JP2809201B2

JP2809201B2 - 触覚ディスプレイ装置

Info

Publication number: JP2809201B2
Application number: JP8141419A
Authority: JP
Inventors: 昭雄兼吉
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-06-04
Filing date: 1996-06-04
Publication date: 1998-10-08
Anticipated expiration: 2016-06-04
Also published as: JPH09325688A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、触覚ディスプレイ
装置に関し、特に、障害者の使用に適した、画面の表示
内容を触覚により認識可能とする触覚ディスプレイ装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、触覚ディスプレイ装置の座標検出
方法としては、タッチパネル、マウスなどを利用するの
が一般的である。また従来の触覚ディスプレイ装置とし
ては、視覚障害者が文書情報を触覚情報に変換して得る
ためには、点字による触覚装置を使用するのが一般的で
ある。

【０００３】図形を触覚ピン等で表示する技術に関する
ものとして、特開平７−１０７２１９号公報の「視覚障
害者用通信装置」がある。本従来例では、文字コードや
グラフィックコードを凹凸表示する。本装置では、受信
した文字コードを点字コードとし、グラフィックコード
をその形状として触覚ピンで凹凸表示する。

【０００４】また、特開平７−０７８２３８号公報の
「画像データ入力確認方式」に示されているように、画
像データを触覚で凹型入力することで、視覚障害者がコ
ンピュータへ画像入力でき、また入力した画像を凸型表
示して入力画像を確認できる装置がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般的
な従来の座標検出方式については、タッチパネルの場
合、画面上の絶対位置を認識できるが、小型の触覚ディ
スプレイ装置を画面上で移動させることを想定した場
合、触覚ディスプレイ装置を持つ手の一部がタッチパネ
ルに触れると正確な座標検出ができないという問題点を
有する。

【０００６】また、現状のアナログ式タッチパネルは同
時に複数の点を検出できない。複数の点が押さえられる
と、その中点がないことから、中心座標がずれるという
問題点を生じる。この状態は、例えば、触覚ディスプレ
イを支える支持体の一部が浮いた場合に発生する。

【０００７】さらに、マウスと同じ座標検出機構を触覚
ディスプレイ装置に取り入れた場合、これは相対的な座
標を検出するため、触覚ディスプレイ装置を一旦持ち上
げてしまうと座標がずれ、座標の絶対位置を検出できな
いという問題点がある。

【０００８】上述した各従来例の触覚ディスプレイ装置
は、特定の決められた形状をもつグラフィック文字を触
覚で表示したり、画像入力に触覚ピンを利用するという
形態であるため、限られた形状しか認識できない。よっ
て、任意の画像を触覚に変換して表示することができな
い問題点がある。

【０００９】本発明は、操作性と認識性能を高めた触覚
ディスプレイ装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明の触覚ディスプレイ装置は、画面上に置かれ
この画面上の座標位置を検出するための光学的センサ
と、マトリクス状に配列されたピンにより構成された触
覚ピンと、ピンの個々を所定の状態に駆動する触覚ピン
ドライブ回路と、全体の動作を制御するＣＰＵとを有
し、触覚ピンドライブ回路が画面に表示された画像と対
応してピンを駆動することにより、このピンの状態を触
覚感知して画像の内容の認識を可能としたことを特徴と
している。

【００１１】また、上記の触覚ピンは、画面の全体サイ
ズ以下に構成され、この触覚ピンの画面上の座標位置に
対応する位置を光学的センサが検出し、この検出された
画面上の画像に対応して、ピンを駆動するとよい。

【００１２】さらに、光学的センサは、画面端のＸ方向
に設置されたＸ方向受光部と、画面端のＹ方向に設置さ
れたＹ方向受光部と、これらの各受光部の出力信号から
触覚ピンの画面上の座標位置を検出する座標検出部とを
有し、画面上の座標位置に対応する触覚ピンの位置を検
出するとよい。

【００１３】なお、光学的センサは、触覚ディスプレイ
装置の底面にマトリクス状に配置された受発光一体型素
子で構成され、触覚ピン駆動回路が受発光一体型素子と
位置的に１対１に対応するピンを駆動するように構成さ
れ、画像に対応してピンを駆動してもよい。

【００１４】さらに、触覚ディスプレイ装置は、所定の
ホスト機器との通信を行うための通信インタフェース手
段を有し、ホスト機器とのデータの授受を可能に構成
し、ピンの所定の状態は、隣接するピン間の凹凸、また
はピンの振動の有無を含むとよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に添付図面を参照して本発明に
よる触覚ディスプレイ装置の実施の形態を詳細に説明す
る。図１〜図７を参照すると、本発明の触覚ディスプレ
イ装置の一実施形態が示されている。

【００１６】図１は、第１の実施形態の触覚ディスプレ
イ装置の構成例を示すブロック図である。図１におい
て、本触覚ディスプレイ装置は、画面６上に設置された
触覚ディスプレイ装置本体（以降、触覚ディスプレイ装
置とも言う）１と、Ｘ方向受光部７と、Ｙ方向受光部８
と、座標検出部１０と、パーソナルコンピュータ（以
降、単にパソコンとも言う）５とにより構成される。

【００１７】触覚ディスプレイ装置１の上面には触覚ピ
ン（以降、単位ピンとも言う）４があり、視覚障害者は
この触覚ピン４を指または手で触りながら、自由に動か
せる。また、触覚ディスプレイ装置１にはＸ方向発光部
（例えば、フォトダイオード）２とＹ方向発光部３が、
それぞれ側面に１ヵ所設置されている。さらに、触覚デ
ィスプレイ装置１はパソコン５と電気的に接続されてい
る。

【００１８】触覚ディスプレイ装置１は、パソコン５な
どの表示画面（例えば、液晶表示装置）６上に置かれ
る。表示画面６の端のＸＹ方向にはＸ方向受光部７とＹ
方向受光部８が設置されている。これらの受光部７、８
は受光素子（例えばフォトトランジスタ）９を並べたも
ので、この受光素子９の数が画面の座標の数を示す。触
覚ディスプレイ装置１のＸ方向発光部２からはＸ方向受
光部７へ、またＹ方向発光部３からはＹ方向受光部８へ
光信号を送るよう構成されている。

【００１９】光は一定の角度で広がるので、Ｘ方向受光
部７とＹ方向受光部８の中の複数の受光素子９が、発光
部２、３からの光信号の強度に応じて反応する。座標検
出部１０では、Ｘ方向受光部７とＹ方向受光部８の個々
の受光素子９の信号レベルを確認し、最大の信号レベル
（出力電圧）を示した受光素子９の位置から座標を決定
し、パソコン５に座標情報を送信する。

【００２０】パソコン５が触覚ディスプレイ装置１の座
標位置を認識すると、この座標を中心に、触覚ディスプ
レイ装置１の触覚ピン４が占有する面積に相当する、一
定面積の画像の濃淡情報を２値化して触覚ディスプレイ
装置１へ送信する。触覚ディスプレイ装置１は、このデ
ータに従い触覚ピン４の配置に合わせて、触覚ピン４の
凹凸状態または振動／静止状態を形成する。

【００２１】図２は本発明の第１の実施形態の触覚ディ
スプレイ装置１の外観を示す図である。上面には触覚ピ
ン４が一定間隔でマトリクス状に配置されている。触覚
ピン４は直流電圧の印加により触覚ピンの上下方向に移
動する。移動した触覚ピンは移動しない触覚ピンに対し
て凸状態を構成する。また、交流電圧の印加により、そ
の周波数に応じて振動する。

【００２２】触覚ディスプレイ装置１の側面に設置され
たＸ方向発光部２とＹ方向発光部３は、それぞれ触覚デ
ィスプレイ装置１のＸ面およびＹ面の中点に位置し、高
さも画面端に設置されたＸ方向受光部７およびＹ方向受
光部８の高さと一致する。

【００２３】上記各発光部２、３が発光する光は特定の
波長（例えば、赤外光）を持ち、各受光部７、８もその
波長に選択的に感応する。このため、外乱光の影響は小
さい。触覚ディスプレイ装置１の底面の四隅には、触覚
ディスプレイ装置１が自由に移動できるように、画面上
を回転して転がるボール１１が取り付けられている。

【００２４】図３は、本発明の第１の実施形態の触覚デ
ィスプレイ装置の回路構成を示すブロック図である。触
覚ディスプレイ装置１は、ＣＰＵ１２によって触覚ディ
スプレイ装置１の全体の制御を行う。ＣＰＵ１２は、Ｘ
方向発光部２とＹ方向発光部３に対して、必要時のみ電
源をＯＮするように発光制御を行う。例えば、ＲＳ−２
３２Ｃの通信インタフェース１４により、パソコン５か
らの触覚ピン４のＯＮ／ＯＦＦ情報を受け取り、この情
報を加工してから触覚ピンドライブ回路１３へ転送す
る。

【００２５】例えば、触覚ピン４の配列が８×８のマト
リクスで構成（合計６４ピン）されており、パソコン５
からの画像情報（触覚ピンのＯＮ／ＯＦＦ情報）が、
［１１００１１１０１０１０１１００…］というよう
に、６４ビットデータでシリアルで通信インタフェース
１４から入力されたとする。するとＣＰＵ１２は、これ
を８ビット毎に区切り、［１１００１１１０］という８
ビットデータを最初に触覚ピンドライブ回路１３へ送出
する。次に［１０１０１１００］という８ビットデータ
を、触覚ピンドライブ回路１３へ送出する。このように
して８回８ビットデータを送出すれば、６４ピンのＯＮ
／ＯＦＦ状態が確定する。

【００２６】触覚ピンドライブ回路１３では、１回目の
８ビットデータを触覚ピン４の１列目に、２回目の８ビ
ットデータを２列目に対応させて、データの「１」は触
覚ピン４を凸または振動状態に、データの「０」は触覚
ピン４を凹または静止状態にさせる。このようにして６
４個の触覚ピン４を制御することができる。

【００２７】触覚ディスプレイ装置１の座標が変更され
た時、即ち触覚ディスプレイ装置１が動いた時は、パソ
コン５から新たな６４ビットディスプレイが送信され、
これが触覚ピンドライブ回路１３へ送られて、触覚ピン
４の表示が更新される。このようにして、触覚ディスプ
レイ装置１を動かしながら、指による図形認識が可能と
なる。

【００２８】図４は、画面端のＸ方向およびＹ方向に設
置されたＸ方向受光部７とＹ方向受光部８と座標検出部
１０の、回路構成を示すブロック図である。この構成に
おいて、第１の実施形態の触覚ディスプレイ装置は、触
覚ディスプレイ装置１のＸ方向発光部２およびＹ方向発
光部３からの光学的信号を受け、画面上にある触覚ディ
スプレイ装置１の座標を検知する。この回路は、Ｘ方向
受光部７とＹ方向受光部８を構成する受光素子９のう
ち、どの受光素子９が触覚ディスプレイ装置１の発光部
からの光に最も強く反応しているかを判定し、パソコン
５へ触覚ディスプレイ装置１の画面上の座標を送信する
機能をもつ。

【００２９】例えば、ｎ個の受光素子９で受光部が構成
されているとする。まず、ＣＰＵ１５は、受光素子制御
回路２０により受光素子９の１番目だけを駆動させると
ともに、その受光素子９に相当するマルチプレクサ１８
のチャネルのみを動作状態にする。受光素子９の出力
は、アンプ１９でインピーダンス変換された後、マルチ
プレクサを経て、Ａ／Ｄコンバータ１７に入力される。

【００３０】Ａ／Ｄコンバータ１７によりディジタル化
された受光素子９の出力値は、メモリ１６に受光素子９
の番号とともに一旦記憶される。次に２番目の受光素子
９を受光素子制御回路２０により駆動させるとともに、
その受光素子９に相当するマルチプレクサ１８のチャネ
ルのみを動作状態にする。

【００３１】１番目と同様に受光素子９の出力をディジ
タル化し、この値と１番目の受光素子９の出力値とを比
較し、１番目の出力値よりも２番目の出力値が大きけれ
ば２番目の出力値を新たに受光素子９の番号とともにメ
モリ１６へ記憶する。逆に小さければ記憶値は更新され
ない。これをｎ番目まで繰り返すことにより、最大出力
を示した受光素子９の番号を認識することが可能であ
る。この走査を、Ｘ方向受光部７およびＹ方向受光部８
のそれぞれに対して行う。これにより、触覚ディスプレ
イ装置１の画面上における座標を決定することが可能と
なる。決定された座標は、通信インタフェース２１を介
してパソコン５へ送信される。

【００３２】図５は、第２の実施形態の触覚ディスプレ
イ装置３１の外観を示す図である。図５（Ａ）が表面側
の平面図、図５（Ｂ）が裏面側の平面図である。図５に
おいて、本装置の底面には受発光一体型素子（例えば、
フォトリフレクタ）２２が規則的にマトリクス状に並べ
られている。触覚ディスプレイ装置３１は、４ヵ所のボ
ール１１によって印刷物と一定の間隔を保持するととも
に、手で自由に印刷物の上を移動できるように構成され
ている。受発光一体型素子２２は、印刷面と常時一定間
隔を保つことにより、発光部から発せられた光が印刷面
を反射して受光素子に一定角度で入射される。印刷面が
黒または濃い色の場合、受光素子は反応せずＯＦＦのま
まである。しかし、印刷面が白または色が薄い場合、受
光素子は強い反射光に反応してＯＮする。

【００３３】図６は、第２の実施形態の触覚ディスプレ
イ装置の回路構成を示すブロック図である。受発光一体
型素子駆動回路２３は、受発光一体型素子２２を駆動さ
せ、これにより受発光一体型素子２２の発光素子が常時
発光状態になっている。触覚ディスプレイ装置３１の下
にある画像の濃淡により受光素子がＯＮ／ＯＦＦする。
つまり、マトリクス状に並べられた受発光一体型素子２
２のそれぞれが、占有する面積に相当する画像に基づき
２値化信号を出力する。また、受発光素子と１対１に対
応した触覚ピン４が、触覚ピンドライブ回路１２を経
て、触覚ピン４の凹凸状態を作り出す。あるいは触覚ピ
ン４の振動／静止状態を作り出す。

【００３４】図７は、第１または第２の実施形態の触覚
ディスプレイ装置１、３１に適用される触覚ピン４の、
動作状態を概念的に表した図である。触覚ディスプレイ
装置１、３１の下にあるパソコン５の画面、または印刷
物上に描画された図形パターン２４の濃淡に合わせて動
作状態となる。この動作状態は、触覚ピン４の異なる２
種類の動作により構成される。図７中の黒丸２５は、触
覚ピン４が凸状態または振動状態にある状況を表す。ま
た白丸２６は、触覚ピン４が凹状態または静止状態にあ
る状況を表す。これらの２種類の触覚ピン４の混在によ
り、画面の表示状態を示している。

【００３５】上記の構成に成る触覚ディスプレイ装置に
おいて、第１の実施形態の触覚ディスプレイ装置１で
は、触覚ディスプレイ装置１を手で移動させると、ボー
ル１１による座標が更新される。この座標の更新によ
り、パソコン５から新たな表示データを受け取り、触覚
ピン４は表示の更新を行う。また、第２の実施形態で
は、受発光一体型素子２２のＯＮ／ＯＦＦ状態が変化す
ることにより、表示状態が変化する。上記手順により順
次触覚ディスプレイ装置１、３１を移動させることによ
り、座標における画面の表示状態を触覚で感知し、大き
な図形も認識することが可能となる。

【００３６】なお、上述の実施形態は本発明の好適な実
施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能
である。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の触覚ディスプレイ装置は、画面上に置かれこの画面上
の座標位置を検出し、触覚ピンはマトリクス状に配列さ
れたピンにより構成され、このピンの個々を所定の状態
に駆動する。よって、画面に表示された画像と対応して
ピンを駆動することにより、ピンの状態を触覚感知して
画像の内容の認識が可能となる。パソコンなどの画面上
に表示される画像や印刷物上の画像を、触覚により簡単
に認識でき、視覚障害者等への対応ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の触覚ディスプレイ装置の第１の実施形
態の構成例を示すブロック図である。

【図２】図１の触覚ディスプレイ装置の（Ａ）上面図、
（Ｂ）底面図である。

【図３】図１の触覚ディスプレイ装置の回路構成例を示
すブロック図である。

【図４】図１のＸＹ受光部と座標検出部の回路構成例を
示すブロック図である。

【図５】触覚ディスプレイ装置の第２の実施形態の構成
例を示す（Ａ）上面図、（Ｂ）底面図である。

【図６】図５の触覚ディスプレイ装置の回路構成を示す
ブロック図である。

【図７】第１および第２の実施形態の触覚ディスプレイ
装置の触覚ピンの出力状態を示した図である。

【符号の説明】

１触覚ディスプレイ装置２Ｘ方向発光部３Ｙ方向発光部４触覚ピン（ピン）５パーソナルコンピュータ（パソコン）６画面７Ｘ方向受光部８Ｙ方向受光部９受光素子１０座標検出部１１ボール１２ＣＰＵ１３触覚ピンドライブ回路１４通信インタフェース１５ＣＰＵ１６メモリ１７Ａ／Ｄコンバータ１８マルチプレクサ１９アンプ２０受光素子制御回路２１通信インタフェース２２受発光一体型素子２３受発光一体型素子駆動回路２４図形パターン２５凸状態または振動状態の触覚ピン２６凹状態または静止状態の触覚ピン

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】画面上に置かれ該画面上の座標位置を検
出するための光学的センサと、マトリクス状に配列されたピンにより構成された触覚ピ
ンと、前記ピンの個々を所定の状態に駆動する触覚ピンドライ
ブ回路と、全体の動作を制御するＣＰＵとを有し、前記触覚ピンドライブ回路が前記画面に表示された画像
と対応して前記ピンを駆動することにより、該ピンの状
態を触覚感知して前記画像の内容の認識を可能としたこ
とを特徴とする触覚ディスプレイ装置。
【請求項２】前記触覚ピンは、前記画面の全体サイズ
以下に構成され、該触覚ピンの前記画面上の座標位置に
対応する位置を前記光学的センサが検出し、該検出され
た前記画面上の画像に対応して、前記ピンを駆動するこ
とを特徴とする請求項１記載の触覚ディスプレイ装置。
【請求項３】前記光学的センサは、前記画面端のＸ方
向に設置されたＸ方向受光部と、画面端のＹ方向に設置
されたＹ方向受光部と、これらの各受光部の出力信号か
ら前記触覚ピンの前記画面上の座標位置を検出する座標
検出部とを有し、前記画面上の座標位置に対応する前記
触覚ピンの位置を検出することを特徴とする請求項１ま
たは２記載の触覚ディスプレイ装置。
【請求項４】前記光学的センサは、前記触覚ディスプ
レイ装置の底面にマトリクス状に配置された受発光一体
型素子で構成され、前記触覚ピン駆動回路が前記受発光
一体型素子と位置的に１対１に対応する前記ピンを駆動
するように構成され、前記画像に対応して前記ピンを駆
動す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。
【請求項５】前記触覚ディスプレイ装置は、さらに、
所定のホスト機器との通信を行うための通信インタフェ
ース手段を有し、前記ホスト機器とのデータの授受を可
能に構成されたことを特徴とする請求項１から４のいず
れか１項に記載の触覚ディスプレイ装置。
【請求項６】前記ピンの所定の状態は、隣接するピン
間の凹凸、またはピンの振動の有無を含むことを特徴と
する請求項１から５のいずれか１項に記載の触覚ディス
プレイ装置。