(57)【要約】      （修正有）【課題】柔軟関節の動きの錯覚を用いたハプティック表現を提供する。【解決手段】個人の柔軟関節の付近にハプティック効果を付与することにより、複雑な柔軟関節の動きの錯覚を用いて、ハプティックを表現する。そのハプティック効果は、ハプティック対応システム１００のハプティック出力装置１３５、１３７、１３９を用いて付与される。ハプティック対応システム１００は、さらに、イベントの指示を受信して、そのイベントにおける動き関連相互作用を検出するように構成された検出器１１０を備える。ハプティック効果は、動き関連相互作用に対応するものであって、柔軟関節ハプティック効果データベース１２５から取得される。【選択図】図１
2018206368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハプティックシステムであって、
イベントの指示を受信し、前記イベントにおける動き関連相互作用を検出するように構成された検出器と、
ハプティック効果を個人の柔軟関節の付近に付与するためのハプティック出力装置であって、前記ハプティック効果は、前記動き関連相互作用に対応し、柔軟関節ハプティック効果データベースから取得されるハプティック出力装置と、
を備えるハプティックシステム。
【請求項２】
前記ハプティック効果は、公称柔軟関節の動きを誘発することによって、前記個人の前記柔軟関節における複雑な柔軟関節の動きの錯覚を与える、請求項１に記載のハプティックシステム。
【請求項３】
前記ハプティックシステムは、仮想現実システム又は拡張現実システムである、請求項１に記載のハプティックシステム。
【請求項４】
前記ハプティック効果は、前記個人の前記柔軟関節において付与される、請求項１に記載のハプティックシステム。
【請求項５】
前記ハプティック効果は、前記個人の前記柔軟関節の付近において付与される、請求項１に記載のハプティックシステム。
【請求項６】
ハプティック出力装置（ｉ）は、前記個人の第１の肢の第１の柔軟関節の付近にあり、（ｉｉ）第１のハプティック効果を第１のパターンで、前記個人の前記第１の柔軟関節の付近に付与し、
ハプティック出力装置（ｉ）は、前記個人の前記第１の肢の第２の柔軟関節の付近にあり、（ｉｉ）第２のハプティック効果を第２のパターンで、前記個人の前記第２の柔軟関節の付近に付与し、
前記第１及び第２のハプティック効果は、合わせて、前記第１の肢の柔軟関節の三次元（３Ｄ）の動きの錯覚を与える、請求項１に記載のハプティックシステム。
【請求項７】
前記第１のパターンは、前記第２のパターンと同時に、又は前記第２のパターンと重ねて、発生する、請求項６に記載のハプティックシステム。
【請求項８】
前記第２のパターンは、前記第１のパターンに続く、請求項６に記載のハプティックシステム。
【請求項９】
前記ハプティック出力装置は、圧電アクチュエータ又は電気活性ポリマ（ＥＡＰ）アクチュエータである、請求項１に記載のハプティックシステム。
【請求項１０】
前記圧電アクチュエータは、セラミックアクチュエータ又はマクロファイバコンポジット（ＭＦＣ）アクチュエータである、請求項９に記載のハプティックシステム。
【請求項１１】
ハプティック対応システムにおいてハプティックを表現する方法であって、
イベントにおける動き関連相互作用を検出するステップと、
ハプティック出力装置を用いて、ハプティック効果を個人の柔軟関節の付近に付与するステップであって、前記ハプティック効果は、前記動き関連相互作用に対応し、柔軟関節ハプティック効果データベースから取得される、ステップと、
を含む方法。
【請求項１２】
前記ハプティック効果は、公称柔軟関節の動きを用いて、前記個人の前記柔軟関節における複雑な柔軟関節の動きの錯覚を与える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ハプティック効果を付与するステップは、前記ハプティック効果を前記個人の前記柔軟関節において付与することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ハプティック効果を付与するステップは、約８０Ｈｚから約１００Ｈｚの周波数で振動を付与することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ハプティック効果を付与するステップは、前記ハプティック効果を前記個人の前記柔軟関節の付近において付与することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ハプティック効果を付与するステップは、
第１のハプティック効果を第１のパターンで、前記個人の第１の肢の第１の柔軟関節の付近に付与するステップと、
第２のハプティック効果を第２のパターンで、前記第１の肢の第２の柔軟関節の付近に付与するステップと、を含み、
前記第１及び第２のハプティック効果は、合わせて、前記第１の肢の柔軟関節の三次元（３Ｄ）の動きの錯覚を与える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１のハプティック効果を付与するステップは、前記第２のハプティック効果を付与するステップと重なりがあるか、又は同時に実行される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１のハプティック効果を付与するステップと、前記第２のハプティック効果を付与するステップは、順次実行される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
命令を格納した非一時的なコンピュータ可読媒体であって、前記命令は、プロセッサによって実行されるとき、前記プロセッサに、
イベントにおける動き関連相互作用を検出するステップと、
ハプティック出力装置を用いて、ハプティック効果を個人の柔軟関節の付近に付与するステップであって、前記ハプティック効果は、前記動き関連相互作用に対応し、柔軟関節ハプティック効果データベースから取得される、ステップと、
を実行させる、非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項２０】
前記ハプティック効果を付与するステップは、
第１のハプティック効果を第１のパターンで、前記個人の第１の肢の第１の柔軟関節の付近に付与するステップと、
第２のハプティック効果を第２のパターンで、前記第１の肢の第２の柔軟関節の付近に付与するステップと、を含み、
前記第１及び第２のハプティック効果は、合わせて、前記第１の肢の柔軟関節の三次元（３Ｄ）の動きの錯覚を与える、請求項１９に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
例示的な実施形態は、ハプティック表現に関し、より具体的には、柔軟関節の動きの錯覚を用いたハプティック表現に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の仮想現実（ＶＲ）／拡張現実（ＡＲ）システムでは、個人の関節の（伸展、屈曲、圧迫、牽引、などのような）動きを強制することによって、ＶＲ環境又はＡＲ環境において発生する動きを模倣するために、外骨格型のフォースフィードバック装置（例えば、フォースリフレクティングジョイスティック）又は他の類似のメカニカルシステムを使用する。ところが、これらの装置及びシステムは、嵩高であり、かつ／又は、それらが関節におけるリアルな（又は自然な）動きを模倣するのを妨げる機械的妨害を伴う。さらに、そのようなシステム及び装置は、典型的には、その個人の動きを可能とするために、個人の周囲に余分なスペースがあることが必要である。
【発明の概要】
【０００３】
一実施形態では、個人の柔軟関節の付近にハプティック効果を付与することにより、複雑な柔軟関節の動きの錯覚を用いて、ハプティックを表現する。そのハプティック効果は、ハプティック対応システムのハプティック出力装置を用いて付与される。ハプティック対応システムは、さらに、イベントの指示を受信して、そのイベントにおける動き関連相互作用を検出するように構成された検出器を備える。ハプティック効果は、動き関連相互作用に対応するものであって、柔軟関節ハプティック効果データベースから取得される。
【０００４】
例示的な実施形態は、添付の図面を併用してなされる以下の詳細な説明から、より明確に理解されるであろう。図１から４は、本明細書に記載の非限定的かつ例示的な実施形態を示している。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】例示的な一実施形態によるハプティックシステムのブロック図である。
【図２】例示的な一実施形態によるハプティック出力装置を装着している個人の図である。
【図３】例示的な一実施形態によるハプティック対応装置におけるシステムのブロック図である。
【図４】例示的な一実施形態による、ハプティック効果を付与することによる複雑な柔軟関節の動きの錯覚を用いたハプティック表現のフロー図である。
【図５】例示的な実施形態によるハプティック出力装置の図である。
【図６】例示的な実施形態によるハプティック出力装置の図である。
【図７】例示的な実施形態によるハプティック出力装置の図である。
【図８】例示的な一実施形態によるハプティック出力装置を有する基板を装着している個人の図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
例示的な実施形態は、個人の柔軟関節における柔軟関節の動きの錯覚を用いたハプティック表現に関するものである。
【０００７】
例示的な実施形態は、複雑かつ嵩高な機械装置を使用することなく、個人の柔軟関節における複雑な柔軟関節の動きの錯覚を用いたハプティック表現に関するものである。
【０００８】
例示的な実施形態は、リアルな（又は自然な）柔軟関節の動きの知覚を生成するためのハプティック表現に関するものであり、これにより結果的に、柔軟関節の複雑な動きを必要とすることなく、より没入感のある体験が得られる。
【０００９】
例示的な実施形態は、公称柔軟関節の動きを誘発するハプティック効果を付与することによる、個人の柔軟関節における複雑な柔軟関節の動きの錯覚を用いたハプティック表現を提供するものである。
【００１０】
ハプティクスは、個人に対する、その個人の触覚を利用した力、振動、及び動きのような、（「ハプティックフィードバック」又は「ハプティック効果」としても知られる）ハプティックフィードバック効果を生成する触覚及びフォースフィードバック技術である。ハプティック対応装置は、ハプティック効果を付与するように構成された組み込みハードウェア（例えば、アクチュエータ又は他の出力機構）を備えることができる。組み込みハードウェアは、一般的に、特定の一群のハプティック効果を付与（又は再生）するようにプログラムされる。どのハプティック効果を再生すべきかを指定する信号を、ハプティック対応装置で受信すると、ハプティック対応装置は、その指定されたハプティック効果を表現する。例えば、ある個人がハプティックイベントを体験しようとするときには、ハプティック対応装置の組み込みハードウェアは、制御回路を介して再生コマンドを受信する。そして、組み込みハードウェアは、該当するハプティック効果を付与する。
【００１１】
例示的な実施形態では、柔軟関節においてハプティック効果を付与することで、神経筋刺激の知覚を生成する。神経筋刺激は、外部源による筋肉及び／又は筋求心性神経（神経線維）の刺激である。神経筋刺激は、元来、電気的刺激又は機械的刺激を伴う。
【００１２】
何らかのパターン及び／又はパラメータによるハプティック効果を、個人の柔軟関節付近に付与することにより、そのハプティック効果によって、筋肉の長さの変化で動きを検出する筋肉内の受容体（すなわち、筋紡錘）を刺激することによる、（複雑かつ柔軟な動きの際に起きるような）収縮又は伸展する柔軟関節における筋肉の知覚を生成することができる。Ｄｕｃｌｏｓ等による「Ｃｏｍｐｌｅｘ  ｍｕｓｃｌｅ  ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  ｐａｔｔｅｒｎｓ  ｔｏ  ｉｎｄｕｃｅ  ｇａｉｔ−ｌｉｋｅ  ｌｏｗｅｒ  ｌｉｍｂ  ｍｏｖｅｍｅｎｔｓ：  Ｐｒｏｏｆ  ｏｆ  ｃｏｎｃｅｐｔ」と題する刊行物に開示されているように、振動によって、筋肉の伸展を検出する筋求心性神経の放電率を上昇させることで、振動を受けた筋肉の錯覚的な伸展の動きの知覚を誘発する。
【００１３】
個人の柔軟関節においてハプティック効果を付与することによって、その個人における（歩行感覚である）歩行様の動きを誘発することが可能である。歩行は、ウォーキングなどの運動中に個人が呈する自然なパターン又は様式である。所望の歩行様の動きを誘発するために、（ｉ）所望の周波数（例えば、約１Ｈｚから６００Ｈｚもしくは約８０Ｈｚから１００Ｈｚ）で、（ｉｉ）所望の継続時間（例えば、約１秒間もしくは２秒間もしくは４秒間の一定振動の後に約１秒間もしくは２秒間もしくは４秒間の振動無しが続く振動パターン、又は約１秒間もしくは２秒間もしくは４秒間の一定振動の後に約１秒間もしくは２秒間もしくは４秒間の一定変形が続く振動と変形のパターンの組み合わせ）で、（ｉｉｉ）所望のサイクル数（例えば、約１から６０サイクル、もしくは約５から２０サイクル、もしくは約１０サイクル）で、及び／あるいは（ｉｖ）所望の振幅（例えば、約０．２５ｍｍから１ｍｍ）で、ハプティック効果を付与することができる。約１００Ｈｚの正弦波状の振動を仮定すると、その加速度は、（正弦の二次微分を取ることにより）およそ３９４．７８ｍ／ｓ２、又は約４０Ｇの重力加速度である。例示的な実施形態によれば、柔軟関節において非対称的又は対称的にハプティック効果を付与することができる。
【００１４】
本明細書で使用される場合の「柔軟関節」という用語は、身体において骨又は軟骨の間をつなぐ連結部であって、滑膜関節及び軟骨性連結など、骨の間の接触点において動き（外転、内転、伸展、屈曲、及び／又は回旋）を実現することが可能な連結部を指す。
【００１５】
本明細書で使用される場合の「複雑な動き」又は「複雑な柔軟関節の動き」という用語は、（歩行などの）正常な運動パターン時に協調して生じる柔軟関節の動きを指す。
【００１６】
図１は、例示的な一実施形態によるハプティックシステムのブロック図である。
【００１７】
図１を参照して、ハプティックシステム１００は、あるイベント（又は環境）における動き関連相互作用を検出する検出器１１０を備える。ハプティックシステム１００は、さらに、動き関連相互作用の少なくとも１つにそれぞれ対応したハプティック効果を取得する取得元である柔軟関節ハプティック効果データベース１１５と、個人の柔軟関節付近にハプティック効果を付与するハプティック出力装置１３５、１３７、１３９と、を備える。ハプティック効果は、個人の柔軟関節における複雑な柔軟関節の動きの錯覚を与える。例えば、ジャングルの仮想現実環境を探検している個人は、その個人の股関節、膝、及び／又は足首付近に装着されたハプティック出力装置を用いてハプティック効果が付与されることにより、仮想現実環境でアバタが体験するのと同じ現実感（例えば、丘の上での抵抗、岩の上での踏み締め、など）を伴って、自身の脚が動いているかのように感じることになる。アバタが銃器を発射する場合には、個人の肩、肘、及び／又は手首付近に装着されたハプティック出力装置を用いてハプティック効果を付与することにより、銃器の反動を個人に与えることができる。
【００１８】
ハプティックシステム１００は、さらに、ハプティックレンダラ１３０を備えてもよい。検出器１１０、柔軟関節ハプティック効果データベース１１５、及びハプティックレンダラ１３０は、ハプティックホストシステム１０５内にあってよい。ハプティックホストシステム１０５は、個人に位置決め配置された電気機械アクチュエータ１３５／１３７／１３９に電気的に接続してよい。
【００１９】
ただし、例示的な実施形態は、これに限定されない。例えば、検出器１１０は、ハプティックホストシステム１０５とは別であってよい。
【００２０】
イベントは、リアルタイムで発生するイベント、遠隔で発生するイベント、仮想イベント、又はその組み合わせであり得る。例えば、イベントは、仮想現実システム又は拡張現実システムを通して発生するものであり得る。例示的な一実施形態では、ハプティックシステム１００は、仮想現実システム内又は拡張現実システム内のものであり得る。他の例として、イベントは、スポーツイベントの放送中など、リアルタイムで、ただし遠隔場所から発生するものであり得る。このように、イベントは、ゲーム中、スポーツイベント放送中、手術中、又はユーザナビゲーションを伴う環境にあるときに、発生するものであり得る。
【００２１】
検出器１１０は、イベントの指示を受信して、そのイベントにおいて発生する動き関連相互作用を検出するように構成される。例示的な一実施形態では、検出器１１０は、イベント中の音響キュー及び／又は視覚的キューから、動き関連相互作用を検出し得る。動き関連相互作用は、投げる、蹴る、キャッチする、押す、引っ張る、押される、引っ張られる、走る、手を伸ばす、揺動する、などのような動きに関連した任意の相互作用であり得る。動き関連相互作用は、個人、ロボット、アバタ（個人のグラフィック表現）、又はその組み合わせが起こすものであり得る。
【００２２】
検出器１１０で検出される動き関連相互作用に対応した１つ以上のハプティック効果を、柔軟関節ハプティック効果データベース１１５から取得する。柔軟関節ハプティック効果データベース１１５は、柔軟関節によって実現される複雑な動き（外転、内転、伸展、屈曲、及び／又は回旋）の知覚を生成するハプティックの表現に用いられるハプティック効果のデータベースである。
【００２３】
ハプティック効果は、触振動覚的ハプティック効果、変形ハプティック効果、静電摩擦ハプティック効果、又はその組み合わせとすることができる。柔軟関節ハプティック効果データベース１１５から選択されたハプティック効果は、ハプティック生成ツールを用いて合成（もしくは生成）してよく、さらに／又はハプティック効果シンセサイザ１２０においてリアルタイムもしくは非リアルタイムで物理学ベースの方法から導出してよい。代替的又は追加的に、柔軟関節ハプティック効果データベース１１５から選択されるハプティック効果を、設計済みハプティック効果データベース１２５から選択してよい。
【００２４】
ハプティック効果シンセサイザ１２０は、ハプティック生成器によって制御してよい。ハプティック効果は、イベントが発生しているときにリアルタイムで（もしくは同時に）、又はイベントが発生した後に、生成してもよい。
【００２５】
音響キュー及び／又は視覚的キューから検出された動き関連相互作用は、音響‐ハプティック変換アルゴリズム又は視覚‐ハプティック変換アルゴリズムを用いることにより、ハプティック化してよい。例えば、米国特許第９，３６８，００５号に開示されているような音響‐ハプティック変換アルゴリズム又は映像‐ハプティック変換アルゴリズムを用いてよい。例示的な一実施形態によれば、キュー全体ではなく、音響キュー及び／又は視覚的キューの特定の部分のみを、ハプティック化してよい。従って、例示的な実施形態では、強化されたハプティックメタデータを提供するために、音響キュー及び／又は視覚的キューのそのような部分用に構成されたハプティック変換アルゴリズムを用いてよい。
【００２６】
例示的な一実施形態によれば、設計済みハプティック効果データベース１２５に、予め設計された効果のルックアップテーブルを保存してよい。選択する際には、予め設計されたハプティック効果を、より厳密にそのイベントに適合するように、ハプティック効果を追加すること、無用なハプティック効果を除去すること、又はハプティック効果の少なくとも１つのパラメータ（例えば、位置、大きさ（もしくは強度）、周波数、持続時間など）を変更（もしくは編集）することにより、修正又は調整することができる。この修正又は調整は、ハプティック編集者（ハプティックメタデータを編集する人員）、ハプティック修正ツールなどによって実施してよい。
【００２７】
例示的な一実施形態によれば、ある特定のハプティック効果を定義する上位パラメータには、位置、大きさ、周波数、及び持続時間が含まれる。また、選択されたハプティック効果の表現のために、流動運動指令のような下位パラメータを用いることもできる。これらのパラメータをいくらか変化させることによって、ハプティック効果の感覚を変えることが可能であり、さらに／又は「動的」とみなされるハプティック効果を生じさせることも可能である。
【００２８】
例示的な一実施形態によれば、特定の周波数の振動を維持するために、閉ループ制御システムを用いてよい。ループを閉じて、振動の周波数及び大きさを制御するために、位置センサ、加速度計、圧力センサ、及び力センサを用いてよい。
【００２９】
ハプティックレンダラ１３０は、ハプティック表現アルゴリズムを用いて、例えば仮想環境におけるアバタとオブジェクトとの間の動き関連相互作用における作用／反作用の力、及び個人とハプティック出力装置１３５／１３７／１３９との間の作用／反作用の力を計算する。ハプティックレンダラ１３０は、ハプティック効果に関連したハプティック信号を、ハプティック出力装置１３５／１３７／１３９に送信する。
【００３０】
ハプティック出力装置１３５／１３７／１３９の少なくとも１つによって、個人の柔軟関節付近にハプティック効果を付与する。それらのハプティック効果は、振動触覚ハプティック効果、変形ハプティック効果、超音波ハプティック効果、及び／又は静電摩擦ハプティック効果とすることができる。ハプティック効果の付与として、触覚源、変形源、超音波源、及び／又は静電気源を用いた振動の付与を含むことができる。
【００３１】
ハプティック出力装置１３５／１３７／１３９は、アクチュエータ駆動回路を含む電気機械アクチュエータとすることができる。電気機械アクチュエータ又は他のハプティック出力装置によって、約８０Ｈｚから約１００Ｈｚの周波数で振動を付与してよい。
【００３２】
図２は、例示的な一実施形態によるハプティック出力装置を装着している個人の図である。
【００３３】
図２を参照して、ハプティック出力装置２３５、２３７、２３９は、個人の（例えば、膝、肘、肩、ナックル、手首、足首、骨盤、脊柱などの）柔軟関節の付近に位置決め配置してよい。例示的な一実施形態では、ハプティック出力装置２３５、２３７、２３９のうちの複数を、１つの関節の付近に位置決め配置することができる。例えば、第１のハプティック出力装置２３５を、個人の右肩の屈筋付近に装着してよい。第１のハプティック出力装置２３５によって、第１のハプティック効果を第１のパターンで、個人の右肩付近に付与してよい。第２のハプティック出力装置２３７を、その右肩の伸筋付近に装着してよい。第２のハプティック出力装置２３７によって、第２のハプティック効果を第２のパターンで、個人の右肩付近に付与してよい。第１及び第２のハプティック効果は、合わせて、右肩の柔軟関節の二次元（「２Ｄ」）又は三次元（「３Ｄ」）の動きの錯覚を与え得る。
【００３４】
他の例示的な一実施形態では、第１のハプティック出力装置２３５は、個人の右腕の第１の柔軟関節（例えば、肩）の付近にあってよい。第１のハプティック出力装置２３５によって、第１のハプティック効果を第１のパターンで、個人の右腕付近に付与してよい。第３のハプティック出力装置２３９は、個人の右腕の第２の関節（例えば、肘）の付近にあってよい。第３のハプティック出力装置２３９によって、第２のハプティック効果を第２のパターンで、個人の右腕付近に付与してよい。第１及び第２のハプティック効果は、合わせて、右腕の柔軟関節の２Ｄ又は３Ｄの動きの錯覚を与える。
【００３５】
例示的な一実施形態によれば、第１のパターンは、第２のパターンと同時に、又は第２のパターンと重ねて、発生してよい。代替的な一実施形態では、第２のパターンは、第１のパターンに続いて発生してよい。
【００３６】
例示的な実施形態によれば、ハプティック出力装置は、個人の柔軟関節付近又は柔軟関節の腱付近にあることが可能である。柔軟関節付近又は腱付近のハプティック出力装置は、個人がその柔軟関節においてハプティック効果を知覚するように、柔軟関節又は腱に（すなわち、その上に直接、もしくはその上方に）位置決め配置することができる。別の例示的な一実施形態では、柔軟関節付近のハプティック出力装置は、個人がその柔軟関節においてハプティック効果を知覚するように、柔軟関節付近又は腱付近に装着することができる。
【００３７】
いくつかの例示的な実施形態によれば、ハプティック出力装置は、個人の柔軟関節又は柔軟関節の腱に対して両側もしくは垂直に装着することができる。
【００３８】
例示的な実施形態によれば、ハプティック出力装置は、柔軟関節又は腱の形態に適合するように設計することができる。
【００３９】
図５、６、７は、例示的な実施形態によるハプティック出力装置の図である。
【００４０】
図８は、例示的な一実施形態によるハプティック出力装置を有する基板を装着している個人の図である。
【００４１】
図５を参照して、ハプティック出力装置５０１は、基板５０２に装着されるか、又は基板５０２内に取り付けられる。基板５０２は、半剛性とするか、又はハプティック出力装置５０１の例えば８０Ｈｚである特定の周波数での振動を可能とするための所望の剛性を有することができる。基板５０２は、ポリカーボネート又は炭素繊維で構成することができる。基板５０２は、約５０ｍｍ×３０ｍｍ×１ｍｍの寸法を有することができる。ただし、例示的な実施形態は、これに限定されない。基板５０２の物理的特性（例えば、剛性）によって、基板５０２のサイズが決まる可能性がある。基板５０２は、基板５０２が装着される関節に応じて、約３ｃｍ、約４ｃｍ、又は約５ｃｍの半径の円曲線を有し得る。
【００４２】
ハプティック出力装置５０１は、当技術分野で周知のエポキシもしくは他の接着剤を用いて、基板５０２に装着するか、又は基板５０２内に取り付けることができる。ハプティック出力装置５０１は、約２８ｍｍの有効長さと、約１４ｍｍの有効幅を有し得る。ハプティック出力装置５０１は、約１．１５ｎＦの静電容量、約１９５Ｎのブロッキング力、及び約１５５０ｐｐｍの自由歪みを有し得る。ハプティック出力装置５０１は、約−（５００Ｖ）から約１５００Ｖの動作電圧を有し得る。
【００４３】
図６を参照して、例示的な一実施形態によるハプティック出力装置６０１は、カフの両端の分離によって規定される隙間を有するカフの形態の基板６０２に装着するか、又はその基板６０２内に取り付けることができる。（図示のように）単一のハプティック出力装置６０１を用いることができる。ただし、例示的な実施形態は、これに限定されない。例えば、２つ以上のハプティック出力装置６０１を、基板６０２に接合してよい。カフの形態の基板６０２は、対応する身体部位の周囲の大部分に巻き付けるものである。
【００４４】
図７を参照して、例示的な一実施形態による基板７０２は、第１の取付セグメント７０２Ａと第２の取付セグメント７０２Ｂとを含む。第１の取付セグメント７０２Ａは、第２の取付セグメント７０２Ｂとは反対側で関節を覆う位置にあり得る。ただし、例示的な実施形態は、これに限定されない。第１及び第２の取付セグメント７０２Ａ、７０２Ｂは、関節の任意の所望の領域の上に位置決め配置されてよい。
【００４５】
図８に示すように、基板７０２がバンドの形態で、対応する身体部位の全周に巻き付くように、第１及び第２の取付セグメント７０２Ａ、７０２Ｂは、つなぎ帯７０３を用いて互いに定着される。つなぎ帯７０３は、身体部位の様々に異なる湾曲に適合するように可撓性である。様々に異なるサイズの身体部位（例えば、腕及び脚）の周囲に基板７０２がフィットすることが可能であるように、つなぎ帯７０３は、調整可能である。つなぎ帯７０３の可撓性及び／又は調整可能性によって、第１と第２の取付セグメント７０２Ａ、７０２Ｂは、互いに独立に機能させることができる。
【００４６】
図７に示すように、第１のハプティック出力装置７０１Ａは、第１の取付セグメント７０２Ａに装着されるか、又は第１の取付セグメント７０２Ａ内に取り付けられる。第２のハプティック出力装置７０１Ｂは、第２の取付セグメント７０２Ｂに装着されるか、又は第２の取付セグメント７０２Ｂ内に取り付けられる。
【００４７】
再び図１を参照して、ハプティック出力装置１３５／１３７／１３９は、圧電アクチュエータ又は電気活性ポリマ（「ＥＡＰ」）アクチュエータであってよい。例示的な一実施形態では、圧電アクチュエータは、セラミックアクチュエータ又はマクロファイバコンポジット（「ＭＦＣ」）アクチュエータであってよい。ただし、例示的な実施形態は、これに限定されない。ハプティック出力装置１３５／１３７／１３９に加えて、例えば、電気モータ、電磁アクチュエータ、ボイスコイル、形状記憶合金、ソレノイド、偏心回転質量モータ（「ＥＲＭ」）、リニア共振アクチュエータ（「ＬＲＡ」）、又は高帯域アクチュエータを用いてよい。
【００４８】
電気機械アクチュエータは、ハプティック出力装置の例であり、その場合、ハプティック出力装置は、駆動信号に応じて、振動触覚ハプティック効果、静電摩擦ハプティック効果、変形ハプティック効果、超音波ハプティック効果などのような、任意の形態のハプティック効果を出力するように構成された機構を含む装置である。
【００４９】
別の例示的な一実施形態では、振動を付与するために、ハプティック出力装置１３５、１３７、１３９の１つ以上に対して代替的又は追加的に、直流（「ＤＣ」）モータを用いてよい。
【００５０】
よって、別の例示的な一実施形態では、電気機械アクチュエータの１つ以上を、非機械的であり得る他の何らかのタイプのハプティック出力装置（図示せず）で置き換えることができる。すなわち、非機械的装置を、電気機械アクチュエータと併用することができる。非機械的装置の例には、リアルな（又は自然な）動きを生成する感覚刺激と同じ発射率で電流を用いて筋紡錘を刺激するために筋紡錘付近に埋め込まれた電極、静電摩擦（「ＥＳＦ」）又は超音波表面摩擦（「ＵＳＦ」）を利用する装置、超音波ハプティックトランスデューサで音響放射圧を誘起する装置、ハプティック基板及び可撓性もしくは変形可能な表面又は形状変化装置を用いる装置であって、個人の身体に装着され得る装置、エアジェットを用いたエアパフ、レーザ発射、サウンド発射などのような発射型のハプティック出力を提供する装置、が含まれる。
【００５１】
例示的な一実施形態によれば、レーザ発射では、プラズマ（正粒子と負粒子の濃縮混合物）を提供するために、レーザエネルギーを利用して、濃縮領域空気中の空気分子をイオン化する。レーザは、極めて高速かつ極めて集中したペースでパルスを発振するフェムト秒レーザであってよい。レーザは高速であるほど、人間が触れても安全である。レーザ発射は、触覚的かつインタラクティブなホログラムとして現れ得る。プラズマが個人の皮膚に接触すると、その個人は、濃縮領域内の励起された空気分子の振動を感知し得る。個人の皮膚における感覚は、個人が空気中のプラズマと相互作用するときに発生する波によって引き起こされる。よって、プラズマ濃縮領域を個人に受けさせることにより、個人にハプティック効果を与え得る。代替的又は追加的に、指向性の音響エネルギーによって生じる振動を個人に受けさせることにより、個人にハプティック効果を与えてよい。
【００５２】
例示的な一実施形態では、個人の柔軟関節に付与されるハプティック効果によって、個人の柔軟関節において、柔軟関節の複雑な動きを伴うことなく、柔軟関節の動きの錯覚を与え得る。例えば、ボールを投げるという動き関連相互作用を、検出器１１０が検出した場合には、肩、肘、指関節、及び／又は手首の関節付近で個人に付与されるハプティック効果によって、個人の関節はボールを投げるという複雑な動きを実際に行うことなく、個人がボールを投げているという知覚が生成される。
【００５３】
個人インタラクティブ型のイベントの場合には、個人の柔軟関節の動きを、ハプティック出力装置１３５／１３７／１３９を用いてハプティックレンダラ１３０に伝達する。ハプティックレンダラ１３０は、適切なハプティック表現アルゴリズムを用いて、個人の動きの作用／反作用の力を計算する。このとき、その力の計算は、そのイベントにおける個人の動き表現するために用いられる。
【００５４】
ハプティックシステム１００は、複雑な柔軟関節の動きの錯覚を強化するために、ハプティック効果の表現の際に個人に対してイベントを表示するための、視覚ディスプレイ１４０を備えてよい。視覚ディスプレイ１４０は、ゲームシステム、仮想現実／拡張現実システム、スポーツ放送システム、又は類似のシステムの一部であってよい。
【００５５】
図３は、例示的な一実施形態によるハプティック対応装置におけるシステム３００のブロック図である。図３のコンポーネントの一部又はすべては、図１の要素のいずれかを実現するために用いることもできる。
【００５６】
図３を参照して、例示的な一実施形態によるハプティック対応装置におけるシステム３００は、その装置のためのハプティック機能を提供する。
【００５７】
単一のシステムとして図示しているが、システム３００の機能は、分散システムとして実現することができる。システム３００は、情報通信用のバス３０４又は他の通信機構と、バス３０４に結合された情報処理用のプロセッサ３１４と、を備える。プロセッサ３１４は、任意のタイプの汎用又は専用のプロセッサであってよい。システム３００は、さらに、情報、及びプロセッサ３１４によって実行される命令、を記憶するためのメモリ３０２を備える。メモリ３０２は、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、リードオンリメモリ（「ＲＯＭ」）、磁気ディスクもしくは光ディスクのような静的記憶装置、又は他の任意のタイプのコンピュータ可読媒体、の任意の組み合わせで構成することができる。
【００５８】
コンピュータ可読媒体は、プロセッサ３１４がアクセスできる任意の利用可能な媒体であってよく、揮発性及び不揮発性媒体の両方、リムーバブル及び非リムーバブル媒体、通信媒体、ならびに記憶媒体、を含み得る。通信媒体は、搬送波もしくは他の転送機構などの変調データ信号の中に、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、又は他のデータを含み得るとともに、当技術分野で周知の他の任意の形態の情報配信媒体を含み得る。記憶媒体は、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＲＯＭ、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（「ＥＰＲＯＭ」）、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（「ＥＥＰＲＯＭ」）、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、コンパクトディスクリードオンリメモリ（「ＣＤ−ＲＯＭ」）、又は当技術分野で周知の他の任意の形態の記憶媒体を含み得る。
【００５９】
例示的な一実施形態によれば、メモリ３０２は、プロセッサ３１４で実行されることで機能を提供するソフトウェアモジュールを記憶する。ソフトウェアモジュールには、システム３００ならびにハプティック対応装置の残り部分のためのオペレーティングシステム機能を提供するオペレーティングシステム３０６が含まれる。ソフトウェアモジュールには、さらに、（上述のような）複雑な柔軟関節の動きの錯覚を与えるとともに、ハプティック機能を提供するハプティックホストシステム３０５も含まれる。ソフトウェアモジュールには、さらに、音響ハプティック変換アルゴリズムのような、他のアプリケーション３０８が含まれる。
【００６０】
システム３００は、さらに、赤外線通信、無線通信、Ｗｉ−Ｆｉ通信、又はセルラネットワーク通信のための、無線ネットワーク通信を提供する通信装置３１２（例えば、ネットワークインタフェースカード）を備えてよい。あるいは、通信装置３１２は、有線ネットワーク接続（例えば、ケーブル／イーサネット（登録商標）／光ファイバ接続、又はモデム）を提供するものであってよい。
【００６１】
プロセッサ３１４は、さらに、エンドユーザに対してグラフィック表現又はユーザインタフェースを表示するための視覚ディスプレイ３４０（例えば、発光ディスプレイ（「ＬＥＤ」）もしくは液晶ディスプレイ（「ＬＣＤ」）に、バス３０４を介して結合される。視覚ディスプレイ３４０は、プロセッサ３１４からの信号を送受信するように構成されたタッチ式入力装置（すなわち、タッチスクリーン）であってよく、さらに、マルチタッチ式のタッチスクリーンであってよい。
【００６２】
システム３００は、さらに、ハプティック出力装置３３５／３３７／３３９を備える。プロセッサ３１４は、ハプティック効果に関連付けられたハプティック信号を、ハプティック出力装置３３５／３３７／３３９に送信してよく、これによりハプティック効果（例えば、振動触覚ハプティック効果又は変形ハプティック効果）を出力する。
【００６３】
図４は、例示的な一実施形態による、ハプティック効果を付与することによる複雑な柔軟関節の動きの錯覚を用いたハプティック表現のフロー図である。
【００６４】
図４を参照して、複雑な柔軟関節の動きの錯覚を用いたハプティック表現は、４５０において、あるイベント（又は環境）において発生する動き関連相互作用を検出することと、４５５において、その動き関連相互作用に対応したハプティック効果を選択することと、４６０において、ハプティック出力装置を用いてハプティック効果を個人の柔軟関節の付近に付与することと、を含む。
【００６５】
４５０において、動き関連相互作用を検出することは、イベントにおいて（個人が走っているときの荒い息を聞き取る、又はタックルされているプレーヤを視認する、など）音響キュー及び／又は視覚的キューを受け取ることを含み得る。動き関連相互作用は、投げる、蹴る、キャッチする、押す、引っ張る、押される、引っ張られる、走る、手を伸ばす、銃器の反動を感じる、揺動する、などのような動きに関連した任意の相互作用であり得る。動き関連相互作用は、個人、ロボット、アバタ（個人のグラフィック表現）、又はその組み合わせが起こすものであり得る。
【００６６】
４５５において、ハプティック効果を選択することは、柔軟関節ハプティック効果データベースからハプティック効果を選択することを含み得る。ハプティック効果は、振動触覚的ハプティック効果、変形ハプティック効果、静電摩擦ハプティック効果、又はその組み合わせとすることができる。ハプティック効果データベースからハプティック効果を選択することは、ハプティック効果シンセサイザにおいてハプティック生成ツールを用いてハプティック効果を合成（又は生成）することを含み得る。ハプティック効果を選択するステップは、選択されたハプティック効果が付与される柔軟関節に固有のパラメータ（例えば、位置、大きさ、周波数、持続時間など）を用いてハプティック効果を合成することを含み得る。ハプティック効果は、イベントが発生しているときにリアルタイムで（もしくは同時に）、又はイベントが発生した後に、生成してもよい。
【００６７】
ハプティック効果を合成することは、音響キュー及び／又は視覚的キューから検出された動き関連相互作用を、例えば米国特許第９，３６８，００５号に開示されているような音響‐ハプティック変換アルゴリズム又は視覚‐ハプティック変換アルゴリズムを用いて、ハプティック化することを含み得る。例示的な一実施形態によれば、キュー全体ではなく、音響キュー及び／又は視覚的キューの特定の部分のみを、ハプティック化してよい。従って、例示的な実施形態では、強化されたハプティックメタデータを提供するために、音響キュー及び／又は視覚的キューのそのような部分用に構成されたハプティック変換アルゴリズムを用いてよい。
【００６８】
代替的又は追加的、かつ例示的な一実施形態では、柔軟関節ハプティック効果データベースからハプティック効果を選択することは、設計済みハプティック効果データベースから（例えば、設計済みハプティック効果データベースに保存された、予め設計された効果のルックアップテーブルに基づいて）ハプティック効果を選択することを含み得る。選択する際には、予め設計されたハプティック効果を、より厳密にそのイベントに適合するように、ハプティック効果を追加すること、無用なハプティック効果を除去すること、又はハプティック効果の少なくとも１つのパラメータを変更（もしくは編集）することにより、修正又は調整することができる。この修正又は調整は、ハプティック編集者（ハプティックメタデータを編集する人員）、ハプティック修正ツールなどによって実施してよい。
【００６９】
４６０において、個人の柔軟関節の付近にハプティック効果を付与することは、約８０Ｈｚから約１００Ｈｚの周波数で振動を付与することを含み得る。
【００７０】
４６０において、個人の柔軟関節にハプティック効果を付与することは、第１のハプティック効果を第１のパターンで、個人の第１の肢の第１の柔軟関節付近に付与することと、第２のハプティック効果を第２のパターンで、個人の第１の肢の第２の柔軟関節付近に付与することと、を含み得る。第１及び第２のハプティック効果は、合わせて、第１の肢の柔軟関節の複雑な３Ｄの動きの錯覚を与え得る。
【００７１】
第１のハプティック効果を付与することは、第２のハプティック効果を付与することと、重なりがあってよく、又は同時に実施してよい。別の例示的な一実施形態では、第１のハプティック効果を付与することと、第２のハプティック効果を付与することは、順次的であってよい。
【００７２】
例示的な一実施形態によれば、柔軟関節において、複雑な柔軟関節の動きの錯覚を個人に与えるように、ハプティック効果を付与する。例示的な一実施形態では、ハプティック効果によって、個人の柔軟関節において、柔軟関節の複雑な動きを伴うことなく、柔軟関節の複雑な動きの錯覚を与える。
【００７３】
例示的な一実施形態では、ハプティックデザイナは、イベントにおいて発生するすべての動き関連相互作用ではなく、特定の動き関連相互作用のみを個人に伝え得る。
【００７４】
例示的な一実施形態では、複雑な柔軟関節の動きの錯覚を与える方法は、さらに、複雑な柔軟関節の動きの錯覚を強化するために、ハプティック効果の付与中に、４６５において、視覚ディスプレイを用いて、そのイベントを個人に対して表示することを含み得る。
【００７５】
例示的な一実施形態では、個人は、さらに、ゲームパッドで、イベントを制御している可能性がある。
【００７６】
例示的な実施形態は、柔軟関節の複雑な動きを必要とすることなく、より没入感のある体験を生み出すために、個人の柔軟関節におけるリアルな（又は自然な）柔軟関節の複雑な動きの錯覚を用いたハプティック表現を提供するものである。
【００７７】
例示的な実施形態は、公称柔軟関節の動きを誘発するハプティック効果を付与することによる、個人の柔軟関節における複雑な柔軟関節の動きの錯覚を用いたハプティック表現を提供するものである。
【００７８】
例示的な実施形態によれば、例えば、個人の複雑な柔軟関節の動きを可能とするために、個人の周囲に余分なスペースを必要とし得る、複雑かつ嵩高な機械装置を使用することなく、複雑な柔軟関節の動きの錯覚を起こさせる。
【００７９】
上記は、種々の例示的な実施形態を説明するものであって、限定するものと解釈されるべきではない。よって、かかる変更はすべて、請求項で規定する開示の範囲内に含まれるものとする。
【図１】
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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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【外国語明細書】
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