WO2021157050A1 - 温度刺激提示装置とその方法 - Google Patents

温度刺激提示装置とその方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2021157050A1
WO2021157050A1 PCT/JP2020/004748 JP2020004748W WO2021157050A1 WO 2021157050 A1 WO2021157050 A1 WO 2021157050A1 JP 2020004748 W JP2020004748 W JP 2020004748W WO 2021157050 A1 WO2021157050 A1 WO 2021157050A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
temperature stimulus
capacitance
plate
human body
change
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/004748
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
有信 新島
十季 武田
隆文 向内
佐藤　隆
Original Assignee
日本電信電話株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本電信電話株式会社 filed Critical 日本電信電話株式会社
Priority to JP2021575549A priority Critical patent/JPWO2021157050A1/ja
Priority to US17/795,040 priority patent/US20230083062A1/en
Priority to PCT/JP2020/004748 priority patent/WO2021157050A1/ja
Publication of WO2021157050A1 publication Critical patent/WO2021157050A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/016—Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0354—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of 2D relative movements between the device, or an operating part thereof, and a plane or surface, e.g. 2D mice, trackballs, pens or pucks
    • G06F3/03547—Touch pads, in which fingers can move on a surface
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/13—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction

Definitions

  • the present invention relates to a temperature stimulus presentation device using a Perche element and a method thereof.
  • the method for presenting the temperature stimulus is a method in which a current is constantly passed through the Pelche element to continuously present the temperature, or a method in which a touch sensor or the like detects a necessary case and presents the temperature stimulus (for example, Patent Document 1). There is one.
  • the method of constantly passing current consumes a large amount of power.
  • a touch sensor is required as a method for detecting when a temperature stimulus is required.
  • the conventional temperature stimulus presentation method has a problem that the power consumption is large or the number of parts is large.
  • the present invention has been made in view of this problem, and an object of the present invention is to provide a temperature stimulus presenting device having low power consumption and a small number of parts, and a method thereof.
  • the temperature stimulus presenting device is a temperature stimulus presenting device that presents a temperature stimulus using a Perche element, and a part of the human body comes into contact with the heat radiation plate or the endothermic plate of the Perche element. It includes a human body detection unit that detects a change in capacitance between the heat dissipation plate and the endothermic plate, and a temperature stimulus generation unit that supplies a current to the Pelche element when the amount of change in capacitance exceeds a threshold value.
  • the gist is that.
  • the temperature stimulus presentation method is the temperature stimulus method performed by the above-mentioned temperature stimulus presentation device, and the heat dissipation is such that a part of the human body comes into contact with the heat dissipation plate or the endothermic plate of the Pelche element.
  • the human body detection step of detecting the change in capacitance between the plate and the endothermic plate and the temperature stimulus generation step of supplying a current to the Pelche element when the amount of change in capacitance exceeds the threshold value are performed.
  • thermoelectric presenting device having low power consumption and a small number of parts and a method thereof.
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows the functional structure example of the temperature stimulus presentation apparatus which concerns on embodiment of this invention. It is a figure which shows typically the structure of the Perche element shown in FIG. It is a figure which shows the output example of the human body detection part shown in FIG. It is a figure which shows the flowchart which shows the processing procedure of the temperature stimulus presentation method performed by the temperature stimulus presentation apparatus shown in FIG.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration example of the temperature stimulus presentation device according to the embodiment of the present invention.
  • the temperature stimulus presenting device 100 shown in FIG. 1 presents a temperature stimulus when the person H touches, for example, the fingertip of the temperature stimulus presenting device 100.
  • FIG. 1 shows only the main parts constituting the present invention. Notation of general configuration such as power supply is omitted.
  • the temperature stimulus presentation device 100 includes a perche element 10, a human body detection unit 20, and a temperature stimulus generation unit 30.
  • the Perche element 10 is a kind of plate-shaped semiconductor thermoelectric element using the Perche effect, and is a general one. Details will be described later.
  • the human body detection unit 20 detects that a part of the human body comes into contact with the heat radiating plate or the heat absorbing plate of the Pelche element 10 by the change in the capacitance between the heat radiating plate and the heat absorbing plate.
  • the human body detection unit 20 can be configured by, for example, a CR oscillation circuit composed of a capacitance and a resistor R between the heat dissipation plate and the endothermic plate of the Pelche element 10.
  • the temperature stimulus generation unit 30 supplies a current to the Perche element 10 when the amount of change in capacitance between the heat dissipation plate and the endothermic plate of the Perche element exceeds the threshold value.
  • the Pelche element 10 performs both endothermic and heat generation operations when an electric current is supplied.
  • the temperature stimulus presenting device 100 is a temperature stimulus presenting device that presents a temperature stimulus using the perche element 10, and is a part of the human body on the heat radiation plate or endothermic plate of the perche element 10.
  • the human body detection unit 20 that detects the contact between the heat dissipation plate and the endothermic plate by the change in capacitance, and the temperature stimulus generation unit 30 that supplies a current to the Pelche element when the amount of change in capacitance exceeds the threshold value.
  • the Pelche element 10 acts as a sensor for detecting the case where the temperature stimulus is presented, so that a component for detecting the case becomes unnecessary.
  • the temperature stimulus presenting device 100 can provide a temperature stimulus presenting device having low power consumption and a small number of parts.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration example of the Perche element 10.
  • the perche element 10 is composed of a thermoelectric module 13 and two heat transfer plates 11 and 12.
  • the perche element 10 is configured by sandwiching the thermoelectric module 13 between two heat transfer plates 11 and 12, and transfers heat from one heat transfer plate 11 to the other heat transfer plate 12.
  • the heat transfer plates 11 and 12 are made of, for example, a copper material having a relatively high thermal conductivity.
  • Thermoelectric module 13 includes a negative electrode 14, n-type thermoelectric material 15 1, 15 2, the common electrode 16 1, 16 2, 16 3, p-type thermoelectric material 17 1, 17 2, and the positive electrode 18.
  • Each of the heat transfer plates 11 and 12 and each electrode (positive electrode 18, negative electrode 14, common electrode 16 1 , 16 2 , 16 3 ) are insulated by an insulating layer (not shown).
  • the positive electrode of the power supply (not shown) is connected to the positive electrode 18, and the negative electrode of the power supply 7 is connected to the negative electrode 14.
  • p-type thermoelectric material 17 1, 17 2 of the holes move towards the heat transfer plate 11 from the heat transfer plate 12.
  • n-type thermoelectric material 15 1, 15 2 of the electron also moves toward the heat transfer plate 12 to the heat transfer plate 11. Since holes and electrons are carried as carriers in the heat around the heat transfer plates 11 and 12, in this example, the heat transfer plate 12 acts as an endothermic plate and the heat transfer plate 11 acts as a heat dissipation plate. Hereinafter, it may be referred to as a heat absorbing plate 12 and a heat radiating plate 11.
  • FIG. 2 shows only two layers of the n-type thermoelectric material 15 and the p-type thermoelectric material 17 in order to explain the principle of the Pelche element 10.
  • the n-type thermoelectric material 15 and the p-type thermoelectric material 17 are laminated in multiple layers in order to obtain practical heat generation and endothermic effects.
  • the temperature stimulus can be presented by bringing the heat transfer plate 11 (12) of either one of the thermoelectric modules 13 that performs the action of heat dissipation and heat absorption by supplying the electric current in contact with the skin of the human body.
  • the human body detection unit 20 detects that a part of the human body comes into contact with one of the heat transfer plates 11 and 12 of the Pelche element 10 due to a change in capacitance between the heat transfer plates 11 and 12.
  • heat transfer plates 11, 12 of the Peltier element 10 constitute an electrostatic capacitance Cp across the n-type thermoelectric material 15 1, 15 2 and p-type thermoelectric material 17 1, 17 2.
  • One electrode of the capacitance Cp is composed of a heat transfer plate 11, and the other electrode is composed of a heat transfer plate 12.
  • resistors R are connected to both ends of the capacitance Cp.
  • the change in the value of the capacitance Cp can be detected, for example, by the change in the oscillation frequency f of the CR oscillation circuit that oscillates depending on the value (Cp) and the value of the resistor R.
  • the person H contacts the fingertip with one electrode of the capacitance Cp (for example, the heat transfer plate 12).
  • the capacitance Ch of the human body is connected in parallel with the capacitance Cp of the Pelche element 10.
  • the combined capacitance of the capacitance Cp of the perche element 10 and the capacitance Ch of the human body increases from the stage where the person H brings the fingertip closer to the perche element 10, and becomes maximum when the fingertip is brought into contact with, for example, the heat transfer plate 12.
  • This change in the combined capacitance can be detected by the change in the oscillation frequency f of the CR oscillation circuit.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a change in the oscillation frequency f when a finger is brought into contact with the heat transfer plate 12.
  • the horizontal axis of FIG. 3 is time, the count value and the vertical axis obtained by counting the oscillation frequency given time: a (10 3 K times).
  • a finger is brought into contact with the heat transfer plate 11, the same characteristics as in FIG. 3 can be obtained.
  • the count value of about 23K is a value obtained by counting the oscillation frequency f determined by the capacitance value of only the capacitance Cp of the Pelche element 10 and the resistance value of the resistor R. This count value is obtained when the finger is not brought close to the Pelche element 10.
  • the count value of about 13K is a value obtained by counting the oscillation frequency f obtained when the fingertip is brought into contact with, for example, the heat transfer plate 12. In this way, it is possible to detect the state from the change in the oscillation frequency f to the state in which a part of the human body is brought close to the Pelche element 10 to the contact.
  • the CR oscillator circuit is a general one.
  • the change in the combined capacitance of the capacitances Cp and Ch may be detected by an unstable multivibrator and an oscillation circuit having another configuration called a ring oscillator.
  • the temperature stimulus generation unit 30 supplies a current to the Pelche element 10 when the amount of change in capacitance between the heat transfer plates 11 and 12 exceeds the threshold value.
  • the threshold value is set to 15K times. By doing so, it is possible to detect that the finger of the human body has come into contact with, for example, the heat transfer plate 12.
  • the temperature stimulus presenting device 100 can present the temperature stimulus without the need for a component for detecting the case where the temperature stimulus is required. That is, since the case where the temperature stimulation is required can be detected by the Perche element 10, the number of parts can be reduced.
  • the temperature stimulus presentation device 100 can also detect the state before the finger touches the heat transfer plate 12. As shown in FIG. 3, the two count values change with a slope.
  • the threshold value of the count value is set to 22K. By doing so, it is possible to detect the state before the fingertip comes into contact with the heat transfer plate 12.
  • the count value represents the amount of change in the capacitance value.
  • the threshold value may be set to the amount of change in capacitance before a part of the human body comes into contact with the heat transfer plate 11 or the heat transfer plate 12. As a result, the state before the finger comes into contact with the Pelche element 10 can be detected, and the delay time until the temperature stimulus is presented can be shortened.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure of the temperature stimulus presentation method performed by the temperature stimulus presentation device 100 according to the present embodiment.
  • the human body detection unit 20 detects that a part of the human body comes into contact with the heat absorbing plate 11 or the heat radiating plate 12 of the Pelche element 10 by changing the capacitance between the heat absorbing plate 11 and the heat radiating plate 12 (step S1).
  • the change in capacitance is detected, for example, by the change in the count value obtained by counting the oscillation frequency f as described above.
  • step S2 the temperature stimulus generation unit 30 detects whether or not the amount of change in capacitance exceeds the threshold value (step S2). If the amount of change in capacitance is less than the threshold value, step S1 for detecting the change in capacitance is repeated (NO in step S2).
  • the temperature stimulus generation unit 30 supplies a current to the Pelche element 10.
  • the current-supplied Pelche element 10 presents, for example, a cooling sensation stimulus to the human body via the heat radiating plate 12 (step S3).
  • the temperature stimulus presentation method is the temperature stimulus presentation method performed by the temperature stimulus presentation device 100, and a part of the human body comes into contact with the heat dissipation plate 12 or the heat absorption plate 11 of the Pelche element 10.
  • a current is supplied to the thermoelectric cooling element 10 in the human body detection step S1 for detecting the change in capacitance between the heat radiating plate 12 and the endothermic plate 11 and when the amount of change in capacitance exceeds the threshold value (YES in step S2).
  • the temperature stimulus generation step S3 is performed. As a result, the temperature stimulus can be presented with low power consumption and a small number of parts.
  • the temperature stimulus presenting device and its method according to the present embodiment it is possible to present the temperature stimulus presenting device having low power consumption and a small number of parts and its method.
  • the state before a part of the human body comes into contact with the Perche element 10 can be detected, so that the delay time until the presentation of the temperature stimulus can be shortened.
  • a part of the human body has been described with the example of a finger, but the present invention is not limited to this example.
  • a part of the human body may be the palm or the sole of the foot. In this way, a part of the human body is not limited to the fingertips.
  • the detection example of the change amount of the capacitance is described by the count value obtained by counting the oscillation frequency f, it is not necessary to detect the change amount by the count value.
  • the change in the magnitude of the combined capacitance of the capacitance Cp of the Pelche element 10 and the capacitance Ch of the human body may be measured. That is, the amount of change in capacitance may be detected by a method other than the method using the oscillation frequency f.
  • This embodiment can be widely applied in fields such as virtual reality that presents a sense of touch.
  • Perche element 11 Heat dissipation plate (heat transfer plate) 12: Endothermic plate (heat transfer plate) 13: Thermoelectric module 20: Human body detection unit 30: Temperature stimulus generation unit

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermotherapy And Cooling Therapy Devices (AREA)

Abstract

ペルチェ素子１０を用いて温度刺激を提示する温度刺激提示装置１００であって、ペルチェ素子１０の放熱板１２又は吸熱板１１に人体Ｈの一部が接触することを放熱板１２と吸熱板１２の間の静電容量の変化で検出する人体検出部２０と、静電容量の変化量が閾値を越えた場合にペルチェ素子１０に電流を供給する温度刺激生成部３０とを備える。

Description

温度刺激提示装置とその方法
　本発明は、ペルチェ素子を用いた温度刺激提示装置とその方法に関する。
　ペルチェ素子を用いて温度刺激を提示する触覚ディスプレイの研究が行われている。その温度刺激の提示方法は、ペルチェ素子に常時電流を流して温度を提示し続ける方法、又は、タッチセンサ等で必要な場合を検出して温度刺激を提示する方法（例えば特許文献１）の2つがある。
特許第４５３７９３２号公報
　しかしながら、常時電流を流す方法は消費電力が大きくなる。また、温度刺激が必要な場合を検出する方法はタッチセンサを必要とする。このように、従来の温度刺激提示方法は、消費電力が大きいか部品点数が多くなるという課題がある。
　本発明は、この課題に鑑みてなされたものであり、消費電力が小さく且つ部品点数が少ない温度刺激提示装置とその方法を提供することを目的とする。
　本発明の一態様に係る温度刺激提示装置は、ペルチェ素子を用いて温度刺激を提示する温度刺激提示装置であって、前記ペルチェ素子の放熱板又は吸熱板に人体の一部が接触することを前記放熱板と前記吸熱板の間の静電容量の変化で検出する人体検出部と、前記静電容量の変化量が閾値を越えた場合に前記ペルチェ素子に電流を供給する温度刺激生成部とを備えることを要旨とする。
　また、本発明の一態様に係る温度刺激提示方法は、上記の温度刺激提示装置が行う温度刺激方法であって、ペルチェ素子の放熱板又は吸熱板に人体の一部が接触することを前記放熱板と前記吸熱板の間の静電容量の変化で検出する人体検出ステップと、前記静電容量の変化量が閾値を越えた場合に前記ペルチェ素子に電流を供給する温度刺激生成ステップとを行うことを要旨とする。
　本発明によれば、消費電力が小さく且つ部品点数が少ない温度刺激提示装置とその方法を提供することができる。
本発明の実施形態に係る温度刺激提示装置の機能構成例を示すブロック図である。 図１に示すペルチェ素子の構造を模式的に示す図である。 図１に示す人体検出部の出力例を示す図である。 図１に示す温度刺激提示装置が行う温度刺激提示方法の処理手順を示すフローチャートを示す図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。複数の図面中同一のものには同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。
　図１は、本発明の実施形態に係る温度刺激提示装置の機能構成例を示すブロック図である。図１に示す温度刺激提示装置１００は、人Ｈが例えば指先を温度刺激提示装置１００に触れた場合に温度刺激を提示するものである。
　なお、図１は本発明を構成する主要部のみを示す。電源等の一般的な構成の表記は省略している。
　温度刺激提示装置１００は、ペルチェ素子１０、人体検出部２０、及び温度刺激生成部３０を備える。ペルチェ素子１０は、ペルチェ効果を用いた板状の半導体熱電素子の一種であり、一般的なものである。詳しくは後述する。
　人体検出部２０は、ペルチェ素子１０の放熱板又は吸熱板に人体の一部が接触することを放熱板と吸熱板の間の静電容量の変化で検出する。人体検出部２０は、例えば、ペルチェ素子１０の放熱板と吸熱板の間の静電容量と抵抗Ｒで構成されるＣＲ発振回路で構成することができる。
　温度刺激生成部３０は、ペルチェ素子の放熱板と吸熱板の間の静電容量の変化量が閾値を越えた場合にペルチェ素子１０に電流を供給する。ペルチェ素子１０は、電流が供給されることで吸熱及び発熱の両方の作用を行う。
　以上説明したように本実施形態に係る温度刺激提示装置１００は、ペルチェ素子１０を用いて温度刺激を提示する温度刺激提示装置であって、ペルチェ素子１０の放熱板又吸熱板に人体の一部が接触することを放熱板と吸熱板の間の静電容量の変化で検出する人体検出部２０と、静電容量の変化量が閾値を越えた場合にペルチェ素子に電流を供給する温度刺激生成部３０とを備える。これにより、ペルチェ素子１０は、温度刺激を提示する場合を検出するセンサとして作用するので、その場合を検出するための部品が不要になる。また、人体の一部が接触する場合にペルチェ素子１０に電流を供給するので常時電流を流す必要がない。よって消費電力を下げることができる。つまり、温度刺激提示装置１００は、消費電力が小さく且つ部品点数が少ない温度刺激提示装置を提供することができる。
　（ペルチェ素子）
　図２は、ペルチェ素子１０の構成例を模式的に示す図である。ペルチェ素子１０は、熱電モジュール１３と2枚の伝熱板１１,１２とで構成される。
　ペルチェ素子１０は、熱電モジュール１３を2枚の伝熱板１１,１２で挟んで構成され、一方の伝熱板１１から他方の伝熱板１２へ熱を移動させるものである。伝熱板１１,１２は、熱伝導率が比較的に高い例えば銅材等で構成される。
　熱電モジュール１３は、負電極１４、ｎ型熱電材料１５１,１５２、共通電極１６１,１６２,１６３、ｐ型熱電材料１７１,１７２、及び正電極１８を備える。伝熱板１１,１２のそれぞれと各電極（正電極１８、負電極１４、共通電極１６１,１６２,１６３）の間は絶縁層（図示せず）で絶縁される。
　正電極１８に電源（図示せず）のプラス極を接続し、負電極１４に電源7のマイナス極を接続する。すると、ｐ型熱電材料１７１,１７２の正孔は伝熱板１２から伝熱板１１に向けて移動する。また、ｎ型熱電材料１５１,１５２の電子も伝熱板１２から伝熱板１１に向けて移動する。伝熱板１１,１２の周辺の熱は、正孔と電子がキャリアとなって運ばれるので、この例では伝熱板１２が吸熱板、伝熱板１１が放熱板として作用する。以降、吸熱板１２、放熱板１１と表記する場合もある。
　また、逆方向に電流を流すと、正孔と電子は逆方向に移動するので伝熱板１２が放熱板、伝熱板１１が吸熱板として作用する。なお、図２に示す例は、ペルチェ素子１０の原理を説明するためにｎ型熱電材料１５とｐ型熱電材料１７の積層数を2層しか示していない。実用的な発熱及び吸熱の作用を得るためにｎ型熱電材料１５とｐ型熱電材料１７は、多層に積層される。
　このように電流を供給することで放熱と吸熱の作用を行う熱電モジュール１３のどちらか一方の伝熱板１１（１２）を人体の皮膚に接触させることで温度刺激を提示することができる。
　（人体検出部）
　人体検出部２０は、伝熱板１１，１２の間の静電容量の変化で人体の一部がペルチェ素子１０の伝熱板１１，１２の一方に接触することを検出する。
　図２に示すように、ペルチェ素子１０の伝熱板１１，１２は、ｎ型熱電材料１５１,１５２及びｐ型熱電材料１７１,１７２等を挟んで静電容量Ｃｐを構成する。静電容量Ｃｐの一方の電極は伝熱板１１、他方の電極は伝熱板１２で構成される。
　静電容量Ｃｐの両端には例えば抵抗Ｒが接続される。静電容量Ｃｐの値の変化は、例えばその値（Ｃｐ）と抵抗Ｒの値に依存して発振するＣＲ発振回路の発振周波数ｆの変化で検出することができる。
　静電容量Ｃｐの一方の電極（例えば伝熱板１２）に、人Ｈが指先を接触させる場合を想定する。その場合、図１に示すように人体の静電容量Ｃｈが、ペルチェ素子１０の静電容量Ｃｐに並列に接続されることになる。
　ペルチェ素子１０の静電容量Ｃｐと人体の静電容量Ｃｈの合成容量は、人Ｈが指先をペルチェ素子１０に近づける段階から増加し、指先を例えば伝熱板１２に接触させると最大になる。この合成容量の変化は、ＣＲ発振回路の発振周波数ｆの変化で検出することができる。
　図３は、伝熱板１２に指を接触させた場合の発振周波数ｆの変化の一例を示す図である。図３の横軸は時間、縦軸は発振周波数を一定時間カウントしたカウント値（103：K回）である。なお、伝熱板１１に指を接触させた場合も図３と同じ特性が得られる。
　図３に示すように、約23Kのカウント値と約13Ｋのカウント値の2つのカウント値が得られる。約23Kのカウント値はペルチェ素子１０の静電容量Ｃｐのみの静電量値と抵抗Ｒの抵抗値で決まる発振周波数ｆをカウントした値である。このカウント値は、指をペルチェ素子１０に近づけない場合に得られる。
　一方約13Ｋのカウント値は、指先を例えば伝熱板１２に接触させた場合に得られる発振周波数ｆをカウントした値である。このように、発振周波数ｆの変化から人体の一部がペルチェ素子１０に接近させた状態から接触するまでの状態を検出することができる。
　なお、ＣＲ発振回路は一般的なものである。静電容量ＣｐとＣｈの合成容量の変化は、非安定マルチバイブレータ、及びリングオシレータと称される他の構成の発振回路で検出するようにしてもよい。
　（温度刺激生成部）
　温度刺激生成部３０は、伝熱板１１，１２の間の静電容量の変化量が閾値を越えた場合にペルチェ素子１０に電流を供給する。
　静電容量の変化量を、例えば図３に示すようにカウント値の変化で検出する場合は、閾値を例えば15K回に設定する。そうすることで、人体の指が例えば伝熱板１２に接触したことを検出することができる。
　温度刺激生成部３０は、人体の指が伝熱板１２に接触したことを検出すると、ペルチェ素子１０に電流を供給する。したがって、本実施形態に係る温度刺激提示装置１００は、温度刺激が必要な場合を検出する部品を必要とすることなく温度刺激を提示することができる。つまり、ペルチェ素子１０によって温度刺激が必要な場合を検出できるので部品点数を削減することができる。
　なお、温度刺激提示装置１００は、指が伝熱板１２に接触する前の状態も検出できる。図３に示すように2つのカウント値の間は傾きを持って変化している。
　この傾きは、指が伝熱板１２に接近するにしたがって、静電容量Ｃｐと静電容量Ｃｈの合成容量が連続的に増加していることを表している。したがってこの変化から、指が伝熱板１２に接触する前の状態を検出することが可能である。
　図３に示す例の場合は、例えばカウント値の閾値を22Kに設定する。そうすることで、指先が伝熱板１２に接触する前の状態を検出することができる。なお、カウント値は、静電容量値の変化量を表している。
　つまり、閾値は、人体の一部が伝熱板１１又は伝熱板１２に接触する前の静電容量の変化量に設定してもよい。これにより、指がペルチェ素子１０に接触する前の状態を検出することができ、温度刺激が提示されるまでの遅延時間を短縮させることができる。
　（温度刺激提示方法）
　図４、本実施形態に係る温度刺激提示装置１００が行う温度刺激提示方法の処理手順を示すフローチャートである。
　人体検出部２０は、ペルチェ素子１０の吸熱板１１又は放熱板１２に人体の一部が接触することを吸熱板１１と放熱板１２の間の静電容量の変化で検出する（ステップＳ１）。静電容量の変化は、例えば上記のように発振周波数ｆをカウントしたカウント値の変化で検出する。
　次に、温度刺激生成部３０は、静電容量の変化量が閾値を越えるか否かを検出する（ステップＳ２）。静電容量の変化量が閾値未満の場合は、静電容量の変化を検出するステップＳ１を繰り返す（ステップＳ２のＮＯ）。
　静電容量の変化量が閾値を越えた場合（ステップＳ２のＹＥＳ）、温度刺激生成部３０はペルチェ素子１０に電流を供給する。電流が供給されたペルチェ素子１０は、放熱板１２を介して人体に例えば冷感刺激を提示する（ステップＳ３）。
　閾値の設定によっては、人体の一部が放熱板１２に接触する前からペルチェ素子１０に電流を供給することも可能である。
　このように本実施形態に係る温度刺激提示方法は、温度刺激提示装置１００が行う温度刺激提示方法であって、ペルチェ素子１０の放熱板１２又は吸熱板１１に人体の一部が接触することを放熱板１２と吸熱板１１の間の静電容量の変化で検出する人体検出ステップＳ１と、静電容量の変化量が閾値を越えた場合（ステップＳ２のＹＥＳ）にペルチェ素子１０に電流を供給する温度刺激生成ステップＳ３とを行う。これにより、少ない消費電力で且つ少ない部品点数で温度刺激を提示することができる。
　以上説明したように本実施形態に係る温度刺激提示装置とその方法によれば、消費電力が小さく且つ部品点数が少ない温度刺激提示装置とその方法を提示することができる。なお、閾値の設定によっては、人体の一部がペルチェ素子１０に接触する前の状態を検出できるので、温度刺激の提示までの遅延時間を短縮することができる。
　人体の一部は、指の例で説明を行ったが本発明はこの例に限定されない。人体の一部は、手の平であってもよいし、足の裏であっても構わない。このように人体の一部は指先に限定されない。
　また、静電容量の変化量は、発振周波数ｆをカウントしたカウント値で検出例を説明したが、カウント値で検出しなくてもよい。ペルチェ素子１０の静電容量Ｃｐと人体の静電容量Ｃｈの合成容量の大きさの変化を測定してもよい。つまり、発振周波数ｆを用いる方法以外の方法で静電容量の変化量を検出しても構わない。
　このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
　本実施形態は、触覚を提示するバーチャル・リアリティ等の分野で幅広い応用が可能である。
１０：ペルチェ素子
１１：放熱板（伝熱板）
１２：吸熱板（伝熱板）
１３：熱電モジュール
２０：人体検出部
３０：温度刺激生成部

Claims (3)

  1. 　ペルチェ素子を用いて温度刺激を提示する温度刺激提示装置であって、
    　前記ペルチェ素子の放熱板又は吸熱板に人体の一部が接触することを前記放熱板と前記吸熱板の間の静電容量の変化で検出する人体検出部と、
    　前記静電容量の変化量が閾値を越えた場合に前記ペルチェ素子に電流を供給する温度刺激生成部と
    　を備える温度刺激提示装置。
  2. 　前記閾値は、人体の一部が前記放熱板又は前記吸熱板に接触する前の前記静電容量の変化量に設定される
    　前記請求項１に記載の温度刺激提示装置。
  3. 　温度刺激提示装置が行う温度刺激提示方法であって、
    　ペルチェ素子の放熱板又は吸熱板に人体の一部が接触することを前記放熱板と前記吸熱板の間の静電容量の変化で検出する人体検出ステップと、
    　前記静電容量の変化量が閾値を越えた場合に前記ペルチェ素子に電流を供給する温度刺激生成ステップと
    　を行う温度刺激提示方法。
     
PCT/JP2020/004748 2020-02-07 2020-02-07 温度刺激提示装置とその方法 WO2021157050A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021575549A JPWO2021157050A1 (ja) 2020-02-07 2020-02-07
US17/795,040 US20230083062A1 (en) 2020-02-07 2020-02-07 Temperature stimulus presentation device and method
PCT/JP2020/004748 WO2021157050A1 (ja) 2020-02-07 2020-02-07 温度刺激提示装置とその方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2020/004748 WO2021157050A1 (ja) 2020-02-07 2020-02-07 温度刺激提示装置とその方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021157050A1 true WO2021157050A1 (ja) 2021-08-12

Family

ID=77200594

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/004748 WO2021157050A1 (ja) 2020-02-07 2020-02-07 温度刺激提示装置とその方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230083062A1 (ja)
JP (1) JPWO2021157050A1 (ja)
WO (1) WO2021157050A1 (ja)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013122750A (ja) * 2011-11-11 2013-06-20 Panasonic Corp 電子機器
JP2019194752A (ja) * 2018-05-01 2019-11-07 アルプスアルパイン株式会社 制御装置、温度覚呈示装置、温度覚呈示システム、制御方法及びプログラム

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012103797A (ja) * 2010-11-08 2012-05-31 Sony Corp 入力装置、座標検出方法及びプログラム

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013122750A (ja) * 2011-11-11 2013-06-20 Panasonic Corp 電子機器
JP2019194752A (ja) * 2018-05-01 2019-11-07 アルプスアルパイン株式会社 制御装置、温度覚呈示装置、温度覚呈示システム、制御方法及びプログラム

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2021157050A1 (ja) 2021-08-12
US20230083062A1 (en) 2023-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102741788B (zh) 具有包括半导体材料的复合剖面的触觉刺激装置
US20160089537A1 (en) High-frequency cosmetic treatment apparatus
TWM375253U (en) Touch panel input device having electric stimulation tactile feedback function
US10732717B2 (en) Tactile sensation presenting device
WO2021157050A1 (ja) 温度刺激提示装置とその方法
US20190296207A1 (en) Tactile device
TWI514196B (zh) 觸覺回饋裝置
US11763647B2 (en) Multimode haptic patch and multimodal haptic feedback interface
Saito et al. Thermal sensation on forehead using electrical stimulation: Thermal sensation using electrical stimulation
WO2018143418A1 (ja) 触覚呈示装置
US20220165642A1 (en) Tactile representation device, display panel and display device
JP6823100B2 (ja) 静電容量検出装置
TWI408579B (zh) 輸入裝置及輸入方法
US10732053B2 (en) Apparatus for measuring temperature of power device using piezoelectric device, apparatus for reducing thermal stress, and method for manufacturing the same
US20230248266A1 (en) Center of gravity control support device and method
WO2021157049A1 (ja) 温度刺激提示装置とその方法
Gao Functional-material-based touch interfaces for multidimensional sensing for interactive displays: a review
US10748392B2 (en) Tactile sensation providing apparatus
Terashima et al. Flexible thermoelectric generator using kirigami-folding structure
KR101593680B1 (ko) 압전 소자를 이용한 전력 소자의 열응력 저감 장치 및 그 제조 방법
JPH10281749A (ja) 位置検出装置
JP2006064412A (ja) 触覚センサ及び触覚センサ応用装置
TWI449889B (zh) 溫度感測裝置及方法
JPH05303433A (ja) サーモモジュールの温度保護回路

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20918052

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021575549

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20918052

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1