JP2003248540A - 皮膚感覚提示装置 - Google Patents
皮膚感覚提示装置Info
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- A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
- A63F—CARD, BOARD, OR ROULETTE GAMES; INDOOR GAMES USING SMALL MOVING PLAYING BODIES; VIDEO GAMES; GAMES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- A63F2300/30—Features of games using an electronically generated display having two or more dimensions, e.g. on a television screen, showing representations related to the game characterized by output arrangements for receiving control signals generated by the game device
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡便な構造により、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。 【解決手段】 ストライプ状（又はマトリクス状）電極
３を持つ固定子１上に柔らかな薄膜移動子１１を配置
し、この薄膜移動子１１と前記固定子１の電極３間に電
圧を印加し、静電吸引力を発生させる構成とし、前記ス
トライプ状電極３に種々の連続するパルス波を印加し、
前記薄膜移動子１１に操作者の指２１を当てて動かすこ
とにより、目的のザラザラ感ツルツル感に相当する触覚
を提示することができる。つまり、相互の電位分布の相
対変化が静電力の変化に代えられ、あたかも操作者の指
先２１で凹凸面をなぞっているような疑似体験ができ
る。
能とする皮膚感覚提示装置を提供する。 【解決手段】 ストライプ状（又はマトリクス状）電極
３を持つ固定子１上に柔らかな薄膜移動子１１を配置
し、この薄膜移動子１１と前記固定子１の電極３間に電
圧を印加し、静電吸引力を発生させる構成とし、前記ス
トライプ状電極３に種々の連続するパルス波を印加し、
前記薄膜移動子１１に操作者の指２１を当てて動かすこ
とにより、目的のザラザラ感ツルツル感に相当する触覚
を提示することができる。つまり、相互の電位分布の相
対変化が静電力の変化に代えられ、あたかも操作者の指
先２１で凹凸面をなぞっているような疑似体験ができ
る。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
細に説明する。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【００１４】一例として、前記Ｓａｎｄｐａｐｅｒ Ｓ
ｙｓｔｅｍの装置構成を図１２に示す。
ｙｓｔｅｍの装置構成を図１２に示す。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
て詳細に説明する。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
（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。
【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。
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。
【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。
ツルツル感を的確に表現させることができる。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
装置の触感提示原理について説明する。
【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。
装置による触感の提示原理の説明の断面模式図である。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
る摩擦力の測定を行なった。
【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。
擦力の測定方法を示す模式図である。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【００６４】次に、本発明の応用例について説明する。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
よれば、以下のような効果を奏することができる。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線の断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線の断面図である。
【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。
テム構成図である。
【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。
膚感覚提示装置の代用写真である。
【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。
面模式図である。
【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。
よる触感の提示原理の説明の断面模式図である。
【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。
方法を示す模式図である。
【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。
を示す図である。
【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。
加電圧との関係を示す図である。
【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。
用アプリケーションの例を示す図である。
【図１２】従来の皮膚感覚提示装置の模式図である。
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
─────────────────────────────────────────────────────
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
Claims (7)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002341606A JP3929881B2 (ja) | 2001-12-04 | 2002-11-26 | 皮膚感覚提示装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001-369445 | 2001-12-04 | ||
| JP2001369445 | 2001-12-04 | ||
| JP2002341606A JP3929881B2 (ja) | 2001-12-04 | 2002-11-26 | 皮膚感覚提示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003248540A true JP2003248540A (ja) | 2003-09-05 |
| JP3929881B2 JP3929881B2 (ja) | 2007-06-13 |
Family
ID=28676743
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002341606A Expired - Fee Related JP3929881B2 (ja) | 2001-12-04 | 2002-11-26 | 皮膚感覚提示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3929881B2 (ja) |
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-
2002
- 2002-11-26 JP JP2002341606A patent/JP3929881B2/ja not_active Expired - Fee Related
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