JPH087523B2 - 模擬触覚呈示装置 - Google Patents

模擬触覚呈示装置

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JPH087523B2
JPH087523B2 JP4200510A JP20051092A JPH087523B2 JP H087523 B2 JPH087523 B2 JP H087523B2 JP 4200510 A JP4200510 A JP 4200510A JP 20051092 A JP20051092 A JP 20051092A JP H087523 B2 JPH087523 B2 JP H087523B2
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tactile
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松 幹 之 赤
橋 昭 彦 高
藤 滋 佐
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工業技術院長
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、人が手指などで物に触
れたときに感じる物体表面の凹凸感、凹凸による材質感
・風合いなどを、実際の物体に触れることなく、模擬的
に呈示するための触覚呈示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】手指を触れることができる物体について
は、それに直接触れることにより、表面の凹凸感や、凹
凸による材質感・風合いなどを感じることができるが、
遠方にある物体、画像として表示されている物体、これ
から製造しようとする新製品等については、その表面に
触れた場合の凹凸感などを直接的に感じとることができ
ない。そのため、遠方等にあって触れることができない
物体については、視覚的にそれを認識できても、触覚的
にその物体の表面状態等を認識することはできない。ま
た、新しい製品を実際に製造する前に、表面の凹凸感
や、凹凸による材質感・風合いなどを調べることも不可
能である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】実物の表面を手指など
で触れてなぞったときに感じる触覚刺激は、その刺激に
相当する振動の振幅、周期、振動波形等を適切に設定
し、その触覚刺激のパターン(以下、触覚の時空間パタ
ーンという。)の信号として滑動する触覚呈示器により
人の手指などに与えれば、比較的忠実に模擬的呈示を行
うことができる。本発明の技術的課題は、このような知
見に基づき、模擬的に物体表面の凹凸感や、凹凸による
材質感・風合いなどを呈示できるようにした模擬触覚呈
示装置を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の模擬触覚呈示装置は、操作者が支持面に沿っ
て自由に滑動させることのできる保持体に、その保持体
表面に呈示子を露呈させた触覚呈示器を設けると共に、
その保持体上または保持体を滑動させる支持面側に、保
持体の滑動を検出する滑動検出器を設け、上記触覚呈示
器に模擬触覚信号発生装置を接続し、この模擬触覚信号
発生装置を、上記滑動検出器において検出した保持体の
滑動に対応して、対象物体の表面に触れてなぞったとき
に感じる触覚刺激に相当する信号、即ち触覚の時空間パ
ターンに相当する振動の信号を触覚呈示器に与え、呈示
子により模擬的に触覚刺激を呈示させるものとして構成
したことを特徴とするものである。
【0005】上記模擬触覚呈示装置においては、保持体
に、支持面上における該保持体の滑動に抵抗を付与する
抵抗付与機構を設けて、対象物体表面の粗さの違いによ
る抵抗感をも併せて呈示することができる。
【0006】
【作用】上記構成を有する模擬触覚呈示装置は、操作者
が触覚呈示器の呈示子に指を触れさせて保持体をもち、
机等の支持面の上でそれを滑動させて使用するものであ
る。模擬触覚信号発生装置においては、呈示しようとす
る対象物体の触覚の時空間パターンに相当する振動の信
号を出力するように設定されており、操作者が保持体を
机などの支持面に接し、または近接して滑動させると、
滑動検出器によって保持体の滑動が検出され、その保持
体の滑動状態に対応して、保持体表面の呈示子から操作
者の手指に対象物体の触覚の時空間パターンに相当する
振動が、対象物体表面の凹凸感、凹凸による材質感・風
合いなどあらわす模擬的な触覚刺激として呈示される。
このように、保持器が滑動する間に呈示子から指に上記
時空間パターンが呈示されると、指はあたかも凹凸のあ
る対象物体表面上をなぞっているかのように感じる。こ
れにより、実際には平滑な机等の支持面上で仮想的な物
体表面の凹凸感を呈示することができる。
【0007】保持体に、支持面上における該保持体の滑
動に抵抗を付与する抵抗付与機構を設けた場合には、滑
らかな表面を模擬するときは抵抗を小さく、粗い表面を
模擬するときは抵抗を大きくして、対象物体表面の粗さ
の違いによる抵抗感をも併せて呈示することができる。
【0008】
【実施例】図1ないし図4は、本発明に係る模擬触覚呈
示装置の第1実施例についての構成及び使用の態様を示
している。図1に示すように、この第1実施例の模擬触
覚呈示装置は、ケーシングを構成する保持体1に、その
保持体1の表面に呈示子2aを露呈させている触覚呈示
器2と、保持体1を机面などの支持面6に沿って滑動さ
せたときにその滑動を検出する滑動検出器3とを備えて
いる。また、上記触覚呈示器2には、模擬触覚信号発生
装置4を接続している。
【0009】ケーシングを構成する上記保持体1は、操
作者が机面などの支持面6にそれを接触させ、または近
接させて、自由に滑動させることができる構造を有する
もので、その滑動に適した任意形状に形成することがで
きるが、後述するように、電子計算機等のマウス型入力
装置や、タッチペン型入力装置において一般的に用いら
れているような形状に形成することもできる。
【0010】触覚呈示器2としては、図1に例示するよ
うに、保持体1内に固定したソレノイド21を駆動源と
し、模擬触覚信号発生装置4からの振動の信号に基づい
て、呈示子2aに、対象物体の表面を手指などで触れて
なぞったときに感じる触覚の時空間パターンに相当する
振動凹凸を与えるような構成を採用することができる。
図1の触覚呈示器2においては、ソレノイド21の可動
鉄芯22に設けたピン23を、中間部の支点24におい
て保持体1に支持されたてこ25の一端の長孔26に嵌
入し、てこ25の他端に、保持体1の上面に設けた小孔
27に臨む前記呈示子2aを設けている。
【0011】従って、模擬触覚信号発生装置4からの信
号でソレノイド21が駆動され、可動鉄心22がソレノ
イド21に吸引されると、てこ25が支点24の周囲に
おいて回転駆動され、てこ25の他端の呈示子2aが保
持体1の表面の小孔27からわずかに突出するので、図
2に示すように、呈示子2aに指7をかぶせるようにし
て保持体1を持ちながら滑動操作すると、指7に対して
触覚呈示を行うことができる。
【0012】保持体1の滑動を検出する滑動検出器3と
して、図1においては、電子計算機等のマウス型入力装
置に一般的に用いられているように、球32が軸を介し
て接触するようにしたロータリエンコーダ31による方
式を示しているが、磁気的あるいは光学的、その他、保
持体1の滑動位置や速度を検出する各種方式を用いるこ
とができる。この滑動検出器3は、図1のように、保持
体1内に設けることもできるが、保持体1を滑動させる
支持面6側に設けることもできる。
【0013】滑動検出器3を机などの支持面6側に設け
る場合には、例えば、特開昭59−603号公報に開示
されているごとき接触センサーを支持面6上に設け、保
持体1の位置を支持面6との接触面積の中心位置として
検出する方法を用いることができる。この接触センサー
は、感圧導電性ゴムからなる感圧板を導電性の高い可撓
性の導電板で挟み、それぞれの導電板における互いに異
なる向きの一対の対辺に設けた電極に所要の電圧を印加
し、それらの電極の電圧に基づいて物体の接触面積の中
心座標を検出するものである。
【0014】上記触覚呈示器2に接続した模擬触覚信号
発生装置4は、電子計算機その他の電子装置により構成
し、対象物体の表面に触れたときに感じる触覚の時空間
パターンに相当する振動の信号を発生させるもので、そ
の信号を、上記滑動検出器3において検出した保持体1
の滑動に対応して触覚呈示器2に与え、呈示子2aによ
り模擬的に触覚刺激を呈示させるものである。この模擬
触覚信号発生装置4は、振動の振幅、周期、振動波形等
を任意に設定可能とし、各種対象物品についての上記時
空間パターンに相当する振動の信号を発生させることも
できるが、単純な振動の信号を発生させるものとして、
保持体1内に組み込むようにすることもできる。
【0015】上記構成を有する模擬触覚呈示装置を使用
して触覚刺激の呈示を行うに際しては、図2に示すよう
に、操作者が触覚呈示器2の呈示子2aに指7を触れて
保持体1をもち、机等の支持面6の上で、該支持面に接
し、または近接してそれを滑動させればよい。模擬触覚
信号発生装置4においては、呈示しようとする対象物体
の触覚の時空間パターンに相当する振動の信号を出力す
るように設定されており、操作者が保持体1を滑動させ
ると、滑動検出器3によって保持体1の滑動が検出さ
れ、その保持体の滑動状態(移動速度)に対応して、保
持体表面の呈示子2aから操作者の手指に、対象物体の
触覚の時空間パターンに相当する振動が、対象物体表面
の凹凸感、凹凸による材質感・風合いなどあらわす模擬
的な触覚刺激として呈示される。
【0016】これを具体的に説明すると、図3に示すよ
うに、保持体1を点Aから点Bまで滑動する間に、触覚
呈示器2の呈示子2aから指に図4の凹凸面8の刺激パ
ターンを呈示するため、それに対応する時空間パターン
の振動が呈示されると、指7においては、あたかも図4
の凹凸面8をもつ物体表面上をなぞったかのように感じ
る。これにより、実際には平滑な机などの上で、仮想的
な物体表面の凹凸感を呈示することができる。
【0017】上述した本発明の模擬触覚呈示装置は、図
5に例示するように、電子計算機等のマウス型入力装置
のケーシングを保持体35として構成することができ
る。この場合、接触呈示器の呈示子2aをマウス型入力
装置における押しボタン36に設けることにより、操作
者の指が常に呈示子2aに触れるようにすることができ
る。
【0018】上述の構成に加えて、保持体1の机上等で
の滑動に断続可能もしくは強度の調節可能な抵抗を付与
し、なめらかな表面を模擬するときは抵抗を小さく、粗
い表面を模擬するときは抵抗を大きくして、模擬する表
面の粗さの違いによる抵抗感をも併せて呈示することが
可能である。図6は、保持体1の滑動に抵抗を付与する
抵抗付与機構38を設けた本発明の第2実施例(抵抗付
与機構38以外の構成は省略)を示すものである。この
抵抗付与機構38は、保持体1内に支持面6に近接して
マグネット39を設け、このマグネット39のコイル4
0に流れる電流を調節することにより、所要の抵抗を付
与可能にしたものである。この場合、支持面6の表面に
鉄等の磁性体製ものを配設しておく必要がある。なお、
この抵抗付与機構38としては、上記構成例に限らず、
保持体1の滑動に抵抗を付与する各種機構を採用するこ
とができる。
【0019】上記模擬触覚呈示装置は、操作者に凹凸感
等を呈示する対象物体の形状や陰影などの視覚情報を、
電子計算機等のディスプレイ装置に併せて表示すること
により、視覚的効果をも併用することができ、これによ
り一層実感味の高い模擬触覚呈示を行うことができる。
【0020】さらに、本発明の模擬触覚呈示装置におい
ては、図7に第3実施例として示すように、電子計算機
等のタッチペン型入力装置と同様な形態の保持体41を
用いることもできる。この第3実施例では、操作者の指
7に接し易い部分に触覚呈示器2の呈示子2aを設けて
いるが、それを動作させる機構、その他の構成、作用
は、以下に説明を補足する点を除いて、前記第1実施例
の場合と本質的に変わるところがない。
【0021】上記第3実施例の模擬触覚呈示装置は、第
1実施例の場合と同様に、各種支持面において用いるよ
うにすることもできるが、電子計算機等のタッチペン型
入力装置としての機能をも有するものとし、先に説明し
たように、凹凸感を呈示する対象物体の視覚情報を電子
計算機等のディスプレイ装置45に併せて表示する場合
に、例えば触覚の呈示を行う位置を指定するなどの入力
装置として機能させることもできる。
【0022】また、上記第3実施例においても、前記第
2実施例のごとく抵抗付与機構38を付加することがで
きる。図8は、その抵抗付与機構38を付加した第4実
施例を示すものである。この第4実施例では、第3実施
例として示したようなタッチペン型入力装置のの保持体
41内にソレノイド49を設け、このソレノイド49の
可動鉄心50に連結棒51を介して筒状の制動子52を
連結している。図示を省略しているが、第1実施例と同
様に、滑動検出器や模擬触覚信号発生装置等を設けるの
は勿論である。従って、ソレノイド49を通電により作
動させると、可動鉄心50から連結棒51を介してソレ
ノイド49の駆動力が制動子52に伝達され、制動子5
2がディスプレイ装置45の表面に押しつけられ、保持
体41の滑動に抵抗が与えられる。上記制動子52の先
端部分にゴム等の軟質摩擦材を用いると、ディスプレイ
装置45の表面に押し付けても傷をつけるのを防止でき
るばかりでなく、抵抗発生効果も大きくなる。
【0023】
【発明の効果】以上に詳述した本発明の模擬触覚呈示装
置によれば、人が手指などで物に触れたときに感じる物
体表面の凹凸感、凹凸による材質感・風合いなどを、実
際の物体に触れることなく、模擬的に呈示することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の模擬触覚呈示装置の第1実施例の構成
を示す断面図である。
【図2】上記模擬触覚呈示装置の使用状態を説明するた
めの側面図である。
【図3】上記模擬触覚呈示装置における呈示子の動作例
を説明するための説明図である。
【図4】図3に示した動作例において模擬される凹凸面
の断面図である。
【図5】マウス状の保持体を有する模擬触覚呈示装置の
側面図である。
【図6】抵抗付与機構を備えた模擬触覚呈示装置の要部
のみの内部構造を示す断面図である。
【図7】タッチペン型の模擬触覚呈示装置の使用状態の
斜視図である。
【図8】抵抗付与機構を備えた模擬触覚呈示装置の要部
断面図である。
【符号の説明】
1 保持体、 2 触覚呈示器、 2a 呈示子、 3 滑動検出器、 4 模擬触覚信号発生装置、 6 支持面、 38 抵抗付与機構、 41 保持体。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】操作者が適宜支持面に沿って自由に滑動さ
    せることのできる保持体に、その保持体表面に呈示子を
    露呈させた触覚呈示器と、保持体の滑動を検出する滑動
    検出器とを設け、 上記触覚呈示器に模擬触覚信号発生装置を接続し、 この模擬触覚信号発生装置を、上記滑動検出器において
    検出した保持体の滑動に対応して、対象物体の表面に
    れてなぞったときに感じる触覚刺激に相当する信号を触
    覚呈示器に与え、呈示子により模擬的に触覚刺激を呈示
    させるものとして構成した、 ことを特徴とする模擬触覚呈示装置。
  2. 【請求項2】操作者が支持面に沿って自由に滑動させる
    ことのできる保持体に、その保持体表面に呈示子を露呈
    させた触覚呈示器を設けると共に、その保持体を滑動さ
    せる支持面側に、保持体の滑動を検出する滑動検出器を
    設け、 上記触覚呈示器に模擬触覚信号発生装置を接続し、 この模擬触覚信号発生装置を、上記滑動検出器において
    検出した保持体の滑動に対応して、対象物体の表面に
    れてなぞったときに感じる触覚刺激に相当する信号を触
    覚呈示器に与え、呈示子により模擬的に触覚刺激を呈示
    させるものとして構成した、 ことを特徴とする模擬触覚呈示装置。
  3. 【請求項3】請求項1または請求項2のいずれかに記載
    の装置において、 保持体に、支持面上における該保持体の滑動に抵抗を付
    与する抵抗付与機構を設けた、ことを特徴とする模擬触
    覚呈示装置。
JP4200510A 1992-07-03 1992-07-03 模擬触覚呈示装置 Expired - Lifetime JPH087523B2 (ja)

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