JP2019029006A - 単一アクチュエータハプティック効果 - Google Patents

Abstract

【課題】１以上のハプティック効果を表現するように構成されるハプティック可能装置を提供する。【解決手段】ハプティック可能装置は、アクチュエータと、複数のユーザ入力要素と、を含む。複数のユーザ入力要素の各々は、アクチュエータに選択的に結合されるように構成される。また、アクチュエータは、複数のユーザ入力要素の各々において１以上のハプティック効果を表現するために位置決めされるように構成される。【選択図】図１

Description

実施形態は、概して、電子装置に向けられ、より具体的には、ハプティック効果を生じる電子装置に向けられる。

ビデオゲーム及びビデオゲームシステムは、非常に人気が高くなっている。ビデオゲーム装置又はコントローラは、典型的には、ユーザへフィードバックを提供する視覚及び音声合図（キュー）を用いる。一部のインターフェース装置では、運動触覚フィードバック（例えば、作動及び抵抗フォースフィードバック）及び／又は触覚フィードバック（例えば、振動、質感、温度変化及び同様のもの）は、ユーザに提供される。一般に、このようなフィードバックは、“ハプティックフィードバック”又は“ハプティック効果”と総称される。ハプティックフィードバックは、ビデオゲームコントローラ又は他の電子装置とのユーザの相互作用を促進し、簡素にする合図を提供する。例えば、ハプティック効果は、特定のイベントにユーザを警告するためにビデオゲームコントローラ又は他の電子装置のユーザへ合図を提供してもよい、又はシミュレートされた又は仮想環境内のより大きな感覚没入を形成するために現実的なフィードバックを提供してもよい。

動作を生じるためにユーザがユーザ入力要素と相互作用する他の装置は、また、ハプティックフィードバック又はハプティック効果から恩恵を受ける。例えば、このような装置は、医療装置、自動車制御装置、リモート制御装置、スマートフォン及び他の同様の装置を含んでもよい。

本発明の実施形態は、関連技術を実質的に改善するハプティック効果を生成するように構成される電子装置に向けられる。

実施形態の特徴及び利点は、詳細な説明に従って、又は詳細な説明から明らかな、又は本発明の実施によって学習される詳細な説明で説明される。

一例では、１以上のハプティック効果を表現するように構成されるハプティック可能装置を提供する。ハプティック可能装置は、アクチュエータと、複数のユーザ入力要素と、を含む。複数のユーザ入力要素の各々は、アクチュエータに選択的に結合されるように構成される。また、アクチュエータは、複数のユーザ入力要素の各々において１以上のハプティック効果を表現するために位置決めされるように構成される。

前述の概略的説明及び以下の詳細な説明の両方が例示的かつ説明的であり、記載される実施例に本発明を限定することを意図するものではないことが理解される。

更なる実施形態、詳細、利点及び変更は、添付の図面と共に扱われる好ましい実施形態の以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。
図１は、本発明の例示的実施形態に係るハプティック可能バーチャルリアリティ（ｖｉｒｔｕａｌ ｒｅａｌｉｔｙ（「ＶＲ」））システムを示す。 図２は、本発明の例示的実施形態に係るハプティック可能コントローラを示す。 図３は、本発明の例示的実施形態に係る単一アクチュエータを用いて複数のユーザ入力要素においてハプティック効果を表現する構造を示す。 図４は、本発明の別の例示的実施形態に係るハプティック可能なコントローラを示す。 図５は、本発明の例示的実施形態に係る多方向トリガ構造を示す。 図６は、本発明の例示的実施形態に係るハプティックマウスを示す。 図７は、本発明の例示的実施形態に係るハプティック効果を表現するための機能のフロー図を示す。

本発明の実施形態は、概して、単一のアクチュエータを用いて、同一の装置／システムの、異なるユーザ入力要素及び／又は表面等のような異なる位置でハプティック効果を提供するシステム及び方法に関する。各種実施形態では、ハプティック効果は、装置の異なる位置で独立に及び／又は同時に表現されうる。異なる位置は、互いに隣接される又は同一の装置の異なる表面に配置される。

ここで実施形態をより詳細に参照して、その実施例が添付の図面に示される。以下の詳細な説明では、多数の特定の詳細は、本発明の理解を通じて提供するために説明される。しかし、本発明は、これらの特定の詳細なしに実施されることが当業者にとっては明らかであろう。他の例では、既知の方法、処置、構成要素及び回路は、実施形態の態様を不必要に曖昧にしないように詳細には説明されない。可能な限り、同様の参照番号は、同様の要素に対して用いられる。

各種実施形態では、装置を用いる様々なユーザインターフェース及び方法が説明される。一部の実施形態では、装置は、携帯電子装置（例えば、ゲームコントローラ、ワンド、コンソール、モバイルフォン、スマートフォン、タブレット等）である。しかし、ユーザインターフェース及び関連する方法は、キーボード、マウス、トラックボール、ジョイスティック、モーション及び方向検知装置及び同様のもの等のような１以上の他の物理ユーザインターフェース装置を含むパーソナルコンピュータ、スマートフォン、医療装置、ラップトップ及び同様のもの等のような多数の他の装置に適用されてもよいことが理解されるべきである。

図１は、例示的な実施形態に係るハプティック可能バーチャルリアリティ（“ＶＲ”）システム１０を示す。例示的なシステム１０は、ヘッドセット１１及びハンドヘルドコントローラ１３を含む。ヘッドセット１１は、ＶＲシステム１０向けの音声及び視覚没入を提供する。ハンドヘルドコントローラ１３は、ヘッドセット１１によって提供されるＶＲ没入体験と共に、様々なユーザ入力要素（例えば、トリガー、ボタン、スティック等）及び／又は装置表面でハプティック効果を提供する。一実施形態では、システム１０は、ユーザの手にそれぞれ１つずつ、２つのハンドヘルドコントローラを含む。ハンドヘルド装置として図１に示されるが、他の実施形態では、ハンドヘルドコントローラ１３は、ユーザの身体の他の領域と接触するように構成されることができ、ユーザの身体の他の領域と接触するための他の個別の要素を含んでもよい。システム１０は、また、ゲームパッド、モーションワンド等を含みうる。ヘッドセット１１及びハンドヘルドコントローラ１３を含む全ての身体に接触する要素は、無線又は有線接続を介して通信可能に結合される。

システム１０の内部は、システム１０でハプティック効果を生成するハプティックフィードバックシステムである。一実施形態では、ハプティック効果は、コントローラ１３を用いて生成される。ハプティックフィードバックシステムは、プロセッサ１２を含む。プロセッサ１２に結合されるのは、メモリ２０及び駆動回路１６であり、アクチュエータ１８に結合される。

プロセッサ１２は、演算を行い、システム１０の機能を制御するように構成される１以上の汎用又は特定目的プロセッサを備えてもよい。プロセッサ１２は、特定用途向け集積回路（“ＡＳＩＣ”）、マイクロプロセッシングデバイス等のような単一集積回路を含む、又はプロセッサ１２の機能を実現するために協働して動作する多集積回路デバイス及び／又は回路基板を含んでもよい。また、プロセッサ１２は、メモリ２０内に格納される、オペレーティングシステム、アクチュエータモジュール及び他のアプリケーション等のようなコンピュータプログラムを実行してもよい。

プロセッサ１２は、ハイレベルパラメータに基づいて、どのハプティック効果が表現されるか、及びハプティック効果が表現される順序を決定しうる。一般に、特定のハプティック効果を定義するハイレベルパラメータは、マグニチュード、周波数及び持続期間を含む。ストリーミングモータコマンド等のようなローレベルパラメータは、また、特定のハプティック効果を決定するために用いられうる。ハプティック効果は、ハプティック効果が生成されるとき、これらのパラメータのいくつかのバリエーションを含む場合、又はユーザのインタラクションに基づくこれらのパラメータのバリエーションを含む場合、「動的」とみなされる。

プロセッサ１２は、駆動回路１６へ制御信号を出力し、これは、所望のハプティック効果を生成させるために、要求される電流及び電圧（つまり、“モータ信号”）をアクチュエータに供給するために用いられる電子部品及び回路を含む。システム１０は、複数のアクチュエータ１８を含み、各アクチュエータ１８は、複数のユーザ入力要素（例えば、ボタン、トリガ及び他の表面）と結合されてもよい。また、各アクチュエータ１８は、全てが共通のプロセッサ１２と結合される別々の駆動回路１６を含んでもよい。また、各アクチュエータ１８は、２以上のユーザ入力要素（例えば、トリガ、ボタン、スティック等）又はハンドヘルドコントローラ１３の他の表面へハプティック効果を提供するように構成されてもよい。

メモリ装置２０は、ランダムアクセスメモリ（“ＲＡＭ”）、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）、スタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）、フラッシュメモリ、キャッシュメモリ、及び／又は他の種類のコンピュータ可読媒体等のような一時的又は非一時的な記憶装置又はコンピュータ可読媒体のいずれかの種類でありうる。通信メディアは、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール又は搬送波又は他の輸送メカニズム等のような変調されたデータ信号における他のデータを含んでもよく、任意の情報伝達メディアを含んでもよい。メモリ２０は、プロセッサ１２の内部に配置される又は内部及び外部メモリの任意の組み合わせであってもよい。

メモリ２０は、オペレーティングシステム命令又はハプティック命令等のようなプロセッサ１２によって実行される命令を格納する。命令のうち、メモリ２０は、以下により詳細に説明されるように、プロセッサ１２によって実行されたとき、単一のアクチュエータを用いて複数のユーザ入力要素又はハプティック効果を表現する装置表面のうちの１つを選択する命令を含むハプティック効果選択モジュール２２を含む。複数のユーザ入力要素でハプティック効果を表現するために単一アクチュエータを用いることによって、ハンドヘルド装置１３のコスト及び重さが低減される。また、多大な電力削減も実現される。

アクチュエータ１８は、ハプティック効果を生成する任意の種類の装置であってもよく、ユーザの身体の所望の領域に所望のハプティック効果を生成することができるように、システム１０の任意の領域に物理的に配置されうる、典型的にはハンドヘルドコントローラ１３内に配置されうる。一実施形態では、アクチュエータ１８は、振動触覚ハプティック効果を生成するハプティック出力装置である。この目的のために用いられるアクチュエータは、偏心質量がモータによって回転される偏心回転質量モータ（ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｍａｓｓ ｍｏｔｏｒ（“ＥＲＭ”）、ばねに取り付けられた質量が反復して駆動される線形共鳴アクチュエータ（ｌｉｎｅａｒ ｒｅｓｏｎａｎｔ ａｃｔｕａｔｏｒ（“ＬＲＡ”）等のような電磁アクチュエータ、又は圧電物質、電気活性ポリマー又は形状記憶合金等のような“スマート材料”を含んでもよい。ハプティック出力装置は、また、静電摩擦（ＥＳＦ：ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｆｒｉｃｔｉｏｎ）又は超音波表面摩擦（ＵＳＦ：ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ）装置等のような装置、又は超音波ハプティックトランスデューサにより音響放射圧力を誘導する装置を含んでもよい。他の装置は、ハプティック基板及びフレキシブル又は変形可能な表面を使用することができ、装置は、エアジェットを用いるエアのパフ等のような突出ハプティック出力を提供することができる。ハプティック出力装置は、熱ハプティック効果（例えば、加熱又は冷却）を提供する装置を更に含みうる。

システム１０は、プロセッサ１２に結合されるセンサ２８を更に含む。センサ２８は、システム１０の任意の種類のユーザの特性（例えば体温、心拍等のようなバイオマーカー）、又はユーザの状況又は現在の状況（例えばユーザの位置、周囲の温度等）を検出するために用いられうる。

センサ２８は、限定されないが、音、動き、加速度、物理信号、距離、流れ、力／圧力／歪み／曲げ、湿度、線形位置、向き／傾き、無線周波数、回転位置、回転速度、スイッチの操作、温度、振動又は可視光強度等のようなエネルギーの形態又は他の物理特性を検出するように構成されうる。センサ２８は、検出されたエネルギー又は他の物理特性を電子信号又は仮想センサ情報を表す信号に変換するように更に構成されうる。センサ２８は、限定されないが、加速度計、心電図、脳波図、筋電図、眼電図、エレクトロパラトグラフィ、ガルバニック皮膚応答センサ、容量センサ、ホール効果センサ、赤外線センサ、超音波センサ、圧力センサ、光ファイバセンサ、フレキションセンサ（又は曲げセンサ）、力検知センサ、ロードセル、ＬｕＳｅｎｓｅ ＣＰＳ２ １５５、小型圧力トランスデューサ、圧電センサ、歪ゲージ、湿度計、リニア位置タッチセンサ、リニアポテンショメータ（又はスライダ）、リニア可変差動変圧器、コンパス、傾斜計、磁気タグ（又は無線周波数識別タグ）、ロータリエンコーダ、ロータリポテンショメータ、ジャイロスコープ、オン−オフスイッチ、温度センサ（例えば、サーモメータ、熱電対、抵抗温度検出器、サーミスタ又は温度変換集積回路）、マイクロフォン、フォトメータ、高度計、生体モニタ、カメラ、又は光依存性抵抗等のような任意の装置でありうる。

システム１０は、システム１０をインターネット／クラウド５０において通信することを可能にする通信インターフェース２５を更に含む。インターネット／クラウド５０は、システム１０向けのリモートストレージ及び処理を提供し、システム１０を同様又は異なる種類の装置と通信することを可能にすることができる。更に、本明細書に記載される処理機能のいずれかは、システム１０から隔てられたプロセッサ／コントローラによって行われ、インターフェース２５を介して通信されうる。アクチュエータ１８を除くシステム１０の各種構成要素は、例えばセントラルコンソール又はインターネットベースのクラウド装置において、コントローラ１３から隔てられて配置されてもよい。

図２は、本発明の例示的な実施形態に係るハプティック可能コントローラ２００を示す。図２に示されるように、第１及び第２の段階においてコントローラ２００（例えば、図１のコントローラ１３）の異なる構成要素でハプティック効果を表現する性能を示し、コントローラ２００は、ハウジング２０２、第１のユーザ入力要素２１１及び第２のユーザ入力要素２１２（例えば、ボタン、トリガ、スティック等）、切替可能なアクチュエータ２２１及びクラッチシステム２２２（段階１にラベル付けされない）等のような様々な構成要素を含んでもよい。第１の段階では、クラッチシステム２２２は、ユーザ入力要素２１１でハプティックフィードバックを提供するために、切替可能なアクチュエータ２２１をギアボックス２２６と係合する。第２の段階では、クラッチシステム２２２は、ユーザ入力要素２１２でハプティックフィードバックを提供するために、切替可能なモータ／アクチュエータ２２１をギアボックス２２７と係合する。

第１の段階の例示的な構成では、切替可能なアクチュエータ２２１は、駆動ギア２２４をユーザ入力要素２１１のギアボックス２２６と結合するために回転シャフト２２３を横方向（例えば、内側）に位置決めする。シャフト２２３は、切替可能なアクチュエータ２２１と一端で結合され、第１のユーザ入力要素２１１又は第２のユーザ入力要素２１２それぞれの第１のギアボックス２２６又は第２のギアボックス２２７のいずれかと他端で結合される。駆動ギア２２４とギアボックス２２６との調整は、アクチュエータ２２１が１以上のハプティック効果（例えば、押す／引っ張る、振動する等）をユーザ入力要素２１１で表現することを可能にする。同様に、第２の段階の例示的な構成では、切替可能なアクチュエータ２２１は、駆動ギア２２４をユーザ入力要素２１２のギアボックス２２７と結合するために、シャフト２２３を横方向（例えば、外側）に移動する。図２に示されるように、第１の駆動ギア２２４又は第２の駆動ギア２２５と第１のギアボックス２２６又は第２のギアボックス２２７それぞれとの調整は、アクチュエータ２２１が１以上のハプティック効果（例えば、押す／引っ張る、振動する等）を第１のユーザ入力要素２１１又は第２のユーザ入力要素２１２で表現することを可能にする。別の構成では、シャフト２２３は、第１のユーザ入力要素２１１及び第２のユーザ入力要素２１２でハプティック効果を交互に表現するために、横方向に往復して移動されてもよい。

一部の構成では、シャフト２２３は、例えば第１のユーザ入力要素２１１又は第２のユーザ入力要素２１２のような、出力位置に対して移動するように構成されてもよい。例えば、第２のユーザ入力要素２１２が、作動するためにユーザによって押されるため、ハプティック効果は、第２のギアボックス２２７がクラッチシステム２２２と係合するように、第１の駆動ギア２２４を静止したままにさせる。ここで、ハプティック効果コールの欠如は、ハプティック効果コールがなされない場合、クラッチシステム２２２との接触を防ぐために、第１の駆動ギア２２４を切替可能なアクチュエータ２２１向かって後退させる。また、ギアボックスドラッグが、静止時から回避され、切替可能なアクチュエータ２２１は、エンドポイントと接触せず、クラッチシステム２２２との接触を避けるために移動することができる。

コントローラ２００の各種構成要素は、単一の切替可能なアクチュエータ２２１を用いて第１のユーザ入力要素２１１及び第２のユーザ入力要素２１２のうちの１つへハプティックフィードバックを独立に提供するように交互に構成されてもよい。例えば、コントローラ２００では、切替可能なアクチュエータ２２１は、ギアボックス、リンケージ、磁気結合、電磁結合及び同様のもの等のような様々な駆動機構のいずれかを用いて第１のユーザ入力要素２１１及び第２のユーザ入力要素２１２のうちの１つと結合される。例えば、電磁クラッチは、電気的に動作するが、トルクを機械的に伝える。別の例では、リンケージは、磁気的であり、よって、物理的な結合を必要としない。様々な構成では、リンケージ、レバー、駆動アーム、ギアボックス、マグネット、電気マグネット、ロッキング機構及び同様のものの組み合わせが用いられてもよい。

各ハプティック出力装置が、各ユーザ入力要素向けに一般的に必要とされる従来のシステムと対比して、本発明の実施形態は、ハプティックフィードバックが、単一のアクチュエータを用いて複数のユーザ入力要素で表現されることを提供する。それに代えて又はそれに加えて、コントローラ２００は、単一の切替可能なアクチュエータ２２１を用いて、ハプティックフィードバックを同時に複数のトリガのサブセット、例えば、ユーザ入力要素２１１及びユーザ入力要素２１１の反対側に配置される別のユーザ入力要素（図示せず）へ表現するように構成される。

一部の実施形態では、ハプティック制御信号は、ハプティック効果を表現するために第１のユーザ入力要素２１１及び第２のユーザ入力要素２１２のうちの１つを選択するように変更されてもよい。クラッチシステム２２２及び／又はアクチュエータ２２１へ異なるハプティック制御信号を加えることによって、異なるユーザ入力要素が対象とされる。ここで、第１のユーザ入力要素２１１及び第２のユーザ入力要素２１２又はコントローラ２００の表面の各々は、所定のハプティック制御信号（例えば振幅、波形、周波数などに基づく）に応じてハプティック効果を表現するように構成されてもよい。

図３は、本発明の例示的な実施形態に係る単一のアクチュエータを用いて複数のユーザ入力要素でハプティック効果を表現するための構造３００を示す。

図３に示されるように、構造３００は、第１のユーザ入力要素３１１及び第２のユーザ入力要素３１２（例えば、トリガ、ボタン、スティック及び他のユーザ入力要素又は表面等）、引張ばね３１３、及び回転可能なアクチュエータ３２１のような様々な構成要素を含んでもよい。第１の構成では、回転可能なアクチュエータ３２１は、ハプティックフィードバック（例えば、振動、押す／引く等）を提供するためにユーザ入力要素３１１と結合する。第２の構成では、回転可能なアクチュエータ３２１は、ハプティックフィードバックを提供するためにユーザ入力要素３１２と結合する。回転可能なアクチュエータ３２１が時計回り又は反時計回り方向に移動するように示されるが、他の構成も実行可能である。例えば、アクチュエータ３２１は、１以上のレール（図示せず）に沿って横方向に横断するように構成されてもよい。別の構成では、引張ばね３１３は、第１のユーザ入力要素３１１及び第２のユーザ入力要素３１２のデフォルト位置に留まるように構成される。

回転可能なアクチュエータ３２１の駆動アーム３２３が、第１のユーザ入力要素３１１と第２のユーザ入力要素３１２との間の中心位置に配置されるとき、アクチュエータ質量３２２も中心位置に配置され、振動及び／又は他のハプティック効果を表現するために往復して自由に移動できる。駆動アーム３２３が反時計回りに回るとき、駆動アーム３２３は、ユーザ入力要素３１１と係合し、１以上の力がユーザ入力要素３１１で表現される。駆動アーム３２３が時計回りに回るとき、駆動アーム３２３は、ユーザ入力要素３１２と係合し、１以上の力がユーザ入力要素３１２で表現される。一部の例では、第１のユーザ入力要素３１１及び第２のユーザ入力要素３１２で押す及び／又は引くハプティック効果を表現するために、駆動アーム３２３は、磁石、電磁石、ピンロック及び同様のものを使用して、アクチュエータ質量３２２を第１のユーザ入力要素３１１及び第２のユーザ入力要素３１２と結合する。また、磁気結合は、調整可能なアクチュエータを提供するために、アクチュエータ質量３２２の負荷を変化するために用いられてもよい。

よって、構造３００の様々な構成要素は、単一の回転可能なアクチュエータ３２１を用いて、複数のユーザ入力要素のうちの１つ、例えば第１のユーザ入力要素３１１及び第２のユーザ入力要素３１２のうちの１つへハプティックフィードバックを独立に提供するように構成される。例えば、構造３００では、回転可能なアクチュエータ３２１は、ギアボックス、電磁結合及び同様のもの等のような様々な駆動機構のいずれかを用いて第１のユーザ入力要素３１１及び第２のユーザ入力要素３１２のうちの１つと結合されてもよい。

ゲーミングの例では、ユーザは、ユーザ入力要素３１１等のような第１のトリガを有するコントローラ（例えば、銃）を使用し、駆動アーム３２３が第１のトリガと係合し、第１のトリガを押したときに、ハプティック効果を体験する。ユーザは、その後、面（例えばテーブル）上のコントローラをタップし、中心位置の周囲を往復して振動する回転可能なアクチュエータ３２１から別のハプティック効果、例えば振動力を体験する。ユーザは、その後、コントローラ上のユーザ入力要素３１２のような第２のトリガを押し、駆動アーム３２３が第２のトリガと係合すると、第２のトリガ上で１以上のハプティック効果を体験する。

図４は、本発明の別の例示的な実施形態に係るハプティック可能コントローラ４００を示す。図４に示されるように、コントローラ４００は、ハウジング４０２、第１のユーザ入力要素４１１及び第２のユーザ入力要素４１２、及びモータ／アクチュエータ４２１等のような様々な構成要素を含んでもよい。アクチュエータ４２１は、第１のユーザ入力要素４１１及び第２のユーザ入力要素４１２でハプティック効果を独立に及び／又は同時に表現するように構成される。一部の構成では、モータ／アクチュエータ４２１による出力は、双方向アクチュエータを用いて第１のユーザ入力要素４１１及び第２のユーザ入力要素４１２のうちの１つに選択的に適用されてもよい。例えば、モータ／アクチュエータ４２１向けに用いられる双方向アクチュエータは、一つの方向のみにハプティック効果を生じるために駆動されてもよい。この例では、構成可能な機械アセンブリにより、モータ／アクチュエータ４２１は、発動する反対方向において構成要素と接触しない。他の構成では、モータ／アクチュエータ４２１は、１以上のレール上に配置され、第１のユーザ入力要素４１１又は第２のユーザ入力要素４１２のいずれかと接触するように、別の低いパワーのモータ／アクチュエータによって移動される。それに代えて、機械的構造は、第１のユーザ入力要素４１１又は第２のユーザ入力要素４１２が押されたときに、モータ／アクチュエータ４２１と接触しに来るように構成されてもよい。ここで、両方のユーザ入力要素が押される場合、第１のユーザ入力要素４１１及び第２のユーザ入力要素４１２の両方は、ハプティック効果を表現する。

この実施形態では、アクチュエータ４２１は、ハプティック制御信号（例えば、図１のプロセッサ１２等のようなプロセッサによって供給される）に応じて、第１のユーザ入力要素４１１及び第２のユーザ入力要素４１２のいずれかと係合するように構成される。例えば、アクチュエータ４２１は、入力電圧に従って第１のユーザ入力要素４１１及び第２のユーザ入力要素４１２のいずれかと係合してもよい。別の例では、第１のユーザ入力要素４１１は、３Ｖ矩形信号に応じてハプティック効果を表現してもよく、第２のユーザ入力要素４１２は、５Ｖパルス信号に応じてハプティック効果を表現してもよい。よって、異なるハプティック制御信号（例えば図４の‘信号Ａ’又は‘信号Ｂ’）は、各第１のユーザ入力要素４１１及び第２のユーザ入力要素４１２でハプティック効果（例えば、押す、引く、振動等）を表現するために用いられてもよい。

一部の構成では、第１のユーザ入力要素４１１及び第２のユーザ入力要素４１２は、別のハプティック効果（例えば、固まる、緩和する、質感、熱等）を提供するように構成される様々な所定の電気特性を有する１以上の表面‘スマート’材料又はゲルを含んでもよい。例示的なスマート材料は、圧電、形状記憶合金、電気活性ポリマー及び同様のものを含む。更に別の構成では、第１のユーザ入力要素４１１及び第２のユーザ入力要素４１２は、異なるハプティック制御信号に応じて第１のユーザ入力要素４１１及び第２のユーザ入力要素４１２を異なる態様（例えば周波数、振幅）で振動させる１以上の中間層（例えば基板又はゲル）によってハプティック出力装置４２１から隔てられてもよい。ここで、中間層は、可変抑制要素として動作してもよい。

図５は、本発明の例示的な実施形態に係る多方向トリガ構造５００を示す。図５に示されるように、多方向トリガ構造５００は、第１の方向部分５１１、第２の方向部分５１２、アクチュエータ５２１及びリンケージ５３１，５３２等のような様々な構成要素を含んでもよい。この実施形態では、アクチュエータ５２１は、第１の方向部分５１１又は第２の方向部分５１２で１以上のハプティック効果を独立に及び／又は同時に表現してもよい。

一部の例では、任意選択のヒンジ５１３は、第１の方向部分５１１又は第２の方向部分５１２を物理的に接合又は結合してもよい。ヒンジ５１３を用いることによって、リンケージ５３１は、第１の方向部分５１１及び第２の方向部分５１２の両方へハプティック効果（例えば、押す、引く、振動等）を表現するために用いられてもよい。しかし、リンケージ５３１は、第２の方向部分５１２のみへハプティック効果を表現するために用いられてもよい。それに代えて又はそれに加えて、第１の方向部分５１１及び第２の方向部分５１２は、フレキシブルトリガで構成されてもよい。複数のリンケージ５３１，５３２の使用は、第１の方向部分５１１及び第２の方向部分５１２のような異なるトリガ部分がハプティック出力装置５２１を共有することを可能にする。

複数のリンケージ５３１，５３２の使用は、また、広範囲なハプティック効果がユーザに表現されることを可能にする。二分岐（又は三分岐等）トリガを用いることによって、ハプティック出力装置５２１は、様々なトリガ外形又は形状を提供してもよい。すなわち、得られるトリガの形状は、構成可能である。一部の実施形態では、変形可能なトリガ形状は、文脈相互作用と結合して用いられてもよい。例えば、文脈相互作用は、仮想現実における物体の保持を含んでもよい。トリガの部分（又は他のユーザ入力要素）は、仮想現実物体の表面形状を実際に表すように構成されてもよい。別の例では、仮想現実において、ユーザの指が、平坦な仮想表面を触っていると視覚化される場合、従来の人間工学トリガ形状は、平坦表面を表現するために扇状切り欠きを除去又は削除してもよい。すなわち、イベントの状況に応じて、トリガは、二分岐部分を用いることで異なる形状となりうる。例えば、二分岐部分は、トリガが車両向けのガスペダルとして用いられるとき、一列になり、共に移動されうる。トリガとして作動するとき、二分岐部分は、銃のトリガを表すために“Ｌ”字形状をなすことができる。また、ハプティック効果は、様々な形状及びサイズを有するトリガに適用されてもよい。別のエンドストップハプティック性能も提供される。エンドストップハプティック性能は、一般的に、エンドストップに対するトリガ（又はボタン又は他のユーザ入力要素）の接地を示す。エンドストップにおいて、ユーザの指先は、トリガが押し戻しうる力の量によって乗り越えられないであろう。しかし、ハプティック効果がユーザの拳の直下で表現される場合、ユーザは、トリガを非常に強く押したときでも、ハプティック効果を感じることができる。

リンケージ５３１，５３２は、また、押す及び引くハプティックフィードバックを提供するようにも構成される。押す及び引くハプティックフィードバックを表現することによって、１以上の空間ハプティック効果は、促進されてもよい。それに代えて又はそれに加えて、第１の方向部分５１１及び第２の方向部分５１２は、多数の軸に沿って移動するように構成されてもよい。

一部の実施形態では、トリガ構造５００の形状は、変形可能又は半変形可能であってもよい。例えば、トリガ構造５００は、異なる位置へ“トグル化”されるスイッチ構成要素（図示せず）を含んでもよい。これは、特に、トリガ構造５００がゴム入り材料で構成される場合、トリガ構造５００の形状を制御することを可能にする。トグル機能は、左手又は右手のいずれかで用いられる単一トリガを有する装置にとって特に有益である。また、スイッチ構成要素は、各使用（例えば個々の武器を発射するための独自のトリガ形状）に応じて再構成されてもよい。

図６は、本発明の別の例示的な実施形態に係るハプティックマウス６００を示す。ハウジング６０２及び回転ホイール６０３に加えて、ハプティックマウス６００は、複数のハプティック領域６１１、６１２、６１３、６１４及び６１５を含む。ハプティック領域６１１−６１５の各々は、１以上のハプティック効果（例えば、押す、引く、振動、質感、温度変化、ランブル及び同様のもの）を提供するように個別に構成されてもよい。また、ハプティック領域は、回転ホイール６０３及び／又はキーパッド６０４等のようなハプティックマウス６００の他の部分に対応するように構成されてもよい。ハプティック領域６１１−６１５のサブセットは、上述されたように、単一のハプティック出力装置を用いてハプティック効果を表現してもよい。

また、本明細書に記載されるユーザ入力要素のいずれかは、離隔されたハプティック効果（例えば、装置ハウジングから離隔されて適用される振動及び／又は変形）を提供するように構成されてもよい。一部の実施形態では、ユーザ入力要素は、１以上のサスペンション湾曲部（例えば、ばね）に間接的に結合されてもよい。ハプティック効果がユーザ入力要素に加えられるとき、サスペンション湾曲部は、それらがハウジングに加えられないように、ハプティック効果を実質的に抑制する。それに加えて又はそれに代えて、ラバーリング又はガスケット（図示せず）は、ハプティック効果を抑制するためにユーザ入力要素を取り囲んでもよい。

図７は、本発明の例示的な実施形態に係るハプティック効果を表現するための機能７００のフロー図を示す。一部の例では、図７のフロー図の機能は、メモリ又は他のコンピュータ可読又は有形メディアに格納されたソフトウェアによって実装され、プロセッサによって実行される。他の例では、機能は、（例えば、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”）等の使用により）ハードウェアによって行われてもよい又は図１のシステム１０によって実装されるハードウェア及びソフトウェアの組み合わせによって行われてもよい。

開始時に、機能７００は、７１０において、図１のコントローラ１３のようなハプティック装置を任意選択で初期化する。例えば、機能７００は、クラッチシステム及び／又はアクチュエータの各種構成要素の各構成を決定する又は初期化してもよい。別の例では、ユーザ入力要素の状態は、１以上のユーザ又は設計者の好みに従って構成されてもよい。

次に、７２０において、ハプティック制御信号は、クラッチシステム及び／又はアクチュエータで受信される。ハプティック制御信号の受信に応じて、機能７００は、７３０において、第１のハプティック制御信号内に格納されたハプティック効果を表現する同一のアクチュエータに接続されるように構成される複数のユーザ入力要素のうちの１つを識別するために、ハプティック制御信号を評価する。ハプティック制御信号の受信に応じて、機能７００は、また、クラッチシステム及び／又はアクチュエータの構成要素を再構成してもよい。例えば、アクチュエータは、アクチュエータタイプに従って再構成されてもよい。アクチュエータは、７４０において、ユーザ入力要素に結合又は接続される。次に、ハプティック効果は、７５０において、識別されたハプティック出力装置で表現される。

一部の実施形態では、機能７００は、空間データ（例えば、装置がユーザの左又は右手にあるかどうか）を評価する。１以上のセンサ（例えば図１のセンサ２８）は、ユーザへのコントローラの向き又は他の装置への向きを決定するために用いられてもよい。したがって、ハプティック効果は、空間データに基づいて（例えば指接触の決定に基づいて）修正されてもよい。例えば、第１のユーザ入力要素向けに設計されたハプティック効果は、ユーザが第１のユーザ入力要素と物理接触しない場合、第２の入力要素で表現されてもよい。

本明細書に記載される各種実施形態を実施することによって、改善されたハプティック効果は、本発明の各種実施形態を採用することによって、より効果的に提供される。本明細書に記載されるシステム及び方法は、単一のアクチュエータを用いて同一装置／システムで複数のハプティック効果を提供する。各種実施形態では、ハプティック効果は、装置の異なる位置で独立に又は同時に表現される。複数のユーザ入力要素を駆動するために必要とされるハプティック出力装置の数を低減することによって、電力を節約し、コストを削減する。

当業者は、上述されたような本発明が、異なる順序でのステップ及び／又は開示されたものとは異なる構成での要素により実施されてもよいことを明示的に理解するであろう。したがって、本発明は、これらの好ましい実施形態に基づいて説明されているが、本発明の趣旨及び範囲内に維持しながら、特定の変更、変形及び代替的な構造が、明らかであることが当業者にとって明らかであろう。したがって、本発明の境界及び限界を決定するために、添付の特許請求の範囲が参照されるべきである。

Claims (20)

1. １以上のハプティック効果を表現するように構成されるハプティック可能装置であって、
   アクチュエータと、
   前記アクチュエータと選択的に結合されるように構成される第１のユーザ入力要素と、
   前記アクチュエータと選択的に結合されるように構成される第２のユーザ入力要素と、
   を備え、
   前記アクチュエータは、前記第１のユーザ入力要素及び前記第２のユーザ入力要素の各々において前記１以上のハプティック効果を表現するために位置決めされるように構成される、ハプティック可能装置。
2. 前記アクチュエータは、横方向に横断するように構成される可動シャフトを含む、請求項１に記載のハプティック可能装置。
3. 前記アクチュエータは、時計回り又は反時計回りに前記アクチュエータの負荷を回転するように構成される可動シャフトを含む、請求項１に記載のハプティック可能装置。
4. 前記アクチュエータは、入力電圧に従って位置決めされる可動シャフトを含む、請求項１に記載のハプティック可能装置。
5. 前記アクチュエータは、入力信号タイプに従って位置決めされる可動シャフトを含む、請求項１に記載のハプティック可能装置。
6. 前記アクチュエータは、ユーザ入力要素のサブセットにおいてハプティック効果を同時に表現する、請求項１に記載のハプティック可能装置。
7. 前記アクチュエータは、双方向アクチュエータである、請求項１に記載のハプティック可能装置。
8. １以上のハプティック効果を表現するように構成されるハプティック可能システムであって、
   プロセッサと、
   アクチュエータと、
   前記プロセッサによる実行のための１以上のプログラムを格納するメモリと、
   を備え、
   前記１以上のプログラムは、
   前記アクチュエータを第１のユーザ入力要素と選択的に結合し、
   前記アクチュエータを第２のユーザ入力要素と選択的に結合する
   ための命令を含み、
   前記アクチュエータは、前記第１のユーザ入力要素及び前記第２のユーザ入力要素の各々において前記１以上のハプティック効果を表現するために位置決めされるように構成される、ハプティック可能システム。
9. 前記アクチュエータは、横方向に横断するように構成される可動シャフトを含む、請求項８に記載のハプティック可能システム。
10. 前記アクチュエータは、時計回り又は反時計回りに前記アクチュエータの負荷を回転するように構成される可動シャフトを含む、請求項８に記載のハプティック可能システム。
11. 前記アクチュエータは、入力電圧に従って位置決めされる可動シャフトを含む、請求項８に記載のハプティック可能システム。
12. 前記アクチュエータは、入力信号タイプに従って位置決めされる可動シャフトを含む、請求項８に記載のハプティック可能システム。
13. 前記アクチュエータは、ユーザ入力要素のサブセットにおいてハプティック効果を同時に表現する、請求項８に記載のハプティック可能システム。
14. 前記アクチュエータは、双方向アクチュエータである、請求項８に記載のハプティック可能システム。
15. プロセッサによって実行されるように構成される１以上のプログラムを格納する非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、
    前記１以上のプログラムは、
    アクチュエータを第１のユーザ入力要素と選択的に結合し、
    前記アクチュエータを第２のユーザ入力要素と選択的に結合する
    ための命令を含み、
    前記アクチュエータは、前記第１のユーザ入力要素及び前記第２のユーザ入力要素の各々において前記１以上のハプティック効果を表現するために位置決めされるように構成される、非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
16. 前記アクチュエータは、横方向に横断するように構成される可動シャフトを含む、請求項１５に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
17. 前記アクチュエータは、時計回り又は反時計回りに前記アクチュエータの負荷を回転するように構成される可動シャフトを含む、請求項１５に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
18. 前記アクチュエータは、入力電圧に従って位置決めされる可動シャフトを含む、請求項１５に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
19. 前記アクチュエータは、入力信号タイプに従って位置決めされる可動シャフトを含む、請求項１５に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
20. 前記アクチュエータは、ユーザ入力要素のサブセットにおいてハプティック効果を同時に表現する、請求項１５に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。