JP2013524315A - 首用触覚通信装置 - Google Patents

Abstract

装置１０は、概略Ｃ字形状の構造体の中に等しい間隔で配置された複数のアクチュエータ１１から構成され、触覚の刺激を装着者の首の皮膚に加えるため、装着者３０の首２０の周囲にしっかりと装着される。コンピュータプログラムによって動作する電子コントローラは、外部の信号源から受信された信号に基づいて前記装置１０の前記アクチュエータ１１を制御する。前記装置は、分かり易い情報、キュー及び警告あるいはゲームに関連した感覚を提供するため装着者の首の周囲に触覚刺激のシーケンスを与える。
【選択図】図１

Description

本願は、２０１０年３月２５日付け出願の米国仮特許出願番号第６１／３４０，９６６号、２０１０年６月１０日付け出願の米国仮特許出願番号第６１／３９７，３３６号及び２０１０年６月１４日付け出願の米国仮特許出願番号第６１／３９７，６２１号の便益を、それぞれ主張する。

本発明は、概略人−機械相互作用及び触覚通信に関連するものである。特に、本発明は、人の首の周囲に配置した装置及び様々の角度あるいは周辺位置から首の皮膚を刺激する触覚アクチュエータを用いた正確で分かり易い情報、あるいは感覚の伝達に関するものである。

人の五官は、位置、距離、速度、加速度及び周囲を取り巻くものの他の特性についてのキューを人に供給している。電子ビデオゲームのような、シミュレーションされた、もしくは仮想の世界では、感覚は、例えば、ビデオスクリーンの限られたサイズ、低品質の音、そして手持ち型コントローラの振動により供給される制限された触感に制限される。

振動型のゲームコントローラが知られ、そして考案されてきており（Ｎｉｓｈｉｕｍｉ、Ｋｏｓｈｉｍａ及びＯｈｔａ、２００６）、それらは、プレーヤーに物理的な世界と相互作用する感覚を創り出すように使われてきた。例えば、自動車競争ゲームでは、自動車が舗装道路から外れると、手持ち型ゲームコントローラが振動する。主観視点のシューティングゲームでは、例えば、操作者が弾丸に撃たれたことは、ゲームコントローラの振動を通して知らせうる。コントローラのないゲームシステムの出現により、従来技術で操作者に触覚情報を与える手法はさらに制限されてきた。なぜなら、これらの新しいシステムではもはや手持ち型コントローラ（パッド、ジョイスティック、その他）を用いた使用者との相互作用は可能ではなくなったからである。マイクロソフト・コーポレーションによって開発されたＫＩＮＥＣＴゲームシステムはコントローラを用いないゲームシステムの一例である。このように、例えば、詳細な触覚情報をビデオゲームのプレーヤーに伝えるような技術の需要が存在するのである。

（触覚通信）
人に文章や指令を理解させる能力、もしくは状況認識能力を増大させるための触覚通信手段、システム及び装置が考案されてきた。これらの発明は、主として視覚障害者に対する人工視覚（ＭＩＴ Ｔｏｕｃｈｌａｂ、２００５）及び人と人との間の遠隔通信（Ｇｉｌｓｏｎ ＆ Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ（２００７）、Ｒｕｐｅｒｔ ＆ Ｋｏｌｅｖ（２００８）及びＺｅｌｅｋ ＆ Ｈｏｌｂｅｉｎ（２００８））と関連していた。

触覚ディスプレー、しばしば視覚−触覚間情報変換と呼ばれる、は、ＭＩＴ Ｔｏｕｃｈ Ｌａｂのような研究機関によって広く研究されてきた（ＭＩＴ Ｔｏｕｃｈｌａｂ、２００５）。

触覚ディスプレーの領域における研究及び従来技術は、一般に触覚情報を皮膚に伝えること、そして、高分解能感覚器官としての首の皮膚には特段の興味を示すことなく、伝達し得る複雑さや帯域幅（単位時間当たりの情報量）を制限する機械的及び生理学的パラメ―タ―の周辺に集中していた。

触覚状況認識システム（ＴＳＡＳ）は、空間的定位キュー（Ｚｅｌｅｋ ＆ Ｈｏｌｂｅｉｎ、２００８；Ｒｕｐｅｒｔ ＆ Ｋｏｌｅｖ、２００８）を提供するための装着可能な触覚ディスプレーである。腰にしっかりと装着するトランスデューサーを装備したベルトが、兵士に方位キューを提供するために開発された。この従来技術は、装着者に生じようとしている脅威の位置情報を伝えるため、胴及びベルト領域の様々な位置への触覚刺激を用いている。しかしながら、高分解能感覚器官としての首の皮膚は考慮されておらず、また、提案されてもいなかった。

（高分解能感覚器官としての首の皮膚）
伝達形式の効率性を計る一つの評価基準は、特定の伝達形式を通してどれほど速く複雑な情報を人に伝達することができるかということにある。情報理論では、これは典型的にはどれだけ多くの文字を人に伝送することができるか、また、人がどのような速度でこれらの文字を理解するかによって測定される。

訓練を受けていない人の皮膚は不正確な感覚器官である。人は、個々の指、つま先、他の身体部分、もしくは、遠く離れた皮膚の位置などに加えられた複数の触覚刺激を区別することができる一方で、皮膚の互いに近傍にある位置を区別する能力は大きく制限される。しかしながら、首の周囲の様々の角度あるいは周辺位置に加えられた刺激は、その作用点が接近していてもその差を区別することができる。訓練を受けていない人は、多くの場合、彼もしくは彼女の首の周囲の様々の角度あるいは周辺位置について８から１２もの数の差異を区別することができる（図２）。簡単な実験は、訓練によって、首の周囲のより多くの角度もしくは周辺位置に加えられた触覚刺激を区別することができるようになる可能性があることを示している。

装着者を中心とし、これを見上げるような形の水平の時計文字盤２８を考える。その時計の１２時の点が装着者の正面に向かうような向きに置かれるなら、様々の角度あるいは周辺位置で装着者の首に触れ、装着者が触覚点に対応する時刻を知らせるというような実験を工夫することができる。例えば、装着者が首の真後ろから触られたなら、彼もしくは彼女は次のように言うだろう：「６時」。訓練を受けていない装着者は、一般に、１２の時刻のいずれも「識別」もしくは区別することができる。この異なる１２の角度あるいは周辺位置を区別する能力は１２の分解能に相当する。あるいは、ディジタル用語では、８（＝２の３乗、もしくは３−ビット分解能）と１６（＝２の４乗、もしくは４−ビット分解能）の間という。

そのような分解能をもってすれば、人は方向を伝えられるだけでなく、刺激点の組み合わせもまた区別することができる。いくらかのトレーニングを経れば、首の周囲のいくつかの位置を同時に刺激することにより、単に触覚通信を介するだけで人に複雑な情報を伝達することが可能となる（以下に示し、説明する表１、表２、表３、そして表４参照）。

首の皮膚は、人がその表面に様々の方向から加えられた複数の触覚刺激を区別することができるという特異な特性を有している。本発明は、電子ビデオゲームのようにシミュレートされた、もしくは仮想世界に浸っている装着者に情報や感覚を伝えるために、この複数刺激の識別特性を利用している。複数刺激に対するこの方法論を用いた本発明に係る実施例は、例えば、パイロット、視力障害者、自閉症の人、音楽家そして言葉や視覚による意思疎通ができない人たちとの通信にも用いられうる。

本発明は、半円状に規則正しく配置された複数の触覚アクチュエータ（ソレノイド、微小振動板、モーター、ブザー、スピーカー、温源／冷源、電極、その他）から構成され、また、装着者によって首の周囲にぴったりと装着される装置を提供する。小型の充電可能なバッテリーパックのような電源によって駆動され、コンピュータプログラムによって動作する電子制御装置は、ブルートゥースもしくは同様の無線受信器を経て外部の信号源から受信された信号に基づいて前記装置を動作させる。外部の信号源、これには例えば、ビデオゲームのコンソール、コンピュータもしくは移動体通信装置がありうる、から受信された信号に基づいて、前記コントローラは装着者の首の周囲の特定の位置に連続的な複数の触覚刺激を与えるよう前記装置に指令を送る。これにより、装着者にはゲームに関連した分かり易い情報のキューや警告、あるいはゲームに関連した感覚が供給される。

前記装置は、一般的に、使用者の首の周囲に配置された可撓性がありバネで留められた金属片に接続された一対のヘッドフォンという形に構成される。アクチュエータは、金属片がどれ程スリーブから引き出されたかによって短く、あるいは長くなる可変長で調節可能のホルスターの中に配置され、装着者の首の大きさに関わらず等間隔に配置される前記アクチュエータを提供している。この設計構造は、それが正しい向きを向くこと（装着者の前面にホルスターの前面が向くように）、また、同じ大きさを持つ前記装置が、首の大きさが異なるどのような装着者にも適合すること、を確実にしている。さらに、前記装置を、一対のスピーカー／ヘッドフォン、及びマイクロフォンと組み合わせることにより、前記使用者に完全な音響と映像の知覚、及び触覚環境を提供するものである。

本発明の長所は、装着者の首の周囲にぴったりと装着される調節可能で付け心地の良い概略Ｃ字形状をしたカラーとして装着される等間隔に配置されたアクチュエータにより、ゲームに関連した感覚や刺激等の、装着者のゲーム経験を大幅に増幅して装着者に伝達することができるという付加的な感覚器官を提供するという形で具現化されることにある。

本発明のもう一つの長所は、ビデオゲーム中に個々のプレーヤーがゲームコンソールから個人的な情報を受け取り、また褒賞を受けられる装置を提供することにある。

本発明のさらなる長所は、例えば、音楽家、ダンサー、歌手、その他が使うための系統的に整理された触覚パターンあるいはマーカスパターンを供給する触覚メトロノームのように、音楽に付随してリズミカルな触覚パターンを供給するような装置、あるいは、個々の歌の音符と個々のアクチュエータを一対一に対応させて音楽の触感を与えるような装置を提供することにある。本装置はさらに、聴覚障害者が音楽を感じるための方法として利用されうる。

本発明の利点は、皮膚に対するやさしい擦り感を実現するために、振動アクチュエータとしての小型微小振動モーターとパルス動作モーターを用いることにある。

本発明のもう一つの利点は、目的物との距離及び姿勢を表現するためのセマフォ、及び加速度感覚を伝達するセマフォを提供することにある。距離は、アクチュエータの組をある周期によって動作させ、あるいは停止させること、あるいはアクチュエータへの入力電流を変えること、によって表現されうる。加速度は、加速度に起因する圧力を表現するアクチュエータの組を動作させることによって表現されうる。

本発明に係るこれらの、そして、他の利点は、添付図面の参照による以下の記述から明らかになる。

図１は、装着者の首の周囲に装着した本発明に係る触覚通信装置を示す斜視図である。 図２は、時計の文字盤に対応する複数刺激の周辺パターンとともに装着者を示す斜視図である。 図３は、本発明に係る装置の構成を示す斜視図である。 図４は、本発明に係る装置の一つの代替構成を示す斜視図である。 図５は、パルスアクチュエータを利用した本発明に係る触覚通信装置を装着した装着者を示す斜視図である。 図６（Ａ）は、図５のパルスアクチュエータの回転位置を連続的に示す斜視図である。 図６（Ｂ）は、図５のパルスアクチュエータの回転位置を連続的に示す斜視図である。 図６（Ｃ）は、図５のパルスアクチュエータの回転位置を連続的に示す斜視図である。 図７は、目的物が本発明に係る装置に近づく様子を図示したものである。 図８は、首の軸が垂直軸Ｚから外れた場合に作動するアクチュエータの位置Ｐを示す首の軸を図示したものである。 図９は、１２個のアクチュエータを有する装置に対応する首の軸２１と首の軸が垂直軸２２から外れた場合における動作状態にあるアクチュエータを図示したものである。 図１０（Ａ）は、本発明に係る装置による加速度の表現を図示したものである。 図１０（Ｂ）は、本発明に係る装置による加速度の表現を図示したものである。 図１０（Ｃ）は、本発明に係る装置による加速度の表現を図示したものである。

本発明は、使用者の首に装着する触覚通信装置に関連する。高分解能感覚器官としての首の皮膚については上述した。図１から図１０は、本発明に係る装置とその動作を示している。シミュレートされた、あるいは仮想的な環境においてある感覚を伝える方法としての触覚パターンあるいはマーカスパターンを検討する。そして、マーカスパターンの例を、表１から表４に関連して以下に説明する。さらに図１から図１０及び表１から表４に関連して本発明の応用を説明する。

図１は、調節可能で付け心地の良いＣ字形状のカラーとして装着者３０の首２０の周囲にぴったりと装着され等しい間隔で配置されたアクチュエータ１１の集合体として具現化された本発明に係る装置１０を示している。前記装置１０は、装着者のゲーム経験を大幅に増幅するために、これを経てゲームに関連する感覚や刺激が伝達され得る一つの感覚器官を提供する。前記装置１０は、装着者の首の周囲に配置される様子を示すものであるが、それが使われていないため一対のヘッドフォンのようにはなっていない。開いたＣ字形状をした前記装置１０とその調節可能な構造により、さまざまの範囲の首の大きさに応じて、正しい向きを向くような、すなわち、開放端が装着者３０の喉頭あるいは喉仏に向き合うような、適合状態が得られる。

図２は、装着者の首の向きに対して１２の方向をもつ時計文字盤２８を示している。前記装置のこのデザインは、装着者の首２０に対して正しい位置を保つことを確実にしている。１２時は装着者の首２０の前方のアクチュエータ２４に対応し、そして、６時は後方のアクチュエータ２４を参照する。

図３は、一般に固体スリーブ１４からスライドする２つの曲がった金属片１３から構成される固体骨格である前記装置１０の構造を示している。前記骨格は、図１に示すように装着者の首の周囲に張りつめられた複数のアクチュエータ１１を保持するための可撓性を有するホルスター１２を保持する。前記装置１０は、前記スリーブ１４から前記金属片１３を引き出し、あるいは、押しこむことにより、異なる首の大きさに適合しうる。

前記ホルスター１２は、伸縮可能な繊維材料、あるいはそれと同等のものから構成され、等しい間隔に配置された複数のアクチュエータ１１を有する。このホルスター１２は、１３個のアクチュエータ１１を有するように図示されており、前部の２つのアクチュエータ１１は調和して動作している。これは、１２個のアクチュエータ１１が円周状に配置され、その内の一つのアクチュエータが首の前部に配置されたものと同じように見える。しかしながら、開いたＣ字のような形状を有するこの実施例においては、１３個のアクチュエータからなるデザインが１２個のアクチュエータからなるデザインと類似したものである。

前記ホルスター１２は、その端部が硬い、もしくは曲がらない２つの固定具１６によって前記金属片１３の自由端に固定されている。この固定具１６は、前記装置１０が装着されたとき、前記ホルスター１２が装着者の首の周囲にしっかりと保持されることを確実にしている。前記ホルスター１２は、前記スリーブ１４に近接するが、前記首とは空間が設けられるよう、３つのバネ１７によってそれが弛みなく張るように前記スリーブ１４、及び金属片１３との位置関係が保たれる。前記装置１０が装着されたとき、前記スリーブ１４と前記金属片１３から構成される前記骨格は、装着者の喉仏近傍の前部領域を開いたままの状態で、前記ホルスター１２と前記アクチュエータ１１が装着者の首２０の周囲でしっかり適合することを確実にし、その結果、装着者が前記装置によって首を「絞められる」と感じないようにしている。

図４は、図３の前記装置１０と同様の他の可能なデザインを示したものである。しかしながら、前記ホルスター１２に沿って等間隔に配置された１３個のアクチュエータの代わりに、１列あたり２５個のアクチュエータ１９からなる３列が前記ホルスター１２の上に配置されている。前記７５個のアクチュエータ１９は、同じ角度もしくは同じ周辺位置に配置された３つのアクチュエータ、そして首の皮膚の上の異なる３つの高さを識別する装着者の能力に依存して、より豊富な情報のセットを装着者に伝達することができる。

前記アクチュエータ１１は、前記成形された箱１５に納められた電子機器と通信する。この成形された電子箱１５が前記スリーブ１４の後ろに取り付けられた様子が図示されている。この箱には電子機器、すなわち、バッテリー、ブルートゥース及びラジオ、あるいは伝達装置など前記装置の動作に用いられるものが納められている。情報は、無線あるいは箱１５からバネ１７及び可撓性ホルスター１２を経て個々のアクチュエータ１１に達する有線の伝送路によって伝達される。

前記アクチュエータ１１には多くの具体化及び構造がありうる。例えば、図３に示したように、概略円筒状をした構造は可撓性があって変形が可能であるから、円筒形アクチュエータの内側からの小さく、あるいは変化する力で使用者の首の皮膚に「接触」することが可能になる。また、前記円筒状構造は、前記ホルスター１２に対して移動させることができるので、それによって「接触」力を装着者の首の皮膚に知らせることができる。同様にして、前記アクチュエータ中から、あるいは、前記アクチュエータ本体を動かすことにより振動を供給しうる。図４の前記アクチュエータ１１は、円筒形状で、ボタンのような形に作られ、それは図３の前記アクチュエータに関連して述べたのと同様の方法により動かし、あるいは動かされうる。このアクチュエータは、使用者の首の皮膚に、小さな放電を知らせ、もしくは、温度変化を供給するように構成しうる。

まとめると、前記触覚刺激体１１は、図３から図５に示して述べたように様々の構造を有し、また、様々のパターンで首の皮膚に配置することができる。例えば、前記刺激体は等しい間隔に配置され、使用者の首の近傍に調整可能な形で配置された前記ホルスターの周辺の内側から広がることが望ましい。前記刺激体は、角度的にあるいは末梢周辺に配置されて使用者の首の皮膚に触れる。前記触覚刺激体はまた、前記首の皮膚を、接線方向に擦り、震わせ、もしくは斜めに触れ、温度変化を与え、もしくは小さな放電を供給するように配置され、構成されうる。ここに示し述べた前記アクチュエータの間隔は、その列および行の数と同様に一例であり、変わりうる。さらに、前記装置１０の構造及びその調整可能性も例示である。本発明の重要な側面は、装着者の首の皮膚に付いた前記アクチュエータによって触覚通信が提供されることである。

図５は、アクチュエータもしくはパルスモーター２５がヒンジ様コネクタ２７によって前記可撓性ホルスター１２の内側に搭載され、前記使用者の首の周囲に空間を設けるようにして使用者の首２０の周囲に装着された前記装置を示している。前記ヒンジ様コネクタ２７は、前記アクチュエータもしくはモーター２５が前記ホルスターの本体構造に対して回転するように動くことを可能にする。前記モーター２５にパルスを与えると、突然に駆動力が前記モーター２５に供給されるので、前記首の皮膚３１をやさしく擦るという動作を引き起こす。図１のそれと同じように、装置は、通常、固体スリーブ１４の中に滑り込むような湾曲した金属片１３からなる固体骨格を有するように図示されている。可撓性のあるホルスター１２は、モーター２５を支え、金属片１３によって前記使用者の首の上で弛みなく張った状態に保たれるように描かれている。固定具１６は、ホルスター１２が使用者の首の近傍に留まることを確実にしており、また、その中に前記装置が前記間隔を空けて配置されたモーター２５と箱１５の中の電子機器と間の通信を有線もしくは無線で行うような電子機器を納めた成形された電子箱、あるいは箱１５がスリーブ１４に取り付けられているように図示されている。

図６Ａから図６Ｃは、モーターの筺体あるいは固定子がベクトル２６で図示されたヒンジ軸の回りに回転したときのモーター２５の連続した３つの状態を示しており、これにより前記装置の使用者の前記首の皮膚がやさしく擦れられる。各々のモーターあるいはアクチュエータ２５は、図示されているように、連結点がヒンジ２７として機能し、前記モーター２５の筺体がモーターに初期駆動トルクが加えられ回転することができるようにしており、これにより前記使用者の首の皮膚３１が擦られるように、ホルスター１２に連結されている。

図７は、目的物１８の方向（姿勢）と距離（範囲）がどのようにして前記装置１０を用いて前記装着者に伝えられるかを示している。上から下に向かって、前記目的物１８、四角で表わされている、が前記装着者に南西から近づくと、動作状態にあるアクチュエータ１１の数（黒の点で示されている）が増加する。遠くに離れているときは、目的物の方向を示すただ一つの前記アクチュエータ１１が動作状態にあるだけである。目的物が近付くと、動作状態にあるアクチュエータ１１のパッチが増加し、それらパッチの平均方向が目的物の方向を指し示すことになる。目的物１８が装着者に最も近づくと、目的物の方向にあるほぼ半分のアクチュエータが動作状態となる。ここで述べた動作状態にあるアクチュエータの数及び距離との関係は例示であり、変わりうるものである。

（目的物との距離と姿勢を表現するためのセマフォ）
図７は、前記装置が、目的物（姿勢）及び距離（範囲）を前記装着者に伝達するために使えることを示している。目的物が近付くと、動作状態にあるアクチュエータからなるパッチの数が増大し、動作状態にあるアクチュエータからなるパッチの平均方向が目的物の方向を指し示すようになる。この手法には、例えば、目的物が近付くと、動作状態にあるアクチュエータの数が増加し、その結果として目的物を指し示す前記装置の方向性と正確性が低下するという欠点がある。さらに、近づいてくる複数の目的物を、この方法で追跡することはできない。なぜなら、独立した複数の目的物が近付くとそれらに対応して動作状態となったアクチュエータからなるパッチが融合し、大きな一つのパッチを作るので、もはや個々の目的物を表現しなくなるからである。この欠点は次のようにして対処することができる。

（アクチュエータを作動／停止することにより距離を表現すること）
その代案として、一つの目的物の位置を１個もしくは数個のアクチュエータで表現する代わりに、当該目的物の方向を示す１個のアクチュエータの動作を目的物と装着者との距離に応じて適切な、もしくは特定の周波数で作動させ、また停止させる方法がありうる。その目的物が近付くとその作動／停止の周波数は増加する。その目的物が装着者に極めて近づいたとき、前記周波数は最大となる。その目的物が引き下がると、その周波数は低下する。

ある目的物の距離（装着者との間の）とアクチュエータの作動／停止周波数を関連付けることにより、装着者に対して様々の距離に位置する複数の目的物を追跡することができ、各々の目的物は１個のアクチュエータによってその方向が指し示され、また、その作動／停止周波数がその目的物と装着者との距離を表現しうる。

（アクチュエータへの入力電流を変化させることにより距離を表現すること）
１個の目的物が近付くに従い、その目的物の方向を指し示す１個のアクチュエータに供給する電流を増加させうるのであり、これにより皮膚を押す刺激の大きさが増加する。１個の目的物が引き下がると電流は減少する。各々のアクチュエータに供給する電流を制御することにより、前記装着者から様々の距離に位置する複数の目的物を追跡することができ、その各々は、目的物を指し示し、また、その目的物と装着者との距離を表わす電流の大きさに基づいて動作している１個のアクチュエータによって表現されることになる。

（垂直軸からの乖離を示すセマフォ）
本発明に係る一つの応用は、パイロットが、水平線喪失、すなわち悪天候によりもたらされた危険な状態、低い視界、そして方向感覚の喪失や事故、を回避するための支援をすることである。水平線喪失は、「上」及び「下」方向についての全ての視覚的キューが失われたときに生じる。ほとんどの航空機は、ジャイロスコープを含む電子ナビゲーションシステムを備えている。ジャイロスコープは水平線と現在時における水平面に対する航空機の軸の傾きの経過を記録し、航空機に搭載されたナビゲーションシステムにより機器に人工水平線と呼ばれる水平線を表示する。しかしながら、緊急事態によっては、過大な仕事量の下で多数の機器を監視しなければならないパイロットに、水平線に関する視覚表示の混乱を生じさせ得る。水平線に対する航空機の軸の傾きは、パイロットの首の軸に整合させた１個のベクトルによって表現しうる。図８に示すように、航空機の電子ナビゲーションシステムは垂直軸ＯＺに対する首軸の相対的位置を計算することができる。

図８は、首軸、ベクトルｎで表現され、垂直軸ＯＺに対して傾いている、を示しており、前記装置１０上の点Ｐに位置するアクチュエータが動作状態にされ、前記装着者に対して再調整すべき垂直軸ＯＺに対する傾きとしての首の方向を示している。点Ｐは、ベクトルｎが含まれる垂直面と軸ＯＺ、さらに円Σの交差点として定義される。

図９は、時計の文字盤２８上のベクトル２１によって描かれる前記首軸が、ベクトル２２によって表示される垂直方向に対して傾いていることを示しており、装着者に対して再調整すべき垂直軸に対する首の方向を知らせるために前記アクチュエータ２３が動作状態にされる。

（加速度を表現するセマフォ）
レースゲームでは、プレーヤーが経験する加速度を視覚あるいは聴覚のキューによって伝達することは容易ではない。本発明は、ゲームにおいて経験する加速度の方向及び強さをプレーヤーに伝達するために利用しうる。図１０Ａから図１０Ｃは、使用者が経験する加速度の大きさが増加し、その方向が変わるとき、動作状態にあるアクチュエータ１１によるパッチの大きさが加速度の大きさの関数として増加し、また、動作状態にあるアクチュエータ１１によるパッチの平均方向が加速度ベクトル（３２，３３および３４）とは反対の向きを示すことを図示している。これにより、プレーヤーは、あたかも彼の首の周囲におかれたくびきが引きずられ、彼を様々の方向に加速するようなゲーム中の加速度を体験するのであるが、これは、動作状態となったアクチュエータのパッチのサイズ、及び方向、これらはゲームのコンソール、コンピュータあるは携帯機器によって制御されるものである、に従って前記アクチュエータ１１が首の皮膚に変化する圧力を供給することによってもたらされる。

（本件発明に係る装置の構成）
１．振動アクチュエータとしての微小振動モーター
小さな微小振動モーターを前記装置のアクチュエータとして用いうる。微小振動モーターは携帯電話やポケットベルの無音警報機構として使われている。本発明に係る前記装置のアクチュエータとして、微小振動モーターは首の周囲で局所的な振動を生じさせる。

２．皮膚に対してやさしい擦りを生じさせるパルス駆動モーター
電力が突然電気モーターに加えられると、モーターの本体（固定子）を回転子の回転方向とは逆の方向に回転させようとする力が働く。この効果を使用者の皮膚に対してモーターの本体をやさしく擦る手段として用いる。図５に示したように、各々のモーターはその側面に沿って固定され、それは電力が突然前記モーターに加えられたときのヒンジとして動作し、前記モーターに前記ヒンジ様構造体の周囲を回るような回転を生じさせる。モーターのパルス動作は消費する電力量が小さく、そして、前記装置のある種の応用においては、前記使用者にとってより心地良いものとなるだろう。

３．前記装置への位置決め機構の付加
発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた光点滅機は、前記装置の位置を決め、そして、前記装置を装着するプレーヤーの位置と向き（ビデオスクリーンに対する）を前記ビデオゲームシステムに伝送するための、前記ビデオゲームシステムに呼応して動作するビデオカメラを可能にするために用いられる。前記位置及び向き（前記ビデオスクリーンに対していずれのプレーヤーがこれと向かい合っているかという方向）を認識することは、より複雑で興味深いビデオゲームのデザインを可能にするものである。

（シミュレートされた、もしくは仮想の環境の中において、ある感覚を伝達するための一つの方法としての系統的に整理された触覚パターン（マーカスパターン））
表１は、前記装着者の前記首の周囲で接触点の回転を生じさせる繰り返しマーカスパターンの一つの例を示している。このパターンは、前記首の周囲で刺激の作用点が曲がったり、あるいは回転したりするような感覚を生じさせる。黒丸は作動状態にあるアクチュエータであり、そして、白丸は停止状態にあるアクチュエータを表わしている。数字は前記アクチュエータが作動状態にあるシーケンスを示している。

表２は、前記装着者の左及び右側面上の接触加圧点に後ろ向き及び前向きの動きの感覚を生じさせる繰り返しマーカスパターンの一例を示している。黒丸は作動状態にあるアクチュエータであり、そして、白丸は停止状態にあるアクチュエータを表わしている。数字は前記アクチュエータが作動状態にあるシーケンスを示している。

表３は、全てのアクチュエータが反復的かつ同時に作動状態にある結果として前記装着者の首の周囲に反復的な締め付けを生じさせるマーカスパターンの一例である。

前記プレーヤーに引き起こされるそのようなパターン及び感覚は、あるゲーム状態を前記装着者に伝えるための手段として利用しうる。これらの状態とは、「衰えていく健康」、「仮想構成要素によって正に撃たれようとしている」、「落ちつつある」、もしくは、「死につつある」がありうる。

表４は、前記首の周囲に規則正しい間隔で配置した１２個のアクチュエータを用いた触覚刺激の静的なパターンに基づく触覚によるアルファベット文字の一例である。

（本発明の適用）
１．前記装置１０（図１から図５）が、前記首の周囲に使われていない状態で静止している一対のヘッドフォンのように装着されている。前記装置１０は、電子ビデオゲームのプレーヤーが、アクチュエータ１１の列を通して彼らの首の周囲に伝達される触覚フィードバックを受信することを可能にしている。この装置１０を用いることにより、ビデオゲームのプレーヤーは自分自身を正しい向きに向け、動いている目的物の方向を感じ、加速度を感じ、そして健康状態、達成度、失敗及び死のような、ゲームに特有の状況を感じることができる。

２．前記装置１０は、マイクロソフト社のＸｂｏｘのためのＫＩＮＥＣＴシステムのような、コントローラを用いないビデオゲームシステムと共に使用するときに、特に便利である。コントローラを用いないビデオシステムは、プレーヤーが、ゲームパッド、ジョイスティック、その他を使わずに電子ビデオゲームと相互作用することを可能にする。その代わり、数個のカメラと画像処理ソフトウェアが、プレーヤーを認識し、またビデオゲームへの入力として彼／彼女の体の部分の動きを読み取ることに使われる。前記装置１０は、ビデオゲームのプレーヤーが、例えば、コントローラの振動を経て触覚フィードバックを伝達するような手持ち型コントローラがないときに、その首の周囲の触覚フィードバックを受け取ることを可能にする。

３．前記コンピュータプログラムは前記コントローラ上で動作し、前記装着者に特別の情報や感覚を伝達するための触覚刺激パターンやシーケンスを生成するように前記アクチュエータをあるシーケンスで作動させる。

４．前記装置１０の物理設計は、前記アクチュエータ１１を互いに等しい間隔に保ち、前記装置を様々の首の大きさに適合させたとき、前記首の皮膚との直接触覚を取り、また、しっかりと保持されることを確実にしている。前記装置１０は、概略Ｃ字形状のデザイン構造を有しており、前記首２０（図１）の周囲で、前記装着者が動き、あるいは話をするときに、前記開放端が前記首の前部と向き合い、前部のアクチュエータが前記装着者の喉仏を包み込み、向きが正しく保たれることを確実にしている。さらに、前記Ｃ字形状デザインはまた、前記装着者の首の周囲全部が前記装置によって取り囲まれることがなく、前記装着者が「首を絞められている」と感じないことを確実にしている。この応用にあっては、前記装置１０は、時計の１２時の位置で協調して動作している２つの前記前部アクチュエータ１１とともに１３個のアクチュエータ１１によって図示されている。このデザインは１２個のアクチュエータ１１からなる完全に閉じられたデザインと等価である。

５．前記首２０を人間の皮膚の特有の領域として用いること、及び様々の角度あるいは周辺方向（図２）からの接触という態様で皮膚を刺激するというこの特有性を利用することによって、前記首の周囲で前記様々のあるいは周辺位置で加えられる触覚刺激の組み合わせを、前記装着者に高い精度をもって同定させることができるようになる。

６．１２個のアクチュエータ１１を前記首の周囲に規則正しく、もしくは等しい間隔で配置した触覚刺激パターンのアルファベット（表４）の一つは、前記装置を装着した装着者に情報を伝達するために用いられる。このアルファベットでは、各々の文字は、同時または連続的に動作している状態にあるアクチュエータのある組み合わせによって表現される。このアルファベットは、病気のため、あるいは視覚または聴覚情報の負荷が過重であるため通常の視覚もしくは聴覚チャネルを通して情報を受けることができない装着者に情報を伝達するために使いうる。

７．「マーカスパターン」として引用される前記系統的に整理された触覚パターンを用いることによって、あるビデオゲームの状態、あるいはある状況（表１及び表２）を増幅したある感覚を伝達することができる。例えば、ある電子ビデオゲームでは、「高所から落下すること」は、前記首の周囲の速く回転する圧力点の感覚（表１）によって表現されうる。前記首の両側における２つの圧力点の速い前後運動の感覚（表２）は、「出力増大」の感覚を伝達するために使われうる。最後に、全てのアクチュエータの繰り返し動作（表３）は、「負け」あるいは「撃たれた」ことの感触を伝達するために使われうる。

８．前記装置は、自閉症もしくは他の神経系の障害により文章や声に基づく情報を処理することができない装着者との情報の交換のために用いうる。マーカスパターン、あるいは簡素化した一つのアルファベットに基づく小さな触覚セマフォのひと組みは、練習及び調整と併せて、これらの人たちとの通信に用いうる。

９．一つの代替的デザインとして、前記装置は、前記装着者に、より豊富な情報を伝えるために使いうる付加的な次元を与える何層かのアクチュエータ（図４）を使用しうる。

１０．前記装置を制御する前記コンピュータプログラムは、生物学的フィードバックあるいは首情報の鎮静化を与えるマーカスパターンの列（表１、表２及び表３）を生成するようにプログラムしうる。

１１．前記装置は、見ること、あるいは聴くことができない人たち、例えば、視覚や聴覚についての過負荷もしくは機能障害、との通信に用いうる。そのような場合には、前記装置は、例えば、目的物に向かう装着者の誘導、あるいは電気自動車やハイブリッド自動車のように静かに近づいてくる乗り物の姿勢や距離を視覚障害者である装着者に警告するために用いうる。

１２．視覚障害者たちも、ますますスポーツやレジャーに参加するようになってきている。このような活動を安全に行うために、前記視覚障害者は、小さなベルを持っている人の誘導に従わなければならず、あるいは前記視覚障害者は、小さなベルを持っている人の位置を特定できるよう常に話しかけなければならない。ボールを使うスポーツでは、前記視覚障害者がそのボールの位置を特定できるよう、そのボールは常に音を出し続けなければならない。前記装置は、前記誘導者もしくは前記ボールの姿勢及び距離（方向と距離）を前記装着者の前記首の周囲の触覚パターン（図７）を用いて前記装着者に伝達するために、誘導者もしくはボールによって運ばれる電波発信機及び前記装着者が持つ指向性電波受信機と共に使いうる。

１３．前記装置は、水平線に関する視覚的及び精神的なキューを失ったことにより方向感覚を喪失したパイロット、運転者、スカイダイバー、または同種の者が、その上下感覚を回復するための支援をすることができる。水平線を見失うことは重大な問題であり、また多くの航空事故及び自動車事故の原因であることが示されてきた。前記装着者の首軸が垂直方向にあるとき、その首には何らの刺激も加えられない。前記装着者の首軸が垂直方向から外れたときに、触覚情報が、当該垂直方向（図８及び図９）に対して、彼もしくは彼女が、彼らの首を揃えるために傾けなければならない方向を当該装着者に知らせるのである。

１４．ＬＥＤ型光点滅機（図示されていない）は、本発明に係る装置１０と共に使いうる。ビデオゲームシステムは、使用者もしくはビデオゲームプレーヤーと向き合うためのビデオスクリーンの近くに配置されたカメラを含みうる。当該カメラは、前記光点滅機と情報を交換し、また、装置１０の位置、さらに、これにより、前記デバイスの向きと同様前記使用者、さらには前記カメラ及びビデオスクリーンに対する前記使用者の位置を決定することができる。前記位置及び向き（ビデオクリーンに対してプレーヤーが向きあう方向）を知ることにより、より複雑で興味深いビデオゲームの設計が可能になる。

（ビデオゲームに関連する本装置の応用）
１．個々のプレーヤーとの個人的な通信
同じシステム、スクリーン及びスピーカーの組の前で複数のプレーヤーが物理的に配置されている複数プレーヤービデオゲームでは、当該ビデオゲームによって個々のプレーヤーとの情報伝達を個別に行うよう前記装置を使いうる。個々のプレーヤーを個別に促したり、個々のプレーヤーとの個別の通信をすることにより、より競争力があり、複雑かつ興味深いゲームの設計が可能になる。

２．プレーヤーに褒賞を与えること
前記装置は、前記プレーヤーの首の周囲の触覚感覚を心地良くすることで、個々のプレーヤーに褒賞を与えるような方法を有するビデオゲームシステムに使いうる。これらの触覚感覚は、ここに示しそして述べたようなマーカスパターンの列を生成しうる。

（音楽に随伴するものとしての本装置の応用）
コンピュータ、ビデオゲームシステム、ｉＰｏｄのような個人的な音楽配信装置、もしくは公共音楽配信システムには、聴取者に音楽とともにリズミカルに系統的に整理された触覚パターンを同時に配信する前記装置を用いうる。

そのような応用の一例は、系統的に整理された触覚パターン（マーカスパターン）の列という形の複雑な拍動パターンを配信する触覚メトロノームとして前記装置を使用することである。この方法では、音楽家は、彼／彼女の楽器を演奏しながら複雑な拍動を「感じる」ための触覚メトロノームとして前記装置を使いうる。

もう一つの応用としては、踊り手や歌手が、調和して踊りあるいは歌うことを支援するよう、音楽に沿ってリズミカルな系統的に整理された触覚パターンを受信するような前記装置を装着するダンスクラブや合唱団での使用がありうる。

（聴覚障害者が音を感じるための方法としての本装置の応用）
前記装置を使うことにより、音楽は触覚刺激のパターンに変換され、そして聴覚障害者の首の皮膚に押しあてうる。音階の音符の各々は特定のアクチュエータあるいはアクチュエータのグループに割り当てられ、その特定の音符のタイミング値に等しい時間間隔だけ動作状態及び停止状態に置かれうる。この方法では、首の上に生成される触覚パターンは、前記音楽そのものに同調して生成されうる。そして、聴覚障害のない人は、その音楽を、同期した完全な音楽経験として聴き、そして感じうる。

音楽を直感的な触覚経験に変換するために、連続的な音符は連続的なアクチュエータに分配されうる、例えば、高い調子の音符を前記首の前部（１２時の位置に対応する）に分配し、そして低い調子の音符は首の後部（６時の位置）に分配するというように、である。音楽を触覚で感じることは、個々の音符を前記首の右側と左側に配置した一対の対称アクチュエータに同時に分配することで、前記装着者にはより対称的な触覚経験が与えられ、これはより心地良いものとなりうる。

本発明に係る前記装置は、前記首の皮膚のように、使用者の高分解能感覚器官への利用に関連して図示され、また説明されたものであるが、前記装置は、より低い感覚分解能を示す他の胴体部分と共に使いうる。

本発明に係る実施例の前記触覚通信装置には多くの変更が可能であるので、ここで開示した上述の記述や添付した図面は、説明のためのものと解釈されるべきであり、狭い意味に解釈されるべきではない。

Claims (20)

1. 小型で調節可能な、概略Ｃ字形状の構造体であって、そこに間隔をおいて搭載されるとともに首の皮膚との触覚通信のために構成される複数のアクチュエータを有する構造体からなる首の皮膚との触覚通信用装置。
2. ａ）使用者の首の周囲の空間に複数のアクチュエータを配置する手段、その各々のアクチュエータは使用者の首との触覚を取るために配置されたものである、と
   ｂ）前記使用者の首の皮膚との触覚の通信を提供する前記各々のアクチュエータを作動させる手段と、
   からなる首用触覚通信装置。
3. 前記アクチュエータを作動させる手段は、前記アクチュエータにマーキスパターン及びセマフォを与えるようにプログラムされたソフトウェアを含む、請求項２に記載の触覚通信装置。
4. 前記マーキスパターン及びセマフォは、アルファベット文字、数字、音符、目的物の位置、目的物の速度及び前記装置が使用者の首の周囲に装着されたときの垂直方向の向きから構成される描写子グループから選択された描写子を表現する、請求項３に記載の触覚通信装置。
5. 前記アクチュエータを適切に配置する前記方法は、細長く可撓性のある構造を有するホルスター構成からなり、前記使用者の前記首の周囲に概略Ｃ字形状をした構造体を構成するとともに、前記細長く可撓性のある構造体の外側に延長可能な支持片が配置された、請求項２に記載の触覚通信装置。
6. 前記複数のアクチュエータは、使用者の首の周囲に時計の文字盤状の配置を形成するよう概略互いに等間隔に配置され、また、前記アクチュエータは、ソレノイド、微小振動体、ブザー、モーター、スピーカー、放電及び加熱／冷却源のグループから選択されたものである、請求項２に記載の触覚通信装置。
7. 前記アクチュエータはパルスモーターであって、その各々が前記軸の周囲の回転に対する偏心軸に沿って搭載され、もしくは、各々の前記アクチュエータには、それを動作させもしくは動作を停止させる手段が施されており、前記手段は適時調整及び頻度調整による手段を含む、請求項２に記載の触覚通信装置。
8. 位置決め機構を供給するため前記装置に光点滅機が搭載された、請求項２に記載の触覚通信装置。
9. 各々の前記アクチュエータは可変電流によって動作するものである、請求項２に記載の触覚通信装置。
10. 楽譜に同期して使用者の皮膚に触覚刺激パターンを与えるため、前記アクチュエータと通信する楽譜調整手段が供給されている、請求項２に記載の触覚通信装置。
11. ａ）内表面と外表面があり、可変長の細長く可撓性のある構造体を有するホルスター構成と、
    ｂ）前記ホルスター構成の、前記細長く可撓性のある構造体の、前記内表面にまで配置された複数のアクチュエータと、使用者の前記首の皮膚との触覚を取るために、概略互いに等間隔に配置され構成された前記アクチュエータと、
    ｃ）前記可変長で可撓性のある構造体の外表面上に配置された可変長の支持片と、
    ｄ）前記アクチュエータと通信するための電子素子を収納する前記可変長片に搭載された筺体と、
    からなる首用触覚通信装置。
12. 前記アクチュエータは前記使用者の首の周囲に概略円周状に配置され、さらに、前記アクチュエータは時計の文字盤面を構成するように配置され１３個のアクチュエータを有する、請求項１１に記載の触覚通信装置。
13. ソフトウェアが供給され、前記装置は前記ソフトウェアにより外部信号をアクチュエータの活動に変換するよう制御され、さらに、前記アクチュエータは触覚、温度変化、振動、及び放電を供給するよう配置され構成された、請求項１１に記載の触覚通信装置。
14. 前記ソフトウェアは、外部活動を前記アクチュエータに対するマーキスパターン及びセマフォに変換するよう適合されたものである、請求項１３に記載の触覚通信装置。
15. 前記アクチュエータは細長い概略円筒状の構造に形成されるとともに、前記アクチュエータが前記細長く可撓性のある構造体の前記内面上の軸に沿って配置された、請求項１１に記載の触覚通信装置。
16. 前記アクチュエータがパルス駆動型の微小振動モーターから構成される、請求項１５に記載の触覚通信装置。
17. 位置決め機構を供給するために前記装置に光点滅機が搭載された、請求項１１に記載の触覚通信装置。
18. 各々の前記アクチュエータに、それを動作状態にし、また、動作を停止させる手段が供給されており、前記動作状態にし、また、動作を停止させる手段が適時調節及び頻度調節による手段を含む、請求項１１に記載の触覚通信装置。
19. 各々の前記アクチュエータは電流により動作するものであって、可変電流出力が前記アクチュエータとの通信のため供給される、請求項１１に記載の触覚通信装置。
20. 楽譜に同期して使用者の皮膚に触覚刺激パターンを与えるため、前記アクチュエータと通信する楽譜調整手法が供給されている、請求項１１に記載の触覚通信装置。

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