JP6126047B2 - 加速度発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、擬似的な力覚を利用者に知覚させる技術に関する。

特許文献１には、錘を１５Ｈｚ近傍以下の周波数で非対称に並進加速度運動させると擬似的な力覚が知覚され、２０Ｈｚや４０Ｈｚ近傍にまで周波数を高くしていくとそのような力覚が不明確になっていくことが示されている。一方、非特許文献１には、加速度を発生するアクチュエータ（振動子）に「周波数１２５Ｈｚ、デューティー比２：６」の周期的な信号を与えると、そのアクチュエータが一方向に引っ張られるような力（擬似的な力覚）が知覚されることが示されている。

特許第４５５１４４８号公報

暦本純一，"Ｔｒａｘｉｏｎ：仮想力覚提示デバイス"，ＷＩＳＳ２０１３.

しかしながら、非特許文献１でアクチュエータに与える「周波数１２５Ｈｚ、デューティー比２：６」の信号は、あくまで実験に用いた特定の小型アクチュエータに対して有効な一例であり、１５Ｈｚ近傍よりも高い周波数の加速度を発生する加速度発生装置が擬似的な力覚を明確に提示するために、どのような信号を与えればよいかは明らかにされていない。

本発明の課題は、１５Ｈｚ近傍よりも高い周波数の加速度を発生する加速度発生装置が擬似的な力覚を明確に提示するための技術を提供することである。

本発明の加速度発生装置は、支持部と、支持部に一端が支持された弾性体と、弾性体の他端に支持され、支持部に対して周期的な加速度運動を行う運動部材と、流された電流に応じた加速度を運動部材に与えるコイルとを有し、運動部材に所望の方向の加速度を与える向きの電流をコイルに流す第１の期間と、それ以外の第２の期間と、を周期的に繰り返す。ただし、周期に占める第１の期間の割合が第２の期間の割合と異なり、上記の周期的な加速度運動の周波数は８０Ｈｚまたは８０Ｈｚ近傍の周波数成分を含む。

これにより、擬似的な力覚を明確に提示できる。

図１Ａおよび図１Ｂは、第１実施形態の加速度発生装置を例示した概念図である。 図２Ａから図２Ｄは、実施形態の加速度発生装置が擬似的な力覚を提示するための制御を説明するための図である。 図３Ａおよび図３Ｂは、ケースを手に持った状態で、図１Ａおよび図１Ｂの左方向へ擬似的な並進力覚を提示するための制御を行ったときの、外部静止座標系に対するケースの位置変化および加速度変化を例示した図である。図３Ｃおよび図３Ｄは、図１Ａおよび図１Ｂの右方向へ擬似的な並進力覚を提示するための制御を行ったときのケースの位置変化および加速度変化を例示した図である。 図４は、ケースに生じた加速度（人がケースを支持した場合のケースに生ずる加速度）のＦＦＴ解析結果を例示した図である。 図５は、電流の周波数および反転比と、知覚された擬似的な力覚の明確性との関係を例示した図である。 図６は、非特許文献１の装置および本形態の装置が提示する擬似的な力覚の明確性を比較した図である。 図７Ａおよび図７Ｂは、第２実施形態の加速度発生装置を例示した概念図である。 図８は、第３実施形態の加速度発生装置を例示した概念図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
［第１実施形態］
図１Ａおよび図１Ｂに例示するように、第１実施形態の加速度発生装置１は、例えば、力覚指定部１１、振動子１２、および制御部１３を有する。

＜力覚指定部１１および制御部１３＞
力覚指定部１１および制御部１３は、例えば、ＣＰＵ（central processing unit）等のプロセッサ（ハードウェア・プロセッサ）やＲＡＭ（random-access memory）等のメモリ等を備える汎用または専用のコンピュータに、所定のプログラムが読み込まれて構成される装置である。力覚指定部１１および制御部１３を構成する一部またはすべての処理部がＣＰＵ以外の電子回路（circuitry）によって構成されていてもよい。なお、ＣＰＵも電子回路（circuitry）の一種である。

力覚指定部１１には、どのような力覚を提示するのかを指定するための情報（指定情報）が入力される。指定情報の例は、力覚の提示方向を特定する情報、力覚の強さを特定する情報などである。力覚指定部１１は、入力された指定情報が特定する力覚を提示させるための制御信号を制御部１３に送る。制御部１３は、入力された制御信号に応じ、振動子１２に入力する電流を生成して出力する。振動子１２は、入力された電流に応じた動作を行い、これにより、指定情報によって特定された力覚を提示する。

＜振動子１２＞
振動子１２は、例えば、支持部１２１、ばね１２２，１２３（弾性体）、コイル１２４、永久磁石１２５（運動部材）、およびケース１２６を有する。本形態のケース１２６および支持部１２１は、ともに筒（例えば、円筒や多角筒）の両方の開放端を閉じた形状からなる中空の部材である。ただし、支持部１２１は、ケース１２６よりも小さく、ケース１２６の内部に収容可能な大きさである。ケース１２６および支持部１２１は、例えば、ＡＢＳ樹脂等の合成樹脂から構成される。ばね１２２，１２３は、例えば、金属等から構成されるつるまきばねや板ばね等である。ばね１２２，１２３のばね定数は同一であることが望ましいが、互いに相違していてもよい。永久磁石１２５は、例えば、円柱形状の永久磁石であり、長手方向の一方の端部１２５ａ側がＮ極であり、他方の端部１２５ｂ側がＳ極である。コイル１２４は、例えば、一つながりのエナメル線であり、第１巻き部１２４ａと第２巻き部１２４ｂとを有する。

永久磁石１２５は支持部１２１の内部に収容され、そこで長手方向にスライド可能に支持されている。このような支持機構の詳細は図示しないが、例えば、支持部１２１の内壁面に長手方向に沿ったまっすぐなレールが設けられ、永久磁石１２５の側面にこのレールをスライド可能に支持するレール支持部が設けられている。支持部１２１の長手方向の一端側の内壁面１２１ａには、ばね１２２の一端が固定され（すなわち、支持部１２１にばね１２２の一端が支持され）、ばね１２２の他端は永久磁石１２５の端部１２５ａに固定されている（すなわち、永久磁石１２５の端部１２５ａがばね１２２の他端に支持されている）。また、支持部１２１の長手方向の他端側の内壁面１２１ｂには、ばね１２３の一端が固定され（すなわち、支持部１２１にばね１２３の一端が支持され）、ばね１２３の他端は永久磁石１２５の端部１２５ｂに固定されている（すなわち、永久磁石１２５の端部１２５ｂがばね１２３の他端に支持されている）。

支持部１２１の外周側にはコイル１２４が巻きつけられている。ただし、永久磁石１２５の端部１２５ａ側（Ｎ極側）では、第１巻き部１２４ａがＡ_１方向（奥から手前に向けた方向）に巻きつけられており、端部１２５ｂ側（Ｓ極側）では、第２巻き部１２４ｂがＡ_１方向と反対向きのＢ_１方向（手前から奥に向けた方向）に巻き付けられている。すなわち、永久磁石１２５の端部１２５ａ側（Ｎ極側）からみた場合、第１巻き部１２４ａは時計回りに巻き付けられており、第２巻き部１２４ｂは反時計回りに巻き付けられている。また、永久磁石１２５が停止し、ばね１２２，１２３からの弾性力が釣り合った状態において、永久磁石１２５の端部１２５ａ側（Ｎ極側）が第１巻き部１２４ａの領域に配置され、端部１２５ｂ側（Ｓ極側）が第２巻き部１２４ｂの領域に配置されることが望ましい。

以上のように配置構成された支持部１２１、ばね１２２，１２３、コイル１２４、および永久磁石１２５が、ケース１２６内に収容され、支持部１２１がケース１２６の内部に固定されている。ただし、ケース１２６の長手方向は、支持部１２１の長手方向および永久磁石１２５の長手方向と一致する。

コイル１２４は、流された電流に応じた加速度（力）を永久磁石１２５に与え、これにより、永久磁石１２５は、支持部１２１に対して周期的な加速度運動（支持部１２１を基準とした軸方向に偏加速度をもった周期的な並進往復運動）を行う。すなわち、コイル１２４にＡ_１方向（Ｂ_１方向）に電流を流すと、フレミングの左手の法則で説明されるローレンツ力の反作用により、永久磁石１２５−ｉにＣ_１方向（永久磁石１２５−ｉのＮ極からＳ極に向かう方向：右方向）の力が加えられる（図１Ａ）。逆に、コイル１２４にＡ_２方向（Ｂ_２方向）に電流を流すと、永久磁石１２５にＣ_２方向（永久磁石１２５のＳ極からＮ極に向かう方向：左方向）の力が加えられる（図１Ｂ）。ただし、Ａ_２方向はＡ_１方向の反対方向である。これらの動作により、永久磁石１２５およびばね１２２，１２３からなる系に運動エネルギーが与えられる。それにより、ケース１２６を基準とする永久磁石１２５の位置および加速度（支持部１２１を基準とした軸方向の位置および加速度）を変化させることができる。

ここで、永久磁石１２５に所望の方向（Ｃ_１方向またはＣ_２方向）の加速度を与える向きの電流をコイル１２４に流す第１の期間と、それ以外の第２の期間と、を周期的に繰り返す。その際、所定の方向に電流を流す期間（時間）とそれ以外の期間（時間）との比（反転比）を何れか一方の期間に偏らせる。言い換えると、１つの周期に占める第１の期間の割合が当該周期に占める第２の期間の割合と異なる周期的な電流をコイル１２４に流す。これにより、所望の方向に擬似的な力覚を提示できる。なお、「疑似的な力覚」とは、実際には物体（擬似力覚発生装置）が並進運動をしていないにも関わらず、あたかも並進方向へ動きそうな力が働いているような知覚が生成されることをいう。以下、図２Ａから図２Ｄを用いてこの制御を例示する。ただし、図２Ａから図２Ｄの縦軸はコイル１２４に流す電流値（電流指令値）［Ａ］を表し、横軸は時間［ｍｓｅｃ］を表す。Ａ_１方向（Ｂ_１方向）の電流値を正で表現し、Ａ_２方向（Ｂ_２方向）の電流値を負で表現している。

図２Ａおよび図２Ｂは、Ａ_１方向（Ｂ_１方向）の電流（Ｘ：Ｃ_１方向の加速度を永久磁石１２５に与える向きの電流）を流す期間ｔ_１（第１の期間）とＡ_２方向（Ｂ_２方向）の電流（−Ｘ）を流す期間ｔ_２（第２の期間）とを周期的に繰り返す例である。この場合、Ａ_１方向（Ｂ_１方向）の電流を流す期間ｔ_１とＡ_２方向（Ｂ_２方向）の電流を流す期間ｔ_２との比（反転比ｔ_１：ｔ_２）に応じ、図１Ａおよび図１Ｂの左方向または右方向に擬似的な力覚を提示できる。すなわち、図１Ａおよび図１Ｂの左方向に擬似的な力覚を提示する場合には、ｔ_１＞ｔ_２となる反転比の周期的な電流をコイル１２４に流す（図２Ａ）。例えば、反転比ｔ_１：ｔ_２＝１８ｍｓｅｃ：７ｍｓｅｃの周期的な電流（４０Ｈｚの周波数の電流）をコイル１２４に流す。逆に、右方向に擬似的な力覚を提示する場合には、ｔ_１＜ｔ_２となる反転比の周期的な電流をコイル１２４に流す（図２Ｂ）。例えば、反転比ｔ_１：ｔ_２＝７ｍｓｅｃ：１８ｍｓｅｃの周期的な電流（４０Ｈｚの周波数の電流）をコイル１２４に流す。

図２Ｃおよび図２Ｄは、Ａ_２方向（Ｂ_２方向）の電流（−Ｘ）を流す期間ｔ_２と電流を流さない期間ｔ_１とを周期的に繰り返すか、Ａ_１方向（Ｂ_１方向）の電流（Ｘ）を流す期間（時間）ｔ_１と流さない期間ｔ_２とを周期的に繰り返す例である。ただし、期間ｔ_１と期間ｔ_２との反転比ｔ_１：ｔ_２が何れかの期間に偏っている。すなわち、左方向に擬似的な力覚を提示する場合には、Ａ_２方向（Ｂ_２方向）の電流（−Ｘ：Ｃ_２方向の加速度を永久磁石１２５に与える向きの電流）を流す期間ｔ_１と電流を流さない期間ｔ_２とを周期的に繰り返す電流をコイル１２４に流す。この電流の反転比ｔ_１：ｔ_２は期間ｔ_２に偏っており、ｔ_１＞ｔ_２である（図２Ｃ）。例えば、反転比ｔ_１：ｔ_２＝１８ｍｓｅｃ：７ｍｓｅｃの電流をコイル１２４に流す。逆に、右方向に擬似的な力覚を提示する場合には、Ａ_１方向（Ｂ_１方向）の電流（Ｘ：Ｃ_１方向の加速度を与える向きの電流）を流す期間ｔ_１と流さない期間ｔ_２とを周期的に繰り返す電流をコイル１２４に流す。この電流の反転比ｔ_１：ｔ_２は期間ｔ_２に偏っており、ｔ_１＜ｔ_２である（図２Ｄ）。例えば、反転比ｔ_１：ｔ_２＝７ｍｓｅｃ：１８ｍｓｅｃの電流をコイル１２４に流す。

なお、説明の便宜上、図２Ａから図２Ｄに図示した電流値（電流指令値）は矩形波であった。しかしながら、所定の方向に電流を流す期間とそれ以外の期間とを周期的に繰り返す電流であって、所定の方向に電流を流す期間とそれ以外の期間との反転比が何れか一方の期間に偏っているのであれば、どのような波形の電流であってもよい。例えば、立ち上がりや立ち下がりが鈍った電流であってもよいし、リップルを含む電流であってもよい。また、所定の方向に電流を流す期間とその逆の方向に電流を流す期間とを周期的に繰り返す電流であって、所定の方向の電流の振幅値またはその平均値と、その逆の方向の電流の振幅値またはその平均値とが互いに相違していてもよい。

＜例示した振動子が擬似的な力覚を提示できる理由＞
ある質量をもった物体の並進運動を考える。この並進運動は、擬似力覚を提示したい方向へ大きな加速度で短時間で移動し、逆の方向へは小さな加速度で長時間で移動する、偏加速度をもった周期運動であるものとする。この場合、この物体を含む系を把持しているユーザは、この提示方向への擬似力覚を知覚する。これは、人間の知覚特性を利用したものであり、把持動作に関わる固有感覚と触覚によって発生する現象である（例えば、参考文献１「特許第４５５１４４８号公報」参照）。上述のように、所定の方向に電流を流す期間とそれ以外の期間との反転比を何れかの期間に偏らせた電流をコイルに流すことにより、永久磁石１２５に偏加速度を与えることができ、それによって所望の方向へ擬似的な力覚を提示することができる。

図３Ａおよび図３Ｂは、Ａ_１方向（Ｂ_１方向）の電流を流す期間（時間）ｔ_１とＡ_２方向（Ｂ_２方向）の電流を流す期間ｔ_２とを反転比ｔ_１：ｔ_２＝１８ｍｓｅｃ：７ｍｓｅで繰り返す４０Ｈｚの周波数の電流を、図１Ａおよび図１Ｂに例示した振動子１２のコイル１２４に流した場合における、ケース１２６を手で把持した場合の外界を基準としたケース１２６の位置の変化および加速度変化をそれぞれ例示している。一方、図３Ｃおよび図３Ｄは、Ａ_１方向（Ｂ_１方向）の電流を流す期間（時間）ｔ_１とＡ_２方向（Ｂ_２方向）の電流を流す期間ｔ_２とを反転比ｔ_１：ｔ_２＝７ｍｓｅ：１８ｍｓｅｃで繰り返す４０Ｈｚの周波数の電流を、コイル１２４に流した場合における、ケース１２６を手で把持した場合の外界を基準としたケース１２６の位置変化および加速度変化をそれぞれ例示している。なお、図３Ａから図３Ｄの横軸は時間［Ｓｅｃ］を表し、図３Ａおよび図３Ｃの縦軸は外界を基準とした場合のケース１２６の位置変化［ｍｍ］を表し、図３Ｂおよび図３Ｄの縦軸は外界を基準とした場合のケース１２６の加速度変化［ｍ／ｓ^２］を表す。図１Ａおよび図１Ｂの左方向が図３Ａから図３Ｄの縦軸の正方向であり、右方向が負方向である。図３Ｂに例示するように、反転比ｔ_１：ｔ_２＝１８ｍｓｅｃ：７ｍｓｅの電流を流した場合、ｔ_１の始まりの時点（ｔ_２からｔ_１に切り替わる時点）で、図１Ａおよび図１Ｂの永久磁石１２５が左に動いている状態から急激に右方向へ動かす力が働くため、その反作用でケース１２６に左方向へ大きな加速度が生ずる。一方、ｔ_２の始まる時点（ｔ_１からｔ_２に切り替わる時点）では、ｔ_１の間に移動して静止している永久磁石１２５が左方向に動くため，その反作用で生ずるケース１２６への右方向の加速度はｔ_１の開始時点より大きさが小さい。その結果、ケース１２６の加速度に左右差が生じ，左方向へ擬似的な力覚が提示される。逆に、図３Ｄに例示するように、反転比ｔ_１：ｔ_２＝７ｍｓｅ：１８ｍｓｅｃの電流を流した場合、図１Ａおよび図１Ｂの右方向へはケース１２６に大きな加速度が生じ、左方向へは小さな加速度が生ずる。その結果、右方向へ擬似的な力覚が提示される。

＜知覚される擬似的な力覚の強さと周波数との関係＞
８０Ｈｚまたは８０Ｈｚ付近の周波数成分は、動物（人を含む）の皮膚・筋・腱の受容器の中で、方向や加速度の知覚に寄与する受容器の神経活動を最も活発化させる周波数である。そのため、８０Ｈｚまたはその付近の周波数成分を持つ加速度が与えられた人（動物）は強い力覚や動きを知覚する。図４に図３Ｂに示した加速度のＦＦＴ周波数解析結果を示す。図４で、横軸は周波数、縦軸はその周波数での加速度のパワーを示す。基本周波数の４０Ｈｚに加え、８０Ｈｚ付近で加速度に大きなパワーが含まれていることが示されている。加速度がこの周波数付近の成分をもつことと、加速度の非対称性（偏加速度）により、強い疑似的な力覚を提示できる。なお、８０Ｈｚまたはその付近の周波数成分を持つ加速度運動は、前述のように４０Ｈｚの周波数成分を含む電流をコイル１２４に流した場合だけではなく、４０Ｈｚ近傍の周波数成分を含む電流や、８０Ｈｚまたは８０Ｈｚ近傍の周波数成分をコイル１２４に流した場合にも実現できる。８０Ｈｚの約数（８０Ｈｚだけではなく、例えば、５Ｈｚや１０Ｈｚや２０Ｈｚ等）または８０Ｈｚの約数の近傍の周波数成分をコイル１２４に流した場合にも実現できる。要は、周期に占める第１の期間の割合が第２の期間の割合と異なり、支持部１２１に対する永久磁石１２５（運動部材）の周期的な加速度運動の周波数が８０Ｈｚまたは８０Ｈｚ近傍の周波数成分を含むようになる電流をコイル１２４に流せばよい。言い換えると、周期に占める第１の期間の割合が第２の期間の割合と異なり、ケース１２６の周期的な加速度運動の周波数が８０Ｈｚまたは８０Ｈｚ近傍の周波数成分を含むようになる電流をコイル１２４に流せばよい。なお、「αの近傍」とは、正値β，γ（例えば、β＝０．９×αかつγ＝１．１×α等）に対してβ以上γ以下の範囲に属する値を意味する。例えば、「８０Ｈｚ近傍」の周波数は１５Ｈｚよりも大きい。

図５に知覚明瞭性の実験結果を示す。実験では、図１Ａおよび図１Ｂに例示した振動子１２（１７ｍｍ×１７ｍｍ×３３ｍｍのＡＢＳ樹脂製の直方体型のケース１２６に各部が収容されている）を用いた。２７〜４９歳の右利き７名の実験協力者が実験に参加した。実験協力者は右手の親指と人差し指で振動子１２をつまみ、振動子１２が１秒ごとに力覚の提示方向を切り替え、３秒間継続して力覚を提示した。実験協力者は方向の切り替わりを含め、明瞭に力の方向とその変化を感じたときに「１」、それ以外のときに「０」を回答した。実験参加者に反応に関するフィードバックは与えられなかった。図１Ａおよび図１Ｂの左方向に擬似的な力覚を提示する場合には、Ａ_１方向（Ｂ_１方向）の電流（Ｘ）を流す期間ｔ_１と逆の電流（−Ｘ）を流す期間ｔ_２とを周期的に繰り返す電流をコイル１２４に流した。逆に、右方向に擬似的な力覚を提示する場合には、Ａ_２方向（Ｂ_２方向）の電流（−Ｘ）を流す期間（時間）ｔ_１と逆の電流（Ｘ）を流す期間ｔ_２とを周期的に繰り返す電流をコイル１２４に流した。また、
ｔ_１：１，３，５，７，９，１２，１５［ｍｓｅｃ］
ｔ_２：１２，１８，２３，３３，４３［ｍｓｅｃ］
からなる組み合わせのうち、ｔ_１＜ｔ_２となる組み合わせからなる、計３３条件の反転比ｔ_１：ｔ_２について実験を行った。すべての条件でアンプのゲインは同一とした。図５の横軸は電流の周波数（１／（ｔ_１＋ｔ_２））を表し、縦軸は分数表記した反転比（ｔ_２／ｔ_１）を表し、●（塗りつぶされた○）は正解率１００％、○は正解率７５％以上１００％未満、△は正解率５０％以上７５％未満、×は正解率５０％未満であったことを示す。なお、「正解」とは、実際に提示された力覚の方向とその変化と実験協力者の回答とが一致したことを表す。図５に示すように、この計３３条件に限定した場合、４０Ｈｚまたはその近傍の周期の電流を用いることで明瞭な方向性を持つ力覚を提示できることが分かる。特に、右下がりの直線Ｌ（傾きが負の直線）に沿った楕円領域Ｅ（（１／（ｔ_１＋ｔ_２），ｔ_２／ｔ_１）＝（４０，１８／７）を含む）に最適なパラメータが分布していることが分かる。言い換えると、第１の座標軸（横軸）と第２の座標軸（縦軸）とから定義される２次元座標上で、電流の周波数成分（１／（ｔ_１＋ｔ_２））を第１の座標軸の値とし、第１の期間の割合および第２の期間の割合のうち小さいほうの割合に対する大きい方の割合の比（ｔ_２／ｔ_１）を第２の座標軸の値とする第１の座標が、２次元座標上の楕円領域Ｅに含まれるようにすることが望ましい。ただし、楕円領域Ｅは、第１の座標軸の値を４０Ｈｚとし、２次元座標の値を１８／７とした第２の座標を含み、かつ、第１の座標軸の値が大きいほど第２の座標軸の値が小さくなる２次元座標上の直線Ｌに偏った領域である。

さらに、図４に例示したように、ｔ_２／ｔ_１＝１８／７となる４０Ｈｚの電流をコイル１２４に流した場合、外部静止座標系に対するケースの加速度は８０Ｈｚまたは８０Ｈｚ近傍に大きなパワーを持つ。このことから、第１の座標軸（横軸）と第２の座標軸（縦軸）とから定義される２次元座標上で、加速度運動の周波数成分を第１の座標軸の値とし、第１の期間の割合および第２の期間の割合のうち小さいほうの割合に対する大きい方の割合の比（ｔ_２／ｔ_１）を第２の座標軸の値とする第１の座標が、２次元座標上の楕円領域Ｅ’に含まれるように制御することが望ましいともいえる。ただし、楕円領域Ｅ’は、第１の座標軸の値を８０Ｈｚとし、２次元座標の値を１８／７とした第２の座標を含み、かつ、第１の座標軸の値が大きいほど第２の座標軸の値が小さくなる２次元座標上の直線Ｌ’に偏った領域である。

また、加速度発生装置１（または振動子１２）の共振周波数（固有周波数）を８０Ｈｚまたは８０Ｈｚ近傍にすると、少ない電力で、加速度発生装置１に８０Ｈｚまたは８０Ｈｚ付近の周波数成分を持つ加速度運動を行わせることができる。すなわち、コイル１２４に流す電流によって得られる加速度を効率よく人等の受容器に伝えることができ、効率的に仮想的な力覚を知覚させることができる。よって、加速度発生装置１（または振動子１２）の共振周波数は、８０Ｈｚまたは８０Ｈｚ近傍であることが望ましい。

＜本形態の特徴＞
本形態では、永久磁石１２５（運動部材）に所望の方向の加速度を与える向きの電流をコイルに流す第１の期間と、それ以外の第２の期間と、を周期的に繰り返す。ただし、周期に占める第１の期間の割合が第２の期間の割合と異なり、ケース１２６の周期的な加速度運動の周波数が８０Ｈｚまたは８０Ｈｚ近傍の周波数成分を含むような電流をコイル１２４に流す。これにより、擬似的な力覚を明確に提示できる。また、加速度発生装置１（または振動子１２）の共振周波数が８０Ｈｚまたは８０Ｈｚ近傍とすることにより、効率的に擬似的な力覚を明確に提示できる。

＜比較実験＞
本形態と非特許文献１との比較実験結果を示す。実験では、本形態の振動子１２（Ａ）および非特許文献１で使われた別の振動子（Ｂ）が、それぞれΦ４０ｍｍ×１７ｍｍのＡＢＳ樹脂製の円筒ケース内に固定された。円筒ケースの表面には紙ヤスリ（＃１０００）が貼り付けられ、表面の荒さが一定になるように統制した。振動子１２（Ａ）の共振周波数を約６０Ｈｚとし、振動子（Ｂ）の共振周波数を約２５０Ｈｚとした。比較実験には、２５〜４９歳の右利き９名の実験協力者が実験に参加した。着座している実験協力者にはそれぞれの区間で円筒ケースが手渡され、左右方向の振動刺激が提示された。実験協力者は円筒の上面を利き手の親指で、下面を人差し指でつまむように持った。円筒ケースをもっている手や腕は固定せず、自由に動かすことを許可した。振動子１２（Ａ）と非特許文献１で使われた別の振動子（Ｂ）とをそれぞれ２つの反転比（２ｍｓｅｃ：６ｍｓｅｃ、７ｍｓｅｃ：１８ｍｓｅｃ）で駆動させ、計４条件に対して一対比較（サーストンの一対比較法）を行った。すなわち、４条件から選択した２条件についてそれぞれ一対比較を行った。１試行は一対比較される２条件から構成された。実験協力者はその２条件のうち、より明瞭に力の方向の変化を感じた条件の方を回答した。各条件では振動刺激が４秒間提示され、１秒ごとに方向を逆転させた。一対比較される２条件の刺激の提示順序はランダムとした。ただし、刺激の提示順序による影響が相殺されるよう、一対比較される２条件の刺激をランダムな順序で提示する試行とそれらの刺激を逆の順序で提示する試行とを行った（すなわち、一対比較される２条件ごとに合計２試行を行った）。なお、すべての条件でアンプのゲインは同一とした。また、実験参加者の反応に関するフィードバックは与えられなかった。また、実験は実験参加者が閉眼した状態で行われた。

図６に比較実験結果を示す。図６は一対比較の実験結果をスコアの値Ｖとして直線上に表現したものである。振動子Ａ−４０Ｈｚは、振動子１２にｔ_１：ｔ_２＝７ｍｓｅｃ：１８ｍｓｅｃの電流（４０Ｈｚ）を与えた場合、振動子Ａ−１２５Ｈｚは、振動子１２にｔ_１：ｔ_２＝２ｍｓｅｃ：６ｍｓｅｃの電流（１２５Ｈｚ）を与えた場合、振動子Ｂ−４０Ｈｚは、非特許文献１の振動子Ｂにｔ_１：ｔ_２＝２ｍｓｅｃ：６ｍｓｅｃの電流（１２５Ｈｚ）を与えた場合、振動子Ｂ−１２５Ｈｚは、振動子１２にｔ_１：ｔ_２＝７ｍｓｅｃ：１８ｍｓｅｃの電流（４０Ｈｚ）を与えた場合のスコアＶを示している。ここで、図６の数直線状の各条件（振動子Ａ−４０Ｈｚ，振動子Ａ−１２５Ｈｚ，振動子Ｂ−４０Ｈｚ，振動子Ｂ−１２５Ｈｚ）に対応するＶ（振動子Ａ−４０Ｈｚ），Ｖ（振動子Ａ−１２５Ｈｚ），Ｖ（振動子Ｂ−４０Ｈｚ），Ｖ（振動子Ｂ−１２５Ｈｚ）の距離が離れているほど、実験協力者がそれらの条件に対応する刺激を明確に区別できたことを示す。図６の例では、Ｖ（振動子Ａ−４０Ｈｚ）≫Ｖ（振動子Ａ−１２５Ｈｚ）≒Ｖ（振動子Ｂ−１２５Ｈｚ）≫Ｖ（振動子Ｂ−４０Ｈｚ）である。すなわち、振動子Ａ−１２５Ｈｚに対応する値Ｖと振動子Ｂ−１２５Ｈｚに対応するＶ値との距離は近く、実験協力者はこれらの条件に対応する刺激を明確に区別できなかったことを示す。一方、振動子Ａ−４０Ｈｚに対応する値（振動子Ａ−４０Ｈｚ）や振動子Ｂ−４０Ｈｚに対応する値Ｖ（振動子Ｂ−４０Ｈｚ）は、他の条件に対応する値からの距離が大きく、実験協力者はこれらの条件に対応する刺激を他の条件の刺激と明確に区別できたことを示す。このことから、本形態の加速度発生装置１のほうが非特許文献１の振動子よりも擬似的な力覚を明確に提示できることが分かる。

［第２実施形態］
第１実施形態の加速度発生装置１（図１Ａおよび図１Ｂ）の変形例として、永久磁石１２５の端部１２５ａ側（Ｎ極側）または端部１２５ｂ側（Ｓ極側）のみにコイル１２４が巻き付けられていてもよい。例えば、図７Ａおよび図７Ｂの加速度発生装置２の振動子２２のように、支持部１２１の外周側の端部１２５ｂ側（Ｓ極側）のみにコイル１２４が巻き付けられていてもよい。加速度発生装置２のその他の構成は、第１実施形態の加速度発生装置１と同じである。第１実施形態と共通する部位については、第１実施形態と同じ参照符号を用いている。このような場合の制御およびそれによって提示される擬似的な力覚の方向は、第１実施形態の加速度発生装置１と同じである。

［第３実施形態］
あるいは、図８の加速度発生装置３の振動子３２のように、第１実施形態の加速度発生装置１（図１Ａおよび図１Ｂ）のコイル１２４に代えて、支持部１２１の外周側の端部１２５ａ側（Ｎ極側）にＡ_１方向に巻きつけられた第１巻き部１２４ａ’側のコイルと、支持部１２１の外周側の端部１２５ｂ側（Ｓ極側）にＢ_１方向（Ａ_１方向と反対向き）に巻き付けられた第２巻き部１２４ｂ’側のコイルとが別々のものが用いられてもよい。すなわち、第１巻き部１２４ａ’側のコイルと第２巻き部１２４ｂ’側のコイルとが電気的に接続されておらず、互いに異なる電気信号を与えることができる構成であってもよい。加速度発生装置３のその他の構成は、第１実施形態の加速度発生装置１と同じである。第１実施形態と共通する部位については、第１実施形態と同じ参照符号を用いている。

本形態の場合、第１巻き部１２４ａ’側のコイルのみにＡ_１方向の逆向きのＡ_２方向の電流（−Ｘ）を流す期間ｔ_１と電流を流さない期間ｔ_２とを周期的に繰り返すか、第２巻き部１２４ｂ’側のコイルのみにＢ_１方向の電流（Ｘ）を流す期間（時間）ｔ_１と流さない期間ｔ_２とを周期的に繰り返す。ただし、期間ｔ_１と期間ｔ_２との反転比ｔ_１：ｔ_２が何れか一方の期間に偏っている。すなわち、図８の左方向に擬似的な力覚を提示する場合には、第１巻き部１２４ａ’側のコイルのみにＡ_２方向の電流（−Ｘ）を流す期間ｔ_１と電流を流さない期間ｔ_２とを周期的に繰り返す電流を流すが、この電流の反転比ｔ_１：ｔ_２は期間ｔ_２に偏っており、ｔ_１＞ｔ_２である（図２Ｃ）。例えば、反転比ｔ_１：ｔ_２＝１８ｍｓｅｃ：７ｍｓｅｃの電流を流す。逆に、右方向に擬似的な力覚を提示する場合には、第２巻き部１２４ｂ’側のコイルのみにＢ_１方向の電流（Ｘ）を流す期間（時間）ｔ_２と流さない期間ｔ_１とを周期的に繰り返す電流を流すが、この電流の反転比ｔ_１：ｔ_２は期間ｔ_２に偏っており、ｔ_１＜ｔ_２である（図２Ｄ）。例えば、反転比ｔ_１：ｔ_２＝７ｍｓｅｃ：１８ｍｓｅｃの電流を流す。

［その他の変形例等］
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、支持部に弾性体の一端が支持され、この弾性体の他端に周期的な加速度運動を行う永久磁石（運動部材）が支持され、支持部に固定されたコイルに電流を流すことによって永久磁石に加速度を与えていた。しかしながら、非特許文献１のように、支持部に永久磁石が固定され、その支持部に弾性体の一端が支持され、この弾性体の他端に周期的な加速度運動を行う運動部材が支持され、運動部材に固定されたコイルに電流を流すことによって運動部材に加速度が与えられてもよい。これによっても、運動部材は、支持部に対して周期的な加速度運動（支持部を基準とした軸方向に偏加速度をもった周期的な並進往復運動）を行うことができ、それによって擬似的な力覚を提示することができる。また、運動部材に弾性力を与えるばね等の弾性体の個数に限定はなく、１個の弾性体によって運動部材に弾性力が与えられてもよいし、３個以上の弾性体によって運動部材に弾性力が与えられてもよい。

また、力覚指定部１１に力覚の強さを特定する指定情報が入力される場合、力覚指定部１１が、入力された指定情報が特定する強さの力覚を提示させるための制御信号を制御部１３に送り、制御部１３がそれに応じた電流を振動子１２〜３２に与えてもよい。例えば、強い力覚を提示する場合には８０Ｈｚまたは８０Ｈｚ近傍の周波数成分を含む加速度運動を行うような周波数（例えば、４０Ｈｚまたは４０Ｈｚ近傍）の電流を振動子１２〜３２のコイルに流し、弱い力覚を提示する場合にはそれ以外の周波数（例えば１２５Ｈｚまたはその近傍）の電流を振動子１２〜３２のコイルに流してもよい。或いは、強い力覚を提示する場合には、図５の楕円領域Ｅの内側に相当する電流を振動子１２〜３２のコイルに流し、弱い力覚を提示する場合には楕円領域Ｅの外側に相当する電流を振動子１２〜３２のコイルに流してもよい。また、コイルに流す電流の反転比を変化させることで提示する力覚の強さ（明確さ）を制御してもよい（反転比モジュレーション）。例えば、強い力覚を提示する場合には反転比７：１８（７ｍｓ，１８ｍｓ）の電流を振動子１２〜３２のコイルに流し、弱い力覚を提示する場合には反転比２：６（２ｍｓ，６ｍｓ）の電流を振動子１２〜３２のコイルに流してもよい。その他、コイルに流す電流の振幅を変化させることで提示する力覚の強さを制御してもよい（振幅モジュレーション）。例えば、強い力覚を提示する場合には「第１の期間」と「第２の期間」で互いに向きの異なる振幅Ｘの電流をコイルに流し、弱い力覚を提示する場合には「第１の期間」と「第２の期間」で互いに向きの異なる振幅Ｙ＜Ｘの電流をコイルに流してもよい。或いは、例えば、強い力覚を提示する場合には「第１の期間」と「第２の期間」で互いに向きの異なる振幅Ｘの電流をコイルに流し、弱い力覚を提示する場合には「第１の期間」で振幅Ｘの電流をコイルに流し、「第２の期間」でコイルに電流を流さないことにしてもよい。さらに、コイルに流す電流の周波数を連続的に変化させたり、反転比を連続的に変化させたり、振幅を連続的に変化させる機能を持たせてもよい。

また、制御部１３が入力された制御信号に応じ、振動子１２〜３２のコイルに入力する電流を制御するのではなく、制御部１３が入力された制御信号に応じ、振動子１２〜３２のコイルに印加する電圧を制御してもよい。

力覚指定部１１や制御部１３の構成をコンピュータによって実現する場合、その機能の処理内容はプログラムによって記述される。このプログラムをコンピュータで実行することにより、各処理機能がコンピュータ上で実現される。この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体の例は、非一時的な（non-transitory）記録媒体である。このような記録媒体の例は、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等である。

このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。

このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶装置に格納する。処理の実行時、このコンピュータは、自己の記録装置に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。このプログラムの別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよく、さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるＡＳＰ（Application Service Provider）型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。

1〜３ 加速度発生装置
１１ 力覚指定部
１２〜３２ 振動子
１３ 制御部

Claims (4)

1. 支持部と、
   前記支持部に一端が支持された弾性体と、
   前記弾性体の他端に支持され、前記支持部に対して周期的な加速度運動を行う運動部材と、
   流された電流に応じた加速度を前記運動部材に与えるコイルと、を有し、
   前記運動部材に所望の方向の加速度を与える向きの電流を前記コイルに流す第１の期間と、それ以外の第２の期間と、を周期的に繰り返し、
   周期に占める前記第１の期間の割合が前記第２の期間の割合と異なり、
   前記周期的な加速度運動の周波数は８０Ｈｚまたは８０Ｈｚ近傍の周波数成分を含み、
   第１の座標軸と第２の座標軸とから定義される２次元座標上で、前記加速度運動の周波数成分を前記第１の座標軸の値とし、前記第１の期間の割合および前記第２の期間の割合のうち小さいほうの割合に対する大きい方の割合の比を前記第２の座標軸の値とする第１の座標は、前記２次元座標上の楕円領域に含まれ、
   前記楕円領域は、第２の座標を含み、かつ、前記第１の座標軸の値が大きいほど前記第２の座標軸の値が小さくなる前記２次元座標上の直線に偏った領域であり、
   前記第２の座標の前記第１の座標軸の値は８０Ｈｚの約数であり、前記第２の座標の前記第２の座標軸の値は１８／７である、加速度発生装置。
2. 支持部と、
   前記支持部に一端が支持された弾性体と、
   前記弾性体の他端に支持され、前記支持部に対して周期的な加速度運動を行う運動部材と、
   流された電流に応じた加速度を前記運動部材に与えるコイルと、を有し、
   前記運動部材に所望の方向の加速度を与える向きの電流を前記コイルに流す第１の期間と、それ以外の第２の期間と、を周期的に繰り返し、
   周期に占める前記第１の期間の割合が前記第２の期間の割合と異なり、
   前記周期的な加速度運動の周波数は８０Ｈｚまたは８０Ｈｚ近傍の周波数成分を含み、
   前記電流は４０Ｈｚまたは４０Ｈｚ近傍の周波数成分を含み、
   第１の座標軸と第２の座標軸とから定義される２次元座標上で、前記電流の周波数成分を前記第１の座標軸の値とし、前記第１の期間の割合および前記第２の期間の割合のうち小さいほうの割合に対する大きい方の割合の比を前記第２の座標軸の値とする第１の座標は、前記２次元座標上の楕円領域に含まれ、
   前記楕円領域は、第２の座標を含み、かつ、前記第１の座標軸の値が大きいほど前記第２の座標軸の値が小さくなる前記２次元座標上の直線に偏った領域であり、
   前記第２の座標の前記第１の座標軸の値は４０Ｈｚであり、前記第２の座標の前記第２の座標軸の値は１８／７である、加速度発生装置。
3. 請求項１の加速度発生装置であって、
   前記電流は８０Ｈｚの約数または８０Ｈｚの約数の近傍の周波数成分を含む、加速度発生装置。
4. 請求項１から３の何れかの加速度発生装置であって、
   共振周波数が８０Ｈｚまたは８０Ｈｚ近傍である、加速度発生装置。

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