(57)【要約】【課題】簡単な構成で小型化が可能であり、粘性や慣性といった力覚を提示することができる力覚提示方法および力覚提示装置を提供する。【解決手段】振動手段１２が、使用者１の機械受容器の周波数特性に基づいて設定された単一の周波数で振動するよう構成され、使用者１に振動を与える。運動情報取得手段１３が、所定の対象の速度および加速度のうち少なくともいずれか一つを含む運動情報を取得する。運動情報取得手段１３は、画面上の仮想物体、使用者１の身体部位、または、使用者１が保持する物体の運動情報を取得する。制御手段１４が、運動情報取得手段１３で取得した運動情報の速度または加速度の増減に応じて振幅が増減するよう、振動手段１２を制御する。【選択図】図４
2011159110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の対象の速度および加速度のうち少なくともいずれか一つを含む運動情報を取得し、使用者に粘性または慣性のうち少なくともいずれか一方の力覚を提示するよう、取得した前記運動情報に基づいて制御した振動を前記使用者に与えることを、特徴とする力覚提示方法。
【請求項２】
前記対象は画面上の仮想物体、前記使用者の身体部位、または、前記使用者が保持する物体であることを、特徴とする請求項１記載の力覚提示方法。
【請求項３】
前記対象の速度または加速度の増減に応じて振幅を増減させた振動を前記使用者に与えることを、特徴とする請求項１または２記載の力覚提示方法。
【請求項４】
前記使用者の機械受容器の周波数特性に基づいて設定された単一の周波数を有する振動を前記使用者に与えることを、特徴とする請求項１、２または３記載の力覚提示方法。
【請求項５】
使用者に振動を与える振動手段と、
所定の対象の速度および加速度のうち少なくともいずれか一つを含む運動情報を取得する運動情報取得手段と、
前記使用者に粘性または慣性のうち少なくともいずれか一方の力覚を提示するよう、前記運動情報取得手段で取得した前記運動情報に基づいて、前記振動手段を制御する制御手段とを、
有することを特徴とする力覚提示装置。
【請求項６】
前記運動情報取得手段は、画面上の仮想物体、前記使用者の身体部位、または、前記使用者が保持する物体の運動情報を取得することを、特徴とする請求項５記載の力覚提示装置。
【請求項７】
前記制御手段は前記対象の速度または加速度の増減に応じて振幅が増減するよう前記振動手段を制御することを、特徴とする請求項５または６記載の力覚提示装置。
【請求項８】
前記制御手段は前記使用者の機械受容器の周波数特性に基づいて設定された単一の周波数で振動するよう前記振動手段を制御することを、特徴とする請求項５、６または７記載の力覚提示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力覚提示方法および力覚提示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
皮膚の中には、皮膚の変形に応答する神経細胞である機械受容器が存在する。例えば、人間が指で物体を操作する時には、指の皮膚が変形し、この皮膚の変形に応じて、機械受容器が活動する。このような皮膚の変形が、操作対象の質量や粘性などの力学特性の知覚に寄与することを示唆する研究報告がなされている（例えば、非特許文献１または２参照）。
【０００３】
従来、非接地型の携帯機器などで利用される力覚提示装置として、偏加速度運動する振動子を有するもの（例えば、特許文献１参照）や、回転によるジャイロモーメントを利用するもの（例えば、特許文献２または３参照）がある。また、使用者が持って動かした手動操作機器の加速度を検出し、その検出した加速度に基づいて手動操作機器を振動させ、使用者に振動を伝達するものもある（例えば、特許文献４参照）。
【０００４】
さらに、本発明者等により、運動に対する皮膚刺激の時間遅延を利用して抵抗を感じさせるような擬似的な力覚を発生させる方法（例えば、非特許文献３参照）や、摩擦を感じさせるような擬似的な力覚を発生させる方法（例えば、非特許文献４参照）が報告されている。また、接地型の力覚提示装置で、接触反力を提示する際に、高周波の振動刺激を重畳させることにより、高剛性の衝突感を疑似的に提示するものもある（例えば、非特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開２００７／０８６４２６号
【特許文献２】特開２００７−９５０１４号公報
【特許文献３】特開２００５−１９０４６５号公報
【特許文献４】特表２００９−５３６７６５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】I. Birznieks, P. Jenmalm, A. W.Goodwin, and R. S. Johansson, “Encoding of direction of fingertip forces byhuman tactile afferents”, The Journal of Neuroscience, 2001年, vol. 20, No. 20, p.8222-8237
【非特許文献２】K. Minamizawa, H. Kajimoto,N. Kawakami, and S. Tachi, “Wearable haptic display to present gravitysensation”, The Proceedings of the Second Joint EuroHaptics Conference andSymposium on Haptic Interfaces for Virtual Environment and TeleoperatorSystems, 2007年, p.133-138
【非特許文献３】S. Okamoto, M. Konyo, S. Saga andS. Tadokoro, “Detectability and Perceptual Consequences of Delayed Feedback ina Vibrotactile Texture Display”, IEEE Transactions on Haptics, 2009年, vol. 2, No. 2, p.73-84
【非特許文献４】M. Konyo, H. Yamada, S. Okamoto and S. Tadokoro,“Alternative Display of Friction Represented by Tactile Stimulation withoutTangential Force”, EuroHaptics 2008: Proc. of the 6th international conferenceon Haptics, Madrid, 2008年6月, p.619-629
【非特許文献５】A. M. Okamura, M. R. Cutkosky, and J. T.Dennerlein, “Reality-based models for vibration feedback in virtualenvironments”, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 2001年, vol. 6, No. 3, p.245-252
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１乃至３に記載の装置は、実際に力やモーメントを発生させるため、その機構が大型で複雑であるという課題があった。また、特許文献１乃至４に記載の装置は、力の大きさや方向を提示するものであり、粘性や慣性といった特定の力覚を提示することはできないという課題があった。非特許文献１および２の方法でも、摩擦や抵抗といった力覚を提示することはできるが、粘性や慣性といった力覚を提示することはできないという課題があった。なお、特許文献４に記載の装置は、例えば、使用者がドラムをたたく動作をしたときに、使用者に振動を伝達することにより、ドラムをたたく感触を与えるものであり、粘性や慣性といった力覚を提示するものではない。
【０００８】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、簡単な構成で小型化が可能であり、粘性や慣性といった力覚を提示することができる力覚提示方法および力覚提示装置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】
【０００９】
本発明者等は、機械受容器が皮膚への振動によっても活動することを見出し、また、このことに基づいて、物体操作時の皮膚の変形の代わりに、皮膚への振動刺激によって機械受容器を活動させることにより、使用者に操作対象の質量や粘性などを錯覚させることができることを見出して、本願発明に至った。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る力覚提示方法は、所定の対象の速度および加速度のうち少なくともいずれか一つを含む運動情報を取得し、使用者に粘性または慣性のうち少なくともいずれか一方の力覚を提示するよう、取得した前記運動情報に基づいて制御した振動を前記使用者に与えることを、特徴とする。
【００１１】
本発明に係る力覚提示装置は、使用者に振動を与える振動手段と、所定の対象の速度および加速度のうち少なくともいずれか一つを含む運動情報を取得する運動情報取得手段と、前記使用者に粘性または慣性のうち少なくともいずれか一方の力覚を提示するよう、前記運動情報取得手段で取得した前記運動情報に基づいて、前記振動手段を制御する制御手段とを、有することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る力覚提示方法および力覚提示装置は、使用者に振動を与えることにより、機械受容器を活動させ、使用者に力覚を提示することができる。このとき、使用者に与える振動が、速度および加速度のうち少なくともいずれか一つを含む運動情報に基づいて制御されているため、使用者に粘性や慣性を感じさせることができる。例えば、運動情報の速度に基づいた振動を与えると、使用者に粘性を感じさせるようにすることができ、運動情報の加速度に基づいた振動を与えると、使用者に慣性を感じさせるようにすることができる。また、所定の対象の力に基づいた振動を与えると、使用者に摺動摩擦のような抵抗を感じさせるようにすることができ、使用者にこれらの粘性、慣性、抵抗を組み合わせた力覚を提示することもできる。
【００１３】
本発明に係る力覚提示方法および力覚提示装置は、使用者に振動を与える構成であり、実際に力やモーメントを発生させるものではないため、安全であり、装置の小型化を図ることができる。このように、本発明に係る力覚提示方法および力覚提示装置は、簡単な構成で小型化が可能であり、粘性や慣性といった力覚を提示することができる。なお、ここで、力覚としての慣性とは、質量や慣性モーメントを感じることにより得られる力覚のことである。
【００１４】
本発明に係る力覚提示方法で、前記対象は画面上の仮想物体、前記使用者の身体部位、または、前記使用者が保持する物体であることが好ましい。本発明に係る力覚提示装置で、前記運動情報取得手段は、画面上の仮想物体、前記使用者の身体部位、または、前記使用者が保持する物体の運動情報を取得することが好ましい。この場合、画面上の仮想物体の運動の臨場感や、使用者が適切に運動を行ったときの運動感覚、使用者がバットやラケット等の物体を保持して運動したときの運動感覚等を、使用者に伝えることができる。
【００１５】
本発明に係る力覚提示方法は、前記対象の速度または加速度の増減に応じて振幅を増減させた振動を前記使用者に与えてもよい。本発明に係る力覚提示装置で、前記制御手段は前記対象の速度または加速度の増減に応じて振幅が増減するよう前記振動手段を制御してもよい。この場合、運動情報の速度に比例した振幅を有する振動を与えると、使用者に粘性を感じさせることができ、運動情報の加速度に比例した振幅を有する振動を与えると、使用者に慣性を感じさせることができる。また、振幅のみの制御で、使用者に様々な力覚を容易に提示することができる。
【００１６】
また、本発明に係る力覚提示方法は、前記使用者の機械受容器の周波数特性に基づいて設定された単一の周波数を有する振動を前記使用者に与えてもよい。本発明に係る力覚提示装置で、前記制御手段は前記使用者の機械受容器の周波数特性に基づいて設定された単一の周波数で振動するよう前記振動手段を制御してもよい。この場合、機械受容器の振動検出感度が高い周波数を選択することにより、使用者に効率良く力覚を提示することができる。振動の周波数は、例えば、機械受容器の一種であるパチニ小体の周波数特性を考慮した場合、約２００〜３５０Ｈｚが最適である。なお、本発明に係る力覚提示方法および力覚提示装置は、振動を発生する機構が一方向の振動から構成されていてもよい。この場合、振動を発生する機構を簡単に構成することができ、さらなる小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、簡単な構成で小型化が可能であり、粘性や慣性といった力覚を提示することができる力覚提示方法および力覚提示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態の力覚提示方法および力覚提示装置の、実証実験のための実験装置を示す斜視図である。
【図２】図１に示す実験装置による粘性に関する実験結果を示すグラフである。
【図３】図１に示す実験装置による慣性に関する実験結果を示すグラフである。
【図４】第１の本発明の実施の形態の力覚提示装置を示す正面図である。
【図５】図４に示す力覚提示装置の使用例の、（ａ）使用者による使用状態を示す概念図、（ｂ）そのときの仮想空間内での力学計算を示す概念図、（ｃ）仮想空間内での力学量に応じた触刺激の決定方法を示すグラフ、（ｄ）振動刺激を与えた状態を示す概念図である。
【図６】図４に示す力覚提示装置による本発明の実施の形態の力覚提示方法を示すフローチャートである。
【図７】第２の本発明の実施の形態の力覚提示装置を示す正面図である。
【図８】第３の本発明の実施の形態の力覚提示装置を示す斜視図である。
【図９】第４の本発明の実施の形態の力覚提示装置を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［振動刺激によって力覚が錯覚されることの実証実験］
皮膚への振動刺激によって機械受容器を活動させることにより、使用者に操作対象の質量や粘性などを錯覚させることができることを実証するための実験を行った。
図１に示すように、実験装置１００は、一軸のアーム１０１と６軸力・トルクセンサ１０２と積層型圧電素子１０３と、それらを駆動・制御するためのアンプ、ドライバ、コントローラから成る駆動機構（図示せず）とを有している。
【００２０】
アーム１０１は、６軸力・トルクセンサ１０２の出力を基にインピーダンス制御されている。また、アーム１０１は、 Ｆ＝ｍｘ”＋ｃｘ’ に基づいて制御されている。なお、Ｆは手の動き方向の力、ｘ”、ｘ’は、それぞれ、アーム１０１の加速度、速度であり、ｍ、ｃは、アーム１０１の仮想機械インピーダンスで、それぞれ質量、粘性である。
【００２１】
実験は、以下のようにして行われた。まず、評価者が、積層型圧電素子１０３の上に右手の第二指を置き、手を左右に動かす。すると、手の動きに応じて、アーム１０１が左右に動作する。このとき、アーム１０１の運動状態に応じて、第二指の皮膚に、積層型圧電素子１０３から振動刺激を与える。評価者は、評価の基準となる振動を与える標準刺激と、評価対象となる振動を与える比較刺激とを比べて、比較刺激がどのように感じたかを評価する。なお、評価者は、１２人である。
【００２２】
評価者には、次式に示す正弦波状の変位を有する一方向の振動刺激を与えた。ここで、振動の周波数は、機械受容器の一種であるパチニ小体の周波数特性を考慮して、ｆ＝280 Hzとした。
【数１】
2011159110.tif 000003
【００２３】
［粘性を錯覚させる振動について］
まず、機械インピーダンスの粘性が増減する錯覚を生じさせる実験を行った。錯覚刺激の原理に基づくと、粘性の錯覚を生じさせるためには、手の速度に同期させて皮膚の機械受容器を刺激すればよい。このことから、振幅Ａ（ｔ）が定数である（１）式に示す刺激、ならびに、アーム１０１の速度ｘ’（ｔ）に同期して、振幅Ａ（ｔ）が変化する（２）式および（３）式に示す刺激を評価者に与えた。
【００２４】
【数２】
2011159110.tif 000004
【００２５】
標準刺激として、ｍ＝0.2 kg、ｃ＝0.5 Ns/m、振動刺激を（１）式とした。
比較刺激として、以下の６種類を用意した。
刺激１：インピーダンス制御の粘性が増加した刺激
ｍ＝0.2 kg、ｃ＝0.62〜0.7 Ns/m、振動刺激は（１）式
刺激２：インピーダンス制御の粘性が増加し、かつ粘性が増加したように錯覚する
触刺激が与えられた刺激
ｍ＝0.2 kg、ｃ＝0.62〜0.7 Ns/m、振動刺激は（２）式
刺激３：インピーダンス制御の粘性が増加し、かつ粘性が減少したように錯覚する
触刺激が与えられた刺激
ｍ＝0.2 kg、ｃ＝0.62〜0.7 Ns/m、振動刺激は（３）式
刺激４：インピーダンス制御の粘性が減少する刺激
ｍ＝0.2 kg、ｃ＝0.18〜0.34 Ns/m、振動刺激は（１）式
刺激５：インピーダンス制御の粘性が減少し、かつ粘性が増加したように錯覚する
触刺激が与えられた刺激
ｍ＝0.2 kg、ｃ＝0.18〜0.34 Ns/m、振動刺激は（２）式
刺激６：インピーダンス制御の粘性が減少し、かつ粘性が減少したように錯覚する
触刺激が与えられた刺激
ｍ＝0.2 kg、ｃ＝0.18〜0.34 Ns/m、振動刺激は（３）式
【００２６】
各評価者は、標準刺激と比較刺激とを触って比べ、標準刺激に比べて、比較刺激の粘性が増加したか・減少したかを答えた。その実験結果を、図２に示す。図２に示すように、刺激１（図２中では丸数字、以下同じ）および刺激４について、各評価者は、５０％以上の正答率を示した。したがって、各評価者は、インピーダンス制御の粘性の変化を正しく認識することができたといえる。
【００２７】
刺激２および刺激６の正答率は、刺激１および刺激４の正答率よりも大きかった。これは、錯覚刺激によって、粘性の変化をより大きく感じるように助長されたことを意味する。すなわち、振動による錯覚刺激を用いれば、本来の粘性よりも、より大きな、もしくはより小さな粘性を錯覚させることができることが確認された。
【００２８】
刺激３および刺激５の正答率は、刺激１および刺激４の正答率よりも小さかった。これは、錯覚刺激によって本来の粘性の変化が打ち消された、もしくは触覚刺激の方に感覚が引きずられたことを意味する。例えば、実際にはインピーダンス制御の粘性が増加していても、粘性が減少したように錯覚する振動触刺激を与えることによって、各評価者は、あたかも粘性の増加がなかった、もしくは粘性が減少したかのように錯覚していることが確認された。また、実際にはインピーダンス制御の粘性が減少していても、粘性が増加したように錯覚する振動触刺激を与えることによって、各評価者は、あたかも粘性の減少がなかった、もしくは粘性が増加したかのように錯覚していることが確認された。
【００２９】
［慣性を錯覚させる振動について］
次に、機械インピーダンスの慣性が増減する錯覚を生じさせる実験を行った。錯覚刺激の原理に基づくと、慣性の錯覚を生じさせるためには、手の加速度に同期させて皮膚の機械受容器を刺激すればよい。このことから、振幅Ａ（ｔ）が定数である（１）式に示す刺激、ならびに、アーム１０１の加速度ｘ”（ｔ）に同期して、振幅Ａ（ｔ）が変化する（４）式および（５）式に示す刺激を評価者に与えた。
【００３０】
【数３】
2011159110.tif 000005
【００３１】
標準刺激として、ｍ＝0.2 kg、ｃ＝0.5 Ns/m、振動刺激を（１）式とした。
比較刺激として、以下の６種類を用意した。
刺激７：インピーダンス制御の慣性が増加した刺激
ｍ＝0.225〜0.265 kg、ｃ＝0.5 Ns/m、振動刺激は（１）式
刺激８：インピーダンス制御の慣性が増加し、かつ慣性が増加したように錯覚する
触刺激が与えられた刺激
ｍ＝0.225〜0.265 kg、ｃ＝0.5 Ns/m、振動刺激は（４）式
刺激９：インピーダンス制御の慣性が増加し、かつ慣性が減少したように錯覚する
触刺激が与えられた刺激
ｍ＝0.225〜0.265 kg、ｃ＝0.5 Ns/m、振動刺激は（５）式
刺激10：インピーダンス制御の慣性が減少する刺激
ｍ＝0.16〜0.185 kg、ｃ＝0.5 Ns/m、振動刺激は（１）式
刺激11：インピーダンス制御の慣性が減少し、かつ慣性が増加したように錯覚する
触刺激が与えられた刺激
ｍ＝0.16〜0.185 kg、ｃ＝0.5 Ns/m、振動刺激は（４）式
刺激12：インピーダンス制御の慣性が減少し、かつ慣性が減少したように錯覚する
触刺激が与えられた刺激
ｍ＝0.16〜0.185 kg、ｃ＝0.5 Ns/m、振動刺激は（５）式
【００３２】
各評価者は、標準刺激と比較刺激とを触って比べ、標準刺激に比べて、比較刺激の慣性が増加したか・減少したかを答えた。その実験結果を、図３に示す。図３に示すように、図２に示した粘性の結果と同様の傾向が見られる。すなわち、振動による錯覚刺激を用いれば、本来よりも大きな、もしくは小さな慣性を錯覚させることができることが確認された。
【００３３】
以上の実証実験に基づいて構成された本発明の実施の形態について、以下に説明する。
図４乃至図６は、第１の本発明の実施の形態の力覚提示方法および力覚提示装置を示している。なお、第１の本発明の実施の形態の力覚提示方法は、第１の本発明の実施の形態の力覚提示装置により実施される。
【００３４】
図４に示すように、第１の本発明の実施の形態の力覚提示装置１０は、ディスプレイ等の表示部に画像を表示して、その画像を見ながらゲームを行うよう構成されたゲーム機のゲームコントローラから成っている。力覚提示装置１０は、ゲーム機の本体との間で通信を行いながら、ゲームをコントロール可能になっている。力覚提示装置１０は、ケーシング１１と振動手段１２と運動情報取得手段１３と制御手段１４と通信手段１５と操作ボタン１６とを有している。
【００３５】
ケーシング１１は、細長い直方体形状を成しており、振動手段１２、運動情報取得手段１３、制御手段１４および通信手段１５を内蔵している。また、ケーシング１１は、表面の一方の端部に、操作ボタン１６が３つ設けられている。
【００３６】
振動手段１２は、振動アクチュエータから成り、力覚提示装置１０を持った使用者に振動を与えることができるよう構成されている。振動手段１２は、使用者の機械受容器の周波数特性に基づいて設定された周波数で、一方向に振動するようになっている。振動手段１２は、正弦波状の変位を有する一自由度の振動刺激を、使用者に与えるようになっている。
【００３７】
運動情報取得手段１３は、それ自身の位置、速度、加速度、および、角度などの姿勢情報等を計測可能なセンサから成っている。運動情報取得手段１３は、位置、速度、加速度、および、姿勢情報等から成る運動情報を取得可能になっている。
【００３８】
制御手段１４は、中央処理装置（ＣＰＵ）から成り、振動手段１２および運動情報取得手段１３に接続されている。制御手段１４は、運動情報取得手段１３で取得した運動情報に基づいて、振動手段１２を制御可能になっている。
【００３９】
具体的な一例では、振動手段１２は、機械受容器の一種であるパチニ小体の周波数特性を考慮し、皮膚の感度が高い２８０Ｈｚで振動するようになっている。また、制御手段１４は、運動情報の速度または加速度の増減に応じて振幅が増減するよう、振動手段１２を制御するようになっている。
【００４０】
通信手段１５は、操作ボタン１６等による操作信号をゲーム機の本体に送信したり、ゲーム機の本体からの信号を受信したりするようになっている。これにより、力覚提示装置１０は、ゲーム中のキャラクタやオブジェクトなどを操作可能になっている。
【００４１】
次に、作用について説明する。
図５に示すように、力覚提示装置１０は、ゲームを行うときに、使用者１が手に持って使用するものである。図５（ａ）に示すように、使用者１が、ゲーム中のキャラクタやオブジェクトを操作するために、力覚提示装置１０を動かすと、図６に示すように、運動情報取得手段１３（位置・姿勢計測ユニット）により、その位置、速度、加速度、および、姿勢情報から成る運動情報が計測される（ステップ５１）。
【００４２】
制御手段１４が、運動情報取得手段１３で取得した運動情報に基づいて、ゲーム中のキャラクタやオブジェクトの仮想運動（位置、姿勢情報など）を計算する（ステップ５２）。この計算には、ノイズの除去や、座標変換・拡大縮小などの運動モデルによる運動の変換も含む。例えば、使用者１の手の速度がωであるときに、ゲームのキャラクタの手の速度がａω（ａは定数）となるなどのスケール変換が行なわれる。なおこの計算は、ゲーム機の本体で行われてもよい。
【００４３】
次に、制御手段１４が、計算されたゲーム中のキャラクタやオブジェクトの仮想運動に基づいて、仮想空間での物理シミュレーションを行う（ステップ５３）。例えば、図５（ｂ）の場合、キャラクタが保持しているテニスラケットの仮想的な質量ｍと長さｌとに基づいて仮想慣性力（この例では、慣性トルクｍｌ2ω’）が計算される。
【００４４】
さらに、制御手段１４が、ゲーム内で計算された力学量に応じて、振動手段１２により使用者１に与える振動刺激の振幅（出力する触覚情報）を決定する（ステップ５４）。例えば、図５（ｃ）に示すように、仮想テニスラケットをゲーム中のキャラクタが振ることによって生じる仮想慣性トルクに応じて、振動刺激の振幅が決定される。このとき、慣性トルクに比例して、もしくは慣性トルクのべき乗に比例して、振幅が決定される。例えば、仮想ラケットの質量が異なり、ｍ2＞ｍ1のとき、ｍ2に対する振動刺激の振幅は、ｍ1に対するそれよりも大きくなる。また、手の運動に対して、時間のずれΔｔを設けてもよい。
【００４５】
決定された振動刺激の指令が、制御手段１４から振動手段１２（振動刺激生成ユニット）に与えられ、振動手段１２がその指令に基づいた振幅で振動する（ステップ５５）。図５（ｄ）に示すように、振動手段１２が振動することにより、使用者１は、ゲーム中のキャラクタが保持するテニスラケットの仮想的な機械インピーダンスを感じる。例えば、質量ｍ2の仮想ラケットを基に生成された振動刺激が使用者１に与えられた場合、この使用者１は、質量ｍ1の仮想ラケットを振っているときよりも、質量の大きな仮想ラケットを振っているように感じる。
【００４６】
このように、第１の本発明の実施の形態の力覚提示方法および力覚提示装置１０は、使用者１に振動を与えることにより機械受容器を活動させ、使用者１がバットやラケット等の物体を保持して運動したときの力覚を、使用者１に容易に伝えることができる。第１の本発明の実施の形態の力覚提示方法および力覚提示装置１０は、使用者１に振動を与える構成であり、実際に力やモーメントを発生させるものではないため、安全であり、装置の小型化を図ることができる。
【００４７】
また、使用者１に与える振動は、少なくとも一方向で十分であるため、振動を発生する機構を簡単に構成することができ、さらなる小型化を図ることができる。機械受容器の振動検出感度が高い周波数で使用者１に振動を与えることにより、使用者１に効率良く力覚を提示することができる。使用者１に与える振動の振幅のみを制御するため、使用者１に様々な力覚を容易に提示することができる。なお、使用者１に与える振動は、凹凸や衝撃などの他の力覚と合わせて提示する場合には、複数の周波数を組み合わせた振動や、周波数が変化する振動であってもよい。
【００４８】
第１の本発明の実施の形態の力覚提示方法および力覚提示装置１０は、使用者１に与える振動を、使用者１が保持する力覚提示装置１０の速度および加速度のうち少なくともいずれか一つを含む運動情報に基づいて制御することにより、使用者１に粘性や慣性を感じさせることができる。また、使用者１が保持する力覚提示装置１０にかかる力に基づいた振動を与えると、使用者１に摺動摩擦のような抵抗を感じさせるようにすることができ、使用者１にこれらの粘性、慣性、抵抗を組み合わせた力覚を提示することもできる。このように、第１の本発明の実施の形態の力覚提示方法および力覚提示装置１０は、簡単な構成で小型化が可能であり、粘性や慣性といった力覚を提示することができる。
【００４９】
図７は、第２の本発明の実施の形態の力覚提示方法および力覚提示装置２０を示している。なお、以下の説明では、本発明の第１の実施の形態と同一の部材には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００５０】
図７に示すように、第２の本発明の実施の形態の力覚提示装置２０は、タッチスクリーン上に表示されたオブジェクトをドラッグ操作等することにより何らかの反応を生じる、タッチパネル型の装置から成る。力覚提示装置２０は、ケーシング２１と振動手段１２と運動情報取得手段２３と制御手段１４とを有している。
【００５１】
ケーシング２１は、薄い直方体形状を成しており、振動手段１２および制御手段１４を内蔵している。
運動情報取得手段２３は、タッチスクリーンから成り、ケーシング２１の表面に設けられている。運動情報取得手段２３は、タッチスクリーン上に表示されたオブジェクト２をドラッグ操作したときの、そのオブジェクト２の位置、速度、加速度から成る運動情報を計測可能になっている。
【００５２】
次に、作用について説明する。
第２の本発明の実施の形態の力覚提示方法および力覚提示装置２０は、使用者１に振動を与えることにより機械受容器を活動させ、使用者１がタッチスクリーン上に表示された仮想物体であるオブジェクト２をドラッグ操作した際の、オブジェクト２の仮想的な質量や粘性などの力覚を、使用者１に容易に伝えることができる。これにより、タッチスクリーン上の仮想物体の運動の臨場感を、使用者１に伝えることができる。
【００５３】
図８は、第３の本発明の実施の形態の力覚提示方法および力覚提示装置３０を示している。なお、以下の説明では、本発明の第１の実施の形態と同一の部材には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００５４】
図８に示すように、第３の本発明の実施の形態の力覚提示装置３０は、ディスプレイ上に表示されたカーソルをポインティング・スティックで操作することにより何らかの反応を生じる、携帯型の装置から成る。力覚提示装置３０は、ケーシング３１とディスプレイ３７とポインティング・スティック３８と振動手段１２（図示せず）と運動情報取得手段（図示せず）１３と制御手段１４（図示せず）とを有している。
【００５５】
ケーシング３１は、薄く細長い直方体形状を成しており、運動情報取得手段１３および制御手段１４を内蔵している。
ディスプレイ３７は、ケーシング３１の表面の上部から中央部に設けられ、カーソル３等を表示可能になっている。
ポインティング・スティック３８は、ケーシング３１の表面下部のディスプレイ３７の下方に設けられ、ディスプレイ３７に表示されたカーソル３を移動可能になっている。
【００５６】
振動手段１２は、ポインティング・スティック３８の内部に設けられている。
運動情報取得手段１３は、ポインティング・スティック３８によりディスプレイ３７に表示されたカーソル３を操作したときの、カーソル３の位置、速度、加速度から成る運動情報を計測可能になっている。
【００５７】
制御手段１４は、運動情報取得手段１３で取得した、ディスプレイ３７に表示されたカーソル３の運動情報、または、カーソル３と連動する仮想オブジェクト２の運動情報に基づいて、振動手段１２を制御可能になっている。
【００５８】
次に、作用について説明する。
第３の本発明の実施の形態の力覚提示方法および力覚提示装置３０は、ポインティング・スティック３８を介して使用者１の手に振動を与えることにより機械受容器を活動させ、使用者１がディスプレイ３７に表示されたカーソル３を操作したときの、カーソル３またはカーソル３と連動する仮想オブジェクト２の仮想的な質量や粘性などの力覚を、使用者１に容易に伝えることができる。これにより、ディスプレイ３７上の仮想物体の運動の臨場感を、使用者１に伝えることができる。
【００５９】
図９は、第４の本発明の実施の形態の力覚提示方法および力覚提示装置４０を示している。なお、以下の説明では、本発明の第１の実施の形態と同一の部材には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００６０】
図９に示すように、第４の本発明の実施の形態の力覚提示装置４０は、使用者１の腕や足に固定して、運動トレーニングやリハビリ等のために使用される装置から成る。力覚提示装置４０は、ケーシング４１と身体固定用ベルト４９と振動手段１２と運動情報取得手段１３と制御手段１４とを有している。
【００６１】
ケーシング４１は、薄い直方体形状を成しており、振動手段１２、運動情報取得手段１３および制御手段１４を内蔵している。
身体固定用ベルト４９は、環状で、使用者１の腕や足に固定可能に、ケーシング４１に設けられている。
【００６２】
制御手段１４は、運動情報取得手段１３で取得した、力覚提示装置４０を装着した手足の運動情報に基づいて、振動手段１２を制御可能になっている。制御手段１４は、適切な運動の運動イメージを使用者１に与えるよう、例えば、使用者１が適正な運動をしたときの運動情報や、適切な運動との誤差に基づいて振動手段１２を制御するようになっている。なお、運動情報は、他人の運動や仮想オブジェクトの運動情報であってもよい。
【００６３】
次に、作用について説明する。
第４の本発明の実施の形態の力覚提示方法および力覚提示装置４０は、使用者１に振動を与えることにより機械受容器を活動させ、適切な運動時の質量や粘性などの力覚を、使用者１に容易に伝えることができる。これにより、使用者１に手足が重くなったり，軽くなったりしたような錯覚を与えることができ、適切に運動を行ったときの運動感覚を使用者１に伝えることができる。また、振動刺激によって擬似的な力覚による運動負荷を与えることにより、トレーニングやリハビリテーションに使用することができる。また、他の用途として、例えば、ジェスチャ入力等のリモートコントローラを使用しないインタフェース装置の感覚フィードバックによる操作感の向上や、それを用いた体感ゲームなどにも使用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１  使用者
２  オブジェクト
３  カーソル
１０、２０、３０、４０  力覚提示装置
１１、２１、３１、４１  ケーシング
１２  振動手段
１３、２３  運動情報取得手段
１４  制御手段
１５  通信手段
１６  操作ボタン
３７  ディスプレイ
３８  ポインティング・スティック
４９  身体固定用ベルト
【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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【図９】
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