JP2014167774A - 触覚呈示装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】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操作者に触覚を与える装置が知られている。このような装置では、擦り感を感じさせることができなかった。
【解決手段】本発明の第１の態様における触覚呈示装置は、操作者に接触される接触面を有する接触部と、入力信号に基づいて接触面の面方向に沿って伸縮する伸縮部とを備える。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、表示部と、表示部に表示された映像に連動させて伸縮部を制御する制御部とを備える。
【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操作者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

このような装置では、擦り感を感じさせることができなかった。

本発明の第１の態様における触覚呈示装置は、操作者に接触される接触面を有する接触部と、入力信号に基づいて接触面の面方向に沿って伸縮する伸縮部とを備える。

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、表示部と、表示部に表示された映像に連動させて伸縮部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を説明する説明図である。 触覚呈示装置の使用例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説明図である。 触覚呈示装置の動作を説明するための図である。 実施形態３に係る触覚呈示装置を説明する説明図である。 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。 触覚呈示装置を電子機器に適用した場合の外観図である。 触覚呈示装置を組み込んだ電子機器のブロック図である。

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１００を説明する説明図である。具体的には、図１（ａ）は、触覚呈示装置１００の模式斜視図であり、図１（ｂ）は、触覚呈示装置１００の側面図である。触覚呈示装置１００は、弾性体１１０と、基盤１２０と、ＳＭＡ（Ｓｈａｐｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｌｌｏｙ）線１３０と、圧力センサ１４０とを備える。

弾性体１１０は、操作者の指に接触される接触面１１１を有する。弾性体１１０は、弾力のある直方形を成し、例えば絶縁性のシリコンゴムにより形成されている。本実施形態においては、弾性体１１０は、操作者の指が接触面１１１に接触された場合に、ＳＭＡ線１３０が食い込まない程度の硬さを有する。

基盤１２０は、弾性体１１０を支持、固定する。基盤１２０は、弾性体１１０よりも高硬度素材である例えばポリカーボネイトにより、板状に形成されている。図示するように、弾性体１１０のうち接触面１１１と反対側の裏面と、基盤１２０の板面とが、圧力センサ１４０を部分的に挟み込んで重ね合わされ、例えば接着剤により固定されている。

ＳＭＡ線１３０は、例えばチタンとニッケルの合金を線状に加工した形状記憶合金である。ＳＭＡ線１３０は、矩形波状であり、裾部分１３１および凸部分１３２を有する。ＳＭＡ線１３０は、全体が弾性体１１０の接触面１１１に接するように、寝かせた状態で配置されている。すなわち、ＳＭＡ線１３０は、接触面１１１に沿って配置されている。本実施形態においては、三つのＳＭＡ線１３０が弾性体１１０の長手方向に互いに間隔をあけて配置されている。三つのＳＭＡ線１３０は、それぞれの凸部分１３２が同一方向を向くように配置されている。ＳＭＡ線１３０の裾部分１３１は、接触面１１１に接着剤により接着されている。一方、凸部分１３２は、接触面１１１に接着されていない。ＳＭＡ線１３０の一端は、制御回路線１５０を介して外部の制御回路に接続され、他端はグランド接続線１６０に接続されている。外部の制御回路により電圧がＳＭＡ線１３０に印加されると、ＳＭＡ線１３０は自身の抵抗により発熱する。そして、ＳＭＡ線１３０は発熱により収縮する。ＳＭＡ線１３０の収縮の詳細については後述する。なお、以降の説明において、ＳＭＡ線１３０のそれぞれを区別して説明する場合に、ＳＭＡ線１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃと記載する場合がある。

ＳＭＡ線１３０が配置された弾性体１１０の接触面１１１は、ＳＭＡ線１３０ごと薄膜の弾性体で被覆されてもよい。これにより、接着されていない凸部分１３２の浮き上がりを抑制できる。触覚に対する指の腹の感度は比較的高いので、操作者は薄膜の弾性体を介してＳＭＡ線１３０の収縮を感知できる。

圧力センサ１４０は、それぞれのＳＭＡ線１３０に対応して設けられている。具体的には、圧力センサ１４０は、当該ＳＭＡ線１３０の直下に、弾性体１１０と基盤１２０の間に挟み込まれて設置される。圧力センサ１４０として、例えばひずみゲージが用いられる。

それぞれのＳＭＡ線１３０は、対応する圧力センサ１４０と共に触覚部を構成する。操作者がある触覚部における弾性体１１０の接触面１１１に触れると、圧力センサ１４０が当該接触に応じた信号を、検出回路線１７０を介して検出回路に出力する。検出回路は、いずれの触覚部で接触を検出したかを同定して、検出結果を制御回路に引き渡す。制御回路は、検出結果を受け取ると、これに同期して、対応するＳＭＡ線１３０に電圧を印加する。すると、当該ＳＭＡ線１３０に電流が流れ、ＳＭＡ線１３０が収縮する。上述のように、ＳＭＡ線１３０は接触面１１１に沿って配置され、かつ、裾部分１３１が接触面１１１に接着されている。したがって、ＳＭＡ線１３０は、破線１３３で示すように、全体として凸部分１３２が接触面１１１の面方向に沿って収縮する。触覚呈示装置１００は、ＳＭＡ線１３０の面方向の収縮を擦り感として操作者に呈示する。操作者は、ＳＭＡ線１３０の面方向の収縮を、あたかも接触面１１１が移動したようなスライド感として感知する場合がある。このように、本実施形態においては、触覚呈示装置１００は、ＳＭＡ線１３０単独で面方向に沿った触覚を操作者に呈示する。制御回路は、例えば１００ｍｓｅｃ程度の予め定められた時間が経過したら電圧の印加を停止する。すると、当該ＳＭＡ線１３０は放熱して元の形状に戻る。

図２は、触覚呈示装置１００の使用例を説明するための図である。図２は、触覚呈示装置１００の模式斜視図である。ただし、図面を見易くする目的で、制御回路線、検出回路線、およびグランド接続線を省いて図示している。図２においては、操作者が指を接触面１１１に接触させたまま、図２（ａ）に示すように、弾性体１１０の長手方向にスライドさせる場合を想定する。図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、触覚呈示装置１００の模式上面図である。触覚呈示装置１００のそれぞれは、指の位置と対応付けて図示されている。

図２（ｂ）に示すように、操作者がＳＭＡ線１３０ａ付近の接触面１１１に指を接触させると、当該ＳＭＡ線１３０ａは収縮する。その後、図２（ｃ）に示すように、接触面１１１の長手方向に指をスライドさせ、ＳＭＡ線１３０ｂ付近の接触面１１１に指が接触すると、当該ＳＭＡ線１３０ｂはスライド方向とは反対方向に収縮する。さらに、図２（ｄ）に示すように、指をスライドさせ、ＳＭＡ線１３０ｃ付近の接触面１１１に指が接触すると、当該ＳＭＡ線１３０ｃはスライド方向とは反対方向に収縮する。また、図示するように、ＳＭＡ線１３０ａは、放熱して元の形状に戻っている。

以上のように、ＳＭＡ線１３０は、操作者の指のスライド方向とは反対方向に収縮する。操作者は、スライド方向とは反対方向の収縮を抵抗感として感知する場合がある。なお、ＳＭＡ線１３０の収縮方向と同方向を順方向といい、ＳＭＡ線１３０の収縮方向とは反対方向を逆方向という。順方向に指をスライドさせると、ＳＭＡ線１３０は、操作者の指のスライド方向と同方向に収縮することになる。この場合には、操作者は、スライド方向と同方向の収縮を追従感として感知する場合がある。このように、スライド方向と収縮方向とが同じ方向か異なる方向かにより、触覚呈示装置１００は、操作者に異なる触覚を呈示することができる。結果として、操作者は、あたかも異なる物体を触ったように感じる場合がある。なお、操作者は、接触面１１１に指をスライドさせた場合に感じる摩擦感に加えて、ＳＭＡ線１３０の収縮による触感を感知する。このため、操作者は、接触面１１１を指でスライドする場合に感じる摩擦感と異なる触感を感じ、あたかも異なる物体を触ったように感じる場合がある。

ＳＭＡ線１３０に印加する電圧値を制御することにより、ＳＭＡ線１３０の収縮量を制御することができる。例えば印加する電圧値を大きくすれば、ＳＭＡ線１３０の収縮量は大きくなる。したがって、操作者に大きな触覚を与えたい場合には、ＳＭＡ線１３０により大きな電圧を印加するとよい。ＳＭＡ線１３０がより大きく収縮するので、操作者は大きなスライド感を感知できる。この場合に、操作者は、順方向に指をスライドさせることにより、摩擦力の小さな物体を触ったような感触を感知する場合がある。例えば、「さらさら」といった、きめの細かい感触を感知する場合がある。また、逆方向に指をスライドさせることにより、摩擦力の非常に大きな物体を触ったような感触を感知する場合がある。例えば、「がりがり」、「ぎざぎざ」といった、非常にきめの粗い感触を感知する場合がある。

一方、操作者に小さな触覚を与えたい場合には、ＳＭＡ線１３０に上述の場合より小さな電圧を印加するとよい。ＳＭＡ線１３０が小さく収縮するので、操作者は小さなスライド感を感知できる。この場合に、操作者は、順方向に指をスライドさせることにより、摩擦力のより小さな物体を触ったような感触を感知する場合がある。例えば、非常にきめの細かい「つるつる」、「すべすべ」といった感触を感知する場合がある。また、逆方向に指をスライドさせることにより、摩擦力の大きな物体を触ったような感触を感知する場合がある。例えば、「ざらざら」といった、きめの粗い感触を感知する場合がある。

なお、弾性体１１０が、操作者の指の接触を受けた場合にＳＭＡ線１３０が食い込む程度にやわらかければ、弾性体１１０は、ＳＭＡ線１３０の収縮により少なくとも接触面の面方向に伸縮される。すなわち、接触面の面方向に引っ張られる。この場合には、ＳＭＡ線１３０に加えて弾性体１１０も変位する。したがって、触覚呈示装置１００は、ＳＭＡ線１３０および弾性体１１０の両方によって面方向の触覚を呈示する。この場合には、操作者は、ＳＭＡ線１３０および弾性体１１０の両方の触覚を感知する。ＳＭＡ線１３０および弾性体１１０の両方によって面方向の触覚を呈示する構成は、ＳＭＡ線１３０全体を弾性体１１０に接着させることにより実現することもできる。この場合には、凸部分１３２が収縮すれば、当該凸部分１３２に接着された弾性体１１０が接触面の面方向に引っ張られる。これにより、弾性体１１０は少なくとも接触面の面方向に伸縮される。この場合には、ＳＭＡ線１３０の収縮により弾性体の接触面の面方向に働く力をせん断力と捉えることができる。

ＳＭＡ線１３０全体を弾性体１１０に接着させる場合には、ＳＭＡ線１３０を弾性体１１０の内部に配置することもできる。弾性体１１０内部に配置されたＳＭＡ線１３０が収縮すると、せん断力によって弾性体１１０の接触面を面方向に伸縮させる。操作者は、弾性体１１０の接触面の面方向の変位をスライド感として感知する場合がある。ＳＭＡ線１３０を弾性体１１０の接触面および内部の両方に配置することもできる。

図３は、触覚呈示装置１００のバリエーションを説明するための図である。具体的には、図３（ａ）は、触覚呈示装置１００の模式斜視図であり、図３（ｂ）は、触覚呈示装置１００の側面図である。図３の触覚呈示装置１００は、弾性体１１０と、基盤１２０と、ＳＭＡ線１３０と、ＳＭＡ線２３０と、圧力センサ１４０とを備える。図３の触覚呈示装置１００は、ＳＭＡ線１３０に加えてＳＭＡ線２３０が配置されている点で、図１の触覚呈示装置１００と異なる。図３の触覚呈示装置１００の他の構成は、図１の触覚呈示装置１００の構成と同一である。

ＳＭＡ線２３０は、ＳＭＡ線１３０と同様の線状素材である。ＳＭＡ線２３０は、ＳＭＡ線１３０と同一の形状を有する。すなわち、裾部分２３１および凸部分２３２を有する。ＳＭＡ線２３０は、弾性体１１０の内部に配置されている。ＳＭＡ線２３０の一端は、制御回路線２５０を介して外部の制御回路に接続され、他端はグランド接続線２６０に接続されている。図３の触覚呈示装置１００においては、三つのＳＭＡ線２３０が配置されている。三つのＳＭＡ線２３０は、それぞれの凸部分２３２がＳＭＡ線１３０の凸部分１３２と同一方向を向くように配置されている。ＳＭＡ線２３０は、ＳＭＡ線１３０と一対一に対応した形態で、ＳＭＡ線１３０のそれぞれの直下に配置されている。対応するＳＭＡ線１３０とＳＭＡ線２３０は、圧力センサ１４０を共有している。図３の触覚呈示装置１００においては、対応するＳＭＡ線１３０およびＳＭＡ線２３０は、対応する圧力センサ１４０と共に触覚部を構成する。操作者がある触覚部における弾性体１１０の接触面１１１に触れると、圧力センサ１４０が当該接触に応じた信号を、検出回路線１７０を介して検出回路に出力する。検出回路は、いずれの触覚部で接触を検出したかを同定して、検出結果を制御回路に引き渡す。制御回路は、検出結果を受け取ると、これに同期して、予め設定されている設定情報に応じて、対応するＳＭＡ線１３０およびＳＭＡ線２３０の一方に電圧を印加する。ＳＭＡ線２３０に電圧が印加された場合には、触覚呈示装置１００は、操作者に対して弾性体１１０の収縮により触覚を呈示する。ＳＭＡ線１３０に電圧が印加された場合には、触覚呈示装置１００は、操作者に対してＳＭＡ線１３０の収縮により触覚を呈示する。

ＳＭＡ線２３０の収縮により操作者に触覚を与えたい場合には、ＳＭＡ線２３０に電圧を印加する旨を示す設定情報を設定しておくとよい。この場合に、ＳＭＡ線２３０に電圧が印加されると、ＳＭＡ線２３０が面方向に収縮することにより、弾性体１１０の接触面１１１が面方向に伸縮される。したがって、弾性体１１０の変形によって触覚を与えることができる。ＳＭＡ線１３０の収縮により触覚を与えたい場合には、ＳＭＡ線１３０に電圧を印加する旨を示す設定情報を設定しておくとよい。また、ＳＭＡ線１３０に印加する電圧値を制御することにより、ＳＭＡ線１３０の収縮量を制御することができる。上述したように、ＳＭＡ線１３０の収縮量を変化させることにより、操作者に対して異なる感触を呈示できる。同様に、ＳＭＡ線２３０に印加する電圧値を制御することにより、ＳＭＡ線２３０の収縮量を制御することができる。結果として、弾性体１１０の収縮量を変化させることができる。よって、この場合にも、ＳＭＡ線２３０の収縮量を変化させることにより、操作者に対して異なる感触を呈示できる。

図４は、触覚呈示装置１００のバリエーションを説明するための図である。具体的には、触覚呈示装置１００の模式斜視図である。図４の触覚呈示装置１００は、弾性体１１０と、基盤１２０と、ＳＭＡ線１３０と、ＳＭＡ線２３０と、圧力センサ１４０とを備える。図４の触覚呈示装置１００は、ＳＭＡ線２３０がＳＭＡ線１３０と反対方向に配置されている点で、図３の触覚呈示装置１００と異なる。図４の触覚呈示装置１００の他の構成は、図３の触覚呈示装置１００の構成と同一である。図４の触覚呈示装置１００においては、ＳＭＡ線２３０を収縮させた場合に、ＳＭＡ線１３０を収縮させた場合よりも大きな触感を呈示できる構成であるとして説明する。なお、ＳＭＡ線１３０を収縮させた場合とＳＭＡ線２３０を収縮させた場合とで、どちらが大きな触覚を呈示できるかは、ＳＭＡ線１３０およびＳＭＡ線２３０のそれぞれに印加する電圧値、弾性体１１０の弾性率等により変化する。

より詳細には、図４の触覚呈示装置１００においては、ＳＭＡ線２３０の凸部分２３２がＳＭＡ線１３０の凸部分１３２とは反対方向を向いている。操作者がある触覚部における弾性体１１０の接触面１１１に触れた場合に、図４の触覚呈示装置１００は、予め設定されている設定情報に応じて、紙面の手前方向および奥方向のいずれかの方向のスライド感を呈示することができる。設定情報として、ＳＭＡ線１３０に電圧を印加する旨を示す情報が設定されていれば、操作者は、紙面の手前方向のスライド感を感知する場合がある。この場合には、ＳＭＡ線１３０の収縮を小さなスライド感として感知する場合がある。一方、設定情報として、ＳＭＡ線２３０に電圧を印加する旨の情報が設定されていれば、操作者は、紙面の奥方向のスライド感を感知する場合がある。この場合には、接触面１１１の変位を大きなスライド感として感知する場合がある。

以上のように、図４の触覚呈示装置１００においては、接触面１１１の同じ部分に触れたとしても、異なる方向に異なる大きさの触覚を呈示することができる。なお、ＳＭＡ線１３０の全体が接触面１１１に接着されていてもよい。この場合には、ＳＭＡ線１３０が収縮すると、ＳＭＡ線２３０が収縮する場合と同様、接触面１１１が面方向に伸縮される。したがって、ＳＭＡ線１３０が収縮する場合と、ＳＭＡ線２３０が収縮する場合とで、同程度の大きさの触覚を呈示することができる。

図５は、実施形態２に係る触覚呈示装置３００を説明する説明図である。具体的には、触覚呈示装置３００の模式斜視図である。図５の触覚呈示装置３００は、弾性体３１０と、基盤３２０と、ＳＭＡ線３３０とを備える。

弾性体３１０は、操作者の指に接触される接触面３１１を有する。弾性体３１０は、全体として弾力のある直方形を成し、例えば絶縁性のシリコンゴムにより形成されている。弾性体３１０は、長手方向に互いに間隔をあけて形成された開口部３１２を有する。

基盤３２０は、弾性体３１０を支持、固定する。基盤３２０は、弾性体３１０よりも高硬度素材である例えばポリカーボネイトにより、板状に形成されている。基盤３２０の弾性体３１０側の面には、開口部３１２の位置に通電端子３２１が配置されている。図示するように、弾性体３１０のうち接触面３１１の反対側の裏面と、基盤３２０の板面とが、例えば接着剤により固定されている。

ＳＭＡ線３３０は、上記のＳＭＡ線１３０と同様の線状素材である。ＳＭＡ線３３０は、矩形波状であり、裾部分３３１および凸部分３３２を有する。ＳＭＡ線３３０には、複数の凸部分３３２が連続して形成されている。ＳＭＡ線３３０は、接触面３１１に沿って長手方向に配置されている。ＳＭＡ線３３０は、裾部分３３１が基盤３２０に接着されている。凸部分３３２を構成する頂辺部分３３３が、開口部３１２に位置している。頂辺部分３３３は、通電端子３２１の直上に位置している。操作者の指が接触面３１１に接触していない状態においては、頂辺部分３３３と通電端子３２１は、互いに間隔をあけて位置している。操作者の指が接触面３１１に接触すると、頂辺部分３３３と通電端子３２１が接触する。通電端子３２１は、制御回路線３５０を介して外部の制御回路に接続されている。通電端子３２１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、特定の通電端子３２１を指定して当該特定の通電端子３２１に対して一定の電圧を印加できる。したがって、通電端子３２１と頂辺部分３３３が接触することにより通電する。

ＳＭＡ線３３０の裾部分３３１には、グランド接続線３６０が設けられている。上述のように、一つのＳＭＡ線３３０によって複数の凸部分３３２が連続して形成されているので、隣接する凸部分３３２の間の裾部分３３１は、当該隣接する凸部分３３２により共有される。したがって、裾部分３３１にグランド接続線３６０を設けることにより、隣接する凸部分３３２のグランド接続線３６０を共有できる。

図６は、触覚呈示装置３００の動作を説明するための図である。図６（ａ）は、触覚呈示装置１００の模式斜視図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の触覚呈示装置１００のＡ−Ａ断面図である。

図示するように、操作者の指が接触面３１１に接触すると、ＳＭＡ線３３０の頂辺部分３３３は開口部３１２に押し込まれる。その結果、頂辺部分３３３と通電端子３２１とが接触し通電する。上述のように、隣接する凸部分３３２の間の裾部分３３１にグランド接続線３６０が設けられているので、ＳＭＡ線３３０において電流が流れる範囲は制限される。すなわち、紙面の手前の凸部分３３２のみに電流が流れる。すると、図６（ａ）に示すように、電流が流れた凸部分３３２は自身の抵抗により発熱し、面方向に収縮する。操作者は、ＳＭＡ線３３０の面方向の収縮を擦り感として感知する。操作者は、ＳＭＡ線３３０の面方向の収縮を、あたかも接触面３１１が移動したようなスライド感として感知する場合もある。制御回路は、例えば１００ｍｓｅｃ程度の予め定められた時間が経過したら電圧の印加を停止する。すると、当該ＳＭＡ線３３０の凸部分３３２は放熱して元の形状に戻る。

図７は、実施形態３に係る触覚呈示装置４００を説明する説明図である。具体的には、図７（ａ）は、触覚呈示装置４００の模式分解斜視図であり、図７（ｂ）は、触覚呈示装置４００の前面図である。図７の触覚呈示装置４００は、弾性体４１０と、基盤４２０と、ＳＭＡ線４３０と、仕切板４８０、仕切板４９０とを備える。

弾性体４１０は、操作者の指に接触される接触面４１１を有する。弾性体４１０は、弾力のある薄膜の直方形を成し、例えば絶縁性のシリコンゴムにより形成されている。弾性体４１０は、接触面４１１と反対側の裏面、すなわち基盤４２０側の面に通電端子４１２を備える。本実施形態においては、三つの通電端子４１２が弾性体４１０の長手方向に互いに間隔をあけて配置されている。

基盤４２０は、仕切板４８０、仕切板４９０を介して、弾性体４１０を支持、固定する。基盤４２０は、弾性体４１０よりも高硬度素材である例えばポリカーボネイトにより、板状に形成されている。

ＳＭＡ線４３０は、上記のＳＭＡ線３３０と同様の線状素材である。また、ＳＭＡ線３３０と同様の形状である。すなわち、矩形波状であり、裾部分４３１および凸部分４３２を有する。ＳＭＡ線４３０には、複数の凸部分４３２が連続して形成されている。ＳＭＡ線４３０は、全体が基盤４２０に接するように、長手方向に寝かせた状態で配置されている。ＳＭＡ線４３０は、裾部分４３１が基盤４２０に接着されている。凸部分４３２を構成する頂辺部分４３３は、通電端子４１２の直下に位置している。操作者の指が接触面４１１に接触していない状態においては、頂辺部分４３３と通電端子４１２は、仕切板４８０、仕切板４９０によって、互いに間隔をあけて位置している。操作者の指が接触面４１１に接触すると、頂辺部分４３３と通電端子４１２が接触する。通電端子４１２は、制御回路線４５０を介して外部の制御回路に接続されている。通電端子４１２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、特定の通電端子４１２を指定して当該特定の通電端子４１２に対して一定の電圧を印加できる。したがって、通電端子４１２と頂辺部分４３３が接触することにより通電する。

ＳＭＡ線４３０の裾部分４３１には、グランド接続線４６０が設けられている。隣接する凸部分４３２の間の裾部分４３１は、当該隣接する凸部分４３２により共有される。したがって、裾部分４３１にグランド接続線４６０を設けることにより、隣接する凸部分４３２のグランド接続線４６０を共有できる。

仕切板４８０は、弾性体４１０と基盤４２０の間に配置されている。より詳細には、仕切板４８０は、基盤４２０の長手方向に沿って配置されている。仕切板４８０は、ＳＭＡ線４３０を挟んだ状態で互いに対向して配置されている。仕切板４８０は、操作者の指が接触面４１１に接触していない場合に、通電端子４１２と頂辺部分４３３とが接触しない程度の高さを有する。

仕切板４９０は、弾性体４１０と基盤４２０の間に配置されている。より詳細には、仕切板４９０は、隣接する凸部分４３２を区画するように、長手方向に互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、仕切板４９０は、裾部分４３１に隣接して配置されている。仕切板４９０は、仕切板４８０と同一の高さを有する。仕切板４８０と仕切板４９０とが、弾性体４１０を支持することによって、頂辺部分４３３と通電端子４１２とが通電しないように、これらの間に空間を形成している。

操作者の指が接触面４１１に接触した場合について簡単に説明する。操作者の指が接触面４１１に接触すると、弾性体４１０が押し下げられる。すると、通電端子４１２も押し下げられる。その結果、通電端子４１２とＳＭＡ線４３０とが接触し通電する。上述のように、隣接する凸部分４３２の間の裾部分にグランド接続線４６０が設けられているので、ＳＭＡ線４３０において電流が流れる範囲は制限される。すなわち、通電端子４１２に接触した凸部分４３２のみに電流が流れる。すると、電流が流れた凸部分４３２は自身の抵抗により発熱し、面方向に収縮する。弾性体４１０が薄膜に形成されているので、操作者は、弾性体４１０を介して、ＳＭＡ線４３０の収縮をスライド感として感知する場合がある。なお、操作者は、弾性体４１０を介してＳＭＡ線４３０に触れるので、ＳＭＡ線４３０から操作者への伝熱を抑制できる。

図８は、触覚呈示装置４００のバリエーションを説明するための図である。図８は、ＳＭＡ線４３０が基盤４２０に複数配置される場合の配置関係を模式的に示している。なお、上述のように、通電端子４１２は、実際には、弾性体４１０のうち接触面４１１とは反対側の裏面に配置されている。そして、操作者の指が接触面４１１に接触していない場合には、仕切板４８０、仕切板４９０によって、ＳＭＡ線４３０と通電端子４１２とが接触しない構成となっている。なお、図８（ｂ）においては、図面を見易くする目的で、制御回路線を省略している。実際には、それぞれの通電端子４１２に制御回路線が個別に接続されている。

図８（ａ）に示す例においては、二本のＳＭＡ線４３０が基盤４２０の長手方向に並列して配置されている。二本のＳＭＡ線４３０は、互いの凸部分４３２が反対方向を向いて配置されている。また、一方のＳＭＡ線４３０の凸部分４３２に他方のＳＭＡ線４３０の裾部分４３１が対向するよう配置されている。すなわち、凸部分４３２が互い違いに配置されている。互い違いに配置された隣接する凸部分４３２が近接して配置されていれば、操作者の指が接触面４１１に接触した場合に、当該隣接する凸部分４３２の両方が、それぞれ対応する通電端子４１２に接触する場合がある。この場合には、当該隣接する凸部分４３２は、互いに異なる方向に収縮する。したがって、操作者は、互いに異なる方向のスライド感を同時に感知する場合がある。結果として、操作者は、触覚をより感知し易くなる。

図８（ｂ）に示す例においては、図８（ａ）の二本のＳＭＡ線４３０の組が、基盤４２０に並列して複数配置されている。このように、二本のＳＭＡ線４３０の組をアレイ状に配置することにより、分解能を高めることができる。また、図８（ｂ）に示す例においては、凸部分４３２が紙面の左方向に向いた行と、凸部分４３２が紙面の右方向に向いた行とが、列方向に交互に配置されていると捉えることもできる。操作者は、凸部分４３２が紙面の左方向に向いた行を指で右から左にスライドさせれば、抵抗感を感知する場合がある。一方、左から右にスライドさせれば、追従感を感知する場合がある。操作者は、凸部分４３２が紙面の右方向に向いた行を指で右から左にスライドさせれば、追従感を感知する場合がある。一方、左から右にスライドさせれば、抵抗感を感知する場合がある。

図９は、触覚呈示装置４００のバリエーションを説明するための図である。図９は、ＳＭＡ線４３０が複数配置される場合の配置関係を模式的に示している。なお、上述のように、通電端子４１２は、実際には、弾性体４１０のうち接触面４１１とは反対側の裏面に配置されている。そして、操作者の指が接触面４１１に接触していない場合には、仕切板４８０、仕切板４９０によって、ＳＭＡ線４３０と通電端子４１２とが接触しない構成となっている。

図９（ａ）に示す例においては、ＳＭＡ線４３０は、全体として円形を成す。ＳＭＡ線４３０は、円の中心方向に突き出した凸部分４３２を有する。図９（ａ）に示す例においては、等間隔に形成された四つの凸部分４３２を有する。凸部分４３２に対応する位置に、通電端子４１２が配置されている。通電端子４１２は、制御回路線４５０を介して外部の制御回路に接続されている。隣接する凸部分４３２の間は、裾部分４３１である。裾部分４３１は、グランド接続線４６０に接続されている。したがって、操作者の指が接触面４１１に接触した場合に、通電端子４１２に接触した凸部分４３２のみに電流が流れる。ここで、裾部分４３１は、基盤に接着されているのに対し、凸部分４３２は、基盤に接着されていない。また、凸部分４３２は、上述のように、円の中心方向に突き出して形成されている。したがって、電流が流れた凸部分４３２は、円の外側に向かって収縮する。ＳＭＡ線４３０が、全体を指で覆うことができる程度の大きさであれば、操作者の指が接触面に接触した場合に、四つの凸部分４３２の全てがそれぞれ対応する通電端子４１２に導通し収縮する場合がある。この場合には、操作者は、四つの凸部分４３２が円の外側に向かって収縮することにより、これらの収縮を広がり感として感知する場合がある。

図９（ｂ）に示す例においては、ＳＭＡ線４３０は、図９（ａ）のＳＭＡ線４３０の裾部分４３１に、円の外側に突き出した凸部分４３４をさらに有する。すなわち、等間隔に形成された四つの凸部分４３４をさらに有する。凸部分４３４に対応する位置に、通電端子４１２が配置されている。通電端子４１２は、制御回路線４５０を介して外部の制御回路に接続されている。隣接する凸部分４３２と凸部分４３４との間の中間部分は、グランド接続線４６０に接続されている。したがって、操作者の指が接触面４１１に接触した場合に、通電端子４１２に接触した凸部分４３４のみに電流が流れる。ここで、当該中間部分において、ＳＭＡ線４３０は、基盤に接着されているのに対し、凸部分４３４は、基盤に接着されていない。また、凸部分４３４は、上述のように、円の外側に突き出して形成されている。したがって、電流が流れた凸部分４３４は、円の中心方向に向かって収縮する。四つの凸部分４３４の全てがそれぞれ対応する通電端子４１２に導通し収縮した場合には、操作者は、四つの凸部分４３４が円の中心方向に収縮することにより、これらの収縮を縮み感として感知する場合がある。図９（ａ）、（ｂ）に示した構成においても、凸部分４３２および凸部分４３４のそれぞれに印加する電圧値を制御することにより、凸部分４３２および凸部分４３４のそれぞれの収縮量を制御することができる。結果として、操作者に対して異なる感触を呈示できる。

また、例えば、図９（ｂ）の配置を適用した触覚呈示装置４００が撮像装置の一例としてのカメラに搭載された場合に、操作者がズームレバーを広角側、望遠側のどちらに操作したかに応じて、触覚呈示装置４００は当該操作に対応した触覚を呈示できる。例えば操作者がズームレバーを望遠側に操作した場合に上記の縮み感を、広角側に操作した場合に上記の広がり感を与えることにより、ズームレバーの操作に応じた触覚を呈示できる。このように、触覚呈示装置１００は、操作者のズーム操作に対するフィードバックを触感として呈示することができる。

なお、ＳＭＡ線４３０の凸部分が、制御回路線４５０を介して外部の制御回路に接続されていてもよい。この場合には、それぞれの制御回路線４５０にスイッチを設けるとよい。外部の制御回路は、制御回路線４５０を介して、任意のスイッチの開閉を実行する。この場合には、四つの凸部分４３２、または四つの凸部分４３４を時間差で収縮させることができる。これにより、操作者は、連続した収縮を回転として感知する場合がある。

図１０は、触覚呈示装置４００のバリエーションを説明するための図である。図１０（ａ）は、触覚呈示装置４００の模式分解斜視図であり、図１０（ｂ）は、触覚呈示装置４００の前面図である。図１０の触覚呈示装置４００は、弾性体４１０と、基盤４２０と、ＳＭＡ線４３０と、仕切板４８０とを備える。なお、図１０においては、説明を簡単にするため、凸部分４３２および通電端子４１２を一つ備える場合について説明するが、図７に示したように、これらを複数備えてもよい。

ＳＭＡ線４３０は、裾部分４３１および凸部分４３２を有する。凸部分４３２の頂部４３５は、通電端子４１２の外縁に沿った形状を有する。ＳＭＡ線４３０は、凸部分４３２の頂部４３５が通電端子４１２の外縁より若干外側に位置するように配置されている。

操作者の指が接触面４１１に接触すると、弾性体４１０が押し下げられる。すると、通電端子４１２も押し下げられる。凸部分４３２の頂部４３５が通電端子４１２の外縁より若干外側に位置するように配置されているので、通電端子４１２は、その外周面でＳＭＡ線３３０と接触し通電する。電流が流れた凸部分４３２は自身の抵抗により発熱し、接触面４１１の面方向に収縮する。このとき、ＳＭＡ線４３０が通電端子４１２に引っ掛けられた状態になっているので、ＳＭＡ線４３０の収縮によって通電端子４１２が接触面４１１の面方向に引っ張られることになる。そうすると、通電端子４１２が引っ張られることにより弾性体４１０が面方向に伸縮される。これにより、接触面４１１により大きな変位を生じさせることができる。操作者の指が弾性体４１０から離れると、弾性体４１０は自らの復元力により初期状態に戻る。ここで、ＳＭＡ線４３０は、通電により収縮する時間に比べて元の状態に復元する時間が長い。図１０の触覚呈示装置４００によれば、ＳＭＡ線４３０が通電端子４１２に引っ掛けられているので、今度は、弾性体４１０の復元力によりＳＭＡ線４３０が引っ張られる。したがって、ＳＭＡ線４３０が初期状態に戻る時間は、ＳＭＡ線４３０が単独で初期状態に戻る時間よりも短くなる。これにより、操作者の操作に対する応答性を向上させることができる。このように、ＳＭＡ線４３０が収縮する場合には、ＳＭＡ線４３０が弾性体４１０を引っ張ることにより接触面に大きな変位を生じさせ、逆に、ＳＭＡ線が伸長する場合には、弾性体４１０がＳＭＡ線４３０を引っ張ることにより応答性を向上させる。

なお、操作者の指が接触面４１１に接触していない状態において、ＳＭＡ線４３０を通電端子４１２に引っかけた状態で配置してもよい。この場合には、制御回路線４５０にスイッチを設け、当該スイッチにより通電端子４１２に対する電圧の印加を制御するとよい。例えば、上述のように圧力センサを配置すれば、圧力センサが出力する信号に応じてスイッチのオンオフを制御できる。

以上で説明した各実施形態における触覚呈示装置およびそのバリエーションとしての触覚呈示装置は、様々な電子機器に組み込まれてその機能を発揮する。以下にその一例を説明する。

図１１は、図１を用いて説明した触覚呈示装置１００を代表例として、当該触覚呈示装置１００を電子機器としての撮像装置６００に適用した場合の、撮像装置６００の外観図である。触覚呈示装置１００は、撮像装置６００の背面部に配置されている。特に、操作者が把持するグリップ部において、右手親指が位置する領域に配置されている。

撮像装置６００の背面部には、表示部としての液晶モニタ６１０が設けられており、液晶モニタ６１０は、撮影画像の表示の他にも、メニュー項目等の情報表示も行う。ここでは、メニュー項目表示として、操作者が絞り値を選択する場面を想定して説明する。

図示するように、操作者が選択可能な項目値６２０が、液晶モニタ６１０の長手方向（左右方向）に沿って順に「４．０…５．６…８．０…」のように表示されている。選択可能な値は、表示されている値に限らず、「４．０」よりも小さな「２．８」、「２．０」といった値が存在し、また、「８．０」よりも大きな「１１」、「１６」といった値が存在する。すなわち、操作者は、数値を左右方向にスクロールすることにより、これらの値を表示させることができる。例えば、右方向、すなわち数値が大きくなる方向にスクロールする場合には、抵抗感を感知する場合がある。逆に、左方向、すなわち数値が小さくなる方向にスクロールする場合には、追従感を感知する場合がある。なお、右方向にスクロールする場合に追従感を感知し、左方向にスクロールする場合に抵抗感を感知するよう、ＳＭＡ線１３０の凸部分の向きを反対方向に形成してもよい。

触覚呈示装置１００は、図示するように、複数のＳＭＡ線１３０が液晶モニタ６１０の長手方向（左右方向）に間隔をあけて配置されている。凸部分は、右側に向いた状態で配置されている。操作者が、例えば図中矢印で示すように左側から右側へ順にその表面をなぞると、それぞれの触覚部に対応する圧力センサがその接触を検出して、制御部へ検出結果を引き渡す。制御部は、操作者が左側から右側へ、すなわち右方向への指示を行ったと判断して、液晶モニタ６１０に表示している数値を右方向へ順次スクロールする。このとき、制御部は、このスクロール表示動作に連動して、左側の凸部分から順に右側の凸部分へ連続的に通電／遮断を繰り返す。すると、触覚呈示装置１００に指を載せている操作者は、スクロール表示による視覚に連動した連続的な擦り感を感知する。この場合には、操作者は、抵抗感を感知することにより、数値が大きい方へスクロールしていることを直感的に把握できる。操作者は、選択したい値が中央に配置されたら、ＯＫボタン６３０を押下して選択を実行する。なお、操作者は、右側から左側へなぞることもできる。この場合には、追従感を感知することにより、数値が小さい方へスクロールしていることを直感的に把握できる。

このように、触覚呈示装置を搭載した電子機器は、これまで操作者の視覚のみに依存していた表示項目の変化を、触覚によっても認識させることができる。なお、上記の例では、触覚呈示装置を入力部材としても利用したが、入力部材を別に設けてもよい。

次に、触覚呈示装置を組み込んだ電子機器の構成を簡単に説明する。図１２は、触覚呈示装置７１０を組み込んだ電子機器７００のブロック図である。ここでは、撮像機能を有する電子機器を想定して説明する。

電子機器７００は、触覚呈示装置７１０、全体の制御を統括する制御部としてのＣＰＵ７３０、レンズおよび撮像素子などを含む撮像部７４０、取得した画像およびメニュー項目などを表示する表示部７５０、制御プログラム等を記憶するメモリ７６０を備える。

触覚呈示装置７１０は、圧力センサおよび検出回路などを含む検出部７２０を有する。操作者が触覚呈示装置７１０に触れると、検出部７２０は、その検出結果をＣＰＵ７３０へ引き渡す。ＣＰＵ７３０は、操作者が接触した位置に対応する触覚部への通電を触覚呈示装置７１０へ指示する。触覚呈示装置７１０は、これに応じて通電を実行する。

また、撮像部７４０によって取得された画像データをＣＰＵ７３０が処理して表示部７５０へ連続的にスクロールさせながら表示させる場合は、ＣＰＵ７３０は、同時に触覚呈示装置７１０へ指示して、スクロールに連動した通電を実行させる。これらの処理は、ＣＰＵ７３０が、メモリ７６０に記憶されている制御プログラムを読み出して実行する。

なお、触覚呈示装置をスライド式のボタンとして利用することもできる。この場合には、ボタンをオンする方向にスライドされた場合に抵抗感が得られ、オフする方向にスライドされた場合に追従感が得られるよう、ＳＭＡ線１３０の凸部分の向きを調整するとよい。これにより、操作者は、触覚により、直感的にボタンのオンオフを把握できる。また、触覚呈示装置をスライダーバーとして利用することもできる。この場合、要所要所でＳＭＡの凸部分を収縮させることにより、ユーザに対してクリック感を与えることができる。

以上の実施形態においては、電子機器として撮像装置を例に挙げて説明したが、上述の態様は、撮像装置に限らず様々な電子機器に適用できる。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。触覚呈示装置がタッチパネルに組み込まれている場合には、タッチパネルに対する操作に対して触覚を呈示できる。触覚呈示装置は、タッチパネルに複数の物体が表示されている場合に、物体毎に異なる擦り感を呈示することができる。例えば、シルクのようなきめの細かな物体と、紙やすりのようなきめの粗い物体とが、タッチパネルに表示されている場合を想定する。表示対象となる物体と、制御すべき凸部分の数とは、対応付けられて予めテーブルとして記憶されている。操作者が、きめの細かな物体が表示されている領域を指でスライドした場合には、当該領域の一部の凸部分のみ収縮させる。一方、きめの粗い物体が表示されている領域を指でスライドした場合には、当該領域の全ての凸部分を収縮させる。このように、表示されている物体に応じて、収縮させる凸部分の数を異ならせることにより、異なる物体を触ったような触覚を呈示することができる。なお、収縮させる凸部分の数を異ならせるのではなく、印加する電圧値を異ならせてもよい。きめの粗い物体が表示されている領域を指でスライドした場合には、きめの細かな物体が表示されている領域を指でスライドした場合に比べて、印加する電圧値を大きくするとよい。これにより、凸部分の変位量が大きくなるので、操作者は、より大きな抵抗感として感知する場合がある。

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。上述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。

ＳＭＡ線が単独で操作者に触覚を呈示する場合には、弾性体の替わりに剛体を用いてもよい。以上の実施形態においては、ＳＭＡ線を含む構成について説明したが、ＳＭＡ線のかわりに、エアバッグとコンプレッサを含む構成であってもよい。

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 弾性体、１１１ 接触面、１２０ 基盤、１３０ ＳＭＡ線、１３１ 裾部分、１３２ 凸部分、１３３ 破線、１４０ 圧力センサ、１５０ 制御回路線、１６０ グランド接続線、１７０ 検出回路線、２３０ ＳＭＡ線、２３１ 裾部分、２３２ 凸部分、２５０ 制御回路線、２６０ グランド接続線、３００ 触覚呈示装置、３１０ 弾性体、３１１ 接触面、３１２ 開口部、３２０ 基盤、３２１ 通電端子、３３０ ＳＭＡ線、３３１ 裾部分、３３２ 凸部分、３３３ 頂辺部分、３５０ 制御回路線、３６０ グランド接続線、４００ 触覚呈示装置、４１０ 弾性体、４１１ 接触面、４１２ 通電端子、４２０ 基盤、４３０ ＳＭＡ線、４３１ 裾部分、４３２ 凸部分、４３３ 頂辺部分、４３４ 凸部分、４３５ 頂部、４５０ 制御回路線、４６０ グランド接続線、４８０ 仕切板、４９０ 仕切板、６００ 撮像装置、６１０ 液晶モニタ、６２０ 項目値、６３０ ＯＫボタン、７００ 電子機器、７１０ 触覚呈示装置、７２０ 検出部、７３０ ＣＰＵ、７４０ 撮像部、７５０ 表示部、７６０ メモリ

Claims (10)

1. 操作者に接触される接触面を有する接触部と、
   入力信号に基づいて前記接触面の面方向に沿って伸縮する伸縮部と
   を備える触覚呈示装置。
2. 前記伸縮部は、通電によって収縮する形状記憶合金である請求項１に記載の触覚呈示装置。
3. 前記形状記憶合金の収縮によって少なくとも前記面方向へ伸縮される弾性部を備える請求項２に記載の触覚呈示装置。
4. 前記形状記憶合金は、少なくとも一部分が前記弾性部に埋め込まれている請求項３に記載の触覚呈示装置。
5. 前記形状記憶合金は、少なくとも一部が前記弾性部の表面に接着されている請求項３または４に記載の触覚呈示装置。
6. 前記弾性部を支持する基盤部と、
   前記基盤部の表面に設けられた通電端子と
   を備え、
   前記弾性部は、前記形状記憶合金の少なくとも一部に対応する箇所であって、前記通電端子が設けられた箇所に空間を有し、
   前記形状記憶合金は、前記操作者に前記一部が前記空間に押し込まれることによって前記通電端子と接触して通電される請求項５に記載の触覚呈示装置。
7. 前記接触部のうち前記接触面とは反対の裏面に設けられた通電端子とを備え、
   前記形状記憶合金は、前記操作者に前記接触面が押圧されることによって前記通電端子と接触して通電される請求項２から４のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
8. 伸縮方向の異なる複数の前記伸縮部を備える請求項１から７のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
9. 前記伸縮部の配設位置に対応して前記接触を検出する検出部と、
   前記検出部により前記接触を検出した位置に基づいて前記伸縮部を制御する制御部と
   を備える請求項１から８のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
10. 請求項１から８のいずれか１項に記載の触覚呈示装置と、
    表示部と、
    前記表示部に表示された映像に連動させて前記伸縮部を制御する制御部と
    を備える電子機器。

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