JP2012514816A

JP2012514816A - 触覚面

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Publication number: JP2012514816A
Application number: JP2011545432A
Authority: JP
Inventors: ピーターソン，コーディ，ジョージ; クルンペルマン，ダグラス，エム．; ハスカ，アンドリュー，ピー．
Original assignee: Pacinian Corp
Current assignee: Pacinian Corp
Priority date: 2009-01-08
Filing date: 2010-01-07
Publication date: 2012-06-28
Anticipated expiration: 2030-01-07
Also published as: KR20110110296A; US20110096013A1; EP2386079A1; US20100171715A1; JP5608936B2; US8760413B2; CN102326135A; CN102326135B; WO2010080917A1

Abstract

１以上の実施形態では、デバイスが表面（２０２）と、当該表面に動作可能に連結するアクチュエータ機構（２０６）とを含む。アクチュエータ機構は、電気信号に応じてユーザに触覚フィードバックを提供するよう構成されている。少なくとも幾つかの実施形態では、アクチュエータ機構が一組の間隔を隔てた基板（２０８，２１０）を具え、この各々が導電層の物質（２１２，２１４）を支持する。基板の間に誘電体（２１６）および隣接する空隙（２１８）を配置することができる。駆動回路は、間隔を隔てた基板に動作可能に接続し、電気信号で導電層の物質を駆動するよう構成されている。この信号は、表面のタッチ入力または他の適切なイベントの検出に応答することができる。
【選択図】図２

Description

関連出願
本出願は、２００９年１月８日提出の米国仮出願第６１／１４３，２０３号と、２００９年４月２２日提出の米国仮出願第６１／１７１，６４６号の優先権を主張し、これらの開示を本書に援用する。

現在、タッチパッドまたはタッチスクリーンを持たせてユーザに触覚フィードバックを提供する限られた数のオプション部品が存在している。これらのオプション部品の幾つかは電気機械リニアモータまたは回転モータを用いており、これらはかなりの量の電力を消費し、応答時間が遅く、「触点」または局所的な触覚フィードバックを提供するものではない。すなわち、それらは一般にデバイス全体を振動させる。他のオプション部品はピエゾ素子を用いており、これは通常壊れやすく、高価であり、ユーザにムーブメントバックを殆ど提供しないか、またはかなりの量の電力を消費し、複雑な機械的アセンブリを必要とする大きな電磁気ソレノイド型アクチュエータを用いるものである。

この概要は、さらに詳細な説明で後述される一選択肢の概念を簡略化した形式で紹介するために提供される。この概要は、請求された内容の重要な特徴または基本的な特徴を特定するよう意図しておらず、請求された内容の範囲を限定するために用いるよう意図していない。

１以上の実施形態では、２つの導電面を利用し、適切に駆動されて引力および／または反発力によって表面の少なくとも１つに動きを提供する。表面の動きを生かすか、または利用して様々な機能を提供することができる。

１以上の実施形態では、デバイスが表面と、当該表面に動作可能に連結するアクチュエータ機構とを含む。アクチュエータ機構は、表面に触れるユーザに触覚フィードバックを提供するよう構成されている。少なくとも幾つかの実施形態では、アクチュエータ機構が一組の間隔を隔てた基板を具え、この各々がコンポーネントの導電層を支持する。少なくとも幾つかの実施形態では、誘電体および隣接する空隙が基板の間に配置されている。デバイスはさらに、間隔を隔てた基板に動作可能に接続する駆動回路を含む。駆動回路は、電気信号でコンポーネントの導電層を駆動するよう構成されている。電気信号で導電層を駆動すると、対応する基板の１以上を互いの方へまたは互いから離れる方への何れかもしくは双方に動作させる。幾つかの実施形態では、駆動回路が異なる駆動プロファイルを用いて導電層を駆動することができ、ユーザに様々な触覚もしくは音声フィードバックを提供する。

他の実施形態では、デバイスがユーザに触覚もしくは音声フィードバックを提供するよう構成されたアクチュエータ機構を含む。少なくとも幾つかの実施形態では、アクチュエータ機構が一組の間隔を隔てた基板を具え、この各々が導電層の物質を支持する。基板の少なくとも１つは、ユーザがデバイスに入力することができるユーザ入力機構を直接的もしくは間接的に支持するか、そうではなくこれに動作可能に接触する。少なくとも幾つかの実施形態では、誘電体および隣接する空隙が基板の間に配置されている。デバイスはさらに、間隔を隔てた基板に動作可能に接続する駆動回路を含む。駆動回路は、電気信号で導電層の物質を駆動するよう構成されている。電気信号で導電層を駆動すると基板の一方または双方に動きをもたらす。幾つかの実施形態では、駆動回路が異なる駆動プロファイルを用いて導電層を駆動することができ、ユーザ入力機構を介してユーザに様々な触覚もしくは音声フィードバックを提供する。

少なくとも幾つかの実施形態では、ユーザ入力もしくは対話処理、ソフトウェアイベント、および／または他人との対話処理、警報、メッセージ、リマインダなどの外部トリガに応じて導電層を駆動する電気信号を生成することができる。ユーザとの対話処理に関しては、例えばタッチスクリーン、タッチパッド、キーボード、キーパッド、個々のスイッチ（機械式もしくはデジタル式）、リニアもしくは回転運動センサ、近接度、インタラクティブコンテンツ、無効エントリ、限界値などを介してこれを発生することができる。

同じ特徴を参照するために図面の全体に渡って同じ符号が用いられている。
図１は、１以上の実施形態に応じたデバイスの実施例を示す。図２は、１以上の実施形態に応じた物質アセンブリの実施例の側断面図である。図３は、１以上の実施形態に応じたある実施例のコンポーネントを示す。図４ａは、１以上の実施形態に応じたシステムの実施例のハイレベルブロック図である。図４ｂは、１以上の実施形態に応じた電圧調整器の実施例を示す。図４ｃは、１以上の実施形態に応じた触覚プロファイルのリアルタイム変更を可能にするＵＳＢインターフェースを示す。図４ｄは、１以上の実施形態に応じた電子回路を示す。図４ｅは、１以上の実施形態に応じた電子回路を示す。図４ｆは、１以上の実施形態に応じた電子回路を示す。図５ａは、１以上の実施形態に応じた物質アセンブリの実施例の側断面図である。図５ｂは、１以上の実施形態に応じた物質アセンブリの実施例の側断面図である。図６は、１以上の実施形態に応じた方法のステップを記載するフローチャートである。図７は、１以上の実施形態に応じた物質アセンブリの実施例の側断面図である。図８は、１以上の実施形態に応じた図７の物質アセンブリの側断面図である。図９は、１以上の実施形態に応じた方法のステップを記載したフローチャートである。図１０は、別の実施形態に応じた図１のデバイスを示す。

１以上の実施形態では、２つの導電面を利用し、適切に駆動されて引力および／または反発力によって表面の少なくとも１つに動きを提供する。表面の動きを生かすか、または利用して様々な機能を提供することができる。導電面には任意の適切な種類の物質を用いることができる。例えば、透明基板の一部として導電面を形成することができる。あるいはまたはさらに、透明でない物質、例えば金属素材で導電面を形成することができる。

１以上の実施形態では、デバイスが表面と、当該表面に動作可能に連結するアクチュエータ機構とを含む。アクチュエータ機構は、表面に触れるユーザに触覚フィードバックを提供するよう構成されている。少なくとも幾つかの実施形態では、アクチュエータ機構が一組の間隔を隔てた基板を具え、この各々が導電層の物質を支持する。少なくとも幾つかの実施形態では、誘電体および隣接する空隙が基板の間に配置されている。デバイスはさらに、間隔を隔てた基板に動作可能に接続する駆動回路を含む。駆動回路は、電気信号で導電層の物質を駆動するよう構成されている。電気信号で導電層を駆動すると、対応する基板の１以上を互いの方へまたは互いから離れる方への何れかもしくは双方に動作させる。幾つかの実施形態では、駆動回路が異なる駆動プロファイルを用いて導電層を駆動することができ、ユーザに様々な触覚もしくは音声フィードバックを提供する。

他の実施形態では、デバイスがユーザに触覚もしくは音声フィードバックを提供するよう構成されたアクチュエータ機構を含む。少なくとも幾つかの実施形態では、アクチュエータ機構が一組の間隔を隔てた基板を具え、この各々が導電層の物質を支持する。基板の少なくとも１つは、ユーザがデバイスに入力することができるユーザ入力機構を直接的もしくは間接的に支持するか、そうではなくこれと有効に接触する。少なくとも幾つかの実施形態では、誘電体および隣接する空隙が基板の間に配置されている。デバイスはさらに、間隔を隔てた基板に動作可能に接続する駆動回路を含む。駆動回路は、電気信号で導電層の物質を駆動するよう構成されている。電気信号で導電層を駆動すると基板の一方または双方に動きをもたらす。幾つかの実施形態では、駆動回路が異なる駆動プロファイルを用いて導電層を駆動することができ、ユーザ入力機構を介してユーザに様々な触覚もしくは音声フィードバックを提供する。

少なくとも幾つかの実施形態では、ユーザ入力もしくは対話処理、ソフトウェアイベント、および／または他人との対話処理、警報、メッセージ、リマインダなどの外部トリガに応じて導電層を駆動する電気信号を生成することができる。ユーザーとの対話処理に関しては、例えばタッチスクリーン、タッチパッド、キーボード、キーパッド、個々のスイッチ（機械式もしくはデジタル式）、リニアもしくは回転運動センサ、近接度、インタラクティブコンテンツ、無効エントリ、限界値などを介してこれを発生することができる。後続する考察では、「デバイスの実施例」と題する章を提供するが、本書に記載された独創的な原理を利用することができるデバイスの一実施例を与えるに過ぎない。その後、「物質アセンブリの実施例」と題する章では、１以上の実施形態に応じたアクチュエータ機構を含む物質アセンブリを記載する。これに続き、「コンポーネントの実施例」と題する章では、１以上の実施形態に応じたコンポーネントの実施例を記載する。次に、「ユーザ入力機構による実施形態」と題された章では、代替実施形態を記載する。これに続き、「方法の実施例」と題する章では、１以上の実施形態に応じた方法を記載する。次に、「ユーザインターフェース要素に基づいて変化するフィードバック」と題する章では、ユーザが使用するユーザインターフェース要素の種類に基づいてフィードバックが変化する実施形態を記載する。

デバイスの実施例
図１は、１以上の実施形態に応じたデバイスの実施例を概略的に符号１００で示している。デバイス１００は、ハウジング１０２と、ハウジングによって支持された表面１０４とを含む。表面１０４は、任意の適切な種類の表面を具えることができる。この特別な実施例では、触れることによってユーザ入力を受信するよう構成された接触面を表面１０４が具えている。しかしながら、本書に記載された原理に関連する接触面以外の表面を利用することができることを認識および理解されたい。

接触面１０４は、ユーザが物理的に使用するもしくは触れることができる任意の適切な種類の接触面を具えることができる。この特別な実施例では、接触面１０４が携帯端末のタッチスクリーンとして実施される。タッチスクリーンは、ガラスまたはプラスチックなどの任意の適切な種類の物質で形成することができ、任意の適切なサイズとすることができる。例えば、適切なタッチスクリーンは、デスクトップのモニタなどのより大きなディスプレイデバイスの一部を形成してもよい。あるいはまたはさらに、タッチスクリーンは、限定されない実施例として、自動車のラジオ、空調、および／またはＧＰＳ支援ナビゲーション等のナビゲーション手段に関連するユーザインターフェースなど、車両のデバイスの一部を形成してもよい。

あるいはまたはさらに、少なくとも幾つかの他の実施形態では、例えばラップトップコンピュータ、キーボードまたはボタンパネルで見つけられるタッチパッドとして接触面１０４を実装することができる。

デバイスの実施例について考察したが、上述および後述されるアクチュエータ機構を提供することができる物質アセンブリの実施例をここで考察する。

物質アセンブリの実施例
図２は、１以上の実施形態に応じた物質アセンブリの実施例の側断面図を概略的に符号２００で示している。この実施例では、物質アセンブリ２００がスクリーン２０２の形態の表面と、例えば液晶ディスプレイなどのディスプレイ２０４と含む。しかしながら、任意の適切な種類のディスプレイを用いることができる。

物質アセンブリ２００はさらに、スクリーン２０２に動作可能に連結するアクチュエータ機構２０６を含む。アクチュエータ機構は、スクリーン２０２に触れるか、そうではなくこれを使用するユーザに応じてユーザに触覚フィードバックを提供するよう構成されている。少なくとも幾つかの実施形態では、アクチュエータ機構２０６が一組の間隔を隔てた基板２０８，２１０を具え、この各々が導電層の物質２１２，２１４を支持する。しかしながら、基板２０８，２１０は導電物質で別個に構成することができることを認識および理解されたい。

ディスプレイ２０４には、動作可能に隣接する基板２１０が配置される。少なくとも幾つかの実施形態では、誘電体２１６および隣接する空隙２１８が基板２０８，２１０の間に配置されている。さらに、アクチュエータ機構２０６はまたスプリング機構２２０，２２２を含んでもよい。任意の適切な種類のスプリング機構としては、様々な種類の機械ばね、ゴム引きスプリング、ゴム引きストッパ、エラストマー材料、弾力性ガスケット材などを利用することができる。適切な種類のスプリングとスプリング機構の実施例は、上記で援用された米国仮出願第６１／１４３，２０３号に記載されている。

任意の適切な種類の物質を利用して物質アセンブリ２００のコンポーネントを提供することができる。

例えば、少なくとも幾つかの実施形態では、プラスチックまたはガラスなどの透明物質で基板２０８，２１０を形成することができる。さらに、導電層の物質２１２，２１４は任意の適切な種類の導電物質を含むことができる。あるいはまたはさらに、基板は導電特性を有する物質を含むことができる。例えば、少なくとも幾つかの実施形態では、シートメタルなどの導電物質で基板の少なくとも１つを形成することができる。当然ながら、請求された内容の趣旨と範囲から外れずに他の物質を利用することができる。

少なくとも幾つかの実施形態では、導電物質が透明な導電物質である。あるいはまたはさらに、少なくとも幾つかの実施形態では、（限定されない実施例として、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ等の任意の様々な堆積技術により）導電物質が基板２０８，２１０の表面に塗布されるか、覆われるか、そうでなければ堆積される噴霧状の物質もしくはフィルムである。あるいはまたはさらに、少なくとも幾つかの実施形態では、導電物質がインジウムスズ酸化物、銀、銅もしくは任意の他の適切な種類の導電物質を含むことができる。

誘電体２１６は、限定しない実施例として、空気、ガラス、プラスチック、エラストマー材料、ゲル剤および／または他の流体もしくは非流体物質などの任意の適切な種類の誘電体を含むことができる。

１以上の実施形態では、必要な動作特性を提供するために物質アセンブリ２００に関連する各種パラメータを選択することができる。例えば、必要な動作特性を提供するために空隙２１８の寸法と誘電体２１６の誘電率に関連するパラメータを選択することができる。少なくとも幾つかの実施形態では、以下のパラメータ値を用いることができる。

物質アセンブリの実施例について考察したが、物質アセンブリに関連して用いることができ、ユーザに触覚フィードバックを提供するコンポーネントの実施例をここで考察する。

コンポーネントの実施例
図３は、１以上の実施形態に応じた幾つかのコンポーネントの実施例を概略的に符号３００で示している。コンポーネント３００は、触覚モジュール３０２、駆動モジュール３０４、およびアクチュエータ機構３０６を含む。アクチュエータ機構３０６は、本実施例では、図２のアクチュエータ機構２０６に対応する。任意の適切なハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアを用いて触覚モジュール３０２および駆動モジュール３０４を実装することができる。

触覚モジュール３０２に関しては、任意の適切な種類の技術を利用してユーザがタッチスクリーンに触れたか、そうではなく使用した場合に検出することができるように触覚モジュールを実装することができる。適切な既知技術の実施例としては、限定しない実施例として、容量フィールドテクノロジ、抵抗技術、光学、電界効果、力／圧力、誘導、ホール効果等を含むことができる。

駆動モジュール３０４は、アクチュエータ機構３０６の間隔を隔てた基板に動作可能に接続する駆動回路を含む。駆動回路は、限定しない実施例として、タッチ入力の検出、ソフトウェアイベント、および／または上述したような他のトリガもしくは発生などの入力に応じて電気信号で物質の導電層を駆動するよう構成されている。導電層を駆動すると、対応する基板の１以上を互いの方へまたは互いから離れる方への何れかもしくは双方に動作させる。幾つかの実施形態では、駆動回路が異なる駆動プロファイルを用いて導電層を駆動することができ、少なくとも幾つかの実施形態では、ユーザに様々な触覚フィードバックを提供する。駆動プロファイルとしては、限定しない実施例として、様々な周波数を有する直列の電圧パルスを含むことができる。

適切な駆動回路の実施例として、図４ａ−図４ｆについて考察する。

図４ａは、キーボードもしくは類似のデバイスに組み込まれ、上述および後述する機能を実装するのに利用することができるシステムの実施例のハイレベルブロック図を概略的に符号６００で示している。図示および記載した実施例では、システム６００がマイクロコントローラ６０２を含み、これは順に触覚カスタマイズエンジン６０４と、ＥＥＰＲＯＭ６０６の形態のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体と、キーボードコンポーネント６０８と、キースキャンコンポーネント６１０と、触覚エンジン６１２とを含む。さらに、システム６００は調整可能なＤＣ／ＤＣコンバータ６１４と、ハイサイドスイッチ６１６，６１８と、ローサイドスイッチ６２０，６２２と、アクチュエータ６２４とを含む。

さらに、スイッチは概略的に符号６３０で示されており、ユーザの使用を検出するよう構成された接触面の態様を表している。ユーザの使用の検出は、任意の適切な種類のセンサもしくは検出装置を用いて発生させることができる。例えば、少なくとも幾つかの実施形態では、機械スイッチ、薄膜スイッチ、容量型センサもしくは投影フィールド型センサ、弾性表面波、赤外線ディスプレイ、光学／画像分解能、および／または画像センシングを用いてユーザの使用を検出することができる。これらの種類のセンサの操作原理は一般に周知であり、簡潔にするために、まさに以下で出現する説明以外では本書に詳細に記載されない。

少なくとも幾つかの実施形態では、検知装置が接触面の一部または全部を重ねてセンサ層を有効に定義する知覚領域を確立する。センサ層は、ユーザの指などのユーザの存在および／または動きがセンサ層によって検出することができる領域とみなすことができる。ユーザの存在および／または動きがセンサ層によって検出される場合、電気信号が駆動電子機器に送られて基板を有効に駆動し、接触面を所望の方法で動作させることができる。

図示するように、触覚カスタマイズエンジン６０４が調整可能なＤＣ／ＤＣコンバータ６１４に接続されており、これは順にハイサイドスイッチ６１６，６１８とローサイドスイッチ６２０，６２２にそれぞれ接続されている。アクチュエータ６２４は、図示するようにハイサイドスイッチとローサイドスイッチに動作可能に接続されている。ハイサイドおよびローサイドスイッチは、触覚エンジン６１２に接続されている。

動作において、１以上の実施形態では、触覚カスタマイズエンジン６０４がＥＥＰＲＯＭ６０６から予め規定された触覚プロファイルをロードするか、またはユーザ／ホスト要求または自己適応型の触覚ハードウェア／ソフトウェアシステムの要求によって既存のプロファイルのパラメータを修正するよう構成されている。さらに、１以上の実施形態では、触覚カスタマイズエンジン６０４が触覚エンジン６１２に新しいプロファイルをロードするか、またはユーザもしくはハードウェア／ソフトウェア開発者によって規定されるようにＥＥＰＲＯＭ６０６に新しいプロファイルを保存するよう構成されている。ＥＥＰＲＯＭ６０６は、触覚エンジン６１２で用いられる触覚プロファイルの情報を記憶するよう構成されている。この情報は、生産時に予め規定することもできるし、ユーザ、ホストシステム、開発者、または触覚システムの適応性モジュールによって実行時に更新もしくは追加することもできることができる。

ＨＩＤキーボードコンポーネント６０８は、触覚システムをキーパッド、キーボード、タッチパッド、マウスと同じ方法で動作させるためにホストシステム（必要ならば）にヒューマンインタフェース装置の機能を提供するよう構成されており、さらにディスプレイ、変形物、またはその他のものに触覚情報を提供する。

キースキャンコンポーネント６１０は、触覚システムが触覚プロファイルの再生をいつ引き起こすべきか知るためのメカニズムを提供するよう構成されている。触覚システムは、キー自体を直接スキャンする必要はない。そうではなく、代わりに触覚システムは、キーボード制御装置、タッチスクリーン制御装置、または他のユーザ入力デバイスなどの別のデバイスからキー／スイッチ／入力状態の情報を取得することができる。

触覚エンジン６１２は、ＥＥＰＲＯＭ６０６、触覚カスタマイゼーションエンジン６０４、および／またはデータが存在する他の源全てによって供給されるプロファイルデータに基づいて触覚アクチュエータへの入力信号を制御するよう構成されている。

調整可能なＤＣ／ＤＣコンバータは、アクチュエータ動作電圧を供給するよう構成されている。出力電圧は制限してもよいし、もしくは制限しなくてもよく、実行中に調整可能でもよいし、もしくは調整不可能でもよく、またはとにかく調整可能でもよいし、もしくは調整不可能でもよい。ＤＣ／ＤＣコンバータは、過電流保護、不足電圧保護、スリープモード、オフモード、電圧帰還などの代表的な電源のあらゆる共通のもしくは共通しない特徴を有してもよいし、もしくは有さなくてもよい。実行中の調整により、ホストもしくは触覚カスタマイゼーションエンジン６０４が出力電圧を変更することができるように出力電圧が調整可能になる。

動作において、１以上の実施形態では、ハイサイドおよびローサイドスイッチがアクチュエータの最大値のプラス動作電圧、最大値のマイナス動作電圧、またはグラウンドもしくは高インピーダンス（浮遊）電位を含むその間の任意の電圧へアクチュエータの位相の電圧を変更するよう構成されている。

電子デバイスの実施例を記載したが、上述した実施形態を実装するために利用できる回路の実施例の議論をここで考察する。

図４ｂは、１以上の実施形態に応じた電圧調整器の実施例を示している。この実施例では、リアルタイムで調整可能な高電圧レベルを可能にするため、図４ａのコンバータ６１４のような高電圧ＤＣ／ＤＣコンバータに調整可能な低電圧調整器を供給する。この実施例では、抵抗器で調整された出力電圧を有する線形レギュレータを用いてその出力電圧がその入力電圧に比例するＤＣ／ＤＣコンバータを駆動する。さらに、線形レギュレータの出力電圧を制御する抵抗器の経路には、シリアルインターフェイスで電気的に制御される電位差計を含む。これにより、マイクロコントローラがフィードバックブランチの抵抗を連続的に設定し、順にＤＣ／ＤＣコンバータを駆動してアクチュエータ駆動電圧を制御する線形レギュレータの出力を制御することができる。調整された電源と調整されていない電源を用いて必要な動作電圧を提供するには他に多くの方法があり、また調整可能な高電圧レールが全ての実装に必要ではないが、調整機能が要求される場合に調整機能を提供するにはさらに多くの方法があることを認識されたい。

図４ｅと共に図４ｃは、触覚プロファイルのリアルタイム変更を可能にし、ＨＩＤ準拠のキーボードとして動作することができるＵＳＢデバイスを示している。この回路は、システムユーザに触覚デバイスと対話する手段を提供する１つの方法の実装例である。２つのインターフェイスを規定するＵＳＢデバイスが提供される。一方は標準ＨＩＤキーボードであり、他方は触覚カスタマイゼーションエンジンとして機能する一般的なＨＩＤデバイスである。標準キーボードインターフェースにより、触覚デバイス上のキープレスをキーボードのキープレスとしてホストに登録することができる。同様に、デバイスは入力をマウス命令、タッチスクリーンもしくはタッチパッドの入力、またはスイッチの投入として登録することができるであろう。触覚カスタマイゼーションエンジンのインターフェイスにより、ホストソフトウェアが様々な命令を送信し、触覚デバイスに記憶／使用される触覚プロファイル情報を規定し、再規定し、変更し、選択し、または読み出すことができる。

図４ｄは、図４ｆと組み合わせて、アクチュエータを駆動するのに用いられるハイサイドおよびローサイドスイッチの概略的な実施例を示している。光アイソレータを含むコンポーネントは、一実装例を構成するに過ぎない。従って、請求された内容の趣旨と範囲から外れずに他の実装を利用することができる。

図４ｅは、マイクロコントローラおよび触覚カスタマイゼーションエンジンと、触覚エンジンと、ＵＳＢインターフェースと、キースキャン回路と、ＥＥＰＲＯＭとを実装するのに用いられるサポートハードウェアの概略的な実施例を示している。請求された内容の趣旨と範囲から外れずに他の回路を使用することができる。

図４ｆは、図４ｄの詳細を示している。この概略図は、高電圧に切り替えるために安価な低電圧部品を一緒に用いることができる固体スイッチのスタッキング構成の実装例である。この特別なスタッキング構成は、ＭＯＳＦＥＴゲートに連結したキャパシタを利用し、このスイッチングアプリケーションが抵抗器の排除によってアイドル状態およびアクティブ状態で有効な電力を供給するように独自に設計されている一方、限定しない実施例として、電気活性高分子、ピエゾ物質、および静電アクチュエータなどの多くの電気的に変形し易いデバイスを含む容量性負荷に対して信頼できるスイッチング機能を提供する。静電結合は、増加する電圧を取り扱うためにスイッチを積み重ねる唯一の方法でもなく、高電圧のスイッチングを取り扱うためにスイッチを積み重ねる唯一の方法でもないことを認識および理解されたい。

ユーザ入力機構による実施形態
他の実施形態では、デバイスがユーザに触覚フィードバックを提供するよう構成されたアクチュエータ機構を含む。少なくとも幾つかの実施形態では、アクチュエータ機構が一組の間隔を隔てた基板を具え、この各々が導電層の物質を支持する。基板の少なくとも１つは、ユーザがデバイスに入力することができるユーザ入力機構を支持するか、そうではなくこれに動作可能に接触する。少なくとも幾つかの実施形態では、誘電体および隣接する空隙が基板の間に配置されている。幾つかの実施例では、誘電体は空気自体を具えることができる。デバイスはさらに、間隔を隔てた基板に動作可能に接続する駆動回路を含む。駆動回路は、ユーザ入力機構を介して入力を受信するデバイスに応じて電気信号で導電層の物質を駆動するよう構成されている。導電層を駆動すると基板の一方または双方に動きをもたらす。幾つかの実施形態では、駆動回路が異なる駆動プロファイルを用いて導電層を駆動することができ、ユーザ入力機構を介してユーザに様々な触覚フィードバックを提供する。

一実施例として、１以上の実施形態に応じた物質アセンブリの実施例の側断面図を概略的に符号５００で示す図５ａについて考察する。この実施例では、物質アセンブリ５００が摘み５０２の形態でがユーザ入力機構を含む。摘みは、ユーザによって使用可能な任意の適切な種類の摘みを含むことができる。さらに、任意の適切な種類のユーザ入力機構を用いることができる。少なくとも幾つかの実施形態では、ユーザ入力機構を仮想的もしくは非仮想的にすることができる。例えば、仮想的なユーザ入力機構は、限定しない実施例として、スライダ、ボタンなどを含むことができる。摘み５０２は、軸を介して軸受５０３に接続されている。

物質アセンブリ５００はさらに、摘み５０２に動作可能に連結するアクチュエータ機構５０６を含む。アクチュエータ機構は、摘み５０２に触れるか、そうではなくこれを使用するユーザに応じてユーザに触覚フィードバックを提供するよう構成されている。少なくとも幾つかの実施形態では、アクチュエータ機構５０６が一組の間隔を隔てた基板５０８，５１０を具え、この各々が導電性であるか、導電層の物質を支持する。少なくとも幾つかの実施形態では、誘電体５１６および隣接する空隙が基板５０８，５１０の間に配置されている。さらに、アクチュエータ機構５０６はさらにスプリング機構５２０，５２２を含んでもよい。任意の適切な種類のスプリング機構としては、様々な種類の機械ばね、ゴム引きスプリング、ゴム引きストッパ、エラストマー材料、弾力性ガスケット材などを利用することができる。適切な種類のスプリングとスプリング機構の実施例は、上記で援用された米国仮出願第６１／１４３，２０３号に記載されている。

任意の適切な種類の物質を利用して物質アセンブリ５００のコンポーネントを提供することができる。

例えば、少なくとも幾つかの実施形態では、プラスチックまたはガラスなどの透明物質で基板５０８，５１０を形成することができる。さらに、導電層の物質は任意の適切な種類の導電物質を具えることができる。少なくとも幾つかの実施形態では、導電物質が透明な導電物質である。あるいはまたはさらに、少なくとも幾つかの実施形態では、導電材料が上述したように基板５０８，５１０の表面にコートされる噴霧状の物質または薄膜である。あるいはまたはさらに、少なくとも幾つかの実施形態では、導電材料がインジウムスズ酸化物、銀、銅、または任意の他の適切な種類の導電材料を含むことができる。

誘電体５１６は、限定しない実施例として、空気、ガラス、プラスチック、エラストマー材料、ゲル剤および／または他の流体もしくは非流体物質などの任意の適切な種類の誘電体を含むことができる。

１以上の実施形態では、必要な動作特性を提供するために物質アセンブリ５００に関連する各種パラメータを選択することができる。例えば、必要な動作特性を提供するために空隙の寸法、誘電体５１６の厚さ、誘電体５１６の誘電率に関連するパラメータを選択することができる。パラメータの実施例は、上記で与えられている。

物質アセンブリ５００は、これに関連する他のコンポーネントを有することができ、このコンポーネントは図３に関連して示され記載される。そのため、ユーザが例えば摘みを回す場合、物質アセンブリ５００に関連して利用することができる駆動回路がユーザに触覚フィードバックを提供することができる。例えば、上述したように、特別な信号または電圧プロファイルを選択および適用し、ユーザによって摘みが回されるときにクリックを繰り返す形態で触覚フィードバックを提供することができる。しかしながら、ユーザ入力機構の種類に依存して他のプロファイルを用いることができる。

別の実施例として、１以上の実施形態に応じた物質アセンブリの実施例の側断面図を概略的に符号５００ｂで示す図５ｂについて考察する。この実施例では、物質アセンブリ５００ｂがコンピュータキーボードで見受けられるキー５０２ｂの形態でユーザ入力機構を含む。

物質アセンブリ５００ｂは、キー５０２ｂに動作可能に接続するアクチュエータ機構５０６ｂを含み、一組の間隔を隔てた基板５０８ｂ，５１０ｂを具えており、この各々が導電特性を有する。本実施例では、基板５０８ｂが任意の適切な種類の基板を具えており、この実施例は上記で提供されている。この特別な実施例では、基板５１０ｂが薄板金などの金属裏材料を具えている。もちろん、任意の適切な種類の物質を利用することができる。アクチュエータ機構５０６ｂはさらに、スプリング機構５２０ｂ，５２２ｂ，５２４ｂおよび５２６ｂを含む。スプリング機構５２０ｂおよび５２４ｂは、基板５１０ｂおよびキー５０２ｂとの間に接続されている。スプリング機構５２２ｂおよび５２６ｂは、基板５１０ｂおよびキー５０８ｂとの間に接続されている。

さらに、アクチュエータ機構５０６ｂは薄膜スイッチ層５２８ｂと、キー５０２ｂの下側に接続された戻り止め５３０ｂとを含む。キー５０２が押し下げられるとき、戻り止め５３０ｂが薄膜スイッチ層５２８ｂに接触してスイッチを投入する。スイッチが投入されるとき、駆動電子機器が基板５０８ｂおよび／または基板５１０ｂに電気信号を適用し、これにより基板５０８ｂを基板５１０ｂに引き付ける。これがユーザに触覚フィードバックを提供することができる。少なくとも幾つかの実施形態では、４０〜５０ｇの圧力をキーのスプリング力として利用して薄膜スイッチ層へキーを押し下げることができる。さらに、薄膜スイッチ層は約１０〜２０ｇの圧力でスイッチの投入を達成することができる。

様々な実施形態を考察したが、本書に記載された実施形態によって実装することができる方法の実施例をここで考察する。

方法の実施例
図６は、１以上の実施形態に応じて方法のステップを記載したフローチャートである。この方法は、任意の適切なハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせに関連して実装することができる。少なくとも幾つかの実施形態では、この方法は上述したシステムに関連して実装することができる。

ステップ６００では、ユーザ入力を検出する。このステップは、任意の適切な方法で実行することができる。例えば、少なくとも幾つかの実施形態では、タッチスクリーンまたはタッチパッドなどの接触面にユーザが触れるのに応じてユーザの入力を検出することができる。さらに他の実施形態では、ユーザ入力機構に対するユーザの入力を検出することができる。ユーザ入力機構の実施例は、上記で提供されている。さらに、ユーザの入力を検出するのに利用することができる様々な技術の実施例も上記で提供されている。

実施例として、図２の実施形態を示す図７を考察する。この実施例では、指７００がタッチスクリーン２０２に触れている。

ユーザの入力の検出に応じて、ステップ６０２では、上述した導電層などの基板と上述した基板とによって支持される導電層に電圧または電圧プロファイルなどの電気信号を適用する。上述したプロファイルなどの電圧プロファイルによって規定されたものを含む任意の適切な種類の電気信号を適用することができる。導電層に電圧を印加することにより、上述したようにユーザに触覚フィードバックを提供する。

実施例として、図７の実施例に続く図８を考察する。そこでは、電圧を導電層の物質２１２，２１４に印加することができ、これにより基板２０８，２１０にそれぞれ存在する層の間に引力をもたらす。印加された電圧に応じて、この実施例では、基板２０８が基板２１０の方へ移動し、これによりスプリング機構２２０と２２２を圧縮する。図７および図８によって分かるように、空隙２１８、すなわち基板２０８と２１０の間の距離が減少する。

電圧が導電層の物質から取り除かれるとき、スプリング機構２２０，２２２の弾力性が互いに対して付勢されていない配置とみなせる位置に基板２０８と２１０を戻すことができる。ちょうど記載された基板の動作がユーザにボタンクリックをシミュレートすることができる触覚フィードバック、または電圧プロファイルに依存して、ブザーもしくは振動などの任意の他の適切な種類の触覚フィードバックを提供する。

しかしながら、音声信号を用いて導電層を駆動することができることを認識および理解されたい。

ユーザインターフェース要素に基づいて変化するフィードバック
１以上の実施形態では、ユーザによって使用されるユーザインターフェース要素の種類に基づいて触覚フィードバックを変更することができる。例えば、仮想ボタンなどの幾つかの種類のユーザインターフェース要素はクリックの形態で触覚フィードバックするのに役立つ。このクリックは、仮想ボタンに対するユーザ入力の検出に応じて適切な電気信号プロファイルを選択および適用することによって提供することができる。最終的に、スライダなどの他の種類のユーザインターフェース要素は異なる特徴の触覚フィードバックに役立つ。例えば、恐らくデバイス設計者は、スライダがそのトラックに沿って動作するように高速で連続した多重クリックの形態で触覚フィードバックを提供するスライダ要素を具えたいであろう。この場合、適切な電気信号プロファイルの選択および適用は必要な触覚フィードバックを提供することができる。

実施例として、１以上の実施形態に応じて方法のステップを記載したフローチャートである図９について考察する。この方法は、任意の適切なハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせに関連して実装することができる。少なくとも幾つかの実施形態では、この方法は上述したシステムを利用して実装することができる。

ステップ９００では、ユーザ入力を検出する。このステップは、任意の適切な方法で実行することができる。例えば、少なくとも幾つかの実施形態では、タッチスクリーンまたはタッチパッドなどの接触面にユーザが触れるのに応じてユーザの入力を検出することができる。さらに他の実施形態では、ユーザ入力機構に対するユーザの入力を検出することができる。ユーザ入力機構の実施例は、上記で提供されている。さらに、ユーザの入力を検出するのに利用することができる様々な技術の実施例も上記で提供されている。

ステップ９０２では、ユーザの入力に関連する入力位置を確定する。実施例として、図１０について考察する。ここで、図１のデバイスが概略的に符号１０００で示されている。図１の実施形態と同じ符号を利用して同じコンポーネントを表す。この実施例では、３つのユーザインターフェース要素が符号１００２，１００４，および１００６で示されている。ユーザインターフェース要素１００２および１００４はボタンを表すアイコンであり、ユーザインターフェース要素１００６がスライダである。この特別な実施例では、ユーザがユーザインターフェース要素１００４を選択しており、応答に応じて、この方法によりユーザの入力に関連する入力位置が確定される。

ステップ９０４では、入力位置に関連するユーザインターフェース要素を確定する。この特別な実施例では、この方法により、ユーザによって触れられたか、そうでなければユーザによって使用された入力位置にユーザインターフェース要素１００４が対応し、関連することを確定する。ステップ９０６では、ステップ９０４で確定されたユーザインターフェース要素に関連する電気信号プロファイルを選択する。任意の適切な電気信号プロファイルを用いることができる。この特別な実施例では、クリックの形態で触覚フィードバックを提供する電気信号プロファイルを選択することができる。ユーザがユーザインターフェース要素１００６を選択したイベントでは、異なる電気信号プロファイル、例えば、高周波数の多重クリックの形態で触覚フィードバックを提供する信号プロファイルが選択されているであろう。

ステップ９０６で適切な電気信号プロファイルを選択したが、ステップ９０８では上述した基板のように導電層を支持する基板に関連する導電層に選択された電気信号プロファイルを適用する。そうすることにより、選択された電圧プロファイルに従ってユーザに触覚フィードバックを提供する。

結論
１以上の実施形態では、２つの導電面が利用され、適切に駆動され、引力および／または反発力によって表面の少なくとも１つに動きを提供する。表面の動きを生かすか、または利用して様々な機能を提供することができる。導電面には任意の適切な種類の物質を用いることができる。例えば、透明基板の一部として導電面を形成することができる。あるいはまたはさらに、透明でない物質、例えば金属素材で導電面を形成することができる。

他の実施形態では、デバイスがユーザに触覚もしくは音声フィードバックを提供するよう構成されたアクチュエータ機構を含む。少なくとも幾つかの実施形態では、アクチュエータ機構が一組の間隔を隔てた基板を具え、この各々が導電層の物質を支持する。基板の少なくとも１つは、ユーザがデバイスに入力することができるユーザ入力機構を直接的もしくは間接的に支持するか、そうではなくこれと操作可能に接触する。少なくとも幾つかの実施形態では、誘電体および隣接する空隙が基板の間に配置されている。デバイスはさらに、間隔を隔てた基板に動作可能に接続する駆動回路を含む。駆動回路は、電気信号で導電層の物質を駆動するよう構成されている。電気信号で導電層を駆動すると基板の一方または双方に動きをもたらす。幾つかの実施形態では、駆動回路が異なる駆動プロファイルを用いて導電層を駆動することができ、ユーザ入力機構を介してユーザに様々な触覚フィードバックを提供する。

少なくとも幾つかの実施形態では、ユーザ入力もしくは対話処理、ソフトウェアイベント、および／または他人との対話処理、警報、メッセージ、リマインダなどの外部トリガに応じて導電層を駆動する電気信号を生成することができる。ユーザーとの対話処理に関しては、例えばタッチスクリーン、タッチパッド、キーボード、キーパッド、個々のスイッチ（機械式もしくはデジタル式）、リニアもしくは回転運動センサ、近接度、インタラクティブコンテンツ、無効エントリ、限界値などを介してこれを発生することができる。

内容は構造的特徴に特有の言葉および／または方法学的動作で記載されているが、添付された特許請求の範囲に規定された内容が上述した特定の特徴または動作に必ずしも限定されないことを理解されたい。むしろ、上述した特定の特徴および動作は特許請求の範囲を実装する形態の実施例として開示されている。

Claims

表面を支持するよう構成されたハウジング（１０２）と、
当該ハウジングによって支持された表面（１０４）と、
当該表面に動作可能に連結するアクチュエータ機構（２０６）であって、導電特性を有する一組の間隔を隔てた基板（２０８，２１０）を含むアクチュエータ機構と、
前記間隔を隔てた基板に動作可能に接続し、電気信号で前記基板を駆動するよう構成された駆動回路（３０４）とを具え、前記基板の他方に対する前記基板の少なくとも一方に動作をもたらし、ユーザに触覚フィードバックを提供することを特徴とするデバイス。
請求項１に記載のデバイスがさらに、前記一組の間隔を隔てた基板の間に配置された誘電体を具えることを特徴とするデバイス。
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記表面が接触感知面を含むことを特徴とするデバイス。
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記表面がタッチスクリーンを含むことを特徴とするデバイス。
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記表面がタッチパッドを含むことを特徴とするデバイス。
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記表面がキーボードを含むことを特徴とするデバイス。
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記表面が接触感知制御パネルを含むことを特徴とするデバイス。
請求項１に記載のデバイスがさらに、前記間隔を隔てた基板の１つに動作可能に隣接するディスプレイを具えることを特徴とするデバイス。
請求項１に記載のデバイスにおいて、当該デバイスが携帯端末を含むことを特徴とするデバイス。
請求項１に記載のデバイスにおいて、当該デバイスが車両で用いるよう構成されていることを特徴とするデバイス。
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記アクチュエータ機構が前記間隔を隔てた基板の少なくとも１つに動作可能に接続するスプリング機構を具えることを特徴とするデバイス。
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記間隔を隔てた基板が透明な物質で形成されていることを特徴とするデバイス。
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記少なくとも１つの基板が導電層で覆われた非導電物質で構成されていることを特徴とするデバイス。
請求項１に記載のデバイスにおいて、各基板がインジウムスズ酸化物を含む物質の導電層で覆われていることを特徴とするデバイス。
請求項２に記載のデバイスにおいて、前記誘電体がガラスまたはプラスチックを含むことを特徴とするデバイス。
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記駆動回路が異なる駆動プロファイルを利用するよう構成されていることを特徴とするデバイス。
導電特性を有する第１の基板（２０８）と、
当該第１の基板に動作可能に連結し、導電特性を有する第２の基板（２１０）とを具え、
前記第１または第２の基板の少なくとも１つが電気信号で駆動されるよう構成されており、前記第２の基板に対する前記第１の基板の動作をもたらし、ユーザに触覚フィードバックを提供することを特徴とする物質アセンブリ。
請求項１７に記載の物質アセンブリがさらに、前記第１および第２の基板の間に配置された誘電体を具えることを特徴とする物質アセンブリ。
請求項１７に記載の物質アセンブリにおいて、当該物質アセンブリが携帯端末の一部を形成するよう構成されていることを特徴とする物質アセンブリ。
請求項１７に記載の物質アセンブリにおいて、前記第１および第２の基板が透明な物質を含むことを特徴とする物質アセンブリ。
請求項１７に記載の物質アセンブリがさらに、前記第１および第２の基板の間に配置されたスプリング機構を具えることを特徴とする物質アセンブリ。
請求項１７に記載の物質アセンブリにおいて、前記少なくとも１つの基板が導電層の物質で覆われた非導電物質で構成されていることを特徴とする物質アセンブリ。
請求項２２に記載の物質アセンブリにおいて、前記導電層の物質が透明な導電物質を含むことを特徴とする物質アセンブリ。
請求項２２に記載の物質アセンブリにおいて、前記導電層の物質がインジウムスズ酸化物を含むことを特徴とする物質アセンブリ。
請求項１８に記載の物質アセンブリにおいて、前記誘電体がガラスまたはプラスチックを含むことを特徴とする物質アセンブリ。
請求項１７に記載の物質アセンブリがさらに、当該物質アセンブリを支持するハウジングを具えることを特徴とする物質アセンブリ。
請求項１７に記載の物質アセンブリがさらに、当該物質アセンブリを支持するハウジングを具え、当該ハウジングが携帯端末を規定することを特徴とする物質アセンブリ。
請求項１７に記載の物質アセンブリがさらに、前記第１の基板に動作可能に接続するユーザ入力機構を具えることを特徴とする物質アセンブリ。
請求項１７に記載の物質アセンブリがさらに、前記第１の基板に動作可能に接続するユーザ入力機構を具え、前記ユーザ入力機構がタッチスクリーンを含むことを特徴とする物質アセンブリ。
請求項１７に記載の物質アセンブリがさらに、前記第１の基板に動作可能に接続するユーザ入力機構を具え、前記ユーザ入力機構がタッチパッドを含むことを特徴とする物質アセンブリ。
請求項１７に記載の物質アセンブリがさらに、前記第１の基板に動作可能に接続するユーザ入力機構を具え、前記ユーザ入力機構がキーボードのキーを含むことを特徴とする物質アセンブリ。
請求項１７に記載の物質アセンブリがさらに、前記第１の基板に動作可能に接続するユーザ入力機構を具え、前記ユーザ入力機構が接触感知制御パネルを含むことを特徴とする物質アセンブリ。
請求項１７に記載の物質アセンブリがさらに、前記第１の基板に動作可能に接続するユーザ入力機構を具え、前記ユーザ入力機構が摘みを含むことを特徴とする物質アセンブリ。
ユーザ入力を検出するステップ（６００）と、
前記ユーザ入力の検出に応じて、導電特性を有する基板に少なくとも電気信号を適用して前記基板を動作させ、前記検出に応じて触覚フィードバックを提供するステップ（６０２）とを含むことを特徴とする方法。
請求項３４に記載の方法がさらに、前記検出後および前記適用前に、前記ユーザ入力に関連する入力位置を確定するステップを含むことを特徴とする方法。
請求項３４に記載の方法がさらに、
前記検出後および前記適用前に、前記ユーザ入力に関連する入力位置を確定するステップと、
前記入力位置に関連するユーザインターフェース要素を確定するステップとを含むことを特徴とする方法。
請求項３４に記載の方法がさらに、
前記検出後および前記適用前に、前記ユーザ入力に関連する入力位置を確定するステップと、
前記入力位置に関連するユーザインターフェース要素を確定するステップと、
前記ユーザインターフェース要素の確定に応じて、前記ユーザインターフェース要素に関連する電気信号プロファイルを選択するステップとを含み、前記電気信号を適用するステップが前記電気信号プロファイルを適用するステップを含むことを特徴とする方法。
請求項３４に記載の方法において、前記デバイスが携帯端末を含むことを特徴とする方法。