JP7690059B2 - 力覚提示装置 - Google Patents

Description

本発明は、ユーザの頸部周りに装着されて、ユーザに力覚を提示する装置に関する。

特許文献１は、右スピーカと、左スピーカと、右スピーカと左スピーカとを連結する連結体とを備えて、ユーザの首に掛けられるウェアラブル装置を開示する。右スピーカおよび左スピーカのそれぞれは、音声出力ユニットおよび触覚提示ユニットを有し、触覚提示ユニットは、振動を発生させる振動デバイスで構成されて、触覚提示用の触覚信号により駆動される。

国際公開第２０２１／０４４９０１号

ウェアラブル装置はユーザの体に装着されるため、様々な感覚をユーザに提供できる可能性をもつ。

そこで本発明は、ユーザに力覚を提示するウェアラブル装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の力覚提示装置は、ユーザの頸部周りに装着される力覚提示装置であって、外部装置から制御信号を受信する通信部と、当該力覚提示装置を装着したユーザに力覚を提示する力覚提示部であって、アクチュエータと、当該アクチュエータにより動かされる可動部品と含む力覚提示部と、受信した制御信号にもとづいて、アクチュエータを制御する制御部と、を備える。

実施例におけるゲームシステムの構成例を示す図である。 ユーザが力覚提示装置を頸部に装着した様子を示す図である。 力覚提示装置を斜めから見た図である。 力覚提示装置を上から見た図である。 第１調整部の構造の例を示す図である。 力覚提示装置の機能ブロックを示す図である。 力覚提示部の構造の模式図である。

図１は、実施例におけるゲームシステム１の構成例を示す。ゲームシステム１はゲーム装置２と、ゲーム画像およびゲーム音を出力する出力装置３と、ユーザが手指で操作するゲームコントローラ５と、ユーザの頸部（首）周りに装着される力覚提示装置１０とを備える。ゲームシステム１において、ゲーム装置２は、出力装置３とケーブルで接続し、ゲームコントローラ５および力覚提示装置１０と無線接続する。なおゲーム装置２は、出力装置３と無線接続し、ゲームコントローラ５および力覚提示装置１０とケーブルで接続してもよい。

ゲーム装置２はゲームソフトウェアを実行し、ゲームコントローラ５に入力された操作情報にもとづいて仮想３次元空間内でプレイヤキャラクタを動かす演算処理を実行する。ゲーム装置２は、ゲーム進行を表現するゲーム画像およびゲーム音を生成し、ゲーム画像およびゲーム音を出力装置３から出力する。出力装置３はテレビであってよく、ヘッドマウントディスプレイなどのＶＲ（バーチャルリアリティ）機器であってもよい。なおユーザを撮影する撮像装置が出力装置３の近傍に設けられてもよい。

力覚提示装置１０は、ユーザの頸部周りに装着されて、ユーザの頸部周りに力覚（force sense）を提示する。実施例の力覚提示装置１０は、ユーザに力覚を提示する機能に加えて、ユーザに触覚（touch sense, tactile sense）を提示する機能や、音を出力する機能を有する。実施例において触覚は、人が物体表面を触ったときに感じる皮膚感覚であり、主として皮膚の受容器によって知覚される感覚を意味する。一方、力覚は、人が物体に接触したときに感じる反力感覚であり、主として皮膚よりも深部に存在する受容器によって知覚される感覚を意味する。

ゲームシステム１において、ゲームソフトウェアはゲーム進行に応じて、力覚提示装置１０を制御するための制御信号を生成する。ユーザのゲームプレイ中、力覚提示装置１０は、制御信号にもとづいて、ゲーム進行に応じた力覚をユーザに提示して、ユーザのゲームへの没入感を高める。上記したように力覚提示装置１０が、力覚提示機能に加えて、触覚提示機能および音出力機能を搭載することで、ゲームプレイ中に様々な体験をユーザに与えることが可能となる。

図２は、ユーザが力覚提示装置１０を頸部に装着した様子を示す。
図３は、力覚提示装置１０を斜めから見た図であり、図４は、力覚提示装置１０を上から見た図である。力覚提示装置１０は、力覚提示装置１０の筐体を構成する本体１１を備え、本体１１は、基部１２と、基部１２の第１端部１３ａに接続する第１延出部１６ａと、基部１２の第２端部１３ｂに接続する第２延出部１６ｂとを有する。第１延出部１６ａと第２延出部１６ｂを特に区別しない場合、「延出部１６」と呼ぶ。延出部１６の筐体内部に、ユーザに力覚を提示する力覚提示部３４が設けられる。

基部１２は、ユーザの後頸部に接する湾曲部分１４と、湾曲部分１４の両端から前方にそれぞれ張り出す第１張出部１５ａおよび第２張出部１５ｂとを有する。第１張出部１５ａおよび第２張出部１５ｂの端部は、それぞれ基部１２の第１端部１３ａおよび第２端部１３ｂを構成する。第１張出部１５ａおよび第２張出部１５ｂには、それぞれ音を出力する第１スピーカ１７ａおよび第２スピーカ１７ｂが設けられ、ユーザのゲームプレイ中、第１スピーカ１７ａおよび第２スピーカ１７ｂは、出力装置３が出力するゲーム音とは異なるゲーム音を出力してよい。この場合、ゲーム装置２は、出力装置３から出力するゲーム音と、第１スピーカ１７ａおよび第２スピーカ１７ｂから出力するゲーム音とを生成する。第１スピーカ１７ａおよび第２スピーカ１７ｂは、他のユーザとの会話音声を出力してもよい。

本体１１は上面視にて、略Ｕ字形状を有する。ユーザが力覚提示装置１０を装着したとき、基部１２の湾曲部分１４がユーザの後頸部に接触し、第１張出部１５ａおよび第２張出部１５ｂは、それぞれユーザの肩付近の側頸部に接触する。第１延出部１６ａは、ユーザの頸部の右側から胸部付近まで延び、第２延出部１６ｂは、ユーザの頸部の左側から胸部付近まで延びて、それぞれユーザの前頸部を含む上半身に接触する。第１延出部１６ａおよび第２延出部１６ｂのそれぞれの先端は、鎖骨を超えた位置（鎖骨よりも下方の位置）に配置されることが好ましい。装着された力覚提示装置１０は、ユーザの後頸部、両側頸部、前頸部に接触することで、頸部周りに安定してフィットし、良好な装着性を実現する。

力覚提示装置１０は、本体１１の長さを調整可能とする調整機構１８を備える。実施例の調整機構１８は、基部１２に対する第１延出部１６ａの相対的な位置を変更可能とする第１調整部１８ａと、基部１２に対する第２延出部１６ｂの相対的な位置を変更可能とする第２調整部１８ｂとを有する。

図５は、第１調整部１８ａの構造の例を示す。第１調整部１８ａは、第１延出部１６ａの根元に固定されたアーム２０を有し、アーム２０は、第１張出部１５ａに形成された筒体部２２に挿入される。アーム２０の一面には、複数の凹部２１ａ～２１ｆが等間隔に連続して形成されており、アーム２０の当該面に対向する筒体部２２の面には、複数の係合凸部１９ａ～１９ｃが等間隔に連続して形成されている。筒体部２２が弾性変形することで、アーム２０が筒体部２２内を摺動可能とし、凹部２１と係合凸部１９とを任意の位置で係合させることで、第１延出部１６ａと第１張出部１５ａの間の長さを変更できる。なお図５に示す構造例では、筒体部２２の弾性を利用するが、係合凸部１９が、ばね部材として形成されることで、アーム２０が筒体部２２内を摺動可能としてもよい。

第２調整部１８ｂは、第１調整部１８ａと同様の構造を有してよい。なお図５に示した第１調整部１８ａの構造は一例であり、アーム２０が第１張出部１５ａに固定されて、第１延出部１６ａに形成された筒体部に挿入されてもよい。いずれにしても第１調整部１８ａは、第１延出部１６ａと第１張出部１５ａの間の長さを変更する他の任意の構造を採用してよい。

図６は、力覚提示装置１０の機能ブロックを示す。力覚提示装置１０は、制御部３０、通信部３２、第１スピーカ１７ａ、第２スピーカ１７ｂ（以下、特に区別しない場合には、単に「スピーカ１７」と呼ぶ）、第１力覚提示部３４ａ、第２力覚提示部３４ｂ（以下、特に区別しない場合には、「力覚提示部３４」と呼ぶ）、第１触覚提示部３６ａ、第２触覚提示部３６ｂ（以下、特に区別しない場合には、「触覚提示部３６」と呼ぶ）を備える。実施例において、第１力覚提示部３４ａおよび第１触覚提示部３６ａは、第１延出部１６ａの筐体内部に設けられ、第２力覚提示部３４ｂおよび第２触覚提示部３６ｂは、第２延出部１６ｂの筐体内部に設けられる。各構成にはバッテリ（図示せず）から電力が供給される。

通信部３２は、外部装置であるゲーム装置２から制御信号を受信し、制御部３０は、制御信号にもとづいて力覚提示装置１０の各構成の動作を制御する。通信部３２が受信する制御信号は、スピーカ１７から音を出力する音再生信号、力覚提示部３４を駆動する力覚制御信号、触覚提示部３６を駆動する触覚制御信号を含む。力覚制御信号は、第１力覚提示部３４ａと第２力覚提示部３４ｂとを独立して駆動する制御信号を含んでよく、触覚制御信号は、第１触覚提示部３６ａと第２触覚提示部３６ｂとを独立して駆動する制御信号を含んでよい。制御部３０は、制御信号にしたがって、各構成の動作を制御する。

図７は、力覚提示部３４の構造の模式図を示す。力覚提示部３４は、延出部１６の筐体内部に設けられ、アクチュエータ４０と、アクチュエータ４０により動かされる可動部品４２とを含む。この例でアクチュエータ４０は、電動モータおよび減速機を有して構成され、制御部３０は、通信部３２が受信した力覚制御信号にもとづいてアクチュエータ４０を制御する。

制御部３０は、アクチュエータ４０を回転駆動して、可動部品４２に回転力を付与する。可動部品４２は、第１端部４４ａと第２端部４４ｂを有する板状部材であり、第１端部４４ａが延出部１６の先端（開放端）側に、第２端部４４ｂが延出部１６の後端側に配置される。

実施例の力覚提示部３４は、アクチュエータ４０が可動部品４２に回転力を付与して、第１端部４４ａまたは第２端部４４ｂのいずれかをユーザの体に間接的または直接的に接触させて力を付与し、ユーザに力覚を提示する。具体的に力覚提示部３４は、可動部品４２に回転力を付与して、第１端部４４ａまたは第２端部４４ｂのいずれかを筐体の内表面に接触させることで、筐体を通じてユーザの体に強い衝撃力や押圧力を伝達し、ユーザの骨や筋肉に反力を生じさせる。このように実施例の力覚提示部３４は、第１端部４４ａまたは第２端部４４ｂがユーザの体に間接的または直接的に接触したときの反力を感じさせるものであり、力覚提示部３４が提示する力覚は、触覚提示部３６が提示する振動刺激とは異なる。

延出部１６の下側（体表面に接する側）の筐体は、可動部品４２により付与された力をユーザ体表面に効率よく伝達するように構成される。たとえば延出部１６の筐体において、少なくとも第１端部４４ａまたは第２端部４４ｂが接触する箇所、つまり第１端部４４ａおよび第２端部４４ｂが衝撃力および／または押圧力を与える箇所が、アルミニウムなどの力伝達特性に優れた固い材料で形成されて、可動部品４２に付与された回転力が、ユーザの体表面に効率よく伝達されることが好ましい。なお筐体において第１端部４４ａおよび第２端部４４ｂが接触しない領域は樹脂材料で形成されて、第１端部４４ａまたは第２端部４４ｂが接触する箇所のみが、力を伝達しやすい材料で形成されてもよい。なお筐体に開口が設けられて、第１端部４４ａおよび／または第２端部４４ｂが、筐体を介さずに、直接ユーザの体表面に接触するように構成されてもよい。

力覚提示装置１０の利用態様で、延出部１６の先端側に配置される第１端部４４ａは、ユーザの鎖骨の位置に配置されるように、本体１１の長さが調整されることが好ましい。力覚提示装置１０において、第１延出部１６ａに設けられた可動部品４２の第１端部４４ａがユーザの右側の鎖骨に力を付与するように、第１延出部１６ａと第１張出部１５ａとの間の長さが、第１調整部１８ａにより調整される。同じく第２延出部１６ｂに設けられた可動部品４２の第１端部４４ａがユーザの左側の鎖骨に力を付与するように、第２延出部１６ｂと第２張出部１５ｂとの間の長さが、第２調整部１８ｂにより調整される。第１調整部１８ａおよび第２調整部１８ｂが左右に設けられることで、左右の可動部品４２の第１端部４４ａのそれぞれを鎖骨の位置に容易に合わせることが可能となる。

本発明者は、体の様々な部位に打撃を与えて、その感度を調べたところ、上半身では筋肉に打撃を与えるよりも、鎖骨に打撃を与えたときに、ユーザが衝撃力を最も感じやすいことを知見として得た。そこで実施例の調整機構１８は、可動部品４２の第１端部４４ａをユーザの鎖骨の位置に配置できるように、本体１１の長さを調整できることが好ましい。制御部３０はアクチュエータ４０を駆動して、第１端部４４ａによりユーザの鎖骨を打撃することで、ゲームにおけるプレイヤキャラクタの挙動に同期して、ユーザが強い衝撃を受ける体感が提供される。

延出部１６の後端側に配置される第２端部４４ｂは、肩の位置に配置されて、制御部３０により肩の筋肉に圧力をかけるように制御されてよい。たとえばゲームにおいて、ユーザのプレイヤキャラクタが銃を撃つときの力覚提示部３４の制御について説明する。プレイヤキャラクタが銃の引き金を引き始めると、制御部３０がアクチュエータ４０を制御して、回転方向Ａのトルクを徐々に大きくする。これにより第２端部４４ｂがユーザの肩に圧力を加え、撃つ直前まで圧力は徐々に大きくなるように制御される。プレイヤキャラクタが引き金を引き終えて弾丸が発射されると、制御部３０がアクチュエータ４０を制御して、可動部品４２を回転方向Ｂに高速に回転させる。これにより可動部品４２の第１端部４４ａがユーザの鎖骨を打撃する。この一連の力覚提示により、ユーザは、プレイヤキャラクタの挙動と同期した体験を提供され、ゲームへの没入感を得ることができる。実施例の力覚提示部３４は、１つの可動部品４２を用いて、２つの作用点で力覚を提示できることで、ユーザに異なる種類の体験を提供できる。

触覚提示部３６は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）や偏心モータなどの触覚振動を発生させる振動デバイスを備え、ユーザに触覚を提示する。たとえば触覚提示部３６は、可動部品４２の第１端部４４ａ近傍に設けられて、鎖骨に触覚振動を伝達してよい。実施例の力覚提示装置１０によると、力覚および触覚の双方をユーザに提示できることで、豊かなゲーム体験をユーザに提供できるようになる。

以上、本発明を複数の実施例をもとに説明した。上記実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。実施例においてゲームシステム１は、ゲームソフトウェアを実行するゲーム装置２を備えたが、ゲームソフトウェアは、インターネットを介して接続されるクラウドサーバにより実行されてもよい。ゲームソフトウェアがクラウドサーバにより実行される場合、力覚提示装置１０は、外部装置であるクラウドサーバから制御信号を受信して、制御信号にもとづき各構成の動作を制御してよい。

実施例において調整機構１８は、基部１２に対する第１延出部１６ａの相対的な位置を変更可能とする第１調整部１８ａと、基部１２に対する第２延出部１６ｂの相対的な位置を変更可能とする第２調整部１８ｂとを有し、第１延出部１６ａおよび第２延出部１６ｂの相対位置をそれぞれ独立して調整可能とした。変形例で調整機構１８は、基部１２の湾曲部分１４に設けられて、湾曲部分１４の長さを調整可能としてもよい。

可動部品４２は、回転軸を基点とした両端部までの長さを同じとしてよいが、異ならせてもよい。たとえば第２端部４４ｂによって肩の筋肉にかける押圧力をより高めるために、回転軸から第２端部４４ｂの長さを、回転軸から第１端部４４ａの長さよりも長くしてもよい。

本発明は、ユーザの頸部周りに装着されて、ユーザに力覚を提示する装置に利用できる。

１０・・・力覚提示装置、１１・・・本体、１２・・・基部、１３ａ・・・第１端部、１３ｂ・・・第２端部、１４・・・湾曲部分、１５ａ・・・第１張出部、１５ｂ・・・第２張出部、１６ａ・・・第１延出部、１６ｂ・・・第２延出部、１７ａ・・・第１スピーカ、１７ｂ・・・第２スピーカ、１８・・・調整機構、１８ａ・・・第１調整部、１８ｂ・・・第２調整部、１９・・・係合凸部、２０・・・アーム、２１・・・凹部、２２・・・筒体部、３０・・・制御部、３２・・・通信部、３４・・・力覚提示部、３４ａ・・・第１力覚提示部、３４ｂ・・・第２力覚提示部、３６・・・触覚提示部、３６ａ・・・第１触覚提示部、３６ｂ・・・第２触覚提示部、４０・・・アクチュエータ、４２・・・可動部品、４４ａ・・・第１端部、４４ｂ・・・第２端部。

Claims (6)

1. ユーザの頸部周りに装着される力覚提示装置であって、
   外部装置から制御信号を受信する通信部と、
   当該力覚提示装置を装着したユーザに力覚を提示する力覚提示部であって、アクチュエータと、当該アクチュエータにより回転力を付与されて動かされる可動部品と含む力覚提示部と、
   受信した制御信号にもとづいて、前記アクチュエータを制御する制御部と、を備え、
   前記可動部品は、第１端部と第２端部を有する板状部材であり、前記第１端部または前記第２端部がユーザに接触することで、ユーザに力覚が提示される、
   ことを特徴とする力覚提示装置。
2. ユーザの後頸部に接する湾曲部分を有する基部と、前記基部の第１端部に接続する第１延出部と、前記基部の第２端部に接続する第２延出部とを有する本体と、
   前記本体の長さを調整可能とする調整機構と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の力覚提示装置。
3. 前記調整機構は、前記基部に対する前記第１延出部の相対的な位置を変更可能とする第１調整部と、前記基部に対する前記第２延出部の相対的な位置を変更可能とする第２調整部とを有する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の力覚提示装置。
4. 前記力覚提示部は、前記第１延出部と前記第２延出部のそれぞれに設けられ、
   前記調整機構は、前記力覚提示部がユーザの鎖骨に力を付与するように、前記本体の長さを調整可能とする、
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の力覚提示装置。
5. ユーザに触覚を提示する触覚提示部と、
   スピーカと、
   を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の力覚提示装置。
6. 前記通信部は、ゲームソフトウェアが生成した制御信号を受信する、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の力覚提示装置。

Images