WO2015174047A1 - 触覚ディスプレイ装置 - Google Patents
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Definitions
- This disclosure relates to a tactile display device using ultrasonic waves.
- Patent Document 1 proposes a tactile sense presentation device configured to present a tactile sensation to a living body with ultrasonic sound pressure.
- 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.
- the inventor of the present application has found the following regarding the tactile sense presentation device.
- the tactile sense presentation device since a plurality of ultrasonic elements that emit ultrasonic waves having a predetermined directivity range are used, no sound pressure concentration point is generated in the ultrasonic directivity range in each ultrasonic element. The range is wasted without being used. That is, most of the energy for generating ultrasonic waves is wasted. For this reason, the energy efficiency for the tactile sense presentation to a living body is bad. Moreover, since it is the structure which uses a some ultrasonic element, a tactile sense presentation apparatus will become expensive.
- a tactile display device generates a concentration point of ultrasonic sound pressure in the air, and gives a tactile sensation by stimulating a tactile receptor on a skin of a living body located in the air at the concentration point of sound pressure.
- a tactile display device includes an ultrasonic element and a reflector.
- the ultrasonic element irradiates ultrasonic waves in a predetermined directivity range.
- the reflecting plate has a spherical concave surface, reflects the ultrasonic wave irradiated from the ultrasonic element with the concave surface, and generates a concentration point by concentrating the reflected ultrasonic wave on the focal point of the concave surface.
- the ultrasonic wave irradiated from the ultrasonic element is concentrated by the concave surface of the reflector, the range that does not contribute to the generation of the sound pressure concentration point in the ultrasonic directivity range is narrowed. Can do. That is, most of the energy for generating the ultrasonic wave can be effectively used for generating the concentrated point. Therefore, it is possible to improve energy efficiency for generating a concentrated point of ultrasonic sound pressure.
- the tactile display device can be configured at low cost.
- FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a tactile display device according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a plan view showing a configuration of a two-dimensional array of a comparative example.
- FIG. 3 is a diagram for explaining that a concentrated point is generated above the two-dimensional array.
- FIG. 4 is a diagram for explaining the energy efficiency of one ultrasonic element constituting the two-dimensional array.
- FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a tactile display device according to the second embodiment.
- FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a tactile display device according to the third embodiment.
- FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of the tactile display device according to the fourth embodiment.
- the tactile display device 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.
- the tactile display device includes a computer 10, an oscillation circuit 20, an ultrasonic element 30, and a reflection plate 40.
- 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.
- 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.
- the ultrasonic element 30 is an element that irradiates ultrasonic waves in a predetermined directivity range.
- 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.
- the ultrasonic element 30 is disposed at a location 200 mm away from the reflecting plate 40, for example.
- the circuit board 31 is formed with a drive circuit that applies a voltage to the piezoelectric element 32 in accordance with a drive signal input from the oscillation circuit 20.
- 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).
- 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 ultrasonic transmission efficiency, and determines the directivity of the ultrasonic waves.
- 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.
- 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.
- the concave surface 41 of the reflector 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.
- a1 is a distance at which an ultrasonic wave having one limit angle (eg, ⁇ 30 degrees) in the directivity range reaches the concave surface 41 from the ultrasonic element 30, and the other limit angle (eg, +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.
- the above is the overall configuration of the tactile display device according to the present embodiment.
- 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.
- the concentration point 50 of the ultrasonic sound pressure is generated in the air, and the 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.
- the tactile display device of the comparative example is configured as a two-dimensional array 60 in which a plurality of ultrasonic elements 30 are two-dimensionally arranged. 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.
- 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.
- 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 more than a comparative example by reflecting an ultrasonic wave with the concave surface 41 of the reflecting plate 40.
- the ultrasonic sound pressure concentration point 50 can be generated by one ultrasonic element 30, a plurality of ultrasonic elements 30 are used as in the two-dimensional array 60 of the comparative example.
- a tactile display device can be configured at a lower cost than the configuration. Therefore, it is possible to provide an inexpensive tactile display device with improved energy efficiency.
- the tactile display device includes a drive circuit 70.
- the reflection plate 40 includes a piezoelectric element 42.
- 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.
- the piezoelectric element 42 is fixed to the back surface 43 on the side opposite to the concave surface 41 of the reflecting plate 40.
- 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.
- 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.
- the piezoelectric element 42 corresponds to an example of a curvature changing unit and a curvature changing unit.
- the reflection plate 40 has a drive mechanism 44.
- the drive mechanism 44 is an orientation changing unit that is provided on the back surface 43 side of the reflecting plate 40 and configured to change the orientation of the concave surface 41.
- 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.
- 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 can be mechanically moved in the lateral direction by the drive mechanism 44.
- 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.
- the drive mechanism 44 corresponds to an example of a direction changing unit and a direction changing unit.
- the tactile display device includes a plurality of ultrasonic elements 30.
- the reflecting plate 40 generates two concentration points 50 by reflecting the ultrasonic waves emitted from the two ultrasonic elements 30.
- a plurality of concentrated points 50 can be generated by one reflector 40.
- the oscillation circuit 20 may be configured to oscillate each ultrasonic element 30 using a multiplexer.
- the configuration of the tactile display device shown in each of the above embodiments is an example, and the configuration is not limited to the configuration described above, and other configurations may be employed.
- 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 than the energy efficiency of the configuration of the comparative 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.
- 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.
- 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 structure.
- 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 structure.
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Abstract
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、超音波素子３０と、反射板４０と、を備える触覚ディスプレイ装置を提供する。超音波素子３０は、超音波を所定の指向性範囲に照射する。反射板４０は、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。
Description
本出願は、２０１４年５月１４日に出願された日本国特許出願２０１４－１００１２８号に基づくものであり、この開示をここに参照により援用する。
本開示は、超音波を利用した触覚ディスプレイ装置に関する。
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。
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。
本願発明者は、触覚提示装置に関し以下を見出した。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。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。
本開示は上記点に鑑み、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。
本開示の一例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触覚ディスプレイ装置であって、超音波素子と、反射板と、を備える。
超音波素子は、超音波を所定の指向性範囲に照射する。反射板は、表面が球状の凹面を有し、超音波素子から照射された超音波を凹面で反射させると共に、反射させた超音波を凹面の焦点に集中させることにより集中点を生成する。
この触覚ディスプレイ装置によると、超音波素子から照射された超音波が反射板の凹面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。
また、１つの超音波素子で超音波の音圧の集中点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。
本開示についての上記および他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照した下記の詳細な説明から、より明確になる。添付図面において
図１は、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。
図２は、比較例の２次元アレイの構成を示した平面図である。
図３は、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。
図４は、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。
図５は、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。
図６は、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。
図７は、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。
以下、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。
（第１実施形態）
以下、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。
以下、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
続いて、超音波素子３０が２次元に並べられた比較例の構成と、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。
まず、図２に示されるように比較例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。
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比較例の構成では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。
したがって、図２～図４に示された比較例の構成では、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。
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。
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比較例よりもエネルギー効率を向上させることができる。
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、比較例の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。
（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。
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。
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。
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部である。
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。
なお、圧電素子４２が曲率変更部および曲率変更手段の一例に対応する。
（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部である。
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部である。
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。
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。
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が向き変更部および向き変更手段の一例に対応する。
（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。
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。
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。
（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、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、比較例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。
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、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、比較例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。
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。
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、他の構成によって凹面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、他の構成によって凹面４１の向きを変更しても良い。
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、
を備える触覚ディスプレイ装置。 - 前記反射板（４０）は、前記凹面（４１）の曲率を変更する曲率変更部（４２）を有する請求項１に記載の触覚ディスプレイ装置。
- 前記反射板（４０）は、前記凹面（４１）の向きを変更する向き変更部（４４）を有する請求項１または２に記載の触覚ディスプレイ装置。
- 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。 - 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。
- 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。
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