JP2009031515A

JP2009031515A - 触覚情報伝達装置

Info

Publication number: JP2009031515A
Application number: JP2007194853A
Authority: JP
Inventors: Kenji Tanaka; 賢次田中; Koichi Itoigawa; 貢一糸魚川; Toshio Fukuda; 敏男福田; Kosuke Sekiyama; 浩介関山
Original assignee: Nagoya University NUC; Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Nagoya University NUC; Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2007-07-26
Filing date: 2007-07-26
Publication date: 2009-02-12

Abstract

【課題】触覚による表示及び入力操作を共通の場所で簡単に行えるようにした触覚情報伝達装置を提供する。
【解決手段】触覚情報伝達装置１０は、表面への押圧または接触による操作を検出して、その操作位置に応じたデータの入力を行なうタッチセンサ１２と、タッチセンサ１２を貫通可能にして複数のピン１４３が配設され、ピン１４３を表示データに応じてタッチセンサ１２の表面から出没させることにより触覚表示を行うピン駆動ユニット１４とを備えて構成されている。タッチセンサ１２とピン駆動ユニット１４が一体化されていることにより、入力操作と触覚表示が共通の場所で行える。
【選択図】図１

Description

本発明は、触覚情報伝達装置に関し、特に、指を介して情報を伝達する触覚情報伝達装置に関する。

従来の触覚情報伝達装置として、例えば、特許文献１に示す点字表示装置があり、保護シートと、この保護シートの下面に所定のピッチで配設された複数のピンとを備え、このピンを文書等の情報に応じてピンを内挿している鉄心に巻回されたコイルに通電して駆動し、ピンの出没に応じた凹凸を保護シートに形成することにより目の不自由な人に指の触覚により情報を伝達できるようにしている。
特開平８−２４１０３３号公報

しかし、特許文献１の触覚情報伝達装置によると、触覚により情報を使用者に伝達する装置を用いて、使用者が入力操作を行えるようにしようとすると、専用の入力装置を用意したり、指の位置をカメラで撮影し、その画像から入力位置を認識するという複雑な構成になり、コストアップは避けられず、量産が難しい。

従って、本発明の目的は、触覚による表示及び入力操作を共通の場所で簡単に行えるようにした触覚情報伝達装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、表面への押圧または接触による操作を検出して、その操作位置に応じたデータの入力を行なうタッチセンサと、前記タッチセンサを貫通可能にして複数のピンが配設され、前記ピンを表示データに応じて前記タッチセンサの表面から出没させることにより触覚表示を行うピン駆動ユニットと、を備えたことを特徴とする触覚情報伝達装置を提供する。

［２］前記タッチセンサは、抵抗膜式または容量結合式であることを特徴とする上記［１］に記載の触覚情報伝達装置であってもよい。

［３］前記タッチセンサは、複数のＸラインと複数のＹラインがマトリクス状に配設され、それぞれの交点がデータ発生箇所であることを特徴とする上記［１］または［２］に記載の触覚情報伝達装置であってもよい。

本発明によると、触覚による表示及び入力操作を共通の場所で簡単に行えるようにした触覚情報伝達装置を提供することができる。

［本発明の第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る情報システム１を示す図である。

この情報システム１は、情報の表示及び入力を触覚により行う触覚情報伝達装置１０と、触覚情報伝達装置１０に接続されて表示データを触覚情報伝達装置１０に送信すると共に触覚情報伝達装置１０に入力された情報を取り込んで処理するパーソナルコンピュータ２０とを備えて構成されている。触覚情報伝達装置１０は、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）用のケーブル１５によってパーソナルコンピュータ２０に接続されている。

触覚情報伝達装置１０は、箱型の本体１１と、本体１１の上面に配設されて情報の入力に用いられるタッチセンサ１２と、タッチセンサ１２に隣接して配設された押しボタン１３と、タッチセンサ１２の下側に配設されたピン駆動ユニット１４とを備えて構成されている。

タッチセンサ１２は、厚みｔがｔ＜０．４ｍｍ程度のシート状であり、例えば、３３ライン（Ｘライン）×２４ライン（Ｙライン）による７９２の枡目が抵抗膜により構成されており、指で押したときに押圧部位が電気的に接触してオンになるように構成されている。

押しボタン１３は、電源オン／オフボタン、拡大縮小ボタン等からなる。

ピン駆動ユニット１４は、日本盲人社会福祉施設協議会発行の「点訳の手引き」に準じており、一行に３２文字がピン１４３によって表示できるように構成されている。ピン駆動ユニット１４は、３２×２４のピンが圧電素子により個別に駆動されるようになっている。

パーソナルコンピュータ２０は、ノート型パソコンと称されるものであり、本体２１と、本体２１に開閉可能に取り付けられた蓋２２と、蓋２２の内側に取り付けられた液晶ディスプレイ２３と、本体２１の上面に設けられたキーボード２４と、キーボード２４の近傍に設けられたポインティングデバイス２５及び状態表示ランプ２６とを備えて構成されている。

（タッチセンサ１２及びピン駆動ユニット１４の構成）
図２は、タッチセンサ１２を示す図である。

図３は、図２のＡ部の拡大図である。

図４は、図３のＡ−Ａ線から見たタッチセンサ１２及びピン駆動ユニット１４の断面図である。

図５は、タッチセンサ１２のＸライン１２１とＹライン１２２の配線図である。

タッチセンサ１２は、図２に示すように、配線パターン（抵抗膜）によるＸライン１２１及びＹライン１２２がフレキシブル基板１２３に設けられたセンサ部１２０と、このセンサ部１２０のＸライン１２１から引き出されたコネクタ１２４と、Ｙライン１２２から引き出されたコネクタ１２５Ａ，１２５Ｂとを備えて構成されている。

図３及び図５に示すように、Ｘライン１２１とＹライン１２２はマトリクス状に配設されており、Ｙライン１２２とＸライン１２１が交差している部分は、図５に示すように、データ発生箇所となるスイッチ１３１を構成している。また、図３及び図４に示すように、Ｘライン１２１の相互間にピン駆動ユニット１４のピンが貫通するピン穴１２６（例えば、直径１．５ｍｍ）が設けられている。

図４に示すように、タッチセンサ１２のフレキシブル基板１２３は、Ｙライン１２２が所定間隔に設けられている印刷配線基板１２８と、Ｙライン１２２に交差にするようにＸライン１２１が設けられていると共に可撓性を有するフィルム状の印刷配線基板１２９とにより構成されている。なお、印刷配線基板１２９は触覚ディスプレイの表面にもなる。

そして、図３及び図４に示すように、印刷配線基板１２８と印刷配線基板１２９との間のＹライン１２２の中心線上にはスペーサ１２７が設けられている。これにより、印刷配線基板１２８と印刷配線基板１２９との間には、空間１３０が形成されている。

ピン駆動ユニット１４は、図４に示すように、ベース１４１と、棒状の圧電素子１４２及び圧電素子１４２に連結された樹脂成形等による棒状のピン１４３からなる複数の点字セル１４５と、タッチセンサ１２が搭載される天板１４４から構成されている。ピン１４３は、例えば、２．４ｍｍのピッチで設けられている。尚、圧電素子１４２は、圧電体に加えられた電圧を力に変換するもので、積層型またはバイメタル型のピエゾ素子等が使用できる。

点字セル１４５は、例えば、３２×２４＝７６８個からなり、Ｘライン１２１のそれぞれに沿ってベース１４１上に立設されている。また、天板１４４は、上面に黒色系の塗料が塗られ、或いは上面が黒色系の材料を用いて構成されている。

ピン１４３は、少なくとも先端部が白色であり、それぞれの先端は半球状に加工されている。このピン１４３は、圧電素子１４２の駆動時にタッチセンサ１２を上下方向に貫通し、例えば、図４の左側の点字セル１４５のように、駆動時の点字セルは、先端が印刷配線基板１２９の表面から約０．７ｍｍ突出する。

（触覚情報伝達装置１０の回路構成）
図６は、触覚情報伝達装置１０の回路構成を示すブロック図である。

タッチセンサ１２側の回路は、図２に示したタッチセンサ１２のコネクタ１２４，１２５Ａ，１２５Ｂに接続された信号生成回路６１と、信号生成回路６１に接続された信号変換回路６２とを備えて構成されている。また、ピン駆動ユニット１４側の回路は、ケーブル１５及び信号変換回路６２が接続されるコネクタ６４と、コネクタ６４及び押しボタン１３が接続されたＩ／Ｏ（入出力）インターフェイス６５と、Ｉ／Ｏインターフェイス６５に接続された信号処理回路６６と、信号処理回路６６及びピン駆動ユニット１４に接続された駆動回路６７と、上記各回路に直流電源を供給する電源回路６９とを備えて構成されている。

信号生成回路６１は、図５に示すスイッチ１３１の動作状態をＸライン信号及びＹライン信号に変換したセンサデータを信号変換回路６２へ出力する回路構成を有する。

信号変換回路６２は、信号生成回路６１からのセンサデータをＵＳＢ信号に変換してコネクタ６４とへ出力する回路構成を有する。

Ｉ／Ｏインターフェイス６５は、ケーブル１５からのＵＳＢ信号を信号処理に適したデジタル信号に変換して信号処理回路６６へ出力する回路構成を有する。

信号処理回路６６は、Ｉ／Ｏインターフェイス６５からの信号に基づいて、ピン駆動ユニット１４の複数の点字セル１４５を駆動するための信号をＸ，Ｙに分けて出力するように構成されている。

駆動回路６７は、Ｎ個（例えば、３２×２４＝７６８個）のＡＮＤ素子６８_−１〜６８_−Ｎを備えて構成されており、２入力型のＮ個のＡＮＤ素子６８_−１〜６８_−Ｎのそれぞれの入力端には、Ｘ，Ｙの信号が入力され、そのＡＮＤ論理によってピン駆動ユニット１４の点字セル１４５が駆動される。なお、駆動回路６７は、必要に応じてＡＮＤ素子６８_−１〜６８_−Ｎにドライバ、昇圧回路等が接続される。

電源回路６９は、変圧器、整流器、電圧安定化回路等を備えて構成され、ＡＣ１００ＶからＤＣ５Ｖ、ＤＣ１２Ｖ等の安定化電圧を生成し、この電圧を図６に示す各回路へ供給する。なお、パーソナルコンピュータ２０から電源を供給できる場合には、電源回路６９を用いない構成にすることもできる。

［本発明の実施の形態の動作］
次に、情報システム１の動作について説明する。

図７は、触覚情報伝達装置１０のタッチセンサ１２に入力操作を行った場合のＢ−Ｂ線から見たタッチセンサ１２及びピン駆動ユニット１４の図である。

（触覚表示動作）
触覚情報伝達装置１０を動作させるには、ケーブル１５を介してパーソナルコンピュータ２０に触覚情報伝達装置１０を接続する。触覚情報伝達装置１０及びパーソナルコンピュータ２０の各電源をオンにした後、パーソナルコンピュータ２０の触覚情報処理用のソフトウェアを立ち上げると、表示情報に応じたデータが触覚伝達装置１０に送られる。

触覚情報伝達装置１０は、信号処理回路６６によってピン駆動ユニット１４の点字セル１４５のそれぞれに対応した駆動信号を生成し、駆動回路６７を駆動して圧電素子１４２に電圧を印加する。電圧が印加された圧電素子１４２は、図４の左側の点字セル１４５に示すように、歪み応力によって他の点字セル１４５に比べ長手方向に伸長する。

これにより、図４に示すように、駆動された点字セル１４５は、ピン１４３がタッチセンサ１２の表面から０．７ｍｍ程度突出する。このようにピン１４３が突出することにより、目の不自由な人は、タッチセンサ１２の表面を指でなぞったときの触覚、すなわち突出したピン１４３の配列状態から、点字表示を指で認識することができる。また、健常者は、突出したピン１４３の配列パターンから点字による表示内容を知ることができる。

（入力操作）
次に、触覚情報伝達装置１０のタッチセンサ１２に対する入力操作について説明する。タッチセンサ１２のＸライン１２１とＹライン１２２の間には、信号生成回路６１から短い周期でバイアス電圧が付与されている。

タッチセンサ１２の表面を指先で押すようにしてイラスト、点字等に対応した軌跡を描くと、その軌跡に応じて、図７に示すように、圧力Ｐの加わった部位のＸライン１２１が撓み、直下のＹライン１２２に接触する。これにより、図５に示すように、接触部位がスイッチ１３１となり、ＯＮになる。

ＯＮ信号は、Ｘライン１２１及びＹライン１２２の位置に対応した信号として信号生成回路６１に取り込まれ、所定の信号列のデジタルデータにされた後、信号変換回路６２によって例えばＵＳＢ信号に変換されてコネクタ６４へ出力され、パーソナルコンピュータ２０へ送信される。

パーソナルコンピュータ２０は、触覚情報伝達装置１０からの点字データを本体に内蔵のハードディスク等に保存すると共に、点字データを表示データに変換処理して液晶ディスプレイ２３に表示する。

［第１の実施の形態の効果］
以上説明した本発明の第１の実施の形態に係る触覚情報伝達装置によれば、次に示す効果が得られる。
（１）ピン駆動ユニット１４とタッチセンサ１２を一体化しているため、触覚表示と入力操作の対応を容易にとることができる。
（２）入力検出は、Ｘライン１２１とＹライン１２２の交点をスイッチ入力（データ発生箇所）として捉え、Ｘライン１２１とＹライン１２２の接触の有無をデジタルデータとしてパーソナルコンピュータ２０へ伝送するため、パーソナルコンピュータ２０側で触覚情報伝達装置１０からのデータを簡単に表示情報に変換することができる。

［本発明の第２の実施の形態］
第２の実施の形態として、容量結合式にしたタッチセンサ１２を提供する。すなわち、本実施の形態は、印刷配線基板１２８と印刷配線基板１２９の間に静電容量が形成される様にし、マトリクス状に配設されたＸライン１２１とＹライン１２２の交点における上下のライン間の静電容量の変化からスイッチオンを検出するようにしたものである。

［第２の実施の形態の効果］
以上説明した本発明の第２の実施の形態に係る触覚情報伝達装置によれば、次に示す効果が得られる。
（１）タッチセンサ１２の表面材料を硬質にすることができる。
（２）入力操作を行っても、タッチセンサ１２の表面が窪まないため、変形に起因する寿命低下を防止することができる。
その他、第１の実施の形態と同様の効果をえることができる。

なお、上記した各実施の形態は、タッチセンサ１２とピン駆動ユニット１４を一体化する構成にしたが、別体、例えば、同一平面上に並設する構成であってもよい。

また、上記した各実施の形態は、ピン１４３の駆動を圧電素子１４２により駆動する構成にしたが、圧電素子に代えて、小型ソレノイド等の電磁アクチュエータを用いる構成も可能である。

また、上記した各実施の形態は、パーソナルコンピュータ２０に接続するものとしたが、パーソナルコンピュータ２０に代えて専用に設計した処理装置を用いてもよい。

また、タッチセンサ１２は、抵抗膜式及び静電容量式について示したが、他の方式、例えば、赤外線マトリクス方式や超音波方式等、ピン１４３が検出の邪魔にならない方式のセンサであれば、採用することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る情報システム１を示す図である。図２は、タッチセンサ１２を示す図である。図３は、図２のＡ部の拡大図である。図４は、図３のＡ−Ａ線から見たタッチセンサ１２及びピン駆動ユニット１４の断面図である。図５は、タッチセンサ１２のＸライン１２１とＹライン１２２の配線図である。図６は、触覚情報伝達装置１０の回路構成を示すブロック図である。図７は、触覚情報伝達装置１０のタッチセンサ１２に入力操作を行った場合のＢ−Ｂ線から見たタッチセンサ１２及びピン駆動ユニット１４を示す図である。

符号の説明

１情報システム
１０触覚情報伝達装置
１１本体
１２タッチセンサ
１３押しボタン
１４ピン駆動ユニット
１５ケーブル
２０パーソナルコンピュータ
２１本体
２２蓋
２３液晶ディスプレイ
２４キーボード
２５ポインティングデバイス
２６状態表示ランプ
６１信号生成回路
６２信号変換回路
６４コネクタ
６５インターフェイス
６６信号処理回路
６７駆動回路
６８_−１〜６８_−ＮＡＮＤ素子
６９電源回路
１２０センサ部
１２１Ｘライン
１２２Ｙライン
１２３フレキシブル基板
１２４，１２５Ａ，１２５Ｂコネクタ
１２６ピン穴
１２７スペーサ
１２８，１２９印刷配線基板
１３０空間
１３１スイッチ
１４１ベース
１４２圧電素子
１４３ピン
１４４天板
１４５点字セル

Claims

表面への押圧または接触による操作を検出して、その操作位置に応じたデータの入力を行なうタッチセンサと、
前記タッチセンサを貫通可能にして複数のピンが配設され、前記ピンを表示データに応じて前記タッチセンサの表面から出没させることにより触覚表示を行うピン駆動ユニットと、
を備えたことを特徴とする触覚情報伝達装置。
前記タッチセンサは、抵抗膜式または容量結合式であることを特徴とする請求項１に記載の触覚情報伝達装置。
前記タッチセンサは、複数のＸラインと複数のＹラインがマトリクス状に配設され、それぞれの交点がデータ発生箇所であることを特徴とする請求項１または２に記載の触覚情報伝達装置。