JP2020092762A - 電気刺激装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触覚提示の多様化を図る。【解決手段】１つ以上の出力部２と複数の電極１との間に出力選択部３を設ける。出力選択部３は、出力部２に接続される電極対を構成する電極１の組み合わせを任意に切り替え可能な構成とされている。制御部４から、出力選択部３へ選択信号を送り、出力部２に接続する電極対を構成する電極１の組み合わせを指示する。【選択図】 図３

Description

本発明は、電気刺激装置に関し、特に電極間に電流を流すことによって人間の体に刺激を与える電気刺激装置に関する。

従来より、電極間に電流を流すことによって人間の体に刺激を与える電気刺激装置として、低周波治療装置や電気的筋肉刺激装置などが用いられている。

図５に、従来の電気刺激装置の一例として、特許文献１に示された低周波治療装置の要部を示す。この低周波治療装置は、治療部位に貼り付けられる１対のパッド３００（３００Ａ，３００Ｂ）を備えており、高電位側（プラス側）のパッド３００Ａには電極ａ１，ａ２，ａ３が設けられ、低電位側（マイナス側）のパッド３００Ｂには電極ｂ１，ｂ２，ｂ３が設けられている。

この低周波治療装置では、パッド３００Ａに設けられた電極ａ１，ａ２，ａ３が選択的に高電位とされ、パッド３００Ｂに設けられた電極ｂ１，ｂ２，ｂ３が選択的に低電位とされる。これにより、通電エリアの位置や面積を変化させるようにして、もみ刺激やさすり刺激などを作り出すことが可能となる。

例えば、図６（ａ）に示すように、電極ａ１を高電位とし、電極ｂ１を低電位とすると、電極ａ１からｂ１へ電流が流れる。この状態から、図６（ｂ）に示すように、電極ｂ１に変えて電極ｂ２を低電位とすると、電極ａ１からｂ２へ電流が流れるようになる。これにより、通電エリアの位置（実効的な電極の配置）が変化する。

例えば、図７（ａ）に示すように、電極ａ１，ａ２を高電位とし、電極ｂ１，ｂ２を低電位とすると、電極ａ１，ａ２から電極ｂ１，ｂ２へ電流が流れる。この状態から、図７（ｂ）に示すように、さらに、電極ａ３を高電位とし、電極ｂ３を低電位とすると、電極ａ３から電極ｂ３へも電流が流れるようになる。これにより、通電エリアの面積（実効的な電極の面積）が変化する。

特開２００８−１２５６９４号公報

梶本他，"額に装着する電気触覚ディスプレイ"，日本バーチャルリアリティ学会第１１回大会論文集，ｐｐ．１−４，２００６

しかしながら、この特許文献１に示された技術では、電極ａ１，ａ２，ａ３から電極ｂ１，ｂ２，ｂ３への一方向への電流の流れしか変更することができない。例えば、図８に示すように、電極ａ１から電極ｂ１への電流の流れを電極ｂ１から電極ａ１への電流の流れに変更することはできない。また、例えば、図９に示すように、電極ａ２から電極ｂ２への電流の流れに、電極ｂ１から電極ｂ３への電流の流れを加える、というような変更はできない。

このように、特許文献１に示された技術では、電極ｂ１から電極ａ１への電流の流れを作り出したり、電極ｂ１から電極ｂ３への電流の流れを作り出したりすることができず、人間の体に与える刺激の多様化を図ることができない。このことは、例えば非特許文献１に示されるような電気刺激による触覚提示の分野において、特許文献１に示された技術を利用したとしても、触覚提示の多様化を図ることができないことを意味している。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、電気刺激による触覚提示の分野において、触覚提示の多様化を図ることが可能な電気刺激装置を提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、複数の電極（１）と、電位差を生じる第１の出力端（Ｐ１）と第２の出力端（Ｐ２）とを備える１つ以上の出力部（２）と、前記出力部の第１の出力端と第２の出力端との間に接続される電極対を構成する前記電極の組み合わせを任意に切り替え可能な構成とされた出力選択部（３）とを備えることを特徴とする。

本発明では、出力部の第１の出力端と第２の出力端との間に接続される電極対（以下、単に出力部に接続される電極対と呼ぶ。）を構成する電極の組み合わせを任意に切り替えることが可能である。これにより、出力部に接続される電極対を構成する電極の組み合わせを動的に切り替えるようにして、出力部に接続される電極の数（実効的な電極の面積）の変更や出力部に接続される電極の位置（実効的な電極の配置）の変更などを自由に行うことができるようになる。

本発明の一構成例として、制御部から出力選択部に対して、出力部に接続する電極対を構成する電極の組み合わせを指示するようにし、出力部に接続される電極の数や出力部に接続される電極の位置を変更させたりすることが考えられる。

また、本発明の一構成例として、制御部に、複数の電極のそれぞれについて、その電極とその電極が設置された箇所との間の接触状態を検査し、接触状態が悪いと判断した電極を出力選択部に対して指示する電極の組み合わせから除外する機能部を設けるようにすることも考えられる。

なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の構成要素を、括弧を付した参照符号によって示している。

以上説明したように、本発明によれば、出力部に接続される電極対を構成する電極の組み合わせ任意に切り替えることができるようにしたので、出力部に接続される電極の数（実効的な電極の面積）の変更や出力部に接続される電極の位置（実効的な電極の配置）の変更などを自由に行うことができるようになり、電気刺激による触覚提示の分野において、触覚提示の多様化を図ることが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態に係る電気刺激装置の要部を示す図である。 図２は、この電気刺激装置における制御部からの選択信号に従う出力選択部における動作の具体例１を説明する図である。 図３は、この電気刺激装置における制御部からの選択信号に従う出力選択部における動作の具体例２を説明する図である。 図４は、接触状態検査部を制御部に設けた例を示す図である。 図５は、特許文献１に示された低周波治療装置の要部を示す図である。 図６は、この低周波治療装置において通電エリアの位置を変化させた例を示す図である。 図７は、この低周波治療装置において通電エリアの面積を変化させた例を示す図である。 図８は、この低周波治療装置において電極間の電流の流れを作り出すことがきない例を示す図である。 図９は、この低周波治療装置において電極間の電流の流れを作り出すことができない別の例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態に係る電気刺激装置１００の要部を示す図である。

この電気刺激装置１００は、マトリックス状に配置された複数の電極１と、２つの出力部２と、２つの出力部２と複数の電極１との間に設けられた出力選択部３と、全体の制御を行う制御部４とを備えている。

出力部２は、高電位側（プラス側）の電位の出力端Ｐ１と低電位側（マイナス側）の電位の出力端Ｐ２とを備えており、制御部２からの指令を受けて動作する。本実施の形態では、２つの出力部２のうち一方を出力部２−１（＃ＤＲＶ１）とし、他方を出力部２−２（＃ＤＲＶ２）とする。以下、出力端Ｐ１を高電位側の出力端、出力端Ｐ２を低電位側の出力端と呼ぶ。

本実施の形態において、複数の電極１は電極１−１〜１−１６の１６個とされ、この電極１−１〜１−１６が縦４列、横４列として、互いに独立して配置されている。この電極１−１〜１−１６は、パッド上に設けられ、利用者の体に装着される。以下、電極１−１〜１−１６を示す番号を＃０１〜＃１６とする。

本実施の形態において、出力選択部３は、出力部２（２−１，２−２）の高電位側の出力端Ｐ１（Ｐ１₁，Ｐ１₂）と低電位側の出力端Ｐ２（Ｐ２₁，Ｐ２₂）との間に接続される電極対を構成する電極１の組合せを任意に切り替え可能な構成とされている。例えば、出力選択部３は、トランジスタなどの多数のスイッチング素子により構成されており、このスイッチング素子の接続モードを切り替えることによって、高電位側の出力端Ｐ１（Ｐ１₁，Ｐ１₂）および低電位側の出力端Ｐ２（Ｐ２₁，Ｐ２₂）に接続される電極１の組み合わせを、任意に切り替えることができるようになっている。

また、本実施の形態において、制御部４は、出力部２（２−１，２−２）の高電位側の出力端Ｐ１（Ｐ１₁，Ｐ１₂）および低電位側の出力端Ｐ２（Ｐ２₁，Ｐ２₂）に接続する電極１の組み合わせを指示する信号（以下、この信号を選択信号と呼ぶ。）を出力選択部３へ送る機能を備えている。

本実施の形態において、制御部４は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現される。以下、制御部４からの選択信号に従う出力選択部３における動作について、具体例を挙げて説明する。なお、制御部４は、例えばディスプレイに表示されている文字などの情報を装着者に提示するような場合、その情報を示す信号を選択信号として出力選択部３に出力する。

〔具体例１〕
制御部４より、例えば、出力部２−１の高電位側の出力端Ｐ１₁に接続する電極１の組み合わせとして「＃０１，＃０２」を、出力部２−１の低電位側の出力端Ｐ２₁に接続する電極１の組み合わせとして「＃１１，＃１２，＃１５，＃１６」を指示する選択信号が、出力選択部３へ送られたとする。

この選択信号が送られてくると、出力選択部３は、図２に示すように、出力部２−１の高電位側の出力端Ｐ１₁に電極１−１，１−２を接続し、出力部２−１の低電位側の出力端Ｐ２₁に電極１−１１，１−１２，１−１５，１−１６を接続する。

これにより、電極１−１，１−２が等電位面となり、２つの電極１−１，１−２で１つの大きなプラス側の電極が作られる。また、電極１−１１，１−１２，１−１５，１−１６が等電位面となり、４つの電極１−１１，１−１２，１−１５，１−１６で１つの大きなマイナス側の電極が作られる。

すなわち、出力部２−１の高電位側の出力端Ｐ１₁と低電位側の出力端Ｐ２₁との間に、電極１−１，１−２の組み合わせをプラス側の電極とし、電極１−１１，１−１２，１−１５，１−１６の組み合わせをマイナス側の電極とする電極対が作られ、この電極対に装着者の体を通して電流が流れるものとなる。

なお、選択された電極以外のその他の電極はどこにも接続されずに、フローティング状態となる。このため、出力に影響を及ぼすことはない。下記の具体例２でも同じである。

〔具体例２〕
次に、制御部４より、さらに、出力部２−２の高電位側の出力端Ｐ１₂に接続する電極１の組み合わせとして「＃０９」を、出力部２−２の低電位側の出力端Ｐ２₂に接続する電極１の組み合わせとして「＃１４」を指示する選択信号が、出力選択部３へ送られたとする。

この選択信号が送られてくると、出力選択部３は、図３に示すように、出力部２−２の高電位側の出力端Ｐ１₂に電極１−９を接続し、出力部２−２の低電位側の出力端Ｐ２₂に電極１−１４を接続する。

これにより、１つの電極１−９でプラス側の電極が作られ、１つの電極１−１４でマイナス側の電極が作られる。すなわち、出力部２−１の高電位側の出力端Ｐ１₁と低電位側の出力端Ｐ２₁との間に、電極１−９をプラス側の電極とし、電極１−１４をマイナス側の電極とする電極対が作られ、この電極対に装着者の体を通して電流が流れるものとなる。これにより、装着者に与えられる感覚が変化する。

この具体例１，２からも分かるように、本実施の形態の電気刺激装置１００では、出力部２（２−１，２−２）の高電位側の出力端Ｐ１（Ｐ１₁，Ｐ１₂）と低電位側の出力端Ｐ２（Ｐ２₁，Ｐ２₂）との間に接続される電極対を構成する電極１の組み合わせを動的に切り替えるようにして、出力部２（２−１，２−２）に接続される電極の数（実効的な電極の面積）の変更や出力部２（２−１，２−２）に接続される電極の位置（実効的な電極の配置）の変更などを自由に行うことができるようになる。例えば、電極の配置、具体的には電流を流す電極間の距離を変更することで、印加する電気信号の体内への侵入深さや、範囲を変更することができる。また、出力部２に接続される電極の数や位置を変えることによって、出力部２に接続される電極の形状も変えることができる。このようにして、本実施の形態によれば、電気刺激による触覚提示の分野において、触覚提示の多様化を図ることが可能となる。

上述した実施の形態では、電極１の数を１６個とし、出力部２の数を２個としたが、これに限られるものではなく、出力部２は１つであっても構わない。電極１の数や出力部２の数を多くすることにより、多様な制御が可能となる。しかし、電極１は必ずペアで利用しない限り閉ループが形成できないため、電流が装着者に流れることがない。そのため、電極１の数をｅとし、出力部２の数をｄとすると、ｅ ≧ ２ｄで用いることが望ましい。本実施の形態では、制御部４からの出力選択部３に対する指示により、図８に示した電極ｂ１から電極ａ１への電流の流れを作り出したり、図９に示した電極ｂ１から電極ｂ３への電流の流れを作り出すことも可能である。また、制御部４から出力選択部３へ指示を出すことにより、電極１−１〜１−１６を装着したままの状態で、出力部２に接続される電極対の切り替えを高速に行うことができる。

また、上述した実施の形態では、出力部２の出力端Ｐ１を高電位側の出力端とし、出力部２の出力端Ｐ２を低電位側の出力端としたが、出力部２の出力端Ｐ１とＰ２の極性が入れ替わるような構成をとるようにしてもよい。すなわち、あるタイミングでは、出力部２の出力端Ｐ１を高電位、出力端Ｐ２を低電位とし、あるタイミングでは、出力部２の出力端Ｐ１を低電位、出力端Ｐ２を高電位とするというように、出力端Ｐ１，Ｐ２から両極性の電位（交流的な信号）を出力するような構成をとるようにしてもよい。

また、上述した実施の形態において、制御部４に、電極１とその電極１が設置された箇所（皮膚）との間の接触状態を検査する機能部を設けるようにしてもよい。図４に、制御部４に、電極１と皮膚との間の接触状態の検査を行う機能部として接触状態検査部４１を設けた例を示す。

この接触状態検査部４１は、制御部４におけるハードウェアとプログラムとの協働によって実現される機能の１つとして設けられ、電極１−１〜１−１６のそれぞれについて、その電極と皮膚との間の接触状態を検査し、接触状態が悪いと判断した電極を出力選択部３に対して指示する電極の組み合わせから除外する処理を行う。

電極１と皮膚との間の接触状態は、装着者が感じ取れないほどの通常より弱い微弱電流を流すことで知ることができる。接触状態検査部４１は、例えば出力部２−１に微弱電流を流す指令を送るとともに、出力部２−１の高電位側の出力端Ｐ１₁と低電位側の出力端Ｐ２₁との間に作られる電極対の組み合わせを、「＃０１−＃０２」、「＃０２−＃０３」、・・・・「＃１５−＃１６」、「＃１６−＃０１」というように、順番に切り替えて行く指示を出力選択部３へ送る。

接触状態検査部４１は、電極対の組み合わせが「＃０１−＃０２」、「＃０２−＃０３」、・・・・「＃１５−＃１６」、「＃１６−＃０１」と切り替えられた時の各電流量を出力部２−１から取得し、この取得した各電流量から電極１−１〜１−１６のそれぞれについて皮膚との間の接触状態を判断する。

この場合、接触状態検査部４１は、接触状態が悪いと判断した箇所については、その周辺を精査する。電極１はペアで１つの閉回路となるため、例えば電極１−２で問題があった場合は電極１−１と１−２との間、電極１−２と１−３との間で問題が起こるはずである。よって、問題が起こった箇所が電極と皮膚との間の接触状態が悪く利用に適していない環境であることが分かる。

接触状態検査部４１は、皮膚との間の接触状態が悪いと判断した電極があった場合、その電極を出力選択部３に対して指示する電極の組み合わせから除外する。これにより、皮膚に接触していない状態の電極が選択されることが防がれる。

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１（１−１〜１−１６）…電極、２（２−１，２−２）…出力部、３…出力選択部、４…制御部、４１…接触状態検査部、Ｐ１（Ｐ１₁，Ｐ１₂）…高電位側の出力端、Ｐ２（Ｐ２₁，Ｐ２₂）…低電位側の出力端、１００…電気刺激装置。

Claims (5)

1. 複数の電極と、
   電位差を生じる第１の出力端と第２の出力端とを備える１つ以上の出力部と、
   前記出力部の第１の出力端と第２の出力端との間に接続される電極対を構成する前記電極の組み合わせを任意に切り替え可能な構成とされた出力選択部と
   を備えることを特徴とする電気刺激装置。
2. 請求項１に記載された電気刺激装置において、
   前記出力部の第１の出力端と第２の出力端との間に接続する電極対を構成する前記電極の組み合わせを前記出力選択部に対して指示する制御部
   をさらに備えることを特徴とする電気刺激装置。
3. 請求項２に記載された電気刺激装置において、
   前記制御部は、
   前記出力部の第１の出力端に接続される前記電極の数および前記出力部の第２の出力端に接続される前記電極の数を変更する
   ことを特徴とする電気刺激装置。
4. 請求項２に記載された電気刺激装置において、
   前記制御部は、
   前記出力部の第１の出力端に接続される前記電極の位置および前記出力部の第２の出力端に接続される前記電極の位置を変更する
   ことを特徴とする電気刺激装置。
5. 請求項２〜４の何れか１項に記載された電気刺激装置において、
   前記制御部は、
   前記複数の電極のそれぞれについて、その電極とその電極が設置された箇所との間の接触状態を検査し、接触状態が悪いと判断した電極を前記出力選択部に対して指示する前記電極の組み合わせから除外する接触状態検査部
   を備えることを特徴とする電気刺激装置。