JP2006288621A - 電気刺激装置及びバーチャルリアリティ体感装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 想定外の刺激を皮膚痛覚に対して生じさせないようにしつつ、刺激が効果を奏するまでの時間の遅れを最小にすることで、より臨場感に富んだバーチャルリアリティ環境を体感することが可能な電気刺激装置及びバーチャルリアリティ体感装置を提供する。
【解決手段】 ゲーム内での加速度又は衝撃の情報を出力するゲーム機７０と、そのゲーム機７０が出力した情報に基づいて、ゲームの利用者に電流を流すことにより脳内刺激を与える電気刺激装置１００を有する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、バーチャルリアリティ環境に応じて、そのバーチャルリアリティの体感者が加速度感や衝撃感を体感することができる電気刺激装置及びバーチャルリアリティ体感装置に関する。

従来、特許文献１に記載されているように、平衡感覚の受容器である前庭感覚への電気刺激を利用した身体誘導装置が知られている。このような電気刺激による歩行の誘導は次のようなものである。
図７に示すように、装着者１の左耳の後ろに皮膚表面電極４４ａ、右耳の後ろに皮膚表面電極４４ｂを設置し、電気刺激装置２００の本体９０からこれらの電極間に数ｍＡ程度の弱い直流を流すと、陽極側に向かって装着者１の前庭感覚に加速度感を生じさせることができる。すなわち、装着者１の主観的な重力の方向が傾き、電流の向きと強さに応じて装着者１の重心が揺らいで左又は右へ体が泳ぐ。皮膚への刺激が無いので装着者１は自分の体が動いた後で気が付く。

このように左右方向への加速度感を生じさせることによって、立位動作の原点である鉛直方向感覚に傾きを生じさせることができ、これによって装着者１の立位姿勢は当人の意図的な応答によらずに陽極側に傾く。この傾きを歩行中に生じさせると、図８に示すように装着者１の歩行方向は陽極側に向かって曲がって行くことになる。すなわち、図８に示すように、装着者１の左耳の後ろに設置した皮膚表面電極４４ａを陽極、右耳の後ろに設置した皮膚表面電極４４ｂを陰極として電流を流すと、装着者１は陽極側である左方向に向かって曲がって歩いて行き、装着者１の左耳の後ろに設置した皮膚表面電極４４ａを陰極、右耳の後ろに設置した皮膚表面電極４４ｂを陽極として電流を流すと、装着者１は陽極側である右方向に向かって曲がって歩いて行く。

上記のようにして歩行誘導装置２００の装着者１の歩行を誘導した事例を図９に示す。図９のグラフは、図８のｚ軸の方向に向けて直進しているつもりで歩いている人間の腰の位置を歩行軌跡として上方からプロットしたものである。グラフの横軸は図８のｚ軸方向すなわち前方への移動量、縦軸は図８のｘ軸方向すなわち左右方向への移動量を表す。電流量は装着者１の左耳の後ろに設置する皮膚表面電極４４ａを陽極、右耳の後ろに設置する皮膚表面電極４４ｂを陰極とした場合をプラスの値、その逆の場合をマイナスの値で表し、電流量ごとに装着者１の歩行軌跡がプロットされている。各マークは０．５秒毎の位置を表し、電気刺激は横軸０の位置から開始した。

図９によると、電流量がプラス側に大きくなるほど左方向への曲がり方が大きく、電流量がマイナス側に大きくなるほど右方向への曲がり方が大きくなっており、電流量に応じて装着者１の左右の加速度感の強さを制御できることを表している。この現象を利用して、装着者１の歩行を強制的な外力無しに再現性高く誘導することができる。

上記のような電気刺激において、装着者１の皮膚痛覚が刺激され痛みを感じる場合がある。このような皮膚痛覚刺激を抑制するには高周波の交流成分を抑制すればよいとされ、一般的にはローパスフィルタによって高周波数成分を抑制した刺激信号が用いられていた。以下、図１０を参照して、このような電気刺激を行う従来の電気刺激装置２００の構成を説明する。

従来の電気刺激装置２００は、電流指令値（アナログ電圧）を出力する電流指令値出力部１０、この電圧に前処理を行って出力する前処理フィルタ部３０、前処理フィルタ部３０の出力電圧に従ってユーザ皮膚電極４４へ電流を出力する定電流発生・制御部４０から構成される。なお、図７の本体９０は、これらから定電流発生・制御部４０に含まれるユーザ皮膚電極４４を除いた部分により構成されている。

電流指令値出力部１０は、刺激目標の電流値を指示する電流指令値を前処理フィルタ部３０へ出力する。
前処理フィルタ部３０のローパスフィルタ３１は、入力された電圧を徐々に増加させる。ゲイン調整器３２は、増幅率を調整する可変抵抗器が設けられ、入力された電圧を増幅率に従って増減して出力する。

定電流発生・制御部４０の電源４１は、一定電流を出力する。電流検出器４２は、電源４１から電流調整器４３へ流れる電流量を検出し、検出した電流量に比例した電圧を比較器４５へ出力する。比較器４５は、電流検出器４２が出力する電圧と前処理フィルタ部３０が出力する電圧とを比較し、ハイレベル又はローレベルの電圧を出力する。例えば、電流検出器４２の出力する電圧が前処理フィルタ部３０の出力する電圧より小さい場合は、ハイレベルの電圧を出力し、そうでない場合はローレベルの電圧を出力する。電流調整器４３は、比較器４５からハイレベルの電圧が入力されたときは電流量を増加させ、ローレベルの電圧が入力されたときは電流量を減少させる。ユーザ皮膚電極４４は、左耳の後ろに設置される皮膚表面電極４４ａ及び右耳の後ろに設置される皮膚表面電極４４ｂから構成され、電流調整器４３から出力された電流を装着者１に入力する。定電流発生・制御部４０は上記のような構成により、実際に流れる電流量を測定して、前処理フィルタ部３０から入力される電圧に対応する電流量を達成するように電流供給を制御する。

電気刺激装置が図１０に示すように構成される以前は、電流指令値出力部１０が出力する電流指令値に合わせた定電流を定電流発生・制御部４０において発生・制御し、ユーザ皮膚電極４４を通じて装着者１に刺激を与える構成であった。これに対し、上記のように構成することにより、装着者１に入力される電流量は徐々に増加して電流指令値が示す電流量に到達するので、皮膚痛覚刺激が抑制される。
特開２００４−２５４７９０号公報

しかし、上記の技術によれば、周波数制限フィルタの一般的な特性上、刺激提示の要請が生じてから実際に刺激が効果を奏する値まで電流量が増大するには、大きな時間の遅れが生じていた。図１１の実線は、上述した従来の電気刺激装置２００により装着者１に入力される電流値を示す。また、一点鎖線は、電流指令値出力部１０（図１０）が出力する電流指令値を直接、定電流発生・制御部４０に入力した場合の電流波形である。電流指令値出力部１０（図１０）が刺激入力開始時刻ｔ０に刺激目標の電流値をＩ０とする電流指令値を出力すると、前処理フィルタ部３０のローパスフィルタ３１（図１０）により電流刺激達成時刻ｔ２までの間に徐々に電圧が上昇して一定値に到達する。この電圧はゲイン調整器３２の増幅率に従って増減して出力され、この電圧に対応する電流量が定電流発生・制御部４０のユーザ皮膚電極４４（図１０）から装着者１に入力される。上記のような電流により装着者１の皮膚痛覚は刺激されないが、刺激が効果を奏するまでにｔ０からｔ２までの時間を要し、刺激提示のタイミングが大きく遅れることになる。

本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、その目的は、前庭刺激や筋刺激のような直流もしくは低周波数の交流による電気刺激に際して、想定する電気刺激の効果を損なうことなく、想定外の刺激を皮膚痛覚に対して生じさせないようにしつつ、刺激が効果を奏するまでの時間の遅れを最小にすることで、より臨場感に富んだバーチャルリアリティ環境を体感することが可能な電気刺激装置及びバーチャルリアリティ体感装置を提供することである。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、コンピュータ又は専用装置を使ってバーチャルリアリティ環境を体感するための電気刺激装置であって、前記バーチャルリアリティ環境での加速度又は衝撃の情報を出力する第１の出力手段と、前記第１の出力手段が出力した情報に基づいて、前記バーチャルリアリティ環境の体感者に電流を流すことにより脳内刺激を与える電流供給手段とを有することを特徴とする電気刺激装置である。

請求項２に記載の発明は、前記バーチャルリアリティ環境における左右方向の加速度感の情報を出力する第２の出力手段を更に有し、前記電流供給手段は、前記第２の出力手段が出力した情報に基づいて、前記バーチャルリアリティ環境の体感者に電流を流すことにより、その体感者の前庭感覚に電流刺激を与えることを特徴とする請求項１に記載の電気刺激装置である。

請求項３に記載の発明は、前記バーチャルリアリティ環境における前後方向の加速度感又は衝撃感の情報を出力する第３の出力手段を更に有し、前記電流供給手段は、前記第３の出力手段が出力した情報に基づいて、前記バーチャルリアリティ環境の体感者に電流を流すことにより、その体感者に加速度感と視野内の閃光感を与えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気刺激装置である。

請求項４に記載の発明は、予め計測する実際の移動車両の加速度変化情報を記録する記録手段を更に有し、前記電流供給手段は、前記記録手段に記録されている加速度変化情報に基づいて、前記バーチャルリアリティ環境の体感者に電流を流すことにより、その体感者に脳内刺激を与えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の電気刺激装置である。

請求項５に記載の発明は、バーチャルリアリティ環境の体感者の左耳後に取り付け可能な第１の電極と、前記体感者の右耳後に取り付け可能な第２の電極と、バーチャルリアリティ環境の状況に応じて、前記第１の電極と前記第２の電極の間に電流を流す電流供給手段とを有することを特徴とするバーチャルリアリティ体感装置である。

請求項６に記載の発明は、バーチャルリアリティ環境の体感者の左耳後に取り付け可能な第１の電極と、前記体感者の右耳後に取り付け可能な第２の電極と、前記体感者の額に取り付けることが可能な第３の電極と、バーチャルリアリティ環境の状況に応じて、前記第１の電極、前記第２の電極、前記第３の電極の間に電流を流す電流供給手段とを有することを特徴とするバーチャルリアリティ体感装置である。

請求項７に記載の発明は、更に、前記バーチャルリアリティ環境に応じて、前記体感者を水平方向又は垂直方向に移動させることが可能な移動装置を有することを特徴とする請求項５又は６に記載のバーチャルリアリティ体感装置である。

本発明によれば、定常目標電流量だけでなく、単位時間あたりの電流変化量も考慮して電流量を制御することにより、皮膚痛覚刺激を抑制しつつ、刺激が効果を奏するまでの時間の遅れを最小にすることができるため、より臨場感に富んだ電気刺激装置及びバーチャルリアリティを体感することが可能となる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態における電気刺激装置１００の構成を示すブロック図である。電気刺激装置１００は、従来の電気刺激装置２００における前処理フィルタ部３０に代えて電流変化量制御部２０を設けた点が異なる。この電流変化量制御部２０は、従来のようなローパスフィルタ３１（図１０）による処理では刺激提示のタイミングが大きく遅れる問題を、周波数を基準とした処理ではなく、単位時間あたりの電流変化量を一定以下に抑える処理によって、皮膚痛覚刺激を生じさせることなく刺激が効果を奏するまでの時間の遅れを小さくするものである。なお、図１に示す電流変化量制御部２０の構成は一例であり、この構成に限定されない。

電流変化量制御部２０の定数値出力部２１は、一定電圧を出力する。ゲイン調整器２２は、増幅率を調整する可変抵抗器が設けられ、入力された電圧を増幅率に従って増減して出力する。この電圧は積分器２４において積分され電流量を指示する値として用いられるので、ゲイン調整器２２から出力され積分器２４に入力される電圧は単位時間あたりの電流変化量を指示する値となる。すなわち、ゲイン調整器２２の増幅率を調整することにより電流変化量を制御することができる。図１１のグラフにおいて刺激入力開始時刻ｔ０における立ち上がり波形の電流変化量が皮膚痛覚を刺激しない最も単位時間あたりの電流量の変化の大きい部分であるので、ゲイン調整器２２が出力する電圧がこの電流変化量に対応する値となるように、ゲイン調整器２２の増幅率を設定する。

比較器２６は、電流指令値出力部１０が出力する電圧と積分器２４が出力する電圧とを比較し、ハイレベル又はローレベルの電圧を出力する。例えば、積分器２４の出力する電圧が電流指令値出力部１０の出力する電圧より小さい場合は、比較器２６はハイレベルの電圧を出力し、そうでない場合はローレベルの電圧を出力する。スイッチ２３は、比較器２６からハイレベルの電圧が入力されたときはスイッチ２３を閉じてゲイン調整器２２の出力電圧を積分器２４へ入力させ、ローレベルの電圧が入力されたときはスイッチ２３を開いてゲイン調整器２２の出力電圧を積分器２４へ入力させない。積分器２４は、ゲイン調整器２２が出力する電圧を積分して出力する。すなわち、積分器２４の出力電圧は時間に比例して上昇し、電流指令値に等しい値まで上昇すると、以後、その値を維持する。

ゲイン調整器２５は、増幅率を調整する可変抵抗器が設けられ、入力された電圧を増幅率に従って増減して出力する。電流指令値に等しい値に維持された積分器２４の出力電圧がゲイン調整器２５の増幅率に従って増減された電圧は定常目標電流量を指示する値として定電流発生・制御部４０に入力される。すなわち、ゲイン調整器２５の増幅率を調整することにより定常目標電流量を制御することができる。

電流変化量制御部２０は上記のような構成により、定常目標電流量と単位時間あたりの電流変化量を制御する。また、定電流発生・制御部４０は従来と同様に構成され、実際に流れる電流量を測定して、電流変化量制御部２０から入力される定常目標電流量と電流変化量を達成するように電流供給を制御する。

上述した電気刺激装置１００による電流波形を図２のグラフにおいて破線で示す。図２のグラフは、図１１のグラフに破線が追加されたものであり、この破線は電気刺激装置１００により装着者１に入力される電流値を示す。電流変化量制御部２０は電流指令値出力部１０が電流指令値として出力する電圧をランプ型時間応答追従特性の電圧に変換し、電流指令値に等しい電圧まで上昇させて、以後、その値を維持する。この電圧はゲイン調整器２５の増幅率に従って増減して出力され、この電圧に対応する電流が定電流発生・制御部４０のユーザ皮膚電極４４から装着者１に入力される。

なお、電流指令値出力部１０からＩ０より小さい刺激目標の電流値を指示する電流指令値が出力された場合は装着者１には上記より弱い刺激が与えられ、Ｉ０により奏する効果より小さい効果を奏する。すなわち、電気刺激装置１００によって前述のような歩行の誘導を行った場合は、小さく歩行を誘導することができる。

従来の電気刺激装置２００のローパスフィルタ３１による処理において、皮膚痛覚を刺激しない最も単位時間あたりの電流量の変化の大きい部分は、刺激入力開始時刻ｔ０における立ち上がり波形である。これよりも急激な電流量の変化、すなわち刺激電流の時間波形をグラフに表したときに図２の斜線部分に含まれる場合には、皮膚痛覚を刺激することとなる。したがって、電流値の時間変化量を一定以下にする必要がある。この実施形態においては、ゲイン調整器２２を適切に設定することにより、常にこの皮膚痛覚を刺激しない限界値となる最大の変化量で電流を制御することが可能となり、皮膚痛覚を刺激せずに最短時間であるｔ０からｔ１までの時間で刺激目標の電流値Ｉ０に到達することができる。

次に、電気刺激装置のもう１つの構成例について説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態における電気刺激装置１１０の構成を示すブロック図である。図３の電気刺激装置１１０は、電流指令値出力部１０が出力する電流指令値を直接、定電流発生・制御部４０に入力する構成とは異なり、破線内の構成が追加されている。これにより、装着者１ごとに適切な定常目標電流量及び単位時間あたりの電流変化量を電気刺激装置１１０の装着者１が設定し、与えたくない皮膚痛覚刺激を低減することができる。

電気刺激装置１１０は、前述の電流指令値出力部１０、電流変化量制御部２０、定電流発生・制御部４０を含む。ユーザ刺激調整ツマミ２７は、電流変化量制御部２０においてゲイン調整器２２（図１）に設けられた電流変化量調整に用いられる可変抵抗器の抵抗値を変えるためのツマミと、ゲイン調整器２５（図１）に設けられた電流量調整に用いられる可変抵抗器の抵抗値を変えるためのツマミから構成される。また、図１において定電流発生・制御部４０に含まれるユーザ皮膚電極４４は、図３においては定電流発生・制御部４０には含まずこの外部に設けられている。

電気刺激装置１１０は、さらに、破線内に調整信号発生器５０と稼動・調整切り替えスイッチ６０が追加されている。調整信号発生器５０は、正又は負の最大の電流指令値を出力する。稼動・調整切り替えスイッチ６０はトグルスイッチであり、その共通接点ｃが接点ａに接続されると電流指令値出力部１０の出力電圧が電流変化量制御部２０に入力され、共通接点ｃが接点ｂに接続されると調整信号発生器５０の出力電圧が電流変化量制御部２０に入力される。

電気刺激装置１１０の動作は次の通りである。装着者１は、ユーザ皮膚電極４４を構成する皮膚表面電極４４ａ及び４４ｂをそれぞれ左耳及び右耳の後ろに設置し、稼動・調整切り替えスイッチ６０の共通接点ｃを接点ｂに接続する。すると、電流指令値出力部１０が出力する正と負の最大の電流指令値に等しい値が調整信号発生器５０から電流変化量制御部２０に出力される。そして電流変化量制御部２０が出力する電圧に対応する電流量が定電流発生・制御部４０からユーザ皮膚電極４４を通じて装着者１に入力される。なお、調整信号発生器５０が出力する最大の電流指令値の正と負の切り替えは、装着者１が手動で切り替える構成としてもよいし、装着者１に入力される電流値が図２のグラフに示す破線のように増加して一定値となるまでの時間間隔、すなわち、ｔ０からｔ１までの時間よりも長い時間間隔をもうけて、自動で正と負の間を繰り返し切り替える構成としてもよい。

このとき装着者１が皮膚痛覚刺激を感じた場合は、ユーザ刺激調整ツマミ２７を操作して、許容できる適切な皮膚痛覚刺激となるように、ゲイン調整器２２（図１）に設けられた電流変化量調整に用いられる可変抵抗器の抵抗値、及び、ゲイン調整器２５（図１）に設けられた電流量調整に用いられる可変抵抗器の抵抗値を変化させる。これにより、電流変化量制御部２０は、電流指令値出力部１０から出力された電流指令値を、装着者１ごとに適切な定常目標電流量及び単位時間あたりの電流変化量に対応したランプ応答に変換し、定電流発生・制御部４０に出力する。装着者１はこのように適切な値に定常目標電流量及び単位時間あたりの電流変化量を調整した後、稼動・調整切り替えスイッチ６０の共通接点ｃを接点ａに接続すると、電流指令値出力部１０から出力された電流指令値が電流変化量制御部２０に入力される。このようなリファレンス作業により前庭電気刺激等において最適に皮膚痛覚刺激を軽減し、電気刺激が効果を奏するまでの応答の遅れを防止することができる。

上記では、定常目標電流量及び単位時間あたりの電流変化量を装着者１が手動で設定したが、個人差、環境差にあわせて自動設定してもよい。これは、実際に刺激を与える前にユーザ皮膚電極４４の通電抵抗を短時間で測定し、この測定結果に基づいて好ましい定常目標電流量及び単位時間あたりの電流変化量を推定して自動設定するものである。

上記のように自動設定を行うための構成及びその動作の一例は次の通りであるが、これに限定されない。ここでは、前述の電気刺激装置１００の電流変化量制御部２０（図１）について次のように構成を追加する。電流変化量制御部２０は、通電抵抗測定部、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）をさらに備える。また、ゲイン調整器２２及びゲイン調整器２５はＣＰＵに接続され、増幅率をＣＰＵから指示された値に設定する。通電抵抗測定部はユーザ皮膚電極４４と接続し、ＣＰＵから通電抵抗の測定指示が入力されるとユーザ皮膚電極４４の通電抵抗を測定し、その測定値をＣＰＵに出力する。

ＣＰＵはＲＯＭに記憶された制御プログラムに従い、上記のような通電抵抗測定部の制御、及び、ゲイン調整器２２、ゲイン調整器２５の増幅率の制御を行う。ＲＡＭはＣＰＵの処理におけるデータを記憶する。ＲＯＭはＣＰＵの制御プログラム、及び、通電抵抗の値に対して好ましい定常目標電流量及び単位時間あたりの電流変化量を設定するために用いられるテーブルを予め記憶しておく。

上記のテーブルの項目は、通電抵抗の値、ゲイン調整器２５に設定する増幅率、ゲイン調整器２２に設定する増幅率からなる。まず、基準となる通電抵抗の値及びこれに対応する好ましい単位時間あたりの電流変化量を定める。また、通電抵抗の値を複数用意する。そして、通電抵抗の値ごとに、基準となる通電抵抗の値に対する比率αを算出し、αのｍ乗倍の値、及び、αのｎ乗分の１の値を算出し、それぞれの値をゲイン調整器２５に設定する増幅率、ゲイン調整器２２に設定する増幅率として、通電抵抗の値に対応づけてテーブルを作成する。ここで、ｍ、ｎは正の数で１より小さい値とする。また、定数値出力部２１が出力する電圧は、上記の基準となる通電抵抗の値に対応する好ましい単位時間あたりの電流変化量に対応する電圧としておく。

上述した電流変化量制御部２０のＣＰＵは次のように動作する。まず、通電抵抗測定部に通電抵抗の測定指示を出力し、その測定値を取得してＲＡＭに記憶する。次に、ＲＯＭに予め記憶されたテーブルにおいてＲＡＭに記憶した測定値に等しい通電抵抗の値、等しいものが存在しない場合は最も近い通電抵抗の値を特定し、これに対応するαのｍ乗倍の値、及び、αのｎ乗分の１の値を取得する。これらの値をそれぞれゲイン調整器２５の増幅率、及び、ゲイン調整器２２の増幅率として設定する。すると、電流指令値をαのｍ乗倍した値に対応する電流量が定常目標電流量となり、定数値出力部２１が出力する値をαのｎ乗分の１倍した値に対応する電流量が単位時間あたりの電流変化量となる。

次に、本発明の第３の実施形態におけるゲーム装置１０１について説明する。
図４は、本実施形態のゲーム装置１０１の構成図である。このゲーム装置１０１は、電気刺激装置１００（図１参照）、ゲーム機７０、表示装置を有する。ここでは、表示装置が、プロジェクタ７１とスクリーン７２により構成されている場合について説明する。また、ゲーム機７０が車を運転するレースゲームを利用者２に提供する場合について説明する。ゲーム機７０で提供されるゲームで遊ぶ利用者２は、左耳後、右耳後に皮膚電極を取り付ける。

ゲーム機７０は、ゲーム画面をプロジェクタ７１でスクリーン７２に投影する。利用者２は、スクリーン７２に映し出されるゲーム画面を見ながら、ゲーム機７０のコントローラ等で操作を行って、ゲーム機７０に対して指示を与えることにより、ゲームの車の操縦等を行う。ゲーム機７０は、ゲーム内での状況に応じて、プロジェクタ７１を介してスクリーン７２に映し出すゲーム画面を変化させるとともに、電気刺激装置１００に対して指示を送り、そのゲーム内での状況に応じて、利用者２が取り付けている左耳後及び右耳後の皮膚電極間に数ｍＡ程度の弱い直流電流を流す。

ゲーム内での状況に応じて、右耳後あるいは左耳後に取り付けた皮膚電極を陽極とし、他方の電極を陰極とすることにより、陽極とした皮膚電極側に向かって利用者２の前庭感覚に加速度感を生じさせることができる。このように利用者２の水平左右方向に加速度感を生じさせることにより、立位動作の原点となる鉛直方向感覚に傾きを生じさせることができる。
例えば、レースゲームにおいて、利用者２がゲーム内で運転している車が、左カーブを曲がる場面では、利用者２の右耳後に取り付けている皮膚電極を陽極とし、左耳後に取り付けている皮膚電極を陰極として電流を流すことにより、利用者２の右手方向に加速度感を体感させることができ、カーブの外側方向に働く遠心力を擬似体験することができる。

なお、本実施形態において、ゲーム機７０が電気刺激装置１００を制御することにより、利用者２の左耳後及び右耳後に取り付ける皮膚電極に流す電流の大きさを、ゲーム内の状況に応じて、ゲーム機７０のデータベース（図示省略）から読み出すことにより、制御するようにしてもよい。このような構成にすれば、ゲーム機７０のデータベースに、現実世界で車を運転する際に感じる加速度感を予め計測して記録しておき、ゲーム内での状況がそのデータベースに記録されている現実世界での計測状況と一致した場合に、その状況に応じた加速度感を感じるように皮膚電極間に電流を流すことで、利用者２は現実世界での車の運転と同じ加速度変化を体験することができる。車を運転する際の映像や音声も同時に撮影、録音しておき、皮膚電極間に流す電流と同期させることにより、非常に臨場感に富んだレースゲームを楽しむことができる。

次に、本発明の第４の実施形態におけるゲーム装置１０２について説明する。
図５（ａ）は、本実施形態のゲーム装置１０２の構成図である。前述した実施形態では、利用者２の左耳後及び右耳後の２箇所に皮膚電極４４ａ及び４４ｂを取り付ける場合について説明したが、本実施形態では、それらの皮膚電極４４ａ、４４ｂに加えて更に、利用者２の前額部にも皮膚電極７４を取り付ける。このような構成にすることにより、皮膚電極７４と、皮膚電極４４ａ又は４４ｂとの間に電流供給手段７３により電流を流すことにより、利用者２は前後方向ｄ１の加速度感を体験することができる。なお、この電流を大きくすると、電流が流れる方向とは並行方向に伸びている視神経にも刺激が与えられ、副次的に視界がフラッシュしたような閃光感を体験することができる。

本実施形態によるゲーム装置１０２を、ボクシングゲームやレースゲーム等に適用すれば、皮膚電極７４と、皮膚電極４４ａ又は４４ｂとの間に所定値以上の電流を流すことにより、利用者２は、怪我等をすることなく、ボクシングゲームで殴られたり（図５（ｂ）参照）、レーシングゲームで車が衝突するというような状況を疑似体験することができる。また、皮膚電極７４と、皮膚電極４４ａ又は４４ｂとの間に電流を流すとともに、皮膚電極４４ａと皮膚電極４４ｂとの間に電流を流すことを組み合わせることで、利用者２の水平前後方向だけでなく水平左右方向についても加速度感を体験させることができる。よって、例えば、ボクシングゲームでは、ストレートを撃たれた場合だけではなく、フックを撃たれた場合などについても擬似体験することができる。

次に、本発明の第５の実施形態におけるゲーム装置１０３について説明する。
図６（ａ）は、本実施形態のゲーム装置１０３の構成図である。このゲーム装置１０３は、電気刺激装置１００、ゲーム機７０、表示装置７６、移動装置７７を有する。
本実施形態では、ゲーム装置１０３で遊ぶ利用者２ａ、２ｂは、前述した各実施形態と同じように、それぞれ左耳後及び右耳後に皮膚電極を取り付けている。なお、利用者２ａ、２ｂは、更に前額部に皮膚電極を取り付けるようにしてもよい。
このような構成にすることによって、利用者２ａ、２ｂは、ゲーム装置１０３の制御により皮膚電極間に電流が流れることにより、水平方向（左右方向、前後方向）の加速度感を体験することができる。それに加えて、本実施形態では、利用者２ａ、２ｂは、垂直方向に移動することが可能な移動装置７７に乗っているので、ゲーム装置１０３の制御により移動装置７７を垂直方向に移動させることにより、垂直方向の加速度感も体験することができる。よって、ゲーム装置１０３により水平方向の加速度感と、垂直方向の加速度感を制御することにより、利用者２ａ、２ｂは、３次元的な加速度感を体験することができる。

従来、遊園地等に設置されていた３次元的な加速度感を体験できるゲーム装置１０４では、図６（ｂ）に示すように、左右、前後、上下の３軸７８ａ、７８ｂ、７８ｃを制御することにより複雑な動きを実現していた。しかし、このゲーム装置１０４のような構造を用いると、設置に非常に高いコストを要するとともに、機械的に複雑な動きをすることによる危険を伴っていた。
一方、本実施形態によるゲーム装置１０３では、水平方向、及び、垂直方向の加速度感が体験できる装置を安いコストで実現することができるとともに、機械的な動きが垂直上下方向のみの単純な動作で済むため、安全性も向上させることができる。
なお、本実施形態では、移動装置７７が垂直上下方向にのみ移動する場合について説明したが、このような構成に限定されるものではない。例えば、移動装置７７を垂直上下方向と水平前後方向に移動できるようにするとともに、利用者２が左耳後及び右耳後に皮膚電極を取り付けることによって水平左右方向の加速度感を体験できるようにすることにより、３次元的な加速度感を体験することができるようにしてもよい。この場合であっても、従来の３軸７８ａ、７８ｂ、７８ｃを利用していた場合と比べると、ゲーム装置１０３では、２軸を機械的に動かすだけでよいので、コストを安くすることができ、安全性も向上させることができる。

なお、上述した第３〜第５の実施形態によるゲーム装置１０１〜１０３では、ゲーム内の状況に応じて、そのゲームの利用者に電気刺激装置１００から電気刺激を与えることにより、ゲーム環境を疑似体験させるようにしたが、このような構成に限定されるものではない。例えば、ゲーム装置１０１〜１０３の代わりに、バーチャルリアリティ体感装置を使用して、バーチャルリアリティ環境の状況に応じて、そのバーチャルリアリティの体感者に電気刺激装置１００から電気刺激を与えて加速度感や衝撃感などを体験させることにより、バーチャルリアリティ内の状況を擬似体験させるようにしてもよい。
なお、バーチャルリアリティ（Virtual Reality：仮想現実）とは、コンピュータ又は専用装置などによって擬似的に現実世界を体感することができる環境をいう。すなわち、ディスプレイ、スピーカなどの表示や音声出力と連動して、電気刺激装置により加速度感や衝撃感などの感覚を体感者が擬似的に体感できる環境をいう。
また、上述した第３〜第５の実施形態によるゲーム装置１０１〜１０３では、電気刺激装置として図１に示した電気刺激装置１００を使用する場合について説明したが、このような構成に限定されるものではなく、図３に示した電気刺激装置１１０を使用してもよい。

本発明は、微弱な電流を流すことによって前庭感覚及び筋肉を含む刺激に反応する器官を刺激する電気刺激装置及びそれを利用したゲーム装置などに用いられる。

本発明の第１の実施形態による電気刺激装置１００の構成を示すブロック図である。 電気刺激装置１００による電流波形を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態による電気刺激装置１１０の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態によるゲーム装置１０１を示す図である。 本発明の第４の実施形態によるゲーム装置１０２等を示す図である。 本発明の第５の実施形態によるゲーム装置１０３等を示す図である。 従来の電気刺激装置２００の装着例を示す図である。 電気刺激装置２００による電流の極性と歩行方向の関係を示す図である。 電気刺激装置２００を用いた歩行誘導における歩行軌跡を示すグラフである。 電気刺激装置２００の構成を示すブロック図である。 電気刺激装置２００による電流波形を示すグラフである。

符号の説明

１…装着者、
２…利用者、
１０…電流指令値出力部、
２０…電流変化量制御部、
２１…定数値出力部、
２２、２５…ゲイン調整器、
２３…スイッチ、
２４…積分器、
２６…比較器、
２７…ユーザ刺激調整ツマミ、
３０…前処理フィルタ部、
３１…ローパスフィルタ、
３２…ゲイン調整器、
４０…定電流発生・制御部、
４１…電源、
４２…電流検出器、
４３…電流調整器、
４４…ユーザ皮膚電極、
４４ａ、４４ｂ…皮膚表面電極、
４５…比較器、
５０…調整信号発生器、
６０…稼動・調整切り替えスイッチ、
７０…ゲーム機、
７１…プロジェクタ、
７２…スクリーン、
７３…電流供給手段、
７４…皮膚電極、
７６…表示装置、
７７…移動装置、
９０…本体、
１００、１１０、２００…電気刺激装置、
１０１、１０２、１０３、１０４…ゲーム装置、
ａ、ｂ…接点、
ｃ…共通接点

Claims (7)

1. コンピュータ又は専用装置を使ってバーチャルリアリティ環境を体感するための電気刺激装置であって、
   前記バーチャルリアリティ環境での加速度又は衝撃の情報を出力する第１の出力手段と、
   前記第１の出力手段が出力した情報に基づいて、前記バーチャルリアリティ環境の体感者に電流を流すことにより脳内刺激を与える電流供給手段と、
   を有することを特徴とする電気刺激装置。
2. 前記バーチャルリアリティ環境における左右方向の加速度感の情報を出力する第２の出力手段を更に有し、
   前記電流供給手段は、前記第２の出力手段が出力した情報に基づいて、前記バーチャルリアリティ環境の体感者に電流を流すことにより、その体感者の前庭感覚に電流刺激を与えることを特徴とする請求項１に記載の電気刺激装置。
3. 前記バーチャルリアリティ環境における前後方向の加速度感又は衝撃感の情報を出力する第３の出力手段を更に有し、
   前記電流供給手段は、前記第３の出力手段が出力した情報に基づいて、前記バーチャルリアリティ環境の体感者に電流を流すことにより、その体感者に加速度感と視野内の閃光感を与えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気刺激装置。
4. 予め計測する実際の移動車両の加速度変化情報を記録する記録手段を更に有し、
   前記電流供給手段は、前記記録手段に記録されている加速度変化情報に基づいて、前記バーチャルリアリティ環境の体感者に電流を流すことにより、その体感者に脳内刺激を与えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の電気刺激装置。
5. バーチャルリアリティ環境の体感者の左耳後に取り付け可能な第１の電極と、
   前記体感者の右耳後に取り付け可能な第２の電極と、
   バーチャルリアリティ環境の状況に応じて、前記第１の電極と前記第２の電極の間に電流を流す電流供給手段と、
   を有することを特徴とするバーチャルリアリティ体感装置。
6. バーチャルリアリティ環境の体感者の左耳後に取り付け可能な第１の電極と、
   前記体感者の右耳後に取り付け可能な第２の電極と、
   前記体感者の額に取り付けることが可能な第３の電極と、
   バーチャルリアリティ環境の状況に応じて、前記第１の電極、前記第２の電極、前記第３の電極の間に電流を流す電流供給手段と、
   を有することを特徴とするバーチャルリアリティ体感装置。
7. 更に、前記バーチャルリアリティ環境に応じて、前記体感者を水平方向又は垂直方向に移動させることが可能な移動装置を有することを特徴とする請求項５又は６に記載のバーチャルリアリティ体感装置。
   

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