JP5875074B2 - Tactile stimulus generator and coordinate input system - Google Patents
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Description
本発明は、触覚刺激発生装置および座標入力システムに関し、特に、タッチパネル等と呼ばれる座標入力装置の前面に設置されて、操作者(ユーザ)の指先等へ制御された電気的な刺激信号を伝達することができる触覚刺激発生装置、およびこのような触覚刺激発生装置を備えた座標入力システムに関する。 The present invention relates to a tactile stimulus generator and a coordinate input system, and in particular, is installed in front of a coordinate input device called a touch panel or the like and transmits a controlled electrical stimulus signal to an operator (user) fingertip or the like. The present invention relates to a tactile stimulus generator that can perform such a function, and a coordinate input system including such a tactile stimulus generator.
タッチパネルやタッチスクリーン等と呼称される座標入力装置は、ユーザが指先を操作面に近接または接触させたときに、静電容量値等の変化によって操作面上における指先の座標位置を検出し、その座標位置に応じた入力操作を可能にするというものである。この種の座標入力装置はLCD(液晶ディスプレイ)等の表示装置の前面に設置されており、ユーザが表示装置の画面に表示されている所望の操作領域上に指先を置くと、その操作領域の操作内容が実行されるようなっている。なお、この種の座標入力装置の位置座標検出方式としては、静電容量式や抵抗膜式や表面弾性波式あるいは電磁誘導式など種々のものが知られている。 A coordinate input device called a touch panel or a touch screen detects the coordinate position of the fingertip on the operation surface by a change in capacitance value or the like when the user brings the fingertip close to or in contact with the operation surface. The input operation according to the coordinate position is made possible. This type of coordinate input device is installed in front of a display device such as an LCD (Liquid Crystal Display), and when the user places a fingertip on a desired operation region displayed on the screen of the display device, The operation is to be executed. As a position coordinate detection method of this type of coordinate input device, various methods such as a capacitance type, a resistance film type, a surface acoustic wave type, and an electromagnetic induction type are known.
ところで、この種の座標入力装置では、ユーザが自身の指先等の身体部分(以下、指先と略称)を操作面に近接または接触させる際に、指先が操作面の所望位置に置かれていることを目で見て確認する必要がある。すなわち、ユーザの指先が操作面のどこに置かれていても、指先に伝わる感覚には差異が生じないので、ユーザが操作面上における指先位置の視認を怠ると正しく操作することは困難となる。 By the way, in this type of coordinate input device, when a user brings a body part such as his fingertip (hereinafter abbreviated as fingertip) close to or in contact with the operation surface, the fingertip is placed at a desired position on the operation surface. It is necessary to confirm visually. That is, no matter where the fingertip of the user is placed on the operation surface, there is no difference in the sense transmitted to the fingertip, so that it is difficult for the user to correctly operate if the user does not visually recognize the fingertip position on the operation surface.
そこで従来より、ユーザが指先を操作面に近接または接触させると、指先に電気的な刺激信号が伝達されるようにした触覚刺激発生装置が提案されている。例えば特許文献1(図11参照)では、絶縁体108に覆われた電極106に高電圧(例えば1kV)の電圧源100から低周波(例えば100〜300Hz)の電気信号を供給し、この絶縁体108に近接または接触させた指先120と該電極106とを絶縁体108を介して容量結合させることにより、電気的な刺激信号を指先120に伝達し、指先120の皮膚121の下にあるパチニ小体122等に感知させるようにした触覚刺激発生装置が提案されている。この従来例では、電極106との容量結合によって指先120に励起される電荷を利用して刺激信号を発生させている。そして、電極106に供給する電気信号の周期等を制御することによって各種の電気的な刺激信号を指先120に伝達することができるようになっている。
Therefore, conventionally, a tactile stimulus generation device has been proposed in which an electrical stimulus signal is transmitted to a fingertip when a user brings the fingertip close to or in contact with an operation surface. For example, in Patent Document 1 (see FIG. 11), a low-frequency (for example, 100 to 300 Hz) electric signal is supplied from a high-voltage (for example, 1 kV)
しかしながら、特許文献1に開示されている従来の触覚刺激発生装置では、例えば、ユーザの身体の一部が接地された金属等に触れている状態で、指先120を触覚刺激発生装置に近接または接触させて、1kV程度といった電圧振幅の大きい電気信号が供給された電極106と指先120とを容量結合させたような場合には、交流の異常電流が指先120からユーザの体内へ流れ込みユーザに痛みを感じさせてしまう可能性があり、安全性の観点で課題を生じていた。電気信号の電圧振幅を小さくすると、指先120からユーザの体内へ異常電流が流れ込んでもユーザに痛みを感じさせる可能性は低下し、安全性は向上するが、指先120に付与することができる刺激信号が弱くなり、ユーザが刺激を感知しづらくなるという課題を生じていた。
However, in the conventional haptic stimulus generator disclosed in Patent Document 1, for example, the
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、安全で、ユーザが感知しやすい刺激信号を伝達することができる触覚刺激発生装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the actual situation of the prior art, and an object of the present invention is to provide a tactile stimulus generator that can transmit a stimulus signal that is safe and easy for a user to sense.
この課題を解決するために、請求項1に記載の触覚刺激発生装置は、ユーザの指先等の身体特定部が近接または接触したときに前記身体特定部に電気的な刺激信号を伝達可能な触覚刺激発生装置であって、前記身体特定部と容量結合することによって前記身体特定部に前記刺激信号を伝達する触覚伝達部と、前記触覚伝達部に制御された電気信号を付与する信号発生部と、を備え、前記信号発生部が生成する前記電気信号は、所定の周期で極性が反転する第1交流信号と、前記第1交流信号の極性が反転するときに挿入され前記第1交流信号よりも短い周期で極性が反転する第2交流信号と、を含んでいることを特徴とする。 In order to solve this problem, the tactile stimulus generation device according to claim 1 is capable of transmitting an electrical stimulation signal to the body specifying unit when the body specifying unit such as a user's fingertip approaches or comes into contact. A stimulus generator, a tactile transmission unit that transmits the stimulation signal to the body specifying unit by capacitive coupling with the body specifying unit, and a signal generation unit that applies a controlled electrical signal to the tactile transmission unit And the electric signal generated by the signal generator is inserted when the polarity of the first AC signal is inverted and the first AC signal whose polarity is inverted at a predetermined cycle, and from the first AC signal And a second AC signal whose polarity is inverted in a short cycle.
この構成の触覚刺激発生装置では、信号発生部が生成する電気信号は、所定の周期で極性が反転する第1交流信号と、第1交流信号の極性が反転するときに挿入され第1交流信号よりも短い周期で極性が反転する第2交流信号と、を含んでいる。このような電気信号は、時間とともに極性が変化(反転)し、かつ、時間とともに周期も変化する。そして、このような電気信号を利用して極性の変化に周期の変化が加わった刺激信号を身体特定部に伝達するので、ユーザが感知しやすい。また、この構成の触覚刺激発生装置では、電気信号の極性の変化に周期の変化を加えることでユーザが感知しやすい刺激信号としているので、電気信号の電圧振幅を小さくすることができる。そのため、ユーザの身体の一部が接地された金属等に触れている状態で、その身体特定部を触覚刺激発生装置に近接または接触させた場合でも、交流の異常電流が身体特定部からユーザの体内へ流れ込んでユーザに痛みを感じさせる可能性は低下し、安全性を向上できる。したがって、この構成の触覚刺激発生装置では、安全で、ユーザが感知しやすい刺激信号を身体特定部に伝達することができる。 In the tactile stimulus generating apparatus having this configuration, the electrical signal generated by the signal generating unit is inserted when the polarity of the first AC signal whose polarity is inverted at a predetermined period and the polarity of the first AC signal is inverted. And a second AC signal whose polarity is inverted at a shorter cycle. The polarity of such an electric signal changes (inverts) with time, and the period also changes with time. And since the stimulation signal which the change of the period added to the change of polarity is transmitted to a body specific part using such an electrical signal, it is easy for a user to perceive. Further, in the tactile stimulus generator having this configuration, the stimulus signal that is easy for the user to sense is obtained by adding a change in the period to the change in the polarity of the electrical signal, so that the voltage amplitude of the electrical signal can be reduced. For this reason, even when a part of the user's body is in contact with a grounded metal or the like and the body specifying part is brought close to or in contact with the tactile stimulus generating device, an abnormal AC current is generated from the body specifying part by the user. The possibility of flowing into the body and causing the user to feel pain is reduced, and safety can be improved. Therefore, the tactile stimulus generating apparatus having this configuration can transmit a safe and easy-to-detect stimulus signal to the body identifying unit.
請求項2に記載の触覚刺激発生装置は、請求項1に記載の触覚刺激発生装置において、前記触覚伝達部は、複数の触覚生成電極と、前記触覚生成電極の前面を覆う位置に設けられた絶縁層と、を備え、前記触覚生成電極には、前記信号発生部が生成する前記電気信号が印加され、前記触覚伝達部は、前記絶縁層を介して前記触覚生成電極に近接した前記身体特定部に前記刺激信号を伝達することを特徴とする。
The haptic stimulus generation device according to
この構成の触覚刺激発生装置では、触覚伝達部は、複数の触覚生成電極と、触覚生成電極の前面を覆う位置に設けられた絶縁層と、を備えている。そして、身体特定部を絶縁層を介して触覚生成電極に近接させたとき、絶縁層によって身体特定部と触覚生成電極との距離を安定的させることができる。そのため、絶縁層を介して身体特定部と触覚生成電極とを安定して容量結合させることができる。その結果、この構成の触覚刺激発生装置では、ユーザが感知しやすい刺激信号を安定して身体特定部に伝達することができる。 In the haptic stimulus generation device having this configuration, the haptic transmission unit includes a plurality of haptic generation electrodes and an insulating layer provided at a position covering the front surface of the haptic generation electrodes. And when a body specific part is made to adjoin to a tactile sense generating electrode through an insulating layer, the distance of a body specific part and a tactile sense generating electrode can be stabilized by an insulating layer. Therefore, the body identifying part and the tactile sensation generating electrode can be stably capacitively coupled via the insulating layer. As a result, in the tactile stimulus generating apparatus having this configuration, it is possible to stably transmit a stimulus signal that can be easily detected by the user to the body identifying unit.
請求項3に記載の触覚刺激発生装置は、請求項2に記載の触覚刺激発生装置において、前記複数の触覚生成電極は、少なくとも1つの第1触覚生成電極と少なくとも1つの第2触覚生成電極とを有し、前記電気信号は、プラス・マイナスの極性が互いに反対となる第1電気信号と第2電気信号とを含み、前記第1触覚生成電極には前記第1電気信号が、前記第2触覚生成電極には前記第2電気信号が、それぞれ印加され、前記触覚伝達部は、前記絶縁層を介して前記第1触覚生成電極および前記第2触覚生成電極に近接した前記身体特定部に前記刺激信号を伝達することを特徴とする。
The haptic stimulus generation device according to claim 3 is the haptic stimulus generation device according to
この構成の触覚刺激発生装置では、複数の触覚生成電極は、少なくとも1つの第1触覚生成電極と少なくとも1つの第2触覚生成電極とを有し、電気信号は、プラス・マイナスの極性が互いに反対となる第1電気信号と第2電気信号とを含み、第1触覚生成電極には第1電気信号が、第2触覚生成電極には第2電気信号が、それぞれ印加されている。そして、身体特定部を絶縁層を介してこのような第1触覚生成電極および第2触覚生成電極に近接させると、絶縁層を介して身体特定部と第1触覚生成電極および第2触覚生成電極とが容量結合する。その結果、触覚伝達部は、身体特定部の第1触覚生成電極および第2触覚生成電極と対向する部分に面的に分布する電荷を励起させることができる。また、身体特定部を介して第1触覚生成電極と第2触覚生成電極との電極パターン間に電流を流させることができる。電流は最短経路を通って流れようとする性質を持っているので、この電流は身体特定部の中でも第1触覚生成電極と第2触覚生成電極との電極パターン間に近い部分に集中して流れるようになる。この構成の触覚刺激発生装置では、このような電荷と電流とによって、電極パターンの形状を意識しやすく、ユーザがさらに感知しやすい刺激信号を身体特定部に伝達することができる。 In the haptic stimulus generation device having this configuration, the plurality of haptic generation electrodes include at least one first haptic generation electrode and at least one second haptic generation electrode, and the electrical signals have opposite positive and negative polarities. The first electrical signal is applied to the first haptic generation electrode, and the second electrical signal is applied to the second haptic generation electrode. And if a body specific part is made to adjoin to such a 1st tactile generating electrode and such a 2nd tactile generating electrode via an insulating layer, a body specific part, a 1st tactile generating electrode, and a 2nd tactile generating electrode will be interposed via an insulating layer And are capacitively coupled. As a result, the tactile transmission unit can excite the charges distributed in a plane on the part of the body specifying unit facing the first tactile generation electrode and the second tactile generation electrode. Moreover, an electric current can be sent between the electrode patterns of a 1st tactile sensation generating electrode and a 2nd tactile sensation generating electrode via a body specific part. Since the current has a property of trying to flow through the shortest path, this current flows in a concentrated manner in a portion close to the portion between the electrode patterns of the first tactile generating electrode and the second tactile generating electrode in the body specifying part. It becomes like this. In the tactile stimulus generating apparatus having this configuration, it is possible to transmit a stimulus signal that is easy to be aware of the shape of the electrode pattern and that is more easily perceived by the user to the body identifying part by using such electric charge and current.
請求項4に記載の触覚刺激発生装置は、請求項3に記載の触覚刺激発生装置において、前記信号発生部は、前記第1電気信号の電圧振幅と前記第2電気信号の電圧振幅とがほぼ等しくなるように前記電気信号を制御することを特徴とする。 The haptic stimulus generator according to claim 4 is the haptic stimulus generator according to claim 3, wherein the signal generator has a voltage amplitude of the first electric signal and a voltage amplitude of the second electric signal approximately. The electrical signals are controlled so as to be equal.
この構成の触覚刺激発生装置では、第1電気信号の電圧振幅と第2電気信号の電圧振幅とがほぼ同等となっている。そのため、第1触覚生成電極によって身体特定部に伝達する刺激信号と、第2触覚生成電極によって身体特定部に伝達する刺激信号と、をほぼ同等の強さにすることができる。このような、複数の触覚生成電極を、触覚刺激発生シートの絶縁層の前面に均等な分布で配置することによって、位置による強さのばらつきが小さい刺激信号を身体特定部に伝達することができる。その結果、この構成の触覚刺激発生装置では、ユーザが感知しやすい刺激信号を安定して身体特定部に伝達することができる。 In the tactile stimulus generator having this configuration, the voltage amplitude of the first electric signal is substantially equal to the voltage amplitude of the second electric signal. Therefore, the stimulus signal transmitted to the body specifying part by the first tactile sensation electrode and the stimulus signal transmitted to the body specifying part by the second tactile sensation electrode can be made substantially equal in strength. By arranging such a plurality of tactile generating electrodes in a uniform distribution on the front surface of the insulating layer of the tactile stimulation generating sheet, it is possible to transmit a stimulation signal with a small variation in strength depending on the position to the body specifying unit. . As a result, in the tactile stimulus generating apparatus having this configuration, it is possible to stably transmit a stimulus signal that can be easily detected by the user to the body identifying unit.
請求項5に記載の触覚刺激発生装置は、請求項2ないし請求項4のいずれかに記載の触覚刺激発生装置において、前記触覚伝達部は、前記絶縁層の前面に設けられた抵抗膜を備え、前記抵抗膜の表面抵抗率は、5×1011〜5×1012Ω/□であることを特徴とする。
The haptic stimulus generation device according to
この構成の触覚刺激発生装置では、触覚伝達部は、絶縁層の前面に設けられた抵抗膜を備えている。そして、抵抗膜の表面抵抗率は、5×1011〜5×1012Ω/□である。このような抵抗膜にはわずかに電流が流れるので、身体特定部が抵抗膜と接触しながら移動するときに、身体特定部と抵抗膜との間に摩擦帯電が発生しても、摩擦帯電によって励起された電荷を抵抗膜の内部に拡散させることができる。そのため、身体特定部と抵抗膜との間の摩擦帯電を抑制できる。その結果、身体特定部と抵抗膜との間の摩擦帯電の影響がなく、ユーザがさらに感知しやすい刺激信号を身体特定部に伝達することができる。 In the haptic stimulus generating apparatus having this configuration, the haptic transmission unit includes a resistance film provided on the front surface of the insulating layer. The surface resistivity of the resistance film is 5 × 10 11 to 5 × 10 12 Ω / □. Since a small amount of current flows through such a resistive film, even if frictional charging occurs between the body specific part and the resistive film when the body specific part moves while in contact with the resistive film, The excited electric charge can be diffused into the resistance film. Therefore, frictional charging between the body specifying part and the resistance film can be suppressed. As a result, there is no influence of frictional charging between the body specifying part and the resistance film, and a stimulation signal that is more easily perceived by the user can be transmitted to the body specifying part.
請求項6に記載の座標入力システムは、請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の触覚刺激発生装置と、前記身体特定部が近接したときにその座標位置を検出可能な座標入力装置と、を備え、前記触覚刺激発生装置は、前記座標入力装置の前面に設置され、前記触覚伝達部は、前記座標入力装置から得られた前記座標位置の情報に対応して、前記刺激信号を前記身体特定部に伝達する。 A coordinate input system according to a sixth aspect includes a tactile stimulus generating device according to any one of the first to fifth aspects, and a coordinate input device capable of detecting a coordinate position when the body specifying unit approaches. The tactile stimulus generation device is installed on the front surface of the coordinate input device, and the tactile transmission unit outputs the stimulus signal in response to the coordinate position information obtained from the coordinate input device. Communicate to the body specific part.
この構成の座標入力システムでは、請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の触覚刺激発生装置を備えている。そのため、触覚刺激発生装置は、安全で、ユーザが感知しやすい刺激信号を伝達することができる。そして、このような触覚刺激発生装置が、座標入力装置の前面に設置され、触覚伝達部は、座標入力装置から得られた座標位置の情報に対応して、刺激信号を身体特定部に伝達している。その結果、この構成の座標入力システムでは、座標入力装置に身体特定部が近接したときにその座標位置を検出し、その座標位置に応じた入力操作を可能にするとともに、安全で、ユーザが感知しやすい刺激信号を身体特定部に伝達することができる。 The coordinate input system having this configuration includes the tactile stimulus generator according to any one of claims 1 to 5. Therefore, the tactile stimulus generator can transmit a stimulus signal that is safe and easy for the user to sense. Then, such a tactile stimulus generating device is installed on the front surface of the coordinate input device, and the tactile sense transmitting unit transmits a stimulus signal to the body specifying unit corresponding to the coordinate position information obtained from the coordinate input device. ing. As a result, the coordinate input system configured as described above detects the coordinate position when the body specifying unit comes close to the coordinate input device, enables an input operation according to the coordinate position, and is safe and sensed by the user. It is possible to transmit a stimulus signal that is easy to perform to the body identifying part.
本発明の触覚刺激発生装置では、信号発生部が生成する電気信号は、所定の周期で極性が反転する第1交流信号と、第1交流信号の極性が反転するときに挿入され第1交流信号よりも短い周期で極性が反転する第2交流信号と、を含んでいる。このような電気信号は、時間とともに極性が変化(反転)し、かつ、時間とともに周期も変化する。そして、このような電気信号を利用して極性の変化に周期の変化が加わった刺激信号を身体特定部に伝達するので、ユーザが感知しやすい。また、この構成の触覚刺激発生装置では、電気信号の極性の変化に周期の変化を加えることでユーザが感知しやすい刺激信号としているので、電気信号の電圧振幅を小さくすることができる。そのため、ユーザの身体の一部が接地された金属等に触れている状態で、その身体特定部を触覚刺激発生装置に近接または接触させた場合でも、交流の異常電流が身体特定部からユーザの体内へ流れ込んでユーザに痛みを感じさせる可能性は低下し、安全性を向上できる。したがって、この構成の触覚刺激発生装置では、安全で、ユーザが感知しやすい刺激信号を身体特定部に伝達することができる。 In the tactile stimulus generator according to the present invention, the electrical signal generated by the signal generator is inserted when the polarity of the first AC signal whose polarity is inverted at a predetermined period and the polarity of the first AC signal is inverted. And a second AC signal whose polarity is inverted at a shorter cycle. The polarity of such an electric signal changes (inverts) with time, and the period also changes with time. And since the stimulation signal which the change of the period added to the change of polarity is transmitted to a body specific part using such an electrical signal, it is easy for a user to perceive. Further, in the tactile stimulus generator having this configuration, the stimulus signal that is easy for the user to sense is obtained by adding a change in the period to the change in the polarity of the electrical signal, so that the voltage amplitude of the electrical signal can be reduced. For this reason, even when a part of the user's body is in contact with a grounded metal or the like and the body specifying part is brought close to or in contact with the tactile stimulus generating device, an abnormal AC current is generated from the body specifying part by the user. The possibility of flowing into the body and causing the user to feel pain is reduced, and safety can be improved. Therefore, the tactile stimulus generating apparatus having this configuration can transmit a safe and easy-to-detect stimulus signal to the body identifying unit.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、本発明の実施形態に係る触覚刺激発生装置の構成について図1を用いて説明する。図1は、本発明の実施形態に係る触覚刺激発生装置の構成を示す説明図である。 First, the configuration of a tactile stimulus generator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a tactile stimulus generator according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、本実施形態では、触覚刺激発生装置1は、座標入力装置21の前面(図の上方)に設置されて使用される。そして、触覚刺激発生装置1と座標入力装置21とは、座標入力システム20を構成している。座標入力装置21はタッチパネルやタッチスクリーン等と呼称されるシート状の座標入力装置であり、ユーザが自身の指先40等の身体特定部(以下、指先40と略称)を操作面に接触させると、静電容量値等の変化によって操作面上における指先40の座標位置を検出し、その座標位置に応じた入力操作を可能にするというものである。このような座標入力装置21はLCD(液晶ディスプレイ)等の表示装置(以下、表示装置と略称)の前面に設置されて、ユーザが表示装置の画面に表示されている所望の操作領域上に指先40を置くと、その操作領域の操作内容を実行することができるようになっている。そして、触覚刺激発生装置1は、座標入力装置21によって座標位置が検出された指先40に対して、制御された電気的な刺激信号(触覚刺激)を伝達するための装置である。
As shown in FIG. 1, in this embodiment, the tactile stimulus generator 1 is installed and used on the front surface (upper part of the drawing) of the coordinate
触覚刺激発生装置1は、指先40に刺激信号を伝達する触覚伝達部2を備えている。触覚伝達部2は、触覚刺激発生シート3と触覚刺激発生シート3の前面に配置された透明保護シート6とを備えている。触覚刺激発生シート3は、透明な絶縁層4と絶縁層4の前面に設けられた透明電極からなる触覚生成電極5とを備えている。透明保護シート6は、透明な絶縁層7と絶縁層7の前面に設けられた抵抗膜8とを備えている。触覚刺激発生装置1は、さらに、触覚伝達部2に制御された電気信号を付与する信号発生部10を備えている。そして、信号発生部10で生成された電気信号は、触覚伝達部2の触覚生成電極5に印加されている。
The haptic stimulus generator 1 includes a
次に、本発明の実施形態に係る触覚刺激発生装置1を座標入力装置21の前面に設置した場合の使用例について図2〜図6を用いて説明する。図2は、図1に示す触覚刺激発生装置の使用例を座標入力装置と共に示す分解斜視図である。図3は、図2に示す触覚刺激発生シートと透明保護シートとX座標検出シートとY座標検出シートとの積層構造を模式的に示す要部断面図である。図4は、図2に示すX座標検出シートの電極パターンを示す平面図である。図5は、図2に示すY座標検出シートの電極パターンを示す平面図である。図6は、図2に示す触覚刺激発生シートの電極パターンを示す平面図である。
Next, a usage example when the tactile stimulus generator 1 according to the embodiment of the present invention is installed on the front surface of the coordinate
図2に示す使用例では、座標入力装置21はX座標検出シート22とY座標検出シート25とを備えている。Y座標検出シート25は図示せぬ表示装置の前面に配置されており、X座標検出シート22はY座標検出シート25の前面に配置されている。そして、触覚刺激発生装置1の触覚刺激発生シート3はX座標検出シート22の前面に配置されており、透明保護シート6は触覚刺激発生シート3の前面に配置されている。そして、透明保護シート6の前面は指先40が接触する操作面となっている。なお、本実施形態では、透明保護シート6はカバー体30と一体に形成されている。また、図3に示すように、Y座標検出シート25とX座標検出シート22と触覚刺激発生シート3と透明保護シート6とは積層されて、一体のシートとして使用される。
In the usage example shown in FIG. 2, the coordinate
次に、座標入力装置21のX座標検出シート22について説明する。図2および図3に示すように、X座標検出シート22は、PET等からなる透明な絶縁層23と、絶縁層23の前面に多数配設された菱形形状の透明電極からなる第1検出電極24と、を備えている。図4に示すように、第1検出電極24は均等な分布で配置されて第1検出電極24群を構成している。第1検出電極24群のうち複数の第1検出電極24はY軸方向(図示縦方向)に一列に並んで連結され、第1検出電極列24Aを構成している。そして、第1検出電極列24AはX軸方向(図示横方向)に等間隔に分散配置されている。
Next, the X coordinate
次に、座標入力装置21のY座標検出シート25について説明する。図2および図3に示すように、Y座標検出シート25は、PET等からなる透明な絶縁層26と、絶縁層26の前面に多数配設された菱形形状の透明電極からなる第2検出電極27と、を備えている。図5に示すように、第2検出電極27は均等な分布で配置されて第2検出電極27群を構成している。第2検出電極27群のうち複数の第2検出電極27はX軸方向に一列に並んで連結され、第2検出電極列27Aを構成している。そして、第2検出電極列27AはY軸方向に等間隔に分散配置されている。
Next, the Y coordinate
X座標検出シート22の全ての第1検出電極24と、Y座標検出シート25の全ての第2検出電極27と、は平面視で重なり合わないように配置されている。すなわち、第1検出電極24群において隣接する第1検出電極24間に形成される隙間の前方にそれぞれ第2検出電極27が位置し、かつ、第2検出電極27群おいて隣接する第2検出電極27間に形成される隙間の後方にそれぞれ第1検出電極24が位置するという配置にしてある。そして、X座標検出シート22の全ての第1検出電極24と、Y座標検出シート25の全ての第2検出電極27と、は図示せぬ座標位置検出用の回路に接続されている。
All of the
本実施形態で使用される座標入力装置21の座標検出方式は、静電容量式と呼ばれる方式である。その検出原理は公知であるため詳細な説明を省略するが、ユーザが指先40を近接させると、指先40の近傍で第1検出電極24と第2検出電極27との間の静電容量値が減少することにより、この静電容量値の変化に基づいて指先40の座標位置を検出できるようになっている。
The coordinate detection method of the coordinate
次に、触覚刺激発生装置1の触覚刺激発生シート3について説明する。図2および図3に示すように、触覚刺激発生シート3は、PET(ポリエチレンテレフタレート)等からなる透明な絶縁層4と、絶縁層4の前面に多数配設された菱形形状の透明電極からなる触覚生成電極5と、を備えている。図4〜図6に示すように、触覚生成電極5は、X座標検出シート22の第1検出電極24群のそれぞれの電極と平面視で重なり合うように配置された複数の第1触覚生成電極5aと、Y座標検出シート25の第2検出電極27群のそれぞれの電極と平面視で重なり合うように配置された複数の第2触覚生成電極5bと、からなる。そして、これら複数の第1触覚生成電極5aと複数の第2触覚生成電極5bとは、触覚生成電極5群を構成している。
Next, the tactile stimulus generation sheet 3 of the tactile stimulus generator 1 will be described. As shown in FIGS. 2 and 3, the tactile stimulus generating sheet 3 is composed of a transparent insulating layer 4 made of PET (polyethylene terephthalate) or the like, and a rhombus-shaped transparent electrode arranged on the front surface of the insulating layer 4. And a tactile
触覚生成電極5群のうち複数の第1触覚生成電極5aは、第1検出電極24と同様にY軸方向(図示縦方向)に一列に並んで連結され、第1触覚生成電極列5Aを構成している。そして、第1触覚生成電極列5Aは、X軸方向(図示横方向)に等間隔に分散配置されている。また、触覚生成電極5群のうち複数の第2触覚生成電極5bは、第2検出電極27と同様にX軸方向に一列に並んで連結され、第2触覚生成電極列5Bを構成している。そして、第2触覚生成電極列5Bは、Y軸方向に等間隔に分散配置されている。第1触覚生成電極列5Aは第1検出電極列24Aと、第2触覚生成電極列5Bは第2検出電極列27Aと、それぞれ平面視で重なり合うように配置されている。
A plurality of first
次に、触覚刺激発生装置1の透明保護シート6について説明する。図2および図3に示すように、透明保護シート6は、PET(ポリエチレンテレフタレート)等からなる透明な絶縁層7と、絶縁層7の前面に設けられた抵抗膜8と、を備えている。そして、抵抗膜8の前面が操作面となっている。抵抗膜8は摩擦帯電を抑制するためのものであり、その表面抵抗率は5×1011〜5×1012Ω/□である。このような抵抗膜8は、例えば所定の表面抵抗率を有する透明な抵抗体の材料で絶縁層7の表面をコーティングすることによって得られる。図3に示すように、透明保護シート6と触覚刺激発生シート3とが積層されたとき、絶縁層7は触覚刺激発生シート3の触覚生成電極5群を覆う位置に延在するようになる。そして、指先40が操作面に接触するとき、指先40は抵抗膜8の前面と接触し、かつ、抵抗膜8および絶縁層7を介して触覚生成電極5群と近接することになる。
Next, the transparent protective sheet 6 of the tactile stimulus generator 1 will be described. As shown in FIGS. 2 and 3, the transparent protective sheet 6 includes a transparent insulating
次に、触覚刺激発生装置1の回路構成および動作原理について図7および図8を用いて説明する。図7は、図1に示す信号発生部の回路構成例を示す説明図である。図8は、図1に示す触覚伝達部の動作原理を示す説明図である。 Next, the circuit configuration and operation principle of the tactile stimulus generator 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is an explanatory diagram showing a circuit configuration example of the signal generator shown in FIG. FIG. 8 is an explanatory diagram showing the operating principle of the tactile transmission unit shown in FIG.
触覚刺激発生装置1は、触覚伝達部2に制御された電気信号を付与する信号発生部10を備えている。信号発生部10では、例えば図7に例示した回路を使用して所定の電気信号を生成している。図7において、Siは、例えば±2Vの範囲内の、指令信号である。Soは、例えば±2kV範囲内の、信号発生部10が生成する電気信号(以下、出力信号Soと略称)である。指令信号Siの電圧と演算アンプ11の基準電圧であるGND(0V)との電位差が演算アンプ11で増幅されたのち、ドライブ回路12に入力される。そして、ドライブ回路12の出力端子の電圧が指令値に従った電圧となるように帰還回路13を介してフィードバックされて安定化される。ドライブ回路12の出力端子は抵抗14を介して触覚伝達部2の触覚生成電極5群に接続され、出力信号Soが触覚生成電極5群に印加される。抵抗14の両端には絶縁アンプ15の2つの入力端子が接続されている。抵抗14の両端にあらわれる電圧は抵抗14を流れる電流量に比例することから、抵抗14の両端の電圧を絶縁アンプ15にて演算処理し、絶縁アンプ15の出力端子から電流情報Iとして取り出すことにより、ドライブ回路12から触覚生成電極5群に流れる電流量をモニタできるようになっている。
The tactile stimulus generator 1 includes a
指令信号Siとして使用される電気信号は、所定の周期で極性が反転するいわゆる交流の電気信号であり、出力信号Soも同様に交流の電気信号となる。そして、指令信号Siの電圧振幅や周期を変化させることにより、出力信号Soの電圧振幅や周期を制御することができる。また、出力信号Soが矩形波やパルス状のものであるならば、立ち上がり時間を制御することもできる。 The electrical signal used as the command signal Si is a so-called AC electrical signal whose polarity is inverted at a predetermined cycle, and the output signal So is also an AC electrical signal. The voltage amplitude and cycle of the output signal So can be controlled by changing the voltage amplitude and cycle of the command signal Si. If the output signal So is a rectangular wave or pulse, the rise time can be controlled.
なお、図8に示すように、本実施形態では、このような回路を2つもしくはそれ以上使用して、プラス・マイナスの極性が互いに反対となる、第1電気信号So1と第2電気信号So2とを出力信号Soとして生成している。そして、第1電気信号So1の電圧振幅と第2電気信号So2の電圧振幅とが、それぞれ所定の値となるように制御している。第1電気信号So1は触覚生成電極5群を構成する第1触覚生成電極5aに、第2電気信号So2は触覚生成電極5群を構成する第2触覚生成電極5bに、それぞれ印加されている。その結果、第1触覚生成電極5aと第2触覚生成電極5bとは、交互に一方が他方に対して相対的にプラス側電極になって他方が相対的にマイナス側電極になる。そして、第1電気信号So1および第2電気信号So2は交流の電気信号なので、プラス側電極とマイナス側電極とは時間とともに入れ替わる。図8では、第1触覚生成電極5aがプラス側電極となり、第2触覚生成電極5bがマイナス側電極となったときの動作状態を示している。
As shown in FIG. 8, in this embodiment, two or more such circuits are used, and the first and second electric signals So1 and So2 have opposite positive and negative polarities. Are generated as an output signal So. Then, the voltage amplitude of the first electric signal So1 and the voltage amplitude of the second electric signal So2 are controlled so as to have predetermined values, respectively. The first electric signal So1 is applied to the first
また、本実施形態では、触覚生成電極5群のプラス側電極に流れる電流の電流情報を第1電流情報I1として、マイナス側電極に流れる電流の電流情報を第2電流情報I2として、それぞれ取り出し、プラス側電極から指先40へ流入する電流量と、指先40からマイナス側電極へ流出する電流量とが、ほぼ同等になるように、第1電流情報I1と第2電流情報I2とをモニタしながら電流量を制御している。電流量の制御方法としては、例えば電気信号が矩形波やパルス状のものであるならば、電流量を増やす場合は、立ち上がり時間が短く(立ち上がりが急峻に)なるようにし、電流量を減らす場合は、立ち上がり時間が長く(立ち上がりが緩やかに)なるようにすることで制御することができる。
Further, in the present embodiment, the current information of the current flowing through the plus side electrode of the tactile
触覚刺激発生装置1では、このようにして出力信号Soを触覚伝達部2の触覚生成電極5群に印加している。そして、触覚伝達部2は、透明保護シート6の抵抗膜8および絶縁層7を介して触覚生成電極5群に近接した指先40と、触覚生成電極5群と、を容量結合させることによって指先40に電気的な刺激信号を伝達することができる。この刺激信号は、指先40の皮膚に励起された電荷を利用した第1刺激信号と、指先40を介して電極パターン間を流れる電流を利用した第2刺激信号と、を含んでいる。
In the haptic stimulus generator 1, the output signal So is applied to the
第1刺激信号は、以下のようにして指先40に伝達することができる。図8に示すように、指先40が操作面に接触すると、指先40は抵抗膜8および絶縁層7を介して近傍の触覚生成電極5群と近接し、触覚生成電極5群と容量結合する。そして、触覚生成電極5群には交流の電気信号である出力信号Soが印加されているので、出力信号Soの電圧振幅や周期に対応して指先40が帯電し、指先40の皮膚に電荷が励起される。この電荷は、指先40の近傍の触覚生成電極5群と対向する部分に面的に分布する。そして、この電荷によって指先40を刺激する第1刺激信号を指先40に伝達することができる。
The first stimulus signal can be transmitted to the
第2刺激信号は、以下のようにして指先40に伝達することができる。図8に示すように、指先40が操作面に接触すると、指先40は抵抗膜8および絶縁層7を介して近傍の触覚生成電極5群と近接し、触覚生成電極5群と容量結合する。そして、触覚生成電極5群には交流の電気信号である出力信号Soが印加されているので、出力信号Soの電圧振幅や周期や立ち上がり時間に対応して触覚生成電極5群と指先40との間には交流の電流が流れる。この電流は、触覚生成電極5群のうちのプラス側電極から指先40へ流入する電流と、指先40から触覚生成電極5群のうちのマイナス側電極へ流出する電流とからなる。そして、プラス側電極から指先40へ流入する電流量と、マイナス側電極へ指先40から流出する電流量とがほぼ同等になるように電流量を制御することにより、指先40を介してプラス側電極から隣接するマイナス側電極へ流れるようになる。電流は最短経路を通って流れようとする性質を持っているので、この電流は、指先40の中でもプラス側電極およびマイナス側電極の電極パターン間に近い部分に集中して流れる。そして、この電流によって指先40を刺激する第2刺激信号を指先40に伝達することができる。
The second stimulus signal can be transmitted to the
触覚刺激発生装置1では、このような第1刺激信号と第2刺激信号とを指先40に伝達することができ、電極パターンの形状を意識しやすい擬似的な触覚刺激としてユーザに感知させることができる。そして、このような触覚刺激発生装置1を座標入力装置21の前面に設置して使用することによって、指先40が操作面上のどの領域に置かれているのかを触覚刺激としてユーザにフィードバックできるようになる。
The tactile stimulus generator 1 can transmit such a first stimulus signal and a second stimulus signal to the
次に、信号発生部10が生成する電気信号である出力信号Soの特性について図9〜図11を用いて説明する。図9は、図7に示す信号発生部の出力信号の特性例を示す説明図である。図10は、図9に示す出力信号の第1交流信号の特性を示す説明図である。図11は、図9に示す出力信号の第2交流信号の特性を示す説明図である。
図9〜図11において、横軸は時間t、縦軸は電圧Vである。
Next, the characteristics of the output signal So, which is an electrical signal generated by the
9 to 11, the horizontal axis represents time t and the vertical axis represents voltage V.
図9に例示するように、出力信号Soは、所定の周期で極性が反転する第1交流信号Sa1と、第1交流信号Sa1の極性が反転するときに挿入され第1交流信号Sa1よりも短い周期で極性が反転する第2交流信号Sa2と、を含んだ電気信号となっている。第1交流信号Sa1としては、例えば図10に示すように、電圧振幅がV1、周期がT1、立ち上がり時間がta、の矩形波が使用される。第1交流信号Sa1の周期T1としては、例えば2〜10msec(周波数に換算して100〜500Hz)程度の周期のものが使用される。そして、第1交流信号Sa1の極性は半周期(周期T1の2分の1)ごとに反転する。第2交流信号Sa2としては、例えば図11に示すように、電圧振幅がV1、周期がT2、の矩形波が使用される。第2交流信号Sa2の周期T2としては、例えば第1交流信号Sa1の周期T1の4分の1程度の周期のものが使用される。 As illustrated in FIG. 9, the output signal So is inserted when the polarity of the first AC signal Sa1 whose polarity is inverted at a predetermined period and the polarity of the first AC signal Sa1 is inverted, and shorter than the first AC signal Sa1. It is an electric signal including the second AC signal Sa2 whose polarity is inverted with a period. As the first AC signal Sa1, for example, as shown in FIG. 10, a rectangular wave having a voltage amplitude V1, a period T1, and a rise time ta is used. As the period T1 of the first AC signal Sa1, for example, one having a period of about 2 to 10 msec (100 to 500 Hz in terms of frequency) is used. Then, the polarity of the first AC signal Sa1 is inverted every half cycle (1/2 of the cycle T1). As the second AC signal Sa2, for example, a rectangular wave having a voltage amplitude of V1 and a period of T2 is used as shown in FIG. As the period T2 of the second AC signal Sa2, for example, one having a period of about a quarter of the period T1 of the first AC signal Sa1 is used.
なお、図9では、出力信号Soとして、第1交流信号Sa1の1周期分の信号において、極性が反転する時間t1とt2との間に、第2交流信号Sa2の2周期分の信号を挿入した場合の例を示している。電圧振幅V1、周期T1、周期T2、および立ち上がり時間taは、指令信号Siの特性を変化させることによって所定の値に制御される。このようにして制御された出力信号Soを1回または複数回繰り返して触覚生成電極5群に印加することによって、所定の強さに制御された電気的な刺激信号を伝達することができる。このとき、極性が反転する時間t1とt2での第1交流信号Sa1の電圧は0でなくともよく、第1交流信号Sa1の電圧がV1から−V1へ減少する時間帯、あるいは−V1からV1へ増加する時間帯であればどこでも良い。
In FIG. 9, as the output signal So, a signal for two cycles of the second AC signal Sa2 is inserted between the times t1 and t2 when the polarity is inverted in the signal for one cycle of the first AC signal Sa1. An example is shown. The voltage amplitude V1, the period T1, the period T2, and the rise time ta are controlled to predetermined values by changing the characteristics of the command signal Si. By applying the output signal So controlled in this way to the tactile
ここで、電気的な刺激信号は、前述したように、指先40の皮膚に励起された電荷を利用した第1刺激信号と、指先40を介して電極パターン間を流れる電流を利用した第2刺激信号と、を含んでいる。そして、第1刺激信号の強さは、例えば以下の方法によって制御できる。出力信号Soの電圧振幅V1を大きくすると、励起される電荷は増加し、第1刺激信号は強くなる。逆に、電圧振幅V1を小さくすると、励起される電荷は減少し、第1刺激信号は弱くなる。第2刺激信号の強さは、例えば以下の方法によって制御できる。第1交流信号Sa1の立ち上がり時間taを短く(立ち上がりを急峻に)すると、指先40へ流入する電流量が増加し、第2刺激信号は強くなる。逆に、立ち上がり時間taを長く(立ち上がりを緩やかに)すると、指先40へ流入する電流量が減少し、第2刺激信号は弱くなる。触覚刺激発生装置1では、このようにして第1刺激信号および第2刺激信号の強さを制御することができる。
Here, as described above, the electrical stimulation signal is the first stimulation signal using the charge excited on the skin of the
第1刺激信号は、電極形状によらず一様な刺激を発生するのに適している。また、第2刺激信号は、電極形状に即した刺激を発生するのに適している。そして、第1刺激信号の強さと第2刺激信号の強さとを適切に制御することにより、指先40に伝達する電気的な刺激信号の状態を可変することができる。例えば、特定のボタンのボタン形状のエッジ部を強調する刺激信号を指先40に伝達することが可能である。また、操作面上の位置に合せて刺激信号を変化させ、例えば、テクスチャ感覚を連想させるような刺激信号を指先40に伝達することが可能である。また、例えば、スワイプ入力のような動作を行う場合に、動作に合せて刺激信号を時間的に変化させることも可能である。逆に、電極形状や位置等によらず、安定した刺激信号を指先40に伝達することも可能である。
The first stimulus signal is suitable for generating a uniform stimulus regardless of the electrode shape. The second stimulus signal is suitable for generating a stimulus in accordance with the electrode shape. The state of the electrical stimulus signal transmitted to the
次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態に係る触覚刺激発生装置1では、信号発生部10が生成する電気信号である出力信号Soは、所定の周期T1で極性が反転する第1交流信号Sa1と、第1交流信号Sa1の極性が反転するときに挿入され第1交流信号Sa1よりも短い周期T2で極性が反転する第2交流信号Sa2と、を含んでいる。このような出力信号Soは、時間とともに極性が変化(反転)し、かつ、時間とともに周期も変化する。そして、このような出力信号Soを利用して極性の変化に周期の変化が加わった刺激信号を指先40に伝達するので、ユーザが感知しやすい。また、触覚刺激発生装置1では、出力信号Soの極性の変化に周期の変化を加えることでユーザが感知しやすい刺激信号としているので、出力信号Soの電圧振幅を小さくすることができる。そのため、ユーザの身体の一部が接地された金属等に触れている状態で、その指先40を触覚刺激発生装置1に近接または接触させた場合でも、交流の異常電流が指先40からユーザの体内へ流れ込んでユーザに痛みを感じさせる可能性は低下し、安全性を向上できる。したがって、触覚刺激発生装置1では、安全で、ユーザが感知しやすい刺激信号を指先40に伝達することができる。
Next, the effect of this embodiment will be described. In the tactile stimulus generator 1 according to the present embodiment, the output signal So, which is an electrical signal generated by the
さらに、本実施形態に係る触覚刺激発生装置1では、触覚伝達部2は、触覚生成電極5群と、触覚生成電極5群の前面を覆う位置に設けられた絶縁層7と、を備えている。そして、指先40を絶縁層7を介して触覚生成電極5群に近接させたとき、絶縁層7によって指先40と触覚生成電極5群との距離を安定的させることができる。そのため、絶縁層7を介して指先40と触覚生成電極5群とを安定して容量結合させることができる。その結果、触覚刺激発生装置1では、ユーザが感知しやすい刺激信号を安定して指先40に伝達することができる。
Furthermore, in the haptic stimulus generation device 1 according to the present embodiment, the
さらに、本実施形態に係る触覚刺激発生装置1では、触覚生成電極5群は、第1触覚生成電極5aと第2触覚生成電極5bとを有し、出力信号Soは、プラス・マイナスの極性が互いに反対となる第1電気信号So1と第2電気信号So2とを含み、第1触覚生成電極5aには第1電気信号So1が、第2触覚生成電極5bには第2電気信号So2が、それぞれ印加されている。そして、指先40を絶縁層7を介してこのような第1触覚生成電極5aおよび第2触覚生成電極5bに近接させると、絶縁層7を介して指先40と第1触覚生成電極5aおよび第2触覚生成電極5bとが容量結合する。その結果、触覚伝達部2は、指先40の第1触覚生成電極5aおよび第2触覚生成電極5bと対向する部分に面的に分布する電荷を励起させることができる。また、指先40を介して第1触覚生成電極5aと第2触覚生成電極5bとの電極パターン間に電流を流させることができる。電流は最短経路を通って流れようとする性質を持っているので、この電流は指先40の中でも第1触覚生成電極5aと第2触覚生成電極5bとの電極パターン間に近い部分に集中して流れるようになる。触覚刺激発生装置1では、このような電荷と電流とによって、電極パターンの形状を意識しやすく、ユーザがさらに感知しやすい刺激信号を指先40に伝達することができる。
Furthermore, in the haptic stimulation generating apparatus 1 according to the present embodiment, the
なお、本実施形態に係る触覚刺激発生装置1では、第1電気信号So1の電圧振幅と第2電気信号So2の電圧振幅とがほぼ同等になるように出力信号Soが制御されていることが望ましい。このような触覚刺激発生装置1では、第1触覚生成電極5aによって指先40に伝達する刺激信号(特に第1刺激信号)と、第2触覚生成電極5bによって指先40に伝達する刺激信号(特に第1刺激信号)と、をほぼ同等の強さにすることができる。このような、触覚生成電極5群を、触覚刺激発生シート3の絶縁層4の前面に均等な分布で配置することによって、位置による強さのばらつきが小さい刺激信号を指先40に伝達することができる。その結果、触覚刺激発生装置1では、ユーザが感知しやすい刺激信号を安定して指先40に伝達することができる。
In the tactile stimulus generator 1 according to the present embodiment, it is desirable that the output signal So is controlled so that the voltage amplitude of the first electric signal So1 and the voltage amplitude of the second electric signal So2 are substantially equal. . In such a tactile stimulus generation device 1, a stimulus signal (particularly the first stimulus signal) transmitted to the
次に、抵抗膜8の効果について説明する。本実施形態に係る触覚刺激発生装置1では、触覚伝達部2の透明保護シート6は、PET(ポリエチレンテレフタレート)等からなる透明な絶縁層7を備えている。このような材質の絶縁層7は指先40との間で摩擦帯電を生じやすい。ここで、もしも絶縁層7の前面に抵抗膜8が設けられていない場合、絶縁層7の前面が操作面となる。そして、指先40が絶縁層7と接触しながら移動するときに、指先40と絶縁層7との間の摩擦帯電によって指先40の皮膚には電荷が励起されやすくなる。このとき、触覚刺激発生装置1では、絶縁層7を介した指先40と触覚生成電極5との間の容量結合を利用して指先40を帯電させている。そして、この帯電によって指先40の皮膚に励起された電荷を利用して刺激信号(特に第1刺激信号)を発生させているので、摩擦帯電が刺激信号に影響を与える可能性がある。
Next, the effect of the
しかしながら、本実施形態に係る触覚刺激発生装置1では、絶縁層7の前面に設けられた抵抗膜8を備えている。そして、抵抗膜8の表面抵抗率は、5×1011〜5×1012Ω/□である。そして、抵抗膜8の前面が操作面になっている。このような抵抗膜8にはわずかに電流が流れるので、指先40が抵抗膜8と接触しながら移動するときに、指先40と抵抗膜8との間に摩擦帯電が発生しても、摩擦帯電によって励起された電荷を抵抗膜8の内部に拡散させることができる。そのため、指先40と抵抗膜8との間の摩擦帯電を抑制できる。その結果、指先40と抵抗膜8との間の摩擦帯電の影響がなく、ユーザがさらに感知しやすい刺激信号を指先40に伝達することができる。
However, the tactile stimulus generator 1 according to the present embodiment includes the
ここで、抵抗膜8の表面抵抗率について図12を用いて補足説明する。図12は、本発明の実施形態に係る抵抗膜の表面抵抗率と表面電位との関係を模式的に示す説明図である。図12において、横軸は表面抵抗率ρ、縦軸は表面電位Vsである。表面電位Vsは、抵抗膜が帯電しやすいほど高くなり、抵抗膜が帯電しにくいほど低くなるので、抵抗膜の帯電しやすさの指標となる。
Here, the surface resistivity of the
図12に示すように、表面抵抗率ρが極端に低いとき、表面電位Vsの値は非常に低くなっている。これは、抵抗膜を電流が非常に流れやすくなり、その結果、非常に帯電しにくくなっていることを示している。このような材質の抵抗膜では、摩擦帯電を生じることはないが、摩擦帯電以外の帯電まで阻害するようになる。例えば、本実施形態では、抵抗膜8および絶縁層7を介した指先40と触覚生成電極5との間の容量結合を利用して指先40を帯電させているが、こうした帯電までも阻害してしまう。そのため、このような材質は抵抗膜8には適さない。指先40と触覚生成電極5との間の容量結合を利用した帯電では、指先40と触覚生成電極5との間には抵抗膜8とともに絶縁層7も介在しているので、摩擦帯電ほど表面抵抗率ρの影響は大きくないが、表面抵抗率ρがρ1よりも低く(表面電位VsがV1よりも低く)なると、こうした傾向は顕著となる。
As shown in FIG. 12, when the surface resistivity ρ is extremely low, the value of the surface potential Vs is very low. This indicates that the current easily flows through the resistance film, and as a result, it is very difficult to be charged. The resistance film made of such a material does not cause frictional charging, but inhibits charging other than frictional charging. For example, in the present embodiment, the
一方、表面抵抗率ρが極端に高いとき、表面電位Vsは非常に高い値で安定する。これは、抵抗膜を電流がほとんど流れなくなり、その結果、非常に帯電しやすくなっていることを示している。このような材質の抵抗膜では、摩擦帯電を抑制することができない。そのため、このような材質も抵抗膜8には適さない。表面抵抗率ρがρ2よりも高く(表面電位VsがV2よりも高く)なると、こうした傾向は顕著となる。
On the other hand, when the surface resistivity ρ is extremely high, the surface potential Vs is stabilized at a very high value. This indicates that almost no current flows through the resistance film, and as a result, it becomes very easy to be charged. With such a resistive film, frictional charging cannot be suppressed. Therefore, such a material is not suitable for the
したがって、抵抗膜8の材質としては、表面抵抗率ρがρ1〜ρ2の間にあるような材質が適している。このような材質を抵抗膜8に使用した場合、抵抗膜8にはわずかに電流が流れるので、指先40が抵抗膜8と接触しながら移動するときに、指先40と抵抗膜8との間に摩擦帯電が発生しても、摩擦帯電によって励起された電荷を抵抗膜8の内部に拡散させることができる。そのため、指先40と抵抗膜8との間の摩擦帯電を抑制できる。そして、指先40と触覚生成電極5との間の容量結合を利用した帯電までは阻害しない。ρ1およびρ2の値は、抵抗膜を帯電させる条件によって多少異なるが、本実施形態に係る触覚刺激発生装置1に使用する場合、ρ1は1×1011〜5×1011Ω/□程度、ρ2は5×1012〜1×1013Ω/□程度となる。したがって、抵抗膜8の表面抵抗率ρは1×1011〜1×1013Ω/□であることが望ましく、さらに、5×1011〜5×1012Ω/□であることがより望ましい。
Therefore, as the material of the
次に、本実施形態に係る触覚刺激発生装置1を備えた座標入力システムの効果について説明する。これまで、触覚刺激発生装置1と座標入力装置21とを備え、触覚刺激発生装置1を座標入力装置21の前面に設置して、座標入力システム20とした場合の使用例について説明してきた。このような座標入力システム20では、触覚刺激発生装置1は、安全で、ユーザが感知しやすい刺激信号を伝達することができる。そして、このような触覚刺激発生装置1が、座標入力装置21の前面に設置され、触覚伝達部2は、座標入力装置21から得られた座標位置の情報に対応して、刺激信号を指先40に伝達している。その結果、座標入力システム20では、座標入力装置21に指先40が近接したときにその座標位置を検出し、その座標位置に応じた入力操作を可能にするとともに、安全で、ユーザが感知しやすい刺激信号を指先40に伝達することができる。
Next, the effect of the coordinate input system provided with the tactile stimulus generator 1 according to the present embodiment will be described. So far, the use example in which the tactile stimulus generator 1 and the coordinate
以上に述べたように、本実施形態に係る触覚刺激発生装置1では、信号発生部10が生成する電気信号である出力信号Soは、所定の周期T1で極性が反転する第1交流信号Sa1と、第1交流信号Sa1の極性が反転するときに挿入され第1交流信号Sa1よりも短い周期T2で極性が反転する第2交流信号Sa2と、を含んでいる。このような出力信号Soは、時間とともに極性が変化(反転)し、かつ、時間とともに周期も変化する。そして、このような出力信号Soを利用して極性の変化に周期の変化が加わった刺激信号を指先40に伝達するので、ユーザが感知しやすい。また、触覚刺激発生装置1では、出力信号Soの極性の変化に周期の変化を加えることでユーザが感知しやすい刺激信号としているので、出力信号Soの電圧振幅を小さくすることができる。そのため、ユーザの身体の一部が接地された金属等に触れている状態で、その指先40を触覚刺激発生装置1に近接または接触させた場合でも、交流の異常電流が指先40からユーザの体内へ流れ込んでユーザに痛みを感じさせる可能性は低下し、安全性を向上できる。したがって、触覚刺激発生装置1では、安全で、ユーザが感知しやすい刺激信号を指先40に伝達することができる。
As described above, in the haptic stimulus generator 1 according to the present embodiment, the output signal So, which is an electrical signal generated by the
なお、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the scope of the object of the present invention.
例えば、触覚刺激発生装置とともに使用される座標入力装置の座標検出方式は、抵抗膜式や表面弾性波式あるいは電磁誘導式などの、静電容量式以外の方式であっても構わない。 For example, the coordinate detection method of the coordinate input device used together with the tactile stimulus generator may be a method other than the electrostatic capacitance method such as a resistive film method, a surface acoustic wave method, or an electromagnetic induction method.
触覚刺激発生装置の触覚生成電極の大きさや形状は、座標入力装置の座標検出を阻害しない限り、座標入力装置の第1検出電極および第2検出電極と異なった大きさや形状であっても構わない。また、特定の位置にある触覚生成電極の大きさや形状を、他の位置にある触覚生成電極の大きさや形状と異なるように形成しても構わない。 The size and shape of the tactile generation electrode of the tactile stimulus generator may be different from the first detection electrode and the second detection electrode of the coordinate input device as long as the coordinate detection of the coordinate input device is not hindered. . Further, the size and shape of the haptic generating electrode at a specific position may be different from the size and shape of the haptic generating electrode at another position.
信号発生部の回路構成は、所定の電気信号を発生させることができるのであれば、図6に示す回路以外の回路構成であっても構わない。また、特定の位置にある触覚生成電極に、他の位置にある触覚生成電極に印加する電気信号とは異なる特性の電気信号を印加しても構わない。 The circuit configuration of the signal generator may be a circuit configuration other than the circuit shown in FIG. 6 as long as a predetermined electrical signal can be generated. In addition, an electrical signal having a characteristic different from that of the electrical signal applied to the haptic generation electrode at another position may be applied to the haptic generation electrode at a specific position.
所望の刺激信号を伝達できるのであれば、信号発生部が生成する電気信号(出力信号)が含む第1交流信号および第2交流信号は、矩形波でなく、例えば正弦波やパルス波のような信号であっても構わない。また、所望の刺激信号を伝達できるのであれば、第2交流信号の周期は、第1交流信号の周期の4分の1以外の周期であっても構わない。例えば、第1交流信号の周期の半分の周期であっても、8分の1の周期であっても構わない。 If the desired stimulation signal can be transmitted, the first AC signal and the second AC signal included in the electric signal (output signal) generated by the signal generation unit are not rectangular waves, such as sine waves or pulse waves. It may be a signal. Moreover, as long as a desired stimulus signal can be transmitted, the period of the second AC signal may be a period other than a quarter of the period of the first AC signal. For example, it may be a half cycle of the first AC signal or a 1/8 cycle.
1 触覚刺激発生装置
2 触覚伝達部
3 触覚刺激発生シート
4 7 23 26 絶縁層
5 触覚生成電極
5a 第1触覚生成電極
5b 第2触覚生成電極
5A 第1触覚生成電極列
5B 第2触覚生成電極列
6 透明保護シート
8 抵抗膜
10 信号発生部
11 演算アンプ
12 ドライブ回路
13 帰還回路
14 抵抗
15 絶縁アンプ
20 座標入力システム
21 座標入力装置
22 X座標検出シート
24 第1検出電極
24A 第1検出電極列
25 Y座標検出シート
27 第2検出電極
27A 第2検出電極列
40 指先(身体特定部)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
前記身体特定部と容量結合することによって前記身体特定部に前記刺激信号を伝達する触覚伝達部と、前記触覚伝達部に制御された電気信号を付与する信号発生部と、を備え、
前記信号発生部が生成する前記電気信号は、所定の周期で極性が反転する第1交流信号と、前記第1交流信号の極性が反転するときに挿入され前記第1交流信号よりも短い周期で極性が反転する第2交流信号と、を含んでいることを特徴とする触覚刺激発生装置。 A tactile stimulus generation device capable of transmitting an electrical stimulation signal to the body specifying unit when a body specifying unit such as a user's fingertip approaches or comes into contact with the body specifying unit,
A tactile transmission unit that transmits the stimulation signal to the body specifying unit by capacitively coupling with the body specifying unit; and a signal generation unit that applies a controlled electrical signal to the tactile transmission unit,
The electrical signal generated by the signal generator is inserted in a first AC signal whose polarity is inverted at a predetermined cycle and a cycle shorter than the first AC signal inserted when the polarity of the first AC signal is inverted. A tactile stimulus generating device comprising: a second AC signal whose polarity is inverted.
前記触覚生成電極には、前記信号発生部が生成する前記電気信号が印加され、
前記触覚伝達部は、前記絶縁層を介して前記触覚生成電極に近接した前記身体特定部に前記刺激信号を伝達することを特徴とする、請求項1に記載の触覚刺激発生装置。 The tactile transmission unit includes a plurality of tactile generation electrodes, and an insulating layer provided at a position covering the front surface of the tactile generation electrodes.
The electrical signal generated by the signal generation unit is applied to the tactile generation electrode,
The haptic stimulus generation device according to claim 1, wherein the haptic transmission unit transmits the stimulation signal to the body specifying unit adjacent to the haptic generation electrode through the insulating layer.
前記電気信号は、プラス・マイナスの極性が互いに反対となる第1電気信号と第2電気信号とを含み、
前記第1触覚生成電極には前記第1電気信号が、前記第2触覚生成電極には前記第2電気信号が、それぞれ印加され、
前記触覚伝達部は、前記絶縁層を介して前記第1触覚生成電極および前記第2触覚生成電極に近接した前記身体特定部に前記刺激信号を伝達することを特徴とする、請求項2に記載の触覚刺激発生装置。 The plurality of haptic generating electrodes include at least one first haptic generating electrode and at least one second haptic generating electrode;
The electrical signal includes a first electrical signal and a second electrical signal having positive and negative polarities opposite to each other,
The first electrical signal is applied to the first haptic generating electrode, and the second electrical signal is applied to the second haptic generating electrode.
The tactile transmission unit transmits the stimulation signal to the body specifying unit adjacent to the first tactile generation electrode and the second tactile generation electrode through the insulating layer. Tactile stimulation generator.
前記抵抗膜の表面抵抗率は、5×1011〜5×1012Ω/□であることを特徴とする、請求項2ないし請求項4のいずれかに記載の触覚刺激発生装置。 The tactile transmission unit includes a resistance film provided on the front surface of the insulating layer,
5. The tactile stimulus generator according to claim 2, wherein a surface resistivity of the resistance film is 5 × 10 11 to 5 × 10 12 Ω / □. 6.
前記触覚刺激発生装置は、前記座標入力装置の前面に設置され、
前記触覚伝達部は、前記座標入力装置から得られた前記座標位置の情報に対応して、前記刺激信号を前記身体特定部に伝達することを特徴とする座標入力システム。
A tactile stimulus generating device according to any one of claims 1 to 5, and a coordinate input device capable of detecting a coordinate position when the body specifying part approaches,
The tactile stimulus generator is installed in front of the coordinate input device,
The coordinate input system, wherein the tactile sensation transmission unit transmits the stimulation signal to the body identification unit in accordance with the information on the coordinate position obtained from the coordinate input device.
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