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1. WO2020121816 - 電気刺激装置

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明 細 書

発明の名称 電気刺激装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004   0005   0006  

先行技術文献

特許文献

0007  

非特許文献

0008  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0009   0010   0011  

課題を解決するための手段

0012   0013   0014   0015   0016  

発明の効果

0017  

図面の簡単な説明

0018  

発明を実施するための形態

0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043  

符号の説明

0044  

請求の範囲

1   2   3   4   5  

図面

1   2   3   4   5   6A   6B   7A   7B   8   9  

明 細 書

発明の名称 : 電気刺激装置

技術分野

[0001]
 本発明は、電気刺激装置に関し、特に電極間に電流を流すことによって人間の体に刺激を与える電気刺激装置に関する。

背景技術

[0002]
 従来より、電極間に電流を流すことによって人間の体に刺激を与える電気刺激装置として、低周波治療装置や電気的筋肉刺激装置などが用いられている。
[0003]
 図5に、従来の電気刺激装置の一例として、特許文献1に示された低周波治療装置の要部を示す。この低周波治療装置は、治療部位に貼り付けられる1対のパッド300(300A,300B)を備えており、高電位側(プラス側)のパッド300Aには電極a1,a2,a3が設けられ、低電位側(マイナス側)のパッド300Bには電極b1,b2,b3が設けられている。
[0004]
 この低周波治療装置では、パッド300Aに設けられた電極a1,a2,a3が選択的に高電位とされ、パッド300Bに設けられた電極b1,b2,b3が選択的に低電位とされる。これにより、通電エリアの位置や面積を変化させるようにして、もみ刺激やさすり刺激などを作り出すことが可能となる。
[0005]
 例えば、図6Aに示すように、電極a1を高電位とし、電極b1を低電位とすると、電極a1からb1へ電流が流れる。この状態から、図6Bに示すように、電極b1に変えて電極b2を低電位とすると、電極a1からb2へ電流が流れるようになる。これにより、通電エリアの位置(実効的な電極の配置)が変化する。
[0006]
 例えば、図7Aに示すように、電極a1,a2を高電位とし、電極b1,b2を低電位とすると、電極a1,a2から電極b1,b2へ電流が流れる。この状態から、図7Bに示すように、さらに、電極a3を高電位とし、電極b3を低電位とすると、電極a3から電極b3へも電流が流れるようになる。これにより、通電エリアの面積(実効的な電極の面積)が変化する。

先行技術文献

特許文献

[0007]
特許文献1 : 特開2008-125694号公報

非特許文献

[0008]
非特許文献1 : 梶本他,“額に装着する電気触覚ディスプレイ”,日本バーチャルリアリティ学会第11回大会論文集,pp.1-4,2006

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0009]
 しかしながら、この特許文献1に示された技術では、電極a1,a2,a3から電極b1,b2,b3への一方向への電流の流れしか変更することができない。例えば、図8に示すように、電極a1から電極b1への電流の流れを電極b1から電極a1への電流の流れに変更することはできない。また、例えば、図9に示すように、電極a2から電極b2への電流の流れに、電極b1から電極b3への電流の流れを加える、というような変更はできない。
[0010]
 このように、特許文献1に示された技術では、電極b1から電極a1への電流の流れを作り出したり、電極b1から電極b3への電流の流れを作り出したりすることができず、人間の体に与える刺激の多様化を図ることができない。このことは、例えば非特許文献1に示されるような電気刺激による触覚提示の分野において、特許文献1に示された技術を利用したとしても、触覚提示の多様化を図ることができないことを意味している。
[0011]
 本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、電気刺激による触覚提示の分野において、触覚提示の多様化を図ることが可能な電気刺激装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0012]
 このような目的を達成するために本発明は、複数の電極(1)と、電位差を生じる第1の出力端(P1)と第2の出力端(P2)とを備える1つ以上の出力部(2)と、前記出力部の第1の出力端と第2の出力端との間に接続される電極対を構成する前記電極の組み合わせを任意に切り替え可能な構成とされた出力選択部(3)とを備えることを特徴とする。
[0013]
 本発明では、出力部の第1の出力端と第2の出力端との間に接続される電極対(以下、単に出力部に接続される電極対と呼ぶ。)を構成する電極の組み合わせを任意に切り替えることが可能である。これにより、出力部に接続される電極対を構成する電極の組み合わせを動的に切り替えるようにして、出力部に接続される電極の数(実効的な電極の面積)の変更や出力部に接続される電極の位置(実効的な電極の配置)の変更などを自由に行うことができるようになる。
[0014]
 本発明の一構成例として、制御部から出力選択部に対して、出力部に接続する電極対を構成する電極の組み合わせを指示するようにし、出力部に接続される電極の数や出力部に接続される電極の位置を変更させたりすることが考えられる。
[0015]
 また、本発明の一構成例として、制御部に、複数の電極のそれぞれについて、その電極とその電極が設置された箇所との間の接触状態を検査し、接触状態が悪いと判断した電極を出力選択部に対して指示する電極の組み合わせから除外する機能部を設けるようにすることも考えられる。
[0016]
 なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の構成要素を、括弧を付した参照符号によって示している。

発明の効果

[0017]
 以上説明したように、本発明によれば、出力部に接続される電極対を構成する電極の組み合わせ任意に切り替えることができるようにしたので、出力部に接続される電極の数(実効的な電極の面積)の変更や出力部に接続される電極の位置(実効的な電極の配置)の変更などを自由に行うことができるようになり、電気刺激による触覚提示の分野において、触覚提示の多様化を図ることが可能となる。

図面の簡単な説明

[0018]
[図1] 図1は、本発明の実施の形態に係る電気刺激装置の要部を示す図である。
[図2] 図2は、この電気刺激装置における制御部からの選択信号に従う出力選択部における動作の具体例1を説明する図である。
[図3] 図3は、この電気刺激装置における制御部からの選択信号に従う出力選択部における動作の具体例2を説明する図である。
[図4] 図4は、接触状態検査部を制御部に設けた例を示す図である。
[図5] 図5は、特許文献1に示された低周波治療装置の要部を示す図である。
[図6A] 図6Aは、この低周波治療装置において通電エリアの位置を変化させた例を示す図である。
[図6B] 図6Bは、この低周波治療装置において通電エリアの位置を変化させた他の例を示す図である。
[図7A] 図7Aは、この低周波治療装置において通電エリアの面積を変化させた例を示す図である。
[図7B] 図7Bは、この低周波治療装置において通電エリアの面積を変化させた例を示す図である。
[図8] 図8は、この低周波治療装置において電極間の電流の流れを作り出すことがきない例を示す図である。
[図9] 図9は、この低周波治療装置において電極間の電流の流れを作り出すことができない別の例を示す図である。

発明を実施するための形態

[0019]
 以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明の実施の形態に係る電気刺激装置100の要部を示す図である。
[0020]
 この電気刺激装置100は、マトリックス状に配置された複数の電極1と、2つの出力部2と、2つの出力部2と複数の電極1との間に設けられた出力選択部3と、全体の制御を行う制御部4とを備えている。
[0021]
 出力部2は、高電位側(プラス側)の電位の出力端P1と低電位側(マイナス側)の電位の出力端P2とを備えており、制御部2からの指令を受けて動作する。本実施の形態では、2つの出力部2のうち一方を出力部2-1(#DRV1)とし、他方を出力部2-2(#DRV2)とする。以下、出力端P1を高電位側の出力端、出力端P2を低電位側の出力端と呼ぶ。
[0022]
 本実施の形態において、複数の電極1は電極1-1~1-16の16個とされ、この電極1-1~1-16が縦4列、横4列として、互いに独立して配置されている。この電極1-1~1-16は、パッド上に設けられ、利用者の体に装着される。以下、電極1-1~1-16を示す番号を#01~#16とする。
[0023]
 本実施の形態において、出力選択部3は、出力部2(2-1,2-2)の高電位側の出力端P1(P1 1,P1 2)と低電位側の出力端P2(P2 1,P2 2)との間に接続される電極対を構成する電極1の組合せを任意に切り替え可能な構成とされている。例えば、出力選択部3は、トランジスタなどの多数のスイッチング素子により構成されており、このスイッチング素子の接続モードを切り替えることによって、高電位側の出力端P1(P1 1,P1 2)および低電位側の出力端P2(P2 1,P2 2)に接続される電極1の組み合わせを、任意に切り替えることができるようになっている。
[0024]
 また、本実施の形態において、制御部4は、出力部2(2-1,2-2)の高電位側の出力端P1(P1 1,P1 2)および低電位側の出力端P2(P2 1,P2 2)に接続する電極1の組み合わせを指示する信号(以下、この信号を選択信号と呼ぶ。)を出力選択部3へ送る機能を備えている。
[0025]
 本実施の形態において、制御部4は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現される。以下、制御部4からの選択信号に従う出力選択部3における動作について、具体例を挙げて説明する。なお、制御部4は、例えばディスプレイに表示されている文字などの情報を装着者に提示するような場合、その情報を示す信号を選択信号として出力選択部3に出力する。
[0026]
〔具体例1〕
 制御部4より、例えば、出力部2-1の高電位側の出力端P1 1に接続する電極1の組み合わせとして「#01,#02」を、出力部2-1の低電位側の出力端P2 1に接続する電極1の組み合わせとして「#11,#12,#15,#16」を指示する選択信号が、出力選択部3へ送られたとする。
[0027]
 この選択信号が送られてくると、出力選択部3は、図2に示すように、出力部2-1の高電位側の出力端P1 1に電極1-1,1-2を接続し、出力部2-1の低電位側の出力端P2 1に電極1-11,1-12,1-15,1-16を接続する。
[0028]
 これにより、電極1-1,1-2が等電位面となり、2つの電極1-1,1-2で1つの大きなプラス側の電極が作られる。また、電極1-11,1-12,1-15,1-16が等電位面となり、4つの電極1-11,1-12,1-15,1-16で1つの大きなマイナス側の電極が作られる。
[0029]
 すなわち、出力部2-1の高電位側の出力端P1 1と低電位側の出力端P2 1との間に、電極1-1,1-2の組み合わせをプラス側の電極とし、電極1-11,1-12,1-15,1-16の組み合わせをマイナス側の電極とする電極対が作られ、この電極対に装着者の体を通して電流が流れるものとなる。
[0030]
 なお、選択された電極以外のその他の電極はどこにも接続されずに、フローティング状態となる。このため、出力に影響を及ぼすことはない。下記の具体例2でも同じである。
[0031]
〔具体例2〕
 次に、制御部4より、さらに、出力部2-2の高電位側の出力端P1 2に接続する電極1の組み合わせとして「#09」を、出力部2-2の低電位側の出力端P2 2に接続する電極1の組み合わせとして「#14」を指示する選択信号が、出力選択部3へ送られたとする。
[0032]
 この選択信号が送られてくると、出力選択部3は、図3に示すように、出力部2-2の高電位側の出力端P1 2に電極1-9を接続し、出力部2-2の低電位側の出力端P2 2に電極1-14を接続する。
[0033]
 これにより、1つの電極1-9でプラス側の電極が作られ、1つの電極1-14でマイナス側の電極が作られる。すなわち、出力部2-1の高電位側の出力端P1 1と低電位側の出力端P2 1との間に、電極1-9をプラス側の電極とし、電極1-14をマイナス側の電極とする電極対が作られ、この電極対に装着者の体を通して電流が流れるものとなる。これにより、装着者に与えられる感覚が変化する。
[0034]
 この具体例1,2からも分かるように、本実施の形態の電気刺激装置100では、出力部2(2-1,2-2)の高電位側の出力端P1(P1 1,P1 2)と低電位側の出力端P2(P2 1,P2 2)との間に接続される電極対を構成する電極1の組み合わせを動的に切り替えるようにして、出力部2(2-1,2-2)に接続される電極の数(実効的な電極の面積)の変更や出力部2(2-1,2-2)に接続される電極の位置(実効的な電極の配置)の変更などを自由に行うことができるようになる。例えば、電極の配置、具体的には電流を流す電極間の距離を変更することで、印加する電気信号の体内への侵入深さや、範囲を変更することができる。また、出力部2に接続される電極の数や位置を変えることによって、出力部2に接続される電極の形状も変えることができる。このようにして、本実施の形態によれば、電気刺激による触覚提示の分野において、触覚提示の多様化を図ることが可能となる。
[0035]
 上述した実施の形態では、電極1の数を16個とし、出力部2の数を2個としたが、これに限られるものではなく、出力部2は1つであっても構わない。電極1の数や出力部2の数を多くすることにより、多様な制御が可能となる。しかし、電極1は必ずペアで利用しない限り閉ループが形成できないため、電流が装着者に流れることがない。そのため、電極1の数をeとし、出力部2の数をdとすると、e ≧ 2dで用いることが望ましい。本実施の形態では、制御部4からの出力選択部3に対する指示により、図8に示した電極b1から電極a1への電流の流れを作り出したり、図9に示した電極b1から電極b3への電流の流れを作り出すことも可能である。また、制御部4から出力選択部3へ指示を出すことにより、電極1-1~1-16を装着したままの状態で、出力部2に接続される電極対の切り替えを高速に行うことができる。
[0036]
 また、上述した実施の形態では、出力部2の出力端P1を高電位側の出力端とし、出力部2の出力端P2を低電位側の出力端としたが、出力部2の出力端P1とP2の極性が入れ替わるような構成をとるようにしてもよい。すなわち、あるタイミングでは、出力部2の出力端P1を高電位、出力端P2を低電位とし、あるタイミングでは、出力部2の出力端P1を低電位、出力端P2を高電位とするというように、出力端P1,P2から両極性の電位(交流的な信号)を出力するような構成をとるようにしてもよい。
[0037]
 また、上述した実施の形態において、制御部4に、電極1とその電極1が設置された箇所(皮膚)との間の接触状態を検査する機能部を設けるようにしてもよい。図4に、制御部4に、電極1と皮膚との間の接触状態の検査を行う機能部として接触状態検査部41を設けた例を示す。
[0038]
 この接触状態検査部41は、制御部4におけるハードウェアとプログラムとの協働によって実現される機能の1つとして設けられ、電極1-1~1-16のそれぞれについて、その電極と皮膚との間の接触状態を検査し、接触状態が悪いと判断した電極を出力選択部3に対して指示する電極の組み合わせから除外する処理を行う。
[0039]
 電極1と皮膚との間の接触状態は、装着者が感じ取れないほどの通常より弱い微弱電流を流すことで知ることができる。接触状態検査部41は、例えば出力部2-1に微弱電流を流す指令を送るとともに、出力部2-1の高電位側の出力端P1 1と低電位側の出力端P2 1との間に作られる電極対の組み合わせを、「#01-#02」、「#02-#03」、・・・・「#15-#16」、「#16-#01」というように、順番に切り替えて行く指示を出力選択部3へ送る。
[0040]
 接触状態検査部41は、電極対の組み合わせが「#01-#02」、「#02-#03」、・・・・「#15-#16」、「#16-#01」と切り替えられた時の各電流量を出力部2-1から取得し、この取得した各電流量から電極1-1~1-16のそれぞれについて皮膚との間の接触状態を判断する。
[0041]
 この場合、接触状態検査部41は、接触状態が悪いと判断した箇所については、その周辺を精査する。電極1はペアで1つの閉回路となるため、例えば電極1-2で問題があった場合は電極1-1と1-2との間、電極1-2と1-3との間で問題が起こるはずである。よって、問題が起こった箇所が電極と皮膚との間の接触状態が悪く利用に適していない環境であることが分かる。
[0042]
 接触状態検査部41は、皮膚との間の接触状態が悪いと判断した電極があった場合、その電極を出力選択部3に対して指示する電極の組み合わせから除外する。これにより、皮膚に接触していない状態の電極が選択されることが防がれる。
[0043]
〔実施の形態の拡張〕
 以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

符号の説明

[0044]
 1(1-1~1-16)…電極、2(2-1,2-2)…出力部、3…出力選択部、4…制御部、41…接触状態検査部、P1(P1 1,P1 2)…高電位側の出力端、P2(P2 1,P2 2)…低電位側の出力端、100…電気刺激装置。

請求の範囲

[請求項1]
 複数の電極と、
 電位差を生じる第1の出力端と第2の出力端とを備える1つ以上の出力部と、
 前記出力部の第1の出力端と第2の出力端との間に接続される電極対を構成する前記電極の組み合わせを任意に切り替え可能な構成とされた出力選択部と
 を備えることを特徴とする電気刺激装置。
[請求項2]
 請求項1に記載された電気刺激装置において、
 前記出力部の第1の出力端と第2の出力端との間に接続する電極対を構成する前記電極の組み合わせを前記出力選択部に対して指示する制御部
 をさらに備えることを特徴とする電気刺激装置。
[請求項3]
 請求項2に記載された電気刺激装置において、
 前記制御部は、
 前記出力部の第1の出力端に接続される前記電極の数および前記出力部の第2の出力端に接続される前記電極の数を変更する
 ことを特徴とする電気刺激装置。
[請求項4]
 請求項2に記載された電気刺激装置において、
 前記制御部は、
 前記出力部の第1の出力端に接続される前記電極の位置および前記出力部の第2の出力端に接続される前記電極の位置を変更する
 ことを特徴とする電気刺激装置。
[請求項5]
 請求項2~4の何れか1項に記載された電気刺激装置において、
 前記制御部は、
 前記複数の電極のそれぞれについて、その電極とその電極が設置された箇所との間の接触状態を検査し、接触状態が悪いと判断した電極を前記出力選択部に対して指示する前記電極の組み合わせから除外する接触状態検査部
 を備えることを特徴とする電気刺激装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6A]

[ 図 6B]

[ 図 7A]

[ 図 7B]

[ 図 8]

[ 図 9]