JP4023214B2 - 触覚・力覚提示装置および触覚・力覚提示システム - Google Patents
触覚・力覚提示装置および触覚・力覚提示システム Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、触覚・力覚提示装置および触覚・力覚提示システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開平６−２８２３７１号には、本等の仮想空間画像が表示され、ユーザ（使用者）が、表示された仮想の本のページをめくる動作をすると、その動作に応じて、前記本のページがめくれるように構成された仮想空間デスクトップ装置が開示されている。
【０００３】
この仮想空間デスクトップ装置では、指の位置の検出に光ファイバが用いられており、その光ファイバの光量から、指の関節の曲がり具合を検出し、その曲がり具合から間接的に指の位置を検出するようになっている。
【０００４】
しかしながら、前記従来の装置では、光ファイバにより検出された指の関節の曲がり具合から間接的に指の位置を求めるので、検出された指の位置の精度が低いという欠点がある。
【０００５】
また、前記従来の装置では、ユーザは、手や指で、本の用紙の質感や、用紙の例えばエッジに接触したときの感触などを感じることができず、また、手や指で本を握ったときの反力などを感じることができないため、違和感を感じる。
【０００６】
また、本のページめくりの際は、指の感触により本の用紙のエッジを認識し、その用紙（ページ）を指で挟んで持ち上げるようにしてページをめくるのが自然の動作であるが、前記従来の装置では本に対して手や指による感触が得られないので、本のページをめくる動作の度に、本の用紙のエッジに注目して、そのエッジに指を移動させる動作などが必要となり、前記本のページめくりに手間と時間がかかる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、指の位置を精度良くかつ確実に求めることができ、仮想空間画像に応じて、指に対して触覚や力覚を提示することができる触覚・力覚提示装置および触覚・力覚提示システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記（１）〜（１２）の本発明により達成される。
【０００９】
（１） 少なくとも指に装着する装着手段と、
中心軸が互いに直交する第１のコイル、第２のコイルおよび第３のコイルを備え、指の位置を検出する位置検出手段と、
指に与える力覚を発生する力覚発生手段と、
前記力覚発生手段の駆動を制御する制御手段とを有し、
前記力覚発生手段は、指の長手方向に沿って回動可能に連結された複数のフレームを備えたリンク機構と、前記複数のフレームの各連結部に設けられ、前記各フレームを回動させる複数のリンクモータとを備え、
前記位置検出手段により指の位置を検出し、前記位置検出手段からの情報に基づいて指の位置を求め、前記制御手段は、前記求めた指の位置情報と、仮想空間画像の対象物の位置情報とに基づいて、前記各リンクモータの駆動を制御し、指に対して力覚を提示するよう構成されていることを特徴とする触覚・力覚提示装置。
【００１０】
（２） 少なくとも指に装着する装着手段と、
互いに略直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の周りの角速度をそれぞれ検知するジャイロセンサを備え、指の位置を検出する位置検出手段と、
指に与える力覚を発生する力覚発生手段と、
前記力覚発生手段の駆動を制御する制御手段と、
周囲を撮像する複数の撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された画像に指に対応する部分が含まれているか否かを判別する判別手段とを有し、
前記力覚発生手段は、指の長手方向に沿って回動可能に連結された複数のフレームを備えたリンク機構と、前記複数のフレームの各連結部に設けられ、前記各フレームを回動させる複数のリンクモータとを備え、
前記複数の撮像手段により周囲の略同じ領域を撮像し、前記撮像手段によって撮像された画像に指に対応する部分が含まれている場合には、前記撮像手段からの画像データに基づいて指の位置を求め、前記撮像手段によって撮像された画像に指に対応する部分が含まれていない場合には、前記位置検出手段により指の位置を検出し、前記位置検出手段からの情報に基づいて指の位置を求め、前記制御手段は、前記求めた指の位置情報と、仮想空間画像の対象物の位置情報とに基づいて、前記各リンクモータの駆動を制御し、指に対して力覚を提示するように構成されていることを特徴とする触覚・力覚提示装置。
【００１１】
（３） 指の第１関節よりも先端側に位置する第１装着部、前記第１関節と第２関節との間に位置する第２装着部、前記第２関節と第３関節との間に位置する第３装着部および前記第３関節よりも基端側に位置する第４装着部とを備え、
前記複数のフレームのうちの最も指の先端側に位置する先端側フレームの先端部は、前記第１装着部に回動可能に設置され、最も指の基端側に位置する基端側フレームの基端部は、前記第４装着部に回動可能に設置され、
前記先端側フレームと前記基端側フレームとの間に位置するフレームは、前記第１関節と前記第２関節との間の部位と、前記第２関節と前記第３関節との間の部位とに、前記フレームの連結部が１つおきに位置するように配置され、当該１つおきの連結部のうちの前記第１関節と前記第２関節との間の部位に位置する連結部は、前記第２装着部に回動可能に配置され、前記第２関節と前記第３関節との間の部位に位置する連結部は、前記第３装着部に回動可能に配置されている上記（１）または（２）に記載の触覚・力覚提示装置。
【００１２】
（４） 信号の送信または受信を行う通信手段を有し、
前記通信手段から送信される信号に基づいて、前記リンクモータが駆動するよう構成されている上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置。
【００１３】
（５） 前記位置検出手段は、該位置検出手段により検出する部位の近傍に設けられている上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置。
【００１４】
（６） 前記位置検出手段は、指の関節の近傍に対応する部分に設けられている上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置。
【００１５】
（７） 前記位置検出手段は、該位置検出手段により検出する部位に対して一定の位置関係を保持し得るように設けられている上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置。
【００１６】
（８） 前記装着手段は、指から腕にかけて装着する手袋状のものである上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置。
【００１７】
（９） 上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置と、
顔面に装着して使用し、仮想空間画像を表示する表示手段とを有することを特徴とする触覚・力覚提示装置。
【００１８】
（１０） 上記（２）に記載の触覚・力覚提示装置と、
顔面に装着して使用し、仮想空間画像を表示する表示手段とを有しており、
前記撮像手段は、前記表示手段に設けられていることを特徴とする触覚・力覚提示装置。
【００１９】
（１１） 前記表示手段に対して信号の送信または受信を行う通信手段と、
仮想空間画像を作成する画像作成手段と、
前記画像作成手段に対して信号の送信または受信を行う通信手段とを有し、
前記画像作成手段は、指の動きに応じて仮想空間画像を更新するよう構成されている上記（９）または（１０）に記載の触覚・力覚提示装置。
【００２０】
（１２） 前記触覚・力覚提示装置、前記画像作成手段および前記表示手段の駆動を制御する制御手段を有する上記（１１）に記載の触覚・力覚提示装置。
【００５２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の触覚・力覚提示装置および触覚・力覚提示システムを添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００５３】
図１は、本発明の触覚・力覚提示装置の第１実施形態およびその触覚・力覚提示装置を有する触覚・力覚提示システムの構成例を示す概念図、図２は、図１に示すリアルグローブの回路構成例を示すブロック図である。図３は、図１に示すリアルグローブの外観構成例を示す外観図（一部図示を省略）である。
【００５４】
図１に示すように、触覚・力覚提示システム１は、ユーザ（使用者）の手（指）に装着され、装着された手や各指に対して触覚（触った感覚、例えば、質感、形状、強さ等の接触強度の分布）や力覚（触ったときに加わる力の感覚）を与える一対のリアルグローブ（データグローブ）２０、２０と、仮想空間画像（仮想空間映像）を表示する仮想空間表示装置（表示手段）５と、各リアルグローブ２０および仮想空間表示装置５の駆動制御等の種々の処理を行う情報処理装置８と、仮想空間画像を作成し、仮想空間画像を用いた各種のサービスを提供する基地局９とを備えている。
【００５５】
各リアルグローブ２０、仮想空間表示装置５、情報処理装置８および基地局９は、それぞれ、無線で信号の送信および受信（無線通信）を行うことができる無線通信機能（無線通信手段）を有しており、情報処理装置８と、各リアルグローブ２０、仮想空間表示装置５および基地局９との間で、それぞれ、通信を行うことができるようになっている。
【００５６】
この触覚・力覚提示システム１は、基地局９、仮想空間表示装置５および各リアルグローブ２０から供給された情報にもとづいて情報処理装置８によって作成（生成）された仮想空間画像を仮想空間表示装置５に表示し、リアルグローブ２０を装着した手や指を動作させることによってその手や指が仮想空間に表示された物体に仮想的に接触した場合等に、その様子を仮想空間表示装置５に表示するとともに、接触したときの触覚や力覚をリアルグローブ２０を装着した手や各指に与えるための各処理を行う。
【００５７】
情報処理装置８は、例えば、携帯電話端末、無線通信機能を有するパーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）と呼ばれる携帯型情報機器などの、無線通信機能（通信手段）および制御機能（制御手段）を備えた各種の装置により構成される。
【００５８】
また、基地局９は、例えば、インターネット上に設けられているインターネットサーバなどの、仮想空間画像に関する情報を提供する各種の装置により構成される。
【００５９】
なお、本実施形態では、各リアルグローブ２０、仮想空間表示装置５、情報処理装置８および基地局９が無線通信機能を有する構成としているが、例えば、その一部またはすべてが有線通信を行う構成とされていてもよい。
【００６０】
また、情報処理装置８が、基地局９の機能の一部またはすべてを有していてもよい。
【００６１】
また、リアルグローブ２０が、仮想空間表示装置５、情報処理装置８および基地局９の機能の一部またはすべてを有していてもよい。
【００６２】
ここで、触覚・力覚提示装置２は、本実施形態では、一対のリアルグローブ２０、２０、すなわち、ユーザの左手に装着される左手用のリアルグローブ２０と、ユーザの右手に装着される右手用のリアルグローブ２０とで構成されている。以下の説明では、代表的に一方のリアルグローブ２０を説明する。
【００６３】
なお、本発明では、触覚・力覚提示装置２は、一方のリアルグローブ２０で構成されていてもよい。
【００６４】
また、本発明では、触覚・力覚提示装置２は、リアルグローブ２０の他に、仮想空間表示装置５、情報処理装置８および基地局９のうちの、いずれか１つ、または、２つ、または、すべてを有していてもよい。この場合、触覚・力覚提示装置２は、それらの有する機能の一部を有していてもよく、また、すべてを有していてもよい。
【００６５】
図２に示すように、リアルグローブ２０は、仮想空間に現れている（仮想空間画像上の）物体（対象物）に接触した指の感覚（例えば、質感、形状、強さ等の接触強度の分布）を発生させるための触覚発生部（触覚発生手段）２１と、仮想空間に現れている物体に接触したときに手や指にかかる力の強さの感覚を発生させるための力覚発生部（力覚発生手段）２２と、リアルグローブ２０の各部の位置（リアルグローブ２０を装着した手、手首、腕、指等の各部の位置）を検出する位置姿勢検出部２３と、リアルグローブ２０の各部を制御する制御部２４と、情報処理装置８に送信するための信号の増幅等の信号処理を行う信号処理部２５と、情報処理装置８との間で無線通信を行うための信号送受信部２６とを有している。
【００６６】
また、図３に示すように、リアルグローブ２０の全体形状は、略長手袋状（手袋状）をなしている。すなわち、リアルグローブ２０は、その装着者（ユーザ）の指から腕の肘近傍まで（指から腕にかけて）装着する手袋状の装着手段として、腕を覆う筒状部２０ａを備えた比較的長い手袋２ａを有している。
【００６７】
ユーザは、この手袋２ａにより、リアルグローブ２０の装着および取り外しを容易かつ確実に行うことができる。
【００６８】
また、手袋２ａは手から腕にかけて装着されるので、仮想空間における動作（操作）を容易かつ確実に行うことができる。
【００６９】
この手袋２ａには、指先に対応する部分の遊びを抑制または防止する遊び吸収部２７と、手首に固定する手首固定部２８と、腕に固定する腕固定部２ｄと、腕に対応する部分のねじれを吸収するねじれ吸収部２９とが、それぞれ設けられている。
【００７０】
遊び吸収部２７は、手袋２ａの手首付近に対応する部分に設けられている。この遊び吸収部２７は、例えば、各種ゴム等の弾性体で形成される。
【００７１】
ユーザがリアルグローブ２０を装着すると、遊び吸収部２７の復元力（弾性力）により、手袋２ａは、肘方向（基端側）に引っ張られ、その状態で保持される。これにより、指先に遊びができてしまうのを防止または抑制することができる。
【００７２】
また、指の長さ等の手の寸法の異なる複数のユーザが使用する場合においても、遊び吸収部２７により、それぞれ、指先に遊びができてしまうのを防止または抑制することができる。
【００７３】
手首固定部２８は、手袋２ａの前記遊び吸収部２７の肘側（基端側）に、遊び吸収部２７に連続して設けられている。この手首固定部２８は、例えば、各種ゴム等の弾性体で形成される。
【００７４】
ユーザがリアルグローブ２０を装着すると、手首固定部２８の復元力（弾性力）により、手袋２ａは、手首に固定される。これにより、使用中にリアルグローブ２０がずれてしまうのを防止することができる。
【００７５】
また、この手首固定部２８や前記遊び吸収部２７により、後述する触覚発生部２１のアクチュエータワイヤ２１２の束２１２ａは、各アクチュエータワイヤ２１２がそれぞれその長手方向に移動し得るように所定の位置に保持される。
【００７６】
腕固定部２ｄは、手袋２ａの筒状部２０ａの肘側（基端側）の端部に設けられている。この腕固定部２ｄは、例えば、各種ゴム等の弾性体で形成される。
【００７７】
ユーザがリアルグローブ２０を装着すると、腕固定部２ｄの復元力（弾性力）により、手袋２ａは、腕に固定される。これにより、使用中にリアルグローブ２０がずれてしまうのを防止することができる。
【００７８】
ねじれ吸収部２９は、手袋２ａの筒状部２０ａの途中、すなわち、前記手首固定部２８と腕固定部２ｄとの間に設けられている。
【００７９】
このねじれ吸収部２９は、筒状部２０ａの一部に３つの開口２９２を形成して得られる３本の帯状部２９１で構成されている。各帯状部２９１は、それぞれ、例えば、伸縮性のある材料で構成された布等の伸縮性のある部材で形成される。
【００８０】
ユーザがリアルグローブ２０を装着し、例えば、手首をねじる動作をすると、各帯状部２９１が伸縮、変形し、これにより、筒状部２０ａのねじれが吸収される。
【００８１】
このように、ねじれ吸収部２９により、リアルグローブ２０のねじれを防止することができ、このため、ユーザは、手や腕を容易かつ円滑に動かすことができる。
【００８２】
なお、ねじれ吸収部２９の帯状部２９１の数は、２本以下でもよく、また、４本以上でもよい。
【００８３】
また、手袋２ａの各指の背側の各関節に対応する部分には、それぞれ、開口２１ａが形成されている。
【００８４】
これらの開口２１ａにより、ユーザは、各指の各関節をそれぞれ容易かつ円滑に動かすことができる。
【００８５】
また、このリアルグローブ２０には、手袋２ａの腕に対応する部分であって、前記ねじれ吸収部２９よりも肘方向に位置する部分、すなわち、手袋２ａの筒状部２０ａの肘側（基端側）の端部に、制御部２４、電力供給部３０、動力発生部２１１などが設けられている。
【００８６】
これら制御部２４、電力供給部３０および動力発生部２１１の配置を前記のようにすることにより、リアルグローブ２０の指先側（先端側）の重量を軽く（慣性を小さく）することができ、これにより、ユーザは、動作（操作）を容易に行うことができる。
【００８７】
触覚発生部２１の主要部は、ユーザがリアルグローブ２０を装着したときに、ユーザの各指の第１関節（末節骨と中節骨との間の関節）から先の指先部分を覆う位置にそれぞれ設けられている。なお、各触覚発生部２１の構成および作用は、ほぼ同様であるので、以下、代表的に、そのうちの１つについて説明する。
【００８８】
図４は、触覚発生部２１の構成例を示す縦断面図である。なお、図が煩雑になるのを避けるため、図中、一部、部材の厚みを省略して図示する。
【００８９】
触覚発生部２１は、図４（Ａ）に示すように、モータ（駆動源）２１１ａを備える動力発生部（移動手段）２１１と、長手方向に移動可能に設置されたアクチュエータワイヤ（可撓性を有する線状体）２１２と、アクチュエータワイヤ２１２の一端を保持するワイヤ保持部（付勢手段）２１３と、触覚を発生させるために指腹を押圧する触覚提示ピン（押圧部）２１４と、触覚提示ピン２１４を支持するとともに触覚提示ピン２１４の移動方向を規制する触覚提示ピン支持部（移動方向規制手段）２１５とで構成される複数の単位触覚発生部（アクチュエータ）２１０を有している。各単位触覚発生部２１０は、互いに独立している。
【００９０】
なお、前記動力発生部２１１と、アクチュエータワイヤ２１２と、触覚提示ピン支持部２１５とで、触覚提示ピン２１４を駆動する駆動機構が構成される。
【００９１】
動力発生部２１１は、例えば、制御部２４からの制御信号に応じて内部に備えるモータ２１１ａを回転駆動し、そのモータ２１１ａの回転駆動によってアクチュエータワイヤ２１２を巻き取る処理（アクチュエータワイヤ２１２をアクチュエータワイヤ２１２の長手方向に移動させる処理）を行う。制御部２４は、情報処理装置８からの指示に従って、モータ２１１ａの回転駆動が所定のトルクで所定時間なされるように動力発生部２１１を制御する。動力発生部２１１は、情報処理装置８からの指示に従ってモータ２１１ａに回転動力を与えることで、アクチュエータワイヤ２１２を所定の長さ巻き取る処理を行う。
【００９２】
ワイヤ保持部２１３は、図４（Ａ）に示すように、この実施形態では指の第１間接の近傍でアクチュエータワイヤ２１２の一端（終端）を保持する。このワイヤ保持部２１３は、例えばゴムやバネなどの弾性を有する部材（弾性体）により構成される。
【００９３】
従って、動力発生部２１１のモータ２１１ａの駆動によりアクチュエータワイヤ２１２が巻き取られ、そのアクチュエータワイヤ２１２が図４（Ａ）中の時計回りに移動すると、それに伴ってワイヤ保持部２１３が伸張し、アクチュエータワイヤ２１２は、ワイヤ保持部２１３の復元力（弾性力）により、図４（Ａ）中の反時計回りの方向（触覚提示ピン２１４を突出させるときのアクチュエータワイヤ２１２の移動方向と逆方向）に付勢される。そして、動力発生部２１１のモータ２１１ａの駆動が停止し、アクチュエータワイヤ２１２の巻き取り状態が解除されると、ワイヤ保持部２１３が復元力（弾性力）によって収縮し、これにより、巻き取られていたアクチュエータワイヤ２１２が引き出され、図４（Ａ）中の反時計回りに移動する。
【００９４】
なお、動力発生部２１１は、アクチュエータワイヤ２１２の他端（始端）側に位置している。
【００９５】
触覚提示ピン２１４は、ユーザの指腹に接触感覚（接触の有無や強さ等）を与えるために用いられ、指腹に接触する部分である微小な接触板（接触部）２１４ａと、接触板２１４ａを支持する支持部２１４ｂとで構成される。支持部２１４ｂは、その一端がアクチュエータワイヤ２１２の途中に固定され、その他端に接触板２１４ａが設けられている。
【００９６】
この実施形態では、図４（Ａ）に示すように、リアルグローブ２０の手袋２ａは、指先を装着する（覆う）装着部が２重構造（例えば布などの部材を２枚重ね合わせて、重ね合わせた２枚の部材の間に何らかの部材が収納し得るような構造）になっており、指先を覆っている部分の内部（２重構造の内部）に、前記アクチュエータワイヤ２１２の一部、ワイヤ保持部２１３および支持部２１４ｂと、触覚提示ピン２１４のアクチュエータワイヤ２１２の移動方向への移動を規制する触覚提示ピン支持部２１５とが設けられている。そして、指が収納される手袋２ａ内に、支持部２１４ｂの一端側が突出し、接触板２１４ａが位置している。
【００９７】
この実施形態では、その接触板２１４ａは、リアルグローブ２０を装着した手の指先に常に接触した状態となっている。なお、これに限らず、接触板２１４ａが指先から離間した状態（接触板２１４ａと指先とが非接触の状態）をとり得るように構成されていてもよい。
【００９８】
図４（Ａ）では、説明を簡単にするため、１つの単位触覚発生部２１０（１つの触覚提示ピン２１４）が代表して示されているが、前述したように、実際には、触覚発生部２１は、複数の単位触覚発生部２１０を有しており、その複数の触覚提示ピン２１４は、ユーザがリアルグローブ２０を装着したときのユーザの指先の指腹に対応する位置に、例えば、指腹に沿って、かつ指腹に対し行列状（マトリックス状）に配置されている。
【００９９】
各触覚提示ピン２１４の前後には、それぞれ、その触覚提示ピン２１４の支持部２１４ｂのアクチュエータワイヤ２１２の移動方向への移動を制限する触覚提示ピン支持部２１５が設けられている。
【０１００】
なお、前記各触覚提示ピン２１４は、規則的に配置されていてもよく、また、不規則に配置されていてもよい。
【０１０１】
次に、触覚発生部２１による触覚発生動作について説明する。
ユーザがリアルグローブ２０を装着し、手や指を動かすことによって仮想空間に現れている物体（仮想物体）、すなわち対象物に、その指先（指腹）が仮想的に接触すると、情報処理装置８は、実際に接触があったとした場合の押圧力を計算し、その計算結果にもとづいて動力発生部２１１のＰＷＭデータ（例えば、モータ２１１ａを回転させるための励磁パターンを示すデータ）に変換する。
【０１０２】
この場合、前記仮想空間（３次元空間）において、予め、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸、すなわちＸ−Ｙ−Ｚ座標（３次元座標）が想定されており、前記物体の座標（位置情報）と、前記ユーザの指先の座標（位置情報）との一致を検出し、その一致が検出されると、物体の前記座標に相当する部位とユーザの指先の前記座標に相当する部位とが接触したと判別する。ユーザの指先の座標は、後述する位置姿勢検出部２３から信号送受信部２６を介して情報処理装置８に送信される信号（情報）に基づいて導出される。
【０１０３】
次いで、情報処理装置８は、導出したＰＷＭデータと、実際に接触があったとした場合の接触位置に押圧力を与える接触板２１４ａを動作させる動力発生部２１１を特定（指定）するためのデータとを、リアルグローブ２０に送信する。リアルグローブ２０は、受信したＰＷＭデータに応じて、指定された動力発生部２１１を駆動し、アクチュエータワイヤ２１２を巻き取る。
【０１０４】
アクチュエータワイヤ２１２が巻き取られると、指腹に配されているアクチュエータワイヤ２１２が指腹に沿って指の先端方向に向けて移動し、図４（Ｂ）に示すように、アクチュエータワイヤ２１２に取付固定されている触覚提示ピン２１４も、指腹に沿って指の先端方向に向けて移動する。
【０１０５】
この際、図４（Ｃ）に示すように、触覚提示ピン２１４は、触覚提示ピン支持部２１５によって指の先端方向への移動が制限されるとともに、触覚提示ピン支持部２１５にガイドされて、図４（Ｃ）中上側へ移動する（指腹に向って突出する）。すなわち、触覚提示ピン２１４の接触板２１４ａが指腹の表面に対しほぼ垂直上方に移動する。触覚提示ピン２１４の支持部２１４ｂは、待機時には（初期状態では）、図４（Ｂ）に示すように、垂直方向から指の先端方向に傾斜しており、前記接触板２１４ａがほぼ垂直上方に移動しようとする力が働くことで、その接触板２１４ａが指腹をほぼ垂直方向へ押圧し、これにより、ユーザの手の指腹に押圧力を与える。
【０１０６】
この動作が、複数の単位触覚発生部２１０のうちの指定された単位触覚発生部２１０でなされ、これにより、ユーザの手の指腹に触覚が提示される（与えられる）。よって、ユーザは、仮想空間画像における指腹の物体（対象物）への接触に相当する感覚を、指腹に得ることができる。
【０１０７】
前記指定された単位触覚発生部２１０において、動力発生部２１１のモータ２１１ａの駆動が停止し、アクチュエータワイヤ２１２の巻き取り状態が解除されると、ワイヤ保持部２１３が復元力（弾性力）によって収縮し、これにより、巻き取られていたアクチュエータワイヤ２１２が引き出される。
【０１０８】
アクチュエータワイヤ２１２が引き出されると、指腹に配されているアクチュエータワイヤ２１２が指腹に沿って指の基端方向（図４（Ｃ）中右側）に向けて移動し、アクチュエータワイヤ２１２に取付固定されている触覚提示ピン２１４も、指腹に沿って指の基端方向に向けて移動し、触覚提示ピン２１４は、図４（Ｂ）に示す初期状態に戻る。これにより、触覚提示ピン２１４からユーザの手の指腹に与えられていた押圧力が実質的に消滅する。
【０１０９】
このような触覚発生部２１によれば、指腹に対してほぼ平行に（指腹に沿って）アクチュエータワイヤ２１２を配置し、そのアクチュエータワイヤ２１２を巻き取ることによって指腹に対してほぼ垂直な力を与えるようになっているので、触覚を与えるための機構を薄くすることができ、これにより、リアルグローブ２０の指腹側の厚みを極力抑えることができる。
【０１１０】
また、アクチュエータワイヤ２１２の弛みを防止することができ、触覚提示ピン２１４からユーザの指腹に、より正確かつ確実に目標の大ききの押圧力を与えることができる。
【０１１１】
図５および図６は、それぞれ、力覚発生部２２の構成例を示す外観図である。なお、図５は、フレームカバーが取り外された状態を示す。
【０１１２】
図５に示すように、力覚発生部２２は、リアルグローブ２０を装着したときのユーザの各指の背側に設けられている。なお、力覚発生部２２の構成および作用は、ほぼ同様であるので、以下、代表的に、そのうちの１つについて説明する。
【０１１３】
力覚発生部２２は、回動可能に連結された複数（本実施形態では６つ）のフレーム２２１を備えたリンク機構と、各フレーム２２１を回動させる複数（本実施形態では７つ）のリンクモータ（駆動源）２２２と、手袋２ａに設けられた複数（本実施形態では４つ）のフレームホルダ２ｂとを有している。
【０１１４】
前記フレームホルダ２ｂは、ユーザがリアルグローブ２０を装着したとき、ユーザの指の第１関節より先端側に位置する装着部（第１装着部）と、第１関節と第２関節（中節骨と基節骨との間の関節）との間に位置する装着部（第２装着部）と、第２関節と第３関節との間に位置する装着部（第３装着部）と、第３関節（基節骨と中手骨との間の関節）より基端側に位置する装着部（第４装着部）とに、それぞれ、設けられている。
【０１１５】
リンク機構は、前記フレームホルダ２ｂによって、手袋２ａの、リアルグローブ２０を装着したときのユーザの指の背側に取り付けられている。
【０１１６】
すなわち、リンク機構の先端側（図５中右側）の端部のフレーム２２１は、ユーザがリアルグローブ２０を装着したときに、ユーザの指の第１関節より先端側の部位にその端部が位置するように配置され、このフレーム２２１の先端部は、フレームホルダ２ｂに対し、回動可能に設置されている。
【０１１７】
また、リンク機構の基端側（図５中左側）の端部のフレーム２２１は、ユーザがリアルグローブ２０を装着したときに、ユーザの指の第３関節より基端側の部位にその端部が位置するように配置され、このフレーム２２１の基端部は、フレームホルダ２ｂに対し、回動可能に設置されている。
【０１１８】
また、リンク機構の残りの各フレーム２２１は、ユーザがリアルグローブ２０を装着したときに、ユーザの指の第１関節と第２関節との間の部位と、第２関節と第３関節との間の部位とに、フレーム連結部が１つおきに位置するように配置され、この１つおきのフレーム連結部において、フレームホルダ２ｂに対し、回動可能に設置されている。
【０１１９】
各リンクモータ２２２の駆動力（回転力）は、それぞれ、図示しない動力伝達部を介して、対応するフレーム２２１に伝達される。すなわち、リンクモータ２２２が所定方向に回転駆動すると、対応するフレーム２２１は、所定方向に回動し、これにより、フレーム２２１の角度が変更（調整）される。
【０１２０】
なお、図５には、前述したアクチュエータワイヤ２１２の束２１２ａが示されている。
【０１２１】
力覚発生部２２の各フレーム２２１や各リンクモータ２２２は、それぞれ、図６に示すように、例えば布製のフレームカバー２ｃの中に収納されている。
【０１２２】
また、図６に示すように、フレームカバー２ｃの内側には、手や指の所定の部位の位置および姿勢を検出する複数（本実施形態では４つ）の位置姿勢検出部（位置検出手段）２３が設置されている。各位置姿勢検出部２３は、それぞれ、位置および姿勢を検出する部位（検出位置）の近傍、すなわち、指の関節の近傍に対応する部位に、前記検出位置に対して一定の位置関係を保持し得るように設けられている。
【０１２３】
すなわち、各位置姿勢検出部２３は、それぞれ、この実施形態では、フレームホルダ２ｂが設けられている位置に固定されている各リンクモータ２２２に取付固定されている。従って、各位置姿勢検出部２３が設けられている部位と、ユーザの手のひら側の所定の部位（検出位置）との位置関係は、一定に保たれる。よって、位置姿勢検出部２３が自己の位置や姿勢を検出することによって、ユーザの手の平側の所定の部位の位置や姿勢を容易かつ正確に導出することができる。
【０１２４】
また、各位置姿勢検出部２３は、それぞれ、手の甲側に配置されているので、リアルグローブ２０の指腹側の厚みを極力抑えることができる。
【０１２５】
また、図３に示すように、位置姿勢検出部２３は、ユーザがリアルグローブ２０を装着したとき、リアルグローブ２０の腕の基端側の部位に相当する位置にも設置されている。
【０１２６】
これら位置姿勢検出部２３により、リアルグローブ２０を装着した各指、手、手首、腕などの各部の位置および姿勢を確実に把握することができる。
【０１２７】
次に、力覚発生部２２による力覚発生動作について説明する。
ユーザがリアルグローブ２０を装着し、手や指を動かすことによって仮想空間に現されている物体（仮想物体）、すなわち対象物に、その手や指が仮想的に接触すると、情報処理装置８は、実際に接触があった場合の前記物体から指（指の各関節）への反力を計算し、その計算結果にもとづいて各リンクモータ２２２のＰＷＭデータ（例えば、リンクモータ２２２を回転させるための励磁パターンを示すデータ）に変換する。
【０１２８】
前記物体とユーザの手や指との接触の判別は、前記触覚発生部２１の場合と同様である。
【０１２９】
情報処理装置８は、導出した各ＰＷＭデータと、駆動させる各リンクモータ２２２を示すデータとをリアルグローブ２０に送信する。リアルグローブ２０は、受信したデータに応じて、指定された各リンクモータ２２２を所定方向に回転駆動し、対応する各フレーム２２１を所定方向に回動させ、各フレーム２２１の角度を調整、すなわち、リンク機構の両端部のフレーム２２１の角度および各フレーム連結部の角度をそれぞれ調整する。
【０１３０】
このフレーム２２１の角度調整により、所定のフレームホルダ２ｂにそれぞれ所定の大きさの力が加わり、これにより、前記仮想空間に現されている物体からの反力に対応する力がユーザの指の各関節に与えられる。すなわち、指の各関節に対して力覚が提示される（与えられる）。
【０１３１】
ここで、この力覚発生部２２は、指の複数の部位に装着する複数の装着部間の間隔を調節する機能を有している（調節手段を兼ねている）。
【０１３２】
例えば、図５に示すように、所定のフレーム２２１を回動させ、フレーム２２１の角度を調整することにより、各フレームホルダ２ｂ間の間隔を長くしたり、または、短くしたりすることができる。
【０１３３】
図７は、位置姿勢検出部２３の構成例を示すブロック図である。
位置姿勢検出部２３には、本実施形態では、直交コイル式（直交コイル型）の位置センサ（位置検出手段）が用いられる。すなわち、位置姿勢検出部２３は、図７に示すように、中心軸が互いに直交するＸ方向検出コイル（第１のコイル）２３１と、Ｙ方向検出コイル（第２のコイル）２３２と、Ｚ方向検出コイル（第３のコイル）２３３とで構成される。なお、Ｘ方向（Ｘ軸方向）と、Ｙ方向（Ｙ軸方向）と、Ｚ方向（Ｚ軸方向）とは、互いに直交している。
【０１３４】
一方、情報処理装置８には、磁界を発生する図示しない磁界発生部が設けられている。この磁界発生部には、例えば、前記位置姿勢検出部２３とほぼ同じ構成のもの、すなわち、直交コイル式（直交コイル型）の磁界発生器（Ｘ方向コイル、Ｙ方向コイル、Ｚ方向コイル）が用いられる。
【０１３５】
磁界発生部で発生した磁界は、位置姿勢検出部２３で検出される。この場合、磁界発生部のＸ方向コイル、Ｙ方向コイルおよびＺ方向コイルから、順次、磁界を発生し、それぞれを、位置姿勢検出部２３のＸ方向検出コイル２３１、Ｙ方向検出コイル２３２およびＺ方向検出コイル２３３の３つのコイルで検出する。
【０１３６】
位置姿勢検出部２３によってＸＹＺ各方向について検出された各信号（検出データ）は、それぞれ、信号処理部２５の増幅部２５１にて増幅され、Ａ／Ｄ変換部２５２にてデジタル信号に変換された後、図２に示す信号送受信部２６に出力され、この信号送受信部２６により情報処理装置８に送信される。
【０１３７】
情報処理装置８では、前記信号を受信し、その信号（情報）に基づいて、リアルグローブ２０を装着した各指、手、手首、腕などの各部の位置および姿勢、すなわち、前記各部の座標を導出し、その情報を所定の各処理において利用する。
【０１３８】
このように前記位置姿勢検出部２３を設けることにより、アルグローブ２０を装着した各指、手、手首、腕などの各部の位置および姿勢を正確かつ確実に求めることができる。
【０１３９】
仮想空間表示装置５には、この実施形態では、顔面に装着して使用する形態のもの、すなわち、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）と呼ばれる眼鏡状の装置が用いられる。
【０１４０】
図８は、仮想空間表示装置５の外観構成例を示す斜視図、図９は、仮想空間表示装置５の回路構成例を示すブロック図である。
【０１４１】
仮想空間表示装置５は、装着者（ユーザ）に対して仮想空間画像を表示する画像表示部５１ａ、５１ｂと、装着者の視線を検出する視線検出部５２ａ、５２ｂと、周囲を撮像し、その周囲の画像（映像）を取り込む凹凸入力部（撮像手段）５３ａ、５３ｂと、装置全体の制御を行う制御部５４と、信号送受信部５５と、位置姿勢検出部（位置検出手段）５６と、装着部５７と、信号処理部５８とを備えている。
【０１４２】
図１０は、仮想空間表示装置５の凹凸入力部５３ａの構成例を示す図（ブロック図、模式図）である。
【０１４３】
凹凸入力部５３ａは、レンズ５３１と、ＣＣＤ（撮像素子）５３２と、ＣＣＤ制御部５３３と、ＣＣＤ出力増幅部５３４とを有している。
【０１４４】
レンズ５３１に入射した光（光束）は、そのレンズ５３１により、ＣＣＤ５３２の受光面（撮像面）上に導かれて結像し、その被写体像（周囲の像）は、ＣＣＤ５３２により撮像される。このＣＣＤ５３２の駆動は、ＣＣＤ制御部５３３により制御される。
【０１４５】
ＣＣＤ５３２から出力された信号は、ＣＣＤ出力増幅部５３４で増幅され、その後、凹凸入力部５３ａから出力され、図９に示す信号処理部５８に入力され、所定の信号処理がなされ、信号送受信部５５により情報処理装置８に送信される。
【０１４６】
なお、凹凸入力部５３ｂの構成および作用は、前記凹凸入力部５３ａと同様であるので、その説明は、省略するが、この凹凸入力部５３ｂと、前記凹凸入力部５３ａとでは、略同じ領域が撮像される。
【０１４７】
図１１は、仮想空間表示装置５の画像表示部５１ａの構成例を示す図（ブロック図、模式図）である。
【０１４８】
画像表示部５１ａは、レンズ５１１と、レンズ５１１を移動させるレンズ移動機構５１２と、ステッピングモータ５１３と、モータ制御部５１４と、図示しないカラーフィルタを備えた液晶表示パネル５１５と、液晶駆動部５１６と、バックライト５１７と、バックライト制御部５１８と、トランジスタ５１９とを有している。
【０１４９】
画像表示部５１ａにおいて仮想空間画像を表示する際は、バックライト制御部５１８の制御により、トランジスタ５１９がオンし、バックライト５１７が駆動し、バックライト５１７から液晶表示パネル５１５へ光が照射される。
【０１５０】
そして、液晶駆動部５１６は、表示信号（画像データ）に基づいて、液晶表示パネル５１５の駆動を制御し、これにより、液晶表示パネル５１５に仮想空間画像が表示される。
【０１５１】
装着者は、レンズ５１１および後述する視線検出部５２ａのハーフミラー５２１を介し、この液晶表示パネル５１５に表示された仮想空間画像を視認することができる。
【０１５２】
ステッピングモータ５１３の駆動は、モータ制御部５１４により制御され、そのステッピングモータ５１３が所定方向に回転すると、レンズ移動機構５１２により、レンズ５１１は、液晶表示パネル５１５に接近する方向、すなわち、装着者の目から離間する方向へ移動する。
【０１５３】
また、ステッピングモータ５１３が前記と逆方向に回転すると、レンズ移動機構５１２により、レンズ５１１は、液晶表示パネル５１５から離間する方向、すなわち、装着者の目に接近する方向へ移動する。
【０１５４】
このレンズ５１１の位置の変更により、前記仮想空間画像の遠近を変更することができる。
【０１５５】
このレンズ５１１の位置の調整、すなわち、前記仮想空間画像の遠近の調整は、後述する視線検出部５２ａ、５２ｂで検出される装着者の視線の情報に基づいてなされる。
【０１５６】
なお、画像表示部５１ｂの構成および作用は、前記画像表示部５１ａと同様であるので、その説明は、省略する。
【０１５７】
視線検出部５２ａ、５２ｂは、装着者の視線がどの方向にあるか（仮想空間画像のどこに焦点を合せようとしているか）を検出する機能と、セキュリティ情報として利用するための装着者の眼の虹彩パターンを読み取る機能とを有している。
【０１５８】
図１２は、仮想空間表示装置５の視線検出部５２ａの構成例を示す図（ブロック図、模式図）である。
【０１５９】
視線検出部５２ａは、ハーフミラー５２１と、可視光を除去し、赤外光を透過させるフィルタ５２２と、レンズ５２３と、ＣＣＤ（撮像素子）５２４と、ＣＣＤ制御部５２５と、ＣＣＤ出力増幅部５２６と、赤外光を発するＬＥＤ（発光ダイオード）５２７と、ＬＥＤ制御部５２８と、トランジスタ５２９とを有している。
【０１６０】
ＬＥＤ５２７の駆動は、ＬＥＤ制御部５２８により制御され、そのＬＥＤ制御部５２８の制御によりトランジスタ５２９がオンすると、ＬＥＤ５２７が駆動し、ＬＥＤ５２７から赤外光が発せられる。
【０１６１】
ＬＥＤ５２７から発せられた赤外光は、フィルタ５２２を透過し、ハーフミラー５２１でその一部が反射して、装着者の目に照射される。
【０１６２】
そして、装着者の目からの反射光（光束）は、ハーフミラー５２１でその一部が反射して、フィルタ５２２を透過し、レンズ５２３により、ＣＣＤ５２４の受光面（撮像面）上に導かれて結像し、その被写体像（装着者の目の像）は、ＣＣＤ５２４により撮像される。このＣＣＤ５２４の駆動は、ＣＣＤ制御部５２５により制御される。
【０１６３】
ＣＣＤ５２４から出力された信号は、ＣＣＤ出力増幅部５２６で増幅され、その後、視線検出部５２ａから出力され、図９に示す信号処理部５８に入力され、所定の信号処理がなされ、信号送受信部５５により情報処理装置８に送信される。
【０１６４】
情報処理装置８では、前記信号を受信し、その信号（情報）に基づいて、装着者の視線がどの方向にあるか（仮想空間画像のどこに焦点を合せようとしているか）を検出するとともに、装着者の眼の虹彩パターンを読み取り、解析し、セキュリティ情報として利用する。
【０１６５】
一方、レンズ５２３側からフィルタ５２２へ入射する可視光は、フィルタ５２２で除去され、その可視光が装着者の目に照射されてしまうのを阻止することができる。これにより、液晶表示パネル５１５に表示された仮想空間画像の視認性の低下を防止することができる。
【０１６６】
なお、視線検出部５２ｂの構成および作用は、前記視線検出部５２ａと同様であるので、その説明は、省略する。
【０１６７】
この仮想空間表示装置５は、２台の画像取込装置（撮像手段）、すなわち、前記凹凸入力部（撮像手段）５３ａ、５３ｂによって周囲の画像を撮像して取り込み、情報処理装置８に対して撮像した画像データ（映像データ）を送信する。
【０１６８】
情報処理装置８は、凹凸入力部５３ａ、５３ｂにて撮像された画像、すなわち撮像された画像データから視角差を導出し、その視角差等から得られる周囲の凹凸にもとづいて、仮想空間画像、すなわち仮想空間の画像データを作成する。そして、情報処理装置８は、作成した仮想空間の画像（映像）と、例えば、仮想壁紙や仮想パーソナルコンピュータや仮想本などの所定の仮想物体を周囲の凹凸に合わせて仮想空間に配置するための画像とを合成した合成画像（合成映像）を示す画像データ（映像データ）を仮想空間表示装置５に送信する。
【０１６９】
仮想空間表示装置５は、情報処理装置８からの画像データにもとづいて、その画像を画像表示部５１ａ、５１ｂを用いて表示する。
【０１７０】
また、仮想空間表示装置５は、装着されているリアルグローブ２０、すなわち、ユーザの手や腕が画像表示部５１ａ、５１ｂにより表示されている画像の領域内に入っている場合には、その手や腕に対応する画像も、画像表示部５１ａ、５１ｂに表示する。
【０１７１】
この場合、前述したように、リアルグローブ２０に設けられている複数の位置姿勢検出部２３の検出データが情報処理装置８に送信されることで、リアルグローブ２０の位置および姿勢、すなわち、ユーザの各指、手、手首、腕等は情報処理装置８にて認識される。すなわち、情報処理装置８は、逐一、リアルグローブ２０からの前記検出データにもとづいて、ユーザの各指、手、手首、腕等の位置および姿勢を特定し、それらが画像表示部５１ａ、５１ｂにより表示されている画像の領域内に入っている場合には、それらを示す仮想空間画像を作成し、その画像を基礎の画像に合成して、合成画像（合成画像の画像データ）を得、その画像データを仮想空間表示装置５に送信する。
【０１７２】
従って、ユーザの手や腕が画像表示部５１ａ、５１ｂにより表示されている画像の領域内に入っている場合には、その手や腕に対応する画像が、画像表示部５１ａ、５１ｂに表示される。
【０１７３】
そして、リアルグローブ２０を装着した手や指の実際の動作に連動し、画像表示部５１ａ、５１ｂに表示されている仮想空間画像においてその手や指が動く。
【０１７４】
位置姿勢検出部５６は、仮想空間表示装置５の位置および姿勢、すなわち、装着者の顔面（頭部）の位置および姿勢を検出するためのセンサである。この位置姿勢検出部５６には、本実施形態では、直交コイル式の位置センサ、すなわち、前記位置姿勢検出部２３と同様のものが用いられる。
【０１７５】
位置姿勢検出部５６からの信号（検出データ）は、信号処理部５８に入力され、所定の信号処理がなされ、信号送受信部５５により逐一情報処理装置８に送信される。情報処理装置８は、この検出データに基づいて、逐一仮想空間画像を更新する。
【０１７６】
従って、例えば仮想空間表示装置５を装着したユーザが首を動かした場合には、画像表示部５１ａ、５１ｂに表示される仮想空間画像は、ユーザが向いている方向に合致した画像となるように変化する。
【０１７７】
次に、触覚・力覚提示システム１の動作（作用）について説明する。
ここでは、ユーザが、触覚・力覚提示システム１を利用して、仮想空間に現れている仮想パーソナルコンピュータの操作を行う場合を例に説明する。
【０１７８】
ユーザは、各部の電源を入れ、リアルグローブ２０を両手にそれぞれ装着し、眼鏡状の仮想空間表示装置５をかける（顔面に装着する）。すると、仮想空間表示装置５の画像表示部５１ａ、５１ｂに、仮想パーソナルコンピュータを含む仮想空間画像が表示される。
【０１７９】
また、ユーザの腕が画像表示部５１ａ、５１ｂで表示されている仮想空間画像内に入るようにすれば、情報処理装置８にて作成されたその手や腕の画像が仮想空間画像に仮想物体として表示される。そして、ユーザが手や指を動かした場合には、その実際の手や指の動きに連動して、仮想空間画像において、表示されている手や指が動く。
【０１８０】
情報処理装置８は、仮想空間画像における対象物、すなわち本実施形態では、例えば、仮想パーソナルコンピュータの一部（例えばキーボード）と、ユーザの指の一部が同一座標となったことを検出すると、リアルグローブ２０に対して、触覚および力覚を発生させるための指示を行う。具体的には、リアルグローブ２０に対して、駆動させる動力発生部２１１およびその駆動に用いるＰＷＭデータや、駆動させるリンクモータ２２２およびその駆動に用いるＰＷＭデータなどを送信する。
【０１８１】
リアルグローブ２０は、情報処理装置８からの指示に従って、指定された各動作発生部２１１を、それぞれ、指定されたトルクで指定された時間だけＰＷＭ制御により駆動する。これにより、仮想パーソナルコンピュータの一部と同一座標となった部分に配置されている各触覚提示ピン２１４の接触板２１４ａが突出し、仮想パーソナルコンピュータの一部と同一座標となったユーザの各指先に対して触覚が与えられる。すなわち、各指先に、接触感覚、質感、形状、強さ等の感覚が与えられる。
【０１８２】
同時に、リアルグローブ２０は、情報処理装置８からの指示に従って、指定された各リンクモータ２２２を、それぞれ、指定されたトルクで指定された時間だけＰＷＭ制御により駆動する。これにより、実在するパーソナルコンピュータの例えばキーボードに触れているときに各指の各関節に与えられる力覚、すなわち、前記各指の各関節に与えられる押圧力（反力）に相当する力がユーザの各指の各関節に対して与えられる。
【０１８３】
また、ユーザが、さらに仮想パーソナルコンピュータのキーを押し込む方向に指を動かすと、指の座標変化に合わせて、画像表示部５１ａ、５１ｂに、キーを押し込む様子を示す仮想空間画像が表示される。
【０１８４】
この場合、情報処理装置８は、押下されたキーにもとづく表示状態の変化を仮想空間画像で再現するための仮想空間画像の画像データを生成して仮想空間表示装置５に送信する処理を行い、仮想空間表示装置５は、前記情報処理装置８からの仮想空間画像の画像データにもとづいて、仮想パーソナルコンピュータのディスプレイにキーの押下が反映された表示がなされる画像を表示する。
【０１８５】
以上説明したように、この触覚・力覚提示装置２および触覚・力覚提示システム１によれば、手および各指の所定の部位の位置および姿勢を正確かつ確実に求めることができる。
【０１８６】
また、仮想空間画像に応じて、各指に対して力覚および触覚をそれぞれ正確かつ確実に提示することができる。
【０１８７】
これにより、ユーザは、仮想空間における動作（操作）を、快適に、容易かつ確実に、行うことができる。
【０１８８】
また、触覚発生部２１において、アクチュエータワイヤ２１２の弛みを防止することができ、各触覚提示ピン２１４からそれぞれユーザの各指腹に、より正確かつ確実に目標の大ききの押圧力を与えることができる。
【０１８９】
これにより、ユーザは、仮想空間画像における各指腹の物体（対象物）への接触に相当する感覚を、より正確かつ確実に各指腹で感じることができる。
【０１９０】
また、触覚発生部２１では、各指腹に対してほぼ平行に（指腹に沿って）アクチュエータワイヤ２１２が配置され、そのアクチュエータワイヤ２１２を巻き取ることによって各指腹に対してほぼ垂直な力を与えるようになっているので、触覚を与えるための機構を薄くすることができ、これにより、リアルグローブ２０の指腹側の厚みを極力抑えることができる。
【０１９１】
また、力覚発生部２２はリンク機構を有しているので、指を伸ばしている状態、指を曲げている状態のいずれにおいても対応することができ、これにより、より確実に、各指に対して力覚を与えることができる。
【０１９２】
また、リアルグローブ２０は、手袋２ａを有しているので、そのリアルグローブ２０の装着および取り外しを容易かつ確実に行うことができ、また、仮想空間における動作（操作）を容易かつ確実に行うことができる。
【０１９３】
なお、上述した実施形態では、使用例として仮想空間画像にて表示されているパーソナルコンピュータを仮想的に操作する場合について説明したが、本発明では、これに限らず、例えば、仮想本などの他の物品を取扱うために使用することもできる。仮想本を取扱う場合には、例えば、仮想本の縁をさわったりページをめくったりするときに、実際の本の縁をさわったりページをめくったりするときに指に加わる触感や力感を感じることができる。
【０１９４】
また、本発明では、仮想空間画像が表示されなくてもよい。すなわち、仮想空間画像に対応した所定のデータがあり、そのデータに基づいて、指に対して触覚や力覚を提示するよう構成されていてもよい。
【０１９５】
次に、本発明の触覚・力覚提示装置および触覚・力覚提示システムの第２実施形態について説明する。
【０１９６】
図１３は、第２実施形態の触覚・力覚提示装置の触覚発生部の構成例を示す縦断面図である。
【０１９７】
以下、第２実施形態の触覚・力覚提示装置２および触覚・力覚提示システム１について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【０１９８】
図１３（Ａ）に示すように、第２実施形態の触覚・力覚提示装置２では、その触覚発生部２１の各単位触覚発生部（アクチュエータ）２１０は、それぞれ、モータ（駆動源）２１１ａを備える動力発生部（移動手段）２１１と、長手方向に移動可能に設置されたアクチュエータワイヤ（可撓性を有する線状体）２１２と、触覚を発生させるために指腹を押圧する触覚提示部２１６とを有している。
【０１９９】
触覚提示部２１６は、ユーザの指腹に接触感覚（接触の有無や強さ等）を与えるために用いられ、例えば、板バネのような弾性を有する部材（弾性体）で形成される。この場合、触覚提示部２１６は、適度な剛性を有するのが好ましく、例えば、各種金属で構成された弾性体で形成することができる。
【０２００】
この触覚提示部２１６は、第１の板片（押圧部）２１６ａと、第２の板片（スライド部）２１６ｂとで構成されている。第１の板片２１６ａと第２の板片２１６ｂとは、一端側において接合されており、第１の板片２１６ａの他端側には、指腹に接触する部分である微小な接触部２１６ｃが設けられている。この接触部２１６ｃは、例えば、第１の板片２１６ａの端部を第２の板片２１６ｂ側に向けて屈曲させることによって形成することができる。
【０２０１】
また、触覚提示部２１６の前記一端側、すなわち、図１３（Ａ）中左側の端部は、図１３（Ａ）中下側に凸となるように湾曲している。
【０２０２】
第１の板片２１６ａと、第２の板片２１６ｂとの間には、第１の板片２１６ａの移動方向を規制する円柱状のガイド部（移動方向規制手段）２１７が設置されている。
【０２０３】
また、触覚提示部２１６の図１３（Ａ）中下側には、押え板２１８が設置されており、触覚提示部２１６は、この押え板２１８に沿って移動（スライド）し得るようになっている。この場合、触覚提示部２１６は、その図１３（Ａ）中左側の端部が湾曲しているので、円滑かつ確実に移動することができる。
【０２０４】
前記ガイド部２１７は、押え板２１８に固定され、押え板２１８は、手袋２ａに固定されている。すなわち、ガイド部２１７および押え板２１８は、共に、手袋２ａに対して固定的に設置されている。
【０２０５】
また、触覚提示部２１６の第２の板片２１６ｂの図１３（Ａ）中右側の端部には、アクチュエータワイヤ２１２の一端が固定されている。
【０２０６】
動力発生部２１１のモータ２１１ａの駆動によりアクチュエータワイヤ２１２が巻き取られると、そのアクチュエータワイヤ２１２は、指腹に沿って図１３（Ａ）中右側（指の基端方向）に移動し、これとともにアクチュエータワイヤ２１２に取付固定されている触覚提示部２１６も指腹に沿って図１３（Ａ）中右側に移動する。
【０２０７】
この際、図１３（Ｂ）に示すように、触覚提示部２１６の第１の板片２１６ａは、ガイド部２１７によって図１３（Ｂ）中右側への移動が制限されるとともに、ガイド部２１７にガイドされて、図１３（Ｂ）中上側へ移動する（指腹に向って突出する）。すなわち、触覚提示部２１６が弾性変形し、その第１の板片２１６ａの姿勢が図１３（Ｂ）に示す姿勢に変更されることで、接触部２１６ｃは、指腹の表面に対しほぼ垂直上方に移動する（押し上げられる）。
【０２０８】
一方、アクチュエータワイヤ２１２は、触覚提示部２１６の復元力（弾性力）により、図１３（Ｂ）中左側（第１の板片２１６ａを突出させるときのアクチュエータワイヤ２１２の移動方向と逆方向）に付勢される。すなわち、この触覚提示部２１６（第１の板片２１６ａ）は、付勢手段を兼ねる。
【０２０９】
前記接触部２１６ｃがほぼ垂直上方に移動しようとする力が働くことで、その接触部２１６ｃが指腹をほぼ垂直方向へ押圧し、これにより、ユーザの手の指腹に押圧力を与える。
【０２１０】
この動作が、複数の単位触覚発生部２１０のうちの指定された単位触覚発生部２１０でなされ、これにより、ユーザの手の指腹に触覚が提示される（与えられる）。よって、ユーザは、仮想空間画像における指腹の物体（対象物）への接触に相当する感覚を、指腹に得ることができる。
【０２１１】
前記指定された単位触覚発生部２１０において、動力発生部２１１のモータ２１１ａの駆動が停止し、アクチュエータワイヤ２１２の巻き取り状態が解除されると、触覚提示部２１６の復元力（弾性力）と、ユーザの指からの圧力によって、触覚提示部２１６は、図１３（Ａ）に示す初期状態に戻る。これにより、触覚提示部２１６からユーザの手の指腹に与えられていた押圧力が実質的に消滅する。
【０２１２】
この触覚・力覚提示装置２および触覚・力覚提示システム１によれば、前述した第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０２１３】
次に、本発明の触覚・力覚提示装置および触覚・力覚提示システムの第３実施形態について説明する。
【０２１４】
図１４は、第３実施形態の触覚・力覚提示装置のリアルグローブの外観構成例を示す外観図（一部図示を省略）である。なお、図１４中では、図３に示す触覚発生部２１、動力発生部２１１、力覚発生部２２、位置姿勢検出部２３、制御部２４および電力供給部３０等は、図示されていない。
【０２１５】
以下、第３実施形態の触覚・力覚提示装置２および触覚・力覚提示システム１について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【０２１６】
図１４に示すように、第３実施形態の触覚・力覚提示装置２では、リアルグローブ２０の手袋２ａの筒状部２０ａの肘側（基端側）の端部に、空気（エアー）の注入による空気圧（圧力）により腕に固定する形態（エアー注入方式）の腕固定部２ｄが設けられている。
【０２１７】
この腕固定部２ｄは、空気が注入される袋状の腕固定部本体２１ｄと、その腕固定部本体２１ｄに設けられたエアー注入部２２ｄとで構成されている。腕固定部本体２１ｄの外観形状は、筒状をなしている。
【０２１８】
エアー注入部２２ｄの中空部は、腕固定部本体２１ｄの内部に連通しており、エアー注入部２２ｄの先端部には、蓋体２３ｄが設けられている。
【０２１９】
蓋体２３ｄをエアー注入部２２ｄの先端部に装着すると、腕固定部本体２１ｄ内の気密性が保持され、蓋体２３ｄを取り外すと、腕固定部本体２１ｄに対し、エアー注入部２２ｄを介して、空気の注入および排出を行うことができる。
【０２２０】
このような腕固定部２ｄは、各ユーザに応じて、例えば、ゴム型等の型を用いて、ユーザの腕の形状に合うように成形される。
【０２２１】
ユーザは、リアルグローブ２０を装着する際は、まず、その手袋２ａを装着し、次に、腕固定部２ｄの腕固定部本体２１ｄ内に、空気を注入する。
【０２２２】
この空気注入では、例えば、エアー注入部２２ｄの先端部から蓋体２３ｄを取り外し、そのエアー注入部２２ｄから腕固定部本体２１ｄ内に空気を吹き込む。そして、所定量の空気を注入し終えると、エアー注入部２２ｄの先端部に蓋体２３ｄを装着する。
【０２２３】
このようにして、リアルグローブ２０は、腕固定部２ｄの空気圧によりユーザの腕に固定されるとともに、手首固定部２８の復元力（弾性力）によりユーザの手首に固定される。
【０２２４】
また、ユーザは、リアルグローブ２０を取り外す際は、まず、腕固定部２ｄの腕固定部本体２１ｄ内から空気を排出し、次に、リアルグローブ２０を手から取り外す。
【０２２５】
この触覚・力覚提示装置２および触覚・力覚提示システム１によれば、前述した第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０２２６】
そして、この触覚・力覚提示装置２では、腕固定部２ｄがエアー注入方式のものであるので、リアルグローブ２０の装着および取り外しを容易かつ迅速に行うことができる。
【０２２７】
なお、本発明では、触覚発生部２１の単位触覚発生部２１０を、前述した第２実施形態のように構成してもよい。
【０２２８】
次に、本発明の触覚・力覚提示装置および触覚・力覚提示システムの第４実施形態について説明する。
【０２２９】
図１５は、第４実施形態の触覚・力覚提示装置の位置姿勢検出部の構成例を示すブロック図、図１６は、第４実施形態の触覚・力覚提示装置の位置姿勢検出部の構成例を示す外観図（一部図示を省略）、図１７は、図１６に示す位置姿勢検出部のＺ方向検出センサの構成例を示す外観図である。なお、図１６および図１７中において、それぞれ、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を想定する。
【０２３０】
以下、第４実施形態の触覚・力覚提示装置２および触覚・力覚提示システム１について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【０２３１】
第４実施形態の触覚・力覚提示装置２では、位置姿勢検出部（位置検出手段）２３として、例えば、コリオリ力を利用して互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の回りの角速度をそれぞれ検出するジャイロセンサ（ジャイロスコープ）を用いる。
【０２３２】
そして、この触覚・力覚提示装置２では、凹凸入力部（撮像手段）５３ａ、５３ｂにより周囲を撮像し、その撮像された周囲の画像に指に対応する部分が含まれている場合には、凹凸入力部５３ａ、５３ｂからの画像データ（映像データ）に基づいて指の位置を求め、前記撮像された周囲の画像に指に対応する部分が含まれていない場合には、前記各位置姿勢検出部２３により指の位置を検出し、各位置検出手段２３からの情報に基づいて指の位置を求める。
【０２３３】
図１６に示すように、位置姿勢検出部２３は、ケーシング６０と、ケーシング６０内に設けられ、Ｘ軸の回りの角速度を検出するＸ方向検出センサ（第１の検出センサ）６１、Ｙ軸の回りの角速度を検出するＹ方向検出センサ（第２の検出センサ）６２およびＺ軸の回りの角速度を検出するＺ方向検出センサ（第３の検出センサ）６３とを有している。
【０２３４】
図１７に示すように、Ｚ方向検出センサ６３は、エリンバー（基台）６４と、エリンバー６４に設置された振動用の圧電素子（振動用圧電素子）６５および検出用の圧電素子（検出用圧電素子）６６とで構成されている。このＺ方向検出センサ６３は、２本のワイヤ６７、６８により支持されている。
【０２３５】
エリンバー６４の形状は、Ｚ軸方向に長い略直方体をなしており、その略直交する２つの面の一方に前記振動用圧電素子６５が設置され、他方に検出用圧電素子６６が設置されている。この場合、Ｙ軸に対して垂直な面に、振動用圧電素子６５が配置され、Ｘ軸に対して垂直な面に、検出用圧電素子６６が配置されているが、その配置を逆にしてもよい。
【０２３６】
このＺ方向検出センサ６３の振動用圧電素子６５に図１５に示す交流電源６９から交流電圧が印加されると、その振動用圧電素子６５は、Ｘ軸方向に振動（屈曲振動）し、これによりエリンバー６４もＸ軸方向に振動する。このとき、Ｚ軸の回りに回転（角速度）が生じると、その角速度に対応したレベルの電圧（信号）が検出用圧電素子６６から検出される。
【０２３７】
なお、Ｘ方向検出センサ６１およびＹ方向検出センサ６２の構成および作用は、それぞれ、前記Ｚ方向検出センサ６３と同様であるので、その説明は、省略するが、Ｘ軸の回りに回転（角速度）が生じると、その角速度に対応したレベルの電圧（信号）がＸ方向検出センサ６１の検出用圧電素子６６から検出され、Ｙ軸の回りに回転（角速度）が生じると、その角速度に対応したレベルの電圧（信号）がＹ方向検出センサ６２の検出用圧電素子６６から検出される。
【０２３８】
図１５に示すように、位置姿勢検出部２３のＸ方向検出センサ６１によって検出されたＸ軸の回りの角速度に対応した信号（検出データ）と、Ｙ方向検出センサ６２によって検出されたＹ軸の回りの角速度に対応した信号（検出データ）と、Ｚ方向検出センサ６３によって検出されたＺ軸の回りの角速度に対応した信号（検出データ）とは、それぞれ、信号処理部２５の増幅部２５１にて増幅され、Ａ／Ｄ変換部２５２にてデジタル信号に変換された後、図２に示す信号送受信部２６に出力され、この信号送受信部２６により情報処理装置８に送信される。
【０２３９】
情報処理装置８では、前記信号を受信し、その信号（情報）に基づいて、リアルグローブ２０を装着した各指、手、手首、腕などの各部の位置および姿勢、すなわち、前記各部の座標を導出し、その情報を所定の各処理において利用する。
【０２４０】
次に、触覚・力覚提示システム１の動作（作用）について説明する。
この場合、リアルグローブ２０を装着した各指、手、手首、腕などの各部の位置および姿勢を求める方法以外は、前述した第１実施形態と同様であるので、その説明は、省略する。
【０２４１】
使用に先立って、ユーザは、まず、凹凸入力部５３ａ、５３ｂにより撮像される周囲の画像にリアルグローブ２０の指等の検出する部位に対応する部分が含まれるようにする。これにより、触覚・力覚提示システム１において初期設定がなされる。
【０２４２】
この初期設定では、仮想空間表示装置５は、２台の画像取込装置（撮像手段）、すなわち、凹凸入力部（撮像手段）５３ａ、５３ｂによって周囲の画像を撮像して取り込み、情報処理装置８に対して撮像した画像データ（映像データ）を送信する。
【０２４３】
この場合、凹凸入力部５３ａ、５３ｂにて撮像された画像にはリアルグローブ２０の指等の検出する部位に対応する部分が含まれているので、情報処理装置８は、凹凸入力部５３ａ、５３ｂにて撮像された画像、すなわち撮像された画像データに基づいて前記指等の位置および姿勢（座標）を求める。この求められた位置および姿勢は、それぞれ、基準位置および基準姿勢、すなわち基準状態とされ、その基準位置および基準姿勢の情報は、情報処理装置８の図示しないメモリーに記憶される。
【０２４４】
前記初期設定が終了すると、使用可能状態となり、仮想空間表示装置５は、凹凸入力部（撮像手段）５３ａ、５３ｂによって周囲の画像を撮像して取り込み、情報処理装置８に対して撮像した画像データを送信する。
【０２４５】
情報処理装置８の図示しない判別手段は、凹凸入力部５３ａ、５３ｂにて撮像された画像、すなわち撮像された画像データに基づいて、凹凸入力部５３ａ、５３ｂにて撮像された画像にリアルグローブ２０の指等の検出する部位に対応する部分が含まれているか否かを判別する。
【０２４６】
そして、前記撮像された画像に前記指等の検出する部位に対応する部分が含まれている場合には、情報処理装置８は、前記撮像された画像データに基づいて前記指等の位置および姿勢（座標）を求める。この求められた位置および姿勢は、それぞれ、基準位置および基準姿勢とされる。すなわち、前記メモリーに記憶されている基準位置および基準姿勢の情報は、前記新たな基準位置および基準姿勢の情報に書き換えられる。
【０２４７】
逆に、前記撮像された画像に前記指等の検出する部位に対応する部分が含まれていない場合には、情報処理装置８は、前記各位置姿勢検出部２３からの信号（情報）に基づいて、前記指等の位置および姿勢（座標）を求める。この場合、各位置姿勢検出部２３からの情報からは、前記基準位置および基準姿勢に対する相対的な位置および姿勢が求まり、その相対的な位置および姿勢の情報と、前記基準位置および基準姿勢の情報とに基づいて、前記指等の位置および姿勢が求められる。
【０２４８】
この触覚・力覚提示装置２および触覚・力覚提示システム１によれば、前述した第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０２４９】
そして、この触覚・力覚提示装置２では、手および各指の所定の部位の位置および姿勢を正確かつ確実に求めることができるとともに、位置姿勢検出部２３としてジャイロセンサを用いることにより、コストを低減することができる。
【０２５０】
なお、本実施形態では、位置姿勢検出部（位置検出手段）２３は、ジャイロセンサで構成されているが、本発明では、これに限定されない。
【０２５１】
また、本発明では、触覚発生部２１の単位触覚発生部２１０を、前述した第２実施形態のように構成してもよい。
【０２５２】
また、本発明では、腕固定部２ｄを、前述した第３実施形態のように、空気（エアー）の注入による空気圧（圧力）により腕に固定する形態（エアー注入方式）のものにしてもよい。
【０２５３】
以上、本発明の触覚・力覚提示装置および触覚・力覚提示システムを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。
【０２５４】
また、本発明では、前記各実施形態の任意の２以上の構成（特徴）を適宜組み合わせてもよい。
【０２５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、指の位置を正確かつ確実に求めることができ、仮想空間画像（仮想空間映像）に応じて、指に対して触覚や力覚を正確かつ確実に提示することができる。
【０２５６】
これにより、ユーザ（使用者）は、仮想空間における動作（操作）を、快適に、容易かつ確実に、行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の触覚・力覚提示装置の第１実施形態およびその触覚・力覚提示装置を有する触覚・力覚提示システムの構成例を示す概念図である。
【図２】 図１に示すリアルグローブの回路構成例を示すブロック図である。
【図３】 図１に示すリアルグローブの外観構成例を示す外観図（一部図示を省略）である。
【図４】 図１に示すリアルグローブの触覚発生部の構成例を示す縦断面図である。
【図５】 図１に示すリアルグローブの力覚発生部の構成例を示す外観図である。
【図６】 図１に示すリアルグローブの力覚発生部の構成例を示す外観図である。
【図７】 図１に示すリアルグローブの位置姿勢検出部の構成例を示すブロック図である。
【図８】 図１に示す仮想空間表示装置の外観構成例を示す斜視図である。
【図９】 図１に示す仮想空間表示装置の回路構成例を示すブロック図である。
【図１０】 図１に示す仮想空間表示装置の凹凸入力部の構成例を示す図（ブロック図、模式図）である。
【図１１】 図１に示す仮想空間表示装置の画像表示部の構成例を示す図（ブロック図、模式図）である。
【図１２】 図１に示す仮想空間表示装置の視線検出部の構成例を示す図（ブロック図、模式図）である。
【図１３】 第２実施形態の触覚・力覚提示装置の触覚発生部の構成例を示す縦断面図である。
【図１４】 第３実施形態の触覚・力覚提示装置のリアルグローブの外観構成例を示す外観図（一部図示を省略）である。
【図１５】 第４実施形態の触覚・力覚提示装置の位置姿勢検出部の構成例を示すブロック図である。
【図１６】 第４実施形態の触覚・力覚提示装置の位置姿勢検出部の構成例を示す外観図（一部図示を省略）である。
【図１７】 図１６に示す位置姿勢検出部のＺ方向検出センサの構成例を示す外観図である。
【符号の説明】
１・・・触覚・力覚提示システム、２・・・触覚・力覚提示装置、２０・・・リアルグローブ、２ａ・・・手袋、２０ａ・・・筒状部、２１ａ・・・開口、２ｂ・・・フレームホルダ、２ｃ・・・フレームカバー、２ｄ・・・腕固定部、２１ｄ・・・腕固定部本体、２２ｄ・・・エアー注入部、２３ｄ・・・蓋体、２１・・・触覚発生部、２１０・・・単位触覚発生部、２１１・・・動力発生部、２１１ａ・・・モータ、２１２・・・アクチュエータワイヤ、２１２ａ・・・束、２１３・・・ワイヤ保持部、２１４・・・触覚提示ピン、２１４ａ・・・接触板、２１４ｂ・・・支持部、２１５・・・触覚提示ピン支持部、２１６・・・触覚提示部、２１６ａ・・・第１の板片、２１６ｂ・・・第２の板片、２１６ｃ・・・接触部、２１７・・・ガイド部、２１８・・・押え板、２２・・・力覚発生部、２２１・・・フレーム、２２２・・・リンクモータ、２３・・・位置姿勢検出部、２３１・・・Ｘ方向検出コイル、２３２・・・Ｙ方向検出コイル、２３３・・・Ｚ方向検出コイル、２４・・・制御部、２５・・・信号処理部、２５１・・・増幅部、２５２・・・Ａ／Ｄ変換部、２６・・・信号送受信部、２７・・・遊び吸収部、２８・・・手首固定部、２９・・・ねじれ吸収部、２９１・・・帯状部、２９２・・・開口、３０・・・電力供給部、５・・・仮想空間表示装置、５１ａ、５１ｂ・・・画像表示部、５１１・・・レンズ、５１２・・・レンズ移動機構、５１３・・・ステッピングモータ、５１４・・・モータ制御部、５１５・・・液晶表示パネル、５１６・・・液晶駆動部、５１７・・・バックライト、５１８・・・バックライト制御部、５１９・・・トランジスタ、５２ａ、５２ｂ・・・視線検出部、５２１・・・ハーフミラー、５２２・・・フィルタ、５２３・・・レンズ、５２４・・・ＣＣＤ、５２５・・・ＣＣＤ制御部、５２６・・・ＣＣＤ出力増幅部、５２７・・・ＬＥＤ、５２８・・・ＬＥＤ制御部、５２９・・・トランジスタ、５３ａ、５３ｂ・・・凹凸入力部、５３１・・・レンズ、５３２・・・ＣＣＤ、５３３・・・ＣＣＤ制御部、５３４・・・ＣＣＤ出力増幅部、５４・・・制御部、５５・・・信号送受信部、５６・・・位置姿勢検出部、５７・・・装着部、５８・・・信号処理部、６０・・・ケーシング、６１・・・Ｘ方向検出センサ、６２・・・Ｙ方向検出センサ、６３・・・Ｚ方向検出センサ、６４・・・エリンバー、６５・・・振動用圧電素子、６６・・・検出用圧電素子、６７、６８・・・ワイヤ、６９・・・交流電源、８・・・情報処理装置、９・・・基地局
【発明の属する技術分野】
本発明は、触覚・力覚提示装置および触覚・力覚提示システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開平６−２８２３７１号には、本等の仮想空間画像が表示され、ユーザ（使用者）が、表示された仮想の本のページをめくる動作をすると、その動作に応じて、前記本のページがめくれるように構成された仮想空間デスクトップ装置が開示されている。
【０００３】
この仮想空間デスクトップ装置では、指の位置の検出に光ファイバが用いられており、その光ファイバの光量から、指の関節の曲がり具合を検出し、その曲がり具合から間接的に指の位置を検出するようになっている。
【０００４】
しかしながら、前記従来の装置では、光ファイバにより検出された指の関節の曲がり具合から間接的に指の位置を求めるので、検出された指の位置の精度が低いという欠点がある。
【０００５】
また、前記従来の装置では、ユーザは、手や指で、本の用紙の質感や、用紙の例えばエッジに接触したときの感触などを感じることができず、また、手や指で本を握ったときの反力などを感じることができないため、違和感を感じる。
【０００６】
また、本のページめくりの際は、指の感触により本の用紙のエッジを認識し、その用紙（ページ）を指で挟んで持ち上げるようにしてページをめくるのが自然の動作であるが、前記従来の装置では本に対して手や指による感触が得られないので、本のページをめくる動作の度に、本の用紙のエッジに注目して、そのエッジに指を移動させる動作などが必要となり、前記本のページめくりに手間と時間がかかる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、指の位置を精度良くかつ確実に求めることができ、仮想空間画像に応じて、指に対して触覚や力覚を提示することができる触覚・力覚提示装置および触覚・力覚提示システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記（１）〜（１２）の本発明により達成される。
【０００９】
（１） 少なくとも指に装着する装着手段と、
中心軸が互いに直交する第１のコイル、第２のコイルおよび第３のコイルを備え、指の位置を検出する位置検出手段と、
指に与える力覚を発生する力覚発生手段と、
前記力覚発生手段の駆動を制御する制御手段とを有し、
前記力覚発生手段は、指の長手方向に沿って回動可能に連結された複数のフレームを備えたリンク機構と、前記複数のフレームの各連結部に設けられ、前記各フレームを回動させる複数のリンクモータとを備え、
前記位置検出手段により指の位置を検出し、前記位置検出手段からの情報に基づいて指の位置を求め、前記制御手段は、前記求めた指の位置情報と、仮想空間画像の対象物の位置情報とに基づいて、前記各リンクモータの駆動を制御し、指に対して力覚を提示するよう構成されていることを特徴とする触覚・力覚提示装置。
【００１０】
（２） 少なくとも指に装着する装着手段と、
互いに略直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の周りの角速度をそれぞれ検知するジャイロセンサを備え、指の位置を検出する位置検出手段と、
指に与える力覚を発生する力覚発生手段と、
前記力覚発生手段の駆動を制御する制御手段と、
周囲を撮像する複数の撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された画像に指に対応する部分が含まれているか否かを判別する判別手段とを有し、
前記力覚発生手段は、指の長手方向に沿って回動可能に連結された複数のフレームを備えたリンク機構と、前記複数のフレームの各連結部に設けられ、前記各フレームを回動させる複数のリンクモータとを備え、
前記複数の撮像手段により周囲の略同じ領域を撮像し、前記撮像手段によって撮像された画像に指に対応する部分が含まれている場合には、前記撮像手段からの画像データに基づいて指の位置を求め、前記撮像手段によって撮像された画像に指に対応する部分が含まれていない場合には、前記位置検出手段により指の位置を検出し、前記位置検出手段からの情報に基づいて指の位置を求め、前記制御手段は、前記求めた指の位置情報と、仮想空間画像の対象物の位置情報とに基づいて、前記各リンクモータの駆動を制御し、指に対して力覚を提示するように構成されていることを特徴とする触覚・力覚提示装置。
【００１１】
（３） 指の第１関節よりも先端側に位置する第１装着部、前記第１関節と第２関節との間に位置する第２装着部、前記第２関節と第３関節との間に位置する第３装着部および前記第３関節よりも基端側に位置する第４装着部とを備え、
前記複数のフレームのうちの最も指の先端側に位置する先端側フレームの先端部は、前記第１装着部に回動可能に設置され、最も指の基端側に位置する基端側フレームの基端部は、前記第４装着部に回動可能に設置され、
前記先端側フレームと前記基端側フレームとの間に位置するフレームは、前記第１関節と前記第２関節との間の部位と、前記第２関節と前記第３関節との間の部位とに、前記フレームの連結部が１つおきに位置するように配置され、当該１つおきの連結部のうちの前記第１関節と前記第２関節との間の部位に位置する連結部は、前記第２装着部に回動可能に配置され、前記第２関節と前記第３関節との間の部位に位置する連結部は、前記第３装着部に回動可能に配置されている上記（１）または（２）に記載の触覚・力覚提示装置。
【００１２】
（４） 信号の送信または受信を行う通信手段を有し、
前記通信手段から送信される信号に基づいて、前記リンクモータが駆動するよう構成されている上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置。
【００１３】
（５） 前記位置検出手段は、該位置検出手段により検出する部位の近傍に設けられている上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置。
【００１４】
（６） 前記位置検出手段は、指の関節の近傍に対応する部分に設けられている上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置。
【００１５】
（７） 前記位置検出手段は、該位置検出手段により検出する部位に対して一定の位置関係を保持し得るように設けられている上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置。
【００１６】
（８） 前記装着手段は、指から腕にかけて装着する手袋状のものである上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置。
【００１７】
（９） 上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置と、
顔面に装着して使用し、仮想空間画像を表示する表示手段とを有することを特徴とする触覚・力覚提示装置。
【００１８】
（１０） 上記（２）に記載の触覚・力覚提示装置と、
顔面に装着して使用し、仮想空間画像を表示する表示手段とを有しており、
前記撮像手段は、前記表示手段に設けられていることを特徴とする触覚・力覚提示装置。
【００１９】
（１１） 前記表示手段に対して信号の送信または受信を行う通信手段と、
仮想空間画像を作成する画像作成手段と、
前記画像作成手段に対して信号の送信または受信を行う通信手段とを有し、
前記画像作成手段は、指の動きに応じて仮想空間画像を更新するよう構成されている上記（９）または（１０）に記載の触覚・力覚提示装置。
【００２０】
（１２） 前記触覚・力覚提示装置、前記画像作成手段および前記表示手段の駆動を制御する制御手段を有する上記（１１）に記載の触覚・力覚提示装置。
【００５２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の触覚・力覚提示装置および触覚・力覚提示システムを添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００５３】
図１は、本発明の触覚・力覚提示装置の第１実施形態およびその触覚・力覚提示装置を有する触覚・力覚提示システムの構成例を示す概念図、図２は、図１に示すリアルグローブの回路構成例を示すブロック図である。図３は、図１に示すリアルグローブの外観構成例を示す外観図（一部図示を省略）である。
【００５４】
図１に示すように、触覚・力覚提示システム１は、ユーザ（使用者）の手（指）に装着され、装着された手や各指に対して触覚（触った感覚、例えば、質感、形状、強さ等の接触強度の分布）や力覚（触ったときに加わる力の感覚）を与える一対のリアルグローブ（データグローブ）２０、２０と、仮想空間画像（仮想空間映像）を表示する仮想空間表示装置（表示手段）５と、各リアルグローブ２０および仮想空間表示装置５の駆動制御等の種々の処理を行う情報処理装置８と、仮想空間画像を作成し、仮想空間画像を用いた各種のサービスを提供する基地局９とを備えている。
【００５５】
各リアルグローブ２０、仮想空間表示装置５、情報処理装置８および基地局９は、それぞれ、無線で信号の送信および受信（無線通信）を行うことができる無線通信機能（無線通信手段）を有しており、情報処理装置８と、各リアルグローブ２０、仮想空間表示装置５および基地局９との間で、それぞれ、通信を行うことができるようになっている。
【００５６】
この触覚・力覚提示システム１は、基地局９、仮想空間表示装置５および各リアルグローブ２０から供給された情報にもとづいて情報処理装置８によって作成（生成）された仮想空間画像を仮想空間表示装置５に表示し、リアルグローブ２０を装着した手や指を動作させることによってその手や指が仮想空間に表示された物体に仮想的に接触した場合等に、その様子を仮想空間表示装置５に表示するとともに、接触したときの触覚や力覚をリアルグローブ２０を装着した手や各指に与えるための各処理を行う。
【００５７】
情報処理装置８は、例えば、携帯電話端末、無線通信機能を有するパーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）と呼ばれる携帯型情報機器などの、無線通信機能（通信手段）および制御機能（制御手段）を備えた各種の装置により構成される。
【００５８】
また、基地局９は、例えば、インターネット上に設けられているインターネットサーバなどの、仮想空間画像に関する情報を提供する各種の装置により構成される。
【００５９】
なお、本実施形態では、各リアルグローブ２０、仮想空間表示装置５、情報処理装置８および基地局９が無線通信機能を有する構成としているが、例えば、その一部またはすべてが有線通信を行う構成とされていてもよい。
【００６０】
また、情報処理装置８が、基地局９の機能の一部またはすべてを有していてもよい。
【００６１】
また、リアルグローブ２０が、仮想空間表示装置５、情報処理装置８および基地局９の機能の一部またはすべてを有していてもよい。
【００６２】
ここで、触覚・力覚提示装置２は、本実施形態では、一対のリアルグローブ２０、２０、すなわち、ユーザの左手に装着される左手用のリアルグローブ２０と、ユーザの右手に装着される右手用のリアルグローブ２０とで構成されている。以下の説明では、代表的に一方のリアルグローブ２０を説明する。
【００６３】
なお、本発明では、触覚・力覚提示装置２は、一方のリアルグローブ２０で構成されていてもよい。
【００６４】
また、本発明では、触覚・力覚提示装置２は、リアルグローブ２０の他に、仮想空間表示装置５、情報処理装置８および基地局９のうちの、いずれか１つ、または、２つ、または、すべてを有していてもよい。この場合、触覚・力覚提示装置２は、それらの有する機能の一部を有していてもよく、また、すべてを有していてもよい。
【００６５】
図２に示すように、リアルグローブ２０は、仮想空間に現れている（仮想空間画像上の）物体（対象物）に接触した指の感覚（例えば、質感、形状、強さ等の接触強度の分布）を発生させるための触覚発生部（触覚発生手段）２１と、仮想空間に現れている物体に接触したときに手や指にかかる力の強さの感覚を発生させるための力覚発生部（力覚発生手段）２２と、リアルグローブ２０の各部の位置（リアルグローブ２０を装着した手、手首、腕、指等の各部の位置）を検出する位置姿勢検出部２３と、リアルグローブ２０の各部を制御する制御部２４と、情報処理装置８に送信するための信号の増幅等の信号処理を行う信号処理部２５と、情報処理装置８との間で無線通信を行うための信号送受信部２６とを有している。
【００６６】
また、図３に示すように、リアルグローブ２０の全体形状は、略長手袋状（手袋状）をなしている。すなわち、リアルグローブ２０は、その装着者（ユーザ）の指から腕の肘近傍まで（指から腕にかけて）装着する手袋状の装着手段として、腕を覆う筒状部２０ａを備えた比較的長い手袋２ａを有している。
【００６７】
ユーザは、この手袋２ａにより、リアルグローブ２０の装着および取り外しを容易かつ確実に行うことができる。
【００６８】
また、手袋２ａは手から腕にかけて装着されるので、仮想空間における動作（操作）を容易かつ確実に行うことができる。
【００６９】
この手袋２ａには、指先に対応する部分の遊びを抑制または防止する遊び吸収部２７と、手首に固定する手首固定部２８と、腕に固定する腕固定部２ｄと、腕に対応する部分のねじれを吸収するねじれ吸収部２９とが、それぞれ設けられている。
【００７０】
遊び吸収部２７は、手袋２ａの手首付近に対応する部分に設けられている。この遊び吸収部２７は、例えば、各種ゴム等の弾性体で形成される。
【００７１】
ユーザがリアルグローブ２０を装着すると、遊び吸収部２７の復元力（弾性力）により、手袋２ａは、肘方向（基端側）に引っ張られ、その状態で保持される。これにより、指先に遊びができてしまうのを防止または抑制することができる。
【００７２】
また、指の長さ等の手の寸法の異なる複数のユーザが使用する場合においても、遊び吸収部２７により、それぞれ、指先に遊びができてしまうのを防止または抑制することができる。
【００７３】
手首固定部２８は、手袋２ａの前記遊び吸収部２７の肘側（基端側）に、遊び吸収部２７に連続して設けられている。この手首固定部２８は、例えば、各種ゴム等の弾性体で形成される。
【００７４】
ユーザがリアルグローブ２０を装着すると、手首固定部２８の復元力（弾性力）により、手袋２ａは、手首に固定される。これにより、使用中にリアルグローブ２０がずれてしまうのを防止することができる。
【００７５】
また、この手首固定部２８や前記遊び吸収部２７により、後述する触覚発生部２１のアクチュエータワイヤ２１２の束２１２ａは、各アクチュエータワイヤ２１２がそれぞれその長手方向に移動し得るように所定の位置に保持される。
【００７６】
腕固定部２ｄは、手袋２ａの筒状部２０ａの肘側（基端側）の端部に設けられている。この腕固定部２ｄは、例えば、各種ゴム等の弾性体で形成される。
【００７７】
ユーザがリアルグローブ２０を装着すると、腕固定部２ｄの復元力（弾性力）により、手袋２ａは、腕に固定される。これにより、使用中にリアルグローブ２０がずれてしまうのを防止することができる。
【００７８】
ねじれ吸収部２９は、手袋２ａの筒状部２０ａの途中、すなわち、前記手首固定部２８と腕固定部２ｄとの間に設けられている。
【００７９】
このねじれ吸収部２９は、筒状部２０ａの一部に３つの開口２９２を形成して得られる３本の帯状部２９１で構成されている。各帯状部２９１は、それぞれ、例えば、伸縮性のある材料で構成された布等の伸縮性のある部材で形成される。
【００８０】
ユーザがリアルグローブ２０を装着し、例えば、手首をねじる動作をすると、各帯状部２９１が伸縮、変形し、これにより、筒状部２０ａのねじれが吸収される。
【００８１】
このように、ねじれ吸収部２９により、リアルグローブ２０のねじれを防止することができ、このため、ユーザは、手や腕を容易かつ円滑に動かすことができる。
【００８２】
なお、ねじれ吸収部２９の帯状部２９１の数は、２本以下でもよく、また、４本以上でもよい。
【００８３】
また、手袋２ａの各指の背側の各関節に対応する部分には、それぞれ、開口２１ａが形成されている。
【００８４】
これらの開口２１ａにより、ユーザは、各指の各関節をそれぞれ容易かつ円滑に動かすことができる。
【００８５】
また、このリアルグローブ２０には、手袋２ａの腕に対応する部分であって、前記ねじれ吸収部２９よりも肘方向に位置する部分、すなわち、手袋２ａの筒状部２０ａの肘側（基端側）の端部に、制御部２４、電力供給部３０、動力発生部２１１などが設けられている。
【００８６】
これら制御部２４、電力供給部３０および動力発生部２１１の配置を前記のようにすることにより、リアルグローブ２０の指先側（先端側）の重量を軽く（慣性を小さく）することができ、これにより、ユーザは、動作（操作）を容易に行うことができる。
【００８７】
触覚発生部２１の主要部は、ユーザがリアルグローブ２０を装着したときに、ユーザの各指の第１関節（末節骨と中節骨との間の関節）から先の指先部分を覆う位置にそれぞれ設けられている。なお、各触覚発生部２１の構成および作用は、ほぼ同様であるので、以下、代表的に、そのうちの１つについて説明する。
【００８８】
図４は、触覚発生部２１の構成例を示す縦断面図である。なお、図が煩雑になるのを避けるため、図中、一部、部材の厚みを省略して図示する。
【００８９】
触覚発生部２１は、図４（Ａ）に示すように、モータ（駆動源）２１１ａを備える動力発生部（移動手段）２１１と、長手方向に移動可能に設置されたアクチュエータワイヤ（可撓性を有する線状体）２１２と、アクチュエータワイヤ２１２の一端を保持するワイヤ保持部（付勢手段）２１３と、触覚を発生させるために指腹を押圧する触覚提示ピン（押圧部）２１４と、触覚提示ピン２１４を支持するとともに触覚提示ピン２１４の移動方向を規制する触覚提示ピン支持部（移動方向規制手段）２１５とで構成される複数の単位触覚発生部（アクチュエータ）２１０を有している。各単位触覚発生部２１０は、互いに独立している。
【００９０】
なお、前記動力発生部２１１と、アクチュエータワイヤ２１２と、触覚提示ピン支持部２１５とで、触覚提示ピン２１４を駆動する駆動機構が構成される。
【００９１】
動力発生部２１１は、例えば、制御部２４からの制御信号に応じて内部に備えるモータ２１１ａを回転駆動し、そのモータ２１１ａの回転駆動によってアクチュエータワイヤ２１２を巻き取る処理（アクチュエータワイヤ２１２をアクチュエータワイヤ２１２の長手方向に移動させる処理）を行う。制御部２４は、情報処理装置８からの指示に従って、モータ２１１ａの回転駆動が所定のトルクで所定時間なされるように動力発生部２１１を制御する。動力発生部２１１は、情報処理装置８からの指示に従ってモータ２１１ａに回転動力を与えることで、アクチュエータワイヤ２１２を所定の長さ巻き取る処理を行う。
【００９２】
ワイヤ保持部２１３は、図４（Ａ）に示すように、この実施形態では指の第１間接の近傍でアクチュエータワイヤ２１２の一端（終端）を保持する。このワイヤ保持部２１３は、例えばゴムやバネなどの弾性を有する部材（弾性体）により構成される。
【００９３】
従って、動力発生部２１１のモータ２１１ａの駆動によりアクチュエータワイヤ２１２が巻き取られ、そのアクチュエータワイヤ２１２が図４（Ａ）中の時計回りに移動すると、それに伴ってワイヤ保持部２１３が伸張し、アクチュエータワイヤ２１２は、ワイヤ保持部２１３の復元力（弾性力）により、図４（Ａ）中の反時計回りの方向（触覚提示ピン２１４を突出させるときのアクチュエータワイヤ２１２の移動方向と逆方向）に付勢される。そして、動力発生部２１１のモータ２１１ａの駆動が停止し、アクチュエータワイヤ２１２の巻き取り状態が解除されると、ワイヤ保持部２１３が復元力（弾性力）によって収縮し、これにより、巻き取られていたアクチュエータワイヤ２１２が引き出され、図４（Ａ）中の反時計回りに移動する。
【００９４】
なお、動力発生部２１１は、アクチュエータワイヤ２１２の他端（始端）側に位置している。
【００９５】
触覚提示ピン２１４は、ユーザの指腹に接触感覚（接触の有無や強さ等）を与えるために用いられ、指腹に接触する部分である微小な接触板（接触部）２１４ａと、接触板２１４ａを支持する支持部２１４ｂとで構成される。支持部２１４ｂは、その一端がアクチュエータワイヤ２１２の途中に固定され、その他端に接触板２１４ａが設けられている。
【００９６】
この実施形態では、図４（Ａ）に示すように、リアルグローブ２０の手袋２ａは、指先を装着する（覆う）装着部が２重構造（例えば布などの部材を２枚重ね合わせて、重ね合わせた２枚の部材の間に何らかの部材が収納し得るような構造）になっており、指先を覆っている部分の内部（２重構造の内部）に、前記アクチュエータワイヤ２１２の一部、ワイヤ保持部２１３および支持部２１４ｂと、触覚提示ピン２１４のアクチュエータワイヤ２１２の移動方向への移動を規制する触覚提示ピン支持部２１５とが設けられている。そして、指が収納される手袋２ａ内に、支持部２１４ｂの一端側が突出し、接触板２１４ａが位置している。
【００９７】
この実施形態では、その接触板２１４ａは、リアルグローブ２０を装着した手の指先に常に接触した状態となっている。なお、これに限らず、接触板２１４ａが指先から離間した状態（接触板２１４ａと指先とが非接触の状態）をとり得るように構成されていてもよい。
【００９８】
図４（Ａ）では、説明を簡単にするため、１つの単位触覚発生部２１０（１つの触覚提示ピン２１４）が代表して示されているが、前述したように、実際には、触覚発生部２１は、複数の単位触覚発生部２１０を有しており、その複数の触覚提示ピン２１４は、ユーザがリアルグローブ２０を装着したときのユーザの指先の指腹に対応する位置に、例えば、指腹に沿って、かつ指腹に対し行列状（マトリックス状）に配置されている。
【００９９】
各触覚提示ピン２１４の前後には、それぞれ、その触覚提示ピン２１４の支持部２１４ｂのアクチュエータワイヤ２１２の移動方向への移動を制限する触覚提示ピン支持部２１５が設けられている。
【０１００】
なお、前記各触覚提示ピン２１４は、規則的に配置されていてもよく、また、不規則に配置されていてもよい。
【０１０１】
次に、触覚発生部２１による触覚発生動作について説明する。
ユーザがリアルグローブ２０を装着し、手や指を動かすことによって仮想空間に現れている物体（仮想物体）、すなわち対象物に、その指先（指腹）が仮想的に接触すると、情報処理装置８は、実際に接触があったとした場合の押圧力を計算し、その計算結果にもとづいて動力発生部２１１のＰＷＭデータ（例えば、モータ２１１ａを回転させるための励磁パターンを示すデータ）に変換する。
【０１０２】
この場合、前記仮想空間（３次元空間）において、予め、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸、すなわちＸ−Ｙ−Ｚ座標（３次元座標）が想定されており、前記物体の座標（位置情報）と、前記ユーザの指先の座標（位置情報）との一致を検出し、その一致が検出されると、物体の前記座標に相当する部位とユーザの指先の前記座標に相当する部位とが接触したと判別する。ユーザの指先の座標は、後述する位置姿勢検出部２３から信号送受信部２６を介して情報処理装置８に送信される信号（情報）に基づいて導出される。
【０１０３】
次いで、情報処理装置８は、導出したＰＷＭデータと、実際に接触があったとした場合の接触位置に押圧力を与える接触板２１４ａを動作させる動力発生部２１１を特定（指定）するためのデータとを、リアルグローブ２０に送信する。リアルグローブ２０は、受信したＰＷＭデータに応じて、指定された動力発生部２１１を駆動し、アクチュエータワイヤ２１２を巻き取る。
【０１０４】
アクチュエータワイヤ２１２が巻き取られると、指腹に配されているアクチュエータワイヤ２１２が指腹に沿って指の先端方向に向けて移動し、図４（Ｂ）に示すように、アクチュエータワイヤ２１２に取付固定されている触覚提示ピン２１４も、指腹に沿って指の先端方向に向けて移動する。
【０１０５】
この際、図４（Ｃ）に示すように、触覚提示ピン２１４は、触覚提示ピン支持部２１５によって指の先端方向への移動が制限されるとともに、触覚提示ピン支持部２１５にガイドされて、図４（Ｃ）中上側へ移動する（指腹に向って突出する）。すなわち、触覚提示ピン２１４の接触板２１４ａが指腹の表面に対しほぼ垂直上方に移動する。触覚提示ピン２１４の支持部２１４ｂは、待機時には（初期状態では）、図４（Ｂ）に示すように、垂直方向から指の先端方向に傾斜しており、前記接触板２１４ａがほぼ垂直上方に移動しようとする力が働くことで、その接触板２１４ａが指腹をほぼ垂直方向へ押圧し、これにより、ユーザの手の指腹に押圧力を与える。
【０１０６】
この動作が、複数の単位触覚発生部２１０のうちの指定された単位触覚発生部２１０でなされ、これにより、ユーザの手の指腹に触覚が提示される（与えられる）。よって、ユーザは、仮想空間画像における指腹の物体（対象物）への接触に相当する感覚を、指腹に得ることができる。
【０１０７】
前記指定された単位触覚発生部２１０において、動力発生部２１１のモータ２１１ａの駆動が停止し、アクチュエータワイヤ２１２の巻き取り状態が解除されると、ワイヤ保持部２１３が復元力（弾性力）によって収縮し、これにより、巻き取られていたアクチュエータワイヤ２１２が引き出される。
【０１０８】
アクチュエータワイヤ２１２が引き出されると、指腹に配されているアクチュエータワイヤ２１２が指腹に沿って指の基端方向（図４（Ｃ）中右側）に向けて移動し、アクチュエータワイヤ２１２に取付固定されている触覚提示ピン２１４も、指腹に沿って指の基端方向に向けて移動し、触覚提示ピン２１４は、図４（Ｂ）に示す初期状態に戻る。これにより、触覚提示ピン２１４からユーザの手の指腹に与えられていた押圧力が実質的に消滅する。
【０１０９】
このような触覚発生部２１によれば、指腹に対してほぼ平行に（指腹に沿って）アクチュエータワイヤ２１２を配置し、そのアクチュエータワイヤ２１２を巻き取ることによって指腹に対してほぼ垂直な力を与えるようになっているので、触覚を与えるための機構を薄くすることができ、これにより、リアルグローブ２０の指腹側の厚みを極力抑えることができる。
【０１１０】
また、アクチュエータワイヤ２１２の弛みを防止することができ、触覚提示ピン２１４からユーザの指腹に、より正確かつ確実に目標の大ききの押圧力を与えることができる。
【０１１１】
図５および図６は、それぞれ、力覚発生部２２の構成例を示す外観図である。なお、図５は、フレームカバーが取り外された状態を示す。
【０１１２】
図５に示すように、力覚発生部２２は、リアルグローブ２０を装着したときのユーザの各指の背側に設けられている。なお、力覚発生部２２の構成および作用は、ほぼ同様であるので、以下、代表的に、そのうちの１つについて説明する。
【０１１３】
力覚発生部２２は、回動可能に連結された複数（本実施形態では６つ）のフレーム２２１を備えたリンク機構と、各フレーム２２１を回動させる複数（本実施形態では７つ）のリンクモータ（駆動源）２２２と、手袋２ａに設けられた複数（本実施形態では４つ）のフレームホルダ２ｂとを有している。
【０１１４】
前記フレームホルダ２ｂは、ユーザがリアルグローブ２０を装着したとき、ユーザの指の第１関節より先端側に位置する装着部（第１装着部）と、第１関節と第２関節（中節骨と基節骨との間の関節）との間に位置する装着部（第２装着部）と、第２関節と第３関節との間に位置する装着部（第３装着部）と、第３関節（基節骨と中手骨との間の関節）より基端側に位置する装着部（第４装着部）とに、それぞれ、設けられている。
【０１１５】
リンク機構は、前記フレームホルダ２ｂによって、手袋２ａの、リアルグローブ２０を装着したときのユーザの指の背側に取り付けられている。
【０１１６】
すなわち、リンク機構の先端側（図５中右側）の端部のフレーム２２１は、ユーザがリアルグローブ２０を装着したときに、ユーザの指の第１関節より先端側の部位にその端部が位置するように配置され、このフレーム２２１の先端部は、フレームホルダ２ｂに対し、回動可能に設置されている。
【０１１７】
また、リンク機構の基端側（図５中左側）の端部のフレーム２２１は、ユーザがリアルグローブ２０を装着したときに、ユーザの指の第３関節より基端側の部位にその端部が位置するように配置され、このフレーム２２１の基端部は、フレームホルダ２ｂに対し、回動可能に設置されている。
【０１１８】
また、リンク機構の残りの各フレーム２２１は、ユーザがリアルグローブ２０を装着したときに、ユーザの指の第１関節と第２関節との間の部位と、第２関節と第３関節との間の部位とに、フレーム連結部が１つおきに位置するように配置され、この１つおきのフレーム連結部において、フレームホルダ２ｂに対し、回動可能に設置されている。
【０１１９】
各リンクモータ２２２の駆動力（回転力）は、それぞれ、図示しない動力伝達部を介して、対応するフレーム２２１に伝達される。すなわち、リンクモータ２２２が所定方向に回転駆動すると、対応するフレーム２２１は、所定方向に回動し、これにより、フレーム２２１の角度が変更（調整）される。
【０１２０】
なお、図５には、前述したアクチュエータワイヤ２１２の束２１２ａが示されている。
【０１２１】
力覚発生部２２の各フレーム２２１や各リンクモータ２２２は、それぞれ、図６に示すように、例えば布製のフレームカバー２ｃの中に収納されている。
【０１２２】
また、図６に示すように、フレームカバー２ｃの内側には、手や指の所定の部位の位置および姿勢を検出する複数（本実施形態では４つ）の位置姿勢検出部（位置検出手段）２３が設置されている。各位置姿勢検出部２３は、それぞれ、位置および姿勢を検出する部位（検出位置）の近傍、すなわち、指の関節の近傍に対応する部位に、前記検出位置に対して一定の位置関係を保持し得るように設けられている。
【０１２３】
すなわち、各位置姿勢検出部２３は、それぞれ、この実施形態では、フレームホルダ２ｂが設けられている位置に固定されている各リンクモータ２２２に取付固定されている。従って、各位置姿勢検出部２３が設けられている部位と、ユーザの手のひら側の所定の部位（検出位置）との位置関係は、一定に保たれる。よって、位置姿勢検出部２３が自己の位置や姿勢を検出することによって、ユーザの手の平側の所定の部位の位置や姿勢を容易かつ正確に導出することができる。
【０１２４】
また、各位置姿勢検出部２３は、それぞれ、手の甲側に配置されているので、リアルグローブ２０の指腹側の厚みを極力抑えることができる。
【０１２５】
また、図３に示すように、位置姿勢検出部２３は、ユーザがリアルグローブ２０を装着したとき、リアルグローブ２０の腕の基端側の部位に相当する位置にも設置されている。
【０１２６】
これら位置姿勢検出部２３により、リアルグローブ２０を装着した各指、手、手首、腕などの各部の位置および姿勢を確実に把握することができる。
【０１２７】
次に、力覚発生部２２による力覚発生動作について説明する。
ユーザがリアルグローブ２０を装着し、手や指を動かすことによって仮想空間に現されている物体（仮想物体）、すなわち対象物に、その手や指が仮想的に接触すると、情報処理装置８は、実際に接触があった場合の前記物体から指（指の各関節）への反力を計算し、その計算結果にもとづいて各リンクモータ２２２のＰＷＭデータ（例えば、リンクモータ２２２を回転させるための励磁パターンを示すデータ）に変換する。
【０１２８】
前記物体とユーザの手や指との接触の判別は、前記触覚発生部２１の場合と同様である。
【０１２９】
情報処理装置８は、導出した各ＰＷＭデータと、駆動させる各リンクモータ２２２を示すデータとをリアルグローブ２０に送信する。リアルグローブ２０は、受信したデータに応じて、指定された各リンクモータ２２２を所定方向に回転駆動し、対応する各フレーム２２１を所定方向に回動させ、各フレーム２２１の角度を調整、すなわち、リンク機構の両端部のフレーム２２１の角度および各フレーム連結部の角度をそれぞれ調整する。
【０１３０】
このフレーム２２１の角度調整により、所定のフレームホルダ２ｂにそれぞれ所定の大きさの力が加わり、これにより、前記仮想空間に現されている物体からの反力に対応する力がユーザの指の各関節に与えられる。すなわち、指の各関節に対して力覚が提示される（与えられる）。
【０１３１】
ここで、この力覚発生部２２は、指の複数の部位に装着する複数の装着部間の間隔を調節する機能を有している（調節手段を兼ねている）。
【０１３２】
例えば、図５に示すように、所定のフレーム２２１を回動させ、フレーム２２１の角度を調整することにより、各フレームホルダ２ｂ間の間隔を長くしたり、または、短くしたりすることができる。
【０１３３】
図７は、位置姿勢検出部２３の構成例を示すブロック図である。
位置姿勢検出部２３には、本実施形態では、直交コイル式（直交コイル型）の位置センサ（位置検出手段）が用いられる。すなわち、位置姿勢検出部２３は、図７に示すように、中心軸が互いに直交するＸ方向検出コイル（第１のコイル）２３１と、Ｙ方向検出コイル（第２のコイル）２３２と、Ｚ方向検出コイル（第３のコイル）２３３とで構成される。なお、Ｘ方向（Ｘ軸方向）と、Ｙ方向（Ｙ軸方向）と、Ｚ方向（Ｚ軸方向）とは、互いに直交している。
【０１３４】
一方、情報処理装置８には、磁界を発生する図示しない磁界発生部が設けられている。この磁界発生部には、例えば、前記位置姿勢検出部２３とほぼ同じ構成のもの、すなわち、直交コイル式（直交コイル型）の磁界発生器（Ｘ方向コイル、Ｙ方向コイル、Ｚ方向コイル）が用いられる。
【０１３５】
磁界発生部で発生した磁界は、位置姿勢検出部２３で検出される。この場合、磁界発生部のＸ方向コイル、Ｙ方向コイルおよびＺ方向コイルから、順次、磁界を発生し、それぞれを、位置姿勢検出部２３のＸ方向検出コイル２３１、Ｙ方向検出コイル２３２およびＺ方向検出コイル２３３の３つのコイルで検出する。
【０１３６】
位置姿勢検出部２３によってＸＹＺ各方向について検出された各信号（検出データ）は、それぞれ、信号処理部２５の増幅部２５１にて増幅され、Ａ／Ｄ変換部２５２にてデジタル信号に変換された後、図２に示す信号送受信部２６に出力され、この信号送受信部２６により情報処理装置８に送信される。
【０１３７】
情報処理装置８では、前記信号を受信し、その信号（情報）に基づいて、リアルグローブ２０を装着した各指、手、手首、腕などの各部の位置および姿勢、すなわち、前記各部の座標を導出し、その情報を所定の各処理において利用する。
【０１３８】
このように前記位置姿勢検出部２３を設けることにより、アルグローブ２０を装着した各指、手、手首、腕などの各部の位置および姿勢を正確かつ確実に求めることができる。
【０１３９】
仮想空間表示装置５には、この実施形態では、顔面に装着して使用する形態のもの、すなわち、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）と呼ばれる眼鏡状の装置が用いられる。
【０１４０】
図８は、仮想空間表示装置５の外観構成例を示す斜視図、図９は、仮想空間表示装置５の回路構成例を示すブロック図である。
【０１４１】
仮想空間表示装置５は、装着者（ユーザ）に対して仮想空間画像を表示する画像表示部５１ａ、５１ｂと、装着者の視線を検出する視線検出部５２ａ、５２ｂと、周囲を撮像し、その周囲の画像（映像）を取り込む凹凸入力部（撮像手段）５３ａ、５３ｂと、装置全体の制御を行う制御部５４と、信号送受信部５５と、位置姿勢検出部（位置検出手段）５６と、装着部５７と、信号処理部５８とを備えている。
【０１４２】
図１０は、仮想空間表示装置５の凹凸入力部５３ａの構成例を示す図（ブロック図、模式図）である。
【０１４３】
凹凸入力部５３ａは、レンズ５３１と、ＣＣＤ（撮像素子）５３２と、ＣＣＤ制御部５３３と、ＣＣＤ出力増幅部５３４とを有している。
【０１４４】
レンズ５３１に入射した光（光束）は、そのレンズ５３１により、ＣＣＤ５３２の受光面（撮像面）上に導かれて結像し、その被写体像（周囲の像）は、ＣＣＤ５３２により撮像される。このＣＣＤ５３２の駆動は、ＣＣＤ制御部５３３により制御される。
【０１４５】
ＣＣＤ５３２から出力された信号は、ＣＣＤ出力増幅部５３４で増幅され、その後、凹凸入力部５３ａから出力され、図９に示す信号処理部５８に入力され、所定の信号処理がなされ、信号送受信部５５により情報処理装置８に送信される。
【０１４６】
なお、凹凸入力部５３ｂの構成および作用は、前記凹凸入力部５３ａと同様であるので、その説明は、省略するが、この凹凸入力部５３ｂと、前記凹凸入力部５３ａとでは、略同じ領域が撮像される。
【０１４７】
図１１は、仮想空間表示装置５の画像表示部５１ａの構成例を示す図（ブロック図、模式図）である。
【０１４８】
画像表示部５１ａは、レンズ５１１と、レンズ５１１を移動させるレンズ移動機構５１２と、ステッピングモータ５１３と、モータ制御部５１４と、図示しないカラーフィルタを備えた液晶表示パネル５１５と、液晶駆動部５１６と、バックライト５１７と、バックライト制御部５１８と、トランジスタ５１９とを有している。
【０１４９】
画像表示部５１ａにおいて仮想空間画像を表示する際は、バックライト制御部５１８の制御により、トランジスタ５１９がオンし、バックライト５１７が駆動し、バックライト５１７から液晶表示パネル５１５へ光が照射される。
【０１５０】
そして、液晶駆動部５１６は、表示信号（画像データ）に基づいて、液晶表示パネル５１５の駆動を制御し、これにより、液晶表示パネル５１５に仮想空間画像が表示される。
【０１５１】
装着者は、レンズ５１１および後述する視線検出部５２ａのハーフミラー５２１を介し、この液晶表示パネル５１５に表示された仮想空間画像を視認することができる。
【０１５２】
ステッピングモータ５１３の駆動は、モータ制御部５１４により制御され、そのステッピングモータ５１３が所定方向に回転すると、レンズ移動機構５１２により、レンズ５１１は、液晶表示パネル５１５に接近する方向、すなわち、装着者の目から離間する方向へ移動する。
【０１５３】
また、ステッピングモータ５１３が前記と逆方向に回転すると、レンズ移動機構５１２により、レンズ５１１は、液晶表示パネル５１５から離間する方向、すなわち、装着者の目に接近する方向へ移動する。
【０１５４】
このレンズ５１１の位置の変更により、前記仮想空間画像の遠近を変更することができる。
【０１５５】
このレンズ５１１の位置の調整、すなわち、前記仮想空間画像の遠近の調整は、後述する視線検出部５２ａ、５２ｂで検出される装着者の視線の情報に基づいてなされる。
【０１５６】
なお、画像表示部５１ｂの構成および作用は、前記画像表示部５１ａと同様であるので、その説明は、省略する。
【０１５７】
視線検出部５２ａ、５２ｂは、装着者の視線がどの方向にあるか（仮想空間画像のどこに焦点を合せようとしているか）を検出する機能と、セキュリティ情報として利用するための装着者の眼の虹彩パターンを読み取る機能とを有している。
【０１５８】
図１２は、仮想空間表示装置５の視線検出部５２ａの構成例を示す図（ブロック図、模式図）である。
【０１５９】
視線検出部５２ａは、ハーフミラー５２１と、可視光を除去し、赤外光を透過させるフィルタ５２２と、レンズ５２３と、ＣＣＤ（撮像素子）５２４と、ＣＣＤ制御部５２５と、ＣＣＤ出力増幅部５２６と、赤外光を発するＬＥＤ（発光ダイオード）５２７と、ＬＥＤ制御部５２８と、トランジスタ５２９とを有している。
【０１６０】
ＬＥＤ５２７の駆動は、ＬＥＤ制御部５２８により制御され、そのＬＥＤ制御部５２８の制御によりトランジスタ５２９がオンすると、ＬＥＤ５２７が駆動し、ＬＥＤ５２７から赤外光が発せられる。
【０１６１】
ＬＥＤ５２７から発せられた赤外光は、フィルタ５２２を透過し、ハーフミラー５２１でその一部が反射して、装着者の目に照射される。
【０１６２】
そして、装着者の目からの反射光（光束）は、ハーフミラー５２１でその一部が反射して、フィルタ５２２を透過し、レンズ５２３により、ＣＣＤ５２４の受光面（撮像面）上に導かれて結像し、その被写体像（装着者の目の像）は、ＣＣＤ５２４により撮像される。このＣＣＤ５２４の駆動は、ＣＣＤ制御部５２５により制御される。
【０１６３】
ＣＣＤ５２４から出力された信号は、ＣＣＤ出力増幅部５２６で増幅され、その後、視線検出部５２ａから出力され、図９に示す信号処理部５８に入力され、所定の信号処理がなされ、信号送受信部５５により情報処理装置８に送信される。
【０１６４】
情報処理装置８では、前記信号を受信し、その信号（情報）に基づいて、装着者の視線がどの方向にあるか（仮想空間画像のどこに焦点を合せようとしているか）を検出するとともに、装着者の眼の虹彩パターンを読み取り、解析し、セキュリティ情報として利用する。
【０１６５】
一方、レンズ５２３側からフィルタ５２２へ入射する可視光は、フィルタ５２２で除去され、その可視光が装着者の目に照射されてしまうのを阻止することができる。これにより、液晶表示パネル５１５に表示された仮想空間画像の視認性の低下を防止することができる。
【０１６６】
なお、視線検出部５２ｂの構成および作用は、前記視線検出部５２ａと同様であるので、その説明は、省略する。
【０１６７】
この仮想空間表示装置５は、２台の画像取込装置（撮像手段）、すなわち、前記凹凸入力部（撮像手段）５３ａ、５３ｂによって周囲の画像を撮像して取り込み、情報処理装置８に対して撮像した画像データ（映像データ）を送信する。
【０１６８】
情報処理装置８は、凹凸入力部５３ａ、５３ｂにて撮像された画像、すなわち撮像された画像データから視角差を導出し、その視角差等から得られる周囲の凹凸にもとづいて、仮想空間画像、すなわち仮想空間の画像データを作成する。そして、情報処理装置８は、作成した仮想空間の画像（映像）と、例えば、仮想壁紙や仮想パーソナルコンピュータや仮想本などの所定の仮想物体を周囲の凹凸に合わせて仮想空間に配置するための画像とを合成した合成画像（合成映像）を示す画像データ（映像データ）を仮想空間表示装置５に送信する。
【０１６９】
仮想空間表示装置５は、情報処理装置８からの画像データにもとづいて、その画像を画像表示部５１ａ、５１ｂを用いて表示する。
【０１７０】
また、仮想空間表示装置５は、装着されているリアルグローブ２０、すなわち、ユーザの手や腕が画像表示部５１ａ、５１ｂにより表示されている画像の領域内に入っている場合には、その手や腕に対応する画像も、画像表示部５１ａ、５１ｂに表示する。
【０１７１】
この場合、前述したように、リアルグローブ２０に設けられている複数の位置姿勢検出部２３の検出データが情報処理装置８に送信されることで、リアルグローブ２０の位置および姿勢、すなわち、ユーザの各指、手、手首、腕等は情報処理装置８にて認識される。すなわち、情報処理装置８は、逐一、リアルグローブ２０からの前記検出データにもとづいて、ユーザの各指、手、手首、腕等の位置および姿勢を特定し、それらが画像表示部５１ａ、５１ｂにより表示されている画像の領域内に入っている場合には、それらを示す仮想空間画像を作成し、その画像を基礎の画像に合成して、合成画像（合成画像の画像データ）を得、その画像データを仮想空間表示装置５に送信する。
【０１７２】
従って、ユーザの手や腕が画像表示部５１ａ、５１ｂにより表示されている画像の領域内に入っている場合には、その手や腕に対応する画像が、画像表示部５１ａ、５１ｂに表示される。
【０１７３】
そして、リアルグローブ２０を装着した手や指の実際の動作に連動し、画像表示部５１ａ、５１ｂに表示されている仮想空間画像においてその手や指が動く。
【０１７４】
位置姿勢検出部５６は、仮想空間表示装置５の位置および姿勢、すなわち、装着者の顔面（頭部）の位置および姿勢を検出するためのセンサである。この位置姿勢検出部５６には、本実施形態では、直交コイル式の位置センサ、すなわち、前記位置姿勢検出部２３と同様のものが用いられる。
【０１７５】
位置姿勢検出部５６からの信号（検出データ）は、信号処理部５８に入力され、所定の信号処理がなされ、信号送受信部５５により逐一情報処理装置８に送信される。情報処理装置８は、この検出データに基づいて、逐一仮想空間画像を更新する。
【０１７６】
従って、例えば仮想空間表示装置５を装着したユーザが首を動かした場合には、画像表示部５１ａ、５１ｂに表示される仮想空間画像は、ユーザが向いている方向に合致した画像となるように変化する。
【０１７７】
次に、触覚・力覚提示システム１の動作（作用）について説明する。
ここでは、ユーザが、触覚・力覚提示システム１を利用して、仮想空間に現れている仮想パーソナルコンピュータの操作を行う場合を例に説明する。
【０１７８】
ユーザは、各部の電源を入れ、リアルグローブ２０を両手にそれぞれ装着し、眼鏡状の仮想空間表示装置５をかける（顔面に装着する）。すると、仮想空間表示装置５の画像表示部５１ａ、５１ｂに、仮想パーソナルコンピュータを含む仮想空間画像が表示される。
【０１７９】
また、ユーザの腕が画像表示部５１ａ、５１ｂで表示されている仮想空間画像内に入るようにすれば、情報処理装置８にて作成されたその手や腕の画像が仮想空間画像に仮想物体として表示される。そして、ユーザが手や指を動かした場合には、その実際の手や指の動きに連動して、仮想空間画像において、表示されている手や指が動く。
【０１８０】
情報処理装置８は、仮想空間画像における対象物、すなわち本実施形態では、例えば、仮想パーソナルコンピュータの一部（例えばキーボード）と、ユーザの指の一部が同一座標となったことを検出すると、リアルグローブ２０に対して、触覚および力覚を発生させるための指示を行う。具体的には、リアルグローブ２０に対して、駆動させる動力発生部２１１およびその駆動に用いるＰＷＭデータや、駆動させるリンクモータ２２２およびその駆動に用いるＰＷＭデータなどを送信する。
【０１８１】
リアルグローブ２０は、情報処理装置８からの指示に従って、指定された各動作発生部２１１を、それぞれ、指定されたトルクで指定された時間だけＰＷＭ制御により駆動する。これにより、仮想パーソナルコンピュータの一部と同一座標となった部分に配置されている各触覚提示ピン２１４の接触板２１４ａが突出し、仮想パーソナルコンピュータの一部と同一座標となったユーザの各指先に対して触覚が与えられる。すなわち、各指先に、接触感覚、質感、形状、強さ等の感覚が与えられる。
【０１８２】
同時に、リアルグローブ２０は、情報処理装置８からの指示に従って、指定された各リンクモータ２２２を、それぞれ、指定されたトルクで指定された時間だけＰＷＭ制御により駆動する。これにより、実在するパーソナルコンピュータの例えばキーボードに触れているときに各指の各関節に与えられる力覚、すなわち、前記各指の各関節に与えられる押圧力（反力）に相当する力がユーザの各指の各関節に対して与えられる。
【０１８３】
また、ユーザが、さらに仮想パーソナルコンピュータのキーを押し込む方向に指を動かすと、指の座標変化に合わせて、画像表示部５１ａ、５１ｂに、キーを押し込む様子を示す仮想空間画像が表示される。
【０１８４】
この場合、情報処理装置８は、押下されたキーにもとづく表示状態の変化を仮想空間画像で再現するための仮想空間画像の画像データを生成して仮想空間表示装置５に送信する処理を行い、仮想空間表示装置５は、前記情報処理装置８からの仮想空間画像の画像データにもとづいて、仮想パーソナルコンピュータのディスプレイにキーの押下が反映された表示がなされる画像を表示する。
【０１８５】
以上説明したように、この触覚・力覚提示装置２および触覚・力覚提示システム１によれば、手および各指の所定の部位の位置および姿勢を正確かつ確実に求めることができる。
【０１８６】
また、仮想空間画像に応じて、各指に対して力覚および触覚をそれぞれ正確かつ確実に提示することができる。
【０１８７】
これにより、ユーザは、仮想空間における動作（操作）を、快適に、容易かつ確実に、行うことができる。
【０１８８】
また、触覚発生部２１において、アクチュエータワイヤ２１２の弛みを防止することができ、各触覚提示ピン２１４からそれぞれユーザの各指腹に、より正確かつ確実に目標の大ききの押圧力を与えることができる。
【０１８９】
これにより、ユーザは、仮想空間画像における各指腹の物体（対象物）への接触に相当する感覚を、より正確かつ確実に各指腹で感じることができる。
【０１９０】
また、触覚発生部２１では、各指腹に対してほぼ平行に（指腹に沿って）アクチュエータワイヤ２１２が配置され、そのアクチュエータワイヤ２１２を巻き取ることによって各指腹に対してほぼ垂直な力を与えるようになっているので、触覚を与えるための機構を薄くすることができ、これにより、リアルグローブ２０の指腹側の厚みを極力抑えることができる。
【０１９１】
また、力覚発生部２２はリンク機構を有しているので、指を伸ばしている状態、指を曲げている状態のいずれにおいても対応することができ、これにより、より確実に、各指に対して力覚を与えることができる。
【０１９２】
また、リアルグローブ２０は、手袋２ａを有しているので、そのリアルグローブ２０の装着および取り外しを容易かつ確実に行うことができ、また、仮想空間における動作（操作）を容易かつ確実に行うことができる。
【０１９３】
なお、上述した実施形態では、使用例として仮想空間画像にて表示されているパーソナルコンピュータを仮想的に操作する場合について説明したが、本発明では、これに限らず、例えば、仮想本などの他の物品を取扱うために使用することもできる。仮想本を取扱う場合には、例えば、仮想本の縁をさわったりページをめくったりするときに、実際の本の縁をさわったりページをめくったりするときに指に加わる触感や力感を感じることができる。
【０１９４】
また、本発明では、仮想空間画像が表示されなくてもよい。すなわち、仮想空間画像に対応した所定のデータがあり、そのデータに基づいて、指に対して触覚や力覚を提示するよう構成されていてもよい。
【０１９５】
次に、本発明の触覚・力覚提示装置および触覚・力覚提示システムの第２実施形態について説明する。
【０１９６】
図１３は、第２実施形態の触覚・力覚提示装置の触覚発生部の構成例を示す縦断面図である。
【０１９７】
以下、第２実施形態の触覚・力覚提示装置２および触覚・力覚提示システム１について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【０１９８】
図１３（Ａ）に示すように、第２実施形態の触覚・力覚提示装置２では、その触覚発生部２１の各単位触覚発生部（アクチュエータ）２１０は、それぞれ、モータ（駆動源）２１１ａを備える動力発生部（移動手段）２１１と、長手方向に移動可能に設置されたアクチュエータワイヤ（可撓性を有する線状体）２１２と、触覚を発生させるために指腹を押圧する触覚提示部２１６とを有している。
【０１９９】
触覚提示部２１６は、ユーザの指腹に接触感覚（接触の有無や強さ等）を与えるために用いられ、例えば、板バネのような弾性を有する部材（弾性体）で形成される。この場合、触覚提示部２１６は、適度な剛性を有するのが好ましく、例えば、各種金属で構成された弾性体で形成することができる。
【０２００】
この触覚提示部２１６は、第１の板片（押圧部）２１６ａと、第２の板片（スライド部）２１６ｂとで構成されている。第１の板片２１６ａと第２の板片２１６ｂとは、一端側において接合されており、第１の板片２１６ａの他端側には、指腹に接触する部分である微小な接触部２１６ｃが設けられている。この接触部２１６ｃは、例えば、第１の板片２１６ａの端部を第２の板片２１６ｂ側に向けて屈曲させることによって形成することができる。
【０２０１】
また、触覚提示部２１６の前記一端側、すなわち、図１３（Ａ）中左側の端部は、図１３（Ａ）中下側に凸となるように湾曲している。
【０２０２】
第１の板片２１６ａと、第２の板片２１６ｂとの間には、第１の板片２１６ａの移動方向を規制する円柱状のガイド部（移動方向規制手段）２１７が設置されている。
【０２０３】
また、触覚提示部２１６の図１３（Ａ）中下側には、押え板２１８が設置されており、触覚提示部２１６は、この押え板２１８に沿って移動（スライド）し得るようになっている。この場合、触覚提示部２１６は、その図１３（Ａ）中左側の端部が湾曲しているので、円滑かつ確実に移動することができる。
【０２０４】
前記ガイド部２１７は、押え板２１８に固定され、押え板２１８は、手袋２ａに固定されている。すなわち、ガイド部２１７および押え板２１８は、共に、手袋２ａに対して固定的に設置されている。
【０２０５】
また、触覚提示部２１６の第２の板片２１６ｂの図１３（Ａ）中右側の端部には、アクチュエータワイヤ２１２の一端が固定されている。
【０２０６】
動力発生部２１１のモータ２１１ａの駆動によりアクチュエータワイヤ２１２が巻き取られると、そのアクチュエータワイヤ２１２は、指腹に沿って図１３（Ａ）中右側（指の基端方向）に移動し、これとともにアクチュエータワイヤ２１２に取付固定されている触覚提示部２１６も指腹に沿って図１３（Ａ）中右側に移動する。
【０２０７】
この際、図１３（Ｂ）に示すように、触覚提示部２１６の第１の板片２１６ａは、ガイド部２１７によって図１３（Ｂ）中右側への移動が制限されるとともに、ガイド部２１７にガイドされて、図１３（Ｂ）中上側へ移動する（指腹に向って突出する）。すなわち、触覚提示部２１６が弾性変形し、その第１の板片２１６ａの姿勢が図１３（Ｂ）に示す姿勢に変更されることで、接触部２１６ｃは、指腹の表面に対しほぼ垂直上方に移動する（押し上げられる）。
【０２０８】
一方、アクチュエータワイヤ２１２は、触覚提示部２１６の復元力（弾性力）により、図１３（Ｂ）中左側（第１の板片２１６ａを突出させるときのアクチュエータワイヤ２１２の移動方向と逆方向）に付勢される。すなわち、この触覚提示部２１６（第１の板片２１６ａ）は、付勢手段を兼ねる。
【０２０９】
前記接触部２１６ｃがほぼ垂直上方に移動しようとする力が働くことで、その接触部２１６ｃが指腹をほぼ垂直方向へ押圧し、これにより、ユーザの手の指腹に押圧力を与える。
【０２１０】
この動作が、複数の単位触覚発生部２１０のうちの指定された単位触覚発生部２１０でなされ、これにより、ユーザの手の指腹に触覚が提示される（与えられる）。よって、ユーザは、仮想空間画像における指腹の物体（対象物）への接触に相当する感覚を、指腹に得ることができる。
【０２１１】
前記指定された単位触覚発生部２１０において、動力発生部２１１のモータ２１１ａの駆動が停止し、アクチュエータワイヤ２１２の巻き取り状態が解除されると、触覚提示部２１６の復元力（弾性力）と、ユーザの指からの圧力によって、触覚提示部２１６は、図１３（Ａ）に示す初期状態に戻る。これにより、触覚提示部２１６からユーザの手の指腹に与えられていた押圧力が実質的に消滅する。
【０２１２】
この触覚・力覚提示装置２および触覚・力覚提示システム１によれば、前述した第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０２１３】
次に、本発明の触覚・力覚提示装置および触覚・力覚提示システムの第３実施形態について説明する。
【０２１４】
図１４は、第３実施形態の触覚・力覚提示装置のリアルグローブの外観構成例を示す外観図（一部図示を省略）である。なお、図１４中では、図３に示す触覚発生部２１、動力発生部２１１、力覚発生部２２、位置姿勢検出部２３、制御部２４および電力供給部３０等は、図示されていない。
【０２１５】
以下、第３実施形態の触覚・力覚提示装置２および触覚・力覚提示システム１について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【０２１６】
図１４に示すように、第３実施形態の触覚・力覚提示装置２では、リアルグローブ２０の手袋２ａの筒状部２０ａの肘側（基端側）の端部に、空気（エアー）の注入による空気圧（圧力）により腕に固定する形態（エアー注入方式）の腕固定部２ｄが設けられている。
【０２１７】
この腕固定部２ｄは、空気が注入される袋状の腕固定部本体２１ｄと、その腕固定部本体２１ｄに設けられたエアー注入部２２ｄとで構成されている。腕固定部本体２１ｄの外観形状は、筒状をなしている。
【０２１８】
エアー注入部２２ｄの中空部は、腕固定部本体２１ｄの内部に連通しており、エアー注入部２２ｄの先端部には、蓋体２３ｄが設けられている。
【０２１９】
蓋体２３ｄをエアー注入部２２ｄの先端部に装着すると、腕固定部本体２１ｄ内の気密性が保持され、蓋体２３ｄを取り外すと、腕固定部本体２１ｄに対し、エアー注入部２２ｄを介して、空気の注入および排出を行うことができる。
【０２２０】
このような腕固定部２ｄは、各ユーザに応じて、例えば、ゴム型等の型を用いて、ユーザの腕の形状に合うように成形される。
【０２２１】
ユーザは、リアルグローブ２０を装着する際は、まず、その手袋２ａを装着し、次に、腕固定部２ｄの腕固定部本体２１ｄ内に、空気を注入する。
【０２２２】
この空気注入では、例えば、エアー注入部２２ｄの先端部から蓋体２３ｄを取り外し、そのエアー注入部２２ｄから腕固定部本体２１ｄ内に空気を吹き込む。そして、所定量の空気を注入し終えると、エアー注入部２２ｄの先端部に蓋体２３ｄを装着する。
【０２２３】
このようにして、リアルグローブ２０は、腕固定部２ｄの空気圧によりユーザの腕に固定されるとともに、手首固定部２８の復元力（弾性力）によりユーザの手首に固定される。
【０２２４】
また、ユーザは、リアルグローブ２０を取り外す際は、まず、腕固定部２ｄの腕固定部本体２１ｄ内から空気を排出し、次に、リアルグローブ２０を手から取り外す。
【０２２５】
この触覚・力覚提示装置２および触覚・力覚提示システム１によれば、前述した第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０２２６】
そして、この触覚・力覚提示装置２では、腕固定部２ｄがエアー注入方式のものであるので、リアルグローブ２０の装着および取り外しを容易かつ迅速に行うことができる。
【０２２７】
なお、本発明では、触覚発生部２１の単位触覚発生部２１０を、前述した第２実施形態のように構成してもよい。
【０２２８】
次に、本発明の触覚・力覚提示装置および触覚・力覚提示システムの第４実施形態について説明する。
【０２２９】
図１５は、第４実施形態の触覚・力覚提示装置の位置姿勢検出部の構成例を示すブロック図、図１６は、第４実施形態の触覚・力覚提示装置の位置姿勢検出部の構成例を示す外観図（一部図示を省略）、図１７は、図１６に示す位置姿勢検出部のＺ方向検出センサの構成例を示す外観図である。なお、図１６および図１７中において、それぞれ、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を想定する。
【０２３０】
以下、第４実施形態の触覚・力覚提示装置２および触覚・力覚提示システム１について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【０２３１】
第４実施形態の触覚・力覚提示装置２では、位置姿勢検出部（位置検出手段）２３として、例えば、コリオリ力を利用して互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の回りの角速度をそれぞれ検出するジャイロセンサ（ジャイロスコープ）を用いる。
【０２３２】
そして、この触覚・力覚提示装置２では、凹凸入力部（撮像手段）５３ａ、５３ｂにより周囲を撮像し、その撮像された周囲の画像に指に対応する部分が含まれている場合には、凹凸入力部５３ａ、５３ｂからの画像データ（映像データ）に基づいて指の位置を求め、前記撮像された周囲の画像に指に対応する部分が含まれていない場合には、前記各位置姿勢検出部２３により指の位置を検出し、各位置検出手段２３からの情報に基づいて指の位置を求める。
【０２３３】
図１６に示すように、位置姿勢検出部２３は、ケーシング６０と、ケーシング６０内に設けられ、Ｘ軸の回りの角速度を検出するＸ方向検出センサ（第１の検出センサ）６１、Ｙ軸の回りの角速度を検出するＹ方向検出センサ（第２の検出センサ）６２およびＺ軸の回りの角速度を検出するＺ方向検出センサ（第３の検出センサ）６３とを有している。
【０２３４】
図１７に示すように、Ｚ方向検出センサ６３は、エリンバー（基台）６４と、エリンバー６４に設置された振動用の圧電素子（振動用圧電素子）６５および検出用の圧電素子（検出用圧電素子）６６とで構成されている。このＺ方向検出センサ６３は、２本のワイヤ６７、６８により支持されている。
【０２３５】
エリンバー６４の形状は、Ｚ軸方向に長い略直方体をなしており、その略直交する２つの面の一方に前記振動用圧電素子６５が設置され、他方に検出用圧電素子６６が設置されている。この場合、Ｙ軸に対して垂直な面に、振動用圧電素子６５が配置され、Ｘ軸に対して垂直な面に、検出用圧電素子６６が配置されているが、その配置を逆にしてもよい。
【０２３６】
このＺ方向検出センサ６３の振動用圧電素子６５に図１５に示す交流電源６９から交流電圧が印加されると、その振動用圧電素子６５は、Ｘ軸方向に振動（屈曲振動）し、これによりエリンバー６４もＸ軸方向に振動する。このとき、Ｚ軸の回りに回転（角速度）が生じると、その角速度に対応したレベルの電圧（信号）が検出用圧電素子６６から検出される。
【０２３７】
なお、Ｘ方向検出センサ６１およびＹ方向検出センサ６２の構成および作用は、それぞれ、前記Ｚ方向検出センサ６３と同様であるので、その説明は、省略するが、Ｘ軸の回りに回転（角速度）が生じると、その角速度に対応したレベルの電圧（信号）がＸ方向検出センサ６１の検出用圧電素子６６から検出され、Ｙ軸の回りに回転（角速度）が生じると、その角速度に対応したレベルの電圧（信号）がＹ方向検出センサ６２の検出用圧電素子６６から検出される。
【０２３８】
図１５に示すように、位置姿勢検出部２３のＸ方向検出センサ６１によって検出されたＸ軸の回りの角速度に対応した信号（検出データ）と、Ｙ方向検出センサ６２によって検出されたＹ軸の回りの角速度に対応した信号（検出データ）と、Ｚ方向検出センサ６３によって検出されたＺ軸の回りの角速度に対応した信号（検出データ）とは、それぞれ、信号処理部２５の増幅部２５１にて増幅され、Ａ／Ｄ変換部２５２にてデジタル信号に変換された後、図２に示す信号送受信部２６に出力され、この信号送受信部２６により情報処理装置８に送信される。
【０２３９】
情報処理装置８では、前記信号を受信し、その信号（情報）に基づいて、リアルグローブ２０を装着した各指、手、手首、腕などの各部の位置および姿勢、すなわち、前記各部の座標を導出し、その情報を所定の各処理において利用する。
【０２４０】
次に、触覚・力覚提示システム１の動作（作用）について説明する。
この場合、リアルグローブ２０を装着した各指、手、手首、腕などの各部の位置および姿勢を求める方法以外は、前述した第１実施形態と同様であるので、その説明は、省略する。
【０２４１】
使用に先立って、ユーザは、まず、凹凸入力部５３ａ、５３ｂにより撮像される周囲の画像にリアルグローブ２０の指等の検出する部位に対応する部分が含まれるようにする。これにより、触覚・力覚提示システム１において初期設定がなされる。
【０２４２】
この初期設定では、仮想空間表示装置５は、２台の画像取込装置（撮像手段）、すなわち、凹凸入力部（撮像手段）５３ａ、５３ｂによって周囲の画像を撮像して取り込み、情報処理装置８に対して撮像した画像データ（映像データ）を送信する。
【０２４３】
この場合、凹凸入力部５３ａ、５３ｂにて撮像された画像にはリアルグローブ２０の指等の検出する部位に対応する部分が含まれているので、情報処理装置８は、凹凸入力部５３ａ、５３ｂにて撮像された画像、すなわち撮像された画像データに基づいて前記指等の位置および姿勢（座標）を求める。この求められた位置および姿勢は、それぞれ、基準位置および基準姿勢、すなわち基準状態とされ、その基準位置および基準姿勢の情報は、情報処理装置８の図示しないメモリーに記憶される。
【０２４４】
前記初期設定が終了すると、使用可能状態となり、仮想空間表示装置５は、凹凸入力部（撮像手段）５３ａ、５３ｂによって周囲の画像を撮像して取り込み、情報処理装置８に対して撮像した画像データを送信する。
【０２４５】
情報処理装置８の図示しない判別手段は、凹凸入力部５３ａ、５３ｂにて撮像された画像、すなわち撮像された画像データに基づいて、凹凸入力部５３ａ、５３ｂにて撮像された画像にリアルグローブ２０の指等の検出する部位に対応する部分が含まれているか否かを判別する。
【０２４６】
そして、前記撮像された画像に前記指等の検出する部位に対応する部分が含まれている場合には、情報処理装置８は、前記撮像された画像データに基づいて前記指等の位置および姿勢（座標）を求める。この求められた位置および姿勢は、それぞれ、基準位置および基準姿勢とされる。すなわち、前記メモリーに記憶されている基準位置および基準姿勢の情報は、前記新たな基準位置および基準姿勢の情報に書き換えられる。
【０２４７】
逆に、前記撮像された画像に前記指等の検出する部位に対応する部分が含まれていない場合には、情報処理装置８は、前記各位置姿勢検出部２３からの信号（情報）に基づいて、前記指等の位置および姿勢（座標）を求める。この場合、各位置姿勢検出部２３からの情報からは、前記基準位置および基準姿勢に対する相対的な位置および姿勢が求まり、その相対的な位置および姿勢の情報と、前記基準位置および基準姿勢の情報とに基づいて、前記指等の位置および姿勢が求められる。
【０２４８】
この触覚・力覚提示装置２および触覚・力覚提示システム１によれば、前述した第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０２４９】
そして、この触覚・力覚提示装置２では、手および各指の所定の部位の位置および姿勢を正確かつ確実に求めることができるとともに、位置姿勢検出部２３としてジャイロセンサを用いることにより、コストを低減することができる。
【０２５０】
なお、本実施形態では、位置姿勢検出部（位置検出手段）２３は、ジャイロセンサで構成されているが、本発明では、これに限定されない。
【０２５１】
また、本発明では、触覚発生部２１の単位触覚発生部２１０を、前述した第２実施形態のように構成してもよい。
【０２５２】
また、本発明では、腕固定部２ｄを、前述した第３実施形態のように、空気（エアー）の注入による空気圧（圧力）により腕に固定する形態（エアー注入方式）のものにしてもよい。
【０２５３】
以上、本発明の触覚・力覚提示装置および触覚・力覚提示システムを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。
【０２５４】
また、本発明では、前記各実施形態の任意の２以上の構成（特徴）を適宜組み合わせてもよい。
【０２５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、指の位置を正確かつ確実に求めることができ、仮想空間画像（仮想空間映像）に応じて、指に対して触覚や力覚を正確かつ確実に提示することができる。
【０２５６】
これにより、ユーザ（使用者）は、仮想空間における動作（操作）を、快適に、容易かつ確実に、行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の触覚・力覚提示装置の第１実施形態およびその触覚・力覚提示装置を有する触覚・力覚提示システムの構成例を示す概念図である。
【図２】 図１に示すリアルグローブの回路構成例を示すブロック図である。
【図３】 図１に示すリアルグローブの外観構成例を示す外観図（一部図示を省略）である。
【図４】 図１に示すリアルグローブの触覚発生部の構成例を示す縦断面図である。
【図５】 図１に示すリアルグローブの力覚発生部の構成例を示す外観図である。
【図６】 図１に示すリアルグローブの力覚発生部の構成例を示す外観図である。
【図７】 図１に示すリアルグローブの位置姿勢検出部の構成例を示すブロック図である。
【図８】 図１に示す仮想空間表示装置の外観構成例を示す斜視図である。
【図９】 図１に示す仮想空間表示装置の回路構成例を示すブロック図である。
【図１０】 図１に示す仮想空間表示装置の凹凸入力部の構成例を示す図（ブロック図、模式図）である。
【図１１】 図１に示す仮想空間表示装置の画像表示部の構成例を示す図（ブロック図、模式図）である。
【図１２】 図１に示す仮想空間表示装置の視線検出部の構成例を示す図（ブロック図、模式図）である。
【図１３】 第２実施形態の触覚・力覚提示装置の触覚発生部の構成例を示す縦断面図である。
【図１４】 第３実施形態の触覚・力覚提示装置のリアルグローブの外観構成例を示す外観図（一部図示を省略）である。
【図１５】 第４実施形態の触覚・力覚提示装置の位置姿勢検出部の構成例を示すブロック図である。
【図１６】 第４実施形態の触覚・力覚提示装置の位置姿勢検出部の構成例を示す外観図（一部図示を省略）である。
【図１７】 図１６に示す位置姿勢検出部のＺ方向検出センサの構成例を示す外観図である。
【符号の説明】
１・・・触覚・力覚提示システム、２・・・触覚・力覚提示装置、２０・・・リアルグローブ、２ａ・・・手袋、２０ａ・・・筒状部、２１ａ・・・開口、２ｂ・・・フレームホルダ、２ｃ・・・フレームカバー、２ｄ・・・腕固定部、２１ｄ・・・腕固定部本体、２２ｄ・・・エアー注入部、２３ｄ・・・蓋体、２１・・・触覚発生部、２１０・・・単位触覚発生部、２１１・・・動力発生部、２１１ａ・・・モータ、２１２・・・アクチュエータワイヤ、２１２ａ・・・束、２１３・・・ワイヤ保持部、２１４・・・触覚提示ピン、２１４ａ・・・接触板、２１４ｂ・・・支持部、２１５・・・触覚提示ピン支持部、２１６・・・触覚提示部、２１６ａ・・・第１の板片、２１６ｂ・・・第２の板片、２１６ｃ・・・接触部、２１７・・・ガイド部、２１８・・・押え板、２２・・・力覚発生部、２２１・・・フレーム、２２２・・・リンクモータ、２３・・・位置姿勢検出部、２３１・・・Ｘ方向検出コイル、２３２・・・Ｙ方向検出コイル、２３３・・・Ｚ方向検出コイル、２４・・・制御部、２５・・・信号処理部、２５１・・・増幅部、２５２・・・Ａ／Ｄ変換部、２６・・・信号送受信部、２７・・・遊び吸収部、２８・・・手首固定部、２９・・・ねじれ吸収部、２９１・・・帯状部、２９２・・・開口、３０・・・電力供給部、５・・・仮想空間表示装置、５１ａ、５１ｂ・・・画像表示部、５１１・・・レンズ、５１２・・・レンズ移動機構、５１３・・・ステッピングモータ、５１４・・・モータ制御部、５１５・・・液晶表示パネル、５１６・・・液晶駆動部、５１７・・・バックライト、５１８・・・バックライト制御部、５１９・・・トランジスタ、５２ａ、５２ｂ・・・視線検出部、５２１・・・ハーフミラー、５２２・・・フィルタ、５２３・・・レンズ、５２４・・・ＣＣＤ、５２５・・・ＣＣＤ制御部、５２６・・・ＣＣＤ出力増幅部、５２７・・・ＬＥＤ、５２８・・・ＬＥＤ制御部、５２９・・・トランジスタ、５３ａ、５３ｂ・・・凹凸入力部、５３１・・・レンズ、５３２・・・ＣＣＤ、５３３・・・ＣＣＤ制御部、５３４・・・ＣＣＤ出力増幅部、５４・・・制御部、５５・・・信号送受信部、５６・・・位置姿勢検出部、５７・・・装着部、５８・・・信号処理部、６０・・・ケーシング、６１・・・Ｘ方向検出センサ、６２・・・Ｙ方向検出センサ、６３・・・Ｚ方向検出センサ、６４・・・エリンバー、６５・・・振動用圧電素子、６６・・・検出用圧電素子、６７、６８・・・ワイヤ、６９・・・交流電源、８・・・情報処理装置、９・・・基地局
Claims (12)
- 少なくとも指に装着する装着手段と、
中心軸が互いに直交する第１のコイル、第２のコイルおよび第３のコイルを備え、指の位置を検出する位置検出手段と、
指に与える力覚を発生する力覚発生手段と、
前記力覚発生手段の駆動を制御する制御手段とを有し、
前記力覚発生手段は、指の長手方向に沿って回動可能に連結された複数のフレームを備えたリンク機構と、前記複数のフレームの各連結部に設けられ、前記各フレームを回動させる複数のリンクモータとを備え、
前記位置検出手段により指の位置を検出し、前記位置検出手段からの情報に基づいて指の位置を求め、前記制御手段は、前記求めた指の位置情報と、仮想空間画像の対象物の位置情報とに基づいて、前記各リンクモータの駆動を制御し、指に対して力覚を提示するよう構成されていることを特徴とする触覚・力覚提示装置。 - 少なくとも指に装着する装着手段と、
互いに略直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の周りの角速度をそれぞれ検知するジャイロセンサを備え、指の位置を検出する位置検出手段と、
指に与える力覚を発生する力覚発生手段と、
前記力覚発生手段の駆動を制御する制御手段と、
周囲を撮像する複数の撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された画像に指に対応する部分が含まれているか否かを判別する判別手段とを有し、
前記力覚発生手段は、指の長手方向に沿って回動可能に連結された複数のフレームを備えたリンク機構と、前記複数のフレームの各連結部に設けられ、前記各フレームを回動させる複数のリンクモータとを備え、
前記複数の撮像手段により周囲の略同じ領域を撮像し、前記撮像手段によって撮像された画像に指に対応する部分が含まれている場合には、前記撮像手段からの画像データに基づいて指の位置を求め、前記撮像手段によって撮像された画像に指に対応する部分が含まれていない場合には、前記位置検出手段により指の位置を検出し、前記位置検出手段からの情報に基づいて指の位置を求め、前記制御手段は、前記求めた指の位置情報と、仮想空間画像の対象物の位置情報とに基づいて、前記各リンクモータの駆動を制御し、指に対して力覚を提示するように構成されていることを特徴とする触覚・力覚提示装置。 - 指の第１関節よりも先端側に位置する第１装着部、前記第１関節と第２関節との間に位置する第２装着部、前記第２関節と第３関節との間に位置する第３装着部および前記第３関節よりも基端側に位置する第４装着部とを備え、
前記複数のフレームのうちの最も指の先端側に位置する先端側フレームの先端部は、前記第１装着部に回動可能に設置され、最も指の基端側に位置する基端側フレームの基端部は、前記第４装着部に回動可能に設置され、
前記先端側フレームと前記基端側フレームとの間に位置するフレームは、前記第１関節と前記第２関節との間の部位と、前記第２関節と前記第３関節との間の部位とに、前記フレームの連結部が１つおきに位置するように配置され、当該１つおきの連結部のうちの前記第１関節と前記第２関節との間の部位に位置する連結部は、前記第２装着部に回動可能に配置され、前記第２関節と前記第３関節との間の部位に位置する連結部は、前記第３装着部に回動可能に配置されている請求項１または２に記載の触覚・力覚提示装置。 - 信号の送信または受信を行う通信手段を有し、
前記通信手段から送信される信号に基づいて、前記リンクモータが駆動するよう構成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置。 - 前記位置検出手段は、該位置検出手段により検出する部位の近傍に設けられている請求項１ないし４のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置。
- 前記位置検出手段は、指の関節の近傍に対応する部分に設けられている請求項１ないし５のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置。
- 前記位置検出手段は、該位置検出手段により検出する部位に対して一定の位置関係を保持し得るように設けられている請求項１ないし６のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置。
- 前記装着手段は、指から腕にかけて装着する手袋状のものである請求項１ないし７のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置。
- 請求項１ないし８のいずれかに記載の触覚・力覚提示装置と、
顔面に装着して使用し、仮想空間画像を表示する表示手段とを有することを特徴とする触覚・力覚提示装置。 - 請求項２に記載の触覚・力覚提示装置と、
顔面に装着して使用し、仮想空間画像を表示する表示手段とを有しており、
前記撮像手段は、前記表示手段に設けられていることを特徴とする触覚・力覚提示装置。 - 前記表示手段に対して信号の送信または受信を行う通信手段と、
仮想空間画像を作成する画像作成手段と、
前記画像作成手段に対して信号の送信または受信を行う通信手段とを有し、
前記画像作成手段は、指の動きに応じて仮想空間画像を更新するよう構成されている請求項９または１０に記載の触覚・力覚提示装置。 - 前記触覚・力覚提示装置、前記画像作成手段および前記表示手段の駆動を制御する制御手段を有する請求項１１に記載の触覚・力覚提示装置。
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