WO2020110721A1 - 触覚提示装置、電子機器、装身具および保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装着性の向上を図ることができる触覚提示装置、電子機器、装身具および保持装置を提供する。 【解決手段】本技術の一形態に係る触覚提示装置は、装着部と、ポンプ部と、制御部とを具備する。前記装着部は、対象物に装着され、対象物との接触部の少なくとも一部が変形可能な表面素材を有する。前記ポンプ部は、前記装着部と接続される流路を有し、前記表面素材を変形させるための流体を前記装着部へ送出する。前記制御部は、前記ポンプ部の駆動を制御する。

Description

触覚提示装置、電子機器、装身具および保持装置

　本技術は、流体圧を利用した触覚提示装置、これを備えた電子機器および装身具、ならびに保持装置に関する。

　例えば、ヘッドフォンなどの人体に装着する機器は、その安定した装着のため、一定の押圧力で固定する必要がある。しかし、押圧力が強すぎると長時間の装着での不快感を引き起こし、押圧力が弱すぎると装着の不安定性をもたらす。そのため、インイアーヘッドフォン等では、Ｓ（スモール）、Ｍ（ミドル）、Ｌ（ラージ）といったサイズ違いのパーツで対応しているものもある。腕時計のベルトなどでは、固定爪の穴の位置やベルトの長さにより、各使用者に合わせた装着圧力の調整を行っている。

　例えば特許文献１には、ユーザの耳にドライバユニットをある程度の圧力で圧接させる力を確保して、ドライバユニットの位置ずれを防止することを可能としたヘッドフォンが開示されている。

特開２００８－２６３６４３号公報

　近年、装着型の電子機器においては、安定性、快適性などの観点からの装着性の向上が求められている。

　以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、装着性の向上を図ることができる触覚提示装置、電子機器、装身具および保持装置を提供することにある。

　本技術の一形態に係る触覚提示装置は、装着部と、ポンプ部と、制御部とを具備する。
　前記装着部は、対象物に装着され、対象物との接触部の少なくとも一部が変形可能な表面素材を有する。
　前記ポンプ部は、前記装着部と接続される流路を有し、前記表面素材を変形させるための流体を前記装着部へ送出する。
　前記制御部は、前記ポンプ部の駆動を制御する。
　これにより、装着性の向上を図ることができる。

　前記装着部は、前記流体の圧力を受けて前記表面素材を変形させることが可能な容積可変の構造部をさらに有してもよい。

　前記表面素材は、前記流体の圧力を受けたときの伸長度合がそれぞれ異なる複数の領域を有してもよい。

　前記構造部は、前記流路と連通可能な環状の圧力可変室を有してもよい。

　前記構造部は、内圧を個別に制御することが可能な複数の圧力可変室を有してもよい。

　前記触覚提示装置は、前記装着部に配置され、触覚以外の知覚を提示可能な電子デバイスをさらに具備してもよい。

　前記触覚提示装置は、前記流体の圧力を検出する第１の検出部をさらに具備し、前記制御部は、前記第１の検出部の出力に基づいて前記ポンプ部の駆動を制御してもよい。

　前記触覚提示装置は、前記装着部の動き又は方位を検出する第２の検出部をさらに具備し、前記制御部は、前記第２の検出部の出力に基づいて前記ポンプ部の駆動を制御してもよい。

　前記装着部は、前記表面素材または前記流体の温度を検出する温度検出部と、前記表面素材または前記流体の温度を調整する温度調整部とをさらに有してもよい。

　前記制御部は、外部機器からの通知情報に基づいて前記ポンプ部の駆動を制御してもよい。

　前記流体は空気であってもよい。
　前記触覚提示装置は、オーバーヘッドフォン、インイアーヘッドフォン、ネックスピーカ、ヘッドマウントディスプレイ、ＡＲグラス、ＶＲグラス、腕時計、補聴器などの電子機器に適用されてもよい。

　前記触覚提示装置は、メガネ、手袋、靴、帽子、ベルト、衣類などの装身具に適用されてもよい。

　本技術の一形態に係る保持装置は、装着部と、ポンプ部と、制御部とを具備する。
　前記装着部は、対象物に装着され、対象物との接触部の少なくとも一部が変形可能な表面素材を有する。
　前記ポンプ部は、前記装着部と接続される流路を有し、前記表面素材を変形させるための流体を前記装着部へ送出する。
　前記制御部は、前記ポンプ部の駆動を制御する。

本技術の第１の実施形態に係る触覚提示装置を示す概略構成図である。 本技術の第２の実施形態に係る触覚提示装置の概略側断面図である。 図２の触覚提示装置の平面図である。 比較例に係るヘッドフォンユニットの概略構成図である。 図５のヘッドフォンの作用の説明図である。 図２の触覚提示装置の作用の説明図である。 図２の触覚提示装置の構成の変形例を示す要部平面図である。 本技術の第３の実施形態に係る触覚提示装置の概略側断面図である。 人体の側頭部の骨格構造を説明する図である。 図８の触覚提示装置の作用の説明図である。 本技術の第４の実施形態に係る触覚提示装置の概略側断面図である。 歩行時における頭部の位置の変化（ａ）とヘッドフォンの位置ずれ（ｂ）との関係を示す説明図である。 頭部に加わる上下方向の加速度とヘッドフォンに加わる慣性力との関係を示す実験結果である。 図１１の触覚提示装置の制御例を示すフローチャートである。 本技術の第５の実施形態に係る触覚提示装置の全体図であり、（ａ）は前方側から見た斜視図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は後方側から見た斜視図である。 図１５の触覚提示装置の内部構造を示す概略側断面図である。 典型的な靴の断面構造を示す図である。 本技術の第６の実施形態に係る触覚提示装置の要部の概略側断面図である。

［本技術の概要］
　本技術に係る触覚提示装置は、一実施形態として、人体（頭部、手首など）に装着され、その装着部位が流体（空気、液体）の圧力より変形可能に構成される。例えば、ユーザの人体的形状、ユーザの動きの状態（静止、激しい動き）、ユーザが求める装着快適性などに応じて、上記装着部位の形状、硬さ、接触状態の最適化を図り、安定した装着性、快適な装着性、あるいは安定した付加機能（遮音、断熱など）を実現する。

　本技術の一実施形態に係る触覚提示装置は、独立したモバイル電子機器内部に小型ポンプを配し、当該ポンプを人体に装着する部分との間を流路で繋ぎ、人体に接触する部分の一部もしくは全部を変形する素材で形成し、その素材の変形をポンプの流入排出動作で制御することにより、人体への接触状態を調整し、装着の快適性、安定性を実現する。併せて、温度も制御することにより、より快適性を増すこともできる。

　ここで、触覚とは、ユーザに提示される触感を意味し、例えば、装着感や肌触り、振動などをいう。

　本技術は、視覚、聴覚、味覚、嗅覚などを提示する電子機器に適用可能である。電子機器としては、例えば、オーバーヘッドフォン、インイアーヘッドフォン、ネックスピーカ、ヘッドマウントディスプレイ、ＡＲグラス、ＶＲグラス、腕時計、補聴器などが挙げられる。さらに、ベルト、ギブス、マスク、衣類（例えば、ジャケット、パンツ、シャツ、アンダーウェア、ソックス）などの装身具にも本技術は適用可能である。

　以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。

［触覚提示装置］
＜第１の実施形態＞
　図１は、本技術の第１の実施形態に係る触覚提示装置１００を示す概略構成図である。

　本実施形態の触覚提示装置１００は、装着部１０と、ポンプ部２０と、制御部３０とを備える。

　装着部１０は、人体に装着可能に構成される。装着部１０は、対象物Ｔ１として、例えばユーザの頭部に装着される。装着部１０は、例えば、オーバーヘッドフォンやインイアーヘッドフォンなどの電子機器における人体装着部（耳介装着部）に設けられる。装着部１０は、対象物Ｔ１との接触部の少なくとも一部が変形可能な表面素材１１を有する。

　　表面素材１１は、装着部１０の外面の一部を構成し、典型的には、対象物Ｔ１との接触面を構成する。表面素材１１は、変形可能な材料であれば特に限定されず、布、皮革などの膜材、スポンジなどのバルク材など、各種素材が挙げられる。

　装着部１０は、ポンプ部２０から送出される流体の圧力によって表面素材１１を図中矢印ａで示すように対象物Ｔ１に向かって変形させることが可能な構造部１２を有する。構造部１２としては、例えば、ポンプ部２０から送出される流体を受容することで表面素材１１に背圧を印加するための容積可変の空間部あるいは袋状体であってもよいし、当該流体を受容して表面素材１１に変形応力を印加するシリンダユニットなどであってもよい。

　ポンプ部２０は、装着部１０と接続される流路２１を有する。ポンプ部２０は、表面素材１１を変形させるための流体を装着部１０へ送出し、あるいは装着部１０から流体を排出することが可能な小型ポンプで構成される。流体は、気体、液体のいずれであってもよく、本実施形態では空気（外気）が用いられる。

　ポンプ部２０は、例えば、外気と連通する第１ポート、流路２１を介して構造部１２と連通する第２ポート、第１ポートと第２ポートとの間で流体を移送するポンプ室、第１ポートと第２ポートとの間における流体の移送方向を切り替える弁機構などを備える。

　制御部３０は、ポンプ部２０の駆動を制御する。制御部３０は、典型的には、ＣＰＵやメモリ等を有するマイクロコンピュータで構成される。制御部３０は、ポンプ部２０における流体の吸入および排出を制御することで、装着部１０の表面素材１１の変形量を制御する。具体的には、表面素材１１に印加される圧力が所定値あるいは所定範囲となるように、ポンプ部２０の駆動が制御される。これにより、対象物Ｔ１に対する表面素材１１の所望とする押圧力を実現することができる。

　対象物Ｔ１に対する表面素材１１の押圧力は、対象物Ｔ１の形状や部位に応じて適宜設定可能である。また、表面素材１１の全体が変形する構成に限られず、表面素材１１の一部のみが変形可能に構成されてもよい。この場合、対象物Ｔ１に対する接触面積を圧力だけでなく変形部位で制御することが可能である。また、上記押圧力は固定でなくてもよく、時間的に変化させてもよい。

　制御部３０は、表面素材１１を通じてユーザである対象物Ｔ１へ押圧力以外の触覚を提示することが可能にポンプ部２０の駆動を制御してもよい。例えば、制御部３０は、外部機器からの通知情報に基づいてポンプ部２０の駆動を制御してもよい。この場合、例えば、ユーザが携帯するスマートフォンへの着信を通知する所定周波数の振動触覚をユーザへ提示するようにしてもよい。

　装着部１０は、図１に示すように各種のセンサ１３を内蔵してもよい。センサ１３は、例えば、ポンプ部２０から装着部１０へ送出される流体の圧力を検出する圧力検出部１３１であってもよい。この場合、制御部３０は、圧力検出部１３１の出力に基づいてポンプ部２０の駆動を制御することで、装着部１０に導入される流体の圧力を所望とする圧力に調整することが可能となる。

　センサ１３は、圧力検出部に代えて又はこれに加えて、装着部１０内の流体の温度を検出する温度検出部１３２であってもよい。装着部１０はさらに、図１に示すように、当該流体あるいは表面素材１１の温度を調整可能な温度調整部１４を有してもよい。この場合、制御部３０は、温度検出部１３２の出力に基づいて、当該流体あるいは表面素材１１が所望とする温度となるように温度調整部１４を調整する制御を実行してもよい。温度調整部１４としては、例えば、ヒータ、ペルチェ素子などの熱電変換素子が採用可能である。

　触覚提示装置１００は、ポンプ部２０および制御部３０へ電力を供給する電力供給部４０をさらに備えていてもよい。電力供給部４０は、典型的にはバッテリである。バッテリは、充電可能な二次電池でもよいし、太陽電池であってもよい。

　以上のように構成される触覚提示装置１００は、例えば、オーバーヘッドフォンにおけるドライバユニット、インイアーヘッドフォンにおける耳介装着部に設置される。これにより、装着圧力の最適化を図ることができるため、安定した装着性、快適な装着性を確保することができる。また、長時間にわたって使用した場合でも疲労感、圧迫感を低減することができる。さらに、装着位置のずれなどに起因する遮音性や音質の低下なども防止することができる。

　装着部１０の表面素材１１の変形量は、固定値であってもよいし、ユーザの好みに応じて可変に調整されてもよい。これにより、ユーザの姿勢や動きの状態に応じて、適切な装着圧力を実現することができる。

　さらに、装着部１０が温度調整部１４を備えることで、表面素材１１の加温が可能となり、これにより外気温が低い屋外での使用時にも防寒具として使用することができる。

　以上のように構成される触覚提示装置１００は、ヘッドフォン等に限られず、ネックスピーカ、ヘッドマウントディスプレイ、ＡＲ（Augmented Reality）グラス、ＶＲ（Virtual Reality）グラス、ＭＲ（Mixed Reality）グラス、ＳＲ（Substitutional Reality）グラス、腕時計、補聴器などの他の電子機器にも適用可能である。

　あるいは、以上のように構成される触覚提示装置１００は、電子機器に限られず、メガネ、手袋、靴、帽子、ベルト、衣類などの装身具にも同様に適用可能である。

　さらに本実施形態の触覚提示装置１００は、人体以外の対象物を所望とする押圧力で保持可能な保持装置として構成されてもよい。例えば、本技術は、物品を梱包する梱包材の一部または全部として適用することも可能である。この場合、例えば、精密機器や美術品などの物品を、搬送時の振動や衝撃から適切に保護することができる。

＜第２の実施形態＞
　図２は、本技術の第２の実施形態に係る触覚提示装置２００の概略側断面図、図３はその平面図である。なお、第１の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。

　本実施形態の触覚提示装置２００は、電子機器として、オーバーヘッド型ヘッドフォンにおける左右のヘッドフォンユニットを構成する。左右のヘッドフォンユニットは図示しないヘッドバンドの両端にそれぞれ設けられ、ここでは、片側（例えば左側）のヘッドフォンユニットについて説明する。

　触覚提示装置２００は、装着部１０と、音響発生部２０１と、電子デバイスとしての音響発生部２０１を収容するハウジング２０２とを備える。音響発生部２０１は、典型的には、振動板、ボイスコイルモータ等を有する電磁式のダイナミックスピーカで構成される。ハウジング２０２は装着部１０の一部として構成されてもよい。

　装着部１０は、ハウジング２０２に支持される。装着部１０は、弾性層２１１と構造部２１２を含む多層構造を有する。弾性層２１１は、スポンジなどの発泡性クッション材、低反発ウレタンなどの合成ゴムなどで構成され、その表面（装着面）は、合成皮革などの表面素材１１で被覆される。弾性層２１１は、図２に示すように円環状に形成される。

　構造部２１２は、弾性層２１１とハウジング２０２との間に配置される。構造部２１２は、弾性材料からなる容積可変の袋状体であり、ポンプ部２０から流体圧を受けて弾性層２１１および表面素材１１を変形させることが可能に構成される。つまり、構造部２１２は、ポンプ部２０から送出される流体の流路と連通可能な環状の圧力可変室Ｃを形成する。構造部２１２の外径および内径は、典型的には、弾性層２１１の外径および内径と同一である。弾性層２１１および構造部２１２各々の内周面は、音響発生部２０１からの発生音をユーザの耳へ導く音道Ｓ１を形成する。

　ポンプ部２０および制御部３０は、ハウジング２０２の内部の所定位置に配置される。ポンプ部２０は、制御部３０からの指令に基づき、圧力可変室Ｃへ流体を送出し、あるいは、圧力可変室Ｃから流体を排出する。

　図４は、比較例に係るヘッドフォンユニット１の概略構成図である。図４に示すように、比較例に係るヘッドフォンユニット１は、構造部２１２を備えておらず、ハウジング２０２に弾性層２１１が支持される。このような構成のヘッドフォンユニット１がユーザの頭部に装着されると、図５に示すように弾性層２１１がユーザの側頭部Ｔ２の形状にならって変形するものの、各部において圧縮量が不均一となる。その結果、押圧力が強い領域と弱い領域が存在するため、弾性層２１１の全周にわたり一定の押圧力でもってヘッドフォンユニット１をユーザの頭部に装着するのが困難である。

　オーバーヘッド型ヘッドフォンは、その安定した装着のために一定の押圧力でユーザの頭部に固定される必要がある。しかし、押圧力が強すぎると長時間の装着での不快感を引き起こし、弱すぎると装着の不安定性をもたらし、音漏れ、遮音性の低下が生じる。また、ノイズキャンセル機能を有するヘッドフォンにおいては、遮音性の低下によりノイズキャンセル性能が低下する。

　これに対して本実施形態の触覚提示装置２００においては、弾性層２１１とハウジング２０２との間に構造部２１２が設けられており、ポンプ部２０から構造部２１２内の圧力可変室Ｃへ流体圧を導入できるように構成される。圧力可変室Ｃは弾性層２１１の形状に対応して環状に形成されているため、図６に示すように、弾性層２１１の圧縮量が大きい領域では、弾性層２１１の圧縮量が小さい領域よりも、構造部２１２の厚みが小さくなるように構造部２１２が変形（膨張あるいは収縮）する。これにより、側頭部Ｔ２に対して触覚提示装置２００を一定の押圧力で固定することができるため、弾性層２１１の形状、硬さ、側頭部Ｔ２への接触状態などを最適化し、安定した装着性や快適な装着感、音漏れ低減、遮音性向上によるノイズキャンセル性能の改善などを実現できる。

　圧力可変室Ｃへ導入される流体圧の大きさは特に限定されず、ユーザの頭部の大きさ、ヘッドバンドや弾性層２１１の弾性力などに応じて任意に設定できる。流体圧は、あらかじめ設定された圧力で固定されてもよいし、ユーザの操作に応じて動的に変化させてもよい。あるいは、図２に示すように、圧力可変室Ｃの圧力を検出する圧力センサ５１（第１の検出部）を装着部１０あるいはハウジング２０２に設置し、当該センサの出力に基づき、圧力可変室Ｃの圧力が所定の値となるように制御部３０によりポンプ部２０の駆動が制御されてもよい。

　構造部２１２を構成する圧力可変室Ｃは、上述のように全周にわたって連通する環状体である場合に限られず、図７に示すように、複数（図示の例では４つ）の圧力可変室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が環状に配列されてもよい。この場合、ポンプ部２０を各圧力可変室Ｃ１～Ｃ４に対応して個々に配置することで、各圧力可変室Ｃ１～Ｃ４の内圧が個別に制御される。このような構成によっても上述と同様の作用効果を得ることができる。また、任意の圧力可変室のみを選択的に膨張あるいは収縮制御することができるため、ユーザの姿勢（例えば上向き、下向き）に関係なく、安定した装着感が得られるような押圧力の最適化を図ることができる。なお、圧力可変室の分割数は４つに限られず、２つ、３つ、あるいは５つ以上であってもよい。

　以上の説明では、触覚提示装置２００がヘッドフォンユニットに適用される場合を例に挙げて説明したが、これに限られず、例えば、ヘッドマウンドディスプレイ（ＨＭＤ）にも同様に適用可能である。この場合、音響発生部２０１の代わりに、画像を表示する表示パネルが電子デバイスとして適用される。本例においても、装着部２１０がユーザの眼前に最適なフィット感を付与することができる。

＜第３の実施形態＞
　図８は、本技術の第３の実施形態に係る触覚提示装置３００の概略側断面図である。なお、第２の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。

　本実施形態の触覚提示装置３００は、電子機器として、オーバーヘッド型ヘッドフォンにおける左右のヘッドフォンユニットを構成する。左右のヘッドフォンユニットは図示しないヘッドバンドの両端にそれぞれ設けられ、ここでは、片側（例えば左側）のヘッドフォンユニットについて説明する。

　本実施形態の触覚提示装置３００においては、装着部１０が構造部３１２の単層構造である点で第２の実施形態と異なる。構造部３１２は、第２の実施形態の構造部２１２と同様に容積可変の袋状体であり、ポンプ部２０から送出される流体の流路と連通可能な環状の圧力可変室Ｃを形成する。

　表面素材１１は、構造体３１２の表面を形成し、圧力可変室Ｃ内の圧力によって変形可能である。特に本実施形態では、表面素材１１は、流体の圧力を受けたときの伸長度合がそれぞれ異なる複数の領域を有する。図８の例では、表面素材１１の内周部１１ａが外周部１１ｂよりも伸長度合が大きな材料で構成される。これにより、圧力可変室Ｃに流体圧が導入された際、表面素材１１の内周部１１ａが外周部１１ｂよりも大きく変形する。これにより、触覚提示装置３００は、側頭部を側方から押圧する力よりもむしろ、表面素材１１の内周部１１ａによって耳部を外周から内周側に向かって包み込む力が主体となる。その結果、装着時の圧迫感を抑制しつつ、良好な装着感を確保することができる。さらに、構造部３１２の厚みの増加を抑制できるため、音響発生部２０１と外耳道との間の距離の変化に起因する音質の低下が抑えられる。

　表面素材１１の内周部１１ａの伸長度合を外周部１１ｂの伸長度合よりも高める方法としては、典型的には、内周部１１ａの素材を外周部１１ｂの素材と異ならせる手法が挙げられる。例えば、表面素材１１が弾性皮膜の場合は、弾性率の異なる皮膜を継ぎ合わせる。同一素材で表面素材１１を構成する場合は、例えば、内周部１１ａを単層とし、外周部１１ｂを多層構造とする。表面素材が編み地生地の場合は、内周部１１ａを伸びやすい編み目にし、外周部１１ｂを伸びにくい編み目にする。

　表面素材１１の内周部１１ａの全周にわたって伸長度合が高い素材で構成する例に限られず、内周部１１ａの一部の領域のみ伸長度合が高い素材で構成されてもよい。例えば図９に示すように、外耳道Ｐ１の下部には、側頭骨下部の乳様突起Ｐ２と下顎骨上部の下顎枝突起Ｐ３との間に凹部Ｐ４が存在する。そこで、触覚提示装置３００の装着時に凹部Ｐ４に当接する内周部１１ａを他の領域よりも伸長度合が高い素材で構成されてもよい。これにより、図１０に示すように耳の後方側から前方側へ向かう押圧力が発生するため、圧迫感のより少ない装着感を提供することができる。また、凹部Ｐ４近傍における音漏れを効果的に抑制することができる。

＜第４の実施形態＞
　図１１は、本技術の第４の実施形態に係る触覚提示装置４００の概略側断面図である。なお、第２の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。

　本実施形態の触覚提示装置４００は、電子機器として、オーバーヘッド型ヘッドフォンにおける左右のヘッドフォンユニットを構成する。左右のヘッドフォンユニットは図示しないヘッドバンドの両端にそれぞれ設けられ、ここでは、片側（例えば左側）のヘッドフォンユニットについて説明する。

　本実施形態の触覚提示装置４００は、加速度センサ５２をさらに備える。加速度センサ５２は、装着部１０の動きや方位を検出する検出部（第２の検出部）であり、装着部１０あるいはハウジング２０２内に配置される。加速度センサ５２は、その検出信号を制御部３０へ出力し、制御部３０は、加速度センサ５２からの検出信号に基づき、ユーザの動きや姿勢を判定する。加速度センサ５２に代えて又はこれに加えて、角速度センサ等の他の慣性センサや地磁気センサ等が用いられてもよい。触覚提示装置４００は、加速度センサ５２に加えて、圧力可変室Ｃの内圧を検出する圧力センサ５１（図２参照）を備えていてもよい。

　触覚提示装置４００においては、構造部３１２（圧力可変室Ｃ）が図７に示すような複数の圧力可変室Ｃ１～Ｃ４で構成されてもよい。この場合、後述するように、加速度センサ５２等の出力に基づいて、任意の圧力可変室を個別に制御することができる。圧力可変室の数、各圧力可変室の配置等は特に限定されず、任意に設定可能である。

　加速度センサ５２の検出軸は、典型的には、重力方向に平行に設置される。これにより、触覚提示装置４００を装着したユーザの歩行中あるいは走行中においてユーザの頭部に作用する重力方向の変化が検出される。例えば図１２（ａ）に示すように、ユーザの通常歩行時、頭部には上下方向に加速度が発生して、頭部の高さ位置が変化する。一例として、上方向への加速度は０．５Ｇ、下方向への加速度は０．７５Ｇ～１Ｇである。通常歩行時より歩行速度が大きい急ぎ歩行時あるいは走行時等は着地の際の衝撃が歩行時よりも大きくなるため、下方向への加速度は、例えば２Ｇ以上となる。この加速度に起因する慣性力を受けて、触覚提示装置４００がユーザの頭部に対して位置ずれを生じるおそれがある。

　そこで、触覚提示装置４００を備えたヘッドフォンとして重量の異なる４つのヘッドフォン１～４を準備し、加速度センサ５２の出力に基づき、歩行中に作用するヘッドフォンの慣性力を評価した。その結果を図１３に示す。
　ここでは図１２（ｂ）に示すように、触覚提示装置４００からユーザの側頭部に加わる押圧力（左右の触覚提示装置４００による頭部の締付け力）を２．５Ｎ、触覚提示装置４００（表面素材１１）と側頭部（肌や髪）との間の静止摩擦係数（μ）を約０．５とした（保持力１．２５Ｎ（押圧力（２．５Ｎ）×μ（０．５））。また、ヘッドフォン１の重量は３４０ｇ、ヘッドフォン２の重量は２９０ｇ、ヘッドフォン３の重量は２５５ｇ、ヘッドフォン４の重量は１８７ｇとした。

　図１３に示すように、通常歩行時（０．７５Ｇ～１Ｇ）においては比較的軽量のヘッドフォン３，４では位置ずれは生じないが、比較的重量のあるヘッドフォン１，２では位置ずれを生じるおそれがある。一方、急ぎ歩行時（２Ｇ以上）では、４種類のヘッドフォン１～４のいずれについても保持力以上の慣性力が働くことで、位置ずれが生じやすい。触覚提示装置４００の押圧力（ヘッドフォンの締付け力）を増加させることで位置ずれを抑えることも可能であるが、締め付けによる痛みをユーザが感じるようになるため装着快適性が阻害される。

　そこで本実施形態では、加速度センサ５２の出力に基づいて圧力可変室Ｃの内圧を制御することで、慣性力による触覚提示装置４００の位置ずれを抑えることが可能に構成される。典型的には、検出された加速度が所定の加速度閾値を超えたとき、圧力可変室Ｃの内圧を増加させるようにポンプ部２０の駆動を制御する。そして、検出された加速度が加速度閾値未満に減少した場合は、圧力可変室Ｃの内圧を当初設定値へ減少させる。このように、触覚提示装置４００の押圧力（保持力）を位置ずれが生じるおそれが高いときのみ増加させることで、装着快適性を確保しつつ、触覚提示装置４００の位置ずれを防ぐことができる。

　このような制御は、ユーザの頭部の傾きが所定角度以上の場合にも同様に適用可能である。例えば、頭部が前後方向に大きく傾いた場合、触覚提示装置４００の慣性力あるいは自重によって位置ずれが生じる場合がある。そこで、加速度センサ５２の出力に基づき、触覚提示装置４００が重力方向に対して所定以上傾斜した場合に圧力可変室Ｃの内圧を増加させる制御を実行することで、頭部の傾きによる触覚提示装置４００の位置ずれを防ぐことができる。

　さらに、圧力可変室Ｃが複数の圧力可変室Ｃ１～Ｃ４に分割されている場合、加速度の方向に応じて任意の圧力可変室を個別に制御することも可能である（図１４参照）。この場合、必要な箇所のみ押圧力（保持力）を高めることができるため、装着部１０の全周にわたって押圧力を高める場合と比較して、装着快適性のさらなる向上を図ることができる。

　図１４は、制御部３０において実行されるポンプ部２０の駆動制御手順の一例を示すフローチャートである。

　ヘッドフォンがユーザの頭部に装着されたとき、制御部３０はポンプ部２０を駆動して圧力可変室Ｃを加圧し、所期のフィッティング状態を維持する（ステップ１０１）。この状態では、上述の第１の実施形態において説明したとおり、構造部２１２（圧力可変室Ｃ）の作用により装着部１０の全域にわたって一定の押圧力が実現される。

　続いて、制御部３０は、加速度センサ５２の出力に基づいて、装着部１０に作用する加速度の状態をモニタリングする（ステップ１０２）。これにより、頭部の動きを検出することができる。なお、圧力センサ５１を備える場合には、圧力センサ５１の出力に基づいて圧力可変室Ｃの内圧の状態をモニタリングしてもよい。この場合、圧力可変室Ｃの内圧の変化により頭部に加わる加速度の変化を把握することができる。

　続いて、制御部３０は、検出された加速度が、触覚提示装置４００の位置ずれを生じさせる加速度値である加速度閾値を超えたか否かを判定する（ステップ１０３）。加速度閾値は、ヘッドフォンの重量によって異なる値であり、あらかじめ実験等により決定される。

　続いて、制御部３０は、位置ずれを防止する上で触覚提示装置４００における押圧力（保持力）の調整が必要な箇所を判定する（ステップ１０４）。図１３の実験例によれば、上方向の加速度よりも下方向の加速度の方が大きいため、下方向の加速度が加速度閾値を超えて、触覚提示装置４００が下方へ位置ずれを生じやすい。圧力可変室Ｃが複数の圧力可変室Ｃ１～Ｃ４に分割されている場合、触覚提示装置４００の下方への位置ずれを防ぐため、重力方向下側に位置する圧力可変室（図７の例においては圧力可変室Ｃ３，Ｃ４）の内圧が増加するように当該圧力可変室に対応するポンプ部２０の駆動を制御する（ステップ１０５）。これにより、触覚提示装置４００が上方側へ押し上げられるような押圧力が発生し、触覚提示装置４００の下方への位置ずれが抑えられる。

　なお、これと同時に、重力方向上側に位置する圧力可変室（図７の例においては圧力可変室Ｃ１，Ｃ２）の内圧が減少するように当該圧力可変室に対応するポンプ部２０の駆動を制御するようにしてもよい（ステップ１０５）。これにより、触覚提示装置４００の下方への位置ずれを抑制しつつ、装着快適性のさらなる改善を図ることができる。

　以上の圧力可変室Ｃ１～Ｃ４の内圧制御は、触覚提示装置４００のフィッティング状態が目的とするフィッティング状態を達成するまで繰り返し実行される（ステップ１０６）。目的とするフィッティング状態とは、例えば、加速度が加速度閾値以下に低下して、装着初期のフィッティング状態に復帰した状態をいう。

＜第５の実施形態＞
　図１５（ａ）～（ｃ）は、本技術の第５の実施形態に係る触覚提示装置５００の全体図であり、（ａ）は前方側から見た斜視図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は後方側から見た斜視図である。図１６は、触覚提示装置５００の内部構造を示す概略側断面図である。本実施形態の触覚提示装置５００は、電子機器として、外耳道に挿入されるインイアー型ヘッドフォンを構成する。ここでは、片側（例えば左側）のヘッドフォンについて説明する。

　触覚提示装置５００は、外耳道に挿入される挿入部５１０と、対輪に装着される装着部５２０とを有し、これらが流体圧を受けて径方向へ膨張可能な弾性材料で構成される。挿入部５１０の表面および装着部５３０の表面は、ユーザの耳に接触する表面素材を構成する。

　なお、図１５においては、上段の膨張前（初期時）の状態が、下段に膨張後（装着時）の状態がそれぞれ示されており、実線で示す円または円弧部分が膨張範囲を表している。また、図１６においては、挿入部５１０および装着部５２０の膨張範囲が破線で示されている。

　触覚提示装置５００は、挿入部５１０と装着部５２０とを支持する本体部５３０をさらに有する。本体部５３０は、音響発生部５３１、ポンプ部５３２、流路切換バルブ５３３、制御部５３４、第１圧力センサ５３５、第２圧力センサ５３６、加速度センサ５３７等を収容する。

　音響発生部５３１は、典型的には電磁式のダイナミックスピーカであり、発生した音響を挿入部５１０の内部に形成された音道５３８を介して外耳道へ伝達する。
　ポンプ部５３２は、挿入部５１０の内部であって音道５３８の外側に形成された環状の第１圧力可変室Ｃ５および装着部５２０の内部に形成された環状の第２圧力可変室Ｃ６へ流体（空気）を供給する。
　切換バルブ５３３は、ポンプ部２０からの流体の供給先を第１圧力可変室Ｃ５と第２圧力可変室Ｃ６との間で切り換える。
　制御部５３４は、音響発生部５３１、ポンプ部５３２、切換バルブ５３３等の駆動を制御する駆動回路基板で構成される。制御部５３４は、第１圧力センサ５３５、第２圧力センサ５３６、加速度センサ５３７の出力に基づいて、ポンプ部５３２および切換バルブ５３３の駆動を制御可能に構成される。
　第１圧力センサ５３５は、ポンプ部５３２と第１圧力可変室Ｃ５とを連絡する流路に配置され、第１圧力可変室Ｃ５の内圧を検出する。第２圧力センサ５３６は、ポンプ部５３２と第２圧力可変室Ｃ６とを連絡する流路に配置され、第２圧力可変室Ｃ６の内圧を検出する。
　加速度センサ５３７は、触覚提示装置５００に作用する加速度の方向および大きさを検出する。

　以上のように構成される本実施形態の触覚提示装置５００においては、挿入部５１０が外耳道に挿入されたとき、制御部５３４は、ポンプ部５３２および切換バルブ５３３を制御して第１圧力可変室Ｃ５へ流体を供給する。これにより、第１圧力可変室Ｃ５が加圧されて膨張し、挿入部５１０の表面が外耳道の内壁に密着する。制御部５３４は、第１圧力センサ５３５の出力に基づき、第１圧力可変室Ｃ５の内圧が所定圧に達した後、第１圧力可変室Ｃ５の加圧を停止してその内圧を維持する。

　制御部５３４によるポンプ部５３２の駆動タイミングは特に限定されず、ユーザによる入力操作時であってもよいし、第１圧力センサ５３５の出力に基づいて、挿入部５１０が外耳道へ挿入されたときの第１圧力可変室Ｃ５の内圧上昇を制御部５３４が判定したときであってもよい。

　制御部５３４は、ポンプ部５３２および切換バルブ５３３を制御して第２圧力可変室Ｃ６へ流体を供給する。これにより、第２圧力可変室Ｃ６が加圧されて膨張し、装着部５２０の表面が対輪に密着する。制御部５３４は、第２圧力センサ５３６の出力に基づき、第２圧力可変室Ｃ６の内圧が所定圧に達した後、第２圧力可変室Ｃ６の加圧を停止してその内圧を維持する。第２圧力可変室Ｃ６の加圧は、第１圧力可変室Ｃ５の加圧後に行われてもよいし、第１圧力可変室Ｃ５の加圧と同時に行われてもよい。

　制御部５３４は、加速度センサ５３７の出力に基づき、触覚提示装置５００に作用する加速度の方向および大きさを検出する。制御部５３４は、加速度センサ５３７の出力に基づいてユーザの頭部の傾きや動きの大きさを検出し、触覚提示装置５００の自重や慣性力等による位置ずれや脱落のおそれがあることを判定したときは、第１圧力可変室Ｃ５および第２圧力可変室Ｃ６の少なくとも一方を加圧する制御を実行する。これにより、触覚提示装置５００の装着安定性が高まり、その位置ずれや脱落を防止することができる。また、所定以上の大きさの加速度等を検出したときのみ圧力可変室Ｃ５，Ｃ６を加圧する制御を実行するため、装着感の快適性が損なわれることを防ぐことができる。

＜第６の実施形態＞
　続いて、本技術の第６の実施形態について説明する。上述の第２～第５の実施形態では、触覚提示装置が主としてヘッドフォンに適用される例について説明したが、これに限られず、靴やウェア等の装身具にも適用可能である。以下、本技術の靴への適用例について説明する。

　図１７は、靴底９１と、その上に配置された中敷９２とを有する典型的な靴９０の要部断面図である。このような構成の靴９０においては、足Ｆの形状や立ち方、体重のかけ方によっては荷重が中敷９２の一部に集中し、痛みや不快感を引き起こす。本実施形態では、中敷９２の不均一な変形による痛みや不快感を抑えるため、図１８に示すように中敷に本技術に係る触覚提示装置が適用される。

　図１８は、本技術の第６の実施形態に係る触覚提示装置６００の要部断面図である。同図に示すように本実施形態の触覚提示装置６００は、中敷６０と、複数の圧力可変室Ｃを有する構造部６１と、各圧力可変室Ｃに対応して配置された複数のポンプ部６２と、複数のポンプ部６２を個別に制御可能な制御部６３とを有する。

　中敷６０は、足Ｆの裏に接触する表面素材を有する装着部として構成される。複数の圧力可変室Ｃは中敷６０と靴底９１との間に配置され、中敷６０の下面のほぼ全域にわたって所定のパターンで配列される。圧力可変室Ｃの形状や個数は特に限定されず、中敷６０の形状や大きさ等に応じて任意に設定可能であり、例えば、中敷６０のつま先側から踵側に向かって一列又は複数列で配列される。

　触覚提示装置６００は、各圧力可変室Ｃの内圧を検出する複数の圧力センサ６４を有する。制御部６３は、これら複数の圧力センサ６４の出力に基づいて複数のポンプ部６２を個別に制御する。典型的には、制御部６３は、ユーザの人体的形状（足Ｆの形状）や状態（静止、激しい動きなど）に応じて各圧力可変室Ｃの形状を個別に制御することで、中敷６０の最適な形状、硬さ、接触状態を実現する。これにより、安定した装着性や快適な装着感、立ち方や体重のかけ方の偏りを補正し、痛みの緩和、姿勢の矯正などを実現すことができる。

　制御方法は特に限定されず、例えば、各圧力可変室Ｃの大きさや圧力に応じて、各圧力可変室Ｃの内圧を制御することができる。より具体的に、各圧力可変室Ｃの大きさ（高さ）が所定値より小さい場合には、内圧が比較的高い圧力可変室を選択的に加圧する。また、各圧力可変室Ｃの大きさ（高さ）が所定値以上の場合には、内圧が比較的低い圧力可変室を選択的に減圧する。なお、圧力可変室Ｃの大きさ（高さ）は、当該圧力可変室Ｃへ供給された流体の流量などに基づいて推定することができる。

　なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）　対象物に装着され、対象物との接触部の少なくとも一部が変形可能な表面素材を有する装着部と、
　前記装着部と流路を介して接続され、前記表面素材を変形させるための流体を前記装着部へ送出するポンプ部と、
　前記ポンプ部の駆動を制御する制御部と
　を具備する触覚提示装置。
（２）上記（１）に記載の触覚提示装置であって、
　前記装着部は、前記流体の圧力を受けて前記表面素材を変形させることが可能な容積可変の構造部をさらに有する
　触覚提示装置。
（３）上記（２）に記載の触覚提示装置であって、
　前記表面素材は、前記流体の圧力を受けたときの伸長度合がそれぞれ異なる複数の領域を有する
　触覚提示装置。
（４）上記（２）又は（３）に記載の触覚提示装置であって、
　前記構造部は、前記流路と連通可能な環状の圧力可変室を有する
　触覚提示装置。
（５）上記（２）又は（３）に記載の触覚提示装置であって、
　前記構造部は、内圧を個別に制御することが可能な複数の圧力可変室を有する
　触覚提示装置。
（６）上記（１）～（５）のいずれか１つに記載の触覚提示装置であって、
　前記装着部に配置され、触覚以外の知覚を提示可能な電子デバイスをさらに具備する
　触覚提示装置。
（７）上記（１）～（６）のいずれか１つに記載の触覚提示装置であって、
　前記流体の圧力を検出する第１の検出部をさらに具備し、
　前記制御部は、前記第１の検出部の出力に基づいて前記ポンプ部の駆動を制御する
　触覚提示装置。
（８）上記（１）～（７）のいずれか１つに記載の触覚提示装置であって、
　前記装着部の動き又は方位を検出する第２の検出部をさらに具備し、
　前記制御部は、前記第２の検出部の出力に基づいて前記ポンプ部の駆動を制御する
　触覚提示装置。
（９）上記（１）～（８）のいずれか１つに記載の触覚提示装置であって、
　前記装着部は、前記表面素材または前記流体の温度を検出する温度検出部と、前記表面素材または前記流体の温度を調整する温度調整部とをさらに有する
　触覚提示装置。
（１０）上記（１）～（９）のいずれか１つに記載の触覚提示装置であって、
　前記制御部は、外部機器からの通知情報に基づいて前記ポンプ部の駆動を制御する
　触覚提示装置。
（１１）上記（１）～（１０）のいずれか１つに記載の触覚提示装置であって、
　前記流体は空気である
　触覚提示装置。
（１２）上記（１）～（１１）のいずれか１つに記載の触覚提示装置を備えた電子機器。
（１３）上記（１２）に記載の電子機器であって、
　前記電子機器は、オーバーヘッドフォン、インイアーヘッドフォン、ネックスピーカ、ヘッドマウントディスプレイ、ＡＲグラス、ＶＲグラス、腕時計または補聴器である
　電子機器。
（１４）上記（１）～（１１）のいずれか１つに記載の触覚提示装置を備えた装身具。
（１５）上記（１４）に記載の装身具であって、
　前記装身具は、メガネ、手袋、靴、帽子、ベルトまたは衣類である
　装身具。
（１６）　対象物に装着され、対象物との接触部の少なくとも一部が変形可能な表面素材を有する装着部と、
　前記装着部と接続される流路を有し、前記表面素材を変形させるための流体を前記装着部へ送出するポンプ部と、
　前記ポンプ部の駆動を制御する制御部と
　を具備する保持装置。

　１０…装着部
　１１…表面素材
　１３…センサ
　１４…温度調整部
　２０，５３２…ポンプ部
　２１…流路
　３０，５３４…制御部
　５１，５３５，５３６…圧力センサ
　５２…加速度センサ
　６１，２１２，３１２…構造部
　１００，２００，３００，４００，５００，６００…触覚提示装置
　２０１…音響発生部
　１３１…圧力検出部
　１３２…温度検出部
　Ｃ，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６…圧力可変室
　Ｔ１…対象物

Claims (16)

1. 　対象物に装着され、対象物との接触部の少なくとも一部が変形可能な表面素材を有する装着部と、
   　前記装着部と接続される流路を有し、前記表面素材を変形させるための流体を前記装着部へ送出するポンプ部と、
   　前記ポンプ部の駆動を制御する制御部と
   　を具備する触覚提示装置。
2. 　請求項１に記載の触覚提示装置であって、
   　前記装着部は、前記流体の圧力を受けて前記表面素材を変形させることが可能な容積可変の構造部をさらに有する
   　触覚提示装置。
3. 　請求項２に記載の触覚提示装置であって、
   　前記表面素材は、前記流体の圧力を受けたときの伸長度合がそれぞれ異なる複数の領域を有する
   　触覚提示装置。
4. 　請求項２に記載の触覚提示装置であって、
   　前記構造部は、前記流路と連通可能な環状の圧力可変室を有する
   　触覚提示装置。
5. 　請求項２に記載の触覚提示装置であって、
   　前記構造部は、内圧を個別に制御することが可能な複数の圧力可変室を有する
   　触覚提示装置。
6. 　請求項１に記載の触覚提示装置であって、
   　前記装着部に配置され、触覚以外の知覚を提示可能な電子デバイスをさらに具備する
   　触覚提示装置。
7. 　請求項１に記載の触覚提示装置であって、
   　前記流体の圧力を検出する第１の検出部をさらに具備し、
   　前記制御部は、前記第１の検出部の出力に基づいて前記ポンプ部の駆動を制御する
   　触覚提示装置。
8. 　請求項１に記載の触覚提示装置であって、
   　前記装着部の動き又は方位を検出する第２の検出部をさらに具備し、
   　前記制御部は、前記第２の検出部の出力に基づいて前記ポンプ部の駆動を制御する
   　触覚提示装置。
9. 　請求項１に記載の触覚提示装置であって、
   　前記装着部は、前記表面素材または前記流体の温度を検出する温度検出部と、前記表面素材または前記流体の温度を調整する温度調整部とをさらに有する
   　触覚提示装置。
10. 　請求項１に記載の触覚提示装置であって、
    　前記制御部は、外部機器からの通知情報に基づいて前記ポンプ部の駆動を制御する
    　触覚提示装置。
11. 　請求項１に記載の触覚提示装置であって、
    　前記流体は空気である
    　触覚提示装置。
12. 　請求項１に記載の触覚提示装置を備えた電子機器。
13. 　請求項１２に記載の電子機器であって、
    　前記電子機器は、オーバーヘッドフォン、インイアーヘッドフォン、ネックスピーカ、ヘッドマウントディスプレイ、ＡＲグラス、ＶＲグラス、腕時計または補聴器である
    　電子機器。
14. 　請求項１に記載の触覚提示装置を備えた装身具。
15. 　請求項１４に記載の装身具であって、
    　前記装身具は、メガネ、手袋、靴、帽子、ベルトまたは衣類である
    　装身具。
16. 　対象物に装着され、対象物との接触部の少なくとも一部が変形可能な表面素材を有する装着部と、
    　前記装着部と接続される流路を有し、前記表面素材を変形させるための流体を前記装着部へ送出するポンプ部と、
    　前記ポンプ部の駆動を制御する制御部と
    　を具備する保持装置。

Images