特許 6225646 物体認識装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6225646

(24)【登録日】2017年10月20日

(45)【発行日】2017年11月8日

(54)【発明の名称】物体認識装置

(51)【国際特許分類】

   A61F 9/08 20060101AFI20171030BHJP

   A61H 3/06 20060101ALI20171030BHJP

   G01S 15/87 20060101ALI20171030BHJP

   G01S 3/808 20060101ALI20171030BHJP

【ＦＩ】

   A61F9/08 305

   A61H3/06 G

   G01S15/87

   G01S3/808

【請求項の数】9

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-231910(P2013-231910)

(22)【出願日】2013年11月8日

(65)【公開番号】特開2015-92887(P2015-92887A)

(43)【公開日】2015年5月18日

【審査請求日】2016年10月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100116665

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 和昭

(74)【代理人】

【識別番号】100164633

【弁理士】

【氏名又は名称】西田 圭介

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(72)【発明者】

【氏名】中澤 勇祐

(72)【発明者】

【氏名】松田 洋史

(72)【発明者】

【氏名】中西 大介

(72)【発明者】

【氏名】新垣 匠

【審査官】 宮崎 敏長

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１２／１２６３５１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−１４４４８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００５／０４６５４２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｆ ９／０８

Ａ６１Ｈ ３／０６

Ｇ０１Ｓ ３／８０ − Ｇ０１Ｓ ３／８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

センサーユニットと、
前記センサーユニットを備えている装着部と、
制御部と、を有し、
前記センサーユニットには、前記センサーユニットの一面側に超音波を送信し、前記超音波の反射波を受信する超音波素子と、前記センサーユニットの他面側に振動を伝達する振動素子と、が対応する位置関係を有して設けられ、
前記制御部は、前記超音波素子に前記超音波を送信させた後、前記反射波を受信した前記超音波素子から出力された信号に応じて、前記振動素子を駆動させ、
前記センサーユニットの一面側にキャビティが設けられ、他面側に前記キャビティに対応して前記超音波素子または前記振動素子が設けられていることを特徴とする物体認識装置。

【請求項2】

前記センサーユニットには、複数の前記超音波素子が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の物体認識装置。

【請求項3】

複数の前記センサーユニットを有していることを特徴とする請求項１または２に記載の物体認識装置。

【請求項4】

前記装着部は、手袋の形状であり、前記振動素子は、前記手袋の内側に振動を伝達することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の物体認識装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記超音波の送信から前記反射波を受信するまでの時間に応じて前記振動素子を駆動することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の物体認識装置。

【請求項6】

前記制御部は、送信した前記超音波の周波数と、受信した前記反射波の周波数と、を比較した結果に応じて前記振動素子を駆動することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の物体認識装置。

【請求項7】

前記制御部は、送信した前記超音波の振幅と、受信した前記反射波の振幅と、を比較した結果に応じて前記振動素子を駆動することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の物体認識装置。

【請求項8】

前記超音波素子の送信周波数は、２０ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下の範囲であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の物体認識装置。

【請求項9】

前記振動素子の駆動周波数は、１０Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下の範囲であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の物体認識装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、物体認識装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、視覚障害者など視覚の補助を必要とする人に、前方の障害物などの情報を伝達する方法として、使用者の身体に装着した超音波センサーを用いて障害物などを検知し、検知した情報を使用者に伝達する視覚補助装置が知られていた。例えば、特許文献１に記載されているように、超音波送受信部および複数の神経刺激素子を、頭周囲を固定するゴーグル形状の装着器に一体化させた超音波視覚補助装置が開示されている。このような視覚補助装置は、超音波センサーによって障害物を検出し、検知した情報に基づいて神経刺激素子を駆動させることにより、使用者に障害物などの情報が伝達される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２００５／０４５４２号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の物体認識装置（視覚補助装置）は、１つの超音波センサーによって計測された距離に該当する振動素子（神経刺激素子）のみを駆動することにより、使用者にセンサー前方の障害物までの距離などの情報を伝達し、使用者が障害物を避けて通過することを前提としたものであり、近傍の物体を検知し、その物体の存在する方向などの情報を伝達することが困難であった。例えば、使用者が暗闇でコップを掴みたいと思った時、従来技術の物体認識装置では、検知した物体（コップ）の情報を基に、使用者が、自身の手をコップのある位置に誘導することが難しかった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

【0006】

［適用例１］本適用例に係る物体認識装置は、センサーユニットと、前記センサーユニットを備えている装着部と、制御部と、を有し、前記センサーユニットには、前記センサーユニットの一面側に超音波を送信し、前記超音波の反射波を受信する超音波素子と、前記センサーユニットの他面側に振動を伝達する振動素子と、が対応する位置関係を有して設けられ、前記制御部は、前記超音波素子に前記超音波を送信させた後、前記反射波を受信した前記超音波素子から出力された信号に応じて、前記振動素子を駆動させることを特徴とする。

【0007】

本適用例によれば、物体認識装置は、センサーユニットに設けられている超音波素子に超音波を送信させ、その反射波を受信することで、超音波を反射させた物体を検知する超音波センサーとしての機能を有し、物体から反射された反射波を受信した超音波素子からの出力信号に応じて、対応する位置関係にある振動素子を駆動させる。センサーユニットの振動を伝達する面を使用者の身体に接触させて装着することで、物体認識装置は、物体の情報を使用者に伝達することができる。例えば、使用者がセンサーユニットの方向を変えるなどの動作をすることで、身体に伝わる振動の変化を頼りに、物体の存在する方向を認識することができる。したがって、物体の存在方向を伝達することが可能な物体認識装置を提供することができる。

【0008】

［適用例２］上記適用例に記載の物体認識装置において、前記センサーユニットには、複数の前記超音波素子が設けられていることが好ましい。

【0009】

本適用例によれば、物体認識装置は、物体からの反射波を受信した複数の超音波素子からの出力信号に応じて、各超音波素子と対応する位置関係にある振動素子を駆動させる。これにより、物体認識装置を装着した使用者は、各々の振動素子間の振動の違いから、物体の存在する方向などを認識することができる。

【0010】

［適用例３］上記適用例に記載の物体認識装置において、複数の前記センサーユニットを有していることが好ましい。

【0011】

本適用例によれば、物体認識装置は、物体からの反射波を受信した複数のセンサーユニットに配置された超音波素子からの出力信号に応じて、各超音波素子と対応する位置関係にある振動素子を駆動させる。これにより、複数のセンサーユニットを装着した使用者は、各々のセンサーユニット間の振動の違いから、物体の存在する方向などを認識することができる。

【0012】

［適用例４］上記適用例に記載の物体認識装置において、前記装着部は、手袋の形状であり、前記振動素子は、前記手袋の内側に振動を伝達することが好ましい。

【0013】

本適用例によれば、例えば、使用者が、各指部にセンサーユニットを配置した手袋を手に装着し、物体の存在する空間に手をかざすことで、物体認識装置は、各指部に配置されたセンサーユニットごとに、反射波を受信した超音波素子からの出力信号に応じて、各超音波素子と対応する位置関係にある振動素子を駆動させる。これにより、使用者は、各指に伝わる振動の違いから、物体の存在する方向などを認識することができる。

【0014】

［適用例５］上記適用例に記載の物体認識装置において、前記制御部は、前記超音波の送信から前記反射波を受信するまでの時間に応じて前記振動素子を駆動することが好ましい。

【0015】

本適用例によれば、超音波が超音波素子から送信され、物体で反射された反射波が超音波素子で受信された時間により、超音波素子から物体までの距離を算出することができる。制御部が、算出された物体までの距離に応じて、例えば、振幅や振動パターン（間欠時間）などを変えて振動素子を駆動させることで、使用者は物体に近づいているのか遠ざかっているのかを認識することができる。また、複数の超音波素子とこれらの超音波素子に対応する振動素子とを備えている物体認識装置であれば、使用者は各振動素子の駆動の違いにより、物体の存在する方向を認識することができる。

【0016】

［適用例６］上記適用例に記載の物体認識装置において、前記制御部は、送信した前記超音波の周波数と、受信した前記反射波の周波数と、を比較した結果に応じて前記振動素子を駆動することが好ましい。

【0017】

本適用例によれば、移動している物体で反射される反射波は、ドップラー効果により超音波の周波数が変化する。超音波素子から送信された超音波の周波数と、物体で反射され超音波素子で受信された反射波の周波数の差または比に応じて、制御部が、例えば、振幅や振動パターン（間欠時間）などを変えて振動素子を駆動させることで、使用者は物体が移動しているのか静止しているのかを認識することができる。

【0018】

［適用例７］上記適用例に記載の物体認識装置において、前記制御部は、送信した前記超音波の振幅と、受信した前記反射波の振幅と、を比較した結果に応じて前記振動素子を駆動することが好ましい。

【0019】

本適用例によれば、物体で反射される反射波は、物体の材質（硬度）により超音波の振幅が変化する。超音波素子から送信された超音波の振幅と、物体で反射され超音波素子で受信された反射波の振幅の差または比に応じて、制御部が、例えば、振幅や振動パターン（間欠時間）などを変えて振動素子を駆動させることで、使用者は物体の材質を認識することができる。

【0020】

［適用例８］上記適用例に記載の物体認識装置において、前記センサーユニットの一面側にキャビティが設けられ、他面側に前記キャビティに対応して前記超音波素子または前記振動素子が設けられていることが好ましい。

【0021】

本適用例によれば、センサーユニットには、基板の一面側にキャビティが設けられ、他面側にキャビティに対応して超音波素子または振動素子が設けられ、超音波素子は一面側に超音波を送受信し、振動素子は他面側に振動を伝える。超音波素子と振動素子とを同一面に設けることで、同一の製造工程で形成することができるため、センサーユニットの製造を容易に行うことができる。

【0022】

［適用例９］上記適用例に記載の物体認識装置において、前記超音波素子の送信周波数は、２０ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下の範囲であることが好ましい。

【0023】

本適用例によれば、超音波の送信周波数が２０ｋＨｚ以上であれば、人間の耳には音として聞こえない領域であり、使用者に不快感を与えない。超音波の送信周波数が１ＭＨｚ以下であれば、超音波の伝搬による減衰が低く抑えられ、反射波の音圧を大きく保てるため、物体の認識精度を向上させることができる。

【0024】

［適用例１０］上記適用例に記載の物体認識装置において、前記振動素子の駆動周波数は、１０Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下の範囲であることが好ましい。

【0025】

本適用例によれば、振動素子の駆動周波数が１０Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下であれば、人間が刺激として感知しやすい。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】実施形態に係る物体認識装置の構成を示す概略図。

【図2】図１におけるＡ部の拡大図。

【図3】図２におけるＢ−Ｂ線での断面図。

【図4】物体認識装置の電気制御ブロック図。

【図5】物体認識方法を示すフローチャート図。

【図6】変形例に係る物体認識装置の図２におけるＢ−Ｂ線での断面図。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせている。

【0028】

（実施形態）
図１は、実施形態に係る物体認識装置１の構成を示す概略図である。図２は、図１におけるＡ部の拡大図である。
まず、物体認識装置１の概略構成について、図１と図２とを用いて説明する。

【0029】

図１に示すように、物体認識装置１は、手袋形状の装着部１３に複数のセンサーユニット１１と制御部５０とを備えて構成されている。図１（ａ）は、使用者が物体認識装置１の装着部１３に右手１７を挿入した右手の平側を示した概略図であり、図１（ｂ）は、右手の甲側を示した概略図である。
図１（ａ）に示すように、本実施形態では、第一指には２個の、第二指から第五指までには各３個のセンサーユニット１１が、装着部１３の内側に設けられている。また、図１（ｂ）に示すように、制御部５０が手の甲側の手首に設けられている。各センサーユニット１１と制御部５０とは、手袋形状の装着部１３内の配線（図示せず）により電気的に接続されている。なお、センサーユニット１１の数量および設置場所、ならびに制御部５０の設置場所は、一例であり、これに限定されるものではない。

【0030】

図２は、図１におけるＡ部の拡大図である。図２に示すように、センサーユニット１１が、装着部１３の内側に配置されている。センサーユニット１１には、一面側（手袋形状の装着部１３の外側）に超音波を送信し、超音波の反射波を受信する超音波素子２１と、他面側（装着部１３の内側（指側））に振動を伝達する振動素子２３と、が対応する位置関係を有して設けられている。本実施形態では、センサーユニット１１に、超音波素子２１と振動素子２３とが１対１で対応する素子組２５が、２行１列の二組で設けられている。なお、振動素子２３は、音波（空気振動）を利用して指に刺激を与えるようにしてもよい。素子組２５は、超音波素子２１と振動素子２３とが１対１で対応するものとして説明したが、１つの超音波素子と複数の振動素子２３とを１対ｎ（ｎ＝２、３、４、・・・）で対応させてもよい。センサーユニット１１に配置される素子組２５の数量は、これに限定されるものではなく、一組でもよいし、複数組が行列で設けられていてもよい。また、本実施形態では、超音波は、１つの超音波素子２１で、送受信するものと説明したが、超音波素子２１は、送信用超音波素子と受信用超音波素子とで構成してもよい。

【0031】

次に、センサーユニット１１の構成について説明する。
図３は、図２のＢ−Ｂ線における断面図である。図３では、説明の便宜上、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示しており、その図示した矢印の先端側を「＋側」、基端側を「−側」としている。また、以下では、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」と言い、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」と言い、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」と言う。
図３に示すように、センサーユニット１１は、手袋状の装着部１３と使用者の右手（第二指）１７との間に設けられている。センサーユニット１１は、基板３１と、基板３１の−Ｚ軸方向に形成されている支持膜３２と、支持膜３２の−Ｚ軸方向に形成されている圧電体３６とにより構成されている。そして、基板３１と支持膜３２と圧電体３６とは、保護膜３８により覆われている。保護膜３８には、例えば、シリコーン樹脂膜を用いることができる。

【0032】

基板３１は、例えば、微細加工の容易なシリコン（Ｓｉ）を主成分とする材料が用いられている。基板３１には、超音波素子２１と振動素子２３とを形成する圧電体３６と重なる位置にキャビティ４１が形成されている。このキャビティ４１は、＋Ｚ軸方向からの平面視において円形状に形成されていることが好ましい。これにより、キャビティ４１の内側の支持膜３２であるメンブレン４３において、メンブレン４３の中心点からキャビティ４１の淵までの距離が同一となるため、メンブレン４３を均等に撓ませることができる。

【0033】

支持膜３２は、基板３１上で、キャビティ４１を閉塞する状態に成膜されている。この支持膜３２は、例えばＳｉＯ₂層とＺｒＯ₂層との２層構造により構成されている。基板３１がＳｉ基板である場合、ＳｉＯ₂層は、Ｓｉ基板を熱酸化処理することにより基板表面に形成される。また、ＺｒＯ₂層は、ＳｉＯ₂層上に例えばスパッタリングなどの手法によりＺｒ層を形成した後、熱酸化することで形成される。ここで、ＺｒＯ₂層は、圧電体３６の圧電層３４として例えば、ＰＺＴを用いる場合、ＰＺＴを構成するＰｂがＳｉＯ₂層に拡散することを防止するための層である。また、ＺｒＯ₂層は、圧電層３４の歪みに対するメンブレン４３の撓み効率およびメンブレン４３の撓みに対する圧電層３４の歪み効率を向上させるなどの効果もある。

【0034】

圧電体３６は、支持膜３２上に、下部電極層３３と、上部電極層３５と、下部電極層３３と上部電極層３５とに挟まれた圧電層３４と、により構成されている。＋Ｚ軸方向からの平面視において、この圧電体３６の中心と、メンブレン４３の中心とは、重なる位置に配置されている。下部電極層３３および上部電極層３５としては、導電性を有する導電膜であれば、その素材は限定されない。本実施形態では、例えば、下部電極層３３としてTi／Ir／Pt／Tiの積層構造膜が用いられ、上部電極層３５として、Ｉｒ膜が用いられている。また、圧電層３４は、ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛：lead zirconate titanate）を膜状に成膜することで形成されている。なお、圧電層３４は、下部電極層３３および上部電極層３５に挟まれて配置され、これらの電極から電圧が印加された際に伸縮するものであれば、特に限定されず、例えば、水晶（SiO₂)、ニオブ酸リチウム（LiNbO₃)、チタン酸バリウム（BaTiO₃)、チタン酸鉛（PbTiO₃)、メタニオブ酸鉛（PbNb₂O₆)、酸化亜鉛(ZnO)の他、ＰＶＤＦ（PolyVinylidene DiFluoride）などの高分子圧電膜を用いてもよい。
また、下部電極層３３および上部電極層３５には、電圧印加用の配線パターン（図示せず）が接続されている。これらの配線パターンは、例えば基板３１上に、下部電極層３３や上部電極層３５の形成時に同時にパターニング形成することもできる。これらの配線パターンは、例えば基板３１の外周部に形成される端子部（図示せず）に接続され、この端子部を介して制御部５０（図１（ｂ））に接続されている。

【0035】

本実施形態では、センサーユニットの一面側（手袋形状の装着部１３の外側）にキャビティ４１が設けられ、他面側（装着部１３の内側（指側））に超音波素子２１と振動素子２３とが設けられている。これにより、キャビティ４１や圧電体３６を形成するための、スパッタ法、フォトリソグラフィー法やエッチング法などの一括処理を効率よく実施できる。

【0036】

次に、超音波素子２１からの超音波送信方法について説明する。
圧電体３６の圧電層３４が−Ｚ軸方向に分極処理されている場合、下部電極層３３に−（マイナス）の電位を、上部電極層３５に＋（プラス）の電位を印加すると、逆圧電効果により、圧電層３４はＸＹ平面の径方向に伸長する。圧電体３６の一面側はメンブレン４３に固定されているため、メンブレン４３は−Ｚ方向に撓む。逆に、下部電極層３３に＋（プラス）の電位を、上部電極層３５に−（マイナス）の電位を印加すると、圧電層３４はＸＹ平面の径方向に収縮する。圧電体３６の一面側はメンブレン４３に固定されているため、メンブレン４３は＋Ｚ方向に撓む。
したがって、超音波素子２１の下部電極層３３と上部電極層３５とに、交流電圧を印加することで、撓み運動は連続となり、その周波数や電圧に応じた超音波が超音波素子２１から送信される。

【0037】

振動素子２３の駆動方法について説明する。
振動素子２３は、上述の超音波素子２１と同じ動作原理により、振動素子２３の下部電極層３３に−（マイナス）の電位を、上部電極層３５に＋（プラス）の電位を断続して印加することで、使用者の右手（第二指）１７に振動が伝達される。なお、交流電圧を印加することでも振動を伝達することができる。

【0038】

超音波素子２１での超音波の受信方法について説明する。
超音波素子２１のメンブレン４３が−Ｚ方向に撓むと、圧電体３６の一面側はメンブレン４３に固定されているため、圧電層３４はＸＹ平面の径方向に伸長する。この時、圧電体３６の圧電効果により、下部電極層３３に−（マイナス）の電位が、上部電極層３５に＋（プラス）の電位が生じる。逆に、メンブレン４３が＋Ｚ方向に撓むと、圧電層３４はＸＹ平面の径方向に収縮し、下部電極層３３に＋（プラス）の電位が、上部電極層３５に−（マイナス）の電位が生じる。
したがって、超音波素子２１に超音波の音圧が加わると、その超音波の周波数や振幅に応じた電圧が超音波素子２１から出力される。

【0039】

次に、物体認識装置の電気的構成について説明する。図４は、物体認識装置の電気制御ブロック図である。
図４に示すように、物体認識装置１は、制御部５０と、複数のセンサーユニット１１（＃１〜＃ｎ）を備えている。センサーユニット１１には、超音波素子２１と振動素子２３とが１対１で対応している複数の素子組２５が備えられている。センサーユニット１１と、センサーユニット１１に備えられている素子組２５との数量は、特に限定されないが、本実施形態では、各２個の素子組２５の備えられたセンサーユニット１１が、１４個備えられている。制御部５０は、ＣＰＵ５１と、メモリー５５と、超音波送信部５２と、各素子組２５に対応した超音波受信部５３と駆動信号生成部５４と、で構成されている。ＣＰＵ５１は、物体認識装置１全体の制御を行うための演算処理装置である。メモリー５５は、ＣＰＵ５１のプログラムを格納する領域や作業領域等を確保するためのものである。超音波送信部５２は、各超音波素子２１に電圧を印加し超音波を送信させるものである。超音波受信部５３は、各超音波素子２１に超音波を送信させた後に、その超音波の反射波を受信した各超音波素子２１から出力された信号の信号処理を行うものである。駆動信号生成部５４は、各超音波素子２１から出力された信号に応じて、対応する振動素子２３を駆動させるものである。なお、素子組は、１つの超音波素子２１と複数の振動素子２３とを１対ｎ（ｎ＝２、３、４、・・・）で対応させてもよい。

【0040】

図５は、物体認識装置１の物体認識方法を示すフローチャートである。次に、使用者が、手袋形状の物体認識装置１を右手に装着して、物体を認識し捕捉する方法について図１、図４および図５を用いて説明する。

【0041】

まず、ステップＳ１では、超音波素子２１から超音波を送信する。制御部５０は、超音波送信部５２から超音波素子２１に交流電圧を印加して、各超音波素子２１から超音波を同時に送信させる。超音波素子２１は、後述する超音波の反射波を受信する機能も有しているため、超音波（反射波）の送受信を時分割で行う。この時、超音波素子２１から送信される超音波の送信周波数は、２０ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下の範囲であることが好ましい。超音波の送信周波数が２０ｋＨｚ以上であれば、人間の耳には音として聞こえない領域であり、使用者に不快感を与えない。また、超音波の送信周波数が１ＭＨｚ以下であれば、超音波の伝搬による減衰が低く抑えられ、反射波の音圧を大きく保てるため、物体の認識精度を向上させることができる。

【0042】

ステップＳ２では、反射波を超音波素子２１で受信する。ステップＳ１で送信された超音波が物体に当たることで生じた反射波の音圧が、超音波素子２１に加わると、その反射波の周波数や振幅に応じた電圧が超音波素子２１から出力信号として各超音波受信部５３に出力される。制御部５０は、各超音波受信部５３にアナログデジタル変換などの信号処理を行わせる。

【0043】

ステップＳ３では、物体までの距離を算出する。制御部５０は、ＣＰＵ５１に各超音波素子２１から超音波を送信し、物体で反射された反射波を各超音波素子２１で受信した時間から、超音波素子２１から物体までの距離を算出させる。超音波は音であるから常温の空気中を約３４０ｍ／ｓという速度で伝播する。したがって、音は１ｃｍの距離を約２８μｓｅｃだけの時間をかけて進む。すなわち超音波を発射してから物体に反射して戻ってくるまでに要した時間を測定すれば、超音波素子２１から物体までの距離を算出することができる。

【0044】

ステップＳ４では、振動素子２３を駆動させる。制御部５０は、ステップＳ３で算出された物体までの距離（超音波の送受信に要した時間）に応じて、各超音波素子２１と対応する振動素子２３に駆動信号生成部５４から電圧を印加することで、振動素子２３を駆動させる。距離に応じた駆動としては、振動の周波数や振幅、振動パターン（間欠時間）を変化させるなどの方法がある。このとき、振動素子２３を駆動させる駆動周波数は、１０Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下の範囲であることが望ましい。振動素子２３の駆動周波数が１０Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下であれば、人間が刺激として感知しやすい。

【0045】

ステップＳ５では、使用者が物体との距離を縮める。使用者は、物体までの距離に応じた振動素子２３の振動により物体の存在する方向を認識することができる。詳しくは、物体認識装置１を右手に装着し、右手の平の第五指の前方に物体が位置している場合、第五指と物体との距離と、第一指と物体との距離と、は異なるため、各々指に備えられている振動素子２３から伝わる振動も異なる。使用者は、各指に伝わる振動の違いにより、物体の存在する方向を認識することができる。これにより、使用者は、物体との距離を縮めることができる。

【0046】

ステップＳ６では、ステップＳ５で使用者が物体との距離を縮めた結果、物体と接触が可能かを判断する。接触が不可能な場合（Ｓ６：Ｎｏ）には、ステップＳ１へ戻り、ステップＳ１からステップＳ６を繰り返す。接触が可能な場合（Ｓ６：Ｙｓｅ）には、物体の認識および捕捉を終了する。

【0047】

なお、本実施形態では、超音波素子２１から物体までの距離に応じて、各振動素子２３を駆動させるものとして説明したが、これに加えて、送信した超音波の周波数と、受信した反射波の周波数とを比較した結果に応じて、振動素子２３を駆動させるようにしてもよい。移動している物体で反射された反射波（超音波）は、ドップラー効果により超音波の周波数が変化する。制御部５０は、各超音波素子２１から送信した超音波の周波数と、物体で反射され各超音波素子２１で受信した反射波の周波数との差または比に応じて、各超音波素子２１と対応する振動素子２３に駆動信号生成部５４から電圧を印加することで、振動素子２３を駆動させる。周波数の差または比に応じた振動素子２３の駆動としては、振動の周波数や振幅、振動パターン（間欠時間）を変化させるなどの方法がある。これにより、使用者は物体が移動しているのか静止しているのか、物体の移動方向などを認識することができる。

【0048】

また、送信した超音波の振幅と、受信した反射波の振幅とを比較した結果に応じて、振動素子２３を駆動させるようにしてもよい。物体で反射された反射波（超音波）は、物体の材質（硬度）により超音波の振幅が変化する。制御部５０は、各超音波素子２１から送信した超音波の振幅と、物体で反射され各超音波素子２１で受信した反射波の振幅との差または比に応じて、各超音波素子２１と対応する振動素子２３に駆動信号生成部５４から電圧を印加することで、振動素子２３を駆動させる。振幅の差または比に応じた振動素子２３の駆動としては、振動の周波数や振幅、振動パターン（間欠時間）を変化させるなどの方法がある。これにより、使用者は物体が移動しているのか静止しているのか、物体の移動方向などを認識することができる。送受信した超音波の振幅の変化量に応じて各振動素子２３を駆動させるようにしてもよい。物体で反射される反射波は、物体の材質（硬度）により超音波の振幅が変化する。制御部５０は、各超音波素子２１の送受信した超音波の振幅変化に応じて、各超音波素子２１と対応する振動素子２３に駆動信号生成部５４から電圧を印加することで、振動素子２３を駆動させる。距離に応じた駆動としては、振動の周波数や振幅、振動パターン（間欠時間）を変化させるなどの方法がある。これにより、使用者は物体の材質を認識することができる。

【0049】

以上述べたように、本実施形態に係る物体認識装置１によれば、以下の効果を得ることができる。物体認識装置１は、手袋状の装着部１３に、複数の素子組２５を有する複数のセンサーユニット１１を備えている。物体認識装置１は、各超音波素子２１から超音波を送信し、物体で反射された反射波（超音波）の受信に要した時間に応じて、これと対応する振動素子２３を駆動させ、振動を使用者の５本の指に伝達する。使用者は、各指に伝わる振動の違いにより、物体の存在する方向を認識することができる。したがって、物体の存在方向を伝達することが可能な物体認識装置１を提供することができる。

【0050】

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。

【0051】

（変形例）
図６は、変形例に係る物体認識装置の図２におけるＢ−Ｂ線での断面図である。
上記実施形態では、図３のように、センサーユニット１１の一面側にキャビティ４１が設けられ、他面側に超音波素子２１と振動素子２３とが設けられているものとして説明したが、この構成に限定するものではない。
以下、変形例に係る物体認識装置２について説明する。なお、実施形態と同一の構成部位については、同一の番号を附し、重複する説明は省略する。

【0052】

図６に示すように、センサーユニット１１ａは、超音波素子２１が形成されている第１基板３１ａおよび振動素子２３が形成されている第２基板３１ｂなどにより構成されている。第１基板３１ａには、キャビティ４１ａの開口を覆う補強板７１ａが形成されている。第２基板３１ｂには、キャビティ４１ｂの開口を覆う補強板７１ｂが形成されている。そして、補強板７１ａと補強板７１ｂとは、接着剤層７２を介して接合されている。さらに、支持膜３２と圧電体３６とは、保護膜３８で覆われている。補強板７１ａ，７１ｂは、例えば、Ｓｉ基板で形成することができる。接着剤層７２の材料は、特に限定されないが、エポキシやシリコーンなどの樹脂を用いることができる。これにより、センサーユニット１１ａの一面側に超音波を送信し、超音波の反射波を受信する超音波素子２１と、センサーユニット１１ａの他面側に振動を伝達する振動素子２３とを備えたセンサーユニット１１ａを構成することができる。

【0053】

以上述べたように、本変形例に係る物体認識装置２によれば、実施形態での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
物体認識装置２（図１）に備えられているセンサーユニット１１ａ（図２、図６）は、超音波素子２１と振動素子２３とが、独立した基板（第１基板３１ａ、第２基板３１ｂ）で形成され、補強板７１ａ，７１ｂで補強され、さらに補強板７１ａと補強板７１ｂとが接合されている。これにより、センサーユニットの強度が増すため、信頼性が向上した物体認識装置２を提供することができる。

【符号の説明】

【0054】

１…物体認識装置、２…物体認識装置、１１，１１ａ…センサーユニット、１３…装着部、１７…右手（第二指）、２１…超音波素子、２３…振動素子、２５…素子組、３１…基板、３１ａ…第１基板、３１ｂ…第２基板、３２…支持膜、３３…下部電極層、３４…圧電層、３５…上部電極層、３６…圧電体、３８…保護膜、４１，４１ａ，４１ｂ…キャビティ、４３…メンブレン、５０…制御部、５１…ＣＰＵ、５２…超音波送信部、５３…超音波受信部、５４…駆動信号生成部、５５…メモリー、７１ａ，７１ｂ…補強板、７２…接着剤層。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】