JPH0890472A - 触覚伝達装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】非常に小型の触覚伝達ユニットを備えた触覚伝
達装置を提供する。 【構成】触覚伝達ユニットには二つの静電型アクチュエ
ーター１ａｂが設けられている。静電型アクチュエータ
ーは、基板１ｊに固定された固定電極１ａと支持部材１
ｃにより移動可能に支持された駆動電極１ｂとを有して
いる。これらの電極１ａと１ｂは共に櫛の歯状の形状を
していて、一方の電極の櫛の歯が他方の電極の櫛の歯の
間に位置している。弾性部材１ｄはＶ字形状をしてお
り、その両端１ｉが二つの駆動電極１ｂに固定されてい
ている。弾性部材１ｄの谷部には棒状の疑似触覚伝達部
材１ｆが基板１ｊに対してほぼ垂直に固定されている。
弾性部材１ｄの斜面部には伝幡する振動を減衰させる振
動遮断部材１ｇが設けられている。基板１ｊには所定の
距離はなして保護部材１ｈが取り付けられていて、保護
部材１ｈに形成した穴を疑似触覚伝達部材１ｆが通るよ
うになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直接触れることができ
ない対象物を操作する際に、その対象物に対する接触情
報を人間の触覚器官に伝達する触覚伝達装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から直接触れることができない微細
対象物を間接的に操作する装置や極限環境下で作業を行
うことができる装置が知られている。このような装置に
は、操作者が操作を行う操作部と、この操作部の操作に
よって例えばマニピュレータ等が対象物に対して直接作
業を行う動作部とが設けられている。

【０００３】図１６には、マイクロマニピュレータが設
けられた顕微鏡の全体の構成が概略的に示されている。
図１６（Ａ），（Ｂ）に示すように、この顕微鏡には、
顕微鏡本体１６ａと、この顕微鏡本体１６ａに設けら
れ、例えば受精卵等の微細な細胞１６ｂ（微細対象物）
を所定位置に吸引固定するピペット１６ｃと、このピペ
ット１６ｃによって吸引固定された細胞１６ｂに試薬を
注入したり又は異なる遺伝情報を持った遺伝子を注入す
ることが可能な刺針１６ｄとが設けられている。また、
顕微鏡本体１６ａには、顕微鏡で観察しながら、ピペッ
ト１６ｃ及び刺針１６ｄを操作可能なピペット用ジョイ
スティック１６ｆ及び刺針用ジョイスティック１６ｅが
設けられている（従来例１）。

【０００４】このような構成によれば、ピペット用ジョ
イスティック１６ｆ及び刺針用ジョイスティック１６ｅ
を操作することによって、ピペット１６ｃによって吸引
固定された細胞１６ｂに対して、刺針１６ｅを介して例
えば切断・注入等の所定の細胞微細操作が行われる（詳
しくは、計測と制御；Vol.23,No.9 P32-38 細胞微細操
作；鹿野 参照）。

【０００５】また、図１７には、ロボットのマニピュレ
ータシステムの構成が概略的に示されている。図１７に
示すように、マニピュレータシステムは、操作者の腕を
セット可能なマスターアーム１７ｆと、操作者の腕の動
きに対応して動作可能なスレイブアーム１７ｃと、操作
者の腕の動きを信号化して出力する第一のコンピュータ
１７ｈと、この第一のコンピュータ１７ｈから出力され
た信号に基づいて、スレイブアーム１７ｃを動作させる
第二のコンピュータ１７ｉとを備える（従来例２）。

【０００６】マスターアーム１７ｆには、センサ（図示
しない）が内蔵された複数の関節部１７ｄと、操作者の
腕をホールドして、この腕の動きを複数の間接部１７ｄ
に伝達する固定部材１７ｇと、複数の間接部１７ｄの自
由端側に設けられ、腕の動きに応じて且つ追従して移動
する処置部１７ｅとが設けられている。

【０００７】第一のコンピュータ１７ｈには、上記セン
サによって検出された腕の動き（即ち、複数の間接部１
７ｄの動き）に対応した操作信号に所定の信号処理を施
すマスタアーム制御部１７ｊ及び操作環境シミュレータ
１７ｍが内蔵されている。

【０００８】第二のコンピュータ１７ｉには、第一のコ
ンピュータ１７ｈから出力された信号に所定の信号処理
を施すスレイブアーム制御部１７ｋ及びタスク環境シミ
ュレータ１７ｎが内蔵されている。

【０００９】スレイブアーム１７ｃには、センサ（図示
しない）が内蔵された複数の間接部１７ａと、これら複
数の間接部１７ａの自由端側に固定された処置部１７ｂ
とが設けられており、複数の間接部１７ａは、第二のコ
ンピュータ１７ｉから出力された信号によって処置部１
７ｂを所定の対象物Ｍ方向に移動させて、その対象物Ｍ
に所定の処置を施すことが可能に構成されている。

【００１０】このような構成によれば、操作者がマスタ
アーム１７ｆに腕をホールドし、任意に動かすことによ
って、その動作状態がセンサによって検出される。この
とき検出された動作信号に基づいて、第一及び第二のコ
ンピュータ１７ｈ，１７ｉがスレイブアーム１７ｃを駆
動させる。即ち、操作者の動作は、マスタアーム１７ｆ
を介してスレイブアーム１７ｃで再現されることにな
る。

【００１１】このとき、スレイブアーム１７ｃによって
移動した処置部１７ｂが、対象物Ｍから外力を受けた場
合、その外力は、スレイブアーム１７ｃ及びマスタアー
ム１７ｆを介して操作者の腕に直接力となって作用す
る。

【００１２】このような一連のマニピュレータシステム
は、ロボットのマニピュレータシステムを始めとして現
在数多く発表されている。（詳しくは、機械技術研究所
所報；Vol.46(1992),No.2 P170-182 インピーダンス制
御型マスタ・スレーブ・システム−基本原理と伝送遅れ
への応用：舘、榊 参照）また、図１８には、医療用処
置具である把持鉗子１８ａの構成が概略的に示されてい
る。

【００１３】図１８（Ａ），（Ｂ）に示すように、把持
鉗子１８ａは、例えばトラカール等を介して体腔内に挿
入される挿入部１８ｂと、この挿入部１８ｂの先端部に
設けられた鉗子部１８ｃと、挿入部１８ｂの基端部に設
けられた操作部１８ｄとを備えている（従来例３）。

【００１４】鉗子部１８ｃには、互いに回動自在に支持
された一対の鉗子部材１８ｅ，１８ｆが設けられてい
る。また、操作部１８ｄには、一対の鉗子部材１８ｅ，
１８ｆを開閉操作するように、挿入部１８ｂの基端部に
固定された固定操作ハンドル１８ｇと、この固定操作ハ
ンドル１８ｇに対して回動自在に設けられた可動操作ハ
ンドル１８ｈとが設けられている。

【００１５】このような構成によれば、可動操作ハンド
ル１８ｈを回動操作して、挿入部１８ｂ内の操作軸（図
示しない）を前後方向にスライドさせることによって、
リンク機構（図示しない）を介して一対の鉗子部材１８
ｅ，１８ｆが開閉される。

【００１６】ところで、上述した従来例においては、以
下に述べる問題点がある。従来例１（図１６参照）の顕
微鏡において、ピペット１６ｃや刺針１６ｄ等の動作系
の動作は三次元であるにもかかわらず、顕微鏡の観察画
像は二次元画像であって奥行き情報は像のピント情報で
しか得ることができない。従って、これら動作系が微細
対象物に正確に接触しているか否かの情報は、観察画像
から正確に判断でき難いといった問題が生じる。即ち、
動作系を正確に微細対象物に接触させるためには、ある
程度の熟練を必要とするため、観察効率及び処理効率が
低下するといった問題も発生する。

【００１７】更に、医療やバイオ分野等の研究対象は、
細胞から細胞内物質へ、より微細な対象物に変化してき
ている。このため、対象物の観察及び操作部位は、益々
微小化する傾向にあり、これに伴って、マニピュレータ
の操作もより高度で正確な操作が要求されるようになっ
てきた。

【００１８】また、従来例２（図１７参照）のマニピュ
レータシステムでは、対象物Ｍの硬さや柔らかさ等の情
報をマスタに表現することが困難であるため、例えば通
常の人間が物体を把持する際に感じる微妙な感触を再現
することはできない。対象物の搬送等のおおまかな動作
状況の再現については、従来例２のシステムで充分対処
できるが、精密で微細な動作や判断が要求されるマイク
ロマニピュレータ等の技術領域において、抵抗感表示に
基づく操作性の向上や把持対象物の正確な認識を望むに
は不充分である。

【００１９】また、従来例３（図１８参照）において、
把持鉗子１８ａの機構上、微妙な操作感が得られないた
め、熟練した操作者でさえ、腹腔鏡の観察像を見ながら
一対の鉗子部材１８ｅ，１８ｆの開閉度、組織の把持及
び剥離状況を確認するといった非常に慎重で正確な操作
が要求される。このため、処置効率が低下してしまうと
いった問題が生じる。

【００２０】また、体腔内に挿入される内視鏡について
も、鉗子と同様の問題がある。即ち、図１９に示すよう
に、先端部を介して観察される画像情報や挿入時の抵抗
等のみを頼りに挿入操作を行っている現在の内視鏡１９
では、内視鏡１９の外壁が患者の器官内壁Ｓを圧迫して
生じる苦痛を予測しながら内視鏡１９を操作及び挿入す
ることは現状困難である。また、現状の内視鏡１９の装
置構成では、どの程度の圧迫を与えると患者は苦痛を感
じるのかという圧迫レベルと患者の感じる苦痛との間の
相関関係を操作情報として入手するのは不可能である。

【００２１】このように、従来例１〜３の構成では、操
作時に対象物又は組織にマニピュレータがどのような状
況で接触しているのか、あるいは、対象物をどれくらい
の力量で把持しているのかという接触状態もしくは把持
状態を確認すること、及び、対象物の表面粗さや表面温
度等の各種の接触情報を得ることができなかった。

【００２２】つまり、従来例１〜３では、対象物に対す
る触覚情報や把持状態、対象物の表面粗さや表面温度等
の各種の触覚情報を操作者（術者）にフィードバックす
ることが行われていないため、人間の触覚に基づく微妙
で且つ正確な操作を行うことができなかった。

【００２３】そこで、このような問題を解決するため、
本出願人は特願平５−００７１９６において新たな触覚
伝達装置を提案している。この触覚伝達装置には、図２
０に示すように、台座２０ａと、この台座２０ａ上に設
けられた磁石２０ｃと、この磁石２０ｃ内に設けられた
コイル２０ｂと、このコイル２０ｂを支持するストッパ
２０ｄと、コイル２０ｂ上に設けられた触覚呈示部２０
ｅとを備えた電気−機械変換トランスデューサが構成さ
れている。

【００２４】このような構成によれば、コイル２０ｂ及
び磁石２０ｃで構成されたボイスコイルを制御して、触
覚呈示部２０ｅを人間の知覚に応じた周波数で駆動させ
ることによって、触覚呈示部２０ｅ上に載置された操作
者の指先に、対象物の硬さや柔らかさ等の情報が伝達さ
れる。更に、上記ボイスコイルに流れる電流量を変化さ
せて、触覚呈示部２０ｅが有する保持力を変化させるこ
とによって、対象物を圧潰又は粉砕するような力が加え
られた際、その対象物からの反発力が操作者の指先に伝
達される。

【００２５】このような触覚伝達装置によれば、操作者
には、あたかも自分の手によって実際に対象物を直接操
作しているような感覚情報が伝達される。このため、現
状問題となっている操作の乖離感が無くなると共に、装
置の機能向上と高精度な操作性を確保することが可能と
なる。

【００２６】また、視覚障害者用の触覚伝達装置（触覚
ディスプレイ）としては、文字情報を伝達する点字ディ
スプレイは言うまでもなく、写真や絵などの静止画像や
テレビの動画像を、面上に配置された多数の触知ピンの
凹凸パターンに変換し、これを皮膚の触覚で感じとる触
覚伝達装置（触覚ディスプレイ）が研究されている。
（詳しくは、JOURNAL OF THE AUDIO ENGINEERING SOCIE
TY: Volume 19, number5 (May 1971) p.p.427-429: Pau
l Bach-y-Rita et al. 参照） しかし、触知ピン自体は細いのだが、これを駆動するア
クチュエータのサイズが大きいため、アレイ状の配列を
とるとこれらの装置はサイズ的に大型にならざるを得な
い。また、多数の触知ピンを有するため、価格的にも高
価になるなど欠点は多く、低価格で触知ピンとアクチュ
エータが一体になったユニットが要望されている。

【００２７】さらに、最近、マイクロマシンと呼ばれる
半導体製造技術を用いてＳｉウエハ上に構成される、１
ｍｍ以下の機械システムが研究される中で提案されてい
る静電アクチュエータは、動作は確認されているが、二
次元平面上に構成されているがために、構造体に垂直方
向に力を取り出すことは基本的に考えられてはいない。
そのため、マイクロマシンシステムの動力源として有望
視されているが、具体的にシステムの中で、駆動手段と
して提案された例は極めて少ない。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】前述の触覚伝達装置に
よって対象との接触状況の把握は実現される。しかし、
このような装置は本来、操作する操作部位に設置するこ
とが望まれるのであるが、操作部位に設置するためには
できる限り小型のユニットであることが望ましい。前述
の触覚伝達装置でも小型化は図れるが、半導体製造技術
を用いたユニットでは更に小型化が実現できる。また、
一度に大量に製造することが可能なためユニットを大幅
に削減できる。本発明は、半導体製造技術により作製さ
れる非常に小型の触覚伝達ユニットを備えた触覚伝達装
置を提供することを目的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】本発明は、信号処理手段
と触覚伝達手段とからなる触覚伝達装置であり、触覚伝
達手段は少なくとも一つの触覚伝達ユニットを含み、触
覚伝達ユニットは、疑似触覚伝達部材と、信号処理手段
からの信号に応じて疑似触覚伝達部材を駆動する駆動手
段と、疑似触覚伝達部材にかかる力を制限する保護部材
とを備えている。

【００３０】

【作用】疑似触覚伝達部材は例えば対象物の硬さや柔ら
かさや粘弾性の度合いに応じた運動を行ない、使用者は
疑似触覚伝達部材の動きから対象物に触感を疑似触覚と
して得る。疑似触覚とは、本来触感として得られる硬さ
や柔らかさや粘弾性等の度合いを振動あるいは押圧感と
して代替的に表現した感覚を意味する。操作者は疑似触
覚伝達部材に触れることで、対象物に対する接触状況
を、本当の触覚ではないが、疑似的な触覚として得る。

【００３１】あるいは、触覚伝達ユニットはマトリック
ス状に配列されていて、疑似触覚伝達部材は文字や画像
に対応した動きを行ない、使用者は複数の疑似触覚伝達
部材の動きを皮膚の触感でとらえることにより文字や画
像の情報を得る。

【００３２】

【実施例】次に図面を参照しながら本発明の実施例につ
いて説明する。第一実施例として、本発明による触覚伝
達ユニットについて図１ないし図４を参照しながら説明
する。

【００３３】図１に示すように、触覚伝達ユニットには
二つの静電型アクチュエーター１ａｂが設けられてい
る。静電型アクチュエーターは固定電極１ａと駆動電極
１ｂを有し、固定電極１ａは基板１ｊに固定され、駆動
電極１ｂは支持部材１ｃにより基板１ｊに移動可能に設
けられている。これらの電極１ａと１ｂは、図２に示す
ように、共に櫛の歯状の形状をしており、一方の電極の
櫛の歯が他方の電極の櫛の歯の間に入り込んだ状態に配
置されている。このような構成の静電型アクチュエータ
ー１ａｂは、二つの電極１ａと１ｂの間に電圧を印加す
ると、駆動電極１ｂが固定電極１ａに引き込まれるよう
に移動する。

【００３４】再び図１を参照して分かるように、弾性部
材１ｄはＶ字形状をしており、その両端１ｉが二つの駆
動電極１ｂに固定されていて、これにより弾性部材１ｄ
は駆動電極１ｂによって支持されている。弾性部材１ｄ
の谷部には、棒状の疑似触覚伝達部材１ｆが基板１ｊに
対してほぼ垂直になるように固定されている。また、弾
性部材１ｄの斜面部には、伝幡する振動を減衰させる振
動遮断部材１ｇが設けられている。基板１ｊには所定の
距離はなして保護部材１ｈが取り付けられていて、保護
部材１ｈに形成した穴を疑似触覚伝達部材１ｆの先端部
が通るようになっている。

【００３５】静電型アクチュエーター１ａｂを構成して
いる二つの電極１ａと１ｂの間に電圧を印加すると、前
述したように、駆動電極１ｂは固定電極１ａの方向へ移
動する。すなわち、二つの駆動電極１ｂは互いに離れる
方向に移動する。これにより、図３に示すように、Ｖ字
形状の弾性部材１ｄはその両端１ｉが開き、疑似触覚伝
達部材１ｆが上昇する。図から容易に理解できるよう
に、疑似触覚伝達部材１ｆの移動方向は駆動電極１ｂの
移動方向に対して垂直となっている。

【００３６】したがって、静電型アクチュエーター１ａ
ｂの電極１ａと１ｂの間に交流電圧を印加すると、疑似
触覚伝達部材１ｆの動きは振動となる。疑似触覚部材１
ｆの接する対象の抵抗すなわち人の皮膚が機械インピー
ダンスになる。人の皮膚は、たとえば図４に示すよう
に、保護部材１ｈに対して押しつけられている。疑似触
覚伝達部材１ｆは保護部材１ｈの穴を通って皮膚に触れ
るため、保護部材１ｈに対する押しつけ力が変化して
も、穴を塞いでいる、疑似触覚伝達部材が触れる部分の
皮膚の抵抗はほとんど変化しない。これにより、皮膚が
必要以上に疑似触覚伝達部材１ｆを押し込むことはな
く、機械インピーダンスを最初から予想し、最適に構成
することができる。

【００３７】疑似触覚の伝達方法としては、たとえば、
対象物に対する接触力の変化は、触覚情報信号検出手段
で検出された触覚感を疑似触覚伝達部材を介して振動の
周波数変化として呈示し、また、対象物に対する押圧力
の変化は、予め測定された対象物の機械的特性と触覚情
報信号検出手段で検出された接触力とに基づいて信号処
理手段によって対象物の変形状態すなわち押圧感を計算
し、その計算データを疑似触覚伝達部材を介して振動の
オフセット変化として呈示する方法がある。また、振動
として疑似触覚を伝達する場合、薄膜状の弾性部材１ｄ
は特定の固有振動を持ち、振動を広範囲に変化させるた
めには、この固有振動を最適化する必要があり、この最
適化は振動遮断部材１ｇによって達成される。

【００３８】本実施例によれば、触覚伝達ユニットを装
着した操作者に、疑似触覚伝達装置の振動に基づく動的
な疑似触覚あるいは静的な疑似触覚を直接伝達すること
ができる。

【００３９】第二実施例として、図１に示したＶ字形状
の弾性部材に代わる、別の弾性部材について図５を参照
しながら説明する。弾性部材５ｄは、Ｕ字形状を成して
おり、これは横幅の寸法に比べてはるかに小さい寸法の
適当な厚みを有する板で作られる。第一実施例と同様
に、弾性部材５ｄには、下端部に疑似触覚伝達部材５ｆ
が固定され、両端と下端の中間部に振動遮断部材５ｇが
設けられている。

【００４０】本実施例の弾性部材５ｄによれば、第一実
施例と同様に、駆動電極の基板に平行な動きが疑似触覚
伝達部材の基板に垂直な動きに変換される。なお、本実
施例の弾性部材５ｄは、後述する第三実施例と第四実施
例の触覚伝達ユニットにも適用できる。

【００４１】第三実施例として、図１に示した触覚伝達
ユニットとは構成が異なる、別の触覚伝達ユニットにつ
いて図６を参照しながら説明する。図中、第一実施例で
説明済みの部材と同等の部材は、参照符号中のアルファ
ベットを一致させて示してある。

【００４２】図６に示すように、本実施例の触覚伝達ユ
ニットは一つの静電型アクチュエーター６ａｂを有して
いる。この静電型アクチュエーター６ａｂは、第一実施
例中の静電型アクチュエーターと同じもので、基板６ｊ
に固定された固定電極６ａと支持部材６ｃにより移動可
能に支持された駆動電極６ｂとを有し、これらの電極６
ａと６ｂは共に櫛の歯状の形状をしていて、一方の電極
の櫛の歯が他方の電極の櫛の歯の間に入った状態に配置
されている。弾性部材６ｄは第一実施例と同様にＶ字形
状をしていて、その一方の端が駆動電極６ｂに固定さ
れ、他方の端が基板６ｊに固定されている。

【００４３】本実施例の触覚伝達ユニットは、静電型ア
クチュエーターが一つだけなので、第一実施例に比べて
疑似触覚伝達ユニット６ｆのストロークは小さくなるも
のの、ユニット全体は小型に構成される。

【００４４】第四実施例として、図１に示した触覚伝達
ユニットとは構成が異なる、別の触覚伝達ユニットにつ
いて図７を参照しながら説明する。図中、第一実施例で
説明済みの部材と同等の部材は、参照符号中のアルファ
ベットを一致させて示してある。

【００４５】図７に示すように、本実施例の触覚伝達ユ
ニットは二つの静電型アクチュエーター７ａｂを有して
いる。各静電型アクチュエーター７ａｂは、基板７ｊに
固定された矩形の固定電極７ａと支持部材７ｃにより移
動可能に支持された矩形の駆動電極７ｂとを有し、これ
らの電極７ａと７ｂは上から見たときに一部が重なるよ
うに段違いに配置されている。

【００４６】この静電型アクチュエーター７ａｂでは、
電極７ａと７ｂの間に電圧を印加すると、電極間に静電
引力が働き、駆動電極７ｂが固定電極７ａの側に移動す
る。すなわち、二つの駆動電極７ｂが互いに離れる方向
に移動する。これにより、第一実施例と同じ疑似触覚伝
達部材７ｆの動きが得られる。

【００４７】第五実施例として、触覚伝達ユニットとこ
れを保持する指輪状の装着具とを備えた触覚伝達手段に
ついて図８を参照しながら説明する。図８に示すよう
に、指輪状の装着具８ｂの内側の中央部に、第一実施例
（図１）または第三実施例（図６）または第四実施例
（図７）の触覚伝達ユニット８ａが取り付けられてい
る。指輪状の装着具８ｂは操作者の指にはめられ、これ
により触覚伝達ユニット８ａは疑似触覚伝達部材が操作
者の皮膚に接した状態で保持される。

【００４８】本実施例の装着具は指輪型となっているの
で、操作者は手のひら全体とすべての指が解放される。
これにより、他の装置の操作性を全く阻害することな
く、対象物に対する接触状況が疑似触覚として操作者に
伝達される。また、指輪型の装着具８ｂは完全に閉じた
輪ではなく、一部が欠けた形状となっているので、指の
太さの個人的な差にも対応でき、また適当な弾性を持た
せることで触覚伝達ユニットの疑似触覚伝達部材を操作
者の皮膚に確実に接触させることができる。

【００４９】第六実施例として、上述の実施例の触覚伝
達ユニットを使用するときの全体の構成について図９を
参照しながら説明する。図中、触覚伝達ユニットは第五
実施例で説明した触覚伝達手段として描いてある。

【００５０】図９に示すように、触覚伝達手段９ｃに
は、触覚信号検出手段９ａからの接触状態信号を処理す
る信号処理手段９ｂが接続される。人間の振動知覚は振
動周波数が低いほど知覚するのに振幅が必要で、当然限
界はあるが、高い周波数になるほど小さい振幅で知覚で
きる。通常、人間はＤＣから１ｋＨｚ程度までは振動と
して認識できることが知られており、その中でも最も認
識し易い周波数が存在する。

【００５１】信号処理手段９ｂは触覚信号検出手段９ａ
より出力された信号を、人間の知覚特性を考慮して振動
振幅と振動周波数を調整し、触覚伝達手段９ｃの触覚伝
達ユニットを駆動するための信号に変換して最適な駆動
信号を生成する。

【００５２】また、予め測定された対象の機械的特性を
データとして持っており、触覚信号検出手段９ａより出
力された接触力とこのデータとから接触時の対象の変形
量を計算し、変形量表示機能を持つ触覚伝達手段９ｃに
信号を出力する。

【００５３】第七実施例として、複数の触覚伝達ユニッ
トとこれを保持する指輪型の装着具とを備えた触覚伝達
手段について図１０を参照しながら説明する。図１０に
示すように、本実施例の触覚伝達手段は、指輪型の装着
具１０ｄを有し、その内側に所定の間隔を置いて三つの
触覚伝達ユニット１０ａと１０ｂと１０ｃが取り付けら
れている。接触伝達ユニット１０ａと１０ｂと１０ｃ
は、第一実施例（図１）または第三実施例（図６）また
は第四実施例（図７）で説明したものである。また、装
着具１０ｄは、第五実施例（図８）で示したものと同じ
である。

【００５４】ある間隔を隔てた二つの触覚伝達ユニット
を同時に、しかも伝達するエネルギー（刺激強度、振動
周波数等）を等しくして駆動した場合には、二つの触覚
伝達ユニットのそれぞれの位置から刺激を感ずる。しか
し、二つの触覚伝達ユニットが伝達するエネルギーを互
いに変えると、それぞれのユニット本来の運動の位置と
は違った位置で刺激が伝達されているように認識され
る。この現象は「ファントムセンセーション」あるいは
「仮現運動」として知られている。

【００５５】本実施例の触覚伝達手段は、この「ファン
トムセンセーション」あるいは「仮現運動」を利用した
触覚伝達を行なえる。たとえば、触覚伝達ユニット１０
ａと１０ｂが同じ力（同じ振幅、同じ周波数）で駆動さ
れた場合、この触覚伝達手段を装着している操作者は、
この力の伝達部は１０ａと１０ｂの二点から知覚される
のではなく、１０ａと１０ｂの中間位置で伝達されてい
ると知覚する。また、触覚伝達ユニット１０ａと１０ｂ
の伝達エネルギーの比が２：１の場合、伝達位置は触覚
伝達ユニット１０ａから１０ａ−１０ｂ間距離の２／３
の位置で伝達されていると知覚される。これは「ファン
トムセンセーション」と呼ばれる。

【００５６】本実施例において、限られた個数の触覚伝
達ユニットを的確に駆動制御することによって、疑似触
覚情報として伝達する刺激の伝達部位を、触覚伝達ユニ
ットの実際の位置とは関係なく、広範に変化させること
が可能となり、伝達する刺激を時間的に隣合う触覚伝達
ユニットに移行するように駆動すれば、例えば１０ａの
位置から１０ｂの位置まであたかも刺激が順次移動して
いくかのような感覚を伝達することが可能になり、移動
感も実現できる。これは、「仮現運動」と呼ばれる。

【００５７】単一の触覚伝達手段の疑似触覚伝達の手法
は、たとえば、触覚情報信号検出手段から出力される対
象表面との接触力の変化を本実施例の触覚伝達手段の振
動の周波数変化で示し、また、第一実施例の触覚伝達ユ
ニットのようにオフセット変化による振動位置を可変で
きるものであれば、予め測定された機械的特性と触覚情
報信号検出手段から出力される接触力とをもとに対象の
変形を信号処理手段内で計算し、振動のオフセット変化
で示すことも可能である。

【００５８】本実施例の触覚伝達手段は指輪状の形態を
しているため、第五実施例同様、通常の機器操作に必要
な指先が解放されるため、操作性を悪化させることな
く、触覚の伝達が可能である。

【００５９】第八実施例として、触覚伝達ユニットとこ
れを保持する腕輪型の装着具とを備えた触覚伝達手段に
ついて、図１１を参照しながら説明する。図１１に示す
ように、本実施例の触覚伝達手段は、触覚伝達ユニット
１１ａと腕輪型の装着具とを有している。触覚伝達ユニ
ット１１ａは、第一実施例（図１）または第三実施例
（図６）または第四実施例（図７）で説明したものであ
る。腕輪型の装着具は、触覚伝達ユニット１１ａを保持
する保持部材１１ｂと、これを操作者の手首に固定する
ためのベルト１１ｃとを有している。

【００６０】装着具は、操作者の手首にベルト１１ｃを
巻き付けて留めることにより装着される。ベルト１１ｃ
は操作者の手首の太さの個人差に対応できるため、どの
ような操作者に対しても、触覚伝達ユニットは常にその
疑似触覚伝達部材が人体の皮膚に接触した状態で保持さ
れる。

【００６１】本実施例では、装着具が腕輪型なので、操
作者は手のひらとすべての指が解放される。この結果、
他の装置の操作性を全く阻害することなく、対象物に対
する接触状況が疑似触覚として操作者に伝達される。

【００６２】第九実施例として、複数の触覚伝達ユニッ
トと、これを保持する腕輪型の装着具とを備えた触覚伝
達手段について、図１２を参照しながら説明する。図１
２に示すように、本実施例の触覚伝達手段は、三つの触
覚伝達ユニット１２ａと１２ｂと１２ｃと、これらを保
持する保持部材１２ｄとベルト１２ｅからなる装着具と
を有している。

【００６３】本実施例の触覚伝達手段はベルト１２ｅを
手首に巻き付けてとめることで装着され、三つの触覚伝
達ユニット１２ａと１２ｂと１２ｃはその疑似触覚伝達
部材が皮膚に接触した状態で保持される。

【００６４】本実施例の触覚伝達手段は三つの触覚伝達
ユニットを備えており、第七実施例と同様に、「ファン
トムセンセーション」あるいは「仮現運動」を利用した
触覚伝達を行なうことができる。

【００６５】第十実施例として、複数の触覚伝達ユニッ
トがマトリックス状に配列された触覚伝達ユニットアレ
イについて、図１３を参照しながら説明する。図１３に
示すように、触覚伝達ユニットアレイは、マトリックス
状に配列された複数の触覚伝達部１３ａを有している。
各触覚伝達部１３ａは、基板１３ｄに垂直に動く疑似触
覚伝達部材１３ｂを有している。保護板材１３ｃはそれ
ぞれの触覚伝達部１３ａの疑似触覚伝達部材１３ｂが通
る穴を有し、基板１３ｄから所定の間隔を置いて支持さ
れる。この結果、第一実施例（図１）または第三実施例
（図６）または第四実施例（図７）の触覚伝達ユニット
がマトリックス状に配列された構成となっている。

【００６６】本実施例の触覚伝達ユニットアレイは、各
触覚伝達ユニットを点字文字の各点に対応させて独立に
駆動することで、点字を表現することができる。このよ
うな触覚伝達ユニットアレイは、半導体製造技術を用い
ることによって、容易にしかも小型かつ薄型に作製する
ことができる。また大量生産できるため、安価に供給す
ることができる。

【００６７】第十一実施例として、触覚伝達ユニットア
レイとこれを保持する腕輪型の装着具とを備えた触覚伝
達手段について、図１４を参照しながら説明する。図１
４に示すように、本実施例の触覚伝達手段は、触覚伝達
ユニットアレイ１４ａと腕輪型の装着具とを有してい
る。触覚伝達ユニット１４ａは、第十実施例（図１３）
で説明したものである。腕輪型の装着具は、触覚伝達ユ
ニットアレイ１４ａを保持する保持部材１４ｂと、これ
を使用者の手首に固定するためのベルト１４ｃとを有し
ている。

【００６８】通常、視覚障害者は、点字印刷されたプリ
ントを能動的に指先でなぞることによって、文字情報を
認識する。しかし、この作業中は、指先を使っているた
め、他の作業は一切できない。簡単な例では、健常者
は、読書の際に、片手にコーヒーカップを持って、それ
を口に運びながら読書をすることが可能だが、視覚障害
者の場合は、いったん点字を走査する手を休めて、改め
てカップを持つという動作が必要である。

【００６９】本実施例の触覚伝達手段を使用することに
より、視覚障害者は受動的に情報を得られるようにな
る。つまり、使用者は腕輪型の触覚伝達手段を手首に装
着して使用するため、情報を得る際にも両手を自由に使
える。したがって、これを装着した視覚障害者は、指先
で点字を走査する必要はなく、触覚伝達手段から呈示さ
れる情報を手首に感じる触覚として認識することが可能
となり、上述の例では、視覚障害者であっても、健常者
と同様に、読書をしながら別の動作を行なうことができ
るようになる。

【００７０】第十二実施例として、第十一実施例の触覚
伝達手段を使用するときの全体の構成について、図１５
を参照しながら説明する。図１５に示すように、触覚伝
達手段１５ｃには、二次元像検出手段１５ａからの信号
を処理する信号処理手段９ｂが接続される。

【００７１】信号処理手段１５ｂは、二次元像検出手段
１５ａにより検出された文字あるいは画像の二値化信号
を、触覚伝達手段１５ｃの触覚伝達ユニットアレイをそ
の文字あるいは画像に対応した形で駆動するための信号
に変換し、人間の振動知覚の特性に合わせて振動振幅と
振動周波数を調整して出力する。

【００７２】以上、実施例について説明したが、本発明
は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要
旨の範囲内において種々の変形や応用が可能である。こ
こで、本発明の要旨をまとめると以下のようになる。

【００７３】１．（特に第一実施例と第三実施例と第四
実施例に対応している） （構成）信号処理手段と触覚伝達手段とからなる触覚伝
達装置であり、触覚伝達手段は少なくとも一つの触覚伝
達ユニットを含み、触覚伝達ユニットは、疑似触覚伝達
部材と、信号処理手段からの信号に応じて疑似触覚伝達
部材を駆動する駆動手段と、疑似触覚伝達部材にかかる
力を制限する保護部材とを備えており、触覚伝達装置。 （作用）触覚伝達ユニットは、信号処理手段からの信号
に応じて、疑似触覚伝達部材が運動たとえば振動する。 （効果）使用者は、触覚伝達ユニットに指先で触れるな
どして、疑似触覚伝達部材の動きを知覚する。

【００７４】２．（特に第一実施例と第三実施例と第四
実施例に対応している） （構成）前項１において、駆動手段は、半導体技術を用
いて作製される少なくとも一つの静電型アクチュエータ
ーと、折れ曲がった板状あるいは湾曲した板状の弾性部
材とを有し、静電型アクチュエーターは固定電極とこれ
に平行に移動し得る駆動電極とを有し、弾性部材は少な
くとも一端部が駆動電極に固定されており、疑似触覚伝
達部材は弾性部材に取り付けられていてる、触覚伝達装
置。 （作用）弾性部材は、その側面形状が例えばＶ字状ある
いはＵ字状をしており、駆動電極が移動すると、これに
伴なって中央部分が駆動電極の面に垂直な方向に動き、
したがって、疑似触覚伝達部材が駆動電極に垂直な方向
に沿って運動する。すなわち、駆動電極の運動がその運
動方向に直交する方向の運動に変換される。 （効果）静電型アクチュエーターは半導体技術を用いて
作製されるので、非常に小型の触覚伝達ユニットが得ら
れる。

【００７５】３．（特に第一実施例ないし第四実施例に
説明されている） （構成）前項２において、駆動手段は、弾性部材に取り
付けられた振動遮断部材を有している、触覚伝達装置。 （作用）振動遮断部材は、これが存在しないときに疑似
触覚伝達部材へ伝わる不要な振動を遮断する。 （効果）振動遮断部材によって不要な振動が除去される
ので、効率の良い運動伝達が達成される。

【００７６】４．（特に第一実施例と第四実施例に対応
している） （構成）前項２または前項３において、駆動手段は二つ
の静電型アクチュエーターを有し、弾性部材は両端が共
に駆動電極に固定されている、触覚伝達装置。 （作用）二つの静電型アクチュエーターの駆動電極は互
いに近づき離れる方向に移動する。 （効果）これにより、静電型アクチュエーターが一つの
場合に比べて、疑似触覚伝達部材の運動のストロークが
長くなる。

【００７７】５．（特に第五実施例と第八実施例に代表
的に対応している） （構成）前項１ないし前項４において、触覚伝達手段
は、使用者の皮膚に接した状態で触覚伝達ユニットを保
持する装着具を更に有している、触覚伝達装置。 （作用）装着具はたとえば指輪や腕輪に似たものとする
ことができ、使用者はこのような装着具を指にはめたり
手首に着けることで、触覚伝達ユニットが皮膚に接した
状態で保持される。使用者は皮膚への触感を通じて、疑
似触覚伝達部材の動きを知覚する。 （効果）使用者は、疑似触覚伝達部材の動きを知覚する
際にも、両手を自由に使える。

【００７８】６．（特に第六実施例に対応している） （構成）前項１ないし前項５において、信号処理手段
は、所定位置に備えられた接触情報信号検出手段に接続
されていて、接触情報信号検出手段で検出される接触状
態に応じた信号を出力する、触覚伝達装置。 （作用）疑似触覚伝達部材は、対象物の硬さや柔らかさ
や粘弾性の度合いに応じた運動を行なう。使用者は、疑
似触覚伝達部材の動きから、対象物に触感を疑似触覚と
して得る。 （効果）機械片等を介して対象物に間接的に触れる装置
において、乖離感を無がなくなり、装置の操作性が向上
し、正確な操作を行なうことができる。

【００７９】７．（特に第七実施例と第九実施例に対応
している） （構成）前項５において、触覚伝達手段は複数の触覚伝
達ユニットを有し、信号処理手段はそれぞれの触覚伝達
ユニットに異なる信号を供給し得る、触覚伝達装置。 （作用）それぞれの触覚伝達ユニットは独立に駆動され
る。 （効果）「ファントムセンセーション」や「仮現運動」
を利用した触覚伝達装置が得られる。

【００８０】８．（第十実施例ないし第十二実施例に対
応している） （構成）前項５において、触覚伝達手段はマトリックス
状に配列された複数の触覚伝達ユニットすなわち触覚伝
達ユニットアレイを有し、信号処理手段は、二次元像検
出手段に接続されていて、二次元像検出手段で検出され
る二次元像に応じて、それぞれの触覚伝達ユニットを駆
動する信号を出力する、触覚伝達装置。 （作用）それぞれの触覚伝達ユニットの疑似触覚伝達部
材は、二次元像検出手段で検出される文字や画像等の二
次元像に対応して、たとえば動的あるいは静的に独立に
動く。使用者は、複数の疑似触覚伝達部材の動きを皮膚
の触感でとらえることにより、文字や画像の情報を得
る。 （効果）小型で低価格の視覚障害者向けの文字や画像の
情報表示装置が得られる。

【００８１】

【発明の効果】本発明によれば、半導体製造技術により
作製される非常に小型の触覚伝達ユニットを備えた触覚
伝達装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一実施例として、本発明による触覚伝達ユニ
ットの構成を示す斜視図である。

【図２】図１に示した静電型アクチュエーターの電極の
形状を示した図である。

【図３】図１の疑似触覚伝達部材の動きを説明するため
の図である。

【図４】図１の触覚伝達ユニットの使用状態を示す図で
ある。

【図５】第二実施例として、図１のＶ字形状の弾性部材
に代わる、別の弾性部材を示す図である。

【図６】第三実施例として、図１に示した触覚伝達ユニ
ットとは構成が異なる、別の触覚伝達ユニットの構成を
示す図である。

【図７】第四実施例として、図１に示した触覚伝達ユニ
ットとは構成が異なる、別の触覚伝達ユニットの構成を
示す図である。

【図８】第五実施例として、触覚伝達ユニットとこれを
保持する指輪状の装着具とを備えた触覚伝達手段の構成
を示す図である。

【図９】第六実施例として、上述の実施例の触覚伝達ユ
ニットを使用するときの全体の構成を示す図である。

【図１０】第七実施例として、複数の触覚伝達ユニット
とこれを保持する指輪型の装着具とを備えた触覚伝達手
段の構成を示す図である。

【図１１】第八実施例として、触覚伝達ユニットとこれ
を保持する腕輪型の装着具とを備えた触覚伝達手段の構
成を示す図である。

【図１２】第九実施例として、複数の触覚伝達ユニット
と、これを保持する腕輪型の装着具とを備えた触覚伝達
手段の構成を示す図である。

【図１３】第十実施例として、複数の触覚伝達ユニット
がマトリックス状に配列された触覚伝達ユニットアレイ
の構成を示す図である。

【図１４】第十一実施例として、触覚伝達ユニットアレ
イとこれを保持する腕輪型の装着具とを備えた触覚伝達
手段の構成を示す図である。

【図１５】第十二実施例として、第十一実施例の触覚伝
達手段を使用するときの全体の構成を示す図である。

【図１６】従来例１として、マイクロマニピュレータが
設けられた顕微鏡の全体の構成を概略的に示す図であ
る。

【図１７】従来例２として、ロボットのマニピュレータ
システムの構成を概略的に示す図である。

【図１８】従来例３として、医療用処置具である把持鉗
子１８ａの構成を概略的に示す図である。

【図１９】体腔内に挿入される内視鏡の様子を示す図で
ある。

【図２０】本出願人が特願平５−００７１９６において
提案している触覚伝達装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ａｂ…静電型アクチュエーター、１ｄ…弾性部材、１
ｆ…疑似触覚伝達部材、１ｈ…保護部材。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】信号処理手段と触覚伝達手段とからなる触
   覚伝達装置であり、触覚伝達手段は少なくとも一つの触
   覚伝達ユニットを含み、触覚伝達ユニットは、疑似触覚
   伝達部材と、信号処理手段からの信号に応じて疑似触覚
   伝達部材を駆動する駆動手段と、疑似触覚伝達部材にか
   かる力を制限する保護部材とを備えていることを特徴と
   する触覚伝達装置。
2. 【請求項２】請求項１において、駆動手段は、半導体技
   術を用いて作製される二つの静電型アクチュエーター
   と、折れ曲がった板状あるいは湾曲した板状の弾性部材
   とを有し、静電型アクチュエーターは固定電極とこれに
   平行に移動し得る駆動電極とを有し、弾性部材は両端が
   共に駆動電極に固定されており、疑似触覚伝達部材は弾
   性部材に取り付けられていることを特徴とする触覚伝達
   装置。
3. 【請求項３】請求項１において、触覚伝達手段はマトリ
   ックス状に配列された複数の触覚伝達ユニットすなわち
   触覚伝達ユニットアレイを有し、信号処理手段は、二次
   元像検出手段に接続されていて、二次元像検出手段で検
   出される二次元像に応じて、それぞれの触覚伝達ユニッ
   トを駆動する信号を出力することを特徴とする触覚伝達
   装置。