JP2018008250A - 力覚及び振動覚提示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リアリティのある高品位な感覚をユーザーに提示できる力覚及び振動覚提示装置を提供する。【解決手段】ユーザーの所定箇所に装着される筐体２１０と、その筐体に取り付けられ所定箇所の近傍の皮膚に対して力覚を与える２つの回転部材２２１Ｌ，２２１Ｒと、回転部材を回転させるモーター２２２Ｌ，２２２Ｒと、モーター駆動部とを備える。モーター駆動部は、皮膚に対して垂直方向の力覚を与えるとき、２つの回転部材２２１Ｌ，２２１Ｒを相互に逆方向に回転させる。また、水平方向の力覚を与えるとき、２つの回転部材２２１Ｌ，２２１Ｒを同じ方向に回転させる。さらに、皮膚に対して振動覚を与えるとき、駆動信号を所定の周波数で振動した信号とする。【選択図】図９

Description

本発明は、装着したユーザーの指などの皮膚に、力の感覚（力覚）及び振動の感覚（振動覚）を提示する、力覚及び振動覚提示装置に関する。

近年、バーチャルリアリティ技術の進展により、ディスプレイ上に表示された映像を見ているユーザーに、その映像で提示された空間を現実のように知覚させることが行われている。例えば、映像として表示された物体に、ユーザーが触れるような手の動きを行ったとき、指に対して何らかの刺激を行う装置が、表示物体に触れた場合とほぼ同様な触感を与えることで、画面上に表示された物体が実在しているとユーザーに知覚させることができる。

このような刺激を指に与える装置の１つとして、図２２に示すものが先に提案されている（非特許文献１参照）。この装置は、ユーザーの指ｆに装着するものである。すなわち、指ｆに、ローラー９１，９２に接続されたベルト９３を巻き付ける。ベルト９３は、一端がローラー９１に接続され、他端がローラー９２に接続され、各ローラー９１，９２をモーター（不図示）により回転駆動させる。このとき、指ｆの腹ｆ_Ｂ（爪ｆ_Ｎと反対側）がベルト９３と接するように装着する。

例えば図２２Ａに示すように、２つのローラー９１，９２を逆方向に回転させて、ベルト９３を巻き上げることで、指ｆの腹ｆ_Ｂが上方に持ち上がるような垂直方向の感覚を指ｆに与えることができる。
また、例えば図２２Ｂに示すように、２つのローラー９１，９２を同じ方向に回転させて、ベルト９３を送るようにすることで、ベルト９３の移動方向に対応して、指ｆの腹ｆ_Ｂが水平に動くような感覚を指ｆに与えることができる。
このように、２つのローラー９１，９２の回転方向を適宜変更することにより、ユーザーの指ｆに対して垂直方向と水平方向の異なる２方向の力覚を与えることができる。例えば、グラスを指で掴むような映像に合わせて、ユーザーの指に垂直方向の力覚を与えると、ユーザーは、持っていないグラスを実際に持ったような感覚にすることができる。さらに、グラスが指から滑り落ちるような映像に合わせて、指に水平方向の力覚を与えると、ユーザーは、映像上で仮想的に持ったグラスが指から離れて行くような感覚になる。

「質量感覚を提示する指先装着型触覚ディスプレイ」日本機械学会 ロボティクス・メカトロニクス講演会 ２００７(Robomec2007) 論文集、2P1-N06 ２００７年５月

図２２に示すようなベルトにより感覚を指に与える装置の場合、ベルトの巻き上げや移動によりユーザーの指に感覚を与えるため、上述したグラスを持つ場合のような、動きがそれ程速くない場合には、それなりの精度でユーザーに所定の感覚を与えることができる。しかしながら、図２２に示すような装置では、例えば指が何らかの物体の表面を滑るといった動的に変化するような感覚をユーザーに提示することは困難であった。特に、表面が平滑でない物に触れた場合のざらざら感のような、微妙な感覚を与えることはできなかった。

また、図２２に示すようなベルトを使った指に感覚を与える装置を用いて、より品位の高い動的な力覚をユーザーに与えるためには、例えばバイブレーターのような振動部材を装置に内蔵させて、単純な垂直力や水平力とは異なる感覚を発生させる必要がある。しかしながら、バイブレーターのような振動部材を装置に内蔵させると、それだけ装置が大型化すると共に構成が複雑化するという新たな問題が発生する。特に、図２２に示すような指に力を与える装置は、手や指に装着して使用する装置であるから、装着時にユーザーが邪魔に感じないように、できるだけ小型で軽量にすることが好ましく、大型化や構成の複雑化は避ける必要があった。

本発明は、リアリティのある高品位な感覚をユーザーに提示できる力覚及び振動覚提示装置を提供することを目的とする。

本発明の力覚及び振動覚提示装置は、ユーザーの所定箇所に装着される筐体と、筐体に取り付けられ所定箇所の近傍の皮膚に対して力覚を与える２つの回転部材と、回転部材を回転させるモーターと、モーター駆動部とを備える。
モーター駆動部は、皮膚に対して垂直方向の力覚を与えるとき、２つの回転部材を相互に逆方向に回転させる駆動信号をモーターに供給し、皮膚に対して水平方向の力覚を与えるとき、２つの回転部材を同じ方向に回転させる駆動信号をモーターに供給すると共に、皮膚に対して振動覚を与えるとき、駆動信号を所定の周波数で振動した信号とする。

本発明によれば、皮膚にモーターを使って力覚を提示する際に、モーターに供給する駆動信号を処理することにより、同じモーターを使ってユーザーに対して、振動感を持たせた高品位の感覚を簡単に提示することができる。

本発明の第１の実施の形態例による力覚及び振動覚提示装置の例を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の第１の実施の形態例による力覚及び振動覚提示装置の内部構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態例による力覚及び振動覚提示装置が与える力覚及び振動覚の例を示し、垂直方向の力覚（Ａ）、一方の水平方向の力覚（Ｂ）、他方の水平方向の力覚（Ｃ）、振動覚（Ｄ）を与えた例を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態例によるモーターに供給する電圧及び力覚の例を示す特性図である。 本発明の第１の実施の形態例による指の変位の測定例を示す構成図である。 本発明の第１の実施の形態例による指と物体との衝突時における、皮膚変形（Ａ）、モーターの駆動電圧（Ｂ）、提示される力（Ｃ）、提示される振動（Ｄ）の例を示す特性図である。 本発明の第１の実施の形態例によるスティックスリップ時における、皮膚変形（Ａ）、左側モーター１２３Ｌの駆動電圧（Ｂ）、右側モーター１２３Ｒの駆動電圧（Ｃ）、提示される力（Ｄ）、提示される振動（Ｅ）の例を示す特性図である。 本発明の第２の実施の形態例による力覚及び振動覚提示装置の例を示す斜視図である。 図９のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 本発明の第２の実施の形態例による力覚及び振動覚提示装置の変形例１（ペルチェ素子を配置した例）を示す斜視図である。 図１１のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 本発明の第２の実施の形態例による力覚及び振動覚提示装置の変形例２（スイッチを配置した例）を示す斜視図である。 図１３のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。 本発明の第２の実施の形態例による力覚及び振動覚提示装置の変形例３（ペルチェ素子とスイッチを配置した例）を示す斜視図である。 図１５のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。 本発明の第２の実施の形態例による力覚及び振動覚提示装置の内部構成例を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態例による力覚及び振動覚提示装置が与える力覚及び振動覚の例を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態例による力覚及び振動覚提示装置をコントローラーに適用した例（例１：２本の指で挟むタイプ）を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態例による力覚及び振動覚提示装置をコントローラーに適用した例（例２：３本の指で挟むタイプ）を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態例による力覚及び振動覚提示装置をコントローラーに適用した例（例３：グリップタイプ）を示す断面図である。 従来の力覚提示装置の例を示す説明図である。

＜１．第１の実施の形態例＞
以下、本発明の第１の実施の形態例を、図１〜図８を参照して説明する。
［１−１．装置の構成］
図１は、第１の実施の形態例による、力覚及び振動覚提示装置１００の全体構成を示す図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。但し、図２では、力覚及び振動覚提示装置１００のみを断面で示し、装置に装着した指ｆは外形形状を示し、指ｆの爪ｆ_Ｎの向きを仮想線で示す。他の断面図についても同様である。

図１に示すように、力覚及び振動覚提示装置１００は、ユーザーの指ｆ（仮想線）に装着される。力覚及び振動覚提示装置１００は、指ｆの上に載せられる小型の筐体１１０で構成され、筐体１１０の下面が指保持部１１１になっている。指保持部１１１は、湾曲した形状であり、指ｆの上側（爪ｆ_Ｎが配置された側）が指保持部１１１と接触するようにして、指ｆの上に筐体１１０を載せる。

筐体１１０の上側には、回転部材である２本のローラー１２１Ｌ，１２１Ｒが平行に配置されている。２本のローラー１２１Ｌ，１２１Ｒには、筐体１１０内に配置されたモーター１２３Ｌ，１２３Ｒの回転軸（不図示）が連結され、モーター１２３Ｌ，１２３Ｒによる駆動で各ローラー１２１Ｌ，１２１Ｒが回転する。２本のローラー１２１Ｌ，１２１Ｒの回転軸は、指ｆの長手方向とほぼ平行とする。

それぞれのローラー１２１Ｌ，１２１Ｒには、ベルト１２２の一端及び他端が接続され、ローラー１２１Ｌ，１２１Ｒによりベルト１２２が巻き取られる構成である。すなわち、左側のローラー１２１Ｌにベルト１２２の一端が接続され、右側のローラー１２１Ｒにベルト１２２の他端が接続される。なお、ここでの左側及び右側とは、力覚及び振動覚提示装置１００を指ｆに装着した状態で、手首側から指ｆを見たときの方向である。

２本のローラー１２１Ｌ，１２１Ｒの間に張り渡されたベルト１２２は、指保持部１１１から下側に垂れ下がるように配置される。そして、指ｆに力覚及び振動覚提示装置１００を装着する際には、図１に示すように、指保持部１１１とベルト１２２との間の空間に、指ｆの先端が挿入される。指ｆの先端が指保持部１１１とベルト１２２との間に挿入された状態では、図２に断面で示すように、指ｆの腹ｆ_Ｂがベルト１２２と接するようになる。そして、２本のローラー１２１Ｌ，１２１Ｒの回転で、ベルト１２２を巻き上げることで、指ｆの腹ｆ_Ｂに対して力が加わり、指ｆに垂直方向（図１に示すｙ軸方向）の力を加えることができる。また、２本のローラー１２１Ｌ，１２１Ｒの回転で、ベルト１２２を移動させると、指ｆの腹ｆ_Ｂに対してずれる力が加わり、指ｆに水平方向（図１に示すｘ軸方向）の力を加えることができる。さらに、２本のローラー１２１Ｌ，１２１Ｒを駆動するモーター１２３Ｌ，１２３Ｒに供給する駆動電圧に振動波形を重畳することで、ローラー１２１Ｌ，１２１Ｒに接続されたベルト１２２が振動しながら動き、振動した感覚を指ｆに与えることができる。これらの垂直方向と水平方向の力の加わり状況や振動状況の詳細については、後述する。

なお、以下の説明において、ローラー１２１Ｌ，１２１Ｒの正回転と称した場合、図２に示す断面でローラー１２１Ｌ，１２１Ｒが時計回りに回転したことを示し、逆回転は正回転と逆方向の回転を示す。また、２つのローラー１２１Ｌ，１２１Ｒが共に同じ方向に回転（正回転又は逆回転）するとき、同相での回転と称し、２つのローラー１２１Ｌ，１２１Ｒの一方が正回転で他方が逆回転であるとき、逆相での回転と称する。

［１−２．装置の内部構成］
図３は、力覚及び振動覚提示装置１００の内部構成例を示す。
力覚及び振動覚提示装置１００は、通信ポート１３１を備え、この通信ポート１３１を通して指に与える力などの指令を外部から受信する。通信ポート１３１が得た指令は、インターフェース部１３２で受信処理され、制御部１３３に供給される。なお、インターフェース部１３２は、無線信号の受信部とすることも可能である。
制御部１３３は、受信した指令に基づいて、指ｆに与える力の方向や振動状況を判断し、その判断に基づいて、水平力指示部１３４、垂直力指示部１３５、及び振動指示部１４０に対して、それぞれの方向の力又は振動を与えることを指示する。また、力覚及び振動覚提示装置１００は、装着した指ｆの動きを検出するモーションセンサー１４１を備えており、制御部１３３は、そのモーションセンサー１４１によって検出された動きのデータを利用して、各方向に力又は振動を加えることを指示することもできる。

水平力指示部１３４及び垂直力指示部１３５は、制御部１３３からの指示に基づいて、対応した力を発生させるデータを生成する。すなわち、水平力指示部１３４は、水平方向に提示したい力の程度を示すデータを出力し、垂直力指示部１３５は、垂直方向に提示したい力の程度を示すデータを出力する。それぞれの方向の力の程度を示すデータは、演算処理部１３６に供給される。

演算処理部１３６では、それぞれの方向の力のデータを線形演算処理して、各ローラー１２１Ｌ，１２１Ｒを駆動するモーター１２３Ｌ，１２３Ｒに供給する駆動データを得る。
例えば、水平方向ｘに提示したい力をＦ_Ｘ、垂直方向ｙに提示したい力をＦ_Ｙとし、左側モーター１２３Ｌの駆動力をＦ_Ｌ、右側モーター１２３Ｒの駆動力をＦ_Ｒとしたとき、各方向の力Ｆ_Ｘ，Ｆ_Ｙは、次の［数１］式の行列式で示される。

この［数１］式に現れる行列の逆行列から、各モーター１２３Ｌ，１２３Ｒの駆動力Ｆ_Ｌ，Ｆ_Ｒの行列式が、次の［数２］式のようになる。

この［数２］式の行列演算が、演算処理部１３６で行われる。
演算処理部１３６で得た各モーター１２３Ｌ，１２３Ｒの駆動データは、それぞれデジタル・アナログ変換器１３７Ｌ，１３７Ｒでアナログ電圧信号に変換される。デジタル／アナログ変換器１３７Ｌ，１３７Ｒで変換して得られたアナログ電圧信号は、それぞれ加算器１３８Ｌ，１３８Ｒを介して増幅器１３９Ｌ，１３９Ｒに供給される。増幅器１３９Ｌ，１３９Ｒでは、供給されるアナログ電圧信号をモーター１２３Ｌ，１２３Ｒを駆動するために増幅し、増幅された電圧信号を各モーター１２３Ｌ，１２３Ｒに供給する。

また、制御部１３３から振動を与える指示が振動指示部１４０に与えられると、振動指示部１４０は、指示に基づいた周期及びレベルの振動波形電圧信号を生成し、生成した振動波形電圧信号を加算器１３８Ｌ，１３８Ｒに供給する。そして、デジタル／アナログ変換器１３７Ｌ，１３７Ｒから出力されたアナログ電圧信号と振動指示部１４０から出力された振動波形電圧信号が加算されて、増幅器１３９Ｌ，１３９Ｒに供給される。

なお、振動指示部１４０から２つの加算器１３８Ｌ，１３８Ｒに供給される振動波形電圧信号は、同じ振動波形の電圧信号である場合と、２つの加算器１３８Ｌ，１３８Ｒに相互に逆相になる振動波形の電圧信号である場合とがある。あるいは、いずれか一方の加算器１３８Ｌ又は１３８Ｒにのみ振動波形電圧信号が供給され、他方の加算器には振動波形電圧信号が供給されない場合もある。

このような電圧信号が供給されると、モーター１２３Ｌ，１２３Ｒが回転して、更にモーター１２３Ｌ，１２３Ｒに接続されたローラー１２１Ｌ，１２１Ｒが回転する。そして、ローラー１２１Ｌ，１２１Ｒに接続されたベルト１２２が巻き取り又は送り出される。

［１−３．ベルトが指に与える力覚及び振動覚の例］
図４は、力覚及び振動覚提示装置１００が指ｆに与える力覚及び振動覚の例を示す。
図４Ａ〜Ｄは、いずれも力覚及び振動覚提示装置１００を、図２と同じ断面図により示したものである。

図４Ａは、ローラー１２１Ｌ，１２１Ｒを逆相で回転させた例を示す。ここでの回転θ１１，θ１２は、ベルト１２２を巻き取る方向での逆相回転になる。
このとき、ベルト１２２は指ｆの腹ｆ_Ｂを締め上げるように作用し、指ｆの腹ｆ_Ｂには上向きの垂直方向の力ｙ１が伝わる。また、各ローラー１２１Ｌ，１２１Ｒを回転θ１１，θ１２とは反対側に逆相で回転させることで、ベルト１２２が緩み、指ｆの腹ｆＢには下向きの垂直方向の力ｙ２が伝わる。

図４Ｂは、ローラー１２１Ｌ，１２１Ｒを同相で回転させた例を示す。ここでの同相の回転θ２１，θ２２は、ベルト１２２を右から左に移動させる方向になる。
このとき、ベルト１２２は指ｆの腹ｆ_Ｂを左に動かすように作用し、指ｆの腹ｆ_Ｂには左向きの水平方向の力ｘ１が伝わる。

図４Ｃは、ローラー１２１Ｌ，１２１Ｒを、図４Ｂの例とは逆方向に同相で回転させた例を示す。ここでの同相の回転θ３１，θ３２は、ベルト１２２を左から右に移動させる方向になる。
このとき、ベルト１２２は指ｆの腹ｆ_Ｂを右に動かすように作用し、指ｆの腹ｆ_Ｂには右向きの水平方向の力ｘ２が伝わる。

図４Ｄは、ローラー１２１Ｌ，１２１Ｒに振動が加わったときの例を示す。図４Ｄに示すように、ローラー１２１Ｌ，１２１Ｒが、微少な幅（角度）での交互に回転θ４１，θ４２を行うことで、ベルト１２２が微少な幅での左右の移動を繰り返し、振動した状態となって、指ｆの腹ｆ_Ｂには振動ｑ１が伝わる。ここでの２つの回転θ４１，θ４２は、同相での回転と逆相での回転のいずれでもよい。また、いずれか一方のローラー１２１Ｌ又は１２１Ｒのみが振動した状態であっても、ベルト１２２が振動し、指ｆの腹ｆ_Ｂには振動ｑ１が伝わる。ここでの振動は、例えば５Ｈｚ以上の高周波成分とする。

この図４Ｄに示すローラー１２１Ｌ，１２１Ｒの振動は、この振動のみを単独で行ってもよいが、図４Ａ〜Ｃに示す各方向への力を与える処理と同時に行うこともできる。例えば図４Ａに示すように、ローラー１２１Ｌ，１２１Ｒを逆相で回転させながら、その回転時に微少な振動を加えて、指ｆに垂直方向の力ｙ１又はｙ２と振動ｑ１とを同時に伝えることができる。また、図４Ｂ,Ｃに示すように、ローラー１２１Ｌ，１２１Ｒを同相で回転させながら、その回転時に微少な振動を加えて、指ｆに水平方向の力ｘ１又はｘ２と振動ｑ１とを同時に伝えることができる。
なお、図４に示すように、指ｆに垂直方向又は水平方向に力ｙ１，ｙ２，ｘ１，ｘ２を伝えることを、本明細書では、指ｆに力覚を与えると称する。また、指ｆに振動ｑ１を伝えることを、本明細書では、振動覚を与えると称する。

図５は、ローラー１２１Ｌ，１２１Ｒが力覚と振動覚を同時に指ｆに与える場合の、モーター１２３Ｌ，１２３Ｒに供給する駆動電圧の例を示す。
図５の横軸は時間、縦軸は電圧を示し、この電圧が高い程、指ｆに強い力覚を与えることに相当する。図５の縦軸の表示を「電圧（力）」としたのは、電圧に比例した力が指ｆに与えられるからである。この図５の例は、図５に破線で示すように、徐々に強くなった後に低下する特性の力覚Ｐａが指ｆに与えられるように指示されている例である。
ここで、実際に印加する電圧Ｖａとして、力覚Ｐａに相当する電圧に、微少に変動する振動状態の電圧を加えた電圧とすることで、指ｆに力覚Ｐａを与えながら、振動覚についても同時に与えることが可能となる。

［１−４．指の変位の測定例］
図６は、ユーザーの指ｆが、特定の素材（接触素材）に触れた際に、指ｆが変位する状態を測定する例を示している。この図６に示す構成にて測定した指ｆの変位状態を、力覚及び振動覚提示装置１００（図６では不図示）が指ｆに与えることで、素材に触れていない状態で、あたかも素材に触れたようなリアルな感覚を提示できるようになる。

図６の測定例の構成について説明すると、板１１の上に、指ｆが接触した際の変形具合を測定する素材１２（以下、「接触素材１２」という）を配置し、この接触素材１２の上に指ｆの腹ｆ_Ｂを載せる。板１１の下側には、６軸力センサー１３が配置されている。６軸力センサー１３は、直交する３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）の方向に作用する力成分と、各軸の周りに作用するトルクとを同時に検出することが可能なセンサーである。

また、指ｆの外形形状の変形状態が、側面に配置した指変位センサー１４によって検出されるようになっている。指変位センサー１４としては、例えばレーザー変位計が使用される。そして、６軸力センサー１３で得た各軸の力やトルクと、指変位センサー１４で検出した指ｆの変位がコンピューター装置２０に供給される。
指ｆの変形具合を測定するに際しては、まず接触素材１２の上の指ｆを、接触した状態を維持して横方向Ｍに動かす。そして、そのときの６軸力センサー１３での各軸の検出信号と指変位センサー１４での変位の検出状況をコンピューター装置２０に記録し、記録データから指ｆに加わる力覚及び振動覚を得る。ここで、指ｆを動かす横方向Ｍは、指ｆに与える力覚の水平方向ｘと一致させる。また、横方向Ｍと直交する垂直方向を、指ｆに与える力覚の垂直方向ｙと一致させる。

このようにして、コンピューター装置２０は、指ｆが接触素材１２の表面を滑った際の指ｆに加わる力覚（水平方向ｘ及び垂直方向ｙ）と、振動覚を検出する。なお、６軸力センサー１３の検出出力に基づいてコンピューター装置２０が検出する振動覚は、５Ｈｚ以上の高周波成分になる。このようにして得た水平方向ｘ及び垂直方向ｙの力覚の変化状態を示すデータと、５Ｈｚ以上の高周波成分の振動覚の変化状態を示すデータは、コンピューター装置２０に記録される。

指ｆが接触する接触素材１２の種類や、指ｆと接触素材１２との接触方向によっては、振動覚（５Ｈｚ以上の高周波成分）を全く検出しない場合もあるが、通常、指ｆと接触素材１２とが接触する際には、その接触素材１２の材質（表面の滑らかさ等）によって指ｆが振動するため、この指ｆの振動状態を正確に測定して記録することができる。
また、ガラスなどのように非常に滑らかな接触素材１２であっても、皮膚から強い力で押されることで摩擦が非常に強い場合には、後述するようなスティックスリップと称される、指が殆ど動かない状態と、指が急激に動く状態とを繰り返す振動状態となる場合がある。このようなスティックスリップ状態での力覚と振動覚についても、図６の測定例で示す構成で正確に測定して記録することができる。
なお、計測時には、指ｆをＭ方向に動かす代わりに、指ｆの位置を固定して、接触素材１２を水平方向や垂直方向に動かして、計測するようにしてもよい。

力覚及び振動覚提示装置１００は、このようにして計測して得た変位状態と同様の力覚及び振動覚を指ｆに対して与えることにより、指ｆが接触素材１２の上を滑らせた場合の感覚を与えることができる。なお、図６に示すように計測時に指ｆを横方向Ｍに動かすのは一例であり、例えば指ｆを垂直方向ｙに動かして、接触素材１２と指ｆが衝突する際の力覚及び振動覚を、同様の構成で測定することもできる。

［１−５．指と物体との衝突時の提示例］
次に、図７を参照して、力覚及び振動覚提示装置１００を使って、指ｆが何らかの物体（図６に示す接触素材１２など）に垂直方向に衝突した状態を再現する例について説明する。
図７Ａは、指ｆに物体が衝突した際の、実際の皮膚変形量ａ１を示す。この皮膚変形量は、例えば図６に示す指変位センサー１４で検出される。
図７Ｂは、図７Ａに示すような物体が衝突した際の感覚を、力覚及び振動覚提示装置１００が指ｆに提示する場合に、２つのモーター１２３Ｌ，１２３Ｒに供給する駆動電圧Ｖｂを示す。

図７Ｃは、物体に指ｆが衝突した際に、力覚及び振動覚提示装置１００から指ｆに提示される力覚Ｐｂ（垂直方向の力又は水平方向の力）を示す。
図７Ｄは、物体に指ｆが衝突した際に、力覚及び振動覚提示装置１００から指ｆに提示される振動覚Ｑａを示す。
これら図７Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの縦軸は、皮膚変形量、駆動電圧、力覚、又は振動覚の値を示し、横軸は時間を示す。図７Ａ〜Ｄにおいて、期間Ｔ１は、物体の皮膚への接触開始から最も強く衝突するまでを示し、期間Ｔ２は、その強く衝突した状態が維持される期間を示し、期間Ｔ３は、強く衝突した状態から物体が皮膚から離れるまでを示す。

図７Ａに示すように、皮膚変形量ａ１は、期間Ｔ１で徐々に変形量が増大し、期間Ｔ２でその変形状態が維持され、期間Ｔ３で変形量が徐々に少なくなる。この皮膚変形が発生するとき、人間の皮膚に配置された受容体が接触圧力の変化と振動を感知する。例えば定常的な皮膚変形は、メルケル細胞と称される受容体が知覚し、時間的な皮膚変形や振動については、マイスナー小体やパチニ小体と称される受容体が知覚する。

この図７Ａに示す接触時の皮膚変形を再現するために、モーター１２３Ｌ，１２３Ｒに供給する電圧が、図７Ｂに示す駆動電圧Ｖｂである。ここで、２つのモーター１２３Ｌ，１２３Ｒに加えられる電圧は、例えば垂直方向の力覚を提示する場合、逆相で２つのローラー１２１Ｌ，１２１Ｒが回転する極性の電圧になる。この図７Ｂに示す駆動電圧Ｖｂは、期間Ｔ１では振動しながら初期値から徐々に一定電圧まで高くなり、期間Ｔ２では、その一定電圧を維持した状態になる。さらに、期間Ｔ３では、一定電圧から振動しながら初期値に戻る。

ここで、振動しながら電圧が高くなる期間Ｔ１と、振動しながら電圧が低くなる期間Ｔ３の電圧は、例えば３０Ｈｚから２００Ｈｚの間で選定した特定周波数の振動波形を重畳した電圧とする。期間Ｔ２については、振動波形は重畳せず、一定電圧を維持して定常的な力覚のみを与える。

図７Ｂに示す電圧をモーター１２３Ｌ，１２３Ｒに供給したときに指ｆに提示される力覚Ｐｂは、図７Ｃに示すように、モーター１２３Ｌ，１２３Ｒに供給する電圧変化から若干遅れたものになる。これは、モーター１２３Ｌ，１２３Ｒが一定の変位を生じるのに、電圧印加から時間がかかるためである。つまり、モーター１２３Ｌ，１２３Ｒの駆動による力覚の提示については応答性がそれほど速くなく、例えば１００ｍｓ程度の遅延を生じる。このような遅延があるため、モーター１２３Ｌ，１２３Ｒによる駆動でベルト１２２の巻き上げや緩めなどを行っても、力覚だけでは、ユーザーは衝突感を明確には感じない。

ここで、本実施の形態例の場合には、図７Ｂに示すように期間Ｔ１の駆動電圧と期間Ｔ３の駆動電圧には、振動波形を重畳しているため、この振動波形で図７Ｄに示すように、期間Ｔ１，Ｔ３での振動覚Ｑａの提示が行われる。この振動覚Ｑａの提示は、図４Ｄに示す状態で行われる。
振動覚については、先に説明したマイスナー小体やパチニ小体と称される受容体が知覚するが、これらの受容体については振動覚の知覚時の応答性が良く、例えば１０ｍｓ以下の時間遅延で知覚することができる。

したがって、力覚及び振動覚提示装置１００は、図７Ｃに示す力覚の提示と図７Ｄに示す振動覚の提示の組み合わせで、図７Ａに示す皮膚変形とほぼ同様に、自然な衝突接触感、つまり、物体に皮膚が衝突し、そのまま物体に接触し続け、その後、皮膚から物体が離れるという感覚を、少ない遅延で良好にユーザーに提示できるようになる。
なお、与える力覚が水平方向であって、指ｆが触れた物体の表面を滑るような動作を再現する場合には、その物体表面の粗さに対応して指ｆが振動するため、その振動を再現するために、区間Ｔ２の駆動電圧にも、物体表面の粗さに対応した振動波形を重畳するようにしてもよい。

［１−６．スティックスリップ時の提示例］
次に、指ｆで物体の表面を滑らせた際に発生する現象である、スティックスリップを力覚及び振動覚提示装置１００が再現する例について説明する。
スティックスリップは、ガラスのように平滑でかつ皮膚との摩擦が強い面を指ｆがなぞる際に生じるものである。すなわち、指を水平方向に動かそうとしたとき、摩擦が強いために、最初の状態（スティック状態）では指ｆが動かず皮膚変形のみが生じ、その後、指が急激に動く状態（スリップ状態）となり、スティック状態での皮膚変形が復元する状態になる。このようなスティック状態とスリップ状態とが繰り返されることをスティックスリップと称する。例えばガラスの表面を指で滑らせたときには、「キュキュ」という音が、スティック状態とスリップ状態の繰り返しで発生する。

力覚及び振動覚提示装置１００は、このスティックスリップを再現することができる。
図８は、スティックスリップを再現する際の特性例を示す。
図８Ａは、スティックスリップ時の実際の皮膚変形量ａ２を示す。
図８Ｂは、図８Ａに示す皮膚変形量を再現するための、力覚及び振動覚提示装置１００の左側モーター１２３Ｌに供給する駆動電圧Ｖｃを示す。
図８Ｃは、図８Ａに示す皮膚変形量を再現するための、力覚及び振動覚提示装置１００の右側モーター１２３Ｒに供給する駆動電圧Ｖｄを示す。

図８Ｄは、力覚及び振動覚提示装置１００から指ｆに提示される力覚Ｐｃを示す。
図８Ｅは、力覚及び振動覚提示装置１００から指ｆに提示される振動覚Ｑｂを示す。
これら図８Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの縦軸は、皮膚変形量、駆動電圧、力覚、又は振動覚の値を示し、横軸は時間を示す。図８Ａ〜Ｅにおいて、期間Ｔ１１，Ｔ１３はスティック状態であり、期間Ｔ１２，Ｔ１４はスリップ状態である。図８では２周期のスティックスリップを示すが、実際には指が移動している間、この周期が繰り返される。

図８Ａに示すように、スティックスリップ時には、スティック状態で皮膚変形量が直線状に増加し、スリップ状態で短時間にその皮膚変形量が元に戻る。この状態を再現するために、図８Ｂに示すように、一方（左側）のモーター１２３Ｌの駆動電圧Ｖｃが、スティック状態の期間Ｔ１１，Ｔ１３に直線的に増加し、スリップ状態の期間Ｔ１２，Ｔ１４に急激に減少するようにする。そして、スリップ状態の期間Ｔ１２，Ｔ１４には、一定の周波数の振動波形を重畳する。
また、他方（右側）のモーター１２３Ｒの駆動電圧Ｖｄが、スリップ状態の期間Ｔ１２，Ｔ１４に、一定の周波数の振動波形とする。スティック状態の期間Ｔ１１，Ｔ１３には、駆動電圧Ｖｄは初期値のまま変化しない。

この図８Ｂ及び図８Ｃに示す電圧をモーター１２３Ｌ，１２３Ｒに供給したときに指ｆに提示される力覚Ｐｃは、図８Ｄに示すように、モーター１２３Ｌに供給する電圧変化にほぼ連動したものになる。但し、この場合にも、電圧Ｖｃの変化から若干遅れて、力覚Ｐｃが提示される。特に、各期間Ｔ１２，Ｔ１４内での電圧変化が大きいスリップ状態は、比較的遅れて力覚Ｐｃが提示されることになる。

一方、図８Ｂに示すように、モーター１２３Ｌへの期間Ｔ１２の駆動電圧と期間Ｔ１４の駆動電圧Ｖｃ、並びに図８Ｃに示すように、モーター１２３Ｒへの期間Ｔ１２の駆動電圧と期間Ｔ１４の駆動電圧Ｖｄには、振動波形を重畳したため、図８Ｅに示すように、期間Ｔ１２，Ｔ１４には、振動覚Ｑｂの提示が行われる。振動覚Ｑｂは、知覚時の応答性が良く、例えば１０ｍｓ以下の時間遅延で知覚することができる。
したがって、力覚及び振動覚提示装置１００を装着したユーザーは、図８Ａに示すスティックスリップ時の皮膚変形とほぼ同様なスティック及びスリップの感覚を得ることができ、スティックスリップ感を良好にユーザーに提示できるようになる。

＜２．第２の実施の形態例＞
以下、本発明の第２の実施の形態例を、図９〜図２１を参照して説明する。第２の実施の形態例を説明する図９〜図２１において、第１の実施の形態例で説明した図１〜図８に対応する箇所には同一符号を付す。

［２−１．装置の構成］
図９は、第２の実施の形態例による、力覚及び振動覚提示装置２００の全体構成を示す図である。図１０は、図９のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図１０では、力覚及び振動覚提示装置２００のみを断面として示し、指ｆは外形形状を示す。

図９に示すように、第２の実施の形態例による力覚及び振動覚提示装置２００は、ユーザーの指ｆ（仮想線）の腹ｆ_Ｂ側に装着される。すなわち、力覚及び振動覚提示装置２００は、指ｆが上に載せられる小型の筐体２１０で構成され、筐体２１０の上面が指保持部２１１とされている。指保持部２１１は、指ｆの腹ｆ_Ｂ（爪ｆ_Ｎが配置された側と反対側）と接触して保持する湾曲した形状になっている。

筐体２１０の上側には、２本のローラー２２１Ｌ，２２１Ｒが平行に配置されている。したがって、２本のローラー２２１Ｌ，２２１Ｒの回転軸（不図示）は、指ｆの長手方向とほぼ平行になる。これら２本のローラー２２１Ｌ，２２１Ｒには、筐体２１０内に配置されたモーター２２２Ｌ，２２２Ｒの回転軸が連結され、モーター２２２Ｌ，２２２Ｒによる駆動で各ローラー２２１Ｌ，２２１Ｒが回転する。
それぞれのローラー２２１Ｌ，２２１Ｒは、指保持部２１１に載せられた指ｆの腹ｆ_Ｂの左右の２カ所の接触位置ｆ_Ｂ１，ｆ_Ｂ２で直接に接触されるように配置されており、各ローラー２２１Ｌ，２２１Ｒの回転により、力覚が接触位置ｆ_Ｂ１，ｆ_Ｂ２から直接に指ｆに伝えられる。

例えば、２本のローラー２２１Ｌ，２２１Ｒが逆相で回転したとき、垂直方向の力覚が与えられ、２本のローラー２２１Ｌ，２２１Ｒが同相で回転したとき、水平方向の力覚が与えられる。さらに、それぞれの方向に回転する際に、モーター２２２Ｌ，２２２Ｒの駆動電圧に振動波形を重畳することで、ローラー２２１Ｌ，２２１Ｒが振動しながら回転し、振動覚が指ｆに与えられる。これらの各方向のｐ力の加わり状況や振動状況の詳細については、後述する。

［２−２．温度制御部材を取り付けた例］
第２の実施の形態例の力覚及び振動覚提示装置２００の筐体２１０には、他の素子や機構部品を配置することができる。
図１１及び図１２に示す力覚及び振動覚提示装置２００は、温度制御部材としてのペルチェ素子２２３を配置した例を示している。すなわち、図１１の斜視図及び図１２の断面図に示すように、力覚及び振動覚提示装置２００の２本のローラー２２１Ｌ，２２１Ｒの間の指保持部２１１に、ペルチェ素子２２３が配置されている。ペルチェ素子２２３は、電圧を供給することによってその表面が冷却される素子である。

このようなペルチェ素子２２３を備えることで、ローラー２２１Ｌ，２２１Ｒで力覚や振動覚を与える際に、ペルチェ素子２２３で冷たい感覚を指ｆの腹ｆ_Ｂに伝えることができる。したがって、例えば力覚や振動覚で何らかの物体に触れた感覚を与えると同時に、その力覚や振動覚を与えた箇所の近傍を冷たくして、冷たい物体に触れた感覚を指ｆに与えることが可能になる。この場合、２カ所の接触位置ｆ_Ｂ１，ｆ_Ｂ２の間にペルチェ素子２２３が配置されるため、温度（冷たさ）を感じる箇所と、力覚や振動覚を感じる箇所が非常に近接する。このため、指ｆのほぼ同じ場所で、力覚や振動覚とともに温度感が与えられるので、例えば冷えたコップを触った感覚が得られ、より好ましいものとなる。
なお、温度制御部材としてペルチェ素子２２３を使用するのはあくまでも一例であり、例えば加熱する素子を配置して、暖かいものを触った感覚を指ｆに与えるようにすることもできる。

［２−３．押圧検出部材を取り付けた例］
図１３及び図１４に示す力覚及び振動覚提示装置２００は、押圧検出部材としての押圧スイッチ２２４を配置した例を示す。すなわち、斜視図としての図１３及び断面図としての図１４に示すように、力覚及び振動覚提示装置２００の２本のローラー２２１Ｌ，２２１Ｒの間の指保持部２１１に、押圧スイッチ２２４が配置されている。この押圧スイッチ２２４は、指ｆから加わる力でオンとなるスイッチであり、メカニカルスイッチで構成してもよいし、感圧フィルムなどの力センサーで構成してもよい。例えば、押圧スイッチ２２４をメカニカルスイッチで構成した場合には、押圧スイッチ２２４は、３ｍｍから１０ｍｍ程度の間の動作ストロークを持ち、オン・オフの検出だけでなく、押圧力や押圧された距離についても検出することが可能になる。

押圧スイッチ２２４で得たオン・オフなどの検出データは、例えば制御部１３３′（図１７）に供給され、力覚や振動覚を指示する外部機器に伝えられる。
この場合にも、２カ所の接触位置ｆ_Ｂ１，ｆ_Ｂ２の間に押圧スイッチ２２４が配置されるため、力覚や振動覚を感じる箇所と、押圧操作を行う箇所が非常に近接し、力覚や振動覚とを感じながら、その力覚や振動覚を感じた箇所で押圧操作を行うことができる。

［２−４．温度制御部材と押圧検出部材を取り付けた例］
図１５及び図１６に示す力覚及び振動覚提示装置２００は、温度制御部材としてのペルチェ素子２２３と、押圧検出部材としての押圧スイッチ２２４′とを配置した例を示している。
すなわち、図１５の斜視図及び図１６の断面図に示すように、力覚及び振動覚提示装置２００の２本のローラー２２１Ｌ，２２１Ｒの間の指保持部２１１に、ペルチェ素子２２３が配置される。さらに、図１５に示すように、筐体２１０の指保持部２１１の途中に切断部２１３が形成され、この切断部２１３よりも先端側、つまりローラー２２１Ｌ，２２１Ｒが配置された側の、筐体２１０の内部に押圧スイッチ２２４′が設けられている。そして、この押圧スイッチ２２４′により、切断部２１３よりも先端側の全体が押されたとき、その押圧力を検出することができるようになっている。

図１５の例では、上述したようにペルチェ素子２２３などの温度制御部材と、押圧スイッチ２２４′などの押圧力を検出する部材の両方を配置したことにより、指ｆに対して冷たさ（又は暖かさ）の感覚を与えることができると共に、指ｆによる押圧力で外部に対して何らかの指示を与えることが可能になる。
なお、図１５の例では、押圧スイッチ２２４′は、切断部２１３よりも前側（指ｆの先端側）に配置したが、筐体２１０の全体に配置して、指ｆのどの箇所からの押圧についても検知できるようにしてもよい。

［２−５．装置の内部構成］
図１７は、力覚及び振動覚提示装置２００の内部構成例を示す。
図１７に示す力覚及び振動覚提示装置２００の内部構成は、図３に示す力覚及び振動覚提示装置１００の内部構成とほぼ同じであり、制御部１３３′の制御下で、水平力指示部１３４と垂直力指示部１３５と振動指示部１４０が、対応した力覚又は振動覚を与える指示を行う点では変わらないので、重複する説明は省略する。図１７の場合には、増幅器１３９Ｌ，１３９Ｒが出力する電圧信号により、各モーター２２２Ｌ，２２２Ｒが駆動される。このように各モーター２２２Ｌ，２２２Ｒを駆動することで、力覚及び振動覚提示装置２００は、各モーター２２２Ｌ，２２２Ｒに接続されたローラー２２１Ｌ，２２１Ｒの回転が、直接的に指ｆに伝えられる。

図１７に示すように、力覚及び振動覚提示装置２００がペルチェ素子２２３を備える場合（図１１及び図１５参照）には、制御部１３３′の制御下で、ペルチェ駆動部２２５は、ペルチェ素子駆動信号を生成し、この生成したペルチェ素子駆動信号がペルチェ素子２２３に供給される。
また、図１３や図１５に示すように、力覚及び振動覚提示装置２００が押圧スイッチ２２４（又は２２４′）を備える場合には、押圧スイッチ２２４（又は２２４′）の検出データが制御部１３３′に供給される。この押圧スイッチ２２４（又は２２４′）の検出データは、例えば通信ポート１３１を介して外部機器に伝えられる。
力覚及び振動覚提示装置２００の内部のその他の箇所は、図３に示す力覚及び振動覚提示装置１００と同様に構成されている。

［２−６．ローラーが指に与える力覚及び振動覚の例］
図１８は、力覚及び振動覚提示装置２００が指ｆに与える力覚及び振動覚の例を示す。
図１８Ａ〜Ｄは、いずれも力覚及び振動覚提示装置２００を、図１０と同じ断面で示す。

図１８Ａは、ローラー２２１Ｌ，２２１Ｒを逆相で回転させた例を示す。ここでの回転θ５１，θ５２は、ローラー２２１Ｌが時計回りの回転、ローラー２２ｌＲが反時計回りの回転になる。
このとき、指ｆの腹ｆ_Ｂには、腹ｆ_Ｂの左右から中央側に寄せられるような力が伝わり、上向きの垂直方向の力ｙ１１が生じたような感覚を与えることができる。

図１８Ｂは、ローラー２２１Ｌ，２２１Ｒを、図１８Ａの例とは逆方向の逆相で回転させた例を示す。すなわち、ここでの回転θ６１，θ６２は、ローラー２２１Ｌが反時計回りの回転、ローラー２２ｌＲが時計回りの回転となる。
このとき、指ｆの腹ｆ_Ｂには、腹ｆ_Ｂの中央側から左右に引っ張るような力が伝わり、下向きの垂直方向の力ｙ１２が生じたような感覚を与えることができる。

図１８Ｃは、ローラー２２１Ｌ，２２１Ｒを同相で回転させた例を示す。ここでの同相の回転θ７１，θ７２は、いずれも時計回りの回転となる。
このとき、指ｆの腹ｆ_Ｂには右向きの水平方向の力ｘ１１が伝わり、指ｆが力ｘ１１と反対方向に移動したような感覚を与えることができる。
図示は省略するが、ローラー２２１Ｌ，２２１Ｒを回転θ７１，θ７２とは逆方向に同相で回転させた場合には、力ｘ１１とは逆方向の力が伝わり、図１８Ｃの場合とは逆の方向に移動したような感覚を与えることができる。

図１８Ｄは、ローラー２２１Ｌ，２２１Ｒに振動が加わったときの例を示す。図１８Ｄに示すように、ローラー２２１Ｌ，２２１Ｒが、微少な幅（角度）での交互に回転θ８１，θ８２を行うことで、振動した状態となり、指ｆの腹ｆ_Ｂには振動ｑ１１が伝わる。ここでの２つの回転θ８１，θ８２は、同相での回転と逆相での回転のいずれでもよい。また、いずれか一方のローラー２２１Ｌ又は２２１Ｒのみが振動した状態であっても、指ｆの腹ｆ_Ｂには振動ｑ１１が伝わる。ここでの振動は、例えば５Ｈｚ以上の高周波成分とする。

この図１８Ｄに示すローラー２２１Ｌ，２２１Ｒの振動は、この振動のみを単独で行ってもよいが、図１８Ａ〜Ｃに示す各方向への力を与える処理と同時に行うこともできる。例えば図１８Ａ，Ｂに示すように、ローラー２２１Ｌ，２２１Ｒを逆相で回転させながら、その回転時に微少な振動を加えて、指ｆに垂直方向の力ｙ１１又はｙ１２と振動ｑ１１とを同時に伝えることができる。また、図４Ｃに示すように、ローラー２２１Ｌ，２２１Ｒを同相で回転させながら、その回転時に微少な振動を加えて、指ｆに水平方向の力ｘ１１又はｘ１２と振動ｑ１１とを同時に伝えることができる。

これらの力覚と振動覚とを同時に伝える処理は、第１の実施の形態例で説明したモーター１２３Ｌ，１２３Ｒに供給する駆動電圧に、所定の周波数の振動波形を重畳する処理を、モーター２２３Ｌ，２２３Ｒに駆動電圧を供給するモーター駆動部にも適用することで実現することができる。具体的な信号の重畳状態については、第１の実施の形態例で説明した処理と同様であり、ここでは説明を省略するが、例えば図７に示す指と物体との衝突時の感覚や、図８に示すスティックスリップ時の感覚を指ｆに与えることができる。

そして、力覚及び振動覚提示装置２００の場合には、第１の実施の形態例と異なりベルトを使用することなく直接、指保持部２１１の上に指ｆを置くだけで装着が完了し、ユーザーは簡単に力覚及び振動覚提示装置２００を装着することができる。また、指保持部２１１には、図１１例のような温度制御部材（ペルチェ素子２２３など）や、図１３例のような押圧検出部材（押圧スイッチ２２４など）を配置することができ、これらの部材と連携した高度な感覚の提示や、提示した感覚に基づいた高度な操作なども行うことができる。

［２−７．複数の指に同時に装着する例］
図９から図１６に示される力覚及び振動覚提示装置２００は、１本の指に装着する例として示したが、複数の指に同時に装着する装置として構成することもできる。
例えば図１９に断面で示すように、力覚及び振動覚提示装置３００として、２カ所の指保持部３１１，３１２を備える構成としてもよい。図１９例の場合には、２カ所の指保持部３１１，３１２は、上下に背中合わせに配置される。すなわち、指保持部３１１の左右には、ローラー３２１Ｌ，３２１Ｒが配置され、指保持部３１２の左右には、ローラー３２２Ｌ，３２２Ｒが配置される。

そして、図１９に示すように、２本の指ｆ１，ｆ２を指保持部３１１，３１２に配置することで、力覚及び振動覚提示装置３００が、この２本の指ｆ１，ｆ２で挟むようにして保持される。
そして、それぞれの指保持部３１１，３１２に配置したローラー３２１Ｌ，３２１Ｒ，３２２Ｌ，３２２Ｒが、各指ｆ１，ｆ２の腹ｆ_Ｂに個別に力覚及び振動覚を与える。力覚及び振動覚を与える処理は、図１８に示す力覚及び振動覚提示装置２００と同様の処理になる。

また、図２０に断面図として示すように、力覚及び振動覚提示装置４００として、３カ所の指保持部４１１，４１２，４１３を備える構成とすることもできる。図２０例の場合には、３カ所の指保持部４１１，４１２，４１３は、約１２０°間隔でほぼ等間隔に配置される。すなわち、指保持部４１１の左右には、ローラー４２１Ｌ，４２１Ｒが配置され、指保持部４１２の左右には、ローラー４２２Ｌ，４２２Ｒが配置され、指保持部４１３の左右には、ローラー４２３Ｌ，４２３Ｒが配置される。

そして、図２０に示すように、３本の指ｆ１，ｆ２，ｆ３を指保持部４１１，４１２，４１２に配置することで、力覚及び振動覚提示装置４００が、３本の指ｆ１，ｆ２，ｆ３で挟むようにして保持される。
そして、それぞれの指保持部４１１，４１２，４１３に配置したローラー４２１Ｌ，４２１Ｒ，４２２Ｌ，４２２Ｒ，４２３Ｌ，４２３Ｒが、各指ｆ１，ｆ２の腹ｆ_Ｂに個別に力覚及び振動覚を与える。力覚及び振動覚を与える処理としては、図１８に示す力覚及び振動覚提示装置２００と同様の処理が行われ、それぞれの指ｆ１，ｆ２，ｆ３に個別に力覚及び振動覚を与えることができる。

この図１９に示す２本指用の力覚及び振動覚提示装置３００や、図２０に示す３本指用の力覚及び振動覚提示装置４００とすることで、複数の指で装置を保持しながら、保持した指に対して力覚や振動覚を提示することができ、良好な力覚や振動覚の提示を行うことができる。なお、力覚及び振動覚提示装置３００又は４００として、図１１例のような温度制御部材や図１３例のような押圧部材を配置してもよいことは言うまでもない。

さらに、図２１に示す力覚及び振動覚提示装置５００は、５本の指ｆ１〜ｆ５で掴む形状とした例である。
すなわち、力覚及び振動覚提示装置５００は、グリップ部５０１と人差し指保持部５０２と親指保持部５０３とを備える。そして、人差し指保持部５０２は、ローラー５１１Ｌ，５１１Ｒを備えて、ローラー５１１Ｌ，５１１Ｒが人差し指ｆ１に力覚と振動覚を与える。また、親指保持部５０３は、ローラー５１２Ｌ，５１２Ｒを備えて、ローラー５１２Ｌ，５１２Ｒが親指ｆ２に力覚と振動覚を与える。
図２１の例では、グリップ部５０１を保持する３本の指ｆ３，ｆ４，ｆ５にはローラーを配置しないが、これらの指ｆ３，ｆ４，ｆ５と接する箇所にもローラーを配置して、力覚と振動覚を与えるようにしてもよい。また、力覚及び振動覚提示装置５００についても、図１１例のような温度制御部材や図１３例のような押圧部材を、各指の配置箇所に設けるようにしてもよい。

このような５本の指で掴む形状として、その内の任意の数の指に力覚及び振動覚を提示する力覚及び振動覚提示装置５００としたことで、例えばビデオゲーム用のコントローラーやロボットアームの操作装置などの各種操作装置に、力覚及び振動覚を各指に個別に提示する機能を組み込むことができる。したがって、力覚及び振動覚提示装置５００は、映像や機器の操作状況に合わせて、ユーザーの各指に力覚と振動覚を良好に提示できるようになる。

＜３．その他の変形例＞
なお、図１１や図１５の例では、力覚及び振動覚提示装置２００に、押圧スイッチ２２４（２２４′）を配置して、指ｆによる押圧を検出するようにした。これに対して、ローラー２２１Ｌ，２２１Ｒを回転させるモーター２２３Ｌ，２２３Ｒによって、押圧を検出するようにしてもよい。この場合には、例えばモーター２２３Ｌ，２２３Ｒの駆動電圧に１ｋＨｚ以上の振動波形を重畳し、その振動波形を重畳したモーター２２３Ｌ，２２３Ｒの電流を測定して、各モーター２２３Ｌ，２２３Ｒが自由回転している状態か、あるは負荷がかかって回転が規制された状態かを判断する。そして、負荷がかかって回転が規制された状態のとき、指ｆによる押圧があると判断する。
このようにモーター２２３Ｌ，２２３Ｒが押圧検出部材を兼ねることで、それだけ装置の構成を簡単にすることができる。

また、具体的なモーターの駆動電圧の例として説明した図７例（物体との衝突時）や、図８例（スティックスリップ時）は、それぞれ好適な例を示したものであり、モーター１２３Ｌ，１２３Ｒや、モーター２２３Ｌ，２２３Ｒには、その他の状態を再現する駆動信号を供給するようにしてもよい。

また、図３や図１７に示すモーター１２３Ｌ，１２３Ｒ（２２３Ｌ，２２３Ｒ）に駆動信号を供給する構成についても、あくまでも一例を示すものであり、その他の構成としてもよい。
例えば、図３では、モーター１２３Ｌ，１２３Ｒは、モーター駆動部としての制御部１３３から増幅器１３９Ｌ，１３９Ｒまでの構成により駆動が制御される構成とし、水平力の指示データと垂直力の指示データとの演算処理を行い、かつ振動を行う信号の加算処理で２つのモーターの駆動信号を得るようにした。これに対して、モーター駆動部として、これらの演算処理や加算処理を省略して、それぞれの動作モード時に、予め記憶したデータに基づいて、同様の駆動信号を直接得るようにしてもよい。

また、力覚及び振動覚提示装置１００，２００は、回転部材としてのローラーを２個ずつ備えるようにしたが、少なくとも２個の回転部材があればよく、より多くの数の回転部材を配置してもよい。例えば、力覚及び振動覚提示装置２００が備えるローラー２２１Ｌ，２２１Ｒを、それぞれ２つに分割して、合計で４本のローラーとして、指の先端部と中間部とを個別に力覚及び振動覚を提示できるようにしてもよい。

また、上述した各実施の形態例では、指の腹の皮膚に力覚及び振動覚を提示する装置とした。これに対して、本発明は、指以外の箇所の皮膚に力覚及び振動覚を提示する装置に適用してもよい。

１１…板、１２…接触素材、１３…６軸力センサー、１４…指変位センサー、２０…コンピューター装置、９１，９２…ローラー、９３…ベルト、１００…力覚及び振動覚提示装置、１１０…筐体、１１１…指保持部、１１２Ｌ，１１２Ｒ…切欠部、１２１Ｌ，１２１Ｒ…ローラー、１２２…ベルト、１２３Ｌ，１２３Ｒ…モーター、１３１…通信ポート、１３２…インターフェース部、１３３，１３３′…制御部、１３４…水平力指示部、１３５…垂直力指示部、１３６…演算処理部、１３７Ｌ，１３７Ｒ…デジタル／アナログ変換器、１３８Ｌ，１３８Ｒ…加算器、１３９Ｌ，１３９Ｒ…増幅器、１４０…振動指示部、１４１…モーションセンサー、２００…力覚及び振動覚提示装置、２１０…筐体、２１１…指保持部、２１２Ｌ，２１２Ｒ…切欠部、２１３…切断部、２２１Ｌ，２２１Ｒ…ローラー、２２２Ｌ，２２２Ｒ…モーター、２２３…ペルチェ素子、２２４，２２４′…押圧スイッチ、２２５…ペルチェ素子駆動部、３００，４００，５００…力覚及び振動覚提示装置、３１１，３１２，４１１，４１２，４１３…指保持部、３２１Ｌ，３２１Ｒ，３２２Ｌ，３２２Ｒ，４２１Ｌ，４２１Ｒ，４２２Ｌ，４２２Ｒ，４２３Ｌ，４２３Ｒ，５１１Ｌ，５１１Ｒ，５１２Ｌ，５１２Ｒ…ローラー、５０１…グリップ部、５０２…人差し指保持部、５０３…親指保持部

Claims (6)

1. ユーザーの所定箇所に装着される筐体と、
   前記筐体に取り付けられ、前記所定箇所の近傍の皮膚に対して垂直方向及び／又は水平方向の力覚を与える少なくとも２つの回転部材と、
   前記回転部材を回転させるモーターと、
   前記皮膚に対して前記垂直方向の力覚を与える場合には、前記少なくとも２つの回転部材を相互に逆方向に回転させる駆動信号を前記モーターに供給し、前記皮膚に対して前記水平方向の力覚を与える場合には、前記少なくとも２つの回転部材を同じ方向に回転させる駆動信号を前記モーターに供給し、前記皮膚に対して前記垂直方向又は前記水平方向の前記力覚に加えて振動覚を与える場合には、前記駆動信号を所定の周波数で振動した信号を前記モーターに供給するモーター駆動部とを備える
   力覚及び振動覚提示装置。
2. 前記少なくとも２つの回転部材は、平行に配置され、ベルトの一端及び他端が取り付けられた少なくとも２つのローラーであり、
   前記ベルトの一端と他端との間の箇所を前記皮膚と接触させた状態で、前記２つのローラーの回転及び振動による前記ベルトの移動及び振動により、前記皮膚に力覚及び振動覚を与える
   請求項１に記載の力覚及び振動覚提示装置。
3. 前記少なくとも２つの回転部材は、平行に配置され、それぞれの回転面と前記皮膚とが直接接触する少なくとも２つのローラーであり、
   前記２つのローラーの回転及び振動により、前記皮膚に力覚及び振動覚を与える
   請求項１に記載の力覚及び振動覚提示装置。
4. 前記少なくとも２つのローラーの近傍の前記皮膚と接する箇所に、電力の供給で冷却又は発熱を行う温度制御部材を配置し、
   前記少なくとも２つのローラーの回転及び振動により、前記皮膚に力覚及び振動覚を与える際に、前記温度制御部材により前記皮膚に与える温度を制御する
   請求項３に記載の力覚及び振動覚提示装置。
5. 前記少なくとも２つのローラーの近傍の前記筐体に、前記皮膚から加わる押圧力又は押圧距離を検出する押圧検出部を配置した
   請求項３又は４に記載の力覚及び振動覚提示装置。
6. 前記筐体は、映像に同期した力覚及び振動覚を指先に提示するコントローラーであり、
   前記押圧検出部が検出した押圧力又は押圧距離に基づいて、前記映像に関連した制御を行うようにした
   請求項５に記載の力覚及び振動覚提示装置。

Images