JP2015130167A - 触覚通知を提供するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面とのインタラクションを利用して、通知のような情報を、触覚フィードバックを通じて、触覚出力装置を有する装置を提供すること。
【解決手段】システム１００は、入出力装置１３０の表面とユーザの皮膚との間の相対的な動きを検出するように構成されたセンサ１５０と、表面に触覚効果を生成するように構成された触覚出力装置１６０と、表面とユーザの皮膚との間の検出された動きを示す入力信号をセンサから受信し、通知をユーザに送信すべきかを判定し、通知をユーザに送信すべきであると判定した場合には、通知に基づいて、触覚効果を生成させるべく触覚出力装置に出力信号を出力するように構成されたプロセッサ１１０とを備える。
【選択図】図１

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１３年１２月３１日に出願された米国仮特許出願第６１／９２２，６００号からの優先権の利益を請求するものであり、この出願の全内容が引用により本明細書に組み入れられる。

本発明は、触覚通知を提供するシステム及び方法に関する。

現在、触覚フィードバックは、ユーザに対する触覚効果を生成するように構成された触覚出力装置を備える装置を、ユーザが能動的に使用している場合に提供されている。例えば、ユーザが、触覚出力装置を備える装置、例えば、スマートフォンに入力を提供するべくタッチスクリーンをタッチした時に、入力が装置によって適切に受信されたことをユーザに確認させるべく、ユーザは振動の形態で触覚フィードバックを受け取ることができる。

日常において、人々は、ごく普通に、様々な物体の表面と接触しており、例えば、意識することなく、皮膚で物体の表面を滑るように接触している。例えば、コンピュータのキーボードをタイピングする時、人は、多くの場合自身の掌を、使用するコンピュータの種類によるが、キーボードを支持するテーブルの上面に又はラップトップコンピュータの筐体の上面に載せている。キーボード上の指の動きに従って、当該掌を支持する表面上を掌が滑るように移動する。

このように、典型的には不活性表面である表面とのインタラクションを利用して、通知のような情報を、触覚フィードバックを通じて、触覚出力装置を有する幅広い装置がユーザに提供できるようにすることが望まれている。

本発明の一側面によれば、表面とユーザの皮膚との間の相対的な動きを検出するように構成されたセンサと、前記表面に触覚効果を生成するように構成された触覚出力装置と、前記表面と前記ユーザの前記皮膚との間の検出された前記動きを示す入力信号を前記センサから受信し、通知を前記ユーザに送信すべきかを判定し、前記通知を前記ユーザに送信すべきであると判定された場合には、前記通知に基づいて、前記触覚効果を生成させるべく前記触覚出力装置に出力信号を出力するように構成されたプロセッサと、を備える。

一実施形態において、前記触覚出力装置は、静電摩擦出力装置を含み、前記触覚効果は、前記表面の摩擦の変化である。一実施形態において、前記触覚効果は、超音波振動を含む。一実施形態において、前記触覚出力装置は、前記触覚効果を提供するべく前記表面を変形させるように構成される。

一実施形態において、前記表面は、コンピュータの筐体上に設けられる。一実施形態において、前記通知は、電池残量が少ないことを警告する通知を含む。一実施形態において、前記通知は、前記ユーザの受信箱内の未読メッセージの数を示す情報を提供する。

一実施形態において、前記表面及び前記触覚出力装置は、装着可能装置の一部である。一実施形態において、前記装着可能装置は、腕時計、ブレスレット、ネックレス及び眼鏡からなる群から選択される。

一実施形態において、前記通知は、時間、優先順位及び量からなる群から選択される少なくとも一つのパラメータに基づく。

本発明の一側面によれば、表面とユーザの皮膚との間の動きを検出する段階と、通知を前記ユーザに送信すべきかを判定する段階と、前記通知を前記ユーザに送信すべきと判定された場合に、前記表面に触覚効果を生成する段階とを備える方法が提供される。

一実施形態において、前記触覚効果を生成する段階は、前記表面の摩擦を変化させることを含む。一実施形態において、前記触覚効果を生成する段階は、前記表面を変形させることを含む。

本発明の上記及び上記以外の目的、特徴、及び性質、並びに、関連する構成要素の動作方法及び機能、そして製造における各部分の組み合わせと経済性については、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明と添付の特許請求の範囲を検討することによってさらに明らかになる。これらはいずれも本明細書の一部を構成する。添付図面は例示及び説明のためのものであり、本発明の発明特定事項の定義として用いることは意図されていない。本明細書及び特許請求の範囲における用法によれば、単数形の「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」には複数のものへの言及が含まれる。ただし、文脈によって別に解すべきことが明白な場合はこの限りでない。

以下の図面の構成要素は、本開示の一般的な原理を強調するように描写されており、必ずしも寸法通りには記載されていない。一貫性及び明瞭性を確保するために、対応する構成要素を指し示す参照番号は、必要に応じ、複数の図面にわたって繰り返し用いられる。

本発明の実施形態にかかるシステムの模式図である。

図１のシステムのプロセッサの模式図である。

本発明の実施形態にかかる図１のシステムの入出力装置の模式図である。

本発明の実施形態の実装形態におけるユーザの手が置かれる物体の表面を示した図である。 本発明の実施形態の実装形態におけるユーザの手が置かれる物体の表面を示した図である。 本発明の実施形態の実装形態におけるユーザの手が置かれる物体の表面を示した図である。 本発明の実施形態の実装形態におけるユーザの手が置かれる物体の表面を示した図である。 本発明の実施形態の実装形態におけるユーザの手が置かれる物体の表面を示した図である。

本発明の実施形態の実装形態におけるユーザが装着する装着可能物品の表面を示した図である。 本発明の実施形態の実装形態におけるユーザが装着する装着可能物品の表面を示した図である。 本発明の実施形態の実装形態におけるユーザが装着する装着可能物品の表面を示した図である。 本発明の実施形態の実装形態におけるユーザが装着する装着可能物品の表面を示した図である。

本発明の実施形態の実装形態におけるユーザが把持するハンドヘルド物品の表面を示した図である。 本発明の実施形態の実装形態におけるユーザが把持するハンドヘルド物品の表面を示した図である。 本発明の実施形態の実装形態におけるユーザが把持するハンドヘルド物品の表面を示した図である。た図である。 本発明の実施形態の実装形態におけるユーザが把持するハンドヘルド物品の表面を示した図である。

支持面に実装された場合の本発明の実施形態を示した図である。 支持面に実装された場合の本発明の実施形態を示した図である。 支持面に実装された場合の本発明の実施形態を示した図である。

眼鏡に実装された場合の本発明の実施形態を示した図である。 眼鏡に実装された場合の本発明の実施形態を示した図である。 眼鏡に実装された場合の本発明の実施形態を示した図である。 眼鏡に実装された場合の本発明の実施形態を示した図である。

装着可能物品に実装された場合の本発明の実施形態を示した図である。 装着可能物品に実装された場合の本発明の実施形態を示した図である。

ハンドヘルド物品に実装された場合の本発明の実施形態を示した図である。 ハンドヘルド物品に実装された場合の本発明の実施形態を示した図である。 ハンドヘルド物品に実装された場合の本発明の実施形態を示した図である。 ハンドヘルド物品に実装された場合の本発明の実施形態を示した図である。

コンベヤベルトに実装された場合の本発明の一実施形態を示した図である。

図１は、本発明の一実施形態に係るシステム１００の模式図である。図示されるように、例えば、電子装置の形態であるシステム１００は、プロセッサ１１０、メモリデバイス１２０、及び、入出力装置１３０を備えており、これらはバス１４０を介して相互に接続されている。一実施形態において、入出力装置１３０は、少なくとも一つのセンサ１５０及び少なくとも一つの触覚出力装置１６０及び／又はその他の人間コンピュータインターフェース装置を備えてもよい。

プロセッサ１１０は、汎用又は特殊用途プロセッサ、あるいはシステム１００の動作及び機能を管理又は制御するマイクロ・コントローラである。例えば、プロセッサ１１０は、触覚効果を提供するために、特定用途向け集積回路（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ：「ＡＳＩＣ」）として、入力／出力装置１３０のドライバへの出力信号を制御するように特別に設計されてもよい。プロセッサ１１０は、プロセッサ１１０が受信した又は判定した触覚信号に基づいてどのような触覚効果が生成されるべきか、当該触覚効果がどのような順序で生成されるべきか、及び、どの程度の大きさ、頻度、持続時間の触覚効果とすべきか、及び／又は、触覚効果のその他のパラメータについて、所定の因子に基づいて決定してもよい。また、プロセッサ１１０は、特定の触覚効果を提供するために触覚出力装置１６０を駆動するのに使用することができるストリーミング・コマンドを提供するように構成されてもよい。実施形態によっては、プロセッサ１１０は実際には複数のプロセッサを含み、当該プロセッサの各々が電子装置１００の内部で特定の機能を果たすように構成されている。プロセッサ１１０についての詳細は後述する。

メモリデバイス１２０は、内部に固定された１つ又は複数の記憶ユニット、リムーバブル記憶ユニット及び／又はリモート・アクセスが可能な記憶ユニットを含む。これら様々な記憶ユニットは、揮発性メモリと不揮発性メモリとのいかなる組合せをも含み得る。記憶ユニットは、情報、データ、命令、ソフトウェア・コードなどのいかなる組合せをも記憶し得るように構成されている。より具体的には、記憶装置は、触覚効果のプロフィール、入出力装置１３０の触覚出力装置１６０がいかにして駆動されるかを指示する命令、又は触覚効果を生成するためのその他の情報を含む。

バス１４０は、システム１００の様々な構成要素間の信号通信を可能とし、例えば、ネットワークを介して、リモートコンピュータ又はサーバからの情報にアクセス可能に構成されてもよい。ネットワークは、例えば、インターネット、イントラネット、ＰＡＮ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＳＡＮ（Ｓｔｏｒａｇｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＭＡＮ（Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、無線ネットワーク、セルラー通信ネットワーク、公衆交換電話網、および／またはこれら以外のネットワークの一又は複数である。

センサ１５０は、以下に詳細に説明するように、センサ１５０が位置する表面に対するユーザの皮膚の動きを検出するように構成された任意の好適な入力装置として構成されてもよい。当該センサ１５０は、容量結合、抵抗結合、又は誘導結合によって人の皮膚の存在を検出することができるが、検出方法はこれらの技術には限られない。

触覚出力装置１６０は、システム１００の少なくとも一部に対して触覚フィードバックを提供し、その触覚フィードバックは、システム１００に接触しているユーザに対して伝達される。具体的には、触覚出力装置１６０は、入出力装置１３０の表面に触覚フィードバックを提供して、以下に詳細に説明するように、ユーザが当該表面に接触すると触覚効果が与えられるようにしてもよい。ユーザがシステム１００とやりとりを行っている時にユーザの体験を向上させるべく、又は、以下に詳細に説明するように、通知の形態で情報をユーザに提供するべく、触覚効果を使用し得る。

触覚効果は、触覚を生成する任意の方法を使用して生成されてもよく、例えば、静電摩擦又は超音波摩擦、変形、振動、力覚等が利用できる。一実施形態において、触覚出力装置１６０は、非機械的又は非振動装置、例えば、静電摩擦（「ＥＳＦ」）や超音波表面摩擦（「ＵＳＦ」）を用いる装置、超音波触覚トランスデューサを用いて音響放射圧力を生じさせる装置、触覚基板及び可撓性もしくは変形可能な表面を用いる装置、又はエアジェットを用いた空気の吹きかけなどの発射型の触覚出力を提供する装置などを含んでもよい。一実施形態において、触覚出力装置１６０が含み得るアクチュエータは、例えば、偏心質量体がモータにより動かされる偏心回転質量体（「ＥＲＭ」）などの電磁アクチュエータ、ばねに取り付けられた質量体が前後に駆動されるリニア共振アクチュエータ（「ＬＲＡ」）、または圧電材料、電気活性ポリマー、もしくは形状記憶合金などの「スマートマテリアル」、マクロ複合繊維アクチュエータ、静電気アクチュエータ、電気触感アクチュエータ、および／または触覚（例えば、振動触知）フィードバックなどの物理的フィードバックを提供する他の種類のアクチュエータ、である。様々な触覚効果を生成するのに複数の触覚出力装置１６０を使用してもよく、様々な通知を同じ表面においてユーザに伝達してもよい。

システム１００は、ユーザの皮膚と日常的に接触するような表面を有する任意の物体に又は当該物体の一部分に設けられてもよい。例えば、システムは、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、電子ワークブック、電子ハンドヘルドデバイス（例えば、携帯電話、スマートフォン、ゲーム機器、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、携帯型電子メールデバイス、携帯型インターネットアクセス装置、計算機等）、ゲームコントローラ、ウェアラブルデバイス、又は、電子デバイスを通常は備えない支持部、例えば、テーブル又は椅子の一部分であってもよい。本発明の実施形態に係るシステム１００の実装形態の例について、以下により詳細に説明する。

図２は、プロセッサ１１０の一実施形態をより詳細に例示している。プロセッサ１１０は、一又は複数のコンピュータ・プログラム・モジュールを実行するように構成されてもよい。当該一又は複数のコンピュータ・プログラム・モジュールは、センサモジュール１１２、判定モジュール１１４、触覚出力装置制御モジュール１１６、及び／又はこれら以外のモジュールの一又は複数を備えることができる。プロセッサ１１０は更に、メモリデバイス１２０と同じであってもよい電子記憶装置１１８を備えてもよい、又は、メモリデバイス１２０に加えて当該電子記憶装置を備えてもよい。プロセッサ１１０は、モジュール１１２、１１４、及び／または１１６を実行する際に、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、何らかの方法で組み合わされたソフトウェア、ハードウェア、及び／またはファームウェア、及び／またはプロセッサ１１０の処理能力を構成する他の機構を用いてもよい。

図２においてモジュール１１２、１１４及び１１６は単一の処理装置内の同じ位置に配置されるものとして示されるが、プロセッサ１１０が複数の処理装置を含む実施形態においては、モジュール１１２、１１４及び／又は１１６のうちの一又は複数が他のモジュールから離れて配置されてもよい。以下の異なるモジュール１１２、１１４、及び／または１１６によって提供される機能の記述は説明のためのものであり、限定を意図したものではない。モジュール１１２、１１４、及び／または１１６はいずれも記述されるよりも多くの、または少ない機能を提供してもよい。例えば、モジュール１１２、１１４、及び／または１１６のうちの一または複数を取り除き、その機能の一部またはすべてを、モジュール１１２、１１４、及び／または１１６のうちの他のモジュールで提供してもよい。他の例として、以下でモジュール１１２、１１４、及び／または１１６のうちの１つに帰せられる機能の一部またはすべてを実行する１つまたは複数の追加的なモジュールを実行するように、プロセッサ１１０が構成されてもよい。

センサモジュール１１２は、センサ１５０が位置する表面とユーザの皮膚との間の相対的な動きをセンサ１５０が検出すると生成されるセンサ１５０からの入力信号を受信するように構成される。センサモジュール１１２はまた、更なる処理のために信号を判定モジュール１１４へと送信するように構成される。

判定モジュール１１４は、センサ１５０によってユーザの存在が検出されると通知をユーザに送通知が生成し送信すべきかを判定するように構成される。一実施形態において、ユーザは、センサ１５０が位置する面に対して特定のジェスチャを行って、ユーザが通知を介して提供され得る特定の情報を受信することを望むことを示してもよい。判定モジュール１１４は、複数の予め定められたジェスチャをライブラリとしてプログラムしていてもよく、ユーザが面の特定の場所をタッチすると、又は、ユーザが面に対してあるジェスチャを行うと、判定モジュール１１４が、対応する出力を判定してもよい。例えば、システム１００がラップトップコンピュータに設けられる一実施形態では、ユーザが通常時に掌を置くコンピュータの筐体の部分にユーザが特定の動きで掌をこすり付けると、判定モジュール１１４は、ユーザが、ラップトップコンピュータの電池の充電残量についての通知を望んでいると判定してもよい。加えて、判定モジュール１１４は、触覚出力装置制御モジュール１１６に信号を出力して、要求された通知情報を提供する触覚効果を、ユーザに提供してもよい。

触覚出力装置制御モジュール１１６は、判定モジュール１１４が生成する信号に基づいて、触覚出力装置１６０によって生成されるべき触覚効果を決定するように構成される。触覚効果を決定することは、以下に詳細に説明するように、所望の通知がユーザに提供されるような触覚効果の振幅、周波数、期間等を含む１つ又は複数のパラメータを決定することを含んでもよい。

図３には、図１のシステム１００の入出力装置１３０の一実施形態が示されており、入出力装置１３０の表面３１０においてシステム１００のユーザに対して触覚効果が提供される。本明細書において、触覚効果とは、刺激又は力を意味し、振動、引力もしくは斥力、電圧もしくは電流、これら以外の機械的な力もしくは電磁的な力、加熱もしくは冷却、又はこれら以外の刺激を含むがこれらには限られない。触覚効果は、本明細書で説明される力もしくは刺激又はこれらの組み合わせを含み得る。複数の触覚効果を組み合わせて、総合的な触覚効果を形成することができる。触覚効果は、表面３１０をスライドする動きを行うユーザまたは物体にフィードバックを提供するべく出力されてもよい。触覚効果は、機械的な動き、例えば、固体の振動、流体の振動、又はユーザに触れるピンやロッド等の動作誘発物体（ａｃｔｕａｔｉｎｇ ｏｂｊｅｃｔ）を通じてフィードバックを提供することができる。ピンやロッドは、表面の起伏や輪郭を変化させることによって、当該表面を変形させることができる。総合的な触覚効果は、静電相互作用を通じてフィードバックを提供し、表面３１０にある指Ｆ又はユーザの手の掌等の物体に対して力を発生させたり、指Ｆ又は手の神経等の電気信号を検知可能な物体に電気信号を送信したりすることができる。

本実施形態における入出力装置１３０は、表面３１０に接触している物体を検出するように構成された表面３１０を通じてユーザとやりとりする。当該物体は、ユーザの指Ｆ、ユーザの掌、又はこれら以外のユーザの体の触覚効果を感じることができる部分であってもよい。当該物体は、入出力装置１３０がその存在を検出可能なスタイラス等のその他の装置であってもよい。入出力装置１３０は、例えば、容量結合、抵抗結合又は誘導結合により、物体の存在を検出してもよい。

システム１００の入出力装置１３０は、アクチュエータ３３０、３３２、３３４、静電装置３４０又はこれらの組み合わせの形態である一の又は複数の触覚出力装置を介して、表面３１０において触覚効果を提供してもよい。アクチュエータ３３０、３３２、３３４は、表面３１０において触覚効果へと変換され得る機械的な動きを生成するように構成される。アクチュエータ３３０、３３２、３３４は、圧電アクチュエータ、ボイスコイル、ソレノイド等の磁気アクチュエータ、空気圧式アクチュエータ、超音波エネルギーアクチュエータ、偏心質量体アクチュエータ、電気活性ポリマーアクチュエータ、形状記憶合金、又は、上記したようなこれら以外の種類のアクチュエータとして実現される。当該アクチュエータ３３０、３３２、３３４は、トルクを振動に変換するモータ、流体圧、物質の形状変化、又はこれら以外の動きを生成する力によって作動するものであってもよい。また、当該アクチュエータ３３０、３３２、３３４によって生成される動きは振動に限られず、横方向の移動、上下方向の移動、回転移動、もしくはこれらの組み合わせ、又は前記以外の動きが含まれる。

一実施形態において、アクチュエータ３３０は、触覚効果を生成する振動を生成する圧電アクチュエータ又はボイスコイルアクチュエータであってもよく、アクチュエータ３３２は、触覚効果を生成する上下方向の動きを生成するソレノイドであってもよく、アクチュエータ３３４は、触覚効果を生成する横方向の動きを生成する空気圧式アクチュエータであってもよい。特定の通知をユーザに提供することが望まれる時に、当該アクチュエータ３３０、３３２、３３４の全てをアクティベートしてもよく、省電力のため又は異なる触覚効果を生成するためにアクチュエータを１つだけアクティベートしてもよい。特定のアクチュエータを配置して、表面３１０全体に又は表面３１０の一部分のみに触覚効果を生成するように構成してもよい。

この静電装置３４０は、電気振動型ディスプレイ（ｅｌｅｃｔｒｏｖｉｂｒｏｔａｃｔｉｌｅ ｄｉｓｐｌａｙ）や、これ以外にも、触覚効果を生成するために機械的な動きではなく電圧や電流を加える任意の装置であってもよい。本実施形態において、前記静電装置３４０は、少なくとも一つの電極を有する導電層３４２と、絶縁層３４４とを少なくとも備える。この導電層３４２は、半導体又は銅、アルミニウム、金、もしくは銀等の任意の導電体であってもよい。この絶縁層３４４は、ガラス、プラスチック、ポリマー、又は前記以外の任意の絶縁物質であってもよい。一実施形態において、上記したセンサ１５０が、導電層３４２又は絶縁層３４４に提供されてもよい。一実施形態では、静電装置３４０には、物体が導電層３４２に直接接触できるように、絶縁層が備えられていない。触覚効果は、導電層３４２から表面３１０近くの物体へと電流を通過させることにより生成され得る。一実施形態において、絶縁層３４４は、物体に電流を伝えることができる一の又は複数の電極を含んでもよく、物体が絶縁層３４４を横切って移動すると、電極に接触するように構成される。

このシステム１００は、前記導電層３４２に電気信号を加えることによって、前記静電装置３４０を動作させることができる。この電気信号は、前記導電層３４２と、表面３１０に近接又は接触する物体とを容量結合させる交流信号であってもよい。この交流信号は、高電圧増幅器によって生成されてもよい。入出力装置１３０は、触覚効果を生成するために、容量結合以外の原理を用いることもできる。例えば、一実施形態において、超音波振動装置３３６を使用して、表面３１０においてユーザの指Ｆ又は手の掌が感知することができる超音波摩擦効果を生成してもよい。

また、容量結合を使用して、摩擦のレベルを制御する、及び、表面３１０における摩擦係数又はテクスチャを擬似的に生成して、触覚効果を生成してもよい。表面３１０は滑らかであり得るが、前記容量結合が面３１０の近くにある物体と導電層３４２との間に引力を生成するという点において、摩擦係数はシミュレートされたものである。引力を大きくすると、当該表面３１０における物質の構造が変化しなくとも、当該表面３１０における摩擦が増加する。当該物体と導電層３４２との間の引力のレベルを変化させることにより、表面３１０を移動する物体の摩擦を変化させることができる。摩擦力を変化させることにより摩擦係数の変化をシミュレートすることができる。触覚効果による摩擦の制御については、２０１１年４月２２日に出願され、２０１２年１０月２５日に米国特許出願公開公報２０１２／０２６８４１２として出願公開された米国特許出願第１３／０９２，２６９号（発明の名称は「Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｖｉｂｒｏｔａｃｔｉｌｅ Ｄｉｓｐｌａｙ」）においてより詳細に説明されている。当該出願の内容は参照により全体として本明細書に組み込まれる。シミュレートされる摩擦係数もアクチュエータ３３０、３３２、３３４によって変化させることができる。例えば、アクチュエータ３３０、３３２、３３４は、振動を生成することにより、又は、表面３１０の表面上の起伏を変化させて実際の摩擦係数を変化させることにより、摩擦力を増加させることができる。

容量結合は、表面３１０に近接し又は接触しているユーザの指Ｆ若しくは手の掌の皮膚の機械受容器（ｍｅｃｈａｎｏｒｅｃｅｐｔｏｒ）や当該容量結合に応答できるスタイラスの構成部品等の物体の一部分を刺激することによって、触覚効果を生成することもできる。皮膚の機械受容器は、例えば、刺激されることにより、振動やより具体的な感覚として容量結合を検知することができる。例えば、導電層３４２に、ユーザの指Ｆの導電部分と結合するＡＣ電圧信号を印加することができる。ユーザが指Ｆを表面３１０上で動かすと、ユーザは、とげとげした感じ（プリックリネス、ｐｒｉｃｋｌｉｎｅｓｓ）、ざらざらした感じ（グレインネス、ｇｒａｉｎｉｎｅｓｓ）、こぶのある感じ（バンピネス、ｂｕｍｐｉｎｅｓｓ）、でこぼこした感じ（ラフネス、ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）、ねばねばした感じ（スティッキーネス、ｓｔｉｃｋｉｎｅｓｓ）、又はこれら以外のテクスチャを感じることができる。

一実施形態において、通知を提供する触覚効果は、表面の特徴のような特徴をシミュレートするように生成されてもよい。例えば、擬似的に生成される表面特徴は、例えば、表面３１０における、空間パターン（ｓｐａｔｉａｌ ｐａｔｔｅｒｎ）、端部もしくは境界、又はこれら以外の任意の触感（ｔａｃｔｉｌｅ ｓｅｎｓａｔｉｏｎ）であり、天然のものであるか人工的なものであるかを問わない。空間パターンには、線グリッド（ｇｒｉｄ ｏｆ ｓｔｒａｉｇｈｔ ｌｉｎｅｓ）、同心円グリッド（ｇｒｉｄ ｏｆ ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ ｃｉｒｃｌｅｓ）、点グリッド（ｇｒｉｄ ｏｆ ｐｏｉｎｔｓ）、タイルグリッド（ｇｒｉｄ ｏｆ ｔｉｌｅｓ）、これらの任意の組み合わせ、又は前記通知に関連する情報を伝達すこれら以外の任意の空間パターンが含まれる。当該物体と導電層３４２との間の引力のレベルを変化させることにより、表面３１０を移動する物体の摩擦を変化させることができる。周辺の領域と異なる大きさの摩擦を有する領域は、空間パターン要素、テクスチャ、又はこれら以外の任意の表面特徴を表すことができる。表面特徴の擬似的な生成については、２０１２年１０月３１日に出願された米国特許出願第１３／６６５，５２６号（発明の名称は「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｎ ａ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｗｉｔｈ Ｈａｐｔｉｃ Ｅｆｆｅｃｔｓ」）明細書及び米国特許第２０１４／０１１８１２７号の広報に記載の内容は参照により全体として本明細書に組み込まれる。

多くの異なる物体や人に対して同じ引力や同じレベルの刺激を提供するために、入出力装置１３０は、表面３１０におけるインピーダンスを測定するセンサを更に備えることができる。当該センサは、表面全体にパルスを加えて表面電圧を測定することにより、又は、容量結合の強さを測定することにより、インピーダンスを測定することができる。当該センサは、インピーダンスを測定するために、上記以外の公知の技術を用いることができる。また、大気中の湿度や温度等の変化する環境条件を補正することができる。触覚効果は、人のインピーダンスに基づいて調整してもよい。例えば、高いインピーダンスを有する物体に対してはより力強い触覚効果を加え、低いインピーダンスを有する物体に対してはより弱い触覚効果を加えることができる。

入出力装置１３０は、擬似的に生成される摩擦係数を測定するセンサを備えてもよい。このセンサは、インピーダンスを測定する上記のセンサと同じものでも、これとは異なるものであってもよい。当該センサは、例えば、表面３１０に接触している物体から当該表面３１０が受けている圧力の測定値に基づいて、及び、表面３１０における物体の動きに基づいて、シミュレートされた係数を測定することができる。当該物体の動きは、表面３１０における圧力の時間変化及び表面３１０における位置変化に基づいて測定可能である。当該センサは、例えば、タッチスクリーン３１０上におけるユーザの指Ｆ又は表面３１０における手の掌の加速度及び当該ユーザの指Ｆ又は手の掌から当該表面３１０が受けた圧力に基づいてシミュレートされた摩擦係数を表す値を計算することができる。

本発明の実施形態に係る通知を提供する触覚効果は、アクチュエータ３３０、３３２、３３４、静電装置３４０及び／又は超音波振動装置３３６を、一つずつ又は組み合わせて作動させることにより生成することができる。例えば、表面３１０に接触する指Ｆ又は手の掌の皮膚を引き寄せるとともにその皮膚にある機械受容器（ｍｅｃｈａｎｏｒｅｃｅｐｔｏｒ）を刺激できる程度に高い電圧を導電層３４２に印加することができる。この電気振動型タクタイル（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｖｉｂｒｏｔａｃｔｉｌｅ）触覚効果と同時に、当該導電層３４２及び絶縁層３４４に静電気力が生成されることにより、これらの層に機械的な動きが生成される。この触覚効果は、アクチュエータ３３０、３３２、３３４の１つ又はこれらの組み合わせによって生成される動きと組み合わされてもよい。これらの装置は、スクリーン表面の摩擦係数や触感をシミュレートするために協働できる。これらのアクチュエータは、例えば表面の摩擦や触感の変化もシミュレートするために、振動を生成することができる。

当該触覚効果及びセンサは、上記で説明したプロセッサ１１０によって制御可能である。プロセッサ１１０は、インピーダンス、擬似的に生成される摩擦係数、表面圧力、表面で測定された動きの速度、及びこれら以外のファクターを分析し、触覚効果のトリガ条件が満たされているか否か、又は、どの程度強い触覚効果を発生させるかを決定することができる。

上記で説明した入出力装置１３０の実施形態は、通常の日々のインタラクションでユーザの皮膚が頻繁にスライドする表面を提供するべく実装されるが、触覚出力装置を使用しても典型的には感度を有さない又は拡張されない表面に対して触覚フィードバックを提供するべく実装されてもよい。自然で能動的な接触において、表面をスライドするというインタラクションは、例えば、表面のテクスチャを感じる場合のように広く行われている。ユーザの皮膚と表面とのスライドによって生成される相対的な動きにより、ユーザは、上記したような静電摩擦（ＥＳＦ）及び超音波振動（ＵＳＦ）によって生成される表面摩擦の変化を感じることができる。その他の触覚技術を使用することもできる。

スライドさせる動きは、物体の表面に対する皮膚の移動により生じさせることができる。このように、触覚フィードバックを、ユーザの皮膚、特に手が、自然にスライドする任意の表面を介して印加することができ、例えば、ユーザの手が置かれ、キーボード及びタッチパッドを操作する間に手が上をスライドするようなラップトップコンピュータの平らな表面を介して印加することができる。その他の例として、テーブル、カウンター、椅子、柱、及び、人の手が置かれる又は移動するその他の表面が挙げられる。

スライドする動きは、皮膚に対して物体が移動することによって引き起こされてもよい。この場合、触覚効果は、皮膚に対して自然とスライドするような様々な表面又は容易にスライドするように作られた表面を介して与えることができる。眼鏡、手袋、洋服、腕時計、並びに、ネックレス及び指輪のようなアクセサリーといった装着可能な物品は、装着する時若しくは取り外す時、又は、装着中に体の動きによって、皮膚の上をスライドする。ペン、スタイラス、電動工具及びスマートフォンのようなハンドヘルド物品は、ユーザが操作する時に手の上をスライドする。また、コンベヤベルトのような物体は、操作時に、皮膚に対して常に移動している。

上記したようなスライドする動きは、自然の動きにより表面と係わることによって結果生じたものであってもよいし、タッチすることによって情報を抽出することを意図した目的をもった動きにより表面と係わる結果生じたものであってもよい。例えば、腕時計が手首の上を自然にスライドする時に腕時計の内面のテクスチャが感じられる場合と、もう一方の手で手首上の腕時計を意図的に移動させる時にテクスチャが感じられる場合とがある。

以下に、スライドする動きの結果、触覚フィードバックという形態で通知が提供される幾つかの実装形態について説明する。触覚フィードバックは、タッチされる物体又はその他の物体についての様々な情報を通知という形態で伝達することができ、例えば、装置の電池残量、未読メールの数、又は、所与のコンテキストにおけるアクションの適切さ等が挙げられる。触覚フィードバックは、例えば、ブランド戦略又はパーソナライズのために、表面にプログラム可能な感触を提供してもよい。テクスチャの急激な変化は、例えば、テキストメッセージの受信のようなイベントの通知として機能し得る。触覚フィードバックは、邪魔することを最小限に抑えるアンビエント・コミュニケーションに特に適している。

一実施形態において、自然の表面を触った時の感触、例えば、テクスチャ又はでこぼこした特徴を再現するために、表面３１０の触覚特性を変化させるように表面３１０を構成してもよい。例えば、振動又は摩擦ディスプレイによって生成された表面テクスチャに情報をエンコードしてもよい。したがって、皮膚と拡張表面３１０とが動きに同調して互いにスライドしている時にのみ、触覚フィードバックが生成されてもよい。スライドするインタラクションに基づいて、非同期性の触覚効果がトリガされてもよい。

本発明の実施形態は、自然にタッチされるが典型的には受動的である表面に触覚フィードバックを付加することにより、タッチすることによる伝達の更なる機会を提供することができる。ユーザの皮膚と表面との間でのスライドすることによるインタラクションでは、能動接触が望ましいことから、上記したような、振動、変形又は上記したようなその他の触覚フィードバックを使用したより自然な触覚インタラクションへとつながる。また、スライドする動きは、一般的に望ましく現実的であると考えられる摩擦フィードバックを利用可能とするが、これは、動きがない場合には摩擦は認識されないことが理由の一つとして挙げられる。

本発明の実施形態によれば、上記した入出力装置１３０を、通常は触覚フィードバックを生成しない表面に設ける。ユーザの肌と、入出力装置、特に、上記の触覚出力装置１６０が設けられた表面との間の相対的な動きを考慮すると、所望の通知を提供するには、静電摩擦（ＥＳＦ）又は超音波振動（ＵＳＶ）のような摩擦ディスプレイ技術が特に有効である。その他の触覚出力装置を使用してもよく、例えば、振動又は変形、ピンアレイ、熱ディスプレイ又は電気触覚ディスプレイを生成する装置を使用してもよい。表面の特性を変化させるように構成することができる任意の触覚出力装置を使用してもよい。

以下に記載するように、通常受動的な面への触覚出力装置１６０の実装は、使用される技術によって変更されてもよい。多くの実装形態において、触覚出力装置１６０は拡張表面３１０と接続され、電子回路を使用して適切な駆動信号が触覚出力装置１６０へと供給される。適切な駆動信号を生成するのに提供するのにプロセッサ１１０を使用してもよく、また、システム１００のその他の構成要素の簡単なインターフェース、例えば、上記した判定モジュール１１４及び／又は触覚出力装置制御モジュール１１６の一部として、周波数リクエストを入力として受け付け、リクエストされた周波数を生成するべく補正信号を出力するといった機能を提供するのにプロセッサ１１０を使用してもよい。

本発明の実施形態は、必要に応じて、どのような触覚出力を生成すべきかを決定するべく、計算が行われる。例えば、プロセッサ１１０は、ユーザのコンピュータ又はその他の電子装置における未読の電子メールの数を記録して、このような情報を伝達するべく適切な触覚フィードバックを決定する必要がある。また、プロセッサ１１０は、タッチ入力、特に、ユーザの皮膚と拡張表面３１０との相対的な動きを検出するべく、上記したセンサ１５０のような様々なセンサを監視する必要がある。消費電力を抑えるために、タッチ入力がない時には、触覚出力をＯＦＦにしてもよい。動きに基づいて触覚出力を変調してもよく、例えば、上記したようなスライドの動作で表面がタッチされた場合には空間効果が生成されるように変調してもよい。

拡張表面３１０は、皮膚又は表面３１０いずれかの動きによってスライドの動作が生じているかに応じて、２つのカテゴリーに分類され得る。それぞれの例について、図面を参照して以下に記載する。ある実施形態では、既存の物品に付加され得るシステム又はデバイスを通じて触覚フィードバックを印加することができる。例えば、通知のために、静電摩擦（ＥＳＦ）を提供する表面を、物理的にテーブルに組み込むのではなく、テーブルの上面に配置してもよい。

図４Ａ〜４Ｅには、ユーザの手が置かれて上をスライドする、物体の表面の例が示されている。例えば、図４Ａには、ラップトップコンピュータ４０６のキーボード４０４の下に、ユーザの手を置くための表面４０２が示されている。図４Ｂには、ラップトップコンピュータ４０６が置かれたテーブル４１０の、ユーザの手を置くための表面４０８が示されている。図４Ｃには、ユーザの手が置かれるコンピュータマウス４１４の表面４１２が示されている。図４Ｄには、椅子４２０の肘掛け４１８の表面４１６が示されている。図４Ｅには、例えば、窓の開閉を制御するスイッチである、自動車のインターフェース４１２の物理的制御装置の表面４２２が示されている。表面４０２、４０８、４１２、４１６、４２２のいずれを、上記したシステム１００の実施形態に設けてもよい。

図５Ａ〜５Ｄには、通常の使用時に、装着者の皮膚上をスライドする装着可能物品の例が示されている。例えば、図５Ａには、装着者の皮膚の上を自然とスライドする眼鏡５０４の表面５０２が示されている。図５Ｂには、手袋５０８が脱着される際に、装着者の皮膚の上をスライドする手袋５０８の表面５０６が示されている。図５Ｃには、装着者の身体が動くと装着者の手首の皮膚上をスライドする、又は、手首の皮膚の上を装着者が意図的に移動させることができる、腕時計５１２の内面５１０が示されている。図５Ｄには、装着者の身体が動くと装着者の指の皮膚上をスライドする、又は、指の皮膚の上を装着者が意図的に移動させることができる、指輪５１６の内面５１４が示されている。表面５０２、５０６、５１０、５１４のいずれを、上記したシステム１００の実施形態に設けてもよい。

図６Ａ〜６Ｄは、使用時及び操作時に、ユーザの皮膚上を頻繁にスライドするハンドヘルド物品の例が示されている。例えば、図６Ａには、ユーザの手が握るペン又はスタイラス６０４の表面６０２が示されている。図６Ｂには、ユーザが工具６０８を握ると、ユーザの皮膚が頻繁にスライドする工具６０８の表面６０６が示されている。図６Ｃには、ユーザがコードレス電話６１２を握ると、ユーザの手の皮膚上を擦るコードレス電話６１２の表面６１０が示されている。図６Ｄには、ユーザがゲームコントローラ６１６を握ると、ユーザの皮膚上を擦るゲームコントローラ６１６の表面６１４が示されている。表面６０２、６０６、６１０、６１４のいずれを、上記したシステム１００の実施形態に設けてもよい。

図７Ａ〜７Ｃには、本発明の実施形態に係る、人に通知を提供するように当該人の手がスライドする載置面の例が示されている。図７Ａには、ユーザがキーボード７０４上をタイピングする時に、ユーザの手が置かれるテーブル７０２が示されている。テーブル７０２上をユーザの掌がスライドすることにより、ユーザは、通知の形態で情報を示す僅かなテクスチャを感じることができる。通知としては、ユーザの受信箱内の未読メールの数を示す通知７０６、及び／又は、ユーザが出席すると予定されている次の会議までの残り時間を示す通知７０８等が挙げられる。図７Ｂは、次の食事が提供されるまでの残り時間を示す通知７１２を、テーブル７１０の表面の表面テクスチャを使用して提供するように構成された、レストランのテーブル７１０を示している。図７Ｃには、例えば、ユーザの受信箱内の未読メールの数を示す通知７１８及び／又はラップトップコンピュータ７１６のバッテリの残りの寿命を示す通知７２０のような通知を触覚フィードバックを介して提供するのに使用される、ラップトップコンピュータ７１６上の未使用表面領域７１４が示されている。ユーザは、ラップトップコンピュータ７１６をタイプしている間に、ユーザの掌を通じて当該触覚フィードバックを感じることができる。

図８Ａ〜８Ｄには、拡張眼鏡において触覚フィードバックの利用例が示されている。例えば、図８Ａには、ユーザの耳Ｅの後ろ側に位置する表面８０４を有する眼鏡８０２が示されており、例えば、デバイスの電池が完全に充電されていると滑りやすいテクスチャとなり、デバイスの電池が少なくなるとチクチクするテクスチャとなるといったように、眼鏡８０２又は別のデバイスの状態を伝達するテクスチャが表面８０４に設けられている。図８Ｂには、装着者の耳Ｅの皮膚と接触する表面８０８のテクスチャ又は摩擦を変更することにより、眼鏡を装着する又は外すのにより手間がかかるようにすることができる眼鏡８０６が示されている。このように摩擦又はテクスチャに変化を与えることにより、一日の仕事終わりに帰宅前にファイルを保存することを忘れないように通知する、又は、進行中のタスクが完了間近であることを警告する通知する、又は、デバイス又はプログラムの予め設定された一日の最大使用量を超えそうなことを警告する通知など、対応する意図の通知を伝達することができる。図８Ｃには、装着者の皮膚が表面８１２上を擦ると、木又はサテン地のような特別な触感を有するようにプログラムされた少なくとも一つの表面８１２を有してもよい眼鏡８１０が示されている。図８Ｄには、サングラス８１４の表面８１６において、テクスチャを利用して紫外線のレベルの通知を伝達するサングラス８１４が示されており、当該サングラスは、装着者に日焼け止めを塗るように促してもよい。

図９Ａ及び９Ｂには、装着者に通知を提供するように構成された装着可能物品のその他の実施形態が示されている。例えば、図９Ａには、装着者の手の上で装着者の皮膚をスライドする手袋９０２が示されている。手袋９０２の内面のテクスチャは、例えば、気温のような天気予報に基づいて手袋９０２を装着するべきか否かを示す通知９０４を提供し得る。図９Ｂには、装着時に装着者の皮膚上をスライドする腕時計又はブレスレット９０６が示されている。例えば、装着者に対して次に予定されている会議までの残り時間についての情報を提供する通知９０８を感じるように、腕時計９０６は、装着者の手首又は腕の周りで回転可能であってもよい。

図１０Ａ〜１０Ｄには、通常の使用時に、ユーザの手の上をスライドするハンドヘルド物品の例が示されている。例えば、図１０Ａは、ユーザの手の皮膚上で、図中両矢印で示されるように動かされるペン又はスタイラス１００２を示している。ペン又はスタイラスの表面に通知が提供されてもよく、ペン又はスタイラスが現在使用中であること、又は、関連するデバイスの電池寿命についての情報を提供してもよい。このような通知が、ペン１００２を最初に握った時に感じられるようにしてもよく、例えば、ユーザがペン１００２を正しい位置で握るべく当該ペンをスライドさせる時に通知をおこなってもよい。図１０Ｂには、物体１００４を保持する手が示されており、意図的に又は意図せず当該物体が手の指の間をスライドした時が示されている。物体１００４がスライドすると、物体１００４がスライドし過ぎたことを警告する通知として、又は、擬似的に生成されるテクスチャを含む物体１００４についてのその他の情報を伝達する通知として、触覚フィードバック１００６が提供されてもよい。図１０Ｃには、電動ドリルの形態である工具１０１０の本体を通じて、通知として触覚フィードバック１００８が印加される様子が示されている。通知１００８としては、電池のレベル、又は、モータがオーバーヒートしているか否かといった電動工具１０１０のその他の状態を示してもよい。図１０Ｄには、例えば、現在の通話で経過した時間を示す通知として、触覚フィードバック１０１２が電話機１０１４に印加される様子が示されている。

図１１には、皮膚の上を物体が動く別の例が示されている。図に示すように、コンベヤベルト１１０２は、コンベヤベルト１１０２の傍に立つ作業者（図示せず）に対して連続的にスライドしており、本発明の実施形態に係る触覚フィードバックを使用して拡張することができる。例えば、移動するコンベヤベルト１１０２の上面に摩擦フィードバック１１０４を印加して、物品１１０６が間もなくコンベヤベルト１１０２の上に落下することを作業者に通知してもよい。通知は、コンベヤベルト１１０２上に手を置く作業者が感じるテクスチャの変化の形で提供されてもよい。

本明細書に記載された実施形態は、実施可能な実装例および実施例であるが、本発明を特定の実施形態に制限することを必ずしも意図するものではない。むしろ、これらの実施形態には、当該技術分野における当業者に理解できるような変更を加えることができる。このような変更が加えられた態様も本発明の要旨及び範囲に含まれ、そして以下の請求項によって保護されるべきものである。

Claims (17)

1. 表面とユーザの皮膚との間の相対的な動きを検出するように構成されたセンサと、
   前記表面に触覚効果を生成するように構成された触覚出力装置と、
   前記表面と前記ユーザの前記皮膚との間の検出された前記動きを示す入力信号を前記センサから受信し、通知を前記ユーザに送信すべきかを判定し、前記通知を前記ユーザに送信すべきであると判定された場合には、前記通知に基づいて、前記触覚効果を生成させるべく出力信号を前記触覚出力装置に出力するように構成されたプロセッサと、を備えるシステム。
2. 前記触覚出力装置は、静電摩擦出力装置を含み、
   前記触覚効果は、前記表面の摩擦の変化である、請求項１に記載のシステム。
3. 前記触覚効果は、超音波振動を含む、請求項１に記載のシステム。
4. 前記触覚出力装置は、前記触覚効果を提供するべく前記表面を変形させるように構成される、請求項１に記載のシステム。
5. 前記表面は、コンピュータの筐体上に設けられる、請求項１に記載のシステム。
6. 前記通知は、電池残量が少ないことを警告する通知を含む、請求項５に記載のシステム。
7. 前記通知は、前記ユーザの受信箱内の未読メッセージの数を示す情報を提供する、請求項５に記載のシステム。
8. 前記表面及び前記触覚出力装置は、装着可能装置の一部である、請求項１に記載のシステム。
9. 前記装着可能装置は、腕時計、ブレスレット、ネックレス及び眼鏡からなる群から選択される、請求項８に記載のシステム。
10. 前記通知は、時間、優先順位及び量からなる群から選択される少なくとも一つのパラメータに基づく、請求項１に記載のシステム。
11. 表面とユーザの皮膚との間の動きを検出する段階と、
    通知を前記ユーザに送信すべきかを判定する段階と、
    前記通知を前記ユーザに送信すべきと判定された場合に、前記表面に触覚効果を生成する段階と、を備える方法。
12. 前記触覚効果を生成する段階は、前記表面の摩擦を変化させることを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記触覚効果は、超音波振動を含む、請求項１１に記載の方法。
14. 前記触覚効果を生成する段階は、前記表面を変形させることを含む、請求項１１に記載の方法。
15. 前記通知は、時間、優先順位及び量からなる群から選択される少なくとも一つのパラメータに基づく、請求項１１に記載の方法。
16. 前記表面は、装着可能装置の一部である、請求項１１記載の方法。
17. 前記装着可能装置は、腕時計、ブレスレット、ネックレス及び眼鏡からなる群から選択される、請求項１６に記載の方法。