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JP2024150644A - Haptic information presentation system - Google Patents

Haptic information presentation system Download PDF

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Publication number
JP2024150644A
JP2024150644A JP2024117620A JP2024117620A JP2024150644A JP 2024150644 A JP2024150644 A JP 2024150644A JP 2024117620 A JP2024117620 A JP 2024117620A JP 2024117620 A JP2024117620 A JP 2024117620A JP 2024150644 A JP2024150644 A JP 2024150644A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sensation
displacement
haptic
sensory
schematic diagram
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2024117620A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
則雄 中村
夏雄 香田
浩司 大崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2020041053A external-priority patent/JP6955229B2/en
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Priority to JP2024117620A priority Critical patent/JP2024150644A/en
Publication of JP2024150644A publication Critical patent/JP2024150644A/en
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Abstract

【課題】振動の組合せにより、誘起される錯覚現象を実現でき、トリガー変位、特性誘起刺激・トリガー刺激、誤解(誤認)振動、錯覚に関する相乗効果、子音・母音的な変位構成、錯覚現象データベースを提供することにある。【解決手段】触力覚情報提供システムは、触力覚提示装置が、前記物体により及び又は物体への刺激を提示し、そして操作者の操作に合わせて物体に印加される刺激を制御して触力覚を生成する。物体に振幅、変位、変形の少なくとも1つを提示する。導感覚の感覚を合成する感覚合成・誘導装置であり、感覚合成・誘導装置は、前記物体にスウィープ変位を備える変位により圧覚、力覚、錯覚の少なくとも1つを生成する。【選択図】図8[Problem] The present invention aims to realize an induced illusion phenomenon by a combination of vibrations, and to provide trigger displacement, characteristic inducing stimulus/trigger stimulus, misunderstood (misidentified) vibration, synergistic effects related to illusions, consonant/vowel-like displacement configuration, and an illusion phenomenon database. [Solution] A haptic information provision system in which a haptic presentation device presents a stimulus by and/or to an object, and generates a haptic sensation by controlling the stimulus applied to the object in accordance with the operation of an operator. At least one of amplitude, displacement, and deformation is presented to the object. A sensory synthesis/induction device that synthesizes the sensation of a guided sense, and the sensory synthesis/induction device generates at least one of pressure sensation, force sensation, and illusion by a displacement with a sweep displacement on the object. [Selected Figure] Figure 8

Description

本発明は、感覚特性を利用した触力覚情報提示システムに関する。 The present invention relates to a haptic information presentation system that utilizes sensory characteristics.

特開2005-190465公報には、人に仮想物体の存在や衝突の衝撃力を与える従
来の非接地型で身体内にベースがないマンマシンインタフェースにおいて、触力覚感覚提
示機の物理的特性だけでは提示し得ない、同一方向にトルクおよび力などの触力覚感覚を
連続的に提示できるシステムが開示されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-190465 discloses a system that can continuously present tactile sensations such as torque and force in the same direction, which cannot be presented by the physical characteristics of the tactile sensation presentation device alone, in a conventional non-grounded man-machine interface that has no base within the body and exposes people to the presence of virtual objects and the impact force of a collision.

この特許出願は、以下の構成を備える。触力覚提示機触力覚提示機は、制御装置により
、触力覚提示機中の1個以上からなるアクチュエータの変位が制御され、その物理特性で
ある変位、力、トルクが制御されることによって、ユーザにその変位、力、トルクなどの
様々な触力覚情報を知覚させる。この触力覚情報提示システムは、人間の感覚特性、もし
くは錯覚を利用して適切に物理量を制御することにより、物理的には存在し得ない力、も
しくは触力覚的感覚物理特性を人に体感させる。
This patent application has the following configuration: Haptic presentation device In the haptic presentation device, a control device controls the displacement of one or more actuators in the haptic presentation device, and the physical properties of the actuator, such as displacement, force, and torque, are controlled, thereby allowing the user to perceive various haptic information such as the displacement, force, and torque. This haptic information presentation system uses human sensory properties or illusions to appropriately control physical quantities, allowing the person to experience forces that do not physically exist or haptic sensory physical properties.

特開2005-190465号公報JP 2005-190465 A

上述の点に鑑み、従来技術では、物理的方法のみによって触力覚情報を提示する場合の
制限や感覚強度や明瞭さなどに欠点があり、本発明の目的は、変位、変位パターン、波形
の組合せにより、誘起される錯覚現象を実現し、触覚方向性の弁別が悪く、Z方向の指押
し込み圧によってY方向の変位、変位パターン、波形をZ方向の変位、変位パターン、波
形と錯覚するような、トリガー変位、特性誘起刺激・トリガー刺激、誤解(誤認)へに、
錯覚に関する相乗効果、子音・母音的な波形構成、錯覚現象データベースを提供すること
にある。
In view of the above, the prior art has limitations when presenting haptic information only by physical methods, and has shortcomings in sensory strength and clarity. The object of the present invention is to realize an induced illusion phenomenon by a combination of displacement, displacement pattern, and waveform, and to prevent trigger displacement, characteristic induction stimulus, trigger stimulus, and misunderstanding (misperception) in which a Y-directional displacement, displacement pattern, and waveform are mistakenly perceived as a Z-directional displacement, displacement pattern, and waveform due to poor discrimination of tactile directionality, and a finger pressure in the Z direction.
To provide a synergistic effect related to illusions, a consonant/vowel waveform configuration, and an illusion phenomenon database.

本発明に係る触力覚情報提示システムは、物体と、該物体は、実物体又は仮想物体であ
り、物体により及び又は物体への位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、
振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性の少なくとも1つを備える刺激を検知
するセンサと、前記物体に操作者の感覚特性及び又は錯覚を適用して、該操作者に実際の
該物体を操作したかのような触力覚を提示する触力覚提示装置と、該触力覚提示装置をセ
ンサからの刺激を基に制御する触力覚提示制御装置と、前記触力覚提示制御装置は、人の
身体に印加される刺激量と感覚量との関係を示す感覚特性が、非線形及び又は錯覚である
ことを利用して刺激を制御して触力覚情報を提示し、前記感覚特性は、前記操作者に与え
られる刺激量及び操作者の操作によってもたらされる刺激量の少なくとも1つの刺激量と
操作者に提示される感覚量とを備え、該感覚量は物理的に存在し得ない感覚量であり、こ
こで、前記触力覚提示装置は、前記物体により及び又は物体への刺激を提示し、そして操
作者の操作に合わせて物体に印加される刺激を制御して触力覚を生成してなる。
The haptic information presentation system according to the present invention includes an object, which is a real object or a virtual object, and a position, velocity, acceleration, shape, displacement, deformation, amplitude, rotation, etc., of and/or to the object.
a sensor that detects a stimulus comprising at least one of vibration, force, torque, pressure, humidity, temperature, viscosity, and elasticity; a haptic presentation device that applies the sensory characteristics and/or illusion of an operator to the object to present the operator with a haptic sensation as if the operator were actually operating the object; and a haptic presentation control device that controls the haptic presentation device based on the stimulus from the sensor, wherein the haptic presentation control device presents haptic information by controlling the stimulus by utilizing the fact that the sensory characteristics indicating the relationship between the amount of stimulus applied to a person's body and the amount of sensation are nonlinear and/or an illusion, the sensory characteristics comprising at least one of the amount of stimulus given to the operator and the amount of stimulus brought about by the operator's operation, and a sensory amount presented to the operator, the sensory amount being a sensory amount that cannot physically exist, wherein the haptic presentation device presents a stimulus by and/or to the object, and generates a haptic sensation by controlling the stimulus applied to the object in accordance with the operator's operation.

触力覚システムにおいて、前記タッチパネルは、複数個に区画されてアレイ状、ドット
状、画素の少なくとも1つに配設され各タッチパネルは独立して制御される。
In the haptic system, the touch panel is divided into a plurality of sections and arranged in at least one of an array shape, a dot shape, and a pixel shape, and each touch panel is controlled independently.

触力覚情報提示システムにおいて、物体は、タッチパネルであり、該タッチパネル毎に
異なる触覚及び又は力覚を生成する。
In the haptic information presentation system, the object is a touch panel, and a different tactile and/or force sense is generated for each touch panel.

本発明に係る触力覚情報提示システムは、物体と、該物体は、実物体又は仮想物体であ
り、物体により及び又は物体への位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、
振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性の少なくとも1つを備える刺激を検知
するセンサと、前記物体に操作者の感覚特性及び又は錯覚を適用して、該操作者に実際の
該物体を操作したかのような触力覚を提示する触力覚提示装置と、該触力覚提示装置をセ
ンサからの刺激を基に制御する触力覚提示制御装置と、前記触力覚提示制御装置は、人の
身体に印加される刺激量と感覚量との関係を示す感覚特性が、非線形及び又は錯覚である
ことを利用して刺激を制御して触力覚情報を提示し、前記感覚特性は、前記操作者に与え
られる刺激量及び操作者の操作によってもたらされる刺激量の少なくとも1つの刺激量と
操作者に提示される感覚量とを備え、該感覚量は物理的に存在し得ない感覚量であり、こ
こで、前記触力覚提示装置は、前記物体に振幅、変位、変形の少なくとも1つを提示して
なる。
The haptic information presentation system according to the present invention includes an object, which is a real object or a virtual object, and a position, velocity, acceleration, shape, displacement, deformation, amplitude, rotation, etc., of and/or to the object.
A haptic presentation device includes a sensor that detects a stimulus having at least one of vibration, force, torque, pressure, humidity, temperature, viscosity, and elasticity; a haptic presentation device that applies the sensory characteristics and/or illusion of an operator to the object to present the operator with a haptic sensation as if the operator were actually manipulating the object; and a haptic presentation control device that controls the haptic presentation device based on the stimulus from the sensor; the haptic presentation control device presents haptic information by utilizing the fact that the sensory characteristics indicating the relationship between the amount of stimulus applied to a person's body and the amount of sensation are nonlinear and/or an illusion, the sensory characteristics comprising at least one of the amount of stimulus given to the operator and the amount of stimulus brought about by the operator's operation, and a sensory amount presented to the operator, the sensory amount being a sensory amount that cannot physically exist, and wherein the haptic presentation device presents at least one of amplitude, displacement, and deformation to the object.

触力覚情報提示システムにおいて、前記タッチパネルは、複数個に区画されてアレイ状
、ドット状、画素の少なくとも1つに配設され、各タッチパネルは独立して制御される。
In the haptic information presentation system, the touch panel is divided into a plurality of sections and arranged in at least one of an array shape, a dot shape, and a pixel shape, and each touch panel is controlled independently.

触力覚情報提示システムにおいて、前記触力覚提示装置は、前記物体の生じる振幅、変
位及び又は変形に応じて触力覚を提示する。
In the haptic information presentation system, the haptic presentation device presents a haptic sensation in response to the amplitude, displacement and/or deformation occurring in the object.

触力覚情報提示システムにおいて、前記触力覚提示装置は、位置、位相、時間の少なく
とも1つごとに前記物体に振幅、変位、変形の少なくとも1つを6次元で誘導させる。
In the haptic information presentation system, the haptic presentation device induces at least one of amplitude, displacement, and deformation in six dimensions in the object for at least one of position, phase, and time.

触力覚情報提示システムにおいて、前記触力覚提示装置は、物体の接線と直角に、平行
に、又は任意の角度に振幅、変位、変形の少なくとも1つを生じる。
In the haptic information presentation system, the haptic presentation device generates at least one of amplitude, displacement, and deformation perpendicular to, parallel to, or at an arbitrary angle to a tangent of an object.

本発明に係る触力覚情報提示システムは、物体と、該物体は、実物体または仮想物体で
あり、物体により及び又は物体への位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転
、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性の少なくとも1つを備える刺激を検
知するセンサと、前記物体に操作者の感覚特性及び又は錯覚を適用して、該操作者に実際
の該物体を操作したかのような触力覚を提示する触力覚提示装置と、該触力覚提示装置を
センサからの刺激を基に制御する触力覚提示制御装置と、前記触力覚提示制御装置は、人
の身体に印加される刺激量と感覚量との関係を示す感覚特性が、非線形及び又は錯覚であ
ることを利用して刺激を制御して触力覚情報を提示し、前記感覚特性は、前記操作者に与
えられる刺激量及び操作者の操作によってもたらされる刺激量の少なくとも1つの刺激量
と操作者に提示される感覚量とを備え、該感覚量は物理的に存在し得ない感覚量であり、
ここで、前記触力覚提示装置は、誘導感覚の感覚を合成する感覚合成・誘導装置であり、
該感覚合成・誘導装置は、前記物体にスウィーブ変位を備える変位により圧覚、力覚、錯
覚の少なくとも1つを生成してなる触力覚電子デバイス。
The haptic information presentation system of the present invention comprises an object, the object being a real object or a virtual object, a sensor for detecting a stimulus having at least one of a position, a speed, an acceleration, a shape, a displacement, a deformation, an amplitude, a rotation, a vibration, a force, a torque, a pressure, a humidity, a temperature, a viscosity, and an elasticity by and/or to the object, a haptic presentation device for applying a sensory characteristic and/or an illusion of an operator to the object to present the operator with a haptic sensation as if the operator had actually operated the object, and a haptic presentation control device for controlling the haptic presentation device based on the stimulus from the sensor, the haptic presentation control device presenting haptic information by controlling the stimulus by utilizing the fact that a sensory characteristic showing the relationship between a stimulus amount applied to a human body and a sensory amount is nonlinear and/or an illusion, the sensory characteristic comprising at least one of a stimulus amount given to the operator and a stimulus amount brought about by the operator's operation, and a sensory amount presented to the operator, the sensory amount being a sensory amount that cannot physically exist,
Here, the haptic sense presentation device is a sensory synthesis/induction device that synthesizes the sensation of an induced sensation,
The sensory synthesis and induction device is a haptic electronic device that generates at least one of a pressure sensation, a force sensation, and an illusion by displacing the object with a sweeping displacement.

変位の組合せにより、誘起される錯覚現象を実現でき、トリガー変位、特性誘起刺激・
トリガー刺激、誤解(誤認)変位、錯覚に関する相乗効果、子音・母音的な変位・振動構
成、錯覚現象データベースを提供することができる。
By combining the displacements, the induced illusion phenomenon can be realized, and the trigger displacement, characteristic induced stimulus,
It is possible to provide trigger stimuli, misunderstanding (misperception) displacement, synergistic effects related to illusions, consonant/vowel displacement/vibration configuration, and illusion phenomenon database.

触力覚ディスプレイのシステムを示す概略図Schematic diagram showing the haptic display system 触力覚情報提示システムの構成を示す概略図Schematic diagram showing the configuration of a haptic information presentation system 触力覚アクチュエータの変位の制御を示すDemonstration of displacement control of haptic actuator 錯覚現象を説明する概略図Schematic diagram explaining the optical illusion phenomenon 錯覚現象を説明する概略図Schematic diagram explaining the optical illusion phenomenon 錯覚現象を説明する概略図Schematic diagram explaining the optical illusion phenomenon 錯覚現象を説明する概略図Schematic diagram explaining the optical illusion phenomenon 錯覚現象を説明する概略図Schematic diagram explaining the optical illusion phenomenon 錯覚現象を説明する概略図Schematic diagram explaining the optical illusion phenomenon 錯覚現象を説明する概略図Schematic diagram explaining the optical illusion phenomenon 指の押込み方法を説明する概略図Schematic diagram explaining how to push in your finger 指の押込み方法を説明する概略図Schematic diagram explaining how to push in your finger 指の押込み方法を説明する概略図Schematic diagram explaining how to push in your finger 指の押込み方法を説明する概略図Schematic diagram explaining how to push in your finger 指の押込み方法を説明する概略図Schematic diagram explaining how to push in your finger 指の押込み方法を説明する概略図Schematic diagram explaining how to push in your finger 指の押込み方法を説明する概略図Schematic diagram explaining how to push in your finger 変位・振幅制御の仕方を説明する概略図Schematic diagram explaining how to control displacement and amplitude 変位・振幅制御の仕方を説明する概略図Schematic diagram explaining how to control displacement and amplitude 変位・振幅制御の仕方を説明する概略図Schematic diagram explaining how to control displacement and amplitude 変位・振幅制御の仕方を説明する概略図Schematic diagram explaining how to control displacement and amplitude 変位・振幅制御の仕方を説明する概略図Schematic diagram explaining how to control displacement and amplitude 変位・振幅制御の仕方を説明する概略図Schematic diagram explaining how to control displacement and amplitude 変位・振幅制御の仕方を説明する概略図Schematic diagram explaining how to control displacement and amplitude 触力覚アクチュエータの振動制御を説明する概略図Schematic diagram explaining vibration control of a haptic actuator 波形制御の仕方を説明する概略図Schematic diagram explaining how to control the waveform 波形制御の仕方を説明する概略図Schematic diagram explaining how to control the waveform 波形制御の仕方を説明する概略図Schematic diagram explaining how to control the waveform 波形制御の仕方を説明する概略図Schematic diagram explaining how to control the waveform アクチュエータ制御方法を説明する概略図Schematic diagram for explaining an actuator control method アクチュエータ制御方法を説明する概略図Schematic diagram for explaining an actuator control method アクチュエータ制御方法を説明する概略図Schematic diagram for explaining an actuator control method 触力覚生成を説明する概略図Schematic diagram explaining haptic sensation generation 感覚特性を説明する概略図Schematic diagram illustrating sensory characteristics 感覚特性を説明する概略図Schematic diagram illustrating sensory characteristics 感覚特性を説明する概略図Schematic diagram illustrating sensory characteristics 感覚特性を説明する概略図Schematic diagram illustrating sensory characteristics 感覚特性を説明する概略図Schematic diagram illustrating sensory characteristics 感覚特性の制御方法を説明する概略図Schematic diagram illustrating how sensory characteristics are controlled 物性の非線形の制御を説明する概略図Schematic diagram explaining nonlinear control of physical properties アクチュエータの構成を説明する概略図Schematic diagram explaining the configuration of the actuator 装着方法を説明する概略図Schematic diagram explaining how to wear it 装着方法を説明する概略図Schematic diagram explaining how to wear it 実装方法を説明する概略図Schematic diagram explaining the implementation method 触力覚アクチュエータの構成を説明する概略図Schematic diagram explaining the configuration of a haptic actuator 触力覚アクチュエータの基本ユニットを説明する概略図Schematic diagram illustrating the basic unit of a haptic actuator 触力覚アクチュエータのテーブル型を説明する概略図Schematic diagram explaining the table type of haptic actuator 触力覚アクチュエータのテーブル型を説明する概略図Schematic diagram explaining the table type of haptic actuator 触力覚アクチュエータのハンドル型を説明する概略図Schematic diagram illustrating the handle type of haptic actuator 触力覚アクチュエータのハンドル型を説明する概略図Schematic diagram illustrating the handle type of haptic actuator 触力覚アクチュエータのハンドル型を説明する概略図Schematic diagram illustrating the handle type of haptic actuator 触力覚アクチュエータのハンドル型を説明する概略図Schematic diagram illustrating the handle type of haptic actuator 触力覚アクチュエータの表層型を説明する概略図Schematic diagram explaining the surface type of haptic actuator 触力覚アクチュエータのリング型を説明する概略図Schematic diagram explaining the ring type of haptic actuator 触力覚アクチュエータのリストバンド型を説明する概略図Schematic diagram illustrating the wristband type of haptic actuator 触力覚アクチュエータのアームリング型を説明する概略図Schematic diagram explaining the arm-ring type of haptic actuator 装着部位を説明する概略図Schematic diagram explaining the attachment site 制御配線を説明する概略図Schematic diagram explaining control wiring 制御配線を説明する概略図Schematic diagram explaining control wiring システムと部品を説明する概略図Schematic diagram illustrating the system and components モジュール集積化を説明する概略図Schematic diagram explaining module integration モジュール集積化を説明する概略図Schematic diagram explaining module integration 錯覚現象を説明する概略図Schematic diagram explaining the optical illusion phenomenon 触力覚デバイスのモジュールを説明する概略図Schematic diagram illustrating the modules of the haptic device. 触力覚デバイスのモジュールを説明する概略図Schematic diagram illustrating the modules of the haptic device. 触力覚デバイスを説明する概略図Schematic diagram illustrating a haptic device 触力覚デバイスを説明する概略図Schematic diagram illustrating a haptic device パネル型モジュールを説明する概略図Schematic diagram explaining panel type module パネル型モジュールを説明する概略図Schematic diagram explaining panel type module パネル型モジュールを説明する概略図Schematic diagram explaining panel type module パネル型モジュールを説明する概略図Schematic diagram explaining panel type module パネル型モジュールを説明する概略図Schematic diagram explaining panel type module 液晶タッチパネル型モジュールを説明する概略図Schematic diagram explaining the LCD touch panel type module 液晶タッチパネル型モジュールを説明する概略図Schematic diagram explaining the LCD touch panel type module 液晶タッチパネル型モジュールを説明する概略図Schematic diagram explaining the LCD touch panel type module タッチパネル型モジュールを説明する概略図Schematic diagram explaining a touch panel type module マルチモーダル効果を説明する概略図Schematic illustrating the multimodal effect マルチタッチ用アレイユニットを説明する概略図Schematic diagram illustrating a multi-touch array unit 感覚合成制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the control of sensory synthesis マルチタッチ感覚合成制御を説明する概略図Schematic diagram illustrating multi-touch sensory synthesis control 感覚合成制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the control of sensory synthesis 感覚合成制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the control of sensory synthesis 感覚合成制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the control of sensory synthesis 感覚合成制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the control of sensory synthesis 感覚合成制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the control of sensory synthesis 感覚合成制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the control of sensory synthesis 感覚合成制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the control of sensory synthesis ボタン形状感覚生成を説明する概略図Schematic diagram illustrating button shape sense generation ボタン形状感覚生成を説明する概略図Schematic diagram illustrating button shape sense generation ボタン感覚生成を説明する概略図Schematic diagram illustrating button sensation generation ボタン間の誘導感覚制御を説明する概略図Schematic diagram illustrating the induced sensation control between buttons ボタン間の誘導感覚制御を説明する概略図Schematic diagram illustrating the induced sensation control between buttons ボタン間の誘導感覚制御を説明する概略図Schematic diagram illustrating the induced sensation control between buttons スライダによる触力覚制御を説明する概略図Schematic diagram explaining haptic control using a slider スライダによる触力覚制御を説明する概略図Schematic diagram explaining haptic control using a slider スライダによる触力覚制御を説明する概略図Schematic diagram explaining haptic control using a slider 静摩擦・動摩擦制御方法を説明する概略図Schematic diagram explaining the static friction/kinetic friction control method 動摩擦制御を説明する概略図Schematic diagram explaining dynamic friction control 静摩擦制御を説明する概略図Schematic diagram explaining static friction control 静摩擦制御を説明する概略図Schematic diagram explaining static friction control 静摩擦制御を説明する概略図Schematic diagram explaining static friction control 動摩擦制御を説明する概略図Schematic diagram explaining dynamic friction control 押込感覚ボタン制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the push button control 押込感覚ボタン制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the push button control 押込感覚ボタン制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the push button control 押込感覚ボタン制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the push button control 押込感覚ボタン制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the push button control 押込感覚ボタン制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the push button control 押込感覚ボタン制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the push button control 押込感覚ボタン制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the push button control 押込感覚ボタン制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the push button control 押込感覚ボタン制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the push button control 押込感覚ボタン制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the push button control 押込感覚ボタン制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the push button control 押込感覚ボタン制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the push button control 押込感覚ボタン制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the push button control 押込感覚ボタン制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the push button control 押込感覚ボタン制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the push button control 押込感覚ボタン制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the push button control 押込感覚ボタン制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the push button control 押込感覚ボタン制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the push button control 押込感覚ボタン制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the push button control 押込感覚ボタン制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the push button control 押込感覚ボタン制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the push button control 押込感覚ボタン制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the push button control 押込感覚ボタン制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the push button control 押込感覚ボタン制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the push button control 押込感覚ボタン制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the push button control 押込感覚ボタン制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the push button control 押込感覚ボタン制御を説明する概略図Schematic diagram explaining the push button control 触力覚ダイヤル制御を説明する概略図Schematic diagram illustrating haptic dial control 触力覚ダイヤル制御を説明する概略図Schematic diagram illustrating haptic dial control 触力覚ダイヤル制御を説明する概略図Schematic diagram illustrating haptic dial control 触力覚ダイヤル制御を説明する概略図Schematic diagram illustrating haptic dial control 触力覚ダイヤル制御を説明する概略図Schematic diagram illustrating haptic dial control 触力覚ダイヤル制御を説明する概略図Schematic diagram illustrating haptic dial control 触力覚ダイヤル制御を説明する概略図Schematic diagram illustrating haptic dial control 触力覚ダイヤル制御を説明する概略図Schematic diagram illustrating haptic dial control 触力覚ダイヤル制御を説明する概略図Schematic diagram illustrating haptic dial control 触力覚ダイヤル制御を説明する概略図Schematic diagram illustrating haptic dial control 波形制御を説明する概略図Schematic diagram explaining waveform control デバイスサイズ・形状特性を説明する概略図Schematic diagram explaining device size and shape characteristics デバイスサイズ・形状特性を説明する概略図Schematic diagram explaining device size and shape characteristics 質感構造を説明する概略図Schematic diagram explaining texture structure 質感構造のデータベースを説明する概略図Schematic diagram explaining the database of texture structures 波形制御を説明する概略図Schematic diagram explaining waveform control デジタルマウスを説明する概略図Schematic diagram illustrating a digital mouse 個人特性の測定を説明する概略図Schematic diagram explaining the measurement of personal characteristics アクチュエータ制御を説明する概略図Schematic diagram explaining actuator control プロファイリングを説明する概略図Schematic diagram explaining profiling 診断シュミレーションを説明する概略図Schematic diagram explaining diagnostic simulation 遠隔同期を説明する概略図Schematic diagram illustrating remote synchronization

本発明に係る触力覚情報提示システムは、以下を備える。触力覚情報提示システムは、
物体と、該物体は、実物体又は仮想物体であり、物体により及び又は物体への位置、速度
、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性
、弾性の少なくとも1つを備える刺激を検知するセンサと、前記物体に操作者の感覚特性
及び又は錯覚を適用して、該操作者に実際の該物体を操作したかのような触力覚を提示す
る触力覚提示装置と、該触力覚提示装置をセンサからの刺激を基に制御する触力覚提示制
御装置と、前記触力覚提示制御装置は、人の身体に印加される刺激量と感覚量との関係を
示す感覚特性が、非線形及び又は錯覚であることを利用して刺激を制御して触力覚情報を
提示し、前記感覚特性は、前記操作者に与えられる刺激量及び操作者の操作によってもた
らされる刺激量の少なくとも1つの刺激量と操作者に提示される感覚量とを備え、該感覚
量は物理的に存在し得ない感覚量である。
The haptic information presentation system according to the present invention includes:
The present invention relates to a haptic presentation device that presents a haptic sensation to an operator as if he or she were manipulating an actual object by applying a sensory characteristic and/or illusion to the object, by controlling the haptic presentation device based on the stimulus from the sensor. The haptic presentation control device presents haptic information by utilizing the fact that a sensory characteristic indicating the relationship between the amount of stimulus applied to a human body and a sensory amount is nonlinear and/or an illusion, and the sensory characteristic comprises at least one of a stimulus amount given to the operator and a stimulus amount brought about by the operator's operation, and a sensory amount presented to the operator, and the sensory amount is a sensory amount that cannot physically exist.

前記触力覚提示装置は、前記物体により及び又は物体への刺激を提示し、そして操作者
の操作に合わせて物体に印加される刺激を制御して触力覚を生成してなる。
The haptic sense presentation device presents a stimulus by and/or to the object, and generates a haptic sense by controlling the stimulus applied to the object in accordance with the operation of an operator.

タッチパネルは、複数個に区画されてアレイ状、ドット状、画素の少なくとも1つに配
設され、各タッチパネルは独立して制御される。
The touch panel is divided into a plurality of sections and arranged in at least one of an array shape, a dot shape, and a pixel shape, and each touch panel is controlled independently.

物体は、タッチパネルであり、該タッチパネル毎に異なる触覚及び又は力覚を生成する
The object is a touch panel, and each touch panel generates a different tactile and/or haptic sensation.

前記触力覚提示装置は、前記物体に振幅、変位、変形の少なくとも1つを提示してなる
The haptic sense presentation device presents at least one of amplitude, displacement, and deformation to the object.

タッチパネルは、複数個に区画されてアレイ状、ドット状、画素の少なくとも1つに配
設され、各タッチパネルは独立して制御される。
The touch panel is divided into a plurality of sections and arranged in at least one of an array shape, a dot shape, and a pixel shape, and each touch panel is controlled independently.

前記触力覚提示装置は、前記物体の生じる振幅、変位及び又は変形に応じて触力覚を提
示する。
The haptic sense presentation device presents a haptic sense in response to the amplitude, displacement and/or deformation occurring in the object.

触力覚提示装置は、位置、位相、時間の少なくとも1つごとに前記物体に振幅、変位、
変形の少なくとも1つを6次元誘導をさせる。
The haptic feedback device outputs amplitude, displacement, and time to the object for each of at least one of position, phase, and time.
At least one of the transformations is six-dimensionally guided.

前記触力覚提示装置は、物体の接線と直角に、平行に、又は任意の角度に振幅、変位、
変形の少なくとも1つを生じる。
The haptic feedback device can measure amplitude, displacement, and velocity perpendicular to the tangent of an object, parallel to the tangent, or at any angle.
At least one of the deformations occurs.

前記触力覚提示装置は、誘導感覚の感覚を合成する感覚合成・誘導装置であり、該感覚
合成・誘導装置は、前記物体にスウィーブ変位を備える変位により圧覚、力覚、錯覚の少
なくとも1つを生成してなる。
The tactile/force presentation device is a sensory synthesis/induction device that synthesizes an induced sensory sensation, and the sensory synthesis/induction device generates at least one of a pressure sensation, a force sensation, and an illusion by a displacement having a sweep displacement on the object.

図2は、触力覚ディスプレイ・パネルのシステムの構成図を示す。触力覚ディスプレイ
のシステムは、パネル、ディスプレイで触力覚圧覚、触覚、力覚を備える触力覚を再現す
る。指の動きに合わせて変位もしくは変位パターン、波形が制御される。平板な物体であ
るのに深さ感のある立体的な感触が得られる。異なる方向の変位、変位パターン、波形で
あるのに圧覚・力覚が提示される。ボタン、スライダ、ダイヤル、スイッチに適用しても
よい。
Figure 2 shows a block diagram of a tactile display panel system. The tactile display system reproduces tactile sensations including tactile pressure, touch, and force sensations using a panel and display. Displacement, displacement pattern, and waveform are controlled according to finger movement. A three-dimensional feeling with a sense of depth can be obtained even though the object is flat. Pressure and force sensations are presented even though the displacement, displacement pattern, and waveform are in different directions. It can also be applied to buttons, sliders, dials, and switches.

触力覚ディスプレイ・パネルのシステムは、コントローラと触力覚アクチュエータを備
える。触力覚アクチュエータは、コントローラにセンサ信号を供給し、コントローラは、
触力覚アクチュエータに制御信号を供給する。センサ信号は、物体により及び又は物体へ
の位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度
、温度、粘度、弾性の少なくとも1つを備える刺激を備える。
The haptic display panel system includes a controller and a haptic actuator. The haptic actuator provides a sensor signal to the controller, which in turn:
A control signal is provided to the haptic actuator. The sensor signal comprises a stimulus comprising at least one of a position, a velocity, an acceleration, a shape, a displacement, a deformation, an amplitude, a rotation, a vibration, a force, a torque, a pressure, a humidity, a temperature, a viscosity, an elasticity by and/or to the object.

コントローラは、制御アルゴリズムで駆動し、指の動きに合わせて、変位、運動量、振
動、振幅、変位を備える刺激強度を時間変化させる。制御信号は、力情報、振幅情報の駆
動電圧により生成される。
The controller is driven by a control algorithm and changes the stimulation intensity with displacement, momentum, vibration, amplitude, and displacement over time in accordance with the finger movement. The control signal is generated by the driving voltage of the force information and amplitude information.

アクチュエータは、モータ、偏心モータ、リニアモータ、静電モータ、分子モータ、ピ
エゾ、人口筋肉、記憶合金、コイル、ボイスコイル、圧電素子、磁力、静電気、その他、
変位、振動を発生するものであればよい。
Actuators include motors, eccentric motors, linear motors, electrostatic motors, molecular motors, piezos, artificial muscles, memory alloys, coils, voice coils, piezoelectric elements, magnetism, static electricity, and others.
Anything that generates displacement or vibration is acceptable.

触力覚ディスプレイ・パネルは、身体のどの部位にも装着が可能である(図58参照)
The tactile display panel can be attached to any part of the body (see Figure 58).
.

本システムは、操作者の感覚特性、錯覚を適用して、操作者に実際の物体を操作したか
のような触力覚情報を提示する。具体的には、センサで検知された刺激を基に制御され、
人の身体に印加される刺激量と感覚量との関係を示す感覚特性が、非線形や錯覚であるこ
とを利用して刺激を制御して触力覚情報が提示される。感覚特性は、前記操作者に与えら
れる刺激量及び操作者の操作によってもたらされる刺激量の少なくとも1つの刺激量と操
作者に提示される感覚量とを備え、感覚量は物理的に存在し得ない感覚量である。
This system applies the operator's sensory characteristics and illusion to present haptic information to the operator as if he or she were manipulating a real object. Specifically, the system is controlled based on stimuli detected by the sensor,
The tactile information is presented by controlling the stimulation by utilizing the fact that the sensory characteristic indicating the relationship between the amount of stimulation applied to the human body and the amount of stimulation is nonlinear or an illusion. The sensory characteristic includes at least one of the amount of stimulation given to the operator and the amount of stimulation brought about by the operation of the operator, and an amount of stimulation presented to the operator, and the amount of stimulation is an amount of stimulation that does not physically exist.

ここで、システムは、物体から、もしくは、物体への刺激を提示し、そして操作者の操
作に合わせて操作者に印加される刺激が制御される。最小限の触力覚情報提示システムは
、触力覚アクチュエータおよびコントローラから構成されている。触力覚アクチュエータ
に取り付けられたセンサにより、センサにおける位置、速度、加速度、形状、変位、変形
、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性が測定され、その情報
がコントローラに送られて、触力覚アクチュエータを制御するための制御信号が計算され
て、触力覚アクチュエータに送られ、触力覚アクチュエータが制御される。
Here, the system presents stimuli from or to an object, and the stimuli applied to the operator are controlled in accordance with the operator's operation. A minimal haptic information presentation system is composed of a haptic actuator and a controller. A sensor attached to the haptic actuator measures the position, speed, acceleration, shape, displacement, deformation, amplitude, rotation, vibration, force, torque, pressure, humidity, temperature, viscosity, and elasticity of the sensor, and the information is sent to the controller, which calculates a control signal for controlling the haptic actuator and sends it to the haptic actuator to control the haptic actuator.

触力覚アクチュエータは、パネル型およびディスプレイ型のセンサ機能および提示機能
を備え、コントローラにおいて、指や掌などの身体の動きにともなう、変位、運動量、振
動振幅、変位刺激、振動刺激、刺激強度の時間変化などが計算され、制御アルゴリズムに
基づき、センサでモニタされた指や掌などの身体の動きや圧力などに合わせて、触力覚ア
クチュエータの位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク
、圧力、湿度、温度、粘性、弾性などが制御され、ヒトなどに、圧覚、触覚、力覚などの
触力覚情報が提示される。
The haptic actuator is equipped with panel-type and display-type sensor functions and presentation functions, and the controller calculates the displacement, momentum, vibration amplitude, displacement stimulus, vibration stimulus, and change in stimulus intensity over time that accompanies physical movements of the fingers, palm, etc., and based on a control algorithm, the position, speed, acceleration, shape, displacement, deformation, amplitude, rotation, vibration, force, torque, pressure, humidity, temperature, viscosity, elasticity, etc. of the haptic actuator are controlled in accordance with the physical movements and pressure of the fingers, palm, etc. monitored by the sensor, and haptic information such as pressure, touch, and force is presented to humans, etc.

制御信号は、力情報(t)、振幅情報(t)などが駆動電圧等で表現されており、アク
チュエータは、モータ、ピエゾ、人工筋肉、記憶合金、分子モータ、静電、コイル、磁力
、静電気、その他、変位・振動を発生するものならば、デバイス・動作原理は問われない
。その結果、平面、曲面、立体形状で構成されたパネル、ディスプレイが、筐体等に、固
定もしくは微小振動するように設置されているにも関わらず、差し込み感、押込み感、め
り込み感、深さ感、押し戻され感、浮き上がり感、振動・振幅の収束感、振動・振幅の残
響感、変位・移動の方向感覚、ズブズブ感、硬さ感、ソフト感、立体的な感触が感じられ
る。物理的には、そのような感覚が再生・提示されていないにも関わらず、感覚的にはそ
のような感覚、および、身体的な反応・反射が体験される。
The control signal is expressed by a driving voltage or the like as force information (t) and amplitude information (t), and the actuator can be a motor, piezo, artificial muscle, memory alloy, molecular motor, electrostatic, coil, magnetic force, static electricity, or any other device that generates displacement or vibration. As a result, even though a panel or display configured with a flat, curved, or three-dimensional shape is fixed or installed so as to vibrate slightly on a housing or the like, a feeling of insertion, a feeling of pressing in, a feeling of sinking in, a feeling of depth, a feeling of being pushed back, a feeling of floating, a feeling of convergence of vibration/amplitude, a feeling of reverberation of vibration/amplitude, a sense of direction of displacement/movement, a feeling of squelching, a feeling of hardness, a feeling of softness, and a three-dimensional feeling can be felt. Although such sensations are not reproduced or presented physically, such sensations and physical reactions/reflexes are experienced sensorily.

その結果、情報端末等において、平面・平坦なパネルにも関わらず、ボタン、スライダ
、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなどの物体の操作感触がリアルに得られることが可
能となる。
As a result, in an information terminal or the like, it is possible to obtain a realistic feel for operating objects such as buttons, sliders, dials, switches, and operation panels, despite the fact that the panel is flat and planar.

図3は、触力覚アクチュエータの変位制御の概略図を示す。触力覚アクチュエータは、
並進と回転について、6自由度を有しており、変位、振幅、速度、加速度、位相差を自在
に制御できる。また、変位、変位パターン、波形、振動の刺激以外でも電気刺激、クーロ
ン力等の刺激を制御できる。
FIG. 3 shows a schematic diagram of the displacement control of a haptic actuator.
It has six degrees of freedom for translation and rotation, and can freely control the displacement, amplitude, speed, acceleration, and phase difference. In addition to the displacement, displacement pattern, waveform, and vibration stimuli, it can also control electrical stimuli, Coulomb force, and other stimuli.

図4~図10は、錯角現象を示す装置の概略図を示す。該図において、この装置は、基
材上にアクチュエータ、その上にタッチパネル及び物体の変位、圧力、加速度等を検知し
、位置、回転、テンソルを計測するセンサを備える。タッチパネルは、y方向に変位する
が、ボタンのz方向にへこみ・押込みが感じられる。
4 to 10 show schematic diagrams of a device that demonstrates the illusion of angles. In these figures, the device is equipped with an actuator on a substrate, a touch panel on top of which, and sensors that detect the displacement, pressure, acceleration, etc. of an object and measure position, rotation, and tensors. The touch panel is displaced in the y direction, but a depression or press of the button is felt in the z direction.

図4に、錯覚現象のない通常の動作を示す。触力覚アクチュエータの基本ユニットは、
タッチパネル、センサ、アクチュエータから構成されている。タッチパネル、およびセン
サにおいて、位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、
圧力、湿度、温度、粘性、弾性などが、スカラー、ベクトル、もしくはテンソルとして、
計測される。
Figure 4 shows normal operation without the illusion phenomenon. The basic unit of the haptic actuator is:
It is composed of a touch panel, a sensor, and an actuator. The touch panel and the sensor can measure position, speed, acceleration, shape, displacement, deformation, amplitude, rotation, vibration, force, torque,
Pressure, humidity, temperature, viscosity, elasticity, etc. as scalars, vectors, or tensors.
It is measured.

アクチュエータは、位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、
トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性などが、スカラー、ベクトル、もしくはテンソル
として、提示される。タッチパネルは通常硬く変形しないことが多く、操作者が、タッチ
パネルを押込圧Pで押し込むと、タッチパネルはZ方向には変位、変形せずにZ=0が保
たれる。押込圧Pが増加するとともに、操作者の指先が変形し、押込みの圧力を知覚する
が、沈み込み変位Z(=0)、および沈込感覚Sz(=0)は感じられない。
Actuators can measure position, velocity, acceleration, shape, displacement, deformation, amplitude, rotation, vibration, force,
Torque, pressure, humidity, temperature, viscosity, elasticity, etc. are presented as scalars, vectors, or tensors. Touch panels are usually hard and do not deform, and when an operator presses the touch panel with a pressing pressure P, the touch panel does not displace or deform in the Z direction, and Z=0 is maintained. As the pressing pressure P increases, the operator's fingertip deforms and the operator perceives the pressing pressure, but the sinking displacement Z (=0) and sinking sensation Sz (=0) are not felt.

本特許では、指先での触力覚情報の知覚について説明をするが、特に指先に限らず、操
作者の全身、身体の至るところを想定している。
In this patent, the perception of tactile information at the fingertips is described, however, it is not limited to the fingertips but is intended to apply to the entire body of the operator, anywhere on the body.

図5に、錯覚現象のある場合の動作を示す。タッチパネルは通常硬く変形しないことが
多く、操作者が、タッチパネルを押込圧Pで押し込むと、タッチパネルはZ方向には変位
、変形せずにZ=0が保たれる。
Figure 5 shows the operation when the illusion phenomenon occurs. Touch panels are usually hard and do not deform, and when an operator presses the touch panel with a pressing force P, the touch panel does not displace or deform in the Z direction, and Z=0 is maintained.

ここで、通常とは異なり、アクチュエータによって、タッチパネルをY方向に変位(Y
)させると、沈み込み変位Z(=0)がないにも関わらず、押込圧Pの増加の知覚ととも
に、Z方向に沈込感覚Szが感じられる。タッチパネルをX方向に変位(X)させた場合
も、同じく、Z方向に沈込感覚Szが感じられる。ただし、指先の指し示す方向(Y)と
、タッチパネルの変位方向が一致しない場合は、変位方向への移動を弱く知覚することも
ある。指先および指の沈み込みの方向により、タッチパネルの変位方向を調整すると、錯
覚が効果的となる。
Here, unlike normal, the actuator displaces the touch panel in the Y direction (Y
), an increase in the pressing pressure P is perceived and a sinking sensation Sz is felt in the Z direction, even though there is no sinking displacement Z (=0). Similarly, when the touch panel is displaced in the X direction (X), a sinking sensation Sz is felt in the Z direction. However, if the direction (Y) pointed by the fingertip does not match the displacement direction of the touch panel, the movement in the displacement direction may be weakly perceived. The illusion is more effective when the displacement direction of the touch panel is adjusted according to the sinking direction of the fingertip and finger.

ここでの現象は、Y方向の変位が、Z方向への沈み込み感覚に知覚される錯覚であり、
軸間、動作向を越えた錯覚現象(Cross-Direction効果)である。Y方向
の変位は、所望の触感・感触に合わせた、様々な変位パターンが存在している。直線的な
増加・減少や、正弦波的な振動、基本周波数成分の組合せにとどまらず、シンセサイザー
で楽器の音色や音楽を創造するかのように、任意波形のデザイン、振幅変調、周波数変調
、畳み込み、およびその組合せなどによって、様々な触感・感触を表現することができる
The phenomenon here is an illusion in which a displacement in the Y direction is perceived as a sinking sensation in the Z direction.
This is an illusion phenomenon (Cross-Direction effect) that transcends the inter-axis and movement directions. There are various displacement patterns for the Y-direction displacement that match the desired tactile sensation. It is not limited to linear increase/decrease, sinusoidal vibration, and combinations of fundamental frequency components, but can also express various tactile sensations and feelings by designing arbitrary waveforms, amplitude modulation, frequency modulation, convolution, and combinations of these, as if creating musical instrument tones and music with a synthesizer.

錯覚パターンは、押し込み圧力方法(3方向)×アクチュエータ変位方向(3方向)の
9パターンの組み合わせが備える。さらに、回転パターンを備える。また、中間の方向も
あるので、その組合せは、無限となる。並進的な変位の他に、回転的な変位の場合もある
The illusion pattern has nine combinations of the pressing pressure direction (three directions) x the actuator displacement direction (three directions). In addition, a rotation pattern is also provided. There are also intermediate directions, so the combinations are infinite. In addition to translational displacement, there is also the case of rotational displacement.

図6に、ラッチ・連続的な錯覚現象の動作を示す。ここで、アクチュエータによって、
タッチパネルをY方向に階段的に変位(Y)させると、沈み込み変位Z(=0)がないに
も関わらず、押込圧Pの増加の知覚とともに、変位(Y)の階段的変化にともない、Z方
向にズブズブと階段的な沈込感覚Szが感じられる。
Figure 6 shows the operation of the latching continuous illusion phenomenon. Here, the actuator
When the touch panel is displaced stepwise in the Y direction (Y), even though there is no sinking displacement Z (=0), an increase in the pressing pressure P is perceived and a stepwise sinking sensation Sz in the Z direction is felt in conjunction with the stepwise change in displacement (Y).

図7に、ラッチ・連続的な錯覚現象の動作を示す。ここで、アクチュエータによって、
タッチパネルをY方向に変位(Y)を繰り返すと、沈み込み変位Z(=0)がないにも関
わらず、押込圧Pの増加の知覚とともに、変位(Y)の変化にともない、Z方向にズブズ
ブと沈込感覚Szが感じられる。押込み変位(Y)が感じられにくい条件が存在する。
Figure 7 shows the operation of the latching continuous illusion phenomenon. Here, the actuator
When the touch panel is repeatedly displaced in the Y direction (Y), even though there is no sinking displacement Z (=0), a sinking sensation Sz in the Z direction is felt in accordance with the change in displacement (Y) along with the perception of an increase in the pressing pressure P. There are conditions under which the pressing displacement (Y) is difficult to feel.

該図は、押し込み、押し込み圧、変位、沈み込み感覚をそれぞれ示す。図8は、位相が
遅れて変位が現れる。タッチパネルは通常硬く変形しないことが多く、操作者が、タッチ
パネルを押込圧Pで押し込むと、タッチパネルはZ方向には変位、変形せずにZ=0が保
たれる。ここで、通常とは異なり、アクチュエータによって、押込圧Pの増加に対して位
相を遅らせて、タッチパネルをY方向に変位(Y)させると、沈み込み変位Z(=0)が
ないにも関わらず、Y方向に変位(Y)にともない、Z方向に沈込感覚Szが感じられる
。変位(Y)の増加が開始するまでは、仮想ボタンの押込みに対する抗力が提示され、抗
力の最大値である押込感覚Sz(≠0)が、仮想ボタンの硬さとして提示される。
The figure shows the pressing, pressing pressure, displacement, and sinking sensation, respectively. In FIG. 8, the displacement appears with a delayed phase. Touch panels are usually hard and do not deform, and when an operator presses the touch panel with a pressing pressure P, the touch panel does not displace or deform in the Z direction, and Z=0 is maintained. Here, unlike usual, when the actuator is used to delay the phase with respect to the increase in pressing pressure P and displace the touch panel in the Y direction (Y), a sinking sensation Sz is felt in the Z direction along with the displacement (Y) in the Y direction, even though there is no sinking displacement Z (=0). Until the displacement (Y) starts to increase, a resistance to the pressing of the virtual button is presented, and the pressing sensation Sz (≠0), which is the maximum value of the resistance, is presented as the hardness of the virtual button.

図9は、変位が持続せずピークを示した後に変位がゼロになる。ここで、アクチュエー
タによって、タッチパネルをY方向に往復的に変位(Y)させると、沈み込み変位Z(=
0)がないにも関わらず、押込圧Pの増加、変位(Y)の変化にともない、Z方向に「カ
チッ」といったボタンのような沈込感覚Szが感じられる。
In FIG. 9, the displacement does not continue and reaches a peak before becoming zero. When the touch panel is displaced reciprocally in the Y direction by the actuator (Y), the sinking displacement Z (=
0), as the pressing pressure P increases and the displacement (Y) changes, a button-like sinking sensation Sz, such as a "click," is felt in the Z direction.

図10は、変位がプラス方向のピークとマイナス方向のピークを示した後にゼロになる
。ここで、アクチュエータによって、タッチパネルをY方向に往復的に変位(Y)させる
と、沈み込み変位Z(=0)がないにも関わらず、押込圧Pの増加、変位(Y)の変化に
ともない、Z方向に「カチッ」といったボタンのような沈込感覚Szが感じられる。
In Fig. 10, the displacement reaches zero after showing positive and negative peaks. When the touch panel is displaced (Y) reciprocally in the Y direction by the actuator, a button-like sinking sensation Sz, such as a "click" in the Z direction, is felt with an increase in the pressing pressure P and a change in the displacement (Y), even though there is no sinking displacement Z (=0).

図11から図17は、物体(パネル)により及び又は物体への刺激である指の押込み方
法を示す概略図である。図11は、操作者が、タッチパネルを押込圧Pで押し込み、アク
チュエータによって、タッチパネルがZ方向に変位すると、Z方向に沈込感覚Spが感じ
られる。図12及び図13は、段階的なボタンの押込みにより、パネルのわずかなボタン
抵抗の刺激、瞬時に反応、応答の良い刺激、ボタン感触後カチッとした刺激、ボタン存在
なく壁だけが感じられる刺激の提示をそれぞれ示す。図14及び図15は、段階的なボタ
ンの押込みにより、パネルが動く刺激、パネルが静止する刺激、指とパネルとの感覚刺激
の提示をそれぞれ示す。図17は、ボタンの押込みにより、パネルに生じる三角波、サイ
ン波の刺激の提示を示す。
11 to 17 are schematic diagrams showing a method of pressing a finger, which is a stimulus to an object (panel) and/or an object. In FIG. 11, when an operator presses a touch panel with a pressing pressure P and the touch panel is displaced in the Z direction by an actuator, a sinking sensation Sp is felt in the Z direction. In FIGS. 12 and 13, the presentation of a stimulus of slight button resistance of the panel, a stimulus of instant reaction and good response, a stimulus of a click after the button is felt, and a stimulus of only the wall being felt without the button being present, respectively, by pressing a button in a stepwise manner. In FIGS. 14 and 15, the presentation of a stimulus of a moving panel, a stimulus of a stationary panel, and a sensory stimulus between a finger and a panel, respectively, by pressing a button in a stepwise manner. In FIG. 17, the presentation of a triangular wave and a sine wave stimulus generated on the panel by pressing a button.

図19から図24は、刺激としてパネルに印加される変位・振幅の制御を示す概略図で
ある。図19は、パネルを真下に押下げ際にパネルが変位して三角波を形成する。この変
位により感覚的指の深行感刺激、物理的指への張力刺激、感覚的指への抵抗感刺激が提示
される。図20は、パネルを無自覚に移動させた際の押し下げ際にパネルが変位して三角
波を形成する。この変位により感覚的指の進行感刺激、物理的指への張力刺激、感覚的指
への奥行感刺激が提示される。図21は、パネルにボタン特性である粘弾性刺激を与えた
際にパネルが変位して三角波を形成する。この変位によりパネルに感覚的指の進行感刺激
、物理的指への張力刺激、感覚的指への反応感が提示される。
19 to 24 are schematic diagrams showing the control of the displacement and amplitude applied to the panel as a stimulus. In FIG. 19, when the panel is pressed straight down, the panel is displaced to form a triangular wave. This displacement presents a depth sensation stimulus to the sensory finger, a tension stimulus to the physical finger, and a resistance sensation stimulus to the sensory finger. In FIG. 20, when the panel is pressed down when the panel is unconsciously moved, the panel is displaced to form a triangular wave. This displacement presents a progress sensation stimulus to the sensory finger, a tension stimulus to the physical finger, and a depth sensation stimulus to the sensory finger. In FIG. 21, when a viscoelastic stimulus, which is a button characteristic, is applied to the panel, the panel is displaced to form a triangular wave. This displacement presents a progress sensation stimulus to the sensory finger, a tension stimulus to the physical finger, and a reaction sensation to the sensory finger.

図22は、パネルに人口皮膚感覚である粘弾性刺激を与えた際にパネルが変位して三角
波を形成する。この変位によりパネルに感覚的指の進行感刺激、物理的指への張力刺激、
感覚的指への反力感が提示される。
In Fig. 22, when a viscoelastic stimulus, which is an artificial skin sensation, is applied to the panel, the panel is displaced to form a triangular wave. This displacement causes a sensory finger movement stimulus to the panel, a physical finger tension stimulus,
A sensory reaction force is presented to the fingers.

図23は、パネルに刺激を与えた際にパネルが変位して三角波を形成する。パネルの変
位をそれぞれ示す。ここで、アクチュエータによって、タッチパネルをY方向に変位(Y
)させると、沈み込み変位Z(=0)がないにも関わらず、押込圧Pの増加、変位(Y)
の変化にともない、Z方向にボタンのような沈込感覚Szが感じられる。Y方向の変位(
Y)のさせ方によって、Z方向に、「ズブッ」沈み込む感覚、「カチッ」「カッチ」とい
ったボタンのような感覚Szが感じられる。
FIG. 23 shows the panel displacement that forms a triangular wave when a stimulus is applied to the panel. The actuator displaces the touch panel in the Y direction (Y
), even though there is no sinking displacement Z (= 0), the indentation pressure P increases and the displacement (Y)
With the change in the Z direction, a button-like sinking sensation Sz is felt.
Y), you can feel a "sinking" sensation in the Z direction, or a button-like "click" sensation Sz.

図24は、パネルに刺激を与えた際にパネルの変位がサイン波を形成する。パネルの変
位をそれぞれ示す。ここで、アクチュエータによって、タッチパネルをY方向に変位(Y
)、正弦波的に変化させると、沈み込み変位Z(=0)がないにも関わらず、押込圧Pの
増加、変位(Y)の変化にともない、Z方向にボタンのような沈込感覚Szが感じられる
。Y方向の変位(Y)のさせ方によって、Z方向に、「ズブッ」沈み込む感覚、「カチッ
」「カッチ」といったボタンのような感覚Szが感じられる。
FIG. 24 shows the displacement of the panel that forms a sine wave when a stimulus is applied to the panel. Here, the actuator displaces the touch panel in the Y direction (Y
), when the pressure P is changed sinusoidally, even though there is no sinking displacement Z (=0), a button-like sinking sensation Sz in the Z direction is felt with an increase in the pressing pressure P and a change in the displacement (Y). Depending on how the displacement (Y) in the Y direction is made, a "sinking" sensation in the Z direction and a button-like "click" sensation Sz can be felt.

図25~図29は、触力覚アクチュエータの変位、変位パターン、波形、振動の一例で
ある、波形制御の概略図を示す。触力覚アクチュエータは、波形振幅、振動振幅、速度、
加速度、位相差を自在に制御することで、任意の方向に、任意の変位・波形パターンを生
成できる。
25 to 29 are schematic diagrams showing examples of the displacement, displacement pattern, waveform, and vibration of the haptic actuator, illustrating waveform control. The haptic actuator controls the waveform amplitude, vibration amplitude, speed,
By freely controlling the acceleration and phase difference, any displacement and waveform pattern can be generated in any direction.

図26は、波形を非対称に加減速することで力覚を発生する変位波形を示す。図27は
、波形を非対称に加減速することができる力覚を発生する加減速波形を示す。図28は、
パネルを短時間波形変動させてクリック感を出す場合、1波形ごとに周波数を変えて感触
を変える加速スウィープ(クリック感)波形を示す。パターン減速波形とパターン加速波
形を発生させる。図29は、波形の位相は固定で加減速位置を入れ替える加減速シフト波
形、加減速位置は固定で波形の位相を入れ替える位相シフト波形の概略図を示す。波形は
、速度、位相波形が制御される。
Fig. 26 shows a displacement waveform that generates a force sense by asymmetrically accelerating and decelerating the waveform. Fig. 27 shows an acceleration/deceleration waveform that generates a force sense by asymmetrically accelerating and decelerating the waveform. Fig. 28 shows
When the panel is subjected to a short-term waveform change to produce a clicking sensation, an acceleration sweep (click sensation) waveform is shown, which changes the frequency for each waveform to change the sensation. A pattern deceleration waveform and a pattern acceleration waveform are generated. Figure 29 shows a schematic diagram of an acceleration/deceleration shift waveform in which the phase of the waveform is fixed and the acceleration/deceleration position is switched, and a phase shift waveform in which the acceleration/deceleration position is fixed and the phase of the waveform is switched. The speed and phase waveform of the waveform are controlled.

図30は、力覚に関する感覚特性を用い、2つの偏心回転子A912および偏心回転子
B913の回転を位相同期させて変位を合成した触力覚情報提示方法を示す図である。
FIG. 30 is a diagram showing a haptic information presentation method in which the rotations of two eccentric rotors A 912 and B 913 are phase-synchronized to synthesize displacements by using sensory characteristics related to force sense.

ここで、(図30(b))は、(図30(a))の2つの偏心回転子A912および偏
心回転子B913を同方向で180度位相が遅れて同期回転させた場合を模式化したもの
である。この同期回転の結果、偏心のないトルク回転を合成することができる。
Here, FIG. 30(b) shows a schematic diagram of the two eccentric rotors A912 and B913 in FIG. 30(a) rotated synchronously in the same direction with a phase delay of 180 degrees. As a result of this synchronous rotation, torque rotation without eccentricity can be synthesized.

(図30(c))は感覚特性931が対数関数的な特性の場合を模式化したものであり
、感覚特性931は感覚特性211と同様に刺激である物理量932に対してその感覚量
933が対数などの非線形特性であることを示している。この感覚特性931上の、動作
点A934で正のトルクを発生し、動作点B935で逆方向の負のトルクを発生した場合
を考えると、トルク感覚944は(図30(d))のように表わされる。トルク943は
回転子の回転速度942の時間微分に比例する。動作点A934、および動作点B935
で動作させると、トルク感覚944が知覚される。
FIG. 30(c) shows a schematic diagram of a case where sensory characteristic 931 is a logarithmic function characteristic, and similar to sensory characteristic 211, sensory characteristic 931 shows that sensory quantity 933 is a nonlinear characteristic such as logarithm with respect to physical quantity 932, which is a stimulus. Considering a case where a positive torque is generated at operating point A 934 on this sensory characteristic 931 and a negative torque in the opposite direction is generated at operating point B 935, torque sensation 944 is expressed as shown in FIG. 30(d). Torque 943 is proportional to the time derivative of rotor rotation speed 942. Operating point A 934 and operating point B 935
When operated at , a torque sensation 944 is perceived.

トルク943は、物理的に1サイクルで初期状態948に戻り、その積分値はゼロとな
っている。しかし、感覚量であるトルク感覚944の感覚的積分値はゼロになるとは限ら
ない。動作点A934および動作点B935を適切に選択して、動作点A継続時間945
および動作点B継続時間946を適切に設定することで、任意の方向に自在にトルク感覚
を提示し続けることができる。
The torque 943 physically returns to the initial state 948 in one cycle, and its integral value becomes zero. However, the sensory integral value of the torque sense 944, which is a sensory amount, does not necessarily become zero. By appropriately selecting the operating point A 934 and the operating point B 935,
By appropriately setting the operating point B duration 946, it is possible to continue to present a torque sensation freely in any direction.

以上のことは、トルク回転に限らず回転や並進の変位の時や、感覚特性931が指数関
数的な場合などの非線形特性を示す時にも成立する。(図30(c))の感覚特性931
が閾値を持つ場合も、同様のトルク感覚が生じ、片方の方向のみにトルク感覚を間欠的に
提示し続けることができる。
The above is true not only for torque rotation but also for rotational and translational displacements, and also when the sensory characteristic 931 shows nonlinear characteristics such as an exponential function.
A similar torque sensation occurs when the threshold is met, and the torque sensation can be continuously presented intermittently in only one direction.

図31(a)は、位相パターンの初期位相(θi)によって誘起・知覚される錯触力覚
の方向を示している。 錯触力覚デバイス107は、図31(b)の回転開始の初期位相
(θi)を変えることにより、偏心回転子で合成される運動量の変化によって誘起される
錯触力覚の方向1202を、初期位相(θi)の方向に制御することができる。例えば、
図31(c)のように初期位相(θi)を変えることにより、平面内360°の任意の方
向に誘起できる。 このとき、錯触力覚インタフェース装置101自身の重さが重い場合
、錯触力による上向きの力感覚1202と重力による下向きの力感覚1204とが打ち消
されて浮き上がる浮力感覚1202が得られにくく、重く感じられてしまうことがある。
その時には、錯触力覚による上向き方向を重力方向の反対方向から僅かにずらして錯触力
覚1203を誘起させることで、重力による浮上感覚の減少・阻害を抑制することができ
る。 重力方向と反対方向に提示したい場合には、重力方向と180°+α°及び180
°-α°とわずかに鉛直からずれた方向に交互に錯触力覚を誘起する方法もある。
Fig. 31(a) shows the direction of the illusionary tactile force sense induced and perceived by the initial phase (θi) of the phase pattern. The illusionary tactile force sense device 107 can control the direction 1202 of the illusionary tactile force sense induced by the change in momentum synthesized by the eccentric rotor to the direction of the initial phase (θi) by changing the initial phase (θi) of the start of rotation in Fig. 31(b). For example,
By changing the initial phase (θi) as shown in Fig. 31(c), it can be induced in any direction within 360° in a plane. In this case, if the weight of the illusionary tactile force sense interface device 101 itself is heavy, the upward force sensation 1202 due to the illusionary tactile force and the downward force sensation 1204 due to gravity cancel each other out, making it difficult to obtain the floating buoyancy sensation 1202, and the device may feel heavy.
In this case, the upward direction of the illusionary tactile force sense is slightly shifted from the direction opposite to the direction of gravity to induce the illusionary tactile force sense 1203, thereby suppressing the reduction or inhibition of the floating sensation caused by gravity.
There is also a method of inducing tactile force sensations in alternating directions slightly off-vertical: 1°-α°.

図32(a)~図32(f)は、基本的な触力覚の感覚、錯触力覚の感覚を提示する、
錯触力デバイス(触力デバイス)の制御の一例を示している。 図32(a)は、錯触力
覚デバイス107において回転力を発生する方法を模式的に示したものであり、図32(
d)は、並進力を発生する方法を模式的に示したものである。図32(a)の2つの偏心
錘814の回転は、位相180°遅れて同じ方向に回転している。これに対して、図32
(d)では、お互いに反対方向に回転している。
32(a) to 32(f) present basic tactile sensations and illusionary tactile sensations.
FIG. 32(a) shows an example of the control of the illusionary tactile force device (tactile force device). FIG. 32(b) shows a schematic diagram of a method for generating a rotational force in the illusionary tactile force device 107.
32(d) is a schematic diagram showing a method for generating a translational force. The rotations of the two eccentric weights 814 in FIG. 32(a) are rotated in the same direction with a phase delay of 180°.
In (d), they rotate in opposite directions.

(1)図32(b)のように、2つの偏心回転子を180度の位相遅れで同方向に同期回
転させた場合、2つの偏心回転子が点対称となり重心と回転軸中心が一致することにより
、偏心のない等トルクの回転が合成される。これにより、回転力感覚を提示することがで
きる。しかし、角運動量の時間微分がトルクであり、一定方向に連続してトルクを提示し
続けるためには、モータの回転数を連続的に加速し続ける必要があり、現実的には連続的
に提示することは困難である。
(1) As shown in Fig. 32(b), when two eccentric rotors are rotated synchronously in the same direction with a phase delay of 180 degrees, the two eccentric rotors become point symmetrical, and the center of gravity and the center of the rotation axis coincide with each other, resulting in a synthesis of rotations with equal torque without eccentricity. This makes it possible to present the sensation of rotational force. However, since torque is the time derivative of angular momentum, in order to continuously present torque in a fixed direction, it is necessary to continuously accelerate the rotation speed of the motor, which is difficult to do in reality.

(2)図32(c)のように、角速度ω1及び角速度ω2によって同期制御することによ
り、一定方向に連続的な回転力の錯触力覚感覚(連続トルク感覚)が誘起される。(3)
図32(e)のように、反対方向に一定角速度で同期回転させた場合、初期位相θi12
01を制御することで任意の方向に直線的に振動する力(単振動)が合成できる。
(2) As shown in FIG. 32(c), by synchronously controlling the angular velocity ω1 and the angular velocity ω2, a continuous rotational force illusion (continuous torque sensation) is induced in a certain direction.
As shown in FIG. 32(e), when the two are synchronously rotated at a constant angular velocity in the opposite direction, the initial phase θi12
By controlling 01, a linear vibration force (simple harmonic motion) can be synthesized in any direction.

(4)図32(f)のように、錯触力覚に関する感覚特性に従い、角速度ω1及び角速度
ω2によって反対方向に同期回転させた場合、一定方向に連続的な並進力の錯触力覚感覚
(連続力感覚)が誘起される。 錯触力覚インタフェース装置101において、図32(
c)及び図32(f)のように、人間の感覚特性に合わせて回転速度(角速度)及び位相
同期を的確に制御すれば、2種類の角速度(ω1、ω2)の組み合わせだけでも錯触力覚
を誘起できるため、制御回路を簡潔にすることができる。
(4) As shown in FIG. 32( f ), when the two objects are rotated synchronously in opposite directions at angular velocities ω1 and ω2 in accordance with the sensory characteristics related to the illusionary tactile force, an illusionary tactile force sensation of a continuous translational force (continuous force sensation) is induced in a fixed direction.
As shown in Figures 32(c) and 32(f), by precisely controlling the rotational speed (angular velocity) and phase synchronization to match the sensory characteristics of humans, it is possible to induce an illusory tactile sensation with just a combination of two types of angular velocities (ω1, ω2), thereby simplifying the control circuit.

図33は、この図30の現象及びその効果を模式的に示している。錯触力覚に関する感
覚特性を考慮して、偏心モータ815の回転パターンを制御して2つの偏心回転子の合成
運動量を時間的に変化させることにより、平衡点周りに周期的に加減速する振動904か
ら、一定方向に連続的に働く力が知覚される錯覚905を誘起させることができる。つま
り、物理的には一定方向に働く力のような成分は存在していないが、一定方向に力が働い
ているように知覚される錯覚が誘起される。
Fig. 33 shows a schematic diagram of the phenomenon and its effect in Fig. 30. Taking into consideration the sensory characteristics related to the illusionary tactile force sense, the rotation pattern of the eccentric motor 815 is controlled to change the combined momentum of the two eccentric rotors over time, thereby inducing an illusion 905 in which a force acting continuously in a fixed direction is perceived from vibration 904 that periodically accelerates and decelerates around the equilibrium point. In other words, although a component like a force acting in a fixed direction does not physically exist, an illusion is induced in which a force is perceived as acting in a fixed direction.

動作点A、及び動作点Bで位相180°毎に交互に加減速させると、一定方向の力感覚
905が連続的に知覚される。力は、物理的に1サイクルで初期状態に戻り、その運動量
及び力の積分値はゼロとなっている。つまり、平衡点周りに留まり、加減速機構が左側に
移動することはない。しかし、感覚量である力感覚の感覚的積分値はゼロにならない。こ
の時、正の方向の力の積分908の知覚は低下し、負の方向の力の積分909だけが知覚
される。
When acceleration and deceleration are alternately performed at operating points A and B at phase intervals of 180°, a force sensation 905 in a fixed direction is continuously perceived. The force physically returns to its initial state in one cycle, and the integral values of its momentum and force are zero. In other words, it remains around the equilibrium point, and the acceleration/deceleration mechanism does not move to the left. However, the sensory integral value of the force sensation, which is a sensory quantity, does not become zero. At this time, the perception of the force integral 908 in the positive direction decreases, and only the force integral 909 in the negative direction is perceived.

ここで、角運動量の時間微分がトルク、運動量の時間微分が力であり、一定方向に連続
してトルク及び力を発生し続けるためには、モータの回転数もしくはリニアモータを連続
的に加速し続ける必要があり、そのため、回転体などを周期的に回転させ方法は力覚を一
定方向に連続的に提示するのに適していない。特に、モバイル等で利用される非ベース型
インタフェースでは、一方向への連続的な力の提示は物理的には不可能である。
Here, the time derivative of angular momentum is torque, and the time derivative of momentum is force, and in order to continuously generate torque and force in a fixed direction, it is necessary to continuously accelerate the rotation speed of a motor or a linear motor, and therefore a method of periodically rotating a rotating body is not suitable for continuously presenting a force sensation in a fixed direction. In particular, in a non-base type interface used in mobile devices, it is physically impossible to continuously present a force in one direction.

しかし、人は非線形感覚特性を有しており、本発明の手法を用いれば、錯触力覚特性に
関する知覚感度の利用や運動量の加減速パターン制御によって、物理特性とは異なった力
・力パターンを錯覚的に知覚させることができる。例えば、与えた刺激強度に対する感じ
られた刺激の大きさの比が感度であるが、人間の感覚特性は与えた刺激の強度に対して感
度が異なっており、弱い刺激にはより敏感であり、強い刺激には鈍感である。そこで、モ
ータ回転の加減速の位相を制御し周期的に加減速を繰り返すことで、弱い刺激を提示した
方向に連続的な力覚を提示させることに成功している。また、感覚特性の適切な動作点A
及びBを選択することにより、強い刺激を提示した方向にも連続的な力覚を提示させるこ
ともできる。
However, humans have non-linear sensory characteristics, and by using the method of the present invention, it is possible to illusorily perceive forces and force patterns that are different from physical characteristics by utilizing the perceptual sensitivity related to tactile force characteristics and controlling the acceleration/deceleration pattern of momentum. For example, sensitivity is the ratio of the magnitude of the felt stimulus to the strength of the stimulus applied, and human sensory characteristics have different sensitivities to the strength of the applied stimulus, being more sensitive to weak stimuli and less sensitive to strong stimuli. Therefore, by controlling the phase of acceleration/deceleration of the motor rotation and periodically repeating acceleration/deceleration, it has been successful in presenting a continuous sense of force in the direction in which a weak stimulus is presented. In addition, the appropriate operating point A of the sensory characteristics is
By selecting A and B, it is possible to present a continuous force sensation even in the direction in which a strong stimulus is presented.

類似の装置としてドライビング・シミュレータが連想されるが、ドライビング・シミュ
レータでは、目的の力(加速感)を与えた後に気付かれない程度の小さな加速度で元の位
置にゆっくりと戻すことで車の加速感を提示している。そのため力の提示は断続的になり
、このような偏加速型方式では、一定方向の力感覚や加速感を連続的に提示することはで
きない。従来型である触力覚インタフェース装置でも同様である。しかし、本発明では、
錯覚を利用することで、一定方向に連続的な並進力感覚905が提示される。特に、物理
的な手法による上記ドライビング・シミュレータで提示される断続的な力の方向とは反対
方向に連続的な力が知覚される点が、錯覚を用いた錯触力覚インタフェース装置101の
特徴である。
A driving simulator may be associated with this type of device, but in a driving simulator, the sensation of accelerating the car is presented by applying the desired force (sense of acceleration) and then slowly returning the car to its original position with a small acceleration that is not noticeable. This results in an intermittent presentation of force, and with this type of biased acceleration method, it is not possible to continuously present a sense of force or acceleration in a fixed direction. This is also the case with conventional haptic interface devices. However, in the present invention,
By utilizing the illusion, a continuous translational force sensation 905 is presented in a certain direction. In particular, the illusionary tactile/force sense interface device 101 using the illusion is characterized in that a continuous force is perceived in the opposite direction to the direction of the intermittent force presented in the driving simulator using a physical method.

つまり、この強度によって感度が異なるという人間の非線形感覚特性を利用することで
、周期的な加減速や振動で発生する力の積分が物理的にはゼロであるにも関わらず、感覚
的には相殺されないばかりか、正の方向の力908は知覚されず、目的の方向である負の
方向909に並進力的な力覚905やトルク感が連続的に提示できる。(連続的なトルク
感覚の生成方法は、図19(c)を参照)これらの現象は、感覚特性831が刺激である
物理量832に対してその感覚量が対数以外の場合でも、非線形特性であれば同じ効果が
得られる。本効果は、非ベース型に限らず、ベース型においても効果が得られる。
In other words, by utilizing the nonlinear sensory characteristics of humans, where sensitivity varies depending on the intensity, not only are the integrals of the forces generated by periodic acceleration/deceleration and vibration physically zero, but they are not offset sensorily, and a force 908 in the positive direction is not perceived, and a translational force sense 905 or torque sensation can be continuously presented in the desired negative direction 909. (See FIG. 19(c) for a method of generating a continuous torque sensation.) The same effect can be obtained with these phenomena, even if the sensory characteristic 831 is not logarithmic with respect to the physical quantity 832 that is the stimulus, as long as it is a nonlinear characteristic. This effect can be obtained not only with the non-base type but also with the base type.

図3において、動作点Aでの回転継続時間Taをゼロに近づけることにより、回転継続
時間Taと回転継続時間Tbのそれぞれの区間での運動量が等しいことから、回転継続時
間Taの区間での合成運動量は大きくなり力も大きくなるが、力感覚は対数的に変化し感
度が低下するために、回転継続時間Taの区間での感覚値の積分はゼロに近づく。このた
め、回転継続時間Tbの区間での力感覚が相対的に大きくなり、一方向への力の感覚90
5の連続性が向上していく。その結果、動作点A及び動作点Bを適切に選択して、動作点
A継続時間及び動作点B継続時間を適切に設定し、2つの偏心回転子A及び偏心回転子B
の同期位相を調整することで、任意の方向に自在に力感覚を提示し続けることができる。
In Fig. 3, by approaching zero for the rotation duration Ta at the operating point A, the momentum in each section of the rotation duration Ta and the rotation duration Tb is equal, so the composite momentum in the section of the rotation duration Ta becomes large and the force also becomes large, but the force sensation changes logarithmically and the sensitivity decreases, so the integral of the sensation value in the section of the rotation duration Ta approaches zero. Therefore, the force sensation in the section of the rotation duration Tb becomes relatively large, and the force sensation in one direction becomes 90.
As a result, the continuity of the two eccentric rotors A and B is improved by appropriately selecting the operating point A and the operating point B, and appropriately setting the operating point A duration and the operating point B duration.
By adjusting the synchronization phase, it is possible to freely present a force sensation in any direction.

図34は、錯触力覚インタフェース装置で利用される非線形特性を示しており、それぞ
れ、感覚特性(図34(a)及び図34(b))、粘弾性材料の非線形特性(図34(c
))、粘弾性材料のヒステリシス特性(図21(d))を示している。 図34(b)は
、図2と同様に、物理量に対して閾値2206を有する人間の感覚特性を示した模式図で
あり、この特性を考慮して錯触力覚インタフェース装置を制御することにより、物理的に
は存在していない感覚が錯触力覚として誘起されることを示している。 図34(c)の
ように、加えた力に対する応力特性が非線形特性を示す物性を有する材料を変位・振動・
トルク・力といった駆動力を発生する装置と人間の皮膚・感覚器官との間に挟んだ時にも
、同様な錯触力覚が誘起される。 また、図34(d)のように、感覚特性は、筋肉を伸
ばす時と縮める時など、変位が増加する時と減少する時において等方的でなく、ヒステリ
シス的感覚特性を示す場合が多い。筋肉が引っ張られるとその直後に筋肉が強く収縮する
。このように強いヒステリシス特性を発生させることで、同様な錯触力覚の誘起が促進さ
れる。
FIG. 34 shows the nonlinear characteristics used in the illusionary tactile force sense interface device, which are sensory characteristics (FIG. 34(a) and FIG. 34(b)), nonlinear characteristics of viscoelastic materials (FIG. 34(c)), and nonlinear characteristics of the viscoelastic materials (FIG. 34(d)).
) and the hysteresis characteristics of a viscoelastic material (Fig. 21(d)). Fig. 34(b) is a schematic diagram showing the human sensory characteristics having a threshold 2206 for physical quantities, similar to Fig. 2, and shows that by controlling the illusionary tactile force sense interface device while taking this characteristic into consideration, a sensation that does not physically exist can be induced as an illusionary tactile force sense. As shown in Fig. 34(c), a material having physical properties in which the stress characteristics with respect to an applied force show nonlinear characteristics is subjected to displacement, vibration, and
A similar illusory tactile force is also induced when placed between a device that generates a driving force such as torque or force and the human skin or sensory organs. As shown in Figure 34(d), the sensory characteristics are often not isotropic when the displacement increases or decreases, such as when a muscle is stretched or contracted, but rather show hysteretic sensory characteristics. When a muscle is pulled, it contracts strongly immediately afterwards. By generating such strong hysteresis characteristics, the induction of a similar illusory tactile force is promoted.

図35は、感覚特性を変化させる方法の一例として、力覚に関するマスキング効果によ
って感覚特性を変化させる方法を用いた触力覚情報提示方法を示す図である。
FIG. 35 is a diagram showing a haptic information presentation method using a method of changing sensory characteristics by a masking effect related to a force sense, as an example of a method of changing sensory characteristics.

感覚特性は、マスキング変位(振動)によってマスキングされトルク感覚434が減少
する。このマスキング方法として、(視覚、聴覚のマスキングで実績のある)同時マスキ
ング424、前方マスキング425、後方マスキング426があげられる。(図35(a
))はマスキーであるトルク413を模式化したものであり、この時知覚されるトルク感
覚434は(図35(c))のように表わされる。トルク413は回転子の回転速度41
2の時間微分に比例する。
The sensory characteristic is masked by the masking displacement (vibration) and the torque sensation 434 is reduced. The masking method includes simultaneous masking 424 (which has a proven track record in masking vision and hearing), forward masking 425, and backward masking 426. (See FIG. 35(a))
) is a schematic representation of the torque 413 which is a mask, and the torque sensation 434 felt at this time is represented as in (FIG. 35(c)). The torque 413 is proportional to the rotor rotation speed 41
It is proportional to the time derivative of 2.

この時、回転子の回転速度412を初期化する初期化時間415と、それに対応したマ
スキング継続時間425を、図6に示した(図35(d))の初期化時間445とマスキ
ング継続時間455のように短縮していき、ある一定時間よりも短くなると初期化による
負のトルクが物理的に存在するにも関わらず、トルク感覚464のようにトルクが連続し
て提示されているように感じられる臨界融合が生じる。
At this time, the initialization time 415 for initializing the rotor rotation speed 412 and the corresponding masking duration 425 are shortened as shown in FIG. 6 (FIG. 35(d)), and when they become shorter than a certain time, a critical fusion occurs in which the torque is felt as if it is being presented continuously, as shown in torque sensation 464, even though a negative torque due to the initialization is physically present.

なお、マスキング変位(振動)を発生するマスカーは、それによってトルクがマスクさ
れるマスキーである回転子と別な回転子であっても、マスキーである回転子自身であって
もよい。 マスキーの回転子がマスカーでもある場合とは、マスキング時にその回転子が
制御装置によってマスキング変位(振動)を発生するように制御されることを意味する。
マスカーの変位(振動)方向は、マスキーの回転子の回転方向と同一であっても、あるい
は同一でなくてもよい。 以上のことは、マスキーとマスカーが同一の刺激の場合(マス
キーの回転子がマスカーでもある場合)にも起こり得る。
The masker that generates the masking displacement (vibration) may be a rotor separate from the maskee rotor whose torque is masked by it, or may be the maskee rotor itself. When the maskee rotor is also the masker, this means that the rotor is controlled by the control device to generate a masking displacement (vibration) during masking.
The direction of the masker displacement (vibration) may or may not be the same as the direction of rotation of the maskee rotor, even when the maskee and masker are the same stimulus (when the maskee rotor is also the masker).

図36は、この場合を模式化した図である。図36に示すように、強トルク感覚485
、486の前後において、前方マスキング485、後方マスキング486によりトルク感
覚484が減少する。
FIG. 36 is a schematic diagram of this case. As shown in FIG. 36, the strong torque sensation 485
, 486, the torque sensation 484 is reduced by the forward masking 485 and the rearward masking 486.

感覚特性は、筋肉の緊張状態、あるいは、身体的・生理的・心理的状態のいずれか1つ
以上の状態によりトルク感覚517の感度が変化する。例えば、筋肉が外力である提示ト
ルク514(短い時間で強いトルク524)で瞬時に伸ばされることで、筋肉の中の筋紡
錘というセンサがこれを感知し、この外力に負けないパワーを持つ筋肉起因トルク515
(筋肉反射起因トルク525)で条件反射的に筋肉が素早く収縮する。このとき筋電51
1が発生する。それを検知した制御回路512は触力覚提示機513を制御して、筋肉の
収縮に同期して提示トルク516(穏やかに中程度のトルク526)を働かせることでト
ルク感覚517の感度を変化させる。
The sensitivity of the torque sensation 517 changes depending on the muscle tension or one or more of the physical, physiological, and psychological states. For example, when a muscle is stretched instantly by an external force, which is a presented torque 514 (a strong torque 524 in a short time), a sensor in the muscle called a muscle spindle detects this and generates a muscle-induced torque 515 that has a power that is not defeated by this external force.
(Muscle reflex torque 525) causes the muscle to contract quickly as a conditioned reflex. At this time, myoelectric potential 51
1 is generated. The control circuit 512 detects this and controls the haptic presentation device 513 to apply a presented torque 516 (a gentle to moderate torque 526) in synchronization with the muscle contraction, thereby changing the sensitivity of the torque sensation 517.

以上のことは、筋肉の緊張状態だけに限らず、呼吸・姿勢・神経発火の状態のいずれか
1つ以上の状態による感覚感度の変化の場合にも成立する。
The above is not limited to muscle tension, but also applies to changes in sensory sensitivity due to one or more of the following conditions: respiration, posture, and nerve firing.

掌は、その骨格・関節・腱・筋肉などの解剖学的な構造から、掌の方向によって感度が
異なる。掌の方向に依存した感度(不等方性感度曲線611)に合わせて提示物理量の強
度(回転速度ω612)を補正することによって、精度良い方向提示が可能となる。
The sensitivity of the palm varies depending on the orientation of the palm due to the anatomical structure of the skeleton, joints, tendons, muscles, etc. By correcting the strength of the presented physical quantity (rotation speed ω 612) according to the sensitivity (anisotropic sensitivity curve 611) that depends on the orientation of the palm, it is possible to present the direction with high accuracy.

図37は、任意方向に変位感覚・振動感覚・力感覚・トルク感覚のいずれか1つ以上の
触力覚情報を、連続的、断続的に提示する制御方法の1例として、力覚に関するマスキン
グ効果によって感覚特性を変化させる方法を用いて、任意の方向に振動触力覚情報提示方
法を示す図である。
Figure 37 shows a method of presenting vibrotactile information in any direction using a method of changing sensory characteristics by a masking effect related to force sense, as an example of a control method for continuously and intermittently presenting one or more tactile information sensations of displacement, vibration, force, and torque in any direction.

感覚特性は、マスキング変位(振動)1216によってマスキングされ力感覚1224
が減少する。このマスキング変位(振動)は、(図30(b))において偏心回転子Aの
回転速度1022および偏心回転子Aの回転速度1023を同期させて速度を変位(振動
)されることによって発生させることができる。(図37(a))はこれを模式化したも
のであり、この時知覚される力感覚1224は(図37(b))のように表わされる。力
1213は2つの偏心回転子の合成回転速度の大きさ1212の時間微分に比例する。
The sensory characteristic is masked by a masking displacement (vibration) 1216 and is a force sensation 1224.
is decreased. This masking displacement (vibration) can be generated by synchronizing the rotation speed 1022 of the eccentric rotor A and the rotation speed 1023 of the eccentric rotor A in FIG. 30(b) to displace (vibrate) the speed. FIG. 37(a) shows a schematic diagram of this, and the force sensation 1224 felt at this time is expressed as in FIG. 37(b). The force 1213 is proportional to the time derivative of the magnitude 1212 of the composite rotation speed of the two eccentric rotors.

この時、回転子の回転速度1212を初期化する初期化時間1215を短縮していき、
図37(c)のようにある一定時間よりも短くなると初期化による負の力が物理的に存在
するにも関わらず、力感覚1244のように力が連続して提示されているように感じられ
る臨界融合が生じる。
At this time, the initialization time 1215 for initializing the rotation speed 1212 of the rotor is shortened.
As shown in FIG. 37( c ), when the time becomes shorter than a certain time, a critical fusion occurs in which it feels as if a force is being continuously presented, as in force sensation 1244, despite the physical presence of a negative force due to initialization.

以上のことは、マスキーとマスカーが異なる回転子による場合にも生じるし、また、力
だけでなくトルクの場合にも同様な連続提示感覚が生じる。
The above also occurs when the maskee and masker are made of different rotors, and a similar sensation of continuous presentation occurs not only in the case of force but also in the case of torque.

図38(a)~図38(c)に示した感覚特性のように、ユーザごとの感覚特性は異な
る。このため、錯触力覚がはっきりと知覚される人や知覚されにくい人、学習によって知
覚されやすさが向上する人がいる。本発明では、この個人差を補正する装置を有する。ま
た、同じ刺激が持続的に提示される場合、その刺激に対して感覚が鈍化してしまうことも
ある。そのため、刺激の強度・周期や方向に揺らぎを与えたりすることで慣れを防止する
ことは効果的である。
As shown in Fig. 38(a) to Fig. 38(c), the sensory characteristics of each user are different. For this reason, some people can clearly perceive the illusory tactile sense, some people can hardly perceive it, and some people can improve their perception through learning. The present invention has a device that corrects this individual difference. In addition, if the same stimulus is continuously presented, the sense of the stimulus may become dull. For this reason, it is effective to prevent habituation by fluctuating the intensity, period, or direction of the stimulus.

図38(d)に錯触力覚を用いた一定方向の力の提示手法の一例を示す。2つの偏心振
動子を反対回転方向に回転させて変位成分・振動成分を合成する方法において、動作点A
での高速回転数ω1(高周波f1)1002aと動作点Bでの低速回転数ω2(低周波f
2)1002bを位相180°毎に交互に提示した場合、錯触力覚強度(II)は、偏心
回転子の回転速度である周波数の加減速比Δf/fの対数に比例する(図38(e))。
ただし、(f=(f1+f2)/2、Δf=f1-f2)。錯触力覚強度とΔf/fの対
数値をプロットした時の傾きnが、個人差を示す。
Figure 38(d) shows an example of a method for presenting a force in a certain direction using the illusionary tactile sense. In the method for synthesizing the displacement component and the vibration component by rotating two eccentric vibrators in the opposite directions, the operating point A
The high-speed rotation speed ω1 (high frequency f1) 1002a at operating point A and the low-speed rotation speed ω2 (low frequency f
2) When 1002b is presented alternately at phase intervals of 180°, the illusionary tactile force intensity (II) is proportional to the logarithm of the acceleration/deceleration ratio Δf/f of the frequency, which is the rotational speed of the eccentric rotor (Figure 38 (e)).
Here, (f = (f1 + f2) / 2, Δf = f1 - f2). The slope n when the illusionary tactile force intensity and the logarithm of Δf/f are plotted indicates individual differences.

また、感覚強度(VI)は、錯覚による一定方向の力感覚と同時に知覚される変位成分
・振動成分の強度を示し、変位成分・振動成分の強度と物理量f(対数)とはおおよそ反
比例の関係にあり、周波数fを大きくすることで感覚強度(VI)は相対的に低下する(
図38(f))。この変位成分・振動成分の含有強度を制御することにより、錯触力覚を
提示したときの力の質感が変わる。対数でプロットした場合の傾きmは個人差を示す。な
お、個人差を示すn、mは、学習が進むに従って変化し、学習が飽和した時に一定の値に
収束する。
In addition, the sensory intensity (VI) indicates the intensity of the displacement component and vibration component that are perceived simultaneously with the illusionary force sensation in a certain direction. The intensity of the displacement component and vibration component and the physical quantity f (logarithm) are roughly inversely proportional to each other, and the sensory intensity (VI) decreases relatively by increasing the frequency f (
(Figure 38(f)). By controlling the strength of the displacement and vibration components, the texture of the force when the illusory tactile sensation is presented changes. The slope m when plotted logarithmically indicates individual differences. Note that n and m, which indicate individual differences, change as learning progresses and converge to a certain value when learning becomes saturated.

図39(a)~図39(c)は、仮想平板1100の質感表現方法を示している。錯触
力覚インタフェース装置101が、センシングによってモニタされた錯触力覚インタフェ
ース装置101の動き(位置・姿勢角度、速度、加速度)が仮想物体の動きを1101を
表しており、この仮想物体の動きに合わせて、錯触力覚による抗力1102の方向・強度
及び質感パラメタ(含有振動成分)を制御することにより、仮想平板の質感である摩擦感
覚1109や粗さ感覚1111及び形状が制御される。 図39(a)は、仮想平板11
00上で仮想物体(錯触力覚インタフェース装置101)を移動させた時に働く仮想平板
から仮想物体への抗力1103及び移動に対する抗力1102を示している。
39(a) to 39(c) show a method of expressing the texture of a virtual plate 1100. The movement of the illusionary tactile force sense interface device 101 (position/posture angle, speed, acceleration) monitored by sensing represents the movement of a virtual object 1101, and the direction/strength of the resistance force 1102 due to the illusionary tactile force sense and the texture parameters (vibration components contained) are controlled in accordance with the movement of the virtual object, thereby controlling the friction sensation 1109 and roughness sensation 1111, which are the texture of the virtual plate, and the shape.
11 shows a resistance force 1103 acting from the virtual plate to the virtual object (illusionary tactile force sense interface device 101) when the virtual object is moved on the virtual plate 1100, and a resistance force 1102 acting against the movement.

図39(b)は、錯触力覚インタフェース装置101と仮想平板1100とが接した時
に両物体の間に働く摩擦力1104が、動摩擦及び静摩擦を振動的に繰り返すことを示し
ている。また、仮想平板の誤差厚内1107に錯触力覚インタフェース装置101が留ま
るように押し戻す抗力1106をフィードバック制御して提示することで、仮想平板の存
在・形状を知覚させる。錯触力覚インタフェース装置101が仮想平板内1100に存在
しない時は押し戻す抗力を提示せず、存在する時だけ提示することにより壁の存在が知覚
される。
39(b) shows that the frictional force 1104 acting between the illusionary tactile force sense interface device 101 and the virtual plate 1100 when they come into contact with each other repeats dynamic friction and static friction in an oscillatory manner. Also, a pushing back resistance force 1106 is presented through feedback control so that the illusionary tactile force sense interface device 101 stays within the error thickness 1107 of the virtual plate, allowing the user to perceive the presence and shape of the virtual plate. When the illusionary tactile force sense interface device 101 is not present within the virtual plate 1100, no pushing back resistance force is presented, and it is presented only when the illusionary tactile force sense interface device 101 is present, thereby allowing the user to perceive the presence of a wall.

図39(c)は、表面粗さの表現方法を示している。錯触力覚インタフェース装置10
1を移動させた方向1101とは反対方向に、移動速度・加速度に合わせて抗力を提示す
ることによって、抵抗感や粘性感1108を知覚させる。移動方向と同じ方向に負の抗力
を提示(加速力1113)することによって、氷上を滑るような仮想平板の滑らか感11
10を強調することができる。この加速感・滑らか感1110は、従来の振動子を使った
非ベース型触力覚インタフェース装置では提示することが困難であり、錯覚を使った錯触
力覚インタフェース装置101で実現された質感及び効果である。また、抗力を振動的に
変化させること(振動的抗力1112)により、仮想平板の表面粗さ感覚1111を知覚
させる。
FIG. 39(c) shows a method for expressing surface roughness.
By presenting a resistance force in the opposite direction to the moving direction 1101 of the virtual board 1 in accordance with the moving speed and acceleration, the user is made to perceive a sense of resistance or viscosity 1108. By presenting a negative resistance force (acceleration force 1113) in the same direction as the moving direction, the user is made to perceive a sense of smoothness 1108 of the virtual board as if it were sliding on ice.
10 can be emphasized. This sense of acceleration and smoothness 1110 is difficult to present with a conventional non-base type haptic interface device using a vibrator, and is a texture and effect realized by the illusionary haptic interface device 101 that uses illusion. In addition, by changing the resistance in a vibrational manner (vibrational resistance 1112), the surface roughness sensation 1111 of the virtual plate is perceived.

図40は、印加電圧で特性が変わる粘弾性材料を用いた制御アルゴリズムを示している
。 粘弾性材料を用いた手法では異なる応力-変形特性の材質(2403,2404)を
張り付けるが、図40(a)のように、印加電圧で粘弾性特性が変化する材料1707を
用いてもよい。印加電圧を制御することで粘弾性係数を変化(図40(b))させて、偏
心回転子によって発生された周期的に変化する運動量の掌への伝達率を、偏心回転子の回
転位相と同期させて変化させることで、偏心回転子が図40(c)のように一定の回転速
度で回転(定速度回転)していたとしても、図40(d)のように粘弾性の特性を時間的
に動作点B及び動作点Aにおける特性値になるように変化させることで掌・指先に伝わる
運動量を制御できるため、偏心回転子の回転速度を加減速したことと同じ効果が得られる
FIG. 40 shows a control algorithm using a viscoelastic material whose characteristics change with applied voltage. In the method using a viscoelastic material, materials (2403, 2404) with different stress-deformation characteristics are attached, but as shown in FIG. 40(a), a material 1707 whose viscoelastic properties change with applied voltage may be used. By controlling the applied voltage to change the viscoelastic coefficient (FIG. 40(b)), the rate of transmission of the periodically changing momentum generated by the eccentric rotor to the palm is changed in synchronization with the rotation phase of the eccentric rotor. Even if the eccentric rotor rotates at a constant rotation speed (constant speed rotation) as shown in FIG. 40(c), the viscoelastic properties are changed over time to the characteristic values at operating points B and A as shown in FIG. 40(d), so that the momentum transmitted to the palm and fingertips can be controlled, and the same effect as accelerating and decelerating the rotation speed of the eccentric rotor can be obtained.

また、本手法は、皮膚の物理特性を疑似的に変えることと同じ効果を有し、感覚特性曲
線(図40(e)を擬似的に変化させる効果を持つ。そのため、感覚特性の個人差を吸収
したり、錯触力覚の誘起効率を高める制御に利用できる。また、図40(a)のように錯
触力覚デバイス表面に粘弾性材料を貼り付けた場合と同様に、図40(f)のように粘弾
性材料を指先や身体に貼り付けてもよい。ここで、粘弾性材料は、印加電圧によって応力
-歪特性を非線形に制御することができるものであれば、材質・特性を問わない。また、
非線形制御ができれば、制御方法も印加電圧による制御に限られない。
This method also has the same effect as artificially changing the physical properties of the skin, and has the effect of artificially changing the sensory characteristic curve (Figure 40(e)). Therefore, it can be used to absorb individual differences in sensory properties and to control the efficiency of inducing an illusionary tactile force sense. Similarly to the case where a viscoelastic material is attached to the surface of the illusionary tactile force sense device as in Figure 40(a), a viscoelastic material may be attached to the fingertips or the body as in Figure 40(f). Here, the viscoelastic material can be of any material or with any characteristics, so long as its stress-strain characteristics can be nonlinearly controlled by the applied voltage.
If nonlinear control is possible, the control method is not limited to control by applied voltage.

図40(b)のようにモータの回転の加減速を繰り返すと大きなエネルギーのロス及び
発熱が起こるが、本手法は、モータの回転速度は一定(図40(c))、もしくは、加速
度比f1/f2が1に近い値であり、印加電圧による特性の変化を行うため本手法のエネ
ルギー消費は、モータの加減速によるエネルギー消費よりも小さく抑え得る。
Repeated acceleration and deceleration of the motor rotation as shown in Figure 40(b) results in a large energy loss and heat generation, but with this method, the motor rotation speed is constant (Figure 40(c)) or the acceleration ratio f1/f2 is close to 1, and the characteristics change due to the applied voltage, so the energy consumption of this method can be kept smaller than the energy consumption due to acceleration and deceleration of the motor.

図41は、錯触力覚インタフェース装置101の制御の一例を示している。 本装置で
は、モータ1704の制御を、モータ1704のフィードバック特性を制御するモータフ
ィードバック(FB)特性制御器と錯触力覚誘起パターンをモータ制御信号に変換する制
御信号生成器に分けて制御する。本発明では、モータ回転の位相パターンθ(t)=F(
u,II,VI,R)の同期を制御することが肝要であり、時間的に高精度に同期制御す
る必要がある。そのため手法の一例として、ここではサーボモータの制御用パルス列によ
る位置制御を示す。位置制御としてステップモータを用いた場合には、急な加減速のため
に簡単に脱調・制御不能になることが多い。そこで、ここではサーボモータによるパルス
位置制御を説明する。モータフィードバック(FB)制御特性の制御とパルス位置制御法
によるモータ制御に分離することで、錯触力覚インタフェース装置101を多数同期制御
して利用する本発明では、異なるモータを使用した場合のモータ制御信号の一貫性、錯触
力覚誘起パターン生成の高速化、及び同期制御すべき制御モータ数の増加に容易に対応が
できるスケーラビリティが確保される。また、個人差の補正も容易となる。
FIG. 41 shows an example of the control of the illusionary tactile force sense interface device 101. In this device, the motor 1704 is controlled by a motor feedback (FB) characteristic controller that controls the feedback characteristics of the motor 1704 and a control signal generator that converts an illusionary tactile force sense induction pattern into a motor control signal. In the present invention, the phase pattern of the motor rotation θ(t)=F(
It is essential to control the synchronization of the three motors (u, II, VI, R), and high-precision synchronization control is required. Therefore, as an example of a method, position control using a control pulse train of a servo motor is shown here. When a step motor is used for position control, it often becomes out of step and out of control due to sudden acceleration and deceleration. Therefore, pulse position control using a servo motor is explained here. In the present invention, which uses a large number of illusionary tactile force sense interface devices 101 by separating the control of motor feedback (FB) control characteristics and motor control using a pulse position control method, the consistency of motor control signals when different motors are used, the speed of illusionary tactile force sense induction pattern generation, and scalability that can easily accommodate an increase in the number of control motors to be synchronously controlled are ensured. In addition, correction of individual differences is also made easy.

錯触力覚誘起関数生成器1701において、モータFB特性制御器及びモータ制御信号
生成器を制御するための制御信号に分離され、モータ制御信号生成器においてモータの位
相位置を制御するパルス信号列gi(t)=gi(f(t))が生成され、モータの位相
パターンθ(t)が制御される。 本方式では、パルス数によってモータの回転位相をフ
ィードバック制御しており、例えば、1パルスによって1.8°モータが回転する。なお
、回転方向は、方向制御信号により、正転・反転が選択される。このパルス制御手法を用
いることにより、2つ以上のモータの位相関係を保ちながら、任意の加減速パターン(回
転速度、回転加速度)を任意の位相のタイミングで制御する。
In the tactile illusion force sense induction function generator 1701, the signal is separated into control signals for controlling the motor FB characteristic controller and the motor control signal generator, and the motor control signal generator generates a pulse signal sequence gi(t) = gi(f(t)) that controls the phase position of the motor, thereby controlling the phase pattern θ(t) of the motor. In this method, the rotation phase of the motor is feedback controlled by the number of pulses, for example, the motor rotates 1.8° with one pulse. The direction of rotation is selected to be normal or reverse by the direction control signal. By using this pulse control method, any acceleration/deceleration pattern (rotation speed, rotation acceleration) can be controlled at any phase timing while maintaining the phase relationship of two or more motors.

図42(a)~は、錯触力覚インタフェース装置101の実装例を示している。 図4
2(a)や図42(b)のように、接着テープ1301やハウジング1302の指挿入部
1303を用いて指先533に装着する。また、指533の間に装着したり(43(c)
)、指533で挟んで(43(d))使用してもよい。ハウジング1302は、変形が少
ない硬い材料でもよいし、変形が容易な材料でもよいし、粘弾性を持ったスライム状でも
よい。これらの装着方法の変形態として、図43も考えられる。柔軟な接着及びハウジン
グによって、錯触力覚デバイスの2つの基本ユニットの位相を制御することにより、左右
上下の力覚に加え、膨張感覚、圧縮・圧迫感覚も表現することができる。このように、接
着テープ、指挿入部を有するハウジングのように、錯触力覚インタフェース装置101を
身体などに装着させるものを装着部と呼ぶ。装着部は、上記の接着テープ、指挿入部を有
するハウジングの他に、シート型、ベルト型、タイツのように、物や身体に装着できるも
のならばどのような形態のものでもよい。同様な方法で、指先、掌、腕、大腿など、体の
至る所に装着される。 なお、本明細書で扱う粘弾性材料及び粘弾性特性という用語は、
粘性及び又は弾性の特性を有するものを示す。
42(a)-42(c) show examples of implementation of the illusionary tactile force sense interface device 101.
42(a) and 42(b), the device is attached to a fingertip 533 using an adhesive tape 1301 and a finger insertion portion 1303 of a housing 1302. It may also be attached between fingers 533 (43(c)).
), or it may be held between fingers 533 (43(d)). The housing 1302 may be made of a hard material that does not deform easily, a material that is easily deformed, or a slime-like material with viscoelasticity. FIG. 43 is also conceivable as a variation of these wearing methods. By controlling the phase of the two basic units of the illusionary tactile force sense device using flexible adhesive and a housing, it is possible to express not only left-right and up-down force sense, but also expansion sensation, compression sensation, and pressure sensation. In this way, the wearing part is called a wearing part, such as an adhesive tape or a housing having a finger insertion part, which allows the illusionary tactile force sense interface device 101 to be worn on the body, etc. In addition to the above-mentioned adhesive tape and housing having a finger insertion part, the wearing part may be of any form that can be worn on an object or the body, such as a sheet type, a belt type, or tights. In a similar manner, it can be worn anywhere on the body, such as the fingertips, palms, arms, and thighs. The terms viscoelastic material and viscoelastic property used in this specification are defined as follows:
It refers to something that has viscous and/or elastic properties.

図43に、その他の、錯触力覚インタフェース装置101の実装例を示す。 図43(
a)では、錯触力覚デバイス107が加速度センサ108にノイズ振動として検出されて
しまうため、これらを指533に対して反対方向に配置することで、振動の加速度センサ
108への影響を低減させている。また、錯触力覚デバイス107の制御信号をもとに加
速度センサ108で検出されるノイズ振動をキャンセリングすることによってもノイズ混
入の低減を図っている。
FIG. 43 shows another implementation example of the illusionary tactile force sense interface device 101.
In a), the illusionary tactile force sense device 107 is detected as noise vibration by the acceleration sensor 108, so by arranging it in the opposite direction to the finger 533, the effect of the vibration on the acceleration sensor 108 is reduced. In addition, noise interference is also reduced by canceling the noise vibration detected by the acceleration sensor 108 based on the control signal of the illusionary tactile force sense device 107.

図43(c)~図43(e)では、錯触力覚デバイス107と加速度センサ108の間
に耐震材料1405を介在させることで、ノイズ振動の混入を抑えさせている。 図43
(d)では、実物体を触りながら錯触力感覚をも知覚する錯触力覚インタフェース装置1
01である。実物体との触感に錯触力覚の感覚を付加している。従来のデータグローブで
は、触力覚の提示に指にワイヤを装着して指を引っ張ることにより力覚を提示していた。
データグローブを用いて実物体を触りながらも触力覚提示を行うと、実物体から指が離れ
てしまったり、把持が阻害されるなど、実物体とバーチャル物体の感触を複合することが
難しい。錯触力覚インタフェース装置101では、このようなことがなく、実物体をしっ
かりと把持・触れながらもバーチャルな感触も付加する複合感覚(ミックス・リアリティ
)を実現している。
In Figures 43(c) to 43(e), the intrusion of noise vibrations is suppressed by interposing an earthquake-resistant material 1405 between the illusionary tactile force sense device 107 and the acceleration sensor 108.
In (d), the illusionary tactile force sense interface device 1 is used to sense illusionary tactile force sensations while touching a real object.
01. It adds an illusionary tactile force sensation to the sense of touch with a real object. In conventional data gloves, the force sensation is presented by attaching wires to the fingers and pulling the fingers.
When using a data glove to present haptic sensations while touching a real object, it is difficult to combine the sensations of the real object and the virtual object, as the fingers may come off the real object or the gripping may be hindered. The illusionary tactile force sense interface device 101 does not have such problems, and realizes a composite sensation (mixed reality) that adds a virtual sensation while firmly gripping and touching a real object.

図43(e)では、さらに、圧力センサ110によって測定された実物体との接触及び
把持圧に従い錯触力感覚を付加することで、その実物体の把持・接触感触を編集したり、
バーチャル物体531の感触に置換する。図43(f)では、図43(e)の圧力センサ
の代わりに表面形状や形状変形を測定する形状センサ(例えば、フォトセンサ)を用いて
、触感に係る把持物体の形状・表面形状の測定、及び変形による把持力・歪せん弾力・接
触の測定を行っている。これらによって、測定された応力・せん弾力及び表面形状を強調
した触覚拡大鏡が実現される。顕微鏡のようにディスプレイで微細な表面形状を視覚的に
確認するとともに、その形状を触覚的にも確認することができる。また、形状センサにフ
ォトセンサを使用すれば、接触しなくても形状を測定できるため、離れた物体に手をかざ
すことで物体の形状を体感することができる。
In FIG. 43( e ), a haptic sensation is further added according to the contact and grip pressure with the real object measured by the pressure sensor 110, so that the grip and contact sensation of the real object can be edited,
The feel is replaced by the feel of the virtual object 531. In FIG. 43(f), a shape sensor (e.g., a photo sensor) that measures the surface shape and shape deformation is used instead of the pressure sensor in FIG. 43(e) to measure the shape and surface shape of the grasped object related to the feel, and the gripping force, shear elasticity, and contact due to deformation are measured. This realizes a tactile magnifying glass that emphasizes the measured stress, shear elasticity, and surface shape. As with a microscope, the minute surface shape can be visually confirmed on the display, and the shape can also be confirmed tactilely. In addition, if a photo sensor is used as the shape sensor, the shape can be measured without contact, so the shape of the object can be experienced by placing a hand over a distant object.

また、使用状況やコンテキスト(文脈)によってタッチパネル上のコマンドが変化する
可変型タッチボタンの場合、特に、携帯電話のようにボタンを押すときに指で隠れてしま
う場合などでは、可変型ボタンのコマンドが隠れてしまい読めなくなる。同様に、VRコ
ンテンツにおける仮想空間内の可変型ボタンの場合、メニュー表記やコマンドがコンテキ
ストで変化するため、ボタンを押す場合には今押そうとするボタンの内容がわからなくな
る。そのために、図43(e)のように、錯触力覚インタフェース装置101上のディス
プレイ1406にそれを表示することで、ボタンのコマンド内容を確認しながら錯触力覚
ボタンを押し込むことができる。
In addition, in the case of variable touch buttons, where the command on the touch panel changes depending on the usage situation or context, the command of the variable button becomes hidden and unreadable, especially when the button is covered by a finger when pressed, as in the case of a mobile phone. Similarly, in the case of variable buttons in a virtual space in VR content, the menu notation and commands change depending on the context, so when pressing a button, it is not clear what the button is about to be pressed. Therefore, by displaying the command on the display 1406 of the illusionary tactile force sense interface device 101 as shown in FIG. 43(e), the illusionary tactile force sense button can be pressed while checking the command content of the button.

バーチャル物体531やバーチャル・コントローラでのバーチャル・ボタンの押込み情
報及び押込み反力が実物体と同様に違和感なく感じ操作できるためには、押込みと押込み
反力の提示との間の時間遅れが問題となる。例えば、アーム型の接地型力覚インタフェー
スの場合、把持指の位置がアームの角度等で計測され、デジタルモデルとの接触・干渉判
定が行われた後、提示すべき応力が計算され、モータの回転が制御され、アームの動き・
応力が提示されるため、応答遅れが発生することがある。特に、ゲーム時のボタン操作は
反射的に高速に行われるため、コンテンツ側でモニタ・制御していたのでは間に合わない
ことがある。そこで、錯触力覚インタフェース装置側101にも、センサ(108,10
9,110)をモニタし、錯触力覚デバイス107及び粘弾性材料1404を制御するC
PU、メモリを搭載して、リアルタイム制御を行うことでバーチャル・ボタンの押込みな
どの応答性が向上し、リアリティ及び操作性が向上する。
For the virtual object 531 and the virtual controller to be able to feel and operate the virtual button pressing information and pressing reaction force without discomfort in the same way as for real objects, the time delay between pressing and the presentation of the pressing reaction force becomes an issue. For example, in the case of an arm-type grounded haptic interface, the position of the gripping finger is measured by the angle of the arm, etc., and contact/interference with the digital model is judged. Then, the stress to be presented is calculated, the rotation of the motor is controlled, and the movement of the arm is controlled.
In particular, button operations during games are performed reflexively and quickly, so monitoring and controlling them on the content side may not be enough. Therefore, the illusionary tactile force sense interface device 101 is also provided with sensors (108, 10
9, 110) and controls the illusionary tactile device 107 and the viscoelastic material 1404.
By installing a PU and memory and performing real-time control, responsiveness to pressing virtual buttons, etc. is improved, improving realism and operability.

また、通信器205を有し、他の錯触力覚インタフェース装置101との通信を行う。
例えば、錯触力覚インタフェース装置101を指5本に装着した場合、それぞれの指の動
きに連動して、錯触力覚インタフェース装置が形状変形材(図43(b)の1403)で
変形したり、バーチャル・コントローラの形状変形や感触、バーチャル・ボタン操作をリ
アルタイムに行うことで、リアリティ及び操作性が向上する。
It also has a communication device 205 and communicates with other illusionary tactile force sense interface devices 101 .
For example, when the illusionary tactile force sense interface device 101 is attached to five fingers, the illusionary tactile force sense interface device will deform using a shape-changing material (1403 in Figure 43 (b)) in conjunction with the movement of each finger, and the shape and feel of the virtual controller and virtual button operation can be performed in real time, thereby improving realism and operability.

図43(a)では、感覚・筋肉のヒステリシス特性を効果的に利用するために、筋電セ
ンサ110で筋電反応を測定し、筋肉が縮小する時間及び強度が大きくなるように錯触力
覚誘起関数がフィードバック的に補正される。錯触力覚の誘起に影響する要因のひとつに
、錯触力覚インタフェース装置101の指や掌への装着仕方(挟み方・挟む強さ)、錯触
力覚インタフェース装置101からの力を受け止める腕へのユーザによる力の入れ方があ
る。錯触力覚の感度には個人差があり、軽く握った方が錯触力覚を感度良く感じる人もい
るし、強く握った方が感度良く感じる人がいる。同様に、装着時の締め付け方によっても
感度が変わる。この個人差を吸収するために、圧力センサ109や筋電センサ110で握
りの状態をモニタして、個人差を測定するとともに錯触力覚誘起関数をリアルタイムで補
正する。人はコンテンツ中の物理シミュレーションに慣れる・学習することで握り方が適
切な方向に学習が進むが、本補正はこれを促進する効果を有している。 図43(a)~
図43(e)では、部品構成を示すために、錯触力覚インタフェース装置101が厚くな
っているが、各部品はシート状の薄型にも対応できる。
In FIG. 43(a), in order to effectively utilize the hysteresis characteristics of the senses and muscles, the myoelectric response is measured by the myoelectric sensor 110, and the tactile illusion induction function is corrected in a feedback manner so that the time and strength of muscle contraction increases. One of the factors that affect the induction of the tactile illusion is the way in which the tactile illusion interface device 101 is attached to the finger or palm (how it is pinched and how strongly it is pinched), and the way in which the user applies force to the arm that receives the force from the tactile illusion interface device 101. There are individual differences in the sensitivity of the tactile illusion, and some people feel more sensitive to the tactile illusion when they grip lightly, while others feel more sensitive to the tactile illusion when they grip tightly. Similarly, the sensitivity changes depending on how it is fastened when worn. In order to absorb this individual difference, the grip state is monitored by the pressure sensor 109 and the myoelectric sensor 110, and the individual difference is measured and the tactile illusion induction function is corrected in real time. People learn how to grip in an appropriate direction by getting used to and learning the physical simulation in the content, and this correction has the effect of promoting this. FIG. 43(a)-
In FIG. 43( e ), the illusionary tactile force sense interface device 101 is shown thick in order to show the component configuration, but each component can also be made in a thin, sheet-like shape.

図44(a)は、錯触力覚デバイスによって誘起される錯触力感覚に加えて、錯触力に
同期させて形状変形用モータ3002によって錯触力覚インタフェース装置の形状300
1を変形させることによって、誘起される錯触力覚905を強調する装置を示している。
例えば図44(b)のように、釣りゲームに応用した場合、魚による釣り竿の引っ張り
に合わせてインタフェースの形状3001を反らせることにより、錯触力覚905によっ
て誘起された釣り糸の張力感覚が更に強調される。このときに錯触力覚なしにインタフェ
ースを変形しただけでは、このようなリアルな魚の引きを体感することはできなく、錯触
力覚にインタフェースの変形が加わることでリアリティが向上する。また、図29(c)
のように錯触力覚デバイスの基本ユニットを空間的に並べることにより、形状変形用モー
タ3002なしに変形効果を生じさせることができる。 形状の変形は、形状変形用モー
タ3002に限らず、形状記憶合金や圧電素子を用いた駆動装置といった形状を変化させ
ることができる機構ならばどんなものでもよい。
FIG. 44(a) shows an illusionary tactile force sense induced by an illusionary tactile force sense device, and a shape 300 of the illusionary tactile force sense interface device induced by a shape deformation motor 3002 in synchronization with the illusionary tactile force sense.
9 shows an apparatus for enhancing the induced illusionary tactile sensation 905 by deforming the surface 1.
For example, as shown in Fig. 44(b), when applied to a fishing game, the sense of tension in the fishing line induced by the illusionary tactile force sense 905 is further emphasized by warping the interface shape 3001 in accordance with the pulling of the fishing rod by the fish. In this case, if the interface is simply deformed without the illusionary tactile force sense, it is not possible to experience such a realistic pull of the fish, so adding the deformation of the interface to the illusionary tactile force sense improves the reality.
By spatially arranging the basic units of the illusionary tactile force sense device as shown above, it is possible to produce a deformation effect without the shape deformation motor 3002. The shape deformation is not limited to the shape deformation motor 3002, but can be any mechanism that can change shape, such as a drive device using a shape memory alloy or a piezoelectric element.

図45は、錯触力覚デバイス107の代替デバイスを示している。 図45(a)の偏
心回転子の偏心錘814とそれを駆動する偏心モータ815の代わりに、図45(b)~
図45(e)では錘2302と伸縮材2303を使用している。例えば、図45(b)及
び図45(d)は、錘2302を支える伸縮材2303が、それぞれ、8つの場合と、4
つの場合の平面図、正面図、側面図を示している。それぞれ図において、対となる伸縮材
2303を収縮・膨張させることにより、錘を任意の方向に移動させることができる。そ
の結果、並進的及び回転的な変位・振動を発生させることができる。重心の並進移動や回
転トルクを発生・制御できる加減速機構を有するものならば、どのような構造でも代替品
として利用できる。
Fig. 45 shows an alternative device to the illusionary tactile force sense device 107. Instead of the eccentric weight 814 of the eccentric rotor and the eccentric motor 815 that drives it in Fig. 45(a),
In Fig. 45(e), weights 2302 and elastic members 2303 are used. For example, Fig. 45(b) and Fig. 45(d) show eight elastic members 2303 supporting the weights 2302 and four elastic members 2303, respectively.
The figures show the plan view, front view, and side view of the three cases. In each figure, the pair of elastic members 2303 can be contracted and expanded to move the weight in any direction. As a result, translational and rotational displacement and vibration can be generated. Any structure can be used as a substitute as long as it has an acceleration/deceleration mechanism that can generate and control the translational movement of the center of gravity and rotational torque.

図46から図56は、触力覚ディスプレイもしくはタッチパネルの各種構成を示す。触
力覚ディスプレイもしくはタッチパネルは、基材の上に設けられたアクチュエータと、タ
ッチパネルとタッチパネルの変位、圧力、加速度などを検知して変位、圧力、加速度など
の位置、回転、テンソルを計測するセンサとを備える。
46 to 56 show various configurations of a haptic display or touch panel. The haptic display or touch panel includes an actuator provided on a substrate, a touch panel, and a sensor that detects the displacement, pressure, acceleration, etc. of the touch panel and measures the position, rotation, and tensors of the displacement, pressure, acceleration, etc.

図46、図47、図48は、テーブル型の触力覚ディスプレイもしくはタッチパネルの
各種構成を示す。
46, 47 and 48 show various configurations of a table-type tactile display or touch panel.

図46に、触力覚アクチュエータの基本ユニットが示されており、タッチパネル、セン
サ、アクチュエータから構成されている。タッチパネル、およびセンサにおいて、位置、
速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、
粘性、弾性などが、スカラー、ベクトル、もしくはテンソルとして、計測される。アクチ
ュエータは、位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、
圧力、湿度、温度、粘性、弾性などが、スカラー、ベクトル、もしくはテンソルとして、
提示される。ここでは、指先での触力覚情報の知覚について説明をするが、特に指先に限
らず、操作者の全身、身体の至るところを想定している。図47は、触力覚アクチュエー
タの基本ユニットを、テーブル型、テーブル用に用いた例を示している。指先での操作の
他、掌で操作できる。
The basic unit of a haptic actuator is shown in Fig. 46, which is composed of a touch panel, a sensor, and an actuator.
Velocity, acceleration, shape, displacement, deformation, amplitude, rotation, vibration, force, torque, pressure, humidity, temperature,
Viscosity, elasticity, etc. are measured as scalars, vectors, or tensors. Actuators can measure position, velocity, acceleration, shape, displacement, deformation, amplitude, rotation, vibration, force, torque,
Pressure, humidity, temperature, viscosity, elasticity, etc. as scalars, vectors, or tensors.
Here, the perception of haptic information at the fingertips will be explained, but it is not limited to the fingertips, but is assumed to be the whole body of the operator, anywhere on the body. Figure 47 shows an example of using the basic unit of a haptic actuator for a table type and table. In addition to operation with fingertips, it can also be operated with the palm.

図48は、テーブル型で、壁等に操作者が操作するためのバーチャル・ボタンを備えて
いる。肘などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの
物体が操作できる。
48 shows a table type device that has virtual buttons attached to a wall or the like for an operator to operate. The device can be operated with a body part such as an elbow, and an object such as a virtual button can be operated via a body part.

図49及び図51、図52は、ハンドル型で、自動車のハンドル等アクチュエータ、並
びに操作者が操作するためのハンドルの近くにバーチャル・ボタンを備えている。触力覚
アクチュエータの基本ユニットを、ハンドル型、ハンドル用に用いた例を示している。図
49は、指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタン
などの物体が操作できる。図50は、ハンドルに液晶ディスプレイが設けられている。ハ
ンドルを運転中に回わしたとしても液晶ディスプレイの姿勢はそのままの状態に維持され
る。指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなど
の物体が操作できる。この時に、液晶ディスプレイなどの視覚情報提示では、視点や視野
を確保できるように、ハンドルを回転させても、液晶ディスプレイの姿勢が一定を維持し
ている。
Fig. 49, Fig. 51, and Fig. 52 show a steering wheel type actuator equipped with an actuator such as a steering wheel of a car, and a virtual button near the steering wheel for an operator to operate. An example of using a basic unit of a haptic actuator for a steering wheel type actuator is shown. Fig. 49 shows an actuator that can be operated with body parts such as fingers and palms, and objects such as virtual buttons can be operated via body parts. Fig. 50 shows an LCD display provided on the steering wheel. Even if the steering wheel is turned while driving, the orientation of the LCD display is maintained as it is. An object such as a virtual button can be operated with body parts such as fingers and palms, and objects such as virtual buttons can be operated via body parts. In this case, when visual information is presented using an LCD display or the like, the orientation of the LCD display is maintained constant even when the steering wheel is turned so that the viewpoint and field of view can be secured.

図51は、指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボ
タンなどの物体が操作できる。触力覚アクチュエータは、ハンドル全体に配置されており
、ハンドルを回転させたり、指、掌、腕がどの位置にあっても、触力覚アクチュエータを
使用できる。
In Fig. 51, operations can be performed with body parts such as fingers and palms, and objects such as virtual buttons can be operated via body parts. The haptic actuators are arranged all over the handle, and the handle can be rotated and the haptic actuators can be used regardless of the position of the fingers, palm, or arm.

図52は、指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボ
タンなどの物体が操作できる。ハンドル全体が触力覚アクチュエータになっており、ハン
ドルを回転させたり、指、掌、腕がどの位置にあっても、触力覚アクチュエータを使用で
きる
In Fig. 52, the user can operate objects such as virtual buttons with body parts such as fingers and palms. The entire handle is a haptic actuator, so the user can rotate the handle and use the haptic actuator regardless of the position of the fingers, palm, or arm.

図53は、指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボ
タンなどの物体が操作できる。これにより、ドアノブがなくても、ドアノブの感触や操作
が可能になる。窓ガラスに曲面液晶パネルと触力パネルが設けられている。同様なことが
、物体のボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなど、すべてにおいて行
える。
In Fig. 53, you can operate objects such as virtual buttons with your body parts such as your fingers or palms, and through your body parts. This allows you to feel and operate a doorknob even if there is no doorknob. A curved LCD panel and a tactile panel are installed on the window glass. The same thing can be done with buttons, sliders, dials, switches, operation panels, and other objects.

図54は、指に触力覚アクチュエータが装着され、図55は、手首にアクチュエータが
装着され、図56は、アクチュエータが装着され、指でバーチャル・ボタンを押して操作
される。図54は、触力覚アクチュエータの基本ユニットを、リング型、リング用に用い
た例を示している。指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャ
ル・ボタンなどの物体が操作できる。これにより、ドアノブがなくても、ドアノブの感触
や操作が可能になる。同様なことが、物体のボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、
操作パネルなど、すべてにおいて行える。
In Fig. 54, a haptic actuator is attached to a finger, in Fig. 55, an actuator is attached to a wrist, and in Fig. 56, an actuator is attached and a virtual button is pressed and operated with a finger. Fig. 54 shows an example in which the basic unit of a haptic actuator is used in a ring type for a ring. It is possible to operate with a body part such as a finger or a palm, and to operate an object such as a virtual button via a body part. This makes it possible to feel and operate a doorknob even if there is no doorknob. The same can be said for buttons, sliders, dials, switches,
This can be done on everything, including the control panel.

図55は、触力覚アクチュエータの基本ユニットを、リスト型、リスト用に用いた例を
示している。指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボ
タンなどの物体が操作できる。これにより、ドアノブがなくても、ドアノブの感触や操作
が可能になる。同様なことが、物体のボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パ
ネルなど、すべてにおいて行える。
Figure 55 shows an example of using the basic unit of a haptic actuator in a wrist type or wrist application. It can be operated with body parts such as fingers or palms, and objects such as virtual buttons can be operated via body parts. This makes it possible to feel and operate a doorknob even if there is no doorknob. The same can be done for buttons, sliders, dials, switches, operation panels, and other objects.

図56は、触力覚アクチュエータの基本ユニットを、アームリング型、アームリング用
に用いた例を示している。指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバ
ーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。これにより、ドアノブがなくても、ドアノブ
の感触や操作が可能になる。同様なことが、物体のボタン、スライダ、ダイヤル、スウィ
ッチ、操作パネルなど、すべてにおいて行える。
Figure 56 shows an example of using the basic unit of a haptic actuator in an arm ring type and for an arm ring. It can be operated with body parts such as fingers and palms, and objects such as virtual buttons can be operated via body parts. This makes it possible to feel and operate a doorknob even if there is no doorknob. The same can be done for buttons, sliders, dials, switches, operation panels, and other objects.

図57は、触力覚アクチュエータの基本ユニットを、身体全身に用いた例を示している
。指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの
物体が操作できる。これにより、ドアノブがなくても、ドアノブの感触や操作が可能にな
る。同様なことが、物体のボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなど、
すべてにおいて行える。
Figure 57 shows an example of using the basic unit of the haptic actuator on the whole body. It is possible to operate with body parts such as fingers and palms, and to operate objects such as virtual buttons via body parts. This makes it possible to feel and operate a doorknob even if there is no doorknob. The same can be said for buttons, sliders, dials, switches, operation panels, etc.
It can be done in everything.

図58及び図59は、コントローラと触力覚アクチュエータとを繋ぐ配線の仕方の概略
を示す。図58は、触力覚アクチュエータを並列配列に接続した場合、及び図59は、ク
ロス配列に接続した場合を示す。
Fig. 58 and Fig. 59 show schematic diagrams of wiring for connecting a controller and a haptic actuator. Fig. 58 shows a case where the haptic actuators are connected in a parallel arrangement, and Fig. 59 shows a case where they are connected in a cross arrangement.

図60は、触力覚ディスプレイ・パネルとコンピュータ(PC)とを通信で情報をやり
取りするシステムの概略図を示す。タッチパネルは、アクチュエータ・アレイを装着して
いる、もしくは一体に設けられている。
Fig. 60 shows a schematic diagram of a system for communicating information between a haptic display panel and a computer (PC). The touch panel has an actuator array attached thereto or is integral therewith.

本システムは、操作者の感覚特性、錯覚を適用して、操作者に実際の物体を操作したか
のような触力覚情報を提示する。具体的には、センサで検知された刺激を基に制御され、
人の身体に印加される刺激量と感覚量との関係を示す感覚特性が、非線形や錯覚であるこ
とを利用して刺激を制御して触力覚情報が提示される。感覚特性は、前記操作者に与えら
れる刺激量及び操作者の操作によってもたらされる刺激量の少なくとも1つの刺激量と操
作者に提示される感覚量とを備え、感覚量は物理的に存在し得ない感覚量である。
This system applies the operator's sensory characteristics and illusion to present haptic information to the operator as if he or she were manipulating a real object. Specifically, the system is controlled based on stimuli detected by the sensor,
The tactile information is presented by controlling the stimulation by utilizing the fact that the sensory characteristic indicating the relationship between the amount of stimulation applied to the human body and the amount of stimulation is nonlinear or an illusion. The sensory characteristic includes at least one of the amount of stimulation given to the operator and the amount of stimulation brought about by the operation of the operator, and an amount of stimulation presented to the operator, and the amount of stimulation is an amount of stimulation that does not physically exist.

ここで、システムは、物体から、もしくは、物体への刺激を提示し、そして操作者の操
作に合わせて操作者に印加される刺激が制御される。最小限の部品は、触力覚アクチュエ
ータおよびコントローラから構成されており、部品として使用することができる。この部
品を集積し、アクチュエータ・アレイとすることで、触力覚情報提示機能を有する映像タ
ッチパネルが構成される。触力覚情報提示システムは、この部品、およびその他のモジュ
ール等を用いて、タッチ・ディスプレイなどのシステムが構成される。このように、アク
チュエータ・アレイとして集積することで、平面、曲面、立体などの様々な形状や大きさ
の触力覚情報提示システムを構成することができる。
Here, the system presents stimuli from or to an object, and the stimuli applied to the operator are controlled in accordance with the operator's operation. The minimum components consist of a haptic actuator and a controller, and can be used as components. By integrating these components into an actuator array, a video touch panel with a haptic information presentation function is constructed. A haptic information presentation system is a system such as a touch display that uses these components and other modules. In this way, by integrating them into an actuator array, it is possible to configure haptic information presentation systems of various shapes and sizes, such as flat, curved, and three-dimensional.

触力覚アクチュエータに取り付けられたセンサにより、センサにおける位置、速度、加
速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾
性が測定され、その情報がコントローラに送られて、触力覚アクチュエータを制御するた
めの制御信号が計算されて、触力覚アクチュエータに送られ、触力覚アクチュエータが制
御される。触力覚アクチュエータは、パネル型およびディスプレイ型のセンサ機能および
提示機能を備え、コントローラにおいて、指や掌などの身体の動きにともなう、変位、運
動量、振動振幅、変位刺激、振動刺激、刺激強度の時間変化などが計算され、制御アルゴ
リズムに基づき、センサでモニタされた指や掌などの身体の動きや圧力などに合わせて、
触力覚アクチュエータの位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力
、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性などが制御され、ヒトなどに、圧覚、触覚、力
覚などの触力覚情報が提示される。
The position, speed, acceleration, shape, displacement, deformation, amplitude, rotation, vibration, force, torque, pressure, humidity, temperature, viscosity, and elasticity of the haptic actuator are measured by sensors attached to the actuator, and this information is sent to a controller, which calculates a control signal for controlling the haptic actuator and sends it to the haptic actuator to control it. The haptic actuator has a panel-type and display-type sensor function and presentation function, and the controller calculates the displacement, momentum, vibration amplitude, displacement stimulus, vibration stimulus, and time change in stimulus intensity associated with the movement of the body of the fingers, palm, etc., and based on a control algorithm, in accordance with the movement and pressure of the body of the fingers, palm, etc. monitored by the sensors,
The position, speed, acceleration, shape, displacement, deformation, amplitude, rotation, vibration, force, torque, pressure, humidity, temperature, viscosity, elasticity, etc. of the haptic actuator are controlled, and haptic information such as pressure, touch, and force is presented to humans and others.

制御信号は、力情報(t)、振幅情報(t)などが駆動電圧等で表現されており、アク
チュエータは、モータ、ピエゾ、人工筋肉、記憶合金、分子モータ、静電、コイル、磁力
、静電気、その他、変位・振動を発生するものならば、デバイス・動作原理は問われない
The control signal is expressed as force information (t) and amplitude information (t) as a driving voltage, etc., and the actuator can be a motor, piezoelectric, artificial muscle, memory alloy, molecular motor, electrostatic, coil, magnetic force, static electricity, or any other device that generates displacement or vibration, regardless of the device or operating principle.

その結果、平面、曲面、立体形状で構成されたパネル、ディスプレイが、筐体等に、固
定もしくは微小変位・微小振動するように設置されているにも関わらず、差し込み感、押
込み感、めり込み感、深さ感、押し戻され感、浮き上がり感、振動・振幅の収束感、振動
・振幅の残響感、変位・移動の方向感覚、ズブズブ感、硬さ感、ソフト感、立体的な感触
が感じられる。物理的には、そのような感覚が再生・提示されていないにも関わらず、感
覚的にはそのような感覚、および、身体的な反応・反射が体験される。また、情報端末等
において、平面・平坦なパネルにも関わらず、ボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ
、操作パネルなどの物体の操作感触がリアルに得られることが可能となる。
As a result, even though a panel or display made of a flat, curved, or three-dimensional shape is fixed or installed in a housing or the like so as to be subjected to minute displacement or minute vibration, the user can feel a sense of insertion, a sense of being pressed in, a sense of sinking in, a sense of depth, a sense of being pushed back, a sense of floating, a sense of convergence of vibration/amplitude, a sense of reverberation of vibration/amplitude, a sense of direction of displacement/movement, a sense of squelching, a sense of hardness, a sense of softness, and a three-dimensional feel. Even though such sensations are not reproduced or presented physically, such sensations and physical reactions/reflexes are experienced sensorially. In addition, in information terminals and the like, it becomes possible to obtain a realistic sense of operation of objects such as buttons, sliders, dials, switches, and operation panels, despite the use of a flat panel.

上記以外にも、文具、ノート、ペン、家電、看板、サイネージ、キオスク端末、壁、テ
ーブル、椅子、マッサージャー、乗り物、ロボット、車椅子、食器、シェイカー、シミュ
レータ(手術、運転、マッサージ、スポーツ、歩行、楽器、工芸用、絵画用、芸術用)な
どに利用可能である。
In addition to the above, it can be used for stationery, notebooks, pens, home appliances, signs, signage, kiosk terminals, walls, tables, chairs, massagers, vehicles, robots, wheelchairs, tableware, shakers, simulators (for surgery, driving, massage, sports, walking, musical instruments, crafts, painting, art), etc.

図61は、触力覚ディスプレイ・パネルシステムの集積化された各種構成を示す。タッ
チパネルに複数個のアクチュエータが取り付けられている。アクチュエータは、アレイ状
であってもよい。タッチパネルにアクチュエータが集積化されていてもよい。複数モジュ
ールから構成されたユニット、集積されたアレイタイプ、表面に配置された球体・立体タ
イプ、その球体・立体の中にも詰まったソリッド・タイプがあげられる。このように、ア
クチュエータ・アレイとして集積することで、平面、曲面、立体などの様々な形状や大き
さの触力覚情報提示システムを構成することができる。
FIG. 61 shows various integrated configurations of a haptic display panel system. A plurality of actuators are attached to a touch panel. The actuators may be in the form of an array. The actuators may be integrated into the touch panel. Examples include a unit made up of a plurality of modules, an integrated array type, a spherical or solid type arranged on a surface, and a solid type packed inside the sphere or solid. In this way, by integrating actuators into an actuator array, it is possible to configure a haptic information presentation system of various shapes and sizes, such as flat, curved, and solid.

図62は、触力覚ディスプレイ・パネル設けられたアクチュエータをアレイ状に配置し
ており、そしてこれらをリンク機構、振動緩衝剤もしくは緩衝機構を介して取り付けられ
ている。振動緩衝剤もしくは緩衝機構を介さなくてもよい。複数モジュールは、単に、平
面、曲面、立体に配置されたもの、各モジュールが、リンク機構でつなげられたもの、振
動緩衝剤・緩衝機構でつなげられたもの、独立したものなど、様々な配置方法がある。
Fig. 62 shows an array of actuators provided on a tactile display panel, which are attached via a link mechanism, vibration damping agent, or shock absorbing mechanism. It is not necessary to use a vibration damping agent or shock absorbing mechanism. There are various arrangement methods for multiple modules, such as those simply arranged on a flat surface, curved surface, or three-dimensional surface, those in which each module is connected by a link mechanism, those connected by a vibration damping agent or shock absorbing mechanism, or those that are independent.

図64から図67は、触力覚デバイスの基本モジュールの解略図を示す。触力覚デバイ
スの基本モジュールは、ボタン感、摩擦感、凹凸感の触力覚の感覚、痛感、バーチャル物
体の存在感、表現感をデジタル化、デジタル表現をする。指や身体等の接触、動きに合わ
せた変位、回転、変形、振動等の物理量・刺激による触力覚及び錯触力覚の提示を行う。
そして、接触、動き等の変位、回転、速度、加速度、圧力、力をフォトデバイス、歪、し
なり、抵抗、導電、静電容量、音波、レーザ等を用いたセンサで計測する。センサ信号は
、物体により及び又は物体への位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振
動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘度、弾性の少なくとも1つを備える刺激を備える
。これにより、ボタン感、摩擦感、凸凹感といった触力覚の感覚、痛覚、および、バーチ
ャル物体の存在感・感触が表現される。
64 to 67 show schematic diagrams of the basic module of the haptic device. The basic module of the haptic device digitizes and digitally expresses the haptic sensations of buttons, friction, and unevenness, pain, the presence of virtual objects, and the sense of expression. It presents haptic sensations and illusory haptic sensations through physical quantities and stimuli such as displacement, rotation, deformation, and vibration in accordance with the contact and movement of fingers or the body.
Displacement, rotation, speed, acceleration, pressure, and force of contact and movement are measured by sensors using photo devices, distortion, bending, resistance, conductivity, capacitance, sound waves, lasers, etc. The sensor signal includes a stimulus having at least one of the following by and/or to the object: position, speed, acceleration, shape, displacement, deformation, amplitude, rotation, vibration, force, torque, pressure, humidity, temperature, viscosity, and elasticity. This allows haptic sensations such as a button feeling, a friction feeling, and a bumpy feeling, pain sensation, and the presence and feel of a virtual object to be expressed.

パネルは、自由な平面、形状に対応可能である。これにより、自由なデザインが可能と
なる。触力覚に関する瞬間的な変化のデジタル表現は可能である。タッチパネルに触れる
前のタッチパネル付近での動作をモニタすることでタッチパネルに接した時のリアルタイ
ム応答特性の向上を図ることができる。動きなどの変位、回転、速度、加速度、圧力、力
を非接触センサ等で計測する。よって衝突感、衝撃感が表現される。触力覚に関する接し
状態をデジタル表現できる。指の接し角度、接した面積、指の湿り気、等の接し状態をモ
ニタして、その状態を反映した制御が可能にで、よってなぞり感表現を向上できる。
The panel can be adapted to any flat surface and shape, allowing for free design. It is possible to digitally express instantaneous changes in haptic sensation. By monitoring the movement near the touch panel before it is touched, it is possible to improve the real-time response characteristics when touching the touch panel. Displacement, rotation, speed, acceleration, pressure, and force of movement are measured using non-contact sensors, etc. This allows the sensation of a collision or impact to be expressed. The contact state related to haptic sensation can be digitally expressed. By monitoring the contact state of the finger, such as the contact angle, contact area, and wetness of the finger, it is possible to control to reflect that state, thereby improving the expression of the feeling of tracing.

図68~図78は、パネル型モジュールの概略図である。触力覚デバイスの基本モジュ
ールは、ボタン感、摩擦感、凹凸感の触力覚の感覚、痛感、バーチャル物体の存在感、表
現感をデジタル化、デジタル表現をする。指や身体等の接触、接触位置、動きに合わせた
変位、回転、変形、振動等の物理量・刺激による触力覚及び錯触力覚の提示を行う。そし
て、接触、接触位置、動きに合わせた変位、回転、変形、振動等の物理量、刺激及びその
刺激のタッチパネル上の空間バランス、強度分布、時間変化による触力覚及び錯触力覚を
提示する。よって、刺激の空間バランス、強度分布、時間変化による、力、物体、存在感
の移動、伝搬、形状変化の感覚(ファントム・センセーション)が可能になり、硬質パネ
ルにおける物体、存在感を提示できる。また、硬質パネルにも関わらず、物体、立体物、
およびその存在感を提示することができる。
68 to 78 are schematic diagrams of a panel-type module. The basic module of the haptic device digitizes and digitally expresses the haptic sensations of buttons, friction, and unevenness, pain, the presence of virtual objects, and the sense of expression. The haptic sensation and illusory haptic sensation are presented by physical quantities and stimuli such as displacement, rotation, deformation, and vibration according to the contact, contact position, and movement of fingers or the body. The haptic sensation and illusory haptic sensation are presented by the physical quantities and stimuli such as displacement, rotation, deformation, and vibration according to the contact, contact position, and movement, and the spatial balance, intensity distribution, and time change of the stimuli on the touch panel. Therefore, it is possible to sense the movement, propagation, and shape change of the force, object, and presence due to the spatial balance, intensity distribution, and time change of the stimulus (phantom sensation), and it is possible to present the object and presence on a hard panel. In addition, despite the hard panel, it is possible to sense the movement, propagation, and shape change of the force, object, and presence due to the spatial balance, intensity distribution, and time change of the stimulus.
And it can demonstrate its presence.

図69は、フォトインタラプトを基材に設置したタッチパネル構造を示す。フォトイン
タラプトは、距離、変化を検出して、ボタンの押し込み感覚(沈み込みピッチ、深さ)を
知覚する。よって硬質パネルにおけるボタン感覚をデジタル表現することで用途や好みに
合わせて適応的に質感、感触表現を瞬時に変えることができる。
Figure 69 shows the structure of a touch panel with a photointerrupter installed on the base material. The photointerrupter detects distance and changes, and perceives the sensation of pressing a button (sinking pitch, depth). Therefore, by digitally expressing the button sensation on a hard panel, the texture and tactile expression can be adaptively changed instantly according to the application and preference.

図70、図71及び図72は、タッチパネルにアクチュエータが宙吊り構造に取り付け
られた構造を示す。図70は、タッチパネルのほぼ中央にアクチュエータが宙吊り構造に
取り付けられた構造を示す。
70, 71 and 72 show a structure in which an actuator is attached to a touch panel in a suspended structure. Fig. 70 shows a structure in which an actuator is attached to approximately the center of a touch panel in a suspended structure.

図71は、アクチュエータがタッチパネルの両端に宙吊り構造に取り付けられた構造を
示す。図70及び図71の構造では、パネルと壁との間には、側壁に粘弾性材料や、振動
緩衝剤を設けることが好ましい。
Fig. 71 shows a structure in which actuators are attached to both ends of a touch panel in a suspended structure. In the structures of Fig. 70 and Fig. 71, it is preferable to provide a viscoelastic material or a vibration buffer on the side walls between the panel and the wall.

図72は、アクチュエータがタッチパネルの両端側に宙吊り構造に取り付けられた構造
を示す。図72の構造では、パネルと壁との間には、側壁に低摩擦材料を設けることが好
ましい。これら構造により、触力覚の感覚強度及びその効果を増加させることができる。
図71の構造では、タッチパネル、アクチュエータ部分を浮かせた、6自由度の変位・振
動の3Dスピーカ機構によりタッチパネルを通して、指、身体に伝達する物理量、刺激量
を増やすことができ、物理量、刺激量の増加に伴う、また、図71のアクチュエータ部分
をタッチパネルの両端に、また図72では、慣性アクチュエータがタッチパネルの両端側
に取り付けられている構造を備えることにより、タッチパネルを通して、指、身体に伝搬
する物理量、刺激量を増やすことができる。触力覚の感覚量を増加し、さらに押し込み感
覚量、沈み込みピッチ、深さ感覚を増加する。IoT用デバイスに適用できる。実装場所
を選びことなしに感覚量、効率を増加できる
Fig. 72 shows a structure in which actuators are attached to both ends of a touch panel in a suspended structure. In the structure of Fig. 72, it is preferable to provide a low-friction material on the side walls between the panel and the wall. These structures can increase the intensity and effect of the haptic sensation.
In the structure of Figure 71, the touch panel and actuator parts are raised, and a 3D speaker mechanism with six degrees of freedom of displacement and vibration can be used to increase the physical quantity and amount of stimulation transmitted to the finger and body through the touch panel. As the physical quantity and amount of stimulation increase, the actuator parts in Figure 71 are attached to both ends of the touch panel, and in Figure 72, inertial actuators are attached to both ends of the touch panel, making it possible to increase the physical quantity and amount of stimulation transmitted to the finger and body through the touch panel. This increases the amount of tactile sensation, and also increases the amount of pressure sensation, sinking pitch, and depth sensation. It can be applied to IoT devices. It can increase the amount of sensation and efficiency without having to choose a mounting location.

図73から図77は、タッチパネルに液晶ディスプレイを組み込むだタッチパネルモジ
ュールの概略図を示す。図73タッチパネルモジュールは、タッチパネルの両側に配置さ
れた1対のモジュールの空間部分に液晶パネルを配置されている。タッチパネルとアクチ
ュエータとは、互いに分離されているため液晶パネルの映像がぶれないでかつ振動しない
。液晶パネルに映しだされた物体の触覚、感触の提示及び存在感が提示される。2Dモデ
ルによる3D物体の触感、感触の疑似的な表現が可能となる。
73 to 77 show schematic diagrams of a touch panel module incorporating a liquid crystal display in a touch panel. In the touch panel module in FIG. 73, a liquid crystal panel is arranged in the space between a pair of modules arranged on both sides of the touch panel. Since the touch panel and the actuator are separated from each other, the image on the liquid crystal panel does not blur or vibrate. The tactile sensation, touch, and presence of an object projected on the liquid crystal panel are presented. It is possible to simulate the touch and touch of a 3D object using a 2D model.

図74及び図75は、薄型のタッチパネルモジュールの概略図を示す。図74は、図7
3と同じ配置を示す。図75は、タッチパネルの両端にそれぞれアクチュエータが配設さ
れているため、スマートフォン等の薄型機器に実装が可能である。
74 and 75 are schematic diagrams of a thin touch panel module.
75 shows the same arrangement as in FIG. 3. In FIG. 75, an actuator is provided on each end of the touch panel, so that the touch panel can be mounted on a thin device such as a smartphone.

図76は、図73~図75のタッチパネルモジュールのタッチパネルの表面上にスクリ
ーンを設け、スクリーンの上方にプロジェクタを配設したタッチパネルモジュールシステ
ムの概略図を示す。これにより、映像のデジタル触力覚機能が実現できる。プロジェクタ
による映像投影と触力覚タッチパネルが制御される。
Figure 76 shows a schematic diagram of a touch panel module system in which a screen is provided on the surface of the touch panel of the touch panel module of Figures 73 to 75, and a projector is disposed above the screen. This allows a digital haptic function of the image to be realized. The image projection by the projector and the haptic touch panel are controlled.

図77は、図73~図76のタッチパネルモジュール上に五感情報提示機が配設されて
いる概略図である。五感情報提示機の設置により視覚、聴覚、触覚等の五感活用によるリ
アリティの向上が図れる。また、映像、音響、触り心地、匂い、味等の五感を利用できる
。触力覚情報にオブジェクトとして一致した、または一致しない(ミスマッチ)の五感情
報との相互効果で錯覚を増強、促進する、また現実には存在しない感覚を拡張できる。
Fig. 77 is a schematic diagram showing a five-sensory information presentation device disposed on the touch panel module of Fig. 73 to Fig. 76. The installation of the five-sensory information presentation device improves reality by utilizing the five senses, such as sight, hearing, and touch. In addition, the five senses, such as images, sounds, touch, smell, and taste, can be used. The mutual effect of the five senses, which match or do not match (mismatch) the haptic information as an object, enhances and promotes the illusion, and can expand sensations that do not exist in reality.

図78は、マルチタッチ用アレイユニットの概略図を示す。基本的な移動感覚・運動感
覚を提示する。各パネルごとの変位方向の位相制御を行い、移動刺激による単なる変位以
外の移動・運動感覚の表現できる。固定式パネルによる回転感覚を提示する。
Figure 78 shows a schematic diagram of a multi-touch array unit. It presents basic movement and motion sensations. By controlling the phase of the displacement direction for each panel, it is possible to express movement and motion sensations other than simple displacement by movement stimulation. It presents a rotation sensation by a fixed panel.

図79は、複雑な運動感覚を提示する。各パネルごとに変位方向の位相制御と指先で感
覚合成制御して、膨張感、圧迫感、ねじれ感、膨張感、圧迫感を提示する。固定式パネル
による変形感覚を提示する。
Figure 79 presents a complex sense of movement. By controlling the phase of the displacement direction for each panel and controlling the sensation synthesis with the fingertips, it presents a sense of expansion, pressure, twisting, expansion, and pressure. It presents a sense of deformation by a fixed panel.

図80は、複雑な運動感覚を提示する。各パネルごとに変位方向の位相制御と知覚・認
知層における感覚合成して、マルチタッチ感覚を合成制御して、膨張感、圧迫感、ねじれ
感を得て、膨張感、圧迫感を提示する。固定式パネルによる変形感覚を得る。
Figure 80 presents a complex sense of movement. Phase control of the displacement direction for each panel and sensory synthesis in the perception and cognition layer are performed to synthesize and control the multi-touch sensation, providing a sense of expansion, pressure, and twisting, and presenting a sense of expansion and pressure. A sense of deformation is obtained by a fixed panel.

図81は、一つのデバイスによる触覚・力覚を提示する。パネル毎に異なる成分[触覚
・力覚]の再生する感覚合成制御を行う。指圧によるZ方向圧覚駆動およびX-Y変位ト
リガーによる制御を行い、Z方向による触覚・力覚の同時提示する。複数の共振ピークを
実現する。
Fig. 81 shows a device that presents tactile and haptic sensations. It performs sensory synthesis control that reproduces different components [tactile and haptic sensations] for each panel. It performs Z-direction pressure drive by finger pressure and control by XY displacement trigger, and presents tactile and haptic sensations in the Z direction simultaneously. It realizes multiple resonance peaks.

図82は、一つのデバイスによる触覚・力覚を提示する。パネル毎に異なる成分(触覚
・力覚)を再生する。指圧によるZ方向圧覚駆動およびX-Y変位トリガーによる制御、
Z方向の圧覚を生成・制御を行い、パネルによる触覚・力覚の同時提示する。複数の共振
ピークを実現する。
Fig. 82 presents tactile and haptic sensations using a single device. Different components (tactile and haptic sensations) are reproduced for each panel. Z-direction pressure sensation drive by finger pressure and control by XY displacement trigger.
It generates and controls pressure sensation in the Z direction, and simultaneously presents tactile and haptic sensations through the panel. It realizes multiple resonance peaks.

図83は、一つのデバイスによる触覚・力覚を提示する。パネル毎に異なる成分(触覚
・力覚)を異なるタイミングで再生する。合成の仕方はこれに限らない。触覚・力覚の相
互マスキングなどの相互効果を避ける。子音・母音を提示する。
Fig. 83 shows the presentation of haptic and haptic sensations using one device. Different components (haptic and haptic sensations) are played back at different times for each panel. The method of synthesis is not limited to this. Mutual effects such as mutual masking of haptic and haptic sensations are avoided. Consonants and vowels are presented.

図84は、誘起パターンを制御して前変位、後変位を制御する。図85は、一つのデバ
イスによる触覚・力覚を提示する。パネル毎に異なる成分(触覚・力覚)を異なるタイミ
ングで再生する。重なっている場合と、重ならない部分がある場合。合成の仕方はこれに
限らない。触覚・力覚の相互マスキングなどの総合効果を避ける。子音・母音を提示する
In Fig. 84, the induced pattern is controlled to control the forward and backward displacements. In Fig. 85, haptics and force are presented by one device. Different components (haptics and force) are played back at different times for each panel. There are cases where there is overlapping and cases where there is no overlapping. The method of synthesis is not limited to this. Composite effects such as mutual masking of haptics and force are avoided. Consonants and vowels are presented.

図86は、一つのデバイスによる触覚・力覚を提示する。パネル毎に異なる成分(強度
・振幅、周波数、波形、位相)を提示する。波形比較、差分、位相差、相乗効果によって
、成分とは異なる感覚を生成する。図87は、一つのデバイスによる触覚・力覚を提示す
る。パネル毎に異なる成分(強度・振幅、周波数、波形、位相)を提示する。波形比較、
差分、位相差、相乗効果によって、成分とは異なる感覚を生成する。
FIG. 86 presents tactile and force sensations using a single device. Different components (intensity/amplitude, frequency, waveform, phase) are presented on each panel. Waveform comparison, difference, phase difference, and synergistic effects generate sensations different from the components. FIG. 87 presents tactile and force sensations using a single device. Different components (intensity/amplitude, frequency, waveform, phase) are presented on each panel. Waveform comparison,
Differentiation, phase difference, and synergistic effects create sensations that are different from the ingredients.

図88は、触力覚における尖った山頂凸感覚をボタン形状感覚生成して提示する。中央
近くほどパネル振幅が大きく。遠ざかると小さくなる。山頂での感覚(引き戻し・追い越
し感覚)を提示する。パネルによる尖った勾配凸感覚を提示する。図89は、触力覚にお
ける半円柱凸感覚を提示する。刺激・変位の強度・振幅を制御する。山越え(引き戻し・
追い越し)を提示する。パネルによる凸感覚を提示する。
Fig. 88 presents a button-shaped sensation of a sharp peak in haptic sensation. The closer to the center, the larger the panel amplitude. The further away, the smaller it becomes. A sensation at the peak (pulling back/overtaking sensation) is presented. A sharp gradient convex sensation is presented by the panel. Fig. 89 presents a semi-cylindrical convex sensation in haptic sensation. The strength and amplitude of the stimulation/displacement are controlled. Going over a peak (pulling back/overtaking sensation)
The panel provides a sense of convexity.

図90は、触力覚における凹ギャップ感覚を提示する。抵抗感を一瞬なくして、ギャッ
プ感覚を提示する。パネルによる凹んだギャップ感覚を提示する。
Fig. 90 presents a concave gap sensation in haptic sensation. The sense of resistance is momentarily removed to present the gap sensation. The panel presents a concave gap sensation.

図91は、ボタン間での指移動(わたり感覚)を誘導感覚制御する。刺激・変位の強度
・振幅を制御する。ボタン間に留まり難く、ボタンへ誘導される。平面パネル上で、ポテ
ンシャル場のアトラクターのように指移動を誘導する。パネルからポインタを操作してボ
タン間を移動する。ポインタがボタン領域から出ると次のポインタまで誘導される。誘導
区間中央に近づくほどパネル振幅が大きくなる(遠ざかると小さくなる)。誘導区間中央
で力覚方向が切り替わる。
Figure 91 shows induced sensation control of finger movement (crossing sensation) between buttons. It controls the strength and amplitude of the stimulation and displacement. It is difficult for the finger to remain between the buttons, and it is guided to the buttons. On a flat panel, finger movement is guided like an attractor of a potential field. The pointer is operated from the panel to move between the buttons. When the pointer leaves the button area, it is guided to the next pointer. The closer to the center of the guidance zone, the larger the panel amplitude becomes (it becomes smaller when it moves away). The force sense direction switches at the center of the guidance zone.

図92は、ボタン間の誘導感覚を制御してエッジ感、端点感覚を提示する。誘導区間終
了時に、クリック変位する。エッジの存在感、ボタンの浮き上がり感が得られる。パネル
からポインタを操作してボタン間を移動する。ポインタがボタン領域から出ると次のポイ
ンタまで誘導される。誘導区間中央に近づくほどパネル振幅が大きくなる(遠ざかると小
さくなる)。誘導区間中央で力覚方向が切替わる。
In Fig. 92, the guiding sensation between buttons is controlled to present an edge sensation and an end point sensation. At the end of the guiding section, a click displacement occurs. The presence of the edge and the feeling that the button is raised are obtained. The pointer is operated from the panel to move between the buttons. When the pointer leaves the button area, it is guided to the next pointer. The closer to the center of the guiding section, the larger the panel amplitude becomes (the further away, the smaller it becomes). The force sense direction is switched at the center of the guiding section.

図93ボタンの誘導感覚を制御してエッジ感を提示するエッジ部分に、マスキング変位
(振動)を生じる。エッジの存在感、平面パネルでのボタンの段差・凹み感を得る。パネ
ルからポインタを操作してボタン間を移動する。ポインタがボタン領域から出ると次のポ
インタまで誘導される。誘導区間中央に近づくほどパネル振幅が大きくなる(遠ざかると
小さくなる)。誘導区間中央で力覚方向が切り替わる。
Figure 93: Controlling the guiding sensation of a button to present an edge sensation. A masking displacement (vibration) is generated at the edge. This gives the presence of the edge and the sensation of a step or indentation of a button on a flat panel. The pointer is operated from the panel to move between buttons. When the pointer leaves the button area, it is guided to the next pointer. The closer it is to the center of the guidance zone, the larger the panel amplitude becomes (the further it is, the smaller it becomes). The force sense direction switches at the center of the guidance zone.

図94は、スライダを触力制御して安定的触力覚を提示する。パネルからポインタを操
作してボタン間を移動、ポインタかボタン領域から出ると次のボタンまで誘導、誘導区間
中央に近くほど@パネル振幅が大きくなる(遠ざかると小さくなる)、誘導区間中央で力
覚方向を切換わる。スライダ感覚を得る。
Fig. 94 presents a stable haptic sensation by controlling the haptic force of a slider. The pointer is operated from the panel to move between buttons, and when the pointer leaves the button area, it is guided to the next button. The closer to the center of the guidance area, the larger the @panel amplitude becomes (the further away, the smaller it becomes). The force sense direction is switched at the center of the guidance area. A slider sensation is obtained.

図95は、スライダを触力覚制御して安定的触力覚を提示し、スライダ端点でクリック
変位を発生する。スライダ感覚を得る。図96は、スライダの感覚制御を示す。
Fig. 95 shows a slider being haptically controlled to present a stable haptic sensation and generate a click displacement at the slider end point. A slider sensation is obtained. Fig. 96 shows a slider sensation control.

図97は、スウィープ時の安定的な触力覚を提示する。静摩擦時、動摩擦時のケース分
けして制御する。安定した触力覚を提示する。異なる制御モードで安定提示する。図98
は、スウィープ時の動摩擦制御(等周期化)して安定的な触力覚を提示する。切断変位に
よるコヒーレントな位相を制御する。安定した触力覚を提示する。異なる制御モードで安
定を提示する。
Fig. 97 presents a stable haptic sensation during sweeping. Control is performed separately for static friction and dynamic friction. A stable haptic sensation is presented. Stable presentation is achieved with different control modes. Fig. 98
presents a stable haptic sensation by controlling dynamic friction during sweeping (to make the period uniform). Controls coherent phase by cutting displacement. Presents a stable haptic sensation. Presents stability with different control modes.

図99は、スウィープ時の静摩擦制御して安定的な触力覚を提示する。指(身体)を固
定し、バーチャルスライダを動かす。バーチャルスライダを固定し、指をスライドさせ、
往復運動。スライダ感覚。図100は、スウィープ時の静摩擦制御により安定的な触力覚
を提示する。指(身体)を固定し、バーチャルスライダを動かす。バーチャルスライダを
固定し、指をスライドし、端まで来たら指をリセット(パネル面から指を浮かす)。スラ
イダ感覚。
Fig. 99 shows a system that controls static friction during a sweep to provide a stable haptic sensation. Fix your finger (body) and move the virtual slider. Fix the virtual slider and slide your finger.
Reciprocating motion. Slider sensation. Figure 100 presents a stable haptic sensation by controlling static friction during sweeping. Fix your finger (body) and move the virtual slider. Fix the virtual slider, slide your finger, and reset your finger when it reaches the end (lift your finger off the panel surface). Slider sensation.

図101は、スウィープ時の静摩擦制御により安定的な触力覚を提示する。指(身体)
を固定し、バーチャルスライダを動かす。バーチャルスライダを固定し、指をスライドし
、端まで来たら指をリセット(切断変位)。スライダ感覚。図102は、スウィープ時の
動摩擦制御により安定的な触力覚を提示する。指(身体)を固定し、バーチャルスライダ
を動かす。バーチャルスライダを固定し、指をスライドさせる。摩擦が張力限界を超えた
時、接触固定が外れる。スライダ感覚。
Figure 101 presents a stable haptic sensation by controlling static friction during sweeping. Fingers (body)
Fix the virtual slider and move it. Fix the virtual slider, slide the finger, and reset the finger when it reaches the end (disconnection displacement). Slider sensation. Figure 102 presents a stable haptic sensation by dynamic friction control during sweeping. Fix the finger (body) and move the virtual slider. Fix the virtual slider and slide the finger. When the friction exceeds the tension limit, the contact fixation is released. Slider sensation.

これらのスウィープ波形、クリック波形、切断波形は、振動で良いし、任意の波形でも
良い。任意波形は、所望の触感・感触に合わせた、様々な波形パターンが存在している。
直線的な増加・減少や、正弦波的な振動、基本周波数成分の組合せにとどまらず、シンセ
サイザーで楽器の音色や音楽を創造するかのように、任意波形のデザイン、振幅変調、周
波数変調、畳み込み、およびその組合せなどによって、様々な触感・感触を表現すること
ができる。
These sweep waveforms, click waveforms, and cut waveforms may be vibrations or arbitrary waveforms. There are various arbitrary waveform patterns that match the desired tactile sensations and feel.
It is not limited to linear increase/decrease, sinusoidal vibration, and combinations of fundamental frequency components; it is possible to express a wide variety of tactile sensations and feelings by using arbitrary waveform design, amplitude modulation, frequency modulation, convolution, and combinations of these, just as if creating musical instrument tones and music with a synthesizer.

図103は、ボタンの押し込み感覚を制御して提示する。―押下圧力上昇時の閾値1と
下降時の閾値2を超えたタイミングでパネルに変位を加える。―閾値の値とパネルの振幅
、周波数でボタンの固さを表現。へこまないパネルなのに、押込深さ感覚を体感。物理的
なへこみなしに、へこみ感覚。
Fig. 103 shows how to control and present the sensation of pressing a button. --Displacement is applied to the panel when the pressing pressure exceeds threshold 1 when it rises, and threshold 2 when it falls. --The hardness of the button is expressed by the threshold value, amplitude, and frequency of the panel. Even though the panel does not dent, you can experience the sensation of pressing deep. The sensation of a dent without a physical dent.

図104は、ボタンの押込を制御して押し込みボタン感覚を提示する。―押下圧力上昇
時の閾値1と下降時の閾値2を超えたタイミングでパネルに変位を加える。―閾値の値と
パネルの振幅、周波数でボタンの固さを表現する。へこまないパネルなのに、押込深さ感
覚を体感。物理的なへこみなしに、へこみ感覚。
Fig. 104 presents the sensation of pressing a button by controlling the pressing of the button. --Displacement is applied to the panel when the pressing pressure exceeds threshold 1 when it rises and threshold 2 when it falls. --The hardness of the button is expressed by the threshold value and the amplitude and frequency of the panel. Even though the panel does not dent, you can experience the sensation of pressing depth. The sensation of a dent without a physical dent.

図105は、ボタンの押込感覚を制御して提示する。閾値を複数設定することで半押し
などの感覚を表現する。カメラのシャッターのような半押し感覚。シャッターフォーカス
の保持感覚。図106は、シャッターボタンの押込感覚を制御して提示する。閾値を複数
設定することで半押しなどの感覚を表現する。カメラのシャッターのような半押し感覚。
シャッターフォーカスの保持感覚。
In Fig. 105, the button pressing sensation is controlled and presented. By setting multiple thresholds, a sensation such as a half-press is expressed. A half-press sensation like a camera shutter. A sensation of holding the shutter focus. In Fig. 106, the shutter button pressing sensation is controlled and presented. By setting multiple thresholds, a sensation such as a half-press is expressed. A half-press sensation like a camera shutter.
The feeling of shutter focus retention.

図107は、ボタンの押し込み感覚を制御して提示する。押し込みと解放を分ける(1
回目は解放無、2回目は解放有)。図108は、ボタンの押込感覚をラッチ制御して提示
する。押込と解放を分ける(1回目は解放無、2回目は解放有)
Figure 107 shows how to control the sensation of pressing a button.
(The first press is not released, the second press is released.) Figure 108 presents the button press sensation by latch control. Press and release are separated (The first press is not released, the second press is released.)

図109は、ノッチ用パルス閾値を等間隔に制御する。ミルフィーユ、チョコでカバー
されたアイスクリームにナイフを入れた感覚。図110は、ノッチ用パルス閾値を不等感
覚に制御する。図111は、ノッチ用パルス閾値を等間隔に制御する。ミルフィーユ、チ
ョコでカバーされたアイスクリームにナイフを入れた感覚。
Fig. 109 shows how the pulse threshold for the notches is controlled at equal intervals. Mille-feuille, the sensation of a knife being inserted into chocolate-covered ice cream. Fig. 110 shows how the pulse threshold for the notches is controlled at unequal intervals. Fig. 111 shows how the pulse threshold for the notches is controlled at equal intervals. Mille-feuille, the sensation of a knife being inserted into chocolate-covered ice cream.

図112は、ノッチ用パルス閾値を等間隔に制御する。ミルフィーユ、チョコでカバー
されたアイスクリームにナイフを入れた感覚。図113は、ノッチ用パルス閾値を等間隔
に制御する。ミルフィーユ、チョコでカバーされたアイスクリームにナイフを入れた感覚
。図114は、ノッチ用パルス閾値を不等間隔に制御する。ミルフィーユ、チョコでカバ
ーされたアイスクリームにナイフを入れた感覚。
Fig. 112 shows how the pulse threshold for the notches is controlled at equal intervals. Mille-feuille, the feeling of putting a knife into chocolate covered ice cream. Fig. 113 shows how the pulse threshold for the notches is controlled at equal intervals. Mille-feuille, the feeling of putting a knife into chocolate covered ice cream. Fig. 114 shows how the pulse threshold for the notches is controlled at unequal intervals. Mille-feuille, the feeling of putting a knife into chocolate covered ice cream.

図115は、押し込み感覚ボタンをヒステリ制御する。押下圧力時の閾値と下降時の閾
値を超えたタイミングでパネルに振幅を加える。閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタ
ンの固さを表現する。
Fig. 115 shows hysteresis control of a push-in button. Amplitude is added to the panel when the threshold value is exceeded during pressing pressure and when the threshold value is exceeded during release. The hardness of the button is expressed by the threshold value, the amplitude of the panel, and the frequency.

図116は、押し込み感覚ボタンを指圧関数制御する。押下圧力上昇時の閾値1と下降
時の閾値2を超えたタイミングでパネルに振幅を加える。閾値の値とパネルの振幅、周波
数でボタンの固さを表現図117は、押下圧力上昇時の閾値1と下降時の閾値2を超えた
タイミングでパネルに振幅を加える。波形の適応を制御する。閾値の値とパネルの振幅、
周波数でボタンの固さを表現する。
Fig. 116 shows a finger pressure function control for a press sensation button. Amplitude is added to the panel when the pressing pressure exceeds threshold 1 when it rises and threshold 2 when it falls. The hardness of the button is expressed by the threshold value, panel amplitude, and frequency. Fig. 117 shows an amplitude is added to the panel when the pressing pressure exceeds threshold 1 when it rises and threshold 2 when it falls. Waveform adaptation is controlled. The threshold value and panel amplitude,
The hardness of the button is expressed by frequency.

図118は、押し込み感覚ボタンを3D的に変位振幅面(位相)を押し込み、閾値に応
じて制御する。押下圧力上昇時の閾値1と下降時の閾値2を超えたタイミングでパネルに
振幅を加える。閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの固さを表現
In Fig. 118, a push-in button is pushed in 3D along a displacement amplitude plane (phase) and controlled according to a threshold. Amplitude is added to the panel when the push-in pressure exceeds threshold 1 when it rises and threshold 2 when it falls. The hardness of the button is expressed by the threshold value, the amplitude of the panel, and the frequency.

図119は、押し下げ圧力上昇時の閾値1と下降時の閾値2を超えたタイミングでパネ
ルに振幅を加えて押し込み感覚ボタンを状況に合わせて制御する。閾値の値とパネルの振
幅、周波数でボタンの固さを表現。押す下圧力上昇時の閾値と下降時の閾値を超えたタイ
ミングでパネルに振幅を加える。閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの硬さを表現
する。
In Fig. 119, amplitude is added to the panel when the pressing pressure exceeds threshold 1 when it rises, and threshold 2 when it falls, to control the press-feel button according to the situation. The hardness of the button is expressed by the threshold value, the amplitude of the panel, and the frequency. Amplitude is added to the panel when the pressing pressure exceeds threshold when it rises, and threshold when it falls. The hardness of the button is expressed by the threshold value, the amplitude of the panel, and the frequency.

図120は、押し下げ圧力上昇時の閾値1と下降時の閾値2を超えたタイミングでパネ
ルに振幅を加える。閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの硬さを表現する。押し下
げ圧力上昇時の閾値1と下降時の閾値2を超えたタイミングでパネルに振幅を加えて押し
込み感覚ボタンを状況に合わせて制御する。
In Fig. 120, amplitude is added to the panel when the pressing pressure exceeds threshold 1 when it rises, and threshold 2 when it falls. The hardness of the button is expressed by the threshold value, amplitude and frequency of the panel. Amplitude is added to the panel when the pressing pressure exceeds threshold 1 when it rises, and threshold 2 when it falls, to control the pressing sensation button according to the situation.

図121は、押し込み感覚ボタンを時間パターンで制御する。図122は、ノッチ用パ
ルス閾値を等間隔に制御する。図123は、ノッチ用パルス閾値を等間隔にパルス幅振幅
制御する。図124は、ノッチ用パルス閾値を等間隔に波形制御する。図125は、ノッ
チ用パルス閾値を等間隔にマスキング制御する。
Fig. 121 shows a time pattern control of the push feel button. Fig. 122 shows a uniform control of the notch pulse threshold. Fig. 123 shows a uniform pulse width amplitude control of the notch pulse threshold. Fig. 124 shows a uniform waveform control of the notch pulse threshold. Fig. 125 shows a uniform masking control of the notch pulse threshold.

図126は、押し込み感覚ボタンを動・静摩擦制御して押下圧力上昇時の閾値1と下降
時の閾値2を超えたタイミングでパネルに振幅を加える。閾値の値とパネルの振幅、周波
数でボタンの硬さを表現する。図127は、押し込み感覚ボタンを位相制御して押下圧力
上昇時の閾値1と下降時の閾値2を超えたタイミングでパネルに振幅を加える閾値の値と
パネルの振幅、周波数でボタンの固さを表現
Fig. 126 shows how a push-feel button is dynamically and statically friction controlled, and amplitude is applied to the panel when the pressing pressure exceeds threshold 1 when it rises, and threshold 2 when it falls. The hardness of the button is expressed by the threshold value, the amplitude of the panel, and the frequency. Fig. 127 shows how a push-feel button is phase-controlled, and amplitude is applied to the panel when the pressing pressure exceeds threshold 1 when it rises, and threshold 2 when it falls. The hardness of the button is expressed by the threshold value, the amplitude of the panel, and the frequency.

図128は、押し込み等間隔を制御して、押下圧上昇時のみ、複数設けた閾値を超えた
タイミングでパネルを振幅させる。ノッチの振幅は高周波を使用。ボタンと組み合わせて
ノッチボタンを表現。図129は、押し込み不等間隔を制御して、押下圧上昇時のみ、複
数設けた閾値を超えたタイミングでパネルを振幅させる。ノッチの振幅は高周波を使用。
ボタンと組み合わせてノッチボタンを表現
In Fig. 128, the pressing is controlled at equal intervals, and the panel is made to oscillate only when the pressing pressure increases and exceeds multiple thresholds. High frequency is used for the notch amplitude. In combination with a button, a notch button is expressed. In Fig. 129, the pressing is controlled at uneven intervals, and the panel is made to oscillate only when the pressing pressure increases and exceeds multiple thresholds. High frequency is used for the notch amplitude.
Combine with a button to create a notch button

図130は、閾値等間隔を制御して、押下圧上昇時のみ、複数設けた閾値を超えたタイ
ミングでパネルを振幅させる。ノッチの振幅は高周波を使用。ボタンと組み合わせてノッ
チボタンを表現。
In Fig. 130, the threshold is controlled at equal intervals, and the panel is oscillated only when the pressing pressure increases and exceeds multiple thresholds. A high frequency is used for the notch amplitude. In combination with a button, a notch button is expressed.

図131は、触力覚ダイヤルを制御関数で制御する。位置位相ごとに変位方向を制御。
変位は3D方向に制御可能。様々なダイヤル感触を実現。平板パネルでリアルなダイヤル
感触。物理的・アナログなダイヤル機構が不要。図132は、パネルからポインタを操作
してダイヤルを加速度感で回す。ダイヤルの接線と平行にパネルを振幅させて加速感を実
現する。滑り表現ではさらにダイヤル回転方向に力覚を出すように制御する。
Fig. 131 shows how a haptic dial is controlled by a control function. The displacement direction is controlled for each position phase.
Displacement can be controlled in 3D directions. Realizes various dial sensations. Realistic dial sensation with flat panel. No need for physical/analog dial mechanism. In Fig. 132, the dial is rotated with a sense of acceleration by operating the pointer from the panel. The panel is vibrated parallel to the tangent of the dial to realize the sense of acceleration. For sliding expression, the dial is further controlled to produce a sense of force in the direction of rotation.

図133は、パネルからポインタを操作してダイヤルを抵抗感で回す。ダイヤルの接線
と直角にパネルを振幅させて抵抗感を実現する。図134は、パネルからポインタを操作
してダイヤルを水平加速感で回す。ダイヤルの接線と直角にパネルを振幅させて水平加速
感を表現する。図135は、パネルからポインタを操作してダイヤルを可変感触で回す。
ダイヤルの接線と任意の角度にパネルを振幅させて可変感触を表現する。各位置ごとに変
位方向の位相を変化させることでさまざまな感触が生成される。図136は、パネルから
ポインタを操作してダイヤルをランダム感で回す。ダイヤルの接線と直角にパネルを振幅
させてランダム感を表現する。
In Fig. 133, a pointer is operated from a panel to rotate a dial with a sense of resistance. The panel is oscillated at a right angle to the tangent of the dial to realize the sense of resistance. In Fig. 134, a pointer is operated from a panel to rotate a dial with a sense of horizontal acceleration. The panel is oscillated at a right angle to the tangent of the dial to express the sense of horizontal acceleration. In Fig. 135, a pointer is operated from a panel to rotate a dial with a variable feel.
The panel is made to oscillate at any angle to the tangent of the dial to express a variable feel. By changing the phase of the displacement direction for each position, various feels are generated. In Fig. 136, the dial is turned randomly by operating the pointer from the panel. The panel is made to oscillate at a right angle to the tangent of the dial to express a random feel.

図137は、ダイヤルをカチカチ感で、一定の位置位相ごとにクリック変位を起こさせ
て平面パネルローダーエンコーダ的感触、デジタルダイヤル感、ボリームつまみ感を実現
する。
FIG. 137 shows a dial that has a clicking feel, with clicking displacement occurring at each fixed position phase, achieving the feel of a flat panel loader encoder, a digital dial, or a volume knob.

図138は、ボリュームの円周上の円周誘導操作感、指が円周内に留まったり、円周上
を指が動くような感覚、実際の回転ボリュ-ムを回転させたときの円周的動作感覚を一定
の位置位相ごとに求心的触力覚を提示する。図139は、ボリュームの円周上の操作感、
実際に回転ボリュームを回転させた時の円周誘導感、抵抗感をもって動作感覚を表現でき
る。一定の位置位相ごとに求心的触力覚と、抵抗的触力覚とを交互もしくは時間、排他的
に提示すると同時にボリュームを回転させる時の円周的動作感覚を実現する。
Fig. 138 shows a centripetal haptic sensation that provides a sense of circular guiding operation on the circumference of a volume, a sense of a finger staying within the circumference, or a sense of a finger moving on the circumference, and a sense of circular movement when an actual rotating volume is rotated, at a certain position phase.
The sense of motion can be expressed by the sense of circular induction and resistance when the rotating volume is actually rotated. By alternately or exclusively presenting centripetal haptic sensation and resistive haptic sensation at a certain position phase, the sense of circular motion can be realized when the volume is rotated.

図140は、ボリューム調整と確定動作の触力覚を表現する。一定の位置位相ごとにク
リック変位を与え、クリック変位によるロータリー・ボリューム感、確定用のクリック変
位によってボタン押し込み感、平面パネルでのボリューム操作・確定・スイッチ感覚を実
現する。
Fig. 140 expresses the haptic sensation of volume adjustment and confirmation operations. A click displacement is applied at each fixed position phase, realizing the rotary volume sensation by the click displacement, the button pressing sensation by the confirmation click displacement, and the volume operation, confirmation, and switch sensation on a flat panel.

図141は、触力覚ダイヤルの感触バリエーションを増やす。位置位相ごとに変位方向
、変位のさせ方を制御する。変位は、3D方向に制御可能である。様々なダイヤル感触、
手応えを実現し、警告、注意を促す、方向提示の使い分け。開いたパネルで適宜、適時、
適所に様々なダイヤル感触、手応えを提示する。状況に合わせて、適時的に感触、手応え
を制御する。
Fig. 141 shows an example of increasing the variation of haptic dial sensations. The direction of displacement and the way of displacement are controlled for each position phase. Displacement can be controlled in 3D directions. Various dial sensations,
It realizes a sense of touch, warns, calls attention, and displays directions. Open the panel to display the direction appropriately and at the right time.
Various dial feel and response are presented in appropriate places. The feel and response are controlled appropriately according to the situation.

図142は、錯力覚は、デバイスのサイズ、形状を変化させて重量によって非線形に変
化する。知覚音圧、知覚トルク強度を可変する。図143は、触力覚の閾値、知覚量は、
デバイスサイズで変化させる。知覚トルク強度は、トルクから重量を差し引いて得られる
。知覚量には最適デバイスサイズがある。
Fig. 142 shows that the illusion of force changes nonlinearly depending on the weight by changing the size and shape of the device. The perceived sound pressure and perceived torque strength are variable. Fig. 143 shows that the threshold and perceived amount of tactile force are
Changes with device size. Perceived torque strength is obtained by subtracting weight from torque. Perceived quantity has an optimal device size.

図144は、質感は、圧覚(接触感);圧、温冷、触覚;ミクロ的時間構造、力覚;マ
クロ的時間構造、振動感;周波数で形成される。図145は、多彩なマクロ、ミクロ的な
時間構造が質感を表現する、質感構造のデータベースを示す。
Fig. 144 shows that texture is formed by pressure (touch sensation); pressure, hot and cold, touch; micro-time structure, force sense; macro-time structure, vibration sense; and frequency. Fig. 145 shows a database of texture structures in which various macro- and micro-time structures express texture.

図146は、波形を制御して2D振幅方向を制御する。X軸、Y軸の波形合成でパネル
面の任意軸に対する振幅を生成する。
Fig. 146 shows how the 2D amplitude direction is controlled by controlling the waveform. The amplitude for any axis on the panel surface is generated by synthesizing the waveforms on the X and Y axes.

図147は、多数のタッチパネルをアレイ状に配設して、各タッチパネル毎にアクチュ
エータが設けられている。これにより、各パネル毎に変位方向の位置を制御することがで
き、ピッチ感、握り感、切裂感、回転感を実現でき、マウス操作の微妙な加減を直観的に
実現できる。図148は、錯触力誘起関数生成器を使用して個人の特性を測定するシステ
ムを示す。
In Fig. 147, a number of touch panels are arranged in an array, and an actuator is provided for each touch panel. This allows the position of the displacement direction to be controlled for each panel, realizing a sense of pitch, grip, tear, and rotation, and allowing subtle adjustments in mouse operation to be intuitively realized. Fig. 148 shows a system that uses an illusionary tactile force induction function generator to measure individual characteristics.

図149は、アクチュエータの制御方法を示すフローチャートである。 Figure 149 is a flowchart showing a method for controlling the actuator.

図150~図152に応用例とその効果を示す。図150は、個人のプロファイリング
をダイヤル、ポインタを使用して実現する。筆跡判定のように操作プロファイル、生理情
報によって分析して個人ID、心理状態、健康状態、疲労度を推定する。
Application examples and their effects are shown in Fig. 150 to Fig. 152. Fig. 150 realizes personal profiling using a dial and a pointer. An operation profile, like handwriting judgment, and physiological information are analyzed to estimate a personal ID, psychological state, health state, and fatigue level.

図151は、多数のタッチパネルをアレイ状に配設して、各タッチパネル毎にアクチュ
エータが設けられている。これにより、各パネル毎に変位方向の位置を制御することがで
き、前進感、後退感、せん断・切り裂き感、拡大・ピンチ感、にぎり感、回転感を実現で
き、これにより映像、及び指先の動かし方、力の入れ方に合わせて臓器等の身体の状態(
硬さ、柔らかさ、形状等)を提供することで触診トレーニングを実現できる。
In Fig. 151, a large number of touch panels are arranged in an array, and an actuator is provided for each touch panel. This allows the position of the displacement direction to be controlled for each panel, and realizes a sense of forward movement, backward movement, shearing/tornage, expanding/pinch, grasping, and rotation. This allows the state of the body (such as organs) to be displayed in accordance with the image and the way the fingertips are moved and the force applied.
By providing a variety of different textures (hardness, softness, shape, etc.), palpation training can be realized.

図152は、VR環境生成装置間を通信で結ぶことにより遠隔同期操作が可能となる。
応用例のように、情報端末等において、平面・平坦なパネルにも関わらず、ボタン、スラ
イダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなどの物体の操作感触がリアルに得られること
が可能となる。様々な感触を提示することができるため、文具、ノート、ペン、家電、看
板、サイネージ、キオスク端末、壁、テーブル、椅子、マッサージャー、乗り物、ロボッ
ト、車椅子、食器、シェイカー、シミュレータ(手術、運転、マッサージ、スポーツ、歩
行、楽器、工芸用、絵画用、芸術用)などに利用可能であり、差し込み感、めり込み感、
深さ感、戻され感、浮き上がり感、収束感、残響感、方向感覚、ズブズブ感、硬さ感、ソ
フト感、ツルツル感、ヌメヌメ感、ヌルヌル感、ザラザラ感、でこぼこ感、チクチク感、
コチコチ感、コツコツ感、プニュプニュ感といった触感・感触といった付加価値を製品に
付加することができる。
FIG. 152 shows that remote synchronous operation is possible by connecting the VR environment generating devices via communication.
As an application example, in information terminals, etc., it is possible to obtain a realistic feel of the operation of objects such as buttons, sliders, dials, switches, and operation panels, despite the flat panel. Since it is possible to present various sensations, it can be used for stationery, notebooks, pens, home appliances, signs, signage, kiosk terminals, walls, tables, chairs, massagers, vehicles, robots, wheelchairs, tableware, shakers, simulators (for surgery, driving, massage, sports, walking, musical instruments, crafts, painting, art), etc., and it can be used to provide a sense of insertion, sinking,
Sense of depth, sense of being brought back, sense of floating, sense of convergence, sense of reverberation, sense of direction, sense of solidity, sense of hardness, sense of softness, smoothness, slimy feeling, slimy feeling, roughness, bumpy feeling, tingly feeling,
It is possible to add value to products by providing textures and sensations such as a hard, crunchy, or squishy feel.

産業上の利用分野Industrial application fields

本発明を実施することにより、バーチャルリアリティの分野において用いられる機器、
ゲーム・アミューズメント・エンタテイメントの分野において用いられる機器、IT分野
において用いられる携帯通信機器、情報端末機器、ナビゲーション機器、携帯情報端末機
器、自動車・ロボット分野において用いられる機器、医療・福祉分野において用いられる
機器、宇宙開発の分野において用いられる機器、などに搭載され得る、有用なマンマシン
インタフェースを実現することができる。
By implementing the present invention, the following devices can be used in the field of virtual reality:
It is possible to realize a useful man-machine interface that can be installed in devices used in the fields of games, amusement, and entertainment, portable communication devices, information terminal devices, navigation devices, and portable information terminal devices used in the IT field, devices used in the automotive and robotics fields, devices used in the medical and welfare fields, and devices used in the space development field.

より具体的に述べると、例えばバーチャルリアリティや情報家電の分野においては、本
発明を適用したマンマシンインタフェースを介して人に触覚・感触などの触力覚情報を提
示したり、抗力あるいは反力などを与えて人の動きを制限することにより、仮想空間およ
び実空間における物体の存在や衝突による衝撃や機器の操作感覚を提示することができる
。また、携帯電話機,携帯型ナビゲーション機器などに上記インタフェースを搭載するこ
とにより、操作者の皮膚を介して、従来には見られなかった各種多様な指示・案内等を実
現することができる。
More specifically, for example, in the fields of virtual reality and information appliances, a man-machine interface to which the present invention is applied can be used to present haptic information such as touch and feel to a person, or to restrict a person's movements by applying a resistance or a reaction force, thereby presenting the presence of an object in virtual space or real space, an impact due to a collision, or a sense of operating a device. Also, by installing the above-mentioned interface in a mobile phone, a portable navigation device, or the like, various kinds of instructions and guidance not seen in the past can be realized through the operator's skin.

平面・平坦なパネルにも関わらず、ボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パ
ネルなどの物体の操作感触がリアルに得られることが可能となる。様々な感触を提示する
ことができるため、文具、ノート、ペン、家電、看板、サイネージ、キオスク端末、壁、
テーブル、椅子、マッサージャー、乗り物、ロボット、車椅子、食器、シェイカー、シミ
ュレータ(手術、運転、マッサージ、スポーツ、歩行、楽器、工芸用、絵画用、芸術用)
などに利用可能であり、差し込み感、めり込み感、深さ感、戻され感、浮き上がり感、収
束感、残響感、方向感覚、ズブズブ感、硬さ感、ソフト感、ツルツル感、ヌメヌメ感、ヌ
ルヌル感、ザラザラ感、でこぼこ感、チクチク感、コチコチ感、コツコツ感、プニュプニ
ュ感といった触感・感触といった付加価値を製品に付加することができる。
Despite being a flat panel, it is possible to realistically obtain the tactile sensation of buttons, sliders, dials, switches, operation panels, and other objects. Because it can present a variety of sensations, it can be used for stationery, notebooks, pens, home appliances, signs, signage, kiosk terminals, walls,
Tables, chairs, massagers, vehicles, robots, wheelchairs, tableware, shakers, simulators (surgery, driving, massage, sports, walking, musical instruments, crafts, painting, art)
It can be used for the above, and can add value to products by providing tactile sensations such as a sense of insertion, a sense of sinking in, a sense of depth, a sense of being pushed back, a sense of floating, a sense of convergence, a sense of reverberation, a sense of direction, a sense of sinking in, a sense of hardness, a sense of softness, a smooth feeling, a slimy feeling, a rough feeling, a bumpy feeling, a tingly feeling, a hard feeling, a tapping feeling, and a squishy feeling.

Claims (10)

物理量生成装置を備える表示体と、
前記物理量生成装置の駆動を、制御信号を供給して制御するコントローラと、
前記コントローラから制御信号を受信し、前記コントローラにセンサ信号を供給するア
クチュエータと、
人の感覚特性を備える錯触力覚インターフェースと、
を備える表示体に錯触力覚を誘起させる装置であって、
前記感覚特性は、非線形、ヒステリシス、マスキング、及び閾値の少なくとも1つを備
え、前記コントローラは、触力覚及び/又は錯触力覚の感覚合成を及び/又は物理量を制
御して、前記制御信号により前記アクチュエータを制御し、前記表示体を介して感覚量ま
たは物理量を提示し、前記表示体に表示される1つ又は複数の表示物体の形状又は位置に
伴って誘起される感覚を制御して、前記感覚量または物理量とは異なる感覚及び/又は物
理的に存在していない感覚を提示し、
前記誘起される感覚は、前記表示物体に誘導される感覚を含み、
前記誘起される感覚は所定方向への変位であって、
前記アクチュエータは前記所定方向とは異なる方向への変位を生成することを特徴とす
る、装置。
A display body including a physical quantity generating device;
A controller that controls the driving of the physical quantity generating device by supplying a control signal;
an actuator receiving a control signal from the controller and providing a sensor signal to the controller;
A haptic interface that has human sensory characteristics;
A device for inducing an illusionary tactile sensation in a display body comprising:
the sensory characteristics include at least one of nonlinearity, hysteresis, masking, and threshold, the controller controls a sensory synthesis and/or a physical quantity of a tactile sense and/or an illusionary tactile sense to control the actuator with the control signal, presenting a sensory quantity or a physical quantity via the display body, and controlling a sensation induced by a shape or position of one or more display objects displayed on the display body to present a sensation different from the sensory quantity or physical quantity and/or a sensation that does not physically exist;
The induced sensation includes a sensation induced by the display object,
The induced sensation is a displacement in a predetermined direction,
The apparatus, wherein the actuator generates a displacement in a direction different from the predetermined direction.
前記誘起される感覚に係る所定方向と、前記アクチュエータが生成する変位に係る異な
る方向とは、直交する、請求項1に記載の装置。
The device of claim 1 , wherein the predetermined direction of the induced sensation and the different direction of the displacement produced by the actuator are orthogonal.
前記表示体は平面を有しており、該平面と前記アクチュエータが生成する変位に係る異
なる方向とは、直交する、請求項1または2に記載の装置。
The device according to claim 1 or 2, wherein the display has a plane, and the plane and different directions of the displacements generated by the actuator are orthogonal to each other.
前記誘起される感覚に係る所定方向と、前記アクチュエータが生成する変位に係る異な
る方向とは、反対方向となる、請求項1に記載の装置。
The device of claim 1 , wherein the predetermined direction of the induced sensation and the different direction of the displacement produced by the actuator are opposite directions.
前記表示体は平面を有しており、該平面と前記アクチュエータが生成する変位に係る異
なる方向とは、反対方向となる、請求項1または4に記載の装置。
The device according to claim 1 or 4, wherein the display has a plane, and the different directions of the displacements generated by the actuator are opposite to the plane.
前記感覚量とは異なる前記感覚及び/又は物理的に存在していない前記感覚は、前記感
覚量の比較、差分、合成、及び相乗効果の少なくとも1つによって提示される、請求項1
乃至5に記載の装置。
13. The sensory sensation different from the sensory amount and/or the sensory sensation not physically present is presented by at least one of a comparison, a difference, a synthesis, and a synergistic effect of the sensory amounts.
6. The apparatus described in any one of claims 1 to 5.
前記誘起は、前記コントローラを駆動して、物理量、刺激量、運動量、運動量、速度、
及び角速度の少なくとも1つを制御すること、時間的に変化させること、又は物理量に対
する閾値、感覚特性、マスキング特性、及びヒステリシス特性の少なくとも1つを利用す
ることを特徴とする請求項1乃至6に記載の装置。
The inducement drives the controller to obtain a physical quantity, a stimulus quantity, a momentum quantity, a velocity,
and angular velocity, varying it over time, or utilizing at least one of thresholds, sensory characteristics, masking characteristics, and hysteresis characteristics for physical quantities.
前記装置は、錯触力覚誘起関数生成装置を備えることを特徴とする請求項1乃至7に記
載の装置。
The apparatus according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the apparatus comprises an illusionary tactile force sensation induction function generating device.
前記コントローラは、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トル
ク、圧力、温度、湿度、粘性、弾性、物理量、変位、振動、振幅、強度、周波数、波形、
位相、及び刺激の少なくとも1つを制御することを特徴とする請求項1乃至8に記載の装
置。
The controller may be configured to detect speed, acceleration, shape, displacement, deformation, amplitude, rotation, vibration, force, torque, pressure, temperature, humidity, viscosity, elasticity, physical quantity, displacement, vibration, amplitude, strength, frequency, waveform,
9. The device according to claim 1, characterized in that it controls at least one of the phase and the stimulation.
前記表示体は、複数個に区画されたアレイ、ドット及び画素の少なくとも1つに配置さ
れ、かつ独立して及び/又は従属して制御され、該表示体に移動感覚及び又は運動感覚が
提示されることを特徴とする請求項1乃至9に記載の装置。
The device according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the display is arranged in at least one of a plurality of partitioned arrays, dots and pixels, and is controlled independently and/or dependently, and a sense of movement and/or motion is presented to the display.
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