(57)【要約】電気、力、温度、振動、および／または、時空間を含む物理量を出力可能な出力部側へ触覚情報を与えるため、提示目的とする触感に応じて、物理量のうち少なくとも二つ以上の複数の物理量を選択するとともに、選択された物理量に基づいて、所定の触感を提示するための触覚情報を作成し、作成された触覚情報を出力部側に出力することを特徴とする。
2017175867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも電気を含み、力、温度、振動、および／または、時空間を含む物理量を出力可能な出力部側へ触覚情報を与えるため、制御部を少なくとも備えた触覚情報変換装置であって、
前記制御部は、
提示目的とする触感に応じて、前記物理量のうち少なくとも二つ以上の複数の物理量を選択するとともに、選択された物理量に基づいて、所定の前記触感を提示するための触覚情報を作成する作成部と、
前記作成部により作成された前記触覚情報を前記出力部側に出力する出力制御部と、
を備えたことを特徴とする、触覚情報変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の触覚情報変換装置において、
前記物理量のうちの電気の出力は、触受容器の電気刺激提示であることを特徴とする、触覚情報変換装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の触覚情報変換装置において、
前記触感は、心理質感であることを特徴とする、触覚情報変換装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の触覚情報変換装置において、
前記身体は、指であることを特徴とする、触覚情報変換装置。
【請求項５】
請求項３に記載の触覚情報変換装置において、
前記心理質感は、
人体の複数の異なる触覚受容器で得られる情報から脳内で統合的に認知される心理量であることを特徴とする、触覚情報変換装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一つに記載の触覚情報変換装置を備えた入力装置。
【請求項７】
請求項６に記載の入力装置において、
表層に、多点分布型圧覚計測センサと、
中間層に、温冷感計測センサと、
下層に、振動感計測センサと、
を少なくとも備えた入力装置。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれか一つに記載の触覚情報変換装置を備えた送信装置。
【請求項９】
請求項１乃至５のいずれか一つに記載の触覚情報変換装置を備えた記憶装置。
【請求項１０】
請求項１乃至５のいずれか一つに記載の触覚情報変換装置を備えたサーバ装置。
【請求項１１】
請求項１乃至５のいずれか一つに記載の触覚情報変換装置を備えた受信装置。
【請求項１２】
請求項１乃至５のいずれか一つに記載の触覚情報変換装置を備えた出力装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の出力装置において、
表層に、多点電気触覚刺激による分布型圧力提示部と、
中間層に、ペルチェ素子による高速駆動型温冷感提示部と、
下層に、広周波数域の振動提示部と、
を少なくとも備えた出力装置。
【請求項１４】
請求項１乃至５のいずれか一つに記載の触覚情報変換装置を備えた、操作者が操作するロボット教示装置を用いてロボットに動作を教示するインタラクション操作システムにおいて、
前記ロボットは、
物体を把持するための手指部、
前記物体または前記物体の性状を検出し、物体検出情報を生成する物体検出部であって、前記手指部に配置される物体検出部、
前記ロボットを駆動させるロボット駆動装置、
を有し、
前記ロボット教示装置は、
前記ロボットから伝送された前記物体検出情報に基づき前記触覚情報変換装置により変換された触覚情報に応じて、対応する触感を前記操作者に提供する物体検知感覚提供部、
を有すること、
を特徴とするインタラクション操作システム。
【請求項１５】
少なくとも電気を含み、力、温度、振動、および／または、時空間を含む物理量を出力可能な出力部側へ触覚情報を与えるため、制御部を少なくとも備えた触覚情報変換装置において実行される触覚情報変換方法であって、
前記制御部において実行される、
提示目的とする触感に応じて、前記物理量のうち少なくとも二つ以上の複数の物理量を選択するとともに、選択された物理量に基づいて、所定の前記触感を提示するための触覚情報を作成する作成ステップと、
前記作成ステップにて作成された前記触覚情報を前記出力部側に出力する出力制御ステップと、
を含むことを特徴とする、触覚情報変換方法。
【請求項１６】
少なくとも電気を含み、力、温度、振動、および／または、時空間を含む物理量を出力可能な出力部側へ触覚情報を与えるため、コンピュータに実行させるためのプログラムであって、
提示目的とする触感に応じて、前記物理量のうち少なくとも二つ以上の複数の物理量を選択するとともに、選択された物理量に基づいて、所定の前記触感を提示するための触覚情報を作成する作成ステップと、
前記作成ステップにて作成された前記触覚情報を前記出力部側に出力する出力制御ステップと、
をコンピュータに実行させるための触覚情報変換プログラム。
【請求項１７】
電気、力、温度、振動、および／または、時空間を含む物理量を出力可能な出力部側へ触覚情報を与えるため、制御部を少なくとも備えた触覚情報変換装置であって、
前記制御部は、
提示目的とする触感に応じて、前記物理量のうち少なくとも一つの物理量を選択するとともに、選択された物理量に基づいて、所定の前記触感を提示するための触覚情報を作成する作成部と、
前記作成部により作成された前記触覚情報を前記出力部側に出力する出力制御部と、
を備え、
前記作成部は、
前記提示目的とする触感に応じて、力による粗滑軸、振動による硬柔軸、および、温度による乾湿軸のうちの少なくとも２軸上に対応付けて、前記物理量を選択すること
を特徴とする、触覚情報変換装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の触覚情報変換装置において、
前記作成部は、
触感が既知のサンプルに対して前記検出部により検出された前記物理量と、当該触感とを、前記少なくとも２軸のマップ上に対応付けて更新することにより学習を行うことを特徴とする、触覚情報変換装置。
【請求項１９】
触覚情報を得るため、検出部と制御部を少なくとも備えた触覚情報変換装置であって、
前記検出部は、
力、温度、振動、および／または、時空間を含む物理量を検出可能であり、
前記制御部は、
前記検出部により検出された前記物理量に基づいて、力による粗滑軸、振動による硬柔軸、および、温度による乾湿軸のうちの少なくとも２軸上に対応付けることにより、対応する触感を提示するための前記触覚情報を取得すること、
を特徴とする、触覚情報変換装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の触覚情報変換装置において、
前記制御部は、
触感が既知のサンプルに対して前記検出部により検出された前記物理量と、当該触感とを対応付けた前記少なくとも２軸のマップを更新することにより学習を行うことを特徴とする、触覚情報変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触覚情報変換装置、触覚情報変換方法、および、触覚情報変換プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、現実または仮想の物体について利用者に触覚を提示する触覚提示デバイスが開発されている。【０００３】
例えば、特許文献１では、ペン型の力覚提示装置であって、利用者が把持する際に指先が接触する可動部において、往復動、搖動、傾動、回転等の動きをさせることによって、指先に固有受容感覚を提示することが開示されている。【０００４】
また、非特許文献１では、圧力、振動、温度を要素触覚として、触覚マップを作成し、それら要素触覚を合成して任意の触覚を提示する触覚提示装置について開示されている。【０００５】
また、非特許文献２では、実環境下における指なぞり動作時に、爪側に設けた振動子を振動させて、仮想的な凹凸感を提示することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２８７２２１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】近井学「新しい触角提示装置の研究」長岡技術科学大学博士論文、国立大学法人長岡技術科学大学、２０１４年３月２５日、１３１０２甲第７０２号、ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｈｄｌ．ｈａｎｄｌｅ．ｎｅｔ／１０６４９／７１９
【０００８】
【非特許文献２】安藤英由樹、渡邊淳司、稲見昌彦、杉本麻樹、前田太郎「Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ  Ｒｅａｌｉｔｙのための爪装着型触覚ディスプレイの研究」、電子情報通信学会論文誌、電子情報通信学会、２００４年１１月１日、Ｖｏｌ．Ｊ８７−Ｄ２、Ｎｏ．１１、ｐｐ．２０２５−２０３３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の触覚提示デバイスは、それぞれの触感を提示するために特化したアドホックの技術であり、例えばオノマトペで表現されるような任意の触感を選択して出力できるものではない、という問題があった。【００１０】
例えば、特許文献１では、往復動、搖動、傾動、回転等の動きにより固有受容感覚を提示できるものの、これらの組合せでは多様な皮膚感覚や触感を提示することができない、という問題点があった。また、非特許文献１では、圧力と温度と振動の３軸で触覚マップを作成して任意の触覚を提示しようとするものであるが、これらの組合せではネバネバ感やモチモチ感などの触感を提示することは原理的にできない、という問題があった。また、非特許文献２では、物体の指なぞり時に爪上から振動刺激を加えることによって、指腹部に適切なインパルス刺激を生成させて凹凸のエッジ知覚を再現できるものの、皮膚触覚情報のうち凹凸覚に特化した提示方法であって、多様な触感を提示することができない、という問題点があった。【００１１】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、任意の触感を提示またはセンシングして汎用的に用いることができる、触覚情報変換装置、触覚情報変換方法、および、触覚情報変換プログラムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような目的を達成するため、本発明の触覚情報変換装置は、少なくとも電気を含み、力、温度、振動、および／または、時空間を含む物理量を出力可能な出力部側へ触覚情報を与えるため、制御部を少なくとも備えた触覚情報変換装置であって、前記制御部は、提示目的とする触感に応じて、前記物理量のうち少なくとも二つ以上の複数の物理量を選択するとともに、選択された物理量に基づいて、所定の前記触感を提示するための触覚情報を作成する作成部と、前記作成部により作成された前記触覚情報を前記出力部側に出力する出力制御部と、を備えたことを特徴とする。【００１３】
また、本発明の触覚情報変換装置は、上記の触覚情報変換装置において、前記物理量のうちの電気の出力は、触受容器の電気刺激提示であることを特徴とする。【００１４】
また、本発明の触覚情報変換装置は、上記の触覚情報変換装置において、前記触感は、心理質感であることを特徴とする。【００１５】
また、本発明の触覚情報変換装置は、上記の触覚情報変換装置において、前記作成部は、力の時間変化による触感を提示する場合、少なくとも電気および時空間の前記物理量を選択するとともに、選択された物理量に基づいて、所定の前記触感を提示するための触覚情報を作成することを特徴とする。【００１６】
また、本発明の触覚情報変換装置は、上記の触覚情報変換装置において、前記作成部は、非接触状態から接触状態への遷移過程または身体の変位過程において、硬表面の場合よりも強い電気、力、もしくは振動の刺激、または、硬表面の場合よりも広い面積の電気、力、もしくは振動の刺激が与えられるように前記触覚情報を作成し、前記出力制御部は、前記作成部により作成された前記触覚情報に基づいて、柔らかい心理質感を提示することを特徴とする。【００１７】
また、本発明の触覚情報変換装置は、上記の触覚情報変換装置において、前記作成部は、接触状態から非接触状態への遷移過程または身体の変位過程において、硬表面の場合よりも強い電気、力、もしくは振動の刺激、または、硬表面の場合よりも広い面積の電気、力もしくは振動の刺激が与えられるように前記触覚情報を作成し、前記出力制御部は、前記作成部により作成された前記触覚情報に基づいて、粘つく心理質感を提示することを特徴とする。【００１８】
また、本発明の触覚情報変換装置は、上記の触覚情報変換装置において、前記身体は、指であることを特徴とする。【００１９】
また、本発明の触覚情報変換装置は、上記の触覚情報変換装置において、前記心理質感は、人体の複数の異なる触覚受容器で得られる情報から脳内で統合的に認知される心理量であることを特徴とする。【００２０】
また、本発明の入力装置は、上記の触覚情報変換装置を備えたことを特徴とする。【００２１】
また、本発明の入力装置は、上記の入力装置において、表層に、多点分布型圧覚計測センサと、中間層に、温冷感計測センサと、下層に、振動感計測センサと、を少なくとも備えたことを特徴とする。【００２２】
また、本発明の送信装置は、上記の触覚情報変換装置を備えたことを特徴とする。【００２３】
また、本発明の記憶装置は、上記の触覚情報変換装置を備えたことを特徴とする。【００２４】
また、本発明のサーバ装置は、上記の触覚情報変換装置を備えたことを特徴とする。【００２５】
また、本発明の受信装置は、上記の触覚情報変換装置を備えたことを特徴とする。【００２６】
また、本発明の出力装置は、上記の触覚情報変換装置を備えたことを特徴とする。【００２７】
また、本発明の出力装置は、上記の出力装置において、表層に、多点電気触覚刺激による分布型圧力提示部と、中間層に、ペルチェ素子による高速駆動型温冷感提示部と、下層に、広周波数域の振動提示部と、を少なくとも備えたことを特徴とする。【００２８】
また、本発明のインタラクション操作システムは、上記の触覚情報変換装置を備えた、操作者が操作するロボット教示装置を用いてロボットに動作を教示するインタラクション操作システムにおいて、前記ロボットは、物体を把持するための手指部、前記物体または前記物体の性状を検出し、物体検出情報を生成する物体検出部であって、前記手指部に配置される物体検出部、前記ロボットを駆動させるロボット駆動装置、を有し、前記ロボット教示装置は、前記ロボットから伝送された前記物体検出情報に基づき前記触覚情報変換装置により変換された触覚情報に応じて、対応する触感を前記操作者に提供する物体検知感覚提供部、を有すること、を特徴とする。【００２９】
また、本発明の触覚提示方法は、少なくとも電気を含み、力、温度、振動、および／または、時空間を含む物理量を出力可能な出力部側へ触覚情報を与えるため、制御部を少なくとも備えた触覚情報変換装置において実行される触覚情報変換方法であって、前記制御部において実行される、提示目的とする触感に応じて、前記物理量のうち少なくとも二つ以上の複数の物理量を選択するとともに、選択された物理量に基づいて、所定の前記触感を提示するための触覚情報を作成する作成ステップと、前記作成ステップにて作成された前記触覚情報を前記出力部側に出力する出力制御ステップと、を含むことを特徴とする。【００３０】
また、本発明の触覚情報変換プログラムは、少なくとも電気を含み、力、温度、振動、および／または、時空間を含む物理量を出力可能な出力部側へ触覚情報を与えるため、コンピュータに実行させるためのプログラムであって、提示目的とする触感に応じて、前記物理量のうち少なくとも二つ以上の複数の物理量を選択するとともに、選択された物理量に基づいて、所定の前記触感を提示するための触覚情報を作成する作成ステップと、前記作成ステップにて作成された前記触覚情報を前記出力部側に出力する出力制御ステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とする。【００３１】
また、本発明の触覚情報変換装置は、電気、力、温度、振動、および／または、時空間を含む物理量を出力可能な出力部側へ触覚情報を与えるため、制御部を少なくとも備えた触覚情報変換装置であって、前記制御部は、提示目的とする触感に応じて、前記物理量のうち少なくとも一つの物理量を選択するとともに、選択された物理量に基づいて、所定の前記触感を提示するための触覚情報を作成する作成部と、前記作成部により作成された前記触覚情報を前記出力部側に出力する出力制御部と、を備え、前記作成部は、前記提示目的とする触感に応じて、力による粗滑軸、振動による硬柔軸、および、温度による乾湿軸のうちの少なくとも２軸上に対応付けて、前記物理量を選択することを特徴とする。【００３２】
また、本発明の触覚情報変換装置は、上記の触覚情報変換装置において、前記作成部は、触感が既知のサンプルに対して前記検出部により検出された前記物理量と、当該触感とを、前記少なくとも２軸のマップ上に対応付けて更新することにより学習を行うことを特徴とする。【００３３】
また、本発明の触覚情報変換装置は、触覚情報を得るため、検出部と制御部を少なくとも備えた触覚情報変換装置であって、前記検出部は、力、温度、振動、および／または、時空間を含む物理量を検出可能であり、前記制御部は、前記検出部により検出された前記物理量に基づいて、力による粗滑軸、振動による硬柔軸、および、温度による乾湿軸のうちの少なくとも２軸上に対応付けることにより、対応する触感を提示するための前記触覚情報を取得すること、を特徴とする。【００３４】
また、本発明の触覚情報変換装置は、上記の触覚情報変換装置において、前記制御部は、触感が既知のサンプルに対して前記検出部により検出された前記物理量と、当該触感とを対応付けた前記少なくとも２軸のマップを更新することにより学習を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、提示目的とする触感に応じて、少なくとも電気を含み、力、温度、振動、および／または、時空間を含む物理量を基底として触覚情報を作成し、出力可能な出力部側へ触覚情報を与えるため、作成された触覚情報を出力するので、任意の触感を提示して汎用的に用いることができる、という効果を奏する。特に、駆動部による往復動や回転運動等では再現できない皮膚感覚や、圧力と温度と振動によっては再現できないモチモチ感やネバネバ感などの心理質感など、多様な触感を提示することができる、という効果を奏する。【００３６】
また、本発明によれば、提示目的とする触感に応じて、電気、力、温度、振動、および／または、時空間を含む物理量を基底として触覚情報を作成する場合に、出力可能な出力部側へ触覚情報を与えるため、提示目的とする触感に応じて、力による粗滑軸、振動による硬柔軸、および、温度による乾湿軸のうちの少なくとも２軸上に対応付けて、物理量を選択するので、例えばオノマトペ地図上の様々な任意の触感を提示して汎用的に用いることができる、という効果を奏する。また、反対に出力と入力を入れ替えて、検出部による物理量に基づいて、力による粗滑軸、振動による硬柔軸、および、温度による乾湿軸のうちの少なくとも２軸上に対応付けることにより、例えばオノマトペ地図上の様々な触感をセンシングすることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、指を接触させて物体の上を滑らせる、もしくは静止させてから離した際の各細胞の反応を示す模式図である。
【図２】図２は、「力」、「振動」および「温度」の３基底を合成して、生理空間の触覚７基底を刺激する第二の方法を模式的に示した図である。
【図３】図３は、粗さ軸、硬さ軸、湿り軸の３軸のマップに様々なオノマトペを位置付けた心理質感マップの一例を示す図である。
【図４】図４は、物理空間において、「力」、「振動」、「温度」、および「電気」の４基底に基づいて合成し、心理空間の様々な触感を再現する本実施形態の方法を模式的に示した図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態にかかる触覚情報変換装置を含む触感提示システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図６】図６は、触原色原理に基づく一体型触覚計測モジュールの構造を示す斜視図である。
【図７】図７は、触原色原理に基づく一体型触覚伝送モジュールの構造を示す斜視図である。
【図８】図８は、ファントムセンセーション錯覚による知覚点を示す図である。
【図９】図９は、本願発明者らが開発した上述のＴＥＬＥＳＡＲ  Ｖと呼ぶテレイグジスタンスロボットの指装着型センサ／アクチュエータの外観を示す図である
【図１０】図１０は、本願発明者らが開発した上述のＴＥＬＥＳＡＲ  Ｖと呼ぶテレイグジスタンスロボットの指装着型センサ／アクチュエータの装着時の外観を示す図である。
【図１１】図１１は、本実施形態の触感提示システムにおける触覚情報変換処理の一例を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、本実施形態の触感提示システムの触覚情報変換装置１００における多点刺激処理の一例を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、本実施形態の触感提示システムにおける遠隔触感伝送処理の一例を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、機械学習等により取得したカテゴリー情報の変換テーブル等に基づいて、センサ等の入力情報を触感カテゴリー情報に分類し、分類した触感カテゴリー情報に基づいて、複数の物理量を合成して提示出力する場合の機能概念構成を示す図である。
【図１５】図１５は、硬表面、軟表面、粘表面を触った場合の接触面や圧力の変化を模式的に示した図である。
【図１６】図１６は、硬表面、軟表面、粘表面を触ったときに大変形が生じた場合の接触面や圧力の変化を模式的に示した図である。
【図１７】図１７は、指の変位量に対する硬表面、軟表面、粘表面の接触面積の変化を示す図である。
【図１８】図１８は、本実施例１の実験１で用いた実験装置の構成を指先側から模式的に示した図である。
【図１９】図１９は、本実施例１の実験１で用いた実験装置を指に装着する前の状態と装着後の状態を示した写真図である。
【図２０】図２０は、本実施例１の実験１にて、柔らか感を提示するために用いた実験条件（Ｐｒｅｓｓ条件）を示す図である。
【図２１】図２１は、本実施例１の実験１にて、粘つき感を提示するために用いた実験条件（Ｒｅｌｅａｓｅ条件）を示す図である。
【図２２】図２２は、本実施例１の実験１による主観評価実験結果を示す図である。
【図２３】図２３は、本実施例１の実験２で用いた実験装置を指に装着した状態を示す写真図である。
【図２４】図２４は、本実施例１の実験２の実験条件（Ｐｒｅｓｓ条件）を示す図である。
【図２５】図２５は、本実施例１の実験例２の実験条件（Ｒｅｌｅａｓｅ条件）を示す図である。
【図２６】図２６は、本実施例１の実験２による主観評価実験結果を示す図である。
【図２７】図２７は、電気刺激マトリックスと機械刺激マトリクスを組み合わせた高密度提示デバイスの構成例を示す図である。
【図２８】図２８は、上述したオノマトペ地図（図３）における実施例１（軸１）の範囲を示す図である。
【図２９】図２９は、水平方向の抵抗力により示される触感表現の範囲を示す図である。
【図３０】図３０は、実験に用いたデバイスを示す図である。実験デバイス等の詳細は、先行知見（Ｋａｊｉｍｏｔｏ，  ｅｔ  ａｌ．  １９９９，  Ｓａｔｏ  ｅｔ  ａｌ．  ２０１０）を参照されたい。
【図３１】図３１は、「ざらざら感」「ごつごつ感」「かさかさ感」の再現実験の結果を示す図である。
【図３２】図３２は、抵抗力と温度によって再現する触覚表現の範囲を示す図である。
【図３３】図３３は、実験に用いたデバイスと振動波形を示す図である。
【図３４】図３４は、「すべすべ」「つるつる」「ぬめぬめ」「ぬるぬる」の再現実験の結果を示す図である。
【図３５】図３５は、心理空間を示すオノマトペ地図と、力と振動と温度の３軸で表される物理空間の刺激マップを示す図である。
【図３６】図３６は、本実施例２の実験装置（ペルチェ素子）の構成を示す図である。
【図３７】図３７は、本実施例２の実験環境と、ペルチェ素子の装着例を示す図である。
【図３８】図３８は、指先側から指を見た場合の温度刺激（Ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｔｉｍｕｌｕｓ）を与える位置を模式的に示した図である。
【図３９】図３９は、本実施例２の実験結果を示すグラフ図である。
【図４０】図４０は、本実施例２の実験２の実験装置を示す図である。
【図４１】図４１は、指先側から指を見た場合の温度刺激（Ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｔｉｍｕｌｕｓ）を与える位置を模式的に示した図である。
【図４２】図４２は、温刺激の場合の本実施例２の実験２の実験結果を示したグラフ図である。
【図４３】図４３は、冷刺激の場合の本実施例２の実験２の実験結果を示したグラフ図である。
【図４４】図４４は、本実験３（ａ．接触の有無＋温度刺激）により接触に対する温度感覚のずれを示した図である。
【図４５】図４５は、本実験３（ｂ．振動刺激の有無＋温度刺激）により振動に対する温度感覚のずれを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下に、本発明の本実施形態にかかる触覚情報変換装置、触覚情報変換方法、および、触覚情報変換プログラム、並びに、記録媒体の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。例えば、以下の実施の形態においては本発明にかかる触覚情報変換装置の機能を、センサ等の入力部や、触覚刺激等を出力する出力部に接続した例について説明することがあるが、本発明はこれに限られず、例えば入力部や出力部には直接接続されない独立したサーバ装置等の機能として構成してもよい。このほか、本発明を、入力装置、送信装置、記憶装置、受信装置、もしくは、出力装置等の一部として、または、これらの装置間に設置される変換装置として構成してもよいものである。
【００３９】
［本実施形態の概要］
以下、本発明の実施形態の概要を説明するために、まず本発明の実施形態を考案するに至った背景および概要について説明し、その後、本実施形態の構成および処理等について詳細に説明する。なお、本実施形態の概要は、本発明の実施形態を考案するに至った背景および概要を示すものであり、本発明を限定するものではない。
【００４０】
本発明の実施形態が考案された背景として、従来、人間の感覚は、「特殊感覚」と「体性感覚」とに分けられることが知られていた。特殊感覚（ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｓｅｎｓａｔｉｏｎ）とは、視覚であれば眼球、聴覚であれば耳などのように、対応した特別な感覚器が存在する感覚のことを指す。例えば、「加速度」という感覚は、耳、特に、耳の中の前庭である三半規管と卵形曩・球形曩という感覚器に対応しているという意味で特殊感覚に分類される。
【００４１】
一方、体性感覚（ｓｏｍａｔｉｃ  ｓｅｎｓａｔｉｏｎ）とは、体分節性の感覚という意味であり、大きく分けると、皮膚に由来する皮膚感覚（ｃｕｔａｎｅｏｕｓ  ｓｅｎｓａｔｉｏｎ）と、内部の筋や腱に由来する姿勢や運動の感覚である固有受容感覚（ｐｒｏｐｒｉｏｃｅｐｔｉｏｎ）とに分かれる。なお、固有受容感覚は自己受容感覚とも呼ばれている。
【００４２】
広義の「触覚」とは、これら皮膚感覚と固有受容感覚という体性感覚の全体を意味しており、本実施形態において「触覚」と呼ぶ場合は、広義の触覚を指す。なお、狭義の「触覚」は、本来的には、温・冷・痛などの多様な感覚も含まれる皮膚感覚のうちの、接触覚や圧覚のみを意味している。この接触覚や圧覚は、皮膚の中にあるメルケル細胞、マイスナー小体、パチニ小体やルフィニ終末などの感覚器に対応している。そして、皮膚全体がへこんだり引っ張られたりした場合には、その変形や振動が感覚器に伝わり感覚が生じる。
【００４３】
また、能動的触覚といって、自ら体を動かして触れることで、皮膚だけでなく、筋の筋紡錘、腱のゴルジ受容体などの感覚受容器が刺激されて起きる固有受容感覚との総合的な感覚もある。したがって、広い意味での触覚は、一つの感覚器に対応した、触れているか否かといった単純な感覚のみならず、固有受容感覚まで含めた、幅広い感覚の総合ともいえる。一例として、人間が広義の触覚によって、ある物体、例えば鉄の玉を認識するプロセスについて説明する。まず触れることで、人間は形状を知るのであるが、直に指で触らず、指に厚手の手袋をはめて、それを介して鉄の玉に触れても、腕、手、指の関節がどう動いて、どのような形になったという情報から、「球」と推測することができる。このことからも推測できるように、大まかな形状の認識は、皮膚ではなく、筋紡錘やゴルジ受容器などの固有受容感覚によっている。また大まかな形状に加え、硬さとか、バネのような反撥力を感じたり、水の中で腕を動かしたりするときの抵抗感などの感覚なども、固有受容感覚に由来する。
【００４４】
皮膚感覚は、もっと細かい「テクスチャ」（質感）と呼ばれる表面の細かい形状パターンを認識するものである。この感覚は、厚い手袋をした状態では生じず、皮膚で直に触ることが重要である。この感覚は、先述した能動的触覚によって更に認識精度が向上する。なお、この固有受容と皮膚感覚が一体となった運動をともなう触覚は、ハプティクス（触運動知覚：ｈａｐｔｉｃ  ｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎ，  ｈａｐｔｉｃｓ）と呼ばれている。持って触れることだけでは鉄とまでは判別できないが、それが金属だろうと認識できるのは、テクスチャに加えて、温冷を感じる皮膚感覚によるところが大きい。なお、以下の本実施形態の説明において、触覚とは、特に皮膚感覚を指す場合があるが、これに限られず、固有受容感覚をも含んでもよい。
【００４５】
人間が直接ある物体を指の表面で触った時の感覚を伝えるために、人間の指の表面に、実際の物体と全く同じ物体を再現しなければならければ触覚をメディアとして扱うことは難しい。例えば、視覚の場合、物体の色は実際のスペクトルと異なっていても、人間のＲＧＢの３原色のそれぞれを担う錐体細胞が同一の発火をすれば同じ色に見えるので、この原理を用いて、今日のテレビやカラー写真やカラーの印刷物に応用されている。
【００４６】
本願発明者らは、もしも光の三原色と同様に、触覚についても触原色が存在しているならば、視覚の場合と同様に触覚を情報メディア化できるはずであると考えた。触原色の存在を裏付ける事実として、人間の触覚において、明確に異なる種類の皮膚感覚器が存在していることが挙げられる。すなわち、３原色に対応するＲＧＢの錐体細胞と同様に、触覚にも触原色に対応する、メルケル細胞、マイスナー小体、パチニ小体、ルフィニ終末などが存在する。また、温冷痛に反応する自由神経終末も存在する。従来の神経生理学研究の成果として、メルケル細胞とルフィニ終末は圧力と剪断力、マイスナー小体は低周波振動、パチニ小体は高周波振動を検知することが知られている。ここで、図１は、指を接触させて物体の上を滑らせる、もしくは静止させてから離した際の各細胞の反応を示す模式図である。横軸は時間であり、各細胞について縦軸は励起状態を示している。
【００４７】
図１に示すように、物体に接触した際には、メルケル細胞が圧力、マイスナー小体が低周波振動、パチニ小体が高周波振動を検知することにより、メルケル細胞で変位、マイスナー小体で速度、パチニ小体で加速度に意味づけして知覚することができる。図示のような平坦面に限らず、実物体には、凹凸形状、摩擦、熱、弾性といった多くの物理特性がある。皮膚感覚が生じる状況を考察すれば、物体を触ると皮膚表面に力と振動と温度変化等が生じ、それが皮膚の内側に伝わって、上述の感覚器が反応して触覚が生じる。そのため、本願発明者らは、物体の凹凸形状、摩擦、熱、弾性といった物理特性の如何にかかわらず、各感覚器に、その物体を触った場合と同様の反応を起こすことができれば、実際の物体に触れているかのように同じ触覚が人間に生じると考えた。すなわち、触覚も視覚と同様に触原色に対応する細胞を反応させることができれば、実物体を再現して提示するまでもなく、その触覚のみを再現して視覚と同様に情報メディアとすることができると本願発明者らは考えた。
【００４８】
この場合、感覚器に同一の発火を引き起こすには大別して二つの方法がある。第一の方法は、生理空間に基底を求め、電気刺激で基底となる感覚器そのものを選択的に発火させるという方法である。ここで、本実施形態において、「基底」とは、構成単位や要素といった意味である。電極をすべての感覚器の場所に埋め込んで刺激するという侵襲的な方法は実用的でないため、皮膚表面からの経皮電気刺激で、かつ、選択的に感覚器（例えば触受容器）を刺激する方法が考えられる（例えば本願発明者による特許第３５４３０９７号参照）。この方法は、本願発明者により開発されたものであり、例えば陽極刺激によってマイスナー小体のみを選択刺激可能であり、陰極の電気刺激で皮膚電極を介してメルケル細胞を刺激して、圧覚に似た感覚を伝えることが可能である。しかしながら、パチニ小体を選択的に刺激することはできず、また、温冷も選択的に刺激できないという問題があった。また、逆に本来は痛覚を生じないような刺激でも、電気刺激により痛覚を伴ってしまうことがある。したがって、第一の方法は、生理空間の基底となる細胞を直接選択的に刺激する方法として、汎用的な刺激を与えられるまでに至っていない。
【００４９】
第二の方法は、視覚のＲＧＢを基底とする方法と等価な方法で、物理空間で基底を選択する方式である。ここで、図２は、「力」、「振動」および「温度」の３基底を合成して、生理空間の触覚７基底を刺激する第二の方法を模式的に示した図である。メルケル細胞とルフィニ終末が圧力と剪断力、マイスナー小体が低周波振動、パチニ小体が高周波振動、自由神経終末は、温、冷、痛に応答することから、実物体を触ったときの人間の皮膚表面での、圧力と剪断力、すなわちベクトル力としての「力」、低周波から高周波までの「振動」と、「温度」とが、実際に触っていなくとも同様に提示することができれば、人間は、実際と同じ感覚を得ることになる。力や振動などは、人間の能動的な運動により変化していく場合が多いが、その場合は人間の動きに追従して再現すればよい。これは、視覚において、光のすべてのスペクトラムを再現せず、ＲＧＢに対応したスペクトラムのみを基底として用いて、その基底に基づく合成で、殆ど全ての視覚情報を再現している方式と類似の方式といえる。すなわち、物体の有する凹凸形状、摩擦、熱、弾性といった物理特性をすべて再現するのではなく、その物体との接触によって皮膚表面に生じ、受容器の細胞が捉えられる、「力」、「振動」、「温度」の三つの物理量のみを基底として、それらの時間変化を記録し、伝送して、それらの基底を基に合成すればよいと本願発明者らは考えた。すなわち、本願発明者らは、この第二の方法を触原色原理の基本形として開発を進めた。
【００５０】
ここで、「力」、「振動」、「温度」を基底とする方法には、小型化にむけて問題が残されており、更なる鋭意検討の必要があると本願発明者らは考えた。すなわち、「力」の提示は、力という物理量のもつ特性から、力を加える点とは別の場所に、力を及ぼすための固定場所（接地）を用意する必要がある。例えば、指腹に力を加えるためには、指の甲などの部分に接地させ、そこから力を加えなければならない。これでは、提示装置そのものを作製する際に、その刺激部位の付近にのみに装置を収めきれない。したがって、必然的に比較的大きな空間を要し、デバイスを小型化する際の大きな制約となる。また、一般的な皮膚表面への力提示では、押す方向への圧力は提示可能でも、引く方向への力が提示できない、という問題も残る。引く方向の力が提示できなければ、例えばネチョネチョ感などのオノマトペで表現される多様な心理質感の提示が難しくなる。ここで、図３は、粗さ軸、硬さ軸、湿り軸の３軸のマップに様々なオノマトペを位置付けた心理質感マップの一例を示す図である。
【００５１】
本発明にかかる一実施形態は、上述した様々な問題に鑑み、本願発明者らにより鋭意検討の結果、考案されたものであって、「力」、「振動」、「温度」の３基底に加えて、「電気」を基底に含めることで解決を図る。すなわち、第一の方法と第二の方法とを組み合わせ、互いにデメリットが補完されるように構成する。ここで、図４は、物理空間において、「力」、「振動」、「温度」、および「電気」の４基底に基づいて合成し、心理空間の様々な触感を再現する本実施形態の方法を模式的に示した図である。
【００５２】
なお、本実施形態は、「力」を全て「電気」で置き換え、４基底のうちの「力」の関与を零として、３基底に基づいて合成してもよい。また、本実施形態は、これに限られず、更に「時間」および／または「空間」の時空間的要素を基底に加えてもよい。電気は実際の通常の物体との接触では、静電気を感じたりする特別の場合を除いては生じないが、れっきとした物理量であることから、物理空間の基底である。
【００５３】
この電気刺激が、圧覚や振動覚、さらには痛覚なども生じさせることから、電気刺激の与え方によって、心理空間における５基底の触感へ効果を及ぼすことが本実施形態の大きな特徴である。すなわち、物理空間の基底に基づいて生理空間の７基底の触覚を刺激するアプローチではなく、本実施形態は、電気を含む物理空間の複数の基底を合成して、心理空間の５基底に基づく多様な触感を再現するアプローチである。例えば、電気を含む物理空間の複数の基底を適切に選択するとともに、選択された物理量に基づいて、所定の触感を提示するための触覚情報を作成することにより、オノマトペで表現されるような心理質感、言い換えれば、人体の複数の異なる触覚受容器で得られる情報から脳内で統合的に認知される心理量、を再現することができる。これにより、単に触覚を刺激する従来の手法とは異なり、マルチモーダル（多感覚形式）に基づく触知性に働きかける触感提示を行うことができる。オノマトペで表現されるような心理質感を提示する具体的手法については後述する。
【００５４】
本発明の一実施形態によれば、特に、硬柔、乾湿などの感覚を与えて、従来の力、振動、温度のみで提示できる感覚の範囲を大幅に広めることができる。また、力を提示しにくい場合には、力の提示を電気によって代替して行うことができるので、小型化のマルチモーダル（多感覚形式）のデバイスを作ることが可能になる。この電気を含む物理空間の複数の基底に基づいて合成して触感を提示することが本実施形態の大きな特徴の一つである。
【００５５】
なお、本発明にかかる別の実施形態としては、必ずしも電気を用いる必要はない。すなわち、本発明の別の形態によれば、提示目的とする触感に応じて、電気、力、温度、振動、および／または、時空間（例えば、電気、力、温度、振動の時間的および／または空間的な変化）を含む物理量を基底として触覚情報を作成する場合に、出力可能な出力部側へ触覚情報を与えるため、提示目的とする触感に応じて、力による粗滑軸、振動による硬柔軸、および、温度による乾湿軸のうちの少なくとも２軸上に対応付けて、物理量を選択する。これにより、例えばオノマトペ地図上の様々な任意の心理触感を再現することができる。なお、力による粗滑軸、振動による硬柔軸、および、温度による乾湿軸のうちの少なくとも２軸上のマップを用いれば、検出部により検出される力や振動や温度などの物理量から、対応する心理触感をセンシングすることも可能となる。
【００５６】
以上が本実施形態の概要である。つづいて、上述した本発明の実施形態を実現するための装置構成や処理の詳細な例について、以下に詳しく説明する。
【００５７】
［触感提示システムの構成］
触覚情報変換装置を含む触感提示システムの構成について図面を参照しながら説明する。図５は、本発明の実施形態にかかる触覚情報変換装置を含む触感提示システムの構成の一例を示すブロック図であり、該構成のうち本発明に関係する部分のみを概念的に示している。
【００５８】
図５に示すように、本実施形態において、触感提示システムは、触覚情報変換装置１００と、各種センサ等の外部入力装置１２０と、物理量を出力可能な外部出力装置１４０と、サーバ等の外部機器２００とを、ネットワーク３００を介して接続して構成される。なお、図５では、触覚情報変換装置１００、外部入力装置１２０、外部出力装置１４０、および、外部機器２００は、各一台が触感提示システムに備えられた例が図示されているが、これに限られず、触感提示システムは、各装置を複数台備えてもよい。ここで、触覚情報変換装置１００は、パーソナルコンピュータや、サーバ用コンピュータ、携帯情報端末（タブレット型コンピュータ等）などである。ネットワーク３００は、触覚情報変換装置１００と外部入力装置１２０と外部出力装置１４０と外部機器２００とを相互に接続する機能を有し、例えば、有線または無線のＬＡＮやインターネット等である。
【００５９】
ここで、図５において、外部入力装置１２０は、各種のセンサ等の入力手段である。例えば、力センサや、振動センサ、温度センサであってもよく、更には、凹凸センサ、表面あらさセンサ、引き貼りセンサ、摩擦センサ、湿潤センサ、熱伝導センサ、粘弾性センサ、加速度センサ等であってもよい。その理由として、対象物は、凹凸形状、表面あらさ、摩擦、熱伝導率、粘性、弾性、慣性、湿潤などの物理特性を持っている。しかし、人間の皮膚感覚器が関知するのは、基本的に、人間が対象物を自分の手などを動かすことにより対象物と触れて、その時生じる手などに生じる力（皮膚の変形）、振動、温度変化であり、これにより触感を得ている。したがって、最適なセンサとしては、それらを直接的にセンシングする力センサ、振動センサ、温度センサである。しかし、ロボットハンドには、必ずしも、それらのセンサがない場合もある。その場合には、例えば、加速度センサから、力情報や振動情報に変換したり、表面あらさセンサから振動情報に変換したり、あるいは、各種のセンサの組み合わせにより演算して力、振動、温度に変換することをしてもよい。これらの変換は、センサ側で行って通信は、標準的なものにすることが最適であるが、そのまま通信して、触覚情報変換で行ってもよい。
【００６０】
ここで、外部入力装置１２０は、カメラや、タッチパネル、モーションセンサ等の、利用者の動きや物体を認識する認識装置であってもよい。具体的には、外部入力装置１２０は、カメラや圧力センサ等の任意の検出手段によって、人物の身体の動きを認識してもよい。例えば、外部入力装置１２０は、公知のジェスチャー認識技術や、公知のモーションセンサ等を用いて利用者の身体の動きを検出してもよい。ジェスチャーは、物理空間における利用者の位置および動きから得ることができ、腕や脚の動き、または静止姿勢というような、動的または静的な、任意の利用者の動きを含むことができる。
【００６１】
本実施の形態の一例として、外部入力装置１２０において、カメラのようなキャプチャー・デバイスが、ユーザー画像データを取り込み、このユーザー画像データから、利用者のジェスチャー（１つまたは複数）を認識してもよい。より具体的には、外部入力装置１２０は、コンピュータ環境を使用して、利用者の三次元物理空間において利用者によって行われたジェスチャーを認識および分析し、解釈した利用者の動作データや解析前ローデータ等を、触覚情報変換装置１００に送信してもよい。一例として、外部入力装置１２０は、手指の形状や身体の姿勢、接触箇所、接触面積、圧力、振動等を検出する装着型センサであってもよい。例えば、本願発明者らにより開発された指先への反力や温度を伝えられるテレイグジスタンスシステムであるＴＥＬＥＳＡＲシステムのグローブ型センサ等のセンシング技術を用いてもよい。ここで、後述する一体型触覚計測モジュール等のように、外部入力装置１２０は、２次元配置された複数の力検出センサや、振動発生源と振動検出センサ、温度センサ、タイマー等を備えてもよい。公知のモーション認識手段の一例として、マイクロソフト社製Ｋｉｎｅｃｔセンサや、インテル社製ＲｅａｌＳｅｎｓｅセンサ等を用いてもよい。これら公知のセンシング技術によれば、全身や手指のスケルトン動作データや接触データ等のモーションデータを得ることができる。なお、公知のモーションセンサでは、センサ内蔵の制御手段を用いて人物の動きが解析されるか、あるいは、接続されたコンピュータの制御手段にて人物の動きや属性が解析されるが、本実施の形態はいずれであってもよく、例えば、これら解析機能を、外部入力装置１２０の制御手段（プロセッサ等）により実現してもよく、解析前ローデータを受信した触覚情報変換装置１００の制御手段により実現してもよく、あるいは両者の制御手段により分散して解析機能を実現してもよい。このほか、非特許文献２等に記載の公知のフィルム圧力センサ等を用いてもよい。
【００６２】
上述のように外部入力装置１２０は、カメラ等で撮像した画像から物体を認識して、認識した物体に応じた触感を提示目的とするために用いてもよく、外部入力装置１２０は、利用者の身体の姿勢や動きに応じて、然るべきタイミングで触覚刺激を提示するために用いてもよい。このほか、外部入力装置１２０は、力や振動や温度や、それらの時間的変化や空間的分布といった時空間的変化量等の物理量、触覚あるいは触感そのものを検出して、検出した物理量、触感あるいは、検出した触覚情報から学習結果に基づいて認識された触感を提示するために用いてもよく、検出した触覚や触覚に基づいて実際の触感が提示されるように感覚量との誤差を補完するための基礎データとして用いてもよい。ここで、図６は、触原色原理に基づく一体型触覚計測モジュールの構造を示す斜視図である。また、図７は、触原色原理に基づく一体型触覚伝送モジュールの構造を示す斜視図である。
【００６３】
触原色原理では、触覚を、圧覚／剪断力（メルケル細胞・ルフィニ終末により知覚）／低周波振動覚（マイスナー小体により知覚）／高周波振動覚（パチニ小体により知覚）／冷覚／温覚／痛覚（それぞれ自由神経終末により知覚）の各要素間の時空間的関係性からの合成として捉え、触覚の分解と合成を実現する。図６および図７に示すように、本願発明者らは、この触原色原理に基づいて、力・振動覚・冷温覚の各要素を一体的に取得し提示できるモジュールを開発した。いずれも長さ２４ｍｍ、幅１２ｍｍ、高さ６ｍｍであり、指腹部に接触させるのに適したサイズである。
【００６４】
図６に外部入力装置１２０の一例として示す一体型触覚計測モジュールでは、表層に３２点分布型圧覚計測センサ１２０ａを配し、その下位の中間層には体温提示機能を有する温冷感計測センサ１２０ｂを配し、さらなる下層に広周波数域の振動感計測センサ１２０ｃを配している。
【００６５】
また、図７に外部出力装置１４０の一例として示す一体型触覚提示モジュールでは、表層に３２点電気触覚刺激による分布型圧力提示部１４０ａを配し、その下位の中間層にはペルチェ素子４枚のマトリクスによる高速駆動型温冷感提示部１４０ｂを配している。さらなる下層に広周波数域（ＨｉＦｉ）の振動提示部１４０ｃを配置している。
【００６６】
これにより、これまで個別の物理特性として捉えられ、その伝送には多数の素子を組み合わせることが要求された力・振動・温度を時空間的に統合し、高い臨場感を有する触覚の伝送を実現することができる。従来、小型の触覚伝送モジュールを実現するにあたってはいくつかの技術的課題が存在していた。まず、従来、圧覚および低周波振動覚の提示には、一般的にはモータや空気圧等のアクチュエータを利用し、皮膚に物理的な力を発生させるが、このような方法では一定以上の小型化は望めなかった。そこで、本実施形態では、経皮電気刺激による触覚受容器の選択的刺激を利用し、圧覚を知覚するメルケル細胞、および低周波振動覚を知覚するマイスナー小体に繋がる神経を、皮膚上から電気的に刺激することで、物理的な刺激なしに圧覚および低周波振動覚を自在に生み出すことができる。刺激パターンを変化させることで、圧覚／低周波振動覚それぞれを選択的に刺激できることが示される。また、刺激電極ついては、フレキシブルプリント基板を用いた薄型・高密度の電気触覚ディスプレイを用いる。
【００６７】
人の触知覚特性上、圧覚の提示に関しては最も細かい２点弁別閾をもつ指先でも２ｍｍピッチで十分であることが示されている。本実施形態の一体型触覚計測モジュールでは、フレキシブル基板を用いて、一体型触覚提示モジュールの電気触覚ディスプレイに対応した多点計測を可能とする薄型圧覚センサを用いて、高密度・多点の圧覚を取得し提示する薄型のセンサおよびディスプレイを構成する。すなわち、分布型圧覚計測センサ１２０ａおよび分布型圧力提示部１４０ａは、３ｍｍ以内の間隔で４行８列の３２点の、精度の高い圧覚提示と圧覚計測が実現できる。なお、このモジュールは、小型化一体化することで、指先に限らず、人間の体表のどの部分にも適用可能である。また、触原色の原理に基づくエンコーディングをしているため、汎用的な使用が可能となる。
【００６８】
高周波振動覚の提示については、従来、多くの振動アクチュエータが開発されているが、そのほとんどが２００Ｈｚ前後の人が最も知覚しやすい周波数帯に共振周波数を設定して設計されている。これは、低い消費電力で強い刺激を提示するには有効だが、一方で、自然な触動作において発生する多様な振動周波数を含む繊細な触感の提示には適さない、という問題があった。そのため、一体型触覚提示モジュールの振動提示部１４０ｃでは、振動覚提示に最適な振動アクチュエータを実現するため、１Ｈｚ〜１０００Ｈｚの広い振動周波数帯において、フラットな特性での振動覚の提示を可能とする小型の振動アクチュエータを用いる。触覚の生理学的知見として、高周波振動を主に知覚するパチニ小体は、１〜２ｃｍ２程度の大きな受容野をもつことが知られており、このことから、振動アクチュエータのサイズを２ｃｍ２として設計した。なお、振動感測定部１２０ｃによる振動覚の取得については、振動マイクを用いて広い周波数帯の振動を取得する技術が確立しており、これを適用した。
【００６９】
冷温覚の提示について、触原色原理において、絶対的な温度を再現するのではなく、人の皮膚と接触対象との間の熱移動を再現することが必要であることが知られている。そのため、温冷感計測センサ１２０ｂおよび温冷感提示部１４０ｂは、冷温覚の取得と提示における双方向性、すなわち冷温覚を取得するセンサが、人と同等の体温を再現するディスプレイとしての機能を有する。また、従来の冷温覚伝送においては時間応答性が低いことが課題とされているが、人の冷温覚知覚特性を活用し、複数の温度提示素子をマトリクス状に配置し制御することで１Ｈｚ程度の温度変化を可能とする高速冷温覚提示手法により、時空間的に変化する温冷感の伝送を可能とする。
【００７０】
再び図５に戻り、上記の一体型触覚提示モジュールに限られず、外部出力装置１４０は、電気、力、温度、振動、時空間などを含む物理量を出力可能な出力部である。例えば、外部出力装置１４０は、電気刺激子や、力提示アクチュエータ、ペルチェ素子、振動素子などを、マトリックス状に配置して時空間的に出力可能な出力デバイスであってもよい。振動子は、ボイスコイル型振動子、ピエゾ素子、または、バイブレーションモータであってもよい。このほか、外部出力装置１４０は、公知の電気出力手段、力提示手段、温度提示手段、振動提示手段、時空間配置手段を用いて、上述の物理量を出力してもよい。一例として、外部出力装置１４０は、上述した一体型触覚提示モジュール等のように、二次元配置された複数の押圧手段、振動発生手段、発熱手段、タイマー、受信装置等を備えてもよい。例えば、本願発明者らにより開発された指先への反力や温度を伝えられるテレイグジスタンスシステムであるＴＥＬＥＳＡＲシステムの物体検知感覚提供技術を用いてもよい（例えば特開２０１３−９１１１４号公報参照）。
【００７１】
なお、触覚情報変換装置１００が、外部入力装置１２０や外部出力装置１４０とリアルタイムに触覚等の入出力を行わない場合、常時、ネットワーク３００に接続される必要はない。例えば、触覚情報変換装置１００は、接続を確立した際に、外部入力装置１２０に記憶された入力データや、外部入力装置１２０からサーバ等の外部機器２００等に記憶された入力データを取得してもよい。同様に、外部出力装置１４０は、触感提示を行う場合に、触覚情報変換装置１００や、触覚情報がアップロードされた外部機器２００に接続して、触覚情報を取得してもよいものである。
【００７２】
［触覚情報変換装置１００の構成］
つづいて、本実施の形態の触覚情報変換装置１００の構成について詳細に説明する。再び図５に戻り、図示は、本実施の形態が適用される触覚情報変換装置１００の構成の一例を示すブロック図を示しており、該構成のうち本実施の形態に関係する部分を中心に概念的に示している。なお、本実施の形態において、触覚情報変換装置１００は、入力部１１２や出力部１１４等を備えた例について説明するが、これに限られず、入力部１１２や出力部１１４等を備えることなく、外部から要求に応じて触覚情報を作成して出力送信するサーバ等として機能してもよいものである。
【００７３】
図５において、触覚情報変換装置１００は、概略的に、触覚情報変換装置１００の全体を統括的に制御するプロセッサ（例えばＣＰＵ）等の制御部１０２、通信回線等に接続されるルータ等の通信装置（図示せず）に接続される通信制御インターフェイス部１０４、入力部１１２や出力部１１４に接続される入出力制御インターフェイス部１０８、および、各種のデータベースやテーブルなどを格納する記憶部１０６を備えて構成されており、これら各部は任意の通信路を介して通信可能に接続されている。なお、各部は、入力部１１２や出力部１１４による入出力の必要に応じて、一時的に任意の通信路を介して通信可能に接続される構成となっていてもよい。例えば、ＵＳＢメモリ等の記録媒体で、一時的に各部が触覚情報を授受できるように構成されてもよい。
【００７４】
記憶部１０６に格納される各種のデータベースやテーブル（例えば、触覚定義ファイル１０６ａ、物体触感データベース１０６ｂ等）は、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等を用いて構成される小容量高速メモリ（例えば、キャッシュメモリ）等や、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）やＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）等の固定ディスク装置等のストレージ手段であり、各種処理に用いる各種のプログラムやテーブルやファイルやデータベースやウェブページ等を格納する。
【００７５】
このうち、触覚定義ファイル１０６ａは、提示する二以上の複数の触覚刺激の種類を定義する触覚定義手段である。なお、触覚定義ファイル１０６ａは、第一刺激点との時間的および／または空間的な閾値を記憶してもよい。例えば、触覚定義ファイル１０６ａは、第一の種類の触覚刺激と第二の種類の触覚刺激を定義してもよい。より具体的には、触覚定義ファイル１０６ａは、第二の種類の触覚刺激として、第一の種類の触覚刺激よりも、時間的または空間的に生理的弁別が難しい種類の触覚刺激を定義してもよい。これにより、後述する出力制御部１０２ｃの処理により、第二の種類の触覚刺激を第一刺激点に知覚させることができる。また、触覚定義ファイル１０６ａは、第一の種類の触覚刺激として、第二の種類の触覚刺激よりも、時間的または空間的に、生理的弁別が難しい種類の触覚刺激を定義してもよい。これにより、後述する出力制御部１０２ｃの処理により、第一の種類の触覚刺激を第二刺激点に知覚させることができる。一般に、力（特に圧力）、電気、振動、温度の順で時空間的に弁別が難しくなると考えられる。
【００７６】
一例として、触覚定義ファイル１０６ａは、第一の種類の触覚刺激として力提示を定義し、振動、温度、および、電気刺激のうちの一つまたは複数を、第二の種類の触覚刺激として定義してもよい。これにより、振動、温度、および／または、電気刺激を、力提示の刺激点に定位して知覚させることができる。なお、触覚定義ファイル１０６ａが、振動、温度、および、電気刺激のうちの一つまたは複数を、第一の種類の触覚刺激として定義し、第二の種類の触覚刺激として力提示を定義することによっても同様の効果が得られる。
【００７７】
他の例として、触覚定義ファイル１０６ａは、第一の種類の触覚刺激として振動提示を定義し、第二の種類の触覚刺激として温度刺激を定義してもよい。これにより、温度刺激を、振動提示の刺激点に定位して知覚させることができる。なお、触覚定義ファイル１０６ａが、第一の種類の触覚刺激として温度刺激を定義し、第二の種類の触覚刺激として振動提示を定義することによっても同様の効果が得られる。
【００７８】
他の例として、触覚定義ファイル１０６ａは、第一の種類の触覚刺激として電気刺激提示を定義し、振動および／または温度を、第二の種類の触覚刺激として定義してもよい。これにより、振動および／または温度の刺激を、力提示の刺激点に定位して知覚させることができる。なお、触覚定義ファイル１０６ａが、振動および／または温度を、第一の種類の触覚刺激として定義し、第二の種類の触覚刺激として電気刺激提示を定義することによっても同様の効果が得られる。
【００７９】
つづいて、物体触感データベース１０６ｂは、物体と触感を対応付けて記憶した物体触感蓄積手段である。例えば、物体触感データベース１０６ｂは、公知の物体認識手法により現実世界の中で物体が認識された場合に、あるいは拡張現実空間や仮想空間中の仮想の物体について、その物体に応じて、提示すべき触感を定義している。ここで、物体触感データベース１０６ｂは、提示すべき触感として、人体の複数の異なる触覚受容器で得られる情報から脳内で統合的に認知される心理量などのように、心理触感を定義してもよい。物体触感データベース１０６ｂは、上述した図３で示した心理触感マップ（オノマトペ地図）のように、素材や物体などを、所定の定量軸上に位置付けたマップを用いて、物体ないし素材に対応する触感を定義してもよい。
【００８０】
ここで、一例として、物体触感データベース１０６ｂは、以下の表のように、対象物や触感に応じて、電気を基底として含まない入力用の触覚情報から、電気を基底として含む出力用の触覚情報へと変換する変換テーブルを記憶してもよい。この変換テーブルを用いることによって、例えば、一般的な皮膚表面への力提示では、押す方向への圧力は提示可能でも、引く方向への力が提示できない、という問題等を解決し、電気を含む刺激提示によって引く方向の力を再現して、例えばネチョネチョ感などのオノマトペで表現される多様な心理質感の提示ができるようになる。
【表１】
2017175867.tif 000003
【００８１】
また、物体触感データベース１０６ｂは、力による粗滑軸、振動による硬柔軸、および／または、温度による乾湿軸上のパラメータに、オノマトペなどの心理触感等の触感を対応付けて記憶してもよい。例えば、物体触感データベース１０６ｂは、力による粗滑軸、振動による硬柔軸、および、温度による乾湿軸のうちの２軸〜３軸で構成されるマップ上に、触感を対応付けた物理空間マップ等を記憶してもよい。なお、物体触感データベース１０６ｂが定義する触感と物理量の関係は、予め記憶されたものであってもよく、作成部１０２ｂ等により新たに作成されるか更新されるものであってもよい。例えば、後述する作成部１０２ｂの学習処理により、触感が既知のサンプルに対して入力部１１２により検出された物理量と当該触感とを、上記少なくとも２軸のマップ上に対応付けて更新されるマップを物体触感データベース１０６ｂは記憶してもよい。なお、上述した物体触感データベース１０６ｂに、物体とその触感の対応関係が記憶されている場合は、サンプルの触感が既知として、サンプルの触感の教師データとして機械学習等に用いてもよい。
【００８２】
ここで、触覚定義ファイル１０６ａや物体触感データベース１０６ｂ等に記憶される情報は、外部機器２００等から定期的にあるいは都度ダウンロードしてもよく、記憶部１０６は、ダウンロードした情報を一時的にあるいは非一時的に記憶してもよい。
【００８３】
また、図５において、入出力制御インターフェイス部１０８は、各種センサ等の入力部１１２や、物理量等を出力可能な出力部等の出力部１１４の制御を行う。各種センサ等の入力部１１２としては、上述した外部入力装置１２０と同様の機能を備えてもよい。また、物理量等を出力可能な出力部等の出力部１１４としては、上述した外部出力装置１４０と同様の機能を備えてもよい。このほか、出力部１１４としては、モニタ（家庭用テレビやタッチスクリーンモニタ等を含む）等を用いることができる。また、入力部１１２としては、タッチパネル、音声マイク、キーボードなどを用いることができる。一例として、入力部１１２および出力部１１４は、液晶パネル等の出力部１１４と、タッチ位置入力装置等の入力部１１２とを組み合わせたタッチパネル等の入出力手段であってもよい。また、入出力制御インターフェイス部は、ＵＳＢメモリ等の記録媒体と接続してデータを授受する制御を行ってもよい。なお、以下の実施の形態においては、入力手段として、入力部１１２を用いても外部入力装置１２０を用いても、いずれであってもよく、この場合に、まとめて入力手段１１２，１２０と呼ぶ場合がある。同様に、出力手段としては、出力部１１４を用いても外部出力装置１４０を用いても、いずれであってもよく、まとめて出力手段１１４，１４０ないしは出力部１１４，１４０と呼ぶ場合がある。
【００８４】
また、図５において、制御部１０２は、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）等の制御プログラム、各種の処理手順等を規定したプログラム、および所要データを格納するための内部メモリを有し、これらのプログラム等により、種々の処理を実行するための情報処理を行うＣＰＵ等のプロセッサである。制御部１０２は、機能概念的に、提示触感設定部１０２ａ、作成部１０２ｂ、および、出力制御部１０２ｃを備えて構成されている。
【００８５】
このうち、提示触感設定部１０２ａは、提示目的とする触感を設定する提示触感設定手段である。例えば、提示触感設定部１０２ａは、予め定められた触感を提示目的として設定してもよい。他の例として、提示触感設定部１０２ａは、外部入力装置１２０や入力部１１２から得られたモーションデータに基づいて、身体の動きに対応する触感を、提示目的として設定してもよい。また、提示触感設定部１０２ａは、外部入力装置１２０や入力部１１２から得られた実物体の物体認識により認識された物体または仮想の物体に関する情報に基づいて、物体触感データベース１０６ｂから当該物体に対応する触感を取得することにより、提示目的とする触感を設定してもよい。このほか、提示触感設定部１０２ａは、外部入力装置１２０や入力部１１２等を介して、利用者に提示目的とする触感を設定させてもよい。一例として、提示触感設定部１０２ａは、上述のように入力手段１２０，１１２のフレキシブル基板を用いて時間軸に多点計測を行い、この時間軸を加味した接触面積や圧力分布の変化等から、粘つく感覚やもちもち感などの触感を判定してもよい。なお、判定した触感から提示する触覚情報への変換は、上述した表などの変換テーブルを用いて制御部１０２により変換されてもよい。
【００８６】
ここで、提示触感設定部１０２ａは、上述したＴＥＬＥＳＡＲシステム等のロボットの手指部の触覚センサ（力センサ、振動センサ、温度センサなどの入力手段１２０，１１２）の情報を取得し、機械学習などの方法によって、複数のオノマトペなどの触感に関するカテゴリー情報に分類し、カテゴリー情報で表現される触感と、触覚ディスプレイ（力、電気、振動、温度などの刺激を提示する出力手段１４０，１１４）の時空間的な組み合わせとを対応付けて、物体触感データベース１０６ｂに格納してもよい。これにより、離隔した場所にある物体の触感を、触覚センサの情報から推測することができ、推測した触感を、別の場所にいる利用者に多感覚形式で提示することができるようになる。一例として、提示触感設定部１０２ａは、入力部１１２や外部入力装置１２０により検出された物理量に基づいて、力による粗滑軸、振動による硬柔軸、および、温度による乾湿軸のうちの少なくとも２軸のマップや２軸の変換テーブル上に対応付けることにより、対応する触感（心理触感等）を検出してもよい。なお、提示触感設定部１０２ａは、公知の手法等で入力手段１２０，１１２や出力手段１４０，１１４のキャリブレーションを行ってもよい。例えば、提示触感設定部１０２ａは、外部出力装置１４０に対して、初期動作信号を送信し、外部出力装置１４０が初期動作信号に応じて出力を行うことにより、様々なキャリブレーションを実行してもよい。
【００８７】
また、作成部１０２ｂは、提示目的とする触感に応じて、少なくとも二つ以上の複数の物理量を選択するとともに、選択された物理量に基づいて、所定の触感を提示するための触覚情報を作成する作成部１０２ｂである。なお、本実施の形態において、一例として、複数の物理量を基底として合成するため、作成部１０２ｂは、提示目的とする触感に応じて、少なくとも二つ以上の複数の物理量を選択するとともに、選択された物理量に基づいて、所定の触感を提示するための触覚情報を作成してもよい。一例として、物理量は、少なくとも電気を含み、力、温度、振動、および／または、それら電気や力や温度や振動等の時空間的変化を含む物理量であって、作成部１０２ｂは、このうち少なくとも二つ以上の複数の物理量を選択して触覚情報を作成してもよい。他の例として、作成部１０２ｂは、提示目的とする触感に応じて、力による粗滑軸、振動による硬柔軸、および、温度による乾湿軸のうちの少なくとも２軸上に対応付けることにより、物理量を選択してもよい。なお、作成部１０２ｂは、力の時間変化による触感を提示する場合、少なくとも電気および時空間の物理量を選択して触覚情報を作成してもよい。ここで、作成部１０２ｂは、触覚定義ファイル１０６ａにて定義された第一および第二の種類の触覚刺激を、複数の物理量として選択してもよい。作成部１０２ｂは、上述した提示触感設定部１０２ａにより設定された触感を提示目的として、複数の物理量を選択して触覚情報を作成してもよい。一例として、作成部１０２ｂは、物体触感データベース１０６ｂを参照して、入力手段１２０，１１２から得られた触覚センサの情報に対応する触感を判断し、当該触感を提示するため電気刺激等の複数の物理量に基づく触覚情報を作成してもよい。
【００８８】
ここで、作成部１０２ｂによる複数の物理量の合成を伴うエンコーディングについて説明する。例えば、手に「柔らかい」触感を提示しようとするとき、上述した触覚提示モジュール単体で「柔らかさ」を提示可能な触覚信号は存在せず、手が物体をどの程度押し込んだか、という運動情報（モーションデータ等）に応じて、触原色の各触覚要素において提示する触覚信号を時空間的に変化させる必要がある。また、外部入力装置１２０や入力部１１２により、身体的経験を記録する場面と、外部出力装置１４０や出力部１１４により、それを体験する場面において、利用者の身体運動が完全に一致するとは限らず、異なる運動状態下で同じ触覚制御信号を提示するのでは、異なる触感として知覚されてしまう。そのため、触覚情報変換装置１００は、単純に記録した触覚情報をそのまま提示するのではなく、身体運動の差異に応じた適切な変換を行うことが重要である。
【００８９】
図４を用いて上述したように、人が感性的に感じる触感を触覚の心理空間、その触感を構成する神経パルスを生じさせる触覚受容器等の生理学的要素を触覚の生理空間、触覚受容器を活動させる物理的な刺激を触覚の物理空間と定義する。本実施形態の触覚伝送モジュール１２０，１１２は、電気刺激によるメルケル細胞とマイスナー小体の生理空間における刺激と、振動と温度の物理空間における刺激と、のハイブリッドな構成であると捉えられる。そのため、触覚伝送モジュール１２０，１１２を用いて任意の触感を提示するには、心理空間上の任意の「触感」を、触覚提示モジュール１４０，１１４の各感覚要素に分解し、身体運動に応じてインタラクティブに選択するとともに、選択された物理量に基づいて、所定の前記触感を提示するための触覚情報を作成するアルゴリズム、及びそれを触覚情報変換装置１００にて実行可能なソフトウェア環境の構築が必要不可欠となる。そこで、触覚情報変換装置１００の制御部１０２が、作成部１０２ｂや出力制御部１０２ｃ等の処理により、実世界から記録した情報を編集・加工して任意の触覚情報を創造し、体験中の身体運動に併せて適切な触覚制御信号に変換するアルゴリズム、および、実世界から記録した触覚情報を異なる身体運動に対応した新たな触覚情報に変換するアルゴリズムを実行し、触原色エンコーダとして機能する。
【００９０】
再び図５に戻り、作成部１０２ｂによる複数の物理量の合成の具体的アルゴリズムについて述べる。例えば、柔らかい心理質感を提示する場合、言い換えれば「もちもち感」を提示する場合、作成部１０２ｂは、非接触状態から接触状態への遷移過程または身体の変位過程において、硬表面の場合よりも強い電気、力、もしくは振動の刺激、または、硬表面の場合よりも広い面積の電気、力、もしくは振動の刺激が与えられるように複数の物理量により合成してもよい。一例として、作成部１０２ｂは、硬表面に対して指等を接触させた場合に受ける触覚刺激の強さよりも、強い電気刺激、力、もしくは振動の刺激を与えてもよい。また、作成部１０２ｂは、硬表面に対して指等を接触させた場合に受ける触覚刺激の接触面積よりも広い面積の電気、力、もしくは振動の刺激を与える触覚情報を作成してもよい。なお、指等の非接触状態から接触状態への遷移過程や、その動きを示す身体の変位過程は、上述した外部入力装置１２０や入力部１１２により受信されるモーションデータに基づいて判定することができる。
【００９１】
他の例として、粘つく心理質感を提示する場合、言い換えれば「ねばねば感（ｓｔｉｃｋ  ｆｅｅｌｉｎｇ）」を提示する場合、作成部１０２ｂは、接触状態から非接触状態への遷移過程または身体の変位過程において、硬表面の場合よりも強い電気、力、もしくは振動の刺激、または、硬表面の場合よりも広い面積の電気、力もしくは振動の刺激が与えられるように複数の物理量により合成してもよい。一例として、作成部１０２ｂは、同じ圧力で硬表面から指等を接触状態から離す場合に受ける触覚刺激の強さよりも、強い電気刺激、力、もしくは振動の刺激を与えてもよい。また、作成部１０２ｂは、同じ指等の動きで硬表面から指等を離す場合に受ける触覚刺激の接触面積よりも広い面積の電気刺激、力刺激、もしくは振動刺激を与える触覚情報を作成してもよい。なお、指等の接触状態から非接触状態への遷移過程や、その動きを示す身体の変位過程は、上述した外部入力装置１２０や入力部１１２により受信されるモーションデータに基づいて判定することができる。
【００９２】
なお、作成部１０２ｂは、触感から物理量へ変換することに限られず、物理量から触感へ変換する処理を行ってもよいものである。例えば、上記では、作成部１０２ｂは、提示目的とする触感に応じて、力による粗滑軸、振動による硬柔軸、および、温度による乾湿軸のうちの少なくとも２軸上に対応付けて、物理量を選択することについて記載したが、これに限られず逆の処理を行ってもよい。すなわち、作成部１０２ｂは、入力部１１２等により検出された物理量に基づいて、力による粗滑軸、振動による硬柔軸、および、温度による乾湿軸のうちの少なくとも２軸上に対応付けて、対応する触感の情報を得てもよい。すなわち、物理量と触感との間の変換テーブル等が記憶部１０６に記憶されていれば、作成部１０２ｂは、両者の変換をどちらか一方からでも行うことができる。
【００９３】
また、出力制御部１０２ｃは、外部出力装置１４０や出力部１１４等の出力部側に触覚情報を出力する出力制御手段である。具体的には、出力制御部１０２ｃは、作成部１０２ｂにより作成された触覚情報を出力手段１４０，１１４側に出力する。例えば、出力制御部１０２ｃは、触覚情報を外部出力装置１４０に送信してもよく、入出力制御インターフェイス部１０８を介して出力部１１４に出力してもよい。ここで、図５に示すように、出力制御部１０２ｃは、更に、第一刺激部１０２ｄと第二刺激部１０２ｅを備えてもよい。
【００９４】
第一刺激部１０２ｄは、第一の種類の触覚刺激が生じる第一刺激点を判定する、または、出力部１４０，１１４を介して第一の種類の触覚刺激を第一刺激点に発生させる第一刺激手段である。すなわち、第一刺激部１０２ｄは、出力部１４０，１１４を介して第一の種類の触覚刺激を能動的に第一刺激点に発生させてもよく、利用者が物体に対して相対的に動くことにより生じた第一の種類の触覚刺激の第一刺激点を判定してもよい。ここで、刺激点は、時間における時点および／または空間における位置点（一次元線上の位置、二次元平面上の位置、三次元空間上の位置等）を意味する。一方、第二刺激部１０２ｅは、第一刺激部１０２ｄにより判定または発生される第一の種類の触覚刺激の第一刺激点から、時間的および／または空間的に所定の閾値内で離隔した第二刺激点において、出力部１４０，１１４を介して第二の種類の触覚刺激を発生させる第二刺激手段である。時間的な所定の閾値や、空間的な所定の閾値は、提示目的とする触覚刺激に応じて異なり、予め記憶部１０６（触覚定義ファイル１０６ａ等）に記憶されていてもよい。なお、時間的および／または空間的に所定の閾値として、公知の二点弁別閾（空間的二点弁別閾や時間的二点弁別閾等）を用いてもよい。
【００９５】
力提示の刺激点に他の刺激を定位して知覚させる場合、一例として、第一刺激部１０２ｄは、第一の種類の触覚刺激として力提示を、判定または発生させ、第二刺激部１０２ｅは、振動、温度、および、電気刺激のうちの一つまたは複数を、第二の種類の触覚刺激として第二刺激点に発生させてもよい。他の例として、第一刺激部１０２ｄは、振動、温度、および、電気刺激のうちの一つまたは複数を、第一の種類の触覚刺激として、判定または発生させ、第二刺激部１０２ｅは、第二の種類の触覚刺激として力提示を、第二刺激点に発生させることによっても、同様の効果を奏することができる。
【００９６】
また、振動提示の刺激点に他の刺激を定位して知覚させる場合、一例として、第一刺激部１０２ｄは、第一の種類の触覚刺激として振動提示を、判定または発生させ、第二刺激部１０２ｅは、温度刺激を、第二の種類の触覚刺激として第二刺激点に発生させてもよい。他の例として、第一刺激部１０２ｄは、第一の種類の触覚刺激として温度提示を、判定または発生させ、第二刺激部１０２ｅは、振動刺激を、第二の種類の触覚刺激として第二刺激点に発生させることによっても、同様の効果を奏することができる。
【００９７】
また、電気刺激提示の刺激点に他の刺激を定位して知覚させる場合、第一刺激部１０２ｄは、第一の種類の触覚刺激として電気刺激提示を、判定または発生させ、第二刺激部１０２ｅは、振動および／または温度を、第二の種類の触覚刺激として第二刺激点に発生させてもよい。他の例として、第一刺激部１０２ｄは、振動および／または温度を、第一の種類の触覚刺激として、判定または発生させ、第二刺激部１０２ｅは、第二の種類の触覚刺激として電気刺激提示を、第二刺激点に発生させることによっても、同様の効果を奏することができる。
【００９８】
ここで、第一刺激点および第二刺激点の刺激点は、ファントムセンセーション錯覚による知覚点であってもよい。ここで、図８は、ファントムセンセーション錯覚による知覚点を示す図である。実際に人間が実世界の物体を指の腹で触った場合には、指の腹の皮膚表面に加わる、力、振動、温度の４刺激の作用点は同一である。しかしながら、人に提示する触覚提示装置において、各種素子の配置の都合上、力、振動、温度、電気の作用点を一致させることは、一般に困難である。
【００９９】
一方、人間の感覚を調べると、作用点が異なっていても同一の感覚を生じさせることができる。また、作用点とは、別のところに感覚を生じさせることも可能である。後者の好例が、ファントムセンセーションである。図８の白丸は、刺激部位を表し、斜線の丸印は、ファントムセンセーションによる知覚点を表している。ファントムセンセーションは、ｖｏｎ  Ｂｅｋｅｓｙによって確認された両耳聴による音の定位と同様な皮膚感覚の現象である。ファントムセンセーションでは、ある条件のもとで、２部位に刺激を加えることにより、刺激像を２部位間の刺激部位とは異なる部位に与えることができる。しかも、図８（ａ）に示すように３以上の部位に刺激を加えることで、その内側に刺激像を定位させることができる。さらに、図８（ｂ）に示すように、複数の刺激部位の刺激の強度差によって、その像の位置を制御することができる。これは、振動刺激に対しても、また電気刺激に対しても生じることが知られている（谷江  和雄、  舘  ▲すすむ▼、  小森谷  清、  阿部  稔「電気パルス刺激における強度差ファントムセンセーション像の位置弁別特性」，計測自動制御学会論文集，  Ｖｏｌ．１５，  Ｎｏ．４，  ｐ．５０５−５１２  （１９７９．８）、および、Ｓｕｓｕｍｕ  Ｔａｃｈｉ，  Ｋａｚｕｏ  Ｔａｎｉｅ，  Ｋｉｙｏｓｈｉ  Ｋｏｍｏｒｉｙａ  ａｎｄ  Ｍｉｎｏｒｕ  Ａｂｅ：  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｕｔａｎｅｏｕｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ｉｎ  ａ  Ｇｕｉｄｅ  Ｄｏｇ  Ｒｏｂｏｔ  （ＭＥＬＤＯＧ），  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，  Ｖｏｌ．ＢＭＥ−３２，  Ｎｏ．７，  ｐｐ．４６１−４６９  （１９８５）参照）。
【０１００】
このファントムセンセーション現象の存在は、振動刺激を、直接刺激部位でない部位に感じることができることを意味している。図９および図１０は、本願発明者らが開発した上述のＴＥＬＥＳＡＲ  Ｖと呼ぶテレイグジスタンスロボットの指装着型センサ／アクチュエータと、指装着時の外観を示す図である（装置構成等の詳細について特開２０１３−９１１１４号公報参照）。このＴＥＬＥＳＡＲ  Ｖのハンドで計測した圧覚情報と振動情報を、手袋に仕込んだ図示の提示装置で提示する際に、指腹には、圧力と剪断力を加え、指の横両側から振動を提示したところ、圧覚を感じる指腹に振動刺激も感じることが確かめられた。ファントムセンセーションにより振動刺激が中央に感じられたと考えられる。さらに、圧覚を与えた場所に、刺激を感じやすくなっている効果もあると見られる。なお、後述する検証実験においても、（１）両側を同時に刺激した場合と、片側だけの場合における刺激を感じる部位を比較し、（２）圧を加えないで、振動刺激を与えた時と、圧を加えて振動刺激を加えた時の、振動刺激の生じる部位を比較して調べている。
【０１０１】
そのため、力の提示部分を、電気刺激にかえても、同様に、電気刺激部分に振動刺激をファントムセンセーションによって提示可能である。また、そのファントムセンセーション像は、電気刺激により、より鮮明に定位する。そのため、ファントムセンセーションによって、例えば、振動刺激を力、および電気刺激の部位に定位させ、なおかつ、力提示や電気提示によって、振動刺激のファントムセンセーション像を鮮明に、力や電気刺激を提示した部位に定位させることができる。
【０１０２】
また、温度提示についても、温度刺激を、側面から加えた場合、片側だけでは、指腹には定位しないが、振動刺激を指腹に提示すると、その部位に定位する。左右から加えると中心に定位するファントムセンセーションが、この場合もあるかを実験にて検証した。温度の場合、素子の特性と熱の性質から、提示に遅れが生じる。この遅れを、補正するために、センサに接触型の温度センサに加え、非接触の温度センサを組み込むことができる。
【０１０３】
ここで、触覚情報変換装置１００は、外部入力装置１２０や外部出力装置１４０のほか、触覚情報や閾値等を記憶するデータベースや、触覚情報変換プログラム等の外部プログラム等を提供する外部機器２００と、ネットワーク３００を介して通信可能に接続して構成されてもよい。また、この触覚情報変換装置１００は、ルータ等の通信装置および専用線等の有線または無線の通信回線を介して、ネットワーク３００に通信可能に接続されてもよい。
【０１０４】
また、図５において、通信制御インターフェイス部１０４は、触覚情報変換装置１００とネットワーク３００（またはルータ等の通信装置）との間における通信制御を行う装置である。すなわち、通信制御インターフェイス部１０４は、他の端末または局と、通信回線（有線、無線を問わない）を介してデータを通信する機能を有する。本実施の形態において、通信制御インターフェイス部１０４は、外部入力装置１２０や、外部出力装置１４０、外部機器２００等との通信制御を行う。
【０１０５】
ここで、外部機器２００は、ネットワーク３００を介して、触覚情報変換装置１００、外部入力装置１２０、および、外部出力装置１４０と相互に接続され、各端末に対して触感定義ファイルや物体触感データベース等に記憶される閾値や変換テーブル等のほかキャリブレーションに関する外部データベースや、触覚情報変換プログラムやエンコーディングプログラム等の外部プログラム等を実行するウェブサイトを提供する機能を有する。
【０１０６】
ここで、外部機器２００は、例えば、パーソナルコンピュータや、サーバ用のコンピュータなどのハードウェア要素と、オペレーティングシステム、アプリケーションプログラム、その他のデータなどのソフトウェア要素とで実現されてもよい。例えば、外部機器２００は、ＷＥＢサーバやＡＳＰサーバ等として構成していてもよく、そのハードウェア構成は、一般に市販されるワークステーション、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置およびその付属装置により構成していてもよい。また、外部機器２００の各機能は、外部機器２００のハードウェア構成中のＣＰＵ等のプロセッサ、ディスク装置、メモリ装置、入力装置、出力装置、通信制御装置等およびそれらを制御するプログラム等により実現される。
【０１０７】
以上で、本実施形態の触感提示システムの各構成の説明を終える。なお、上述の構成例では、触覚情報変換装置１００が、入力部１２０，１１２や、出力部１４０，１１４、サーバ等の外部機器２００とは別筐体として構成された例について説明を行ったが、本実施の形態はこれに限られない。例えば、触覚情報変換装置１００は、入力装置と一体として構成されてもよく、送信装置と一体として構成されてもよく、記憶装置と一体として構成されてもよく、サーバ装置と一体として構成されてもよく、受信装置と一体として構成されてもよく、あるいは、出力装置と一体として構成されてもよい。
【０１０８】
［触感提示システムの処理］
次に、このように構成された本実施形態における触感提示システムの処理の一例について、以下に図１１〜図１３を参照して詳細に説明する。
【０１０９】
（触感提示処理）
図１１は、本実施形態の触感提示システムにおける触覚情報変換処理の一例を示すフローチャートである。
【０１１０】
図１１に示すように、まず、本触感提示システムの入力部１２０，１１２は、利用者の身体運動を検出し、触覚情報変換装置１００は、作成部１０２ｂの処理により、モーションデータ等の身体運動情報を取得する（ステップＳＡ−１）。一例として、入力部１２０，１１２は、タッチ検出を行ってもよく、接触面積を検出してもよく、あるいは、指の変位を検出してもよい。なお、外部出力装置１２０が例えば身体運動情報を取得した場合は、触覚情報変換装置１００に身体運動情報を送信し、触覚情報変換装置１００が身体運動情報を受信する。
【０１１１】
そして、本触感提示システムの触覚情報変換装置１００は、作成部１０２ｂの処理により、提示目的の触感に応じて、電気、力、温度、振動、時空間の物理量のうち、少なくとも二以上の複数の物理量を選択するとともに、選択された物理量に基づいて、所定の触感を提示するための触覚情報を作成する（ステップＳＡ−２）。例えば、作成部１０２ｂは、力の時間変化による触感を提示する場合、少なくとも電気および時空間の物理量により合成してもよい。ここで、作成部１０２ｂは、触覚定義ファイル１０６ａにて第一および第二の種類の触覚刺激が定義されている場合、第一および第二の種類の触覚刺激に基づいて複数の物理量として合成してもよい。
【０１１２】
そして、本触感提示システムの触覚情報変換装置１００は、外部出力装置１４０や出力部１１４等の出力部側に触覚情報を出力する（ステップＳＡ−３）。具体的には、出力制御部１０２ｃは、作成部１０２ｂにより作成された触覚情報を出力部１４０，１１４側に出力する。なお、出力先が外部出力装置１４０の場合、触覚情報変換装置１００は、出力制御部１０２ｃの制御により、触覚情報を外部出力装置１４０に送信する。ここで、出力制御部１０２ｃは、第一刺激部１０２ｄと第二刺激部１０２ｅによる処理を実行してもよい（処理について後述する）。
【０１１３】
そして、本触覚提示システムの出力部１４０，１１４は、触覚情報に基づいて出力部１４０，１１４からマルチモーダル（多感覚形式）な出力を行い、利用者の触知性に働きかける触感を提示する（ステップＳＡ−４）。
【０１１４】
以上が、本触感提示システムの触感提示処理の一例である。つづいて、本触感提示システムの多点刺激処理の一例について以下に説明する。
【０１１５】
（多点刺激処理）
図１２は、本実施形態の触感提示システムの触覚情報変換装置１００における多点刺激処理の一例を示すフローチャートである。
【０１１６】
図１２に示すように、まず、触覚情報変換装置１００の出力制御部１０２ｃは、触覚定義ファイル１０６ａを参照して、定義された第一の種類の触覚刺激と第二の種類の触覚刺激を設定する（ステップＳＢ−１）。
【０１１７】
そして、触覚情報変換装置１００の出力制御部１０２ｃは、第一刺激部１０２ｄの処理により、第一の種類の触覚刺激が生じる第一刺激点を判定する（ステップＳＢ−２）。より具体的には、出力制御部１０２ｃは、利用者が物体に対して接触等を行うことにより生じた第一の種類の触覚刺激の時点や位置点等を判定してもよい。あるいは、出力制御部１０２ｃは、第一刺激部１０２ｄの処理により、出力部１４０，１１４を介して第一の種類の触覚刺激を第一刺激点に発生させる刺激情報を出力してもよい。
【０１１８】
そして、触覚情報変換装置１００の出力制御部１０２ｃは、第二刺激部１０２ｅの処理により、第一刺激部１０２ｄにより判定または発生される第一の種類の触覚刺激の第一刺激点から、時間的および／または空間的に所定の閾値内で離隔した第二刺激点を設定する（ステップＳＢ−３）。ここで、出力制御部１０２ｃは、第二刺激部１０２ｅの処理により、触覚定義ファイル１０６ａに予め記憶された閾値を参照して、第二刺激点を設定してもよい。
【０１１９】
そして、触覚情報変換装置１００の出力制御部１０２ｃは、第二刺激部１０２ｅの処理により、ステップＳＢ−３にて設定された第二刺激点において、出力部１４０，１１４を介して第二の種類の触覚刺激を発生させる触覚情報を出力する（ステップＳＢ−４）。
【０１２０】
以上の処理により、電気、力、温度、振動の全て、あるいは、それらの任意の組み合わせの提示素子を、人間の皮膚上の別の部位に配置しながら、一箇所に刺激を感じるように触感を提示することができる。その手段の一例として、ファンムセンセーションによる提示方法や他の方法を用いることで、物理的には別の場所に配しているが、感覚としては一カ所に感じるように提示することが可能となる。
【０１２１】
例えば、力提示を刺激の作用点に配し、振動、温度、電気刺激のいずれか、あるいは任意の組み合わせの刺激子を物理的に離れた場所に配して、ファントムセンセーションにより、その刺激の感覚を、力の作用点に定位させることができる。また、力の提示により、ファントムセンセーションによる定位像を鮮明化することにより、力・電気・振動・温度の触原色の提示部位を一致させることができる。
【０１２２】
他の具体例として、力提示を刺激の作用点に配し、振動、温度のいずれか、あるいは両者の刺激子を物理的に離れた場所に配して、ファントムセンセーションにより、その刺激の感覚を、力の作用点に定位させることや、力の提示によりファントムセンセーションによる定位像を鮮明化することにより、力・振動・温度の触原色の提示部位を一致させることができる。
【０１２３】
また、本実施形態によれば、電気刺激提示を刺激の作用点に配し、振動、温度のいずれか、あるいは両者を物理的に離れた場所に配して、ファントムセンセーションにより力の作用点に定位させることができる。また電気刺激の提示によりファントムセンセーションによる定位像を鮮明化することにより、電気・振動・温度の触原色の提示部位を一致させることも可能となる。
【０１２４】
また、本実施形態によれば、振動提示を刺激の作用点に配し、温度を物理的に離れた場所に配して、ファントムセンセーションにより振動の作用点に定位させることができる。また、振動の提示によりファントムセンセーションによる定位像を鮮明化することにより、振動と温度の触原色の提示部位を一致させることができる。
【０１２５】
（遠隔触感伝送処理）
ここで、図１３は、本実施形態の触感提示システムにおける遠隔触感伝送処理の一例を示すフローチャートである。なお、本触感提示システムの一部機能として、上述したＴＥＬＥＳＡＲシステムを用いてもよい（例えば特開２０１３−９１１１４号公報参照）。
【０１２６】
図１３に示すように、まず、本触感提示システムにおいて、提示触感設定部１０２ａは、上述したＴＥＬＥＳＡＲシステム等のロボットの手指部の触覚センサ（力センサ、振動センサ、温度センサなどの入力手段１２０，１１２）の情報を取得する（ステップＳＣ−１）。
【０１２７】
そして、本触感提示システムの提示触感設定部１０２ａは、触覚センサからの情報と、カメラ等で認識された物体の触感に関する教師データ等に基づいて、機械学習を行う（ステップＳＣ−２）。ここで、触覚情報変換装置１００のオペレータが、キーボード等の入力部１１２を介して物体や触感に関する教師データを入力してもよい。
【０１２８】
そして、本触感提示システムの提示触感設定部１０２ａは、機械学習等の結果として、触覚センサの情報の特徴（時空間的な変動パターンなど）を、オノマトペなどの触感カテゴリー情報（オノマトペ地図等）に分類する（ステップＳＣ−３）。
【０１２９】
そして、本触感提示システムの提示触感設定部１０２ａは、分類した触感カテゴリー情報と、本実施形態の触感提示手法とを、対応付けて物体触感データベース１０６ｂに格納する（ステップＳＣ−５）。ここで、触覚ディスプレイ（力、電気、振動、温度などの刺激を提示する外部出力装置１４０）の時空間的な組み合わせと対応付けて、物体触感データベース１０６ｂに格納してもよい。なお、以上のステップＳＣ−１〜ＳＣ−４の処理は、前処理として予め実行され、その処理結果が予め記憶部１０６に格納されてもよい。
【０１３０】
つづいて、本触感提示システムにおいて、ＴＥＬＥＳＡＲシステム等を用いて、リアルタイムで、ロボット教示装置の利用者の手の運動に追従して、ロボットの手指部を動かし、物体とのインタラクションにより得られる触覚センサ情報を取得し、物体触感データベース１０６ｂを参照して、対応する触感カテゴリーに分類する（ステップＳＣ−６）。ここで、ＴＥＬＥＳＡＲシステムのロボット側の手指部と物体検出部を、外部出力装置１４０と外部入力装置１２０と考えることができる。また、ＴＥＬＥＳＡＲシステムのロボット教示装置側の手の運動の検出手段と触覚刺激手段を、入力部１１２と出力部１１４と考えることができる。
【０１３１】
そして、本触感提示システムの作成部１０２ｂおよび出力制御部１０２ｃは、触感カテゴリーに応じて、複数の物理量を選択して触覚情報を作成し出力部１１４に出力する（ステップＳＣ−７）。
【０１３２】
これにより、離隔した場所にある物体の触感を、触覚センサの情報から推測し、推測した触感を、利用者に、電気刺激などの多感覚形式で提示することができる（ステップＳＣ−８）。
【０１３３】
以上が、本実施形態の触感提示システムの処理の説明である。ここで、上述のように、提示触感設定部１０２ａは、ＴＥＬＥＳＡＲシステム等のロボットの手指部の触覚センサ（力センサ、振動センサ、温度センサなどの入力手段１２０，１１２）の情報を取得し、機械学習などの方法によって、複数のオノマトペなどの触感に関するカテゴリー情報に分類し、カテゴリー情報で表現される触感と、触覚ディスプレイ（力、電気、振動、温度などの刺激を提示する出力手段１４０，１１４）の時空間的な組み合わせとを対応付けて、物体触感データベース１０６ｂに格納してもよい。なお、カテゴリーの中心にある、互いに、最も離れた信号を、そのカテゴリーの代表信号として登録し、それを、触感提示に使用してもよい。ここで、図１４は、機械学習等により取得したカテゴリー情報の変換テーブル等に基づいて、センサ等の入力情報を触感カテゴリー情報に分類し、分類した触感カテゴリー情報に基づいて、複数の物理量を合成して提示出力する場合の機能概念構成を示す図である。
【０１３４】
図１４に示すように、予め、触覚情報変換装置１００は、ロボットのハンド等に配した触覚センサ（力センサ１１２−１、振動センサ１１２−２、温度センサ１１２−３）の情報を、機械学習などの方法によって、変換テーブル等を構築し、複数のオノマトペなどのカテゴリー情報に分類できるようにしておく。なお、図中の触覚センサ以外にも、他の物理量のセンサから、上記のセンサ情報に変換することもできる。ここで、学習は、例えば、振動センサ情報を短時間フーリエ変換して、周波数情報を縦軸、横軸は時間として、温度や力も同様に変換して二次元の画像として、文字認識などで利用されているｓｔａｃｋｅｄ  ａｕｔｏ−ｅｎｃｏｄｅｒなどを用いて深層学習させてもよい。そのとき、オノマトペが分かっているサンプルを教師信号として利用してもよい。
【０１３５】
そして、触覚情報変換装置１００は、識別装置１０２ｂ´の処理により、触覚センサ（力センサ１１２−１、振動センサ１１２−２、温度センサ１１２−３）からの各種触覚信号（力情報や振動情報や温度情報等）から、学習結果である変換テーブル等を用いて、オノマトペなどの触感のカテゴリー情報へ分類する。
【０１３６】
そして、触覚情報変換装置１００は、識別装置１０２ｂ´および調整装置１０２ｃ´の処理により、分類した触感カテゴリー情報から、触感と物理量の対応関係テーブル等を用いて、調整信号へ加工する。例えば、振動であればフィルターで周波数特性を変化させたり、マルコフ過程の周波数を変えたりすることで実現される。触感と物理量の対応関係テーブル等を得るための学習は、例えば、深層学習で、調整装置１０２ｃ´から出力される信号を分類し、その正答率が、調整装置１０２ｃ´を通す前よりも上がるように調整装置１０２ｃ´を学習させてもよい。より具体的には、識別装置１０２ｂ´は、提示目的とする触感に応じて、力による粗滑軸、振動による硬柔軸、および、温度による乾湿軸のうちの少なくとも２軸上に対応付けることにより、最適な物理量が選択されるよう学習させてもよい。
【０１３７】
このように、触覚情報変換装置１００は、入力された力センサ１１２−１や、振動センサ１１２−２、温度センサ１１２−３等の情報を、オノマトペなどのカテゴリー情報で表現される触感となるように加工する仕組みを、機械学習などの方法で作り出しておくことができる。これにより、上記の学習が終了したところで、触覚情報変換装置１００は、リアルタイムで、ロボットのハンド等を、使用者の手などの運動に追従して動かし、そのときに物体とのインタラクションにより得られる触覚センサ情報から、リアルタイムに、各種センサからの信号をそれぞれ識別装置１０２ａ´〜調整装置１０２ｃ´を介して対応する触覚ディスプレイ（力ディスプレイ１１４−１、電気ディスプレイ１１４−２、振動ディスプレイ１１４−３、温度ディスプレイ１１４−４）で提示することができる。なお、同時に、識別装置１０２ａにも、同じ信号を入力することができ、例えば、斥力などの力ディスプレイ１１４−１では提示しにくい触覚を、電気ディスプレイ１１４−２を用いて提示するよう調整信号に加工することができる。このほか、エンコーディングによって、力情報と振動情報の両方を、あるいは、振動のみを、電気に変換してもよい。
【０１３８】
なお、本実施形態において、識別装置１０２ａ´，ｂ´が触感を識別するまでは、調整装置１０２ｃ´は、何も出力せず、触覚センサ１１２−１〜４からの情報をそのまま出力する。そして、識別装置１０２ａ´，ｂ´により触感が識別されると、その識別結果の触感の分類に従って、調整装置１０２ｃ´が信号を加工し、利用者は、実際に則した更に分かり易い触感を得ることができる。すなわち、触覚情報を触感情報に変換することで、リアルタイムにオノマトペなどのカテゴリー情報で表される触感を得ることができる。
【０１３９】
［実施例１］
ここで、本実施形態の触感提示システムの効果を実証した実施例１について以下に説明する。実施例１では、ねばねば感など本来、吸着力を必要とする触感の提示を、電子刺激で代替して提示できることを実験により確かめた。
【０１４０】
従来、数多くの触感提示装置が開発されているが、「ねばねば」等のオノマトペに代表される粘着感の提示に関しては実用的な手法は提案されていなかった。これまで、実際の粘着物に触れた際の皮膚の観察から、押しこみ動作時には力と接触面積の関係は、粘着性の有無と関係がないが、引き剥がし時に大きな違いが見られるとの報告があった（Ｍａｓａａｋｉ  Ｙａｍａｏｋａ，Ａｋｉｏ  Ｙａｍａｍｏｔｏ，Ｔｏｓｈｉｒｏ  Ｈｉｇｕｃｈｉ  “Ｂａｓｉｃ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ｓｔｉｃｋｉｎｅｓｓ  Ｓｅｎｓａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｔａｃｔｉｌｅ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ”  ＥｕｒｏＨａｐｔｉｃｓ２００８（日本語：山岡ＶＲＳＪ２００７，  ＶＲＳＪ２００８）ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｌｉｎｋ．ｓｐｒｉｎｇｅｒ．ｃｏｍ／ｃｈａｐｔｅｒ／１０．１００７／９７８−３−５４０−６９０５７−３＿５６）
【０１４１】
また、空気吸引穴からの吸引で粘着感を提示するデバイス「Ｖａｃｕｕｍ  Ｔｏｕｃｈ」が開発されている（ｈｔｔｐ：／／ｄｌ．ａｃｍ．ｏｒｇ／ｃｉｔａｔｉｏｎ．ｃｆｍ？ｉｄ＝２５５７２５２）。しかしながら、いずれもエアを用いて物理的に吸引、吸着力を生じさせるものであり、特定の触感を提示するために特化したアドホックな技術であり、実用性に欠ける。
【０１４２】
そこで、本実施の形態の実施例１では、電気触覚または機械提示との組合せにより、粘着感等の触感を提示することを目的とする。ここで、図１５は、硬表面、軟表面、粘表面を触った場合の接触面や圧力の変化を模式的に示した図である。図は、指先側から体軸方向に指を見た場合を表しており、両矢印は、接触面の幅を示している。
【０１４３】
図１５に示すように、軟表面を押下する時には、硬表面の場合よりも広い面積で接触することとなる。そのため、押下時に、硬表面よりも強い刺激または、硬表面よりも大面積の刺激を与えることで、柔らかい触感を提示できると本願発明者らは考えた。なお、一般に、軟表面の場合は、押下時に刺激が低減すると思われがちだが、指の同一変位に対しては正しくとも、同一力に対してはそうならない。
【０１４４】
また、図１５に示すように、粘表面を引き上げる時には、硬表面の場合よりも広い面積で接触する。そのため、引き上げ時に、硬表面よりも強い刺激または、硬表面よりも大面積の刺激を与えることで粘つき感を提示できると本願発明者らは考えた。図１５は変形が微小な場合であるが、ここで、より大変形の場合を考える。図１６は、硬表面、軟表面、粘表面を触ったときに大変形が生じた場合の接触面や圧力の変化を模式的に示した図である。
【０１４５】
図１６に示すように、軟表面では、大変形すると多くの場合、塑性変形し、完全には元に戻らない。そのため、本願発明者らは、一度押下して引き上げた時に、ヒステリシスを設けることで柔らかさを感じるとの仮説を立てた。また、粘表面では、引き上げ時に、硬表面の場合より広い面積で接触が生じる。そのため、本願発明者らは、一度押下して引き上げた時に、ヒステリシスを設けることで粘つきを感じるとの仮説を立てた。
【０１４６】
すなわち、本実施例の実験１では、指先の「力」に対して刺激を変化させることで粘つきを提示できるか実験を行った。例えば、柔表面では、押下時に、硬表面の場合よりも広い面積で接触するので、押下時により強い刺激を与えることで柔らさを感じるとの仮説を立て実験を行った。一方、粘表面では、引き上げ時に、硬表面の場合よりも広い面積で接触するので、引き上げ時に、より強い刺激を与えることで粘つき感を提示できるか実験を行った。
【０１４７】
また、本実施例の実験２では、指先の「変位」に対して刺激を変化させることで粘つきを提示できるか実験を行った。ここで、図１７は、指の変位量に対する硬表面、軟表面、粘表面の接触面積の変化を示す図である。例えば、軟表面では、大変形する軟平面は、多くの場合、塑性変形し、接触面積が減少するが、一度押下して引き上げた時に、ヒステリシスを設けることで柔らかさを感じるか実験を行った。また、粘表面では、引き上げ時に、硬表面の場合より広い面積で接触するが、一度押下して引き上げた時に、ヒステリシスを設けることで粘つきを感じるか実験を行った。ここで、図１８は、本実施例１の実験１で用いた実験装置の構成を指先側から模式的に示した図である。また、図１９は、本実施例１の実験１で用いた実験装置を指に装着する前の状態と装着後の状態を示した写真図である。
【０１４８】
図１８および図１９に示すように、本実施例１の実験１では、入力部１１２として、フィルム状の力センサを用いた。また、出力部１１４としては、４×５マトリックス、２ｍｍ間隔で電気刺激子を配した、１．４ｍｍ直径の電気触覚ディスプレイを用いた。また、図示のように、電気刺激のための電極と皮膚の接触を保つために指固定具を用いた。本実験では、特記しない限り全て電気刺激の極性は、陰極刺激を使用した。また、電極を１つずつ、２０電極全てをパルス周期６０ｐｐｓ（ｐｕｌｓｅｓ  ｐｅｒ  ｓｅｃ）で刺激した。ここで、図２０は、本実施例１の実験１にて、柔らか感を提示するために用いた実験条件（Ｐｒｅｓｓ条件）を示す図である。また、図２１は、本実施例１の実験１にて、粘つき感を提示するために用いた実験条件（Ｒｅｌｅａｓｅ条件）を示す図である。
【０１４９】
所望の触感提示ができることを確かめるため、７段階の主観評価実験を行った。目標押下圧は、１Ｈｚで０ｇ〜５００ｇ間を正弦波状に変化させる。画面に目標押下圧と現在の押下圧が表示されおり、被験者には、これに合わせて指を板に押し当てる力を変化させてもらい、電気刺激の刺激を明瞭に感じるように調整した。そして、このとき感じた柔らかさ感を、「全く感じない」〜「明瞭に感じる」までの主観７段階で回答してもらった。同様に、粘つき感についても、主観７段階で回答してもらった。被験者は６名とした。図２２は、本実施例１の実験１による主観評価実験結果を示す図である。縦軸は、７段階の主観評価の数値を示している。また、横軸は、左から順に、Ｐｒｅｓｓ条件での柔らか感の主観評価結果、Ｐｒｅｓｓ条件で粘つき感の主観評価結果、Ｒｅｌｅａｓｅ条件での柔らか感の主観評価結果、および、Ｒｅｌｅａｓｅ条件での粘つき感の主観評価結果を示す。
【０１５０】
図２２に示すように、Ｐｒｅｓｓ条件では、期待通り柔らかさ感を明瞭に提示することができ、粘つき感は生じなかった。また、Ｒｅｌｅａｓｅ条件では、柔らかさ感よりも粘つき感を感じる結果が得られた。柔らかさ感は、Ｐｒｅｓｓ条件の方がＲｅｌｅａｓｅ条件よりも感じ、粘つき感はＲｅｌｅａｓｅ条件の方がＰｒｅｓｓ条件よりも感じる結果が得られた。したがって、柔らかさ感、粘つき感ともに、押下力に応じた電気刺激による皮膚感覚提示によって提示可能であることが示された。すなわち、実験１において、指先の力に対して刺激を変化させることで粘つきを提示できるかという仮説に対し、指先の「力」に対して刺激を変化させることで粘つきを提示できることが確かめられた。
【０１５１】
つづいて、本実施例の実験２において、指先の「変位」に対して刺激を変化させることで粘つきを提示できるか実験を行った。図２３は、本実施例１の実験２で用いた実験装置を指に装着した状態を示す写真図である。図２３に示すように、実験１の装置構成とは異なり、加速度センサを設けている。これにより、指の傾きを計測することができ、空中での指の動きで刺激を変化させることができる。なお、実験１の机および圧力センサは使用しない。ここで、図２４は、本実施例１の実験２の実験条件（Ｐｒｅｓｓ条件）を示す図である。また、図２５は、本実施例１の実験例２の実験条件（Ｒｅｌｅａｓｅ条件）を示す図である。
【０１５２】
図２４に示すように、Ｐｒｅｓｓ条件では、押しこみ動作時に、鉛直下向きからの角度１００度以下で、持ち上げ動作を行ってもらい、角度８０度以上で、ボリュームで調整された一定電流値で刺激を行った。一方、図２５に示すように、Ｒｅｌｅａｓｅ条件では、押しこみ動作時は鉛直下向きからの角度１００度以下で、持ち上げ動作時は角度８０度以上で、ボリュームで調整された一定電流値で刺激を行った。結果として、Ｐｒｅｓｓ条件では押しこみ動作時の刺激範囲が持ち上げ動作時よりも大きくなり、Ｒｅｌｅａｓｅ条件では逆に持ち上げ動作時の刺激範囲が押しこみ動作時よりも大きくなるので、ヒステリシス特性を模擬しているといえる。
【０１５３】
所望の触感提示ができることを確かめるため、７段階の主観評価実験を行った。指の角度は１．５秒周期で６０度〜１２０度の間を正弦波状に変化させる。画面に目標押下圧と現在の押下圧が表示されおり、被験者には、これに合わせて空中で指を動かしてもらい、電気刺激の刺激を明瞭に感じるように調整した。そして、このとき感じた柔らかさ感を、「全く感じない」〜「明瞭に感じる」までの主観７段階で回答してもらった。同様に、粘つき感についても、主観７段階で回答してもらった。なお、被験者は６名とした。図２６は、本実施例１の実験２による主観評価実験結果を示す図である。縦軸は、７段階の主観評価の数値を示している。また、横軸は、左から順に、Ｐｒｅｓｓ条件での柔らか感の主観評価結果、Ｐｒｅｓｓ条件で粘つき感の主観評価結果、Ｒｅｌｅａｓｅ条件での柔らか感の主観評価結果、および、Ｒｅｌｅａｓｅ条件での粘つき感の主観評価結果を示す。
【０１５４】
図２６に示すように、Ｐｒｅｓｓ条件では柔らかさ感を明瞭に感じ、粘つき感は感じないという結果が得られた。Ｒｅｌｅａｓｅ条件では、柔らかさ感と粘つき感の差がほぼなかった。粘つき感はＲｅｌｅａｓｅ条件の方がＰｒｅｓｓ条件よりも感じる結果となった。結論として、空中での運動における電気刺激で、動きに対する刺激にヒステリシスを設けることで粘つき感を提示できることが確かめられた。
【０１５５】
以上の通り、本実施例１では、実験１において、指先を対象物に押し当てた状況で、指先の力に対して電気刺激を変化させる手法により、押下時により強い刺激を与えることで柔らかさ感を提示することができた。また、引き上げ時に、より強い刺激を与えることで粘つき感を提示できることがわかった。また、実験２において、指先を空中で動かす状況において、指先の変位に対して電気刺激を変化させる手法により、押下時よりも引き上げ時により長い刺激を与えるというヒステリシスを設けることで粘つき感を提示できることが確かめられた。
【０１５６】
機械的ピンマトリクス等による刺激よりも電気刺激が優れているメリットとして次のことが挙げられる。粘つきが生じている時、本来は指を上に持ち上げているのに圧覚を生じるという状況を再現しなければならないが、機械刺激では再現が難しい。据え置き型（卓上型）の触覚ディスプレイの場合は、上下運動するピンマトリクス刺激では、各ピンから皮膚への反力の総量は指の押下力と常に等しくなるため、刺激の総量を変化させることができないという問題がある。電気刺激を用いることで、指の押下力とは独立に刺激の総量を変化させることができ、機械刺激の問題点を解消させることができる。また、装着型（ｗｅａｒａｂｌｅ）の触覚ディスプレイの場合、上下運動するピンマトリクス刺激では、各ピンから皮膚への反力の総量は装着する指サック内部で反力を生じるため、指腹のみに刺激を与えたい場合でも指背側に反作用の力を生じてしまう問題がある。電気刺激を用いることで指腹に独立に刺激を与えることができる。
【０１５７】
なお、機械刺激か電気刺激かの二者択一ではなく、両者の特徴を活かした出力デバイスを構成してもよい。ここで、図２７は、電気刺激マトリックスと機械刺激マトリクスを組み合わせた高密度提示デバイスの構成例を示す図である。電気刺激は、長時間の刺激では感覚の安定性や感覚の質の課題がある。しかし、電気刺激は、短時間のパルス提示であればごく自然な感覚を出せるという利点もある。また、電気刺激は、時間分解能の高い刺激（振動感覚等）を出力できるという利点もある。一方、機械刺激は、特にマトリクス提示のように小型化する場合、時間応答性が悪いという課題がある。そして、時間応答性を高める場合、共振をもたせる設計となるため一定の周波数でしか提示できない課題がある。しかし、一定の圧力を提示し続けることは容易で、圧覚提示は容易であるという利点もある。したがって、図２７に示すように、両者の得失を組み合わせることで、電気触覚ディスプレイで触覚の変動成分を提示し、機械刺激で触覚の圧力分布成分を提示する手法を用いることができる。本構成例では、機械刺激マトリクス、電気刺激マトリクスを、それぞれ３ｍｍ間隔とし、機械刺激マトリクスは、ＫＧＳ社製ドットマトリクスディスプレイを使用した。電極サイズは、直径２．４ｍｍである。ここで、図２８は、上述したオノマトペ地図（図３）における実施例１（軸１）の範囲を示す図である。
【０１５８】
以上の実施例により、図２８の太枠の範囲に示すように、垂直方向の力による表現を行うことができることが示された。この領域は、垂直方向の力の継続時間で表現できる領域といえる。すなわち、この領域は、指の「押込み、引き上げ」動作中に、上方向ほど長時間の垂直方向の力を提示することで表現することができる。例えば、オノマトペ地図上の「もちもち」、「べたべた」の触感は、垂直方向の力の継続時間によって区別して表現することできる。なお、上述の実施例では、垂直方向の力について示したが、本願発明者らの先行知見（Ｋａｊｉｍｏｔｏ  ｅｔ  ａｌ．  １９９９）を応用すれば、陰極性電気刺激で圧覚を選択的に生起させ、この陰極電気刺激（圧覚提示）を、広範囲に提示し、水平に移動させつつ刺激を強めると、水平方向の力として感じさせることもできる（Ｓａｔｏ  ｅｔ  ａｌ．  ２０１０）。例えば、水平方向に指を滑らせた場合の抵抗力（Ｆｒｉｃｔｉｏｎａｌ  Ｆｏｒｃｅ）を表現することも可能となる。図２９は、水平方向の抵抗力により示される触感表現の範囲を示す図である。
【０１５９】
この粗滑軸の粗側のオノマトペを提示するためには抵抗力を提示する必要がある（例えば、ざらざら感とかさかさ感の違い）。なお、抵抗力の多くは水平力であるが、一部のオノマトペは、上述のように垂直方向の力が関与する。
【０１６０】
図２９に示す、粗−滑軸の左下側の領域は、主に抵抗力と振動の組み合わせによって表現することができる。ただし、右下の一部の領域（すべすべ、つるつる等）は、温度が関与していると考えられる。この領域は、図の左上方向ほど強い抵抗力を提示し、左下方向ほど低い中心周波数の振動を提示することで表現することができると考えられた。例えば、「ざらざら」、「ごつごつ」、「かさかさ」は、抵抗力の強さと振動の成分によって区別して表現できる。ごつごつは、ざらざらよりも低い周波数で表現され、かさかさは、ざらざらよりも弱い抵抗力で表現することができると考えられる。
【０１６１】
そこで、電気による水平力表現と振動を組み合わせて、「ざらざら」「ごつごつ」「かさかさ」の区別を表現できるか実験を行った。図３０は、実験に用いたデバイスを示す図である。実験デバイス等の詳細は、先行知見（Ｋａｊｉｍｏｔｏ，  ｅｔ  ａｌ．  １９９９，、Ｓａｔｏ  ｅｔ  ａｌ．  ２０１０）を参照されたい。
【０１６２】
実験条件として、電気刺激による水平力の提示を、有／無の２条件とし、振動刺激の提示方法は、ホワイトノイズ（高）、ピンクノイズ（低）、無の３条件とした。そして、被験者１２名に、各条件に対して、「ざらざら感」「ごつごつ感」「かさかさ感」のリアルさを回答してもらった。図３１は、「ざらざら感」「ごつごつ感」「かさかさ感」の再現実験の結果を示す図である。
【０１６３】
図３１に示すように、ざらざら感は振動全般で、ごつごつ感はピンクノイズで、かさかさ感はホワイトノイズで生じることがわかった。また、ざらざら感、ごつごつ感は、電気刺激（水平力表現）によってリアルさが増加していることが分かった。かさかさ感は、逆に電気刺激（水平力表現）が無い方がリアルに感じられた。以上の結果により、ざらざら、ごつごつ、かさかさは、振動−力平面中で区別して表現可能であることが証明された。
【０１６４】
つづいて、抵抗力と温度による表現について実験を行った。図３２は、抵抗力と温度によって再現する触覚表現の範囲を示す図である。図中の縦の点線よりも右の領域は、主に抵抗力と温度の組み合わせによって表現できると考えた。乾−湿軸は、温度低下によって表現可能であり、本願発明者の先行研究でも、布の湿り気を温度低下によって表現している（佐藤他、２０１６）。逆に、湿度そのものを知覚する受容器は存在しない。なお、硬−柔軸は、主として振動によって表現可能であり、図中の軸に沿って、左下の領域は振動の中心周波数が低い（例：ごつごつ）が、右上に進むに従い中心周波数が高くなる（例：ざらざら、かさかさ）。
【０１６５】
図３２の太枠で示す領域は、図の右方向ほどおおきな温度低下を提示し、左上方向（抵抗力の軸に沿った方向）ほど強い抵抗力、ないしは長時間の抵抗力を提示することで表現できると考えられる。これにより、例えば「ぬめぬめ」、「ぬるぬる」、「つるつる」、「すべすべ」を区別して表現できるか実験を行った。領域の右に移動するにつれて大きな温度低下が必要となると考えられる（例：ぬめぬめ  ｖ．ｓ  ぬるぬる）。一方、領域の外側の左側は、温度低下は関与していない。温度低下は材質も表すため人間にも区別は難しい（例：金属に触れた際の温度低下）。このためこの軸の名称は仮に乾湿軸としているが、材質感の表現も含まれる（例：つるつる  ｖ．ｓ．さらさら）。
【０１６６】
一例として、「つるつる」は、抵抗力なし、温度低下あり、「すべすべ」は、抵抗力なし、温度低下なし、「ぬめぬめ」は、抵抗力あり、温度低下なし、「ぬるぬる」は、抵抗力あり、温度低下ありの表現によって再現可能であると考えた。図３３は、実験に用いたデバイスと振動波形を示す図である。
【０１６７】
ここでは、予備的検討のため電気刺激ではなく実際の水平皮膚変形提示による表現を行った。指の動きに対し、「遅延（０、  １００、  ２００ｍｓ）」と「刺激の持続時間（５０、  ２５０、  ４５０ｍｓ）」を変えて水平力提示を行った。そして、３ｘ３＝９条件に対し、被験者９名に、「すべすべ」「つるつる」「ぬめぬめ」「ぬるぬる」のリアルさを回答してもらった。図３４は、「すべすべ」「つるつる」「ぬめぬめ」「ぬるぬる」の再現実験の結果を示す図である。
【０１６８】
図３４に示すように、ぬめぬめ感、ぬるぬる感とも、刺激の継続時間が長くなるにつれて強く生じることがわかった。すべすべ感、つるつる感は、変化なく一定の低い値であった。すなわち、「ぬめぬめ、ぬるぬる」は、抵抗力提示によって、「すべすべ、つるつる」と区別して表現できることがわかった。なお、予備検討では、つるつるとすべすべは温度低下によって区別して回答する傾向が見られた。ここで、図３５は、心理空間を示すオノマトペ地図と、力と振動と温度の３軸で表される物理空間の刺激マップを示す図である。
【０１６９】
以上の実験から、「垂直方向の力の継続時間で表現できる領域」（図中の「実験１」）、「抵抗力と振動の組み合わせで表現できる領域」（図中の「実験２」）、「抵抗力と温度の組み合わせで表現できる領域」（図中の「実験３」）の３つで、オノマトペ地図の全体の領域において触感の表現が可能であることが示された。この心理軸は、オノマトペ地図に示すように、主として粗滑軸、硬柔軸、乾湿軸に分けることができ、図の右側に示すように、物理刺激として、「力」による粗−滑の表現、「振動」による硬−柔の表現、「温度」による乾−湿の表現を組み合わせることで、心理空間（オノマトペ地図）で表現される触感を物理空間（物理量の組み合わせ）で表現できることが示された。
【０１７０】
換言すれば、抵抗力（水平力、垂直力）、振動、温度によって、オノマトペ地図の粗−滑軸、硬−柔軸、乾−湿軸を表現できることが実験により検証された。触感の心理空間は、多種の素材を触った際に表現される「オノマトペ」の解析から、主として粗滑軸、硬柔軸、乾湿軸によって表現できることがわかった。特に、電気刺激による垂直、水平方向の力提示手段を用いると、機械刺激と比較して、コンパクトさだけでなく、生起感覚の空間分布の自然さのメリットをもつことできた。
【０１７１】
具体的には、垂直力によってべとべとやもちもちが表現でき、水平力と振動の組み合わせによってごつごつ、かさかさ、ざらざらが表現でき、水平力と温度の組み合わせによってすべすべ、つるつる、ぬめぬめ、ぬるぬるが提示できるので、抵抗力（水平力、垂直力）、振動、温度によって、オノマトペマップの粗−滑軸、硬−柔軸、乾−湿軸を表現できることが分かった。  
【０１７２】
［実施例２］
ここで、本実施形態の触感提示システムによる実施例２について以下に説明する。
【０１７３】
温度提示は、素子の特性と熱の性質から提示に遅れが生じやすい。また、人間の生理学的特性から、温度刺激の時間的・空間的な二点弁別閾が大きく、知覚しにくいという問題もある。実施例２では、主に温度提示について、時空間的に知覚点を鮮明化できることを実験により確かめた。
【０１７４】
すなわち、本実施例２の目的として、指腹部が物体と接触すると同時に指側面部に温冷刺激を提示することで、物体から得られる温冷感を変化させ、温冷感の拡張現実感を感得させうるかを確認した。被験者は、１８歳〜２１歳女性９名とした。なお、全員実験の仮説について予備知識を与えていない。また、指腹部の皮膚温は、３２度に調整したのち実験を行った。ここで、図３６は、本実施例２の実験装置（ペルチェ素子）の構成を示す図であり、図３７は、本実施例２の実験環境と、ペルチェ素子の装着例を示す図である。
【０１７５】
図３６および図３７（ｂ）に示すように、指側面（ａ，ｂ，ｃ，ｄの箇所）にペルチェ素子を装着させた。また、図３７（ａ）に示すように、皮膚温度は、ホットプレートにより調整した。ホットプレート上には、触対象のペルチェ素子と、休憩用のアルミ板（Ｐｌａｔｆｏｒｍ）を配置した。
【０１７６】
本実施例２の実験の方法として、合図と同時に触対象に触れることを、インターバル３０秒として実施した。被験者には、触対象に触れたときの、ランダムに選択される刺激を２秒間感じてもらい、指腹部に感じた刺激強度を、標準刺激に対する知覚強度を１００として数値で回答してもらった。各条件３試行ずつ実施し、平均値をその被験者の知覚強度として採用した。
【０１７７】
本実施例２の条件として、刺激の種類を温・冷の２通りとした。また、刺激提示部位を、図３８に示すように、Ｂｏｔｈ（側面と腹部）、Ｐａｄ（腹部のみ）、Ｓｉｄｅ（側面のみ）の３通りとした。図３８は、指先側から指を見た場合の温度刺激（Ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｔｉｍｕｌｕｓ）を与える位置を模式的に示した図である。腹部と側面は、それぞれペルチェ素子を２つずつ使用し、刺激強度２通り（温・強４℃／ｓ、温・弱３℃／ｓ、冷・強３℃／ｓ、冷・弱２℃／ｓ）とした。なお、Ｐａｄ（腹部のみ）への強い刺激を標準刺激として使用し、標準刺激の強度は６試行毎に確認した。
【０１７８】
図３９は、本実施例２の実験結果を示すグラフ図である。図３９（ａ）は温刺激、（ｂ）は冷刺激の場合を示しており、ｐ＜０．０５（ＡＮＯＶＡおよびライアン法による多重比較）とし、Ｐａｄ（指腹部のみ）との有意差のみ図示している。
【０１７９】
その結果、図３９に示すように、Ｂｏｔｈ（側面と腹部）とＰａｄ（腹部のみ）では、温・冷ともに、Ｂｏｔｈの方がＰａｄより強く知覚された。また、Ｐａｄ（腹部のみ）とＳｉｄｅ（側面のみ）では、温刺激でＰａｄ弱と、Ｓｉｄｅ強とを同等の強度に知覚した。また、冷刺激でも同等の強度に知覚された。
【０１８０】
本実施例２の本実験１の考察として、指腹部が物体と接触する瞬間に指側面部へ温冷刺激を行うことで、指腹部の温度が実際に変化した場合と同等の指冷感を知覚させることが可能であることが確かめられた。
【０１８１】
つづいて、本実施例２の実験２として、温冷刺激の提示位置および圧・振動刺激の有無について検討を行った。本実験２の目的は、指腹部が予め物体と接していた場合あるいは物体と接していない場合に、指腹部と側面それぞれに知覚する温冷感を評価すること、すなわち圧刺激の有無によって温冷感がどのように影響を受けるかを実験で確かめた。
【０１８２】
物体に接している場合は、側面部における温冷刺激の提示位置（片側と両側）の影響と、振動刺激の有無の影響を評価した。被験者は、１９歳〜２１歳の女性１２名とし、全員実験の仮説について予備知識を与えなかった。また、予め指腹部の皮膚温は３２度に調整した。
【０１８３】
図４０は、本実施例２の実験２の実験装置を示す図である。実験１と同様に、指側面にペルチェ素子を装着させ、皮膚温度はホットプレートにより調整した。図４０に示すように、ホットプレート上には、触対象のペルチェ素子（ｅ，ｂの箇所）と、休憩用のアルミ板を配置した。ペルチェ素子の下には振動子（ＴＥＣＨＴＩＬＥ  Ｔｏｏｌｋｉｔ）を設けた。
【０１８４】
本実施例２の実験２の実験方法として、合図と同時に触対象に触れてもらうか、もしくは指を空中に留めることを、インターバル３０秒で実施してもらった。そして、ランダムに選択される刺激を２秒間感じてもらい、指の腹部と側面部に感じた刺激強度を、標準刺激に対する知覚強度を１００として数値で回答してもらった。実験は各条件１試行ずつ実施した。
【０１８５】
本実施例２の実験２の実験条件として、刺激の種類は、温・冷の２通りとした。また、刺激提示条件は、図４１に示すように、Ｎｏｎｅ（腹部接触なし）、Ｐａｄ（腹部のみ）、Ｓｉｄｅ（側面のみ、振動無し）、Ｖｉｂ（側面のみ、振動あり）の４通りとした。図４１は、指先側から指を見た場合の温度刺激（Ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｔｉｍｕｌｕｓ）を与える位置を模式的に示した図である。図４１に示すように、腹部と側面はそれぞれペルチェ素子を２つずつ使用している。また、刺激強度は、温・強４℃／ｓ、温・弱３℃／ｓ、冷・強３℃／ｓ、冷・弱２℃／ｓの２通りとした。振動刺激は、温冷刺激の直前に、指腹部に対し２００Ｈｚ、０．１秒間与えた。なお、Ｐａｄ（指腹部）への強い刺激を標準刺激として使用し、標準刺激の強度は８試行毎に確認した。
【０１８６】
図４２は、温刺激の場合の本実施例２の実験２の実験結果を示したグラフ図である。図４３は、冷刺激の場合の本実施例２の実験２の実験結果を示したグラフ図である。図３９と同様に、強い刺激を濃い棒グラフで、弱い刺激を淡い棒グラフで示している。
【０１８７】
図４２に示すように、温刺激の場合、側面部への刺激が片側・両側ともに、接触なしでは腹部に温感は知覚されなかった。また、指腹部のみに刺激を行った場合も、側部に若干の温感を知覚した。腹部の知覚強度において、側面部への刺激位置、振動刺激の有無、刺激強度を要因とする分散分析を行った結果、刺激強度の主効果にのみ有意差あった（Ｆ（１，９５）＝１０．１６，  ｐ＜．０１）。一方、刺激位置と振動刺激の有無の主効果は有意差がなかった（Ｆ（１，９５）＝０．８０，  ｐ＝０．３９．Ｆ（１，９５）＝１．１３１，  ｐ＜０．３１）。
【０１８８】
側部の知覚強度においては、位置と強度の交互作用に有意差があり（Ｆ（１，９５）＝４．８５，  ｐ＜．０５）、多重比較の結果、片側刺激の場合に強度間に有意差あった（ｐ＜．０５）。
【０１８９】
図４３に示すように、冷刺激の場合、側面部への刺激が片側・両側ともに、接触なしでも腹部に若干の冷感を知覚する場合があった。一方、指腹部のみに刺激を行った場合は、側部には冷感が知覚されなかった。腹部の知覚強度において、側面部への刺激位置、振動刺激の有無、刺激強度を要因とする分散分析の結果、振動刺激の有無と刺激強度の主効果にのみ有意差があった（Ｆ（１，９５）＝５．５５，  ｐ＜．０５，Ｆ（１，９５）＝７．７４，  ｐ＜．０５）。なお、刺激位置の主効果は有意差がなかった（Ｆ（１，９５）＝０．７６，  ｐ＜０．４０）。また、側部の知覚強度においては、強度の主効果に有意差があった（Ｆ（１，９５）＝１０．４５  ｐ＜．０１）。
【０１９０】
以上の実験２により、指腹部への温冷感提示において指腹部の触刺激は重要であることが分かった。また、圧刺激のみの場合も、腹部に温冷感を提示可能であることが分かった。また、側面部片側への刺激の場合であっても、腹部に温冷感を提示可能であることが分かった。すなわち、片側と両側に差がなく、また接触なしの場合は腹部に温冷感が生じなかったことから、これは、ファントムセンセーション現象ではなく、サーマルリファレルに近い現象が生じたと思われた。ただし、冷刺激の場合は接触なしでも腹部に冷覚が知覚される場合があったことから、サーマルリファレルとも異なる全く新しい現象の可能性ある。
【０１９１】
本実施例２の予備実験（実験３）として、以下の３項目について基礎的な確認を行った。
ａ．接触の有無＋温度刺激
ｂ．振動刺激の有無＋温度刺激
ｃ．圧刺激＋振動刺激＋温度刺激
【０１９２】
ここで、被験者は、１９歳女性２名とし、指の皮膚温は３２度に調整した。実験装置は、上述の図３６に示したように、指側面にペルチェ素子を装着し、刺激強度を約３．５℃／ｓ、刺激時間：２秒間とした。振動刺激は、ＴＥＣＨＴＩＬＥ  Ｔｏｏｌｋｉｔ使用し、周波数２００Ｈｚとした。
【０１９３】
本実施例２の実験３（ａ．接触の有無＋温度刺激）の実験方法として、アラームが鳴ったら直ぐに対象物体（プラスチック樹脂）に触れてもらい、アラーム前後の特定の時間に温度刺激を開始した（−２秒〜＋２秒まで、０．５秒刻みの９種類）。そして、指腹部に感じた温度感覚を数値で回答してもらった（冷たい：−３点〜＋３点：温かい）。各条件で２回ずつ試行した。
【０１９４】
図４４は、本実験３（ａ．接触の有無＋温度刺激）により接触に対する温度感覚のずれを示した図である。図４４に示すように、±２秒程度ずれると、指腹部の温度感覚は生じないことが分かった。温かい感覚の場合は、温度刺激を振動刺激よりも早く、冷たい感覚の場合は温度刺激を振動刺激と同時に提示することが望ましい。心理物理学的知見から、温かい感覚のほうが遅れて感じることが知られており、それが影響している可能性も考えられた。また、主観的な印象として、接触と同時に皮膚の温度が変わった場合に最も強く感じ、温かい（または冷たい）プラスチック樹脂に触れている、という感覚になった。
【０１９５】
つづいて、本実験３（ｂ．振動刺激の有無＋温度刺激）により振動に対する温度感覚のずれについて実験を行った。実験方法は、プラスチック樹脂に触れた状態で待機させ、プラスチックを振動させ刺激を提示した。振動刺激前後の特定の時間に温度刺激を開始した（−２秒〜＋２秒まで、０．５秒刻みの９種類）。そして、指腹部に感じた温度感覚を数値で回答してもらった（冷たい：−３点〜＋３点：温かい）。各条件で２回ずつ試行した。
【０１９６】
図４５は、本実験３（ｂ．振動刺激の有無＋温度刺激）により振動に対する温度感覚のずれを示した図である。実験の結果、実験ａに比べ、時間差による温度感覚の変化は小さかった。振動子との接触圧の影響により、振動刺激の有無に関わらず、ある程度の温度感覚が生じてしまう可能性があった。温刺激は早く、冷刺激は同時に提示した場合に強い感覚が得られることは、実験ａと同様であった。
【０１９７】
つづいて、本実験３（ｃ．圧刺激＋振動刺激＋温度刺激）により、圧刺激と振動刺激の組合せによる温度知覚のずれについて検討を行った。実験方法として、プラスチック樹脂に約２０ｇ重、約１００ｇ重、約２５０ｇ重のいずれかの力で触れさせ、プラスチックを振動させ刺激を提示した。また、振動刺激前後の特定の時間に、温度刺激を開始した（−２秒〜＋２秒まで、０．５秒刻みの９種類）。そして、指腹部に感じた温度感覚を数値で回答してもらった（冷たい：−３点〜＋３点：温かい）。各条件で１回試行した。
【表２】
2017175867.tif 000004
【０１９８】
表２は、冷刺激の場合で、圧刺激と振動刺激の組合せによる温度知覚のずれを示した表である。また、表３は、温刺激の場合で、圧刺激と振動刺激の組合せによる温度知覚のずれを示した表である。接触圧による影響はわずかであり、接触圧が弱いほど温度感覚を得やすい可能性もあった。実験ａやｂと同様に、温刺激は早めに提示しても感覚はそれほど弱くならないと考えられた。
【表３】
2017175867.tif 000005
【０１９９】
以上の実施例２により、以下の知見が得られた。本実施例２により、触刺激に対し冷刺激のタイミングをずらすことで得られる感覚は弱くなることが分かった。また、±２秒程度ずらした場合は、感覚が得られにくくなることが分かった。触刺激に対する熱刺激のタイミングは、熱刺激を知覚するまでにかかる時間に依存する可能性があり、温刺激の場合は、同時よりもタイミングを早めたほうが得られる感覚が強くなることが分かった。ただし、振動子と常に接触状態にある状態で振動刺激を行う場合は、少なからず感覚は生じてしまう。振動が開始すると物体との接触が生じたという文脈を与える必要性が考えられた。圧刺激の強さは、得られる感覚に影響しなかった。
【０２００】
以上、本実施例２を含む本実施形態によれば、電気、力、温度、振動のすべて、あるいは、それらの任意の組み合わせの提示素子を、人間の皮膚上の別の部位に配置しながら、効果としては、一箇所に刺激を感じるようにした触覚提示装置を構成することができる。
【０２０１】
また、本実施形態によれば、力提示を刺激の作用点に配し、振動、温度、電気刺激のいずれか、あるいは任意の組み合わせの刺激子を物理的に離れた場所に配して、ファントムセンセーション等の現象により、その刺激の感覚を、力の作用点に定位させることができる。また、力の提示によりファントムセンセーション等による定位像を鮮明化することにより、力・電気・振動・温度の触原色の提示部位を一致させることが可能である。
【０２０２】
また、本実施形態によれば、力提示を刺激の作用点に配し、振動、温度のいずれか、あるいは両者の刺激子を物理的に離れた場所に配して、ファントムセンセーション等により、その刺激の感覚を、力の作用点に定位させることが可能となる。また、力の提示により、ファントムセンセーション等による定位像を鮮明化することにより、力・振動・温度の触原色の提示部位を一致させることができる。
【０２０３】
また、本実施形態によれば、電気刺激提示を刺激の作用点に配し、振動、温度のいずれか、あるいは両者を物理的に離れた場所に配して、ファントムセンセーション等により力の作用点に定位させることができる。また、電気刺激の提示によりファントムセンセーション等による定位像を鮮明化することにより、電気・振動・温度の触原色の提示部位を一致させることができる。
【０２０４】
また、本実施形態によれば、振動提示を刺激の作用点に配し、温度を物理的に離れた場所に配して、ファントムセンセーション等により振動の作用点に定位させることができる。また、振動の提示によりファントムセンセーション等による定位像を鮮明化することにより、振動と温度の触原色の提示部位を一致させることができる。
【０２０５】
以上で、本実施例１，２を含む本実施形態の説明を終える。
【０２０６】
［他の実施の形態］
さて、これまで本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上述した実施の形態以外にも、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内において種々の異なる実施の形態にて実施されてよいものである。
【０２０７】
例えば、触覚情報変換装置１００において、入力部１１２や出力部１１４を備えて構成された例について説明したが、これに限られず、入力部１１２や出力部１１４を備えず、独立した筐体として構成してもよいものである。その場合、触覚情報変換装置１００は、外部機器２００等のクライアント端末からの要求に応じて処理を行い、その処理結果を当該クライアント端末に返却してもよい。
【０２０８】
また、実施の形態において説明した各処理のうち、自動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を手動的に行うこともでき、あるいは、手動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的に行うこともできる。
【０２０９】
このほか、上記文献中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各処理の登録データや検索条件等のパラメータを含む情報、画面例、データベース構成については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。
【０２１０】
また、触感提示システムに関して、図示の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。
【０２１１】
例えば、触覚情報変換装置１００の各装置が備える処理機能、特に制御部１０２にて行われる各処理機能については、その全部または任意の一部を、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などのプロセッサおよび当該プロセッサにて解釈実行されるプログラムにて実現してもよく、また、ワイヤードロジックによるハードウェアプロセッサとして実現してもよい。尚、プログラムは、後述する、コンピュータに本発明に係る方法を実行させるためのプログラム化された命令を含む、一時的でないコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されており、必要に応じて触覚情報変換装置１００や外部機器２００に機械的に読み取られる。すなわち、ＲＯＭまたはＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）などの記憶部１０６などには、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）と協働してＣＰＵに命令を与え、各種処理を行うためのコンピュータプログラムが記録されている。このコンピュータプログラムは、ＲＡＭにロードされることによって実行され、ＣＰＵと協働して制御部を構成する。
【０２１２】
また、このコンピュータプログラムは、触覚情報変換装置１００や外部機器２００や外部入力装置１２０や外部出力装置１４０に対して任意のネットワーク３００を介して接続されたアプリケーションプログラムサーバに記憶されていてもよく、必要に応じてその全部または一部をダウンロードすることも可能である。
【０２１３】
また、本発明に係るプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納してもよく、また、プログラム製品として構成することもできる。ここで、この「記録媒体」とは、メモリーカード、ＵＳＢメモリ、ＳＤカード、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、および、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）Ｄｉｓｃ等の任意の「可搬用の物理媒体」を含むものとする。
【０２１４】
また、「プログラム」とは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理方法であり、ソースコードやバイナリコード等の形式を問わない。なお、「プログラム」は必ずしも単一的に構成されるものに限られず、複数のモジュールやライブラリとして分散構成されるものや、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）に代表される別個のプログラムと協働してその機能を達成するものをも含む。なお、実施の形態に示した各装置において記録媒体を読み取るための具体的な構成、読み取り手順、あるいは、読み取り後のインストール手順等については、周知の構成や手順を用いることができる。プログラムが、一時的でないコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されたプログラム製品として本発明を構成してもよい。
【０２１５】
記憶部１０６に格納される各種のデータベース等（触覚定義ファイル１０６ａ、物体触感データベース１０６ｂ等）は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ装置、ハードディスク等の固定ディスク装置、フレキシブルディスク、および、光ディスク等のストレージ手段であり、各種処理やウェブサイト提供に用いる各種のプログラム、テーブル、データベース、および、ウェブページ用ファイル等を格納する。
【０２１６】
また、触覚情報変換装置１００や外部機器２００や外部入力装置１２０や外部出力装置１４０は、既知のパーソナルコンピュータ、ワークステーション等の情報処理装置として構成してもよく、また、該情報処理装置に任意の周辺装置を接続して構成してもよい。また、触覚情報変換装置１００や外部機器２００や外部入力装置１２０や外部出力装置１４０は、該情報処理装置に本発明の方法を実現させるソフトウェア（プログラム、データ等を含む）を実装することにより実現してもよい。
【０２１７】
更に、装置の分散・統合の具体的形態は図示するものに限られず、その全部または一部を、各種の付加等に応じて、または、機能負荷に応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。すなわち、上述した実施形態を任意に組み合わせて実施してもよく、実施形態を選択的に実施してもよい。
【０２１８】
（付記１）
少なくとも電気を含み、力、温度、振動、および／または、時空間を含む物理量を出力可能な出力部側へ触覚情報を与えるため、制御部を少なくとも備えた触覚情報変換装置であって、
前記制御部は、
提示目的とする触感に応じて、前記物理量のうち少なくとも二つ以上の複数の物理量を選択するとともに、選択された物理量に基づいて、所定の前記触感を提示するための触覚情報を作成する作成部と、
前記作成部により作成された前記触覚情報を前記出力部側に出力する出力制御部と、
を備えたことを特徴とする、触覚情報変換装置。
【０２１９】
（付記２）
付記１に記載の触覚情報変換装置において、
前記物理量のうちの電気の出力とは、触受容器の電気刺激提示であることを特徴とする、触覚情報変換装置。
【０２２０】
（付記３）
付記１または２に記載の触覚情報変換装置において、
前記触感は、心理質感であることを特徴とする、触覚情報変換装置。
【０２２１】
（付記４）
付記１乃至３のいずれか一つに記載の触覚情報変換装置において、
前記作成部は、
力の時間変化による触感を提示する場合、少なくとも電気および時空間の前記物理量を選択するとともに、選択された物理量に基づいて、所定の前記触感を提示するための触覚情報を作成することを特徴とする、触覚情報変換装置。
【０２２２】
（付記５）
付記１乃至４のいずれか一つに記載の触覚情報変換装置であって、
前記作成部は、
非接触状態から接触状態への遷移過程または身体の変位過程において、硬表面の場合よりも強い電気、力、もしくは振動の刺激、または、硬表面の場合よりも広い面積の電気、力、もしくは振動の刺激が与えられるように前記触覚情報を作成し、
前記出力制御部は、
前記作成部により作成された前記触覚情報に基づいて、柔らかい心理質感を提示すること
を特徴とする、触覚情報変換装置。
【０２２３】
（付記６）
付記１乃至５のいずれか一つに記載の触覚情報変換装置であって、
前記作成部は、
接触状態から非接触状態への遷移過程または身体の変位過程において、硬表面の場合よりも強い電気、力、もしくは振動の刺激、または、硬表面の場合よりも広い面積の電気、力もしくは振動の刺激が与えられるように前記触覚情報を作成し、
前記出力制御部は、
前記作成部により作成された前記触覚情報に基づいて、粘つく心理質感を提示すること
を特徴とする、触覚情報変換装置。
【産業上の利用可能性】
【０２２４】
以上詳述に説明したように、本発明によれば、任意の触感を提示して汎用的に用いることができる、触覚情報変換装置、触覚情報変換方法、および、触覚情報変換プログラム、ならびに、記録媒体を提供することができ、産業上の有用性がある。【０２２５】
例えば、本発明を用いることにより、例えば遠隔地のロボットを自分の分身として動かし体感することで遠隔作業・遠隔就労分野、介護・ヘルス分野、熟練技術の伝達・学習分野、メディア・放送技術、バーチャルスポーツ、エンターテインメント分野、モバイル、ウェアラブル分野等の産業分野で用いることができる。
【符号の説明】
【０２２６】
１００  触覚情報変換装置
１０２  制御部
１０２ａ  提示触感設定部
１０２ｂ  作成部
１０２ｃ  出力制御部
１０２ｄ  第一刺激部
１０２ｅ  第二刺激部
１０４  通信制御インターフェイス部
１０６  記憶部
１０６ａ  触覚定義ファイル
１０６ｂ  物体触感データベース
１０８  入出力制御インターフェイス部
１１２  入力部
１１４  出力部
１２０  外部入力装置
１２０ａ  分布型圧覚計測センサ
１２０ｂ  温冷感計測センサ
１２０ｃ  振動感計測センサ
１４０  外部出力装置
１４０ａ  分布型圧力提示部
１４０ｂ  温冷感提示部
１４０ｃ  振動提示部
２００  外部機器
【図１】
2017175867.tif 000006
【図２】
2017175867.tif 000007
【図３】
2017175867.tif 000008
【図４】
2017175867.tif 000009
【図５】
2017175867.tif 000010
【図６】
2017175867.tif 000011
【図７】
2017175867.tif 000012
【図８】
2017175867.tif 000013
【図９】
2017175867.tif 000014
【図１０】
2017175867.tif 000015
【図１１】
2017175867.tif 000016
【図１２】
2017175867.tif 000017
【図１３】
2017175867.tif 000018
【図１４】
2017175867.tif 000019
【図１５】
2017175867.tif 000020
【図１６】
2017175867.tif 000021
【図１７】
2017175867.tif 000022
【図１８】
2017175867.tif 000023
【図１９】
2017175867.tif 000024
【図２０】
2017175867.tif 000025
【図２１】
2017175867.tif 000026
【図２２】
2017175867.tif 000027
【図２３】
2017175867.tif 000028
【図２４】
2017175867.tif 000029
【図２５】
2017175867.tif 000030
【図２６】
2017175867.tif 000031
【図２７】
2017175867.tif 000032
【図２８】
2017175867.tif 000033
【図２９】
2017175867.tif 000034
【図３０】
2017175867.tif 000035
【図３１】
2017175867.tif 000036
【図３２】
2017175867.tif 000037
【図３３】
2017175867.tif 000038
【図３４】
2017175867.tif 000039
【図３５】
2017175867.tif 000040
【図３６】
2017175867.tif 000041
【図３７】
2017175867.tif 000042
【図３８】
2017175867.tif 000043
【図３９】
2017175867.tif 000044
【図４０】
2017175867.tif 000045
【図４１】
2017175867.tif 000046
【図４２】
2017175867.tif 000047
【図４３】
2017175867.tif 000048
【図４４】
2017175867.tif 000049
【図４５】
2017175867.tif 000050
【国際調査報告】
2017175867.tif 000051
2017175867.tif 000052
2017175867.tif 000053
2017175867.tif 000054