JP 2022-165478 A 2022.11.1(57)【要約】（修正有）【課題】演算処理能力が高いプロセッサを用いることな
く、容器内の液体の動きをシミュレーションし、触覚としてユーザに伝達する携帯機器、プログラム及び方法を提供する。
【解決手段】ユーザが把持する手に接触し、容器と一体的に又は側面に構成された携帯機器１であって、容器内の液体量を模した質量ｍを記憶するメモリと、容器の水
平成分の加速度Ａを検知する加速度センサ１１と、質量ｍ及び加速度Ａを用いて、当該質量ｍが容器底面に作用する水平力である触覚力Ｆを算出するプロセッサ１２と、触覚力Ｆを電気信号Ｓoutに変換する駆動手段と、電気信号に応じた振動力を発生させて、ユーザの手に触覚を伝達するアクチュエータ１４とを有する。プロセッサは、容器が、円筒状側面及び球面状底面を有するグラス形状を有し、球面状底面に対する曲率中心が円筒中心の鉛直線上にある、と模して触覚力Ｆを算出する。
【選択図】図２

(2)JP 2022-165478 A 2022.11.1【特許請求の範囲】【請求項１】
ユーザが把持する手に接触し、容器と一体的に又は側面に構成された携帯機器であって、容器内の液体量を模した質量ｍを記憶するメモリと、容器の水平成分の加速度Ａを検知する加速度センサと、
質量ｍ及び加速度Ａを用いて、当該質量ｍが容器底面に作用する水平力である触覚力Ｆを算出するプロセッサと、
触 覚 力 Ｆ を 電 気 信 号 Ｓ outに 変 換 す る 駆 動 手 段 と 、
電気信号に応じた振動力を発生させて、ユーザの手に触覚を伝達するアクチュエータとを有することを特徴とする携帯機器。
【請求項２】
プロセッサは、容器が、円筒状側面及び球面状底面を有するグラス形状を有し、球面状底面に対する曲率中心が円筒中心の鉛直線上にある、と模して触覚力Ｆを算出することを特徴とする請求項１に記載の携帯機器。
【請求項３】
2プ ロ セ ッ サ は 、 質 量 ｍ (kg)と 、 加 速 度 Ａ (m/s )と 、 当 該 加 速 度 Ａ か ら 所 定 運 動 方 程 式 に
2
よ っ て 得 ら れ る 質 点 Ｍ の 内 部 流 体 加 速 度 ａ (m/s )と 、 当 該 内 部 流 体 加 速 度 ａ か ら 単 位 時 間
で 積 分 し た 質 点 Ｍ の 速 度 ｖ (m/s)と 、 当 該 速 度 ｖ か ら 単 位 時 間 で 積 分 し た 質 点 Ｍ の 距 離 ｘ (m)と を 用 い て 、 触 覚 力 Ｆ (N)を 算 出 す る
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の携帯機器。
【請求項４】
メ モ リ は 、 質 量 比 バ ネ 係 数 ｋ (N/m・ kg)及 び ダ ン パ 係 数 ｃ (N/(m/s))を 更 に 記 憶 し 、プロセッサは、バネ−ダンパ振動系モデルをシミュレーションするべく、以下の所定運動方程式によって触覚力Ｆを算出する
ｋ・ｍ・ｘ＋ｃ・ｖ＋ｍ（ａ−Ａ）＝０
Ｆ＝ｋ・ｍ・ｘ＋ｃ・ｖ
ことを特徴とする請求項３に記載の携帯機器。
【請求項５】
駆 動 手 段 は 、 触 覚 力 Ｆ (N)を 、 以 下 の よ う に 変 換 し た 電 気 信 号 Ｓ out(V)を 、 ア ク チ ュ エータへ出力する
Ｓ out＝ Ｇ ・ ¦Ｆ ¦・ Ｓ w
Ｇ (1/N)： 力 比 利 得 (Gain per force)係 数
Ｓ w(V) ： ホ ワ イ ト ノ イ ズ
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の携帯機器。
【請求項６】
駆動手段は、距離ｘが、容器の円筒中心から内壁までの距離Ｒに達した際に、電気信号
Ｓ impact̲inに 、 運 動 量 ｍ ・ ｖ に 応 じ た 利 得 を 乗 算 し た 電 気 信 号 Ｓ impact̲outを 出 力 す る
Ｓ impact̲out＝ Ｇ impact・ ｍ ・ ¦¦ｖ ¦¦・ Ｓ impact̲inＧ impact(s/N) ： 運 動 量 比 利 得 (Gain per momentum)係 数
Ｓ impact̲in(V)： 衝 突 時 入 力 信 号ことを特徴とする請求項５に記載の携帯機器。
【請求項７】
アクチュエータは、振動を発生するボイスコイル、スピーカ又はピエゾ素子であることを特徴とする請求項６に記載の携帯機器。
【請求項８】
他の携帯機器とネットワークを介して通信可能な通信インタフェースを更に有し、メモリは、通信インタフェースによって他の携帯機器から受信した質量ｍを設定することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の携帯機器。
【請求項９】

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ユーザが把持する手に接触し、容器と一体的に又は側面に構成された携帯機器に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムであって、メモリは、容器内の液体量を模した質量ｍを記憶しており、
加速度センサによって、容器の水平成分の加速度Ａを検知する第１のステップと、
質量ｍ及び加速度Ａを用いて、当該質量ｍが容器底面に作用する水平力である触覚力Ｆを算出する第２のステップと、
触 覚 力 Ｆ を 電 気 信 号 Ｓ outに 変 換 す る 第 ３ の ス テ ッ プ と 、アクチュエータによって、電気信号に応じた振動力を発生させて、ユーザの手に触覚を伝達する第４のステップとしてコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項１０】
ユーザが把持する手に接触し、容器と一体的に又は側面に構成された携帯機器の触覚発生方法であって、携帯機器は、
メモリは、容器内の液体量を模した質量ｍを記憶しており、
加速度センサによって、容器の水平成分の加速度Ａを検知する第１のステップと、
質量ｍ及び加速度Ａを用いて、当該質量ｍが容器底面に作用する水平力である触覚力Ｆを算出する第２のステップと、
触 覚 力 Ｆ を 電 気 信 号 Ｓ outに 変 換 す る 第 ３ の ス テ ッ プ と 、アクチュエータによって、電気信号に応じた振動力を発生させて、ユーザの手に触覚を伝達する第４のステップとを実行することを特徴とする触覚発生方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】【０００１】
本 発 明 は 、 疑 似 的 な 触 覚 (Haptics)を ユ ー ザ に 伝 達 す る デ バ イ ス の 技 術 に 関 す る 。
【背景技術】【０００２】
従来、樽内に封入された流体の動きをシミュレーションする樽型デバイスの技術がある（例えば非特許文献１参照）。この技術によれば、樽内に３自由度の直線移動機構を備え、一定量の重りの位置を３自由度で移動できるようにしたものである。
樽型デバイスには、トラッキングマーカがアタッチされており、樽型デバイスの位置や傾きがトラッキングされる。ゲームエンジン内の樽容器オブジェクトに、トラッキングの検出値が適用され、樽型デバイスの動きがゲームエンジン内で再現される。そして、シミュレートした流体の重心位置に応じて、樽型デバイスの重りの位置を更新される。これによって、樽内の流体の動きがもたらす触覚刺激が、ユーザに提示される。
【０００３】
また、仮想物体の重力や慣性力を、ユーザに触覚的に表現する技術もある（例えば非特許文献２参照）。この技術によれば、複数のモータによってベルトを巻き上げ、指腹にせん断変形や圧迫変形を提示する機構を備える。容器内における物体の動きをシミュレーシ
ョンし、それによって生じる重力や慣性力を推定することによってベルトの巻き上げ量を制御し、ユーザに触覚を提示する。
【先行技術文献】【非特許文献】【０００４】【 非 特 許 文 献 １ 】 Shahabedin Sagheb, etc、 「 A Shifting-Weight Interface of Simulat
ed Hydrodynamics for Haptic Perception of Virtual Fluid Vessels」 、 UIST '19: Pro
ceedings of the 32nd Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technol
ogy, October 2019 Pages 751-761、 [online]、 ［ 令 和 ３ 年 ４ 月 １ 日 検 索 ］ 、 イ ン タ ー ネ

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ッ ト ＜ URL:https://dl.acm.org/doi/10.1145/3332165.3347870＞【非特許文献２】南澤孝太ら、「バーチャルな物体の質量および内部ダイナミクスを提示
す る 装 着 型 触 力 覚 デ ィ ス プ レ イ 」 、 日 本 バ ー チ ャ ル リ ア リ テ ィ 学 会 論 文 誌 (ISSN:1344011
X) vol.13, no.1, pp.15-23, 2008、 [online]、 ［ 令 和 ３ 年 ４ 月 １ 日 検 索 ］ 、 イ ン タ ー ネ
ッ ト ＜ URL:https://ci.nii.ac.jp/naid/110008729079＞【発明の概要】【発明が解決しようとする課題】【０００５】
非特許文献１及び２によれば、容器内の物体の動きについて物理シミュレーションを演算する。このような物理シミュレーションをリアルタイムに実行するためには、演算処理能力が高いプロセッサを要する。しかしながら、演算処理能力が高いプロセッサを、Ｉｏ
Ｔ (Internet Of Things)デ バ イ ス の よ う な 低 廉 な ハ ー ド ウ ェ ア に 搭 載 す る こ と は 難 し い 。
【０００６】
そこで、本発明によれば、演算処理能力が高いプロセッサを用いることなく、容器内の液体の動きをシミュレーションし、触覚としてユーザに伝達することができる携帯機器、
プログラム及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】【０００７】
本発明によれば、ユーザが把持する手に接触し、容器と一体的に又は側面に構成された携帯機器であって、容器内の液体量を模した質量ｍを記憶するメモリと、容器の水平成分の加速度Ａを検知する加速度センサと、
質量ｍ及び加速度Ａを用いて、当該質量ｍが容器底面に作用する水平力である触覚力Ｆを算出するプロセッサと、
触 覚 力 Ｆ を 電 気 信 号 Ｓ outに 変 換 す る 駆 動 手 段 と 、
電気信号に応じた振動力を発生させて、ユーザの手に触覚を伝達するアクチュエータとを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の携帯機器における他の実施形態によれば、プロセッサは、容器が、円筒状側面及び球面状底面を有するグラス形状を有し、球面状底面に対する曲率中心が円筒中心の鉛直線上にある、と模して触覚力Ｆを算出することも好ましい。
【０００９】
本発明の携帯機器における他の実施形態によれば、
2
プ ロ セ ッ サ は 、 質 量 ｍ (kg)と 、 加 速 度 Ａ (m/s )と 、 当 該 加 速 度 Ａ か ら 所 定 運 動 方 程 式 に
2
よ っ て 得 ら れ る 質 点 Ｍ の 内 部 流 体 加 速 度 ａ (m/s )と 、 当 該 内 部 流 体 加 速 度 ａ か ら 単 位 時 間
で 積 分 し た 質 点 Ｍ の 速 度 ｖ (m/s)と 、 当 該 速 度 ｖ か ら 単 位 時 間 で 積 分 し た 質 点 Ｍ の 距 離 ｘ (m)と を 用 い て 、 触 覚 力 Ｆ (N)を 算 出 す る
ことも好ましい。
【００１０】
本発明の携帯機器における他の実施形態によれば、
メ モ リ は 、 質 量 比 バ ネ 係 数 ｋ (N/m・ kg)及 び ダ ン パ 係 数 ｃ (N/(m/s))を 更 に 記 憶 し 、プロセッサは、バネ−ダンパ振動系モデルをシミュレーションするべく、以下の所定運動方程式によって触覚力Ｆを算出する
ｋ・ｍ・ｘ＋ｃ・ｖ＋ｍ（ａ−Ａ）＝０
Ｆ＝ｋ・ｍ・ｘ＋ｃ・ｖ
ことも好ましい。
【００１１】
本発明の携帯機器における他の実施形態によれば、
駆 動 手 段 は 、 触 覚 力 Ｆ (N)を 、 以 下 の よ う に 変 換 し た 電 気 信 号 Ｓ out(V)を 、 ア ク チ ュ エ

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ータへ出力する
Ｓ out＝ Ｇ ・ ¦Ｆ ¦・ Ｓ w
Ｇ (1/N)： 力 比 利 得 (Gain per force)係 数
Ｓ w(V) ： ホ ワ イ ト ノ イ ズ
ことも好ましい。
【００１２】
本発明の携帯機器における他の実施形態によれば、駆動手段は、距離ｘが、容器の円筒中心から内壁までの距離Ｒに達した際に、電気信号
Ｓ impact̲inに 、 運 動 量 ｍ ・ ｖ に 応 じ た 利 得 を 乗 算 し た 電 気 信 号 Ｓ impact̲outを 出 力 す る
Ｓ impact̲out＝ Ｇ impact・ ｍ ・ ¦¦ｖ ¦¦・ Ｓ impact̲inＧ impact(s/N) ： 運 動 量 比 利 得 (Gain per momentum)係 数
Ｓ impact̲in(V)： 衝 突 時 入 力 信 号
ことも好ましい。
【００１３】
本発明の携帯機器における他の実施形態によれば、アクチュエータは、振動を発生するボイスコイル、スピーカ又はピエゾ素子であってもよい。
【００１４】
本発明の携帯機器における他の実施形態によれば、他の携帯機器とネットワークを介して通信可能な通信インタフェースを更に有し、メモリは、通信インタフェースによって他の携帯機器から受信した質量ｍを設定することも好ましい。
【００１５】
本発明によれば、ユーザが把持する手に接触し、容器と一体的に又は側面に構成された携帯機器に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムであって、メモリは、容器内の液体量を模した質量ｍを記憶しており、
加速度センサによって、容器の水平成分の加速度Ａを検知する第１のステップと、
質量ｍ及び加速度Ａを用いて、当該質量ｍが容器底面に作用する水平力である触覚力Ｆを算出する第２のステップと、
触 覚 力 Ｆ を 電 気 信 号 Ｓ outに 変 換 す る 第 ３ の ス テ ッ プ と 、アクチュエータによって、電気信号に応じた振動力を発生させて、ユーザの手に触覚を伝達する第４のステップとしてコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、ユーザが把持する手に接触し、容器と一体的に又は側面に構成された携帯機器の触覚発生方法であって、携帯機器は、
メモリは、容器内の液体量を模した質量ｍを記憶しており、
加速度センサによって、容器の水平成分の加速度Ａを検知する第１のステップと、
質量ｍ及び加速度Ａを用いて、当該質量ｍが容器底面に作用する水平力である触覚力Ｆを算出する第２のステップと、
触 覚 力 Ｆ を 電 気 信 号 Ｓ outに 変 換 す る 第 ３ の ス テ ッ プ と 、アクチュエータによって、電気信号に応じた振動力を発生させて、ユーザの手に触覚を伝達する第４のステップとを実行することを特徴とする。
【発明の効果】【００１７】
本発明の携帯機器、プログラム及び方法によれば、演算処理能力が高いプロセッサを用いることなく、容器内の液体の動きをシミュレーションし、触覚としてユーザに伝達することができる。

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JP 2022-165478 A 2022.11.1【図面の簡単な説明】【００１８】【図１】本発明における携帯機器同士で通信するシステム構成図である。
【図２】本発明における携帯機器の機能構成図である。
【図３】本発明の携帯機器における重力の説明図である。
【図４】本発明の携帯機器における触覚力の説明図である。
【図５】本発明の携帯機器における駆動部からの電気信号の説明図である。
【図６】容器側面に装着された本発明の携帯機器の外観図である。
【発明を実施するための形態】【００１９】
以下では、図面を用いて、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明における携帯機器同士で通信するシステム構成図である。
【００２１】
図１によれば、携帯機器１は、ユーザが把持する手に接触し、容器内の液体の動きを触覚刺激としてユーザに伝達する。携帯機器１としては、液体（流体物）を注入可能なグラスやコップのような容器形状を有する。ユーザは、容器形状の携帯機器１を把持して左右に揺らすことによって、その容器内の液体の動きを自らの手で触覚的に感じることができる。
【００２２】
図１によれば、ユーザａが所持するユーザ端末２と、ユーザｂが所持するユーザ端末との間をネットワークで接続したビデオ会議システムによって、ユーザ同士でオンライン呑み会をしているとする。ユーザａは携帯機器１を把持し、ユーザｂは遠隔機器を把持している。このとき、ユーザａの携帯機器１は、ユーザ端末２に接続することによって、ユー
ザｂの遠隔機器と通信することができる。
【００２３】
例えば対面の呑み会の場合、参加者同士が協調的に動作をする場合がある。具体的には、参加者全員で「乾杯」したり、参加者同士の「お酌」のような行為がなされる。
ここで、遠隔にありながら、例えばユーザｂが、遠隔機器のボトルを、ユーザａの携帯機器１のグラスへお酌するような仕草をすることによって、携帯機器１は、遠隔機器から注入されたと想定される「質量ｍ」を受信することもできる。これによって、ユーザａは、容器形状の携帯機器１に注入されたと想定される質量ｍの液体の動きを、触覚的に感じることができる。このとき、質量ｍの変化に応じて、ユーザが触覚的に感じる量も変化させることもでき、リアルなコミュニケーションを体現することができる。
図１のようなシステムは、オンラインによる遠隔にありながら、容器形状の携帯機器１を把持するユーザに、少しでも高い臨場感のコミュニケーションを体現させることができる。
【００２４】
図２は、本発明における携帯機器の機能構成図である。
【００２５】
図２によれば、携帯機器１は、容器と一体的に構成されており、ユーザが把持する手に接触するものである。
携帯機器１は、メモリ１００と、通信インタフェース１０１と、加速度センサ１１と、プロセッサ１２と、駆動部１３と、アクチュエータ１４とを有する。これら機能デバイス
は、プロセッサを機能させるプログラムとして実行されるものであってもよい。また、これら機能デバイスの処理の流れは、携帯機器の触覚発生方法としても理解できる。
【００２６】［通信インタフェース１０１］
通信インタフェース１０１は、他の携帯機器とネットワークを介して通信する。例えば通 信 イ ン タ フ ェ ー ス １ ０ １ は 、 Bluetooth（ 登 録 商 標 ） 又 は 無 線 Ｌ Ａ Ｎ (Local Area Netwo

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JP 2022-165478 A 2022.11.1rk） に よ っ て 、 ユ ー ザ 端 末 ２ に 接 続 す る も の で あ っ て も よ い 。 ユ ー ザ 端 末 ２ は 、 広 域 ネ ッ
トワークを介して、他のユーザが所持するユーザ端末や遠隔機器と通信することができる。
【００２７】［メモリ１００］
メモリ１００は、容器内の液体量を模した「質量ｍ」を記憶する。
質 量 ｍ (kg)は 、 予 め 固 定 的 に 設 定 さ れ た も の で あ っ て も よ い し 、 通 信 イ ン タ フ ェ ー ス １
０１によって他の携帯機器から受信した値を設定したものであってもよい。質量ｍは、例
えば遠隔のユーザにおける「お酌」の仕草におけるボトル（遠隔機器）の傾きから、お酌された液体量として想定されたものであってもよい。即ち、質量ｍは、インタラクティブに更新されるものである。本発明によれば後述するように、質量ｍに応じて触覚力Ｆが変化し、尤もらしい「お酌された」体感をユーザに伝達することができる。
【００２８】
また、メモリ１００は、後述するバネ−ダンパ振動系モデルの運動モデルとして、「質量比バネ係数ｋ」及び「ダンパ係数ｃ」を更に記憶することも好ましい。ここで、質量比
バネ係数ｋは、質量ｍに応じて設定されるものである。
【００２９】［加速度センサ１１］
2
加 速 度 セ ン サ １ １ は 、 携 帯 機 器 １ に 対 す る 加 速 度 Ａ (m/s )を 、 リ ア ル タ イ ム に 検 知 す る。加速度センサ１１は、一般的なスマートフォンやタブレット端末に搭載されたようなものである。
加速度とは、単位時間当たりの速度の変化である。本発明の加速度センサ１１は、携帯機器の揺れを検出する必要があるために、少なくとも水平成分（ｘ、ｙ軸）の加速度Ａが得られればよい。
Ａ ＝ ［ Ａ x Ａ y］
2
加 速 度 セ ン サ １ １ は 、 検 知 し た 加 速 度 Ａ (m/s )を 、 プ ロ セ ッ サ １ ２ へ 出 力 す る 。
【００３０】［プロセッサ１２］
2
プ ロ セ ッ サ １ ２ は 、 メ モ リ １ ０ ０ の 質 量 ｍ (kg)と 、 加 速 度 セ ン サ １ １ の 加 速 度 Ａ (m/s )とを用いて、当該質量ｍが容器底面に作用する水平力である「触覚力Ｆ」を算出する。触覚力Ｆは、流体が容器底面を押す力における水平方向の分力である。結果的に、触覚力Ｆ
は、携帯機器１の容器内で想定される液体の動きを、携帯機器１を把持するユーザの手に触覚的に感じさせる力、となる。
算出された触覚力Ｆは、駆動部１３へ出力される。
【００３１】
ここで、本発明によれば、触覚力Ｆを物理的にシミュレーションすべき演算量が少ない、 こ と に 特 徴 が あ る 。 こ れ に よ っ て 、 極 め て 低 廉 な マ イ ク ロ コ ン ピ ュ ー タ （ 例 え ば Espres
sif社 ESP32） で あ っ て も 、 十 分 に リ ア ル タ イ ム な 演 算 が 可 能 と な る 。 具 体 的 に は 、 触 覚 力
Ｆ の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン が 、 物 理 モ デ ル の 更 新 頻 度 100Hz以 上 で 且 つ 演 算 頻 度 32kHz以 上 で 可能となる。
そのために、従来、リアルタイムな触覚力Ｆの物理的なシミュレーションに、演算処理能力が高いプロセッサを必要としていたのに対し、本発明によれば、極めて低廉なプロセ
ッサしか必要としない。これによって、一般的なＩｏＴデバイスにも十分に実装可能となる。
【００３２】
図３は、本発明の携帯機器における重力の説明図である。
【００３３】
プロセッサ１２は、携帯機器１が想定する容器が、図３のような液体を注入可能な円筒状側面及び球面状底面を有するグラス形状である、としてシミュレーションする。液体は、容器内で、容器底面に沿って運動する。

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また、球面状底面に対する曲率中心は、円筒中心の鉛直線（ｚ軸）上にあると想定する。曲率中心から、曲率半径ｒの先に底面があると仮定する。
【００３４】
これによって、容器内の液体の動きを、最大２次元の「バネ−ダンパ振動系モデルの運動モデル」として簡易にシミュレーションすることができる。演算量を極めて少なくする
ことによって、低廉なプロセッサ１２でもリアルタイムな触覚力Ｆの演算を可能としている。
曲率中心から質点Ｍへの角度θ
曲 率 中 心 か ら 質 点 Ｍ へ の 長 さ ｒ (m)距 離 ｘ (m)（ ＝ ｒ sinθ ）垂直方向の重力ｍｇ
質 量 比 バ ネ 係 数 ｋ (N/m・ kg)
ダ ン パ 係 数 ｃ (N/(m/s))【００３５】
プロセッサ１２は、バネ−ダンパ振動系モデルをシミュレーションするべく、以下の所
定 運 動 方 程 式 に よ っ て 触 覚 力 Ｆ (N)を 算 出 す る
ｋ・ｍ・ｘ＋ｃ・ｖ＋ｍ（ａ−Ａ）＝０
Ｆ＝ｋ・ｍ・ｘ＋ｃ・ｖ【００３６】
2
こ こ で 、 質 点 Ｍ の （ ｘ 軸 の ） 内 部 流 体 加 速 度 ａ (m/s )は 、 加 速 度 セ ン サ １ １ に よ っ て 検
2
知 さ れ た 加 速 度 Ａ (m/s )（ 水 平 成 分 ） を 所 定 運 動 方 程 式 に 代 入 し 、 質 点 Ｍ の ｘ 軸 の 内 部 流
体加速度ａについて解くことによって算出される。
ま た 、 質 点 Ｍ の ｘ 軸 の 速 度 ｖ (m/s)は 、 質 点 Ｍ の ｘ 軸 の 内 部 流 体 加 速 度 aの 単 位 時 間 の 積分によって得られる。
更 に 、 質 点 Ｍ の ｘ 軸 の 距 離 ｘ (m)は 、 質 点 Ｍ の ｘ 軸 の 速 度 ｖ の 単 位 時 間 の 積 分 に よ っ て得られる。
【００３７】
所定運動方程式の初期状態では、質点Ｍのｘ軸の加速度ａと、ｘ軸の速度ｖと、ｘ軸の距離ｘとは、０となる。ここで、携帯機器１が加速度Ａで動かされたとき、慣性力で質量ｍがその場に留まろうとするために、容器内の座標系から見れば、加速度Ａの逆方向の相対加速度で動いているように見える。結果として、以下のように表される。
Ｆ＝ｋ・ｍ・ｘ＋ｃ・ｖ−ｍ（ａ−Ａ）＝０【００３８】
図４は、本発明の携帯機器における触覚力の説明図である。
【００３９】
図４によれば、質量ｍが、鉛直線から距離ｘの底面位置にあると仮定したとき、触覚力
Ｆは、曲率中心と質量ｍが結ぶ半径ｒと、ｚ軸が作る角度θとから、以下のように表される。
Ｆ ＝ ｍ ｇ cos（ 90° − θ ） cosθ＝ ｍ ｇ ／ ２ ・ sin２ θ
ここで、曲率中心から容器底面までの半径ｒが十分に大きく、且つ、底面の任意の位置に あ っ て ２ θ が 十 分 小 さ い 場 合 、 sin２ θ は 、 ほ ぼ ２ θ と 表 す こ と が で き る 。 そ の 場 合 、
以下のように表すことができる。
Ｆ＝ｍｇ・ｘ／ｒ
このように、ｘ軸方向の運動は、容器底面の中心部からのｘ軸の距離ｘに比例した求心力を伴うバネ機構とみなす、ことができる。また、流体の運動による摩擦減衰を考慮することで、容器底面におけるｘ軸の運動は、バネ−ダンパ振動系モデルとして考えることができる。
【００４０】
勿論、液体が注入された容器の側面は、一般的にグラスやコップのような円周（回転体

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JP 2022-165478 A 2022.11.1）であるために、水平成分であるｘ軸とｙ軸とは同一の物理モデルとして考えることができる。
Ｆ x＝ ｋ ・ ｍ ・ ｘ ＋ ｃ ・ ｖ x
Ｆ y＝ ｋ ・ ｍ ・ ｙ ＋ ｃ ・ ｖ y
Ｆ ＝ ［ Ｆ x Ｆ y］
【００４１】［駆動部１３］駆 動 部 １ ３ は 、 触 覚 力 Ｆ を 電 気 信 号 Ｓ outに 変 換 す る 。 電 気 信 号 Ｓ outと し て は 、 ア ク チ
ュエータ１４が、振動子の場合には電圧値であり、モータの場合には駆動信号であってもよ い 。 そ し て 、 駆 動 部 １ ３ は 、 生 成 し た 電 気 信 号 Ｓ outを 、 ア ク チ ュ エ ー タ １ ４ へ 出 力 する。
【００４２】
図５は、本発明の携帯機器における駆動部からの電気信号の説明図である。
【００４３】
液体の運動は細かい粒子の連続であるため、幅広い周波数帯域を含んだ作用力を生成す
る と 想 定 す る 。 そ の た め に 、 本 発 明 に よ れ ば 、 駆 動 部 １ ３ は 、 ホ ワ イ ト ノ イ ズ Ｓ wを 基 本
信 号 と し 、 容 器 に 作 用 す る 触 覚 力 Ｆ (N)に 応 じ て 、 ホ ワ イ ト ノ イ ズ に ゲ イ ン Ｇ を 乗 算 し た
電 気 信 号 Ｓ out(V)を 、 以 下 の よ う に 生 成 す る 。
Ｓ out＝ Ｇ ・ ¦Ｆ ¦・ Ｓ w
Ｇ (1/N)： 力 比 利 得 (Gain per force)係 数
Ｓ w(V) ： ホ ワ イ ト ノ イ ズ【００４４】
駆動部１３は、アクチュエータ１４が例えばモータのような動的な力を出力する場合、触覚力Ｆに応じて電気信号を生成すればよい。一方で、アクチュエータ１４がボイスコイ
ルのような振動子であれば、振動子と触覚力Ｆの周波数特性とが大きく異なるために、そのまま電気信号として使用しても、所望の触感を提示することができない。その場合、触覚力Ｆに応じた電気信号を、振動子に対応するように変換して出力する。
【００４５】
尚、加速度センサ１１によって検知される加速度Ａが一定の場合（例えばデバイスを静止 さ せ た 場 合 ） 、 ¦Ｆ ¦も 一 定 値 に な る た め に 、 触 覚 力 Ｆ に よ っ て 伝 達 さ れ る 触 覚 も 低 質 化する。例えば静力を提示可能なアクチュエータであれば、コップを傾けて提示させる場合、その重量感のみを提示することができる。一方で、振動子では、振動信号に触覚力Ｆに応じたゲインがかけられているため、容器を動かしていないのに振動を感じる、といった
事 象 が 生 じ る 。 そ の た め に 、 ¦Ｆ ¦に 、 ハ イ パ ス フ ィ ル タ 等 を 使 用 し て 低 域 成 分 を 除 去 す る
ことも好ましい。
【００４６】
質量ｍまでの距離ｘが、容器の円筒中心（鉛直線）から内壁までの距離Ｒに達した際に生じると、容器内壁との衝突により衝突力を持った触感が体感されると想定される。勿論、閾値となる距離Ｒは、容器の大きさによって設定される。ここで、距離Ｒは、携帯機器
１毎に、固定的に設定されるものであってもよいし、ユーザによって設定可能なものであってもよい。
【００４７】
衝突時の触覚は、その衝突の大きさに比例した触覚が体感されると予想される。衝突時に、液体をシミュレーションする質量系の運動量が０になると仮定すると、衝突を表現する 電 気 信 号 Ｓ outに 運 動 量 に 応 じ た ゲ イ ン Ｇ を 乗 算 す る こ と で 、 よ り 真 に 近 い 触 感 が 表 現
さ れ る 。 出 力 さ れ る 電 気 信 号 Ｓ impactは 、 ｘ 軸 及 び ｙ 軸 の 速 度 ｖ を 用 い て 、 以 下 の よ う に表される。
駆動部１３は、距離ｘが、容器の円筒中心から内壁までの距離Ｒに達した際に、電気信号 Ｓ outに 、 運 動 量 ｍ ・ ｖ に 応 じ た 利 得 を 乗 算 し た 電 気 信 号 Ｓ impactを 出 力 す る 。
Ｓ impact̲out＝ Ｇ impact・ ｍ ・ ¦¦ｖ ¦¦・ Ｓ impact̲in

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ｖ ＝ ［ ｖ x ｖ y］
勿論、ｘ軸及びｙ軸の２次元についてのシミュレーションに限られず、ｘ軸のみ又はｙ軸のみの単軸についてのシミュレーションであってもよい。
【００４８】［アクチュエータ１４］
アクチュエータ１４は、電気信号に応じた振動力を発生させて、ユーザの手に触覚を伝達する。
アクチュエータ１４は、一般的なスマートフォンやタブレット端末に搭載されている振動モジュールである。振動を発生するボイスコイル又はスピーカであってもよい。
前述した従来技術としての非特許文献１及び２によれば、モータ等を用いて静的な力を出力可能な機構を必要とする。比較的高い電力消費を伴うために、バッテリの観点からも、例えばスマートフォンのような携帯端末であっても難しい。これに対し、本発明によれば、アクチュエータ１４としてボイスコイルやスピーカを用いるために、電力消費も低くすることができる。
【００４９】
図６は、容器側面に装着された本発明の携帯機器の外観図である。
【００５０】
図６によれば、携帯機器１は、容器と一体的に構成されることなく、容器の側面に構成され、ユーザが把持する手に接触する。これによって、ユーザが日常的に使用するグラス（カップやジョッキ、ボトルなど）であっても、ユーザに液体の動きの触覚を表現することができる。
【００５１】
なお、これにより、例えば無線アクセスネットワークにおける総合的なサービス品質の
向 上 を 実 現 す る こ と が で き る こ と か ら 、 国 連 が 主 導 す る 持 続 可 能 な 開 発 目 標 （ SDGs） の 目
標９「レジリエントなインフラを整備し、持続可能な産業化を推進するとともに、イノベーションの拡大を図る」に貢献することが可能となる。
【００５２】
以上、詳細に説明したように、本発明の携帯機器、プログラム及び方法によれば、演算処理能力が高いプロセッサを用いることなく、容器内の液体の動きをシミュレーションし、触覚としてユーザに伝達することができる。
従来、リアルタイムな触覚力Ｆの物理的なシミュレーションに、演算処理能力が高いプ
ロセッサを必要としていたのに対し、本発明によれば、極めて低廉なプロセッサしか必要としない。これによって、一般的なＩｏＴデバイスにも十分に実装可能となる。
【００５３】
前述した本発明における種々の実施形態によれば、当業者は、本発明の技術思想及び見地の範囲における種々の変更、修正及び省略を容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。
【符号の説明】【００５４】
１ 携帯機器
１００ メモリ
１０１ 通信インタフェース
１１ 加速度センサ
１２ プロセッサ
１３ 駆動部
１４ アクチュエータ
２ ユーザ端末

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【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

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【図５】

【図６】

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