JP2023113979A - Sound field generation device, sound field generation method, and sound field generation program - Google Patents
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Abstract
Description
特許法第30条第2項適用申請有り 令和1年7月9日に、IEEE World Haptic Conference 2019(東京都千代田区神田駿河台4-6 御茶ノ水ソラシティカンファレンス)にて、強度と質感の異なる感覚を生み出す2種類の触覚刺激法に基づいて、空中での擬似クリック感覚を生み出す手法について公開した。There is an application for the application of
本発明は、音場生成装置、音場生成方法、および音場生成プログラムに関する。 The present invention relates to a sound field generation device, a sound field generation method, and a sound field generation program.
トランスデューサーアレイから音響場を生成し、知覚可能フィードバックを生成する方法が知られている(例えば、特許文献1)。
特許文献1 特表2018-507485号
Methods for generating acoustic fields from transducer arrays and generating perceptible feedback are known (eg US Pat.
Patent Document 1: Special table 2018-507485
本発明の第1の態様においては、超音波を発振する超音波発振素子が配列された超音波発振素子アレイと、超音波発振素子アレイを制御する制御部と、を備え、制御部は、空間内の第1領域に超音波による第1の圧力場を生成し、空間内の第1領域とは異なる第2領域に第1の圧力場と異なる強度の超音波による第2の圧力場を生成する、音場生成装置を提供する。 A first aspect of the present invention includes an ultrasonic oscillator array in which ultrasonic oscillator elements that oscillate ultrasonic waves are arranged, and a control unit that controls the ultrasonic oscillator array, wherein the control unit includes a space generating a first pressure field by ultrasonic waves in a first region in the space, and generating a second pressure field by ultrasonic waves having an intensity different from the first pressure field in a second region different from the first region in the space To provide a sound field generation device that
本発明の第2の態様においては、超音波を発振する超音波発振素子が配列された超音波発振素子アレイの振動を制御する制御段階を備え、制御段階において、空間内の第1領域に超音波による第1の圧力場を生成し、空間内の第1領域とは異なる第2領域に第1の圧力場と異なる強度の超音波による第2の圧力場を生成する、音場生成方法を提供する。 A second aspect of the present invention comprises a control step of controlling vibration of an ultrasonic oscillator array in which ultrasonic oscillator elements for oscillating ultrasonic waves are arranged; A sound field generation method for generating a first pressure field by sound waves, and generating a second pressure field by ultrasonic waves having an intensity different from that of the first pressure field in a second region different from the first region in space. provide.
本発明の第3の態様においては、コンピュータに、超音波を発振する超音波発振素子が配列された超音波発振素子アレイの振動を制御する制御段階を実行させることにより、超音波による圧力場を提示する音場生成プログラムであって、制御段階において、空間内の第1領域に超音波による第1の圧力場を生成し、空間内の第1領域とは異なる第2領域に第1の圧力場と異なる強度の超音波による第2の圧力場を生成する、音場生成プログラムを提供する。 In a third aspect of the present invention, a pressure field generated by ultrasonic waves is generated by causing a computer to execute a control step of controlling vibrations of an ultrasonic oscillator array in which ultrasonic oscillator elements for oscillating ultrasonic waves are arranged. A sound field generation program to be presented, wherein in a control phase, a first pressure field by ultrasound is generated in a first region in space, and a first pressure is generated in a second region different from the first region in space. A sound field generation program is provided for generating a second pressure field of ultrasound with a different intensity than the field.
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 It should be noted that the above summary of the invention does not list all the necessary features of the invention. Subcombinations of these feature groups can also be inventions.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. Also, not all combinations of features described in the embodiments are essential for the solution of the invention.
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係る音場生成装置100の概略構成を示す図である。図1に示すように、音場生成装置100は、複数の超音波発振素子アレイ10と、制御部20と、検知部30と、映像表示装置40と、を有する。音場生成装置100は、複数の超音波発振素子アレイ10を制御することにより超音波による圧力場(音響放射圧による圧力分布であり、音圧の分布、すなわち音場に対応する)を生成し、複数の超音波発振素子アレイ10により囲まれた空間内に、人間の皮膚に仮想的な押し込み型のボタンの触覚刺激を提示する。なお、説明の便宜上、人間の皮膚に提示される仮想的な押し込み型のボタンの触覚刺激を仮想ボタン50と称し、図中でボタンの形状で示す。
[First embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a sound
図2は、超音波発振素子アレイ10の構成の一例を示す図である。超音波発振素子アレイ10は、超音波を発振する超音波発振素子11を複数個二次元的に配列して、支持体12で支持したものである。図2に示すように、超音波発振素子アレイ10の一例は、超音波発振素子11を直交する2方向に均一に配列した構成を有する。本実施形態において超音波発振素子アレイ10は、192mmの幅を有する正方形の形状である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the
超音波発振素子11は、圧電素子、及び、所定の周波数で共振するように設定された共振器から成る。圧電素子に位相制御信号が入力されることで、圧電素子が振動し、共振器から超音波が発振する。なお、図2に示す超音波発振素子アレイ10は、超音波発振素子11を直交する2方向に矩形状に配列したものであるが、これに限定はされない。例えば、超音波発振素子アレイ10は、複数の超音波発振素子11が円を形成するように二次元的に配列したものでもよい。
The
図1に戻り、本実施形態において6個の超音波発振素子アレイ10が異なる平面上に互いに対向するように配置され、6個の超音波発振素子アレイ10が取り囲む空間の概ね中央部分に仮想ボタン50を生成する。互いに対向する超音波発振素子アレイ10同士の距離は、400mmである。なお、超音波発振素子アレイ10の配置、形状、および個数は上記例に限定されない。
Returning to FIG. 1, in the present embodiment, six
超音波発振素子アレイ10を構成する複数の超音波発振素子11のそれぞれは、制御部20によって駆動制御される。複数の超音波発振素子11のそれぞれから超音波が発振されるが、超音波は山と谷とを有するので、各超音波発振素子11から出力された超音波は互いに強めあったり、弱めあったりする。制御部20が、各超音波発振素子11の発振タイミングを制御することにより、超音波が互いに強めあう位置や、互いに弱めあう位置を調整し、触覚刺激を提示したい位置に複数の超音波発振素子11から発せられる超音波による圧力が最大になる焦点を形成する。
Each of the
制御部20は、複数の超音波発振素子アレイ10を制御することにより超音波を発生させ、複数の超音波発振素子アレイ10により囲まれた空間内に超音波による圧力場を生成する制御を行う。制御部20は、複数の超音波発振素子11の発振タイミングが決定された位相制御信号を、複数の超音波発振素子11のそれぞれに入力する。
The
検知部30は、人間の皮膚の位置を検出する素子であり、例えば、CCDカメラなどの撮像装置が用いられている。第1の実施形態において、検知部30は人間の指先の位置を検知するものとする。検知部30は、例えば、6つの超音波発振素子アレイ10のうち、1つの超音波発振素子アレイ10に隣接するように配置されて、空間内を移動する指先の画像を撮影する。検知部30にて撮影された指先の画像が、制御部20によって解析されて、空間内における指先の3次元位置が検知される。検知部30は、赤外線のToF(Time Of Flight)を用いたデプスセンサであってもよい。
The
映像表示装置40は、複数の超音波発振素子アレイ10により囲まれた空間内に空中映像を表示する、いわゆる3次元映像表示器である。図3は、映像表示装置40の概略構成を示す図である。映像表示装置40は、例えば、画像出力部41、ハーフミラー42および凹面鏡43を備える。映像表示装置40は、画像出力部41から出射した光を、ハーフミラー42で反射し、凹面鏡43により空間内に結像する。映像表示装置40は、図1及び図3に示すように仮想ボタン50の位置にボタンの像を結像させる。
The
図4は、人間の皮膚内の触覚受容器の概略構成を示す断面図である。図4に示すように、人間の皮膚は、表層から内側に向かって、表皮、真皮、皮下組織がある。触覚受容器として、真皮に位置するメルケル触盤とマイスナー小体、及び、皮下組織に位置するパチニ小体がある。これらの触覚受容器それぞれは、超音波の強度が変調する周波数に応じて、反応する量が異なる。メルケル触盤は、静的(すなわち無変調)な圧力場に対して反応する。マイスナー小体は、強度がおよそ25Hzで振動する動的な圧力場に対して最も大きく反応する。そして、パチニ小体は、強度がおよそ200Hzで振動する動的な圧力場に対して最も大きく反応する。本発明では、静的(すなわち無変調)な圧力場と、動的な(すなわち上述の振動知覚域で変調した)圧力場が用いられる。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of tactile receptors in human skin. As shown in FIG. 4, human skin has epidermis, dermis, and subcutaneous tissue from the surface to the inside. Tactile receptors include Merkel's discs and Meissner's corpuscles located in the dermis, and Pacinian corpuscles located in the subcutaneous tissue. Each of these tactile receptors reacts differently depending on the frequency at which the ultrasonic intensity is modulated. The Merkel disc responds to a static (ie unmodulated) pressure field. Meissner's corpuscles are most responsive to dynamic pressure fields whose intensity oscillates at approximately 25 Hz. And Pacinian corpuscles are most responsive to dynamic pressure fields whose intensity oscillates at approximately 200 Hz. The present invention uses a static (ie, unmodulated) pressure field and a dynamic (ie, modulated in the vibration perception range described above) pressure field.
第1の実施形態では、押し込み型のボタンやスイッチの押し込みが一定量なされたときに指先に感じる触覚刺激(クリック感ともいう)を再現するために、超音波による圧力場を指先の位置に応じて静的な圧力場から動的な圧力場に切り替え、2つの段階の触覚刺激を提示する。図5は、圧力場が人間の指先に提示する触覚刺激の2つの段階の一例を示す。第1段階は、無変調な超音波による圧力場により指先が感知する程度の触覚刺激を提示する段階であり、第2段階は、変調された超音波による圧力場により指先に振動の触覚刺激を提示する段階である。なお、図5に示すように、第1段階では指先が下方向に移動するに従い無変調な超音波の圧力が高まってボタンを押し込んでいるような触覚刺激を人間の指先に提示する。 In the first embodiment, in order to reproduce the tactile sensation (also referred to as a click feeling) that a fingertip feels when a push-type button or switch is pushed by a certain amount, an ultrasonic pressure field is applied according to the position of the fingertip. switch from a static pressure field to a dynamic pressure field, presenting two levels of tactile stimuli. FIG. 5 shows an example of two stages of tactile stimulation that a pressure field presents to a human fingertip. The first step is to present a tactile sensation that can be sensed by the fingertip by a pressure field of unmodulated ultrasonic waves, and the second step is to present a vibrating tactile sensation to the fingertip by a pressure field of modulated ultrasonic waves. It is time to present. As shown in FIG. 5, in the first stage, as the fingertip moves downward, the pressure of the unmodulated ultrasonic wave increases to present the human fingertip with a tactile stimulus as if a button is being pressed.
図6は、第1領域および第2領域の圧力場の概略を示す図である。第1段階において提示する圧力場は無変調な超音波により第1領域Bに生成され、仮想ボタン50の存在を感知できる。また、この無変調の圧力場はその中心に近いほど強度が大きいので、仮想ボタン50を押し込んでいく触覚刺激を与えるための静的で弱い触覚刺激を指先に提示する。無変調な超音波による圧力場は、主にメルケル触盤によって知覚可能である。本実施形態では、40kHzの超音波を用いて圧力場を生成する。これによって可聴音は発生しない。
FIG. 6 is a schematic diagram of pressure fields in the first and second regions. The pressure field presented in the first stage is generated in the first region B by unmodulated ultrasound, and the presence of the
無変調な超音波による第1領域Bの圧力場は複数の超音波発振素子アレイ10により囲まれた空間内の部分領域B1~B3に予め生成されている。無変調な超音波による圧力場は、指先の位置によらずに予め生成されている。図6に示すように、無変調な超音波による圧力場の強度は、空間内における部分領域B1~B3によって異なっている。図6においてハッチングが最も濃い第3部分領域B3は、圧力場の強度が最も強い領域であり、ハッチングの濃さが中程度である第2部分領域B2は、圧力場の強度が中程度である領域であり、ハッチングが最も薄い第1部分領域B1は、圧力場の強度が最も弱い領域である。なお、無変調な超音波による第1領域Bの圧力場の強度は連続的に変化しているが、図6では説明の都合上模式的に3段階で描いている。また、第3部分領域B3の圧力場の強度と第2部分領域B2の圧力場の強度との差は、指先で明確に強度差を知覚できるように所定値以上となっている。
A pressure field in the first region B by unmodulated ultrasonic waves is generated in advance in the partial regions B1 to B3 within the space surrounded by the plurality of
したがって、指先が位置A1に移動したときには第1部分領域B1に形成された圧力を受けるため弱い触覚刺激を感じる。同様に、指先が位置A2に移動したときには第2部分領域B2に形成された圧力を受けるため中程度の触覚刺激を感じ、指先が位置A3に移動したときには第3部分領域B3に形成された圧力を受けるため強い触覚刺激を感じる。 Therefore, when the fingertip moves to the position A1, the pressure formed in the first partial region B1 is received, and a weak tactile sensation is felt. Similarly, when the fingertip moves to the position A2, it receives the pressure formed in the second partial region B2, so that a moderate tactile sensation is felt, and when the fingertip moves to the position A3, the pressure formed in the third partial region B3. to receive a strong tactile stimulus.
このように、指先が下方向に移動するにつれて提示する触覚刺激が強くなるため、ボタンを押下するかのような触覚刺激を指先に与えることができる。以上により、指先に第1段階の無変調な超音波による圧力場を提示する。検知部30により、指先が位置A3に移動したことを検知すると、制御部は第1段階の無変調の圧力場から、第2段階の変調された圧力場へと切り替える制御を行う。本実施形態における変調された圧力場は、LM(lateral modulation)変調された超音波による圧力場である。
In this way, as the fingertip moves downward, the presented tactile stimulus becomes stronger, so it is possible to give the fingertip a tactile stimulus similar to pressing a button. As described above, the fingertip is presented with a first-stage unmodulated ultrasonic pressure field. When the
第2段階の圧力場は変調された超音波により図6に示す第2領域Cに生成され、ボタンを最終位置まで押下したときのクリック感を想起させる振動触覚刺激を指先に対して提示する。変調された超音波による圧力場は、第1段階の無変調の圧力場と比較して強度が強い圧力場である。第2段階の変調された超音波による圧力場によって提示される触覚刺激は、主にパチニ小体によって知覚可能である。なお、第2領域Cは第1領域Bと部分的に重なるが、領域全体としては互いに異なっている。 The second-stage pressure field is generated in the second region C shown in FIG. 6 by the modulated ultrasonic waves, and presents a vibrotactile sensation to the fingertip that evokes a click feeling when the button is pushed to the final position. The pressure field due to the modulated ultrasound is a pressure field with a high intensity compared to the unmodulated pressure field in the first stage. The tactile stimulus presented by the second-stage modulated ultrasound pressure field is primarily perceivable by the Pacinian corpuscles. Although the second region C partially overlaps the first region B, the regions as a whole are different from each other.
図7は、第2領域Cの圧力場を生成する超音波のLM変調についての説明図である。LM変調とは、パルス状の超音波の焦点位置を、パルス時間内に複数個所間で水平方向に往復運動させる時空間変調である。なお、時空間変調による複数個所間の往復運動は水平方向に限らず、仮想ボタンの操作方向に応じて必要な、三次元空間の如何なる方向であっても良い。図7に示すように、本実施形態において、超音波音圧の焦点位置を焦点面内の二つのポイントP1およびP2間で横方向(指の腹に沿った方向)に往復運動させる。往復運動の振幅Lは9mmとし、往復運動の周波数は250Hzとする。LM変調された超音波による触覚刺激の提示時間は40msとする。触覚刺激の提示時間が長いと「ブルブル」とした触覚刺激となり、短いと「カチッ」とした触覚刺激になる。なお、往復運動の振幅、周波数および触覚刺激の提示時間は上記例に限定されない。また、3つ以上のポイント間で焦点を移動させてもよい。 FIG. 7 is an explanatory diagram of LM modulation of ultrasonic waves that generate a pressure field in the second region C. FIG. LM modulation is spatio-temporal modulation in which the focal position of pulsed ultrasonic waves is horizontally reciprocated between a plurality of positions within the pulse time. Note that the reciprocating motion between a plurality of locations by spatio-temporal modulation is not limited to the horizontal direction, and may be in any direction in three-dimensional space as required according to the direction of operation of the virtual button. As shown in FIG. 7, in this embodiment, the focal position of the ultrasonic sound pressure is reciprocated in the lateral direction (direction along the pad of the finger) between two points P1 and P2 in the focal plane. The amplitude L of reciprocating motion is 9 mm, and the frequency of reciprocating motion is 250 Hz. The presentation time of the tactile stimulus by LM-modulated ultrasound is 40 ms. If the presentation time of the tactile sense stimulus is long, the tactile sense stimulus becomes “bubble”, and if the presentation time is short, the tactile sense stimulus becomes “clicky”. Note that the amplitude and frequency of the reciprocating motion and the presentation time of the tactile stimulus are not limited to the above examples. Also, the focus may be moved between three or more points.
図8は、第1段階から第2段階の変調された圧力場に切り替えるタイミングを示す図である。図8(a)は、無変調の圧力場の強度を示す。ここで、人間の指先が一定の速度で空間内を下降しているものとする。図8(a)に示すように、時間の経過とともに、無変調の圧力場の強度が強くなっており、特定の位置を経過すると圧力場の強度が弱くなる。圧力場の強度が最も強くなる位置は、図6における第3部分領域B3の中心位置である。無変調の圧力場の強度が最も強くなったタイミングにおいて、図8(b)に示すLM変調された圧力場に切り替える。 FIG. 8 is a diagram showing the timing of switching from the first stage to the second stage modulated pressure field. FIG. 8(a) shows the strength of the unmodulated pressure field. Here, it is assumed that a human fingertip is descending in space at a constant speed. As shown in FIG. 8(a), the strength of the unmodulated pressure field increases with the lapse of time, and the strength of the pressure field weakens after passing a specific position. The position where the strength of the pressure field is the strongest is the center position of the third partial area B3 in FIG. At the timing when the intensity of the non-modulated pressure field becomes the strongest, the pressure field is switched to the LM-modulated pressure field shown in FIG. 8(b).
図9は、LM変調のタイミングチャートである。本実施形態において、超音波を周波数が25Hzのパルス波として出力する。1パルス(40ms)内において、超音波音圧の焦点位置は、指先の腹の二つのポイントP1,P2間で5往復する。なお、超音波の振動周波数は、40kHzとする。 FIG. 9 is a timing chart of LM modulation. In this embodiment, ultrasonic waves are output as pulse waves with a frequency of 25 Hz. Within one pulse (40 ms), the focal position of the ultrasonic sound pressure reciprocates five times between the two points P1 and P2 on the pad of the fingertip. Note that the vibration frequency of the ultrasonic waves is 40 kHz.
制御部20は、映像表示装置40が生成した空中映像に、第1段階の無変調の超音波による圧力場と第2段階の変調された超音波による圧力場の少なくとも一方が重畳するように制御する。なお、制御部20は、映像表示装置40が生成した空中映像の一部の領域に、第1段階の無変調の圧力場と第2段階の変調された圧力場の少なくとも一つが重畳するように制御してもよい。
The
第1の実施形態に係る音場生成装置100によれば、無変調の圧力場と、変調された圧力場とを動的に切り替え、空間内の異なる領域に2段階の異なる触覚刺激を提示する。これは、第1段階と、第2段階とで、異なる空間領域に変調方式が異なる圧力場を生成している一例になっている。さらに、第1段階と、第2段階とで、異なる空間領域に強度が異なる圧力場を生成している一例でもある。これにより、超音波音圧が人間の指先に与える触覚刺激の違いを作り出すことができ、仮想的なボタンの位置を認識させ、当該ボタンを押し込んだクリック感を再現することができる。
According to the sound
[第2の実施形態]
上記第1の実施形態では、クリック感を再現する触覚刺激を提示するために第1段階を無変調の圧力場とし、第2段階をLM変調された圧力場とした。これに対して、第2の実施形態では、第1段階をAM(amplitude modulation)変調された圧力場とし、第2段階をLM変調された圧力場とする。AM変調は、超音波の振幅変調である。変調する振幅は数Hz~200Hzとする。LM変調は第1の実施形態において説明したものと同じである。
[Second embodiment]
In the first embodiment described above, the first stage is an unmodulated pressure field and the second stage is an LM-modulated pressure field in order to present a tactile stimulus that reproduces a click feeling. In contrast, in the second embodiment, the first stage is an AM (amplitude modulation) modulated pressure field, and the second stage is an LM modulated pressure field. AM modulation is the amplitude modulation of ultrasound. The amplitude to be modulated is several Hz to 200 Hz. LM modulation is the same as described in the first embodiment.
図10は、第2の実施形態に係る音場生成装置101概略構成を示す図である。図10に示すように、音場生成装置101は、超音波発振素子アレイ10と、制御部20と、検知部30と、映像表示装置40と、を有する。第2の実施形態に係る音場生成装置101は、ひとつの超音波発振素子アレイ10を用いて底面から600mmの位置に触覚刺激を提示する。図10には、超音波発振素子アレイ10から600mmの位置に仮想ボタン51が示されている。なお、第2の実施形態において、検知部30は人間の手の平の位置を検知するものとする。
FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of a sound
図10において、仮想ボタン51の上部の第1領域B4に、第1段階においてAM変調された超音波による圧力場を生成する。仮想ボタン51の下部の第2領域B5に、第2段階においてLM変調された超音波による圧力場を生成する。図10に示すように、AM変調された超音波による圧力場を生成する第1領域B4は、LM変調された超音波による圧力場を生成する第2領域B5よりも位置が高い。本実施形態において、AM変調された超音波による圧力場を生成する領域の高さは例えば50mmとし、LM変調された超音波による圧力場を生成する領域の高さは例えば100mmとする。また、AM変調された超音波による圧力場の強度は、LM変調された超音波による圧力場の強度の概ね10分の1の強度とする。
In FIG. 10, in the first region B4 above the
図11は、第2の実施形態における圧力場の制御の段階を示す図である。図11に示すように、第2の実施形態では、探索と操作の2段階の触覚刺激を提示する。探索の段階は、人の手がボタンの位置を能動的に探索する段階であり、AM変調された超音波による圧力場による弱い触覚刺激を提示する。操作の段階は、人の手が仮想ボタンを押下し操作を完了させる段階であり、LM変調された超音波による圧力場による強い触覚刺激を提示する。 FIG. 11 is a diagram showing the stages of control of the pressure field in the second embodiment. As shown in FIG. 11, in the second embodiment, two stages of tactile stimuli are presented: search and operation. The search phase is the phase in which the human hand actively searches for the position of the button, presenting a weak tactile stimulus with a pressure field of AM-modulated ultrasound. The operation stage is the stage in which the human hand presses the virtual button to complete the operation, presenting a strong tactile stimulus with a pressure field of LM-modulated ultrasound.
図12は、AM変調された超音波による圧力場とLM変調された超音波による圧力場の強度の比較を示す図である。図12に示すように、AM変調された超音波による圧力場はLM変調された圧力場と比べて音響放射圧の時間平均が2分の1程度の強度の触覚刺激であり、手の平に対して弱い触覚刺激を提示する。なお、音響放射圧は圧力場の強度の指標となるものである。 FIG. 12 is a diagram showing a comparison of the strength of the pressure field due to AM-modulated ultrasonic waves and the pressure field due to LM-modulated ultrasonic waves. As shown in FIG. 12, the AM-modulated ultrasonic pressure field is a tactile stimulus with an intensity of about half the time average of the acoustic radiation pressure compared to the LM-modulated pressure field. Present a weak tactile stimulus. Acoustic radiation pressure is an index of the strength of the pressure field.
この二つの圧力場は、検知部30が人の手の位置を検知することにより切り替える。検知部30が第2領域B5に人の手が移動したことを検知したら、制御部20はAM変調された超音波による圧力場からLM変調された超音波による圧力場へと切り替える。
These two pressure fields are switched when the
第2の実施形態に係る音場生成装置101によれば、AM変調された超音波による圧力場による触覚刺激と、LM変調された超音波による圧力場による触覚刺激とを空間内の異なる領域に提示する。異なる変調方式により変調されることで、人間に感じられる強度が異なる2段階の触覚刺激を空間内の異なる領域に提示することにより、人間の手の平に与える触覚刺激の違いを作り出すことができ、クリック感を再現することができる。
According to the sound
[変形例1]
上記第1の実施形態では第1領域の圧力場を無変調の超音波による圧力場とし、第2領域の圧力場をLM変調された超音波による圧力場とした。また、上記第2の実施形態では第1領域の圧力場をAM変調された超音波による圧力場とし、第2領域の圧力場をLM変調された超音波による圧力場とした。しかしながら、図13に示すような他の組み合わせも可能である。
[Modification 1]
In the first embodiment, the pressure field of the first region is the pressure field of unmodulated ultrasonic waves, and the pressure field of the second region is the pressure field of LM-modulated ultrasonic waves. In the second embodiment, the pressure field of the first region is the pressure field of AM-modulated ultrasonic waves, and the pressure field of the second region is the pressure field of LM-modulated ultrasonic waves. However, other combinations are possible as shown in FIG.
図13において「無変調」は無変調の圧力場であり、「AM強」はAM変調された超音波の出力を強くした圧力場であり、「LM強」はLM変調された超音波の出力を強くした圧力場であり、「AM弱」はAM変調された超音波の出力を弱くした圧力場であり、「LM弱」はLM変調された超音波の出力を弱くした圧力場である。図12において、好ましい組み合わせについて「〇」とし、可能性がある組み合わせについて「△」としている。 In FIG. 13, "unmodulated" is an unmodulated pressure field, "AM strong" is a pressure field with enhanced AM modulated ultrasonic output, and "LM strong" is an LM modulated ultrasonic output. "AM Weak" is a pressure field with weakened output of AM-modulated ultrasonic waves, and "LM Weak" is a pressure field with weakened output of LM-modulated ultrasonic waves. In FIG. 12, the preferable combination is indicated by "◯" and the possible combination is indicated by "Δ".
図13に示すように、例えば、第1領域の圧力場を無変調の圧力場とし、第2領域をAM変調された超音波の強度が強い圧力場とすることも可能である。また、第1領域の圧力場をLM変調された超音波の強度が弱い圧力場とし、第2領域をLM変調された超音波の強度が強い圧力場とするように、第1領域の圧力場と第2領域の圧力場とで圧力場の変調方式は変えずに出力の強度(度合い)を変えることも可能である。 As shown in FIG. 13, for example, the pressure field in the first region can be a non-modulated pressure field, and the second region can be a pressure field with a high intensity AM-modulated ultrasonic wave. Further, the pressure field in the first region is set so that the pressure field in the first region is a pressure field in which the intensity of the LM-modulated ultrasonic waves is weak, and the pressure field in the second region is a pressure field in which the intensity of the LM-modulated ultrasonic waves is strong. It is also possible to change the intensity (degree) of the output without changing the modulation method of the pressure field between the pressure field and the pressure field in the second region.
[変形例2]
上記第1の実施形態では図6に示すように無変調な圧力場が所定の位置で所定の圧力になるように予め作りこんでおいた。すなわち、無変調な圧力場を形成する超音波の焦点位置を空間内の予め定められた位置(部分領域B3の中心位置)としていた。しかしながら、この超音波の焦点位置を検知部30により取得した人の指先の位置と連動させ、動的に制御してもよい。すなわち、第1段階において超音波の焦点位置およびその圧力場の強度を動的に制御してもよい。例えば、指先が高い位置A1にある場合に超音波の焦点位置をA1の位置として0.6(相対値)の大きさの圧力場を生成し、指先が中間の位置A2に来たことを検知部30で確認したら、超音波の焦点位置をA2の位置として0.8(相対値)の大きさの圧力場を生成し、指先が低い位置A3に来たことを検知部30で確認したら、超音波の焦点位置をA3の位置として1.0(相対値)の大きさの圧力場を生成するように制御してもよい。
[Modification 2]
In the above-described first embodiment, as shown in FIG. 6, a non-modulated pressure field is prepared in advance so as to have a predetermined pressure at a predetermined position. That is, the focal position of the ultrasonic waves that form the non-modulated pressure field is set to a predetermined position in the space (center position of the partial region B3). However, the focal position of this ultrasonic wave may be interlocked with the position of the person's fingertip acquired by the
[変形例3]
なお、上記第1の実施形態では、検知部30によって指先が所定の位置に移動したことを検知したときに第1領域の圧力場から第2領域の圧力場へと切り替えた。すなわち、検知された指先の位置に応じて、圧力場を第1段階から第2段階へ切り替えた。これに代えて、第1領域の圧力場と第2領域の第2段階の圧力場を常時生成してもよい。すなわち、第1段階から第2段階への切り替えを行わなくてよい。この場合には、検知部30によって指先の位置を検知しなくてもよい。
[Modification 3]
In the above-described first embodiment, the pressure field in the first area is switched to the pressure field in the second area when the
また、本発明の様々な実施形態は、フローチャートおよびブロック図を参照して記載されてよく、ここにおいてブロックは、(1)操作が実行されるプロセスの段階または(2)操作を実行する役割を持つ装置のセクションを表わしてよい。特定の段階およびセクションが、専用回路、コンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプログラマブル回路、および/またはコンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプロセッサによって実装されてよい。専用回路は、デジタルおよび/またはアナログハードウェア回路を含んでよく、集積回路(IC)および/またはディスクリート回路を含んでよい。プログラマブル回路は、論理AND、論理OR、論理XOR、論理NAND、論理NOR、および他の論理操作、フリップフロップ、レジスタ、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、プログラマブルロジックアレイ(PLA)等のようなメモリ要素等を含む、再構成可能なハードウェア回路を含んでよい。 Additionally, various embodiments of the invention may be described with reference to flowchart illustrations and block diagrams, where blocks represent (1) steps in a process in which operations are performed or (2) roles that perform operations. may represent a section of equipment that has Certain steps and sections may be implemented by dedicated circuitry, programmable circuitry provided with computer readable instructions stored on a computer readable medium, and/or processor provided with computer readable instructions stored on a computer readable medium. you can Dedicated circuitry may include digital and/or analog hardware circuitry, and may include integrated circuits (ICs) and/or discrete circuitry. Programmable circuits include logic AND, logic OR, logic XOR, logic NAND, logic NOR, and other logic operations, memory elements such as flip-flops, registers, field programmable gate arrays (FPGAs), programmable logic arrays (PLAs), etc. and the like.
コンピュータ可読媒体は、適切なデバイスによって実行される命令を格納可能な任意の有形なデバイスを含んでよく、その結果、そこに格納される命令を有するコンピュータ可読媒体は、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく実行され得る命令を含む、製品を備えることになる。コンピュータ可読媒体の例としては、電子記憶媒体、磁気記憶媒体、光記憶媒体、電磁記憶媒体、半導体記憶媒体等が含まれてよい。コンピュータ可読媒体のより具体的な例としては、フロッピー(登録商標)ディスク、ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ(RAM)、リードオンリメモリ(ROM)、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EPROMまたはフラッシュメモリ)、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EEPROM)、静的ランダムアクセスメモリ(SRAM)、コンパクトディスクリードオンリメモリ(CD-ROM)、デジタル多用途ディスク(DVD)、ブルーレイ(RTM)ディスク、メモリスティック、集積回路カード等が含まれてよい。 Computer-readable media may include any tangible device capable of storing instructions to be executed by a suitable device, such that computer-readable media having instructions stored thereon may be designated in flowcharts or block diagrams. It will comprise an article of manufacture containing instructions that can be executed to create means for performing the operations described above. Examples of computer-readable media may include electronic storage media, magnetic storage media, optical storage media, electromagnetic storage media, semiconductor storage media, and the like. More specific examples of computer readable media include floppy disks, diskettes, hard disks, random access memory (RAM), read only memory (ROM), erasable programmable read only memory (EPROM or flash memory), Electrically Erasable Programmable Read Only Memory (EEPROM), Static Random Access Memory (SRAM), Compact Disc Read Only Memory (CD-ROM), Digital Versatile Disc (DVD), Blu-ray (RTM) Disc, Memory Stick, Integration Circuit cards and the like may be included.
コンピュータ可読命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ(ISA)命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、またはSmalltalk、JAVA(登録商標)、C++等のようなオブジェクト指向プログラミング言語、および「C」プログラミング言語または同様のプログラミング言語のような従来の手続型プログラミング言語を含む、1または複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソースコードまたはオブジェクトコードのいずれかを含んでよい。 The computer readable instructions may be assembler instructions, Instruction Set Architecture (ISA) instructions, machine instructions, machine dependent instructions, microcode, firmware instructions, state setting data, or object oriented programming such as Smalltalk, JAVA, C++, etc. language, and any combination of one or more programming languages, including conventional procedural programming languages, such as the "C" programming language or similar programming languages. good.
コンピュータ可読命令は、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサまたはプログラマブル回路に対し、ローカルにまたはローカルエリアネットワーク(LAN)、インターネット等のようなワイドエリアネットワーク(WAN)を介して提供され、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく、コンピュータ可読命令を実行してよい。プロセッサの例としては、コンピュータプロセッサ、処理ユニット、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ等を含む。 Computer readable instructions may be transferred to a processor or programmable circuitry of a general purpose computer, special purpose computer, or other programmable data processing apparatus, either locally or over a wide area network (WAN), such as a local area network (LAN), the Internet, or the like. ) and may be executed to create means for performing the operations specified in the flowcharts or block diagrams. Examples of processors include computer processors, processing units, microprocessors, digital signal processors, controllers, microcontrollers, and the like.
図14は、本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ2200の例を示す。コンピュータ2200にインストールされたプログラムは、コンピュータ2200に、本発明の実施形態に係る装置に関連付けられる操作または当該装置の1または複数のセクションとして機能させることができ、または当該操作または当該1または複数のセクションを実行させることができ、および/またはコンピュータ2200に、本発明の実施形態に係るプロセスまたは当該プロセスの段階を実行させることができる。そのようなプログラムは、コンピュータ2200に、本明細書に記載のフローチャートおよびブロック図のブロックのうちのいくつかまたはすべてに関連付けられた特定の操作を実行させるべく、CPU2212によって実行されてよい。
FIG. 14 illustrates an
本実施形態によるコンピュータ2200は、CPU2212、RAM2214、グラフィックコントローラ2216、およびディスプレイデバイス2218を含み、それらはホストコントローラ2210によって相互に接続されている。コンピュータ2200はまた、通信インタフェース2222、ハードディスクドライブ2224、DVD-ROMドライブ2226、およびICカードドライブのような入/出力ユニットを含み、それらは入/出力コントローラ2220を介してホストコントローラ2210に接続されている。コンピュータはまた、ROM2230およびキーボード2242のようなレガシの入/出力ユニットを含み、それらは入/出力チップ2240を介して入/出力コントローラ2220に接続されている。
CPU2212は、ROM2230およびRAM2214内に格納されたプログラムに従い動作し、それにより各ユニットを制御する。グラフィックコントローラ2216は、RAM2214内に提供されるフレームバッファ等またはそれ自体の中にCPU2212によって生成されたイメージデータを取得し、イメージデータがディスプレイデバイス2218上に表示されるようにする。
通信インタフェース2222は、ネットワークを介して他の電子デバイスと通信する。ハードディスクドライブ2224は、コンピュータ2200内のCPU2212によって使用されるプログラムおよびデータを格納する。DVD-ROMドライブ2226は、プログラムまたはデータをDVD-ROM2201から読み取り、ハードディスクドライブ2224にRAM2214を介してプログラムまたはデータを提供する。ICカードドライブは、プログラムおよびデータをICカードから読み取り、および/またはプログラムおよびデータをICカードに書き込む。
ROM2230はその中に、アクティブ化時にコンピュータ2200によって実行されるブートプログラム等、および/またはコンピュータ2200のハードウェアに依存するプログラムを格納する。入/出力チップ2240はまた、様々な入/出力ユニットをパラレルポート、シリアルポート、キーボードポート、マウスポート等を介して、入/出力コントローラ2220に接続してよい。
プログラムが、DVD-ROM2201またはICカードのようなコンピュータ可読媒体によって提供される。プログラムは、コンピュータ可読媒体から読み取られ、コンピュータ可読媒体の例でもあるハードディスクドライブ2224、RAM2214、またはROM2230にインストールされ、CPU2212によって実行される。これらのプログラム内に記述される情報処理は、コンピュータ2200に読み取られ、プログラムと、上記様々なタイプのハードウェアリソースとの間の連携をもたらす。装置または方法が、コンピュータ2200の使用に従い情報の操作または処理を実現することによって構成されてよい。
A program is provided by a computer-readable medium such as a DVD-
例えば、通信がコンピュータ2200および外部デバイス間で実行される場合、CPU2212は、RAM2214にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理に基づいて、通信インタフェース2222に対し、通信処理を命令してよい。通信インタフェース2222は、CPU2212の制御下、RAM2214、ハードディスクドライブ2224、DVD-ROM2201、またはICカードのような記録媒体内に提供される送信バッファ処理領域に格納された送信データを読み取り、読み取られた送信データをネットワークに送信し、またはネットワークから受信された受信データを記録媒体上に提供される受信バッファ処理領域等に書き込む。
For example, when communication is performed between the
また、CPU2212は、ハードディスクドライブ2224、DVD-ROMドライブ2226(DVD-ROM2201)、ICカード等のような外部記録媒体に格納されたファイルまたはデータベースの全部または必要な部分がRAM2214に読み取られるようにし、RAM2214上のデータに対し様々なタイプの処理を実行してよい。CPU2212は次に、処理されたデータを外部記録媒体にライトバックする。
In addition, the
様々なタイプのプログラム、データ、テーブル、およびデータベースのような様々なタイプの情報が記録媒体に格納され、情報処理を受けてよい。CPU2212は、RAM2214から読み取られたデータに対し、本開示の随所に記載され、プログラムの命令シーケンスによって指定される様々なタイプの操作、情報処理、条件判断、条件分岐、無条件分岐、情報の検索/置換等を含む、様々なタイプの処理を実行してよく、結果をRAM2214に対しライトバックする。また、CPU2212は、記録媒体内のファイル、データベース等における情報を検索してよい。例えば、各々が第2の属性の属性値に関連付けられた第1の属性の属性値を有する複数のエントリが記録媒体内に格納される場合、CPU2212は、第1の属性の属性値が指定される、条件に一致するエントリを当該複数のエントリの中から検索し、当該エントリ内に格納された第2の属性の属性値を読み取り、それにより予め定められた条件を満たす第1の属性に関連付けられた第2の属性の属性値を取得してよい。
Various types of information, such as various types of programs, data, tables, and databases, may be stored on recording media and subjected to information processing.
上で説明したプログラムまたはソフトウェアモジュールは、コンピュータ2200上またはコンピュータ2200近傍のコンピュータ可読媒体に格納されてよい。また、専用通信ネットワークまたはインターネットに接続されたサーバーシステム内に提供されるハードディスクまたはRAMのような記録媒体が、コンピュータ可読媒体として使用可能であり、それによりプログラムを、ネットワークを介してコンピュータ2200に提供する。
The programs or software modules described above may be stored in a computer readable medium on or near
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It is obvious to those skilled in the art that various modifications and improvements can be made to the above embodiments. It is clear from the description of the scope of claims that forms with such modifications or improvements can also be included in the technical scope of the present invention.
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The execution order of each process such as actions, procedures, steps, and stages in the devices, systems, programs, and methods shown in the claims, the specification, and the drawings is particularly "before", "before etc., and it should be noted that it can be implemented in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the specification, and the drawings, even if the description is made using "first," "next," etc. for the sake of convenience, it means that it is essential to carry out in this order. not a thing
10 超音波発振素子アレイ、11 超音波発振素子、12 支持体、20 制御部、30 検知部、40 映像表示装置、50,51 仮想ボタン、100,101 音場生成装置、2200 コンピュータ、2201 DVD-ROM、2210 ホストコントローラ、2212 CPU、2214 RAM、2216 グラフィックコントローラ、2218 ディスプレイデバイス、2220 入/出力コントローラ、2222 通信インタフェース、2224 ハードディスクドライブ、2226 DVD-ROMドライブ、2230 ROM、2240 入/出力チップ、2242 キーボード、B1~B5 領域、A1~A3 位置、P1,P2 焦点位置 10 ultrasonic oscillator array, 11 ultrasonic oscillator, 12 support, 20 controller, 30 detector, 40 image display device, 50, 51 virtual button, 100, 101 sound field generator, 2200 computer, 2201 DVD- ROM, 2210 host controller, 2212 CPU, 2214 RAM, 2216 graphics controller, 2218 display device, 2220 input/output controller, 2222 communication interface, 2224 hard disk drive, 2226 DVD-ROM drive, 2230 ROM, 2240 input/output chip, 2242 Keyboard, B1-B5 area, A1-A3 position, P1, P2 focus position
Claims (18)
前記超音波発振素子アレイを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、空間内の第1領域に前記超音波による第1の圧力場を生成し、前記空間内の前記第1領域とは異なる第2領域に前記第1の圧力場と異なる強度の前記超音波の時空間変調による第2の圧力場を生成する、音場生成装置。 an ultrasonic oscillator array in which ultrasonic oscillators that oscillate ultrasonic waves are arranged;
a control unit that controls the ultrasonic oscillator array;
with
The control unit generates a first pressure field by the ultrasonic wave in a first region in the space, and generates a pressure field different in strength from the first pressure field in a second region different from the first region in the space. A sound field generating device that generates a second pressure field by spatio-temporal modulation of the ultrasonic waves.
前記制御部は、前記物体の位置により、前記第1の圧力場を生成する制御から前記第2の圧力場を生成する制御へ切り替える請求項1から10のいずれか一項に記載の音場生成装置。 It further comprises a detection unit that detects the position of the object,
The sound field generation according to any one of claims 1 to 10, wherein the control unit switches control for generating the first pressure field to control for generating the second pressure field depending on the position of the object. Device.
前記制御部は、前記映像表示装置により表示された映像の位置に前記第1の圧力場と前記第2の圧力場の少なくとも一方を重畳して生成する、請求項1から15のいずれか一項に記載の音場生成装置。 further comprising an image display device for displaying an image in the space;
16. The controller according to any one of claims 1 to 15, wherein the controller superimposes at least one of the first pressure field and the second pressure field on the position of the image displayed by the image display device. The sound field generation device according to .
前記制御段階において、空間内の第1領域に前記超音波による第1の圧力場を生成し、前記空間内の前記第1領域とは異なる第2領域に前記第1の圧力場と異なる強度の前記超音波の時空間変調による第2の圧力場を生成する、音場生成方法。 A control step for controlling vibration of an ultrasonic oscillator array in which ultrasonic oscillators that oscillate ultrasonic waves are arranged,
In the control step, a first pressure field is generated by the ultrasonic wave in a first region in the space, and a second region in the space different from the first region has a strength different from that of the first pressure field. A sound field generation method, wherein a second pressure field is generated by spatio-temporal modulation of the ultrasonic waves.
超音波を発振する超音波発振素子が配列された超音波発振素子アレイの振動を制御する制御段階を実行させることにより、超音波による圧力場を提示する音場生成プログラムであって、
前記制御段階において、空間内の第1領域に前記超音波による第1の圧力場を生成し、前記空間内の前記第1領域とは異なる第2領域に前記第1の圧力場と異なる強度の前記超音波の時空間変調による第2の圧力場を生成する、音場生成プログラム。 to the computer,
A sound field generation program for presenting a pressure field by ultrasonic waves by executing a control step for controlling vibration of an ultrasonic oscillator array in which ultrasonic oscillator elements for oscillating ultrasonic waves are arranged,
In the control step, a first pressure field is generated by the ultrasonic wave in a first region in the space, and a second region in the space different from the first region has a strength different from that of the first pressure field. A sound field generation program for generating a second pressure field by spatio-temporal modulation of the ultrasonic waves.
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A80 | Written request to apply exceptions to lack of novelty of invention |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A80 Effective date: 20200807 |