JP2003337653A - 触覚・力覚提示装置および触覚・力覚提示システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】指の位置を精度良くかつ確実に求めることがで
き、仮想空間画像に応じて、指に対して触覚や力覚を提
示することができる触覚・力覚提示装置および触覚・力
覚提示システムを提供する。 【解決手段】リアルグローブは、仮想空間に現れている
物体に接触した指の感覚（例えば、質感、形状、強さ等
の接触強度の分布）を発生させるための触覚発生部と、
仮想空間に現れている物体に接触したときに手や指にか
かる力の強さの感覚を発生させるための力覚発生部と、
手や指の所定の部位の位置および姿勢を検出する複数の
位置姿勢検出部２３と、制御部と、信号処理部と、信号
送受信部とを有している。各位置姿勢検出部２３には、
それぞれ、直交コイル式の位置センサが用いられる。

Description

【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・力覚提示装
置および触覚・力覚提示システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】特開平６−２８２３７１号には、本等の
仮想空間画像が表示され、ユーザ（使用者）が、表示さ
れた仮想の本のページをめくる動作をすると、その動作
に応じて、前記本のページがめくれるように構成された
仮想空間デスクトップ装置が開示されている。

【０００３】この仮想空間デスクトップ装置では、指の
位置の検出に光ファイバが用いられており、その光ファ
イバの光量から、指の関節の曲がり具合を検出し、その
曲がり具合から間接的に指の位置を検出するようになっ
ている。

【０００４】しかしながら、前記従来の装置では、光フ
ァイバにより検出された指の関節の曲がり具合から間接
的に指の位置を求めるので、検出された指の位置の精度
が低いという欠点がある。

【０００５】また、前記従来の装置では、ユーザは、手
や指で、本の用紙の質感や、用紙の例えばエッジに接触
したときの感触などを感じることができず、また、手や
指で本を握ったときの反力などを感じることができない
ため、違和感を感じる。

【０００６】また、本のページめくりの際は、指の感触
により本の用紙のエッジを認識し、その用紙（ページ）
を指で挟んで持ち上げるようにしてページをめくるのが
自然の動作であるが、前記従来の装置では本に対して手
や指による感触が得られないので、本のページをめくる
動作の度に、本の用紙のエッジに注目して、そのエッジ
に指を移動させる動作などが必要となり、前記本のペー
ジめくりに手間と時間がかかる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、指の
位置を精度良くかつ確実に求めることができ、仮想空間
画像に応じて、指に対して触覚や力覚を提示することが
できる触覚・力覚提示装置および触覚・力覚提示システ
ムを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（４３）の本発明により達成される。

【０００９】（１） 少なくとも指に装着する装着手段
と、指の位置を検出する位置検出手段と、指に与える触
覚を発生する触覚発生手段とを有し、前記位置検出手段
により指の位置を検出し、前記位置検出手段からの情報
に基づいて指の位置を求め、前記求めた指の位置情報
と、仮想空間画像の対象物の位置情報とに基づいて、指
に対して触覚を提示するよう構成されていることを特徴
とする触覚・力覚提示装置。

【００１０】（２） 前記位置検出手段は、中心軸が互
いに略直交する第１のコイル、第２のコイルおよび第３
のコイルを有する上記（１）に記載の触覚・力覚提示装
置。

【００１１】（３） 少なくとも指に装着する装着手段
と、指の位置を検出する位置検出手段と、指に与える触
覚を発生する触覚発生手段と、周囲を撮像する撮像手段
と、前記撮像手段によって撮像された画像に指に対応す
る部分が含まれているか否かを判別する判別手段とを有
し、前記撮像手段により周囲を撮像し、前記撮像手段に
よって撮像された画像に指に対応する部分が含まれてい
る場合には、前記撮像手段からの画像データに基づいて
指の位置を求め、前記撮像手段によって撮像された画像
に指に対応する部分が含まれていない場合には、前記位
置検出手段により指の位置を検出し、前記位置検出手段
からの情報に基づいて指の位置を求め、前記求めた指の
位置情報と、仮想空間画像の対象物の位置情報とに基づ
いて、指に対して触覚を提示するよう構成されているこ
とを特徴とする触覚・力覚提示装置。

【００１２】（４） 前記撮像手段を複数有し、該複数
の撮像手段により略同じ領域を撮像するよう構成されて
いる上記（３）に記載の触覚・力覚提示装置。

【００１３】（５） 前記位置検出手段は、ジャイロセ
ンサを有する上記（３）または（４）に記載の触覚・力
覚提示装置。

【００１４】（６） 前記ジャイロセンサは、互いに略
直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の回りの角速度をそれぞ
れ検出するものである上記（５）に記載の触覚・力覚提
示装置。

【００１５】（７） 前記求めた指の位置情報と、仮想
空間画像の対象物の位置情報とに基づいて、前記触覚発
生手段の駆動を制御する制御手段を有する上記（１）な
いし（６）のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置。

【００１６】（８） 前記制御手段は、前記仮想空間画
像において対象物に指が接触したとき、その接触に相当
する感覚が指腹に得られるように前記触覚発生手段の駆
動を制御する上記（７）に記載の触覚・力覚提示装置。

【００１７】（９） 前記触覚発生手段は、指腹を押圧
する押圧部を備えた単位触覚発生部を複数有する上記
（１）ないし（８）のいずれかに記載の触覚・力覚提示
装置。

【００１８】（１０） 前記押圧部は、指腹に対し行列
状に配置されている上記（９）に記載の触覚・力覚提示
装置。

【００１９】（１１） 前記単位触覚発生部は、前記押
圧部を駆動する駆動機構を有する上記（９）または（１
０）に記載の触覚・力覚提示装置。

【００２０】（１２） 前記駆動機構は、前記押圧部が
固定され、移動可能に設置された可撓性を有する線状体
と、前記線状体をその長手方向に移動させる移動手段
と、前記押圧部の移動方向を規制する移動方向規制手段
とを有し、前記線状体が所定方向に移動すると、前記押
圧部が前記移動方向規制手段によりガイドされて指腹に
向って突出し、該押圧部により指腹が押圧されるよう構
成されている上記（１１）に記載の触覚・力覚提示装
置。

【００２１】（１３） 前記押圧部を突出させるときの
前記線状体の移動方向と逆方向に、該線状体を付勢する
付勢手段を有する上記（１２）に記載の触覚・力覚提示
装置。

【００２２】（１４） 前記押圧部が、指腹を該指腹に
対して略垂直な方向に押圧するよう構成されている上記
（９）ないし（１３）のいずれかに記載の触覚・力覚提
示装置。

【００２３】（１５） 信号の送信または受信を行う通
信手段を有する上記（１）ないし（１４）のいずれかに
記載の触覚・力覚提示装置。

【００２４】（１６） 前記通信手段から送信される信
号に基づいて、前記触覚発生手段が駆動するよう構成さ
れている上記（１５）に記載の触覚・力覚提示装置。

【００２５】（１７） 指に与える力覚を発生する力覚
発生手段を有し、前記求めた指の位置情報と、仮想空間
画像の対象物の位置情報とに基づいて、指に対して力覚
を提示するよう構成されている上記（１）ないし（１
６）のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置。

【００２６】（１８） 少なくとも指に装着する装着手
段と、指の位置を検出する位置検出手段と、指に与える
力覚を発生する力覚発生手段とを有し、前記位置検出手
段により指の位置を検出し、前記位置検出手段からの情
報に基づいて指の位置を求め、前記求めた指の位置情報
と、仮想空間画像の対象物の位置情報とに基づいて、指
に対して力覚を提示するよう構成されていることを特徴
とする触覚・力覚提示装置。

【００２７】（１９） 前記位置検出手段は、中心軸が
互いに略直交する第１のコイル、第２のコイルおよび第
３のコイルを有する上記（１８）に記載の触覚・力覚提
示装置。

【００２８】（２０） 少なくとも指に装着する装着手
段と、指の位置を検出する位置検出手段と、指に与える
力覚を発生する力覚発生手段と、周囲を撮像する撮像手
段と、前記撮像手段によって撮像された画像に指に対応
する部分が含まれているか否かを判別する判別手段とを
有し、前記撮像手段により周囲を撮像し、前記撮像手段
によって撮像された画像に指に対応する部分が含まれて
いる場合には、前記撮像手段からの画像データに基づい
て指の位置を求め、前記撮像手段によって撮像された画
像に指に対応する部分が含まれていない場合には、前記
位置検出手段により指の位置を検出し、前記位置検出手
段からの情報に基づいて指の位置を求め、前記求めた指
の位置情報と、仮想空間画像の対象物の位置情報とに基
づいて、指に対して力覚を提示するよう構成されている
ことを特徴とする触覚・力覚提示装置。

【００２９】（２１） 前記撮像手段を複数有し、該複
数の撮像手段により略同じ領域を撮像するよう構成され
ている上記（２０）に記載の触覚・力覚提示装置。

【００３０】（２２） 前記位置検出手段は、ジャイロ
センサを有する上記（２０）または（２１）に記載の触
覚・力覚提示装置。

【００３１】（２３） 前記ジャイロセンサは、互いに
略直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の回りの角速度をそれ
ぞれ検出するものである上記（２２）に記載の触覚・力
覚提示装置。

【００３２】（２４） 前記求めた指の位置情報と、仮
想空間画像の対象物の位置情報とに基づいて、前記力覚
発生手段の駆動を制御する制御手段を有する上記（１
７）ないし（２３）のいずれかに記載の触覚・力覚提示
装置。

【００３３】（２５） 前記力覚発生手段は、リンク機
構を有する上記（１７）ないし（２４）のいずれかに記
載の触覚・力覚提示装置。

【００３４】（２６） 前記力覚発生手段は、回動可能
に連結された複数のフレームを備えたリンク機構と、前
記各フレームを回動させる駆動源とを有し、前記フレー
ムの回動により、指の関節に対して力覚を与えるよう構
成されている上記（１７）ないし（２４）のいずれかに
記載の触覚・力覚提示装置。

【００３５】（２７） 前記力覚は、仮想空間画像にお
ける対象物からの反力に対応したものである上記（１
７）ないし（２６）のいずれかに記載の触覚・力覚提示
装置。

【００３６】（２８） 信号の送信または受信を行う通
信手段を有する上記（１７）ないし（２７）のいずれか
に記載の触覚・力覚提示装置。

【００３７】（２９） 前記通信手段から送信される信
号に基づいて、前記力覚発生手段が駆動するよう構成さ
れている上記（２８）に記載の触覚・力覚提示装置。

【００３８】（３０） 前記位置検出手段は、該位置検
出手段により検出する部位の近傍に設けられている上記
（１）ないし（２９）のいずれかに記載の触覚・力覚提
示装置。

【００３９】（３１） 前記位置検出手段は、指の関節
の近傍に対応する部分に設けられている上記（１）ない
し（３０）のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置。

【００４０】（３２） 前記位置検出手段は、該位置検
出手段により検出する部位に対して一定の位置関係を保
持し得るように設けられている上記（１）ないし（３
１）のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置。

【００４１】（３３） 装着手段は、指から腕にかけて
装着する手袋状のものである上記（１）ないし（３２）
のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置。

【００４２】（３４） 上記（１）ないし（３３）のい
ずれかに記載の触覚・力覚提示装置を有することを特徴
とする触覚・力覚提示システム。

【００４３】（３５） 仮想空間画像を表示する表示手
段を有する上記（３４）に記載の触覚・力覚提示システ
ム。

【００４４】（３６） 前記表示手段は、顔面に装着し
て使用するものである上記（３５）に記載の触覚・力覚
提示システム。

【００４５】（３７） 上記（３）ないし（６）または
（２０）ないし（２３）のいずれかに記載の触覚・力覚
提示装置と、顔面に装着して使用し、仮想空間画像を表
示する表示手段とを有しており、前記撮像手段は、前記
表示手段に設けられていることを特徴とする触覚・力覚
提示システム。

【００４６】（３８） 前記表示手段に対して信号の送
信または受信を行う通信手段を有する上記（３５）ない
し（３７）のいずれかに記載の触覚・力覚提示システ
ム。

【００４７】（３９） 仮想空間画像を作成する画像作
成手段を有する上記（３４）ないし（３８）のいずれか
に記載の触覚・力覚提示システム。

【００４８】（４０） 前記画像作成手段は、指の動き
に応じて仮想空間画像を更新するよう構成されている上
記（３９）に記載の触覚・力覚提示システム。

【００４９】（４１） 前記画像作成手段に対して信号
の送信または受信を行う通信手段を有する上記（３９）
または（４０）に記載の触覚・力覚提示システム。

【００５０】（４２） 仮想空間画像を作成する画像作
成手段と、仮想空間画像を表示する表示手段と、前記触
覚・力覚提示装置、前記画像作成手段および前記表示手
段の駆動を制御する制御手段とを有する上記（３４）に
記載の触覚・力覚提示システム。

【００５１】（４３） 上記（３）ないし（６）または
（２０）ないし（２３）のいずれかに記載の触覚・力覚
提示装置と、仮想空間画像を作成する画像作成手段と、
顔面に装着して使用し、仮想空間画像を表示する表示手
段と、前記触覚・力覚提示装置、前記画像作成手段およ
び前記表示手段の駆動を制御する制御手段とを有してお
り、前記撮像手段は、前記表示手段に設けられているこ
とを特徴とする触覚・力覚提示システム。

【００５２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の触覚・力覚提示装
置および触覚・力覚提示システムを添付図面に示す好適
実施形態に基づいて詳細に説明する。

【００５３】図１は、本発明の触覚・力覚提示装置の第
１実施形態およびその触覚・力覚提示装置を有する触覚
・力覚提示システムの構成例を示す概念図、図２は、図
１に示すリアルグローブの回路構成例を示すブロック図
である。図３は、図１に示すリアルグローブの外観構成
例を示す外観図（一部図示を省略）である。

【００５４】図１に示すように、触覚・力覚提示システ
ム１は、ユーザ（使用者）の手（指）に装着され、装着
された手や各指に対して触覚（触った感覚、例えば、質
感、形状、強さ等の接触強度の分布）や力覚（触ったと
きに加わる力の感覚）を与える一対のリアルグローブ
（データグローブ）２０、２０と、仮想空間画像（仮想
空間映像）を表示する仮想空間表示装置（表示手段）５
と、各リアルグローブ２０および仮想空間表示装置５の
駆動制御等の種々の処理を行う情報処理装置８と、仮想
空間画像を作成し、仮想空間画像を用いた各種のサービ
スを提供する基地局９とを備えている。

【００５５】各リアルグローブ２０、仮想空間表示装置
５、情報処理装置８および基地局９は、それぞれ、無線
で信号の送信および受信（無線通信）を行うことができ
る無線通信機能（無線通信手段）を有しており、情報処
理装置８と、各リアルグローブ２０、仮想空間表示装置
５および基地局９との間で、それぞれ、通信を行うこと
ができるようになっている。

【００５６】この触覚・力覚提示システム１は、基地局
９、仮想空間表示装置５および各リアルグローブ２０か
ら供給された情報にもとづいて情報処理装置８によって
作成（生成）された仮想空間画像を仮想空間表示装置５
に表示し、リアルグローブ２０を装着した手や指を動作
させることによってその手や指が仮想空間に表示された
物体に仮想的に接触した場合等に、その様子を仮想空間
表示装置５に表示するとともに、接触したときの触覚や
力覚をリアルグローブ２０を装着した手や各指に与える
ための各処理を行う。

【００５７】情報処理装置８は、例えば、携帯電話端
末、無線通信機能を有するパーソナルコンピュータ、Ｐ
ＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓ
ｔａｎｔｓ）と呼ばれる携帯型情報機器などの、無線通
信機能（通信手段）および制御機能（制御手段）を備え
た各種の装置により構成される。

【００５８】また、基地局９は、例えば、インターネッ
ト上に設けられているインターネットサーバなどの、仮
想空間画像に関する情報を提供する各種の装置により構
成される。

【００５９】なお、本実施形態では、各リアルグローブ
２０、仮想空間表示装置５、情報処理装置８および基地
局９が無線通信機能を有する構成としているが、例え
ば、その一部またはすべてが有線通信を行う構成とされ
ていてもよい。

【００６０】また、情報処理装置８が、基地局９の機能
の一部またはすべてを有していてもよい。

【００６１】また、リアルグローブ２０が、仮想空間表
示装置５、情報処理装置８および基地局９の機能の一部
またはすべてを有していてもよい。

【００６２】ここで、触覚・力覚提示装置２は、本実施
形態では、一対のリアルグローブ２０、２０、すなわ
ち、ユーザの左手に装着される左手用のリアルグローブ
２０と、ユーザの右手に装着される右手用のリアルグロ
ーブ２０とで構成されている。以下の説明では、代表的
に一方のリアルグローブ２０を説明する。

【００６３】なお、本発明では、触覚・力覚提示装置２
は、一方のリアルグローブ２０で構成されていてもよ
い。

【００６４】また、本発明では、触覚・力覚提示装置２
は、リアルグローブ２０の他に、仮想空間表示装置５、
情報処理装置８および基地局９のうちの、いずれか１
つ、または、２つ、または、すべてを有していてもよ
い。この場合、触覚・力覚提示装置２は、それらの有す
る機能の一部を有していてもよく、また、すべてを有し
ていてもよい。

【００６５】図２に示すように、リアルグローブ２０
は、仮想空間に現れている（仮想空間画像上の）物体
（対象物）に接触した指の感覚（例えば、質感、形状、
強さ等の接触強度の分布）を発生させるための触覚発生
部（触覚発生手段）２１と、仮想空間に現れている物体
に接触したときに手や指にかかる力の強さの感覚を発生
させるための力覚発生部（力覚発生手段）２２と、リア
ルグローブ２０の各部の位置（リアルグローブ２０を装
着した手、手首、腕、指等の各部の位置）を検出する位
置姿勢検出部２３と、リアルグローブ２０の各部を制御
する制御部２４と、情報処理装置８に送信するための信
号の増幅等の信号処理を行う信号処理部２５と、情報処
理装置８との間で無線通信を行うための信号送受信部２
６とを有している。

【００６６】また、図３に示すように、リアルグローブ
２０の全体形状は、略長手袋状（手袋状）をなしてい
る。すなわち、リアルグローブ２０は、その装着者（ユ
ーザ）の指から腕の肘近傍まで（指から腕にかけて）装
着する手袋状の装着手段として、腕を覆う筒状部２０ａ
を備えた比較的長い手袋２ａを有している。

【００６７】ユーザは、この手袋２ａにより、リアルグ
ローブ２０の装着および取り外しを容易かつ確実に行う
ことができる。

【００６８】また、手袋２ａは手から腕にかけて装着さ
れるので、仮想空間における動作（操作）を容易かつ確
実に行うことができる。

【００６９】この手袋２ａには、指先に対応する部分の
遊びを抑制または防止する遊び吸収部２７と、手首に固
定する手首固定部２８と、腕に固定する腕固定部２ｄ
と、腕に対応する部分のねじれを吸収するねじれ吸収部
２９とが、それぞれ設けられている。

【００７０】遊び吸収部２７は、手袋２ａの手首付近に
対応する部分に設けられている。この遊び吸収部２７
は、例えば、各種ゴム等の弾性体で形成される。

【００７１】ユーザがリアルグローブ２０を装着する
と、遊び吸収部２７の復元力（弾性力）により、手袋２
ａは、肘方向（基端側）に引っ張られ、その状態で保持
される。これにより、指先に遊びができてしまうのを防
止または抑制することができる。

【００７２】また、指の長さ等の手の寸法の異なる複数
のユーザが使用する場合においても、遊び吸収部２７に
より、それぞれ、指先に遊びができてしまうのを防止ま
たは抑制することができる。

【００７３】手首固定部２８は、手袋２ａの前記遊び吸
収部２７の肘側（基端側）に、遊び吸収部２７に連続し
て設けられている。この手首固定部２８は、例えば、各
種ゴム等の弾性体で形成される。

【００７４】ユーザがリアルグローブ２０を装着する
と、手首固定部２８の復元力（弾性力）により、手袋２
ａは、手首に固定される。これにより、使用中にリアル
グローブ２０がずれてしまうのを防止することができ
る。

【００７５】また、この手首固定部２８や前記遊び吸収
部２７により、後述する触覚発生部２１のアクチュエー
タワイヤ２１２の束２１２ａは、各アクチュエータワイ
ヤ２１２がそれぞれその長手方向に移動し得るように所
定の位置に保持される。

【００７６】腕固定部２ｄは、手袋２ａの筒状部２０ａ
の肘側（基端側）の端部に設けられている。この腕固定
部２ｄは、例えば、各種ゴム等の弾性体で形成される。

【００７７】ユーザがリアルグローブ２０を装着する
と、腕固定部２ｄの復元力（弾性力）により、手袋２ａ
は、腕に固定される。これにより、使用中にリアルグロ
ーブ２０がずれてしまうのを防止することができる。

【００７８】ねじれ吸収部２９は、手袋２ａの筒状部２
０ａの途中、すなわち、前記手首固定部２８と腕固定部
２ｄとの間に設けられている。

【００７９】このねじれ吸収部２９は、筒状部２０ａの
一部に３つの開口２９２を形成して得られる３本の帯状
部２９１で構成されている。各帯状部２９１は、それぞ
れ、例えば、伸縮性のある材料で構成された布等の伸縮
性のある部材で形成される。

【００８０】ユーザがリアルグローブ２０を装着し、例
えば、手首をねじる動作をすると、各帯状部２９１が伸
縮、変形し、これにより、筒状部２０ａのねじれが吸収
される。

【００８１】このように、ねじれ吸収部２９により、リ
アルグローブ２０のねじれを防止することができ、この
ため、ユーザは、手や腕を容易かつ円滑に動かすことが
できる。

【００８２】なお、ねじれ吸収部２９の帯状部２９１の
数は、２本以下でもよく、また、４本以上でもよい。

【００８３】また、手袋２ａの各指の背側の各関節に対
応する部分には、それぞれ、開口２１ａが形成されてい
る。

【００８４】これらの開口２１ａにより、ユーザは、各
指の各関節をそれぞれ容易かつ円滑に動かすことができ
る。

【００８５】また、このリアルグローブ２０には、手袋
２ａの腕に対応する部分であって、前記ねじれ吸収部２
９よりも肘方向に位置する部分、すなわち、手袋２ａの
筒状部２０ａの肘側（基端側）の端部に、制御部２４、
電力供給部３０、動力発生部２１１などが設けられてい
る。

【００８６】これら制御部２４、電力供給部３０および
動力発生部２１１の配置を前記のようにすることによ
り、リアルグローブ２０の指先側（先端側）の重量を軽
く（慣性を小さく）することができ、これにより、ユー
ザは、動作（操作）を容易に行うことができる。

【００８７】触覚発生部２１の主要部は、ユーザがリア
ルグローブ２０を装着したときに、ユーザの各指の第１
関節（末節骨と中節骨との間の関節）から先の指先部分
を覆う位置にそれぞれ設けられている。なお、各触覚発
生部２１の構成および作用は、ほぼ同様であるので、以
下、代表的に、そのうちの１つについて説明する。

【００８８】図４は、触覚発生部２１の構成例を示す縦
断面図である。なお、図が煩雑になるのを避けるため、
図中、一部、部材の厚みを省略して図示する。

【００８９】触覚発生部２１は、図４（Ａ）に示すよう
に、モータ（駆動源）２１１ａを備える動力発生部（移
動手段）２１１と、長手方向に移動可能に設置されたア
クチュエータワイヤ（可撓性を有する線状体）２１２
と、アクチュエータワイヤ２１２の一端を保持するワイ
ヤ保持部（付勢手段）２１３と、触覚を発生させるため
に指腹を押圧する触覚提示ピン（押圧部）２１４と、触
覚提示ピン２１４を支持するとともに触覚提示ピン２１
４の移動方向を規制する触覚提示ピン支持部（移動方向
規制手段）２１５とで構成される複数の単位触覚発生部
（アクチュエータ）２１０を有している。各単位触覚発
生部２１０は、互いに独立している。

【００９０】なお、前記動力発生部２１１と、アクチュ
エータワイヤ２１２と、触覚提示ピン支持部２１５と
で、触覚提示ピン２１４を駆動する駆動機構が構成され
る。

【００９１】動力発生部２１１は、例えば、制御部２４
からの制御信号に応じて内部に備えるモータ２１１ａを
回転駆動し、そのモータ２１１ａの回転駆動によってア
クチュエータワイヤ２１２を巻き取る処理（アクチュエ
ータワイヤ２１２をアクチュエータワイヤ２１２の長手
方向に移動させる処理）を行う。制御部２４は、情報処
理装置８からの指示に従って、モータ２１１ａの回転駆
動が所定のトルクで所定時間なされるように動力発生部
２１１を制御する。動力発生部２１１は、情報処理装置
８からの指示に従ってモータ２１１ａに回転動力を与え
ることで、アクチュエータワイヤ２１２を所定の長さ巻
き取る処理を行う。

【００９２】ワイヤ保持部２１３は、図４（Ａ）に示す
ように、この実施形態では指の第１間接の近傍でアクチ
ュエータワイヤ２１２の一端（終端）を保持する。この
ワイヤ保持部２１３は、例えばゴムやバネなどの弾性を
有する部材（弾性体）により構成される。

【００９３】従って、動力発生部２１１のモータ２１１
ａの駆動によりアクチュエータワイヤ２１２が巻き取ら
れ、そのアクチュエータワイヤ２１２が図４（Ａ）中の
時計回りに移動すると、それに伴ってワイヤ保持部２１
３が伸張し、アクチュエータワイヤ２１２は、ワイヤ保
持部２１３の復元力（弾性力）により、図４（Ａ）中の
反時計回りの方向（触覚提示ピン２１４を突出させると
きのアクチュエータワイヤ２１２の移動方向と逆方向）
に付勢される。そして、動力発生部２１１のモータ２１
１ａの駆動が停止し、アクチュエータワイヤ２１２の巻
き取り状態が解除されると、ワイヤ保持部２１３が復元
力（弾性力）によって収縮し、これにより、巻き取られ
ていたアクチュエータワイヤ２１２が引き出され、図４
（Ａ）中の反時計回りに移動する。

【００９４】なお、動力発生部２１１は、アクチュエー
タワイヤ２１２の他端（始端）側に位置している。

【００９５】触覚提示ピン２１４は、ユーザの指腹に接
触感覚（接触の有無や強さ等）を与えるために用いら
れ、指腹に接触する部分である微小な接触板（接触部）
２１４ａと、接触板２１４ａを支持する支持部２１４ｂ
とで構成される。支持部２１４ｂは、その一端がアクチ
ュエータワイヤ２１２の途中に固定され、その他端に接
触板２１４ａが設けられている。

【００９６】この実施形態では、図４（Ａ）に示すよう
に、リアルグローブ２０の手袋２ａは、指先を装着する
（覆う）装着部が２重構造（例えば布などの部材を２枚
重ね合わせて、重ね合わせた２枚の部材の間に何らかの
部材が収納し得るような構造）になっており、指先を覆
っている部分の内部（２重構造の内部）に、前記アクチ
ュエータワイヤ２１２の一部、ワイヤ保持部２１３およ
び支持部２１４ｂと、触覚提示ピン２１４のアクチュエ
ータワイヤ２１２の移動方向への移動を規制する触覚提
示ピン支持部２１５とが設けられている。そして、指が
収納される手袋２ａ内に、支持部２１４ｂの一端側が突
出し、接触板２１４ａが位置している。

【００９７】この実施形態では、その接触板２１４ａ
は、リアルグローブ２０を装着した手の指先に常に接触
した状態となっている。なお、これに限らず、接触板２
１４ａが指先から離間した状態（接触板２１４ａと指先
とが非接触の状態）をとり得るように構成されていても
よい。

【００９８】図４（Ａ）では、説明を簡単にするため、
１つの単位触覚発生部２１０（１つの触覚提示ピン２１
４）が代表して示されているが、前述したように、実際
には、触覚発生部２１は、複数の単位触覚発生部２１０
を有しており、その複数の触覚提示ピン２１４は、ユー
ザがリアルグローブ２０を装着したときのユーザの指先
の指腹に対応する位置に、例えば、指腹に沿って、かつ
指腹に対し行列状（マトリックス状）に配置されてい
る。

【００９９】各触覚提示ピン２１４の前後には、それぞ
れ、その触覚提示ピン２１４の支持部２１４ｂのアクチ
ュエータワイヤ２１２の移動方向への移動を制限する触
覚提示ピン支持部２１５が設けられている。

【０１００】なお、前記各触覚提示ピン２１４は、規則
的に配置されていてもよく、また、不規則に配置されて
いてもよい。

【０１０１】次に、触覚発生部２１による触覚発生動作
について説明する。ユーザがリアルグローブ２０を装着
し、手や指を動かすことによって仮想空間に現れている
物体（仮想物体）、すなわち対象物に、その指先（指
腹）が仮想的に接触すると、情報処理装置８は、実際に
接触があったとした場合の押圧力を計算し、その計算結
果にもとづいて動力発生部２１１のＰＷＭデータ（例え
ば、モータ２１１ａを回転させるための励磁パターンを
示すデータ）に変換する。

【０１０２】この場合、前記仮想空間（３次元空間）に
おいて、予め、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸、
すなわちＸ−Ｙ−Ｚ座標（３次元座標）が想定されてお
り、前記物体の座標（位置情報）と、前記ユーザの指先
の座標（位置情報）との一致を検出し、その一致が検出
されると、物体の前記座標に相当する部位とユーザの指
先の前記座標に相当する部位とが接触したと判別する。
ユーザの指先の座標は、後述する位置姿勢検出部２３か
ら信号送受信部２６を介して情報処理装置８に送信され
る信号（情報）に基づいて導出される。

【０１０３】次いで、情報処理装置８は、導出したＰＷ
Ｍデータと、実際に接触があったとした場合の接触位置
に押圧力を与える接触板２１４ａを動作させる動力発生
部２１１を特定（指定）するためのデータとを、リアル
グローブ２０に送信する。リアルグローブ２０は、受信
したＰＷＭデータに応じて、指定された動力発生部２１
１を駆動し、アクチュエータワイヤ２１２を巻き取る。

【０１０４】アクチュエータワイヤ２１２が巻き取られ
ると、指腹に配されているアクチュエータワイヤ２１２
が指腹に沿って指の先端方向に向けて移動し、図４
（Ｂ）に示すように、アクチュエータワイヤ２１２に取
付固定されている触覚提示ピン２１４も、指腹に沿って
指の先端方向に向けて移動する。

【０１０５】この際、図４（Ｃ）に示すように、触覚提
示ピン２１４は、触覚提示ピン支持部２１５によって指
の先端方向への移動が制限されるとともに、触覚提示ピ
ン支持部２１５にガイドされて、図４（Ｃ）中上側へ移
動する（指腹に向って突出する）。すなわち、触覚提示
ピン２１４の接触板２１４ａが指腹の表面に対しほぼ垂
直上方に移動する。触覚提示ピン２１４の支持部２１４
ｂは、待機時には（初期状態では）、図４（Ｂ）に示す
ように、垂直方向から指の先端方向に傾斜しており、前
記接触板２１４ａがほぼ垂直上方に移動しようとする力
が働くことで、その接触板２１４ａが指腹をほぼ垂直方
向へ押圧し、これにより、ユーザの手の指腹に押圧力を
与える。

【０１０６】この動作が、複数の単位触覚発生部２１０
のうちの指定された単位触覚発生部２１０でなされ、こ
れにより、ユーザの手の指腹に触覚が提示される（与え
られる）。よって、ユーザは、仮想空間画像における指
腹の物体（対象物）への接触に相当する感覚を、指腹に
得ることができる。

【０１０７】前記指定された単位触覚発生部２１０にお
いて、動力発生部２１１のモータ２１１ａの駆動が停止
し、アクチュエータワイヤ２１２の巻き取り状態が解除
されると、ワイヤ保持部２１３が復元力（弾性力）によ
って収縮し、これにより、巻き取られていたアクチュエ
ータワイヤ２１２が引き出される。

【０１０８】アクチュエータワイヤ２１２が引き出され
ると、指腹に配されているアクチュエータワイヤ２１２
が指腹に沿って指の基端方向（図４（Ｃ）中右側）に向
けて移動し、アクチュエータワイヤ２１２に取付固定さ
れている触覚提示ピン２１４も、指腹に沿って指の基端
方向に向けて移動し、触覚提示ピン２１４は、図４
（Ｂ）に示す初期状態に戻る。これにより、触覚提示ピ
ン２１４からユーザの手の指腹に与えられていた押圧力
が実質的に消滅する。

【０１０９】このような触覚発生部２１によれば、指腹
に対してほぼ平行に（指腹に沿って）アクチュエータワ
イヤ２１２を配置し、そのアクチュエータワイヤ２１２
を巻き取ることによって指腹に対してほぼ垂直な力を与
えるようになっているので、触覚を与えるための機構を
薄くすることができ、これにより、リアルグローブ２０
の指腹側の厚みを極力抑えることができる。

【０１１０】また、アクチュエータワイヤ２１２の弛み
を防止することができ、触覚提示ピン２１４からユーザ
の指腹に、より正確かつ確実に目標の大ききの押圧力を
与えることができる。

【０１１１】図５および図６は、それぞれ、力覚発生部
２２の構成例を示す外観図である。なお、図５は、フレ
ームカバーが取り外された状態を示す。

【０１１２】図５に示すように、力覚発生部２２は、リ
アルグローブ２０を装着したときのユーザの各指の背側
に設けられている。なお、力覚発生部２２の構成および
作用は、ほぼ同様であるので、以下、代表的に、そのう
ちの１つについて説明する。

【０１１３】力覚発生部２２は、回動可能に連結された
複数（本実施形態では６つ）のフレーム２２１を備えた
リンク機構と、各フレーム２２１を回動させる複数（本
実施形態では７つ）のリンクモータ（駆動源）２２２
と、手袋２ａに設けられた複数（本実施形態では４つ）
のフレームホルダ２ｂとを有している。

【０１１４】前記フレームホルダ２ｂは、ユーザがリア
ルグローブ２０を装着したとき、ユーザの指の第１関節
より先端側に位置する装着部と、第１関節と第２関節
（中節骨と基節骨との間の関節）との間に位置する装着
部と、第２関節と第３関節との間に位置する装着部と、
第３関節（基節骨と中手骨との間の関節）より基端側に
位置する装着部とに、それぞれ、設けられている。

【０１１５】リンク機構は、前記フレームホルダ２ｂに
よって、手袋２ａの、リアルグローブ２０を装着したと
きのユーザの指の背側に取り付けられている。

【０１１６】すなわち、リンク機構の先端側（図５中右
側）の端部のフレーム２２１は、ユーザがリアルグロー
ブ２０を装着したときに、ユーザの指の第１関節より先
端側の部位にその端部が位置するように配置され、この
フレーム２２１の先端部は、フレームホルダ２ｂに対
し、回動可能に設置されている。

【０１１７】また、リンク機構の基端側（図５中左側）
の端部のフレーム２２１は、ユーザがリアルグローブ２
０を装着したときに、ユーザの指の第３関節より基端側
の部位にその端部が位置するように配置され、このフレ
ーム２２１の基端部は、フレームホルダ２ｂに対し、回
動可能に設置されている。

【０１１８】また、リンク機構の残りの各フレーム２２
１は、ユーザがリアルグローブ２０を装着したときに、
ユーザの指の第１関節と第２関節との間の部位と、第２
関節と第３関節との間の部位とに、フレーム連結部が１
つおきに位置するように配置され、この１つおきのフレ
ーム連結部において、フレームホルダ２ｂに対し、回動
可能に設置されている。

【０１１９】各リンクモータ２２２の駆動力（回転力）
は、それぞれ、図示しない動力伝達部を介して、対応す
るフレーム２２１に伝達される。すなわち、リンクモー
タ２２２が所定方向に回転駆動すると、対応するフレー
ム２２１は、所定方向に回動し、これにより、フレーム
２２１の角度が変更（調整）される。

【０１２０】なお、図５には、前述したアクチュエータ
ワイヤ２１２の束２１２ａが示されている。

【０１２１】力覚発生部２２の各フレーム２２１や各リ
ンクモータ２２２は、それぞれ、図６に示すように、例
えば布製のフレームカバー２ｃの中に収納されている。

【０１２２】また、図６に示すように、フレームカバー
２ｃの内側には、手や指の所定の部位の位置および姿勢
を検出する複数（本実施形態では４つ）の位置姿勢検出
部（位置検出手段）２３が設置されている。各位置姿勢
検出部２３は、それぞれ、位置および姿勢を検出する部
位（検出位置）の近傍、すなわち、指の関節の近傍に対
応する部位に、前記検出位置に対して一定の位置関係を
保持し得るように設けられている。

【０１２３】すなわち、各位置姿勢検出部２３は、それ
ぞれ、この実施形態では、フレームホルダ２ｂが設けら
れている位置に固定されている各リンクモータ２２２に
取付固定されている。従って、各位置姿勢検出部２３が
設けられている部位と、ユーザの手のひら側の所定の部
位（検出位置）との位置関係は、一定に保たれる。よっ
て、位置姿勢検出部２３が自己の位置や姿勢を検出する
ことによって、ユーザの手の平側の所定の部位の位置や
姿勢を容易かつ正確に導出することができる。

【０１２４】また、各位置姿勢検出部２３は、それぞ
れ、手の甲側に配置されているので、リアルグローブ２
０の指腹側の厚みを極力抑えることができる。

【０１２５】また、図３に示すように、位置姿勢検出部
２３は、ユーザがリアルグローブ２０を装着したとき、
リアルグローブ２０の腕の基端側の部位に相当する位置
にも設置されている。

【０１２６】これら位置姿勢検出部２３により、リアル
グローブ２０を装着した各指、手、手首、腕などの各部
の位置および姿勢を確実に把握することができる。

【０１２７】次に、力覚発生部２２による力覚発生動作
について説明する。ユーザがリアルグローブ２０を装着
し、手や指を動かすことによって仮想空間に現されてい
る物体（仮想物体）、すなわち対象物に、その手や指が
仮想的に接触すると、情報処理装置８は、実際に接触が
あった場合の前記物体から指（指の各関節）への反力を
計算し、その計算結果にもとづいて各リンクモータ２２
２のＰＷＭデータ（例えば、リンクモータ２２２を回転
させるための励磁パターンを示すデータ）に変換する。

【０１２８】前記物体とユーザの手や指との接触の判別
は、前記触覚発生部２１の場合と同様である。

【０１２９】情報処理装置８は、導出した各ＰＷＭデー
タと、駆動させる各リンクモータ２２２を示すデータと
をリアルグローブ２０に送信する。リアルグローブ２０
は、受信したデータに応じて、指定された各リンクモー
タ２２２を所定方向に回転駆動し、対応する各フレーム
２２１を所定方向に回動させ、各フレーム２２１の角度
を調整、すなわち、リンク機構の両端部のフレーム２２
１の角度および各フレーム連結部の角度をそれぞれ調整
する。

【０１３０】このフレーム２２１の角度調整により、所
定のフレームホルダ２ｂにそれぞれ所定の大きさの力が
加わり、これにより、前記仮想空間に現されている物体
からの反力に対応する力がユーザの指の各関節に与えら
れる。すなわち、指の各関節に対して力覚が提示される
（与えられる）。

【０１３１】ここで、この力覚発生部２２は、指の複数
の部位に装着する複数の装着部間の間隔を調節する機能
を有している（調節手段を兼ねている）。

【０１３２】例えば、図５に示すように、所定のフレー
ム２２１を回動させ、フレーム２２１の角度を調整する
ことにより、各フレームホルダ２ｂ間の間隔を長くした
り、または、短くしたりすることができる。

【０１３３】図７は、位置姿勢検出部２３の構成例を示
すブロック図である。位置姿勢検出部２３には、本実施
形態では、直交コイル式（直交コイル型）の位置センサ
（位置検出手段）が用いられる。すなわち、位置姿勢検
出部２３は、図７に示すように、中心軸が互いに直交す
るＸ方向検出コイル（第１のコイル）２３１と、Ｙ方向
検出コイル（第２のコイル）２３２と、Ｚ方向検出コイ
ル（第３のコイル）２３３とで構成される。なお、Ｘ方
向（Ｘ軸方向）と、Ｙ方向（Ｙ軸方向）と、Ｚ方向（Ｚ
軸方向）とは、互いに直交している。

【０１３４】一方、情報処理装置８には、磁界を発生す
る図示しない磁界発生部が設けられている。この磁界発
生部には、例えば、前記位置姿勢検出部２３とほぼ同じ
構成のもの、すなわち、直交コイル式（直交コイル型）
の磁界発生器（Ｘ方向コイル、Ｙ方向コイル、Ｚ方向コ
イル）が用いられる。

【０１３５】磁界発生部で発生した磁界は、位置姿勢検
出部２３で検出される。この場合、磁界発生部のＸ方向
コイル、Ｙ方向コイルおよびＺ方向コイルから、順次、
磁界を発生し、それぞれを、位置姿勢検出部２３のＸ方
向検出コイル２３１、Ｙ方向検出コイル２３２およびＺ
方向検出コイル２３３の３つのコイルで検出する。

【０１３６】位置姿勢検出部２３によってＸＹＺ各方向
について検出された各信号（検出データ）は、それぞ
れ、信号処理部２５の増幅部２５１にて増幅され、Ａ／
Ｄ変換部２５２にてデジタル信号に変換された後、図２
に示す信号送受信部２６に出力され、この信号送受信部
２６により情報処理装置８に送信される。

【０１３７】情報処理装置８では、前記信号を受信し、
その信号（情報）に基づいて、リアルグローブ２０を装
着した各指、手、手首、腕などの各部の位置および姿
勢、すなわち、前記各部の座標を導出し、その情報を所
定の各処理において利用する。

【０１３８】このように前記位置姿勢検出部２３を設け
ることにより、アルグローブ２０を装着した各指、手、
手首、腕などの各部の位置および姿勢を正確かつ確実に
求めることができる。

【０１３９】仮想空間表示装置５には、この実施形態で
は、顔面に装着して使用する形態のもの、すなわち、Ｈ
ＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）と呼ばれる眼鏡状
の装置が用いられる。

【０１４０】図８は、仮想空間表示装置５の外観構成例
を示す斜視図、図９は、仮想空間表示装置５の回路構成
例を示すブロック図である。

【０１４１】仮想空間表示装置５は、装着者（ユーザ）
に対して仮想空間画像を表示する画像表示部５１ａ、５
１ｂと、装着者の視線を検出する視線検出部５２ａ、５
２ｂと、周囲を撮像し、その周囲の画像（映像）を取り
込む凹凸入力部（撮像手段）５３ａ、５３ｂと、装置全
体の制御を行う制御部５４と、信号送受信部５５と、位
置姿勢検出部（位置検出手段）５６と、装着部５７と、
信号処理部５８とを備えている。

【０１４２】図１０は、仮想空間表示装置５の凹凸入力
部５３ａの構成例を示す図（ブロック図、模式図）であ
る。

【０１４３】凹凸入力部５３ａは、レンズ５３１と、Ｃ
ＣＤ（撮像素子）５３２と、ＣＣＤ制御部５３３と、Ｃ
ＣＤ出力増幅部５３４とを有している。

【０１４４】レンズ５３１に入射した光（光束）は、そ
のレンズ５３１により、ＣＣＤ５３２の受光面（撮像
面）上に導かれて結像し、その被写体像（周囲の像）
は、ＣＣＤ５３２により撮像される。このＣＣＤ５３２
の駆動は、ＣＣＤ制御部５３３により制御される。

【０１４５】ＣＣＤ５３２から出力された信号は、ＣＣ
Ｄ出力増幅部５３４で増幅され、その後、凹凸入力部５
３ａから出力され、図９に示す信号処理部５８に入力さ
れ、所定の信号処理がなされ、信号送受信部５５により
情報処理装置８に送信される。

【０１４６】なお、凹凸入力部５３ｂの構成および作用
は、前記凹凸入力部５３ａと同様であるので、その説明
は、省略するが、この凹凸入力部５３ｂと、前記凹凸入
力部５３ａとでは、略同じ領域が撮像される。

【０１４７】図１１は、仮想空間表示装置５の画像表示
部５１ａの構成例を示す図（ブロック図、模式図）であ
る。

【０１４８】画像表示部５１ａは、レンズ５１１と、レ
ンズ５１１を移動させるレンズ移動機構５１２と、ステ
ッピングモータ５１３と、モータ制御部５１４と、図示
しないカラーフィルタを備えた液晶表示パネル５１５
と、液晶駆動部５１６と、バックライト５１７と、バッ
クライト制御部５１８と、トランジスタ５１９とを有し
ている。

【０１４９】画像表示部５１ａにおいて仮想空間画像を
表示する際は、バックライト制御部５１８の制御によ
り、トランジスタ５１９がオンし、バックライト５１７
が駆動し、バックライト５１７から液晶表示パネル５１
５へ光が照射される。

【０１５０】そして、液晶駆動部５１６は、表示信号
（画像データ）に基づいて、液晶表示パネル５１５の駆
動を制御し、これにより、液晶表示パネル５１５に仮想
空間画像が表示される。

【０１５１】装着者は、レンズ５１１および後述する視
線検出部５２ａのハーフミラー５２１を介し、この液晶
表示パネル５１５に表示された仮想空間画像を視認する
ことができる。

【０１５２】ステッピングモータ５１３の駆動は、モー
タ制御部５１４により制御され、そのステッピングモー
タ５１３が所定方向に回転すると、レンズ移動機構５１
２により、レンズ５１１は、液晶表示パネル５１５に接
近する方向、すなわち、装着者の目から離間する方向へ
移動する。

【０１５３】また、ステッピングモータ５１３が前記と
逆方向に回転すると、レンズ移動機構５１２により、レ
ンズ５１１は、液晶表示パネル５１５から離間する方
向、すなわち、装着者の目に接近する方向へ移動する。

【０１５４】このレンズ５１１の位置の変更により、前
記仮想空間画像の遠近を変更することができる。

【０１５５】このレンズ５１１の位置の調整、すなわ
ち、前記仮想空間画像の遠近の調整は、後述する視線検
出部５２ａ、５２ｂで検出される装着者の視線の情報に
基づいてなされる。

【０１５６】なお、画像表示部５１ｂの構成および作用
は、前記画像表示部５１ａと同様であるので、その説明
は、省略する。

【０１５７】視線検出部５２ａ、５２ｂは、装着者の視
線がどの方向にあるか（仮想空間画像のどこに焦点を合
せようとしているか）を検出する機能と、セキュリティ
情報として利用するための装着者の眼の虹彩パターンを
読み取る機能とを有している。

【０１５８】図１２は、仮想空間表示装置５の視線検出
部５２ａの構成例を示す図（ブロック図、模式図）であ
る。

【０１５９】視線検出部５２ａは、ハーフミラー５２１
と、可視光を除去し、赤外光を透過させるフィルタ５２
２と、レンズ５２３と、ＣＣＤ（撮像素子）５２４と、
ＣＣＤ制御部５２５と、ＣＣＤ出力増幅部５２６と、赤
外光を発するＬＥＤ（発光ダイオード）５２７と、ＬＥ
Ｄ制御部５２８と、トランジスタ５２９とを有してい
る。

【０１６０】ＬＥＤ５２７の駆動は、ＬＥＤ制御部５２
８により制御され、そのＬＥＤ制御部５２８の制御によ
りトランジスタ５２９がオンすると、ＬＥＤ５２７が駆
動し、ＬＥＤ５２７から赤外光が発せられる。

【０１６１】ＬＥＤ５２７から発せられた赤外光は、フ
ィルタ５２２を透過し、ハーフミラー５２１でその一部
が反射して、装着者の目に照射される。

【０１６２】そして、装着者の目からの反射光（光束）
は、ハーフミラー５２１でその一部が反射して、フィル
タ５２２を透過し、レンズ５２３により、ＣＣＤ５２４
の受光面（撮像面）上に導かれて結像し、その被写体像
（装着者の目の像）は、ＣＣＤ５２４により撮像され
る。このＣＣＤ５２４の駆動は、ＣＣＤ制御部５２５に
より制御される。

【０１６３】ＣＣＤ５２４から出力された信号は、ＣＣ
Ｄ出力増幅部５２６で増幅され、その後、視線検出部５
２ａから出力され、図９に示す信号処理部５８に入力さ
れ、所定の信号処理がなされ、信号送受信部５５により
情報処理装置８に送信される。

【０１６４】情報処理装置８では、前記信号を受信し、
その信号（情報）に基づいて、装着者の視線がどの方向
にあるか（仮想空間画像のどこに焦点を合せようとして
いるか）を検出するとともに、装着者の眼の虹彩パター
ンを読み取り、解析し、セキュリティ情報として利用す
る。

【０１６５】一方、レンズ５２３側からフィルタ５２２
へ入射する可視光は、フィルタ５２２で除去され、その
可視光が装着者の目に照射されてしまうのを阻止するこ
とができる。これにより、液晶表示パネル５１５に表示
された仮想空間画像の視認性の低下を防止することがで
きる。

【０１６６】なお、視線検出部５２ｂの構成および作用
は、前記視線検出部５２ａと同様であるので、その説明
は、省略する。

【０１６７】この仮想空間表示装置５は、２台の画像取
込装置（撮像手段）、すなわち、前記凹凸入力部（撮像
手段）５３ａ、５３ｂによって周囲の画像を撮像して取
り込み、情報処理装置８に対して撮像した画像データ
（映像データ）を送信する。

【０１６８】情報処理装置８は、凹凸入力部５３ａ、５
３ｂにて撮像された画像、すなわち撮像された画像デー
タから視角差を導出し、その視角差等から得られる周囲
の凹凸にもとづいて、仮想空間画像、すなわち仮想空間
の画像データを作成する。そして、情報処理装置８は、
作成した仮想空間の画像（映像）と、例えば、仮想壁紙
や仮想パーソナルコンピュータや仮想本などの所定の仮
想物体を周囲の凹凸に合わせて仮想空間に配置するため
の画像とを合成した合成画像（合成映像）を示す画像デ
ータ（映像データ）を仮想空間表示装置５に送信する。

【０１６９】仮想空間表示装置５は、情報処理装置８か
らの画像データにもとづいて、その画像を画像表示部５
１ａ、５１ｂを用いて表示する。

【０１７０】また、仮想空間表示装置５は、装着されて
いるリアルグローブ２０、すなわち、ユーザの手や腕が
画像表示部５１ａ、５１ｂにより表示されている画像の
領域内に入っている場合には、その手や腕に対応する画
像も、画像表示部５１ａ、５１ｂに表示する。

【０１７１】この場合、前述したように、リアルグロー
ブ２０に設けられている複数の位置姿勢検出部２３の検
出データが情報処理装置８に送信されることで、リアル
グローブ２０の位置および姿勢、すなわち、ユーザの各
指、手、手首、腕等は情報処理装置８にて認識される。
すなわち、情報処理装置８は、逐一、リアルグローブ２
０からの前記検出データにもとづいて、ユーザの各指、
手、手首、腕等の位置および姿勢を特定し、それらが画
像表示部５１ａ、５１ｂにより表示されている画像の領
域内に入っている場合には、それらを示す仮想空間画像
を作成し、その画像を基礎の画像に合成して、合成画像
（合成画像の画像データ）を得、その画像データを仮想
空間表示装置５に送信する。

【０１７２】従って、ユーザの手や腕が画像表示部５１
ａ、５１ｂにより表示されている画像の領域内に入って
いる場合には、その手や腕に対応する画像が、画像表示
部５１ａ、５１ｂに表示される。

【０１７３】そして、リアルグローブ２０を装着した手
や指の実際の動作に連動し、画像表示部５１ａ、５１ｂ
に表示されている仮想空間画像においてその手や指が動
く。

【０１７４】位置姿勢検出部５６は、仮想空間表示装置
５の位置および姿勢、すなわち、装着者の顔面（頭部）
の位置および姿勢を検出するためのセンサである。この
位置姿勢検出部５６には、本実施形態では、直交コイル
式の位置センサ、すなわち、前記位置姿勢検出部２３と
同様のものが用いられる。

【０１７５】位置姿勢検出部５６からの信号（検出デー
タ）は、信号処理部５８に入力され、所定の信号処理が
なされ、信号送受信部５５により逐一情報処理装置８に
送信される。情報処理装置８は、この検出データに基づ
いて、逐一仮想空間画像を更新する。

【０１７６】従って、例えば仮想空間表示装置５を装着
したユーザが首を動かした場合には、画像表示部５１
ａ、５１ｂに表示される仮想空間画像は、ユーザが向い
ている方向に合致した画像となるように変化する。

【０１７７】次に、触覚・力覚提示システム１の動作
（作用）について説明する。ここでは、ユーザが、触覚
・力覚提示システム１を利用して、仮想空間に現れてい
る仮想パーソナルコンピュータの操作を行う場合を例に
説明する。

【０１７８】ユーザは、各部の電源を入れ、リアルグロ
ーブ２０を両手にそれぞれ装着し、眼鏡状の仮想空間表
示装置５をかける（顔面に装着する）。すると、仮想空
間表示装置５の画像表示部５１ａ、５１ｂに、仮想パー
ソナルコンピュータを含む仮想空間画像が表示される。

【０１７９】また、ユーザの腕が画像表示部５１ａ、５
１ｂで表示されている仮想空間画像内に入るようにすれ
ば、情報処理装置８にて作成されたその手や腕の画像が
仮想空間画像に仮想物体として表示される。そして、ユ
ーザが手や指を動かした場合には、その実際の手や指の
動きに連動して、仮想空間画像において、表示されてい
る手や指が動く。

【０１８０】情報処理装置８は、仮想空間画像における
対象物、すなわち本実施形態では、例えば、仮想パーソ
ナルコンピュータの一部（例えばキーボード）と、ユー
ザの指の一部が同一座標となったことを検出すると、リ
アルグローブ２０に対して、触覚および力覚を発生させ
るための指示を行う。具体的には、リアルグローブ２０
に対して、駆動させる動力発生部２１１およびその駆動
に用いるＰＷＭデータや、駆動させるリンクモータ２２
２およびその駆動に用いるＰＷＭデータなどを送信す
る。

【０１８１】リアルグローブ２０は、情報処理装置８か
らの指示に従って、指定された各動作発生部２１１を、
それぞれ、指定されたトルクで指定された時間だけＰＷ
Ｍ制御により駆動する。これにより、仮想パーソナルコ
ンピュータの一部と同一座標となった部分に配置されて
いる各触覚提示ピン２１４の接触板２１４ａが突出し、
仮想パーソナルコンピュータの一部と同一座標となった
ユーザの各指先に対して触覚が与えられる。すなわち、
各指先に、接触感覚、質感、形状、強さ等の感覚が与え
られる。

【０１８２】同時に、リアルグローブ２０は、情報処理
装置８からの指示に従って、指定された各リンクモータ
２２２を、それぞれ、指定されたトルクで指定された時
間だけＰＷＭ制御により駆動する。これにより、実在す
るパーソナルコンピュータの例えばキーボードに触れて
いるときに各指の各関節に与えられる力覚、すなわち、
前記各指の各関節に与えられる押圧力（反力）に相当す
る力がユーザの各指の各関節に対して与えられる。

【０１８３】また、ユーザが、さらに仮想パーソナルコ
ンピュータのキーを押し込む方向に指を動かすと、指の
座標変化に合わせて、画像表示部５１ａ、５１ｂに、キ
ーを押し込む様子を示す仮想空間画像が表示される。

【０１８４】この場合、情報処理装置８は、押下された
キーにもとづく表示状態の変化を仮想空間画像で再現す
るための仮想空間画像の画像データを生成して仮想空間
表示装置５に送信する処理を行い、仮想空間表示装置５
は、前記情報処理装置８からの仮想空間画像の画像デー
タにもとづいて、仮想パーソナルコンピュータのディス
プレイにキーの押下が反映された表示がなされる画像を
表示する。

【０１８５】以上説明したように、この触覚・力覚提示
装置２および触覚・力覚提示システム１によれば、手お
よび各指の所定の部位の位置および姿勢を正確かつ確実
に求めることができる。

【０１８６】また、仮想空間画像に応じて、各指に対し
て力覚および触覚をそれぞれ正確かつ確実に提示するこ
とができる。

【０１８７】これにより、ユーザは、仮想空間における
動作（操作）を、快適に、容易かつ確実に、行うことが
できる。

【０１８８】また、触覚発生部２１において、アクチュ
エータワイヤ２１２の弛みを防止することができ、各触
覚提示ピン２１４からそれぞれユーザの各指腹に、より
正確かつ確実に目標の大ききの押圧力を与えることがで
きる。

【０１８９】これにより、ユーザは、仮想空間画像にお
ける各指腹の物体（対象物）への接触に相当する感覚
を、より正確かつ確実に各指腹で感じることができる。

【０１９０】また、触覚発生部２１では、各指腹に対し
てほぼ平行に（指腹に沿って）アクチュエータワイヤ２
１２が配置され、そのアクチュエータワイヤ２１２を巻
き取ることによって各指腹に対してほぼ垂直な力を与え
るようになっているので、触覚を与えるための機構を薄
くすることができ、これにより、リアルグローブ２０の
指腹側の厚みを極力抑えることができる。

【０１９１】また、力覚発生部２２はリンク機構を有し
ているので、指を伸ばしている状態、指を曲げている状
態のいずれにおいても対応することができ、これによ
り、より確実に、各指に対して力覚を与えることができ
る。

【０１９２】また、リアルグローブ２０は、手袋２ａを
有しているので、そのリアルグローブ２０の装着および
取り外しを容易かつ確実に行うことができ、また、仮想
空間における動作（操作）を容易かつ確実に行うことが
できる。

【０１９３】なお、上述した実施形態では、使用例とし
て仮想空間画像にて表示されているパーソナルコンピュ
ータを仮想的に操作する場合について説明したが、本発
明では、これに限らず、例えば、仮想本などの他の物品
を取扱うために使用することもできる。仮想本を取扱う
場合には、例えば、仮想本の縁をさわったりページをめ
くったりするときに、実際の本の縁をさわったりページ
をめくったりするときに指に加わる触感や力感を感じる
ことができる。

【０１９４】また、本発明では、仮想空間画像が表示さ
れなくてもよい。すなわち、仮想空間画像に対応した所
定のデータがあり、そのデータに基づいて、指に対して
触覚や力覚を提示するよう構成されていてもよい。

【０１９５】次に、本発明の触覚・力覚提示装置および
触覚・力覚提示システムの第２実施形態について説明す
る。

【０１９６】図１３は、第２実施形態の触覚・力覚提示
装置の触覚発生部の構成例を示す縦断面図である。

【０１９７】以下、第２実施形態の触覚・力覚提示装置
２および触覚・力覚提示システム１について、前述した
第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に
ついては、その説明を省略する。

【０１９８】図１３（Ａ）に示すように、第２実施形態
の触覚・力覚提示装置２では、その触覚発生部２１の各
単位触覚発生部（アクチュエータ）２１０は、それぞ
れ、モータ（駆動源）２１１ａを備える動力発生部（移
動手段）２１１と、長手方向に移動可能に設置されたア
クチュエータワイヤ（可撓性を有する線状体）２１２
と、触覚を発生させるために指腹を押圧する触覚提示部
２１６とを有している。

【０１９９】触覚提示部２１６は、ユーザの指腹に接触
感覚（接触の有無や強さ等）を与えるために用いられ、
例えば、板バネのような弾性を有する部材（弾性体）で
形成される。この場合、触覚提示部２１６は、適度な剛
性を有するのが好ましく、例えば、各種金属で構成され
た弾性体で形成することができる。

【０２００】この触覚提示部２１６は、第１の板片（押
圧部）２１６ａと、第２の板片（スライド部）２１６ｂ
とで構成されている。第１の板片２１６ａと第２の板片
２１６ｂとは、一端側において接合されており、第１の
板片２１６ａの他端側には、指腹に接触する部分である
微小な接触部２１６ｃが設けられている。この接触部２
１６ｃは、例えば、第１の板片２１６ａの端部を第２の
板片２１６ｂ側に向けて屈曲させることによって形成す
ることができる。

【０２０１】また、触覚提示部２１６の前記一端側、す
なわち、図１３（Ａ）中左側の端部は、図１３（Ａ）中
下側に凸となるように湾曲している。

【０２０２】第１の板片２１６ａと、第２の板片２１６
ｂとの間には、第１の板片２１６ａの移動方向を規制す
る円柱状のガイド部（移動方向規制手段）２１７が設置
されている。

【０２０３】また、触覚提示部２１６の図１３（Ａ）中
下側には、押え板２１８が設置されており、触覚提示部
２１６は、この押え板２１８に沿って移動（スライド）
し得るようになっている。この場合、触覚提示部２１６
は、その図１３（Ａ）中左側の端部が湾曲しているの
で、円滑かつ確実に移動することができる。

【０２０４】前記ガイド部２１７は、押え板２１８に固
定され、押え板２１８は、手袋２ａに固定されている。
すなわち、ガイド部２１７および押え板２１８は、共
に、手袋２ａに対して固定的に設置されている。

【０２０５】また、触覚提示部２１６の第２の板片２１
６ｂの図１３（Ａ）中右側の端部には、アクチュエータ
ワイヤ２１２の一端が固定されている。

【０２０６】動力発生部２１１のモータ２１１ａの駆動
によりアクチュエータワイヤ２１２が巻き取られると、
そのアクチュエータワイヤ２１２は、指腹に沿って図１
３（Ａ）中右側（指の基端方向）に移動し、これととも
にアクチュエータワイヤ２１２に取付固定されている触
覚提示部２１６も指腹に沿って図１３（Ａ）中右側に移
動する。

【０２０７】この際、図１３（Ｂ）に示すように、触覚
提示部２１６の第１の板片２１６ａは、ガイド部２１７
によって図１３（Ｂ）中右側への移動が制限されるとと
もに、ガイド部２１７にガイドされて、図１３（Ｂ）中
上側へ移動する（指腹に向って突出する）。すなわち、
触覚提示部２１６が弾性変形し、その第１の板片２１６
ａの姿勢が図１３（Ｂ）に示す姿勢に変更されること
で、接触部２１６ｃは、指腹の表面に対しほぼ垂直上方
に移動する（押し上げられる）。

【０２０８】一方、アクチュエータワイヤ２１２は、触
覚提示部２１６の復元力（弾性力）により、図１３
（Ｂ）中左側（第１の板片２１６ａを突出させるときの
アクチュエータワイヤ２１２の移動方向と逆方向）に付
勢される。すなわち、この触覚提示部２１６（第１の板
片２１６ａ）は、付勢手段を兼ねる。

【０２０９】前記接触部２１６ｃがほぼ垂直上方に移動
しようとする力が働くことで、その接触部２１６ｃが指
腹をほぼ垂直方向へ押圧し、これにより、ユーザの手の
指腹に押圧力を与える。

【０２１０】この動作が、複数の単位触覚発生部２１０
のうちの指定された単位触覚発生部２１０でなされ、こ
れにより、ユーザの手の指腹に触覚が提示される（与え
られる）。よって、ユーザは、仮想空間画像における指
腹の物体（対象物）への接触に相当する感覚を、指腹に
得ることができる。

【０２１１】前記指定された単位触覚発生部２１０にお
いて、動力発生部２１１のモータ２１１ａの駆動が停止
し、アクチュエータワイヤ２１２の巻き取り状態が解除
されると、触覚提示部２１６の復元力（弾性力）と、ユ
ーザの指からの圧力によって、触覚提示部２１６は、図
１３（Ａ）に示す初期状態に戻る。これにより、触覚提
示部２１６からユーザの手の指腹に与えられていた押圧
力が実質的に消滅する。

【０２１２】この触覚・力覚提示装置２および触覚・力
覚提示システム１によれば、前述した第１実施形態と同
様の効果が得られる。

【０２１３】次に、本発明の触覚・力覚提示装置および
触覚・力覚提示システムの第３実施形態について説明す
る。

【０２１４】図１４は、第３実施形態の触覚・力覚提示
装置のリアルグローブの外観構成例を示す外観図（一部
図示を省略）である。なお、図１４中では、図３に示す
触覚発生部２１、動力発生部２１１、力覚発生部２２、
位置姿勢検出部２３、制御部２４および電力供給部３０
等は、図示されていない。

【０２１５】以下、第３実施形態の触覚・力覚提示装置
２および触覚・力覚提示システム１について、前述した
第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に
ついては、その説明を省略する。

【０２１６】図１４に示すように、第３実施形態の触覚
・力覚提示装置２では、リアルグローブ２０の手袋２ａ
の筒状部２０ａの肘側（基端側）の端部に、空気（エア
ー）の注入による空気圧（圧力）により腕に固定する形
態（エアー注入方式）の腕固定部２ｄが設けられてい
る。

【０２１７】この腕固定部２ｄは、空気が注入される袋
状の腕固定部本体２１ｄと、その腕固定部本体２１ｄに
設けられたエアー注入部２２ｄとで構成されている。腕
固定部本体２１ｄの外観形状は、筒状をなしている。

【０２１８】エアー注入部２２ｄの中空部は、腕固定部
本体２１ｄの内部に連通しており、エアー注入部２２ｄ
の先端部には、蓋体２３ｄが設けられている。

【０２１９】蓋体２３ｄをエアー注入部２２ｄの先端部
に装着すると、腕固定部本体２１ｄ内の気密性が保持さ
れ、蓋体２３ｄを取り外すと、腕固定部本体２１ｄに対
し、エアー注入部２２ｄを介して、空気の注入および排
出を行うことができる。

【０２２０】このような腕固定部２ｄは、各ユーザに応
じて、例えば、ゴム型等の型を用いて、ユーザの腕の形
状に合うように成形される。

【０２２１】ユーザは、リアルグローブ２０を装着する
際は、まず、その手袋２ａを装着し、次に、腕固定部２
ｄの腕固定部本体２１ｄ内に、空気を注入する。

【０２２２】この空気注入では、例えば、エアー注入部
２２ｄの先端部から蓋体２３ｄを取り外し、そのエアー
注入部２２ｄから腕固定部本体２１ｄ内に空気を吹き込
む。そして、所定量の空気を注入し終えると、エアー注
入部２２ｄの先端部に蓋体２３ｄを装着する。

【０２２３】このようにして、リアルグローブ２０は、
腕固定部２ｄの空気圧によりユーザの腕に固定されると
ともに、手首固定部２８の復元力（弾性力）によりユー
ザの手首に固定される。

【０２２４】また、ユーザは、リアルグローブ２０を取
り外す際は、まず、腕固定部２ｄの腕固定部本体２１ｄ
内から空気を排出し、次に、リアルグローブ２０を手か
ら取り外す。

【０２２５】この触覚・力覚提示装置２および触覚・力
覚提示システム１によれば、前述した第１実施形態と同
様の効果が得られる。

【０２２６】そして、この触覚・力覚提示装置２では、
腕固定部２ｄがエアー注入方式のものであるので、リア
ルグローブ２０の装着および取り外しを容易かつ迅速に
行うことができる。

【０２２７】なお、本発明では、触覚発生部２１の単位
触覚発生部２１０を、前述した第２実施形態のように構
成してもよい。

【０２２８】次に、本発明の触覚・力覚提示装置および
触覚・力覚提示システムの第４実施形態について説明す
る。

【０２２９】図１５は、第４実施形態の触覚・力覚提示
装置の位置姿勢検出部の構成例を示すブロック図、図１
６は、第４実施形態の触覚・力覚提示装置の位置姿勢検
出部の構成例を示す外観図（一部図示を省略）、図１７
は、図１６に示す位置姿勢検出部のＺ方向検出センサの
構成例を示す外観図である。なお、図１６および図１７
中において、それぞれ、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およ
びＺ軸を想定する。

【０２３０】以下、第４実施形態の触覚・力覚提示装置
２および触覚・力覚提示システム１について、前述した
第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に
ついては、その説明を省略する。

【０２３１】第４実施形態の触覚・力覚提示装置２で
は、位置姿勢検出部（位置検出手段）２３として、例え
ば、コリオリ力を利用して互いに直交するＸ軸、Ｙ軸お
よびＺ軸の回りの角速度をそれぞれ検出するジャイロセ
ンサ（ジャイロスコープ）を用いる。

【０２３２】そして、この触覚・力覚提示装置２では、
凹凸入力部（撮像手段）５３ａ、５３ｂにより周囲を撮
像し、その撮像された周囲の画像に指に対応する部分が
含まれている場合には、凹凸入力部５３ａ、５３ｂから
の画像データ（映像データ）に基づいて指の位置を求
め、前記撮像された周囲の画像に指に対応する部分が含
まれていない場合には、前記各位置姿勢検出部２３によ
り指の位置を検出し、各位置検出手段２３からの情報に
基づいて指の位置を求める。

【０２３３】図１６に示すように、位置姿勢検出部２３
は、ケーシング６０と、ケーシング６０内に設けられ、
Ｘ軸の回りの角速度を検出するＸ方向検出センサ（第１
の検出センサ）６１、Ｙ軸の回りの角速度を検出するＹ
方向検出センサ（第２の検出センサ）６２およびＺ軸の
回りの角速度を検出するＺ方向検出センサ（第３の検出
センサ）６３とを有している。

【０２３４】図１７に示すように、Ｚ方向検出センサ６
３は、エリンバー（基台）６４と、エリンバー６４に設
置された振動用の圧電素子（振動用圧電素子）６５およ
び検出用の圧電素子（検出用圧電素子）６６とで構成さ
れている。このＺ方向検出センサ６３は、２本のワイヤ
６７、６８により支持されている。

【０２３５】エリンバー６４の形状は、Ｚ軸方向に長い
略直方体をなしており、その略直交する２つの面の一方
に前記振動用圧電素子６５が設置され、他方に検出用圧
電素子６６が設置されている。この場合、Ｙ軸に対して
垂直な面に、振動用圧電素子６５が配置され、Ｘ軸に対
して垂直な面に、検出用圧電素子６６が配置されている
が、その配置を逆にしてもよい。

【０２３６】このＺ方向検出センサ６３の振動用圧電素
子６５に図１５に示す交流電源６９から交流電圧が印加
されると、その振動用圧電素子６５は、Ｘ軸方向に振動
（屈曲振動）し、これによりエリンバー６４もＸ軸方向
に振動する。このとき、Ｚ軸の回りに回転（角速度）が
生じると、その角速度に対応したレベルの電圧（信号）
が検出用圧電素子６６から検出される。

【０２３７】なお、Ｘ方向検出センサ６１およびＹ方向
検出センサ６２の構成および作用は、それぞれ、前記Ｚ
方向検出センサ６３と同様であるので、その説明は、省
略するが、Ｘ軸の回りに回転（角速度）が生じると、そ
の角速度に対応したレベルの電圧（信号）がＸ方向検出
センサ６１の検出用圧電素子６６から検出され、Ｙ軸の
回りに回転（角速度）が生じると、その角速度に対応し
たレベルの電圧（信号）がＹ方向検出センサ６２の検出
用圧電素子６６から検出される。

【０２３８】図１５に示すように、位置姿勢検出部２３
のＸ方向検出センサ６１によって検出されたＸ軸の回り
の角速度に対応した信号（検出データ）と、Ｙ方向検出
センサ６２によって検出されたＹ軸の回りの角速度に対
応した信号（検出データ）と、Ｚ方向検出センサ６３に
よって検出されたＺ軸の回りの角速度に対応した信号
（検出データ）とは、それぞれ、信号処理部２５の増幅
部２５１にて増幅され、Ａ／Ｄ変換部２５２にてデジタ
ル信号に変換された後、図２に示す信号送受信部２６に
出力され、この信号送受信部２６により情報処理装置８
に送信される。

【０２３９】情報処理装置８では、前記信号を受信し、
その信号（情報）に基づいて、リアルグローブ２０を装
着した各指、手、手首、腕などの各部の位置および姿
勢、すなわち、前記各部の座標を導出し、その情報を所
定の各処理において利用する。

【０２４０】次に、触覚・力覚提示システム１の動作
（作用）について説明する。この場合、リアルグローブ
２０を装着した各指、手、手首、腕などの各部の位置お
よび姿勢を求める方法以外は、前述した第１実施形態と
同様であるので、その説明は、省略する。

【０２４１】使用に先立って、ユーザは、まず、凹凸入
力部５３ａ、５３ｂにより撮像される周囲の画像にリア
ルグローブ２０の指等の検出する部位に対応する部分が
含まれるようにする。これにより、触覚・力覚提示シス
テム１において初期設定がなされる。

【０２４２】この初期設定では、仮想空間表示装置５
は、２台の画像取込装置（撮像手段）、すなわち、凹凸
入力部（撮像手段）５３ａ、５３ｂによって周囲の画像
を撮像して取り込み、情報処理装置８に対して撮像した
画像データ（映像データ）を送信する。

【０２４３】この場合、凹凸入力部５３ａ、５３ｂにて
撮像された画像にはリアルグローブ２０の指等の検出す
る部位に対応する部分が含まれているので、情報処理装
置８は、凹凸入力部５３ａ、５３ｂにて撮像された画
像、すなわち撮像された画像データに基づいて前記指等
の位置および姿勢（座標）を求める。この求められた位
置および姿勢は、それぞれ、基準位置および基準姿勢、
すなわち基準状態とされ、その基準位置および基準姿勢
の情報は、情報処理装置８の図示しないメモリーに記憶
される。

【０２４４】前記初期設定が終了すると、使用可能状態
となり、仮想空間表示装置５は、凹凸入力部（撮像手
段）５３ａ、５３ｂによって周囲の画像を撮像して取り
込み、情報処理装置８に対して撮像した画像データを送
信する。

【０２４５】情報処理装置８の図示しない判別手段は、
凹凸入力部５３ａ、５３ｂにて撮像された画像、すなわ
ち撮像された画像データに基づいて、凹凸入力部５３
ａ、５３ｂにて撮像された画像にリアルグローブ２０の
指等の検出する部位に対応する部分が含まれているか否
かを判別する。

【０２４６】そして、前記撮像された画像に前記指等の
検出する部位に対応する部分が含まれている場合には、
情報処理装置８は、前記撮像された画像データに基づい
て前記指等の位置および姿勢（座標）を求める。この求
められた位置および姿勢は、それぞれ、基準位置および
基準姿勢とされる。すなわち、前記メモリーに記憶され
ている基準位置および基準姿勢の情報は、前記新たな基
準位置および基準姿勢の情報に書き換えられる。

【０２４７】逆に、前記撮像された画像に前記指等の検
出する部位に対応する部分が含まれていない場合には、
情報処理装置８は、前記各位置姿勢検出部２３からの信
号（情報）に基づいて、前記指等の位置および姿勢（座
標）を求める。この場合、各位置姿勢検出部２３からの
情報からは、前記基準位置および基準姿勢に対する相対
的な位置および姿勢が求まり、その相対的な位置および
姿勢の情報と、前記基準位置および基準姿勢の情報とに
基づいて、前記指等の位置および姿勢が求められる。

【０２４８】この触覚・力覚提示装置２および触覚・力
覚提示システム１によれば、前述した第１実施形態と同
様の効果が得られる。

【０２４９】そして、この触覚・力覚提示装置２では、
手および各指の所定の部位の位置および姿勢を正確かつ
確実に求めることができるとともに、位置姿勢検出部２
３としてジャイロセンサを用いることにより、コストを
低減することができる。

【０２５０】なお、本実施形態では、位置姿勢検出部
（位置検出手段）２３は、ジャイロセンサで構成されて
いるが、本発明では、これに限定されない。

【０２５１】また、本発明では、触覚発生部２１の単位
触覚発生部２１０を、前述した第２実施形態のように構
成してもよい。

【０２５２】また、本発明では、腕固定部２ｄを、前述
した第３実施形態のように、空気（エアー）の注入によ
る空気圧（圧力）により腕に固定する形態（エアー注入
方式）のものにしてもよい。

【０２５３】以上、本発明の触覚・力覚提示装置および
触覚・力覚提示システムを、図示の実施形態に基づいて
説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、
各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに
置換することができる。

【０２５４】また、本発明では、前記各実施形態の任意
の２以上の構成（特徴）を適宜組み合わせてもよい。

【０２５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
指の位置を正確かつ確実に求めることができ、仮想空間
画像（仮想空間映像）に応じて、指に対して触覚や力覚
を正確かつ確実に提示することができる。

【０２５６】これにより、ユーザ（使用者）は、仮想空
間における動作（操作）を、快適に、容易かつ確実に、
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の触覚・力覚提示装置の第１実施形態
およびその触覚・力覚提示装置を有する触覚・力覚提示
システムの構成例を示す概念図である。

【図２】 図１に示すリアルグローブの回路構成例を示
すブロック図である。

【図３】 図１に示すリアルグローブの外観構成例を示
す外観図（一部図示を省略）である。

【図４】 図１に示すリアルグローブの触覚発生部の構
成例を示す縦断面図である。

【図５】 図１に示すリアルグローブの力覚発生部の構
成例を示す外観図である。

【図６】 図１に示すリアルグローブの力覚発生部の構
成例を示す外観図である。

【図７】 図１に示すリアルグローブの位置姿勢検出部
の構成例を示すブロック図である。

【図８】 図１に示す仮想空間表示装置の外観構成例を
示す斜視図である。

【図９】 図１に示す仮想空間表示装置の回路構成例を
示すブロック図である。

【図１０】 図１に示す仮想空間表示装置の凹凸入力部
の構成例を示す図（ブロック図、模式図）である。

【図１１】 図１に示す仮想空間表示装置の画像表示部
の構成例を示す図（ブロック図、模式図）である。

【図１２】 図１に示す仮想空間表示装置の視線検出部
の構成例を示す図（ブロック図、模式図）である。

【図１３】 第２実施形態の触覚・力覚提示装置の触覚
発生部の構成例を示す縦断面図である。

【図１４】 第３実施形態の触覚・力覚提示装置のリア
ルグローブの外観構成例を示す外観図（一部図示を省
略）である。

【図１５】 第４実施形態の触覚・力覚提示装置の位置
姿勢検出部の構成例を示すブロック図である。

【図１６】 第４実施形態の触覚・力覚提示装置の位置
姿勢検出部の構成例を示す外観図（一部図示を省略）で
ある。

【図１７】 図１６に示す位置姿勢検出部のＺ方向検出
センサの構成例を示す外観図である。

【符号の説明】

１・・・触覚・力覚提示システム、２・・・触覚・力覚
提示装置、２０・・・リアルグローブ、２ａ・・・手
袋、２０ａ・・・筒状部、２１ａ・・・開口、２ｂ・・
・フレームホルダ、２ｃ・・・フレームカバー、２ｄ・
・・腕固定部、２１ｄ・・・腕固定部本体、２２ｄ・・
・エアー注入部、２３ｄ・・・蓋体、２１・・・触覚発
生部、２１０・・・単位触覚発生部、２１１・・・動力
発生部、２１１ａ・・・モータ、２１２・・・アクチュ
エータワイヤ、２１２ａ・・・束、２１３・・・ワイヤ
保持部、２１４・・・触覚提示ピン、２１４ａ・・・接
触板、２１４ｂ・・・支持部、２１５・・・触覚提示ピ
ン支持部、２１６・・・触覚提示部、２１６ａ・・・第
１の板片、２１６ｂ・・・第２の板片、２１６ｃ・・・
接触部、２１７・・・ガイド部、２１８・・・押え板、
２２・・・力覚発生部、２２１・・・フレーム、２２２
・・・リンクモータ、２３・・・位置姿勢検出部、２３
１・・・Ｘ方向検出コイル、２３２・・・Ｙ方向検出コ
イル、２３３・・・Ｚ方向検出コイル、２４・・・制御
部、２５・・・信号処理部、２５１・・・増幅部、２５
２・・・Ａ／Ｄ変換部、２６・・・信号送受信部、２７
・・・遊び吸収部、２８・・・手首固定部、２９・・・
ねじれ吸収部、２９１・・・帯状部、２９２・・・開
口、３０・・・電力供給部、５・・・仮想空間表示装
置、５１ａ、５１ｂ・・・画像表示部、５１１・・・レ
ンズ、５１２・・・レンズ移動機構、５１３・・・ステ
ッピングモータ、５１４・・・モータ制御部、５１５・
・・液晶表示パネル、５１６・・・液晶駆動部、５１７
・・・バックライト、５１８・・・バックライト制御
部、５１９・・・トランジスタ、５２ａ、５２ｂ・・・
視線検出部、５２１・・・ハーフミラー、５２２・・・
フィルタ、５２３・・・レンズ、５２４・・・ＣＣＤ、
５２５・・・ＣＣＤ制御部、５２６・・・ＣＣＤ出力増
幅部、５２７・・・ＬＥＤ、５２８・・・ＬＥＤ制御
部、５２９・・・トランジスタ、５３ａ、５３ｂ・・・
凹凸入力部、５３１・・・レンズ、５３２・・・ＣＣ
Ｄ、５３３・・・ＣＣＤ制御部、５３４・・・ＣＣＤ出
力増幅部、５４・・・制御部、５５・・・信号送受信
部、５６・・・位置姿勢検出部、５７・・・装着部、５
８・・・信号処理部、６０・・・ケーシング、６１・・
・Ｘ方向検出センサ、６２・・・Ｙ方向検出センサ、６
３・・・Ｚ方向検出センサ、６４・・・エリンバー、６
５・・・振動用圧電素子、６６・・・検出用圧電素子、
６７、６８・・・ワイヤ、６９・・・交流電源、８・・
・情報処理装置、９・・・基地局

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5B050 AA10 BA09 BA13 CA07 EA26 FA02 FA06 5B087 AA07 AA09 AB02 AE07 BC06 BC16 CC00 CC26 DG02

Claims (43)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも指に装着する装着手段と、指
   の位置を検出する位置検出手段と、指に与える触覚を発
   生する触覚発生手段とを有し、 前記位置検出手段により指の位置を検出し、前記位置検
   出手段からの情報に基づいて指の位置を求め、前記求め
   た指の位置情報と、仮想空間画像の対象物の位置情報と
   に基づいて、指に対して触覚を提示するよう構成されて
   いることを特徴とする触覚・力覚提示装置。
2. 【請求項２】 前記位置検出手段は、中心軸が互いに略
   直交する第１のコイル、第２のコイルおよび第３のコイ
   ルを有する請求項１に記載の触覚・力覚提示装置。
3. 【請求項３】 少なくとも指に装着する装着手段と、指
   の位置を検出する位置検出手段と、指に与える触覚を発
   生する触覚発生手段と、周囲を撮像する撮像手段と、前
   記撮像手段によって撮像された画像に指に対応する部分
   が含まれているか否かを判別する判別手段とを有し、 前記撮像手段により周囲を撮像し、前記撮像手段によっ
   て撮像された画像に指に対応する部分が含まれている場
   合には、前記撮像手段からの画像データに基づいて指の
   位置を求め、前記撮像手段によって撮像された画像に指
   に対応する部分が含まれていない場合には、前記位置検
   出手段により指の位置を検出し、前記位置検出手段から
   の情報に基づいて指の位置を求め、前記求めた指の位置
   情報と、仮想空間画像の対象物の位置情報とに基づい
   て、指に対して触覚を提示するよう構成されていること
   を特徴とする触覚・力覚提示装置。
4. 【請求項４】 前記撮像手段を複数有し、該複数の撮像
   手段により略同じ領域を撮像するよう構成されている請
   求項３に記載の触覚・力覚提示装置。
5. 【請求項５】 前記位置検出手段は、ジャイロセンサを
   有する請求項３または４に記載の触覚・力覚提示装置。
6. 【請求項６】 前記ジャイロセンサは、互いに略直交す
   るＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の回りの角速度をそれぞれ検出
   するものである請求項５に記載の触覚・力覚提示装置。
7. 【請求項７】 前記求めた指の位置情報と、仮想空間画
   像の対象物の位置情報とに基づいて、前記触覚発生手段
   の駆動を制御する制御手段を有する請求項１ないし６の
   いずれかに記載の触覚・力覚提示装置。
8. 【請求項８】 前記制御手段は、前記仮想空間画像にお
   いて対象物に指が接触したとき、その接触に相当する感
   覚が指腹に得られるように前記触覚発生手段の駆動を制
   御する請求項７に記載の触覚・力覚提示装置。
9. 【請求項９】 前記触覚発生手段は、指腹を押圧する押
   圧部を備えた単位触覚発生部を複数有する請求項１ない
   し８のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置。
10. 【請求項１０】 前記押圧部は、指腹に対し行列状に配
    置されている請求項９に記載の触覚・力覚提示装置。
11. 【請求項１１】 前記単位触覚発生部は、前記押圧部を
    駆動する駆動機構を有する請求項９または１０に記載の
    触覚・力覚提示装置。
12. 【請求項１２】 前記駆動機構は、前記押圧部が固定さ
    れ、移動可能に設置された可撓性を有する線状体と、 前記線状体をその長手方向に移動させる移動手段と、 前記押圧部の移動方向を規制する移動方向規制手段とを
    有し、 前記線状体が所定方向に移動すると、前記押圧部が前記
    移動方向規制手段によりガイドされて指腹に向って突出
    し、該押圧部により指腹が押圧されるよう構成されてい
    る請求項１１に記載の触覚・力覚提示装置。
13. 【請求項１３】 前記押圧部を突出させるときの前記線
    状体の移動方向と逆方向に、該線状体を付勢する付勢手
    段を有する請求項１２に記載の触覚・力覚提示装置。
14. 【請求項１４】 前記押圧部が、指腹を該指腹に対して
    略垂直な方向に押圧するよう構成されている請求項９な
    いし１３のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置。
15. 【請求項１５】 信号の送信または受信を行う通信手段
    を有する請求項１ないし１４のいずれかに記載の触覚・
    力覚提示装置。
16. 【請求項１６】 前記通信手段から送信される信号に基
    づいて、前記触覚発生手段が駆動するよう構成されてい
    る請求項１５に記載の触覚・力覚提示装置。
17. 【請求項１７】 指に与える力覚を発生する力覚発生手
    段を有し、前記求めた指の位置情報と、仮想空間画像の
    対象物の位置情報とに基づいて、指に対して力覚を提示
    するよう構成されている請求項１ないし１６のいずれか
    に記載の触覚・力覚提示装置。
18. 【請求項１８】 少なくとも指に装着する装着手段と、
    指の位置を検出する位置検出手段と、指に与える力覚を
    発生する力覚発生手段とを有し、 前記位置検出手段により指の位置を検出し、前記位置検
    出手段からの情報に基づいて指の位置を求め、前記求め
    た指の位置情報と、仮想空間画像の対象物の位置情報と
    に基づいて、指に対して力覚を提示するよう構成されて
    いることを特徴とする触覚・力覚提示装置。
19. 【請求項１９】 前記位置検出手段は、中心軸が互いに
    略直交する第１のコイル、第２のコイルおよび第３のコ
    イルを有する請求項１８に記載の触覚・力覚提示装置。
20. 【請求項２０】 少なくとも指に装着する装着手段と、
    指の位置を検出する位置検出手段と、指に与える力覚を
    発生する力覚発生手段と、周囲を撮像する撮像手段と、
    前記撮像手段によって撮像された画像に指に対応する部
    分が含まれているか否かを判別する判別手段とを有し、 前記撮像手段により周囲を撮像し、前記撮像手段によっ
    て撮像された画像に指に対応する部分が含まれている場
    合には、前記撮像手段からの画像データに基づいて指の
    位置を求め、前記撮像手段によって撮像された画像に指
    に対応する部分が含まれていない場合には、前記位置検
    出手段により指の位置を検出し、前記位置検出手段から
    の情報に基づいて指の位置を求め、前記求めた指の位置
    情報と、仮想空間画像の対象物の位置情報とに基づい
    て、指に対して力覚を提示するよう構成されていること
    を特徴とする触覚・力覚提示装置。
21. 【請求項２１】 前記撮像手段を複数有し、該複数の撮
    像手段により略同じ領域を撮像するよう構成されている
    請求項２０に記載の触覚・力覚提示装置。
22. 【請求項２２】 前記位置検出手段は、ジャイロセンサ
    を有する請求項２０または２１に記載の触覚・力覚提示
    装置。
23. 【請求項２３】 前記ジャイロセンサは、互いに略直交
    するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の回りの角速度をそれぞれ検
    出するものである請求項２２に記載の触覚・力覚提示装
    置。
24. 【請求項２４】 前記求めた指の位置情報と、仮想空間
    画像の対象物の位置情報とに基づいて、前記力覚発生手
    段の駆動を制御する制御手段を有する請求項１７ないし
    ２３のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置。
25. 【請求項２５】 前記力覚発生手段は、リンク機構を有
    する請求項１７ないし２４のいずれかに記載の触覚・力
    覚提示装置。
26. 【請求項２６】 前記力覚発生手段は、回動可能に連結
    された複数のフレームを備えたリンク機構と、前記各フ
    レームを回動させる駆動源とを有し、 前記フレームの回動により、指の関節に対して力覚を与
    えるよう構成されている請求項１７ないし２４のいずれ
    かに記載の触覚・力覚提示装置。
27. 【請求項２７】 前記力覚は、仮想空間画像における対
    象物からの反力に対応したものである請求項１７ないし
    ２６のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置。
28. 【請求項２８】 信号の送信または受信を行う通信手段
    を有する請求項１７ないし２７のいずれかに記載の触覚
    ・力覚提示装置。
29. 【請求項２９】 前記通信手段から送信される信号に基
    づいて、前記力覚発生手段が駆動するよう構成されてい
    る請求項２８に記載の触覚・力覚提示装置。
30. 【請求項３０】 前記位置検出手段は、該位置検出手段
    により検出する部位の近傍に設けられている請求項１な
    いし２９のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置。
31. 【請求項３１】 前記位置検出手段は、指の関節の近傍
    に対応する部分に設けられている請求項１ないし３０の
    いずれかに記載の触覚・力覚提示装置。
32. 【請求項３２】 前記位置検出手段は、該位置検出手段
    により検出する部位に対して一定の位置関係を保持し得
    るように設けられている請求項１ないし３１のいずれか
    に記載の触覚・力覚提示装置。
33. 【請求項３３】 装着手段は、指から腕にかけて装着す
    る手袋状のものである請求項１ないし３２のいずれかに
    記載の触覚・力覚提示装置。
34. 【請求項３４】 請求項１ないし３３のいずれかに記載
    の触覚・力覚提示装置を有することを特徴とする触覚・
    力覚提示システム。
35. 【請求項３５】 仮想空間画像を表示する表示手段を有
    する請求項３４に記載の触覚・力覚提示システム。
36. 【請求項３６】 前記表示手段は、顔面に装着して使用
    するものである請求項３５に記載の触覚・力覚提示シス
    テム。
37. 【請求項３７】 請求項３ないし６または２０ないし２
    ３のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置と、顔面に装
    着して使用し、仮想空間画像を表示する表示手段とを有
    しており、前記撮像手段は、前記表示手段に設けられて
    いることを特徴とする触覚・力覚提示システム。
38. 【請求項３８】 前記表示手段に対して信号の送信また
    は受信を行う通信手段を有する請求項３５ないし３７の
    いずれかに記載の触覚・力覚提示システム。
39. 【請求項３９】 仮想空間画像を作成する画像作成手段
    を有する請求項３４ないし３８のいずれかに記載の触覚
    ・力覚提示システム。
40. 【請求項４０】 前記画像作成手段は、指の動きに応じ
    て仮想空間画像を更新するよう構成されている請求項３
    ９に記載の触覚・力覚提示システム。
41. 【請求項４１】 前記画像作成手段に対して信号の送信
    または受信を行う通信手段を有する請求項３９または４
    ０に記載の触覚・力覚提示システム。
42. 【請求項４２】 仮想空間画像を作成する画像作成手段
    と、仮想空間画像を表示する表示手段と、前記触覚・力
    覚提示装置、前記画像作成手段および前記表示手段の駆
    動を制御する制御手段とを有する請求項３４に記載の触
    覚・力覚提示システム。
43. 【請求項４３】 請求項３ないし６または２０ないし２
    ３のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置と、仮想空間
    画像を作成する画像作成手段と、顔面に装着して使用
    し、仮想空間画像を表示する表示手段と、前記触覚・力
    覚提示装置、前記画像作成手段および前記表示手段の駆
    動を制御する制御手段とを有しており、前記撮像手段
    は、前記表示手段に設けられていることを特徴とする触
    覚・力覚提示システム。