JP2021073576A - 操作デバイス、及び操作デバイスの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ゲームの操作デバイスを手に握った対象物の質感を表現する触力覚提示機能を提供する。【解決手段】第１の位置と第２の位置との間で移動可能な可動部を有し、ユーザに把持されて可動部がユーザの指により操作される操作デバイスで１０あって、可動部の移動可能範囲を規制する規制部と、可動部の移動可能範囲の規制量を決定し、当該決定した規制量を用いて、可動部の移動可能範囲を規制する指示を、規制部に出力する制御部と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、操作デバイス、及び操作デバイスの制御方法に関する。

家庭用ゲーム機等における操作デバイスは、ユーザが行ったボタン押下や操作デバイスを振る等の動作を検出して、ゲーム機等の本体に当該検出したユーザの動作を表す情報を送出している。また、こうした操作デバイスのうちには、アクチュエータ等を用いて、ユーザに対して触力覚を提示するものもある。

しかしながら、上記従来の、触力覚提示機能を有する操作デバイスでは、ユーザが例えばゲーム内で手に握った対象物の硬さ等、当該対象物の質感を表現することが困難であった。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、ユーザに対してユーザがゲーム内等で仮想的に握った対象物の質感を提示できる操作デバイス、及び操作デバイスの制御方法を提供することを、その目的の一つとする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、第１の位置と第２の位置との間で移動可能な可動部を有し、ユーザに把持されて前記可動部がユーザの指により操作される操作デバイスであって、前記可動部の移動可能範囲を規制する規制部と、前記可動部の移動可能範囲の規制量を決定し、当該決定した規制量を用いて、前記可動部の移動可能範囲を規制する指示を、前記規制部に出力する制御部と、を有することとしたものである。

本発明によると、ユーザに対してユーザがゲーム内等で仮想的に握った対象物の質感を提示できる。

本発明の実施の形態に係る操作デバイスの正面側から見た斜視図である。 本発明の実施の形態に係る操作デバイスの背面側から見た斜視図である。 本発明の実施の形態に係る操作デバイスの回路部の構成例を表すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る操作デバイスの可動部の構成例を表す概略説明図である。 本発明の実施の形態に係るアームと、ボタンカバーとの関係を概念的に示した説明図である。 本発明の実施の形態に係る操作デバイスの例を表す機能ブロック図である。 本発明の実施の形態に係る操作デバイスの動作例を表すフローチャート図である。 本発明の実施の形態に係る操作デバイスの動作例を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係る操作デバイスの第１の動作における動作例を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係る操作デバイスの第２の動作における動作例を表す説明図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において各部の大きさやその比、配置等は一例であり、本実施の形態の例は、図示等した大きさや比率、配置に限られるものではない。

本発明の実施の形態の一例に係る操作デバイス１０は、無線または有線にて家庭用ゲーム機等の主装置２０に接続される。そしてこの操作デバイス１０は、ユーザから受け入れた指示操作の内容を主装置２０に出力する。また操作デバイス１０は、主装置２０から入力される指示を受け入れて、各部の制御を行う。この操作デバイス１０の詳しい動作は後に述べる。

また本実施の形態の例では、操作デバイス１０は、ユーザの左手または右手のどちらかに装着されるものとして設定される。この操作デバイス１０の一例は、図１，図２に例示するようなものである。図１は操作デバイス１０を正面側から見た斜視図であり、図２は操作デバイス１０を背面側から見た斜視図である。

操作デバイス１０は、ユーザにより把持される把持部２１と、操作部２２とを含む。把持部２１は、実質的に多角形柱状をなす。また操作部２２が、この把持部２１から連続して形成されている。図１，２の例では、操作部２２は、正面側にセンサ部２２１と、ボタン操作部２２２とを含む。また操作部２２は、操作デバイス１０の背面側に、指センサ２２３と、本発明の可動部に対応するロッキングボタン２２４とを備える。またこの操作デバイス１０は、本体内部に、図３に例示するように、回路部１００を含む。この回路部１００は、制御部１１と、記憶部１２と、インタフェース部１３と、通信部１４と、電源部１５とを含んで構成される。

この制御部１１は、マイクロコンピュータ等のプログラム制御デバイスであり、記憶部１２に格納されたプログラムに従って動作する。この制御部１１の動作については後述する。記憶部１２は、メモリデバイスであり、制御部１１によって実行されるプログラムを保持する。またこの記憶部１２は制御部１１のワークメモリとしても動作する。

インタフェース部１３は、操作部２２の各部に接続され、センサ部２２１や、ボタン操作部２２２等から入力されるユーザの指示を表す信号等、各種の信号を受け入れて制御部１１に出力する。またこのインタフェース部１３は、制御部１１から入力される指示を、操作部２２の各部に出力する。

通信部１４は、例えばブルートゥース（登録商標）等の無線通信インタフェース、またはＵＳＢや有線ＬＡＮ等の有線通信インタフェース等を含む。この通信部１４は、主装置２０に接続され、主装置２０との間で種々の信号を授受する。電源部１５は、二次電池等の電源を含み、操作デバイス１０の各部に電力を供給している。この電源部１５の二次電池は操作デバイス１０に外部から電源が供給されるときに充電されてもよい。この充電制御等の方法については広く知られた方法を採用できるので、ここでの詳しい説明は省略する。

本実施の形態では、この操作デバイス１０の左側面または右側面のいずれか一方側に固定具が固定される。この固定具は例えば可撓性あるベルトを環状としたものである。この例の操作デバイス１０を操作するユーザは、固定具にユーザ自身の人差指から小指までを通し、操作デバイス１０の本体をユーザの親指の付根に当接させた位置に固定して用いる。図１，２の例では、操作デバイス１０の右側面側がユーザの手の平に押付けられて操作デバイス１０が固定された状態が示されている。

またこの操作デバイス１０の大きさは、固定具に指を通して操作デバイス１０を装着したユーザが、自然に操作デバイス１０を把持したときに、ユーザの親指末節が操作デバイス１０の正面側のボタン操作部２２２に到達する程度の大きさとする。つまり本実施の形態では、ロッキングボタン２２４を含む、操作部２２の少なくとも一部のボタン等が、把持部２１を把持したときに、ユーザの指が到達する範囲に配される。

すなわち、操作デバイス１０を装着したユーザが、自然に操作デバイス１０を把持したときには、当該ユーザの人差指は操作デバイス１０のロッキングボタン２２４に触れる位置となり、ユーザは把持部２１を手の平と、中指、薬指、小指とで握りこむようになる。もっとも、この状態からユーザが手を開いても、固定具により操作デバイス１０がユーザの手に固定されるので、操作デバイス１０が落下することはない。

ロッキングボタン２２４は、本発明の可動部に相当し、操作デバイス１０の背面側に突出した第１の位置と、操作デバイス１０の本体側へ押し込まれた第２の位置との間で移動可能なボタンである。このロッキングボタン２２４は、ユーザの人差指等で第２の位置に向って押し込み操作され、またユーザが指を放せば、第１の位置に復帰するよう付勢されている。

本実施の形態の操作デバイス１０は、このロッキングボタン２２４により、ユーザの指に触力覚を提示することで、ユーザが仮想的に手にした仮想対象物の質感を表現する。具体的には、このロッキングボタン２２４の回転軸にモータを取付け、ユーザがロッキングボタン２２４を押込む力に対して抵抗する反力であって、提示しようとする仮想対象物の硬さに応じた大きさの反力を、当該モータのトルクによって発生させる。もっともこの場合、ユーザがロッキングボタン２２４に加える押込みの力の大きさに対応して、幅広い範囲に亘ってリニアにトルクを出力できるモータ等の駆動要素が必要となり、小型なモータでは実現することが困難である。そこで本発明の実施の形態の一例では、反力を直接与える代わりに、ロッキングボタン２２４の可動範囲を変化させることで、ユーザが仮想的に手にした仮想対象物の質感を表現する。

具体的に、この例の本実施の形態では、このロッキングボタン２２４は、図４に例示するように、ボタンカバー２２４ｂと、ボタンカバー支持部３０と、押込み時にユーザが加えた力の大きさを検出する力センサ３１と、ロッキングボタン２２４の可動範囲を、指示された範囲に規制する規制部３２とを備えている。この規制部３２は、例えば駆動手段としてのモータ３２１と、その制御回路３２２と、当該駆動手段により駆動される規制部材であるアーム３２３とを含んで構成される。図４では、ボタンカバー２２４ｂの一部と、操作デバイス１０の本体側の一部、そして、ボタンカバー支持部３０の一部とが破断して示されている。

力センサ３１は、ロッキングボタン２２４のユーザの指が触れる側に設けられており、ユーザの指がロッキングボタン２２４に加えた力の大きさを所定のタイミングごとに繰返し検出して出力する。具体的にこの力センサ３１は、ひずみセンサ等を用いた公知のものを採用できる。また、上記タイミングは例えば４０Ｈｚないし１ｋＨｚ程度の周期としてもよい。

ボタンカバー２２４ｂは、本発明の可動部材に相当し、ユーザの指によって押圧される面を有している。ボタンカバー支持部３０は、操作デバイス１０の本体側に固定されたヒンジを有し、このヒンジ周りの所定の角度範囲（上記第１の位置と第２の位置との間）で回転可能な状態にボタンカバー２２４ｂを支持する。またこのボタンカバー支持部３０は、ボタンカバー２２４ｂを第１の位置に向って、バネ等の弾性体により付勢している。これよりユーザが押圧しない状態では、ボタンカバー２２４ｂは第１の位置に移動する。本実施の形態のこの例では、この弾性体が本発明の付勢手段を実現する。

このボタンカバー２２４ｂは、操作デバイス１０の背面側に突出した第１の位置と、操作デバイス１０の本体側へ押し込まれた第２の位置との間であって、後に述べるアーム３２３に当接する位置（当接位置と呼ぶ）まで押込み可能となる。そこでユーザが操作デバイス１０本体を握る動作を行うとともに、ボタンカバー２２４ｂを人差指で押圧すると、当接位置まではボタンカバー２２４ｂは、特段の抵抗力を感じさせることなく（ボタンカバー支持部３０の付勢力のみに抵抗するだけで）移動する。そして当接位置でアーム３２３に当接することで、当接位置まで押し込んだところで硬いものに触れたという触力覚がユーザに対して提示される。

この当接位置からさらにユーザが力を入れて握る動作を行い、それによりボタンカバー２２４ｂの押圧力を強めたときに、アーム３２３を操作デバイス１０の本体側に後退させるようモータ３２１を回転させると、ユーザに対して、あたかも握る力によって対象物が変形したかのような触力覚を提示できる。この際、モータ３２１の回転速度をユーザによるボタンカバー２２４ｂの押圧力に応じて変化させることで硬さの相違も併せて提示できる。

規制部３２のモータ３２１は、サーボモータまたはステッピングモータ等、回転角度を制御可能なモータである。このモータ３２１はギアヘッドが一体化されたいわゆるギアードモータであってもよい。このモータ３２１は、制御回路３２２から入力される電流により回転動作する。

モータ３２１の制御回路３２２は、制御部１１から入力されるトルク制御値τに応じた大きさの電流をモータ３２１に供給する。モータ３２１はこの電流に応じたトルクで、アーム３２３の先端（ボタンカバー２２４ｂに当接する部分）をボタンカバー２２４ｂ側へ移動させる方向へ回転する。そしてこのトルクとユーザのボタンカバー２２４ｂの押圧力（アーム３２３によりモータ３２１の回転方向とは逆方向の回転力として伝達される）とが相殺し、押圧力がトルクに勝っている分の速度でボタンカバー２２４ｂが第２の位置に向って移動することとなる。また押圧力とトルクとがつり合えば、その時点の位置でボタンカバー２２４ｂが動かない状態となる。

またこの制御回路３２２は、制御部１１からトルク制御値τに代えて回転角度θの入力を受けてもよい。ここで角度θは、アーム３２３の先端（ボタンカバー２２４ｂに当接する部分）の可動範囲のうち、ボタンカバー２２４ｂの初期位置（力が加えられていない状態のボタンカバー２２４ｂの位置）から最も離れた位置にあるときの角度を「０」とし、ボタンカバー２２４ｂの初期位置に近接する方向を角度の正の方向とする。この例の場合制御回路３２２は、当該入力された回転角度θまでモータ３２１を回転制御して、アーム３２３の先端をボタンカバー２２４ｂ側へ移動させる方向へ角度θに相当する角度だけ回転する。なお、モータを定められた回転角度まで回転して停止させる制御については広く知られているので、ここでの詳しい説明は省略する。

アーム３２３は、本発明の規制部材に相当し、モータ３２１の回転軸に取付けられ、モータ３２１の回転角度θに応じて、ボタンカバー２２４ｂの移動可能範囲を規制する。具体的に本実施の形態の例では、アーム３２３は、図４に例示するように、ボタンカバー２２４ｂの裏側、つまり操作デバイス１０の本体側（ボタンカバー２２４ｂの移動軌跡上）に配され、アーム部材３２３ａと、円板状のアーム部本体３２３ｃとを有している。図４の例では、円板状のアーム部本体３２３ｃの中心がモータ３２１の回転軸に固定される。そしてアーム部材３２３ａはこのアーム部本体３２３ｃと一体的に構成されて、このアーム部本体３２３ｃからその円周接線方向に突出する凸部となっている。

この図４の例のアーム３２３によれば、モータ３２１の回転角度に応じてアーム部材３２３ａの先端（当接部）の位置が、ボタンカバー２２４ｂの移動可能範囲内で移動する。これによりボタンカバー２２４ｂはアーム部材３２３ａの当接部に当接する当接位置まで移動可能となる。すなわち本実施の形態のこの例では、制御部１１，制御回路３２２及びモータ３２１が協働して、規制部材移動手段を実現している。

図５は、図４の例のアーム３２３と、ボタンカバー２２４ｂとの関係を概念的に示した図である。図５に概念的に示すように、アーム３２３はアーム部材３２３ａの長手方向（突出方向）とボタンカバー２２４ｂの移動方向とのなす角度が鈍角（９０度以上）であれば、ボタンカバー２２４ｂの移動範囲を規制することがなく、第１の位置（図５（Ａ）のＸ）と、第２の位置（図５（Ａ）のＹ）との間で自由に（ボタンカバー支持部３０の付勢力のみに抵抗するだけで）移動可能となっている。

一方、アーム３２３がモータ３２１により回転角度θだけ回動し、アーム部材３２３ａの長手方向（突出方向）とボタンカバー２２４ｂの移動方向とのなす角度φが鋭角（９０度未満）となったときには、アーム部材３２３ａの先端がボタンカバー２２４ｂの移動軌跡内に位置することとなる。そして当該なす角φが「０」に近くなるほど、アーム部材３２３ａとボタンカバー２２４ｂとの当接位置（図５（Ｂ）のＹ′の位置）が、ボタンカバー２２４ｂの第１の位置（図５（Ｂ）のＸ）に近接する。これより、ボタンカバー２２４ｂの押込み可能量（可動範囲）が規制される。

なお、この規制部３２は図４に例示したようなモータ３２１及びアーム３２３の例に限られず、ボタンカバー２２４ｂの移動範囲を指定された範囲に規制できるものであれば、例えば駆動手段としてのリニアアクチュエータと、当該駆動手段によって移動される規制部材としてのソレノイドのように、ボタンカバー２２４ｂの移動方向に直線的に移動し、その一端側がボタンカバー２２４ｂと当接してボタンカバー２２４ｂの移動範囲を規制するものであってもよい。

次に本実施の形態の例に係る制御部１１の動作について説明する。本実施の形態では、この制御部１１は、機能的には、図６に例示するように、操作伝達部５１と、押圧力情報受入部５２と、設定受入部５３と、規制量決定部５４と、指示部５５とを含んで構成される。

操作伝達部５１は、操作デバイス１０の操作部２２においてユーザが行った操作の内容を表す信号の入力を受けて、この信号を、通信部１４を介して主装置２０へ送出する。

押圧力情報受入部５２は、力センサ３１が検出した、ユーザの指がロッキングボタン２２４に加えた力の大きさの情報の入力を、インタフェース部１３を介して受け入れて、規制量決定部５４に出力する。

設定受入部５３は、通信部１４を介して主装置２０から、提示するべき仮想対象物の硬さの情報の入力を受け入れる。この情報は、例えば表現可能な硬さを数値として表したものでよい。設定受入部５３は、受け入れた情報を設定情報として、規制量決定部５４に出力する

規制量決定部５４は、押圧力情報受入部５２から入力される情報と、設定受入部５３から入力される設定情報とを用いて、可動部であるロッキングボタン２２４の移動可能範囲の規制量を決定し、指示部５５に出力する。具体的にこの規制量決定部５４は、設定受入部５３から入力される設定情報（提示する硬さを表す情報）に基づいて、ユーザがロッキングボタン２２４に対して加えた力の大きさＦに対するモータ３２１へ出力するトルク制御値τの比の値（ｒ＝τ／Ｆ）を決定する。そして規制量決定部５４は、押圧力情報受入部５２から入力される、ユーザがロッキングボタン２２４に対して加えた力の大きさの情報Ｆと、上記決定した比の値ｒとに基づいて、出力するべきトルク制御値τを求める。そして規制量決定部５４は、このトルク制御値τを、規制量の情報として指示部５５に出力する。

指示部５５は、規制量決定部５４から入力される規制量の情報であるトルク制御値τを、モータ３２１の制御回路３２２に出力する。これによりモータ３２１が回転し、それによりアーム３２３が回転して、ロッキングボタン２２４の移動可能範囲を規制する。

［規制量決定部が規制量の情報として回転角度を出力する場合］
また、規制量決定部５４は、規制量の情報として、トルク制御値τに代えて回転角度θを出力してもよい。この例では、規制量決定部５４は、設定受入部５３から入力される設定情報を用いて、ユーザがロッキングボタン２２４に対して加えた力の大きさＦに対するモータ３２１の回転角度θの単位時間（例えば力Ｆを測定する周期）あたりの変動速度ｖの比の値ｒ′＝ｖ／Ｆを決定する。そして規制量決定部５４は、押圧力情報受入部５２から入力される、ユーザがロッキングボタン２２４に対して加えた力の大きさの情報Ｆと、上記決定した比の値ｒ′とに基づいて、単位時間あたりの変動速度ｖを求める。そして規制量決定部５４は、モータ３２１の現在の回転角度θｐに、変動速度ｖを加えて出力するべき回転角度θを得る。

あるいは、別の例として、規制量決定部５４は、設定受入部５３から入力される設定情報を用いて変動速度ｖの値を用いずに、ユーザがロッキングボタン２２４に対して加えた力の大きさＦに対するモータ３２１の回転角度θの比の値ｒ″＝θ／Ｆを決定する。そして規制量決定部５４は、押圧力情報受入部５２から入力される、ユーザがロッキングボタン２２４に対して加えた力の大きさの情報Ｆと、上記決定した比の値ｒ″とに基づいて、出力するべき回転角度θを得る。

そして規制量決定部５４は、ここで得られた回転角度の情報θを、規制量の情報として指示部５５に出力する。

この例では、指示部５５は、規制量決定部５４から入力される規制量の情報である回転角度θを、モータ３２１の制御回路３２２に出力する。そして制御回路３２２がこの回転角度θまでモータ３２１を回転し、それによりアーム３２３が回転して、ロッキングボタン２２４の移動可能範囲における当接位置が変動する。

なお、これらの制御における比の値ｒ，ｒ′は、それぞれを用いてモータ３２１を制御するときに、当該モータ３２１の回転動作によってロッキングボタン２２４を押し戻す力ｆが、ユーザの加えた力Ｆを超えないように設定されてもよいし、当該モータ３２１の回転動作によってロッキングボタン２２４を押し戻す力ｆが、ユーザの加えた力Ｆを等しくなるように、または超えるように設定されてもよい。

［動作］
本実施の形態の操作デバイス１０は基本的に以上の構成を備えており、次のように動作する。この操作デバイス１０は、図７に例示するように、家庭用ゲーム機等の主装置２０から提示するべき仮想対象物の硬さの情報の入力を、設定情報として受け入れる（Ｓ１）。操作デバイス１０は、この設定情報に基づいてユーザがロッキングボタン２２４に対して加えた力の大きさＦに対するモータ３２１へ出力するトルク制御値τの比の値（ｒ＝τ／Ｆ）を決定する（Ｓ２）。

その後、操作デバイス１０の力センサ３１が、ユーザの指がロッキングボタン２２４に加えた力の大きさを、例えば１ｋＨｚの周期で繰り返し検出する（Ｓ３）。操作デバイス１０は、力センサ３１によりユーザの指がロッキングボタン２２４に加えた力の大きさＦを検出するごとに、この検出した力の大きさＦと、先に決定した比の値ｒとを用いて、出力するべきトルク制御値τを演算する（Ｓ４）。

操作デバイス１０は、このトルク制御値τに応じた大きさの電流をモータ３２１に供給する（Ｓ５）。本実施の形態では、このモータ３２１の制御が、操作デバイス１０内の各部により（つまり主装置２０との通信を行うことなく）、力センサ３１による、ロッキングボタン２２４に加えられた力の大きさの検出のタイミングごとに行われ、例えば割り込みなど終了の指示が別途主装置２０側から入力されるなど所定のタイミングが到来するまで以上の処理を繰り返す。

この制御により、モータ３２１は供給された電流に応じたトルクで回転するようになり、アーム３２３の先端（当接する部分）がボタンカバー２２４ｂ側へ移動する。これにより、図８に示すように、当該トルクとユーザのボタンカバー２２４ｂの押圧力とが相殺し、押圧力がトルクに勝っている分の速度でボタンカバー２２４ｂが第２の位置に向って移動することとなる。なお図８では、横軸に時間、縦軸にトルク制御値τを示しており、第１，第３の部分（Ｔ１，Ｔ３）ではユーザが押圧力を徐々に大きくしており、これに合わせてトルク制御値τが上昇している状態が示されている。また、第２の部分（Ｔ２）ではユーザが略一定の押圧力でボタンカバー２２４ｂを押圧しており、トルク制御値τが一定となっている状態が示されている。

［消費電力の低減例］
また、ここまでの説明における操作デバイス１０では、図８に示したように、ユーザがボタンカバー２２４ｂを押圧している間は、対応したトルク制御値τ（または対応した回転角度θ）によりモータ３２１が制御されているため、モータ３２１には対応した電流が供給され続ける状態となり、消費電力が大きくなることがある。

そこで本実施の形態の一例では、制御部１１が、規制量の情報としてのトルク制御値τまたは回転角度θの時間変化を調べ、この時間変化が所定の範囲内にあるときに、規制量の情報であるトルク制御値τまたは回転角度θを補正し、当該補正された規制量の情報により、可動部であるボタンカバー２２４ｂの移動可能範囲を規制するよう規制部３２に指示することとしてもよい（第１の電力低減の制御）。

具体的に、この例の変形例１の制御を行う制御部１１では、規制量決定部５４が、まず、押圧力情報受入部５２から入力される情報と、設定受入部５３から入力される設定情報とを用いて、可動部であるロッキングボタン２２４の移動可能範囲の規制量を決定する。このとき規制量決定部５４は、過去所定時間（例えば２秒間）に決定した規制量を記憶部１２に蓄積して記憶する。

そして規制量決定部５４は、記憶している、過去所定時間（例えば２秒間）に決定した規制量の最大値と最小値との差を求め、当該差が予め定めたしきい値を下回るか否かを判断する。ここで、当該差が予め定めたしきい値を下回っていれば、規制量決定部５４は、規制量の時間変化が所定の範囲内にあると判断して、直前に決定した規制量の情報を補正する。

この補正は、例えば次のように行う。規制量決定部５４は、規制量の時間変化が所定の範囲内にあると判断した時点からの経過時間ｔを計時する（この経過時間ｔは例えば定期的なタイミングでインクリメントされるカウンタの値でよい）。そして規制量決定部５４は、規制量であるトルク制御値τや回転角度θを、経過時間ｔに応じて低減補正する。一例として、トルク制御値τに対する、補正したトルク制御値τ′を、
τ′＝τ×exp[-αt]
と定める。ここでαは正のパラメータ定数であり、予め定めておく。またexp[]は、指数関数を表す。そして規制量決定部５４は、ここで補正したトルク制御値τ′を指示部５５に出力する。

また回転角度θを用いて制御を行う場合も同様に、決定した回転角度θに対する、補正した回転角度θ′を例えば、θ′＝θ×exp[-αt]と定め、補正した回転角度θ′を指示部５５に出力すればよい。

なお、規制量決定部５４は、記憶している、過去所定時間（例えば２秒間）に決定した規制量の最大値と最小値との差が予め定めたしきい値を下回らない場合は、規制量の時間変化が所定の範囲内にないと判断する。規制量決定部５４は、この場合は、直前に決定した規制量であるトルク制御値τや回転角度θを指示部５５にそのまま出力する。なお、この場合に規制量決定部５４は、規制量の時間変化が所定の範囲内にあると判断した時点からの経過時間ｔを計時中であれば、当該計時を中断してｔの値を「０」にリセットしておく。

この例によると、図９に例示するようにユーザが押圧力を徐々に大きくしている期間Ｔ１では、操作デバイス１０は、これに合わせてトルク制御値τ等を上昇させる。その後、ユーザが略一定の押圧力でボタンカバー２２４ｂを押圧している状態が所定の時間（例えば２秒）以上続くと（期間Ｔ２）、この期間は一定のトルク制御値τで制御を行うが、その後、トルク制御値τを低減補正する（期間Ｔ３）。またユーザが押圧力を徐々に大きくし始めると（期間Ｔ４）、操作デバイス１０は、これに合わせてトルク制御値τ等を上昇させる。この制御によれば、図８に例示した制御の結果に比べ、トルクの時間積分量が低減され、消費電力も低減される。

なお、この例では期間Ｔ３の間、ユーザには、押圧力を変えていないのに、ロッキングボタン２２４が押込まれていく触力覚が提示されることとなる。このような触力覚が不適切な場合には、期間Ｔ３の間、トルク制御値τを時間経過に応じて低減していけばよい。このようにすれば、ロッキングボタン２２４が押込まれていく感覚をあまり与えることがない。

また電力低減の方法はここで説明したものに限られない。制御部１１は、規制量の情報としてのトルク制御値τまたは回転角度θの時間変化が所定の範囲内にあるときに、規制量の情報であるトルク制御値τまたは回転角度θを補正することに代えて、決定した規制量の時間変化に基づき、可動部であるロッキングボタン２２４の移動可能範囲を規制するよう規制部３２に指示することとしてもよい（第２の電力低減の制御）。

この制御を行う例では、制御部１１では、規制量決定部５４が、まず、押圧力情報受入部５２から入力される情報と、設定受入部５３から入力される設定情報とを用いて、可動部であるロッキングボタン２２４の移動可能範囲の規制量を決定する。このとき規制量決定部５４は、前回決定した規制量と、今回決定した規制量とを記憶部１２に記憶する。

そして規制量決定部５４は、記憶している、前回の規制量と、今回の規制量との差（時間変化）を求め、当該差が予め定めたしきい値を上回るか否かを判断する。ここで、当該差が予め定めたしきい値を上回っていれば、規制量決定部５４は、今回決定した規制量であるトルク制御値τや回転角度θを指示部５５にそのまま出力する。

また、規制量決定部５４は、上記差（規制量の時間変化）が予め定めたしきい値を上回っていなければ、規制量決定部５４は、規制量であるトルク制御値τまたは回転角度θを所定値β（例えば「０」）まで変化させるよう制御する。この補正は、例えば次のように行う。規制量決定部５４は、規制量の時間変化が予め定めたしきい値を上回っていないと判断した時点からの経過時間ｔを計時する（この経過時間ｔは例えば定期的なタイミングでインクリメントされるカウンタの値でよい）。そして規制量決定部５４は、規制量であるトルク制御値τや回転角度θを、経過時間ｔに応じて補正する。一例として、トルク制御値τに対する、補正したトルク制御値τ′を、
τ′＝τ×exp[-αt]＋β
と定める。ここでαは正のパラメータ定数であり予め定めておく。またβは、変化後の設定値であり例えば「０」などとして予め定めておく。またexp[]は、指数関数を表す。そして規制量決定部５４は、ここで補正したトルク制御値τ′を指示部５５に出力する。

また回転角度θを用いて制御を行う場合も同様に、決定した回転角度θに対する、補正した回転角度θ′を例えば、θ′＝θ×exp[-αt]＋βと定め、補正した回転角度θ′を指示部５５に出力すればよい。

この例によると、図１０に例示するようにユーザが押圧力を徐々に大きくしている期間Ｔ１では、操作デバイス１０は、これに合わせてトルク制御値τ等を上昇させる。その後、ユーザが略一定の押圧力でボタンカバー２２４ｂを押圧している状態となると、トルク制御値τを例えば「０」となるまで所定時間の間に変化させる（期間Ｔ２）。その後、ユーザが略一定の押圧力でボタンカバー２２４ｂを押圧している状態が続く間は、予め定められた値（例えば「０」）のトルク制御値τによりモータ３２１を制御し続ける（なおトルク制御値τが「０」であればモータ３２１は停止した状態となる）。その後、またユーザが押圧力を徐々に大きくし始めると（期間Ｔ３）、操作デバイス１０は、これに合わせてトルク制御値τ等を上昇させる。この制御によれば、図８，図９に例示した制御の結果に比べ、トルクの時間積分量が低減され、消費電力も低減される。

なお、この例では期間Ｔ２の間、ユーザには、押圧力を変えていないのに、ロッキングボタン２２４が第２の位置まで押込まれていく触力覚が提示されることとなる。ここでもこのような触力覚が不適切な場合には、期間Ｔ２の間、トルク制御値τを時間経過に応じて低減していけばよい。このようにすれば、ロッキングボタン２２４が押込まれていく感覚をあまり与えることがない。

さらに制御部１１は、決定した規制量の時間変化が所定の範囲内にあるときに当該規制量を補正し、当該補正された規制量だけ可動部の移動可能範囲を規制するよう規制部３２に指示する第１の動作（第１の電力低減の制御）と、決定した規制量の時間変化に基づき、可動部の移動可能範囲を規制するよう規制部３２に指示する第２の動作（第２の電力低減の制御）と、のいずれの動作を行うかを、予め定めた条件に基づいて決定し当該決定の結果に基づいてこれら第１、第２の動作のいずれかの動作を行うこととしてもよい。

ここで上記予め定めた条件は、主装置２０からの指示（すなわちユーザの設定等）によるものとしてもよい。また、制御部１１は、電源部１５の供給可能電力（電池残量等）に基づく条件により、これら第１、第２の動作のいずれの動作を行うかを、定めてもよい。この例では例えば、電池残量が十分である間は第１、第２の動作のいずれも行わない（決定した規制量での制御を行う）が、電池残量が第１のしきい値を下回り、第２のしきい値（第１のしきい値より小さい値とする）を上回っている状態となると第１の動作を行うこととし、さらに電池残量が第２のしきい値も下回る状態となると第２の動作を行うこととしてもよい。このような例によると、電池残量に応じて消費電力をより低減した制御が行われることとなる。

なお、ここで述べた消費電力の低減例は、必ずしも力センサ３１が検出した力Ｆに基づいてトルク制御値τまたは回転角度θが決められる場合に限られず、なんらかの方法でトルク制御値τまたは回転角度θが決められて制御されるものであれば、どのような制御についても適用可能である。

例えば、力センサ３１を用いることなく、ユーザの指の押圧力によるアーム３２３の角度変化の情報に基づき、モータ３２１のトルク制御を行い、ボタンカバー２２４ｂ（ロッキングボタン２２４）の硬さを制御することとしてもよい。

この場合は、例えば一般的に用いられるＰＤ制御等の制御方法で、Pゲインの値を変化させ、硬さの感覚を変化させる。この例の場合も、消費電力低減のためには、以下のような制御を行うことが好適である。

すなわち、図８に例示した時系列変化のように、指でボタンカバー２２４ｂを押し込み、一旦指を止めて、更に奥（第２の方向）へボタンカバー２２４ｂを押し込むような場合に、通常のＰＤ制御を行うと、図８に例示したようにモータのトルク値が変化する。この場合、図８のＴ２の期間に連続的にトルクが出力されることにより、比較的大きな電力が消費される。

そこで、前述したような方法で、出力トルクの値を図９および図１０に例示した態様に補正することで、電力低減が可能となる。なお、この場合に、通常のＰＤ制御を継続した場合、出力トルクの補正によってトルクが減少し、アーム３２３がさらに押し込まれたことによって生じる角度の変化によって更に出力トルクが変化してしまうため、目的であるトルクの抑制および消費電力の低減の効果が適切に得られない。そこで、上述のように、出力トルクの補正を行った際のアーム３２３の角度の変化に対しては、通常のＰＤ制御を適用しない処理を行う。

あるいは、ＰＤ制御を用いるのではなく、ゲームアプリケーション等のアプリケーションプログラムの指示により、直接的に、モータ３２１のトルク値をコントローラに対して指定させることとしてもよい。この場合、例えばゲームアプリケーション内での「ものを掴む」等の現象に対応させた硬さ表現を行うことも考えられる。この例の場合であっても、図９および図１０に例示したトルク補正は有効であるが、上記のようなトルク補正によるアームおよびボタンカバーの角度変化については、ゲームアプリケーション側の処理には反映させない（ゲームアプリケーション側には補正結果に対応する処理を行わせないよう制御する）こととする。

［変形例］
また、ここまでの例では、ボタンカバー２２４ｂとアーム３２３とは連動しないものとして説明していたが、これらボタンカバー２２４ｂとアーム３２３とは互いに連結されて連動するように構成されていてもよい。

この例でも、アーム３２３はモータ３２１の回転軸に取付けられ、モータ３２１の回転角度θrに応じて、ボタンカバー２２４ｂの移動可能範囲を規制する。そしてモータ３２１は、制御部１１から入力されるトルク制御値τに応じた大きさの電流をモータ３２１に供給する制御回路３２２から電流供給を受けて回転動作する。

本実施の形態のこの例では、モータ３２１の回転角度θがθ0のとき、アーム３２３に連結されたボタンカバー２２４ｂが第１の位置に移動し、モータ３２１の回転角度θがθ1（θ0≠θ1）のとき、ボタンカバー２２４ｂが第２の位置に移動するものとする。

そしてこの例では、制御回路３２２は、制御部１１からトルク制御値τが入力されている間は、当該トルク制御値τに応じた大きさの電流をモータ３２１に供給する。また、制御部１１からトルク制御値τが入力されていない間は、モータ３２１の回転角度θrが、θ0に等しいか否かを判断し、等しくなければ回転角度θ0に向けてモータ３２１を回転制御するべく、モータ３２１に対して予め定めた大きさの電流を供給する。ここで供給する電流量は、ボタンカバー２２４ｂとアーム３２３とが互いに連結されていない例において、ボタンカバー２２４ｂが押圧されていないときに、ボタンカバー２２４ｂを第１の位置に移動させる付勢力に相当する力でボタンカバー２２４ｂを移動させる程度の力が提示される程度の電流量として実験的に定めればよい。すなわち、この例では、この制御回路３２２の動作により、付勢手段が実現されることとなる。

１０ 操作デバイス、１１ 制御部、１２ 記憶部、１３ インタフェース部、１４ 通信部、１５ 電源部、２０ 主装置、２１ 把持部、２２ 操作部、３０ ボタンカバー支持部、３１ 力センサ、３２ 規制部、５１ 操作伝達部、５２ 押圧力情報受入部、５３ 設定受入部、５４ 規制量決定部、５５ 指示部、１００ 回路部、２２１ センサ部、２２２ ボタン操作部、２２３ 指センサ、２２４ ロッキングボタン、２２４ｂ ボタンカバー、３２１ モータ、３２２ 制御回路、３２３ アーム、３２３ａ アーム部材、３２３ｃ アーム部本体。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、ユーザに対してユーザがゲーム内等で仮想的に握った対象物の質感を提示できる操作デバイス、及び操作デバイスの制御方法を提供することを、その目的の一つとする。また本発明のもう一つの目的は、消費電力の低減である。

上記従来例の問題点を解決するための本発明の一態様は、第１の位置と第２の位置との間で移動可能な可動部を有し、ユーザに把持されて前記可動部がユーザの指により操作される操作デバイスであって、前記可動部の移動可能範囲を規制する規制部と、前記可動部の移動可能範囲の規制量を決定し、当該決定した規制量を用いて、前記可動部の移動可能範囲を規制する指示を、前記規制部に出力する制御部と、
前記可動部に加えられる力の大きさを検出する力センサと、を含み、前記制御部は、前記力センサが検出した力の大きさに基づいて前記可動部の移動可能範囲の規制量を決定し、当該決定した規制量を用いて、前記可動部の移動可能範囲を規制する指示を、前記規制部に出力し、前記制御部は、さらに、前記決定した規制量の時間変化が予め定めたしきい値を上回るときに、前記決定した規制量で前記可動部の移動可能範囲を規制するよう前記規制部に指示し、前記決定した規制量の時間変化が予め定めたしきい値を上回らないならば、前記規制量を、所定の規制量まで変化させるよう制御して、当該所定の規制量で前記可動部の移動可能範囲を規制するよう前記規制部に指示することとしたものである。

本発明によると、ユーザに対してユーザがゲーム内等で仮想的に握った対象物の質感を提示でき、また消費電力を低減できる。

Claims (7)

1. ユーザにより把持される把持部と、ユーザが把持部を把持したときにユーザの指が到達する範囲に配された操作部とを具備した操作デバイスであって、
   前記操作部には、第１の位置と第２の位置との間で移動可能な可動部材と、
   前記可動部材を前記第１の位置に向かって付勢する付勢手段と、
   前記可動部材の移動軌跡内で移動し、前記可動部材の自由な移動可能範囲を規制する規制部材と、
   前記規制部材を、前記第１の位置と第２の位置との間の指定された位置に移動する規制部材移動手段と、
   を有し、前記規制部材移動手段は、前記可動部材が自由な移動可能範囲よりも第２の位置に向かって押し込まれたときに、前記可動部材を第２の位置に移動する力に抗し、前記規制部材を第１の位置の方向へ移動させる力を提示する操作デバイス。
2. 第１の位置と第２の位置との間で移動可能な可動部を有し、ユーザに把持されて前記可動部がユーザの指により操作される操作デバイスであって、
   前記可動部の移動可能範囲を規制する規制部と、
   前記可動部の移動可能範囲の規制量を決定し、当該決定した規制量を用いて、前記可動部の移動可能範囲を規制する指示を、前記規制部に出力する制御部と、
   を有する操作デバイス。
3. 請求項２記載の操作デバイスであって、
   前記可動部に加えられる力の大きさを検出する力センサをさらに含み、
   前記制御部は、前記力センサが検出した力の大きさに基づいて前記可動部の移動可能範囲の規制量を決定し、当該決定した規制量を用いて、前記可動部の移動可能範囲を規制する指示を、前記規制部に出力する操作デバイス。
4. 請求項２または３に記載の操作デバイスであって、
   前記制御部は、前記決定した規制量の時間変化が所定の範囲内にあるときに当該規制量を補正し、当該補正された規制量だけ前記可動部の移動可能範囲を規制するよう前記規制部に指示する操作デバイス。
5. 請求項２または３に記載の操作デバイスであって、
   前記制御部は、前記決定した規制量の時間変化に基づき、前記可動部の移動可能範囲を規制するよう前記規制部に指示する操作デバイス。
6. 請求項２または３に記載の操作デバイスであって、
   前記制御部は、
   前記決定した規制量の時間変化が所定の範囲内にあるときに当該規制量を補正し、当該補正された規制量だけ前記可動部の移動可能範囲を規制するよう前記規制部に指示する第１の動作と、
   前記決定した規制量の時間変化に基づき、前記可動部の移動可能範囲を規制するよう前記規制部に指示する第２の動作と、
   のいずれの動作を行うかを予め定めた条件に基づいて決定し、前記制御部は、当該決定の結果に基づいて前記第１、第２の動作のいずれかの動作を行う操作デバイス。
7. 第１の位置と第２の位置との間で移動可能な可動部と、
   前記可動部の移動可能範囲を規制する規制部と、を有し、
   ユーザに把持されて前記可動部がユーザの指により操作される操作デバイスの制御方法であって、
   力センサにより、前記可動部に加えられる力の大きさを検出し、
   制御部により、当該検出した力の大きさに基づいて前記可動部の移動可能範囲の規制量を決定し、当該決定した規制量を用いて、前記可動部の移動可能範囲を規制する指示を、前記規制部に出力する操作デバイスの制御方法。
   
   

Images