(57)【要約】  装置の小型化を図りつつ、広い範囲での三次元的な触力覚の提示を可能にし得る、触力覚提示装置、情報端末、触力覚提示方法、及びプログラムを提供する。情報端末１００は、表示装置２０と、ユーザにおいて触力覚の提示を受ける部分の位置を検出する位置検出部３０と、検出位置に対応してコンテンツの内容を変化させ、変化したコンテンツの内容に基づいて、提示すべき触力覚を算出する情報処理部４０と、触力覚提示装置１０とを備えている。触力覚提示装置１０は、ユーザの触力覚の提示を受ける部分へと伸びて引張力を伝達する伝達部材１２と、引張力を発生させ、それを伝達部材１２に与える駆動部１１と、予め、駆動部１１に、引張力を初期力として発生させておき、算出された前記触力覚の提示の際に、この触力覚が伝達部材１２を介してユーザに与えられるように、初期力を増加又は減少させる、制御部１４とを備えている。
2014119382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画面に表示されたコンテンツの内容に応じてユーザに触力覚を提示するための装置であって、
当該装置から、前記ユーザにおける前記触力覚の提示を受ける部分へと伸びて、前記ユーザに引っ張り方向の力を伝達する伝達部材と、
前記引っ張り方向の力を発生させ、それを前記伝達部材に与える駆動部と、
予め、前記駆動部に、設定された大きさの前記引っ張り方向の力を初期力として発生させておき、前記触力覚の提示の際に、提示すべき前記触力覚が前記伝達部材を介して前記ユーザに与えられるように、前記初期力を増加又は減少させる、制御部と、を備えている、
ことを特徴とする触力覚提示装置。
【請求項２】
複数の前記伝達部材と、複数の前記伝達部材それぞれに対応した複数の前記駆動部とが備えられており、
複数の前記伝達部材それぞれは、当該装置の異なる位置から前記ユーザにおける前記触力覚の提示を受ける部分へと伸びる紐状の部材であり、
複数の前記伝達部材それぞれの先端は、前記ユーザにおける前記触力覚の提示を受ける部分に装着される装着部材に固定されており、
複数の前記駆動部は、対応する前記伝達部材を巻き取ることによって、対応する前記伝達部材に、前記引っ張り方向の力を与え、
複数の駆動部それぞれが前記伝達部材に与える前記引っ張り方向の力の合力によって、前記触力覚が提示される、
請求項１に記載の触力覚提示装置。
【請求項３】
前記引っ張り方向の力の合力によって、提示すべき前記触力覚を提示できない状況が発生した場合に、前記制御部は、提示すべき前記触力覚を設定し直し、設定し直した触力覚が提示されるように、前記初期力を増加又は減少させる、請求項１または２に記載の触力覚提示装置。
【請求項４】
前記紐状の部材が３本以上備えられている、請求項２に記載の触力覚提示装置。
【請求項５】
当該触力覚提示装置が、ヘットマウントディスプレイに組み込まれている、請求項１〜４のいずれかに記載の触力覚提示装置。
【請求項６】
画面に表示されたコンテンツの内容に応じてユーザに触力覚を提示可能な情報端末であって、
前記画面上に前記コンテンツを表示させる表示装置と、
前記ユーザにおいて前記触力覚の提示を受ける部分の位置を検出する位置検出部と、
検出された位置に対応して前記コンテンツの内容を変化させ、変化した前記コンテンツの内容に基づいて、提示すべき触力覚を算出する情報処理部と、
触力覚提示装置と、を備え、
前記触力覚提示装置は、
当該情報端末から前記ユーザの前記触力覚の提示を受ける部分へと伸びて前記ユーザに引っ張り方向の力を伝達する伝達部材と、
前記引っ張り方向の力を発生させ、それを前記伝達部材に与える駆動部と、
予め、前記駆動部に、設定された大きさの前記引っ張り方向の力を初期力として発生させておき、前記情報処理部によって算出された前記触力覚の提示の際に、算出された前記触力覚が前記伝達部材を介して前記ユーザに与えられるように、前記初期力を増加又は減少させる、制御部と、を備えている、
ことを特徴とする情報端末。
【請求項７】
複数の前記伝達部材と、複数の前記伝達部材それぞれに対応した複数の前記駆動部とが備えられており、
複数の前記伝達部材それぞれは、当該情報端末の異なる位置から前記ユーザにおける前記触力覚の提示を受ける部分へと伸びる紐状の部材であり、
複数の前記伝達部材それぞれの先端は、前記ユーザにおける前記触力覚の提示を受ける部分に装着される装着部材に固定されており、
複数の前記駆動部は、対応する前記伝達部材を巻き取ることによって、対応する前記伝達部材に、前記引っ張り方向の力を与え、
複数の駆動部それぞれが前記伝達部材に与える前記引っ張り方向の力の合力によって、前記触力覚が提示される、
請求項６に記載の情報端末。
【請求項８】
前記引っ張り方向の力の合力によって、提示すべき前記触力覚を提示できない状況が発生した場合に、前記制御部は、提示すべき前記触力覚を設定し直し、設定し直した触力覚が提示されるように、前記初期力を増加又は減少させる、請求項６または７に記載の情報端末。
【請求項９】
画面に表示されたコンテンツの内容に応じてユーザに触力覚を提示するための方法であって、前記ユーザにおける前記触力覚の提示を受ける部分へと伸びて、前記ユーザに引っ張り方向の力を伝達する伝達部材と、前記引っ張り方向の力を発生させ、それを前記伝達部材に与える駆動部と、を備える装置を用い、
（ａ）予め、前記駆動部に、設定された大きさの前記引っ張り方向の力を初期力として発生させる、ステップと、
（ｂ）前記触力覚の提示の際に、提示すべき前記触力覚が前記伝達部材を介して前記ユーザに与えられるように、前記初期力を増加又は減少させる、ステップと、
を有することを特徴とする触力覚提示方法。
【請求項１０】
画面に表示されたコンテンツの内容に応じてユーザに触力覚を提示するため、
前記ユーザにおける前記触力覚の提示を受ける部分へと伸びて、前記ユーザに引っ張り方向の力を伝達する伝達部材と、前記引っ張り方向の力を発生させ、それを前記伝達部材に与える駆動部と、コンピュータとを備える装置において、
前記コンピュータに、
（ａ）予め、前記駆動部に、設定された大きさの前記引っ張り方向の力を初期力として発生させる、ステップと、
（ｂ）前記触力覚の提示の際に、提示すべき前記触力覚が前記伝達部材を介して前記ユーザに与えられるように、前記初期力を増加又は減少させる、ステップと、
を実行させる、命令を含むプログラムを記録しているコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザに対して触力覚を提示（伝達）する触力覚提示装置、これを備えた、ＰＯＳ端末、携帯端末（スマートフォン、タブレット等）といった情報端末、触力覚提示方法、及びこれらを実現するためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、タッチパネルといった、画面上で入力操作が行なわれる入力装置においては、操作に応じたユーザへのフィードバックは、表示または音による情報提示のみによって行なわれている。このような入力装置では、ユーザが、ディスプレイに映し出されたソフトウェアキーボードをいくら押し込んでも、実物のキーのクリック感覚と同様の入力操作フィードバックは得られないので、ユーザは、指の下で何にタッチしているのかを認識できない。結果、ユーザにおいて、コンテンツの情報が得られずに、使いにくいという問題が発生する。【０００３】
上記の問題に対応するため、例えば、特許文献１は、タッチパネルが取り付けられた表示パネルをその厚み方向に沿って移動可能にする機構が備えられた触力覚提示装置を開示している。特許文献１に開示された触力覚提示装置では、この機構により、ユーザによる指でのタッチに応じて表示パネルを移動させることができるので、ユーザに対して能動的に触力覚を提示できる。【０００４】
また、特許文献２は、グローブ型の力覚提示装置を開示している。特許文献２に開示された力覚提示装置では、グローブの各指に沿ってフレームが設けられている。また、各フレームには、指の関節に対応するようにリンクが設けられ、更に、各リンクにはフレームを駆動するモータが取り付けられている。このため、特許文献２に開示された触力覚提示装置では、コンテンツの内容に応じてモータを動作させることで、フレームを介して、グローブを装着したユーザの手に触力覚を提示することができる。【０００５】
更に、特許文献３は、図２０に示すように、４本のワイヤ２０１によって空間２００内に保持された部材（以下「グリップ」と表記する。）２０２を用いて、触力覚を提示する触力覚提装置を開示している。図２０は、特許文献３に開示された触力覚提示装置の概略構成を示す図である。【０００６】
図２０に示すように、特許文献３に開示された触力覚提示装置では、空間２００内において、４本のワイヤ２０１は、２本が、空間上方の対角の位置からグリップ２０２を引っ張り、残りの２本が空間下方の対角の位置からグリップ２０２を引っ張るように配置される。【０００７】
また、図２０では図示していないが、ワイヤ２０１毎に、巻き取り用のモータが設置されている。このため、特許文献３に開示された触力覚提示装置では、コンテンツの内容に応じて各モータを動作させて各ワイヤ２０１の引張力τ１〜τ４を調整することで、各ワイヤ２０１で保持されたグリップ２０２を介して、ユーザに触力覚を提示することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４０３９３４４号公報
【特許文献２】特開２００３−３０８１４１号公報
【特許文献３】特開２００３−１７２６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、特許文献１〜３それぞれに開示された触力覚提示装置によれば、タッチパネル等の入力装置と異なり、ユーザに触力覚を提示することができる。しかしながら、以下に示す問題が存在する。【００１０】
まず、上記特許文献１に開示された触力覚提示装置では、タッチパネル全体を動作させるための構造が複雑であり、装置が大きく重くなってしまうため、当該装置を、スマートフォンなどの携帯型の情報端末に搭載することは困難である。更に、上記特許文献１に開示された触力覚提示装置では、触力覚は、画面の厚み方向において狭い範囲でしか提示できず、広い範囲での三次元的な触力覚の提示も困難となる。【００１１】
一方、上記特許文献２に開示された触力覚提示装置では、広い範囲での３次元的な触力覚の提示は可能である。しかし、当該装置では、複雑なリンク機構が必要となり、当該装置でも、装置が大きく重くなり、携帯型の情報端末に搭載することは困難である。更に、当該装置の構成上、フレームの慣性力が力覚提示に影響してしまい、正確な触力覚を提示できない可能性もある。【００１２】
また、上記特許文献３に開示された触力覚提示装置でも、広い範囲での３次元的な触力覚の提示は可能であるが、そのためには、ワイヤ２０１を引っ張るためのモータを、空間２００内のワイヤ２０１を引っ張り始める位置に配置する必要がある（図２０参照）。このため、当該装置を、携帯型の情報端末に搭載することも困難である。【００１３】
本発明の目的の一例は、上記問題を解消し、装置の小型化を図りつつ、広い範囲での三次元的な触力覚の提示を可能にし得る、触力覚提示装置、情報端末、触力覚提示方法、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明の一側面における触力覚提示装置は、画面に表示されたコンテンツの内容に応じてユーザに触力覚を提示するための装置であって、
当該装置から、前記ユーザにおける前記触力覚の提示を受ける部分へと伸びて、前記ユーザに引っ張り方向の力を伝達する伝達部材と、
前記引っ張り方向の力を発生させ、それを前記伝達部材に与える駆動部と、
予め、前記駆動部に、設定された大きさの前記引っ張り方向の力を初期力として発生させておき、前記触力覚の提示の際に、提示すべき前記触力覚が前記伝達部材を介して前記ユーザに与えられるように、前記初期力を増加又は減少させる、制御部と、を備えている、
ことを特徴とする。【００１５】
また、上記目的を達成するため、本発明の一側面における情報端末は、画面に表示されたコンテンツの内容に応じてユーザに触力覚を提示可能な情報端末であって、
前記画面上に前記コンテンツを表示させる表示装置と、
前記ユーザにおいて前記触力覚の提示を受ける部分の位置を検出する位置検出部と、
検出された位置に対応して前記コンテンツの内容を変化させ、変化した前記コンテンツの内容に基づいて、提示すべき触力覚を算出する情報処理部と、
触力覚提示装置と、を備え、
前記触力覚提示装置は、
当該情報端末から前記ユーザの前記触力覚の提示を受ける部分へと伸びて前記ユーザに引っ張り方向の力を伝達する伝達部材と、
前記引っ張り方向の力を発生させ、それを前記伝達部材に与える駆動部と、
予め、前記駆動部に、設定された大きさの前記引っ張り方向の力を初期力として発生させておき、前記情報処理部によって算出された前記触力覚の提示の際に、算出された前記触力覚が前記伝達部材を介して前記ユーザに与えられるように、前記初期力を増加又は減少させる、制御部と、を備えている、
ことを特徴とする。【００１６】
また、上記目的を達成するため、本発明の一側面における触力覚提示方法は、画面に表示されたコンテンツの内容に応じてユーザに触力覚を提示するための方法であって、前記ユーザにおける前記触力覚の提示を受ける部分へと伸びて、前記ユーザに引っ張り方向の力を伝達する伝達部材と、前記引っ張り方向の力を発生させ、それを前記伝達部材に与える駆動部と、を備える装置を用い、
（ａ）予め、前記駆動部に、設定された大きさの前記引っ張り方向の力を初期力として発生させる、ステップと、
（ｂ）前記触力覚の提示の際に、提示すべき前記触力覚が前記伝達部材を介して前記ユーザに与えられるように、前記初期力を増加又は減少させる、ステップと、
を有することを特徴とする。【００１７】
更に、上記目的を達成するため、本発明の一側面におけるコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、
画面に表示されたコンテンツの内容に応じてユーザに触力覚を提示するため、
前記ユーザにおける前記触力覚の提示を受ける部分へと伸びて、前記ユーザに引っ張り方向の力を伝達する伝達部材と、前記引っ張り方向の力を発生させ、それを前記伝達部材に与える駆動部と、コンピュータとを備える装置において、
前記コンピュータに、
（ａ）予め、前記駆動部に、設定された大きさの前記引っ張り方向の力を初期力として発生させる、ステップと、
（ｂ）前記触力覚の提示の際に、提示すべき前記触力覚が前記伝達部材を介して前記ユーザに与えられるように、前記初期力を増加又は減少させる、ステップと、
を実行させる、命令を含むプログラムを記録していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように本発明によれば、装置の小型化を図りつつ、広い範囲での三次元的な触力覚の提示が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における情報端末の外観を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１における情報端末の各構成部品を示す分解斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１における情報端末の構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１における情報端末１００の動作を示すフロー図である。
【図５】図５は、図４に示したステップＳ１０１を説明するための図である。
【図６】図６は、図４に示したステップＳ１０３を説明するための図である。
【図７】図７（ａ）は、引張力の算出処理を説明するための図であり、図７（ｂ）は、引張力の算出処理に用いられる座標軸を示す図である。
【図８】図８は、提示力の再設定処理を説明するための図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態１における触力覚提示装置を備えたヘットマウントディスプレイの一例を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態１における情報端末の他の例を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態１において利用される装着部材の他の例を示す図である。
【図１２】図１２は、本実施の形態１を適用可能なコンテンツの一例を説明する図である。
【図１３】図１３は、情報端末の画面に表示されるコンテンツが梃子の原理を説明するための実験モデルである場合を示している。
【図１４】図１４は、情報端末の画面に表示されるコンテンツが台風の仕組みを説明するためのモデルである場合を示している。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態２における情報端末の外観を示す斜視図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施の形態２における情報端末の使用例を示す図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態２における情報端末の構成を示すブロック図である。
【図１８】図１８（ａ）は、本発明の実施の形態２の変形例における情報端末が表示する画面の一例を示す図であり、図１８（ｂ）は、画面とユーザの顔の向きとの関係を示す図である。
【図１９】図１９（ａ）は、本発明の実施の形態２の変形例における情報端末が表示する画面の一例を示す図であり、図１９（ｂ）は、画面とユーザの顔の向きとの関係を示す図である。
【図２０】図２０は、特許文献３に開示された触力覚提示装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における、触力覚提示装置、情報端末、触力覚提示方法、及びプログラムについて、図１〜図１４を参照しながら説明する。
【００２１】
［装置構成］
最初に、図１及び図２を用いて、本実施の形態１における触力覚提示装置及び情報端末の構成を説明する。図１は、本発明の実施の形態１における情報端末の外観を示す斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１における情報端末の各構成部品を示す分解斜視図である。
【００２２】
まず、図１を用いて、本実施の形態１における情報端末の外観構成について説明する。図１に示すように、本実施の形態１における情報端末１００は、タブレット型の情報端末であり、後述の図２に示すように、ユーザ１１０に触力覚を提示する触力覚提示装置を備えている。
【００２３】
本実施の形態１では、情報端末１００は、端末背面側（画面１０１が設けられた側の反対側）の空間において、ユーザ１１０の触力覚の提示を受ける部分、具体的には、指の位置を検出することができ、ユーザ１１０は指の位置を動かすことによって入力操作を行うことができる。
【００２４】
また、情報端末１００は、画面１０１上に、仮想空間を表示することができ、更に、ユーザ１１０の指に相当するオブジェクト（以下「ユーザオブジェクト」と表記する。）１０２を、検出された位置に合わせて仮想空間内に表示することもできる。そして、仮想空間内に配置されている仮想オブジェクト１０３とユーザオブジェクト１０２とが接触した場合は、情報端末１００の触力覚提示装置が、ユーザ１１０の指に対して、仮想オブジェクト１０３に触れた感触を伝達する。
【００２５】
つまり、情報端末１００では、ユーザ１１０が指を動かしたり、仮想オブジェクト１０３が動いたりすることにより、ユーザ１１０に、仮想空間内の動作及び状態が、触力覚として提示される。なお、図１においては、ユーザ１１０の指と仮想オブジェクト１０３との位置関係を示すため、現実空間に存在した場合の仮想オブジェクト１０３が破線で示されている。
【００２６】
続いて、図２を用いて、情報端末の内部構成について説明する。図２に示すように、情報端末１００は、画面上にコンテンツを表示させる表示装置２０と、位置検出部３０と、情報処理部４０と、ユーザ１１０（図１参照）に触力覚を提示する触力覚提示装置１０とを備えている。
【００２７】
このうち、位置検出部３０は、ユーザ１１０において触力覚の提示を受ける部分（図１及び図２の例では指）の位置を検出する。また、情報処理部４０は、検出された位置に対応してコンテンツの内容を変化させ、変化したコンテンツの内容に基づいて、提示すべき触力覚を算出する。
【００２８】
また、図２に示すように、触力覚提示装置１０は、伝達部材１２と、駆動部１１と、制御部１４とを備えている。このうち、伝達部材１２は、情報端末１００からユーザ１１０の触力覚の提示を受ける部分（図１及び図２の例では指）へと伸びて、ユーザ１１０に引っ張り方向の力（以下、「引張力」と表記する。）を伝達する部材である。また、駆動部１１は、引張力を発生させ、それを伝達部材１２に与えている。
【００２９】
また、制御部１４は、まず、駆動部１１に、予め、設定された大きさの引張力を初期力として発生させる。そして、制御部１４は、駆動部１１において、情報処理部４０によって算出された触力覚の提示の際に、算出された触力覚が伝達部材１２を介してユーザ１１０（図２参照）に与えられるように、初期力を増加又は減少させる。
【００３０】
このように、情報端末１００では、触力覚提示装置１０は、情報端末１００の背面側に位置するユーザ１１０の指に、伝達部材１１によって引っ張り方向の力を伝達することによって触力覚を提示する。このため、広い範囲での３次元的な触力覚の提示が可能となる。また、触力覚提示装置１０の構成は、コンパクトにできるので、装置の小型化も図られる。なお、本発明でいう「触力覚」とは、ユーザが感じる、反発力、抵抗力、外力、感触、等を意味する。
【００３１】
ここで、本実施の形態１における情報端末１００及び触力覚提示装置１０の構成について更に具体的に説明する。
【００３２】
図２に示すように、情報端末１００は、ユーザ側から順に、枠状に形成されたカバー５０と、表示装置２０と、箱状の筐体５１とを備えている。カバー５０は、表示装置２０の画面が露出するように、筐体５１の開口部分に取り付けられる。表示装置２０は、液晶表示パネル、有機ＥＬパネルといった薄型の表示パネルである。
【００３３】
上述した、駆動部１１、制御部１４、位置検出部３０、及び情報処理部４０は、表示装置２０の背面側となる筐体５１の内部に配置されている。また、図２に示すように、本実施の形態１では、３本の伝達部材１２が用いられており、これに対応して３つの駆動部１１が配置されている。
【００３４】
本実施の形態１では、伝達部材１２それぞれは、情報端末１００の背面側の異なる位置からユーザ１１０における触力覚の提示を受ける部分（指）へと伸びる紐状の部材、例えば、ワイヤである。また、各伝達部材１２の先端は、ユーザ１１０の触力覚の提示を受ける部分に装着される装着部材１３に固定されている。具体的には、装着部材１３は、ユーザ１１０の指に装着可能なリング状の部材である。
【００３５】
また、本実施の形態１では、各駆動部１１は、プーリ１５が軸に取り付けられたモータであり、対応する伝達部材１２をプーリ１５で巻き取ることによって、対応する伝達部材１２に、引っ張り方向の力を与えている。
【００３６】
更に、筐体５１の底面には、伝達部材１２毎に、通し穴１６が設けられており、各伝達部材１２は、通し穴１６を経由して、情報端末１００の背面側へと伸びる。なお、各通し穴１６の位置は、特に限定されないが、後述するように、触力覚の提示範囲は各通し穴１６の位置によって決定される（図８の領域Ｘ参照）。よって、各通し穴１６の位置は、求められる提示範囲を考慮した上で決定される。
【００３７】
このように、本実施の形態１においては、３本の伝達部材１２によって、装着部材１３が引っ張られることによって、ユーザ１１０の指に提示力が提示される（図１参照）。つまり、各駆動部１１が伝達部材１３に与える引張力の合力によって、触力覚が提示される。
【００３８】
また、本実施の形態１では、位置検出部３０は、駆動部１１毎に、その軸に設けられたエンコーダである。このため、位置検出部３０は、ユーザの触力覚の提示を受ける部分の位置を検出するためのデータ（以下、「位置検出データ」と表記する。）として、モータの軸の回転数を特定するデータを、情報処理部４０に出力する。
【００３９】
そして、情報処理部４０は、各位置検出部３０から出力された位置検出データを受け取ると、予め登録されている、伝達部材１２の全長、プーリ１５の直径、プーリ１５から通し穴１６までの距離等に基づいて、各伝達部材１２の通し穴１６から装着部材１３までの長さを算出する。また、情報処理部４０は、後述するように、算出された各伝達部材１２の長さに基づいて、ユーザ１１０の触力覚の提示を受ける部分の位置、即ち、装着部材１３の位置を算出する。
【００４０】
また、本実施の形態１では、制御部１４及び情報処理部４０は、それぞれ、マイコン等のコンピュータによって実現されている。また、両者は、それぞれ別々のコンピュータによって実現されていても良いし、同一のコンピュータによって実現されていても良い。
【００４１】
以上、図２に示すように、本実施の形態１では、駆動部１１として機能するモータによる力の伝達機構として、紐状の部材（伝達部材１２）が用いられる。従って、触力覚提示装置１０において、構成部材の軽量化と、触力覚を提示するための機構の単純化とが図られるので、情報端末１００の小型軽量化が達成される。
【００４２】
また、本実施の形態１では、駆動部材１２による引張力の伝達方向は、プーリ１５及び通し穴１６の位置によって、自由に設定できる。更に、伝達部材１２の通し穴から装着部材１３までの距離は、プーリ１５での巻き取り量によって、自由に設定できる。従って、ユーザが指を動かすことのできる範囲を大きくできるので、広い範囲での３次元的な触力覚の提示が可能となる。また、伝達部材１２として、軽量な紐状の部材が用いられているので、ユーザは、指を動かす際に、機械的な抵抗などを感じ難いといえる。
【００４３】
更に、図２０を用いて説明した特許文献３に開示された触力覚提示装置では、ワイヤを引っ張るモータを空間内の上方と下方とに配置する必要があったが、図２に示したように、本実施の形態１では、駆動部１１は、筐体５１の底面に平面的に配置される。このため、図２に示す触力覚提示装置１０を、平面的な形状の情報端末１００に実装することは、容易である。
【００４４】
続いて、図３を用いて、情報端末１００でやり取りされるデータについて説明する。図３は、本発明の実施の形態１における情報端末の構成を示すブロック図である。
【００４５】
図３に示すように、情報処理部４０は、表示装置２０、位置検出部３０、及び制御部１４に接続されている。また、制御部１４は、駆動部（モータ）１１に接続されている。
【００４６】
この構成では、ユーザ１１０が、装着部材１３を装着した指を、情報端末１００の背面側で動かすと、各位置検出部３０が、位置検出データａを情報処理部４０に出力する。情報処理部４０は、各位置検出データａを受け取ると、これらに基づいて、ユーザ１１０の指（装着部材１３）の位置を特定する。
【００４７】
また、情報処理部４０は、ユーザ１１０の指の位置を特定すると、特定した位置に応じて、ユーザオブジェクト１０２（図１参照）の位置を変更する。そして、情報処理部４０は、コンテンツデータ４１を参照し、ユーザオブジェクト１０２とコンテンツ内の仮想オブジェクト１０３とを連動させる処理を行ない、その処理内容が反映されたコンテンツの表示情報を表示データｅとして表示装置２０に出力する。
【００４８】
コンテンツデータ４１の具体例としては、ゲームプログラム、シミュレーションプログラムなどの、仮想空間を提供するアプリケーションプログラムのデータ、更にはＷｅｂサイトのデータが挙げられる。また、コンテンツデータ４１は、情報端末１００に備えられた記憶装置に格納されていても良いし、インターネットで接続された別の機器（コンピュータ）に格納されていても良い。
【００４９】
また、このとき、情報処理部４０は、ユーザオブジェクト１０２に仮想空間内で発生した力を算出し、算出した力を特定するデータｂ（以下「提示データｂ」と表記する。）を、制御部１４に出力する。この算出された力は、オブジェクトに発生した反発力等であり、ユーザに伝達すべき触力覚に相当する。
【００５０】
制御部１４は、提示データｂを受け取ると、提示データｂによって特定される触力覚がユーザ１１０に伝達されるように、各駆動部１１が出力すべき引張力を算出する。そして、制御部１４は、各駆動部１１に目的の引張力を発揮させる制御データｄを生成し、これを各駆動部１１に出力する。
【００５１】
具体的には、制御部１４は、電源回路（図示せず）を用いて、駆動部１１として機能するモータを駆動するためのパルス信号を生成し、これを制御データｄとして出力する。これにより、各駆動部（モータ）１１は、計算された引張力で伝達部材１２を引っ張り、ユーザ１１０の指先には、提示データｂによって特定される触力覚が提示される。
【００５２】
［装置動作］
次に、本発明の実施の形態１における情報端末１００及び触力覚提示装置１０の動作について図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態１における情報端末１００の動作を示すフロー図である。なお、以下の説明においては、適宜図１〜図３を参酌する。また、本実施の形態１では、触力覚提示装置１０を動作させることによって、触力覚提示方法が実施される。よって、本実施の形態１における触力覚提示方法の説明は、以下の触力覚提示装置１０の動作説明に代える。
【００５３】
最初に、ユーザ１１０が、情報端末１００の背面の空間において、表示装置２０の画面上に表示されるコンテンツを操作しようと、指を動かすとする。これにより、図３に示したように、位置検出部３０それぞれは、位置検出データａを、情報処理部４０に出力する。
【００５４】
次に、図４に示すように、情報処理部４０は、出力されてきた位置検出データａに基づいて、各伝達部材１２の通し穴１６から装着部材１３までの長さを算出し、更に、算出された各伝達部材１２の長さに基づいて、ユーザ１１０の指の位置を特定する（Ｓ１０１）。また、情報処理部４０は、特定した位置に応じて、ユーザオブジェクト１０２（図１参照）の位置を変更する。
【００５５】
次に、情報処理部４０は、コンテンツデータ４１を参照し、ユーザオブジェクト１０２に仮想オブジェクト１０３を連動させる処理（コンテンツ連動処理）を実行する（ステップＳ１０２）。また、ステップＳ１０２では、情報処理部４０は、コンテンツ連動処理の処理内容が反映されたコンテンツの表示情報を、表示データｅとして表示装置２０出力する。更に、ステップＳ１０２では、情報処理部４０は、ユーザオブジェクト１０２に仮想空間内で発生した力を算出し、算出した力を特定する提示データｂを、制御部１４に出力する。
【００５６】
次に、制御部１４は、情報処理部４０から提示データｂを受け取ると、提示データｂで特定される提示力を提示する上で各駆動部１１が出力すべき引張力を算出する（ステップＳ１０３）。また、ステップＳ１０３では、制御部１４は、更に、各駆動部１１によって、算出された引張力が発生するように制御データｄを生成し、これを各駆動部１１に出力する。
【００５７】
ステップＳ１０３が実行されると、触力覚提示装置１０は、ユーザ１１０の指先に、装着部材１３を介して触力覚を提示する（ステップＳ１０４）。また、表示装置の画面１０１には、ステップＳ１０２で情報処理部４０が出力した表示データｅに基づいて、コンテンツ連動処理後のコンテンツが表示される（ステップＳ１０５）。なお、ステップＳ１０４とステップＳ１０５とは、同時に実行されても良い。
【００５８】
また、本実施の形態１においては、ステップＳ１０１〜Ｓ１０５は、繰り返し実行される。よって、ユーザ１１０が、ある位置から別の位置までを指を動かした場合は、開始から終了までの間に、ステップＳ１０１〜Ｓ１０５は繰り返し実行されるので、その間、ユーザ１１０は、連続して、触力覚の提示を受けることができる。
【００５９】
ここで、図４に示したステップＳ１０１〜ステップＳ１０５までの各ステップについて、図５〜図８を用いて更に詳細に説明する。
【００６０】
［ステップＳ１０１］
まず、図５を用いて、図４に示したステップＳ１０１（指位置検出処理）について説明する。図５は、図４に示したステップＳ１０１を説明するための図である。ステップＳ１０１の指位置検出処理では、上述したように、情報端末１００の背面側において、伝達部材１２の先端が接続されている装着部材１３の位置が、伝達部材１２の長さによって特定される。また、伝達部材１２の長さは位置検出部３０によって特定される。
【００６１】
具体的には、図５に示すように、各伝達部材１２の通し穴１６から装着部材１３までの長さを、それぞれ、ｌ１、ｌ２、ｌ３とし、画面の水平方向において隣り合う通し穴間の間隔をｗとし、画面の垂直方向において隣り合う通し穴間の間隔をｈとする。この場合、情報処理部４０は、ｌ１、ｌ２、ｌ３、ｗ、及びｈを用いて、装着部材１３の座標（ｘ、ｙ、ｚ）を幾何的に算出する。
【００６２】
［ステップＳ１０２］
次に、図１を参照しながら、図４に示したステップＳ１０２（コンテンツ連動処理）について説明する。ステップＳ１０２のコンテンツ連動処理では、上述したように、ユーザ１１０の実際の指の動きに合せて、仮想空間内でユーザオブジェクト１０２が動き、更に、仮想空間内の仮想オブジェクト１０３は、ユーザオブジェクト１０２に連動する。
【００６３】
具体的には、情報処理部４０は、ユーザオブジェクト１０２の動きに追従して、仮想オブジェクト１０３を動かして、仮想空間内の仮想オブジェクトと実空間の物体（ユーザ１１０の指）とのインタラクション（相互作用）を取る。このとき、情報処理部４０は、仮想空間内の物理シミュレータを用いて、ユーザオブジェクト１０２と仮想オブジェクト１０３とが接触した際の位置の変化及び接触力をシミュレートする。
【００６４】
そして、情報処理部４０は、ユーザオブジェクト１０２と仮想オブジェクト１０３との仮想空間での物理係数に応じて、接触によって両者に生じた反力を計算する。なお、物理係数としては、ユーザオブジェクト１０２及び仮想オブジェクト１０３それぞれの、質量、速度、加速度、接触方向、反発係数等が挙げられる。
【００６５】
また、この計算された反力のうち、ユーザオブジェクト１０２が仮想オブジェクト１０３から受けた反力が、ユーザ１１０に提示すべき触力覚に相当する（後述の図６及び図７参照）。よって、ユーザオブジェクト１０２が仮想オブジェクト１０３から受けた反力を「提示力Ｆ」とすると、情報処理部４０は、提示力Ｆが提示されるようにするため、提示力Ｆを特定する提示データｂを制御部１４に出力する。また、情報処理部４０は、その際の、ユーザオブジェクト１０２及び仮想オブジェクト１０３を表示するためのデータを、表示情報である表示データｅとして表示装置２０に出力する。
【００６６】
［ステップＳ１０３］
次に、図６及び図７を用いて、図４に示したステップＳ１０３（引張力の算出処理及び制御データの生成処理）について説明する。
【００６７】
図６は、図４に示したステップＳ１０３を説明するための図である。図６に示すように、目的の提示力Ｆを提示するために必要となる各伝達部材１２の引張力を、それぞれ、τ１、τ２、τ３とすると、提示力Ｆは、基本的には、引張力τ１、τ２、及びτ３の合力に相当する。
【００６８】
そして、提示力Ｆが、外部から情報端末１００に向かう方向の力である場合には、提示力Ｆの方向は、引張力τ１〜τ３の合力の方向と一致する。しかし、図６に示すように、提示力Ｆが情報端末１００から離れる方向の力である場合には、伝達部材１２は、紐状の部材であり、情報端末１００側へと引っ張る方向の力しか伝達できないため、触力覚の提示ができなくなる可能性がある。
【００６９】
そのため、本実施の形態１では、制御部１４は、上述したように、触力覚を提示しない場合において、予め、ユーザの指（装着部材１３）に一定の力を常に初期力Ｆ０として提示する。そして、制御部１４は、提示力Ｆが、情報端末１００から離れる方向の力である場合は、初期力Ｆ０を緩めることにより、情報端末１００から離れる方向への触力覚を提示している。
【００７０】
一般に、ヒトの触感覚には、その時間特性として、順応と呼ばれる現象がある。順応は、ヒトに一定の刺激を提示し続けると、刺激に対する感度が低下する現象である。つまり、ヒトの皮膚は、圧力に対してきわめて順応しやすく、指輪及び腕時計を装着した場合、その装着感は失われやすい。
【００７１】
また、重力に対しても同様であり、ヒトは、普段、その力を意識することはない。例えば、電車に乗っている際の加速時又は減速時において、ヒトには、その慣性力と重力との合力が力として加わっているが、電車に乗っているヒトは、合力を感じず、移動方向への慣性力のみを感じる。
【００７２】
このように、本実施の形態１では、ヒトの順応性が利用され、初期力Ｆ０を増加又は減少させることによって、情報端末１００に向かう方向の触力覚と離れる方向の触力覚との提示が可能となっている。
【００７３】
続いて、図７を用いて、伝達部材１２に与える引張力τ１〜τ３の算出処理について具体的に説明する。図７（ａ）は、引張力の算出処理を説明するための図であり、図７（ｂ）は、引張力の算出処理に用いられる座標軸を示す図である。
【００７４】
図７（ａ）及び（ｂ）において、引張力τ１〜τ３は、初期力Ｆ０を発生させるために必要となる引張力を除いた引張力であり、初期力Ｆ０に対して加算又は減算させる引張力である。また、図７（ａ）及び（ｂ）において、座標軸の原点は、各伝達部材１２の先端の位置とする。更に、ｘ軸は画面の水平方向に平行な軸、ｙ軸は画面の垂直方向に平行な軸、ｚ軸は画面の法線に平行な軸とする。図７（ｂ）において、単位ベクトルｒの座標を、（ｒ，ψｉ，θｉ）とする。この場合、引張力τ１〜τ３は、目的の提示力を発揮するためには、下記の数１の関係を満たす必要がある。
【００７５】
【数１】
2014119382.tif 000003
【００７６】
また、上記数１において、伝達部材１２の引張力τ１〜τ３はスカラー量であり、引張力τ１〜τ３の方向ベクトルΦｉは、数２によって表わされる。
【００７７】
【数２】
2014119382.tif 000004
【００７８】
制御部１４は、上記数１及び数２を用いることで、引張力τ１〜τ３を算出することができる。また、上記数１に示すように、目的の提示力Ｆは、各伝達部材１２の引張力から初期力Ｆ０を減算することによって得られている。このため、提示力Ｆが、情報端末１００から離れる方向（−ｚ方向）の、初期力Ｆ０を超える力でない限りは、情報端末１００から離れる方向（−ｚ方向）においても触力覚の提示が可能となる。
【００７９】
なお、各伝達部材１２の引張力の条件として、引張力τ１、τ２、τ３は、引張する向にしか力を提示できないため、これらは必ず正の値をとる。また、各引張力の最低値をτｍｉｎとした場合は、下記の数３が成立する。
【００８０】
【数３】
2014119382.tif 000005
【００８１】
ところで、伝達部材１２は、引っ張り方向の力しか伝達できないため、引張力τ１、τ２、τ３の合力によって、提示すべき触力覚を提示できない状況が発生することがある（図８参照）。具体的には、装着部材１３が、画面の法線に平行な方向（ｚ軸方向）において、隣接する通し穴１６を直線で結んで得られる領域（図８の領域Ｘ参照）と重ならない位置にある場合は、上記数１では、目的の提示力Ｆを算出できなくなる可能性がある。このような場合、本実施の形態１では、制御部１４は、提示すべき触力覚（提示力Ｆ）を設定し直し、設定し直した提示力Ｆｒが提示されるように、初期力Ｆ０を増加又は減少させる。以下に、上記再設定処理について具体的に説明する。
【００８２】
図８は、提示力の再設定処理を説明するための図である。図８に示すように、例えば、装着部材１３の位置（ｘ、ｙ、ｚ）が、隣接する通し穴１６を直線で結んで得られる領域Ｘとｚ軸方向において重ならない位置にある場合を想定する。
【００８３】
図８に示す場合において、提示力Ｆのｘ軸方向の成分が正でない限り、各伝達部材１２の張力をどのように設定しても、上記数１及び数２によって提示力Ｆを算出することは不可能である。一方、このような状況であっても、ユーザは、指を領域Ｘとｚ軸方向において重なる位置に移動させることはできる。従って、制御部１４は、このような場合において、上記数１及び数２によって、引張力τ１、τ２、τ３を算出できるように、提示力Ｆｒを再設定する。
【００８４】
図８の例では、実際に、引張力τ１、τ２、及びτ３によって引っ張りたい方向は、提示力Ｆと初期力Ｆ０との合力の方向である。しかし、この方向は、各伝達部材１２の合力によって引っ張ることができる方向ではない。このため、制御部１４は、提示力Ｆと初期力Ｆ０との合力に最も近い力を、新たな提示力Ｆｒとして再設定する。
【００８５】
図８の例では、引張力τ１と引張力τ２とで発生させる提示力Ｆｒが、元の提示力Ｆと初期力Ｆ０との合力に近くなる。そこで、制御部１４は、引張力τ１と引張力τ２とを発生させる２本の伝達部材１２によって作られる面に、元の提示力Ｆと初期力Ｆ０との合力を回転射影することで、新しい提示力Ｆｒを再設定する。
【００８６】
具体的には、引張力τ１と引張力τ２とを発生させる２本の伝達部材１２によって作られる面への射影ベクトルＶは、下記の数４によって表すことができる。数４において変数「ａ」は、図８に示すように、回転射影を行なった場合の回転角度ωを最も小さくする位置、即ち、領域Ｘの画面の垂直方向における辺上の位置を割合で表わしている（０＜ａ＜１）。また、Φ１は通し穴１６を基準にしたτ１の方向ベクトルである。Φ２は通し穴１６を基準にしたτ２の方向ベクトルである。Φ１及びΦ２は、上述の数２から求められる。
【００８７】
【数４】
2014119382.tif 000006
【００８８】
従って、制御部１４は、下記数５を用いて、射影ベクトルＶと元の提示力Ｆ及び初期力Ｆ０の合力との内積を、最も小さくする射影ベクトルを算出する。そして、制御部１５は、算出した射影ベクトルを、下記の数６に適用して、新たな提示力Ｆｒを算出する。その後、制御部１５は、新たな提示力Ｆｒを用いて、各伝達部材１２の引張力τ１、τ２、τ３を算出し、これらが発生するように制御データｄを生成し、各駆動部１１に出力する。
【００８９】
【数５】
2014119382.tif 000007
【００９０】
【数６】
2014119382.tif 000008
【００９１】
（実施の形態１における変形例）
変形例１：
上述した例では、伝達部材１２は三本であるが、本実施の形態１では、伝達部材１２の数は特に限定されるものではない。伝達部材１２の数は、情報端末１００を大型化させない範囲で設定されていれば良い。
【００９２】
変形例２：
上述した例では、駆動部１１としてモータが用いられているが、本実施の形態１では、駆動部はモータに限定されない。駆動部１１は、駆動部材を引っ張ることが可能なアクチュエータであれば良く、駆動部１１としては、他に、伸張動作を行なう人工筋肉アクチュエータ、繊維状の形状記憶合金アクチュエータ、などが挙げられる。
【００９３】
また、上述した例では、位置検出部３０として、伝達部材の長さを特定するエンコーダが用いられているが、本実施の形態１では、位置検出部３０は、エンコーダ以外であっても良い。例えば、位置検出部３０としては、情報端末の背面に設置されたカメラを用いることができる。この場合は、装着部材１３の位置が光学的に検出される。また、位置検出部３０として、情報端末の背面に設置された磁気センサを用いることができる。この場合は、磁気を発する材料で装着部材１３を形成することによって、装着部材１３の位置検出が可能となる。
【００９４】
変形例４：
また、上述した例では、図５に示したように、伝達部材１２を引張し始める位置である通し穴１６の位置は、縦方向をｈ、横方向をｗとした直角三角形の頂点位置に設定されているが、本実施の形態１において、通し穴１６の位置は特に限定されるものではない。また、全ての通し穴は、同一平面内に配置されていなくても良い。通し穴１６の位置は、情報端末１００の厚みが許す範囲で適宜設定される。
【００９５】
変形例５：
更に、上述した例では、触力覚提示装置１０は、情報端末１００の内部に組み込まれているが、本実施の形態１は、この例に限定されるものではない。本実施の形態１では、触力覚提示装置１０は、アタッチメントとして、既存の情報端末に後付け可能な装置であっても良い。
【００９６】
変形例６：
また、上述した例では、情報端末１００の背面側を操作空間にして、触力覚が提示されているが、本実施の形態１では、情報端末１００の画面側の空間が操作空間となっていても良い。但し、この場合は、初期力Ｆ０の方向は、ｚ軸において負の方向となる（図６参照）。
【００９７】
変形例７：
また、上述した例では、触力覚提示装置は、タブレット状の情報端末に適用されているが、本実施の形態１は、これに限定されるものではない。例えば、図９に示すように、触力覚提示装置は、ユーザの顔面に装着されるヘッドマウントディスプレイ６０に組み込まれていても良い。
【００９８】
図９は、本発明の実施の形態１における触力覚提示装置を備えたヘットマウントディスプレイの一例を示す図である。図９の例では、ユーザは、ヘッドマウントディスプレイ６０内側の表示パネル（図９において図示せず）に映し出されているコンテンツを見ながら、ヘッドマウントディスプレイ６０の前方で、装着部材１３を装着した指を動かすことで、触った感覚を感じることができる。
【００９９】
変形例８：
図１０は、本発明の実施の形態１における情報端末の他の例を示す斜視図である。図１０の例では、情報端末１００を構成している筐体５１の底面に、伝達部材１２を収容するための溝１７と、装着部材１３を収容するための凹部１８とが形成されている。図１０に示す例とした場合は、ユーザにおいて、情報端末１００の持ち運びが容易なものとなる。
【０１００】
変形例９：
図１１は、本発明の実施の形態１において利用される装着部材の他の例を示す図である。図１１の例では、装着部材１３は、単なるリングではなく、リング状のフレーム１３ａと、その内周に嵌め込まれるボールベアリング１３ｂと、伝達部材１２が連結される連結部１３ｃとを備えている。従って、装着部材１３において、ユーザの指に接触している部分は、伝達部材１２に接続されている部分から独立して回転することができるので、以下の効果が得られることになる。
【０１０１】
例えば、図１の例において、ユーザが、装着部材１３を装着した指で、仮想オブジェク１０３の向かって右の側面を触ろうとした場合を想定する。この場合、ユーザは、指の腹を仮想オブジェクト１０３に接触させようとして、手首を外旋させるが、このとき、指と装着部材１３とが密着していると、手首の外旋によって、装着部材１３は指と共に回転してしまう。これにより、指には、想定していないモーメントが作用してしまい、正確な触力覚を提示することが困難となる。また、指に、伝達部材１２が絡みつく可能性もある。
【０１０２】
しかしながら、図１１に示す装着部材１３を用いれば、装着部材１３において、ユーザの指に接触している部分は、伝達部材１２に接続されている部分から独立して回転することができる。よって、想定していないモーメントが作用したり、指に伝達部材１２が絡みついたり、といった事態が回避される。なお、図１１の例では、ユーザの指に接触している部分を、伝達部材１２に接続されている部分から独立して回転させるために、ボールベアリング１３ｂが用いられているが、本例は、この態様に限定される趣旨ではない。このような作用が得られる部材であれば、限定なく、装着部材１３に導入可能である。
【０１０３】
（適用例）
加えて、上述した例では、触力覚が提示なされるコンテンツの例として、実空間にあるユーザの指と画面に表示される仮想オブジェクトとを連動させる例が示されているが、本実施の形態１において、コンテンツは、これに限定されるものではない。以下に、別のコンテンツ例について説明する。
【０１０４】
図１２は、本実施の形態１を適用可能なコンテンツの一例を説明する図である。図１２の例では、仮想空間内に、仮想的なユーザインタフェースとして、仮想のタッチパネル３１と仮想のキーボード３２とが配置されている。この場合、ユーザは、情報端末の背面側で指を動かすことで、情報端末の背面にある仮想のタッチパネル３１及び仮想のキーボード３２をあたかも操作しているような感触を得ることができる。
【０１０５】
適用例２：
また、本実施の形態１は、コンテンツがナビゲーションである場合にも適用できる。つまり、本実施の形態１における触力覚提示装置をナビゲーション装置に適用することで、ユーザにナビゲーションする方向を触力覚によって提示することができる。
【０１０６】
この場合、ユーザは、進むべき方向が画面に表示される場合よりも、進むべき方向を確実に把握できる。また、この場合において、画面をスクロールする際の画面の動きに連動させ触力覚を提示することで、より実体感をユーザに与えた操作が可能になる。
【０１０７】
適用例３：
また、本実施の形態１における触力覚提示装置は、スクロールする画面の動きに連動した触力覚を提示することで、より実体的な操作感をユーザに提供できる。例えば、画面のスクロールにおいて、これ以上の情報が無くてスクロールができない場合に、表示画面をスクロール方向においてバウンドさせてスクロールできないことを知らせる表示方法が知られている。この表示方法が採用される場合に、表示画面のバウンドに連動して触力覚が提示されるようにすれば、ユーザは、より実体的に、情報を素早く正確に受け取ることが可能になる。
【０１０８】
適用例４：
実施の形態１における触力覚提示装置は、表示されているコンテンツがｗｅｂサイトである場合において、タッチしている指の下にＬｉｎｋボタン等があることを触力覚により提示することができる。この場合、ユーザは、表示情報だけでは得にくい情報を受け取ることができる。更に、触力覚提示装置は、Ｌｉｎｋ先に有害なサイトが含まれる場合は、ユーザがＬｉｎｋボタンを押しにくくなるように、触力覚の提示によって警告を行なうこともできる。
【０１０９】
適用例５：
実施の形態１における触力覚提示装置は、仮想のオブジェクト（仮想物体）との連動に限らず、マスタ・スレーブのロボットアームなどの入力操作の動作反応に利用可能である。例えば、ユーザが画面を見ながらロボットアームを遠隔操作して実物体を操作する場合において、触力覚提示装置は、障害物に接触したことの反応、障害物に接触する前の警告等として、触力覚を提示することができる。この場合、ユーザは、より安全で正確に、ロボットアームを操作することができる。
【０１１０】
適用例６：
実施の形態１における触力覚提示装置は、触地図などの状態把握に利用可能である。つまり、触力覚提示装置は、視覚障がい者における地図把握として利用できる。また、一般ユーザが３Ｄ迷路等において壁及び道順を理解する際に、触力覚提示装置によって、壁及び道に対応する触力覚を提示させれば、ユーザにおける形状及び状態の把握が容易となる。
【０１１１】
適用例７：
実施の形態１における触力覚提示装置は、文字学習における漢字書き順の情報提示に利用可能である。子どもが漢字学習における文字の書く順番理解のため、触力覚提示装置によって、書き順序、とび、はね等が不正確であるときに、正しい入力方向以外の入力に抵抗力を触力覚として提示すれば良い。触力覚提示装置は、文字学習の補助に有用である。
【０１１２】
適用例８：
実施の形態１における触力覚提示装置は、ピアノなどの楽器操作のシミュレーション、手術のシミュレーション、粘土造形のシミュレーションにおいて、フィードバック装置として利用可能である。つまり、触力覚提示装置は、機器使用の事前学習、エンタテイメントのひとつとして、入力に対する機器のフィードバックとして触力覚提示をすることができる。
【０１１３】
適用例９：
実施の形態１における触力覚提示装置は、Ｗｅｂサイト及びテレビといった実店舗以外での商品の購入において、商品の状態認識に利用可能である。実店舗での商品購入と異なり、Ｗｅｂサイト及びテレビでの商品購入においては、商品の実感が問題となる。このため、触力覚提示装置を利用すれば、ユーザは、商品に触った際の触覚情報を得る事が出来るので、より商品を理解したうえで購入を行なうことができる。
【０１１４】
適用例１０：
実施の形態１における触力覚提示装置は、錯視絵の理解などエンタテイメントとして利用可能である。この場合、触力覚提示装置は、視覚情報と一致しない触力覚を提示情報としてユーザに与えることにより、ユーザに違和感を提示する。例えば Maurits CornelisEscher作の螺旋階段が続く錯視絵は、実物としては触ることができないが、触力覚提示装置を用いれば、仮想空間内の物体の感触を提示できるので、ユーザは、錯視絵に触れることもできる。
【０１１５】
適用例１１：
また、実施の形態１における触力覚提示装置は、教育分野においても利用である。ここで、図１３及び図１４を用いて、触力覚提示装置を教育分野に利用する場合について説明する。
【０１１６】
図１３は、情報端末の画面に表示されるコンテンツが梃子の原理を説明するための実験モデルである場合を示している。図１３の例では、仮想空間内に、仮想オブジェクトとして、シーソー８０が配置され、その一端には、重り８２が載置されている。よって、ユーザは、ユーザオブジェクト１０２を操作して、支点８１からの距離を変えながら、シーソー８０の他端を支えれば、支点８１からの距離に応じて指先にかかる力が変化することを感じることができる。このように、図１３の例によれば、生徒であるユーザは、触力覚を感じることによって、梃子の原理を理解することができる。
【０１１７】
図１４は、情報端末の画面に表示されるコンテンツが台風の仕組みを説明するためのモデルである場合を示している。図１４の例では、仮想空間内に、台風のモデル８３が構築されている。よって、ユーザが、ユーザオブジェクト１０２を操作して、台風のモデル８３とユーザオブジェクト１０２とを接触させれば、ユーザの指には、台風の気流を表現する触力覚が提示されることになる。また、このとき、ユーザが、ユーザオブジェクト１０２を台風のモデル８３の中心に近付けていけば、感じる力の大きさは段々と強くなるが、中心では、弱くなってしまう。このように、図１４の例によれば、生徒であるユーザは、触力覚を感じることによって、台風の仕組みを理解することができる。また、この場合、ユーザは、北半球と南半球とで風の向きが反対になることも、簡単に理解することができる。
【０１１８】
［プログラム］
本実施の形態１におけるプログラムは、コンピュータに、図４に示すステップＳ１０３を実行させるプログラムであれば良い。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施の形態１における触力覚提示装置１０と触力覚提示方法とを実現することができる。この場合、コンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）は、制御部１４として機能し、処理を行なう。
【０１１９】
また、触力覚提示装置１０を実現可能なコンピュータは、特に限定されず、上述したマイコンであっても良いし、汎用のパーソナルコンピュータであっても良い。更に、触力覚提示装置１０を実現可能なコンピュータは、携帯電話、スマートフォン、又はタブレット型の情報端末に備えられているコンピュータであっても良い。
【０１２０】
また、本実施の形態１におけるプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された状態で提供されても良いし、インターネット介して送信されても良い。なお、記録媒体の具体例としては、ＣＦ（Compact Flash（登録商標））及びＳＤ（Secure Digital）等の汎用的な半導体記憶デバイス、フレキシブルディスク（Flexible Disk）等の磁気記憶媒体、又はＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）などの光学記憶媒体が挙げられる。
【０１２１】
［実施の形態１における効果］
以上のように、本実施の形態１では、ユーザは、情報端末の前面から画面上のコンテンツを見ながら、背面側の空間で操作のために指を動かすと、コンテンツの内容に応じた触力覚を感じることができる。このため、本実施の形態１によれば、十分に大きな操作範囲が確保でき、二次元的に広いだけでなく、奥行き方向も含めた広い範囲での三次元的な触力覚の提示が可能となる。
【０１２２】
また、本実施の形態１では、触力覚の発生は、ヒトの知覚特性を考慮して行なわれているため、発生した触力覚は、ユーザにとって違和感のないものとなる。更に、伝達部材の長さを確保することで、ユーザは指を大きく動かすことができ、この点からも、触力覚は、ユーザにとって違和感のないものとなる。
【０１２３】
また、伝達部材として紐状の部材を用いた場合は、触力覚提示装置の複雑化を抑制できるので、特に、装置の小型化及び軽量化を促進できる。更に、モータ等を空間的に配置する必要がないので、触力覚提示装置を、携帯型の情報端末に適用することも可能となる。
【０１２４】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における、触力覚提示装置、情報端末、触力覚提示方法、及びプログラムについて、図１５〜図１９を参照しながら説明する。
【０１２５】
最初に、図１５〜図１７を用いて、本実施の形態２における触力覚提示装置及び情報端末の構成を説明する。図１５は、本発明の実施の形態２における情報端末の外観を示す斜視図である。図１６は、本発明の実施の形態２における情報端末の使用例を示す図である。図１７は、本発明の実施の形態２における情報端末の構成を示すブロック図である。
【０１２６】
まず、図１５を用いて、本実施の形態２における情報端末の外観構成について説明する。図１５に示すように、本実施の形態２における情報端末１２０は、実施の形態１において説明した情報端末１００と同様に、タブレット型の情報端末である。但し、本実施の形態２では、実施の形態１と異なり、情報端末１２０は、背面側の空間を撮影可能なデジタルカメラ７０を備えている。
【０１２７】
このため、情報端末１２０では、デジタルカメラ７０によって撮影された実物の画像と、実空間内での動作である指の動きとを連動させることができる。具体的には、図１６に示すように、ユーザが、情報端末１２０の背面のデジタルカメラ７０によって、ユーザ１１０の遠方にある広告７１を撮影したとする。
【０１２８】
この場合、広告７１はユーザの手の届かない位置にあり、ユーザ１１０は、実際には、広告７１に触れることができないが、触力覚提示装置によって指に提示された触力覚により、遠方にある広告７１に触ったことを感じることができる。また、このとき、ユーザが、広告７１に記載のテキストを触ったことが、触力覚によって伝達できるようになっていれば、ユーザは、テキスト情報を確実に選択することができるので、実世界からの情報収集が容易なものとなる。
【０１２９】
また、図１７に示すように、情報端末１２０は、デジタルカメラ７０を備えており、デジタルカメラ７０で撮影された映像は、情報処理部４０へと送られる。そして、情報処理部４０は、実施の形態１と異なり、デジタルカメラ７０で撮影された映像を対象にして、コンテンツ連動処理を実行する。なお、情報端末１２０は、デジタルカメラ７０を備えている点以外については、図３に示した情報端末１００と同様に構成されている。
【０１３０】
このように、本実施の形態２では、実世界のものを取り込むことができ、ユーザは、それに触れることができる。また、本実施の形態２は、図１７に示した遠方のものを対象とする場合に限らず、例えば、危険であるために実際は触れることができない大型の肉食獣等を対象とする場合にも有効である。
【０１３１】
また、本実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、情報端末１２０は、図４に示されたステップＳ１０１〜Ｓ１０４を実行する。更に、本実施の形態２においても、触力覚提示装置を動作させることによって、触力覚提示方法が実施される。
【０１３２】
また、本実施の形態２におけるプログラムも、実施の形態１と同様に、コンピュータに、図４に示すステップＳ１０３を実行させるプログラムであれば良い。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施の形態２における触力覚提示装置と触力覚提示方法とを実現することもできる。この場合、コンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）は、制御部として機能し、処理を行なう。
【０１３３】
［実施の形態２における変形例］
また、本実施の形態２では、デジタルカメラ７０は、情報端末の画面側（前面側）の空間を撮影可能なように設置されていても良い。この場合は、表示装置に表示される仮想空間の状態を、ユーザの動きと連動させることができる。この例について、図１８及び図１９を用いて説明する。
【０１３４】
図１８（ａ）及び図１９（ａ）は、本発明の実施の形態２の変形例における情報端末が表示する画面の一例を示す図であり、図１８（ｂ）及び図１９（ｂ）は、画面とユーザの顔の向きとの関係を示す図である。
【０１３５】
本変形例でも、図１２に示した例と同様に、仮想空間内に、仮想的なユーザインタフェースとして、仮想のタッチパネル３１と仮想のキーボード３２とが配置されている。ユーザは、情報端末の背面側で指を動かすことで、情報端末の背面にある仮想のタッチパネル３１及び仮想のキーボード３２をあたかも操作しているような感触を得ることができる。
【０１３６】
但し、図１８（ａ）及び（ｂ）、図１９（ａ）及び（ｂ）に示すように、本変形例では、情報端末１２０は、画面側のデジタルカメラ７０によって、ユーザの顔の向きを検出している。このため、情報端末１２０は、ユーザが画面を見る方向を変えると、それに合せて、画面に表示されるコンテンツの見え方を変化させることができる。本変形例を採用した場合は、ユーザの視点に合わせて表示を変化させることができるので、仮想空間をより効果的に利用することができる。
【０１３７】
上述した実施の形態の一部又は全部は、以下に記載する（付記１）〜（付記１５）によって表現することができるが、以下の記載に限定されるものではない。
【０１３８】
（付記１）
画面に表示されたコンテンツの内容に応じてユーザに触力覚を提示するための装置であって、
当該装置から、前記ユーザにおける前記触力覚の提示を受ける部分へと伸びて、前記ユーザに引っ張り方向の力を伝達する伝達部材と、
前記引っ張り方向の力を発生させ、それを前記伝達部材に与える駆動部と、
予め、前記駆動部に、設定された大きさの前記引っ張り方向の力を初期力として発生させておき、前記触力覚の提示の際に、提示すべき前記触力覚が前記伝達部材を介して前記ユーザに与えられるように、前記初期力を増加又は減少させる、制御部と、を備えている、
ことを特徴とする触力覚提示装置。
【０１３９】
（付記２）
複数の前記伝達部材と、複数の前記伝達部材それぞれに対応した複数の前記駆動部とが備えられており、
複数の前記伝達部材それぞれは、当該装置の異なる位置から前記ユーザにおける前記触力覚の提示を受ける部分へと伸びる紐状の部材であり、
複数の前記伝達部材それぞれの先端は、前記ユーザにおける前記触力覚の提示を受ける部分に装着される装着部材に固定されており、
複数の前記駆動部は、対応する前記伝達部材を巻き取ることによって、対応する前記伝達部材に、前記引っ張り方向の力を与え、
複数の駆動部それぞれが前記伝達部材に与える前記引っ張り方向の力の合力によって、前記触力覚が提示される、
付記１に記載の触力覚提示装置。
【０１４０】
（付記３）
前記引っ張り方向の力の合力によって、提示すべき前記触力覚を提示できない状況が発生した場合に、前記制御部は、提示すべき前記触力覚を設定し直し、設定し直した触力覚が提示されるように、前記初期力を増加又は減少させる、付記１または２に記載の触力覚提示装置。
【０１４１】
（付記４）
前記紐状の部材が３本以上備えられている、付記２に記載の触力覚提示装置。
【０１４２】
（付記５）
当該触力覚提示装置が、ヘットマウントディスプレイに組み込まれている、付記１〜４のいずれかに記載の触力覚提示装置。
【０１４３】
（付記６）
画面に表示されたコンテンツの内容に応じてユーザに触力覚を提示可能な情報端末であって、
前記画面上に前記コンテンツを表示させる表示装置と、
前記ユーザにおいて前記触力覚の提示を受ける部分の位置を検出する位置検出部と、
検出された位置に対応して前記コンテンツの内容を変化させ、変化した前記コンテンツの内容に基づいて、提示すべき触力覚を算出する情報処理部と、
触力覚提示装置と、を備え、
前記触力覚提示装置は、
当該情報端末から前記ユーザの前記触力覚の提示を受ける部分へと伸びて前記ユーザに引っ張り方向の力を伝達する伝達部材と、
前記引っ張り方向の力を発生させ、それを前記伝達部材に与える駆動部と、
予め、前記駆動部に、設定された大きさの前記引っ張り方向の力を初期力として発生させておき、前記情報処理部によって算出された前記触力覚の提示の際に、算出された前記触力覚が前記伝達部材を介して前記ユーザに与えられるように、前記初期力を増加又は減少させる、制御部と、を備えている、
ことを特徴とする情報端末。
【０１４４】
（付記７）
複数の前記伝達部材と、複数の前記伝達部材それぞれに対応した複数の前記駆動部とが備えられており、
複数の前記伝達部材それぞれは、当該情報端末の異なる位置から前記ユーザにおける前記触力覚の提示を受ける部分へと伸びる紐状の部材であり、
複数の前記伝達部材それぞれの先端は、前記ユーザにおける前記触力覚の提示を受ける部分に装着される装着部材に固定されており、
複数の前記駆動部は、対応する前記伝達部材を巻き取ることによって、対応する前記伝達部材に、前記引っ張り方向の力を与え、
複数の駆動部それぞれが前記伝達部材に与える前記引っ張り方向の力の合力によって、前記触力覚が提示される、
付記６に記載の情報端末。
【０１４５】
（付記８）
前記引っ張り方向の力の合力によって、提示すべき前記触力覚を提示できない状況が発生した場合に、前記制御部は、提示すべき前記触力覚を設定し直し、設定し直した触力覚が提示されるように、前記初期力を増加又は減少させる、付記６または７に記載の情報端末。
【０１４６】
（付記９）
前記紐状の部材が３本以上備えられている、付記７に記載の情報端末。
【０１４７】
（付記１０）
画面に表示されたコンテンツの内容に応じてユーザに触力覚を提示するための方法であって、前記ユーザにおける前記触力覚の提示を受ける部分へと伸びて、前記ユーザに引っ張り方向の力を伝達する伝達部材と、前記引っ張り方向の力を発生させ、それを前記伝達部材に与える駆動部と、を備える装置を用い、
（ａ）予め、前記駆動部に、設定された大きさの前記引っ張り方向の力を初期力として発生させる、ステップと、
（ｂ）前記触力覚の提示の際に、提示すべき前記触力覚が前記伝達部材を介して前記ユーザに与えられるように、前記初期力を増加又は減少させる、ステップと、
を有することを特徴とする触力覚提示方法。
【０１４８】
（付記１１）
前記装置に、複数の前記伝達部材と、複数の前記伝達部材それぞれに対応した複数の前記駆動部とが備えられており、
複数の前記伝達部材それぞれは、当該装置の異なる位置から前記ユーザにおける前記触力覚の提示を受ける部分へと伸びる紐状の部材であり、
複数の前記伝達部材それぞれの先端は、前記ユーザにおける前記触力覚の提示を受ける部分に装着される装着部材に固定されており、
複数の前記駆動部は、対応する前記伝達部材を巻き取ることによって、対応する前記伝達部材に、前記引っ張り方向の力を与え、
複数の駆動部それぞれが前記伝達部材に与える前記引っ張り方向の力の合力によって、前記触力覚が提示される、
付記１０に記載の触力覚提示方法。
【０１４９】
（付記１２）
（ｃ）前記引っ張り方向の力の合力によって、提示すべき前記触力覚を提示できない状況が発生した場合に、提示すべき前記触力覚を設定し直し、設定し直した触力覚が提示されるように、前記初期力を増加又は減少させる、ステップを更に有する、
付記１０または１１に記載の触力覚提示方法。
【０１５０】
（付記１３）
前記紐状の部材が３本以上備えられている、付記１１に記載の触力覚提示方法。
【０１５１】
（付記１４）
画面に表示されたコンテンツの内容に応じてユーザに触力覚を提示するため、
前記ユーザにおける前記触力覚の提示を受ける部分へと伸びて、前記ユーザに引っ張り方向の力を伝達する伝達部材と、前記引っ張り方向の力を発生させ、それを前記伝達部材に与える駆動部と、コンピュータとを備える装置において、
前記コンピュータに、
（ａ）予め、前記駆動部に、設定された大きさの前記引っ張り方向の力を初期力として発生させる、ステップと、
（ｂ）前記触力覚の提示の際に、提示すべき前記触力覚が前記伝達部材を介して前記ユーザに与えられるように、前記初期力を増加又は減少させる、ステップと、
を実行させる、命令を含むプログラムを記録しているコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【０１５２】
（付記１５）
前記装置に、複数の前記伝達部材と、複数の前記伝達部材それぞれに対応した複数の前記駆動部とが備えられており、
複数の前記伝達部材それぞれは、当該装置の異なる位置から前記ユーザにおける前記触力覚の提示を受ける部分へと伸びる紐状の部材であり、
複数の前記伝達部材それぞれの先端は、前記ユーザにおける前記触力覚の提示を受ける部分に装着される装着部材に固定されており、
複数の前記駆動部は、対応する前記伝達部材を巻き取ることによって、対応する前記伝達部材に、前記引っ張り方向の力を与え、
複数の駆動部それぞれが前記伝達部材に与える前記引っ張り方向の力の合力によって、前記触力覚が提示される、
付記１４に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【０１５３】
（付記１６）
前記プログラムが、
（ｃ）前記引っ張り方向の力の合力によって、提示すべき前記触力覚を提示できない状況が発生した場合に、提示すべき前記触力覚を設定し直し、設定し直した触力覚が提示されるように、前記初期力を増加又は減少させる、ステップを更に前記コンピュータに実行させる、命令を更に含んでいる、付記１４または１５に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【０１５４】
（付記１７）
前記紐状の部材が３本以上備えられている、付記１５に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【０１５５】
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ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。
【０１５６】
この出願は、２０１３年１月２９日に出願された日本出願特願２０１３−１４２０６を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
本発明によれば、触力覚の提示において、装置の小型化を図りつつ、広い範囲での三次元的な触力覚の提示が可能となる。本発明は、触力覚の提示が求められる各種分野、例えば、コンピュータインタフェース、各種シミュレーション、ゲーム等に有用である。
【符号の説明】
【０１５８】
１０  触力覚提示装置
１１  駆動部
１２  伝達部材
１３  装着部材
１３ａ  フレーム
１３ｂ  ボールベアリング
１３ｃ  連結部
１４  制御部
１５  プーリ
１６  通し穴
１７  溝
１８  凹部
２０  表示装置
３０  位置検出部
３１  仮想タッチパネル
３２  仮想キーボード
４０  情報処理部
５０  カバー
５１  筐体
６０  ヘッドマウントディスプレイ
７０  カメラ
７１  広告
８０  シーソー
８１  支点
８２  重り
８３  台風のモデル
１００  情報端末（実施の形態１）
１０１  画面
１０２  ユーザオブジェクト
１０３  仮想オブジェクト
１１０  ユーザ
１２０  情報端末（実施の形態２）
ａ  位置検出データ
ｂ  提示データ
ｄ  制御データ 
ｅ  表示データ
【図１】
2014119382.tif 000009
【図２】
2014119382.tif 000010
【図３】
2014119382.tif 000011
【図４】
2014119382.tif 000012
【図５】
2014119382.tif 000013
【図６】
2014119382.tif 000014
【図７】
2014119382.tif 000015
【図８】
2014119382.tif 000016
【図９】
2014119382.tif 000017
【図１０】
2014119382.tif 000018
【図１１】
2014119382.tif 000019
【図１２】
2014119382.tif 000020
【図１３】
2014119382.tif 000021
【図１４】
2014119382.tif 000022
【図１５】
2014119382.tif 000023
【図１６】
2014119382.tif 000024
【図１７】
2014119382.tif 000025
【図１８】
2014119382.tif 000026
【図１９】
2014119382.tif 000027
【図２０】
2014119382.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成27年7月23日(2015.7.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１０】
画面に表示されたコンテンツの内容に応じてユーザに触力覚を提示するため、
前記ユーザにおける前記触力覚の提示を受ける部分へと伸びて、前記ユーザに引っ張り方向の力を伝達する伝達部材と、前記引っ張り方向の力を発生させ、それを前記伝達部材に与える駆動部と、コンピュータとを備える装置において、
前記コンピュータに、
（ａ）予め、前記駆動部に、設定された大きさの前記引っ張り方向の力を初期力として発生させる、ステップと、
（ｂ）前記触力覚の提示の際に、提示すべき前記触力覚が前記伝達部材を介して前記ユーザに与えられるように、前記初期力を増加又は減少させる、ステップと、
を実行させる、命令を含むプログラム。
【国際調査報告】
2014119382.tif 000029
2014119382.tif 000030