JP2002041208A - 皮膚感覚提示装置 - Google Patents
皮膚感覚提示装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡易且つコンパクトな構成でありながら、空
間分解能が高く、且つ表面粗さや摩擦特性といった複数
の表面性状を表現することができる、皮膚感覚提示装置
を提供する。 【解決手段】 皮膚感覚提示装置において、互いに絶縁
され、所定の方向で且つ所定の間隔を設けて配置された
複数の帯状電極３を有する第１部材１と、互いに絶縁さ
れ、所定の方向で且つ所定の間隔を設けて配置された複
数の帯状電極６を有する第２部材４と、前記第１部材１
の電極３及び前記第２部材４の電極６に多相電圧を印加
する電源とを設け、前記第１部材１と前記第２部材４間
の静電気のクーロン力により物体表面の突起または摩擦
特性を擬似的に表現し、操作者に皮膚感覚として伝達せ
しめる。
間分解能が高く、且つ表面粗さや摩擦特性といった複数
の表面性状を表現することができる、皮膚感覚提示装置
を提供する。 【解決手段】 皮膚感覚提示装置において、互いに絶縁
され、所定の方向で且つ所定の間隔を設けて配置された
複数の帯状電極３を有する第１部材１と、互いに絶縁さ
れ、所定の方向で且つ所定の間隔を設けて配置された複
数の帯状電極６を有する第２部材４と、前記第１部材１
の電極３及び前記第２部材４の電極６に多相電圧を印加
する電源とを設け、前記第１部材１と前記第２部材４間
の静電気のクーロン力により物体表面の突起または摩擦
特性を擬似的に表現し、操作者に皮膚感覚として伝達せ
しめる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主としてバーチャ
ルリアリティの分野において用いられる感覚情報提示装
置に係り、特に、物体の表面粗さ、摩擦特性などといっ
た物体の表面性状を擬似的に再現することで、人間が対
象物に触れた際に得られる皮膚感覚あるいは触感を、操
作者に対して伝達可能とする皮膚感覚提示装置に関す
る。
ルリアリティの分野において用いられる感覚情報提示装
置に係り、特に、物体の表面粗さ、摩擦特性などといっ
た物体の表面性状を擬似的に再現することで、人間が対
象物に触れた際に得られる皮膚感覚あるいは触感を、操
作者に対して伝達可能とする皮膚感覚提示装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】バーチャルリアリティ（Ｖｉｒｔｕａ１
Ｒｅａ１ｉｔｙ：ＶＲ、あるいは、人工現実感）の分
野においては、操作者（あるいは、被験者）の感じる現
実感を増大させるために、仮想空間内において対象物に
触れた際、その接触感覚を操作者にフィードバックする
感覚提示装置が必要とされている。
Ｒｅａ１ｉｔｙ：ＶＲ、あるいは、人工現実感）の分
野においては、操作者（あるいは、被験者）の感じる現
実感を増大させるために、仮想空間内において対象物に
触れた際、その接触感覚を操作者にフィードバックする
感覚提示装置が必要とされている。
【０００３】物体に接触した際に受ける接触感覚は、大
きく次の二つに分けられる。一つは、接触反力などの力
覚であり、もう一つは、表面粗さや摩擦特性などの表面
性状を感じ取る感覚である。後者の感覚は、皮膚感覚、
あるいは、質感（Ｔｅｘｔｕｒｅ）などと呼ばれ、感覚
的な表現を用いれば、つるつる、ざらざら、ねばねば、
さらさら、などと表現される感覚である。
きく次の二つに分けられる。一つは、接触反力などの力
覚であり、もう一つは、表面粗さや摩擦特性などの表面
性状を感じ取る感覚である。後者の感覚は、皮膚感覚、
あるいは、質感（Ｔｅｘｔｕｒｅ）などと呼ばれ、感覚
的な表現を用いれば、つるつる、ざらざら、ねばねば、
さらさら、などと表現される感覚である。
【０００４】これら２種の接触感覚のうち、前者の力覚
の提示装置に関しては、後者の皮膚感覚提示装置に比べ
研究開発が進んでおり、フォースフィードバック機能を
備えたマニピュレータ等が数多く開発されている。
の提示装置に関しては、後者の皮膚感覚提示装置に比べ
研究開発が進んでおり、フォースフィードバック機能を
備えたマニピュレータ等が数多く開発されている。
【０００５】一方、後者の皮膚感覚あるいは質感に関す
る提示装置としては、アレイ状に並んだ多数のピンを利
用したものや、弾性振動を利用したものなどが提案され
ている。ピンを利用したものとしては、例えば、文献
〔Ｒ．Ｄ．Ｈｏｗｅ，Ｗ．Ｊ．Ｐｅｉｎｅ，Ｄ．Ａ．Ｋ
ｏｎｔａｒｉｎｉｓ，Ｊ．Ｓ．Ｓｏｎ：“Ｒｅｍｏｔｅ
Ｐａｌｐａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ
Ｓｕｒｇｉｃａ１ Ａｐｐ１ｉｃａｔｉｏｎｓ”，ＩＥ
ＥＥ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎ
ｅ ａｎｄ Ｂｉｏ１ｏｇｙ Ｍａｇａｚｉｎｅ，１４
（３），ｐｐ．３１８−３２３，１９９５〕に示される
装置がある。この装置では中心間距離２ｍｍで配置され
た６×４個のピンアレイを用い、各々のピンの高さを調
節することにより、所望の表面粗さを提示することがで
きる。
る提示装置としては、アレイ状に並んだ多数のピンを利
用したものや、弾性振動を利用したものなどが提案され
ている。ピンを利用したものとしては、例えば、文献
〔Ｒ．Ｄ．Ｈｏｗｅ，Ｗ．Ｊ．Ｐｅｉｎｅ，Ｄ．Ａ．Ｋ
ｏｎｔａｒｉｎｉｓ，Ｊ．Ｓ．Ｓｏｎ：“Ｒｅｍｏｔｅ
Ｐａｌｐａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ
Ｓｕｒｇｉｃａ１ Ａｐｐ１ｉｃａｔｉｏｎｓ”，ＩＥ
ＥＥ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎ
ｅ ａｎｄ Ｂｉｏ１ｏｇｙ Ｍａｇａｚｉｎｅ，１４
（３），ｐｐ．３１８−３２３，１９９５〕に示される
装置がある。この装置では中心間距離２ｍｍで配置され
た６×４個のピンアレイを用い、各々のピンの高さを調
節することにより、所望の表面粗さを提示することがで
きる。
【０００６】しかし、このタイプのピンアレイを利用し
た装置は、提示可能な表面性状の空間分解能がピンの配
置密度により決定されるため、空間分解能を高くするの
が困難であるという問題がある。また、摩擦特性等の提
示も困難である。さらに、多数のピンを駆動するために
多数のアクチュエータを必要とし、低価格化も難しい。
た装置は、提示可能な表面性状の空間分解能がピンの配
置密度により決定されるため、空間分解能を高くするの
が困難であるという問題がある。また、摩擦特性等の提
示も困難である。さらに、多数のピンを駆動するために
多数のアクチュエータを必要とし、低価格化も難しい。
【０００７】弾性振動を利用した皮膚感覚提示装置とし
ては、例えば、文献〔奈良，柳田，前田，舘：「弾性波
動を用いた皮膚感覚ディスプレイ」，日本バーチャルリ
アリティ学会論文誌，３（３），ｐｐ．８９−９７．１
９９８〕に示される装置がある。この装置では、圧電振
動子を用いて弾性板を振動させた際の振動の包絡線を仮
想物体の表面形状にみたて、その包絡線の波長や振幅を
制御することにより、様々な表面性状を提示することが
できる。その後の研究報告〔奈良，柳田，前田，舘：
「弾性波動を用いた皮膚感覚ディスプレイ（第三
報）」、日本バーチャルリアリティ学会第４回大会論文
集，ｐｐ．４５−４８．１９９９〕により、異なる摩擦
特性を有する面を提示することも可能であることが報告
されている。しかしながら、振動の励振に大型の圧電振
動子を利用するなど、装置が大型であるという問題点を
有している。
ては、例えば、文献〔奈良，柳田，前田，舘：「弾性波
動を用いた皮膚感覚ディスプレイ」，日本バーチャルリ
アリティ学会論文誌，３（３），ｐｐ．８９−９７．１
９９８〕に示される装置がある。この装置では、圧電振
動子を用いて弾性板を振動させた際の振動の包絡線を仮
想物体の表面形状にみたて、その包絡線の波長や振幅を
制御することにより、様々な表面性状を提示することが
できる。その後の研究報告〔奈良，柳田，前田，舘：
「弾性波動を用いた皮膚感覚ディスプレイ（第三
報）」、日本バーチャルリアリティ学会第４回大会論文
集，ｐｐ．４５−４８．１９９９〕により、異なる摩擦
特性を有する面を提示することも可能であることが報告
されている。しかしながら、振動の励振に大型の圧電振
動子を利用するなど、装置が大型であるという問題点を
有している。
【０００８】一方、このような皮膚感覚提示装置は、い
わゆるバーチャルリアリティの分野の他にも、次のよう
な分野での利用が考えられる。例えば、インターネット
等を介した洋服等の通信販売等において、顧客側のコン
ピュータ端末に皮膚感覚提示装置を接続しておき、商品
提供側が、皮膚感覚に係る情報を電送することにより、
購入する洋服等の質感、手触りといったものを、顧客側
が理解した上で、購入することが可能となる。
わゆるバーチャルリアリティの分野の他にも、次のよう
な分野での利用が考えられる。例えば、インターネット
等を介した洋服等の通信販売等において、顧客側のコン
ピュータ端末に皮膚感覚提示装置を接続しておき、商品
提供側が、皮膚感覚に係る情報を電送することにより、
購入する洋服等の質感、手触りといったものを、顧客側
が理解した上で、購入することが可能となる。
【０００９】あるいは、このような装置は、視聴覚障害
者用の情報伝達装置としての利用や、個人の触覚能力を
検査するための検査装置、さらには、触覚に障害を有す
る人のためのリハビリテーション用装置として利用する
ことも考えられる。
者用の情報伝達装置としての利用や、個人の触覚能力を
検査するための検査装置、さらには、触覚に障害を有す
る人のためのリハビリテーション用装置として利用する
ことも考えられる。
【００１０】このような多様な分野への利用には、コン
パクト且つ低価格で、豊かな表現力を有する皮膚感覚提
示装置が必要とされる。
パクト且つ低価格で、豊かな表現力を有する皮膚感覚提
示装置が必要とされる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たように、これまでに開発されている皮膚感覚提示装置
は、装置構成が複雑であるため小型化や低価格化が困難
であり、上記のような幅広い分野での利用は期待できな
い。
たように、これまでに開発されている皮膚感覚提示装置
は、装置構成が複雑であるため小型化や低価格化が困難
であり、上記のような幅広い分野での利用は期待できな
い。
【００１２】また、これまで提案されている装置の多く
は、提示できる表面性状が一種類（例えば表面粗さの
み）の性状のみに限定される、あるいは、表現の空間分
解能が低い、といったことから表現力に乏しいという問
題点がある。
は、提示できる表面性状が一種類（例えば表面粗さの
み）の性状のみに限定される、あるいは、表現の空間分
解能が低い、といったことから表現力に乏しいという問
題点がある。
【００１３】したがって、より簡易な構成で、なおか
つ、表現力に優れた新たな皮膚感覚提示装置の開発が求
められている。
つ、表現力に優れた新たな皮膚感覚提示装置の開発が求
められている。
【００１４】本発明は、前記のような皮膚感覚提示装置
における従来の問題点を鑑みて創案されたものであり、
簡易且つコンパクトな構成でありながら、空間分解能が
高く、且つ表面粗さや摩擦特性といった複数の表面性状
を表現することができる、皮膚感覚提示装置を提供する
ことを目的とする。
における従来の問題点を鑑みて創案されたものであり、
簡易且つコンパクトな構成でありながら、空間分解能が
高く、且つ表面粗さや摩擦特性といった複数の表面性状
を表現することができる、皮膚感覚提示装置を提供する
ことを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の皮膚感覚提示装
置は、上記した目的を達成するために、互いに絶縁さ
れ、所定の方向で且つ所定の間隔を設けて配置された複
数の帯状電極を有する第１部材と、互いに絶縁され、所
定の方向で且つ所定の間隔を設けて配置された複数の帯
状電極を有する第２部材と、前記第１部材の電極及び第
２部材の電極に多相電圧を印加する電源からなり、前記
第１部材と第２部材との間に働く静電気のクーロン力に
より、特定の表面粗さや摩擦特性を表現する力を第１部
材と第２部材との間に発生せしめることを特徴とする。
置は、上記した目的を達成するために、互いに絶縁さ
れ、所定の方向で且つ所定の間隔を設けて配置された複
数の帯状電極を有する第１部材と、互いに絶縁され、所
定の方向で且つ所定の間隔を設けて配置された複数の帯
状電極を有する第２部材と、前記第１部材の電極及び第
２部材の電極に多相電圧を印加する電源からなり、前記
第１部材と第２部材との間に働く静電気のクーロン力に
より、特定の表面粗さや摩擦特性を表現する力を第１部
材と第２部材との間に発生せしめることを特徴とする。
【００１６】これにより、前記の第１部材と第２部材の
一方の部材を固定し、他方の部材を操作者が指先等を用
いて所定方向に操作する、あるいは、第１部材と第２部
材の両部材を複数の指先等によって同時に所定方向に操
作することによって、操作者は操作する指先に、クーロ
ン力によって表現される仮想的な表面粗さや摩擦特性等
を感ずることが可能となる。
一方の部材を固定し、他方の部材を操作者が指先等を用
いて所定方向に操作する、あるいは、第１部材と第２部
材の両部材を複数の指先等によって同時に所定方向に操
作することによって、操作者は操作する指先に、クーロ
ン力によって表現される仮想的な表面粗さや摩擦特性等
を感ずることが可能となる。
【００１７】また、前記第１部材あるいは第２部材のい
ずれかに代えて、所定の方向で且つ所定の間隔を設けて
表面もしくは内部を帯電させた絶縁性部材を用いてもよ
い。
ずれかに代えて、所定の方向で且つ所定の間隔を設けて
表面もしくは内部を帯電させた絶縁性部材を用いてもよ
い。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明によれば、第１部材と第２
部材の電極近傍に、所定の電位分布を生起することがで
きる。第１部材と第２部材の両電極が対向するように両
部材を配置した場合、第１部材と第２部材との間には、
それぞれの電位分布の相互作用により静電気のクーロン
力が働く。ここで、第１部材と第２部材とを相対的に運
動させると、その運動に応じて両者に付随する電位分布
も相対的に変位する。この電位分布の相対位置の変化
は、第１部材と第２部材との間に働くクーロン力を変化
させる。
部材の電極近傍に、所定の電位分布を生起することがで
きる。第１部材と第２部材の両電極が対向するように両
部材を配置した場合、第１部材と第２部材との間には、
それぞれの電位分布の相互作用により静電気のクーロン
力が働く。ここで、第１部材と第２部材とを相対的に運
動させると、その運動に応じて両者に付随する電位分布
も相対的に変位する。この電位分布の相対位置の変化
は、第１部材と第２部材との間に働くクーロン力を変化
させる。
【００１９】したがって、第１部材を固定し、第２部材
を操作者の指先をもって動かし第１部材に対し相対運動
させると、第２部材を介して操作者は上記のクーロン力
を指先に知覚する。このクーロン力の大きさや作用方向
が第２部材の運動に応じて変化すると、指先に知覚する
クーロン力があたかも表面の凹凸すなわち表面粗さを表
現しているかのように操作者に知覚される。第１部材と
第２部材に発生させる電位分布の状態を制御することに
より、操作者に知覚される凹凸の大きさや間隔を制御す
ることができるため、様々な表面粗さを操作者に提示す
ることが可能となる。この際、凹凸の空間分解能を電極
の配置密度のみによらず任意に決定できる点も、本発明
におけるもう一つの特徴である。
を操作者の指先をもって動かし第１部材に対し相対運動
させると、第２部材を介して操作者は上記のクーロン力
を指先に知覚する。このクーロン力の大きさや作用方向
が第２部材の運動に応じて変化すると、指先に知覚する
クーロン力があたかも表面の凹凸すなわち表面粗さを表
現しているかのように操作者に知覚される。第１部材と
第２部材に発生させる電位分布の状態を制御することに
より、操作者に知覚される凹凸の大きさや間隔を制御す
ることができるため、様々な表面粗さを操作者に提示す
ることが可能となる。この際、凹凸の空間分解能を電極
の配置密度のみによらず任意に決定できる点も、本発明
におけるもう一つの特徴である。
【００２０】また、クーロン力が、第１部材と第２部材
を引きつけあう方向に作用する場合、第１部材と第２部
材との間には、クーロン力を垂直抗力とする摩擦力が発
生する。そのため、操作者が指先をもって第２部材を第
１部材に対して相対運動せしめると、操作者はその指先
に摩擦力を知覚する。第１部材と第２部材に発生させる
電位分布の状態を制御することを通じて、垂直抗力に相
当するクーロン力の大きさを変化させると、操作者が指
先に感ずる摩擦力が変化する。操作者が一定の圧力で第
２部材を押し付けていれば、この摩擦力の変化は、あた
かも摩擦係数の変化として操作者に感じられる。そのた
め、様々な摩擦特性を有する面を操作者に提示すること
が可能となる。
を引きつけあう方向に作用する場合、第１部材と第２部
材との間には、クーロン力を垂直抗力とする摩擦力が発
生する。そのため、操作者が指先をもって第２部材を第
１部材に対して相対運動せしめると、操作者はその指先
に摩擦力を知覚する。第１部材と第２部材に発生させる
電位分布の状態を制御することを通じて、垂直抗力に相
当するクーロン力の大きさを変化させると、操作者が指
先に感ずる摩擦力が変化する。操作者が一定の圧力で第
２部材を押し付けていれば、この摩擦力の変化は、あた
かも摩擦係数の変化として操作者に感じられる。そのた
め、様々な摩擦特性を有する面を操作者に提示すること
が可能となる。
【００２１】特にこれらにおいて、操作者の操作の対象
となる第２部材を、薄板状あるいはフィルム状の薄型か
つ軽量な部材により構成することで、操作者はその部材
の存在をほとんど関知することなく、あたかも仮想物体
の表面を直接なぞっているかのように感じることが可能
である。
となる第２部材を、薄板状あるいはフィルム状の薄型か
つ軽量な部材により構成することで、操作者はその部材
の存在をほとんど関知することなく、あたかも仮想物体
の表面を直接なぞっているかのように感じることが可能
である。
【００２２】以下、本発明の実施例を図を参照しながら
詳細に説明する。
詳細に説明する。
【００２３】図１は本発明の第１実施例を示す皮膚感覚
提示装置の斜視図、図２はその電極構造と印加電圧およ
び電極周辺に発生する電位分布の説明図である。
提示装置の斜視図、図２はその電極構造と印加電圧およ
び電極周辺に発生する電位分布の説明図である。
【００２４】これらの図に示すように、第１部材（固定
子）１には絶縁体２に帯状電極（以下、電極という）３
が埋め込まれている。第２部材（移動子）４にも、第１
部材１と同様に、絶縁体５に帯状電極（以下、電極とい
う）６が埋め込まれている。電極３と電極６の配置間隔
は同じであり、どちらも２００μｍである。電極３は３
本ごとに電気的に結線されており３相構造をなしてい
る。電極６も同様に３本ごとに電気的に結線され３相構
造をなしている。
子）１には絶縁体２に帯状電極（以下、電極という）３
が埋め込まれている。第２部材（移動子）４にも、第１
部材１と同様に、絶縁体５に帯状電極（以下、電極とい
う）６が埋め込まれている。電極３と電極６の配置間隔
は同じであり、どちらも２００μｍである。電極３は３
本ごとに電気的に結線されており３相構造をなしてい
る。電極６も同様に３本ごとに電気的に結線され３相構
造をなしている。
【００２５】本発明の皮膚感覚提示装置の操作者は、移
動子４を指先７で押さえ、移動子４と指先７を一体とし
て図１に示す操作方向に往復運動をさせる。
動子４を指先７で押さえ、移動子４と指先７を一体とし
て図１に示す操作方向に往復運動をさせる。
【００２６】電極３と電極６には３相交流電圧が印加さ
れる。その電圧は順次、Ｅ ｓｉｎ２πｆｔ、Ｅ ｓｉ
ｎ ２πｆｔ−（２／３）π、Ｅ ｓｉｎ ２πｆｔ−
（４／３）πである。ここで、Ｅは電圧振幅、ｆは周波
数である。電圧振幅Ｅは２００Ｖ〜５００Ｖ程度が望ま
しい。周波数ｆには特に制限はなく、ｆ＝０、すなわち
直流電圧であっても良い。
れる。その電圧は順次、Ｅ ｓｉｎ２πｆｔ、Ｅ ｓｉ
ｎ ２πｆｔ−（２／３）π、Ｅ ｓｉｎ ２πｆｔ−
（４／３）πである。ここで、Ｅは電圧振幅、ｆは周波
数である。電圧振幅Ｅは２００Ｖ〜５００Ｖ程度が望ま
しい。周波数ｆには特に制限はなく、ｆ＝０、すなわち
直流電圧であっても良い。
【００２７】上記のような電圧が印加されると、固定子
１および移動子４上には、図２に示すような波長λの電
位分布８，９が発生し、周波数ｆに比例した等しい速度
で進行する。電極配置間隔をｐとすると、波長λはλ＝
３ｐとなる。このとき固定子１と移動子４の間には、図
３に示すように、２つの電位分布８，９の空間的位相差
によって決定される力Ｆが操作方向に発生する。
１および移動子４上には、図２に示すような波長λの電
位分布８，９が発生し、周波数ｆに比例した等しい速度
で進行する。電極配置間隔をｐとすると、波長λはλ＝
３ｐとなる。このとき固定子１と移動子４の間には、図
３に示すように、２つの電位分布８，９の空間的位相差
によって決定される力Ｆが操作方向に発生する。
【００２８】移動子４が静止している場合、電位分布８
と電位分布９の進行速度は等しいため空間的位相差δは
一定であり、移動子４には一定の力が働く。しかし、そ
の際の力は移動子４を自力で動かすには微弱であるた
め、指先７により操作者が意図的に移動子４を動かさな
い限りは、移動子４は移動しない。
と電位分布９の進行速度は等しいため空間的位相差δは
一定であり、移動子４には一定の力が働く。しかし、そ
の際の力は移動子４を自力で動かすには微弱であるた
め、指先７により操作者が意図的に移動子４を動かさな
い限りは、移動子４は移動しない。
【００２９】移動子４を指先７により動かすと、電位分
布８と電位分布９の空間的位相差δが変化するため、図
３に示すように移動子４に加わる力が変化する。この力
の変化は、移動子４を通して指先７により知覚される。
移動子４が波長λ移動することによって、位相差が２π
変化するため、指先７に知覚される力は図４に示すよう
になる。すなわち、移動子４を動かすと、指先７は進行
方向へと引き込まれる力と、逆に押し返される力とを交
互に受ける。この力の変化が操作者に仮想物体表面の凹
凸として感じられるため、操作者は、突起間隔λで突起
が並んでいる表面をなぞったかのように知覚する。
布８と電位分布９の空間的位相差δが変化するため、図
３に示すように移動子４に加わる力が変化する。この力
の変化は、移動子４を通して指先７により知覚される。
移動子４が波長λ移動することによって、位相差が２π
変化するため、指先７に知覚される力は図４に示すよう
になる。すなわち、移動子４を動かすと、指先７は進行
方向へと引き込まれる力と、逆に押し返される力とを交
互に受ける。この力の変化が操作者に仮想物体表面の凹
凸として感じられるため、操作者は、突起間隔λで突起
が並んでいる表面をなぞったかのように知覚する。
【００３０】力の変化周期が突起間隔を表すのに対し、
力の変化振幅は突起の大きさを擬似的に表現するものと
考えられる。力の変化振幅は、電圧振幅Ｅの２乗に比例
するため、電圧振幅Ｅを制御することによって、操作者
に提示する突起の大きさを変化させることが可能であ
る。ただし、この実施例においては、突起間隔は常に一
定であり、電極の配置間隔により決定される。
力の変化振幅は突起の大きさを擬似的に表現するものと
考えられる。力の変化振幅は、電圧振幅Ｅの２乗に比例
するため、電圧振幅Ｅを制御することによって、操作者
に提示する突起の大きさを変化させることが可能であ
る。ただし、この実施例においては、突起間隔は常に一
定であり、電極の配置間隔により決定される。
【００３１】図５は本発明の第２実施例における印加電
圧および電極周辺に発生する電位分布の説明図である。
圧および電極周辺に発生する電位分布の説明図である。
【００３２】この実施例は、印加電圧が異なる以外は、
第１実施例と同じ構成である。第１実施例においては、
操作者に提示する突起間隔は一定であり、波長λ＝３ｐ
に等しい。これに対し、本実施例においては、第１実施
例とは異なった電圧を印加することにより、第１実施例
と同一の装置構成により、異なる突起間隔を提示するこ
とを可能とする。
第１実施例と同じ構成である。第１実施例においては、
操作者に提示する突起間隔は一定であり、波長λ＝３ｐ
に等しい。これに対し、本実施例においては、第１実施
例とは異なった電圧を印加することにより、第１実施例
と同一の装置構成により、異なる突起間隔を提示するこ
とを可能とする。
【００３３】本実施例においては、電極３と電極６に
は、それぞれ異なる３相交流電圧が印加される。
は、それぞれ異なる３相交流電圧が印加される。
【００３４】つまり、電極３には順次、Ｅ1 ｓｉｎ
２πｆ1 ｔ、Ｅ1 ｓｉｎ ２πｆ 1 ｔ−（２／３）
π、Ｅ1 ｓｉｎ ２πｆ1 ｔ−（４／３）πが印加さ
れる。ここでＥ1 は電圧振幅、ｆ1 は周波数である。電
圧振幅Ｅ1 は２００〜５００Ｖ程度が望ましい。周波数
ｆ1 には特に制限はないが、一定に保つことが必要であ
る。
２πｆ1 ｔ、Ｅ1 ｓｉｎ ２πｆ 1 ｔ−（２／３）
π、Ｅ1 ｓｉｎ ２πｆ1 ｔ−（４／３）πが印加さ
れる。ここでＥ1 は電圧振幅、ｆ1 は周波数である。電
圧振幅Ｅ1 は２００〜５００Ｖ程度が望ましい。周波数
ｆ1 には特に制限はないが、一定に保つことが必要であ
る。
【００３５】同様に電極６には順次、Ｅ2 ｓｉｎ ２
πｆ2 ｔ、Ｅ2 ｓｉｎ ２πｆ2ｔ−（２／３）π、
Ｅ2 ｓｉｎ ２πｆ2 ｔ−（４／３）πが印加され
る。ここで、Ｅ2 は電圧振幅、ｆ2 は周波数である。電
圧振幅Ｅ2 は２００〜５００Ｖ程度が望ましい。周波数
ｆ2 は、後述するように、移動子進行速度ｖに応じて制
御される。
πｆ2 ｔ、Ｅ2 ｓｉｎ ２πｆ2ｔ−（２／３）π、
Ｅ2 ｓｉｎ ２πｆ2 ｔ−（４／３）πが印加され
る。ここで、Ｅ2 は電圧振幅、ｆ2 は周波数である。電
圧振幅Ｅ2 は２００〜５００Ｖ程度が望ましい。周波数
ｆ2 は、後述するように、移動子進行速度ｖに応じて制
御される。
【００３６】上記のような電圧が印加されると、固定子
１および移動子４上には、図５に示すような波長λの電
位分布１８、１９が発生し、周波数に比例した速度で進
行する。電極配置間隔をｐとすると、波長λはλ＝３ｐ
となる。それぞれの電位分布の進行速度は、固定子１側
の電位分布１８が、固定子１に固定された座標系から見
てλｆ1 、移動子４側の電位分布１９が、移動子４に固
定された座標系から見てλｆ2 である。
１および移動子４上には、図５に示すような波長λの電
位分布１８、１９が発生し、周波数に比例した速度で進
行する。電極配置間隔をｐとすると、波長λはλ＝３ｐ
となる。それぞれの電位分布の進行速度は、固定子１側
の電位分布１８が、固定子１に固定された座標系から見
てλｆ1 、移動子４側の電位分布１９が、移動子４に固
定された座標系から見てλｆ2 である。
【００３７】移動子４および指先７が速度ｖで移動する
場合、空間に固定された座標系から見ると移動子４上の
電位分布１９は、λｆ2 ＋ｖの速度で移動する。そのた
め、電位分布１８と電位分布１９の相対速度は、λｆ2
−λｆ1 ＋ｖとなり、移動子４および指先７に働く力
は、ｔb ＝λ／（λｆ2 −λｆ1 ＋ｖ）と表される時間
周期ｔb で変化する。指先７と移動子４は速度ｖで動い
ているため、知覚される突起間隔をλb とすると、λb
＝ｔb ｖ＝λｖ／（λｆ2 −λｆ1 ＋ｖ）となる。よっ
て、λb が所望の値となるようにｆ2 を制御すること
で、任意の突起間隔を提示することができる。
場合、空間に固定された座標系から見ると移動子４上の
電位分布１９は、λｆ2 ＋ｖの速度で移動する。そのた
め、電位分布１８と電位分布１９の相対速度は、λｆ2
−λｆ1 ＋ｖとなり、移動子４および指先７に働く力
は、ｔb ＝λ／（λｆ2 −λｆ1 ＋ｖ）と表される時間
周期ｔb で変化する。指先７と移動子４は速度ｖで動い
ているため、知覚される突起間隔をλb とすると、λb
＝ｔb ｖ＝λｖ／（λｆ2 −λｆ1 ＋ｖ）となる。よっ
て、λb が所望の値となるようにｆ2 を制御すること
で、任意の突起間隔を提示することができる。
【００３８】図６は本発明の第３実施例における印加電
圧および電極周辺に発生する電位分布の説明図である。
圧および電極周辺に発生する電位分布の説明図である。
【００３９】この実施例は、印加電圧が異なる以外は、
第１実施例、第２実施例と同じ構成である。第２実施例
においては、２種類の異なる３相正弦波を印加すること
で任意の突起間隔を提示しているが、この実施例におい
ては、１つの３相正弦波によって任意の突起間隔を提示
可能である。
第１実施例、第２実施例と同じ構成である。第２実施例
においては、２種類の異なる３相正弦波を印加すること
で任意の突起間隔を提示しているが、この実施例におい
ては、１つの３相正弦波によって任意の突起間隔を提示
可能である。
【００４０】本実施例においては、電極３と電極６に
は、同一の３相正弦波が、それぞれ接続順が逆向きにな
るように接続される。すなわち、電極３における印加電
圧がＥｓｉｎ ２πｆｔ−（４／３）π、Ｅ ｓｉｎ
２πｆｔ−（２／３）π、Ｅｓｉｎ ２πｆｔであり、
電極６における印加電圧は、Ｅ ｓｉｎ ２πｆｔ、Ｅ
ｓｉｎ ２πｆｔ−（２／３）π、Ｅ ｓｉｎ ２π
ｆｔ−（４／３）πとなる。
は、同一の３相正弦波が、それぞれ接続順が逆向きにな
るように接続される。すなわち、電極３における印加電
圧がＥｓｉｎ ２πｆｔ−（４／３）π、Ｅ ｓｉｎ
２πｆｔ−（２／３）π、Ｅｓｉｎ ２πｆｔであり、
電極６における印加電圧は、Ｅ ｓｉｎ ２πｆｔ、Ｅ
ｓｉｎ ２πｆｔ−（２／３）π、Ｅ ｓｉｎ ２π
ｆｔ−（４／３）πとなる。
【００４１】このとき、固定子１と移動子４に生起され
る電位分布（図示なし）の速度は、それぞれ固定子１と
移動子４に固定された座標系から見て−λｆとλｆとな
る。指先７と移動子４が速度ｖで動いているとすると、
空間に固定された座標系から見た移動子４上の電位分布
の速度はｖ＋λｆとなる。よって、二つの電位分布の相
対速度はｖ＋２λｆとなり、知覚される突起間隔は、λ
b ＝ｖλ／（ｖ＋２λｆ）となる。よって、周波数ｆを
ｆ＝（λ／λb −１）ｖ／２λとして制御することによ
って、任意の突起間隔λb を提示可能である。この実施
例によれば、第２実施例に比べて、より簡易な電源回路
と制御装置を用いて同等の提示を行うことができる。
る電位分布（図示なし）の速度は、それぞれ固定子１と
移動子４に固定された座標系から見て−λｆとλｆとな
る。指先７と移動子４が速度ｖで動いているとすると、
空間に固定された座標系から見た移動子４上の電位分布
の速度はｖ＋λｆとなる。よって、二つの電位分布の相
対速度はｖ＋２λｆとなり、知覚される突起間隔は、λ
b ＝ｖλ／（ｖ＋２λｆ）となる。よって、周波数ｆを
ｆ＝（λ／λb −１）ｖ／２λとして制御することによ
って、任意の突起間隔λb を提示可能である。この実施
例によれば、第２実施例に比べて、より簡易な電源回路
と制御装置を用いて同等の提示を行うことができる。
【００４２】次に、本発明の第４実施例について述べ
る。
る。
【００４３】第４実施例においては、第２実施例と同様
の構成を用いる。電位分布８と電位分布９との間には、
図３に示したような力が動作方向に発生するが、固定子
１、移動子４の電極配置面と直交する方向には、図７に
示す力ＦN が発生する。
の構成を用いる。電位分布８と電位分布９との間には、
図３に示したような力が動作方向に発生するが、固定子
１、移動子４の電極配置面と直交する方向には、図７に
示す力ＦN が発生する。
【００４４】第２実施例おいて、電位分布８と電位分布
９の相対速度が０となるようにｆ2を制御する場合、す
なわちｖ＋λｆ2 ＝λｆ1 とした場合、動作方向に働く
クーロン力は一定となるため、突起の存在しない滑らか
な面を提示することができる。一方、このとき、電極配
置面と直交する方向に対しても一定のクーロン力ＦNが
働く。固定子１と移動子４との間の摩擦係数をμとする
と、固定子１と移動子４との間にはμＦN の摩擦力が働
く。指先７が移動子４を一定の力ＦN ′で押し付けてい
るとすると、操作者は、μ′＝μＦN ／ＦN ′の摩擦係
数を持った面をなぞっているように知覚する。ＦN の大
きさは電圧振幅Ｅ1 、Ｅ2 により制御可能であるため、
これにより任意の摩擦係数を有し、突起の存在しない滑
らかな表面を提示することができる。
９の相対速度が０となるようにｆ2を制御する場合、す
なわちｖ＋λｆ2 ＝λｆ1 とした場合、動作方向に働く
クーロン力は一定となるため、突起の存在しない滑らか
な面を提示することができる。一方、このとき、電極配
置面と直交する方向に対しても一定のクーロン力ＦNが
働く。固定子１と移動子４との間の摩擦係数をμとする
と、固定子１と移動子４との間にはμＦN の摩擦力が働
く。指先７が移動子４を一定の力ＦN ′で押し付けてい
るとすると、操作者は、μ′＝μＦN ／ＦN ′の摩擦係
数を持った面をなぞっているように知覚する。ＦN の大
きさは電圧振幅Ｅ1 、Ｅ2 により制御可能であるため、
これにより任意の摩擦係数を有し、突起の存在しない滑
らかな表面を提示することができる。
【００４５】さらに、電圧振幅Ｅ1 、Ｅ2 と周波数
ｆ1 、ｆ2 を適切に制御することにより、任意の突起間
隔を有し且つ任意の摩擦係数を有する面を提示すること
も可能である。
ｆ1 、ｆ2 を適切に制御することにより、任意の突起間
隔を有し且つ任意の摩擦係数を有する面を提示すること
も可能である。
【００４６】なお、上記した動作と同様の動作は、第３
実施例に示した電圧印加方法を用いても実施可能であ
る。
実施例に示した電圧印加方法を用いても実施可能であ
る。
【００４７】図８は本発明の第５実施例を示す皮膚感覚
提示装置の斜視図である。
提示装置の斜視図である。
【００４８】第１部材（固定子）２１には絶縁体２２に
帯状電極（以下、電極という）２３が埋め込まれてい
る。第２部材（移動子）２４には、絶縁体２５に電極２
６が埋め込まれている。ここで、電極２６の形状が（操
作方向を含む平面内において）波形となっていることに
この実施例の特徴がある。電極２３と電極２６の配置間
隔は同じであり、どちらも２００μｍである。電極２３
は３本ごとに電気的に結線されており３相構造をなして
いる。電極２６も同様に３本ごとに電気的に結線され３
相構造をなしている。本実施例は、第１実施例から第４
実施例までに示したものと同様の電圧印加により、前記
実施例と同様の感覚提示を行うことができる。なお、２
７は指先を示している。
帯状電極（以下、電極という）２３が埋め込まれてい
る。第２部材（移動子）２４には、絶縁体２５に電極２
６が埋め込まれている。ここで、電極２６の形状が（操
作方向を含む平面内において）波形となっていることに
この実施例の特徴がある。電極２３と電極２６の配置間
隔は同じであり、どちらも２００μｍである。電極２３
は３本ごとに電気的に結線されており３相構造をなして
いる。電極２６も同様に３本ごとに電気的に結線され３
相構造をなしている。本実施例は、第１実施例から第４
実施例までに示したものと同様の電圧印加により、前記
実施例と同様の感覚提示を行うことができる。なお、２
７は指先を示している。
【００４９】第１実施例に示した装置では、第１部材１
および第２部材４の製造方法によっては、図９に示すよ
うに、電極の配置に応じて表面に微細な凹凸ができる場
合がある。このような凹凸が第１部材１と第２部材４の
両者に存在すると、一切の電圧印加を行わない場合にお
いても、両者の凹凸のひっかかりにより操作者は突起を
知覚する。このような本来意図しない突起の存在は、意
図する突起を提示する際の障害、あるいはノイズ成分と
なり好ましくない。
および第２部材４の製造方法によっては、図９に示すよ
うに、電極の配置に応じて表面に微細な凹凸ができる場
合がある。このような凹凸が第１部材１と第２部材４の
両者に存在すると、一切の電圧印加を行わない場合にお
いても、両者の凹凸のひっかかりにより操作者は突起を
知覚する。このような本来意図しない突起の存在は、意
図する突起を提示する際の障害、あるいはノイズ成分と
なり好ましくない。
【００５０】それに対し、図８に示す第５実施例では、
第１部材２１と第２部材２４との電極形状が異なるた
め、両者の表面に電極形状に沿った凹凸が存在する場合
でも、両凹凸の相互作用による意図しない突起の出現を
防ぐことが可能である。
第１部材２１と第２部材２４との電極形状が異なるた
め、両者の表面に電極形状に沿った凹凸が存在する場合
でも、両凹凸の相互作用による意図しない突起の出現を
防ぐことが可能である。
【００５１】図１０は本発明の第６実施例を示す皮膚感
覚提示装置の斜視図である。
覚提示装置の斜視図である。
【００５２】第１部材（固定子）３１には絶縁体３２に
帯状電極（以下、電極という）３３が埋め込まれてい
る。第２部材（移動子）３４は絶縁体であり電極等の歯
構造は有していない。
帯状電極（以下、電極という）３３が埋め込まれてい
る。第２部材（移動子）３４は絶縁体であり電極等の歯
構造は有していない。
【００５３】固定子３１と移動子３４を対向させ、電極
３３に電圧を印加することで、移動子３４の表面もしく
は内部に電荷を誘導することができる。これにより、移
動子３４表面には波長λの周期的な電荷分布（図示な
し）が発生する。よって、電極３３に印加する電圧を制
御することにより、固定子３１上に発生する電位分布
（図示なし）と移動子３４の電荷との相互作用により、
前記の一連の実施例と同様に感覚提示を行うことができ
る。なお、３７は指先を示している。
３３に電圧を印加することで、移動子３４の表面もしく
は内部に電荷を誘導することができる。これにより、移
動子３４表面には波長λの周期的な電荷分布（図示な
し）が発生する。よって、電極３３に印加する電圧を制
御することにより、固定子３１上に発生する電位分布
（図示なし）と移動子３４の電荷との相互作用により、
前記の一連の実施例と同様に感覚提示を行うことができ
る。なお、３７は指先を示している。
【００５４】本実施例においては、第２部材３４をエレ
クトレットとすることによっても、同様の動作を得るこ
とができる。
クトレットとすることによっても、同様の動作を得るこ
とができる。
【００５５】図１１は本発明の第７実施例を示す皮膚感
覚提示装置の斜視図である。
覚提示装置の斜視図である。
【００５６】第１部材（固定子）４１には絶縁体４２に
帯状電極（以下、電極という）４３と、それに直交する
向きの電極４４が埋め込まれている。電極４３と電極４
４とは互いに絶縁されている。同様に第２部材（移動
子）４５には、絶縁体４６に電極４７と、それと直交す
る向きの電極４８が埋め込まれている。電極４７と電極
４８とは互いに絶縁されている。なお、４９は指先を示
している。
帯状電極（以下、電極という）４３と、それに直交する
向きの電極４４が埋め込まれている。電極４３と電極４
４とは互いに絶縁されている。同様に第２部材（移動
子）４５には、絶縁体４６に電極４７と、それと直交す
る向きの電極４８が埋め込まれている。電極４７と電極
４８とは互いに絶縁されている。なお、４９は指先を示
している。
【００５７】図１１に示すように固定子４１と移動子４
５を対向して設置すると、電極４３と電極４７の組み合
わせは、図１の第１実施例における電極３と電極６と同
様の役割を果たす。また、電極４４と電極４８の組み合
わせに関しても同様である。そのため、これら２つの組
み合わせを用いて第１実施例から第５実施例に示したよ
うな電圧印加をそれぞれの組み合わせに対して行えば、
平面上の２方向に異なる表面性状を提示することが可能
となり、筋目や木目等の表面性状の表現が可能となる。
５を対向して設置すると、電極４３と電極４７の組み合
わせは、図１の第１実施例における電極３と電極６と同
様の役割を果たす。また、電極４４と電極４８の組み合
わせに関しても同様である。そのため、これら２つの組
み合わせを用いて第１実施例から第５実施例に示したよ
うな電圧印加をそれぞれの組み合わせに対して行えば、
平面上の２方向に異なる表面性状を提示することが可能
となり、筋目や木目等の表面性状の表現が可能となる。
【００５８】図１２は本発明の第８実施例を示す皮膚感
覚提示装置の斜視図である。
覚提示装置の斜視図である。
【００５９】第１部材（固定子）５１には、絶縁体５２
にマトリクス状ドット電極５３が埋め込まれている。同
様に第２部材（移動子）５４には、絶縁体５５にマトリ
クス状ドット電極５６が埋め込まれている。なお、５７
は指先を示している。
にマトリクス状ドット電極５３が埋め込まれている。同
様に第２部材（移動子）５４には、絶縁体５５にマトリ
クス状ドット電極５６が埋め込まれている。なお、５７
は指先を示している。
【００６０】これにより、第７実施例と同様に、２方向
に異なる表面性状を提示することが可能となる。
に異なる表面性状を提示することが可能となる。
【００６１】図１３は本発明の第９実施例を示す皮膚感
覚提示装置の電極構造の説明図である。
覚提示装置の電極構造の説明図である。
【００６２】第１部材（固定子）６１には、絶縁体６２
に帯状電極（以下、電極という）６３が埋め込まれてい
る。第２部材（移動子）６４には、絶縁体６５に電極６
６が埋め込まれている。電極６３と電極６６は、それぞ
れ１２本おきに電気的に結線され、１２相電極を構成し
ている。
に帯状電極（以下、電極という）６３が埋め込まれてい
る。第２部材（移動子）６４には、絶縁体６５に電極６
６が埋め込まれている。電極６３と電極６６は、それぞ
れ１２本おきに電気的に結線され、１２相電極を構成し
ている。
【００６３】電極６３の１２相のうち、ａ，ｅ，ｉの３
本に３相正弦波を印加する。電極６６の１２相のうち、
ａ′，ｅ′，ｉ′の３本に３相正弦波を印加する。これ
により、固定子６１と移動子６４の電極近傍には、波長
λ＝１２ｐの電位分布が発生し、第１実施例と同様の原
理により、λ＝１２ｐの突起間隔を有する面を提示する
ことができる。このとき、電極６３と電極６６の残りの
相については、電位分布を乱さないよう電気的にオープ
ンの状態にするか、もしくは電位分布を補間するような
電圧を印加する。
本に３相正弦波を印加する。電極６６の１２相のうち、
ａ′，ｅ′，ｉ′の３本に３相正弦波を印加する。これ
により、固定子６１と移動子６４の電極近傍には、波長
λ＝１２ｐの電位分布が発生し、第１実施例と同様の原
理により、λ＝１２ｐの突起間隔を有する面を提示する
ことができる。このとき、電極６３と電極６６の残りの
相については、電位分布を乱さないよう電気的にオープ
ンの状態にするか、もしくは電位分布を補間するような
電圧を印加する。
【００６４】電極６３の１２相のうち、ａ，ｃ，ｅの３
本に３相正弦波を、同様にｇ，ｉ，ｋの３本にも同じ３
相正弦波を印加する。電極６６の１２相のうち、ａ′、
ｃ′、ｅ′の３本に３相正弦波を、同様にｇ′、ｉ′、
ｋ′の３本にも同じ３相正弦波を印加する。これによ
り、固定子６１と移動子６４の電極近傍には、波長λ＝
６ｐの電位分布が発生し、λ＝６ｐの突起間隔を有する
面を提示することができる。同様に、３相正弦波を印加
する相を切り替えることにより、λ＝３ｐの突起間隔を
有する面を提示することも可能である。
本に３相正弦波を、同様にｇ，ｉ，ｋの３本にも同じ３
相正弦波を印加する。電極６６の１２相のうち、ａ′、
ｃ′、ｅ′の３本に３相正弦波を、同様にｇ′、ｉ′、
ｋ′の３本にも同じ３相正弦波を印加する。これによ
り、固定子６１と移動子６４の電極近傍には、波長λ＝
６ｐの電位分布が発生し、λ＝６ｐの突起間隔を有する
面を提示することができる。同様に、３相正弦波を印加
する相を切り替えることにより、λ＝３ｐの突起間隔を
有する面を提示することも可能である。
【００６５】これにより、第２実施例、第３実施例より
簡易な制御回路により、複数の突起間隔を提示すること
ができる。
簡易な制御回路により、複数の突起間隔を提示すること
ができる。
【００６６】図１４は本発明の第１０実施例を示す皮膚
感覚提示装置の斜視図である。
感覚提示装置の斜視図である。
【００６７】第１部材（固定子）７１には、絶縁体７２
に放射状電極７３が埋め込まれている。第２部材（回転
子）７４には、絶縁体７５に放射状電極７６が埋め込ま
れている。操作者は、指先７７を回転子７４に押し付
け、指先と回転子を一体として回転させることで、皮膚
感覚の提示を受ける。放射状電極７３と放射状電極７６
には、前記の複数の実施例と同様に３相交流電圧が印加
される。
に放射状電極７３が埋め込まれている。第２部材（回転
子）７４には、絶縁体７５に放射状電極７６が埋め込ま
れている。操作者は、指先７７を回転子７４に押し付
け、指先と回転子を一体として回転させることで、皮膚
感覚の提示を受ける。放射状電極７３と放射状電極７６
には、前記の複数の実施例と同様に３相交流電圧が印加
される。
【００６８】図１５は本発明の第１１実施例を示す皮膚
感覚提示装置の斜視図である。
感覚提示装置の斜視図である。
【００６９】円筒状部材である第１部材（固定子）８１
には、円周方向にのびる巻回状電極８２が形成されてい
る。管状部材である第２部材（移動子）８３には、円周
方向にのびる巻回状電極（図示なし）が形成されてい
る。操作者は、指先（図示なし）を移動子８３に押し付
け、指先と移動子を一体として移動させることで、皮膚
感覚の提示を受ける。
には、円周方向にのびる巻回状電極８２が形成されてい
る。管状部材である第２部材（移動子）８３には、円周
方向にのびる巻回状電極（図示なし）が形成されてい
る。操作者は、指先（図示なし）を移動子８３に押し付
け、指先と移動子を一体として移動させることで、皮膚
感覚の提示を受ける。
【００７０】図１６は本発明の第１２実施例を示す皮膚
感覚提示装置の斜視図である。
感覚提示装置の斜視図である。
【００７１】円筒状部材である第１部材（固定子）９１
は、軸方向にのびる帯状電極９２が形成されている。管
状部材である第２部材（回転子）９３には、軸方向にの
びる帯状電極（図示なし）が形成されている。操作者
は、指先（図示なし）を回転子９３に押し付け、指先と
回転子を一体として回転させることで、皮膚感覚の提示
を受ける。
は、軸方向にのびる帯状電極９２が形成されている。管
状部材である第２部材（回転子）９３には、軸方向にの
びる帯状電極（図示なし）が形成されている。操作者
は、指先（図示なし）を回転子９３に押し付け、指先と
回転子を一体として回転させることで、皮膚感覚の提示
を受ける。
【００７２】ここまでに示した実施例においては、第１
部材側を固定子とし、第２部材側を移動子もしくは回転
子として説明してきたが、両者の役割を入れ替えても同
様の動作は可能である。あるいは、第１部材、第２部材
の両者とも固定せず、例えば操作者の親指と人差し指に
より第１部材と第２部材を挟み込み、２本の指をすりあ
わせる動作にあわせて第１部材と第２部材とを相対運動
させることにより、２本の指の両方において皮膚感覚の
提示を受けることも可能である。これにより、布等を２
本の指で挟み込み感触を確かめるのと同様の操作感覚で
皮膚感覚提示を受けることが可能となる。
部材側を固定子とし、第２部材側を移動子もしくは回転
子として説明してきたが、両者の役割を入れ替えても同
様の動作は可能である。あるいは、第１部材、第２部材
の両者とも固定せず、例えば操作者の親指と人差し指に
より第１部材と第２部材を挟み込み、２本の指をすりあ
わせる動作にあわせて第１部材と第２部材とを相対運動
させることにより、２本の指の両方において皮膚感覚の
提示を受けることも可能である。これにより、布等を２
本の指で挟み込み感触を確かめるのと同様の操作感覚で
皮膚感覚提示を受けることが可能となる。
【００７３】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。
【００７４】
【発明の効果】以上、詳細に説明したようにように、本
発明の皮膚感覚提示装置は、互いに絶縁され、所定の方
向で且つ所定の間隔を設けて配置された複数の帯状電極
を有する第１部材と、所定の方向で且つ所定の間隔を設
けて配置された複数の帯状電極を有する第２部材と、前
記第１部材の電極及び第２部材の電極の電位もしくは電
荷量を制御する制御手段からなり、前記第１部材と第２
部材との間に働く静電気のクーロン力により、表面粗さ
や摩擦特性に相当する力を第１部材と第２部材との間に
発生せしめることを特徴とする。
発明の皮膚感覚提示装置は、互いに絶縁され、所定の方
向で且つ所定の間隔を設けて配置された複数の帯状電極
を有する第１部材と、所定の方向で且つ所定の間隔を設
けて配置された複数の帯状電極を有する第２部材と、前
記第１部材の電極及び第２部材の電極の電位もしくは電
荷量を制御する制御手段からなり、前記第１部材と第２
部材との間に働く静電気のクーロン力により、表面粗さ
や摩擦特性に相当する力を第１部材と第２部材との間に
発生せしめることを特徴とする。
【００７５】従って、本発明の皮膚感覚提示装置にあっ
ては、従来の装置よりも大幅に簡易な構成でありなが
ら、任意の表面粗さや摩擦特性を有する仮想物体に触れ
た際に得られる皮膚感覚を操作者に提示することが可能
となる。
ては、従来の装置よりも大幅に簡易な構成でありなが
ら、任意の表面粗さや摩擦特性を有する仮想物体に触れ
た際に得られる皮膚感覚を操作者に提示することが可能
となる。
【００７６】特に、静電気力の特徴を鑑み、薄型且つ軽
量に移動子部材を構成した場合には、操作者は、移動子
の存在を気にすることなく、あたかも物体を直接手でな
ぞっているかのような感触を得ることができる。
量に移動子部材を構成した場合には、操作者は、移動子
の存在を気にすることなく、あたかも物体を直接手でな
ぞっているかのような感触を得ることができる。
【００７７】また、印加する電圧の振幅や電圧パターン
を制御することにより、表面の粗さを構成する突起の間
隔や大きさを任意に制御し、操作者に提示することがで
きる。
を制御することにより、表面の粗さを構成する突起の間
隔や大きさを任意に制御し、操作者に提示することがで
きる。
【００７８】同様に、印加する電圧の振幅や電圧パター
ンを制御することにより、任意の摩擦特性を有する面を
操作者に提示することができる。また、突起間隔を、摩
擦特性と独立に制御でき、任意の突起間隔を有し且つ任
意の摩擦特性を有する面を操作者に提示することができ
る。
ンを制御することにより、任意の摩擦特性を有する面を
操作者に提示することができる。また、突起間隔を、摩
擦特性と独立に制御でき、任意の突起間隔を有し且つ任
意の摩擦特性を有する面を操作者に提示することができ
る。
【００７９】更に、請求項６、請求項７記載の発明にあ
っては、平面上の２軸の方向に対してそれぞれ異なる表
面性状を表現することができ、筋目や木目のような表面
性状を提示することができる。
っては、平面上の２軸の方向に対してそれぞれ異なる表
面性状を表現することができ、筋目や木目のような表面
性状を提示することができる。
【図１】本発明の第１実施例を示す皮膚感覚提示装置の
斜視図である。
斜視図である。
【図２】本発明の第１実施例を示す皮膚感覚提示装置の
電極構造と印加電圧および電極周辺に発生する電位分布
の説明図である。
電極構造と印加電圧および電極周辺に発生する電位分布
の説明図である。
【図３】本発明の第１実施例を示す皮膚感覚提示装置の
電位分布の位相差に依存する静電力の説明図である。
電位分布の位相差に依存する静電力の説明図である。
【図４】本発明の第１実施例を示す皮膚感覚提示装置の
移動子位置に依存する指先が知覚する力の説明図であ
る。
移動子位置に依存する指先が知覚する力の説明図であ
る。
【図５】本発明の第２実施例を示す皮膚感覚提示装置の
電極構造と印加電圧および電極周辺に発生する電位分布
の説明図である。
電極構造と印加電圧および電極周辺に発生する電位分布
の説明図である。
【図６】本発明の第３実施例を示す皮膚感覚提示装置の
電極構造と印加電圧および電極周辺に発生する電位分布
の説明図である。
電極構造と印加電圧および電極周辺に発生する電位分布
の説明図である。
【図７】本発明の第４実施例を示す皮膚感覚提示装置の
電位分布の位相差に依存する静電吸引力の説明図であ
る。
電位分布の位相差に依存する静電吸引力の説明図であ
る。
【図８】本発明の第５実施例を示す皮膚感覚提示装置の
斜視図である。
斜視図である。
【図９】本発明の第５実施例において解決しようとする
第１実施例を示す皮膚感覚提示装置における断面形状の
説明図である。
第１実施例を示す皮膚感覚提示装置における断面形状の
説明図である。
【図１０】本発明の第６実施例を示す皮膚感覚提示装置
の斜視図である。
の斜視図である。
【図１１】本発明の第７実施例を示す皮膚感覚提示装置
の斜視図である。
の斜視図である。
【図１２】本発明の第８実施例を示す皮膚感覚提示装置
の斜視図である。
の斜視図である。
【図１３】本発明の第９実施例を示す皮膚感覚提示装置
の電極構造の説明図である。
の電極構造の説明図である。
【図１４】本発明の第１０実施例を示す皮膚感覚提示装
置の斜視図である。
置の斜視図である。
【図１５】本発明の第１１実施例を示す皮膚感覚提示装
置の斜視図である。
置の斜視図である。
【図１６】本発明の第１２実施例を示す皮膚感覚提示装
置の斜視図である。
置の斜視図である。
１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１
第１部材（固定子） ２，５，２２，２５，３２，４２，４６，５２，５５，
６２，６５，７２，７５絶縁体 ３，６，２３，２６，３３，４３，４４，４７，４８，
６３，６６，９２ 帯状電極 ４，２４，３４，４５，５４，６４，８３ 第２部材
（移動子） ７，２７，３７，４９，５７，７７ 指先 ８，９，１８，１９ 電位分布 ５３，５６ マトリクス状ドット電極 ７３，７６ 放射状電極 ７４，９３ 第２部材（回転子） ８２ 巻回状電極
第１部材（固定子） ２，５，２２，２５，３２，４２，４６，５２，５５，
６２，６５，７２，７５絶縁体 ３，６，２３，２６，３３，４３，４４，４７，４８，
６３，６６，９２ 帯状電極 ４，２４，３４，４５，５４，６４，８３ 第２部材
（移動子） ７，２７，３７，４９，５７，７７ 指先 ８，９，１８，１９ 電位分布 ５３，５６ マトリクス状ドット電極 ７３，７６ 放射状電極 ７４，９３ 第２部材（回転子） ８２ 巻回状電極
Claims (9)
- 【請求項１】（ａ）互いに絶縁され、所定の方向で且つ
所定の間隔を設けて配置された複数の帯状電極を有する
第１部材と、（ｂ）互いに絶縁され、所定の方向で且つ
所定の間隔を設けて配置された複数の帯状電極を有する
第２部材と、（ｃ）前記第１部材の電極及び前記第２部
材の電極に多相電圧を印加する電源とを設け、（ｄ）前
記第１部材と前記第２部材間の静電気のクーロン力によ
り物体表面の突起または摩擦特性を擬似的に表現し、操
作者に皮膚感覚として伝達せしめることを特徴とする皮
膚感覚提示装置。 - 【請求項２】 前記多相電圧が３相正弦波形である請求
項１記載の皮膚感覚提示装置。 - 【請求項３】 前記多相電圧の電圧振幅および周波数も
しくは位相を制御することにより、提示する物体表面の
突起間隔や突起高さを制御することが可能な請求項１記
載の皮膚感覚提示装置。 - 【請求項４】 前記多相電圧の電圧振幅および周波数も
しくは位相を制御することにより、提示する物体表面の
摩擦特性を制御することが可能な請求項１記載の皮膚感
覚提示装置。 - 【請求項５】 前記第１部材及び第２部材の一方もしく
は両方が波形形状の帯状電極を有する請求項１記載の皮
膚感覚提示装置。 - 【請求項６】 前記第１部材が直交する２つの帯状電極
を有し、前記第２部材が直交する２つの帯状電極を有
し、平面上の２方向に異なる表面性状を提示することが
可能な請求項１記載の皮膚感覚提示装置。 - 【請求項７】（ａ）互いに絶縁され、所定の２つの方向
で且つそれぞれの方向において所定の間隔を設けて配置
された複数のマトリクス状ドット電極を有する第１部材
と、（ｂ）互いに絶縁され、所定の２つの方向で且つそ
れぞれの方向において所定の間隔を設けて配置された複
数のマトリクス状ドット電極を有する第２部材と、
（ｃ）前記第１部材の電極及び前記第２部材の電極に多
相電圧を印加する電源とを設け、（ｄ）前記第１部材と
前記第２部材間の静電気のクーロン力により物体表面の
突起または摩擦特性を擬似的に表現し、操作者に皮膚感
覚として伝達せしめることを特徴とする皮膚感覚提示装
置。 - 【請求項８】（ａ）互いに絶縁され、所定の方向で且つ
所定の間隔を設けて配置された複数の帯状電極を有する
第１部材と、（ｂ）表面もしくはその近傍に所定の電荷
パターンを誘導させることが可能な第２部材と、（ｃ）
前記第１部材の電極に多相電圧を印加する電源とを設
け、（ｄ）前記第１部材と前記第２部材間の静電気のク
ーロン力により物体表面の突起または摩擦特性を擬似的
に表現し、操作者に皮膚感覚として伝達せしめることを
特徴とする皮膚感覚提示装置。 - 【請求項９】（ａ）互いに絶縁され、所定の方向で且つ
所定の間隔を設けて配置された複数の放射状電極を有す
る第１円板状部材と、（ｂ）互いに絶縁され、所定の方
向で且つ所定の間隔を設けて配置された複数の放射状電
極を有する第２円板状部材と、（ｃ）前記第１円板状部
材の電極及び前記第２円板状部材の電極に多相電圧を印
加する電源とを設け、（ｄ）前記第１円板状部材と前記
第２円板状部材間の静電気のクーロン力により物体表面
の突起または摩擦特性を擬似的に表現し、操作者に皮膚
感覚として伝達せしめ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 |
|---|---|---|---|
| JP2000226506A JP3868726B2 (ja) | 2000-07-27 | 2000-07-27 | 皮膚感覚提示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000226506A JP3868726B2 (ja) | 2000-07-27 | 2000-07-27 | 皮膚感覚提示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002041208A true JP2002041208A (ja) | 2002-02-08 |
| JP3868726B2 JP3868726B2 (ja) | 2007-01-17 |
Family
ID=18720113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000226506A Expired - Fee Related JP3868726B2 (ja) | 2000-07-27 | 2000-07-27 | 皮膚感覚提示装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3868726B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008146649A (ja) * | 2006-12-05 | 2008-06-26 | Korea Electronics Telecommun | 視触感ディスプレイ装置 |
| JP2012226743A (ja) * | 2011-04-19 | 2012-11-15 | Sharp Corp | タッチスクリーンデバイス |
| US9176586B2 (en) | 2012-06-29 | 2015-11-03 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Touch panel device with tactile sense presenting function |
| JP2016045942A (ja) * | 2014-08-26 | 2016-04-04 | エルジー ディスプレイ カンパニー リミテッド | タッチパネル及びその動作方法 |
| WO2018159856A1 (ja) * | 2017-03-03 | 2018-09-07 | 日本電信電話株式会社 | 力覚提示物 |
| WO2018159854A1 (ja) * | 2017-03-03 | 2018-09-07 | 日本電信電話株式会社 | 力覚提示物および力覚提示方法 |
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| JP2018185851A (ja) * | 2013-10-07 | 2018-11-22 | イマージョン コーポレーションＩｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | 静電触覚を用いたユーザ入力部品 |
-
2000
- 2000-07-27 JP JP2000226506A patent/JP3868726B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| US9383821B2 (en) | 2012-06-29 | 2016-07-05 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Method for presenting tactile sensation and device therefor |
| US9383822B2 (en) | 2012-06-29 | 2016-07-05 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Method for presenting tactile sensation and device therefor |
| JP2018185851A (ja) * | 2013-10-07 | 2018-11-22 | イマージョン コーポレーションＩｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | 静電触覚を用いたユーザ入力部品 |
| JP2016045942A (ja) * | 2014-08-26 | 2016-04-04 | エルジー ディスプレイ カンパニー リミテッド | タッチパネル及びその動作方法 |
| WO2018159856A1 (ja) * | 2017-03-03 | 2018-09-07 | 日本電信電話株式会社 | 力覚提示物 |
| WO2018159855A1 (ja) * | 2017-03-03 | 2018-09-07 | 日本電信電話株式会社 | 力覚提示物および書籍 |
| WO2018159854A1 (ja) * | 2017-03-03 | 2018-09-07 | 日本電信電話株式会社 | 力覚提示物および力覚提示方法 |
| JPWO2018159855A1 (ja) * | 2017-03-03 | 2019-03-07 | 日本電信電話株式会社 | 力覚提示物 |
| JPWO2018159856A1 (ja) * | 2017-03-03 | 2019-12-26 | 日本電信電話株式会社 | 力覚提示物 |
| JPWO2018159854A1 (ja) * | 2017-03-03 | 2020-01-23 | 日本電信電話株式会社 | 力覚提示物および力覚提示方法 |
| JP2021022389A (ja) * | 2017-03-03 | 2021-02-18 | 日本電信電話株式会社 | 力覚提示物 |
| US10990182B2 (en) | 2017-03-03 | 2021-04-27 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Force sense presenting object |
| US11327594B2 (en) | 2017-03-03 | 2022-05-10 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Force sense presenting object and force sense presenting method |
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