JP2020181591A - 人間コンピュータインタフェースシステム - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2016年3月31日出願の米国仮出願第62/316,417号および2016年5月31日出願の米国仮出願第62/343,453号の利益を主張するものであり、それらは全体が引用により援用される。
図1および図2に示すように、人間コンピュータインターフェースシステム(以下、「システム」と称する)は、タッチセンサ110、ハウジング160、オーディオドライバ140(以下、「スピーカ」と称する)、振動子120およびコントローラ150を含む。タッチセンサ110は、基板上にわたってパターン化された検知電極(sense electrode)および駆動電極(drive electrode)のペア116のアレイと、検知電極および駆動電極のペアと接触する状態で基板上に配置された抵抗層とを含み、この抵抗層が、基板と反対側のタッチセンサ面112を規定するとともに、タッチセンサ面112に加えられる力の大きさの変化に応じて局所的バルク抵抗の変化を示す材料を規定する。ハウジング160は、タッチセンサ110に結合され、スピーカおよび振動子120を収容する。コントローラ150は、閾値の力の大きさを超える力がタッチセンサ面112上に加えられることに応答して、クリックサイクル中に、スピーカを起動してクリック音を再生させるとともに、振動子120を起動してハウジング160を振動させるように構成され、かつ、閾値の力の大きさを超える力がタッチセンサ面112上に加えられることに応答して、コマンドを出力するように構成されている。
概して、システムは、(人間の)ユーザによる入力を検出し、それら入力を機械可読コマンドに変換し、それらコマンドをコンピューティングデバイスに伝達し、入力が検出されたことを示すフィードバックをユーザに与える人間コンピュータインタフェースデバイスとして機能する。具体的には、システムは、入力を検出するタッチセンサ110と、フィードバックをユーザに与えるハプティックフィードバックモジュール(例えば、スピーカおよび振動子120)と、タッチセンサ110で検出された入力に基づいて、コンピューティングデバイスにコマンドを出力するコントローラ150であって、ハプティックフィードバックモジュールを介してハプティックフィードバックをトリガするコントローラとを含み、システムは、タッチセンサ面112上の入力を検出して応答するための方法のブロックを実行することができる。
図1および図2に示すように、タッチセンサ110は、基板(例えば、ガラス繊維PCB)にわたってパターン化された検知電極および駆動電極のペア116のアレイと、検知電極および駆動電極のペア(または「センサ素子」)と接触するように基板上に配置され、上のカバー層に加えられる力の変化に応じて局所的なバルク抵抗および/または局所的な接触抵抗の変化を示す力感知材料を規定する力感知層とを含む。米国特許出願第14/499,001号に記載されているように、抵抗性タッチセンサ110は、基板にわたってパターン化された、互いに組み合わされた駆動電極と検知電極のグリッドを含むことができる。力感知層は、基板にわたって、各検知電極および駆動電極のペア間のギャップに跨り、それにより、局所的な力がカバー層に加えられたときに、その加えられた力の大きさに、隣接する駆動電極および検知電極のペア間の抵抗が比例(例えば、直線的に比例、反比例、二次的に比例など)して変化するようになっている。以下に述べるように、コントローラ150は、タッチセンサ110内の各駆動電極および検知電極のペア間の抵抗値を読み取ることができ、それらの抵抗値を、カバー層に印加される1または複数の別個の力入力の位置および大きさに変換することができる。
概して、コントローラ150は、ブロックS110、S112において、タッチセンサ110を駆動し、スキャンサイクル中に駆動電極と検知電極との間の抵抗値を読み取り、タッチセンサ110からの抵抗データをタッチセンサ110上の力入力の位置および大きさに変換するように機能する。また、コントローラ150は、2以上のスキャンサイクルにわたって検知された力の位置および/または大きさをジェスチャ(図10Bに示す)、カーソルの移動ベクトル(図10Aに示す)または他のコマンドに変換して、そのようなコマンドを、有線接続または無線接続などを介して接続されたコンピューティングデバイスに出力するように機能することもできる。例えば、コントローラ150は、システム内のメモリに記憶された予めプログラムされたコマンド機能にアクセスすることができ、そのようなコマンド機能には、接続されたコンピューティングデバイスにより読み取り可能なマウスおよびキーボードの値の組合せが含まれ、それにより、後述するように、例えば、仮想カーソルを移動させ、テキスト文書をスクロールし、ウィンドウを拡大し、あるいはウィンドウ内で2Dまたは3Dの仮想グラフィックリソースを平行移動および回転させることができる。
システムは、ハプティックフィードバックモジュールを含み、それには、図1および図3に示すように、ハウジング160内に配置された振動子120およびスピーカが含まれる。通常は、閾値力(または閾値圧力)を超えるタッチセンサ面112上のタッチ入力に応答して、コントローラ150は、ブロックS120において、振動子120を起動して振動信号を出力すると同時に、スピーカを起動して可聴信号を出力し、機械的なスナップボタンの操作の感触および音をそれぞれ模擬することができる(以下「クリックサイクル」と称する)。
閾値力(または圧力)の大きさを超えるタッチセンサ面112上のタッチ入力に応答して、コントローラ150は、図3に示すように、「クリックサイクル」において振動子120およびオーディオドライバ140の両方を実質的に同時に駆動して、機械的なスナップボタンの操作を触覚的かつ聴覚的に模倣する。例えば、そのようなタッチ入力に応答して、コントローラ150は、スピーカにより「クリック」音バイトを同時に再生しながら、モータドライバを起動して、目標クリック持続時間(例えば、250ミリ秒)振動子120を方形波で駆動することができる。クリックサイクルの間、コントローラ150は、クリックサイクル中に特定のハプティック応答を達成するために、例えば、+/−50ミリ秒、振動ルーチンに対するクリック音バイトの再生を遅延させるか、またはリードすることもできる。
一変形例では、コントローラ150は、図8Bおよび図10Cに示すように、第1の力の大きさを超えるが第2の力閾値未満のままである力の印加(以下「標準クリック入力」と称する)に応答して、ブロックS110およびS120において「標準的なクリックサイクル」を実行し、第2の力閾値を超える力の印加(以下「ディープクリック入力」と称する)に応答して、ブロックS114およびS124において「ディープクリックサイクル」を実行する。この変形例では、ディープクリックサイクル中、コントローラ150は、ディープクリック入力が検出および処理されたことを触覚的にユーザに示すために、振動子120を長時間(例えば、750ミリ秒)にわたって駆動することができる。また、コントローラ150は、ディープクリックサイクル中に、スピーカを非アクティブにしたり、あるいはスピーカを長時間にわたって駆動することもできる。一実施例では、コントローラ150は、標準クリック入力に応答して、左クリックマウス制御機能(または後述するように、左クリックトラックパッド制御機能)を出力することができ、ディープクリック入力に応答して、右クリックマウス制御機能を出力することができる。このため、システムは、タッチセンサ面112上の異なる力の大きさの入力を検出し、入力のタイプをその大きさに基づいて入力に割り当て、入力の割り当てたタイプに基づいて振動子120およびスピーカにより異なるハプティックフィードバックを提供し、入力の割り当てたタイプに基づいて異なる制御機能を出力することができる。
図8Aに示す一変形例では、コントローラ150は、ブロックS110、S120、S112およびS122において、タッチセンサ面112上の単一の力入力の印加および後退中に複数のクリックサイクルを起動するヒステリシスを実行する。特に、この変形例では、コントローラ150は、タッチセンサ面112に力が加えられたとき、並びに、タッチセンサ面112から力が解放されたときに、振動子120およびスピーカを選択的に作動させることにより、機械的なボタンが押下されるときと、その後解放されるときの感触と音を触覚的および聴覚的に再現する。コントローラ150は、タッチセンサ面112への力の印加が第1の閾値の大きさに達したときに「バウンシング」を防ぐために、入力がタッチセンサ面112から解放されるまで、この入力に対して、機械式ボタンの押下を示唆する単一の「ダウン」クリックサイクルを実行することができる。しかしながら、コントローラ150は、同じ入力によって加えられる力が第2のより低い閾値の大きさまで減少する際に、押下された機械的ボタンの解放を示唆する「アップ」クリックサイクルを実行することもできる。このため、コントローラ150は、タッチセンサ面112上の入力に対するハプティック応答における「バウンシング」を防止して、タッチセンサ面112に加えられた力が検知されている(すなわち、第1の閾値の大きさに達している)ことをハプティック応答を介してユーザに示すとともに、ユーザの選択がクリアされてタッチセンサ面112に加えられた力が検知されている(すなわち、加えられた力が低下して第2の閾値の大きさを下回る)ことを追加的ハプティック応答を介してユーザに示すために、ヒステリシス技術を実行することができる。
ハウジング160は、図1および図2に示すように、コントローラ150、振動子120、スピーカおよびタッチセンサ110の検知電極および駆動電極などのシステムの構成要素を収容および支持するように機能する。前述したように、ハウジング160は、システムが起立して置かれる平面上でハウジング160の底面を支持するように機能する脚部160のセット(または「パッド」)を規定することができる。この実施例では、各脚部は、システムを隣接面から機械的に分離するように機能する圧縮性材料または他の振動減衰材料を含むことができ、それによりクリックサイクル中にガタガタ鳴るのを低減し、システムの振動を実質的に抑制する。
システムは、ブロックS130において、タッチ面で検出された入力を、タッチ面上の入力の初期位置、最終位置、速度、力(または圧力)の大きさなどに基づいて、様々なコマンドのうちの1つに変換することができる。例えば、コントローラ150は、タッチ面上の入力を、右クリック、左クリック、中央クリック、スクロールおよびズームなどの様々なマウスコマンドの1つとして解釈することができる。
一変形例では、システムは、図9Aおよび図9Bに示すように、マウスモード、リモートコントローラ150モードおよびゲームパッドモードなど、2以上のモードで選択的に動作する。一実施例では、動きセンサ170が、隣接面、例えばハウジング160の底面から単位時間当たりの閾値距離以上に深度が変化しない表面を検出した場合に、システムは、マウスモードで動作し、上述した方法および技術を実行する。この実施例では、隣接面が存在しないこと、または単位時間当たりの閾値距離以上に隣接面の近接性の変化を動きセンサ170が検出した場合に、システムは、マウスモードを終了して、リモートコントローラ150モードまたはゲームコントローラ150モードの何れかに入る準備を行うこともできる。
一変形例では、システムは、隣接面に対するシステムの位置の変化と、タッチセンサ面112上のタッチ入力の位置の変化の両方に基づいてカーソルベクトル(またはカーソル位置コマンドなど)を出力する。この変形例では、システムは、ハウジング160の底面において横方向および/または縦方向にオフセットする2(またはそれより多く)の動きセンサを含むことができ、コントローラ150は、動作全体にわたって各動きセンサ170をサンプリングし、それら動きセンサの出力に基づいて動作中のシステムの横方向(例えば、X軸)位置、縦方向(例えば、Y軸)位置およびヨー(例えば、Z軸を中心とする円弧位置)の変化を追跡することができる。さらに、動作全体にわたって、コントローラ150は、タッチセンサ110をサンプリングし、例えば指またはスタイラスなどによる、タッチセンサ面112を横切る連続的なタッチ入力を追跡することができる。その後、コントローラ150は、連続する2つのサンプリング期間の間のタッチ入力の位置の変化を、動きセンサの出力を比較することによって決定される、同じサンプリング期間の間のハウジング160の位置の変化に射影して、2つのサンプリング期間の間の隣接面に対するタッチ入力の位置のグローバル変化を判定し、このグローバル位置変化をカーソルベクトル(またはカーソル位置コマンドなど)として、接続されたコンピューティングデバイスに出力することができる。
一変形例では、システムは、タッチセンサ面112上に配置されたカバー層を含む。この変形例では、カバー層は、(平面)タッチセンサ110上に曲線状および/または変形可能な(例えば、「柔らかい」低デュロメータ)制御面を規定することができ、制御面上の入力をタッチセンサ面112に機械的に伝達することができる。
一変形例では、システムは、図5A、図5B、図6および図7に示すように、スタンドアロンのタッチセンサ110を規定し、システムの異なる動作モードに対応する2以上の異なるオーバレイと物理的にインタフェースをとる。この変形例では、システムおよびオーバーレイが、人間コンピュータインタフェース「キット」を規定することができる。
図11に示すように、人間コンピュータインターフェースのためのシステムの一変形例は、タッチセンサ110、カプラ132、振動子120、スピーカ(すなわち、オーディオドライバ140)およびコントローラ150を含む。タッチセンサ110は、基板と、基板上にパターン化された検知電極および駆動電極のペア116のアレイと、基板の上方に配置されて、基板の反対側にタッチセンサ面112を規定する抵抗層であって、タッチセンサ面112に加えられる力の大きさの変化に応じて局所的バルク抵抗の変化を示す材料を含む抵抗層とを含む。カプラ132は、基板をコンピューティングデバイスのシャーシ130に取り付けるとともに、基板の広い平面に平行な振動面内での基板の動きを許容するように構成されている。振動子120は、クリックサイクル中に振動面内で基板を振動させるように構成されている。スピーカは、クリックサイクル中にクリック音を再生するように構成されている。コントローラ150は、タッチ面上に閾値力の大きさを超える力が加えられたことに応答して、クリックサイクル中にスピーカを起動してクリックを再生するとともに、振動子120を起動してハウジング160を振動させ、さらに、タッチ面上に閾値力の大きさを超える力が加えられたことに応答して、コマンドを出力する。
この変形例では、通常、システムは、(人間の)ユーザによる入力を検出し、それら入力を機械可読コマンドに変換し、それらコマンドをコンピューティングデバイスに伝達し、入力が検出されたことを示すフィードバックをユーザに与える人間コンピュータインタフェースデバイスを規定するための要素を含み、上述した方法および技術を実行する。具体的には、システムは、入力を検出するタッチセンサ110と、フィードバックをユーザに与えるハプティックフィードバックモジュール(例えば、スピーカおよび振動子120)と、タッチセンサ110で検出された入力に基づいて、接続されたコンピューティングデバイスにコマンドを出力するコントローラ150であって、ハプティックフィードバックモジュールを介してハプティックフィードバックをトリガするコントローラとを含む。
この変形例では、システムは(例えば、コンピューティングデバイスに一時的に接続するように構成された周辺インターフェースデバイスを規定するのではなく)コンピューティングデバイスに統合される。一実施例では、システムは、ラップトップコンピュータのキーボードに隣接する一体化されたトラックパッドとして機能することができる。この実施例では、タッチセンサ面112および振動子120は、クリックサイクル中にタッチセンサ面112を通る振動の伝達を実質的に維持するために、コンピューティングデバイスの構造から機械的に分離されている。例えば、振動子120、検知電極および駆動電極を含み、タッチセンサ110を支持するハウジング160は、ハウジング160を吊り下げる圧縮可能な発泡体パッドによって、その頂面、底面および/または側面をコンピューティングデバイスの筐体から分離することができる。別の実施例では、ハウジング160は、流体で満たされたダンパによってコンピューティングデバイスの筐体に結合することができる。したがって、この実施例では、シャーシ130は、モバイルコンピューティングデバイスのハウジング160を含み、レセプタクル134を規定することができ、カプラ132は、レセプタクル134内でタッチセンサ110を位置決めすることができる。この実施例では、システムは、ハウジング160内に配置され、よってコンピューティングデバイスの構造から機械的に分離された、上述のオーディオドライバ140を含むことができる。コンピューティングデバイスは、主スピーカ(または主スピーカのセット)を含むことができるとともに、副スピーカを含むシステムを含むことができ、副スピーカは、主スピーカとは独立に、クリックサイクル中にクリック音を再生して、作動された機械的スナップボタンの音を模倣する。代替的には、この実施例では、システムは、スピーカを除くことができ、コントローラ150は、コンピューティングデバイスに組み込まれた1または複数の主スピーカを介してクリック音を再生することができる。
この変形例では、タッチセンサ110およびコントローラ150は、タッチセンサ110の検知電極と駆動電極のペア間の抵抗の変化などに基づいて、タッチセンサ面112上の入力および入力の大きさを検出するための要素を含み、上述したものと同様の機能を実行することができる。
この変形例では、システムは、上述したように、振動子120およびスピーカを含む。例えば、振動子120は、振動線形アクチュエータに接続された質量体を含むことができ、このアクチュエータは、作動時に質量体を単一の作動軸に沿って振動させる。この実施例では、振動子120の作動軸をシステムの振動面と平行にして、振動子120を基板に結合させることができ、カプラ132は、振動子120の作動軸と実質的に平行な移動の1角度(one degree)を除いて基板を拘束することができる。別の実施例では、振動子120は、回転アクチュエータに結合された偏心質量を含み、このアクチュエータが、作動時に回転軸を中心に偏心質量を回転させる。この実施例では、振動子120の回転軸をシステムの振動面に対して垂直にして、振動子120を基板に結合させることができ、カプラ132は、振動子120の回転軸に対して垂直な移動の2角度を除いて、基板を拘束することができる。代替的には、振動子120は、振動ダイヤフラムまたは他の任意の適切なタイプの振動アクチュエータ上の質量体を含むことができる。また、振動子120は、圧電アクチュエータ、ソレノイド、静電モータ、ボイスコイル、または質量体を振動させるように構成された他の任意の形態またはタイプのアクチュエータを含むことができる。
カプラ132は、基板をコンピューティングデバイスのシャーシ130に取り付けるとともに、基板の広い平面に平行な振動面内での基板の動きを許容するように構成されている。一般に、カプラ132は、コンピューティングデバイス(例えば、ラップトップコンピュータ)のシャーシ130に対して基板を拘束するが、基板、振動子120および抵抗層がクリックサイクル中に、タッチセンサ面112に対して実質的に平行な平面内で振動することを許容する。
一実施例では、カプラ132は、弾性グロメット(例えば、「振動減衰スナップイン非ネジ式スペーサ」)を介して、コンピューティングデバイスのレセプタクル134に基板(またはタッチセンサ面114)を取り付ける。図13D、図13E、図17Aおよび図17Bに示す一実施例では、カプラ132は、2つのネック部を含む1つの円筒形グロメットを含み、グロメットの上側ネック部が基板の対応するボアと係合した状態で、グロメットが基板の各コーナでボアに挿入されている。この実施例では、各グロメットについて、カプラ132は、金属またはガラス繊維のタブなどの剛性タブも含み、この剛性タグが、グロメットの下側ネック部と係合する第1のボアと、第1のボアから横方向にオフセットした第2のボアであって、ネジ、ナットまたはリベットなどのファスナを介してコンピューティングデバイスのシャーシ130に取り付けられるように構成された第2のボアとを含む。この実施例では、剛性タブが、例えば基板の周囲を取り囲む剛性フレームを形成するように、あるいは基板の裏面にまたがる剛性プレートの形態に連結されるものであってもよい。この実施例では、各グロメットは、上側ネック部と下側ネック部との間の拡大部分を含み、その拡大部分が、タブの上方(または剛性フレームの上方、剛性プレートの上方)で基板を垂直方向にオフセットさせるとともに、基板を垂直方向に支持しながら基板がタブ(または剛性フレーム、剛性プレート)に対して横方向に移動することを許容する。この実施例では、各グロメットは、シリコーン、ゴムまたは他の任意の可撓性または弾性材料から形成することができ、さらに、クリックサイクル中の振動子120の振動に起因するグロメットの横方向の撓みを許容するが、タッチセンサ面112上に人間の片手または両手が置かれているとき、および/またはタッチセンサ面112にわたって両手がキーストローク(例えば、「タイプ」)を入力しているときなど、典型的な荷重におけるグロメットの圧縮を制限するのに十分なデュロメータによって特徴付けることができる。
図13Aに示す別の実施例では、カプラ132は、基板の裏面側(またはタッチセンサ面114の裏面側)およびコンピューティングデバイスのレセプタクル134内の表面に接合された弾性アイソレータを含む。一実施例では、カプラ132は、一方の側でタッチセンサ面114の裏面に結合され、かつコンピューティングデバイスのレセプタクル134の底部に結合された(例えば4つの)シリコーンボタンのセットを含む。この実施例では、タッチセンサ面112に力が加えられたときにシリコーンボタンを圧縮状態とすることができ、このため、シリコーンボタンは、タッチセンサ面112に力が加えられるときに圧縮に実質的に抵抗するのに十分な弾性率および幾何学的形状を規定することができるが、クリックサイクル中に振動面において基板が平行移動することを可能にする。代替的には、この実施例では、カプラ132は弾性アイソレータを含むことができ、この弾性アイソレータが、基板の上面(またはタッチセンサ面114の上面)に接合されるとともに、コンピューティングデバイスのレセプタクル134内に延びるコンピューティングデバイスのCサイド(C-side)の上面の下側に接合され、弾性アイソレータは、レセプタクル134内で基板を吊り下げることができる。
図13Cに示す別の実施例では、カプラ132は、基板(またはタッチセンサ面114)をコンピューティングデバイスのシャーシ130に結合するバネクリップのセットを含む。一実施例では、カプラ132は(例えば、4つ)のバネ鋼のバネクリップのセットを含み、それぞれが実質的に水平な2つのタブの間に介装された実質的に垂直なセクションを規定して、ZセクションまたはCセクションを形成する。この実施例では、各バネタブの上側タブがコンピューティングデバイスのシャーシ130に固定され(例えば、リベット留めされ)、各バネタブの下側タブが同様に、基板の1つのコーナに固定され、バネクリップのセットのすべての中央セクションの広い面が平行に配置される。この実施例では、バネクリップに張力をかけることができ、バネクリップがシャーシ130から基板を吊り下げることができるが、基板を振動面内の単一軸に沿って動くのを許容することができる。
図13Gに示す別の実施例では、カプラ132は、基板の一縁部に沿って基板の上面から基板の底面に巻き付けられた第1の発泡体部分と、基板の反対側の縁部に沿って基板の上面から基板の底面に巻き付けられた第2の発泡体部分と、コンピューティングデバイスのシャーシ130に対して固定され、発泡体部分をシャーシ130に対して拘束するクランプのセットとを含む。例えば、各発泡体部分は、独立気泡シリコーン発泡体を含むことができ、基板の上面および底面の両方で基板(またはシリコーンバッキング)に接着することができる。代替的には、基板は、発泡体部分から引き離すことができ(例えば、接着されておらず)、クリックサイクル中に発泡体部分に対して平行移動することができる。各クランプはクリップを含むことができ、このクリップが、リベット、ネジまたは他の機械的ファスナを用いて、コンピューティングデバイスのシャーシ130に固定して、基板の縁部の周りに巻き付けられた隣接する発泡体部分を、コンピューティングデバイスのシャーシ130に対して圧縮するように構成されている。さらに、この実施例では、レセプタクル134によって基板が過度に拘束されずに、クリックサイクル中に基板が振動面内を移動することができるように、コンピューティングデバイスのレセプタクル134の長さおよび/または幅を大きくすることができる。
図13Bに示すさらに別の実施例では、カプラ132は、ベアリングのセットを介して基板(またはタッチセンサ面114)をコンピューティングデバイスのシャーシ130に取り付ける。一実施例では、コンピューティングデバイスのレセプタクル134は、複数のベアリング受けを含むことができ、基板は、各ベアリング受けと垂直方向に整列され、かつタッチセンサ面112とは反対側の基板の裏面側に配置される1つのベアリング面を含むことができ、カプラ132はボールベアリングを含むことができ、ボールベアリングは各ベアリング受けに1個ずつ配置され、基板の裏面側の対応するベアリング面で基板を垂直方向に支持するように構成されている。
図13Hに示す別の実施例では、カプラ132は屈曲部を規定し、この屈曲部が、基板(またはタッチセンサ面114)に結合されるか、または組み込まれている。例えば、基板の外周に沿った部分を、例えばルータ加工により取り除いて、基板の中心部分から延びる蛇行したビームまたはブストロフェディック(boustrophedic)なビームのセットを形成することができる。この実施例では、基板をシャーシ130に結合するが、コンピューティングデバイスに対して振動面内で基板を横方向および/または横方向に平行移動させるために、各ビームの遠位端をコンピューティングデバイスのシャーシ130にリベットまたはネジ付きファスナなどで固定することができる。この実施例では、カプラ132は、上述したように、タッチセンサ面112に力が加えられたときに、内向きの撓みに対して基板の中心部分を垂直方向に支持するための1または複数のベアリングも含むことができる。
図16に示す一変形例では、振動子120は、基板(またはタッチセンサ面114)に取り付けられた磁気コイルと、コンピューティングデバイスのシャーシ130に結合された磁気(または鉄)要素とを含むか、またはその反対に取り付けられた磁気コイルおよび磁気要素を含む。例えば、磁気要素は、システムおよびコンピュータシステムの合計高さを低減するために、コンピューティングデバイスのシャーシ130の凹部内に埋め込むことができる。代替的には、振動子120は、ブロックS120において、コンピューティングデバイスのシャーシ130の凹部内に配置された磁気コイルと、基板に固定(例えば、リベット留め、接着、はんだ付け)された磁気要素とを含むことができる。クリックサイクル中、コントローラ150は、磁気コイルを交流で駆動して、ボイスコイルと同様に磁気要素に磁気的に結合する交番磁界を磁気コイルに出力させ、それにより振動面において基板をシャーシ130に対して相対的に振動させる。この変形例では、基板(またはタッチセンサ面114)は、上述したようにシャーシ130から吊り下げられている。
一実施例では、抵抗層は、基板の外周を越えて延び、コンピュータデバイスのシャーシ130の外面と接触する。例えば、コンピューティングデバイスのCサイドにわたって連続的な表面を形成するために、抵抗層は、基板の外周から、基板とコンピューティングデバイスのレセプタクル134との間の接合部を越えて、コンピューティングデバイスのシャーシ130の上面の外周まで延びるようにしてもよい。この実施例では、抵抗層が基板とコンピューティングデバイスのレセプタクル134との間の接合部に及ぶ場合に、クリックサイクル中に基板の振動を減衰させ、かつ/またはクリックサイクル中の振動面内での基板の平行移動に対する機械的抵抗を制限するために、抵抗層は、薄い領域または「ネック」を規定することもできる。
コンピューティングデバイスがラップトップコンピュータを規定する一変形例では、図12、図15A、図15B、図15C、図15Dおよび図15Fに示すように、コンピューティングデバイスは、そのCサイドの実質的に全幅および全長にわたるレセプタクル134を含み、システムが、トラックパッド領域およびキーボード領域の両方を規定することができる。この変形例では、コントローラ150は、クリックサイクルを起動し、クリックコマンド、カーソルベクトルまたはスクロールコマンドなどを出力することによって、トラックパッド領域上の入力に応答する前述した方法および技術を実行することができる。この変形例では、コントローラ150は、キーボードの個別のキー領域(例えば、26個のアルファベットキー領域、10個の数字キー領域および様々な句読点および制御キー)を指定することもでき、キーボードの対応する個別のキー領域上で検出された入力に応答して、クリックサイクルを起動してキーストロークコマンドを出力することができる。
前述した実施例では、システムは、複数のスピーカおよび複数の振動子を含むことができ、トラックパッド領域およびキーボード領域の両方の入力に応答してスピーカおよび振動子でクリックサイクルを選択的に起動することができる。クリックサイクル中にコントローラ150がモータドライバを起動して、250ミリ秒の目標クリック持続時間だけ振動子120を駆動する一実施例では、システムは、1分間に480キーストローク(すなわち、8Hzのキーストローク入力速度)までの人間のキーストローク速度をサポートするために、タッチセンサ面112の反対側で基板に接続された3つの振動子を含むことができる。この実施例では、振動子120は、基板の中心付近のような基板の裏側の狭いクラスタ内に配置することができ、コントローラ150は、キーボード領域の次の入力に応答して、一次振動子120を起動してクリックサイクルを実行することを行わないようにすることができる。しかしながら、タッチセンサ面112上の次の入力が検出されたときに一次コントローラ150がクリックサイクルを完了している場合、または次の入力を受け取って閾値休止時間(例えば、数ミリ秒)未満で一次振動子120がクリックサイクルを完了した場合には、コントローラ150は、この次の入力に応答して、二次振動子120を起動してクリックサイクルを実行することができる。この実施例では、コントローラ150は、次の入力を受けたときに一次および二次振動子がクリックサイクルを完了している場合、次の入力に応答して、同様の方法を実行し、三次振動子120を起動してクリックサイクルを実行する。代替的には、コントローラ150は、タッチセンサ面112上で入力が検出されると、第1の振動子120、第2の振動子122および第3の振動子120を順次作動させることができる。さらに代替的には、この実施例では、振動子を基板の裏面全体にわたって分散配置させることができ、例えば、基板の裏面の3つの等幅の縦列領域の各々に1つずつの振動子120を配置させることができ、コントローラ150は、入力の検出に応答して、タッチセンサ面112上で検出された入力に最も近く現在静止中で休止時間外にある振動子120を選択的に起動して、クリックサイクルを実行することができる。
一変形例では、システムは、シャーシ130および/または基板に結合された、容量性センサ、光学センサ、磁気変位センサ、歪みゲージ、FSRまたは他の任意のセンサを含み、タッチセンサ面112に加えられる力に応じた振動(例えば、X−Y)面における基板の変位を検出するように構成されている。その後、コントローラ150は、タッチセンサ面112に加えられる力またはそのような面内変位に基づいてコマンドを出力することができる。
Claims (19)
- コンピュータシステムとユーザをインタフェースするためのシステムであって、
・剛性バッキングを含むタッチセンサであって、前記剛性バッキング上に配置された検知電極および駆動電極のペアのアレイを含み、前記検知電極および駆動電極のペアのアレイ上に延びるタッチセンサ面を規定するタッチセンサと、
・前記タッチセンサに結合され、前記タッチセンサ面に平行な平面内で前記タッチセンサを振動させるように構成された振動子と、
・シャーシと、
・前記タッチセンサと前記シャーシとの間に介装されたカプラであって、前記振動子の作動中に、前記タッチセンサ面に平行な、前記シャーシに対する前記タッチセンサの変位を吸収するように構成されたカプラと、
・コントローラとを備え、
前記コントローラが、
−前記タッチセンサの第1の検知電極と駆動電極のペア間の第1の抵抗変化に基づき、第1の時間において、前記タッチセンサ面上への第1の入力の印加および前記第1の入力の第1の力の大きさを検出し、
−前記第1の力の大きさが第1の閾値の大きさを超えることに応答して、前記振動子を駆動して前記シャーシ内で前記タッチセンサを振動させることによって、第1のクリックサイクルを実行し、
−ほぼ第1の時間に、前記タッチセンサ面上の前記第1の入力の第1の位置および前記第1の力の大きさを示す第1のタッチ画像を出力する
ように構成されていることを特徴とするシステム。 - 請求項1に記載のシステムにおいて、
前記コントローラが、
・前記第1の検知電極と駆動電極のペア間の第2の抵抗変化に基づき、前記第1の時間に続く第2の時間において、前記タッチセンサ面からの前記第1の入力の後退および前記第1の入力の第2の力の大きさを検出し、
・前記第2の力の大きさが、前記第1の閾値の大きさより小さい第2の閾値の大きさを下回ることに応答して、第2のクリックサイクルを実行する
ように構成されていることを特徴とするシステム。 - 請求項2に記載のシステムにおいて、
前記コントローラが、
・前記振動子を第1の振動周波数で駆動することによって、第1のクリックサイクルを実行し、
・前記第1の振動周波数よりも大きい第2の振動周波数で前記振動子を駆動することによって、第2のクリックサイクルを実行する
ように構成されていることを特徴とするシステム。 - 請求項1に記載のシステムにおいて、
前記コントローラが、
・前記タッチセンサ面上の第1の入力の第1の入力領域を検出し、
・前記第1の入力領域および前記第1の力の大きさに基づいて、前記第1の入力の第1の圧力を計算し、
・前記第1の圧力が前記第1の閾値の大きさを超えることに応答して、第1のクリックサイクルを実行する
ように構成されていることを特徴とするシステム。 - 請求項1に記載のシステムにおいて、
前記コントローラが、
・前記第1の閾値の大きさと、前記第1の位置を含む前記タッチセンサ面の第1の領域に割り当てられた第1のコマンドとにアクセスし、
・前記第1の閾値の大きさを超える第1の力の大きさの前記タッチセンサ面への第1の入力の印加を検出することに応答して、ほぼ第1の時間に第1のコマンドを出力し、
・前記タッチセンサの第2の検知電極と駆動電極のペア間の第2の抵抗変化に基づき、第2の時間において、前記タッチセンサ面上への第2の入力の印加および前記第2の入力の第2の力の大きさを検出し、
・前記第1の閾値の大きさよりも大きい第2の閾値の大きさにアクセスするとともに、第2の位置を含む前記タッチセンサ面の第2の領域であって、前記第1の領域とは異なる第2の領域に割り当てられた第2のコマンドにアクセスし、
・前記第2の閾値の大きさを超える第2の力の大きさの前記タッチセンサ面への第2の入力の印加を検出することに応答して、ほぼ第2の時間に前記第2のコマンドを出力する
ように構成されていることを特徴とするシステム。 - 請求項1に記載のシステムにおいて、
前記コントローラが、
・キーボード表面を規定する前記タッチセンサ面の第1の領域に割り当てられたキーストローク入力を規定する第1のコマンドのために、ユーザにより設定された第1の閾値の大きさにアクセスし、
・トラックパッド面を規定する前記タッチセンサ面の第2の領域に割り当てられた左クリック入力を表す第2のコマンドのために、ユーザにより設定された第2の閾値の大きさにアクセスする
ように構成されていることを特徴とするシステム。 - 請求項1に記載のシステムにおいて、
前記コントローラが、前記第1のクリックサイクル中に、前記第1の時間の直後の第2の時間に、前記第1の入力が前記タッチセンサ面に印加されている間に、前記振動子の作動を開始するように構成されていることを特徴とするシステム。 - 請求項1に記載のシステムにおいて、
前記コントローラが、前記第1のクリックサイクル中に、約250ミリ秒間、方形波信号で前記振動子を駆動するように構成されていることを特徴とするシステム。 - 請求項1に記載のシステムにおいて、
・前記シャーシが、モバイルコンピューティングデバイスのハウジングを備えるとともに、レセプタクルを規定し、
・前記カプラが、前記レセプタクル内に前記タッチセンサを配置し、
・前記タッチセンサ面が、前記レセプタクルのエッジからインセットされるトラックパッド面を規定し、それによりギャップを形成することを特徴とするシステム。 - 請求項1に記載のシステムにおいて、
・前記シャーシが、モバイルコンピューティングデバイスのハウジングを備えるとともに、レセプタクルを規定し、
・前記カプラが、前記レセプタクル内に前記タッチセンサを配置し、
・前記コントローラが、前記第1のクリックサイクル中に、前記振動子を駆動して前記レセプタクル内で前記タッチセンサを振動させるように構成されていることを特徴とするシステム。 - 請求項1に記載のシステムにおいて、
・前記振動子が、
−前記タッチセンサの中心の近傍で前記剛性バッキングに結合され、かつ、
−線形アクチュエータを含み、この線形アクチュエータが、前記タッチセンサ面に平行でかつ前記タッチセンサのエッジに平行なベクトルに沿って前記タッチセンサを振動させるように構成され、
・前記カプラがグロメットを含み、このグロメットが、
−前記シャーシから延びて、前記剛性バッキングの取付ボアを通過し、
−前記シャーシに対して前記剛性バッキングを垂直方向に拘束するように構成され、かつ、
−前記タッチセンサ面に平行な方向に弾力性を示すことを特徴とするシステム。 - 請求項1に記載のシステムにおいて、
・前記振動子が、前記タッチセンサ面の第1の領域の下に配置され、
・前記タッチセンサ面の第1の領域に隣接しかつ第1の領域とは別個の前記タッチセンサ面の第2の領域の下に配置された第2の振動子をさらに備え、
・前記コントローラが、
−前記タッチセンサ面の第1の領域内に含まれる第1の位置における前記第1の入力の印加の検出に応答して、前記振動子を駆動して前記シャーシ内で前記タッチセンサを振動させることによって、第1のクリックサイクルを実行し、
−前記タッチセンサの第2の検知電極と駆動電極のペア間の第2の抵抗変化に基づき、第2の時間において、前記タッチセンサ面上への第2の入力の印加および前記第2の入力の第2の力の大きさを検出し、
−前記タッチセンサ面の第2の領域内に含まれる第2の位置における前記第2の入力の印加の検出に応答して、前記第2の振動子を作動させて前記シャーシ内で前記タッチセンサを振動させることによって、第2のクリックサイクルを実行するように構成されていることを特徴とするシステム。 - システムであって、
・剛性バッキングを含むタッチセンサであって、前記剛性バッキング上に配置された検知電極および駆動電極のペアのアレイを含み、前記検知電極および駆動電極のペアのアレイ上に延びるタッチセンサ面を規定するタッチセンサと、
・前記タッチセンサに結合され、前記タッチセンサ面に平行な平面内で前記タッチセンサを振動させるように構成された振動子と、
・コントローラとを備え、
前記コントローラが、
−前記タッチセンサの第1の検知電極と駆動電極のペア間の第1の抵抗変化に基づき、第1の時間において、前記タッチセンサ面上への第1の入力の印加および前記第1の入力の第1の力の大きさを検出し、
−前記第1の力の大きさが第1の閾値の大きさを超えることに応答して、前記振動子を作動させることによって、第1のクリックサイクルを実行し、
−前記第1の検知電極と駆動電極のペア間の第2の抵抗変化に基づき、前記第1の時間に続く第2の時間において、前記タッチセンサ面からの前記第1の入力の後退および前記第1の入力の第2の力の大きさを検出し、
−前記第2の力の大きさが、前記第1の閾値の大きさより小さい第2の閾値の大きさを下回ることに応答して、前記振動子を作動させることによって、第2のクリックサイクルを実行する
ように構成されていることを特徴とするシステム。 - 請求項13に記載のシステムにおいて、
前記コントローラが、
・前記振動子を第1の振動周波数で駆動することによって、第1のクリックサイクルを実行し、
・前記第1の振動周波数よりも大きい第2の振動周波数で前記振動子を駆動することによって、第2のクリックサイクルを実行する
ように構成されていることを特徴とするシステム。 - 請求項13に記載のシステムにおいて、
−レセプタクルを規定するモバイルコンピューティングデバイスのシャーシと、
−前記剛性バッキングと前記シャーシとの間に介装されたカプラであって、前記レセプタクル内に前記タッチセンサを配置するように構成されるとともに、前記振動子の作動中に、前記タッチセンサ面に平行な前記シャーシに対する前記剛性バッキングの変位を吸収するように構成されたカプラとをさらに備え、
・前記タッチセンサ面が、前記レセプタクルのエッジからインセットされるトラックパッド面を規定し、それによりギャップを形成することを特徴とするシステム。 - 請求項13に記載のシステムにおいて、
オーバーレイをさらに備え、このオーバーレイが、
・3次元人間工学的マウス形態を規定し、
・前記タッチセンサ面の上に一時的に取り付けられるように構成され、かつ、
・前記3次元人間工学的マウス形態の表面に加えられた力を、前記タッチセンサ面上へと下方に伝達するように構成された弾性材料を含むことを特徴とするシステム。 - コンピュータと人間のインタフェースの方法であって、
・第1の時間に、タッチセンサ面上への第1の入力の印加および前記第1の入力の第1の力の大きさを検出するステップと、
・前記第1の力の大きさが第1の閾値の大きさを超えることに応答して、第1のクリックサイクル中に、前記タッチセンサ面に連結された振動子を作動させるステップと、
・前記第1の時間に続く第2の時間に、前記タッチセンサ面からの前記第1の入力の後退および前記第1の入力の第2の力の大きさを検出するステップと、
・前記第2の力の大きさが、前記第1の閾値の大きさよりも小さい第2の閾値の大きさを下回ることに応答して、前記第1のクリックサイクルとは異なる第2のクリックサイクル中に、前記振動子を作動させるステップとを含むことを特徴とする方法。 - 請求項17に記載の方法において、
・前記第1の時間に前記第1の入力の印加および前記第1の力の大きさを検出することが、前記第1の時間に前記タッチセンサ面の下方の第1の検知電極と駆動電極のペア間の第1の抵抗変化に基づいて、前記第1の入力の印加および前記第1の力の大きさを検出することを含み、
・前記第1のクリックサイクル中に前記振動子を作動させることは、前記第1の力の大きさが、前記第1の閾値の大きさと前記第1の閾値の大きさより大きい第3の閾値の大きさとの間にあることに応答して、
−第1の期間にわたって前記第1のクリックサイクルを実行し、かつ、
−前記第1の入力を第1の入力タイプとして分類することを含み、
・さらに、
−第3の時間に、前記タッチセンサ面の下方の第3の検知電極と駆動電極のペア間の第3の抵抗変化に基づいて、前記タッチセンサ面上への第3の入力の印加および前記第3の入力の第3の力の大きさを検出すること、
−前記第3の力の大きさが前記第3の閾値の大きさを超えることに応答して、
前記第1の期間を超える第3の期間にわたって第3のクリックサイクルを実行し、かつ、
前記第1の入力タイプとは異なる第3の入力タイプとして前記第3の入力を分類すること
を含む特徴とする方法。 - 請求項17に記載の方法において、
・前記第1のクリックサイクル中に前記振動子を作動させることが、第1の振動周波数で前記振動子を駆動することを含み、
・前記第2のクリックサイクル中に前記振動子を作動させることが、前記第1の振動周波数よりも大きい第2の振動周波数で前記振動子を駆動することを含むことを特徴とする方法。
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