(57)【要約】【課題】振動の組合せにより、誘起される錯覚現象を実現でき、トリガー変位、特性誘起刺激・トリガー刺激、誤解（誤認）振動、錯覚に関する相乗効果、子音・母音的な変位構成、錯覚現象データベースを提供することにある。【解決手段】触力覚情報提供システムは、触力覚提示装置が、前記物体により及び又は物体への刺激を提示し、そして操作者の操作に合わせて物体に印加される刺激を制御して触力覚を生成する。物体に振幅、変位、変形の少なくとも１つを提示する。導感覚の感覚を合成する感覚合成・誘導装置であり、感覚合成・誘導装置は、前記物体にスウィープ変位を備える変位により圧覚、力覚、錯覚の少なくとも１つを生成する。【選択図】図８
2020098649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体と、該物体は、実物体又は仮想物体であり、
物体により及び又は物体への位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性の少なくとも１つを備える刺激を検知するセンサと、
前記物体に操作者の感覚特性及び又は錯覚を適用して、該操作者に実際の該物体を操作したかのような触力覚を提示する触力覚提示装置と、
該触力覚提示装置をセンサからの刺激を基に制御する触力覚提示制御装置と、
前記触力覚提示制御装置は、人の身体に印加される刺激量と感覚量との関係を示す感覚特性が、非線形及び又は錯覚であることを利用して刺激を制御して触力覚情報を提示し、
前記感覚特性は、前記操作者に与えられる刺激量及び操作者の操作によってもたらされる刺激量の少なくとも１つの刺激量と操作者に提示される感覚量とを備え、該感覚量は物理的に存在し得ない感覚量であり、
ここで、前記触力覚提示装置は、前記物体により及び又は物体への刺激を提示し、そして操作者の操作に合わせて物体に印加される刺激を制御して触力覚を生成してなる触力覚情報提供システム。
【請求項２】
前記タッチパネルは、複数個に区画されてアレイ状、ドット状、画素の少なくとも１つに配設され、各タッチパネルは独立して制御されることを特徴とする請求項１記載の触力覚情報提供システム。
【請求項３】
前記物体は、タッチパネルであり、該タッチパネル毎に異なる触覚及び又は力覚を生成することを特徴とする請求項１記載の触力覚情報提供システム。
【請求項４】
物体と、該物体は、実物体又は仮想物体であり、
物体により及び又は物体への位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性の少なくとも１つを備える刺激を検知するセンサと、
前記物体に操作者の感覚特性及び又は錯覚を適用して、該操作者に実際の該物体を操作したかのような触力覚を提示する触力覚提示装置と、
該触力覚提示装置をセンサからの刺激を基に制御する触力覚提示制御装置と、
前記触力覚提示制御装置は、人の身体に印加される刺激量と感覚量との関係を示す感覚特性が、非線形及び又は錯覚であることを利用して刺激を制御して触力覚情報を提示し、
前記感覚特性は、前記操作者に与えられる刺激量及び操作者の操作によってもたらされる刺激量の少なくとも１つの刺激量と操作者に提示される感覚量とを備え、該感覚量は物理的に存在し得ない感覚量であり、
ここで、前記触力覚提示装置は、前記物体に振幅、変位、変形の少なくとも１つを提示してなる触力覚情報提供システム。
【請求項５】
前記タッチパネルは、複数個に区画されてアレイ状、ドット状、画素の少なくとも１つに配設され、各タッチパネルは独立して制御されることを特徴とする請求項４記載の触力覚情報提供システム。
【請求項６】
前記触力覚提示装置は、前記物体の生じる振幅、変位及び又は変形に応じて触力覚を提示することを特徴とする請求項４記載の触力覚情報提供システム。
【請求項７】
前記触力覚提示装置は、位置、位相、時間の少なくとも１つごとに前記物体に振幅、変位、変形の少なくとも１つを６次元誘導をさせることを特徴とする請求項４記載の触力覚情報提供システム。
【請求項８】
前記触力覚提示装置は、物体の接線と直角に、平行に、又は任意の角度に振幅、変位、変形の少なくとも１つを生じることを特徴とする請求項４記載の触力覚情報提供システム。
【請求項９】
物体と、該物体は、実物体または仮想物体であり、
物体により及び又は物体への位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性の少なくとも１つを備える刺激を検知するセンサと、
前記物体に操作者の感覚特性及び又は錯覚を適用して、該操作者に実際の該物体を操作したかのような触力覚を提示する触力覚提示装置と、
該触力覚提示装置をセンサからの刺激を基に制御する触力覚提示制御装置と、
前記触力覚提示制御装置は、人の身体に印加される刺激量と感覚量との関係を示す感覚特性が、非線形及び又は錯覚であることを利用して刺激を制御して触力覚情報を提示し、
前記感覚特性は、前記操作者に与えられる刺激量及び操作者の操作によってもたらされる刺激量の少なくとも１つの刺激量と操作者に提示される感覚量とを備え、該感覚量は物理的に存在し得ない感覚量であり、
ここで、前記触力覚提示装置は、誘導感覚の感覚を合成する感覚合成・誘導装置であり、
該感覚合成・誘導装置は、前記物体にスウィープ変位を備える変位により圧覚、力覚、錯覚の少なくとも１つを生成してなる触力覚情報提供システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感覚特性を利用した触力覚情報提示システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００５−１９０４６５公報には、人に仮想物体の存在や衝突の衝撃力を与える従来の非接地型で身体内にベースがないマンマシンインタフェースにおいて、触力覚感覚提示機の物理的特性だけでは提示し得ない、同一方向にトルクおよび力などの触力覚感覚を連続的に提示できるシステムが開示されている。
【０００３】
この特許出願は、以下の構成を備える。触力覚提示機触力覚提示機は、制御装置により、触力覚提示機中の１個以上からなるアクチュエータの変位が制御され、その物理特性である変位、力、トルクが制御されることによって、ユーザにその変位、力、トルクなどの様々な触力覚情報を知覚させる。この触力覚情報提示システムは、人間の感覚特性、もしくは錯覚を利用して適切に物理量を制御することにより、物理的には存在し得ない力、もしくは触力覚的感覚物理特性を人に体感させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１９０４６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の点に鑑み、従来技術では、物理的方法のみによって触力覚情報を提示する場合の制限や感覚強度や明瞭さなどに欠点があり、本発明の目的は、変位、変位パターン、波形の組合せにより、誘起される錯覚現象を実現し、触覚方向性の弁別が悪く、Ｚ方向の指押し込み圧によってＹ方向の変位、変位パターン、波形をＺ方向の変位、変位パターン、波形と錯覚するような、トリガー変位、特性誘起刺激・トリガー刺激、誤解（誤認）へに、錯覚に関する相乗効果、子音・母音的な波形構成、錯覚現象データベースを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る触力覚情報提示システムは、物体と、該物体は、実物体又は仮想物体であり、物体により及び又は物体への位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性の少なくとも１つを備える刺激を検知するセンサと、前記物体に操作者の感覚特性及び又は錯覚を適用して、該操作者に実際の該物体を操作したかのような触力覚を提示する触力覚提示装置と、該触力覚提示装置をセンサからの刺激を基に制御する触力覚提示制御装置と、前記触力覚提示制御装置は、人の身体に印加される刺激量と感覚量との関係を示す感覚特性が、非線形及び又は錯覚であることを利用して刺激を制御して触力覚情報を提示し、前記感覚特性は、前記操作者に与えられる刺激量及び操作者の操作によってもたらされる刺激量の少なくとも１つの刺激量と操作者に提示される感覚量とを備え、該感覚量は物理的に存在し得ない感覚量であり、ここで、前記触力覚提示装置は、前記物体により及び又は物体への刺激を提示し、そして操作者の操作に合わせて物体に印加される刺激を制御して触力覚を生成してなる。
【０００７】
触力覚システムにおいて、前記タッチパネルは、複数個に区画されてアレイ状、ドット状、画素の少なくとも１つに配設され各タッチパネルは独立して制御される。
【０００８】
触力覚情報提示システムにおいて、物体は、タッチパネルであり、該タッチパネル毎に異なる触覚及び又は力覚を生成する。
【０００９】
本発明に係る触力覚情報提示システムは、物体と、該物体は、実物体又は仮想物体であり、物体により及び又は物体への位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性の少なくとも１つを備える刺激を検知するセンサと、前記物体に操作者の感覚特性及び又は錯覚を適用して、該操作者に実際の該物体を操作したかのような触力覚を提示する触力覚提示装置と、該触力覚提示装置をセンサからの刺激を基に制御する触力覚提示制御装置と、前記触力覚提示制御装置は、人の身体に印加される刺激量と感覚量との関係を示す感覚特性が、非線形及び又は錯覚であることを利用して刺激を制御して触力覚情報を提示し、前記感覚特性は、前記操作者に与えられる刺激量及び操作者の操作によってもたらされる刺激量の少なくとも１つの刺激量と操作者に提示される感覚量とを備え、該感覚量は物理的に存在し得ない感覚量であり、ここで、前記触力覚提示装置は、前記物体に振幅、変位、変形の少なくとも１つを提示してなる。
【００１０】
触力覚情報提示システムにおいて、前記タッチパネルは、複数個に区画されてアレイ状、ドット状、画素の少なくとも１つに配設され、各タッチパネルは独立して制御される。
【００１１】
触力覚情報提示システムにおいて、前記触力覚提示装置は、前記物体の生じる振幅、変位及び又は変形に応じて触力覚を提示する。
【００１２】
触力覚情報提示システムにおいて、前記触力覚提示装置は、位置、位相、時間の少なくとも１つごとに前記物体に振幅、変位、変形の少なくとも１つを６次元で誘導させる。
【００１３】
触力覚情報提示システムにおいて、前記触力覚提示装置は、物体の接線と直角に、平行に、又は任意の角度に振幅、変位、変形の少なくとも１つを生じる。
【００１４】
本発明に係る触力覚情報提示システムは、物体と、該物体は、実物体または仮想物体であり、物体により及び又は物体への位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性の少なくとも１つを備える刺激を検知するセンサと、前記物体に操作者の感覚特性及び又は錯覚を適用して、該操作者に実際の該物体を操作したかのような触力覚を提示する触力覚提示装置と、該触力覚提示装置をセンサからの刺激を基に制御する触力覚提示制御装置と、前記触力覚提示制御装置は、人の身体に印加される刺激量と感覚量との関係を示す感覚特性が、非線形及び又は錯覚であることを利用して刺激を制御して触力覚情報を提示し、前記感覚特性は、前記操作者に与えられる刺激量及び操作者の操作によってもたらされる刺激量の少なくとも１つの刺激量と操作者に提示される感覚量とを備え、該感覚量は物理的に存在し得ない感覚量であり、ここで、前記触力覚提示装置は、誘導感覚の感覚を合成する感覚合成・誘導装置であり、該感覚合成・誘導装置は、前記物体にスウィーブ変位を備える変位により圧覚、力覚、錯覚の少なくとも１つを生成してなる触力覚電子デバイス。
【発明の効果】
【００１５】
変位の組合せにより、誘起される錯覚現象を実現でき、トリガー変位、特性誘起刺激・トリガー刺激、誤解（誤認）変位、錯覚に関する相乗効果、子音・母音的な変位・振動構成、錯覚現象データベースを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図８】触力覚ディスプレイのシステムを示す概略図
【図９】触力覚アクチュエータの変位の制御を示す
【図１０】錯角現象を説明する概略図
【図１１】他の錯角現象を示す
【図１２】さらに他の錯角現象を
【図１３】さらに他の錯角現象を
【図１４】指の押込み方法を説明する概略図
【図１５】他の指の押込み方法を説明する概略図
【図１６】さらに他の指の押込み方法を説明する概略図
【図１７】さらに指の押込み方法を説明する概略図
【図１８】さらに指の押込み方法を説明する概略図
【図１９】変位・振幅制御の仕方を説明する概略図
【図２０】変位・振幅制御の仕方を説明する概略図
【図２１】変位・振幅制御の仕方を説明する概略図
【図２２】変位・振幅制御の仕方を説明する概略図
【図２３】変位・振幅制御の仕方を説明する概略図
【図２４】変位・振幅制御の仕方を説明する概略図
【図２５】変位・振幅制御の仕方を説明する概略図
【図２６】触覚アクチュエータの振動制御を説明する概略図
【図２７】波形制御の仕方を説明する概略図
【図２８】波形制御の仕方を説明する概略図
【図３０】波形制御の仕方を説明する概略図
【図３１】アクチュエータ制御方法を説明する概略図
【図３２】アクチュエータ制御方法を説明する概略図
【図３３】アクチュエータ制御方法を説明する概略図
【図３５】感覚特性を説明する概略図
【図３６】感覚特性を説明する概略図
【図３７】感覚特性を説明する概略図
【図３８】感覚特性を説明する概略図
【図３９】感覚特性を説明する概略図
【図４０】制御方法を説明する概略図
【図４１】物性の非線形制御を説明する概略図
【図４２】アクチュエータの制御方法を説明する概略図
【図４３】装着方法を説明する概略図
【図４４】装着方法を説明する概略図
【図４５】実装方法を説明する概略図
【図４６】アクチュエータの制御方法を説明する概略図
【図４７】タッチパネルの構成を説明する概略図
【図４８】タッチパネルの構成を説明する概略図
【図５１】タッチパネルの構成を説明する概略図
【図５２】タッチパネルの構成を説明する概略図
【図５３】タッチパネルの構成を説明する概略図
【図５４】タッチパネルの構成を説明する概略図
【図５５】タッチパネルの構成を説明する概略図
【図５７】タッチパネルの構成を説明する概略図
【図５８】装着部位を説明する概略図
【図５９】制御配線を説明する概略図
【図６０】制御配線を説明する概略図
【図６１】触力覚ディスプレイのシステムを説明する概略図
【図６２】タッチパネルモジュールを説明する概略図
【図６３】タッチパネルモジュールを説明する概略図
【図６４】錯角現象を説明する概略図
【図６５】錯力覚デバイスモジュールを説明する概略図
【図６６】錯力覚デバイスモジュールを説明する概略図
【図６７】錯力覚デバイスを説明する概略図
【図６８】錯力覚デバイスを説明する概略図
【図６９】タッチパネルモジュールを説明する概略図
【図７０】タッチパネルモジュールを説明する概略図
【図７１】タッチパネルモジュールを説明する概略図
【図７２】タッチパネルモジュールを説明する概略図
【図７３】タッチパネルモジュールを説明する概略図
【図７４】液晶タッチパネルモジュールを説明する概略図
【図７５】液晶タッチパネルモジュールを説明する概略図
【図７６】液晶タッチパネルモジュールを説明する概略図
【図７７】液晶タッチパネルモジュールを説明する概略図
【図７８】液晶タッチパネルモジュールを説明する概略図
【図７９】マルチタッチ用アレイユニットを説明する概略図
【図８０】感覚合成制御を説明する概略図
【図８１】マルチタッチ感覚合成制御を説明する概略図
【図８２】感覚合成制御を説明する概略図
【図８３】感覚合成制御を説明する概略図
【図８４】感覚合成制御を説明する概略図
【図８５】感覚合成制御を説明する概略図
【図８６】感覚合成制御を説明する概略図
【図８７】感覚合成制御を説明する概略図
【図８８】感覚合成制御を説明する概略図
【図８９】ボタン形状感覚生成を説明する概略図
【図９０】ボタン形状感覚生成を説明する概略図
【図９１】ボタン感覚生成を説明する概略図
【図９２】ボタン間の誘導感覚制御を説明する概略図
【図９３】ボタン間の誘導感覚制御を説明する概略図
【図９４】ボタン間の誘導感覚制御を説明する概略図
【図９５】ボタン間の誘導感覚制御を説明する概略図
【図９６】スライダによる触力覚制御を説明する概略図
【図９７】スライダによる触力覚制御を説明する概略図
【図９８】静摩擦・動摩擦制御方法を説明する概略図
【図９９】静摩擦・動摩擦制御を説明する概略図
【図１００】静摩擦制御を説明する概略図
【図１０１】静摩擦制御を説明する概略図
【図１０２】静摩擦制御を説明する概略図
【図１０３】動摩擦制御を説明する概略図
【図１０４】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１０５】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１０６】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１０７】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１０８】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１０９】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１１０】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１１１】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１１２】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１１３】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１１４】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１１５】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１１６】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１１７】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１１８】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１１９】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１２０】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１２１】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１２２】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１２３】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１２４】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１２５】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１２６】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１２７】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１２８】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１２９】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１３０】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１３１】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１３２】触力覚ダイヤル制御を説明する概略図
【図１３３】触力覚ダイヤル制御を説明する概略図
【図１３４】触力覚ダイヤル制御を説明する概略図
【図１３５】触力覚ダイヤル制御を説明する概略図
【図１３６】触力覚ダイヤル制御を説明する概略図
【図１３７】触力覚ダイヤル制御を説明する概略図
【図１３８】触力覚ダイヤル制御を説明する概略図
【図１３９】触力覚ダイヤル制御を説明する概略図
【図１４０】触力覚ダイヤル制御を説明する概略図
【図１４１】触力覚ダイヤル制御を説明する概略図
【図１４２】波形制御を説明する概略図
【図１４３】デバイスサイズを説明する概略図
【図１４４】デバイスサイズを説明する概略図
【図１４５】質感構造を説明する概略図
【図１４６】質感構造を説明する概略図
【図１４７】波形制御を説明する概略図
【図１４８】デジタルマウスを説明する概略図
【図１４９】個人特性の測定を説明する概略図
【図１５０】アクチュエータ制御を説明する概略図
【図１５１】プロファイリングを説明する概略図
【図１５２】診断シミュレーションを説明する概略図
【図１５３】遠隔同期を説明する概略図
【図１】触力覚情報提示システムの応用を説明する概略図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る触力覚情報提示システムは、以下を備える。触力覚情報提示システムは、物体と、該物体は、実物体又は仮想物体であり、物体により及び又は物体への位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性の少なくとも１つを備える刺激を検知するセンサと、前記物体に操作者の感覚特性及び又は錯覚を適用して、該操作者に実際の該物体を操作したかのような触力覚を提示する触力覚提示装置と、該触力覚提示装置をセンサからの刺激を基に制御する触力覚提示制御装置と、前記触力覚提示制御装置は、人の身体に印加される刺激量と感覚量との関係を示す感覚特性が、非線形及び又は錯覚であることを利用して刺激を制御して触力覚情報を提示し、前記感覚特性は、前記操作者に与えられる刺激量及び操作者の操作によってもたらされる刺激量の少なくとも１つの刺激量と操作者に提示される感覚量とを備え、該感覚量は物理的に存在し得ない感覚量である。
【００１８】
前記触力覚提示装置は、前記物体により及び又は物体への刺激を提示し、そして操作者の操作に合わせて物体に印加される刺激を制御して触力覚を生成してなる。
【００１９】
タッチパネルは、複数個に区画されてアレイ状、ドット状、画素の少なくとも１つに配設され、各タッチパネルは独立して制御される。
【００２０】
物体は、タッチパネルであり、該タッチパネル毎に異なる触覚及び又は力覚を生成する。
【００２１】
前記触力覚提示装置は、前記物体に振幅、変位、変形の少なくとも１つを提示してなる。
【００２２】
タッチパネルは、複数個に区画されてアレイ状、ドット状、画素の少なくとも１つに配設され、各タッチパネルは独立して制御される。
【００２３】
前記触力覚提示装置は、前記物体の生じる振幅、変位及び又は変形に応じて触力覚を提示する。
【００２４】
触力覚提示装置は、位置、位相、時間の少なくとも１つごとに前記物体に振幅、変位、変形の少なくとも１つを６次元誘導をさせる。
【００２５】
前記触力覚提示装置は、物体の接線と直角に、平行に、又は任意の角度に振幅、変位、変形の少なくとも１つを生じる。
【００２６】
前記触力覚提示装置は、誘導感覚の感覚を合成する感覚合成・誘導装置であり、該感覚合成・誘導装置は、前記物体にスウィーブ変位を備える変位により圧覚、力覚、錯覚の少なくとも１つを生成してなる。
【００２７】
図８は、触力覚ディスプレイ・パネルのシステムの構成図を示す。触力覚ディスプレイのシステムは、パネル、ディスプレイで触力覚圧覚、触覚、力覚を備える触力覚を再現する。指の動きに合わせて変位もしくは変位パターン、波形が制御される。平板な物体であるのに深さ感のある立体的な感触が得られる。異なる方向の変位、変位パターン、波形であるのに圧覚・力覚が提示される。ボタン、スライダ、ダイヤル、スイッチに適用してもよい。
【００２８】
触力覚ディスプレイ・パネルのシステムは、コントローラと触力覚アクチュエータを備える。触力覚アクチュエータは、コントローラにセンサ信号を供給し、コントローラは、触力覚アクチュエータに制御信号を供給する。センサ信号は、物体により及び又は物体への位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘度、弾性の少なくとも１つを備える刺激を備える。
【００２９】
コントローラは、制御アルゴリズムで駆動し、指の動きに合わせて、変位、運動量、振動、振幅、変位を備える刺激強度を時間変化させる。制御信号は、力情報、振幅情報の駆動電圧により生成される。
【００３０】
アクチュエータは、モータ、偏心モータ、リニアモータ、静電モータ、分子モータ、ピエゾ、人口筋肉、記憶合金、コイル、ボイスコイル、圧電素子、磁力、静電気、その他、変位、振動を発生するものであればよい。
【００３１】
触力覚ディスプレイ・パネルは、身体のどの部位にも装着が可能である（図５８参照）。
【００３２】
本システムは、操作者の感覚特性、錯覚を適用して、操作者に実際の物体を操作したかのような触力覚情報を提示する。具体的には、センサで検知された刺激を基に制御され、人の身体に印加される刺激量と感覚量との関係を示す感覚特性が、非線形や錯覚であることを利用して刺激を制御して触力覚情報が提示される。感覚特性は、前記操作者に与えられる刺激量及び操作者の操作によってもたらされる刺激量の少なくとも１つの刺激量と操作者に提示される感覚量とを備え、感覚量は物理的に存在し得ない感覚量である。
【００３３】
ここで、システムは、物体から、もしくは、物体への刺激を提示し、そして操作者の操作に合わせて操作者に印加される刺激が制御される。最小限の触力覚情報提示システムは、触力覚アクチュエータおよびコントローラから構成されている。触力覚アクチュエータに取り付けられたセンサにより、センサにおける位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性が測定され、その情報がコントローラに送られて、触力覚アクチュエータを制御するための制御信号が計算されて、触力覚アクチュエータに送られ、触力覚アクチュエータが制御される。
【００３４】
触力覚アクチュエータは、パネル型およびディスプレイ型のセンサ機能および提示機能を備え、コントローラにおいて、指や掌などの身体の動きにともなう、変位、運動量、振動振幅、変位刺激、振動刺激、刺激強度の時間変化などが計算され、制御アルゴリズムに基づき、センサでモニタされた指や掌などの身体の動きや圧力などに合わせて、触力覚アクチュエータの位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性などが制御され、ヒトなどに、圧覚、触覚、力覚などの触力覚情報が提示される。
【００３５】
制御信号は、力情報（ｔ）、振幅情報（ｔ）などが駆動電圧等で表現されており、アクチュエータは、モータ、ピエゾ、人工筋肉、記憶合金、分子モータ、静電、コイル、磁力、静電気、その他、変位・振動を発生するものならば、デバイス・動作原理は問われない。その結果、平面、曲面、立体形状で構成されたパネル、ディスプレイが、筐体等に、固定もしくは微小振動するように設置されているにも関わらず、差し込み感、押込み感、めり込み感、深さ感、押し戻され感、浮き上がり感、振動・振幅の収束感、振動・振幅の残響感、変位・移動の方向感覚、ズブズブ感、硬さ感、ソフト感、立体的な感触が感じられる。物理的には、そのような感覚が再生・提示されていないにも関わらず、感覚的にはそのような感覚、および、身体的な反応・反射が体験される。
【００３６】
その結果、情報端末等において、平面・平坦なパネルにも関わらず、ボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなどの物体の操作感触がリアルに得られることが可能となる。
【００３７】
図９は、触力覚アクチュエータの変位制御の概略図を示す。触力覚アクチュエータは、並進と回転について、６自由度を有しており、変位、振幅、速度、加速度、位相差を自在に制御できる。また、変位、変位パターン、波形、振動の刺激以外でも電気刺激、クーロン力等の刺激を制御できる。
【００３８】
図１０−１〜図１０−４、図１１、図１２、図１３は、錯角現象を示す装置の概略図を示す。該図において、この装置は、基材上にアクチュエータ、その上にタッチパネル及び物体の変位、圧力、加速度等を検知し、位置、回転、テンソルを計測するセンサを備える。タッチパネルは、ｙ方向に変位するが、ボタンのｚ方向にへこみ・押込みが感じられる。
【００３９】
図１０−１に、錯覚現象のない通常の動作を示す。触力覚アクチュエータの基本ユニットは、タッチパネル、センサ、アクチュエータから構成されている。タッチパネル、およびセンサにおいて、位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性などが、スカラー、ベクトル、もしくはテンソルとして、計測される。
【００４０】
アクチュエータは、位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性などが、スカラー、ベクトル、もしくはテンソルとして、提示される。タッチパネルは通常硬く変形しないことが多く、操作者が、タッチパネルを押込圧Ｐで押し込むと、タッチパネルはＺ方向には変位、変形せずにＺ＝０が保たれる。押込圧Ｐが増加するとともに、操作者の指先が変形し、押込みの圧力を知覚するが、沈み込み変位Ｚ（＝０）、および沈込感覚Ｓｚ（＝０）は感じられない。
【００４１】
本特許では、指先での触力覚情報の知覚について説明をするが、特に指先に限らず、操作者の全身、身体の至るところを想定している。
【００４２】
図１０−２に、錯覚現象のある場合の動作を示す。タッチパネルは通常硬く変形しないことが多く、操作者が、タッチパネルを押込圧Ｐで押し込むと、タッチパネルはＺ方向には変位、変形せずにＺ＝０が保たれる。
【００４３】
ここで、通常とは異なり、アクチュエータによって、タッチパネルをＹ方向に変位（Ｙ）させると、沈み込み変位Ｚ（＝０）がないにも関わらず、押込圧Ｐの増加の知覚とともに、Ｚ方向に沈込感覚Ｓｚが感じられる。タッチパネルをＸ方向に変位（Ｘ）させた場合も、同じく、Ｚ方向に沈込感覚Ｓｚが感じられる。ただし、指先の指し示す方向（Ｙ）と、タッチパネルの変位方向が一致しない場合は、変位方向への移動を弱く知覚することもある。指先および指の沈み込みの方向により、タッチパネルの変位方向を調整すると、錯覚が効果的となる。
【００４４】
ここでの現象は、Ｙ方向の変位が、Ｚ方向への沈み込み感覚に知覚される錯覚であり、軸間、動作向を越えた錯覚現象（Ｃｒｏｓｓ−Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ効果）である。Ｙ方向の変位は、所望の触感・感触に合わせた、様々な変位パターンが存在している。直線的な増加・減少や、正弦波的な振動、基本周波数成分の組合せにとどまらず、シンセサイザーで楽器の音色や音楽を創造するかのように、任意波形のデザイン、振幅変調、周波数変調、畳み込み、およびその組合せなどによって、様々な触感・感触を表現することができる。
【００４５】
錯覚パターンは、押し込み圧力方法（３方向）×アクチュエータ変位方向（３方向）の９パターンの組み合わせが備える。さらに、回転パターンを備える。また、中間の方向もあるので、その組合せは、無限となる。並進的な変位の他に、回転的な変位の場合もある。
【００４６】
図１０−３に、ラッチ・連続的な錯覚現象の動作を示す。ここで、アクチュエータによって、タッチパネルをＹ方向に階段的に変位（Ｙ）させると、沈み込み変位Ｚ（＝０）がないにも関わらず、押込圧Ｐの増加の知覚とともに、変位（Ｙ）の階段的変化にともない、Ｚ方向にズブズブと階段的な沈込感覚Ｓｚが感じられる。
【００４７】
図１０−４に、ラッチ・連続的な錯覚現象の動作を示す。ここで、アクチュエータによって、タッチパネルをＹ方向に変位（Ｙ）を繰り返すと、沈み込み変位Ｚ（＝０）がないにも関わらず、押込圧Ｐの増加の知覚とともに、変位（Ｙ）の変化にともない、Ｚ方向にズブズブと沈込感覚Ｓｚが感じられる。押込み変位（Ｙ）が感じられにくい条件が存在する。
【００４８】
該図は、押し込み、押し込み圧、変位、沈み込み感覚をそれぞれ示す。図１１は、位相が遅れて変位が現れる。タッチパネルは通常硬く変形しないことが多く、操作者が、タッチパネルを押込圧Ｐで押し込むと、タッチパネルはＺ方向には変位、変形せずにＺ＝０が保たれる。ここで、通常とは異なり、アクチュエータによって、押込圧Ｐの増加に対して位相を遅らせて、タッチパネルをＹ方向に変位（Ｙ）させると、沈み込み変位Ｚ（＝０）がないにも関わらず、Ｙ方向に変位（Ｙ）にともない、Ｚ方向に沈込感覚Ｓｚが感じられる。変位（Ｙ）の増加が開始するまでは、仮想ボタンの押込みに対する抗力が提示され、抗力の最大値である押込感覚Ｓｚ（≠０）が、仮想ボタンの硬さとして提示される。
【００４９】
図１２は、変位が持続せずピークを示した後に変位がゼロになる。ここで、アクチュエータによって、タッチパネルをＹ方向に往復的に変位（Ｙ）させると、沈み込み変位Ｚ（＝０）がないにも関わらず、押込圧Ｐの増加、変位（Ｙ）の変化にともない、Ｚ方向に「カチッ」といったボタンのような沈込感覚Ｓｚが感じられる。
【００５０】
図１３は、変位がプラス方向のピークとマイナス方向のピークを示した後にゼロになる。ここで、アクチュエータによって、タッチパネルをＹ方向に往復的に変位（Ｙ）させると、沈み込み変位Ｚ（＝０）がないにも関わらず、押込圧Ｐの増加、変位（Ｙ）の変化にともない、Ｚ方向に「カチッ」といったボタンのような沈込感覚Ｓｚが感じられる。
【００５１】
図１４から図１８は、物体（パネル）により及び又は物体への刺激である指の押込み方法を示す概略図である。図１４は、操作者が、タッチパネルを押込圧Ｐで押し込み、アクチュエータによって、タッチパネルがＺ方向に変位すると、Ｚ方向に沈込感覚Ｓｐが感じられる。図１５及び図１６は、段階的なボタンの押込みにより、パネルのわずかなボタン抵抗の刺激、瞬時に反応、応答の良い刺激、ボタン感触後カチッとした刺激、ボタン存在なく壁だけが感じられる刺激の提示をそれぞれ示す。図１７は、段階的なボタンの押込みにより、パネルが動く刺激、パネルが静止する刺激、指とパネルとの感覚刺激の提示をそれぞれ示す。図１８は、ボタンの押込みにより、パネルに生じる三角波、サイン波の刺激の提示を示す。
【００５２】
図２０から図２５は、刺激としてパネルに印加される変位・振幅の制御を示す概略図である。図２０は、パネルを真下に押下げ際にパネルが変位して三角波を形成する。この変位により感覚的指の深行感刺激、物理的指への張力刺激、感覚的指への抵抗感刺激が提示される。図２１は、パネルを無自覚に移動させた際の押し下げ際にパネルが変位して三角波を形成する。この変位により感覚的指の進行感刺激、物理的指への張力刺激、感覚的指への奥行感刺激が提示される。図２２は、パネルにボタン特性である粘弾性刺激を与えた際にパネルが変位して三角波を形成する。この変位によりパネルに感覚的指の進行感刺激、物理的指への張力刺激、感覚的指への反応感が提示される。
【００５３】
図２３は、パネルに人口皮膚感覚である粘弾性刺激を与えた際にパネルが変位して三角波を形成する。この変位によりパネルに感覚的指の進行感刺激、物理的指への張力刺激、感覚的指への反力感が提示される。
【００５４】
図２４は、パネルに刺激を与えた際にパネルが変位して三角波を形成する。パネルの変位をそれぞれ示す。ここで、アクチュエータによって、タッチパネルをＹ方向に変位（Ｙ）させると、沈み込み変位Ｚ（＝０）がないにも関わらず、押込圧Ｐの増加、変位（Ｙ）の変化にともない、Ｚ方向にボタンのような沈込感覚Ｓｚが感じられる。Ｙ方向の変位（Ｙ）のさせ方によって、Ｚ方向に、「ズブッ」沈み込む感覚、「カチッ」「カッチ」といったボタンのような感覚Ｓｚが感じられる。
【００５５】
図２５は、パネルに刺激を与えた際にパネルの変位がサイン波を形成する。パネルの変位をそれぞれ示す。ここで、アクチュエータによって、タッチパネルをＹ方向に変位（Ｙ）、正弦波的に変化させると、沈み込み変位Ｚ（＝０）がないにも関わらず、押込圧Ｐの増加、変位（Ｙ）の変化にともない、Ｚ方向にボタンのような沈込感覚Ｓｚが感じられる。Ｙ方向の変位（Ｙ）のさせ方によって、Ｚ方向に、「ズブッ」沈み込む感覚、「カチッ」「カッチ」といったボタンのような感覚Ｓｚが感じられる。
【００５６】
図２６〜図３０は、触力覚アクチュエータの変位、変位パターン、波形、振動の一例である、波形制御の概略図を示す。触力覚アクチュエータは、波形振幅、振動振幅、速度、加速度、位相差を自在に制御することで、任意の方向に、任意の変位・波形パターンを生成できる。
【００５７】
図２７は、波形を非対称に加減速することで力覚を発生する変位波形を示す。図２８は、波形を非対称に加減速することができる力覚を発生する加減速波形を示す。図２９は、パネルを短時間波形変動させてクリック感を出す場合、１波形ごとに周波数を変えて感触を変える加速スウィープ（クリック感）波形を示す。パターン減速波形とパターン加速波形を発生させる。図３０は、波形の位相は固定で加減速位置を入れ替える加減速シフト波形、加減速位置は固定で波形の位相を入れ替える位相シフト波形の概略図を示す。波形は、速度、位相波形が制御される。
【００５８】
図３１は、力覚に関する感覚特性を用い、２つの偏心回転子Ａ９１２および偏心回転子Ｂ９１３の回転を位相同期させて変位を合成した触力覚情報提示方法を示す図である。
【００５９】
ここで、（図３１（ｂ））は、（図３１（ａ））の２つの偏心回転子Ａ９１２および偏心回転子Ｂ９１３を同方向で１８０度位相が遅れて同期回転させた場合を模式化したものである。この同期回転の結果、偏心のないトルク回転を合成することができる。
【００６０】
（図３１（ｃ））は感覚特性９３１が対数関数的な特性の場合を模式化したものであり、感覚特性９３１は感覚特性２１１と同様に刺激である物理量９３２に対してその感覚量９３３が対数などの非線形特性であることを示している。この感覚特性９３１上の、動作点Ａ９３４で正のトルクを発生し、動作点Ｂ９３５で逆方向の負のトルクを発生した場合を考えると、トルク感覚９４４は（図３１（ｄ））のように表わされる。トルク９４３は回転子の回転速度９４２の時間微分に比例する。動作点Ａ９３４、および動作点Ｂ９３５で動作させると、トルク感覚９４４が知覚される。
【００６１】
トルク９４３は、物理的に１サイクルで初期状態９４８に戻り、その積分値はゼロとなっている。しかし、感覚量であるトルク感覚９４４の感覚的積分値はゼロになるとは限らない。動作点Ａ９３４および動作点Ｂ９３５を適切に選択して、動作点Ａ継続時間９４５および動作点Ｂ継続時間９４６を適切に設定することで、任意の方向に自在にトルク感覚を提示し続けることができる。
【００６２】
以上のことは、トルク回転に限らず回転や並進の変位の時や、感覚特性９３１が指数関数的な場合などの非線形特性を示す時にも成立する。（図３１（ｃ））の感覚特性９３１が閾値を持つ場合も、同様のトルク感覚が生じ、片方の方向のみにトルク感覚を間欠的に提示し続けることができる。
【００６３】
図３２（ａ）は、位相パターンの初期位相（θｉ）によって誘起・知覚される錯触力覚の方向を示している。錯触力覚デバイス１０７は、図３２（ｂ）の回転開始の初期位相（θｉ）を変えることにより、偏心回転子で合成される運動量の変化によって誘起される錯触力覚の方向１２０２を、初期位相（θｉ）の方向に制御することができる。例えば、図３２（ｃ）のように初期位相（θｉ）を変えることにより、平面内３６０°の任意の方向に誘起できる。このとき、錯触力覚インタフェース装置１０１自身の重さが重い場合、錯触力による上向きの力感覚１２０２と重力による下向きの力感覚１２０４とが打ち消されて浮き上がる浮力感覚１２０２が得られにくく、重く感じられてしまうことがある。その時には、錯触力覚による上向き方向を重力方向の反対方向から僅かにずらして錯触力覚１２０３を誘起させることで、重力による浮上感覚の減少・阻害を抑制することができる。重力方向と反対方向に提示したい場合には、重力方向と１８０°＋α°及び１８０°−α°とわずかに鉛直からずれた方向に交互に錯触力覚を誘起する方法もある。
【００６４】
図３３（ａ）〜図３３（ｆ）は、基本的な触力覚の感覚、錯触力覚の感覚を提示する、錯触力デバイス（触力デバイス）の制御の一例を示している。図３３（ａ）は、錯触力覚デバイス１０７において回転力を発生する方法を模式的に示したものであり、図３３（ｄ）は、並進力を発生する方法を模式的に示したものである。図３３（ａ）の２つの偏心錘８１４の回転は、位相１８０°遅れて同じ方向に回転している。これに対して、図３３（ｄ）では、お互いに反対方向に回転している。
【００６５】
（１）図３３（ｂ）のように、２つの偏心回転子を１８０度の位相遅れで同方向に同期回転させた場合、２つの偏心回転子が点対称となり重心と回転軸中心が一致することにより、偏心のない等トルクの回転が合成される。これにより、回転力感覚を提示することができる。しかし、角運動量の時間微分がトルクであり、一定方向に連続してトルクを提示し続けるためには、モータの回転数を連続的に加速し続ける必要があり、現実的には連続的に提示することは困難である。
【００６６】
（２）図３３（ｃ）のように、角速度ω１及び角速度ω２によって同期制御することにより、一定方向に連続的な回転力の錯触力覚感覚（連続トルク感覚）が誘起される。（３）図３３（ｅ）のように、反対方向に一定角速度で同期回転させた場合、初期位相θｉ１２０１を制御することで任意の方向に直線的に振動する力（単振動）が合成できる。
【００６７】
（４）図３３（ｆ）のように、錯触力覚に関する感覚特性に従い、角速度ω１及び角速度ω２によって反対方向に同期回転させた場合、一定方向に連続的な並進力の錯触力覚感覚（連続力感覚）が誘起される。錯触力覚インタフェース装置１０１において、図３３（ｃ）及び図３３（ｆ）のように、人間の感覚特性に合わせて回転速度（角速度）及び位相同期を的確に制御すれば、２種類の角速度（ω１、ω２）の組み合わせだけでも錯触力覚を誘起できるため、制御回路を簡潔にすることができる。
【００６８】
図３４は、この図３１の現象及びその効果を模式的に示している。錯触力覚に関する感覚特性を考慮して、偏心モータ８１５の回転パターンを制御して２つの偏心回転子の合成運動量を時間的に変化させることにより、平衡点周りに周期的に加減速する振動９０４から、一定方向に連続的に働く力が知覚される錯覚９０５を誘起させることができる。つまり、物理的には一定方向に働く力のような成分は存在していないが、一定方向に力が働いているように知覚される錯覚が誘起される。
【００６９】
動作点Ａ、及び動作点Ｂで位相１８０°毎に交互に加減速させると、一定方向の力感覚９０５が連続的に知覚される。力は、物理的に１サイクルで初期状態に戻り、その運動量及び力の積分値はゼロとなっている。つまり、平衡点周りに留まり、加減速機構が左側に移動することはない。しかし、感覚量である力感覚の感覚的積分値はゼロにならない。この時、正の方向の力の積分９０８の知覚は低下し、負の方向の力の積分９０９だけが知覚される。
【００７０】
ここで、角運動量の時間微分がトルク、運動量の時間微分が力であり、一定方向に連続してトルク及び力を発生し続けるためには、モータの回転数もしくはリニアモータを連続的に加速し続ける必要があり、そのため、回転体などを周期的に回転させ方法は力覚を一定方向に連続的に提示するのに適していない。特に、モバイル等で利用される非ベース型インタフェースでは、一方向への連続的な力の提示は物理的には不可能である。
【００７１】
しかし、人は非線形感覚特性を有しており、本発明の手法を用いれば、錯触力覚特性に関する知覚感度の利用や運動量の加減速パターン制御によって、物理特性とは異なった力・力パターンを錯覚的に知覚させることができる。例えば、与えた刺激強度に対する感じられた刺激の大きさの比が感度であるが、人間の感覚特性は与えた刺激の強度に対して感度が異なっており、弱い刺激にはより敏感であり、強い刺激には鈍感である。そこで、モータ回転の加減速の位相を制御し周期的に加減速を繰り返すことで、弱い刺激を提示した方向に連続的な力覚を提示させることに成功している。また、感覚特性の適切な動作点Ａ及びＢを選択することにより、強い刺激を提示した方向にも連続的な力覚を提示させることもできる。
【００７２】
類似の装置としてドライビング・シミュレータが連想されるが、ドライビング・シミュレータでは、目的の力（加速感）を与えた後に気付かれない程度の小さな加速度で元の位置にゆっくりと戻すことで車の加速感を提示している。そのため力の提示は断続的になり、このような偏加速型方式では、一定方向の力感覚や加速感を連続的に提示することはできない。従来型である触力覚インタフェース装置でも同様である。しかし、本発明では、錯覚を利用することで、一定方向に連続的な並進力感覚９０５が提示される。特に、物理的な手法による上記ドライビング・シミュレータで提示される断続的な力の方向とは反対方向に連続的な力が知覚される点が、錯覚を用いた錯触力覚インタフェース装置１０１の特徴である。
【００７３】
つまり、この強度によって感度が異なるという人間の非線形感覚特性を利用することで、周期的な加減速や振動で発生する力の積分が物理的にはゼロであるにも関わらず、感覚的には相殺されないばかりか、正の方向の力９０８は知覚されず、目的の方向である負の方向９０９に並進力的な力覚９０５やトルク感が連続的に提示できる。（連続的なトルク感覚の生成方法は、図２０（ｃ）を参照）これらの現象は、感覚特性８３１が刺激である物理量８３２に対してその感覚量が対数以外の場合でも、非線形特性であれば同じ効果が得られる。本効果は、非ベース型に限らず、ベース型においても効果が得られる。
【００７４】
図９において、動作点Ａでの回転継続時間Ｔａをゼロに近づけることにより、回転継続時間Ｔａと回転継続時間Ｔｂのそれぞれの区間での運動量が等しいことから、回転継続時間Ｔａの区間での合成運動量は大きくなり力も大きくなるが、力感覚は対数的に変化し感度が低下するために、回転継続時間Ｔａの区間での感覚値の積分はゼロに近づく。このため、回転継続時間Ｔｂの区間での力感覚が相対的に大きくなり、一方向への力の感覚９０５の連続性が向上していく。その結果、動作点Ａ及び動作点Ｂを適切に選択して、動作点Ａ継続時間及び動作点Ｂ継続時間を適切に設定し、２つの偏心回転子Ａ及び偏心回転子Ｂの同期位相を調整することで、任意の方向に自在に力感覚を提示し続けることができる。
【００７５】
図３５は、錯触力覚インタフェース装置で利用される非線形特性を示しており、それぞれ、感覚特性（図３５（ａ）及び図３５（ｂ））、粘弾性材料の非線形特性（図３５（ｃ））、粘弾性材料のヒステリシス特性（図２２（ｄ））を示している。図３５（ｂ）は、図８と同様に、物理量に対して閾値２２０６を有する人間の感覚特性を示した模式図であり、この特性を考慮して錯触力覚インタフェース装置を制御することにより、物理的には存在していない感覚が錯触力覚として誘起されることを示している。図３５（ｃ）のように、加えた力に対する応力特性が非線形特性を示す物性を有する材料を変位・振動・トルク・力といった駆動力を発生する装置と人間の皮膚・感覚器官との間に挟んだ時にも、同様な錯触力覚が誘起される。また、図３５（ｄ）のように、感覚特性は、筋肉を伸ばす時と縮める時など、変位が増加する時と減少する時において等方的でなく、ヒステリシス的感覚特性を示す場合が多い。筋肉が引っ張られるとその直後に筋肉が強く収縮する。このように強いヒステリシス特性を発生させることで、同様な錯触力覚の誘起が促進される。
【００７６】
図３６は、感覚特性を変化させる方法の一例として、力覚に関するマスキング効果によって感覚特性を変化させる方法を用いた触力覚情報提示方法を示す図である。
【００７７】
感覚特性は、マスキング変位（振動）によってマスキングされトルク感覚４３４が減少する。このマスキング方法として、（視覚、聴覚のマスキングで実績のある）同時マスキング４２４、前方マスキング４２５、後方マスキング４２６があげられる。（図３６（ａ））はマスキーであるトルク４１３を模式化したものであり、この時知覚されるトルク感覚４３４は（図３６（ｃ））のように表わされる。トルク４１３は回転子の回転速度４１２の時間微分に比例する。
【００７８】
この時、回転子の回転速度４１２を初期化する初期化時間４１５と、それに対応したマスキング継続時間４２５を、図６に示した（図３６（ｄ））の初期化時間４４５とマスキング継続時間４５５のように短縮していき、ある一定時間よりも短くなると初期化による負のトルクが物理的に存在するにも関わらず、トルク感覚４６４のようにトルクが連続して提示されているように感じられる臨界融合が生じる。
【００７９】
なお、マスキング変位（振動）を発生するマスカーは、それによってトルクがマスクされるマスキーである回転子と別な回転子であっても、マスキーである回転子自身であってもよい。マスキーの回転子がマスカーでもある場合とは、マスキング時にその回転子が制御装置によってマスキング変位（振動）を発生するように制御されることを意味する。マスカーの変位（振動）方向は、マスキーの回転子の回転方向と同一であっても、あるいは同一でなくてもよい。以上のことは、マスキーとマスカーが同一の刺激の場合（マスキーの回転子がマスカーでもある場合）にも起こり得る。
【００８０】
図３７は、この場合を模式化した図である。図３７に示すように、強トルク感覚４８５、４８６の前後において、前方マスキング４８５、後方マスキング４８６によりトルク感覚４８４が減少する。
【００８１】
感覚特性は、筋肉の緊張状態、あるいは、身体的・生理的・心理的状態のいずれか１つ以上の状態によりトルク感覚５１７の感度が変化する。例えば、筋肉が外力である提示トルク５１４（短い時間で強いトルク５２４）で瞬時に伸ばされることで、筋肉の中の筋紡錘というセンサがこれを感知し、この外力に負けないパワーを持つ筋肉起因トルク５１５（筋肉反射起因トルク５２５）で条件反射的に筋肉が素早く収縮する。このとき筋電５１１が発生する。それを検知した制御回路５１２は触力覚提示機５１３を制御して、筋肉の収縮に同期して提示トルク５１６（穏やかに中程度のトルク５２６）を働かせることでトルク感覚５１７の感度を変化させる。
【００８２】
以上のことは、筋肉の緊張状態だけに限らず、呼吸・姿勢・神経発火の状態のいずれか１つ以上の状態による感覚感度の変化の場合にも成立する。
【００８３】
掌は、その骨格・関節・腱・筋肉などの解剖学的な構造から、掌の方向によって感度が異なる。掌の方向に依存した感度（不等方性感度曲線６１１）に合わせて提示物理量の強度（回転速度ω６１２）を補正することによって、精度良い方向提示が可能となる。
【００８４】
図３８は、任意方向に変位感覚・振動感覚・力感覚・トルク感覚のいずれか１つ以上の触力覚情報を、連続的、断続的に提示する制御方法の１例として、力覚に関するマスキング効果によって感覚特性を変化させる方法を用いて、任意の方向に振動触力覚情報提示方法を示す図である。
【００８５】
感覚特性は、マスキング変位（振動）１２１６によってマスキングされ力感覚１２２４が減少する。このマスキング変位（振動）は、（図３１（ｂ））において偏心回転子Ａの回転速度１０２２および偏心回転子Ａの回転速度１０２３を同期させて速度を変位（振動）されることによって発生させることができる。（図３８（ａ））はこれを模式化したものであり、この時知覚される力感覚１２２４は（図３８（ｂ））のように表わされる。力１２１３は２つの偏心回転子の合成回転速度の大きさ１２１２の時間微分に比例する。
【００８６】
この時、回転子の回転速度１２１２を初期化する初期化時間１２１５を短縮していき、図３８（ｃ）のようにある一定時間よりも短くなると初期化による負の力が物理的に存在するにも関わらず、力感覚１２４４のように力が連続して提示されているように感じられる臨界融合が生じる。
【００８７】
以上のことは、マスキーとマスカーが異なる回転子による場合にも生じるし、また、力だけでなくトルクの場合にも同様な連続提示感覚が生じる。
【００８８】
図３９（ａ）〜図３９（ｃ）に示した感覚特性のように、ユーザごとの感覚特性は異なる。このため、錯触力覚がはっきりと知覚される人や知覚されにくい人、学習によって知覚されやすさが向上する人がいる。本発明では、この個人差を補正する装置を有する。また、同じ刺激が持続的に提示される場合、その刺激に対して感覚が鈍化してしまうこともある。そのため、刺激の強度・周期や方向に揺らぎを与えたりすることで慣れを防止することは効果的である。
【００８９】
図３９（ｄ）に錯触力覚を用いた一定方向の力の提示手法の一例を示す。２つの偏心振動子を反対回転方向に回転させて変位成分・振動成分を合成する方法において、動作点Ａでの高速回転数ω１（高周波ｆ１）１００２ａと動作点Ｂでの低速回転数ω２（低周波ｆ２）１００２ｂを位相１８０°毎に交互に提示した場合、錯触力覚強度（ＩＩ）は、偏心回転子の回転速度である周波数の加減速比Δｆ／ｆの対数に比例する（図３９（ｅ））。ただし、（ｆ＝（ｆ１＋ｆ２）／２、Δｆ＝ｆ１−ｆ２）。錯触力覚強度とΔｆ／ｆの対数値をプロットした時の傾きｎが、個人差を示す。
【００９０】
また、感覚強度（ＶＩ）は、錯覚による一定方向の力感覚と同時に知覚される変位成分・振動成分の強度を示し、変位成分・振動成分の強度と物理量ｆ（対数）とはおおよそ反比例の関係にあり、周波数ｆを大きくすることで感覚強度（ＶＩ）は相対的に低下する（図３９（ｆ））。この変位成分・振動成分の含有強度を制御することにより、錯触力覚を提示したときの力の質感が変わる。対数でプロットした場合の傾きｍは個人差を示す。なお、個人差を示すｎ、ｍは、学習が進むに従って変化し、学習が飽和した時に一定の値に収束する。
【００９１】
図４０（ａ）〜図４０（ｃ）は、仮想平板１１００の質感表現方法を示している。錯触力覚インタフェース装置１０１が、センシングによってモニタされた錯触力覚インタフェース装置１０１の動き（位置・姿勢角度、速度、加速度）が仮想物体の動きを１１０１を表しており、この仮想物体の動きに合わせて、錯触力覚による抗力１１０２の方向・強度及び質感パラメタ（含有振動成分）を制御することにより、仮想平板の質感である摩擦感覚１１０９や粗さ感覚１１１１及び形状が制御される。図４０（ａ）は、仮想平板１１００上で仮想物体（錯触力覚インタフェース装置１０１）を移動させた時に働く仮想平板から仮想物体への抗力１１０３及び移動に対する抗力１１０２を示している。
【００９２】
図４０（ｂ）は、錯触力覚インタフェース装置１０１と仮想平板１１００とが接した時に両物体の間に働く摩擦力１１０４が、動摩擦及び静摩擦を振動的に繰り返すことを示している。また、仮想平板の誤差厚内１１０７に錯触力覚インタフェース装置１０１が留まるように押し戻す抗力１１０６をフィードバック制御して提示することで、仮想平板の存在・形状を知覚させる。錯触力覚インタフェース装置１０１が仮想平板内１１００に存在しない時は押し戻す抗力を提示せず、存在する時だけ提示することにより壁の存在が知覚される。
【００９３】
図４０（ｃ）は、表面粗さの表現方法を示している。錯触力覚インタフェース装置１０１を移動させた方向１１０１とは反対方向に、移動速度・加速度に合わせて抗力を提示することによって、抵抗感や粘性感１１０８を知覚させる。移動方向と同じ方向に負の抗力を提示（加速力１１１３）することによって、氷上を滑るような仮想平板の滑らか感１１１０を強調することができる。この加速感・滑らか感１１１０は、従来の振動子を使った非ベース型触力覚インタフェース装置では提示することが困難であり、錯覚を使った錯触力覚インタフェース装置１０１で実現された質感及び効果である。また、抗力を振動的に変化させること（振動的抗力１１１２）により、仮想平板の表面粗さ感覚１１１１を知覚させる。
【００９４】
図４１は、印加電圧で特性が変わる粘弾性材料を用いた制御アルゴリズムを示している。  粘弾性材料を用いた手法では異なる応力−変形特性の材質（２４０３，２４０４）を張り付けるが、図４１（ａ）のように、印加電圧で粘弾性特性が変化する材料１７０７を用いてもよい。印加電圧を制御することで粘弾性係数を変化（図４１（ｂ））させて、偏心回転子によって発生された周期的に変化する運動量の掌への伝達率を、偏心回転子の回転位相と同期させて変化させることで、偏心回転子が図４１（ｃ）のように一定の回転速度で回転（定速度回転）していたとしても、図４１（ｄ）のように粘弾性の特性を時間的に動作点Ｂ及び動作点Ａにおける特性値になるように変化させることで掌・指先に伝わる運動量を制御できるため、偏心回転子の回転速度を加減速したことと同じ効果が得られる。
【００９５】
また、本手法は、皮膚の物理特性を疑似的に変えることと同じ効果を有し、感覚特性曲線（図４１（ｅ）を擬似的に変化させる効果を持つ。そのため、感覚特性の個人差を吸収したり、錯触力覚の誘起効率を高める制御に利用できる。また、図４１（ａ）のように錯触力覚デバイス表面に粘弾性材料を貼り付けた場合と同様に、図４１（ｆ）のように粘弾性材料を指先や身体に貼り付けてもよい。ここで、粘弾性材料は、印加電圧によって応力−歪特性を非線形に制御することができるものであれば、材質・特性を問わない。また、非線形制御ができれば、制御方法も印加電圧による制御に限られない。
【００９６】
図４１（ｂ）のようにモータの回転の加減速を繰り返すと大きなエネルギーのロス及び発熱が起こるが、本手法は、モータの回転速度は一定（図４１（ｃ））、もしくは、加速度比ｆ１／ｆ２が１に近い値であり、印加電圧による特性の変化を行うため本手法のエネルギー消費は、モータの加減速によるエネルギー消費よりも小さく抑え得る。
【００９７】
図４２は、錯触力覚インタフェース装置１０１の制御の一例を示している。  本装置では、モータ１７０４の制御を、モータ１７０４のフィードバック特性を制御するモータフィードバック（ＦＢ）特性制御器と錯触力覚誘起パターンをモータ制御信号に変換する制御信号生成器に分けて制御する。本発明では、モータ回転の位相パターンθ（ｔ）＝Ｆ（ｕ，ＩＩ，ＶＩ，Ｒ）の同期を制御することが肝要であり、時間的に高精度に同期制御する必要がある。そのため手法の一例として、ここではサーボモータの制御用パルス列による位置制御を示す。位置制御としてステップモータを用いた場合には、急な加減速のために簡単に脱調・制御不能になることが多い。そこで、ここではサーボモータによるパルス位置制御を説明する。モータフィードバック（ＦＢ）制御特性の制御とパルス位置制御法によるモータ制御に分離することで、錯触力覚インタフェース装置１０１を多数同期制御して利用する本発明では、異なるモータを使用した場合のモータ制御信号の一貫性、錯触力覚誘起パターン生成の高速化、及び同期制御すべき制御モータ数の増加に容易に対応ができるスケーラビリティが確保される。また、個人差の補正も容易となる。
【００９８】
錯触力覚誘起関数生成器１７０１において、モータＦＢ特性制御器及びモータ制御信号生成器を制御するための制御信号に分離され、モータ制御信号生成器においてモータの位相位置を制御するパルス信号列ｇｉ（ｔ）＝ｇｉ（ｆ（ｔ））が生成され、モータの位相パターンθ（ｔ）が制御される。本方式では、パルス数によってモータの回転位相をフィードバック制御しており、例えば、１パルスによって１．８°モータが回転する。なお、回転方向は、方向制御信号により、正転・反転が選択される。このパルス制御手法を用いることにより、２つ以上のモータの位相関係を保ちながら、任意の加減速パターン（回転速度、回転加速度）を任意の位相のタイミングで制御する。
【００９９】
図４３（ａ）〜は、錯触力覚インタフェース装置１０１の実装例を示している。  図４３（ａ）や図４３（ｂ）のように、接着テープ１３０１やハウジング１３０２の指挿入部１３０３を用いて指先５３３に装着する。また、指５３３の間に装着したり（４３（ｃ））、指５３３で挟んで（４３（ｄ））使用してもよい。ハウジング１３０２は、変形が少ない硬い材料でもよいし、変形が容易な材料でもよいし、粘弾性を持ったスライム状でもよい。これらの装着方法の変形態として、図４３も考えられる。柔軟な接着及びハウジングによって、錯触力覚デバイスの２つの基本ユニットの位相を制御することにより、左右上下の力覚に加え、膨張感覚、圧縮・圧迫感覚も表現することができる。このように、接着テープ、指挿入部を有するハウジングのように、錯触力覚インタフェース装置１０１を身体などに装着させるものを装着部と呼ぶ。装着部は、上記の接着テープ、指挿入部を有するハウジングの他に、シート型、ベルト型、タイツのように、物や身体に装着できるものならばどのような形態のものでもよい。同様な方法で、指先、掌、腕、大腿など、体の至る所に装着される。なお、本明細書で扱う粘弾性材料及び粘弾性特性という用語は、粘性及び又は弾性の特性を有するものを示す。
【０１００】
図４４に、その他の、錯触力覚インタフェース装置１０１の実装例を示す。図４４（ａ）では、錯触力覚デバイス１０７が加速度センサ１０８にノイズ振動として検出されてしまうため、これらを指５３３に対して反対方向に配置することで、振動の加速度センサ１０８への影響を低減させている。また、錯触力覚デバイス１０７の制御信号をもとに加速度センサ１０８で検出されるノイズ振動をキャンセリングすることによってもノイズ混入の低減を図っている。
【０１０１】
図４４（ｃ）〜図４４（ｅ）では、錯触力覚デバイス１０７と加速度センサ１０８の間に耐震材料１４０５を介在させることで、ノイズ振動の混入を抑えさせている。図４４（ｄ）では、実物体を触りながら錯触力感覚をも知覚する錯触力覚インタフェース装置１０１である。実物体との触感に錯触力覚の感覚を付加している。従来のデータグローブでは、触力覚の提示に指にワイヤを装着して指を引っ張ることにより力覚を提示していた。データグローブを用いて実物体を触りながらも触力覚提示を行うと、実物体から指が離れてしまったり、把持が阻害されるなど、実物体とバーチャル物体の感触を複合することが難しい。錯触力覚インタフェース装置１０１では、このようなことがなく、実物体をしっかりと把持・触れながらもバーチャルな感触も付加する複合感覚（ミックス・リアリティ）を実現している。
【０１０２】
図４４（ｅ）では、さらに、圧力センサ１１０によって測定された実物体との接触及び把持圧に従い錯触力感覚を付加することで、その実物体の把持・接触感触を編集したり、バーチャル物体５３１の感触に置換する。図４４（ｆ）では、図４４（ｅ）の圧力センサの代わりに表面形状や形状変形を測定する形状センサ（例えば、フォトセンサ）を用いて、触感に係る把持物体の形状・表面形状の測定、及び変形による把持力・歪せん弾力・接触の測定を行っている。これらによって、測定された応力・せん弾力及び表面形状を強調した触覚拡大鏡が実現される。顕微鏡のようにディスプレイで微細な表面形状を視覚的に確認するとともに、その形状を触覚的にも確認することができる。また、形状センサにフォトセンサを使用すれば、接触しなくても形状を測定できるため、離れた物体に手をかざすことで物体の形状を体感することができる。
【０１０３】
また、使用状況やコンテキスト（文脈）によってタッチパネル上のコマンドが変化する可変型タッチボタンの場合、特に、携帯電話のようにボタンを押すときに指で隠れてしまう場合などでは、可変型ボタンのコマンドが隠れてしまい読めなくなる。同様に、ＶＲコンテンツにおける仮想空間内の可変型ボタンの場合、メニュー表記やコマンドがコンテキストで変化するため、ボタンを押す場合には今押そうとするボタンの内容がわからなくなる。そのために、図４４（ｅ）のように、錯触力覚インタフェース装置１０１上のディスプレイ１４０６にそれを表示することで、ボタンのコマンド内容を確認しながら錯触力覚ボタンを押し込むことができる。
【０１０４】
バーチャル物体５３１やバーチャル・コントローラでのバーチャル・ボタンの押込み情報及び押込み反力が実物体と同様に違和感なく感じ操作できるためには、押込みと押込み反力の提示との間の時間遅れが問題となる。例えば、アーム型の接地型力覚インタフェースの場合、把持指の位置がアームの角度等で計測され、デジタルモデルとの接触・干渉判定が行われた後、提示すべき応力が計算され、モータの回転が制御され、アームの動き・応力が提示されるため、応答遅れが発生することがある。特に、ゲーム時のボタン操作は反射的に高速に行われるため、コンテンツ側でモニタ・制御していたのでは間に合わないことがある。そこで、錯触力覚インタフェース装置側１０１にも、センサ（１０８，１０９，１１０）をモニタし、錯触力覚デバイス１０７及び粘弾性材料１４０４を制御するＣＰＵ、メモリを搭載して、リアルタイム制御を行うことでバーチャル・ボタンの押込みなどの応答性が向上し、リアリティ及び操作性が向上する。
【０１０５】
また、通信器２０５を有し、他の錯触力覚インタフェース装置１０１との通信を行う。例えば、錯触力覚インタフェース装置１０１を指５本に装着した場合、それぞれの指の動きに連動して、錯触力覚インタフェース装置が形状変形材（図４４（ｂ）の１４０３）で変形したり、バーチャル・コントローラの形状変形や感触、バーチャル・ボタン操作をリアルタイムに行うことで、リアリティ及び操作性が向上する。
【０１０６】
図４４（ａ）では、感覚・筋肉のヒステリシス特性を効果的に利用するために、筋電センサ１１０で筋電反応を測定し、筋肉が縮小する時間及び強度が大きくなるように錯触力覚誘起関数がフィードバック的に補正される。錯触力覚の誘起に影響する要因のひとつに、錯触力覚インタフェース装置１０１の指や掌への装着仕方（挟み方・挟む強さ）、錯触力覚インタフェース装置１０１からの力を受け止める腕へのユーザによる力の入れ方がある。錯触力覚の感度には個人差があり、軽く握った方が錯触力覚を感度良く感じる人もいるし、強く握った方が感度良く感じる人がいる。同様に、装着時の締め付け方によっても感度が変わる。この個人差を吸収するために、圧力センサ１０９や筋電センサ１１０で握りの状態をモニタして、個人差を測定するとともに錯触力覚誘起関数をリアルタイムで補正する。人はコンテンツ中の物理シミュレーションに慣れる・学習することで握り方が適切な方向に学習が進むが、本補正はこれを促進する効果を有している。  図４４（ａ）〜図４４（ｅ）では、部品構成を示すために、錯触力覚インタフェース装置１０１が厚くなっているが、各部品はシート状の薄型にも対応できる。
【０１０７】
図４５（ａ）は、錯触力覚デバイスによって誘起される錯触力感覚に加えて、錯触力に同期させて形状変形用モータ３００２によって錯触力覚インタフェース装置の形状３００１を変形させることによって、誘起される錯触力覚９０５を強調する装置を示している。  例えば図４５（ｂ）のように、釣りゲームに応用した場合、魚による釣り竿の引っ張りに合わせてインタフェースの形状３００１を反らせることにより、錯触力覚９０５によって誘起された釣り糸の張力感覚が更に強調される。このときに錯触力覚なしにインタフェースを変形しただけでは、このようなリアルな魚の引きを体感することはできなく、錯触力覚にインタフェースの変形が加わることでリアリティが向上する。また、図３０（ｃ）のように錯触力覚デバイスの基本ユニットを空間的に並べることにより、形状変形用モータ３００２なしに変形効果を生じさせることができる。  形状の変形は、形状変形用モータ３００２に限らず、形状記憶合金や圧電素子を用いた駆動装置といった形状を変化させることができる機構ならばどんなものでもよい。
【０１０８】
図４６は、錯触力覚デバイス１０７の代替デバイスを示している。図４６（ａ）の偏心回転子の偏心錘８１４とそれを駆動する偏心モータ８１５の代わりに、図４６（ｂ）〜図４６（ｅ）では錘２３０２と伸縮材２３０３を使用している。例えば、図４６（ｂ）及び図４６（ｄ）は、錘２３０２を支える伸縮材２３０３が、それぞれ、８つの場合と、４つの場合の平面図、正面図、側面図を示している。それぞれ図において、対となる伸縮材２３０３を収縮・膨張させることにより、錘を任意の方向に移動させることができる。その結果、並進的及び回転的な変位・振動を発生させることができる。重心の並進移動や回転トルクを発生・制御できる加減速機構を有するものならば、どのような構造でも代替品として利用できる。
【０１０９】
図４７から図５７は、触力覚ディスプレイもしくはタッチパネルの各種構成を示す。触力覚ディスプレイもしくはタッチパネルは、基材の上に設けられたアクチュエータと、タッチパネルとタッチパネルの変位、圧力、加速度などを検知して変位、圧力、加速度などの位置、回転、テンソルを計測するセンサとを備える。
【０１１０】
図４７、図４８、図４９は、テーブル型の触力覚ディスプレイもしくはタッチパネルの各種構成を示す。
【０１１１】
図４７に、触力覚アクチュエータの基本ユニットが示されており、タッチパネル、センサ、アクチュエータから構成されている。タッチパネル、およびセンサにおいて、位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性などが、スカラー、ベクトル、もしくはテンソルとして、計測される。アクチュエータは、位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性などが、スカラー、ベクトル、もしくはテンソルとして、提示される。ここでは、指先での触力覚情報の知覚について説明をするが、特に指先に限らず、操作者の全身、身体の至るところを想定している。図４８は、触力覚アクチュエータの基本ユニットを、テーブル型、テーブル用に用いた例を示している。指先での操作の他、掌で操作できる。
【０１１２】
図４９は、テーブル型で、壁等に操作者が操作するためのバーチャル・ボタンを備えている。肘などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。
【０１１３】
図５０及び図５２、図５３は、ハンドル型で、自動車のハンドル等アクチュエータ、並びに操作者が操作するためのハンドルの近くにバーチャル・ボタンを備えている。触力覚アクチュエータの基本ユニットを、ハンドル型、ハンドル用に用いた例を示している。図５０は、指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。図５１は、ハンドルに液晶ディスプレイが設けられている。ハンドルを運転中に回わしたとしても液晶ディスプレイの姿勢はそのままの状態に維持される。指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。この時に、液晶ディスプレイなどの視覚情報提示では、視点や視野を確保できるように、ハンドルを回転させても、液晶ディスプレイの姿勢が一定を維持している。
【０１１４】
図５２は、指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。触力覚アクチュエータは、ハンドル全体に配置されており、ハンドルを回転させたり、指、掌、腕がどの位置にあっても、触力覚アクチュエータを使用できる。
【０１１５】
図５３は、指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。ハンドル全体が触力覚アクチュエータになっており、ハンドルを回転させたり、指、掌、腕がどの位置にあっても、触力覚アクチュエータを使用できる
【０１１６】
図５４は、指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。これにより、ドアノブがなくても、ドアノブの感触や操作が可能になる。窓ガラスに曲面液晶パネルと触力パネルが設けられている。同様なことが、物体のボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなど、すべてにおいて行える。
【０１１７】
図５５は、指に触力覚アクチュエータが装着され、図５６は、手首にアクチュエータが装着され、図５７は、アクチュエータが装着され、指でバーチャル・ボタンを押して操作される。図５５は、触力覚アクチュエータの基本ユニットを、リング型、リング用に用いた例を示している。指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。これにより、ドアノブがなくても、ドアノブの感触や操作が可能になる。同様なことが、物体のボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなど、すべてにおいて行える。
【０１１８】
図５６は、触力覚アクチュエータの基本ユニットを、リスト型、リスト用に用いた例を示している。指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。これにより、ドアノブがなくても、ドアノブの感触や操作が可能になる。同様なことが、物体のボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなど、すべてにおいて行える。
【０１１９】
図５７は、触力覚アクチュエータの基本ユニットを、アームリング型、アームリング用に用いた例を示している。指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。これにより、ドアノブがなくても、ドアノブの感触や操作が可能になる。同様なことが、物体のボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなど、すべてにおいて行える。
【０１２０】
図５８は、触力覚アクチュエータの基本ユニットを、身体全身に用いた例を示している。指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。これにより、ドアノブがなくても、ドアノブの感触や操作が可能になる。同様なことが、物体のボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなど、すべてにおいて行える。
【０１２１】
図５９及び図６０は、コントローラと触力覚アクチュエータとを繋ぐ配線の仕方の概略を示す。図５９は、触力覚アクチュエータを並列配列に接続した場合、及び図６０は、クロス配列に接続した場合を示す。
【０１２２】
図６１は、触力覚ディスプレイ・パネルとコンピュータ（ＰＣ）とを通信で情報をやり取りするシステムの概略図を示す。タッチパネルは、アクチュエータ・アレイを装着している、もしくは一体に設けられている。
【０１２３】
本システムは、操作者の感覚特性、錯覚を適用して、操作者に実際の物体を操作したかのような触力覚情報を提示する。具体的には、センサで検知された刺激を基に制御され、人の身体に印加される刺激量と感覚量との関係を示す感覚特性が、非線形や錯覚であることを利用して刺激を制御して触力覚情報が提示される。感覚特性は、前記操作者に与えられる刺激量及び操作者の操作によってもたらされる刺激量の少なくとも１つの刺激量と操作者に提示される感覚量とを備え、感覚量は物理的に存在し得ない感覚量である。
【０１２４】
ここで、システムは、物体から、もしくは、物体への刺激を提示し、そして操作者の操作に合わせて操作者に印加される刺激が制御される。最小限の部品は、触力覚アクチュエータおよびコントローラから構成されており、部品として使用することができる。この部品を集積し、アクチュエータ・アレイとすることで、触力覚情報提示機能を有する映像タッチパネルが構成される。触力覚情報提示システムは、この部品、およびその他のモジュール等を用いて、タッチ・ディスプレイなどのシステムが構成される。このように、アクチュエータ・アレイとして集積することで、平面、曲面、立体などの様々な形状や大きさの触力覚情報提示システムを構成することができる。
【０１２５】
触力覚アクチュエータに取り付けられたセンサにより、センサにおける位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性が測定され、その情報がコントローラに送られて、触力覚アクチュエータを制御するための制御信号が計算されて、触力覚アクチュエータに送られ、触力覚アクチュエータが制御される。触力覚アクチュエータは、パネル型およびディスプレイ型のセンサ機能および提示機能を備え、コントローラにおいて、指や掌などの身体の動きにともなう、変位、運動量、振動振幅、変位刺激、振動刺激、刺激強度の時間変化などが計算され、制御アルゴリズムに基づき、センサでモニタされた指や掌などの身体の動きや圧力などに合わせて、触力覚アクチュエータの位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性などが制御され、ヒトなどに、圧覚、触覚、力覚などの触力覚情報が提示される。
【０１２６】
制御信号は、力情報（ｔ）、振幅情報（ｔ）などが駆動電圧等で表現されており、アクチュエータは、モータ、ピエゾ、人工筋肉、記憶合金、分子モータ、静電、コイル、磁力、静電気、その他、変位・振動を発生するものならば、デバイス・動作原理は問われない。
【０１２７】
その結果、平面、曲面、立体形状で構成されたパネル、ディスプレイが、筐体等に、固定もしくは微小変位・微小振動するように設置されているにも関わらず、差し込み感、押込み感、めり込み感、深さ感、押し戻され感、浮き上がり感、振動・振幅の収束感、振動・振幅の残響感、変位・移動の方向感覚、ズブズブ感、硬さ感、ソフト感、立体的な感触が感じられる。物理的には、そのような感覚が再生・提示されていないにも関わらず、感覚的にはそのような感覚、および、身体的な反応・反射が体験される。また、情報端末等において、平面・平坦なパネルにも関わらず、ボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなどの物体の操作感触がリアルに得られることが可能となる。
【０１２８】
上記以外にも、文具、ノート、ペン、家電、看板、サイネージ、キオスク端末、壁、テーブル、椅子、マッサージャー、乗り物、ロボット、車椅子、食器、シェイカー、シミュレータ（手術、運転、マッサージ、スポーツ、歩行、楽器、工芸用、絵画用、芸術用）などに利用可能である。
【０１２９】
図６２は、触力覚ディスプレイ・パネルシステムの集積化された各種構成を示す。タッチパネルに複数個のアクチュエータが取り付けられている。アクチュエータは、アレイ状であってもよい。タッチパネルにアクチュエータが集積化されていてもよい。複数モジュールから構成されたユニット、集積されたアレイタイプ、表面に配置された球体・立体タイプ、その球体・立体の中にも詰まったソリッド・タイプがあげられる。このように、アクチュエータ・アレイとして集積することで、平面、曲面、立体などの様々な形状や大きさの触力覚情報提示システムを構成することができる。
【０１３０】
図６３は、触力覚ディスプレイ・パネル設けられたアクチュエータをアレイ状に配置しており、そしてこれらをリンク機構、振動緩衝剤もしくは緩衝機構を介して取り付けられている。振動緩衝剤もしくは緩衝機構を介さなくてもよい。複数モジュールは、単に、平面、曲面、立体に配置されたもの、各モジュールが、リンク機構でつなげられたもの、振動緩衝剤・緩衝機構でつなげられたもの、独立したものなど、様々な配置方法がある。
【０１３１】
図６５から図６８は、触力覚デバイスの基本モジュールの解略図を示す。触力覚デバイスの基本モジュールは、ボタン感、摩擦感、凹凸感の触力覚の感覚、痛感、バーチャル物体の存在感、表現感をデジタル化、デジタル表現をする。指や身体等の接触、動きに合わせた変位、回転、変形、振動等の物理量・刺激による触力覚及び錯触力覚の提示を行う。そして、接触、動き等の変位、回転、速度、加速度、圧力、力をフォトデバイス、歪、しなり、抵抗、導電、静電容量、音波、レーザ等を用いたセンサで計測する。センサ信号は、物体により及び又は物体への位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘度、弾性の少なくとも１つを備える刺激を備える。これにより、ボタン感、摩擦感、凸凹感といった触力覚の感覚、痛覚、および、バーチャル物体の存在感・感触が表現される。
【０１３２】
パネルは、自由な平面、形状に対応可能である。これにより、自由なデザインが可能となる。触力覚に関する瞬間的な変化のデジタル表現は可能である。タッチパネルに触れる前のタッチパネル付近での動作をモニタすることでタッチパネルに接した時のリアルタイム応答特性の向上を図ることができる。動きなどの変位、回転、速度、加速度、圧力、力を非接触センサ等で計測する。よって衝突感、衝撃感が表現される。触力覚に関する接し状態をデジタル表現できる。指の接し角度、接した面積、指の湿り気、等の接し状態をモニタして、その状態を反映した制御が可能にで、よってなぞり感表現を向上できる。
【０１３３】
図６９〜図７９は、パネル型モジュールの概略図である。触力覚デバイスの基本モジュールは、ボタン感、摩擦感、凹凸感の触力覚の感覚、痛感、バーチャル物体の存在感、表現感をデジタル化、デジタル表現をする。指や身体等の接触、接触位置、動きに合わせた変位、回転、変形、振動等の物理量・刺激による触力覚及び錯触力覚の提示を行う。そして、接触、接触位置、動きに合わせた変位、回転、変形、振動等の物理量、刺激及びその刺激のタッチパネル上の空間バランス、強度分布、時間変化による触力覚及び錯触力覚を提示する。よって、刺激の空間バランス、強度分布、時間変化による、力、物体、存在感の移動、伝搬、形状変化の感覚（ファントム・センセーション）が可能になり、硬質パネルにおける物体、存在感を提示できる。また、硬質パネルにも関わらず、物体、立体物、およびその存在感を提示することができる。
【０１３４】
図７０は、フォトインタラプトを基材に設置したタッチパネル構造を示す。フォトインタラプトは、距離、変化を検出して、ボタンの押し込み感覚（沈み込みピッチ、深さ）を知覚する。よって硬質パネルにおけるボタン感覚をデジタル表現することで用途や好みに合わせて適応的に質感、感触表現を瞬時に変えることができる。
【０１３５】
図７１、図７２及び図７３は、タッチパネルにアクチュエータが宙吊り構造に取り付けられた構造を示す。図７１は、タッチパネルのほぼ中央にアクチュエータが宙吊り構造に取り付けられた構造を示す。
【０１３６】
図７２は、アクチュエータがタッチパネルの両端に宙吊り構造に取り付けられた構造を示す。図７１及び図７２の構造では、パネルと壁との間には、側壁に粘弾性材料や、振動緩衝剤を設けることが好ましい。
【０１３７】
図７３は、アクチュエータがタッチパネルの両端側に宙吊り構造に取り付けられた構造を示す。図７３の構造では、パネルと壁との間には、側壁に低摩擦材料を設けることが好ましい。これら構造により、触力覚の感覚強度及びその効果を増加させることができる。図７１の構造では、タッチパネル、アクチュエータ部分を浮かせた、６自由度の変位・振動の３Ｄスピーカ機構によりタッチパネルを通して、指、身体に伝達する物理量、刺激量を増やすことができ、物理量、刺激量の増加に伴う、また、図７２のアクチュエータ部分をタッチパネルの両端に、また図７３では、慣性アクチュエータがタッチパネルの両端側に取り付けられている構造を備えることにより、タッチパネルを通して、指、身体に伝搬する物理量、刺激量を増やすことができる。触力覚の感覚量を増加し、さらに押し込み感覚量、沈み込みピッチ、深さ感覚を増加する。ＩｏＴ用デバイスに適用できる。実装場所を選びことなしに感覚量、効率を増加できる
【０１３８】
図７４から図７８は、タッチパネルに液晶ディスプレイを組み込むだタッチパネルモジュールの概略図を示す。図７４タッチパネルモジュールは、タッチパネルの両側に配置された１対のモジュールの空間部分に液晶パネルを配置されている。タッチパネルとアクチュエータとは、互いに分離されているため液晶パネルの映像がぶれないでかつ振動しない。液晶パネルに映しだされた物体の触覚、感触の提示及び存在感が提示される。２Ｄモデルによる３Ｄ物体の触感、感触の疑似的な表現が可能となる。
【０１３９】
図７５及び図７６は、薄型のタッチパネルモジュールの概略図を示す。図７５は、図７４と同じ配置を示す。図７６は、タッチパネルの両端にそれぞれアクチュエータが配設されているため、スマートフォン等の薄型機器に実装が可能である。
【０１４０】
図７７は、図７４〜図７６のタッチパネルモジュールのタッチパネルの表面上にスクリーンを設け、スクリーンの上方にプロジェクタを配設したタッチパネルモジュールシステムの概略図を示す。これにより、映像のデジタル触力覚機能が実現できる。プロジェクタによる映像投影と触力覚タッチパネルが制御される。
【０１４１】
図７８は、図７４〜図７７のタッチパネルモジュール上に五感情報提示機が配設されている概略図である。五感情報提示機の設置により視覚、聴覚、触覚等の五感活用によるリアリティの向上が図れる。また、映像、音響、触り心地、匂い、味等の五感を利用できる。触力覚情報にオブジェクトとして一致した、または一致しない（ミスマッチ）の五感情報との相互効果で錯覚を増強、促進する、また現実には存在しない感覚を拡張できる。
【０１４２】
図７９は、マルチタッチ用アレイユニットの概略図を示す。基本的な移動感覚・運動感覚を提示する。各パネルごとの変位方向の位相制御を行い、移動刺激による単なる変位以外の移動・運動感覚の表現できる。固定式パネルによる回転感覚を提示する。
【０１４３】
図８０は、複雑な運動感覚を提示する。各パネルごとに変位方向の位相制御と指先で感覚合成制御して、膨張感、圧迫感、ねじれ感、膨張感、圧迫感を提示する。固定式パネルによる変形感覚を提示する。
【０１４４】
図８１は、複雑な運動感覚を提示する。各パネルごとに変位方向の位相制御と知覚・認知層における感覚合成して、マルチタッチ感覚を合成制御して、膨張感、圧迫感、ねじれ感を得て、膨張感、圧迫感を提示する。固定式パネルによる変形感覚を得る。
【０１４５】
図８２は、一つのデバイスによる触覚・力覚を提示する。パネル毎に異なる成分［触覚・力覚］の再生する感覚合成制御を行う。指圧によるＺ方向圧覚駆動およびＸ−Ｙ変位トリガーによる制御を行い、Ｚ方向による触覚・力覚の同時提示する。複数の共振ピークを実現する。
【０１４６】
図８３は、一つのデバイスによる触覚・力覚を提示する。パネル毎に異なる成分（触覚・力覚）を再生する。指圧によるＺ方向圧覚駆動およびＸ−Ｙ変位トリガーによる制御、Ｚ方向の圧覚を生成・制御を行い、パネルによる触覚・力覚の同時提示する。複数の共振ピークを実現する。
【０１４７】
図８４は、一つのデバイスによる触覚・力覚を提示する。パネル毎に異なる成分（触覚・力覚）を異なるタイミングで再生する。合成の仕方はこれに限らない。触覚・力覚の相互マスキングなどの相互効果を避ける。子音・母音を提示する。
【０１４８】
図８５は、誘起パターンを制御して前変位、後変位を制御する。図８６は、一つのデバイスによる触覚・力覚を提示する。パネル毎に異なる成分（触覚・力覚）を異なるタイミングで再生する。重なっている場合と、重ならない部分がある場合。合成の仕方はこれに限らない。触覚・力覚の相互マスキングなどの総合効果を避ける。子音・母音を提示する。
【０１４９】
図８７は、一つのデバイスによる触覚・力覚を提示する。パネル毎に異なる成分（強度・振幅、周波数、波形、位相）を提示する。波形比較、差分、位相差、相乗効果によって、成分とは異なる感覚を生成する。図８８は、一つのデバイスによる触覚・力覚を提示する。パネル毎に異なる成分（強度・振幅、周波数、波形、位相）を提示する。波形比較、差分、位相差、相乗効果によって、成分とは異なる感覚を生成する。
【０１５０】
図８９は、触力覚における尖った山頂凸感覚をボタン形状感覚生成して提示する。中央近くほどパネル振幅が大きく。遠ざかると小さくなる。山頂での感覚（引き戻し・追い越し感覚）を提示する。パネルによる尖った勾配凸感覚を提示する。図９０は、触力覚における半円柱凸感覚を提示する。刺激・変位の強度・振幅を制御する。山越え（引き戻し・追い越し）を提示する。パネルによる凸感覚を提示する。
【０１５１】
図９１は、触力覚における凹ギャップ感覚を提示する。抵抗感を一瞬なくして、ギャップ感覚を提示する。パネルによる凹んだギャップ感覚を提示する。
【０１５２】
図９２は、ボタン間での指移動（わたり感覚）を誘導感覚制御する。刺激・変位の強度・振幅を制御する。ボタン間に留まり難く、ボタンへ誘導される。平面パネル上で、ポテンシャル場のアトラクターのように指移動を誘導する。パネルからポインタを操作してボタン間を移動する。ポインタがボタン領域から出ると次のポインタまで誘導される。誘導区間中央に近づくほどパネル振幅が大きくなる（遠ざかると小さくなる）。誘導区間中央で力覚方向が切り替わる。
【０１５３】
図９３は、ボタン間の誘導感覚を制御してエッジ感、端点感覚を提示する。誘導区間終了時に、クリック変位する。エッジの存在感、ボタンの浮き上がり感が得られる。パネルからポインタを操作してボタン間を移動する。ポインタがボタン領域から出ると次のポインタまで誘導される。誘導区間中央に近づくほどパネル振幅が大きくなる（遠ざかると小さくなる）。誘導区間中央で力覚方向が切替わる。
【０１５４】
図９４ボタンの誘導感覚を制御してエッジ感を提示するエッジ部分に、マスキング変位（振動）を生じる。エッジの存在感、平面パネルでのボタンの段差・凹み感を得る。パネルからポインタを操作してボタン間を移動する。ポインタがボタン領域から出ると次のポインタまで誘導される。誘導区間中央に近づくほどパネル振幅が大きくなる（遠ざかると小さくなる）。誘導区間中央で力覚方向が切り替わる。
【０１５５】
図９５は、スライダを触力制御して安定的触力覚を提示する。パネルからポインタを操作してボタン間を移動、ポインタかボタン領域から出ると次のボタンまで誘導、誘導区間中央に近くほど＠パネル振幅が大きくなる（遠ざかると小さくなる）、誘導区間中央で力覚方向を切換わる。スライダ感覚を得る。
【０１５６】
図９６は、スライダを触力覚制御して安定的触力覚を提示し、スライダ端点でクリック変位を発生する。スライダ感覚を得る。図９７は、スライダの感覚制御を示す。
【０１５７】
図９８は、スウィープ時の安定的な触力覚を提示する。静摩擦時、動摩擦時のケース分けして制御する。安定した触力覚を提示する。異なる制御モードで安定提示する。図９９は、スウィープ時の動摩擦制御（等周期化）して安定的な触力覚を提示する。切断変位によるコヒーレントな位相を制御する。安定した触力覚を提示する。異なる制御モードで安定を提示する。
【０１５８】
図１００は、スウィープ時の静摩擦制御して安定的な触力覚を提示する。指（身体）を固定し、バーチャルスライダを動かす。バーチャルスライダを固定し、指をスライドさせ、往復運動。スライダ感覚。図１０１は、スウィープ時の静摩擦制御により安定的な触力覚を提示する。指（身体）を固定し、バーチャルスライダを動かす。バーチャルスライダを固定し、指をスライドし、端まで来たら指をリセット（パネル面から指を浮かす）。スライダ感覚。
【０１５９】
図１０２は、スウィープ時の静摩擦制御により安定的な触力覚を提示する。指（身体）を固定し、バーチャルスライダを動かす。バーチャルスライダを固定し、指をスライドし、端まで来たら指をリセット（切断変位）。スライダ感覚。図１０３は、スウィープ時の動摩擦制御により安定的な触力覚を提示する。指（身体）を固定し、バーチャルスライダを動かす。バーチャルスライダを固定し、指をスライドさせる。摩擦が張力限界を超えた時、接触固定が外れる。スライダ感覚。
【０１６０】
これらのスウィープ波形、クリック波形、切断波形は、振動で良いし、任意の波形でも良い。任意波形は、所望の触感・感触に合わせた、様々な波形パターンが存在している。直線的な増加・減少や、正弦波的な振動、基本周波数成分の組合せにとどまらず、シンセサイザーで楽器の音色や音楽を創造するかのように、任意波形のデザイン、振幅変調、周波数変調、畳み込み、およびその組合せなどによって、様々な触感・感触を表現することができる。
【０１６１】
図１０４は、ボタンの押し込み感覚を制御して提示する。―押下圧力上昇時の閾値１と下降時の閾値２を超えたタイミングでパネルに変位を加える。―閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの固さを表現。へこまないパネルなのに、押込深さ感覚を体感。物理的なへこみなしに、へこみ感覚。
【０１６２】
図１０５は、ボタンの押込を制御して押し込みボタン感覚を提示する。―押下圧力上昇時の閾値１と下降時の閾値２を超えたタイミングでパネルに変位を加える。―閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの固さを表現する。へこまないパネルなのに、押込深さ感覚を体感。物理的なへこみなしに、へこみ感覚。
【０１６３】
図１０６は、ボタンの押込感覚を制御して提示する。閾値を複数設定することで半押しなどの感覚を表現する。カメラのシャッターのような半押し感覚。シャッターフォーカスの保持感覚。図１０７は、シャッターボタンの押込感覚を制御して提示する。閾値を複数設定することで半押しなどの感覚を表現する。カメラのシャッターのような半押し感覚。シャッターフォーカスの保持感覚。
【０１６４】
図１０８は、ボタンの押し込み感覚を制御して提示する。押し込みと解放を分ける（１回目は解放無、２回目は解放有）。図１０９は、ボタンの押込感覚をラッチ制御して提示する。押込と解放を分ける（１回目は解放無、２回目は解放有）
【０１６５】
図１１０は、ノッチ用パルス閾値を等間隔に制御する。ミルフィーユ、チョコでカバーされたアイスクリームにナイフを入れた感覚。図１１１は、ノッチ用パルス閾値を不等感覚に制御する。図１１２は、ノッチ用パルス閾値を等間隔に制御する。ミルフィーユ、チョコでカバーされたアイスクリームにナイフを入れた感覚。
【０１６６】
図１１３は、ノッチ用パルス閾値を等間隔に制御する。ミルフィーユ、チョコでカバーされたアイスクリームにナイフを入れた感覚。図１１４は、ノッチ用パルス閾値を等間隔に制御する。ミルフィーユ、チョコでカバーされたアイスクリームにナイフを入れた感覚。図１１５は、ノッチ用パルス閾値を不等間隔に制御する。ミルフィーユ、チョコでカバーされたアイスクリームにナイフを入れた感覚。
【０１６７】
図１１６は、押し込み感覚ボタンをヒステリ制御する。押下圧力時の閾値と下降時の閾値を超えたタイミングでパネルに振幅を加える。閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの固さを表現する。
【０１６８】
図１１７は、押し込み感覚ボタンを指圧関数制御する。押下圧力上昇時の閾値１と下降時の閾値２を超えたタイミングでパネルに振幅を加える。閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの固さを表現図１１８は、押下圧力上昇時の閾値１と下降時の閾値２を超えたタイミングでパネルに振幅を加える。波形の適応を制御する。閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの固さを表現する。
【０１６９】
図１１９は、押し込み感覚ボタンを３Ｄ的に変位振幅面（位相）を押し込み、閾値に応じて制御する。押下圧力上昇時の閾値１と下降時の閾値２を超えたタイミングでパネルに振幅を加える。閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの固さを表現
【０１７０】
図１２０は、押し下げ圧力上昇時の閾値１と下降時の閾値２を超えたタイミングでパネルに振幅を加えて押し込み感覚ボタンを状況に合わせて制御する。閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの固さを表現。押す下圧力上昇時の閾値と下降時の閾値を超えたタイミングでパネルに振幅を加える。閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの硬さを表現する。
【０１７１】
図１２１は、押し下げ圧力上昇時の閾値１と下降時の閾値２を超えたタイミングでパネルに振幅を加える。閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの硬さを表現する。押し下げ圧力上昇時の閾値１と下降時の閾値２を超えたタイミングでパネルに振幅を加えて押し込み感覚ボタンを状況に合わせて制御する。
【０１７２】
図１２２は、押し込み感覚ボタンを時間パターンで制御する。図１２３は、ノッチ用パルス閾値を等間隔に制御する。図１２４は、ノッチ用パルス閾値を等間隔にパルス幅振幅制御する。図１２５は、ノッチ用パルス閾値を等間隔に波形制御する。図１２６は、ノッチ用パルス閾値を等間隔にマスキング制御する。
【０１７３】
図１２７は、押し込み感覚ボタンを動・静摩擦制御して押下圧力上昇時の閾値１と下降時の閾値２を超えたタイミングでパネルに振幅を加える。閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの硬さを表現する。図１２８は、押し込み感覚ボタンを位相制御して押下圧力上昇時の閾値１と下降時の閾値２を超えたタイミングでパネルに振幅を加える閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの固さを表現
【０１７４】
図１２９は、押し込み等間隔を制御して、押下圧上昇時のみ、複数設けた閾値を超えたタイミングでパネルを振幅させる。ノッチの振幅は高周波を使用。ボタンと組み合わせてノッチボタンを表現。図１３０は、押し込み不等間隔を制御して、押下圧上昇時のみ、複数設けた閾値を超えたタイミングでパネルを振幅させる。ノッチの振幅は高周波を使用。ボタンと組み合わせてノッチボタンを表現
【０１７５】
図１３１は、閾値等間隔を制御して、押下圧上昇時のみ、複数設けた閾値を超えたタイミングでパネルを振幅させる。ノッチの振幅は高周波を使用。ボタンと組み合わせてノッチボタンを表現。
【０１７６】
図１３２は、触力覚ダイヤルを制御関数で制御する。位置位相ごとに変位方向を制御。変位は３Ｄ方向に制御可能。様々なダイヤル感触を実現。平板パネルでリアルなダイヤル感触。物理的・アナログなダイヤル機構が不要。図１３３は、パネルからポインタを操作してダイヤルを加速度感で回す。ダイヤルの接線と平行にパネルを振幅させて加速感を実現する。滑り表現ではさらにダイヤル回転方向に力覚を出すように制御する。
【０１７７】
図１３４は、パネルからポインタを操作してダイヤルを抵抗感で回す。ダイヤルの接線と直角にパネルを振幅させて抵抗感を実現する。図１３５は、パネルからポインタを操作してダイヤルを水平加速感で回す。ダイヤルの接線と直角にパネルを振幅させて水平加速感を表現する。図１３６は、パネルからポインタを操作してダイヤルを可変感触で回す。ダイヤルの接線と任意の角度にパネルを振幅させて可変感触を表現する。各位置ごとに変位方向の位相を変化させることでさまざまな感触が生成される。図１３７は、パネルからポインタを操作してダイヤルをランダム感で回す。ダイヤルの接線と直角にパネルを振幅させてランダム感を表現する。
【０１７８】
図１３８は、ダイヤルをカチカチ感で、一定の位置位相ごとにクリック変位を起こさせて平面パネルローダーエンコーダ的感触、デジタルダイヤル感、ボリームつまみ感を実現する。
【０１７９】
図１３９は、ボリュームの円周上の円周誘導操作感、指が円周内に留まったり、円周上を指が動くような感覚、実際の回転ボリュ−ムを回転させたときの円周的動作感覚を一定の位置位相ごとに求心的触力覚を提示する。図１４０は、ボリュームの円周上の操作感、実際に回転ボリュームを回転させた時の円周誘導感、抵抗感をもって動作感覚を表現できる。一定の位置位相ごとに求心的触力覚と、抵抗的触力覚とを交互もしくは時間、排他的に提示すると同時にボリュームを回転させる時の円周的動作感覚を実現する。
【０１８０】
図１４１は、ボリューム調整と確定動作の触力覚を表現する。一定の位置位相ごとにクリック変位を与え、クリック変位によるロータリー・ボリューム感、確定用のクリック変位によってボタン押し込み感、平面パネルでのボリューム操作・確定・スイッチ感覚を実現する。
【０１８１】
図１４２は、触力覚ダイヤルの感触バリエーションを増やす。位置位相ごとに変位方向、変位のさせ方を制御する。変位は、３Ｄ方向に制御可能である。様々なダイヤル感触、手応えを実現し、警告、注意を促す、方向提示の使い分け。開いたパネルで適宜、適時、適所に様々なダイヤル感触、手応えを提示する。状況に合わせて、適時的に感触、手応えを制御する。
【０１８２】
図１４３は、錯力覚は、デバイスのサイズ、形状を変化させて重量によって非線形に変化する。知覚音圧、知覚トルク強度を可変する。図１４４は、触力覚の閾値、知覚量は、デバイスサイズで変化させる。知覚トルク強度は、トルクから重量を差し引いて得られる。知覚量には最適デバイスサイズがある。
【０１８３】
図１４５は、質感は、圧覚（接触感）；圧、温冷、触覚；ミクロ的時間構造、力覚；マクロ的時間構造、振動感；周波数で形成される。図１４６は、多彩なマクロ、ミクロ的な時間構造が質感を表現する、質感構造のデータベースを示す。
【０１８４】
図１４７は、波形を制御して２Ｄ振幅方向を制御する。Ｘ軸、Ｙ軸の波形合成でパネル面の任意軸に対する振幅を生成する。
【０１８５】
図１４８は、多数のタッチパネルをアレイ状に配設して、各タッチパネル毎にアクチュエータが設けられている。これにより、各パネル毎に変位方向の位置を制御することができ、ピッチ感、握り感、切裂感、回転感を実現でき、マウス操作の微妙な加減を直観的に実現できる。図１４９は、錯触力誘起関数生成器を使用して個人の特性を測定するシステムを示す。
【０１８６】
図１５０は、アクチュエータの制御方法を示すフローチャートである。
【０１８７】
図１５１〜図１５３に応用例とその効果を示す。図１５１は、個人のプロファイリングをダイヤル、ポインタを使用して実現する。筆跡判定のように操作プロファイル、生理情報によって分析して個人ＩＤ、心理状態、健康状態、疲労度を推定する。
【０１８８】
図１５２は、多数のタッチパネルをアレイ状に配設して、各タッチパネル毎にアクチュエータが設けられている。これにより、各パネル毎に変位方向の位置を制御することができ、前進感、後退感、せん断・切り裂き感、拡大・ピンチ感、にぎり感、回転感を実現でき、これにより映像、及び指先の動かし方、力の入れ方に合わせて臓器等の身体の状態（硬さ、柔らかさ、形状等）を提供することで触診トレーニングを実現できる。
【０１８９】
図１５３は、ＶＲ環境生成装置間を通信で結ぶことにより遠隔同期操作が可能となる。応用例のように、情報端末等において、平面・平坦なパネルにも関わらず、ボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなどの物体の操作感触がリアルに得られることが可能となる。様々な感触を提示することができるため、文具、ノート、ペン、家電、看板、サイネージ、キオスク端末、壁、テーブル、椅子、マッサージャー、乗り物、ロボット、車椅子、食器、シェイカー、シミュレータ（手術、運転、マッサージ、スポーツ、歩行、楽器、工芸用、絵画用、芸術用）などに利用可能であり、差し込み感、めり込み感、深さ感、戻され感、浮き上がり感、収束感、残響感、方向感覚、ズブズブ感、硬さ感、ソフト感、ツルツル感、ヌメヌメ感、ヌルヌル感、ザラザラ感、でこぼこ感、チクチク感、コチコチ感、コツコツ感、プニュプニュ感といった触感・感触といった付加価値を製品に付加することができる。
【産業上の利用分野】
【０１９０】
本発明を実施することにより、バーチャルリアリティの分野において用いられる機器、ゲーム・アミューズメント・エンタテイメントの分野において用いられる機器、ＩＴ分野において用いられる携帯通信機器、情報端末機器、ナビゲーション機器、携帯情報端末機器、自動車・ロボット分野において用いられる機器、医療・福祉分野において用いられる機器、宇宙開発の分野において用いられる機器、などに搭載され得る、有用なマンマシンインタフェースを実現することができる。
【０１９１】
より具体的に述べると、例えばバーチャルリアリティや情報家電の分野においては、本発明を適用したマンマシンインタフェースを介して人に触覚・感触などの触力覚情報を提示したり、抗力あるいは反力などを与えて人の動きを制限することにより、仮想空間および実空間における物体の存在や衝突による衝撃や機器の操作感覚を提示することができる。また、携帯電話機，携帯型ナビゲーション機器などに上記インタフェースを搭載することにより、操作者の皮膚を介して、従来には見られなかった各種多様な指示・案内等を実現することができる。
【０１９２】
平面・平坦なパネルにも関わらず、ボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなどの物体の操作感触がリアルに得られることが可能となる。様々な感触を提示することができるため、文具、ノート、ペン、家電、看板、サイネージ、キオスク端末、壁、テーブル、椅子、マッサージャー、乗り物、ロボット、車椅子、食器、シェイカー、シミュレータ（手術、運転、マッサージ、スポーツ、歩行、楽器、工芸用、絵画用、芸術用）などに利用可能であり、差し込み感、めり込み感、深さ感、戻され感、浮き上がり感、収束感、残響感、方向感覚、ズブズブ感、硬さ感、ソフト感、ツルツル感、ヌメヌメ感、ヌルヌル感、ザラザラ感、でこぼこ感、チクチク感、コチコチ感、コツコツ感、プニュプニュ感といった触感・感触といった付加価値を製品に付加することができる。
【図８】
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【図９】
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【図１０−１】
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【図１０−２】
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【図１０−３】
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【図１０−４】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５−１】
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【図１５−２】
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【図１６】
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【図１７−１】
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【図１７−２】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
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【図８３】
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【図８４】
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【図８５】
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【図８６】
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【図８７】
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【図８８】
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【図８９】
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【図９０】
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【図９１】
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【図９２】
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【図９３】
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【図９４】
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【図９５】
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【図９６】
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【図９７】
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【図９８】
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【図９９】
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【図１００】
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【図１０１】
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【図１０２】
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【図１０３】
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【図１０４】
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【図１０５】
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【図１０６】
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【図１０７】
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【図１０８】
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【図１０９】
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【図１１０】
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【図１１１】
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【図１１２】
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【図１１３】
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【図１１４】
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【図１１５】
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【図１１６】
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【図１１７】
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【図１１８】
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【図１１９】
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【図１２０】
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【図１２１】
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【図１２２】
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【図１２３】
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【図１２４】
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【図１２５】
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【図１２６】
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【図１２７】
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【図１２８】
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【図１２９】
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【図１３０】
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【図１３１】
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【図１３２】
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【図１３３】
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【図１３４】
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【図１３５】
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【図１３６】
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【図１３７】
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【図１３８】
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【図１３９】
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【図１４０】
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【図１４１】
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【図１４２】
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【図１４３】
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【図１４４】
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【図１４５】
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【図１４６】
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【図１４７】
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【図１４８】
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【図１４９】
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【図１５０】
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【図１５１】
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【図１５２】
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【図１５３】
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【図１】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年5月18日(2020.5.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感覚特性を利用した触力覚情報提示システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００５−１９０４６５公報には、人に仮想物体の存在や衝突の衝撃力を与える従来の非接地型で身体内にベースがないマンマシンインタフェースにおいて、触力覚感覚提示機の物理的特性だけでは提示し得ない、同一方向にトルクおよび力などの触力覚感覚を連続的に提示できるシステムが開示されている。
【０００３】
この特許出願は、以下の構成を備える。触力覚提示機触力覚提示機は、制御装置により、触力覚提示機中の１個以上からなるアクチュエータの変位が制御され、その物理特性である変位、力、トルクが制御されることによって、ユーザにその変位、力、トルクなどの様々な触力覚情報を知覚させる。この触力覚情報提示システムは、人間の感覚特性、もしくは錯覚を利用して適切に物理量を制御することにより、物理的には存在し得ない力、もしくは触力覚的感覚物理特性を人に体感させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１９０４６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の点に鑑み、従来技術では、物理的方法のみによって触力覚情報を提示する場合の制限や感覚強度や明瞭さなどに欠点があり、本発明の目的は、変位、変位パターン、波形の組合せにより、誘起される錯覚現象を実現し、触覚方向性の弁別が悪く、Ｚ方向の指押し込み圧によってＹ方向の変位、変位パターン、波形をＺ方向の変位、変位パターン、波形と錯覚するような、トリガー変位、特性誘起刺激・トリガー刺激、誤解（誤認）へに、錯覚に関する相乗効果、子音・母音的な波形構成、錯覚現象データベースを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る触力覚情報提示システムは、物体と、該物体は、実物体又は仮想物体であり、物体により及び又は物体への位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性の少なくとも１つを備える刺激を検知するセンサと、前記物体に操作者の感覚特性及び又は錯覚を適用して、該操作者に実際の該物体を操作したかのような触力覚を提示する触力覚提示装置と、該触力覚提示装置をセンサからの刺激を基に制御する触力覚提示制御装置と、前記触力覚提示制御装置は、人の身体に印加される刺激量と感覚量との関係を示す感覚特性が、非線形及び又は錯覚であることを利用して刺激を制御して触力覚情報を提示し、前記感覚特性は、前記操作者に与えられる刺激量及び操作者の操作によってもたらされる刺激量の少なくとも１つの刺激量と操作者に提示される感覚量とを備え、該感覚量は物理的に存在し得ない感覚量であり、ここで、前記触力覚提示装置は、前記物体により及び又は物体への刺激を提示し、そして操作者の操作に合わせて物体に印加される刺激を制御して触力覚を生成してなる。
【０００７】
触力覚システムにおいて、前記タッチパネルは、複数個に区画されてアレイ状、ドット状、画素の少なくとも１つに配設され各タッチパネルは独立して制御される。
【０００８】
触力覚情報提示システムにおいて、物体は、タッチパネルであり、該タッチパネル毎に異なる触覚及び又は力覚を生成する。
【０００９】
本発明に係る触力覚情報提示システムは、物体と、該物体は、実物体又は仮想物体であり、物体により及び又は物体への位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性の少なくとも１つを備える刺激を検知するセンサと、前記物体に操作者の感覚特性及び又は錯覚を適用して、該操作者に実際の該物体を操作したかのような触力覚を提示する触力覚提示装置と、該触力覚提示装置をセンサからの刺激を基に制御する触力覚提示制御装置と、前記触力覚提示制御装置は、人の身体に印加される刺激量と感覚量との関係を示す感覚特性が、非線形及び又は錯覚であることを利用して刺激を制御して触力覚情報を提示し、前記感覚特性は、前記操作者に与えられる刺激量及び操作者の操作によってもたらされる刺激量の少なくとも１つの刺激量と操作者に提示される感覚量とを備え、該感覚量は物理的に存在し得ない感覚量であり、ここで、前記触力覚提示装置は、前記物体に振幅、変位、変形の少なくとも１つを提示してなる。
【００１０】
触力覚情報提示システムにおいて、前記タッチパネルは、複数個に区画されてアレイ状、ドット状、画素の少なくとも１つに配設され、各タッチパネルは独立して制御される。
【００１１】
触力覚情報提示システムにおいて、前記触力覚提示装置は、前記物体の生じる振幅、変位及び又は変形に応じて触力覚を提示する。
【００１２】
触力覚情報提示システムにおいて、前記触力覚提示装置は、位置、位相、時間の少なくとも１つごとに前記物体に振幅、変位、変形の少なくとも１つを６次元で誘導させる。
【００１３】
触力覚情報提示システムにおいて、前記触力覚提示装置は、物体の接線と直角に、平行に、又は任意の角度に振幅、変位、変形の少なくとも１つを生じる。
【００１４】
本発明に係る触力覚情報提示システムは、物体と、該物体は、実物体または仮想物体であり、物体により及び又は物体への位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性の少なくとも１つを備える刺激を検知するセンサと、前記物体に操作者の感覚特性及び又は錯覚を適用して、該操作者に実際の該物体を操作したかのような触力覚を提示する触力覚提示装置と、該触力覚提示装置をセンサからの刺激を基に制御する触力覚提示制御装置と、前記触力覚提示制御装置は、人の身体に印加される刺激量と感覚量との関係を示す感覚特性が、非線形及び又は錯覚であることを利用して刺激を制御して触力覚情報を提示し、前記感覚特性は、前記操作者に与えられる刺激量及び操作者の操作によってもたらされる刺激量の少なくとも１つの刺激量と操作者に提示される感覚量とを備え、該感覚量は物理的に存在し得ない感覚量であり、ここで、前記触力覚提示装置は、誘導感覚の感覚を合成する感覚合成・誘導装置であり、該感覚合成・誘導装置は、前記物体にスウィーブ変位を備える変位により圧覚、力覚、錯覚の少なくとも１つを生成してなる触力覚電子デバイス。
【発明の効果】
【００１５】
変位の組合せにより、誘起される錯覚現象を実現でき、トリガー変位、特性誘起刺激・トリガー刺激、誤解（誤認）変位、錯覚に関する相乗効果、子音・母音的な変位・振動構成、錯覚現象データベースを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】触力覚ディスプレイのシステムを示す概略図
【図２】触力覚情報提示システムの構成を示す概略図
【図３】触力覚アクチュエータの変位の制御を示す
【図４】錯覚現象を説明する概略図
【図５】錯覚現象を説明する概略図
【図６】錯覚現象を説明する概略図
【図７】錯覚現象を説明する概略図
【図８】錯覚現象を説明する概略図
【図９】錯覚現象を説明する概略図
【図１０】錯覚現象を説明する概略図
【図１１】指の押込み方法を説明する概略図
【図１２】指の押込み方法を説明する概略図
【図１３】指の押込み方法を説明する概略図
【図１４】指の押込み方法を説明する概略図
【図１５】指の押込み方法を説明する概略図
【図１６】指の押込み方法を説明する概略図
【図１７】指の押込み方法を説明する概略図
【図１８】変位・振幅制御の仕方を説明する概略図
【図１９】変位・振幅制御の仕方を説明する概略図
【図２０】変位・振幅制御の仕方を説明する概略図
【図２１】変位・振幅制御の仕方を説明する概略図
【図２２】変位・振幅制御の仕方を説明する概略図
【図２３】変位・振幅制御の仕方を説明する概略図
【図２４】変位・振幅制御の仕方を説明する概略図
【図２５】触力覚アクチュエータの振動制御を説明する概略図
【図２６】波形制御の仕方を説明する概略図
【図２７】波形制御の仕方を説明する概略図
【図２８】波形制御の仕方を説明する概略図
【図２９】波形制御の仕方を説明する概略図
【図３０】アクチュエータ制御方法を説明する概略図
【図３１】アクチュエータ制御方法を説明する概略図
【図３２】アクチュエータ制御方法を説明する概略図
【図３３】触力覚生成を説明する概略図
【図３４】感覚特性を説明する概略図
【図３５】感覚特性を説明する概略図
【図３６】感覚特性を説明する概略図
【図３７】感覚特性を説明する概略図
【図３８】感覚特性を説明する概略図
【図３９】感覚特性の制御方法を説明する概略図
【図４０】物性の非線形の制御を説明する概略図
【図４１】アクチュエータの構成を説明する概略図
【図４２】装着方法を説明する概略図
【図４３】装着方法を説明する概略図
【図４４】実装方法を説明する概略図
【図４５】触力覚アクチュエータの構成を説明する概略図
【図４６】触力覚アクチュエータの基本ユニットを説明する概略図
【図４７】触力覚アクチュエータのテーブル型を説明する概略図
【図４８】触力覚アクチュエータのテーブル型を説明する概略図
【図４９】触力覚アクチュエータのハンドル型を説明する概略図
【図５０】触力覚アクチュエータのハンドル型を説明する概略図
【図５１】触力覚アクチュエータのハンドル型を説明する概略図
【図５２】触力覚アクチュエータのハンドル型を説明する概略図
【図５３】触力覚アクチュエータの表層型を説明する概略図
【図５４】触力覚アクチュエータのリング型を説明する概略図
【図５５】触力覚アクチュエータのリストバンド型を説明する概略図
【図５６】触力覚アクチュエータのアームリング型を説明する概略図
【図５７】装着部位を説明する概略図
【図５８】制御配線を説明する概略図
【図５９】制御配線を説明する概略図
【図６０】システムと部品を説明する概略図
【図６１】モジュール集積化を説明する概略図
【図６２】モジュール集積化を説明する概略図
【図６３】錯覚現象を説明する概略図
【図６４】触力覚デバイスのモジュールを説明する概略図
【図６５】触力覚デバイスのモジュールを説明する概略図
【図６６】触力覚デバイスを説明する概略図
【図６７】触力覚デバイスを説明する概略図
【図６８】パネル型モジュールを説明する概略図
【図６９】パネル型モジュールを説明する概略図
【図７０】パネル型モジュールを説明する概略図
【図７１】パネル型モジュールを説明する概略図
【図７２】パネル型モジュールを説明する概略図
【図７３】液晶タッチパネル型モジュールを説明する概略図
【図７４】液晶タッチパネル型モジュールを説明する概略図
【図７５】液晶タッチパネル型モジュールを説明する概略図
【図７６】タッチパネル型モジュールを説明する概略図
【図７７】マルチモーダル効果を説明する概略図
【図７８】マルチタッチ用アレイユニットを説明する概略図
【図７９】感覚合成制御を説明する概略図
【図８０】マルチタッチ感覚合成制御を説明する概略図
【図８１】感覚合成制御を説明する概略図
【図８２】感覚合成制御を説明する概略図
【図８３】感覚合成制御を説明する概略図
【図８４】感覚合成制御を説明する概略図
【図８５】感覚合成制御を説明する概略図
【図８６】感覚合成制御を説明する概略図
【図８７】感覚合成制御を説明する概略図
【図８８】ボタン形状感覚生成を説明する概略図
【図８９】ボタン形状感覚生成を説明する概略図
【図９０】ボタン感覚生成を説明する概略図
【図９１】ボタン間の誘導感覚制御を説明する概略図
【図９２】ボタン間の誘導感覚制御を説明する概略図
【図９３】ボタン間の誘導感覚制御を説明する概略図
【図９４】スライダによる触力覚制御を説明する概略図
【図９５】スライダによる触力覚制御を説明する概略図
【図９６】スライダによる触力覚制御を説明する概略図
【図９７】静摩擦・動摩擦制御方法を説明する概略図
【図９８】動摩擦制御を説明する概略図
【図９９】静摩擦制御を説明する概略図
【図１００】静摩擦制御を説明する概略図
【図１０１】静摩擦制御を説明する概略図
【図１０２】動摩擦制御を説明する概略図
【図１０３】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１０４】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１０５】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１０６】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１０７】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１０８】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１０９】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１１０】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１１１】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１１２】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１１３】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１１４】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１１５】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１１６】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１１７】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１１８】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１１９】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１２０】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１２１】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１２２】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１２３】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１２４】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１２５】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１２６】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１２７】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１２８】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１２９】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１３０】押込感覚ボタン制御を説明する概略図
【図１３１】触力覚ダイヤル制御を説明する概略図
【図１３２】触力覚ダイヤル制御を説明する概略図
【図１３３】触力覚ダイヤル制御を説明する概略図
【図１３４】触力覚ダイヤル制御を説明する概略図
【図１３５】触力覚ダイヤル制御を説明する概略図
【図１３６】触力覚ダイヤル制御を説明する概略図
【図１３７】触力覚ダイヤル制御を説明する概略図
【図１３８】触力覚ダイヤル制御を説明する概略図
【図１３９】触力覚ダイヤル制御を説明する概略図
【図１４０】触力覚ダイヤル制御を説明する概略図
【図１４１】波形制御を説明する概略図
【図１４２】デバイスサイズ・形状特性を説明する概略図
【図１４３】デバイスサイズ・形状特性を説明する概略図
【図１４４】質感構造を説明する概略図
【図１４５】質感構造のデータベースを説明する概略図
【図１４６】波形制御を説明する概略図
【図１４７】デジタルマウスを説明する概略図
【図１４８】個人特性の測定を説明する概略図
【図１４９】アクチュエータ制御を説明する概略図
【図１５０】プロファイリングを説明する概略図
【図１５１】診断シュミレーションを説明する概略図
【図１５２】遠隔同期を説明する概略図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る触力覚情報提示システムは、以下を備える。触力覚情報提示システムは、物体と、該物体は、実物体又は仮想物体であり、物体により及び又は物体への位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性の少なくとも１つを備える刺激を検知するセンサと、前記物体に操作者の感覚特性及び又は錯覚を適用して、該操作者に実際の該物体を操作したかのような触力覚を提示する触力覚提示装置と、該触力覚提示装置をセンサからの刺激を基に制御する触力覚提示制御装置と、前記触力覚提示制御装置は、人の身体に印加される刺激量と感覚量との関係を示す感覚特性が、非線形及び又は錯覚であることを利用して刺激を制御して触力覚情報を提示し、前記感覚特性は、前記操作者に与えられる刺激量及び操作者の操作によってもたらされる刺激量の少なくとも１つの刺激量と操作者に提示される感覚量とを備え、該感覚量は物理的に存在し得ない感覚量である。
【００１８】
前記触力覚提示装置は、前記物体により及び又は物体への刺激を提示し、そして操作者の操作に合わせて物体に印加される刺激を制御して触力覚を生成してなる。
【００１９】
タッチパネルは、複数個に区画されてアレイ状、ドット状、画素の少なくとも１つに配設され、各タッチパネルは独立して制御される。
【００２０】
物体は、タッチパネルであり、該タッチパネル毎に異なる触覚及び又は力覚を生成する。
【００２１】
前記触力覚提示装置は、前記物体に振幅、変位、変形の少なくとも１つを提示してなる。
【００２２】
タッチパネルは、複数個に区画されてアレイ状、ドット状、画素の少なくとも１つに配設され、各タッチパネルは独立して制御される。
【００２３】
前記触力覚提示装置は、前記物体の生じる振幅、変位及び又は変形に応じて触力覚を提示する。
【００２４】
触力覚提示装置は、位置、位相、時間の少なくとも１つごとに前記物体に振幅、変位、変形の少なくとも１つを６次元誘導をさせる。
【００２５】
前記触力覚提示装置は、物体の接線と直角に、平行に、又は任意の角度に振幅、変位、変形の少なくとも１つを生じる。
【００２６】
前記触力覚提示装置は、誘導感覚の感覚を合成する感覚合成・誘導装置であり、該感覚合成・誘導装置は、前記物体にスウィーブ変位を備える変位により圧覚、力覚、錯覚の少なくとも１つを生成してなる。
【００２７】
図２は、触力覚ディスプレイ・パネルのシステムの構成図を示す。触力覚ディスプレイのシステムは、パネル、ディスプレイで触力覚圧覚、触覚、力覚を備える触力覚を再現する。指の動きに合わせて変位もしくは変位パターン、波形が制御される。平板な物体であるのに深さ感のある立体的な感触が得られる。異なる方向の変位、変位パターン、波形であるのに圧覚・力覚が提示される。ボタン、スライダ、ダイヤル、スイッチに適用してもよい。
【００２８】
触力覚ディスプレイ・パネルのシステムは、コントローラと触力覚アクチュエータを備える。触力覚アクチュエータは、コントローラにセンサ信号を供給し、コントローラは、触力覚アクチュエータに制御信号を供給する。センサ信号は、物体により及び又は物体への位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘度、弾性の少なくとも１つを備える刺激を備える。
【００２９】
コントローラは、制御アルゴリズムで駆動し、指の動きに合わせて、変位、運動量、振動、振幅、変位を備える刺激強度を時間変化させる。制御信号は、力情報、振幅情報の駆動電圧により生成される。
【００３０】
アクチュエータは、モータ、偏心モータ、リニアモータ、静電モータ、分子モータ、ピエゾ、人口筋肉、記憶合金、コイル、ボイスコイル、圧電素子、磁力、静電気、その他、変位、振動を発生するものであればよい。
【００３１】
触力覚ディスプレイ・パネルは、身体のどの部位にも装着が可能である（図５８参照）。
【００３２】
本システムは、操作者の感覚特性、錯覚を適用して、操作者に実際の物体を操作したかのような触力覚情報を提示する。具体的には、センサで検知された刺激を基に制御され、人の身体に印加される刺激量と感覚量との関係を示す感覚特性が、非線形や錯覚であることを利用して刺激を制御して触力覚情報が提示される。感覚特性は、前記操作者に与えられる刺激量及び操作者の操作によってもたらされる刺激量の少なくとも１つの刺激量と操作者に提示される感覚量とを備え、感覚量は物理的に存在し得ない感覚量である。
【００３３】
ここで、システムは、物体から、もしくは、物体への刺激を提示し、そして操作者の操作に合わせて操作者に印加される刺激が制御される。最小限の触力覚情報提示システムは、触力覚アクチュエータおよびコントローラから構成されている。触力覚アクチュエータに取り付けられたセンサにより、センサにおける位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性が測定され、その情報がコントローラに送られて、触力覚アクチュエータを制御するための制御信号が計算されて、触力覚アクチュエータに送られ、触力覚アクチュエータが制御される。
【００３４】
触力覚アクチュエータは、パネル型およびディスプレイ型のセンサ機能および提示機能を備え、コントローラにおいて、指や掌などの身体の動きにともなう、変位、運動量、振動振幅、変位刺激、振動刺激、刺激強度の時間変化などが計算され、制御アルゴリズムに基づき、センサでモニタされた指や掌などの身体の動きや圧力などに合わせて、触力覚アクチュエータの位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性などが制御され、ヒトなどに、圧覚、触覚、力覚などの触力覚情報が提示される。
【００３５】
制御信号は、力情報（ｔ）、振幅情報（ｔ）などが駆動電圧等で表現されており、アクチュエータは、モータ、ピエゾ、人工筋肉、記憶合金、分子モータ、静電、コイル、磁力、静電気、その他、変位・振動を発生するものならば、デバイス・動作原理は問われない。その結果、平面、曲面、立体形状で構成されたパネル、ディスプレイが、筐体等に、固定もしくは微小振動するように設置されているにも関わらず、差し込み感、押込み感、めり込み感、深さ感、押し戻され感、浮き上がり感、振動・振幅の収束感、振動・振幅の残響感、変位・移動の方向感覚、ズブズブ感、硬さ感、ソフト感、立体的な感触が感じられる。物理的には、そのような感覚が再生・提示されていないにも関わらず、感覚的にはそのような感覚、および、身体的な反応・反射が体験される。
【００３６】
その結果、情報端末等において、平面・平坦なパネルにも関わらず、ボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなどの物体の操作感触がリアルに得られることが可能となる。
【００３７】
図３は、触力覚アクチュエータの変位制御の概略図を示す。触力覚アクチュエータは、並進と回転について、６自由度を有しており、変位、振幅、速度、加速度、位相差を自在に制御できる。また、変位、変位パターン、波形、振動の刺激以外でも電気刺激、クーロン力等の刺激を制御できる。
【００３８】
図４〜図１０は、錯角現象を示す装置の概略図を示す。該図において、この装置は、基材上にアクチュエータ、その上にタッチパネル及び物体の変位、圧力、加速度等を検知し、位置、回転、テンソルを計測するセンサを備える。タッチパネルは、ｙ方向に変位するが、ボタンのｚ方向にへこみ・押込みが感じられる。
【００３９】
図４に、錯覚現象のない通常の動作を示す。触力覚アクチュエータの基本ユニットは、タッチパネル、センサ、アクチュエータから構成されている。タッチパネル、およびセンサにおいて、位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性などが、スカラー、ベクトル、もしくはテンソルとして、計測される。
【００４０】
アクチュエータは、位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性などが、スカラー、ベクトル、もしくはテンソルとして、提示される。タッチパネルは通常硬く変形しないことが多く、操作者が、タッチパネルを押込圧Ｐで押し込むと、タッチパネルはＺ方向には変位、変形せずにＺ＝０が保たれる。押込圧Ｐが増加するとともに、操作者の指先が変形し、押込みの圧力を知覚するが、沈み込み変位Ｚ（＝０）、および沈込感覚Ｓｚ（＝０）は感じられない。
【００４１】
本特許では、指先での触力覚情報の知覚について説明をするが、特に指先に限らず、操作者の全身、身体の至るところを想定している。
【００４２】
図５に、錯覚現象のある場合の動作を示す。タッチパネルは通常硬く変形しないことが多く、操作者が、タッチパネルを押込圧Ｐで押し込むと、タッチパネルはＺ方向には変位、変形せずにＺ＝０が保たれる。
【００４３】
ここで、通常とは異なり、アクチュエータによって、タッチパネルをＹ方向に変位（Ｙ）させると、沈み込み変位Ｚ（＝０）がないにも関わらず、押込圧Ｐの増加の知覚とともに、Ｚ方向に沈込感覚Ｓｚが感じられる。タッチパネルをＸ方向に変位（Ｘ）させた場合も、同じく、Ｚ方向に沈込感覚Ｓｚが感じられる。ただし、指先の指し示す方向（Ｙ）と、タッチパネルの変位方向が一致しない場合は、変位方向への移動を弱く知覚することもある。指先および指の沈み込みの方向により、タッチパネルの変位方向を調整すると、錯覚が効果的となる。
【００４４】
ここでの現象は、Ｙ方向の変位が、Ｚ方向への沈み込み感覚に知覚される錯覚であり、軸間、動作向を越えた錯覚現象（Ｃｒｏｓｓ−Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ効果）である。Ｙ方向の変位は、所望の触感・感触に合わせた、様々な変位パターンが存在している。直線的な増加・減少や、正弦波的な振動、基本周波数成分の組合せにとどまらず、シンセサイザーで楽器の音色や音楽を創造するかのように、任意波形のデザイン、振幅変調、周波数変調、畳み込み、およびその組合せなどによって、様々な触感・感触を表現することができる。
【００４５】
錯覚パターンは、押し込み圧力方法（３方向）×アクチュエータ変位方向（３方向）の９パターンの組み合わせが備える。さらに、回転パターンを備える。また、中間の方向もあるので、その組合せは、無限となる。並進的な変位の他に、回転的な変位の場合もある。
【００４６】
図６に、ラッチ・連続的な錯覚現象の動作を示す。ここで、アクチュエータによって、タッチパネルをＹ方向に階段的に変位（Ｙ）させると、沈み込み変位Ｚ（＝０）がないにも関わらず、押込圧Ｐの増加の知覚とともに、変位（Ｙ）の階段的変化にともない、Ｚ方向にズブズブと階段的な沈込感覚Ｓｚが感じられる。
【００４７】
図７に、ラッチ・連続的な錯覚現象の動作を示す。ここで、アクチュエータによって、タッチパネルをＹ方向に変位（Ｙ）を繰り返すと、沈み込み変位Ｚ（＝０）がないにも関わらず、押込圧Ｐの増加の知覚とともに、変位（Ｙ）の変化にともない、Ｚ方向にズブズブと沈込感覚Ｓｚが感じられる。押込み変位（Ｙ）が感じられにくい条件が存在する。
【００４８】
該図は、押し込み、押し込み圧、変位、沈み込み感覚をそれぞれ示す。図８は、位相が遅れて変位が現れる。タッチパネルは通常硬く変形しないことが多く、操作者が、タッチパネルを押込圧Ｐで押し込むと、タッチパネルはＺ方向には変位、変形せずにＺ＝０が保たれる。ここで、通常とは異なり、アクチュエータによって、押込圧Ｐの増加に対して位相を遅らせて、タッチパネルをＹ方向に変位（Ｙ）させると、沈み込み変位Ｚ（＝０）がないにも関わらず、Ｙ方向に変位（Ｙ）にともない、Ｚ方向に沈込感覚Ｓｚが感じられる。変位（Ｙ）の増加が開始するまでは、仮想ボタンの押込みに対する抗力が提示され、抗力の最大値である押込感覚Ｓｚ（≠０）が、仮想ボタンの硬さとして提示される。
【００４９】
図９は、変位が持続せずピークを示した後に変位がゼロになる。ここで、アクチュエータによって、タッチパネルをＹ方向に往復的に変位（Ｙ）させると、沈み込み変位Ｚ（＝０）がないにも関わらず、押込圧Ｐの増加、変位（Ｙ）の変化にともない、Ｚ方向に「カチッ」といったボタンのような沈込感覚Ｓｚが感じられる。
【００５０】
図１０は、変位がプラス方向のピークとマイナス方向のピークを示した後にゼロになる。ここで、アクチュエータによって、タッチパネルをＹ方向に往復的に変位（Ｙ）させると、沈み込み変位Ｚ（＝０）がないにも関わらず、押込圧Ｐの増加、変位（Ｙ）の変化にともない、Ｚ方向に「カチッ」といったボタンのような沈込感覚Ｓｚが感じられる。
【００５１】
図１１から図１７は、物体（パネル）により及び又は物体への刺激である指の押込み方法を示す概略図である。図１１は、操作者が、タッチパネルを押込圧Ｐで押し込み、アクチュエータによって、タッチパネルがＺ方向に変位すると、Ｚ方向に沈込感覚Ｓｐが感じられる。図１２及び図１３は、段階的なボタンの押込みにより、パネルのわずかなボタン抵抗の刺激、瞬時に反応、応答の良い刺激、ボタン感触後カチッとした刺激、ボタン存在なく壁だけが感じられる刺激の提示をそれぞれ示す。図１４及び図１５は、段階的なボタンの押込みにより、パネルが動く刺激、パネルが静止する刺激、指とパネルとの感覚刺激の提示をそれぞれ示す。図１７は、ボタンの押込みにより、パネルに生じる三角波、サイン波の刺激の提示を示す。
【００５２】
図１９から図２４は、刺激としてパネルに印加される変位・振幅の制御を示す概略図である。図１９は、パネルを真下に押下げ際にパネルが変位して三角波を形成する。この変位により感覚的指の深行感刺激、物理的指への張力刺激、感覚的指への抵抗感刺激が提示される。図２０は、パネルを無自覚に移動させた際の押し下げ際にパネルが変位して三角波を形成する。この変位により感覚的指の進行感刺激、物理的指への張力刺激、感覚的指への奥行感刺激が提示される。図２１は、パネルにボタン特性である粘弾性刺激を与えた際にパネルが変位して三角波を形成する。この変位によりパネルに感覚的指の進行感刺激、物理的指への張力刺激、感覚的指への反応感が提示される。
【００５３】
図２２は、パネルに人口皮膚感覚である粘弾性刺激を与えた際にパネルが変位して三角波を形成する。この変位によりパネルに感覚的指の進行感刺激、物理的指への張力刺激、感覚的指への反力感が提示される。
【００５４】
図２３は、パネルに刺激を与えた際にパネルが変位して三角波を形成する。パネルの変位をそれぞれ示す。ここで、アクチュエータによって、タッチパネルをＹ方向に変位（Ｙ）させると、沈み込み変位Ｚ（＝０）がないにも関わらず、押込圧Ｐの増加、変位（Ｙ）の変化にともない、Ｚ方向にボタンのような沈込感覚Ｓｚが感じられる。Ｙ方向の変位（Ｙ）のさせ方によって、Ｚ方向に、「ズブッ」沈み込む感覚、「カチッ」「カッチ」といったボタンのような感覚Ｓｚが感じられる。
【００５５】
図２４は、パネルに刺激を与えた際にパネルの変位がサイン波を形成する。パネルの変位をそれぞれ示す。ここで、アクチュエータによって、タッチパネルをＹ方向に変位（Ｙ）、正弦波的に変化させると、沈み込み変位Ｚ（＝０）がないにも関わらず、押込圧Ｐの増加、変位（Ｙ）の変化にともない、Ｚ方向にボタンのような沈込感覚Ｓｚが感じられる。Ｙ方向の変位（Ｙ）のさせ方によって、Ｚ方向に、「ズブッ」沈み込む感覚、「カチッ」「カッチ」といったボタンのような感覚Ｓｚが感じられる。
【００５６】
図２５〜図２９は、触力覚アクチュエータの変位、変位パターン、波形、振動の一例である、波形制御の概略図を示す。触力覚アクチュエータは、波形振幅、振動振幅、速度、加速度、位相差を自在に制御することで、任意の方向に、任意の変位・波形パターンを生成できる。
【００５７】
図２６は、波形を非対称に加減速することで力覚を発生する変位波形を示す。図２７は、波形を非対称に加減速することができる力覚を発生する加減速波形を示す。図２８は、パネルを短時間波形変動させてクリック感を出す場合、１波形ごとに周波数を変えて感触を変える加速スウィープ（クリック感）波形を示す。パターン減速波形とパターン加速波形を発生させる。図２９は、波形の位相は固定で加減速位置を入れ替える加減速シフト波形、加減速位置は固定で波形の位相を入れ替える位相シフト波形の概略図を示す。波形は、速度、位相波形が制御される。
【００５８】
図３０は、力覚に関する感覚特性を用い、２つの偏心回転子Ａ９１２および偏心回転子Ｂ９１３の回転を位相同期させて変位を合成した触力覚情報提示方法を示す図である。
【００５９】
ここで、（図３０（ｂ））は、（図３０（ａ））の２つの偏心回転子Ａ９１２および偏心回転子Ｂ９１３を同方向で１８０度位相が遅れて同期回転させた場合を模式化したものである。この同期回転の結果、偏心のないトルク回転を合成することができる。
【００６０】
（図３０（ｃ））は感覚特性９３１が対数関数的な特性の場合を模式化したものであり、感覚特性９３１は感覚特性２１１と同様に刺激である物理量９３２に対してその感覚量９３３が対数などの非線形特性であることを示している。この感覚特性９３１上の、動作点Ａ９３４で正のトルクを発生し、動作点Ｂ９３５で逆方向の負のトルクを発生した場合を考えると、トルク感覚９４４は（図３０（ｄ））のように表わされる。トルク９４３は回転子の回転速度９４２の時間微分に比例する。動作点Ａ９３４、および動作点Ｂ９３５で動作させると、トルク感覚９４４が知覚される。
【００６１】
トルク９４３は、物理的に１サイクルで初期状態９４８に戻り、その積分値はゼロとなっている。しかし、感覚量であるトルク感覚９４４の感覚的積分値はゼロになるとは限らない。動作点Ａ９３４および動作点Ｂ９３５を適切に選択して、動作点Ａ継続時間９４５および動作点Ｂ継続時間９４６を適切に設定することで、任意の方向に自在にトルク感覚を提示し続けることができる。
【００６２】
以上のことは、トルク回転に限らず回転や並進の変位の時や、感覚特性９３１が指数関数的な場合などの非線形特性を示す時にも成立する。（図３０（ｃ））の感覚特性９３１が閾値を持つ場合も、同様のトルク感覚が生じ、片方の方向のみにトルク感覚を間欠的に提示し続けることができる。
【００６３】
図３１（ａ）は、位相パターンの初期位相（θｉ）によって誘起・知覚される錯触力覚の方向を示している。  錯触力覚デバイス１０７は、図３１（ｂ）の回転開始の初期位相（θｉ）を変えることにより、偏心回転子で合成される運動量の変化によって誘起される錯触力覚の方向１２０２を、初期位相（θｉ）の方向に制御することができる。例えば、図３１（ｃ）のように初期位相（θｉ）を変えることにより、平面内３６０°の任意の方向に誘起できる。  このとき、錯触力覚インタフェース装置１０１自身の重さが重い場合、錯触力による上向きの力感覚１２０２と重力による下向きの力感覚１２０４とが打ち消されて浮き上がる浮力感覚１２０２が得られにくく、重く感じられてしまうことがある。その時には、錯触力覚による上向き方向を重力方向の反対方向から僅かにずらして錯触力覚１２０３を誘起させることで、重力による浮上感覚の減少・阻害を抑制することができる。  重力方向と反対方向に提示したい場合には、重力方向と１８０°＋α°及び１８０°−α°とわずかに鉛直からずれた方向に交互に錯触力覚を誘起する方法もある。
【００６４】
図３２（ａ）〜図３２（ｆ）は、基本的な触力覚の感覚、錯触力覚の感覚を提示する、錯触力デバイス（触力デバイス）の制御の一例を示している。  図３２（ａ）は、錯触力覚デバイス１０７において回転力を発生する方法を模式的に示したものであり、図３２（ｄ）は、並進力を発生する方法を模式的に示したものである。図３２（ａ）の２つの偏心錘８１４の回転は、位相１８０°遅れて同じ方向に回転している。これに対して、図３２（ｄ）では、お互いに反対方向に回転している。
【００６５】
（１）図３２（ｂ）のように、２つの偏心回転子を１８０度の位相遅れで同方向に同期回転させた場合、２つの偏心回転子が点対称となり重心と回転軸中心が一致することにより、偏心のない等トルクの回転が合成される。これにより、回転力感覚を提示することができる。しかし、角運動量の時間微分がトルクであり、一定方向に連続してトルクを提示し続けるためには、モータの回転数を連続的に加速し続ける必要があり、現実的には連続的に提示することは困難である。
【００６６】
（２）図３２（ｃ）のように、角速度ω１及び角速度ω２によって同期制御することにより、一定方向に連続的な回転力の錯触力覚感覚（連続トルク感覚）が誘起される。（３）図３２（ｅ）のように、反対方向に一定角速度で同期回転させた場合、初期位相θｉ１２０１を制御することで任意の方向に直線的に振動する力（単振動）が合成できる。
【００６７】
（４）図３２（ｆ）のように、錯触力覚に関する感覚特性に従い、角速度ω１及び角速度ω２によって反対方向に同期回転させた場合、一定方向に連続的な並進力の錯触力覚感覚（連続力感覚）が誘起される。  錯触力覚インタフェース装置１０１において、図３２（ｃ）及び図３２（ｆ）のように、人間の感覚特性に合わせて回転速度（角速度）及び位相同期を的確に制御すれば、２種類の角速度（ω１、ω２）の組み合わせだけでも錯触力覚を誘起できるため、制御回路を簡潔にすることができる。
【００６８】
図３３は、この図３０の現象及びその効果を模式的に示している。錯触力覚に関する感覚特性を考慮して、偏心モータ８１５の回転パターンを制御して２つの偏心回転子の合成運動量を時間的に変化させることにより、平衡点周りに周期的に加減速する振動９０４から、一定方向に連続的に働く力が知覚される錯覚９０５を誘起させることができる。つまり、物理的には一定方向に働く力のような成分は存在していないが、一定方向に力が働いているように知覚される錯覚が誘起される。
【００６９】
動作点Ａ、及び動作点Ｂで位相１８０°毎に交互に加減速させると、一定方向の力感覚９０５が連続的に知覚される。力は、物理的に１サイクルで初期状態に戻り、その運動量及び力の積分値はゼロとなっている。つまり、平衡点周りに留まり、加減速機構が左側に移動することはない。しかし、感覚量である力感覚の感覚的積分値はゼロにならない。この時、正の方向の力の積分９０８の知覚は低下し、負の方向の力の積分９０９だけが知覚される。
【００７０】
ここで、角運動量の時間微分がトルク、運動量の時間微分が力であり、一定方向に連続してトルク及び力を発生し続けるためには、モータの回転数もしくはリニアモータを連続的に加速し続ける必要があり、そのため、回転体などを周期的に回転させ方法は力覚を一定方向に連続的に提示するのに適していない。特に、モバイル等で利用される非ベース型インタフェースでは、一方向への連続的な力の提示は物理的には不可能である。
【００７１】
しかし、人は非線形感覚特性を有しており、本発明の手法を用いれば、錯触力覚特性に関する知覚感度の利用や運動量の加減速パターン制御によって、物理特性とは異なった力・力パターンを錯覚的に知覚させることができる。例えば、与えた刺激強度に対する感じられた刺激の大きさの比が感度であるが、人間の感覚特性は与えた刺激の強度に対して感度が異なっており、弱い刺激にはより敏感であり、強い刺激には鈍感である。そこで、モータ回転の加減速の位相を制御し周期的に加減速を繰り返すことで、弱い刺激を提示した方向に連続的な力覚を提示させることに成功している。また、感覚特性の適切な動作点Ａ及びＢを選択することにより、強い刺激を提示した方向にも連続的な力覚を提示させることもできる。
【００７２】
類似の装置としてドライビング・シミュレータが連想されるが、ドライビング・シミュレータでは、目的の力（加速感）を与えた後に気付かれない程度の小さな加速度で元の位置にゆっくりと戻すことで車の加速感を提示している。そのため力の提示は断続的になり、このような偏加速型方式では、一定方向の力感覚や加速感を連続的に提示することはできない。従来型である触力覚インタフェース装置でも同様である。しかし、本発明では、錯覚を利用することで、一定方向に連続的な並進力感覚９０５が提示される。特に、物理的な手法による上記ドライビング・シミュレータで提示される断続的な力の方向とは反対方向に連続的な力が知覚される点が、錯覚を用いた錯触力覚インタフェース装置１０１の特徴である。
【００７３】
つまり、この強度によって感度が異なるという人間の非線形感覚特性を利用することで、周期的な加減速や振動で発生する力の積分が物理的にはゼロであるにも関わらず、感覚的には相殺されないばかりか、正の方向の力９０８は知覚されず、目的の方向である負の方向９０９に並進力的な力覚９０５やトルク感が連続的に提示できる。（連続的なトルク感覚の生成方法は、図１９（ｃ）を参照）これらの現象は、感覚特性８３１が刺激である物理量８３２に対してその感覚量が対数以外の場合でも、非線形特性であれば同じ効果が得られる。本効果は、非ベース型に限らず、ベース型においても効果が得られる。
【００７４】
図３において、動作点Ａでの回転継続時間Ｔａをゼロに近づけることにより、回転継続時間Ｔａと回転継続時間Ｔｂのそれぞれの区間での運動量が等しいことから、回転継続時間Ｔａの区間での合成運動量は大きくなり力も大きくなるが、力感覚は対数的に変化し感度が低下するために、回転継続時間Ｔａの区間での感覚値の積分はゼロに近づく。このため、回転継続時間Ｔｂの区間での力感覚が相対的に大きくなり、一方向への力の感覚９０５の連続性が向上していく。その結果、動作点Ａ及び動作点Ｂを適切に選択して、動作点Ａ継続時間及び動作点Ｂ継続時間を適切に設定し、２つの偏心回転子Ａ及び偏心回転子Ｂの同期位相を調整することで、任意の方向に自在に力感覚を提示し続けることができる。
【００７５】
図３４は、錯触力覚インタフェース装置で利用される非線形特性を示しており、それぞれ、感覚特性（図３４（ａ）及び図３４（ｂ））、粘弾性材料の非線形特性（図３４（ｃ））、粘弾性材料のヒステリシス特性（図２１（ｄ））を示している。  図３４（ｂ）は、図２と同様に、物理量に対して閾値２２０６を有する人間の感覚特性を示した模式図であり、この特性を考慮して錯触力覚インタフェース装置を制御することにより、物理的には存在していない感覚が錯触力覚として誘起されることを示している。  図３４（ｃ）のように、加えた力に対する応力特性が非線形特性を示す物性を有する材料を変位・振動・トルク・力といった駆動力を発生する装置と人間の皮膚・感覚器官との間に挟んだ時にも、同様な錯触力覚が誘起される。  また、図３４（ｄ）のように、感覚特性は、筋肉を伸ばす時と縮める時など、変位が増加する時と減少する時において等方的でなく、ヒステリシス的感覚特性を示す場合が多い。筋肉が引っ張られるとその直後に筋肉が強く収縮する。このように強いヒステリシス特性を発生させることで、同様な錯触力覚の誘起が促進される。
【００７６】
図３５は、感覚特性を変化させる方法の一例として、力覚に関するマスキング効果によって感覚特性を変化させる方法を用いた触力覚情報提示方法を示す図である。
【００７７】
感覚特性は、マスキング変位（振動）によってマスキングされトルク感覚４３４が減少する。このマスキング方法として、（視覚、聴覚のマスキングで実績のある）同時マスキング４２４、前方マスキング４２５、後方マスキング４２６があげられる。（図３５（ａ））はマスキーであるトルク４１３を模式化したものであり、この時知覚されるトルク感覚４３４は（図３５（ｃ））のように表わされる。トルク４１３は回転子の回転速度４１２の時間微分に比例する。
【００７８】
この時、回転子の回転速度４１２を初期化する初期化時間４１５と、それに対応したマスキング継続時間４２５を、図６に示した（図３５（ｄ））の初期化時間４４５とマスキング継続時間４５５のように短縮していき、ある一定時間よりも短くなると初期化による負のトルクが物理的に存在するにも関わらず、トルク感覚４６４のようにトルクが連続して提示されているように感じられる臨界融合が生じる。
【００７９】
なお、マスキング変位（振動）を発生するマスカーは、それによってトルクがマスクされるマスキーである回転子と別な回転子であっても、マスキーである回転子自身であってもよい。  マスキーの回転子がマスカーでもある場合とは、マスキング時にその回転子が制御装置によってマスキング変位（振動）を発生するように制御されることを意味する。マスカーの変位（振動）方向は、マスキーの回転子の回転方向と同一であっても、あるいは同一でなくてもよい。  以上のことは、マスキーとマスカーが同一の刺激の場合（マスキーの回転子がマスカーでもある場合）にも起こり得る。
【００８０】
図３６は、この場合を模式化した図である。図３６に示すように、強トルク感覚４８５、４８６の前後において、前方マスキング４８５、後方マスキング４８６によりトルク感覚４８４が減少する。
【００８１】
感覚特性は、筋肉の緊張状態、あるいは、身体的・生理的・心理的状態のいずれか１つ以上の状態によりトルク感覚５１７の感度が変化する。例えば、筋肉が外力である提示トルク５１４（短い時間で強いトルク５２４）で瞬時に伸ばされることで、筋肉の中の筋紡錘というセンサがこれを感知し、この外力に負けないパワーを持つ筋肉起因トルク５１５（筋肉反射起因トルク５２５）で条件反射的に筋肉が素早く収縮する。このとき筋電５１１が発生する。それを検知した制御回路５１２は触力覚提示機５１３を制御して、筋肉の収縮に同期して提示トルク５１６（穏やかに中程度のトルク５２６）を働かせることでトルク感覚５１７の感度を変化させる。
【００８２】
以上のことは、筋肉の緊張状態だけに限らず、呼吸・姿勢・神経発火の状態のいずれか１つ以上の状態による感覚感度の変化の場合にも成立する。
【００８３】
掌は、その骨格・関節・腱・筋肉などの解剖学的な構造から、掌の方向によって感度が異なる。掌の方向に依存した感度（不等方性感度曲線６１１）に合わせて提示物理量の強度（回転速度ω６１２）を補正することによって、精度良い方向提示が可能となる。
【００８４】
図３７は、任意方向に変位感覚・振動感覚・力感覚・トルク感覚のいずれか１つ以上の触力覚情報を、連続的、断続的に提示する制御方法の１例として、力覚に関するマスキング効果によって感覚特性を変化させる方法を用いて、任意の方向に振動触力覚情報提示方法を示す図である。
【００８５】
感覚特性は、マスキング変位（振動）１２１６によってマスキングされ力感覚１２２４が減少する。このマスキング変位（振動）は、（図３０（ｂ））において偏心回転子Ａの回転速度１０２２および偏心回転子Ａの回転速度１０２３を同期させて速度を変位（振動）されることによって発生させることができる。（図３７（ａ））はこれを模式化したものであり、この時知覚される力感覚１２２４は（図３７（ｂ））のように表わされる。力１２１３は２つの偏心回転子の合成回転速度の大きさ１２１２の時間微分に比例する。
【００８６】
この時、回転子の回転速度１２１２を初期化する初期化時間１２１５を短縮していき、図３７（ｃ）のようにある一定時間よりも短くなると初期化による負の力が物理的に存在するにも関わらず、力感覚１２４４のように力が連続して提示されているように感じられる臨界融合が生じる。
【００８７】
以上のことは、マスキーとマスカーが異なる回転子による場合にも生じるし、また、力だけでなくトルクの場合にも同様な連続提示感覚が生じる。
【００８８】
図３８（ａ）〜図３８（ｃ）に示した感覚特性のように、ユーザごとの感覚特性は異なる。このため、錯触力覚がはっきりと知覚される人や知覚されにくい人、学習によって知覚されやすさが向上する人がいる。本発明では、この個人差を補正する装置を有する。また、同じ刺激が持続的に提示される場合、その刺激に対して感覚が鈍化してしまうこともある。そのため、刺激の強度・周期や方向に揺らぎを与えたりすることで慣れを防止することは効果的である。
【００８９】
図３８（ｄ）に錯触力覚を用いた一定方向の力の提示手法の一例を示す。２つの偏心振動子を反対回転方向に回転させて変位成分・振動成分を合成する方法において、動作点Ａでの高速回転数ω１（高周波ｆ１）１００２ａと動作点Ｂでの低速回転数ω２（低周波ｆ２）１００２ｂを位相１８０°毎に交互に提示した場合、錯触力覚強度（ＩＩ）は、偏心回転子の回転速度である周波数の加減速比Δｆ／ｆの対数に比例する（図３８（ｅ））。ただし、（ｆ＝（ｆ１＋ｆ２）／２、Δｆ＝ｆ１−ｆ２）。錯触力覚強度とΔｆ／ｆの対数値をプロットした時の傾きｎが、個人差を示す。
【００９０】
また、感覚強度（ＶＩ）は、錯覚による一定方向の力感覚と同時に知覚される変位成分・振動成分の強度を示し、変位成分・振動成分の強度と物理量ｆ（対数）とはおおよそ反比例の関係にあり、周波数ｆを大きくすることで感覚強度（ＶＩ）は相対的に低下する（図３８（ｆ））。この変位成分・振動成分の含有強度を制御することにより、錯触力覚を提示したときの力の質感が変わる。対数でプロットした場合の傾きｍは個人差を示す。なお、個人差を示すｎ、ｍは、学習が進むに従って変化し、学習が飽和した時に一定の値に収束する。
【００９１】
図３９（ａ）〜図３９（ｃ）は、仮想平板１１００の質感表現方法を示している。錯触力覚インタフェース装置１０１が、センシングによってモニタされた錯触力覚インタフェース装置１０１の動き（位置・姿勢角度、速度、加速度）が仮想物体の動きを１１０１を表しており、この仮想物体の動きに合わせて、錯触力覚による抗力１１０２の方向・強度及び質感パラメタ（含有振動成分）を制御することにより、仮想平板の質感である摩擦感覚１１０９や粗さ感覚１１１１及び形状が制御される。  図３９（ａ）は、仮想平板１１００上で仮想物体（錯触力覚インタフェース装置１０１）を移動させた時に働く仮想平板から仮想物体への抗力１１０３及び移動に対する抗力１１０２を示している。
【００９２】
図３９（ｂ）は、錯触力覚インタフェース装置１０１と仮想平板１１００とが接した時に両物体の間に働く摩擦力１１０４が、動摩擦及び静摩擦を振動的に繰り返すことを示している。また、仮想平板の誤差厚内１１０７に錯触力覚インタフェース装置１０１が留まるように押し戻す抗力１１０６をフィードバック制御して提示することで、仮想平板の存在・形状を知覚させる。錯触力覚インタフェース装置１０１が仮想平板内１１００に存在しない時は押し戻す抗力を提示せず、存在する時だけ提示することにより壁の存在が知覚される。
【００９３】
図３９（ｃ）は、表面粗さの表現方法を示している。錯触力覚インタフェース装置１０１を移動させた方向１１０１とは反対方向に、移動速度・加速度に合わせて抗力を提示することによって、抵抗感や粘性感１１０８を知覚させる。移動方向と同じ方向に負の抗力を提示（加速力１１１３）することによって、氷上を滑るような仮想平板の滑らか感１１１０を強調することができる。この加速感・滑らか感１１１０は、従来の振動子を使った非ベース型触力覚インタフェース装置では提示することが困難であり、錯覚を使った錯触力覚インタフェース装置１０１で実現された質感及び効果である。また、抗力を振動的に変化させること（振動的抗力１１１２）により、仮想平板の表面粗さ感覚１１１１を知覚させる。
【００９４】
図４０は、印加電圧で特性が変わる粘弾性材料を用いた制御アルゴリズムを示している。  粘弾性材料を用いた手法では異なる応力−変形特性の材質（２４０３，２４０４）を張り付けるが、図４０（ａ）のように、印加電圧で粘弾性特性が変化する材料１７０７を用いてもよい。印加電圧を制御することで粘弾性係数を変化（図４０（ｂ））させて、偏心回転子によって発生された周期的に変化する運動量の掌への伝達率を、偏心回転子の回転位相と同期させて変化させることで、偏心回転子が図４０（ｃ）のように一定の回転速度で回転（定速度回転）していたとしても、図４０（ｄ）のように粘弾性の特性を時間的に動作点Ｂ及び動作点Ａにおける特性値になるように変化させることで掌・指先に伝わる運動量を制御できるため、偏心回転子の回転速度を加減速したことと同じ効果が得られる。
【００９５】
また、本手法は、皮膚の物理特性を疑似的に変えることと同じ効果を有し、感覚特性曲線（図４０（ｅ）を擬似的に変化させる効果を持つ。そのため、感覚特性の個人差を吸収したり、錯触力覚の誘起効率を高める制御に利用できる。また、図４０（ａ）のように錯触力覚デバイス表面に粘弾性材料を貼り付けた場合と同様に、図４０（ｆ）のように粘弾性材料を指先や身体に貼り付けてもよい。ここで、粘弾性材料は、印加電圧によって応力−歪特性を非線形に制御することができるものであれば、材質・特性を問わない。また、非線形制御ができれば、制御方法も印加電圧による制御に限られない。
【００９６】
図４０（ｂ）のようにモータの回転の加減速を繰り返すと大きなエネルギーのロス及び発熱が起こるが、本手法は、モータの回転速度は一定（図４０（ｃ））、もしくは、加速度比ｆ１／ｆ２が１に近い値であり、印加電圧による特性の変化を行うため本手法のエネルギー消費は、モータの加減速によるエネルギー消費よりも小さく抑え得る。
【００９７】
図４１は、錯触力覚インタフェース装置１０１の制御の一例を示している。  本装置では、モータ１７０４の制御を、モータ１７０４のフィードバック特性を制御するモータフィードバック（ＦＢ）特性制御器と錯触力覚誘起パターンをモータ制御信号に変換する制御信号生成器に分けて制御する。本発明では、モータ回転の位相パターンθ（ｔ）＝Ｆ（ｕ，ＩＩ，ＶＩ，Ｒ）の同期を制御することが肝要であり、時間的に高精度に同期制御する必要がある。そのため手法の一例として、ここではサーボモータの制御用パルス列による位置制御を示す。位置制御としてステップモータを用いた場合には、急な加減速のために簡単に脱調・制御不能になることが多い。そこで、ここではサーボモータによるパルス位置制御を説明する。モータフィードバック（ＦＢ）制御特性の制御とパルス位置制御法によるモータ制御に分離することで、錯触力覚インタフェース装置１０１を多数同期制御して利用する本発明では、異なるモータを使用した場合のモータ制御信号の一貫性、錯触力覚誘起パターン生成の高速化、及び同期制御すべき制御モータ数の増加に容易に対応ができるスケーラビリティが確保される。また、個人差の補正も容易となる。
【００９８】
錯触力覚誘起関数生成器１７０１において、モータＦＢ特性制御器及びモータ制御信号生成器を制御するための制御信号に分離され、モータ制御信号生成器においてモータの位相位置を制御するパルス信号列ｇｉ（ｔ）＝ｇｉ（ｆ（ｔ））が生成され、モータの位相パターンθ（ｔ）が制御される。  本方式では、パルス数によってモータの回転位相をフィードバック制御しており、例えば、１パルスによって１．８°モータが回転する。なお、回転方向は、方向制御信号により、正転・反転が選択される。このパルス制御手法を用いることにより、２つ以上のモータの位相関係を保ちながら、任意の加減速パターン（回転速度、回転加速度）を任意の位相のタイミングで制御する。
【００９９】
図４２（ａ）〜は、錯触力覚インタフェース装置１０１の実装例を示している。  図４２（ａ）や図４２（ｂ）のように、接着テープ１３０１やハウジング１３０２の指挿入部１３０３を用いて指先５３３に装着する。また、指５３３の間に装着したり（４３（ｃ））、指５３３で挟んで（４３（ｄ））使用してもよい。ハウジング１３０２は、変形が少ない硬い材料でもよいし、変形が容易な材料でもよいし、粘弾性を持ったスライム状でもよい。これらの装着方法の変形態として、図４３も考えられる。柔軟な接着及びハウジングによって、錯触力覚デバイスの２つの基本ユニットの位相を制御することにより、左右上下の力覚に加え、膨張感覚、圧縮・圧迫感覚も表現することができる。このように、接着テープ、指挿入部を有するハウジングのように、錯触力覚インタフェース装置１０１を身体などに装着させるものを装着部と呼ぶ。装着部は、上記の接着テープ、指挿入部を有するハウジングの他に、シート型、ベルト型、タイツのように、物や身体に装着できるものならばどのような形態のものでもよい。同様な方法で、指先、掌、腕、大腿など、体の至る所に装着される。  なお、本明細書で扱う粘弾性材料及び粘弾性特性という用語は、粘性及び又は弾性の特性を有するものを示す。
【０１００】
図４３に、その他の、錯触力覚インタフェース装置１０１の実装例を示す。  図４３（ａ）では、錯触力覚デバイス１０７が加速度センサ１０８にノイズ振動として検出されてしまうため、これらを指５３３に対して反対方向に配置することで、振動の加速度センサ１０８への影響を低減させている。また、錯触力覚デバイス１０７の制御信号をもとに加速度センサ１０８で検出されるノイズ振動をキャンセリングすることによってもノイズ混入の低減を図っている。
【０１０１】
図４３（ｃ）〜図４３（ｅ）では、錯触力覚デバイス１０７と加速度センサ１０８の間に耐震材料１４０５を介在させることで、ノイズ振動の混入を抑えさせている。  図４３（ｄ）では、実物体を触りながら錯触力感覚をも知覚する錯触力覚インタフェース装置１０１である。実物体との触感に錯触力覚の感覚を付加している。従来のデータグローブでは、触力覚の提示に指にワイヤを装着して指を引っ張ることにより力覚を提示していた。データグローブを用いて実物体を触りながらも触力覚提示を行うと、実物体から指が離れてしまったり、把持が阻害されるなど、実物体とバーチャル物体の感触を複合することが難しい。錯触力覚インタフェース装置１０１では、このようなことがなく、実物体をしっかりと把持・触れながらもバーチャルな感触も付加する複合感覚（ミックス・リアリティ）を実現している。
【０１０２】
図４３（ｅ）では、さらに、圧力センサ１１０によって測定された実物体との接触及び把持圧に従い錯触力感覚を付加することで、その実物体の把持・接触感触を編集したり、バーチャル物体５３１の感触に置換する。図４３（ｆ）では、図４３（ｅ）の圧力センサの代わりに表面形状や形状変形を測定する形状センサ（例えば、フォトセンサ）を用いて、触感に係る把持物体の形状・表面形状の測定、及び変形による把持力・歪せん弾力・接触の測定を行っている。これらによって、測定された応力・せん弾力及び表面形状を強調した触覚拡大鏡が実現される。顕微鏡のようにディスプレイで微細な表面形状を視覚的に確認するとともに、その形状を触覚的にも確認することができる。また、形状センサにフォトセンサを使用すれば、接触しなくても形状を測定できるため、離れた物体に手をかざすことで物体の形状を体感することができる。
【０１０３】
また、使用状況やコンテキスト（文脈）によってタッチパネル上のコマンドが変化する可変型タッチボタンの場合、特に、携帯電話のようにボタンを押すときに指で隠れてしまう場合などでは、可変型ボタンのコマンドが隠れてしまい読めなくなる。同様に、ＶＲコンテンツにおける仮想空間内の可変型ボタンの場合、メニュー表記やコマンドがコンテキストで変化するため、ボタンを押す場合には今押そうとするボタンの内容がわからなくなる。そのために、図４３（ｅ）のように、錯触力覚インタフェース装置１０１上のディスプレイ１４０６にそれを表示することで、ボタンのコマンド内容を確認しながら錯触力覚ボタンを押し込むことができる。
【０１０４】
バーチャル物体５３１やバーチャル・コントローラでのバーチャル・ボタンの押込み情報及び押込み反力が実物体と同様に違和感なく感じ操作できるためには、押込みと押込み反力の提示との間の時間遅れが問題となる。例えば、アーム型の接地型力覚インタフェースの場合、把持指の位置がアームの角度等で計測され、デジタルモデルとの接触・干渉判定が行われた後、提示すべき応力が計算され、モータの回転が制御され、アームの動き・応力が提示されるため、応答遅れが発生することがある。特に、ゲーム時のボタン操作は反射的に高速に行われるため、コンテンツ側でモニタ・制御していたのでは間に合わないことがある。そこで、錯触力覚インタフェース装置側１０１にも、センサ（１０８，１０９，１１０）をモニタし、錯触力覚デバイス１０７及び粘弾性材料１４０４を制御するＣＰＵ、メモリを搭載して、リアルタイム制御を行うことでバーチャル・ボタンの押込みなどの応答性が向上し、リアリティ及び操作性が向上する。
【０１０５】
また、通信器２０５を有し、他の錯触力覚インタフェース装置１０１との通信を行う。例えば、錯触力覚インタフェース装置１０１を指５本に装着した場合、それぞれの指の動きに連動して、錯触力覚インタフェース装置が形状変形材（図４３（ｂ）の１４０３）で変形したり、バーチャル・コントローラの形状変形や感触、バーチャル・ボタン操作をリアルタイムに行うことで、リアリティ及び操作性が向上する。
【０１０６】
図４３（ａ）では、感覚・筋肉のヒステリシス特性を効果的に利用するために、筋電センサ１１０で筋電反応を測定し、筋肉が縮小する時間及び強度が大きくなるように錯触力覚誘起関数がフィードバック的に補正される。錯触力覚の誘起に影響する要因のひとつに、錯触力覚インタフェース装置１０１の指や掌への装着仕方（挟み方・挟む強さ）、錯触力覚インタフェース装置１０１からの力を受け止める腕へのユーザによる力の入れ方がある。錯触力覚の感度には個人差があり、軽く握った方が錯触力覚を感度良く感じる人もいるし、強く握った方が感度良く感じる人がいる。同様に、装着時の締め付け方によっても感度が変わる。この個人差を吸収するために、圧力センサ１０９や筋電センサ１１０で握りの状態をモニタして、個人差を測定するとともに錯触力覚誘起関数をリアルタイムで補正する。人はコンテンツ中の物理シミュレーションに慣れる・学習することで握り方が適切な方向に学習が進むが、本補正はこれを促進する効果を有している。  図４３（ａ）〜図４３（ｅ）では、部品構成を示すために、錯触力覚インタフェース装置１０１が厚くなっているが、各部品はシート状の薄型にも対応できる。
【０１０７】
図４４（ａ）は、錯触力覚デバイスによって誘起される錯触力感覚に加えて、錯触力に同期させて形状変形用モータ３００２によって錯触力覚インタフェース装置の形状３００１を変形させることによって、誘起される錯触力覚９０５を強調する装置を示している。  例えば図４４（ｂ）のように、釣りゲームに応用した場合、魚による釣り竿の引っ張りに合わせてインタフェースの形状３００１を反らせることにより、錯触力覚９０５によって誘起された釣り糸の張力感覚が更に強調される。このときに錯触力覚なしにインタフェースを変形しただけでは、このようなリアルな魚の引きを体感することはできなく、錯触力覚にインタフェースの変形が加わることでリアリティが向上する。また、図２９（ｃ）のように錯触力覚デバイスの基本ユニットを空間的に並べることにより、形状変形用モータ３００２なしに変形効果を生じさせることができる。  形状の変形は、形状変形用モータ３００２に限らず、形状記憶合金や圧電素子を用いた駆動装置といった形状を変化させることができる機構ならばどんなものでもよい。
【０１０８】
図４５は、錯触力覚デバイス１０７の代替デバイスを示している。  図４５（ａ）の偏心回転子の偏心錘８１４とそれを駆動する偏心モータ８１５の代わりに、図４５（ｂ）〜図４５（ｅ）では錘２３０２と伸縮材２３０３を使用している。例えば、図４５（ｂ）及び図４５（ｄ）は、錘２３０２を支える伸縮材２３０３が、それぞれ、８つの場合と、４つの場合の平面図、正面図、側面図を示している。それぞれ図において、対となる伸縮材２３０３を収縮・膨張させることにより、錘を任意の方向に移動させることができる。その結果、並進的及び回転的な変位・振動を発生させることができる。重心の並進移動や回転トルクを発生・制御できる加減速機構を有するものならば、どのような構造でも代替品として利用できる。
【０１０９】
図４６から図５６は、触力覚ディスプレイもしくはタッチパネルの各種構成を示す。触力覚ディスプレイもしくはタッチパネルは、基材の上に設けられたアクチュエータと、タッチパネルとタッチパネルの変位、圧力、加速度などを検知して変位、圧力、加速度などの位置、回転、テンソルを計測するセンサとを備える。
【０１１０】
図４６、図４７、図４８は、テーブル型の触力覚ディスプレイもしくはタッチパネルの各種構成を示す。
【０１１１】
図４６に、触力覚アクチュエータの基本ユニットが示されており、タッチパネル、センサ、アクチュエータから構成されている。タッチパネル、およびセンサにおいて、位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性などが、スカラー、ベクトル、もしくはテンソルとして、計測される。アクチュエータは、位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性などが、スカラー、ベクトル、もしくはテンソルとして、提示される。ここでは、指先での触力覚情報の知覚について説明をするが、特に指先に限らず、操作者の全身、身体の至るところを想定している。図４７は、触力覚アクチュエータの基本ユニットを、テーブル型、テーブル用に用いた例を示している。指先での操作の他、掌で操作できる。
【０１１２】
図４８は、テーブル型で、壁等に操作者が操作するためのバーチャル・ボタンを備えている。肘などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。
【０１１３】
図４９及び図５１、図５２は、ハンドル型で、自動車のハンドル等アクチュエータ、並びに操作者が操作するためのハンドルの近くにバーチャル・ボタンを備えている。触力覚アクチュエータの基本ユニットを、ハンドル型、ハンドル用に用いた例を示している。図４９は、指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。図５０は、ハンドルに液晶ディスプレイが設けられている。ハンドルを運転中に回わしたとしても液晶ディスプレイの姿勢はそのままの状態に維持される。指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。この時に、液晶ディスプレイなどの視覚情報提示では、視点や視野を確保できるように、ハンドルを回転させても、液晶ディスプレイの姿勢が一定を維持している。
【０１１４】
図５１は、指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。触力覚アクチュエータは、ハンドル全体に配置されており、ハンドルを回転させたり、指、掌、腕がどの位置にあっても、触力覚アクチュエータを使用できる。
【０１１５】
図５２は、指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。ハンドル全体が触力覚アクチュエータになっており、ハンドルを回転させたり、指、掌、腕がどの位置にあっても、触力覚アクチュエータを使用できる
【０１１６】
図５３は、指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。これにより、ドアノブがなくても、ドアノブの感触や操作が可能になる。窓ガラスに曲面液晶パネルと触力パネルが設けられている。同様なことが、物体のボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなど、すべてにおいて行える。
【０１１７】
図５４は、指に触力覚アクチュエータが装着され、図５５は、手首にアクチュエータが装着され、図５６は、アクチュエータが装着され、指でバーチャル・ボタンを押して操作される。図５４は、触力覚アクチュエータの基本ユニットを、リング型、リング用に用いた例を示している。指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。これにより、ドアノブがなくても、ドアノブの感触や操作が可能になる。同様なことが、物体のボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなど、すべてにおいて行える。
【０１１８】
図５５は、触力覚アクチュエータの基本ユニットを、リスト型、リスト用に用いた例を示している。指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。これにより、ドアノブがなくても、ドアノブの感触や操作が可能になる。同様なことが、物体のボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなど、すべてにおいて行える。
【０１１９】
図５６は、触力覚アクチュエータの基本ユニットを、アームリング型、アームリング用に用いた例を示している。指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。これにより、ドアノブがなくても、ドアノブの感触や操作が可能になる。同様なことが、物体のボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなど、すべてにおいて行える。
【０１２０】
図５７は、触力覚アクチュエータの基本ユニットを、身体全身に用いた例を示している。指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。これにより、ドアノブがなくても、ドアノブの感触や操作が可能になる。同様なことが、物体のボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなど、すべてにおいて行える。
【０１２１】
図５８及び図５９は、コントローラと触力覚アクチュエータとを繋ぐ配線の仕方の概略を示す。図５８は、触力覚アクチュエータを並列配列に接続した場合、及び図５９は、クロス配列に接続した場合を示す。
【０１２２】
図６０は、触力覚ディスプレイ・パネルとコンピュータ（ＰＣ）とを通信で情報をやり取りするシステムの概略図を示す。タッチパネルは、アクチュエータ・アレイを装着している、もしくは一体に設けられている。
【０１２３】
本システムは、操作者の感覚特性、錯覚を適用して、操作者に実際の物体を操作したかのような触力覚情報を提示する。具体的には、センサで検知された刺激を基に制御され、人の身体に印加される刺激量と感覚量との関係を示す感覚特性が、非線形や錯覚であることを利用して刺激を制御して触力覚情報が提示される。感覚特性は、前記操作者に与えられる刺激量及び操作者の操作によってもたらされる刺激量の少なくとも１つの刺激量と操作者に提示される感覚量とを備え、感覚量は物理的に存在し得ない感覚量である。
【０１２４】
ここで、システムは、物体から、もしくは、物体への刺激を提示し、そして操作者の操作に合わせて操作者に印加される刺激が制御される。最小限の部品は、触力覚アクチュエータおよびコントローラから構成されており、部品として使用することができる。この部品を集積し、アクチュエータ・アレイとすることで、触力覚情報提示機能を有する映像タッチパネルが構成される。触力覚情報提示システムは、この部品、およびその他のモジュール等を用いて、タッチ・ディスプレイなどのシステムが構成される。このように、アクチュエータ・アレイとして集積することで、平面、曲面、立体などの様々な形状や大きさの触力覚情報提示システムを構成することができる。
【０１２５】
触力覚アクチュエータに取り付けられたセンサにより、センサにおける位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性が測定され、その情報がコントローラに送られて、触力覚アクチュエータを制御するための制御信号が計算されて、触力覚アクチュエータに送られ、触力覚アクチュエータが制御される。触力覚アクチュエータは、パネル型およびディスプレイ型のセンサ機能および提示機能を備え、コントローラにおいて、指や掌などの身体の動きにともなう、変位、運動量、振動振幅、変位刺激、振動刺激、刺激強度の時間変化などが計算され、制御アルゴリズムに基づき、センサでモニタされた指や掌などの身体の動きや圧力などに合わせて、触力覚アクチュエータの位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性などが制御され、ヒトなどに、圧覚、触覚、力覚などの触力覚情報が提示される。
【０１２６】
制御信号は、力情報（ｔ）、振幅情報（ｔ）などが駆動電圧等で表現されており、アクチュエータは、モータ、ピエゾ、人工筋肉、記憶合金、分子モータ、静電、コイル、磁力、静電気、その他、変位・振動を発生するものならば、デバイス・動作原理は問われない。
【０１２７】
その結果、平面、曲面、立体形状で構成されたパネル、ディスプレイが、筐体等に、固定もしくは微小変位・微小振動するように設置されているにも関わらず、差し込み感、押込み感、めり込み感、深さ感、押し戻され感、浮き上がり感、振動・振幅の収束感、振動・振幅の残響感、変位・移動の方向感覚、ズブズブ感、硬さ感、ソフト感、立体的な感触が感じられる。物理的には、そのような感覚が再生・提示されていないにも関わらず、感覚的にはそのような感覚、および、身体的な反応・反射が体験される。また、情報端末等において、平面・平坦なパネルにも関わらず、ボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなどの物体の操作感触がリアルに得られることが可能となる。
【０１２８】
上記以外にも、文具、ノート、ペン、家電、看板、サイネージ、キオスク端末、壁、テーブル、椅子、マッサージャー、乗り物、ロボット、車椅子、食器、シェイカー、シミュレータ（手術、運転、マッサージ、スポーツ、歩行、楽器、工芸用、絵画用、芸術用）などに利用可能である。
【０１２９】
図６１は、触力覚ディスプレイ・パネルシステムの集積化された各種構成を示す。タッチパネルに複数個のアクチュエータが取り付けられている。アクチュエータは、アレイ状であってもよい。タッチパネルにアクチュエータが集積化されていてもよい。複数モジュールから構成されたユニット、集積されたアレイタイプ、表面に配置された球体・立体タイプ、その球体・立体の中にも詰まったソリッド・タイプがあげられる。このように、アクチュエータ・アレイとして集積することで、平面、曲面、立体などの様々な形状や大きさの触力覚情報提示システムを構成することができる。
【０１３０】
図６２は、触力覚ディスプレイ・パネル設けられたアクチュエータをアレイ状に配置しており、そしてこれらをリンク機構、振動緩衝剤もしくは緩衝機構を介して取り付けられている。振動緩衝剤もしくは緩衝機構を介さなくてもよい。複数モジュールは、単に、平面、曲面、立体に配置されたもの、各モジュールが、リンク機構でつなげられたもの、振動緩衝剤・緩衝機構でつなげられたもの、独立したものなど、様々な配置方法がある。
【０１３１】
図６４から図６７は、触力覚デバイスの基本モジュールの解略図を示す。触力覚デバイスの基本モジュールは、ボタン感、摩擦感、凹凸感の触力覚の感覚、痛感、バーチャル物体の存在感、表現感をデジタル化、デジタル表現をする。指や身体等の接触、動きに合わせた変位、回転、変形、振動等の物理量・刺激による触力覚及び錯触力覚の提示を行う。そして、接触、動き等の変位、回転、速度、加速度、圧力、力をフォトデバイス、歪、しなり、抵抗、導電、静電容量、音波、レーザ等を用いたセンサで計測する。センサ信号は、物体により及び又は物体への位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘度、弾性の少なくとも１つを備える刺激を備える。これにより、ボタン感、摩擦感、凸凹感といった触力覚の感覚、痛覚、および、バーチャル物体の存在感・感触が表現される。
【０１３２】
パネルは、自由な平面、形状に対応可能である。これにより、自由なデザインが可能となる。触力覚に関する瞬間的な変化のデジタル表現は可能である。タッチパネルに触れる前のタッチパネル付近での動作をモニタすることでタッチパネルに接した時のリアルタイム応答特性の向上を図ることができる。動きなどの変位、回転、速度、加速度、圧力、力を非接触センサ等で計測する。よって衝突感、衝撃感が表現される。触力覚に関する接し状態をデジタル表現できる。指の接し角度、接した面積、指の湿り気、等の接し状態をモニタして、その状態を反映した制御が可能にで、よってなぞり感表現を向上できる。
【０１３３】
図６８〜図７８は、パネル型モジュールの概略図である。触力覚デバイスの基本モジュールは、ボタン感、摩擦感、凹凸感の触力覚の感覚、痛感、バーチャル物体の存在感、表現感をデジタル化、デジタル表現をする。指や身体等の接触、接触位置、動きに合わせた変位、回転、変形、振動等の物理量・刺激による触力覚及び錯触力覚の提示を行う。そして、接触、接触位置、動きに合わせた変位、回転、変形、振動等の物理量、刺激及びその刺激のタッチパネル上の空間バランス、強度分布、時間変化による触力覚及び錯触力覚を提示する。よって、刺激の空間バランス、強度分布、時間変化による、力、物体、存在感の移動、伝搬、形状変化の感覚（ファントム・センセーション）が可能になり、硬質パネルにおける物体、存在感を提示できる。また、硬質パネルにも関わらず、物体、立体物、およびその存在感を提示することができる。
【０１３４】
図６９は、フォトインタラプトを基材に設置したタッチパネル構造を示す。フォトインタラプトは、距離、変化を検出して、ボタンの押し込み感覚（沈み込みピッチ、深さ）を知覚する。よって硬質パネルにおけるボタン感覚をデジタル表現することで用途や好みに合わせて適応的に質感、感触表現を瞬時に変えることができる。
【０１３５】
図７０、図７１及び図７２は、タッチパネルにアクチュエータが宙吊り構造に取り付けられた構造を示す。図７０は、タッチパネルのほぼ中央にアクチュエータが宙吊り構造に取り付けられた構造を示す。
【０１３６】
図７１は、アクチュエータがタッチパネルの両端に宙吊り構造に取り付けられた構造を示す。図７０及び図７１の構造では、パネルと壁との間には、側壁に粘弾性材料や、振動緩衝剤を設けることが好ましい。
【０１３７】
図７２は、アクチュエータがタッチパネルの両端側に宙吊り構造に取り付けられた構造を示す。図７２の構造では、パネルと壁との間には、側壁に低摩擦材料を設けることが好ましい。これら構造により、触力覚の感覚強度及びその効果を増加させることができる。図７１の構造では、タッチパネル、アクチュエータ部分を浮かせた、６自由度の変位・振動の３Ｄスピーカ機構によりタッチパネルを通して、指、身体に伝達する物理量、刺激量を増やすことができ、物理量、刺激量の増加に伴う、また、図７１のアクチュエータ部分をタッチパネルの両端に、また図７２では、慣性アクチュエータがタッチパネルの両端側に取り付けられている構造を備えることにより、タッチパネルを通して、指、身体に伝搬する物理量、刺激量を増やすことができる。触力覚の感覚量を増加し、さらに押し込み感覚量、沈み込みピッチ、深さ感覚を増加する。ＩｏＴ用デバイスに適用できる。実装場所を選びことなしに感覚量、効率を増加できる
【０１３８】
図７３から図７７は、タッチパネルに液晶ディスプレイを組み込むだタッチパネルモジュールの概略図を示す。図７３タッチパネルモジュールは、タッチパネルの両側に配置された１対のモジュールの空間部分に液晶パネルを配置されている。タッチパネルとアクチュエータとは、互いに分離されているため液晶パネルの映像がぶれないでかつ振動しない。液晶パネルに映しだされた物体の触覚、感触の提示及び存在感が提示される。２Ｄモデルによる３Ｄ物体の触感、感触の疑似的な表現が可能となる。
【０１３９】
図７４及び図７５は、薄型のタッチパネルモジュールの概略図を示す。図７４は、図７３と同じ配置を示す。図７５は、タッチパネルの両端にそれぞれアクチュエータが配設されているため、スマートフォン等の薄型機器に実装が可能である。
【０１４０】
図７６は、図７３〜図７５のタッチパネルモジュールのタッチパネルの表面上にスクリーンを設け、スクリーンの上方にプロジェクタを配設したタッチパネルモジュールシステムの概略図を示す。これにより、映像のデジタル触力覚機能が実現できる。プロジェクタによる映像投影と触力覚タッチパネルが制御される。
【０１４１】
図７７は、図７３〜図７６のタッチパネルモジュール上に五感情報提示機が配設されている概略図である。五感情報提示機の設置により視覚、聴覚、触覚等の五感活用によるリアリティの向上が図れる。また、映像、音響、触り心地、匂い、味等の五感を利用できる。触力覚情報にオブジェクトとして一致した、または一致しない（ミスマッチ）の五感情報との相互効果で錯覚を増強、促進する、また現実には存在しない感覚を拡張できる。
【０１４２】
図７８は、マルチタッチ用アレイユニットの概略図を示す。基本的な移動感覚・運動感覚を提示する。各パネルごとの変位方向の位相制御を行い、移動刺激による単なる変位以外の移動・運動感覚の表現できる。固定式パネルによる回転感覚を提示する。
【０１４３】
図７９は、複雑な運動感覚を提示する。各パネルごとに変位方向の位相制御と指先で感覚合成制御して、膨張感、圧迫感、ねじれ感、膨張感、圧迫感を提示する。固定式パネルによる変形感覚を提示する。
【０１４４】
図８０は、複雑な運動感覚を提示する。各パネルごとに変位方向の位相制御と知覚・認知層における感覚合成して、マルチタッチ感覚を合成制御して、膨張感、圧迫感、ねじれ感を得て、膨張感、圧迫感を提示する。固定式パネルによる変形感覚を得る。
【０１４５】
図８１は、一つのデバイスによる触覚・力覚を提示する。パネル毎に異なる成分［触覚・力覚］の再生する感覚合成制御を行う。指圧によるＺ方向圧覚駆動およびＸ−Ｙ変位トリガーによる制御を行い、Ｚ方向による触覚・力覚の同時提示する。複数の共振ピークを実現する。
【０１４６】
図８２は、一つのデバイスによる触覚・力覚を提示する。パネル毎に異なる成分（触覚・力覚）を再生する。指圧によるＺ方向圧覚駆動およびＸ−Ｙ変位トリガーによる制御、Ｚ方向の圧覚を生成・制御を行い、パネルによる触覚・力覚の同時提示する。複数の共振ピークを実現する。
【０１４７】
図８３は、一つのデバイスによる触覚・力覚を提示する。パネル毎に異なる成分（触覚・力覚）を異なるタイミングで再生する。合成の仕方はこれに限らない。触覚・力覚の相互マスキングなどの相互効果を避ける。子音・母音を提示する。
【０１４８】
図８４は、誘起パターンを制御して前変位、後変位を制御する。図８５は、一つのデバイスによる触覚・力覚を提示する。パネル毎に異なる成分（触覚・力覚）を異なるタイミングで再生する。重なっている場合と、重ならない部分がある場合。合成の仕方はこれに限らない。触覚・力覚の相互マスキングなどの総合効果を避ける。子音・母音を提示する。
【０１４９】
図８６は、一つのデバイスによる触覚・力覚を提示する。パネル毎に異なる成分（強度・振幅、周波数、波形、位相）を提示する。波形比較、差分、位相差、相乗効果によって、成分とは異なる感覚を生成する。図８７は、一つのデバイスによる触覚・力覚を提示する。パネル毎に異なる成分（強度・振幅、周波数、波形、位相）を提示する。波形比較、差分、位相差、相乗効果によって、成分とは異なる感覚を生成する。
【０１５０】
図８８は、触力覚における尖った山頂凸感覚をボタン形状感覚生成して提示する。中央近くほどパネル振幅が大きく。遠ざかると小さくなる。山頂での感覚（引き戻し・追い越し感覚）を提示する。パネルによる尖った勾配凸感覚を提示する。図８９は、触力覚における半円柱凸感覚を提示する。刺激・変位の強度・振幅を制御する。山越え（引き戻し・追い越し）を提示する。パネルによる凸感覚を提示する。
【０１５１】
図９０は、触力覚における凹ギャップ感覚を提示する。抵抗感を一瞬なくして、ギャップ感覚を提示する。パネルによる凹んだギャップ感覚を提示する。
【０１５２】
図９１は、ボタン間での指移動（わたり感覚）を誘導感覚制御する。刺激・変位の強度・振幅を制御する。ボタン間に留まり難く、ボタンへ誘導される。平面パネル上で、ポテンシャル場のアトラクターのように指移動を誘導する。パネルからポインタを操作してボタン間を移動する。ポインタがボタン領域から出ると次のポインタまで誘導される。誘導区間中央に近づくほどパネル振幅が大きくなる（遠ざかると小さくなる）。誘導区間中央で力覚方向が切り替わる。
【０１５３】
図９２は、ボタン間の誘導感覚を制御してエッジ感、端点感覚を提示する。誘導区間終了時に、クリック変位する。エッジの存在感、ボタンの浮き上がり感が得られる。パネルからポインタを操作してボタン間を移動する。ポインタがボタン領域から出ると次のポインタまで誘導される。誘導区間中央に近づくほどパネル振幅が大きくなる（遠ざかると小さくなる）。誘導区間中央で力覚方向が切替わる。
【０１５４】
図９３ボタンの誘導感覚を制御してエッジ感を提示するエッジ部分に、マスキング変位（振動）を生じる。エッジの存在感、平面パネルでのボタンの段差・凹み感を得る。パネルからポインタを操作してボタン間を移動する。ポインタがボタン領域から出ると次のポインタまで誘導される。誘導区間中央に近づくほどパネル振幅が大きくなる（遠ざかると小さくなる）。誘導区間中央で力覚方向が切り替わる。
【０１５５】
図９４は、スライダを触力制御して安定的触力覚を提示する。パネルからポインタを操作してボタン間を移動、ポインタかボタン領域から出ると次のボタンまで誘導、誘導区間中央に近くほど＠パネル振幅が大きくなる（遠ざかると小さくなる）、誘導区間中央で力覚方向を切換わる。スライダ感覚を得る。
【０１５６】
図９５は、スライダを触力覚制御して安定的触力覚を提示し、スライダ端点でクリック変位を発生する。スライダ感覚を得る。図９６は、スライダの感覚制御を示す。
【０１５７】
図９７は、スウィープ時の安定的な触力覚を提示する。静摩擦時、動摩擦時のケース分けして制御する。安定した触力覚を提示する。異なる制御モードで安定提示する。図９８は、スウィープ時の動摩擦制御（等周期化）して安定的な触力覚を提示する。切断変位によるコヒーレントな位相を制御する。安定した触力覚を提示する。異なる制御モードで安定を提示する。
【０１５８】
図９９は、スウィープ時の静摩擦制御して安定的な触力覚を提示する。指（身体）を固定し、バーチャルスライダを動かす。バーチャルスライダを固定し、指をスライドさせ、往復運動。スライダ感覚。図１００は、スウィープ時の静摩擦制御により安定的な触力覚を提示する。指（身体）を固定し、バーチャルスライダを動かす。バーチャルスライダを固定し、指をスライドし、端まで来たら指をリセット（パネル面から指を浮かす）。スライダ感覚。
【０１５９】
図１０１は、スウィープ時の静摩擦制御により安定的な触力覚を提示する。指（身体）を固定し、バーチャルスライダを動かす。バーチャルスライダを固定し、指をスライドし、端まで来たら指をリセット（切断変位）。スライダ感覚。図１０２は、スウィープ時の動摩擦制御により安定的な触力覚を提示する。指（身体）を固定し、バーチャルスライダを動かす。バーチャルスライダを固定し、指をスライドさせる。摩擦が張力限界を超えた時、接触固定が外れる。スライダ感覚。
【０１６０】
これらのスウィープ波形、クリック波形、切断波形は、振動で良いし、任意の波形でも良い。任意波形は、所望の触感・感触に合わせた、様々な波形パターンが存在している。直線的な増加・減少や、正弦波的な振動、基本周波数成分の組合せにとどまらず、シンセサイザーで楽器の音色や音楽を創造するかのように、任意波形のデザイン、振幅変調、周波数変調、畳み込み、およびその組合せなどによって、様々な触感・感触を表現することができる。
【０１６１】
図１０３は、ボタンの押し込み感覚を制御して提示する。―押下圧力上昇時の閾値１と下降時の閾値２を超えたタイミングでパネルに変位を加える。―閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの固さを表現。へこまないパネルなのに、押込深さ感覚を体感。物理的なへこみなしに、へこみ感覚。
【０１６２】
図１０４は、ボタンの押込を制御して押し込みボタン感覚を提示する。―押下圧力上昇時の閾値１と下降時の閾値２を超えたタイミングでパネルに変位を加える。―閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの固さを表現する。へこまないパネルなのに、押込深さ感覚を体感。物理的なへこみなしに、へこみ感覚。
【０１６３】
図１０５は、ボタンの押込感覚を制御して提示する。閾値を複数設定することで半押しなどの感覚を表現する。カメラのシャッターのような半押し感覚。シャッターフォーカスの保持感覚。図１０６は、シャッターボタンの押込感覚を制御して提示する。閾値を複数設定することで半押しなどの感覚を表現する。カメラのシャッターのような半押し感覚。シャッターフォーカスの保持感覚。
【０１６４】
図１０７は、ボタンの押し込み感覚を制御して提示する。押し込みと解放を分ける（１回目は解放無、２回目は解放有）。図１０８は、ボタンの押込感覚をラッチ制御して提示する。押込と解放を分ける（１回目は解放無、２回目は解放有）
【０１６５】
図１０９は、ノッチ用パルス閾値を等間隔に制御する。ミルフィーユ、チョコでカバーされたアイスクリームにナイフを入れた感覚。図１１０は、ノッチ用パルス閾値を不等感覚に制御する。図１１１は、ノッチ用パルス閾値を等間隔に制御する。ミルフィーユ、チョコでカバーされたアイスクリームにナイフを入れた感覚。
【０１６６】
図１１２は、ノッチ用パルス閾値を等間隔に制御する。ミルフィーユ、チョコでカバーされたアイスクリームにナイフを入れた感覚。図１１３は、ノッチ用パルス閾値を等間隔に制御する。ミルフィーユ、チョコでカバーされたアイスクリームにナイフを入れた感覚。図１１４は、ノッチ用パルス閾値を不等間隔に制御する。ミルフィーユ、チョコでカバーされたアイスクリームにナイフを入れた感覚。
【０１６７】
図１１５は、押し込み感覚ボタンをヒステリ制御する。押下圧力時の閾値と下降時の閾値を超えたタイミングでパネルに振幅を加える。閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの固さを表現する。
【０１６８】
図１１６は、押し込み感覚ボタンを指圧関数制御する。押下圧力上昇時の閾値１と下降時の閾値２を超えたタイミングでパネルに振幅を加える。閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの固さを表現図１１７は、押下圧力上昇時の閾値１と下降時の閾値２を超えたタイミングでパネルに振幅を加える。波形の適応を制御する。閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの固さを表現する。
【０１６９】
図１１８は、押し込み感覚ボタンを３Ｄ的に変位振幅面（位相）を押し込み、閾値に応じて制御する。押下圧力上昇時の閾値１と下降時の閾値２を超えたタイミングでパネルに振幅を加える。閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの固さを表現
【０１７０】
図１１９は、押し下げ圧力上昇時の閾値１と下降時の閾値２を超えたタイミングでパネルに振幅を加えて押し込み感覚ボタンを状況に合わせて制御する。閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの固さを表現。押す下圧力上昇時の閾値と下降時の閾値を超えたタイミングでパネルに振幅を加える。閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの硬さを表現する。
【０１７１】
図１２０は、押し下げ圧力上昇時の閾値１と下降時の閾値２を超えたタイミングでパネルに振幅を加える。閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの硬さを表現する。押し下げ圧力上昇時の閾値１と下降時の閾値２を超えたタイミングでパネルに振幅を加えて押し込み感覚ボタンを状況に合わせて制御する。
【０１７２】
図１２１は、押し込み感覚ボタンを時間パターンで制御する。図１２２は、ノッチ用パルス閾値を等間隔に制御する。図１２３は、ノッチ用パルス閾値を等間隔にパルス幅振幅制御する。図１２４は、ノッチ用パルス閾値を等間隔に波形制御する。図１２５は、ノッチ用パルス閾値を等間隔にマスキング制御する。
【０１７３】
図１２６は、押し込み感覚ボタンを動・静摩擦制御して押下圧力上昇時の閾値１と下降時の閾値２を超えたタイミングでパネルに振幅を加える。閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの硬さを表現する。図１２７は、押し込み感覚ボタンを位相制御して押下圧力上昇時の閾値１と下降時の閾値２を超えたタイミングでパネルに振幅を加える閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの固さを表現
【０１７４】
図１２８は、押し込み等間隔を制御して、押下圧上昇時のみ、複数設けた閾値を超えたタイミングでパネルを振幅させる。ノッチの振幅は高周波を使用。ボタンと組み合わせてノッチボタンを表現。図１２９は、押し込み不等間隔を制御して、押下圧上昇時のみ、複数設けた閾値を超えたタイミングでパネルを振幅させる。ノッチの振幅は高周波を使用。ボタンと組み合わせてノッチボタンを表現
【０１７５】
図１３０は、閾値等間隔を制御して、押下圧上昇時のみ、複数設けた閾値を超えたタイミングでパネルを振幅させる。ノッチの振幅は高周波を使用。ボタンと組み合わせてノッチボタンを表現。
【０１７６】
図１３１は、触力覚ダイヤルを制御関数で制御する。位置位相ごとに変位方向を制御。変位は３Ｄ方向に制御可能。様々なダイヤル感触を実現。平板パネルでリアルなダイヤル感触。物理的・アナログなダイヤル機構が不要。図１３２は、パネルからポインタを操作してダイヤルを加速度感で回す。ダイヤルの接線と平行にパネルを振幅させて加速感を実現する。滑り表現ではさらにダイヤル回転方向に力覚を出すように制御する。
【０１７７】
図１３３は、パネルからポインタを操作してダイヤルを抵抗感で回す。ダイヤルの接線と直角にパネルを振幅させて抵抗感を実現する。図１３４は、パネルからポインタを操作してダイヤルを水平加速感で回す。ダイヤルの接線と直角にパネルを振幅させて水平加速感を表現する。図１３５は、パネルからポインタを操作してダイヤルを可変感触で回す。ダイヤルの接線と任意の角度にパネルを振幅させて可変感触を表現する。各位置ごとに変位方向の位相を変化させることでさまざまな感触が生成される。図１３６は、パネルからポインタを操作してダイヤルをランダム感で回す。ダイヤルの接線と直角にパネルを振幅させてランダム感を表現する。
【０１７８】
図１３７は、ダイヤルをカチカチ感で、一定の位置位相ごとにクリック変位を起こさせて平面パネルローダーエンコーダ的感触、デジタルダイヤル感、ボリームつまみ感を実現する。
【０１７９】
図１３８は、ボリュームの円周上の円周誘導操作感、指が円周内に留まったり、円周上を指が動くような感覚、実際の回転ボリュ−ムを回転させたときの円周的動作感覚を一定の位置位相ごとに求心的触力覚を提示する。図１３９は、ボリュームの円周上の操作感、実際に回転ボリュームを回転させた時の円周誘導感、抵抗感をもって動作感覚を表現できる。一定の位置位相ごとに求心的触力覚と、抵抗的触力覚とを交互もしくは時間、排他的に提示すると同時にボリュームを回転させる時の円周的動作感覚を実現する。
【０１８０】
図１４０は、ボリューム調整と確定動作の触力覚を表現する。一定の位置位相ごとにクリック変位を与え、クリック変位によるロータリー・ボリューム感、確定用のクリック変位によってボタン押し込み感、平面パネルでのボリューム操作・確定・スイッチ感覚を実現する。
【０１８１】
図１４１は、触力覚ダイヤルの感触バリエーションを増やす。位置位相ごとに変位方向、変位のさせ方を制御する。変位は、３Ｄ方向に制御可能である。様々なダイヤル感触、手応えを実現し、警告、注意を促す、方向提示の使い分け。開いたパネルで適宜、適時、適所に様々なダイヤル感触、手応えを提示する。状況に合わせて、適時的に感触、手応えを制御する。
【０１８２】
図１４２は、錯力覚は、デバイスのサイズ、形状を変化させて重量によって非線形に変化する。知覚音圧、知覚トルク強度を可変する。図１４３は、触力覚の閾値、知覚量は、デバイスサイズで変化させる。知覚トルク強度は、トルクから重量を差し引いて得られる。知覚量には最適デバイスサイズがある。
【０１８３】
図１４４は、質感は、圧覚（接触感）；圧、温冷、触覚；ミクロ的時間構造、力覚；マクロ的時間構造、振動感；周波数で形成される。図１４５は、多彩なマクロ、ミクロ的な時間構造が質感を表現する、質感構造のデータベースを示す。
【０１８４】
図１４６は、波形を制御して２Ｄ振幅方向を制御する。Ｘ軸、Ｙ軸の波形合成でパネル面の任意軸に対する振幅を生成する。
【０１８５】
図１４７は、多数のタッチパネルをアレイ状に配設して、各タッチパネル毎にアクチュエータが設けられている。これにより、各パネル毎に変位方向の位置を制御することができ、ピッチ感、握り感、切裂感、回転感を実現でき、マウス操作の微妙な加減を直観的に実現できる。図１４８は、錯触力誘起関数生成器を使用して個人の特性を測定するシステムを示す。
【０１８６】
図１４９は、アクチュエータの制御方法を示すフローチャートである。
【０１８７】
図１５０〜図１５２に応用例とその効果を示す。図１５０は、個人のプロファイリングをダイヤル、ポインタを使用して実現する。筆跡判定のように操作プロファイル、生理情報によって分析して個人ＩＤ、心理状態、健康状態、疲労度を推定する。
【０１８８】
図１５１は、多数のタッチパネルをアレイ状に配設して、各タッチパネル毎にアクチュエータが設けられている。これにより、各パネル毎に変位方向の位置を制御することができ、前進感、後退感、せん断・切り裂き感、拡大・ピンチ感、にぎり感、回転感を実現でき、これにより映像、及び指先の動かし方、力の入れ方に合わせて臓器等の身体の状態（硬さ、柔らかさ、形状等）を提供することで触診トレーニングを実現できる。
【０１８９】
図１５２は、ＶＲ環境生成装置間を通信で結ぶことにより遠隔同期操作が可能となる。応用例のように、情報端末等において、平面・平坦なパネルにも関わらず、ボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなどの物体の操作感触がリアルに得られることが可能となる。様々な感触を提示することができるため、文具、ノート、ペン、家電、看板、サイネージ、キオスク端末、壁、テーブル、椅子、マッサージャー、乗り物、ロボット、車椅子、食器、シェイカー、シミュレータ（手術、運転、マッサージ、スポーツ、歩行、楽器、工芸用、絵画用、芸術用）などに利用可能であり、差し込み感、めり込み感、深さ感、戻され感、浮き上がり感、収束感、残響感、方向感覚、ズブズブ感、硬さ感、ソフト感、ツルツル感、ヌメヌメ感、ヌルヌル感、ザラザラ感、でこぼこ感、チクチク感、コチコチ感、コツコツ感、プニュプニュ感といった触感・感触といった付加価値を製品に付加することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１９０】
本発明を実施することにより、バーチャルリアリティの分野において用いられる機器、ゲーム・アミューズメント・エンタテイメントの分野において用いられる機器、ＩＴ分野において用いられる携帯通信機器、情報端末機器、ナビゲーション機器、携帯情報端末機器、自動車・ロボット分野において用いられる機器、医療・福祉分野において用いられる機器、宇宙開発の分野において用いられる機器、などに搭載され得る、有用なマンマシンインタフェースを実現することができる。
【０１９１】
より具体的に述べると、例えばバーチャルリアリティや情報家電の分野においては、本発明を適用したマンマシンインタフェースを介して人に触覚・感触などの触力覚情報を提示したり、抗力あるいは反力などを与えて人の動きを制限することにより、仮想空間および実空間における物体の存在や衝突による衝撃や機器の操作感覚を提示することができる。また、携帯電話機，携帯型ナビゲーション機器などに上記インタフェースを搭載することにより、操作者の皮膚を介して、従来には見られなかった各種多様な指示・案内等を実現することができる。
【０１９２】
平面・平坦なパネルにも関わらず、ボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなどの物体の操作感触がリアルに得られることが可能となる。様々な感触を提示することができるため、文具、ノート、ペン、家電、看板、サイネージ、キオスク端末、壁、テーブル、椅子、マッサージャー、乗り物、ロボット、車椅子、食器、シェイカー、シミュレータ（手術、運転、マッサージ、スポーツ、歩行、楽器、工芸用、絵画用、芸術用）などに利用可能であり、差し込み感、めり込み感、深さ感、戻され感、浮き上がり感、収束感、残響感、方向感覚、ズブズブ感、硬さ感、ソフト感、ツルツル感、ヌメヌメ感、ヌルヌル感、ザラザラ感、でこぼこ感、チクチク感、コチコチ感、コツコツ感、プニュプニュ感といった触感・感触といった付加価値を製品に付加することができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2020098649.tif 000164
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
2020098649.tif 000190
【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
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【図８３】
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【図８４】
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【図８５】
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【図８６】
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【図８７】
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【図８８】
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【図８９】
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【図９０】
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【図９１】
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【図９２】
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【図９３】
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【図９４】
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【図９５】
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【図９６】
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【図９７】
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【図９８】
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【図９９】
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【図１００】
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【図１０１】
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【図１０３】
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【図１０４】
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【図１０５】
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【図１０６】
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【図１０７】
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【図１０９】
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【図１１０】
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【図１１１】
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【図１２８】
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【図１３０】
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【図１４０】
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【図１４７】
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【図１５０】
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【図１５１】
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【図１５２】
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