(57)【要約】      （修正有）【課題】皮膚を通じて感覚器に電流を印加する触覚提示装置として機能し、触覚情報と視覚情報を統合的に提示することのできる表示装置を提供する。【解決手段】触覚提示装置の電極基板１０は、光透過性の基板層１と、基板層１及び触覚提示を受ける対象の表皮の間に位置する、電極２と、基板層１及び表皮の間に位置し、電極２と電気的に接続可能な配線４を備える、配線層と、配線４及び表皮の間に位置する、光透過性の絶縁層３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性の基板層と、
前記基板層及び触覚提示を受ける対象の表皮の間に位置する、電極と、
前記基板層及び前記表皮の間に位置し、前記電極と電気的に接続可能な配線を備える、配線層と、
前記配線及び前記表皮の間に位置する、光透過性の絶縁層と、
を備える触覚提示装置の電極基板。
【請求項２】
触覚提示する面における、前記電極及び前記表皮の間の抵抗値が３．５ＭΩ／ｍｍ２より小さく、
複数の前記電極はアレイ状に配列し、
隣り合う電極列と電極列との間の、電極中心間距離が２．０〜３．０ｍｍである、
請求項１に記載の電極基板。
【請求項３】
前記配線層及び前記電極を、前記基板層の表面に積層してなる、請求項１又は２に記載の電極基板。
【請求項４】
前記電極は、前記配線層及び前記表皮の間に位置する、請求項１又は２に記載の電極基板。
【請求項５】
前記電極の、前記表皮の側の面が露出している、請求項１〜４のいずれかに記載の電極基板。
【請求項６】
前記電極の、前記表皮の側の面を被覆する、光透過性の高抵抗層をさらに備える、請求項１〜４のいずれかに記載の電極基板。
【請求項７】
前記電極及び／又は前記配線は光透過性を有する、請求項１〜６のいずれかに記載の電極基板。
【請求項８】
前記配線は長いものほど、線幅が大きい、請求項１〜７のいずれかに記載の電極基板。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の電極基板と、
前記配線に電気的に接続可能な電源部と、を備え、
前記配線の一線当たりの配線抵抗値は２０ｋΩ以下であり、
前記電源部は、前記電極基板に３００〜３５０Ｖの電圧及び２〜１０ｍＡの電流を印加する、
触覚提示装置。
【請求項１０】
前記基板層と前記配線層との間に位置する、インデックスマッチング層をさらに備える、請求項１〜８のいずれかに記載の電極基板と、
前記表皮の側に、表示面を有する表示部と、を備え、
前記電極基板は、前記表示面と前記表皮との間に位置する、
表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は触覚提示装置の電極基板、並びにこれを備える触覚提示装置及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気触覚提示装置（触覚提示装置）は、皮膚等に触覚等を提示する装置である。特許文献１には指先の皮膚に接触した電極から皮膚内又は皮下の感覚神経を刺激するものが開示されている。かかる触覚提示装置は、例えば、２次元マトリクス状に配置した電極により、皮膚を通じて感覚器に電流を印加する。かかる電極のうち、刺激したい場所の電極を電流源、その他の電極をグランドとする。
【０００３】
これにより、皮膚内に電流源電極からグランド電極に向う電流経路を形成して感覚神経末端の受容器を刺激する。電極に電流源とグランドのいずれかを接続するかは、例えばスイッチング回路の切り替えにより行う。かかる方法により、指先の皮膚に触覚を提示する。
【０００４】
特許文献２には、額の皮膚に触覚を提示する装置が開示されている。かかる装置は画像を触覚情報に変換して、例えば、目の不自由な使用者が視覚情報を間接的に把握するためのディスプレイとして動作する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４３６０４９７号公報
【特許文献２】特許第５０５７０６８号公報
【特許文献３】特許第３９２９８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の触覚提示装置は、触覚情報の空間解像度に優れたものである。しかしながら、かかる装置は触覚の提示のみ行うため、視覚情報と統合的に提示することができない。また、特許文献２に記載の装置は、視覚情報を触覚情報に変換するものであるため、例えば指先で振れたものの触覚情報と統合して提示することができない。
【０００７】
特許文献３には、皮膚の接した面に、視覚情報を提示する装置が開示されている。かかる装置では、皮膚への電流印加ではなく、電極表面に生じる静電吸引力を利用して皮膚の接するスライダーに摩擦力を生じ、操作者にスライダーを通じて触感を提示する。しかしながら、スライダーが動かなければ触感が提示できない。また、装置の電極の構造が複雑であり大面積化が難しい。
【０００８】
本発明は、皮膚を通じて感覚器に電流を印加する触覚提示装置として機能し、触覚情報と視覚情報を統合的に提示することのできる表示装置を提供することを目的とする。またかかる表示装置のための電極基板及び触覚提示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の触覚提示装置の電極基板は、光透過性の基板層と、前記基板層及び触覚提示を受ける対象の表皮の間に位置する、電極と、前記基板層及び前記表皮の間に位置し、前記電極と電気的に接続可能な配線を備える、配線層と、前記配線及び前記表皮の間に位置する、光透過性の絶縁層と、を備える。
【００１０】
触覚提示する面における、前記電極及び前記表皮の間の抵抗値が３．５ＭΩ／ｍｍ２より小さいことが好ましい。複数の前記電極はアレイ状に配列することが好ましい。隣り合う電極列と電極列との間の、電極中心間距離が２．０〜３．０ｍｍであることが好ましい。
【００１１】
前記配線層及び前記電極を、前記基板層の表面に積層してなることが好ましい。前記電極は、前記配線層及び前記表皮の間に位置することが好ましい。前記電極の、前記表皮の側の面が露出していることが好ましい。前記電極の、前記表皮の側の面を被覆する、光透過性の高抵抗層をさらに備えることが好ましい。前記電極及び／又は前記配線は光透過性を有することが好ましい。前記配線は長いものほど、線幅が大きいことが好ましい。
【００１２】
本発明の触覚提示装置は、前記電極基板と、前記配線に電気的に接続可能な電源部と、を備える。前記配線の一線当たりの配線抵抗値は２０ｋΩ以下である。前記電源部は、前記電極基板に３００〜３５０Ｖの電圧及び４．５〜５．５ｍＡの電流を印加する。
【００１３】
本発明の表示装置は、前記基板層と前記配線層との間に位置する、インデックスマッチング層をさらに備える、前記電極基板と、前記表皮の側に、表示面を有する表示部と、を備える。前記電極基板は、前記表示面と前記表皮との間に位置する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、皮膚を通じて感覚器に電流を印加する触覚提示装置として機能し、触覚情報と視覚情報を統合的に提示することのできる表示装置、並びにかかる表示装置のための電極基板及び触覚提示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態に係る電極基板の構成を示す模式図である。
【図２Ａ】第１実施形態に係る電極基板の構成を示す平面図である。
【図２Ｂ】図２ＡのＩＩＢ断面を示す断面図である。
【図３Ａ】第２実施形態に係る電極基板の構成を示す平面図である。
【図３Ｂ】図３ＡのＩＩＩＢ断面を示す断面図である。
【図４】第３実施形態に係る電極基板の配線の構成を示す平面図及び正面図である。
【図５】第４実施形態に係る表示装置の構成を示す模式図である。
【図６】実施例に係る電極基板の配線を示す平面図である。
【図７】実施例に係る電極基板の配線を示す部分平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第１実施形態］
＜電極基板の概要＞
図１に示すように、本実施形態の触覚提示装置では、図示した方向より、ヒトの手の指の腹を電極基板１０に押しつけて、電極基板上の電極２と接触させる。触覚提示装置は、指の腹と接触した部位の電極２より、指の腹に電流を印加して触覚を提示する。
【００１７】
なお、図１の模式図では、電極基板１０が図中の上下方向に拡大して描かれている。例えば、絶縁層３は、電極２と指の腹との接触を阻害するような高さを有するものではない。また指の大きさは電極の間隔に比べ、やや小さめに描かれている。
【００１８】
以下の各実施形態では、触覚提示を受ける対象として、ヒトの手の指の腹を想定する。以下、指の腹を単に指という。実施形態の触覚提示装置若しくはその電極基板、又は表示装置は、指の皮膚の表皮と接するものとする。
【００１９】
図１中、本実施形態の触覚提示装置の電極基板１０は、基板層１、電極２、絶縁層３、配線４（配線層）を備える。基板層１は光透過性の材料からなる基板である。基板層１の材料としては、光透過性及び加工性の観点からガラス又は樹脂が好ましい。樹脂としては、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ；ポリエチレンテレフタラート）樹脂、ＰＥＮ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ；ポリエチレンナフタレート）、ＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ；ポリカーボネート）、又は透明ＰＩ（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ；ポリイミド）等が、好ましい。
【００２０】
本実施形態において、光透過性があるとは、好ましくは７０％、より好ましくは８０％、特に好ましくは９０％の光を、特に図中の電極基板の下方から、上方に透過することを示す。また、さらに図中の電極基板の上方から、下方に光を透過してもよい。
【００２１】
複数の電極２は略同一面上に複数備えられている。略同一面とは、指で触れた場合に連続する面として認識できる程度に、各電極面の図中の上面の高さが揃っていることを示す。複数の電極２の各電極面は同一平面上にあってもよい。
【００２２】
電極２は、光の透過を阻害しないことが好ましい。光の透過を阻害しないとは、例えばその物自体が光透過性を有することをいう。または、その物自体は光透過性を有しなくとも、その物が十分に細い、又は密度が小さいため、周囲の物を透過する光の進路を妨げないものもこれに含む。
【００２３】
電極２は基板層１、及び触覚提示を受ける対象の表皮の間に位置する。触覚提示する面における、電極２及び表皮の間の抵抗値は、好ましくは３．５ＭΩ／ｍｍ２より小さく、さらに好ましくは４０ｋΩ／ｍｍ２以下である。電極２の、表皮側の面は露出していることが特に好ましい。かかる構成とすることで、指に所定の電流を印加することができる。
【００２４】
絶縁層３は光透過性の材料からなる層である。絶縁層３は配線４及び表皮の間に位置し、配線４と表皮の間を絶縁する。ただし、本実施形態では、絶縁層３を含む絶縁部材は、電極２及び表皮の間の少なくとも一部には、位置していない。なお、絶縁層３は１５０ｎｍ程度の厚さしかないため、電極２の厚さと大きく違わない。このため、絶縁層３は表皮が電極２に接触するのを物理的に阻害することがほとんどない。
【００２５】
絶縁層３は、配線４の表皮側の面を被覆することが好ましい。かかる構成により、少なくとも配線４の図中の上方側で配線４と他の部材との間を絶縁できる。さらに後述する図２Ａにも示すように絶縁層３が電極２の上面の外周を覆うことが好ましい。かかる構成により電極２と配線４との間も絶縁できる。
【００２６】
なお、ここで絶縁部材とは、例えば、３．５ＭΩ以上の絶縁抵抗値を有するものをいう。かかる絶縁部材で電極が覆われた場合、３５０Ｖの電圧がかかった場合に、電極と表皮との間に流れる電流が０．１ｍＡ以下となる。本実施形態で、除外される絶縁部材は特定の材料からなるものではない。このため、上記は一般に絶縁体として知られる材料を必ず除外すべきことを指す旨ではない。
【００２７】
配線４は、基板層１と表皮との間に位置する。配線４は、光の透過を阻害しないことが好ましい。配線４は、上記複数の電極２に接続可能である。少なくとも一部の電極２、及び少なくとも一部の配線４は、一対一で電気的に接続可能である。かかる構成により電極ごとにマルチプレックスに駆動することができる。配線４が集合して配線層を構成する。
以上の構成により、電極基板１０は全体として光透過性を有するので、後述する第４実施形態のような、触覚情報と視覚情報を統合的に提示することのできる触覚提示装置（表示装置）に好適に使用することができる。
【００２８】
＜電極基板の詳細＞
図２Ａに詳細に示すように、電極基板１０では、複数の電極２が正方形格子のアレイ状に配列する。電極を有する面が、かかる広がりを有し、かつ複数の電極２がマルチプレックスに駆動することにより、電極基板１０を備える触覚提示装置はマルチプレックスに触覚を提示することができる。例えば、二本の指が、電極基板の別々の場所に接触したとしても、双方の指に別々の触覚を提示することができる。
【００２９】
電極２は縦方向に複数個、好ましくは８〜９個集まって電極列１３を成している。図２Ａでは、電極列１３が９個の電極２を有する例を示している。図中の上方にある他の電極２は図示を省略している。隣り合う２つ電極列１３の間の、電極中心間距離は、好ましくは２．０〜３．０ｍｍであり、特に好ましくは２．０〜２．５ｍｍである。また、電極列１３内の各電極２の電極中心間距離は、好ましくは２．０〜３．０ｍｍであり、特に好ましくは２．０〜２．５ｍｍである。電極中心間距離がかかる範囲にあることで、指に対して滑らかな触覚提示が可能となる。
【００３０】
図２Ｂに示すように、電極基板１０は電極２、及び配線４からなる配線層を、基板層１の表面に積層してなる導体層１１を備える。電極２は、四角形又は円形等の所定の形状を有するパッドからなることが好ましい。パッド形状とすることによって、表皮との電気的な接続を確実にすることができる。
【００３１】
かかるパッドは、ＩＴＯ、ＺｎＯ、及びＡｇナノワイヤからなる群から選ばれる一以上の導体材料を有することが好ましい。かかる導体材料を選択することで電極２は、好ましい光透過性を得ることができる。
【００３２】
また、所定の形状としては、面積０．５〜１．５ｍｍ２の実質的に四角形の形状が好ましい。さらに一辺の長さが０．５〜１．５ｍｍである実質的に四角形の形状が好ましい。また所定の形状としては、一辺の長さが好ましくは０．５〜１．５ｍｍ、特に好ましくは１ｍｍである実質的に正方形の形状を選択できる。かかる形状は、ＩＴＯを初めとする導体材料で電極２を形成するのに適している。
【００３３】
触覚提示装置に対する皮膚抵抗値は電極２のパッドサイズで調整できる。例えば、パッドサイズ１ｍｍ２で皮膚抵抗値は５０〜６０ｋΩになる。このとき、後述するように５ｍＡの電流を通電する場合、皮膚部分で３００Ｖ（＝６０ｋΩ×５ｍＡ）程度電圧降下する。さらに電源電圧３５０Ｖとする場合、配線抵抗で許容される電圧降下は５０Ｖとなるため、配線抵抗１０ｋΩ（＝５０Ｖ／５ｍＡ）以下にすることが好ましい。後述する標準刺激電流を基準として、パッドサイズ等を設定することが望ましい。
【００３４】
配線４は、電極２との接続端と、その反対側の端部である外部接続端１２を備える。かかる配線４は、ＩＴＯ、ＺｎＯ、及びＡｇナノワイヤからなる群から選ばれる一以上の導体材料を有することが好ましい。かかる導体材料を選択することで配線４は、好ましい光透過性を得ることができる。
【００３５】
配線４のパターンは、図２Ａに示すように、電極列１３として一列に配線すべき電極２の個数と一対一で対応する配線数、及び配線可能な電極列１３の間の幅によって決定できる。図中、電極列１３の各電極２に対応する配線数は９本である。また図中の一番下方の電極２の間を通る配線数は８本である。配線４が通るべき電極間の幅は１．０〜２．０ｍｍである。配線幅は０．１ｍｍ程度であることが好ましい。また、上記導体材料で配線を形成する場合、配線の厚みは２０〜３０μｍであることが好ましい。
【００３６】
上記導体材料は銅やアルミに比べ抵抗値が大きい。また、複数の電極を備えることから、配線の形状も上記のとおり制限を受ける。かかる配線を形成する場合、配線抵抗値が、指に印加すべき電圧に与える影響を無視できない。このため、配線抵抗値を踏まえて配線形状を適切に設計する必要がある。
【００３７】
電極２との接続端から、外部接続端１２までの配線抵抗値は、所定値以下であることが好ましい。かかる所定値は以下のようにして求めることができる。まず、本実施形態の触覚提示装置において標準刺激電流は好ましくは２〜１０ｍＡであり、より好ましくは５ｍＡ以下である。この値は、指に流れることで受容器を刺激するのに十分な電流として、実験的に求められたものである。パッドサイズ１ｍｍ２に対して皮膚抵抗値は５０〜６０ｋΩである。このため、人間の指の皮膚に電流を通電するには、電圧降下量２５０〜３００（＝５０〜６０ｋΩ×５ｍＡ）Ｖに相当する電圧印加が必要である。
【００３８】
本実施形態の触覚提示装置において、電極基板１０と接続すべき電源部の出力電圧は３００〜３５０Ｖ程度であることが好ましい。かかる電圧が皮膚に印加すべき電圧よりも低いと、触覚提示装置は触覚提示を正しくできない場合がある。このため、電源部の出力電圧を指への印加電圧より高めに設定する。本実施の形態では電源部の電圧を３５０Ｖとする。
【００３９】
電源部の出力電圧と、指への印加電圧の差は５０〜１００Ｖ程度となる。この差は、先に述べた配線抵抗値を有する配線に起因する電圧の降下を表す。かかる電圧降下は、触覚提示を実現するため許容可能な電圧降下すなわち、配線部許容電圧降下より小さいことが好ましい。配線部許容電圧降下は好ましくは１００Ｖであり、特に好ましくは５０Ｖである。電圧降下は小さいほど、電源部の電圧は小さくすることができる。また、電圧降下が小さいほど、指への印加に必要な電圧を確保することが容易となる。
【００４０】
先に述べたとおり、標準刺激電流は５ｍＡであるから、配線部許容電圧降下の条件を満たすために、配線４の一線当たりの配線抵抗値は２０ｋΩ以下であることが好ましく、１０ｋΩ以下であることが特に好ましい。かかる配線抵抗値を満たすため、上述のとおり、適切な配線形状を選択することができる。配線抵抗値がかかる範囲にあることで、５ｍＡの標準刺激電流を指に印加することができる。
【００４１】
絶縁層３の材料としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、又はＪＳＲ製「ＮＮ９０１」等が好ましい。かかる材料からなることで、絶縁層３は配線４と表皮との間の絶縁を確保することができる。電極２を介さず、配線４と表皮との間で流れる電流の許容値、すなわち配線−皮膚間許容電流は、０．１ｍＡである。かかる値以上の電流が流れると、適切に触覚提示できない場合がある。上述の電源部電圧３５０Ｖより、かかる許容電流を充足するためには、絶縁抵抗値は３．５ＭΩ以上であることが必要である。
【００４２】
上述のとおり、線幅０．１ｍｍとし、また手の指の腹が電極基板に触れる長さを約１０ｍｍとした場合、配線と皮膚との間の短絡する可能性のある領域の面積は、約１ｍｍ２である。このため、絶縁層３の単位面積当たりの絶縁抵抗値は、３．５ＭΩ／ｍｍ２以上であることが好ましい。かかる単位面積当たりの絶縁抵抗値を備えるように、絶縁層３は適切な厚みを有するものとすることができる。
【００４３】
絶縁層３が配線−皮膚間の電流を抑制し、かつ上述のとおり、電極２がアレイ状に配置されることで、電極基板１０を有する触覚提示装置は、電極２からの電流刺激のみによって高い解像度の触覚提示を行うことできる。
【００４４】
＜電極基板の製造＞
図２Ｂに示すように、ガラスの基板を基板層１とし、ＩＴＯ膜を積層して、電極２及び配線４を形成する。電極２及び配線４のパターンは上記及び図２Ａに示すとおりである。次に、図２Ｂに示すように、電極２の上面の一部を残してＳｉＯ２を積層して、絶縁層３を形成する。絶縁層３の形成領域は上記及び図２Ａに示すとおりである。本実施形態の製造方法では、電極２及び配線４を有する導体層１１を一度に形成できるので、生産効率が向上する。
【００４５】
＜触覚提示装置＞
本実施形態の触覚提示装置は、電極基板１０と、外部接続端１２に電気的に接続可能な電源部と、を備える。上述のとおり電源部は、電極基板１０に３５０Ｖ以上の電圧を印加する。また、上述のとおり電源部は、５ｍＡの電流を、電極基板を通じて指に印加する。また、上述のとおり、電極２を介さず、配線４と表皮との間で流れる電流は０．１ｍＡ以下である。
【００４６】
本実施の形態の触覚提示装置は、まず、使用者の指が触れた場所を特定する。触覚提示装置は、電極の間の抵抗値の変化を検出することで、かかる場所にある電極を特定する。次に、触覚提示装置は、かかる場所を、触覚を提示すべき場所として決定する。
【００４７】
電極２は陽極又はグランドをなす。触覚を提示すべき場所、すなわち指と接触している場所の電極２は陽極をなす。その他の電極はグランドをなす。かかる陽極とグランドの切り替えはスイッチング回路等により実現できる。また、触覚提示装置は、触覚提示を受ける対象者、すなわち使用者と、電極２以外の部位を通じて電気的に接続可能である。
【００４８】
［第２実施形態］
第２実施形態では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同等の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下の第３実施形態以降についても同様とする。
【００４９】
図３Ａ及びＢに示すように、電極基板２０中、配線４からなる配線層の上方には絶縁層３が位置している。絶縁層３の上方にはパッド形状の電極２が位置している。図３Ａに示すように電極２のパッド面の中心にはビア導体８が備わっている。ビア導体８を設けることで、電極２を配線４と異なる層に設けることができる。ビア導体８は電極２と絶縁層３とを貫通し、配線４の電極側接続端に接続している。ビア導体８は光透過性のある電極２に比べて十分小さいため、電極基板２０全体の光透過性に影響を及ぼさない。このため、ビア導体８をタングステン等の光透過性に乏しい材料で形成することもできる。かかる材料を用いた場合、層間の優れた導通を確保することができる。
【００５０】
絶縁層３の上方には、電極２の上方の表面の一部を残して、レジスト９が位置している。レジスト９は光透過性であり、その材料は絶縁層３と同様でもよい。図３Ｂに示すように、電極２は、配線４及び表皮の間に位置する。このため、パット形状の電極２の図中の下層に配線４を設置することができる。
【００５１】
このように配線４の設置可能な領域が拡大することで、配線数を増やすことができる。上述のとおり配線４は配線抵抗値による配線幅の制限と、電極列１３の列間の幅の制限とを受けているので、配線数に上限がある。第２実施形態ではかかる配線数の上限を引きあげることができる。
【００５２】
電極列１３の列間に配置可能な配線数の増加は電極数の増加をもたらす。電極２の間隔は皮膚中の受容器の間隔によって決まるため、電極数を増やすことは、電極基板の大きさを拡大することに貢献する。
【００５３】
［第３実施形態］
図４に示すように、第３実施形態の電極基板は、配線４にかわり、配線３４を備えている。配線３４は、電極との接続端と、その反対側の端部までの長さが、長いものほど、線幅が大きい。このため、配線３４は各々、上記所定の配線抵抗値以下でありながら、電極間の配線スペースを効率的に利用できる。
【００５４】
また、配線幅は配線３４の各配線の長さに応じて、各配線の配線抵抗値が同等となるように、選択することができる。各配線の配線抵抗値が同等となることで、各々の電極２より、指に印加する電圧のバラつきを減らすことができる。
【００５５】
［第４実施形態］
＜表示装置＞
本発明の第４実施形態は上述の電極基板を備える表示装置である。図５に示すように、表示装置４０は電極基板４１と表示部４２とを備える。電極基板４１は、基板層１、電極２、絶縁層３、配線４（配線層）、高抵抗層５、インデックスマッチング層６、表示部４２を備える。
【００５６】
表示装置４０は表示部４２で視覚情報としての画像を表示し、同時に、不図示の電源部と接続した電極基板４１を通じて触覚情報を提示する触覚提示装置として機能する。すなわち不図示の制御部と組み合わされることで、表示装置４０は触覚情報と視覚情報を統合的に提示することのできる統合提示装置として機能する。
【００５７】
制御部は電極基板４１で提示すべき触覚情報と、表示部４２に表示する視覚情報の対応付けを行う。制御部は表示部４２に表示される画像上の位置に合わせて、これと重なっており、かつ指が接している電極基板４１上の部位に触覚を提示する命令を、電極基板４１と接続する電源部に送る。
【００５８】
表示部４２としては、いかなる表示デバイスであってもよい。例えば液晶やＡＭＯＬＥＤ（Ａｃｔｉｖｅ−ｍａｔｒｉｘ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ；アクティブマトリクス式有機発光ダイオード)等の表示デバイスを使用することができる。
【００５９】
表示部４２は表示面１４及び表示基板７を備える。表示部４２は基板層１の下方に位置する。表示面１４は表示部４２の表皮側の表面に位置する。このため、基板層１は表示面１４のカバーパネルとしても機能することができる。かかる構成により、電極基板４１と表示部４２とを一体的に形成し、表示装置４０とすることができる。基板層１の構成材料を上述のＰＥＴ等の樹脂とし、表示部４２として例えばＡＭＯＬＥＤ等を備えることで、表示装置４０は、柔軟性を有し、任意の形状に折り曲げられるものとなる。
【００６０】
高抵抗層５は、電極２の表皮側の面を被覆する。高抵抗層５は光透過性であり、その材料は絶縁層３と同様でもよい。高抵抗層５が光透過性を有することで、表示装置４０の表示部に表示される画像の視認性が向上する。
【００６１】
高抵抗層５は電極２が剥き出しの状態にならないようにする。このため、高抵抗層５は電極２と表皮との間の短絡を抑制する。高抵抗層５は絶縁層３と接することで、かかる短絡をさらに抑制する。これにより表示装置４０の安全性をより高めることができる。
【００６２】
高抵抗層５の単位面積当たりの抵抗値は５〜４０ｋΩ／ｍｍ２であることが好ましい。高抵抗層５がかかる抵抗値を有することで、表示装置４０と接触した指の皮膚内の痛点への電流集中を緩和できる。また、電源部の出力電圧の大幅な増加を伴うことなく、標準刺激電流の５ｍＡを確保することができる。このため、使用者が使用中に痛みを感じる場合を減らすことができる。
【００６３】
インデックスマッチング層６は、基板層１と配線４及び電極との間に、位置する。インデックスマッチング層６は、その上方にある各層の構成の反射率に特異的な構造を有することで、それら反射率の違いを吸収する。すなわち、インデックスマッチング層６は、絶縁層３のみ積層している部位、電極２及び高抵抗層５が積層している部位、配線４及び絶縁層３が積層している部位、等の反射率の違いを吸収する。
【００６４】
これにより、インデックスマッチング層６は、電極基板４１全体が一様な反射率を有するようにする。かかる構成により、表示部４２に表示される画像が、電極基板４１の各部材によって、見えにくくなることが防止される。
【００６５】
＜表示装置の使用＞
表示装置４０を使用する使用者は表示部４２された内容を視覚的に認識しつつ、表示された内容に対応する、触覚情報を受け取ることができる。例えば、表示部４２に衣服の画像を内容とする視覚情報を表示する。そして表示面１４上に表示された衣服の部位ごとに対応した触感を、電極基板４１上に触覚情報として提示する。これにより、使用者は視覚情報だけでは得られなかった、衣服の材質感やさわり心地といった触覚情報を、視覚情報に対応付けた形で同時に得ることができる。
【００６６】
［各実施形態の変形］
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【００６７】
例えば、第４実施形態で、電極基板に設けたインデックスマッチング層、高抵抗層は第１〜３の実施形態の電極基板にも同様に設けることができる。また、第４実施形態で、電極基板に設けたインデックスマッチング層、高抵抗層は省略することもできる。
【００６８】
本実施形態中、電極基板の電極は正方形格子のアレイ状に配列したが、正三角形格子や正六角形格子のアレイ状に配列してもよく、また同心円上に等間隔に配置してもよい。またアレイの縦及び横の方向を、電極基板の縦及び横の方向と一致させたが、かかる方向には任意の角度を与えてもよい。例えば正方形格子を４５度回転させて、ひし形の格子状のアレイとしてもよい。
【００６９】
本実施形態では手の指の腹に触覚提示する場合を示したが、手のひらやその他の体の部分であってもよく。また、感覚神経のある場所であれば特に用途は制限されないため、皮膚の無い鼻腔や口腔内の表面であってもよい。また、本実施形態では対象をヒトとしたが、皮膚が露出していれば動物であってもよい。手の指の腹以外の部位を対象とする場合、かかる部位で触覚・圧覚等を担う受容器が皮膚内等で並んでいる間隔に応じて、電極中心間距離を適宜設定できる。
【００７０】
また、本実施形態では、電極基板を、視覚情報の表示装置と組み合わせて表示装置とした。これに対し、実施形態の変形では、視覚情報を提示できるものであれば、例えば印刷物であってもよい。例えば印刷物の上に電極基板を載置することで、使用者は印刷された内容を視覚的に認識しつつ、印刷された内容に対応する、触覚情報を受け取ることができる。例えば、木目の写真を内容とする印刷物であれば、かかる木目の触感を対応する触覚情報として提示することがきる。
【００７１】
かかる場合は電極基板を備える触覚提示装置に、印刷物の内容を入力する入力部を備えることが好ましい。かかる構成により使用者が見ようとする印刷物の内容に適した触覚情報を提示することができる。
【００７２】
本実施形態では抵抗変化によって、使用者の指の接触した場所を特定し、かかる場所を、触覚を提示すべき場所として決定する。実施の形態の変形として、電極基板への使用者の指の接触による、電極の間の静電容量の変化によって、指の触れた場所を特定し、触覚を提示すべき場所として決定してもよい。かかる場合には、電極が上述の高抵抗層によって覆われていることが好ましい。
【実施例】
【００７３】
以下、第１実施形態にかかる導体層を中心に実施例を説明する。図６中、電極基板の備える導体層２１は、ガラス基板上にＩＴＯをパターニングして作製した。導体層２１は、図中の横方向に並ぶ８個の電極２からなる左右の電極列１３を有するものとした。電極２の形状は１ｍｍ四方の正方形のパッド状とした。電極２の間隔は電極中心間距離が３．０ｍｍとなるようにした。
【００７４】
左右の電極列１３は図中の縦方向に３２列並ぶことで、左右の電極アレイ２３を成すものとした。電極列１３の間隔は電極中心間距離が３．０ｍｍとなるようにした。左右の電極アレイ２３が組み合わさり、導体層２１の電極層を成すものとした。
【００７５】
各々の配線４は対応する各々の電極２と接続し、電極列１３の間を通るように、左右の外部接続端１２まで延ばした。外部接続端１２は外部接続端子２２と接続した。外部接続端子２２は不図示の電源部と電気的に接続した。
【００７６】
図７は図６の左側の電極アレイ２３を拡大したものである。外部接続端子２２は十分な接続面積を確保するため、配線４の配線幅よりも大きい幅を有するものとした。このため、外部接続端１２近傍で配線４は折れ曲がるものとした。
【００７７】
以上、本発明は、上記実施形態又は実施例の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。
【符号の説明】
【００７８】
１  基板層                              ２  電極
３  絶縁層                              ４  配線
５  高抵抗層                            ６  インデックスマッチング層
７  表示基板                            ８  ビア導体
９  レジスト                            １０  電極基板
１１  導体層                            １２  外部接続端
１３  電極列                            １４  表示面
２０  電極基板                          ２１  導体層
２２  外部接続端子                      ２３  電極アレイ
３４  配線                              ４０  表示装置
４１  電極基板                          ４２  表示部
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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