(57)【要約】【課題】リアリティのある触覚をユーザーに提示する。【解決手段】ユーザーの指などの所定箇所の皮膚と接した状態で装着される装着部１１０と、装着部１１０に取り付けられ皮膚に接触する電極部１４０と、電極部１４０の皮膚との接触位置をシフトさせるシフト部材１２０と、電極部１４０及びシフト部材１２０を制御する制御部とを備える。制御部は、電極部１４０に印加するパルス電圧により、特定の空間解像度の圧覚および特定の周波数の振動感覚を提示し、シフト部材１２０による電極部１４０の皮膚との接触位置のシフトにより、特定の空間解像度よりも低い空間解像度の皮膚ずれ感覚および特定の周波数よりも高周波の振動感覚を提示する。【選択図】図１
2018010582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザーの所定箇所の皮膚と接した状態で装着される装着部と、
前記装着部に取り付けられ、前記所定箇所の皮膚に接触する電極部と、
前記電極部の前記皮膚との接触位置をシフトさせるシフト部材と、
前記電極部に印加するパルス電圧により、前記所定箇所の皮膚に、特定の空間解像度の圧覚および特定の周波数の振動感覚を提示し、前記シフト部材による前記電極部の前記皮膚との接触位置のシフトにより、前記所定箇所の皮膚に、前記特定の空間解像度よりも低い空間解像度の皮膚ずれ感覚および前記特定の周波数よりも高周波の振動感覚を提示する制御部とを備える
触覚提示装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記電極部に印加するパルス電圧の極性の設定により、メルケル細胞をターゲットにしたパルス電圧の印加による圧覚の提示と、マイスナー小体をターゲットにしたパルス電圧の印加による前記特定の周波数の振動感覚の提示とを選択的に行うようにした
請求項１に記載の触覚提示装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記シフト部材による前記電極部の一方のシフトと他方のシフトを組み合わせた振動を行うことで、パチニ小体をターゲットにした刺激による前記高周波の振動感覚の提示を行い、前記振動による刺激時よりも前記電極部を大きくシフトさせることで、ルフィニ終末をターゲットにした刺激による皮膚ずれ感覚の提示を行う
請求項１又は２に記載の触覚提示装置。
【請求項４】
前記シフト部材はモーターであり、
前記制御部は、前記モーターに対して一方の極性のパルス電圧と他方の極性のパルス電圧とを与えて前記電極部を振動させて、前記パチニ小体をターゲットにした刺激を行うと共に、前記モーターに対して一方の極性の電圧を与えて前記電極部を大きくシフトさせる
請求項３に記載の触覚提示装置。
【請求項５】
前記電極部は、皮膚と接触する箇所に、所定間隔で配置した複数の電極素子を備え、
前記制御部は、前記パルス電圧を、前記複数の電極素子に順に供給する
請求項１〜４のいずれか１項に記載の触覚提示装置。
【請求項６】
前記所定箇所は指であり、前記電極部は、指の腹の皮膚と接触するようにして、指の腹に対して触覚を提示する
請求項１〜５のいずれか１項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、装着したユーザーの指などの皮膚に触覚を提示する触覚提示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バーチャルリアリティ技術の進展により、ディスプレイ上に表示された映像を見ているユーザーに、その映像で提示された空間を現実のように知覚させることが行われている。例えば、映像として表示された物体に、ユーザーが触れるような手の動きを行ったとき、指に対して刺激を行う装置が、表示物体に触れた場合とほぼ同様な触感を与えることで、画面上に表示された物体が実在しているとユーザーに知覚させることができる。
【０００３】
従来、このような刺激を指などに行う装置は種々提案されており、例えば指先全体に振動を与えるもの、多数のピンをマトリクス状に配置して、各ピンを駆動して刺激を与えるもの、静電気力などにより皮膚せん断変形を与えるもの等が知られている。
例えば特許文献１には、振動による触感の刺激を皮膚に提示する触感提示装置の一例についての記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３０８１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、指先などの皮膚で得る感覚は、皮膚内の４つの受容器で得ることが知られている。すなわち、指先などの皮膚内には、メルケル細胞、マイスナー小体、パチニ小体、ルフィニ終末と称される４つの受容器がある。メルケル細胞は、皮膚が押された感覚（圧覚）に反応する受容器であり、マイスナー小体は皮膚に伝わる低周波の振動（低周波振動覚）に反応する受容器である。また、パチニ小体は皮膚に伝わる高周波の振動（高周波振動覚）に反応する受容器であり、ルフィニ終末は、皮膚を大きく変形させるような力（皮膚せん断変形覚）に反応する受容器である。人は、これらの４つの受容器で得た感覚を合わせることによって、指先で物体に触れたり、物を掴むような感覚を得ているということである。
【０００６】
しかしながら、従来から提案されている触覚などの提示装置は、上記４つの受容器すべてで感覚を得るようなものはなく、表現しうる触覚の種類が限定されていた。このため、実際の物体に触れた場合を再現するリアリティのある触覚を提示することは難しいという問題があった。
例えば、特許文献１に記載されているように、振動部材を配置して触覚を提示する場合には、振動に反応するマイスナー小体又はパチニ小体を利用して触覚を提示することになり、他の受容器（メルケル細胞、ルフィニ終末）はほとんど刺激されない。これでは実際に物体に触れた場合の感覚とは異なった感覚を指に与えてしまうことになり、リアリティが得られない。例えば、指でグラスを掴むような映像に合わせて、指先を短時間振動させると、その振動による感覚に惑わされて人はグラスを掴んだという感覚を得るのであるが、これ自体リアリティのある触覚の提示がされたとはいいがたいものであった。
したがって、実際に指が物体に触れた場合に近い、よりリアリティのある触覚を提示するためには、上述した４つの受容器全てを、実際に指を動かした場合と同じように刺激する必要がある。しかし、従来から提案されている触覚提示装置では、４つの受容器全てを適切に刺激できるものは存在しなかった。
【０００７】
本発明は、リアリティのある触覚をユーザーに提示できる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】
本発明の触覚提示装置は、ユーザーの所定箇所の皮膚と接した状態で装着される装着部と、装着部に取り付けられ所定箇所の皮膚に接触する電極部と、電極部の皮膚との接触位置をシフトさせるシフト部材と、電極部及びシフト部材を制御する制御部とを備える。
制御部は、電極部に印加するパルス電圧により、所定箇所の皮膚に、特定の空間解像度の圧覚および特定の周波数の振動感覚を提示し、内の第１の受容器を刺激し、シフト部材による電極部の皮膚との接触位置のシフトにより、所定箇所の皮膚に、特定の空間解像度よりも低い空間解像度の皮膚ずれ感覚および特定の周波数よりも高周波の振動感覚を提示する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、電極部を使ってパルス電圧を皮膚に印加することによる刺激と、シフト部材により皮膚と接触した電極部そのものをシフトさせる刺激とを組み合わせることで、種々の受容器を適切に刺激できるようになり、リアリティのある刺激を提示できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施の形態例による触覚提示装置の例を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ方向から見た正面図である。
【図３】本発明の一実施の形態例による触覚提示装置を指に装着した例を示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施の形態例による触覚提示装置の電極部の構成例を示す平面図である。
【図５】本発明の一実施の形態例による触覚提示装置の内部構成例を示すブロック図である。
【図６】皮膚中の受容器の例を示す説明図である。
【図７】各受容器の空間分解能と周波数分解能の分布範囲の例を示す特性図である。
【図８】本発明の一実施の形態例による触覚提示装置の各モードでの刺激状態を示す説明図である。
【図９】本発明の一実施の形態例による触覚提示装置が物体表面を滑らせる動作に対応した感覚を提示する例を示す説明図である。
【図１０】本発明の一実施の形態例による触覚提示装置が斜め方向から受ける力覚を示す説明図である。
【図１１】本発明の一実施の形態例による物体衝突時の刺激提示状況の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施の形態例を、添付図面を参照して説明する。
［１．装置の構成］
図１は、本発明の一実施の形態例による触覚提示装置１００の全体構成を示す斜視図である。図２は、図１の触覚提示装置１００を、矢印Ａの方向から見た正面図である。また、図３は、図１に示す触覚提示装置１００に指ｆを装着した状態を示す斜視図である。
なお、図２の正面図において、水平方向（左右方向）をｘ軸として示し、垂直方向（上下方向）をｙ軸として示す。図１及び図３において示すｘ軸及びｙ軸も図２と同じものである。
【００１２】
触覚提示装置１００は、ユーザーの指ｆの先端が装着される装着部１１０を備える。装着部１１０の左側面１１１と右側面１１２との間の空間には、図３に示すように指ｆの先端が挿入される。
装着部１１０の上部には、連結部１１３を介してモーター保持部１１４が接続され、モーター保持部１１４に、円筒形状のモーター１２０が保持されている。ここで使用されるモーター１２０は、直流モーターであり、この回転軸１２１は、装着部１１０に装着される指ｆの長手方向とほぼ平行に配置されている。
【００１３】
また、モーター１２０の回転軸１２１には、電極部１４０を保持する電極保持部１３０が接続されている。すなわち、電極保持部１３０は、回転軸連結部１３１を介してモーター１２０の回転軸１２１に接続されており、モーター１２０の回転により、指ｆの先端が装着される装着部１１０に対して回転可能になっている。但し、本例の場合には、電極部１４０の回転は、微少な角度（数°程度）の回転、つまり振動やわずかな動きを与えるための回転のみに制限される。
【００１４】
電極保持部１３０は、電極配置部１３２を備え、電極配置部１３２に電極部１４０が配置されている。電極部１４０には、図２に示すように、多数の電極素子１４１−１〜１４１−２０と接地電極１４２とが設けられている。そして、図３に示すように、装着部１１０に装着したユーザーの指の腹ｆＢ（指の爪ｆＮとは反対側）が、電極部１４０内の各電極素子１４１−１〜１４１−２０及び接地電極１４２と接触するようになっている。
指の腹ｆＢと電極部１４０とが接触する位置は、モーター１２０の回転により、水平方向（ｘ方向）にシフトする。
【００１５】
また、電極保持部１３０の電極部１４０の裏面側には、回路配置部１５０が取り付けられている。なお、回路配置部１５０の構成については、図５で詳述するが、図１に示す回路配置部１５０の配置位置は一例であり、その他の位置に取り付けてもよい。例えば、回路配置部１５０は、装着部１１０の連結部１１３に取り付けるようにしてもよい。また、触覚提示装置１００本体には回路配置部１５０を設けないで、モーター１２０や電極部１４０に接続される不図示のケーブルを、触覚提示装置１００から外部の装置に引き出し、外部の装置側に回路配置部１５０のような回路部品を配置するようにしてもよい。
【００１６】
図４は、電極部１４０の電極素子１４１−１〜１４１−２０と接地電極１４２の配置例を示す。
ここでは電極部１４０は、２０個の電極素子１４１−１〜１４１−２０を備え、水平方向に４個、垂直方向に５個のマトリクス状に配置されている。ここで、各電極素子１４１−１〜１４１−２０は、例えば直径１．４ｍｍの円形形状であり、水平方向及び垂直方向に２．０ｍｍ間隔で配置される。
【００１７】
接地電極１４２は、マトリクス状に配置された電極素子１４１−１〜１４１−２０の周囲を囲むように配置される。なお、接地電極１４２は、基本的には接地電位であるが、使用状態によっては、接地電極１４２に接地電位とは異なる刺激用の電位を与える場合もある。
【００１８】
［２．装置の内部構成］
図５は、触覚提示装置１００の回路配置部１５０を構成する回路の例を示している。
触覚提示装置１００は、通信ポート１５１を備え、指に与える力などの指令を外部から受信する。通信ポート１５１が受信した指令は、インターフェース部１５２で受信処理されて、制御部１５３に伝えられる。なお、インターフェース部１５２としては、無線信号用の受信部としてもよい。
【００１９】
制御部１５３は、受信した指令に基づいて、指ｆに与える力の方向や振動状況を判断し、モーター１２０を駆動して指に刺激を与える処理を行うとともに、電極部１４０にパルス電圧を印加して、指に刺激を与える処理とを実行する。また、触覚提示装置１００は、この装置に加わる３軸方向の動きを検出するモーションセンサー１５４を備え、このモーションセンサー１５４によって、触覚提示装置１００を装着した指ｆの動きが検出される。
そして、モーションセンサー１５４が検出した動きのデータについても考慮して、制御部１５３は、力又は振動を加えるように電極駆動部１６０に指示する。但し、モーションセンサー１５４の検出データは考慮しなくてもよい。
【００２０】
なお、このモーションセンサー１５４は省略してもよい。その場合には、制御部１５３は、外部から受信した指令のみにより、電極駆動部１６０を経由して電極部１４０を制御する処理を行うことになる。
モーター１２０の駆動により指に刺激を与える処理と、電極部１４０へのパルス電圧の印加により指に刺激を与える処理との組み合わせ状況の詳細については後述する。
【００２１】
モーター１２０を駆動させる駆動データは、制御部１５３からデジタル／アナログ変換器１５５に供給される。デジタル／アナログ変換器１５５は、駆動データをアナログ電圧信号に変換して、モーター駆動部１５６に供給する。そして、モーター駆動部１５６は、このアナログ電圧（モーター駆動電圧）をモーター１２０に供給する。ここでモーター駆動部１５６によるモーター１２０の駆動電圧の印加は、モーター１２０の回転軸１２１が比較的小さな角度だけ回転するように、比較的短時間だけ行われる。
また、モーター駆動部１５６からモーター１２０に印加する駆動電圧（直流電圧）の極性を短時間で変化させて、モーター１２０を微少な角度で双方向に交互に回転させて、電極部１４０を左右に振動させるようにしてもよい。
【００２２】
また、上述したように、制御部１５３は、電極駆動部１６０に対して電極部１４０内の各電極素子１４１−１〜１４１−２０に刺激用のパルス電圧を与える指示を行う。この刺激用のパルス電圧は、電源装置１６１から供給されるパルス電圧から生成されるものであり、例えば３００Ｖのような比較的高い電圧であって、しかも、５ｍＡ程度の非常に低い電流のパルスである。なお、この刺激用のパルス電圧の印加時間幅は、２０μｓ〜２００μｓ程度の非常に短い時間とされる。
また、制御部１５３は、電極駆動部１６０から電極素子１４１−１〜１４１−２０にパルス電圧を供給する場合に、パルス電圧の極性を切り替えて陽極刺激と陰極刺激を交互に行うようにすることもできる。
【００２３】
電極駆動部１６０が電極素子１４１−１〜１４１−２０にパルス電圧を印加する際には、例えば、２０個の電極素子１４１−１〜１４１−２０に順番にパルス電圧が供給される。例えば、パルス幅が約１００μｓであれば、２０個の電極素子１４１−１〜１４１−２０全てにパルス電圧を印加する処理が、約２ｍｓ程度で完了する。一方、上述した陽極刺激と陰極刺激の双方の極性のパルス電圧を印加する場合には、全ての電極素子１４１−１〜１４１−２０にパルス電圧を供給するのに、約２ｍｓの２倍の時間である約４ｍｓ程度を必要とする。
但し、このように２０個の電極素子１４１−１〜１４１−２０に順番にパルス電圧を供給するのは一例であり、例えば指の腹ｆＢの特定の１カ所に刺激を与える場合には、電極素子１４１−１〜１４１−２０から選択した特定の１個（又は複数個）の電極素子のみにパルス電圧を供給するようにしてもよい。
【００２４】
［３．触覚提示装置が刺激する受容器］
次に、触覚提示装置１００によって刺激される皮膚の受容器について説明する。
上述したように、指などの皮膚内には、触覚、圧覚、温度覚などを得る受容器として、複数種類の受容器が存在している。
図６は、皮膚の内部の受容器の配置状況を示す断面図である。図６に示すように、皮膚１０内には、触覚や圧覚などの機械的変形に応答する受容器として、マイスナー小体１１、メルケル細胞１２、ルフィニ終末１３、パチニ小体１４が存在する。
【００２５】
既に説明したように、これら４種類の受容器の役割は、マイスナー小体１１が低周波振動覚に応答し、メルケル細胞１２が圧覚に応答し、ルフィニ終末１３が皮膚せん断変形覚に応答し、パチニ小体１４が高周波振動覚に応答する。また、これら４種類の受容器は、空間分解能（受容野サイズ）が異なり、特にルフィニ終末１３とパチニ小体１４は、他の２つの受容器に比べて空間分解能が低い（受容野サイズが大きい）ことが知られている。
【００２６】
図７は、各受容器の周波数分解能と空間分解能の分布範囲を示す特性図である。周波数分解能は、各受容器が感知する周波数の範囲である。空間分解能は、各受容器が感知する際の感知位置の感度を示す。例えば、空間分解能が高いときには、力覚又は振動覚が加わった位置がほぼ正確に感知でき、逆に空間分解能が低いときには、どの位置に力覚又は振動覚が加わったのかが、分かりにくい状況になることを意味している。
【００２７】
マイスナー小体１１の検出範囲ａは、比較的低い周波数（例えば５Ｈｚから９０Ｈｚ付近まで範囲）の振動に応答し、比較的高い空間分解能を有する。
メルケル細胞１２の検出範囲ｂは、マイスナー小体１１よりもさらに低周波の振動に応答し、比較的高い空間分解能を有する。
ルフィニ終末１３の検出範囲ｃは、メルケル細胞１２の検出範囲ｂと周波数分解能はほぼ同じであるが、空間分解能がメルケル細胞１２の検出範囲ｂよりも低くなっている（劣っている）。
パチニ小体１４の検出範囲ｄは、高い周波数（例えば６０Ｈｚから８００Ｈｚ付近まで範囲）の振動に応答するが、空間分解能は低い（劣る）。
【００２８】
実際に、人間が物体に指などの皮膚が触れて触覚を感じる際には、これら４つの受容器での応答の組み合わせから、物体に触れた感覚を得る。本実施の形態例の触覚提示装置１００では、モーター１２０の回転によって、電極部１４０の水平方向の移動による指への刺激と、電極部１４０でのパルス電圧の印加を選択的に行うことによって、４つの受容器を個別に刺激するモードが用意されている。そして、これら４つの刺激モードの組み合わせにより、触覚提示装置１００は、リアリティのある触覚を提示することができるようになっている。
【００２９】
［４．各受容器を刺激するモードの例］
次に、図８を参照して、４つの受容器（マイスナー小体、メルケル細胞、ルフィニ終末、パチニ小体）を個別に刺激する４つの刺激モードの処理について説明する。この４つの刺激モードは、制御部１５３（図５参照）が、外部からの指示などに基づいて、指ｆに与える触覚（力覚、振動覚など）を判断して設定する。図８に示す各受容器の検出範囲ａ，ｂ，ｃ，ｄは、図７に示す各受容器の検出範囲ａ，ｂ，ｃ，ｄと同じである。また、図８に示す電極素子１４１ｔは、電極素子１４１−１〜１４１−２０の内で、パルス電圧を印加するターゲットとなる電極（以下、「ターゲット電極」と称する。）である。なお、図８では、電極部１４０とモーター１２０とを接続する構成は簡易化されて示されている。
【００３０】
・マイスナー小体刺激モード
マイスナー小体１１（検出範囲ａ）に対して触覚提示装置１００が刺激を与える場合には、ターゲット電極１４１ｔに対して陽極刺激となる極性のパルス電圧を印加する。このときのパルス電圧の印加周波数は、例えば１５Ｈｚ〜６０Ｈｚの範囲内の周波数（例えば３０Ｈｚ）に設定する。なお、陽極刺激が行われるターゲット電極１４１ｔの周辺の他の電極素子は、例えば接地電位とする。電極素子１４１−１〜１４１−２０の周囲の接地電極１４２についても接地電位とする。
【００３１】
・メルケル細胞刺激モード
メルケル細胞１２（検出範囲ｂ）に対して触覚提示装置１００が刺激を与える場合には、ターゲット電極１４１ｔに対して陰極刺激となる極性のパルス電圧を印加する。このときのパルス電圧の印加周波数は、例えば１５Ｈｚ以下の低周波数に設定する。なお、陰極刺激が行われるターゲット電極１４１ｔの周辺の他の電極素子は、例えば接地電位とする。電極素子１４１−１〜１４１−２０の周囲の接地電極１４２についても接地電位とする。
【００３２】
・ルフィニ終末刺激モード
ルフィニ終末１３（検出範囲ｃ）に対して触覚提示装置１００が刺激を与える場合には、モーター１２０を回転させて、電極部１４０を水平方向ｘ１にシフトさせる。このモードでは、電極部１４０を使った電圧パルスの印加は行わない。
【００３３】
・パチニ小体刺激モード
パチニ小体１４（検出範囲ｄ）に対して触覚提示装置１００が刺激を与える場合には、モーター１２０を交互に微少に回転させて、電極部１４０が左右に振動した状態とする。このモードでは、電極部１４０を使った電圧パルスの印加は行わない。
なお、ルフィニ終末刺激モードとパチニ小体刺激モードとで、電極部１４０による電圧パルスの印加を行わないのは、それぞれのモードを単独で使用する場合であり、他のモードと組み合わせて刺激を行う際には、電極部１４０を使った電圧パルスを印加する場合もある。具体的に刺激を行う例については後述する。
【００３４】
［５．具体的な駆動例］
次に、上述した各モードを組み合わせて、実際に指が物体に触れる動作を再現する刺激を触覚提示装置１００が行う例について説明する。
図９は、指ｆが特定の素材２１の表面を滑らせた状態を再現する例である。すなわち、図９Ａに示すように、特定の材質感（例えば凹凸感）を持った素材２１の表面に、指ｆの腹ｆＢが接触した状態で、素材２１を水平方向（Ｍ１方向）に移動させる。
ここで、素材２１の表面（テクスチャ面）に細かな凹凸があるとすると、その細かな凹凸に対応して、指ｆの腹ｆＢに対して垂直方向に振動する力覚が加わりながら、水平移動に対応した水平方向の力覚が生じる。
【００３５】
触覚提示装置１００が、このような素材２１の表面を滑らせた状態と同様の刺激を指ｆに与える場合には、図９Ｂに示すように、モーター１２０により電極部１４０を回転させて、水平方向ｍ１にシフトさせる。この電極部１４０の水平方向ｍ１のシフトにより、電極部１４０と接触した指ｆの腹ｆＢに対して、水平方向の力覚が与えられる。このモーター１２０の回転による水平方向の力覚を与える処理は、上述したルフィニ終末刺激モードでの刺激に相当する。
【００３６】
さらに、水平方向の力覚を与えながら、指ｆが滑る際の凹凸に対応した指ｆの腹ｆＢの垂直方向の振動を再現するために、図９Ｂに示すように、電極部１４０のターゲット電極１４１ｔに対してパルス電圧を印加する。このパルス電圧を印加する処理は、上述したマイスナー小体刺激モード又はメルケル細胞刺激モードでの刺激に相当する。
印加するパルス電圧の周波数は、素材２１の表面の凹凸の間隔と、指ｆが移動する速度により決まる。例えば、素材２１の表面の凹凸が１ｍｍ間隔で、指が６０ｍｍ／ｓの速度で動くとき、指ｆが上下に振動する周波数の中心周波数は約６０Ｈｚになる。この場合、６０Ｈｚの周波数でターゲット電極１４１ｔにパルス電圧を印加することで、素材２１の表面を滑らせた場合と同様の感覚を指ｆに与えることができる。
【００３７】
なお、図９の例では、素材２１の表面の凹凸を再現するために、マイスナー小体刺激モード又はメルケル細胞刺激モードで刺激するようにしたが、凹凸を再現する周波数範囲が図７に示すパチニ小体検出範囲ｄである場合には、パチニ小体刺激モードでの、モーター１２０を交互に微少に回転させる処理を行う。具体的には、５Ｈｚから９０Ｈｚ付近がマイスナー小体検出範囲であり、６０Ｈｚから８００Ｈｚ付近までがパチニ小体検出範囲であり、６０Ｈｚ以上の周波数での刺激を与える際には、モーター１２０を使った電極部１４０の振動処理を適用することができる。なお、６０Ｈｚから９０Ｈｚまでの範囲は、マイスナー小体検出範囲ｃでもあるため、２つのモードで刺激を与える処理を同時に行うようにしてもよい。
【００３８】
図１０は、指ｆが、大きな凹凸がある素材２２の表面に接している状態を示す。
図１０Ａに示すように、凹凸形状を持った素材２２に指ｆが接しているとき、指ｆには水平方向の力と垂直方向の力とを合成した力Ｐ１が生じる。
この力Ｐ１を触覚提示装置１００が表現するために、力Ｐ１を水平成分と垂直成分に分解する。そして、分解した２成分の内の水平成分については、図１０Ｂに示すように、ルフィニ終末刺激モードでモーター１２０を回転させることで、指ｆに力覚が与られる。また、垂直成分については、図１０Ｂに示すように、ターゲット電極１４１ｔへのパルス電圧の印加で、マイスナー小体刺激モード又はメルケル細胞刺激モードにより、指ｆに圧覚が与えられる。
【００３９】
このような指ｆへの刺激を行ったとき、人間は、指ｆの皮膚と素材２２との接触位置も、触覚により本来は認識しているはずである。ここで、電極部１４０を使った刺激を行う場合には、１カ所のターゲット電極１４１からの刺激であるため、パルス電圧を印加した電極の選択によってのみで、接触位置が提示されることになる。
これに対して、水平成分の力覚は、モーター１２０の回転によって指ｆの腹ｆＢの広い面積に対して与えるため、電極使用時のような高い空間分解能を与えることはできないが、高い空間分解能を持たない受容器であるルフィニ終末によって、皮膚の横ずれが検知されるため、特に問題になることはない。
【００４０】
なお、人間の指における触覚の空間分解能は、指の末端で１．５ｍｍ程度、指の腹で約３ｍｍ程度である。本実施の形態例の電極部１４０は、既に説明したように２ｍｍ間隔で電極素子１４１−１〜１４１−２０をマトリクス状に配置したため、人間の分解能に合わせた接触位置の提示が可能になる。
【００４１】
図１１は、指ｆが物体に接触して、その接触状態がある程度の時間維持され、その後、指ｆが物体から離れる動作に相当する刺激を、触覚提示装置１００が指ｆに与える場合の例を示している。図１１Ａ〜Ｆの横軸は時間である。
図１１Ａは、実際に指ｆが物体に接触する際の皮膚変形量（縦軸）を示す。ここでは、期間Ｔ１１は、指ｆが物体への接触を開始して、徐々に皮膚変形量が増える期間である。期間Ｔ１２は、指ｆが物体に接触した状態が維持され、皮膚変形量が一定の期間である。期間Ｔ１３は、指ｆが物体から離れだして、徐々に皮膚変形量が低下して、指ｆが物体から離れて皮膚変形がなくなる期間である。
【００４２】
この図１１Ａに示す皮膚変形は、メルケル細胞とマイスナー小体とパチニ小体によって知覚される。具体的には、図１１Ｂに示すように、定常的な圧力を検出するメルケル細胞は、皮膚が変形している間（ここでは期間Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１３全ての間）、常に活動する。
また、図１１Ｃに示すように、低周波振動又は速度を検出するマイスナー小体は、皮膚変形の速度が一定閾値を超えている間（ここでは期間Ｔ１１と期間Ｔ１３の間）、活動する。
さらに、図１１Ｄに示すように、高周波振動又は加速度を検出するパチニ小体は、皮膚変形の加速度が一定閾値を超えたとき（ここでは期間Ｔ１１の最初と最後、及び期間Ｔ１３の最初と最後）、活動する。
人間は、これら図１１Ｂ，Ｃ，Ｄに示す活動により得た感覚を合成することで、物体との接触感を持つことができる。なお、図１１の例は、皮膚の接触に関する刺激を行う例のため、ルフィニ終末への刺激は行っていないが、ルフィニ終末への刺激を行うためのモーター電圧の印加を同時に組み合わせるようにしてもよい。
【００４３】
以上説明したような、物体接触時と同様の感覚を触覚提示装置１００が指ｆに与えるためには、制御部１５３（図５参照）は、図１１Ｅに示すパルス電圧を電極部１４０へ印加するように電極駆動部１６０に指示する必要がある。また、図１１Ｆに示すような印加電圧をモーター１２０に供給するようにモーター駆動部１５６に指示する必要がある。
具体的には、図１１Ｅに示すように、メルケル細胞の活動期間（図１１Ｂ）に対応して、期間Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１３の全ての期間に、一定間隔で陰極刺激を行うパルス電圧が電極部１４０に供給され、メルケル細胞刺激モードによる刺激が行われる。また、マイスナー小体の活動期間（図１１Ｃ）に対応して、期間Ｔ１１及び期間Ｔ１３に、一定間隔で陽極刺激を行うパルス電圧が、電極部１４０に供給されて、マイスナー小体刺激モードによる刺激がなされる。
メルケル細胞刺激モードで刺激を行う期間と、マイスナー小体刺激モードで刺激を行う期間は混在しているため、電極駆動部１６０では、モードの切り替わりに対応して、パルス電圧の極性を切り替える処理が行われる。なお、図１１の例では、メルケル細胞刺激モードで刺激を行うタイミングと、マイスナー小体刺激モードで刺激を行うタイミングは、パルス電圧を印加する時間が多少ずれており（例えば０．２ｍｓから１０ｍｓ程度のずれが発生）、完全な同時刺激ではないが、この程度の時間のずれが生じても、人間の感覚上は同時に刺激があると感じる。
【００４４】
なお、図１１Ｅに示す１つのパルスは、図４に示す全ての電極素子１４１−１〜１４１−２０にパルス電圧を印加することを意味する。例えば、１つの電極素子に１００μｓ程度のパルス電圧を印加する場合、約２ｍｓ程度の時間で、２０個の電極素子１４１−１〜１４１−２０から順にパルス電圧を印加することができる。したがって、図１１Ｅに示す１つのパルスは、この約２ｍｓ程度の時間で、全ての電極素子１４１−１〜１４１−２０から指ｆにパルス電圧が印加されることを示している。
【００４５】
また、図１１Ｆに示すように、パチニ小体の活動期間（図１１Ｄ）に対応して、モーター１２０に非常に短い期間のパルス電圧が印加される。このとき、図１１Ｆに示すように、正の極性のパルス電圧と負の極性のパルス電圧が組み合わされて連続して印加される。例えば、２．５ｍｓの正極性のパルス電圧と、２．５ｍｓの負極性のパルス電圧が５ｍｓの期間の両極性パルス電圧として順に印加される。これにより、パチニ小体の共振周波数に近い２００Ｈｚの成分を持った振動がモーター１２０により発生するため、パチニ小体の活動による感覚を再現することができる。
【００４６】
以上説明したように、本発明の実施形態の触覚提示装置１００によれば、複数のモードを組み合わせて各受容器への刺激を適切なタイミングで行うことで、実際に物体と衝突してから離れるまでの感覚と同様の感覚を指に与えることができ、非常にリアリティのある刺激を提示することができる。特に、空間分解能（空間解像度）が高い受容器への刺激については、刺激位置を細かく制御できる電極を使用し、空間分解能が低い受容器への刺激については、モーター１２０による電極部１４０全体の動きで与えるようにしたので、それぞれの受容器の特性に合わせた適切な刺激の提示ができる。
また、触覚提示装置１００は、指ｆの腹ｆＢと接触する電極部１４０と、その電極部１４０を水平方向に移動や振動させるモーター１２０だけの比較的簡単な構成で、４種類のモードの刺激を行うことができる。
【００４７】
［６．変形例］
なお、図１に示す触覚提示装置１００では、電極部１４０を水平方向にシフトさせるシフト部材の一例として、モーター１２０を使用した例を示した。これに対して、モーター以外のシフト部材を使用して、電極部１４０を水平方向に移動させたり、振動させるようにしてもよい。
また、図１に示す触覚提示装置１００の各部の構成（指の装着部１１０の形状や、モーター１２０の配置位置など）についても、一例を示すものであり、その他の構成としてもよい。
さらに、図４に示す電極素子１４１−１〜１４１−２０の数や配置状態についても、一例を示すものであり、その他の配置状態としてもよい。
また、上述した実施の形態例では、指の腹の皮膚に触覚を提示する装置とした。これに対して、本発明は、指以外の箇所の皮膚に触覚を提示する装置に適用してもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１０…皮膚、１１…マイスナー小体、１２…メルケル細胞、１３…ルフィニ終末、１４…パチニ小体、２１，２２…素材、１００…触覚提示装置、１１０…装着部、１１１…左側面、１１２…右側面、１１３…連結部、１１４…モーター保持部、１２０…モーター、１２１…回転軸、１３０…電極保持部、１３１…回転軸連結部、１３２…電極配置部、１４０…電極部、１４１−１〜１４１−２０…電極素子、１４１ｔ…ターゲット電極、１４２…接地電極、１５０…回路配置部、１５１…通信ポート、１５２…インターフェース部、１５３…制御部、１５４…モーションセンサー、１５５…デジタル／アナログ変換器、１５６…モーター駆動部、１６０…電極駆動部、１６１…電源装置
【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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