特許 6387762 力覚提示装置、情報端末、力覚提示方法、及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6387762

(24)【登録日】2018年8月24日

(45)【発行日】2018年9月12日

(54)【発明の名称】力覚提示装置、情報端末、力覚提示方法、及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/01 20060101AFI20180903BHJP

【ＦＩ】

   G06F3/01 560

【請求項の数】6

【全頁数】35

(21)【出願番号】特願2014-191220(P2014-191220)

(22)【出願日】2014年9月19日

(65)【公開番号】特開2016-62428(P2016-62428A)

(43)【公開日】2016年4月25日

【審査請求日】2017年8月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004237

【氏名又は名称】日本電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002044

【氏名又は名称】特許業務法人ブライタス

(72)【発明者】

【氏名】則枝 真

【審査官】 菅原 浩二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２３８０６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１１９３８２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／０８４６６６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／０８４６６７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００１／００３８３７６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−２９３４１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−００２６６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１７２６６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｆ ３／０１

Ｇ０６Ｆ ３／０３３

Ｇ０６Ｆ ３／０４１

Ｇ０６Ｆ ３／０４８−３／０４８９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ユーザの操作に応じて力覚を提示するための装置であって、
当該装置から前記ユーザの操作に用いる部分に引張方向の力を伝達する、複数の伝達部材と、
前記ユーザの操作に用いる部分の位置を検出する、位置検出部と、
前記複数の前記伝達部材それぞれ毎に、前記ユーザに力覚を提示するための提示力と、検出された前記位置とに基づいて、前記伝達部材における前記引張方向の力を、その変動幅が設定範囲内に収まるように算出する、制御部と、
前記複数の前記伝達部材それぞれ毎に、算出された前記引張方向の力を発生させる、駆動部と、
を備え、
複数の前記伝達部材それぞれは、当該装置における、前記ユーザが操作において使用する空間に含まれない位置から、前記ユーザの操作に用いる部分へと伸びる、紐状の部材であり、
前記制御部は、前記引張方向の力それぞれが最小となり、更に、前記引張方向の力の合力と前記提示力との差が最小となるようにして、加えて、前記引張方向の力それぞれの間の差が大きくなることを抑制する関数を用いることによって、前記引張方向の力それぞれを、それぞれの変動幅が設定範囲内に収まるように算出する、
ことを特徴とする力覚提示装置。

【請求項2】

前記伝達部材となる前記紐状の部材が４本以上備えられており、
複数の前記伝達部材それぞれにおける、引張を開始する位置が、同一平面上に設定されている、
請求項１に記載の力覚提示装置。

【請求項3】

当該力覚提示装置が、ヘットマウントディスプレイに組み込まれている、請求項１または２に記載の力覚提示装置。

【請求項4】

画面に表示されたコンテンツの内容に応じてユーザに力覚を提示可能な情報端末であって、
前記コンテンツを表示させる、表示装置と、
ユーザの操作に応じて前記コンテンツの内容を変化させ、変化した前記コンテンツの内容に基づいて、力覚を提示するための提示力を算出する、情報処理部と、
ユーザの操作に応じて力覚を提示する、力覚提示装置と、を備え、
前記力覚提示装置は、
当該情報端末から前記ユーザの操作に用いる部分に引張方向の力を伝達する、複数の伝達部材と、
前記ユーザの操作に用いる部分の位置を検出する、位置検出部と、
前記複数の前記伝達部材それぞれ毎に、前記情報処理部によって算出された提示力と、検出された前記位置とに基づいて、前記伝達部材における前記引張方向の力を、その変動幅が設定範囲内に収まるように算出する、制御部と、
前記複数の前記伝達部材それぞれ毎に、算出された前記引張方向の力を発生させる、駆動部と、
を備え、
複数の前記伝達部材それぞれは、当該装置における、前記ユーザが操作において使用する空間に含まれない位置から、前記ユーザの操作に用いる部分へと伸びる、紐状の部材であり、
前記制御部は、前記引張方向の力それぞれが最小となり、更に、前記引張方向の力の合力と前記提示力との差が最小となるようにして、加えて、前記引張方向の力それぞれの間の差が大きくなることを抑制する関数を用いることによって、前記引張方向の力それぞれを、それぞれの変動幅が設定範囲内に収まるように算出する、
ことを特徴とする情報端末。

【請求項5】

ユーザの操作に応じて力覚を提示するための方法であって、
当該装置から前記ユーザの操作に用いる部分に引張方向の力を伝達する、複数の伝達部材と、前記ユーザの操作に用いる部分の位置を検出する、位置検出部と、前記伝達部材において、前記引張方向の力を発生させる、駆動部と、を備え、複数の前記伝達部材それぞれは、当該装置における、前記ユーザが操作において使用する空間に含まれない位置から、前記ユーザの操作に用いる部分へと伸びる、紐状の部材である、装置を用い、
（ａ）前記複数の前記伝達部材それぞれ毎に、前記ユーザに力覚を提示するための提示力と、検出された前記位置とに基づいて、前記伝達部材における前記引張方向の力を、その変動幅が設定範囲内に収まるように算出する、ステップと、
（ｂ）前記駆動部に、前記複数の前記伝達部材それぞれ毎に、算出した前記引張方向の力を発生させる、ステップと、
を実行し、
前記（ａ）のステップにおいて、前記引張方向の力それぞれが最小となり、更に、前記引張方向の力の合力と前記提示力との差が最小となるようにして、加えて、前記引張方向の力それぞれの間の差が大きくなることを抑制する関数を用いることによって、前記引張方向の力それぞれを、それぞれの変動幅が設定範囲内に収まるように算出する、ことを特徴とする力覚提示方法。

【請求項6】

ユーザの操作に応じて力覚を提示するため、
コンピュータと、前記コンピュータから前記ユーザの操作に用いる部分に引張方向の力を伝達する、複数の伝達部材と、前記ユーザの操作に用いる部分の位置を検出する、位置検出部と、前記伝達部材において、前記引張方向の力を発生させる、駆動部と、を備え、複数の前記伝達部材それぞれは、当該装置における、前記ユーザが操作において使用する空間に含まれない位置から、前記ユーザの操作に用いる部分へと伸びる、紐状の部材である、装置において、
前記コンピュータに、
（ａ）前記複数の前記伝達部材それぞれ毎に、前記ユーザに力覚を提示するための提示力と、検出された前記位置とに基づいて、前記伝達部材における前記引張方向の力を、その変動幅が設定範囲内に収まるように算出する、ステップと、
（ｂ）前記駆動部に、前記複数の前記伝達部材それぞれ毎に、算出した前記引張方向の力を発生させる、ステップと、
を実行させ、
前記（ａ）のステップにおいて、前記引張方向の力それぞれが最小となり、更に、前記引張方向の力の合力と前記提示力との差が最小となるようにして、加えて、前記引張方向の力それぞれの間の差が大きくなることを抑制する関数を用いることによって、前記引張方向の力それぞれを、それぞれの変動幅が設定範囲内に収まるように算出する、プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ユーザに対して力覚を提示するための力覚提示装置、これを備えた情報端末、力覚提示方法、及びこれらを実現するためのプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、タッチパネル機器といった、ユーザによる入力操作を受け付ける入力装置において、入力操作に応じたユーザへのフィードバックは、画像または音による情報提示のみによって行なわれている。

【0003】

よって、このような入力装置では、ユーザが、ディスプレイに映し出されたソフトウェアキーボードをいくら押し込んでも、実物のキーのクリック感覚と同様の入力操作フィードバックは得られないので、ユーザが、指の下でタッチしているのが何であるのかを認識することは困難である。結果、ユーザにおいて、コンテンツの情報が得られずに、使いにくいという問題が発生する。

【0004】

このような問題に対応するため、種々の力覚提示装置が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。具体的には、特許文献１は、図１７に示すように、４本のワイヤ２０１によって空間２００内に保持された力覚提示部材２０２を用いて、力覚を提示する力覚提装置を開示している。図１７は、特許文献１に開示された力覚提示装置の概略構成を示す図である。

【0005】

図１７に示すように、特許文献１に開示された力覚提示装置では、空間２００内において、４本のワイヤ２０１は、２本が、空間上方の対角の位置から力覚提示部材２０２を引っ張り、残りの２本が空間下方の対角の位置から力覚提示部材２０２を引っ張るように配置される。

【0006】

また、図１７では図示していないが、ワイヤ２０１毎に、ワイヤ２０１を引っ張り始める位置又はその近傍に、巻き取り用のモータ（図１７において図示せず）が設置されている。このため、特許文献１に開示された触力覚提示装置では、コンテンツの内容に応じて各モータを動作させて各ワイヤ２０１の張力τ_１〜τ_４を調整することで、各ワイヤ２０１で保持されたグリップ２０２を介して、ユーザに力覚を提示することができる。

【0007】

特許文献２も、ワイヤによって保持された力覚提示部材によってユーザに力覚を提示する、力覚提示装置を開示している。但し、特許文献２に開示された力覚提示装置では、空間内にワイヤ毎にレールが設置されており、更に、そのレール上を、ワイヤ巻き取り用のモータが移動できるように構成されている。このため、特許文献２に開示された力覚提示装置では、ワイヤは三本しか備えられていないにも拘わらず、空間内のどの位置においても力覚の提示が可能となっている。

【0008】

また、スマートフォン、タブレット型端末等の携帯型の情報端末に、力覚提示装置を搭載することが求められているが、特許文献１及び２に開示された力覚提示装置では、構造上、携帯型の情報端末に搭載することは困難である。これに対して、特許文献３は、携帯型の情報端末への搭載が可能な構成となっている。具体的には、特許文献３に開示された力覚提示装置では、各ワイヤを引っ張るアクチュエータを平面的に配置することで、携帯型の情報端末への搭載を可能にしている。

【0009】

また、特許文献１〜３に開示されるワイヤを用いた力覚提示装置において、適切な力覚を提示するためには、各ワイヤの張力を最適化することが重要となる。このため、特許文献１は、各ワイヤの張力τ_１〜τ_iの算出方法として、下記の数１及び数２を用いた算出方法を提案している。なお、下記の数１及び数２において、ｉは任意の整数である。また、τ_ｍｉｎは、ワイヤを緩ませないための張力の最小値を示し、τ_ｍａｘは、アクチュエータの出力値で決定される張力の最大値を示している。また、Ｊは目的関数であり、Ｆは目的の提示力である。更に、Φ_ｉは方向ベクトル、γは各項の比重を決定する定数（数２において、第１項目と第２項目との優先度合を示す係数）である。

【0010】

【数1】

【0011】

【数2】

【0012】

そして、上記数２の目的関数Ｊでは、第１項目にて目的の提示力Ｆとワイヤの張力の合力との差が最小化され、第２項目にて各アクチュエータの線形二乗和が取り入れられる。このため、上記数１及び数２を用いることにより、力覚提示装置における消費エネルギの最適化が図られることになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】特開２００３−１７２６６２号公報

【特許文献2】特開２００５−１６５８５１号公報

【特許文献3】国際公開第２０１４／０３４５５０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

ところで、上記特許文献１に開示されたワイヤの張力の算出方法を、特許文献３に開示された力覚提示装置に適用した場合は、各ワイヤの張力を最適化することが難しいという問題があり、結果、不自然な力覚が提示されることがある。以下、具体的に説明する。

【0015】

まず、特許文献３に開示された力学提示装置では、各ワイヤの引張を開始する位置が同一平面上に設定されているため、上記の数１及び数２を用いた場合、張力の組み合わせが複数存在し、解の一意性が保証されないことになる。このため、特定のワイヤに張力が偏った状態で、各ワイヤに張力が分配されてしまうことがある。そして、この状態で、力覚提示部材の位置が変わる等して、張力が偏ったワイヤが入れ替わると、ワイヤの張力が急激に変化してしまうことになり、結果、力覚提示部材が発信して不自然な力覚が提示されてしまう。

【0016】

［発明の目的］
本発明の目的の一例は、上記問題を解消し、引張方向の力を利用して力覚を提示する際において、引張を開始する位置に影響されることなく、適切な力覚提示を行ない得る、力覚提示装置、情報端末、力覚提示方法、及びプログラムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0017】

上記目的を達成するため、本発明の一側面における力覚提示装置は、ユーザの操作に応じて力覚を提示するための装置であって、
当該装置から前記ユーザの操作に用いる部分に引張方向の力を伝達する、伝達部材と、
前記ユーザの操作に用いる部分の位置を検出する、位置検出部と、
前記ユーザに力覚を提示するための提示力と、検出された前記位置とに基づいて、前記伝達部材における前記引張方向の力を、その変動幅が設定範囲内に収まるように算出する、制御部と、
前記伝達部材において、算出された前記引張方向の力を発生させる、駆動部と、
を備えている、
ことを特徴とする。

【0018】

上記目的を達成するため、本発明の一側面における情報端末は、画面に表示されたコンテンツの内容に応じてユーザに力覚を提示可能な情報端末であって、
前記コンテンツを表示させる、表示装置と、
ユーザの操作に応じて前記コンテンツの内容を変化させ、変化した前記コンテンツの内容に基づいて、力覚を提示するための提示力を算出する、情報処理部と、
ユーザの操作に応じて力覚を提示する、力覚提示装置と、を備え、
前記力覚提示装置は、
当該情報端末から前記ユーザの操作に用いる部分に引張方向の力を伝達する、伝達部材と、
前記ユーザの操作に用いる部分の位置を検出する、位置検出部と、
前記情報処理部によって算出された提示力と、検出された前記位置とに基づいて、前記伝達部材における前記引張方向の力を、その変動幅が設定範囲内に収まるように算出する、制御部と、
前記伝達部材において、算出された前記引張方向の力を発生させる、駆動部と、
を備えている、
ことを特徴とする。

【0019】

また、上記目的を達成するため、本発明の一側面における力覚提示方法は、ユーザの操作に応じて力覚を提示するための方法であって、
当該装置から前記ユーザの操作に用いる部分に引張方向の力を伝達する、伝達部材と、前記ユーザの操作に用いる部分の位置を検出する、位置検出部と、前記伝達部材において、前記引張方向の力を発生させる、駆動部と、を備える装置を用い、
（ａ）前記ユーザに力覚を提示するための提示力と、検出された前記位置とに基づいて、前記伝達部材における前記引張方向の力を、その変動幅が設定範囲内に収まるように算出する、ステップと、
（ｂ）前記駆動部に、算出した前記引張方向の力を発生させる、ステップと、
を実行する、ことを特徴とする。

【0020】

更に、上記目的を達成するため、本発明の一側面におけるプログラムは、ユーザの操作に応じて力覚を提示するため、
コンピュータと、前記コンピュータから前記ユーザの操作に用いる部分に引張方向の力を伝達する、伝達部材と、前記ユーザの操作に用いる部分の位置を検出する、位置検出部と、前記伝達部材において、前記引張方向の力を発生させる、駆動部と、を備える装置において、
前記コンピュータに、
（ａ）前記ユーザに力覚を提示するための提示力と、検出された前記位置とに基づいて、前記伝達部材における前記引張方向の力を、その変動幅が設定範囲内に収まるように算出する、ステップと、
（ｂ）前記駆動部に、算出した前記引張方向の力を発生させる、ステップと、
を実行させる、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0021】

以上のように本発明によれば、引張方向の力を利用して力覚を提示する際において、引張を開始する位置に影響されることなく、適切な力覚提示を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１は、本発明の実施の形態１における情報端末の外観を示す斜視図である。

【図2】図２は、本発明の実施の形態１における情報端末の各構成部品を示す分解斜視図である。

【図3】図３は、本発明の実施の形態１における情報端末の構成を示すブロック図である。

【図4】図４は、本発明の実施の形態１における力覚提示装置及び情報端末の動作を示すフロー図である。

【図5】図５は、図４に示したステップＳ１０１を説明するための図である。

【図6】図６（ａ）は、図４に示したステップＳ１０３を説明するための図であり、図６（ｂ）は、ステップＳ１０３における張力の算出処理で用いられる座標軸を示す図である。

【図7】図７（ａ）は、目的提示力がＦ_ｅｘである場合の各伝達部材の張力を示す図であり、図７（ｂ）及び（ｃ）は、図７（ａ）に示す目的提示力を実現するための張力の組み合わせを示す図である。

【図8】図８は、本発明の実施の形態で用いられる目的関数における変化を説明する図である。

【図9】図９は、本発明の実施の形態２における力覚提示装置及び情報端末の動作を示すフロー図である。

【図10】図１０は、本発明の実施の形態３における力覚提示装置及び情報端末の動作を示すフロー図である。

【図11】図１１は、本発明の実施の形態の変形例７における情報端末の外観構成を示す図である。

【図12】図１２は、本発明の実施の形態の変形例７における情報端末の使用例を示す図である。

【図13】図１３は、図１１に示す情報端末及び力覚提示装置の構成を示すブロック図である。

【図14】図１４（ａ）は、本発明の実施の形態の変形例７の他の態様での画面の一例を示す図であり、図１４（ｂ）は、画面とユーザの顔の向きとの関係を示す図である。

【図15】図１５（ａ）は、本発明の実施の形態の変形例７の他の態様での画面の一例を示す図であり、図１５（ｂ）は、画面とユーザの顔の向きとの関係を示す図である。

【図16】図１６は、実施の形態１〜３のいずれかの力覚提示装置を備えたヘットマウントディスプレイの一例を示す図である。

【図17】図１７は、特許文献１に開示された力覚提示装置の概略構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における、力覚提示装置、情報端末、力覚提示方法、及びプログラムについて、図１〜図８を参照しながら説明する。

【0024】

［装置構成］
最初に、図１〜図３を用いて、本実施の形態１における力覚提示装置及び情報端末の構成を説明する。まず、図１を用いて、本実施の形態１における情報端末の外観構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態１における情報端末の外観を示す斜視図である。

【0025】

図１に示すように、本実施の形態１における情報端末１００は、タブレット型の情報端末であり、後述の図２に示すように、ユーザ１１０に力覚を提示する力覚提示装置を備えている。

【0026】

本実施の形態１では、情報端末１００は、端末背面側（画面１０１が設けられた側の反対側）の空間において、ユーザ１１０の操作に用いる部分、具体的には、指の位置を検出することができる。このため、ユーザ１１０は指の位置を動かすことによって入力操作を行うことができる。

【0027】

また、情報端末１００は、画面１０１上に、仮想空間を表示することができ、更に、ユーザ１１０の指に相当するオブジェクト（以下「ユーザオブジェクト」と表記する。）１０２を、検出された位置に合わせて仮想空間内に表示することもできる。そして、仮想空間内に配置されている仮想オブジェクト１０３とユーザオブジェクト１０２とが接触した場合は、情報端末１００の力覚提示装置が、ユーザ１１０の指に対して、仮想オブジェクト１０３に触れた感触を伝達する。

【0028】

つまり、情報端末１００では、ユーザ１１０が、指を動かしたり、仮想オブジェクト１０３が動いたりすることにより、ユーザ１１０に、仮想空間内の動作及び状態が、力覚として提示される。また、情報端末１００では、その背面側の空間がユーザ１１０の操作空間となるので、広い範囲での３次元的な力覚の提示が可能となる。なお、図１においては、ユーザ１１０の指と仮想オブジェクト１０３との位置関係を示すため、現実空間に存在した場合の仮想オブジェクト１０３が破線で示されている。

【0029】

続いて、図２を用いて、情報端末１００の内部構成について説明する。図２は、本発明の実施の形態１における情報端末の各構成部品を示す分解斜視図である。図２に示すように、情報端末１００は、ユーザ１１０（図１参照）の操作に応じて力覚を提示する力覚提示装置１０と、画面上にコンテンツを表示させる表示装置２０と、情報処理部４０と、を備えている。

【0030】

このうち、表示装置２０は、液晶表示パネル、有機ＥＬパネルといった薄型の表示パネルである。情報処理部４０は、情報端末１００において必要な各種処理を行なっており、例えば、ユーザ１１０の操作に応じて、コンテンツの内容を変化させる。また、情報処理部４０は、変化したコンテンツの内容に基づいて、ユーザ１１０に力覚を提示するための提示力を算出する。なお、情報処理部４０における処理については、図３を用いて後述する。

【0031】

また、図２に示すように、力覚提示装置１０は、伝達部材１２と、位置検出部１３と、駆動部１１と、制御部１４とを備えている。このうち、伝達部材１２は、情報端末１００からユーザ１１０の操作に用いる部分に引っ張り方向の力（以下、「張力」と表記する。）を伝達する部材である。ユーザの操作に用いる部分は、図１及び図２の例では指であり、ユーザはこの部分によって力覚の提示を受けることになる。

【0032】

位置検出部１３は、ユーザ１１０の操作に用いる部分（図１及び図２の例では指）の位置を検出する。制御部１４は、ユーザ１０に力覚を提示するための提示力と、検出された位置とに基づいて、伝達部材１２における張力を、その変動幅が設定範囲内に収まるように算出する。駆動部１１は、伝達部材１２において、算出された張力を発生させる。

【0033】

なお、変動幅とは、前回の算出時の値と最新の算出時の値との差をいうものとする。更に、変動幅の設定範囲は、各伝達部材の張力の変動によって、不自然な力覚が提示されない範囲であり、実験等によって適宜設定されていても良いし、後述するように関数によって制限される範囲であっても良い。

【0034】

このように、本実施の形態では、制御部１４は、伝達部材１２における張力が急激に変動しないように、駆動部１１で発生する張力を調整している。この結果、本実施の形態によれば、張力を利用して力覚を提示する際において、引張を開始する位置に影響されることなく、即ち、図２に示すように各伝達部材１２の引張を開始する位置が同一平面上に設定されていても、適切な力覚提示を行なうことが可能となる。

【0035】

また、本実施の形態１では、制御部１４は、予め、駆動部１１に、設定された大きさの張力を初期力として発生させることができる。この場合、制御部１４は、情報処理部４０によって算出された提示力が、伝達部材１２を介してユーザ１１０（図２参照）に与えられるように、初期力を増加又は減少させる。なお、本発明でいう「力覚」とは、ユーザが感じる、反発力、抵抗力、外力、感触、等を意味する。

【0036】

ここで、本実施の形態１における情報端末１００及び力覚提示装置１０の構成について更に具体的に説明する。図２に示すように、情報端末１００は、ユーザ側から順に、枠状に形成されたカバー５０と、表示装置２０と、箱状の筐体５１とを備えている。カバー５０は、表示装置２０の画面が露出するように、筐体５１の開口部分に取り付けられる。

【0037】

上述した、駆動部１１、制御部１４、位置検出部１３、及び情報処理部４０は、表示装置２０の背面側となる筐体５１の内部に配置されている。また、図２に示すように、本実施の形態１では、４本の伝達部材１２が備えられており、これに対応して４つの駆動部１１が配置されている。よって、制御部１４は、伝達部材１４毎に、張力を算出し、対応する駆動部１１に、算出された張力を発生させる。

【0038】

本実施の形態１では、伝達部材１２は、それぞれ、力覚提示装置１０における、ユーザが操作において使用する空間に含まれない位置から、ユーザ１１０における操作に用いる部分（指）へと伸びる紐状の部材である。具体的には、各伝達部材１２は、ワイヤであり、情報端末１００の背面の操作空間に重ならない位置から、ユーザ１１０の指へと伸びている（図１参照）。また、各伝達部材１２の先端は、ユーザ１１０の力覚の提示を受ける部分に装着される装着部材３０に固定されている。具体的には、装着部材３０としては、ユーザ１１０の指に装着可能なリング状の部材が用いられている。

【0039】

また、本実施の形態１では、各駆動部１１としては、プーリ１５が軸に取り付けられたモータが用いられている。この例では、対応する伝達部材１２をプーリ１５で巻き取ることによって、対応する伝達部材１２に張力が与えられる。

【0040】

更に、筐体５０の底面には、伝達部材１２毎に、通し穴１６が設けられており、各伝達部材１２は、通し穴１６を経由して、情報端末１００の背面側へと伸びる。なお、各通し穴１６の位置は、上述したように操作空間に重ならない位置であれば良い。

【0041】

このように、本実施の形態１においては、４本の伝達部材１２によって、装着部材３０が引っ張られることによって、ユーザ１１０の指に、提示力に応じた力覚が提示される（図１参照）。つまり、各駆動部１１が伝達部材１３に与える張力の合力によって、力覚が提示される。

【0042】

なお、本実施の形態１では、伝達部材１２は、通し穴１６と接触した状態で、駆動部１に引っ張られることから、「伝達部材１２における引張を開始する位置」は、伝達部材１２の通し穴１６位置（又は通し穴１６との接触位置）とみなすことができる。よって、各通し穴１６が同一平面上に設けられているため、各伝達部材１２における引張を開始する位置も、同一平面上に設定されることになる。

【0043】

また、本実施の形態１では、位置検出部１３は、駆動部１１毎に、その軸に設けられたエンコーダである。このため、位置検出部１３は、ユーザの操作に用いる部分の位置を検出するためのデータ（以下、「位置検出データ」と表記する。）として、モータの軸の回転数を特定するデータを、情報処理部４０に出力する。

【0044】

情報処理部４０は、各位置検出部１３から出力された位置検出データを受け取ると、予め登録されている、伝達部材１２の全長、プーリ１５の直径、プーリ１５から通し穴１６までの距離等に基づいて、各伝達部材１２の通し穴１６から装着部材３０までの長さを算出する。また、情報処理部４０は、後述するように、算出された各伝達部材１２の長さに基づいて、ユーザ１１０の操作に用いる部分の位置、即ち、装着部材３０の位置を算出する。更に、情報処理部４０は、算出した位置を、制御部１４に通知する。

【0045】

また、本実施の形態１では、制御部１４及び情報処理部４０は、それぞれ、マイコン等のコンピュータによって実現されている。また、両者は、それぞれ別々のコンピュータによって実現されていても良いし、同一のコンピュータによって実現されていても良い。

【0046】

図２に示すように、本実施の形態１では、駆動部１１が発生した張力の伝達機構として、紐状の部材（伝達部材１２）が用いられる。従って、力覚提示装置１０において、構成部材の軽量化と、力覚を提示するための機構の単純化とが図られるので、情報端末１００の小型軽量化が達成される。

【0047】

また、本実施の形態１では、駆動部材１２による張力の伝達方向は、プーリ１５及び通し穴１６の位置によって、自由に設定できる。更に、伝達部材１２の通し穴から装着部材３０までの距離は、プーリ１５での巻き取り量によって、自由に設定できる。従って、ユーザが指を動かすことのできる範囲を大きくできるので、広い範囲での３次元的な力覚の提示が可能となる。また、伝達部材１２として、軽量な紐状の部材が用いられているので、ユーザは、指を動かす際に、機械的な抵抗などを感じ難いといえる。

【0048】

なお、図１７を用いて説明した特許文献１に開示された力覚提示装置では、ワイヤを引っ張るモータを空間内の上方と下方とに配置する必要があったが、図２に示したように、本実施の形態１では、駆動部１１は、筐体５１の底面に平面的に配置される。このため、図２に示す力覚提示装置１０を、平面的な形状の情報端末１００に実装することは、容易である。

【0049】

続いて、図３を用いて、情報端末１００でやり取りされるデータについて説明する。図３は、本発明の実施の形態１における情報端末の構成を示すブロック図である。

【0050】

図３に示すように、情報処理部４０は、表示装置２０、位置検出部１３、及び制御部１４に接続されている。また、制御部１４は、駆動部（モータ）１１に接続されている。

【0051】

この構成では、ユーザ１１０が、装着部材３０を装着した指を、情報端末１００の背面側で動かすと、各位置検出部１３が、位置検出データａを情報処理部４０に出力する。

【0052】

情報処理部４０は、各位置検出データａを受け取ると、受け取った位置検出データａに基づいて、ユーザ１１０の指（装着部材１３）の位置を特定する。更に、情報処理部４０は、特定したユーザ１１０の指の位置を、制御部１４に通知する。

【0053】

また、情報処理部４０は、ユーザ１１０の指の位置を特定すると、特定した位置に応じて、ユーザオブジェクト１０２（図１参照）の位置を変更する。そして、情報処理部４０は、コンテンツデータ４１を参照し、ユーザオブジェクト１０２とコンテンツ内の仮想オブジェクト１０３とを連動させる処理を行ない、その処理内容が反映されたコンテンツの表示情報を表示データｅとして表示装置２０に出力する。

【0054】

コンテンツデータ４１の具体例としては、ゲームプログラム、シミュレーションプログラムなどの、仮想空間を提供するアプリケーションプログラムのデータ、更にはＷｅｂサイトのデータが挙げられる。また、コンテンツデータ４１は、情報端末１００に備えられた記憶装置に格納されていても良いし、インターネットで接続された別の機器（コンピュータ）に格納されていても良い。

【0055】

また、このとき、情報処理部４０は、ユーザオブジェクト１０２に仮想空間内で発生した力を算出し、算出した力を特定するデータｂ（以下「提示データｂ」と表記する。）を、制御部１４に出力する。このとき算出された力は、オブジェクトに発生した反発力等であり、この力が、ユーザに力覚を提示するための力、即ち、ユーザに伝達すべき提示力に相当する。

【0056】

制御部１４は、情報処理部４０によって通知された位置と、提示データｂによって特定される提示力とに基づいて、各伝達部材１２の張力を算出する。具体的には、本実施の形態１では、制御部１４は、各張力が最小となり、更に、各張力の合力と提示力との差が最小となるようにして、加えて、張力間の差が大きくなることを抑制する関数を用いて、各張力を算出する。また、このような関数を用いることにより、本実施の形態１では、各張力の変動幅は、設定範囲内に収まることになる。

【0057】

そして、制御部１４は、各伝達部材１２の張力を算出すると、駆動部１１毎に、張力を発生させるための制御データｄを生成し、これを各駆動部１１に出力する。具体的には、制御部１４は、電源回路（図示せず）を用いて、駆動部１１として機能するモータを駆動するためのパルス信号を生成し、これを制御データｄとして出力する。これにより、各駆動部（モータ）１１は、算出された張力で伝達部材１２を引っ張り、ユーザ１１０の指先には、提示データｂによって特定される提示力が力覚として提示される。

【0058】

［装置動作］
次に、本実施の形態１における力覚提示装置１０及び情報端末１００の動作について図４〜図８を用いて説明する。まず、図４を参照して力覚提示装置１０及び情報端末１００の全体の動作について説明する。図４は、本発明の実施の形態１における力覚提示装置及び情報端末の動作を示すフロー図である。

【0059】

なお、以下の説明においては、適宜図１〜図３を参酌する。また、本実施の形態１では、力覚提示装置１０を動作させることによって、力覚提示方法が実施される。よって、本実施の形態１における力覚提示方法の説明は、以下の力覚提示装置１０の動作説明に代える。

【0060】

最初に、図１に示すように、ユーザ１１０が、情報端末１００の背面の空間において、表示装置２０の画面上に表示されるコンテンツを操作しようと、指を動かすとする。これにより、図３に示したように、位置検出部１３それぞれは、位置検出データａを、情報処理部４０に出力する。

【0061】

次に、図４に示すように、情報処理部４０は、出力されてきた位置検出データａに基づいて、各伝達部材１２の通し穴１６から装着部材３０までの長さを算出し、更に、算出された各伝達部材１２の長さに基づいて、ユーザ１１０の指の位置を特定する（Ｓ１０１）。ステップＳ１０１では、情報処理部４０は、特定した位置を、制御部１４に通知する。また、情報処理部４０は、特定した位置に応じて、ユーザオブジェクト１０２（図１参照）の位置を変更する。

【0062】

次に、情報処理部４０は、コンテンツデータ４１を参照し、ユーザオブジェクト１０２に仮想オブジェクト１０３を連動させる処理（コンテンツ連動処理）を実行する（ステップＳ１０２）。また、ステップＳ１０２では、情報処理部４０は、コンテンツ連動処理の処理内容が反映されたコンテンツの表示情報を、表示データｅとして表示装置２０出力する。更に、ステップＳ１０２では、情報処理部４０は、ユーザオブジェクト１０２に仮想空間内で発生した力を算出し、算出した力を特定する提示データｂを、制御部１４に出力する。

【0063】

次に、制御部１４は、情報処理部４０から提示データｂを受け取ると、ステップＳ１０１で特定された位置と提示データｂとを用いて、提示データｂで特定される提示力（以下「目的提示力」と表記する。）を提示する上で各駆動部１１が出力すべき張力を算出する（ステップＳ１０３）。また、ステップＳ１０３では、制御部１４は、更に、各駆動部１１によって、算出された張力が発生するように制御データｄを生成し、これを各駆動部１１に出力する。

【0064】

ステップＳ１０３が実行されると、力覚提示装置１０は、ユーザ１１０の指先に、装着部材３０を介して力覚を提示する（ステップＳ１０４）。また、表示装置の画面１０１には、ステップＳ１０２で情報処理部４０が出力した表示データｅに基づいて、コンテンツ連動処理後のコンテンツが表示される（ステップＳ１０５）。なお、ステップＳ１０４とステップＳ１０５とは、同時に実行されても良い。

【0065】

また、本実施の形態１においては、ステップＳ１０１〜Ｓ１０５は、繰り返し実行される。よって、ユーザ１１０が、ある位置から別の位置までを指を動かした場合は、開始から終了までの間に、ステップＳ１０１〜Ｓ１０５は繰り返し実行されるので、その間、ユーザ１１０は、連続して、力覚の提示を受けることができる。

【0066】

ここで、図４に示したステップＳ１０１〜ステップＳ１０５までの各ステップについて、図５〜図８を用いて更に詳細に説明する。

【0067】

［ステップＳ１０１］
まず、図５を用いて、図４に示したステップＳ１０１（指位置検出処理）について説明する。図５は、図４に示したステップＳ１０１を説明するための図である。ステップＳ１０１の指位置検出処理では、上述したように、情報端末１００の背面側において、伝達部材１２の先端に接続されている装着部材３０の位置が、位置検出部１３が特定した伝達部材１２の長さによって特定される。

【0068】

具体的には、図５に示すように、各伝達部材１２の通し穴１６から装着部材３０までの長さを、それぞれ、ｌ_１、ｌ_２、ｌ_３、ｌ_４とし、画面の水平方向において隣り合う通し穴間の間隔をｗとし、画面の垂直方向において隣り合う通し穴間の間隔をｈとする。この場合、情報処理部４０は、ｌ_１、ｌ_２、ｌ_３、ｌ_４、ｗ、及びｈを用いて、装着部材１２の座標（ｘ、ｙ、ｚ）を幾何的に算出する。

【0069】

［ステップＳ１０２］
次に、図１を参照しながら、図４に示したステップＳ１０２（コンテンツ連動処理）について説明する。ステップＳ１０２のコンテンツ連動処理では、上述したように、ユーザ１１０の実際の指の動きに合せて、仮想空間内でユーザオブジェクト１０２が動き、更に、仮想空間内の仮想オブジェクト１０３は、ユーザオブジェクト１０２に連動する。

【0070】

具体的には、情報処理部４０は、ユーザオブジェクト１０２の動きに追従して、仮想オブジェクト１０３を動かして、仮想空間内の仮想オブジェクトと実空間の物体（ユーザ１１０の指）とのインタラクション（相互作用）を取る。このとき、情報処理部４０は、仮想空間内の物理シミュレータを用いて、ユーザオブジェクト１０２と仮想オブジェクト１０３とが接触した際の位置の変化及び接触力をシミュレートする。

【0071】

そして、情報処理部４０は、ユーザオブジェクト１０２と仮想オブジェクト１０３との仮想空間での物理係数に応じて、接触によって両者に生じた反力を計算する。なお、物理係数としては、ユーザオブジェクト１０２及び仮想オブジェクト１０３それぞれの、質量、速度、加速度、接触方向、反発係数等が挙げられる。

【0072】

また、この計算された反力のうち、ユーザオブジェクト１０２が仮想オブジェクト１０３から受けた反力が、ユーザ１１０に提示すべき力覚に相当する（後述の図６参照）。よって、ユーザオブジェクト１０２が仮想オブジェクト１０３から受けた反力を「提示力Ｆ」とすると、情報処理部４０は、提示力Ｆが提示されるようにするため、提示力Ｆを特定する提示データｂを制御部１４に出力する。また、情報処理部４０は、その際の、ユーザオブジェクト１０２及び仮想オブジェクト１０３を表示するためのデータを、表示情報である表示データｅとして表示装置２０に出力する。

【0073】

［ステップＳ１０３］
次に、図６〜図８を用いて、図４に示したステップＳ１０３（張力の算出処理及び制御データの生成処理）について説明する。

【0074】

図６（ａ）は、図４に示したステップＳ１０３を説明するための図であり、図６（ｂ）は、ステップＳ１０３における張力の算出処理で用いられる座標軸を示す図である。図６（ａ）に示すように、目的提示力Ｆを提示するために必要となる各伝達部材１２の張力を、それぞれ、τ_１、τ_２、τ_３、τ_４とすると、目的提示力Ｆは、基本的には、引張力τ_１、τ_２、τ_３、及びτ_４の合力に相当する。

【0075】

また、力覚提示装置１０においては、その構造上の問題により、目的提示力Ｆの提示を実現できないことがある。具体的には、目的提示力Ｆの提示を実現できない場合としては、アクチュエータ（モータ）の出力が制限されている場合、装着部材３０が、通し穴１６間を線で結んで得られる領域に、その法線上において重ならない位置にある場合等がある。但し、本実施の形態においては、目的提示力Ｆは、あくまで目的とする提示力のことであり、実際には正確な提示が実現されていなくても良い。

【0076】

ここで、ステップＳ１０３について説明する前に、上述した特許文献１に示された数１及び数２を用いて、本実施の形態１における各伝達部材１２の張力を計算する場合の問題点について説明する。本実施の形態１においては、各伝達部材１２における引張の開始位置が同一平面上に設定されているため、以下の問題が発生する。

【0077】

上述した特許文献１に示された数２は、目的提示力Ｆと各伝達部材１２の張力の合力との差を最小化し、更に、アクチュエータの消費エネルギを最適化すべく、各伝達部材１２の張力の二乗和を最小化する、ことを目的とした式である。本実施の形態１における条件を数２に適用した場合は、下記の数３に示す通りとなる。

【0078】

【数3】

【0079】

また、上記数３において、伝達部材１２の張力τ_１〜τ_４はスカラー量である。そして、Φ_ｉは方向ベクトルであり、図６（ｂ）から分かるように、下記の数４によって表すことができる。

【0080】

【数4】

【0081】

なお、張力τ_１〜τ_４は引張方向でしか力を提示できないため、各伝達部材１２の張力の条件として、張力τ_１〜τ_４は基本的に正の値をとることとする。また、ユーザが操作を行なった際、伝達部材１２であるワイヤが弛まないようにするため、各張力の最小値τ_ｍｉｎと張力の最大値τ_ｍａｘとの制約条件は、上記数１から、下記の数５の通りとなる。

【0082】

【数5】

【0083】

そして、上記数３〜数５を用いて、各伝達部材１２の張力を計算した場合、各伝達部材１２における引張の開始位置が同一平面上に設定されているため、目的関数Ｊを満たす張力の組み合わせは複数存在することになる。この点について、図７（ａ）〜（ｃ）を用いて具体的に説明する。図７（ａ）は、目的提示力がＦ_ｅｘである場合の各伝達部材の張力を示す図であり、図７（ｂ）及び（ｃ）は、図７（ａ）に示す目的提示力を実現するための張力の組み合わせを示す図である。

【0084】

図７（ａ）の例では、ユーザの指（装着部材３０）は、各伝達部材１２の引張の開始位置を結んで得られる長方形状の領域の中心を通る法線上に位置している。そして、目的提示力Ｆ_ｅｘは、Ｚ軸方向の成分のみを含んでいる。この場合においては、各張力τ_１〜τ_４をＺ軸方向（法線方向）から見ると、図７（ｂ）及び（ｃ）に示すように複数の組み合わせが存在する。

【0085】

具体的には、図７（ｂ）に示す、張力τ_１と張力τ_３とが強く、張力τ_２と張力τ_４とが弱い組み合わせ、及び図７（ｃ）に示す、張力τ_１と張力τ_３とが弱く、張力τ_２と張力τ_４とが強い組み合わせである。このことから、上述した特許文献１に示された数１及び数２を用いた計算方法を、本実施の形態１での各伝達部材１２の張力の計算に適用した場合は、張力の組み合わせが複数存在し、解の一意性が保証されないという問題が発生する。

【0086】

従って、張力τ_１〜張力τ_４の組み合わせがどのようになるかは、ユーザの指（装着部材３０）の位置、計算の順序、種々の設定条件等によっては決定されないので、各張力の計算において、特定の伝達部材１２の張力の値が偏ってしまう可能性がある。そして、この状態で、ユーザの指の位置が変わる等すると、張力が偏った伝達部材１２が入れ替わってしまい、各伝達部材１２の張力は、急激に変化してしまうことになる。また、このことは、ユーザの指の位置、計算の順序、種々の設定条件等によって、張力τ_１〜張力τ_４の組み合わせが決定される場合であっても発生する。

【0087】

また、現実世界では、目的提示力Ｆが同じになるように、各張力の計算が行なわれていても、張力τ_１〜τ_４の組み合わせが変化し、特定の伝達部材において張力の急激な変化が発生すると、アクチュエータが発振してしまう可能性がある。この場合、アクチュエータの発振は、ユーザに対して、不快な振動となって伝達されてしまい、不自然な力覚が提示されてしまう。上述した特許文献１に示された数１及び数２を用いた計算方法は、図１７に示すような、ワイヤの引張の開始位置が空間的にレイアウトされている場合にのみ有効である。

【0088】

このような点から、本実施の形態１におけるステップＳ１０３では、各張力の計算において、上述した特許文献１に示された数１及び数２を用いた計算方法とは異なる計算方法が利用される。本実施の形態１では、特定の伝達部材の張力に偏りが発生しないようにするため、張力の計算にペナルティが与えられる。この結果、各張力は、ユーザの指の位置、計算の順序、種々の設定条件等に影響されることなく、連続な変化を保ち、不自然な力覚の提示が抑制される。

【0089】

つまり、本実施の形態１では、目的提示力Ｆと各張力の合力を最小化し、更にアクチュエータの消費エネルギを最適化するために各張力の二乗和を最小化することに加え、張力間の差が大きくなることを抑制する関数（以下「ペナルティ関数」と表記する。）が用いられる。これにより、各張力は、連続変化する様に計算され、それぞれの変動幅は、不自然な力覚が提示されない範囲内に収まることになる。

【0090】

具体的には、本実施の形態１では、各伝達部材の張力間の偏りに応じて評価値が変化するペナルティ関数が、目的関数Ｊに取り入れられる。そして、制御部１４は、この目的関数Ｊを用いて、各張力を最適化する最適化計算を実行する。本実施の形態１において用いられる目的関数Ｊの一例を下記の数６に示す。また、本実施の形態１において用いられるペナルティ関数Ｐ_ｅ（τ_ｉ）の一例を下記の数７に示す。

【0091】

【数6】

【0092】

【数7】

【0093】

上記数６において、第１項目は、目的提示力Ｆと各伝達部材１２の張力の合力との差を最小化する。第２項目のペナルティ関数は、特定の伝達部材１２の張力に偏りが発生しないようにしている。なお、上記数６及び数７において使用される各変数は、上記数１〜数５と同様である。

【0094】

本実施の形態１では、このように数６及び数７が用いられ、ペナルティ関数として、張力の逆数が設定されているので、特定の伝達部材の張力が、他の伝達部材の張力と比較して、極端に小さい値を示す場合に、可能な限り均等に張力分配しようとする力が働く。この結果、解の一意性が担保される。また、各伝達部材は引張方向でしか力を発生せず、張力は負の値を取ることができず、そして、ペナルティ関数は、各張力の値が負になると、評価値が無限大をとることをペナルティとするので、張力の最適化計算を行なうに際して、制約条件を設定する必要もない。

【0095】

また、上記数６及び数７の例では、第２項目のペナルティ関数として、張力の逆数を算出する関数が用いられているが、本実施の形態１では、ペナルティ関数は、張力間の差の大きさに応じて評価値に差がでるようにする関数であれば良い。他のペナルティ関数の例としては、各伝達部材の張力を二乗して得られた値の逆数を用いる関数、各伝達部材の張力の値に応じて評価値を単調減少させる関数等が挙げられる。

【0096】

更に、本実施の形態１では、上記数６以外の目的関数を用いることもできる。本実施の形態１において用いられる目的関数Ｊの他の例を下記の数８に示す。

【0097】

【数8】

【0098】

上記数８においては、第１項目及び第２項目は、上記数６の第１項目及び第２項目と同様であるが、新たに、各アクチュエータの張力の線形二乗和を表す第３項目が追加されている。このため、目的関数として上記数８が用いられる場合は、各アクチュエータにおける消費エネルギが最適化される。なお、上記数８において使用される各変数も、上記数１〜数５と同様である。

【0099】

ここで、図８を用いて、上記数８に示す目的関数について、より詳細に説明を行なう。図８は、本発明の実施の形態で用いられる目的関数における変化を説明する図である。

【0100】

図８に示すように、上記数８に示す目的関数Ｊにおいて、第３項目の最適化の関数は、消費エネルギを最適化するために、特定の伝達部材の張力τ_ｉが小さくなろうとすると、目的関数Ｊの評価値を低くして、全体の張力も小さくなるように働く。但し、第３項目の最適化の関数によって、張力の偏りが抑制されるわけではない。一方、第２項目のペナルティ関数は、張力の組み合わせ結果によって、特定の伝達部材の張力τ_ｉのみが小さくなろうとすると、目的関数Ｊの評価値を高くして、特定の伝達部材の張力τ_ｉのみが極端に小さくなることを防ぎ、張力の偏りを抑制する。この結果、上述したように、張力の連続な変化が保たれ、不自然な力覚の提示が抑制される。

【0101】

また、上記数８においては、第３項目の最適化の関数として、各張力の線形二乗和を算出する関数が用いられているが、本実施の形態１では、第３項目は、消費エネルギの最適化を評価する関数であれば良い。

【0102】

［プログラム］
本実施の形態１におけるプログラムは、コンピュータに、図４に示すステップＳ１０３を実行させるプログラムであれば良い。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施の形態１における力覚提示装置１０と力覚提示方法とを実現することができる。この場合、コンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）は、制御部１４として機能し、処理を行なう。

【0103】

また、力覚提示装置１０を実現可能なコンピュータは、特に限定されず、上述したマイコンであっても良いし、汎用のパーソナルコンピュータであっても良い。更に、力覚提示装置１０を実現可能なコンピュータは、携帯電話、スマートフォン、又はタブレット型の情報端末に備えられているコンピュータであっても良い。

【0104】

また、本実施の形態１におけるプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された状態で提供されても良いし、インターネット介して送信されても良い。なお、記録媒体の具体例としては、ＣＦ（Compact Flash）及びＳＤ（Secure Digital）等の汎用的な半導体記憶デバイス、フレキシブルディスク（Flexible Disk）等の磁気記憶媒体、又はＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）などの光学記憶媒体が挙げられる。

【0105】

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における、力覚提示装置、情報端末、力覚提示方法、及びプログラムについて、図９を参照しながら説明する。

【0106】

［装置構成］
まず、本実施の形態２において、力覚提示装置及び情報端末は、制御部における処理の点で、実施の形態１と異なるが、それ以外の点では、実施の形態１と同様である。よって、本実施の形態２における力覚提示装置及び情報端末は、図１〜図３に示した実施の形態１における力覚提示装置及び情報端末と同様に構成されているので、以下の説明では、適宜図１〜図３を参酌する。また、以下においては、相違点を中心に説明する。

【0107】

本実施の形態２においては、制御部１４（図２及び図３参照）は、各張力が最小となり、更に、各張力の合力と目的提示力Ｆとの差が最小となるようにして、加えて、特定の伝達部材の利用を優先させる関数を用いることによって、各張力を算出する。また、これにより、本実施の形態２においても、各張力の変動幅は設定範囲内に収まることになる。

【0108】

即ち、本実施の形態２では、必ず特定の伝達部材１２に張力の偏りが存在するように、プライオリティが与えられる。この結果、各張力は、ユーザの指の位置、計算の順序、種々の設定条件等に影響されることなく、連続な変化を保つので、ユーザに対して不快となる振動の発生は抑制され、不自然な力覚の提示も抑制される。

【0109】

［装置動作］
次に、本実施の形態２における力覚提示装置及び情報端末の動作について図９を用いて説明する。図９は、本発明の実施の形態２における力覚提示装置及び情報端末の動作を示すフロー図である。また、本実施の形態２でも、力覚提示装置を動作させることによって、力覚提示方法が実施される。よって、本実施の形態２における力覚提示方法の説明は、以下の力覚提示装置の動作説明に代える。

【0110】

最初に、図１に示すように、ユーザ１１０が、情報端末１００の背面の空間において、表示装置２０の画面上に表示されるコンテンツを操作しようと、指を動かすとする。これにより、図３に示したように、位置検出部１３それぞれは、位置検出データａを、情報処理部４０に出力する。

【0111】

次に、図９に示すように、情報処理部４０は、出力されてきた位置検出データａに基づいて、各伝達部材１２の通し穴１６から装着部材３０までの長さを算出し、更に、算出された各伝達部材１２の長さに基づいて、ユーザ１１０の指の位置を特定する（Ｓ２０１）。ステップＳ２０１は、図４に示したステップＳ１０１と同様のステップである。

【0112】

次に、情報処理部４０は、コンテンツデータ４１を参照し、ユーザオブジェクト１０２に仮想オブジェクト１０３を連動させる処理（コンテンツ連動処理）を実行する（ステップＳ２０２）。ステップＳ２０２は、図４に示したステップＳ１０２と同様のステップであり、情報処理部４０は、表示装置２０に表示データｅを出力し、制御部１４に提示データｂを出力する。

【0113】

次に、制御部１４は、情報処理部４０から提示データｂを受け取ると、ステップＳ２０１で特定された位置と提示データｂとを用いて、各駆動部１１が出力すべき張力を算出する（ステップＳ２０３）。また、ステップＳ２０３では、制御部１４は、更に、各駆動部１１によって、算出された張力が発生するように制御データｄを生成し、これを各駆動部１１に出力する。

【0114】

このように、ステップＳ２０３においても、図４に示したステップＳ１０１と同様に、各伝達部材の張力が算出されるが、ステップＳ２０３は、張力の計算方法の点で、ステップＳ１０３と異なっている。

【0115】

即ち、図４に示したステップＳ１０３では、各伝達部材１２の張力に偏りが生じないように張力分配計算が行なわれていたのに対して、本実施の形態２におけるステップＳ２０３では、各伝達部材１２の張力に特定の偏りが生じるように張力分配計算が行なわれる。

【0116】

具体的には、本実施の形態２では、特定の伝達部材１２の利用を優先させる関数（以下、「プライオリティ関数」と表記する。）が、目的関数Ｊに取り入れる。そして、制御部１４は、この目的関数Ｊを用いて、各張力を最適化する最適化計算を実行する。本実施の形態２において用いられる目的関数Ｊの一例を下記の数９に示す。また、本実施の形態２において用いられるプライオリティ関数Ｐ_ｒ（τ_ｉ）を下記の数１０に示す。

【0117】

【数9】

【0118】

【数10】

【0119】

上記数９において、第１項目は、目的提示力Ｆと各伝達部材１２の張力の合力との差を最小化し、第２項目は、各アクチュエータの線形二乗和を目的関数に取り入れることで消費エネルギを最適化する。また、第３項目のプライオリティ関数は、特定の伝達部材１２が優先的に使われるようにしている。なお、上記数９及び数１０においても、使用される各変数は、上記数１〜数５と同様である。

【0120】

本実施の形態２では、このように、数９及び数１０が用いられ、プライオリティ関数として、張力τ_１〜τ_４に定数ｉを組み合わせた関数が用いられている。このため、張力τ_４を活用すると、最も目的関数Ｊの評価値が高くなってしまうので、制御部１４は、張力τ_１の伝達部材１２、張力τ_２の伝達部材１２、張力τ_３の伝達部材１２、張力τ_４の伝達部材１２の順で、張力τ_１の伝達部材１２を最も優先させて使用することになる。

【0121】

また、上述の例では、第３項目のプライオリティ関数として、張力τにその添え字を定数として組み合わせた関数が設定され、τ_１、τ_２、τ_３、τ_４の順に優先度が設定されている。但し、本実施の形態２では、プライオリティ関数が設定する優先順位はこの例に限定されるものではない。本実施の形態２においては、プライオリティ関数は、特定の伝達部材１２を優先的に使用する関数であれば良く、上記数１０に限定されるものではない。

【0122】

例えば、本実施の形態２においては、プライオリティ関数として、下記の数１１に示す関数を用いることもできる。下記の数１１に示す関数を用いた場合は、張力τ_１を活用すると、最も目的関数Ｊの評価値が高くなってしまう。よって、制御部１４は、張力τ_４の伝達部材１２、張力τ_３の伝達部材１２、張力τ_２の伝達部材１２、張力τ_１の伝達部材１２の順で、張力τ_４の伝達部材１２を最も優先させて使用することになる。この結果、各張力の連続な変化が保たれ、不自然な力覚の提示が抑制される。

【0123】

【数11】

【0124】

その他、プライオリティ関数としては、数１０において、ｉの２乗を係数とした関数、同じく数１０において、単なる数字の列（１，４，３，２）で構成された定数を係数とした関数、等も挙げられる。

【0125】

ステップＳ２０３が実行されると、力覚提示装置１０は、ユーザ１１０の指先に、装着部材３０を介して力覚を提示する（ステップＳ２０４）。また、表示装置の画面１０１には、ステップＳ２０２で情報処理部４０が出力した表示データｅに基づいて、コンテンツ連動処理後のコンテンツが表示される（ステップＳ２０５）。ステップＳ２０４及びＳ２０５は、それぞれ、ステップＳ１０４及びステップＳ１０５と同様のステップである。

【0126】

また、本実施の形態２においても、ステップＳ２０１〜Ｓ２０５は、繰り返し実行される。よって、ユーザ１１０が、ある位置から別の位置までを指を動かした場合は、開始から終了までの間に、ステップＳ２０１〜Ｓ２０５は繰り返し実行されるので、その間、ユーザ１１０は、連続して、力覚の提示を受けることができる。

【0127】

［プログラム］
本実施の形態２におけるプログラムは、コンピュータに、図９に示すステップＳ２０３を実行させるプログラムであれば良い。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施の形態２における力覚提示装置と力覚提示方法とを実現することができる。この場合、コンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）は、制御部１４として機能し、処理を行なう。

【0128】

また、本実施の形態２においても、力覚提示装置を実現可能なコンピュータとしては、実施の形態１で述べたものが挙げられる。更に、本実施の形態２におけるプログラムも、実施の形態１と同様に、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された状態で提供されても良いし、インターネット介して送信されても良い。

【0129】

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３における、力覚提示装置、情報端末、力覚提示方法、及びプログラムについて、図１０を参照しながら説明する。

【0130】

［装置構成］
まず、本実施の形態３においても、力覚提示装置及び情報端末は、制御部における処理の点で、実施の形態１と異なるが、それ以外の点では、実施の形態１と同様である。よって、本実施の形態３における力覚提示装置及び情報端末も、図１〜図３に示した実施の形態１における力覚提示装置及び情報端末と同様に構成されているので、以下の説明では、適宜図１〜図３を参酌する。また、以下においては、相違点を中心に説明する。

【0131】

本実施の形態３においては、制御部１４（図２及び図３参照）は、各張力が最小となり、更に、各張力の合力と目的提示力Ｆとの差が最小となるようにして、加えて、各張力の変化の度合いを抑制する計算処理を行なうことによって、各張力を算出する。また、これにより、本実施の形態３においても、各張力の変動幅は設定範囲内に収まることになる。

【0132】

即ち、本実施の形態３では、実施の形態１及び２のように関数を用いた張力調整は行なわれないが、各伝達部材１２の張力が急激な変化をしないように制御が行なわれる。この結果、本実施の形態３においても、各張力は、ユーザの指の位置、計算の順序、種々の設定条件等に影響されることなく、連続な変化を保つので、ユーザに対して不快となる振動の発生は抑制され、不自然な力覚の提示も抑制される。

【0133】

［装置動作］
次に、本実施の形態３における力覚提示装置及び情報端末の動作について図１０を用いて説明する。図１０は、本発明の実施の形態３における力覚提示装置及び情報端末の動作を示すフロー図である。また、本実施の形態３でも、力覚提示装置を動作させることによって、力覚提示方法が実施される。よって、本実施の形態３における力覚提示方法の説明は、以下の力覚提示装置の動作説明に代える。

【0134】

最初に、図１に示すように、ユーザ１１０が、情報端末１００の背面の空間において、表示装置２０の画面上に表示されるコンテンツを操作しようと、指を動かすとする。これにより、図３に示したように、位置検出部１３それぞれは、位置検出データａを、情報処理部４０に出力する。

【0135】

次に、図１０に示すように、情報処理部４０は、出力されてきた位置検出データａに基づいて、各伝達部材１２の通し穴１６から装着部材３０までの長さを算出し、更に、算出された各伝達部材１２の長さに基づいて、ユーザ１１０の指の位置を特定する（Ｓ３０１）。ステップＳ３０１は、図４に示したステップＳ１０１と同様のステップである。

【0136】

次に、情報処理部４０は、コンテンツデータ４１を参照し、ユーザオブジェクト１０２に仮想オブジェクト１０３を連動させる処理（コンテンツ連動処理）を実行する（ステップＳ２０２）。ステップＳ３０２は、図４に示したステップＳ１０２と同様のステップであり、情報処理部４０は、表示装置２０に表示データｅを出力し、制御部１４に提示データｂを出力する。

【0137】

次に、制御部１４は、情報処理部４０から提示データｂを受け取ると、ステップＳ３０１で特定された位置と提示データｂとを用いて、各駆動部１１が出力すべき張力を算出する（ステップＳ３０３）。また、ステップＳ３０３では、制御部１４は、更に、各駆動部１１によって、算出された張力が発生するように制御データｄを生成し、これを各駆動部１１に出力する。

【0138】

このように、ステップＳ３０３においても、図４に示したステップＳ１０１と同様に、各伝達部材の張力が算出されるが、ステップＳ３０３は、張力の計算方法の点で、ステップＳ１０３と異なっている。

【0139】

即ち、図４に示したステップＳ１０３では、各伝達部材１２の張力に偏りが生じないように張力分配計算が行なわれていたのに対して、本発明の実施の形態３におけるステップＳ３０３では、各伝達部材１２の張力の変化の度合いを抑制する計算処理が行なわれる。

【0140】

具体的には、制御部１４は、先ず、上記数３〜図５を用いて各伝達部材１２の仮の張力を計算する。次に、制御部１４は、伝達部材１２毎に、時系列データとして、計算された仮の張力と、それ以前に計算された張力とを用いて、移動平均を算出し、算出した移動平均を、その時点での張力とする。この結果、特定の張力が急激に変化する事態が回避され、各張力の変化は滑らかな曲線となり、不自然な力覚の提示が抑制される。

【0141】

ステップＳ３０３が実行されると、力覚提示装置１０は、ユーザ１１０の指先に、装着部材３０を介して力覚を提示する（ステップＳ３０４）。また、表示装置の画面１０１には、ステップＳ２０２で情報処理部４０が出力した表示データｅに基づいて、コンテンツ連動処理後のコンテンツが表示される（ステップＳ３０５）。ステップＳ３０４及びＳ３０５は、それぞれ、ステップＳ１０４及びステップＳ１０５と同様のステップである。

【0142】

また、本実施の形態２においても、ステップＳ３０１〜Ｓ３０５は、繰り返し実行される。よって、ユーザ１１０が、ある位置から別の位置までを指を動かした場合は、開始から終了までの間に、ステップＳ３０１〜Ｓ３０５は繰り返し実行されるので、その間、ユーザ１１０は、連続して、力覚の提示を受けることができる。

【0143】

［プログラム］
本実施の形態２におけるプログラムは、コンピュータに、図１０に示すステップＳ３０３を実行させるプログラムであれば良い。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施の形態３における力覚提示装置と力覚提示方法とを実現することができる。この場合、コンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）は、制御部１４として機能し、処理を行なう。

【0144】

また、本実施の形態３においても、力覚提示装置を実現可能なコンピュータとしては、実施の形態１で述べたものが挙げられる。更に、本実施の形態２におけるプログラムも、実施の形態１と同様に、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された状態で提供されても良いし、インターネット介して送信されても良い。

【0145】

（変形例）
続いて、本実施の形態１〜３における変形例について説明する。また、以下の説明では、適宜、図１〜図１０を参酌する。

【0146】

［変形例１］
実施の形態１〜３に示した例では、伝達部材１２は４本であるが、伝達部材１２の数は４本以上であれば、特に限定されるものではない。伝達部材１２の数は、情報端末１００を大型化させない範囲で設定されていれば良い。

【0147】

［変形例２］
実施の形態１〜３に示した例では、駆動部１１としてモータが用いられているが、駆動部はモータに限定されない。駆動部１１は、駆動部材を引っ張ることが可能なアクチュエータであれば良く、駆動部１１としては、他に、伸張動作を行なう人工筋肉アクチュエータ、繊維状の形状記憶合金アクチュエータ、などが挙げられる。

【0148】

［変形例３］
実施の形態１〜３に示した例では、位置検出部１３として、伝達部材の長さを特定するエンコーダが用いられているが、位置検出部１３は、エンコーダ以外であっても良い。例えば、位置検出部１３としては、情報端末の背面に設置されたカメラを用いることができる。この場合は、装着部材３０の位置が光学的に検出される。また、位置検出部１３として、情報端末の背面に設置された磁気センサを用いることができる。この場合は、磁気を発する材料で装着部材３０を形成することによって、装着部材３０の位置検出が可能となる。

【0149】

［変形例４］
実施の形態１〜３に示した例では、図５に示したように、伝達部材１２を引張し始める位置である通し穴１６の位置は、縦方向をｈ、横方向をｗとした長方形の頂点位置に設定されているが、通し穴１６の位置は特に限定されるものではない。各通し穴１６の位置は、操作空間（４本の伝達部材１２で構成される四角錐状の空間）の外であれば良く、上述の長方形以外の四角形の頂点位置に設定されていても良い。

【0150】

また、全ての通し穴１６は、同一平面内に配置されていなくても良い。通し穴１６の位置は、情報端末又は力覚提示装置が平面的な形状を有するのであれば、装置の厚みが許す範囲で適宜設定されていれば良い。よって、各通し穴１６が厳密には同一平面上に設けられていなくても、装置の厚みの範囲内に位置しているのであれば、「各伝達部材１２の引張を開始する位置は同一平面上に設定されている」とみなすことができる。よって、例えば、各通し穴１６が、曲面で形成された筐体５１の底面に形成されていても、これらが情報端末１００の厚みの範囲内に位置しているのであれば、この場合も「各伝達部材１２の引張を開始する位置が同一平面上に設定されている」とみなすことができる。

【0151】

［変形例５］
更に、実施の形態１〜３に示した例では、力覚提示装置１０は、情報端末１００の内部に組み込まれているが、この例に限定されるものではない。力覚提示装置は、アタッチメントとして、既存の情報端末に後付け可能な装置であっても良い。

【0152】

［変形例６］
また、実施の形態１〜３に示した例では、情報端末１００の背面側を操作空間にして、力覚が提示されているが、これに限定されるものではない。例えば、情報端末１００の画面側の空間が操作空間となっていても良い。

【0153】

［変形例７］
続いて、図１１〜図１５を用いて、変形例７について説明する。図１１は、本発明の実施の形態の変形例７における情報端末の外観構成を示す図である。図１２は、本発明の実施の形態の変形例７における情報端末の使用例を示す図である。図１３は、図１１に示す情報端末及び力覚提示装置の構成を示すブロック図である。

【0154】

図１１に示すように、本例では、情報端末１２０は、背面側の空間を撮影可能なデジタルカメラ７０を備えている。このため、情報端末１２０では、デジタルカメラ７０によって撮影された実物の画像と、実空間内での動作である指の動きとを連動させることができる。

【0155】

例えば、図１２に示すように、ユーザが、情報端末１２０の背面のデジタルカメラ７０によって、ユーザ１１０の遠方にある広告７１を撮影したとする。この場合、広告７１はユーザの手の届かない位置にあり、ユーザ１１０は、実際には、広告７１に触れることができないが、力覚提示装置によって指に提示された力覚により、遠方にある広告７１に触ったことを感じることができる。また、このとき、ユーザが、広告７１に記載のテキストを触ったことが、力覚によって伝達できるようになっていれば、ユーザは、テキスト情報を確実に選択することができるので、実世界からの情報収集が容易なものとなる。

【0156】

また、図１３に示すように、デジタルカメラ７０で撮影された映像は、情報処理部４０へと送られる。そして、情報処理部４０は、実施の形態１〜３と異なり、デジタルカメラ７０で撮影された映像を対象にして、コンテンツ連動処理を実行する。なお、情報端末１２０は、デジタルカメラ７０を備えている点以外については、図３に示した情報端末１００と同様に構成されている。

【0157】

このように、本例では、実世界のものを取り込むことができ、ユーザは、それに触れることができる。また、本例は、図１２に示した遠方のものを対象とする場合に限らず、例えば、危険であるために実際は触れることができない大型の肉食獣等を対象とする場合にも有効である。

【0158】

また、情報端末１２０の背面にデジタルカメラ７０が備えられている場合においては、情報端末１２０は、デジタルカメラ７０で撮影された実空間の映像に、ＡＲ（Augmented Reality）コンテンツを重畳的に表示させることもできる。更に、この場合においては、情報端末１２０は、ユーザがＡＲコンテンツを触ったことを検出すると、それに合せて、ユーザに力覚を提示することもできる。

【0159】

また、デジタルカメラ７０は、情報端末の画面側（前面側）の空間を撮影可能なように設置されていても良い。この場合は、表示装置に表示される仮想空間の状態を、ユーザの動きと連動させることができる。この例について、図１４及び図１５を用いて説明する。

【0160】

図１４（ａ）及び図１５（ａ）は、本発明の実施の形態の変形例７の他の態様での画面の一例を示す図であり、図１４（ｂ）及び図１５（ｂ）は、画面とユーザの顔の向きとの関係を示す図である。

【0161】

図１４及び図１５の例では、仮想空間内に、仮想的なユーザインタフェースとして、仮想のタッチパネル３１と仮想のキーボード３２とが配置されている。ユーザは、情報端末の背面側で指を動かすことで、情報端末の背面にある仮想のタッチパネル３１及び仮想のキーボード３２をあたかも操作しているような感触を得ることができる。

【0162】

但し、図１４（ａ）及び（ｂ）、図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、本態様では、情報端末１２０は、画面側のデジタルカメラ７０によって、ユーザの顔の向きを検出している。このため、情報端末１２０は、ユーザが画面を見る方向を変えると、それに合せて、画面に表示されるコンテンツの見え方を変化させることができる。本変形例を採用した場合は、ユーザの視点に合わせて表示を変化させることができるので、仮想空間をより効果的に利用することができる。

【0163】

（応用例）
続いて、本実施の形態１〜３の応用例について説明する。また、以下の説明では、適宜、図１〜図１０を参酌する。

【0164】

［応用例１］
実施の形態１〜３に示した例では、力覚提示装置は、タブレット状の情報端末に適用されているが、これに限定されるものではない。例えば、図１６に示すように、力覚提示装置は、ユーザの顔面に装着されるヘッドマウントディスプレイ６０に組み込まれていても良い。

【0165】

図１６は、実施の形態１〜３のいずれかの力覚提示装置を備えたヘットマウントディスプレイの一例を示す図である。図１６の例では、ユーザは、ヘッドマウントディスプレイ６０内側の表示パネル（図１６において図示せず）に映し出されているコンテンツを見ながら、ヘッドマウントディスプレイ６０の前方で、装着部材３０を装着した指を動かすことで、触った感覚を感じることができる。

【0166】

［応用例２］
加えて、実施の形態１〜３に示した例では、力覚が提示なされるコンテンツの例として、実空間にあるユーザの指と画面に表示される仮想オブジェクトとを連動させる例が示されているが、コンテンツは、これに限定されるものではない。他のコンテンツの例としては、図１４及び図１５に示した、仮想空間内に、仮想的なユーザインタフェースとして、仮想のタッチパネル３１と仮想のキーボード３２とが配置された例が挙げられる。この場合、ユーザは、情報端末の背面側で指を動かすことで、情報端末の背面にある仮想のタッチパネル３１及び仮想のキーボード３２をあたかも操作しているような感触を得ることができる。

【0167】

［応用例３］
また、実施の形態１〜３は、コンテンツがナビゲーションである場合にも適用できる。つまり、力覚提示装置をナビゲーション装置に適用することで、ユーザにナビゲーションする方向を力覚によって提示することができる。

【0168】

この場合、ユーザは、進むべき方向が画面に表示される場合よりも、進むべき方向を確実に把握できる。また、この場合において、画面をスクロールする際の画面の動きに連動させ力覚を提示することで、より実体感をユーザに与えた操作が可能になる。

【0169】

［応用例４］
また、実施の形態１〜３における力覚提示装置は、スクロールする画面の動きに連動した力覚を提示することで、より実体的な操作感をユーザに提供できる。例えば、画面のスクロールにおいて、これ以上の情報が無くてスクロールができない場合に、表示画面をスクロール方向においてバウンドさせてスクロールできないことを知らせる表示方法が知られている。この表示方法が採用される場合に、表示画面のバウンドに連動して力覚が提示されるようにすれば、ユーザは、より実体的に、情報を素早く正確に受け取ることが可能になる。

【0170】

［応用例５］
実施の形態１〜３における力覚提示装置は、表示されているコンテンツがｗｅｂサイトである場合において、タッチしている指の下にＬｉｎｋボタン等があることを力覚により提示することができる。この場合、ユーザは、表示情報だけでは得にくい情報を受け取ることができる。更に、力覚提示装置は、Ｌｉｎｋ先に有害なサイトが含まれる場合は、ユーザがＬｉｎｋボタンを押しにくくなるように、力覚の提示によって警告を行なうこともできる。

【0171】

［応用例５］
実施の形態１〜３における力覚提示装置は、仮想のオブジェクト（仮想物体）との連動に限らず、マスタ・スレーブのロボットアームなどの入力操作の動作反応に利用可能である。例えば、ユーザが画面を見ながらロボットアームを遠隔操作して実物体を操作する場合において、力覚提示装置は、障害物に接触したことの反応、障害物に接触する前の警告等として、力覚を提示することができる。この場合、ユーザは、より安全で正確に、ロボットアームを操作することができる。

【0172】

［応用例６］
実施の形態１〜３における力覚提示装置は、触地図などの状態把握に利用可能である。つまり、力覚提示装置は、視覚障がい者における地図把握として利用できる。また、一般ユーザが３Ｄ迷路等において壁及び道順を理解する際に、力覚提示装置によって、壁及び道に対応する力覚を提示させれば、ユーザにおける形状及び状態の把握が容易となる。

【0173】

［応用例７］
実施の形態１〜３における力覚提示装置は、文字学習における漢字書き順の情報提示に利用可能である。子どもが漢字学習における文字の書く順番理解のため、力覚提示装置によって、書き順序、とび、はね等が不正確であるときに、正しい入力方向以外の入力に抵抗力を力覚として提示すれば良い。力覚提示装置は、文字学習の補助に有用である。

【0174】

［応用例８］
実施の形態１〜３における力覚提示装置は、ピアノなどの楽器操作のシミュレーション、手術のシミュレーション、粘土造形のシミュレーションにおいて、フィードバック装置として利用可能である。つまり、力覚提示装置は、機器使用の事前学習、エンタテイメントのひとつとして、入力に対する機器のフィードバックとして力覚提示をすることができる。

【0175】

［応用例９］
実施の形態１〜３における力覚提示装置は、Ｗｅｂサイト及びテレビといった実店舗以外での商品の購入において、商品の状態認識に利用可能である。実店舗での商品購入と異なり、Ｗｅｂサイト及びテレビでの商品購入においては、商品の実感が問題となる。このため、力覚提示装置を利用すれば、ユーザは、商品に触った際の触覚情報を得る事が出来るので、より商品を理解したうえで購入を行なうことができる。

【0176】

［応用例１０］
実施の形態１〜３における力覚提示装置は、錯視絵の理解などエンタテイメントとして利用可能である。この場合、力覚提示装置は、視覚情報と一致しない力覚を提示情報としてユーザに与えることにより、ユーザに違和感を提示する。例えば Maurits CornelisEscher作の螺旋階段が続く錯視絵は、実物としては触ることができないが、力覚提示装置を用いれば、仮想空間内の物体の感触を提示できるので、ユーザは、錯視絵に触れることもできる。

【0177】

上述した実施の形態の一部又は全部は、以下に記載する（付記１）〜（付記２５）によって表現することができるが、以下の記載に限定されるものではない。

【0178】

（付記１）
ユーザの操作に応じて力覚を提示するための装置であって、
当該装置から前記ユーザの操作に用いる部分に引張方向の力を伝達する、伝達部材と、
前記ユーザの操作に用いる部分の位置を検出する、位置検出部と、
前記ユーザに力覚を提示するための提示力と、検出された前記位置とに基づいて、前記伝達部材における前記引張方向の力を、その変動幅が設定範囲内に収まるように算出する、制御部と、
前記伝達部材において、算出された前記引張方向の力を発生させる、駆動部と、
を備えている、
ことを特徴とする力覚提示装置。

【0179】

（付記２）
複数の前記伝達部材が備えられており、
複数の前記伝達部材それぞれは、当該装置における、前記ユーザが操作において使用する空間に含まれない位置から、前記ユーザの操作に用いる部分へと伸びる、紐状の部材であり、
前記制御部は、前記複数の前記伝達部材それぞれ毎に、前記引張方向の力を算出し、
前記駆動部は、前記複数の前記伝達部材それぞれ毎に、算出された前記引張方向の力を発生させる
付記１に記載の力覚提示装置。

【0180】

（付記３）
前記伝達部材となる前記紐状の部材が４本以上備えられており、
複数の前記伝達部材それぞれにおける、引張を開始する位置が、同一平面上に設定されている、
付記２に記載の力覚提示装置。

【0181】

（付記４）
前記制御部は、前記引張方向の力それぞれが最小となり、更に、前記引張方向の力の合力と前記提示力との差が最小となるようにして、加えて、前記引張方向の力それぞれの間の差が大きくなることを抑制する関数を用いることによって、前記引張方向の力それぞれを、それぞれの変動幅が設定範囲内に収まるように算出する、
付記２または３に記載の力覚提示装置。

【0182】

（付記５）
前記制御部は、前記引張方向の力それぞれが最小となり、更に、前記引張方向の力の合力と前記提示力との差が最小となるようにして、加えて、特定の前記伝達部材の利用を優先させる関数を用いることによって、前記引張方向の力それぞれを、それぞれの変動幅が設定範囲内に収まるように算出する、
付記２または３に記載の力覚提示装置。

【0183】

（付記６）
前記制御部は、前記引張方向の力それぞれが最小となり、更に、前記引張方向の力の合力と前記提示力との差が最小となり、加えて、前記引張方向の力それぞれの変化の度合いを抑制する計算処理を行なって、前記引張方向の力それぞれを、それぞれの変動幅が設定範囲内に収まるように算出する、
付記２または３に記載の力覚提示装置。

【0184】

（付記７）
当該力覚提示装置が、ヘットマウントディスプレイに組み込まれている、付記１〜６のいずれかに記載の力覚提示装置。

【0185】

（付記８）
画面に表示されたコンテンツの内容に応じてユーザに力覚を提示可能な情報端末であって、
前記コンテンツを表示させる、表示装置と、
ユーザの操作に応じて前記コンテンツの内容を変化させ、変化した前記コンテンツの内容に基づいて、力覚を提示するための提示力を算出する、情報処理部と、
ユーザの操作に応じて力覚を提示する、力覚提示装置と、を備え、
前記力覚提示装置は、
当該情報端末から前記ユーザの操作に用いる部分に引張方向の力を伝達する、伝達部材と、
前記ユーザの操作に用いる部分の位置を検出する、位置検出部と、
前記情報処理部によって算出された提示力と、検出された前記位置とに基づいて、前記伝達部材における前記引張方向の力を、その変動幅が設定範囲内に収まるように算出する、制御部と、
前記伝達部材において、算出された前記引張方向の力を発生させる、駆動部と、
を備えている、
ことを特徴とする情報端末。

【0186】

（付記９）
複数の前記伝達部材が備えられており、
複数の前記伝達部材それぞれは、当該装置における、前記ユーザが操作において使用する空間に含まれない位置から、前記ユーザの操作に用いる部分へと伸びる、紐状の部材であり、
前記制御部は、前記複数の前記伝達部材それぞれ毎に、前記引張方向の力を算出し、
前記駆動部は、前記複数の前記伝達部材それぞれ毎に、算出された前記引張方向の力を発生させる
付記８に記載の情報端末。

【0187】

（付記１０）
前記伝達部材となる前記紐状の部材が４本以上備えられており、
複数の前記伝達部材それぞれにおける、引張を開始する位置が、同一平面上に設定されている、
付記９に記載の情報端末。

【0188】

（付記１１）
前記制御部は、前記引張方向の力それぞれが最小となり、更に、前記引張方向の力の合力と前記提示力との差が最小となるようにして、加えて、前記引張方向の力それぞれの間の差が大きくなることを抑制する関数を用いることによって、前記引張方向の力それぞれを、それぞれの変動幅が設定範囲内に収まるように算出する、
付記９または１０に記載の情報端末。

【0189】

（付記１２）
前記制御部は、前記引張方向の力それぞれが最小となり、更に、前記引張方向の力の合力と前記提示力との差が最小となるようにして、加えて、特定の前記伝達部材の利用を優先させる関数を用いることによって、前記引張方向の力それぞれを、それぞれの変動幅が設定範囲内に収まるように算出する、
付記９または１０に記載の情報端末。

【0190】

（付記１３）
前記制御部は、前記引張方向の力それぞれが最小となり、更に、前記引張方向の力の合力と前記提示力との差が最小となり、加えて、前記引張方向の力それぞれの変化の度合いを抑制する計算処理を行なって、前記引張方向の力それぞれを、それぞれの変動幅が設定範囲内に収まるように算出する、
付記９または１０に記載の情報端末。

【0191】

（付記１４）
ユーザの操作に応じて力覚を提示するための方法であって、
当該装置から前記ユーザの操作に用いる部分に引張方向の力を伝達する、伝達部材と、前記ユーザの操作に用いる部分の位置を検出する、位置検出部と、前記伝達部材において、前記引張方向の力を発生させる、駆動部と、を備える装置を用い、
（ａ）前記ユーザに力覚を提示するための提示力と、検出された前記位置とに基づいて、前記伝達部材における前記引張方向の力を、その変動幅が設定範囲内に収まるように算出する、ステップと、
（ｂ）前記駆動部に、算出した前記引張方向の力を発生させる、ステップと、
を実行する、
ことを特徴とする力覚提示方法。

【0192】

（付記１５）
複数の前記伝達部材が備えられており、
複数の前記伝達部材それぞれは、当該装置における、前記ユーザが操作において使用する空間に含まれない位置から、前記ユーザの操作に用いる部分へと伸びる、紐状の部材であり、
前記（ａ）のステップにおいて、前記複数の前記伝達部材それぞれ毎に、前記引張方向の力を算出し、
前記（ｂ）のステップにおいて、前記複数の前記伝達部材それぞれ毎に、算出された前記引張方向の力を発生させる
付記１４に記載の力覚提示方法。

【0193】

（付記１６）
前記伝達部材となる前記紐状の部材が４本以上備えられており、
複数の前記伝達部材それぞれにおける、引張を開始する位置が、同一平面上に設定されている、
付記１５に記載の力覚提示方法。

【0194】

（付記１７）
前記（ａ）のステップにおいて、前記引張方向の力それぞれが最小となり、更に、前記引張方向の力の合力と前記提示力との差が最小となるようにして、加えて、前記引張方向の力それぞれの間の差が大きくなることを抑制する関数を用いることによって、前記引張方向の力それぞれを、それぞれの変動幅が設定範囲内に収まるように算出する、
付記１５または１６に記載の力覚提示方法。

【0195】

（付記１８）
前記（ａ）のステップにおいて、前記引張方向の力それぞれが最小となり、更に、前記引張方向の力の合力と前記提示力との差が最小となるようにして、加えて、特定の前記伝達部材の利用を優先させる関数を用いることによって、前記引張方向の力それぞれを、それぞれの変動幅が設定範囲内に収まるように算出する、
付記１５または１６に記載の力覚提示方法。

【0196】

（付記１９）
前記（ａ）のステップにおいて、前記引張方向の力それぞれが最小となり、更に、前記引張方向の力の合力と前記提示力との差が最小となり、加えて、前記引張方向の力それぞれの変化の度合いを抑制する計算処理を行なって、前記引張方向の力それぞれを、それぞれの変動幅が設定範囲内に収まるように算出する、
付記１５または１６に記載の力覚提示方法。

【0197】

（付記２０）
ユーザの操作に応じて力覚を提示するため、
コンピュータと、前記コンピュータから前記ユーザの操作に用いる部分に引張方向の力を伝達する、伝達部材と、前記ユーザの操作に用いる部分の位置を検出する、位置検出部と、前記伝達部材において、前記引張方向の力を発生させる、駆動部と、を備える装置において、
前記コンピュータに、
（ａ）前記ユーザに力覚を提示するための提示力と、検出された前記位置とに基づいて、前記伝達部材における前記引張方向の力を、その変動幅が設定範囲内に収まるように算出する、ステップと、
（ｂ）前記駆動部に、算出した前記引張方向の力を発生させる、ステップと、
を実行させる、プログラム。

【0198】

（付記２１）
複数の前記伝達部材が備えられており、
複数の前記伝達部材それぞれは、当該装置における、前記ユーザが操作において使用する空間に含まれない位置から、前記ユーザの操作に用いる部分へと伸びる、紐状の部材であり、
前記（ａ）のステップにおいて、前記複数の前記伝達部材それぞれ毎に、前記引張方向の力を算出し、
前記（ｂ）のステップにおいて、前記複数の前記伝達部材それぞれ毎に、算出された前記引張方向の力を発生させる
付記２０に記載のプログラム。

【0199】

（付記２２）
前記伝達部材となる前記紐状の部材が４本以上備えられており、
複数の前記伝達部材それぞれにおける、引張を開始する位置が、同一平面上に設定されている、
付記２１に記載のプログラム。

【0200】

（付記２３）
前記（ａ）のステップにおいて、前記引張方向の力それぞれが最小となり、更に、前記引張方向の力の合力と前記提示力との差が最小となるようにして、加えて、前記引張方向の力それぞれの間の差が大きくなることを抑制する関数を用いることによって、前記引張方向の力それぞれを、それぞれの変動幅が設定範囲内に収まるように算出する、
付記２１または２２に記載のプログラム。

【0201】

（付記２４）
前記（ａ）のステップにおいて、前記引張方向の力それぞれが最小となり、更に、前記引張方向の力の合力と前記提示力との差が最小となるようにして、加えて、特定の前記伝達部材の利用を優先させる関数を用いることによって、前記引張方向の力それぞれを、それぞれの変動幅が設定範囲内に収まるように算出する、
付記２１または２２に記載のプログラム。

【0202】

（付記２５）
前記（ａ）のステップにおいて、前記引張方向の力それぞれが最小となり、更に、前記引張方向の力の合力と前記提示力との差が最小となり、加えて、前記引張方向の力それぞれの変化の度合いを抑制する計算処理を行なって、前記引張方向の力それぞれを、それぞれの変動幅が設定範囲内に収まるように算出する、
付記２１または２２に記載のプログラム。

【産業上の利用可能性】

【0203】

本発明によれば、引張方向の力を利用して力覚を提示する際において、引張を開始する位置に影響されることなく、適切な力覚提示を行なうことができる。本発明は、力覚の提示が求められる各種分野、例えば、コンピュータインタフェース、各種シミュレーション、ゲーム等に有用である。

【符号の説明】

【0204】

１０ 力覚提示装置
１１ 駆動部
１２ 伝達部材
１３ 位置検出部
１４ 制御部
１５ プーリ
１６ 通し穴
２０ 表示装置
３０ 装着部材
３１ 仮想タッチパネル
３２ 仮想キーボード
４０ 情報処理部
５０ カバー
５１ 筐体
６０ ヘッドマウントディスプレイ
７０ カメラ
７１ 広告
１００ 情報端末（実施の形態１）
１０１ 画面
１０２ ユーザオブジェクト
１０３ 仮想オブジェクト
１１０ ユーザ
１２０ 情報端末（実施の形態１の変形例）
ａ 位置検出データ
ｂ 提示データ
ｄ 制御データ
ｅ 表示データ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】