JP6167068B2 - 擬似力覚発生装置 - Google Patents
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[第1実施形態]
図1A、図1B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1は、電子機器11と、加速度を発生させる加速度発生装置12と、電子機器11と加速度発生装置12との間に配置され、加速度発生装置12を外部の電子機器11に機械的に接続する接続部材(緩衝材)とを有する。
図5Aおよび図5Bは、振動子120の一例を例示した概念図であり、その長手方向の断面を例示している。図5Aおよび図5Bに例示するように、この例の振動子120は、例えば、支持部121、ばね122,123、コイル124、永久磁石125、およびケース126を有している。ケース126および支持部121は、ともに円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。
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。
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10に図9Bに示した加速度のFFT周波数解析結果を示す。図10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。
t1:1,3,5,7,9,12,15[ms]
t2:12,18,23,33,43[ms]
からなる組み合わせのうち、t1<t2となる組み合わせからなる、計33条件の反転比t1:t2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11の横軸は電流の周波数(1/(t1+t2))を表し、縦軸は分数表記した反転比(t2/t1)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11から40Hzまたはその近傍の周期の電流を用いることで方向性を持つ強い力覚を提示できることが分かる。
本形態では、加速度発生装置12が非剛体の接続部材13を介して電子機器11に接続されるため、振動子120を含む振動系を加速度発生装置12側にほぼ分離できる。そのため、加速度発生装置12側のみを所望のパターンおよび振幅で振動させればよく、擬似力覚発生装置1全体をそのように振動させる必要はない。また、本形態では、加速度発生装置12で発生する振動が電子機器11にほとんど伝わらない。そのため、加速度発生装置12で発生するが電子機器11の他の部品に悪影響を与えることを抑制できる。一方、加速度発生装置12を手で触れると手のみに振動が伝わり、擬似的な力覚を提示できる。また、擬似力覚発生装置1は、加速度発生装置12が発生させる周期的な加速度運動の軸の電子機器11に対する相対的な方向(角度)を維持したまま、全体として一体化される。そのため、電子機器11を基準とした所望の方向に擬似的な力覚を提示することができる。すなわち、例えば、電子機器11と加速度発生装置12とをケーブルや紐等で繋いだ場合には、加速度発生装置12が発生させる周期的な加速度運動の軸の電子機器11に対する相対的な方向が維持されない。この場合、電子機器11がある方向に擬似的な力覚を提示しようとしても、加速度発生装置12の加速度運動の向き自体を制御できないのであるから、電子機器11を基準とした所望の方向に擬似的な力覚を提示することはできない。本形態では、加速度発生装置12が発生させる周期的な加速度運動の軸の電子機器11に対する相対的な方向を維持できるため、このような問題は生じない。なお、上述の例では、加速度発生装置12内の振動子が一つである場合を例として、加速度発生装置12が一つの軸方向への加速度を提示する場合を説明したが、加速度発生装置内に複数の振動子を備え、それぞれが異なる軸方向への加速度を提示可能な構成としてもよい。この場合も、各振動子の並進運動の軸の電子機器11に対する相対的な方向が維持されるように、接続部材13により電子機器11と加速度発生装置12とが接続されるものとする。
第2実施形態は接続部材が非導電性材料からなる形態である。この形態では接続部材を介して電流を伝達できない。そのため、電子機器は、加速度発生装置を制御するための信号を無線送信する送信部を含み、加速度発生装置は、信号を受信する受信部を含む。以下では、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
第3実施形態は接続部材が透過材料を含む形態である。電子機器は、加速度発生装置を制御するための光信号を出力し、この光信号は、接続部材を通過して加速度発生装置に入力される。以下では、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
本形態は、接続部材の変形例である。本形態では、接続部材の一端が加速度発生装置に固着され、接続部材の他端がイヤホンジャックやコネクタ等の電子機器に着脱可能な接続部となっている形態である。以下では、上述の各実施形態との相違点を中心に説明する。
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、電子機器と加速度発生装置と接続部材とを含む擬似力覚発生装置が市場で取引されてもよいが、加速度発生装置と接続部材とからなる擬似力覚発生装置(電子機器を含まない)が市場で取引されてもよい。この場合、加速度発生装置と接続部材とからなる擬似力覚発生装置を取得した利用者は、自ら使用するスマートフォン等の電子機器に取得した擬似力覚発生装置を装着して利用する。また、上述の実施形態では、加速度発生装置が接続部材を介して機械的に接続される外部の被接続体が電子機器であった。しかしながら、速度発生装置と接続部材とからなる擬似力覚発生装置(電子機器を含まない)が、電子機器以外の携帯物である外部の被接続体(例えば、カード、手帳、財布、人形など)に装着されて利用されてもよい。また、上述の実施形態では、制御部112が入力された制御信号に応じ、振動子120に入力する電流を制御する例を示した。しかしながら、制御部112が入力された制御信号に応じ、振動子120に印加する電圧を制御してもよい。また、加速度発生装置が、振動方向が異なる複数個の振動子120を有し、振動子120が周期的な加速度運動を行うことで2以上の自由度の擬似的な並進力覚を提示できてもよいし、1以上の自由度の回転力覚を提示できてもよい。なお、「並進力覚」とは、並進運動する物体の進行方向の力覚(すなわち、直線方向の力覚)を意味し、「回転力覚」とは、回転運動する物体の回転方向の力覚を意味する。なお、「疑似的な力覚」とは、実際には物体(擬似力覚発生装置)が並進運動や回転運動をしていないにも関わらず、あたかも並進や回転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。
11〜41 電子機器
12〜42 加速度発生装置
13〜43 接続部材
Claims (6)
- 電子機器と、
所定の軸に沿った方向への加速度を発生させる加速度発生装置と、
前記電子機器と前記加速度発生装置との間に配置され、前記加速度発生装置を前記電子機器に機械的に接続する接続部材と、を有し、
前記接続部材は非剛体であり、前記所定の軸の前記電子機器に対する相対的な方向を維持し、
前記接続部材は導電性材料を含み、
前記加速度発生装置は、さらに、前記接続部材を介して前記電子機器に電気的に接続されており、
前記電子機器は、前記接続部材を介し、前記加速度発生装置を制御するための電気信号を前記加速度発生装置に供給する、擬似力覚発生装置。 - 電子機器と、
所定の軸に沿った方向への加速度を発生させる加速度発生装置と、
前記電子機器と前記加速度発生装置との間に配置され、前記加速度発生装置を前記電子機器に機械的に接続する接続部材と、を有し、
前記接続部材は非剛体であり、前記所定の軸の前記電子機器に対する相対的な方向を維持し、
前記接続部材は透過材料を含み、
前記電子機器は、前記加速度発生装置を制御するための光信号を出力する光信号送信部を含み、
前記加速度発生装置は、前記光信号が入力される光信号受信部を含み、
前記接続部材は、前記光信号送信部と前記光信号受信部との間に配置され、
前記光信号送信部から出力された前記光信号は、前記接続部材を通過して、前記光信号受信部に入力され、
前記接続部材は、前記光信号送信部に面する第1の板面と、前記光信号受信部に面する第2の板面と、を含み、
前記光信号の入力方向が、前記第1の板面および前記第2の板面と略垂直である、擬似力覚発生装置。 - 所定の軸に沿った方向への加速度を発生させる加速度発生装置と、
前記加速度発生装置を外部の被接続体に機械的に接続する接続部材と、を有し、
前記接続部材は非剛体であり、前記所定の軸の前記被接続体に対する相対的な方向を維持し、
前記接続部材は導電性材料を含み、
前記加速度発生装置は、さらに、前記接続部材を介して前記被接続体に電気的に接続可能であり、
前記加速度発生装置は、前記接続部材を介し、前記加速度発生装置を制御するための電気信号の供給を受ける、擬似力覚発生装置。 - 所定の軸に沿った方向への加速度を発生させる加速度発生装置と、
前記加速度発生装置を外部の被接続体に機械的に接続する接続部材と、を有し、
前記接続部材は非剛体であり、前記所定の軸の前記被接続体に対する相対的な方向を維持し、
前記接続部材は透過材料を含み、
前記加速度発生装置は、前記加速度発生装置を制御するための光信号が入力される光信号受信部を含み、
前記光信号は、外部から前記接続部材を通過して、前記光信号受信部に入力可能であり、
前記接続部材は、前記被接続体に面する第1の板面と、前記光信号受信部に面する第2の板面と、を含み、
前記光信号の入力方向が、前記第1の板面および前記第2の板面と略垂直である、擬似力覚発生装置。 - 請求項1から4の何れかの擬似力覚発生装置であって、
前記接続部材は衝撃吸収材である、擬似力覚発生装置。 - 請求項1から5の何れかの擬似力覚発生装置であって、
前記加速度発生装置は、前記所定の軸に沿った方向への周期的な加速度運動であって、かつ、前記所定の軸に沿った第1の方向への加速度と当該第1の方向とは反対の方向への加速度とが非対称であるような加速度運動を行うことで擬似的な力覚を提示する装置である、擬似力覚発生装置。
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