JP2014059833A - 触覚刺激発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操作者に十分な触覚刺激を与えることができ、しかも十分に安全性の図られた触覚刺激発生装置を提供すること。
【解決手段】触覚刺激を提示可能な触覚刺激提示エリアに対応して設けられた絶縁層（２）と、前記絶縁層（２）の一方の面に設けられ、前記絶縁層（２）に近接又は接触させた身体特定部（４０）と容量結合して触覚刺激を与える触覚生成電極（３）と、前記触覚生成電極（３）に対して触覚刺激を生起するための電気信号を供給する駆動部（７）とを備える。触覚生成電極（３）は、触覚刺激提示エリアに交互に配設された第１触覚電極（３１）と第２触覚電極（３２）とを有し、第１及び第２触覚電極（３１、３２）は突起部（Ｐ）が所定ピッチで連続する波形パターンをそれぞれ有し、互いの波形パターンがギャップ（Ｇａ）を介してかみ合うように配置され、第１及び第２触覚電極（３１，３２）に対して極性の異なる差動電圧が印加される。
【選択図】図４

Description

本発明は、タッチパネル等の座標入力装置の前面に設置して、操作面にタッチする操作者の指先等へ触覚刺激を与えるための触覚刺激発生装置に関する。

従来、絶縁物を介した電極層に高電圧を印加し、操作者の指先の皮膚に励起される電荷との間に発生するクーロン力を利用して、触覚刺激を発生する触覚刺激発生装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この触覚刺激発生装置では、電極層との容量結合によってユーザの指先に電荷が励起されるため、電極層へ印加する電気信号の周波数等を制御することで各種の電気的な刺激を指先に与えることができる。

特開２００９−８７３５９号公報

しかしながら、上記従来の触覚刺激発生装置は、操作者の身体の一部が金属等に触れてアース（接地）されている状態で、操作者の指先を、高電圧（例えば１ｋＶ）の電気信号が供給された電極に容量結合させたときに、電気信号の電圧変化に伴う交流結合によって、操作者の体内へ異常電流が流れ込む可能性があった。また、省電力及び安全性の観点から電気信号の高電圧化には限界があるため、クーロン力を利用して生成される触覚刺激の強度は必ずしも十分でなかった。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、操作者の指先等の身体特定部に十分な触覚刺激を与えることができ、しかも十分に安全性の図られた触覚刺激発生装置を提供することを目的とする。

本発明の触覚刺激発生装置は、触覚刺激を提示可能な触覚刺激提示エリアに対応して設けられた絶縁層と、前記絶縁層の一方の面に設けられ、前記絶縁層に近接又は接触させた身体特定部と容量結合して触覚刺激を与える触覚生成電極と、前記触覚生成電極に対して触覚刺激を生起するための電気信号を供給する駆動部と、を備え、前記触覚生成電極は、前記触覚刺激提示エリアに交互に配設された第１触覚電極と第２触覚電極とを有し、前記第１及び第２触覚電極は突起部が所定ピッチで連続する波形パターンをそれぞれ有し、互いの波形パターンがギャップを介してかみ合うように配置され、前記駆動部は、前記第１触覚電極及び前記第２触覚電極に対して極性の異なる差動電圧を印加することを特徴とする。

本発明によれば、第１及び第２触覚電極の突起部が所定ピッチで連続する波形パターンがギャップを介してかみ合うように配置されるので、先端集中効果による電界集中が起きる突起部を触覚刺激提示エリアに分散配置できる。身体特定部の接触エリア内に存在する突起部の電界強度は先端集中効果による電界集中によって強くなり、身体特定部に十分な触覚刺激を与えることができる。さらに、第１触覚電極及び第２触覚電極に対して極性の異なる差動電圧を印加するので、第１触覚電極と第２触覚電極との間に発生する電気力線は身体特定部の表層部を通過することとなり、身体内部に流れ込まないので、十分に安全性を図ることもできる。

上記触覚刺激発生装置において、前記触覚生成電極は、前記触覚刺激提示エリアに接触させた身体特定部の接触エリア内に複数の前記突起部が含まれるように、前記第１及び第２触覚電極の配列間隔と前記第１及び第２触覚電極の突起部のピッチとが設定されている。

これにより、身体特定部の接触エリア内に複数の突起部が含まれるので、より強い触覚刺激を提示できる。

本発明の触覚刺激発生装置は、触覚刺激を提示可能な触覚刺激提示エリアに対応して設けられた絶縁層と、前記絶縁層の一方の面に設けられ、前記絶縁層に近接又は接触させた身体特定部と容量結合して触覚刺激を与える触覚生成電極と、前記触覚生成電極に対して触覚刺激を生起するための電気信号を供給する駆動部と、を備え、前記触覚生成電極は、前記触覚刺激提示エリアに交互に配設された第１触覚電極と第２触覚電極とを有し、前記第１及び第２触覚電極は渦巻状をなす渦巻部が所定ピッチで連続する渦巻きパターンをそれぞれ有し、互いの渦巻部がギャップを介してかみ合うように配置され、前記駆動部は、前記第１触覚電極及び前記第２触覚電極に対して極性の異なる差動電圧を印加することを特徴とする。

本発明によれば、第１及び第２触覚電極は渦巻部が所定ピッチで連続する渦巻きパターンをそれぞれ有し、互いの渦巻部がギャップを介してかみ合うように配置されるので、身体特定部の接触エリア内に存在する渦巻部先端の電界強度が先端集中効果による電界集中によって強くなり、身体特定部に十分な触覚刺激を与えることができる。

上記触覚刺激発生装置において、前記触覚生成電極は、前記触覚刺激提示エリアに接触させた身体特定部の接触エリア内に複数の前記渦巻部の先端部が含まれるように、前記第１及び第２触覚電極の配列間隔と前記第１及び第２触覚電極の渦巻部のピッチとが設定されている。

これにより、身体特定部の接触エリア内に複数の渦巻部先端が含まれるので、先端集中効果による電界集中が起きる点の密度を高くすることができ、より強い触覚刺激を提示できる。

上記触覚刺激発生装置において、前記触覚生成電極は、前記触覚刺激提示エリアに接触させた身体特定部の接触エリアのエッジが前記渦巻部の曲がりに沿って当該渦巻部に重なるように、前記第１及び第２触覚電極の配列間隔、前記第１及び第２触覚電極の渦巻部の巻き数及びピッチが設定されている。

これにより、接触エリアのエッジに沿った長い距離にわたり電内強度が高い領域を発生することができ、渦巻部の先端部だけでなく、接触エリアのエッジに沿った領域においても触覚刺激を提示することができる。

本発明によれば、操作者に十分な触覚刺激を与えることができて、しかも十分に安全性の図られた触覚刺激発生装置を提供できる。

一実施の形態に係る触覚刺激発生装置を座標検出シートの前面に設置した使用例を示す図である。 触覚刺激発生装置における駆動部の構成例を示す図である。 電極に差動電圧を印加した場合の模式図である。 触覚生成電極の構成を示す平面図である。 接触エリア近傍における触覚生成電極の部分拡大図である。 給電部から操作者の指先までの電気的な等価回路図である。 触覚生成電極の変形例を示す平面図である。 図７の触覚生成電極における接触エリア近傍における部分拡大図である。 触覚生成電極の他の変形例を示す平面図である。 図９の触覚生成電極における接触エリア近傍における部分拡大図である。 エッジ集中効果を説明するための模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本実施の形態に係る触覚刺激発生装置を、座標入力装置の座標検出シートの前面に設置した使用例について説明する。ただし、本発明の触覚刺激発生装置は座標入力装置の座標検出シートの前面に設置する使用例に限定されない。

図１は、触覚刺激発生装置１を座標入力装置１０の座標検出シートの前面に設置した使用例を示す図である。触覚刺激発生装置１は、座標検出シートの操作面に相当する触覚刺激提示エリアに設けられＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等からなる透明な絶縁層２と、絶縁層２の片面に配設され近接又は接触した身体特定部（指先等）に触覚刺激を与える多数の触覚生成電極３と、触覚生成電極３に対して極性の異なる差動電圧を印加する駆動部（不図示）とを備える。触覚刺激発生装置１は、全体としてシート状をなしている。触覚刺激発生装置１の前面には、カバー体２０の透明保護シート２１が配置されており、この透明保護シート２１の表面が操作面となっている。透明保護シート２１の表面が操作面は触覚刺激提示エリアに対応する。座標入力装置１０は静電容量式と呼ばれる検出方式であり、Ｘ座標検出シート１１とその前面に積層されたＹ座標検出シート１２とが協働して座標検出を行う。Ｘ座標検出シート１１は図示せぬ表示装置（例えばＬＣＤ）の前面に設置されており、Ｙ座標検出シート１２の前面に触覚刺激発生装置１が配置されている。

座標入力装置１０はタッチパネルやタッチスクリーン等と呼ばれるシート状の座標入力装置であり、ユーザが自身の指先を操作面（透明保護シート２１の表面）に接触させると、静電容量値が変化して指先の座標位置が検出されるため、指先の座標位置に応じた入力操作が行えるようになっている。すなわち、ユーザが、ＬＣＤ等の表示装置の画面に表示されている所望の操作領域上に指先を置くと、その操作領域の操作内容が実行されるようなっている。

座標入力装置１０のＸ座標検出シート１１には、ＰＥＴ等からなる透明な絶縁層１３の片面に第１電極１４が多数配設されており、これら第１電極１４は透明電極として均等な分布で配置されて第１の検出電極群を構成している。第１の検出電極群のうち複数の第１電極１４はＹ軸方向に一列に並んで連結されており、この第１電極１４の列がＸ軸方向に等間隔に分散配置されている。そのため、どの列の第１電極１４がユーザの指先と相互作用しているのかを示す検出データに基づいて、操作面上における指先のＸ座標を検出することができる。また、座標入力装置１０のＹ座標検出シート１２には、ＰＥＴ等からなる透明な絶縁層１５の片面に第２電極１６が多数配設されており、これら第２電極１６は透明電極として均等な分布で配置されて第２の検出電極群を構成している。第２の検出電極群のうち複数の第２電極１６はＸ軸方向に一列に並んで連結されており、この第２電極１６の列がＹ軸方向に等間隔に分散配置されている。そのため、どの列の第２電極１６がユーザの指先と相互作用しているのかを示す検出データに基づいて、操作面上における指先のＹ座標を検出することができる。

ただし、Ｘ座標検出シート１１の全ての第１電極１４とＹ座標検出シート１２の全ての第２電極１６は、平面視で重なり合わないように配置されている。すなわち、第１の検出電極群において隣接する第１電極１４間に形成される隙間の前方にそれぞれ第２電極１６が位置し、且つ、第２の検出電極群おいて隣接する第２電極１６間に形成される隙間の後方にそれぞれ第１電極１４が位置するという配置にしてある。第１電極１４と第２電極１６を前方へ投影した位置に触覚刺激発生装置１の触覚生成電極３がそれぞれ配置されている。なお、座標入力装置１０の検出原理は公知であるため詳細な説明を省略するが、ユーザが指先を近接させると、この指先の近傍で第１電極１４と第２電極１６との間の静電容量値が変化することにより、この容量値変化に基づいて指先の座標位置を検出できるようになっている。

触覚刺激発生装置１は、座標入力装置１０によって座標位置が検出された指先に対して、制御された電気的な刺激（触覚刺激）を与えるためのものであり、図１には示していない駆動部から触覚生成電極３に差動電圧を印加するようになっている。図２に駆動部の構成例を示す。図２において、Ｖｉｎは±２Ｖ範囲内の指令信号であり、Ｖｏｕｔは触覚生成電極３への±２ｋＶ範囲内の電気信号となる。Ｖｉｎの指令信号と演算アンプ６の基準電圧であるＧＮＤ（０Ｖ）との電圧差が演算アンプ６で増幅されたのち、ドライブ回路７の出力電圧が指令値に従った電圧を出力するように帰還回路８を介してフィードバックされて安定化される。ドライブ回路７の出力は、絶縁アンプ５の２入力に接続されている抵抗９を介して触覚生成電極３に印加される。このとき、抵抗９の両端にあらわれる電圧差は抵抗９に流れる電流量に比例することから、ドライブ回路７から触覚生成電極３に流れる電流量は、抵抗９の両端電圧差を絶縁アンプ５にて演算取得することにより電流情報Ｉを取り出せるようになっている。これにより、触覚生成電極３を構成する後述する第１触覚電極（例えばプラス側電極）および第２触覚電極（例えばマイナス側電極）に高圧と低圧をそれぞれ印加し、プラス側電極に流れる電流情報Ｉとマイナス側電極に流れる電流情報Ｉをそれぞれ取り出せるようになっている。図３に示すように、プラス側電極３からユーザの指先へ流入する電流量と、この指先４０からマイナス側電極３へ流出する電流量とが同等になるように、得られた電流情報Ｉをモニタしながら電流量制御を行って差動電圧を印加するようにしてある。

図４及び図５を参照して、触覚刺激発生装置１の触覚生成電極３について説明する。
図４は触覚生成電極３の構成を示す平面図である。同図に示すように、触覚生成電極３は、ギャップＧａを介して配設された、第１触覚電極３１と第２触覚電極３２とで構成されている。第１触覚電極３１は、操作面の長方形に合わせた形状を有する絶縁層２の一方の辺Ｌ１（図１参照）に沿ってＸ軸方向に延在するように形成された基幹電極部３３を備える。第２触覚電極３２は、第１触覚電極３１の基幹電極部３３に対向して絶縁層２の他方の辺Ｌ２（図１参照）に沿ってＸ軸方向に延在するように形成された基幹電極部３４を備える。第１触覚電極３１の基幹電極部３３からはＹ方向となる第２触覚電極３２の基幹電極部３４に向けて複数の分岐電極３５（図４では５本）が所定間隔で並列に形成されている。分岐電極３５は、先端が対向する第２触覚電極３２の基幹電極部３４の手前まで伸びており、図示左右方向の両側面は所定ピッチで波形状の波形部３５ａ、３５ｂが形成されている。第２触覚電極３２の基幹電極部３４からはＹ方向となる第１触覚電極３１の基幹電極部３３に向けて複数の分岐電極３６（図４では６本）が所定間隔で並列に形成されている。分岐電極３６は、先端が対向する第１触覚電極３１の基幹電極部３３の手前まで伸びており、図示左右方向の両側面は分岐電極３５と同じ波形ピッチで波形状の波形部３６ａ、３６ｂが形成されている。そして、図４に示すように、第２触覚電極３２の複数の分岐電極３６の間に、第１触覚電極３１の複数の分岐電極３６を配置し、分岐電極３５の波形部３５ａ、３５ｂがギャップＧａを隔てて、隣接する分岐電極３６の波形部３６ａ、３６ｂと配列されている。なお、図４に示すサイズの触覚生成電極３だけでは触覚刺激提示エリアをカバー仕切れない場合は、図４に示すサイズの電極パターンを複数枚用意して配設しても良い。

図５は触覚生成電極３の部分拡大図である。図中に操作者の身体特定部（例えば指先）の接触エリアＲを２点鎖線のサークルで示している。例えば、接触エリアＲであるサークルの直径は８〜１０ｍｍとなる。ギャップＧａは隣接電極間で絶縁破壊を起こさない寸法として０．６〜１．０ｍｍに設定することができる。接触エリアＲが操作面のいずれの位置に移動しても、接触エリアＲ内に分岐電極３５、３６の波形部３５ａ、３５ｂ、３６ａ、３６ｂの突起部が少なくとも１つまたは複数含まれるように、分岐電極３５、３６の配列間隔と波形部３５ａ、３５ｂ、３６ａ、３６ｂのピッチとを設定する。図５に示す例では、接触エリアＲであるサークル中に、一方の分岐電極３５の波形部３５ａ、３５ｂのうち２つの突起部Ｐ１，Ｐ２が含まれ、他方の分岐電極３６の波形部３６ａ、３６ｂのうち２つの突起部Ｐ３，Ｐ４が含まれていて、第１触覚電極３１の突起部と、第２触覚電極３２の突起部とが、Ｐ１、Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が並んでいる方向（Ｙ方向）に、ギャップＧａを介して互い違いに配置されている。すなわち、接触エリアＲ内に４つの突起部Ｐ１からＰ４が離散的に存在している。操作者が指先を移動させても、常にいくつかの突起部Ｐが接触エリアＲ内に存在することになる。なお、Ｙ方向において、各々の突起部の先端は相手側の突起部先端よりも基部側になるよう配置してある。つまり、基部と先端部とを結ぶ外形が、Ｙ方向において一部対向している。

分岐電極３５、３６の突起部（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４等）では、先端集中効果による電界集中が起きて電界強度が局所的に高くなる。このため、接触エリアＲ内で先端集中効果による電界集中が起きれば、局所的（点）に存在する突起部において電界強度がアップする。指は、同一の押圧力であれば、面的な押圧よりも点による押圧の方がより強く感じる傾向にある。感能評価の結果によっても、先端集中効果にように局所的（点）な電界集中の方が、面的に広がりのある電界よりも、触覚刺激が強いことが判明している。したがって、接触エリアＲ内に局所的に電界集中位置（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）が点在する本例はより強い触覚刺激が発生することになる。

図６は給電部から操作者の指先までの電気的な等価回路を示している。接触エリアＲ内において隣接する第１触覚電極３１と第２触覚電極３２との間に電極間容量が形成され、操作者の指先と第１触覚電極３１との間に接触容量Ｃ１が形成され、操作者の指先と第２触覚電極３２と接触容量Ｃ２が形成される。指先の皮膚階層は抵抗と容量でモデル化している。給電部（高周波信号源）から第１触覚電極３１と第２触覚電極３２に逆極性の電気信号を印加し、第１触覚電極３１からユーザの指先へ流入する電流量と、この指先から第２触覚電極３２へ流出する電流量とが同等になるようにすることで、人体内部への電流の流入を防止できる。

次に、以上のように構成された触覚刺激発生装置１の動作について説明する。図３に示すように、操作者が自身の指先４０を操作面（透明保護シート２１の表面）に接触させると、この指先４０の座標位置が座標入力装置１０によって検出されるが、操作面上の特定領域に指先４０が置かれたときには、その領域に応じて所定の電気的な刺激（触覚刺激）が触覚刺激発生装置１によって指先４０に与えられる。この電気的な刺激は、触覚生成電極３群に交流的に位相差が１８０度の差動電圧を印加することにより、操作面上の指先４０に電流が流れて生じる、もしくは指の皮膚に励起された電荷により発生するものである。

すなわち、差動電圧が印加されると、触覚生成電極３群を構成する第１触覚電極３１と第２触覚電極３２は、交互に一方が他方に対して相対的にプラス側電極になって他方がマイナス側電極になる。触覚生成電極３群を覆う位置に延在している絶縁層２にユーザの指先４０が近接していないとき、プラス側電極とこれに隣接するマイナス側電極は絶縁層２を介して容量結合されているが、図３に示すように、指先４０が操作面（透明保護シート２１の表面）に接触すると、絶縁層２および透明保護シート２１を介して指先４０が近傍のプラス側電極３およびマイナス側電極３と容量結合される。その結果、差動電圧によってプラス側電極３からマイナス側電極３へと向かう電気力線の一部が指先４０を通過するようになり、これにより電気的な刺激（電流もしくは励起電荷あるいは相互効果による刺激）を指先４０に与えることができる。この電気的刺激信号は、触覚刺激発生装置１によって振幅や周波数が制御された電気信号（パルス信号等）なので、指先４０に電流が流れて生起される刺激、もしくは指皮膚に励起された電荷による刺激を擬似的な触覚としてユーザに感知させることができ、例えばクリック感のような触覚刺激を感知させることも容易である。したがって、このような触覚刺激発生装置１を座標入力装置１０と併用することによって、指先４０が操作面上のどの領域に置かれているのかを触覚刺激としてユーザにフィードバックできるようになる。

このとき、分岐電極３５の波形部３５ａ、３５ｂが、ギャップＧａを隔てて、隣接する分岐電極３６の波形部３６ａ、３６ｂとかみ合うように配列されているので、接触エリアＲ内には電界集中が起きている突起部が点在することとなる。よって、操作者は接触エリアＲ内に点在する電界集中位置（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）からより強い触覚刺激を受けることができる。

このように、本実施の形態によれば、操作者が指先４０を触覚刺激発生装置１の絶縁層２に近接させたとき、差動電圧が印加される触覚生成電極３のプラス側電極およびマイナス側電極と指先４０とが容量結合して、差動電圧に起因する電気力線（プラス側電極からマイナス側電極へと向かう交流電流経路の一部）が指先４０を通過するようにしてあるため、プラス側電極から指先４０へ流入する電流がユーザの体内へほとんど漏れずにマイナス側電極へ流出する。つまり、触覚刺激発生装置１の動作時に、指先４０には局所的に電位差を生じて電流が流れるものの、全体としては電位変動がほぼゼロなので、ユーザの身体の一部が金属等に触れてアースされていても、ユーザの体内へ異常電流が流れ込んで感電する虞はなく、安全性の高い触覚刺激発生装置１となっている。

しかも、本実施の形態においては、第１触覚電極３１の分岐電極３５の波形部３５ａ、３５ｂが、ギャップＧａを隔てて、隣接する第２触覚電極３２の分岐電極３６の波形部３６ａ、３６ｂとかみ合うように配列されているので、接触エリアＲ内には先端集中効果による電界集中が起きる突起部が点在し、操作者により強い触覚刺激を与えることができる。

次に、触覚刺激発生装置１に適用される触覚生成電極３の変形例について説明する。
図７に示す触覚生成電極５０は、ギャップＧａを介して配設された、第１触覚電極５１と第２触覚電極５２とで構成されている。第１触覚電極５１は、操作面に対応した触覚刺激提示エリア（長方形）に合わせた形状を有する絶縁層２の一方の辺Ｌ１（図１参照）に沿ってＸ軸方向に延在するように形成された基幹電極部５３を備える。第２触覚電極５２は、第１触覚電極５１の基幹電極部５３に対向して絶縁層２の他方の辺Ｌ２（図１参照）に沿ってＸ軸方向に延在するように形成された基幹電極部５４を備える。第１触覚電極５１の基幹電極部５３からはＹ方向となる第２触覚電極５２の基幹電極部５４に向けて複数の分岐電極５５（図７では２本の図示されている）が所定間隔（例えば、２２ｍｍ）で並列に形成されている。分岐電極５５は、先端が対向する第２触覚電極５２の基幹電極部５４の手前まで伸びている。分岐電極５５の図示上下方向の両側面には所定ピッチ（例えば、電極幅１ｍｍ、ギャップ１ｍｍの時、渦巻き〜渦巻き間ピッチは８ｍｍ）で半円の渦巻状をなす渦巻部５６ａ、５６ｂが形成されている。渦巻部５６ａ、５６ｂは、基幹電極部５４の側面に一体形成された台形状の基端部の先端部から半円の渦巻き部が形成されている。すなわち、基幹電極部５４の長手方向とは直交する方向に渦巻きの直径分に相当する距離だけ伸びて、そこから基幹電極部５４の長手方向に折り曲げて所定距離だけ延出し、さらに基幹電極部５４の方向に折り曲げて渦巻きの半径分に相当する距離だけ延出している。第２触覚電極５２の基幹電極部５４からはＹ方向となる第１触覚電極５１の基幹電極部５３に向けて複数の分岐電極５７（図７では３本だけが図示されている）が所定間隔（例えば、２２ｍｍ）で並列に形成されている。分岐電極５７は、先端が対向する第１触覚電極５１の基幹電極部５３の手前まで伸びている。分岐電極５７の図示上下方向の両側面には所定ピッチ（例えば、電極幅１ｍｍ、ギャップ１ｍｍの時、渦巻き〜渦巻き間ピッチは８ｍｍ）で半円の渦巻状をなす渦巻部５８ａ、５８ｂが形成されている。渦巻部５８ａ、５８ｂは、渦巻きの巻き方向が逆方向であることを除けば、上記した渦巻部５６ａ、５６ｂと同一形状を有している。そして、図７に示すように、第２触覚電極５２の複数の分岐電極５７の間に、第１触覚電極５１の複数の分岐電極５５を配置し、分岐電極５５の渦巻部５６ａ、５６ｂが、ギャップＧａを隔てて、上下に隣接する分岐電極５７の渦巻部５８ａ、５８ｂにはまり込むように配列されている。すなわち、突起部Ｐ１１とＰ２１、およびＰ１２とＰ２２が並んでいる方向に、ギャップＧａを介して互い違いに配置されており、各々の突起部の先端部が並んでいる方向にほぼ直線状に並んでいる。なお、隣接する第１触覚電極５１の分岐電極５５と第２触覚電極５２の分岐電極５７との間隔は、例えば４１ｍｍに設定される。触覚刺激提示エリアに接触させた身体特定部の接触エリアＲ内に複数の渦巻部（５６ａ、５６ｂ、５８ａ、５８ｂ）の先端部が含まれるように、分岐電極５５、５７の配列間隔と渦巻部（５６ａ、５６ｂ、５８ａ、５８ｂ）のピッチとが設定されている。

図８は図７に示す触覚生成電極５０の接触エリアＲ近傍の拡大図である。同図に示すように、渦巻部５６ａ、５６ｂの先端部で形成される突起部Ｐ１１，Ｐ１２、渦巻部５８ａ、５８ｂの先端部で形成される突起部Ｐ２１，Ｐ２２において、先端集中効果による電界集中が起きる。図８に示す例では、接触エリアＲ内に渦巻部５６ａ、５６ｂ、５８ａ、５８ｂの突起部（Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２等）が多数存在する電極パターンとなっている。渦巻部５６ａ、５６ｂ、５８ａ、５８ｂの寸法及びピッチによるが、図７、８に示すように、渦巻状の電極パターンとすることにより、先端集中効果による電界集中が起きる突起部（Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２等）の密度を上げることができ、操作者により強い触覚刺激を与えることができる。

図９に示す触覚生成電極６０は、ギャップＧａを介して配設された、第１触覚電極６１と第２触覚電極６２とで構成されている。第１触覚電極６１は、Ｘ軸方向に延在するように形成された不図示の基幹電極部からＹ方向に複数の分岐電極６３（図９では２本の図示されている）が所定間隔（例えば、１７．６ｍｍ）で並列に形成されている。分岐電極６３の図示上下方向の両側面には所定ピッチ（例えば、９．６ｍｍ）で円環状の渦巻部６４ａ、６４ｂが形成されている。すなわち、図７、８に示す変形例では渦巻部（５６ａ、５６ｂ、５８ａ、５８ｂ）が半巻き状であったが、本変形例では渦巻部６４ａ、６４ｂが略１回巻きの状態になっている。第２触覚電極６２は、Ｘ軸方向に延在するように形成された不図示の基幹電極部からＹ方向に複数の分岐電極６５（図９では２本の図示されている）が所定間隔（例えば、１７．６ｍｍ）で並列に形成されている。分岐電極６５の図示上下方向の両側面には所定ピッチ（例えば、９．６ｍｍ）で円環状の渦巻部６６ａ、６６ｂが形成されている。すなわち、図７、８に示す変形例では渦巻部（５６ａ、５６ｂ、５８ａ、５８ｂ）が半巻き状であったが、本変形例では渦巻部６４ａ、６４ｂが略１回巻きの状態になっている。そして、図９に示すように、第２触覚電極６２の複数の分岐電極６５の間に、第１触覚電極６１の複数の分岐電極６３を配置し、分岐電極６３の渦巻部６４ａ、６４ｂが、ギャップＧａを隔てて、上下に隣接する分岐電極６５の渦巻部６６ａ、６６ｂにはまり込むように配列されている。なお、隣接する第１触覚電極６１の分岐電極６３と第２触覚電極６２の分岐電極６５との間隔は、例えば７．２ｍｍに設定される。

図１０は図９に示す触覚生成電極６０の接触エリアＲ近傍の拡大図である。同図に示すように、接触エリアＲには渦巻部６４ａの先端部となる突起部Ｐ１と、渦巻部６６ａの先端部となる突起部Ｐ２とで、先端集中効果による電界集中が起きる。さらに、本発明者らは、指先の角質層に作用する発生力、電界強度、接点力、電荷分布に関してシミュレーションした結果、図１０に示す領域Ｑ１、Ｑ２において周囲よりも高い電界強度、電荷分布が生じていることを見出した。領域Ｑ１は、指先の接触エリアＲのエッジ（最外側）が渦巻部６４ａを斜めに横切るように重なる部分であり、領域Ｑ２は接触エリアＲのエッジが渦巻部６６ａを斜めに横切るように重なる部分である。すなわち、触覚生成電極６０に渦巻部６４ａ、６４ｂ、６６ａ、６６ｂを形成し、接触エリアＲのエッジが渦巻部（６４ａ、６４ｂ、６６ａ、６６ｂ）を斜めに横切るように重なる領域Ｑ１、Ｑ２ができることで、突起部（Ｐ１、Ｐ２等）以外においても接触エリアＲ内に強い刺激を提示する領域が生じる。

図１１を参照して接触エリアＲ内におけるエッジ部分での電界強度について説明する。図１１は、図１０に示すＡ-Ａ線での断面を模式的に示している。同図に示すように、接触エリアＲのエッジが渦巻部６４ａを斜めに横切る領域Ｑ１では、渦巻部６４ａの一部Ｍ１ａだけが指先と接触するが、接触エリアＲのエッジの外側の領域Ｍ１ｂは指先と接触しない。このため、渦巻部６４ａの領域Ｍ１ａと隣接する渦巻部６６ａとの間に形成される電界Ｓ１は、領域Ｍ１ａから直接に指先の角質層に直接入力する。一方、渦巻部６４ａの領域Ｍ１ｂと隣接する渦巻部６６ａとの間に形成される電界Ｓ２は、領域Ｍ１ｂから空気層を経由して指先の角質層に入力する。空気層は指内部に比べて誘電率が急激に低下するので、領域Ｍ１ａ側に電界が集中する現象（エッジ集中効果と呼ぶこととする）が起きて、領域Ｍ１ａの電内強度が領域Ｍ１ｂよりも高くなる。その結果、領域Ｑ１、Ｑ２における接触エリアＲのエッジに沿って電内強度が高い領域が生じて強い刺激を操作者に与える。図９，１０に示すように、電極を渦巻き状に曲げる渦巻部６４ａ、６４ｂ、６６ａ、６６ｂを設けることで、接触エリアＲのエッジに沿った長い距離にわたり電内強度が高い領域Ｑ１，Ｑ２を発生させることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されているセンサ電極の大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

１ 触覚刺激発生装置
２ 絶縁層
３、５０、６０ 触覚生成電極
１０ 座標入力装置
１１ Ｘ座標検出シート
１２ Ｙ座標検出シート
１３ 絶縁層
１４ 第１電極
１５ 絶縁層
１６ 第２電極
２０ カバー体
２１ 透明保護シート
３１、５１、６１ 第１触覚電極
３２、５２、６２ 第２触覚電極
３３、３４、５３、５４ 基幹電極部
３５、３６、５５、５７、６３、６５ 分岐電極
３５ａ、３５ｂ、３６ａ、３６ｂ 波形部
５６ａ、５６ｂ、５８ａ、５８ｂ、６４ａ、６４ｂ、６６ａ、６６ｂ 渦巻部

Claims (5)

1. 触覚刺激を提示可能な触覚刺激提示エリアに対応して設けられた絶縁層と、
   前記絶縁層の一方の面に設けられ、前記絶縁層に近接又は接触させた身体特定部と容量結合して触覚刺激を与える触覚生成電極と、
   前記触覚生成電極に対して触覚刺激を生起するための電気信号を供給する駆動部と、
   を備え、
   前記触覚生成電極は、前記触覚刺激提示エリアに交互に配設された第１触覚電極と第２触覚電極とを有し、前記第１及び第２触覚電極は突起部が所定ピッチで連続する波形パターンをそれぞれ有し、互いの波形パターンがギャップを介してかみ合うように配置され、
   前記駆動部は、前記第１触覚電極及び前記第２触覚電極に対して極性の異なる差動電圧を印加することを特徴とする触覚刺激発生装置。
2. 前記触覚生成電極は、前記触覚刺激提示エリアに接触させた身体特定部の接触エリア内に複数の前記突起部が含まれるように、前記第１及び第２触覚電極の配列間隔と前記第１及び第２触覚電極の突起部のピッチとが設定されていることを特徴とする請求項１記載の触覚刺激発生装置。
3. 触覚刺激を提示可能な触覚刺激提示エリアに対応して設けられた絶縁層と、
   前記絶縁層の一方の面に設けられ、前記絶縁層に近接又は接触させた身体特定部と容量結合して触覚刺激を与える触覚生成電極と、
   前記触覚生成電極に対して触覚刺激を生起するための電気信号を供給する駆動部と、
   を備え、
   前記触覚生成電極は、前記触覚刺激提示エリアに交互に配設された第１触覚電極と第２触覚電極とを有し、前記第１及び第２触覚電極は渦巻状をなす渦巻部が所定ピッチで連続する渦巻きパターンをそれぞれ有し、互いの渦巻部がギャップを介してかみ合うように配置され、
   前記駆動部は、前記第１触覚電極及び前記第２触覚電極に対して極性の異なる差動電圧を印加することを特徴とする触覚刺激発生装置。
4. 前記触覚生成電極は、前記触覚刺激提示エリアに接触させた身体特定部の接触エリア内に複数の前記渦巻部の先端部が含まれるように、前記第１及び第２触覚電極の配列間隔と前記第１及び第２触覚電極の渦巻部のピッチとが設定されていることを特徴とする請求項３記載の触覚刺激発生装置。
5. 前記触覚生成電極は、前記触覚刺激提示エリアに接触させた身体特定部の接触エリアのエッジが前記渦巻部の曲がりに沿って当該渦巻部に重なるように、前記第１及び第２触覚電極の配列間隔、前記第１及び第２触覚電極の渦巻部の巻き数及びピッチが設定されていることを特徴とする請求項３記載の触覚刺激発生装置。

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