(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
利用者に所定の方向を提示する方向提示装置において、
前記利用者の体表面の少なくとも一箇所に触覚刺激を与える刺激提示手段と、
前記利用者に提示すべき方向である提示方向を指示する方向指示手段と、
前記刺激提示手段と接触している体表面の中で、前記方向指示手段が指示した提示方向と空間的位置が対応している刺激対応箇所へ、前記刺激提示手段によって触覚刺激を与え、これにより前記提示方向を前記利用者に知らせる制御手段と、
前記刺激提示手段の位置、または、姿勢よりなる前記刺激提示手段の空間内での配置情報を検出する位置検出手段と、
を有し、
前記刺激提示手段は、前記利用者の体表面を覆う円管状または中空の半球状の部材の内側に角度が異なるように全周にわたって複数配置され、
前記制御手段は、前記位置検出手段が検出した配置情報に基づいて、前記刺激対応箇所を決定し、前記方向指示手段が指示した提示方向と、前記決定した刺激対応箇所の法線方向がほぼ一致するように、前記複数の刺激提示手段の中から一つの刺激提示手段によって前記刺激対応箇所へ触覚刺激を与える、
ことを特徴とする触覚を利用した方向提示装置。
【請求項２】
請求項１記載の方向提示装置が複数あり、
前記複数の方向提示装置の中で一の方向提示装置が、他の方向提示装置の方向を提示するか、
または、前記複数の方向提示装置が互いにその方向を提示する
ことを特徴とする触覚を利用した方向提示システム。
【請求項３】
利用者の体表面を覆う円管状または中空の半球状の部材の内側に角度が異なるように全周にわたって複数配置され、前記利用者の体表面の少なくとも一箇所に触覚刺激を与える刺激提示手段を用いて、前記利用者に所定の方向をコンピュータが提示する方向提示方法であって、
前記コンピュータが、前記利用者に提示すべき方向である提示方向を指示する方向指示ステップと、
前記コンピュータが、前記刺激提示手段と接触している体表面の中で、前記方向指示ステップによって指示した提示方向と空間的位置が対応している刺激対応箇所へ、前記刺激提示手段によって触覚刺激を与え、これにより前記提示方向を前記利用者に知らせる制御ステップと、
前記刺激提示手段の位置、または、姿勢よりなる前記刺激提示手段の空間内での配置情報を検出する位置検出ステップと、
を有し、
前記コンピュータが行う前記制御ステップは、前記位置検出ステップにおいて検出した配置情報に基づいて、前記刺激対応箇所を決定し、前記方向指示ステップが指示した提示方向と、前記決定した刺激対応箇所の法線方向がほぼ一致するように、前記複数の刺激提示手段の中から一つの刺激提示手段によって前記刺激対応箇所へ触覚刺激を与える、
ことを特徴とする触覚を利用した方向提示方法。
【請求項４】
利用者の体表面を覆う円管状または中空の半球状の部材の内側に角度が異なるように全周にわたって複数配置され、前記利用者の体表面の少なくとも一箇所に触覚刺激を与える刺激提示手段を用いて、前記利用者に所定の方向をコンピュータが提示する方向提示方法を実現するプログラムを記録した記録媒体であって、
前記利用者に提示すべき方向である提示方向を指示する方向指示機能と、
前記刺激提示手段と接触している体表面の中で、前記方向指示機能によって指示した提示方向と空間的位置が対応している刺激対応箇所へ、前記刺激提示手段によって触覚刺激を与え、これにより前記提示方向を前記利用者に知らせる制御機能と、
前記刺激提示手段の位置、または、姿勢よりなる前記刺激提示手段の空間内での配置情報を検出する位置検出機能と、
を実現するプログラムを記録し、
前記制御機能において、前記位置検出機能において検出した配置情報に基づいて、前記刺激対応箇所を決定し、前記方向指示機能において指示した提示方向と、前記決定した刺激対応箇所の法線方向がほぼ一致するように、前記複数の刺激提示手段の中から一つの刺激提示手段によって前記刺激対応箇所へ触覚刺激を与える、
ことを特徴とする触覚を利用した方向提示方法を実現するプログラムを記録した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、触覚を用いたヒューマンインタフェース装置及びヒューマンインタフェース方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、計算機技術、ネットワーク技術、及び通信技術などの発展によって、さまざまな場所で、これらの技術を利用した位置情報サービスが利用可能となり、例えば衛星通信による位置検出技術を用いたカーナビゲーションシステムや、船舶や航空機などのナビゲーションシステムや、ユーザが携帯可能な小型ナビゲーションシステムなども普及しつつある。
【０００３】
こういったシステムでは、利用者に対して、正しい進行方向や道順を示したり、あるいは危険物の接近方向を提示したり、緊急時に注意を向けるべき方向を示したり、あるいは目標物の方向を示したりするなど、実空間内の方向や位置を的確に表示する技術が必要である。
【０００４】
その上、上述のような方向の提示技術が必要とされるのが、乗物等移動する環境である場合が多いため、方向や位置を迅速に正確に伝えることが可能な技術が望まれている。
【０００５】
さらに、他の人間が存在する野外や建物内など公共の場で利用される場合も多く、静かに方向や位置を提示することが可能な技術が望まれている。
【０００６】
従来、利用者に対して方向を提示するためには、例えば、CRT(キャラクタディスプレイ)やLCD(液晶ディスプレイ)などといった、視覚情報出力装置の画面上に、例えば、矢印などの方向や位置を表す記号を提示したり、あるいは方向や位置を表す言葉を提示したりする方法がとられている。
【０００７】
また、従来、利用者に対して方向を提示するためには、例えば「右です」といったような方向や位置を表現する音声出力を用いる方法がとられている。
【０００８】
さらに、近年の計算機の処理技術の向上と小型化などを受けて、計算機を体に装着して利用するウエアラブルコンピューティングという形態の機器も出現し始めている。
【０００９】
そのような、ウエアラブルコンピュータにおいては、例えば利用者が頭部に装着するなどして、利用者の目の前に画像情報を提示するHMD(ヘッドマウントディスプレイ)を用いて画像情報を提示する方法などもとられており、そのような頭部装着型の画像ディスプレイ上に、例えば矢印など方向や位置を表す記号を表示したり、あるいは方向や位置を表す文字情報を提示したり、立体画像情報を用いて方向や位置を示す方法などがとられ得る。
【００１０】
あるいは、３次元音場技術を利用して、位置や方向を空間に音像定位させることによって、方向や位置を示す方法も研究されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の従来方式には以下に示す様な問題点があった。
【００１２】
第１に、画面上に方向や位置を表す記号や言葉を表示することによって、利用者に方向や位置を提示する従来の方法では、表示部を用意する必要があるという問題点があった。
【００１３】
第２に、画面上に方向や位置を表す記号や言葉を表示することによって、利用者に方向や位置を提示する従来の方法では、表示部を用意する必要があるため、装置のサイズが大きくなったりするという問題点があった。
【００１４】
第３に、画面上に方向や位置を表す記号や言葉を表示することによって、利用者に方向や位置を提示する従来の方法では、表示部を利用者から見ることの出来る位置に配置する必要があるため、装置の構成部品の物理的配置に制限がかかり、装置の構成部品間の配線に制限がかかるという問題点があった。
【００１５】
第４に、画面上に方向や位置を表す記号や言葉を表示することによって、利用者に方向や位置を提示する従来の方法では、表示部を利用者から見ることの出来る位置に配置する必要があるため、装置の構成部品の物理的配置に制限がかかり、装置の構成部品を自由に配置したりすることが出来ないという問題点があった。
【００１６】
第５に、画面上に方向や位置を表す記号や言葉を表示することによって、利用者に方向や位置を提示する従来の方法では、視覚的な情報を用いて方向や位置を示しているので、利用者が表示部である画面を見る必要があり、利用者の視線を拘束してしまうという問題点があった。
【００１７】
第６に、表示部である画面のサイズが限定されるため、表現可能な方向が制限されて、狭い範囲の方向しか提示できないという問題点があった。
【００１８】
第７に、画面上の記号などの位置と、実世界中で提示したい方向との対応関係が恣意的なものになるため、実際に提示したい方向を、利用者が理解することが難しいという問題点があった。
【００１９】
第８に、実際に提示したい実世界の方向との位置関係に任意性があり、一般的にはその方向は一致していないため、方向を精度良く提示することが出来ないという問題点があった。
【００２０】
第９に、実際に提示したい実世界の方向との位置関係に任意性があり、一般的にはその方向は一致していないため、利用者が提示された方向を精度良く読みとって理解することが難しいという問題点があった。
【００２１】
第１０に、表示部を用意する必要があるため、ウエアラブルコンピュータには適さないという問題点があった。
【００２２】
第１１に、表示を目で見る必要があるため、全盲者や弱視者などといった視覚障害者には使えないという問題点があった。
【００２３】
第１２に、表示部に示される情報が２次元的な表示であるため、３次元的な方向を提示することが難しいという問題点があった。
【００２４】
第１３に、表示部に示される情報が２次元的な表示であるため、利用者が３次元的な方向を読みとることが難しいという問題点があった。
【００２５】
第１４に、ウエアラブルコンピュータにおいて、例えば利用者が頭部に装着するなどして、利用者の目の前に画像情報を提示するHMD(ヘッドマウントディスプレイ)を用いて画像情報を提示する従来の方法では、HMD上に表示する記号などの位置が、利用者の目から見て提示を意図する方向に合わせることが難しく、方向提示の精度が悪いという問題点があった。
【００２６】
第１５に、HMDが利用者の視界を妨げ、例えば周囲の状況がわかり難くなるなどといった問題点があった。
【００２７】
第１６に、HMDで一度に利用者が頭部を動かさずに提示可能な方向は、最大でも利用者の視界の範囲に限定されるため、提示可能は方向の範囲が狭いという問題点があった。
【００２８】
第１７に、例えば方向を表す言葉を使って音声言語によって方向を示す従来の方法では、複雑な方向や微妙な方向を、言葉で表現することが難しいために、細かい方向を示すことが出来ないという問題点があった。
【００２９】
第１８に、音声言語は発話にある程度の時間がかかり、かつ発話内容のほとんどが発話され終えてからでないと内容が理解出来ないため、方向の提示に時間がかかるという問題点があった。
【００３０】
第１９に、音声言語は、早い速度で変化する方向などを表現することがほとんど不可能であるという問題点があった。
【００３１】
第２０に、複数の音声言語を同時に理解することは非常に困難であるため、複数の方向を同時に提示することが不可能であるという問題点があった。
【００３２】
第２１に、音声を含む音信号は利用者の周辺の空間にも伝搬するものであるために、音声を使った提示方法は、利用者以外にとってうるさく、社会的エチケットにも反するという問題点があった。
【００３３】
第２２に、利用環境に騒音がある場合、音声による方法提示は利用者に聞こえ難かったり、あるいは全く聞こえないなどとということが起こるという問題点があった。
【００３４】
第２３に、音声を使う方法では、聴覚障害者が利用できないという問題点があった。
【００３５】
第２４に、音像定位によって方向を示す従来の方法では、人間の聴覚特性のために、精度良く識別可能な方向が、例えば水平な平面内の前方方向などに限定されるため、提示可能な方向が狭いという問題点があった。
【００３６】
第２５に、音像定位によって方向を示す従来の方法では、利用者毎にことなる頭部伝達関数とよばれる音響的なパラメータなどが影響を与えることなどにより、提示した方向を、利用者が認識することは非常に難しいという問題点があった。
【００３７】
第２６に、同様の理由により、精度良く方向を提示することが難しいという問題点があった。
【００３８】
第２７に、複数の音信号を同時に聞きとったり、それぞれの音像定位を認識することは非常に難しいため、複数の方向を同時に提示することが難しいという問題点があった。
【００３９】
第２８に、音信号の内容や音像定位を理解するのにはある程度以上の時間が必要であるため、早い速度で変化する方向を提示することや、読みとることが困難であるという問題点があった。
【００４０】
第２９に、音像定位を使う方法も、聴覚障害者が利用できないという問題点があった。
【００４１】
（発明の目的）
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、次のことを目的としている。
【００４２】
第１に、提示される位置及び方向を、利用者が容易に理解できることを目的とする。
【００４３】
第２に、利用者に提示される情報から、実空間中の方向や位置との対応づけ理解が容易なことを目的とする。
【００４４】
第３に、提示される位置及び方向を、利用者が迅速に読みとることが出来ることを目的とする。
【００４５】
第４に、時間的に早い速度で変化する位置や方向を、利用者が容易に読みとることが出来ることを目的とする。
【００４６】
第５に、上下方向や前方後方などを含む3次元的な方向や位置を高精度に提示可能で、かつ提示された情報を利用者が容易に読みとることが出来ることを目的とする。
【００４７】
第６に、複数の位置や方向を同時に利用者に提示でき、かつ利用者がそれを容易に読みとることが出来ることを目的とする。
【００４８】
第７に、表現可能でかつ利用者が識別可能な方向及び位置の範囲が広いことを目的とする。
【００４９】
第８に、周囲に対して騒音となる音を発生しないことを目的とする。
【００５０】
第９に、周囲環境に騒音などがある状況でも、支障なく利用できることを目的とする。
【００５１】
第１０に、利用者の目を拘束せず、アイフリーに利用可能なことを目的とする。
【００５２】
第１１に、利用者の耳を拘束せず、イヤフリーに利用可能なことを目的とする。
【００５３】
第１２に、利用者の手を拘束せず、ハンズフリーに利用可能なことを目的とする。
【００５４】
第１３に、利用者が視覚的な情報を確認するための視覚情報の表示装置が不要なことを目的とする。
【００５５】
第１４に、利用者が聴覚的な情報を確認するための聴覚情報の表示装置が不要なことを目的とする。
【００５６】
第１５に、利用者が身体に装着して利用する、ウエアラブルコンピュータシステムに適したことを目的とする。
【００５７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、利用者に所定の方向を提示する方向提示装置において、前記利用者の体表面の少なくとも一箇所に触覚刺激を与える刺激提示手段と、前記利用者に提示すべき方向である提示方向を指示する方向指示手段と、前記刺激提示手段と接触している体表面の中で、前記方向指示手段が指示した提示方向と空間的位置が対応している刺激対応箇所へ、前記刺激提示手段によって触覚刺激を与え、これにより前記提示方向を前記利用者に知らせる制御手段と、前記刺激提示手段の位置、または、姿勢よりなる前記刺激提示手段の空間内での配置情報を検出する位置検出手段と、を有し、前記刺激提示手段は、前記利用者の体表面を覆う円管状または中空の半球状の部材の内側に角度が異なるように全周にわたって複数配置され、前記制御手段は、前記位置検出手段が検出した配置情報に基づいて、前記刺激対応箇所を決定し、前記方向指示手段が指示した提示方向と、前記決定した刺激対応箇所の法線方向がほぼ一致するように、前記複数の刺激提示手段の中から一つの刺激提示手段によって前記刺激対応箇所へ触覚刺激を与える、ことを特徴とする触覚を利用した方向提示装置である。
【００５９】
なお、ここで「ほぼ一致」とは、提示できる方向と法線方向が最も近い位置とか、予め定められた範囲内で最も近い位置も含まれる。
【００６６】
本発明について説明する。
【００６７】
例えば、利用者の正面から見て右方向を利用者に提示したい時に、利用者が身体に装着した刺激提示手段によって、刺激提示手段と利用者の接触面の内で、利用者の身体の右側面に対応する身体表面あるいは右側面に近い身体表面に対して、触覚刺激を与えることによって、所望の方向を利用者に提示する。
【００６８】
また、本発明について説明する。
【００６９】
例えば、利用者の正面から見て左３０度の水平面内の方向を利用者に提示したい場合に、利用者がブレスレットのように身体の一部を覆うように刺激提示手段を装着しているとする。
【００７０】
この状態で、刺激提示手段と利用者の接触面の内で、対応する身体表面の法線方向が利用者の正面から見て左３０度の水平面内の方向にほぼ一致あるいは近い身体表面に対して、法線方向と同じ方向に触覚刺激を示すことによって、所望の方向を利用者に提示する。
【００７２】
例えば、利用者の正面から見て左方向を利用者に提示したい時に、円筒状の杖状に構成した刺激提示手段を、利用者が手で握って(包み込んで)把持しているとする。
【００７３】
この状態で、利用者に身体の正面方向からみて、左９０度の方向を提示する際に、利用者が把持している部分の刺激提示手段の表面の内で、利用者の正面からみて左９０度の方向に、その法線方向にほぼ一致あるいは近い部分に対応する(対峙する)利用者の身体表面に対して、その法線方向とは反対方向に触覚刺激を示すことによって、所望の方向を利用者に提示する。
【００７４】
さらに、本発明について説明する。
【００７５】
例えば、磁気センサや加速度センサなどによって、刺激提示手段の空間中の位置、あるいは姿勢などを検知し、その情報を利用して利用者に触覚刺激の提示する位置を決定する。
【００７６】
これにより、利用者が移動したり、利用者が姿勢を変えたり、利用者が身体の一部を動かしたり、利用者が刺激提示手段を動かしたり、あるいは利用者が刺激提示手段の装着状態を変えたりした場合にも、利用者に対して正しく所望の方向を提示する。
【００７７】
請求項２の発明について説明する。
【００７８】
例えば、２人の利用者がそれぞれ一台づつ本装置を所持し、待ち合わせをしようとする時、それぞれの利用者が所持しているそれぞれの本装置の提示する方向によって、それぞれ相手をいる方向を知ることで、効率的に落ち合うことが可能となる。
【００７９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施例に係る触覚を利用した方向提示装置につき説明する。
【００８０】
図１は、本発明の一実施例の本装置の構成例を表しており、本装置が、少なくとも一つ以上の触覚提示部101a〜n、方向入力部102、位置検出部103、制御部104から構成される。
【００８１】
１．触覚提示部
図１において、触覚提示部101a〜nは、制御部104の指示に従って、利用者の身体の体表面に対して、触覚刺激を提示する触覚提示デバイスである。ここで、この触覚刺激を与える身体の体表面の位置を「刺激対応箇所」という。
【００８２】
ａ．実現例
触覚提示部101a〜nには、例えば、藤原著、「人工現実感の展開」（コロナ社、１９９４年刊）の３．１節(触覚ディスプレイなどにも示されている触覚デバイスなどを用いて実現する。
【００８３】
その実現例を説明する。
【００８４】
（１）実現例１
利用者が把持するハンドルやスティック部などに、モータなどによって駆動されるアームやワイアなどによって機械的な力を加えることによって、利用者に触覚刺激を与える様にしている。
【００８５】
（２）実現例２
利用者の指先など皮膚表面に接触する位置に小さなゴム製などの風船を配置する。
【００８６】
そして、機械的なポンプを用いたり、あるいは、ヒータやペルチエ素子などの発熱／吸熱素子などによって風船内部の空気圧を変化させる。また、水素吸蔵合金(MH)に熱を加えたり冷やしたりすることによって水素を放出させたり吸蔵させたすることによって、風船の中の空気圧を変化させる。これにより、風船表面の硬さや形状を変化させ、利用者に触覚刺激を与える。
【００８７】
（３）実現例３
形状記憶合金を用いたアクチュエータを用いて利用者に触覚刺激を与える。
【００８８】
（４）実現例４
利用者の指先など皮膚表面に接触する位置に、ヒータやペルチエ素子などの発熱／吸熱素子などを配置し、熱を加えたり冷やしたりすることによって、利用者に触覚刺激を与える。
【００８９】
（５）実現例５
利用者の指先など皮膚表面に向けて、空気などの流体を当てることによって、利用者に触覚刺激を与える。
【００９０】
（６）実現例６
電気的な刺激を利用者の皮膚表面に対して与えることによって、利用者に触覚刺激を与える。
【００９１】
ｂ．配置例
図２(a)〜(d)は、触覚提示部101a〜nの配置の例を示している。
【００９２】
（１）配置例１
図２(a)は、円周内側配置を表している。
【００９３】
すなわち、薄い円管状の形状をした本装置の内側に、少なくとも一つ以上の触覚提示部を内向きに配置するものである。
【００９４】
この形状を用いて構成した本装置は、次のように利用できる。
【００９５】
第１の例は、ハチマキの様に頭部に装着する。
【００９６】
第２の例は、首輪の様に勁部装着する。
【００９７】
第３の例は、ベルトの様に服部に装着する。
【００９８】
第４の例は、指輪のように手指に装着する。
【００９９】
第５の例は、腕時計のように手首に装着する。
【０１００】
第６の例は、腕章のように上椀部に装着する。
【０１０１】
第７の例は、アンクレットの様に足首に装着する。
【０１０２】
図６は、腕輪状の本装置を腕に付けた状態の断面図を示しており、白矢印が法線方向を示し、実線の矢印が提示方向を示し、ジグザグ状の矢印が触覚刺激方向を示している。
【０１０３】
そして、図６に示すように、この配置例の場合には、後から説明する提示方向と、刺激対応箇所の体表面の法線方向が一致するように、触覚提示部によって刺激対応箇所へ触覚刺激を与える。このように法線方向と一致させることによって、利用者が確実に触覚を刺激を認識できる。
【０１０４】
（２）配置例２
図２(b)は、球面内側配置を表している。
【０１０５】
すなわち、中空の半球裏面の形状をした本装置の内側に、少なくとも一つ以上の触覚提示部を内向きに配置する。
【０１０６】
この形状を用いて構成した本装置は、例えばヘルメットや帽子のように頭部に装着したり、あるいは指サックの様に手指に装着したりして利用することが可能である。
【０１０７】
そして、図６に示すように、この配置例の場合には、後から説明する提示方向と、刺激対応箇所の体表面の法線方向が一致するように、触覚提示部によって刺激対応箇所へ触覚刺激を与える。このように法線方向と一致させることによって、利用者が確実に触覚を刺激を認識できる。
【０１０８】
（３）配置例３
図２(c)は、円筒外側配置を表している。
【０１０９】
すなわち、円筒形状をした本装置の側面の外側に、少なくとも一つ以上の触覚提示部を外向きに配置するものである。
【０１１０】
この形状を用いて構成した本装置は、杖、自動車や自転車のハンドル、舟のオールや舵、または、ジョイスティックなどに組み込んで利用することが可能である。
【０１１１】
図７は、杖状の本装置を、手で掴んだ状態の断面図を示しており、白矢印が法線方向を示し、実線の矢印が提示方向を示し、ジグザグ状の矢印が触覚刺激方向を示している。
【０１１２】
そして、図７に示すように、この配置例の場合には、後から説明する提示方向と、刺激対応箇所の体表面の法線方向とは反対の方向が一致するように、触覚提示部によって刺激対応箇所へ触覚刺激を与える。このように法線方向とは反対の方向とを一致させることによって、利用者が確実に触覚を刺激を認識できる。
【０１１３】
（４）配置例４
図２(d)は、球面外側配置を表している。
【０１１４】
すなわち、球面などボール形状をした本装置の外側に、少なくとも一つ以上の触覚提示部を外向きに配置するものである。
【０１１５】
この形状を用いて構成した本装置は、杖、ハンドル、舟のオールや舵、ジョイスティック、コントロールバーなどに組み込んで利用することが可能である。
【０１１６】
そして、図７に示すように、この配置例の場合には、後から説明する提示方向と、刺激対応箇所の体表面の法線方向とは反対の方向が一致するように、触覚提示部によって刺激対応箇所へ触覚刺激を与える。このように法線方向とは反対の方向とを一致させることによって、利用者が確実に触覚を刺激を認識できる。
【０１１７】
（５）その他の配置例
なお，上記では簡単のため、球や円など幾何学的な単純な形状を例として示したが、図２は触覚提示部101a〜nの配置の例を示しているものであって、触覚提示部101a〜nの配置はここに例を示したものに限定されるものではなく、もっと複雑な形状であっても良い。
【０１１８】
２．方向入力部
図１において、方向入力部102は、本装置に対して利用者に提示すべき方向に関する情報である「提示方向情報」、あるいは、利用者に提示すべき位置に関する情報である「提示位置情報」を含む制御命令を受付け、その内容を制御部104に知らせる。
【０１１９】
以後、提示方向情報及び提示位置情報を、利用者の重心位置を原点とし、利用者の正面方向をX軸正方向、利用者の右方向をY軸正方向、利用者の上方をZ軸正方向とする座標系におけるベクトルとして表現することとする。
【０１２０】
３．位置検出部
図１において、位置検出部103は、制御部104の指示に従って、例えば、磁気センサーや、方位センサや、ジャイロや、光センサや、電波受信機や、GPSや、あるいは機械的なエンコーダなどによって、本装置の空間的位置及び姿勢を検出し、本装置の位置を表す情報である「装置位置情報」と、装置の正面方向を表す「装置姿勢情報」とを、上述の提示方向情報及び提示位置情報と同一の座標系によるベクトルとして表現して出力する。
【０１２１】
４．制御部
図１において、制御部104は、提示方向情報、提示位置情報、装置位置情報、及び、装置姿勢情報の少なくとも一つに基づいて、以下に示す処理手順Ａに従って動作する。
【０１２２】
これによって、触覚提示部101a〜nの動作を制御して利用者に適宜触覚刺激を提示し、所望の方向及び位置に関する情報を利用者に提示する。
【０１２３】
なお、図３は処理手順Ａの流れを示すフローチャートである。
【０１２４】
＜処理手順Ａ＞
・ステップＡ１
方向入力部102から、利用者に提示すべき方向ベクトルＶdを含む提示方向情報Ｄを含む制御命令が入力されたら、ステップＡ４へ進む。
【０１２５】
・ステップＡ２
方向入力部102から、利用者に提示すべき位置を示すベクトルＶｌを含む提示位置情報Ｌを含む制御命令が入力されたら、ステップＡ８へ進む。
【０１２６】
・ステップＡ３
ステップＡ１へ進む。
【０１２７】
・ステップＡ４
位置検出部103に、本装置の姿勢検知を指示する。
【０１２８】
・ステップＡ５
位置検出部103から、本装置の姿勢を示すベクトルＶｐを含む装置姿勢情報Ｐが、制御部104に送られる。
【０１２９】
・ステップＡ６
制御部104で、提示方向情報Ｄ、及び装置姿勢情報Ｐを参照し、
ベクトルＶｘ＝ベクトルＶｄ−ベクトルＶｐ
を計算する。
【０１３０】
・ステップＡ７
ステップＡ１１へ進む。
【０１３１】
・ステップＡ８
位置検出部103に、本装置の姿勢検知と位置検知を指示する。
【０１３２】
・ステップＡ９
位置検出部103から、本装置の姿勢を示すベクトルＶｐを含む装置姿勢情報Ｐと、本装置の位置を示すベクトルＶｑを含む装置位置情報Ｑが、制御部104に送られる。
【０１３３】
・ステップＡ１０
制御部104で、提示位置情報Ｌ、装置姿勢情報Ｐ、及び装置位置情報Ｑを参照し、
ベクトルＶｘ＝ベクトルＶｌ−ベクトルＶｐ−ベクトルＶｑ
を計算する。
【０１３４】
・ステップＡ１１
触覚提示部101a〜nの中から、本装置の正面に対してベクトルＶｘ方向の触覚刺激を利用者に与える触覚提示部101x(a<=x<=n)を探す。
【０１３５】
・ステップＡ１２
触覚提示部101xによって利用者に触覚刺激を与える。
【０１３６】
・ステップＡ１３
ステップＡ１に進む。
【０１３７】
以上が本装置の構成とその機能である。
【０１３８】
５．処理の内容
次に、上述した処理について、図を参照して更に詳しく説明する。
【０１３９】
ここでは、ブレスレット状の形状をした本装置を、利用者が右手首に装着して利用するものとする。
【０１４０】
また、本装置の内側には、接触する利用者の身体に、振動による触覚刺激を触覚提示デバイスを並出あるものとする。
【０１４１】
さらに、本装置は、外部のアプリケーションから制御され、利用者の体の重心位置などからのベクトル表現した位置や方向を、ユーザに対して提示させるために利用されるものとする。
【０１４２】
図４は、本装置の動作状況を説明するための概要図である。
【０１４３】
ａ．定義の内容
次の内容が図４において定義されている。
【０１４４】
（１）Ｕｘ、Ｕｙ、及びＵｚはユーザの重心を原点とし、ユーザの正面をX軸正方向、右方向をY軸正方向、上方向をZ軸正方向とした際の、X軸、及びY軸、及びZ軸を表している。今後、この座標系を、ユーザ座標系と呼ぶこととし、位置及び方向の今後の基準として利用することとする。
【０１４５】
（２）Ｍは本装置であり、Ｕは本装置を利用するユーザであり、Ｈａ及びＨｂは、利用者に提示すべき方向を示しており、Ｏｃは利用者に位置を提示すべき対象物である。
【０１４６】
（３）ベクトルＰは本装置の位置をユーザ座標系で示したものでああり、ベクトルＱは本装置の方向基準である正面位置の向いている方向をユーザ座標系で示したものである。
【０１４７】
（４）ベクトルＤａ、及びＤｂは、それぞれ提示方向Ｈａ及びＨｂをユーザ座標系で示したものである。
【０１４８】
（５）ベクトルＬｃ、対象物Ｏｃの位置をユーザ座標系で示したものである。
【０１４９】
（６）右上の図は本装置と本装置を装着している利用者の腕の拡大図である。ここで、101xa,101xb,及び101xcは、それぞれ、提示方向Ha、及び提示方向Hb、及び対象物Ocを利用者に提示する際に、それぞれ動作する触覚提示デバイスを表している。
【０１５０】
ｂ．時系列で示す処理の内容
(t0)  まず、本装置外部のアプリケーションなどにより、方向Ｈａをユーザに提示することが決定されたとする。
【０１５１】
(t1)  その結果、方向Ｈａを表すベクトルＤａを含む提示方向情報を含む、制御指令が、提示方向入力部102から本装置に対して入力される。
【０１５２】
(t2)  処理手順AのステップA1によって、ステップA4へ進み、制御部104の指示により、本装置の位置検出処理がなされ、ステップA5で、この時点での本装置の姿勢ベクトルＰt2を含む装置姿勢情報が制御部104にもたらされる。
【０１５３】
(t3)  ステップA6によって、Ｖａ＝Ｄａ−Ｐt2が算出される。
【０１５４】
(t4)  ステップA11で、本装置の正面方向から見て、Ｖａ方向に対応する位置にある触覚提示部101xaが選択され、ステップA12で利用者に対して触覚提示部101xaから触覚刺激が提示される。
【０１５５】
以上の処理によって、本装置の姿勢（向き）に関わらず、利用者に対して所望の方向Ｈａが触覚によって提示されることになる。
【０１５６】
続いて、利用者に対して、方向Ｈａとは別の方向である方向Ｈｂを提示することが、本装置外部のアプリケーションで決定されたとする。
【０１５７】
(t5)  その結果、方向Ｈｂを表すベクトルＤｂを含む提示方向情報を含む、制御指令が、提示方向入力部102から本装置に対して入力される。
【０１５８】
(t6)  上述の(t2)〜(t3)と同様の処理によって、Ｖｂ＝Ｄｂ−Ｐt6が算出される。
【０１５９】
(t7)  ステップA11で、本装置の正面方向から見て、Ｖｂ方向に対応する位置にある触覚提示部101xbが選択され、ステップA12で利用者に対して触覚提示部101xbから触覚刺激が提示される。
【０１６０】
以上の処理によって、利用者に対して所望の方向Ｈｂが触覚によって提示されることになる。
【０１６１】
なお、ここで方向を示すベクトルは相対的なものであるため、たとえば利用者が向きを変えたり、あるいは本装置の装着部である右手首を動かすことによって、本装置の空間中での位置や姿勢が変わったりしても、上記と同様の処理によって、正しく所望の方向を提示することが出来る。
【０１６２】
続いて、本装置外部のアプリケーションによって、対象物Ｏｃの位置を利用者に提示することが決定されたとする。
【０１６３】
(t8)  その結果、対象物Ｏｃの位置を表すベクトルＬｃを含む提示位置情報を含む、制御指令が、提示方向入力部102から本装置に対して入力される。
【０１６４】
(t9)  処理手順AのステップA1〜A2によって、ステップA8へ進み、制御部104の指示により、本装置の位置検出処理及び姿勢検出処理がなされ、ステップA9で、この時点での本装置の姿勢ベクトルＰt9を含む装置姿勢情報と、この時点で本装置の位置ベクトルＱt9を含む装置位置情報とが、制御部104にもたらされる。
【０１６５】
(t10)  ステップA10によって、Ｖc＝Ｌｃ−Ｐt9−Ｑt9が算出される。
【０１６６】
(t11)  上述の(t7)と同様の処理によって、ステップA11で、本装置の正面方向から見て、Ｌｃ方向に対応する位置にある触覚提示部101xcが選択され、ステップA12で利用者に対して触覚提示部101xcから触覚刺激が提示される。
【０１６７】
以上の処理によって、所望の位置が触覚によって利用者に提示されることになる。
【０１６８】
なお、上述は、ユーザの向きや、本装置の位置、姿勢などを考慮した処理となっているので、例えば利用者が姿勢や向きを変えたりした場合でも正しく位置を提示することが出来る。
【０１６９】
また、提示対象物の位置や、あるいは提示対象方向を順次更新しながら提示することにより、移動する物体や、方向を、利用者が移動したり姿勢を変えつつある状態でも正しく提示することが出来る。
【０１７０】
さらに、位置や方向は同時に複数提示することも可能である。
【０１７１】
６．実施例の効果
かくしてこのように構成された本装置によれば、次の効果がある。
【０１７２】
第１に、提示される位置及び方向を、利用者が容易に理解できる。
【０１７３】
第２に、提示される情報から、実空間中の方向や位置を、利用者が容易に対応づけ出来る。
【０１７４】
第３に、提示される位置及び方向を、利用者が迅速に読みとることが出来る。
【０１７５】
第４に、時間的に早い速度で変化する位置や方向を、利用者が容易に読みとることが出来る。
【０１７６】
第５に、上下方向や前方後方などを含む3次元的な方向や位置を、利用者が容易に見とることが出来る。
【０１７７】
第６に、複数の位置や方向を同時に、利用者が読みとることが可能となる。
【０１７８】
第７に、表現可能でかつ利用者が識別可能な方向及び位置の範囲を広くすることが可能となる。
【０１７９】
第８に、周囲に対して騒音となる音を発生せずに、方向を提示することが可能となる。
【０１８０】
第９に、周囲環境に騒音などがある状況でも、支障なく方向を提示することが出来る。
【０１８１】
第１０に、利用者が視覚的な情報を確認するための視覚情報の表示装置が不要で、利用者の目を拘束せず、アイフリーに方向や位置を提示することが出来る。
【０１８２】
第１１に、利用者が聴覚的な情報を確認するための聴覚情報の表示装置が不要で、利用者の耳を拘束せず、イヤフリーに方向や位置を提示することが出来る。
【０１８３】
第１２に、利用者の手を拘束せず、ハンズフリーに方向や位置を提示することが出来る。
【０１８４】
第１３に、利用者が身体に装着して利用する、ウエアラブルコンピュータシステムに適した方向及び位置方法を提供することが出来る。
【０１８５】
尚、本装置及び本方法の効果も、上述した例に限定されるものではない。
【０１８６】
７．変更例
（１）変更例１
上述の実施例では、利用者の身体に接触して与える物理的な刺激によって利用者に対して触覚を与えていたが、風や、あるいは電気刺激や、あるいは温度刺激などといった、他の方法を用いて、利用者の身体に接触せず遠隔で刺激を与えても良い。
【０１８７】
（２）変更例２
本装置を一体の機器として実現せず、身体に装着する部分と、制御部とに分けて構成し、その両者を例えば無線通信などによって繋いで動作するようにしても良い。
【０１８８】
（３）変更例３
上述の実施例では、提示したい方向に対応する身体表面を刺激するようにしていたが、提示したい方向に近い身体表面をを刺激するようにしても良い。
【０１８９】
（４）変更例４
利用者が身体を動かし、提示したい方向と触覚提示装置の出力部の方向とが一致した時に刺激を与える様にしても良い。
【０１９０】
（５）変更例５
音信号、３次元音場、画像、記号、３次元CG、音声、言語などと適宜組み合わせて、方向や位置を提示するようにしても良い。
【０１９１】
（６）変更例６
本装置は、触覚を用いるため、体中の何処でも利用が可能であり、多様な実現形態が考えられる。
【０１９２】
例えば、帽子や、ヘルメットや、ヘヤバンドや、襟の形に構成して、例えば頭部や頚部などに、触覚を提示するようにしても良い。
【０１９３】
（７）変更例７
ブレスレットや腕時計の形に構成して、例えば腕などに、触覚を提示するようにしても良い。
【０１９４】
（８）変更例８
指輪の形に構成して、指などに、触覚を提示するようにしても良い。
【０１９５】
（９）変更例９
アンクレットや靴の形に構成して、例えば足などに、触覚を提示するようにしても良い。
【０１９６】
（１０）変更例１０
杖などのように例えば手で握れる形に構成して、例えば手の平などに、触覚を提示するようにしても良い。
【０１９７】
８．応用例
本発明は、多様な応用が可能である。
【０１９８】
（１）応用例１
周辺を監視するセンサーやレーダ装置などと連動させ、操縦士に、ヘルメット型に構成した本装置を用いて、障害物や目標物などの方向や位置を提示するようにすることもできる。
【０１９９】
（２）応用例２
杖の形に構成して、老人や身障者などに対して、障害物や、あるいは目的地などの方向や位置を提示する福祉機器に応用することも出来る。
【０２００】
（３）応用例３
利用者が携帯するナビゲーション装置として、登山ガイドや道案内などに利用することも出来る。
【０２０１】
（４）応用例４
本発明に掛かる装置は、例えばゴムなどの軟らかい素材を用いて実現することによって、利用者の身体により密着する様に構成したり、あるいは利用者の身体の形状変化に追従する様に構成することも可能である。
【０２０２】
（５）応用例５
本発明は、例えば帽子やヘルメットや腕時計や靴などといった既存の道具に組み込んで利用することも可能である。
【０２０３】
（６）応用例６
GＰＳ(衛星利用による位置情報システム)やＰＨＳ(Personal Handy Phone System)などの技術と通信技術を利用することなどによって、例えば相手の位置情報の取得して、例えば子供や老人など他の人物のいる位置や方向を提示する装置などとして利用することも可能である。
【０２０４】
（７）応用例７
上述の実施例では、利用者の体表面に触覚提示することで方向や位置を提示しているが、本装置を例えば口腔内に置くなどしたりする形態で、利用することも可能である。
【０２０５】
（８）応用例８
２人の利用者がそれぞれ一台づつ本装置を所持し、待ち合わせを使用とする時、それぞれの利用者が所持しているそれぞれの本装置の提示する方向によって、それぞれ相手をいる方向を知ることで、効率的に落ち合うことが可能となる。
【０２０６】
９．記録媒体の実現例
上述の実施例では、装置として本発明を実現する場合の例を示したが、上述の具体例の中で示した処理手順、フローチャートをプログラムとして記述し、実装し、汎用の計算機システムで実行することによっても同様の機能と効果を得ることが可能である。
【０２０７】
図５の汎用計算機の内部構成の例に示したように、ＣＰＵ部５０１、メモリ部５０２、大容量記憶装置部５０３、通信インタフェース部５０４からなる汎用計算機に次のものを設ける。
【０２０８】
すなわち、入力インタフェース部５０５ａ〜５０５ｎ、入力デバイス部５０６ａ〜５０６ｎ、出力インタフェース部５０７ａ〜５０７ｍ、出力デバイス部５０８ａ〜５０８ｍを設ける。
【０２０９】
そして、通信インタフェース部５０４を通じて外部アプリケーションから提示位置情報、あるいは提示方向情報を含む制御命令を受信するようにする。
【０２１０】
また、入力インタフェース部５０５及び入力デバイス部５０６を通じて提示位置情報、あるいは提示方向情報を含む制御命令を受け取る用にもできる。
【０２１１】
また、メモリ部５０２や代用両記憶部５０３に格納しＣＰＵ部５０１で動作させるたアプリケーションプログラムから提示位置情報やあるいは提示方向情報を受け取る。
【０２１２】
そして、ＣＰＵ部５０１によるソフトウェア制御により、出力デバイス部５０８ａ〜５０８ｍとして、用意した触覚提示デバイスを等を用いて、上述のごとき動作を実現することが出来る。
【０２１３】
すなわち、上述の実施例に記載した手法は、コンピュータに実行させることの出来るプログラムとして、磁気ディスク（フロッピーディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、半導体メモリなどの記録媒体を用いてコンピュータにプログラムを読み込み、ＣＰＵ部５０１で実行させれば、本発明のマルチモーダルインタフェース装置を実現することが出来ることになる。
【０２１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、利用者が容易に理解でき、実空間中の位置と対応付け容易で、利用者が迅速に方向や位置を読みとることが出来、早い速度で変化する位置や方向も提示可能で、3次元的な方向や位置も提示可能で、複数の位置や方向を同時に提示可能で、提示可能な範囲が広く、提示精度が高く、騒音を発生せず、騒音などがある状況でも支障なく使え、利用者の目や耳や手を拘束せず、ウエアラブルコンピュータシステムにも適応可能で、身障者などにも利用可能(バリアフリー)で、方向及び位置の表示が可能となる等、実用上多大な効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】触覚インタフェース装置の構成例である。
【図２】触覚提示部101a〜nの配置の例である。
【図３】処理手順Ａの流れを示すフローチャートである。
【図４】本装置の動作状況を説明する概要図である。
【図５】汎用計算機の内部構成の例である。
【図６】本装置の配置例の断面図である。
【図７】本装置の他の配置例の断面図である。
【符合の説明】
101a〜n        触覚提示部
102            方向入力部
103            位置検出部
104            制御部
201a〜d        触覚提示デバイス
203a〜d        位置検出デバイス
U              ユーザ
Ux              ユーザ座標x軸ベクトル
Uy              ユーザ座標y軸ベクトル
Uz              ユーザ座標z軸ベクトル
M              本装置
Ha,b            提示対象方向
Oc              提示対象物
P              装置位置ベクトル
Q              装置姿勢ベクトル
Da,b            提示対象方向ベクトル
Lc              提示対象物ベクトル
101xa〜xc       触覚提示デバイス
501            CPU部
502            メモリ部
503            大容量記憶部
504            通信インタフェース部
505a〜n        入力インタフェース部
506a〜n        入力デバイス部
507a〜m        出力インタフェース部
508a〜m        出力デバイス部
【図１】
0004109806.tif 000002
【図２】
0004109806.tif 000003
【図３】
0004109806.tif 000004
【図４】
0004109806.tif 000005
【図５】
0004109806.tif 000006
【図６】
0004109806.tif 000007
【図７】
0004109806.tif 000008