JP2018064450A - 薄型電磁ハプティックアクチュエータ - Google Patents

薄型電磁ハプティックアクチュエータ Download PDF

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Abstract

【課題】電磁ハプティックアクチュエータを提供すること。
【解決手段】電磁ハプティックアクチュエータは、第1の平面磁気層と、第2の平面磁気層とを備える。第1の平面磁気層は、第1の基板、および第1の基板上に形成された第1の平面導電コイルを備える。第2の平面磁気層は、平面磁石を備え、第1の平面磁気層と第2の平面磁気層との間にギャップがある状態で、第1の平面磁気層とは間隔を空けて隣接する。第1の平面磁気層の一部分および第2の平面磁気層の一部分が互いに対して移動可能であるように、第1の平面磁気層および第2の平面磁気層のうちの少なくとも一方が可撓性である。
【選択図】図1A

Description

本開示は、ハプティックアクチュエータに関し、より詳細には、薄型電磁ハプティックアクチュエータ(thin electromagnetic haptic actuator)に関する。
ウェアラブル物品(wearable article)や超薄型コンピュータ-ヒューマンインターフェースなどの薄型構造内に含めるのに適した、アクチュエータやセンサなどのトランスデューサが開発されつつある。例として、コンピュータまたはスマートフォン上の感圧キーパッド、および衣類またはリストバンド内のハプティック通知デバイスがある。そのようなアクチュエータおよびセンサは、モバイルコンピューティングデバイス向けの小型設計、ならびにセンサおよびアクチュエータの「スマート」ウェアラブル物品への統合を可能にするといった利点をもたらす。
圧電アクチュエータなど、ある種の薄型トランスデューサは存在するが、可撓性構造や低動作電圧など、有利な特徴を備えた薄型ハプティックアクチュエータの開発は続いている。
米国特許第8,659,571号
本開示は、非常に薄型で、低電圧にて動作することができ、可撓性とすることのできる、アクチュエータやセンサなどの電磁ハプティックアクチュエータに関する。
一態様では、本開示によるハプティックアクチュエータは、可撓性基板とすることのできる基板上に形成され得る、らせんパターンをなす導電コイルなどの第1の平面導電コイルを有する、第1の平面磁気層を含む。平面導電コイルは、平坦であってもよく、湾曲してもよい。第1の平面磁気層は、ケイ素鋼、フェライト、および鉄粉複合材料などの磁束コンセントレータ(flux concentrator)をさらに含むことができる。ハプティックアクチュエータは、第1の平面磁気層から隔置された第2の平面磁気層をさらに含む。第2の平面磁気層は、永久磁石材料で作成されてもよく、平面導電コイルを含む電磁石で作成されてもよい。第2の平面磁気層は、可撓性基板とすることのできる基板上に形成され得る。少なくとも、第2の平面磁気層の一部分および第1の平面磁気層の一部分が互いに対して移動可能である。アクチュエータのこの例では、第1の平面導電コイルが通電されたとき、少なくとも、第2の平面磁気層の一部分および第1の平面磁気層の一部分が互いに対して移動可能である。第1の平面導電コイルに印加された電気信号により、第2の平面磁気層が第1の平面磁気層に対して作動し、反対に、第2の平面磁気層を第1の平面磁気層に対して作動させると、第1の平面導電コイル内に電気信号が生じる。
別の態様では、人物によってウェアラブルなウェアラブル物品が、上で説明したハプティックアクチュエータと、ハプティックアクチュエータに電気的に接続されたコントローラとを含む。コントローラは、第1の平面導電コイルに通電して、機械的刺激を生じさせるように構成され、ハプティックアクチュエータは、ウェアラブル物品を着用している人物が機械的刺激を知覚するように、物品に対して配置される。別の態様では、ハプティックアクチュエータは、ウェアラブル物品を着用している人物から(靴内のハプティックアクチュエータに衝撃を与えることや、物品を着用している人物の音声による振動などによる)機械的入力を受領するように、物品に対して配置され、機械的入力に応答して第1の平面導電コイルの端子のところに電気信号を生じさせるように構成され、コントローラは、この電気信号を受領し、その電気信号に応答して制御信号を生じさせるように構成される。一態様では、第1の平面磁気層と第2の平面磁気層は、ウェアラブル物品を構成する布地の一部分など、物品の一部分によって隔置され得る。
別の態様では、機械的信号を生じさせる方法が、第1の平面導電コイルを有する第1の平面磁気層を、第1の平面磁気層から隔置された第2の平面磁気層に隣接し、かつそこから(ウェアラブル物品の一部である布地の層によって分離させてなど)隔置して、配置するステップを含む。方法は、第1の平面導電コイルに電流を印加して、第1の平面磁気層の一部分と第2の平面磁気層の一部分との間の相対移動(relative movement)を生じさせるステップをさらに含む。別の態様では、機械的作動に応答して電気信号を生じさせるための方法が、第1の平面導電コイルを有する第1の平面磁気層を、第1の平面磁気層から隔置された第2の平面磁気層に隣接し、かつそこから(ウェアラブル物品の一部である布地の層によって分離させてなど)隔置して、配置するステップを含む。方法は、第1の平面磁気層の一部分を第2の平面磁気層の一部分に対して移動させ、それにより、第1の平面導電コイル内に電気信号を生じさせるステップをさらに含む。
本開示の一態様による電磁ハプティックアクチュエータの概略斜視分解図である。 図1Aに示すハプティックアクチュエータの構成要素の平面図である。 図1Aに示すハプティックアクチュエータを組み立てたものの側面図である。 本開示の一態様によるハプティックアクチュエータを組み込んだ、ウェアラブル物品の概略斜視図である。 図2Aに示すウェアラブル物品の側面図である。 本開示の一態様によるハプティックアクチュエータ用の、積み重ねられた導電コイルの分解図である。 コントローラと本開示の一態様によるハプティックアクチュエータとを含むシステムを概略的に示す図である。
さまざまな例について、一部は、いくつかの図を通して同様の参照番号が同様の部分および組立体を表す図面を参照して、詳細に説明する。さまざまな例への言及は、本明細書に添付された特許請求の範囲に記載の範囲を限定しない。加えて、本明細書に示された任意の例は、限定するものではなく、添付の特許請求の範囲にとって可能な多くの実施形態のうちの一部を示すにすぎない。
適切な場合はいつでも、単数形で使用されている用語は複数形も含み、その逆も同様である。「1つの(a)」の使用は、本明細書では、別段明記されない限り、または「1つまたは複数の」の使用が明らかに不適切な場合を除き、「1つまたは複数の」を意味する。「または」の使用は、別段明記されない限り「および/または」を意味する。「備える(comprise)」、「備える(comprises)」、「備えている(comprising)」、「含む(include)」、「含む(includes)」、「含んでいる(including)」、「有する(has)」、および「有している(having)」の使用は、交換可能であり、限定するものではない。「などの」という用語も、限定するものではない。例えば、「含んでいる(including)」という用語は、「それを含んでいるがそれに限定されない(including, but not limited to)」を意味するものとする。
一般に、本開示は、電磁アクチュエータやセンサなど、ハプティック効果を伝達するための薄型電磁ハプティックアクチュエータ、およびそのようなハプティックアクチュエータを組み込んだ、タブレットコンピュータやウェアラブル物品などのデバイスに関する。ハプティック効果は、人物に伝達される任意のタイプの触覚とすることができる。一部の実施形態では、ハプティック効果は、合図、通知、またはより複雑な情報などのメッセージを具現化する。代替実施形態では、ハプティック効果は、摩擦、流れ、デテント(detent)、押下、リリース、スライド、タップ、クリック、スクロール、ドラッグ、およびパンなどの物理的性質または効果を模擬することによって、デバイスとのユーザの対話を向上させるために使用され得る。
ここで図1を参照すると、電磁ハプティックアクチュエータ100は、第1の平面磁気層110と、第2の平面磁気層140とを有する。これら2層は、互いに重なり合うが、スペーサ150によって隔置される。第1の平面磁気層110は、平面基板112、および基板112上に形成された平面コイル114を有する。平面磁気層110は、図1に平坦なものとして示されているが、別法として、図2の例が示すように、屈曲され、または曲げられて、湾曲した構成になってもよい。例えば腕時計バンドでは、平面磁気層110は、腕時計バンドが広げられて平らに置かれているときに平面または実質的に平面でよく、次いで、腕時計バンドがユーザの手首に巻き付けられたときに湾曲してよい。
基板112は、さまざまな実施形態では、剛性基板または可撓性基板のいずれかとすることができる。例えば、基板112は、シリコーン、天然ゴム、および合成ゴムなどの軟質ポリマー材料、またはポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンナフタレン(PEN)、ケイ素系ポリマー、ポリウレタン、熱可塑性物質(thermoplastic)、熱可塑性エラストマー、熱硬化性物質(thermoset)、および天然もしくは合成フィラーで充填されたポリマー複合材料などの剛性材料で作成され得る。基板112は、特定の用途に適した任意の厚さのものとすることができる。例えば、基板112は、50マイクロメートルから2.0ミリメートル、100マイクロメートルから1.0ミリメートル、または300マイクロメートルから0.70ミリメートルの範囲の厚さを有することができる。他の実施形態は、前述の範囲内に提示された厚さよりも薄い、またはそれよりも厚い、厚さを有することができる。基板112は、十分に薄い場合、それが作成される元となる材料が「剛性」と特徴付けられることがあっても、可撓性となり得ることに留意されたい。用途に応じて、基板112に透明または不透明な材料が使用され得る。基板112は、特定の用途および/または環境に適した他の特性を有するように作製され得る。例えば、ハプティックアクチュエータが熱を生じること、または高温環境に置かれることが予想される場合、Zytel(登録商標)長鎖ポリアミド(LCPA)などの耐高温材料が使用され得る。
この例における各コイル114は、導電材料で作成される。導電材料は、特定の用途に適した任意の導体とすることができ、透明でもよく、不透明でもよい。導電材料の例として、(アルミニウム、金、銀、銅、およびクロムなどの)金属、グラフェン、黒鉛、透明導電酸化物(スズドープ酸化インジウム(「ITO」)やアルミニウムドープ酸化亜鉛(「AZO」)などの「TCO」)、透明カーボンナノチューブ(CNT)電極、(ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)(「PEDOT」)、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン):ポリ(スチレンスルホン酸)(「PEDOT:PSS」)、およびポリ(4,4-ジオクチルシクロペンタジチオフェン)などの)透明導電ポリマーがある。加えて、コイル114は、導電ナノ粒子またはナノワイヤを用いて形成され得、任意の適切なナノ形状またはナノ幾何形状を有することができる。コイルの他の実施形態は、ナノスケール以外のスケールを有することができる。
この例における各コイル114は、構造が平面である。例えば、各コイル114は、コイル114の中心部分から距離が次第に大きくなる平面らせんパターンをなす導電線によって形成され得る。コイル114は、その幅および長さに対して非常に薄いという点で平面であり、平らに置かれ、または湾曲し得る、平坦な構造をもたらす。少なくともある実施形態では、平坦なコイルの薄型構造が、リストバンドや衣類などの物品の変化する形状に対応することができるように、屈曲し、または曲がることができる。
導電コイルは基板上に、任意の適切な方法によって形成され得る。例えば、マスキング技法が使用されてよく、この場合、マスクが基板に、導電材料が堆積されるべきエリアを露出させるように施されるが、残りのエリアは覆われる。マスキングは、粘着テープもしくは現像されたフォトレジスト、または他の任意の適切な方法を使用して達成され得る。次いで、マスクされた基板上に、化学/物理気相成長または他の任意の適切な技法によって導電材料の層が堆積される。堆積される金属の厚さは、特定の用途において使用される電流の大きさに応じて、ナノメートルから、マイクロメートルスケールまたはそれよりも大きな範囲であってよい。別の例では、基板上に導電フィルムが堆積され得る。フィルムの一部分がその後、例えば、マイクロエレクトロニクス産業においてよく知られているフォトリソグラフィ技法を用いた選択的エッチングによって除去され得、それによって、所望の導電コイルが後に残る。別の例では、予め形成された導電コイルが、基板112上に移転され、接着を含む任意の適切な方法によって基板112に固定され得る。さらなる例では、導電コイル114が基板112上に、3次元印刷(「3-D印刷」)技法を使用して印刷され得る。
この例におけるハプティックアクチュエータ100は、第2の平面(平坦なまたは湾曲した)磁気層140をさらに含む。一例では、図1A、図1B、および図1Cに示すように、第2の平面磁気層140が、磁石粒子が中に埋め込まれたポリマー材料のマトリックス142を有する。ポリマー材料は、第1の平面磁気層110内の基板112について上で説明したものから選択され得、磁石粒子は、炭素鉄ナノ粒子や希土類(例えばネオジム)ナノ粒子など、磁石材料のナノ粒子とすることができる。
本開示の一態様では、第2の平面磁気層140が、次の方法によって作成され得る。ポリマーマトリックス用の材料が、適切な溶媒中に溶解され得る。次に、溶媒中に磁石ナノ粒子が分散され得る。必要に応じて、ナノ粒子は、凝集するのを防ぐために安定化され得る。例えば、ナノ粒子間の引力を抑えるために、ナノ粒子表面にある種の分子が付着または束縛(tether)され得る。次いで、溶媒が乾燥され得る。
ポリプロピレンやポリエチレンなどの非溶解性ポリマー材料の場合、溶融混合技法が使用され得る。溶融混合では、ポリマーが最初に混合チャンバに添加され、その溶融温度まで加熱される。ポリマー溶融体は、液体のように振る舞う。次いで、高温の溶融体に磁気材料のナノ粒子が添加される。ポリマー溶融体および分散されたナノ粒子は後に、ホットプレス機器を使用して任意の所望の形状に成形され得る。
第2の平面磁気層140は、透明または半透明のいずれかとなるように作成され得る。特に、第2の平面磁気層140は、透明マトリックス材料および磁気ナノ粒子を使用して、透明にされ得る。
本開示の別の態様において、第2の平面磁気層140は、第1の平面磁気層110に類似した電磁気層で作成されてもよい。
さらなる態様では、第1の平面磁気層110および第2の平面磁気層140が、互いに隣接し、かつ互いから隔置される。より具体的には、平面導電コイル114が、第2の平面磁気層140に隣接し、かつそこから隔置される。第1の平面磁気層110(またはコイル114)は第2の平面磁気層から、図1Cに示す離散的なスペーサ150、またはハプティックアクチュエータ100が取り付けられる衣類の生地(fabric)の一部分など、可撓性材料の層を使用することによるものを含む任意の適切な様式で、隔置され得る。一例では、基板112が、シリコーンやゴムなどの軟質材料で作成され得、スペーサ自体となることができる。すなわち、ハプティックアクチュエータ100は、基板112の一方の側の平面コイル114と基板112の他方の側の第2の平面磁気層との間の電磁力下で基板自体の厚さが変化し得るように、ヤング率の低い(シリコーンなどの)可撓性基板112で形成され得る。さらなる例では、ハプティックアクチュエータ100は、平面コイル114がその一方の側にあり、別の平面コイルがその他方の側にある、上で説明した(シリコーンなどの)可撓性基板112で形成され得る。すなわち、軟質基板の一方の側の電磁石と、他方の側の永久磁石との組合せの代わりに、軟質基板の両側に電磁石が形成される。例えば、両コイルが通電されると、それらは互いに引き付け合い、または反発し合って、基板の変形のため互いに近づき、または互いから遠ざかることができる。上の両例では、コイルおよび永久磁石層を可撓性とすることができ、それらは基板とともに形状を変化させる(曲がるなどする)ことができる。
スペーサ150は厚さを有し、この厚さが一部には、ハプティックアクチュエータがアクチュエータとして使用されるとき、2つの平面磁気層110、140間の電磁力の大きさまたは相対加速度を制御する。電磁力または相対加速度に影響を及ぼす他の要因としては、2つの平面磁気層110、140の各々のスチフネス、スペーサ150のスチフネス、第1の平面導電コイルに印加される信号電流および周波数、第1の平面導電コイル内の巻線数、コイル114の内側および平面磁気層110、114間の媒体の、磁気ナノ粒子の濃度および透磁率がある。一例では、磁束漏洩を最小限に抑え、それにより層110、114間の電磁力を最大にするために、導電コイル114の巻線間の空間および/または導電コイルと第2の平面磁気層140との間の空間が、ケイ素鋼粒子などの磁束コンセントレータ材料で、少なくとも部分的に充填され得る。
加速度は、ピークツーピークで1g以上とすることができ(ただしgは、地球表面における重力加速度であり、公称で9.8kg/s2である)、印加される電流の強度および形状、磁性ナノ磁気粒子の濃度、およびコイル114と第2の磁気層140との間の空間に応じて変わる。一例では、可動部の質量が約10グラムの場合、作動力は約200mNとなる。本開示の一態様では、所望の電気機械変換係数(効率)を達成するために、第1の平面導電コイル114に印加される電流の周波数が、可動系(moving system)(第1の平面磁気層110、第2の平面磁気層、または両方)の固有振動数に対して調整され得る。例えば、最大またはほぼ最大の電気機械変換係数を達成するために、第1の平面導電コイル114に印加される電流が、可動系の共振周波数のところ、またはその付近に設定され得る。別法として、印加される電流が、所望の振動振幅を生み出すように他の任意の周波数に合わせられてもよい。例えば、印加される信号の周波数は、共振振幅の少なくとも50%、75%、または90%の振動振幅を生み出す範囲内とすることができる。他の実施形態では、加速度は、約2gピークツーピーク以上とすることができる。他の実施形態は、1gピークツーピークを下回る加速度を有することができる。
本開示のいくつかの態様によるハプティックアクチュエータは、さまざまなデバイスにおいて使用され得る。例えば、図1に示す平坦なハプティックアクチュエータ100は、タブレットコンピュータやスマートフォンなどのモバイルデバイス内に入力デバイスとして含められ得、この場合、第1の平面磁気層110と第2の平面磁気層140との間の、(指による押下のような)機械的に作動される動きが、コイル114内に電気信号を誘発する。ハプティックアクチュエータ100は、ハプティックフィードバックおよび振動通知を含む、さまざまな機械的出力をもたらすアクチュエータとしても使用され得る。ハプティックアクチュエータは、スピーカおよび/またはイヤホン用の振動源としても使用され得る。
他の例では、本開示のいくつかの態様によるハプティックアクチュエータは、衣類;履物;義肢などの補装具;帽子やヘルメットなどの被り物;身体上に着用される運動競技用品;バリスティックベスト、ヘルメット、および他のボディアーマーなどの保護用品;めがね;ネクタイやスカーフなどのアクセサリ;ベルトおよびサスペンダ;ブレスレット、ネックレス、および腕時計などの宝飾品;ならびに身体上に着用され得る他のいかなるものなどのウェアラブル物品に組み込まれ得る。例えば、これらのアクチュエータは、シャツ、ブラウス、およびズボンなどのウェアラブルな布地に組み込まれ得る。アクチュエータは、そのようなウェアラブル物内の、袖口、襟、およびボタン付きプラケットのような部分を含めて、相対移動することのできるエリアを含む、衣服の任意の適切なエリア内に組み込まれ得る。ウェアラブル物品の一例が、図2Aおよび図2Bに示すブレスレット200などのブレスレットである。ブレスレット200は、一例では、円周約15cmおよび幅約2cmの大きさであるが、特定の用途に応じて他のサイズとすることができる。ブレスレット200は、外側層210および内側層240を含み、これら2層210、240は、スペーサ250によって隔置されている。内側層240は、基板および1つまたは複数のコイル(図示せず)を伴って、第1の磁気層110と類似した構成を有することができ、外側層210は、ポリマーマトリックス、およびマトリックス内に分散された磁気ナノ粒子を伴って、第2の磁気層140と類似した構成を有することができる。これら2層210、240の相対位置は、外側層が基板および1つまたは複数のコイルを備え、内側層がポリマーマトリックス、およびマトリックス内に分散された磁気ナノ粒子を備えた状態で、逆にすることもできる。どちらの層210、240も、本開示において説明した他の任意の磁気層とすることもできる。スペーサ250は、外側層210と内側層240との間の空間を複数の領域に分割し、そのうちの1つまたは複数が、外側磁気層が外側層210上に形成され、内側磁気層が内側層240上に形成された、図1に示すものに類似したハプティックアクチュエータとして構築され得る。(ブルートゥース(登録商標)または赤外線送受信機などの)ワイヤレス送受信機などのコントローラ(図示せず)が、外
側層210と内側層240との間の複数の領域のうちの別の領域内に収容され、例えば、このコントローラとワイヤレス接続を介してペアになっているモバイルフォンがメッセージまたは電子メールを受信したときに振動通知をもたらすために、ハプティックアクチュエータに接続され得る。
本開示の別の態様では、第1の平面磁気層110が、より強力な電磁力を達成するために、平面導電コイルの複数の層を含むことができる。例えば、図3に示すように、第1の平面磁気層310が、図1の第1の平面磁気層110と同様に、第1の基板312、および第1の基板312の上面に形成された第1の平面導電コイル314を含む。第1の平面磁気層310は、第2の基板322、および第2の基板322の上面に形成された第2の平面導電コイル324をさらに含む。第1の平面導電コイル314は、外側端部314Aおよび内側端部314Bを有し、第2の平面導電コイル324は、外側端部324Aおよび内側端部324Bを有する。第1の基板312内に貫通孔が形成され、第2の端部314Bに接続されたビア316を収容し、第2の基板322内に貫通孔が形成され、第1の端部324Aに接続されたビア328を収容する。基板312、322が正しい位置合わせで互いに積み重ねられると、第2の端部314Bと第2の端部324Bが、互いに位置整合し、ビア316によって互いに接続される。この例における第1のコイル314および第2のコイル324は、反対方向を向くらせんであり、それらは、上で説明したように互いに接続されると、端部314Aと324Aとの間に電圧が印加されたときに、互いに相加的な磁界を生み出す。別法として、第2の導電コイル324が、第1の基板312の反対側に形成されてもよい。したがって、第2の基板322は必要なくなる。別の例では、導電コイルのさらなる層が追加され、例えばビア328を通じて、コイル314および324に直列に接続されてよい。
本明細書に開示するハプティックアクチュエータ(アクチュエータまたはセンサ)は、多様な装置およびプロセスに応用される。図4を参照すると、一例では、上で説明したものなどのハプティックアクチュエータ430を用いるシステム400が、コントローラ402も含む。コントローラ402は一般に、バス410、プロセッサ404、入/出力(I/O)コントローラ406、およびメモリ408を含む。バス410は、コントローラ402の、I/Oコントローラ406およびメモリ408を含むさまざまな構成要素を、プロセッサ404に結合する。バス410は典型的に、制御バス、アドレスバス、およびデータバスを備える。しかし、バス410は、コントローラ402内の構成要素間でデータを転送するのに適した任意のバスまたはバスの組合せとすることができる。
プロセッサ404は、情報を処理するように構成された任意の回路を備えることができ、任意の適切なアナログまたはデジタル回路を含むことができる。プロセッサ404は、命令を実行するプログラマブル回路を含むこともできる。プログラマブル回路の例として、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路(ASIC)、プログラマブルゲートアレイ(PGA)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、または命令を実行するのに適した他の任意のプロセッサもしくはハードウェアがある。さまざまな実施形態では、プロセッサは、単一のユニットを備えてもよく、2つ以上のユニットの組合せを備え、それらのユニットが単一のコントローラ内または別々のデバイス内に物理的に位置付けられてもよい。
I/Oコントローラ406は、コントローラ402および周辺または外部デバイスの動作を監視する回路を備える。I/Oコントローラ406はまた、コントローラ402と周辺または外部デバイスとの間のデータフローを管理する。外部デバイスは、システム400が組み込まれているのと同じデバイス内に存在してもよく、システム400が組み込まれているデバイスの外部にあってもよい。I/Oコントローラ406がインターフェースすることのできる周辺または外部デバイスの例として、スイッチ、センサ、外部記憶デバイス、モニタ、キーボード、マウス、または押しボタンなどの入力デバイス、外部コンピューティングデバイス、モバイルデバイス、および送信機/受信機がある。
メモリ408は、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読出し専用メモリ(ROM)、電気的消去可能プログラマブル読出し専用メモリ(EEPROM)、フラッシュメモリ、磁気メモリ、光メモリ、または他の任意の適切なメモリ技術などの揮発性メモリを備えることができる。メモリ408は、揮発性メモリと不揮発性メモリとの組合せを備えることもできる。
メモリ408は、プロセッサ404によって実行するためのいくつかのプログラムモジュールを記憶するように構成される。モジュールは、例えば、イベント検出モジュール412、効果決定モジュール414、および効果制御モジュール416を含むことができる。各プログラムモジュールは、データ、ルーチン、オブジェクト、コール、および1つまたは複数の特定のタスクを実施する他の命令の集合である。いくつかのプログラムモジュールが本明細書に開示されているが、各モジュールについて説明されるさまざまな命令およびタスクは、さまざまな実施形態では、単一のプログラムモジュール、モジュールの異なる組合せ、本明細書に開示したもの以外のモジュール、またはコントローラ402と通信する遠隔デバイスによって実行されるモジュールによって、実施され得る。
イベント検出モジュール412は、受領したイベントデータを評価して、そのイベントデータが、ハプティック効果など、所定のイベントと関連があるかどうかを決定するようにプログラムされる。イベントデータは、システム400が組み込まれているデバイス内で発生したイベントによって生じたデータを備えることができ、そのようなデバイスの例は、本明細書に提示されている。別法として、イベントデータは、システム400を組み込んでいるデバイスとは別のデバイスまたはシステムによって生じたデータを備えることができる。イベントは、例えば、個別の入力(例えばボタン押下、ジョイスティックの操作、タッチセンシティブ表面とのユーザ対話、ユーザインターフェースデバイスの傾動または配向)を備えることができる。別の例では、イベントは、システム状態(例えばバッテリ不足、メモリ不足、着信)、データの送信、データの受信、またはプログラムイベント(例えばゲームプログラムが爆発、発砲、衝突、キャラクタ間の対話、でこぼこした地形を生み出すこと)を備えることができる。
一部の実施形態例では、イベントの発生が、1つまたは複数のセンサ、例えば外部デバイスによって検出される。センサの例として、上で説明したハプティックアクチュエータ(例えば図1〜図3に関して説明したもの)、マイクロホンなどの音響または音センサ;振動センサ;飲酒検知器、一酸化炭素および二酸化炭素センサ、ならびにガイガーカウンタなどの化学および粒子センサ;電圧検出器やホール効果センサなどの電気および磁気センサ;流れセンサ;GPS受信機、高度計、ジャイロスコープ、または加速度計などの航法センサまたは計器;圧電材料、距離計、走行距離計、速度計、衝撃検出器などの位置、近接、および移動関連のセンサ;電荷結合素子(CCD)、CMOSセンサ、赤外線センサ、および光検出器などの画像および他の光学センサ;気圧計、ピエゾメータ、および触覚センサなどの圧力センサ;圧電センサやひずみゲージなどの力センサ;温度計、熱量計、サーミスタ、熱電対、および高温計などの温度および熱センサ;動き検出器、三角測量センサ、レーダ、光電池(photo cell)、ソナー、およびホール効果センサなどの近接および存在センサ;バイオチップ;血圧センサ、パルス/オキシメトリ(ox)センサ、血糖センサ、および心臓モニタなどのバイオメトリックセンサがある。加えて、センサは、圧電ポリマーなどのスマート材料を用いて形成され得、これは、一部の実施形態では、センサとアクチュエータの両方として機能する。さらなるセンサが、「Interactivity Model for Shared Feedback on Mobile Devices」という名称の米国特許第8,659,571号に開示されており、その開示全体がここに、参照により組み込まれる。
イベントデータがハプティック効果と関連があることを、イベント検出モジュール412が決定すると、効果決定モジュール414が、ハプティック効果など、伝達すべき効果を決定する。ハプティック効果を決定するために効果決定モジュール414が使用することのできる技法例として、ハプティック効果を選択する決定を下すようにプログラムされたルールがある。ハプティック効果を選択するために効果決定モジュール414によって使用され得る別の技法例として、ハプティック効果をイベントデータに関係付けるルックアップテーブルまたはデータベースがある。
伝達すべき効果を効果決定モジュール414が決定すると、効果制御モジュール416がハプティック信号の生成を指示する。効果制御モジュールは、ハプティックデータによって定められた信号パラメータの、I/Oコントローラ406への通信を制御する。信号パラメータは、ハプティックアクチュエータ430に印加される駆動信号を定める。ハプティックデータによって定められ得るパラメータの例として、周波数、振幅、位相、反転、持続時間、波形、アタック時間、立ち上がり時間、フェード時間、およびイベントに対する遅延または先行時間がある。
I/Oコントローラ406は、信号パラメータを使用して、ハプティックデータを具現化するハプティック信号を生成し、ドライバ、増幅器、およびハプティック信号を処理してハプティック駆動信号にするための他の構成要素を備えることのできるアクチュエータ駆動回路420に、そのハプティック信号を通信する。アクチュエータ駆動回路420は、ハプティック駆動信号をハプティックアクチュエータ430に印加し、次いで、ハプティックアクチュエータ430がハプティック効果を伝達する。
上で説明したさまざまな実施形態は、例として提示されたものにすぎず、本明細書に添付された特許請求の範囲を限定するものと解釈すべきではない。本明細書において図示し説明した実施形態例および用途例に従うことなく、また添付の特許請求の範囲に記載の真の趣旨および範囲から逸脱することなく加えられ得る、さまざまな修正および変更を、当業者なら容易に理解するであろう。
100 電磁ハプティックアクチュエータ
110 第1の平面磁気層
112 平面基板、可撓性基板
114 平面コイル、第1の平面導電コイル、平面磁気層
140 第2の平面磁気層
142 マトリックス
150 スペーサ
200 ブレスレット
210 外側層
240 内側層
250 スペーサ
310 第1の平面磁気層
312 第1の基板
314 第1の平面導電コイル
314A 外側端部
314B 内側端部、第2の端部
316 ビア
322 第2の基板
324 第2の平面導電コイル
324A 外側端部、第1の端部
324B 内側端部、第2の端部
328 ビア
400 システム
402 コントローラ
404 プロセッサ
406 入/出力(I/O)コントローラ
408 メモリ
410 バス
412 イベント検出モジュール
414 効果決定モジュール
416 効果制御モジュール
420 アクチュエータ駆動回路
430 ハプティックアクチュエータ

Claims (20)

  1. 電磁ハプティックアクチュエータであって、
    第1の基板、および
    前記第1の基板上に形成された第1の平面導電コイル
    を備える、第1の平面磁気層と、
    第2の平面磁気層であって、平面磁石を備え、前記第1の平面磁気層と前記第2の平面磁気層との間にギャップがある状態で、前記第1の平面磁気層とは間隔を空けて隣接した、第2の平面磁気層と
    を備え、
    前記第1の平面磁気層の一部分および前記第2の平面磁気層の一部分が互いに対して移動可能であるように、前記第1の平面磁気層および前記第2の平面磁気層のうちの少なくとも一方が可撓性である、
    電磁ハプティックアクチュエータ。
  2. 前記第1の平面導電コイルが、中心部分を有する平面らせんパターンをなして構成された導電線を備え、前記導電線が、前記中心部分から次第に大きくなる距離に位置する、請求項1に記載の電磁ハプティックアクチュエータ。
  3. 前記第1の基板が、約50マイクロメートルから約2.0ミリメートルの範囲の厚さを有するポリマーフィルムを備える、請求項1に記載の電磁ハプティックアクチュエータ。
  4. 前記第2の平面磁気層が平面永久磁石層を備える、請求項1に記載の電磁ハプティックアクチュエータ。
  5. 前記平面永久磁石層が、平面ポリマーマトリックス、および前記平面ポリマーマトリックスに埋め込まれた磁石ナノ粒子を備える、請求項4に記載の電磁ハプティックアクチュエータ。
  6. 前記第2の平面磁気層が平面永久磁石層を備え、前記平面永久磁石層が、平面ポリマーマトリックス、および前記平面ポリマーマトリックスに埋め込まれた磁石ナノ粒子を備える、請求項2に記載の電磁ハプティックアクチュエータ。
  7. 前記第1の平面導電コイルを前記第2の平面磁気層からある距離だけ分離するスペーサをさらに備える、請求項1に記載の電磁ハプティックアクチュエータ。
  8. 前記スペーサが、発泡体、ゴム、または生地の層を備える、請求項7に記載の電磁ハプティックアクチュエータ。
  9. 前記第1の平面磁気層および前記第2の平面磁気層が湾曲している、請求項1に記載の電磁ハプティックアクチュエータ。
  10. 前記第2の平面磁気層が平面電磁気層を備える、請求項1に記載の電磁ハプティックアクチュエータ。
  11. 前記第1の平面磁気層が、前記第1の基板の反対側に配置されるとともに前記第1の平面導電コイルに対して重なり合った関係にある、第2の平面導電コイルをさらに備え、前記第1の平面導電コイルおよび前記第2の平面導電コイルが、直列に接続され、前記第1の平面導電コイルおよび前記第2の平面導電コイルを電流が通過したときに、相互に強め合う磁界を生み出すように構成される、請求項1に記載の電磁ハプティックアクチュエータ。
  12. 請求項1に記載の電磁ハプティックアクチュエータと、
    前記電磁ハプティックアクチュエータの平面導電コイルに電気的に接続され、前記平面導電コイルに電気信号を印加して、前記第1の平面磁気層と前記第2の平面磁気層との間の相対移動を生じさせるように構成された、コントローラと
    を備える、電子デバイス。
  13. 前記電磁ハプティックアクチュエータが、前記第1の平面磁気層と前記第2の平面磁気層との間の相対振動の共振周波数を有し、前記コントローラが、共振振幅の少なくとも50%の振動振幅を生み出す範囲内の周波数の信号を印加するように構成される、請求項12に記載の電子デバイス。
  14. 前記コントローラが、共振振幅の少なくとも90%の振動振幅を生み出す範囲内の周波数の信号を印加するように構成される、請求項13に記載の電子デバイス。
  15. 人物によってウェアラブルな物品をさらに備え、前記電磁ハプティックアクチュエータが、前記物品に固定され、前記物品が人物によって着用されているときに前記第1の平面導電コイルに電気信号が印加されると前記人物に機械的刺激を与えるように配置される、請求項12に記載の電子デバイス。
  16. 前記電磁ハプティックアクチュエータが、前記第1の平面導電コイルを前記第2の平面磁気層からある距離だけ分離するスペーサをさらに備え、前記スペーサが、前記ウェアラブル物品の一部分を備える、請求項15に記載の電子デバイス。
  17. 機械的信号を生じさせる方法であって、
    電磁ハプティックアクチュエータの第1の平面磁気層を、前記電磁ハプティックアクチュエータの第2の平面磁気層に近接して配置するステップであって、前記第1の平面磁気層が平面導電コイルを備え、前記第2の平面磁気層が磁石を備える、ステップと、
    前記平面導電コイルに電気信号を印加するステップと
    を含み、
    前記第1の平面磁気層を、第2の平面磁気層に近接して配置する前記ステップが、前記平面導電コイルに印加される前記電気信号が前記第1の平面磁気層と前記第2の平面磁気層との間の相対運動の加速度を生じさせるのに十分なほど、前記2つの層を近くに配置するステップを含む、
    方法。
  18. 前記電磁ハプティックアクチュエータが、前記第1の平面磁気層と前記第2の平面磁気層との間の相対振動の共振周波数を有し、前記平面導電コイルに電気信号を印加する前記ステップが、共振振幅の少なくとも50%の振動振幅を生み出す範囲内の周波数の信号を印加するステップを含む、請求項17に記載の方法。
  19. 前記電磁ハプティックアクチュエータを、人物によってウェアラブルな物品に固定するステップをさらに含み、前記平面導電コイルに電気信号を印加する前記ステップが、前記電気信号を印加して機械的振動を生じさせるステップを含み、固定する前記ステップが、前記電磁ハプティックアクチュエータを、前記ウェアラブル物品上の、前記物品を着用している前記人物が前記機械的振動を知覚することのできるような場所に固定するステップをさらに含む、請求項17に記載の方法。
  20. 前記平面導電コイルに電気信号を印加する前記ステップが、前記第1の平面磁気層の一部分と前記第2の平面磁気層の一部分との間に約1gピークツーピーク以上の加速度を生じさせるように、前記平面導電コイルに電気信号を印加するステップを含む、請求項17に記載の方法。
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