圧力提示機構、圧力提示装置及び圧力提示方法
【課題】複雑で大きな装置を用いることなく、簡素な構成で人体に様々な圧力感覚を提示することができるようにする。
【解決手段】人体に圧力感覚を提示するために椅子に組み込まれて使用される圧力提示機構であり、一面６０ａが人体との接触面をなし、その接触面に複数の貫通穴６１が配列形成されているベース６０と、各貫通穴６１にそれぞれ挿入位置されて接触面から出入り自在とされたピン５１と、ピンを接触面から出入りする方向に振動させる振動機構４０とよりなる。
【解決手段】人体に圧力感覚を提示するために椅子に組み込まれて使用される圧力提示機構であり、一面６０ａが人体との接触面をなし、その接触面に複数の貫通穴６１が配列形成されているベース６０と、各貫通穴６１にそれぞれ挿入位置されて接触面から出入り自在とされたピン５１と、ピンを接触面から出入りする方向に振動させる振動機構４０とよりなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は人体に圧力感覚を提示するために、椅子に組み込まれて使用される圧力提示機構に関し、さらにその圧力提示機構を用いる圧力提示装置及び圧力提示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
映像提示技術の発達と映像提示装置の普及により、大画面高精細映像や立体映像などの映像コンテンツをアミューズメント施設だけでなく、一般家庭などでも体験することができるようになってきた。このような映像コンテンツを視聴する場合の臨場感を高める一つの手段として、モーションチェアと呼ばれる可動型の椅子が多く採用されている。
【０００３】
大画面のスクリーンの前に座って体感するような乗り物型の装置では、視覚的手がかりから主に速度を、機械的手がかり（前庭感覚、皮膚感覚）から主に加速度や角加速度を検出して、移動感覚を生成している。加速度や角加速度は三半規管や耳石器で受容されるが、刺激を機械的に与える方法（例えば、非特許文献１参照）と電気的に与える方法（例えば、特許文献１参照）が存在する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】広瀬通孝、大塚隆治、広田光一，「モーションベースを利用した前庭感覚表現に関する基礎研究」，日本バーチャルリアリティ学会論文誌，Vol.１，No.１，p.16-22，1996
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４４０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、非特許文献１に記載されているようなモーションチェアを用いる技術は、物理的な挙動の再現を考えているため、構成が複雑になることが問題であった。物理情報を忠実に再現するためには、回転と並進の６自由度が必要となるが、一般的に装置が高価で大掛かりになりやすく、設置場所が限られる一般家庭では導入が難しい。
【０００７】
一方、特許文献１に記載されているような前庭電気刺激を用いる技術は、安価な構成で実現できるが、前後方向と左右方向で効果が異なること、重力方向への提示に関する報告がないこと、皮膚の電気インピーダンスによって効果が異なること、座った状態では効果が小さいこと等の扱いにくさが問題として挙げられる。
【０００８】
また、アミューズメント施設では椅子を傾けることで重力の変化によって人体が椅子に押さえつけられることで、圧力感覚を表現しているが、このように椅子を傾けるといった方法は大型で複雑な構成になりやすい。
【０００９】
この発明の目的はこのような問題に鑑み、圧力変化をシンプルな振動刺激と接触面積の変化によって生成することで、簡素な構成で知覚的に等価な現象を作り出すことができるようにした圧力提示機構、圧力提示装置及び圧力提示方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明によれば、人体に圧力感覚を提示するために椅子に組み込まれて使用される圧力提示機構は、一面が人体との接触面をなし、その接触面に複数の貫通穴が配列形成されているベースと、前記各貫通穴にそれぞれ挿入位置されて接触面から出入り自在とされたピンと、ピンを接触面から出入りする方向に振動させる振動機構とよりなる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、圧力提示装置は、請求項１記載の圧力提示機構と、人体に所望の圧力感覚を提示するために必要な振動機構の振動を求め、その求めた振動を与えるのに必要な電流指令値を算出して出力する制御部と、電流指令値から振動機構を駆動する駆動電流を生成して振動機構に入力する電流増幅器とよりなり、ピンが接触面から突出する方向を＋ｘ方向、接触面の位置をｘ＝０、時刻ｔにおけるピンの先端の位置をｘ（ｔ）とした時、制御部は、
ｘ（ｔ）＝Ａｓｉｎ２πｆｔ＋ｘ０
但し、Ａは振幅であり、Ａ／２≧｜ｘ０｜、ｆは周波数、
ｘ０は振動中心
となるように電流指令値を算出する。
【００１２】
請求項３の発明によれば、圧力提示装置は、請求項１記載の圧力提示機構と、人体に所望の圧力感覚を提示するために必要な振動機構の振動を求め、その求めた振動を与えるのに必要な電流指令値を算出して出力する制御部と、電流指令値から振動機構を駆動する駆動電流を生成して振動機構に入力する電流増幅器とよりなり、ピンが接触面から突出する方向を＋ｘ方向、接触面の位置をｘ＝０、時刻ｔにおけるピンの先端の位置をｘ（ｔ）とした時、制御部は、
【００１３】
【数１】
【００１４】
但し、Ａは振幅であり、Ａ／２≧｜ｘ０｜、ｆは周波数、
ｘ０は振動中心（ｘ０≦０）、ｎは整数、ａはパーセント（０＜ａ＜１００）
となるように電流指令値を算出する。
【００１５】
請求項４の発明によれば、圧力提示装置は、請求項１記載の圧力提示機構と、人体に所望の圧力感覚を提示するために必要な振動機構の振動を求め、その求めた振動を与えるのに必要な電流指令値を算出して出力する制御部と、電流指令値から振動機構を駆動する駆動電流を生成して振動機構に入力する電流増幅器とよりなり、ピンが接触面から突出する方向を＋ｘ方向、接触面の位置をｘ＝０、時刻ｔにおけるピンの先端の位置をｘ（ｔ）とした時、凹凸形状上の移動感覚を圧力感覚によって提示すべく、制御部は凹凸形状上の移動に伴い生じる加速度を２階積分してｘ（ｔ）を求め、そのｘ（ｔ）となるように電流指令値を算出する。
【００１６】
請求項５の発明によれば、圧力提示装置は、請求項１記載の圧力提示機構と、人体に所望の圧力感覚を提示するために必要な振動機構の振動を求め、その求めた振動を与えるのに必要な電流指令値を算出して出力する制御部と、電流指令値から振動機構を駆動する駆動電流を生成して振動機構に入力する電流増幅器とよりなり、制御部は椅子の傾きによって生じる圧力変化を相殺するように電流指令値を算出する。
【００１７】
請求項６の発明によれば、一面が人体との接触面をなし、その接触面に複数の貫通穴が配列形成されているベースと、前記各貫通穴にそれぞれ挿入位置されて接触面から出入り自在とされたピンと、ピンを接触面から出入りする方向に振動させる振動機構とよりなる圧力提示機構を用いる圧力提示方法は、前記圧力提示機構を椅子に組み込み、ピンが接触面から突出する方向を＋ｘ方向、接触面の位置をｘ＝０、時刻ｔにおけるピンの先端の位置をｘ（ｔ）とした時、
ｘ（ｔ）＝Ａｓｉｎ２πｆｔ＋ｘ０
但し、Ａは振幅であり、Ａ／２≧｜ｘ０｜、ｆは周波数、
ｘ０は振動中心
となるように振動機構の振動を制御して人体に圧力感覚を提示する。
【００１８】
請求項７の発明によれば、一面が人体との接触面をなし、その接触面に複数の貫通穴が配列形成されているベースと、前記各貫通穴にそれぞれ挿入位置されて接触面から出入り自在とされたピンと、ピンを接触面から出入りする方向に振動させる振動機構とよりなる圧力提示機構を用いる圧力提示方法は、前記圧力提示機構を椅子に組み込み、ピンが接触面から突出する方向を＋ｘ方向、接触面の位置をｘ＝０、時刻ｔにおけるピンの先端の位置をｘ（ｔ）とした時、
【００１９】
【数２】
【００２０】
但し、Ａは振幅であり、Ａ／２≧｜ｘ０｜、ｆは周波数、
ｘ０は振動中心（ｘ０≦０）、ｎは整数、ａはパーセント（０＜ａ＜１００）
となるように振動機構の振動を制御して人体に圧力感覚を提示する。
【００２１】
請求項８の発明によれば、一面が人体との接触面をなし、その接触面に複数の貫通穴が配列形成されているベースと、前記各貫通穴にそれぞれ挿入位置されて接触面から出入り自在とされたピンと、ピンを接触面から出入りする方向に振動させる振動機構とよりなる圧力提示機構を用いる圧力提示方法は、前記圧力提示機構を椅子に組み込み、ピンが接触面から突出する方向を＋ｘ方向、接触面の位置をｘ＝０、時刻ｔにおけるピンの先端の位置をｘ（ｔ）とした時、凹凸形状上の移動感覚を圧力感覚によって提示すべく、凹凸形状上の移動に伴い生じる加速度を２階積分してｘ（ｔ）を求め、そのｘ（ｔ）となるように振動機構の振動を制御して人体に圧力感覚を提示する。
【００２２】
請求項９の発明によれば、一面が人体との接触面をなし、その接触面に複数の貫通穴が配列形成されているベースと、前記各貫通穴にそれぞれ挿入位置されて接触面から出入り自在とされたピンと、ピンを接触面から出入りする方向に振動させる振動機構とよりなる圧力提示機構を用いる圧力提示方法は、前記圧力提示機構を椅子に組み込み、椅子の傾きによって生じる圧力変化を相殺するように振動機構の振動を制御して人体に圧力感覚を提示する。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、複雑で大きな装置を用いることなく、簡素な構成で人体に圧力感覚を提示することができ、これにより例えば加速度感や凹凸形状上の移動感覚等を提示することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明による圧力提示装置の一実施例の機能構成を示すブロック図。
【図２】図１における圧力提示機構の基本単位の具体的構成例を示す図、Ａは平面図、Ｂは正面図。
【図３】図２に示した圧力提示機構の一部省略した斜視図。
【図４】人間の受容器の振動に対する特性を示すグラフ（指腹部分）。
【図５】圧力提示機構の実際の使用形態の構成を示す平面図。
【図６】圧力提示機構の椅子への設置例を示す図。
【図７】圧力提示機構が設置された椅子に人がベルトで固定された状態を示す図。
【図８】椅子の傾きによって生じる加速度及び圧力の方向を示す図。
【図９】椅子の座面において圧力提示機構の振動位置を変位させる例を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。
【００２６】
図１はこの発明による圧力提示装置の構成の一例をブロック図で示したものであり、圧力提示装置はこの例では制御部１０と電流増幅器２０と圧力提示機構３０と圧力センサ７０とによって構成されている。圧力提示機構３０は振動機構４０とピン５１とベース６０とを備えている。
【００２７】
図２及び図３は圧力提示機構３０の基本単位の具体的構成例を示したものであり、振動機構４０として、この例ではボイスコイルモータを用いるものとなっている。ボイスコイルモータよりなる振動機構４０の可動部（振動部）４１にはピン５１が取り付けられており、この例では基体５２上に複数のピン５１がアレイ状に配列されてなるピンアレイ５０が可動部４１に取り付けられている。
【００２８】
ベース６０には各ピン５１の位置と対応して複数の貫通穴６１が配列形成されており、ピン５１は各貫通穴６１に挿入位置されてベース６０の表面６０ａから出入り自在とされている。ピン５１は振動機構４０を駆動し、振動させることにより、ベース６０の表面６０ａから出入りする方向に振動する。
【００２９】
ベース６０は図２に示したように、振動機構４０のハウジング４２の外周に突設されているフランジ４３に固定されている。固定はねじ３１及び間隔管３２を用いて行われ、間隔管３２はベース６０とフランジ４３との間に介在されてベース６０の所定の高さ位置を規定する。ねじ３１はベース６０の４隅に形成されている取り付け穴６２、間隔管３２及びフランジ４３の取り付け穴４４を順次挿通し、ナット３３により締結されている。なお、図３ではねじ３１及び間隔管３２の図示を省略している。
【００３０】
ピン５１の先端はこの例ではベース６０の表面６０ａよりわずかに突出した状態となっているが、振動機構４０の非駆動時（電源ＯＦＦ時）におけるピン５１の先端の位置は間隔管３２の長さを変えることによって調整することができる。
【００３１】
圧力提示機構３０は例えば椅子の座面に組み込まれて設置され、椅子に座ったユーザ（人体）に圧力感覚を提示する。
【００３２】
制御部１０は人体に所望の圧力感覚を提示するために必要な振動機構４０の振動を求め、その求めた振動を与えるのに必要な電流指令値を算出して電流増幅器２０に出力する。制御部１０は例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を用いて構成される。
【００３３】
電流増幅器２０は入力された電流指令値から振動機構４０を駆動する駆動電流を生成して振動機構４０に入力する。
【００３４】
圧力センサ７０は振動機構４０内に取り付けられており、例えばユーザが座ることによって、ピン５１にかかる圧力を検出することができるものとなっている。
【００３５】
圧力提示機構３０は圧力感覚を振動刺激と接触面積の変化を利用して提示する。与えられる力Ｆ（ｔ）は圧力Ｐ（ｔ）と接触面積Ｓ（ｔ）の積によって決定される。ｔは時間を表す。
【００３６】
Ｆ（ｔ）＝∫ｄ（ＳＰ） （１）
よって、
【００３７】
【数３】
【００３８】
圧力提示機構３０はピン５１がベース６０から飛び出る時と出ない時で接触面積を変化させる。制御部１０は電流指令値を出力し、これにより振動機構４０を振動させることにより、圧力提示機構３０と人体の接触面積Ｓ（ｔ）を変化させる。接触面積Ｓ（ｔ）はピン５１の変位によって、人体との接触面をなすベース６０の表面６０ａのみの表面積ＳＢａｓｅ、ベース６０の表面積とピン５１先端の面積の和ＳＢａｓｅ＋ＳＰｉｎｓ、ピン５１先端の面積のみＳＰｉｎｓの３つの状態を遷移する。ピン５１がベース６０の表面６０ａから突出する方向を＋ｘ方向、時刻ｔにおけるピン５１の先端の位置をｘ（ｔ）、ベース６０の表面６０ａの位置をｘ＝０とすれば、
【００３９】
【数４】
【００４０】
となる。ｘ（ｔ）の２階微分は加速度であり、Ｆ（ｔ）は加速度に比例する。
【００４１】
例えば、ピン５１が振幅Ａの正弦波状に変位するように制御した時、周波数をｆ、振動中心をｘ０とすると、ｘ（ｔ）は以下のように表される。但し、Ａ／２≧｜ｘ０｜とする。
ｘ（ｔ）＝Ａｓｉｎ２πｆｔ＋ｘ０ （４）
【００４２】
周波数ｆが十分速い時、具体的には図４に示すような５０Ｈｚ以上（望ましくは１００Ｈｚ以上）では、ピン５１の振動刺激は振動感覚として人体に知覚される。その時は接触面積Ｓ（ｔ）の変化、つまりピン５１の先端の位置が正になる時間の割合に応じて圧力が変化して知覚される。
【００４３】
周波数ｆが十分遅い時、具体的には図４に示すような５０Ｈｚ以下（望ましくは５Ｈｚ以下）ではピン５１の振動刺激は人体に圧力感覚として知覚される。その時は力Ｆ（ｔ）の変化、つまりピン５１の先端の位置が正になる量の割合に応じて圧力が変化して知覚される。つまり、振幅Ａ＋ｘ０の大きさが大きく影響する。
【００４４】
振動機構４０を制御し、振動刺激を変化させ、人体との接触面積Ｓ（ｔ）を変化させることで、人体に圧力感覚（圧迫されたような感覚）を提示することができる。
【００４５】
圧力提示機構３０は図２及び図３では基本単位の構成を示している。椅子に設置される圧力提示機構は、実際には図５に示したような構成とされる。この図５に示した圧力提示機構３０’は図２及び図３に示した基本単位の圧力提示機構３０が多数配置されて構成されたもので、この例では２０個の圧力提示機構３０が配置されて圧力提示機構３０’が構成されている。なお、ベース６０’は共通の一枚の板として構成されている。振動機構４０は図５では隠れて見えないが、ベース６０’の裏面側に各ピンアレイ５０に対応して２０個配置されている。図２及び図３に示した圧力提示機構３０のベース６０の大きさは例えば６ｃｍ×６ｃｍとされ、よってこの図５に示した圧力提示機構３０’ではベース６０’の大きさは２４ｃｍ×３０ｃｍ程度となる。
【００４６】
図６は圧力提示機構３０’の椅子８０への設置例を示したものであり、図６では椅子８０の座面と背もたれと左右両側のひじ掛け部分の計４箇所に圧力提示機構３０’が設置されている。圧力提示機構３０’の設置位置・数は用途に応じて適宜決定される。
【００４７】
図６では人体は特に固定されていないが、図７に示したように人体と圧力提示機構３０’が密着するように、ベルト８１によって人体を椅子８０に固定するのが望ましい。
【００４８】
人体への圧力感覚の提示によって加速度感を提示したい時には、ｘ（ｔ）が以下のようになるように振動機構４０を駆動する。但し、ｎは整数、ａはパーセント（０＜ａ＜１００）を表し、Ａ／２≧｜ｘ０｜、ｘ０≦０とする。
【００４９】
【数５】
【００５０】
このように駆動することで、ステップ状に圧力変化を作り出すことができる。そのため、例えば自動車の急発進や急停止のような時に生じる過渡的な圧力変化を再現することができる。この場合、過渡的な刺激であるため、他の感覚情報（急発進や急停止の映像（視覚刺激）や音（聴覚刺激））とタイミングを合わせて圧力感覚を提示するのが望ましい。
【００５１】
また、人体への圧力感覚の提示によって凹凸形状上の移動感覚を提示することもできる。
【００５２】
例えば、地形の形状を表す曲線をｚ＝φ（ｙ）とする。ここでは、鉛直方向がｚ、水平方向がｙとする。例えば、φ（ｙ）で表される曲線がガウシアンの時、
【００５３】
【数６】
【００５４】
凹凸形状はｚを再現するように、力つまり加速度ｄ２ｘ／ｄｔ２を変化させればよい。そのため、凹凸形状上の移動に伴い生じる加速度を２階積分してｘ（ｔ）を求め、そのｘ（ｔ）となるように振動機構４０を制御すればよい。この場合、移動感覚を知覚させる視覚等の感覚情報と同時に用いられることが望ましい。
【００５５】
一方、椅子が傾いた時に生じる圧力変化を知覚させたくない場合には、相殺するように圧力感覚を提示することができる。例えば、図８に示したように重力鉛直方向から椅子８０がθ傾いた時、体重ｍの人は背中の部分に、
Ｆ＝ｍｇ×ｓｉｎθ （７）
の力を感じる。ｇは重力加速度を表す。
【００５６】
制御部１０は（２）式から傾ける前後で圧力Ｐ（ｔ）が一定となるように接触面積Ｓ（ｔ）を算出し、算出したＳ（ｔ）が得られるように（３）式により振動機構４０の振動ｘ（ｔ）を制御すればよい。
【００５７】
例えば、傾ける前がθ＝０度、傾けた後がθ＝３０度の時、Ｆ_before＝０、Ｆ_after＝0.5ｍｇとなる。よって、ΔＦ＝Ｆ_after−Ｆ_before＝0.5ｍｇである。Ｐ（ｔ）を一定に保つためには、
ΔＦ／ΔＳ＝一定 （８）
となるようにΔＳを決定すればよい。
【００５８】
以上説明した例では、振動機構としてボイスコイルモータを用いるものとなっているが、振動機構としてはこれに限らず、他の装置・機構を用いることもでき、例えばリニアアクチュエータなどを用いることもできる。また、油圧シリンダや空気圧シリンダなども用いることができる。
【００５９】
一方、上述した例では、ピンアレイが振動機構によって駆動されるものとなっているが、理想的にはピン毎に振動機構がついていて駆動されることが望ましい。但し、ピンの大きさや振動機構の大きさを考慮し、実用的には上述したように複数のピンをまとめて一つの振動機構で駆動する形態を採用する。なお、ピンの形状やピンの高さを変えることで、接触面積を細かく設定することもできる。
【００６０】
それぞれのピンが独立に動くようにすれば、広範囲な領域で細かい圧力変化を作り出すことができる。例えば、図９に示したように、太ももの裏部分に接触するピンを後ろから前にスイープするように切り替えることで、その下の形状を擬似的に表現することができる。
【００６１】
空間的に離散的な振動刺激であっても、仮現運動や跳躍現象（cutaneous saltation）と呼ばれる現象が報告されている。また、ある空間的に離れた２点（複数点）での知覚する刺激の大きさが異なる時、それらの平均となる位置の１点のみに刺激が知覚されるファントムセンセーションが報告されている。この発明では知覚する振動の大きさは、それぞれのピンの振幅や周波数を変えることで変化する。知覚する振動の大きさをＡ１，Ａ２、両者の座標をｘ１，ｘ２とすると、ファントムセンセーションが知覚される大きさと場所は以下のように表される。
【００６２】
Ａ_PHANTOM＝（Ａ１・ｘ１＋Ａ２・ｘ２）／（ｘ１＋ｘ２） （９）
Ｘ_PHANTOM＝（Ａ１・ｘ１＋Ａ２・ｘ２）／（Ａ１＋Ａ２） （10）
これらは２点以上であっても同様の計算で求められる。仮現運動、跳躍現象、ファントムセンセーションは椅子の同一平面内（例えば、背中と太もも裏ではなく、背中のみのような場合）で有効に機能する。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 制御部 ２０ 電流増幅器
３０，３０’ 圧力提示機構 ４０ 振動機構
５０ ピンアレイ ５１ ピン
６０，６０’ ベース ７０ 圧力センサ
８０ 椅子
【技術分野】
【０００１】
この発明は人体に圧力感覚を提示するために、椅子に組み込まれて使用される圧力提示機構に関し、さらにその圧力提示機構を用いる圧力提示装置及び圧力提示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
映像提示技術の発達と映像提示装置の普及により、大画面高精細映像や立体映像などの映像コンテンツをアミューズメント施設だけでなく、一般家庭などでも体験することができるようになってきた。このような映像コンテンツを視聴する場合の臨場感を高める一つの手段として、モーションチェアと呼ばれる可動型の椅子が多く採用されている。
【０００３】
大画面のスクリーンの前に座って体感するような乗り物型の装置では、視覚的手がかりから主に速度を、機械的手がかり（前庭感覚、皮膚感覚）から主に加速度や角加速度を検出して、移動感覚を生成している。加速度や角加速度は三半規管や耳石器で受容されるが、刺激を機械的に与える方法（例えば、非特許文献１参照）と電気的に与える方法（例えば、特許文献１参照）が存在する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】広瀬通孝、大塚隆治、広田光一，「モーションベースを利用した前庭感覚表現に関する基礎研究」，日本バーチャルリアリティ学会論文誌，Vol.１，No.１，p.16-22，1996
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４４０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、非特許文献１に記載されているようなモーションチェアを用いる技術は、物理的な挙動の再現を考えているため、構成が複雑になることが問題であった。物理情報を忠実に再現するためには、回転と並進の６自由度が必要となるが、一般的に装置が高価で大掛かりになりやすく、設置場所が限られる一般家庭では導入が難しい。
【０００７】
一方、特許文献１に記載されているような前庭電気刺激を用いる技術は、安価な構成で実現できるが、前後方向と左右方向で効果が異なること、重力方向への提示に関する報告がないこと、皮膚の電気インピーダンスによって効果が異なること、座った状態では効果が小さいこと等の扱いにくさが問題として挙げられる。
【０００８】
また、アミューズメント施設では椅子を傾けることで重力の変化によって人体が椅子に押さえつけられることで、圧力感覚を表現しているが、このように椅子を傾けるといった方法は大型で複雑な構成になりやすい。
【０００９】
この発明の目的はこのような問題に鑑み、圧力変化をシンプルな振動刺激と接触面積の変化によって生成することで、簡素な構成で知覚的に等価な現象を作り出すことができるようにした圧力提示機構、圧力提示装置及び圧力提示方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明によれば、人体に圧力感覚を提示するために椅子に組み込まれて使用される圧力提示機構は、一面が人体との接触面をなし、その接触面に複数の貫通穴が配列形成されているベースと、前記各貫通穴にそれぞれ挿入位置されて接触面から出入り自在とされたピンと、ピンを接触面から出入りする方向に振動させる振動機構とよりなる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、圧力提示装置は、請求項１記載の圧力提示機構と、人体に所望の圧力感覚を提示するために必要な振動機構の振動を求め、その求めた振動を与えるのに必要な電流指令値を算出して出力する制御部と、電流指令値から振動機構を駆動する駆動電流を生成して振動機構に入力する電流増幅器とよりなり、ピンが接触面から突出する方向を＋ｘ方向、接触面の位置をｘ＝０、時刻ｔにおけるピンの先端の位置をｘ（ｔ）とした時、制御部は、
ｘ（ｔ）＝Ａｓｉｎ２πｆｔ＋ｘ０
但し、Ａは振幅であり、Ａ／２≧｜ｘ０｜、ｆは周波数、
ｘ０は振動中心
となるように電流指令値を算出する。
【００１２】
請求項３の発明によれば、圧力提示装置は、請求項１記載の圧力提示機構と、人体に所望の圧力感覚を提示するために必要な振動機構の振動を求め、その求めた振動を与えるのに必要な電流指令値を算出して出力する制御部と、電流指令値から振動機構を駆動する駆動電流を生成して振動機構に入力する電流増幅器とよりなり、ピンが接触面から突出する方向を＋ｘ方向、接触面の位置をｘ＝０、時刻ｔにおけるピンの先端の位置をｘ（ｔ）とした時、制御部は、
【００１３】
【数１】
【００１４】
但し、Ａは振幅であり、Ａ／２≧｜ｘ０｜、ｆは周波数、
ｘ０は振動中心（ｘ０≦０）、ｎは整数、ａはパーセント（０＜ａ＜１００）
となるように電流指令値を算出する。
【００１５】
請求項４の発明によれば、圧力提示装置は、請求項１記載の圧力提示機構と、人体に所望の圧力感覚を提示するために必要な振動機構の振動を求め、その求めた振動を与えるのに必要な電流指令値を算出して出力する制御部と、電流指令値から振動機構を駆動する駆動電流を生成して振動機構に入力する電流増幅器とよりなり、ピンが接触面から突出する方向を＋ｘ方向、接触面の位置をｘ＝０、時刻ｔにおけるピンの先端の位置をｘ（ｔ）とした時、凹凸形状上の移動感覚を圧力感覚によって提示すべく、制御部は凹凸形状上の移動に伴い生じる加速度を２階積分してｘ（ｔ）を求め、そのｘ（ｔ）となるように電流指令値を算出する。
【００１６】
請求項５の発明によれば、圧力提示装置は、請求項１記載の圧力提示機構と、人体に所望の圧力感覚を提示するために必要な振動機構の振動を求め、その求めた振動を与えるのに必要な電流指令値を算出して出力する制御部と、電流指令値から振動機構を駆動する駆動電流を生成して振動機構に入力する電流増幅器とよりなり、制御部は椅子の傾きによって生じる圧力変化を相殺するように電流指令値を算出する。
【００１７】
請求項６の発明によれば、一面が人体との接触面をなし、その接触面に複数の貫通穴が配列形成されているベースと、前記各貫通穴にそれぞれ挿入位置されて接触面から出入り自在とされたピンと、ピンを接触面から出入りする方向に振動させる振動機構とよりなる圧力提示機構を用いる圧力提示方法は、前記圧力提示機構を椅子に組み込み、ピンが接触面から突出する方向を＋ｘ方向、接触面の位置をｘ＝０、時刻ｔにおけるピンの先端の位置をｘ（ｔ）とした時、
ｘ（ｔ）＝Ａｓｉｎ２πｆｔ＋ｘ０
但し、Ａは振幅であり、Ａ／２≧｜ｘ０｜、ｆは周波数、
ｘ０は振動中心
となるように振動機構の振動を制御して人体に圧力感覚を提示する。
【００１８】
請求項７の発明によれば、一面が人体との接触面をなし、その接触面に複数の貫通穴が配列形成されているベースと、前記各貫通穴にそれぞれ挿入位置されて接触面から出入り自在とされたピンと、ピンを接触面から出入りする方向に振動させる振動機構とよりなる圧力提示機構を用いる圧力提示方法は、前記圧力提示機構を椅子に組み込み、ピンが接触面から突出する方向を＋ｘ方向、接触面の位置をｘ＝０、時刻ｔにおけるピンの先端の位置をｘ（ｔ）とした時、
【００１９】
【数２】
【００２０】
但し、Ａは振幅であり、Ａ／２≧｜ｘ０｜、ｆは周波数、
ｘ０は振動中心（ｘ０≦０）、ｎは整数、ａはパーセント（０＜ａ＜１００）
となるように振動機構の振動を制御して人体に圧力感覚を提示する。
【００２１】
請求項８の発明によれば、一面が人体との接触面をなし、その接触面に複数の貫通穴が配列形成されているベースと、前記各貫通穴にそれぞれ挿入位置されて接触面から出入り自在とされたピンと、ピンを接触面から出入りする方向に振動させる振動機構とよりなる圧力提示機構を用いる圧力提示方法は、前記圧力提示機構を椅子に組み込み、ピンが接触面から突出する方向を＋ｘ方向、接触面の位置をｘ＝０、時刻ｔにおけるピンの先端の位置をｘ（ｔ）とした時、凹凸形状上の移動感覚を圧力感覚によって提示すべく、凹凸形状上の移動に伴い生じる加速度を２階積分してｘ（ｔ）を求め、そのｘ（ｔ）となるように振動機構の振動を制御して人体に圧力感覚を提示する。
【００２２】
請求項９の発明によれば、一面が人体との接触面をなし、その接触面に複数の貫通穴が配列形成されているベースと、前記各貫通穴にそれぞれ挿入位置されて接触面から出入り自在とされたピンと、ピンを接触面から出入りする方向に振動させる振動機構とよりなる圧力提示機構を用いる圧力提示方法は、前記圧力提示機構を椅子に組み込み、椅子の傾きによって生じる圧力変化を相殺するように振動機構の振動を制御して人体に圧力感覚を提示する。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、複雑で大きな装置を用いることなく、簡素な構成で人体に圧力感覚を提示することができ、これにより例えば加速度感や凹凸形状上の移動感覚等を提示することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明による圧力提示装置の一実施例の機能構成を示すブロック図。
【図２】図１における圧力提示機構の基本単位の具体的構成例を示す図、Ａは平面図、Ｂは正面図。
【図３】図２に示した圧力提示機構の一部省略した斜視図。
【図４】人間の受容器の振動に対する特性を示すグラフ（指腹部分）。
【図５】圧力提示機構の実際の使用形態の構成を示す平面図。
【図６】圧力提示機構の椅子への設置例を示す図。
【図７】圧力提示機構が設置された椅子に人がベルトで固定された状態を示す図。
【図８】椅子の傾きによって生じる加速度及び圧力の方向を示す図。
【図９】椅子の座面において圧力提示機構の振動位置を変位させる例を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。
【００２６】
図１はこの発明による圧力提示装置の構成の一例をブロック図で示したものであり、圧力提示装置はこの例では制御部１０と電流増幅器２０と圧力提示機構３０と圧力センサ７０とによって構成されている。圧力提示機構３０は振動機構４０とピン５１とベース６０とを備えている。
【００２７】
図２及び図３は圧力提示機構３０の基本単位の具体的構成例を示したものであり、振動機構４０として、この例ではボイスコイルモータを用いるものとなっている。ボイスコイルモータよりなる振動機構４０の可動部（振動部）４１にはピン５１が取り付けられており、この例では基体５２上に複数のピン５１がアレイ状に配列されてなるピンアレイ５０が可動部４１に取り付けられている。
【００２８】
ベース６０には各ピン５１の位置と対応して複数の貫通穴６１が配列形成されており、ピン５１は各貫通穴６１に挿入位置されてベース６０の表面６０ａから出入り自在とされている。ピン５１は振動機構４０を駆動し、振動させることにより、ベース６０の表面６０ａから出入りする方向に振動する。
【００２９】
ベース６０は図２に示したように、振動機構４０のハウジング４２の外周に突設されているフランジ４３に固定されている。固定はねじ３１及び間隔管３２を用いて行われ、間隔管３２はベース６０とフランジ４３との間に介在されてベース６０の所定の高さ位置を規定する。ねじ３１はベース６０の４隅に形成されている取り付け穴６２、間隔管３２及びフランジ４３の取り付け穴４４を順次挿通し、ナット３３により締結されている。なお、図３ではねじ３１及び間隔管３２の図示を省略している。
【００３０】
ピン５１の先端はこの例ではベース６０の表面６０ａよりわずかに突出した状態となっているが、振動機構４０の非駆動時（電源ＯＦＦ時）におけるピン５１の先端の位置は間隔管３２の長さを変えることによって調整することができる。
【００３１】
圧力提示機構３０は例えば椅子の座面に組み込まれて設置され、椅子に座ったユーザ（人体）に圧力感覚を提示する。
【００３２】
制御部１０は人体に所望の圧力感覚を提示するために必要な振動機構４０の振動を求め、その求めた振動を与えるのに必要な電流指令値を算出して電流増幅器２０に出力する。制御部１０は例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を用いて構成される。
【００３３】
電流増幅器２０は入力された電流指令値から振動機構４０を駆動する駆動電流を生成して振動機構４０に入力する。
【００３４】
圧力センサ７０は振動機構４０内に取り付けられており、例えばユーザが座ることによって、ピン５１にかかる圧力を検出することができるものとなっている。
【００３５】
圧力提示機構３０は圧力感覚を振動刺激と接触面積の変化を利用して提示する。与えられる力Ｆ（ｔ）は圧力Ｐ（ｔ）と接触面積Ｓ（ｔ）の積によって決定される。ｔは時間を表す。
【００３６】
Ｆ（ｔ）＝∫ｄ（ＳＰ） （１）
よって、
【００３７】
【数３】
【００３８】
圧力提示機構３０はピン５１がベース６０から飛び出る時と出ない時で接触面積を変化させる。制御部１０は電流指令値を出力し、これにより振動機構４０を振動させることにより、圧力提示機構３０と人体の接触面積Ｓ（ｔ）を変化させる。接触面積Ｓ（ｔ）はピン５１の変位によって、人体との接触面をなすベース６０の表面６０ａのみの表面積ＳＢａｓｅ、ベース６０の表面積とピン５１先端の面積の和ＳＢａｓｅ＋ＳＰｉｎｓ、ピン５１先端の面積のみＳＰｉｎｓの３つの状態を遷移する。ピン５１がベース６０の表面６０ａから突出する方向を＋ｘ方向、時刻ｔにおけるピン５１の先端の位置をｘ（ｔ）、ベース６０の表面６０ａの位置をｘ＝０とすれば、
【００３９】
【数４】
【００４０】
となる。ｘ（ｔ）の２階微分は加速度であり、Ｆ（ｔ）は加速度に比例する。
【００４１】
例えば、ピン５１が振幅Ａの正弦波状に変位するように制御した時、周波数をｆ、振動中心をｘ０とすると、ｘ（ｔ）は以下のように表される。但し、Ａ／２≧｜ｘ０｜とする。
ｘ（ｔ）＝Ａｓｉｎ２πｆｔ＋ｘ０ （４）
【００４２】
周波数ｆが十分速い時、具体的には図４に示すような５０Ｈｚ以上（望ましくは１００Ｈｚ以上）では、ピン５１の振動刺激は振動感覚として人体に知覚される。その時は接触面積Ｓ（ｔ）の変化、つまりピン５１の先端の位置が正になる時間の割合に応じて圧力が変化して知覚される。
【００４３】
周波数ｆが十分遅い時、具体的には図４に示すような５０Ｈｚ以下（望ましくは５Ｈｚ以下）ではピン５１の振動刺激は人体に圧力感覚として知覚される。その時は力Ｆ（ｔ）の変化、つまりピン５１の先端の位置が正になる量の割合に応じて圧力が変化して知覚される。つまり、振幅Ａ＋ｘ０の大きさが大きく影響する。
【００４４】
振動機構４０を制御し、振動刺激を変化させ、人体との接触面積Ｓ（ｔ）を変化させることで、人体に圧力感覚（圧迫されたような感覚）を提示することができる。
【００４５】
圧力提示機構３０は図２及び図３では基本単位の構成を示している。椅子に設置される圧力提示機構は、実際には図５に示したような構成とされる。この図５に示した圧力提示機構３０’は図２及び図３に示した基本単位の圧力提示機構３０が多数配置されて構成されたもので、この例では２０個の圧力提示機構３０が配置されて圧力提示機構３０’が構成されている。なお、ベース６０’は共通の一枚の板として構成されている。振動機構４０は図５では隠れて見えないが、ベース６０’の裏面側に各ピンアレイ５０に対応して２０個配置されている。図２及び図３に示した圧力提示機構３０のベース６０の大きさは例えば６ｃｍ×６ｃｍとされ、よってこの図５に示した圧力提示機構３０’ではベース６０’の大きさは２４ｃｍ×３０ｃｍ程度となる。
【００４６】
図６は圧力提示機構３０’の椅子８０への設置例を示したものであり、図６では椅子８０の座面と背もたれと左右両側のひじ掛け部分の計４箇所に圧力提示機構３０’が設置されている。圧力提示機構３０’の設置位置・数は用途に応じて適宜決定される。
【００４７】
図６では人体は特に固定されていないが、図７に示したように人体と圧力提示機構３０’が密着するように、ベルト８１によって人体を椅子８０に固定するのが望ましい。
【００４８】
人体への圧力感覚の提示によって加速度感を提示したい時には、ｘ（ｔ）が以下のようになるように振動機構４０を駆動する。但し、ｎは整数、ａはパーセント（０＜ａ＜１００）を表し、Ａ／２≧｜ｘ０｜、ｘ０≦０とする。
【００４９】
【数５】
【００５０】
このように駆動することで、ステップ状に圧力変化を作り出すことができる。そのため、例えば自動車の急発進や急停止のような時に生じる過渡的な圧力変化を再現することができる。この場合、過渡的な刺激であるため、他の感覚情報（急発進や急停止の映像（視覚刺激）や音（聴覚刺激））とタイミングを合わせて圧力感覚を提示するのが望ましい。
【００５１】
また、人体への圧力感覚の提示によって凹凸形状上の移動感覚を提示することもできる。
【００５２】
例えば、地形の形状を表す曲線をｚ＝φ（ｙ）とする。ここでは、鉛直方向がｚ、水平方向がｙとする。例えば、φ（ｙ）で表される曲線がガウシアンの時、
【００５３】
【数６】
【００５４】
凹凸形状はｚを再現するように、力つまり加速度ｄ２ｘ／ｄｔ２を変化させればよい。そのため、凹凸形状上の移動に伴い生じる加速度を２階積分してｘ（ｔ）を求め、そのｘ（ｔ）となるように振動機構４０を制御すればよい。この場合、移動感覚を知覚させる視覚等の感覚情報と同時に用いられることが望ましい。
【００５５】
一方、椅子が傾いた時に生じる圧力変化を知覚させたくない場合には、相殺するように圧力感覚を提示することができる。例えば、図８に示したように重力鉛直方向から椅子８０がθ傾いた時、体重ｍの人は背中の部分に、
Ｆ＝ｍｇ×ｓｉｎθ （７）
の力を感じる。ｇは重力加速度を表す。
【００５６】
制御部１０は（２）式から傾ける前後で圧力Ｐ（ｔ）が一定となるように接触面積Ｓ（ｔ）を算出し、算出したＳ（ｔ）が得られるように（３）式により振動機構４０の振動ｘ（ｔ）を制御すればよい。
【００５７】
例えば、傾ける前がθ＝０度、傾けた後がθ＝３０度の時、Ｆ_before＝０、Ｆ_after＝0.5ｍｇとなる。よって、ΔＦ＝Ｆ_after−Ｆ_before＝0.5ｍｇである。Ｐ（ｔ）を一定に保つためには、
ΔＦ／ΔＳ＝一定 （８）
となるようにΔＳを決定すればよい。
【００５８】
以上説明した例では、振動機構としてボイスコイルモータを用いるものとなっているが、振動機構としてはこれに限らず、他の装置・機構を用いることもでき、例えばリニアアクチュエータなどを用いることもできる。また、油圧シリンダや空気圧シリンダなども用いることができる。
【００５９】
一方、上述した例では、ピンアレイが振動機構によって駆動されるものとなっているが、理想的にはピン毎に振動機構がついていて駆動されることが望ましい。但し、ピンの大きさや振動機構の大きさを考慮し、実用的には上述したように複数のピンをまとめて一つの振動機構で駆動する形態を採用する。なお、ピンの形状やピンの高さを変えることで、接触面積を細かく設定することもできる。
【００６０】
それぞれのピンが独立に動くようにすれば、広範囲な領域で細かい圧力変化を作り出すことができる。例えば、図９に示したように、太ももの裏部分に接触するピンを後ろから前にスイープするように切り替えることで、その下の形状を擬似的に表現することができる。
【００６１】
空間的に離散的な振動刺激であっても、仮現運動や跳躍現象（cutaneous saltation）と呼ばれる現象が報告されている。また、ある空間的に離れた２点（複数点）での知覚する刺激の大きさが異なる時、それらの平均となる位置の１点のみに刺激が知覚されるファントムセンセーションが報告されている。この発明では知覚する振動の大きさは、それぞれのピンの振幅や周波数を変えることで変化する。知覚する振動の大きさをＡ１，Ａ２、両者の座標をｘ１，ｘ２とすると、ファントムセンセーションが知覚される大きさと場所は以下のように表される。
【００６２】
Ａ_PHANTOM＝（Ａ１・ｘ１＋Ａ２・ｘ２）／（ｘ１＋ｘ２） （９）
Ｘ_PHANTOM＝（Ａ１・ｘ１＋Ａ２・ｘ２）／（Ａ１＋Ａ２） （10）
これらは２点以上であっても同様の計算で求められる。仮現運動、跳躍現象、ファントムセンセーションは椅子の同一平面内（例えば、背中と太もも裏ではなく、背中のみのような場合）で有効に機能する。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 制御部 ２０ 電流増幅器
３０，３０’ 圧力提示機構 ４０ 振動機構
５０ ピンアレイ ５１ ピン
６０，６０’ ベース ７０ 圧力センサ
８０ 椅子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体に圧力感覚を提示するために椅子に組み込まれて使用される圧力提示機構であって、
一面が人体との接触面をなし、その接触面に複数の貫通穴が配列形成されているベースと、
前記各貫通穴にそれぞれ挿入位置されて前記接触面から出入り自在とされたピンと、
前記ピンを前記接触面から出入りする方向に振動させる振動機構とよりなることを特徴とする圧力提示機構。
【請求項２】
請求項１記載の圧力提示機構と、
人体に所望の圧力感覚を提示するために必要な前記振動機構の振動を求め、その求めた振動を与えるのに必要な電流指令値を算出して出力する制御部と、
前記電流指令値から前記振動機構を駆動する駆動電流を生成して前記振動機構に入力する電流増幅器とよりなり、
前記ピンが前記接触面から突出する方向を＋ｘ方向、前記接触面の位置をｘ＝０、時刻ｔにおける前記ピンの先端の位置をｘ（ｔ）とした時、前記制御部は、
ｘ（ｔ）＝Ａｓｉｎ２πｆｔ＋ｘ０
但し、Ａは振幅であり、Ａ／２≧｜ｘ０｜、ｆは周波数、
ｘ０は振動中心
となるように前記電流指令値を算出することを特徴とする圧力提示装置。
【請求項３】
請求項１記載の圧力提示機構と、
人体に所望の圧力感覚を提示するために必要な前記振動機構の振動を求め、その求めた振動を与えるのに必要な電流指令値を算出して出力する制御部と、
前記電流指令値から前記振動機構を駆動する駆動電流を生成して前記振動機構に入力する電流増幅器とよりなり、
前記ピンが前記接触面から突出する方向を＋ｘ方向、前記接触面の位置をｘ＝０、時刻ｔにおける前記ピンの先端の位置をｘ（ｔ）とした時、前記制御部は、
【数７】
但し、Ａは振幅であり、Ａ／２≧｜ｘ０｜、ｆは周波数、
ｘ０は振動中心（ｘ０≦０）、ｎは整数、ａはパーセント（０＜ａ＜１００）
となるように前記電流指令値を算出することを特徴とする圧力提示装置。
【請求項４】
請求項１記載の圧力提示機構と、
人体に所望の圧力感覚を提示するために必要な前記振動機構の振動を求め、その求めた振動を与えるのに必要な電流指令値を算出して出力する制御部と、
前記電流指令値から前記振動機構を駆動する駆動電流を生成して前記振動機構に入力する電流増幅器とよりなり、
前記ピンが前記接触面から突出する方向を＋ｘ方向、前記接触面の位置をｘ＝０、時刻ｔにおける前記ピンの先端の位置をｘ（ｔ）とした時、凹凸形状上の移動感覚を圧力感覚によって提示すべく、前記制御部は凹凸形状上の移動に伴い生じる加速度を２階積分してｘ（ｔ）を求め、そのｘ（ｔ）となるように前記電流指令値を算出することを特徴とする圧力提示装置。
【請求項５】
請求項１記載の圧力提示機構と、
人体に所望の圧力感覚を提示するために必要な前記振動機構の振動を求め、その求めた振動を与えるのに必要な電流指令値を算出して出力する制御部と、
前記電流指令値から前記振動機構を駆動する駆動電流を生成して前記振動機構に入力する電流増幅器とよりなり、
前記制御部は椅子の傾きによって生じる圧力変化を相殺するように前記電流指令値を算出することを特徴とする圧力提示装置。
【請求項６】
一面が人体との接触面をなし、その接触面に複数の貫通穴が配列形成されているベースと、前記各貫通穴にそれぞれ挿入位置されて前記接触面から出入り自在とされたピンと、前記ピンを前記接触面から出入りする方向に振動させる振動機構とよりなる圧力提示機構を用いる圧力提示方法であって、
前記圧力提示機構を椅子に組み込み、
前記ピンが前記接触面から突出する方向を＋ｘ方向、前記接触面の位置をｘ＝０、時刻ｔにおける前記ピンの先端の位置をｘ（ｔ）とした時、
ｘ（ｔ）＝Ａｓｉｎ２πｆｔ＋ｘ０
但し、Ａは振幅であり、Ａ／２≧｜ｘ０｜、ｆは周波数、
ｘ０は振動中心
となるように前記振動機構の振動を制御して人体に圧力感覚を提示することを特徴とする圧力提示方法。
【請求項７】
一面が人体との接触面をなし、その接触面に複数の貫通穴が配列形成されているベースと、前記各貫通穴にそれぞれ挿入位置されて前記接触面から出入り自在とされたピンと、前記ピンを前記接触面から出入りする方向に振動させる振動機構とよりなる圧力提示機構を用いる圧力提示方法であって、
前記圧力提示機構を椅子に組み込み、
前記ピンが前記接触面から突出する方向を＋ｘ方向、前記接触面の位置をｘ＝０、時刻ｔにおける前記ピンの先端の位置をｘ（ｔ）とした時、
【数８】
但し、Ａは振幅であり、Ａ／２≧｜ｘ０｜、ｆは周波数、
ｘ０は振動中心（ｘ０≦０）、ｎは整数、ａはパーセント（０＜ａ＜１００）
となるように前記振動機構の振動を制御して人体に圧力感覚を提示することを特徴とする圧力提示方法。
【請求項８】
一面が人体との接触面をなし、その接触面に複数の貫通穴が配列形成されているベースと、前記各貫通穴にそれぞれ挿入位置されて前記接触面から出入り自在とされたピンと、前記ピンを前記接触面から出入りする方向に振動させる振動機構とよりなる圧力提示機構を用いる圧力提示方法であって、
前記圧力提示機構を椅子に組み込み、
前記ピンが前記接触面から突出する方向を＋ｘ方向、前記接触面の位置をｘ＝０、時刻ｔにおける前記ピンの先端の位置をｘ（ｔ）とした時、凹凸形状上の移動感覚を圧力感覚によって提示すべく、凹凸形状上の移動に伴い生じる加速度を２階積分してｘ（ｔ）を求め、そのｘ（ｔ）となるように前記振動機構の振動を制御して人体に圧力感覚を提示することを特徴とする圧力提示方法。
【請求項９】
一面が人体との接触面をなし、その接触面に複数の貫通穴が配列形成されているベースと、前記各貫通穴にそれぞれ挿入位置されて前記接触面から出入り自在とされたピンと、前記ピンを前記接触面から出入りする方向に振動させる振動機構とよりなる圧力提示機構を用いる圧力提示方法であって、
前記圧力提示機構を椅子に組み込み、
椅子の傾きによって生じる圧力変化を相殺するように前記振動機構の振動を制御して人体に圧力感覚を提示することを特徴とする圧力提示方法。
【請求項１】
人体に圧力感覚を提示するために椅子に組み込まれて使用される圧力提示機構であって、
一面が人体との接触面をなし、その接触面に複数の貫通穴が配列形成されているベースと、
前記各貫通穴にそれぞれ挿入位置されて前記接触面から出入り自在とされたピンと、
前記ピンを前記接触面から出入りする方向に振動させる振動機構とよりなることを特徴とする圧力提示機構。
【請求項２】
請求項１記載の圧力提示機構と、
人体に所望の圧力感覚を提示するために必要な前記振動機構の振動を求め、その求めた振動を与えるのに必要な電流指令値を算出して出力する制御部と、
前記電流指令値から前記振動機構を駆動する駆動電流を生成して前記振動機構に入力する電流増幅器とよりなり、
前記ピンが前記接触面から突出する方向を＋ｘ方向、前記接触面の位置をｘ＝０、時刻ｔにおける前記ピンの先端の位置をｘ（ｔ）とした時、前記制御部は、
ｘ（ｔ）＝Ａｓｉｎ２πｆｔ＋ｘ０
但し、Ａは振幅であり、Ａ／２≧｜ｘ０｜、ｆは周波数、
ｘ０は振動中心
となるように前記電流指令値を算出することを特徴とする圧力提示装置。
【請求項３】
請求項１記載の圧力提示機構と、
人体に所望の圧力感覚を提示するために必要な前記振動機構の振動を求め、その求めた振動を与えるのに必要な電流指令値を算出して出力する制御部と、
前記電流指令値から前記振動機構を駆動する駆動電流を生成して前記振動機構に入力する電流増幅器とよりなり、
前記ピンが前記接触面から突出する方向を＋ｘ方向、前記接触面の位置をｘ＝０、時刻ｔにおける前記ピンの先端の位置をｘ（ｔ）とした時、前記制御部は、
【数７】
但し、Ａは振幅であり、Ａ／２≧｜ｘ０｜、ｆは周波数、
ｘ０は振動中心（ｘ０≦０）、ｎは整数、ａはパーセント（０＜ａ＜１００）
となるように前記電流指令値を算出することを特徴とする圧力提示装置。
【請求項４】
請求項１記載の圧力提示機構と、
人体に所望の圧力感覚を提示するために必要な前記振動機構の振動を求め、その求めた振動を与えるのに必要な電流指令値を算出して出力する制御部と、
前記電流指令値から前記振動機構を駆動する駆動電流を生成して前記振動機構に入力する電流増幅器とよりなり、
前記ピンが前記接触面から突出する方向を＋ｘ方向、前記接触面の位置をｘ＝０、時刻ｔにおける前記ピンの先端の位置をｘ（ｔ）とした時、凹凸形状上の移動感覚を圧力感覚によって提示すべく、前記制御部は凹凸形状上の移動に伴い生じる加速度を２階積分してｘ（ｔ）を求め、そのｘ（ｔ）となるように前記電流指令値を算出することを特徴とする圧力提示装置。
【請求項５】
請求項１記載の圧力提示機構と、
人体に所望の圧力感覚を提示するために必要な前記振動機構の振動を求め、その求めた振動を与えるのに必要な電流指令値を算出して出力する制御部と、
前記電流指令値から前記振動機構を駆動する駆動電流を生成して前記振動機構に入力する電流増幅器とよりなり、
前記制御部は椅子の傾きによって生じる圧力変化を相殺するように前記電流指令値を算出することを特徴とする圧力提示装置。
【請求項６】
一面が人体との接触面をなし、その接触面に複数の貫通穴が配列形成されているベースと、前記各貫通穴にそれぞれ挿入位置されて前記接触面から出入り自在とされたピンと、前記ピンを前記接触面から出入りする方向に振動させる振動機構とよりなる圧力提示機構を用いる圧力提示方法であって、
前記圧力提示機構を椅子に組み込み、
前記ピンが前記接触面から突出する方向を＋ｘ方向、前記接触面の位置をｘ＝０、時刻ｔにおける前記ピンの先端の位置をｘ（ｔ）とした時、
ｘ（ｔ）＝Ａｓｉｎ２πｆｔ＋ｘ０
但し、Ａは振幅であり、Ａ／２≧｜ｘ０｜、ｆは周波数、
ｘ０は振動中心
となるように前記振動機構の振動を制御して人体に圧力感覚を提示することを特徴とする圧力提示方法。
【請求項７】
一面が人体との接触面をなし、その接触面に複数の貫通穴が配列形成されているベースと、前記各貫通穴にそれぞれ挿入位置されて前記接触面から出入り自在とされたピンと、前記ピンを前記接触面から出入りする方向に振動させる振動機構とよりなる圧力提示機構を用いる圧力提示方法であって、
前記圧力提示機構を椅子に組み込み、
前記ピンが前記接触面から突出する方向を＋ｘ方向、前記接触面の位置をｘ＝０、時刻ｔにおける前記ピンの先端の位置をｘ（ｔ）とした時、
【数８】
但し、Ａは振幅であり、Ａ／２≧｜ｘ０｜、ｆは周波数、
ｘ０は振動中心（ｘ０≦０）、ｎは整数、ａはパーセント（０＜ａ＜１００）
となるように前記振動機構の振動を制御して人体に圧力感覚を提示することを特徴とする圧力提示方法。
【請求項８】
一面が人体との接触面をなし、その接触面に複数の貫通穴が配列形成されているベースと、前記各貫通穴にそれぞれ挿入位置されて前記接触面から出入り自在とされたピンと、前記ピンを前記接触面から出入りする方向に振動させる振動機構とよりなる圧力提示機構を用いる圧力提示方法であって、
前記圧力提示機構を椅子に組み込み、
前記ピンが前記接触面から突出する方向を＋ｘ方向、前記接触面の位置をｘ＝０、時刻ｔにおける前記ピンの先端の位置をｘ（ｔ）とした時、凹凸形状上の移動感覚を圧力感覚によって提示すべく、凹凸形状上の移動に伴い生じる加速度を２階積分してｘ（ｔ）を求め、そのｘ（ｔ）となるように前記振動機構の振動を制御して人体に圧力感覚を提示することを特徴とする圧力提示方法。
【請求項９】
一面が人体との接触面をなし、その接触面に複数の貫通穴が配列形成されているベースと、前記各貫通穴にそれぞれ挿入位置されて前記接触面から出入り自在とされたピンと、前記ピンを前記接触面から出入りする方向に振動させる振動機構とよりなる圧力提示機構を用いる圧力提示方法であって、
前記圧力提示機構を椅子に組み込み、
椅子の傾きによって生じる圧力変化を相殺するように前記振動機構の振動を制御して人体に圧力感覚を提示することを特徴とする圧力提示方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−９７３０（Ｐ２０１３−９７３０Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４３０３７（Ｐ２０１１−１４３０３７）
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２３年度、独立行政法人情報通信研究機構「高度通信・放送研究開発委託研究／（革新的な三次元映像技術による超臨場感コミュニケーション技術の研究開発 課題ウ五感コミュニケーションの中核的要素技術）」、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２３年度、独立行政法人情報通信研究機構「高度通信・放送研究開発委託研究／（革新的な三次元映像技術による超臨場感コミュニケーション技術の研究開発 課題ウ五感コミュニケーションの中核的要素技術）」、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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