JP2013228849A - 触覚ディスプレイ装置及びディスプレイシステム - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータの個数を増やすことなく、利用者に提示する触覚の状態を速やかに構築することができるようにする。
【解決手段】軸が固定板１１の固定板孔１３に挿入され、下端部が圧力導電部材１５の表面に形成されている凹部１６に収まる形状をなしており、アクチュエータ２０により下端部が凹部１６に収まる位置に可動板１４が移動された場合、上端部の先端の位置が固定板１１の表面の位置と略一致し、アクチュエータ２０により下端部が凹部１６に収まらない位置に可動板１４が移動された場合、上端部の先端が固定板１１の表面より突出する複数の可動部材２２を備える。
【選択図】図２

Description

この発明は、利用者（ユーザ）が画像表示装置の画面を見なくても、その画面に表示されている画像の位置を触覚によって識別することができる触覚ディスプレイ装置及びディスプレイシステムに関するものである。

一般的な触覚ディスプレイ装置は、ディスプレイ面の平面上に出し入れ可能なピンを複数配置し、ピンの出し入れを制御することで、ディスプレイ面の凹凸形状を変形させて、ユーザに触覚を知覚させるものである。
ディスプレイ面に凹凸を設ける方法として、ピンの出し入れを駆動するソレノイド等のアクチュエータをピンの下部まで移動して、ピンを押し上げる方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
なお、ピンを押し上げるアクチュエータの個数は１個であり、１個のアクチュエータが、ディスプレイ面の平面上に配置されている複数のピンの出し入れを順番に制御するようにしている。

特開平９−３１１６２２号公報（段落番号［０００６］、図１）

従来の触覚ディスプレイ装置は以上のように構成されているので、１個のアクチュエータが、ディスプレイ面の平面上に配置されている複数のピンの出し入れを順番に制御しなければならず、ディスプレイ面の凹凸形状の変形を完了するまでに多くの時間を要してしまう課題があった。
アクチュエータの個数を増やせば、ディスプレイ面の凹凸形状の変形を完了するまでに要する時間を短縮することができるが、装置構成が複雑になるため、コスト高になってしまう課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、アクチュエータの個数を増やすことなく、利用者に提示する触覚の状態を速やかに構築することができる触覚ディスプレイ装置及びディスプレイシステムを得ることを目的とする。

この発明に係る触覚ディスプレイ装置は、複数の孔が施されている固定板と、固定板と相対する位置に移動自在に設けられ、複数の凹部が表面に形成されている凹部形成部材を備えている可動板と、可動板を移動して、可動板と上記固定板の相対的な位置関係を変える可動板駆動手段と、軸が固定板の孔に挿入され、一方の端部が凹部形成部材の表面に形成されている凹部に収まる形状をなしており、可動板駆動手段により一方の端部が凹部に収まる位置に可動板が移動された場合、他方の端部の先端の位置が固定板の表面の位置と略一致し、可動板駆動手段により一方の端部が凹部に収まらない位置に可動板が移動された場合、他方の端部の先端が固定板の表面より突出する複数の可動部材とを備えるようにしたものである。

この発明によれば、軸が固定板の孔に挿入され、一方の端部が凹部形成部材の表面に形成されている凹部に収まる形状をなしており、可動板駆動手段により一方の端部が凹部に収まる位置に可動板が移動された場合、他方の端部の先端の位置が固定板の表面の位置と略一致し、可動板駆動手段により一方の端部が凹部に収まらない位置に可動板が移動された場合、他方の端部の先端が固定板の表面より突出する複数の可動部材を備えるように構成したので、アクチュエータの個数を増やすことなく、利用者に提示する触覚の状態を速やかに構築することができる効果がある。

この発明の実施の形態１によるディスプレイシステムを示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるディスプレイシステムの触覚ディスプレイ装置４を示す断面図である。 可動板１１の移動によって固定板孔１３から可動部材２２をＺ軸方向に駆動することで、固定板１１の表面に突起を形成する様子を示す説明図である。 固定板孔１３と圧力導電部材１５における凸部１７との位置関係を示す説明図である。 ユーザが指２３で、固定板１１の表面から突出された可動部材２２をＺ軸負方向に応力Ｎ１で押した場合を示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるディスプレイシステムの制御系を示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるディスプレイシステムの制御系の処理内容を示すフローチャートである。 触覚ディスプレイ装置４の動作状態を示す説明図である。 固定板孔１３の間隔の変更例を示す説明図である。 この発明の実施の形態２によるディスプレイシステムの触覚ディスプレイ装置４を示す断面図である。 固定板孔１３と圧力導電部材１５における凸部１７との位置関係を示す説明図である。 触覚ディスプレイ装置４の動作状態を示す説明図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるディスプレイシステムを示す構成図である。
また、図２はこの発明の実施の形態１によるディスプレイシステムの触覚ディスプレイ装置を示す断面図である。
図１及び図２において、画像表示装置１は画像３を表示パネル２に表示する装置である。
例えば、表示パネル２がタッチパネルで構成されているような場合には、画像３としては、例えば、操作ボタンなどの操作部を示す画像が考えられる。
触覚ディスプレイ装置４は画像表示装置１とケーブル５で接続されており、画像表示装置１の表示パネル２に表示された画像の表示位置に対応する触覚をユーザに提示するディスプレイ面を有する装置である。

固定板１１は支持部材１２によって触覚ディスプレイ装置４に固定されており、固定板１１のＸＹ平面上には、一定の間隔で固定板孔１３が施されている。
可動板１４は固定板１１と相対する位置に移動自在（触覚ディスプレイ装置４のＸ軸方向及びＹ軸方向に対して移動可能）に設けられ、複数の凹部が表面（図２では、上部）に形成されている凹部形成部材を備えている。
可動板１４が備えている凹部形成部材は、圧力を加えられることで導電性を有する圧力導電部材１５（圧力を加えられることで導電性を有する弾性部材）であり、圧力導電部材１５の表面には凹部１６が形成されており（凹部１６以外の表面を凸部１７と称する）、圧力導電部材１５の裏面（図２では、下部）にはスイッチ電極１８が設けられている。
可動板支持部材１９は可動板１４を支持している部材である。

アクチュエータ２０は例えば電磁ソレノイドなどから構成されており、可動板１４を移動して、可動板１４と固定板１１の相対的な位置関係を変える可動板駆動手段である。
即ち、アクチュエータ２０は表示パネル２に表示されている画像３の表示位置と対応する位置に設けられている可動部材２２の先端が固定板１１の表面より突出するように、可動板１４をＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動する。
弾性支持部材２１は例えばバネなどから構成されており、アクチュエータ２０によって移動された可動板１４が元の位置に戻れるように可動板１４を支持している部材である。

可動部材２２は軸が固定板１１の固定板孔１３に挿入され、一方の端部（図２では、下端部）が圧力導電部材１５の表面に形成されている凹部１６に収まる形状をなしており、アクチュエータ２０により下端部が凹部１６に収まる位置に可動板１４が移動された場合、他方の端部（図２では、上端部）の先端の位置が固定板１１の表面の位置と略一致し、アクチュエータ２０により下端部が凹部１６に収まらない位置に可動板１４が移動された場合、上端部の先端が固定板１１の表面より突出する部材である。
２３はユーザの指である。

図３は可動板１１の移動によって固定板孔１３から可動部材２２をＺ軸方向に駆動することで、固定板１１の表面に突起を形成する様子を示す説明図である。
図３（Ａ）〜（Ｃ）は、アクチュエータ２０によって可動板１４がＸ軸正方向に孔寸法分ずつ移動されている状態を示している。
例えば、図３（Ａ）の領域ａでは、圧力導電部材１５の表面に形成されている凹部１６に可動部材２２が収まることで、可動部材２２の上端部が固定板１１の表面から突出しない（可動部材２２の上端部の先端の位置が固定板１１の表面の位置と略一致している）ため、固定板１１の表面に凹凸が発生しない。
図３（Ａ）の領域ｂでは、可動部材２２が収まる凹部１６がないため、可動部材２２が自由落下しない。このため、可動部材２２の上端部が固定板１１の表面から突出し、固定板１１の表面に突起（凸部）が形成される。

図３（Ａ）〜（Ｂ）のように、アクチュエータ２０を駆動して、可動板１４をＸ軸正方向に移動させると、圧力導電部材１５の表面に形成されている凹部１６と凸部１７の位置が移動する。
凹部１６と凸部１７の位置が移動することで、凹部１６の位置と可動部材２２の位置がＸＹ平面上で不一致の状態から一致の状態に変化すると、可動部材２２がＺ軸負方向に移動し、凹部１６の位置と可動部材２２の位置がＸＹ平面上で一致の状態から不一致の状態に変化すると、可動部材２２がＺ軸正方向に移動する。
具体的には、例えば、領域ｃにおいては、図３（Ａ）から（Ｂ）のように可動板１４が移動することによって、凹部１６の位置と可動部材２２の位置がＸＹ平面上で一致している状態（可動部材２２が凹部１６に収まっている状態）から、凹部１６の位置と可動部材２２の位置がＸＹ平面上で不一致の状態に変化する。
これにより、アクチュエータ２０の駆動力の方向がＸ軸方向から、可動部材２２のＺ軸正方向に変化することで、可動部材２２がＺ軸正方向に押し上げられて、固定板１１の表面に突起が形成される。

一方、領域ｂにおいては、図３（Ａ）から（Ｂ）のように可動板１４が移動することによって、凹部１６の位置と可動部材２２の位置がＸＹ平面上で不一致の状態から、凹部１６の位置と可動部材２２の位置がＸＹ平面上で一致している状態に変化する。
これにより、可動部材２２が凹部１６に自由落下してＺ軸負方向に移動し、固定板１１の表面に形成されていた突起がなくなる。
このように、アクチュエータ２０を駆動することで、可動板１４を移動して、可動板１４と固定板１１の相対的な位置関係を変えれば、固定板１１の表面に形成する凹凸の位置を制御することができる。

図４は固定板孔１３と圧力導電部材１５における凸部１７との位置関係を示す説明図である。
図４では、説明上煩雑になるため、圧力導電部材１５における凹部１６は図示していない。
この実施の形態１では、固定板１１には、Ｘ軸方向にｎ個、Ｙ軸方向にｍ個の固定板孔１３が施されており、可動板１４が備えている圧力導電部材１５には、Ｘ軸方向にｎ個、Ｙ軸方向にｍ個の凹部１６が表面に形成されている。
このとき、固定板孔１３のＸ軸方向の間隔は、固定板孔１３のＸ軸基準寸法の整数ｋ倍であるものとする。
また、固定板孔１３のＹ軸方向の間隔は、固定板孔１３のＹ軸基準寸法の整数ｌ倍であるものとする。

図４（Ａ）と図４（Ｂ）は、ｋ＝３、ｌ＝３、ｎ＝３、ｍ＝３の例を示している。
また、図４（Ｂ）と図４（Ｃ）は、アクチュエータ２０を２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）に設置し（Ｘ軸上のアクチュエータを２０ａ、Ｙ軸上のアクチュエータを２０ｂで表記している）、可動板１４を２軸方向に移動可能な構成を示している。
このとき、固定板孔１３と凸部１７との位置関係をＸ，Ｙ座標で表すと、次のようになる。
固定板孔１３ （Ｘ，Ｙ）＝（ｋｎ，ｌｍ）
凸部１７ （Ｘ，Ｙ）＝（（ｋ＋１）ｎ，（ｌ＋１）ｍ）
ただし、ｎ＝０〜ｋ−１ ，ｍ＝０〜ｌ−１

固定板孔１３と凸部１７との位置関係を上記のように設定して、ＸＹ平面の各軸方向に可動板１４を移動することで、ｎ×ｍ個の固定板孔１３の中から、任意の１つの固定板孔１３を選択し、その固定板孔１３から可動部材１４の上端部を突出させて、固定板１１の表面に突起を形成することができる。

例えば、図４のように、凸部１７の間隔を（Ｘ，Ｙ）＝（（３＋１）ｎ，（３＋１）ｍ）として、図４（Ｂ）の可動部材２２の突起部（突起状態）を原点とすると、凸部１７のＸ座標が０，４，８となり、Ｙ軸座標が０，４，８となるため、突起部（突起状態）は座標（０，０）の位置に形成される。
次に、可動板１４をＸ軸方向に“−１”ずらすと、図４（Ｃ）の状態になり、凸部１７のＸ座標が−１，３，７となるため、突起部（突起状態）は座標（３，０）の位置に形成される。
可動板１４をＸ軸方向に“−２”ずらすと、凸部１７のＸ座標が−２，２，６となるため、突起部（突起状態）は座標（６，０）の位置に形成される。

一方、可動板１４をＹ軸方向に“−１”ずらすと、図４（Ｄ）の状態になり、凸部１７のＹ座標が−１，３，７となるため、突起部（突起状態）は座標（０，３）の位置に形成される。
可動板１４をＹ軸方向に“−２”ずらすと、凸部１７のＹ座標が−２，２，６となるため、突起部（突起状態）は座標（０，６）の位置に形成される。

図５はユーザが指２３で、固定板１１の表面から突出された可動部材２２をＺ軸負方向に応力Ｎ１で押した場合を示す説明図である。
固定板１１の表面から突出された可動部材２２に対して、ユーザが指２３でＺ軸負方向に応力Ｎ１を加えると、可動板１４が備えている圧力導電部材１５の一部の領域（図５の例では、領域ａ）に圧力が加わる。
圧力導電部材１５の領域ａに圧力が加わることで、領域ａ付近は導電性状態となり、領域ａ付近に設けられているスイッチ電極１８が短絡する。
これにより、スイッチ電極１８に電流が流れて、スイッチがオン状態になる。

ユーザが可動部材２２から指２３を離すと、圧力導電部材１５の形状が弾性によって元に戻るため、可動部材２２は固定板１１の表面から突出されている状態に戻る。
可動部材２２が固定板１１の表面から突出されている状態に戻ると、圧力導電部材１５の領域ａには圧力が加えられておらず、領域ａ付近は非導電性状態に戻る。
このため、領域ａ付近に設けられているスイッチ電極１８は短絡せず、スイッチ電極１８に電流が流れなくなるので、スイッチがオフ状態に戻る。
これにより、スイッチ電極１８がスイッチとして機能する。

図６はこの発明の実施の形態１によるディスプレイシステムの制御系を示す構成図である。
図６において、制御部１０１は表示パネル駆動部１０２を制御して、表示パネル２に表示する画像３を制御する処理を実施するとともに、Ｘ軸アクチュエータ駆動部１０３及びＹ軸アクチュエータ駆動部１０４を制御して、可動板１４を移動させる処理を実施する。
また、制御部１０１は短絡スイッチ検出部１０５から出力された位置情報にしたがって音声発生機構駆動部１０６を制御する処理を実施する。

表示パネル駆動部１０２は制御部１０１から出力された制御信号から表示対象の画像３と表示パネル２における画像３の表示位置を特定して、その表示位置に画像３を表示する処理を実施する。
Ｘ軸アクチュエータ駆動部１０３は制御部１０１から出力された制御信号にしたがってＸ軸上のアクチュエータ２０ａを駆動して、可動板１４をＸ軸方向に移動させる処理を実施する。
Ｙ軸アクチュエータ駆動部１０４は制御部１０１から出力された制御信号にしたがってＹ軸上のアクチュエータ２０ｂを駆動して、可動板１４をＹ軸方向に移動させる処理を実施する。

短絡スイッチ検出部１０５は複数のスイッチ電極１８の中で、短絡状態のスイッチ電極１８を検出し、そのスイッチ電極１８の位置を示す位置情報を制御部１０１に出力する処理を実施する。
音声発生機構駆動部１０６は制御部１０１から出力された制御信号にしたがって音声発生機構１０７を駆動して、短絡状態のスイッチ電極１８に対応する音声情報を出力させる処理を実施する。

次に、ディスプレイシステムの制御系の処理内容を説明する。
図７はこの発明の実施の形態１によるディスプレイシステムの制御系の処理内容を示すフローチャートである。
まず、制御部１０１は、表示対象の画像３（例えば、操作ボタンなどの操作部を示す画像）を示す画像データを生成し、その画像データ（画像データには、表示パネル２における画像３の表示位置を示す位置情報が含まれているものとする）を含む制御信号を表示パネル駆動部１０２に出力する。
表示パネル駆動部１０２は、制御部１０１から制御信号を受けると、その制御信号に含まれている画像データを抽出し、その画像データに含まれている位置情報が示す表示パネル２内の表示位置に画像３を表示する（ステップＳＴ１）。

次に、制御部１０１は、表示パネル２における画像３の表示位置と対応する位置に設けられている可動部材２２の先端が固定板１１の表面より突出するように、Ｘ軸アクチュエータ駆動部１０３及びＹ軸アクチュエータ駆動部１０４を制御する。
これにより、Ｘ軸アクチュエータ駆動部１０３は、制御部１０１の制御の下で、Ｘ軸上のアクチュエータ２０ａを駆動して、可動板１４をＸ軸方向に移動させる（ステップＳＴ２）。
また、Ｙ軸アクチュエータ駆動部１０４は、制御部１０１の制御の下で、Ｙ軸上のアクチュエータ２０ｂを駆動して、可動板１４をＹ軸方向に移動させる（ステップＳＴ２）。
制御部１０１によるＸ軸アクチュエータ駆動部１０３及びＹ軸アクチュエータ駆動部１０４の制御は、突起部の形成位置が画像３の表示位置と一致するまで、繰り返し実施される（ステップＳＴ３）。

短絡スイッチ検出部１０５は、複数のスイッチ電極１８の中で、短絡状態のスイッチ電極１８を検出する処理を実施し、短絡状態のスイッチ電極１８の位置を示す位置情報を制御部１０１に出力する。
制御部１０１は、Ｘ軸アクチュエータ駆動部１０３及びＹ軸アクチュエータ駆動部１０４の制御が完了したのち、短絡スイッチ検出部１０５から位置情報を受けると（ステップＳＴ４）、その位置情報にしたがって音声発生機構駆動部１０６を制御する。
音声発生機構駆動部１０６は、制御部１０１から出力された制御信号にしたがって音声発生機構１０７を駆動して、短絡状態のスイッチ電極１８に対応する音声情報を出力させる（ステップＳＴ５）。
例えば、表示パネル２に表示された画像３が、操作ボタンなどの操作部を示す画像であれば、「○○の操作を受け付けました」などの音声情報が出力される例が考えられる。
ここでは、短絡状態のスイッチ電極１８に対応する音声情報が出力されるものを示したが、どのスイッチ電極１８が短絡しても、同じ音声情報が出力されるようにしてもよい。

制御部１０１は、音声発生機構駆動部１０６が音声発生機構１０７を駆動して、音声発生機構１０７から音声情報が出力されると、表示パネル駆動部１０２を制御して、表示パネル２における表示画像３を更新する（ステップＳＴ６）。
例えば、表示パネル２に表示された画像３が、操作ボタンなどの操作部を示す画像であれば、その操作ボタンに対応する操作が受け付けられた旨を示す画像３や、その操作ボタンに対応する操作の操作結果を示す画像３に更新される例が考えられる。
制御部１０１は、表示パネル２における表示画像３を更新すると、更新後の表示画像３に割り当てられている処理を実行する（ステップＳＴ７）。

次に、触覚ディスプレイ装置４の動作について説明する。
この実施の形態１では、ユーザが表示パネル２に表示された画像３を見ない（視覚情報無し）で、触覚ディスプレイ装置４の可動部材２２を押し込む場合について説明する。

図８は触覚ディスプレイ装置４の動作状態を示す説明図である。
図８（Ａ）は、画像表示装置１の表示パネル２における画像３の表示位置に対応する位置の可動部材２２が固定板１１の表面から突出されている状態を示している。
図８（Ｂ）（Ｃ）は触覚ディスプレイ装置４の断面図であり、画像３の表示位置に対応する位置の可動部材２２によって突起を形成するため、アクチュエータ２０が可動板１４を移動させた状態を示している。

ユーザが指２３で、触覚ディスプレイ装置４の固定板１１に形成された突起を探す場合、図８（Ｃ）に示すように、指２３を固定板１１の表面上を滑らすことで探索することが考えられる。
図８（Ｂ）の状態では、ユーザの指２３が、突起を形成していない可動部材２２の位置にあるため、ユーザは指先に突起の触覚を感じない。
その後、ユーザが図８（Ｃ）の状態まで、指２３を移動（Ｘ１〜Ｘ２の領域まで指２３を移動）させると、突起を形成している可動部材２２と接触するため、ユーザは指先に突起の触覚を感じる。
ユーザは、指先等の触覚の変化を知覚することにより、画像３の表示位置を認識することができる。

図８（Ｄ）はユーザが突起を形成している可動部材２２をスイッチとして入力する状態を示している。
ユーザは、触覚の変化を知覚することで探した可動部材２２をＺ軸負方向に押すことで、圧力導電部材１５の領域ａに圧力が加わる。
これにより、圧力導電部材１５の領域ａ付近が圧力によって導電性状態になるため、領域ａ付近に設けられているスイッチ電極１８が短絡する。その結果、スイッチ電極１８に電流が流れて、スイッチがオン状態になる。
ユーザが可動部材２２から指２３を離すと、圧力導電部材１５の形状が弾性によって元に戻るため、可動部材２２は固定板１１の表面から突出されている状態に戻る（図８（Ｃ）の状態に戻る）。

可動部材２２が固定板１１の表面から突出されている状態に戻ると、圧力導電部材１５の領域ａには圧力が加えられておらず、領域ａ付近は非導電性状態に戻る。
このため、領域ａ付近に設けられているスイッチ電極１８は短絡せず、スイッチ電極１８に電流が流れなくなるので、スイッチがオフ状態に戻る。
このように、ユーザは、指先だけで突起を形成している可動部材２２を探索し、その可動部材２２をスイッチとして入力することが可能になる。

ここでは、突起を形成している可動部材２２を探索するために、ユーザが指２３をＸ軸方向に移動するものを示したが、通常は、ユーザが指２３をＹ軸方向にも移動して、突起を形成している可動部材２２を探索する。

この実施の形態１では、図４のように、固定板孔１３の間隔が形成されているものを示したが、これは一例に過ぎず、固定板孔１３の間隔を変更してもよい。
図９は固定板孔１３の間隔の変更例を示す説明図である。
図９（Ａ）は、固定板孔１３の間隔を孔間隔に設けた場合の例を示している。
図９（Ａ）のように、固定板孔１３の間隔を密にすることで、可動板１４の移動距離を最小化することも可能である。

図９（Ｂ）は、固定板孔１３の間隔を孔寸法の２倍以上に設けた場合の例を示している。
図９（Ｂ）のように、固定板孔１３の間隔を孔寸法の２倍以上に設け、可動板１４の移動経路を突起部（突起状態）の移動先位置以外の固定板孔１３を通らない移動経路を選択することで、可動板１４の移動中に不要な突起形成を防止することも可能である。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、軸が固定板１１の固定板孔１３に挿入され、下端部が圧力導電部材１５の表面に形成されている凹部１６に収まる形状をなしており、アクチュエータ２０により下端部が凹部１６に収まる位置に可動板１４が移動された場合、上端部の先端の位置が固定板１１の表面の位置と略一致し、アクチュエータ２０により下端部が凹部１６に収まらない位置に可動板１４が移動された場合、上端部の先端が固定板１１の表面より突出する複数の可動部材２２を備えるように構成したので、アクチュエータの個数を増やすことなく、ユーザに提示する触覚の状態を速やかに構築することができる効果を奏する。
即ち、この実施の形態１によれば、従来の触覚ディスプレイ装置と比べて、少ない制御機構で安価に触覚ディスプレイ装置を構成することができる。また、スイッチ入力があった場合、音声発生機構１０７により音声情報をユーザに伝達することで、ユーザは表示パネル２を見ずに操作を続けることができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、アクチュエータ２０をＸ軸方向とＹ軸方向に移動させるものを示したが、Ｚ軸方向に移動するアクチュエータを設けることで、移動中に不要な突起の形成を防止する方法について説明する。

図１０はこの発明の実施の形態２によるディスプレイシステムの触覚ディスプレイ装置を示す断面図であり、図において、図２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
アクチュエータ２０ｃ，２０ｄは可動板１４をＺ軸方向に移動させる可動板駆動手段である。
落下防止板３１は固定板１１の下部に設けられ、可動部材２２の落下を防止するための部材である。
ＸＹ軸可動部３２は可動板１４、Ｘ軸上のアクチュエータ２０ａ、Ｙ軸上のアクチュエータ２０ｂ（図１０には図示していない）及び弾性支持部材２１などから構成され、Ｚ軸方向に移動可能な部材である。

図１０（Ａ）に示す突起形成状態から、ＸＹ軸可動部３２をＺ軸負方向に移動するため、アクチュエータ２０ｃ，２０ｄを駆動させると、図１０（Ｂ）の状態（ＸＹ軸可動部３２をＺ軸負方向に移動させた状態）になる。
これにより、可動部材２２は、非突起状態になるが、落下防止板３１が設けられているため、可動部材２２の落下が防止される。

ＸＹ軸可動部３２を構成しているアクチュエータ２０ａ，２０ｂを用いて、次の突起形成位置に可動板１４を移動させた後、ＸＹ軸可動部３２をＺ軸正方向に移動するため、アクチュエータ２０ｃ，２０ｄを駆動させると、図１０（Ｃ）の状態（ＸＹ軸可動部３２をＺ軸正方向に移動させた状態）になる。
このとき、可動板１４の移動によって突起が形成されるが、固定板１１の表面には不要な突起が形成されない。
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、ＸＹ軸可動部３２のＺ軸方向の移動によって不要な突起の形成を防止することができる。

実施の形態３．
上記実施の形態１では、２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）方向に可動板１４を移動して、１点の突起部（突起状態）を形成するものを示したが、１点の突起部だけでなく、複数の突起部を同時に形成するようにしてもよい。

図１１は固定板孔１３と圧力導電部材１５における凸部１７との位置関係を示す説明図である。
図１１では、説明上煩雑になるため、圧力導電部材１５における凹部１６は図示していない。
この実施の形態３では、固定板１１には、Ｘ軸方向にｎ個、Ｙ軸方向にｍ個の固定板孔１３が施されており、可動板１４が備えている圧力導電部材１５には、Ｘ軸方向にｎ個、Ｙ軸方向にｍ個の凹部１６が表面に形成されている。
このとき、固定板孔１３のＸ軸方向の間隔は、固定板孔１３のＸ軸基準寸法の整数ｋ倍であるものとする。
また、固定板孔１３のＹ軸方向の間隔は、固定板孔１３のＹ軸基準寸法の整数ｌ倍であるものとする。

図１１は、ｋ＝４、ｌ＝４、ｎ＝３、ｍ＝３の例を示している。
この実施の形態３では、９個の固定板孔１３の中から、突起部（突起状態）を１つだけ選択する９種類と、同時に２箇所の突起部（突起状態）を設けた場合の６種類と、全ての突起部（突起状態）を持たない未突起部（未突起状態）の場合の１種類とを設ける（全１６種類の移動パターンの突起状態を設ける）。
固定板１１に施された固定板孔１３を座標で表すと、次のようになる。
固定板１３ （Ｘ，Ｙ）＝（ｋｎ，ｌｍ）

図１１（Ｂ）〜（Ｇ）では、アクチュエータ２０を２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）に設置し、可動板１４を２軸方向に移動可能な構成を示している。
ＸＹ平面の各軸方向に可動板１４を移動することで、９つの突起部（突起状態）の領域のうち、任意の１つの突起を選択して突起形成するか、同時に２箇所の突起を設けた場合の６種類のうち、任意の１種類を選択して突起形成するか、または、全ての突起部（突起状態）を持たない未突起な状態を選択することができる。

例えば、図１１に示すように、圧力導電部材１５における凸部１７の間隔を（Ｘ，Ｙ）＝（３ｎ，３ｍ）として、図１１（Ｂ）の可動部材２２の突起部（突起状態）を原点とすると、凸部１７のＸ座標が０，３，５，１０，１１となり、Ｙ軸座標が０，３，５，１０，１１となるため、突起部（突起状態）は座標（０，０）の位置に形成される。
次に、可動板１４をＸ軸方向に“−１”ずらすと、図１１（Ｃ）の状態になり、凸部１７のＸ座標が−１，２，４，９，１０となるため、突起部（突起状態）は座標（４，０）の位置に形成される。
可動板１４をＸ軸方向に“−２”ずらすと、凸部１７のＸ座標が−２，１，３，８，９となるため、突起部（突起状態）は座標（８，０）の位置に形成される。
可動板１４をＸ軸方向に“−３”ずらすと、図１１（Ｄ）の状態になり、凸部１７のＸ座標が−３，０，２，７，８となるため、突起部（突起状態）は、座標（０，０）と座標（８，０）の位置に形成される。

一方、可動板１４をＹ軸方向に“−１”ずらすと、図１１（Ｅ）の状態になり、凸部１７のＹ座標が−１，２，４，９，１０となるため、突起部（突起状態）は座標（０，４）の位置に形成される。
可動板１４をＹ軸方向に“−２”ずらすと、凸部１７のＹ座標が−２，１，３，８，９となるため、突起部（突起状態）は座標（０，８）の位置に形成される。
可動板１４をＹ軸方向に“−３”ずらすと、図１１（Ｆ）の状態になり、凸部１７のＹ座標が−３，０，２，７，８となるため、突起部（突起状態）は、座標（０，０）と座標（０，８）の位置に形成される。

また、可動板１４をＸ軸方向に“−３”ずらし、Ｙ軸方向に“−３”ずらすと、図１１（Ｇ）の状態になり、固定板孔１３に対応する凸部１７が無いため、未突起状態になる。
固定板孔１３と凸部１７の位置関係を上記のように設定し、ＸＹ平面の各軸方向に可動板１４を移動することで、ｎ×ｍ個の孔のうち、任意の複数の突起状態や未突起状態を選択することができる。

次に、触覚ディスプレイ装置４の動作について説明する。
この実施の形態３では、ユーザが表示パネル２に表示された複数の画像３を見ない（視覚情報無し）で、触覚ディスプレイ装置４の可動部材２２を押し込む場合について説明する。

図１２は触覚ディスプレイ装置４の動作状態を示す説明図である。
図１２（Ａ）は、画像表示装置１の表示パネル２における２つの画像３ａ，３ｂの表示位置に対応する位置の２つの可動部材２２が固定板１１の表面から突出されている状態を示している。
図１２（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は触覚ディスプレイ装置４の断面図であり、２つの画像３ａ，３ｂの表示位置に対応する位置の２つの可動部材２２によって突起を形成するため、アクチュエータ２０が可動板１４を移動させた状態を示している。

ユーザが指２３で、触覚ディスプレイ装置４の固定板１１に形成された突起を探す場合、図１２（Ｃ）に示すように、指２３を固定板１１の表面上を滑らすことで探索することが考えられる。
図１２（Ｂ）の状態では、ユーザの指２３が、突起を形成していない可動部材２２の位置にあるため、ユーザは指先に突起の触覚を感じない。
その後、ユーザが図１２（Ｃ）の状態まで、指２３を移動（Ｘ５〜Ｘ６の領域まで指２３を移動）させると、突起を形成している可動部材２２と接触するため、ユーザは指先に突起の触覚を感じる。図１２（Ｃ）の例では、指２３をＸ５〜Ｘ６の領域まで移動させているが、指２３をＸ３〜Ｘ４の領域まで移動させても突起を形成している可動部材２２と接触するため、ユーザは指先に突起の触覚を感じる。
ユーザは、指先等の触覚の変化を知覚することにより、２つの画像３ａ，３ｂの表示位置を認識することができる。

図１２（Ｄ）はユーザが突起を形成している可動部材２２をスイッチとして入力する状態を示している。
ユーザは、触覚の変化を知覚することで探した可動部材２２をＺ軸負方向に押すことで、圧力導電部材１５の領域ａに圧力が加わる。
これにより、圧力導電部材１５の領域ａ付近が圧力によって導電性状態になるため、領域ａ付近に設けられているスイッチ電極１８が短絡する。その結果、スイッチ電極１８に電流が流れて、スイッチがオン状態になる。
ユーザが可動部材２２から指２３を離すと、圧力導電部材１５の形状が弾性によって元に戻るため、可動部材２２は固定板１１の表面から突出されている状態に戻る（図１２（Ｃ）の状態に戻る）。

可動部材２２が固定板１１の表面から突出されている状態に戻ると、圧力導電部材１５の領域ａには圧力が加えられておらず、領域ａ付近は非導電性状態に戻る。
このため、領域ａ付近に設けられているスイッチ電極１８は短絡せず、スイッチ電極１８に電流が流れなくなるので、スイッチがオフ状態に戻る。
このように、ユーザは、指先だけで突起を形成している可動部材２２を探索し、その可動部材２２をスイッチとして入力することが可能になる。

ここでは、突起を形成している可動部材２２を探索するために、ユーザが指２３をＸ軸方向に移動するものを示したが、通常は、ユーザが指２３をＹ軸方向にも移動して、突起を形成している可動部材２２を探索する。
このように、ユーザは、指先だけで突起を形成している可動部材２２を知覚し、知覚した複数の可動部材２２をスイッチとして入力動作することが可能になる。
なお、入力動作に応じて、音声発生機構１０７から音声情報をユーザに伝達することで、ユーザは触覚と聴覚の両方から、表示中の画像３の位置を確認でき、誤操作の防止が可能になる。
さらに、入力動作に応じて、個別の音声情報を伝えることにより、音声によって容易にボタンを識別することができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ 画像表示装置、２ 表示パネル、３，３ａ，３ｂ 画像、４ 触覚ディスプレイ装置、５ ケーブル、１１ 固定板、１２ 支持部材、１３ 固定板孔、１４ 可動板、１５ 圧力導電部材（凹部形成部材）、１６ 凹部、１７ 凸部、１８ スイッチ電極、１９ 可動板支持部材、２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ アクチュエータ（可動板駆動手段）、２１ 弾性支持部材、２２ 可動部材、２３ ユーザの指、３１ 落下防止板、３２ ＸＹ軸可動部、１０１ 制御部、１０２ 表示パネル駆動部、１０３ Ｘ軸アクチュエータ駆動部、１０４ Ｙ軸アクチュエータ駆動部、１０５ 短絡スイッチ検出部、１０６ 音声発生機構駆動部、１０７ 音声発生機構。

Claims (7)

1. 複数の孔が施されている固定板と、
   上記固定板と相対する位置に移動自在に設けられ、複数の凹部が表面に形成されている凹部形成部材を備えている可動板と、
   上記可動板を移動して、上記可動板と上記固定板の相対的な位置関係を変える可動板駆動手段と、
   軸が上記固定板の孔に挿入され、一方の端部が上記凹部形成部材の表面に形成されている凹部に収まる形状をなしており、上記可動板駆動手段により一方の端部が上記凹部に収まる位置に上記可動板が移動された場合、他方の端部の先端の位置が上記固定板の表面の位置と略一致し、上記可動板駆動手段により一方の端部が上記凹部に収まらない位置に上記可動板が移動された場合、他方の端部の先端が上記固定板の表面より突出する複数の可動部材と
   を備えた触覚ディスプレイ装置。
2. 可動板が備えている凹部形成部材は、圧力を加えられることで導電性を有する弾性部材であり、
   上記弾性部材の裏面に複数のスイッチ電極が設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載の触覚ディスプレイ装置。
3. 他方の端部の先端が固定板の表面より突出している可動部材が、上記固定板の内部の方向に押し込められると、上記弾性部材の一部の領域に圧力が加わることで、上記領域が導電性状態になり、上記領域の裏面に設けられているスイッチ電極が短絡することを特徴とする請求項２記載の触覚ディスプレイ装置。
4. スイッチ電極が短絡すると、音声情報を出力する音声発生機構を備えていることを特徴とする請求項３記載の触覚ディスプレイ装置。
5. 固定板は、Ｘ軸方向にｎ個、Ｙ軸方向にｍ個の孔が施されており、上記孔のＸ軸方向の間隔が、上記孔のＸ軸方向の寸法の整数倍ｋであって、上記孔のＹ軸方向の間隔が、上記孔のＹ軸方向の寸法の整数倍ｌであり、
   可動板が備えている凹部形成部材は、Ｘ軸方向にｎ個、Ｙ軸方向にｍ個の凹部が表面に形成されており、上記凹部以外の部分である凸部のＸ軸方向の間隔が、上記凸部のＸ軸方向の寸法の整数倍ｋ±１であって、上記凸部のＹ軸方向の間隔が、上記凸部のＹ軸方向の寸法の整数倍ｌ±１である
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の触覚ディスプレイ装置。
6. 可動板駆動手段は、表示パネルに表示されている画像の表示位置と対応する位置に設けられている可動部材の先端が固定板の表面より突出するように、可動板を移動することを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の触覚ディスプレイ装置。
7. 画像を表示パネルに表示する画像表示装置と、上記画像表示装置の表示パネルに表示された画像に対応する触覚を提示するディスプレイ面を有する触覚ディスプレイ装置とから構成されているディスプレイシステムにおいて、
   上記触覚ディスプレイ装置は、
   複数の孔が施されている固定板と、
   上記固定板と相対する位置に移動自在に設けられ、複数の凹部が表面に形成されている凹部形成部材を備えている可動板と、
   上記画像表示装置により表示された画像の表示位置に応じて上記可動板を移動して、上記可動板と上記固定板の相対的な位置関係を変える可動板駆動手段と、
   軸が上記固定板の孔に挿入され、一方の端部が上記凹部形成部材の表面に形成されている凹部に収まる形状をなしており、上記可動板駆動手段により一方の端部が上記凹部に収まる位置に上記可動板が移動された場合、他方の端部の先端の位置が上記固定板の表面の位置と略一致し、上記可動板駆動手段により一方の端部が上記凹部に収まらない位置に上記可動板が移動された場合、他方の端部の先端が上記固定板の表面より突出する複数の可動部材と
   を備えていることを特徴とするディスプレイシステム。

Images