JP2015219540A - Tactile display device - Google Patents

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史芳 有木
田中　宏明
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tactile display device which can improve energy efficiency for generating a concentration point of sound pressure of an ultrasonic wave and is inexpensive.SOLUTION: A tactile display device comprises an ultrasonic element 30 which emits an ultrasonic wave to a prescribed directional range. The tactile display device also comprises a reflector 40 which has a concave surface 41 with a spherical surface. The reflector 40 reflects the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic element 30 with the concave surface 41 and generates a concentration point 50 by concentrating the reflected ultrasonic wave at the focal point of the concave surface 41. With this, since most of the energy for generating the ultrasonic wave is effectively utilized for generating the concentration point 50, energy efficiency for generating the concentration point 50 of sound pressure of the ultrasonic wave is improved. Moreover, since the concentration point 50 of sound pressure of the ultrasonic wave is generated by one ultrasonic element 30, the tactile display device can be configured at a low cost.

Description

本発明は、超音波を利用した触覚ディスプレイ装置に関する。   The present invention relates to a tactile display device using ultrasonic waves.

従来より、超音波の音圧で生体に触覚を提示するように構成された触覚提示装置が、例えば特許文献１で提案されている。具体的には、複数の超音波素子が基板上に配置されて触覚提示素子アレイが構成されており、複数の超音波素子の一部を同時に発振させるように構成された触覚提示装置が提案されている。   Conventionally, for example, Patent Document 1 proposes a tactile sense presentation device configured to present a tactile sensation to a living body with ultrasonic sound pressure. Specifically, a tactile presentation device array is configured by arranging a plurality of ultrasonic elements on a substrate, and a tactile presentation device configured to simultaneously oscillate a part of the plurality of ultrasonic elements has been proposed. ing.

このような構成では、各超音波素子が位相制御されて駆動させられることにより、触覚提示素子アレイの上方の触覚提示位置に超音波の音圧の集中点が生成される。したがって、触覚提示位置に生体が位置すると、生体の皮膚にある触覚受容器を音圧で刺激して触覚を与えることができる。   In such a configuration, the ultrasonic sound pressure concentration point is generated at the haptic presentation position above the haptic presentation element array by driving each ultrasonic element with phase control. Therefore, when the living body is located at the tactile sense presenting position, the tactile receptor on the skin of the living body can be stimulated with sound pressure to give a tactile sense.

特開２０１２−４８３７８号公報JP 2012-48378 A

しかしながら、上記従来の技術では、所定の指向性範囲を持って超音波を発する超音波素子が複数用いられているので、各超音波素子において超音波の指向性範囲のうち音圧の集中点を生成しない範囲が使用されずに無駄になっている。すなわち、超音波を生成するためのエネルギーの大部分が無駄になっている。このため、生体への触覚提示のためのエネルギー効率が悪いという問題がある。また、複数の超音波素子を用いる構成になっているので、触覚提示装置が高価になってしまうという問題がある。   However, in the conventional technique, a plurality of ultrasonic elements that emit ultrasonic waves having a predetermined directivity range are used. Therefore, in each ultrasonic element, the concentration point of the sound pressure in the ultrasonic directivity range is set. A range that is not generated is wasted and not used. That is, most of the energy for generating ultrasonic waves is wasted. For this reason, there exists a problem that the energy efficiency for the tactile sense presentation to a biological body is bad. Moreover, since it is the structure using a some ultrasonic element, there exists a problem that a tactile sense presentation apparatus will become expensive.

本発明は上記点に鑑み、超音波の音圧の集中点を生成するためのエネルギー効率を向上することができ、かつ、安価な触覚ディスプレイ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an inexpensive tactile display device that can improve energy efficiency for generating a concentrated point of ultrasonic sound pressure.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、空中に超音波の音圧の集中点（５０）を生成し、空中に位置する生体の皮膚にある触覚受容器を音圧の集中点（５０）で刺激して触覚を与える触覚ディスプレイ装置であって、以下の点を特徴としている。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a concentration point (50) of ultrasonic sound pressure is generated in the air, and the tactile receptor located on the skin of a living body located in the air is concentrated in the sound pressure. A tactile display device that gives a tactile sensation by stimulating at a point (50), and is characterized by the following points.

まず、超音波を所定の指向性範囲に照射する超音波素子（３０）を備えている。また、表面が球状の凹面（４１）を有し、超音波素子（３０）から照射された超音波を凹面（４１）で反射させると共に、反射させた超音波を凹面（４１）の焦点に集中させることにより集中点（５０）を生成する反射板（４０）を備えていることを特徴とする。   First, the ultrasonic element (30) which irradiates an ultrasonic wave to a predetermined directivity range is provided. The surface has a spherical concave surface (41), and the ultrasonic wave irradiated from the ultrasonic element (30) is reflected by the concave surface (41), and the reflected ultrasonic wave is concentrated on the focal point of the concave surface (41). And a reflecting plate (40) for generating a concentrated point (50).

これによると、超音波素子（３０）から照射された超音波が反射板（４０）の凹面（４１）によって集中させられるので、超音波の指向性範囲のうち音圧の集中点（５０）の生成に寄与しない範囲を狭くすることができる。すなわち、超音波を生成するためのエネルギーの大部分を集中点（５０）の生成のために有効に利用することができる。したがって、超音波の音圧の集中点（５０）を生成するためのエネルギー効率を向上させることができる。   According to this, since the ultrasonic wave irradiated from the ultrasonic element (30) is concentrated by the concave surface (41) of the reflecting plate (40), the sound pressure concentration point (50) in the ultrasonic directivity range. The range that does not contribute to generation can be narrowed. That is, most of the energy for generating the ultrasonic wave can be effectively used for generating the concentration point (50). Therefore, the energy efficiency for generating the concentrated point (50) of the ultrasonic sound pressure can be improved.

また、１つの超音波素子（３０）で超音波の音圧の集中点（５０）を生成することができるので、触覚ディスプレイ装置を安価に構成することができる。   Also, since the ultrasonic sound pressure concentration point (50) can be generated by one ultrasonic element (30), the tactile display device can be configured at low cost.

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

本発明の第１実施形態に係る触覚ディスプレイ装置の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the tactile display apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 従来の２次元アレイの構成を示した平面図である。It is the top view which showed the structure of the conventional two-dimensional array. ２次元アレイの上方に集中点が生成されることを説明するための図である。It is a figure for demonstrating that a concentrated point is produced | generated above a two-dimensional array. ２次元アレイを構成する１個の超音波素子のエネルギー効率を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the energy efficiency of one ultrasonic element which comprises a two-dimensional array. 本発明の第２実施形態に係る触覚ディスプレイ装置の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the tactile display apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態に係る触覚ディスプレイ装置の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the tactile display apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４実施形態に係る触覚ディスプレイ装置の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the tactile display apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る触覚ディスプレイ装置は、空中に超音波の音圧の集中点を生成し、空中に位置する生体の皮膚にある触覚受容器を音圧の集中点で刺激して触覚を与える装置である。 (First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The tactile display device according to the present embodiment generates a concentrated point of ultrasonic sound pressure in the air, and gives a tactile sensation by stimulating a tactile receptor on the skin of a living body located in the air at the concentrated point of sound pressure. It is.

図１に示されるように、触覚ディスプレイ装置は、コンピュータ１０、発振回路２０、超音波素子３０、及び反射板４０を備えて構成されている。   As shown in FIG. 1, the tactile display device includes a computer 10, an oscillation circuit 20, an ultrasonic element 30, and a reflection plate 40.

コンピュータ１０は、発振回路２０を制御するための装置である。コンピュータ１０は、空中に触覚を発生させるためのアプリケーションプログラムに従って発振回路２０に発振信号を出力する。コンピュータ１０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマ、Ｉ／Ｏ及びこれらを接続するバス等によって構成されている。   The computer 10 is a device for controlling the oscillation circuit 20. The computer 10 outputs an oscillation signal to the oscillation circuit 20 according to an application program for generating a tactile sense in the air. The computer 10 includes a CPU, ROM, RAM, timer, I / O (not shown), a bus connecting these components, and the like.

発振回路２０は、コンピュータ１０から入力した発振信号に従って超音波素子３０を駆動するものである。具体的には、発振回路２０は、コンピュータ１０から発振信号を入力し、予め設定された超音波領域の所定周波数の正弦波を生成し、それをパルス変調したパルス信号を超音波素子３０に出力する。例えば、発振回路２０は、４０ｋＨｚの超音波を２００Ｈｚの周期で発振する。これにより、発振回路２０は、超音波素子３０から超音波を発生させる。   The oscillation circuit 20 drives the ultrasonic element 30 according to the oscillation signal input from the computer 10. Specifically, the oscillation circuit 20 receives an oscillation signal from the computer 10, generates a sine wave having a predetermined frequency in a preset ultrasonic region, and outputs a pulse signal obtained by pulse-modulating the sine wave to the ultrasonic element 30. To do. For example, the oscillation circuit 20 oscillates a 40 kHz ultrasonic wave with a period of 200 Hz. Thereby, the oscillation circuit 20 generates an ultrasonic wave from the ultrasonic element 30.

超音波素子３０は、超音波を所定の指向性範囲に照射する素子である。本実施形態では、指向性範囲は例えば６０度である。超音波素子３０は、回路基板３１、圧電素子３２、及び音響整合層３３を備えて構成されている。これら回路基板３１、圧電素子３２、及び音響整合層３３は１つにパッケージ化されている。また、超音波素子３０は、反射板４０から例えば２００ｍｍ離れた場所に配置されている。   The ultrasonic element 30 is an element that irradiates ultrasonic waves in a predetermined directivity range. In the present embodiment, the directivity range is, for example, 60 degrees. The ultrasonic element 30 includes a circuit board 31, a piezoelectric element 32, and an acoustic matching layer 33. The circuit board 31, the piezoelectric element 32, and the acoustic matching layer 33 are packaged together. In addition, the ultrasonic element 30 is disposed at a location 200 mm away from the reflecting plate 40, for example.

回路基板３１は、発振回路２０から入力した駆動信号に従って圧電素子３２に電圧を印加する駆動回路が形成されている。   The circuit board 31 is formed with a drive circuit that applies a voltage to the piezoelectric element 32 in accordance with the drive signal input from the oscillation circuit 20.

圧電素子３２は、回路基板３１の駆動回路から印加される電圧に従って伸縮と膨張を繰り返して振動することにより超音波を発生させるものである。圧電素子３２は、例えば積層構造のＰＺＴ素子（ＰＺＴ：チタン酸ジルコン酸鉛）から構成されている。   The piezoelectric element 32 generates ultrasonic waves by vibrating repeatedly expanding and contracting according to the voltage applied from the drive circuit of the circuit board 31. The piezoelectric element 32 is composed of, for example, a PZT element having a laminated structure (PZT: lead zirconate titanate).

音響整合層３３は、超音波の伝達媒体である空気と圧電素子３２との音響インピーダンスの差を緩和して超音波の伝達効率を向上させると共に、超音波の指向性を決定するものである。本実施形態では、音響整合層３３は、超音波の指向性範囲が６０度となるように構成されている。音響整合層３３は、例えば樹脂材料によって形成されている。   The acoustic matching layer 33 relaxes the difference in acoustic impedance between air, which is an ultrasonic transmission medium, and the piezoelectric element 32 to improve the transmission efficiency of the ultrasonic wave and determine the directivity of the ultrasonic wave. In the present embodiment, the acoustic matching layer 33 is configured such that the directivity range of ultrasonic waves is 60 degrees. The acoustic matching layer 33 is made of, for example, a resin material.

反射板４０は、超音波素子３０から照射された超音波を反射させるものである。反射板４０は、表面が球状の凹面４１を有している。反射板４０は、いわゆる凹面鏡である。   The reflection plate 40 reflects the ultrasonic wave irradiated from the ultrasonic element 30. The reflecting plate 40 has a concave surface 41 having a spherical surface. The reflector 40 is a so-called concave mirror.

本実施形態では、反射板４０の凹面４１は、超音波素子３０から照射される超音波の指向性範囲よりも大きなサイズである。したがって、反射板４０は、超音波素子３０から照射される超音波の全てを凹面４１で反射させるようになっている。反射板４０の凹面４１の焦点が超音波の音圧の集中点５０となる。つまり、集中点５０が触覚提示位置となる。   In the present embodiment, the concave surface 41 of the reflecting plate 40 has a size larger than the directivity range of the ultrasonic wave irradiated from the ultrasonic element 30. Therefore, the reflection plate 40 reflects all of the ultrasonic waves irradiated from the ultrasonic element 30 with the concave surface 41. The focal point of the concave surface 41 of the reflecting plate 40 is a concentration point 50 of the ultrasonic sound pressure. That is, the concentration point 50 is the tactile sense presentation position.

さらに、超音波素子３０から音の焦点までの距離は指向性範囲内で等しくなっている。具体的には、指向性範囲の一方の限界角度（例えば−３０度）の超音波が超音波素子３０から凹面４１に達する距離をａ１とし、指向性範囲の他方の限界角度（例えば＋３０度）の超音波が超音波素子３０から凹面４１に達する距離をｂ２と定義する。また、指向性範囲の一方の限界角度の超音波が凹面４１から集中点５０に達する距離をａ２とし、指向性範囲の他方の限界角度の超音波が凹面４１から集中点５０に達する距離をｂ１と定義する。このような定義において、ａ１＋ａ２＝ｂ１＋ｂ２を満たすように超音波素子３０と反射板４０との配置が調整されている。以上が、本実施形態に係る触覚ディスプレイ装置の全体構成である。   Furthermore, the distance from the ultrasonic element 30 to the focal point of the sound is equal within the directivity range. Specifically, a1 is a distance at which an ultrasonic wave having one limit angle (for example, −30 degrees) in the directivity range reaches the concave surface 41 from the ultrasonic element 30, and the other limit angle (for example, +30 degrees) in the directivity range. The distance that the ultrasonic wave reaches the concave surface 41 from the ultrasonic element 30 is defined as b2. Further, the distance that the ultrasonic wave at one limit angle of the directivity range reaches the concentration point 50 from the concave surface 41 is defined as a2, and the distance that the ultrasonic wave at the other limit angle of the directivity range reaches the concentration point 50 from the concave surface 41 is b1. It is defined as In such a definition, the arrangement of the ultrasonic element 30 and the reflection plate 40 is adjusted so as to satisfy a1 + a2 = b1 + b2. The above is the overall configuration of the tactile display device according to the present embodiment.

次に、触覚ディスプレイ装置の作動について説明する。上述のように、コンピュータ１０が発振信号に基づいて発振回路２０を動作させる。これにより、超音波素子３０から超音波が照射される。反射板４０は、超音波素子３０から照射された超音波を凹面４１で反射させる。そして、反射板４０は、反射させた超音波を凹面４１の焦点に集中させることにより空中に集中点５０を生成する。言い換えると、凹面４１の形状の効果により所定の位置に音波を集中させ音響放射圧を発生させる。   Next, the operation of the tactile display device will be described. As described above, the computer 10 operates the oscillation circuit 20 based on the oscillation signal. Thereby, ultrasonic waves are irradiated from the ultrasonic element 30. The reflecting plate 40 reflects the ultrasonic wave irradiated from the ultrasonic element 30 with the concave surface 41. Then, the reflecting plate 40 generates a concentration point 50 in the air by concentrating the reflected ultrasonic waves at the focal point of the concave surface 41. In other words, the acoustic radiation pressure is generated by concentrating the sound wave at a predetermined position by the effect of the shape of the concave surface 41.

このようにして、空中に超音波の音圧の集中点５０を生成し、空中に位置する生体の皮膚にある触覚受容器を音圧の集中点５０で刺激して触覚を与える。すなわち、超音波によって空間に数重量グラムの手触り感覚を発生させる。   In this way, the concentration point 50 of the ultrasonic sound pressure is generated in the air, and a tactile receptor on the skin of the living body located in the air is stimulated by the concentration point 50 of the sound pressure to give a tactile sensation. That is, a touch sensation of several weight grams is generated in the space by ultrasonic waves.

続いて、超音波素子３０が２次元に並べられた従来の構成と、反射板４０を設けた本実施形態に係る構成と、のエネルギー効率を比較する。   Subsequently, the energy efficiency of the conventional configuration in which the ultrasonic elements 30 are two-dimensionally arranged and the configuration according to the present embodiment in which the reflection plate 40 is provided will be compared.

まず、図２に示されるように従来の触覚ディスプレイ装置は複数の超音波素子３０が２次元に並べられた２次元アレイ６０として構成されている。また、図３に示されるように２次元アレイ６０から２００ｍｍ離れた位置に集中点６１が生成される構成である。集中点６１は、複数の超音波素子３０からそれぞれ位相差を持って発せられた超音波が重なり合う位置である。   First, as shown in FIG. 2, the conventional tactile display device is configured as a two-dimensional array 60 in which a plurality of ultrasonic elements 30 are arranged two-dimensionally. Further, as shown in FIG. 3, the concentration point 61 is generated at a position 200 mm away from the two-dimensional array 60. The concentration point 61 is a position where the ultrasonic waves emitted from the plural ultrasonic elements 30 with a phase difference overlap each other.

そして、図４の下段に示されるように１つの超音波素子３０は６０度の指向性範囲に超音波を照射する。したがって、図４の上段に示されるように従来の構成では１個の超音波素子３０から２００ｍｍの焦点距離に照射された超音波の面積Ｓ１はＳ１＝２×π×２００×２７＝３４０００ｍｍ2となる。一方、面積Ｓ１のうち集中点６１に使用される面積Ｓ２は、超音波周波数が４０ｋＨｚの場合、直径１波長分の長さ８ｍｍの円の面積となるため５０ｍｍ2となる。 As shown in the lower part of FIG. 4, one ultrasonic element 30 irradiates ultrasonic waves in a directivity range of 60 degrees. Therefore, as shown in the upper part of FIG. 4, in the conventional configuration, the area S1 of the ultrasonic wave irradiated from one ultrasonic element 30 to the focal length of 200 mm is S1 = 2 × π × 200 × 27 = 34000 mm 2 . Become. On the other hand, of the area S1, the area S2 used for the concentrated point 61 is 50 mm 2 because it is an area of a circle having a length of 8 mm for one wavelength when the ultrasonic frequency is 40 kHz.

したがって、図２〜図４に示された従来の構成では、１個の超音波素子３０から発せられる超音波のエネルギーのうち触覚提示に使われている割合Ｓ２／Ｓ１はＳ２／Ｓ１＝５０／３４０００＝０．１５％となる。このように、１個の超音波素子３０から発せられた超音波のエネルギーのうち触覚提示に利用されているエネルギーはわずか０．１５％しかない。   Therefore, in the conventional configuration shown in FIGS. 2 to 4, the ratio S2 / S1 used for tactile sensation out of the ultrasonic energy emitted from one ultrasonic element 30 is S2 / S1 = 50 / 34000 = 0.15%. Thus, only 0.15% of the energy of ultrasonic waves emitted from one ultrasonic element 30 is used for tactile presentation.

これに対し、本実施形態に係る反射板４０を備えた構成では、１個の超音波素子３０から発せられた超音波を全て反射させて反射板４０の凹面４１の焦点に集中させている。すなわち、１個の超音波素子３０から発せられた超音波のエネルギーの全てが触覚提示に利用されているので、エネルギー効率は１００％である。   In contrast, in the configuration including the reflecting plate 40 according to the present embodiment, all the ultrasonic waves emitted from one ultrasonic element 30 are reflected and concentrated on the focal point of the concave surface 41 of the reflecting plate 40. That is, since all of the ultrasonic energy emitted from one ultrasonic element 30 is used for tactile presentation, the energy efficiency is 100%.

以上説明したように、本実施形態では、超音波素子３０から照射された超音波を反射板４０の凹面４１で反射させる構成になっているので、超音波素子３０から照射された超音波を無駄なく集中点５０の形成に利用することができる。また、本実施形態では、超音波素子３０から照射された超音波の全てを利用して音圧の集中点５０を生成しているので、超音波の指向性範囲のうち音圧の集中点５０の生成に寄与しない範囲を無くすことができる。すなわち、超音波を生成するためのエネルギーの全てを集中点５０の生成のために利用することができる。つまり、反射板４０の凹面４１で超音波を反射させることで従来よりもエネルギー効率を向上させることができる。   As described above, in this embodiment, since the ultrasonic wave irradiated from the ultrasonic element 30 is reflected by the concave surface 41 of the reflector 40, the ultrasonic wave irradiated from the ultrasonic element 30 is wasted. And can be used to form the concentration point 50. In the present embodiment, since the sound pressure concentration point 50 is generated using all of the ultrasonic waves emitted from the ultrasonic element 30, the sound pressure concentration point 50 in the ultrasonic directivity range is generated. The range that does not contribute to the generation of can be eliminated. That is, all of the energy for generating the ultrasonic waves can be used for generating the concentration point 50. That is, energy efficiency can be improved compared with the past by reflecting an ultrasonic wave with the concave surface 41 of the reflecting plate 40.

また、本実施形態では、１つの超音波素子３０で超音波の音圧の集中点５０を生成することができるので、従来の２次元アレイ６０のように複数の超音波素子３０が用いられる構成よりも安価に触覚ディスプレイ装置を構成することができる。したがって、エネルギー効率を向上し、かつ、安価な触覚ディスプレイ装置を提供することができる。   Further, in this embodiment, since the ultrasonic sound pressure concentration point 50 can be generated by one ultrasonic element 30, a configuration in which a plurality of ultrasonic elements 30 are used as in the conventional two-dimensional array 60. A tactile display device can be configured at a lower cost. Therefore, it is possible to provide an inexpensive tactile display device with improved energy efficiency.

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図５に示されるように、触覚ディスプレイ装置は、駆動回路７０を備えている。また、反射板４０は圧電素子４２を備えている。 (Second Embodiment)
In the present embodiment, parts different from the first embodiment will be described. As shown in FIG. 5, the tactile display device includes a drive circuit 70. The reflection plate 40 includes a piezoelectric element 42.

駆動回路７０は、コンピュータ１０から入力した圧電信号に従って圧電素子４２に電圧を印加する回路である。したがって、コンピュータ１０はアプリケーションプログラムに従って駆動回路７０に圧電信号を出力する。   The drive circuit 70 is a circuit that applies a voltage to the piezoelectric element 42 in accordance with the piezoelectric signal input from the computer 10. Therefore, the computer 10 outputs a piezoelectric signal to the drive circuit 70 according to the application program.

圧電素子４２は、反射板４０のうち凹面４１とは反対側の裏面４３に固定されている。圧電素子４２は、印加される電圧に応じて伸び縮みすることにより凹面４１の曲率を変更する曲率変更手段である。   The piezoelectric element 42 is fixed to the back surface 43 of the reflecting plate 40 on the side opposite to the concave surface 41. The piezoelectric element 42 is a curvature changing unit that changes the curvature of the concave surface 41 by expanding and contracting according to an applied voltage.

以上の構成によると、図５に示されるように、圧電素子４２によって反射板４０の凹面４１の曲率を変更することにより、集中点５０の位置を反射板４０に近づけたり遠ざけたりすることができる。すなわち、集中点５０の位置を反射板４０の高さ方向に移動させることができる。このようにして触覚位置をコントロールすることもできる。   According to the above configuration, as shown in FIG. 5, by changing the curvature of the concave surface 41 of the reflection plate 40 by the piezoelectric element 42, the position of the concentration point 50 can be moved closer to or away from the reflection plate 40. . That is, the position of the concentration point 50 can be moved in the height direction of the reflector 40. In this way, the tactile position can be controlled.

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、圧電素子４２が特許請求の範囲の「曲率変更手段」に対応する。   Regarding the correspondence between the description of the present embodiment and the description of the scope of claims, the piezoelectric element 42 corresponds to the “curvature changing means” of the scope of claims.

（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。図６に示されるように、反射板４０は、駆動機構４４を有している。駆動機構４４は、反射板４０のうちの裏面４３側に設けられていると共に、凹面４１の向きを変更するように構成された向き変更手段である。 (Third embodiment)
In the present embodiment, parts different from the first and second embodiments will be described. As shown in FIG. 6, the reflection plate 40 has a drive mechanism 44. The drive mechanism 44 is a direction changing unit that is provided on the back surface 43 side of the reflecting plate 40 and configured to change the direction of the concave surface 41.

駆動機構４４は、複数の支持部４５を介して凹面４１を構成する部品を支持している。そして、駆動機構４４は、コンピュータ１０の指令に従って、複数の支持部４５を上下に駆動することによって凹面４１の向きを変更する。   The drive mechanism 44 supports the parts constituting the concave surface 41 via a plurality of support portions 45. The drive mechanism 44 changes the direction of the concave surface 41 by driving the plurality of support portions 45 up and down in accordance with a command from the computer 10.

以上の構成によると、駆動機構４４によって反射板４０の凹面４１の焦点の位置すなわち超音波の音圧の集中点５０の位置を機械的に横方向に移動させることができる。ここで、横方向というのは２次元の平面方向である。したがって、反射板４０の向きを機械的に高速で動かすことで形状を提示することができる。また、反射板４０の向きを機械的に遅い速度で動かすことで方向性を提示することもできる。   According to the above configuration, the driving mechanism 44 can mechanically move the position of the focal point of the concave surface 41 of the reflecting plate 40, that is, the position of the concentration point 50 of the ultrasonic sound pressure. Here, the lateral direction is a two-dimensional plane direction. Therefore, the shape can be presented by moving the direction of the reflecting plate 40 mechanically at high speed. Further, the directionality can be presented by moving the direction of the reflector 40 at a mechanically low speed.

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、駆動機構４４が特許請求の範囲の「向き変更手段」に対応する。   As for the correspondence between the description of the present embodiment and the description of the claims, the drive mechanism 44 corresponds to the “direction changing means” of the claims.

（第４実施形態）
本実施形態では、第１〜第３実施形態と異なる部分について説明する。図７に示されるように、触覚ディスプレイ装置は、複数の超音波素子３０を備えている。本実施形態では、２個の超音波素子３０が並べられている。したがって、反射板４０は、２個の超音波素子３０から照射される超音波をそれぞれ反射させることにより集中点５０を２個生成する。このように、１つの反射板４０によって複数の集中点５０を生成することができる。 (Fourth embodiment)
In the present embodiment, parts different from the first to third embodiments will be described. As shown in FIG. 7, the tactile display device includes a plurality of ultrasonic elements 30. In the present embodiment, two ultrasonic elements 30 are arranged. Therefore, the reflecting plate 40 generates two concentration points 50 by reflecting the ultrasonic waves emitted from the two ultrasonic elements 30. As described above, a plurality of concentrated points 50 can be generated by one reflector 40.

なお、本実施形態では、超音波素子３０が２個設けられているので、発振回路２０はマルチプレクサを利用して各超音波素子３０を発振するように構成されていても良い。   In the present embodiment, since two ultrasonic elements 30 are provided, the oscillation circuit 20 may be configured to oscillate each ultrasonic element 30 using a multiplexer.

（他の実施形態）
上記各実施形態で示された触覚ディスプレイ装置の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、上記各実施形態では、反射板４０の凹面４１は超音波素子３０から発せられた超音波の全てを反射させるサイズになっていたが、これは凹面４１のサイズの一例である。仮に、反射板４０の凹面４１が超音波の９０％を反射させるサイズであったとしてもエネルギー効率は９０％である。これは、従来の構成のエネルギー効率よりも充分向上させることができる。 (Other embodiments)
The configuration of the tactile display device shown in each of the above embodiments is merely an example, and the present invention is not limited to the configuration described above, and other configurations that can realize the present invention may be employed. For example, in each of the above embodiments, the concave surface 41 of the reflecting plate 40 has a size that reflects all of the ultrasonic waves emitted from the ultrasonic element 30, but this is an example of the size of the concave surface 41. Even if the concave surface 41 of the reflecting plate 40 is sized to reflect 90% of the ultrasonic wave, the energy efficiency is 90%. This can be sufficiently improved over the energy efficiency of the conventional configuration.

また、各実施形態の構成は、適宜組み合わせることができる。例えば、第１〜第３実施形態の構成を組み合わせることにより、３次元の触覚を提示することができる。さらに、第１実施形態で示された１個の超音波素子３０と反射板４０との組み合わせを複数備えた構成としても良い。これにより、空中に複数の触覚を提示することができる。同様に、第４実施形態で示された複数の超音波素子３０と反射板４０との組み合わせを複数備えた構成とすることもできる。もちろん、第４実施形態で示されたように、複数の超音波素子３０から照射された超音波を１つの反射板４０で反射させることで集中点５０のかたまり、すなわち所定の形状を作り出すこともできる。   Moreover, the structure of each embodiment can be combined suitably. For example, a three-dimensional tactile sensation can be presented by combining the configurations of the first to third embodiments. Furthermore, it is good also as a structure provided with two or more combinations of the one ultrasonic element 30 and the reflecting plate 40 which were shown by 1st Embodiment. Thereby, a plurality of tactile sensations can be presented in the air. Similarly, a configuration in which a plurality of combinations of the plurality of ultrasonic elements 30 and the reflectors 40 shown in the fourth embodiment are provided may be employed. Of course, as shown in the fourth embodiment, it is possible to create a lump of concentrated points 50, that is, a predetermined shape, by reflecting the ultrasonic waves irradiated from the plurality of ultrasonic elements 30 with one reflector 40. it can.

そして、第２実施形態で示された圧電素子４２を用いた凹面４１の曲率を変更する構成は一例であり、他の手段によって凹面４１の曲率を変更しても良い。また、第３実施形態で示された駆動機構４４を用いて凹面４１の向きを変更する構成は一例であり、他の手段によって凹面４１の向きを変更しても良い。   And the structure which changes the curvature of the concave surface 41 using the piezoelectric element 42 shown by 2nd Embodiment is an example, and you may change the curvature of the concave surface 41 by another means. Moreover, the structure which changes the direction of the concave surface 41 using the drive mechanism 44 shown by 3rd Embodiment is an example, and you may change the direction of the concave surface 41 by another means.

３０ 超音波素子
４０ 反射板
４１ 凹面
５０ 集中点 30 Ultrasonic Element 40 Reflector 41 Concave Surface 50 Concentration Point

Claims (6)

空中に超音波の音圧の集中点（５０）を生成し、前記空中に位置する生体の皮膚にある触覚受容器を前記音圧の集中点（５０）で刺激して触覚を与える触覚ディスプレイ装置であって、
前記超音波を所定の指向性範囲に照射する超音波素子（３０）と、
表面が球状の凹面（４１）を有し、前記超音波素子（３０）から照射された超音波を前記凹面（４１）で反射させると共に、反射させた超音波を前記凹面（４１）の焦点に集中させることにより前記集中点（５０）を生成する反射板（４０）と、
を備えていることを特徴とする触覚ディスプレイ装置。 A tactile display device that generates a concentration point (50) of an ultrasonic sound pressure in the air and stimulates a tactile receptor on the skin of a living body located in the air with the concentration point (50) of the sound pressure to provide a tactile sensation. Because
An ultrasonic element (30) for irradiating the ultrasonic wave in a predetermined directivity range;
The surface has a spherical concave surface (41), and the ultrasonic wave irradiated from the ultrasonic element (30) is reflected by the concave surface (41), and the reflected ultrasonic wave is focused on the concave surface (41). A reflector (40) that generates the concentration point (50) by concentrating;
A tactile display device comprising: 前記反射板（４０）は、前記凹面（４１）の曲率を変更する曲率変更手段（４２）を有していることを特徴とする請求項１に記載の触覚ディスプレイ装置。   The tactile display device according to claim 1, wherein the reflector (40) has a curvature changing means (42) for changing the curvature of the concave surface (41). 前記反射板（４０）は、前記凹面（４１）の向きを変更する向き変更手段（４４）を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の触覚ディスプレイ装置。   The tactile display device according to claim 1 or 2, wherein the reflecting plate (40) has direction changing means (44) for changing the direction of the concave surface (41). 前記超音波素子（３０）を複数備えており、
前記反射板（４０）は、前記複数の超音波素子（３０）から照射される超音波をそれぞれ反射させることにより前記集中点（５０）を複数生成することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の触覚ディスプレイ装置。 A plurality of the ultrasonic elements (30),
The said reflecting plate (40) produces | generates the said concentration point (50) two or more by reflecting the ultrasonic wave irradiated from these ultrasonic elements (30), respectively. The tactile display device according to any one of the above. 前記超音波素子（３０）と前記反射板（４０）との組み合わせを複数備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の触覚ディスプレイ装置。   The tactile display device according to any one of claims 1 to 4, wherein a plurality of combinations of the ultrasonic element (30) and the reflecting plate (40) are provided. 前記凹面（４１）は、前記超音波素子（３０）から照射される超音波の指向性範囲よりも大きなサイズであり、
前記反射板（４０）は、前記超音波素子（３０）から照射される超音波の全てを前記凹面（４１）で反射させることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の触覚ディスプレイ装置。 The concave surface (41) has a size larger than the directivity range of the ultrasonic wave irradiated from the ultrasonic element (30),
The said reflecting plate (40) reflects all the ultrasonic waves irradiated from the said ultrasonic element (30) by the said concave surface (41), The one of Claim 1 thru | or 5 characterized by the above-mentioned. Tactile display device.
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