特開 2023-173107 触覚提示装置、触覚提示方法、触覚提示プログラム、および、電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023173107

(43)【公開日】2023-12-07

(54)【発明の名称】触覚提示装置、触覚提示方法、触覚提示プログラム、および、電子機器

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/01 20060101AFI20231130BHJP

   G09B 21/00 20060101ALI20231130BHJP

【ＦＩ】

G06F3/01 560

G09B21/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】18

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022085120

(22)【出願日】2022-05-25

(71)【出願人】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100133514

【弁理士】

【氏名又は名称】寺山 啓進

(72)【発明者】

【氏名】内貴 崇

【テーマコード（参考）】

5E555

【Ｆターム（参考）】

5E555AA80

5E555BA01

5E555BB01

5E555BC01

5E555BE08

5E555CA42

5E555CB19

5E555CB23

5E555DA24

5E555EA04

5E555FA00

(57)【要約】      （修正有）

【課題】視覚や聴覚で周囲の状況を伝えることが難しい場合であっても、周囲の状況を直感的に触覚で把握することができる、触覚提示装置、触覚提示方法及び触覚提示プログラムを提供する。
【解決手段】触覚提示装置１００は、対象物の状態として、位置、方向、距離、速度、加速度及び緊急性のうち少なくとも一つに関する対象物情報を取得する対象物情報取得部１１２と、対象物情報取得部１１２により取得された対象物情報に基づいて、対象物の状態を疑似的に触刺激として提示する触刺激提示部１０２と、を備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物の状態として、位置、方向、距離、速度、加速度、および、緊急性のうち少なくとも一つに関する対象物情報を取得する対象物情報取得部と、
前記対象物情報に基づいて、前記対象物の状態を疑似的に、触刺激として提示する触刺激提示部と、
を備えた触覚提示装置。

【請求項2】

前記触刺激提示部は、アレイ状、面状または線状に配置された、振動または圧力を提示する触覚素子を制御することにより、前記対象物の状態を疑似的に、振動感覚または圧覚の触刺激として提示する、
請求項１に記載の触覚提示装置。

【請求項3】

前記触刺激提示部は、前記触覚素子を制御する位置により、前記対象物の方向または距離を疑似的に提示する、
請求項２に記載の触覚提示装置。

【請求項4】

前記触刺激提示部は、前記触覚素子を制御する強度により、前記対象物の距離、緊急度、相対速度を疑似的に提示する、
請求項２に記載の触覚提示装置。

【請求項5】

前記触刺激提示部は、前記触覚素子を制御する頻度により、前記対象物の距離、緊急度、相対速度を疑似的に提示する、
請求項２に記載の触覚提示装置。

【請求項6】

前記触刺激提示部は、前記触覚素子の制御位置を移動させることにより、距離、緊急度、相対速度を疑似的に提示する、
請求項２に記載の触覚提示装置。

【請求項7】

請求項３乃至６に記載のいずれか一つの触覚提示装置の前記触刺激提示部のうち少なくとも二つを組み合わせた、触覚提示装置。

【請求項8】

前記触刺激提示部は、前記触覚素子が配置されたアレイまたは面もしくは線において、疑似的な利用者の位置を示す原点を設定し、利用者の位置に対する対象物の状態を、当該原点に対する相対的な制御位置として提示する、
請求項２に記載の触覚提示装置。

【請求項9】

前記触刺激提示部は、緊急性を提示するために、非緊急時よりも多くの前記触覚素子を制御する、
請求項２に記載の触覚提示装置。

【請求項10】

前記触覚素子の振動体の一単位は、圧電体の単体構造またはアレイ構造を有する、
請求項２に記載の触覚提示装置。

【請求項11】

前記触刺激提示部は、前記触覚素子の振動体を、非触刺激提示時に振動オフとし触刺激提示時に振動オンとする制御、あるいは、非触刺激提示時に振動オンとし触刺激提示時に振動オフとする制御を行う、
請求項２に記載の触覚提示装置。

【請求項12】

前記触覚素子は、電磁ソレノイドを用いた可動突起部である、
請求項２に記載の触覚提示装置。

【請求項13】

前記触刺激提示部は、前記可動突起部を、非触刺激提示時に引き込みとし触刺激提示時に突出とする制御、あるいは、非触刺激提示時に突出とし触刺激提示時に引き込みとする制御を行う、
請求項１２に記載の触覚提示装置。

【請求項14】

前記触刺激提示部は、前記アレイ構造の振動時に、周囲部よりも中心部の振動波形の位相を遅らせることで、中心部に発出する超音波を集中させるように制御する、
請求項１０に記載の触覚提示装置。

【請求項15】

前記触刺激提示部は、駆動波の位相関係を調整することで、超音波を集中させる場所を移動させる、
請求項１に記載の触覚提示装置。

【請求項16】

対象物の状態として、位置、方向、距離、速度、加速度、および、緊急性のうち少なくとも一つに関する対象物情報を取得するステップと、
前記対象物情報に基づいて、前記対象物の状態を疑似的に、触刺激として提示するステップと、
を含む触覚提示方法。

【請求項17】

対象物の状態として、位置、方向、距離、速度、加速度、および、緊急性のうち少なくとも一つに関する対象物情報を取得するステップと、
前記対象物情報に基づいて、前記対象物の状態を疑似的に、触刺激として提示するステップと、
をコンピュータに実行させるための触覚提示プログラム。

【請求項18】

請求項１乃至６及び請求項８乃至１５のいずれか一つに記載の触覚提示装置を搭載する電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本実施形態は、触覚提示装置、触覚提示方法、触覚提示プログラムおよび、電子機器に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、物体の存在などの周囲の状況を、利用者に音声または触覚で提示するデバイスが開発されている。

【0003】

例えば、非特許文献１には、計算機がセンサからの計測値を分析して、周囲の状況を推定し、推定結果を利用者に音声または触覚で伝達する電子白杖システムが開示されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】村上満佳子、他「視覚障害者のための状況推定を導入した電子白杖の構築」、システム制御情報学会論文誌,Vol.16, No.6, pp.287-294, 2003 ＜URL: https://www.jstage.jst.go.jp/article/iscie1988/16/6/16_6_287/_pdf/-char/ja＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、非特許文献１などの従来技術において、周囲の状況を音声で提示する場合、外来ノイズ音が気になる環境や、他の音が競合する等により音情報が欠落することを嫌う使用環境や、利用者の耳が不自由な場合などにおいて、利用することが難しいという課題がある。

【0006】

一方、非特許文献１などの従来技術において、周囲の状況を触覚で提示する場合、触覚の提示方法が直感的ではなく、周囲の状況を把握しにくいという課題がある。例えば、非特許文献１では、壁の存在を伝える振動子aと、階段の存在を伝える振動子bと、段差の存在を伝える振動子cを電子白杖のグリップ周囲に配置しているが、利用者は即時的に物体の位置関係などを直感的に把握しにくいという問題がある。

【0007】

本実施形態は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、視覚や聴覚で周囲の状況を伝えることが難しい場合であっても、周囲の状況を直感的に触覚で把握することができる、触覚提示装置、触覚提示方法、および、触覚提示プログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本実施形態の一態様は、対象物の状態として、位置、方向、距離、速度、加速度、および、緊急性のうち少なくとも一つに関する対象物情報を取得する対象物情報取得部と、前記対象物情報に基づいて、前記対象物の状態を疑似的に、触刺激として提示する触刺激提示部と、を備えた触覚提示装置である。

【0009】

本実施形態の一態様は、対象物の状態として、位置、方向、距離、速度、加速度、および、緊急性のうち少なくとも一つに関する対象物情報を取得するステップと、前記対象物情報に基づいて、前記対象物の状態を疑似的に、触刺激として提示するステップと、を含む触覚提示方法である。

【0010】

本実施形態の一態様は、対象物の状態として、位置、方向、距離、速度、加速度、および、緊急性のうち少なくとも一つに関する対象物情報を取得するステップと、前記対象物情報に基づいて、前記対象物の状態を疑似的に、触刺激として提示するステップと、をコンピュータに実行させるための触覚提示プログラムである。

【0011】

本実施形態の一態様は、上記触覚提示装置を搭載する電子機器である。

【発明の効果】

【0012】

本実施形態によれば、視覚や聴覚で周囲の状況を伝えることが難しい場合であっても、周囲の状況を直感的に触覚で把握することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、図１は、本実施形態にかかる触覚提示装置１００を含む触覚提示システムの構成の一例を示すブロック図である。

【図2】図２は、本実施形態を白杖に適用した例を示す図である。

【図3】図３は、本実施形態を白杖に適用した例を示す図である。

【図4】図４は、本実施形態を白杖に適用した例を示す図である。

【図5】図５は、触覚素子１１４が配置された面を示す図である。

【図6】図６は、図５よりも更に広範囲に触覚素子１１４を配置した例を示す図である。

【図7】図７は、本実施形態を車両の運転座席のシート面に適用した図である。

【図8】図８は、本実施形態のトランスデューサ１を示す平面図である。

【図9】図９は、本実施形態のトランスデューサ１を示す断面図である。

【図10】図１０は、トランスデューサ１の基板１０の主表面１１における振動膜１２の配置を示す平面図である。

【図11】図１１は、触覚素子１１４として、電磁ソレノイドを用いた可動突起部を示す図である。

【図12】図１２は、本実施形態の触覚提示装置１００における触覚提示処理の一例を示すフローチャートである。

【図13】図１３は、対象物の状態に応じた触刺激のパターンの例を示す図である。

【図14】図１４は、図１３で示した振動期間中の一つの振動刺激区間（図１４の二段目の矩形）における、振動の態様を示す図である。

【図15】図１５は、図１３で示した振動期間中の一つの振動刺激区間（図１４の二段目の矩形）における、振動の態様を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

次に、図面を参照して、本実施形態について説明する。以下に説明する図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各構成部品の厚みと平面寸法との関係等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

【0015】

また、以下に示す実施形態は、技術的思想を具体化するために例示するものであって、各構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものではない。実施形態は、特許請求の範囲に規定された構成に基づいて、種々の変更を加えることができる。

【0016】

以下、まず、本実施形態の構成について説明し、その後、本実施の形態の処理等について詳細に説明する。ここで、図１は、本実施形態にかかる触覚提示装置１００を含む触覚提示システムの構成の一例を示すブロック図であり、該構成のうち本実施形態に関係する部分のみを概念的に示している。

【0017】

［触覚提示装置の構成］
図１に示すように、本実施形態にかかる触覚提示装置１００を含む触覚提示システムは、対象物情報取得部１１２と、触刺激提示部１０２と、触覚素子１１４を、有線または無線にて接続して構成される。換言すれば、触覚提示装置１００は、少なくとも、対象物情報取得部１１２と、触刺激提示部１０２を備える。なお、各部は、任意の通信路を介して通信可能に接続される構成となっていてもよい。

【0018】

このうち、対象物情報取得部１１２は、対象物の状態として、位置、方向、距離、速度、加速度、および、緊急性のうち少なくとも一つに関する対象物情報を取得する。例えば、対象物情報取得部１１２は、対象物の位置、方向、距離、速度、および、加速度のうち少なくとも一つを検出（センシング）することにより対象物情報を取得するセンサ等（例：３Ｄカメラ、LiDAR（light detection and ranging））であってもよい。また、対象物情報取得部１１２は、任意の通信路を介して、対象物情報を取得してもよい。例えば、対象物情報取得部１１２は、車両に備えられた障害物検出システム等の外部システムから、有線または無線により、対象物情報を取得してもよい。

【0019】

また、対象物情報取得部１１２は、対象物の緊急性に関する対象物情報を、対象物の位置、方向、距離、速度、加速度のうち少なくとも一つから判定することにより、取得してもよい。例えば、対象物情報取得部１１２は、対象物の位置や距離が閾値の範囲以内であること、対象物の移動方向が利用者に向かっていること、対象物の速度や加速度が閾値以上であること等により、緊急性を判定してもよい。または、対象物情報取得部１１２は、車両に備えられた障害物検出システム等の外部システムから、緊急性に関する対象物情報を取得してもよい。なお、対象物の速度や加速度は、絶対速度や絶対加速度に限らず、利用者が移動中の場合などにおいて、相対速度や相対加速度であってもよい。

【0020】

また、触刺激提示部１０２は、対象物情報取得部１１２により取得された対象物情報に基づいて、対象物の状態を疑似的に、触刺激として提示する。すなわち、触刺激提示部１０２は、対象物の位置や、方向、距離、速度、加速度、緊急性などを、触覚の刺激でシミュレートして、利用者に提示する。本実施形態の一形態において、触覚の刺激が提示される面には、アレイ状、面状または線状に配置された、振動または圧力（電気刺激を含む）を提示する触覚素子１１４が備えられている。触刺激提示部１０２は、触覚素子１１４を的確に制御することにより、利用者の皮膚面の複数の触覚受容体を刺激して、対象物の位置や、方向、距離、速度、加速度、緊急性などを直感的に伝達する。

【0021】

例えば、触刺激提示部１０２は、触覚素子１１４を制御する位置により、対象物の方向または距離を疑似的に提示してもよい。具体的には、触刺激提示部１０２は、利用者の皮膚面において、対象物の方向または距離が表現されるように触覚受容体の位置を刺激する制御を行う。

【0022】

また、触刺激提示部１０２は、触覚素子１１４を制御する強度により、対象物の距離、緊急度、相対速度を疑似的に提示してもよい。具体的には、触刺激提示部１０２は、利用者の皮膚面において、対象物の距離や緊急度や相対速度が表現されるように適切な強度で触覚受容体を刺激する制御を行う。

【0023】

また、触刺激提示部１０２は、触覚素子１１４を制御する頻度により、対象物の距離、緊急度、相対速度を疑似的に提示してもよい。具体的には、触刺激提示部１０２は、利用者の皮膚面において、対象物の距離や緊急度や相対速度が表現されるように適切な頻度で触覚受容体を刺激する制御を行う。

【0024】

また、触刺激提示部１０２は、触覚素子１１４の制御位置を移動させることにより、距離、緊急度、相対速度を疑似的に提示してもよい。具体的には、触刺激提示部１０２は、利用者の皮膚面において、対象物の距離や緊急度や相対速度が表現されるように適切な位置で触覚受容体を刺激する制御を行う。

【0025】

触刺激提示部１０２は、以上に例示したような対象物の位置や、方向、距離、速度、加速度、緊急性などをシミュレートする制御方法を、二つ以上、任意に組み合わせて実施してもよい。

【0026】

また、触刺激提示部１０２は、触覚素子１１４が配置されたアレイまたは面もしくは線において、疑似的な利用者の位置を示す原点（図示で後述する星印）を設定し、利用者の位置に対する対象物の状態を、当該原点に対する相対的な制御位置として提示してもよい。具体的には、触刺激提示部１０２は、利用者の皮膚面において、仮想上の利用者の位置である原点を決め、対象物の位置や方向、距離等を、対応する利用者の皮膚面上の原点に対する位置や方向、距離等において触覚受容体が刺激されるように制御を行ってもよい。

【0027】

また、触刺激提示部１０２は、緊急性を提示するために、非緊急時よりも多くの触覚素子１１４を制御してもよい。また、触刺激提示部１０２は、触覚素子１１４の振動体を、非触刺激提示時に振動オフとし触刺激提示時に振動オンとする制御、あるいは、その逆の制御（非触刺激提示時に振動オンとし触刺激提示時に振動オフとする制御）を行ってもよい。同様に、触刺激提示部１０２は、触覚素子１１４の可動突起部を、非触刺激提示時に引き込みとし触刺激提示時に突出とする制御、あるいは、その逆の制御（非触刺激提示時に突出とし触刺激提示時に引き込みとする制御）を行ってもよい。

【0028】

ここで、触覚素子１１４は、触刺激提示部１０２による制御を受けて、振動や圧力（電気刺激を含む）などの触覚刺激を提示する部材等（アクチュエータ等）である。なお、本明細書の説明では、触覚素子１１４という場合、単数の素子に限定されることはなく、複数の素子をも意味する。特に、本実施形態では、触覚素子１１４は、アレイ状、面状または線状に複数が配置されており、振動または圧力（電気刺激を含む）を提示する。例えば、触覚素子１１４の振動体の一単位は、圧電体（圧電素子）の単体構造またはアレイ構造からなってもよい。また、触覚素子１１４の振動子は、ボイスコイル型振動子、ピエゾ素子、バイブレーションモータ等であってもよい。ここで、図２～図４は、触覚提示装置１００を搭載した電子機器の一例である白杖を示す図である。

【0029】

図２～図４に示すように、白杖の持ち方には複数の種類があるので、白杖の持ち方に応じて、利用者に直感的に触覚刺激が提示されるように工夫している。なお、触覚刺激が提示される触覚素子１１４の面（斜線部）は、手で隠れてしまう場合があるので、各図には、白杖を手で持っていない場合の図も併記している。

【0030】

図２は、スライドテクニックまたはタッチテクニックを行う場合の白杖の持ち方と、触覚素子１１４の位置（斜線部）を示している。図２に示すように、この持ち方では、親指の根元側に、利用者の仮想上の原点（星印）が設定され、親指の先側が、利用者の進行方向として触刺激が表現される。

【0031】

図３および図４は、いわゆる鉛筆持ちといわれる白杖の持ち方と、触覚素子１１４の位置（斜線部）を示している。図３および図４に示すように、親指の根元側に、利用者の仮想上の原点（星印）が設定され、親指の先側が、利用者の進行方向として触刺激が表現される。

【0032】

図５および図６は、触覚素子１１４が配置された面を示す図である。小さい円で触覚素子１１４の一単位が図示されているが、この小さい円は一つの素子（圧電素子等）とは限らず、後述するように、複数の素子で触覚素子１１４の一単位を構成している場合（例：MEMS（Micro Electro Mechanical Systems））もある。

【0033】

上述のように、図５および図６の星印は、原点を示している。したがって、利用者の真正面から対象物が向かってきている場合、触刺激提示部１０２は、触覚素子１１４－６や触覚素子１１４－２等を順次制御する。同様に、利用者の左前方から対象物が向かってきている場合、触刺激提示部１０２は、触覚素子１１４－４や触覚素子１１４－１等を順次制御する。なお、触刺激提示部１０２は、原点の位置を利用者に示すために、原点の触覚素子１１４－０を、オンとオフを繰り返す点滅制御を行ってもよい。

【0034】

図６は、図５よりも更に広範囲に触覚素子１１４を配置した例を示す図である。このように広範囲に配置することにより、より広い範囲や、遠い距離等を、触覚で表現することができる。また、速度や加速度の触覚表現も表現の自由度が広がる。例えば、利用者の右前方から対象物が向かってきている場合、触覚素子１１４－２３，１８，１３，８，３を順次制御する速度および加速度を、触刺激提示部１０２は、よりきめ細かく表現することができる。

【0035】

ここで、図７は、触覚提示装置１００を電子機器の一例である車両（具体的には、運転座席のシート面）に搭載した図である。これにより、運転者は、臀部や太ももの触刺激によって対象物の状態を知覚することができる。ここでは、図の上側が、車両の進行方向として説明する。図７に示すように、シート面の中央付近に原点を設定しているので、後方の対象物の状態も利用者（運転者）は把握することができ、特に、バック（後退運転）をしている際に、後方の障害物（対象物）を把握しやすいという追加の利点がある。

【0036】

ここで、図８～図１０を用いて、上述した触覚素子１１４の一単位（図５～図７の小さい円）が、MEMSとして複数の素子で構成されている例を説明する。

【0037】

図８は、本実施形態のトランスデューサ１を示す平面図である。図９は、本実施形態のトランスデューサ１を示す断面図である。図９の断面図は、図８の平面図における切断線ＩＩ－ＩＩによる切断面を示している。本実施形態のトランスデューサ１は、平坦な主表面１１及び主表面１１に対向する背面１５を有する基板１０に形成されている。基板１０は、所定の厚さを有する略板状の形状のシリコン基板であり、平面視で縦方向及び横方向のサイズが略等しい略矩形状の形状を有している。なお、基板１０はシリコン基板に限らず、ガラス基板、有機材料など他の種類の素材によって構成されてもよい。

【0038】

基板１０の背面１５には、複数の凹部１６が形成されている。複数の凹部１６は、主表面１１から所定の深さまで達し、主表面１１が基板１０の厚さ方向に振動できるように所定の厚さの基板１０を残すように形成されている。これらの所定の厚さの基板１０が残された部分は、複数の振動膜１２を形成している。複数の振動膜１２は、超音波を発生するために使用されるため、その固有振動数は可聴域よりも高い振動数とされている。また、複数の振動膜１２を構成する基板１０はそれぞれの振動膜１２の全周において主表面１１が連結しているが、振動膜１２が片持ち梁又は両持ち梁の構造を有するように基板１０に適切なスリットが形成されてもよい。

【0039】

複数の振動膜１２において、主表面１１には下部電極層２１及び上部電極層２３の一対の電極層によって圧電体層２２が挟まれて構成された駆動層２０が積層されている。駆動層２０は、図示しない配線層によって供給された電圧によって振動膜１２が基板１０の厚さ方向に振動するように駆動する圧電素子を構成している。主表面１１において、複数の振動膜１２は、同一の径を有する略円板状の形状を有している。複数の振動膜１２に積層される駆動層２０も、主表面１１において、複数の振動膜１２の形状にしたがい同様に略円板状の形状を有している。

【0040】

複数の振動膜１２は、主表面１１において、３方向について等しい間隔ｄで配置されている。ここで、振動膜１２の間隔ｄとは、略円板状の形状を有する振動膜１２のそれぞれの中心の間の距離をいうものとする。一般に、振動膜１２の間隔ｄは、主表面１１における振動膜１２のそれぞれの重心の間の距離としてもよい。主表面１１において、複数の振動膜１２は、３方向について等しい間隔ｄで配置されているため、各振動膜１２に隣接する他の振動膜１２が当該振動膜１２の６回回転対称な位置に配置される対称性を有している。なお、等しい間隔ｄとは、厳密に等しい間隔に限らず、例えば差異が±１０％程度に留まるなど実質的に等しいとみなせる場合を含むものとする。

【0041】

図１０は、トランスデューサ１の基板１０の主表面１１における振動膜１２の配置を示す平面図である。主表面１１の中央に配置された１個の振動膜１２を中央の振動膜１２０ということにする。複数の振動膜１２は、中央の振動膜１２_０に隣接し、中央の振動膜１２_０を取り囲むように中央の振動膜１２_０から所定の間隔の周上に所定の間隔で配置された６個の振動膜１２を有している。これら６個の振動膜１２を第１周の振動膜１２_１と称することにする。

【0042】

また、複数の振動膜１２は、第１周の振動膜１２_１について、それぞれ隣接する周囲の６回回転対称な位置に６個の振動膜１２が配置されるように、第１周の振動膜１２を取り囲むように配置された１２個の振動膜１２を有している。これら１２個の振動膜１２の内で、中央の振動膜１２_０との間隔が相対的に小さい６個の振動膜１２を第２周の振動膜１２_２と称し、中央の振動膜１２_０との間隔が相対的に大きい６個の振動膜１２を第３周の振動膜１２_３と称することにする。

【0043】

第２周の振動膜１２_２は、第１周の振動膜１２_１を取り囲むように中央の振動膜１２_０から所定の間隔の周上に所定の間隔で配置されている。第３周の振動膜１２_３は、第２周の振動膜１２_２を取り囲むように中央の振動膜１２_０から所定の間隔の周上に所定の間隔で配置されている。主表面１１の大部分は、中央の振動膜１２_０、第１周の振動膜１２_１、第２周の振動膜１２_２及び第３周の振動膜１２_３によって占められている。

【0044】

平面視で略矩形状の形状を有する主表面１１の４個の頂点に近く振動膜１２が配置されていない部分には、それぞれ主表面１１の縦方向に延びる一対の辺に沿って複数の電極パッド１４が形成されている。これら複数の電極パッド１４からは、複数の振動膜１２をそれぞれ駆動する複数の駆動層２０に電圧を供給できるように、駆動層２０の下部電極層２１及び上部電極層２３の一対の電極層にそれぞれ図示しない配線が接続されている。これらの複数の電極パッド１４からは、複数の駆動層２０に向けて共通の配線が接続されている。

【0045】

なお、一対の電極パッド１４から複数の駆動層２０に向かう配線の接続はこれに限らず、主表面１１に形成された複数の振動膜１２の一部が個別に制御されるように独立に接続されてもよい。例えば、主表面１１に配置された中央の振動膜１２_０、第１周の振動膜１２_１、第２周の振動膜１２_２及び第３周の振動膜１２_２のそれぞれについて振動膜１２を駆動する駆動層２０に向けた配線が共通とされ、中央の振動膜１２_０、第１周の振動膜１２_１、第２周の振動膜１２_２及び第３周の振動膜１２_２のそれぞれを独立して駆動できるように接続されてもよい。また、主表面１１に配置された複数の振動膜１２について振動膜１２を駆動する駆動層２０に向けた配線がそれぞれ独立し、振動膜１２を個別に駆動できるように接続されてもよい。主表面１１に形成された複数の振動膜１２の少なくとも一部を独立して制御することにより、例えば異なる位相で発生した音波が互いに干渉するなど様々な機能を提供することができる。

【0046】

本実施形態のトランスデューサ１においては、主表面１１において同一の径を有する略円板状の形状の振動膜１２が３方向に等しい間隔ｄで配置されるようにすることにより、主表面１１の大部分が複数の振動膜１２によって占められる。このような配置により、振動膜１２は隣接する他の振動膜が６回回転対称な位置に配置されるようになり、高い密度で配置することができる。したがって、主表面１１の大部分が振動膜１２として有効に利用されるようになり、トランスデューサ１は触覚素子として使用するために十分な振動を発生することができる。また、本実施形態のトランスデューサ１は、半導体製造技術を応用したＭＥＭＳ技術を用いて製造されるため、一度に複数の個片を高い精度で作製することができる。

【0047】

なお、本実施形態のトランスデューサ１においては、主表面１１における複数の振動膜１２について３方向に等しい間隔で配置されるとしたが、これに限らず、複数の振動膜１２は２方向に等しい間隔で配置されてもよい。このような場合にも、主表面１１において複数の振動膜１２の密度を確保することができ、主表面１１の大部分に複数の振動膜１２を形成することができる。

【0048】

また、本実施形態のトランスデューサ１においては、複数の振動膜１２が、中央の振動膜１２_０、第１周の振動膜１２_１、第２周の振動膜１２_２及び第３周の振動膜１２_３から構成されるとしたが、これに限定されず、複数の振動膜１２は、中央の振動膜１２_０から所望の周の振動膜１２までで構成されてもよい。一つの周（第ｎ周：ｎ＝１，２，３・・・）を構成する振動膜１２に隣接して次の周（第ｎ＋１）を構成する振動膜１２を配置することを繰り返すことにより所望の周の振動膜１２までを配置することができる。

【0049】

なお、本実施形態において、主表面１１に配置された複数の振動膜１２は同一の径を有する略円板状の形状を有するとしたが、これに限られない。例えば、複数の振動膜１２は同一の所定の形状を有していてもよいし、少なくとも一部が同一の形状を有していてもよいし、すべてが異なる形状を有していてもよい。また、例えば、中央の振動膜１２_０、第１周の振動膜１２_１、第２周の振動膜１２_２及び第３周の振動膜１２_３のように、それぞれの周を構成する振動膜１２がそれぞれ同一の形状を有していてもよい。例えば、中央の振動膜１２_０、第１周の振動膜１２_１、第２周の振動膜１２_２及び第３周の振動膜１２_３はそれぞれ径が異なる略円板状の形状を有していてもよい。なお、複数の駆動層２０は、複数の振動膜１２に積層されるため、積層する複数の振動膜１２のそれぞれと同一の形状であってもよい。

【0050】

以上のように、触覚素子１１４の一単位（図５～図７の小さい円）が、MEMSとして複数の素子で構成されていることで、さまざまな機能が得られる。例えば、主表面１１に形成された複数の振動膜１２の少なくとも一部を独立して制御することにより、例えば異なる位相で発生した音波が互いに干渉するなど様々な機能を提供することができる。例えば、振動時に、周囲部（１２_２、１２_１）よりも中心部（１２_０）の振動波形の位相を遅らせることで、中心部に発出する超音波を集中させ、ビームフォーミングを形成させることができ、強い触覚刺激を提示することが可能となる。また、波の干渉波の向きが変えられるのと同様の原理で、駆動波の位相関係を調整することで、超音波を集中させる場所を移動させる制御も可能となる。例えば、超音波を集中させる場所をぐるぐると移動させることにより、より触覚に訴える刺激を提示することができる。

【0051】

ここで、上述の例では主に触覚素子１１４が振動体である場合を例に説明したが、電磁ソレノイド等を用いた可動突起部であってもよい。図１１は、触覚素子１１４として、電磁ソレノイドを用いた可動突起部を示す図である。

【0052】

図１１に示すように、固定鉄芯１１４ｅと可動鉄芯１１４ｂを設け、コイル１１４ｄに電流を流すと磁界が発生するので、可動鉄芯１１４ｂが固定鉄芯１１４ｅへ吸引され、可動突起部１１４ａは引き込まれる。通電を遮断すると、戻しばね１１４ｃの力（負荷）によって、可動鉄芯１１４ｂは元の位置に戻り、可動突起部１１４ａは突出することになる。これが直線作動（リニア）の電磁ソレノイドの作動原理である。

【0053】

以上で、本実施形態の触覚提示装置１００の各構成の説明を終える。

【0054】

［触覚提示装置１００の処理］
次に、このように構成された本実施形態における触覚提示装置１００の処理の一例について、以下に図１２～図１５を参照して詳細に説明する。図１２は、本実施形態の触覚提示装置１００における触覚提示処理の一例を示すフローチャートである。

【0055】

図１２に示すように、まず、触覚提示装置１００の対象物情報取得部１１２は、対象物の状態として、位置、方向、距離、速度、加速度、および、緊急性のうち少なくとも一つに関する対象物情報を取得する（ステップＳＡ－１）。例えば、対象物情報取得部１１２は、LiDAR等のセンサにより、対象物の位置、方向、距離、速度、加速度を検出してもよく、取得した対象物の状態（速度や方向等）により緊急性を判定することにより、対象物情報を取得してもよい。

【0056】

そして、触刺激提示部１０２は、対象物情報取得部１１２により取得された対象物情報に基づいて、対象物の状態が疑似的に触刺激として提示されるように触覚素子１１４を制御する信号（電気信号等）を伝達する（ステップＳＡ－２）。

【0057】

そして、触覚素子１１４は、触刺激提示部１０２から伝達された信号に従って駆動することにより、対象物の状態が疑似的に触刺激として提示される（ステップＳＡ－３）。

【0058】

ここで、図１３は、対象物の状態に応じた触刺激のパターンの例を示す図である。図の横軸が時間軸であり、縦軸が振動の大きさを表す。図１３に示すように、対象物の位置が利用者より遠い場合や、安全な速度などの場合、触刺激提示部１０２は、比較的、振動周期をゆっくりとした、比較的小さな振動刺激を提示する（パターンＡ）。

【0059】

一方、対象物の位置が利用者に近い場合や、危険な速度など緊急性が高い場合、触刺激提示部１０２は、比較的大きな振動刺激を提示するパターンＢや、比較的に振動周期（頻度）を増加したパターンＣで、触刺激を提示する。

【0060】

ここで、図１４および図１５は、図１３で示した振動期間中の一つの振動刺激区間（図１４の二段目の矩形）における、振動の態様を示す図である。図１４に示すように、一つの振動刺激区間において、触刺激提示部１０２は、連続波で提示してもよく、変調波で提示してもよく、断続波で提示してもよい。また、図１５に示すように、可動突起部のような圧力刺激の場合も、触刺激提示部１０２は、連続波で提示してもよく、変調波で提示してもよく、断続波で提示してもよい。なお、これらの刺激パターンは、人によって感受しやすい刺激の形や、強さがあるので、触覚提示装置１００の触刺激提示部１０２は、その調整や選択が可能となるように構成されてもよい。

【0061】

以上が、触覚提示装置１００の処理の一例である。

【0062】

本実施形態の具体的な触覚提示装置及び触覚提示方法は、以下の通りである。

【0063】

＜１＞ 対象物の状態として、位置、方向、距離、速度、加速度、および、緊急性のうち少なくとも一つに関する対象物情報を取得する対象物情報取得部と、前記対象物情報に基づいて、前記対象物の状態を疑似的に、触刺激として提示する触刺激提示部と、を備えた触覚提示装置。

【0064】

＜１＞によれば、視覚や聴覚で周囲の状況を伝えることが難しい場合であっても、周囲の状況を直感的に触覚で把握することができる。

【0065】

＜２＞ 前記触刺激提示部は、アレイ状、面状または線状に配置された、振動または圧力を提示する触覚素子を制御することにより、前記対象物の状態を疑似的に、振動感覚または圧覚の触刺激として提示する、＜１＞に記載の触覚提示装置。

【0066】

＜２＞によれば、アレイ状、面状または線状に配置された素子を用いて、きめ細かな触刺激を再現することができる。

【0067】

＜３＞ 前記触刺激提示部は、前記触覚素子を制御する位置により、前記対象物の方向または距離を疑似的に提示する、＜２＞に記載の触覚提示装置。

【0068】

＜３＞によれば、利用者は、触覚受容体を介して、対象物の方向または距離を直感的に知覚することができる。

【0069】

＜４＞ 前記触刺激提示部は、前記触覚素子を制御する強度により、前記対象物の距離、緊急度、相対速度を疑似的に提示する、＜２＞に記載の触覚提示装置。

【0070】

＜４＞によれば、利用者は、触覚受容体を介して、対象物の距離や緊急度や相対速度を直感的に知覚することができる。

【0071】

＜５＞ 前記触刺激提示部は、前記触覚素子を制御する頻度により、前記対象物の距離、緊急度、相対速度を疑似的に提示する、＜２＞に記載の触覚提示装置。

【0072】

＜５＞によれば、利用者は、触覚受容体を介して、対象物の距離や緊急度や相対速度を直感的に知覚することができる。

【0073】

＜６＞ 前記触刺激提示部は、前記触覚素子の制御位置を移動させることにより、距離、緊急度、相対速度を疑似的に提示する、＜２＞に記載の触覚提示装置。

【0074】

＜６＞によれば、利用者は、触覚受容体の刺激位置を介して、対象物の距離や緊急度や相対速度を直感的に知覚することができる。

【0075】

＜７＞ ＜３＞乃至＜６＞のいずれか一つに記載の触覚提示装置の前記触刺激提示部のうち少なくとも二つを組み合わせた、触覚提示装置。

【0076】

＜７＞によれば、きめ細かな触覚提示を行うことができる。

【0077】

＜８＞ 前記触刺激提示部は、前記触覚素子が配置されたアレイまたは面もしくは線において、疑似的な利用者の位置を示す原点を設定し、利用者の位置に対する対象物の状態を、当該原点に対する相対的な制御位置として提示する、＜２＞乃至＜７＞のいずれか一つに記載の触覚提示装置。

【0078】

＜８＞によれば、利用者は、原点に対する触覚受容体の刺激位置を介して、対象物の距離や方向等を直感的に知覚することができる。

【0079】

＜９＞ 前記触刺激提示部は、緊急性を提示するために、非緊急時よりも多くの前記触覚素子を制御する、＜２＞乃至＜８＞のいずれか一つに記載の触覚提示装置。

【0080】

＜９＞によれば、利用者は、触覚受容体の刺激範囲を介して、対象物の緊急度を直感的に知覚することができる。

【0081】

＜１０＞ 前記触覚素子の振動体の一単位は、圧電体の単体構造またはアレイ構造を有する、＜２＞乃至＜９＞のいずれか一つに記載の触覚提示装置。

【0082】

＜１０＞によれば、一または複数の圧電素子等を用いて、様々な強度の触覚刺激を提示することができる。

【0083】

＜１１＞ 前記触刺激提示部は、前記触覚素子の振動体を、非触刺激提示時に振動オフとし触刺激提示時に振動オンとする制御、あるいは、非触刺激提示時に振動オンとし触刺激提示時に振動オフとする制御を行う、＜２＞乃至＜１０＞のいずれか一つに記載の触覚提示装置。

【0084】

＜１１＞によれば、利用者は、触覚受容体の刺激有無を介して、対象物の状態を直感的に知覚することができる。

【0085】

＜１２＞ 前記触覚素子は、電磁ソレノイドを用いた可動突起部である、＜２＞乃至＜１１＞のいずれか一つに記載の触覚提示装置。

【0086】

＜１２＞によれば、触覚受容体に対する圧力刺激を提示することができる。

【0087】

＜１３＞ 前記触刺激提示部は、前記可動突起部を、非触刺激提示時に引き込みとし触刺激提示時に突出とする制御、あるいは、非触刺激提示時に突出とし触刺激提示時に引き込みとする制御を行う、＜１２＞に記載の触覚提示装置。

【0088】

＜１３＞によれば、利用者は、触覚受容体の刺激有無を介して、対象物の距離や緊急度や相対速度を直感的に知覚することができる。

【0089】

＜１４＞ 前記触刺激提示部は、前記アレイ構造の振動時に、周囲部よりも中心部の振動波形の位相を遅らせることで、中心部に発出する超音波を集中させるように制御する、＜１０＞に記載の触覚提示装置。

【0090】

＜１４＞によれば、ビームフォーミングの原理により、強度の高い触覚刺激を提示することができる。

【0091】

＜１５＞ 前記触刺激提示部は、駆動波の位相関係を調整することで、超音波を集中させる場所を移動させる、＜１＞乃至＜１４＞のいずれか一つに記載の触覚提示装置。

【0092】

＜１５＞によれば、刺激位置を順次移動させる等により、知覚しやすい触覚刺激を提示することができる。

【0093】

＜１６＞対象物の状態として、位置、方向、距離、速度、加速度、および、緊急性のうち少なくとも一つに関する対象物情報を取得するステップと、前記対象物情報に基づいて、前記対象物の状態を疑似的に、触刺激として提示するステップと、を含む触覚提示方法。

【0094】

＜１６＞によれば、視覚や聴覚で周囲の状況を伝えることが難しい場合であっても、周囲の状況を直感的に触覚で把握することができる。

【0095】

［他の実施形態］
さて、これまで本実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態以外にも、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内において種々の異なる実施形態にて実施されてよいものである。

【0096】

例えば、触覚提示装置１００は、スタンドアローンの形態で処理を行うよう一体として構成されてもよく、あるいは、要求に応じて処理を行い、その処理結果を当該端末に返却する構成としてもよい。

【0097】

また、実施形態において説明した各処理のうち、自動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を手動的に行うこともでき、あるいは、手動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的に行うこともできる。

【0098】

このほか、上記文献中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各処理の登録データや検索条件等のパラメータを含む情報、画面例、データベース構成については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。

【0099】

また、触覚提示装置１００に関して、図示の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。

【0100】

例えば、触覚提示装置１００の各装置が備える処理機能、特に触刺激提示部１０２にて行われる各処理機能については、その全部または任意の一部を、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）および当該ＣＰＵにて解釈実行されるプログラムにて実現してもよく、また、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現してもよい。尚、プログラムは、後述する、コンピュータに本実施形態に係る方法を実行させるためのプログラム化された命令を含む、一時的でないコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されており、必要に応じて触覚提示装置１００に機械的に読み取られる。すなわち、ＲＯＭまたはＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などの記憶部などには、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）と協働してＣＰＵに命令を与え、各種処理を行うためのコンピュータプログラムが記録されている。このコンピュータプログラムは、ＲＡＭにロードされることによって実行され、ＣＰＵと協働して制御部を構成する。

【0101】

また、このコンピュータプログラムは、触覚提示装置１００に対して任意のネットワークを介して接続されたアプリケーションプログラムサーバに記憶されていてもよく、必要に応じてその全部または一部をダウンロードすることも可能である。

【0102】

また、本実施形態に係るプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納してもよく、また、プログラム製品として構成することもできる。ここで、この「記録媒体」とは、メモリーカード、ＵＳＢメモリ、ＳＤカード、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、および、Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標）Ｄｉｓｃ等の任意の「可搬用の物理媒体」を含むものとする。

【0103】

また、「プログラム」とは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理方法であり、ソースコードやバイナリコード等の形式を問わない。なお、「プログラム」は必ずしも単一的に構成されるものに限られず、複数のモジュールやライブラリとして分散構成されるものや、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）に代表される別個のプログラムと協働してその機能を達成するものをも含む。なお、実施の形態に示した各装置において記録媒体を読み取るための具体的な構成、読み取り手順、あるいは、読み取り後のインストール手順等については、周知の構成や手順を用いることができる。プログラムが、一時的でないコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されたプログラム製品として本実施形態を構成してもよい。

【0104】

触覚提示装置１００に格納される各種のデータベース等は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ装置、ハードディスク等の固定ディスク装置、フレキシブルディスク、および、光ディスク等のストレージ手段であり、各種処理やウェブサイト提供に用いる各種のプログラム、テーブル、データベース、および、ウェブページ用ファイル等を格納する。

【0105】

また、触覚提示装置１００は、既知のパーソナルコンピュータ、ワークステーション等の情報処理装置として構成してもよく、また、該情報処理装置に任意の周辺装置を接続して構成してもよい。また、触覚提示装置１００は、該情報処理装置に本実施形態の方法を実現させるソフトウェア（プログラム、データ等を含む）を実装することにより実現してもよい。

【0106】

本実施形態の具体的な触覚提示プログラムは、以下の通りである。

【0107】

＜１７＞ 対象物の状態として、位置、方向、距離、速度、加速度、および、緊急性のうち少なくとも一つに関する対象物情報を取得するステップと、前記対象物情報に基づいて、前記対象物の状態を疑似的に、触刺激として提示するステップと、をコンピュータに実行させるための触覚提示プログラム。

【0108】

＜１７＞によれば、視覚や聴覚で周囲の状況を伝えることが難しい場合であっても、周囲の状況を直感的に触覚で把握することができる。

【0109】

また、本実施形態の具体的な電子機器は、以下の通りである。

【0110】

＜１８＞ ＜１＞乃至＜１５＞のいずれか一つに記載の触覚提示装置を搭載する電子機器。

【0111】

＜１８＞によれば、視覚や聴覚で周囲の状況を伝えることが難しい場合であっても、周囲の状況を直感的に触覚で把握することができる。

【0112】

更に、装置の分散・統合の具体的形態は図示するものに限られず、その全部または一部を、各種の付加等に応じて、または、機能負荷に応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。すなわち、上述した実施形態を任意に組み合わせて実施してもよく、実施形態を選択的に実施してもよい。

【0113】

上述のように、本実施形態について記載したが、開示の一部をなす論述及び図面は例示的なものであり、限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替の実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

【符号の説明】

【0114】

１ トランスデューサ
１０ 基板
１１ 主表面
１２ 振動膜
１２_０ 中央の振動膜
１２_１ 第１周の振動膜、第１列の振動膜
１２_２ 第２周の振動膜、第２列の振動膜
１４ 電極パッド
１５ 背面
１６ 凹部
１００ 触覚提示装置
１０２ 触刺激提示部
１１２ 対象物情報取得部
１１４ 触覚素子
１１４ａ 可動突起部
１１４ｂ 可動鉄芯
１１４ｃ 戻しばね
１１４ｄ コイル
１１４ｅ 固定鉄芯

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】