JP2008175835A - 触覚感知機構を備えた点字読み取り用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】点字読み取り用センサで識別された点字を、操作者が直接指で感じ取ることが出来る触覚感知機構を備えた点字読み取り用装置を提供する。
【解決手段】触覚感知機構は圧電素子と該圧電素子の変位を増幅する変位増幅機構を備え、人間の指の触覚感覚に対応可能とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、点字文字を読み取るために点字文字における突起の配列を検出する点字読み取り用センサを備えた点字読み取り用装置において、点字読み取り用センサで識別された点字を、操作者が直接指で感じ取ることが出来る触覚感知機構を備えた点字読み取り用装置に関する。

特許文献１には、点字文字の並びにより構成される１以上の行に対して、各行を逐次に掃引する形式の点字読み取りセンサにおいて、手袋あるいは指サックの指部分の主面に感圧機構を固定し、指を走査することで点字の読み取りが可能であることが開示されている。

また、特許文献２にも、点字１文字を構成する二列に並んだ点のうち少なくとも一列内の全ての点には一度に接触するような大きさに形成されている一つの感圧センサと、点字を構成する点の列のうち読取り方向の先頭に位置する列に感圧センサを接触させたのち、読取り方向に感圧センサを走査した際に、感圧センサが読み取った感圧データを解析して文字に変換する解析変換手段を具備した点字読取装置が開示されている。また、走査手段を設けずに人手によって点字を走査することも開示されている。

さらに、特許文献３では、特許文献２の技術を改良し、簡単なロジックで正確な解析を行う点が開示され、感圧センサを指に装着して点字を読み取ることができる点も開示されている。
特開平６−２８９７７５号公報 特開２００３−７８５３０号公報 特開２００４−２７９７６６号公報

しかしながら、従来の点字読み取り用センサを備えた点字読み取り用装置は、点字パターンが識別されても、操作者本人はその情報を直接指で感じ取ることが出来なかった。また、高齢者や後天の事故などによる失明者にとって点字の学習は難しいことである。さらに、自動点字読み取り装置に誤認知があっても、即座には誤認知に対応できなかった。

本発明は、従来の欠点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、点字読み取り用装置で識別された点字を、操作者が直接指で感じ取ることが出来る点字読み取り用センサを備えた点字読み取り用装置を提供することにある。

請求項１の発明は、点字読み取り用センサを備えた点字読み取り用装置において、前記点字読み取り用センサの上部に設けられた指取り付け部と、前記指取り付け部に設けられ前記点字読み取り用センサの出力に対応した情報を前記指取り付け部に挿入された指に伝達する触覚感知機構を備えたことを特徴とする点字読み取り用センサを備えた点字読み取り用装置である。

請求項２の発明は、前記触覚感知機構は、突出可能なピンからなることを特徴とする請求項１記載の点字読み取り用センサを備えた点字読み取り用装置である。

請求項３の発明は、前記触覚感知機構は、触覚ピンを備えた振動発生手段からなることを特徴とする請求項１記載の点字読み取り用センサを備えた点字読み取り用装置である。

請求項４の発明は、前記触覚感知機構は圧電素子と振動を増幅する変位増幅機構からなることを特徴とする請求項３記載の点字読み取り用センサを備えた点字読み取り用装置である。

請求項５の発明は、前記変位増幅機構は前記指への接触変位と駆動周波数の組み合わせが調整可能であることを特徴とする請求項４記載の点字読み取り用センサを備えた点字読み取り用装置である。

請求項６の発明は、点字情報と文字情報相互間の変換を可能とする駆動装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の点字読み取り用センサを備えた点字読み取り用装置である。

本発明によれば、点字読み取り用センサを備えた点字読み取り用装置の操作者が、操作中に点字を直接指で感じ取ることが出来るので、高齢者や後天の事故などによる失明者にとって難しい点字の学習の助けとすることができる。また、盲者が操作する際には、点字文字の内容を確認する事が出来る。さらに、自動点字読み取り装置の誤認知の改善を図ることができる。

以下、本発明に係る触覚感知機構を備えた点字読み取り装置を図１〜図８を参照して詳述する。

図１は本発明に係る実施例１の、点字読み取り用装置における情報伝達手段である触覚感知機構Ａ及び点字読み取りセンサＢを示す断面図である。

なお、点字読み取りセンサＢそれ自体については、後で詳述する。

図１（ａ）に示すように、情報伝達手段である触覚ピン１０を備えた点字読み取り装置１は、プラスチック製等のハウジング２６内に収納されている。

ハウジング２６内には、圧電変換素子の作用をする圧電フィルム１６が、正電極１２と負電極１４との間に設けられている。突起部２０が、正電極１２と負電極１４との交点の位置に対応して表面膜材１８上に設けられている。

また、ハウジング２６内には、外圧力により突起部２０が、ほぼ上方又は斜め方向から押圧されると、弾性変形する弾性部材２４が各突起部２０毎に区画されて突起部２０の後方に設けられている。弾性部材２４は、例えばスポンジ等の材料から作られている。すなわち、弾性部材２４は、表面膜材１８より柔らかい材料から作られている。

突起部２０は、表面膜材１８上に設けられ、ほぼ台形形状を有する弾性を有するゴムで作られている。台形形状の突起部上部の中心位置にほぼ逆台形形状のゴムより硬い材質から作られる突起部コア２３が嵌設されている。

前記突起部コア２３の材質がその周りの突起部２０の材質よりも硬いことから、前記突起部コア２３が外力によって押された際に、その力の作用点が集中し、効率的に外力が前記表面膜材１８に伝達され、点字文字読み取りのオフセットの影響が少なくなり確実に押圧力による点字文字を読み取ることができる。

すなわち、点字文字の読み取りにおけるオフセットの影響をなくすために力の分散を防止するための力分散防止手段として機能する。

図１（ｂ）に示すように、点字読み取り用装置を指に装着し、点字センサの突起部２０が点字ドット５０を押すと、上部にある触覚ピン１０が指と接触し、点字の有無を指で感じとるものである。

次に、図２（ａ）に示す実施例２においては、圧電フィルム１６により点字を感知すると、接触ピン３０は変位増幅機構３２を介して圧電素子３４により駆動される。

その構造については種々考えられるが、重要なパラメータとして、機構のサイズ、接触ピンの変位、駆動周波数である。人間の指の触覚感覚の閾値は文献によると、表１に示すとおりである。使用者に応じて、指への接触変位と駆動周波数の組み合わせを調整可能とするとよい。

表１は、指の接触感覚の閾値を示す。

表１に基づき、駆動周波数が２００Ｈｚ〜３００Ｈｚ程度、変位が０．１μｍ発生できる変位増幅機構３２の好ましい形態を図２（ｂ）に示す。

変位増幅機構３２を構成するばね特性を有する触覚部材３６は、圧電素子３４の上端に片持ち梁状に設けられている。触覚部材３６は、圧電素子３４の上端部の両端側から対称的に突起部２０が存在する方向にジグザグ状に延出しており、先端部に接触ピン３０が設けられている。

点字読み取りセンサＢが点字を感知すると、マイコンや発振回路により指に敏感な周波数信号を圧電素子３４に発生させ、触覚部材３６を振動させる。したがって接触ピン３０が振動し点字を認識することができる。

次に、点字読み取りセンサＢそれ自体について説明する。

点字は通常、６点の集まりからなるブロックで構成され、該６点の組み合わせで一文字を構成する。しかしながら、日本語のいくつかの文字、例えば「が」、あるいは数字では、２つのブロックが一文字を表すために使用される。

それ故に、点字読み取りセンサＢは、２つの連続した文字を読み取ることが出来る必要がある。

点字読み取りセンサＢは、第１電極と第２電極との間に圧電変換部材を備える。外圧力により変形するフレキシブル性を有する表面膜材を圧電変換素子上に設ける。そして、表面膜材の下方に表面膜材より柔らかい材質で作られ、かつ圧電変換素子の変形により弾性変形する弾性部材を備える。そして、外圧力により圧電変換部材にひずみを生じさせて電圧を発生させる。

即ち、図１（ａ）にも示すように、点字読み取りセンサＢは、Ｘ方向に延出する等間隔に配設された複数本の正電極１２と、Ｙ方向に延出する等間隔に配設された複数本の負電極１４とを備える。ここで、Ｙ方向は、Ｘ方向に対して直角の方向である。正電極と負電極とはマトリックス状に配置されている。

圧電変換素子の作用をする圧電フィルム１６が、正電極１２と負電極１４との間に設けられている。突起部２０は、正電極１２と負電極１４との交点の位置に対応して表面膜材１８上に設けられている。

外圧力により突起部２０が、ほぼ上方又は斜め方向から押圧されると、弾性変形する弾性部材２４が各突起部２０毎に区画されて突起部２０の後方に設けられている。弾性部材２４は、例えばスポンジ等の材料から作られている。すなわち、弾性部材２４は、表面膜材１８より柔らかい材料から作られている。

先に説明したように、点字は通常、６点の集まりからなるブロックで構成されているので、図３に示すように、点字文字読み取り用突起部は、縦列５個、横列３個に配置されている。すなわち、１文字は、縦列２個、横列３個で構成され、２文字分の突起部２０が配置されている。２文字分の突起部２０の間には、文字間検出用突起部２２が設けられている。

かくして、表面膜材（薄膜）１８上には１文字分の突起部２０；（縦列２個、横列３個）と１文字分の突起部２０；（縦列２個、横列３個）及び文字を正しく読んでいるか否かを検知するための突起部２２；（縦列１個、横列３個）の合計１５個の突起部が配置されている。１文字を構成する突起部の中心と突起部の中心との距離は約２．５ｍｍである。各文字間の突起部の中心と突起部の中心との距離は約３．７５ｍｍである。かくして、１文字分の突起部と１文字分の突起部とで２文字分の突起部が配置されているが、例えば１文字分は「か」を表わし、２文字分は「が」を表わすために使用される。

さらに、文字行間を読み取るための領域４６は、文字を読み取るための領域４４の長手方向の両側に配設されている。表面膜材１８上には、文字の行間を検出するための突起部２１がそれぞれ２個配設されている。

点字読み取りセンサを駆動するための回路構成は、図４に示すようになっており、Ｘ方向に延出する正電極１２はＸ方向スイッチ回路３８及びＹ方向に延出する負電極１４はＹ方向スイッチ回路４０に接続され、これらスイッチ回路３８，４０はマイクロコンピュータ４２で制御される。

図５は、弾性部材Ｓ２と表面膜材Ｓ１との材料の軟らかさの比を変化させ、圧電変換素子にひずみを加えた時の圧電フィルムの出力電圧と押し付け変位の関係を示すものである。

材料の軟らかさパラメータをＳiとすると、
Ｓi＝ｈi／Ｅi
ここで、ｈiは材料の高さ、Ｅiは材料の弾性率である。

尚、センサの固定条件は両側自由、上端部が上下移動可能な剛体板に取り付けている。

この場合には、材料Ｓ１とＳ２の軟らかさが同程度の場合はより高い出力が得られる。

図６は、図５と同様に圧電フィルムの出力電圧と押し付け変位の関係を示すものであるが、センサが剛体ケースに収容されている場合である。この場合、弾性部材と薄膜と材料の柔らかさの比が大きい場合に出力電圧は大きくなることがわかる。そして、材料Ｓ１がＳ２に比べ、薄くまたは硬くなるほど、より高い出力が得られる。

圧電フィルム１６の材料としてポリフッ化ビリニデンフィルム（ＰＶＤＦ）等が使用できる。

図６の結果から明らかなように、突起部２０を設けた表面膜材１８と突起部２０の下方の弾性部材２４の軟らかさの比は、その比が大きいほど圧電フィルムの出力電圧は大きくなる傾向にある。なお、圧電フィルム１６において突起部２０に力が加わる下方には上述した弾性部材が設けられていることが好ましいが、空間であってもよい。

図７は、触覚感知機構を備えた点字読み取り用装置が、使用者の人差し指に取り付けられている状態を示す概略図である。

上述したように点字読み取りセンサが点字を感知すると、マイコンや発振回路により指に敏感な周波数信号をｐｚｔ圧電素子３４に発生させ、触覚部材３６を振動させる。したがって接触ピン３０が振動し点字を認識することができる。

また、図８に示すように、点字読み取り装置１で得られた信号を駆動装置５２を介して無線又は有線によりコンピュータに送信し、インターネットなどの操作を可能とする。また、インターネットや遠隔講義の資料の文字情報を点字パターン信号に変換すれば、図８中の駆動装置５２を経由して指に認知させることもできる。

本発明の第１実施例による点字読み取り装置を示す断面図である。 本発明の第２実施例による点字読み取り装置を示す断面図、及び触覚感知機構を示す図である。 本発明の点字読み取りセンサの突起部の配置を示す概略図である。 点字読み取りセンサを駆動するための回路を示す回路図である。 センサ出力変化を検討する図である。 センサ出力変化を検討する図である。 点字読み取り装置の指への取り付けを示す概略図である。 本発明の点字読み取り装置を利用したシステムの概略図である。

符号の説明

Ａ 触覚感知機構
Ｂ 点字読取センサ
１ 点字読み取り装置
１０ 触覚ピン
１２ 正電極
１４ 負電極
１６ 圧電フィルム
１８ 表面膜材（薄膜）
２０ 文字読み取り用突起部
２１ 文字行間読み取り用突起部
２２ 文字間読み取り用突起部
２４ 弾性部材
２６ ハウジング
３０ 接触ピン
３２ 変位増幅機構
３４ ＰＺＴ圧電素子
３６ 触覚部材
３８ Ｘ方向スイッチ回路
４０ Ｙ方向スイッチ回路
４２ 駆動回路
４４ 文字読み取り領域
４６ 行間読み取り領域
５０ 点字
５２ 駆動装置

Claims (6)

1. 点字読み取り用センサを備えた点字読み取り用装置において、前記点字読み取り用センサの上部に設けられた指取り付け部と、前記指取り付け部に設けられ前記点字読み取り用センサの出力に対応した情報を前記指取り付け部に挿入された指に伝達する触覚感知機構を備えたことを特徴とする点字読み取り用センサを備えた点字読み取り用装置。
2. 前記触覚感知機構は、突出可能なピンを備えることを特徴とする請求項１記載の点字読み取り用センサを備えた点字読み取り用装置。
3. 前記触覚感知機構は、触覚ピンを備えた振動発生手段を備えることを特徴とする請求項１記載の点字読み取り用センサを備えた点字読み取り用装置。
4. 前記振動発生手段は圧電素子と振動を増幅する変位増幅機構を備えることを特徴とする請求項３記載の点字読み取り用センサを備えた点字読み取り用装置。
5. 前記変位増幅機構は前記指への接触変位と駆動周波数の組み合わせが調整可能であることを特徴とする請求項４記載の点字読み取り用センサを備えた点字読み取り用装置。
6. 点字情報と文字情報相互間の変換を可能とする駆動装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の点字読み取り用センサを備えた点字読み取り用装置。

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