JP2021508423A - 触覚システムにおける不要な応答の最小化 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2つの米国仮特許出願の利益を主張し、それらのすべては、全体を参照することにより本明細書に組み込まれる。
ここで、ωcは、超音波搬送波の周波数(前の例では2×pi×40kHz)であり、f(t)は、位相角を表す。曲線の振幅は一定のままであるが、時間的に位相を変化させると純音(pure tone)からはずれることになる。これは、以下の関数を拡張することによってもたらされる。
選択されたトランスデューサを座標の中心として使用する、または単に原点から、
を使用する。
510は、完全な単一周波数の位相関数を有する。他のトランスデューサは、解を得たトランスデューサからの距離が増加するにつれて、ますます完全ではなくなるであろう。この方法は、解法用の完全なトランスデューサが、触覚相互作用から最も遠いものである場合に良好に機能する。
が、ハードな位置(線等)で開始および停止する固定速度のパラメータ化されたTPS曲線を表す場合、最小速度曲線は、以下の方程式となる。
ここで、tfは、曲線の終了を表す時間である。曲線の開始に戻るために、位相関数を逆に実行することができる。これにより、低拡散のパワースペクトルが得られる。
この方程式から、高周波成分を伴う空間関数(fx(t)等)は、R(t)において、高周波成分へ直接変換されることが明らかである。空間関数を直接フィルタリングする場合、R(t)、したがって曲線の位相関数は、最小の高周波成分を有することになる。
ここで、a0とanとbnは、以下の通りである。
ここで、積分は、1周期にわたって行われる。各ディメンションは、別々に近似される必要がある。
(1) 既知の相対的な位置および配向を有するトランスデューサアレイから音響場を生成するステップと、
トランスデューサアレイに対して既知の空間的関係を有する焦点を画定するステップと、
焦点が移動する、トランスデューサアレイに対して既知の空間的関係を有する経路を画定するステップと、
可聴音をほとんど生成させないように、経路の付近で焦点を動かすステップと、
を含む超音波を用いる触覚フィードバック生成ステップを含むことを特徴とする方法。
(2) トランスデューサについての平滑な位相関数を生成するように選択された方法において、経路の付近で焦点を動かすステップをさらに含む上記(1)に記載の方法。
(3) トランスデューサについての低減された高周波成分を伴う位相関数を生成するように、焦点が経路の付近で移動する上記(1)に記載の方法。
(4) トランスデューサから、時間に対して平滑な位相(smooth radius)を生成するように、焦点が経路の付近で移動する上記(1)に記載の方法。
(5) 低曲率の曲線または端点の位置付近でより多くの時間を費やすように、焦点が移動する上記(1)に記載の方法。
(6) 高周波の空間成分を低減するように、経路がフィルタリングされる上記(1)に記載の方法。
(7) 低減された高周波成分を伴う第2の経路を使用し、近似関数によって、経路が近似される上記(1)に記載の方法。
(8) 経路が、複数の焦点へ分割される上記(1)に記載の方法。
(9) トランスデューサについての平滑な位相関数を生成するように、複数の焦点が経路に沿って分布される上記(8)に記載の方法。
(10) トランスデューサについての低減された高周波成分を伴う位相関数を生成するように、複数の焦点が、経路に沿って分布される上記(8)に記載の方法。
(11) トランスデューサから、時間に対して平滑な位相を生成するように、複数の焦点が、経路に沿って分布される上記(8)に記載の方法。
(12) 複数の焦点が低曲率または端点の位置でより密接に分布されるように、複数の焦点は、経路に沿って分布される上記(8)に記載の方法。
(13) 高周波成分を除去するように、複数の焦点の空間的位置がフィルタリングされる上記(8)に記載の方法。
(14) 低減された高周波成分を伴う関数を使用し、近似関数によって、経路が近似される上記(8)に記載の方法。
「ドケット81」
(2) 触覚フィードバックのためのユーザ位置情報に基づく動的トランスデューサのアクティベーション
ここで、Vout(t)はシステムの出力であり、Vin(t)は駆動信号であり、h(t)はシステムのインパルス応答であり、*は畳み込み演算子である。システムを構造化する1つの方法は、システムの過去を複数のセグメント(それぞれが一定の時間間隔Tを有する)に分割することである。過去の駆動信号は、等時間セグメント(equal-time segments)にグループ化され、それらが表す過去の周期の数によって指定される。これらの信号がDnで、nが過去の周期の数を表す場合、次のようになる。
ここで、V0とD0は、生成される次のサイクルの出力と駆動を表し、他のすべての項は、システムの履歴を包含する。時間オフセットは、これをインデックス
として書くことによって、先行されてもよい。表記法は、ベクトル
および
を示すことによって、単純化することができる。ここで、ベクトル内の各成分(entry)は、それぞれ、駆動およびインパルス応答の時系列データである。次に、畳み込み演算子は、最初に畳み込みを行い、次にベクトル積として加算する。方程式1は、次のように書くことができる。
解こうとしている逆問題(inverse problem)を以下に示す。
*−1は、逆畳み込み演算子である。
ここで、Fは、フーリエ変換を示し、Aは、エレメントの共振周波数での複素フーリエ成分を返す演算子である。共振周波数の複素フーリエ成分(A(V0))に関して所望の出力を特定することによって、右側の各項は単に複素数値であり、システムは代数的である。この表記法における単一エレメントの制御関数は、以下のようになる。
ここで、nは、所与の周期遅延オフセット(period delay offset)を指す。インパルス応答の番号付きインデックスは、(上述のように)駆動された第1の数を伴う第2の数のインパルスである。h0 −1は、第1のサイクルのインパルス応答行列の逆数である。これの出力は、方程式2と同様に、Vにおける所望のm個の出力を仮定した場合のm個のトランスデューサについての複素駆動係数(complex driving coefficients)のアレイである。
αは、実験的に導出された定数である。各サイクルにおいて、前の寄与は、αによって乗算され、新しいサイクルと合計される。このように、各サイクルにおいて、完了した履歴の寄与(complete historical contribution)を計算するために、1回の乗算のみが必要である。この単純化は、減衰調和振動子(damped harmonic oscillator)によって適切に記述されるシステムに対して非常にうまく働く。これは、アレイシステムに対してエレメントごとに適用することができる。しかし、この再帰フィルタの一次特性(first-order nature of this recursive filter)がリンギング(ringing)を通過しないので、交差結合(cross-coupling)が最小である場合にのみ良好に機能する傾向がある。ハイブリッド再帰フィルタは、前述した明示的方法を使用して固定数のサイクルを含め、次に、剰余を再帰項にまとめることによって作成することができる。リンギング動作の大部分が、明示的に計算される固定サイクルにおいて捕捉される場合、剰余は、再帰的アプローチによって適切に記述されるべきである。
ここで、h0 −1は、小振幅インパルス応答である。次の周期について、hを変更するために使用される振幅は、導出されたばかりのD0を使用して推定することができる。
ここで、Anは、(既に2において計算されており、再利用することができる)前のタイムステップから計算される。この表記法では、DnおよびAnは、過去のn周期における駆動および振幅であり、hnは、その振幅についての時間シフトされたインパルス応答である。我々の表記法では、次のタイムステップについて、これは、A1にインクリメントされ、上の式5の履歴項(historical term)内で使用される。
(15) 共振システムの駆動振幅および駆動位相を生成し、所望の駆動振幅および駆動位相を実質的に実現するステップと、ここで、共振システムは、共振システムのインパルス応答、駆動位相と駆動振幅の履歴、および所望の出力を含み、
共振システムの共振周波数でのフーリエ成分に対するインパルス応答を低減し、低減された形式のインパルス応答を生成するステップと、
低減された形式のインパルス応答、および駆動位相と駆動振幅の履歴を用いて、共振システムの予測最新状態(predicted current state)を生成するステップと、
低減された形式のインパルス応答、共振システムの予測最新状態、および所望の出力を用いて、最終駆動振幅および最終駆動位相を生成するするステップと、
を含むことを特徴とする方法。
(16) 使用されるインパルス応答は、履歴駆動データ、予測駆動データ、温度、期間、高度、外部センサおよびシミュレーションの少なくとも1つに応答して変化する上記(15)に記載の方法。
(17) 低減された形式のインパルス応答、共振システムの予測最新状態、および所望の出力を用いて、最終駆動振幅および最終駆動位相を生成するステップは、次の方程式を用いる上記(15)に記載の方法。
ここで、V0は、所望の出力を表し、D0は、計算された最終駆動振幅および最終駆動位相を表し、h0は、第1周期インパルス応答のフーリエ成分を表し、Dは、時間シフトされた履歴駆動値を含むベクトルであり、hは、時間シフトされたインパルス応答のフーリエ成分を含む第2のベクトルである。
(18) オーディオ生成を低減するように、所望の駆動振幅および駆動位相はフィルタリングされる上記(15)に記載の方法。
(19) 最終駆動振幅および最終駆動位相は、デジタル信号として実現される上記(15)に記載の方法。
(20) 最終駆動振幅および最終駆動位相は、アナログ信号として実現される上記(15)に記載の方法。
(21) インパルス応答は、制限を受けて、再帰的に計算される上記(15)に記載の方法。
(22) 記憶された値を時々調整するように、共振システムは、インパルス応答を測定する上記(15)に記載の方法。
(23) 前記共振システムは、個別に処理される複数のサブエレメントを含む上記(15)に記載の方法。
(24) 共振システムは、結合されたサブエレメントのインパルス応答で構成されるアレイを含み、
駆動位相および駆動振幅の履歴は、結合されたサブエレメントのそれぞれに対する履歴駆動信号のリストであり、
所望の出力は、結合されたサブエレメントのそれぞれに対する所望の出力のリストであり、
所望の駆動振幅および駆動位相は、サブエレメントのそれぞれに対する出力のリストである上記(23)に記載の方法。
(25) 前記低減された形式のインパルス応答のフーリエ成分のアレイ、各サブエレメントの前記予測最新状態の第1のリスト、および各サブエレメントの前記所望の出力の第2のリストは、次の方程式を用いて、前記計算された駆動振幅および駆動位相の第3のリストを生成する上記(24)に記載の方法。
ここで、nは、所定の周期遅延オフセットを表し、
上記hnにおいて番号付けされたインデックスは、第1の数によって表されるサブエレメントが駆動される時に第2の数によって特定されるサブエレメントのインパルス応答のフーリエ成分であり、h0 −1は、インパルス応答アレイの第1のサイクル行列の逆であり、Dnは、m個のサブエレメントのそれぞれについての時間シフトされた履歴駆動値であり、方程式(D0)の出力は、Vにおいて所望のm個の出力を仮定した場合のm個のサブエレメントについての駆動係数のリストである上記(24)に記載の方法。
Claims (25)
- 既知の相対的な位置および配向を有するトランスデューサアレイから音響場を生成するステップと、
前記トランスデューサアレイに対して既知の空間的関係を有する焦点を画定するステップと、
前記焦点が移動する、前記トランスデューサアレイに対して既知の空間的関係を有する経路を画定するステップと、
可聴音をほとんど生成させないように、前記経路の付近で前記焦点を動かすステップと、
を含む超音波を用いる触覚フィードバック生成ステップを含むことを特徴とする方法。 - トランスデューサについての平滑な位相関数を生成するように選択された方法において、前記経路の付近で前記焦点を動かすステップをさらに含む請求項1に記載の方法。
- トランスデューサについての低減された高周波成分を伴う位相関数を生成するように、前記焦点が前記経路の付近で移動する請求項1に記載の方法。
- トランスデューサから、時間に対して平滑な位相を生成するように、前記焦点が前記経路の付近で移動する請求項1に記載の方法。
- 低曲率の曲線または端点の位置付近でより多くの時間を費やすように、前記焦点が移動する請求項1に記載の方法。
- 高周波の空間成分を低減するように、前記経路がフィルタリングされる請求項1に記載の方法。
- 低減された高周波成分を伴う第2の経路を使用し、近似関数によって、前記経路が近似される請求項1に記載の方法。
- 前記経路が、複数の焦点へ分割される請求項1に記載の方法。
- トランスデューサについての平滑な位相関数を生成するように、前記複数の焦点が、前記経路に沿って分布される請求項8に記載の方法。
- トランスデューサについての低減された高周波成分を伴う位相関数を生成するように、前記複数の焦点が、前記経路に沿って分布される請求項8に記載の方法。
- トランスデューサから、時間に対して平滑な位相を生成するように、前記複数の焦点が、前記経路に沿って分布される請求項8に記載の方法。
- 前記複数の焦点が低曲率または端点の位置でより密接に分布されるように、前記複数の焦点は、前記経路に沿って分布される請求項8に記載の方法。
- 高周波成分を除去するように、前記複数の焦点の空間的位置がフィルタリングされる請求項8に記載の方法。
- 低減された高周波成分を伴う関数を使用し、近似関数によって、前記経路が近似される請求項8に記載の方法。
- 共振システムの駆動振幅および駆動位相を生成し、所望の駆動振幅および駆動位相を実質的に実現するステップと、ここで、前記共振システムは、前記共振システムのインパルス応答、前記駆動位相と前記駆動振幅の履歴、および所望の出力を含み、
前記共振システムの共振周波数でのフーリエ成分に対する前記インパルス応答を低減し、低減された形式のインパルス応答を生成するステップと、
前記低減された形式のインパルス応答、および前記駆動位相と前記駆動振幅の前記履歴を用いて、前記共振システムの予測最新状態を生成するステップと、
前記低減された形式のインパルス応答、前記共振システムの前記予測最新状態、および前記所望の出力を用いて、最終駆動振幅および最終駆動位相を生成するするステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 使用される前記インパルス応答は、履歴駆動データ、予測駆動データ、温度、期間、高度、外部センサおよびシミュレーションの少なくとも1つに応答して変化する請求項15に記載の方法。
- 前記低減された形式のインパルス応答、前記共振システムの前記予測最新状態、および前記所望の出力を用いて、前記最終駆動振幅および前記最終駆動位相を生成する前記ステップは、次の方程式を用いる上記(15)に記載の方法。
ここで、V0は、所望の出力を表し、D0は、計算された最終駆動振幅および最終駆動位相を表し、h0は、第1周期インパルス応答のフーリエ成分を表し、Dは、時間シフトされた履歴駆動値を含むベクトルであり、hは、時間シフトされたインパルス応答のフーリエ成分を含む第2のベクトルである。 - オーディオ生成を低減するように、前記所望の駆動振幅および駆動位相はフィルタリングされる請求項15に記載の方法。
- 前記最終駆動振幅および前記最終駆動位相は、デジタル信号として実現される請求項15に記載の方法。
- 前記最終駆動振幅および前記最終駆動位相は、アナログ信号として実現される請求項15に記載の方法。
- 前記インパルス応答は、制限を受けて、再帰的に計算される請求項15に記載の方法。
- 記憶された値を時々調整するように、前記共振システムは、前記インパルス応答を測定する請求項15に記載の方法。
- 前記共振システムは、個別に処理される複数のサブエレメントを含む請求項15に記載の方法。
- 前記共振システムは、結合されたサブエレメントのインパルス応答で構成されるアレイを含み、
前記駆動位相および前記駆動振幅の前記履歴は、前記結合されたサブエレメントのそれぞれに対する履歴駆動信号のリストであり、
前記所望の出力は、前記結合されたサブエレメントのそれぞれに対する所望の出力のリストであり、
前記所望の駆動振幅および駆動位相は、前記サブエレメントのそれぞれに対する出力のリストである請求項23に記載の方法。 - 前記低減された形式のインパルス応答のフーリエ成分のアレイ、各サブエレメントの前記予測最新状態の第1のリスト、および各サブエレメントの前記所望の出力の第2のリストは、次の方程式を用いて、前記計算された駆動振幅および駆動位相の第3のリストを生成する上記(24)に記載の方法。
ここで、nは、所定の周期遅延オフセットを表し、
上記hnにおいて番号付けされたインデックスは、第1の数によって表されるサブエレメントが駆動される時に第2の数によって特定されるサブエレメントのインパルス応答のフーリエ成分であり、h0 −1は、インパルス応答アレイの第1のサイクル行列の逆であり、Dnは、m個のサブエレメントのそれぞれについての時間シフトされた履歴駆動値であり、前記方程式(D0)の出力は、Vにおいて所望のm個の出力を仮定した場合のm個のサブエレメントについての駆動係数のリストである上記(24)に記載の方法。
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