JP3929881B2 - Skin sensation presentation device - Google Patents

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JP3929881B2 JP2002341606A JP2002341606A JP3929881B2 JP 3929881 B2 JP3929881 B2 JP 3929881B2 JP 2002341606 A JP2002341606 A JP 2002341606A JP 2002341606 A JP2002341606 A JP 2002341606A JP 3929881 B2 JP3929881 B2 JP 3929881B2
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    • A63FCARD, BOARD, OR ROULETTE GAMES; INDOOR GAMES USING SMALL MOVING PLAYING BODIES; VIDEO GAMES; GAMES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • A63F2300/00Features of games using an electronically generated display having two or more dimensions, e.g. on a television screen, showing representations related to the game
    • A63F2300/30Features of games using an electronically generated display having two or more dimensions, e.g. on a television screen, showing representations related to the game characterized by output arrangements for receiving control signals generated by the game device

Description

【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は、バーチャルリアリティやゲーム機等における、仮想的触感を再現する装置や、家庭用PC等における触覚情報提示に利用する皮膚感覚(触覚)提示装置に関するものである。 The present invention, in the virtual reality and game machines, etc., and devices to reproduce a virtual tactile, the present invention relates to skin sensation (touch) presentation device to be used for tactile information presented in the home PC or the like.
【0002】 [0002]
【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
バーチャルリアリティやゲームの分野においては、従来、視覚・聴覚・力覚による表現が主流であったが、近年、皮膚感覚(=触感)による表現の重要性が増してきている。 In the field of virtual reality and games, conventional, but representation by visual and auditory and kinesthetic was the mainstream, in recent years, the importance of the representation by the skin sensation (= feel) has increased. これまでに、複数の皮膚感覚提示装置が開発されてきているが、その多くは、盲人用の点字装置としての応用を念頭においたものであるか、または、従来の盲人用点字装置の技術に基づいて開発されたものであり、汎用的な触感を再現する皮膚感覚提示装置は、未だ実用化されていない。 So far, it has been developed multiple cutaneous sensation presentation apparatus, many, or those placed the application as Braille device for blind in mind, or, in the technology of the conventional blind Braille device based has been developed, cutaneous sensation presentation apparatus for reproducing a general touch has not yet been put to practical use.
【0003】 [0003]
以下、従来の皮膚感覚提示装置について詳細に説明する。 It will be described in detail below conventional skin sensation presentation device.
【0004】 [0004]
(1)皮膚感覚提示装置とはものに触れた際に人が感じる感覚、いわゆる触覚は、生理学的には、その神経受容器の違いから大きく二つの感覚に分けられる。 (1) sensation felt by the person when touching the objects from the cutaneous sensation presentation device, called haptics, the physiological, divided into two sense a difference in the nerve receptors.
【0005】 [0005]
一つは、筋肉や関節にある受容器で知覚する深部感覚、もう一つは、皮膚表面に存在する受容器で知覚される皮膚感覚である。 One is deep sensation perceived by receptors in the muscles and joints, and the other is a cutaneous sensation perceived by receptors present on the skin surface.
【0006】 [0006]
深部感覚は、ものに触れた際の反力、指先を動かした際に発生する摩擦力などの、(マクロ的な)力を感ずる感覚である。 Deep feeling, the reaction force at the time of touching the things, such as friction force generated when you move your finger, a sense of feel the (macroscopic) force. これに対し、皮膚感覚というのは、指先表面に存在する受容器(温点、圧点、痛点)によって感じ取る感覚で、物体表面の温度、凹凸、摩擦係数などといった表面テクスチャを感じ取るものである。 In contrast, because the skin sensation receptors present on the fingertip surface sensation felt (temperature point, pressure points, pain spot) by, in which sense the temperature of the object surface, irregularities, the surface texture, such as the coefficient of friction.
【0007】 [0007]
これらの感覚を擬似的に再現し、提示することは、バーチャルリアリティや体感ゲームなどの世界で非常に重要視されている。 To reproduce these sensations in a pseudo manner, be presented is very important in the world, such as virtual reality and experience the game. しかし、現在のところ、深部感覚を再現するデバイスについては実用化が進んでいるものの、皮膚感覚を再現するデバイスは、まだ研究が始まったばかりといった状況である。 However, at present, although for the device to reproduce the deep feeling that is put into practical use advanced, device to reproduce the skin feeling is a situation where just began still in the research.
【0008】 [0008]
皮膚感覚というのは、凹凸、温度などの幅広い感触の総称であり、これらすべての感覚を統合的に提示することは現状では困難である。 Because skin sensation, uneven, is a general term for a wide range of feeling, such as temperature, it is difficult at present to present all of these sensory integration manner. そのため、それぞれの感覚に特化した形で、研究開発が行われている。 Therefore, in the form that specializes in each of sense, research and development is being carried out. 本発明は、凹凸感(=面粗さ)を提示するためのデバイスに関するものである。 The present invention relates to a device for presenting uneven feeling (= surface roughness).
【0009】 [0009]
(2)これまでの開発例凹凸感を再現するディスプレイは、盲人用点字装置をはじめとして古くより多くの研究が行われている。 (2) display to reproduce the development example unevenness feeling of far, many studies older than including the blind Braille device is being performed. その多くは振動子や電極などの刺激子をマトリクス状に配置し、各刺激子が発生させる刺激強度を制御することで、様々な凹凸を再現するものである。 Many places the stimulator such as the vibrator and electrodes in a matrix, that each stimulator to control the stimulus intensity to be generated is intended to reproduce the various irregularities. これらの中で、本発明に最も近い技術としては、Strongらにより考案されたElectrotactile Displayが挙げられる。 Among these, as the closest art to the present invention include Electrotactile Display devised by Strong et al. この装置では、2.54mm間隔でマトリクス状に並べた電極を指でなぞるだけというシンプルな構成で、点字相当のテクスチャを提示することに成功している。 In this apparatus, the electrodes arranged in a matrix just as simple structure tracing with a finger at 2.54mm intervals, have succeeded in presenting a texture braille equivalent.
【0010】 [0010]
人が知覚できる範囲の面粗さを構成する凹凸は、小さいものでは数十〜数百ミクロン程度の間隔で分布していると考えられ、汎用的な触感を提示するにはmm以下のオーダーの位置分解能で刺激を提示できることが望ましい。 Constituting the surface roughness in the range a human perceivable uneven is believed than small distributed at intervals of several tens to several hundreds of microns, to present a general tactile feel of the following orders mm it is desirable to be able to present the stimulation position resolution. しかし、前述の刺激子を配置する方式では、主に振動子や電極等の刺激子のサイズによる制約から配置間隔を細かくすることが困難であるため、mm以下の位置分解能を達成することは難しい。 However, in the method of placing the aforementioned stimulator is because, it is difficult to achieve a positional resolution of less than mm is difficult to finely arrangement interval from primarily limited by the size of the vibrator and the electrodes, and the like stimulator . そのため、点字等の提示は可能であっても、例えばサンドペーパーのような微細なテクスチャの提示は困難であり、汎用的な触感の提示には問題がある。 Therefore, even presentable Braille or the like, for example, difficult situations presented fine texture like sandpaper, there is a problem in the presentation of general touch.
【0011】 [0011]
また、前記のElectrotactile Displayは、同様の装置を試作したTangらにより、指先の発汗に伴い安定性が低下する、という問題点も指摘されている。 Further, the above Electrotactile Display is the Tang et al. A prototype similar device stability decreases with the perspiration of the fingertip has been pointed out a problem in that.
【0012】 [0012]
一方、指と共に動かすスライダと、スライダに推力もしくは摩擦力等を発生しうる手段を有し、スライダを介して操作者の指先に刺激を与えるタイプの装置も考案されている。 On the other hand, a slider moving along with the fingers, the slider to have a means capable of generating thrust or frictional force and the like, have also been devised type of device to stimulate the fingertips of the operator via the slider.
【0013】 [0013]
このようなタイプとしては、例えばMinskyらによるSandpaperSystem、NaraらによるSAW Tactile Display、また、本願発明者らが既に特願2000−226506として提案している皮膚感覚提示装置などがある。 Examples of this type, for example SandpaperSystem by Minsky et al., Nara et al SAW Tactile Display, also the like cutaneous sensation presentation apparatus by the present inventors has already proposed as Japanese Patent Application No. 2000-226506.
【0014】 [0014]
一例として、前記Sandpaper Systemの装置構成を図12に示す。 As an example, FIG. 12 shows the device configuration of the sandpaper System.
【0015】 [0015]
図12において、101は固定部、102はその固定部101の上面、103は2自由度ジョイスティックのつまみ、104はつまみ103と一緒に移動する上面カバー、105は操作者の手、106は2自由度ジョイスティックの軸、107は第1のDDモータ、108は第2のDDモータである。 12, 101 fixed portion 102 the upper surface of the fixing portion 101, 103 is a knob of the two-degree-of-freedom joystick 104 top cover to move with the knob 103, 105 operator's hand, 106 2 free axis in degrees joystick 107 first DD motor, 108 is a second DD motor.
【0016】 [0016]
この装置では、ジョイスティックに力フィードバックがかけられるようになっており、指先で(図では手105全体だが)ジョイスティックのつまみ103を水平方向に動かすと、あたかも凹凸の面をなぞっているかのごとく、ジョイスティックのつまみ103が振動する。 This device is adapted to force feedback is applied to the joystick, when the fingertip (but entire hand 105 in the figure) moving the knob 103 of the joystick in the horizontal direction, as though if it traces the surface of the irregularities, joystick knob 103 is vibration of. この振動周期と強さを制御することで、様々な凹凸の面を表現できる。 By controlling the vibration period and strength, it can be expressed surface of various irregularities.
【0017】 [0017]
このタイプの装置では、スライダの位置を容易に検出することができるため、検出したスライダ位置に応じて与える刺激に変調をかけることで、微細なテクスチャを表現することが可能である。 In this type of apparatus, since the position of the slider can be easily detected, by applying a modulation to the stimulus to be given in accordance with the detected slider position, it is possible to express a fine texture. そのため、適切なセンサとアクチュエータとを用いれば、mm以下のオーダーの表現分解能も比較的容易に達成されうる。 Therefore, by using the appropriate sensors and actuators, expressed resolution of the order of less than mm may also be relatively easily achieved.
【0018】 [0018]
しかし、このようにスライダを介して指先に刺激を与える場合、刺激が指全体に伝わってしまい、局所的な刺激を提示することが難しい。 However, when stimulating the fingertips in this way via the slider, stimulation will be transmitted to the entire finger, it is difficult to present a local irritation. すなわち、現実に面をなぞった際には、指の腹の各部分でそれぞれ異なった微細振動が発生するのに対して、図12に示すようなタイプの皮膚感覚提示装置においては、それら各部の振動を平均化した振動を、指全体に共通して与えることしかできない。 That is, when traced reality on the surface is that the individually fine vibrations at each part of the ball of the finger occurs, the type of skin sensation presentation apparatus shown in FIG. 12, of which each unit the vibration obtained by averaging the vibration, can only be given in common to the entire finger.
【0019】 [0019]
そのため、実際に操作者が受ける感覚は、現実の感覚とは異なるものとなってしまう。 For this reason, it is feeling actually the operator receives is, becomes different from the reality of sense. また、同様の理由により、サンドペーパーなどのように凹凸が連続的に分布しているテクスチャは表現しやすいものの、例えば、単独で存在するライン状の突起や溝などの表現は困難である。 For the same reason, although the texture is likely to represent that irregularities continuously distributed, such as sandpaper, for example, expressions such as linear protrusions or grooves present alone is difficult.
【0020】 [0020]
また、ここまで述べてきたタイプとは異なる発想の装置も多く提案されているが、表現能力や、利用の簡便さなどの点においてそれぞれ課題を有している。 Further, there have been proposed many devices of different ideas of the type which has been described thus far, expression capabilities and have respective problems in terms of ease of use.
【0021】 [0021]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
上記のように、これまでに提案されている皮膚感覚提示装置においては、表現の分解能や、刺激の提示方法に問題があり、より現実に近い感触を与えることは困難である。 As described above, in the skin sensation presentation apparatus has been proposed so far this and the resolution of the representation, there is a problem with the method of presenting stimulation, it is difficult to give the feel more realistic.
【0022】 [0022]
本発明は、上記状況に鑑みて、簡便な構造により、精密な触感表現を可能とする皮膚感覚提示装置を提供することを目的とする。 The present invention is, in view of the above situation, by a simple structure, and an object thereof is to provide a cutaneous sensation presentation apparatus capable of precise tactile representations.
【0023】 [0023]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
本発明は、上記目的を達成するために、 The present invention, in order to achieve the above object,
〔1〕皮膚感覚提示装置において、電極を有する固定子と、表面もしくは内部に適度な導電性を持たせた移動子からなる装置を備え、操作者が前記移動子を指で動かした際に、前記固定子の電極に印加する電圧を適切に制御することにより、前記固定子の電極と前記移動子間の静電吸引力に起因する摩擦振動を前記操作者の指先に伝達し、それにより様々な皮膚感覚を提示することを特徴とする。 In [1] cutaneous sensation presentation apparatus, comprising: a stator having an electrode, the apparatus comprising a surface or moving element which gave appropriate conductivity inside, when the operator moves the moving element with a finger, by appropriately controlling the voltage applied to the electrodes of the stator, and transmit the friction vibration caused by the electrostatic attraction force between the the electrodes of the stator moving member to a fingertip of the operator, thereby varying characterized in that it presents a skin sensation.
【0024】 [0024]
〔2〕上記〔1〕記載の皮膚感覚提示装置において、前記固定子の電極はストライプ状又はマトリクス状に形成されることを特徴とする。 [2] The cutaneous sensation presentation apparatus according to [1], the electrodes of the stator is characterized in that it is formed in a stripe shape or a matrix shape.
【0025】 [0025]
〔3〕上記〔1〕記載の皮膚感覚提示装置において、前記移動子は薄膜状の移動子からなることを特徴とする。 [3] The skin sensation presentation device described in [1], wherein the moving element is characterized by comprising a thin film of the movable element.
【0026】 [0026]
〔4〕上記〔1〕記載の皮膚感覚提示装置において、前記移動子の位置を検出する手段を有し、検出した位置に基づき前記固定子の各電極に印加する電圧を制御することにより、様々な皮膚感覚を提示することを特徴とする。 [4] In the above [1] cutaneous sensation presentation apparatus according, by the comprises means for detecting the position of the moving element, for controlling the voltage applied to the electrodes of the stator on the basis of the detected position, various characterized in that it presents a skin sensation.
【0027】 [0027]
〔5〕上記〔1〕記載の皮膚感覚提示装置において、前記移動子を柔軟な素材とすることにより、移動子・固定子間に発生する摩擦力分布を大きく変化させることなく前記操作者の指先に伝達することを特徴とする。 [5] In the above [1] cutaneous sensation presentation apparatus according, by the moving element and the flexible material, the operator of the fingertip without significantly changing the frictional force distribution generated between the mover-stator characterized by transmitting to.
【0028】 [0028]
〔6〕上記〔1〕記載の皮膚感覚提示装置において、前記電極として透明電極材料を用い、この透明電極材料からなる電極をディスプレイの上に重ねることで、視覚情報と皮膚感覚情報をあわせて提示することを特徴とする。 [6] In [1] cutaneous sensation presentation apparatus according, a transparent electrode material, by superimposing an electrode made of the transparent electrode material on top of the display, together visual information and cutaneous sensory information presented as the electrode characterized in that it.
【0029】 [0029]
〔7〕上記〔6〕記載の皮膚感覚提示装置において、前記ディスプレイはタッチパネルディスプレイであることを特徴とする。 [7] The skin sensation presentation device described in [6], wherein, wherein the display is a touch panel display.
【0030】 [0030]
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 It will be described in detail embodiments of the present invention.
【0031】 [0031]
図1は本発明の実施例を示す皮膚感覚提示装置の模式図、図2はその皮膚感覚提示装置のA−A線断面図、図3はその皮膚感覚提示装置のB−B線断面図である。 Figure 1 is a schematic diagram of a cutaneous sensation presentation apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view along line A-A of the cutaneous sensation presentation apparatus, FIG. 3 is a sectional view taken along line B-B of the cutaneous sensation presentation device is there.
【0032】 [0032]
これらの図において、1は固定子であり、この固定子1は、基板2上にストライプ状(もしくは、マトリクス状)の電極3が形成され、その上に絶縁膜(絶縁フィルム)4が被覆されたものである。 In these drawings, 1 is a stator, the stator 1, a stripe shape on the substrate 2 (or matrix) electrode 3 is formed of an insulating film (an insulating film) 4 is coated thereon those were. 11は移動子(フィルム)であり、この移動子11は薄膜12からなり、その薄膜12の上面は、適度な導電率を持つように処理される。 11 is a moving element (film), the moving element 11 consists of a thin film 12, the upper surface of the thin film 12 is processed to have an appropriate electrical conductivity. その際の最も簡単な処理方法は、軽く湿らすことである。 The simplest method of processing at that time is to be damp. ここでは、その薄膜12の上面に導電体層13が形成されている。 Here, the conductive layer 13 is formed on the upper surface of the thin film 12. また、この薄膜12は可能な限り薄いことが望ましい。 Further, it is desirable the thin film 12 is as thin as possible. なお、21は移動子11を押さえて動かす操作者の指である。 Incidentally, 21 is a finger of the operator who move down the moving element 11.
【0033】 [0033]
また、31は移動子11の位置を検出するために設けられたリニアエンコーダー(LE)である。 Further, 31 is a linear encoder which is provided to detect the position of the moving element 11 (LE). このエンコーダー31はできるかぎり軽量かつ低摩擦なものであることが望ましい。 It is desirable the encoder 31 is one lightweight and low friction as possible. なお、矢印は操作方向を示している。 Arrows indicate the operation direction.
【0034】 [0034]
ストライプ状の電極3に、図3に示すように電圧を印加すると、移動子11上面の適度な導電率を持った導電体層13が導体として働き、移動子11と固定子1の間には、静電吸引力が発生する。 The stripe-shaped electrodes 3, when a voltage is applied as shown in FIG. 3, serves conductive layer 13 having a moderate conductivity of the moving element 11 upper surface as a conductor, between the mover 11 and the stator 1 , the electrostatic attraction force is generated.
【0035】 [0035]
そこで、固定子1のストライプ状電極3に、連続するパルス波を与えると、移動子11と固定子1間には連続的に変化する静電吸引力が働く。 Therefore, the stripe-shaped electrodes 3 of the stator 1, the pulsing waves continuous, between the mover 11 and the stator 1 acts electrostatic attraction force varies continuously. この際、ストライプ状の電極3を構成する各々の電極に与える電圧をそれぞれ独立に制御することにより、静電吸引力の大きさを場所により異なるものとすることができる。 At this time, by controlling the voltage applied to each of electrodes constituting the stripe electrodes 3 each independently may be different depending on the location the size of the electrostatic attraction.
【0036】 [0036]
移動子11の薄膜12は十分に薄く、柔らかいものとすると、パルス波を印加した状態で移動子11を動かす場合、移動子11は分布した静電吸引力のために、各部分に異なる摩擦力が働き、結果として各部分が異なった振動を起こす。 Thin film 12 of the moving element 11 is sufficiently thin, when the soft object, when moving the movable element 11 in a state of applying a pulse wave, the moving element 11 for electrostatic attraction distributed, frictional force different to each part works, cause vibrations that each part was different as a result. そこで、この移動子11を操作者の指21で押さえて動かすと、操作者の指21には、この分布した振動が伝わり、あたかも、実際の面をなぞっているかのような感触を得ることができる。 Therefore, moving presses the moving element 11 in the operator's finger 21, the operator's finger 21, transmitted vibration that this distribution, though, to obtain a feel as if he traces the actual surface it can.
【0037】 [0037]
また、操作者が指21でなぞる際に、なぞりに対して、振動源が指先を動いていく感触が得られるので、従来のスライダを具備したタイプの装置では得難かったすべり感が得られる。 Further, when the operator traces a finger 21, with respect to the tracing, the vibration source, the feel to continue moving the fingertip obtained Smoothness was Egataka' is the type of device having a conventional slider can be obtained.
【0038】 [0038]
結局、従来のスライダを具備したタイプの装置においては、指で触れるパーツが、パーツ全体で同じようにしか振動できなかったのに対し、本発明の皮膚感覚提示装置では、指の触れるパーツが、極めて柔軟かつ薄い素材(例えば、ポリイミドフィルム:厚さ7.5μm)でできているため、パーツ上の各部分で異なる振動を発生させることができる。 After all, in the type of device having a conventional slider, parts touched with a finger, whereas could not be vibration only in the same way throughout the parts, in the skin sensation presentation device of the present invention, the parts that touch of the finger, very flexible and thin material (e.g., polyimide film: thickness 7.5 [mu] m) because it is made of, it is possible to generate different vibration at each portion on the part.
【0039】 [0039]
図4は本発明の実施例を示す皮膚感覚提示装置のシステム構成図である。 Figure 4 is a system configuration diagram of a cutaneous sensation presentation apparatus according to an embodiment of the present invention. なお、図1〜図3に示す実施例と同じ部分には同じ符号を付してそれらの説明は省略する。 Incidentally, the description thereof will be denoted by the same reference numerals to the same parts as the embodiment shown in FIGS. 1 to 3 will be omitted.
【0040】 [0040]
この図に示すように、リニアエンコーダー(LE)31からの信号を電子制御装置32に入力して移動子11の位置の演算を行い、その移動子11の位置に応じて制御信号を電圧制御器33に出力して、固定子1の電極3にその制御された電圧を印加するようにしている。 As shown in this figure, performs calculation of positions of the movable element 11 by inputting a signal from the linear encoder (LE) 31 to the electronic control device 32, voltage controller of the control signal according to the position of the mover 11 and it outputs 33, so that applies the control voltage to the electrode 3 of the stator 1. なお、矢印は操作方向を示している。 Arrows indicate the operation direction.
【0041】 [0041]
このように、本発明の皮膚感覚提示装置の移動子11にはその位置を検出するためのリニアエンコーダー31が設けられており、移動子位置、すなわち指先位置を検出することができる。 Thus, the moving element 11 of the cutaneous sensation presentation apparatus of the present invention is linear encoder 31 is provided for detecting the position, it is possible to detect the movable element position, i.e. the fingertip position. よって、その位置の検出結果に基づき、電極3に印加する電圧を制御することにより、擬似的に、微細なテクスチャを表現することが可能となる。 Therefore, based on the detection result of the position, by controlling the voltage applied to the electrode 3, in a pseudo manner, it is possible to express a fine texture. すなわち、盲人用点字装置に見られるような刺激子を配列したタイプの装置においては、表現の分解能が刺激子の配列ピッチにより決定されてしまうのに対し、本発明の皮膚感覚提示装置では、電極3の配列ピッチによらず、微細なテクスチャを表現することができる。 That is, in the type of device having an array of stimulator, as seen in the blind Braille device, whereas the resolution of the representation will be determined by the arrangement pitch of the stimulator, the skin sensation presentation device of the present invention, the electrode regardless of the third arrangement pitch, it is possible to express a fine texture.
【0042】 [0042]
したがって、物に触れたときのザラザラ感ツルツル感を的確に表現させることができる。 Therefore, it is possible to accurately express the harshness slippery feel when touched object.
【0043】 [0043]
なお、上記実施例では、電極構造としてストライプ状の電極構造について述べたが、パターンの無い平板状の電極構造とするようにしてもよい。 In the above embodiment has been described striped electrode structure as the electrode structure may be a flat electrode structure with no pattern.
【0044】 [0044]
また、移動子として、薄膜状の素材を用いたものを示しているが、例えば、薄膜状のフィルムなどの柔軟な素材を用いる。 Further, as the movable element, is shown that using a thin-film material, for example, a flexible material such as a thin film-like film.
【0045】 [0045]
図5は本発明の他の実施例を示す視覚情報表示付き皮膚感覚提示装置の代用写真、図6はその断面模式図である。 Figure 5 is a photograph substituted for other exemplary visual information displayed with the cutaneous sensation presentation apparatus according to the embodiment of the present invention, FIG. 6 is a schematic cross-sectional view. なお、図6(b)は図6(a)のC−C線断面拡大図である。 Incidentally, FIG. 6 (b) is a sectional view taken along line C-C enlarged view of FIG. 6 (a).
【0046】 [0046]
これらの図において、41はタッチパネルLCD、42は固定子(ステータ)、43はスライダー、44は操作者の指、45は移動方向を示しており、タッチパネルLCD41上の固定子42は、下部より透明プラスチックフィルム42A、ITO電極42B、ウレタン42Cからなり、固定子42上を移動するスライダー43は、ウレタン43A、アルミニウム電極43B、透明プラスチックフィルム43Cからなる。 In these figures, 41 is a touch panel LCD, 42 is a stator, 43 slider, the operator fingers 44, 45 indicates the moving direction, the stator 42 on the touch panel LCD41 is transparent from the bottom plastic film 42A, ITO electrodes 42B, made of urethane 42C, the slider 43 that moves on the stator 42, urethane 43A, aluminum electrodes 43B, made of a transparent plastic film 43C. このスライダー43は、操作者の指44に巻付けられるように構成されている。 The slider 43 is configured to be attached 44 wound the operator's fingers.
【0047】 [0047]
この実施例では、タッチパネルLCD41に貼り付けた透明電極(ITO電極42B)からなる固定子42と操作者の指44に巻き付けられたアルミ蒸着フィルム(アルミニウム電極43B)からなるスライダー43とで構成される。 In this embodiment, and a slider 43 made of a transparent electrode was attached to the touch panel LCD41 aluminum deposited film wound around the stator 42 and the operator's finger 44 consisting of (ITO electrode 42B) (aluminum electrode 43B) . 操作者はスライダー43が巻き付けられた操作者の指44で、直接タッチパネルLCD41に表示されている模様や図形などをなぞることにより、その触感を直接得ることが可能である。 Operator with the finger 44 of the operator the slider 43 is wound, by tracing the like pattern or figure that is displayed directly touch panel LCD 41, it is possible to obtain the tactile directly. すなわち、透明電極(ITO電極42B)を用いることにより、モニタに表示される画像などの視覚情報とともに皮膚感覚情報を提示することができる。 That is, by using a transparent electrode (ITO electrode 42B), it is possible to present the skin sensory information with visual information such as an image displayed on the monitor.
【0048】 [0048]
固定子42はITO電極42B上にウレタン42Cをコーティングし、絶縁層(厚さ6.5μm)を形成したものであり、無色透明である。 The stator 42 is coated with urethane 42C on the ITO electrode 42B, is obtained by forming an insulating layer (thickness 6.5 [mu] m), it is colorless and transparent. このITO電極42Bはフィルム全体にコートされた単相電極であり、電圧を印加できるように配線されている。 The ITO electrode 42B is a single-phase electrode which is coated on the entire film, it is wired so as to apply a voltage. この固定子42をタッチパネルLCD41(Gunze,AV7630FT02)に貼り付けてある。 It is affixed to the stator 42 on the touch panel LCD41 (Gunze, AV7630FT02).
【0049】 [0049]
スライダー43はアルミニウムを蒸着したフィルム(アルミニウム電極43B)にウレタン43Aをコーティングし、保護層(厚さ0.5μm)を形成したものである。 Slider 43 are those by coating a urethane 43A to the film with a deposit of aluminum (aluminum electrode 43B), to form a protective layer (thickness 0.5 [mu] m). アルミニウムが蒸着されている導電層43Bは導線を介してグランドに接続されている。 Conductive layer 43B which aluminum is deposited is connected to the ground via a conductor.
【0050】 [0050]
固定子42が貼り付けられたタッチパネルLCD41を操作者の指44でなぞるとタッチパネルLCD41の機能により、パソコン(PC)画面上のカーソルが動く。 When tracing the touch panel LCD41 the stator 42 is attached at the operator's finger 44 by the function of the touch panel LCD41, move the cursor of a personal computer (PC) on the screen. このカーソル位置を指位置としている。 The cursor position is the finger position. カーソル位置に応じてPCから電圧値を送り、これを増幅して固定子のITO電極42Bに印加する構成となっている。 Feeding a voltage value from the PC in accordance with the cursor position, and has a configuration to be applied to the ITO electrodes 42B of the amplifier to the stator of this.
【0051】 [0051]
なお、今回用いたタッチパネルは抵抗膜式である。 The touch panel used here is a resistive film type. タッチパネルの他方式として静電容量式や弾性表面波式があるが、静電容量式の場合は固定子により弾性表面波が適切に伝わらなくなるために用いることが困難であると考えられる。 There is capacitive or surface acoustic wave type as other types of touch panels, but considered in the case of capacitance type is difficult to use for the surface acoustic wave by the stator is not transmitted to the appropriate.
【0052】 [0052]
上記のように、この実施例では、視覚情報とともに皮膚感覚情報を提示することができるため、操作性や臨場感をより高めることが可能となる。 As described above, in this embodiment, it is possible to provide the skin sensory information together with visual information, it is possible to improve the operability and realism.
【0053】 [0053]
上記のように構成したので、透明電極を用いることにより、ディスプレイに直接触れて皮膚感覚を提示することができる。 Since it is configured as described above, by using a transparent electrode, it is possible to present the skin feel touch directly on the display.
【0054】 [0054]
次に、この視覚情報表示付き皮膚感覚提示装置の触感提示原理について説明する。 Next, a description will be given of tactile presented the principles of the visual information display with skin sensation presentation device.
【0055】 [0055]
図7はその視覚情報表示付き皮膚感覚提示装置による触感の提示原理の説明の断面模式図である。 Figure 7 is a schematic sectional view of a description of a presentation principle of tactile by the visual information displayed with cutaneous sensation presentation device.
【0056】 [0056]
この図において、51はITO電極、52は絶縁膜、53はアルミニウム電極(スライダー)、54は操作者の指、55は移動方向、56は静電吸引力、57は摩擦力である。 In this figure, 51 is the ITO electrode, is 52 insulating film, 53 aluminum electrode (slider), 54 the operator's finger, the 55 movement direction, 56 an electrostatic attraction force, 57 is the frictional force.
【0057】 [0057]
そこで、ITO電極51に電圧を印加することにより、ITO電極51とスライダー53の導電層との間に静電吸引力56が発生する。 Therefore, by applying a voltage to the ITO electrode 51, the electrostatic attractive force 56 is generated between the conductive layer of ITO electrode 51 and the slider 53. この状態で操作者の指54を動かすと摩擦力57が発生する。 The state moves the operator's finger 54 and the frictional force 57 is generated. この摩擦力57が操作者の指54に加わり操作者は触感を得ることができる。 Operator applied the frictional force 57 is the operator's finger 54 can be obtained touch. したがって、ITO電極51に印加する電圧を制御することにより、操作者の指54に加わる摩擦力57を制御し、様々な触感の提示が行なえる。 Thus, by controlling the voltage applied to the ITO electrode 51, and controls the friction force 57 applied to the operator's finger 54, allows the presentation of different touch.
【0058】 [0058]
本発明の皮膚感覚提示装置において発生する摩擦力の測定を行なった。 It was measured in the frictional force generated in the skin sensation presentation apparatus of the present invention.
【0059】 [0059]
図8は本発明の皮膚感覚提示装置に働く摩擦力の測定方法を示す模式図である。 Figure 8 is a schematic diagram showing a method of measuring the frictional force acting on the cutaneous sensation presentation apparatus of the present invention.
【0060】 [0060]
この図において、60はステージ、61は固定子、62は摩擦力の測定対象としてのスライダーフィルムを20mm角のアクリル板に貼り付けたスライダー、63はロードセル、64はステージ60の移動方向、65はスライダー62に加えられる与圧である。 In this figure, 60 is a stage, 61 is a stator, 62 slider pasted slider film as measured frictional force to the acrylic plate of 20mm square, 63 load cell 64 is the moving direction of the stage 60, 65 a pressurized applied to the slider 62.
【0061】 [0061]
この図に示すように、固定子61をステージ60に貼り付け、スライダー62に50gfの与圧65で固定子61に押し付けた。 As shown in this figure, paste the stator 61 to the stage 60, pressed against the stator 61 by pressurizing 65 50gf the slider 62. この状態でステージ60を0.5mm/sの速度で動かし、スライダー62に働く摩擦力をロードセル63により測定した。 Move In this state the stage 60 at a speed of 0.5 mm / s, and the frictional force acting on the slider 62 is measured by the load cell 63.
【0062】 [0062]
印加電圧が100V 0-pのときのものを図9(a)に、同様の印加電圧波形で振幅が60V 0-pから200V 0-pのときの摩擦力測定結果を図9(b)に示す。 Figure ones when the applied voltage is 100V 0-p 9 (a) , the frictional force measurement results when the 200V 0-p amplitude from 60V 0-p at the same applied voltage waveform in FIG. 9 (b) show. 印加電圧波形で正負の電圧が交互に現れるのは、同極性の電圧を与え続けると摩擦力が低下するためである。 The positive and negative voltages alternately appear in the applied voltage waveform, because the frictional force and continue to provide a voltage of the same polarity is lowered. これはフィルムの帯電によるものと考えられる。 This is considered to be due to charging of the film.
【0063】 [0063]
図9(b)より明らかなように、電圧印加直後に摩擦力は最大となり、その後時間とともに減衰することが分かる。 Figure 9 (b) As is apparent from the friction force immediately after the voltage application is maximized, it can be seen that decays with subsequent time. また、摩擦力は印加電圧のほぼ2乗に比例することが分かる。 Further, the frictional force is proportional to approximately the square of the applied voltage.
【0064】 [0064]
次に、本発明の応用例について説明する。 Next described is an application example of the present invention.
【0065】 [0065]
ここでは、本発明の装置を適用できるWindows(登録商標)用アプリケーションを試作した。 Here, a prototype Windows (registered trademark) application that can be applied to apparatus of the present invention. 例えば、図10(a)に示すようなテクスチャを表現したい場合は、図10(b)に示すように、図10(a)中の色(白と黒)の境界で切り替わるように電圧を印加することとした。 For example, if you want to express the texture as shown in FIG. 10 (a), as shown in FIG. 10 (b), applying a voltage to switch at the boundary of the color in FIG. 10 (a) (white and black) It was decided to. なお、図10(a)における矢印は、指の動作を示す。 Arrows in FIG. 10 (a) illustrates the operation of a finger.
【0066】 [0066]
図11は作成したWindows(登録商標)用アプリケーションを示す図である。 Figure 11 is a diagram showing an application for Windows (registered trademark) created. 図11に示す上三段では様々な種類や粗さの模様をなぞっている感覚を受けることができる。 You can receive a sense that traces the pattern of different types and roughness in upper three shown in Figure 11. また、図11に示す最下段では色の濃いものほど強い粗さ感の提示を受けることができる。 Further, it is possible to receive a presentation of strong roughness feeling as those darker color in the bottom of FIG. 11. 用いた最大印加電圧振幅は250V 0-p程度である。 Maximum applied voltage amplitude used was about 250V 0-p.
【0067】 [0067]
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。 The present invention is not limited to the above embodiments, but various modifications are possible based on the spirit of the present invention and is not intended to exclude from the scope of the present invention.
【0068】 [0068]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。 As described above in detail, according to the present invention can exhibit the following effects.
【0069】 [0069]
(A)移動子が薄膜状で十分柔らかいため、移動子と固定子との間に働く静電吸引力を場所により異なるものとすることができ、例えば、指先と指の腹など、場所により異なった刺激を与えることができる。 Because (A) moving element is sufficiently soft in thin film form, the mover and the electrostatic attractive force can be different by location acting between the stator, for example, such as the ball of the fingertip and the finger, different by location stimulus can give was. そのため、現実の面をなぞった際に近い感触を提示することが可能となる。 Therefore, it is possible to present the feel close upon tracing the real surface.
【0070】 [0070]
(B)固定電極と指先との間に薄膜状の移動子(フィルム)を挟み込むようにしたので、指先の発汗の影響を受けにくく、長時間にわたり安定した駆動を実現することができる。 (B) since to sandwich the thin film of the moving element (film) between the fixed electrode and the fingertip, less affected by the fingertip of perspiration, it is possible to realize stable driving for a long time.
【0071】 [0071]
(C)薄膜状の移動子(フィルム)を設置し、移動子と指先を一緒に動かす仕様となっているため、容易に指先位置を測定することができる。 (C) established the thin film of the moving element (film), since that is a specification for moving the moving element and the fingertip together, it can be measured easily fingertip position.
【0072】 [0072]
そのため、指先位置に応じて発生力を制御することで従来よりも豊かな表現が可能となる。 Therefore, it is possible to expressive than ever by controlling the generated force in accordance with the fingertip position. また、指先に何らかの付加的な装置を装着する必要はなく、単に薄膜状の移動子(フィルム)に触れて動かすだけであるため、簡便かつ軽量で実用性が高い。 Further, there is no need to mount any additional device on the fingertip, simply because it only moves by touching the thin film of the movable element (film), is highly practical in a simple and lightweight.
【0073】 [0073]
(D)透明電極を用いることにより、画面を見ながら直接触れて皮膚感覚を提示することができるようになるため、皮膚感覚情報を視覚情報とともに得ることができ、操作性や臨場感をより高めることが可能となる。 (D) by using a transparent electrode, since it is possible to present the skin feel touch directly while viewing the screen, it is possible to obtain a skin sensory information together with visual information, improve the operability and realism it becomes possible.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】本発明の実施例を示す皮膚感覚提示装置の模式図である。 1 is a schematic diagram of a cutaneous sensation presentation apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1のA−A線の断面図である。 2 is a cross-sectional view of line A-A of FIG.
【図3】図1のB−B線の断面図である。 3 is a cross-sectional view of line B-B of FIG.
【図4】本発明の実施例を示す皮膚感覚提示装置のシステム構成図である。 4 is a system configuration diagram of a cutaneous sensation presentation apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図5】本発明の他の実施例を示す視覚情報表示付き皮膚感覚提示装置の代用写真である。 5 is a photograph substituted for visual information display with cutaneous sensation presentation apparatus showing another embodiment of the present invention.
【図6】図5の視覚情報表示付き皮膚感覚提示装置の断面模式図である。 6 is a cross-sectional schematic view of a visual information display with cutaneous sensation presentation apparatus of FIG.
【図7】本発明の視覚情報表示付き皮膚感覚提示装置による触感の提示原理の説明の断面模式図である。 7 is a cross-sectional schematic view of a description of a presentation principle of tactile visual information display with cutaneous sensation presentation apparatus of the present invention.
【図8】本発明の皮膚感覚提示装置に働く摩擦力の測定方法を示す模式図である。 8 is a schematic diagram showing a method of measuring the frictional force acting on the cutaneous sensation presentation apparatus of the present invention.
【図9】本発明の皮膚感覚提示装置の印加電圧と摩擦力を示す図である。 9 is a diagram showing the applied voltage and the frictional force of the cutaneous sensation presentation apparatus of the present invention.
【図10】本発明の皮膚感覚提示装置のテクスチャと印加電圧との関係を示す図である。 Is a diagram showing the relationship between the texture and the applied voltage of the cutaneous sensation presentation apparatus of the present invention; FIG.
【図11】本発明を適用するWindows(登録商標)用アプリケーションの例を示す図である。 11 is a diagram showing an example of application Windows (registered trademark) application of the present invention.
【図12】従来の皮膚感覚提示装置の模式図である。 12 is a schematic diagram of a conventional skin sensation presentation device.
【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS
1,42,61 固定子2 基板3 ストライプ状(もしくは、マトリクス状)の電極4 絶縁膜(絶縁フィルム) 1,42,61 stator 2 substrate 3 stripes (or matrix) electrode 4 insulating film (an insulating film)
11 移動子(フィルム) 11 mover (film)
12 薄膜13 導電体層21,44,54 操作者の指31 リニアエンコーダー(LE) 12 thin film 13 conductive layer 21,44,54 operator's finger 31 a linear encoder (LE)
32 電子制御装置33 電圧制御器41 タッチパネルLCD 32 the electronic control unit 33 voltage controller 41 touch panel LCD
42A,43C 透明プラスチックフィルム42B,51 ITO電極42C,43A ウレタン43,62 スライダー43B アルミニウム電極45,55 移動方向52 絶縁膜53 アルミニウム電極(スライダー) 42A, 43C transparent plastic film 42B, 51 ITO electrodes 42C, 43A urethane 43,62 slider 43B aluminum electrodes 45, 55 movement direction 52 insulating film 53 aluminum electrode (slider)
56 静電吸引力57 摩擦力60 ステージ63 ロードセル64 ステージの移動方向 56 the moving direction of the electrostatic attraction 57 frictional force 60 stage 63 load cell 64 Stage

Claims (7)

  1. 電極を有する固定子と、表面もしくは内部に適度な導電性を持たせた移動子からなる装置を備え、操作者が前記移動子を指で動かした際に、前記固定子の電極に印加する電圧を適切に制御することにより、前記固定子の電極と前記移動子間の静電吸引力に起因する摩擦振動を前記操作者の指先に伝達し、それにより様々な皮膚感覚を提示することを特徴とする皮膚感覚提示装置。 Comprising a stator having an electrode, the apparatus comprising a surface or moving element which gave appropriate conductivity inside, when the operator moves the moving element with a finger, a voltage applied to the electrodes of the stator by appropriately controlling the, characterized in that the friction vibration caused by the electrostatic attraction between the between the electrodes of the stator mover is transmitted to a fingertip of the operator, thereby presenting a variety of skin sensation skin sensation presentation device to.
  2. 請求項1記載の皮膚感覚提示装置において、前記固定子の電極はストライプ状又はマトリクス状に形成されることを特徴とする皮膚感覚提示装置。 In cutaneous sensation presentation apparatus according to claim 1, wherein the electrodes of the stator skin sensation presentation apparatus characterized in that it is formed in a stripe shape or a matrix shape.
  3. 請求項1記載の皮膚感覚提示装置において、前記移動子は薄膜状の移動子からなることを特徴とする皮膚感覚提示装置。 In cutaneous sensation presentation apparatus according to claim 1, wherein the moving element is cutaneous sensation presentation apparatus characterized by comprising a thin film of the movable element.
  4. 請求項1記載の皮膚感覚提示装置において、前記移動子の位置を検出する手段を有し、検出した位置に基づき前記固定子の各電極に印加する電圧を制御することにより、様々な皮膚感覚を提示することを特徴とする皮膚感覚提示装置。 In cutaneous sensation presentation apparatus according to claim 1, further comprising a means for detecting a position of the moving element, by controlling the voltage applied to the electrodes of the stator on the basis of the detected position, a variety of skin sensation skin sensation presentation device, characterized in that it presented.
  5. 請求項1記載の皮膚感覚提示装置において、前記移動子を柔軟な素材とすることにより、移動子・固定子間に発生する摩擦力分布を大きく変化させることなく前記操作者の指先に伝達することを特徴とする皮膚感覚提示装置。 In cutaneous sensation presentation apparatus according to claim 1, by the moving element and flexible material, to be transmitted to a fingertip of the operator without significantly changing the frictional force distribution generated between the mover-stator skin sensation presentation apparatus according to claim.
  6. 請求項1記載の皮膚感覚提示装置において、前記電極として透明電極材料を用い、該透明電極材料からなる電極をディスプレイの上に重ねることで、視覚情報と皮膚感覚情報をあわせて提示することを特徴とする皮膚感覚提示装置。 Characterized in cutaneous sensation presentation apparatus according to claim 1, using a transparent electrode material as the electrode, by stacking the electrode made of transparent electrode material on top of the display, to present together visual information and cutaneous sensory information skin sensation presentation device to.
  7. 請求項6記載の皮膚感覚提示装置において、前記ディスプレイはタッチパネルディスプレイであることを特徴とする皮膚感覚提示装置。 In cutaneous sensation presentation apparatus according to claim 6, cutaneous sensation presentation device, wherein the display is a touch panel display.
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