JP2014132452A - ハプティックフィードバックデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】コスト削減を実現し、更に改善された性能、製造品質、及び小さな性能変動を有する、ハプティックフィードバックデバイスを提供する。
【解決手段】ハプティックフィードバックデバイス２０は、固定フレーム４０と、キャリア４２と、キャリア４２上に装着されて、人為的インパルスを感受するように構成されたユーザインターフェース４４と、磁極片のセット４６と、キャリア４２から固定フレーム４０までの間で少なくとも１つの動き自由度を与えるように構成された懸架システム４８と、を備える。磁極片のセット４６は、固定フレーム４０に装着された第１の磁極片８０と、キャリア４２に装着された第２の磁極片８２と、第１の磁極片及び第２の磁極片のうちの一方によって担持された電磁コイル８４と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、入力デバイスの人為的起動又は人為的操作時にタクタイルフィードバックを与えるデバイスに関し、特にハプティックフィードバックを与えるデバイスに関する。

幾つかのデバイスは、人間のユーザ又は操作者によって行われた操作が正しく記録されたという確信を操作者が持てるように、操作者に対して感覚フィードバックを与える。このことは、例えば、押下又は操作された時にクリック感覚を与えるマウス又はその他のポインタデバイス等の幾つかのコンピュータ入力デバイスについて当てはまる。これとは対照的に、例えば、タッチスクリーン等の幾つかの入力デバイスは、このようなクリック又は感覚による確認を提供しない。この理由から、人為的入力時にタッチスクリーンが振動し、タッチスクリーンが入力を受け入れたという確認フィードバックをユーザに提供するようなハプティック技術を用いることが提案された。一般的に、「ハプティックス」は、ユーザに対して力、振動、又は動きを加えることによる接触感覚を利用した技術分野である。

図１３は、可動部材（横置きで見た場合の水平ハッチングで示している）が、２つのばね部材（水平方向に離隔された）と２つの磁極部材担持部分構成要素（垂直方向に離隔された）の両方によって固定部材（垂直ハッチングを有する）に弾性的に取り付けられたハプティックアクチュエータの一例を示している。図１３Ａには、磁極部材のうちの一方によって担持されるコイルが励磁されていない時の磁極部材担持部分構成要素の１つを示しており、図１３Ｂにはコイルが励磁された時のものを示している。各磁極部材担持部分構成要素の弾性のばね様のフレーム又は周辺部は、その対向する一方の側が２つのファスナー（円で示している）によって固定部材に取り付けられ、対向するもう一方の側が同様の２つのファスナーによって可動部材に取り付けられている。各部分構成要素の２つの磁極部材は、接続アームによって部分構成要素フレームに取り付けられる。コイルが励磁されていない時には、各磁極部材担持部分構成要素のフレームは、図１３Ａに示すように矩形形状を有する。しかしながらコイルが励磁されると、磁極部材は互いに向かって引き寄せられ、ばね様の弾性フレームは、非矩形の平行四辺形形状に変形する（例えば、図１３Ｂに矢印で示している方向に）。

各磁極部材担持部分構成要素は、２つの磁極部材の間に指定されたギャップサイズを設けるように製造することができる。しかしながら、磁極部材担持部分構成要素の締結（固定部材又は可動部材への）が正確ではない場合には、磁極部材担持部分構成要素のばね様のフレームが予め変形する可能性があり、非励磁状態の初期ギャップサイズに悪影響を与える。

従って、図１３のデバイスの２つの磁極部材担持部分構成要素は、２つの水平に離隔されたばね部材に加えて、懸架手段を効果的に提供している。２つの磁極部材担持部分構成要素によって提供される懸架は、干渉を引き起こす可能性があり、性能に（例えば上記に説明した初期ギャップサイズに）予測不能性を付加する。部品の個数が多い程、予想外の干渉の可能性が高くなる。変位レベル及び加速レベル等の測定属性は、製造ユニット毎に大きく変化するようになり、これによって品質及びユーザ満足度が損なわれる。

図１４は、「Ａ３００」として公知のハプティックアクチュエータを例示している。Ａ３００ハプティックアクチュエータは、例示していない固定部材と例示していない可動部材（例えばユーザ入力デバイスを担持することができる）との間に置かれた中間デバイスである。Ａ３００ハプティックアクチュエータは、アクチュエータフレーム１７９、すなわち第１の磁極片１８０と第２の磁極片１８２の両方を囲むハウジングを備える。Ａ３００アクチュエータでは、第１の磁極片１８０（周囲に電磁コイル１８４を有する）が、アクチュエータハウジング１７９に堅固に取り付けられ、アクチュエータハウジング１７９は、例示していない固定部材に堅固に取り付けられる。細長いＵ字形ばね１８７が、第２の磁極片１８２をアクチュエータハウジング１７９に接続し、第２の磁極片１８２は、ばね１８７の内部チャンネルに担持される。第１の磁極片１８０と第２の磁極片１８２との間にはギャップ１９１が存在する。ギャップに対して平行な方向では、ばね１８７が、第１の磁極片１８０及びコイル１８４に向かって向けられたチャンネル口を含む内部チャンネルを有する。第２の磁極片１８２は、チャンネル口内に嵌着する。チャンネル口と反対側のばね１８７の裏側は、組立体１８５に接続され、該組立体１８５は、例示していない可動部材に接続される。

図１３及び図１４のもの等の従来技術のハプティックデバイスは、ハプティック効果を提供するために、固定部材と可動部材との中間に装着された２つの磁極片を担持する別個の独立したアクチュエータユニットに依存する。これらのアクチュエータユニットは、およそ３００ミクロンの作動移動距離に制限され、従って、固定部材及び可動部材両方へのアクチュエータユニットの組み立ては厳密でなければならない。更に、効率が悪いことに、各組み立てに通常は複数のアクチュエータユニットが必要とされる。通常、これらのアクチュエータは、第２の磁極片を駆動するためのばねと、アクチュエータユニット内で２つの磁極片を互いに対して位置付けるための何らかのタイプのハウジングとを含む。

本発明の態様の１つにおいて、本明細書で開示される技術は、ハプティックフィードバックデバイスに関する。ハプティックフィードバックデバイスは、固定フレームと、キャリアと、ユーザインターフェースと、磁極片のセットと、懸架システムとを備える。固定フレームは、そこに装着された第１の磁極片を含む。キャリアは、固定フレームに対する少なくとも１つの動き自由度用に構成され、そこに装着された第２の磁極片を含む。ユーザインターフェースは、キャリア上に装着され、又はキャリアを含み、インパルス（例えば人間インパルス）を感受するように構成される。電磁コイルが第１の磁極片及び第２の磁極片のうちの一方によって担持される。電磁コイルは、人為的インパルスの感受の結果として選択的に励磁される。第１の磁極片と第２の磁極片は、電磁コイルが励磁されていない時にそれぞれ固定フレーム及びキャリアに対して別個に位置付けられて、第１の方向のエアギャップを定める。第１の方向は、少なくとも１つの動き自由度に対応する。懸架システムは、キャリアを固定フレームに接続し、ギャップにおいて第２の磁極片を第１の磁極片に向かって駆動するように、電磁コイルが励磁された時にキャリアと固定フレームとの間で第１の方向の相対移動を可能にするように構成される。懸架システムは、第１の磁極片と第２の磁極片の両方から機械的に分離される。

１つの例示的な実施形態では、懸架システムが第１の磁極片及び第２の磁極片の両方から機械的に分離されることは、第１の磁極片が固定フレームに機械的に接続され、固定フレームが懸架システムを通じてキャリアに機械的に接続され、更にキャリアが第２の磁極片に機械的に接続されることを含む。非限定的な例示的な実施形態では、「機械的に接続される」とは、物理的な直接接触を意味する。

１つの例示的な実施形態では、キャリア及び固定フレームは、懸架システムによって接続されるが、第１の磁極片及び第２の磁極片の両方を含む独立したアクチュエータ構成要素によっては接続されない。１つの例示的な実施形態では、第１の磁極片は、第２の磁極片をキャリアに対して位置付ける役割も果たす共通の中間構成要素を通じて固定フレームに装着されない。１つの例示的な実施形態では、キャリア及び固定フレームは、懸架システムのみによって互いに接続される。１つの例示的な実施形態では、第１の磁極片は、固定フレームに堅固に装着され、第２の磁極片は、キャリアに堅固に装着される。

１つの例示的な実施形態及び様態では、ユーザインターフェースは、プッシュボタン又は押下可能ボタン等の１つ又はそれ以上の離散したインパルス反応要素を含む。別の例示的な実施形態及び様態では、ユーザインターフェースは、人為的インパルスの感受位置を感知するように構成された実質的に透明な２次元マトリックスを含み、表示スクリーン又は同様のものの上に重なる透明ユーザインターフェースは、２次元マトリックスの複数の位置に対応する複数の入力操作をグラフィックで示すように構成される。

１つの例示的な実施形態及び様態では、表示スクリーンは固定フレーム上に装着され、従って、キャリアと共に移動しない。別の例示的な実施形態及び様態では、表示スクリーンはキャリア上に装着され、キャリアと共に移動する。

１つの例示的な実施形態及び様態では、懸架システムは、第１の方向に沿って離隔された少なくとも２つの懸架部材を含む。１つの例示的な実施構成では、少なくとも２つの懸架部材は、休止位置にある時に実質的に第１の方向に対して垂直な平面で延びる懸架ばねを含む。別の例示的な実施構成では、少なくとも２つの懸架部材は、懸架部材の第１のペアと懸架部材の第２のペアとを含み、懸架部材の第１のペアは、実質的に第１の平面で延びて、第１の平面内で互いから離隔され、懸架部材の第２のペアは、実質的に第２の平面で延びて、第２の平面内で互いから離隔され、第１の平面及び第２の平面は互いから離隔され、第１の方向に対して垂直である。１つの例示的な実施構成では、懸架部材の各々は、多方向移動用に構成された弾性ピンを含む。ピンは、実質的に円形の断面を有し、キャリアの多方向移動用に構成することができる。

１つの例示的な実施形態及び様態では、各磁極片は、Ｌ字形の積層部材を備え、第１の磁極片及び第２の磁極片は、これらの磁極片の長手寸法が第１の方向に対して平行であるように配向される。

１つの例示的な実施形態及び様態では、ハプティックフィードバックデバイスは、固定フレームに装着された回路基板を更に備え、該回路基板は、インパルスの感受時にコイル励磁信号を発生させるプロセッサを含む。

１つの例示的な実施形態及び様態では、ハプティックフィードバックデバイスは、磁極片の第２のセットを更に備える。磁極片の第２のセットは、固定フレームに装着された第３の磁極片と、キャリアに装着された第４の磁極片と、第３の磁極片及び第４の磁極片のうちの一方によって担持され、インパルスの感受の結果として選択的に励磁される第２の電磁コイルと、を備える。第３の磁極片及び第４の磁極片は、この電磁コイルが励磁されていない時にこれらの磁極片の間に第１の方向に対して垂直な第２の動き自由度に対応する第２の方向の第２のエアギャップを定める。

本発明の別の態様において、本明細書で開示される技術は、ハプティックフィードバックデバイスを製造する方法及びこれにより製造されるハプティックデバイスに関する。本方法の動作工程は、（１）ユーザインターフェースをキャリアに装着又は含めるステップと、（２）キャリアが、固定フレームに対して少なくとも１つの動き自由度を有するように懸架システムを通じてキャリアを固定フレームに接続するステップと、（３）第１の磁極片を固定フレームに装着し、第２の磁極片をキャリアに別個に装着して、懸架システムが第１の磁極片及び第２の磁極片の両方から機械的に分離されるようにするステップと、その後、（４）第１の磁極片と第２の磁極片との間のエアギャップのサイズを設定するステップと、を含む。

１つの例示的な実施形態及び様態では、懸架システムが第１の磁極片及び第２の磁極片の両方から機械的に分離されることは、第１の磁極片が固定フレームに機械的に接続され、固定フレームが懸架システムを通じてキャリアに機械的に接続され、更にキャリアが、第２の磁極片に機械的に接続されることを含む。非限定的な例示的な実施形態では、「機械的に接続」とは、物理的な直接接触を意味する。

１つの例示的な実施形態及び様態では、本方法は更に、第１の磁極片を固定フレームに装着するが、第２の磁極片をキャリアに対して位置付ける役割も果たす共通の中間構成要素を通じては装着しないようにするステップを含む。

１つの例示的な実施形態及び様態では、本方法は、第１の磁極片を固定フレームに直接堅固に装着し、第２の磁極片をキャリアに直接堅固に装着するステップを更に含む。

１つの例示的な実施形態及び様態では、本方法は、ユーザインターフェース上に１つ又はそれ以上の離散したインパルス反応要素を設けるステップを更に含む。

１つの例示的な実施形態及び様態では、本方法は、ユーザインターフェースが、人為的インパルスの感受の位置を感知するように構成された実質的に透明な２次元マトリックスを含むように当該ユーザインターフェースを形成するステップと、２次元マトリックスの複数の位置に対応する複数の入力操作をグラフィックで示すように構成された表示スクリーンの上に実質的に透明のユーザインターフェースを重ねるステップと、を更に含む。

１つの例示的な実施形態及び様態では、本方法は、表示スクリーンを固定フレーム上に装着するステップを更に含む。

１つの例示的な実施形態及び様態では、本方法は、表示スクリーンをキャリア上に装着するステップを更に含む。

１つの例示的な実施形態及び様態では、本方法は、懸架システムが、第１の方向に沿って離隔された少なくとも２つの懸架部材を含むように懸架システムを形成するステップを更に含む。

１つの例示的な実施形態及び様態では、本方法は、少なくとも２つの懸架部材が、休止位置にある時に実質的に第１の方向に対して垂直な平面で延びる懸架ばねを含むように少なくとも２つの懸架部材を形成するステップを更に含む。

１つの例示的な実施形態及び様態では、本方法は、少なくとも２つの懸架部材が、懸架部材の第１のペアと懸架部材の第２のペアとを備え、懸架部材の第１のペアが、実質的に第１の平面で延び、第１の平面内で互いから離隔され、懸架部材の第２のペアが、実質的に第２の平面で延び、第２の平面内で互いから離隔され、第１の平面と第２の平面とが互いから離隔され、第１の方向に対して垂直であるように、少なくとも２つの懸架部材を形成するステップを更に含む。

１つの例示的な実施形態及び様態では、本方法は、懸架部材の各々が多方向移動用に構成された弾性ピンを備えるように懸架部材の各々を形成するステップを更に含む。

１つの例示的な実施形態及び様態では、本方法は、各磁極片がＬ字形の積層部材を備えるように各磁極片を形成し、第１の磁極片及び第２の磁極片の長手寸法が第１の方向に対して平行であるように第１の磁極片及び第２の磁極片を配向するステップを更に含む。

１つの例示的な実施形態及び様態では、本方法は、インパルスの感受時にコイル励磁信号を発生させるプロセッサを含む回路基板を固定フレームに装着するステップを更に含む。

１つの例示的な実施形態及び様態では、本方法は、第３の磁極片を固定フレームに装着するステップと、第４の磁極片をキャリアに装着するステップと、インパルスの感受の結果として選択的に励磁される第２の電磁コイルを第３の磁極片及び第４の磁極片のうちの一方に設けるステップと、電磁コイルが励磁されていない時に第３の磁極片と第４の磁極片との間に第１の方向に対して垂直な第２の動き自由度に対応する第２の方向の第２のエアギャップを定めるように、第３の磁極片と第４の磁極片とを別個に装着するステップと、を更に含む。

１つの例示的な実施形態及び様態では、本方法は、固定フレームを、車両のダッシュボードに装着又はダッシュボード上に含めるステップを更に含む。

１つの例示的な実施形態及び様態では、本方法は、固定フレームを文書処理機の制御パネルに装着又は制御パネル上に含めるステップを更に含む。

１つの例示的な実施形態及び様態では、本方法は、固定フレームを現金自動預け払い機の制御パネルに装着又は制御パネル上に含めるステップを更に含む。

１つの例示的な実施形態及び様態では、本方法は、前述の方法の実施形態のうちの何れかによってハプティックフィードバックデバイスが作製されるステップを更に含む。

ハプティックフィードバックデバイスは、多くの様々な環境において利用することができ、及び／又は様々なタイプの設備、車両、又は電気器具の内部に組み込むことができる。一例として、固定フレームは、車両のダッシュボードを構成するか、又はダッシュボードに装着されるように構成することができる。別の実施例として、固定フレームは、例えばコピー機等の文書処理機の制御パネルを構成することができ、又は制御パネルに装着されるように構成することができる。更に別の実施例として、固定フレームは、現金自動預け払い機の制御パネルを構成することができ、又は制御パネルに装着されるように構成することができる。

本明細書で開示される本発明の技術の前述した及びその他の目的、特徴、及び利点は、種々の図全体を通して参照文字が同じ要素を指す添付図面に例示した好ましい実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。これらの図面は、必ずしも正確な縮尺のものではなく、本明細書で開示される技術の原理を例示することに重点を置いている。

タッチスクリーンタイプのユーザインターフェースを用いた例示的な実施形態による、ハプティックフィードバックデバイスを備える制御ユニットの正面図である。 機械的なプッシュボタンタイプのユーザインターフェースを用いた例示的な実施形態による、ハプティックフィードバックデバイスを備える制御ユニットの正面図である。 第１のタイプの懸架システムを備える例示的なハプティックフィードバックデバイスの分解側面図である。 少なくとも部分的に組み立てられた状態の図２のハプティックフィードバックデバイスの側面図である。 ハプティックフィードバックデバイスで使用するのに好適な磁極片のセット及びコイルの例示的な実施形態の斜視図である。 第２のタイプの懸架システムを備える例示的なハプティックフィードバックデバイスの分解側面図である。 少なくとも部分的に組み立てられた状態の図５のハプティックフィードバックデバイスの側面図である。 第３のタイプの懸架システムを備える例示的なハプティックフィードバックデバイスの分解側面図である。 少なくとも部分的に組み立てられた状態の図７のハプティックフィードバックデバイスの側面図である。 １つの動き自由度のフィードバックを与えるハプティックフィードバックデバイスの様々な例示的な実施形態と共に利用することができるタイプの回路基板の例示的な実施形態の概略図である。 ハプティックフィードバックデバイスの様々な例示的な実施形態、特に複数の動き自由度のフィードバックを与えることができるハプティックデバイスと共に利用することができるタイプの別の回路基板例示的な実施形態の概略図である。 １つの例示的な様態による、ハプティックフィードバックデバイスを動作させることに関連する動作工程の実施例を示すフローチャートである。 本明細書に説明する実施形態のハプティックフィードバックデバイスを作成する方法に関連する代表的な動作工程又はステップの実施例を示すフローチャートである。 第１の従来技術のデバイスの断面図である。 コイルが励磁されていない時の図１３のデバイスの磁極部材担持部分構成要素の拡大図である。 コイルが励磁された時の図１３のデバイスの磁極部材担持部分構成要素の拡大図である。 第２の従来技術のデバイスの等角図である。

以下の説明において、本明細書に開示される本発明の技術の完全な理解をもたらすために、特定のアーキテクチャ、インターフェース、技法等のような特定の詳細事項は、限定ではなく説明の目的で記載されている。しかしながら、当業者であれば、本明細書で開示される技術は、これらの特定の詳細内容から逸脱する他の実施形態において実施することができることは明らかであろう。すなわち、当業者であれば、本明細書には明示的に説明又は図示していないが、本明細書に開示される技術の原理を具現化し、本発明の技術的思想及び範囲内に含まれる様々な構成を考案することができるであろう。幾つかの事例では、本明細書で開示される技術の説明を不必要な詳細事項により不明瞭にしないように、公知のデバイス、回路、及び方法の詳細な説明を割愛している。本明細書で開示される技術の原理、態様、及び実施形態、並びにその特定の実施例を列挙した本明細書における全ての記述は、これらの構造的及び機能的均等物の両方を含むものとする。これに加えて、このような均等物が、現在公知の均等物、並びに将来開発される均等物の両方を含む、すなわち構造に関係なく同じ機能を実施する開発されたあらゆる要素を含むことを意図している。

従って、例えば、本明細書におけるブロック図が本発明の技術の原理を具現化する例示的な回路又は他の機能ユニットの概念的視点を表すことができる点は、当業者には理解されるであろう。同様に、あらゆるフローチャート、状態遷移図、擬似コード、及び同様のものは、コンピュータ読み取り可能媒体内で実質的に示されるので、コンピュータ又はプロセッサによって、このようなコンピュータ又はプロセッサが明示されているか否かに関わらず実行することができる種々のプロセスを示していることは理解されるであろう。

限定ではないが、「コンピュータ」、「プロセッサ」、又は「コントローラ」として標記又は説明されるものを含む、機能ブロックを含む様々な要素の機能は、回路ハードウェア及び／又はコンピュータ読み取り可能媒体上に記憶された符号化命令の形態のソフトウェアを実行することができるハードウェア等、ハードウェアを用いて提供することができる。従って、このような機能及び例示の機能ブロックは、ハードウェアによる実施及び／又はコンピュータによる実施の何れか、及びひいては機械による実施のものとして理解すべきである。

ハードウェア実施構成に関して、機能ブロックは、限定ではないが、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、縮小命令セットプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）及び／又は現場プログラミング可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含むが、これらに限定されないハードウェア（例えばデジタル又はアナログ）回路、及びこのような機能を実施することができる状態マシン（適切な場合には）を含むことができる。

コンピュータ実施構成に関して、コンピュータは、一般に、１つ又はそれ以上のプロセッサ、或いは１つ又はそれ以上のコントローラを備えると理解され、本明細書では、用語「コンピュータ」、「プロセッサ」及び「コントローラ」は同義語として用いる場合がある。コンピュータ、プロセッサ、又はコントローラによって提供される場合に、機能は、単一の専用のコンピュータ、プロセッサ、又はコントローラによって、単一の共有のコンピュータ、プロセッサ、又はコントローラによって、或いは、その一部を共有又は分散させることができる複数の個々のコンピュータ、プロセッサ、又はコントローラによって提供することができる。更には、「プロセッサ」又は「コントローラ」という用語の使用はまた、このような機能を実施する、及び／又はソフトウェアを実行することができる、上記に具陳した例示的なハードウェア等の他のハードウェアを意味すると解釈すべきである。

「例示的な実施形態」という表現は、本明細書に開示される技術によって含まれる全ての実施形態を必ずしも代表するか、又は特徴付けるわけではない独立した非限定的な実施形態を意味する。

図１Ａは、ハプティックフィードバックデバイス２０Ａとしての役割も果たす制御ユニットを示している。図１Ａは、ハプティックフィードバックデバイス２０Ａと対話又はインターフェースする人間のユーザ又は操作者の視点からのものである。従って、図１Ａは、ユーザインターフェースが、グラフィック表示を透明に覆い、又はグラフィック表示と協働した時に、ハプティックフィードバックデバイス２０Ａのユーザインターフェースが人間の操作者にとってどのように見えるかについての非網羅的な図の一例を示している。詳細には、図１Ａのユーザインターフェースは、車両における制御ユニットに好適なグラフィック描画（例えば、ＬＣＤ、ＬＥＤ、又はその他のタイプのディスプレイ）の上に重なるタッチスクリーンである。非限定的な実施例として、図１Ａのグラフィック描画は、空調制御区分とオーディオ制御区分の両方を含む。空調制御区分は、人間の操作者によってタッチされた場合にサーモスタット設定点を上昇又は低下させる三角形シンボルの第１のセットと、人間の操作者によってタッチされた場合にファン速度を増減させる三角形シンボルの第２のセットとを備える。オーディオ制御区分は、人間の操作者によってタッチされた場合に、ＡＭラジオ受信又はＦＭラジオ受信のどちらかを選択する八角形シンボルを備える。オーディオ制御区分は更に、人間の操作者が、選択されたラジオ受信のタイプのチャンネルを上下するのに用いることができる三角形シンボルを備える。更にオーディオ制御区分は、人間の操作者によってタッチされた場合に、受信器をそれぞれの事前選択チャンネルに同調させる円形シンボルを備える。

図１Ａのグラフィック表示のシンボルのうちのどれが人間の操作者によってタッチされたか、例えば、どのシンボルが人為的インパルスを感受するかは、ユーザインターフェースを備え、透明性を踏まえて真下にあるグラフィック描画の露出を可能にするＸ−Ｙマトリックスの形態の透明の感圧膜からなる場所センサによって決定付けることができる。当然ながら、図１Ａのグラフィック描画は単なる一例であり、多少なりとも高度なグラフィック描画、並びに他のタイプのデバイス及び／又は環境に好適なグラフィック描画を提供してもよい点は認識される。

以上のことから、図１Ａは、ユーザインターフェースが、インパルス（例えば人為的又はタクタイルインパルス）の感受位置を感知するように構成された実質的に透明な２次元マトリックスを備える例示的な実施形態である。透明ユーザインターフェースは、ユーザインターフェースの２次元マトリックスの複数の位置に対応する複数の入力操作をグラフィックで示すように構成された表示スクリーン又は同様のものの上に重なる。

図１Ｂは、同様に人間のユーザ又は操作者の視点から見た、ハプティックフィードバックデバイス２０Ｂとしての役割も果たす別の制御ユニットを示している。ハプティックフィードバックデバイス２０Ｂのユーザインターフェースは、人為的タッチによって機械的に押下することができる複数のボタン又はスイッチを備える。ボタンを通じて作用する圧力が感知されると、静電容量等の適切な現象又は性質が変化する可能性があり、信号がプロセッサに印加される。図１Ｂのハプティックフィードバックデバイス２０Ｂの例示的な使用環境は、金融機関における現金自動預け払い機（ＡＴＭ）のものである。従って、図１Ｂは、ユーザインターフェースが、プッシュボタン又は押下可能ボタン等の１つ又はそれ以上の離散インパルス反応要素を備える例示的な実施形態を示している。

図１Ａ及び図１Ｂは、本明細書に開示される技術によるハプティックフィードバックデバイスを備えることができるユーザインターフェースの２つの異なる実施例と、並びにこのようなハプティックフィードバックデバイスの２つの異なる（非限定的な）使用環境を単に例示するために提示されている。本明細書で用いる「ハプティックフィードバックデバイス」又は「ハプティックフィードバックデバイス２０」という名称（或いはその何らかのダッシュ付き又は複数のダッシュ付き形態）は、一般に、配備、設置、又は使用の現場又は環境に関係なく、限定ではないが、図１Ａのタッチスクリーンタイプのハプティックフィードバックデバイス２０Ａ及び図１Ｂのプッシュボタンタイプのハプティックフィードバックデバイス２０Ｂを含む、本明細書に含まれる何れかの好適なハプティックデバイスを表すのに用いられる。従って、例えば、図２、図５、及び図７の実施形態等の異なる例示的な実施形態は、図１Ａのタッチスクリーンタイプのユーザインターフェース、又は図１Ｂのプッシュボタンタイプのグラフィックインターフェース、或いは何れかの他の適切なタイプのグラフィックインターフェース組み込むことができるが、このようなインターフェースの性質又はタイプは、ハプティックフィードバックデバイスの動作の構造には必須ではない。

図２に分解側面図形式でより詳細に示すように、ハプティックフィードバックデバイス２０のデバイスは、固定フレーム４０と、固定フレーム４０に対する少なくとも１つの動き自由度用に構成されたキャリア４２と、キャリア４２上に装着され又はキャリア４２を備え且つ人為的入力を受け取るように構成されたユーザインターフェース４４と、磁極片のセット４６と、懸架システム４８とを備える。１つの例示的な実施形態では、ユーザインターフェース４４は、キャリア４２とは別個のものであるが、キャリア４２に接続／装着することができ、別の例示的な実施形態では、ユーザインターフェース４４は、キャリア４２を備えるか、又はキャリア４２と一体的にすることができる。

固定フレーム４０、キャリア４２、及びインターフェース４４の各々は、図１Ａ及び図１Ｂの紙面に対して実質的に平行であるＸ−Ｙ平面内に実質的に矩形の形状を有する。キャリア４２は、中空の矩形キャリアフレームの形態をとることができ、該フレームは、Ｘ方向に延びて且つＹ方向には離隔された２つの長手部材５２Ｘと、Ｙ方向に延びて且つＸ方向には離隔された２つの短手部材５２Ｙとを備える。部材５２Ｘ及び５２Ｙの各々の内周縁面は、キャリア肩部５４を設けるように形成され、該キャリア肩部５４は、キャリア４４の内周辺上面の周りにノッチ又はリップを設け、その上にユーザインターフェース４４が載って支持される。実質的に堅固な矩形形状の磁極マウント５６は、長手部材５２Ｘのうちの作動している方の下側から（Ｚ方向で）垂下する。

キャリア４２及びフレーム４０は、例えば、プラスチック、アルミニウム、又はマグネシウム等の何れかの好適な材料から製造され、又はこのような材料を含むことができる。

図２に示している特定の例示的な実施形態では、ユーザインターフェース４４は、透明タッチスクリーンタイプの形態をとり、該スクリーンは、電子回路と協働して、人為的入力、例えば、人間の指のタッチ又は人間が用いる手段の接触を感受するタッチスクリーンのＸ−Ｙマトリックスにおける特定の場所の指示を与えるＸ−Ｙ検出器を備える。ユーザインターフェース４４の透明タッチスクリーンは、プロセッサ５８等の電子回路に接続されたリボンケーブル又はその他の信号搬送体を有する膜マトリックスを備えることができる。プロセッサ５８は、その他の電子構成要素と共に、回路基板６０上に装着することができる。例示の実施形態では、回路基板６０は、固定フレーム４０によって担持される（プロセッサ５８が下に向いた状態で）。図２では、ユーザインターフェース４４が１つの部材として示されているが、ユーザインターフェース４４は、透明膜タッチスクリーンと、裏当てガラス等の透明裏当て基板の両方を備える。ユーザインターフェース４４は、その透明膜タッチスクリーンと透明裏当て基板の両方と共に、ユーザインターフェース４４の縁部がキャリア肩部５４上に搭載され及び／又はキャリア肩部５４によって支持されるように、キャリア４２の内部に嵌着する。ユーザインターフェース４４は、接着剤、エポキシ、又はその他の適切なファスナーによってキャリア肩部５４上の所定の位置にシールすることができる。従って、キャリア４２は、ユーザインターフェース４４に対してある程度の剛性並びに可動性（固定フレーム４０に対する）を与える。

図２の例示的な実施形態では、ユーザインターフェース４４は、表示スクリーン６４又は同様のものを覆い（例えば上にあり）、更にこれらを備えることができる。表示スクリーン６４は、ユーザインターフェース４４の２次元マトリックスの複数の位置に対応する複数の入力操作をグラフィックで示すように構成される。表示スクリーン６４は、上にあるユーザインターフェース４４上に、人間の操作者が「押下」することができる「スイッチ」又は「ボタン」に対応する位置を示すのに好適であり、更にこのような各ボタン又はスイッチに付随する説明文字を示すのに好適な液晶ディスプレイ又はその他のディスプレイ（例えばＬＥＤ）とすることができる。表示ドライバを含めて、表示スクリーン６４を動作させるための電子回路は、回路基板６０上に存在することができ、協働動作のためプロセッサ５８に接続することができる。表示スクリーン６４はまた、Ｘ−Ｙ平面内に矩形形状を有し、好ましくはキャリア４２の周縁部内に収容されるようなサイズにされる。

１つの例示的な実施形態では、表示スクリーン６４は、固定フレーム４０上に装着され、従って、表示スクリーン６４もまた固定状態のままとなる。このような固定装着の実施形態では、表示スクリーン６４は、キャリア４２の部材５２によって定められる内周縁部内に嵌着することができるが、部材５２には接触せず、キャリア４２の動きが、キャリア４２内に位置付けられた表示スクリーン６４によって阻害されることもない。従って、ユーザインターフェース４４が表示スクリーン６４に対して移動（例えば周期的変動）できるようにするために、表示スクリーン６４と、その上にあるユーザインターフェース４４との間にエアギャップが存在することができる。この固定装着の実施形態では、キャリア肩部５４は、表示スクリーン６４によって保持される画像がぼけた状態で知覚されないようにするために、ハプティックフィードバックが与えられた時に移動しない。

別の例示的な実施形態では、表示スクリーン６４は、キャリア４２に装着され（固定フレーム４０ではなく）、従って、キャリア４２と共に移動する。例えば、ユーザインターフェース４４、キャリア４２、及び磁極片のセット４６は、一体ユニットとして形成することができ、製造上の効率及びコストの削減をもたらすことができる。この実施形態では、表示スクリーン６４は、人間の操作者が表示スクリーン６４をもはや見ていないと思われる時点で短時間の間わずかに移動する（例えば周期的変動する）ことができる。

固定フレーム４０はまた、Ｘ−Ｙ平面内に実質的に矩形の占有領域を有する。固定フレーム４０の上面は、回路基板６０の下に担持するか、又は備えることができる。上述したように、１つの代替の例示的な実施形態では、固定フレーム４０の上面は、上部に装着された表示スクリーン６４を有することができる。固定フレーム４０の各隅部は、そこに垂下されるフレームレッグポスト６６を有する。Ｙ方向に整列されたフレームレッグポスト６６のペアは、レッグブレース６８（Ｙ方向に延びる）によって接続される。固定フレーム４０の長手縁部（例えばＸ方向に沿って延びる縁部）は、その周辺部において、Ｘ方向に対する縁部の中心近くに設けられたノッチ７０を有する。ハプティックフィードバックデバイス２０が組み立てられた時に、ノッチ７０は、キャリア４２から垂下する磁極マウント５６を収容する役割を果たす。固定フレーム４０の上面の下側はまた、そこから垂下する２つの装着ピン７２を有する。

固定フレーム４０は、そこに装着された第１の磁極片８０を備えるか又は有し、キャリア４２は、そこに装着された第２の磁極片８２を備えるか又は有する。何れの磁極片によっても電磁コイル８４を担持することができるが、例示の実施形態では、電磁コイル８４は、直前に述べたように固定フレーム４０に装着された第１の磁極片８０によって担持されるように示されている。従って、第１の磁極片８０は、これによって担持された電磁コイル８４と併せて「固定子」と呼ばれる場合がある。第２の磁極片８２はまた、「電機子」と呼ばれる場合もある。別の例示的な実施形態では、電磁コイル８４は、代わりに第２の磁極片８２によって担持することができる。

磁極片のセット４６は、図４においてより詳細に示されている。磁極片のセット４６は、第１の磁極片８０と第２の磁極片８２と電磁コイル８４とを備える。第１の磁極片８０は、固定フレーム４０に装着される。組立体に関して、第１の磁極片８０は、固定フレーム４０の下側に設けられた装着ピン７２に圧入又は他の方法で固定されるアパーチャ８６を有する。同様に第２の磁極片８２は、該第２の磁極片８２がファスナー８９によってキャリア４２の磁極マウント５６に装着されるアパーチャ８８を有する。

第１の磁極片８０と第２の磁極片８２の両方が実質的に「Ｌ字」形であるように示されている。１つの非限定的で例示的な実施形態では、第１の磁極片８０及び第２の磁極片８２の各々が、軟鉄の積層体を備える。「Ｌ字」形の磁極片の長い方のレッグ部はＸ方向に延び、短い方のレッグ部はＹ方向に延びる。電磁コイル８４は、導電性ワイヤ（絶縁被覆された）又はマグネットワイヤがその周りに巻かれるボビン９０又は同様のものを備えることができる。ボビン９０は、磁極片８０が貫通して延びる中空内部を有することができる。或いはボビン９０は、マグネットワイヤが周囲に巻かれた磁極片を備えることができる。

必須ではなく好ましくは、小型化の目的で、第１の磁極片８０及び第２の磁極片８２は、ユーザインターフェース４４、キャリア４２、及び表示スクリーン６４のような上にある構造の下、及びひいてはその周辺部内に位置付けることができる。この理由又は別の理由から、更に重ね合わされた場所を示すために、幾つかの例図では、第１の磁極片８０及び第２の磁極片８２は破線で示されている。

図４に示すように、電磁コイル８４が励磁されていない時には、第１の磁極片８０と第２の磁極片８２との間にＸ方向のギャップ９１が存在する。エアギャップ９１は、電磁コイル８４が励磁されていない時の第１の磁極片８０及び第２の磁極片８２の場所によって定められる。より具体的には、２つのギャップ９１、すなわち、第１の磁極片８０の長い方のレッグ部と第２の磁極片８２の短い方のレッグ部との間に存在する第１のギャップと、第２の磁極片８２の長い方のレッグ部と第１の磁極片８０の短い方のレッグ部との間に存在する第２のギャップとが設けられる。同じサイズのものである２つのギャップ９１は、総称して「エアギャップ」又は「ギャップ」と呼ぶ。この場合、第１の磁極片８０と第２の磁極片８２とは、別個に固定フレーム４０及びキャリア４２それぞれに対して位置付けられて装着される。第１の磁極片８０及び第２の磁極片８２の別個で独立した装着は、電磁コイル８４が励磁されていない時の第１の磁極片８０と第２の磁極片８２との間の第１の方向のエアギャップ９１の厳密な定義を可能にする。

従って、図１３及び図１４に例示しているような従来技術デバイスとは異なり、第１の磁極片８０及び第２の磁極片８２は、別個のアクチュエータユニットによって担持されず、このような意味において、「アクチュエータなし」又は「アクチュエータ不在」のハプティックデバイスを実現する。このような従来技術アクチュエータユニットは、両方の磁極片を備え、固定部材及び可動部材に装着される前であっても磁極片内にエアギャップが事前に定められ、アクチュエータユニットが、固定部材と可動部材の両方に中間構成要素として接続されるように両方の磁極片を位置決めする。

本明細書に開示される技術は、従来技術とは様々な面で異なる。例えば、懸架システム４８は、第１の磁極片８０及び第２の磁極片８２の両方から機械的に分離される。１つの例示的な実施形態では、懸架システム４８は、第１の磁極片８０及び第２の磁極片８２の両方から機械的に分離され、第１の磁極片８０は固定フレーム４０に機械的に接続され、該固定フレーム４０は、懸架システム４８を通じてキャリア４２に機械的に接続され、更にキャリア４２は、第２の磁極片８２に機械的に接続される。１つの非限定的で例示的な実施形態では、「機械的に接続される」とは、直接的な物理的接触を意味する。

従来技術からの相違点の別の例として、１つの例示的な実施形態では、第１の磁極片８０は、第２の磁極片８２をキャリア４２に対して位置付ける役割も果たす共通の中間構成要素を通じて固定フレーム４０に装着されない。更に、１つの例示的な実施形態では、固定フレーム４０及びキャリア４２は、懸架システム４８によって接続されるが、第１の磁極片８０及び第２の磁極片８２の両方を備え、更に第１の磁極片８０と第２の磁極片９２との間のエアギャップ９１を事前に位置付ける別個のアクチュエータ構成要素によっては接続されない。１つの例示的な実施形態では、キャリア４２及び固定フレーム４０は、懸架システム４８のみによって互いに接続される。これらの別個の例示的な実施形態の各々は、本明細書で説明するように、エアギャップ９１のより正確な設定を容易にする。

更に１つの例示的な実施形態では、ギャップ９１のサイズ（電磁コイルが励磁されていない時）が、固定フレーム４０に装着される結果としての第１の磁極片８０の位置と、キャリア４２に装着される結果としての第２の磁極片８２の位置とだけに依存することができるように、第１の磁極片８０は固定フレーム４０に装着され、第２の磁極片８２はキャリア４２に装着される。従って、ギャップ９１のサイズ（電磁コイルが励磁されていない時）は、懸架システム４８による影響を受けない。

例示的な実施形態に示すように、キャリア４２及び固定フレーム４０は、懸架システム４８のみによって互いに接続される。詳細には、１つの例示的な実施形態では、キャリア４２及び固定フレーム４０は、懸架システム４８のみによって互いに接続され、第１の磁極片８０及び第２の磁極片８２のうちの一方又は両方を含む構成要素を通じては接続されない。この点に関して、懸架システム４８は、第１の磁極片８０又は第２の磁極片８２のどちらも備えないか又は担持しない。

本明細書で説明するように、電磁コイル８４は、ユーザインターフェース４４に印加される人為的入力の感受の結果として選択的に励磁され、その結果、第２の磁極片８２が第１の磁極片８０に引き寄せられ、従ってギャップ９１が縮小する。第１の磁極片８０と第２の磁極片８２とのコイル付勢の引力は、第２の磁極片８２を担持するキャリア４２の固定フレーム４０に向かうＸ方向の移動を引き起こす（フレーム４０は第１の磁極片８０を担持する）。詳細には、電磁コイル８４が励磁されると、第２の磁極片８２を第１の磁極片８０に引き寄せる磁力が発生し、磁束経路を完成させる。キャリア４２がＸ方向に移動すると、キャリア４２上に装着されたユーザインターフェース４４も同様に移動する。

１つの例示的な実施形態では、電磁コイル８４の励磁は、第２の磁極片８２を第１の磁極片８０に引き寄せてギャップ９１を縮めるようにし、第１の磁極片８０に対する第２の磁極片８２の衝突を引き起こす。第１の磁極片８０と第２の磁極片８２との衝突は、懸架システム４８によってキャリア４２に伝達され、これにより人間の指が依然としてユーザインターフェース４４にタッチしているか、又は少なくともその近位にある時に、この指によって感知されるキャリア４２及びユーザインターフェース４４の移動、振動、又は周期的振動を引き起こす。

別の例示的な実施形態では、磁気引力及びエアギャップ幾何学構成は、磁気作動がエアギャップを縮小するように電機子を移動させるが、ばね力及び間隔により磁極片が物理的接触状態になるのを阻止するように構成することができる。コイル８４から電力が解除されると、電機子（例えば第２の磁極片８２）はそのニュートラル位置に戻る。従って、この代替の実施形態では、通常使用時の製品寿命内でエアギャップ９１が閉じることは決してない。この実施形態の結果は、どのような構成要素のいかなる衝突も伴わずにハプティック動作を起こすことを可能にし、従って、摩耗、ノイズ、及び緩衝構成要素の必要性を軽減することができる。

この場合、キャリア４２は、固定フレーム４０に対する少なくとも１つの動き自由度用に構成される。図２の例示的な実施形態では、エアギャップ９１がＸ軸に沿って存在すること、及び、電磁コイル８４が励磁された時に第１の磁極片８０に向かう第２の磁極片８２のＸ軸での引力及び移動によってギャップ９１が閉鎖又は少なくとも縮小することから判断して、キャリア４２の動き自由度はＸ軸に沿ったものである。

懸架システム４８は、キャリア４２を固定フレーム４０に接続し、ギャップ９１において第１の磁極片８０に向かって第２の磁極片８２を駆動するように電磁コイル８４が励磁された時に、キャリア４２の第１の方向、例えばＸ方向の移動（例えば周期的振動）を可能にする又は容易にする。一般的に、説明される本明細書の実施形態では、懸架システム４８は、第１の方向、例えば方向Ｘに沿って離隔された少なくとも２つの懸架部材を備える。一般的に懸架部材は、キャリア４２の下側に取り付けられる上端部と、レッグブレース６８の上側に取り付けられる下端部とを有する。

コイル８４が励磁されていない（例えば、数秒よりも長い間励磁されない）時には、懸架システム４８を構成するばねは、その本来の中心に戻り、例えば、コイルがオフの時にはばね上には実質的に荷重が存在しない。コイル８４が励磁されると、第２の磁極片８２は、エアギャップ９１を閉鎖又は少なくとも縮小する方向に第１の磁極片８０に引き寄せられる。エアギャップ９１が縮小すると、キャリア４２が移動するだけでなく、懸架システム４８を構成するばねもＸ方向に荷重を受ける。

図２及び図３に示している特定の例示的な実施形態では、懸架部材は、休止時に第１の方向に対して実質的に垂直な平面で延びる（例えば、ばね９２はＹＺ平面で延びる）側方懸架ばね９２を備える。図２及び図３の実施形態では、ハプティックフィードバックデバイス２０の各端部に１つの側方懸架ばね９２が存在する。側方懸架ばね９２は、実質的に直交する「Ｚ字」形状を有し、各側方懸架ばね９２の一方の側方端部が上部に接続タブを有し、反対の側方端部が底部に接続タブを有し、これらの接続タブが、キャリア４２及びレッグブレース６８それぞれへの接続（例えばこれらの内部への挿入）に利用される。適切に位置決めされて固定されたＺ字形の側方懸架ばね９２は、キャリア４２の上下移動、上下傾斜する、又は左右回転を許容しない。その代わりに側方懸架ばね９２は、Ｘ軸に沿った、例えば図の左右方向の１つの動き自由度だけを許容する。

図５及び図６は、異なって構成された懸架システム４８を用いるハプティックフィードバックデバイス２０の別の例示的な実施形態を示している。図５及び図６の懸架システム４８は、懸架部材９４Ａの第１のペアと、懸架部材９４Ｂの第２のペアとを備え、懸架部材９４Ａの第１のペアは、実質的に第１のＹＺ平面で延び、第１のＹＺ平面内で互いから離隔される。懸架部材９４Ｂの第２のペアは、実質的に第２のＺＹ平面で延び、第２のＹＺ平面内でＹ軸に沿って互いから離隔される。第１のＹＺ平面と第２のＹＺ平面は、Ｘ方向に沿って互いから離隔され、Ｘ方向に対して垂直である。図５及び図６の例示的な実施形態では、懸架部材９４Ａの第１のペア及び懸架部材９４Ｂの第２のペアは各々、短手寸法の上縁部と底縁部との両方に接続タブが設けられた、実質的に矩形の形状（矩形は、Ｚ方向の長手寸法と、Ｙ方向の短手寸法とを有する）を有する。接続タブは、締結の目的（例えば、孔又はノッチ内への）でキャリア４２の下側及びレッグブレース６８の上側に嵌合する。

図７及び図８は、異なって構成された懸架システム４８を用いたハプティックフィードバックデバイス２０の更に別の例示的な実施形態を示している。図７及び図８の懸架システム４８は、懸架部材９６Ａの第１のペアと懸架部材９６Ｂの第２のペアとを備え、懸架部材９６Ａの第１のペアは、実質的に第１のＹＺ平面で延び、第１のＹＺ平面内でＹ軸に沿って互いから離隔される。懸架部材９６Ｂの第２のペアは、実質的に第２のＺＹ平面で延び、第２のＹＺ平面内でＹ軸に沿って互いから離隔される。第１のＹＺ平面と第２のＹＺ平面は、Ｘ方向に沿って互いから離隔され、Ｘ方向に対して垂直である。図７及び図８の例示的な実施形態では、懸架部材９６Ａの第１のペア及び懸架部材９６Ｂの第２のペアは、Ｚ方向に延びる実質的に直線の細長い弾性ピンである。弾性ピン９６Ａ及び９６Ｂは、円形の断面を有することができる。懸架システム４８の細長い弾性ピン９６Ａ及び９５Ｂは、多方向ハプティック動作が用いられる場合に、キャリア４２及びひいてはその上に担持されるユーザインターフェース４４の多方向移動を容易にするか又は許容するように構成される。

懸架システム４８の様々な実施形態の懸架部材は、所定の感覚（例えば移動感覚又は周期的振動感覚）を与えるように選ばれる。従って、懸架部材は、適切なばね定数を有する材料から構成され、デバイス全体のパラメータ及び拘束条件を踏まえて所望の感覚が得られるようなサイズ及び形状にされる。

図９は、キャリア４２及びひいてはユーザインターフェース４４の１つの方向、例えばＸ方向の移動に好適なハプティックフィードバックデバイス用の例示的な回路基板６０の一部を示している。回路基板６０は、プロセッサ５８を備え、該プロセッサは、コイル駆動信号を電磁コイル８４に印加するために電磁コイル８４に接続し、表示スクリーン６４を駆動するために（表示ドライバ）電子回路に接続し、人為的入力又はインパルスの場所を示す信号、従ってどのコマンド又は動作が選択されたかに関する指示を受け取るためにユーザインターフェース４４に接続することができる。従って、プロセッサ５８は、人為的入力又はインパルスの感受時にコイル励磁信号を発生させて、コイル励磁信号が電磁コイル８４を励磁し、これによって第２の磁極片８２を第１の磁極片８０に向かって引き寄せて衝突を引き起こすようにすることができる。

図９の例示的な実施形態は、磁極片の１つのセット（すなわち第１の磁極片８０と第２の磁極片８２）を利用し、１つの方向、例えばＸ方向のハプティック動作又はハプティックフィードバックを提供する。図１０に関して示す更に別の例示的な実施形態では、ハプティックフィードバックデバイスは、磁極片の第１のセット４６Ｘと磁極片の第２のセット４６Ｙの両方を備える。図１０の第１の磁極片のセット４６Ｘは、図９の磁極片のセット４６と類似しており、第１の方向、例えばＸ方向の移動及びひいてはハプティックフィードバックを可能にする。図１０の第１の磁極片のセット４６Ｘの構成要素には、ハプティック動作の第１の方向を指す「Ｘ」という添字が付けられている。図１０の磁極片の第２のセット４６Ｙは、第１のセット４６Ｘと類似しているが、第２の方向、例えばＹ方向の移動及びひいてはハプティックフィードバックを提供するような向きにされ、位置決めされ、及び動作可能である。図１０の磁極片の第２のセット４６Ｙの構成要素には、ハプティック動作の第２の方向を指す「Ｙ」という添字が付けられている。第２のセット４６Ｙの第２の磁極片８２Ｙはキャリア４２に装着され、第２の磁極片のセット４６Ｙの第１の磁極片８０Ｙは固定フレーム４０に装着される。すなわち、用語法の目的で、第２の磁極片のセット４６Ｙは、固定フレーム４０に装着された第３の磁極片８０Ｙと、キャリア４２に装着された第４の磁極片８２Ｙと、第３の磁極片及び第４の磁極片のうちの一方によって担持される第２の電磁コイル４４Ｙと、を備えると見なすことができる。第３の磁極片８０Ｙ及び第４の磁極片８２Ｙは、電磁コイル８４が励磁されていない時に、第２の方向又はＹ方向でこれらの磁極片の間に第２のエアギャップ９１Ｙを定めるように装着される。第２の方向又はＹ方向は、第２の動き自由度に対応し、第２の方向（Ｙ方向の）は、第１の方向（Ｘ方向）に対して垂直である。

第１の磁極片のセット４６Ｘ及び第２の磁極片のセット４６Ｙの両方が、プロセッサ５８から発するコイル駆動信号（コイルコネクタ８９を通じてコイル８４に印加される）を有するように示されている。幾つかの例示的な実施構成では、印加されるコイル駆動信号は、プロセッサ５８によって、ハプティックフィードバックがＸ方向とＹ方向に同時に発生するように磁極片のセット４６Ｘ及び第２の磁極片のセット４６Ｙの両方に同時に印加される。他の例示的な実施構成では、異なる人為的入力（異なるコマンド又は要求動作に対応する）が、異なるハプティックフィードバック（例えば、１つのタイプのインパルス／コマンドに対してＸ方向のハプティックフィードバック、及び別のタイプのインパルス／コマンドに対してＹ方向のハプティックフィードバック）を生じるように、第１の磁極片のセット４６Ｘ及び第２の磁極片のセット４６Ｙの各々に印加される別個の駆動信号が存在することができる。

図７及び図８の懸架システム４８は、キャリア４２の多方向の移動又は周期的振動を容易にするための図１０の回路基板との組み合わせにおいて特に有益である。細長い弾性ピンの形態の懸架部材９６は、ＹＺ平面に対する（例えばＸ方向の）ばね様の移動とＸＺ平面に対する（例えばＹ方向の）ばね様の移動とが可能である。第２の磁極片のセット４６Ｙは、懸架部材の位置決めにも対応するようなＹ軸で作動するように位置決めされる。例えば、第２の磁極片のセット４６Ｙは、懸架部材９６を形成する２つの細長い弾性ピンの中間で組立体のＹ軸縁部に沿って位置決めすることができる。

ばね状部材を備えた、本明細書で説明する懸架システムは、キャリア４２のフレーム、例えばキャリアフレームの短手部材５２Ｙの一体部品としてモールド成形することができる。ばね構成要素の断面及び構成を含む、懸架システムのばね構成要素の形状は、特に一体プラスチックからモールド成形される時には単軸又は多軸が可能であるようなものとすることができる。ばねは、プラスチック、炭素繊維、金属、複合材、押出成形、モールド成形、成形、プレス加工等の何れかの材料及び製造法を用いて形成することができる。

図１１は、１つの例示的な様態による、ハプティックフィードバックデバイスを動作させることに関係した例示的な動作工程を示すフローチャートである。人間の操作者がユーザインターフェース４４にタッチすると、動作工程１１−１としてインパルスが感知され、インパルスの場所に関するＸ及びＹ情報がプロセッサ５８に送られる。動作工程１１−２として、プロセッサ５８は、入力されたコマンドのタイプ又はどのボタンが押されたかを識別することによって、感知されたインパルスを処理する。動作工程１１−３として、プロセッサ５８は、コマンドを実行し、例えば、スクリーン上でタッチされた位置によって必要とされる何らかの動作（例えばファンを停止する）を開始する。更に、実質的に同時に、プロセッサ５８は、コイル８４を励磁するためにコイル８４に印加されるコイル駆動信号を発生させて送る。コイル８４は、可能な限り迅速に作動されて、指に実質的に即時のフィードバックを提供する。

この場合、ユーザインターフェース４４において圧力が感知され、すなわち静電容量が変化すると、プロセッサ５８に信号が印加され、場所の識別を実施するだけでなく、場所に対応する機能の実施も開始する。更に、プロセッサ５８は、コイル８４をターンオンして起動コイル８４を励磁するコイル駆動信号を発生させ、最終的にタクタイルフィードバックを与える振動を引き起こす。

コイル駆動信号は、何れかの所望のフォーマット又は構成のものとすることができる。例えば、コイル駆動信号は、コイル８４をターンオンすることを示す単一のパルスとすることができる。この信号は、多くのパターンとすることができるが、ここでは単にコイルを励磁するものである。或いは、コイル駆動信号は、所望の振幅のパルス列とすることができる。

図１２は、本明細書で説明する実施形態のハプティックフィードバックデバイスの製造方法に関係する代表的な動作工程又はステップの実施例を示している。図１２の例示的な様態では、動作工程１２−１は、上記で説明したように、人為的入力又はインパルスを感受するように構成されたタイプのものであるユーザインターフェースをキャリア４２内に装着又は含めるステップを含む。最初に示しているが、動作工程１２−１は、組み立てシーケンスにおけるあらゆる時点で実施することができる。動作工程１２−２は、キャリア４２が固定フレーム４０に対して少なくとも１つの動き自由度を有するように、懸架システム４８を通じてキャリア４２を固定フレーム４０に接続するステップを含む。分解図に関して理解されるように、図１２の例示的な様態では、動作工程１２−１として、固定フレーム４０、キャリア４２、及び懸架システム４８は、例えば、固定フレーム４０及びキャリア４２を懸架システム４８のみを通じて接続することで組み立てられる。動作工程１２−３は、第１の磁極片８０を固定フレーム４０に独立して装着し、第２の磁極片８２をキャリア４２に独立して装着することにより磁極片のセット４６を組み立てるステップを含む。この場合、図１２の方法によれば、固定フレーム４０及びキャリア４２は、懸架システム４８によって接続されるが、第１の磁極片及び第２の磁極片の両方を含む別個のアクチュエータ構成要素によっては接続されない。

第１の磁極片８０及び第２の磁極片８２のうちの一方は、電磁コイル８４を担持する。上記で説明したように、好ましくは第１の磁極片８０は、固定フレーム４０に直接堅固に装着され、第２の磁極片８２は、キャリア４２に直接堅固に装着される。動作工程１２−３、例えば磁極片の装着は、動作工程１２−２と連続して行うか、又は同時に行う（例えば処理１２−２内に含める）ことができる。動作工程１２−３の一部として、第１の磁極片８０及び第２の磁極片８２のうちの一方（好ましくは「固定子」としての役割を果たす第１の磁極片８０）は、第１の磁極片と第２の磁極片との間で結果として生じるエアギャップ９１を調節する手段を用いて装着することができる。例えば、締結ステップの前に、第１の磁極片８０と固定フレーム４０との間にある程度の滑動動作を起こすことができるように、固定フレーム４０又は第１の磁極片８０内にスロット又は同様のものを設けることができる。次いで、動作工程１２−３の後に、動作工程１２−４として、調節可能磁極片を担持される部材に対して締結することによって、エアギャップ９１のサイズを決定的及び恒久的に設定され、例えば、第１の磁極片８０が、固定フレーム４０に堅固に締結され、もはや第１の磁極片８０と固定フレーム４０との間に変位が発生しないようになる。この場合、図１３及び図１４のデバイスとは異なり、エアギャップのサイズは、磁極片に影響を与える全ての取り付けが行われた後の時点で厳密に設定され、ギャップ９１がいかなる後続の組み立て作業によっても影響を受けないようにすることができる。動作工程１２−４においてエアギャップ９１が厳密に設定されることによって、事実上全ての公差が補償され、極めて整合されたシステムエアギャップが得られる。例えば、エアギャップが０．３２４に設定された場合には、システムエアギャップは０．３２４のエアギャップを生じる。システム毎のばらつきは極めて小さく、結果として生成される全てのシステムで高い性能が得られる。このようにして、第１の磁極片８０及び第２の磁極片８２は、固定フレーム４０及びキャリア４２に対して別個に又は互いに独立して位置付けられ、その後、２つの磁極片の間の磁気ギャップ９１が設定される。これによって、はるかに厳密なシステム並びに複数の構成要素の排除が可能になる。

本明細書で開示される技術のハプティックフィードバックデバイスは、ユーザインターフェース４４上のタッチが実際に確実に機能したことを操作者が認識するように、可能な限り迅速にタクタイルフィードバック（例えば振動）を提供しようとしている。

ハプティックフィードバック、例えば周期的振動又は振動の性質は、幾つかの因子に依存することができる。振動周波数は、懸架システムのばねのサイズ、組成、及びばねの係止又は締結方法、コイル駆動信号のタイプ（正弦波、単一の矩形波、又は複数の矩形波であるか）及び周期性を含む、様々な事柄の組み合わせに依存する。コイル駆動信号は、どのタイプの動作が操作者によって要求されたかに応じて、どのタイプの駆動信号が利用されるかに関する製造者の選択とすることができる。例えば、温度を変更する上で、別のタイプの要求動作ではなく、異なるフィードバック感を得るために異なるタイプのコイル駆動信号を印加することができる。このようにして、コイルは、どのボタン又はどのＸＹ位置が押されたかに応じて異なるように駆動することができる。

ハプティックフィードバックデバイスは、多くの様々な環境で利用することができ、及び／又は様々なタイプの設備、車両、又は電気器具に組み込むことができる。一例として、固定フレームは、車両のダッシュボードを構成することができ、又はダッシュボードに装着されるように構成することができる。例えば、固定フレーム４０は移動せず、実際には、例えば車両のダッシュボードとして形成することができ、又はダッシュボード内に形成することができる。固定フレーム４０は、担持又は装着される車両に対して移動することを意図するものではない。固定フレーム４０は、ダッシュボードに装着するか、又はダッシュボードの一部とすることができる。

別の実施例として、固定フレームは、例えば、コピー機等の文書処理機の制御パネルを構成するか、又は制御パネルに装着されるように構成することができる。更に別の実施例として、固定フレームは、現金自動預け払い機の制御パネルを構成するか、又は制御パネルに装着されるように構成することができる。

ハプティックフィードバックデバイスは、必ずしも別の装置又はホスト装置に組み込まれる必要はなく、その代わりに、ハプティックフィードバックデバイスと共に利用される装置又はデバイスと同じ範囲を占め、又はその内部に組み込むことができる。

本明細書において含まれるハプティックフィードバックデバイスは、影響を受けない又は別個のアクチュエータ、例えば、固定子とコイルの両方が、固定ベース又はフレーム等の同一の構成要素によって担持される従来技術のアクチュエータのようなアクチュエータの必要性を排除する。むしろ、本明細書で網羅するハプティックフィードバックデバイスは、第１の磁極片（及び電磁コイル）を固定フレームに装着し、第２の磁極片を入力インターフェースを担持する可動キャリアに別個に装着する。「別個に」装着されるとは、第１の磁極片が、第２の磁極片をキャリアに対して位置付ける役割も果たす共通の構成要素（例えばアクチュエータ）を通じて固定フレームに装着されず、第２の磁極片も、第１の磁極片を固定フレームに対して位置付ける役割も果たす共通の構成要素を通じてキャリアに装着されないことを意味する。キャリアは、コイルが励磁された時に、磁力によって固定のベース／フレームに対して物理的に移動する。本明細書に説明される技術はまた、ハプティックサービスを実装するための素晴らしい懸架システム並びに方向性荷重の方法を含む。

ハプティック面（例えばユーザインターフェース４４）は、磁気誘導移動の一体部分となり、従って、変位及び加速の精度が、製造環境においてより良好に制御される。この構成は、少数の部品を有して簡素であり、ハプティック作動に寄与するシステム荷重を提供する。ハプティック移動の方向は、本質的に単一軸に対して制御され、少なくとも幾つかの実施形態では、同時に他の軸が最小の移動で維持される。このような実施形態は、他のハプティック構成と比較してコスト削減を実現し、更に改善された性能、製造品質、及び小さな性能変動を有する。

以上のことから理解されるように、１つの例示的な実施形態では、電機子積層板がキャリアに装着され、コイル／固定子がベースに装着される。非励磁構成における相対位置は、懸架システムと共に、コイルが励磁されたときに電機子及びひいてはキャリアが、制御された方向に予測可能な方式で移動するように厳密に位置決めされる。励磁が解除されると、キャリアは、蓄積されたエネルギーを放散した後にその通常のニュートラル位置に戻る。幾つかの例示的な実施形態では、励磁／励磁解除サイクルが急激に印加されたときに、ハプティック動作が生じる結果になる。固定ベースは、ハプティック面としての役割を果たす可動キャリアに取り付けられる。ベース及びキャリアは、少なくとも１つ又はそれ以上の接続部材を用いて取り付けられ、これら接続部材は、ベース及びキャリアへの接続部材の配向及び取付によってベース及びキャリアを互いに相対位置に保持する役割を果たす。一実施形態では、接続部材は、ばね様材料を含む平坦ブレードである。平坦ブレードは、軸に対して所定位置を保持しながら、第３の軸の移動を可能にするという利点を有する。平坦ブレードがベースに装着されて準備が整うと、単軸におけるハプティック移動が得られる。

懸架構成の代替の実施形態は、固定ベースと可動キャリアとの間で懸架による分離を保持しながら、側方ばね定数を与える。１つのこのような懸架システムは、ハプティックスクリーンの平面に対して垂直なピンを備え、磁気部材を通じて側方ハプティック効果が得られる。更に別の代替の懸架システムは、ベースとキャリアとの間で懸架による分離を生じるように構成された１つ又はそれ以上の平坦ブレードを備える。このシステムは、性能要件を果たす上でより優れた方向性ハプティック軸配向を有する傾向がある。

上記の説明は多くの具体的内容を含むが、これらの内容は、本明細書で開示される技術の範囲を限定するものではなく、本明細書で開示される技術の現時点で好ましい実施形態のうちの幾つかの例示を示すものに過ぎないと解釈されたい。従って、本明細書に開示される技術の範囲は、添付の請求項及びその法律的均等物によって決定されるべきである。従って、本明細書に開示される技術の範囲は、当業者に明らかになる可能性がある他の実施形態を完全に網羅し、これに応じて本明細書で開示される技術の範囲が、添付の請求項以外のものによって限定されるべきではなく、ここで、数詞を伴わない要素の言及は、別途記載のない限り「唯一のもの」であることを意味するものではなく、「１つ又はそれ以上」であることを意味する点は理解されるであろう。当業者には公知である上記に説明した好ましい実施形態の要素に対する全ての構造的、化学的、及び機能的均等物は、引用によって本明細書に明示的に組み込まれ、本発明の請求項に含まれるものとする。更には、装置及び方法は、本発明の請求項によって含まれることになるので、本明細書で開示される技術によって解決しようとするあらゆる問題に対処する必要はない。更には、本開示におけるいかなる要素、構成要素、又は方法ステップもこれら要素、構成要素、又は方法ステップが請求項において明示的に記載されているか否かに関わらず、一般公衆に開放されることを意図するものではない。

２０Ａ ハプティックフィードバックデバイス
８０ 第１の磁極片
８２ 第２の磁極片
８４ 電磁コイル
９０ ボビン

Claims (11)

1. 固定フレームとキャリアとを備えるハプティックフィードバックデバイスにおいて、
   前記固定フレームに装着された第１の磁極片と、
   前記キャリアに装着された第２の磁極片と、
   前記キャリア上に装着されるか又は前記キャリアを含み、インパルスを感受するように構成されたユーザインターフェースと、
   前記第１の磁極片及び前記第２の磁極片のうちの一方によって担持され、前記インパルスの感受の結果として選択的に励磁される電磁コイルと、
   前記キャリアを前記固定フレームに接続し、前記キャリアと前記固定フレームとの間で第１の方向の相対移動を可能にする懸架システムと、
   を更に備えたハプティックフィードバックデバイスであって、
   前記第１の磁極片と前記第２の磁極片とが、前記電磁コイルが励磁されていない時にそれぞれ前記固定フレーム及び前記キャリアに対して別個に位置付けられて、前記磁極片の間に前記第１の方向でエアギャップを定め、
   前記懸架システムが、前記第１の磁極片及び前記第２の磁極片の両方から機械的に分離され、前記ギャップにおいて前記第２の磁極片を前記第１の磁極片に向かって駆動するように、前記電磁コイルが励磁された時に前記キャリアと前記固定フレームとの間で前記第１の方向の相対移動を可能にする、ことを特徴とする、ハプティックフィードバックデバイス。
2. 前記懸架システムが前記第１の磁極片及び前記第２の磁極片の両方から機械的に分離されることは、前記第１の磁極片が前記固定フレームに機械的に接続され、前記固定フレームが、前記懸架システムを通じて前記キャリアに機械的に接続され、前記キャリアが、前記第２の磁極片に機械的に接続されていることを含む、請求項１に記載のハプティックフィードバックデバイス。
3. 前記キャリア及び前記固定フレームは、前記懸架システムによって互いに接続されるが、前記第１の磁極片及び前記第２の磁極片の一方又は両方を含む構成要素によっては接続されない、請求項１に記載のハプティックフィードバックデバイス。
4. 前記第１の磁極片が、前記第２の磁極片を前記キャリアに対して位置付ける役割も果たす共通の中間構成要素を通じて前記固定フレームに装着されない、請求項１に記載のハプティックフィードバックデバイス。
5. 前記第１の磁極片が、前記固定フレームに堅固に装着され、前記第２の磁極片が、前記キャリアに堅固に装着される、請求項１に記載のハプティックフィードバックデバイス。
6. 前記懸架システムは、前記第１の方向に沿って離隔された少なくとも２つの懸架部材を含む、請求項１に記載のハプティックフィードバックデバイス。
7. 前記少なくとも２つの懸架部材が、休止位置にある時に実質的に前記第１の方向に対して垂直な平面で延びる懸架ばねを含む、請求項６に記載のハプティックフィードバックデバイス。
8. 前記少なくとも２つの懸架部材が、懸架部材の第１のペアと懸架部材の第２のペアとを含み、前記懸架部材の第１のペアが実質的に第１の平面で延びて該第１の平面内で互いから離隔され、前記懸架部材の第２のペアが、実質的に第２の平面で延びて該第２の平面内で互いから離隔され、前記第１の平面と前記第２の平面とが互いから離隔され、前記第１の方向に対して垂直である、請求項６に記載のハプティックフィードバックデバイス。
9. 前記懸架部材の各々が、多方向移動用に構成された実質的に円形の断面の弾性ピンを含む、請求項８に記載のハプティックフィードバックデバイス。
10. 前記懸架システムが、多次元ハプティック移動を容易にするように構成される、請求項１に記載のハプティックフィードバックデバイス。
11. 前記固定フレームに装着された第３の磁極片と、
    前記キャリアに装着された第４の磁極片と、
    前記第３の磁極片及び前記第４の磁極片のうちの一方によって担持され、前記インパルスの感受の結果として選択的に励磁される第２の電磁コイルと、
    を更に備え、
    前記第３の磁極片及び前記第４の磁極片は、前記第２の電磁コイルが励磁されていない時に前記磁極片の間に前記第１の方向に対して垂直な第２の方向の第２のエアギャップを定める、請求項１０に記載のハプティックフィードバックデバイス。

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