(57)【要約】【課題】一つのデバイスで、触り心地や動作方向に応じた触覚を提示することが可能な触覚提示装置を提供する。【解決手段】移動可能な触覚提示装置１０は、摩擦力を発生させる摩擦力発生部１６と、推進力を発生させる推進力発生部１７と、摩擦力発生部１６から発生される摩擦力と、推進力発生部１７から発生される推進力とを用いて、触覚を通じて情報を提示する刺激電極部１１とを備える。【選択図】図１
2006163206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動可能な触覚提示装置であって、
摩擦力を発生させる摩擦力発生部と、
推進力を発生させる推進力発生部と、
前記摩擦力発生部から発生される摩擦力と、前記推進力発生部から発生される推進力とを用いて、触覚を通じて情報を提示する出力部と
を備えることを特徴とする触覚提示装置。
【請求項２】
前記触覚提示装置の位置、速度、加速度のいずれか１を検出する第１のセンサを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の触覚提示装置。
【請求項３】
前記出力部への物体の押圧力を検出する第２のセンサを更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の触覚提示装置。
【請求項４】
前記出力部は、電気刺激によって前記情報を提示する刺激電極部であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の触覚提示装置。
【請求項５】
前記第２のセンサによって検出される押圧力に従って、前記摩擦力あるいは前記推進力を制御することを特徴とする請求項３に記載の触覚提示装置。
【請求項６】
前記第１のセンサによって検出される位置、速度、加速度、あるいは前記第２のセンサによって検出される押圧力に従って、前記摩擦力あるいは前記推進力あるいは前記電気刺激の波形パターンを制御することを特徴とする請求項４に記載の触覚提示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動可能な触覚提示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、健常者向けの皮膚を介した文字情報やＧＵＩ（グラフィカルユーザインタフェース）操作を、触覚を通じて提示する触覚提示装置がある。
【０００３】
このような触覚提示装置において、摩擦力を用いて情報を提示する技術（例えば、特許文献１参照。）や、ＧＵＩ操作を提示する技術（例えば、特許文献２参照。）が開示されている。
【０００４】
又、機械的な刺激装置を使用しているものは、全般的に触覚提示部分に大きな体積を必要とするため、触覚提示部分に電気刺激を用いる技術も開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開平６−１９３８５号公報
【特許文献２】実用新案登録第３０８４４３３号公報
【特許文献３】特開２００２−３２８５９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来技術では、氷のようにスベスベとした物体表面などの触り心地を提示したり、ＧＵＩ操作において、指の動作方向に応じた触覚を提示したりすることは困難であった。
【０００６】
又、従来、触覚を通じた文字情報の提示やＧＵＩ操作補助を一つのデバイスで達成することはできず、それぞれの目的を達成するために、別々のデバイスを必要としていた。
【０００７】
そこで、本発明は、上記の課題を鑑み、一つのデバイスで、触り心地や動作方向に応じた触覚を提示することが可能な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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の特徴は、移動可能な触覚提示装置であって、（ａ）摩擦力を発生させる摩擦力発生部と、（ｂ）推進力を発生させる推進力発生部と、（ｃ）摩擦力発生部から発生される摩擦力と、推進力発生部から発生される推進力とを用いて、触覚を通じて情報を提示する出力部とを備える触覚提示装置であることを要旨とする。
【０００９】
本発明の特徴に係る触覚提示装置によると、摩擦力だけでなく、推進力を発生させることにより、一つのデバイスで、触り心地や動作方向に応じた触覚を提示することができる。
【００１０】
又、本発明の特徴に係る触覚提示装置は、触覚提示装置の位置、速度、加速度のいずれか１を検出する第１のセンサを更に備えてもよい。
【００１１】
この触覚提示装置によると、触覚提示装置の位置、速度、加速度に応じた情報を提示することができる。
【００１２】
又、本発明の特徴に係る触覚提示装置は、出力部への物体（例えば、指など）の押圧力を検出する第２のセンサを更に備えてもよい。
【００１３】
この触覚提示装置によると、物体の押圧力に応じた情報を提示することができる。
【００１４】
又、本発明の特徴に係る触覚提示装置の出力部は、電気刺激によって情報を提示する刺激電極部であってもよい。
【００１５】
この触覚提示装置によると、電気式の刺激装置を用いることで、デバイスの小型化が可能となる。
【００１６】
又、本発明の特徴に係る触覚提示装置は、第２のセンサによって検出される押圧力に従って、摩擦力あるいは推進力を制御してもよい。
【００１７】
又、本発明の特徴に係る触覚提示装置は、第１のセンサによって検出される位置、速度、加速度、あるいは第２のセンサによって検出される押圧力に従って、摩擦力あるいは推進力あるいは電気刺激の波形パターンを制御してもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、一つのデバイスで、触り心地や動作方向に応じた触覚を提示することが可能な触覚提示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００２０】
本発明の実施形態に係る触覚提示装置は、「布などの触り心地提示」と「皮膚を介した文字提示」と「ＧＵＩ操作時の触覚フィードバック」とを達成することができる。
【００２１】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態では、触覚提示装置を用いた「布などの触り心地提示」について説明する。
【００２２】
第１の実施の形態に係る触覚提示装置は、移動可能な装置であり、例えば、マウスなどの入力装置の他、携帯電話などの通信端末であってもよい。触覚提示装置１０は、図１に示すように、摩擦力を発生させる摩擦力発生部１６と、推進力を発生させる推進力発生部１７と、摩擦力発生部から発生される摩擦力と、推進力発生部から発生される推進力とにより、触覚を通じて情報を提示する出力部（例えば、電気刺激によって情報を提示する刺激電極部１１）とを備える。又、触覚提示装置１０は、触覚提示装置１０の位置、速度、加速度のいずれか１を検出する第１のセンサ（光学式位置センサ１５）と、刺激電極部１１への物体の押圧力を検出する第２のセンサ（押圧力センサ１４）とを備える。
【００２３】
又、触覚提示装置１０は、押圧力に従って、摩擦力あるいは推進力を制御する。又、触覚提示装置１０は、光学式位置センサ１５によって検出される位置、速度、加速度、あるいは押圧力センサ１４によって検出される押圧力に従って、摩擦力あるいは推進力あるいは電気刺激の波形パターンを制御する。
【００２４】
摩擦力発生部１６及び推進力発生部１７は、例えば、アクチュエータ付きキャスターを使用することができる。アクチュエータとしては、例えば、モータが挙げられる。
【００２５】
図１では、触覚提示装置１０の外部に、電流モニタ２０と、アンプ２１と、モータドライバ２２と、Ｄ／Ａ変換器２３と、Ａ／Ｄ変換器２４と、触覚提示装置１０、電流モニタ２０、アンプ２１、モータドライバ２２、Ｄ／Ａ変換器２３、Ａ／Ｄ変換器２４を制御する制御部２５とを配置する構成としているが、触覚提示装置１０の内部に、電流モニタ２０と、アンプ２１と、モータドライバ２２と、Ｄ／Ａ変換器２３と、Ａ／Ｄ変換器２４と、制御部２５とを備える構成としても構わない。
【００２６】
第１の実施の形態に係る触覚提示装置の使用について、図２及び図３を用いて具体的に説明する。人間は、布などの触り心地を得る場合、人差し指などを布の上で左右に動かすことで表面のザラザラ、スベスベなどを認識する。
【００２７】
第１の実施の形態においても、触覚提示装置１０の刺激電極部１１に指を乗せ、左右に動かすことで布などの触り心地を感じることが可能である。尚、図２（ａ）は、触覚提示装置１０を正面から見た図、図２（ｂ）は、裏面から見た図、図２（ｃ）は、側面から見た図である。又、図３（ａ）は、触覚提示装置１０を側面から見た断面図、図３（ｂ）は、触覚提示装置１０を正面から見た拡大図である。
【００２８】
図２（ａ）及び図３（ａ）に示すように、刺激電極部１１上に指３０を乗せ、触覚提示装置１０全体を左右上下などに動かす。すると、アクチュエータ付きキャスター３３は、触覚提示装置１０の動作方向に応じた触覚を提示することができる。又、アクチュエータ付きキャスター３３は、図３（ｂ）に示すように、アクチュエータ３５と、キャスター３４とから構成される。尚、図３（ａ）に示すスイッチ３１は、指３０が乗せられ、その押圧力によって、図の下方向へ下がるが、スイッチ３１の詳細については、第３の実施の形態において説明する。
【００２９】
次に、アクチュエータ付きキャスター３３（摩擦力発生部及び推進力発生部）による、触覚提示の原理について、詳細に説明する。
【００３０】
第１の実施の形態では、刺激電極部１１上に再現したい物体表面と指３０との摩擦係数μ１と物体表面形状の波長λ１を設定することで物体表面を模擬的に再現する。使用方法としては、触覚提示装置１０の刺激電極部１１に指先を置き、その指で刺激電極部１１を押し付けながら、ある平らな面で左右に動かす。摩擦力は、アクチュエータ付キャスターの発生力により、摩擦係数μ１を用いて再現され、物体表面形状の波長λ１は、電気刺激による振動刺激により再現される。再現したい物体表面の図を図４に示す。摩擦係数μ１、物体表面の波長λ１の物体表面を模擬的に再現したい場合の詳細を以下に示す。
【００３１】
まず、布などの触り心地提示の際に必要なパラメータを図５に示す。再現したい物体表面の波長をλ１、再現したい物体表面と指の摩擦係数をμ１、触覚提示装置１０の動く速度（速度センサより取得）をＶ、指の触覚提示装置１０への押圧力（押圧力センサ１４により取得）をＦｐ、アクチュエータ付きキャスター３３の発生力（複数あるキャスター、すべての合力）をＦ、触覚提示装置の系全体と触覚提示装置を動かす平らな面との初期の摩擦係数をμ0とする。μ0は理想的には０であるが、アクチュエータとキャスターの摩擦係数などが存在するため、考慮する必要がある。
【００３２】
また、電気刺激のパラメータについて、図６に示す。電気刺激はパルス波で行い、パルス頻度をｆ、パルス幅をｗ、電流値をＩとする。
【００３３】
摩擦係数μ1を再現する場合、キャスターの発生力ＦはＶとＦｐの関数となる。即ち
Ｖ＝０の場合
Ｆ＝０
Ｖ＞０の場合
Ｆ＝（μ1−μ0）・Ｆｐ
となる。
【００３４】
又、μ1＞μ0の場合、Ｆの発生する方向は、図１０（ａ）に示すように速度Ｖのベクトルと常に１８０度向きが逆の方向となる。触覚提示装置に指を置いただけの状態で速度Ｖ＝０の場合は、キャスターの発生力は０であり、摩擦力は発生していない。指により触覚提示装置が動き始めＶ＞０となると、動かしている方向と逆向きにＦ＝（μ1−μ0）・Ｆｐの力を発生する（図１０（ｂ）参照。）。この（μ1−μ0）・Ｆｐが摩擦力となる。Ｖ＞０の状態では、指の押圧力のみの関数となり、押圧力が大きくなれば、摩擦力Ｆも大きくなる。ここでは、キャスターを動かすアクチュエータはモータを想定しているが、発生力Ｆを発生可能なアクチュエータであれば、特定するものではない。摩擦係数は、０．０から５．０まで再現可能であれば好ましい。また、キャスターと触覚提示装置１００を動かしているある平らな面との摩擦係数は理想的には無限大である。キャスターには摩擦係数が高いゴムなどが理想である。キャスターの摩擦係数、キャスターを駆動するアクチュエータなどの要素により、各パラメータの調整が必要になると考えられる。
【００３５】
一方、μ1＜μ0の場合、Ｆの発生する方向は、図１１（ａ）に示すように速度Ｖのベクトルと同じ方向となる。μ1とμ0の大小により変化するパラメータは、発生する力Ｆの方向のみである（図１１（ｂ）参照。）。
【００３６】
又、第１の実施の形態では、物体表面形状の波長λ1を模擬的に再現するために、電気刺激を用いる。
【００３７】
次に、刺激電極部１１の拡大図を図７に示す。使用者は、前述したように触覚提示装置１０の刺激電極部１１に指を乗せ、触覚提示装置１０全体を左右に動かす。刺激電極部１１の電極配置は図８のようになっている。刺激電極の数については、図８では３０チャンネルだが、数に制限はない。
【００３８】
第１の実施の形態における振動覚再現の際には、指に接している刺激電極４１すべてから刺激を行う。刺激の電流値については、出力している合計の電流値が１．８［ｍＡ］程度が適当である。刺激電流にはパルス波を用いる。電流は、刺激電流から刺激電極の周りに配置している不関電極へ流れる（陽極性刺激）。駆動電圧は、＋１５０〜−１５０［Ｖ］以上あれば、問題ない。それより小さくなると、刺激電極と指との接触インピーダンスが高すぎて、思い通りの電流を出力できない可能性がある。不関電極４０について、図８のように刺激電極４１の周りに配置することが適当と考えられるが、手のひらや刺激電極４１と違う他の指と接するような位置に不関電極４０が配置されていても問題は無い。
【００３９】
ここで刺激について、図７を用いて、簡単に説明する。刺激電極４１から流れる電流は、感覚受容器４３に繋がる神経４４を刺激する。これにより、刺激された神経４４に繋がる感覚受容器４３が模擬的に発火し、振動覚が得られる。得られる振動覚の周波数は、パルス波のパルス頻度とほぼ同様の周波数で得られる。即ち、２０［Ｈｚ］のパルス波で電気刺激を行えば、２０［Ｈｚ］で振動しているような振動覚が得られる。
【００４０】
触覚提示装置１０の刺激電極部１１に指を置き、電気刺激を指３０に与えることで振動覚を再現する。与える振動数は、電気刺激に用いるパルス頻度ｆ［Ｈｚ］と同じであり、図９に示すように、再現したい物体表面の波長λ1と触覚提示装置の動作速度Ｖの関数で与える。即ち、電気刺激に用いるパルス頻度ｆ［Ｈｚ］は、触覚提示装置の動作速度Ｖ［ｍｍ／ｓ］と再現したい物体表面の波長λ1［ｍｍ］とすると以下のように表される。
【００４１】
ｆ＝Ｖ／λ1
ただし、触覚提示装置１０の動作速度は、操作者が動かしているため一定ではなく、常に変化する。そのため、電気刺激に用いるパルス頻度も常に変化する必要がある。そこで、図６に示すように、触覚提示装置１０の動作速度Ｖの計測周期Ｔを設定することで、Ｔ周期でパルス頻度を変化させる。Ｔは１００［ｍｓｅｃ］程度が適当であるが、制限はない。図６でいう、０，ｔ1，ｔ2，ｔ3のタイミングでパルス波が出力される。Ｔ＝１００［ｍｓｅｃ］の場合、出力するパルス波が１０［Ｈｚ］（ｆ＝１／Ｔ）より小さくなることはない。
【００４２】
以上のようにして、布などの触り心地を、摩擦力と振動覚の再現により模擬的に再現する。再現したい摩擦係数および物体表面の波長については、操作者で設定可能である。ＰＣなどの制御マシンにより、再現したいパラメータを設定することが考えられる。また、遠隔地にある触覚センサなどにより摩擦係数と物体表面の波長をセンシングし、触覚提示装置に伝送し、そのまま再現することも考えられる。
【００４３】
第１の実施の形態に係る触覚提示装置１０によると、摩擦力及び推進力発生機構（アクチュエータ付きキャスター３３）を触覚提示装置１０の駆動部分として持つため、摩擦力だけでなく、推進力を発生可能となる。これにより、今まで成し得なかった物体表面形状の再現が可能となる。
【００４４】
又、振動覚再現に電気式の触覚ディスプレイ（刺激電極部１１）を用いるため、従来よりも小型のデバイスを作成することができる。
【００４５】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、触覚提示装置を用いた「皮膚を介した文字提示」について説明する。皮膚を介した文字提示には、大きく２つのモード、「順次提示モード」と「移動スリットモード」とがある。それぞれについて、以下に詳細を示す。尚、刺激電極部１１を示した図において、不関電極４０を記載していないが、図８のように刺激電極４１の周囲に不関電極４０が配置されても良い。
【００４６】
（１）順次提示モード
順次提示モードとは、指先を触覚提示装置１０の刺激電極部１１に置き、使用する。刺激電極４１の刺激チャンネルを文字の書き順に倣って時間的に変化することで、指先に対して、鉛筆やペンなどでなぞられたような感覚を提示する。
【００４７】
例えば、触覚提示装置１０が通信機能を有する携帯電話である場合、メールを受信した際、メール文章をモニタ画面を見ることなく、触覚提示装置１０の刺激電極部１１に指を押し付けることで、メールを読むことができる。勿論、触覚提示装置１０をＰＣなどの通信端末に接続し、ＰＣで受信したメールを読むことも可能である。
【００４８】
これにより、授業中や会議中など、携帯電話でメールの内容を確認することが難しい場面でも、ポケットの中の触覚提示装置１０を触ることでメールの内容が確認可能になる。
【００４９】
以下に、第２の実施の形態に係る触覚提示装置１０の機能について、詳細に説明する。
【００５０】
図１２（ａ）は、ＰＣのモニタに出力されたメールの文字列を示す。この文字列を、触覚提示装置１０を用いて読むこととする。図１２（ｂ）は、メールの文字列の内、カタカナの「ン」を触覚提示する場合を示す。「ン」の場合、画数は２画で、書き順に倣って出力電極を変化させると、各チャンネルにおける電流の出力パターンは図１３のようになる。即ち、電気刺激にはパルス波を使用し、書き順に倣って出力する電極が時系列的に変化する。尚、図１２（ｂ）は、刺激電極４１が３０チャンネルの場合を示すが、電極の数は３０チャンネルでなくても良い。
【００５１】
具体的な順次提示モードパラメータとしては、１つの電極の「電流出力時間」「周波数」「パルス幅」、それぞれの電極の「出力電流値（極性含む）」、「次の出力チャンネルに移るときのインターバル時間」、「１画目から２画目へ（次の画数に移る時）のインターバル時間」、「次の文字を提示するまでのインターバル時間」がある。各文字に対して、書き順の順番を示すデータを持つ必要がある。「ン」の場合、図１２（ｂ）のような、出力電極の順番を示すデータが必要である。順次提示モードパラメータは、操作者によって認識しやすいパラメータに個別に設定可能とする。順次提示モードパラメータの目安としては、電流出力時間は、刺激電極の間隔にもよるが、電極間隔が２［ｍｍ］の場合、１００［ｍｓｅｃ］程度が良い。周波数は４００［Ｈｚ］、パルス幅は出力電流値にもよるが、２００［μｓｅｃ］、出力電流値は１．４［ｍＡ］、次のチャンネルに移るときのインターバル時間は０〜５０［ｍｓｅｃ］程度、１画目から２画目へのインターバル時間は２００［ｍｓｅｃ］程度が良い。しかし、それぞれのパラメータはあくまで目安である。順次提示モードに関しては、特願２００３−３２３５２３に示される手法を使用しても良い。
【００５２】
（２）移動スリットモード
移動スリットモードでは、触覚提示装置１０をＰＣなどに接続し、マウスとして使用する。図１４に示すように、映像モニタ５０上に映し出されたマウスポインタ５１は、触覚提示装置１０の動きに合わせて動き、映像モニタ５０に映し出された文字にマウスポインタ５１が重なると、文字にあたる刺激電極４１から電流が出力される。図１５は、マウスポインタ５１が図１４に示す状態の場合の、刺激電極の様子である。マウスポインタ５１内の黒い部分にあたる刺激電極４１から同時に電流を出力する。移動スリットモードの場合、刺激電極は、縦長にすると良い。これは、触覚の空間マスキングによる認識率の低下を防ぐためである。
【００５３】
図１６は、マウスポインタ５１が映像モニタ上を移動した際の刺激電極４１を示す図である。図１５と同様、刺激電極４１の黒い部分は電流を出力する部分であるが、映像モニタ５０の明度に閾値を設け、二値に分け、明度の低い部分にあたる部分を出力する。
【００５４】
図１７に、映像モニタ５０上のマウスポインタ５１の位置、刺激電極４１のチャンネル、出力する電極、刺激波形パターンについて示す。刺激にはパルス波を使用し、陽極性刺激を用いる。電気刺激のパラメータとしては、出力電流値［ｍＡ］、パルス幅［μｓｅｃ］、パルス頻度［Ｈｚ］が挙げられる。パルス幅は２００［μｓｅｃ］程度、パルス頻度は４００［Ｈｚ］程度が適当である。出力電流値については、同時に出力する刺激電極の数によって変化させる必要がある。即ち、刺激電極数が多くなれば、各電極の出力電流値は下げる必要がある。そのため、各電極の出力電流値の合計が１．５［ｍＡ］程度になるように各電極の出力電流値を制御する。ただし、１．５［ｍＡ］はあくまで目安であり、パルス幅や指先の皮膚の状態などによって変化する。
【００５５】
第２の実施の形態に係る触覚提示装置１０によると、皮膚を介した文字提示を行えることで、授業中や会議中など、携帯電話を開いてメールを読むことが難しい場面でもメールが読むことができる。
【００５６】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態では、触覚提示装置を用いた「ＧＵＩ操作時の触覚フィードバック」について説明する。
【００５７】
第３の実施の形態では、触覚提示装置１０がＰＣのマウスの代わりとなり、触覚情報のフィードバックを行い、ＧＵＩ操作の補助をする。操作者は、触覚提示装置１０をＰＣのマウスを持つのと同様に持ち、平らな面で動かすことで映像モニタ上のマウスポインタを操作する。映像モニタ上のアイコンを操作したり、ウィンドウを操作したりすることで、触覚提示装置に触覚情報がフィードバックされる。触覚提示装置１０が映像モニタ上のマウスポインタを動かすために、ＰＣの制御部と通信を行う必要があるが、この部分の通信方式は問わない。
【００５８】
又、触覚提示装置１０に取り付けられている光学式位置センサ１５により、触覚提示装置の位置を検出する。触覚情報のフィードバックは、アクチュエータ付きキャスター３３により発生する摩擦力を変化させることで行う。基本機能としては、以下の３つがある。
【００５９】
（機能１）アイコンやウィンドウをドラッグアンドドロップする際、アイコンやウィンドウを掴んでいる間、摩擦係数を高くする。
【００６０】
（機能２）地図の等高線など、高さ情報に合わせて、発生する力をコントロールする。
【００６１】
（機能３）マウスのポインタが他のウィンドウに入る瞬間やウィンドウの外に出る瞬間に振動覚を電気刺激により与える。
【００６２】
次に、（機能１）について、詳細に説明する。
【００６３】
触覚提示装置１０を用いてマウスのポインタを動かす場合は、触覚提示装置１０のアクチュエータ付きキャスター３３が発生する力は０である。図２０（ａ）に示すように、アクチュエータ３５ａ、３５ｂとキャスター３４が接触していると、アクチュエータが持っている摩擦がある。発生する力を０とするためには、発生する力を相殺するようにアクチュエータが力を発生するか、図２０（ｂ）に示すように、アクチュエータ３５ａ、３５ｂとキャスター３４の接触を解除する必要がある。アクチュエータ付きキャスター３３が発生する力が０であるならば、どちらの方法でも良い。触覚提示装置１０は、図３に示すスイッチ３１を押すことで、マウスのクリックにあたる機能が満たされる。これを用いて、触覚提示装置１０でアイコンやウィンドウをドラッグする際、アクチュエータ付きキャスター３３により摩擦力を発生する。発生する摩擦力は、第１の実施の形態と同様で、触覚提示装置１０の動作速度と指３０の押し付け力と設定摩擦係数により与えられる。設定摩擦係数は、ドラッグするアイコンやウィンドウの面積により与えられる。設定摩擦係数の指針としては、デスクトップのアイコンサイズで摩擦係数：２程度、映像ディスプレイ全体のウィンドウの面積で摩擦係数：５程度である。摩擦力の発生は、アイコンやウィンドウをドラッグしている間は常に発生する。アイコンやウィンドウをドロップした際には、アクチュエータ付きキャスター３３の発生する力は０に戻る。摩擦係数の変化とドラッグアンドドロップの関係を図１８に示す。
【００６４】
以上により、アイコンやウィンドウをドラッグしている間に、何かを持ち上げているような感覚が得られ、よりリアルなＧＵＩ操作が可能となる。
【００６５】
次に、（機能２）について、詳細に説明する。
【００６６】
機能２では、地図の等高線や天気図などの高さ情報に合わせて、アクチュエータ付きキャスター３３が発生する力をコントロールする。これを実現するには、地図や天気図などに高さ情報を入れておく必要がある。その高さ情報を元に、仮想される傾斜を求め、発生力を求める。図１９（ａ）に示す等高線が表示された映像モニタを触覚提示装置１０によってなぞる場合、図１９（ｂ）に示すように、重力加速度をｇ、触覚提示装置１０の筐体部の重さをｍとし、傾斜角をθとすると、発生力は、ｍ・ｇ・sinθとなる。傾斜角θに応じて、発生力ｍ・ｇ・sinθを出力する。この発生力は、触覚提示装置１０に指が触れているときのみ、出力する。つまり、指が触覚提示装置に振れていない状態では、発生力は０である。
【００６７】
以上により、映像ディスプレイに表現される高さ情報を実際に力として感じることが可能となり、現実感の向上に繋がる。
【００６８】
次に、（機能３）について、詳細に説明する。
【００６９】
機能３では、マウスのポインタがウィンドウの外や中に出たり入ったりする瞬間に刺激電極部１１により、電流を出力することで振動覚を与える。これを図２１に示す。触覚提示装置１０によりマウスのポインタを動かし、マウスのポインタが存在するあるウィンドウの境界を通過する瞬間に電気刺激により振動覚を再現する。電気刺激を出力する電極は、指が触れている刺激電極４１すべてのチャンネルから出力する。極性は陽極性の電流、パルス幅は２００［μｓｅｃ］、電流値はすべての電極の合計が１．８［ｍＡ］程度が良い。パルス頻度は４００［Ｈｚ］程度、パルスの数は４つ程度が適当である。しかし、出力電流値は皮膚などの状態で変化するため、上記に記した数値に制限はしない。また、パルス幅、パルス頻度、パルスの数についても同様に制限はない。
【００７０】
以上により、ウィンドウの境界を明確に知覚することが可能となる。
【００７１】
第３の実施の形態に係る触覚提示装置によると、モータにより推進力を発生可能とすることで、ＧＵＩ操作時の触覚フィードバックがより効果的なものとなる。推進力を発生することで、従来では不可能であった、マウスの誘導が可能となったり、画像ディスプレイに表示された等高線に対して、傾斜を擬似的に再現可能になったりする。これらにより、ＧＵＩ操作でのより素早い操作や教育面でのよりリアルな体験などが可能になる。
【００７２】
（その他の実施形態）
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００７３】
例えば、本発明の実施の形態において、「布などの触り心地提示」、「皮膚を介した文字提示」、「ＧＵＩ操作時の触覚フィードバック」を実現する触覚提示装置について説明したが、振動覚と摩擦感の再現により、その他の様々な機能を満たすことができ、本発明に係る触覚提示装置は、これらの使用に限られるわけではないことは勿論である。
【００７４】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】第１の実施の形態に係る触覚提示装置の構成ブロック図である。
【図２】第１の実施の形態に係る触覚提示装置の外観図である。
【図３】第１の実施の形態に係る触覚提示装置の内部構造を示す図である。
【図４】第１の実施の形態に係る触覚提示装置において、再現する物体の表面形状を示す図である。
【図５】第１の実施の形態に係る触覚提示装置において、触り心地を提示する際のパラメータを説明するための図である。
【図６】第１の実施の形態に係る触覚提示装置において、電気刺激の波形を示す図である。
【図７】第１の実施の形態に係る触覚提示装置の刺激電極部の拡大図である（その１）。
【図８】第１の実施の形態に係る触覚提示装置の刺激電極部の拡大図である（その２）。
【図９】第１の実施の形態に係る触覚提示装置において、電気刺激による振動覚を説明するための図である。
【図１０】第１の実施の形態に係る触覚提示装置において、摩擦係数がμ1＞μ0の場合を説明するための図である。
【図１１】第１の実施の形態に係る触覚提示装置において、摩擦係数がμ1＜μ0の場合を説明するための図である。
【図１２】第２の実施の形態に係る触覚提示装置において、文字提示を説明するための図である。
【図１３】第２の実施の形態に係る触覚提示装置において、順次提示モードにおける電流出力パターンを示す図である。
【図１４】第２の実施の形態に係る触覚提示装置において、移動スリットモードにおける映像モニタを示す図である。
【図１５】図１４において、刺激電極部からの出力電極を示す図である。
【図１６】第２の実施の形態に係る触覚提示装置において、マウスポインタが移動した際の刺激電極部からの出力電極を示す図である。
【図１７】第２の実施の形態に係る触覚提示装置において、移動スリットモード時の各電極からの刺激パターンを示す図である。
【図１８】第３の実施の形態に係る触覚提示装置において、摩擦係数の変化とドラッグアンドドロップを示す図である。
【図１９】第３の実施の形態に係る触覚提示装置において、仮想の傾斜と発生力を説明するための図である。
【図２０】第３の実施の形態に係る触覚提示装置において、アクチュエータ付きキャスターの動作を示す図である。
【図２１】第３の実施の形態に係る触覚提示装置において、マウスポインタの位置と電気刺激のタイミングを示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０…触覚提示装置
１１…刺激電極部
１４…押圧力センサ
１５…光学式位置センサ
１６…摩擦力発生部
１７…推進力発生部
２０…電流モニタ
２１…アンプ
２２…モータドライバ
２３…Ｄ／Ａ変換器
２４…Ａ／Ｄ変換器
２５…制御部
３０…指
３１…スイッチ
３３…アクチュエータ付きキャスター
３４…キャスター
３５、３５ａ、３５ｂ…アクチュエータ
４０…不関電極
４１…刺激電極
４３…感覚受容器
４４…神経
５０…映像モニタ
５１…マウスポインタ
【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】
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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】
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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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