方向伝達装置
【課題】触覚を利用して方向を含む情報を直感的に分かり易く伝達することができる方向伝達装置を提供すること。
【解決手段】方向伝達装置１０は、手により把持可能な筒型筐体１１と、筒型筐体１１内部から外周に向かって上下左右の開口孔１１ａから突出する位置に３次元配置されるソレノイド１５ａ〜１５ｄと、筒型筐体１１の動きを検出する加速度センサ２３と、ソレノイド１５ａ〜１５ｄ及び加速度センサ２３を制御する制御部２１とを備える。制御部２１が筒型筐体１１内部のソレノイド１５ａ〜１５ｄを駆動すると、ロッド１６ａ〜１６ｄの突端が、筒型筐体１１の右の開口孔１１ａから突出して弾力性シート１２に当接し、ユーザはこの衝撃を掌及び手指で感知して、方向伝達装置１０から方向の情報伝達を受け取る。
【解決手段】方向伝達装置１０は、手により把持可能な筒型筐体１１と、筒型筐体１１内部から外周に向かって上下左右の開口孔１１ａから突出する位置に３次元配置されるソレノイド１５ａ〜１５ｄと、筒型筐体１１の動きを検出する加速度センサ２３と、ソレノイド１５ａ〜１５ｄ及び加速度センサ２３を制御する制御部２１とを備える。制御部２１が筒型筐体１１内部のソレノイド１５ａ〜１５ｄを駆動すると、ロッド１６ａ〜１６ｄの突端が、筒型筐体１１の右の開口孔１１ａから突出して弾力性シート１２に当接し、ユーザはこの衝撃を掌及び手指で感知して、方向伝達装置１０から方向の情報伝達を受け取る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触覚を利用して方向などの情報を伝達する方向伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器や各種アミューズメント装置の普及が拡大し、利用が多くなるにつれて、これらの機器にはより面白く、斬新な機能を持つことが求められている。例えば、携帯機器にタッチパネルを導入することで、より直感的なインターフェースを実現する。また、手の動作をセンシングし、その動きに基づいて動作を認識するものがある。
【０００３】
特許文献１には、触覚を利用して利用者の周囲の広範囲の方向や位置を提示するヒューマンインタフェース装置が記載されている。特許文献１に記載の装置は、利用者に提示すべき方向と位置検出部が検出した配置情報とに基づいて、利用者の身体表面位置に対して、触覚提示部を用いて触覚刺激を提示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−７５７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の方向呈示装置にあっては、触覚デバイス（機械的な力，風船，形状記憶合金，熱，流体，電気的な刺激など）の単なる例示と、触覚デバイスの単なる配置例（円周内側配置，球面内側配置，円筒外側配置など）を例示しているだけで、特定の触覚デバイスをどのように適用するか構成例は記載されていない。例えば、アームやワイヤによって機械的な力を加えると記載されているだけでいかような構成を採ればよいのか具体的構造や動作は何ら開示されていない。すなわち、体表面位置に対して、触覚提示部を用いて触覚刺激を提示するという概念が示されているだけで、技術的な記載が一切開示されていない。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、触覚を利用して方向を含む情報を直感的に分かり易く伝達することができる方向伝達装置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】
【０００７】
本発明の方向伝達装置は、把持可能な筐体と、前記筐体内部に設置され、かつ呈示する方向に応じて前記筐体の外周面に刺激を与える刺激付与機構と、を備える構成を採る。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、方向を含む情報を、触覚により直感的に分かり易く伝達することができる。視覚・聴覚ではなく触覚により方向情報などが伝達されることにより、新しい感覚が得られ、さらにそのまま操作を行うことができ、直感的な操作を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る方向伝達装置の全体構成を示す透過斜視図
【図２】上記実施の形態に係る方向伝達装置の透過図
【図３】上記実施の形態に係る方向伝達装置の要部断面図
【図４】上記実施の形態に係る方向伝達装置の構成を示す図
【図５】上記実施の形態に係る方向伝達装置のソレノイドの取り付け例を説明する図
【図６】上記実施の形態に係る方向伝達装置の刺激を与える機構を説明する図
【図７】上記実施の形態に係る方向伝達装置の刺激を与える機構を説明する図
【図８】上記実施の形態に係る方向伝達装置のシステム構成を示すブロック図
【図９】上記実施の形態に係る方向伝達装置の使用方法を説明する図
【図１０】上記実施の形態に係る方向伝達装置のシステムの制御を示すフローチャート
【図１１】上記実施の形態に係る方向伝達装置のＰＣの表示部に表示されるゲームの画面を示す図
【図１２】上記実施の形態に係る方向伝達装置の刺激を与える機構に圧電素子を利用した方向伝達装置の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
（実施の形態）
図１は、本発明の一実施の形態に係る方向伝達装置の全体構成を示す透過斜視図であり、図１（ａ）はその正面方向から見た透過斜視図、図１（ｂ）はその側面方向から見た透過斜視図である。図２は、上記方向伝達装置の透過図であり、図２（ａ）はその上面図、図２（ｂ），（ｃ），（ｄ）はその３方向から見た側面図、図２（ｅ）はその底面図である。図３は、上記方向伝達装置の要部断面図である。本実施の形態は、手に方向を伝達する方向伝達デバイスに適用した例である。
【００１２】
図１乃至図３に示すように、方向伝達装置１０は、樹脂等で形成された円筒形状をした筒型筐体１１を有する。筒型筐体１１は、円筒軸線上に所定間隔ごとに上下左右の開口孔１１ａが形成され、開口孔１１ａを塞ぐように硬質ゴム等の弾力性シート１２が貼り付けられる。筒型筐体１１は、筒型筐体１１全体を覆うようにラバーシート１３が被覆される。筒型筐体１１は、円筒外周の一端に、入力指示を切り替えるスイッチ１４が取り付けられる。
【００１３】
筒型筐体１１内部には、互いに９０度ごとずらした４つのソレノイド１５ａ〜１５ｄが配置される。ソレノイド１５ａ〜１５ｄのロッド１６ａ〜１６ｄは、筒型筐体１１内部から外周に向かって上下左右の開口孔１１ａから突出する位置に配置される。
【００１４】
筒型筐体１１内部は、ソレノイド１５ａ〜１５ｄを載置する土台となる切欠１７ａを有するプレート１７が取り付けられる。切欠１７ａは、各段の空気を連通させて筒型筐体１１の柔軟性を保つとともに、ソレノイド１５ａ〜１５ｄのリード線（図示略）を底面まで導く連通路となる。各プレート１７上には、固定具１８がネジ止めにより固定され、固定具１８にはソレノイド１５ａ〜１５ｄがネジ止めにより固定される。ソレノイド１５ａ〜１５ｄが、プレート１７及び固定具１８により筒型筐体１１内部に設置されると、ソレノイド１５ａ〜１５ｄのロッド１６ａ〜１６ｄは、筒型筐体１１内部から外周に向かって、９０度ずつずれて開口孔１１ａから突出する。
【００１５】
筒型筐体１１底部１１ｂには、橋脚１９を介してドライバ基板２０が取り付けられる。ドライバ基板２０は、方向伝達装置１０全体を制御するマイクロコンピュータ等からなる制御部２１を有する。ドライバ基板２０は、導線２２（図３参照）により方向伝達装置１０外部と接続される。また、筒型筐体１１上蓋１１ｃには、方向伝達装置１０の使用状態を検出する加速度センサ２３（図３参照）が取り付けられる。スイッチ１４、ソレノイド１５ａ〜１５ｄ及び加速度センサ２３とドライバ基板２０とは、図示しないリード線により接続される。なお、筒型筐体１１は、例えば手で握れる程度の大きさであることが好ましい。
【００１６】
以下、各部の詳細について説明する。
【００１７】
方向伝達装置１０は、筒型筐体１１内部に、９０度ごとに配置した４つのソレノイド１５ａ〜１５ｄを備える。ソレノイド１５ａ〜１５ｄは、筒型筐体１１の該当方向の壁を、ロッド１６ａ〜１６ｄにより叩いて振動させ衝撃を与える。ユーザは方向伝達装置１０を把持しており、振動・衝撃を受けた側を情報として感知する。以上が基本的な考え方である。しかし本発明者らの実験等によれば、単に四方の壁に振動を与えるだけでは十分な情報を与えることができないことが判明した。
【００１８】
図４は、試作品の方向伝達装置３０の構成を示す図である。図１乃至図３と同一構成部分には同一符号を付している。
【００１９】
図４に示すように、方向伝達装置３０は、樹脂等により形成された名刺ほどの大きさの矩形の筐体３１を有する。筐体３１内部には、互いに９０度ごとずらした４つのソレノイド１５ａ〜１５ｄが固定される。ソレノイド１５ａ〜１５ｄのロッド１６ａ〜１６ｄは、筐体３１内部から外方に向かい、内壁に貼り付けられた弾力性シート１２に当接可能である。
【００２０】
上記試作品の方向伝達装置３０は、下記の点で改良の余地があった。
【００２１】
（１）筐体形状
ユーザは、名刺ほどの大きさ筐体３１を手で把持する。図４の場合、ユーザは幅の狭い側を掌で掴んで握る。このため、筐体３１の長尺方向の端部は、手からはみ出すことになる。ソレノイド１５ｂ，１５ｄのロッド１６ｂ，１６ｄ方向が、手からはみ出した部分となる。はみ出した部分については、皮膚に方向伝達のための刺激が伝わらない。そこで、本実施の形態の方向伝達装置１０は、方向伝達がどの方向についても手に伝わるように、手に収まりやすい円柱形状の筒型筐体１１とした。円柱形状の場合、直径が約３０ｍｍ程が適当である。筒型筐体１１を握った場合、掌及び手指の内側全体に筒型筐体１１の外周が接触し、ソレノイド１５ａ〜１５ｄが筒型筐体１１の四方の壁面のいずれを振動させても振動を感知することができる。筒型筐体１１内部の機構としては、確実な方向伝達を行うために局所的な振動が求められる。本実施の形態では、ソレノイドを使用した。ソレノイドに代えてリニアモータ，偏芯軸受モータであってもよい。
【００２２】
なお、筒型筐体１１の形状は、円柱形状には限定されず、直方体であってもよい。
【００２３】
（２）刺激を与える機構の配置
図４の試作品の方向伝達装置３０では、刺激を与える機構（ここではソレノイド１５ａ〜１５ｄ）は、同一平面状の２次元配置であった。ソレノイド１５ａ〜１５ｄは、所定の大きさ及びロッド１６ａ〜１６ｄ長さを有するため、２次元配置では図４のような配置を採らざるを得ない。これでは、上述したように、手からはみ出した筐体部分に、方向伝達のための刺激が伝わらない。但し、筐体３１及びソレノイド１５ａ〜１５ｄが、手に収まる程度に十分な小型であれば、図４の２次元配置の構成も有効である。この場合、筐体３１の厚みが少ないため、装置の薄型化に適している。
【００２４】
本実施の形態では、図１乃至図３に示すように、刺激を与える機構（ソレノイド１５ａ〜１５ｄ）を、筒型筐体１１内の高さ方向で３次元配置した。方向伝達装置１０を把持した場合、筒型筐体１１を手で包み込むような持ち方となるため、掌及び手指で四方向全ての刺激を知覚することができる。刺激を与える機構の３次元配置にすることにより、方向伝達装置１０を自然に把持した状態で方向伝達が可能となる。
【００２５】
図５は、ソレノイド１５ａ〜１５ｄの取り付け例を説明する図であり、ソレノイド１５ａを代表して示す。
【００２６】
図５に示すように、土台であるプレート１７に、固定具１８を固定し、固定具１８にソレノイド１５ａを取り付ける。ソレノイド１５ａが取り付けられたプレート１７ごと筒型筐体１１内部に固定する。
【００２７】
（３）十分な刺激を与える機構
本発明者らは、図４に示す試作品の方向伝達装置３０に先立って、ソレノイド１５ａ〜１５ｄのロッド１６ａ〜１６ｄが筐体の四方の壁面を直接叩く構造を試作した。しかし、ソレノイド１５ａ〜１５ｄが筐体の四方の壁面を直接叩く衝撃では、衝撃が周囲の部材で吸収されること、また衝撃が筐体全体に拡散することで、ユーザに十分伝わる刺激とはならないことが判明した。
【００２８】
図６及び図７は、刺激を与える機構を説明する図であり、ソレノイド１５ａを代表して示す。
【００２９】
上述したように、ソレノイド１５ａが筐体の壁面を叩く衝撃では、ユーザに対し十分な刺激にならない。そこで、図６に示すように、筒型筐体１１にソレノイド１５ａのロッド１６ａが突出する開口孔１１ａを形成し、ロッド１６ａが開口孔１１ａを介して筒型筐体１１から飛び出るように取り付けることが考えられる。これにより、ロッド１６ａの突端が直接皮膚に接触することで、ロッド１６ａの刺激が減衰されずに皮膚に伝達される。
【００３０】
しかし、ロッド１６ａの突端を直接皮膚に当てる方法では、皮膚に当接する位置が局所的過ぎて、方向伝達装置１０の握り方によっては、上記ロッド１６ａの突端が指の隙間などに位置し、情報伝達ができない可能性がある。本実施の形態では、図７に示すように、ロッド１６ａの突端を覆うように、筒型筐体１１に弾力性シート１２を貼り付ける。これにより、筒型筐体１１を握った時の指の隙間などを埋めることができ、また弾力性シート１２がロッド１６ａの振動を局所的に拡散するので、刺激箇所と皮膚が多少ずれてもユーザに情報を伝達することができる。さらに、弾力性シート１２が貼り付けてあることが刺激箇所の目印となり、ユーザはこの弾力性シート１２部分に皮膚を当てることを意識することで、方向伝達を円滑に行う補助的な役割も果たすことになる。
【００３１】
なお、図４の試作品の方向伝達装置３０においても、ソレノイド１５ａ〜１５ｄのロッド１６ａ〜１６ｄは、筐体３１の内壁に貼り付けられた弾力性シート１２に当接する。上記方向伝達装置１０の場合と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
次に、方向伝達装置１０の使用方法について説明する。
【００３３】
図８は、方向伝達装置１０のシステム構成を示すブロック図である。図９は、方向伝達装置１０の使用方法を説明する図である。
【００３４】
図８に示すように、方向伝達装置１０は、ＵＳＢ（Universal Serial BUS）などの汎用シリアルケーブルを介して外部制御装置４０に接続される。外部制御装置４０は、例えばノート型ＰＣ（Personal Computer）である。また、体感型ゲーム機器本体に適用して好適である。なお、外部制御装置４０は、どのような電子機器であってもよく、方向伝達装置１０を接続するインターフェースもどのような規格のものであってもよい。
【００３５】
方向伝達デバイス１０Ａは、図１乃至図３に示す方向伝達装置１０から、スイッチ１４、加速度センサ２３、制御部２１及びドライバ基板２０等を除く、方向伝達機構である。具体的には、方向伝達デバイス１０Ａは、筒型筐体１１と、筒型筐体１１内部に３次元配置された四方向のソレノイド１５ａ〜１５ｄとを主要部とする。
【００３６】
方向伝達装置１０は、外部制御装置４０からの方向伝達情報に従って、制御部２１が方向伝達機構１０Ａを駆動してユーザに方向伝達を行う。例えば、図１に示すように、ユーザが、スイッチ１４を親指で押すような位置で筒型筐体１１を右手で握っているとする。この状態で、制御部２１が筒型筐体１１内部のソレノイド１５ｂを駆動すると、そのロッド１６ｂの突端が、筒型筐体１１の右の開口孔１１ａから突出して弾力性シート１２に当接し、ユーザはこの衝撃を右手の右側の皮膚で感知して、方向伝達装置１０から右方向の情報伝達を受け取る。
【００３７】
ユーザは、方向伝達装置１０から方向伝達の刺激を受けると、その情報に応じた入力を行う。この入力は、手に把持する筒型筐体１１を該当方向に振ることによる。
【００３８】
図９（ａ）に示すように、筒型筐体１１上蓋１１ｃ（図３参照）には、方向伝達装置１０の使用状態を検出する加速度センサ２３が取り付けられている。図９（ｂ）矢印に示すように、ユーザは筒型筐体１１底部１１ｂ（図１参照）を基点として筒型筐体１１を該当位置に振る。加速度センサ２３は、この動きを、入力として制御部２１に送信し、制御部２１はユーザからの入力を外部制御装置４０に送信する。
【００３９】
以上は、ユーザが筒型筐体１１を把持した状態で触覚により感知でき、また入力は、同じくユーザが筒型筐体１１を把持した状態で必要最小限で、かつ極めて自然な操作感で行うことができる。すなわち、方向伝達装置１０は、情報伝達そのものを触覚を利用して行うことができるという特徴を有する。これに加えて、筒型筐体１１内に、ユーザの使用状態を検出するセンサ（本実施の形態では、加速度センサ２３）を組み込むことで、情報に応じたボタンを押下するなどの方法に比べてより直感的に操作することできる。方向伝達装置１０は、ユーザに対して、とても分かり易く情報伝達を行うことができ、かつ直感的な入力が可能になり、情報伝達デバイスとして効果的である。
【００４０】
次に、方向伝達装置１０を備えるシステムの制御方法について説明する。
【００４１】
図１０は、図８に示す方向伝達装置１０のシステムの制御を示すフローチャートである。図中、Ｓはフローの各ステップを示す。図８の外部制御装置４０は、ＰＣであり、ＰＣ上で実行されるソフトウェアにより、方向伝達装置１０に対して方向伝達が行われるとともに、方向伝達装置１０の加速度センサ２３によりＰＣに対して入力を行う場合を例に採る。ＰＣにより実行されるソフトウェアは、宝探しゲームソフトウェアである。
【００４２】
図１１は、ＰＣの表示部に表示されるゲームの画面５０を示す図である。図１０及び図１１に示すゲームは、ユーザがキャラクタ５１を操作して宝箱５２まで到達させるゲームである。図１１は、キャラクタ５１が宝箱５２まで到達したので迷路５３の全容が表示されている。ユーザがキャラクタ５１を操作して宝箱５２を見つけるまでは、図１１の表示は行われない。ユーザは、方向伝達装置１０の筒型筐体１１の手で把持して振動から方向を判断し、判断を元に筒型筐体１１を振って宝箱５２を見つける。
【００４３】
図１０に示すように、ステップＳ１１では、ユーザは、宝箱のある方向を尋ねたいとき、方向伝達装置１０のスイッチ１４を操作する。
【００４４】
ステップＳ１２では、制御部２１は、スイッチ１４が操作された時点のキャラクタ５１の現在位置を検出し、宝箱５２方向を判断する。
【００４５】
ステップＳ１３では、制御部２１は、宝箱５２方向に対応するソレノイド１５ａ〜１５ｄに対して駆動信号を出力する。制御部２１からの信号を受けて、対応するソレノイド１５ａ〜１５ｄが駆動し、ロッド１６ａ〜１６ｄを筒型筐体１１内部から開口孔１１ａを介して突出させ、弾力性シート１２を介して筒型筐体１１の該当方向を振動させる。
【００４６】
ステップＳ１４では、ユーザは、手に把持している筒型筐体１１の振動から方向を触覚により知覚し、キャラクタ５１を動かしたい方向に筒型筐体１１を振る（図９（ｂ）参照）。加速度センサ２３は、振られた方向を検知し、制御部２１に出力する。
【００４７】
ステップＳ１５では、制御部２１は、加速度センサ２３からの検知信号が所定閾値以上か否かを判別し、検知信号が所定閾値より小さければ、規定以上の動きがないか誤差であると判断して上記ステップＳ１４に戻る。
【００４８】
加速度センサ２３からの検知信号が所定閾値以上の場合は、ステップＳ１６で制御部２１は、ＰＣ上のソフトウェアに対して加速度センサ２３により検知した方向に対応するシリアル信号を送る。この場合、加速度センサ２３により検知した方向（すなわち、ユーザが指示した方向）にキャラクタ５１を移動させる信号を送る。
【００４９】
ステップＳ１７では、ＰＣ上のソフトウェアは、方向伝達装置１０からの方向情報を基にゲームの画面５０上のキャラクタ５１を指示方向に動かし、キャラクタ５１が宝箱５２に到達したことを判断する。キャラクタ５１の移動に伴い、宝箱５２に到達した場合は、ゲーム終了と判断して、ステップＳ１８でＰＣ上のソフトウェアは、図１１に示す画面５０に迷路５３の全容を表示して本フローを終了する。この終了画面には、ゲーム達成を祝うメッセージや経過時間などを表示してもよい。
【００５０】
上記ステップＳ１７でキャラクタ５１が移動しても宝箱５２に到達しなかった場合は、ＰＣ上のソフトウェアは、制御部２１に対して再実行の指示信号を送る（ステップＳ１７のＮＯからステップＳ１１に戻るフロー参照）。これにより、制御部２１は、ユーザによるスイッチ１４の操作を待つ（ステップＳ１１参照）。ユーザは、宝箱のある方向を尋ねたいときは、スイッチ１４を操作する。
【００５１】
図１２は、刺激を与える機構に圧電素子を利用した方向伝達装置の構成を示す図である。
【００５２】
図１２（ａ）に示すように、方向伝達装置６０は、筒型筐体６１に、バイモルフ構造のＰＺＴ素子を利用してピンを上下する触覚刺激装置６２を備える。
【００５３】
図１２（ｂ）に示すように、触覚刺激装置６２は、ＰＺＴ素子からなる圧電バイモルフ６３の上にピン６４を配置し、電源６５により定格電圧を印加する。バイモルフ構造は、上下のピエゾ板間に導電板を挟んで一体化し、ピエゾ板あるいは導電板のいずれか一方を共通電極、他方をセグメント電極とした構造である。バイモルフ構造の長手方向のアームの長さを十分にとると、ピン６４の高さ方向の位置変化を大きくすることができる。
【００５４】
触覚刺激装置６２は、筒型筐体６１内部に設置され、筒型筐体６１表面の把持位置には、ピン６４が突出する開口孔６１ａが開口している。方向伝達装置６０は、図１乃至図３と同様の制御部（図示略）を備えており、この制御部からの指示に基づき、該当する電源６５の電圧を与えることで、圧電バイモルフ６３の上にピン６４を上下させる。ピン６４が上がると、図１２（ａ）に示すように筒型筐体６１の開口孔６１ａから突出し、ユーザはピン６４の刺激位置により方向などの情報を感知することができる。
【００５５】
圧電バイモルフ６３を用いた刺激を与える機構は、応答性が良いため、周波数の高い振動や様々なパターンの刺激をユーザに与えることができる。
【００５６】
以上詳細に説明したように、本実施の形態の方向伝達装置１０は、手により把持可能な筒型筐体１１と、筒型筐体１１内部から外周に向かって上下左右の開口孔１１ａから突出する位置に３次元配置されるソレノイド１５ａ〜１５ｄと、筒型筐体１１の動きを検出する加速度センサ２３と、ソレノイド１５ａ〜１５ｄ及び加速度センサ２３を制御する制御部２１とを備える。制御部２１は、方向伝達装置１０に接続された外部制御装置４０からの指示に基づきソレノイド１５ａ〜１５ｄを駆動する。制御部２１が筒型筐体１１内部のソレノイド１５ａ〜１５ｄを駆動すると、ロッド１６ａ〜１６ｄの突端が、筒型筐体１１の右の開口孔１１ａから突出して弾力性シート１２に当接し、ユーザはこの衝撃を掌及び手指で感知して、方向伝達装置１０から方向の情報伝達を受け取る。また、筒型筐体１１には、加速度センサ２３が搭載されている。ユーザは筒型筐体１１を振ることで、与えられた刺激に対して直感的に反応することができる。
【００５７】
方向伝達装置１０は、情報を触覚によってユーザに伝達する。ユーザは、方向伝達装置１０から教示される方向情報を、視覚・聴覚ではなく触覚により受け取ることにより、新しい感覚が得られ、さらにそのまま操作を行うことができ、直感的な操作を得ることができる。
【００５８】
方向伝達装置１０は、触覚により方向伝達を行うため、機器の使用中に画面や音声を確認する必要がなくなる。周囲に雑音がある環境や画面を注視できない状況であっても、ユーザに確実に方向を伝えることができる。
【００５９】
本実施の形態の方向伝達装置１０は、手に収まる形状であるため、使用中及び携帯する際に身体に負担がかからず、持ち運びをするのに非常に適している。また、方向伝達は、片手であるため、他の箇所は拘束されない利点がある。
【００６０】
本実施の形態では、円筒形状の筒型筐体１１であるため、把持しやすく方向を認識しやすい。さらに、把持する筒型筐体１１を振るだけで、与えられた刺激に対して直感的に反応することができる。すなわち、ユーザに方向などの情報が伝達されると、一連の動きの過程で入力操作に移ることができ、違和感なく、直感的な操作が可能になる。
【００６１】
以上の効果に加えて、さらに以下のような効果を期待することができる。
【００６２】
ユーザが方向伝達装置１０の使用に慣れると、方向指示の刺激が伝達されてからユーザが判断するまでの速度が上がることが確認された。刺激を感じた瞬間に脳が判断する速度は、視覚により眼を画面まで移動させて認識する判断動作、聴覚により耳で音声を聴き取り認識する動作に比べて格段に速く、迅速な方向伝達が可能になる。
【００６３】
視覚・聴覚動作が不要で、かつ迅速な方向伝達が可能な本方向伝達装置１０は、ゲーム機器の情報出力装置としては勿論のこと、車両のカーナビゲーションシステムに適用して好適である。例えば、刺激を与える機構（図１乃至図３のソレノイド１５ａ〜１５ｄ、図１２の触覚刺激装置６２など）を自動車などのハンドルに組み込み、搭載するナビゲーションシステムと連動させる。これにより、視覚・聴覚動作に依存することなく、迅速な方向伝達を実現することができる。当然のことながら既存の視覚・聴覚による方向伝達と併用してもよく、この場合はより安全性を向上させることができる。
【００６４】
また、刺激を与える回数又は間隔を変化させるようにしてもよい。このように制御すれば、より理解し易く効率的な方向伝達が可能になる。一回の刺激の場合、理解できなかったり、判断に迷う場合が考えられるが、皮膚に有効に周波数で振動を繰り返し与えることでより確実な情報伝達が可能になる。
【００６５】
刺激を与える回数又は間隔を変える、又は組み合わせて使用することは、伝達すべき情報量を増やすことにもつながる。方向以外の情報を伝達することができ、また、方向であっても、単に方向だけではなく、その方向を維持し続けるなどの情報を伝達することができる。
【００６６】
本実施の形態では、方向伝達装置１０を、宝探しゲームソフトウェアに適用した場合について説明したが、ナビゲーションシステムなどに適用できることは言うまでもない。例えば、本方向伝達装置１０を、現在携帯電話機などで使用されている道案内システムに適用した場合には、目的地を入力した後は、画面の確認をすることなく目的地まで移動することが可能になる。また、方向伝達後のユーザの反応から、間違いや追加する内容（間違っていたら、もう一度方向伝達開始など）を与えることができる。
【００６７】
また、図１０及び図１１に示したように、テレビゲームなどの入出力端末装置として用いて好適である。ゲーム中にユーザに対して方向に関連した情報を与えたい場合、視覚だけではなく、触覚にも訴えることで、より臨場感が増し、その反応に応じた入力操作を直感的な動作で返すことができ、いままでにない斬新な面白さを提供することができる。
【００６８】
以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変更が可能であり、本発明がこれらに及ぶことは当然である。
【００６９】
上記実施の形態では、上下左右の四方向の方向を伝達しているが、同様の構成により、その中間方位を含めて８方位などとしてもよい。
【００７０】
また、上記実施の形態では、方向伝達装置という名称を用いたが、これは説明の便宜上であり、情報呈示装置、方向伝達デバイス等であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明に係る方向伝達装置は、手などの接触呈示対象部位に各種情報を伝達する触覚呈示デバイスに用いて有用である。また、テレビゲームなどの入出力端末装置、自動車のハンドルなどに組み込んでナビゲーションシステムに適用して好適である。
【符号の説明】
【００７２】
１０，３０，６０ 方向伝達装置
１１，６１ 筒型筐体
１１ａ，６１ａ 開口孔
１２ 弾力性シート
１３ ラバーシート
１４ スイッチ
１５ａ〜１５ｄ ソレノイド
１６ａ〜１６ｄ ロッド
１７ プレート
１７ａ 切欠
１８ 固定具
１９ 橋脚
２０ ドライバ基板
２１ 制御部
４０ 外部制御装置
６２ 触覚刺激装置
６３ 圧電バイモルフ
６４ ピン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触覚を利用して方向などの情報を伝達する方向伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器や各種アミューズメント装置の普及が拡大し、利用が多くなるにつれて、これらの機器にはより面白く、斬新な機能を持つことが求められている。例えば、携帯機器にタッチパネルを導入することで、より直感的なインターフェースを実現する。また、手の動作をセンシングし、その動きに基づいて動作を認識するものがある。
【０００３】
特許文献１には、触覚を利用して利用者の周囲の広範囲の方向や位置を提示するヒューマンインタフェース装置が記載されている。特許文献１に記載の装置は、利用者に提示すべき方向と位置検出部が検出した配置情報とに基づいて、利用者の身体表面位置に対して、触覚提示部を用いて触覚刺激を提示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−７５７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の方向呈示装置にあっては、触覚デバイス（機械的な力，風船，形状記憶合金，熱，流体，電気的な刺激など）の単なる例示と、触覚デバイスの単なる配置例（円周内側配置，球面内側配置，円筒外側配置など）を例示しているだけで、特定の触覚デバイスをどのように適用するか構成例は記載されていない。例えば、アームやワイヤによって機械的な力を加えると記載されているだけでいかような構成を採ればよいのか具体的構造や動作は何ら開示されていない。すなわち、体表面位置に対して、触覚提示部を用いて触覚刺激を提示するという概念が示されているだけで、技術的な記載が一切開示されていない。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、触覚を利用して方向を含む情報を直感的に分かり易く伝達することができる方向伝達装置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】
【０００７】
本発明の方向伝達装置は、把持可能な筐体と、前記筐体内部に設置され、かつ呈示する方向に応じて前記筐体の外周面に刺激を与える刺激付与機構と、を備える構成を採る。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、方向を含む情報を、触覚により直感的に分かり易く伝達することができる。視覚・聴覚ではなく触覚により方向情報などが伝達されることにより、新しい感覚が得られ、さらにそのまま操作を行うことができ、直感的な操作を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る方向伝達装置の全体構成を示す透過斜視図
【図２】上記実施の形態に係る方向伝達装置の透過図
【図３】上記実施の形態に係る方向伝達装置の要部断面図
【図４】上記実施の形態に係る方向伝達装置の構成を示す図
【図５】上記実施の形態に係る方向伝達装置のソレノイドの取り付け例を説明する図
【図６】上記実施の形態に係る方向伝達装置の刺激を与える機構を説明する図
【図７】上記実施の形態に係る方向伝達装置の刺激を与える機構を説明する図
【図８】上記実施の形態に係る方向伝達装置のシステム構成を示すブロック図
【図９】上記実施の形態に係る方向伝達装置の使用方法を説明する図
【図１０】上記実施の形態に係る方向伝達装置のシステムの制御を示すフローチャート
【図１１】上記実施の形態に係る方向伝達装置のＰＣの表示部に表示されるゲームの画面を示す図
【図１２】上記実施の形態に係る方向伝達装置の刺激を与える機構に圧電素子を利用した方向伝達装置の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
（実施の形態）
図１は、本発明の一実施の形態に係る方向伝達装置の全体構成を示す透過斜視図であり、図１（ａ）はその正面方向から見た透過斜視図、図１（ｂ）はその側面方向から見た透過斜視図である。図２は、上記方向伝達装置の透過図であり、図２（ａ）はその上面図、図２（ｂ），（ｃ），（ｄ）はその３方向から見た側面図、図２（ｅ）はその底面図である。図３は、上記方向伝達装置の要部断面図である。本実施の形態は、手に方向を伝達する方向伝達デバイスに適用した例である。
【００１２】
図１乃至図３に示すように、方向伝達装置１０は、樹脂等で形成された円筒形状をした筒型筐体１１を有する。筒型筐体１１は、円筒軸線上に所定間隔ごとに上下左右の開口孔１１ａが形成され、開口孔１１ａを塞ぐように硬質ゴム等の弾力性シート１２が貼り付けられる。筒型筐体１１は、筒型筐体１１全体を覆うようにラバーシート１３が被覆される。筒型筐体１１は、円筒外周の一端に、入力指示を切り替えるスイッチ１４が取り付けられる。
【００１３】
筒型筐体１１内部には、互いに９０度ごとずらした４つのソレノイド１５ａ〜１５ｄが配置される。ソレノイド１５ａ〜１５ｄのロッド１６ａ〜１６ｄは、筒型筐体１１内部から外周に向かって上下左右の開口孔１１ａから突出する位置に配置される。
【００１４】
筒型筐体１１内部は、ソレノイド１５ａ〜１５ｄを載置する土台となる切欠１７ａを有するプレート１７が取り付けられる。切欠１７ａは、各段の空気を連通させて筒型筐体１１の柔軟性を保つとともに、ソレノイド１５ａ〜１５ｄのリード線（図示略）を底面まで導く連通路となる。各プレート１７上には、固定具１８がネジ止めにより固定され、固定具１８にはソレノイド１５ａ〜１５ｄがネジ止めにより固定される。ソレノイド１５ａ〜１５ｄが、プレート１７及び固定具１８により筒型筐体１１内部に設置されると、ソレノイド１５ａ〜１５ｄのロッド１６ａ〜１６ｄは、筒型筐体１１内部から外周に向かって、９０度ずつずれて開口孔１１ａから突出する。
【００１５】
筒型筐体１１底部１１ｂには、橋脚１９を介してドライバ基板２０が取り付けられる。ドライバ基板２０は、方向伝達装置１０全体を制御するマイクロコンピュータ等からなる制御部２１を有する。ドライバ基板２０は、導線２２（図３参照）により方向伝達装置１０外部と接続される。また、筒型筐体１１上蓋１１ｃには、方向伝達装置１０の使用状態を検出する加速度センサ２３（図３参照）が取り付けられる。スイッチ１４、ソレノイド１５ａ〜１５ｄ及び加速度センサ２３とドライバ基板２０とは、図示しないリード線により接続される。なお、筒型筐体１１は、例えば手で握れる程度の大きさであることが好ましい。
【００１６】
以下、各部の詳細について説明する。
【００１７】
方向伝達装置１０は、筒型筐体１１内部に、９０度ごとに配置した４つのソレノイド１５ａ〜１５ｄを備える。ソレノイド１５ａ〜１５ｄは、筒型筐体１１の該当方向の壁を、ロッド１６ａ〜１６ｄにより叩いて振動させ衝撃を与える。ユーザは方向伝達装置１０を把持しており、振動・衝撃を受けた側を情報として感知する。以上が基本的な考え方である。しかし本発明者らの実験等によれば、単に四方の壁に振動を与えるだけでは十分な情報を与えることができないことが判明した。
【００１８】
図４は、試作品の方向伝達装置３０の構成を示す図である。図１乃至図３と同一構成部分には同一符号を付している。
【００１９】
図４に示すように、方向伝達装置３０は、樹脂等により形成された名刺ほどの大きさの矩形の筐体３１を有する。筐体３１内部には、互いに９０度ごとずらした４つのソレノイド１５ａ〜１５ｄが固定される。ソレノイド１５ａ〜１５ｄのロッド１６ａ〜１６ｄは、筐体３１内部から外方に向かい、内壁に貼り付けられた弾力性シート１２に当接可能である。
【００２０】
上記試作品の方向伝達装置３０は、下記の点で改良の余地があった。
【００２１】
（１）筐体形状
ユーザは、名刺ほどの大きさ筐体３１を手で把持する。図４の場合、ユーザは幅の狭い側を掌で掴んで握る。このため、筐体３１の長尺方向の端部は、手からはみ出すことになる。ソレノイド１５ｂ，１５ｄのロッド１６ｂ，１６ｄ方向が、手からはみ出した部分となる。はみ出した部分については、皮膚に方向伝達のための刺激が伝わらない。そこで、本実施の形態の方向伝達装置１０は、方向伝達がどの方向についても手に伝わるように、手に収まりやすい円柱形状の筒型筐体１１とした。円柱形状の場合、直径が約３０ｍｍ程が適当である。筒型筐体１１を握った場合、掌及び手指の内側全体に筒型筐体１１の外周が接触し、ソレノイド１５ａ〜１５ｄが筒型筐体１１の四方の壁面のいずれを振動させても振動を感知することができる。筒型筐体１１内部の機構としては、確実な方向伝達を行うために局所的な振動が求められる。本実施の形態では、ソレノイドを使用した。ソレノイドに代えてリニアモータ，偏芯軸受モータであってもよい。
【００２２】
なお、筒型筐体１１の形状は、円柱形状には限定されず、直方体であってもよい。
【００２３】
（２）刺激を与える機構の配置
図４の試作品の方向伝達装置３０では、刺激を与える機構（ここではソレノイド１５ａ〜１５ｄ）は、同一平面状の２次元配置であった。ソレノイド１５ａ〜１５ｄは、所定の大きさ及びロッド１６ａ〜１６ｄ長さを有するため、２次元配置では図４のような配置を採らざるを得ない。これでは、上述したように、手からはみ出した筐体部分に、方向伝達のための刺激が伝わらない。但し、筐体３１及びソレノイド１５ａ〜１５ｄが、手に収まる程度に十分な小型であれば、図４の２次元配置の構成も有効である。この場合、筐体３１の厚みが少ないため、装置の薄型化に適している。
【００２４】
本実施の形態では、図１乃至図３に示すように、刺激を与える機構（ソレノイド１５ａ〜１５ｄ）を、筒型筐体１１内の高さ方向で３次元配置した。方向伝達装置１０を把持した場合、筒型筐体１１を手で包み込むような持ち方となるため、掌及び手指で四方向全ての刺激を知覚することができる。刺激を与える機構の３次元配置にすることにより、方向伝達装置１０を自然に把持した状態で方向伝達が可能となる。
【００２５】
図５は、ソレノイド１５ａ〜１５ｄの取り付け例を説明する図であり、ソレノイド１５ａを代表して示す。
【００２６】
図５に示すように、土台であるプレート１７に、固定具１８を固定し、固定具１８にソレノイド１５ａを取り付ける。ソレノイド１５ａが取り付けられたプレート１７ごと筒型筐体１１内部に固定する。
【００２７】
（３）十分な刺激を与える機構
本発明者らは、図４に示す試作品の方向伝達装置３０に先立って、ソレノイド１５ａ〜１５ｄのロッド１６ａ〜１６ｄが筐体の四方の壁面を直接叩く構造を試作した。しかし、ソレノイド１５ａ〜１５ｄが筐体の四方の壁面を直接叩く衝撃では、衝撃が周囲の部材で吸収されること、また衝撃が筐体全体に拡散することで、ユーザに十分伝わる刺激とはならないことが判明した。
【００２８】
図６及び図７は、刺激を与える機構を説明する図であり、ソレノイド１５ａを代表して示す。
【００２９】
上述したように、ソレノイド１５ａが筐体の壁面を叩く衝撃では、ユーザに対し十分な刺激にならない。そこで、図６に示すように、筒型筐体１１にソレノイド１５ａのロッド１６ａが突出する開口孔１１ａを形成し、ロッド１６ａが開口孔１１ａを介して筒型筐体１１から飛び出るように取り付けることが考えられる。これにより、ロッド１６ａの突端が直接皮膚に接触することで、ロッド１６ａの刺激が減衰されずに皮膚に伝達される。
【００３０】
しかし、ロッド１６ａの突端を直接皮膚に当てる方法では、皮膚に当接する位置が局所的過ぎて、方向伝達装置１０の握り方によっては、上記ロッド１６ａの突端が指の隙間などに位置し、情報伝達ができない可能性がある。本実施の形態では、図７に示すように、ロッド１６ａの突端を覆うように、筒型筐体１１に弾力性シート１２を貼り付ける。これにより、筒型筐体１１を握った時の指の隙間などを埋めることができ、また弾力性シート１２がロッド１６ａの振動を局所的に拡散するので、刺激箇所と皮膚が多少ずれてもユーザに情報を伝達することができる。さらに、弾力性シート１２が貼り付けてあることが刺激箇所の目印となり、ユーザはこの弾力性シート１２部分に皮膚を当てることを意識することで、方向伝達を円滑に行う補助的な役割も果たすことになる。
【００３１】
なお、図４の試作品の方向伝達装置３０においても、ソレノイド１５ａ〜１５ｄのロッド１６ａ〜１６ｄは、筐体３１の内壁に貼り付けられた弾力性シート１２に当接する。上記方向伝達装置１０の場合と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
次に、方向伝達装置１０の使用方法について説明する。
【００３３】
図８は、方向伝達装置１０のシステム構成を示すブロック図である。図９は、方向伝達装置１０の使用方法を説明する図である。
【００３４】
図８に示すように、方向伝達装置１０は、ＵＳＢ（Universal Serial BUS）などの汎用シリアルケーブルを介して外部制御装置４０に接続される。外部制御装置４０は、例えばノート型ＰＣ（Personal Computer）である。また、体感型ゲーム機器本体に適用して好適である。なお、外部制御装置４０は、どのような電子機器であってもよく、方向伝達装置１０を接続するインターフェースもどのような規格のものであってもよい。
【００３５】
方向伝達デバイス１０Ａは、図１乃至図３に示す方向伝達装置１０から、スイッチ１４、加速度センサ２３、制御部２１及びドライバ基板２０等を除く、方向伝達機構である。具体的には、方向伝達デバイス１０Ａは、筒型筐体１１と、筒型筐体１１内部に３次元配置された四方向のソレノイド１５ａ〜１５ｄとを主要部とする。
【００３６】
方向伝達装置１０は、外部制御装置４０からの方向伝達情報に従って、制御部２１が方向伝達機構１０Ａを駆動してユーザに方向伝達を行う。例えば、図１に示すように、ユーザが、スイッチ１４を親指で押すような位置で筒型筐体１１を右手で握っているとする。この状態で、制御部２１が筒型筐体１１内部のソレノイド１５ｂを駆動すると、そのロッド１６ｂの突端が、筒型筐体１１の右の開口孔１１ａから突出して弾力性シート１２に当接し、ユーザはこの衝撃を右手の右側の皮膚で感知して、方向伝達装置１０から右方向の情報伝達を受け取る。
【００３７】
ユーザは、方向伝達装置１０から方向伝達の刺激を受けると、その情報に応じた入力を行う。この入力は、手に把持する筒型筐体１１を該当方向に振ることによる。
【００３８】
図９（ａ）に示すように、筒型筐体１１上蓋１１ｃ（図３参照）には、方向伝達装置１０の使用状態を検出する加速度センサ２３が取り付けられている。図９（ｂ）矢印に示すように、ユーザは筒型筐体１１底部１１ｂ（図１参照）を基点として筒型筐体１１を該当位置に振る。加速度センサ２３は、この動きを、入力として制御部２１に送信し、制御部２１はユーザからの入力を外部制御装置４０に送信する。
【００３９】
以上は、ユーザが筒型筐体１１を把持した状態で触覚により感知でき、また入力は、同じくユーザが筒型筐体１１を把持した状態で必要最小限で、かつ極めて自然な操作感で行うことができる。すなわち、方向伝達装置１０は、情報伝達そのものを触覚を利用して行うことができるという特徴を有する。これに加えて、筒型筐体１１内に、ユーザの使用状態を検出するセンサ（本実施の形態では、加速度センサ２３）を組み込むことで、情報に応じたボタンを押下するなどの方法に比べてより直感的に操作することできる。方向伝達装置１０は、ユーザに対して、とても分かり易く情報伝達を行うことができ、かつ直感的な入力が可能になり、情報伝達デバイスとして効果的である。
【００４０】
次に、方向伝達装置１０を備えるシステムの制御方法について説明する。
【００４１】
図１０は、図８に示す方向伝達装置１０のシステムの制御を示すフローチャートである。図中、Ｓはフローの各ステップを示す。図８の外部制御装置４０は、ＰＣであり、ＰＣ上で実行されるソフトウェアにより、方向伝達装置１０に対して方向伝達が行われるとともに、方向伝達装置１０の加速度センサ２３によりＰＣに対して入力を行う場合を例に採る。ＰＣにより実行されるソフトウェアは、宝探しゲームソフトウェアである。
【００４２】
図１１は、ＰＣの表示部に表示されるゲームの画面５０を示す図である。図１０及び図１１に示すゲームは、ユーザがキャラクタ５１を操作して宝箱５２まで到達させるゲームである。図１１は、キャラクタ５１が宝箱５２まで到達したので迷路５３の全容が表示されている。ユーザがキャラクタ５１を操作して宝箱５２を見つけるまでは、図１１の表示は行われない。ユーザは、方向伝達装置１０の筒型筐体１１の手で把持して振動から方向を判断し、判断を元に筒型筐体１１を振って宝箱５２を見つける。
【００４３】
図１０に示すように、ステップＳ１１では、ユーザは、宝箱のある方向を尋ねたいとき、方向伝達装置１０のスイッチ１４を操作する。
【００４４】
ステップＳ１２では、制御部２１は、スイッチ１４が操作された時点のキャラクタ５１の現在位置を検出し、宝箱５２方向を判断する。
【００４５】
ステップＳ１３では、制御部２１は、宝箱５２方向に対応するソレノイド１５ａ〜１５ｄに対して駆動信号を出力する。制御部２１からの信号を受けて、対応するソレノイド１５ａ〜１５ｄが駆動し、ロッド１６ａ〜１６ｄを筒型筐体１１内部から開口孔１１ａを介して突出させ、弾力性シート１２を介して筒型筐体１１の該当方向を振動させる。
【００４６】
ステップＳ１４では、ユーザは、手に把持している筒型筐体１１の振動から方向を触覚により知覚し、キャラクタ５１を動かしたい方向に筒型筐体１１を振る（図９（ｂ）参照）。加速度センサ２３は、振られた方向を検知し、制御部２１に出力する。
【００４７】
ステップＳ１５では、制御部２１は、加速度センサ２３からの検知信号が所定閾値以上か否かを判別し、検知信号が所定閾値より小さければ、規定以上の動きがないか誤差であると判断して上記ステップＳ１４に戻る。
【００４８】
加速度センサ２３からの検知信号が所定閾値以上の場合は、ステップＳ１６で制御部２１は、ＰＣ上のソフトウェアに対して加速度センサ２３により検知した方向に対応するシリアル信号を送る。この場合、加速度センサ２３により検知した方向（すなわち、ユーザが指示した方向）にキャラクタ５１を移動させる信号を送る。
【００４９】
ステップＳ１７では、ＰＣ上のソフトウェアは、方向伝達装置１０からの方向情報を基にゲームの画面５０上のキャラクタ５１を指示方向に動かし、キャラクタ５１が宝箱５２に到達したことを判断する。キャラクタ５１の移動に伴い、宝箱５２に到達した場合は、ゲーム終了と判断して、ステップＳ１８でＰＣ上のソフトウェアは、図１１に示す画面５０に迷路５３の全容を表示して本フローを終了する。この終了画面には、ゲーム達成を祝うメッセージや経過時間などを表示してもよい。
【００５０】
上記ステップＳ１７でキャラクタ５１が移動しても宝箱５２に到達しなかった場合は、ＰＣ上のソフトウェアは、制御部２１に対して再実行の指示信号を送る（ステップＳ１７のＮＯからステップＳ１１に戻るフロー参照）。これにより、制御部２１は、ユーザによるスイッチ１４の操作を待つ（ステップＳ１１参照）。ユーザは、宝箱のある方向を尋ねたいときは、スイッチ１４を操作する。
【００５１】
図１２は、刺激を与える機構に圧電素子を利用した方向伝達装置の構成を示す図である。
【００５２】
図１２（ａ）に示すように、方向伝達装置６０は、筒型筐体６１に、バイモルフ構造のＰＺＴ素子を利用してピンを上下する触覚刺激装置６２を備える。
【００５３】
図１２（ｂ）に示すように、触覚刺激装置６２は、ＰＺＴ素子からなる圧電バイモルフ６３の上にピン６４を配置し、電源６５により定格電圧を印加する。バイモルフ構造は、上下のピエゾ板間に導電板を挟んで一体化し、ピエゾ板あるいは導電板のいずれか一方を共通電極、他方をセグメント電極とした構造である。バイモルフ構造の長手方向のアームの長さを十分にとると、ピン６４の高さ方向の位置変化を大きくすることができる。
【００５４】
触覚刺激装置６２は、筒型筐体６１内部に設置され、筒型筐体６１表面の把持位置には、ピン６４が突出する開口孔６１ａが開口している。方向伝達装置６０は、図１乃至図３と同様の制御部（図示略）を備えており、この制御部からの指示に基づき、該当する電源６５の電圧を与えることで、圧電バイモルフ６３の上にピン６４を上下させる。ピン６４が上がると、図１２（ａ）に示すように筒型筐体６１の開口孔６１ａから突出し、ユーザはピン６４の刺激位置により方向などの情報を感知することができる。
【００５５】
圧電バイモルフ６３を用いた刺激を与える機構は、応答性が良いため、周波数の高い振動や様々なパターンの刺激をユーザに与えることができる。
【００５６】
以上詳細に説明したように、本実施の形態の方向伝達装置１０は、手により把持可能な筒型筐体１１と、筒型筐体１１内部から外周に向かって上下左右の開口孔１１ａから突出する位置に３次元配置されるソレノイド１５ａ〜１５ｄと、筒型筐体１１の動きを検出する加速度センサ２３と、ソレノイド１５ａ〜１５ｄ及び加速度センサ２３を制御する制御部２１とを備える。制御部２１は、方向伝達装置１０に接続された外部制御装置４０からの指示に基づきソレノイド１５ａ〜１５ｄを駆動する。制御部２１が筒型筐体１１内部のソレノイド１５ａ〜１５ｄを駆動すると、ロッド１６ａ〜１６ｄの突端が、筒型筐体１１の右の開口孔１１ａから突出して弾力性シート１２に当接し、ユーザはこの衝撃を掌及び手指で感知して、方向伝達装置１０から方向の情報伝達を受け取る。また、筒型筐体１１には、加速度センサ２３が搭載されている。ユーザは筒型筐体１１を振ることで、与えられた刺激に対して直感的に反応することができる。
【００５７】
方向伝達装置１０は、情報を触覚によってユーザに伝達する。ユーザは、方向伝達装置１０から教示される方向情報を、視覚・聴覚ではなく触覚により受け取ることにより、新しい感覚が得られ、さらにそのまま操作を行うことができ、直感的な操作を得ることができる。
【００５８】
方向伝達装置１０は、触覚により方向伝達を行うため、機器の使用中に画面や音声を確認する必要がなくなる。周囲に雑音がある環境や画面を注視できない状況であっても、ユーザに確実に方向を伝えることができる。
【００５９】
本実施の形態の方向伝達装置１０は、手に収まる形状であるため、使用中及び携帯する際に身体に負担がかからず、持ち運びをするのに非常に適している。また、方向伝達は、片手であるため、他の箇所は拘束されない利点がある。
【００６０】
本実施の形態では、円筒形状の筒型筐体１１であるため、把持しやすく方向を認識しやすい。さらに、把持する筒型筐体１１を振るだけで、与えられた刺激に対して直感的に反応することができる。すなわち、ユーザに方向などの情報が伝達されると、一連の動きの過程で入力操作に移ることができ、違和感なく、直感的な操作が可能になる。
【００６１】
以上の効果に加えて、さらに以下のような効果を期待することができる。
【００６２】
ユーザが方向伝達装置１０の使用に慣れると、方向指示の刺激が伝達されてからユーザが判断するまでの速度が上がることが確認された。刺激を感じた瞬間に脳が判断する速度は、視覚により眼を画面まで移動させて認識する判断動作、聴覚により耳で音声を聴き取り認識する動作に比べて格段に速く、迅速な方向伝達が可能になる。
【００６３】
視覚・聴覚動作が不要で、かつ迅速な方向伝達が可能な本方向伝達装置１０は、ゲーム機器の情報出力装置としては勿論のこと、車両のカーナビゲーションシステムに適用して好適である。例えば、刺激を与える機構（図１乃至図３のソレノイド１５ａ〜１５ｄ、図１２の触覚刺激装置６２など）を自動車などのハンドルに組み込み、搭載するナビゲーションシステムと連動させる。これにより、視覚・聴覚動作に依存することなく、迅速な方向伝達を実現することができる。当然のことながら既存の視覚・聴覚による方向伝達と併用してもよく、この場合はより安全性を向上させることができる。
【００６４】
また、刺激を与える回数又は間隔を変化させるようにしてもよい。このように制御すれば、より理解し易く効率的な方向伝達が可能になる。一回の刺激の場合、理解できなかったり、判断に迷う場合が考えられるが、皮膚に有効に周波数で振動を繰り返し与えることでより確実な情報伝達が可能になる。
【００６５】
刺激を与える回数又は間隔を変える、又は組み合わせて使用することは、伝達すべき情報量を増やすことにもつながる。方向以外の情報を伝達することができ、また、方向であっても、単に方向だけではなく、その方向を維持し続けるなどの情報を伝達することができる。
【００６６】
本実施の形態では、方向伝達装置１０を、宝探しゲームソフトウェアに適用した場合について説明したが、ナビゲーションシステムなどに適用できることは言うまでもない。例えば、本方向伝達装置１０を、現在携帯電話機などで使用されている道案内システムに適用した場合には、目的地を入力した後は、画面の確認をすることなく目的地まで移動することが可能になる。また、方向伝達後のユーザの反応から、間違いや追加する内容（間違っていたら、もう一度方向伝達開始など）を与えることができる。
【００６７】
また、図１０及び図１１に示したように、テレビゲームなどの入出力端末装置として用いて好適である。ゲーム中にユーザに対して方向に関連した情報を与えたい場合、視覚だけではなく、触覚にも訴えることで、より臨場感が増し、その反応に応じた入力操作を直感的な動作で返すことができ、いままでにない斬新な面白さを提供することができる。
【００６８】
以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変更が可能であり、本発明がこれらに及ぶことは当然である。
【００６９】
上記実施の形態では、上下左右の四方向の方向を伝達しているが、同様の構成により、その中間方位を含めて８方位などとしてもよい。
【００７０】
また、上記実施の形態では、方向伝達装置という名称を用いたが、これは説明の便宜上であり、情報呈示装置、方向伝達デバイス等であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明に係る方向伝達装置は、手などの接触呈示対象部位に各種情報を伝達する触覚呈示デバイスに用いて有用である。また、テレビゲームなどの入出力端末装置、自動車のハンドルなどに組み込んでナビゲーションシステムに適用して好適である。
【符号の説明】
【００７２】
１０，３０，６０ 方向伝達装置
１１，６１ 筒型筐体
１１ａ，６１ａ 開口孔
１２ 弾力性シート
１３ ラバーシート
１４ スイッチ
１５ａ〜１５ｄ ソレノイド
１６ａ〜１６ｄ ロッド
１７ プレート
１７ａ 切欠
１８ 固定具
１９ 橋脚
２０ ドライバ基板
２１ 制御部
４０ 外部制御装置
６２ 触覚刺激装置
６３ 圧電バイモルフ
６４ ピン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
把持可能な筐体と、
前記筐体内部に設置され、かつ呈示する方向に応じて前記筐体の外周面に刺激を与える刺激付与機構と、
を備えることを特徴とする方向伝達装置。
【請求項２】
前記筐体の動きを検出する検出部と、
前記刺激付与機構を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記刺激付与機構の制御後に、前記検出部により検出された動き情報を基に前記刺激付与機構をさらに制御する請求項１記載の方向伝達装置。
【請求項３】
前記刺激付与機構は、複数の刺激部を有し、前記複数の刺激部の刺激の組み合わせにより方向を含む情報を伝達する請求項１記載の方向伝達装置。
【請求項４】
前記筐体は、筒型であり、
前記刺激付与機構は、前記筐体の軸線に対して垂直方向に刺激を与える複数の刺激部を有し、前記複数の刺激部が、方向を含む情報を伝達する請求項１記載の方向伝達装置。
【請求項５】
前記刺激付与機構は、前記筐体の軸線に対して、３次元配列した前記複数の刺激部を有する請求項４記載の方向伝達装置。
【請求項６】
前記筐体は、直方体型であり、
前記刺激付与機構は、前記筐体の面のうち、少なくとも周面に対して垂直方向に刺激を与える複数の刺激部を有し、前記複数の刺激部が、方向を含む情報を伝達する請求項１記載の方向伝達装置。
【請求項７】
前記刺激付与機構は、ソレノイド、モータ、又は圧電素子を用いたピンを駆動して、刺激を与える請求項１記載の方向伝達装置。
【請求項８】
前記筐体は、前記筐体の外周面に形成された開口孔と、前記開口孔を覆うダンパとを有し、
前記刺激付与機構は、前記開口孔からピンを突出させて前記ダンパを叩いて刺激を与える請求項１記載の方向伝達装置。
【請求項９】
前記刺激付与機構は、前記筐体の外周面の壁面を叩いて刺激を与える請求項１記載の方向伝達装置。
【請求項１】
把持可能な筐体と、
前記筐体内部に設置され、かつ呈示する方向に応じて前記筐体の外周面に刺激を与える刺激付与機構と、
を備えることを特徴とする方向伝達装置。
【請求項２】
前記筐体の動きを検出する検出部と、
前記刺激付与機構を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記刺激付与機構の制御後に、前記検出部により検出された動き情報を基に前記刺激付与機構をさらに制御する請求項１記載の方向伝達装置。
【請求項３】
前記刺激付与機構は、複数の刺激部を有し、前記複数の刺激部の刺激の組み合わせにより方向を含む情報を伝達する請求項１記載の方向伝達装置。
【請求項４】
前記筐体は、筒型であり、
前記刺激付与機構は、前記筐体の軸線に対して垂直方向に刺激を与える複数の刺激部を有し、前記複数の刺激部が、方向を含む情報を伝達する請求項１記載の方向伝達装置。
【請求項５】
前記刺激付与機構は、前記筐体の軸線に対して、３次元配列した前記複数の刺激部を有する請求項４記載の方向伝達装置。
【請求項６】
前記筐体は、直方体型であり、
前記刺激付与機構は、前記筐体の面のうち、少なくとも周面に対して垂直方向に刺激を与える複数の刺激部を有し、前記複数の刺激部が、方向を含む情報を伝達する請求項１記載の方向伝達装置。
【請求項７】
前記刺激付与機構は、ソレノイド、モータ、又は圧電素子を用いたピンを駆動して、刺激を与える請求項１記載の方向伝達装置。
【請求項８】
前記筐体は、前記筐体の外周面に形成された開口孔と、前記開口孔を覆うダンパとを有し、
前記刺激付与機構は、前記開口孔からピンを突出させて前記ダンパを叩いて刺激を与える請求項１記載の方向伝達装置。
【請求項９】
前記刺激付与機構は、前記筐体の外周面の壁面を叩いて刺激を与える請求項１記載の方向伝達装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１９８４８４（Ｐ２０１０−１９８４８４Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４４６０６（Ｐ２００９−４４６０６）
【出願日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
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