JP2015097076A - 触覚提示装置、電子機器、および触覚提示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タッチパネル上に触覚（テクスチャ感）を有効に提示し、手元を見なくても触覚だけで操作を可能とする触覚提示装置等を提供する。【解決手段】触覚提示装置１０は、支持基板１１と、支持基板上に延在している互いに平行な複数のＸ電極１２およびＹ電極１３とを備え、各Ｘ電極のうち外部から入力された対象領域に該当するＸ電極に対して第１の周波数の電圧信号を印加し、各Ｙ電極のうち対象領域に該当するＹ電極に対して第２の周波数の電圧信号を印加し、第１および第２の周波数の差の絶対値によって対象領域に電気的なうなり振動を発生させる駆動回路（Ｘ電極駆動回路１４、Ｙ電極駆動回路１５）を備える。【選択図】図１

Description

本発明は触覚提示装置、電子機器、および触覚提示方法に関し、特に手元を見なくても触覚だけで操作を可能としうる触覚提示装置等に関する。

指で入力可能なタッチパネルが搭載された表示装置は、入力に応じて表示内容や機器の動作を制御するシステムに組み込まれることで、使い勝手の良いインタラクティブな操作性の実現に貢献している。このため、タッチパネルが組み込まれた情報機器が急速に普及している。より具体的にはスマートフォン、タブレット端末、ノート型パーソナルコンピュータなどである。

その一方で、タッチパネルが搭載された表示装置の表面は一様に硬く、画面上に表示されているどの部分を触っても同じ触覚を持つ。そのため、タッチパネルのどこを触れば有効な入力が可能であるか、また有効な入力がなされたか否かを、当該パネルを見ないで知覚することは事実上不可能である。従って、これらの装置を、表示装置の画面を見ずに触覚だけで操作することは困難である。

これに対して、例えば、テレビジョン受信機のリモコン、従来型の携帯電話端末（フィーチャーフォン）、パーソナルコンピュータのキーボードなどは、各々独立した操作キーを備えているので、触覚だけで操作キーの所在を知覚することができ、かつそれらの操作キーを押した時にも触覚を通じてそのことを知覚できる。従って、操作キーの位置や配置を覚えさえすれば、手元を見ずに触覚だけで操作することはさほど困難なことではない。

近年、携帯電話端末の分野において急速にスマートフォンが普及し、現在使用されている携帯電話端末のうちのおよそ半数が既にスマートフォンに置き換わっている。そこで、非特許文献１に記載されている通り、スマートフォンのいわゆる「ながら歩き」と呼ばれる行為が、社会的に問題視されるようになっている。

タッチパネルが搭載された表示装置は、手元を見ずに触覚だけで操作することが事実上不可能であるので、画面を注視しつつ操作する必要がある。従って、歩きながら（あるいは自転車に乗りながら、もしくは自動車などの運転・操縦などをしながら）そのような表示装置を備えた電子機器を操作することは、重大なケガや事故につながる危険性が高い。実際、そのような行為を原因とするケガや事故も多く発生している。

そのため、各鉄道会社や移動体通信事業者、電子機器メーカーなどは、この「ながら歩き」という行為に対する注意喚起を行っている。しかしながら、それは「モラル面における注意喚起」にとどまるものであり、この行為を防止するための物理的な対策としては、例えば、「電車のプラットフォームに、乗客の転落を防止するためのホームドアを設置する」などのようなものしかなく、スマートフォン自体については「ながら歩き」防止のための技術面における決定的な対策を打ち出せていないのが実情である。

スマートフォンには、ウェブサイトや動画の閲覧、あるいはいわゆるＳＮＳ（Social Network Service）の利用などにおいて、タッチスクリーンによる操作自体の快適性、そしてそれによって大量の情報を容易に扱える利便性があり、その利便性を保ちながらこれを「手元を見なくても触覚だけで操作可能」なものとするための有効な技術は存在しない。もちろん、以上で述べた点はスマートフォンに限らず、タブレット端末などでも同様である。

即ち、スマートフォンなどの情報機器において、「タッチスクリーンの表示と連動してユーザに触覚を提示し、手元を見なくても触覚だけで操作を可能とする」という技術が、社会的に求められている。この技術は、「ながら歩き」行為にともなう危険を軽減するだけでなく、例えば、視覚が不自由な人がこれらのような装置を使用できるようにするためにも有用なものである。

表示装置に触覚を付与する触覚提示技術として、圧電素子や偏心モーター等を用いて表示装置を機械的に振動させる類型、静電気力によってユーザの指と触覚提示装置との間の摩擦を変化させ、触覚提示装置を指でなぞった時に触覚（テクスチャ感）を提示する、いわゆる電気振動現象を利用した類型、指に電流を流してユーザの指の皮膚機械受容器の神経軸索を駆動する類型、の３つの類型が挙げられる。

非特許文献２には「目が見えない人のためのスマートフォン」が記載されているが、これは通常の液晶表示装置を備えず、そのかわりに装置表面に突起を浮かび上がらせることによってユーザに情報を提示するシリコンパネルを備えるというものである（他に音声情報の入出力手段なども備えられている）。このシリコンパネルは、点字などのような空間解像度の低い情報しか提示することができない。また、この技術は「タッチスクリーンの表示と連動」した情報を提示するものでもない。

特許文献１には電気振動現象を利用した「タッチ面用電気振動」が記載されている。その特徴は「導電面と、前記導電面上に配置された絶縁面と、信号が前記装置と接触する使用者に結合するように構成され、これによって前記絶縁面上をスライドする前記使用者の少なくとも１本の指に触感が知覚されるコントローラを含む装置（同文献の請求項１）」であり、「複数の電極の夫々は、独立した配線によって制御される（同文献の明細書段落００７４および図１０Ａ）」という構成が記載されている。

即ち、特許文献１に記載の技術は、上記の構成によってタッチスクリーン上にテクスチャ感の提示を可能にしようとすることを意図するものである。

特開２０１１−２４８８８４号公報

佐藤仁、「『ながら歩き』は危険がいっぱい」、平成２５年６月２５日、［平成２５年９月５日検索］、（株）情報通信総合研究所、インターネット＜URL：http://www.icr.co.jp/newsletter/global_perspective/2013/Gpre201365.html＞ 的野裕子、「目が見えない人のためのスマートフォンは、デザインも機能もファンタスティック！」、平成２３年１月１０日、［平成２５年９月５日検索］、ＮＰＯ法人グリーンズ、インターネット＜URL：http://greenz.jp/2011/01/10/braille_smartphone_voim/＞

特許文献１は、電気振動を利用した触覚提示装置であって、「複数の電極の夫々は、独立した配線によって制御される」（同文献の明細書段落００７４）と記載されているように、セグメント化された電極と、各電極に対して独立した配線とを設ける構成を開示している。しかしながら、特許文献１に記載された触覚提示装置には、次のような問題点がある。

特許文献１に記載の技術では、複数の各電極に対して独立した配線を引き回すためのスペースが必要である。その結果テクスチャ感を提示するための電極同士の間隔が広くなり、触覚提示装置の空間解像度が低いという問題点がある。特許文献１にも、自らの欠点として「欠点は、多くの配線の使用は、電極数が増えるにつれてスケーラブルでなくなる可能性がある」（同文献の明細書段落００７４）との記載がある。即ち、この特許の出願人も、自らの技術の問題点を認めているという状態である。

また、テクスチャ感を提示するための電極間に複数の配線が引き回されるため、この構成の触覚提示装置を表示装置と重ねて利用する場合、引き回された配線の形状、あるいはテクスチャ感を提示するための電極の形状がユーザにも伝わり、表示装置本来の表示品位を低下させるという問題点もある。

さらに、各電極にテクスチャ感を提示するための信号は、当然ながら引き回される配線にも印加されるため、配線が引き回された領域にも本来なら必要のないテクスチャ感が提示されるという問題点もある。

そして、この技術では、あらかじめ電極の埋め込まれている箇所にしかテクスチャ感を提示することができない。テクスチャ感を提示する箇所の位置や個数を変更するには、電極を再配置する必要がある。即ち、タッチスクリーン上の表示オブジェクトに対応してテクスチャ感を提示する位置や個数を変更することは、事実上不可能である。

以上の各点を解決しうる技術は、非特許文献１〜２にも記載されていない。即ち、タッチスクリーン上にテクスチャ感を有効に提示して、触覚だけで操作を可能とするという技術はまだ存在しない。

本発明の目的は、表示オブジェクトに対応した位置に触覚（テクスチャ感）を提示し、表示装置と重ねた場合の表示品位低下を抑制し、本来不要な位置にテクスチャ感を提示しないことを可能とする触覚提示装置、電子機器、および触覚提示方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る触覚提示装置は、支持基板と、支持基板上の第１の方向に延在している互いに平行な複数のＸ電極と、支持基板上の第２の方向に延在しかつＸ電極と互いに絶縁されている互いに平行な複数のＹ電極とを備え、各Ｘ電極のうち外部から入力された対象領域に該当するＸ電極に対して第１の周波数の電圧信号を印加し、各Ｙ電極のうち対象領域に該当するＹ電極に対して第２の周波数の電圧信号を印加し、第１および第２の周波数の差の絶対値によって対象領域に電気的なうなり振動を発生させる駆動回路を備えること、を特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る電子機器は、備えられたプロセッサによる処理結果を表示し、その処理結果に対応する操作入力を受け付けるタッチパネル式表示装置と、処理結果の表示に対応したテクスチャ感を提示する本発明に係る（前述の特徴を持つ）触覚提示装置とを有すること、を特徴とする。また、この電子機器を車載装置として搭載した移動体についても、本発明の範囲とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る触覚提示方法は、支持基板と、支持基板上の第１の方向に延在している互いに平行な複数のＸ電極と、支持基板上の第２の方向に延在し、かつＸ電極と互いに絶縁されている互いに平行な複数のＹ電極とを備えた触覚提示装置における触覚提示方法において、外部から入力された対象領域を制御部が駆動回路に与え、対象領域に該当するＸ電極に対して駆動回路が第１の周波数の電圧信号を印加し、対象領域に該当するＹ電極に対して駆動回路が第２の周波数の電圧信号を印加し、第１および第２の周波数の差の絶対値によって対象領域に電気的なうなり振動を発生させること、を特徴とする。

本発明は、上記した通り、互いに絶縁されたＸ電極およびＹ電極に各々第１および第２の周波数の電圧信号を印加し、それら第１および第２の周波数の差の絶対値によって対象領域に電気的なうなり振動を発生させる構成としたので、ユーザの指に対して有効に物理的なうなり振動を与えることができ、かつ対象領域とは関係のない部分にまでそのうなり振動が与えられることはない。

これによって、タッチパネル上に触覚（テクスチャ感）を有効に提示し、手元を見なくても触覚だけで操作が可能であるという、優れた特徴を持つ触覚提示装置、電子機器、および触覚提示方法を提供することができる。

本発明の第１の基本形態に係る触覚提示装置の構成について示す説明図である。 図１に示した触覚提示装置の駆動方法について示す説明図である。 図１および図２で示した触覚提示装置の断面モデルについて示す説明図である。 図１〜２に示した触覚提示装置で、指に働く引力の周波数に対する触覚の変化をユーザが知覚するために必要な電圧信号の振幅の閾値の関係を測定したグラフである。 本発明の第２の基本形態に係る触覚提示装置の構成について示す説明図である。 図５に示した触覚提示装置の駆動方法について示す説明図である。 図５〜６に示した触覚提示装置の表示面上の各領域について示す説明図である。 図５〜６に示した触覚提示装置で、Ｘ電極とＹ電極とに印加した周波数と触覚の関係を示すグラフである。 本発明の第３の基本形態に係る触覚提示装置の構成について示す説明図である。 図９に示した触覚提示装置の駆動方法について示す説明図である。 本発明の第４の基本形態に係る触覚提示装置の構成について示す説明図である。 図１１に示す触覚提示装置の駆動方法について示す説明図である。 図１１および図１２に示す触覚提示装置で、Ｘ電極駆動回路およびＹ電極駆動回路が発生する電圧信号について示す説明図である。図１３（ａ）はＸ電極駆動回路によって発生され、Ｘ電極に印加される電圧信号の周波数ｆ_６を、図１３（ｂ）はＸ電極駆動回路によって発生され、Ｘ電極に印加される電圧信号の波形を、図１３（ｃ）はＹ電極駆動回路によって発生され、Ｙ電極に印加される電圧信号の波形を各々示す。 図１１および図１２に示す触覚提示装置で、図１３（ａ）〜（ｃ）に示した電圧信号が対象領域と重なるＸ電極およびＹ電極に印加された結果、対象領域で発生する指に働く引力Ｆについて示す説明図である。 本発明の第５の基本形態に係る触覚提示装置の構成について示す説明図である。 図１５に示す触覚提示装置で、Ｘ電極駆動回路およびＹ電極駆動回路が発生する電圧信号について示す説明図である。図１６（ａ）はＸ電極駆動回路によって発生され、Ｘ電極に印加される電圧信号の周波数ｆ_７を、図１６（ｂ）はＸ電極駆動回路によって発生され、Ｘ電極に印加される電圧信号の波形を、図１６（ｃ）はＹ電極駆動回路によって発生され、Ｙ電極に印加される電圧信号の波形を各々示す。 図１５に示す触覚提示装置で、図１６（ａ）〜（ｃ）に示した電圧信号が対象領域と重なるＸ電極およびＹ電極に印加された結果、対象領域で発生する指に働く引力Ｆについて示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る触覚提示装置の構成について示す説明図である。 図１８で示した触覚提示装置の支持基板およびＸ電極、Ｙ電極の具体的な形状について示す平面視図である。 図１９で示したＸ電極およびＹ電極の相互間の接続部分の構造を拡大して示す説明図である。図２０（ａ）は、図１９のブロックＡとして示した電極の相互間の接続部を示す平面視図で、図２０（ｂ）は図２０（ａ）のＡ−Ａ´線における断面図である。 図１８で示した触覚提示装置のＸ電極駆動回路（Ｙ電極駆動回路）のより詳細な構成について示す説明図である。 図２１で示したＸ電極駆動回路の動作について示すタイムチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る触覚提示装置の構成について示す説明図である。 図２３に示したＸ電極およびＹ電極の具体的な形状について示す平面視図である。 図２３に示したＸ電極およびＹ電極の具体的な形状を、図２４とは異なる観点で示す平面視図である。 本発明の第３の実施形態に係る触覚提示装置の構成について示す説明図である。 図２６に示した触覚提示装置のＸ電極およびＹ電極の相互間の接続部分の構造を拡大して示す説明図である。図２７（ａ）は、Ｘ電極およびＹ電極の相互間の接続部分を示す平面視図で、図２７（ｂ）は図２７（ａ）のＢ−Ｂ´線における断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る触覚提示装置の構成について示す説明図である。 図２８に示した触覚提示装置のＸ電極およびＹ電極の相互間の接続部分の構造を拡大して示す説明図である。図２９（ａ）は、Ｘ電極およびＹ電極の相互間の接続部分を示す平面視図で、図２９（ｂ）は図２９（ａ）のＣ−Ｃ´線における断面図である。 本発明の応用形態に係る電子機器の構成について示す説明図である。 本発明の応用形態に係る移動体の構成について示す説明図である。

（第１の基本形態）
以下、本発明の第１の基本形態の構成について添付図１に基づいて説明する。
第１の基本形態に係る触覚提示装置１０は、支持基板１１と、支持基板上の第１の方向に延在している互いに平行な複数のＸ電極１２と、支持基板上の第２の方向に延在しかつＸ電極と互いに絶縁されている互いに平行な複数のＹ電極１３とを備え、各Ｘ電極のうち外部から入力された対象領域に該当するＸ電極に対して第１の周波数の電圧信号を印加し、各Ｙ電極のうち対象領域に該当するＹ電極に対して第２の周波数の電圧信号を印加し、第１および第２の周波数の差の絶対値によって対象領域に電気的なうなり振動を発生させる駆動回路（Ｘ電極駆動回路１４、Ｙ電極駆動回路１５）を備える。

ここで、第１および第２の周波数は５００Ｈｚ以上であり、第１および第２の周波数の差の絶対値が１０Ｈｚより大きく１０００Ｈｚ未満である。また、駆動回路は、複数のＸ電極のうち第１の周波数の電圧信号が印加されない電極および複数のＹ電極のうち第２の周波数の電圧信号が印加されない電極を接地する、もしくは当該電極に直流電圧を印加する機能を有する。

以上の構成を備えることにより、この触覚提示装置１０は、関係ない部分にまで触覚（テクスチャ感）を提示することなく、タッチパネル上の対象領域にテクスチャ感を有効に提示することが可能なものとなる。
以下、これをより詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の基本形態に係る触覚提示装置１０の構成について示す説明図である。触覚提示装置１０には、平面状の支持基板１１上のｘ方向に延在する複数のＸ電極１２と、支持基板１１上でＸ電極１２と直交するｙ方向に延在する複数のＹ電極１３とが形成されている。

Ｘ電極１２とＹ電極１３とはその交差部で絶縁膜を介して交差し、両者の電気的な絶縁が保たれている。また、Ｘ電極１２とＹ電極１３の上には絶縁膜（図示せず）が形成され、ユーザが触覚提示装置１０を上から指で触った場合に、Ｘ電極１２と指、およびＹ電極１３と指との間を電気的に絶縁している。触覚提示装置１０の断面構造については後述する。

Ｘ電極１２の各々にはＸ電極駆動回路１４が接続され、Ｙ電極１３の各々にはＹ電極駆動回路１５が接続され、Ｘ電極駆動回路１４およびＹ電極駆動回路１５は制御部１６と接続されている。制御部１６は、外部（例えば、当該電子機器の動作を制御するプロセッサ）から入力されたテクスチャ感を提示しようとする対象領域についての情報に基づいてＸ電極駆動回路１４およびＹ電極駆動回路１５を制御する。

この構成によって、触覚提示装置１０は、Ｘ電極１２とＹ電極１３の交差部全てを内包する一つの領域全体および所定の一部の領域にテクスチャ感を提示することが可能となる。

図２は、図１に示した触覚提示装置１０の駆動方法について示す説明図である。ここで、各々のＸ電極１２およびＹ電極１３には、各電極ごとに異なる記号によって区別するものとする。即ち、図２に示す例では、支持基板１１上に２８本のＸ電極１２と４６本のＹ電極１３とが形成されているが、それら各々のＸ電極１２を下から上方向にＸ_００〜Ｘ_２７といい、各々のＹ電極１３を右から左方向にＹ_０３〜Ｙ_４８という。

また、テクスチャ感を提示しようとする領域を対象領域１７とする。対象領域１７は、Ｘ電極１２ではＸ_１１〜Ｘ_１４の範囲、Ｙ電極１３ではＹ_２４〜Ｙ_２７の範囲である。制御部１６は、外部から与えられた対象領域１７の情報に基づいて、Ｘ電極駆動回路１４およびＹ電極駆動回路１５に制御信号を与える。

この制御信号を受けて、Ｘ電極駆動回路１４はＸ_１１〜Ｘ_１４に周波数ｆ_１＝１０００Ｈｚの電圧信号を印加し、Ｙ電極駆動回路１５はＹ_２４〜Ｙ_２７に周波数ｆ_２＝１２４０Ｈｚの電圧信号を印加する。Ｘ電極駆動回路１４およびＹ電極駆動回路１５は、それらに該当しないＸ電極１２およびＹ電極１３について、電極同士の容量結合によって電圧が誘起されることを防ぐため、図２に示した例では接地している。または、接地するかわりに直流電圧を印加してもよい。

Ｘ電極１２およびＹ電極１３に上記の信号を印加し、触覚提示装置１０の表面を指でなぞるとＸ_１１〜Ｘ_１４とＹ_２４〜Ｙ_２７が交差する対象領域１７のみでテクスチャ感が知覚される。

この電圧信号を印加する電極を任意に選択することで、任意の所定の領域にテクスチャ感を提示することができる。また、全てのＸ電極および全てのＹ電極を選択することで、Ｘ電極とＹ電極の交差部全てを内包する領域全体にテクスチャ感を提示することもできる。

発明者らは、実験によって、Ｘ_１１〜Ｘ_１４の電極上の領域から対象領域１７を除いた領域ではテクスチャ感が提示されず、またＹ_２４〜Ｙ_２７電極上の領域から対象領域１７を除いた領域でもテクスチャ感が提示されなかったことを確認した。即ち、人間の指は電極に印加する電圧信号の周波数が１０００Ｈｚや１２４０Ｈｚの場合にはテクスチャ感を知覚しない性質であることを、発明者らは確認した。

一方、対象領域１７では、ｆ_１＝１０００Ｈｚの電圧信号が印加されたＸ電極とｆ_２＝１２４０Ｈｚの電圧信号が印加されたＹ電極とが互いに隣接しているので、波動の分野で知られるうなりが生じている。以下、うなりによってテクスチャ感が提示される機構について説明する。

図３は、図１および図２で示した触覚提示装置１０の断面モデルについて示す説明図である。前述の通り、複数のＸ電極１２と複数のＹ電極１３とは、平面状の支持基板１１（図３上には示されない）上で隣り合うように配置されている。ここで、Ｘ電極１２およびＹ電極１３のうち、対象領域１７内に配置された２つのＸ電極１２と２つのＹ電極１３とに対向する位置に、指をモデル化した電極１８が一つ配置されている。人体には接地効果があるので、この電極１８は抵抗値Ｒを有する抵抗１９を介して接地されているものとしてモデル化することができる。

今、対象領域１７内のＸ電極１２に、Ｖ_１＝Ａｃｏｓ（２πｆ_１ｔ）で表される電圧信号Ｖ_１を印加する。電圧信号Ｖ_１の振幅はＡ、周波数はｆ_１であり、ｔは時刻を表す。また、対象領域１７内のＹ電極１３に、Ｖ_２＝Ａｃｏｓ（２πｆ_２ｔ）で表される電圧信号Ｖ_２を印加する。電圧信号Ｖ_２の振幅は電圧信号Ｖ_１の振幅と等しいＡ、周波数はｆ_２である。

電極１８と対象領域１７内のＸ電極１２の各々との間は静電容量Ｃを有する平行平板コンデンサとしてモデル化することができ、電極１８と対象領域１７内のＹ電極１３の各々との間は静電容量Ｃを有する平行平板コンデンサとしてモデル化することができる。
このとき、電極１８に現れる電圧Ｖ_Ｐは、抵抗値Ｒが十分高いとき、Ｖ_Ｐ＝（Ｖ_１＋Ｖ_２）／２となる。

ひとつのＸ電極１２と指をモデル化した電極１８との間に働く静電気力を図３に示すようにＦ_ｅ１とあらわす。Ｆ_ｅ１は、平行平板コンデンサの電極間に働く力として知られている公式を適用すると、次のように求められる。ここでεは誘電率、Ｓは平行平板コンデンサの電極面積である。

同様に、ひとつのＹ電極１３と指をモデル化した電極１８との間に働く静電気力を図３に示すようにＦ_ｅ２とあらわすとＦ_ｅ２は次のように求められる。

静電気力Ｆ_ｅ１と静電気力Ｆ_ｅ２とを人の指先で区別できない程度に電極の間隔が細かいのであれば、Ｆ_ｅ１およびＦ_ｅ２の個々の力を合計した力がマクロ的に指に働くものとみなすことができる。指をモデル化した電極１８に働くすべての力の合計Ｆは、図３よりＦ＝２（Ｆ_ｅ１＋Ｆ_ｅ２）であるから、前記のＶ_１、Ｖ_２、数１および数２の値を用いることで、次のように得ることができる。

数３より、モデル化した電極１８に働くすべての力の合計Ｆは、値域が［０、Ａ^２Ｃ^２／（εＳ）］で周波数が（ｆ_１＋ｆ_２）である周期関数に、値域が［０、２］で、周波数が（ｆ_１−ｆ_２）の絶対値である周期関数を乗算して得られるものであることがわかる。その包絡線の周波数は（ｆ_１−ｆ_２）の絶対値となる。

この基本形態では、周波数ｆ_１＝１０００Ｈｚ、周波数ｆ_２＝１２４０Ｈｚとしているため、その差の絶対値は２４０Ｈｚとなる。このため指に働く引力Ｆは、数３に示すように２４０Ｈｚで変化する。従って、人間が触覚提示装置１０の表面を指でなぞると、２４０Ｈｚの周波数で摩擦力の変化が生じる。２４０Ｈｚは人間の皮膚の機械受容器が感度を有する周波数であるので、テクスチャ感の知覚をもたらすことができる。

さらに発明者らは、電圧信号の周波数に対するテクスチャ感の知覚の有無を実験によって確認した。支持基板１１上の全てのＸ電極１２およびＹ電極１３に同一の電圧信号を印加し、テクスチャ感の有無を確認した結果、電圧信号の周波数が５Ｈｚより大きく５００Ｈｚ未満の範囲内にある場合にテクスチャ感が知覚され、電圧信号の周波数がこの範囲内にない場合にはテクスチャ感が知覚されないことが確認された。

また、支持基板１１上の全てのＸ電極１２に周波数ｆ_１の電圧信号を印加し、全てのＹ電極１３に周波数ｆ_２の電圧信号を印加し、ｆ_１とｆ_２との差の絶対値に対するテクスチャ感の知覚の有無を実験的に確認した。その結果、ｆ_１とｆ_２との差の絶対値が１０Ｈｚより大きく１０００Ｈｚ未満の場合テクスチャ感が知覚され、ｆ_１とｆ_２との差の絶対値が１０Ｈｚ以下または１０００Ｈｚ以上の場合テクスチャ感が知覚されないことが確認された。

これらの結果から、Ｘ電極に印加する電圧信号の周波数をｆ_１とし、Ｙ電極に印加する電圧信号の周波数をｆ_２とした場合、ｆ_１およびｆ_２を共に５００Ｈｚ以上とし、ｆ_１とｆ_２との差の絶対値が１０Ｈｚより大きく１０００Ｈｚ未満となるようにｆ_１とｆ_２を設定すれば、周波数ｆ_１の電圧信号を与えたＸ電極と周波数ｆ_２の電圧信号を与えたＹ電極とが交差する領域にテクスチャ感を提示し、他の領域にはテクスチャ感を提示しない触覚提示装置１０が実現可能となる。

さらに、数３とその考察に記載した事項から、指に働く引力の周波数がテクスチャ感の知覚に作用していると考えられたので、発明者らは指に働く引力の周波数と触覚の知覚との関係を確認する実験を行った。図４は、図１〜２に示した触覚提示装置１０で、指に働く引力の周波数に対する触覚の変化をユーザが知覚するために必要な電圧信号の振幅の閾値の関係を測定したグラフである。

図４のグラフは、支持基板１１上の全てのＸ電極１２と全てのＹ電極１３に、同一の電圧信号を周波数を変えながら印加し、触覚の変化を知覚するのに必要な振幅の閾値を測定した結果である。下軸は全てのＸ電極１２と全てのＹ電極１３に印加した電圧信号の周波数、左軸は触覚の変化を知覚するのに必要な電圧信号の振幅の閾値を示している。

この実験では、操作者の指に働く引力の周波数は印加した電圧信号の周波数ｆ_１の２倍となる。この関係を導出するためには、図３に示した抵抗Ｒ１９の抵抗値を無限大を除いた有限な値、極端にはゼロと置き、Ｘ電極１２およびＹ電極１３に印加する電圧信号の周波数を共にｆ_１と置いて静電気力Ｆを求めればよい。図４では、指に働く引力の周波数を上軸に示している。即ち、指に働く引力の周波数と知覚に必要な振幅の閾値との関係は図４の上軸と左軸とによって表される。

図４のグラフより、指に働く引力の周波数が２００Ｈｚ付近のとき、閾値が最小値となることがわかる。即ち、人間の皮膚の受容器は、指に働く引力の周波数が２００Ｈｚ付近で、最も高い感度でテクスチャ感を知覚するといえる。また、この図４のグラフより、閾値と周波数の関係のグラフの谷底は指に働く引力の周波数が２００Ｈｚ付近であることだけでなく、グラフの谷の始まりと終わりは各々１０Ｈｚ付近と１０００Ｈｚ付近であることもわかる。

即ち、引力の周波数が１０〜１０００Ｈｚの範囲内でテクスチャ感が知覚される。この範囲外の周波数ではテクスチャ感が知覚されず、摩擦感が知覚される。

本基本形態の作用は、次の通り説明できる。支持基板１１上の所定のＸ電極１２に周波数ｆ_１の電圧信号を印加し、所定のＹ電極１３に周波数ｆ_１と異なる周波数ｆ_２の電圧信号を印加すると、該Ｘ電極と該Ｙ電極の交差部を含む対象領域１７では周波数（ｆ_１−ｆ_２）の絶対値の引力が指に働く。

このため、周波数（ｆ_１−ｆ_２）の絶対値を１０Ｈｚより大きく１０００Ｈｚ未満とすれば、所定のＸ電極１２と所定のＹ電極１３の交差部を含んでなる対象領域１７にテクスチャ感を提示することができる。

該交差部を含んでなる対象領域１７を除いた前記Ｘ電極上の領域では、平行平板コンデンサの電極間に働く力の公式から、周波数ｆ_１の２倍の周波数の引力が指にはたらき、該交差部を含んでなる対象領域１７を除いた前記Ｙ電極上の領域では周波数ｆ_２の２倍の周波数の引力が指に働く。

このためｆ_１およびｆ_２を共に５００Ｈｚ以上とすることで所定のＸ電極と所定のＹ電極の交差部を含んでなる対象領域１７を除く所定のＸ電極上の領域又は所定のＹ電極上の領域では共に１０００Ｈｚ以上の引力が指に働き、テクスチャ感が提示されない。

以上の作用によって、次の問題を解決できる。既存の触覚提示装置では、テクスチャ感を提示するための各電極に対して独立した複数の配線を引き回すためのスペースが必要であり、その結果テクスチャ感を提示するための電極同士の間隔が広くなり、触覚提示装置の空間解像度が低い、という問題点を有している。本基本形態では、テクスチャ感を提示するための電極が配線を兼ねているので、空間解像度を高めることができる。

さらにこの第１の基本形態によれば、電極の形状が視認されにくくなるため、液晶などの表示装置と重ね合わせて利用する場合にも、表示装置本来の表示品位の低下を抑制することができる。そして、既存の触覚提示装置では、配線が引き回された領域に本来不要なテクスチャ感が提示されるという問題を有しているが、本形態によればこの問題も解消される。

（第２の基本形態）
本発明の第２の基本形態は、前述した第１の基本形態の構成に代えて、駆動回路（Ｘ電極駆動回路１１４、Ｙ電極駆動回路１１５）が、複数のＸ電極のうち第１の周波数の電圧信号が印加されない電極および複数のＹ電極のうち第２の周波数の電圧信号が印加されない電極に対して第３の周波数の電圧信号を印加する機能を有するものとし、この第３の周波数が２．５Ｈｚ以上５Ｈｚ以下、もしくは５００Ｈｚ以上であり、第３の周波数と第１の周波数との差の絶対値、および第３の周波数と第２の周波数との差の絶対値がいずれも１０Ｈｚ以下又は１０００Ｈｚ以上であるという構成とした。

この構成によっても、第１の基本形態と同一の効果が得られることに加えて、対象領域の外で提示される触覚が対象領域を中心とする十字線（クロスヘアー）という形状になるという現象を防止することが可能となる。
以下、これをより詳細に説明する。

図５は、本発明の第２の基本形態に係る触覚提示装置１１０の構成について示す説明図である。触覚提示装置１１０は第１の基本形態と同一の構成を多く含むので、同一の部分は同一の呼称と参照番号で呼び、説明を省略するものとする。

触覚提示装置１１０において、支持基板１１、Ｘ電極１２、Ｙ電極１３、制御部１６については第１の基本形態と同一である。そして、Ｘ電極１２の各々には第１の基本形態とは別のＸ電極駆動回路１１４が接続され、Ｙ電極１３の各々には第１の基本形態とは別のＹ電極駆動回路１１５が接続されている。

第１の基本形態に係る触覚提示装置１０は、周波数ｆ_１の電圧信号を与えたＸ電極１２と周波数ｆ_２の電圧信号を与えたＹ電極１３とが交差する対象領域１７にテクスチャ感を提示し、他の領域にはテクスチャ感を提示しない触覚提示装置を実現した。しかしながら、この触覚提示装置１０では、対象領域１７以外の領域の触覚はその領域内で等しい触覚であるとはいえない。

Ｘ電極およびＹ電極が接地されている領域の触覚を基準となる触覚と定義すると、図２で示したＸ_１１〜Ｘ_１４の電極上の領域から対象領域１７を除いた領域では、基準となる触覚に対して摩擦感が強く知覚され、即ち摩擦感が提示される。同様にＹ_２４〜Ｙ_２７電極上の領域から対象領域１７を除いた領域では、摩擦感が提示される。

この結果、第１の基本形態に係る触覚提示装置１０では、対象領域１７を中心に十字線（クロスヘアー）を提示することとなる。この十字線は、対象領域１７を探り当てるための案内役としての効果もあると捉えることもできるが、触覚提示の自由度という観点から課題と捉えることもできる。

テクスチャ感とは、通常は物体表面の微細な凹凸に起因して発生するものである。例えば、布、紙、鮫肌、ガラス、紙やすりなどのような各素材の表面を指でなぞると、テクスチャ感の違いを感じることができる。それに対して摩擦感とは、通常は指と物体表面との摩擦力に起因して発生する。例えば、乾いた指でガラス表面を指でなぞった場合と、適度に湿った指とでガラス表面をなぞった場合では、前者の場合では弱い摩擦感を、後者の場合では強い摩擦感を感じることができる。この両者の間でテクスチャ感は特に変化せず、どちらの場合でもガラスであると知覚することができる。

本発明の第２の基本形態は、この問題点を解決し、テクスチャ感を提示しない領域の摩擦感を等しくして、テクスチャ感を提示しない領域の触覚を等しくする触覚提示装置１１０を提供するものである。

図６は、図５に示した触覚提示装置１１０の駆動方法について示す説明図である。より具体的には、本基本形態に係るＸ電極駆動回路１１４およびＹ電極駆動回路１１５の動作について説明するものである。各電極の呼び方については図２と同様とする。テクスチャ感を提示しようとする対象領域１７も図２と同様に、Ｘ電極１２ではＸ_１１〜Ｘ_１４の範囲、Ｙ電極１３ではＹ_２４〜Ｙ_２７の範囲である。

Ｘ電極駆動回路１１４は、複数のＸ電極１２のうち対象領域１７と重なるＸ_１１〜Ｘ_１４に周波数ｆ_１＝１０００Ｈｚの電圧信号を印加し、その他のＸ電極１２に周波数ｆ_５＝３０００Ｈｚの電圧信号を印加する。Ｙ電極駆動回路１１５は複数のＹ電極のうち対象領域１７と重なるＹ_２４〜Ｙ_２７に周波数ｆ_２＝１２４０Ｈｚの電圧信号を印加し、その他のＹ電極１３に周波数ｆ_５＝３０００Ｈｚの電圧信号を印加する。

Ｘ電極およびＹ電極に上記信号を印加した場合、触覚提示装置１１０の表面を指でなぞると対象領域１７のみでテクスチャ感が知覚される。また対象領域１７以外の領域には等しい摩擦感が提示される。

図７は、図５〜６に示した触覚提示装置１１０の表示面上の各領域について示す説明図である。この図７では、触覚提示装置１１０の表示面を（１）〜（９）の９領域に分割している。対象領域１７は領域（５）に該当する。この領域では、Ｘ電極１２には周波数ｆ_１＝１０００Ｈｚ、Ｙ電極１３には周波数ｆ_２＝１２４０Ｈｚの信号電圧が印加されているので、第１の基本形態で説明したように２４０Ｈｚのうなりが生じ、これによってテクスチャ感が提示される。

領域（１）（３）（７）（９）では、Ｘ電極１２およびＹ電極１３に周波数ｆ_５＝３０００Ｈｚの信号電圧が印加されている。実験の結果、これらの領域ではテクスチャ感は提示されず、摩擦感が提示された。

領域（２）（８）では、Ｘ電極１２には周波数ｆ_５＝３０００Ｈｚの信号電圧が、Ｙ電極１３には周波数ｆ_２＝１２４０Ｈｚの信号電圧が印加されている。ｆ_５とｆ_２の差の絶対値は１７６０Ｈｚである。実験の結果、これらの領域ではテクスチャ感は提示されず、摩擦感は提示された。

領域（４）（６）では、Ｘ電極１２には周波数ｆ_１＝１０００Ｈｚの信号電圧が、Ｙ電極１３には周波数ｆ_５＝３０００Ｈｚの信号電圧が印加されている。ｆ_５とｆ_１の差の絶対値は２０００Ｈｚである。実験の結果、これらの領域ではテクスチャ感は提示されず、摩擦感は提示された。

即ち、対象領域１７を除いた全ての領域ではテクスチャ感は提示されず、また対象領域１７以外の全ての領域で提示された摩擦感は、触覚で区別することができない程度に等しかった。

発明者らは、実験によって、電圧信号の周波数に対するテクスチャ感の知覚の有無および摩擦感について、人間による知覚の有無を確認した。図８は、図５〜７に示した触覚提示装置１１０で、Ｘ電極１２とＹ電極１３とに印加した周波数と触覚の関係を示すグラフである。

図８には２つの数直線が描かれている。Ｘ電極１２とＹ電極１３とに異なる周波数の信号電圧を印加した場合と、同一周波数の信号電圧を印加した場合である。ここでは、下側に描いた同一周波数の信号電圧を印加した場合の数直線を参照して、各々の場合の周波数と人間の触覚との関係を確認する。

まず、周波数が０〜２．５Ｈｚの場合、人間はテクスチャ感も摩擦感も知覚できない。周波数が２．５〜５Ｈｚの場合、人間はテクスチャ感を知覚できないが摩擦感は知覚できる。周波数が５〜５００Ｈｚの場合、人間はテクスチャ感を知覚できるが摩擦感は知覚できない。そして周波数が５００Ｈｚ以上の場合、人間はテクスチャ感を知覚できないが摩擦感は知覚できる。

これに続いて、Ｘ電極１２とＹ電極１３とにうなりが生じる程度に異なる周波数の信号電圧を印加した場合の、両者の周波数の差の絶対値と人間の触覚の関係を調べた。この結果は図８の上側の数直線として描かれている。

周波数の差の絶対値が０〜５Ｈｚの場合、人間はテクスチャ感も摩擦感も知覚できない。周波数の差の絶対値が５〜１０Ｈｚの場合、人間はテクスチャ感は知覚できないが摩擦感は知覚できる。周波数の差の絶対値が１０〜１０００Ｈｚの場合、人間はテクスチャ感は知覚できるが摩擦感は知覚できない。そして周波数の差の絶対値が１０００Ｈｚ以上の場合、人間はテクスチャ感は知覚できないが摩擦感は知覚できる。

以上の実験結果より、本基本形態に係る触覚提示装置１１０では、対象領域１７と重なるＸ電極１２に与える信号電圧の周波数をｆ_１とし、対象領域１７と重なるＹ電極１３に与える信号電圧の周波数をｆ_２とし、その他のＸ電極１２およびＹ電極１３に与える信号電圧の周波数をｆ_５とした場合、ｆ_１、ｆ_２、ｆ_５を各々以下の各条件を満たす値としている。

・ｆ_１およびｆ_２は共に５００Ｈｚ以上
・ｆ_１とｆ_２との差の絶対値は１０Ｈｚより大きく１０００Ｈｚ未満
・ｆ_５は２．５Ｈｚ以上５Ｈｚ以下、又は５００Ｈｚ以上
・ｆ_５とｆ_１との差の絶対値は１０Ｈｚ以下又は１０００Ｈｚ以上
・ｆ_５とｆ_２との差の絶対値は１０Ｈｚ以下又は１０００Ｈｚ以上

以上の条件を満たすことにより、触覚提示装置１１０は、周波数ｆ_１の信号電圧を印加したＸ電極１２と、周波数ｆ_２の信号電圧を印加したＹ電極１３とが交差する対象領域１７のみにテクスチャ感を提示することができ、かつ、他の領域には等しい摩擦感を提示することが可能となる。

本形態に係る触覚提示装置１１０は、対象領域１７のみにテクスチャ感を提示でき、かつ他の領域には等しい摩擦感を提示できる。即ち、触覚提示面のバックグランドの触覚が等しい中で、所望の領域のみ異なる触覚を提示することができるので、触覚提示効果を高めることが可能となる。

（第３の基本形態）
本発明の第３の基本形態は、前述した第１の基本形態の構成に代えて、駆動回路（Ｘ電極駆動回路２１４、Ｙ電極駆動回路２１５）が、第１の対象領域に該当するＸ電極に対して第１の周波数の電圧信号を印加し、第１の対象領域に該当するＹ電極に対して第２の周波数の電圧信号を印加すると同時に、第２の対象領域に該当するＸ電極に対して第３の周波数の電圧信号を印加し、第２の対象領域に該当するＹ電極に対して第４の周波数の電圧信号を印加する機能を有する。

ここで、これらの各周波数は、第１ないし第４の周波数がいずれも５００Ｈｚ以上であり、第１および第２の周波数の差の絶対値と第３および第４の周波数の差の絶対値とがいずれも１０Ｈｚより大きく１０００Ｈｚ未満であり、かつ第１および第４の周波数の差の絶対値と第２および第３の周波数の差の絶対値とがいずれも１０Ｈｚ以下若しくは１０００Ｈｚ以上であるという構成とした。

この構成によっても、第１の基本形態と同一の効果が得られることに加えて、複数の対象領域が指定された場合もその各々に対してテクスチャ感を提示することが可能となる。
以下、これをより詳細に説明する。

図９は、本発明の第３の基本形態に係る触覚提示装置２１０の構成について示す説明図である。触覚提示装置２１０は第１の基本形態と同一の構成を多く含むので、同一の部分は同一の呼称と参照番号で呼び、説明を省略するものとする。

触覚提示装置２１０において、支持基板１１、Ｘ電極１２、Ｙ電極１３については第１の基本形態と同一である。そして、Ｘ電極１２の各々には第１の基本形態とは別のＸ電極駆動回路２１４が接続され、Ｙ電極１３の各々には第１の基本形態とは別のＹ電極駆動回路２１５が接続されている。さらに、Ｘ電極駆動回路２１４およびＹ電極駆動回路２１５には、第１の基本形態とは別の制御部２１６が接続される。

第１〜２の基本形態に係る触覚提示装置１０および１１０では、テクスチャ感を提示する対象領域１７を１箇所のみとしたが、本基本形態に係る触覚提示装置２１０は面上の孤立した複数の領域にテクスチャ感を提示するものである。制御部２１６は、複数の領域の各々について、Ｘ電極駆動回路２１４およびＹ電極駆動回路２１５に制御信号を与える。

図１０は、図９に示した触覚提示装置２１０の駆動方法について示す説明図である。より具体的には、本基本形態に係るＸ電極駆動回路２１４およびＹ電極駆動回路２１５の動作について説明するものである。ここで、テクスチャ感を提示する領域を孤立した２つの領域１７ａおよび１７ｂとする。

Ｘ電極駆動回路２１４は、複数のＸ電極１２のうち平面視で領域１７ａと重なるＸ電極に周波数ｆ_１＝１０００Ｈｚの信号電圧を印加し、領域１７ｂと重なるＸ電極に周波数ｆ_３＝２４８０Ｈｚの信号電圧を印加する。Ｙ電極駆動回路２１５は、複数のＹ電極１２のうち平面視で領域１７ａと重なるＹ電極に周波数ｆ_２＝１２４０Ｈｚの信号電圧を印加し、平面視で領域１７ｂと重なるＹ電極に周波数ｆ_４＝２２４０Ｈｚの信号電圧を印加する。

Ｘ電極１２およびＹ電極１３に上記信号を印加した場合、触覚提示装置２１０の表面を指でなぞると対象領域１７ａおよび１７ｂのみでテクスチャ感が知覚される。このことは、図８で説明したＸ電極１２とＹ電極１３とに印加した周波数と触覚の関係に基づいて、以下のように説明できる。

平面視で対象領域１７ａに重なるＸ電極１２とＹ電極１３には各々１０００Ｈｚ、１２４０Ｈｚの信号電圧が印加されており、その差の絶対値が２４０Ｈｚである。従って対象領域１７ａにはテクスチャ感が提示される。平面視で対象領域１７ｂに重なるＸ電極１２とＹ電極１３には各々２４８０Ｈｚ、２２４０Ｈｚの信号電圧が印加されており、その差の絶対値が２４０Ｈｚである。従って対象領域１７ｂにもテクスチャ感が提示される。

一方、周波数ｆ_３＝２４８０Ｈｚの信号電圧を印加したＸ電極１２と周波数ｆ_２＝１２４０Ｈｚの信号電圧を印加したＹ電極１３とが交差する領域（図１０で（３）と示した領域）では、両信号電圧の周波数の差の絶対値が１２４０Ｈｚであるので、テクスチャ感は提示されない。

また、周波数ｆ_１＝１０００Ｈｚの信号電圧を印加したＸ電極１２と周波数ｆ_４＝２２４０Ｈｚの信号電圧を印加したＹ電極１３とが交差する領域（図１０で（４）と示した領域）でも、両信号電圧の周波数の差の絶対値が１２４０Ｈｚであるので、テクスチャ感は提示されない。

また、周波数ｆ_１〜ｆ_４は全て５００Ｈｚ以上であるので、これらを印加した電極単独ではテクスチャ感は提示されない。以上の結果より、触覚提示装置２１０では、対象領域１７ａおよび１７ｂに限ってテクスチャ感が提示されることがわかる。

この結果から、Ｘ電極１２とＹ電極１３の交差部のうち、テクスチャ感を提示したい対象領域１７ａおよび１７ｂに含まれる交差部で、その交差を形成するＸ電極とＹ電極に印加される電圧信号の周波数の差の絶対値を１０Ｈｚより大きく１０００Ｈｚ未満とし、それらの交差部を形成したＸ電極１２またはＹ電極１３により形成されるその他の交差部ではＸ電極１２とＹ電極１３に印加される電圧信号の周波数の差の絶対値が１０Ｈｚ以下または１０００Ｈｚ以上となるように電圧信号を供給すれば、触覚提示面上の孤立した複数の領域にテクスチャ感を提示する触覚提示装置２１０を実現することができる。

即ち、本形態に係る触覚提示装置２１０では、触覚提示面上の孤立した複数の対象領域１７ａおよび１７ｂにテクスチャ感を提示することができ、触覚提示の自由度が向上する。

なお、第３の基本形態で周波数ｆ_１〜ｆ_４の電圧信号のいずれの入力も指定されていない電極には、第１の基本形態と同じく接地してもよいし、また直流電圧を印加してもよい。さらに周波数ｆ_１〜ｆ_４のいずれに対しても第２の基本形態に記載した条件を満たす周波数の電圧信号を、周波数ｆ_１〜ｆ_４の電圧信号のいずれの入力も指定されていない電極に対して印加する構成としてもよい。

（第３の基本形態の一般化）
上記の第３の基本形態で説明した動作を一般化して説明する。上記の第３の基本形態では対象領域が２つの例であり、かつ、図１０の（１）〜（４）で示された４つの領域を頂点とする四角形の対角に存在する２つの領域を対象領域とした例である。
対象領域の数を２以上の任意の数とし、また、上記の「対角に存在する」の条件を外した場合であっても、複数の任意の対象領域のそれぞれにテクスチャ感を提示することができる。この場合は、２つ以上の対象領域の各々に対して、当該対象領域に含まれるＸ電極とＹ電極に印加される電圧信号の周波数の差の絶対値が１０［Ｈｚ］より大きく１０００［Ｈｚ］未満であり、かつ対象領域を形成したＸ電極又はＹ電極により形成される、対象領域を除く交差部では、この交差を形成するＸ電極とＹ電極に印加される電圧信号の周波数の差の絶対値が１０［Ｈｚ］以下若しくは１０００［Ｈｚ］以上となるように周波数を決定して、これを各々のＸ電極・Ｙ電極に印加するとよい。

（第４の基本形態）
本発明の第４の基本形態は、前述した第１の基本形態の構成に加えて、 駆動回路（Ｘ電極駆動回路２６４、Ｙ電極駆動回路２６５）が、各Ｘ電極のうち外部から入力された対象領域に該当するＸ電極に対して５００［Ｈｚ］以上の第１の周波数の電圧信号を印加すると共に、各Ｙ電極のうち対象領域に該当するＹ電極に対して５００［Ｈｚ］以上の第２の周波数の電圧信号を印加する機能を有し、且つ、第１および第２の周波数のうちの少なくとも一方の周波数を５００［Ｈｚ］を下回らない範囲で経時的に変化させるという構成を備える。

ここで、これらの第１の周波数および第２の周波数との差の絶対値が１０［Ｈｚ］より大きく１０００［Ｈｚ］未満である第１の期間と、第１の周波数および第２の周波数との差の絶対値が１０［Ｈｚ］以下若しくは１０００［Ｈｚ］以上である第２の期間とを有している。さらに、その第１の期間と第２の期間が交互に設定されている。

この構成を備えることによって、第１の基本形態と同一の効果が得られることに加えて、より知覚されやすい多様な種類の触覚を提示することが可能となる。
以下、これをより詳細に説明する。

図１１は、本発明の第４の基本形態に係る触覚提示装置２６０の構成について示す説明図である。図１２は、図１１に示す触覚提示装置２６０の駆動方法について示す説明図である。

触覚提示装置２６０は第１の基本形態と同一の構成を多く含むので、同一の部分は同一の呼称と参照番号で呼び、説明を省略するものとする。より具体的には、触覚提示装置３６０は、対象領域１７に発生する静電気力Ｆを時刻の経過とともに変化させることによって、多くの種類の触覚を提示することを可能としている。

触覚提示装置２６０は、各Ｘ電極１２のうち外部から入力された対象領域１７に該当するＸ電極に対して５００［Ｈｚ］以上の第１の周波数の電圧信号を印加し、各Ｙ電極１３のうち対象領域１７に該当するＹ電極に対して５００［Ｈｚ］以上の第２の周波数の電圧信号を印加し、第１および第２の周波数のうち、どちらか一方もしくは両方の周波数を、５００［Ｈｚ］を下回らない範囲で経時的に変化させるという特徴を有する。

この特徴により、本基本形態の触覚提示装置２６０は対象領域１７に多くの種類の触覚を提示する。さらにこの特徴により、対象領域１７内に多くの種類の触覚を提示しつつ、対象領域外には不要な触覚を提示しないということも可能である。

また、本基本形態の触覚提示装置２６０は、第１および第２の周波数の差の絶対値が１０［Ｈｚ］より大きく１０００［Ｈｚ］未満である第１の期間と、第１および第２の周波数の差の絶対値が１０［Ｈｚ］以下若しくは１０００［Ｈｚ］以上である第２の期間と、の両期間を有し、第１の期間と第２の期間が交互に構成されるという特徴を有する。

この特徴により、本基本形態の触覚提示装置２６０は、対象領域１７に脈動するテクスチャ感を提示する一方で、対象領域外には不要な触覚を提示しないということも可能としている。

ここで、触覚提示装置２６０は、支持基板１１、Ｘ電極１２、Ｙ電極１３については第１の基本形態と同一である。そして、Ｘ電極１２の各々には第１の基本形態とは異なる電圧信号を発生するＸ電極駆動回路２６４が接続され、Ｙ電極１３の各々には第１の基本形態とは異なる電圧信号を発生するＹ電極駆動回路２６５が接続されている。さらに、Ｘ電極駆動回路２６４およびＹ電極駆動回路２６５には、第１の基本形態とは別の制御部２６６が接続される。

図１３は、図１１および図１２に示す触覚提示装置２６０で、Ｘ電極駆動回路２６４およびＹ電極駆動回路２６５が発生する電圧信号について示す説明図である。テクスチャ感を提示しようとする対象領域１７は、Ｘ電極１２ではＸ_１１〜Ｘ_１４の範囲、Ｙ電極１３ではＹ_２４〜Ｙ_２７の範囲である。制御部２６６は、外部から与えられた対象領域１７の情報に基づいて、Ｘ電極駆動回路２６４およびＹ電極駆動回路２６５に制御信号を与える。

この制御信号を受けたＸ電極駆動回路２６４は、複数のＸ電極１２のうち平面視で対象領域１７と重なるＸ電極に周波数ｆ_６の電圧信号を印加し、Ｙ電極駆動回路２６５は複数のＹ電極１３のうち平面視で対象領域１７と重なるＹ電極に周波数ｆ_２の電圧信号を印加する。

図１３（ａ）は、Ｘ電極駆動回路２６４によって発生され、Ｘ電極１２に印加される電圧信号の周波数ｆ_６を示す。周波数ｆ_６は時刻に伴って変化し、時刻０．２８５〜０．２９５の期間はｆ_６＝１０００Ｈｚであり、時刻０．２９５〜０．３０５の期間はｆ_６＝１２４０Ｈｚであり、時刻０．３０５〜０．３１５の期間はｆ_６＝１０００Ｈｚである。

図１３（ｂ）は、Ｘ電極駆動回路２６４によって発生され、Ｘ電極１２に印加される電圧信号の波形を示す。ｆ_６＝１０００Ｈｚと１２４０Ｈｚの場合で、電圧値には特に変化はない。

図１３（ｃ）は、Ｙ電極駆動回路２６５によって発生され、Ｙ電極１３に印加される電圧信号の周波数ｆ_２を示す。周波数ｆ_２は、時刻に応じて変化することはなく、ｆ_２＝１２４０Ｈｚである。

図１４は、図１１および図１２に示す触覚提示装置２６０で、図１３（ａ）〜（ｃ）に示した電圧信号が対象領域１７と重なるＸ電極１２およびＹ電極１３に印加された結果、対象領域１７で発生する指に働く引力Ｆについて示す説明図である。この引力Ｆは、前述の数３を用いて求めることができる。

図１４には、計算で求められた引力Ｆとその包絡線とを示している。包絡線の周波数、即ち、うなりの周波数は時刻０．２８５〜０．２９５の期間は２４０Ｈｚであり、時刻０．２９５〜０．３０５の期間は０Ｈｚであり、時刻０．３０５〜０．３１５の期間は２４０Ｈｚである。

時刻０．２９５〜０．３０５の期間においては、周波数がゼロということに加えて、引力Ｆもゼロである。尚、引力Ｆがゼロになる場合は、時刻０．２９５〜０．３０５の期間にＸ電極１２に印加される電圧信号の周波数ｆ_６がＹ電極１３の周波数ｆ_２と同一でかつ位相も等しい場合である。ｆ_６およびｆ_２の位相は、必ずしも等しくある必要は無い。

この触覚提示装置２６０の表面を指でなぞった場合、引力Ｆの周波数が２４０Ｈｚの時にはテクスチャ感が知覚され、引力Ｆの周波数が０Ｈｚの時にはテクスチャ感が知覚されない。

従って、触覚提示装置２６０は対象領域１７において経時的に異なる触覚を提示することができる。例えば、Ｙ電極１３に印加する電圧信号の周波数ｆ_２を時刻に関わらずｆ_２＝１２４０Ｈｚとし、Ｘ電極１２に印加する電圧信号の周波数ｆ_６を、１０００Ｈｚを基準値とし、３００ミリ秒毎に１０ミリ秒の期間１２４０Ｈｚに変えると、脈動するテクスチャ感を提示することができる。

以上で説明した第４の基本形態に係る触覚提示装置２６０に特有の利点は、対象領域１７外にはテクスチャ感や脈動を提示することなく、対象領域１７に経時的に異なる触覚を提示できるということである。

即ち、触覚提示装置２６０は、対象領域１７に経時的に異なる触覚を提示するためにＸ電極１２に印加する電圧信号の周波数ｆ_６を経時的に変化させているが、上の例の場合、その周波数ｆ_６は常に１０００Ｈｚ以上であるため、テクスチャ感は生じず、また摩擦感は知覚できない程度に一定である。このため、対象領域１７外のＸ電極上には不要な触覚が提示されない。

図１４に示したものと同じ引力Ｆは、次の条件でも発生しうる。まず、Ｘ電極１２に印加する信号電圧の周波数を、０．２８５〜０．２９５の期間は１０００Ｈｚとし、時刻０．２９５〜０．３０５の期間は０Ｈｚ、時刻０．３０５〜０．３１５の期間は１０００Ｈｚとする。このとき時刻０．２９５〜０．３０５の期間は、信号電圧を０Ｖの一定値とする。

これに対して、Ｙ電極１３に印加する信号電圧の周波数を、０．２８５〜０．２９５の期間は１２４０Ｈｚとし、時刻０．２９５〜０．３０５の期間は０Ｈｚ、時刻０．３０５〜０．３１５の期間は１２４０Ｈｚとする。このとき時刻０．２９５〜０．３０５の期間は、信号電圧を０Ｖの一定値とする。

即ち、時刻０．２９５〜０．３０５の期間においては、Ｘ電極１２とＹ電極１３のいずれにおいても信号電圧は０Ｖ、周波数は０Ｈｚとなる。この条件で触覚提示装置８１０を駆動した場合、対象領域１７に脈動するテクスチャ感が提示されると同時に、対象領域１７に属さない電圧信号を印加した電極上にも脈動する触覚が提示され、本来不要な触覚が提示されるという問題が発生する。この点、触覚提示装置２６０では、本来不要な触覚が提示されないので有利である。

以上で説明した第４の基本形態に係る触覚提示装置２６０で、Ｘ電極１２およびＹ電極１３に印加する電圧信号が１０００Ｈｚや１２４０Ｈｚに限定されないことは、ここまで説明してきた第１〜３の基本形態からも明らかであろう。要は、Ｘ電極１２およびＹ電極１３に印加する電圧信号を以下の通り規定すればよいのである。

即ち、ｆ_６とｆ_２はいずれも５００Ｈｚ以上であり、対象領域１７にテクスチャ感を提示したい時刻において、両者の差の絶対値が１０Ｈｚより大きく１０００Ｈｚ未満となるようにｆ_６を設定し、対象領域１７にテクスチャ感を提示しない時刻において、両者の差の絶対値が１０Ｈｚ以下、あるいは１０００Ｈｚより大きくなるようにｆ_６を設定する。この条件を満たしていればよい。

また、上の例ではｆ_２を一定としｆ_６を変化させるものとして説明してきたが、テクスチャ感の有無はｆ_２としｆ_６の周波数の差の絶対値で決まるので、ｆ_２を変化させてｆ_６を一定としてもよいし、両者を変化させてももちろんよい。

（第５の基本形態）
本発明の第５の基本形態は、前述した第４の基本形態の構成に加えて、第１および第２の周波数のうちの少なくとも一方の周波数を５００［Ｈｚ］を下回らない範囲で時刻に伴って連続的に変化させるという構成を備えている。

この構成によっても、第１の基本形態と同一の効果が得られることに加えて、より知覚されやすい多様な種類の触覚を提示することが可能となる。
以下、これをより詳細に説明する。

図１５は、本発明の第５の基本形態に係る触覚提示装置２７０の構成について示す説明図である。触覚提示装置２７０は、第４の基本形態として前述した触覚提示装置２６０と、構成は全く同一である。ただ、Ｘ電極１２およびＹ電極１３に印加される電圧信号のみが異なっている。

即ち、触覚提示装置２７０は、支持基板１１、Ｘ電極１２、Ｙ電極１３については第１の基本形態と同一である。そして、Ｘ電極駆動回路２６４、Ｙ電極駆動回路２６５、制御部２６６は第４の基本形態と同一である。本形態に係る触覚提示装置２７０は、前述した第４の基本形態に係る触覚提示装置２６０の、Ｘ電極１２およびＹ電極１３に印加される電圧信号についての別の設定例を示すものである。

図１６は、図１５に示す触覚提示装置２７０で、Ｘ電極駆動回路２６４およびＹ電極駆動回路２６５が発生する電圧信号について示す説明図である。テクスチャ感を提示しようとする対象領域１７は、Ｘ電極１２ではＸ_１１〜Ｘ_１４の範囲、Ｙ電極１３ではＹ_２４〜Ｙ_２７の範囲である。制御部２６６は、外部から与えられた対象領域１７の情報に基づいて、Ｘ電極駆動回路２６４およびＹ電極駆動回路２６５に制御信号を与える。

この制御信号を受けたＸ電極駆動回路２６４は、複数のＸ電極１２のうち平面視で対象領域１７と重なるＸ電極に周波数ｆ_７の電圧信号を印加し、Ｙ電極駆動回路２６５は複数のＹ電極１３のうち平面視で対象領域１７と重なるＹ電極に周波数ｆ_２の電圧信号を印加する。

図１６（ａ）は、Ｘ電極駆動回路２６４によって発生され、Ｘ電極１２に印加される電圧信号の周波数ｆ_７を示す。周波数ｆ_７は時刻に伴って連続的に変化し、その値は時刻をｔで表すと、ｆ_７＝１２４０−（１２０ｔ／０．０５）である。

図１６（ｂ）は、Ｘ電極駆動回路２６４によって発生され、Ｘ電極１２に印加される電圧信号の波形を示す。この波形を数式で表すと、電圧信号の電圧は、振幅をＡとしてＡｃｏｓ（２πｆ_７ｔ）である。即ち、この電圧信号は、周波数ｆ_７は時刻に伴って変化するが、電圧値には特に変化はない。

図１６（ｃ）は、Ｙ電極駆動回路２６５によって発生され、Ｙ電極１３に印加される電圧信号の周波数ｆ_２を示す。このｆ_２は、図１３（ｃ）に示した第4の実施形態におけるＹ電極駆動回路２６５による電圧信号と同一である。即ち、時刻に関わらずｆ_２＝１２４０Ｈｚである。

図１７は、図１５に示す触覚提示装置２７０で、図１６（ａ）〜（ｃ）に示した電圧信号が対象領域１７と重なるＸ電極１２およびＹ電極１３に印加された結果、対象領域１７で発生する指に働く引力Ｆについて示す説明図である。この引力Ｆは、前述の数３を用いて求めることができる。

図１４には、計算で求められた引力Ｆとその包絡線とを示している。包絡線の周波数、即ち、うなりの周波数は時刻ｔの経過に伴って増加し、時刻０では０Ｈｚ、時刻０．０５では１２０Ｈｚである。

このように、Ｘ電極１２に印加する電圧信号の周波数ｆ_７を時刻ｔに応じて連続的に変化させることによって、対象領域１７にさまざまな周波数の引力を発生させることができ、さまざまなテクスチャ感を利用者に提示することができる。図１６では周波数ｆ_７を時刻ｔに応じて連続的に低下させる例を示したが、もちろん時刻ｔに応じて連続的に上昇させてもよいし、連続的な低下と上昇を交互に繰り返してもよい。もちろんその一方で、対象領域１７外にテクスチャ感や不要な触覚が提示されることはない。

以上で説明した第５の基本形態に係る触覚提示装置２７０でも、Ｘ電極１２およびＹ電極１３に印加する電圧信号が１０００Ｈｚや１２４０Ｈｚに限定されないことは、ここまで説明してきた第１〜３の基本形態からも明らかであろう。さまざまなテクスチャ感を発生させたい場合には、Ｘ電極１２およびＹ電極１３に印加する電圧信号を以下の通り規定すればよいのである。

ｆ_７とｆ_２はいずれも５００Ｈｚ以上であり、対象領域１７にテクスチャ感を提示したいときは、両者の差の絶対値が１０Ｈｚより大きく１０００Ｈｚ未満となるようにｆ_７を変化させ、対象領域１７にテクスチャ感を提示しないときは、両者の差の絶対値が１０Ｈｚ以下、あるいは１０００Ｈｚより大きくなるようにｆ_７を変化させるとよい。

また、ｆ_７およびｆ_２をいずれも５００Ｈｚ以上とし、両者の差の絶対値が１０Ｈｚより大きく１０００Ｈｚ未満となる範囲でｆ_７を多様に変化させることで、対象領域１７に多様なテクスチャ感を提示し、提示されるテクスチャ感をより知覚されやすくする（即ち「目立たせる」）ことが可能である。

以上で説明した第４および第５の基本形態で説明した特徴は、第２の基本形態あるいは第３の基本形態のうちどちらか一方、或いは両方と組み合わせて利用することができる。また、特定の対象領域に対して有効なタッチ入力がなされた場合に、そのことを示すためにテクスチャ感を変化させるようにしてもよい。

（基本形態によって得られる効果）
以上で説明した本発明の５つの基本形態によって得られる効果についてまとめる。まず、本発明の各基本形態によれば、既存技術では各触覚提示電極に対して独立した複数の配線を引き回していたスペースが不要となり、空間解像度が高い触覚提示装置を提供することができる。

独立した複数の配線が不要となった理由は、触覚提示の機能を有するＸ電極およびＹ電極が引き回し配線の機能を兼ねるからである。またＸ電極とＹ電極との間のうなり効果を利用してテクスチャ感を提示するので、Ｘ電極とＹ電極との間で電圧信号の重複する領域にのみテクスチャ感を提示され、Ｘ電極あるいはＹ電極に印加する電圧信号のうちの一方だけではテクスチャ感が提示されないからでもある。

次に、本発明の各基本形態によれば、既存技術では各触覚提示電極に対して設けていた独立した複数の引き回し配線が不要となるので、表示装置と重ねて使用する場合に表示装置の表示品位低下を抑制することが可能となる。

さらに、既存技術ではテクスチャ感を提示するための信号は各触覚提示電極に向けて通じる配線にも印加されているので、配線が引き回された領域に本来不要なテクスチャ感が提示されていた。本発明の各基本形態によればこの「本来不要なテクスチャ感」を必要ない領域に提示しないようにすることも可能となる。

また、本発明の第２の基本形態によれば、触覚提示面のバックグランドの触覚が等しい中で、所望の領域のみ異なる触覚を提示することができるので、触覚提示効果が高まる。その理由は、テクスチャ感の提示を意図しない領域に、テクスチャ感を提示せずかつ等しい摩擦感を提示するように、対象領域に該当しないＸ電極およびＹ電極に電圧信号を印加するからである。

そして、本発明の各基本形態によれば、触覚提示面に緻密な触覚提示パターンを提示することができる。本発明の触覚提示装置は、指と触覚提示装置との間の摩擦を変化させることでテクスチャ感を提示するものであって、テクスチャ感を提示するために触覚提示装置自身を機械的に振動させる必要がない。このため、本発明を適用することで、テクスチャ感を提示する領域のエッジを明瞭にすることができる。

言い換えるなら、本発明の触覚提示装置はテクスチャ感を提示する領域のエッジのボケが極めて小さいという特徴を有する。触覚提示装置自身を機械的に振動させる場合、その振動は固体中を容易に伝わるため、近接する２点のうち１点にテクスチャ感を提示し、他の一点にテクスチャ感を提示しないという特徴を実現することは困難であると考えられる。

その点、本発明の各基本形態では、周波数ｆ_１の電圧信号を印加した所定のＸ電極と周波数ｆ_２の電圧信号を印加した所定のＹ電極とが隣接する領域、即ち、所定のＸ電極と所定のＹ電極との交差部の周辺部のＸ電極とＹ電極とが隣接する領域にのみ、うなりによる引力が生じさせことができる。このため、近接する２点のうち１点にテクスチャ感を提示し、他の一点にテクスチャ感を提示しないという特徴を実現できる。

このボケが少ないという効果と、前述の空間解像度が高いという効果との相乗効果によって、本発明の各基本形態では、触覚提示面に緻密な触覚提示パターンを提示することができるという効果を得ることができる。第３の基本形態として示したように、複数の対象領域が指定された場合にも、その各々に対して明確なテクスチャ感を提示することが可能である。

（第１の実施形態・支持基板と電極）
以上ここまでで説明した本発明の第１〜５の基本形態を、より具体的に実現するための構成について以下で説明する。
本発明の第１の実施形態は、本発明の第１〜５の基本形態の構成に加えて、平面視した場合に、Ｘ電極３１２およびＹ電極３１３はいずれも複数個の菱形の電極が接続部を介して数珠状に連結されて構成され、Ｘ電極とＹ電極とは接続部において重なり、かつＸ電極およびＹ電極の菱形部分が隣り合う形状とした。

また、Ｘ電極およびＹ電極の一方は、複数個の電極同士が複数個の電極と同一材料によって一体的に形成されてなる接続部によって接続され、Ｘ電極およびＹ電極の他方は、複数個の電極同士が途切れた部分を電気的に接続するブリッジ電極が形成されており、かつ、複数のＸ電極、および複数のＹ電極は、いずれも５ｍｍより小さいピッチで互いに平行に配置されている構造とした。

この構成によっても、本発明の第１〜５の基本形態と同一の効果が得られることに加えて、Ｘ電極とＹ電極との間でより強いうなりを発生させ、テクスチャ感をより強く提示することが可能となる。
以下、これをより詳細に説明する。

図１８は、本発明の第１の実施形態に係る触覚提示装置３１０の構成について示す説明図である。触覚提示装置３１０には、平面状の支持基板３１１上のｘ方向に延在する複数のＸ電極３１２と、支持基板３１１上でＸ電極３１２と直交するｙ方向に延在する複数のＹ電極３１３とが形成されている。

Ｘ電極３１２とＹ電極３１３とはその交差部で絶縁膜を介して交差し、両者の電気的な絶縁が保たれている。また、Ｘ電極３１２とＹ電極３１３の上には絶縁膜が形成され、ユーザが触覚提示装置３１０の表示面を上から指で触った場合に、Ｘ電極３１２と指、およびＹ電極３１３と指との間を電気的に絶縁している。

Ｘ電極３１２の各々にはＸ電極駆動回路３１４が接続され、Ｙ電極３１３の各々にはＹ電極駆動回路３１５が接続され、Ｘ電極駆動回路３１４およびＹ電極駆動回路３１５は制御部３１６と接続されている。制御部３１６は、テクスチャ感を提示しようとする領域の情報に基づいてＸ電極駆動回路３１４およびＹ電極駆動回路３１５を制御する。

図１９は、図１８で示した触覚提示装置３１０の支持基板３１１およびＸ電極３１２、Ｙ電極３１３の具体的な形状について示す平面視図である。図１９では、Ｘ電極３１２とその配線とを点線で、Ｙ電極３１３とその配線とを実線で各々示している。

Ｘ電極３１２は、複数の菱形の電極が接続部を介して数珠状に連結された形状である。即ち、一つのＸ電極３１２は、左右に隣り合う菱形の電極を接続部を介して電気的に接続し形成され、ｘ方向に延在するという形状である。Ｘ電極３１２は、ｙ軸方向に２ｍｍの間隔で配置されている。即ちＸ電極同士のピッチは２ｍｍである。

Ｙ電極３１３もこれと同様に、複数の菱形の電極が接続部を介して数珠状に連結された形状である。即ち、一つのＹ電極３１３は、上下に隣り合う菱形の電極を接続部を介して電気的に接続し形成され、ｙ方向に延在するという形状である。Ｙ電極３１３は、ｘ軸方向に２ｍｍの間隔で配置した。つまりＹ電極同士のピッチは２ｍｍである。

Ｘ電極３１２およびＹ電極３１３は、平面視した時に、菱形の電極の接続部同士が絶縁膜を介して重なりあうように形成されている。また、Ｘ電極３１２の菱形の部分の主要部とＹ電極３１３の菱形の部分の主要部とは重ならないように形成されている。つまりＸ電極の菱形の部分の主要部とＹ電極の菱形の部分の主要部とが、平面視した時に隣り合う形状となっている。

図２０は、図１９で示したＸ電極３１２およびＹ電極３１３の相互間の接続部分の構造を拡大して示す説明図である。図２０（ａ）は、図１９のブロックＡとして示した電極の相互間の接続部を示す平面視図で、図２０（ｂ）は図２０（ａ）のＡ−Ａ´線における断面図である。

Ｘ電極３１２は、菱形の電極をブリッジ電極３２１によって直線上に相互に接続して構成されている。またＹ電極３１３も、菱形の電極をこれと同一の材料による接続部３２２によって直線上に相互に接続して構成されている。ブリッジ電極３２１と接続部３２２との間は、絶縁膜３２３によって絶縁される。

図２０（ｂ）によって、このＸ電極３１２およびＹ電極３１３の接続部分の断面構造と製造手順について説明する。ガラス基板である支持基板３１１上に、まずブリッジ電極３２１をＩＴＯ（Indium Tin Oxide, 酸化インジウムスズ）などのような透明導電膜によって形成する。

次いで、ブリッジ電極３２１の上に絶縁膜３２３を有機材料で形成する。有機材料で形成することによって、絶縁膜３２３の膜厚を厚くし易く、Ｘ電極３１２とＹ電極３１３との間の交差部で形成される本来不要な結合容量を小さくすることができる。絶縁膜３２３はＹ電極３１３の接続部とブリッジ電極３２１とを絶縁するようにブリッジ電極を覆い、ブリッジ電極３２１とＸ電極３１２の菱形部とが接触するように、ブリッジ電極を覆わない形状に形成される。

次いで、Ｘ電極３１２、Ｙ電極３１３、接続部３２２とその他の配線および端子３１７を透明導電膜によって一括して形成する。最後に絶縁膜３２４を有機材料で成膜し、端子３１７にコンタクトホールを形成する。

支持基板３１１に形成された複数の端子３１７はＸ電極３１２またはＹ電極３１３と配線により接続される。端子３１７にフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）の一端を、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を介して貼り付けて、ＦＰＣの他端をＸ電極駆動回路３１４およびＹ電極駆動回路３１５が実装されたプリント基板に接続させる構成としている。

以上の工程によって、図１９および図２０（ａ）に示した構造の触覚提示装置３１０を構成することができる。

本発明は、Ｘ電極とＹ電極に各々異なる周波数の電圧信号を印加し、それによって発生するうなりの現象によって触覚の提示を行う触覚提示装置を提供するものである。そのため、ユーザの指とＸ電極との間の静電気力と、指とＹ電極との間の静電気力とが、両方とも指に作用することが必要である。

即ち、Ｘ電極３１２とＹ電極３１３とが平面視で重なっている場合、一方の電極が作り出す電界は他方で遮蔽されることなる。従って、電極間で重なる部分を可能な限り少なくする方がよいので、Ｘ電極３１２とＹ電極３１３とを隣り合う形状とし、隣り合う電極間の隙間をなるべく狭くすることが望ましい。

図１９で示した形状は、この条件を満たすことのできる形状の一例である。Ｘ電極３１２およびＹ電極３１３をこの形状としたことで、電極間で重なる部分を少なくし、かつ隣り合う電極間の隙間を狭くして、静電気力を効率よく指に作用させて触覚の提示を行うことができる。

発明者らは、電極のピッチが５ｍｍより大きい場合、母指球に触覚を提示することができるものの、指先に触覚を提示することはできないことを実験によって確認した。本実施形態ではＸ電極３１２のピッチを２ｍｍ、Ｙ電極３１３のピッチを２ｍｍとしているので、指先に触覚を提示することができる。

また、Ｘ電極３１２およびＹ電極３１３が相互に重なる部分の面積が小さいので、各電極に交流電圧信号を印加した際の負荷容量が小さい。このため、触覚提示装置の大型化や触覚提示装置の空間解像度の向上が可能となり、電極同士の容量結合によって発生しうる不要な電圧の誘起を抑制することもできる。

また、この図１９で示した形状では、複数の菱形の電極が支持基板上に敷き詰められているので、電極の形状に起因する本来不要なパターンが人に視認されると、触覚提示装置３１０の全面にわたって、Ｘ電極３１２の菱形部分とＹ電極３１３の菱形部分との間の境界部が「斜めの直線」として視認されることとなる。その点、本実施形態では図２０（ａ）に示した電極間の隙間を数μｍ〜数十μｍ程度としているので、この境界部が人に視認される可能性はほとんどない。即ち、本実施形態によれば、触覚提示装置３１０を表示装置と重ね合わせて使用した場合にも、表示装置の表示品位の低下を抑制するという効果もある。

（第１の実施形態・電極の他の構造）
ここで、Ｘ電極３１２およびＹ電極３１３の構造は、図１９〜２０で説明した構造に限定されるものではない。以下、電極のその他の構造について説明する。

例えば、第１の支持基板上に、菱形の電極同士を、その菱形の電極と同一の材料によって一体的に形成してなる接続部によって接続してなるＸ電極を形成する。第２の支持基板上にも同様に、菱形の電極同士を、菱形の電極と同一の材料によって一体的に形成してなる接続部によって接続してなるＹ電極を形成する。そして、これら第１および第２の支持基板を光学接着剤や光学用粘着シート等を利用して貼り合わせることによって触覚提示装置３１０を構成する、という構造も考えられる。

この場合、電極を形成した面同士を光学接着剤等で貼り合わせてもよいし、電極を形成していない面同士を貼り合わせてもよいし、電極を形成した面と形成していない面とを貼り合わせてもよい。いずれの構成であっても、Ｘ電極とＹ電極とが絶縁膜を介して交差する構成となる。電極を形成した面同士を貼り合わせる場合、光学接着剤等の接着剤層、あるいは各電極形成後に電極上に形成した有機膜や無機膜を絶縁膜とすることができる。電極を形成していない面が貼り合わせる場合、支持基板を絶縁膜とすることができる。

（第１の実施形態・Ｘ電極／Ｙ電極駆動回路）
図２１は、図１８で示した触覚提示装置３１０のＸ電極駆動回路３１４のより詳細な構成について示す説明図である。Ｙ電極駆動回路３１５も、Ｘ電極駆動回路３１４と同一の構成を備えているので、ここではＸ電極駆動回路３１４の構成についてのみ説明することとする。

Ｘ電極駆動回路３１４は、入力端子として、データ入力端子３３１、クロック入力端子３３２、スタートパルス入力端子３３３を備える。これらの入力端子は制御部３１６と接続され、この制御部３１６が生成する制御信号を受ける。

またＸ電極駆動回路３１４は、出力端子としてＸ電極３１２に印加する電圧信号を出力する複数の出力端子３３４を備える。図２１に示す例では、出力端子３３４の数は５０個あり、これらをそれぞれＡ_０〜Ａ_４９ということにする。

さらにＸ電極駆動回路３１４は、これらの入出力端子に加え、周波数ｆ_１の交流電圧を生成する交流電圧生成部３４１、周波数ｆ_２の交流電圧を生成する交流電圧生成部３４２、周波数ｆ_５の交流電圧を生成する交流電圧生成部３４３を有する。周波数ｆ_１、ｆ_２、ｆ_５は、各々１０００Ｈｚ，１２４０Ｈｚ、３０００Ｈｚである。

そしてＸ電極駆動回路３１４は、５０ビットのシフトレジスタ３４４を有する。シフトレジスタ３４４は５０個の出力端子（Ｑ_０〜Ｑ_４９）を持ち、それらの出力は各々２ビットデータレジスタ３４５に接続されている。各々の２ビットデータレジスタ３４５は、データ入力端子３３１とバス接続されている。

各々の２ビットデータレジスタ３４５からの出力信号は、２入力４出力デコーダ３４６に接続されている。２入力４出力デコーダ３４６は、入力された２ビットの信号を入力とし、この入力信号に応じて、４つの出力端子のうちのいずれか１つにハイレベルの電圧信号を出力する。入力された２ビットの信号とハイレベルの電圧信号が出力される出力端子との間には１対１の関係がある。

２入力４出力デコーダ３４６からの出力端子のうちの１つは本実施形態では使用されず、残る３つの出力端子の各々にスイッチトランジスタ３４７のゲート電極が接続されている。これら３つの出力端子の各々に接続されたスイッチトランジスタ３４７をＳＷ１〜ＳＷ３という。

スイッチトランジスタ３４７の出力側の端子は共通に接続されて、増幅器３４８の入力として接続される。スイッチトランジスタ３４７のＳＷ１〜ＳＷ３の入力側の端子は、各々交流電圧生成部３４１〜３４３の出力端子と接続される。即ち、ＳＷ１〜ＳＷ３の各々の入力側の端子に、各々周波数ｆ_１、ｆ_２、ｆ_５の交流電圧が入力される。２入力４出力デコーダ３４６は、これらの周波数のうち増幅器３４８に出力する交流電圧を、２ビットデータレジスタ３４５からの出力に応じて選択的に切り替える機能を果たしている。

そして増幅器３４８によって増幅された交流電圧が、前述の出力端子３３４から各々のＸ電極３１２に対して出力されることとなる。即ち、Ｘ電極駆動回路３１４は、制御部３１６からデータ入力端子３３１を通じて入力された信号に応じて、周波数ｆ_１、ｆ_２、ｆ_５のうちのいずれかの交流電圧信号を選択して出力端子３３４を通じてＸ電極３１２に対して出力する回路としての機能を果たす。

図２２は、図２１で示したＸ電極駆動回路３１４の動作について示すタイムチャートである。「ＣＬＫ」は、クロック入力端子３３２を通じて制御部３１６から入力されるクロック波形電圧である。「Ｄ［１：０］」は、データ入力端子３３１を通じて制御部３１６から入力される２ビットのデータ信号である。「ＳＴ」は、スタートパルス入力端子３３３を通じて制御部３１６から入力されるすスタートパルス波形電圧である。

ここでデータ入力端子３３１を通じて制御部３１６から入力されるＤ［１：０］は２進数表記であるので、「００」「０１」「１０」「１１」の４通りの値を取り得る。

シフトレジスタ３４４の構成および動作は広く一般に知られているので、ここでは詳細な説明は割愛する。シフトレジスタ３４４は、ＣＬＫの立ち上がりエッジ毎にＳＴの値をラッチし、シフトレジスタの出力端子Ｑ_０に出力する。そしてＱ_０の値を、ＣＬＫの１周期分遅延してＱ_１に出力される。Ｑ_１の値を、ＣＬＫの１周期分遅延して、Ｑ_２に出力する。このようにシフトレジスタ３４４は、出力端子Ｑ_０〜Ｑ_４９に、順にＣＬＫの立ち上がりエッジに同期したパルス波形電圧を出力するものである。

シフトレジスタ３４４の出力端子にパルス波形電圧が出力されると、その立ち上がりエッジに同期して２ビットデータレジスタ３４５のレジスタ値が、その時のデータＤ［１：０］の値に更新されて、２ビットデータレジスタ３４５の出力端子に出力される。

２ビットデータレジスタ３４５の端子に出力された信号を受けて、２入力４出力デコーダ３４６は、ＳＷ１からＳＷ３のうちひとつのスイッチトランジスタ３４７をオンにし、それに応じて出力端子３３４に、周波数ｆ_１、ｆ_２、ｆ_５のうちのいずれかの交流電圧信号が出力される。

Ｘ電極駆動回路３１４は、データＤ［１：０］＝００に周波数ｆ_１を、Ｄ［１：０］＝０１に周波数ｆ_２を、Ｄ［１：０］＝１０に周波数ｆ_５を対応させている。そのため、図１９に示した時刻１の時に、出力端子３３４のＡ_０に周波数がｆ_５である電圧信号が、時刻２の時に出力端子３３４のＡ_１に周波数がｆ_２である電圧信号が、時刻３の時に出力端子３３４のＡ_２に周波数がｆ_１である電圧信号が出力される。それぞれの電圧信号の振幅は７０Ｖである。なお、Ｄ［１：０］＝１１はここでは使用しない。

出力端子３３４に出力される電圧信号は、次にスタートパルス入力端子３３３にパルス波形電圧が入力され、２ビットデータレジスタ３４５のレジスタ値が更新されるまで、その周波数は変化しない。

尚、図２２は、シフトレジスタ３４４の５０個の出力端子Ｑ_０〜Ｑ_４９の出力波形のうちのＱ_０〜Ｑ_２を例示し、その他の出力波形についての記載を省略している。また、Ｘ電極駆動回路３１４の５０個の出力端子３３４Ａ_０〜Ａ_４９の電圧信号についても同様にＡ_０〜Ａ_２を例示し、その他の電圧信号についての記載を省略している。

触覚提示装置３１０は、支持基板３１１上に２８本のＸ電極３１２と、４６本のＹ電極３１３とを形成して構成される。Ｘ電極駆動回路３１４は、図２１で示した５０個の出力端子３３４のうちＡ_０〜Ａ_２７の２８個の出力端子を各々のＸ電極３１２に電気的に接続している。Ｙ電極駆動回路３１５は、図２１で示した５０個の出力端子３３４のうちＡ_０〜Ａ_４５の４６個の出力端子を各々のＹ電極３１３に電気的に接続している。

制御部３１６は、論理回路によって構成され、図２２に示した制御信号をＸ電極駆動回路３１４およびＹ電極駆動回路３１５に対して出力するものである。この動作は公知技術によって実現可能なものであるので、制御部３１６の詳細な構成については特に説明せず、また本願の特許請求範囲ともしない。

図２１で示したＸ電極駆動回路３１４（Ｙ電極駆動回路３１５）は、前述した第２の基本形態に使用されるものを意図したものであるが、周波数ｆ_５の交流電圧生成部３４３を省略すれば第１の基本形態で使用することもできる。また、一つの出力端子に４つのスイッチトランジスタを設け、Ｄ［１：０］の値に応じてｆ_１〜ｆ_４の４つの周波数のうちのいずれか１つを選択して出力する構成とすれば、第３の基本形態で使用することもできる。

以上で説明した第１の実施形態によれば、前述の各基本形態によって得られる効果に加えて、テクスチャ感をより強く提示することができるという効果を得ることが可能となる。

その理由は、触覚提示装置を平面視したときに、Ｘ電極は複数の菱形の電極が接続部を介して数珠状に連結されてなり、Ｙ電極は複数の菱形の電極が接続部を介して数珠状に連結されてなり、Ｘ電極とＹ電極とはこの接続部で重なりあい、かつＸ電極およびＹ電極の菱形部分の主要部分は隣り合うという形状にしたことによって、うなりの現象が強く生じる領域をより多くしたからである。

また、Ｘ電極同士のピッチおよびＹ電極同士のピッチを５ｍｍより小さくして、人間の皮膚の機械受容器のひとつであるパチニ小体を効率的に刺激できる構成としたからでもある。

さらに、複数の菱形の電極が接続部を介して数珠状に連結されてなるＸ電極と、複数の菱形の電極が接続部を介して数珠状に連結されてなるＹ電極とが、基板上で菱形のピッチが均等になるように形成された電極形状としたことによって、電極の寄生容量を小さくし、かつＸ電極とＹ電極の隙間を小さくするという、相反する要求を満たし、皮膚の機械受容器に強い刺激を与えることができる構成としたからでもある。

（第２の実施形態・支持基板と電極）
本発明の第２の実施形態は、本発明の第１〜５の基本形態の構成に加えて、平面視した場合に、Ｘ電極およびＹ電極はいずれも複数個の特定形状の電極が接続部を介して数珠状に連結されて構成され、Ｘ電極とＹ電極とは接続部において重なり、かつＸ電極およびＹ電極の特定形状の部分が隣り合う形状であると共に、特定形状が、任意のＸ電極およびＹ電極の交差部のうちの第１の交差部と第２の交差部とを結びかつ第１および第２の方向のいずれとも並行でない第１の直線、もしくは第１の交差部と任意のＸ電極およびＹ電極の交差部のうちの第３の交差部とを結びかつ第１および第２の方向のいずれとも並行でない第２の直線が、Ｘ電極またはＹ電極の特定形状の部分と交差するものとした。

この構成によっても、本発明の第１〜５の基本形態および第１の実施形態と同一の効果が得られることに加えて、Ｘ電極とＹ電極との間で発生するうなりをより強くユーザの指に伝達し、テクスチャ感をより強く提示することが可能となる。
以下、これをより詳細に説明する。

図２３は、本発明の第２の実施形態に係る触覚提示装置４１０の構成について示す説明図である。触覚提示装置４１０には、第１の実施形態と同様の平面状の支持基板３１１上のｘ方向に延在する複数のＸ電極４１２と、支持基板３１１上でＸ電極４１２と直交するｙ方向に延在する複数のＹ電極４１３とが形成されている。

Ｘ電極４１２とＹ電極４１３とはその交差部で絶縁膜を介して交差し、両者の電気的な絶縁が保たれている。また、Ｘ電極４１２とＹ電極４１３の上には絶縁膜が形成され、ユーザが触覚提示装置４１０の表示面を上から指で触った場合に、Ｘ電極４１２と指、およびＹ電極４１３と指との間を電気的に絶縁している。

Ｘ電極４１２の各々には、第１の実施形態と同一のＸ電極駆動回路３１４が接続され、Ｙ電極３１３の各々には第１の実施形態と同一のＹ電極駆動回路３１５が接続され、Ｘ電極駆動回路３１４およびＹ電極駆動回路３１５は第１の実施形態と同一の制御部３１６と接続されている。Ｘ電極駆動回路３１４、Ｙ電極駆動回路３１５、制御部３１６についての説明は、ここでは割愛する。

図２４は、図２３に示したＸ電極４１２およびＹ電極４１３の具体的な形状について示す平面視図である。図２４では、Ｘ電極４１２を点線で、Ｙ電極４１３を実線で各々示している。

Ｘ電極４１２は複数の所定の形状の電極がブリッジ電極４２１による接続部を介して数珠状に連結された形状である。Ｙ電極４１３は、複数の所定の形状の電極が、Ｙ電極と同一材料によって一体的に形成されてなる接続部を介して数珠状に連結された形状である。

ここでいう「所定の形状」とは、前述した第１の実施形態の菱形形状を基礎としつつ、隣接するＸ電極４１２の菱形部分とＹ電極４１３の菱形部分との間の境界部が、一方の菱形の内部に入り込むように形状を変更することで得られる形状である。ここでいう境界部は、一定の幅を持った隙間４２２ということもできる。

第１の実施形態では、Ｘ電極３１２に含まれる菱形の電極とＹ電極３１３に含まれる菱形の電極との間の境界部は、隣接するＸ電極とＹ電極との交差部をＸ方向ともＹ方向とも異なる方向で結ぶ直線、即ちおよそ斜め４５度もしくは−４５度方向に隣接する交差部を結ぶ直線の位置に存在しているということができる。それに対して、この第２の実施形態においては、Ｘ電極４１２およびＹ電極４１３の間の境界部は、それらの斜め４５度もしくは−４５度方向の直線の位置から離れている点に特徴がある。

本発明の触覚提示装置は、Ｘ電極に印加した電圧信号とＹ電極に印加した電圧信号とによって生じる、うなりの現象によって触覚を提示するものである。従って、Ｘ電極とＹ電極との間の境界部はうなりの現象が強くなるので、指先などの人体と触覚提示装置とが接触する領域に多くの境界部が存在することが望ましい。即ち、境界線を長くする方が、より強い触覚を提示できるという意味で望ましい。

このため、隣り合うＸ電極４１２の菱形部分とＹ電極４１３の菱形部分との境界部が、一方の菱形内部に入り込むような形状とした第２の実施形態は、第１の実施形態と比べてより強い触覚を提示することができるという効果を有する。

また、本実施例の電極形状は、一方の菱形内部に入り込んだ境界部が、Ｘ電極４１２の隣り合う接続部同士をつなぐ直線上およびＹ電極４１３の隣り合う接続部同士をつなぐ直線上に至らないという形状である。電極がこのような形状であるため、隣り合うＸ電極４１２の菱形部分とＹ電極４１３の菱形部分との間の境界部が、一方の菱形内部に入り込むように形成した場合であっても、Ｘ電極の両端間の抵抗値およびＹ電極の両端間の抵抗値の上昇を抑制することができる。

これによって、Ｘ電極４１２およびＹ電極４１３の各々の時定数の増大を抑制することが可能となるので、触角提示装置の表示面の寸法を大きくすることや、より高い周波数の電圧信号を使用することが可能となる。

図２５は、図２３に示したＸ電極４１２およびＹ電極４１３の具体的な形状を、図２４とは異なる観点で示す平面視図である。図２５でも、図２４と同様にＸ電極４１２を点線で、Ｙ電極４１３を実線で各々示すこととする。

Ｘ電極４１２は、頂点が２０個ある多角形の電極を複数個、接続部を介して数珠状に連結してなる。この多角形が接続部と接する部分には、頂点が１つあるものとし、かつこの多角形はブリッジ電極４２１を介して連結される。Ｙ電極４１３は頂点が２０個ある多角形の電極を複数個、接続部４２３を介して数珠状に連結してなる。接続部４２３は、Ｙ電極４１３の多角形の電極と同一材料によって一体的に形成されてなる。

Ｘ電極４１２とＹ電極４１３とが交差する部分部は、ブリッジ電極４２１と接続部４２３との図形の論理積の部分である。図２５の中にはこの交差部が９個含まれている。このうち、図面中央の交差部をＰで示す。交差部Ｐの周囲には、Ｐに隣接する８個の交差部が存在する。

交差部Ｐと、交差部Ｐに隣接する８個の交差部のうちいずれか１個の交差部とを通る直線を考えると、第１の方向（図示した直交座標系のｘ方向）とも第２の方向（ｙ方向）とも平行でない直線が２本存在する。これらを、図２５では直線ｍおよびｎとして示している。直線ｍは交差部Ｐと、交差部Ｐから見て４５度方向に隣接して存在する交差部Ｑとを通る。直線ｎは交差部Ｐと、交差部Ｐから見て１３５度方向に隣接して存在する交差部Ｒとを通る。

このとき、Ｘ電極４１２の多角形の主要部分またはＹ電極４１３の多角形の主要部分が、直線ｍまたは直線ｎと交差する。例えば、交差部Ｐから交差部Ｑに向かって直線ｍを進むと、Ｙ電極４１３を構成する多角形の電極の主要部分と直線ｍが交差する。この部分に矢印と記号Ｉを示す。また、交差部Ｐから交差部Ｒに向かって直線ｎを進むと、Ｘ電極４１２を構成する多角形の電極の主要部分と直線ｎが交差する。この部分に矢印と記号ＩＩを示す。

このように、Ｘ電極４１２を構成する多角形の電極の主要部分またはＹ電極４１３を構成する多角形の電極の主要部分が、直線ｍまたは直線ｎと交差するという電極の形状が、本実施形態の特徴である。この特徴を有することで、Ｘ電極４１２とＹ電極４１３の境界線を、第１の実施形態よりも長くすることができ、より強い触覚を提示できる。

以上で説明した第２の実施形態によれば、前述の第１の実施形態によって得られる効果に加えて、テクスチャ感をさらに強く提示することができるという効果を得ることが可能となる。

その理由は、本実施形態は触覚提示装置を平面視したときに、その中央付近の任意のＸ電極と任意のＹ電極との交差部をＰとし、交差部Ｐと、交差部Ｐに隣接する８個の交差部のうちいずれか１個の交差部とを通る直線のうち、第１の方向とも第２の方向とも平行でない直線を直線ｍおよびｎとしたとき、Ｘ電極またはＹ電極の所定の形の主要部分が直線ｍまたは直線ｎと交差するという電極形状としたためである。

これによって、Ｘ電極とＹ電極との境界線を長くし、その結果操作者の皮膚上のより多くのパチニ小体を刺激できるようになる。同時に、一つのＸ電極に含まれる接続部同士をつなぐ直線上又は一つのＹ電極に含まれる接続部同士をつなぐ直線上に、Ｘ電極とＹ電極との境界が無い電極形状であるので、電極の抵抗値の上昇を抑制し、電極の時定数の増加を抑え、電極に生じる電圧の低下を抑制しているからでもある。

（第３の実施形態・支持基板と電極）
本発明の第３の実施形態は、本発明の第１〜５の基本形態および第２の実施形態の構成に加えて、平面視した場合に、Ｘ電極は、複数個の電極同士が複数個の電極と同一材料によって一体的に形成されてなる接続部によって接続されて第１の支持基板上に構成され、Ｙ電極は、複数個の電極同士が複数個の電極と同一材料によって一体的に形成されてなる接続部によって接続されて第２の支持基板上に構成され、第１および第２の支持基板を絶縁膜を挟んで相互に接着して構成されるものとした。

この構成によっても、本発明の第１〜５の基本形態および第１〜２の実施形態と同一の効果が得られるのに加えて、触覚提示装置の大型化や空間解像度の向上が可能となる。
以下、これをより詳細に説明する。

図２６は、本発明の第３の実施形態に係る触覚提示装置５１０の構成について示す説明図である。平面状の支持基板５１１上のｘ方向に延在する複数のＸ電極５１２と、支持基板５１１上でＸ電極５１２と直交するｙ方向に延在する複数のＹ電極５１３とが形成されている。

Ｘ電極５１２とＹ電極５１３とはその交差部で絶縁膜を介して交差し、両者の電気的な絶縁が保たれている。また、Ｘ電極５１２とＹ電極５１３の上には絶縁膜が形成され、ユーザが触覚提示装置５１０の表示面を上から指で触った場合に、Ｘ電極５１２と指、およびＹ電極５１３と指との間を電気的に絶縁している。

Ｘ電極５１２の各々には、第１の実施形態と同一のＸ電極駆動回路３１４が接続され、Ｙ電極５１３の各々には第１の実施形態と同一のＹ電極駆動回路３１５が接続され、Ｘ電極駆動回路３１４およびＹ電極駆動回路３１５は第１の実施形態と同一の制御部３１６と接続されている。Ｘ電極駆動回路３１４、Ｙ電極駆動回路３１５、制御部３１６についての説明は、ここでは割愛する。

Ｘ電極５１２とＹ電極５１３を平面視した場合の形状は、図１９に示した第１の実施形態と同じく、複数の菱形の電極が数珠状に連結されて電気的に接続されて、ｘ方向もしくはｙ方向に延在するという形状である。あるいはこれを、第２の実施形態と同じく、隣り合うＸ電極の菱形部分とＹ電極の菱形部分との境界部が一方の菱形内部に入り込むという形状に変更してもよい。

本実施形態の第１〜２の実施形態との相違点は、その断面構造および製造方法にある。以下、これについて説明する。図２７は、図２６に示した触覚提示装置５１０のＸ電極５１２およびＹ電極５１３の相互間の接続部分の構造を拡大して示す説明図である。図２７（ａ）は、Ｘ電極５１２およびＹ電極５１３の相互間の接続部分を示す平面視図で、図２７（ｂ）は図２７（ａ）のＢ−Ｂ´線における断面図である。

本実施形態では、支持基板５１１は第１〜２の支持基板５１１ａ〜ｂに分かれている。まず、第１の支持基板５１１ａ上に、菱形の電極同士をこの電極と同一の材料によって一体的に形成してなる接続部によって接続してなるＸ電極５１２を形成する。次いで、第２の支持基板５１１ｂ上に、菱形の電極同士をこの電極と同一の材料によって一体的に形成してなる接続部によって接続してなるＹ電極５１３を形成する。その上で、これら第１〜２の支持基板５１１ａ〜ｂを、絶縁膜５２１を挟んで接着することによって、触覚提示装置５１０を形成する。

この絶縁膜５２１は、絶縁性の光学接着剤を利用することができ、これによって第１〜２の支持基板５１１ａ〜ｂを接着する機能と、Ｘ電極５１２およびＹ電極５１３を相互に絶縁する機能とを兼ね備えている。

図２７（ａ）に示すように、Ｘ電極５１２は、菱形の電極同士がこの電極と同一の材料によって一体的に形成されてなる接続部によって接続されてなる。Ｙ電極５１３も同様に、菱形の電極同士がこの電極と同一の材料によって一体的に形成されてなる接続部によって接続されてなる。この触覚提示装置を平面視したとき、Ｘ電極５１２とＹ電極５１３とは接続部で重なりあい、Ｘ電極５１２およびＹ電極５１３の菱形の主要部分は隣り合うという形状を有する。

触覚提示装置５１０の断面構造とその製造工程について、図２７（ｂ）を用いて説明する。第１〜２の支持基板５１１ａ〜ｂは、いずれもガラス基板である。まず、第１の支持基板５１１ａ上に、ＩＴＯによってＸ電極５１２を形成する。その際に、図１９に示したものと同様の配線と端子も、ＩＴＯによって同時に形成する。

次に、第２の支持基板５１１ｂ上に、ＩＴＯによってＹ電極５１３を形成する。その際に、図１９に示したものと同様の配線と端子も、ＩＴＯによって同時に形成する。続いて、第１〜２の支持基板５１１ａ〜ｂに形成された端子に、フレキシブルプリント基板を貼り付ける。そして、第１〜２の支持基板５１１ａ〜ｂの、Ｘ電極５１２を形成した面とＹ電極５１３を形成した面とを、光学接着剤で貼り合わせる。Ｘ電極５１２とＹ電極５１３は、絶縁膜５２１として光学接着剤を介して交差する形となる。

本実施形態は、この断面構造とすることにより、ブリッジ電極の配置が不要となる。即ち、絶縁膜５２１の微細なパタニング加工が不要となるので、絶縁膜５２１の厚さを数μｍ〜数ｍｍの範囲で厚くすることが容易となる。その結果、Ｘ電極５１２とＹ電極５１３との交差部に形成される平行平板コンデンサの静電容量を小さくすることができ、各電極の負荷容量を小さくすることができるので、電極の駆動周波数をより高くすることができる。これは触覚提示装置の大型化、あるいは触覚提示装置の空間解像度の向上が可能となるということを意味する。

（第４の実施形態・支持基板と電極）
本発明の第４の実施形態は、本発明の第１〜５の基本形態および第２の実施形態の構成に加えて、平面視した場合に、Ｘ電極は、複数個の電極同士が複数個の電極と同一材料によって一体的に形成されてなる接続部によって接続されて支持基板上に構成され、Ｙ電極は、当該支持基板上にＸ電極との間に絶縁層を挟んで、複数個の電極同士が複数個の電極と同一材料によって一体的に形成されてなる接続部によって接続されて構成されるものとした。

この構成によっても、本発明の第１〜５の基本形態および第１〜２の実施形態と同一の効果が得られるのに加えて、触覚提示装置の大型化や空間解像度の向上が可能となり、かつ微細なパタニング加工が不要となる。
以下、これをより詳細に説明する。

図２８は、本発明の第４の実施形態に係る触覚提示装置５６０の構成について示す説明図である。平面状の支持基板５６１上のｘ方向に延在する複数のＸ電極５６２と、支持基板５６１上でＸ電極５６２と直交するｙ方向に延在する複数のＹ電極５６３とが形成されている。

Ｘ電極５６２の各々には、第１の実施形態と同一のＸ電極駆動回路３１４が接続され、Ｙ電極５６３の各々には第１の実施形態と同一のＹ電極駆動回路３１５が接続され、Ｘ電極駆動回路３１４およびＹ電極駆動回路３１５は第１の実施形態と同一の制御部３１６と接続されている。Ｘ電極駆動回路３１４、Ｙ電極駆動回路３１５、制御部３１６についての説明は、ここでは割愛する。

本実施形態の第１〜３の実施形態との相違点は、その断面構造および製造方法にある。以下、これについて説明する。図２９は、図２８に示した触覚提示装置５６０のＸ電極５６２およびＹ電極５６３の相互間の接続部分の構造を拡大して示す説明図である。図２９（ａ）は、Ｘ電極５６２およびＹ電極５６３の相互間の接続部分を示す平面視図で、図２９（ｂ）は図２９（ａ）のＣ−Ｃ´線における断面図である。

図２９（ａ）に示すように、Ｘ電極５６２は、第３の実施形態と同様に菱形の電極同士がこの電極と同一の材料によって一体的に形成されてなる接続部によって接続されてなる。Ｙ電極５６３も同様に、菱形の電極同士がこの電極と同一の材料によって一体的に形成されてなる接続部によって接続されてなる。この触覚提示装置を平面視したとき、Ｘ電極５６２とＹ電極５６３とは接続部で重なりあい、Ｘ電極５６２およびＹ電極５６３の菱形の主要部分は隣り合う形状である。

触覚提示装置５６０の断面構造は、図２９（ｂ）に示すように、本実施形態の触覚提示装置は、支持基板５６１上に、Ｘ電極５６２、絶縁膜５７１、Ｙ電極５６３、絶縁膜５７２が順に積層されることによって構成される。即ち、ブリッジ電極は、本実施形態では不要である。

ブリッジ電極の配置を不要としたことにより、絶縁膜５７１の微細なパタニング加工が不要となり、絶縁膜５７１の厚さを数μｍ〜数ｍｍの範囲で厚くすることが可能となる。その結果として、Ｘ電極５６２とＹ電極５６３との交差部に形成される平行平板コンデンサの静電容量を小さくして、各電極の負荷容量を小さくすることができるので、電極の駆動周波数をより高くすることができる。これは触覚提示装置の大型化、あるいは触覚提示装置の空間解像度の向上が可能となるということを意味する。もちろん、微細なパタニング加工を省略することによる加工コストの低減という付随的効果もある。

（応用形態）
図３０は、本発明の応用形態に係る電子機器６００の構成について示す説明図である。電子機器６００は、具体的にはスマートフォン、タブレット型電子ブックリーダー、あるいはノートブック型パーソナルコンピュータなどである。

電子機器６００は、タッチパネル式表示装置６０１を備え、このタッチパネル式表示装置６０１の前面もしくは背面に、前述した第１〜５の基本形態もしくは第１〜４の実施形態のうちのいずれかに該当する触覚提示装置６１０が配設されている。ここで、タッチパネル式表示装置６０１として、現在の主流である静電容量方式タッチパネルを採用すると触覚提示装置６１０との間で機能が両立しなくなるので、光学式タッチパネルなどを使用することが望ましい。

電子機器６００は、内蔵されたプロセッサ６０３による処理結果がタッチパネル式表示装置６０１に表示され、その表示に応じてユーザがタッチパネル式表示装置６０１を操作入力する。なお、電子機器６００はプロセッサを内蔵せず、タッチパネル式表示装置６０１が（例えばデスクトップ型パーソナルコンピュータなどのような）外部装置による処理結果を表示し、これに応じた操作入力を当該外部装置に返すというものであってもよい。

タッチパネル式表示装置６０１上に、複数の操作キー６０２が表示され、これに合わせて触覚提示装置６１０が、各々の操作キー６０２に対応する位置に複数の孤立したテクスチャ感を提示する。ユーザはこのテクスチャ感によって操作キーの位置を探り当てることができ、操作キーを注視することなくキー入力を行うことが可能となる。従って、前述した「ながら歩き」の問題、あるいは視覚の不自由なユーザがこれらの電子機器を利用できないという問題を解決することができる。

また、前述の特許文献１に記載の技術では、前述のようにテクスチャ感を提示する箇所の位置や個数の変更は事実上不可能である。これに対して本願発明は、そのような電極の再配置を必要とはせず、単に電圧を印加する電極の番号やその周波数を変更するのみで、テクスチャ感を提示する位置や個数を自在に変更することができる。

あるいは、この電子機器６００を、自動車、自転車、二輪車、航空機、列車、船舶などの移動体に搭載されたナビゲーション装置として利用することもできる。図３１は、本発明の応用形態に係る移動体７００の構成について示す説明図である。移動体７００は、ユーザ（運転者）が座る運転席７０１と、図３０に示した電子機器６００をナビゲーション装置として搭載したダッシュボード７０２と、ハンドル、アクセル、ブレーキなどの操舵機構７０３などを備える。

この電子機器６００は、図３０に示した例と同じように、操作キー６０２に対応する位置に複数の孤立したテクスチャ感を提示する。ユーザはこのテクスチャ感によって操作キー入力を行うことが可能となる。また、処理結果として提示された経路情報で、地図上に表示された経路に対してテクスチャ感を提示し、この経路の表示を目立たせることも可能である。

この移動体７００では、ユーザは前方注意義務の履行に専念しつつナビゲーション装置の操作を行うことが可能となるので、安全運転を継続することが可能となる。

これまで本発明について図面に示した特定の実施形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができる。

本発明は、液晶などの表示装置が用いられる分野のあらゆる機器に利用することが可能であり、特にタッチパネル式表示装置を備えた機器における利用に適する。より具体的には、それらは前述のようにスマートフォン、タブレット端末、ノート型パーソナルコンピュータなどが典型的であるが、他にもゲーム機、音楽プレーヤー、カーナビゲーション装置などにおいても適用できる。

本発明は、これらの機器における「ながら歩き」の問題の解決、バリアフリー対応（視覚の不自由なユーザがこれらの電子機器を利用できるようにすること）、あるいは表示内容に応じた触覚を提示することによる操作性の向上、などのような目的での利用に適している。

１０、１１０、２１０、２６０、２７０、３１０、４１０、５１０、５６０、６１０ 触覚提示装置
１１、３１１、５１１、５１１ａ、５１１ｂ、５６１ 支持基板
１２、３１２、４１２、５１２、５６２ Ｘ電極
１３、３１３、４１３、５１３、５６３ Ｙ電極
１４、１１４、２１４、２６４、３１４ Ｘ電極駆動回路
１５、１１５、２１５、２６５、３１５ Ｙ電極駆動回路
１６、２１６、２６６、３１６ 制御部
１７、１７ａ、１７ｂ 対象領域
１８ 電極
１９ 抵抗
３１７ 端子
３２１、４２１ ブリッジ電極
３２２、４２３ 接続部
３２３、３２４、５２１、５７１、５７２ 絶縁膜
３３１ データ入力端子
３３２ クロック入力端子
３３３ スタートパルス入力端子
３３４ 出力端子
３４１、３４２、３４３ 交流電圧生成部
３４４ シフトレジスタ
３４５ ２ビットデータレジスタ
３４６ ２入力４出力デコーダ
３４７ スイッチトランジスタ
３４８ 増幅器
４２２、５２２ 隙間
６００ 電子機器
６０１ タッチパネル式表示装置
６０２ 操作キー
６０３ プロセッサ
７００ 移動体
７０１ 運転席
７０２ ダッシュボード
７０３ 操舵機構

Claims (21)

1. 支持基板と、前記支持基板上の第１の方向に延在している互いに平行な複数のＸ電極と、前記支持基板上の第２の方向に延在しかつ前記Ｘ電極と互いに絶縁されている互いに平行な複数のＹ電極とを備え、
   前記各Ｘ電極のうち外部から入力された対象領域に該当するＸ電極に対して第１の周波数の電圧信号を印加し、前記各Ｙ電極のうち前記対象領域に該当するＹ電極に対して第２の周波数の電圧信号を印加し、前記第１および第２の周波数の差の絶対値によって前記対象領域に電気的なうなり振動を発生させる駆動回路を備えること、を特徴とする触覚提示装置。
2. 支持基板と、前記支持基板上の第１の方向に延在している互いに平行な複数のＸ電極と、前記支持基板上の第２の方向に延在しかつ前記Ｘ電極と互いに絶縁されている互いに平行な複数のＹ電極とを備え、
   前記各Ｘ電極のうち外部から入力された対象領域に該当するＸ電極に対して第１の周波数の電圧信号を印加し、前記各Ｙ電極のうち前記対象領域に該当するＹ電極に対して第２の周波数の電圧信号を印加する駆動回路を備えると共に、
   前記第１および第２の周波数がいずれも５００［Ｈｚ］以上であり、
   前記第１および第２の周波数の差の絶対値が１０［Ｈｚ］より大きく１０００［Ｈｚ］未満である期間を有すること、を特徴とする触覚提示装置。
3. 前記駆動回路は、
   前記複数のＸ電極のうち前記第１の周波数の電圧信号が印加されない電極および前記複数のＹ電極のうち前記第２の周波数の電圧信号が印加されない電極を接地する、もしくは当該電極に直流電圧を印加する機能を有すること、を特徴とする請求項２に記載の触覚提示装置。
4. 前記駆動回路は、
   前記複数のＸ電極のうち前記第１の周波数の電圧信号が印加されない電極および前記複数のＹ電極のうち前記第２の周波数の電圧信号が印加されない電極に対して第３の周波数の電圧信号を印加する機能を有すること、を特徴とする請求項２に記載の触覚提示装置。
5. 前記第３の周波数が２．５［Ｈｚ］以上５［Ｈｚ］以下、もしくは５００［Ｈｚ］以上であり、
   前記第３の周波数と前記第１の周波数との差の絶対値、および前記第３の周波数と前記第２の周波数との差の絶対値がいずれも１０［Ｈｚ］以下又は１０００［Ｈｚ］以上である
   こと、を特徴とする請求項４に記載の触覚提示装置。
6. 前記駆動回路は、
   第１の前記対象領域に該当する前記Ｘ電極に対して第１の周波数の電圧信号を印加し、前記第１の対象領域に該当する前記Ｙ電極に対して第２の周波数の電圧信号を印加すると同時に、第２の前記対象領域に該当する前記Ｘ電極に対して第３の周波数の電圧信号を印加し、前記第２の対象領域に該当する前記Ｙ電極に対して第４の周波数の電圧信号を印加する機能を有すること、を特徴とする請求項２に記載の触覚提示装置。
7. 前記第１ないし第４の周波数がいずれも５００［Ｈｚ］以上であり、
   前記第１および第２の周波数の差の絶対値と前記第３および第４の周波数の差の絶対値とがいずれも１０［Ｈｚ］より大きく１０００［Ｈｚ］未満であり、
   かつ前記第１および第４の周波数の差の絶対値と前記第２および第３の周波数の差の絶対値とがいずれも１０［Ｈｚ］以下若しくは１０００［Ｈｚ］以上であること、を特徴とする請求項６に記載の触覚提示装置。
8. 前記駆動回路は、
   所定の複数の前記対象領域では、当該対象領域に含まれる前記Ｘ電極と前記Ｙ電極に印加される電圧信号の周波数の差の絶対値が１０［Ｈｚ］より大きく１０００［Ｈｚ］未満であり、
   前記対象領域を形成した前記Ｘ電極又は前記Ｙ電極により形成される、前記対象領域を除く交差部では、この交差を形成する前記Ｘ電極と前記Ｙ電極に印加される電圧信号の周波数の差の絶対値が１０［Ｈｚ］以下若しくは１０００［Ｈｚ］以上であること、を特徴とする請求項２に記載の触覚提示装置。
9. 前記支持基板を平面視した場合に、前記Ｘ電極および前記Ｙ電極はいずれも複数個の菱形の電極が接続部を介して数珠状に連結されて構成され、前記Ｘ電極と前記Ｙ電極とは前記接続部において重なり、かつ前記Ｘ電極および前記Ｙ電極の菱形部分が隣り合う形状であること、を特徴とする請求項２に記載の触覚提示装置。
10. 前記支持基板を平面視した場合に、前記Ｘ電極および前記Ｙ電極はいずれも複数個の特定形状の電極が接続部を介して数珠状に連結されて構成され、前記Ｘ電極と前記Ｙ電極とは前記接続部において重なり、かつ前記Ｘ電極および前記Ｙ電極の特定形状の部分が隣り合う形状であると共に、
    前記特定形状が、任意の前記Ｘ電極および前記Ｙ電極の交差部のうちの第１の交差部と第２の交差部とを結びかつ前記第１および第２の方向のいずれとも平行でない第１の直線、もしくは前記第１の交差部と任意の前記Ｘ電極および前記Ｙ電極の交差部のうちの第３の交差部とを結びかつ前記第１および第２の方向のいずれとも平行でない第２の直線が、前記Ｘ電極または前記Ｙ電極の前記特定形状の部分と交差すること、を特徴とする請求項２に記載の触覚提示装置。
11. 前記支持基板を平面視した場合に、前記Ｘ電極および前記Ｙ電極の一方は、前記複数個の電極同士が前記複数個の電極と同一材料によって一体的に形成されてなる接続部によって接続され、前記Ｘ電極および前記Ｙ電極の他方は、前記複数個の電極同士が途切れた部分を電気的に接続するブリッジ電極が形成されていること、を特徴とする請求項９または請求項１０に記載の触覚提示装置。
12. 前記支持基板を平面視した場合に、前記Ｘ電極は、前記複数個の電極同士が前記複数個の電極と同一材料によって一体的に形成されてなる接続部によって接続されて第１の前記支持基板上に構成され、前記Ｙ電極は、前記複数個の電極同士が前記複数個の電極と同一材料によって一体的に形成されてなる接続部によって接続されて第２の前記支持基板上に構成され、前記第１および第２の支持基板を絶縁膜を挟んで相互に接着して構成されること、を特徴とする請求項９または請求項１０に記載の触覚提示装置。
13. 前記支持基板を平面視した場合に、前記Ｘ電極は、前記複数個の電極同士が前記複数個の電極と同一材料によって一体的に形成されてなる接続部によって接続されて前記支持基板上に構成され、前記Ｙ電極は、前記支持基板上に前記Ｘ電極との間に絶縁層を挟んで、前記複数個の電極同士が前記複数個の電極と同一材料によって一体的に形成されてなる接続部によって接続されて構成されること、を特徴とする請求項９または請求項１０に記載の触覚提示装置。
14. 前記複数のＸ電極、および前記複数のＹ電極が、いずれも５［ｍｍ］より小さいピッチで互いに平行に配置されていること、を特徴とする請求項２に記載の触覚提示装置。
15. 前記駆動回路は、
    前記各Ｘ電極のうち外部から入力された対象領域に該当するＸ電極に対して５００［Ｈｚ］以上の第１の周波数の電圧信号を印加すると共に、前記各Ｙ電極のうち前記対象領域に該当するＹ電極に対して５００［Ｈｚ］以上の第２の周波数の電圧信号を印加する機能を有し、
    且つ、前記第１および第２の周波数のうちの少なくとも一方の周波数を５００［Ｈｚ］を下回らない範囲で経時的に変化させること、を特徴とする請求項２記載の触覚提示装置。
16. 前記第１の周波数および第２の周波数との差の絶対値が１０［Ｈｚ］より大きく１０００［Ｈｚ］未満である第１の期間と、
    前記第１の周波数および第２の周波数との差の絶対値が１０［Ｈｚ］以下若しくは１０００［Ｈｚ］以上である第２の期間とを有すること、を特徴とする請求項１５記載の触覚提示装置。
17. 前記第１の期間と前記第２の期間が交互に設定されていること、を特徴とする請求項１６記載の触覚提示装置。
18. 前記駆動回路は、
    前記第１および第２の周波数のうちの少なくとも一方の周波数を５００［Ｈｚ］を下回らない範囲で時刻に伴って連続的に変化させること、を特徴とする請求項１５記載の触覚提示装置。
19. 備えられたプロセッサによる処理結果を表示し、その処理結果に対応する操作入力を受け付けるタッチパネル式表示装置と、
    前記処理結果の表示に対応したテクスチャ感を提示する請求項１ないし請求項１４のうちのいずれか１項に記載の触覚提示装置とを有すること、を特徴とする電子機器。
20. 請求項１９に記載の電子機器を、車載装置として搭載したこと、を特徴とする移動体。
21. 支持基板と、前記支持基板上の第１の方向に延在している互いに平行な複数のＸ電極と、前記支持基板上の第２の方向に延在し、かつ前記Ｘ電極と互いに絶縁されている互いに平行な複数のＹ電極とを備えた触覚提示装置における触覚提示方法において、
    外部から入力された対象領域を制御部が駆動回路に与え、
    前記対象領域に該当する前記Ｘ電極に対して駆動回路が第１の周波数の電圧信号を印加し、
    前記対象領域に該当する前記Ｙ電極に対して前記駆動回路が第２の周波数の電圧信号を印加し、
    前記第１および第２の周波数の差の絶対値によって前記対象領域に電気的なうなり振動を発生させること、を特徴とする触覚提示方法。

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