JP5381372B2 - Tactile information device and electronic device using the same - Google Patents
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Description
本発明は、触覚情報装置及び、それを用いた電子機器に関する。 The present invention relates to a tactile information device and an electronic apparatus using the same.
携帯電話等の電子機器における各種の情報伝達は、視覚、聴覚、触覚を介して行われている。例えば、携帯電話においては、着信等の情報を伝達する際には、携帯電話を振動させて、この振動が利用者の触覚を刺激することにより、着信等の情報伝達を行う場合がある。 Various types of information transmission in electronic devices such as mobile phones are performed through vision, hearing, and touch. For example, in a mobile phone, when information such as an incoming call is transmitted, the mobile phone may be vibrated, and the vibration may stimulate a user's sense of touch to transmit information such as an incoming call.
このときの振動源として、特開平11−65569号公報においては、圧電素子を用いる方法が開示されている。また、特表平10−506033号公報においては、複数のバイブレータを用いて2次元的に触覚を刺激することにより情報伝達を行う方法が開示されている。 As a vibration source at this time, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-65569 discloses a method using a piezoelectric element. Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-506033 discloses a method of transmitting information by two-dimensionally stimulating a tactile sense using a plurality of vibrators.
なお、圧電素子に関しては種々の提案がなされている。例えば、特開2000−341939号公報には、圧電素子への入力信号のレベル範囲を広くできるようにした圧電トランスコンバータが開示されている。また、特開2004−146660号公報には、圧電トランスを用いたイオン発生装置が開示されている。また、特開2006−81233号公報には、圧電トランスを駆動するための電源装置が開示されている。さらに、特開2007−34991号公報には、圧電アクチュエータにより表示パネルを振動させて、この表示パネルに接触した指先に振動を与えることにより情報を伝達するタッチパネルディスプレイ装置が開示されている。 Various proposals have been made regarding piezoelectric elements. For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-341939 discloses a piezoelectric transformer converter that can widen the level range of an input signal to a piezoelectric element. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-146660 discloses an ion generator using a piezoelectric transformer. Japanese Patent Laying-Open No. 2006-81233 discloses a power supply device for driving a piezoelectric transformer. Further, JP 2007-34991 A discloses a touch panel display device that transmits information by vibrating a display panel using a piezoelectric actuator and applying vibration to a fingertip that is in contact with the display panel.
しかしながら、特許文献1,2においては、バイブレータや圧電素子の振動源が携帯電話等の電子機器の筐体内に配置されて、この筐体を振動させることにより、情報をユーザに伝達する構成であるため、以下のような問題があった。
However, in
即ち、筐体内で発生した振動は、この筐体を振動させることによりユーザの触覚を刺激する。筐体が振動することは、筐体内に設けられている各種の機器も振動することを意味する。従って、これら筐体及びその内部に設けられた各種の機器を振動させるためのエネルギーだけ、ユーザに伝達される振動エネルギーが減少する。振動エネルギーが減少すると、確実な触覚情報の伝達が困難となる。 That is, the vibration generated in the casing stimulates the user's sense of touch by vibrating the casing. The vibration of the casing means that various devices provided in the casing also vibrate. Therefore, the vibration energy transmitted to the user is reduced by the energy required to vibrate these casings and various devices provided therein. When vibration energy decreases, it becomes difficult to reliably transmit tactile information.
従って、情報を確実に伝達するためには大きなエネルギーの振動を発生しなければならないが、近年の電子機器に対する低消費電力化、小型化、筐体の高剛性化等に対する強い要求のもとでは大きなエネルギーの振動を発生することは容易ではない。例えば、筐体の剛性を高めると、この筐体を振動させるために必要なエネルギーも大きくなる。このとき振動源は、筐体の剛性が高まった分だけ余分に大きいエネルギーの振動を発生する必要がある。しかし、大きなエネルギーの振動を発生させるためには、振動源での消費電力が増大し、また振動源が大型化する要因となる。 Therefore, in order to transmit information reliably, large energy vibrations must be generated, but under the strong demand for low power consumption, miniaturization, high rigidity of the housing, etc. for recent electronic devices. It is not easy to generate a large energy vibration. For example, when the rigidity of the casing is increased, the energy required to vibrate the casing also increases. At this time, it is necessary for the vibration source to generate extra large energy vibration as much as the rigidity of the casing is increased. However, in order to generate large energy vibrations, power consumption at the vibration source increases and the vibration source becomes larger.
よって、このような振動源を電子機器に用いると、この電子機器に対する低消費電力化、小型化等の要求を満たすことが困難となる。なお、筐体を振動させて触覚情報を伝達する特許文献1,2の構成に、特許文献3〜6による各種の提案を加味しても、上記問題は解決できない。
Therefore, when such a vibration source is used in an electronic device, it becomes difficult to satisfy the demands for reducing the power consumption and size of the electronic device. Note that the above-described problem cannot be solved even if various proposals according to
そこで、本発明は、小型で低消費電力であり、かつ、確実に触覚情報の伝達が行える触覚情報装置及び、それを用いた電子機器を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a tactile information device that is small in size and has low power consumption and can reliably transmit tactile information, and an electronic apparatus using the tactile information device.
上記課題を解決するため、本発明にかかる触覚情報装置は、支持体に設けられた触覚端子と、入力信号に対応した触覚信号を出力する触覚情報発生器と、触覚情報発生器と触覚端子との導通を開閉するスイッチ部とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a haptic information device according to the present invention includes a haptic terminal provided on a support, a haptic information generator that outputs a haptic signal corresponding to an input signal, a haptic information generator, and a haptic terminal. And a switch portion that opens and closes the conduction.
また、電子装置は、筐体と、筐体内に収納された電子機器本体部と、筐体の外面に露出して設けられてユーザが触れる触覚端子と、入力信号に対応した触覚信号を出力する触覚情報発生器と、触覚情報発生器と触覚端子との導通を開閉するスイッチ部とを含む触覚情報装置と、を備えることを特徴とする。 In addition, the electronic device outputs a haptic signal corresponding to an input signal, a tactile terminal that is exposed on the outer surface of the casing, is provided on the outer surface of the casing, and is touched by a user. A tactile information generator, and a tactile information device including a switch unit that opens and closes conduction between the tactile information generator and the tactile terminal.
本発明によれば小型、かつ、低消費電力で、確実に触覚情報が伝達できる。 According to the present invention, tactile information can be reliably transmitted with small size and low power consumption.
本発明の第1の実施形態を説明する。図1は、第1の実施形態にかかる触覚情報装置2の斜視断面図である。この触覚情報装置2は、触覚端子4、触覚情報発生器5、スイッチ部6を備える。触覚情報発生器5は、この触覚情報発生器5に入力した入力信号に対応する触覚信号を出力する。触覚端子4は、支持体3に設けられて触覚情報をユーザに伝達するための接触端子をなす。スイッチ部6は、触覚情報発生器5と触覚端子4との導通を開閉する。
A first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a perspective sectional view of a
そして、スイッチ部6が触覚情報発生器5と触覚端子4とを導通した状態でユーザが触覚端子4に接触すると又は、ユーザが触覚端子4に接触した状態で、スイッチ部6が触覚情報発生器5と触覚端子4とを導通すると、触覚端子4を介して触覚情報発生器5から触覚信号がユーザの体内に流れ、ユーザの触覚を刺激する。この刺激が触覚情報の伝達となる。従って、確実に情報伝達が行えるようになる。
When the user touches the tactile terminal 4 with the
また、触覚情報が直接ユーザに伝達されるため、例えば筐体を振動させて情報伝達する場合に必要となる、筐体等を振動させるためのエネルギーが不要になる。従って、触覚情報装置及びそれを用いた電子機器の小型化、低消費電力化が可能となる。 Further, since the tactile information is directly transmitted to the user, for example, energy for vibrating the housing or the like, which is necessary when information is transmitted by vibrating the housing, becomes unnecessary. Accordingly, it is possible to reduce the size and power consumption of the tactile information device and the electronic device using the tactile information device.
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。図2は第2の実施形態にかかる触覚情報装置を備える携帯電話10の斜視図で、図2(a)は表面側の斜視図、図2(b)は裏面側の斜視図である。また、図3は、図2(a)におけるA−A線に沿った矢視断面図である。なお、ユーザが携帯電話を把持して使用する状態において、ユーザ側に向く携帯電話10の面を表面側とし、ユーザの掌に触れる側を裏面側とする。以下の説明では、電子機器として携帯電話10を例示して説明するが、携帯電話以外の携帯情報端末やゲーム機器、パーソナルコンピュータ等の他の電子機器であってもよい。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. 2A and 2B are perspective views of the
携帯電話10は、上下の筐体12a,12bを備える。そして、図3に示すように、この上下の筐体12a,12bがなす内部空間13に携帯電話10の主要部をなす主要回路14が設けられ、また触覚情報装置20が設けられている。上筐体12aの外面12d側には、ユーザインターフェースをなす電話番号等の諸情報を表示するための表示器15及び電話番号等を入力するための複数のキー16が設けられ、また下筐体(支持体)12bの外面12c側には、後述するユーザに触覚情報を伝達するための複数の触覚端子27が設けられている。
The
図4は、触覚情報装置20のブロック図である。触覚情報装置20は、複数の触覚信号発生部29と、制御部28とを備える。触覚信号発生部29は、圧電トランス(触覚情報発生器)24、整流部25、スイッチ部26、ユーザが接触する上述した触覚端子27を備える。そして、触覚端子27は下筐体12bに設けられ、圧電トランス24、整流部25、スイッチ部26及び制御部28は、回路基板に搭載されている。
FIG. 4 is a block diagram of the
図5は、この回路基板30の斜視図である。図5に示すように、圧電トランス24、整流部25及び、スイッチ部26を含む触覚信号発生部29が、縦横に所定間隔で回路基板30に搭載されている。
FIG. 5 is a perspective view of the
図3に示すように、触覚端子27は、埋込部27aと触針部27bとを備える。触針部27b及び埋込部27aは、電気的に接続されている。触針部27bは、ユーザの掌等が接触するための端子である。このような触針部27bは、下筐体12bの外面12cと同一面をなすように又はこの外面12cから所定量飛び出して設けられている。埋込部27aは、下筐体12bを貫通して埋め込まれて、スイッチ部26及び整流部25を介して圧電トランス24の出力電極に接続されている。なお、以下の説明では、触覚端子27を下筐体12bに設ける場合を例に説明するが、例えば上記携帯電話における筐体の側部等であって、手や脚等の人体における触覚と接触する場所であればよい。
As shown in FIG. 3, the
図6は、圧電トランス24の斜視図である。圧電トランス24は、短冊片の圧電セラミックス(以下、圧電材と記載する)31と、この圧電材31に形成された入力電極32、出力電極33及び、共通電極34を備える。圧電材31は、その厚み方向に分極処理された一次側領域31aと、長手方向に分極処理された二次側領域31bとに分けられる。図6において、一次側領域31aにおける分極方向は矢印P1で示され、二次側領域31bにおける分極方向は矢印P2で示されている。
FIG. 6 is a perspective view of the
入力電極32と共通電極34とは、一次側領域31aにおける圧電材31の厚み方向に、この圧電材31を挟むように設けられている。また、出力電極33は、二次側領域31bで、矢印P2で示す分極方向に垂直な圧電材31の端面31cに設けられている。なお、出力電極33は圧電材31の端面31c以外に、例えば入力電極32が設けられている圧電材31の面で、端面31c側の領域に形成してもよい。
The
そして、入力電極32と共通電極34との間に交流の入力信号が印加されると、圧電効果によって圧電材31内に機械振動が発生する。この機械振動により圧電材31内には逆圧電効果が生じて、出力電極33と共通電極34との間に電気信号(出力信号)が発生する。出力電極33と共通電極34との間に発生する出力信号は、入力信号より大きな電圧値にすることができる。即ち、圧電トランス24により、入力信号を昇圧することができる。入力信号は、制御部28から出力される。
When an AC input signal is applied between the
なお、圧電トランスとして図6に示す構成に限定されず、例えば図7や図8に示すような構成であってもよい。図7及び図8に示す圧電トランス24B,24Cの入力電極及び共通電極の構造が、図6に示した圧電トランス24の入力電極及び共通電極の構造と異なっている。即ち、図7及び図8に示す入力電極32bと共通電極34bとは、交差指状(フォーク状)に形成されて、互いに嵌り込むように設けられている。
Note that the piezoelectric transformer is not limited to the configuration shown in FIG. 6, and may have a configuration as shown in FIG. 7 or 8, for example. The structures of the input electrode and the common electrode of the
図7に示す圧電トランス24Bは、圧電材31における一次側領域31aの両方の面に、それぞれ入力電極32bと共通電極34bとが設けられている。これに対し、図8に示す圧電トランス24Cは、圧電材31における一次側領域31aの一方の面にのみ入力電極32bと共通電極34bとが設けられ、他方の面には電極は設けられていない。何れの構成であっても、入力電極32bと共通電極34bとに印加された入力信号は、圧電材31の中で、機械振動に変換され、またこの機械運動が電気信号に変換されて出力電極33と共通電極34bとから出力される。なお、図7及び図8に示す圧電トランス24B,24Cにおける一次側領域31aの分極方向は、入力電極32bから共通電極34bに向かう方向である。
The piezoelectric transformer 24B shown in FIG. 7 is provided with an
図4に示すように、圧電トランス24からの出力信号は、整流部25に入力する。そして、この整流部25は、出力信号を整流して、スイッチ部26に出力する。即ち、圧電トランス24から出力される出力信号は交流信号であるので、整流部25は、これを直流信号に整流して出力する。この整流された出力信号を触覚信号と記載する。
As shown in FIG. 4, the output signal from the
なお、整流部25は、自己インダクタンスを持ち、また、接合容量等の容量を持つため、整流部25に入力する信号にスパイクノイズ等が含まれていても、このスパイクノイズ等は自己インダクタンスや接合容量等により減衰する。従って、触覚信号は、スパイクノイズ等が除かれた又は減衰した信号である。無論、ノイズフィルタ等を別途設けてもよい。
Since the
スイッチ部26は、制御部28からの開閉制御信号に基づき動作して、整流部25と触覚端子27の導通を制御する。そして、スイッチ部26が「ON」のときは触覚端子27と整流部25とが導通し、「OFF」のときは触覚端子27はアースに接続される。このスイッチ部26が「OFF」のとき触覚端子27がアースに接続されるようにしたのは、触覚端子27を介して人体に蓄積されている静電気を放電するためである。
The
次に、上述した触覚情報装置における触覚情報の情報伝達確認実験の実施例1を説明する。情報伝達確認実験は、種類の異なるタイプ1〜4の圧電トランスの製作、製作した圧電トランスを用いた触覚情報装置の製作、触覚情報装置による入力信号の昇圧特性の確認、被験者等による触覚情報の伝達確認を行った。 Next, a first embodiment of an information transmission confirmation experiment of tactile information in the above-described tactile information device will be described. The information transmission confirmation experiment consists of production of different types of piezoelectric transformers of types 1 to 4, production of a tactile information device using the produced piezoelectric transformer, confirmation of boosting characteristics of an input signal by the tactile information device, and confirmation of tactile information by a subject or the like. Confirmed transmission.
まず、図3に示すような、携帯電話10の下筐体12bを模擬した、長さ100mm、幅50mm、高さ20mmの箱状の筐体を、厚さ2mmのエポキシ板を用いて形成した。このエポキシ板の表面(筐体の表面)には、金メッキ法により金メッキされた銅導体を設け、またこのエポキシ板を貫通し、かつ、銅導体と電気的に接続された接続導体を設けた。この金メッキされた銅導体は、触覚端子27の触針部27bに対応し、接続導体は触覚端子27の埋込部27aに対応する。このように触覚端子27を備えるエポキシ板に整流部25、スイッチ部26及び、後述する圧電トランスを搭載して、触覚情報装置を製作した。
First, as shown in FIG. 3, a box-shaped housing having a length of 100 mm, a width of 50 mm, and a height of 20 mm, which simulates the
<圧電トランスの製作>
タイプ(TYPE)1〜タイプ3の圧電トランスは、同種、同寸法の圧電材に、図6〜図8に対応した入力電極、共通電極及び出力電極を設けることにより形成した。また、タイプ4の圧電トランスは、タイプ1〜タイプ3と異なる方法で形成された圧電材に、図6に示す入力電極、共通電極及び出力電極を設けることにより形成した。
<Production of piezoelectric transformer>
Type (TYPE) 1 to
即ち、タイプ1〜タイプ3の圧電トランスの圧電材は、ジルコン酸チタン酸鉛を含む材料をブロック形状に焼結して、この焼結体を短冊状に切断して形成した。なお、圧電材や電極の寸法(長さ、幅、厚さ)は、以下のように定義する。即ち、入力電極から出力電極に向かう方向を長さ方向とし、入力電極が設けられている圧電材の面に垂直な方向を厚さ方向とする。また、長さ方向及び厚さ方向に垂直な方向を幅方向とする。この定義に従えば、上述した短冊状の圧電材の寸法は、図6に示すように、長さW1が10mm、幅W2が3mm、厚さW3が0.1mmである。 That is, the piezoelectric material of the type 1 to type 3 piezoelectric transformer was formed by sintering a material containing lead zirconate titanate into a block shape and cutting the sintered body into strips. The dimensions (length, width, thickness) of the piezoelectric material and the electrode are defined as follows. That is, the direction from the input electrode to the output electrode is the length direction, and the direction perpendicular to the surface of the piezoelectric material provided with the input electrode is the thickness direction. A direction perpendicular to the length direction and the thickness direction is defined as a width direction. According to this definition, the dimensions of the above-described strip-shaped piezoelectric material are, as shown in FIG. 6, the length W1 is 10 mm, the width W2 is 3 mm, and the thickness W3 is 0.1 mm.
そして、1つの圧電材に、図6に示す平板状の入力電極32及び共通電極34を形成した。各電極は銀−パラジウム合金や白金等を含む電極材料をスパッタリングして形成した。入力電極32及び共通電極34の寸法は、長さ5mm、幅3mm、厚さ0.5μmであり、出力電極33の寸法は、長さ0.5mm、幅3mm、厚さ0.1mmである。このようにして形成された圧電トランスをタイプ1の圧電トランスと記載する。
Then, the
また、別の圧電材の上下の面に、図7に示すような、帯状の入力電極32b及び共通電極34bを交差指形状に形成し、また出力電極33bを形成した。各電極は銀−パラジウム合金や白金等を含む電極材料をスパッタリングして形成した。入力電極32b及び共通電極34bの寸法は、長さ(帯状の幅)0.2mm、幅3mm、厚さ0.5μmであり、出力電極33の寸法は、長さ0.5mm、幅3mm、厚さ0.1mmである。このようにして形成された圧電トランスをタイプ2の圧電トランスと記載する。
Further, on the upper and lower surfaces of another piezoelectric material, as shown in FIG. 7, a strip-
さらに、別の圧電材の一方の面に、図8に示すような入力電極32b及び共通電極34bを形成した。各電極は銀−パラジウム合金や白金等を含む電極材料をスパッタリングして形成した。入力電極32b及び共通電極34bの寸法は、長さ(帯状の幅)0.2mm、幅3mm、厚さ0.5μmであり、出力電極33の寸法は、長さ0.5mm、幅3mm、厚さ0.1mmである。このようにして形成された圧電トランスをタイプ3の圧電トランスと記載する。
Further, an
これらタイプ1〜タイプ3の圧電トランスに対して分極処理を行い、その後にエポキシ板にエポキシ系の接着剤を用いて接合し、触覚端子、スイッチ部、整流部、圧電トランスを搭載すると共に配線を行って触覚情報装置を製作した。以下、タイプ1〜タイプ3の圧電トランスを用いて製作された触覚情報装置を第1〜第3の触覚情報装置と記載する。 These type 1 to type 3 piezoelectric transformers are polarized and then bonded to an epoxy board using an epoxy adhesive, and tactile terminals, switches, rectifiers, piezoelectric transformers are mounted, and wiring is provided. I went to make a tactile information device. Hereinafter, tactile information devices manufactured using type 1 to type 3 piezoelectric transformers are referred to as first to third tactile information devices.
次に、タイプ4の圧電トランスを粉末堆積法を用いて製作した。図9は、粉末堆積法によるタイプ4の圧電トランスの製造手順を示した図で、図9(a)は、下地電極形成手順、図9(b)は圧電材形成手順、図9(c)は電極形成手順を示す。先ず、図9(a)に示すように、エポキシ板35に下地電極36a,39aを形成した。下地電極36aは、図6に示す出力電極33の一部に相当し、下地電極39aは共通電極34に相当する。この下地電極36a,39aは、ステンレス鋼板等からなるマスク40を用いてスパッタ法により銀−パラジウム合金や白金等を含む電極材料をスパッタリングして形成した。
Next, a type 4 piezoelectric transformer was fabricated using a powder deposition method. 9A and 9B are diagrams showing a manufacturing procedure of a type 4 piezoelectric transformer by a powder deposition method. FIG. 9A shows a base electrode forming procedure, FIG. 9B shows a piezoelectric material forming procedure, and FIG. Indicates an electrode forming procedure. First, as shown in FIG. 9A,
そして、図9(b)に示すように、下地電極36a,39aの上からジルコン酸チタン酸鉛系の圧電材料の粉体又はこの粉体を含有するスラリーを噴射機38から高速噴射して圧電材37を形成した。このとき、圧電材料が所定領域に吹き付けられるようにステンレス鋼板等からなるマスク41を用いた。噴射された圧電材料は、堆積時における衝撃エネルギーにより焼結が起きていることが顕微鏡による組織観察から確認した。
Then, as shown in FIG. 9 (b), a powder of a lead zirconate titanate-based piezoelectric material or a slurry containing this powder is jetted from an injector 38 at a high speed from above the
次に、図9(c)に示すように、ステンレス鋼板等からなるマスク42を用いてスパッタ法により銀−パラジウム合金や白金等を含む電極材料をスパッタリングして出力電極36bを形成し、また入力電極39bを形成した。このとき、マスク42は、出力電極36bを形成する領域42aの幅寸法T1、入力電極39bを形成する領域42bの幅寸法T2、圧電材37の幅寸法T3は、T2<T3<T1となるように設定されている。
Next, as shown in FIG. 9 (c), an
このような寸法にすることにより、出力電極36bは、圧電材37の両サイド(厚み側の側面)にも形成されて、先に形成した下地電極36aと電気的に接続するように形成される。これにより、1つの出力電極36が形成できる。一方、入力電極39bは、圧電材37の両サイド(厚み側の側面)には形成されないため、下地電極(共通電極)39aと接することなく形成される。
With such dimensions, the
このようにして、各電極が形成された後に、分極処理を行い、タイプ4の圧電トランスを製作し、その後にエポキシ板35に整流部25、スイッチ部26等を設け、配線を行って第4の触覚情報装置を製作した。
In this way, after each electrode is formed, polarization processing is performed to manufacture a type 4 piezoelectric transformer. Thereafter, a rectifying
なお、入力電極39bや共通電極39aは、図6に示すような平板状の電極構造であるが、ブラスト法等により、この平板状の電極にスリットを形成して、図7や図8に示すような交差指状の電極とすることも可能である。
The
ところで、このような粉末堆積法により圧電材を形成した場合、タイプ1〜タイプ3の圧電トランスにおける圧電材のように、焼結体を製作し、その後にこの焼結体を切出して圧電材を製作する工程を省くことができる。即ち、製造時間や製造コストが短縮できる。本実施例では、タイプ1〜タイプ3の圧電トランスの製作に要する時間の1/10の時間で、タイプ4の圧電トランスが製作できた。 By the way, when a piezoelectric material is formed by such a powder deposition method, a sintered body is manufactured like a piezoelectric material in a type 1 to type 3 piezoelectric transformer, and then the sintered body is cut out to obtain a piezoelectric material. The manufacturing process can be omitted. That is, manufacturing time and manufacturing cost can be shortened. In this example, the type 4 piezoelectric transformer could be manufactured in 1/10 of the time required to manufacture the type 1 to type 3 piezoelectric transformer.
<触覚情報伝達試験>
次に、第1〜第4の触覚情報装置を用いて、後述する各種の試験を行った。先ず、タイプ(TYPE)1〜4の圧電トランスの昇圧特性を調べた。表1は、各圧電トランスの入力電極に、周期が1msecでピーク電圧が1Vの入力信号を印加したときの出力信号のピーク値をオシロスコープで観察した結果である。なお、このときスイッチ部は、「OFF」とした。従って、整流部と触覚端子とは導通していない。表1からタイプ1〜4の圧電トランスの出力信号は、略同じ値を示していることがわかる。
<Tactile information transmission test>
Next, various tests described below were performed using the first to fourth tactile information devices. First, the step-up characteristics of type (TYPE) 1 to 4 piezoelectric transformers were examined. Table 1 shows the result of observing the peak value of the output signal with an oscilloscope when an input signal having a period of 1 msec and a peak voltage of 1 V is applied to the input electrode of each piezoelectric transformer. At this time, the switch unit was set to “OFF”. Therefore, the rectifying unit and the tactile terminal are not conductive. It can be seen from Table 1 that the output signals of the type 1-4 piezoelectric transformers show substantially the same value.
次に、健康な被験者10名に対して、第1〜第4の触覚情報装置による触覚刺激の体感試験を行った。体感試験は、被験者の掌と触覚端子とを接触させた状態で、スイッチ部を10msecの間隔で「ON」「OFF」を繰り返した。そして、このとき被験者が触覚の刺激を感知したか否かを聞き取ることにより行った。この結果、被験者全員が触覚の刺激を感知した。このとき、第1〜第4の触覚情報装置における消費電力は、0.05Wであった。 Next, a bodily sensation test of tactile stimulation using the first to fourth tactile information devices was performed on 10 healthy subjects. In the bodily sensation test, “ON” and “OFF” were repeated at intervals of 10 msec with the subject's palm and the tactile terminal in contact with each other. At this time, the test was performed by asking whether or not the subject sensed a tactile stimulus. As a result, all subjects sensed tactile stimuli. At this time, the power consumption in the first to fourth tactile information devices was 0.05W.
次に、第1〜第4の触覚情報装置による効果が、特有の効果で有るか否かを調べるために、図10に示すような、バイブレータによる触覚刺激と比較した。このバイブレータによる触覚刺激は、現状の携帯電話等において用いられているものである。 Next, in order to investigate whether the effect by the 1st-4th tactile information apparatus is a peculiar effect, it compared with the tactile stimulus by a vibrator as shown in FIG. The tactile stimulation by the vibrator is used in the current mobile phone and the like.
図10は、長さ10mm、径3mmの直流モータ50の回転軸に0.1gの偏芯分銅51が取り付けられている。直流モータ50をエポキシ板52に搭載して、この直流モータ50の最大入力電圧である駆動電圧5Vを10msec間隔で印加した。このときの消費電力は2Wであり、第1〜第4の各触覚情報装置の40倍であった。そして、健康な被験者10名に対して触覚刺激の体感試験を行った。この結果、僅か1名の被験者のみが触覚刺激を感知し、他の被験者は触覚刺激を感知することができなかった。従って、低消費電力、かつ、小型の本実施形態にかかる第1〜第4の触覚情報装置による触覚情報の伝達特性は、バイブレータによる触覚情報の伝達特性を凌ぐ、特有の効果であることが確認できた。
In FIG. 10, an
また、タイプ1の圧電トランスの第1の触覚情報装置を用いて、入力信号のピーク電圧を1V,1.5V,3Vと変化させたときの出力信号のピーク電圧を調べた。表2は、入力信号のピーク電圧と出力信号のピーク電圧との関係を示す試験結果である。表2より、入力信号のピーク電圧が増大すると、出力信号のピーク電圧も増大することが確認できた。 Further, using the first tactile information device of the type 1 piezoelectric transformer, the peak voltage of the output signal when the peak voltage of the input signal was changed to 1V, 1.5V, and 3V was examined. Table 2 shows test results showing the relationship between the peak voltage of the input signal and the peak voltage of the output signal. From Table 2, it was confirmed that when the peak voltage of the input signal increases, the peak voltage of the output signal also increases.
また、この触覚情報装置を用いて、入力信号のピーク電圧を1V,1.5V,3Vで変化させたときの触覚刺激試験を、10名の被験者に対して行った。この結果、全員の被験者が入力信号のピーク電圧に比例した触覚刺激の増大を感知した。 In addition, using this tactile information device, a tactile stimulus test was performed on 10 subjects when the peak voltage of the input signal was changed at 1V, 1.5V, and 3V. As a result, all subjects sensed an increase in tactile stimulation proportional to the peak voltage of the input signal.
以上により、触覚情報装置を用いて触覚情報の伝達が可能であることが確認できたので、次に触覚情報を多次元的に伝達できるか否かを調べた。そのために、図2(b)に示すような、圧電トランス24を9つ(縦横3つ)配置した携帯電話を作製した。以下、図2(b)を参照して説明する。 As described above, it has been confirmed that tactile information can be transmitted using the tactile information device. Next, whether or not tactile information can be transmitted in a multidimensional manner was examined. For this purpose, a cellular phone having nine piezoelectric transformers 24 (three vertical and three horizontal) arranged as shown in FIG. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
先ず、周期1msec、ピーク電圧1Vの入力信号を圧電トランスに印加し、その際の触覚端子に現れる触覚信号をオシロスコープで観察してピーク電圧を計測した。表3は、計測したピーク電圧を示している。なお、表3において、触覚端子の座標(X、Y)は、図2(b)において、携帯電話の幅方向をX座標、長手方向をY座標としたときの、各触覚端子27の座標を示している。この結果から、9つの触覚端子27には、略同一のレベルの触覚信号が出力されていることが分かる。
First, an input signal having a period of 1 msec and a peak voltage of 1 V was applied to the piezoelectric transformer, and the tactile signal appearing at the tactile terminal at that time was observed with an oscilloscope to measure the peak voltage. Table 3 shows the measured peak voltage. In Table 3, the coordinates (X, Y) of the
次に、健康な被験者10名を集め、各被験者の掌と触覚端子とが接触するように携帯電話を持たせた状態で、(1,1),(2,1),(3,1)の触覚端子27に接続されているスイッチ部を10msec間隔で順に動作させた。なお、入力信号のピーク電圧は1Vである。この結果、全員の被験者が、X方向に移動する触覚刺激を感知した。同様に、(1,1),(1,2),(1,3)の触覚端子27に接続されているスイッチ部を10msec間隔で順に動作させた。この結果、全員の被験者が、Y方向に移動する触覚刺激を感知した。このことは、視覚情報を多次元的に伝達できることを意味している。即ち、単なる触覚を通じた情報伝達ばかりでなく、空間的に分布している触覚を刺激することで、多様な情報伝達が可能になることが確認できた。
Next, 10 healthy subjects were collected, and (1,1), (2,1), (3,1) with the mobile phone held so that the palm of each subject and the tactile terminal were in contact with each other. The switch sections connected to the
また、入力信号のピーク電圧を3Vとし、スイッチ部を10msec間隔で動作させて、同様の試験を行った。この結果、全被験者は、1Vより3Vの方が強い触覚刺激を受けたと感知した。従って、1つの触覚情報装置でも触覚刺激の強度に応じて多様な情報伝達が可能になる。 Further, the same test was performed by setting the peak voltage of the input signal to 3 V and operating the switch unit at intervals of 10 msec. As a result, all the subjects sensed that 3V received a stronger tactile stimulus than 1V. Accordingly, even one tactile information device can transmit various information according to the strength of tactile stimulation.
以上の試験から、小型、かつ、低消費電力の触覚情報装置及びそれを用いた電子機器によって、確実、かつ、多様な触覚情報が伝達できることが実証された。 From the above test, it was proved that various tactile information can be reliably transmitted by a small-sized and low power consumption tactile information device and an electronic apparatus using the tactile information device.
3 支持体
4,27 触覚端子
5 触覚情報発生器
6,26 スイッチ部
10 携帯電話
12c 外面
12a 上筐体
12b 下筐体(支持体)
20 触覚情報装置
24,24B,24C 圧電トランス(触覚情報発生器)
25 整流部
28 制御部
31 圧電材
32,32b 入力電極
33,33b 出力電極
34,34b 共通電極
DESCRIPTION OF
20
25
Claims (5)
制御部と
を備え、
複数の前記触覚信号発生部は、
支持体に設けられた触覚端子と、
入力信号に対応した触覚信号を出力する触覚情報発生器と、
前記触覚情報発生器と前記触覚端子との導通を制御するスイッチ部と
をそれぞれ備え、
前記触覚情報発生器は、
前記入力信号を昇圧して出力する圧電トランスと、
前記圧電トランスから出力された信号を整流し前記触覚信号として出力する整流部と
を備え、
前記制御部が、すべての前記スイッチ部の開閉をそれぞれ個別に制御する
ことを特徴とする触覚情報装置 A plurality of tactile signal generators;
With control
With
The plurality of tactile signal generators are
A tactile terminal provided on the support,
A haptic information generator that outputs a haptic signal corresponding to the input signal;
A switch unit for controlling conduction between the tactile information generator and the tactile terminal;
Each with
The tactile information generator
A piezoelectric transformer that boosts and outputs the input signal;
A rectification unit that rectifies a signal output from the piezoelectric transformer and outputs the signal as the tactile signal;
With
The control unit individually controls the opening / closing of all the switch units.
Tactile information device characterized by
前記筐体内に収納された電子機器本体部と、 An electronic device main body housed in the housing;
触覚情報装置とを備え、A tactile information device,
前記触覚情報装置は、The tactile information device includes:
複数の触覚信号発生部とWith multiple tactile signal generators
制御部とWith control
を備え、With
複数の前記触覚信号発生部は、The plurality of tactile signal generators are
前記筐体の外面に露出して設けられてユーザが触れる触覚端子と、A tactile terminal that is exposed on the outer surface of the housing and is touched by a user;
入力信号に対応した触覚信号を出力する触覚情報発生器と、A haptic information generator that outputs a haptic signal corresponding to the input signal;
前記触覚情報発生器と前記触覚端子との導通を開閉するスイッチ部と、A switch unit that opens and closes conduction between the tactile information generator and the tactile terminal;
をそれぞれ備え、Each with
前記触覚情報発生器は、The tactile information generator
前記入力信号を昇圧して出力する圧電トランスと、A piezoelectric transformer that boosts and outputs the input signal;
前記圧電トランスから出力された信号を整流する整流部とA rectifying unit for rectifying a signal output from the piezoelectric transformer;
を備え、With
前記制御部が、すべての前記スイッチ部の開閉をそれぞれ個別に制御するThe control unit individually controls the opening / closing of all the switch units.
ことを特徴とする電子機器Electronic equipment characterized by
ことを特徴とする請求項3に記載の電子機器。The electronic device according to claim 3.
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