JP2014167772A - 触覚呈示装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】触覚を与える装置は、収縮した状態から元の状態まで戻るのが遅かった。
【解決手段】押圧動作に基づいて伸長するとともに、復元力により伸長状態から初期状態に戻る弾性体と、押圧動作に基づいて制御が開始されると非変形状態から変形状態へ移行し、制御が終了すると変形状態から非変形状態へ戻る、弾性体に覆われた変形装置とを備え、弾性体が伸長状態から初期状態に戻る時間は、変形装置が変形状態から非変形状態に戻る時間よりも短い触覚呈示装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、触覚呈示装置および電子機器に関する。

触覚子の一端が取り付けられた形状記憶合金に対するパルス電圧のオンオフを制御し、制御に応じた形状記憶合金の伸縮によって触覚子を振動させることにより、触覚子の他端に接触しているユーザに触覚を与える装置が知られている（特許文献１参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２００８−２６２４７８号公報

例えば、形状記憶合金は、収縮した状態に達するよりも元の状態に戻るまでに時間がかかる。形状記憶合金に限らずこのような触覚を与える装置は、伸縮の応答性が悪く、操作感が鈍く感じられることがあった。

本発明の第１の態様における触覚呈示装置は、押圧動作に基づいて伸長するとともに、復元力により伸長状態から初期状態に戻る弾性体と、押圧動作に基づいて制御が開始されると非変形状態から変形状態へ移行し、制御が終了すると変形状態から非変形状態へ戻る、弾性体に覆われた変形装置とを備え、弾性体が伸長状態から初期状態に戻る時間は、変形装置が変形状態から非変形状態に戻る時間よりも短い。

本発明の第２の態様における電子機器は、上記の触覚呈示装置と、触覚呈示装置を制御する制御部とを備える。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

実施形態１に係る触覚呈示装置の構造を示す模式断面図である。 触覚呈示装置の動作を説明するための図である。 触覚呈示装置のバリエーションを説明するための図である。 触覚呈示装置のバリエーションを説明するための図である。 触覚呈示装置のバリエーションを説明するための図である。 実施形態２に係る触覚呈示装置を説明するための模式図である。 実施形態３に係るデジタルカメラのシステム構成図である。 デジタルカメラにおいて触覚呈示装置による触覚呈示を説明するための図である。 電子機器の他の例を説明するための図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、実施形態１に係る触覚呈示装置の構造を示す模式断面図である。図１は、特に特徴的な構成要素が示されるように切断された断面図である。触覚呈示装置１００は、収容部材１１０と、弾性体１２０と、形状記憶合金１３０と、仕切部材１４０と、案内部材１５０とを備える。なお、図１においては、図面を見易くする目的で、弾性体１２０を貫通するように後述する第１端子１２２から外部の制御回路へ向かう配線１６０を示しているが、実際には、例えば収容部材１１０の側部１１１に配線１６０を通すための孔が設けられている。また、形状記憶合金１３０の形状を見易くする目的で、形状記憶合金１３０を太線で示している。

収容部材１１０は側部１１１と底部１１２を有する枡形状であり、形状記憶合金１３０と、仕切部材１４０と、案内部材１５０とを内部に収容する。弾性体１２０は、収容部材１１０の紙面上部の開口を塞ぐように設けられている。より詳細には、弾性体１２０の外縁は、紙面の左右方向に引っ張られた状態で接着剤等により収容部材１１０の側部１１１上面に固定されている。弾性体１２０は、収容部材１１０の内部に収容された形状記憶合金１３０を覆っている。

弾性体１２０は、ユーザの押圧動作によって紙面の下方向に伸長するとともに、ユーザの押圧動作が解除されると自らの復元力により伸長状態から初期状態に戻る。弾性体１２０の材料は、例えばシリコンゴムである。アルミニウム等の金属を薄膜の形態で用いることにより、当該金属を弾性体１２０の材料として利用することもできる。

弾性体１２０において形状記憶合金１３０を覆う面１２１側には、複数の第１端子１２２が互いに間隔をあけて設けられている。第１端子１２２は、導電性を有する材料からなる。例えば、第１端子１２２の材料として銀、銅等の導電性の高い材料を用いることができる。第１端子１２２は、後述する第２端子１３３と導通するための十分な面積を有している。第１端子１２２は、弾性体１２０と一体的に形成される。

形状記憶合金１３０は、線状に形成されており、全体的には紙面の左右方向に延伸して形成され、弾性体１２０へ向かって凸形状を成すように曲げられた凸部分１３１を有する。本実施形態においては、形状記憶合金１３０は、複数の凸部分１３１を有する。すなわち、一つの形状記憶合金１３０によって複数の凸形状が連続して形成されている。これにより、一つの凸形状を有する形状記憶合金が複数組み合わされる場合に比べて、触覚呈示装置１００の小型化が期待できる。上述した弾性体１２０は、形状記憶合金１３０の全体にわたって一体的に形成されている。形状記憶合金１３０の隣接する凸部分１３１の間の裾部分１３２は、収容部材１１０の底部１１２に接着剤等により固定される。

形状記憶合金１３０の凸部分１３１には、第１端子１２２に対応する位置に第２端子１３３が設けられている。すなわち、第１端子１２２と第２端子１３３が対向して設けられている。第２端子１３３は、第１端子１２２と同様の形状であり、第２端子１３３の材料として第１端子１２２の材料として例示した材料を用いることができる。ユーザによる押圧動作がなされていない状態においては、第１端子１２２と第２端子１３３は互いに間隔をあけて位置している。詳しくは後述するが、ユーザによる押圧動作がなされると、第１端子１２２と第２端子１３３が接触する。第１端子１２２には、外部の制御回路から電圧が印加される。外部の制御回路は、アドレス指定のように、特定の第１端子１２２を指定して当該特定の第１端子１２２に対して一定の電圧を印加できる。したがって、第１端子１２２と第２端子１３３が接触することにより通電する。すなわち、第１端子１２２と第２端子１３３は、接点としての役割を担う。

形状記憶合金１３０の裾部分１３２には、グランド接続線１７０が設けられている。上述のように、一つの形状記憶合金１３０によって複数の凸形状が連続して形成されているので、隣接する凸部分１３１の間の裾部分１３２は、当該隣接する凸部分１３１により共有される。したがって、裾部分１３２にグランド接続線１７０を設けることにより、隣接する凸部分１３１のグランド接続線１７０を共有できる。

形状記憶合金１３０に電流が流れると、形状記憶合金１３０は自身の抵抗により発熱する。そして、形状記憶合金１３０は発熱により変形する。本実施形態においては、形状記憶合金１３０の裾部分１３２が収容部材１１０の底部１１２に固定されているので、全体として凸部分１３１が収縮する方向（紙面の下方向）に変形する。外部の制御回路からの電圧の印加が停止されると、形状記憶合金１３０は、放熱により、収縮した状態から元の状態に戻る。

仕切部材１４０は板状であり、隣接する凸部分１３１の間に設けられている。仕切部材１４０は、収容部材１１０の底部１１２に接着剤等により固定される。ユーザにより弾性体１２０が押圧された場合に、仕切部材１４０は、弾性体１２０の全体が変形することがないように弾性体１２０の変形の範囲を制限する。これにより、押圧された部分以外の部分が撓みにくくなる。撓みの低減という観点においては、仕切部材１４０の上面が弾性体１２０に近いほど好ましい。

さらに、仕切部材１４０における紙面の左右方向の幅を厚く形成することにより、形状記憶合金１３０の凸部分１３１の変形方向を規制することもできる。より詳細には、凸部分１３１の側部に沿って近接して仕切部材１４０を配置することにより、凸部分１３１の左右方向の変形を制限できる。これにより、左右方向の変形を制限しつつ、凸部分１３１を全体的に下方向に変形させることができる。仕切部材１４０は、弾性体１２０の材料よりも弾性率が高い材料、例えばプラスチックからなる。なお、本実施形態においては、隣接する凸部分１３１の間に仕切部材１４０を設けているが、複数の凸部分１３１毎に仕切部材１４０を設けてもよい。すなわち、少なくとも一部の隣接する凸部分１３１の間に仕切部材１４０が設けられていればよい。隣接する凸部分１３１の間に仕切部材１４０を配置する場合に比べて、弾性体１２０の変形の範囲が広くなるので、ユーザは広範囲に亘って窪みを知覚できる。

案内部材１５０は、隣接する裾部分１３２の間に設けられている。すなわち、図示するように、凸部分１３１の内側に設けられている。案内部材１５０は、収容部材１１０の底部１１２に接着剤等により固定される。案内部材１５０は、凸部分１３１が凸形状を保ったまま変形するように案内する。より詳細には、案内部材１５０は、凸部分１３１を側面で案内する。すなわち、凸部分１３１は、案内部材１５０の側面に沿って変形する。よって、凸部分１３１の脹らみを抑制できる。案内部材１５０は、弾性体１２０の材料よりも弾性率が高い材料、例えばプラスチックからなる。

なお、本実施形態においては、図中の破線で示すように、形状記憶合金１３０の一つの凸部分１３１、当該凸部分１３１に形成された第２端子１３３、当該凸部分１３１の位置に対応する弾性体１２０の部分、および弾性体１２０に形成された第１端子１２２を含んで、一つの触覚呈示部１８０が構成される。以上の説明においては、複数の触覚呈示部１８０を備える構成であったが、一つの触覚呈示部１８０を備える構成であってもよい。

以上の説明においては、接点が弾性体１２０および形状記憶合金１３０の凸部分１３１に設けられ、グランド接続線１７０が形状記憶合金１３０の裾部分１３２に設けられていたが、接点およびグランド接続線１７０の配置を入れ替えてもよい。この場合に、弾性体１２０において形状記憶合金１３０を覆う面１２１の全体にわたってグランドを形成することにより、複数の凸部分１３１のグランドを全て共通にできる。これにより、配線数を削減できるので、例えば触覚呈示装置１００を透明化する場合に有利である。

以上の説明においては、仕切部材１４０は弾性体１２０の材料よりも弾性率が高い材料により形成されていたが、弾性体１２０の伸長方向に弾性を有する弾性部材により形成されてもよい。この場合には、弾性体１２０の変形の範囲は仕切部材１４０により制限されないので、ユーザの押圧動作により複数の第１端子１２２が対応する第２端子１３３に接続し得る。この場合には、複数の凸部分１３１が収縮するので、ユーザに対して複数の触覚を呈示できる。

形状記憶合金１３０は絶縁部材により被膜されていてもよい。この場合には、形状記憶合金１３０において第１端子１２２に対応する部分を露出させる。露出された部分は第２端子１３３とみなすことができる。したがって、別体としての第２端子１３３を設けなくてもよい。

以上の説明においては、弾性体１２０は収容部材１１０に固定されたが、仕切部材１４０を収容部材１１０の側部１１１と略同一の高さに形成した上で、弾性体１２０を仕切部材１４０に固定してもよい。これにより、収容部材１１０に固定される場合よりも短い間隔で弾性体１２０を固定できるので、弾性体１２０の撓みをより低減できる。

なお、本実施形態においては、形状記憶合金１３０と第２端子１３３を含んで変形装置が構成される。上述のように、形状記憶合金１３０が凸部分１３１を複数有するように形成されているので、一方向に沿って隣接する複数の変形装置が、形状記憶合金１３０を共有しているということもできる。

図２は、触覚呈示装置の動作を説明するための図である。図２においては、ユーザが弾性体１２０のうちの形状記憶合金１３０の中央の凸部分１３１に対応する部分を押圧する場合を想定する。なお、図２においては、図面を見易くする目的で、第１端子１２２から外部の制御回路に向かう配線および収容部材を省いて図示している。また、形状記憶合金１３０において通電した部分を太線で示している。

図２（ａ）は、ユーザによる押圧動作前の状態を示している。その後、図２（ｂ）に示すように、ユーザによる押圧動作がなされると、弾性体１２０の押圧された部分は紙面の下方向に伸張する。これにより、ユーザは、一つ目の触覚として弾性体１２０が下方向に窪んだ触覚を得ることができる。なお、押圧の強さによっては、弾性体１２０が下方向に伸張するだけでなく、形状記憶合金１３０も下方向に収縮する。

弾性体１２０が下方向に伸張すると、第１端子１２２と第２端子１３３とが接触し通電する。上述のように、隣接する凸部分１３１の間の裾部分１３２にグランド接続線１７０が設けられているので、形状記憶合金１３０において電流が流れる範囲は制限される。すなわち、図２（ｂ）に示すように、中央の凸部分１３１に隣接する凸部分１３１に電流が流れることなく、当該中央の凸部分１３１にのみ電流が流れる。すると、電流が流れた中央の凸部分１３１は自身の抵抗により発熱し、両側の仕切部材１４０に沿って、下方向に収縮する。

最終的に、中央の凸部分１３１は、図２（ｃ）に示すように、案内部材１５０の上面に達するまで収縮する。このとき、中央の凸部分１３１の収縮により、弾性体１２０の押圧された部分に対する支えがなくなるので、押圧によって弾性体１２０がより下方向に伸張する。したがって、ユーザは、弾性体１２０をより内部まで押し込んだような触覚を得ることができる。その結果、ユーザは、二つ目の触覚として弾性体１２０がさらに窪んだ触覚を得ることができる。以上のように、本実施形態においては、ユーザは、弾性体１２０を押圧した瞬間の下方向に窪んだ触覚と、中央の凸部分１３１の収縮によって弾性体がさらに窪んだ触覚とを得ることができる。すなわち、ユーザは二つの触覚を連続して得ることができる。なお、一つ目の触覚と二つ目の触覚は連続的に呈示されるので、全体として一体的な触覚として感じる場合もある。

また、二つ目の触覚に関して、弾性体１２０を窪ませる面積を工夫することにより、ユーザに対してあたかも棒状の物体が押し当てられたような触覚を与えることができる。より詳細には、弾性体１２０に対して局所的に細い窪みを形成する。そして、この窪みがユーザの指で塞がれた状態となると、ユーザは、あたかも棒状の物体が押し当てられたような触覚を得ることができる。

なお、形状記憶合金１３０が発熱し過ぎないように、予め設定された時間が経過すると、ユーザの押圧動作とは無関係に、第１端子１２２に対する制御は停止される。制御が停止されると、形状記憶合金１３０は放熱により収縮した状態から元の状態に戻ろうとする。

ユーザによる押圧動作が終了すると、すなわち、ユーザが弾性体１２０から指を離すと、弾性体１２０は、自身の復元力により伸張状態から初期状態に戻ろうとする。ここで、図２（ｄ）に示すように、中央の凸部分１３１が元の状態に戻る途中であるのに対し、弾性体１２０はすでに初期状態に戻っている。すなわち、弾性体１２０が伸長状態から初期状態に戻る時間は、中央の凸部分１３１が収縮した状態から元の状態に戻る時間よりも短い。これにより、ユーザにより短時間に連続して押圧動作がなされる場合に、触覚呈示装置は、少なくとも弾性体１２０による触覚呈示を行うことができる。

図３は、触覚呈示装置のバリエーションを説明するための図である。図３においては、一つの触覚呈示部を抽出して図示している。特に図３（ｃ）においては、図面を簡単にする目的で、弾性体および仕切部材を省いて図示している。

図３（ａ）に示す例においては、仕切部材１４０によって弾性体１２０が区切られている。この場合には、弾性体１２０は、複数の凸部分に対して共通に設けられるのではなく、仕切部材１４０毎に設けられることになる。仕切部材１４０の弾性体１２０側の端部１４１は、弾性体１２０の上面に乗り上げている。すなわち、仕切部材１４０の一部が弾性体１２０の一部を覆っている。これにより、ユーザが弾性体１２０に接触できる範囲を制限することができる。さらに、仕切部材１４０の端部１４１（弾性体１２０に乗り上げた部分）は、弾性体１２０の中央に向かって徐々に厚みが薄くなるように、テーパー状に形成されている。したがって、ユーザは、仕切部材１４０による尖った触覚を感じることなく、弾性体１２０を押圧できる。

図３（ｂ）に示す例においては、弾性体と仕切部材が二色成形により一体的に形成されている。より詳細には、二色成形部材１４２のうちユーザにより押圧される上部１４３は、シリコンゴム等の弾性を有する部材で形成される。すなわち、上部１４３は弾性体に相当する。一方、側部１４４は、例えばプラスチック等の、弾性体１２０の材料よりも弾性率が高い部材により形成される。すなわち、側部１４４は仕切部材に相当する。

以上の説明においては、第１端子１２２および第２端子１３３は、導電性を有する材料からなっていたが、導電性および磁性の両方を有する材料からなってもよい。この場合には、例えば、第１端子１２２および第２端子１３３の材料としてニッケル、コバルト、鉄等を用いることができる。また、磁性を有さない材料により第１端子１２２を形成し、磁性を有する材料からなる第１磁性体を第１端子１２２に近接して別途設けてもよい。このように第１磁性体が設けられている場合には、当該第１磁性体に対応する位置に別途第２磁性体を設けるとよい。第２磁性体は、仕切部材１４０の上面に設けることができる。

第１端子１２２が磁性体からなる場合に、第２端子１３３を磁性体で構成する替わりに、形状記憶合金１３０の凸部分１３１を電磁石として機能させてもよい。図３（ｃ）に示す例においては、形状記憶合金１３０の凸部分１３１の全体に亘って、弾性体へ向かって磁力が発生するように通電コイル１３４が巻回されている。このような構成であっても、第１端子１２２と形状記憶合金１３０の凸部分１３１とを吸着させることができる。なお、形状記憶合金１３０の凸部分１３１の一部に通電コイル１３４を巻回させてもよい。特に形状記憶合金１３０の凸部分１３１の側部に通電コイル１３４を巻回させれば、上部に通電コイル１３４を巻回させた場合よりも、強い磁場が得られる。なお、形状記憶合金１３０に通電コイル１３４を巻回させるのではなく、形状記憶合金１３０の少なくとも一部がコイル状に形成されていてもよい。形状記憶合金１３０自体をコイル状に形成しても、形状記憶合金１３０に通電コイル１３４を巻回させた場合と同様の効果を得ることができる。

上記のように第１端子１２２および第２端子１３３が磁性を有する構成であれば、第１端子１２２および第２端子１３３が磁性を有するので、第１端子１２２は第２端子１３３に引っ張られて下方向に移動する。すると、第１端子１２２が下方向に引っ張られることにより、弾性体１２０も下方向に引っ張られる。その結果、第１端子１２２が第２端子１３３に対して吸着したまま下方向に移動させることができ、第１端子１２２と第２端子１３３との接触が安定し、安定的に形状記憶合金１３０に対して通電することができる。

また、磁性により第１端子１２２が第２端子１３３に引っ張られているので、ユーザは上述した一つ目の触覚と二つ目の触覚とは異なる三つ目の触覚を感じる場合がある。なお、一つ目の触覚と三つ目の触覚と二つ目の触覚とは連続的に呈示されるので、全体として一体的な触覚として感じる場合もある。

図４は、触覚呈示装置のバリエーションを説明するための図である。図４においては、図面を見易くする目的で、第１端子から外部の制御回路に向かう配線および収容部材を省いて図示している。また、形状記憶合金において通電した部分を太線で示している。図４に示す例においては、仕切部材が三つの凸部分毎に設けられている場合を想定する。また、外部の制御回路は、特定の第１端子を指定して当該特定の第１端子に対して予め設定された複数の電圧のうちの特定の電圧を印加できる。これにより、凸部分の収縮量を多段階に制御できる。

図４においては、ユーザによる押圧動作によって、複数の第１端子１２２のうちの両端を除く三つの第１端子１２２が対応する第２端子１３３に接触し通電する。すると、複数の凸部分１３１のうち両端を除く三つの凸部分１３１が発熱により収縮する。ここで、外部の制御回路は、複数の第１端子１２２のうちの通電した第１端子１２２を検知し、検知に応じて様々な制御を行う。具体的には、中央の第１端子１２２に第１電圧を印加し、当該中央の第１端子１２２の両側の第１端子１２２に第１電圧より低い第２電圧を印加する。すると、中央の凸部分１３１とその両側の凸部分１３１とで発熱量が異なるので、結果として収縮量も異なることになる。すなわち、中央の凸部分１３１は発熱量が多いので、両側の凸部分１３１よりも収縮する。これにより、ユーザは、中央部分が最も窪んだ触覚を得ることができる。

なお、三つの凸部分のうち左端の凸部分から右端の凸部分に向かって徐々に収縮量が大きくなるように、外部の制御回路によってそれぞれの凸部分に印加される電圧が制御されてもよい。また、左右両端の凸部分を最も収縮させるように、それぞれの凸部分に印加される電圧が制御されてもよい。以上のように、それぞれの凸部分の収縮量を制御することにより、状況に応じた様々な触覚を呈示できる。また、複数の指によって複数の部分が押圧された場合に、押圧された部分に対応する第１端子１２２に印加する電圧を互いに異ならせてもよい。これにより、押圧された部分に対応する凸部分１３１の収縮量が異なることになるので、指毎に異なる触覚を呈示することができる。

図５は、触覚呈示装置のバリエーションを説明するための図である。図５においては、複数の形状記憶合金が行列状に配置される場合について説明する。図５においては、図面を簡単にする目的で、形状記憶合金のみを抽出して図示している。

図５（ａ）に示す例においては、複数の形状記憶合金１３０が一方向に並列して配置されている。並列して配置された複数の形状記憶合金１３０のうちの隣り合う形状記憶合金１３０は、互いに位相がずれて配置されている。すなわち、並列して配置された複数の形状記憶合金１３０のうちの隣り合う形状記憶合金１３０は、互い違いに配置されている。具体的には、破線で示すように、隣り合う形状記憶合金１３０において互いに対向する部分を比較すると、下側の形状記憶合金１３０では凸部分になっているのに対し、上側の形状記憶合金１３０では裾部分１３２になっている。

図５（ｂ）に示す例においては、複数の形状記憶合金１３０が互いに直交して配置されている。この場合に、互いに直交する形状記憶合金１３０は、裾部分１３２で交差してグランド接続を共有している。これにより、配線数を削減できる。また、複数の形状記憶合金１３０が一方向に並列して配置されている場合に比べて、分解能を高めることができる。したがって、ユーザに対してより微小な範囲での触覚を呈示できる。なお、複数の形状記憶合金１３０を別々に形成した後、複数の形状記憶合金１３０を並列または直交するように配置するのではなく、複数の形状記憶合金１３０を３次元状に一体的に形成してもよい。これにより、複数の形状記憶合金１３０を別々に形成した後、並列または直交するように配置する場合に比べて、工程を簡略化できる。

複数の形状記憶合金１３０が行列状に配置された場合において、複数の凸部分を含むように仕切部材を円状または矩形状に配置してもよい。この場合には、複数の形状記憶合金１３０に形成された全凸部分を仕切部材により複数の領域に区分けすることができる。このように凸部分が区分けされた触覚呈示装置１００が電子機器に搭載される場合を想定する。この場合に、電子機器が複数の表示部を備えていれば、仕切部材により区分けされた領域と表示部を一対一に対応させことができる。ユーザは、区分けられた領域のうち操作したい表示部に対応する領域を操作することにより、当該表示部に対して操作することができる。この場合に、弾性体１２０において仕切部材に相当する領域に目印を施すとよい。これにより、ユーザは、区分けされた領域を視覚により確認できる。

図６は、実施形態２に係る触覚呈示装置を説明するための模式図である。図６においては、一つの触覚呈示部を抽出して図示している。

図６（ａ）に示すように、弾性体１２０は中空の円柱構造である。形状記憶合金１３０は、弾性体１２０の内部に配置されている。形状記憶合金１３０は、線状に形成されており、紙面の上下方向に沿ってコイルバネ形状に巻回されている。弾性体１２０の内周面のうち上面に形状記憶合金１３０の一端が接着剤等により固定され、下面に形状記憶合金１３０の他端が接着剤等により固定されている。すなわち、形状記憶合金１３０が弾性体１２０に連結された構成になっている。また、形状記憶合金１３０のうち弾性体１２０の上面側の端部は、配線１６０を介して外部の制御回路に接続され、下面側の端部はグランド接続線１７０に接続されている。このように、本実施形態においては、形状記憶合金１３０は触覚呈示部１８０毎に独立している。

また、本実施の形態においては、触覚呈示部１８０は接点を有しない。そこでユーザによる押圧動作を検知する検知部１９０が設けられている。検知部１９０の一例としてポテンショメータを用いることができる。具体的には、形状記憶合金１３０において任意の二点に微弱な電圧を印加する。この状態でユーザの押圧動作がなされると、形状記憶合金１３０の密度が変化するので抵抗値も変化する。この抵抗値の変化を検知することにより、ユーザの押圧動作を検知することができる。ユーザの押圧動作が検知されると、外部の制御回路は、配線１６０を介して形状記憶合金１３０に電圧を印加する。外部の制御回路は、弾性体１２０が予め設定された値以上の強さで押圧された場合に、電圧を印加してもよい。続いて、触覚呈示部１８０の動作について説明する。

図６（ｂ）は、ユーザによる押圧動作前の状態を示している。その後、ユーザによる押圧動作がなされると、弾性体１２０の押圧された部分は紙面の下方向に伸張する。このとき、押圧の強さによっては、弾性体１２０が下方向に伸張するだけでなく、形状記憶合金１３０も下方向に収縮する。ユーザによる押圧動作が検知されると、形状記憶合金１３０に電圧が印加される。すると、形状記憶合金１３０は自身の抵抗により発熱し、さらに下方向に収縮する。このとき、形状記憶合金１３０の一端が上面に固定されているので、弾性体１２０の上面は形状記憶合金１３０の収縮により下方向に引っ張られる。以上により図６（ｃ）に示す状態となる。

ユーザによる押圧動作が終了すると、すなわち、ユーザが弾性体１２０から指を離すと、弾性体１２０は、自身の復元力により伸張状態から初期状態に戻ろうとする。形状記憶合金１３０の一端が上面に固定されているので、図６（ｄ）に示すように、形状記憶合金１３０は、弾性体１２０の復元力により上方向に引っ張られる。したがって、形状記憶合金１３０が収縮した状態から単独で元の状態に戻る場合に比べて、弾性体１２０の復元力を利用する分、短い時間で収縮した状態から元の状態に戻ることができる。このように、弾性体１２０が中空の円柱構造である場合には、後述する中実の円柱構造の場合に比べて、形状記憶合金１３０の変形に対する抵抗成分が小さいので、形状記憶合金１３０の変位量を大きくできる。

なお、弾性体１２０の上面に、当該弾性体１２０の材料よりも弾性率が高い材料からなる板状部材を配置してもよい。この場合には、板状部材の上下方向の移動により、触覚呈示部１８０は触覚として凹凸感をユーザに呈示する。

以上の説明においては、弾性体１２０は中空の円柱構造であったが、中実の円柱構造であってもよい。中実の円柱構造は、円柱構造を形成するための型に形状記憶合金１３０を入れた状態で弾性体１２０の材料を流し込むことにより形成できる。したがって、中空の円柱構造の場合に比べて製造方法の観点で有利である。弾性体１２０が中実構造の場合には、形状記憶合金１３０が変形するにあたって中実部分が抵抗成分となる。そこで、弾性体１２０の復元力と、形状記憶合金１３０に対する抵抗成分とのバランスを考慮して弾性体１２０の材料を適宜選択する。

なお、弾性体１２０の復元力を利用して形状記憶合金１３０を元の状態に戻す構成は、実施形態１に適用することもできる。具体的には、形状記憶合金１３０の凸部分１３１の上部と弾性体１２０とを連結部材を別途設けることにより連結する。連結部材は、ユーザの押圧動作がなされていない状態において、弛緩された状態で設けておく。このように連結部材を設けておけば、形状記憶合金１３０が収縮した後、元の状態に戻る場合に、連結部材を介して弾性体１２０の復元力により形状記憶合金１３０を上方向に引っ張ることができる。したがって、形状記憶合金１３０が収縮した状態から単独で元の状態に戻る場合に比べて、弾性体１２０の復元力を利用する分、短い時間で収縮した状態から元の状態に戻ることができる。

上述した各実施形態の触覚呈示装置は、電子機器に搭載される。以下に、電子機器としてデジタルカメラに搭載された場合を例に挙げて説明する。

図７は、デジタルカメラのシステム構成図である。デジタルカメラ２００は、触覚呈示装置１００に加えて、ＣＰＵ２０１、不揮発性メモリ２０２、撮像部２０３、Ａ／Ｄ変換部２０４、画像処理部２０５、表示制御部２０６、表示部２０７、および温度センサ２０８を備える。ユーザは、触覚呈示装置１００を操作することによりデジタルカメラ２００を操作できる。ユーザは、触覚呈示装置１００を操作することにより例えば撮影モードを設定する。

ＣＰＵ２０１は、触覚呈示装置１００をＰＷＭ方式により制御する制御部としての役割を担う。ＣＰＵ２０１は、後述するテーブルを参照しながら制御対象となる第１端子に印加する電圧の制御を行う。電圧の印加時間が長くなると、形状記憶合金１３０の発熱量は大きくなり、触覚呈示装置１００の温度が上昇する。そこで、ＣＰＵ２０１は、温度センサ２０８を介して触覚呈示装置１００の形状記憶合金１３０の熱をモニタリングし、予め設定された温度を超えると電圧の印加を停止する。このように、ＣＰＵ２０１は、形状記憶合金１３０の熱に応じてデューティー比を調整することにより、形状記憶合金１３０の発熱量を調整できる。なお、ＣＰＵ２０１は、予め定められた時間経過後に電圧の印加を停止してもよい。電圧を停止するまでの時間は、形状記憶合金１３０が収縮し終えるまでの時間、形状記憶合金１３０がある一定温度に達すまでの時間等を考慮して実験により予め算出しておく。例えば、電圧の印加から１００ｍｓｅｃ経過後に印加を停止する。さらに、ＣＰＵ２０１は、デジタルカメラ２００を統合的に制御する。

なお、形状記憶合金１３０は、ある一定温度に到達すると収縮し始める。そこで、ＣＰＵ２０１は、予め設定された温度よりも形状記憶合金１３０の温度が低くなった場合には、形状記憶合金１３０に電圧を印加してもよい。これにより、形状記憶合金１３０の温度を予め設定された温度以上に保つことができる。形状記憶合金１３０が収縮し始める温度に近い温度を維持することにより、操作者の接触操作に対する応答性を向上させることができる。

不揮発性メモリ２０２は、触覚呈示装置１００を制御するプログラム、当該プログラムによって参照される各種テーブルを記憶する。テーブルの一例として、メニューの階層毎に、当該階層に含まれる項目と触覚呈示装置１００の第１端子１２２のアドレスとが対応付けられたテーブルを挙げることができる。この場合には、ＣＰＵ２０１は、触覚呈示装置１００に含まれる第１端子のうちのテーブルに対応付けられた第１端子１２２を制御対象に決定し、ユーザの押圧動作に応じて制御対象に決定された第１端子１２２に印加する電圧を制御する。テーブルに記載された第１端子１２２毎に供給すべき電流値または印加すべき電圧印加時間がさらに対応付けられていてもよい。この場合には、ＣＰＵ２０１は、対応付けられた電流値または電圧印加時間となるよう、デューティー比を調整して対応する第１端子１２２に印加する電圧の制御を行う。これにより、触覚呈示装置１００が呈示する触覚をメニューの階層毎または同階層に含まれる項目毎に異ならせることができる。

不揮発性メモリは、その他デジタルカメラ２００を動作させる様々な定数、プログラム等も記憶する。ＣＰＵは、上述の定数、プログラム等を不揮発性メモリから適宜呼び出して参照する。

撮像部２０３は光学系を含み、当該光学系を透過して入射する被写体像である光学像を光電変換する。撮像部２０３は、光電変換により得られた電荷を増幅した後、アナログ画像信号としてＡ／Ｄ変換部２０４に出力する。Ａ／Ｄ変換部２０４は、撮像部２０３から出力されたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換する。

画像処理部２０５は、デジタル画像信号に対して種々の画像処理を施し、画像データを生成する。表示制御部２０６は、ＣＰＵ２０１の指示に従って、画像データを表示部２０７に表示させる。表示制御部２０６は、ＣＰＵ２０１の指示に従って、各種設定に関する様々なメニュー項目も、表示部２０７に表示させることができる。表示制御部２０６は、撮影モードが設定される場合に、夜景モード、人物モード等を表す表示項目を表示部２０７に表示させる。

図８は、デジタルカメラにおいて触覚呈示装置による触覚呈示を説明するための図である。図８（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、表示部２０７側からデジタルカメラ２００を見た図を示している。以下の説明においては、図示するように、表示部２０７に撮影モードの項目が表示されている場合を想定し、触覚呈示装置を操作することにより撮影モードの項目を選択する場合について説明する。

図８（ａ）の例においては、表示部２０７は、撮影モードの項目として１１個の項目を表示している。上述のように、当該１１個の項目のそれぞれと第１端子のアドレスとが対応付けられている。対応付けられた第１端子は、１１個の項目の表示に対応させて円形状に配置されていることが好ましい。ユーザによる押圧動作によって１１個の項目のいずれかに対応する第１端子が通電すれば、表示部２０７では当該第１端子に対応する項目が強調表示される。ユーザは、図中の矢印に示すように触覚呈示装置１００を操作することにより、触覚呈示装置１００から呈示される触覚を感じながら、強調表示される項目を順次変更することができる。したがって、ユーザは押圧動作に応じた触覚を感じながら項目を選択できる。さらに、項目Ｍ、項目Ａ、項目Ｓ、および項目Ｐの４個の項目からなる項目群１と、それ以外の７個の項目からなる項目群２とで、対応する第１端子に対する電圧の制御を異ならせてもよい。この場合には、項目群１に対応する触覚呈示部と、項目群２に対応する触覚呈示部とで収縮量が異なることになる。したがって、ユーザは、項目群１に含まれる項目と、項目群２に含まれる項目とで異なる触感を得ることができる。

具体的には、ＣＰＵ２０１は、項目群１に含まれる項目と、項目群２に含まれる項目とで、電圧の印加時間を異ならせる。これにより、項目群１に含まれる項目と、項目群２に含まれる項目とで、収縮量を異ならせる。例えば、項目群２に含まれる項目に対応する触覚呈示部に対して、項目群１に含まれる項目に対応する触覚呈示部に印加する時間よりも長い時間電圧を印加する。そうすると、項目群２に含まれる項目に対応する形状記憶合金は、項目群１に含まれる項目に対応する形状記憶合金よりも電圧の印加時間が長い分だけ収縮するので、ユーザは、より窪んだ感触を知覚することができる。

ＣＰＵ２０１は、項目群１に含まれる項目と、項目群２に含まれる項目とで、電流値を異ならせることもできる。この場合も、電圧の印加時間を異ならせる場合と同様に、項目群１に含まれる項目と、項目群２に含まれる項目とで、収縮量を異ならせることができる。

図８（ｂ）の例においては、表示部２０７は、撮影モードの項目として４個の項目を表示している。上述のように、当該４個の項目のそれぞれと第１端子のアドレスとが対応付けられている。対応付けられた第１端子は、４個の項目の表示に対応させて上下左右に配置されていることが好ましい。図８（ａ）の場合と同様に、ユーザは、図中の矢印に示すように触覚呈示装置１００を操作することにより、触覚呈示装置１００から呈示される触覚を感じながら、強調表示される項目を順次変更することができる。

ＣＰＵ２０１は、図８（ａ）に示すように、撮影モードの項目として１１個の項目が表示部２０７に表示されている場合と、図８（ｂ）に示すように、４個の項目が表示部２０７に表示されている場合とで、電圧の制御を異ならせてもよい。１１個の項目が表示部２０７に表示されている場合には、制御対象となる第１端子の密度がより高くなる。したがって、１１個の項目のそれぞれに対応する形状記憶合金１３０の凸部分のうち、どの凸部分の収縮による触覚かを区別し辛くなる場合がある。そこで、１１個の項目が表示部２０７に表示されている場合には、４個の項目が表示部２０７に表示されている場合に比べて、電圧の印加時間を長くするとよい。これにより、形状記憶合金１３０の収縮量がより大きくなるので、ユーザは触覚を知覚し易くなる。

なお、触覚呈示装置１００は、紙面の左右方向に操作されてもよい。この場合には、操作方向に合わせて撮影モードの項目を紙面の左右方向に並べて表示するとよい。触覚呈示装置１００は、紙面の上下方向に操作されてもよい。この場合には、操作方向に合わせて撮影モードの項目を紙面の上下方向に並べて表示するとよい。以上のように、操作方向と表示方向を同一にすることにより、ユーザは操作に対して強調表示される項目がどの方向に移動するかを直感的に理解し易くなる。

以上の説明では、表示部２０７と触覚呈示装置１００は、互いに独立して設けられていたが、表示部２０７に触覚呈示装置１００を組み込んでもよい。すなわち、表示部２０７と触覚呈示装置１００とで領域を分けずに、これらを一体的に構成してもよい。この場合に、表示部２０７をタッチパネルとして構成すると、タッチパネルに対する操作に対して触覚を呈示できる。

以上の実施形態においては、変形装置として形状記憶合金を含む構成について説明したが、変形装置はエアバッグとコンプレッサを含む構成であってもよい。この場合には、ユーザによる押圧動作がなされていない状態においては、エアバッグに空気等の気体が充填されている。ユーザによる押圧動作がなされると、気体が外部に押し出されることによりエアバッグは収縮する。一方、ユーザによる押圧動作が解除されると、コンプレッサによりエアバッグに気体が注入され、エアバッグは元の状態に戻る。

以上の実施形態においては、隣接する裾部分１３２の間に案内部材１５０が設けられていたが、案内部材１５０ではなく発光部が設けられてもよい。この場合には、第１端子と第２端子が通電した場合に発光部を発光させることにより、ユーザはどの部分が押圧されたかを視認することができる。さらに液晶を設けた場合には、触覚呈示装置全体を透明にするとよい。

以上の実施形態においては、電子機器としてデジタルカメラを例に挙げて説明したが、上述の態様は、デジタルカメラに限らず様々な電子機器に適用し得る。例えば、携帯電話、ゲーム端末、タブレット端末、産業機械の操作パネル等にも適用できる。なお、本明細書において、触覚は接したときの感触に加え、力の変化を感じる感覚である力覚を含む概念である。

図９は、電子機器の他の例を説明するための図である。図９（ａ）は、携帯電話４００の外観斜視図である。携帯電話４００は、筐体４１０に対して表示パネル４２０およびファンクションボタン４４０を備える。また、携帯電話４００は、筐体４１０の側面に触覚呈示装置１００を備える。ユーザは、触覚呈示装置１００を例えば上下方向に操作することにより、触覚呈示装置１００から呈示される触覚を感じながら、表示パネル４２０に表示される表示内容を切り替えることができる。なお、触覚呈示装置１００は、表示パネル４２０と同一面に表示パネル４２０に隣接して配置されてもよいし、表示パネル４２０とは反対側の面に配置されてもよい。

図９（ｂ）は、タブレット端末５００の外観斜視図である。タブレット端末５００は、筐体５１０に対して表示パネル５２０およびファンクションボタン５４０を備える。また、タブレット端末５００は、表示パネル５２０に隣接して配置された触覚呈示装置１００を備える。ユーザは、触覚呈示装置１００を例えば上下方向に操作することにより、触覚呈示装置１００から呈示される触覚を感じながら、表示パネル５２０に表示される表示内容を切り替えることができる。なお、触覚呈示装置１００は、筐体５１０の側面に配置されてもよいし、表示パネル５２０とは反対側の面に配置されてもよい。

操作者が指を弾性体に接触させたままスライドさせた場合に、指の移動に合わせて形状記憶合金が収縮すれば、摩擦感を呈示することもできる。この場合に、形状記憶合金の収縮量を制御することにより、様々な触感を呈示することができる。例えば、形状記憶合金の収縮量が小さければ、薄紙をなぞったような、さらさらとした触感を感じる場合がある。形状記憶合金の収縮量が大きければ、厚紙をなぞったような、ざらざらとした感触を感じる場合がある。さらさらとした感触を得るための電圧の印加パターン、ざらざらとした感触を得るための電圧の印加パターンは、予めメモリに格納されている。

このような触覚呈示装置は、タッチパネルに重ねて使用することができる。タッチパネルに表示される物体毎に当該物体の触覚を呈示するための電圧の印加パターンを予めメモリに格納しておけば、表示される物体をなぞることにより、当該物体に応じた触感を呈示することができる。また、触覚呈示装置は、操作者の選択指示に応じて、どのような触感を与えるかを選択できるように構成されていてもよい。なお、操作者は、指で弾性体をなぞるかわりに、タッチペンで弾性体をなぞってもよい。このような触覚呈示装置がホワイトボード等の裏側に配置されれば、ホワイトボードをタッチペンでなぞることにより、ホワイトボードとは異なる材質の感触、例えば上述のように紙をなぞったような感触を得ることができる場合がある。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１００ 触覚呈示装置、１１０ 収容部材、１１１ 側部、１１２ 底部、１２０ 弾性体、１２１ 面、１２２ 第１端子、１３０ 形状記憶合金、１３１ 凸部分、１３２ 裾部分、１３３ 第２端子、１３４ 通電コイル、１４０ 仕切部材、１４１ 端部、１４２ 二色成形部材、１４３ 上部、１４４ 側部、１５０ 案内部材、１６０ 配線、１７０ グランド接続線、１８０ 触覚呈示部、１９０ 検知部、２００ デジタルカメラ、２０１ ＣＰＵ、２０２ 不揮発性メモリ、２０３ 撮像部、２０４ Ａ／Ｄ変換部、２０５ 画像処理部、２０６ 表示制御部、２０７ 表示部、２０８ 温度センサ、４００ 携帯電話、４１０ 筐体、４２０ 表示パネル、４４０ ファンクションボタン、５００ タブレット端末、５１０ 筐体、５２０ 表示パネル、５４０ ファンクションボタン

Claims (16)

1. 押圧動作に基づいて伸長するとともに、復元力により伸長状態から初期状態に戻る弾性体と、
   前記押圧動作に基づいて制御が開始されると非変形状態から変形状態へ移行し、前記制御が終了すると変形状態から非変形状態へ戻る、前記弾性体に覆われた変形装置と
   を備え、
   前記弾性体が前記伸長状態から前記初期状態に戻る時間は、前記変形装置が前記変形状態から前記非変形状態に戻る時間よりも短い
   触覚呈示装置。
2. 前記弾性体において前記変形装置を覆う面側に設けられた第１端子と、前記変形装置において前記第１端子に対向して設けられた第２端子とが、前記押圧動作によって接触することにより前記制御が開始される請求項１に記載の触覚呈示装置。
3. 前記変形装置は、前記弾性体に連結されていることにより、単独よりも短い時間で前記変形状態から前記非変形状態へ戻る請求項１または２に記載の触覚呈示装置。
4. 複数の前記変形装置が行列状に配列された請求項１から３のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
5. 少なくとも一部の複数の前記変形装置の間に、前記弾性体の変形範囲を制限する仕切部材とを備え、
   前記仕切部材は、前記弾性体の一部を覆って前記押圧動作を行う押圧領域を制限する請求項１から４のいずれか1項に記載の触覚呈示装置。
6. 前記仕切部材と前記弾性体とは一体的に形成されている請求項５に記載の触覚呈示装置。
7. 前記変形装置が前記弾性体の伸長方向に沿って変形するように案内する案内部材とを備える請求項１から６のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
8. 前記変形装置は、通電制御されることにより変形する形状記憶合金を含む請求項１から７のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
9. 前記形状記憶合金は、線状に形成されており、前記弾性体へ向かって凸形状を成すように曲げられている請求項８に記載の触覚呈示装置。
10. 前記形状記憶合金が前記凸形状を複数有するように形成されることによって、一方向に沿って隣接する複数の前記変形装置は、前記形状記憶合金で形成される請求項９に記載の触覚呈示装置。
11. 隣接する前記変形装置の少なくとも一組は、共通のグランドに接続されている請求項１０に記載の触覚呈示装置。
12. 一方向に沿って隣接する複数の前記変形装置と、前記一方向と交わる方向に沿って隣接する複数の前記変形装置とは、互いに前記凸形状の裾で交差してグランド接続を共有する請求項１０に記載の触覚呈示装置。
13. 前記第１端子と前記第２端子とは、互いに吸着する磁性体からなる請求項２に記載の触覚呈示装置。
14. 請求項１から１３のいずれか１項に記載の触覚呈示装置と、前記触覚呈示装置を制御する制御部とを備える電子機器。
15. 前記制御部は、第１の前記変形装置に対する変形量と第２の前記変形装置に対する変形量とを異ならせる請求項１４に記載の電子機器。
16. 表示部を備え、
    前記制御部は、前記表示部に表示された映像に連動させて前記変形装置を制御する請求項１４または請求項１５に記載の電子機器。

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