JP2008175836A - 点字読み取り用センサを備えた点字読み取り用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 センサ出力電圧が高く、よって感度を高めることができ、また、点字文字を確実に正確に読み取ることができる触覚センサ及び点字読み取り用装置を提供する。
【解決手段】 点字読み取りセンサは、第１電極１２と第２電極１４との間に設けられた圧電変換素子１６を備える。圧電変換素子の上方に外圧力により変形するフレキシブル性を有する薄膜１８と、下方に薄膜の下方に設けられて、前記薄膜より柔らかい材質で作られ、かつ前記圧電変換素子の変形により弾性変形する弾性部材２２を備える。
【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関する。

図１４の従来の点字読み取りセンサ（特許文献１参照）において、感圧機構６１は、加圧により抵抗値が変化する導電ゴムを用いた複数の圧電変換素子６２を点字文字の突起の間隔より小さいピッチで相互に絶縁して一列に配設して、圧電変換素子６２毎の信号取り出し端子を設けて構成される。感圧機構６１は、掃引の方向と直角な方向に複数の圧電変換素子６２が突起６３の間隔より小さなピッチで一列に配設されているので、走査機構が感圧機構６１を点字文字１上に押下して掃引すれば、個々の圧電変換素子６２が出力する時系列信号の組み合わせにより、点字文字における突起に配列を検出することができる。圧電変換素子６２は、絶縁性基板の主面に並び共通の絶縁可撓性フィルムに覆われており、絶縁可可撓性フィルム側から突起６３により加圧される。

そしてこの点字文字読み取りセンサにおいて、感圧機構６１は、圧電変換素子６２の列が点字文字１の１文字分を包含する長さであり、走査機構６４は、点字文字１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。

また、感圧機構６１を手袋または指サックに固定し、装着した手に移動により掃引することも開示されている。

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、点字を構成する各点の接触時間が読み取り方向に平行な行毎に異なるようにして識別精度を上げ、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、感圧センサを指に装着可能に設け人手によって点字を走査することも開示されている。

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ている。

さらに、非特許文献１には、フィルムの裏面に上部電極を形成し、そのフィルムが指紋の凹凸にそって変形することによって、マトリクス配置された下部電極との静電容量変化を測定し、指紋の画像を採集することができる超薄型感圧式指紋センサが開示されている。そして、指紋の凹凸に沿って変形するような薄いフィルムに、指紋のピッチを読み取るための非常にピッチの狭い、細い電極が形成されている。
特開平６−２８９７７５号公報 特開２００３−７８５３０号公報 特開２００４−２７９７６６号公報 「電波新聞別冊 ハイテクノロジー」、２００５年１月７日号

しかしながら、従来の点字読み取りセンサは、圧電変換素子を絶縁性基板の主面に並び共通の絶縁可とう性フィルムに覆い、絶縁可とう性フィルム側から突起により加圧される構造のためセンサ出力電圧は低く、よって感度を高めることができない。また、点字文字を読み取るための圧電変換素子は、１列しか配置されていなため、確実に正確に点字文字を読み取ることができない。

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、センサ出力電圧が高く、よって感度を高めることができ、また、点字文字を確実に正確に読み取ることができ、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を触覚センサに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に係る発明は、第１方向に延出する等間隔に配設された複数本の第１電極と、前記第１方向に対して直角の方向である第２方向に延出する等間隔に配設された複数本の第２電極と、互いにマトリックス状に配置されている前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた圧電フィルムと、前記第１電極と前記第２電極との交点の位置に対応して設けられ、点字が当接する突起部を備え、かつフレキシブル性を有する薄膜と、前記突起部の下方に設けられて圧電フィルムの変形により弾性変形し、かつ前記薄膜より柔らかい材質からなる材料で作られた弾性部材と、を備え、前記突起部は、縦列ｎ個、横列ｍ個（但し、ｎ，ｍは２以上の整数）に配置された少なくとも文字を構成する第１突起部群から構成される点字読み取り用センサと、前記点字読み取り用センサからの出力信号を文字信号に変換して出力する文字信号出力論理装置と、を備える点字読み取り用装置である。

また、請求項２に係る発明は、文字間を検出する第２突起群をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の点字読み取り用装置である。

請求項３に係る発明は、行間を検出する第３突起部群をさらに備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の点字読み取り用装置である。

また、請求項４に係る発明は、前記突起部への力の当接がずれて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をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の点字読み取り用装置である。

さらに請求項５に係る発明は、前記力分散防止手段は前記突起部であり、前記突起部の主体部の略中心位置に前記主体部の材質よりも硬い材質からなるコアが嵌設されていることを特徴とする請求項４記載の点字読み取り用装置である。

請求項６に係る発明は、前記点字読み取り用装置は、指に取り付けられる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装置である。

請求項７に係る発明は、さらに音声変換装置を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の点字読み取り用装置である。

本発明によれば、センサ出力電圧が高く、よって感度を高めることができ、また、点字文字を確実に正確に読み取ることができる。

点字は通常６個の点から構成され、それらの組み合わせで一つの文字を構成している。しかしながら、日本語のいくつかの文字は一つの文字を構成するのに２つのブロックを使用する。従って、点字センサとしては連続した２つのブロックを読み取ることが出来る必要がある。

以下、本発明に係る点字センサを図１から図１３を参照して詳述する。

図１は本発明に係る第１の実施例の点字読み取りセンサを示す断面図である。図２は点字読み取りセンサの電極配置を示す断面図である。

点字センサ１０は、第１電極と第２電極との間に圧電変換素子を備える。外圧力により変形するフレキシブル性を有する薄膜を圧電変換素子の外層上に設ける。そして、薄膜の下方に薄膜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素子にひずみを生じさせて電圧を発生させる。

点字読み取りセンサ１０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フレキシブルフィルム１８上に設けられている。突起部２０は、縦列ｎ個×横列ｍ個から構成される。ここで、ｎ，ｍは２より大きい整数である。

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２２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２２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２２は、フレキシブルフィルム１８より柔らかい材料から作られている。

突起部２０に斜め方向からの力が作用して、突起部２０への力の当接がずれた際に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長手方向の変位及び又は拡張を抑制するための第１の力分散防止手段が設けられている。第１力分散防止手段は、区画された弾性部材の間に嵌挿された第１の支持部材２４で構成されている。支持部材２４は、弾性部材２２より幾分硬い材料で作られている。

かくして、弾性部材２２が突起部２０の押圧により長手方向に変位及び又は拡張されるのが抑制される。そして、突起部２０が、弾性部材２２を押圧した際に、押圧力が突起部毎に区画された弾性部材内に閉じ込まれるため、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。

さらに、突起部２０に斜め方向からの力が作用した際に、フレキシブルフィルム１８の長手方向の変位及び又は拡張を抑制するための第２の力分散防止手段を設けることが考えられる。該第２の力分散防止手段は、区画された弾性部材の間に嵌挿された前記支持部材２４の上に延出して配置されている第２の支持部材２６からなる。第２の支持部材２６は、フレキシブルフィルムより幾分硬い材料で作られている。第２の支持部材２６は、第１の支持部材２４と一体的に構成してもよい。

かくして、フレキシブルフィルム１８が突起部２０の押圧により長手方向に変形及び又は拡張されるのが抑制される。この結果、突起部２０が押圧された際に、押圧力が突起部２０毎に区画されたフレキシブルフィルム１８内に閉じ込まれるため、さらにより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。

なお、上述したセンサ１０は、プラスチック製のハウジング２８内に収納されている。

図３は、本発明に係る第２の実施例の点字読み取りセンサを示す断面図である。点字読み取りセンサ３０は、図１で述べたように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。正電極１２は、後述する第１弾性部材２２の形状に沿って配線されている。ここで、Ｙ方向は、Ｘ方向に対して直角の方向であり、かつ正電極と負電極とはマトリックス状に配置されている。

圧電フィルム１６が、正電極（第１電極）１２と負電極（第２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フレキシブルフィルム１８上に設けられている。突起部は、縦列ｎ個×横列ｍ個から構成される。ここで、ｎ、ｍは２より大きい整数である。

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、弾性変形する第１弾性部材２２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。第１弾性部材２２は、例えばほぼ台形形状を有し、スポンジ等の材料から作られている。すなわち、弾性部材２２は、フレキシブルフィルム１８より柔らかい材料から作られている。そして、突起部２０に斜め方向からの力が作用した際に、第１弾性部材２２が長手方向の変位及び又は拡張を抑制するための第２弾性部材３２が設けられている。

力分散防止手段は、区画された第１弾性部材２２の間に嵌挿され、第１弾性部材２２の弾性率より大きな弾性率を有する逆台形形状を有する第２弾性部材３２からなる。第２弾性部材３２は、第１弾性部材２２より幾分硬い材料で作られている。

第１弾性部材２２及び第２弾性部材３２は、基板３４上に固定して設けられている。かくして、力分散防止手段３２により第１弾性部材２２が突起部２０の押圧により長手方向に変形及び又は拡張されるのが抑制される。この結果、突起部２０が押圧された際に、押圧力が突起部２０毎に区画された第１弾性部材２２内に閉じ込まれるため、点字文字読み取りのオフセットが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。

図４は、弾性部材Ｓ２と薄膜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電圧出力を示す。
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。

図４は、圧電フィルムの出力と押し付け変位の関係を示すものである。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５は、図４と同様に圧電フィルムの出力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電圧出力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は、第１及び第２の実施例の点字読み取りセンサに設けられた突起部２０をエフェクター（Ｅｆｆｅｃｔｏｒ）とした構成を示す概略図である。エフェクター２０は、フレキシブルフィルム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。台形形状のエフェクター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エフェクターコア３６が嵌設されている。

前記エフェクターコア３６の材質がその周りのエフェクター２０の材質よりも硬いことから、前記エフェクターコア３６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フレキシブルフィルム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７は、前記エフェクターが有効に力分散防止手段として機能することを検証するために、エフェクターの有無に応じて、点字ドットとセンサを接触させて解析した結果を示す。エフェクターが存在する場合には、点字ドットがエフェクター（突起部）２０の中心を０．５ｍｍ外れた位置を押圧したときでも、ＰＶＤＦに十分な出力電圧が得られるが、エフェクターが存在しない場合には、点字ドットがエフェクター（突起部）２０の中心を外れた位置を押圧した場合には、十分な出力を得ることが出来ないことがわかる。

また、図５の結果から明らかなように、エフェクター２０を設けたフレキシブルフィルム１８とエフェクター２０の下方の第１弾性部材２２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においてエフェクターに力が加わる下方には上述した上述した柔軟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８は、点字読み取り用センサを示す概略図である。点字読み取り用センサの構成は、上述した図１、図２、図３及び図６に示されているので詳述は省略する。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が、エフェクターにより押圧されると、圧電フィルムにひずみが生じて電圧が発生する。

図８において、点字読み取り用センサ４８は、点字文字を読み取るためのエフェクター２０からなる文字読み取り領域４４と文字行間を読み取るためのエフェクター２１からなる行間読み取り領域４６とから構成されている。これら領域に配設されたエフェクター２０は、第１電極と第２電極との交点の位置に対応してフレキシブルフィルム１８上に設けられている。点字文字読み取り用エフェクターは、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文字分のエフェクター２０が配置されている。２文字分のエフェクター２０の間には、文字間検出用エフェクター２２が設けられている。

かくして、フレキシブルフィルム（薄膜）１８上には１文字分のエフェクター２０；（縦列２個、横列３個）と１文字分のエフェクター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文字間検出用エフェクター４７；（縦列１個、横列３個）の合計１５個のエフェクターが配置されている。１文字を構成するエフェクターの中心とエフェクターの中心との距離は約２．５ｍｍである。各文字間のエフェクターの中心とエフェクターの中心との距離は約３．７５ｍｍである。かくして、１文字分のエフェクターと１文字分のエフェクターとで２文字分のエフェクター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。フレキシブルフィルム１８上には、文字の行間を検出するためのエフェクター４８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９に示すようになっているので、例えば、図１０に示すように、Ｓｗ１，・・・Ｓｗ５，Ｓｗａ，・・・Ｓｗｃをマイコンで制御しながら、点字センサパターンを読み込む（ステップ１）、点字参照用データベースを参照しつつ、点字情報を音声情報へ変換（ステップ２）、点字音声情報をイヤーフォンへ転送（ステップ３）とのプロセスを経て、使用者あるいは第三者に点字で書かれた意志を認識させることが出来る。

図１１は、点字読み取り用センサを備えた点字読み取り用装置が、盲人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。

図１２は、点字読み取り用センサとスイッチとマイクロコンピュータと無線送信機を備えた点字読み取り用装置のブロック回路を示している。該図において、点字読み取り用センサ４９は、点字が書かれている面に対向して指先に取り付けられている。センサが取り付けられた指の反対側にセンサへの電源のＯＮ、ＯＦＦ用のスイッチ５０、そして腕側にマイクロコンピュータ５２を内蔵した小型の無線送信機５４が取り付けられている。マイクロコンピュータは、センサからの出力信号パターンと予め格納されている点字のパターンとを比較して文字信号を出力する文字信号出力論理装置を備えている。

図１３は、センサで読み取られた点字の文字信号がマイクロコンピュータで処理されて、処理された文字信号が無線送信機５４を介して音声変換装置５６に送られて盲人の耳に点字が音声として入れることができる構成を示している。また、点字による自分の意思を音声変換装置で変換して、得られた音声を小型スピーカを介して第三者に音声として伝えることができる。

また、点字読み取り装置１で得られた信号が、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５２内のマイクロコンピュータで処理されて、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。さらには、第三者の携帯電話等の携帯端末に入力され、遠隔にいる第三者に情報を伝達することができる。

点字文字読み取りセンサ。センサの信号を音声に変換して出力し、又はセンサの出力信号をコンピュータや携帯端末に入力する文字変換装置。

本発明の第１実施例による点字読み取りセンサを示す断面図である。 図１の触覚センサの電極と圧電フィルムの構造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センサを示す断面図である。 センサ出力変化を示す図である。 センサ出力変化を示す図である。 点字読み取りセンサの突起部を示す概略図である。 突起部と点字ドットと押圧関係を示す図である。 本発明の突起部の配列を示す図である。 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。 本発明の点字読み取りのアルゴリズムである。 本発明の点字読み取りセンサを指に取り付けた概略図である。 点字読み取り装置を示すブロック回路である。 音声変換装置を備える点字読み取り装置を示すブロック回路である。 従来の点字読み取りセンサを示す概略図である。

符号の説明

１０，３０ 点字読み取りセンサ
１２ 正電極
１４ 負電極
１６ 圧電フィルム
１８ フレキシブルフィルム（薄膜）
２０ 文字読み取り用突起部
２２ 弾性部材
２４ 第１の支持部材
２６ 第２の支持部材
２８ ハウジング
３２ 第２弾性部材
３４ 基板
３６ コア
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
４７ 文字検出用突起
４８ 行間検出用突起
４９ 点字読み取り用センサ
５０ スイッチ
５２ マイクロコンピュータ
５４ 無線送信機
５６ 音声変換装置
６１ 感圧機構
６２ 圧電変換素子
６３ 突起
６４ 走査機構

Claims (7)

1. 第１方向に延出する等間隔に配設された複数本の第１電極と、前記第１方向に対して直角の方向である第２方向に延出する等間隔に配設された複数本の第２電極と、互いにマトリックス状に配置されている前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた圧電フィルムと、前記第１電極と前記第２電極との交点の位置に対応して設けられ、点字が当接する突起部を備え、かつフレキシブル性を有する薄膜と、前記突起部の下方に設けられて圧電フィルムの変形により弾性変形し、かつ前記薄膜より柔らかい材質からなる材料で作られた弾性部材と、を備え、前記突起部は、縦列ｎ個、横列ｍ個（但し、ｎ，ｍは２以上の整数）に配置され少なくとも点字文字を構成する第１突起部群を構成する点字読み取り用センサと、
   前記点字読み取り用センサからの出力信号を文字信号に変換して出力する文字信号出力論理装置と、
   を備える点字読み取り用装置。
2. 前記第１突起部群を縦列方向に分割する文字間を検出する第２突起部群をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の点字読み取り用装置。
3. 行間を検出する第３突起部群をさらに備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の点字読み取り用装置。
4. 前記突起部への力の当接がずれて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をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の点字読み取り用装置。
5. 前記力分散防止手段は前記突起部であり、前記突起部の主体部の略中心位置に前記主体部の材質よりも硬い材質からなるコアが嵌設されていることを特徴とする請求項４記載の点字読み取り用装置。
6. 前記点字読み取り用装置は、指に取り付けられる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装置。
7. さらに音声変換装置を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の点字読み取り用装置。

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