹凸や硬さを可変にするこ
とができる。
【0017】次に、本実施の形態による触覚呈示装置に
用いる触覚呈示素子の外形形状の変形例を図9に示す。
図9に示す触覚呈示素子80の側部は、高さ方向に自由
度を有するじゃばら形状に構成されており、触覚呈示素
子80を駆動させないときには空気室がじゃばら状折り
畳まれて高さを低くすることができるようになってい
る。また、空気室は、合成ゴム、天然ゴム、シリコンゴ
ム等の弾性材料で形成することができる。
【0018】さて、以上のような構成の触覚呈示装置に
おいて、複数の空気室(触覚ピン)の高さ調整を同時に
行うには、コンプレッサー2からの空気の送風量を周期
的に変えるように制御して各空気室に供給される空気圧
を周期的に変化させ、各空気室内に与えるべき所定の空
気圧になった時点でそれぞれの送風弁を所定量開くよう
にすればよい。こうすることにより、コンプレッサー2
から各空気室に共通の流路で送風を行うことができるの
で装置構成が簡単になり、薄型構造を実現することがで
きるようになる。
【0019】次に、本発明の第2の実施の形態による触
覚呈示装置を図10を用いて説明する。本実施の形態に
よる触覚呈示装置は、触覚呈示部1と送風を作り出すた
めの図示しないコンプレッサーとで構成されている。触
覚呈示部1には複数の孔が貫通しているフレーム100
と、貫通している複数の孔から突出または復帰するよう
に、触覚呈示素子101が備えられている。そして、触
覚呈示素子101を駆動する複数の送風弁102が備え
られている。
【0020】複数の送風弁102は図示しない制御信号
発生回路から送られてきた呈示対象の信号に基づいて駆
動される。コンプレッサーから送られてきた空気は、送
風弁102によって送風量が制御され、触覚呈示素素子
101は制御された空気によってフレームの表面から突
出したり、あるいは引っ込むように個別にフレームの貫
通孔内を上下に移動する。図10(a)は送風弁102
を全開にした状態における触覚呈示素子の突出状態を示
す。図10(b)は送風弁102を半開にした状態にお
ける触覚呈示素子の突出状態を示す。なお、送風弁の駆
動は、圧電素子、電磁ソレノイド、電磁モータを用いて
もよい。
【0021】このように、上述の第1および第2の実施
の形態によれば、触覚呈示素子の駆動源をエアーとした
ことにより小型でレスポンスのよい触覚呈示装置を実現
することができる。例えば、従来の形状記憶合金では応
答周波数が1Hz近傍であるが、本実施の形態による触
覚呈示装置では10Hz以上の応答周波数を実現でき
る。また、微妙な凹凸も可変にできるため文字、図形に
留まることなく古代のレリーフ等も再現できる。またコ
ンピュータ等のディスプレイを使用せずとも触覚による
認知が可能となるため、視覚障害者においても使用する
ことができるという利点を有している。
【0022】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、応答時間
の短い触覚呈示装置を実現でき、また、複数の空気室を
高密度に配設して薄く小型の触覚呈示装置を実現するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態による触覚呈示装置
を示す図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態による触覚呈示装置
における触覚伝達駆動回路での信号処理を示すブロック
図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態による触覚呈示装置
にける触覚呈示素子部を示す図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態による触覚呈示装置
の駆動部への印加電圧(開口率を制御)を示す図であ
る。
【図5】本発明の第1の実施の形態による触覚呈示装置
の駆動部への印加時間(開口時間を制御)を示す図であ
る。
【図6】本発明の第1の実施の形態による触覚呈示装置
の送風弁に電磁モータを用いた場合の断面図である。
【図7】本発明の第1の実施の形態による触覚呈示装置
の送風弁にロータリーソレノイドを用いた場合の開口部
の状態を示す図である。
【図8】本発明の第1の実施の形態による触覚呈示装置
の送風弁に複数枚の羽根で構成されたシャッターを用い
た場合の開口部の状態を示す図である。
【図9】本発明の第1の実施の形態による触覚呈示装置
における触覚呈示素子の変形例を示す図である。
【図10】本発明の第2の実施の形態による触覚呈示装
置を示す図である。
【符号の説明】
1 触覚呈示部 2 コンプレッサー 3 フレーム 4 触覚呈示素子 41 空気室 42 送風弁 51 電磁モータ 52 シャッター 61 ロータリーソレノイドを用いたシャッター 71 羽根を用いたシャッター 72 複数枚の羽根を用いたシャッター 80 触覚呈示素子の外形形状(変形例)の断面図 100 フレーム 101 触覚呈示素子 102 送風弁

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の貫通孔が配置されている基体と、 前記複数の貫通孔からそれぞれ伸縮自在に突出可能な複
    数の空気室と、 呈示する対象物に対する触覚データに基づいて所定の駆
    動信号を出力する触覚伝達駆動回路と、 前記駆動信号に基づいて前記空気室に空気を送り出す送
    風手段と、 前記複数の空気室のそれぞれに設けられ、前記複数の空
    気室のそれぞれに対する前記送風手段からの送風量を制
    御する複数の送風弁とを有することを特徴とする触覚呈
    示装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の触覚呈示装置において、 前記駆動信号に対応して前記空気室の入口の開口率を変
    化するように前記送風弁を制御する制御手段を備えたこ
    とを特徴とする触覚呈示装置。
  3. 【請求項3】請求項1記載の触覚呈示装置において、 前記駆動信号に対応して前記空気室の入口の開口時間を
    変化するように前記送風弁を制御する制御手段を備えた
    ことを特徴とする触覚呈示装置。
  4. 【請求項4】請求項1乃至3のいずれかに記載の触覚呈
    示装置において、 前記複数の送風弁は、圧電素子を有する弁開閉手段を備
    えていることを特徴とする触覚呈示装置。
  5. 【請求項5】請求項1乃至3のいずれかに記載の触覚呈
    示装置において、 前記複数の送風弁は、電磁ソレノイドを有する弁開閉手
    段を備えていることを特徴とする触覚呈示装置。
  6. 【請求項6】請求項1乃至3のいずれかに記載の触覚呈
    示装置において、 前記複数の送風弁は、電磁モータを有する弁開閉手段を
    備えていることを特徴とする触覚呈示装置。
  7. 【請求項7】請求項1乃至6のいずれかに記載の触覚呈
    示装置において、 前記空気室は、合成ゴム、天然ゴム、シリコンゴム等の
    弾性材料で形成されていることを特徴とする触覚呈示装
    置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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