JP7311823B2 - 提示装置、提示方法および提示プログラム - Google Patents

Description

特許法第３０条第２項適用 （１）２０１９年１１月１４日～１１月１５日、ＮＴＴ Ｒ＆Ｄフォーラム２０１９にて、「提示装置、提示方法および提示プログラム」について公開した。 （２）２０１９年１２月４日、第２２回サイバースペースと仮想都市研究会シンポジウムにて、「ヒトの温度知覚特性を利用した指輪型デバイスの提案」と題して、「提示装置、提示方法および提示プログラム」に関する技術について公開した。

本発明は、提示装置、提示方法および提示プログラムに関する。

ユーザに情報を伝えるための一手段として、スマートフォンやスマートウォッチに代表されるように、振動刺激を用いた触覚ディスプレイが広く使われている。振動刺激による情報通知は、ユーザの意志に関係なく、情報を通知する仕様であり、いわゆるプッシュ型通知である。プッシュ型通知において、ユーザは即座に情報を取得できるというメリットがある。

例えばスマートフォンなどのモバイルデバイスで、温度刺激を提示する方法がある（非特許文献１）。

また一般的に、ヒトの温冷覚受容器は全身に分布しているが、受容器の空間密度や温度変化の弁別閾は部位によって大きく異なる。唇は最も温度刺激に敏感であり、指、手首、腕等は唇に比べて鈍感であることが知られている（非特許文献２）。冷覚受容器が発火する温度が２５℃で、温覚受容器が発火する温度が２７℃であることが知られている（非特許文献３）。指輪の内側にペルチェ素子を埋め込み、指の表面で、温度刺激を知覚させることが知られている（非特許文献４）。

Reto Wettach et al., "A thermal information display for mobile applications" (2007) JOSEPH C. STEVENS and KENNETH K. CHOO, "Temperature sensitivity of the body surface over the life span" (1998) Ardem Patapoutian et al. "ThermoTRP channels and beyond mechanisms of temperature sensation" (2003) Kening Zhu,a, Simon Perraultb, Taizhou Chena, Shaoyu Caia, Roshan Lalintha Peirisc. A sense of ice and fire: Exploring thermal feedback with multiple thermoelectric-cooling elements on a smart ring, International Journal of Human-Computer Studies 130 (2019) 234-247

プッシュ型通知は、ユーザの行動状況に関係なく介入して情報通知するため、ユーザが煩わしいと感じる場面もあると考えられる。例えば非特許文献４は、指輪の内側に埋め込まれたペルチェ素子により、指の表面で温度刺激を知覚することができるので、ユーザの状況に関わらず通知可能なプッシュ型通知を実現するものである。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ユーザの所望のタイミングで情報を通知可能な技術を提供することである。

本発明の一態様の提示装置は、ユーザに通知する情報を取得する取得部と、ユーザに通知する情報がある場合、提示部に温度刺激を提示する指示を入力する制御部と、制御部から温度刺激を提示する指示が入力されると、第１の部位に接するとユーザが温度刺激を感じ、第１の部位よりも知覚が鈍い第２の部位に接するとユーザが温度刺激を感じないように、温度刺激を提示する提示部を備え、提示部は、ユーザの動作により第１の部位に接することが可能な位置に設けられる。

本発明の一態様の提示方法は、コンピュータが、ユーザに通知する情報を取得するステップと、コンピュータが、ユーザに通知する情報がある場合、提示部に温度刺激を提示する指示を入力するステップと、提示部が、温度刺激を提示する指示が入力されると、第１の部位に接するとユーザが温度刺激を感じ、第１の部位よりも知覚が鈍い第２の部位に接するとユーザが温度刺激を感じないように、温度刺激を提示するステップと、ユーザが、提示部を第１の部位に接して、通知する情報の有無を確認するステップを備える。

本発明の一態様は、上記提示装置として、コンピュータを機能させる提示プログラムである。

本発明によればユーザの所望のタイミングで情報を通知可能な技術を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態にかかる提示装置のハードウエア構成を説明する図である。 図２は、本発明の実施の形態にかかる提示装置の機能ブロックを説明する図である。 図３は、提示装置の制御部による制御処理を説明するフローチャートである。 図４は、本発明の実施の形態にかかる提示装置を実装した指輪を説明する図である（ペルチェ素子が１つの場合）。 図５は、本発明の実施の形態にかかる提示装置を実装した指輪を説明する図である（ペルチェ素子が２つの場合）。 図６は、第１の実験結果を示す図である。 図７は、第２の実験結果を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付し説明を省略する。

（提示装置）
本発明の実施の形態に係る提示装置１は、唇等の温度刺激に敏感な部位に接すると温度刺激を感じ、指または腕等の温度刺激に鈍感な部位に接すると温度刺激を感じない提示部１３（ペルチェ素子２）を用いて、プル型通知で、ユーザに情報を通知する。ユーザは、情報を取得したいタイミングで、提示部１３を唇等の温度刺激に敏感な部位に接し、温度刺激を感じた場合、情報があることを把握する。

図１を参照して、提示装置１の実装例を示すハードウエア構成を説明する。提示装置１は、ハードウエアとして、ペルチェ素子２、マイコン３（マイクロコントローラー）および電源４を備える。

ペルチェ素子２は、ペルチェ効果を用いた熱電素子（半導体熱電素子）の１つである。ペルチェ素子２は、図２の提示部１３として機能する。本発明の実施の形態において、熱電素子の一例としてペルチェ素子２を用いるが、他の熱電素子を用いて温度刺激を提示してもよい。本発明の実施の形態において提示装置１は、１以上のペルチェ素子２を有する。本発明の実施の形態において用いられるペルチェ素子２は、3.5mm x 3.35mmの１素子タイプである。

ペルチェ素子２は、電流が印加されると温度が変化するＰＮ接合部を備える。ペルチェ素子２に流れる電力量によって、ペルチェ素子２のＰＮ接合部の温度変化量が制御される。ペルチェ素子２は、ＰＮ接合部の温度が、提示装置１に触れたユーザに伝わるように設けられる。ペルチェ素子２は、例えば、提示装置１の表面にＰＮ接合部が露出してするように設けられて良いし、PN接合部の外側にセラミック基板等の熱を伝達する任意の部材を設けても良い。ＰＮ接合部またはＰＮ接合部を覆う部材に触れることにより、ユーザは温度刺激を受ける。なお、ペルチェ素子２の大きさは、後述する使用方法に従って、適宜選択される。

マイコン３は、CPU、メモリ、通信回路、入出力回路などを備えるコンピュータであり、図２の取得部１１および制御部１２として機能する。マイコン３は、リード線（図示せず）などにより各ペルチェ素子２と接続される。マイコン３は、ペルチェ素子２に電流を印加し、ペルチェ素子２に温度刺激を提示させる。マイコン３は、ペルチェ素子２の駆動を制御する。

マイコン３がペルチェ素子２に電流を印加することで、ペルチェ素子のPN接合部の温度を変化させ、提示装置１が触れた部分に温度刺激を提示することができる。また、マイコン３は、ペルチェ素子２に印加する電流値（電流の向き、電流の大きさ）を制御することで、温度刺激として冷覚刺激または温覚刺激を選択でき、また、提示する温度（温度刺激の強度）を制御することもできる。

電源４は、マイコン３に電力を供給する。

なお提示装置１は、所定のプログラムがCPUによって読み出され実行されることにより、取得部１１および制御部１２等の機能が実現されても良い。提示装置１のプログラムは、は、HDD、SSD、USB（Universal Serial Bus）メモリ、CD(Compact Disc)、DVD (Digital Versatile Disc)などのコンピュータ読取り可能な記録媒体に記憶することも、ネットワークを介して配信することもできる。

図２を参照して、本発明の実施の形態に係る提示装置１の機能ブロックを説明する。提示装置１は、取得部１１、制御部１２および提示部１３を備える。

取得部１１は、ユーザに通知する情報を取得する。取得部１１が取得する情報は、例えば、通信ネットワーク等を介してサーバ、センサ等から取得した情報でも良いし、これらから取得した情報をさらに処理した情報であっても良い。取得する情報は、例えば、メールの受信、ＳＮＳによる通知、子供の帰宅の通知、株価の変動通知等である。

制御部１２は、ユーザに通知する情報がある場合、提示部１３に温度刺激を提示する指示を入力する。制御部１２は、取得部１１がユーザに通知する情報を取得すると、提示部１３に、温度刺激を提示する指示を入力する。このとき提示部１３は、提示部１３が提示する温度を指定しても良い。

また制御部１２は、所定の終了条件を満たすと、提示部１３に、温度刺激の提示を終了する指示を入力する。終了条件は、例えば、温度刺激の提示を開始してからの所定時間経過、ユーザが情報を取得したことの通知等である。

図２を参照して、制御部１２による温度制御処理を説明する。

まずステップＳ１において制御部１２は、通知対象があるか否かを判定する。制御部１２は、例えば取得部１１がユーザに通知する情報を取得し、その情報をユーザに通知していない場合、通知対象があると判定する。通知対象がない場合、通知対象を待機する。

通知対象がある場合、ステップＳ２において制御部１２は、提示部１３に温度刺激を提示する指示を送信する。

制御部１２は、ステップＳ３において終了条件を満たすと判断するまで待機する。終了条件を満たすと、ステップＳ４において制御部１２は、提示部１３に温度刺激を停止する指示を送信する。

本発明の実施の形態において制御部１２は、提示部１３に、２５℃の冷覚刺激、または２７℃の温覚刺激を与えるように指示する。２５℃は、冷覚受容器が発火する温度であり、２７℃は温覚受容器が発火する温度である。提示部１３は、外気温等の環境に応じて、提示部１３に与える冷覚刺激を与えるか、温覚刺激を与えるかを変更しても良い。例えば制御部１２は、暖かい環境において、提示部１３に冷覚刺激を与えさせ、寒い環境において、提示部１３に温覚刺激を与えさせる。

提示部１３は、第１の部位に接するとユーザが温度刺激を感じ、第１の部位よりも知覚が鈍い第２の部位に接するとユーザが温度刺激を感じないように、温度刺激を提示する。提示部１３は、例えばペルチェ素子で実現される。第１の部位は、温度刺激に敏感な唇等で、第２の部位は、温度刺激に鈍感な指、腕等である。

提示部１３は、制御部１２から温度刺激を提示する指示が入力されると、温度刺激を提示し、制御部１２から温度刺激を停止する指示が入力されると、温度刺激を停止する。

ユーザは、温度刺激の温度が常温より高いほどまたは低いほど温度刺激を感じやすく、温度を提示する面積が広いほど温度刺激を感じやすいことが知られている。提示部１３は、第１の部位で接するとユーザが温度刺激を感じ、第２の部位に接するとユーザが温度刺激を感じない温度または面積を有する。提示部１３が提示する温度刺激の温度または面積を調整することにより、温度刺激の強さを調節し、温度刺激に敏感な部位に接すると温度刺激を提示し、それ以外の部位に接しても温度刺激を提示しないように形成することができる。

提示部１３は、ユーザの動作により第１の部位に接することが可能な位置に設けられる。これによりユーザが、情報を取得したいタイミングで、提示部１３を第１の部位に接して、通知する情報の有無を確認することができる。

例えば提示部１３（ペルチェ素子２）は、図４に示すようにユーザの身体に装着された装着具である指輪１ａに設けられる。提示部１３は、指輪の表側に埋め込まれる。より具体的には、電流印加に伴って温度が変化するペルチェ素子２のＰＮ接合部が、指輪の表面に位置し、指に接しないように、指輪１ａが形成される。温度刺激に敏感な唇等が、電流印加に伴って温度が変化するＰＮ接合部に直接的または間接的に触れると、ユーザは温度刺激を受けることが可能になる。

指輪１ａが装着される指、または指輪１ａが触れやすい腕等は、唇に比べて温度刺激に鈍感である。仮に、指輪１ａに設けられた提示部１３に電流が印加され、唇に温度刺激を与えることが可能な状態であるとする。このような状態において指輪１ａは、指または腕に偶然に接しても、温度刺激を与えることはない。一方、ユーザが、情報を取得したいタイミングで、指輪１ａ、特に提示部１３を唇に当てると、指輪１ａは、ユーザの唇に温度刺激を与える。このように、ユーザが所望のタイミングで、提示部１３を、温度に敏感な部位に接する動作を意図的に行うことにより、指輪１ａは、ユーザの所望のタイミングで情報を取得可能な、プル型通知を実現することができる。

例えば、指輪の内側にペルチェ素子が埋め込まれる場合、ユーザは、いつでもペルチェ素子による温度刺激を受けることが可能になり、ペルチェ素子による温度刺激は、いわゆるプッシュ型通知となりうる。これに対し本願発明の実施の形態において、指輪１ａの表側に提示部１３（ペルチェ素子２）を埋め込むことにより、ユーザが意識的に提示部１３に触れない限り、ユーザはペルチェ素子による温度刺激を受けることはない。

また提示部１３は、温度刺激に敏感な部位に接した場合に温度刺激を与え、温度刺激に鈍感な部位に接した場合に温度刺激を与えないように形成される。これにより、提示部１３が温度刺激を与えることが可能な状態でも、ユーザが、提示部１３を温度刺激に敏感な部位に触れるという意識的な動作をしない限り、ユーザは温度刺激を受けることがなく、ユーザの所望のタイミングで温度刺激の有無を確認することが可能になる。

提示部１３は、指輪等の装着具に対して凸形状を有する。提示部１３を第１の部位に接したとしても、提示部１３以外の部位も第１の部位に接すると、提示部１３による温度刺激を適切に把握できない場合がある。そこで、提示部１３が指輪、腕輪等の装身具に設けられる場合、提示部１３が、装身具の本体部に対して凸形状となるように形成することで、装身具の本体部が第１の部位に接することなく、提示部１３のみを第１の部位に接することができる。提示部１３が設けられる位置の周囲を、提示部１３の表面よりも低くなるように形成しても良い。

図４に示す指輪１ａにおいて、指輪１ａの環状部分よりも盛り上がるように提示部１３（ペルチェ素子２のＰＮ接合部）を設ける。または、指輪１ａの提示部１３を設けた周囲を凹状に形成することで、提示部１３（ペルチェ素子２のＰＮ接合部）を相対的に周囲よりも盛り上がるように設けることができる。

図５に示すように提示部１３は、第１の提示部１３ａと第２の提示部１３ｂを備えても良い。図５に示す例において、第１の提示部１３ａと第２の提示部１３ｂは、並列に接続される。複数の制御部１２は、第１の提示部１３ａに温度刺激を提示する指示を入力し、第２の提示部１３ｂに温度刺激を提示する指示を入力しない。第１の提示部１３ａは、情報の通知を提示するために用いられ、第２の提示部１３ｂは、第１の提示部１３ａの温度変化を確認するための参照として用いられる。

ペルチェ素子２は、電流の印加によって温度が変化するものの、ペルチェ素子２が置かれた環境によっては、電流印加の有無に関わらず環境によってペルチェ素子２の温度が変化してしまい、温度変化がわかりにくい場合がある。図５に示すように、指輪１ｂは、第１の提示部１３ａおよび第２の提示部１３ｂを備え、第１の提示部１３ａおよび第２の提示部１３ｂは、マイコン３および電源４に同様に接続する。第１の提示部１３ａに対して、制御部１２からの指示に従って電流が印加される一方、第２の提示部１３ｂに対して、制御部１２の制御による電流は印加されない。これにより、第１の提示部１３ａと第２の提示部１３ｂにおいて、制御部１２による電流の印加の有無により温度変化の差が生じる。

ユーザは例えば、第１の提示部１３ａと第２の提示部１３ｂをそれぞれ、または同時に接して、第１の提示部１３ａから与えられる温度刺激が、第２の提示部１３ｂから与えられる温度刺激と差があるか否かにより、情報の通知の有無を把握することができる。このような複数の提示部を備える提示装置（指輪１ｂ）は、環境変化にロバストに、情報の有無をユーザに知らせることができる。

他の実施例として、提示装置１が１つの提示部１３のみを備える場合でも、環境変化にロバストに、情報の有無をユーザに知らせることができる。例えば、提示部１３が、常に一定の温度刺激を提示するのではなく、温覚刺激と冷覚刺激を切り替えたり、数秒ごとに電圧のON/OFFを繰り返すなど、異なる温度を切り替えながら提示する。これによりユーザは、提示装置１から受ける温度刺激が、環境変化によるものか、制御部１２によるものかを判断することができる。

提示部１３は、通知種別毎に提示部を備えても良い。例えば第１の提示部１３ａは、メール受信を提示し、第２の提示部１３ｂは、株価の変動通知を提示するなどである。またこの場合も、各提示部に対して参照用の提示部を設けても良い。ユーザは、所望の情報の有無を提示する提示部に唇を接することで、ユーザの所望のタイミングで、所望の情報の有無を取得することができる。

また提示装置１が１つの提示部１３を備える場合でも、通知種別毎に温度刺激のパターンを変更しても良い。例えば、温覚刺激と冷覚刺激のそれぞれに、異なる通知種別を対応づけても良いし、温度刺激のON/OFFの繰り返しパターンのそれぞれに、異なる通知種別を対応づけても良い。

なお、本発明の実施の形態において、温度知覚に敏感な部位として唇を、温度知覚に鈍感な部位として指、手首、腕等を挙げたが、これに限らない。

本発明の実施の形態に係る提示部１３に、ペルチェ素子２を用いる場合、温度刺激の提示面積または温度変化量を制御することで、温度刺激を与える範囲を変化させることができる。例えば、温度刺激の提示面積を広げることで、唇のみならず、顔に温度刺激を与えるように制御されても良い。また上半身では知覚可能であるが下半身では知覚不可能となるように、温度刺激の提示範囲および温度変化量が調整されても良い。

次に、提示部１３に関する実験を説明する。

（第１の実験）
第１の実験では、ペルチェ素子を使った特定の部位でのみ温度知覚可能な温度刺激提示手法の実現性を検証するために、部位ごとの温度知覚精度を検証する。

被験者は、２０代から５０代の男女１２名である。室温は２５℃である。被験者の皮膚温度は２８℃から３４℃である。

被験者は、（１）右手の人差し指の指先、（２）右手の手首の内側、および（３）唇の各部位で、ペルチェ素子に触れる。

素子タイプのペルチェ素子の温度が、温覚刺激を与える温度（２７℃）または冷覚刺激を与える温度（２５℃）のいずれかになるように制御して、被験者の各部位に温度刺激を提示する。被験者に、上記３つの部位でペルチェ素子に触り、温覚刺激を感じたかまたは冷覚刺激を感じたかを回答させる。刺激の提示を各部位で複数回繰り返す。なお、温度刺激の種別および部位の順序は、被験者によって異なる。

検証方法として、正しい温度刺激を答えたかを示す正答率と、カイ二乗検定（ボンフェローニ法で調整した有意水準1%）を用いる。カイ二乗検定では、温覚刺激または冷覚刺激をランダムに回答した場合の正答率に対して、有意差があれば、温度刺激を知覚できると判定する。

図６に、第１の実験の実験結果をまとめた箱ひげ図を示す。箱の中の線が中央値を示し、ひげの外の丸い点は外れ値を示す。

指で触れた時の正答率の中央値は55%で、手首で触れた時の正答率の中央値は65%で、唇で触れた時の正答率の中央値は95%であった。唇における正答率は、指および手首における正答率と比べて高いことがわかった。またカイ二乗検定で検証したところ、指（p=0.082）および手首（p=0.056）では有意差が認められず、唇ではp<0.0033となり有意水準1%で有意差が認められた。これらの結果から、指および手首で温度刺激を近くできない場合でも、唇では温度刺激を知覚できるといえる。

第１の実験の結果から、提示する温度刺激の強さを適切に制御することで、身体の特定の部位でのみ温度知覚可能な温度刺激装置を作ることが可能であることが示された。

（第２の実験）
第２の実験では、温度刺激を同時に複数提示した場合に個別に知覚できるかを検証するために、複数の温度刺激を同時に提示した場合の知覚精度を検証する。

被験者は、２０代から５０代の男女１２名である。室温は２５℃である。被験者の皮膚温度は２８℃から３４℃である。

２つのペルチェ素子を、5mmの間隔を空けて並べる。被験者は、下唇で、ペルチェ素子に触れる。

被験者は、２つのペルチェ素子に下唇で触れ、それぞれのペルチェ素子から、温覚刺激を感じたかまたは冷覚刺激を感じたかを回答させる。刺激の提示を各部位で複数回繰り返す。なお、温度刺激の順序は、被験者によって異なる。

検証方法として、正しい温度刺激を答えたかを示す正答率と、カイ二乗検定を用いる。カイ二乗検定では、温覚刺激または冷覚刺激をランダムに回答した場合の正答率に対して、有意差があれば、複数の温度刺激を知覚できると判定する。

図７に、第２の実験の実験結果をまとめた箱ひげ図を示す。箱の中の線が中央値を示し、ひげの外の丸い点は外れ値を示す。

被験者12名中7名の正答率が100%で、中央値は100%であった。またカイ二乗検定で検証したところ、p<0.001となり有意水準1%で有意差が認められた。これらの結果から、唇で複数の異なる温度刺激を同時に知覚できるといえる。

一般的にウエアラブルデバイスにおいて、振動刺激が用いられる。振動刺激を知覚するための触覚受容器は全身に分布しているため、ウエアラブルデバイスで振動刺激を提示してしまうと、装着した場所を問わず振動刺激を知覚してしまい、プッシュ型通知となってしまう。

これに対し本発明の実施の形態に係る提示装置１は、温度刺激に敏感な部位に接するとユーザが温度刺激を感じ、温度刺激に鈍感な第２の部位に接するとユーザが温度刺激を感じないように、温度刺激を提示する提示部を備え、提示部１３は、ユーザの意図的な動作により温度刺激に敏感な部位に接することが可能な位置に設けられる。ユーザは、意図的に第１の部位に提示部１３を接することで、能動的に通知を受けることができる。

このような提示装置１は、温度刺激に鈍感な部位に偶発的に接しても、情報を取得することができず、ユーザが温度刺激に敏感な部位に提示部１３を当てることにより、情報を取得することができる。ユーザは、所望のタイミングで、温度刺激に敏感な部位に提示部１３を当てることで、プル型通知で情報を取得することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。

１ 提示装置
１１ 取得部
１２ 制御部
１３ 提示部

Claims (6)

1. ユーザに通知する情報を取得する取得部と、
   前記ユーザに通知する情報がある場合、後記提示部に温度刺激を提示する指示を入力する制御部と、
   前記制御部から温度刺激を提示する指示が入力されると、第１の部位に接すると前記ユーザが温度刺激を感じ、前記第１の部位よりも知覚が鈍い第２の部位に接すると前記ユーザが温度刺激を感じないように、温度刺激を提示する提示部を備え、
   前記提示部は、前記ユーザの動作により前記第１の部位に接することが可能な位置に設けられる
   提示装置。
2. 前記提示部は、前記ユーザの身体に装着された装着具に設けられ、
   前記装着具に対して凸形状を有する
   請求項１に記載の提示装置。
3. 前記提示部は、第１の提示部と第２の提示部を備え、
   前記制御部は、前記第１の提示部に温度刺激を提示する指示を入力し、前記第２の提示部に温度刺激を提示する指示を入力しない
   請求項１または２に記載の提示装置。
4. 前記提示部は、前記第１の部位で接すると前記ユーザが温度刺激を感じ、前記第２の部位に接すると前記ユーザが温度刺激を感じない温度または面積を有する
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載の提示装置。
5. コンピュータが、ユーザに通知する情報を取得するステップと、
   前記コンピュータが、前記ユーザに通知する情報がある場合、後記提示部に温度刺激を提示する指示を入力するステップと、
   提示部が、温度刺激を提示する指示が入力されると、第１の部位に接するとユーザが温度刺激を感じ、前記第１の部位よりも知覚が鈍い第２の部位に接するとユーザが温度刺激を感じないように、温度刺激を提示するステップと、
   前記ユーザが、前記提示部を前記第１の部位に接して、通知する情報の有無を確認するステップ
   を備える提示方法。
6. コンピュータを、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の提示装置として機能させるための提示プログラム。

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