JP7602852B2 - ウェアラブルゲーム装置とその方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェアラブルゲーム装置の技術分野に関し、特にウェアラブルゲーム装置に関する。本発明の目的は、アプリケーション特にコンピュータビデオゲームまたは他のソフトウェアアプリケーションからユーザーに物理的フィードバックを提供するウェアラブルゲーム装置を提供することである。

ビデオゲームの世界は、当初からゲームを目的とした周辺機器に囲まれてきた。ジョイスティックは８０年代に広く展開されたが、触覚装置は９０年代に一般的になった。

触覚装置（haptic device）は主に電動モーターによって振動を生成する機械ベースの振動装置に基づいていた。これらの装置は、ビデオゲームで現在実行されている状況の実際の感動や感覚を提供しない。その理由は、触覚エンジン（haptic engine）は身体の外部部分のみを刺激するだけだからである。従って、より深いアクションを適切に模擬することはできない。つまり、腹部への外部振動や脈拍ではなく、より深い知覚から胃を刺すような知覚（ビデオゲームのパンチまたはローキック）の必要がある。

従って、広く認識すべきは、より深い感覚は、実際のビデオゲーム体験に提供され、同様の人間－機械の相互作用にも適用すべきであることを意味する。
ＥＰ３０２３８６７Ａ２ ＥＰ２２９１１１５Ｂ１ ＵＳ９２９３０１５Ｂ２ ＥＰ３１８２２６６Ａ１

この意味で、特許文献１は、仮想環境とそのユーザーとの相互作用的な生理学的および技術的同期のための方法を開示する。この方法は、（Ａ）ユーザーの生体計測又は運動学的パラメータを取得し、（Ｂ）それらを転送し、（Ｃ）アプリケーションプログラムでフィードバック信号を生成し、（Ｄ）このフィードバック信号をコンピューターに送信し、（Ｅ）フィードバック信号を処理し、（Ｆ）フィードバックパルスを供給する。このフィードバックパルスがユーザーの皮膚との接触によりユーザーの神経系に物理的感覚を引き起こす。フィードバックパルスは電気パルスを使用して供給される。特許文献１に開示された方法は、アプリケーションプログラムに転送されるユーザーの生体認証又は運動学的パラメータを事前に取得する必要がある。

特許文献２は、身体の真正な或いは無変更の（tamper free）電気刺激を提供するウェアラブル装置とシステムを開示する。この装置は、電気筋肉刺激（Electrical muscle stimulation:ＥＭＳ）又はユーザーの身体の電気筋刺激（electromyostimulation ）のアプリケーションを対象としている。前者は神経筋肉電気信号（neuromuscular electrical stimulation：ＮＭＥＳ）としても知られている。この装置は、ユーザーの身体の一部に適合し、ウェアラブル装置に埋め込まれた電極を含み、刺激電流をユーザーの身体に伝達する。特許文献２の装置は、接続点を電極と制御装置との間の中間接続点として有し、刺激電流を生成する。制御文献２では、検出器が、接続点と電極との間の物理的関係の変化が所定の閾値を超えるかどうかを検出し、それにより装置の誤用および不正／変更の検出を可能にする。

特許文献３は電気筋肉刺激電極用の触覚駆動回路を開示する。この触覚駆動回路は、触覚効果のプロセッサからの触覚効果に基づいて触覚信号を受信する入力を有する、特許文献３の駆動回路には、触覚信号に基づいて電気筋肉刺激電流を生成する論理回路が含まれている。ユーザーの皮膚に接触している電極は、電気筋肉刺激電流を受領し、電極近くの筋肉の収縮と弛緩により触覚効果（haptic effect）を引き起こす。

特許文献４は、触覚効果を決定し触覚効果に関連する触覚信号を送信することを目的とする。特許文献４に開示されたシステムは、触覚信号を受信し触覚効果を出力する多機でもよい。

本発明は、ウェアラブルゲーム装置とビデオゲームをプレイしている間にウェアラブル装置を着用しているユーザーを物理的に刺激する方法とを開示する。

本発明の第１の態様は、ウェアラブル装置に関する。この装置は複数の電極を備えた衣服に実装される。これらの電極は、１つの筋肉または筋肉群を刺激できるように配置され、ビデオゲームのプレイ中に実行されるアクションに関連する特定の感覚を表す電気的に生成された一連の刺激を生成する。

上記のウェアラブルゲーム装置を装着してビデオゲームをプレイ中のユーザーに感覚（sensation）を生成する方法の目的は、前記ビデオゲームをプレイしている間にビデオゲームで実行されるアクションを、ユーザーの筋肉を電気的に刺激することによって模擬することである。

本発明の方法は、電極に向けられる一連の電気パルスを生成する制御装置によって実現される。上記の感覚は、出力チャネルが接続されているダブルＨブリッジを備えた制御装置によって作成される。

発明の方法は、任意のタイプの波を提供し、当技術分野で公知の所定の波とは別の波を提供し、既知の標準に適合する信号を生成することができる。つまり、この特徴により、従来の波から離れることができる。制御装置は、パルスを生成する２相の四角形（biphasic quadrangular）の波できれば対称的な波を生成する。波内での繰り返しを必要とせずに、つまり非同期パルス列によって筋肉を刺激できる。

２カ所の筋肉を同時に刺激することがあるために、本発明は、２カ所の筋肉に向けてパルス列を生成し、例えば、胸部に入り背中から出る（両方の部分で出血する）弾丸を模擬することができる。このために、感覚に関連するパルスを受信する各筋肉に、深さと時間が異なる非対称で多形の波（asymmetric and multiform wave）を作成する。２カ所の筋肉を同時に刺激できることで、よりリアルな感覚を作り出すことができる。

本発明のどの態様のいずれの実施形態においても、「導体」または「導電性」という用語は、電気伝導率に関連する物理的特性を参照して互換性がある。

異なる視点からの本発明のウェアラブルゲーム装置の一連の図を示す。 その裏側から全ての部品が示されている開いた状態のベストである本発明のウェアラブルゲーム装置を示す。 電極を構成するさまざまな層を示す分解図。 ４ａ、４ｂは、本発明のウェアラブルゲーム装置の電極の配置図であり、図４ａは導電層とケーブルの導電性弾性コアで形成されたループを示し、図４ｂは導電層上に配置された導電性ゲル層を示す。 ケーブルとその中の断面が表された一対の図を示し、外側の電気絶縁構造と、導体層で覆われた弾性構造を含む導電性弾性コアを示す。 制御装置により生成された波を表す２つのグラフを示す。 制御装置により生成できる二相性の四角形の対称的な波の詳細を示す。

本発明の好ましい一実施例では、衣服の一部として示されるウェアラブルゲーム装置１は、一組の電極２を備え、これらはケーブル３により制御装置４に接続されている。ウェアラブルゲーム装置１を図１に示す例として以下説明する。ここで、ケーブル３は、図２のベストなどの衣服に縫い付けられ固定されている。

ケーブル３は、外側の電気絶縁構造３３と導電性弾性コア３１とを備える。後者は導電層３１１により覆われている弾性構造３１２を含む（図５）。導電層３１１は、電極２の導電層２２に電気的に接続される。電極２の導電層２２は導電性ゲル層２１（電極の一部である）によって覆われている（図３）。導電性ゲル層２１は、導電性粘性ゲル（electrical conductive viscous gel）を含み、ユーザーの皮膚上に容易かつ確実に配置することができ、水またはいかなる湿り気も必要としない。その理由は、ゲルの形態の導電性材料でできているからであり、さらにユーザーの身体に低い電気抵抗を提供する。本発明の好ましい実施例では、低粘度の導電性ゲルは、比較的低い接触インピーダンスおよび優れた性能の炭素ベースの材料で作られた導電層２２を有し、全体として最良の性能を示す。

ケーブル３のコアは、弾性ケーブル３とも呼ばれ（図５）、一連の弾性構造３１２で構成されている。この弾性構造３１２は、静止時の長さの１６０％も伸ばすことができるエラストマーフィラメント製であり、エナメル銅線で覆われ、導電体層３１１を構成する。好ましくは、エラストマーと組み合わせて伸ばすことができるようにジグザグに配置される。その結果、送信された信号は、ウェアラブルゲーム装置１を通過する途中で損失を被ることが無く、同時にユーザーは非常に快適である。本発明の好ましい実施例では、以下の仕様の弾性ケーブル３が好ましい。

１８．８６％エラストマー
４７．４４％（エナメル被覆）銅線。
３３．７０％黒の織り目加工のポリアミド糸。
弾力性：１６０％
フーテッジ：６０６メートル/kg

導電性弾性コア３１は、外側の電気絶縁性構造３３で覆われている。電気絶縁性構造３３は、テクスチャード加工されたポリアミドワイヤを含み、構造機能を提供し、絶縁性添加剤が添加されることもあり、電流の流れを不可能にしている。

ケーブル３の構造は外側の電気絶縁構造３３と導電性弾性繊維３１とを含む。導電性弾性繊維３１は導体層３１１で覆われた弾性構造３１２を含む。導体層３１１は電極２の導電層２２に接続される。その結果電流の漏れがない。更にその弾力性故に、刺繍機によって衣服に縫い付けられると体にフィットする。従って、ケーブルが衣服に固定されると、ケーブルは常に衣服に対して固定された位置に配置されたままになり、同時にケーブル３の構造は、衣服を構成する素材（例：Lycra:登録商標）と同等な弾性を提供する。弾性を有するケーブル３ は、制御装置４の接続部からウェアラブルゲーム装置の各電極２（好ましくは２０個の電極）まで衣服の構造を介して走る。各電極２はそれぞれケーブル３を有する。好ましい実施例では、ケーブル３は、制御装置４の磁気ピン（図示せず）により制御装置４に取り付けられている。刺繍機を使用して、ケーブル３を衣服の内側に形成された各パスに挿入し、制御装置４の磁気入力とジャケットに縫い付けられた電極２を完全に接続する。ケーブル３の導電性ブラックカーボン製の導電層２２への接続は、前記導電層２２の周囲に沿ったケーブル３の導体層３１１の電気的接触によって行われる。ケーブル３の端末は１００％の導電率を提供するように適切に処理されている。

上記の本発明の装置を実行する本発明の方法の好ましい実施例では、ビデオゲームをプレイするユーザーは、対応するゲームキャラクターが胸部に至近距離で撃たれる。これを達成するために、本発明の方法は、制御装置４によって、弾丸が胸から入り背中から出る胸の至近距離射撃に関連する一連の感覚を実現する。

そのような感覚を提供するために、衣服の一部と電極２（ケーブル３により制御装置４に接続されている）を含むウェアラブルゲーム装置を、ビデオゲームをプレイするユーザーが着用する。前記電極２は、衣服の一部に配置されているが、前記ユーザーの筋肉感覚に関与している筋肉（即ち胸部および背中の筋肉）を刺激する。それを実現するために制御装置４は各電極２の情報を含む。前記情報は、ユーザーの身体における電極２の位置と相対位置（筋肉または筋肉群に影響を与える）を含む。電極２または電極群２は、ビデオゲームのプレイで発生するアクションに応答して、制御装置４によって指令される電気パルスを生成する。電極２の導電層２２は、電極２の導電性ゲル層２１の下に配置されている（図４ｂ）ので、導電性ゲル層２１は、ゲルの粘性によりユーザーの皮膚に固定される。従って、無水の固定機能とより優れた導電性能を提供する。従って、導電層２２は、ケーブル３の導体層３１１と電気的に接触し（図４ａ）、次に衣服に縫い込まれ、その弾性機能により自由な動きが得られる。制御装置４が、パルスまたはパルス群を生成すると、このパルス（群）は、ケーブル３を介して、より正確に言うと導体層３１１で覆われた弾性構造３１２を含む導電性弾性繊維３１を介して、所定の筋肉に伝達する。この所定の筋肉は、ビデオゲームのプレイ中にそれぞれのキャラクターに発生するアクションによってそれぞれ生成される感覚を意味する特定の方法で、刺激される。

本発明の第２の態様の方法の実施例に関連する現在のシナリオでは、ユーザーはＦＰＳビデオゲームをプレイしている。このビデオゲームは、弾丸が発射され、弾丸がキャラクターの胸から入り背中から出てくるビデオゲームである。

さらに好ましい実施例では、ウェアラブルゲーム装置１の制御装置４は、処理ユニットを含み、図６又は図７に示す様々な形状の波例（２相矩形波形、対称波形）を生成する。本発明の好ましい実施例では、制御装置４はそれぞれが５つの出力チャネルに関連する少なくとも２つのＨ字型ブリッジを備える。その目的は、同時の刺激として複数の筋肉に同時に送ることができるパルスを生成しプレイヤーが知覚する感覚を可能な限り実現する。当業者が認めるように、本発明の目的は、所定の周波数の波（周期性）に適応することを必要としないタイプの波を生成することである。チャネルとブリッジの数は、出力チャネルの対称性を維持しながら、変更可能である。

感覚を作成するために使用される変数はトラックとしてグループ化される。これは、以前に設計された一連のトラックであり、それぞれの感覚をもたらす。各トラックは、単数または複数のパルスを含み、適切に順序付けられてパルス列を形成する同一の波形特性を備えている。右胸筋に入り右背筋から出てくる（短い出血感覚も残す）弾丸に関連するトラックを次に記載する。

トラック１（入力衝撃）
チャネル番号：５（右胸筋）
ＴＩＰ：正パルス時間：３００μｓ
ＮＩＰ：負パルス時間：３００μｓ
ＴＰ：０ｄｓ
ＴＰＣ：２００μｓ
Ｉ（強度）：１００％
サイクル番号：１
責務（Ｓ／Ｎ）：Ｓ

トラック２（出力衝撃）
チャネル番号：５（右背筋）
ＴＩＰ：正パルス時間：３００μｓ
ＮＩＰ：負パルス時間：３００μｓ
ＴＰ：０ｄｓ
ＴＰＣ：０ｄｓ
Ｉ（強度）：７５％
サイクル番号：１
責務（Ｓ／Ｎ）：Ｓ

トラック３（入力出血）
チャネル番号：５（右胸筋）
ＴＩＰ：正パルス時間：３００μｓ
ＮＩＰ：負パルス時間：３００μｓ
ＴＰ：０ｄｓ
ＴＰＣ：５００μｓ
Ｉ（強度）：１００％
サイクル番号：５００
責務（Ｓ／Ｎ）：Ｎ

トラック４（開始時の出血）
チャネル番号：５（右背筋）
ＴＩＰ：正パルス時間：３００μｓ
ＮＩＰ：負パルス時間：３００μｓ
ＴＰ：０ｄｓ
ＴＰＣ：５００μｓ
Ｉ（強度）：３０％
サイクル番号：５００
責務（Ｓ／Ｎ）：Ｎ

チャネル番号：出力チャネルの番号
ＴＩＰ：正パルス時間：それぞれ、１５０－４００μｓの範囲
ＮＩＰ：負パルス時間：それぞれ、１５０－４００μｓの範囲
ＴＰ：チャネル間の休止時間
ＴＰ：サイクル間の休止時間
Ｉ：強度（ｍＡ）
サイクルの番号：サイクルの数
責務（Ｓ／Ｎ）

この場合、感覚は、トラック１＋トラック２＋トラック３＋トラック４からなる。トラック１とトラック２は同時に送信され、トラック１とト３トック４は同時に送信される。

以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。「少なくとも１つ或いは複数」、「と／又は」は、それらの内の１つに限定されない。例えば「Ａ，Ｂ，Ｃの内の少なくとも１つ」は「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」単独のみならず「Ａ，Ｂ或いはＢ，Ｃ更には又Ａ，Ｂ，Ｃ」のように複数のものを含んでもよい。「Ａ，Ｂ，Ｃの内の少なくとも１つ」は、Ａ，Ｂ，Ｃ単独のみならずＡ，Ｂの組合せＡ，Ｂ，Ｃの組合せでもよい。「Ａ，Ｂと／又はＣ」は、Ａ，Ｂ，Ｃ単独のみならず、Ａ，Ｂの２つ、或いはＡ，Ｂ，Ｃの全部を含んでもよい。本明細書において「Ａを含む」「Ａを有する」は、Ａ以外のものを含んでもよい。特に記載のない限り、装置又は手段の数は、単数か複数かを問わない。

Claims (6)

1. 衣服と電極（２）とを含むウェアラブルゲーム装置において、
   前記電極（２）は、ケーブル（３）を介して制御装置（４）に接続され、
   前記電極（２）が、前記制御装置（４）により生成された電気パルスを発すると、前記衣服を着用しているユーザーの筋肉が刺激され、
   前記電極（２）は、前記衣服に配置され、導電材料製の導電層（２２）と前記導電層（２２）の上に配置された導電性ゲル層（２１）とを有し、
   前記ケーブル（３）は、前記衣服に縫い付けられ、導電性弾性繊維（３１）と前記導電性弾性繊維（３１）の外側に配置された絶縁性外周構造とを有し、前記導電性弾性繊維（３１）は、弾性構造（３１２）と前記弾性構造（３１２）を覆う導体層（３１１）を含み、前記導体層（３１１）は前記導電層（２２）に電気的に接続されている
   ことを特徴とするウェアラブルゲーム装置。
2. 前記導体層（３１１）は、前記弾性構造（３１２）と共に伸縮可能で、前記衣服にジグザグに配置されたエナメル銅線製である
   ことを特徴とする請求項１記載のウェアラブルゲーム装置。
3. 前記弾性構造（３１２）は、長さが１６０％に伸びるエラストマーフィラメントを含む
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のウェアラブルゲーム装置。
4. 前記電極（２）は対の形式で配置される
   ことを特徴とする請求項１－３のいずれか１項に記載のウェアラブルゲーム装置。
5. 請求項１－４のいずれか１項に記載のウェアラブルゲーム装置を装着してビデオゲームをプレイするユーザーを刺激する方法において、
   前記電極（２）に送信されるパルスを生成する制御装置（４）を備え、前記制御装置（４）により生成された電気パルスは、前記電極（２）と前記制御装置（４）に接続されたケーブル（３）を介して前記電極（２） に送信される
   ことを特徴とするビデオゲームをプレイするユーザーを刺激する方法。
6. 前記パルスは、２相矩形波又は対称波により生成される
   ことを特徴とする請求項５記載の方法。
   

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