JP2013507059A - 自己適応触覚装置 - Google Patents

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Abstract

電子装置がその電子装置の1つ以上のユーザアラートを自律的に適応させることができるようにする方法及び装置が開示される。例えば、ある実施形態では、触覚装置を動作する方法であって、制御信号を使用して触覚装置を駆動し、触覚装置の動作に関連した周波数を測定し、そしてその測定された周波数をターゲット周波数と比較することを含む方法が包含される。触覚装置をターゲット周波数に駆動するためその比較に基づいて制御信号が調整される。
【選択図】図1

Description

本発明は、一般的に、電子システムにおける触覚(haptic)装置に係り、より詳細には、自己適応触覚装置に係る。
関連出願の相互参照:本出願は、2009年9月30日に出願された“Self Adapting Alert Device”と題する米国特許出願第12/571,326号(‘326号出願)の優先権を主張するもので、この出願は、参考としてここにそのまま援用される。
又、本出願は、2010年3月30日に出願された“Self-Adapting Haptic Device”と題する米国特許出願第12/750,054号(‘054号出願)の優先権を主張するもので、この出願は、‘326号出願の一部継続出願であり、参考としてここにそのまま援用される。
電子装置は、社会の至る所にあり、腕時計からコンピュータまで全てのものに見ることができる。これら電子装置の多くは、ポータブルであり、アラート装置の使用を通してユーザの注意を得るための能力も含む。例えば、セルラー電話及び時計のようなポータブル電子装置は、ユーザの注意を引き付けるために振動モータ、スピーカ、及び/又はライトのようなアラート装置を含む。ポータブルであるという性質から、これらポータブル電子装置の多くは、その中のコンポーネントを小型化することにより、できるだけ小型にされる。この小型化の努力の一部分として、電子装置内のアラート装置も、多くの場合、スペース節約のためにできるだけ小型に作られる。しかしながら、これらの小型アラート装置は、多くの理由で問題がある。
第1に、これらの小型アラート装置は、種々の異なる状況においてユーザの注意を得ることが不充分である。例えば、セルラー電話のユーザが、コンサートやライブスポーツイベントのような相当量の周囲ノイズが存在する環境にいる場合に、ユーザは、電話の小型ライトから視覚アラートを見たり、電話の小型スピーカから聴覚アラートを聴いたり、及び/又は電話の小型振動モータからの振動を検出したりすることができない。
更に、電子装置は、多くの場合、製造方法に若干のばらつきがあるために、電子装置内のアラート装置の実際の応答が、電子装置間で変動し得る。換言すれば、電子装置の実際の製造における僅かな変化で、電子装置が、アラート装置を駆動する同じ力に対して異なる反応をすることになる。例えば、製造公差のために同じ製造及びモデルの電話間で振動数が変化し、それ故、振動モータからの同じ振動量で偶発的に異なるレベルのユーザアラートが生じることがある。更に、軸受摩耗、ダスト、ブラシ上の酸化物、及び/又は温度変化のために、時間と共に性能の変化も生じる。
従って、これら問題の1つ以上を克服するために電子装置内のアラート装置を適応調整する方法及びシステムが要望される。
電子装置がその電子装置の1つ以上のユーザアラートを自律的に適応させることができるようにする方法及び装置が開示される。例えば、ある実施形態では、触覚装置を動作する方法であって、制御信号を使用して触覚装置を駆動し、触覚装置の動作に関連した周波数を測定し、そしてその測定された周波数をターゲット周波数と比較することを含む方法が包含される。触覚装置をターゲット周波数に駆動するためその比較に基づいて制御信号が調整される。
他の実施形態では、触覚装置の少なくとも1つの動作パラメータを自律的に調整する電子装置が包含される。この電子装置は、触覚装置と、触覚装置の動作中に触覚装置を監視するように構成されたセンサとを備えている。センサに結合されたフィルタと、フィルタに結合されたエラー検出器とを備えたフィードバックループが設けられ、エラー検出器は、測定された信号をターゲット信号と比較してエラー信号を発生するように構成される。エラー信号を受信しそしてエラー信号に応答して制御信号を調整して望ましい動作パラメータを得るように構成されたコントローラも設けられる。
更に別の実施形態では、電子装置内でユーザアラートを調整する方法が包含される。この方法は、触覚装置に与えられる制御信号を過剰駆動することによって触覚装置の動作を開始し、そして触覚装置のモータに能動的にブレーキを掛けて触覚装置の動作を停止することを含む。
異なる環境においてユーザの注意を得るように1つ以上のアラート装置を自己適応させることのできる電子装置を示す。 電子装置に対する1つの動作環境を示す。 電子装置に対する別の動作環境を示す。 複数のモータを含む電子装置の別の実施形態を示す。 異なる環境においてユーザの注意を得るように1つ以上のアラート装置を自己適応させることのできる電子装置のブロック図である。 現在の動作環境にカスタマイズされたターゲット周波数を電子装置が達成できるようにするフィードバック及び制御システムを示す。 図6に示すフィードバック及び制御システムによって発生される制御信号を示す。 電子装置の現在動作環境に対応する最大ターゲット周波数に対応する基準値を決定する動作を示す。 触覚装置の動作パ他メータを調整するフィードバック及び制御システムを伴う電子装置を示す。 規範的実施形態による図9の電子装置の動作を示すフローチャートである。 触覚装置の規範的なトルク及び角速度曲線を示す。 触覚装置の規範的なトルク及び角速度曲線を示す。 触覚装置の規範的なトルク及び角速度曲線を示す。 触覚装置の駆動信号及びそれに対応する振動振幅を示す。 触覚装置の駆動信号及びそれに対応する振動振幅を示す。
異なる図面における同様又は同一の品目を指示するために同じ参照番号が使用される。
電子装置がその現在動作状態を自律的に観察しそしてそれに応じてユーザアラートを調整できるようにする電子装置の実施形態が開示される。電子装置は、一連のセンサ特性を通してその現在動作環境(例えば、屋内、屋外、ハンドバッグ又はバッグ内、等)を決定する。これらのセンサ測定に基づいて、電子装置は、現在動作環境に適するようにユーザアラートを選択し及び/又は最適化する。例えば、ある実施形態では、センサ測定を使用して、考えられるユーザアラートのどれが電子装置の現在動作環境に最も適するか決定することができ、例えば、現在動作環境が屋内の会議室である場合には、聴覚アラートは、この動作環境に最も適したユーザアラートではない。他の実施形態では、センサ測定を使用してユーザアラートを最適化することができる。例えば、ある実施形態では、モータを動作して電子装置を振動させ、そして触覚作用を通してユーザの注意を得ることを含む。これらの実施形態では、センサの測定を使用して、電子装置がその電子装置の現在動作環境に最良に対応するターゲット周波数を達成するように、モータを能動的に同調させることができる。
ここに開示する1つ以上の実施形態は、特定の電子装置を参照して詳細に説明するが、ここに開示する実施形態は、請求の範囲を含む開示の範囲を限定するものと解釈されてはならず、又、限定するものとして使用されてはならない。更に、当業者であれば、以下の説明は、広く適用されることが理解されよう。例えば、ここに開示する実施形態は、セルラー電話のようなポータブル電子装置に焦点を置くが、ここに開示する概念は、アップル社からのIPODブランドのポータブル音楽プレーヤのような他のポータブル電子装置にも等しく適用できることが明らかであろう。更に、ここに開示する概念は、コンピュータ装置(キーボード、マウス、等)及び/又はゲーム機(例えば、ゲームコントローラ)のような非ポータブル電子装置にも等しく適用できることが明らかであろう。更に、ここに開示する実施形態は、電子装置の振動出力を最適化することに焦点を置くが、ここに開示する概念は、サウンド装置及び/又はライト装置のような他の形式のユーザアラートにも等しく適用できる。従って、いずれの実施形態の説明も単なる例示に過ぎず、請求の範囲を含めた開示の範囲がこれら実施形態に制限されることを示唆するものではない。
図1は、異なる環境において電子装置100のユーザの注意を得るようにその1つ以上のアラート装置を自律的に調整できる電子装置100を示す。説明上、電子装置100は、図1には、アップル社からのIPHONEブランドセルラー電話のようなセルラー電話として示されている。電子装置100は、電子装置100のユーザの注意を得ることのできる1つ以上のアラート装置を備え、これらのアラート装置は、振動モータ102、光源104、及び/又はスピーカ106を含む。又、図1に示すように、これらアラート装置102、104及び106は、電子装置100内に配置された1つ以上のセンサ108及び110に結合される。以下に詳細に述べるように、電子装置100のセンサ108及び110は、電子装置100が動作している環境に関する指示を測定する装置を含む。これらの測定は、幾つか挙げると、移動、ユーザへの接近、ユーザが電子装置100を保持している位置、電子装置100が経験する周囲光レベル、及び/又は周囲ノイズレベルを含む。
ある実施形態では、センサ108及び110は、装置上で実行されるアプリケーション又はプログラムに関連したユーザ又は環境入力を受け取る、等の一次機能を与えるように構成される。これらのセンサは、装置のための二次機能を与えるように転用されるか又は付加的に使用されてもよい。「二次機能」とは、一般的に、一次の目的以外の動作に1つ以上のセンサを使用したり入力又は出力を与えたりすることを指す。従って、ケーシングの熱を監視するように構成された温度センサは、「二次機能」として、ユーザの手の存在による熱の上昇を検出するのにも使用できる。
二次機能の別の例として、センサ(1つ又は複数)は、触覚装置の動作パラメータを決定するのに使用される。より特定の例として、加速度計からの測定値は、一次的に、装置100の配向を決定するためにしばしば使用される。しかしながら、ある場合には、加速度計によって出力される信号を双方向ソフトウェア(ビデオゲームのような)と共に使用して、ユーザゲームプレイのための付加的な入力装置をなし、加速度計の二次機能とすることができる。この例を続けると、加速度計は、触覚装置の動作を決定するように転用されてもよい。例えば、触覚装置が動作するときに、加速度計を使用して、触覚装置の動作パラメータ(周波数のような)を直接測定し、触覚フィードバックが低下したかどうか決定することができる。加速度計は、動作中の触覚装置の動きの範囲を記憶されたプロフィールと比較して、触覚フィードバックが強過ぎるか弱過ぎるか決定することができる。以下に詳細に述べるように、決定された動作範囲からの逸脱を修正するために、フィードバック制御ループを設けることができる。
これらの測定に基づき、電子装置100は、その特定の環境においてユーザの注意を得るための最も有効な仕方を自律的に判断することができる。図2及び3は、電子装置100の2つの個別の動作環境を示し、ユーザの注意を得るのに使用されるアラートは、これら2つの動作環境の間で変化する。先ず、図2に示す動作環境を参照すれば、電子装置100は、ユーザが教室にいるか又はミーティング中である場合のようにテーブル200上に平らに置かれている。センサ108及び110が各々加速度計及びマイクロホンとして実施される場合には、電子装置100は、センサ108及び110が加速度計から動きがないこと及び/又はマイクロホンから周囲ノイズレベルが比較的低いことを報告することにより、ユーザが教室にいるか又はミーティング中であることを検出する。この環境で動作していることを検出すると、電子装置100は、電話の入呼びがあるときのようにユーザへの可聴アラートを沈黙にする。
逆に、図3は、ユーザ300が電子装置100をハンドバック305に押し込んで携帯するところを示している。センサ108及び110が各々加速度計及び周囲光センサ(ALS)として実施される場合には、この動作環境における電子装置100は、ALSが比較的低い周囲光レベルを報告することにより閉じ込められた暗いスペース内に電子装置があること、及び加速度計が動きを報告することにより電子装置100が移動していることを検出する。この動作環境は、図2に示す状態よりも大きなユーザアラートを必要とし、例えば、この状況では、聴覚及び振動の両方のユーザアラートの強度が高められる。
図1に示す電子装置100を再び参照すれば、図示されたモータ102は、シャフト116を経てモータ本体114に結合された偏心錘112を含む。電圧信号のような電気的信号がモータ本体114に印加されると、シャフト116が回転を開始して、錘112を実質的に軌道路に移動させる。錘112は非均一であるから、錘112がこの実質的な軌道路で回転を開始すると、モータ102が振動を開始し、その結果、モータ102は、全電子装置100を振動させる。電子装置100が異なる動作環境に配備されたときには、電子装置100の最大ターゲット周波数、又は全電子装置100がその最大振動を経験する周波数が、異なる動作環境の間で変化する。例えば、図2及び3に示す2つの動作環境を比較すると、テーブル200に物理的に接触する電子装置100は、ハンドバック305に押し込められる同じ電子装置100とは異なるターゲット周波数を有する。これらの測定パラメータに基づいてセンサ108及び110を監視することにより、これらの異なる動作環境における電子装置のターゲット周波数が決定される。更に、これらの測定されたパラメータに基づきモータ102の振動を能動的に調整することにより、電子装置100は、異なる動作環境においてこのターゲット周波数を達成するように調整される。即ち、電子装置100は、センサ108及び110から得られる測定値を使用しそしてモータ102を調整して、それ自身をそのターゲット周波数に能動的に「同調」することができる。電子装置100が電話である実施形態では、この能動的調整は、電話の単一リングの周期中に行われ、入呼びの第1リングの終わりまでに電話がそのターゲット周波数でリンギングするようにし、ユーザの注意を得る機会を最大にする。同様に、電子装置100が、電子メールをチェックする能力を含む多機能装置であるときは、この能動的調整は、新たなメール事象をユーザに通知するに要する期間内に行われる。
図4は、センサ409及び410に結合された複数のモータ402−408を備えた電子装置400の別の実施形態を示す。この実施形態に示したように、複数のセンサ402−408は、電子装置400の異なる部分を振動させるために電子装置400内の異なる位置にある。この実施形態では、電子装置400のターゲット周波数は、複数のモータ402−408を異なるパターンで作動することによって達成され、複数のモータ402−408を作動するパターンは、電子装置400の異なる動作環境に基づいて変化する。例えば、電子装置400が、図3に示すようにハンドバック305内にあり、そしてセンサ409及び410が、電子装置の一端412がハンドバック305の底にタッチするが、その他端414はハンドバック305の底にタッチしないことを指示する場合には、モータ402及び408は、電子装置400のターゲット周波数を達成するように作動されるが、複数のモータの中の他のモータ404及び406は、作動されない。従って、電子装置400は、異なる環境において、複数のモータ402−408内の1つ以上のモータを選択的に作動することによりそのターゲット周波数へ同調される。
図5は、上述した実施形態に使用される電子装置500のブロック図である。図示されたように、電子装置500は、プロセッサ516に結合された複数のセンサ502−512を備えている。これらセンサ502−512は、電子装置500の現在動作環境を決定するために単独で使用されてもよいし、組み合わせて使用されてもよい。マイクロプロセッサ516は、1つ以上のアラート装置518−522に更に結合される。
上述したように、ALS502は、電子装置500が存在する環境の周囲光を感知し、そしてその情報をプロセッサ516に報告する。プロセッサ516は、この周囲光情報を受け取ると、電子装置500のアラート動作をそれに応じて変更することができる。従って、電子装置500が電話である実施形態において、周囲光の測定で、周囲光のレベルが比較的高いことが指示されると、ライト518以外のアラートメカニズム、例えば、モータ520及び/又はスピーカ522を使用して、ユーザの注意を得ることができる。というのは、周囲光の状態のためにライト518がユーザにとって認知できないからである。上述したように、ALS502からの周囲光測定を、周囲ノイズレベルのような他の測定に関連して使用して、電子装置500の現在動作環境を検出するように、センサからの情報を組み合わせることができる。
マイクロホン504は、電子装置500が存在する環境の周囲ノイズレベルをサンプリングし、そしてその情報をプロセッサ516へ報告する。従って、マイクロホン504は、ユーザの注意を得るためにスピーカ522にとって周囲ノイズレベルが高過ぎることを指示し、それ故、スピーカ522以外のアラートメカニズム、例えば、モータ520及び/又はライト518を使用して、ユーザの注意を得ることができる。電子装置500が電話である実施形態では、マイクロホン504は、電話を使用するときに電子装置500のユーザにより使用されるマイクロホンである。
赤外線(IR)検出器506は、電子装置500へのユーザの接近を検出し、そしてこの情報をプロセッサ516へ報告する。ある実施形態では、IR検出器506は、電子装置500付近にあるユーザ身体からの熱を検出する焦電性材料のような1つ以上のソリッドステートセンサを含む。他の実施形態では、IRセンサは、赤外線を放射する発光ダイオード(LED)を含み、その赤外線は、電子装置500に接近したユーザから跳ね返って、電荷結合デバイス(CCD)をベースとするIRセンサにより検出され、CCDは、LEDにより放射された反射IR光を検出する。更に別の実施形態では、CCDに代わって又はCCDに関連してホトレジスタが使用される。IR検出器506の実際の具現化に関わらず、IR検出器506は、その信号を、電子装置500の付近にいるユーザの存在の指示としてプロセッサ516へ伝達し、この指示は、1つ以上の他のセンサに関連して使用されて、電子装置500の現在動作環境を決定することができる。
カメラ508は、電子装置500の動作環境を決定するのに使用するため幾つかの視覚キューを捕獲する。ある実施形態では、カメラ508は、ALS502内に一体化される。他の実施形態では、カメラ508は、電子装置500の別の部分に配置され、ALS502のような他のセンサの1つからの測定を確認するのに使用される。例えば、電子装置500が電話として実施されると共に、ALS502が、電話の片側、例えば、ユーザが電話を使用するときに頭部に対して位置する顔側に配置され、そしてカメラ508が、ALS502とは反対の電子装置500の側に配置される場合には、カメラ508は、電話がある動作環境にあることを指示する測定値を確認するのに使用される。
更に、ある実施形態では、カメラ508からの測定値は、電子装置500の動作環境に関する付加的な情報を与えるのに使用される。例えば、電子装置500が図2に示す電話として実施され、電話がそのフェースを下にして置かれ、そしてALS502が電話のフェースに配置される一方、カメラ508が電話の反対側に配置される場合には、ALS502が実質的に光を受け取らないことを指示する一方、カメラ508が光を受け取ることを指示することにより、電話がそのフェースを下にしてテーブルに置かれていることが指示される。
加速度計510は、電子装置500の一般的配向を指示する。ある実施形態では、この指示は、マイクロエレクトロ−メカニカルシステム(MEMS)のような集積回路上の制動質量の測定によるものである。例えば、加速度計510は、(制動質量のような)感知素子に平行な平面において敏感な1つ以上の「インプレーン(in-plane)」MEMS加速度計を含み、それ故、2つ以上のインプレーン加速度計を互いに直交して組み合わせることで多次元(二次元及び三次元加速度計のような)を形成することができる。他の実施形態では、感知素子に垂直な平面内の方向における位置移動(時々コリオリ移動と称される)に敏感なアウトオブプレーン(out-of-plane)MEMS加速度計が使用される。ある実施形態では、1つ以上のインプレーンMEMSセンサが1つ以上のアウトオブプレーンMEMSセンサと組み合わされて、加速度計510が形成される。上述したように、加速度計510は、電子装置500の配向(フェースアップ、フェースダウン、傾斜、等)を決定し、及び/又は電子装置500がユーザにより(図3に示すハンドバック305の中に)押し込まれるかどうか決定するのに使用される。加速度計510からの測定値を、他のセンサからの測定値に加えて、プロセッサ516に与えることにより、プロセッサ516は、測定値を合成し、他のセンサを確認することができる。例えば、ALS502及びカメラ508の組み合わせで、電子装置500が(図2を参照して上述したように)フェースダウンで置かれていることが指示される場合に、プロセッサ516は、加速度計510からの測定値を使用して、この位置情報を確認することができる。
グローバルポジショニングシステム(GPS)センサ511は、地球軌道を回る複数の静止衛星からの信号により決定される地球の緯度及び経度座標に対して電子装置500の位置を指示する。GPSセンサ511は、屋内では衛星信号を受信することができないので、電子装置500が屋内にあるか屋外にあるか検出するのに使用され、そしてプロセッサ516は、それに応じてアラートを調整することができる。
容量性スクリーンセンサ512は、ユーザが電子装置500に接触するかどうか、及び/又はユーザが電子装置とどれほど接触するか検出する。例えば、ユーザが電子装置500をポケットに保持する場合には、容量性スクリーンセンサ512は、ユーザの身体に関連したあるキャパシタンスレベルを指示する。他方、電子装置500が図3に示すようにハンドバック305に入れられた場合には、容量性スクリーンセンサ512は、ハンドバック305の織物に関連した異なるキャパシタンスを指示する。又、容量性スクリーンセンサ512が実質的にキャパシタンス値を感知しないときには、電子装置500は、図2に示すようにテーブル200上にある。
テーブル1は、容量性スクリーンセンサ512からの値を、ALS502のような他のセンサによりどのように確認するか示している。例えば、電話がポケットやハンドバック305にあるときのように、周囲光レベルが低いことをALSが指示するときに、容量性スクリーンセンサ512は、キャパシタンス値が人間対非人間キャパシタンスに対応するかどうか決定するためにプロセッサ516により相談され、プロセッサ516が動作環境を決定してユーザアラートを適宜に調整できるようにする。同様に、実質的にキャパシタンスが測定されないことを容量性スクリーンセンサ512が指示する場合には、ALS502は、光レベルが高くて、動作環境が明るい部屋のテーブル200上であることを指示するか、或いは光レベルが低くて、動作環境がナイトスタンドのような暗い部屋のテーブル200上であることを指示するか、決定するために相談される。次いで、プロセッサ516は、電子装置500がナイトスタンド上にある場合にスピーカ522からのアラートを沈黙させる、等により、アラートを適宜に調整することができる。
Figure 2013507059
テーブル1
更に図5を参照すれば、センサ502−512の各々は、電子装置500の動作環境に対してライト518、モータ520及び/又はスピーカ522の性能を最適化するようにプロセッサにより使用される。図6は、モータの動きで電子装置500が動作環境に対してカスタマイズされたターゲット周波数を達成できるようにモータ520を制御するために電子装置500により実施される例示的フィードバック及び制御システム600のブロック図である。図6のブロック605に示すように、制御システム600は、制御システム600内の他の品目に報告される基準値を含む記憶ユニット605を備えている。説明上、この開示は、加速度計の測定値に基づく基準値を述べるが、この測定値は、1つ以上のセンサ502−512のような種々様々なセンサに基づくものでよいことが明らかであろう。又、記憶ユニット605の基準値は、センサ502−512の2つ以上からの測定値の組み合わせでもよい。
制御システム600は、記憶ユニット605及び加速度計510に結合されたエラー検出器610を備えている。加速度計510は、その測定値を、記憶ユニット605に記憶された基準測定値と同じ形態でエラー検出器610へ報告する。上述したように、加速度計510からの測定値は、電子装置500の現在動作環境における電子装置500の動きを表わし、その結果、加速度計510からの測定値を使用して、電子装置500のターゲット周波数を測定することができる。動作中に、エラー検出器610は、記憶ユニット605に記憶された基準値を、加速度計510からの現在測定値と比較し、エラー信号ESを出力する。
エラー検出器610は、モータコントローラ615に結合され、従って、コントローラ615にエラー信号ESを与える。コントローラ615は、エラー信号ESを使用して、モータ520への入力信号を制御し、これは、例えば、記憶ユニット605に記憶された基準値と加速度計510との間の差に比例する制御信号を発生することによって行われる。上述したように、モータ520に印加される電気信号は電圧であり、それ故、モータコントローラ615により発生される制御信号は、モータ520に印加される電圧の1つ以上の特性を変化させる。例えば、モータ520の制御は、モータ520に印加される電圧の振幅、周波数及び/又はデューティサイクルを変化させることにより達成される。
ある実施形態では、モータ520は、パルス幅変調(PWM)信号を使用して制御される。このPWM信号は、オン/オフ制御のような従来の方法よりも頑健にモータ520を制御できるようにする。これらの実施形態では、PWM信号は、最初にモータ520を過剰駆動してモータ520の立ち上り時間又は「スピンアップ」を減少し、それにより、モータ520の鮮明なターンオンを生じさせるのに使用される。同様に、これらの実施形態では、PWM信号は、モータ520を過少駆動するか又はモータ520に誘導性ブレーキを掛けて、モータ520の鮮明なターンオフを達成するのにも使用される。モータ520のこの鮮明なオン及びオフアクションは、モータ520をアラート装置として使用するときに、より顕著な触覚作用を生じさせる。
図7は、制御信号の周波数の変化を示し、周波数は、時間に対して変化する。変化する周波数は、制御システム600の各サイクル中に単調に増加し(区分705)、制御システム600の各サイクル中に不変であり(区分708)、制御システム600の各繰り返し中に単調に減少し(区分710)、又は制御システム600の各サイクル中に2つ以上の値間でディザされる(区分715)ことに注意されたい。
図5に示す電子装置500に関連して図6に示す制御システム600に戻ると、ある実施形態では、記憶ユニット605、エラー検出器610、及びモータコントローラ615がマイクロプロセッサ516に合体される。従って、動作中に、マイクロプロセッサ516は、加速度計510から(現在動作環境内での電子装置500の動きを表わす)値をサンプリングし、そしてモータ520を能動的に制御して、エラー信号ESが最小となり且つ記憶ユニット605に記憶された基準値が達成されるようにする。記憶ユニット605に記憶された基準値は、電子装置により自律的に変更されて、制御システム600がこの変化する基準値にそれ自身能動的に同調するようにする。記憶ユニット605に記憶された基準値を変化させ、そしてこの変化する基準値に応答して加速度計510からの測定値を追跡することにより、現在動作環境における電子装置500のターゲット周波数を計算することができる。例えば、基準値が変化するとき、電子装置500が現在動作環境において最大の共振を達成する(加速度計510で測定される)ようにさせる基準値が記憶ユニット605に記憶される。
図8は、電子装置のターゲット周波数に対応する基準値を決定するための動作800を示す。電子装置のターゲット周波数は、現在動作環境における電子装置500の共振周波数であるか、或いはアラートのユーザ認識を最大にする装置の周波数である。図8に示す動作は、例示に過ぎず、他の実施形態では、基準値を決定するための他の動作を遂行できることが明らかであろう。この動作800は、ここでは、電子装置500が入呼びを受ける電話であることに関連して説明するが、動作800は、パーソナルデジタルアシスタント(PDA)が例えば約束に対してユーザをアラートするような他の状況にも適用することができる。
図8を参照すれば、ブロック805は、電子装置500が入呼びを受け取ることを示す。一般的に、入呼びの単一リングの時間巾は、5秒であり、電話は、ボイスメールへ移行する前に全部で5つのリングの間、即ち25秒間、リンギングする。ある実施形態では、動作800は、電子装置500が第1のリングでリンギングするときにトリガーされそしてこの第1のリング内に完了し、それ故、ブロック805は、第1のリングで行われる。他の実施形態では、動作800は、後続リングで行われて、その後続リング内に完了し、それ故、ブロック805は、後続リングである。更に別の実施形態では、動作800は、第1のリングの始めに開始し、そして電話がコールをボイスメールへ移行する前に完了となる。
電子装置500は、入呼びを受け取ると、ブロック810で現在システム状態を検出する。例えば、マイクロプロセッサ516は、1つ以上のセンサ502−512の値を観察して、それらの値を決定し、そして上述したように、1つ以上のそれらの測定値に基づいて、電子装置500は、電子装置の動作環境を予測する(例えば、図2に示すテーブル上・対・図3に示すハンドバック内)。
次いで、ブロック815において、初期基準値が記憶ユニット610にロードされる。記憶されるべき初期基準値は、現在動作環境に一致する基準値の初期推定に対応する。例えば、図3及び6を一瞬見ると、電話がハンドバック305内にあるとプロセッサ516が決定した場合には、プロセッサ516は、ルックアップテーブルを調べて、記憶ユニット605に記憶されるべき所定の基準値を決定し、制御システム600により達成される初期ターゲット周波数が、一般的に、ハンドバック305内にある電話に対応するようにする。記憶ユニット605に記憶されるこの初期ターゲット周波数は、その後の動作により最適化される。
図8へ戻ると、ブロック820は、初期基準値を最適化すべきかどうか決定するための判断ブロックを含む。最適化が望まれない場合、例えば、初期基準値が所定の最大ターゲット周波数のスレッシュホールド内のターゲット周波数を達成することを制御システム600が決定するとき、制御がブロック825へ進み、モータ520が、初期基準値に対応して作動される。
他方、ブロック820で、最適化が望まれると決定された場合には、ディザプロセスを使用して、電子装置500のターゲット周波数を決定する。このディザプロセスは、ブロック830において開始され、例えば、図7の区分705に示すように周波数を上げることにより、モータ520に与えられる制御信号を増加する。ブロック835において、コントローラ615により制御信号が増加されるたびに、この値は、電子装置500のターゲット周波数を決定するために記憶される。次いで、ブロック840において、例えば、図7の区分710に示すようにコントローラ615で周波数を上げることにより、モータ520に与えられる制御信号を減少する。ブロック845において、制御信号が減少されるたびに、この値は、電子装置500のターゲット周波数を決定するために記憶される。
次いで、ブロック850において、マイクロプロセッサ516は、ブロック835及び845で記憶された値を比較し、それに応じて記憶ユニット605の基準値を調整する。例えば、ブロック835の間に記憶された値が、ブロック845の間に記憶された値より大きい場合には、ブロック830で制御信号を増加すると、電子装置500は、ブロック840で制御信号を減少する場合より、そのターゲット周波数に接近する。従って、コントローラ615は、ブロック855で記憶ユニット605に記憶される基準値を増加することによりモータ520への制御信号の周波数を上げ、次いで、制御は、ブロック830へ進み、ディザプロセスが再開される。
同様に、ブロック845の間に記憶された値が、ブロック835の間に記憶された値より大きい場合には、ブロック840で制御信号を減少すると、電子装置500は、ブロック830で制御信号を増加する場合より、そのターゲット周波数に接近する。従って、コントローラ615は、ブロック860で記憶ユニット605に記憶される基準値を増加することによりモータ520への制御信号の周波数を下げ、次いで、制御は、ブロック830へ進み、ディザプロセスが再開される。
ブロック830−845に示すディザ動作は、現在動作環境における電子装置500の最大ターゲット周波数を決定する際に実施される動作を単に例示するものに過ぎず、図8に示す動作800は、他の実施形態では変化し得る。例えば、ある実施形態では、制御信号の減少(ブロック840)に比して、制御信号の不均衡な数の増加(ブロック830)があり、或いはその逆のこともある。又、ある実施形態では、制御信号の周波数を変更するのではなく、制御信号の他の部分、例えば、電圧のデューティサイクル又は振幅をディザプロセス中に変更することもできる。
更に別の実施形態では、基準値を増分的にステップさせることにより最大ターゲット周波数が決定される。例えば、記憶ユニット605に記憶された基準値は、実質的にゼロであり(例えば、数ヘルツ程度)、この基準値は、この初期値から最大基準値までステップアップされる。この基準値がステップされ、そしてこの変化する基準値に制御システム600が反応するときに、加速度計510の測定値は、電子装置500の最大ターゲット周波数を見出すためにプロセッサ516により記憶される。このように基準値の範囲を通してステップすることにより、プロセッサ516は、電子装置500のターゲット周波数スペクトルに複数のターゲット周波数高調波があるかどうか決定すると共に、それら高調波のどれが電子装置500の最大ターゲット周波数を生じるか決定する。
モータ520の1つ以上の特性は、温度(例えば、モータの巻線の電気抵抗は、温度と共に増加する)、摩耗(例えば、モータ520の巻線を整流するブラシは、時間と共に電気抵抗を増加させる)、及び/又は摩擦(例えば、モータ520の内部ベアリング構造は、時間と共に摩擦量を増加させ、印加電圧に応答してモータをゆっくりスピンさせる)の関数として変化する。これらの特性は、エージング及び摩耗によるマクロスケールの変化、及び/又は高温車両内の一時的加熱又は動作中のモータ巻線の発熱によるマイクロスケールの変化を含む。上述した方法の1つ以上を使用して、モータ520は、これらの作用の1つ以上を打ち消すように動作される。例えば、PWM制御信号を、1つ以上のセンサからの測定値に関連して使用することで、時間の関数としてのモータ520の性能の変化を補償することができる。このような測定値は、モータ520の電機子抵抗の測定値から間接的に推測することもできるし(例えば、温度/ブラシ摩耗を補償するために)、又は(例えば、加速度計510を使用して)既知のデューティサイクルにおけるモータ速度の測定値から直接的に推測することもできる。更に、これらの性能低下は、補償できるが、それらを使用して、装置の製造者又は販売者或いはユーザへの修理又は診断履歴の通信をトリガーすることもできる。
図9は、触覚装置の動作パラメータを制御するためのフィードバックループを有する規範的な電子装置900を示す。電子装置900は、図示された記憶装置902、エラー検出器904、モータコントローラ906、モータ908、センサ910及びフィルタ912のいずれか又は全部、並びに他のコンポーネント及び/又は装置を備えている。モータコントローラ906は、エラー検出器904から送られるエラー信号を使用して、モータ908へ送られる動作信号を制御する。特に、モータコントローラ906は、PWM制御信号の周波数、振幅及び/又はデューティサイクルを調整して、モータ908の動作パラメータを制御する。
図10は、図9の実施形態による電子装置900の動作を示すフローチャート920である。一般的に、このフローチャート920は、加速度計を使用して、触覚装置の振動を感知することに係る。しかしながら、フローチャート920に示されたものと同じ又は同様のステップを他のセンサ及び他の触覚(又は他の出力)装置で実施しても、そのような装置のための望ましい制御レベルを達成できることが明らかである。例えば、サーモカップル、ジャイロスコープ、コンパス、等を使用して、ファン又はハードドライブに使用されるモータの動作に関連したパラメータを監視又は感知し、そしてフィードバック信号を与えることができる。ある実施形態では、測定値が直接得られるが、他の実施形態では、測定値が間接的に得られる。即ち、ある実施形態では、実際の動作パラメータではなく、モータの動作の作用(即ち、モータからの振動)が測定されることが明らかである。しかしながら、ここでの説明上、「動作パラメータ」という語は、モータの動作に関連した測定値を指し、動作の作用又は実際の動作パラメータのいずれかに限定されない。
ある実施形態において、1つ以上のセンサが、モータの動作を感知するように、一次の目的から転用されてもよいし、或いは付加的に使用されてもよい。例えば、加速度計は、触覚装置の動作周波数を決定するように転用されてもよい。即ち、加速度計からの測定値を一般的に使用して、装置100の配向を決定してもよいし、及び/又はビデオゲームのような双方向ソフトウェアと共に使用されて、一次の目的としてのユーザゲームプレイに対する付加的な入力装置をなしてもよい。触覚素子を作動すると、加速度計は、触覚素子により装置100に誘起される振動の量のような触覚素子の動作パラメータを測定するように転用されてもよい。従って、特定の電子装置と共に既に設けられたセンサ(1つ又は複数)を使用して、触覚素子の動作を監視できることが明らかであろう。
図10に戻ると、PWM制御信号がコントローラ906からモータ908へ送られて、モータを駆動する(ブロック922)。PWM制御信号を経てモータ908に電圧が印加されると、電流が上昇してモータを駆動し、それにより生じる振動/加速出力がユーザにより感知される。モータの動作もセンサ910により感知されて、測定信号を発生する(ブロック924)。次いで、その測定信号が処理される(ブロック926)。一実施形態では、センサ910の出力がバンドパス又はノッチフィルタ912でフィルタリングされて、触覚素子のターゲット動作周波数付近の周波数をもつ振動を更なる処理のために通過させ、モータに関係のない加速度測定値を排除できるようにする(ブロック928)。フィルタリングされた信号内のピークが見つけられ(ブロック930)、そして測定信号の周波数が決定される(ブロック932)。フィルタリングされた信号のピークを見つけることで、測定信号の周期が決定される。次いで、周期を、例えば、周波数信号へと変換し、ブロック934に関して以下に述べるように比較を行う。一般的に、周期が、ターゲット周波数に対応する周期より長いと決定される場合には、モータがターゲット周波数より低速で動作することが指示される。
ある実施形態では、エラー検出器904は、ソフトウェア、ハードウェア、及び/又はそれら2つの組み合わせを含み、センサ910及びフィルタ912からのフィルタリングされた信号を、周波数、温度、角速度、等のモータ908の動作パラメータを表わす単位をもつ信号へと変換するように構成される。他の実施形態では、エラー検出器904以外の個別コンポーネントを使用して、測定信号を、モータ108の動作パラメータを指示する単位へと変換する。
測定された周波数は、記憶装置902からエラー検出器904へ送られるターゲット周波数と比較されて、エラー信号を発生する(ブロック934)。発生されたエラー信号は、モータコントローラ906へ送られ、そしてエラー信号に基づいて制御信号が調整される(ブロック936)。一実施形態では、ターゲット周波数を達成するためにPWM制御信号のデューティサイクルが制御法則908により調整される。例えば、モータ電機子の電流を増加するために、PWM制御信号のデューティサイクルが増加される。次いで、制御信号がモータ908へ送られて、モータを駆動する(ブロック922)。
ある実施形態では、モータコントローラ906は、ターゲット周波数に関連した情報、及び/又はトルク及び角速度曲線情報を記憶するか又はそれにアクセスして、ターゲット周波数を達成するように制御信号を適切に調整することができる。従って、ある実施形態では、コントローラ906によりアクセス可能な情報は、触覚素子の動作に対する基準点として働いて、時間に伴う触覚素子の動作に関連した変化した環境を決定し、従って、望ましい動作パラメータ又はその付近での動作を達成し及び/又は維持するように動作パラメータの調整を行うことができる。
図11−13は、規範的なトルク及び角速度曲線を示す。特に、図11は、モータ908に対して代表的なものである規範的なトルク及び角速度曲線1000を示す。垂直軸1002は、インチポンド、等の適当な単位を有するトルクを表わし、一方、水平軸1004は、毎分の回転数(RPM)、等の適当な単位を有する角速度を表わす。ある実施形態では、曲線100は、図示されたように、一般的に直線であり、他の実施形態では、この曲線は、非直線的である。
図12は、規範的なトルク及び角速度曲線1000と、モータ908の摩擦を増加しそしてモータ908の動作を悪化させる摩耗、エージング及び/又は他の作用をモータ908が経験した後の規範的なピボット曲線1010とを示す。一般的にそしてピボット曲線1010で示されたように、摩擦の増加で、曲線1010は垂直軸に沿った点から下方にピボット移動され、低い動作速度となっている。図13は、トルク及び角速度曲線1000と、高い動作温度から生じるシフト曲線1020とを示している。図示されたように、シフト曲線1020も、低い動作温度を生じている。図12及び13において、破線1012及び1022は、モータが一定のトルクで動作するときに得られる低い速度を示す。ピボット曲線1010及びシフト曲線1020により示されそしてモータ916のゆっくりした動作速度を表わしている低い速度も、触覚素子がターゲット周波数で動作しないときに触覚素子の性能低下を招くことになる。
ターゲット周波数での動作を達成するために、モータ916の速度は、PWM制御信号の調整により増加することができる。より詳細には、PWM制御信号のデューティサイクルは、モータ908の電機子電流を増加し、ひいては、モータの速度を高めてターゲット周波数を達成するよう調整することができる。従って、PWM制御信号は、一定電圧レベル信号を供給しながらモータの動作パラメータを調整し、且つ電圧レベルを実際に変化せずに可変電圧駆動として作用できるようにする。
電流の増加でモータのPWMサイクルが増加し、従って、ピボット曲線1010及びシフト曲線1020を移動して、図12及び13に矢印1030で示すように、オリジナル曲線1000を反映することができるようにする。ピボット曲線1010及びシフト曲線1020並びに電流の増加による対応シフトは、単なる一例に過ぎないことが明らかであろう。他の点について、幾つかの動作条件によっては、曲線が逆方向にシフトされ及び/又はピボットされることもある。
モータ908の動作パラメータのテスト及び調整に加えて、周期的に又はランダムな間隔で、動作パラメータが情報目的でテストされる。即ち、モータがどのように役割を遂行するか発見するためにモータの動作が監査される。これは、モータのインストールされたベースがどのように遂行するか知るために製造者又は販売者にとって有用である。従って、モータの動作に関連した情報(即ち、センサ910により収集される情報)は、例えば、情報目的のために、製造者により所有され、動作され又はアクセスされるコンピュータデータベースへ送信され又は供給される。情報の送信は、ワイヤード及びワイヤレスモードを含む適当なモードを経て行われる。更に、送信は、受動的であり、装置のユーザにとって目立たないものである。ある実施形態では、情報が装置のユーザインターフェイスに送られ、触覚素子が遂行上の問題をユーザに通知するように動作する。これは、例えば、冷却ファンが適切に動作しないときを知ってシステムが過熱する前にそれを固定するか、又はハードディスクドライブがフェイルし始めたときを知るために有用である。
以上の例において、装置内の触覚素子を制御するために装置の動きが測定されることが明らかである。従って、二次的な目的でセンサ(例えば、加速度計)が使用されるだけでなく、触覚(又は他の)装置を同調するために間接的な測定も行われる。フィードバックループは、1つ以上のセンサを含み、そして実施されるセンサは、種々の異なる測定を行うことができる。例えば、ある実施形態では、装置の温度を測定してモータの動作温度を推測するためにサーモカップルが使用される。別の実施形態では、リング音の音量又は音質を測定するためにマイクロホンが使用される。ある実施形態では、マイクロホンは、ハードディスクドライブのスピン時の音量を決定するのにも使用される。ある実施形態では、振動する触覚素子が作動されるときに装置の加速度を決定するためにジャイロスコープが使用される。
ある実施形態では、モータのランプアップ及び停止が改善される。図14及び15は、駆動制御曲線をそれに対応する振動振幅と共に示す。より詳細には、図14は、モータ908の慣習的なオン/オフ駆動制御信号1400を示し、垂直軸は電圧で、水平軸は時間である。この慣習的な駆動制御信号の下に、対応する振動振幅曲線1402が示されている。振動振幅は、鋸歯波形1404を有する。というのは、振動モータの機械的な時定数が入力信号に対して長いからであり、その結果、立ち上り時間がゆっくりとなり、そして振動のオンとオフとの間の移行が「柔軟」に感じられる。
対照的に、図15は、PWM制御信号を使用して達成できる駆動制御曲線1500及びそれに対応する振動振幅曲線1506を示す。図示されたように、駆動制御曲線1500は、立ち上り部1502及びスピンダウン部1504において過剰駆動され、その結果、振動振幅1508並びに振動スピンダウン1510及び1512にきびきびした立ち上り時間が生じる。一般的に、立ち上り時間は、PWM制御信号において、信号のデューティサイクルを増加することで過剰駆動することができる。1つの信号の後のスピンダウン時間は、モータのリードを短絡してモータに誘導ブレーキ作用を発生するか、又はリードに逆の極性を印加してモータを能動的にブレーキ掛けすることにより、短縮することができる。これらの技術は、振動アラート装置のオン状態とオフ状態との間にきびきびした顕著な遷移を与える。
以上、特定の実施形態について概念を述べたが、この概念は、ここに特に説明しないが本開示の範囲内に入る多数の実施形態にも適用できることが明らかである。従って、ここに開示された実施形態は、これに限定されるものではない。
100:電子装置
102:振動モータ
104:光源
106:スピーカ
108、110:センサ
200:テーブル
300:ユーザ
305:ハンドバック
400:電子装置
402−408:モータ
409、410:センサ
500:電子装置
502−512:センサ
504:マイクロホン
506:IR検出器
508:カメラ
510:加速度計
511:GPSセンサ
512:スクリーンセンサ
516:プロセッサ
518:ライト
520:モータ
522:スピーカ
600:フィードバック及び制御システム

Claims (20)

  1. 電子装置内に複数のアラート装置を設ける段階と、
    前記電子装置のセンサを使用して前記電子装置の動作環境を決定する段階と、
    前記複数のアラート装置のうち、前記決定された動作環境に対応する少なくとも1つのアラート装置を作動する段階と、
    を備えた方法。
  2. 動作環境を決定する前記段階は、前記電子装置の複数のセンサからの読みを合成することを含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記複数のアラート装置のうち、前記動作環境に適した少なくとも1つのアラート装置は、モータである、請求項1に記載の方法。
  4. 前記センサは、少なくとも1つの加速度計を含む、請求項3に記載の方法。
  5. 前記少なくとも1つの加速度計からの測定値に応答して前記モータの制御信号を変更する段階を更に備えた、請求項4に記載の方法。
  6. 前記モータは、前記電子装置の動作環境に対応するターゲット周波数で前記電子装置を振動させる、請求項5に記載の方法。
  7. 触覚装置の少なくとも1つの動作パラメータを自律的に調整する電子装置において、
    触覚装置と、
    前記触覚装置の動作中に前記触覚装置を監視するように構成されたセンサと、
    フィードバックループであって、
    前記センサに結合されたフィルタ、及び
    前記フィルタに結合されたエラー検出器、
    を含み、前記エラー検出器は、測定信号をターゲット信号と比較してエラー信号を発生するように構成されたものであるフィードバックループと、
    前記エラー信号を受信しそして前記エラー信号に応答して制御信号を調整して、望ましい動作パラメータを達成するように構成されたコントローラと、
    を備えた電子装置。
  8. 前記センサは、加速度計である、請求項7に記載の電子装置。
  9. 前記加速度計からの値を前記電子装置により繰り返し使用して、前記制御信号を調整する、請求項8に記載の電子装置。
  10. 前記制御信号は、パルス幅変調信号である、請求項9に記載の電子装置。
  11. 前記電子装置は、電話であり、そして前記制御信号の調整は、前記電話の整数個のリング内で行われる、請求項7に記載の電子装置。
  12. 前記触覚装置は、振動装置である、請求項7に記載の電子装置。
  13. 電子装置のユーザアラートを調整する方法において、
    触覚装置へ送られる制御信号を過剰駆動することにより触覚装置の動作を開始する段階と、
    触覚装置のモータに能動的にブレーキを掛けて触覚装置の動作を停止する段階と、
    を備えた方法。
  14. 制御信号を過剰駆動する前記段階は、パルス幅変調信号のデューティサイクルを増加することを含む、請求項13に記載の方法。
  15. モータに能動的にブレーキを掛ける前記段階は、モータのリードを短絡して誘導性ブレーキ作用を発生することを含む、請求項13に記載の方法。
  16. モータに能動的にブレーキを掛ける前記段階は、モータのリードに逆極性を付与することを含む、請求項13に記載の方法。
  17. 触覚装置の動作に関連した周波数を測定する段階と、
    前記測定された周波数をターゲット周波数と比較する段階と、
    触覚装置を前記ターゲット周波数に駆動するように前記制御信号を変更する段階と、
    を更に備えた請求項13に記載の方法。
  18. 周波数を測定する前記段階は、
    触覚装置の振動信号を分離し、
    前記振動信号の複数のピークを見出し、
    前記複数のピークから振動信号の周期を決定する、
    ことを含む請求項17に記載の方法。
  19. 前記触覚装置は、振動モータを含む、請求項17に記載の方法。
  20. 前記制御信号は、パルス幅変調信号を含む、請求項17に記載の方法。
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