(57)【要約】【課題】触覚情報を効率的に提供するための方法を提供する。【解決手段】入力部６１０が、入力手段が指す位置を入力するステップと、接触感知部６３２が、入力手段が指す位置及び物体の位置から、入力手段と前記物体との接触如何を判断するステップと、入力手段と物体とが接触すると判断した場合、触覚情報生成部６３４が、物体の質感に関する情報から触覚デバイスの動きに関する触覚情報を生成するステップと、知覚領域変換部６３６が、触覚情報を、ユーザが知覚できる領域の触覚情報に変換するステップと、駆動部６４０が、ユーザが知覚できる領域の触覚情報を、触覚デバイスを駆動する信号に変換するステップと、触覚情報出力部６５０が、触覚デバイスを駆動する信号によって触覚デバイスを駆動するステップと、を含む方法とする。【選択図】図８
2006351012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力手段が指す位置を入力するステップと、
前記入力手段が指す位置及び物体の位置から、前記入力手段と前記物体との接触如何を判断するステップと、
前記入力手段と前記物体とが接触すると判断した場合、前記物体の質感に関する情報から触覚デバイスの動きに関する触覚情報を生成するステップと、
前記触覚情報を、ユーザが知覚できる領域の触覚情報に変換するステップと、
前記ユーザが知覚できる領域の触覚情報を、前記触覚デバイスを駆動する信号に変換するステップと、
前記触覚デバイスを駆動する信号によって前記触覚デバイスを駆動するステップと、を含むことを特徴とする触覚情報を効率的に提供する方法。
【請求項２】
前記触覚デバイスの動きに関する触覚情報は、
前記触覚デバイスのストロークの大きさ及び周波数を含むことを特徴とする請求項１に記載の触覚情報を効率的に提供する方法。
【請求項３】
前記ユーザが知覚できる領域の触覚情報に変換するステップは、
前記触覚デバイスのストロークの大きさを、下記数式によって前記ユーザが知覚できる領域のストロークの大きさに変換するステップを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の触覚情報を効率的に提供する方法。
【数１】
2006351012.tif 000004
（前記Ｘｒは、前記ユーザが知覚できる領域のストロークの大きさを示し、前記Ｇ（ｆ）は、周波数ｆで前記ユーザが苦痛なしに感じられる前記触覚デバイスの最大ストロークの大きさを表す関数であり、前記Ｌ（ｆ）は、前記周波数ｆで前記ユーザが無感覚にならない前記触覚デバイスの最小ストロークの大きさを表す関数であり、前記Ｘは、スキャンする物体の表面のストロークの大きさを表し、前記Ｘｒｍａｘは、前記周波数ｆで許容される前記触覚デバイスの前記知覚できる領域の最大ストロークの大きさである。）
【請求項４】
前記ユーザが知覚できる領域は、前記触覚情報による刺激が前記ユーザに苦痛を誘発するレベルより弱く、無感覚なレベルより強い領域であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の触覚情報を効率的に提供する方法。
【請求項５】
前記ユーザに苦痛を誘発するレベルは、触覚デバイス周波数の多項式で計算されることを特徴とする請求項４に記載の触覚情報を効率的に提供する方法。
【請求項６】
前記ユーザに苦痛を誘発するレベルは、下記数式により求められることを特徴とする請求項４に記載の触覚情報を効率的に提供する方法。
Ｇ（ｆ）＝ａｆ４＋ｂｆ３＋ｃｆ２＋ｄｆ１＋ｅ
（前記Ｇ（ｆ）は、前記ユーザに苦痛を誘発するレベルを示し、前記ａ、ｂ、ｃ、ｄ及びｅは、定数であり、前記ｆは、前記触覚デバイスの周波数である。）
【請求項７】
前記ユーザに苦痛を誘発するレベルは、下記数式により求められることを特徴とする請求項４に記載の触覚情報を効率的に提供する方法。
Ｇ（ｆ）＝１．４８９５ｆ４−５．０３５７ｆ３−０．９０３２ｆ２＋１．７２８１ｆ＋５０．０２８
（前記Ｇ（ｆ）は、前記ユーザに苦痛を誘発するレベルを示し、前記ｆは、前記触覚デバイスの周波数である。）
【請求項８】
前記無感覚なレベルは、触覚デバイスの周波数の多項式で計算されることを特徴とする請求項４ないし請求項７のいずれか１項に記載の触覚情報を効率的に提供する方法。
【請求項９】
前記無感覚なレベルは、下記数式により求められることを特徴とする請求項４ないし請求項７のいずれか１項に記載の触覚情報を効率的に提供する方法。
Ｌ（ｆ）＝ａｆ４＋ｂｆ３＋ｃｆ２＋ｄｆ１＋ｅ
（前記Ｌ（ｆ）は、前記無感覚なレベルを示し、前記ａ、ｂ、ｃ、ｄ及びｅは、定数であり、前記ｆは、前記触覚デバイスの周波数である。）
【請求項１０】
前記無感覚なレベルは、下記数式により求められることを特徴とする請求項４ないし請求項７のいずれか１項に記載の触覚情報を効率的に提供する方法。
数式Ｌ（ｆ）＝０．００２２ｆ４−０．０１６ｆ３−０．３９７１ｆ２＋２．４０６８ｆ＋１７．３７５
（前記Ｌ（ｆ）は、前記無感覚なレベルを示し、前記ｆは、前記触覚デバイスの周波数である。）
【請求項１１】
前記触覚情報を生成するステップは、
前記物体の質感に関する情報から触覚デバイスのストロークの大きさと、前記物体上を前記入力手段が移動した速度を前記入力手段が移動した距離で割って計算される前記触覚デバイスの周波数とを生成するステップを含むことを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の触覚情報を効率的に提供する方法。
【請求項１２】
前記ユーザが知覚できる領域の触覚情報が一定時間第１触受容器を刺激する場合、
前記ユーザが知覚できる領域の触覚情報の周波数を、同じ知覚レベルを持って第２触受容器を刺激する周波数に変調するステップをさらに含み、
前記触覚デバイスを駆動する信号に変換される触覚情報は、前記変調された周波数を持つ触覚情報であることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の触覚情報を効率的に提供する方法。
【請求項１３】
入力手段が指す位置を入力するステップと、
前記入力手段が指す位置及び物体の位置から、前記入力手段と前記物体との接触如何を判断するステップと、
前記入力手段と前記物体とが接触すると判断した場合、前記物体の質感に関する情報から触覚デバイスのストロークの大きさと、前記物体上を前記入力手段が移動した速度を前記入力手段の移動にかかる時間で割って計算される前記触覚デバイスの周波数と、を生成するステップと、
前記触覚デバイスのストロークの大きさ及び周波数を、前記触覚デバイスを駆動する信号に変換するステップと、
前記触覚デバイスを駆動する信号によって前記触覚デバイスを駆動するステップと、を含むことを特徴とする触覚情報を効率的に提供する方法。
【請求項１４】
前記触覚デバイスの周波数を、前記物体の質感によって刺激される人間の触受容器が感知できる周波数に変調するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の触覚情報を効率的に提供する方法。
【請求項１５】
前記触覚情報を、ユーザが知覚できる領域の触覚情報に変換するステップをさらに含み、
前記駆動する信号に変換するステップの前記触覚情報は、前記ユーザが知覚できる領域に変換された触覚情報であることを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の触覚情報を効率的に提供する方法。
【請求項１６】
前記ユーザが知覚できる領域の触覚情報に変換するステップは、
前記触覚デバイスのストロークの大きさを、下記数式によって前記ユーザが知覚できる領域のストロークの大きさに変換するステップを含むことを特徴とする請求項１３ないし請求項１５のいずれか１項に記載の触覚情報を効率的に提供する方法。
【数２】
2006351012.tif 000005
（前記Ｘｒは、前記ユーザが知覚できる領域のストロークの大きさを示し、前記Ｇ（ｆ）は、周波数ｆで前記ユーザが苦痛なしに感じられる前記触覚デバイスの最大ストロークの大きさを表す関数であり、前記Ｌ（ｆ）は、前記周波数ｆで前記ユーザが無感覚にならない前記触覚デバイスの最小ストロークの大きさを表す関数であり、前記Ｘは、スキャンする物体の表面のストロークの大きさを表し、前記Ｘｒｍａｘは、前記周波数ｆで許容される前記触覚デバイスの前記知覚できる領域の最大ストロークの大きさである。）
【請求項１７】
前記ユーザが知覚できる領域は、前記触覚情報による刺激が前記ユーザに苦痛を誘発するレベルより弱く、無感覚なレベルより強い領域であることを特徴とする請求項１３ないし請求項１６のいずれか１項に記載の触覚情報を効率的に提供する方法。
【請求項１８】
入力手段が指す位置を入力するステップと、
前記入力手段が指す位置及び物体の位置から、前記入力手段と前記物体との接触如何を判断するステップと、
前記入力手段と前記物体とが接触すると判断した場合、前記物体の質感に関する情報から触覚デバイスの動きに関する触覚情報を生成するステップと、
前記触覚情報が一定時間第１触受容器を刺激する場合、前記触覚情報の周波数を同じ知覚レベルを持って第２触受容器を刺激する周波数に変調するステップと、
前記変調された周波数の触覚情報を、前記触覚デバイスを駆動する信号に変換するステップと、
前記触覚デバイスを駆動する信号によって前記触覚デバイスを駆動するステップと、を含むことを特徴とする触覚情報を効率的に提供する方法。
【請求項１９】
前記変調された周波数を変調以前の周波数に復調するステップと、
前記復調された周波数の触覚情報を、前記触覚デバイスを駆動する信号に変換するステップと、
前記触覚デバイスを駆動する信号によって前記触覚デバイスを駆動するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の触覚情報を効率的に提供する方法。
【請求項２０】
前記触覚デバイスの動きに関する触覚情報は、前記触覚デバイスのストロークの大きさ及び周波数を含むことを特徴とする請求項１８または請求項１９に記載の触覚情報を効率的に提供する方法。
【請求項２１】
前記触覚情報を、ユーザが知覚できる領域の触覚情報に変換するステップをさらに含み、
前記第２触受容器を刺激する周波数に変調するステップの前記触覚情報は、前記ユーザが知覚できる領域に変換された触覚情報であることを特徴とする請求項１８ないし請求項２０のいずれか１項に記載の触覚情報を効率的に提供する方法。
【請求項２２】
前記ユーザが知覚できる領域の触覚情報に変換するステップは、
前記触覚デバイスのストロークの大きさを、下記数式によって前記ユーザが知覚できる領域のストロークの大きさに変換するステップを含むことを特徴とする請求項１８ないし請求項２１のいずれか１項に記載の触覚情報を効率的に提供する方法。
【数３】
2006351012.tif 000006
（前記Ｘｒは、前記ユーザが知覚できる領域のストロークの大きさを示し、前記Ｇ（ｆ）は、周波数ｆで前記ユーザが苦痛なしに感じられる前記触覚デバイスの最大ストロークの大きさを表す関数であり、前記Ｌ（ｆ）は、前記周波数ｆで前記ユーザが無感覚にならない前記触覚デバイスの最小ストロークの大きさを表す関数であり、前記Ｘは、スキャンする物体の表面のストロークの大きさを表し、前記Ｘｒｍａｘは、前記周波数ｆで許容される前記触覚デバイスの前記知覚できる領域の最大ストロークの大きさである。）
【請求項２３】
前記ユーザが知覚できる領域は、前記触覚情報による刺激が前記ユーザに苦痛を誘発するレベルより弱く、無感覚なレベルより強い領域であることを特徴とする請求項１８ないし請求項２１のいずれか１項に記載の触覚情報を効率的に提供する方法。
【請求項２４】
入力手段が指す位置を入力する手段と、
前記入力手段が指す位置及び物体の位置から、前記入力手段と前記物体との接触如何を判断する手段と、
前記入力手段と前記物体とが接触すると判断した場合、前記物体の質感に関する情報から触覚デバイスの動きに関する触覚情報を生成する手段と、
前記触覚情報を、ユーザが知覚できる領域の触覚情報に変換する手段と、
前記ユーザが知覚できる領域の触覚情報を、前記触覚デバイスを駆動する信号に変換する手段と、
前記触覚デバイスを駆動する信号によって前記触覚デバイスを駆動する手段と、を備えることを特徴とする触覚情報を効率的に提供する装置。
【請求項２５】
前記触覚デバイスの動きに関する触覚情報は、
前記触覚デバイスのストロークの大きさ及び周波数を含むことを特徴とする請求項２４に記載の触覚情報を効率的に提供する装置。
【請求項２６】
前記ユーザが知覚できる領域は、前記触覚情報による刺激が前記ユーザに苦痛を誘発するレベルより弱く、無感覚なレベルより強い領域であることを特徴とする請求項２４または請求項２５に記載の触覚情報を効率的に提供する装置。
【請求項２７】
入力手段が指す位置を入力する手段と、
前記入力手段が指す位置及び物体の位置から、前記入力手段と前記物体との接触如何を判断する手段と、
前記入力手段と前記物体とが接触すると判断した場合、前記物体の質感に関する情報から触覚デバイスのストローク大きさと、前記物体上を前記入力手段が移動した速度を前記入力手段の移動にかかる時間で割った前記触覚デバイスの周波数と、を生成する手段と、
前記触覚デバイスのストローク大きさ及び周波数を、前記触覚デバイスを駆動する信号に変換する手段と、
前記触覚デバイスを駆動する信号によって前記触覚デバイスを駆動する手段と、を備えることを特徴とする触覚情報を効率的に提供する装置。
【請求項２８】
前記触覚デバイスの周波数を、前記物体の質感によって刺激される人間の触受容器が感知できる周波数に変調する手段をさらに含むことを特徴とする請求項２７に記載の触覚情報を効率的に提供する装置。
【請求項２９】
前記触覚情報を、ユーザが知覚できる領域の触覚情報に変換する手段をさらに含み、前記駆動する信号に変換する手段の前記触覚情報は、前記ユーザが知覚できる領域に変換された触覚情報であることを特徴とする請求項２７または請求項２８に記載の触覚情報を効率的に提供する装置。
【請求項３０】
入力手段が指す位置を入力する手段と、
前記入力手段が指す位置及び物体の位置から、前記入力手段と前記物体との接触如何を判断する手段と、
前記接触如何の判断の結果、前記入力手段と前記物体とが接触する場合、前記物体の質感に関する情報から触覚デバイスの動きに関する触覚情報を生成する手段と、
前記触覚情報が一定時間第１触受容器を刺激する場合、前記触覚情報の周波数を同じ知覚レベルを持って第２触受容器を刺激する周波数に変調する手段と、
前記変調された周波数の触覚情報を、前記触覚デバイスを駆動する信号に変換する手段と、
前記触覚デバイスを駆動する信号によって前記触覚デバイスを駆動する手段と、を備えることを特徴とする触覚情報を効率的に提供する装置。
【請求項３１】
前記変調された周波数を変調以前の周波数に復調する手段と、
前記復調された周波数の触覚情報を、前記触覚デバイスを駆動する信号に変換する手段と、
前記触覚デバイスを駆動する信号によって前記触覚デバイスを駆動する手段と、をさらに含むことを特徴とする請求項３０に記載の触覚情報を効率的に提供する装置。
【請求項３２】
前記触覚デバイスの動きに関する触覚情報は、前記触覚デバイスのストロークの大きさ及び周波数を含むことを特徴とする請求項３０または請求項３１に記載の触覚情報を効率的に提供する装置。
【請求項３３】
前記触覚情報を、ユーザが知覚できる領域の触覚情報に変換する手段をさらに含み、前記第２触受容器を刺激する周波数に変調する手段の前記触覚情報は、前記ユーザが知覚できる領域に変換された触覚情報であることを特徴とする請求項３０ないし請求項３２のいずれか１項に記載の触覚情報を効率的に提供する装置。
【請求項３４】
請求項１ないし請求項２３のうちいずれか１項に記載の方法を実行するためのコンピュータ可読プログラムを記録したことを特徴とする記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触覚情報を効率的に提供する方法及び装置に係り、さらに詳細には、仮想空間または現実世界の物体の質感（Ｔｅｘｔｕｒｅ）情報を人間が知覚できる知覚領域の触覚情報に変換し、物体の質感情報に該当する周波数やストロークの大きさを変調することによって、物体の実際感ある質感情報を提供する触覚情報を効率的に提供する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に触覚技術は、筋感覚（Ｋｉｎｅｓｔｈｅｔｉｃ）情報を利用する分野、触覚（Ｔａｃｔｉｌｅ）情報を利用する分野及び熱情報を利用する分野に分けられる。
従来の技術は、筋感覚情報に基づいて人間に振動を提供する技術が主であり、このような方法は、複数の特許文献に開示されている。例えば、特許文献１は、フォースフィードバック基盤の振動伝達方法及び装置を開示している。図１は、フォースフィードバックを基盤とする振動情報を提供する装置の概念を示す図面である。
【０００３】
ソース波１４は、最初から提供される。ソース波１４は、効果が生成される基礎信号を定義する。制御パラメータステップ１６は、波を定義するために複数の制御パラメータをソース波１４に加える。制御パラメータには、信号の周波数、持続時間、定常状態の大きさ、オフセットなどが含まれる。インパルスシェーピングステップ１８は、望ましい品質で信号を修正または形成し、初期インパルス力と後続する定常状態力とがどのように感じられるかを決定する。インパルスパラメータは、インパルスの大きさ、安定時間、定常状態時間などを含む。アプリケーションパラメータステップ２０は、波形が形成された信号がどのようにフォースフィードバックインターフェースデバイスに適用されるかを記述するアプリケーションパラメータを加える。トリガーパラメータステップ２２は、トリガー行動に係り、トリガーパラメータをインパルス形態の信号に提供する。トリガーパラメータは、例えば、明確な効果がいつ発揮されるかを示すのに使われる。
【０００４】
しかし、前記したフォースフィードバック基盤の振動伝達装置は、触覚情報より筋感覚情報を基盤にしているので、触覚デバイスには適用できないという問題点があり、また、物体の実際感ある質感を伝達できないという問題点もある。
【特許文献１】米国特許第６，２７８，４３９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする技術的課題は、仮想空間または現実世界の物体の質感を、人間が苦痛を感じることなく明確に知覚できる領域の触覚情報に変換できる触覚情報提供方法及び装置を提供することである。
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、触覚情報の周波数または変位を変調することによって、多様な触覚情報を伝達する触覚情報提供方法及び装置を提供することである。
本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、類似した刺激が続く場合に刺激の周波数を変調させることによって、人間の触受容器が鈍くなることを防止できる触覚情報提供方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明の実施形態による触覚情報を効率的に提供するための方法は、入力手段が指す位置を入力するステップと、前記入力手段が指す位置及び物体の位置から、前記入力手段と前記物体との接触如何を判断するステップと、前記入力手段と前記物体とが接触すると判断した場合、前記物体の質感に関する情報から触覚デバイスの動きに関する触覚情報を生成するステップと、前記触覚情報を、ユーザが知覚できる領域の触覚情報に変換するステップと、前記ユーザが知覚できる領域の触覚情報を、前記触覚デバイスを駆動する信号に変換するステップと、前記触覚デバイスを駆動する信号によって前記触覚デバイスを駆動するステップと、を含む。
【０００７】
また、本発明の実施形態による触覚情報を効率的に提供するための方法は、入力手段が指す位置を入力するステップと、前記入力手段が指す位置及び物体の位置から、前記入力手段と前記物体との接触如何を判断するステップと、前記入力手段と前記物体とが接触すると判断した場合、前記物体の質感に関する情報から触覚デバイスのストロークの大きさと、前記物体上を前記入力手段が移動した速度を前記入力手段の移動にかかる時間で割って計算される前記触覚デバイスの周波数と、を生成するステップと、前記触覚デバイスのストロークの大きさ及び周波数を、前記触覚デバイスを駆動する信号に変換するステップと、前記触覚デバイスを駆動する信号によって前記触覚デバイスを駆動するステップと、を含む。
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明の実施形態による触覚情報を効率的に提供するための方法は、  入力手段が指す位置を入力するステップと、前記入力手段が指す位置及び物体の位置から、前記入力手段と前記物体との接触如何を判断するステップと、前記入力手段と前記物体とが接触すると判断した場合、前記物体の質感に関する情報から触覚デバイスの動きに関する触覚情報を生成するステップと、前記触覚情報が一定時間第１触受容器を刺激する場合、前記触覚情報の周波数を同じ知覚レベルを持って第２触受容器を刺激する周波数に変調するステップと、前記変調された周波数の触覚情報を、前記触覚デバイスを駆動する信号に変換するステップと、前記触覚デバイスを駆動する信号によって前記触覚デバイスを駆動するステップと、を含む。
その他の実施形態の具体的な事項は、詳細な説明及び図面に含まれている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の触覚情報を効率的に提供するための方法及び装置によれば、次のような効果を一つあるいはそれ以上奏することとなる。
第１に、仮想空間または現実世界の物体の質感情報を、人間が苦痛を感じずに明確に知覚できる領域の触覚情報に変換することによって、さらに明らかで実際感ある触覚情報を提供できる。
第２に、触覚情報の周波数またはストロークの大きさを変調することによって、人間の多様な触受容器を刺激して実際感ある触覚情報を提供できる。
第３に、同じ刺激が続く場合に刺激の周波数を変調させることによって、人間の触受容器が鈍くなることを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の利点及び特徴、そしてこれを達成する方法は、添付された図面に基づいて詳細に後記されている実施形態を参照すれば明確になる。しかし、本発明は以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、この実施形態から外れて多様な形に具現でき、本明細書で説明する実施形態は本発明の開示を完全にし、本発明が属する技術分野で当業者に発明の範ちゅうを完全に報せるために提供されるものであり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲により定まり、発明の詳細な説明により限定されるものではない。一方、明細書全体に亙って同一な参照符号は同一な構成要素を示す。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。
【００１１】
図２は、本発明の一実施形態による全体システムの構成を示す図面である。
本発明の一実施形態による触覚情報提供システムは、ユーザが入力手段３０、例えば、マウス、電子グローブ、ジョイスティック、ハプチックデバイスなどを利用して仮想世界や現実世界に存在する物体と相互作用するとき、物体の位置、形態、質感などによってレンダリングして触覚信号を発生させた後、これを、接触器５０を備える触覚デバイスに伝達して、触覚デバイスと接触しているユーザに触覚情報を伝達することができる。
【００１２】
触覚デバイスを通じて触覚情報を提供する方法には、能動的接触方式、受動的接触方式などがある。以下では、人間の手は触覚デバイスの接触器に接触されたままであり、接触器、例えば、ピンまたはポリマーが動くことによって触覚情報を伝達する受動的接触方式を中心に説明する。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１３】
図３は、図２に示された全体システムが接触器を通じてユーザに触覚情報を提供する原理の一実施形態を示す図面である。
入力手段で物体１００のコーナーをスキャンする場合（２１０）、接触器５０は、物体のコーナーの質感を伝達するためにピンＰ４の変位を高め（２３０）、次いで、ピンＰ５の変位を高める（２４０）。ユーザは、接触器５０を備える触覚デバイス付きの入力手段を動かして物体をスキャンする間、接触器５０上の指先でスキャンしている物体のコーナー、表面の粗度、表面の平滑度などの質感を知覚できる。
【００１４】
ところが、一般的に人間は、刺激の周波数が増加するにつれて刺激をログスケールで感知し、同じ大きさでなる他の周波数の刺激を受ければ刺激の強度を異なって感じる。例えば、同じ大きさの刺激を１Ｈｚ及び２５０Ｈｚで加えるとき、人間は刺激の強度を異なって感じる。１Ｈｚで１５ｄＢ（μｍ）程度の刺激を加えれば、人間はこの刺激を感じることができない。しかし、２５０Ｈｚで１５ｄＢ（μｍ）の刺激を加えれば、人間はこの刺激を感じることができる。また、接触器のストロークの大きさが小さすぎれば刺激を感知できず、ストロークの大きさが大きすぎれば刺激を苦痛と感じるが、周波数によって人間が感知できる領域が変わる。したがって、触覚デバイスが装着された入力デバイス、例えば、マウスを動かして物体をスキャンすることによって入力される物体の質感情報を、人間がよく分別できる知覚領域の触覚情報に変換する方法が必要になる。
【００１５】
図４は、本発明の一実施形態による触覚情報提供方法のうち、物体の情報を知覚領域の触覚情報に変換する方法の概念を示す図面である。
人間が物体をスキャンするとき（３１０）、物体表面の粗度、平滑度などの質感及び剛性によって触覚デバイスの接触器のピンＰ３、Ｐ４、Ｐ５が動く。接触器のピンＰ３、Ｐ４、Ｐ５の動きを周波数ドメインに変換すれば、３２０のように現れる。接触器のピンＰ３、Ｐ４、Ｐ５がそれぞれ１０Ｈｚ、５０Ｈｚ、１００Ｈｚの周波数でストロークすると仮定し、周波数ドメインで表現された接触器の動きを知覚領域の情報に変換すれば、３３０のように表現できる。周波数ドメインで表現された接触器の動きを知覚領域の情報に変換する原理は、図５を参照して説明する。
【００１６】
図５は、図４に示された物体の情報を知覚領域の触覚情報に変換する方法の一実施形態を示す図面である。
図４に示された各ピンの周波数及びストロークの大きさは、知覚領域の周波数及びストロークの大きさに変換される。以下では、接触器のうちピンＰ５のみを考慮する。ピンＰ５が１秒にｆａ回、Ｘμｍを上下に動くと仮定する。図５は、各周波数で、人間が苦痛を感じることなく知覚できるストロークの大きさＧ（ｆ）３３２と、人間が無感覚に感じるストロークの大きさＬ（ｆ）３３４とを示している。すなわち、Ｇ（ｆ）より大きいストロークは苦痛と感じられ、Ｌ（ｆ）より小さなストロークは人間がなかなか感知し難くなる。Ｇ（ｆ）及びＬ（ｆ）は、実験的に得られるが、一般的に周波数の４次式で表現できる。Ｇ（ｆ）及びＬ（ｆ）の一実施形態は次の数式（１）及び数式（２）に示す通りである。
【００１７】
Ｇ（ｆ）＝１．４８９５ｆ４−５．０３５７ｆ３−０．９０３２ｆ２＋１．７２８１ｆ＋５０．０２８…（１）
【００１８】
Ｌ（ｆ）＝０．００２２ｆ４−０．０１６ｆ３−０．３９７１ｆ２＋２．４０６８ｆ＋１７．３７５…（２）
【００１９】
前記した数式（１）及び数式（２）は、実験により求められたＧ（ｆ）及びＬ（ｆ）の一実施形態に過ぎず、周波数ｆの係数及び定数は、数式（１）及び数式（２）に明示された値に限定されずに一定範囲内で変更できる。
ピンＰ５のストロークを、人間が無感覚に感じることもなく、苦痛を感じることもない知覚領域３３６のストロークに変換する線形的な変換方法は、次の数式（３）のように表現できる。
【００２０】
【数４】
2006351012.tif 000003
ここで、Ｇ（ｆ）及びＬ（ｆ）は、前記した数式（１）及び数式（２）と同様であり、Ｇ（ｆ）は、人間が苦痛を感じずに安らぎを感じられる臨界値であり、Ｌ（ｆ）は、人間が無感覚に感じる臨界値である。このとき、Ｌ（ｆ）は０に設定してもよい。そして、Ｘは、スキャンする物体の表面の変位に該当するストロークの大きさ、Ｘｒｍａｘは、ピンＰ５の最大許容可能ストロークの大きさ、Ｘｒは、知覚領域に変換されたピンＰ５のストロークの大きさを表す。
前記数式（３）は、Ｇ（ｆ）及びＬ（ｆ）を利用した線形的変換方法を表している。
【００２１】
一方、ピンのストロークの大きさを知覚領域のストロークの大きさに変換する方法は、前記した線形的方法だけでなく非線形的方法を含んでもよい。
前記した数式（１）〜（３）を利用すれば、接触器の出力を、苦痛なしに人間が明確に認識できるか否かを判別できる。例えば、周波数ｆａでＸμｍ動く接触器の場合、Ｌ（ｆａ）＜２０ｌｏｇＸ＜Ｇ（ｆａ）が満たされれば、接触器の出力は、人間に苦痛を与えずに明確に認識される知覚領域のストロークを発生させることが分かる。一方、２０ｌｏｇＸ＞Ｇ（ｆ）であれば、接触器のストロークが人間に苦痛を与えることが分かる。
【００２２】
実際感ある質感情報を提供するためには、物体の多様な質感によって人間の触受容器を同時にまたは選択的に刺激せねばならない。人間の触受容器は、４種に大別される。第１受容器（ＳＡ  Ｉ類型：Ｍｅｒｋｅｌ’ｓ  ｄｉｓｋ）は、コーナーと圧力を感じる触受容器であって、感じられる刺激の周波数は０．４〜３Ｈｚであり、最もよく感じられる周波数範囲は０．４〜１Ｈｚである。第２受容器（ＳＡ  ＩＩ類型：Ｒｕｆｆｉｎｉ  ｅｎｄｉｎｇ）は、皮膚のストレッチを感じる触受容器であって、感じられる刺激の周波数は８０〜５００Ｈｚであり、最もよく感じられる周波数範囲は１５０〜４００Ｈｚである。第３受容器（ＲＡ  Ｉ類型：Ｍｅｉｓｓｎｅｒ Ｃｏｒｐｕｓｃｌｅｓ）は、粗い面の振動及び速度を感じる触受容器であって、感じられる刺激の周波数は３〜１００Ｈｚであり、最もよく感じられる周波数範囲は２５〜４０Ｈｚである。第４受容器（ＲＡ  ＩＩ類型：Ｐａｃｉｎｉａｎ  Ｃｏｒｐｕｓｃｌｅｓ）は、加速及び柔らかい面の振動を感じる受容器であり、感じられる刺激の周波数は３５〜５００Ｈｚであり、最もよく感じられる周波数範囲は２５０〜３００Ｈｚである。このように、それぞれの触受容器は、相異なる範囲の周波数を感じることによって多様な触覚を感知する。
【００２３】
前記した原理を利用すれば、スキャンする物体の表面質感によって人間の触受容器が感知できる周波数で触覚デバイスの接触器を駆動することによって、あたかも物体を実際に触るような実際感ある触覚情報を提供できる。
【００２４】
図６は、本発明の一実施形態による触覚情報提供方法のうち、物体の情報によって人間の触受容器を選択的に刺激する方法を示す概念図である。図６は、スキャンする物体の表面を拡大したものであり、高さの低くて粗い物体４１０をスキャンし、高さが相対的に高くて柔らかい物体４３０をスキャンする場合を示している。接触器一つが物体のＡ地点からＢ地点に通過するとき、接触器の周波数Ｆは次の数式のように計算できる。
Ｆ＝ｖ／Ｉ…（４）
【００２５】
ここで、ｖとしては、触覚デバイスに速度センサーが付いている場合には速度センサーから読み取った速度値を用いることができるが、触覚デバイスに速度センサーが付いていない場合にはｖ＝Ｉ／ｔを用いて計算できる。ｔは、Ａ位置からＢ位置に移動するのにかかった時間を意味し、Ｉは、Ａ位置からＢ位置までの距離を意味する。
【００２６】
物体４１０をスキャンする間、触覚デバイスの接触器は一定周波数のストロークを発生させ、物体４１０と物体４３０との境界４２０に到達すれば、前記したコーナーに該当する周波数でストロークを発生させる。また、物体４３０をスキャンする間、接触器は物体４１０より高い周波数でストロークを発生させるようになるので、物体４１０をスキャンするときより相対的に柔らかい感じがする。０Ｈｚ周波数のストロークからコーナーを触る感じを受け、１８Ｈｚ以上の周波数のストロークから粗い表面を触る感じを受け、１７８Ｈｚ以上の周波数のストロークから滑らかな表面を触る感じを受けることが実験的に分かる。
【００２７】
スキャンする物体の質感によってリアルタイムで周波数を変化させることによって、人間の触受容器を同時にまたは選択的に刺激することができる。
ところが、一定時間以上同じレベルの刺激にさらされると、人間の感覚は鈍くなる性質がある。このような鈍くなることを防止するための方法を、図７を参照して説明する。
【００２８】
前記したように、人間は、４種の触受容器のうち、どの触受容器が刺激を受けるかによって異なる触覚を感じる。ところが、人間の触受容器は、一定時間以上同じ刺激にさらされると、鈍くなる特性がある。本発明の一実施形態による触覚情報の提供方法のうち、このような鈍くなることを防止するための方法は、同一な知覚レベルの他の周波数を持つ刺激を加えて他の触受容器を刺激することによって、鈍くなった触受容器を活性化させることである。前記したように、各触受容器は、反応する刺激の周波数領域、例えば、第１受容器は５２１領域、第３受容器は５２２領域、第４受容器は５２３領域を持つ。各受容器が反応する周波数領域は重畳することもあるが、例えば、第１受容器と第３受容器とは、約３Ｈｚ近辺の周波数領域５２４でいずれも反応し、第３受容器と第４受容器とは、約３５Ｈｚ〜１００Ｈｚの周波数領域５２５でいずれも反応する。
【００２９】
人間が一定時間、例えば、２分以上粗い物体をスキャンすれば、第３受容器が鈍くなる。このとき、粗い感じを維持しつつも他の触受容器を刺激するために、同じ知覚レベルＳ（ｆ）５１０を維持しつつ、重畳した周波数領域５２４、５２５の周波数５１２、５１６に変調できる。しかし、第３受容器を活性化させるためには他の触受容器を刺激すればよいので、重畳した周波数領域の周波数に限定されずに他の触受容器の周波数領域の周波数、例えば、第１受容器の周波数領域５２１の周波数５１１または第４受容器の周波数領域５２３の周波数５１１、５１８に変調できる。このように周波数を変調した後に再び変調前の周波数５１４に復調することによって、鈍くなった第３受容器の感覚を戻すことができる。
【００３０】
例えば、人間がある物体の粗い面をスキャンしており、接触器が粗い面の触感を伝達するために約３０Ｈｚの周波数（ｆ１）５１４で振動していると仮定する。接触器が約３０Ｈｚの周波数で２分以上振動すれば、ユーザの第３受容器は鈍くなってこれ以上粗い面を触る感覚をもつことができないことがある。このとき、接触器の周波数は、第３受容器を刺激すると同時に第４受容器を刺激する周波数である８０Ｈｚ（ｆ２）５１６に変換されつつ、接触器のストロークの大きさは、３０Ｈｚでのストロークの大きさと類似した感じを与える知覚レベル５１０を維持するために、３０Ｈｚでのストロークの大きさより弱い値５１６に変換される。周波数及びストロークの大きさの変調により第３受容器の感覚が活性化されれば、接触器の動きは再び以前の周波数及びストロークの大きさ５１４に復帰する。
【００３１】
図８は、本発明の一実施形態による触覚情報提供装置の構成を示すブロック図である。
触覚情報提供装置６００は、入力部６１０、物体情報獲得部６２０、レンダリング部６３０、駆動部６４０及び触覚情報出力部６５０を備える。特に、レンダリング部６３０は、接触感知部６３２、触覚情報生成部６３４、知覚領域変換部６３６及び周波数変換部６３８に細分化できる。
【００３２】
入力部６１０は、マウス、ハプチックデバイスなどの入力手段を備えており、入力手段が指す位置を物体情報獲得部６２０に提供する。入力部６１０は、マウス、ハプチックデバイス（触覚デバイスを含む）、ジョイスティック、キーボード、タッチパッドなどのあらゆる種類の入力手段を備えることができる。本実施形態では、入力部６１０と触覚情報出力部６５０とが分離されているが、触覚情報出力部が入力部に装着された形態、例えば、マウスに触覚デバイスが付いている形態も可能である。
【００３３】
物体情報獲得部６２０は、スキャンする物体に関するあらゆる物理的情報、例えば、位置、形態、質感、剛性、二つの物体間の高度差などに関する情報を生成するか、既に生成されている物体の情報にアクセスして獲得する。質感情報には、表面の粗度、平滑度または物体のコーナー如何などがある。
【００３４】
レンダリング部６３０は、入力手段が物体と接触しているか否かを検査し、物体の質感情報を、触覚デバイスを通じて人間に伝達するための触覚情報に変換する機能を有する。本発明の一実施形態による触覚情報提供装置６００のレンダリング部６３０は、物体情報獲得部６２０から提供された入力手段が指す位置及び物体の位置情報を利用して、入力手段と物体との接触如何を検査する。これは、接触感知部６３２が行うが、接触如何の判断は、従来の接触検査方法、例えば、バウンディングボックスを利用するアルゴリズムを利用して行える。バウンディングボックスを利用した接触検査アルゴリズムには、ＡＡＢＢｓ（Ａｘｉｓ−Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｂｏｕｎｄｉｎｇ  Ｂｏｘｅｓ）、ＯＢＢ（Ｏｒｉｅｎｔｅｄ  Ｂｏｕｎｄｉｎｇ  Ｂｏｘ）、ｋ−ＤＯＰｓなどがある。
【００３５】
触覚情報生成部６３４は、物体の質感情報を、触覚情報出力部６５０を駆動してユーザに触感を伝達できる触覚情報、例えば、接触器のストロークの大きさ及び周波数に変換する。
【００３６】
知覚領域変換部６３６は、物体の質感情報を、前記した数式（３）の変換方法によって知覚領域の触覚情報に変換する。例えば、物体の変位に該当するストロークの大きさＸを、Ｌ（ｆ）とＧ（ｆ）との間の知覚領域内のストロークの大きさＸｒに変換する。
【００３７】
周波数変換部６３８は、図６に示すように、スキャンする物体の質感及び物体のある地点から他の地点に到達するまでの速度から、触覚情報出力部６５０の各接触器を駆動する周波数を計算し、一定時間以上類似した刺激が続く場合、図７に示すように、同じ刺激レベルで他の触受容器を刺激できる重畳した周波数領域に周波数を変調し、以前の周波数に復調する機能を有する。
【００３８】
駆動部６４０は、レンダリング部６３０から提供された触覚情報を、触覚情報出力部６５０を駆動できる信号に変換して触覚情報出力部６５０に伝達する。駆動信号の代表的な例としては、電圧や熱などが挙げられる。
【００３９】
触覚情報出力部６５０は、駆動部６４０により伝えられた信号により接触器６５０を駆動して、人間にスキャンしている物体の質感を伝達する。触覚情報出力部６５０は、触覚デバイスになり、人間の皮膚に接触して触覚情報を直接的に伝達する接触器を備えて構成できる。
【００４０】
図８の各構成要素は、ＦＰＧＡｓ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙｓ）または特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ；ＡＳＩＣｓ）のような、ソフトウェアまたはハードウェア構成要素を意味する。しかし、前記構成要素は、ソフトウェアまたはハードウェアに限定されるものではない。アドレッシング可能な保存媒体に存在すべく構成されても良く、１つまたはそれ以上のプロセッサを実行させるように構成されてもよい。構成要素から提供される機能は、より少数の構成要素及びモジュールに結合されてもよいし、追加的な構成要素とモジュールにさらに分離されてもよい。複数の構成要素を結合して特定の機能を有する一つの構成要素で具現されることもある。また、前記構成要素は、システム内の１つまたは２つ以上のＣｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔｓ  （ＣＰＵｓ）を動作させて実行されるような構成であってもよい。
【００４１】
図９は、本発明の一実施形態による触覚情報提供方法のうち、物体の情報を知覚領域に変換する方法を示すフローチャートである。図９を参照して（適宜図８参照）、物体の情報を知覚領域に変換する方法について説明する。
【００４２】
本発明の一実施形態による触覚情報提供装置６００は、入力部６１０の位置を入力され（Ｓ７１１）、物体情報獲得部６２０は、物体の位置情報を取得し、接触感知部６３２は、入力部６１０の位置及び物体の位置情報を利用して入力部６１０が物体と接触しているか否かを判断する（Ｓ７１２）。入力部６１０が物体と接触していない場合（Ｓ７１３の「いいえ」）、Ｓ７１１に戻る。入力部６１０が物体と接触している場合（Ｓ７１３の「はい」）、触覚情報生成部６３４は、入力部６１０がスキャンしている物体の質感情報から触覚情報を生成する（Ｓ７１４）。知覚領域変換部６３６は、触覚情報生成部６３４が生成した触覚情報を人間がよく感知できる知覚領域の触覚情報に変換する（Ｓ７１５）。知覚領域の触覚情報は、駆動部６４０によって触覚情報出力部６５０を駆動できる信号に変換されて（Ｓ７１６）、触覚情報出力部６５０を通じてユーザに実際感ある触覚情報として提供される（Ｓ７１７）。
【００４３】
図１０は、本発明の一実施形態による触覚情報提供方法のうち、物体の情報によって人間の触受容器を選択的に刺激する方法を示すフローチャートである。図１０を参照して（適宜図８参照）、物体の情報によって人間の触受容器を選択的に刺激する方法について説明する。
【００４４】
本発明の一実施形態による触覚情報提供装置６００は、入力部６１０の位置を入力され（Ｓ７２１）、物体情報獲得部６２０は、物体の位置情報を取得し、接触感知部６３２は、入力部６１０の位置及び物体の位置情報を利用して入力部６１０が物体と接触しているか否かを判断する（Ｓ７２２）。入力部６１０が物体と接触していない場合（Ｓ７２３の「いいえ」）、Ｓ７２１に戻る。入力部６１０が物体と接触している場合（Ｓ７２３の「はい」）、触覚情報生成部６３４は、入力部６１０がスキャンしている物体の質感情報から触覚情報を生成する（Ｓ７２４）。この触覚情報は、触覚デバイスの変位（触覚デバイスのストロークの大きさ）及び周波数を含み、周波数は、入力部６１０が物体上を移動した速度を、入力部６１０の移動にかかった時間で割ることによって計算できる。触覚情報は、駆動部６４０によって触覚情報出力部６５０を駆動できる信号に変換され（Ｓ７２５）、触覚情報出力部６５０を通じてユーザに実際感ある触覚情報として提供される（Ｓ７２６）。
【００４５】
図１１は、本発明の一実施形態による触覚情報提供方法のうち、触覚が鈍くなることを防止する方法を示すフローチャートである。図１１を参照して（適宜図８参照）、触覚が鈍くなることを防止する方法について説明する。
【００４６】
本発明の一実施形態による触覚情報提供装置６００は、入力部６１０の位置を入力され（Ｓ７３１）、物体情報獲得部６２０は、物体の位置情報を取得し、接触感知部６３２は、入力部６１０の位置及び物体の位置情報を利用して入力部６１０が物体と接触しているか否かを判断する（Ｓ７３２）。入力部６１０が物体と接触していない場合（Ｓ７３３の「いいえ」）、Ｓ７３１に戻る。入力部６１０が物体と接触している場合（Ｓ７３３の「はい」）、触覚情報生成部６３４は、入力部６１０がスキャンしている物体の質感情報から触覚情報を生成する（Ｓ７３４）。周波数変換部６３８は、一定時間以上類似した刺激の継続如何を判断し（Ｓ７３５）、類似した刺激が続く場合（Ｓ７３５の「はい」）、現在の周波数を、同一な感覚レベルを持って他の触受容器を刺激する重畳した周波数領域の周波数に変調した後、以前の周波数に復調する（Ｓ７３６）。レンダリング部６３０により提供される触覚情報は、駆動部６４０によって触覚情報出力部６５０を駆動できる信号に変換され（Ｓ７３７）、触覚情報出力部６５０を通じてユーザに実際感ある触覚情報として提供される（Ｓ７３８）。
【００４７】
以上、添付図を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明が属する技術分野における当業者であれば、本発明がその技術的思想や必須特徴を変更しなくても他の具体的な形で実施できるということが理解できるであろう。したがって、前記した実施形態は全ての面で例示的なものであって、限定的なものではないと理解せねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、触覚情報を効率的に提供するための方法及び装置に関連した技術分野に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】従来のフォースフィードバックを基盤とする振動情報を提供する装置の概念を示す図面である。
【図２】本発明の一実施形態による全体システムの構成を示す図面である。
【図３】図２に示された全体システムが接触器を通じてユーザに触覚情報を提供する原理の一実施形態を示す図面である。
【図４】本発明の一実施形態による触覚情報提供方法のうち、物体の情報を知覚領域の触覚情報に変換する方法の概念を示す図面である。
【図５】図４に示された物体の情報を知覚領域の触覚情報に変換する方法の一実施形態を示す図面である。
【図６】本発明の一実施形態による触覚情報提供方法のうち、物体の情報によって人間の触受容器を選択的に刺激する方法を示す概念図である。
【図７】本発明の一実施形態による触覚情報提供方法のうち、触覚が鈍くなることを防止する方法を示す図面である。
【図８】本発明の一実施形態による触覚情報提供装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の一実施形態による触覚情報提供方法のうち、物体の情報を知覚領域に変換する方法を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の一実施形態による触覚情報提供方法のうち、物体の情報によって人間の触受容器を選択的に刺激する方法を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の一実施形態による触覚情報提供方法のうち、触覚が鈍くなることを防止する方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５０】
５０    接触器
３３２  最大ストロークを示す曲線
３３４  最小ストロークを示す曲線
３３６  知覚領域
５１０  感覚レベル
６００  触覚情報提供装置
６１０  入力部
６２０  物体情報獲得部
６３０  レンダリング部
６３２  接触感知部
６３４  触覚情報生成部
６３６  知覚領域変換部
６３８  周波数変換部
６４０  駆動部
６５０  触覚情報出力部
【図１】
2006351012.tif 000007
【図２】
2006351012.tif 000008
【図３】
2006351012.tif 000009
【図４】
2006351012.tif 000010
【図５】
2006351012.tif 000011
【図６】
2006351012.tif 000012
【図７】
2006351012.tif 000013
【図８】
2006351012.tif 000014
【図９】
2006351012.tif 000015
【図１０】
2006351012.tif 000016
【図１１】
2006351012.tif 000017