JP4423478B2 - Vibration presentation device - Google Patents
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Description
この発明は振動提示装置に関し、特にたとえば、ユーザの身体に装着した振動子によって当該ユーザに振動を提示する、振動提示装置に関する。 The present invention relates to a vibration presenting apparatus, and more particularly to a vibration presenting apparatus that presents vibration to a user using a vibrator attached to the user's body.
振動触覚を用いた情報提示は、視聴覚による情報提示が不得手とする場面において利用でき、装着者が向いている方向に影響を受けず、装着者本人のみに情報を提示できるなどの特徴がある。広く知られている例としては、携帯電話機のバイブレータ機能がある。また、振動触覚を用いた情報提示の研究例が、非特許文献1および非特許文献2に開示される。非特許文献1によれば、全身触覚スーツの所定位置に振動子が取り付けられ、各振動子の振動による触覚情報により、仮想物体を認識することが可能にされる。また、非特許文献2によれば、振動子が足裏に装着され、いわゆるファントムセンセーションの手法で、振動子の振動による感覚位置が制御される。 Information presentation using vibrotactile sensation can be used in situations where information presentation by audiovisual sense is not good, and is not affected by the direction in which the wearer is facing, and can present information only to the wearer. . A widely known example is a vibrator function of a mobile phone. Non-patent literature 1 and non-patent literature 2 disclose research examples of information presentation using vibrotactile sensation. According to Non-Patent Document 1, a vibrator is attached to a predetermined position of the whole body tactile suit, and a virtual object can be recognized based on tactile information by vibration of each vibrator. According to Non-Patent Document 2, the vibrator is mounted on the sole, and the sensory position due to the vibration of the vibrator is controlled by a so-called phantom sensation technique.
また、従来技術の一例が特許文献1に開示される。この特許文献1に開示される振動監視装置では、振動センサは振動計測物に設置されており、振動センサのケースに振動検知手段と振動発生手段とが内蔵される。このような構成の振動監視装置では、振動発生手段に対して振動を発生させ、その振動を振動検知手段によって検出することにより、振動センサの健全性の確認を行うようにしてある。
しかし、非特許文献1では、振動の強弱をつけることなく、振動のオン/オフのみによって触覚情報を提示するようにしてあるため、仮想物体への接触/非接触のような単純な情報が提示されるだけであった。つまり、携帯電話機のバイブレータ機能のように、振動子のオン/オフを制御するだけであるため、提示できる情報量は少なかった。 However, in Non-Patent Document 1, since tactile information is presented only by turning on / off vibration without applying vibration strength, simple information such as contact / non-contact with a virtual object is presented. It was only done. In other words, the amount of information that can be presented is small because only the on / off of the vibrator is controlled like the vibrator function of the mobile phone.
また、非特許文献2では、振動子と皮膚面との接触圧を精密に、かつ一定に保つことが困難であること等から感覚受容器を刺激する物理量を正確に求めることが困難であるため、振動強度がPCから出力される駆動電圧に比例して変化するものとして、便宜的に刺激量を変化させるようにしてある。このため、所望の振動周波数や振幅を正確に再現することが困難である。つまり、振動子の装着状態または皮膚の状態などの要因により、振動周波数や振動の振幅などが変化しても、これに対応することができなかった。 In Non-Patent Document 2, it is difficult to accurately determine a physical quantity that stimulates a sensory receptor because it is difficult to maintain the contact pressure between the vibrator and the skin surface precisely and constantly. Assuming that the vibration intensity changes in proportion to the drive voltage output from the PC, the amount of stimulation is changed for convenience. For this reason, it is difficult to accurately reproduce a desired vibration frequency and amplitude. That is, even if the vibration frequency, the vibration amplitude, or the like is changed due to factors such as the attachment state of the vibrator or the skin state, it has not been possible to cope with this.
さらに、特許文献1に開示される振動監視装置では、校正テーブルに従って振動制御信号と周波数制御信号とを送り、それによって、振動子を振動させ、その振動を圧電素子によって検出し、振動センサの健全性を確認するようにしてある。しかし、この振動センサは、そのケース内部に振動子と圧電素子とを設けるようにしてあるため、これを人間の身体に振動を提示する装置としてそのまま用いた場合には、ケースの厚みや材質により、提示する振動が減衰(低減)してしまうという問題がある。また、装着位置や装着状態などの要因により、所望の振動周波数や振幅を正確に再現することが困難である点は、上述した非特許文献1および非特許文献2の場合と同じである。つまり、身体に振動を提示する装置には不向きである。 Furthermore, the vibration monitoring device disclosed in Patent Document 1 sends a vibration control signal and a frequency control signal according to a calibration table, thereby vibrating the vibrator, detecting the vibration with a piezoelectric element, and detecting the sound of the vibration sensor. I try to check the sex. However, since this vibration sensor is provided with a vibrator and a piezoelectric element inside the case, when it is used as it is as a device for presenting vibration to the human body, it depends on the thickness and material of the case. There is a problem that the presented vibration is attenuated (reduced). Further, it is difficult to accurately reproduce a desired vibration frequency and amplitude due to factors such as the mounting position and the mounting state, as in the case of Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 described above. That is, it is not suitable for a device that presents vibration to the body.
それゆえに、この発明の主たる目的は、所望の振動を確実に提示することができる、振動提示装置を提供することである。 Therefore, a main object of the present invention is to provide a vibration presentation device that can reliably present a desired vibration.
請求項1の発明は、ユーザの身体に装着される振動子を備え、この振動子を駆動することにより、当該ユーザに振動を提示する振動提示装置であって、ユーザの身体に対向し得る側に配置されて振動子と一体的に設けられ、当該振動子の振動を検出する圧電フィルム、および駆動手段によって振動子が駆動されるとき、圧電フィルムの出力を検出する検出手段をさらに備え、駆動手段は、検出手段の検出結果に基づいて、振動子の振動の周波数および振幅の少なくとも一方をフィードバック制御する。 The invention according to claim 1 is a vibration presentation device that includes a vibrator attached to a user's body and presents vibration to the user by driving the vibrator, and is on a side that can face the user's body. And a piezoelectric film that is provided integrally with the vibrator and that detects vibration of the vibrator, and a detection means that detects the output of the piezoelectric film when the vibrator is driven by the driving means. The means feedback-controls at least one of the vibration frequency and amplitude of the vibrator based on the detection result of the detection means.
請求項1の発明では、振動提示装置は、ユーザの身体に装着される振動子を備え、この振動子を駆動することにより、当該ユーザに振動(刺激)を提示する。駆動手段は、たとえば指令信号に従って振動子を駆動する。この振動子は、圧電フィルムと一体的に設けられ、ユーザの身体に装着される。この圧電フィルムは、ユーザの身体に対向し得る側に配置され、振動子の振動を検出する。検出手段は、振動子が駆動されるとき、つまり、振動が発生したときの圧電フィルムの出力を検出する。たとえば、圧電フィルムは、振動子の実際の振動の周波数および振動の振幅に応じた電圧(交流電圧)を出力する。駆動手段は、検出手段の検出結果に基づいて、振動子の振動の周波数および振幅の少なくとも一方をフィードバック制御する。つまり、振動子の振動の周波数が目標振動周波数に一致するように制御されたり、または、振動子の振動の振幅が目標振幅に一致するように制御されたり、或いは、それらの両方が制御されたりする。 According to the first aspect of the present invention, the vibration presentation device includes a vibrator to be worn on the user's body, and presents vibration (stimulation) to the user by driving the vibrator. The driving means drives the vibrator according to a command signal, for example. This vibrator is provided integrally with the piezoelectric film and is attached to the user's body. This piezoelectric film is disposed on the side that can face the user's body and detects the vibration of the vibrator. The detecting means detects the output of the piezoelectric film when the vibrator is driven, that is, when vibration is generated. For example, the piezoelectric film outputs a voltage (alternating voltage) corresponding to the actual vibration frequency and vibration amplitude of the vibrator. The drive means feedback-controls at least one of the vibration frequency and amplitude of the vibrator based on the detection result of the detection means. In other words, the vibration frequency of the vibrator is controlled to match the target vibration frequency, the vibration amplitude of the vibrator is controlled to match the target amplitude, or both of them are controlled. To do.
請求項1の発明によれば、振動子の振動の周波数および振幅の少なくとも一方をフィードバック制御するので、所望の振動周波数または所望の振幅或いはその両方で振動子を振動させることができる。つまり、所望の振動をユーザに提示することができる。
また、請求項1の発明によれば、ユーザの身体に対向し得る側に配置された圧電フィルムを用いるので、この圧電フィルムを振動子とユーザの身体との間に挟むように配置することができ、しかもフィルム状であるため、振動子の振動量の減衰を可及的少なくすることができる。つまり、確実に所望の振動をユーザに提示することができ、振動子の実際の振動を正確に検出することもできる。
According to the first aspect of the present invention, since at least one of the vibration frequency and amplitude of the vibrator is feedback-controlled, the vibrator can be vibrated at a desired vibration frequency and / or a desired amplitude. That is, a desired vibration can be presented to the user.
According to the first aspect of the present invention, since the piezoelectric film disposed on the side that can face the user's body is used, the piezoelectric film can be disposed so as to be sandwiched between the vibrator and the user's body. Moreover, since it is in the form of a film, the vibration amount of the vibrator can be reduced as much as possible. That is, a desired vibration can be reliably presented to the user, and the actual vibration of the vibrator can be accurately detected.
請求項2の発明は請求項1に従属し、振動子は偏心モータ型振動子を含む。 The invention of claim 2 is dependent on claim 1, and the vibrator includes an eccentric motor type vibrator.
請求項2の発明では、振動子として偏心モータ型振動子が用いられる。駆動手段は、検出手段の検出結果(振動子の実際の振動周波数および実際の振幅)に基づいて、偏心モータ型振動子の振動周波数および振動振幅の少なくとも一方をフィードバック制御する。つまり、実際の振動周波数を目標周波数に一致させるとともに、実際の振幅を目標振幅に一致させるように、偏心モータ型振動子を駆動する。または、振動周波数および振動振幅のいずれか一方をフィードバック制御する。 In the invention of claim 2 , an eccentric motor type vibrator is used as the vibrator. The drive means feedback-controls at least one of the vibration frequency and vibration amplitude of the eccentric motor type vibrator based on the detection result (actual vibration frequency and actual amplitude of the vibrator). That is, the eccentric motor type vibrator is driven so that the actual vibration frequency matches the target frequency and the actual amplitude matches the target amplitude. Alternatively, feedback control is performed on either the vibration frequency or the vibration amplitude.
請求項2の発明によれば、偏心モータ型振動子を用いて、これをフィードバック制御するので、所望の振動周波数または所望の振動振幅或いはその両方で振動子を振動させることができる。したがって、目標振動周波数や目標振幅を変化させることにより、異なる種類の振動を提示することができる。 According to the second aspect of the invention, since the eccentric motor type vibrator is feedback-controlled, the vibrator can be vibrated at a desired vibration frequency and / or a desired vibration amplitude. Therefore, different types of vibrations can be presented by changing the target vibration frequency and target amplitude.
請求項3の発明は、請求項1に従属し、振動子はボイスコイル型振動子を含み、駆動手段は、検出手段の検出結果と目標振幅とに基づいて、ボイスコイル型振動子の振動の振幅をフィードバック制御する。 The invention according to claim 3 depending on claim 1, the transducer comprises a voice coil type transducer, the drive means, on the basis of the detection result and the target amplitude of the detection means, the vibration of the voice coil type transducer Feedback control of amplitude.
請求項3の発明では、振動子としてボイスコイル型振動子が用いられる。駆動手段は、検出手段の検出結果すなわち振動子の実際の振幅と目標振幅とに基づいて、ボイスコイル型振動子の振動振幅をフィードバック制御する。つまり、実際の振幅を目標振幅に一致させるように、ボイスコイル型振動子を駆動する。 In the invention of claim 3, a voice coil type vibrator is used as the vibrator. The drive means feedback-controls the vibration amplitude of the voice coil type vibrator based on the detection result of the detection means, that is, the actual amplitude and target amplitude of the vibrator. That is, the voice coil type vibrator is driven so that the actual amplitude matches the target amplitude.
請求項3の発明によれば、振動子としてボイスコイル型振動子を用いても、所望の振幅の振動を提示することができる。 According to the invention of claim 3 , even when a voice coil type vibrator is used as the vibrator, vibration with a desired amplitude can be presented.
この発明の上述の目的,その他の目的,特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。 The above object, other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the drawings.
<第1実施例>
図1を参照して、この第1実施例の振動提示装置10は、PC12を含み、図示は省略するが、ユーザの身体に装着される。PC12は、ホストコンピュータとして機能する。ただし、PC12に代えて、ワークステーションを設けることも可能である。PC12には、マイコン14が接続され、マイコン14はPC12の指示の下、偏心モータ型振動子18の駆動を制御する。具体的には、PC12は、目標の振動周波数(目標振動周波数)を含む駆動指示(指令信号)をマイコン14に与える。マイコン14は、指令信号に応じて、駆動信号(PWM信号)を生成し、出力する。この駆動信号は、パワーアンプ16で増幅された後、偏心モータ型振動子18に与えられる。つまり、PC12からの指令信号に従う駆動電圧が偏心モータ型振動子18に与えられる。
<First embodiment>
Referring to FIG. 1, the
偏心モータ型振動子18は、身体装着用の振動子であり、図示は省略するが、これと一体的に設けられる振動センサ(この第1実施例では、「圧電センサ」)20とともに、ユーザの身体における所望の部分(箇所)すなわち被振動部に圧電センサ20を接触させるように、装着される(貼り付けられる)。具体的には、偏心モータ型振動子18および圧電センサ20は、偏心モータ型振動子18とユーザの身体との間に圧電センサ20を挟むように、ユーザの身体に貼り付けられる。つまり、圧電センサ20は、ユーザの身体に対向(対面)し得る側に配置されるのである。
The eccentric
ここで、図2を参照して分かるように、偏心モータ型振動子18は、圧電センサ20上に配置され、偏心モータ型振動子18と圧電センサ20とは、たとえば、両面テープや接着剤などによって一体的に設けられる。なお、図2においては、偏心モータ型振動子18の内部を分かり易く示すために、その筐体18aの蓋が開いた状態を示してある。筐体18aの内部には、回転軸18bが設けられ、この回転軸18bには、当該回転軸18bを左右非対称とするための重り18cが固定される。したがって、回転軸18bが回転すると、重り18cも回転され、図3に示すように、偏心モータ型振動子18が水平方向に振動し、これによって、上下方向にも振動する。このような振動が、圧電センサ20を介して、ユーザの身体に伝わる。つまり、ユーザに振動が提示される。
Here, as can be seen with reference to FIG. 2, the eccentric
なお、図2では省略するが、偏心モータのコイルや磁石等は、筐体18aの内部であり、重り18cの下部に設けられる。
Although omitted in FIG. 2, the coils, magnets, and the like of the eccentric motor are provided inside the
また、図2に示すように、圧電センサ20は、圧電フィルム20aを含み、この圧電フィルム20a上に偏心モータ型振動子18が固定的に設けられる。この圧電センサ20としては、たとえば、東京センサ株式会社製の振動センサ「SDT1−028K(品番)」を用いることができる。この振動センサは、圧電フィルムの表面の変位を電気信号に変換して出力するものである。この第1実施例では、偏心モータ型振動子18の振動による変形の変化に応じた電気信号が出力される。なお、振動センサから出力される電気信号は、偏心モータ型振動子18の振動の周波数と振動の振幅とを反映している。このように、フィルム状の圧電センサ20を用いるので、上述したように、圧電センサ20を偏心モータ型振動子18とユーザの身体との間に挟むように設けても、偏心モータ型振動子18の振動を、ほとんど減衰させることなく、ユーザの身体に提示することができる。また、身体に装着される偏心モータ型振動子18は、その装着位置、装着方法、装着状態などにより、負荷が影響を受けるため、提示する振動が変化するが、偏心モータ型振動子18の実際の振動を圧電センサ20によって正確に検出することができる。
As shown in FIG. 2, the
図1に戻って、圧電センサ20は、偏心モータ型振動子18の振動を検出すると、当該振動に応じた電圧を出力する。つまり、実際の偏心モータ型振動子18の振動周波数(説明の都合上、以下、「検出振動周波数」という。)および振動の振幅に対応する交流電圧が出力される。圧電センサ20からの出力(出力電圧)は、プリアンプ22で増幅され、コンパレータ24に入力される。コンパレータ24は、増幅された出力電圧を波形整形し、矩形波の電圧をマイコン14に出力する。つまり、コンパレータ24は、正弦波状に変化するアナログ波形をディジタル的なオン/オフの波形に整形するのである。
Returning to FIG. 1, when the
マイコン14は、入力された矩形波の電圧からその周波数(検出振動周波数)を計測し、目標振動周波数と検出振動周波数とを比較し、PWM波形(PWM信号)のデューティ比を算出し、検出振動周波数およびPWM信号のデューティ比をPC12に送信する。これにより、PC12上でそれらの値をモニタリングすることができる。図示は省略するが、PC12にディスプレイ(LCDやCRTモニタ)を接続しておけば、それらの値を、数値または時系列に従う折れ線グラフにより、可視表示することができる。
The
また、マイコン14は、算出したPWM信号のデューティ比に対してフィードバック制御を実行する。つまり、検出振動周波数が目標振動周波数と一致するように、マイコン14で生成および出力されるPWM信号のデューティ比を調整する。ここで、デューティ比は、0〜100%で表すことができ、この第1実施例では、0〜100%を0〜1023の値に対応させ、10ビットの分解能で調整される。
Further, the
たとえば、マイコン14は、検出振動周波数が目標振動周波数よりも小さい場合には、10ビットで表されるデューティ比の値に「1」加算する。一方、検出振動周波数が目標振動周波数よりも大きい場合には、10ビットで表されるデューティ比の値から「1」減算する。つまり、数1に従って、デューティ比(D)は調整されるのである。ただし、数1において、f1は目標振動周波数であり、f2は検出振動周波数(圧電センサ20で検出された偏心モータ型振動子18の振動周波数)である。
For example, when the detected vibration frequency is lower than the target vibration frequency, the
<数1>
D=D+1 (f1>f2)
D=D−1 (f1<f2)
0≦D≦1023
このような構成の振動提示装置10について、動作検証実験を行った。具体的には、圧電センサ20が正常に動作しているかどうか、およびフィードバック制御が正常に行われているかどうかを検証実験した。
<Equation 1>
D = D + 1 (f1> f2)
D = D-1 (f1 <f2)
0 ≦ D ≦ 1023
An operation verification experiment was performed on the
上述したように、圧電センサ20は、偏心モータ型振動子18の振動によるその表面すなわち圧電フィルム20a表面の変形の変化に応じた電気信号を出力している。また、偏心モータ型振動子18は、単純な上下振動ではなく、圧電フィルム20a表面に対して複雑な振動(水平方向および上下方向の振動)を与えているため、正確に周波数が計測できているかどうかを検証する必要がある。
As described above, the
そこで、レーザ型距離読み取り計を用いて振動周波数を物理的に読み取り、圧電センサ20(振動センサ)で読み取った振動周波数(検出振動周波数)と比較する実験を行った。なお、レーザ型距離読み取り計は、株式会社キーエンス製のCCDレーザ変位センサ「LK−030/LK−2000(品番)」を用いた。 Therefore, an experiment was conducted in which the vibration frequency was physically read using a laser type distance reading meter and compared with the vibration frequency (detection vibration frequency) read by the piezoelectric sensor 20 (vibration sensor). As the laser type distance reading meter, a CCD laser displacement sensor “LK-030 / LK-2000 (product number)” manufactured by Keyence Corporation was used.
ただし、実際の装着状態を考慮して、ユーザ(人間)に偏心モータ型振動子18および圧電センサ20を取り付けると、レーザ型距離読み取り計(以下、「レーザセンサ」という。)が人間の微妙な動きも計測してしまう。このため、検証実験においては、人間の皮膚を模したモデルを利用して、このモデルに偏心モータ型振動子18および圧電センサ20を装着した。具体的には、卓上に人間の皮膚を模した、たとえば皮膚とほぼ同じ弾性係数を有する、直方体のスポンジを置き、その上に圧電センサ20を置き、さらにその上に偏心モータ型振動子18を置き、それぞれを両面テープで固定した。この状態で、レーザセンサによって、最も振動が正確に取れる偏心モータ型振動子18の横方向の変位を計測した。
However, when the eccentric
偏心モータ型振動子18に与える駆動電圧(PWM信号)のデューティ比が98%,78%,58%および39%の場合について計測した。その結果が図4に示される。図4は、圧電センサ20(振動センサ)の出力周波数とレーザセンサの出力周波数との関係を示している。ここで、図4に示す点線は、傾きが1の直線であり、この直線上では、圧電センサ20の出力周波数とレーザセンサの出力周波数とが一致することになる。図4から分かるように、デューティ比がいずれの場合にも、圧電センサ20の出力周波数とレーザセンサの出力周波数とのずれは少ないため、圧電センサ20によって検出される振動モータ18の振動周波数はほぼ正確であると考えられる。つまり、圧電センサ20は正常に動作していると言える。
Measurement was performed when the duty ratio of the drive voltage (PWM signal) applied to the eccentric
次に、フィードバック制御が正常に行われているかどうかを検証するために、上述したようなモデルを用いて、振動子(偏心モータ型振動子18)に外的要因を与えて振動周波数の変化を計測した。具体的には、ともに水平な状態になるように、上記スポンジに圧電センサ20が接触する状態で偏心モータ型振動子18を重ねて設置し、上から重りを載せることにより振動周波数を変化させる。このモデルは、偏心モータ型振動子18を人間の腕に装着している状態で、偏心モータ型振動子18が上から急に押された状態(偏心モータ型振動子18が人間の腕に急に押し込まれた状態)を模している。検証実験は、フィードバック制御する場合とフィードバック制御しない場合とについて行い、それぞれの結果は図5に示される。
Next, in order to verify whether the feedback control is normally performed, an external factor is given to the vibrator (eccentric motor type vibrator 18) using the model as described above to change the vibration frequency. Measured. Specifically, the eccentric
図5は、振動周波数(検出振動周波数)の時間変化を示すグラフである。ただし、検証実験を開始してから、600ms経過した時点で、重りが偏心モータ型振動子18に載せられた。この図5から分かるように、フィードバック制御しない場合には、重りが偏心モータ型振動子18に載せられると、そのことにより、振動周波数が変動するだけであり、目標周波数に収束することはない。一方、フィードバック制御する場合には、振動周波数は、検証実験の開始から次第に目標周波数に収束し始めて、約200ms経過した時点で、目標周波数でほぼ安定する。その後、重りが偏心モータ型振動子18に載せられると、そのことにより、振動周波数は目標周波数からずれてしまうが、検証実験開始から約850ms経過した時点(重りを載せてから約250ms経過した時点)で、再び目標周波数でほぼ安定する。このように、振動提示装置10では、フィードバック制御も正常に行われていることが分かる。
FIG. 5 is a graph showing temporal changes in the vibration frequency (detected vibration frequency). However, the weight was placed on the eccentric
この第1実施例によれば、振動子をフィードバック制御するようにするため、振動子の装着状態が変化しても、所望の周波数の振動を提示することができる。 According to the first embodiment, since the vibrator is feedback-controlled, vibration with a desired frequency can be presented even if the attachment state of the vibrator changes.
また、ユーザの身体に、フィルム状の圧電センサを介して振動子を装着するので、振動子による振動をほとんど減衰させることなく、ユーザに提示することができる。 In addition, since the vibrator is attached to the user's body via a film-like piezoelectric sensor, the vibration by the vibrator can be presented to the user with almost no attenuation.
なお、第1実施例では、詳細な説明は省略したが、目標振動周波数を変化させれば、これに従って振動子の振動周波数を変化させることができ、単なる振動のオン・オフではなく、強さの異なる(周波数の異なる)振動を提示できる。つまり、提示する情報量を増やすことができる。 In the first embodiment, detailed description is omitted. However, if the target vibration frequency is changed, the vibration frequency of the vibrator can be changed according to the target vibration frequency, and the strength is not simply on / off of vibration. Of different vibrations (of different frequencies). That is, the amount of information to be presented can be increased.
また、第1実施例では、1つの振動子を設けた場合について説明したが、振動子は2つ以上設けることも可能である。かかる場合には、振動子の数と同数の圧電センサが設けられ、各振動子の振動周波数がフィードバック制御される。このようにすれば、振動する振動子を時系列に従って変化させたり、各振動子の振動周波数を異ならせたりすることにより、様々な情報を提示することができる。たとえば、2つの振動子を所定の間隔で配置し、各振動子を同じ強さで同時に振動させれば、2つの振動子の直線上であり、それらの中央に振動が加えられるように、ユーザは知覚する。この場合に、各振動子の振動の強さを異なるようにすれば、ユーザが知覚する振動の位置を変化させることができる。さらには、複数の振動子の配列を工夫し、振動子を時系列的なパターンで順次駆動することにより、方向の情報やアナログ量的な情報も提示することができる。 In the first embodiment, the case where one vibrator is provided has been described. However, two or more vibrators may be provided. In such a case, the same number of piezoelectric sensors as the number of vibrators are provided, and the vibration frequency of each vibrator is feedback-controlled. In this way, various information can be presented by changing the vibrator to vibrate according to the time series or changing the vibration frequency of each vibrator. For example, if two vibrators are arranged at a predetermined interval and the vibrators are vibrated simultaneously with the same strength, the user is on a straight line of the two vibrators and the vibration is applied to the center thereof. Perceive. In this case, the position of the vibration perceived by the user can be changed by making the vibration intensity of each vibrator different. Furthermore, by devising the arrangement of a plurality of transducers and sequentially driving the transducers in a time-series pattern, it is possible to present direction information and analog quantity information.
このように、ユーザに対して情報を提示する場合には、振動の切り換え(オン・オフ)も重要な要素となる。一般的に、偏心モータ型振動子の駆動電圧は、図6(A)に示すような矩形波で表される。このような駆動電圧を偏心モータ型振動子に印加した場合には、図6(B)に示すような偏心モータ(偏心モータ型振動子18)の応答特性が得られる。この図6(B)を参照して分かるように、図6(A)に示すような駆動電圧が印加されると、偏心モータ型振動子の変位すなわち振動は、当該駆動電圧の立ち上がりと立ち下がりで、緩やかに変化してしまう。つまり、偏心モータ型振動子18の応答特性は鈍い。このため、立ち上がりと立ち下がりとにおいても偏心モータ型振動子18の応答特性を鋭く(改善)するために、駆動電圧の波形を変形させることが考えられる。たとえば、図7(A)に示すように、駆動電圧の立ち上がり時の電圧を定常状態時よりも高く設定し、駆動電圧の立ち下がり時の電圧を0レベルよりも小さくする(逆起電力を与える)ようにすれば、短い時間の振動(刺激)をユーザに与えることを可能にすることができる。ただし、実際には、偏心モータすなわち偏心モータ型振動子18を停止させる場合には、モータの端子が短絡される。この図7(A)に示すような駆動電圧を偏心モータ型振動子18に印加するようにすれば、応答特性が改善され、図7(B)に示すように、目標振幅に達するまでの時間を短縮でき、また、モータが停止するまでの時間を短縮できる。ただし、図7(B)では、応答特性を分かり易く示すために、振幅の時間変化を示してある。
Thus, when presenting information to the user, switching of vibration (on / off) is also an important factor. In general, the drive voltage of the eccentric motor type vibrator is represented by a rectangular wave as shown in FIG. When such a drive voltage is applied to the eccentric motor type vibrator, the response characteristic of the eccentric motor (the eccentric motor type vibrator 18) as shown in FIG. 6B can be obtained. As can be seen with reference to FIG. 6B, when a drive voltage as shown in FIG. 6A is applied, the displacement of the eccentric motor type vibrator, that is, vibration, rises and falls of the drive voltage. It will change slowly. That is, the response characteristic of the eccentric
さらに、この第1実施例では、圧電フィルム20aを露出した状態で用いるようにしてあるが、これの外側すなわち人体に対向(対面)する側に保護用のフィルムを設けることもできる。この保護用のフィルムとしては、ユーザ(人間)の身体への接触を考慮すると、人間の皮膚の平均的な弾性率に近似する弾性率のもの、圧電フィルム(20a)の弾性率に近似する弾性率のもの、または、薄い剛性の高いものなどを用いることができる。
Furthermore, in the first embodiment, the
また、この第1実施例では、振動センサとして圧電センサを用いるようにしたが、歪検出素子を用いることもできる。この歪検出素子は、たとえば、歪ゲージ(フィルム状素材に抵抗線を這わせたもの)である。
<第2実施例>
図8に示す第2実施例の振動提示装置10´は、偏心モータ型振動子18の振動の周波数に加えて、その振動の振幅をフィードバック制御するようにした以外は第1実施例と同じであるため、重複する内容については簡単に説明することにする。
In the first embodiment, a piezoelectric sensor is used as the vibration sensor, but a strain detection element can also be used. The strain detection element is, for example, a strain gauge (a film-like material having a resistance wire).
<Second embodiment>
The vibration presentation device 10 'of the second embodiment shown in FIG. 8 is the same as the first embodiment except that the vibration amplitude of the eccentric
図8を参照して分かるように、振動提示装置10´には、第1実施例の振動提示装置10において、プリアンプ22とマイコン14との間にピークメータ26がさらに設けられる。この第3実施例の振動提示装置10´では、PC12から、目標振動周波数および目標の振幅(目標振幅)を含む指令信号がマイコン14に与えられる。マイコン14は、指令信号に応じて、駆動信号を生成し、パワーアンプ16に出力する。したがって、指令信号に従う駆動電圧が偏心モータ型振動子18に与えられる。
As can be seen with reference to FIG. 8, the
すると、偏心モータ型振動子18は振動し、その振動が圧電センサ20によって検出される。圧電センサ20は、検出した振動に応じた電圧を出力する。この電圧(出力電圧)は、プリアンプ22で増幅され、コンパレータ24に入力されるとともに、ピークメータ26に入力される。
Then, the eccentric
ここで、コンパレータ24からの出力に基づいて、偏心モータ型振動子18の振動周波数がフィードバック制御される点は、第1実施例と同じであるため、重複した説明は省略する。
Here, the point that the vibration frequency of the eccentric
ピークメータ26は、増幅された出力電圧の振幅の最大値(波高値)を検出し、検出した波高値をマイコン14に入力する。つまり、偏心モータ型振動子18の実際の振幅(以下、「検出振幅」という。)がマイコン14に入力される。マイコン14は、検出振幅と目標振幅とを比較し、検出振幅が目標振幅に一致するように、パワーアンプ16に与える指令信号(駆動信号)の振幅を調整(制御)する。このようにして、偏心モータ型振動子58の振幅がフィードバック制御される。なお、振幅のフィードバック制御の方法は、第1実施例と同様であるため、詳細な説明は省略する。
The
ここで、たとえば、フィードバック制御を行わない場合には、偏心モータ型振動子18を押さえつける(圧迫する)と、偏心モータの回転数が上昇する。このとき、ユーザには振動が強くなったように感じられる。一方、第1実施例のように、周波数のみを一定にするようフィードバック制御を行う場合には、偏心モータ型振動子18を押さえつけると、回転数を一定に保つように制御するが、その際、偏心モータに流れる電流が初期状態より減少し、偏心モータ型振動子18の振動の振幅が著しく減少する。このため、ユーザの感覚としては、振動が弱くなったように感じてしまう。そこで、この第2実施例に示すように、偏心モータ型振動子18の振動の周波数および振幅の両方をフィードバック制御する場合に、振動の周波数を完全には一定に保持せずに、振幅が初期状態から設定値以上減少しないように制御することにより、ユーザの感覚において振動強度が一定に保たれるようにすることが可能になる。
Here, for example, when feedback control is not performed, if the eccentric
第2実施例によれば、振動子をフィードバック制御するようにするため、振動子の装着状態が変化しても、所望の周波数および所望の振幅の振動を提示することができる。このため、第1実施例で示した場合よりもさらに振動の種類を増加でき、豊富な種類の情報を提示することができる。 According to the second embodiment, since the vibrator is feedback-controlled, it is possible to present vibration having a desired frequency and a desired amplitude even when the mounting state of the vibrator is changed. For this reason, the types of vibrations can be further increased as compared with the case shown in the first embodiment, and a wealth of types of information can be presented.
また、第2実施例では、振動の周波数および振幅の両方をフィードバック制御するので、安定した振動すなわち強度が一定に保たれた振動をユーザに提示することができる。 In the second embodiment, since both the frequency and amplitude of the vibration are feedback-controlled, it is possible to present the user with a stable vibration, that is, a vibration whose intensity is kept constant.
なお、第2実施例では、振動の周波数および振幅の両方をフィードバック制御するようにしたが、振動の振幅のみをフィードバックするようにしてもよい。
<第3実施例>
第3実施例の振動提示装置は、ボイスコイル型振動子を用いて、ユーザに振動を提示するものであり、ボイスコイル型振動子の振動の振幅をフィードバック制御することができる。なお、この第3実施例においては、第1実施例または第2実施例と同じ内容については簡単に説明することにする。
In the second embodiment, both the frequency and amplitude of vibration are feedback controlled, but only the amplitude of vibration may be fed back.
<Third embodiment>
The vibration presenting device of the third embodiment presents vibration to the user using a voice coil type vibrator, and can feedback control the amplitude of vibration of the voice coil type vibrator. In the third embodiment, the same contents as those in the first embodiment or the second embodiment will be briefly described.
図9を参照して、第3実施例の振動提示装置50はPC52を含み、このPC52はホストコンピュータとして機能するとともに、第1実施例で示したマイコン14と同様に、振動子の制御機能も有している。PC52には、Sin波(正弦波)発生器54およびパワーアンプ56が接続される。PC52は、Sin波発生器54に周波数の指令値を与え、パワーアンプ56に振幅の指令値を与える。Sin波発生器54は、PC52からの周波数の指令値に応じて、当該周波数で所定の振幅のSin波(正弦波)を発生し、パワーアンプ56に入力する。
Referring to FIG. 9, the
なお、Sin波発生器54で発生される正弦波の所定の振幅は、振動提示装置50の製造時等の出荷前に設定される任意の値である。
The predetermined amplitude of the sine wave generated by the
パワーアンプ56は、PC52から与えられる振幅の指令値に従って、Sin波発生器54から入力された正弦波の振幅を調整し、振幅が調整された正弦波(駆動信号)をボイスコイル型振動子58に与える。つまり、ボイスコイル型振動子58に、PC52が指示する振幅および周波数を有する交流の駆動電圧が印加される。
The
ボイスコイル型振動子58は、図10に示すように、圧電センサ60の圧電フィルム60a上に配置される。ただし、図10においては、ボイスコイル型振動子58の構成を分かり易くするために、その断面を示してある。たとえば、このボイスコイル型振動子58としては、NECトーキン株式会社製のマルチアクター(商品名)を用いることができ、その詳細な構成および動作については、特開2003−300017号に開示される。なお、圧電センサ60は、第1実施例で示した圧電センサ20と同じであるため、その詳細な説明は省略することにする。
As shown in FIG. 10, the voice
図10を参照して、ボイスコイル型振動子58の構成および動作について簡単に説明することにする。このボイスコイル型振動子58は、振動伝達部としての筐体58aを含み、筐体58aの内部には2つのサスペンション58bが設けられる。このサスペンション58bには、ヨーク58cが連結され、筐体58a内で柔軟に支持される。ヨーク58cには、永久磁石58dが連結される。ヨーク58cと永久磁石58dとによって形成される空隙にボイスコイル58eが設けられる。このボイスコイル58eは、筐体58aに固定される振動体58fに固定的に設けられる。図示は省略するが、ボイスコイル58eにパワーアンプ56からの駆動電圧(交流電圧)が印加される。すると、永久磁石58d(およびヨーク58c)またはボイスコイル58eが上下方向に移動を繰り返す。したがって、永久磁石58dおよびヨーク58cの上下方向の移動がサスペンション58bを介して筐体58aに伝わり、筐体58aが振動する。また、ボイスコイル58eの上下方向の移動によって、振動体58fが上下方向に移動し、筐体58aが振動する。ただし、永久磁石58dとボイスコイル58eとは、互いに作用して逆位相で動作を行い、外部に振動を伝える。この場合、振動体58fが変形し易く形成されている場合には、その振動体58fの振動を、圧電フィルム20aを介してユーザの身体に提示することもできる。
The configuration and operation of the voice
なお、図10では表現できないが、永久磁石58dの移動速度および加速度はボイスコイル型振動子58の駆動電圧によって決定され、ひいては、振動の強さ(振幅の大きさ)に影響する。
Although not expressed in FIG. 10, the moving speed and acceleration of the
図9に戻って、ボイスコイル型振動子58の振動は圧電センサ60によって検出される。圧電センサ60は、ボイスコイル型振動子58の振動を検出すると、当該振動に応じた電圧を出力する。つまり、ボイスコイル型振動子58の実際の振動周波数(以下、「検出振動周波数」という。)および実際の振動の振幅(以下、「検出振幅」という。)に対応する交流電圧が出力される。圧電センサ60からの出力電圧は、プリアンプ62で増幅され、フィルタ(この第1実施例では、LPF)64でノイズ除去された後、f/V変換器66およびピークメータ68に与えられる。
Returning to FIG. 9, the vibration of the voice
f/V変換器66は、増幅およびノイズ除去された圧電センサ60の出力電圧の周波数を検出し、検出した周波数すなわち検出振動周波数を電圧値(DC電圧)に変換して、PC52に入力する。また、ピークメータ68は、増幅およびノイズ除去された圧電センサ60の出力電圧の振幅すなわち検出振幅についてのピーク値を検出し、検出したピーク値をPC52に入力する。
The f /
PC52は、f/V変換器66から入力された電圧値から振動周波数(検出振動周波数)を算出し、周波数の指令値と比較する。ここで、ボイスコイル型振動子58は、正常に動作している限りにおいては、駆動電圧(交流電圧)の周波数と同じ周波数で振動する。したがって、PC52は、検出振動周波数が周波数の指令値と大幅にずれている場合には、システム異常であると判断する。図示は省略するが、PC52に、ディスプレイやスピーカ等の出力装置を接続しておき、システム異常と判断した場合には、警告メッセージや警告音またはそれらの両方により、ユーザにシステム異常を報知するようにしてもよい。また、PC52は、ピークメータ68から入力されたピーク値(検出振幅)と目標振幅とを比較し、検出振幅が目標振幅に一致するように、パワーアンプ56に与える振幅の指令値を調整(制御)する。
The
このようにして、ボイスコイル型振動子58の振幅がフィードバック制御される。なお、振幅のフィードバック制御の方法は、第1実施例と同様であるため、詳細な説明は省略する。
In this way, the amplitude of the voice
第3実施例によれば、所望の振幅の振動を確実に提示することができるので、ユーザに所望の情報を提示することができる。 According to the third embodiment, vibration with a desired amplitude can be reliably presented, so that desired information can be presented to the user.
なお、第3実施例では、図10に示したように、振動体58f側が圧電フィルム60aに接触するように、ボイスコイル型振動子58を配置するようにしたが、図10に示す状態と上下を逆にして配置するようにしても、ユーザの身体に振動を提示することができる。
In the third embodiment, as shown in FIG. 10, the voice
10,50 …振動提示装置
12,52 …PC
14 …マイコン
16,56 …パワーアンプ
18,58 …振動子
20,60 …圧電センサ
22,62 …プリアンプ
24 …コンパレータ
26,68 …ピークメータ
66 …f/V変換器
10, 50 ...
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記振動子を駆動する駆動手段、
前記ユーザの身体に対向し得る側に配置されて前記振動子と一体的に設けられ、当該振動子の振動を検出する圧電フィルム、および
前記駆動手段によって前記振動子が駆動されるとき、前記圧電フィルムの出力を検出する検出手段をさらに備え、
前記駆動手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記振動子の振動の周波数および振幅の少なくとも一方をフィードバック制御する、振動提示装置。 A vibration presentation device that includes a vibrator to be worn on a user's body and presents vibration to the user by driving the vibrator,
Driving means for driving the vibrator;
A piezoelectric film that is disposed on the side facing the user's body and provided integrally with the vibrator, and detects vibration of the vibrator; and when the vibrator is driven by the driving means, the piezoelectric It further comprises detection means for detecting the output of the film ,
The drive means is a vibration presentation device that feedback-controls at least one of the frequency and amplitude of vibration of the vibrator based on the detection result of the detection means.
前記駆動手段は、前記検出手段の検出結果と目標振幅とに基づいて、前記ボイスコイル型振動子の振動の振幅をフィードバック制御する、請求項1記載の振動提示装置。 The vibrator includes a voice coil type vibrator,
Said drive means, said detection result on the basis of the target amplitude detection means, the feedback control of the amplitude of the vibration of the voice coil type transducer, waved apparatus according to claim 1.
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