(57)【要約】  仮想の被操作物体を指で操作するのを模した反力を指に与えることができる触覚再現装置およびその制御方法を提供する。  入力装置はケースから操作体が突出している。親で操作体を押すと、最初の期間（ｉ）で操作体を押し込むにしたがって反力が徐々に大きくなり、期間（ｉｉ）で指に作用する反力が増大し、ピーク時間（ｉｉｉ）に極大値となる。さらに指で操作体を強く押すと、ピーク時間（ｖ）で操作体がケース内に引き込まれる。このとき、指では、切断工具を使用して硬い金属を切断したかのような操作感触が得られる。
2017159032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力装置と制御部とを有する触覚再現装置において、  前記入力装置には、  進退移動し指で押圧操作可能な操作体と、前記操作体の移動位置を検知する位置検知部と、前記操作体に進退方向の力を与える進退駆動部とが設けられ、  前記制御部では、（ａ）操作体が指で押されて押圧操作方向へ移動したことが前記位置検知部で検知されたときに、前記進退駆動部を動作させて、前記操作体に対して、前記押圧操作方向と逆向きのプラス駆動力を与えて指に押圧操作の反力を与え、（ｂ）その後に、前記進退駆動部の駆動方向を逆転させて、前記操作体に対して、前記押圧操作方向と同じ方向のマイナス駆動力を与える制御が行われることを特徴とする触覚再現装置。
【請求項２】
前記（ａ）の制御では、  前記操作体の、前記押圧操作方向への移動距離が大きくなるにしたがって、前記プラス駆動力を増大させる制御が行われる請求項１記載の触覚再現装置。
【請求項３】
前記プラス駆動力を増大させる制御では、その後段において、前記押圧操作方向への移動距離に対する前記プラス駆動力の増大率を上昇させてから、前記（ｂ）の制御に移行する請求項２記載の触覚再現装置。
【請求項４】
前記（ｂ）の制御で前記マイナス駆動力を与えた後に、さらに前記操作体にプラス駆動力を与える請求項１ないし３のいずれかに記載の触覚再現装置。
【請求項５】
表示装置が設けられており、  前記制御部によって、前記表示装置の表示画面に仮想の被操作物体の画像と手の画像が表示され、  前記（ａ）と（ｂ）の制御が行われると、前記手の画像で前記被操作物体の状態を変化させる表示が行われる請求項１ないし４のいずれかに記載の触覚再現装置。
【請求項６】
前記入力装置には、親指で押圧操作される親指操作体と、人指し指と中指で個別に押圧操作される第１の対向操作体ならびに第２の対向操作体とが設けられて、前記親指操作体の突出方向に対して、第１の対向操作体と第２の対向操作体が逆向きに突出しており、  前記親指操作体と前記第１の対向操作体ならびに前記第２の対向操作体のそれぞれに対して前記（ａ）と（ｂ）の制御が行われる請求項５記載の触覚再現装置。
【請求項７】
前記被操作物体は、指で挟んで動作させる切断工具であり、前記（ａ）（ｂ）の制御が行われるときに、前記表示画面に、前記切断工具がワークを切断する動作が表示される請求項６記載の触覚再現装置。
【請求項８】
前記入力装置に設けられた、１つの前記操作体が押されたときに、前記（ａ）と（ｂ）の制御が行われる請求項５記載の触覚再現装置。
【請求項９】
前記入力装置に設けられた複数の前記操作体が、同じ方向へ押されたときに、それぞれの操作体に対して前記（ａ）と（ｂ）の制御が行われる請求項５記載の触覚再現装置。
【請求項１０】
入力装置と制御部とを有する触覚再現装置の制御方法において、  前記入力装置には、  進退移動し指で押圧操作可能な操作体と、前記操作体の移動位置を検知する位置検知部と、前記操作体に進退方向の力を与える進退駆動部とが設けられ、  前記制御部によって、（ａ）操作体が指で押されて押圧操作方向へ移動したことが前記位置検知部で検知されたときに、前記進退駆動部を動作させて、前記操作体に対して、前記押圧操作方向と逆向きのプラス駆動力を与えて指に押圧操作の反力を与え、（ｂ）その後に、前記進退駆動部の駆動方向を逆転させて、前記操作体に対して、前記押圧操作方向と同じ方向のマイナス駆動力を与える制御を行うことを特徴とする触覚再現装置の制御方法。
【請求項１１】
前記（ａ）の制御では、  前記操作体の、前記押圧操作方向への移動距離が大きくなるにしたがって、前記プラス駆動力を増大させる請求項１０記載の触覚再現装置の制御方法。
【請求項１２】
前記プラス駆動力を増大させる制御では、その後段において、前記押圧操作方向への移動距離に対する前記プラス駆動力の増大率を上昇させてから、前記（ｂ）の制御に移行する請求項１１記載の触覚再現装置の制御方法。
【請求項１３】
前記（ｂ）の制御で前記マイナス駆動力を与えた後に、さらに前記操作体にプラス駆動力を与える請求項１０ないし１２のいずれかに記載の触覚再現装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、入力装置に設けられた操作体を指で掴んだときに、仮想の被操作物体を指で取り扱っているのを模した反力を感じることができる触覚再現装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  特許文献１に仮想空間表示装置に関する発明が記載されている。  この仮想空間表示装置は、端末通信部とサーバーとで通信可能とされており、端末通信部に液晶ディスプレイと入力部とを含むタッチパネルが装備されている。【０００３】  サーバーからの通信により、タッチパネルの液晶ディスプレイにショッピングモールの画像が表示される。ユーザがタッチパネルをドラッグすると、表示されているショッピングモール内の情景を移動させることができ、ショッピングモールの画面内の商品サムネイルをユーザがタップすると、商品の詳細情報が画面に表示される。ユーザは、購入する予定の商品をストックエリアに一時的に集めておくことができ、ストック商品について決済処理を行うことで、商品を購入できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２３４３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  特許文献１に記載された仮想空間表示装置では、ショッピングモールのストアに表示されている商品の価格や色を確かめ、さらに商品の詳細情報を参酌して購入しようとする商品を探すことができる。【０００６】  しかし、実際に商品に触れることができないので、その商品の大きさや質感などを手で感じることはできない。また、商品が動作するものや変形するものである場合に、その動作や変形にどの程度の力を要するのかを手で感じることも不可能である。【０００７】  本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、所定の被操作物体を手で取り扱ったときの感触を模した反力を機械的に生成することができる触覚再現装置およびその制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  本発明は、入力装置と制御部とを有する触覚再現装置において、  前記入力装置には、  進退移動し指で押圧操作可能な操作体と、前記操作体の移動位置を検知する位置検知部と、前記操作体に進退方向の力を与える進退駆動部とが設けられ、  前記制御部では、（ａ）操作体が指で押されて押圧操作方向へ移動したことが前記位置検知部で検知されたときに、前記進退駆動部を動作させて、前記操作体に対して、前記押圧操作方向と逆向きのプラス駆動力を与えて指に押圧操作の反力を与え、（ｂ）その後に、前記進退駆動部の駆動方向を逆転させて、前記操作体に対して、前記押圧操作方向と同じ方向のマイナス駆動力を与える制御が行われることを特徴とするものである。【０００９】  本発明の触覚再現装置は、前記（ａ）の制御では、  前記操作体の、前記押圧操作方向への移動距離が大きくなるにしたがって、前記プラス駆動力を増大させる制御が行われるものである。【００１０】  この場合の、前記プラス駆動力を増大させる制御では、その後段において、前記押圧操作方向への移動距離に対する前記プラス駆動力の増大率を上昇させてから、前記（ｂ）の制御に移行することが好ましい。【００１１】  本発明の触覚再現装置は、前記（ｂ）の制御で前記マイナス駆動力を与えた後に、さらに前記操作体にプラス駆動力を与えることが好ましい。【００１２】  さらに本発明の触覚再現装置では、  表示装置が設けられており、  前記制御部によって、前記表示装置の表示画面に仮想の被操作物体の画像と手の画像が表示され、  前記（ａ）と（ｂ）の制御が行われると、前記手の画像で前記被操作物体の状態を変化させる表示が行われるものとして構成できる。【００１３】  例えば、本発明の触覚再現装置は、  前記入力装置には、親指で押圧操作される親指操作体と、人指し指と中指で個別に押圧操作される第１の対向操作体ならびに第２の対向操作体とが設けられて、前記親指操作体の突出方向に対して、第１の対向操作体と第２の対向操作体が逆向きに突出しており、  前記親指操作体と前記第１の対向操作体ならびに前記第２の対向操作体のそれぞれに対して前記（ａ）と（ｂ）の制御が行われるものである。【００１４】  この場合の前記被操作物体は、例えば、指で挟んで動作させる切断工具であり、前記（ａ）（ｂ）の制御が行われるときに、前記表示画面に、前記切断工具がワークを切断する動作が表示される。【００１５】  さらに本発明の触覚再現装置は、前記入力装置に設けられた、１つの前記操作体が押されたときに、前記（ａ）と（ｂ）の制御が行われるものである。また、前記入力装置に設けられた複数の前記操作体が、同じ方向へ押されたときに、それぞれの操作体に対して前記（ａ）と（ｂ）の制御が行われるものである。【００１６】  次に本発明は、入力装置と制御部とを有する触覚再現装置の制御方法において、  前記入力装置には、  進退移動し指で押圧操作可能な操作体と、前記操作体の移動位置を検知する位置検知部と、前記操作体に進退方向の力を与える進退駆動部とが設けられ、  前記制御部によって、（ａ）操作体が指で押されて押圧操作方向へ移動したことが前記位置検知部で検知されたときに、前記進退駆動部を動作させて、前記操作体に対して、前記押圧操作方向と逆向きのプラス駆動力を与えて指に押圧操作の反力を与え、（ｂ）その後に、前記進退駆動部の駆動方向を逆転させて、前記操作体に対して、前記押圧操作方向と同じ方向のマイナス駆動力を与える制御を行うことを特徴とするものである。【００１７】  本発明の触覚再現装置の制御方法は、前記（ａ）の制御では、  前記操作体の、前記押圧操作方向への移動距離が大きくなるにしたがって、前記プラス駆動力を増大させるものである。【００１８】  本発明の触覚再現装置の制御方法は、前記プラス駆動力を増大させる制御では、その後段において、前記押圧操作方向への移動距離に対する前記プラス駆動力の増大率を上昇させてから、前記（ｂ）の制御に移行するものが好ましい。【００１９】  さらに、本発明の触覚再現装置の制御方法は、前記（ｂ）の制御で前記マイナス駆動力を与えた後に、さらに前記操作体にプラス駆動力を与えることが可能である。
【発明の効果】
【００２０】  本発明の触覚再現装置およびその制御方法は、仮想の被操作物体を取り扱うのを模した操作反力を指に感じさせることができ、このときの操作反力で、あたかも実際に切断工具でワークを切断しているように感じることができ、または、物を押して破断させているように感じさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】本発明の第１の実施の形態の触覚再現装置を使用している例を示す説明図、
【図１Ｂ】本発明の第２の実施の形態の触覚再現装置を使用している例を示す説明図、
【図２】図１に示す触覚再現装置に設けられた入力装置を示すものであり、（Ａ）は上方から見た斜視図、（Ｂ）は下方から見た斜視図、
【図３】図２に示す入力装置の分解斜視図、
【図４】図２に示す入力装置に設けられた触覚発生ユニットを示す斜視図、
【図５】本発明の実施の形態の触覚再現装置の構成を示すブロック図、
【図６】実施の形態の触覚再現装置の使用例を示しており、仮想の被操作物体として切断工具を操作するときの表示画像を示す説明図、
【図７】触覚再現装置の制御方法において発揮される操作反力の変化を示す線図、
【図８】（Ａ）は、入力装置の操作体の位置を示し、（Ｂ）は、仮想の被操作物体として切断工具を操作するときの表示画像を示す制御方法の説明図、
【図９】（Ａ）は、入力装置の操作体の位置を示し、（Ｂ）は、仮想の被操作物体として切断工具を操作するときの表示画像を示す制御方法の説明図、
【図１０】（Ａ）は、入力装置の操作体の位置を示し、（Ｂ）は、仮想の被操作物体として切断工具を操作するときの表示画像を示す制御方法の説明図、
【図１１】（Ａ）は、入力装置の操作体の位置を示し、（Ｂ）は、仮想の被操作物体として切断工具を操作するときの表示画像を示す制御方法の説明図、
【図１２】（Ａ）は、入力装置の操作体の位置を示し、（Ｂ）は、仮想の被操作物体として切断工具を操作するときの表示画像を示す制御方法の説明図、
【図１３】（Ａ）は、入力装置の操作体の位置を示し、（Ｂ）は、仮想の被操作物体として切断工具を操作するときの表示画像を示す制御方法の説明図、
【図１４】入力装置の１個または２個の操作体を押圧操作する動作を示す制御方法の説明図、
【図１５】（Ａ）（Ｂ）は、被操作物体である板材を指で押して破断させる操作を模した表示画像を示す制御方法の説明図、
【発明を実施するための形態】
【００２２】＜全体の構造＞  図１Ａと図１Ｂに、本発明の触覚再現装置１Ａ，１Ｂを使用している状態が示されている。
【００２３】  図１Ａに示す第１の実施の形態の触覚再現装置１Ａは、装置本体１０Ａと入力装置２０とから構成されている。図１Ａでは、入力装置２０が１個使用され、この入力装置２０が右手で操作されている。
【００２４】  入力装置２０はコード５２によって装置本体１０Ａに接続されている。装置本体１０Ａには表示装置１３が設けられている。表示装置１３はカラー液晶表示パネルやエレクトロルミネッセンス表示パネルなどである。装置本体１０Ａはパーソナルコンピュータや、比較的大きな表示画面を有するデモンストレーション用の表示装置などである。
【００２５】  図５に示すように、装置本体１０Ａには、表示装置１３を駆動するための表示ドライバー１４と、表示ドライバー１４の表示形態を制御する制御部１５とが設けられている。制御部１５はＣＰＵとメモリを主体として構成されている。また、制御部１５とそれぞれの入力装置２０との間で信号を授受するためのインターフェース１６が設けられている。
【００２６】  図１Ｂに示す第２の実施の形態の触覚再現装置１Ｂは、装置本体１０Ｂと入力装置２０とから構成されている。図１Ｂでは、同じ入力装置２０が２個使用され、入力装置２０が右手と左手で操作されている。
【００２７】  装置本体１０Ｂは、目の前方に装着するマスク型本体１１と、このマスク型本体１１を頭部に装着するためのストラップ１２を有している。
【００２８】  装置本体１０Ｂのマスク型本体１１に、表示装置１３が設けられている。この表示装置１３は、操作者の目の前方に設置されて目視可能となっている。図５に示す表示ドライバー１４と制御部１５およびインターフェース１６などは、マスク型本体１１に搭載されている。
【００２９】  図２（Ａ）には入力装置２０を上方から外観が斜視図で示され、図２（Ｂ）には入力装置２０を下方から見た外観が斜視図で示されている。図３は、入力装置２０の分解斜視図である。図４には、入力装置２０に内蔵されている３組の触覚発生ユニットのうちの第１の触覚発生ユニット３０Ａの構造が示されている。図２（Ａ）と図３および図４には、入力装置２０を基準としたＸ−Ｙ−Ｚ座標が示されている。入力装置２０はＺ方向が各操作体の押圧操作方向である。
【００３０】  図１Ａと図１Ｂに示す使用例では、入力装置２０は、Ｙ方向が上下に向けられた姿勢で人の手に保持されている。
【００３１】  図２に示すように、入力装置２０は合成樹脂製のケース２１を有している。ケース２１は片手で保持可能な大きさである。ケース２１は上部ケース２２と下部ケース２３とが組み合わされて構成されている。図３に示すように、上部ケース２２と下部ケース２３は、Ｚ方向に分割可能である。上部ケース２２と下部ケース２３は、ねじ止め手段などで互いに固定されており、２つのケース２２，２３の内部に機構収納空間が形成されている。
【００３２】  上部ケース２２はＺ方向に向く表面が第１の面２２ａであり、下部ケース２３はＺ方向に向く表面が第２の面２３ａである。図３に示すように、上部ケース２２には、第１の面２２ａでＺ方向に貫通する操作穴２４，２４が開口している。下部ケース２３には、第２の面２３ａをＺ方向に貫通する操作穴２５が開口している。操作穴２４，２４はＹ方向に並んで形成されており、Ｙ方向での開口寸法は、操作穴２５が個々の操作穴２４よりも大きくなっている。
【００３３】  上部ケース２２のＹ方向に向く端面には、コネクタ装着穴２６が開口しており、下部ケース２３のＹ方向に向く端面には、電源プラグ装着穴２７が開口している。
【００３４】  図３に示すように、ケース２１の内部の機構収納空間に、機構シャーシ２８が収納されている。機構シャーシ２８は、金属板から折り曲げられて、Ｘ−Ｙ平面と平行な取付け板部２８ａと、Ｙ−Ｚ平面と平行な区分板部２８ｂとが形成されている。
【００３５】  区分板部２８ｂを挟んでＸ方向の一方の側に、第１の触覚発生ユニット３０Ａと第２の触覚発生ユニット３０Ｂが固定されている。第１の触覚発生ユニット３０Ａと第２の触覚発生ユニット３０Ｂは、Ｙ方向に並んで配置されている。区分板部２８ｂを挟んでＸ方向の他方の側に、第３の触覚発生ユニット４０が１組設けられている。
【００３６】＜触覚発生ユニットの構造＞  図４には、第１の触覚発生ユニット３０Ａの構造が示されている。
【００３７】  第１の触覚発生ユニット３０Ａは、金属板３０を折り曲げたフレーム３１を有している。このフレーム３１が区分板部２８ｂに固定されることで、機構シャーシ２８に第１の触覚発生ユニット３０Ａが搭載されている。
【００３８】  フレーム３１に移動部材３２Ａが設けられている。移動部材３２Ａは合成樹脂材料で形成されており、その先部に第１の対向操作体３３Ａが固定されている。第１の対向操作体３３Ａは合成樹脂材料で形成されている。図２に示すように、第１の対向操作体３３Ａは、上部ケース２２に形成された操作穴２４から外部に突出している。
【００３９】  図１Ａと図１Ｂに示すように、入力装置２０が右手で保持されているときは、第１の対向操作体３３Ａは人指し指で押されることになり、図１（Ｂ）に示すように、入力装置２０が左手で保持されているときは、第１の対向操作体３３Ａが中指で操作される。
【００４０】  図４に示すように、フレーム３１の一方の側板部３１ａにＺ方向に延びる案内長穴３１ｃが形成されている。移動部材３２Ａの側部には摺動突部３２ａが一体に形成されており、摺動突部３２ａが案内長穴３１ｃの内部を摺動することで、移動部材３２Ａがフレーム３１上でＺ方向へ移動自在に支持されている。移動部材３２Ａは凹部３２ｂを有している。この凹部３２ｂの内部では、移動部材３２Ａとフレーム３１の下端部との間の圧縮コイルばね３４が介在している。この圧縮コイルばね３４の弾性力によって、移動部材３２Ａは第１の対向操作体３３Ａが上部ケース２２から突出する方向であるＺ方向の図示上方に向けて付勢されている。
【００４１】  フレーム３１の一方の側壁部３１ａにモータ３５Ａが固定されている。モータ３５Ａの出力軸には出力歯車３６ａが固定されている。側壁部３１ａの外面に減速歯車３６ｂが回転自在に支持されており、出力歯車３６ａと減速歯車３６ｂとが噛み合っている。フレーム３１の側壁部３１ａにギヤボックス３７が固定されており、ギヤボックス３７の内部に減速機構が収納されている。前記減速歯車３６ｂの回転力は、ギヤボックス３７内の減速機構で減速される。ギヤボックス３７内の減速機構は、太陽歯車と遊星歯車などから構成されている。
【００４２】  ギヤボックス３７の減速出力軸にピニオン歯車３７ａが固定されている。移動部材３２Ａには厚肉部の表面にラック部３２ｃが形成されており、ピニオン歯車３７ａとラック部３２ｃとが噛み合っている。ピニオン歯車３８ａの歯部とラック部３２ｃの歯部は、移動部材３２Ａの移動方向と直交するＹ方向に対して傾けられたはす歯である。
【００４３】  前記圧縮コイルばね３４を設けることで、ピニオン歯車３８ａとラック部３２ｃとのバックラッシュを解消することができる。ただし、それぞれの触覚発生ユニットに圧縮コイルばね３４が設けられていなくてもよい。
【００４４】  フレーム３１の他方の側壁部３１ｂに位置検知部３８Ａが固定されている。位置検知部３８Ａは、側壁部３１ｂに固定されたステータ部と、ステータ部に対向して回転するロータ部とを有している。ロータ部に設けられたロータ軸がピニオン歯車３７ａと一緒に回転する。位置検知部３８Ａは抵抗変化式であり、ステータ部に円弧状の抵抗体パターンが設けられ、ロータ部に前記抵抗体パターンを摺動する摺動子が設けられている。なお、位置検知部３８Ａは磁気検知型であって、ロータ部に回転マグネットが固定され、ステータ部にＧＭＲ素子などの磁気検知素子が設けられて、ロータ部の回転角度が磁気検知素子によって検知されるものであってもよい。または、位置検知部３８Ａが、光学式の位置検知部であってもよい。
【００４５】  図３に示すように、区分板部２８ｂを挟んでＸ方向の一方の側に、第１の触覚発生ユニット３０Ａと並んで第２の触覚発生ユニット３０Ｂが固定されている。第２の触覚発生ユニット３０Ｂの構造は、第１の触覚発生ユニット３０Ａの構造と同じであるため、詳しい構造の説明は省略する。
【００４６】  第２の触覚発生ユニット３０Ｂでは移動部材３２ＢのＺ側の上部に第２の対向操作体３３Ｂが固定されている。第２の対向操作体３３Ｂは形状と寸法が第１の対向操作体３３Ａと同じである。
【００４７】  また、第２の触覚発生ユニット３０Ｂでは、モータを３５Ｂで示し、位置検知部を３８Ｂで示しているが、これらは、第１の触覚発生ユニット３０Ａに設けられたモータ３５Ａおよび位置検知部３８Ａと同じである。
【００４８】  図１Ａと図１Ｂに示すように、入力装置２０が右手で保持されているときは、第２の対向操作体３３Ｂは中指で押されることになり、図１（Ｂ）に示すように、入力装置２０が左手で保持されているときは、第２の対向操作体３３Ｂが人指し指で操作される。
【００４９】  図３に示すように、機構シャーシ２８の区分板部２８ｂの他方の側に第３の触覚発生ユニット４０が設けられている。
【００５０】  第３の触覚発生ユニット４０は、第１の触覚発生ユニット３０Ａおよび第２の触覚発生ユニット３０Ｂと基本的な構造が同じであるが、第３の触覚発生ユニット４０の方がやや大きく構成されている。第３の触覚発生ユニット４０は、フレーム４１に移動部材４２がＺ方向へ移動自在に支持されており、移動部材４２の先部に親指操作体４３が固定されている。親指操作体４３は、下部ケース２３の操作穴２５から図示下方へ突出している。移動部材４２は圧縮コイルばね４４によって、親指操作体４３が操作穴２５から突出する方向へ付勢されている。なお前述のようにこの圧縮コイルばね４４は省略することが可能である。
【００５１】  親指操作体４３は、Ｙ方向の幅寸法が、第１の対向操作体３３Ａと第２の対向操作体３３Ｂよりも大きく形成されており、第１の対向操作体３３Ａと第２の対向操作体３３Ｂの双方が、親指操作体４３とＺ方向で対向している。図１Ａと図１Ｂに示すように、入力装置２０は右手で保持されるときと左手で保持されるときの双方において、親指操作体４３が親指で操作される。
【００５２】  第３の触覚発生ユニット４０においても、フレーム４１にモータ４５が固定されており、モータ４５の出力軸に固定された出力歯車４６ａが減速歯車４６ｂと噛み合っている。前記減速歯車４６ｂの回転力は、ギヤボックス４７内の減速機構で減速され、その減速出力がピニオン歯車から、移動部材４２に形成されたラック部に伝達される。そしてピニオン歯車の回転が位置検知部４８で検知される。
【００５３】  図３に示すように、ケース２１の内部には、信号コネクタ１７と電源プラグ２９が内蔵されている。信号コネクタ１７は、上部ケース２２に形成されたコネクタ装着穴２６の内部に露出しており、電源プラグ２９は、下部ケース２３に形成された電源プラグ装着穴２７の内部に露出している。
【００５４】  図５のブロック図に示すように、第１の触覚発生ユニット３０Ａと第２の触覚発生ユニット３０Ｂおよび第３の触覚発生ユニット４０のそれぞれにモータドライバ５１が設けられている。第１の触覚発生ユニット３０Ａに設けられたモータ３５Ａと第２の触覚発生ユニット３０Ｂに設けられたモータ３５Ｂおよび第３の触覚発生ユニット４０に設けられたモータ４５は、それぞれのモータドライバ５１によって回転駆動される。
【００５５】  それぞれのモータドライバ５１はインターフェース１７ａを介して前記信号コネクタ１７に接続されている。
【００５６】  図５に示すように、入力装置２０のケース２１の内部に姿勢検知部５３が設けられている。姿勢検知部５３は、例えば地磁気センサを検知する磁気センサであり、あるいは振動型ジャイロ装置であり、入力装置２０の操作空間内での姿勢や操作空間上での位置を検知することができる。姿勢検知部５３はインターフェース１７ａを介して前記信号コネクタ１７に接続されている。
【００５７】  図５に示すように、装置本体１０Ａ，１０Ｂにインターフェース１６が設けられ、個々のインターフェース１６が接続されている信号コネクタと、個々のインターフェース１７ａが接続されている前記信号コネクタ１７とがコード５２で接続されている。前記コード５２には電源ラインが含まれており、電源ラインが電源プラグ２９に接続されている。この電源ラインを通じて装置本体１０Ａ，１０Ｂから入力装置２０に電力が供給される。
【００５８】  なお、装置本体１０Ａ，１０Ｂとそれぞれの入力装置２０とがＲＦ信号によって通信可能とされており、入力装置２０に電池が内蔵されていてもよい。この場合には、装置本体１０Ａ，１０Ｂと入力装置２０とを繋ぐコード５２が不要である。
【００５９】  また、装置本体１０Ａ，１０Ｂは、さらにサーバーとの通信機能を有しているものであってもよい。
【００６０】  また、図１Ａに示す装置本体１０Ａと図１Ｂに示す装置本体１０Ｂには、いずれも発音装置が設けられている。発音装置は空間中に音を発するスピーカ、またが操作者の耳に音を与えるレシーバなどである。
【００６１】  次に、前記触覚再現装置１Ａ，１Ｂの操作方法と動作について説明する。  以下、前記触覚再現装置１Ａ，１Ｂの制御方法を説明する。
【００６２】＜入力装置２０の操作と反力の設定＞  図２に示すように、入力装置２０は、ケース２１の第１の面２２ａに第１の対向操作体３３Ａと第２の対向操作体３３Ｂが突出し、第２の面２２ｂに１個の親指操作体４３が突出しており、２つの対向操作体３３Ａ，３３Ｂと親指操作体４３が、Ｚ方向において互いに逆向きに突出している。図１Ａと図１Ｂに示すように、入力装置２０は片手で保持されて、親指で親指操作体４３が押圧操作され、人指し指と中指で第１の対向操作体３３Ａと第２の対向操作体３３Ｂが押圧操作される。
【００６３】  入力装置２０では、制御部１５からそれぞれのモータドライバ５１に制御指令が与えられ、第１の触覚発生ユニット３０Ａのモータ３５Ａと第２の触覚発生ユニット３０Ｂのモータ３５Ｂおよび第３の触覚発生ユニット４０のモータ４５が前記制御指令に基づいて動作させられる。
【００６４】  モータ３５Ａ，３５Ｂとモータ４５の回転を制御することにより、移動部材３２Ａ，３２Ｂと移動部材４２を任意の位置へ移動させて、その位置で停止させることができる。例えば、第１の対向操作体３３Ａと第２の対向操作体３３Ｂおよび親指操作体４３をケース２１から最大限まで突出させた位置で停止させることができ、または各操作体３３Ａ，３３Ｂ，４３をケース２１の内部に最大限に後退させた位置で停止させることができる。また、各操作体３３Ａ，３３Ｂと操作体４３を最大突出位置と最大後退位置の中間の任意の位置で停止させることもできる。
【００６５】  また、モータ３５Ａ，３５Ｂとモータ４５に与えられる電力を制御することにより、ケース２１から突出している各操作体３３Ａ，３３Ｂ，４０を指で押しても動かないように、モータ３５Ａ，３５Ｂ，４５のロータを強い力で保持させることができる。
【００６６】  各移動部材３２Ａ，３２Ｂ，４２が移動できる状態のときに、第１の対向操作体３３Ａと第２の対向操作体３３Ｂおよび親指操作体４３のいずれかが押されて、移動部材３２Ａ，３２Ｂ，４２が押し込み方向へ移動すると、その移動位置が位置検知部３８Ａ，３８Ｂまたは位置検知部４８で検知されて、その検知出力が制御部１５に与えられる。制御部１５には、各操作体３３Ａ，３３Ｂ，４３の移動距離と、移動部材３２Ａ，３２Ｂ，４２に与えられる操作駆動力との関係を示す反力設定データが保持されており、操作体３３Ａ，３３Ｂ，４３の押し込み位置に応じて、モータ３５Ａ，３５Ｂまたはモータ４５が前記反力設定データに応じたトルクを発生するように制御される。これによって、対向操作体３３Ａ，３３Ｂを押圧している人指し指と中指、および親指操作体４３を押圧している親指に操作反力が与えられる。
【００６７】  図７に、制御部１５内のメモリに格納されている反力設定データの例が示されている。横軸は操作体３３Ａ，３３Ｂ，４３の押圧操作の移動ストローク（または時間）を示している。横軸の原点は任意に設定される。図６および図８以下に示す操作例では、操作体３３Ａ，３３Ｂ，４３が、図９（Ａ）まで押し込まれた位置が、図７の横軸の原点である。ただし、操作体３３Ａ，３３Ｂ，４３がケース２１から最も突出している状態が原点であってもよい。
【００６８】  縦軸は、モータ３５Ａ，３５Ｂ，４５から各移動部材３２Ａ，３２Ｂ，４２に与えられる駆動力ｆである。原点から上側はプラス駆動力ｆ（＋）である。プラス駆動力ｆ（＋）は、操作体３３Ａ，３３Ｂ，４３を指で押しているときの押圧操作方向と逆向きの力であり、操作体３３Ａ，３３Ｂ，４３をケース２１から突出させる向きの力である。原点から下側はマイナス駆動力ｆ（−）である。マイナス駆動力ｆ（−）は、操作体３３Ａ，３３Ｂ，４３に対する押圧操作方向と同じ向きの力であり、操作体３３Ａ，３３Ｂ，４３をケース２１内へ引き込もうとする力である。
【００６９】  図７に示す反力設定データによる制御では、位置検知部３８Ａ，３８Ｂ，４８からの出力により、移動部材３２Ａ，３２Ｂ，４２が、原点から押圧操作方向へ移動を開始したことが検知されると、最初の期間（ｉ）で、移動部材３２Ａ，３２Ｂ，４２が押圧操作方向へ移動するにしたがって、移動部材３２Ａ，３２Ｂ，４２に作用するプラス駆動力が徐々に大きくなる。図７の例では、移動距離に対してプラス駆動力ｆ（＋）の変化が１次関数的に増大していく。ただし、プラス駆動力ｆ（＋）の変化が曲線状に増大していく制御であってもよい。
【００７０】  次の期間（ｉｉ）では、移動部材３２Ａ，３２Ｂ，４２の移動距離に対するプラス駆動力ｆ（＋）の増大率が大きくなり、ピーク時間（ｉｉｉ）でプラス駆動力ｆ（＋）が極大値となる。なお、期間（ｉｉ）において、プラス駆動力ｆ（＋）を所定の率で増大させる代わりに、期間（ｉ）の終端から急激にプラス駆動力ｆ（＋）を増大させて、ピーク時間（ｉｉｉ）に移行し、プラス駆動力ｆ（＋）を極大値としてもよい。
【００７１】  ピーク時間（ｉｉｉ）に移行した直後に、モータ３５Ａ，３５Ｂ，４５を逆転させ、マイナスピーク時間（ｖ）に移行して、移動部材３２Ａ，３２Ｂ，４２にマイナス駆動力ｆ（−）を与える。そのため、期間（ｉｖ）で、移動部材３２Ａ，３２Ｂ，４２に作用する駆動力が、プラス方向からマイナス方向へ急激に変換し、マイナスピーク時間（ｖ）に向けて、移動部材３２Ａ，３２Ｂ，４２がケース２１の内部に急激に引き込まれる。
【００７２】  その後の復帰期間（ｖｉ）で、移動部材３２Ａ，３２Ｂ，４２に作用する駆動力がゼロになる。マイナスピーク時間（ｖ）の後に、モータ３５Ａ，３５Ｂとモータ４５にブレーキを与えて、移動部材３２Ａ，３２Ｂ，４２を一時的に動かないように停止させてもよい。ただし、図７に示す反力設定データでは、復帰期間（ｖｉ）の後に余韻期間（ｖｉｉ）が設定されている。この余韻期間（ｖｉｉ）では、移動部材３２Ａ，３２Ｂ，４２に対して、プラス駆動力ｆ（＋）が与えられる。ここでは、移動部材３２Ａ，３２Ｂ，４２が押圧操作方向へ押し込まれるにしたがって、プラス駆動力ｆ（＋）が一次関数的に増大していくように制御される。
【００７３】＜仮想の被操作物体として切断工具が表示される例＞  触覚再現装置１Ａ，１Ｂでは、各種の仮想の被操作物体を手で保持するのを模した反力を操作者の手に感じさせることができる。複数種の仮想の被操作物体に対応する反力設定データは、制御部１５に設けられたメモリに格納されている。また、制御部１５で表示ドライバー１４が制御され、図１Ａまたは図１Ｂに示す表示装置１３に仮想の被操作物体の画像が選択されて表示され、また手の画像も表示される。これら表示はコンピュータグラフィックによるものである。
【００７４】  図６では、表示装置１３の表示画面１３ａに、仮想の被操作物体として切断工具６０が表示されている。切断工具６０はニッパーであり、一対のハンドル６１，６１と、ハンドル６１，６１の操作で切断を行う切断部６２が設けられている。表示画面１３ａには切断工具６０で切断されるワーク６３が表示されている。ワーク６３は金属線材の画像である。
【００７５】  表示画面１３ａには手Ｈの画像が表示されており、所定の操作で、表示画面１３ａに現れている手Ｈの画像が移動し、手Ｈの画像で切断工具６０の画像のハンドル６１，６１が保持されるように表示が変化する。例えば、入力装置２０を手で保持して移動させると、その移動姿勢が姿勢検知部５３で検知されて制御部１５に姿勢に関する情報が与えられる。この情報により表示ドライバー１４が制御されて、表示画面１３ａに現れている手Ｈの画像が移動して、ハンドル６１，６１を掴みに行く。あるいは、キーボードなどの他の操作部材で、被操作物体として切断工具６０を選択すると、表示画面１３ａに現れている手Ｈが切断工具６０の画像を保持するように表示が変化する。
【００７６】  仮想の被操作物体として切断工具６０が選択されると、各モータ３５Ａ，３５Ｂ，４５が制御されて、対向操作体３３Ａ，３３Ｂおよび親指操作体４３の初期位置が設定される。仮想の被操作物体が切断工具６０の場合には、対向操作体３３Ａ，３３Ｂおよび親指操作体４３が、図８（Ａ）に示すように、ケース２１から最大限突出した初期位置に設定される。
【００７７】  仮想の被操作物体として切断工具６０が選択されると、制御部１５は、メモリから図７に示す反力設定データを読み出し、制御部１５は前記反力設定データに基づいて各モータ３５Ａ，３５Ｂ，４５を制御する。被操作物体が切断工具６０のときは、各モータ３５Ａ，３５Ｂ，４５が図７に示す共通の反力設定データに基づいて制御される。ただし、親指で押される親指操作体４３と、人指し指と中指で押される第１の対向操作体３３Ａと、中指で押される第２の対向操作体３３Ｂに対して、それぞれの指に応じて、図７に示す反力設定データの力の大きさに差を持たせてもよい。
【００７８】  図８ないし図１３に、入力装置２０を指で操作する動作が順番に示されている。図８ないし図１３の各図の（Ａ）に、操作されている入力装置２０における操作体の位置の変化と反力の向きが示されている。ただし各図の（Ａ）では、手Ｈの表示を省略している。図８ないし図１３の各図の（Ｂ）では、入力装置２０に対する操作に対応する表示画像の変化を示している。
【００７９】  図６に示すように、表示画面１３ａでは、手Ｈで切断工具６０のハンドル６１，６１を保持している画像が表示されるが、図８（Ｂ）に示すように、初期の画像では、切断部６２の２つの刃がワーク６３から離れている。
【００８０】  右手で保持した入力装置２０の親指操作体４３を親指で押し、第１の対向操作体３３Ａを人指し指で押し、第２の対向操作体３３Ｂを中指で押すと、表示画面１３ａに表示された画像では、手Ｈの画像の親指Ｆ１と人指し指Ｆ２ならびに中指Ｆ３で掴んでいるハンドル６１，６１が互いに接近するように表示が変化する。
【００８１】  押圧操作が開始されると、まず図８（Ｂ）に示すように、切断部６２の２つの刃がワーク６３から離れている画像が、図９（Ｂ）に示すように、２つの刃が接近してワーク６３に触れる画像に変化する。この間、図８（Ａ）から図９（Ａ）に示すように、親指操作体４３と第１の対向操作体３３Ａおよび第２の対向操作体３３Ｂが、指で押されてケース２１に後退するが、この間は、各モータ３５Ａ，３５Ｂ，４５に通電されず、移動部材３２Ａ，３２Ｂ，４２の負荷は、圧縮コイルばね３４の負荷のみの軽いものとなっている。よって、各操作体３３Ａ，３３Ｂ，４３を押している指にほとんど抵抗力が作用しない。
【００８２】  移動部材３２Ａ，３２Ｂ，４２は、図９（Ａ）に示すまで押し込まれた位置が、図７に示す反力設定データの横軸の原点である。よって、図９（Ａ）以後の操作では、各モータ３５Ａ，３５Ｂ，４５の出力トルクが、図７に示す反力設定データに基づいて制御される。
【００８３】  図９（Ａ）の状態から、さらに指で操作体３３Ａ，３３Ｂ，４３を押し込むと、図１０（Ａ）に示すように、移動部材３２Ａ，３２Ｂ，４２に対して、図７の期間（ｉ）で設定されるプラス駆動力ｆ（＋）が作用し、操作体３３Ａ，３３Ｂ，４３を押し込むにしたがって、指に作用する反力（指を押し返そうとする反力）が徐々に強くなる。その後は、図１１（Ａ）に示すように、図７の期間（ｉｉ）において、操作体３３Ａ，３３Ｂ，４３を押し込む指に対する反力が急激に増大する。この間に、図１０（Ｂ）から図１１（Ｂ）に示すように、表示画像では、切断工具６０の切断部６２の２つの刃が徐々に接近し、ワークに少し食い込むように変化する。
【００８４】  図１１（Ａ）の状態から、さらに増大する反力に対抗するように、操作体３３Ａ，３３Ｂ，４３を指で強く押し込むと、図７（ｉｉｉ）→（ｉｖ）→（ｖ）に示すように、移動部材３２Ａ，３２Ｂ，４２に作用する駆動力が、プラス駆動力ｆ（＋）からマイナス駆動力ｆ（−）に切替えられ、図１２（Ａ）に示すように、操作体３３Ａ，３３Ｂ，４３が、ケース２１内に急激に引き込まれる。そして、表示画像は、図１１（Ｂ）から図１２（Ｂ）の状態に変化し、切断工具６０の切断部６２に設けられた２つの刃でワーク６３が切断される。
【００８５】  すなわち、図９（Ａ）の原点から、指で操作体３３Ａ，３３Ｂ，４３を押し込んでいくと、図１０（Ａ）と図７の期間（ｉ）において、押圧操作に対抗して各指に作用する反力が徐々に大きくなり、図１１（Ａ）と図７（ｉｉ）（ｉｉｉ）で、指に作用する反力が急激に強くなって極大値になる。これに対抗するように、指で操作体３３Ａ，３３Ｂ，４３を強い力で押し込むと、図１２（Ａ）と図７の（ｉｖ）（ｖ）に示すように、人指し指および中指と、親指とが互いに急激に接近し、あたかも硬い金属のワーク６３を力を込めて切断したかのような感触を得ることができる。
【００８６】  その後は、各モータ３５Ａ，３５Ｂ，４５への通電を止めて、移動部材３２Ａ，３２Ｂ，４２の負荷をゼロにすることで、ワークの切断を完了した感覚を得ることができる。あるいは、各モータ３５Ａ，３５Ｂ，４５にブレーキを掛けることで、切断工具６０のハンドル６１，６１を押し切ったような感覚を得ることができる。
【００８７】  ただし、図７に示す反力設定データを使用すると、図１３（Ａ）に示すように、ワークの切断が完了した後も、移動部材３２Ａ，３２Ｂ，４２に対し、余韻期間（ｖｉｉ）でプラス駆動力ｆ（＋）が作用し、各指に弾性的な抵抗感を与えることができ、ワークを切断した後の余韻をさらに感じさせることが可能になる。
【００８８】  上記の制御では、切断部６２でワーク６３を切断したときに、発音部から「ポキッ」「カチッ」などの切断音を発生させることにより、操作者は実際に切断工具６０を操作しているような感触を認識しやすくなる。
【００８９】＜切断工具に類似した仮想の被操作物体の例＞  図６と図８ないし図１３に示した切断工具６０に対するのと同様の操作で、表示画面に表示できる仮想の被操作物体としては、復帰スプリングを有している切断工具や、ステイプラーなどを挙げることができる。これらは、３つの指で挟んで押し切った後に、復帰スプリングで戻ることになるが、図７の余韻期間（ｖｉｉ）に示すプラス駆動力ｆ（＋）の増大率をやや大きめにすることで、復帰スプリングを用いた操作を模擬的に再現できる。
【００９０】＜他の仮想の被操作物体の例＞  次に、人指し指と中指の少なくとも一方を使用して操作すべき被操作物体が選択されると、入力装置２０では、図１４に示すように、親指操作体４３がケース２１から突出した状態でモータ４５にブレーキをかけて、親指操作体４３がケース２１内に退行しないように固定される。
【００９１】  そして、第１の対向操作体３３Ａと第２の対向操作体３３Ｂのいずれか１個の操作体に対応する触覚発生ユニット対して、図７に示す反力設定データを用いて制御が行われる。あるいは、第１の対向操作体３３Ａと第２の対向操作体３３Ｂの２つの操作体が、図７に示す反力設定データを用いて、同じ方向へ動くように制御される。
【００９２】  図１５には、図１４に示す操作により動作させられる被操作物体７０の画像の一例を示している。図１５に示す被操作物体７０は指で強く押したきに折れたり割れたりする線材や板材である。入力装置２０は、親指で親指操作体４３を支え、人指し指で第１の対向操作体３３Ａを押し込み、中指で第２の対向操作体３３Ｂを押し込むと、操作反力が図７で（ｉ）（ｉｉ）（ｉｉｉ）（ｉｖ）（ｖ）（Ｖｉ）のように変化し、指で硬い物を折ったり割ったりしたのと同じ操作感触を得ることができる。
【００９３】  また、人指し指か中指のいずれか一方のみで、被操作物体７０を折ったり、割ったりする模擬動作も可能である。
【符号の説明】
【００９４】１Ａ，１Ｂ  触覚再現装置１０Ａ，１０Ｂ  装置本体１１  マスク型本体１３  表示装置１５  制御部２０  入力装置２１  ケース２８  機構シャーシ３０Ａ  第１の触覚発生ユニット３０Ｂ  第２の触覚発生ユニット３２Ａ，３２Ｂ  移動部材３３Ａ  第１の対向操作体３３Ｂ  第２の対向操作体３５Ａ，３５Ｂ  モータ３８Ａ，３８Ｂ  位置検知部４０  第３の触覚発生ユニット４２  移動部材４３  親指操作体４５  モータ４８  位置検知部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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