JP2003288158A - タクタイル・フィードバック機能を持つ携帯型機器 - Google Patents

タクタイル・フィードバック機能を持つ携帯型機器

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JP2003288158A JP2002209232A JP2002209232A JP2003288158A JP 2003288158 A JP2003288158 A JP 2003288158A JP 2002209232 A JP2002209232 A JP 2002209232A JP 2002209232 A JP2002209232 A JP 2002209232A JP 2003288158 A JP2003288158 A JP 2003288158A
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force
actuator
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プピレフ イワン
Jiyunichi Rekimoto
純一 暦本
Shigeaki Maruyama
重明 丸山
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ユーザ・インタラクションを介してユーザに
効果的なタクタイル・フィードバックを与えることがで
きる携帯型機器を提供する。 【解決手段】 力覚ディスプレイは、視覚的フィードバ
ックの代わりにタクタイル・フィードバックを与える少
なくとも１つの力覚デバイスを備える。各力覚デバイス
は、信号生成部からの信号を力又はタクタイルのパター
ンに変換する。力覚デバイスは重量物を必要としないの
で、携帯型機器の本体内のほとんどいずれの部位又は部
分にも取り付けることができる。例えば、力覚デバイス
は、ユーザ入力装置とユーザ出力装置を兼ねたタッチパ
ネル式ディスプレイに埋設されている。タッチパネル式
ディスプレイ上に表示されている各ボタン領域の下方に
力覚デバイスを配設することにより、ユーザ入力オペレ
ーションに応じて特定のボタンを刺激して、ユーザの指
先に瞬時のタクタイル・フィードバックを直接与えるこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ユーザ・インター
フェースを備えた情報処理機器に係り、特に、ＰＤＡ
（Personal Digital Assistant）、携帯電話機、リモー
ト・コントローラなどのような携帯型若しくは手持ち型
の機器に関する。
【０００２】さらに詳しくは、本発明は、ユーザ・イン
タラクションを介してユーザに対してタクタイル・フィ
ードバックを与えることができる携帯型機器に係り、特
に、任意の形を持つさまざまなタクタイル・パターンを
レイテンシなく生成することができる携帯型機器に関す
る。
【０００３】また、本発明は、データ入力のためにペン
を使用する、タブレット式コンピュータやタッチ・スク
リーン、ペン入力スクリーンなどの情報処理装置に関す
る。
【０００４】
【従来の技術】昨今の技術革新に伴い、パーソナル・コ
ンピュータ（ＰＣ）、ＰＤＡ（Personal Digital Assis
tant）といったさまざまなタイプのコンピュータが広汎
に市販され、利用に供されている。
【０００５】一般に、コンピュータは、キーボードやマ
ウスといったユーザ入力装置を備え、また、ディスプレ
イやスピーカ、プリンタといった出力装置を装備してい
る。そして、コンピュータは、出力装置を介して、ユー
ザに対して意味のあるフィードバックを与えることによ
り、正しい操作を行うように導くことができる。
【０００６】しかしながら、もしユーザが表示画面を見
つめていなければ、ユーザは視覚的なフィードバックを
感知することはできない。また、音響的なフィードバッ
クは、作業環境下の雑音に掻き消されてしまうこともあ
ろう。
【０００７】コンピュータがより充実した機能を装備し
ながら筐体サイズを縮小していくとともに、視覚的なデ
ィスプレイは小さくなり、これを使いこなすことはます
ます難しくなってしまう。
【０００８】このため、いかなる作業環境下でも有効に
働く確実なフィードバック手段として、トルク・ベース
のタクタイル・フィードバック装置が提案されている。
従来のタクタイル・フィードバック装置のほとんどは、
カム付の回転モータを使用する。そして、タクタイル・
フィードバック作用は、モータの回転開始及び停止時に
生じるトルクから得ていた。（例えば、M. Yoshie、H.
Yano、Iwata共著の論文"Development of non-grounded
force display using gyro moments"（Proceedings of
Human Interface Society Meeting. 2001. Pp.25-30）
や、Y. Fukui、S. Nishihara、K. Nakamura、J. Yamash
ita共著の論文"Hand-held torque feedback display"
（Proceedings of SIGGRAPH01 Abstract and Applicati
ons. 2001.ACM. Pp.192）を参照されたい。）
【０００９】このようなフィードバック装置は、以下の
ような欠点を持つ。すなわち、
【００１０】（１）大きな重量物を取り付ける必要があ
るので、小さい手持ち型の装置に組み込むことができな
い。 （２）ごく限られた種類のタクタイル・パターンしか生
成することができない。 （３）モータが持つ慣性のため、タクタイルの帯域幅は
遅く、このためタクタイル・フィードバックというより
もむしろ力を返す装置としてもっぱら利用されてきた。
【００１１】多くの携帯型電話機に組み込まれている従
来の振動モータは、非対称な軸又はカムを備えている
が、ある程度の遅延時間後に振動を開始する。これらの
アクチュエータは、極めて大きなレイテンシを持つの
で、対話型のアプリケーションに適用することはできな
い。また、これら従来のアクチュエータを用いた場合、
正弦波形パターンの振動しか得られない。言い換えれ
ば、これらは任意のパターンを生成することはできな
い。
【００１２】他方、ピエゾ・アクチュエータは、ユーザ
の手などのターゲットを直接刺激するために利用されて
いる。しかしながら、この種のアクチュエータは、皮膚
の小さな領域を局所的に刺激するか、あるいは複数のピ
エゾ・アクチュエータをマトリックス状に配設して用い
る。（例えば、Cholewiak, R. W.、Sherrick, C. E.共
著の論文"1981 A computer-controlled matrix system
for presentation tothe skin of complex spatiotempr
oal patterns"（Behavioral Research Methods and Ins
trumentation, 13, 667-673）を参照のこと。）
【００１３】ボイス・コイルもタクタイル・フィードバ
ックを得るために使用されてきた。しかし、これらも局
所的な振動を生成するだけであり、比較的大きく、ま
た、通常はアクチュエータの共振周波数の範囲内でしか
振動しない。言い換えれば、これらは、ごく限られた信
号波形しか出力することができないのである。（例え
ば、M. Fukumoto、S. Toshiaki共著の論文"Tactile Fee
dback for Touch Panels"（Proceedings of CHI '2001,
Extended Abstracts. 2001. ACM. Pp.121-122）を参照
のこと。）
【００１４】複数のピンで構成されてこれらが作動する
ことによりユーザの手に影響を与えるという、マトリッ
クスを基調とするタクタイル・ディスプレイも既に存在
する。しかしながら、個々のアクチュエータのサイズと
構造の複雑さのために、これらは携帯型機器に組み込む
ことができない。（例えば、Cholewiak, R. W.、Sherri
ck, C. E.共著の論文"1981 A computer-controlled mat
rix system for presentation to the skin of complex
spatiotemproal patterns"（Behavioral Research Met
hods and Instrumentation, 13, 667-673）を参照のこ
と。）
【００１５】ほとんどの対話処理技術は、携帯型機器の
特定の部位や単位の部分における効果的なタクタイルを
コントロールすることはできない。
【００１６】ペン入力方式の装置のための力覚装置に関
する開発について幾つかの試みがなされてきた。しかし
ながら、この種のインターフェースの多くは、ペンに付
随する外部の力生成機構（通常はモータ）を用いること
を前提としている。ペンの動きはモータによって制限さ
れてしまう。このため、ユーザがペンを操作しようとし
たときにユーザはペンの動きに対して抵抗を感じること
になる。この一例として、Ｓｅｎｓｉｂｌｅ Ｔｅｃｈ
ｎｏｌｏｇｉｅｓ社によって製作されたＰｈａｎｔｏｍ
の力覚装置や、他のペン入力方式の力フィードバック装
置を挙げることができる。（P. Buttolo及びB. Hannafo
rd共著の論文”Pen Based Force Display for Precisio
n Manipulation of Virtual Environment”（Proceedin
gs VRAIS-95, pp. 217-225, Raleigh, NC, March 199
5）を参照のこと）
【００１７】しかしながら、この種の装置は、大きくて
重いため、ある作業場から他の場所へ簡単に持ち運ぶこ
とができない。また、この種の装置は、通常、インタラ
クションの設計を考慮してはいない。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ユー
ザ・インタラクションを介して効果的なタクタイル・フ
ィードバックをユーザに与えることができる、優れた携
帯型機器を提供することにある。
【００１９】本発明のさらなる目的は、さまざまなタク
タイル・パターンをレイテンシなく生成することができ
る、優れた携帯型機器を提供することにある。
【００２０】本発明のさらなる目的は、機器本体の特定
の部位や単一の部分についての効果的なタクタイルをコ
ントロールすることができる、優れた携帯型機器を提供
することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、上記
課題を参酌してなされたものであり、タクタイル・フィ
ードバック機能を持つ携帯型機器であって、データ処理
動作を実行するデータ処理部と、前記データ処理部によ
る処理結果データで定義される振幅、波形、及び周期を
持つ電圧の時間関数からなる信号を生成する信号生成部
と、前記信号生成部によって印加される信号に従って前
記携帯型機器を触っているユーザに対して伝達すべきタ
クタイル・パターンを即時的に生成する１又は複数の力
覚アクチュエータと、を具備することを特徴とするタク
タイル・フィードバック機能を持つ携帯型機器である。
【００２２】本発明に係る携帯型機器によれば、ユーザ
・インタラクションを介して効果的なタクタイル・フィ
ードバックをユーザに与えることができる。
【００２３】力覚アクチュエータに任意の制御信号を印
加することにより、力覚パターンを自由に変更すること
ができる。信号生成部は、データ処理部による処理結果
データに従って、電圧の時間関数である制御信号を生成
する。
【００２４】本発明に係る携帯型機器は、ユーザによる
入力されたデータやコマンドを受容するためのユーザ入
力装置をさらに備えていてもよい。このような場合、デ
ータ処理部は、入力されたデータやコマンドを処理し、
信号生成部は入力されたデータやコマンドに影響を受け
た信号を生成する。この結果、力覚アクチュエータは、
ユーザ入力オペレーションに応じたタクタイル・フィー
ドバックを与えることができる。
【００２５】力覚アクチュエータは、可撓性アクチュエ
ータで構成することができる。より具体的に言えば、力
覚アクチュエータは、多層ピエゾ可撓性アクチュエータ
で構成することができる。多層ピエゾ・アクチュエータ
は、上層ピエゾ・アクチュエータと、下層ピエゾ・アク
チュエータからなる。
【００２６】ピエゾ素子は、印加電圧の方向に応じて拡
張したり収縮したりすることができる。上層及び下層の
各ピエゾ・アクチュエータに対して逆方向の電圧を印加
することによって、上層を収縮させると同時に下層を拡
張することができる。この結果、多層ピエゾ可撓性アク
チュエータ全体としては、上方あるいは下方に撓むこと
になる。
【００２７】多層ピエゾ可撓性アクチュエータの変位量
ΔＹは、各層における長手方向の拡張量や収縮量よりも
はるかに大きい、という点を充分に理解されたい。多層
ピエゾ可撓性アクチュエータは、消費電力が低く、ま
た、極めて短いレイテンシで作動することができる。さ
らに重要なことは、このアクチュエータは５−１０Ｖ程
度の極めて低い駆動電圧しか必要でないことから、バッ
テリ駆動によるコントロールが可能であるという点であ
る。これに対し、当業界においてよく知られている２層
式（バイモルフ）アクチュエータは、少なくとも４０Ｖ
の駆動電圧が必要であり、バッテリ駆動式の小型機器に
装備するのは適切でない。
【００２８】多層ピエゾ可撓性アクチュエータを利用す
ることによって、力覚アクチュエータを小型且つ薄型の
チップ内に形成することができる。
【００２９】力覚アクチュエータは、携帯型機器内のど
こに配置してもよい。ユーザ入力オペレーションに応答
して、あるいはデータ処理結果に応じて、携帯型機器の
本体は、あらゆる波形を持つタクタイル・フィードバッ
クをユーザに瞬時に与えることができる。
【００３０】力覚アクチュエータは、携帯型機器の可動
部分に取り付けられていてもよい。このような可動部分
は機器本体上で吊り上げられており、機器のうち唯一こ
の部分だけがタクタイル・フィードバックを与えること
ができる。
【００３１】あるいは、力覚アクチュエータは、携帯型
機器の可動部分を作動するように取り付けられていても
よい。例えば、力覚アクチュエータは、タッチパネル式
ディスプレイの下方に埋設されていてもよい。
【００３２】力覚アクチュエータは、それぞれ独立して
タクタイル・パターンを生成する複数の力覚デバイスを
備えていてもよい。
【００３３】携帯型機器内の可動部分に取り付けたり、
あるいは可動部分を作動させたりするように、複数の力
覚アクチュエータを携帯型機器本体内に配設してもよ
い。
【００３４】表示画面上に表示されているそれぞれのボ
タン領域の下方に力覚デバイスを配設してもよい。この
ような場合、ユーザ操作オペレーションに応答して特定
のボタンを刺激して、ユーザの指先に対して直接タクタ
イル・フィードバックを与えることができる。
【００３５】信号生成部が力覚アクチュエータに対して
任意の電気信号を与えることによって、力のパターンを
自在に変更することができる。信号生成部は、データ処
理部からの処理結果を表現するような電圧の関数を生成
するようにしてもよい。
【００３６】ペン入力機能によって視覚スクリーンが高
機能化された情報処理システムにおいてデータ入力に使
用されるペンの内部に力覚装置を組み込んでもよい。ユ
ーザは、ペンを用いたスクリーン・インターフェースを
介したインタラクションにより、情報処理システムをコ
ントロールすることができる。この場合、ユーザは、ペ
ンからのタクタイル・フィードバックを受け取ることが
できる。他の実現例として、インタラクションに使用さ
れる分離タブレット方式の入力装置に本発明を適用する
ことができる。
【００３７】力覚装置によって生成されるタクタイル・
フィードバックは、異なる波形によって構成される。図
形ボタン、スライダ、チェック・ボックス、スクリーン
上のインターフェース要素を移動するような図形コント
ロール、曲線やその他のコンピュータ図形オブジェクト
を生成したり変更したりするコントロールなど、ユーザ
がインタラクションを行なうスクリーン上のインターフ
ェース要素に応じて、タクタイル・フィードバックの波
形は変化する。したがって、視覚的インターフェースと
ユーザがペンから受け取る力覚フィードバックとの間に
は強い対応関係がある。
【００３８】インターフェース要素とインタラクション
を行なう１つの方法として、ユーザが図形コントロール
に関するインタラクションを開始する前にタクタイル・
フィードバックが供給されるとともに、ユーザが図形コ
ントロールに関するインタラクションを開始した後に異
なるタクタイル・フィードバックが供給される。
【００３９】ペンを介したタクタイル・フィードバック
によれば、ユーザは、色や線分、あるいはその他のディ
スプレイに提示されている情報処理システム上の図形要
素を知覚することができる。
【００４０】本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、
後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより
詳細な説明によって明らかになるであろう。
【００４１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態について詳解する。
【００４２】図１には、本発明の実施形態に係る携帯型
機器１００のハードウェア構成を模式的に示している。
同図に示すように、携帯型機器１００は、データ処理部
１０１と、信号生成部１０２と、ユーザ入力装置１０３
と、ユーザ出力装置１０４と、力覚ディスプレイ１０５
を備えている。
【００４３】データ処理部１０１は、メイン・コントロ
ーラとして機能し、オペレーティング・システム（Ｏ
Ｓ）によって提供される実行環境下でさまざまなアプリ
ケーション・プログラムを実行する。一般に、アプリケ
ーション・プログラムは、ユーザ・インタラクションを
介して動作する。本実施形態では、幾つかのアプリケー
ション・プログラムは、後述するようなタクタイル・フ
ィードバック機能を利用するようになっている。データ
処理部１０１は、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲ
ＯＭ（Read Only Memory）を備えたマイクロプロセッサ
によって構成することができる。
【００４４】ユーザ入力装置１０３は、キーボードやキ
ーパッドなどである。また、ユーザ出力装置１０４は、
液晶表示ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Displ
ay）のようなフラットパネル・タイプのディスプレイで
よい。タッチパネル式ディスプレイのような形態で、ユ
ーザ入力装置１０３及びユーザ出力装置１０４の双方が
一体となって単一の装置として構成されていてもよい。
【００４５】データ処理部１０１は、ユーザ入力装置１
０３を介したユーザ入力データやコマンドに応答して動
作して、その処理結果データをユーザ出力装置１０３や
信号生成部１０２に供給する。
【００４６】信号生成部１０２は、データ処理部１０１
から供給される処理結果データに応じて、電圧の時間関
数を生成しあるいは変調する。電圧の時間関数は、イン
ターフェースの設計者によって定義された振幅や波形、
周期を持つ。生成信号の例として、矩形波や正弦波など
を挙げることができる。信号生成部１０２は、生成した
信号を力覚ディスプレイ１０５に出力する
【００４７】力覚ディスプレイ１０５は、視覚的フィー
ドバックに代えてタクタイル・フィードバックを与える
ことができる力覚デバイスを少なくとも１つ備えてい
る。各々の力覚デバイスは、信号生成部１０２からの信
号を力若しくはタクタイルのパターンに変換する。
【００４８】基本的に、力覚デバイスを用いることによ
って、以下に示す２通りのフィードバックを与えること
ができる。
【００４９】（１）携帯型機器内のいずれかの場所に配
置する。この構成の場合、重量物を付加する必要があ
る。 （２）重量物を使用せずに、ディスプレイの特定の部位
を作動させる。
【００５０】後述するように、力覚デバイスは重量物を
必要としないので、携帯型機器本体内のほとんどどこの
場所にも配置することができる。例えば、ユーザ入力装
置１０３及びユーザ出力装置１０４の双方として構成さ
れているタッチパネル式ディスプレイの下方に力覚デバ
イスを埋設することができる。タッチパネル式ディスプ
レイ上に表示されている各ボタン領域の下方に力覚デバ
イスを配置することによって、ユーザ入力オペレーショ
ンに応答して特定のボタンを刺激して、ユーザの指先に
直接タクタイル・フィードバックを与えることができ
る。
【００５１】図２には、力覚デバイスの物理的構成を示
している。図示のタイプの力覚デバイスは、可撓性のピ
エゾ・アクチュエータによって構成され、一端が固定さ
れているとともに他端には重量物が付けられている。
【００５２】図３には、力覚デバイスの他の構成例を示
している。このタイプの力覚デバイスは、可撓性のピエ
ゾ・アクチュエータで構成されているが、両端が固定さ
れ（ブリッジ構成）、その中央に重量物が付けられてい
る。
【００５３】本実施形態では、力覚デバイスは、単一層
又は多層のピエゾ可撓性アクチュエータで構成される。
図４には、単一層又は多層のピエゾ可撓性アクチュエー
タの構造並びにその動作原理を模式的に示している。同
図に示すように、多層構成のピエゾ可撓性アクチュエー
タは、上層ピエゾ・アクチュエータと、下層ピエゾ・ア
クチュエータで構成される。ピエゾ・アクチュエータ
は、印加された電圧の方向に応じて拡張したり収縮した
りすることができる。下層とは逆方向の所定電圧を上層
に対して印加することによって、上層は収縮すると同時
に下層は拡張する。この結果、多層ピエゾ可撓性アクチ
ュエータは、全体として上方向若しくは下方向に撓むよ
うになっている。
【００５４】多層ピエゾ可撓性アクチュエータの変位量
ΔＹは、以下に示す式を用いて計算することができる。
【００５５】
【数１】 k1: correction constant value d31: piezoelectric constant value L: length of the actuator T: thickness of the actuator V: voltage applied to the actuator
【００５６】変位量ΔＹは各層における長手方向の収縮
や拡張に比べて極めて大きい、という点を充分理解され
たい。
【００５７】多層ピエゾ可撓性アクチュエータによって
生成される力Ｆは、以下の式を用いて計算することがで
きる。
【００５８】
【数２】 k2: correction constant value W: width of the actuator E: longitudinal elastic coefficient
【００５９】ピエゾ可撓性アクチュエータは、高速のタ
クタイル帯域幅を持つので、タクタイル・フィードバッ
ク装置に組み込むことができる。ピエゾ可撓性アクチュ
エータは、非常に小さなレイテンシで作動することがで
きるので、対話的なタクタイル・フィードバック・アプ
リケーションに適用することができる。
【００６０】多層ピエゾ可撓性アクチュエータは、消費
電力が低く、低電圧で動作する。多層ピエゾ可撓性アク
チュエータを用いることによって、力覚デバイスを小型
且つ薄型のチップ内に形成することができる。
【００６１】運動量保存の法則を用いることによって力
覚デバイスは力を生成することができる。例えば、外力
がまったくない孤立したシステムでは、システムにおけ
る運動量の合計はゼロになる。したがって、ピエゾ・ア
クチュエータに対して周期的な電圧（例えば矩形波の）
を印加した場合、アクチュエータが撓むと、取り付けら
れている重量物はより高速に上下に運動する。運動量保
存の法則によれば、重量物が運動量ｐaを以って動くと
き、デバイス全体では逆方向に同じ運動量ｐaが発生し
て動き、この結果、デバイスを掌に持っているユーザの
手に対して力Ｆdを生成する。
【００６２】
【数３】
【００６３】したがって、ユーザは、デバイスに触れて
いる自分の手に加えられた力を感知することができる。
力覚デバイスは、後述するように携帯型機器内に組み込
まれることによって、力覚ディスプレイ１０５として機
能することができる。
【００６４】力覚ディスプレイは、上述したように小型
且つ薄型のチップ内に形成することができるので、ＰＤ
Ａよりもさらに小型の他のタイプの携帯型機器に組み込
むこともできる。
【００６５】図５には、ＰＤＡのような平型形状の情報
処理機器を示している。この機器内には、図２や図３に
示したような力覚ディスプレイが収容されている。力覚
ディスプレイは、携帯型機器内の可動部分が作動するよ
うに取り付けられている。図示のように、タッチパネル
式ディスプレイの下方に力覚ディスプレイが埋設されて
いる。このような場合、力覚ディスプレイは、力覚ディ
スプレイが埋め込まれている領域を触れているユーザの
指先にタクタイル・パターンを直接与えることができ
る。
【００６６】また、図６にも、図２や図３に示したよう
な力覚ディスプレイを収容した、ＰＤＡのような平型形
状の情報処理機器を示している。力覚ディスプレイは、
携帯型機器内の可動部分に取り付けられている。図示の
ように、この可動部分は、ばねを介して機器本体に取り
付けられており、自由に動くことができる。可動部分
は、力覚ディスプレイによって生成されるタクタイル・
パターンを外部に伝達することができる。
【００６７】図７及び図８には、力覚ディスプレイを収
容したペン型の情報処理機器を示している。このペン型
機器は、ペンを握るユーザに対してタクタイル・パター
ンを直接与えることができる。
【００６８】図７に示すペン型機器では、力覚ディスプ
レイがペン内のいずれかの場所に搭載され、力覚ディス
プレイの速い動きによってユーザの手によって知覚可能
な力のインパルスを生成するようになっている。
【００６９】また、図８に示すペン型機器では、ペン本
体上の可動部位の下方に力覚ディスプレイが取り付けら
れている。ペンを持っているユーザは、この力覚ディス
プレイの動作、あるいは可動部を押下したときの力覚デ
ィスプレイの動作を知覚することができる。
【００７０】図９には、力覚ディスプレイ１０５を取り
付けている携帯型機器を示している。この場合、機器を
持っているユーザの手に力を加えることができる。
【００７１】力覚ディスプレイは高速な帯域幅を持つの
で、タクタイル・フィードバック装置として使用するこ
とができる。また、力覚ディスプレイは、極めて小さな
レイテンシで作動することができるので、インタラクテ
ィブ・アプリケーションに利用することもできる。
【００７２】力覚デバイスは、２通りの方法で携帯型機
器に取り付けることができる。
【００７３】まず第一に、力覚デバイスは、携帯型機器
内のどこにでも配置することができる。この場合、図６
や図７、図８に示したように機器全体を力／タクタイル
・ディスプレイとして働くようにする。ユーザ入力オペ
レーションに応答して、あるいは、データ処理結果に従
って、携帯型機器の本体は、あらゆる波形を持つタクタ
イル・フィードバックを瞬時にユーザに与える。
【００７４】第２に、力覚デバイスは、携行型機器中の
幾つかの可動部分に取り付けることができる。例えば、
力覚デバイスをタッチパネル式ディスプレイの下方に埋
設して、力覚ディスプレイを構成することができる。こ
のような部位が機器本体に吊るされている場合、機器本
体のうち当該部位のみがタクタイル・フィードバックを
供給することができる。力覚デバイスに印加する信号の
電圧関数を変更することによって、タクタイル・フィー
ドバックはあらゆる波形を持つことができる。
【００７５】図１０には、力覚デバイスを埋設して、ユ
ーザの指先に対して瞬時のタクタイル・フィードバック
を直接与える表示画面を示している。タッチパネル式デ
ィスプレイ上に表示されている各々のボタン領域の下方
に力覚デバイスを配設することによって、ユーザ入力オ
ペレーションに応答して特定のボタンを刺激して、ユー
ザの指先にタクタイル・フィードバックを直接与えるこ
とができる。
【００７６】力覚ディスプレイに任意の制御信号を印加
することによって、力のパターンを自在に変更すること
ができる。信号生成部１０２は、データ処理部１０１か
ら与えられる処理結果データに従って、電圧の時間関数
からなる制御信号を生成する。
【００７７】ピエゾ・アクチュエータに搭載されている
重量物を変更することによっても力のパターンを変更す
ることができる（図２及び図３を参照されたい）。これ
によって、移動速度を増大したり減少したり、慣性を変
えることによって力を変えることができる。
【００７８】本実施形態に係る力覚デバイスは、とりわ
けＰＤＡや携帯電話機、ウエアラブル・コンピュータ、
個人用音楽再生機器用のリモート・コントローラ、ペン
入力ベースの機器などといった携帯型又は手持ち型の機
器に組み込まれるユーザ・インターフェースとして開発
されている。何故ならば、力覚デバイスによって構成さ
れるタクタイル・ディスプレイは、極めて小型に構成さ
れ、ＭＤプレーヤのためのリモート・コントローラのよ
うな極めて小型の装置の中に組み込むことができるから
である。
【００７９】力覚デバイスが例えばタブレット型コンピ
ュータやＰＤＡなどの視覚的スクリーンを備えた情報処
理機器に使用された場合、力覚的フィードバックは、ス
クリーン上のユーザ・インターフェースと深く連携すべ
きである。タクタイル機器は、異なるインターフェース
要素に対して異なるタクタイル応答を与えることができ
る。図１１には、小さなユーザ・インターフェース・コン
トロールをペンで操作することによって曲線の形状を変
更しているユーザの様子を示している。ユーザがユーザ
・インターフェース・コントロールをペンで触れたとき
に、タクタイル・フィードバックが与えられる。
【００８０】図１２には、スライダ形式のユーザ・イン
ターフェース要素をユーザが動かしている他の例を示し
ている。ユーザがペンを用いてスライダ・コントロール
要素を選択してこれをスクリーン上で移動させていると
きに、タクタイル・フィードバックが与えられる。
【００８１】図１３には、線分のようなスクリーン上の
図形情報をユーザが触れている様子を示している。ユー
ザがペンで線分に触れたとき、ペンを介してユーザにタ
クタイル・フィードバックが伝えられる。
【００８２】ユーザは、スクリーン上のユーザ・インタ
ーフェース要素とのインタラクションを起こす前にフィ
ードバックを受け取ることもできる。図１４には、この
ようなインタラクションにおけるデータ・フロー図を示
している。
【００８３】ペンの位置は常に監視されている（ステッ
プＳ１）。
【００８４】ユーザ入力を検出した結果、ペンがあるイ
ンターフェース要素上にあることが判明した場合（ステ
ップＳ２）、タクタイル・フィードバックがユーザに伝
えられて、ユーザが当該要素を選択可能であることが通
知される（ステップＳ３）。
【００８５】ユーザが他の要素を選択しようとした場合
には（ステップＳ４）、上記とは異なるタクタイル・フ
ィードバック・パターンがユーザに伝えられ、当該図形
ユーザ・インターフェースとのインタラクションが開始
していることが通知される（ステップＳ５）。
【００８６】このようなタクタイル・フィードバック動
作により、ユーザがインタラクションを行なおうとして
いる図形ユーザ・インターフェース要素を選択すること
が容易になる。
【００８７】［追補］以上、特定の実施形態を参照しな
がら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修
正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示
という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書
の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の
要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範
囲の欄を参酌すべきである。
【００８８】
【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
ユーザに対してユーザ・インタ落飾を介して効果的なタ
クタイル・フィードバックを与えることができる、優れ
た携帯型機器を提供することができる。
【００８９】また、本発明によれば、さまざまなタクタ
イル・パターンをレイテンシなく生成することができ
る、優れた携帯型機器を提供することができる。
【００９０】また、本発明によれば、機器本体の特定の
部位や単一の部分のみのタクタイルのコントロールを効
果的に行なうことができる、優れた携帯型機器を提供す
ることができる。
【００９１】携帯型のタクタイル・ディスプレイは、イ
ンタラクションを、幾つかの重要な方法によって携帯
型、手持ち型、並びにウェアラブルな装置に拡張するこ
とができる。本発明を実現した力覚ディスプレイは、タ
クタイル・デバイスを利用して、ユーザのマニュアル操
作に対してタクタイル・フィードバックを与えることが
できる。タクタイル・フィードバックは、視覚的、音響
的なフィードバックと比較して、極めて高速であり、し
たがって、タクタイル・フィードバックは、ユーザのマ
ニュアル・インタラクションを必要とする携帯型機器に
とって効果的なインターフェースとなる。例えば、以下
のような利用形態が考えられる。
【００９２】（ａ）ＰＤＡなどの指先やペンを用いたタ
ッチ式スクリーンのためのタクタイル・フィードバック （ｂ）チルト・インターフェース、シェーキングあるい
はその他の複雑なジェスチャなどの携帯型機器における
ジェスチャ・インタラクションに対するタクタイル・フ
ィードバック （ｃ）ボタンの押下などの従来のあらゆるオペレーショ
ンに対するタクタイル・フィードバック （ｄ）ペンがタクタイル・フィードバック・デバイスに
拡張されているように、描画オペレーションに対するタ
クタイル・フィードバック
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る携帯型機器１００のハ
ードウェア構成を模式的に示した図である。
【図２】力覚デバイスの物理的構成を模式的に示した図
である。
【図３】力覚デバイスの構造に関する他の例を示した図
である。
【図４】多層ピエゾ可撓性アクチュエータの構造並びに
基本的な動作原理を模式的に示した図である。
【図５】図２及び図３に示した力覚デバイスがＰＤＡの
ような平型携帯型機器に組み込まれている様子を示した
図である。
【図６】図２及び図３に示した力覚デバイスがＰＤＡの
ような平型携帯型機器に組み込まれている様子を示した
図である。
【図７】力覚デバイスを収容したペン型情報処理機器を
示した図である。
【図８】力覚デバイスを収容したペン型情報処理機器を
示した図である。
【図９】力覚ディスプレイ１０５を装備して、機器を持
つユーザの手に力を加えている携帯型機器を示した図で
ある。
【図１０】力覚ディスプレイを埋設して、ユーザの指先
に瞬時のタクタイル・フィードバックを直接与える表示
画面を示した図である。
【図１１】小さなユーザ・インターフェース・コントロー
ルを操作することによって曲線の形状を変更しているユ
ーザの様子を示した図である。
【図１２】スライダ形式のユーザ・インターフェース要
素をユーザが動かしている例を示した図である。
【図１３】線分のようなスクリーン上の図形情報をユー
ザが触れている様子を示した図である。
【図１４】スクリーン上のユーザ・インターフェース要
素とのインタラクションを起こすときのデータ・フロー
図を示した図である。
【符号の説明】
１００…携帯型機器 １０１…データ処理部 １０２…信号生成部 １０３…ユーザ入力装置 １０４…ユーザ出力装置 １０５…力覚ディスプレイ
【手続補正書】
【提出日】平成１５年２月３日（２００３．２．３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０６Ｆ 15/02 ３１０ Ｇ０６Ｆ 15/02 ３１０Ｄ ３６０ ３６０Ａ Ｈ０４Ｍ 1/02 Ｈ０４Ｍ 1/02 Ａ // Ｈ０１Ｈ 9/16 Ｈ０１Ｈ 9/16 Ｇ (72)発明者 暦本 純一 東京都品川区東五反田３丁目14番13号 株 式会社ソニーコンピュータサイエンス研究 所内 (72)発明者 丸山 重明 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 5B019 EB10 5B068 AA32 AA36 BC07 BD02 BD26 5B087 AB12 AE09 BC03 BC16 5G052 AA23 BB01 HC03 HC06 JA08 JA09 JB20 5K023 AA07 GG15 HH06 MM00

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】タクタイル・フィードバック機能を持つ携
    帯型機器であって、 データ処理動作を実行するデータ処理部と、 前記データ処理部による処理結果データで定義される振
    幅、波形、及び周期を持つ電圧の時間関数からなる信号
    を生成する信号生成部と、 前記信号生成部によって印加される信号に従って前記携
    帯型機器を触っているユーザに対して伝達すべきタクタ
    イル・パターンを即時的に生成する１又は複数の力覚ア
    クチュエータと、 を具備することを特徴とするタクタイル・フィードバッ
    ク機能を持つ携帯型機器。
  2. 【請求項２】ユーザから入力されるデータ又はコマンド
    を受容するためのユーザ入力装置をさらに備え、 前記データ処理部は該入力されたデータ又はコマンドを
    処理し、 前記信号生成部は信号を生成して、前記力覚アクチュエ
    ータがユーザ入力操作に応じたタクタイル・フィードバ
    ックを与えるようにする、ことを特徴とする請求項１に
    記載のタクタイル・フィードバック機能を持つ携帯型機
    器。
  3. 【請求項３】前記力覚アクチュエータは、可撓性アクチ
    ュエータで構成される、 ことを特徴とする請求項１に記載のタクタイル・フィー
    ドバック機能を持つ携帯型機器。
  4. 【請求項４】前記力覚アクチュエータは、単層又は多層
    ピエゾ可撓性アクチュエータで構成される、 ことを特徴とする請求項１に記載のタクタイル・フィー
    ドバック機能を持つ携帯型機器。
  5. 【請求項５】前記力覚アクチュエータは、前記携帯型機
    器内のいずれの場所にも配置することができる、ことを
    特徴とする請求項１に記載のタクタイル・フィードバッ
    ク機能を持つ携帯型機器。
  6. 【請求項６】前記力覚アクチュエータは、前記携帯型機
    器中の可動部に取り付けられている、ことを特徴とする
    請求項１に記載のタクタイル・フィードバック機能を持
    つ携帯型機器。
  7. 【請求項７】前記力覚アクチュエータは、前記携帯型機
    器中の可動部を作動させるように取り付けられている、
    ことを特徴とする請求項１に記載のタクタイル・フィー
    ドバック機能を持つ携帯型機器。
  8. 【請求項８】前記携帯型機器内には複数の力覚アクチュ
    エータが配置されて、各々は前記携帯型機器中の可動部
    に取り付けられ、又は可動部を作動するように取り付け
    られている、ことを特徴とする請求項１に記載のタクタ
    イル・フィードバック機能を持つ携帯型機器。
  9. 【請求項９】１以上の操作ボタンを表示可能な表示画面
    をさらに備え、 前記表示画面は、それぞれ独立してタクタイル・パター
    ンを生成する複数の力覚アクチュエータを含み、各力覚
    アクチュエータは前記表示画面上に表示されている各ボ
    タン領域の下方に配設されている、ことを特徴とする請
    求項１に記載のタクタイル・フィードバック機能を持つ
    携帯型機器。
  10. 【請求項１０】前記信号生成部は前記力覚アクチュエー
    タに対して任意の電気信号を印加することができる、こ
    とを特徴とする請求項１に記載のタクタイル・フィード
    バック機能を持つ携帯型機器。
  11. 【請求項１１】コンピュータ・システムに対するデータ
    入力に使用されるペン装置をさらに備え、１又は複数の
    力覚アクチュエータが前記ペン装置に収容されている、
    ことを特徴とする請求項１，３、４、５、又は６のいず
    れかに記載のタクタイル・フィードバック機能を持つ携
    帯型機器。
  12. 【請求項１２】前記力覚アクチュエータで高機能化され
    た前記ペン装置は表示画面式の視覚的インターフェース
    との組み合わせにより、タブレット型コンピュータやタ
    ッチ式画面、並びにペン装置を入力装置として搭載する
    その他のコンピュータ装置のようなコンピュータ・シス
    テムに対するデータ入力及びコントロールを行なうため
    に使用される、ことを特徴とする請求項１１に記載のタ
    クタイル・フィードバック機能を持つ携帯型機器。
  13. 【請求項１３】視覚的インターフェースと請求項１２に
    記載のペン装置の組み合わせで構成されるシステムであ
    って、 前記視覚的インターフェース上で構成されるスライダ制
    御や図形の作成制御、ベジエ曲線などの図形オブジェク
    トの小さな要素に対するユーザ選択操作を支援するため
    に前記ペン装置を介したタクタイル・フィードバックが
    使用される、ことを特徴とするシステム。
  14. 【請求項１４】視覚的インターフェースと請求項１２に
    記載のペン装置の組み合わせで構成されるシステムであ
    って、 前記視覚的インターフェース上で構成される図形オブジ
    ェクトの要素を選択したり変更したりする前にユーザが
    知覚できるようにするために前記ペン装置を介したタク
    タイル・フィードバックが使用される、ことを特徴とす
    るシステム。
  15. 【請求項１５】表示画面上の視覚的インターフェースと
    請求項１２に記載のペン装置の組み合わせで構成される
    システムであって、 前記視覚的インターフェース上で構成されたパターン、
    色、線、あるいはその他の図形要素をユーザが知覚でき
    るようにするために前記ペン装置を介したタクタイル・
    フィードバックが使用される、ことを特徴とするシステ
    ム。
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