【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱力学的シュミレーションあるいは温度計測結果などから得られた仮想空間における２次元的あるいは３次元的な温度分布を実空間で体感するための人工的温度体感装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、熱力学的シュミレーションや赤外線カメラの計測結果を表現するには、その温度分布状況をＣＲＴなどの表示装置の画面上に色調や彩度の変化などで視覚的に表現する方法が取られていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近人間がある仮想空間において受ける温度や熱を実空間で体感することにより高温環境下や危険環境下での作業あるいは室内の住環境の研究に役立てようとする気運が高まっているが、従来の温度分布表示はあくまで視覚に訴えるものであるため、温度や熱が直感的にわかりにくく、特に人間の皮膚が感じる温度範囲内の微妙な温度変化を感じることができないために利用することはできない。

【０００４】本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、熱力学的シュミレーションや温度計測結果などから得られた仮想空間における２次元的あるいは３次元的な温度分布を実空間体感するための人工的温度体感装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明においては、温度を体感しようとする人体の所定部位の実空間での位置を検出するための位置検出手段と、仮想空間内における温度分布データに基づいて前記人体の所定部位の位置における温度を演算する演算手段と、前記人体の所定部位に対して吸熱または発熱するように配置された吸発熱手段と、前記吸発熱手段により前記人体の所定部位が前記温度になるよう温度制御する制御手段により人工的温度体感装置を構成した。

【０００６】

【作用】本発明の人工的温度体感装置によれば、仮想空間内における２次元的または３次元的温度データに基づいて温度を体感しようとする人体の所定部位に実空間での位置における温度を算出し、人体の所定部位に接触するように配置した吸発熱素子の温度を演算した温度になるように制御する。

【０００７】

【実施例】以下本発明を図面に基づいて説明する。

【０００８】図１は手のひらで温度を体感する本発明による人工的温度体感装置の一実施例のブロック線図である。

【０００９】本実施例では人体の所定部位として手のひらで温度を体感するための手段として手にはめるグローブを用いており、これについては図２および図３を参照して後述する。

【００１０】さて、図１において、１０はグローブに取り付けられて実空間内における手のひらの位置を検出する例えばホール素子で構成された位置検出センサである。 この位置検出センサ１０は、実空間内に置かれた電磁波発振器１１から発せられる電磁波を受けて実空間内の仮想基準点に対する手のひらの空間位置（その基準点からの距離や手のひらの表裏の別）を表す信号を出力する。 １２ａ〜１２ｅはやはりグローブに取り付けられて指の曲げ角度を検出する曲げ角度検出センサであり、超変形タイプの歪みゲージが用いられる。 １３はグローブに取り付けられた後述する吸発熱素子の一部に取り付けられ、実際の吸熱発熱温度を検出する体感温度センサであり、たとえば熱電対が用いられる。 １４は温度の体感を行なう実空間の温度すなわちグローブの周囲温度を検出する周囲温度センサである。

【００１１】１５は本温度体感装置の始動または停止を指示したり、後述する許容感温度範囲や許容位置変動範囲あるいは許容曲げ角度変動範囲を設定するためのキーボードであり、１６はグローブに取り付けられた各種センサ１０〜１４からの位置データや温度データを記憶するメモリ１６ａとこれらのデータに基づいて人体の所定部位（本実施例では手の指先と手のひら）の温度を演算する演算部１６ｂとを有するパソコン、１７は各種センサ１０〜１４からのデータをパソコン１６に入力するための入力インターフェース、１８は温度体感を受ける手の動く限界を定める許容位置変動範囲データ、指の屈曲の限界を定める許容曲げ角度変動範囲データおよび手が耐え得る最高および最低温度の範囲を定める許容体感温度範囲データを保有する許容範囲データファイル、１９
は熱学的シュミレーションや温度計測などから得られた仮想空間における３次元的な温度分布データすなわち熱源データを保有する外部温度データファイルである。 ２
０は出力インターフェース、２１ａ〜２１ｅはグローブの指先部分に取り付けられ指先の表面温度を変化させるための吸発熱素子であり、この実施例ではペルチェ素子で構成されている。 ２２は手の位置や曲げ角度のデータに基づいて手の状態を視覚表示するためのディスプレイであり、モニターにもなっている。 ２３、２４、２５は手のひらに貼り付けられた吸発熱素子であり、２１ａ〜
２１ｅと同様にペルチェ素子で構成されている。

【００１２】次に本発明で用いるグローブについて図２
および図３により説明する。

【００１３】温度を体感しようとする人体の部位として右手を選び、右手用のグローブを用いるものとする。 図２ではグローブの内面の手のひらに当たる部分を示し、
図３はグローブの内面の手の甲に当る部分を示している。

【００１４】図２において、手の５本の指先の腹が当るグローブの指先部分にはペルチェ素子で構成した吸発熱素子２１ａ、２１ｂ，・・・２１ｅが貼り付けられ、手のひらが当たる部分にはやや大きめの３個の吸発熱素子２３、２４、２５が貼りつけられている。 この吸発熱素子２１ａ〜２１ｅ、２３、２４、２５には信号を授受するための配線１００が接続されている。

【００１５】これらの吸発熱素子のグローブ内面への取り付け方は、図４に示すように、グローブの布材３０より少し浮かせて吸発熱素子２３を接着剤３１で固定し、
この吸発熱素子２３を伝熱性の高い素材で作った薄膜２
６で覆う。 このように吸発熱素子２３をグローブの布材３０から浮かせることによって放熱効果をもたらすことができる。 また図５に示すように、各吸発熱素子（たとえば２３）上の一部にその吸発熱素子の温度を検出するための体感温度センサ１３が設けられている。

【００１６】次に図３を参照すると、グローブの内部上面５本の指に沿って歪みゲージで構成された曲げ角度検出センサ１２ａ〜１２ｅが取り付けられており、グローブ外面の手の甲の位置には実空間における手の位置および傾きを検出するための位置検出センサ１０が取り付けられている。 この位置検出センサ１０は電磁波発信器１
１（図１参照）からの電磁波を受けて実空間内の仮想基準点からの手の空間位置および傾きを表わす位置データを出力する。 これらのセンサにも信号授受のための配線２００が接続されている。

【００１７】次に上記グローブを用いた温度体感装置の動作を図６および図７を用いて説明する。

【００１８】まず、周囲温度センサ１４により検出された実空間内におけるグローブの周囲温度が入力インターフェース１７を介して読み込まれると（Ｆ−１）、パソコン１６は出力インターフェース２０を介して吸発熱素子２１ａ〜２１ｅ、２３、２４、２５の表面温度を周囲温度に等しくなるように初期化する（Ｆ−２）。

【００１９】次に、許容範囲データファイル１８から許容位置変動範囲データ、許容曲げ角度変動範囲データ、
許容体感温度範囲データを、また外部温度データファイル１９から熱源データすなわち仮想空間内における３次元的温度分布データを読み込む（Ｆ−３）。

【００２０】その後キーボード１５上の作動開始キーがＯＮ状態にあるかＯＦＦ状態にあるかを判別し（Ｆ−
４）、ＯＦＦ状態にあれば終了（Ｆ−５）、ＯＮ状態にあれば位置検出センサ１０からの実空間における３次元位置データすなわちグローブをはめた手の空間位置データを読み込み（Ｆ−６）、パソコン１６のメモリ１６ａ
に記憶する。 この読み込んだ３次元位置データが許容変動範囲内に入っているか否かを判別し（Ｆ−７）、もし許容位置変動範囲内ならば次に曲げ角度検出センサ１２
からの曲げ角度データを読み込む（Ｆ−８）。 これとは逆に、もし読み込んだ３次元位置データが許容位置変動範囲内に入っていなければステップ（Ｆ−６）にもどる。 ステップ（Ｆ−６）で位置データの変化量が許容変動範囲内にあるか否かを調べるのは、手の動きが急激な場合は温度体感をしないようにするのが目的である。

【００２１】ステップ（Ｆ−８）で読み込んだ曲げ角度データの変化量が許容曲げ角度範囲内に入っているか否かを判別し（Ｆ−９）、範囲内ならばステップ（Ｆ−
６）で読み込んだ空間位置データとステップ（Ｆ−８）
で読み込んだ曲げ角度データとを用いて各吸発熱素子２
１ａ〜２１ｅ、２３、２４、２５の位置と角度とを算出し（Ｆ−１０）、温度を体感する手の現在の状態をディスプレイ２２に表示する（Ｆ−１１）。 これは温度を体感をしようとする人のモニターのためである。 読み込んだ曲げ角度データがステップ（Ｆ−９）において許容曲げ角度範囲内に入っていないと判別されたときはステップ（Ｆ−８）にもどる。 ステップ（Ｆ−９）において曲げ角度データの変化量が許容変動範囲内に入っているか否かを調べるのは、ステップ（Ｆ−７）の場合と同様に、指が激しく屈曲する場合は温度体感をしないようにするのが目的である。

【００２２】次に、すでに読み込んである熱源データすなわち仮想空間内における３次元的温度分布データに基づいて演算部１６ｂにおいて各吸発熱素子２１ａ〜２１
ｅ、２３、２４、２５の表面の設定温度を算出する（Ｆ
−１２）。 このように算出した温度が許容体感温度範囲内ならば（Ｆ−１３）、出力インターフェース２０を介して吸発熱素子２１ａ〜２１ｅ、２３、２４、２５に吸熱または発熱を指示する（Ｆ−１４）。 逆に設定温度が許容体感温度範囲内でなければその設定温度を体感温度の許容上限または下限温度とし（Ｆ−１５）、ステップ（Ｆ−１４）に進む。 ここで、許容体感温度とは人体が苦痛を感ずることなく体感できる温度範囲であり、許容下限体感温度をたとえば−１０°Ｃ、許容上限温度をたとえば＋４０°Ｃとする。 ステップ（Ｆ−１３）で設定温度がこのような許容体感温度範囲内に入っているか否かを調べるのは、人体に苦痛を与えずに体感させることが目的である。

【００２３】その後、体感温度センサ１３が測定した吸発熱素子の表面温度を入力インターフェース１７を介して読み込んで（Ｆ−１６）一旦パソコン１６メモリ１６
ａに記憶し、この測定した表面温度が設定温度範囲内ならば（Ｆ−１７）、ステップ（Ｆ−４）にもどって上述したステップを繰り返すが、許容範囲外であれば吸発熱素子による吸熱、発熱を一時停止し（Ｆ−１８）、ステップ（Ｆ−１６）にもどる。

【００２４】こうして人は仮想空間内の温度分布を実空間内において手のひらで体感することができる。

【００２５】上記実施例ではグローブを用いて手のひらで温度を体感する体感装置を例示したが、本発明は靴下やマフラーのように人が体の一部に直接接して用いるもので体感する場合にも適用できることはもちろんである。 逆に、人が体の一部を直接接触させて用いるマウスのような器具でも実現することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明においては、コンピュータなどで得られた２次元的または３次元的な温度分布や仮想物体の表面温度などを実空間内において人体の所定部位に設けた吸発熱手段により直感的に、動的に且つ安全に体感することができるので、本装置を利用すれば、たとえば室内の空調のシミュレーションの結果を体感することにより実験をすることなく空調機器の最適配置など適確に決定することができる。 また、遠隔操作を行なっている場合、遠隔測定データを本装置で体感することにより遠隔地の状況を適確に把握することができるので、暖かさや寒さなど熱にかかわる生活環境を模擬する際に適確できめ細かく且つ安心して人間の快適性を実現するための諸因子を把握することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による人工的温度体感装置の一実施例のブロック線図である。

【図２】本発明による人工的温度体感装置に用いるグローブの内部下面に取り付けられったセンサを示す線図である。

【図３】本発明による人工的温度体感装置に用いるグローブの内部上面に取り付けられるセンサを示す線図である。

【図４】グローブ内面への吸発熱素子の取付状態を示す断面図である。

【図５】体感温度センサの取付位置を示す平面図である。

【図６】本発明による人工的温度体感装置における温度体感動作のフローチャートの一部である。

【図７】図６のフローチャートに続く温度体感動作のフローチャートの残部である。 うる。

【符号の説明】

１０ 位置検出センサ １１ 超音波発信器 １２ａ〜１２ｅ 曲げ角度検出センサ １３ 体感温度センサ １４ 周囲温度センサ １６ パソコン １８ 許容範囲データファイル １９ 外部温度データファイル ２１ａ〜２１ｅ 吸発熱素子 ２２ ディスプレイ ２３、２４、２５ 吸発熱素子