JP2019185484A

JP2019185484A - 擬似力覚呈示装置

Info

Publication number: JP2019185484A
Application number: JP2018077091A
Authority: JP
Inventors: 五味　裕章; Hiroaki Gomi; 裕章五味
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2018-04-12
Filing date: 2018-04-12
Publication date: 2019-10-24
Also published as: US11320909B2; US20210157409A1; WO2019198583A1

Abstract

【課題】情報機器類との一体化が容易で、かつ擬似力覚を呈示する方向について自由度を増やした擬似力覚呈示装置を提供する。【解決手段】ケースと、ケースの背面に形成されたホルダと、ホルダに収納され、少なくとも予め定めた二つの軸の正方向および負方向に擬似力覚を呈示できる複数の擬似力覚呈示モジュールと、ケースに収納され、複数の疑似力覚呈示モジュールと通信可能に接続され、複数の疑似力覚呈示モジュールを制御する制御部を含む情報機器を含む。【選択図】図３

Description

本発明は、擬似的な力覚を利用者に呈示する擬似力覚呈示装置に関する。

疑似的な力覚（擬似力覚）を利用者に呈示する装置の従来技術として例えば特許文献１、特許文献２がある。

特許第６１２６０４７号公報国際公開第２０１７／１８３５３７号

上記の従来技術をスマートフォンやタブレットなどの情報機器に応用しようとする場合、以下のような課題がある。

スマートフォンやタブレットなどの情報機器には、触覚刺激を与えるための振動デバイスが組み込まれていることが多いが、それらの振動デバイスの原理では、方向性を持つ力感覚を呈示することはできない。

擬似力覚呈示装置とスマートフォンなどの情報機器を一体化する試みも行われているが、この場合、各情報機器に対して専用の疑似力覚呈示装置を開発しなければならず、疑似力覚呈示装置を多様な機器と組み合わせて使うことは、開発コストや時間がかかる。

また、疑似力覚呈示装置を、スマートフォンやタブレットなどと合体させる場合に、単にスマートフォン等に取り付けるだけでは、明瞭な疑似力覚呈示が困難な場合がある。

アプリケーションの性質、擬似力覚を呈示する目的に応じて、必要な疑似力覚呈示の自由度や方向が変わる場合があるが、専用装置の場合は、必要に応じたそれらの変更が難しい。

そこで本発明では、情報機器類との一体化が容易で、かつ擬似力覚を呈示する方向について自由度を増やした擬似力覚呈示装置を提供することを目的とする。

本発明の擬似力覚呈示装置は、ケースと、ケースの背面に形成されたホルダと、ホルダに収納され、少なくとも予め定めた二つの軸の正方向および負方向に擬似力覚を呈示できる複数の擬似力覚呈示モジュールと、ケースに収納され、複数の疑似力覚呈示モジュールと通信可能に接続され、複数の疑似力覚呈示モジュールを制御する制御部を含む情報機器を含む。

本発明の擬似力覚呈示装置は、情報機器類との一体化が容易で、かつ擬似力覚を呈示する方向の自由度を増加させることができる。

特許文献２の第２０実施形態の擬似力覚発生装置の構成を例示した図であって、図１（ａ）は透過平面図、図１（ｂ）は透過正面図、図１（ｃ）は透過左側面図。特許文献２の第２０実施形態の擬似力覚発生装置の使用状態を説明するための概念図。実施例１の擬似力覚呈示装置の構成を例示した底面図。実施例１の擬似力覚呈示装置の構成を例示した図であって、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は正面図、図４（ｃ）は底面図。各擬似力覚呈示モジュールが呈示する擬似力覚の方向を示す概念図。実施例１の擬似力覚呈示装置が呈示できる擬似力覚の方向のバリエーションを示す概念図であって、図６（ａ）はx+/x-方向並進の、図６（ｂ）はy+/y-方向並進の、図６（ｃ）は時計回り回転／反時計回り回転の擬似力覚呈示を示す。実施例２の擬似力覚呈示装置の構成を例示した底面図。実施例２の擬似力覚呈示装置が呈示できる擬似力覚の方向のバリエーションを示す概念図であって、図８（ａ）はx+/x-方向並進の、図８（ｂ）はy+/y-方向並進の、図８（ｃ）は時計回り回転／反時計回り回転の擬似力覚呈示を示す。変形例１の擬似力覚呈示装置の構成を例示した底面図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。

まず、後述する実施例に登場する擬似力覚呈示モジュール１４の構造、原理を説明する従来技術として、特許文献２の第２０実施形態を以下に説明する。

［特許文献２の第２０実施形態］
以下、図１（ａ）−図１（ｃ）および図２を用い、特許文献２の第２０実施形態にかかる擬似力覚発生装置３００５の構成を説明する。図１（ａ）−図１（ｃ）および図２に例示するように、本形態の擬似力覚発生装置３００５は、基部３０４０１、振動子３０１０２−ｉ（ただし、ｉ＝１，３）、板バネ部３０１０４３−１，３０１０４４−１、連結部３０１０４１−１，３０１０４２−１、固定部３０４０４５−１、連結部３０２０４５−３、台座３０４０９、接続部３０４０３、および接触部３０５０８を有する。振動子３０１０２−ｉ（ただし、ｉ＝１，３）は、支持部３０１０２６−ｉ、可動部３０１０２５−ｉ、連結部３０１０２ｅａ−ｉ，連結部３０１０２ｅｂ−ｉを有する。

接触部３０５０８は、剛体または剛体とみなせる部材である。接触部３０５０８は、基部３０４０１の一方の面３０４０１ｂ側（ベース機構の一方の面側）に配置された第１領域３０５０８１と、第１領域３０５０８１の一端に支持された第２領域３０５０８２と、第２領域３０５０８２の他端に支持され、基部３０４０１の他方の面３０４０１ａ側（ベース機構の他方の面側）に配置された第３領域３０５０８３とを含む。第１領域３０５０８１、第２領域３０５０８２、および第３領域３０５０８３は一体であってもよいし、一体でなくてもよい。第１領域３０５０８１、第２領域３０５０８２、および第３領域３０５０８３のそれぞれは略板形状を持つ。本形態では、第１領域３０５０８１の略板形状部分と第３領域３０５０８３の略板形状部分とは略平行に配置され、第２領域３０５０８２の略板形状部分はこれらと略直交している。しかし、第１領域３０５０８１の略板形状部分と第３領域３０５０８３の略板形状部分とは略平行でなくてもよい。また、第１領域３０５０８１の略板形状部分と第３領域３０５０８３の略板形状部分とが、第２領域３０５０８２の略板形状部分と略直交しなくてもよい。第１領域３０５０８１、第２領域３０５０８２、および第３領域３０５０８３の少なくとも何れかが、湾曲した略板形状部分を含んでもよい。第１領域３０５０８１の一方の板面３０５０８１ｂ側の中央には、筒状突起部３０４０８１が設けられている。前述のように、接続部３０４０３は、板面３０４０３３側を台座３０４０９の板面３０４０９ｂ側に向けて配置されている。接続部３０４０３の回転軸３０４０３１は挿入孔３０２０４５ａａ−３に回転可能に支持されている。固定部３０４０４５−１の突部３０４０４５ａ−１は、板面３０４０３３側から接続部３０４０３の貫通孔３０４０３４に挿入されている。接触部３０５０８の筒状突起部３０４０８１は、板面３０４０３２側から接続部３０４０３の貫通孔３０４０３４に挿入されている。また、筒状突起部３０４０８１の内壁面側には、貫通孔３０４０３４を貫通した突部３０４０４５ａ−１が挿入されて固定されている。これにより、第１領域３０５０８１は、固定部３０４０４５−１（第１板バネ機構の一部）に支持されている。また、第１領域３０５０８１と第３領域３０５０８３との間に、台座３０４０９、支持部３０１０２６−１，３０１０２６−３を含む機構（ベース機構）の少なくとも一部、可動部３０１０２５−１および連結部３０１０２ｅａ−１，３０１０２ｅｂ−１，３０１０４１−１，３０１０４２−１を含む機構（第１可動機構）の少なくとも一部、および板バネ部３０１０４３−１，３０１０４４−１および固定部３０４０４５−１を含む機構（第１板バネ機構）の少なくとも一部が配置されている。

図２に例示するように、利用者は台座３０４０９、支持部３０１０２６−１，３０１０２６−３を含む機構（ベース機構）側を掌３０００で支持するとともに、接触部３０５０８の第１領域３０５０８１の外方の板面３０５０８１ａと、第３領域３０５０８３の外方の板面３０５０８３ａとを挟み込むように把持する。ここで、板面３０５０８１ａと板面３０５０８３ａを挟み込む把持により装置が支えられる場合は、機構（ベース機構）側を掌３０００で支持することは必須ではない。この状態で擬似力覚発生装置３００５を駆動し、接触部３０５０８を非対称運動させると、利用者はその非対称運動に基づく力覚を知覚する。本形態のように、利用者が第１領域３０５０８１と第３領域３０５０８３とを挟み込むように接触部３０５０８を把持した場合、利用者の親指から第１領域３０５０８１に与えられる面に垂直な力の少なくとも一部が第２領域３０５０８２を介して第３領域３０５０８３に与えられ、この第３領域３０５０８３は利用者の人差し指によって支えられる。これにより、利用者によって第１領域３０５０８１に与えた面に垂直な力が３０１０２ｅｂ−１を介して振動子３０１０２−１，３に加わることを抑制し、振動子３０１０２−１，３の負担を軽減できる。その結果、振動子３０１０２−１，３の摩耗を低減させたり、振動子３０１０２−１，３の動きが妨げられたりすることを抑制でき、故障率を低下させたり、利用者に効率よく力覚を与えることができる。

以下、図３、図４を参照して本発明の実施例１の擬似力覚呈示装置１の構成を説明する。図３、図４に示すように、本実施例の擬似力覚呈示装置１は、長方形の底の浅いトレイ形状で、スマートフォンなどを収納可能なケース１１と、ケース１１の背面に、後述する擬似力覚呈示モジュール１４を二つ、互いに１８０°異なる向きに収納できるように形成されたホルダ１２と、二つの擬似力覚呈示モジュール１４をケース１１に固定するベルト１３と、前述した擬似力覚発生装置３００５と同様の原理で動作する擬似力覚呈示モジュール１４（二つ）と、ケース１１に収納されたスマートフォン９を含む構成である。この擬似力覚呈示モジュール１４は、その内部に力覚を呈示するための機構（図１、図２で説明した機構）を含む本体１４１と、擬似力覚呈示モジュール１４の長手方向の一方の側に形成され、手指で把持するためのグリップ１４２を含む。グリップ１４２は、スマートフォン９などの情報機器と本体１４１の合計重量と比較して軽量となるように、軽量な素材により形成すれば好適である。二つの擬似力覚呈示モジュール１４の長手方向は何れもケース１１の長手方向に沿って、互いに１８０°異なる向きに配置され、ケース１１に固定される。より詳細には、二つの擬似力覚呈示モジュール１４は、グリップ１４２が形成された一方の側がケース１１の長手方向外側に、他方の側がケース１１の長手方向内側に位置するように、互いに１８０°異なる向きにそれぞれケース１１に固定される。このとき、グリップ１４２がケース１１の長手方向の端部よりも外側に突出する状態で、ケース１１と二つの擬似力覚呈示モジュール１４とが固定される。なお、疑似力覚呈示モジュール１４はケース１１に収納されたスマートフォン９等の情報機器と、通信可能に接続されている。通信の方法は無線／有線の何れでも良い。擬似力覚呈示モジュール１４の非対称振動は、ケース１１に収納されたスマートフォン９等の情報機器の制御部（図示略）によって制御される。制御部として具体的には、上記スマートフォン９などの情報機器にインストールした専用アプリケーションを動作させている際のＣＰＵやメモリなどが該当する。制御部は、擬似力覚呈示モジュール１４のアクチュエータへの駆動指令を行う。これにより、複数の擬似力覚呈示モジュール１４の同期性の高い非対称振動制御を行うことができる。なお、擬似力覚呈示モジュール１４は、ケース１１から取り外した状態で、単独で使用することもできる。

以下、図５を参照して、各擬似力覚呈示モジュール１４の擬似力覚呈示方向の自由度について説明する。本実施例において、各擬似力覚呈示モジュール１４は、同図に示すx軸（x+方向と、x+方向の反対方向に該当するx-方向）と、x軸と直行するy軸（y+方向と、y+方向の反対方向に該当するy-方向）に擬似力覚を呈示することが可能であるものとする。ケース１１との関係では、x軸方向はケース１１の短手方向に該当し、y軸方向はケース１１の長手方向に該当する。

次に図６を参照して、二つの擬似力覚呈示モジュール１４を併用することで、呈示可能な疑似力覚のバリエーションについて述べる。まず図６（ａ）に示すように、二つの擬似力覚呈示モジュール１４の何れもが、x+方向に擬似力覚呈示を行った場合、擬似力覚呈示装置１全体として、x+方向に並進する擬似力覚を呈示することができる。同様に、二つの擬似力覚呈示モジュール１４の何れもが、x-方向に擬似力覚呈示を行った場合、擬似力覚呈示装置１全体として、x-方向に並進する擬似力覚を呈示することができる。同様に、図６（ｂ）に示すように、二つの擬似力覚呈示モジュール１４の何れもが、y+/y-方向に擬似力覚呈示を行った場合、擬似力覚呈示装置１全体として、y+/y-方向に並進する擬似力覚を呈示することができる。さらに、図６（ｃ）に示すように、向かって左側の擬似力覚呈示モジュール１４がx+方向に擬似力覚呈示を行うのに対し、向かって右側の擬似力覚呈示モジュール１４がx-方向に擬似力覚呈示を行った場合には、向かって時計回り方向に回転する擬似力覚を呈示することができる。ただし同図はケース１１の背面から見た図であるため、スマートフォンなどの情報機器を操作するユーザから見れば、反時計回りに回転する擬似力覚を呈示したことになる。同様に、向かって左側の擬似力覚呈示モジュール１４がx-方向に擬似力覚呈示を行うのに対し、向かって右側の擬似力覚呈示モジュール１４がx+方向に擬似力覚呈示を行った場合には、向かって反時計回り方向（情報機器を操作するユーザから見て時計回り方向）に回転する擬似力覚を呈示することができる。

本実施例の擬似力覚呈示装置１は上述の構成を有するため、情報機器類（例えばスマートフォン）との一体化が容易で、かつ擬似力覚を呈示する方向について自由度が増す。

次に、一般的なスマートフォンなどよりもサイズが大きいタブレット端末と一体化することができる実施例２の擬似力覚呈示装置について説明する。以下、図７を参照して、本実施例の擬似力覚呈示装置２の構成を説明する。同図に示すように、本実施例の擬似力覚呈示装置２は、長方形の底の浅いトレイ形状で、タブレット端末などを収納可能なケース２１と、ケース２１の背面に、前述した擬似力覚呈示モジュール１４を二つ、同じ向きに収納できるように形成されたホルダ２２と、二つの擬似力覚呈示モジュール１４をケース２１に固定するベルト２３と、実施例１と同様の擬似力覚呈示モジュール１４（二つ）と、ケース２１に収納されたタブレット端末（図示略）を含む構成である。

二つの擬似力覚呈示モジュール１４はその長手方向が何れもケース２１の長手方向と垂直な向きになるように、ケース２１に固定される。より詳細には、グリップ１４２が形成された一方の側がケース２１の短手方向外側に、他方の側がケース２１の短手方向内側に位置するように、同じ向きに配置され、ケース２１の長手方向の右端と左端にそれぞれ固定される。このとき、グリップ１４２がケース２１の短手方向の端部（上端部）よりも外側（かつ上側）に突出する状態で、ケース２１と二つの擬似力覚呈示モジュール１４とが固定される。なお、疑似力覚呈示モジュール１４はケース２１に収納されたタブレット端末等の情報機器と、通信可能に接続されている。通信の方法は無線／有線の何れでも良い。擬似力覚呈示モジュール１４の非対称振動は、ケース２１に収納されたタブレット端末等の情報機器の制御部（図示略）によって制御される。制御部として具体的には、上記タブレット端末などの情報機器にインストールした専用アプリケーションを動作させている際のＣＰＵやメモリなどが該当する。制御部は、擬似力覚呈示モジュール１４のアクチュエータへの駆動指令を行う。これにより、複数の擬似力覚呈示モジュールの同期性の高い非対称振動制御を行うことができる。

次に図８を参照して、二つの擬似力覚呈示モジュール１４を併用することで、呈示可能な疑似力覚のバリエーションについて述べる。まず図８（ａ）に示すように、二つの擬似力覚呈示モジュール１４の何れもが、x+/x-方向に擬似力覚呈示を行った場合、擬似力覚呈示装置２全体として、x+/x-方向に並進する擬似力覚を呈示することができる。同様に、図８（ｂ）に示すように、二つの擬似力覚呈示モジュール１４の何れもが、y+/y-方向に擬似力覚呈示を行った場合、擬似力覚呈示装置２全体として、y+/y-方向に並進する擬似力覚を呈示することができる。さらに、図８（ｃ）に示すように、向かって左側の擬似力覚呈示モジュール１４がx+方向に擬似力覚呈示を行うのに対し、向かって右側の擬似力覚呈示モジュール１４がx-方向に擬似力覚呈示を行った場合には、向かって時計回り方向（情報機器を操作するユーザから見て反時計回り方向）に回転する擬似力覚を呈示することができる。同様に、向かって左側の擬似力覚呈示モジュール１４がx-方向に擬似力覚呈示を行うのに対し、向かって右側の擬似力覚呈示モジュール１４がx+方向に擬似力覚呈示を行った場合には、向かって反時計回り方向（情報機器を操作するユーザから見て時計回り方向）に回転する擬似力覚を呈示することができる。

本実施例の擬似力覚呈示装置２は上述の構成を有するため、情報機器類（例えばタブレット端末）との一体化が容易で、かつ擬似力覚を呈示する方向について自由度が増す。

＜変形例１＞
以下、図９を参照して、実施例２を変形した変形例１の擬似力覚呈示装置について説明する。同図に示すように、本変形例の擬似力覚呈示装置２Ａにおいて、実施例２における擬似力覚呈示モジュール１４の向きを回転させて固定したことを特徴とする。すなわち、本変形例において、向かって左側に配置される擬似力覚呈示モジュール１４については本体１４１からグリップ１４２に向かう向きが、左斜め上方向となるように回転され、向かって右側に配置される擬似力覚呈示モジュール１４については本体１４１からグリップ１４２に向かう向きが、右斜め上方向となるように回転されて固定される。擬似力覚呈示モジュール１４を上述のように回転させて配置することにより、前後左右の擬似力覚呈示の際に、各２自由度のアクチュエーターを２組使用できるため、大きな擬似力覚を発生させることができる。

＜変形例２＞
上述の擬似力覚呈示モジュール１４を二つ、積み重ねて配置し、情報機器のホルダなどに固定してもよい。二つの擬似力覚呈示モジュール１４を積み重ねることにより、並進２自由度、回転２自由度、合計４自由度の力覚呈示を行うことができる。

＜補記＞
上述の実施例および変形例では、いずれも擬似力覚呈示モジュール１４を二つ含む擬似力覚呈示装置について開示したが、擬似力覚呈示モジュール１４は一つの装置に三つ以上組み込んでもよい。

Claims

ケースと、
前記ケースの背面に形成されたホルダと、
前記ホルダに収納され、少なくとも予め定めた二つの軸の正方向および負方向に擬似力覚を呈示できる複数の擬似力覚呈示モジュールと、
前記ケースに収納され、複数の前記疑似力覚呈示モジュールと通信可能に接続され、複数の前記疑似力覚呈示モジュールを制御する制御部を含む情報機器を含む
擬似力覚呈示装置。
請求項１に記載の擬似力覚呈示装置であって、
前記擬似力覚呈示モジュールを二つ含む
擬似力覚呈示装置。
請求項２に記載の擬似力覚呈示装置であって、
前記擬似力覚呈示モジュールの長手方向の一方の側に手指で把持するためのグリップを含む
擬似力覚呈示装置。
請求項３に記載の擬似力覚呈示装置であって、
前記グリップはケース端部よりも外側に突出する状態で前記ケースに固定されている
擬似力覚呈示装置。
請求項４に記載の擬似力覚呈示装置であって、
二つの前記擬似力覚呈示モジュールの長手方向は何れも前記ケースの長手方向に沿って、互いに１８０°異なる向きに配置され、前記ケースに固定されている
擬似力覚呈示装置。
請求項４に記載の擬似力覚呈示装置であって、
二つの前記擬似力覚呈示モジュールの長手方向は何れも前記ケースの長手方向と垂直な向きになるように、同じ向きに配置され、前記ケースに固定されている
擬似力覚呈示装置。
請求項４に記載の擬似力覚呈示装置であって、
二つの前記擬似力覚呈示モジュールのうち、
前記ケースの背面側から見て左側に配置される前記擬似力覚呈示モジュールについては当該擬似力覚呈示モジュールの本体から前記グリップに向かう向きが、前記ケースの背面側から見て左斜め上方向となるように前記ケースに固定され、
前記ケースの背面側から見て右側に配置される前記擬似力覚呈示モジュールについては当該擬似力覚呈示モジュールの本体から前記グリップに向かう向きが、前記ケースの背面側から見て右斜め上方向となるように前記ケースに固定された
擬似力覚呈示装置。