特開 2024-87102 押圧力及び引張力を検出するコントローラー

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024087102

(43)【公開日】2024-07-01

(54)【発明の名称】押圧力及び引張力を検出するコントローラー

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/0338 20130101AFI20240624BHJP

【ＦＩ】

G06F3/0338

【審査請求】有

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022201703

(22)【出願日】2022-12-19

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2024-06-17

(71)【出願人】

【識別番号】000231361

【氏名又は名称】ＮＩＳＳＨＡ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】渡津 裕次

(72)【発明者】

【氏名】三浦 農

(72)【発明者】

【氏名】土谷 真一

(72)【発明者】

【氏名】繁成 拓渡

(72)【発明者】

【氏名】嶋田 真憂弥

(72)【発明者】

【氏名】福田 健悟

(72)【発明者】

【氏名】大場 芙美

【テーマコード（参考）】

5B087

【Ｆターム（参考）】

5B087AA07

5B087AB02

5B087BC06

(57)【要約】

【課題】 指先の動きだけで、押圧力及び引張力を検出するコントローラーを提供する。
【解決手段】 本発明の押圧力及び引張力を検出するコントローラー１は、筐体１０と、フィルム型３軸力覚センサー２と、操作部３とを備えている。フィルム型３軸力覚センサー２は、筐体１０の表面に配置され、ユーザーの指１１で加えられた３軸の力を検出するように構成されている。操作部３は、フィルム型３軸力覚センサー２のアクティブエリア２ａ表面を被覆している。また、操作部３は、指１１の腹１１ａによる押圧面３ａを有するとともに、押圧面３ａから離間する方向に指１１を動かすことによりフィルム型３軸力覚センサー２のアクティブエリア２ａ表面に引張力が働くように指１１を拘束する拘束面３ｂを有する。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

筐体と、
前記筐体の表面に配置され、ユーザーの指で加えられた３軸の力を検出するように構成されたフィルム型力覚センサーと、
前記フィルム型力覚センサーのアクティブエリア表面を被覆し、前記指の腹による押圧面を有するとともに、前記押圧面から離間する方向に前記指を動かすことにより前記フィルム型力覚センサーの前記アクティブエリア表面に引張力が働くように前記指を拘束する拘束面を有する操作部と、
を備える、押圧力及び引張力を検出するコントローラー。

【請求項2】

前記操作部の前記拘束面が、前記指の背を覆うバンドの前記指側の面によって構成されている、請求項１記載の押圧力及び引張力を検出するコントローラー。

【請求項3】

前記バンドが、２片からなり、前記指を縛る状態と解く状態とを切り替える係止構造を有する、請求項２記載の押圧力及び引張力を検出するコントローラー。

【請求項4】

前記バンドの前記係止構造が、面ファスナーである、請求項３記載の押圧力及び引張力を検出するコントローラー。

【請求項5】

前記バンドの前記係止構造が、リピートタイプの結束バンド構造である、請求項３記載の押圧力及び引張力を検出するコントローラー。

【請求項6】

前記操作部の前記拘束面が、前記指を挟むクリップの前記指側の面によって構成されている、請求項１記載の押圧力及び引張力を検出するコントローラー。

【請求項7】

前記クリップが、前記押圧面から突出して前記指の周囲を反対方向から取り囲む一対の樹脂製突起からなり、前記樹脂製突起の先端どうしの間隔が前記樹脂製突起の弾性によって開閉するものである、請求項６記載の押圧力及び引張力を検出するコントローラー。

【請求項8】

前記フィルム型力覚センサーが、静電容量方式である、請求項１記載の押圧力及び引張力を検出するコントローラー。

【請求項9】

さらに、前記ユーザーの操作姿勢を検出し、前記フィルム型力覚センサーのキャリブレーションに使用される姿勢検出装置を備えた、請求項１記載の押圧力及び引張力を検出するコントローラー。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、指先の動きだけで、押圧力及び引張力を検出するコントローラーに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ジョイスティック、十字キー、マウスやタッチパネルでは実現できない新しいアイデアをユーザーインタフェース（ＵＩ）の開発現場に提供するものとして、フィルム型３軸力覚センサーが知られている。

【0003】

フィルム型３軸力覚センサーは、３軸（ＸＹＺ軸）方向の力を接触点で測定することで、押す力（圧力）や滑りかけの状態、滑っている状態などを検知することができ、ねじる、回す、ずらすなど、従来のコントローラーでは制御できなかった動作を指１点で入力することが可能である。ｏｎ／ｏｆｆ判定にとどまらない力量（ボリューム）測定が可能なので、スピードや移動量などのコントロールにも対応できる。ジョイスティックや十字キーに比べて、ほんのわずかの指先の動きで方向と移動量を同時に入力することができる。また、薄くて軽いフィルム型のセンサーなので、曲面にも実装できる。

【0004】

上記したようなフィルム型３軸力覚センサーとしては、空気層又は弾性層を間に挟んで上部電極と下部電極とを対向する形で配置し、押圧力を加えたときに電極間の距離が変動することによって発生する静電容量値の変化を利用して、押圧力の値を算出する静電容量方式のものが挙げられる（特許文献１，２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第２０２０／０５９７６６号

【特許文献2】特開２０１７－１５６１２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、従来のフィルム型３軸力覚センサーを用いたコントローラーでは、指１点で入力することができるといっても、入力に利用できる指先の動きには限界があった。すなわち、実際に利用している指先の動きは、フィルム型３軸力覚センサーの表面を押圧する動き（表面を押し下げるだけでなく表面を擦る動きも含む）だけである。本出願人は、押圧力のみならず引張力を検出することができれば、より多様な入力を実現できることに気づいた。

【0007】

したがって、本発明は、上記の課題を解決し、指先の動きだけで、押圧力及び引張力を検出するコントローラーを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
本発明の一見地に係る押圧力及び引張力を検出するコントローラーは、筐体と、フィルム型３軸力覚センサーと、操作部とを備えている。フィルム型３軸力覚センサーは、筐体の表面に配置され、ユーザーの指で加えられた３軸の力を検出するように構成されている。操作部は、フィルム型３軸力覚センサーのアクティブエリア表面を被覆している。また、操作部は、指の腹による押圧面を有するとともに、押圧面から離間する方向に指を動かすことによりフィルム型３軸力覚センサーのアクティブエリア表面に引張力が働くように指を拘束する拘束面を有する。

【0009】

上記の押圧力及び引張力を検出するコントローラーにおいて、操作部の拘束面が、指の背を覆うバンドの指側の面によって構成されていてもよい。

【0010】

上記の押圧力及び引張力を検出するコントローラーにおいて、バンドが、２片からなり、指を縛る状態と解く状態とを切り替える係止構造を有していてもよい。

【0011】

上記の押圧力及び引張力を検出するコントローラーにおいて、バンドの係止構造が、面ファスナーであってもよい。また、バンドの係止構造が、リピートタイプの結束バンド構造であってもよい。

【0012】

上記の押圧力及び引張力を検出するコントローラーにおいて、操作部の拘束面が、指を挟むクリップの指側の面によって構成されていてもよい。

【0013】

上記の押圧力及び引張力を検出するコントローラーにおいて、クリップが、押圧面から突出して指の周囲を反対方向から取り囲む一対の樹脂製突起からなるものであってもよい。この樹脂製突起の先端どうしの間隔は、樹脂製突起の弾性によって開閉する。

【0014】

上記の押圧力及び引張力を検出するコントローラーにおいて、フィルム型３軸力覚センサーが、静電容量方式であってもよい。

【0015】

上記の押圧力及び引張力を検出するコントローラーにおいて、さらに、ユーザーの操作姿勢を検出し、フィルム型３軸力覚センサーのキャリブレーションに使用される姿勢検出装置を備えていてもよい。

【発明の効果】

【0016】

本発明のコントローラーによれば、指先の動きだけで、押圧力及び引張力を検出することができる。その結果、より多様な入力を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明に係る押圧力及び引張力を検出するコントローラーの模式図である。

【図2】図１のコントローラーにおける操作部の形状例を示す模式図である。

【図3】静電容量方式のフィルム型３軸力覚センサーの一例を示す模式図である。

【図4】押圧力が働いた時の一例を示す模式図である。

【図5】引張力が働いた時の一例を示す模式図である。

【図6】コントローラーにおける操作部の別の形状例を示す模式図である。

【図7】コントローラーにおける操作部の別の形状例を示す模式図である。

【図8】コントローラーにおける操作部の別の形状例を示す模式図である。

【図9】コントローラーにおける操作部の別の形状例を示す模式図である。

【図10】コントローラーにおける操作部の別の形状例を示す模式図である。

【図11】姿勢検出装置を使用したキャリブレーションの説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を、図面に基づき説明する。
＜コントローラーの全体構造＞
まず、本発明の一実施形態に係る入力装置１の全体構造について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本発明に係る押圧力及び引張力を検出するコントローラーの模式図である。図２は、図１のコントローラーにおける操作部の形状例を示す模式図である。

【0019】

コントローラー１は、筐体１０、フィルム型３軸力覚センサー２、操作部３を備えている（図１及び図２参照）。
フィルム型３軸力覚センサー２は、筐体１０の表面に配置され、ユーザーの指１１で加えられた３軸の力を検出するように構成されている。
操作部３は、フィルム型３軸力覚センサー２のアクティブエリア２ａ表面を被覆している。また、操作部３は、指１１の腹１１ａによる押圧面３ａを有するとともに、押圧面３ａから離間する方向に指１１を動かすことによりフィルム型３軸力覚センサー２のアクティブエリア２ａ表面に引張力が働くように指１１を拘束する拘束面３ｂを有する。
以下、上記した各構成について、さらに詳細に説明する。

【0020】

＜筐体＞
筐体１０の材料としては、例えば、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ＡＮ樹脂などの汎用樹脂を挙げることができる。また、ポリフェニレンオキシド・ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリアクリル系樹脂、ポリカーボネート変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、超高分子量ポリエチレン樹脂などの汎用エンジニアリング樹脂やポリスルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリフェニレンオキシド系樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリイミド樹脂、液晶ポリエステル樹脂、ポリアリル系耐熱樹脂などのスーパーエンジニアリング樹脂を使用することもできる。

【0021】

＜フィルム型３軸力覚センサー＞
フィルム型３軸力覚センサー２としては、一般に静電容量式が知られている。図３は、静電容量方式のフィルム型３軸力覚センサーの一例を示す模式図である。
図３に示すフィルム型３軸力覚センサー例では、上部支持体２２上に形成された複数の電極からなる上部電極２３を有する上部電極部材２４と、上部電極部材２４と対向する形で配置され、下部支持体２５上に複数の電極からなる下部電極２６を有する下部電極部材２７と、上部電極部材２４と下部電極部材２７との間に挟まれる空気層又は弾性層２１とを備えている。下部電極部材２７の下部電極２６が、島状パターンからなる。また、上部電極部材２４の上部電極２３が、上部支持体２２の両面に別々に形成された表側上部電極２３１と裏側上部電極２３２の二層からなり（図３（ａ）参照）、かつ表側上部電極２３１と裏側上部電極２３２とが平面視において交差する複数本の線状パターンからなり（図３（ｂ）参照）、下部電極２６が島状パターンの一部が表側上部電極２３１のパターンの一部及び裏側上部電極２３２のパターンの一部と平面視においてそれぞれ重なるパターンとすることができる。
表側上部電極２３１と裏側上部電極２３２との交差する角度は、図３（ｂ）に示す例では、表側上部電極２３１の線状パターンがＸ軸方向に伸びてＹ軸方向に並び、裏側上部電極２３２の線状パターンがＹ軸方向に伸びたＸ軸方向に並ぶように９０°（すなわち直交）となっているが、これに限定されない。交差する角度が直交する場合、下部電極２６のパターンは長方形状の碁盤目になり、交差する角度が直交しない場合、下部電極２６のパターンは平行四辺形状の碁盤目になる。

【0022】

このような構成のフィルム型３軸力覚センサー２は、力（Ｘ軸方向，Ｙ軸方向及びＺ軸方向の分力はそれぞれＦ_ｘ，Ｆ_ｙ，Ｆ_ｚ）を加えたときに電極間の距離が変動することによって発生する静電容量値の変化を利用して、加えられた力Ｆ_ｘ，Ｆ_ｙ，Ｆ_ｚの値を算出する。
つまり、上部電極２３がフィルム型３軸力覚センサー２の表面に対して指１１によって斜め下方向に力（押圧力Ｆ１）が加わると、弾性層２１が変形し、その力の強度に応じて上部電極部材２４の表側上部電極２３１及び裏側上部電極２３２が水平方向（ＸＹ軸方向）及び垂直方向（Ｚ軸方向）に移動し（図４参照、図中の二点鎖線は押圧前の状態）、島状パターンの下部電極２６と表側上部電極２３１との間、島状パターンの下部電極２６と裏側上部電極２３２との間の距離及び重なり面積が変化する。その結果として電極間の静電容量値がそれぞれ変化する。したがって、それぞれの静電容量値の変化を測定すれば、垂直方向の力（Ｚ軸方向の分力Ｆ_ｚ）だけでなく、水平方向の力（表側上部電極２３１の線状パターンが並ぶＹ軸方向の分力Ｆ_ｙ、裏側上部電極２３２の線状パターンが並ぶＸ軸方向の分力Ｆ_ｘ）の強度も測定できる。

【0023】

上部支持体２２及び下部支持体２５を構成する材料としては、アクリル、ウレタン、フッ素、ポリエステル。ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリアミド、オレフィン等の熱可塑性又は熱硬化性樹脂シートのほか、シアノアクリレート等の紫外線硬化型樹脂シート等が挙げられるが、とくに限定されない。このような上部支持体２２及び下部支持体２５からなるフィルム型３軸力覚センサー２は、筐体１０の形状に沿って配置できるので、例えば柱面などにも実装が可能である。

【0024】

上部電極２３及び下部電極２６は、導電性を有する材料により構成できる。導電性を有する材料としては、金、銀、銅、白金、パラジウム、アルミニウム、ロジウム等の金属膜のほか、これらの金属粒子や金属ナノファイバー、カーボンナノチューブなどの導電材料を樹脂バインダーに分散させた導電ペースト膜等が挙げられるが、特に限定されない。形成方法は、金属膜の場合は、メッキ法、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等で導電膜を全面形成した後にエッチングによりパターニングする方法が挙げられ、導電ペースト膜の場合は、スクリーン、グラビア、オフセット等の印刷法で直接パターン形成する方法が挙げられる。

【0025】

弾性層２１としては、例えば、シリコーン、フッ素、ウレタン、エポキシ、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ブタジエンゴムなどの弾力性を有する合成樹脂シートや伸縮性のある不織布シートなどが挙げられる。とくにシリコーンゲル、シリコーンエラストマーなどのシリコーン樹脂系の弾性体シートは、低温から高温までの幅広い温度域で耐久性に優れ、かつ弾力性にも優れていうので、より好ましい。なお、弾性層２１は押し出し成形などの一般的なシート成形法によりシート化されたものに限定されず、印刷やコーターなどによって形成されたコーティング層であってもよい。
また、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンなどの樹脂を弾性層２１の材料として選択する場合は、これらの合成樹脂単体では弾力性が低いので、合成樹脂中にガスを細かく分散させ、発泡体の状態にしておくことが好ましい。

【0026】

なお、静電容量方式のフィルム型３軸力覚センサー２は、上記した説明のものに限定されず、公知の静電容量方式のフィルム型３軸力覚センサー２を採用することができる。例えば、前述の特許文献１及び特許文献２中に記載の各実施形態や変形例を適用できる。

【0027】

＜操作部＞
操作部３は、フィルム型３軸力覚センサー２のアクティブエリア２ａ表面を被覆している。また、操作部３は、指１１の腹１１ａによる押圧面３ａを有するとともに、押圧面３ａから離間する方向に指１１を動かすことによりフィルム型３軸力覚センサー２のアクティブエリア２ａ表面に引張力が働くように指１１を拘束する拘束面３ｂを有する（図１及び図２参照）。図１及び図２に示す例では、コントローラー１は、操作部３の拘束面３ｂが、指１１の背１１ｂを覆うバンド３１の指１１側の面によって構成されている。

【0028】

操作部３において、フィルム型３軸力覚センサー２のアクティブエリア２ａ表面を被覆し、指１１の腹１１ａによる押圧面３ａを有するシート部３０は、フィルム型３軸力覚センサー２の表面と貼り合わせられている。また、操作部３において、バンド３１は、シート部３０と一体化されている。したがって、押圧面３ａから離間する方向（例えば、斜め上方向）に指１１を動かすと、指１１を拘束するバンド３１がシート部３０を引っ張ることになる。その結果、シート部３０と貼り合わせられているフィルム型３軸力覚センサー２のアクティブエリア２ａ表面にも引張力Ｆ２が働く。
このようにフィルム型３軸力覚センサー２のアクティブエリア２ａ表面にも引張力Ｆ２が働くと、その引っ張る強度に応じて上部電極部材２４の表側上部電極２３１及び裏側上部電極２３２が水平方向（ＸＹ軸方向）及び垂直方向（Ｚ軸方向）に移動し（図５参照、図中の二点鎖線は引張り前の状態）、島状パターンの下部電極２６と表側上部電極２３１との間、島状パターンの下部電極２６と裏側上部電極２３２との間の距離及び重なり面積が変化する。その結果として電極間の静電容量値がそれぞれ変化する。
したがって、それぞれの静電容量値の変化を測定すれば、垂直方向の引張力（Ｚ軸方向の分力Ｆ_ｚ、但し、押圧力検出時とは逆方向）だけでなく、水平方向の引張力（表側上部電極２３１の線状パターンが並ぶＹ軸方向の分力Ｆ_ｙ、裏側上部電極２３２の線状パターンが並ぶＸ軸方向の分力Ｆ_ｘ）の強度も測定できる。

【0029】

操作部３のシート部３０及びバンド３１の材料としては、幅広い材料が使用できる。例えば、ＡＢＳ、ポリカーボネート、ＰＳ、ＰＥＴなどの一般的な樹脂、シリコーン、ＮＲ、ＮＢＲなどのゴム、布、皮革などが挙げられる。シート部３０には、表面の滑りにくい材料を用いる方が水平方向（ＸＹ軸方向）に入力しやすい。また、バンド３１には、弾性がある材料を用いる方が指１１にフィットして装着感が良い。よって、操作部３のシート部３０及びバンド３１の材料としては、ゴムが最適である。なお、図１及び図２に示す例では、操作部３のシート部３０とバンド３１とが繋目のない一つの物体として描かれているが、本発明のコントローラー１の操作部３はこれに限定されない。例えば、シート部３０とバンド３１とを別部材として用意して両者を接着や縫い合わせなどによって接合してもよい。このシート部３０とバンド３１とを別部材として用意する場合には、両者は異なる材料とすることができる。

【0030】

＜その他の構成＞
筐体１０内には、図示しない制御回路が収容され、フィルム型３軸力覚センサー２に電気的に接続されている。
制御回路としては、ＣＰＵやその他の電子部品により形成されている。

【0031】

また、筐体１０内には、図示しない通信部が収容されていてもよい。
通信部は、ＷＩ－ＦＩ（登録商標）、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）、ＮＦＣ、などの無線ＬＡＮを介して外部電子デバイスと通信する。通信部は、一方向又は双方向で通信することができる。なお、本実施形態のコントローラー１は、同時又は個々のいずれかで、複数の外部電子デバイスを制御することもできる。
通信する外部電子デバイスとしては、例えば、ＸＲで使用するヘッドマウントディスプレイやスマートグラスのほか、スマートテレビ、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、自動車のオーディオシステム、家庭用、仕事用、若しくは環境用自動制御装置、又は任意の他のそのようなデバイス若しくはシステムとすることができるが、これらに限定されない。

【0032】

また、筐体１０内には、図示しない電池が収容されていてもよい。
電池としては、リチウム電池などの再充電式電池を用いることができる。再充電式電池の場合、ユーザーはＵＳＢを通じて、あるいはコントローラー１を充電パッドの上に置くだけで、充電することができる。また、電池９として非充電式電池を用い、筐体１０の内部より取り出し交換するようにしてもよい。

【0033】

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態を、図面に基づき説明する。
図６は、コントローラーにおける操作部の別の形状例を示す模式図である。
第１実施形態では、操作部３のシート部３０とバンド３１で構成される中空空間に、その開口端部から指１１を挿入するように構成されていたが、本発明のコントローラー１の操作部３はこれに限定されない。例えば、図６に示すように、バンドが、２片（図中の３１Ａ，３１Ｂ）からなり、指１１を縛る状態と解く状態とを切り替える係止構造３１０を有するように構成されていてもよい。

【0034】

本実施形態では、バンド３１Ａ，３１Ｂの係止構造３１０は、スナップボタン３１２ａ，３１２ｂである。一般的なスナップボタン３１２ａ，３１２ｂは、図６に示すように、凹と凸の一対のパーツからなる金属製又はプラスチック製の留め具である（図６の円内拡大部分を参照）。これは、押し合わせて留めるタイプであり、ボタンホールが要らない（別名、プレススタッド、スナップファスナー、スナップ・クロージャー等とも呼ばれる）。２片のバンド３１Ａ，３１Ｂの重なり合う面にスナップボタン３１２ａ，３１２ｂは設けられる。
なお、図６に示す例では２片のバンド３１Ａ，３１Ｂの長さが異なり、図中右側に係止構造３１０が設けられているが、本発明の係止構造３１０の位置は、これに限定されない。例えば、２片のバンド３１Ａ，３１Ｂの長さが同程度で、図中中央に係止構造３１０が設けられていてもよい。

【0035】

本実施形態の場合、２片のバンド３１Ａ，３１Ｂの材料としては、第１実施形態と同様に、ＡＢＳ、ポリカーボネート、ＰＳ、ＰＥＴなどの一般的な樹脂、シリコーン、ＮＲ、ＮＢＲなどのゴム、布、皮革などを用いることができる。より好ましくは、指１１に巻き付けて縛ることができるように、バンド３１Ａ，３１Ｂには柔らかい材料を用いる。よって、バンド３１Ａ，３１Ｂの材料としては、ゴムが最適である。

【0036】

このように押圧力及び引張力を検出するコントローラー１を構成することによって、第１実施形態と比較すると、本実施形態は指１１の操作部３への装着が容易である。つまり、第１実施形態で指１１を挿入する際には、シート部３０とベルト３１との間の開口面積が指１１の断面サイズに合わせて小さいので、指１１の先がバンド３１の側面にぶつかりやすい。バンド３１の材料が柔らかければ、ベルト３１の開口端部を圧し潰してしまうこともある。これに対して、本実施形態では、バンド３１Ａ，３１Ｂを解いた状態でシート部３０の押圧面３ｂ上に指１１を置いたのち、バンド３１Ａ，３１Ｂを巻き付けるように指１１を縛るだけなので、指１１の装着時にシート部３０とベルト３１との間の開口面積を気にしなくてよい。

【0037】

その他の構成については、第１実施形態と同様であるから説明を省略する。

【0038】

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態を、図面に基づき説明する。
図７は、コントローラーにおける操作部の別の形状例を示す模式図である。
第２実施形態では、バンド３１Ａ，３１Ｂが係止構造３１０を有する例として、スナップボタン３１２ａ，３１２ｂが示されていたが、本発明のコントローラー１の操作部３はこれに限定されない。例えば、図７に示すように、バンド３１Ａ，３１Ｂの係止構造３１０が、面ファスナー３１１ａ,３１１ｂであってもよい。

【0039】

面ファスナー３１１ａ,３１１ｂは、面的に着脱できるファスナーである。一般的な面ファスナー３１１ａ,３１１ｂは、ループ状に密集して起毛された側３１１ａとフック状に起毛された側３１１ｂとを押し付けるとそれだけで貼り付くようになっており（図７の円内拡大部分を参照）、貼り付けたり剥がしたりすることが自在にできる。それ以外にも、フックとループ両方が植え込まれており、フック面とループ面との区別のないタイプやマッシュルーム状に起毛されていて結合力が強いクリックタイプ、鋸歯状のシャークバイト（鮫歯）タイプなどのバリエーションがある。２片のバンド３１Ａ，３１Ｂの重なり合う面に面ファスナー３１１ａ,３１１ｂは設けられる。

【0040】

このように押圧力及び引張力を検出するコントローラー１を構成することによって、面ファスナー３１１ａ,３１１ｂの貼り付け位置を指１１の周囲方向にずらして、シート部３０とベルト３１Ａ，３１Ｂとの間の開口面積を調整することができる。したがって、コントローラー１のユーザーが別の人に変わっても、ユーザー毎の指１１の断面サイズに適応できる。

【0041】

その他の構成については、第２実施形態と同様であるから説明を省略する。

【0042】

［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態を、図面に基づき説明する。
図８は、コントローラーにおける操作部の別の形状例を示す模式図である。
第３実施形態では、ユーザー毎の指１１の断面サイズに適応できる係止構造３１０の例として、面ファスナー３１１ａ,３１１ｂが示されていたが、本発明のコントローラー１の操作部３はこれに限定されない。例えば、図８に示すように、バンド３１Ａ，３１Ｂの係止構造３１０が、リピートタイプの結束バンド構造３１３ａ～ｆであってもよい。

【0043】

結束バンド構造３１３ａ～ｆについて、さらに詳しく説明する。
本実施形態において、２片のバンド３１Ａ，３１Ｂのうち一方のバンド３１Ａの端は開口部３１３ｅを有するヘッド部３１３ｄであり、他方のバンド３１Ｂの端で先細くなったテール部３１３ｃを差し込み可能となっている（図８参照）。バンド３１Ａのヘッド部３１３ｄの開口部３１３ｅ内には爪３１３ｂが設けられている。また、バンド３１Ｂの爪３１３ｂに対向する面にはセレーション３１３ａと呼ばれるギザギザが設けられている。
このギザギザは断面形状が直角三角形をした突起の連続体であり、当該突起の傾斜面はテール部３１３ｃ側に向いている。ヘッド部３１３ｄの爪３１３ｂの形状は、セレーション３１３ａのギザギザに嵌る形状である。したがって、ヘッド部３１３ｄの開口部３１３ｅの反対側から出てきたテール部３１３ｃを引っ張ると、開口部３１３ｅ内の爪３１３ｂがバンド３１Ｂのセレーション３１３ａの傾斜面で押されて上下動しながら、シート部３０とベルト３１Ａ，３１Ｂとの間の開口面積を小さくなっていく。バンド３１Ａのヘッド部３１３内をバンド３１Ｂが後退しようとしても、セレーション３１３ａのギザギザの垂直面が爪３１３ｂの垂直面に引っ掛かるため、バンド３１Ｂは後退することはなく、指１１を縛り付け固定することができる。
なお、本実施形態の係止構造３１０は、結束バンド構造３１３ａ～ｆがリピートタイプである。バンド３１Ａのヘッド部３１３には、指で摘まめるレバー３１３ｆを有しており、これをセレーション３１３ａのギザギザの垂直面に沿って持ち上げることによって、爪３１３ｂがセレーション３１３ａのギザギザから離れ、バンド３１Ｂは後退させることができる。すなわち、指１１の縛り固定を解くことができる。

【0044】

本実施形態の場合、２片のバンド３１Ａ，３１Ｂは、セレーション３１３ａを爪３１３ｂに引っ掛けて固定するため、適度な強度が必要となる。すなわち、バンド全体としてはリング状に曲げられるが、他方で爪やギザギザは引っ掛けでも欠けたりしない程度の強度も有する材料を使用する。例えば、 ナイロン、ポリプロピレン、フッ素系樹脂などが挙げられる。

【0045】

このように押圧力及び引張力を検出するコントローラー１を構成することによって、セレーション３１３ａと爪３１３ｂの勘合位置を指１１の周囲方向にずらして、シート部３０とベルト３１Ａ，３１Ｂとの間の開口面積を調整することができる。したがって、第３実施形態と同様に、コントローラー１のユーザーが別の人に変わっても、ユーザー毎の指１１の断面サイズに適応できる。

【0046】

その他の構成については、第２、第３実施形態と同様であるから説明を省略する。

【0047】

［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態を、図面に基づき説明する。
図９及び図１０は、コントローラーにおける操作部の別の形状例を示す模式図である。
第１～４実施形態では、操作部３の拘束面３ｂが、指１１の背を覆うバンド３１又は２片のバンド３１Ａ、３１の指１１側の面によって構成されていたが、本発明のコントローラー１の操作部３はこれに限定されない。例えば、図９及び図１０に示すように、操作部３の拘束面３ｂが、指１１を挟むクリップ３２，３３の指１１側の面によって構成されていてもよい。

【0048】

本実施形態では、クリップ３２，３３は、指１１の周囲面を押し付けて、指１１を外側から嵌めこむものである。すなわち、クリップ３２，３３は、操作部３の押圧面３ａから突出して指１１の周囲を反対方向から取り囲む一対の樹脂製突起からなり、樹脂製突起３２，３３の先端どうしの間隔３４が樹脂製突起３２，３３の弾性によって開閉する（図９及び図１０参照）。図９に示す例では、クリップ３２，３３の長さが同程度で、その先端どうしの間隔３４が図中中央に位置している。また、図１０に示す例では、一方のクリップ３２が他方の３３よりも長く、その先端どうしの間隔３４が図中左側に位置している。
指１１を操作部３に装着する際は、指１１を自立したクリップ３２，３３の外側より隙間３４に押し入れる。クリップ３２，３３は、弾性のある樹脂製突起であるので、指１１を押し入れる力によってその先端どうしの間隔３４が開き、指１１をクリップ３２，３３の内側の空間に受け入れるように変形する。指１１がクリップ３２，３３の内側に入ると、間隔３４が開いていたクリップ３２，３３は、再び間隔３４が閉まる方向に復元する。この間隔３４が閉まる方向に復元する力で指１１は操作部３に固定される。
なお、クリップ３２，３３の先端は、指１１をガイドするように外側に向かって曲がっているのが好ましい（図９及び図１０参照）。

【0049】

クリップ３２，３３を構成する弾性のある樹脂製突起の材料としては、例えば、ＡＢＳ、ポリカーボネート、ナイロン,ポリプロピレン、フッ素系樹脂などが挙げられる。

【0050】

このように押圧力及び引張力を検出するコントローラー１を構成することによって、第１実施形態と比較すると、指１１の操作部３への装着が容易である。本実施形態では、リップ３２，３３に対して指１１の周囲面を押し付けて嵌めこむだけなので、指１１の装着時にシート部３０とベルト３１との間の開口面積を気にしなくてよい。

【0051】

なお、図９及び図１０に示した例では、操作部３の押圧面３ａがフィルム型３軸力覚センサー２の表面と平行であるが、押圧面３ａは指１１の周囲のうち腹側半分と密着するように曲面を形成していてもよい（図示しない）。このようにすると、指１１と操作部３の押圧面３ａとの間の隙間が無くなり、指１１を動かしたときの遊びが少なくなる。その結果、操作に対するフィルム型３軸力覚センサー２の応答を遅延させることがなく、操作感が良くなるというメリットがある。

【0052】

その他の構成については、第１実施形態と同様であるから説明を省略する。

【0053】

［第６実施形態］
以下、本発明の第６実施形態を、図面に基づき説明する。
図１１は、姿勢検出装置を使用したキャリブレーションの説明図である。
本実施形態では、コントローラー１が、ユーザーの操作姿勢を検出し、フィルム型３軸力覚センサー２のキャリブレーションに使用される姿勢検出装置９をさらに備えている。このコントローラー１をＸＲデバイスで用い、コントローラー１の操作によって仮想空間１２内の球体のオブジェクト１３を移動させるアプリケーションを例として、本実施形態を説明する。

【0054】

操作部３に加えられる力は、フィルム型３軸力覚センサー２によって、その面に対して法線方向の力Ｆ_ｚ ^Ｓｅｎｓと、それらに直交する２軸の力（すなわちせん断力）Ｆ_ｘ ^Ｓｅｎｓ、Ｆ_ｙ ^Ｓｅｎｓを検出する。それをベクトル量として以下のようにＦ^Ｓｅｎｓ（文字上に右向き矢印）として表すことにする。

【数1】

上記Ｆ^Ｓｅｎｓ（文字上に右向き矢印）は、フィルム型３軸力覚センサー２に対して指１１が押している力の向きと強さを表わしている。

【0055】

ＸＲデバイスのヘッドマウントディスプレイやスマートグラスなどで表示される仮想空間１２では、コントローラー１に加えられたＦ^Ｓｅｎｓ（文字上に右向き矢印）に応じて、仮想空間１２内の球体のオブジェクト１３にも仮想的に力が加えられ、オブジェクト１３が移動する。これによって、３次元の仮想空間１２内を操作者はオブジェクト１３を指一本で自由に移動させることができる。
仮想空間１２内に表示されたオブジェクト１３に仮想的に加えられる力のベクトル量は、Ｆ^Ｓｅｎｓ（文字上に右向き矢印）に対して以下のようにＦ^Ａｃｔ（文字上に右向き矢印）として表すことにする。

【数2】

【0056】

ここで、行列Мは、コントローラー１の姿勢によって決定する。具体的には、コントローラー１の姿勢が、基準の姿勢から、３Ｄ空間にＸ軸周りにθ_ｘ、Ｙ軸周りにθ_ｙ、Ｚ軸周りにθ_ｚだけ回転していると検出されたら、行列Мは、以下のようになる。

【数3】

【0057】

ところで、操作者はコントローラー１を手に持つため、仮想空間１２に対して、コントローラー１の姿勢は無関係に変更される。つまり、図１１に示すように、仮想空間１２に対して、（ａ）のように構えたり、（ａ）よりもコントローラー１を立てて（ｂ）のように構えたりする。
そのため、仮想空間１２に対して操作者が違和感なくオブジェクト１３を操作するためには、どのような姿勢でも全く同じように仮想空間１２上で力Ｆ^Ａｃｔ（文字上に右向き矢印）を働かせる必要がある。すなわち、姿勢に応じてセンサーの検出値をキャリブレーション（較正）しなければならない。具体的には、姿勢検出装置９で検出した操作姿勢の情報に基づいて、それぞれ異なる行列М（図１１においては、М_ａ，М_ｂ）との内積によってＦ^Ｓｅｎｓ（文字上に右向き矢印）をＦ^Ａｃｔ（文字上に右向き矢印）に変換する。

【0058】

姿勢検出装置９としては、コントローラー１内に収納した重力方向に対する傾きに応じたデータを出力する加速度センサー、方位に応じたデータを出力する磁気センサー、回転運動に応じたデータを出力するジャイロセンサーなどを用いることができる。
また、姿勢検出装置９は、コントローラー１と外部装置との協働によるものであってもよい。例えば、現実空間に赤外線発光素子を設置し、コントローラー１のカメラで赤外線発光素子からの光を撮影し、画像を解析することにより操作姿勢を検出する。逆に現実空間にカメラを設置し、コントローラー１内に赤外線発光素子を設けてもよい。

【0059】

このように構成することによって、現実空間でどのような姿勢でコントローラー１が操作されているのか検出してキャリブレーションを行なうことができるので、コントローラー１の操作姿勢が変わっても、ヘッドマウントディスプレイやスマートグラスで見えている仮想空間１２でオブジェクトに押圧力及び引張力の作用する方向が同じとなる。したがって、ユーザーの手元と仮想空間１２の動きにズレのない自然な操作が行なえる。

【0060】

その他の構成については、第１～第５実施形態と同様であるから説明を省略する。

【0061】

［変化例］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。

【0062】

上記第５実施形態では、クリップ３２，３３は弾性のある樹脂製突起で構成され、その先端どうしの間隔３４が閉まる方向に弾性に起因する復元する力で指１１が固定される場合について説明しているが、洗濯バサミのようにバネと組み合わせればクリップに弾性は不要である。すなわち、クリップによって指１１を挟んで固定できればよい。

【0063】

上記各実施形態では、フィルム型３軸力覚センサー２が、静電容量方式の場合について説明しているが、本発明のコントローラー１はこれに限定されない。フィルム型３軸力覚センサー２として、圧電式やひずみゲージ式など公知のものを採用することができる。

【0064】

また、上記各実施形態では、コントローラー１は図示しない通信部を有しているが、外部電子デバイスをＵＳＢケーブル等の有線で操作する場合にはコントローラー１から通信部を省略してもよい。また、コントローラー１から電池５を省略してもよい。さらにコントローラー１がＬＣＤ等の表示装置やマイク、スピーカー等を備えていてもよい。

【符号の説明】

【0065】

１ コントローラー
２ フィルム型３軸力覚センサー
２ａ アクティブエリア
２１ 弾性層
２２ 上部支持体
２３ 上部電極
２３１ 表側上部電極
２３２ 裏側上部電極
２４ 上部電極部材
２５ 下部支持体
２６ 下部電極
２７ 下部電極部材
３ 操作部
３ａ 押圧面
３ｂ 拘束面
３０ シート部
３１，２１Ａ，３１Ｂ バンド
３１０ 係止部
３１１ａ，３１１ｂ 面ファスナー
３１２ａ，３１２ｂ スナップボタン
３１３ａ セレーション
３１３ｂ 爪
３１３ｃ デール部
３１３ｄ ヘッド部
３１３ｅ 開口部
３１３ｆ レバー
３２，３３ クリップ（樹脂製突起）
３４ 間隔
９ 姿勢検出装置
１０ 筐体
１１ 指
１１ａ 腹
１１ｂ 背
１２ 仮想空間
１３ オブジェクト
Ｆ１ 押圧力
Ｆ２ 引張力

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】