JP7795397B2 - 触覚提示装置 - Google Patents

Description

この発明は、触覚提示装置を状況に応じて適切に調整する制御に関する。

コンテンツと連動して利用者に触感による効果を味わわせる触覚提示装置が様々な形で提案されている。触感としては例えば振動や圧迫、風、湿気、熱などの、利用者が止まっていても実感できる能動的な触覚効果を映画などの映像コンテンツに合わせて提供することが既に行われている。また、人の動作を受けるインターフェースデバイスでは、固さや柔らかさといった手にして握ったときにかかる抵抗などの、利用者の動作に対して実感される受動的な触覚効果を与えることが検討されている。

これらの触覚提示装置においては、オンオフのタイミングだけでなく、その強弱の調整が重要である。コンテンツに適した強弱になっていなければ、違和感のある体験しか得られない。さらに、同じ規格の触覚提示装置であっても微妙ながら個体差はあり、その個体差を無視して同じ電気信号を送っても、わずかな違いを人間の鋭敏な触覚が感じ取ってしまい、違和感の原因となるおそれがあった。これに対して、センサからのフィードバックを利用して強弱を調整するシステムが特許文献１にて提案されている。

特開２０１６－２９５６３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の調整システムでは、利用者の個人的な身体部位の大小に由来する感触の違いを補正できず、どのような身体の利用者でも基本的には一律同じ動作になっていた。これにより、接点の位置ずれなどに由来してかかる力が変化したりする個人差に対応できず、利用者によって感じ方が変わりコンテンツの提供者が想定する好適な触覚を十分に適合させられなかった。

そこでこの発明は、特定のコンテンツを触覚提示装置で利用しようとする際に、利用者個々人の身体部位の大小にかかわらず、コンテンツ作成側が想定した触覚を提供できるようにすることを目的とする。

この発明は、
触覚出力デバイスを有する触覚出力装置と、
前記触覚出力デバイスを含む構成要素を制御する触覚制御部と、
を有し、
利用者が触覚出力装置に接触して操作する接触位置に関わる接触位置パラメータと、予め記憶された接触位置パラメータの基準値を比較して接触位置比較値を算出する接触位置比較値算出手段と、
少なくともベース触覚データと前記接触位置比較値とに基づき触覚信号を計算する信号値算定手段と、
前記計算された触覚信号に基づき前記触覚出力デバイスに触覚を提示させる触覚提示手段と、
を実行する、触覚提示装置により、上記の課題を解決した。

この発明を構成する触覚出力デバイスに掛かる力を測定して利用するにあたり、利用者が触覚出力装置に接触して操作する接触位置に関わる接触位置パラメータと、予め記憶してある接触位置パラメータの基準値とを比較して接触位置比較値を算出する。触覚の感じ方は利用者と触覚出力装置の接触位置で変化するが、この接触位置は利用者の指や腕、足、脚など身体部位の大小や長短、触覚出力装置の持ち方等に影響を受けるため、個人差がある。触覚を提示するデバイスであれば、望ましい出力を得るための電流量又は電圧量が規定されており、電流量又は電圧量を適した値とすることができるように触覚信号を計算するが、その触覚信号の計算の際に、前記比較値に基づいて出力の補正を行う。このように補正された触覚信号に基づいて触覚を提示させると、利用者の触覚出力装置を持つ位置の個人差により生じる違和感を抑制し、より好適に調整された体感を提供することができる。

この発明を構成する触覚出力装置は、力を測定する力センサを有し、
所定条件において前記触覚出力デバイスに発生する発生力を測定する力測定手段と、
前記所定条件において前記触覚出力デバイスに掛かると想定され、予め記憶された基準力と、前記発生力とを比較して力比較値を算出する比較値算出手段と、を実行し、
前記信号値算定手段が、前記接触位置比較値に加えて、前記力比較値にも基づいて前記触覚信号を計算する、実施形態を採用することができる。触覚出力装置は、内部回路の電気抵抗や寸法誤差による固有の特性や、室温や気圧などの使用環境によって発生する力に微妙な誤差が発生する。想定している力と実際に発生している力の比較値に基づいて出力の補正を行うことにより、これらの誤差を、より抑制することができる。

また、この発明にかかる触覚提示装置は、
回転させるために必要なトルクを変化される回転デバイスと、前記回転デバイスに連結された、前記接触位置を含む利用者接触部とを有し、
前記力センサは前記利用者接触部に配置され、
前記の予め記憶された前記接触位置パラメータの基準値は、前記触覚出力装置の所定位置と前記力センサとの距離に基づいて設定されたものである実施形態を採用できる。前記触覚出力装置の所定位置は、前記回転デバイスの支点や、利用者接触部の末端部等が採用できる。

さらに、この発明にかかる触覚提示装置は、
前記ベース触覚データを記録する内部の記憶部から、又は前記ベース触覚データを記録する外部のサーバから、前記ベース触覚データを呼び出す制御装置を備え、
前記制御装置は、前記触覚提示装置へ送信する送信手段を実行し、
前記触覚制御部は前記触覚出力装置内に配置され、
前記信号値算定手段は前記触覚制御部にて実行される実施形態を採用できる。ベース触覚データは、利用者が体感しようとするコンテンツや、そのコンテンツの「触れた」と体感しようとするオブジェクトごとに設定された、その触覚提示装置の出力についての設定値である。前記ベース触覚データの選択とは、すなわち利用者が「触れた」と体感しようとするコンテンツやオブジェクトが能動的に又はプログラムによって自動的に選択されることで、それに適した出力を行うための設定値を読み込むことでもある。

また、この発明では、触覚出力デバイスを有する触覚提示装置を使った触覚提示方法であって、
利用者と利用者接触部の接触位置に関わる接触位置パラメータと、予め記憶された接触位置パラメータの基準値を比較して接触位置比較値を算出する接触位置比較値算出ステップと、
少なくともベース触覚データと前記接触位置比較値とに基づき触覚信号を計算するステップと、
前記計算された触覚信号に基づき前記触覚出力デバイスに触覚を提示させるステップを含む、触覚提示方法により上記の課題を解決することができる。
さらに、この発明では、前記触覚出力装置は力を測定する力センサを有し、
所定条件において前記触覚出力デバイスに発生する発生力を測定する力測定ステップと、
前記所定条件において前記触覚出力デバイスに掛かると想定され、予め記憶された基準力と、前記発生力とを比較して力比較値を算出する比較値算出ステップと、
前記接触位置比較値に加えて、前記力比較値にも基づいて前記触覚信号を計算するステップを含む、触覚提示方法を採用しうる。

さらにまた、この発明においては、
触覚出力デバイスを有する触覚出力装置であって、
前記触覚出力装置は前記触覚出力デバイスを含む構成要素を制御する触覚制御部と、
利用者と利用者接触部の接触位置に関わる接触位置パラメータと、予め記憶された接触位置パラメータの基準値を比較して接触位置比較値を算出する接触位置比較値算出手段と、
少なくともベース触覚データと前記接触位置比較値とに基づき触覚信号を計算する信号値算定手段と、
前記計算された触覚信号に基づき前記触覚出力デバイスに触覚を提示させる触覚提示手段と、
を実行する、触覚出力装置によっても上記の課題を解決できる。
さらに、この発明では、前記触覚出力装置が力を測定する力センサを有し、
所定条件において前記触覚出力デバイスに発生する発生力を測定する力測定手段と、
前記所定条件において前記触覚出力デバイスに掛かると想定され、予め記憶された基準力と、前記発生力とを比較して力比較値を算出する比較値算出手段と、を実行し、
前記信号値算定手段が、前記接触位置比較値に加えて、前記力比較値にも基づいて前記触覚信号を計算する、触覚出力装置を採用しうる。

この発明により、触覚提示装置を用いる利用者のサイズや触覚出力装置の持ち方などの個人差に関わらず、好適に調整された触覚となるように電流又は電圧を触覚出力デバイスに掛けることができ、個人差に関わらず想定した触覚効果を利用者に与えることができる。

この発明にかかる触覚提示装置の実施形態例の機能ブロック図 この発明で利用する触覚出力デバイスの例であるＭＲＦデバイスの概念図 この発明にかかる触覚出力装置の例であるタップユニットの概念図 ＭＲＦデバイスのベース触覚データを利用する例のフロー図 この発明にかかる触覚提示装置を利用者が利用する際の処理フロー例図 図５の続きである処理フロー例図 アプリが出力するモニタでのオブジェクト選択例図

以下、この発明について詳細に説明する。この発明は、触覚出力デバイスを有する触覚出力装置や、前記触覚出力装置と、前記触覚出力デバイスを含む構成要素を制御する触覚制御部とを有する触覚提示装置、および触覚出力装置や触覚提示装置を用いた触覚出力方法である。

この発明において触覚とは、五感のうちの一つであり直接的又は間接的に肌や筋肉、神経などによって体感できる感覚をいい、特に断りがない場合は広義の意味で用いる。狭義の触覚とは皮膚で感じる感覚として知られる触覚、圧覚、痛覚、冷覚、温覚のうちの一つであるが、この発明においての触覚とは狭義の触覚だけでなく、圧覚などその他の感覚も含む。本発明はこれらの感覚について、体感する度合いの強弱が味わえるものを好適に調整する。押されて圧力の強弱の違いとして感じられる圧感のような利用者の動作によらずに体感する能動的な触覚効果だけでなく、抵抗や手ごたえ、足ごたえといった利用者の動作に対して体感する能動的な触覚効果も対象となる。

前記触覚出力装置及びこれを含む装置又はシステムであってよい触覚提示装置は、それらを利用する利用者に対して前記の触覚を体感させる装置又はシステムである。前記触覚出力装置は、その触覚を体感させる挙動を、電気信号を受けて実現する触覚出力デバイスを有する。この発明で用いる触覚出力デバイスとしては、電気信号の単なるオンオフだけではなく、電気信号の電流量や電圧に応じて、強度が異なる触覚による体感を実現させるものが用いられる。この触覚出力デバイスとしては、例えば、電気信号を受けて装置の回転抵抗を上昇させる磁気粘性流体デバイスなどが挙げられる。その中でも、本発明による繊細な体感の調整は、直接に利用者に接触して力を掛けられるデバイスにおいて好適に効果を発揮する。

この発明にかかる触覚提示装置１０の実施形態例である機能ブロック図を図１に示す。触覚提示装置１０は、実際に利用者に対して触覚による体感を発生させる触覚出力装置１１と、触覚出力装置１１と通信してその体感させる動作を制御する制御装置５１とを有する。

触覚出力装置１１は、電気信号に応じて出力を変更する触覚出力デバイス１４を有する。モーターなどのアクチュエータや加熱によるバルーンなどの直接的に利用者に接触させて触覚を体感させる能動的な触覚感覚を味わわせるデバイス、ＭＲＦデバイスなどの利用者の動きに対する抵抗を増減させて受動的な触覚感覚を味わわせるデバイスが利用できる。

触覚出力装置１１は、触覚出力デバイス１４に電気信号を送信する又は送信させるなどの演算やコマンドなどの制御を行う触覚制御部２１と、触覚制御部２１が利用するメモリであるデータ記憶部２２を有する。データ記憶部２２は、信号の一時的な記録や触覚制御部２１による演算に必要な情報及び結果、命令等を格納するものである。データ記憶部２２のメモリは揮発性メモリであってよいが、不揮発性メモリも有しているとさらに好ましい。不揮発性メモリを有していると、高性能な触覚出力装置１１では個人向けの出力変更の記録や履歴などを保存して、出力のさらなる好適化のために参照することができる。なお図示しないが、触覚制御部２１を動作されるプログラムは、データ記憶部２２が不揮発性メモリである場合はそこに格納されていてもよいし、別途格納されていてもよい。ここではこれらが行う触覚出力装置１１の制御を担う部分をまとめて出力装置制御部２０とする。出力装置制御部２０の構成は触覚制御部２１とデータ記憶部２２以外の要素を含んでいてもよい。

また、触覚出力装置１１は装置自体を作動させるために必要な電源２５を有する。バッテリでもよいし、外部電源と接続されていてもよい。バッテリの場合は、触覚出力装置１１が必要とする電流量が小さい場合は交換可能な一次電池でよいが、必要とする電流量が多い場合は、外部電源から充電される二次電池であると運用しやすい。また、後述する通信部２６を有線ケーブルが担う場合には、制御装置５１を外部電源として給電されるものでもよい。

触覚出力装置１１は、制御装置５１の通信部６３との間で通信できる通信部２６を有する。少なくとも制御装置５１からの通信を受信できるものである必要があり、相互通信できるものであると制御装置５１による制御がより多様にできるため好ましい。通信部２６で受信したデータや命令は出力装置制御部２０に送られ、それを用いて触覚出力装置１１が動作する。また、センサ等によるデータや履歴、ログなどを出力装置制御部２０から通信部２６を介して制御装置５１に送ってもよい。また、触覚出力装置１１はデータの一部を制御装置５１に送信し、その返信として結果を受け取ってもよい。

通信部２６と通信部６３との通信は有線通信でもよいし、無線通信でもよい。有線通信の場合は、有線ケーブルを介して電源を供給するものでもよい。規格は特に限定されず、本発明出願時点においてはＵＳＢケーブル、Ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ（登録商標）ケーブル、Ｔｈｕｎｄｅｒｂｏｌｔ（登録商標）ケーブルなどが選択可能であるが、同様の又は上位互換の通信が可能である規格であればよい。無線通信の場合は、近距離無線通信規格であれば利用でき、種々の無線ＬＡＮ規格や、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標。以下略）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ ＬＥ、ワイヤレスＵＳＢなどが挙げられる。ただし、少なくともこの発明における調整自体を実現するために必要とするデータ量は小さいため、ＢｌｕｅｔｏｏｔｈやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ ＬＥなどの比較的低速かつ使用電力の少ない規格が好適に用いられる。もちろん、本発明で必要とする以外の動作のために大量のデータを必要とし、高速の通信規格を採用するものでもよい。

触覚出力装置１１は、利用者が触覚出力デバイス１４を操作する際に掛かる力を測定する力センサ１７を有すると好ましい。力センサ１７は、荷重に限定されず、圧力やトルク等を測定できるセンサが採用できる。また、触覚出力装置１１は、触覚出力デバイス１４が体感させる触覚のためのデバイス自体の変位や、触覚出力デバイス１４を利用者が操作した際の位置や変位、角度などを測定する変位センサ１６を有するとさらに好ましい。

制御装置５１は、通信部６３を介して触覚出力装置１１と通信し、触覚出力装置１１に対してコンテンツの一環としての感触を利用者に提供させるように制御する装置である。具体的には、利用者が利用するパソコン、ゲーム機、スマートフォン、スマートウォッチ、テレビ、ルータ、ネットワークスピーカーなどの端末が例として挙げられる。また、ルータや端末を介して接続されるネットワーク８２の先に設けられたサーバ８１が後述する制御装置５１の機能の一部を担っていてもよい。そのために、制御装置５１は有線ＬＡＮ機能、無線ＬＡＮ機能や移動体通信網への接続機能といったネットワークインターフェース（ＮＷＩＦ）６９を有していると好ましい。なお、ネットワークインターフェース６９は通信部６３と兼用でもよいし、独立していてもよい。通信量が大きく異なるため、独立している方が好適である場合が多い。図では独立している例を示す。

制御装置５１は、入出力装置５４を有する。入出力装置５４は利用者とのインターフェースであり、入力を受け付け、触覚以外の要素を出力する。図ではまとめているが、一つの装置である必要はなく、複数個の装置によって構成されていてよい。また、入出力装置５４そのものが制御装置５１の筐体の中にまとまっている必要はなく、接続される他の装置と接続できるインターフェースだけを有していてもよい。入出力装置５４のうち出力装置としては、例えば筐体に組み込まれたディスプレイだけでなく、ＨＤＭＩやＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔケーブルで接続されたディスプレイやプロジェクター、筐体が有するスピーカー、有線又は無線接続されたヘッドホンやイヤホン、スピーカーなどが挙げられる。なお、少なくとも映像を確認できる装置を有することが好ましい。少なくとも視覚と連動して触覚を体感していることで、利用者は視覚によって確認できる状況に合わせた体感を受けていると実感しやすい。入出力装置５４のうち入力装置としては、筐体に組み込まれたディスプレイと一体化したタッチパネルの他、ＵＳＢケーブルで接続されたマウスやトラックボール、コントローラ、キーボードなどであってもよい。また、入力装置の一部が触覚出力装置１１と兼用されていてもよい。

制御装置５１は、演算などを行う制御部６１を有する。具体的にはＣＰＵやＧＰＵなどの演算装置であり、コンテンツの読み込み、演算、入出力装置５４への出力や入力の受付、触覚出力装置１１との通信などの装置の挙動を制御する。

制御装置５１は、データやプログラムを保持する記憶部６２を有する。記憶部６２としては、ストレージとして用いられる不揮発性メモリや磁気ディスクと、演算に用いる揮発性メモリとの両方を有していることが好ましい。図では読み込まれているか否かを区別せずに記載している。

記憶部６２には、利用者が触覚の出力をコンテンツの一部として体感できるゲーム、映画、仮想空間、シミュレータ等のアプリケーションソフト（図中「アプリ６５」）が記録される。上記の制御装置５１にプリインストールされたものであってもよいし、ネットワーク８２を介したサーバ８１からダウンロードされてインストールされたものであってもよい。

アプリ６５は、コンテンツとして音声や映像を含むとともに、それらの音声や映像と結びついた触覚の出力を触覚出力装置１１に行わせて、利用者に触覚による体感を提供する。このようなコンテンツとしては例えば、映画中の登場人物が味わった触覚の再現や、ゲーム中において登場した物体の触感の再現や、仮想空間内で触れたオブジェクトの触感や、猫や犬などの感触を再現するシミュレータや、仮想バッティングゲームでバッティングをした際のボールの抵抗の再現などが挙げられるが、特にこれらに限定されない。ただし、触覚に強弱のあるものであることがこの発明の利用としては望ましい。

アプリ６５は、前記のコンテンツを、入出力装置５４を介して提供するために、それを再現するためのプログラムを含む音声信号や映像信号などのメディア信号を含むメディア信号データベース６６を記憶部６２に有する。このメディア信号とは、たとえばオブジェクトの形状についての３Ｄデータやグラフィック、声やセリフ、効果音などであり、触覚出力装置１１で触覚を体感させようとするオブジェクトごとに紐付されていると好ましい。なお、メディア信号データベース６６は全ての必要なメディア信号を記憶部６２内に保持している必要はなく、ネットワーク経由で必要に応じて適宜ダウンロードして一時的に、または永続的に追加されるものでもよい。

またアプリ６５は、前記のコンテンツを、入出力装置５４と並行して触覚出力装置１１を介しても提供するために、それを再現するためのベース触覚データを含むベース触覚データベース６７を記憶部６２に有する。このベース触覚データとは、触覚出力装置１１が触覚出力デバイス１４をどのような状況でどのような値で動作させるかについての値の集合や関数などの設定である。ただしこのベース触覚データは、触覚出力装置１１の特定の位置で利用者が触覚出力装置１１と接触したと仮定して設定されたデフォルト値やデフォルト関数である。ベース触覚データは前記のメディア信号と同様に、オブジェクトごとに紐付されて複数記録されている。ベース触覚データは、その複数記録される中から前記のコンテンツの中で利用者が能動的に触れようとするオブジェクト、または受動的に触覚で体感することになるオブジェクトごとに選択されるものである。制御装置５１は、入出力装置５４からの操作や再生しているコンテンツにおけるトリガーなどから、体感させようとするオブジェクトを選択し、又は自動的に選択されると、そのオブジェクトに紐づけられたベース触覚データを、ベース触覚データベース６７から読み出して、通信部６３と通信部２６を介して触覚出力装置１１へ送信する。

触覚出力装置１１では、選択されたオブジェクトなどについてデフォルト値として送られてきたベース触覚データを、データ記憶部２２に記録し、このベース触覚データを参照した出力で触覚出力デバイス１４を制御して、具体的に利用者に触覚を体感させる。ただし、この発明では触覚出力デバイス１４の利用者の個人差や利用環境に合わせた調整を行い、より好適な触覚を体感させる。

その調整のために、触覚制御部２１は利用者が触覚出力デバイス１４で触覚を体感しようとする前に、利用者が触覚出力装置１１に接触して操作する実際の接触位置に関する接触位置パラメータと、接触位置パラメータの基準値を比較して接触位置比較値を算出する接触位置比較値算出手段を実行する。ここで接触位置パラメータとは、指の長さや太さ、手のひらの大きさや厚さや形状、腕の長さや太さ、足の大きさや脚の長さや太さ、首の長さや頭の大きさ、身長、座高などの身体のサイズや、触覚出力装置１１の持ち方によって影響を受けるパラメータである。接触位置パラメータの基準値は、後述する力センサ１７の設置位置に基づいて設定されることが望ましい。

この接触位置パラメータの基準値は触覚出力装置１１か制御装置５１か、またはサーバ８１かに予め記憶されており、呼び出し可能となっている。

この発明にかかる触覚提示装置１０では、呼び出した前記接触位置パラメータの基準値と、前記接触位置パラメータとを比較して接触位置比較値を算出する接触位置比較値算出手段を実行する。この実行は触覚制御部２１が行ってもよいし、制御装置５１の制御部６１が行ってもよい。

また、この発明にかかる触覚提示装置１０では、利用者の実際の接触位置パラメータを入力される接触位置パラメータ入力手段を実行するとよい。この入力は、制御装置５１で入出力装置５４を介してアプリ６５が利用者個人の申請による直接入力により行われるものでもよいし、触覚出力装置１１が有する長さセンサやその他の機能などによって自動的に検知されて入力されるものであってもよい。

また、この発明では、所定条件において前記触覚出力デバイスに掛かる発生力を測定する力測定手段と、前記所定条件において前記触覚出力デバイスに掛かると想定され、予め記憶された基準力と、前記発生力とを比較して力比較値を算出する比較値算出手段を実行するとよい。さらに、この発明では、触覚出力装置１１が力センサ１７を有し、所定条件において前記触覚出力デバイスに掛かる発生力を測定する力測定手段と、前記所定条件において前記触覚出力デバイスに掛かると想定され、予め記憶された基準力と、前記発生力とを比較して力比較値を算出する比較値算出手段を実行してもよい。

この発明にかかる触覚提示装置１０は、個人の身体差に起因する接触位置に応じて触覚出力デバイス１４に掛かる力が変化することを想定し、その変化に合わせた調整として、前記ベース触覚データと算出された接触位置比較値とに基づき、実際に触覚出力デバイス１４を動作させる触覚信号を計算する信号値算定手段を実行する。また、前記力比較値が算出されていたのならば、前記接触位置比較値だけでなく、前記力比較値にも基づいてこの信号値算定手段を実行するとよい。その上で、触覚制御部２１は、計算された触覚信号に基づき触覚出力デバイス１４に触覚を提示させる触覚提示手段を実行する。これにより、利用者は接触位置や、装置特性、使用環境に応じて計算により補正された触覚信号により、コンテンツの提供者が想定した感触に適した触覚を体感できる。

以下、触覚出力デバイス１４として具体的なデバイスを用いた例を挙げて説明する。以下の説明では、触覚出力デバイス１４として、磁気粘性流体（ＭＲＦ：Magneto Rheological Fluid）デバイス（以下、「ＭＲＦデバイス」と略記する。）を有するタップユニットである触覚出力装置１１を例にとり説明する。ここで具体例として用いるＭＲＦデバイスは、回転軸４１、円板３２、ヨーク３４，３５、コイル３７，磁気粘性流体３８、ケーシング３１，３６などで構成されている。図２に示すように回転軸４１に取り付けられた円板３２の周囲に、ヨーク３４，３５に挟まれた空間が設けられ、その空間に、置かれた磁場の強さによって粘性が変化する磁気粘性流体３８が導入されている。また、ヨーク３５に支えられて磁界（図中矢印）を発生させるコイル３７が格納されている。回転軸４１は軸受３９に支えられ、磁気粘性流体３８に囲まれた円板３２と一体化されている。磁気粘性流体３８は、回転軸４１を回転させる際の抵抗を、磁場を発生させるコイル３７に供給される電流量によって調節できる。この回転軸４１を回転させようとする力を掛けた利用者に対して、磁気粘性流体３８の粘性を増減させることで、回転軸４１と一体化している円板３２に対する抵抗を増減させて、回転軸４１の「回動させにくさ」として能動的な触覚効果を体感させるものである。この例では、円板３２が、触覚出力デバイス１４において磁気粘性流体３８と接することで回転させるために必要なトルクを変化される回転デバイスにあたる。また、円板３２と軸を同じくする回転軸４１も実質的にこの回転デバイスの一部となる。変位センサ１６は、この円板３２そのものの角度を検知するか、円板３２と連動して回転する回転軸４１の角度を検知するように取り付けられている。

このようなＭＲＦデバイスを用いた触覚出力装置１１であるタップユニットを図３（ａ）（ｂ）に示す。指や手のひらにより挟持される基部４０と、基部４０に設けられたＭＲＦデバイスの回転軸４１に連動して回動する指当てパーツ４２とを有する。指当てパーツ４２は人差し指、中指、薬指、小指のいずれかまたはそれらの全てに対応しており、指を曲げて握ろうとすると、支点部４３を中心にして回動する。すなわち、この指当てパーツ４２が前記の利用者接触部にあり、指が接触して力が加えられる箇所が前記接触位置となる。指当てパーツ４２が押されると、第一リンク材４４と、ピン４６を介してリンクされた第二リンク材４５が図３（ｃ）のように回動する。この動きにより、回転軸４１が基部４０に対して回動される。この回動の際の抵抗が、ＭＲＦデバイスの磁気粘性流体３８によって増減される。

このＭＲＦデバイスに付属するセンサとしては、指当てパーツ４２の回転中心に対する角度として変位を測定する変位センサ１６や、指当てパーツ４２の裏面に配置され、指当てパーツ４２にかかる荷重を測定する力センサ１７などが挙げられる。力センサ１７の位置は特に限定されないが、指当てパーツ４２の裏面が好ましく、第一リンク材４４と指当てパーツ４２とを連結するピン付近がさらに好ましい。これら以外にも他のセンサを搭載すると、この発明にかかる装置で実施する方法と併用して、さらなる好適な触覚のための出力調整に用いることができる。

このようなタップユニットにおいて、接触位置パラメータとしては、指の長さを採用することができる。支点部４３から、指の内側が指当てパーツ４２に当たる位置までの距離Ｆを接触位置パラメータとして採用できる。また、指当てパーツ４２の外周面に所定間隔で複数の線を書き、実際に利用者が装着したときの指先端と線のかかり具合から、利用者が接触位置パラメータを判断できるようにしてもよい。指から直接かかる同じ力であっても支点部４３からの距離に応じてトルクは変化するが、その違いを反映することができる。その場合の接触位置パラメータの基準値は、例えばタップユニットの指当てパーツ４２に配置された力センサ１７と支点部４３の距離や、指当てパーツ４２と第一リンク材４４とを連結するピンと支点部４３の距離を採用しうる。その基準値は、データ記憶部２２に予め記憶されていてもよいし、触覚出力装置１１が別途有する記憶部に記憶されていてもよいし、アプリ６５が装置ごとの基準値を記録した基準値データベースを有していて接続される触覚出力装置１１に応じて選択して呼び出すものであってもよい。

このＭＲＦデバイスのベース触覚データと基準力、基準値の例を図４のフローに示す。選択したオブジェクトごとに定められたテーブルで、指当てパーツ４２がデフォルト状態から何度回転した回転位置で、どの程度電流を流して回転軸にかかる抵抗を上昇させるかを配列としたものである。このようなテーブルが、利用しようとするオブジェクトごとに設定され、ベース触覚データベース６７にまとめて記録されている。なお、このようなテーブルでなくても、回転位置に応じた関数で定義したものであってもよい。例えば、オブジェクトが小さいものであれば、回転位置が大きく進んで触れると表現されるところまでは抵抗がなく、回転位置が進んで触れたと表現されるところから抵抗を増やすように電流値が上がる。あるいは、グミ状のオブジェクトを握る触感を仮想的に実現するなら、最初からグミを変形させる感触を模してある程度の抵抗が加わるが、グミが変形してこれ以上は変形しないと表現される角度から急激に抵抗があがり、それ以上は回転位置が進まないように電流値を最大値に設定する。

利用者が触覚を体感しようとするオブジェクトが選択されたら、そのオブジェクトに紐づけられたベース触覚データを、ベース触覚データベース６７に蓄積された中から呼び出して選択する。仮にそのオブジェクトに紐づけられたベース触覚データがベース触覚データベース６７に無ければ、制御装置５１はネットワークを介してサーバから該当するベース触覚データをダウンロードして選択する。制御装置５１は選択されたベース触覚データを、触覚出力装置１１に送信する。

触覚出力装置１１は、ベース触覚データが送られてきたらデータ記憶部２２に格納する。一方で、アプリ６５は利用者にタップユニットを装着した際に指が接触することになる接触位置を実際に測ってもらい、入出力装置５４を介して入力してもらう。ここでは、利用者の接触位置として２．０ｃｍと入力されたとする。

また、触覚出力装置１１は、その装置自体の設計の際の標準となる接触位置パラメータの基準値について記録されてあり、触覚制御部２１はそれを呼び出し可能である。記録されているのはデータ記憶部２２でもよいし、それ以外の記憶部でもよいし、制御装置５１のアプリ６５でもよい。ここでは、図中「基準値」として１．５ｃｍが規定されており、触覚制御部２１がそれを読み込んでいる。また、力測定の条件として、電圧値２０Ｖが設定され、この条件における触覚出力デバイス１４に掛かると想定される力である基準力として１．００Ｎが規定されており、触覚制御部２１はそれを読み込んでいる。

利用者が実際に力を加えて、触覚出力デバイス１４に掛かる力である発生力は、実際にテストを行って力センサ１７などに力を加えることで測定するとよい。力を加える際には、同一の条件での抵抗を感じられるように、触覚出力デバイス１４に掛ける電圧は統一しておくことが望ましい。ここでは２０Ｖとしている。

以上で、利用者の身体差に対応した触覚提示の準備が完了する。これらが完了した段階で触覚出力装置１１は制御装置５１にその旨を送信しておくとよい。

利用者がタップユニットを握って回転位置が変化したら、角度センサである変位センサ１６がそれを検知する。回転位置が２度に到達したときの、触覚制御部２１がＭＲＦデバイスに掛ける電圧は、次の手順で決定する。まず回転位置が２度のときの電流値をデータ記憶部２２に格納したベース触覚データのテーブルを参照して確認する。ここでは０．２Ａとなる。この電流値を元に、前記接触位置比較値と前記力比較値とに基づいて、実際に送信する触覚信号の電流値を算出する。すなわち、０．２Ａの電流を流したときに手ごたえとして想定される抵抗を、ＭＲＦデバイスに実現させる。

前記の信号値算定手段の実行例を示す。元の電流値０．２Ａに対して、力比較値である（１．００Ｎ／１．０５Ｎ）と、接触位置比較値である（１．５０ｃｍ／２．００ｃｍ）とを乗算して、実際に送信する触覚信号の電流値を０．１４Ａと計算する。
触覚制御部２１はこの計算された電流値０．１４Ａを流すために必要となる電圧の触覚信号をＭＲＦデバイスに掛けて、想定した手ごたえとなる触覚を利用者に体感させるように触覚提示手段を実行する。回転位置がさらに変化したことを変位センサ１６が検知したら、その新たな回転位置に対応した電流値を参照し、同様に触覚信号を計算し、触覚を体感させる。

制御装置５１で実行するアプリ６５において選択されるオブジェクトが変更になったら、制御装置５１はベース触覚データベース６７から、新たなオブジェクトに紐づけられたベース触覚データを呼び出し、触覚出力装置１１へ送信して新たなオブジェクトに対応した触覚を提供する。オブジェクトの変更とは、例えば利用者が制御装置５１で実行するゲームにおいて触ろうとするオブジェクトを指定した場合や、ゲーム中で新たなオブジェクトが現れた場合などが挙げられる。オブジェクトが変更になり用いるベース触覚データが変更になっても、力比較値及び接触位置比較値はそのままの値を信号値算定手段に用いることができる。

この発明にかかる触覚出力装置１１を利用者が利用する際の処理例を図５、６のフローとともに説明する。まず（Ｓ１０１）、制御装置５１であるスマートフォンでアプリ６５を起動する（Ｓ１０２）。次に触覚出力装置１１であるタップユニットの電源を入れ（Ｓ１０３）、スマートフォンとタップユニットとをＢｌｕｅｔｏｏｔｈでペアリングして無線接続する（Ｓ１０４）。なお、アプリの起動（Ｓ１０２）はＳ１０４の後に行う実施形態であってもよい。また、タップユニットのデータ記憶部２２には、このタップユニットの基準力とその基準力が測定されるときの電圧などの条件、接触位置パラメータの基準値とが予め記録されており、触覚制御部２１が呼び出し可能となっている。

アプリ６５はモニタに接触位置パラメータである接触位置の入力を促すメッセージを表示し、入力を受け付ける（Ｓ１１１）。入力された値を当該利用者の身体パラメータとして記録し、触覚出力装置１１に送信する（Ｓ１１２）。なお、入力されなかった場合は、基準値をそのまま用いる。触覚出力装置１１は送信された接触位置パラメータをデータ記憶部２２に格納する（Ｓ１１３）。この接触位置の入力はいつ行ってもよいが、アプリ６５の開始時点で予め行っておくと好ましい。

この指位置の入力と前後して、発生力の測定を行う。図では指位置の入力の後に行った例を示す。まず、触覚制御部２１からの指示により、電源２５であるバッテリから触覚出力デバイスであるＭＲＦデバイスのコイルに、基準力に対応する条件として予め記憶していた基準電圧を与える（Ｓ１２１）。これにより、ＭＲＦデバイスは力を加えたときに所定のトルクとなる抵抗を生じるようになる。アプリ６５は画面表示にて、利用者にタップユニットを握るように指示をする（Ｓ１２２）。利用者がタップユニットを握っているときの力を、力センサ１７で検知して、発生力を測定する（Ｓ１２３）。この発生力もデータ記憶部２２に格納する（Ｓ１２４）。これで触覚出力装置１１側の準備は完了したことになり、あとはベース触覚データを格納すれば実行できる状態となった旨の準備完了信号を制御装置５１に送信する（Ｓ１２５）準備完了通知手段を実行する。

以上でタップユニット側の準備が完了したので、制御装置５１側ではアプリ６５がオブジェクトの選択ができる映像を表示する（Ｓ１３１）。アプリ６５を入出力装置５４から操作した利用者は、触覚を体感しようとするオブジェクトを、モニタに映し出された中から選択する（Ｓ１３２）。モニタへの表示例を図７に示す。ここでは右の毛玉オブジェクトを選ぶものとする。利用者による選択は、タッチパネルへのタッチ操作により指定される。選択の指示をうけた制御部６１は、その選択された毛玉オブジェクトに紐づけられたベース触覚データを、ベース触覚データベース６７から呼び出し（Ｓ１３３）、タップユニットに送信する（Ｓ１３４）送信手段を実行する。なお、ベース触覚データベース６７に該当するベース触覚データが無ければ、制御装置５１はそのオブジェクトに紐づけられたベース触覚データを外部のサーバ８１からダウンロードした上で、タップユニットに送信する。タップユニットではデータ記憶部２２に、送信されてきたベース触覚データを格納する（Ｓ１３７）。

続いて、具体的な触覚の出力へと移る。触覚制御部２１は、角度センサである変位センサ１６から回転位置となる角度を取得する（Ｓ１４１）。その角度が、データ記憶部２２に格納されたベース触覚データで定義された、電流値を変更する次の回転位置に到達しているか否かを監視する（Ｓ１３２）。到達していなければ（Ｓ１４２→Ｎｏ）引き続き角度センサから角度を取得し続ける（Ｓ１４２）。次の回転位置にまで到達していたら（Ｓ１４２→Ｙｅｓ）、その角度に対応するベース触覚データの電流値に、基準力と発生力との比（力比較値）となる式と、接触位置パラメータと接触位置パラメータの基準値との比（接触位置比較値）となる式とを掛けて、実際に流す電流量である触覚信号を算出する（Ｓ１４３）。このように、比較値算出手段と信号値算定手段とをまとめて行ってもよい。触覚制御部２１の指示により、バッテリからＭＲＦデバイスのコイルに、算出した電流値の電流を流すために必要な電圧値を与えることで、想定した抵抗での触覚を体感する。この他、ベース触覚データをデータ記憶部２２に格納した後、触覚の出力へ移る前にベース触覚データ全体に信号値算定手段を実行し、ベース触覚データ全体について予め算出した算定結果を触覚信号としてデータ記憶部２２に格納してもよい。

利用者が同じオブジェクトについて、続いてさらに指位置を進めて体感を続ける場合は（Ｓ１４４→Ｙｅｓ）、角度センサによる回転位置の監視に戻る（Ｓ１４１）。別のオブジェクト（例えば左のグミ状オブジェクト）を選択して、利用者が別の感触を体感する場合には（Ｓ１４５→Ｙｅｓ）、Ｓ１３１の工程へと戻る（Ｓ１４６）。このときにはその選んだ別のオブジェクトに紐づけられたベース触覚データが呼び出される。利用者が体感を終了する場合には（Ｓ１４５→Ｎｏ）、アプリ６５を終了する（Ｓ１５１）。

なお、このフローと並行して、触覚制御部２１は取得した角度センサの値を制御装置５１に送ってもよい。角度センサの値を得た制御装置５１は、その角度に応じて、入出力装置５４のモニタに表示するオブジェクトの形状を変更したり、音声を再生したりしてもよい。例えば図６に示した毛玉オブジェクトの形状を、角度センサの値に反比例したサイズの徐々に潰れた姿に書き換える。また、角度センサの値の時間当たり変化量の大きさに応じて、異なる音声を再生させてもよい。例えば急激に握ったときは潰れるような音を、緩やかに握ったときは緩やかに変形するような音をスピーカーから鳴らす。

１０ 触覚提示装置
１１ 触覚出力装置
１４ 触覚出力デバイス
１６ 変位センサ
１７ 力センサ
２０ 出力装置制御部
２１ 触覚制御部
２２ データ記憶部
２５ 電源
２６ 通信部
３１ ケーシング
３２ 円板
３４ ヨーク
３５ ヨーク
３７ コイル
３８ 磁気粘性流体
３９ 軸受
４０ 基部
４１ 回転軸
４２ パーツ
４３ 支点部
４４ 第一リンク材
４５ 第二リンク材
４６ ピン
５１ 制御装置
５４ 入出力装置
６１ 制御部
６２ 記憶部
６３ 通信部
６５ アプリ
６６ メディア信号データベース
６７ ベース触覚データベース
６９ ネットワークインターフェース
８１ サーバ
８２ ネットワーク

Claims (4)

1. 触覚出力デバイスを有する触覚出力装置と、
   前記触覚出力デバイスを含む構成要素を制御する触覚制御部と、
   を有し、
   利用者が前記触覚出力装置に接触して操作する接触位置に関わる接触位置パラメータと、予め記憶された接触位置パラメータの基準値とを比較して接触位置比較値を算出する接触位置比較値算出手段と、
   少なくともベース触覚データと前記接触位置比較値とに基づき触覚信号を計算する信号値算定手段と、
   前記計算された触覚信号に基づき前記触覚出力デバイスに触覚を提示させる触覚提示手段と、
   を実行する、触覚提示装置であって、
   前記触覚出力装置は力を測定する力センサを有し、
   所定条件において前記触覚出力デバイスに掛かる発生力を測定する力測定手段と、
   前記所定条件において前記触覚出力デバイスに掛かると想定され、予め記憶された基準力と、前記発生力とを比較して力比較値を算出する比較値算出手段と、を実行し、
   前記信号値算定手段が、前記接触位置比較値に加えて、前記力比較値にも基づいて前記触覚信号を計算し、
   なおかつ、
   回転させる際の抵抗を調節できる回転デバイスと、前記回転デバイスに連結された、前記接触位置が含まれる利用者接触部とを有し、
   前記力センサは前記利用者接触部に配置され、
   前記の予め記憶された前記接触位置パラメータの基準値は、前記触覚出力装置の所定位置と前記力センサとの距離に基づいて設定されたものである、触覚提示装置。
2. 前記触覚提示装置は、
   前記ベース触覚データを記録する内部の記憶部から、又は前記ベース触覚データを記録する外部のサーバから、前記ベース触覚データを呼び出す制御装置を備え、
   前記制御装置は、前記触覚提示装置へ送信する送信手段を実行し、
   前記触覚制御部は前記触覚出力装置内に配置され、
   前記信号値算定手段は前記触覚制御部にて実行されることを特徴とする、
   請求項１に記載の触覚提示装置。
3. 触覚出力デバイスを有する触覚出力装置を使った触覚提示方法であって、
   利用者と利用者接触部の接触位置に関わる接触位置パラメータと、予め記憶された接触位置パラメータの基準値とを比較して接触位置比較値を算出する接触位置比較値算出ステップと、
   少なくともベース触覚データと前記接触位置比較値とに基づき触覚信号を計算するステップと、
   前記計算された触覚信号に基づき前記触覚出力デバイスに触覚を提示させるステップを含み、
   前記触覚出力装置は掛かる力を測定する力センサを有し、
   所定条件において前記触覚出力デバイスに掛かる発生力を測定する力測定ステップと、
   前記所定条件において前記触覚出力デバイスに掛かると想定され、予め記憶された基準力と、前記発生力とを比較して力比較値を算出する比較値算出ステップと、
   前記接触位置比較値に加えて、前記力比較値にも基づいて前記触覚信号を計算するステップを含み、
   なおかつ、
   前記触覚出力装置は、回転させる際の抵抗を調節できる回転デバイスと、前記回転デバイスに連結された、前記接触位置が含まれる利用者接触部とを有し、
   前記力センサは前記利用者接触部に配置され、
   前記の予め記憶された前記接触位置パラメータの基準値は、前記触覚出力装置の所定位置と前記力センサとの距離に基づいて設定されたものである、触覚提示方法。
4. 触覚出力デバイスを有する触覚出力装置であって、
   前記触覚出力装置は前記触覚出力デバイスを含む構成要素を制御する触覚制御部と、
   利用者と利用者接触部の接触位置に関わる接触位置パラメータと、予め記憶された接触位置パラメータの基準値を比較して接触位置比較値を算出する接触位置比較値算出手段と、
   少なくともベース触覚データと前記接触位置比較値とに基づき触覚信号を計算する信号値算定手段と、
   前記計算された触覚信号に基づき前記触覚出力デバイスに触覚を提示させる触覚提示手段と、
   を実行し、
   前記触覚出力装置は掛かる力を測定する力センサを有し、
   所定条件において前記触覚出力デバイスに掛かる発生力を測定する力測定手段と、
   前記所定条件において前記触覚出力デバイスに掛かると想定され、予め記憶された基準力と、前記発生力とを比較して力比較値を算出する比較値算出手段と、を実行し、
   前記信号値算定手段が、前記接触位置比較値に加えて、前記力比較値にも基づいて前記触覚信号を計算し、
   なおかつ、
   回転させる際の抵抗を調節できる回転デバイスと、前記回転デバイスに連結された、前記接触位置が含まれる利用者接触部とを有し、
   前記力センサは前記利用者接触部に配置され、
   前記の予め記憶された前記接触位置パラメータの基準値は、前記触覚出力装置の所定位置と前記力センサとの距離に基づいて設定されたものである、触覚出力装置。