JP2017131362A - 電気刺激装置 - Google Patents

Abstract

【課題】腕の太さや筋肉の位置に個人差があっても、配置された各電極が、目標となる筋肉を的確に刺激できる電気刺激装置を提供する。【解決手段】ユーザーの腕に巻き付けられる部材１００と、部材の一方の面１０４に配置した複数の電極１２１〜１２８と、部材の一方の面に配置した複数の光学式距離センサー１４１〜１４８とを備える。そして、電気刺激発生回路から出力される電気刺激信号を、複数の電極の内の特定の電極からユーザーに与えて、特定の電極と対向した位置の腕の筋肉に刺激を与えると共に、複数の光学式距離センサーで腕の筋肉の変位を検出するようにした。ここで、複数の電極の内の一部の電極１２２，１２６は、ユーザーの腕の周方向に対して、９０°未満の所定の角度で傾斜して配置したほぼ長方形の電極とした。【選択図】図１

Description

本発明は、電気刺激信号発生回路から出力される電気刺激信号を、人の腕の筋肉に与えると共に、腕の筋肉の変位をセンサーで検出する電気刺激装置に関する。

従来、人（ユーザー）の前腕に複数の電極を装着し、その電極から前腕の筋肉に電気刺激信号を与えることで、外部からの指令で、ユーザーの指又は手を動かそうとする試みが行われている。たとえば、手指のリハビリテーション、トレーニング、動きの補助などを、外部からの指令で行うことが考えられている。また、ヘッドマウントディスプレイなどを使用して、ユーザーに仮想空間の映像を提示するバーチャルリアリティー処理を行う際に、外部からの指令で、仮想空間の映像に合わせて手指を動かすことで、リアリティ性を高めることなども提案されている。

本願の発明者らは、先に特許文献１に記載されるような電気刺激装置を提案した。この特許文献１で提案した電気刺激装置は、ユーザーの前腕に装着されるバンドに複数の電極を取り付けて、前腕の筋肉に電気刺激を与えるものである。

特開２０１４−１０４２４１号公報

特許文献１で提案した電気刺激装置を装着したユーザーは、前腕の筋肉への外部からの指令で指又は手が動くようになる。たとえば５本の指は、前腕のどの筋肉を刺激すれば動くかが予め判っており、電気刺激装置に取り付けられた電極で、特定の筋肉を刺激することで、その筋肉に対応した指が動くようになる。

ここで、ユーザーがバンド形状の電気刺激装置を前腕に装着した状況を想定する。このとき、バンド形状の電気刺激装置は複数の電極を備えるが、それぞれの電極がどの筋肉に対応しているのかを検知する必要がある。この検知を行うために、ユーザーがバンド形状の電気刺激装置を装着した際には、最初にキャリブレーション作業を行って、電気刺激信号を各電極から出力させ、どの指が動くのかを予め確かめることが必要になる。

特に、人の腕の太さは、年齢、性別、体重などの個人差で大きく異なるため、バンド形状の電気刺激装置をユーザーが装着したときに、電気刺激装置に配置されたそれぞれの電極が、どの筋肉に対向しているのかを、キャリブレーション作業を行うことなく判断することは困難であるので、キャリブレーション作業は極めて重要な意味を持つ。
しかしながら、このキャリブレーション作業は、多数の電極に順に電気刺激信号を供給して、５本の指の内のどれが動くかを確かめる作業であるため、多くの手間と時間がかかるという問題があった。

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、腕の太さや筋肉の位置に個人差があっても、配置された各電極が、目標となる筋肉を的確に刺激できる電気刺激装置を提供することを目的とする。

本発明の電気刺激装置は、ユーザーの腕に巻き付けられる部材と、部材の一方の面に配置した複数の電極と、部材の一方の面に配置した複数の光学式距離センサーとを備える。
そして、電気刺激発生回路から出力される電気刺激信号を、複数の電極の内の特定の電極からユーザーに与えて、特定の電極と対向した位置の腕の筋肉に刺激を与えると共に、複数の光学式距離センサーで腕の筋肉の変位を検出するようにした。
ここで、複数の電極の内の少なくとも１つの電極は、ユーザーの腕の周方向に対して、９０°未満の所定の角度で傾斜して配置したほぼ長方形の電極としたことを特徴とする。

本発明によると、ユーザーの腕に巻き付けられる部材に傾斜してほぼ長方形の電極が配置されているので、電気刺激装置を装着するユーザーの腕の太さや筋肉の位置に相違があっても、ほぼ長方形の電極については、目標とする筋肉と重なる位置に配置されるようになる。したがって、傾斜して配置される電極については、キャリブレーション作業が必要ないか、あるいは簡単なキャリブレーション作業を行うだけでよく、それだけキャリブレーション作業時の負担が少なくなる。
また、電気刺激装置には、筋肉の変位を検出する光学式距離センサーが配置されているので、電気刺激装置の電極から電気刺激信号を与えたときの筋肉の動きを光学式距離センサーで直接検出することができ、筋肉の動きをモニターしながら電極に電気刺激信号を与えることが可能になる。

本発明の一実施の形態例による電気刺激装置の斜視図である。 本発明の一実施の形態例による電気刺激装置の電極配置面の構成例を示す平面図である。 本発明の一実施の形態例による電気刺激装置の前腕への装着例を示す説明図である。 本発明の一実施の形態例による電気刺激装置の回路例を示す構成図である。 本発明の一実施の形態例による電気刺激装置と腕の筋肉との関係（右手の手のひら側）を示す説明図である。 電気刺激装置が未装着での、図５と同じ状態の腕の筋肉を示す説明図である。 本発明の一実施の形態例による電気刺激装置と腕の筋肉との関係（右手の手の甲側）を示す説明図である。 電気刺激装置が未装着での、図７と同じ状態の腕の筋肉を示す説明図である。 本発明の一実施の形態例による電気刺激装置の使用例を示す説明図である。 本発明の一実施の形態例による電気刺激装置をバンド部材に適用した例を示す説明図である。 図１０のバンド部材を展開した状態を示す平面図である。

以下、本発明の一実施の形態例（以下、「本例」と称する。）を参照して説明する。
［１．電気刺激装置の構成］
図１は、本例の電気刺激装置を斜め上から見た斜視図である。
本例の電気刺激装置は、ほぼＶ字形状のシート状部材１００を備える。シート状部材１００は、柔軟性を有する樹脂シートで構成され、中央部１０１の表面に、回路収納ボックス１１０が取り付けられている。回路収納ボックス１１０には、後述する演算処理部１５０（図４参照）や電池などが内蔵されている。そして、シート状部材１００の回路収納ボックス１１０が取り付けられた面とは反対側の面（図１の下側の面）が、電極配置面１０４となっている。

このシート状部材１００で構成される電気刺激装置は、後述する図３の装着例で説明するように、電極配置面１０４を前腕に巻き付けることで、ユーザーに装着されるものである。
シート状部材１００は、図１に示すように、ほぼＶ字形状をしているため、装着時に前腕の周方向となる方向（図１でのＨ方向：Ｈ方向は装着時には腕に沿って曲がる）に対して、左側部１０２が所定角度θ１だけ傾斜している。同様に、装着時に前腕の周方向となる方向に対して、右側部１０３が所定角度θ２だけ傾斜している。この傾斜角度θ１，θ２は、ここでは３２°とする。また、以下の説明では、前腕の周方向に相当するＨ方向と直交する方向（装着時に腕の長手方向となる方向）をＬ方向と称する。

図２は、電極配置面１０４の構成例を示す平面図である。
電極配置面１０４には、ユーザーの前腕の筋肉に電気刺激信号を与えるための電極１２１〜１２８と、その電極１２１〜１２８とペアで使用される接地電極１３１〜１３３，１３６，１３７とを備える。但し、接地電極については、一部を共通で使用するため、電極１２１〜１２８と接地電極１３１〜１３３，１３６，１３７の数は一致しない。
また、電極配置面１０４は、ユーザーの前腕の筋肉の動きを検出する光学式距離センサー１４１〜１４８を備える。

電極配置面１０４の右側部１０３（図中の左側）には、右側部電極配置箇所１０５が用意され、４個の電極１２１，１２２，１３１，１３２が配置される。４個の電極１２１，１２２，１３１，１３２の内で、電極１２１はチャンネル１（Ｖ１ｃｈ）用の電極であり、電極１２２はチャンネル２（Ｖ２ｃｈ）用の電極である。また、電極１３１は、接地チャンネル１（ＧＮＤ１ｃｈ）用の電極であり、電極１３２は、接地チャンネル２（ＧＮＤ２ｃｈ）用の電極である。

Ｖ１ｃｈの電極１２１と、ＧＮＤ１ｃｈの電極１３１は、ペアで使用されて前腕の筋肉に刺激を与える電極であり、装着時に腕の長手方向Ｌに隣接して配置される。
Ｖ２ｃｈの電極１２２と、ＧＮＤ２ｃｈの電極１３２についても、ペアで使用されて前腕の筋肉に刺激を与える電極であり、周方向Ｈに対して右側部１０３の傾斜角度θ２と同じ角度θ２で、傾斜した状態で配置されたほぼ長方形の電極である。Ｖ２ｃｈの電極１２２とＧＮＤ２ｃｈの電極１３２とは、腕の長手方向Ｌに隣接して配置される。

電極配置面１０４の中央部１０１には、中央部電極配置箇所１０６が用意され、５個の電極１２３，１２４，１２５，１２８，１３３が配置される。５個の電極１２３，１２４，１２５，１２８，１３３の内で、電極１２３はチャンネル３（Ｖ３ｃｈ）用の電極であり、電極１２４はチャンネル４（Ｖ４ｃｈ）用の電極であり、電極１２５はチャンネル５（Ｖ５ｃｈ）用の電極である。これら３個のＶ３ｃｈ，Ｖ４ｃｈ，Ｖ５ｃｈの電極１２３，１２４，１２５は、腕の長手方向に伸びて、腕の周方向にほぼ平行に並んで配置されている。また、電極１２８はチャンネル８（Ｖ８ｃｈ）用の電極である。このＶ８ｃｈの電極１２８は、腕の周方向に長く伸びた電極である。電極１３３は、接地チャンネル３，４，５，８（ＧＮＤ３，４，５，８ｃｈ）で共通に使用される電極である。

Ｖ３ｃｈの電極１２３と、Ｖ４ｃｈの電極１２４と、Ｖ５ｃｈの電極１２５とは、それぞれのチャンネルごとに前腕のそれぞれ別の筋肉に刺激を与える電極であり、接地電極として電極１３３が共通に使用される。Ｖ３ｃｈ〜Ｖ５ｃｈの３つの電極１２３，１２４，１２５は、腕の周方向Ｈに並んで配置され、この３つの電極１２３，１２４，１２５と長手方向Ｌに隣接して配置される共通の接地電極１３３は、腕の周方向Ｈに長く伸びた長方形の電極である。
Ｖ８ｃｈの電極１２８は、接地電極１３３に隣接して、腕の周方向Ｈに長く伸びた長方形の電極である。接地電極１３３は、Ｖ８ｃｈの電極１２８の接地電位としても使用される。なお、Ｖ８ｃｈは予備に使用されるチャンネルであり、このＶ８ｃｈの電極１２８は、腕の周方向Ｈに長く伸びているため、腕の複数の筋肉に同時に刺激を与えることができる。

電極配置面１０４の左側部１０２（図２中の右側）には、左側部電極配置箇所１０７が用意され、４個の電極１２６，１２７，１３６，１３７が配置される。４個の電極１２６，１２７，１３６，１３７の内で、電極１２６はチャンネル６（Ｖ６ｃｈ）用の電極であり、電極１２７はチャンネル７（Ｖ７ｃｈ）用の電極である。また、電極１３６は、接地チャンネル６（ＧＮＤ６ｃｈ）用の電極であり、電極１３７は、接地チャンネル７（ＧＮＤ７ｃｈ）用の電極である。

Ｖ６ｃｈの電極１２６と、ＧＮＤ６ｃｈの電極１３６は、ペアで使用されて前腕の筋肉に刺激を与える電極であり、周方向Ｈに対して左側部１０２の傾斜角度θ１と同じ角度θ１で、傾斜した状態で配置されたほぼ長方形の電極である。Ｖ７ｃｈの電極１２７とＧＮＤ７ｃｈの電極１３７とは、腕の長手方向Ｌに隣接して配置される。

また、電極配置面１０４の右側部電極配置箇所１０５（図２中の左側）の近傍には、２個所に光学式距離センサー１４１，１４２が配置され、電極配置面１０４の中央部の電極配置箇所１０６の近傍には、４個所に光学式距離センサー１４３，１４４，１４５，１４６が配置され、電極配置面１０４の左側部電極配置箇所１０７の近傍には、２個所に光学式距離センサー１４７，１４８が配置される。これら８個の光学式距離センサー１４１〜１４８は、ＩＲ１ｃｈ〜ＩＲ８ｃｈの８チャンネルのセンサーである。
ＩＲ１ｃｈ〜ＩＲ８ｃｈの８チャンネルの光学式距離センサー１４１〜１４８は、それぞれ赤外線発光素子１４１ａ〜１４８ａと赤外線受光素子１４１ｂ〜１４８ｂ（図４参照）とで構成され、センサー配置面から腕の筋肉の表面までの距離の変化を検出する。

なお、電極配置面１０４の電極配置箇所１０５，１０６，１０７を除く個所には、粘着性を有する樹脂材（不図示）が配置され、その樹脂材の粘着性で、電極配置面１０４を前腕に巻き付けた状態に装着できるようにしてある。
それぞれのチャンネルの電極１２１〜１２８，１３１〜１３７が刺激する筋肉や、光学式距離センサー１４１〜１４８が検出する筋肉の例については後述する（図５，図６参照）。

［２．電気刺激装置の装着例］
図３は、本例の電気刺激装置を前腕に装着した例を示す。
図３Ａに示すように、ユーザーの右腕の前腕ＲＡの手首寄りの個所に、シート状部材１００の電極配置面１０４（図２）の中央部１０１が触れた状態とする。このときには、図３Ａに示すように手のひらが上側となった位置とする。また、左側部１０２が手のひらの左側になり、右側部１０３が手のひらの右側になる位置関係とする。すなわち、ほぼＶ字形状をしたシート状部材１００の中央部１０１の上側１０１ａが、手のひら側を向くようにする。

そして、ユーザーは、シート状部材１００の左側部１０２を、矢印Ｆ１で示すように手首に巻き付けると共に、シート状部材１００の右側部１０３を、矢印Ｆ２で示すように手首に巻き付ける作業を行う。
このようにして、図３Ｂに示すように、電気刺激装置が前腕ＲＡに巻き付いた状態で装着される。このときには、電極配置面１０４に配置した粘着性を有する樹脂材の粘着性で、前腕ＲＡに巻き付いた状態が維持される。
なお、樹脂材の粘着性だけで前腕ＲＡに巻き付いた状態とするのは一例であり、例えば左側部１０２の先端と右側部１０３の先端とに何らかのクリップ機構を設けて、両者が重なった状態で留まるようにしてもよい。

このように本例の電気刺激装置は、シート状部材１００を前腕ＲＡに巻き付けて装着すするため、簡単に装着することができる。そして、シート状部材１００がほぼＶ字形状をしているため、ユーザーは装着方向が判りやすく、確実に図３Ｂに示すような決められた方向に装着できるようになる。
なお、図３ではユーザーの右腕に電気刺激装置を装着する例を示したが、左腕に電気刺激装置を装着してもよい。

［３．電気刺激装置の内部の回路例］
図４は、電気刺激装置の内部の回路例を示す。この回路は、例えば図１に示す回路収納ボックス１１０内に配置される。
電気刺激装置は、演算処理部１５０を備え、この演算処理部１５０が外部から受信した指令に基づいて、各電極に供給する電気刺激信号を生成する。すなわち、演算処理部１５０は、光学式距離センサー１４１〜１４８から得られた電圧信号を取り込むアナログ／デジタル変換器１５１と、電気刺激信号の生成制御を行う中央制御ユニット（ＣＰＵ）１５２とを備える。また、演算処理部１５０は、ＣＰＵ１５２による制御演算を行うために必要なソフトウェアなどが記憶されたＲＯＭ１５３、制御データなどを保持するＲＡＭ１５４、ＣＰＵ１５２から電極や各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４への指令を出力するインターフェイス部１５５、外部と無線通信を行う通信部１５６、加速度センサー１５８、及び方位センサー１５９を備える。演算処理部１５０を構成する上述の各要素は、内部バスで相互に通信が可能に接続されている。通信部１５６は、例えばBluetooth（登録商標）で近隣の機器と無線通信を行うものであり、アンテナ１５７が接続されている。加速度センサー１５８と方位センサー１５９は、腕の動きや向きを検出するセンサーである。方位センサー１５９としては、ジャイロセンサーや地磁気センサーなどが適用可能である。演算処理部１５０が備えるこれらのセンサーは一例であり、その他のセンサーを配置してもよい。あるいは、腕の動きや向きを検出するセンサーを配置しない構成としてもよい。

この演算処理部１５０は、電極１２１〜１２８への電気刺激信号の印加の制御を行うと共に、光学式距離センサー１４１〜１４８の検出信号を判断する処理を行う。

光学式距離センサー１４１〜１４８は、赤外線発光素子１４１ａ〜１４８ａと赤外線受光素子１４１ｂ〜１４８ｂとを備える。例えば、光学式距離センサー１４１は、赤外線発光素子１４１ａと赤外線受光素子１４１ｂとを備え、赤外線発光素子１４１ａからユーザーの前腕の表面に照射した赤外線の反射光を赤外線受光素子１４１ｂが検出して、光学式距離センサー１４１から前腕の表面までの距離の変化を示す検出信号を出力する。

これらの赤外線発光素子１４１ａ〜１４８ａには、選択的に直流電源Ｖｃｃが供給される。すなわち、スイッチＳＷ１により選択的にいずれか１つの赤外線発光素子（図４では素子１４１ａ）が抵抗器Ｒ１を介して接地電位側に接続され、その選択された赤外線発光素子１４１ａが赤外線信号を出力する。
また、スイッチＳＷ１の切り替わりに連動して、赤外線受光素子１４１ｂ〜１４８ｂを選択するスイッチＳＷ２についても切り替わり、選択された赤外線受光素子１４１ｂ〜１４８ｂで得た検出信号を、アナログ／デジタル変換器１５１に供給する。
各赤外線受光素子１４１ｂ〜１４８ｂにも直流電源Ｖｃｃが供給され、それぞれの赤外線受光素子１４１ｂ〜１４８ｂ毎に用意された抵抗器Ｒ２ａ〜Ｒ２ｈを介して接地電位側に接続される。そして、各赤外線受光素子１４１ｂ〜１４８ｂと各抵抗器Ｒ２ａ〜Ｒ２ｈとの接続点に得られる検出信号が、スイッチＳＷ２を介してアナログ／デジタル変換器１５１側に供給される。なお、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、ＣＰＵ１５２からインターフェイス部１５５を介して供給される指示によって切り替えられる。

アナログ／デジタル変換器１５１でデジタルデータに変換された検出信号は、ＣＰＵ１５２の制御下でＲＡＭ１５４に記憶される。この光学式距離センサー１４１〜１４８から得られたデータは、電極１２１〜１２８を使った筋肉の動きが正しく行われることをモニターするために使用される。この筋肉の動きのモニターは、ユーザーが電気刺激装置を前腕に装着した際に、各電極１２１〜１２８とユーザーの前腕の筋肉との対応を調べるキャリブレーション作業時に使用される。また、後述する図７のような実際の使用時においても、そのときの電気刺激信号の印加で手や指が動いているかどうか判断するために使用される。

ＣＰＵ１５２からインターフェイス部１５５を介して出力される電気刺激信号の印加指示は、駆動回路１６１に供給される。駆動回路１６１は、指示された電圧の電気刺激信号を生成して、スイッチＳＷ３がオンの間に、スイッチＳＷ４で選択された電極１２１〜１２８のいずれかに、生成された電気刺激信号を印加する。スイッチＳＷ３は、電気刺激信号を印加する期間を設定するスイッチであり、スイッチＳＷ４は、電気刺激信号を印加する電極１２１〜１２８を選択するスイッチであり、いずれもＣＰＵ１５２からインターフェイス部１５５を介して出力される指示により切り替えられるものである。
各電極１２１〜１２８に対向した接地電極１３１〜１３３，１３６，１３７は、接地電位側に接続される。

［４．各電極が刺激する筋の例］
図５〜図８は、電気刺激装置の電極配置面１０４に配置された電極１２１〜１２８で刺激する筋肉の例を示す。図５は、電気刺激装置を装着した前腕（右腕）の手のひら側の筋を示し、図６は同じ腕の電気刺激装置を装着していない状態を示す。図７は、電気刺激装置を装着した前腕（右腕）の手の甲側の筋肉を示し、図８は同じ腕の電気刺激装置を装着していない状態を示す。
図５及び図７では、既に説明した装着例（図３）で説明したように、前腕の手のひら側を上に向けた状態で、電気刺激装置のシート状部材１００の中央部１０１が上側になるように前腕に装着したときの、各筋肉と電極１２１〜１２８及び光学式距離センサー１４１〜１４８の位置関係の例を示す。ここでは、それぞれの電極に割り当てたチャンネル（Ｖ１ｃｈ、Ｖ２ｃｈなど）で示す。

まず、図５を参照して、前腕の手のひら側の筋を説明すると、Ｖ３ｃｈの電極は、撓側手根屈筋Ｍ１と接する位置に配置される。撓側手根屈筋Ｍ１は、手を曲げたり、手を体軸から離す動きを制御する筋肉である。
Ｖ４ｃｈの電極は、人差し指と繋がった筋Ｍ２と接する位置に配置される。Ｖ５ｃｈの電極は、中指と繋がった筋Ｍ３と接する位置に配置される。これらの筋Ｍ２，Ｍ３は、手の浅指屈筋に相当し、それぞれの指を動かす筋肉である。
また、Ｖ８ｃｈの電極は、これら全ての筋Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３と接する位置に配置される。
また、筋肉の動きを検出する光学式距離センサーについては、ＩＲ３ｃｈ〜ＩＲ６ｃｈの４つの光学式距離センサーが、これらの筋Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３の動きを検出する。
図６は、電気刺激装置が装着されていない状態での、これらの筋Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３の様子を参考に示す。

次に、図７を参照して、前腕の手の甲側の筋肉を説明すると、Ｖ２ｃｈの電極は、長母指外転筋Ｍ１１と接する位置に配置される。この長母指外転筋Ｍ１１は、親指を伸ばしたり、手の軸から親指を離す動作を制御する筋肉である。
Ｖ１ｃｈの電極は、総指伸筋Ｍ１２と接する位置に配置される。この総指伸筋Ｍ１２は、親指以外の手指を伸ばしたり、手を伸ばす動作を制御する。
Ｖ７ｃｈの電極は、小指伸筋Ｍ１３と接する位置に配置される。この小指伸筋Ｍ１３は、小指を伸ばす動作を制御する。
Ｖ６ｃｈの電極は、尺側手根伸筋Ｍ１４と接する位置に配置される。この尺側手根伸筋Ｍ１４は、手をそらしたり体軸方向に動かす動作を制御する筋肉である。
また、筋肉の動きを検出する光学式距離センサーとしては、ＩＲ１ｃｈ，ＩＲ２ｃｈ，ＩＲ７ｃｈ，ＩＲ８ｃｈの４つの光学式距離センサーが設けられ、これらの４個の光学式距離センサーが筋Ｍ１１〜Ｍ１４の動きを検出する。
図８は、電気刺激装置が装着されていない状態での、これらの筋Ｍ１１〜Ｍ１４の様子を参考に示す。

なお、本例の電気刺激装置は、シート状部材１００がほぼＶ字形状であるため、図５に示すように手のひら側の筋を刺激する電極が配置された中央部電極配置箇所１０６は、手首に近い場所に位置し、図７に示すように手の甲側の筋を刺激する電極が配置された右側部電極配置箇所１０５及び左側部電極配置箇所１０７については、手首から離れた場所に位置する。したがって、それぞれの箇所１０５，１０６，１０７の近傍に配置された光学式距離センサー１４１〜１４８が、それぞれの筋の動きをほぼ理想的な位置で検出できるようになる効果を有する。

この図５及び図７に示す筋肉と各チャンネルの電極１２１〜１２８及び光学式距離センサー１４１〜１４８の配置は一例であり、必ずしもそれぞれの電極１２１〜１２８が各筋Ｍ１〜Ｍ３，Ｍ１１〜Ｍ１４と一致するとは限らない。しかしながら、本例の電極配置としたことで、ユーザーの前腕の筋肉にそれなりの個体差があったとしても、かなりの精度で各電極１２１〜１２８と各筋との位置を一致させることができる。

特に、前腕の筋肉の内で、図８に示すように長母指外転筋Ｍ１１や尺側手根伸筋Ｍ１４のような横方向に位置する筋は、太さや位置に個体差が非常に大きいという問題があった。特に、筋肉を鍛えている人は指先近くまで筋が発達するが、鍛えていない人は、肘近くまでしか発達しないという個体差がある。
ここで、従来の電極配置では、１つの電極がこれらの筋Ｍ１１，Ｍ１４と接した位置に正確に一致させるのは困難であった。これに対して本例の場合には、これらの筋Ｍ１１，Ｍ１４に対応した電極（Ｖ２ｃｈ，Ｖ６ｃｈ）１２２，１２６として、所定の角度θ１，θ２で傾斜した細長い四角形状の電極としたことで、個体差があっても電極１２２，１２６が、筋Ｍ１１，Ｍ１４と接するようになり、これらの筋Ｍ１１，Ｍ１４を良好に刺激できるようになる。特に、角度θ１，θ２として、３２°±５°の角度とすることで、電極１２２，１２６が様々な発達状況の筋Ｍ１１，Ｍ１４と良好に接することが実験で確かめられた。但し、３２°±５°の角度とするのは一例であり、９０°以内の所定の角度で傾斜した配置とすることで、その傾斜角度に応じて横方向の筋との接触状況が良好になる効果がある。

このように装着するユーザーの腕の太さや筋肉の位置に相違があっても、各チャンネルの電極１２１〜１２８が、ユーザーの腕のそれぞれの筋Ｍ１〜Ｍ３，Ｍ１１〜Ｍ１４に対応した位置にほぼ正確に配置される。このため、本例の電気刺激装置は、各チャンネルの電極と筋との対応を事前に測定するキャリブレーション作業を行わなくても、目的とする筋の刺激ができるようになる。また、キャリブレーション作業を行う場合でも、ターゲットとする筋が動くかどうかを確かめる程度の比較的簡単なキャリブレーション作業を行うだけでよい。
また、本例の電気刺激装置は、各電極の周囲に光学式距離センサー１４１〜１４８を配置したため、電気刺激装置の各電極１２１〜１２８から電気刺激信号を与えたときの筋肉の動きを光学式距離センサー１４１〜１４８で直接検出することができ、筋肉の動きをモニターしながら電極に電気刺激信号を与えることが可能になる。上述したキャリブレーション作業を行う際には、これらの光学式距離センサー１４１〜１４８の検出信号を使用することができる。
また、本例の電気刺激装置は、腕の周方向に長く伸びたＶ８ｃｈの電極１２８を用意したことで、Ｖ３ｃｈ〜Ｖ５ｃｈの電極１２３〜１２５による個別の筋肉の刺激が上手くできない状況でも、Ｖ８ｃｈの電極１２８を使って目的とする筋肉の刺激できるようになる。すなわち、本例の電気刺激装置は、既に述べたように基本的にはそれほど厳密なキャリブレーション作業を行わなくても目的とする筋肉を良好に刺激できるが、様々な要因（装着者の汗、装着中のずれ等）で、電極１２３〜１２５を使った刺激で筋肉が動かない状況も起こり得る。このような場合には、腕の周方向に長く伸びたＶ８ｃｈの電極１２８を使って広い範囲で刺激することで、目的とする筋肉を含む範囲を確実に刺激できるようになる。電極１２３〜１２５による刺激で筋肉が動かないことは、電極１２３〜１２５の周囲の光学式距離センサー１４３〜１４６の検出信号から検出でき、そのような場合にＶ８ｃｈの電極１２８を使えばよい。

［５．電気刺激装置の使用例］
図９は、本例の電気刺激装置の使用例を示す。
図９の例では、ユーザーの右腕の前腕ＲＡに電気刺激装置を装着したものである。さらにユーザーは、ヘッドマウントディスプレイ２００を装着し、仮想映像再生装置３００から無線伝送される仮想映像を、ヘッドマウントディスプレイ２００が表示する。

また、仮想映像再生装置３００は、ヘッドマウントディスプレイ２００での映像の表示に連動して、電気刺激装置からユーザーの前腕ＲＡの特定の筋肉に与える電気刺激信号の発生タイミングを指示する。

例えば、図９に示すように、ヘッドマウントディスプレイ２００は、ユーザーの右手の指の上に小鳥Ｂの映像を表示させる。このとき、仮想映像再生装置３００からの指示で、電気刺激装置は、シート状部材１００に配置された電極１２１〜１２８の内の特定の電極から、前腕ＲＡに電気刺激信号を印加する。このとき電気刺激信号を印加する特定の電極は、ユーザーから見て小鳥Ｂが乗ったように見える指ｆ１を動かす筋肉を刺激する電極である。

この電気刺激信号の印加で、指ｆ１が下に移動する動きＤ１をする。この動きＤ１は、電気刺激信号の印加により行われるものであるため、ユーザーの意志とは無関係な動きである。したがって、ユーザーから見ると、小鳥Ｂが乗ったことによる重みで指ｆ１が動いたと錯覚し、ヘッドマウントディスプレイ２００で提示される仮想映像に没入でできるようになる。
また、映像で表示された小鳥Ｂが指ｆ１から飛び立ったとき、指ｆ１を動きＤ１とは逆の方向（上側）に動かすことで、ユーザーは小鳥が飛び立ったことが指ｆ１の感覚で感じられるようになる。
図９では１つの指ｆ１の動きを示したが、図５及び図７で説明した各筋への電気刺激信号の印加で、それぞれの筋が持つ役割に応じた指や手の動きが実現できるようになる。

［６．バンド部材に適用した例］
図１の例では、ほぼＶ字形状のシート状部材１００を腕に巻き付けてユーザーの腕に装着するものとしたが、シート状部材１００とは異なる形状の部材を腕に巻き付けるようにしてもよい。
図１０及び図１１は、環状に形成されたバンド形状の部材４００に、電極を配置した例を示す。
図１０の例では、環状のバンド形状の部材４００を用意し、バンド４００の内面４０１に、電極１２１〜１２８と接地電極１３１〜１３３，１３６，１３７と光学式距離センサー１４１〜１４８とを配置する。
各電極１２１〜１２８，１３１〜１３３，１３６，１３７と光学式距離センサー１４１〜１４８の配置状態については、図２に示すシート状部材１００の電極配置とほぼ同じように配置する。すなわち、図１１にバンド４００の内面４０１を展開して示すように、右側部電極配置箇所１０５と中央部電極配置箇所１０６と左側部電極配置箇所１０７とを内面４０１に配置し、それぞれの配置箇所１０５〜１０７内に、図２の例と同様に各電極１２１〜１２８，１３１〜１３３，１３６，１３７を配置する。さらに各配置箇所１０５〜１０７の周囲に、光学式距離センサー１４１〜１４８を配置する。
右側部電極配置箇所１０５と左側部電極配置箇所１０７に斜めに傾斜した電極１２２，１３２，１２６，１３６の傾斜角度θ１，θ２についても、図２に示すθ１，θ２と同様に、３２°±５°の角度とするのが好ましい。
この図１０，図１１に示すバンド形状の部材４００による電気刺激装置の場合にも、図１例の電気刺激装置と同様の効果が得られる。

［７．その他の変形例］
なお、上述した実施の形態例の電気刺激装置は、好適な一例を示したものであり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、変形・変更が可能である。
例えば、図１の例では、シート状部材１００と回路収納ボックス１１０とは一体に構成した。これに対して、シート状部材１００と回路収納ボックス１１０とを着脱自在に構成し、シート状部材１００に配置した粘着性を有する樹脂材が劣化した際に、シート状部材１００を交換するようにしてもよい。
図１の例のように回路収納ボックス１１０をシート状部材１００の表面の中央に配置するのも一例であり、その他の箇所に取り付けるようにしてもよい。

また、図２の例や図１０の例の電極配置は、手の全ての指や手全体の動きを行うための配置であり、例えば特定の１つの指の動きや、手全体の動きなどのような特定の動きが要求される場合には、いずれか１つ又は限られた数の電極だけを配置してもよい。
また、図２の例の電極配置の内で、Ｖ８ｃｈの電極１２８については予備の電極であり、Ｖ３ｃｈ〜Ｖ５ｃｈの電極１２３〜１２５で指などが動かない場合に使用される電極である。したがって、使用形態によってはＶ８ｃｈの電極１２８は配置しない構成でもよい。

また、上述した図１，図２の例では、電気刺激装置のシート状部材１００をほぼＶ字形状としたが、図１０の例で説明したように、電極を配置する部材そのものはＶ字形状でなくてもよい。図２に示すように特定の電極１２２，１２６と接地電極１３２，１３６が傾斜した状態で比較的長い帯状の電極であれば、上述したように、ユーザーに個体差があってもターゲットとする筋肉を刺激できるようになる効果を持つ。上述した図１０では、Ｖ字形状でない例を１つ示すが、電極を配置する部材は、これらの図示した例とは異なる形状としてもよい。
但し、シート状部材１００が図１に示すようにほぼＶ字形状であれば、前腕に装着する際の装着方向が判りやすいという効果があり、Ｖ字形状のように前後方向が判りやすい形状であることが好ましい。

また、上述した実施の形態例では、光学式距離センサー１４１〜１４８として、赤外線センサーを使用したが、他の方式の距離センサーを使用して筋の動きを検出するようにしてもよい。
また、図４に示す回路例では、電気刺激装置は通信部１５６を内蔵して、外部からの指示を無線で受信するようにしたが、有線ケーブルで接続された外部機器から筋肉を動かす指示を受信するようにしてもよい。あるいは、電気刺激装置そのものが、周囲の状況を判断して電気刺激信号を印加するようにしてもよい。

１００…シート状部材、１０１…中央部、１０１ａ…中央部上側、１０２…左側部、１０３…右側部、１０４…電極配置面、１０５…右側部電極配置箇所、１０６…中央部電極配置箇所、１０７…左側部電極配置箇所、１１０…回路収納ボックス、１１１…接続端子、１２１〜１２８…電極、１３１〜１３３，１３６，１３７…接地電極、１４１〜１４８…光学式距離センサー、１５０…演算処理部、１５１…アナログ／デジタル変換器、１５２…中央制御ユニット（ＣＰＵ）、１５３…ＲＯＭ、１５４…ＲＡＭ、１５５…インターフェイス部、１５６…通信部、１５７…アンテナ、１５８…加速度センサー、１５９…方位センサー、１６１…駆動回路、２００…ヘッドマウントディスプレイ、３００…仮想映像再生装置、４００…バンド形状の部材、４０１…内面

Claims (4)

1. ユーザーの腕に巻き付けられる部材と、
   前記部材の一方の面に配置した複数の電極と、
   前記部材の一方の面に配置した複数の光学式距離センサーとを備え、
   電気刺激発生回路から出力される電気刺激信号を、前記複数の電極の内の特定の電極から前記ユーザーに与えて、前記特定の電極と対向した位置の腕の筋肉に刺激を与えると共に、前記複数の光学式距離センサーで腕の筋肉の変位を検出するようにした電気刺激装置であり、
   前記複数の電極の内の少なくとも１つの電極は、前記ユーザーの腕の周方向に対して、９０°未満の所定の角度で傾斜して配置したほぼ長方形の電極とした
   電気刺激装置。
2. 前記複数の電極は、前記部材の特定位置の中央部電極配置箇所と、前記特定位置から前記周方向で左側の左側部電極配置箇所と、前記特定位置から前記周方向で右側の右側部電極配置箇所の少なくとも３カ所に分けて配置し、
   前記左側部電極配置箇所に配置した少なくとも１つの電極と、前記右側部電極配置箇所に配置した少なくとも１つの電極とを、相互に逆方向に前記所定の角度で傾斜した状態で配置したほぼ長方形の電極とした
   請求項１に記載の電気刺激装置。
3. 前記所定の角度は、３２°±５°に設定した
   請求項１又は２に記載の電気刺激装置。
4. 前記部材の中央部に配置した電極の少なくとも１つは、前記ユーザーの腕の周方向に伸びた電極とした
   請求項１〜3のいずれか１項に記載の電気刺激装置。

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