(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デスクプレート上に設けられる少なくとも１つの導電体、当該デスクプレート下に設けられる複数の固定子コア、および前記複数の固定子コアの各々に巻かれる複数の固定子コイルを備えるリニアインダクションモータを用いた力覚提示装置において、
少なくとも進行磁界に関する基準点および当該進行磁界の方向を含む指令情報を出力する指令情報出力手段、および
前記指令情報出力手段からの前記指令情報を受けて、当該指令情報に含まれる前記基準点と、前記複数の固定子コイルのうち、当該基準点を含み前記進行磁界の方向との関係で決定される一定範囲内に属する１または複数の固定子コイルの各々との距離に基づいて、少なくとも当該１または複数の固定子コイルの各々に付与する駆動電圧を制御して、当該１または複数の固定子コイルの各々に流れる交流電流の位相を制御する固定子コイル駆動制御手段を備えることを特徴とする、力覚提示装置。
【請求項２】
前記指令情報は、進行磁界の強度をさらに含み、
前記固定子コイル駆動制御手段は、前記指令情報に含まれる前記強度に基づいて、パルス幅変調方式で印加する前記駆動電圧のパルス幅を制御する、請求項１記載の力覚提示装置。
【請求項３】
前記固定子コイル駆動制御手段は、前記複数の固定子コイルのうち、前記一定範囲外の固定子コイルを駆動しない、請求項１または２記載の力覚提示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は力覚提示装置に関し、特にたとえば、コンピュータインターフェイスとして用いられるディジタルデスクのようなデスクトップ装置を利用した、力覚提示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術の一例が特許文献１に開示される。この特許文献１の仮想デスクトップ装置は、たとえば、互いに直交する２つのリニアインダクションモータ（ＬＩＭ）を有する。ただし、ＬＩＭは一般的な回転誘導モータを切り開いた構造である。具体的には、単一のＬＩＭは、磁束を発生させるコイル群からなる１次側の固定子と、力が生起される２次側の移動子とによって構成される。たとえば、盤面（デスクプレート）上に置かれた導電体の移動子に対して、任意の１次元方向の力を発生されることが可能である。このようなＬＩＭを直交配置させることにより、合成的な２次元方向の力を生起することができる。つまり、従来技術の仮想デスクトップ装置では、１自由度のＬＩＭを２台直交させた構造であるため、Ｘ軸方向のＬＩＭとＹ軸方向のＬＩＭとを駆動すると、図１０（Ａ）およびそのΔｔ秒後の状態を示す図１０（Ｂ）から分かるように、各ＬＩＭの平行波が直交し、重畳された波が形成（生起）される。ただし、いずれか一方のＬＩＭのみを駆動すると、当該一方のＬＩＭの平行波が形成される。たとえば、Ｘ軸方向のＬＩＭのみを駆動した場合には、図１１（Ａ）およびそのΔｔ秒後の状態を示す図１１（Ｂ）から分かるように、Ｘ軸方向に向けて磁界が進行する。つまり、２次元平面上に、１次元（Ｘ軸方向またはＹ軸方向）に進行する磁界が生起される。
【特許文献１】特開２００４−７８４８８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、この従来技術の仮想デスクトップ装置は、２つのＬＩＭを重ねて配置した構造であるため、力を提示するデスクプレートまでの距離が上段と下段とで異なり、各ＬＩＭの性能が等しくならない。このため、各ＬＩＭの駆動制御が面倒である。また、いずれか一方のＬＩＭのみを駆動したとしても、盤面全体に一様な進行磁界が生起するため、磁界内に複数の導電体を置いた場合であっても、同一の方向および大きさの力を提示できるに過ぎなかった。これを回避するため、特許文献１では、各固定子コアに個別に固定子コイルを巻いて、複数の導電体を用いて異なる方向および／または大きさの力を提示する仮想デスクトップ装置を提案しているが、具体的な制御方法は不明である。
【０００４】
それゆえに、この発明の主たる目的は、種類の異なる力を同時に提示できる、力覚提示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、デスクプレート上に設けられる少なくとも１つの導電体、当該デスクプレート下に設けられる複数の固定子コア、および複数の固定子コアの各々に巻かれる複数の固定子コイルを備えるリニアインダクションモータを用いた力覚提示装置において、少なくとも進行磁界に関する基準点および当該進行磁界の方向を含む指令情報を出力する指令情報出力手段、および指令情報出力手段からの指令情報を受けて、当該指令情報に含まれる基準点と、複数の固定子コイルのうち、当該基準点を含み進行磁界の方向との関係で決定される一定範囲内に属する１または複数の固定子コイルの各々との距離に基づいて、少なくとも当該１または複数の固定子コイルの各々に付与する駆動電圧を制御して、当該１または複数の固定子コイルの各々に流れる交流電流の位相を制御する固定子コイル駆動制御手段を備えることを特徴とする、力覚提示装置である。
【０００６】
請求項１の発明では、力覚提示装置は、リニアインダクションモータを備える。このリニアインダクションモータは、デスクプレート上に設けられる少なくとも１つの導電体を２次側とし、デスクプレート下に設けられる複数の固定子コアに個別に固定子コイルを巻いた固定子を１次側とする。指令情報出力手段は、少なくとも進行磁界に関する基準点および当該進行磁界の方向を含む指令情報を出力する。固定子コイル駆動制御手段は、指定情報出力手段から出力された指令情報を受けて、当該指令情報に含まれる基準点と、複数の固定子コイルのうち、当該基準点を含み進行磁界の方向との関係で決定される一定範囲内に属する１または複数の固定子コイルの各々との距離に基づいて、少なくとも当該１または複数の固定子コイルの各々に付与する駆動電圧を制御して、当該１または複数の固定子コイルの各々に流れる交流電流の位相を制御する。たとえば、固定子コイルの有無に拘わらず、基準点に存在すると仮定される固定子コイルに流れる交流電流の位相を基準として、固定子コイル駆動制御手段が制御する固定子コイルに流れる交流電流の基準からの相対的な位相差を算出する。そして、算出された位相差を持つ交流電流を流すための駆動電圧を生成するのである。このとき、印加する駆動電圧のパルス幅変調方式（ＰＷＭ）で制御される。
【０００７】
請求項１の発明によれば、基準点を含み進行磁界の方向との関係で決定される一定範囲内に属する固定子コイルを駆動させるので、デスクプレート上の複数の小領域（局所的）に、進行磁界を発生（生起）させることができる。したがって、各進行磁界により導電体を移動させれば、これを把持したり、触れたりしているユーザに少なくとも場所（位置）の異なる力を提示することができる。このため、利便性の高いインターフェイスとして使用することができる。
【００１１】
請求項２の発明は請求項１に従属し、指令情報は、進行磁界の強度をさらに含み、固定子コイル駆動制御手段は、指令情報に含まれる強度に基づいて、パルス幅変調方式で印加する駆動電圧のパルス幅を制御する。
【００１２】
請求項２の発明では、指令情報を進行磁界の強度をさらに含む。これにより、固定子コイル駆動制御手段は、パルス幅変調方式印加する駆動電圧（ＰＷＭ電圧）のパルス幅を制御する。
【００１３】
請求項２の発明によれば、進行磁界の強度を制御できるので、力の強さもパラメータとして、ユーザに情報を提供することができる。
【００１４】
請求項３の発明は請求項１または２に従属し、固定子コイル駆動制御手段は、複数の固定子コイルのうち、一定範囲外の固定子コイルを駆動しない。
【００１５】
請求項３の発明では、固定子コイル駆動制御手段は、複数の固定子コイルのうち、一定範囲外の固定子コイルを駆動しない。つまり、一定範囲内に存在する固定子コイルのみが駆動される。
【００１６】
請求項３の発明によれば、一定範囲内に存在する固定子コイルのみを制御するので、当該一定範囲のような小領域に進行磁界を生起することができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、局所的に固定子コイルを駆動して、少なくとも異なる場所に進行磁界を生起させることができるので、その進行磁界によって異なる場所に配置された導電体を移動させることができる。したがって、この導電体を把持したり触れたりしているユーザに異なる種類の力を提示することができる。つまり、利便性の高いインターフェイスを提供することができるのである。
【００１８】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
この発明の一実施例である力覚提示装置１０はデスクトップ装置１２を含み、デスクトップ装置１２はデスクプレート１４およびリニアインダクションモータ（以下、「ＬＩＭ」という。）１６を備える。
【００２０】
なお、図面では分かり易く示すために、デスクプレート１４とＬＩＭ１６の１次側（後述する固定子コアと固定子コイルとが設けられる側）との間に隙間があるように表現してあるが、実際には、デスクプレート１４はＬＩＭ１６の１次側の上に載置される。
【００２１】
また、図示は省略するが、デスクプレート１４には、たとえばプロジェクタを用いて、所望の画像（静止画像や動画像）を表示することが可能である。
【００２２】
図２はデスクトップ装置１２の構成を示す図解図である。この図２からも分かるように、デスクプレート１４の下側には、ＬＩＭ１６の１次側が設けられる。デスクプレート１４としては、たとえば、２ｍｍ厚のテフロン（登録商標）板を使用することができる。ＬＩＭ１６は、複数（この実施例では、８１個）の固定子コア１６ａおよびヨーク（継鉄）１６ｂを含み、複数の固定子コア１６ａは、横（Ｘ）方向および縦（Ｙ）方向に等間隔（たとえば、１０ｍｍ）で、所定個数（たとえば、９個）ずつ並んでマトリクス状に配置される。図３に示すように（図２では省略）、各固定子コア１６ａには、固定子コイルＬ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，…，Ｌ７９，Ｌ８０，Ｌ８１）が個別に巻かれている。
【００２３】
なお、この実施例の固定子コイルＬは、櫛形のケイ素鋼板を積層した鉄芯（１０ｍｍ角、１０ｍｍ高）を固定子コア１６ａとして、０．２６ｍｍ径の絶縁導線が１５２０回巻きにされたもの（直流抵抗値は約２８Ω）である。
【００２４】
図１に戻って、力覚提示装置１０はポインティング装置１８を含み、ポインティング装置１８はデスクプレート１４上に載置される。図１では、簡単のため、ポインティング装置１８を１つ設けるように示してあるが、２つ以上設けるようにしてもよい。ポインティング装置１８には、たとえば、円盤状に形成された銅，アルミ或いは真ちゅうのような非磁性体の導電体１８ａが設けられる。導電体１８ａの形状はこれに限定されるべきではなく、四角形（正方形、長方形）の板状に形成するようにしてもよい。この導電体１８ａがＬＩＭ１６の２次側の移動子である。また、ポインティング装置１８には、ユーザの手指に装着或いは手指で把持可能な把持部（以下、「ペン入力部」という。）１８ｂが設けられ、このペン入力部１８ｂは、上述の導電体１８ａに連結される。ただし、把持部１８ｂの形状は、ペン形状に限定される必要はなく、コンピュータマウス形状であってもよい。さらに、ペン入力部１８ｂには、赤外ＬＥＤ１８ｃが設けられる。一例として、赤外ＬＥＤ１８ｃは、導電体１８ａとペン入力部１８ｂとの連結部の近傍に設けられる。ただし、赤外ＬＥＤ１８ｃは、その赤外光を後述する検出装置（この実施例では、検出装置２６）によって検出できる位置であれば、導電体１８ａ或いはペン入力部１８ｂの任意の位置に設けることも可能である。
【００２５】
なお、赤外ＬＥＤ１８ｃを、導電体１８ａとペン入力部１８ｂとの連結部の近傍に設けるようにしてあるのは、導電体１８ａの中心またはほぼ中心をユーザが指示している位置として認識（検出）するようにしてあるためであり、当該連結部が導電体１８ａのほぼ中心に位置するためである。
【００２６】
また、図示は省略するが、ポインティング装置１８は、たとえば、電池（１次電池或いは２次電池）で駆動するものであり、図示しないスイッチをオンすることにより、赤外ＬＥＤ１８ｃが点灯される。
【００２７】
このような構成のポインティング装置１８は、ユーザによってペン入力部１８ｂを把持され、ユーザの操作に従って、デスクプレート１４を移動される。また、上述したＬＩＭ１６が駆動すると、固定子（固定子コア１６ａ，ヨーク１６ｂ，固定子コイルＬ）上（ここでは、デスクプレート１４上）を移動する磁束の波（進行磁界）が発生（生起）される。このため、導電体１８ａが進行磁界に従ってデスクプレート１４上を移動され、これにより、ペン入力部１８ｂを把持したユーザの手指に任意の力をかけることができる。
【００２８】
なお、進行磁界を発生（生起）させる方法については、後で詳細に説明するため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００２９】
また、力覚提示装置１０はコンピュータ２０を含み、コンピュータ２０はＰＣ或いはワークステーションのような汎用のコンピュータである。このコンピュータ２０はホストコンピュータとして機能し、ポインティング装置１８を介してユーザに提示する力の大きさ（進行磁界の強度）および方向、厳密に言うと、後述する基準位相点Ｐおよびそれを中心とする力のベクトル（以下、「指令情報」と言うことがある。）を、ＣＡＮ(Controller Area Network)バスのようなインターフェイス２２を介して複数のコントローラ２４に指示する。
【００３０】
ただし、この実施例では、指令情報としては、基準位相点Ｐを示す座標（説明の便宜上、「第１座標」という。）と、力のベクトルを決定するための座標（説明の便宜上、「第２座標」という。）とを指定するようにしてある。力のベクトルは、第１座標を始点とし、第２座標を終点とするベクトルである。
【００３１】
コントローラ２４は、たとえばマイクロコンピュータで構成され、固定子コイルＬの駆動を制御する。このコントローラ２４は、定電圧（たとえば、１３５Ｖ）のＰＷＭ方式の駆動回路であり、ＰＷＭ電圧を固定子コイルＬに付与する。これにより、当該固定子コイルＬに交流電流が流れる。図示は省略するが、１の固定子コイルＬに対して、１のコントローラ２４が接続される。また、図示は省略するが、コントローラ２４は、ＣＰＵのようなプロセサおよびドライバ（アンプ）を備え、コンピュータ２０から与えられる指示（指令情報）に従って、固定子コイルＬの駆動電圧を生成し、付与する。ただし、後述するように、コントローラ２４は、固定子コイルＬに駆動電流を流すタイミング、駆動電流の大きさ（実効値）および駆動電流の位相を適切に制御するための駆動電圧を生成し、当該固定子コイルＬに付与するのである。
【００３２】
さらに、力覚提示装置１０は検出装置２６を含み、検出装置２６は、上述したように、ポインティング装置１８（赤外ＬＥＤ１８ｃ）の位置を検出するために用いられる。この実施例では、検出装置２６として、ＡＫＡｔｅｃｈ社製の高速ＣＭＯＳカメラ（品番：ｉＭＶＳ−１５５）が用いられる。このように、検出装置として、ＣＭＯＳカメラを用いるのは、一般的なＣＣＤカメラとＰＣとを用いた画像処理では、３０Ｈｚのフレームレートによる処理が限界だからである。これに対して、実施例で使用するＣＭＯＳカメラは、カメラ側にプログラマブルなＤＳＰが搭載され、画素単位で撮像が取得可能である。
【００３３】
ポインティング装置１８（赤外ＬＥＤ１８ｃ）の検出処理は、検出装置２６で行われ、
検出結果すなわち赤外ＬＥで１８ｃの位置情報のみがコンピュータ２０に送信される。これにより、比較的高速な位置追跡が実現可能である。具体的には、図４（Ａ）に示す初期探索処理と図４（Ｂ）に示す光点追跡処理とが実行される。詳細な説明は省略するが、これらのアルゴリズムが上述した検出装置２６のＤＳＰに実装されるのである。ここで、初期探索処理は、光点追跡処理の前段階として、或いは一部の光点を見失った際に適時実行される。具体的には、初期探索処理では、デスクプレート１４の面（盤面）全体を探索領域（たとえば、３２０ｍｍ×３２０ｍｍ）として撮影された２値画像をラスタスキャンすることにより、必要な個数の光点が検出される。検出された光点の座標は、次の光点追跡処理の初期座標として利用される。
【００３４】
光点追跡処理では、図４（Ｂ）に示すように、前時刻（Δｔ前）の座標周辺の小領域（たとえば、２０ｍｍ×２０ｍｍ）のみを撮影し、たとえば、前時刻の座標を中心とする一定範囲のみを撮影し、現時刻の座標を取得する（求める）。これは、光点追跡処理が十分に高速であるとすると、Δｔの時間内では光点（赤外ＬＥＤ１８ｃ）は距離Δｄしか移動しないため、前時刻の座標を中心として高々２Δｄ角超の窓領域について探索処理（スキャン）を実行すればよいことになる。そして、求められた座標は、コンピュータ２０に送信された後、次時刻の窓領域の中心座標として用いられる。ただし、このような光点追跡処理は、各光点（赤外ＬＥＤ１８ｃ）について実行される。
【００３５】
以下、ＬＩＭ１６の制御方法について説明する。図５は、図３に示した固定子コイルＬ（固定子コア１６ａ）の配列を示す図解図である。各固定子コイルＬには、識別情報（ＩＤ番号）が付与される。図５から分かるように、左上隅の固定子コイルＬには、ＩＤ番号として、「００」が割り当てられる。この実施例では、各固定子コイルＬを行列の要素と同様に考えて、各固定子コイルＬにＩＤ番号が割り当てられる。したがって、ＩＤ番号により、固定子コイルＬを認識することが可能である。
【００３６】
また、上述したように、固定子コイルＬは縦方向（Ｙ軸方向）および横方向（Ｘ軸方向）に９個ずつ並んで格子状に配置される。たとえば、隣接する固定子コイルＬ（固定子コア１６ａ）の距離は、便宜的に「１」としてある。ただし、単位はｈである。このように、隣接する固定子コイルＬの距離を「１」と仮定し、この固定子コイルＬ上の平面をＸＹ座標系で考えると、或る基準となる点から各軸方向にｉ，ｊ個離れた固定子コイルＬの座標は、Ｌ＝（ｉ，ｊ）と表記される。たとえば、隣接する固定子コイルＬａ＝（ｉ，ｊ）と固定子コイルＬｂ＝（ｉ＋１，ｊ）の距離‖Ｌｂ−Ｌａ‖は、数１で示される。
【００３７】
なお、或る基準となる点は、後述する基準位相点Ｐであり、固定子コイルＬが配置される座標と一致させる必要はない。
【００３８】
［数１］
‖Ｌｂ−Ｌａ‖＝√｛（ｉ＋１−ｉ）２＋（ｊ−ｊ）２｝＝１
ただし、１自由度のＬＩＭのような平行波（図１１参照）すなわち１次元の方向に進行する磁界を作るためには、隣接する固定子コイルＬに流す交流電流に一定の位相差を持たせる必要がある。そこで、隣接する固定子コイルＬ間に流すべき交流電流の位相差をφ０とすると、位相差φ０がｎ個目毎に０（＝２π）になる場合、数２の関係が成り立つ。
【００３９】
［数２］
φ０＝２π／ｎ
ここで、この実施例では、図６（Ａ）に示すように、ｎ＝６としてあるため、隣接する固定子コイルＬに流れる交流電流の位相差φ０はπ／３である。ただし、図６（Ａ）では、空間的な位相角の関係が示される。したがって、基準位相（図６（Ａ）の円の中心位置の位相）をαとすると、各相の位相と基準位相との関係は数３のように示される。
【００４０】
［数３］
ｕ＝α
ｖ＝α−２π／３
ｗ＝α＋２π／３
ｕ´＝−α
ｖ´＝−α＋２π／３
ｗ´＝−α−２π／３
また、隣接する固定子コイルＬ間の距離は１と仮定してあるので、距離ｄ離れた固定子コイルＬ間の位相差はｄφ０となる。したがって、各固定子コイルＬ間の位相差φは、進行軸へ投影した座標系での距離を求めればよいことが分かる。
【００４１】
すなわち、図６（Ｂ）に示すように、基準となる位相を持つ点（以下、「基準位相点」という。）Ｐを考慮すると、当該基準位相点Ｐと固定子コイルＬｃ（説明の便宜上、図６（Ｂ）においては「Ｃ」と表記する。）の位置（任意の座標）との位相差φＣＰは、磁界の進行方向（力の方向）を示す軸と、固定子コイルＬｃの位置と基準位相点Ｐとを結ぶ直線ＣＰとがなす角をθとおくと、数４に従って求められる。
【００４２】
［数４］
φＣＰ＝‖Ｃ−Ｐ‖×φ０×ｃｏｓθ
各固定子コイルＬには、基準位相点Ｐに与えるべき交流電流と同じ周波数であり、かつ数４に従って算出した位相差φＣＰを保つ交流電流が与えられ、進行磁界が生起される。したがって、図１に示した導電体１８ａが進行磁界に従う方向に移動され、これを把持するユーザに力が与えられる。
【００４３】
なお、基準位相点Ｐはコンピュータ２０から指示されるが、この基準位相点Ｐはコンピュータ２０によって実行されるアプリケーション等によって適宜決定される。たとえば、ユーザが指示している位置或いはその近傍にアイコンやボタンのような画像を表示し、その画像を触っているような感触を与えたい場合には、当該位置或いはその近傍をたとえば基準位相点Ｐに決定することができる。かかる場合には、感触の与え方により、力の方向（磁界の進行方向）は任意に決定される。また、たとえば、そのような画像を指示させたくない場合には、当該画像から斥力が働くように、当該画像の中心ないしその近傍を基準位相点Ｐに決定し、力の方向は当該基準位相点Ｐからユーザの指示位置（ポインティング装置１８）に向かう方向に決定すればよい。ただし、これらは単なる例示であり、基準位相点Ｐはコンピュータ２０が決定したり、コンピュータ２０のオペレータが決定（指定）したりすることができる。このように基準位相点Ｐを決定するために、ユーザの指示位置すなわちポインティング装置１８（赤外ＬＥＤ１８ｃ）の位置情報を検出するようにしてある。
【００４４】
ここで、この実施例のＬＩＭ１６では、固定子コイルＬの各々にコントローラ２４が接続され、別個独立に駆動される。したがって、複数の小領域毎（局所的）に進行磁界を席されるためには、各小領域毎に基準位相点Ｐを定義し、各固定子コイルＬが基準位相点Ｐからの距離に基づいて、どの小領域に属するかを決定する。この小領域は、後述する数６で定義される条件（一定範囲）である。
【００４５】
たとえば、任意の座標に在るｋ番目の基準位相点Ｐｋから進行方向の前後に半周期分、幅方向に距離２ｈの領域に在る固定子コイルＬの組で進行磁界を生起すると定義して、任意の座標に配置される固定子コイルＬの位置（座標）を数５で表わすと、数６で示す条件を満たす固定子コイルＬが駆動すべき固定子コイルＬとなる。
【００４６】
［数５］
Ｃ＝｛（ｘ，ｙ）｜ｘ∈Ｍ，ｙ∈Ｎ｝
［数６］
ｄ＝‖Ｃ−Ｐｉ‖
｜ｄｃｏｓθ｜≦３φ０
｜ｄｓｉｎθ｜≦ｈ
たとえば、コンピュータ２０からは、基準位相点Ｐおよびそれを中心とする力のベクトルすなわち指令情報を、インターフェイス２０を介して各コントローラ２４に与える。各コントローラ２４では、自身が駆動制御する固定子コイルＬの座標（ＩＤ番号）を把握しており、コンピュータ２０から送信された指令情報に基づいて、当該固定子コイルＬを駆動すべきか否かを判断する。つまり、基準位相点Ｐを中心とする一定範囲に属するか否かを、数６の条件を満たすか否かで判断するのである。数６の条件を満たす場合には、コントローラ２４は、固定子コイルＬを駆動すると判断して、駆動電流の実効値および位相を制御すべく、アンプに与えるべきパルス電圧（ＰＷＭ電圧）を算出（生成）し、アンプに与える。一方、数６の条件を満たさない場合には、コントローラ２４は固定子コイルＬを駆動しない。
【００４７】
ただし、一定範囲（条件）を満たすか否かの判断は、数６の式で実行される必要はなく、数７に示すような円の式を用いて実行することもできる。
【００４８】
［数７］
ｄ＝√（Ｐｉ−Ｃ）２
ｄ＞３φ０  …一定範囲外（条件を満たさない）
ｄ≦３φ０  …一定範囲内（条件を満たす）
ここで、図７（Ａ）に示すように、固定子コイルＬを駆動したときに流れる交流電流の基準波形（１周期分の正弦波）は、予め決定されている。この基準波形を所望の位相で再現するように、固定子コイルＬは駆動される。ただし、厳密には、図７（Ｂ）に示すようなＰＷＭ電圧が固定子コイルＬに与えられる。このため、図示は省略するが、たとえば、各コントローラ２４のメモリには、アンプから出力されるＰＷＭ電圧が周期に対応して記憶される。また、図７（Ａ）からも分かるように、この実施例では、１周期（２πｒａｄ（ラジアン））は、０〜２５５の数値（１バイトの数値データ）で表わされる。また、図示は省略するが、コントローラ２４に設けられるアンプの出力は、０〜１００％で表わされ、この出力も０〜２５５の数値（１バイトの数値データ）で表わされる。このアンプの出力は、固定子コイルＬを流れる交流電流の実効値に対応する。また、アンプの出力に応じて、ＰＷＭ電圧のパルス幅が変化される。この実施例では、図７（Ｂ）に示す基準となるＰＷＭ電圧のパルス幅を５０%（１２７）に設定し、アンプの出力に合わせてパルス幅を変化させるようにしてある。
【００４９】
ただし、この実施例では、コンピュータ２０からの指令情報は、４０Ｈｚの周期（２５ｍｓｅｃ）で送られてくるが、各コントローラ２４の動作周波数は３０Ｈｚ（３３ｍｓｅｃ＝１波長分の時間）である。したがって、図７（Ｃ）に示すように、コンピュータ２０からの指令情報に従って、コントローラ２４は、固定子コイルＬの駆動電流（駆動電圧）の位相（ｒａｄ）および出力（％）を算出すると、２５ｍｓｅｃ（０．７５波長）分の駆動電流を流すように、ＰＷＭ電圧を固定子コイルＬに与える。ただし、ＰＷＭ電圧は、算出された位相（ｒａｄ）に対応する位置（波形再生開始位置）から付与を開始される。たとえば、位相が「３４」であり、出力が「２５５」である場合には、図７（Ｄ）に示すように、位相「３４」で示される波形再生開始位置から０．７５波長分のＰＷＭ電圧が固定子コイルＬに付与される。
【００５０】
図８は、コントローラ２４が固定子コイルＬを制御する場合に、当該固定子コイルＬに流れる交流電流の波形および当該固定子コイルＬに与えられるＰＷＭ電圧の波形を示す図解図である。ただし、コントローラ２４は、インターフェイス２２（ＣＡＮバス）を介して一定時間（４０Ｈｚ＝２５ｍｓｅｃ）毎に指令情報（力の発生コマンド）を受信する。たとえば、コントローラ２４は、一定時間毎に送信される指令情報を受信し、当該指令情報に基づいて、位相および出力を算出する。位相および出力の算出方法は、上述したとおりである。位相および出力を算出すると、ＰＷＭ電圧のパルス幅を出力に応じて調整（設定）し、算出した位相が示す波形再生開始位置から一定時間（２５ｍｓｅｃ）分のＰＷＭ電圧を、図８に示すように、次の指令情報の読み出しタイミングで、固定子コイルＬに付与する。したがって、図８における左から２番目の指令情報を受信するタイミングで、図８において最初（１番目）の指令情報に基づくＰＷＭ電圧（位相３４，出力５０％）が与えられる。また、図８における左から３番目の指令情報を受信するタイミングで、図８における左から２番目の指令情報に基づくＰＷＭ電圧（位相６７，出力１００％）が与えられる。さらに、図８における左から４番目の指令情報を受信するタイミングで、図８における左から３番目の指令情報に基づくＰＷＭ電圧（位相１７２，出力８０％）が固定子コイルＬに与えられる。
【００５１】
なお、図８に示す波形は、対応するＰＷＭ電圧を固定子コイルＬに付与した場合に、当該固定子コイルＬを流れる電流の理想的な波形であり、実際には、アンプの特性等により多少変化すると考えられる。
【００５２】
このような構成の力覚提示装置１０は、図９に示すようなシステム１００に適用することができる。このシステム１００は、たとえば、本件出願人が先に出願し、既に出願公開された特開２００５−１４１３３１号公報に開示されているデスクトップシステムとＬＩＭ１６の構成および駆動方法が異なる以外はほぼ同じである。ただし、検出装置２６は、上述したように、ＣＭＯＳカメラが用いられる。また、このシステム１００では、２台のコンピュータを設けられるが、第１コンピュータ２０が上述の実施例で示したコンピュータ２０である。このようなシステム１００を構成することにより、従来のデスクトップシステムでは、デスクプレート１４上に複数の異なる進行磁界を発生させることができる。つまり、異なる場所で異なる方向に異なる大きさの力を提示することができる。ただし、異なる場所で、同じ方向または／および同じ大きさの力を提示することができるのは言うまでもない。
【００５３】
この実施例によれば、固定子コアの各々に固定子コイルを巻き、基準となる点を中心とする一定領域に１次元の進行磁界を生起させ、複数の導電体を移動させることができるので、方向、大きさ、場所の少なくとも１つが異なる力を同時に提示することができる。つまり、種類の異なる力を提示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】この発明の力覚提示装置の構成の一例を示す図解図である。
【図２】図１に示すデスクトップ装置の構成の一例を示す図解図である。
【図３】図２に示すリニアモータの固定子コアに固定子コイルが巻かれた状態を示す図解図である。
【図４】図１に示すＣＭＯＳカメラを用いた位置検出を説明するための図解図である。
【図５】図２に示すリニアモータの固定子コイル（固定子コア）の配列および配置ピッチを示す図解図である。
【図６】図１に示すデスクプレート（固定子コア）上に生起される磁界と位相角との関係を示す図解図である。
【図７】図１に示すコントローラが固定子コイルに付与するＰＷＭ電圧の生成方法を説明する図解図である。
【図８】図１に示すコントローラがコンピュータからの指令情報に従って一定時間毎に、ＰＷＭ電圧を生成し、固定子コイルに付与する様子を示すタイミングチャートの一例である。
【図９】図１に示す力覚提示装置を利用した仮想デスクトップシステムの一例を示す図解図である。
【図１０】従来のデスクトップ装置に含まれるＸ軸方向およびＹ軸方向のリニアモータを駆動した場合に、デスクプレート上に生起される磁界の時間変化を示す図解図である。
【図１１】従来のデスクトップ装置に含まれるＸ軸方向またはＹ軸方向のリニアモータを駆動した場合に、デスクプレート上に生起される磁界の時間変化を示す図解図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０  …力覚提示装置
１２  …デスクトップ装置
１４  …デスクプレート
１６  …リニアモータ
１８  …ポインティング装置
２０  …コンピュータ
２２  …インターフェイス（ＣＡＮバス）
２４  …コントローラ
２６  …検出装置（ＣＭＯＳカメラ）
【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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【図１０】
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【図１１】
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