JP4244784B2 - Driving force generator - Google Patents

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Description

本願発明は、人の手指等の触覚を通じてさまざまの情報の伝達を行う触覚による情報伝達システム又は触覚による情報受感装置において好適に用いることができる駆動力発生装置に関する。   The present invention relates to a driving force generator that can be suitably used in a tactile information transmission system or a tactile information receiving device that transmits various information through a tactile sense such as a human finger.

目、耳、鼻、手、指などの受容器官を用いて知覚する体感情報の中で、触覚は対象物を認知・判断する場合の最終的な決め手となる場合が多い。つまり、対象物に手や指で触ることによって対象物の表面の粗滑感や凹凸感あるいは重さなどの感触を理解・納得し、後にさまざまな決定を下していると考えられる。
これに対し、直接、手指で触れることのできないテレビやパーソナル・コンピュータの画面上に表示される商品や展示物などの情報、又は、雑誌、パンフレット、カタログ等の文書で紹介される商品等の情報は、言語的・視覚的に対象を認識できても、その雰囲気や体感までを感じ取ることは困難である。そのため、人は脳の中でこれらの情報の欠落部分を推測して保管し納得している。
従って、視覚のみの単一様式の情報による認知の深さは、触覚を伴う場合よりも浅薄になりがちであり、その結果、記憶としてのあいまいさや判断の過ちをおかすなどの問題点がある。
Of the bodily sensation information that is perceived using the receptive organs such as the eyes, ears, nose, hands, and fingers, the tactile sense is often the final decisive factor when recognizing and judging an object. In other words, it is thought that by touching the object with a hand or a finger, it is understood and convinced that the surface of the object is rough, uneven, or heavy, and various decisions are made later.
On the other hand, information on products and exhibits displayed on the screens of televisions and personal computers that cannot be touched directly with fingers, or information on products introduced in documents such as magazines, brochures, and catalogs Even if the object can be recognized linguistically and visually, it is difficult to sense the atmosphere and body sensation. For this reason, humans guess and store missing parts of this information in the brain.
Accordingly, the depth of recognition based on information in a single visual style tends to be shallower than that with tactile sensation. As a result, there are problems such as ambiguity as memory and mistakes in judgment.

しかしながら、これまでの情報通信機器の発達・普及はインターネット等主に視覚によるものが中心となっており、視覚と従来から一般的であった聴覚とによる情報伝達が普及しつつある。したがって、視覚による情報通信機器が充分に発達し普及した後には、触覚による情報伝達への要求が大きくなるものと予想される。   However, the development and popularization of information communication equipment so far has been mainly based on the visual system such as the Internet, and information transmission using visual and conventional auditory information is becoming widespread. Therefore, it is expected that the demand for tactile information transmission will increase after the visual information communication equipment is sufficiently developed and spread.

触覚を通じて情報の伝達を行う手段として、視覚障害者が用いる点字が古くから知られている。また、地図等の図形的な形状情報を伝達し又は認識させる手段としては、原型となる型をもとにプレス複製した半立体的な樹脂製のドキュメントも知られている。
さらに、このような文字情報又は形状情報を電子情報機器によって伝達しようという試みもなされており、例えば特開昭59−198483号公報(特許文献1)、特開平2−
5081号公報(特許文献2)、特開平5−333765号公報(特許文献3)、実開平5−96863号公報(特許文献4)、米国特許第5625576号(特許文献5)に記載されているものがある。
Braille used by visually impaired people has long been known as a means for transmitting information through touch. Further, as a means for transmitting or recognizing graphic shape information such as a map, a semi-three-dimensional resin document that is press-replicated based on an original mold is also known.
Furthermore, attempts have been made to transmit such character information or shape information by electronic information equipment. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-198483 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 2-
No. 5081 (Patent Document 2), Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-333765 (Patent Document 3), Japanese Utility Model Publication No. 5-96863 (Patent Document 4), and US Pat. No. 5,625,576 (Patent Document 5). There is something.

特開昭59−198483号公報、特開平2−5081号公報、特開平5−333765号公報に記載されている装置は、点字を表示するものであり、複数のピンが作動し、突出した状態又は後退した状態に制御されることによって点字コードを出力するようになっている。
また、実開平5−96863号公報に記載の装置は、三次元ディスプレイとして機能するものであり、複数のマトリックス状に配列されたピンの各々が駆動源によって上下方向に駆動され、それぞれの高さ方向の位置が制御されるようになっている。したがって、複数のピンの集合によって文字、図形等が立体的に表示される。
The devices described in JP-A-59-198483, JP-A-2-5081, and JP-A-5-333765 display Braille, and a plurality of pins are operated and protruded. Alternatively, the braille code is output by being controlled in the retracted state.
The device described in Japanese Utility Model Laid-Open No. 5-96863 functions as a three-dimensional display, and each of a plurality of pins arranged in a matrix is driven in the vertical direction by a driving source, and the height of each pin is arranged. The position of the direction is controlled. Therefore, a character, a figure, etc. are displayed in three dimensions by a set of a plurality of pins.

米国特許第5625576号に記載の装置は、指先に触覚情報を呈示する構成となっており、リンク機構を用いたロボットマニュピレータを備え、マニュピレータの先端部分に指を挿入するサックが設けられている。そして、操作者は上記サックに指先を入れ、コンピュータの画面上に現れるポインタを参照しながら指を動作することにより、画面上の物体の形状や硬軟感を感じ取ることができるようになっている。 The device described in US Pat. No. 5,625,576 is configured to present tactile information to the fingertip, and includes a robot manipulator using a link mechanism, and a sac for inserting the finger at the tip of the manipulator. The operator can feel the shape and hardness of the object on the screen by putting his fingertip on the sack and moving the finger while referring to the pointer appearing on the computer screen.

一方、表示された画像と手や指に感じる振動とを対応づけて使用者に知覚させる入力装置が知られている(ソニー社製、製品名DUALSHOCK)。この装置は、振動の周波数や間隔を選択することで様々な感覚を擬似的に発生させるものである。   On the other hand, there is known an input device that associates a displayed image with vibrations felt by a hand or a finger to make a user perceive (product name DUALSHOCK, manufactured by Sony Corporation). This device generates various feelings in a pseudo manner by selecting the frequency and interval of vibration.

また、ディスプレイに表示されたポインタで画像等を選択するマウスに対し、マウスパッドから電磁気力を与えて、マウスを駆動する装置が公表されている(技術名FEELitMOUSE、イマージョン社製)。これは、マウスの移動に応じてポインタと重なる箇所の表示画像の質感や、ボタンやウィンドウといった仮想物の凹凸に対応した振動などを、触覚により使用者に情報を伝達するものである。このデバイスの構造は、触感に応じた演算を行うためのプロセッサを内蔵した専用のマウスパッド上に専用のマウスを置き、このマウスを電磁気的な機構を用いて動かすものと推測されるが、その構造の詳細は開示されていない。   In addition, a device for driving a mouse by applying electromagnetic force from a mouse pad to a mouse that selects an image or the like with a pointer displayed on a display has been disclosed (technical name FEELitMOUSE, manufactured by Immersion). According to this, information is transmitted to the user by tactile sensation such as the texture of the display image where the pointer overlaps or the vibration corresponding to the unevenness of a virtual object such as a button or window according to the movement of the mouse. The structure of this device is presumed to be that a dedicated mouse is placed on a dedicated mouse pad with a built-in processor for performing tactile sensations, and this mouse is moved using an electromagnetic mechanism. Details of the structure are not disclosed.

また特開平7−191798号(特許文献6)には、入力装置に設けられた球体を回転制御することで触覚情報を入力者にフィードバックする装置が開示されている。
この装置は、球体に使用者の指又は手が接触した状態で、該球体を回転駆動し、あたかも所定の形状の上を指を滑らせている、又は所定の形状のものが動いているといった触感を与えるものである。
特開昭59−198483号公報 特開平2−5081号公報 特開平5−333765号公報 実開平5−96863号公報 米国特許第5625576号 特開平7−191798号公報
Japanese Patent Laid-Open No. 7-191798 (Patent Document 6) discloses a device that feeds back tactile information to an input person by controlling the rotation of a sphere provided in the input device.
This device rotates the sphere in a state where the user's finger or hand is in contact with the sphere, and it is as if the finger is slid on the predetermined shape, or the predetermined shape is moving. It gives a touch.
JP 59-198483 A Japanese Patent Laid-Open No. 2-5081 JP-A-5-333765 Japanese Utility Model Publication No. 5-96863 US Pat. No. 5,625,576 JP-A-7-191798

しかしながら、上記のような従来の装置では次のような問題点がある。
特開昭59−198483号公報、特開平2−5081号公報、特開平5−333465号公報に記載の装置は、ピン等が突出した状態と後退した状態との二値的な表現能力しか持たないため、点字というコード情報で表現しなければならない。したがって、すべての情報は言語を通じて伝達することになり、アナログ的な輪郭線のような形態や感覚的に把えられる動作を表現することができない。
However, the conventional apparatus as described above has the following problems.
The devices described in JP-A-59-198483, JP-A-2-5081, and JP-A-5-333465 have only a binary expression ability of a state in which a pin or the like protrudes and a state in which it retracts. Because there is no code, it must be expressed by code information called Braille. Therefore, all information is transmitted through language, and it is not possible to express a form like an analog contour line or an operation that can be grasped sensuously.

また、特開平5−96863号公報に記載の装置は、多数のピンの位置を制御する構造となっているので、立体的な形状等を表現することができるものの、静止状態で利用することを前提としており、動的な表現はできない。
また、この装置は多数のピンが独立して動作し、それぞれを制御する必要があるので、構造が複雑になるとともに、煩雑な制御を行う必要がある。
The device described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-96863 has a structure for controlling the positions of a large number of pins, so that it can express a three-dimensional shape or the like, but can be used in a stationary state. It is a premise and cannot be expressed dynamically.
In addition, since this apparatus operates a large number of pins independently and needs to control each of them, the structure is complicated and complicated control is required.

また、米国特許第5625576号に記載の装置は、一つの指先に触力覚情報を呈示するもので、形状や硬軟感の呈示は可能であるが、操作者が手首や腕を自分で動作させ、その移動延長上に反力を感じ取るというものである。つまり、仮想空間のなかを手が情報を探し歩くというものであり、操作者が能動的な動作をしない限り情報は獲得できないものである。
また、複数の方向の駆動力を得るために各方向毎に設けた電磁モータの回転を複数の揺動腕(アーム)のスイング回転に変換する構成となっており、複数方向への駆動機構に大きな容積を必要としている。さらに、本構成は駆動源であるモータから人が触知するアーム先端までの距離が長く、各所に連結部材を介して力を伝達しているため、細かな振動や変位を呈示することが困難である。したがって、大まかな形状・輪郭や硬軟感は表現できるものの細かな周波数の動き等を呈示することは困難である。
In addition, the device described in US Pat. No. 5,625,576 presents tactile force information to one fingertip, and can present a shape and stiffness, but an operator can move his / her wrist or arm by himself / herself. , Feel the reaction force on the movement extension. That is, the hand searches for information in the virtual space, and information cannot be acquired unless the operator performs an active action.
In addition, in order to obtain a driving force in a plurality of directions, the rotation of an electromagnetic motor provided in each direction is converted into a swing rotation of a plurality of swinging arms (arms). A large volume is required. In addition, this configuration has a long distance from the motor that is the driving source to the arm tip that is touched by humans, and transmits force to the various places via connecting members, making it difficult to present fine vibrations and displacements. It is. Therefore, although it is possible to express a rough shape / contour and stiffness, it is difficult to present a fine frequency movement or the like.

一方、上記のように触覚によって感受することができる情報を呈示するためには、多くの場合呈示子を電子的な情報に基づいて動作させることになる。呈示子を動作させるための駆動源としてはソレノイド等従来から知られているものを使用することができるが、装置を小型化し、自由に動的な呈示をも可能とするためには、駆動装置も小型化し、動作の制御が容易なものが望まれる。そして、呈示子を2方向に動作させることを考えると、従来の駆動装置ではそれぞれの方向に駆動装置を設け、これらの作動により、呈示子に平面内での動きを付与することになる。   On the other hand, in order to present information that can be sensed by touch as described above, the presenter is often operated based on electronic information. As a drive source for operating the presenter, a conventionally known one such as a solenoid can be used. However, in order to reduce the size of the device and also allow free dynamic presentation, the drive device It is also desirable that the size be reduced and the operation can be easily controlled. Then, considering that the presenter is operated in two directions, the conventional drive device is provided with a drive device in each direction, and these operations give the presenter motion in a plane.

また、振動の周期や振幅を変化させることで触感を再現する装置では、その振動波が方向性のない単なる振動であるため、触感の微妙な再現には限界があり、手、腕あるいは身体全体で感じられるのと同程度の刺激を与えるのに止まっている。   In addition, in a device that reproduces the tactile sensation by changing the period and amplitude of vibration, since the vibration wave is a simple vibration with no directionality, there is a limit to the subtle reproduction of the tactile sensation, such as the hand, arm, or the entire body. It stops to give the same level of stimulation as you can feel.

また、マウスを電磁気力によって動かす装置では、手全体および手のひら全体で感じる触感を表現するのには適するが、手のひらは微妙な触感を識別できないため、微妙な触感を与えるのにもマウスをかなり大きく移動しなければならない。また、マウスをはじめとするポインティングデバイスは、小さな入力動作でディスプレイ上の大きな距離ポインタを移動させられることが、入力作業を効率化するのに大きな利点となるが、上記方式のマウスは触感を与えるためにマウス全体を移動させる必要があり、小さな入力動作を犠牲にしなければならない。また、専用のマウスパッド上で作業しなければならず、使用上の制約が多い。   A device that moves the mouse by electromagnetic force is suitable for expressing the tactile sensation felt by the entire hand and the entire palm, but because the palm cannot distinguish the subtle tactile sense, Must move. In addition, a pointing device such as a mouse can move a large distance pointer on the display with a small input operation, which is a great advantage for improving the efficiency of input work. Therefore, it is necessary to move the entire mouse, and a small input operation must be sacrificed. In addition, the user has to work on a dedicated mouse pad, and there are many restrictions on use.

さらに、球体を回転させて入力者に触覚をフィードバックする装置においては、球体の回動に伴って球体と接する指の腹の部分が徐々にずれていってしまうことになる。このため、入力者には球体の丸みという形状感が触覚情報に重畳して伝達されてしまい、触覚の再現性が低下してしまうという問題があった。   Furthermore, in a device that rotates a sphere and feeds back a tactile sensation to an input person, the abdomen of the finger that contacts the sphere gradually shifts as the sphere rotates. For this reason, there is a problem that the sense of shape of the sphere is superimposed on the tactile information and transmitted to the input person, and the reproducibility of the tactile sensation is reduced.

本願に係る発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型であっても十分な触感を使用者に与えることができる情報受感装置の駆動に適した駆動力発生装置を提供することである。   The invention according to the present application has been made in view of the circumstances as described above, and the purpose thereof is a drive suitable for driving an information sensing device capable of giving a user a sufficient tactile sensation even if it is small. It is to provide a force generator.

上記のような問題点を解決するために、本発明は、 それぞれが互いに直交するX軸、Y軸、Z軸の、Z軸方向に磁束を発生させる磁界発生手段と、 前記磁界発生手段によって生じる磁束、巻線の一部が前記X軸方向に横切るように配置された1つ以上のコイルを含む第1のコイル群と、 前記磁界発生手段によって生じる磁束、巻線の一部が前記Y軸方向に横切るように配置された1つ以上のコイルを含む第2のコイル群と、 前記第1のコイル群と第2のコイル群とに、独立して制御された電流を供給する駆動電源と、を有し、 指先が載置され、該指先の接触面とほぼ平行な方向への移動が可能に支持された受感部に、前記磁界発生手段もしくはコイル群のいずれか一方が固定され、 前記受感部は、指先の接触を検知する接触検知センサを有し、前記磁界発生手段もしくはコイル群の他方が固定された基部に対して、X軸方向及びY軸方向の相対移動が可能に支持されており、 前記接触検知センサが、前記受感部から指先が離れたことを検知したときに前記駆動電源からコイル群への電流の供給を停止するように制御されるものである駆動力発生装置を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides a magnetic field generating means for generating a magnetic flux in the Z-axis direction of the X axis, the Y axis, and the Z axis, which are orthogonal to each other, and the magnetic field generating means the magnetic flux, a first coil group part of the winding comprises one or more coils which are disposed to cross the X-axis direction, the magnetic flux generated by said magnetic field generating means, said part of the winding A second coil group including one or more coils arranged so as to cross the Y-axis direction, and a drive for supplying an independently controlled current to the first coil group and the second coil group It includes a power supply, a fingertip is placed, the sensing part of the movement is rotatably supported to a direction substantially parallel to the finger location of the contact surface, one of said magnetic field generating means or coils fixed The sensor unit is a contact detection sensor that detects a fingertip contact. And is supported so that relative movement in the X-axis direction and the Y-axis direction can be performed with respect to a base portion to which the other of the magnetic field generating means or the coil group is fixed. A driving force generator is provided that is controlled so as to stop the supply of current from the driving power source to the coil group when it is detected that the fingertip has moved away from the coil .

このような駆動力発生装置では、第1のコイル群に通電することにより、この第1のコイル群にY軸方向の駆動力が作用する。また第2のコイル群に通電することにより、X軸方向の駆動力が作用する。したがって、第1のコイル群及び第2のコイル群への通電制御を行うことにより、XY平面内の任意の方向に駆動力を作用させることが可能となる。また、上記コイルをXY平面方向に平たく巻き回したものとすることにより、Z軸方向の寸法を小さくし、安定した状態でX方向及びY方向に駆動させることができる。さらに、第1のコイル群と第2のコイル群とを重ねて配置することもでき、小さい寸法で大きな駆動力を得ることも可能となる。   In such a driving force generator, the driving force in the Y-axis direction acts on the first coil group by energizing the first coil group. Further, when the second coil group is energized, a driving force in the X-axis direction acts. Therefore, by performing energization control to the first coil group and the second coil group, it becomes possible to apply a driving force in any direction within the XY plane. In addition, when the coil is wound flat in the XY plane direction, the dimension in the Z-axis direction can be reduced and driven in the X direction and the Y direction in a stable state. Furthermore, the first coil group and the second coil group can be arranged so as to overlap each other, and a large driving force can be obtained with a small size.

なお、本発明において、磁界発生手段は磁石を用いるのが望ましいが、上記第1及び第2のコイル群とは別のコイル又はコイル群によって磁界を発生させるものであってもよい。   In the present invention, it is desirable to use a magnet as the magnetic field generating means, but a magnetic field may be generated by a coil or a coil group different from the first and second coil groups.

上記のような駆動力発生装置は、指先が載置される受感部の動作によって、情報を伝達する情報受感装置の駆動に用いることができる。受感部は、指先の接触面とほぼ平行な方向への移動が可能に支持されたものとし、この受感部の変位方向を示す情報を含む動作信号に応じてコイル群に電流が供給され、受感部が駆動される。   The driving force generator as described above can be used for driving an information sensing device that transmits information by the operation of the sensing unit on which the fingertip is placed. The sensing part is supported so as to be able to move in a direction substantially parallel to the contact surface of the fingertip, and current is supplied to the coil group in accordance with an operation signal including information indicating the displacement direction of the sensing part. The sensing unit is driven.

前記受感部は、使用者の指先が接触しているときに、これを検知して接触検知信号を伝達する接触検知センサを備える。 The sensing unit includes a contact detection sensor that detects a contact of a user's fingertip and transmits a contact detection signal.

接触検知センサにより人体の一部が接触しているか否かを検知することができ、この接触検知センサから出力される接触検知信号に基づいて、指先の接離に伴う負荷変動時に対応することができる。すなわち、人体の一部が離れ、負荷が急減したときに負荷に対応して駆動力を低減したり、駆動を停止する等の制御が可能となる。   Whether or not a part of the human body is in contact with the contact detection sensor can be detected. Based on the contact detection signal output from the contact detection sensor, it is possible to cope with a load fluctuation caused by the contact and separation of the fingertip. it can. That is, when a part of the human body is separated and the load is suddenly reduced, it is possible to perform control such as reducing the driving force corresponding to the load or stopping the driving.

上記駆動力発生装置を用いた情報受感装置では、指先が載置された受感部が、動作信号に基づいて指先の接触面とほぼ平行な方向に移動するので、触感の鋭い指先が上記受感部に誘導され、触力覚が与えられる。したがって、指先の持つ高い感度の触感を有効に利用して、受感部の動きが小さくとも、豊かな触感、力感が与えられる。このとき、指先は受感部との間の摩擦力で誘導されるので、使用者は触感を感じたくないと考えたときには、受感部から指をはなせば容易に誘導から開放されるために、無理に指を動かされつづけるといった危険がなく、また誤作動が発生したときも安全である。 In the information sensing device using the driving force generating device, the sensing part on which the fingertip is placed moves in a direction substantially parallel to the contact surface of the fingertip based on the operation signal, so that the fingertip with a sharp tactile feel is The tactile sensation is given by being guided to the sensory part. Therefore, a highly sensitive tactile sensation possessed by the fingertip is effectively used to provide a rich tactile sensation and a sense of power even if the movement of the sensing part is small. At this time, since the fingertip is induced by the frictional force between the sensing part and the user thinks that he / she does not want to feel the tactile sensation, the user can easily release the guidance by releasing the finger from the sensing part. There is no danger of being forced to move your finger, and it is safe when a malfunction occurs.

また、前記第1のコイル群又は前記第2のコイル群は、少なくとも一方が2以上のコイルを有し、前記第1のコイル群が有するコイルの少なくとも2つが、X方向にコイル中心が異なる位置に設けられるか、又は前記第2のコイル群が有するコイルの少なくとも2つが、Y方向にコイル中心が異なる位置に設けられ、前記第1のコイル群又は第2のコイル群に含まれる2以上のコイルに異なる電流が供給されるものとしてもよい。   In addition, at least one of the first coil group or the second coil group has two or more coils, and at least two of the coils of the first coil group have positions where the coil centers are different in the X direction. Or at least two of the coils included in the second coil group are provided at positions where the coil centers are different in the Y direction, and two or more coils included in the first coil group or the second coil group. Different currents may be supplied to the coils.

この場合には、第1のコイル群に含まれる2以上のコイルに、例えば異なる量の電流を供給することにより、それぞれのコイルに作用するY軸方向の駆動力に差を設けることができる。また、Y軸方向の駆動力を逆方向にすることもできる。そして、駆動力に差が設けられた2以上のコイルがX軸方向にずれた位置に設けられていることにより、偶力が作用し、コイル保持部にZ軸回りの回転駆動力を発生させることができる。
また、第2のコイル群に含まれる2以上のコイルに供給する電流量を制御し、X軸方向の駆動力に差を設けても同様に機能させることができる。さらに、第1のコイル群と第2のコイル群との双方が2以上のコイルを含むものとし、双方のコイル群にそれぞれ回転駆動力を発生させてもよい。
In this case, by supplying different amounts of current to two or more coils included in the first coil group, for example, a difference can be provided in the driving force in the Y-axis direction acting on each coil. Further, the driving force in the Y-axis direction can be reversed. Then, two or more coils having a difference in driving force are provided at positions shifted in the X-axis direction, so that a couple acts and generates a rotational driving force around the Z-axis in the coil holding portion. be able to.
Further, even if the amount of current supplied to two or more coils included in the second coil group is controlled to provide a difference in driving force in the X-axis direction, the same function can be achieved. Furthermore, both the first coil group and the second coil group may include two or more coils, and a rotational driving force may be generated in each of the coil groups.

また、前記第1のコイル群に含まれるコイルと第2のコイル群に含まれるコイルとが、単一の磁界発生手段によって発生される一方向の磁束を横切るように配置してもよい。   Further, the coil included in the first coil group and the coil included in the second coil group may be arranged so as to cross a unidirectional magnetic flux generated by a single magnetic field generating means.

このような場合には、第1のコイル群に含まれるコイルと第2のコイル群に含まれるコイルとは磁束を横切る方向が異なり、これらの方向が直角となっているので共通の磁束すなわち単一の磁石等による磁束のみでもX軸方向及びY軸方向の駆動力を発生させることができる。したがって、装置を簡単な構造で小型化するとともに大きな駆動力を得ることも可能となる。   In such a case, the direction of crossing the magnetic flux is different between the coil included in the first coil group and the coil included in the second coil group, and these directions are perpendicular to each other. A driving force in the X-axis direction and the Y-axis direction can be generated only by the magnetic flux from one magnet or the like. Therefore, it is possible to reduce the size of the apparatus with a simple structure and obtain a large driving force.

また、前記磁界発生手段は、X軸方向又はY軸方向に配列された複数の磁界発生部材を有し、これらの互いに隣り合う磁界発生部材はZ軸の逆方向に磁束を発生するものであり、前記コイルは、巻線の中心をはさんで対向する部分が、それぞれ上記逆方向の磁束を横切るように配置されているものとしてもよい。   The magnetic field generating means has a plurality of magnetic field generating members arranged in the X-axis direction or the Y-axis direction, and these adjacent magnetic field generating members generate magnetic fluxes in the direction opposite to the Z-axis. The coils may be arranged such that portions facing each other across the center of the winding cross the magnetic flux in the opposite direction.

このような駆動力発生装置では、コイルの巻線の中心をはさんで対向する部分に逆方向の電流が生じるが、これらの部分が横切る磁束の方向も逆となっているので、コイルの対向する部分には同方向の駆動力が作用することになる。したがって、1つのコイルに大きな駆動力が発生することになり、小型で大きな駆動力が得られる装置とすることができる。   In such a driving force generator, a current in the reverse direction is generated in the part facing the center of the coil winding, but the direction of the magnetic flux traversed by these parts is also reversed. The driving force in the same direction acts on the part to be performed. Therefore, a large driving force is generated in one coil, and the device can be made small and have a large driving force.

また、使用者の操作に応じて位置情報を取得する位置情報入力手段を備えるものとすることができる。この場合には、本情報受感装置が接続された装置に対して位置情報を提供するポインティングデバイスとして用いることができる。使用者の動作によって位置情報を入力する方式としては、マウスのようにポインティングデバイスを動かしてその相対移動量を検出するもの(ボール+ロータリーエンコーダ)、パッド上での指の接触位置の時間変化を検出して移動方向を検出して座標と対応づける方法(感圧パット上の押圧位置の検知)、スティックの傾斜方向・傾斜時間などに基づき位置を算出する方式(感圧センサによるスティックの曲げ方向の検出)など、ポインティングデバイスとして用いられる公知の方法を用いることができる。位置情報は、直接的に座標を示す場合に限らず、所定の処理を施すことによって位置を求めることができる情報であってもよい。   Further, it may be provided with position information input means for acquiring position information in accordance with a user operation. In this case, it can be used as a pointing device that provides position information to a device to which the information sensing device is connected. As a method of inputting position information by the user's movement, a pointing device is moved like a mouse to detect the relative movement amount (ball + rotary encoder), and the time change of the finger contact position on the pad is detected. A method of detecting the movement direction and associating it with the coordinates (detection of the pressed position on the pressure-sensitive pad), a method of calculating the position based on the tilt direction and time of the stick (the bending direction of the stick by the pressure sensor) For example, a known method used as a pointing device can be used. The position information is not limited to the case where the coordinates are directly indicated, but may be information whose position can be obtained by performing a predetermined process.

なお、この接続は有線接続であってもよいし、無線接続であってもよく、信号入力部又は信号出力部はその形態に対応したインターフェースを備える。また、ノートパソコンのように位置入力装置が本体に内蔵されている場合は、内部にインターフェースを設けて接続すればよい。   This connection may be a wired connection or a wireless connection, and the signal input unit or signal output unit includes an interface corresponding to the form. Further, when the position input device is built in the main body like a notebook personal computer, an interface may be provided inside and connected.

上記有線接続で情報の入出力を行う場合は、電気的信号を導電線を介して伝達する場合の他、光ケーブルを用い、光信号によって伝達することができる。
また、無線接続は、電磁波による情報伝達の他、光、超音波等を利用するものであってもよい。
When inputting / outputting information through the wired connection, an electrical signal can be transmitted by an optical signal using an optical cable in addition to transmitting an electrical signal through a conductive line.
The wireless connection may use light, ultrasonic waves, or the like in addition to information transmission using electromagnetic waves.

上記情報受感装置は、使用者の操作に基づく受感部の変位あるいは受感部の変位と連動した部位の変位を検知する変位検知手段を備え、この変位検知手段の検知情報を前記信号出力手段を介して出力するように構成すれば、使用者が触感を感じている指先で受感部を変位させる操作をすることによって、この検知情報をこのデバイスに接続された装置に伝達することができる。   The information sensing device includes a displacement detection means for detecting a displacement of the sensing part based on a user's operation or a displacement of a part interlocked with the displacement of the sensing part, and the detection information of the displacement sensing means is output as the signal. If it is configured to output via the means, the detection information can be transmitted to an apparatus connected to the device by performing an operation of displacing the sensing part with a fingertip that the user feels tactile. it can.

このような装置では、触覚による情報の受感と指先の動作による動作信号の出力を行うことができる。
つまり、受感部が駆動力によって駆動されることによって受感部から触覚による情報を感知するとともに、使用者が指先を動かすことによって受感部を移動させ、これによって情報例えば指先の動作を信号として出力するものである。具体的な装置の形態としては、例えば、外力によって受感部が強制的に変位されたときに、変位に比例した復元力を作用させるような制御等が可能となる。より具体的には、マウスのクリックボタン上に情報受感装置の受感部を設けたものが考えられる。また、2ボタンマウスのボタン間に配置されたスクロール用のローラを受感部とし、ローラは回転駆動させるとともに、動作信号に基づいて回転軸方向に移動する機構を設けることもできる。このように構成することで、使用者は触感よる情報の受感と応答とを即座に行うことができる。また、受感部の変位を検知して受感部の予定した移動量と比較することで使用者に適した変位量に設定したり、または、使用者ごとの個人情報として保持し次の使用者を特定するのにも用いることができる。
In such a device, it is possible to receive information by tactile sense and output an operation signal by fingertip movement.
That is, the sensory part senses tactile information from the sensory part when the sensory part is driven by the driving force, and the user moves the sensory part by moving the fingertip. Is output as As a specific form of the device, for example, when the sensing part is forcibly displaced by an external force, a control for applying a restoring force proportional to the displacement is possible. More specifically, it is conceivable to provide a sensing unit of an information sensing device on a click button of a mouse. Further, a scroll roller disposed between the buttons of the two-button mouse can be used as a sensing part, and the roller can be driven to rotate and can be provided with a mechanism that moves in the direction of the rotation axis based on an operation signal. With this configuration, the user can immediately receive and respond to information by touch. In addition, by detecting the displacement of the sensing part and comparing it with the planned movement amount of the sensing part, it can be set to a displacement suitable for the user, or retained as personal information for each user for the next use It can also be used to identify a person.

また、受感部を、載置された指を曲げる方向とこれに直交する指を振る方向に変位させるように構成することで、使用者の指を自由度の高い指の曲げ動作と指の振り動作とをするように誘導する。このとき、変位量が大きいと指は受感部の変位に追従できなくなり、使用者は次の動作に迅速に移れない。従って、この変位量を3cm以下とすることが望ましい。   In addition, by configuring the sensory part to be displaced in a direction in which the placed finger is bent and in a direction in which the finger orthogonal to this is shaken, the user's finger can be flexed with a high degree of freedom. Guidance is made to swing. At this time, if the amount of displacement is large, the finger cannot follow the displacement of the sensing part, and the user cannot quickly move to the next operation. Therefore, it is desirable that the amount of displacement be 3 cm or less.

上記のような情報受感装置は、情報処理装置とともに用い、この情報処理装置から該情報受感装置の信号入力部を介して前記動作信号が入力されるものとし、触覚による情報伝達システムとして使用することができる。   The information sensing device as described above is used together with an information processing device, and the operation signal is input from the information processing device via a signal input unit of the information sensing device, and is used as a tactile information transmission system. can do.

このような情報伝達システムでは、情報受感装置の信号入力部を介して情報処理装置から動作信号が入力され、この信号に基づいて受感部を変位させる駆動力が作用し、情報受感装置が動作する。これにより受感部は情報処理装置と連動して様々な動作が可能となる。そして、受感部に人体の一部を接触させている受感者は、受感部の動きを感じ取ることができ、その動作のパターンや動作のタイミング、変位等により様々な情報を得ることができる。なお、この信号入力部と情報処理装置は、有線接続あるいは無線接続により信号の伝達をする。   In such an information transmission system, an operation signal is input from the information processing device via the signal input unit of the information sensing device, and a driving force for displacing the sensing unit acts on the information sensing device. Works. As a result, the sensing unit can perform various operations in conjunction with the information processing apparatus. And a beneficiary who has a part of the human body in contact with the sensation unit can sense the movement of the sensation unit, and can obtain various information by the operation pattern, operation timing, displacement, etc. it can. The signal input unit and the information processing apparatus transmit signals by wired connection or wireless connection.

また、情報受感装置に位置情報入力手段を設け、入力された位置情報を情報処理装置に入力し、この位置情報に対応した動作信号を情報処理装置から情報受感装置に出力するものとすることができる。   Further, the information sensing device is provided with position information input means, the inputted position information is inputted to the information processing device, and an operation signal corresponding to the position information is outputted from the information processing device to the information sensing device. be able to.

このように位置情報入力手段から入力された位置情報に対応した動作信号を使用することで、情報処理装置内に記憶されている情報によって設定されている仮想空間と触感とを対応づけることができる。したがって使用者は触感で仮想空間の構造を知覚することができる。このとき、情報伝達システムが表示装置を含む場合には、表示装置に表示される画像情報を視覚的に取得すると同時に、情報受感装置からは触覚によって情報を得ることができる。したがって、受感者は視覚からの情報と触覚からの情報とによる認識・理解を行うことが可能となり、視覚や聴覚のみによる場合とは異質の情報取得が可能となる。また、表示装置を用いない場合でも、使用者に触感により仮想空間を知覚させることが可能となり、視覚情報に相当する触覚情報を指先に提示することも可能になる。事例として、従来、点字でしか文字を認知できなかった視覚障害者が、通常の言葉・文字を連続動作で認知することも可能になる。また、視覚情報を見ながら情報処理装置上で所定の操作をすることが困難な状況において、触感による情報を得ながら操作を行うということも可能となる。   Thus, by using the operation signal corresponding to the position information input from the position information input means, the virtual space set by the information stored in the information processing apparatus can be associated with the tactile sensation. . Therefore, the user can perceive the structure of the virtual space by touch. At this time, when the information transmission system includes a display device, image information displayed on the display device can be obtained visually, and at the same time, information can be obtained from the information sensing device by touch. Therefore, the receiver can recognize and understand information from the visual sense and information from the tactile sense, and can acquire information different from the case of visual or auditory sense alone. Even when a display device is not used, the user can perceive the virtual space by tactile sensation, and tactile information corresponding to visual information can be presented to the fingertip. As an example, a visually handicapped person who has been able to recognize characters only in braille can recognize normal words and characters in a continuous motion. In addition, in a situation where it is difficult to perform a predetermined operation on the information processing device while viewing visual information, it is possible to perform an operation while obtaining information by tactile sensation.

さらに、表示装置を備えるものでは、表示装置に表示された画像内にポインタを重ねて表示する機能を有するものとし、該画像内のポインタの位置と対応した動作信号に基づいて前記受感部を駆動するものとすることができる。   Further, a display device having a display device has a function of displaying a pointer superimposed on an image displayed on the display device, and the sensor unit is provided on the basis of an operation signal corresponding to the position of the pointer in the image. It can be driven.

このような触覚による情報伝達システムでは、画像表示装置に表示された画像内のポインタの位置と対応した触覚を受感部から取得することができ、画像からの視覚的情報と触覚とをより密接に関連づけて認識することが可能となる。また、ポインタを画像内で移動したときに、ポインタのある位置と対応した触覚を得ることが可能となり、表示された画像と複数の触覚とに基づいた認識が可能となる。   In such a tactile information transmission system, a tactile sensation corresponding to the position of the pointer in the image displayed on the image display device can be obtained from the sensor unit, and visual information and tactile sense from the image are more closely related. It becomes possible to recognize it in association with. Further, when the pointer is moved in the image, it is possible to obtain a tactile sensation corresponding to the position of the pointer, and recognition based on the displayed image and a plurality of tactile sensations is possible.

また、このような情報では、情報受感装置によって触覚による情報を取得しながら、画像中のポインタを移動し、このポインタの位置と対応した触覚を連続的に感じ取ることもできる。したがって、情報受感装置の受感部から、表示装置に示された画像上で連続的に変化する形態と対応した触覚を得ることが可能となる。   In addition, with such information, it is possible to move the pointer in the image while acquiring information by tactile sense using the information receiving device, and continuously sense the tactile sense corresponding to the position of the pointer. Therefore, it is possible to obtain a tactile sensation corresponding to a form that continuously changes on the image shown on the display device from the sensing unit of the information sensing device.

さらにこのような情報伝達システムでは、ネットワークを介して遠隔地から送信されてくる情報に基づいて情報受感装置を動作させることができ、離れた場所にいる者の間で触覚による情報の伝達も可能となる。
なお、この情報の伝達は、いわゆるリアルタイムで行うこともできるし、一旦情報を記憶させておき、後に触覚情報を感受することもできる。また、ネットワークを介して伝達される情報は触覚に関する動作信号のみであってもよいし、表示情報だけ伝達し、この表示情報を受信した情報処理装置側で、得られた表示画像に動作信号を対応づけてもよい。
Furthermore, in such an information transmission system, it is possible to operate the information sensing device based on information transmitted from a remote location via a network, and to transmit information by tactile sensation between persons at remote locations. It becomes possible.
This transmission of information can be performed in so-called real time, or information can be stored once and tactile information can be sensed later. In addition, the information transmitted via the network may be only an operation signal related to the tactile sense, or only the display information is transmitted, and the information processing apparatus that receives this display information transmits the operation signal to the obtained display image. You may associate.

上記のような情報伝達システムにおいて、情報受感装置を駆動するための動作信号は、受感部の静止、移動量、移動時の速度、加速度等を任意に制御することができ、時間の経過とともにこれらの量を変化させることもできる。例えば、受感部を動作させる位置又は領域を示す空間座標データを含むもの、又は座標をパラメーターとする関数を含むもの等とすることができるし、移動時の速度または加速度を定める時間データを含むものであってもよい。このような動作信号に基づいて受感部が駆動されることにより、手指を受感部に載せておくだけで、受感部から所定の動作が指に伝達され、使用者は指の動きから情報を認知することができる。   In the information transmission system as described above, the operation signal for driving the information sensing device can arbitrarily control the rest of the sensing unit, the amount of movement, the moving speed, the acceleration, etc. At the same time, these amounts can be changed. For example, it may be one that includes spatial coordinate data indicating the position or region in which the sensor unit is operated, or one that includes a function that uses coordinates as a parameter, and includes time data that determines the speed or acceleration during movement. It may be a thing. By driving the sensing part based on such an operation signal, a predetermined motion is transmitted from the sensing part to the finger simply by placing the finger on the sensing part, and the user can Can recognize information.

また、情報処理装置に設定された仮想空間内での触力覚の呈示位置あるいは呈示領域の範囲外にポインタが外れそうになったときに、受感部が呈示位置あるいは呈示領域の境界に近接する感覚を与える様に動作させるようにしてもよい。これにより、画面を見なくても、自身の指が情報の呈示がある領域にあるかないか判別可能となり、所定の情報呈示領域からポインタの位置が外れることなく情報を認知することが可能になる。このように視覚を使わない認知手段は、視線を外せない、そらせられない作業環境下、例えば、聴衆やカメラに対してのスピーチ中、機械作業中、ファインダを覗いてのビデオカメラ撮影等、における情報獲得法としても有効である。   In addition, when the pointer is likely to go out of the range of the tactile force presentation position or the presentation area in the virtual space set in the information processing device, the sensing part approaches the boundary of the presentation position or the presentation area You may make it operate | move so that the feeling to do may be given. As a result, it is possible to determine whether or not the finger is in an area where information is presented without looking at the screen, and the information can be recognized without the pointer being out of the predetermined information presentation area. . Such recognition means that does not use vision is in a work environment where the line of sight cannot be removed or deflected, for example, during speeches to the audience or camera, during machine work, video camera shooting through the viewfinder, etc. It is also effective as an information acquisition method.

また、ディスプレイに表示されたテキスト情報あるいは図形や写真等の画像情報と触覚情報とがリンクされた箇所でポインタを重なったときに受感部を動作させたり、あるいは、リンク部分との距離に応じて受感部を変位させてもよい。これにより、文書中の着目ポイントや、インターネットホームページにおけるHyper Textのように他のテキスト情報や画像情報あるいは別のホームページにリンクするようにしたテキストや図形領域にカーソルが重なった場合に、触刺激によって感知が可能となる。   In addition, when the pointer is overlapped at a location where text information displayed on the display or image information such as figures or photos and tactile information are linked, the sensor unit is operated, or depending on the distance from the link part. The sensing part may be displaced. This enables tactile stimulation to occur when the cursor is over a point of interest in a document or text or graphic areas that are linked to other text information, image information, or another home page, such as Hyper Text on an Internet home page. Sensing is possible.

また、受感部の変位量、速度又は加速度等を視覚化して表示装置に表示させれば、表示装置に表示された画像内のポインタの位置と対応した触刺激を受感部から取得するとともに、画像からはこの触刺激と対応した視覚的情報を得ることができる。このように視覚的情報と触覚とを同時に感知することにより、これらの感覚をより密接に関連づけて認識することが可能となる。また、触刺激の出力状態を視覚的に表示することにより、ポインタと対象物との関係、すなわち仮想空間に設定された対象物と指とがどのように擬似的に接触しているかを視覚的に認知することが可能になる。   In addition, if the displacement amount, speed, acceleration, or the like of the sensing part is visualized and displayed on the display device, a tactile stimulus corresponding to the position of the pointer in the image displayed on the display device is acquired from the sensing part. From the image, visual information corresponding to the tactile stimulus can be obtained. By simultaneously sensing visual information and tactile sensation in this way, it becomes possible to recognize these senses more closely related to each other. In addition, by visually displaying the output state of the tactile stimulus, it is possible to visually determine the relationship between the pointer and the object, that is, how the object set in the virtual space and the finger are in pseudo contact. It becomes possible to recognize.

以上説明したように、本願発明の駆動力発生装置では、小型及び薄型とした装置でX方向及びY方向に駆動力を発生させることができる。そして、触覚による情報受感装置の受感部の駆動機構とすることで、従来の回転型モータとアーム型の伝達機構ではサイズ的に達成不可能であった、小型、薄型の情報受感装置を実現することができ、駆動力発生装置が手や指に対しその移動方向を誘導し、同時に触覚情報を手の代表的な受容器官である指先等に呈示することができる。従って、能動的に指を移動するだけの従来技術に比べて本発明は指を載置することで受動的に情報を獲得することができる。そして、指先という敏感な箇所に触覚を与えるため、小さな動きであるにもかかわらず、使用者に豊かな触感を使用者に感じさせることができ、一方で小さな動きで済むために高い周波数の振動でも受感部を変位させることができ、多彩な表現が可能となる。   As described above, in the driving force generator of the present invention, the driving force can be generated in the X direction and the Y direction with a small and thin device. And, by using the drive mechanism of the sensing part of the information sensing device by tactile sense, a small and thin information sensing device that could not be achieved in size with the conventional rotary motor and arm type transmission mechanism. The driving force generator can guide the direction of movement of the hand or finger, and simultaneously present tactile information to a fingertip or the like that is a typical receiving organ of the hand. Therefore, the present invention can passively acquire information by placing a finger as compared with the conventional technique in which the finger is only actively moved. And since it gives a tactile sensation to the sensitive part of the fingertip, it can make the user feel a rich tactile feeling despite the small movement, while high frequency vibration is required because only a small movement is necessary. However, the sensory part can be displaced, enabling a variety of expressions.

また、本願発明の駆動力発生装置を用いた情報伝達システムでは、指先等が載置される比較的小さな面積の情報受感装置を用いて二次元的な触覚刺激を呈示することが可能になる。そして、凹凸感や粗滑感に相当する触覚情報を、指先を二次元的に自在に変位させることで、指先への反力刺激として与えることができる。このため、従来のような単純な振動だけでなく、ゆっくりした変位のなぞり運動と高周波の振動を組み合わせることにより、各種の触覚情報をより正確に再現することができる。   Moreover, in the information transmission system using the driving force generator of the present invention, it is possible to present a two-dimensional tactile stimulus using an information sensing device having a relatively small area on which a fingertip or the like is placed. . Then, tactile sensation information corresponding to the feeling of unevenness or rough slipping can be given as a reaction force stimulus to the fingertip by freely displacing the fingertip in two dimensions. For this reason, various tactile sensation information can be reproduced more accurately by combining not only simple vibration as in the prior art but also slow displacement tracing motion and high-frequency vibration.

以下、本願に係る発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図1は、本願発明の一実施形態である駆動力発生装置が用いられた情報受感装置を示す概略構成図であり、図1(a)は平面図、図1(b)は図1(a)中におけるA−A線での断面図である。
この情報受感装置は、側縁部が上方に突出した板状の基部2と、この基部に固着された磁石と、複数のコイルが固着され、前記磁石上で水平方向に移動可能に支持された受感部1と、この受感部1を基部2と連結する弾性部材3とで主要部が構成されている。
Hereinafter, embodiments of the invention according to the present application will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an information sensing device using a driving force generator according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is a plan view, and FIG. 1 (b) is FIG. It is sectional drawing in the AA line in a).
This information sensing device is supported by a plate-like base portion 2 whose side edge portion protrudes upward, a magnet fixed to the base portion, and a plurality of coils are fixed and movable in the horizontal direction on the magnet. The main part is composed of the sensitive part 1 and the elastic member 3 connecting the sensitive part 1 to the base 2.

上記弾性部材3は受感部1の周囲に4か所設けられており、一端が受感部1に、もう一端が基部2の側縁部に接合されている。この受感部1は、コイルが通電されていない状態では、弾圧部材によって基準位置に保持されているが、図1の横方向をX軸、縦方向をY軸とすると、後述するようなX軸、Y軸方向の変位、あるいは回転方向の変位を許容するように支持されている。   The elastic member 3 is provided at four locations around the sensing part 1, one end being joined to the sensing part 1 and the other end being joined to the side edge of the base 2. In the state where the coil is not energized, the sensing unit 1 is held at the reference position by the elastic member. However, when the horizontal direction in FIG. 1 is the X axis and the vertical direction is the Y axis, the X will be described later. It is supported so as to allow displacement in the axial direction, Y-axis direction, or rotational direction.

図2は、上記受感部1の駆動部であって、本願に係る発明の一実施形態である駆動力発生装置を示す概略構成図である。
この駆動部は、図2(a)に示すように、磁界発生手段として基部2上に固定配置された4つの磁石12,13,14,15を備えている。これらの磁石12,13,14,15は、受感部1の中央部を原点として便宜的にXY直交座標系を考えると、第一象限から第二象限、第三象限、第四象限にそれぞれ配置されている。これらの磁石による磁界の方向は、基部2の表面に対して垂直方向に発生しており、磁石12と磁石14は、上部がS極、下部がN極に分極している。磁石13と磁石15は、その反対で上部がN極、下部がS極に分極している。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a driving force generating device which is a driving unit of the sensing unit 1 and is an embodiment of the invention according to the present application.
As shown in FIG. 2A, the drive unit includes four magnets 12, 13, 14, and 15 fixedly arranged on the base 2 as magnetic field generating means. These magnets 12, 13, 14, and 15 are arranged from the first quadrant to the second quadrant, the third quadrant, and the fourth quadrant, respectively, considering the XY rectangular coordinate system for convenience. Has been placed. The direction of the magnetic field generated by these magnets is generated in a direction perpendicular to the surface of the base 2, and the magnets 12 and 14 are polarized with the S pole at the top and the N pole at the bottom. On the contrary, the magnet 13 and the magnet 15 are polarized with the N pole at the top and the S pole at the bottom.

上記磁石12,13,14,15は、図2(b)に示すように、基部2の上に固定されており、その上に受感部1が移動可能に支持されている。受感部1には4つのコイル16,17,18,19が固着されており、コイル16は第一象限と第四象限とを跨ぐ位置に配置され、磁石12と磁石15の磁界に対して電流がほぼX軸と平行に横切るように固定されている。同様にコイル17は、第二象限と第三象限とを跨ぐ位置に配置され、磁石13と磁石14の磁界に対して電流がX軸方向に交差するように置かれている。これに対し、コイル18は、第一象限と第二象限とを跨ぐ位置に配置され、磁石12と磁石13の磁界に対して電流がY軸方向に交差するように固定されている。コイル19もコイル18と同様である。このとき上記コイル16,17が第1のコイル群で、上記コイル18,19が第2のコイル群となっている。これらのコイル16,17,18,19は受感部1に一体化されており、この受感部1が弾性部材3により基部と連結され、移動可能となっている。
そして、コイル16,17,18,19にはそれぞれ独立して電流を供給する駆動電源10と、この駆動電源10による出力電流又は電圧を制御する制御装置11とが備えられている。
As shown in FIG. 2B, the magnets 12, 13, 14, and 15 are fixed on the base 2, and the sensing part 1 is movably supported thereon. Four coils 16, 17, 18, and 19 are fixed to the sensing unit 1, and the coil 16 is disposed at a position straddling the first quadrant and the fourth quadrant, and against the magnetic fields of the magnet 12 and the magnet 15. The current is fixed so as to cross substantially parallel to the X axis. Similarly, the coil 17 is disposed at a position straddling the second quadrant and the third quadrant, and is disposed such that the current intersects the magnetic field of the magnet 13 and the magnet 14 in the X-axis direction. In contrast, the coil 18 is disposed at a position straddling the first quadrant and the second quadrant, and is fixed so that the current intersects the magnetic field of the magnet 12 and the magnet 13 in the Y-axis direction. The coil 19 is the same as the coil 18. At this time, the coils 16 and 17 are a first coil group, and the coils 18 and 19 are a second coil group. These coils 16, 17, 18, and 19 are integrated with the sensing part 1, and the sensing part 1 is connected to the base by an elastic member 3 and is movable.
Each of the coils 16, 17, 18, and 19 includes a drive power supply 10 that supplies current independently, and a control device 11 that controls an output current or voltage from the drive power supply 10.

上記受感部1及び磁石12,13,14,15との間には、両者が摺動可能なように、摺動部22、23がそれぞれ設けられている。これらの摺動部22,23には低摩擦材料であるフッ素樹脂層(例えばポリテトラフルオロエチレン)を用いている。上記摺動部の材料は、上記フッ素樹脂に限定されるものではなく、これ以外にも潤滑油を含浸した樹脂や金属を用いることができる。また、潤滑油を摺動部22,23の間に塗布しても構わない。また、非磁性体を用いた球体を介在させ、この球体のころがりによって受感部を移動させてもよい。   Sliding portions 22 and 23 are provided between the sensing portion 1 and the magnets 12, 13, 14, and 15, respectively, so that both can slide. For these sliding portions 22 and 23, a fluororesin layer (for example, polytetrafluoroethylene) which is a low friction material is used. The material of the sliding part is not limited to the fluororesin, and a resin or metal impregnated with a lubricating oil can be used besides this. Further, lubricating oil may be applied between the sliding portions 22 and 23. Further, a sphere using a non-magnetic material may be interposed, and the sensitive part may be moved by rolling the sphere.

上記受感部1の上面は、図2(b)に示すように、人の指や手の平などの受容器官が接離可能となるように平坦に仕上げられている。本実施形態では、この受感部1の上面の中央部付近に指先を載せる構成となっている。   As shown in FIG. 2B, the upper surface of the sensing part 1 is finished flat so that a receiving organ such as a human finger or a palm can be brought into contact with or separated from the receiving part. In the present embodiment, the fingertip is placed near the center of the upper surface of the sensing unit 1.

この受感部1の表面層21の中央部付近には、図3に示すように、人の指先が触ったことを検知する感圧部26が設けられている。この感圧部26は指先が接触したときにその接触圧力を検知するものである。接触を検知する方法として圧力を電気抵抗の変化に変換する方法を用いている。すなわち、感圧部26は、シリコーンゴムと導電性粉末とを混合した材料を用いた感圧導電性ゴム27を備えており、その両側に導電性プラスチック層28,29を備えている。そして、これらの導電性プラスチック層28、29間に電圧が印加され、この感圧部26に指先が触ったときの接触圧によって電気抵抗が低下することで接触の有無を検知している。そして、この接触検知信号を制御装置11に伝達し、この信号に基づき駆動電源10が制御されるようになっている。   In the vicinity of the center of the surface layer 21 of the sensing part 1, as shown in FIG. 3, a pressure sensing part 26 that detects that a human fingertip has been touched is provided. The pressure sensing unit 26 detects the contact pressure when the fingertip comes into contact. As a method of detecting contact, a method of converting pressure into a change in electrical resistance is used. That is, the pressure-sensitive part 26 includes a pressure-sensitive conductive rubber 27 using a material obtained by mixing silicone rubber and conductive powder, and includes conductive plastic layers 28 and 29 on both sides thereof. A voltage is applied between the conductive plastic layers 28 and 29, and the presence or absence of contact is detected by reducing the electrical resistance due to the contact pressure when the fingertip touches the pressure sensitive portion 26. And this contact detection signal is transmitted to the control apparatus 11, and the drive power supply 10 is controlled based on this signal.

この他に、接触を検出する方法として、図示は省略するが、受感部に所定の電荷を維持しておく電荷蓄積部を設け、人の指の接触によってその電荷を人の指に流出させることで電荷変化量を検出し、接触を検知することもできる。また、可撓性の二つの電極を相互間の距離が可変となるように支持し、電極間に存在する静電容量が接触時の圧力によって変化するのを検知するものでもよい。   In addition to this, as a method for detecting contact, although not shown, a charge accumulating unit for maintaining a predetermined charge is provided in the sensing unit, and the charge is caused to flow out to the person's finger by contact with the person's finger. Thus, the amount of change in charge can be detected to detect contact. Alternatively, two flexible electrodes may be supported such that the distance between them is variable, and the capacitance existing between the electrodes may be detected to change due to the pressure at the time of contact.

一方、図2(b)に示すように、基部2には受感部1との間の相対変位量を検知する変位検知センサ30,31が設けられている。この変位検知センサ30,31には光反射型のフォトインタラプタを用いている。これは受感部1の下側面に光学模様35を設けておき、図4に示すように、この面に対してLED32から射出された光33が光学模様35に反射するのをフォトトランジスタ34によって検知するものである。これにより、光学模様35から得られる光の濃淡による電圧変化を例えばコレクタ出力形式回路で検出し、その周波数をもとに受感部1の移動量に換算する。このような変位検知センサをX軸、Y軸方向に設置すれば平面移動する受感部1の移動量を検出できる。この変位信号は制御装置11に伝達され、駆動電源10が制御されるようになっている。なお、上記光学模様35は、等間隔の濃淡模様が一般的であるが、市松模様を細かく配置したものやラダーパターンでもよい。   On the other hand, as shown in FIG. 2 (b), the base 2 is provided with displacement detection sensors 30 and 31 for detecting the relative displacement amount with the sensing part 1. The displacement detection sensors 30 and 31 are light reflection type photo interrupters. This is because an optical pattern 35 is provided on the lower surface of the sensing part 1, and the phototransistor 34 reflects the light 33 emitted from the LED 32 to the optical pattern 35 on this surface as shown in FIG. It is something to detect. Thereby, a voltage change due to light shading obtained from the optical pattern 35 is detected by, for example, a collector output type circuit, and converted into a movement amount of the sensing unit 1 based on the frequency. If such a displacement detection sensor is installed in the X-axis and Y-axis directions, it is possible to detect the amount of movement of the sensing unit 1 that moves in a plane. This displacement signal is transmitted to the control device 11 so that the drive power supply 10 is controlled. The optical pattern 35 is generally a light and shade pattern at equal intervals, but may be a pattern in which checkered patterns are finely arranged or a ladder pattern.

光学的なパターンを読み取り移動量を検出する別の方法として、レーザースペックルを用いた方式も採用できる。これは、受感部の表面に細かい凹凸状態を形成しておき、そこにレーザー光を当て干渉によって光の濃淡のスペックル模様を生じさせ、その模様を2次元イメージセンサで観察し、模様の移動量を計測するものである。また、上記方法とは別に、受感部自身に接触する回転体を設け、その回転量をエンコーダを用いて検出することも可能である。この方法はマウスの移動量検出方法と同様のものである。   As another method of reading the optical pattern and detecting the movement amount, a method using laser speckle can also be adopted. This is because a fine uneven state is formed on the surface of the sensing part, a laser beam is applied to the surface to produce a light speckle pattern by interference, and the pattern is observed with a two-dimensional image sensor. The amount of movement is measured. In addition to the above method, it is also possible to provide a rotating body that contacts the sensing unit itself and detect the amount of rotation using an encoder. This method is similar to the mouse movement amount detection method.

上記のような駆動力発生装置において、上記磁石12,13,14,15は保磁力と残留磁束密度が大きい方がよく、材質として、現在ハードディスクの駆動用などに使用されている希土類のネオジ磁石が適当であるが、他の磁石を用いることも可能である。コイル16,17,18,19は、銅線を用いるのが一般的であるが、自重を小さくするために銅クラッドアルミ線を用いてもよい。この場合、銅単体の線に比較して4割以下に軽量化することができる。   In the driving force generator as described above, the magnets 12, 13, 14, and 15 should have a large coercive force and residual magnetic flux density, and are made of rare earth neodymium magnets currently used for driving hard disks and the like. Is suitable, but other magnets may be used. The coils 16, 17, 18, and 19 generally use copper wires, but copper clad aluminum wires may be used to reduce their own weight. In this case, the weight can be reduced to 40% or less as compared with a single copper wire.

次に、図1に示す情報受感装置の動作について説明する。
コイル16,17,18,19は、フレミングの左手の法則(電流を中指、磁界を人差し指として、推力が親指方向となる)に基づいて作動する。コイル16について考えると、図2に示すように、基部2の垂直方向であるz軸方向の磁界中に電流がX軸方向に通過することでY軸方向への推力を生じる。このため、コイル16に時計周りの電流を流すと、コイル16は+Y軸方向に推力を発生する。電流の向きを変更すれば推力の方向は変化でき、電流値を可変とすることでその推力も変化させることができる。
Next, the operation of the information sensing device shown in FIG. 1 will be described.
The coils 16, 17, 18, and 19 operate based on Fleming's left-hand rule (current is the middle finger, magnetic field is the index finger, and the thrust is in the thumb direction). Considering the coil 16, as shown in FIG. 2, a current in the z-axis direction, which is the vertical direction of the base portion 2, passes through the current in the X-axis direction, thereby generating a thrust in the Y-axis direction. For this reason, when a clockwise current is passed through the coil 16, the coil 16 generates thrust in the + Y-axis direction. The direction of the thrust can be changed by changing the direction of the current, and the thrust can also be changed by making the current value variable.

コイル16と同様に、Y軸方向に推力を発生させるコイル17は、コイル16と同方向に推力を発生させるためには反時計方向に電流を流せばよい。
従って、コイル16とコイル17は同一方向に推力を発生するように電流を印加することができる。その方法としては、両コイルを直列にひとつの回路として結線する方法が実装上最も容易である。他の方法として、コイルを個々に結線し、各々に所定の方向に電流を印加してもよい。
また、コイル18、19についても同様の作用でX軸方向の推力を発生させることができる。
Similar to the coil 16, the coil 17 that generates thrust in the Y-axis direction may pass a current in the counterclockwise direction in order to generate thrust in the same direction as the coil 16.
Therefore, the coil 16 and the coil 17 can apply current so as to generate thrust in the same direction. As the method, the method of connecting both coils in series as one circuit is the easiest in mounting. As another method, the coils may be individually connected, and a current may be applied to each of the coils in a predetermined direction.
The coils 18 and 19 can also generate thrust in the X-axis direction with the same action.

さらに、推力を発生させる方向が単にX軸やY軸方向ではなく、例えばZ軸をほぼ中心として回転する方向の力を生成することもできる。この場合、コイル16に時計方向の電流、コイル17にも時計方向の電流を印加すれば、両者はお互いに反対方向に移動しようとするため、結果的に回転モーメントが受感部1には作用する。この場合、同量の電流を符号を逆にして印加すれは、Z軸を中心とした回転力となるが、電流量をコイル16とコイル17とで変えると、回転中心を意図的にずらすことができる。   Furthermore, the direction in which the thrust is generated is not simply the X-axis or Y-axis direction, and for example, a force in a direction rotating about the Z-axis can be generated. In this case, if a clockwise current is applied to the coil 16 and a clockwise current is also applied to the coil 17, they attempt to move in opposite directions, and as a result, a rotational moment acts on the sensing unit 1. To do. In this case, if the same amount of current is applied with the sign reversed, it becomes a rotational force about the Z axis, but if the amount of current is changed between the coil 16 and the coil 17, the center of rotation is intentionally shifted. Can do.

このようなX軸方向とY軸方向の推力は、制御装置11により駆動電源10を制御することで任意のタイミングで発生させることができる。このような推力により受感部1がXY平面内で様々な方向に動作する。そして、この受感部1に指先を接触させている受感者は、受感部1の動きを感じ取ることができる。この作用を利用して、各種の仮想表面イメージを再生することが可能である。この例については後述する。   Such thrust in the X-axis direction and the Y-axis direction can be generated at an arbitrary timing by controlling the drive power supply 10 by the control device 11. Due to such thrust, the sensing unit 1 moves in various directions within the XY plane. Then, a receiver who makes his / her fingertip contact the sensor unit 1 can feel the movement of the sensor unit 1. Using this action, various virtual surface images can be reproduced. This example will be described later.

図5は、上記のような情報受感装置で用いられる接触検知手段を示す概略構成図である。
受感部41の表面層43には、外部からの光45aを受けることによって、抵抗の変化を生じる受光素子44が埋め込まれている。通常、人の手や指が接触しない状態では、外部からの光45aを受けて非接触状態であることを検知する。また基部42には、外部からの光45bをほぼ同条件で受ける位置に別の受光素子46が埋め込まれている。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing contact detection means used in the information sensing apparatus as described above.
Embedded in the surface layer 43 of the sensing part 41 is a light receiving element 44 that causes a change in resistance by receiving light 45a from the outside. Normally, in a state where a human hand or finger is not in contact, the light 45a from the outside is received and a non-contact state is detected. In addition, another light receiving element 46 is embedded in the base portion 42 at a position where it receives external light 45b under substantially the same conditions.

このような装置では、指先が受感部41に接触したときに受光素子44は暗くなったことを検出し、別の受光素子46は変化がないことにより、受感部41に指が触ったことがわかる。双方の受光素子44,46が暗さを検出した場合は、外部からの光が無くなったと判断して誤動作をしない。したがって、受感部41に指先が接触したことを検知したときにその信号に基づいて駆動部を駆動させ、受感部41から指先が離れたことを検知したときは、その信号に基づいて駆動を停止するように駆動電源を制御することができる。   In such a device, when the fingertip touches the sensing part 41, it is detected that the light receiving element 44 has become dark, and the other light receiving element 46 has not changed, so that the finger touches the sensing part 41. I understand that. When both the light receiving elements 44 and 46 detect darkness, it is determined that there is no light from the outside, and no malfunction occurs. Therefore, the drive unit is driven based on the signal when it is detected that the fingertip is in contact with the sensing unit 41, and the drive is performed based on the signal when it is detected that the fingertip is separated from the sensing unit 41. The drive power supply can be controlled to stop the operation.

次に、図1に示す情報受感装置を用い、コイルと磁石による駆動力を測定した結果について説明する。
この実験で用いた個々のコイルのサイズは、コイル線径が0.15[mm]、コイル断面積が1 ×2[mm2]、縦が16[mm]、横が8[mm] の大きさである。磁石には、厚さが2[mm] のネオジ磁石を用いている。これらのコイルと磁石による駆動力を測定した結果を図6に示す。
Next, the result of measuring the driving force by the coil and the magnet using the information sensing device shown in FIG. 1 will be described.
The size of each coil used in this experiment is as follows: coil wire diameter is 0.15 [mm], coil cross-sectional area is 1 × 2 [mm 2 ], vertical is 16 [mm], and horizontal is 8 [mm]. is there. The magnet is a neodymium magnet with a thickness of 2 [mm]. The results of measuring the driving force by these coils and magnets are shown in FIG.

この図に示すように、印加電圧の増加に対して線形性よく駆動力も増加していることがわかる。また、1 [V]につき約18[gf]の駆動力を発生し、5[V]印加で約90[gf]の駆動力を生じることがわかる。これを電流値に換算すると、コイル抵抗が約10[Ω]であるから、0.5[A]となり、電力は2.5[W]である。
この駆動力に関しては、指先がキーボードやマウスの操作ボタンを扱うのと同等かそれ以上のある程度の強さで受感部に触れている場合、この情報受感装置によって指先に20〜40[gf]の面内(接線)方向の駆動力を与えると、指先に十分な面内変位を誘導できることが確認できている。従って、上記駆動力が得られれば情報受感装置として機能的に十分であると言える。
As shown in this figure, it can be seen that the driving force increases with linearity as the applied voltage increases. It can also be seen that a driving force of about 18 [gf] per 1 [V] is generated, and a driving force of about 90 [gf] is generated when 5 [V] is applied. When this is converted into a current value, the coil resistance is about 10 [Ω], so it is 0.5 [A], and the power is 2.5 [W].
With regard to this driving force, when the fingertip touches the sensory part with a certain degree of strength equal to or higher than that used to operate the keyboard and mouse operation buttons, the information sensor device applies 20-40 [gf It is confirmed that a sufficient in-plane displacement can be induced to the fingertip when a driving force in the in-plane (tangential) direction is applied. Therefore, it can be said that if the driving force is obtained, it is functionally sufficient as an information receiving device.

図7は、上記情報受感装置における受感部の駆動状態を説明する図である。
この情報受感装置は、コイル16,17,18,19に駆動電源10から独立して制御された種々の電流を供給し、受感部1の動作パターンや、動作タイミング、変位等により様々な情報を受感者に認識させることができる。例えば、図7(a),(b),(c),(d)に示す各種のアナログ的な波形を再生することが可能である。図7(a)は指が対象をこする動作であり、図7(b)は滑らかな表面をなぞる動作、図7(c)はザラザラ面をなぞる感じを再現するものである。図7(d)の波形は実物の触覚情報の再現というより、記号的な情報の再現として考えられる。従来の点字に変わる新しい表現手法として、これらの触覚情報波形を各種用意すれば、数値や記号、コマンドとして使うことも可能である。
FIG. 7 is a diagram for explaining a driving state of the sensing unit in the information sensing device.
This information sensing device supplies various currents controlled independently from the drive power supply 10 to the coils 16, 17, 18, and 19, and varies depending on the operation pattern, operation timing, displacement, and the like of the sensing unit 1. Information can be made to be perceived by a sensation person. For example, various analog waveforms shown in FIGS. 7A, 7B, 7C, and 7D can be reproduced. FIG. 7 (a) shows an operation in which a finger rubs an object, FIG. 7 (b) shows an operation of tracing a smooth surface, and FIG. 7 (c) reproduces a feeling of tracing a rough surface. The waveform in FIG. 7D can be considered as a reproduction of symbolic information rather than reproduction of real tactile information. If these various tactile information waveforms are prepared as a new expression method that replaces the conventional Braille characters, they can be used as numerical values, symbols, and commands.

図8は、受感部1の動きによって形状感を再生する例を示す図である。
図8(a)のような隙間53をおいて配置された板51と板52とで構成される素材情報50の上をなぞり、この隙間53の存在を触覚として再生するものである。この場合、受感部1は、図8(b)に示すリサージュ波形的ななぞり波形54の動きを指先に与える。指先は、この動きに追従して動かされるが、図中の2個所の不連続点55によって、指先に段差感を実感させることができる。その結果、画面中で表示される図8(a)の画像との密接な関連づけにより、隙間53の存在を認知できる。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example in which a sense of shape is reproduced by the movement of the sensing unit 1.
The presence of the gap 53 is reproduced as a tactile sensation by tracing over the material information 50 composed of the plate 51 and the plate 52 arranged with a gap 53 as shown in FIG. In this case, the sensor unit 1 gives the fingertip the movement of the Lissajous trace waveform 54 shown in FIG. The fingertip is moved following the movement, but the two fingertips in the figure can make the fingertip feel a step difference. As a result, the existence of the gap 53 can be recognized by the close association with the image of FIG. 8A displayed on the screen.

図9は、本願発明の他の実施形態である駆動力発生装置で用いられるコイルの単体を示す図である。
このコイル70は、断面図を見て分かるように、厚さが厚く幅の狭い部分70aと、厚さは半分にして幅を倍にした部分70bとを備えている。このような形状とすることで、コイル一つ分の厚さで第一のコイル群と第二のコイル群とを重ねることが可能になる。
FIG. 9 is a diagram showing a single coil used in a driving force generator according to another embodiment of the present invention.
As can be seen from the cross-sectional view, the coil 70 includes a thick portion 70a having a small thickness and a portion 70b having a half thickness and a double width. By setting it as such a shape, it becomes possible to overlap a 1st coil group and a 2nd coil group by the thickness for one coil.

図10は、図9に示すコイルの使用例であって、本願発明の他の実施形態である駆動力発生装置を用いた情報受感装置を示す概略構成図である。
この情報受感装置は、基部62上に4つの磁石72,73,74,75を備えており、これらの磁石の上部に、4つのコイル76,77,78,79が固着された受感部61が基部62に対して移動可能に支持されている。これらのコイル76,77,78,79は、それぞれ図9に示す形状と同じものであり、図10(b)に示すように、各コイルには互いに重なる部分が生じている。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing an information sensing device using a driving force generation device according to another embodiment of the present invention, which is a usage example of the coil shown in FIG. 9.
This information sensing device is provided with four magnets 72, 73, 74, 75 on the base 62, and the sensing unit in which four coils 76, 77, 78, 79 are fixed to the upper part of these magnets. 61 is movably supported with respect to the base 62. These coils 76, 77, 78, and 79 have the same shape as that shown in FIG. 9, and as shown in FIG.

このとき、コイルの幅や厚さが図2(b)に示すような均一な形状であると、そのままでは、Y軸方向に駆動力を発生する第一のコイル群であるコイル16,17と、X軸方向に駆動力を発生する第二のコイル群であるコイル18,19のいずれかを上下段違いに配置することになる。その結果、コイルと磁石間の空隙が異なり、同一電圧を印加してもX軸方向とY軸方向の駆動力に差が生じる。この対策として、予め駆動方向によって印加電圧に補正を加えれば両軸方向のバランスを取ることは可能であるが、基本的に差をなくすためには第一のコイル群と第二のコイル群とを同一面内に配置することが望ましい。   At this time, if the width and thickness of the coils are uniform as shown in FIG. 2B, the coils 16 and 17 that are the first coil groups that generate a driving force in the Y-axis direction as they are, Any one of the coils 18 and 19, which are the second coil group that generates the driving force in the X-axis direction, is arranged in a different step. As a result, the gap between the coil and the magnet is different, and even if the same voltage is applied, a difference occurs in the driving force in the X-axis direction and the Y-axis direction. As a countermeasure, if the applied voltage is corrected in advance according to the driving direction, it is possible to balance both axial directions. In order to eliminate the difference basically, the first coil group and the second coil group Are preferably arranged in the same plane.

図10に示す装置では、コイル76,77,78,79が重なる部分で、コイル厚が変化しているため、図10(b)に示すように、コイルの巻線数は変えずにそれぞれコイルを重ねても、全体としてコイル単体分の厚みに収めることができる。この駆動力発生装置の駆動方法については図2の場合と同様であり、受感部を任意に駆動させることができる。   In the apparatus shown in FIG. 10, since the coil thickness is changed at the portion where the coils 76, 77, 78, 79 overlap, as shown in FIG. Can be accommodated in the thickness of the single coil as a whole. The driving method of this driving force generator is the same as in FIG. 2, and the sensing part can be arbitrarily driven.

図11は、本願発明に係る駆動力発生装置の他の例を示す概略構成図である。
この駆動力発生装置は、磁界発生手段として、S極を上部に配置した磁石82と、その周囲にN極を上部に配置した磁石83とを備えている。これらの磁石82,83の上には、4つのコイル86,87,88,89が固着された受感部84が基部に対して移動可能に支持されている。そしてコイル86,87と、コイル88,89とがそれぞれX軸方向、Y軸方向の駆動力を発生する。この装置が図2に示す装置と異なるのは、X軸方向に並べたコイルがX軸方向への推力を発生し、Y軸方向に並べたコイルがY軸方向の推力を発生させる配列の組み合わせとなっている点である。このような駆動力発生装置においても、各コイルに印加する電流を制御することにより、受感部84を任意に駆動することができる。
FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing another example of the driving force generator according to the present invention.
This driving force generator includes, as magnetic field generating means, a magnet 82 with an S pole disposed at the top, and a magnet 83 with an N pole disposed at the periphery thereof. On these magnets 82 and 83, a sensing part 84 to which four coils 86, 87, 88 and 89 are fixed is supported so as to be movable with respect to the base part. The coils 86 and 87 and the coils 88 and 89 generate driving forces in the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively. This device is different from the device shown in FIG. 2 in that the coils arranged in the X-axis direction generate thrust in the X-axis direction, and the coils arranged in the Y-axis direction generate thrust in the Y-axis direction. This is the point. Also in such a driving force generator, the sensing part 84 can be arbitrarily driven by controlling the current applied to each coil.

図12は、駆動力発生装置で用いられる磁石及びコイルの他の配置例を示す概略構成図である。
図12(a)は駆動力発生装置の最小単位を示すものであり、一つの磁石101と、その上部にX軸方向、Y軸方向に推力を発生する2つのコイル102とを配置したものである。図9(b)では2つの磁石103を配列し、これらの磁石の上部に、Y軸方向に推力を発生する2つのコイル104を同方向に直列状に配置するとともに、X軸方向に推力を発生するコイルを1つ配置したものである。図9(c)では2つの磁石105の上部に、3つのコイル106を直列状ではなくY軸方向にコイル中心をずらして配置したものである。このように磁石及びコイルのレイアウトはさまざまなものが適用できる。なお、各図における太い矢印は、それぞれのコイルが発生させる駆動力の方向を示したものである。
FIG. 12 is a schematic configuration diagram illustrating another arrangement example of magnets and coils used in the driving force generation device.
FIG. 12 (a) shows the minimum unit of the driving force generator, in which one magnet 101 and two coils 102 that generate thrust in the X-axis direction and Y-axis direction are arranged on the upper part. is there. In FIG. 9B, two magnets 103 are arranged, and two coils 104 that generate thrust in the Y-axis direction are arranged in series in the same direction on top of these magnets, and thrust is applied in the X-axis direction. One generated coil is arranged. In FIG. 9C, three coils 106 are arranged in the upper part of the two magnets 105 with their coil centers shifted in the Y-axis direction instead of in series. As described above, various magnet and coil layouts can be applied. In addition, the thick arrow in each figure shows the direction of the driving force which each coil generates.

図13は、複数のコイル及び磁石を用いた駆動力発生装置における磁石及びコイルの配置例を示す概略構成図である。
ここでは磁石107の配列を3行3列にし、それに伴い、磁界と交差させる電流を流すコイル108の数を増やしている。機能的には、小さなコイルでも数を増やして、磁石107とコイル108とをマトリクス状に配置することで、大きなコイルと同等の駆動力を発生することができる。また、コイルが小さく薄くできる分、磁石との距離を短くすることができ、駆動力の効率を向上することができると考えられる。また図14では、図13の配列部の真ん中にも磁石109とコイル110とを配置してさらに高密度にした例である。図13及び図14における太い矢印は、それぞれのコイルが発生させる駆動力の方向を示しており、各コイルに印加する電流を制御することで任意の方向及び大きさの駆動力を発生させることができる。
FIG. 13 is a schematic configuration diagram illustrating an arrangement example of magnets and coils in a driving force generator using a plurality of coils and magnets.
Here, the arrangement of the magnets 107 is made into 3 rows and 3 columns, and accordingly, the number of coils 108 through which a current crossing the magnetic field flows is increased. Functionally, a driving force equivalent to that of a large coil can be generated by increasing the number of small coils and arranging the magnets 107 and coils 108 in a matrix. Further, it can be considered that the distance from the magnet can be shortened as the coil can be made smaller and thinner, and the efficiency of the driving force can be improved. FIG. 14 shows an example in which the magnet 109 and the coil 110 are arranged in the middle of the arrangement portion of FIG. The thick arrows in FIGS. 13 and 14 indicate the direction of the driving force generated by each coil, and a driving force having an arbitrary direction and magnitude can be generated by controlling the current applied to each coil. it can.

図15は、多数のコイル及び磁石を用いた駆動力発生装置の他の例を示す概略構成図である。
この装置では、基部111上に磁界発生手段である磁石112がマトリクス状に数多く配置され、その上に4つのコイル113を備えたコイル保持部114が移動可能に支持されている。そして、磁石112をマトリクス状に配列した範囲内で、コイル保持部114がある磁石から隣の磁石へと移動するようになっている。つまり、コイル113が電磁力によって移動し、磁界が変化する位置まで移動した時点に合わせてコイル113に流す電流の向きを反転させることで、隣の磁石が発生している磁界によってさらに連続して移動できるようになる。従って、図15に示すように磁石112の配置を磁界が交互に反転するように配列することで、コイル保持部114は2次元的に複数の磁界中を連続的に移動できるようになり、変位を大きくとることができる。
FIG. 15 is a schematic configuration diagram illustrating another example of a driving force generator using a large number of coils and magnets.
In this apparatus, a large number of magnets 112 serving as magnetic field generating means are arranged in a matrix on a base 111, and a coil holding part 114 including four coils 113 is movably supported thereon. The coil holding portion 114 moves from one magnet to the adjacent magnet within a range where the magnets 112 are arranged in a matrix. In other words, by reversing the direction of the current flowing through the coil 113 in accordance with the time when the coil 113 is moved by the electromagnetic force and moved to the position where the magnetic field changes, the magnetic field generated by the adjacent magnet further continues. You can move. Therefore, as shown in FIG. 15, by arranging the magnets 112 so that the magnetic fields are alternately reversed, the coil holding part 114 can move continuously in a plurality of magnetic fields in a two-dimensional manner. Can be greatly increased.

図16は、本願発明の駆動力発生装置が用いられた情報受感装置の他の例を示す概略構成図である。
この情報受感装置は、今までに説明した受感部121を複数個備え、複数の指の触覚によって情報を受感させるものであり、各指の先がくる位置に受感部を配置し、それぞれの指に対して触覚情報を再生させるものである。このように複数の受感部121を配置し、指から指へ時間的な遅れを伴って受感部を駆動し、情報を呈示することで、対象物が指の下を通過している感触を再生することができる。また、一回の触覚情報で指先全体に受感させることができるので、より多くの情報を伝達することができる。
FIG. 16 is a schematic configuration diagram showing another example of an information sensing device using the driving force generating device of the present invention.
This information sensing device includes a plurality of sensing units 121 described so far, and senses information by tactile sense of a plurality of fingers. The sensing unit is arranged at a position where the tip of each finger comes. The tactile information is reproduced for each finger. In this way, by arranging a plurality of sensing units 121, driving the sensing unit with a time delay from finger to finger, and presenting information, the feeling that the object is passing under the finger Can be played. In addition, since the entire fingertip can be perceived with a single tactile information, more information can be transmitted.

図17は、本願発明に係る駆動力発生装置が用いられた情報伝達システムの概略構成を示すブロック図である。
この情報伝達システムでは、マイクロ回路化されたCPU202と、OSなどの固定情報を格納したROMや可変情報を格納するRAMに相当する主メモリー203と、フレキシブルディスク装置やハード・ディスク装置、CD−ROM装置、MO装置などからなる外部記憶装置204と、CRTや液晶など画像を表示する画像ディスプレィ205と、入力手段であるキーボード206と、マウス、タッチパッド(フィンガーパッドとも呼ばれる)、トラックボールなどのポインターの移動を行なえるポインティング手段207と、受感部253を備えた情報受感装置208と、ネットワークで外部との通信を行う通信装置209とがバスでつながっている。そして、他の通信装置211やCPU212などを備えた情報伝達システム210と交信可能に構成されている。
FIG. 17 is a block diagram showing a schematic configuration of an information transmission system in which the driving force generator according to the present invention is used.
In this information transmission system, a CPU 202 formed into a microcircuit, a main memory 203 corresponding to a ROM storing fixed information such as an OS and a RAM storing variable information, a flexible disk device, a hard disk device, a CD-ROM An external storage device 204 including a device, an MO device, an image display 205 for displaying an image such as a CRT or a liquid crystal, a keyboard 206 as an input means, a mouse, a touch pad (also referred to as a finger pad), a pointer such as a trackball The pointing means 207 that can move the information, the information sensing device 208 provided with the sensing unit 253, and the communication device 209 that communicates with the outside through a network are connected by a bus. And it is comprised so that communication with the information transmission system 210 provided with the other communication apparatus 211, CPU212, etc. is possible.

図18は、上記情報伝達システムで用いられる情報受感装置と、表示画面上でポインタを動かすためのポインティング手段とを備える受感操作部の一実施形態を示す概略断面図である。
図18(a)は、操作前の状態を示すもので、情報受感装置208が、把持部223に取り付けられた支持部材222によって弾性撓みが可能になるように支持されている。情報受感装置208の下部には入力操作スイッチ224と、信号処理回路225とが配置されており、図18(b)に示すように、情報受感装置208を矢印229の方向に押圧することで入力操作スイッチ224をオン・オフし、CPU側にその信号を送出することができる。つまり、クリックボタンとして機能するようになっている。また、座標情報を検知するための検知手段226が机やマウスパッドなどのベース面228に対して回転可能に設けられ、その回転情報を処理回路227によってCPU側に送出する。これによって表示画面上のポインタを動かすことができる。
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a perception operation unit including an information perception device used in the information transmission system and pointing means for moving a pointer on the display screen.
FIG. 18A shows a state before the operation, and the information sensing device 208 is supported by the support member 222 attached to the grip portion 223 so as to be elastically deformable. An input operation switch 224 and a signal processing circuit 225 are arranged below the information sensing device 208, and the information sensing device 208 is pressed in the direction of the arrow 229 as shown in FIG. Thus, the input operation switch 224 can be turned on / off to send the signal to the CPU side. In other words, it functions as a click button. A detection means 226 for detecting coordinate information is provided so as to be rotatable with respect to a base surface 228 such as a desk or a mouse pad, and the rotation information is sent to the CPU side by the processing circuit 227. As a result, the pointer on the display screen can be moved.

したがって、入力操作スイッチ224、信号処理回路225、検知手段226、処理回路227により、図17に示すポインティング手段207が構成されている。本例では、接触回転式の座標入力機構を示したが、光学的にベース面の濃淡を検知して移動量を求める、ベース面と検知手段とが非接触式の光学式マウスでも構わない。   Accordingly, the input operation switch 224, the signal processing circuit 225, the detection means 226, and the processing circuit 227 constitute the pointing means 207 shown in FIG. In this example, a contact rotation type coordinate input mechanism is shown. However, a non-contact type optical mouse may be used in which the base surface and the detecting means for optically detecting the density of the base surface to obtain the movement amount are used.

図18(c)は、操作者が指に対象物に応じた触覚刺激を受感している状態を示している。指が接触している面の面内方向、すなわち、矢印230に示す方向に、対象物に応じてゆっくりした移動から高周波の振動まで、広範囲の擬似的な触覚刺激を与えることができる。また、この状態のままで、図18(b)に示す入力操作を行なうことも可能である。   FIG. 18C shows a state in which the operator senses a tactile stimulus according to the object on the finger. A wide range of pseudo-tactile stimuli can be applied in the in-plane direction of the surface in contact with the finger, that is, in the direction indicated by the arrow 230, from slow movement to high-frequency vibration depending on the object. Further, the input operation shown in FIG. 18B can be performed in this state.

図19は、上記情報伝達システムにおける信号の流れを示したブロック図である。以下、信号の流れについてこの図を用いて説明する。
この情報伝達システムでは、CPU202の中に表示情報処理部248が設定されている。さらに、表示情報処理部248からの表示情報と、表示領域に関する例えば図形枠、レイアウト枠、ウィンドウ境界等の境界情報と、ポインティング手段207からの座標情報とによって、所定の触覚情報を逐次生成する信号生成部247が設定されている。また、その触覚情報信号をうけて、駆動力発生装置252、受感部253等を備えた情報受感装置208に対して駆動すべき変位量や振動周波数、あるいは制御ゲインを演算して駆動信号を作る制御部246が設定されている。ここで、信号はデジタル情報からA/D コンバータ245を介してアナログの電圧情報に変換され、駆動回路243により実際に駆動力発生装置252を駆動する。このとき、触覚情報を呈示する受感部253の変位は位置センサ251によって検出され、制御部246に戻されてフィードバック制御を働かせる。
FIG. 19 is a block diagram showing a signal flow in the information transmission system. Hereinafter, the flow of signals will be described with reference to this figure.
In this information transmission system, a display information processing unit 248 is set in the CPU 202. Further, a signal for sequentially generating predetermined tactile information based on display information from the display information processing unit 248, boundary information on the display area such as a figure frame, a layout frame, and a window boundary, and coordinate information from the pointing means 207 A generation unit 247 is set. In addition, in response to the tactile information signal, the displacement / vibration frequency or the control gain to be driven for the information sensing device 208 including the driving force generating device 252 and the sensing unit 253 is calculated to obtain a driving signal. A control unit 246 for creating the above is set. Here, the signal is converted from digital information into analog voltage information via the A / D converter 245, and the driving force generator 252 is actually driven by the driving circuit 243. At this time, the displacement of the sensing unit 253 presenting tactile information is detected by the position sensor 251 and returned to the control unit 246 to perform feedback control.

ポインティング手段207から得た座標情報はCPU202で表示情報とされ、ポインタの形態で画像ディスプレィ205に表示される。
このシステムで処理される表示情報は、図19で示すように、通信装置209を経由して外部のコンピュータからも入力することができる。従って、インターネット上で閲覧や入手ができる情報もこのシステムで表示する対象に含まれる。さらに、CD-ROMなどで流通するコンテンツ情報についても外部記憶装置204を利用することで入力できることは言うまでもない。
The coordinate information obtained from the pointing means 207 is displayed as display information by the CPU 202 and displayed on the image display 205 in the form of a pointer.
Display information processed by this system can also be input from an external computer via the communication device 209 as shown in FIG. Therefore, information that can be browsed and obtained on the Internet is also included in the objects displayed by this system. Furthermore, it goes without saying that content information distributed on a CD-ROM or the like can be input using the external storage device 204.

図20は、上記触覚による情報伝達システムの使用例を示す概略構成図である。
このシステムでは、図20(a)に示すように、情報受感装置208を備えた受感操作部242を用いてコンピュータの画像ディスプレィ205に画像出力された対象物262の触覚情報を得るものである。受感操作部242の移動量は公知のマウスの移動量検出と同様の方法で行い、その移動量をディスプレィ205中でポインタ263の移動量として表示する。そして、ポインタ263が対象情報の上を走査する、あるいはなぞる行為により、それと同期して情報受感装置208を駆動し、受感部の動きにより対象物262の粗滑感や凹凸感を再生するものである。この対象物262は特に表面状態に特徴を持つものに限定されるのではなく、文字や記号などのパターンをこの情報受感装置208により指先を誘導することで、なぞるような感覚で認知させることにも使うことができる。
FIG. 20 is a schematic configuration diagram showing a usage example of the information transmission system using the sense of touch.
In this system, as shown in FIG. 20 (a), tactile information of an object 262 output to an image display 205 of a computer is obtained using a perception operation unit 242 provided with an information perception device 208. is there. The amount of movement of the sensory operation unit 242 is performed by a method similar to the known method of detecting the amount of movement of the mouse, and the amount of movement is displayed as the amount of movement of the pointer 263 in the display 205. Then, when the pointer 263 scans or traces the target information, the information receiving device 208 is driven in synchronism with it, and the rough feeling or unevenness of the target 262 is reproduced by the movement of the receiving unit. Is. The object 262 is not particularly limited to those having a characteristic in the surface state, and a pattern such as characters and symbols can be recognized with a feeling of tracing by guiding the fingertip with the information sensing device 208. Can also be used.

図20(b)は、画像ディスプレィ205に表示された対象物の触覚情報を再生する例を示したものであり、対象物262として表面上に細かい凸部265が多数配列されている素材を想定している。図20(c)は、その対象物262の部分断面図である。ポインタ263で対象物262の再生表面上をなぞっていくと、凸部265にポインタ263が到達する度に、そこを回避して迂回するようにポインタ263及び受感部が動こうとする。あるいは、ある程度の抵抗を伴って凸部265を乗り越すように抵抗感を受感部に付与することも可能である。この指先の微妙な迂回動作や乗り越し動作を、情報受感装置208の動きにより認識することができる。   FIG. 20B shows an example in which the tactile information of the object displayed on the image display 205 is reproduced. As the object 262, a material in which a large number of fine convex portions 265 are arranged on the surface is assumed. is doing. FIG. 20C is a partial cross-sectional view of the object 262. When the pointer 263 is traced on the reproduction surface of the object 262, each time the pointer 263 reaches the convex portion 265, the pointer 263 and the sensing unit try to move around to avoid it. Or it is also possible to give a sense of resistance to the sensitive part so as to get over the convex part 265 with some resistance. This delicate detouring operation and overriding operation of the fingertip can be recognized by the movement of the information sensing device 208.

図21は、上記情報伝達システムを用いた操作手順について説明するフローチャート図である。
このシステムでは、受感操作部242を使用者が掴んで画像ディスプレィ205上に表示された対象物262の上をポインタで移動する操作を例として説明する。図21中の右側は使用者の動作の流れを、左側は情報伝達システムの状態を示している。
FIG. 21 is a flowchart for explaining an operation procedure using the information transmission system.
In this system, an operation will be described as an example in which the user grasps the sensory operation unit 242 and moves the object 262 displayed on the image display 205 with a pointer. The right side in FIG. 21 shows the flow of the user's operation, and the left side shows the state of the information transmission system.

「操作スタート」280は、使用者が受感操作部242を持って作業を開始する段階である。「ポインタの移動」281は、使用者がポインティング手段の移動操作(282)により、画面上で位置を表示するポインタを移動させ、目的の画像部に向かう段階で、この時点では、情報伝達システムの受感部253は動作しない。   “Operation start” 280 is a stage in which the user starts the operation with the sensory operation unit 242. “Move pointer” 281 is a stage in which the user moves the pointer for displaying the position on the screen by the moving operation (282) of the pointing means and moves toward the target image portion. The sensor unit 253 does not operate.

そして「画像面に入れる」283ことによって、ポインタ位置が特定の境界領域に入ったことをコンピュータがポインタの位置座標から認識し、「ポインタの形態変化」284の状態に入る。これはCPU側が触覚刺激を呈示するエリアに入ったことを視覚的に認識できるように通常のマーク(例:矢印)であるポインタの形態を別の形態(例:指の形)に変化させるものである。   Then, by “put in the image plane” 283, the computer recognizes that the pointer position has entered a specific boundary area from the position coordinates of the pointer, and enters the state of “pointer shape change” 284. This is to change the shape of the pointer, which is a normal mark (eg, arrow), to another form (eg, finger shape) so that the CPU can visually recognize that it has entered the area where tactile stimulation is presented. It is.

同時に、「画像に対応して情報受感装置が複数方向に変位駆動」285する状態に入り、対象物の凹凸表現画像と対応して受感部253に駆動振動と変位を与える。この駆動状態は、該当する画像領域中をポインタが移動する間は継続する。これにより、使用者は画像情報をポインタでなぞりながら触覚情報を指に受けることができる(286)。そして、使用者がポインティング手段を移動することで画面中のポインタが画像領域外に出ると(287)、この触力覚刺激の呈示は終了する(288)。   At the same time, “the information receiving device is driven to move in a plurality of directions corresponding to the image” 285 is entered, and driving vibration and displacement are applied to the receiving unit 253 corresponding to the uneven expression image of the object. This driving state continues while the pointer moves in the corresponding image area. Accordingly, the user can receive the tactile information on the finger while tracing the image information with the pointer (286). When the user moves the pointing means and the pointer on the screen moves out of the image area (287), the presentation of the tactile sensation is terminated (288).

なお、この情報伝達システムと離れた場所にある情報処理装置と通信手段により接続し、同じ触覚情報を複数の場所で呈示させたり、遠くから情報受感装置の動きを通信手段により伝達することで、操作者がその対象物の触覚情報を遠隔地で得ることもできる。
また、受感部を駆動する電源は、接続されたコンピュータ側から供給してもよいが、無線接続する場合には情報受感装置に、例えばバッテリーなどの電源を内蔵したほうがよい。
In addition, by connecting this information transmission system to an information processing device at a remote location by communication means, the same tactile information can be presented at multiple locations, or the movement of the information sensing device can be transmitted from a distance by communication means. The operator can obtain tactile information of the object at a remote place.
The power for driving the sensing unit may be supplied from the connected computer side. However, in the case of wireless connection, it is better to incorporate a power source such as a battery in the information sensing device.

図22は、本願発明の駆動力発生装置を用いた情報伝達システムの他の実施例を示すもので、対象情報の粗滑感呈示や硬軟感の呈示とは用途が異なる情報伝達システムである。すなわち、情報受感装置を用いて、指先に文字情報や記号・符号情報を出力しようとするものである。
この情報伝達システムでは、受感操作部320が情報処理装置319に接続され、情報処理装置には記憶手段として外部記憶装置であるCD-ROMドライブが組み込まれている。触力覚情報信号は、CD-ROM322から情報処理装置319の主記憶装置に読み込まれる。そして、受感操作部320の外面部に指が載置される受感部321があり、ここに指を置き呈示開始ボタン323をONさせると、この受感部321が、予め決められた位置データとその移動時間に基づいて稼動し、出力すべき情報324を動きで操作者の指に伝達する。操作者は、時系列的に指先に再現される触覚情報によって、文字や予め設定しておいた触刺激による符号の認知をすることができる。また、納得いくまで何回でもリピートできるようにすることもできる。
FIG. 22 shows another embodiment of the information transmission system using the driving force generating device of the present invention, which is an information transmission system having a different use from the presentation of rough feeling and stiffness of target information. That is, it is intended to output character information and symbol / code information to the fingertip using the information sensing device.
In this information transmission system, a sensory operation unit 320 is connected to an information processing device 319, and a CD-ROM drive that is an external storage device is incorporated in the information processing device as storage means. The haptic information signal is read from the CD-ROM 322 into the main storage device of the information processing device 319. And there exists the sensory part 321 by which a finger is mounted in the outer surface part of the sensory operation part 320, and if a finger | toe is put here and the presentation start button 323 is turned ON, this sensory part 321 will be a predetermined position. It operates based on the data and its travel time, and transmits information 324 to be output to the operator's finger by movement. The operator can recognize a character or a code by a tactile stimulus set in advance by tactile information reproduced on the fingertip in time series. You can also repeat as many times as you like.

この場合、特に記憶手段はCD-ROMである必要はなく、磁気ディスク、スマートメディア、磁気カード、あるいは、バーコードなど紙やカードなど各種媒体に印刷された記憶コードから読み取るものであっても構わない。
さらに、本実施例では、ディスプレィ上の視覚情報と合わせて出力する以外に、ディスプレィが無い状態でも、受感部の稼動は可能であり、視覚に依存しないで各種情報を認知することが可能になる。
また、触力覚情報信号は通信によって遠隔地から入手することも可能であり、その点で、操作者が別々の場所に2人存在し、お互いの発信した触力覚情報を交信することも出来る。この場合、本情報伝達システムが触覚情報を発信するための入力手段すなわち指先の移動情報を入力する手段を兼ねることが出来るため、例えば、操作者Aが自分の指で受感部を動かし、その移動情報を発信し、それを別の場所で操作者Bが指でその動きを受信することが可能になる。
In this case, the storage means need not be a CD-ROM, and may be a magnetic disk, smart media, magnetic card, or a storage code printed on various media such as paper or a card such as a barcode. Absent.
Furthermore, in this embodiment, in addition to the output together with the visual information on the display, the sensing part can be operated even without the display, and various information can be recognized without depending on the visual sense. Become.
In addition, the tactile sensation information signal can also be obtained from a remote location by communication, and in that respect, two operators can exist at different locations and communicate with each other. I can do it. In this case, since this information transmission system can also serve as an input means for transmitting tactile information, that is, a means for inputting movement information of the fingertip, for example, the operator A moves the sensory part with his / her finger, The movement information is transmitted, and it becomes possible for the operator B to receive the movement with a finger at another place.

図23は、図22に示す情報伝達システムの動作を示す部分拡大図で、アルファベット文字の「A」を指先で認知する場合の動作例である。図23(a)は、受感部321がホームポジション330の時で、これから「A」を書き始める。まず、図23(b)に示すように「A」の頂点に基準点がある位置331に受感部を移動し、ここから図23(c)に示す様に、左側斜線をなぞる位置332に移動する。この様にして全部のなぞり動作が終了したあと、また、ホームポジションに戻り、次の情報についての動作を開始する。この時に、文字として存在する線をなぞる工程と、線から次の線へ移動する工程があるが、これを区別するために、線をなぞる移動速度を両者で変化させたり、文字として存在する線の時には微振動を重畳させるなど触刺激を変化させることで区別は明確となる。   FIG. 23 is a partially enlarged view showing the operation of the information transmission system shown in FIG. 22, and is an operation example when the alphabet letter “A” is recognized by the fingertip. FIG. 23A shows that when the sensor unit 321 is at the home position 330, writing of “A” is started. First, as shown in FIG. 23 (b), the sensitive part is moved to a position 331 where the reference point is at the apex of “A”, and from here, as shown in FIG. 23 (c), to the position 332 where the left oblique line is traced. Moving. After all the tracing operations are completed in this manner, the home position is returned to and the operation for the next information is started. At this time, there are a process of tracing a line existing as a character and a process of moving from one line to the next line. In order to distinguish this, the moving speed of tracing the line is changed between the two, or a line existing as a character is detected. In this case, the distinction becomes clear by changing the tactile stimulus such as superimposing a minute vibration.

図24は、本願発明の駆動力発生装置が用いられた情報伝達システムの他の例を示したもので、この情報伝達システム300は、表示手段であるディスプレィ301と情報受感装置302がパソコン本体303に接続されている。情報受感装置302はポインティング手段であるマウス部分304と一体的に構成されている。この情報伝達システムは、触力覚刺激を情報受感装置に呈示するとともに、その触力覚刺激を視覚情報としてグラフィック・ユーザー・インターフェース画面305(以下、省略してGUIと称す)上に表示することができるものである。   FIG. 24 shows another example of an information transmission system in which the driving force generator of the present invention is used. The information transmission system 300 includes a display 301 as a display means and an information sensing device 302 in a personal computer main body. 303 is connected. The information sensing device 302 is integrally formed with a mouse portion 304 that is a pointing means. This information transmission system presents a tactile sensation to the information receiving device and displays the tactile sensation as visual information on a graphic user interface screen 305 (hereinafter abbreviated as GUI). It is something that can be done.

この情報伝達システムは次のように動作する。
カーソル310がGUI画面中にあり、ある画像情報(この場合アイコン図)の上に重なる時、重なった事を触覚で認知できるように画像情報とカーソル座標の関係から、触力覚信号を駆動信号に変換して情報受感装置302が擬似触覚に相当する駆動をする。
この場合、アイコンに高さ方向の厚みがあるように指先にはこのアイコンを乗り越えようとする擬似粗滑感を付与することができる。また、アイコンをクリックして場所を移動させようとする場合に、アイコンに慣性感を持たせることも可能で、この慣性感を、例えばファイル容量の大きさと関連つけてその値が可変としても良い。
同時に、ディスプレィ上301で、状態表示部306を設けることによって発生している触刺激を変位量、速度、加速度又はこれらの関数等として視覚的にも表現する。
This information transmission system operates as follows.
When the cursor 310 is on the GUI screen and is overlaid on certain image information (in this case, the icon diagram), the tactile force signal is driven from the relationship between the image information and the cursor coordinates so that the overlap can be recognized by touch. The information receiving apparatus 302 is driven corresponding to a pseudo tactile sense.
In this case, it is possible to give the fingertips a pseudo rough feeling to get over the icon so that the icon has a thickness in the height direction. In addition, when clicking on an icon to move a location, it is also possible to give the icon a sense of inertia, and this value may be variable in relation to the size of the file capacity, for example. .
At the same time, the tactile stimulus generated by providing the state display unit 306 on the display 301 is also visually expressed as a displacement amount, a speed, an acceleration, or a function thereof.

図25は、図24の状態表示部306を拡大したものであり、仮想のアイコン高さに相当する量をバーグラフとして、経時的にバー307の長さが可変になるよう表示する。   FIG. 25 is an enlarged view of the status display unit 306 of FIG. 24, and displays the amount corresponding to the virtual icon height as a bar graph so that the length of the bar 307 becomes variable over time.

図26は状態表示の他の実施例であり、触覚刺激を出力する画像が仮想的に高さ情報を有しているとしているときに、バーグラフ308として仮想の凹凸量を表現するものである。   FIG. 26 shows another example of the status display, in which the virtual unevenness amount is expressed as a bar graph 308 when the image that outputs the tactile stimulus has virtual height information. .

図27も状態表示部の他の実施例である。情報受感装置が発生する駆動力を矢印の形309で表現したもので、それぞれx,y 方向の力の増減によって、矢印の色を変化させる様にした。なお、表示された画面上で触力覚の表示対象物と関係ない位置にカーソルがある時は、上記状態表示部の矢印は変化しない。   FIG. 27 is another example of the status display unit. The driving force generated by the information sensing device is represented by an arrow shape 309, and the color of the arrow is changed by increasing or decreasing the force in the x and y directions. When the cursor is at a position not related to the tactile force display object on the displayed screen, the arrow on the state display section does not change.

図28は、状態表示部の他の実施例でポインタ(カーソル)の拡大図ある。これは、図24におけるカーソル310自身に状態表示部311を付加したもので、このポインタの中心が触感情報を有する対象物に接近する、重なる、あるいは交差した場合に、感じるべき反力を、周囲に設けた矢印の色の変化として表現する。   FIG. 28 is an enlarged view of a pointer (cursor) in another embodiment of the status display unit. This is a state in which a state display unit 311 is added to the cursor 310 itself in FIG. 24, and the reaction force to be felt when the center of the pointer approaches, overlaps, or intersects with an object having tactile sensation information. It is expressed as a change in the color of the arrow provided in

次に、図28の矢印の表示方法を説明する。
図29は、図28で示した矢印が変化する場合を説明する図である。この図では、表示されている対象物312に対し、右斜め上313からポインタが移動して重なる場合313を示している。この場合、画面水平方向の触刺激と、画面上下方向の触刺激を合成したものになるため、図28に示す様に水平と上下の双方の矢印が彩色される。4 本の矢印の向きは各軸のプラスマイナス方向を示している。
Next, the display method of the arrow in FIG. 28 will be described.
FIG. 29 is a diagram illustrating a case where the arrow shown in FIG. 28 changes. This figure shows a case 313 where the pointer moves from the upper right 313 and overlaps the displayed object 312. In this case, since the touch stimulus in the horizontal direction of the screen and the touch stimulus in the vertical direction of the screen are combined, both the horizontal and vertical arrows are colored as shown in FIG. The direction of the four arrows indicates the plus or minus direction of each axis.

図30は、情報伝達システムで、インターネットのホームページに関連づけられた触力覚呈示を説明する概略図である。インターネット上では通常ハイパーテキストを用いて、ハイパーリンク(単にリンクとも言う)が関連文書や関連URLに対し設定されている。図中のリストはHTML(Hyper Text Markup Language)ドキュメントである。   FIG. 30 is a schematic diagram for explaining tactile sensation presentation associated with an Internet homepage in the information transmission system. On the Internet, hyperlinks (also simply referred to as links) are usually set for related documents and related URLs using hypertext. The list in the figure is an HTML (Hyper Text Markup Language) document.

ここで昨今のホームページを観察すると、最近のページは掲載されているテキストや画像情報量が多く、また、リンクを各所に張っているものが多い。そして、テキストが密度濃く掲載されている場合(特に英文のページは文字フォントが小さいものが多い)、視線を移動して文書を読む事は目の疲れやストレスの要因になっていた。特に、特定の言葉、あるいは画像にリンク先があるか否か判別したい場合、カーソルの形状が変化することで初めて認知できるため、特に視線を集中している必要性があった。
上記情報伝達システムは、この様な従来技術の問題点を解消することができ、図30でリンクが張ってある語句(便宜上、アンダーラインを引いてある)の上にカーソルが来ると、情報受感装置に触刺激を与えるようになっている。
Looking at recent homepages here, recent pages have a large amount of text and image information posted, and many have links in various places. And if the text is densely posted (especially English pages often have small fonts), moving the line of sight and reading the document was a factor in eye fatigue and stress. In particular, when it is desired to determine whether or not there is a link destination in a specific word or image, it is necessary to concentrate on the line of sight because it can be recognized only when the shape of the cursor changes.
The above information transmission system can solve such problems of the prior art. When the cursor is over the phrase (underlined for convenience) shown in FIG. It is designed to give tactile stimulation to the feeling device.

図31は、図30の例において触刺激を与える領域を示したものである。リンクが張ってある語句の呈示領域(400)、(401)、(402)に入ると情報受感装置が触刺激を与える。そして、語句によって、例えば、商品情報(401)の場合の触刺激の動かし方と、個人情報や連絡先アドレス(402)にリンクする場合の動かし方に予め差異を付けておく事で、指先で多様な情報判別をすることが可能になる。   FIG. 31 shows a region to which tactile stimulation is applied in the example of FIG. When entering the presenting area (400), (401), (402) of the phrase with the link, the information receiving device gives a tactile stimulus. Then, depending on the phrase, for example, by making a difference in advance between how to move the tactile stimulus in the case of product information (401) and how to move in the case of linking to personal information or contact address (402), It is possible to make a variety of information discrimination.

また、上記語句を囲む領域からカーソルが外れそうになる場合に、例えば領域の境界に近づく場合には、情報受感装置の受感部の移動量、あるいは移動速度を変化させることで、リンク情報の存在範囲を分かりやすくユーザーに認知させることができる。その結果、認知効率を向上させるだけでなく、視覚だけに頼らない、ストレスを軽減できる人に優しいインターフェースとして適用できる。   In addition, when the cursor is likely to deviate from the region surrounding the above phrase, for example, when approaching the boundary of the region, the link information can be changed by changing the moving amount or moving speed of the sensing unit of the information sensing device. The user can recognize the existence range of As a result, not only can the cognitive efficiency be improved, but it can be applied as a human-friendly interface that can reduce stress without relying solely on vision.

本願発明の一実施形態である駆動力発生装置を用いた情報受感装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the information sensing apparatus using the driving force generator which is one Embodiment of this invention. 図1に示す情報受感装置で用いられる駆動力発生装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the driving force generator used with the information sensing apparatus shown in FIG. 図1に示す情報受感装置で用いられる接触検知センサを示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the contact detection sensor used with the information sensing apparatus shown in FIG. 図1に示す情報受感装置で用いられる変位検知センサを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the displacement detection sensor used with the information sensing apparatus shown in FIG. 図1に示す情報受感装置で用いられる接触検知センサの他の例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the other example of the contact detection sensor used with the information sensing apparatus shown in FIG. 図2に示す駆動力発生装置のコイルに印加する電圧と駆動力との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the voltage applied to the coil of the driving force generator shown in FIG. 2, and driving force. 図1に示す情報受感装置の受感部で再生する動作の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the operation | movement reproduced | regenerated by the perception part of the information perception apparatus shown in FIG. 図1に示す情報受感装置で形状感を再生する例を示す図である。It is a figure which shows the example which reproduces | regenerates a shape feeling with the information sensing apparatus shown in FIG. 図2に示す駆動力発生装置で用いられるコイルの他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the coil used with the drive force generator shown in FIG. 本願発明に係る駆動力発生装置の他の例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the other example of the driving force generator which concerns on this invention. 本願発明に係る駆動力発生装置の他の例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the other example of the driving force generator which concerns on this invention. 本願発明に係る駆動力発生装置で用いられる磁石及びコイルの配置例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the example of arrangement | positioning of the magnet and coil which are used with the drive force generator which concerns on this invention. 本願発明に係る駆動力発生装置で用いられる磁石及びコイルの他の配置例を示す概略図である。It is the schematic which shows the other example of arrangement | positioning of the magnet and coil which are used with the drive force generator which concerns on this invention. 図13に示す磁石及びコイルの配置の変形例を示す概略図である。It is the schematic which shows the modification of arrangement | positioning of the magnet and coil shown in FIG. 本願発明に係る駆動力発生装置の他の例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the other example of the driving force generator which concerns on this invention. 本願発明の駆動力発生装置が用いられた情報受感装置の他の例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the other example of the information sensing apparatus with which the driving force generator of this invention was used. 本願発明の駆動力発生装置が用いられた情報伝達システムの概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of an information transmission system in which a driving force generator of the present invention is used. 図17に示す情報伝達システムで用いられる受感操作部を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the perception operation part used with the information transmission system shown in FIG. 図17に示す情報伝達システムの詳細な構成及び信号の流れを示すブロック図である。FIG. 18 is a block diagram showing a detailed configuration and signal flow of the information transmission system shown in FIG. 17. 図17に示す情報伝達システムの使用例を示す概略図である。It is the schematic which shows the usage example of the information transmission system shown in FIG. 図20に示す情報伝達システムの動作を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows operation | movement of the information transmission system shown in FIG. 本願発明の駆動力発生装置が用いられた情報伝達システムの他の例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the other example of the information transmission system with which the driving force generator of this invention was used. 図22の情報伝達システムの機能を説明する概略図である。It is the schematic explaining the function of the information transmission system of FIG. 本願発明の駆動力発生装置が用いられた情報伝達システムの他の例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the other example of the information transmission system with which the driving force generator of this invention was used. 図24に示す情報伝達システムの状態指示部を示す概略図である。It is the schematic which shows the state instruction | indication part of the information transmission system shown in FIG. 状態指示部の別の実施例を示す概略図である。It is the schematic which shows another Example of a state instruction | indication part. 状態指示部のさらに別の実施例を示す概略図である。It is the schematic which shows another Example of a state instruction | indication part. ポインタ部に状態指示部を設けた実施例を示す概略図である。It is the schematic which shows the Example which provided the state instruction | indication part in the pointer part. 状態指示部の表示方法を説明する概略構成図である。It is a schematic block diagram explaining the display method of a state instruction | indication part. 情報伝達システムのディスプレイに表示されたインターネットホームページの例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example of the internet homepage displayed on the display of the information transmission system. 図30に示すインターネットホームページの触覚情報呈示領域を表わした概略図である。It is the schematic showing the tactile information presentation area | region of the internet homepage shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1,41 受感部
2,42 基部
3 弾性部材
10 駆動電源
11 制御装置
12,13,14,15,72,73,74,75,82,83 磁石
16,17,18,19,70,76,77,78,79 コイル
21,43 受感部の表面層
22,23 摺動部
26 感圧部
27 感圧導電性ゴム
28,29 導電性プラスチック層
30,31 変位検知センサ
32 LED
33 光
34 フォトトランジスタ
44,46 受光素子
51,52 板
53 隙間
54 なぞり波形
55 不連続点
86,87,88,89 コイル
101,103,105,107,109 磁石
102,104,106,108,110 コイル
111 基部
112 磁石
113 コイル
114 コイル保持部
121 受感部
222 支持部材
223 把持部
224 入力操作スイッチ
225 信号処理回路
226 検知手段
227 処理回路
228 ベース面
229 押圧方向を示す矢印
230 振動方向を示す矢印
262 対象物
263 ポインタ
265 凸部
300 情報伝達システム
301 ディスプレィ
302 情報受感装置
303 パソコン本体
304 マウス部分
305 グラフィック・ユーザー・インターフェース画面
306 状態表示部
307 バー
308 バーグラフ
309 状態表示部
310 カーソル
311 状態表示部
312 対象物
313 ポインタの移動方向
319 情報処理装置
320 受感操作部
321 受感部
322 CD−ROM
323 呈示開始ボタン
324 出力情報
330 動作部ホームポジション
331 「A」の頂点に基準点が重なる位置
332 「A」の左側斜線をなぞる位置
400 ハイパーテキストの企業情報とのリンクが設定された領域
401 ハイパーテキストの商品情報とのリンクが設定された領域
402 ハイパーテキストの個人情報とのリンクが設定された領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,41 Sensitive part 2,42 Base 3 Elastic member 10 Drive power supply 11 Control device 12, 13, 14, 15, 72, 73, 74, 75, 82, 83 Magnet 16, 17, 18, 19, 70, 76 , 77, 78, 79 Coils 21, 43 Surface layer of the sensing part 22, 23 Sliding part 26 Pressure sensitive part 27 Pressure sensitive conductive rubber 28, 29 Conductive plastic layer 30, 31 Displacement detection sensor 32 LED
33 Light 34 Phototransistor 44, 46 Light receiving element 51, 52 Plate 53 Gap 54 Trace waveform 55 Discontinuous point 86, 87, 88, 89 Coil 101, 103, 105, 107, 109 Magnet 102, 104, 106, 108, 110 Coil 111 Base 112 Magnet 113 Coil 114 Coil holding part 121 Sensitive part 222 Support member 223 Grasping part 224 Input operation switch 225 Signal processing circuit 226 Detection means 227 Processing circuit 228 Base surface 229 Arrow indicating the pressing direction 230 Arrow indicating the vibration direction 262 Object 263 Pointer 265 Protruding part 300 Information transmission system 301 Display 302 Information sensing device 303 PC main body 304 Mouse part 305 Graphic user interface screen 306 Status display part 307 Bar 308 Bar Graph 309 Status display unit 310 Cursor 311 Status display unit 312 Object 313 Pointer movement direction 319 Information processing device 320 Sensitive operation unit 321 Sensitive unit 322 CD-ROM
323 Presentation start button 324 Output information 330 Operation part home position 331 Position 332 where the reference point overlaps the apex of “A” Position 332 tracing the left diagonal line of “A” 400 Area 401 where a link with company information of hypertext is set 401 Hyper Area 402 in which a link with text product information is set Area in which a link with hypertext personal information is set

Claims (4)

それぞれが互いに直交するX軸、Y軸、Z軸の、Z軸方向に磁束を発生させる磁界発生手段と、
前記磁界発生手段によって生じる磁束、巻線の一部が前記X軸方向に横切るように配置された1つ以上のコイルを含む第1のコイル群と、
前記磁界発生手段によって生じる磁束、巻線の一部が前記Y軸方向に横切るように配置された1つ以上のコイルを含む第2のコイル群と、
前記第1のコイル群と第2のコイル群とに、独立して制御された電流を供給する駆動電源と、を有し、
指先が載置され、該指先の接触面とほぼ平行な方向への移動が可能に支持された受感部に、前記磁界発生手段もしくはコイル群のいずれか一方が固定され、
前記受感部は、指先の接触を検知する接触検知センサを有し、前記磁界発生手段もしくはコイル群の他方が固定された基部に対して、X軸方向及びY軸方向の相対移動が可能に支持されており、
前記接触検知センサが、前記受感部から指先が離れたことを検知したときに前記駆動電源からコイル群への電流の供給を停止するように制御されるものであることを特徴とする駆動力発生装置。
Magnetic field generating means for generating a magnetic flux in the Z-axis direction of the X-axis, Y-axis, and Z-axis, each orthogonal to each other;
A first coil group including one or more coils arranged so that a part of the winding crosses the magnetic flux generated by the magnetic field generating means in the X-axis direction;
A second coil group including one or more coils arranged so that a part of the winding crosses the magnetic flux generated by the magnetic field generating means in the Y-axis direction;
A driving power source for supplying an independently controlled current to the first coil group and the second coil group ;
One of the magnetic field generating means and the coil group is fixed to the sensing part on which the fingertip is placed and supported so as to be movable in a direction substantially parallel to the contact surface of the fingertip,
The sensing part has a contact detection sensor that detects contact of a fingertip, and can be relatively moved in the X-axis direction and the Y-axis direction with respect to a base part to which the other of the magnetic field generating means or the coil group is fixed. Supported,
The driving force , wherein the contact detection sensor is controlled so as to stop the supply of current from the driving power source to the coil group when it is detected that the fingertip is separated from the sensing unit. Generator.
前記第1のコイル群又は前記第2のコイル群は、少なくとも一方が2以上のコイルを有し、
前記第1のコイル群が有するコイルの少なくとも2つが、X軸方向にコイル中心が異なる位置に設けられるか、又は前記第2のコイル群が有するコイルの少なくとも2つが、Y軸方向にコイル中心が異なる位置に設けられ、
前記駆動電源は、前記第1のコイル群又は第2のコイル群に含まれる2以上のコイルに異なる電流を供給するものであることを特徴とする請求項1に記載の駆動力発生装置。
At least one of the first coil group or the second coil group has two or more coils,
At least two of the coils of the first coil group are provided at positions where the coil centers are different in the X-axis direction, or at least two of the coils of the second coil group have a coil center in the Y-axis direction. Provided in different positions,
2. The driving force generator according to claim 1, wherein the driving power supply supplies different currents to two or more coils included in the first coil group or the second coil group.
前記第1のコイル群に含まれるコイルと第2のコイル群に含まれるコイルとが、単一の磁界発生手段によって発生される一方向の磁束を横切るように配置されていることを特徴とする請求項1に記載の駆動力発生装置。   The coil included in the first coil group and the coil included in the second coil group are arranged so as to cross a unidirectional magnetic flux generated by a single magnetic field generating means. The driving force generator according to claim 1. 前記基部は、前記受感部に載置される指を含む側の手で把持され、平面上を移動可能となっていることを特徴とする請求項1、請求項2、又は請求項3に記載の駆動力発生装置。
The base is grasped on the side of the hand comprising a finger is placed on the sensing part, claim 1, characterized in that is movable on a plane, according to claim 2, or claim 3 The driving force generator described.
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