JP2003248540A - Skin sensibility indication device - Google Patents

Skin sensibility indication device

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JP2003248540A JP2002341606A JP2002341606A JP2003248540A JP 2003248540 A JP2003248540 A JP 2003248540A JP 2002341606 A JP2002341606 A JP 2002341606A JP 2002341606 A JP2002341606 A JP 2002341606A JP 2003248540 A JP2003248540 A JP 2003248540A
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晃生 山本
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Toshiki Ishii
利樹 石井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a skin sensibility indication device capable of expressing more exact tactile sensation with simple structure. <P>SOLUTION: A flexible thin film mover 11 is arranged on a stator 1 having a stripe shaped (or matrix shaped) electrode 3 and a voltage is applied between the thin film mover 11 and the electrode 3 of the stator 1 to generate electrostatic suction power. The tactile sensation corresponding to an intended rough feel and a slick feel is presented by applying various continuous pulse waves to the stripe shaped electrode 3 and by moving a finger 21 of an operator with touching on the thin film mover 11. The relative change of mutual electric potential distribution is substituted with the change of the electrostatic power and the simulated experience as if touching the unevenness surface with the finger 21 of the operator is obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、バーチャルリアリ
ティやゲーム機等における、仮想的触感を再現する装置
や、家庭用ＰＣ等における触覚情報提示に利用する皮膚
感覚（触覚）提示装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for reproducing a virtual tactile sensation in a virtual reality, a game machine or the like, and a skin sensation (tactile) presenting device used for presenting tactile information in a home PC or the like. .

【０００２】[0002]

【従来の技術】バーチャルリアリティやゲームの分野に
おいては、従来、視覚・聴覚・力覚による表現が主流で
あったが、近年、皮膚感覚（＝触感）による表現の重要
性が増してきている。これまでに、複数の皮膚感覚提示
装置が開発されてきているが、その多くは、盲人用の点
字装置としての応用を念頭においたものであるか、また
は、従来の盲人用点字装置の技術に基づいて開発された
ものであり、汎用的な触感を再現する皮膚感覚提示装置
は、未だ実用化されていない。2. Description of the Related Art In the field of virtual reality and games, visual, auditory, and haptic expressions have hitherto been the mainstream, but in recent years, the expression of skin sensation (= touch) has become more important. So far, multiple skin sensation presentation devices have been developed, but most of them are intended for application as a braille device for the blind, or the technology of the conventional braille device for the blind has been developed. A skin sensation presentation device that has been developed based on this, and that reproduces a general-purpose tactile sensation, has not yet been put to practical use.

【０００３】以下、従来の皮膚感覚提示装置について詳
細に説明する。Hereinafter, a conventional skin sensation presentation device will be described in detail.

【０００４】（１）皮膚感覚提示装置とは ものに触れた際に人が感じる感覚、いわゆる触覚は、生
理学的には、その神経受容器の違いから大きく二つの感
覚に分けられる。(1) What is a skin sensation presentation device? The sensation that a person feels when touching something, the so-called tactile sensation, is physiologically divided into two sensations due to the difference in their neuroreceptors.

【０００５】一つは、筋肉や関節にある受容器で知覚す
る深部感覚、もう一つは、皮膚表面に存在する受容器で
知覚される皮膚感覚である。One is a deep sensation perceived by a receptor located in a muscle or a joint, and the other is a skin sensation perceived by a receptor present on the skin surface.

【０００６】深部感覚は、ものに触れた際の反力、指先
を動かした際に発生する摩擦力などの、（マクロ的な）
力を感ずる感覚である。これに対し、皮膚感覚というの
は、指先表面に存在する受容器（温点、圧点、痛点）に
よって感じ取る感覚で、物体表面の温度、凹凸、摩擦係
数などといった表面テクスチャを感じ取るものである。[0006] The deep feeling is (macroscopic) such as a reaction force when touching an object or a frictional force generated when a fingertip is moved.
It is a feeling of force. On the other hand, the skin sensation is a sensation sensed by receptors (warm points, pressure points, and pain points) present on the surface of the fingertip, and senses surface textures such as temperature, unevenness, and friction coefficient of the object surface.

【０００７】これらの感覚を擬似的に再現し、提示する
ことは、バーチャルリアリティや体感ゲームなどの世界
で非常に重要視されている。しかし、現在のところ、深
部感覚を再現するデバイスについては実用化が進んでい
るものの、皮膚感覚を再現するデバイスは、まだ研究が
始まったばかりといった状況である。It is very important in the world of virtual reality and experience games to reproduce and present these sensations in a pseudo manner. However, although devices for reproducing deep sensations are currently being put into practical use, devices for reproducing skin sensations are still in the beginning of research.

【０００８】皮膚感覚というのは、凹凸、温度などの幅
広い感触の総称であり、これらすべての感覚を統合的に
提示することは現状では困難である。そのため、それぞ
れの感覚に特化した形で、研究開発が行われている。本
発明は、凹凸感（＝面粗さ）を提示するためのデバイス
に関するものである。The skin sensation is a general term for a wide range of sensations such as unevenness and temperature, and it is difficult to present all these sensations in an integrated manner. Therefore, research and development is being conducted in a form that is specialized for each sense. The present invention relates to a device for presenting a feeling of unevenness (= surface roughness).

【０００９】（２）これまでの開発例 凹凸感を再現するディスプレイは、盲人用点字装置をは
じめとして古くより多くの研究が行われている。その多
くは振動子や電極などの刺激子をマトリクス状に配置
し、各刺激子が発生させる刺激強度を制御することで、
様々な凹凸を再現するものである。これらの中で、本発
明に最も近い技術としては、Ｓｔｒｏｎｇらにより考案
されたＥｌｅｃｔｒｏｔａｃｔｉｌｅ Ｄｉｓｐｌａｙ
が挙げられる。この装置では、２．５４ｍｍ間隔でマト
リクス状に並べた電極を指でなぞるだけというシンプル
な構成で、点字相当のテクスチャを提示することに成功
している。(2) Examples of development so far A large number of studies have been conducted on displays that reproduce the impression of unevenness, including braille devices for the blind. In most of them, stimulators such as oscillators and electrodes are arranged in a matrix and the stimulus intensity generated by each stimulator is controlled,
It reproduces various irregularities. Among these, the technology closest to the present invention is the Electrotactile Display devised by Strong et al.
Is mentioned. This device has succeeded in presenting a texture equivalent to Braille with a simple configuration in which the electrodes arranged in a matrix at 2.54 mm intervals are simply traced with a finger.

【００１０】人が知覚できる範囲の面粗さを構成する凹
凸は、小さいものでは数十〜数百ミクロン程度の間隔で
分布していると考えられ、汎用的な触感を提示するには
ｍｍ以下のオーダーの位置分解能で刺激を提示できるこ
とが望ましい。しかし、前述の刺激子を配置する方式で
は、主に振動子や電極等の刺激子のサイズによる制約か
ら配置間隔を細かくすることが困難であるため、ｍｍ以
下の位置分解能を達成することは難しい。そのため、点
字等の提示は可能であっても、例えばサンドペーパーの
ような微細なテクスチャの提示は困難であり、汎用的な
触感の提示には問題がある。It is considered that the irregularities constituting the surface roughness within the range that can be perceived by humans are distributed at intervals of about several tens to several hundreds of microns for a small one, and in order to present a general-purpose tactile sensation, it is less than mm. It is desirable to be able to present stimuli with a positional resolution of the order of. However, in the above-described method of arranging stimulators, it is difficult to make the arrangement interval fine, mainly because of the constraints of the size of the stimulators such as the vibrator and electrodes, so it is difficult to achieve a position resolution of mm or less. . Therefore, although braille or the like can be presented, it is difficult to present a fine texture such as sandpaper, and there is a problem in presenting a general-purpose tactile sensation.

【００１１】また、前記のＥｌｅｃｔｒｏｔａｃｔｉｌ
ｅ Ｄｉｓｐｌａｙは、同様の装置を試作したＴａｎｇ
らにより、指先の発汗に伴い安定性が低下する、という
問題点も指摘されている。Further, the above-mentioned Electrotactil
e Display is Tang, a prototype of a similar device
It has been pointed out that the stability decreases with sweating of the fingertips.

【００１２】一方、指と共に動かすスライダと、スライ
ダに推力もしくは摩擦力等を発生しうる手段を有し、ス
ライダを介して操作者の指先に刺激を与えるタイプの装
置も考案されている。On the other hand, there is also devised a device of a type having a slider to be moved together with a finger and a means capable of generating a thrust force or a frictional force on the slider, and stimulating an operator's fingertip through the slider.

【００１３】このようなタイプとしては、例えばＭｉｎ
ｓｋｙらによるＳａｎｄｐａｐｅｒＳｙｓｔｅｍ、Ｎａ
ｒａらによるＳＡＷ Ｔａｃｔｉｌｅ Ｄｉｓｐｌａ
ｙ、また、本願発明者らが既に特願２０００−２２６５
０６として提案している皮膚感覚提示装置などがある。As such a type, for example, Min
SandpaperSystem, Na by sky et al.
SAW Tactile Display by ra et al.
y, the inventors of the present application have already filed Japanese Patent Application No. 2000-2265.
There is a skin sensation presentation device proposed as 06.

【００１４】一例として、前記Ｓａｎｄｐａｐｅｒ Ｓ
ｙｓｔｅｍの装置構成を図１２に示す。As an example, the Sandpaper S
The system configuration of the system is shown in FIG.

【００１５】図１２において、１０１は固定部、１０２
はその固定部１０１の上面、１０３は２自由度ジョイス
ティックのつまみ、１０４はつまみ１０３と一緒に移動
する上面カバー、１０５は操作者の手、１０６は２自由
度ジョイスティックの軸、１０７は第１のＤＤモータ、
１０８は第２のＤＤモータである。In FIG. 12, 101 is a fixed part and 102 is a fixed part.
Is an upper surface of the fixed portion 101, 103 is a knob of a two-degree-of-freedom joystick, 104 is an upper surface cover that moves together with the knob 103, 105 is an operator's hand, 106 is a shaft of the two-degree-of-freedom joystick, and 107 is a first DD motor,
Reference numeral 108 is a second DD motor.

【００１６】この装置では、ジョイスティックに力フィ
ードバックがかけられるようになっており、指先で（図
では手１０５全体だが）ジョイスティックのつまみ１０
３を水平方向に動かすと、あたかも凹凸の面をなぞって
いるかのごとく、ジョイスティックのつまみ１０３が振
動する。この振動周期と強さを制御することで、様々な
凹凸の面を表現できる。In this device, force feedback is applied to the joystick, and the joystick knob 10 is used at the fingertip (in the figure, the whole hand 105).
When 3 is moved in the horizontal direction, the joystick knob 103 vibrates as if tracing an uneven surface. By controlling the vibration cycle and the strength, various uneven surfaces can be expressed.

【００１７】このタイプの装置では、スライダの位置を
容易に検出することができるため、検出したスライダ位
置に応じて与える刺激に変調をかけることで、微細なテ
クスチャを表現することが可能である。そのため、適切
なセンサとアクチュエータとを用いれば、ｍｍ以下のオ
ーダーの表現分解能も比較的容易に達成されうる。In this type of device, since the position of the slider can be easily detected, it is possible to express a fine texture by modulating the stimulus given according to the detected slider position. Therefore, expression resolution on the order of mm or less can be achieved relatively easily by using appropriate sensors and actuators.

【００１８】しかし、このようにスライダを介して指先
に刺激を与える場合、刺激が指全体に伝わってしまい、
局所的な刺激を提示することが難しい。すなわち、現実
に面をなぞった際には、指の腹の各部分でそれぞれ異な
った微細振動が発生するのに対して、図１２に示すよう
なタイプの皮膚感覚提示装置においては、それら各部の
振動を平均化した振動を、指全体に共通して与えること
しかできない。However, when the fingertip is stimulated via the slider in this way, the stimulation is transmitted to the entire finger,
It is difficult to present a local stimulus. That is, when the surface is actually traced, different fine vibrations are generated in the respective parts of the finger pad, whereas in the skin sensation presentation device of the type shown in FIG. It is only possible to give a vibration that averages the vibration to all fingers in common.

【００１９】そのため、実際に操作者が受ける感覚は、
現実の感覚とは異なるものとなってしまう。また、同様
の理由により、サンドペーパーなどのように凹凸が連続
的に分布しているテクスチャは表現しやすいものの、例
えば、単独で存在するライン状の突起や溝などの表現は
困難である。Therefore, the feeling actually received by the operator is
It will be different from the sense of reality. Further, for the same reason, although texture such as sandpaper in which unevenness is continuously distributed is easy to express, it is difficult to express, for example, a line-shaped protrusion or groove that exists independently.

【００２０】また、ここまで述べてきたタイプとは異な
る発想の装置も多く提案されているが、表現能力や、利
用の簡便さなどの点においてそれぞれ課題を有してい
る。Although many devices of different ideas from those described above have been proposed, they have problems in terms of expression ability and ease of use.

【００２１】[0021]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、これま
でに提案されている皮膚感覚提示装置においては、表現
の分解能や、刺激の提示方法に問題があり、より現実に
近い感触を与えることは困難である。As described above, in the skin sensation presentation devices proposed so far, there are problems in the resolution of expression and the method of presenting stimuli, and it is necessary to give a more realistic feel. It is difficult.

【００２２】本発明は、上記状況に鑑みて、簡便な構造
により、精密な触感表現を可能とする皮膚感覚提示装置
を提供することを目的とする。In view of the above situation, it is an object of the present invention to provide a skin sensation presentation device capable of expressing a precise tactile sensation with a simple structure.

【００２３】[0023]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕皮膚感覚提示装置において、電極を有する固定子
と、表面もしくは内部に適度な導電性を持たせた移動子
からなる装置を備え、操作者が前記移動子を指で動かし
た際に、前記固定子の電極に印加する電圧を適切に制御
することにより、前記固定子の電極と前記移動子間の静
電吸引力に起因する摩擦振動を前記操作者の指先に伝達
し、それにより様々な皮膚感覚を提示することを特徴と
する。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above-mentioned object, [1] a skin sensation presentation device, a stator having an electrode and a movable member having a surface or an inside thereof having an appropriate conductivity. When the operator moves the mover with his / her finger, by appropriately controlling the voltage applied to the electrodes of the stator, a static electricity between the electrodes of the stator and the mover is provided. It is characterized in that the frictional vibration caused by the electric attraction force is transmitted to the fingertip of the operator, thereby presenting various skin sensations.

【００２４】〔２〕上記〔１〕記載の皮膚感覚提示装置
において、前記固定子の電極はストライプ状又はマトリ
クス状に形成されることを特徴とする。[2] In the skin sensation presentation device according to the above [1], the electrodes of the stator are formed in a stripe shape or a matrix shape.

【００２５】〔３〕上記〔１〕記載の皮膚感覚提示装置
において、前記移動子は薄膜状の移動子からなることを
特徴とする。[3] In the skin sensation presentation device according to the above [1], the mover is a thin film mover.

【００２６】〔４〕上記〔１〕記載の皮膚感覚提示装置
において、前記移動子の位置を検出する手段を有し、検
出した位置に基づき前記固定子の各電極に印加する電圧
を制御することにより、様々な皮膚感覚を提示すること
を特徴とする。[4] In the skin sensation providing apparatus as described in [1] above, a device for detecting the position of the mover is provided, and the voltage applied to each electrode of the stator is controlled based on the detected position. It is characterized by presenting various skin sensations.

【００２７】〔５〕上記〔１〕記載の皮膚感覚提示装置
において、前記移動子を柔軟な素材とすることにより、
移動子・固定子間に発生する摩擦力分布を大きく変化さ
せることなく前記操作者の指先に伝達することを特徴と
する。[5] In the device for presenting skin sensation according to [1] above, by using a flexible material for the moving element,
It is characterized in that the frictional force distribution generated between the mover and the stator is transmitted to the operator's fingertip without largely changing.

【００２８】〔６〕上記〔１〕記載の皮膚感覚提示装置
において、前記電極として透明電極材料を用い、この透
明電極材料からなる電極をディスプレイの上に重ねるこ
とで、視覚情報と皮膚感覚情報をあわせて提示すること
を特徴とする。[6] In the apparatus for presenting skin sensation according to the above [1], a transparent electrode material is used as the electrode, and an electrode made of this transparent electrode material is superposed on a display to display visual information and skin sensation information. The feature is that they are presented together.

【００２９】〔７〕上記〔６〕記載の皮膚感覚提示装置
において、前記ディスプレイはタッチパネルディスプレ
イであることを特徴とする。[7] In the skin sensation presentation device according to the above [6], the display is a touch panel display.

【００３０】[0030]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below.

【００３１】図１は本発明の実施例を示す皮膚感覚提示
装置の模式図、図２はその皮膚感覚提示装置のＡ−Ａ線
断面図、図３はその皮膚感覚提示装置のＢ−Ｂ線断面図
である。FIG. 1 is a schematic diagram of a skin sensation presentation device showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of the skin sensation presentation device taken along the line AA, and FIG. 3 is a line BB of the skin sensation presentation device. FIG.

【００３２】これらの図において、１は固定子であり、
この固定子１は、基板２上にストライプ状（もしくは、
マトリクス状）の電極３が形成され、その上に絶縁膜
（絶縁フィルム）４が被覆されたものである。１１は移
動子（フィルム）であり、この移動子１１は薄膜１２か
らなり、その薄膜１２の上面は、適度な導電率を持つよ
うに処理される。その際の最も簡単な処理方法は、軽く
湿らすことである。ここでは、その薄膜１２の上面に導
電体層１３が形成されている。また、この薄膜１２は可
能な限り薄いことが望ましい。なお、２１は移動子１１
を押さえて動かす操作者の指である。In these figures, 1 is a stator,
This stator 1 has a stripe shape (or
A matrix-shaped electrode 3 is formed, and an insulating film (insulating film) 4 is coated on the electrode 3. Reference numeral 11 denotes a mover (film), which is composed of a thin film 12, and the upper surface of the thin film 12 is treated so as to have an appropriate conductivity. The simplest treatment method in that case is to lightly moisten. Here, the conductor layer 13 is formed on the upper surface of the thin film 12. Further, it is desirable that the thin film 12 be as thin as possible. In addition, 21 is a mover 11
It is the operator's finger that is pressed and moved.

【００３３】また、３１は移動子１１の位置を検出する
ために設けられたリニアエンコーダー（ＬＥ）である。
このエンコーダー３１はできるかぎり軽量かつ低摩擦な
ものであることが望ましい。なお、矢印は操作方向を示
している。Reference numeral 31 is a linear encoder (LE) provided to detect the position of the moving element 11.
It is desirable that the encoder 31 be as light as possible and have low friction. The arrow indicates the operating direction.

【００３４】ストライプ状の電極３に、図３に示すよう
に電圧を印加すると、移動子１１上面の適度な導電率を
持った導電体層１３が導体として働き、移動子１１と固
定子１の間には、静電吸引力が発生する。When a voltage is applied to the stripe-shaped electrode 3 as shown in FIG. 3, the conductor layer 13 having an appropriate conductivity on the upper surface of the mover 11 acts as a conductor, and the mover 11 and the stator 1 are separated from each other. An electrostatic attraction force is generated between them.

【００３５】そこで、固定子１のストライプ状電極３
に、連続するパルス波を与えると、移動子１１と固定子
１間には連続的に変化する静電吸引力が働く。この際、
ストライプ状の電極３を構成する各々の電極に与える電
圧をそれぞれ独立に制御することにより、静電吸引力の
大きさを場所により異なるものとすることができる。Therefore, the stripe-shaped electrodes 3 of the stator 1
When a continuous pulse wave is applied, a continuously changing electrostatic attraction force acts between the moving element 11 and the stator 1. On this occasion,
By independently controlling the voltage applied to each of the electrodes forming the striped electrode 3, the magnitude of the electrostatic attraction force can be made different depending on the location.

【００３６】移動子１１の薄膜１２は十分に薄く、柔ら
かいものとすると、パルス波を印加した状態で移動子１
１を動かす場合、移動子１１は分布した静電吸引力のた
めに、各部分に異なる摩擦力が働き、結果として各部分
が異なった振動を起こす。そこで、この移動子１１を操
作者の指２１で押さえて動かすと、操作者の指２１に
は、この分布した振動が伝わり、あたかも、実際の面を
なぞっているかのような感触を得ることができる。If the thin film 12 of the moving element 11 is made sufficiently thin and soft, the moving element 1 is applied with a pulse wave applied.
When 1 is moved, the moving element 11 exerts different frictional force on each portion due to the electrostatic attraction force distributed, and as a result, each portion causes different vibration. Therefore, when the mover 11 is pressed and moved by the operator's finger 21, the distributed vibration is transmitted to the operator's finger 21, and a feeling as if tracing an actual surface can be obtained. it can.

【００３７】また、操作者が指２１でなぞる際に、なぞ
りに対して、振動源が指先を動いていく感触が得られる
ので、従来のスライダを具備したタイプの装置では得難
かったすべり感が得られる。Further, when the operator traces with his / her finger 21, a feel of the vibration source moving the fingertip with respect to the tracing can be obtained, so that a slipping feeling, which is difficult to obtain with the conventional device having the slider, is obtained. can get.

【００３８】結局、従来のスライダを具備したタイプの
装置においては、指で触れるパーツが、パーツ全体で同
じようにしか振動できなかったのに対し、本発明の皮膚
感覚提示装置では、指の触れるパーツが、極めて柔軟か
つ薄い素材（例えば、ポリイミドフィルム：厚さ７．５
μｍ）でできているため、パーツ上の各部分で異なる振
動を発生させることができる。After all, in the device of the type including the conventional slider, the part touched by the finger can vibrate only in the same way as the whole part, whereas in the skin sensation presentation device of the present invention, the finger touches. The part is made of a very flexible and thin material (for example, polyimide film: thickness 7.5).
.mu.m), different vibrations can be generated in each part on the part.

【００３９】図４は本発明の実施例を示す皮膚感覚提示
装置のシステム構成図である。なお、図１〜図３に示す
実施例と同じ部分には同じ符号を付してそれらの説明は
省略する。FIG. 4 is a system configuration diagram of a skin sensation presentation device showing an embodiment of the present invention. The same parts as those in the embodiment shown in FIGS. 1 to 3 are designated by the same reference numerals, and their description will be omitted.

【００４０】この図に示すように、リニアエンコーダー
（ＬＥ）３１からの信号を電子制御装置３２に入力して
移動子１１の位置の演算を行い、その移動子１１の位置
に応じて制御信号を電圧制御器３３に出力して、固定子
１の電極３にその制御された電圧を印加するようにして
いる。なお、矢印は操作方向を示している。As shown in this figure, the signal from the linear encoder (LE) 31 is input to the electronic control unit 32 to calculate the position of the mover 11, and the control signal is sent according to the position of the mover 11. The voltage is output to the voltage controller 33 and the controlled voltage is applied to the electrode 3 of the stator 1. The arrow indicates the operating direction.

【００４１】このように、本発明の皮膚感覚提示装置の
移動子１１にはその位置を検出するためのリニアエンコ
ーダー３１が設けられており、移動子位置、すなわち指
先位置を検出することができる。よって、その位置の検
出結果に基づき、電極３に印加する電圧を制御すること
により、擬似的に、微細なテクスチャを表現することが
可能となる。すなわち、盲人用点字装置に見られるよう
な刺激子を配列したタイプの装置においては、表現の分
解能が刺激子の配列ピッチにより決定されてしまうのに
対し、本発明の皮膚感覚提示装置では、電極３の配列ピ
ッチによらず、微細なテクスチャを表現することができ
る。As described above, the mover 11 of the skin sensation presentation device of the present invention is provided with the linear encoder 31 for detecting the position thereof, and the mover position, that is, the fingertip position can be detected. Therefore, by controlling the voltage applied to the electrode 3 based on the detection result of the position, it is possible to express a pseudo fine texture. That is, in the type of device in which stimulators are arranged as in the Braille device for the blind, the resolution of expression is determined by the arrangement pitch of the stimulators, whereas in the skin sensation presentation device of the present invention, electrodes are used. A fine texture can be expressed regardless of the arrangement pitch of 3.

【００４２】したがって、物に触れたときのザラザラ感
ツルツル感を的確に表現させることができる。Therefore, it is possible to accurately express the rough feeling and smooth feeling when an object is touched.

【００４３】なお、上記実施例では、電極構造としてス
トライプ状の電極構造について述べたが、パターンの無
い平板状の電極構造とするようにしてもよい。In the above embodiments, the striped electrode structure was described as the electrode structure, but a flat electrode structure without a pattern may be used.

【００４４】また、移動子として、薄膜状の素材を用い
たものを示しているが、例えば、薄膜状のフィルムなど
の柔軟な素材を用いる。Although a thin film material is used as the moving element, a flexible material such as a thin film is used.

【００４５】図５は本発明の他の実施例を示す視覚情報
表示付き皮膚感覚提示装置の代用写真、図６はその断面
模式図である。なお、図６（ｂ）は図６（ａ）のＣ−Ｃ
線断面拡大図である。FIG. 5 is a substitute photograph of a skin sensation presentation device with visual information display showing another embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a schematic sectional view thereof. Note that FIG. 6B is CC of FIG. 6A.
FIG.

【００４６】これらの図において、４１はタッチパネル
ＬＣＤ、４２は固定子（ステータ）、４３はスライダ
ー、４４は操作者の指、４５は移動方向を示しており、
タッチパネルＬＣＤ４１上の固定子４２は、下部より透
明プラスチックフィルム４２Ａ、ＩＴＯ電極４２Ｂ、ウ
レタン４２Ｃからなり、固定子４２上を移動するスライ
ダー４３は、ウレタン４３Ａ、アルミニウム電極４３
Ｂ、透明プラスチックフィルム４３Ｃからなる。このス
ライダー４３は、操作者の指４４に巻付けられるように
構成されている。In these figures, 41 is a touch panel LCD, 42 is a stator (stator), 43 is a slider, 44 is an operator's finger, and 45 is a moving direction.
The stator 42 on the touch panel LCD 41 is composed of a transparent plastic film 42A, an ITO electrode 42B and a urethane 42C from the bottom, and a slider 43 moving on the stator 42 is a urethane 43A and an aluminum electrode 43.
B, a transparent plastic film 43C. The slider 43 is configured to be wound around the operator's finger 44.

【００４７】この実施例では、タッチパネルＬＣＤ４１
に貼り付けた透明電極（ＩＴＯ電極４２Ｂ）からなる固
定子４２と操作者の指４４に巻き付けられたアルミ蒸着
フィルム（アルミニウム電極４３Ｂ）からなるスライダ
ー４３とで構成される。操作者はスライダー４３が巻き
付けられた操作者の指４４で、直接タッチパネルＬＣＤ
４１に表示されている模様や図形などをなぞることによ
り、その触感を直接得ることが可能である。すなわち、
透明電極（ＩＴＯ電極４２Ｂ）を用いることにより、モ
ニタに表示される画像などの視覚情報とともに皮膚感覚
情報を提示することができる。In this embodiment, the touch panel LCD 41
It is composed of a stator 42 made of a transparent electrode (ITO electrode 42B) attached to the above and a slider 43 made of an aluminum vapor deposition film (aluminum electrode 43B) wound around the operator's finger 44. The operator directly touches the touch panel LCD with the operator's finger 44 wound with the slider 43.
By tracing the pattern or figure displayed on 41, the tactile sensation can be directly obtained. That is,
By using the transparent electrode (ITO electrode 42B), it is possible to present the skin sensation information together with the visual information such as the image displayed on the monitor.

【００４８】固定子４２はＩＴＯ電極４２Ｂ上にウレタ
ン４２Ｃをコーティングし、絶縁層（厚さ６．５μｍ）
を形成したものであり、無色透明である。このＩＴＯ電
極４２Ｂはフィルム全体にコートされた単相電極であ
り、電圧を印加できるように配線されている。この固定
子４２をタッチパネルＬＣＤ４１（Ｇｕｎｚｅ，ＡＶ７
６３０ＦＴ０２）に貼り付けてある。The stator 42 is formed by coating the ITO electrode 42B with urethane 42C and forming an insulating layer (thickness 6.5 μm).
Are formed and are colorless and transparent. The ITO electrode 42B is a single-phase electrode coated on the entire film, and is wired so that a voltage can be applied. This stator 42 is connected to a touch panel LCD 41 (Gunze, AV7
630FT02).

【００４９】スライダー４３はアルミニウムを蒸着した
フィルム（アルミニウム電極４３Ｂ）にウレタン４３Ａ
をコーティングし、保護層（厚さ０．５μｍ）を形成し
たものである。アルミニウムが蒸着されている導電層４
３Ｂは導線を介してグランドに接続されている。The slider 43 has a film (aluminum electrode 43B) on which aluminum is vapor-deposited and a urethane 43A.
To form a protective layer (thickness: 0.5 μm). Conductive layer 4 on which aluminum is deposited
3B is connected to the ground via a conductor.

【００５０】固定子４２が貼り付けられたタッチパネル
ＬＣＤ４１を操作者の指４４でなぞるとタッチパネルＬ
ＣＤ４１の機能により、パソコン（ＰＣ）画面上のカー
ソルが動く。このカーソル位置を指位置としている。カ
ーソル位置に応じてＰＣから電圧値を送り、これを増幅
して固定子のＩＴＯ電極４２Ｂに印加する構成となって
いる。When the operator touches the touch panel LCD 41 to which the stator 42 is attached with the finger 44 of the operator, the touch panel L
The function of CD41 moves the cursor on the personal computer (PC) screen. This cursor position is the finger position. A voltage value is sent from the PC in accordance with the cursor position, amplified, and applied to the ITO electrode 42B of the stator.

【００５１】なお、今回用いたタッチパネルは抵抗膜式
である。タッチパネルの他方式として静電容量式や弾性
表面波式があるが、静電容量式の場合は固定子により弾
性表面波が適切に伝わらなくなるために用いることが困
難であると考えられる。The touch panel used this time is of the resistive film type. There are other types of touch panel, such as a capacitance type and a surface acoustic wave type. However, in the case of the capacitance type, it is considered difficult to use because the surface acoustic wave is not properly transmitted by the stator.

【００５２】上記のように、この実施例では、視覚情報
とともに皮膚感覚情報を提示することができるため、操
作性や臨場感をより高めることが可能となる。As described above, in this embodiment, since the skin sensation information can be presented together with the visual information, the operability and the sense of presence can be further enhanced.

【００５３】上記のように構成したので、透明電極を用
いることにより、ディスプレイに直接触れて皮膚感覚を
提示することができる。With the above-described structure, the use of the transparent electrode makes it possible to directly touch the display to present a skin sensation.

【００５４】次に、この視覚情報表示付き皮膚感覚提示
装置の触感提示原理について説明する。Next, the tactile sensation presenting principle of this skin sensation presenting apparatus with visual information display will be described.

【００５５】図７はその視覚情報表示付き皮膚感覚提示
装置による触感の提示原理の説明の断面模式図である。FIG. 7 is a schematic sectional view for explaining the principle of providing a tactile sensation by the skin sensation presentation device with a visual information display.

【００５６】この図において、５１はＩＴＯ電極、５２
は絶縁膜、５３はアルミニウム電極（スライダー）、５
４は操作者の指、５５は移動方向、５６は静電吸引力、
５７は摩擦力である。In this figure, 51 is an ITO electrode and 52
Is an insulating film, 53 is an aluminum electrode (slider), 5
4 is the operator's finger, 55 is the moving direction, 56 is the electrostatic attraction force,
57 is a frictional force.

【００５７】そこで、ＩＴＯ電極５１に電圧を印加する
ことにより、ＩＴＯ電極５１とスライダー５３の導電層
との間に静電吸引力５６が発生する。この状態で操作者
の指５４を動かすと摩擦力５７が発生する。この摩擦力
５７が操作者の指５４に加わり操作者は触感を得ること
ができる。したがって、ＩＴＯ電極５１に印加する電圧
を制御することにより、操作者の指５４に加わる摩擦力
５７を制御し、様々な触感の提示が行なえる。Then, by applying a voltage to the ITO electrode 51, an electrostatic attraction force 56 is generated between the ITO electrode 51 and the conductive layer of the slider 53. When the operator's finger 54 is moved in this state, a frictional force 57 is generated. This frictional force 57 is applied to the operator's finger 54, and the operator can feel the touch. Therefore, by controlling the voltage applied to the ITO electrode 51, the frictional force 57 applied to the operator's finger 54 can be controlled and various tactile sensations can be presented.

【００５８】本発明の皮膚感覚提示装置において発生す
る摩擦力の測定を行なった。The frictional force generated in the skin sensation presentation device of the present invention was measured.

【００５９】図８は本発明の皮膚感覚提示装置に働く摩
擦力の測定方法を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing a method for measuring the frictional force acting on the skin sensation providing apparatus of the present invention.

【００６０】この図において、６０はステージ、６１は
固定子、６２は摩擦力の測定対象としてのスライダーフ
ィルムを２０ｍｍ角のアクリル板に貼り付けたスライダ
ー、６３はロードセル、６４はステージ６０の移動方
向、６５はスライダー６２に加えられる与圧である。In this figure, 60 is a stage, 61 is a stator, 62 is a slider in which a slider film for measuring the frictional force is attached to a 20 mm square acrylic plate, 63 is a load cell, and 64 is the moving direction of the stage 60. , 65 are pressurizing forces applied to the slider 62.

【００６１】この図に示すように、固定子６１をステー
ジ６０に貼り付け、スライダー６２に５０ｇｆの与圧６
５で固定子６１に押し付けた。この状態でステージ６０
を０．５ｍｍ／ｓの速度で動かし、スライダー６２に働
く摩擦力をロードセル６３により測定した。As shown in this figure, the stator 61 is attached to the stage 60, and the slider 62 is applied with a pressure of 6 g of 50 gf.
It was pressed against the stator 61 at 5. Stage 60 in this state
Was moved at a speed of 0.5 mm / s, and the frictional force acting on the slider 62 was measured by the load cell 63.

【００６２】印加電圧が１００Ｖ0-p のときのものを図
９（ａ）に、同様の印加電圧波形で振幅が６０Ｖ0-p か
ら２００Ｖ0-p のときの摩擦力測定結果を図９（ｂ）に
示す。印加電圧波形で正負の電圧が交互に現れるのは、
同極性の電圧を与え続けると摩擦力が低下するためであ
る。これはフィルムの帯電によるものと考えられる。[0062] The obtained when the applied voltage is 100 V 0-p in FIG. 9 (a), FIG frictional force measurement results when the 200V 0-p amplitude from 60V 0-p at the same applied voltage waveform 9 ( Shown in b). The positive and negative voltages appear alternately in the applied voltage waveform.
This is because the frictional force decreases when the voltage of the same polarity is continuously applied. This is considered to be due to the charging of the film.

【００６３】図９（ｂ）より明らかなように、電圧印加
直後に摩擦力は最大となり、その後時間とともに減衰す
ることが分かる。また、摩擦力は印加電圧のほぼ２乗に
比例することが分かる。As is clear from FIG. 9 (b), it is understood that the frictional force becomes maximum immediately after the voltage is applied and then decreases with time. Further, it is understood that the frictional force is proportional to the square of the applied voltage.

【００６４】次に、本発明の応用例について説明する。Next, application examples of the present invention will be described.

【００６５】ここでは、本発明の装置を適用できるＷｉ
ｎｄｏｗｓ(登録商標)用アプリケーションを試作した。
例えば、図１０（ａ）に示すようなテクスチャを表現し
たい場合は、図１０（ｂ）に示すように、図１０（ａ）
中の色（白と黒）の境界で切り替わるように電圧を印加
することとした。なお、図１０（ａ）における矢印は、
指の動作を示す。Here, Wi to which the device of the present invention can be applied
An application for Windows (registered trademark) was prototyped.
For example, when it is desired to express a texture as shown in FIG. 10A, as shown in FIG.
It was decided to apply a voltage so as to switch at the boundary of the middle color (white and black). In addition, the arrow in FIG.
Indicates finger movements.

【００６６】図１１は作成したＷｉｎｄｏｗｓ(登録商
標)用アプリケーションを示す図である。図１１に示す
上三段では様々な種類や粗さの模様をなぞっている感覚
を受けることができる。また、図１１に示す最下段では
色の濃いものほど強い粗さ感の提示を受けることができ
る。用いた最大印加電圧振幅は２５０Ｖ0-p 程度であ
る。FIG. 11 is a diagram showing the created application for Windows (registered trademark). In the upper three rows shown in FIG. 11, it is possible to feel the feeling of tracing patterns of various types and roughness. Further, in the lowermost row shown in FIG. 11, the darker the color, the stronger the sense of roughness can be presented. The maximum applied voltage amplitude used is about 250V 0-p .

【００６７】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made based on the spirit of the present invention, and these modifications are not excluded from the scope of the present invention.

【００６８】[0068]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。As described in detail above, according to the present invention, the following effects can be achieved.

【００６９】（Ａ）移動子が薄膜状で十分柔らかいた
め、移動子と固定子との間に働く静電吸引力を場所によ
り異なるものとすることができ、例えば、指先と指の腹
など、場所により異なった刺激を与えることができる。
そのため、現実の面をなぞった際に近い感触を提示する
ことが可能となる。(A) Since the moving element is a thin film and is sufficiently soft, the electrostatic attraction force acting between the moving element and the stator can be made different depending on the place, for example, fingertip and finger pad. Different places can be stimulated differently.
Therefore, it is possible to present a feeling close to that when tracing a real surface.

【００７０】（Ｂ）固定電極と指先との間に薄膜状の移
動子（フィルム）を挟み込むようにしたので、指先の発
汗の影響を受けにくく、長時間にわたり安定した駆動を
実現することができる。(B) Since the thin film mover (film) is sandwiched between the fixed electrode and the fingertip, it is difficult to be affected by sweating of the fingertip, and stable driving can be realized for a long time. .

【００７１】（Ｃ）薄膜状の移動子（フィルム）を設置
し、移動子と指先を一緒に動かす仕様となっているた
め、容易に指先位置を測定することができる。(C) Since a thin film mover (film) is installed and the mover and the fingertip are moved together, the fingertip position can be easily measured.

【００７２】そのため、指先位置に応じて発生力を制御
することで従来よりも豊かな表現が可能となる。また、
指先に何らかの付加的な装置を装着する必要はなく、単
に薄膜状の移動子（フィルム）に触れて動かすだけであ
るため、簡便かつ軽量で実用性が高い。Therefore, by controlling the generated force according to the fingertip position, richer expression than before can be achieved. Also,
Since it is not necessary to attach any additional device to the fingertip, but simply touching and moving the thin film mover (film), it is simple, lightweight and highly practical.

【００７３】（Ｄ）透明電極を用いることにより、画面
を見ながら直接触れて皮膚感覚を提示することができる
ようになるため、皮膚感覚情報を視覚情報とともに得る
ことができ、操作性や臨場感をより高めることが可能と
なる。(D) By using the transparent electrode, it becomes possible to present the skin sensation by directly touching it while looking at the screen, so that the skin sensation information can be obtained together with the visual information, and the operability and the sense of presence can be obtained. It is possible to further increase.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の実施例を示す皮膚感覚提示装置の模式
図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a skin sensation presentation device showing an embodiment of the present invention.

【図２】図１のＡ−Ａ線の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.

【図３】図１のＢ−Ｂ線の断面図である。3 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.

【図４】本発明の実施例を示す皮膚感覚提示装置のシス
テム構成図である。FIG. 4 is a system configuration diagram of a skin sensation presentation device showing an embodiment of the present invention.

【図５】本発明の他の実施例を示す視覚情報表示付き皮
膚感覚提示装置の代用写真である。FIG. 5 is a substitute photograph of a skin sensation presentation device with visual information display showing another embodiment of the present invention.

【図６】図５の視覚情報表示付き皮膚感覚提示装置の断
面模式図である。6 is a schematic sectional view of the skin sensation presentation device with visual information display of FIG.

【図７】本発明の視覚情報表示付き皮膚感覚提示装置に
よる触感の提示原理の説明の断面模式図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating the principle of providing a tactile sensation by the skin sensation presentation device with visual information display according to the present invention.

【図８】本発明の皮膚感覚提示装置に働く摩擦力の測定
方法を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing a method for measuring a frictional force acting on the skin sensation presentation device of the present invention.

【図９】本発明の皮膚感覚提示装置の印加電圧と摩擦力
を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing applied voltage and frictional force of the skin sensation presentation device of the present invention.

【図１０】本発明の皮膚感覚提示装置のテクスチャと印
加電圧との関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a relationship between texture and applied voltage of the skin sensation presentation device of the present invention.

【図１１】本発明を適用するＷｉｎｄｏｗｓ(登録商標)
用アプリケーションの例を示す図である。FIG. 11: Windows (registered trademark) to which the present invention is applied
It is a figure which shows the example of the application.

【図１２】従来の皮膚感覚提示装置の模式図である。FIG. 12 is a schematic diagram of a conventional skin sensation presentation device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１，４２，６１ 固定子 ２ 基板 ３ ストライプ状（もしくは、マトリクス状）の電極 ４ 絶縁膜（絶縁フィルム） １１ 移動子（フィルム） １２ 薄膜 １３ 導電体層 ２１，４４，５４ 操作者の指 ３１ リニアエンコーダー（ＬＥ） ３２ 電子制御装置 ３３ 電圧制御器 ４１ タッチパネルＬＣＤ ４２Ａ，４３Ｃ 透明プラスチックフィルム ４２Ｂ，５１ ＩＴＯ電極 ４２Ｃ，４３Ａ ウレタン ４３，６２ スライダー ４３Ｂ アルミニウム電極 ４５，５５ 移動方向 ５２ 絶縁膜 ５３ アルミニウム電極（スライダー） ５６ 静電吸引力 ５７ 摩擦力 ６０ ステージ ６３ ロードセル ６４ ステージの移動方向 1,42,61 Stator 2 substrates 3 Stripe (or matrix) electrodes 4 Insulating film (insulating film) 11 Moving element (film) 12 thin film 13 Conductor layer 21,44,54 Operator's finger 31 Linear encoder (LE) 32 electronic control unit 33 Voltage controller 41 Touch panel LCD 42A, 43C transparent plastic film 42B, 51 ITO electrode 42C, 43A Urethane 43,62 slider 43B Aluminum electrode 45,55 moving direction 52 insulating film 53 Aluminum electrode (slider) 56 Electrostatic attraction 57 Friction force 60 stages 63 load cell 64 Stage movement direction

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C001 BC10 CA00 CA09 5B087 AA09 AB12 CC12 CC15 DD03 DE07    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 2C001 BC10 CA00 CA09                 5B087 AA09 AB12 CC12 CC15 DD03                       DE07

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 電極を有する固定子と、表面もしくは内
部に適度な導電性を持たせた移動子からなる装置を備
え、操作者が前記移動子を指で動かした際に、前記固定
子の電極に印加する電圧を適切に制御することにより、
前記固定子の電極と前記移動子間の静電吸引力に起因す
る摩擦振動を前記操作者の指先に伝達し、それにより様
々な皮膚感覚を提示することを特徴とする皮膚感覚提示
装置。1. A device comprising a stator having an electrode and a mover having an appropriate conductivity on a surface or inside thereof, and when the operator moves the mover with a finger, the stator By properly controlling the voltage applied to the electrodes,
A skin sensation presentation device, characterized in that friction vibration caused by electrostatic attraction between the electrodes of the stator and the mover is transmitted to a fingertip of the operator, thereby presenting various skin sensations. 【請求項２】 請求項１記載の皮膚感覚提示装置におい
て、前記固定子の電極はストライプ状又はマトリクス状
に形成されることを特徴とする皮膚感覚提示装置。2. The skin sensation presentation device according to claim 1, wherein the electrodes of the stator are formed in a stripe shape or a matrix shape. 【請求項３】 請求項１記載の皮膚感覚提示装置におい
て、前記移動子は薄膜状の移動子からなることを特徴と
する皮膚感覚提示装置。3. The skin sensation presentation device according to claim 1, wherein the mover is a thin film mover. 【請求項４】 請求項１記載の皮膚感覚提示装置におい
て、前記移動子の位置を検出する手段を有し、検出した
位置に基づき前記固定子の各電極に印加する電圧を制御
することにより、様々な皮膚感覚を提示することを特徴
とする皮膚感覚提示装置。4. The skin sensation presentation device according to claim 1, further comprising means for detecting the position of the mover, and controlling the voltage applied to each electrode of the stator based on the detected position, A skin sensation presentation device characterized by presenting various skin sensations. 【請求項５】 請求項１記載の皮膚感覚提示装置におい
て、前記移動子を柔軟な素材とすることにより、移動子
・固定子間に発生する摩擦力分布を大きく変化させるこ
となく前記操作者の指先に伝達することを特徴とする皮
膚感覚提示装置。5. The skin sensation presentation device according to claim 1, wherein the moving member is made of a flexible material, and the distribution of frictional force generated between the moving member and the stator is not significantly changed, A skin sensation presentation device characterized by being transmitted to a fingertip. 【請求項６】 請求項１記載の皮膚感覚提示装置におい
て、前記電極として透明電極材料を用い、該透明電極材
料からなる電極をディスプレイの上に重ねることで、視
覚情報と皮膚感覚情報をあわせて提示することを特徴と
する皮膚感覚提示装置。6. The skin sensation presentation device according to claim 1, wherein a transparent electrode material is used as the electrode, and an electrode made of the transparent electrode material is overlaid on a display to combine visual information and skin sensation information. A device for presenting skin sensation characterized by presenting. 【請求項７】 請求項６記載の皮膚感覚提示装置におい
て、前記ディスプレイはタッチパネルディスプレイであ
ることを特徴とする皮膚感覚提示装置。7. The skin sensation presentation device according to claim 6, wherein the display is a touch panel display.
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