JP2023519062A

JP2023519062A - 表面上に位置する触感を発生する方法及びこの方法を実装するハプティックインターフェース

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Publication number: JP2023519062A
Application number: JP2022535964A
Authority: JP
Inventors: フォー，ダミアン; アイワール，バンサン; ビートレウスキ，ミハエル
Original assignee: アクトロニカ
Priority date: 2019-12-12
Filing date: 2020-12-10
Publication date: 2023-05-10
Also published as: CN116097197A; FR3104762A1; US20220413615A1; FR3104762B1; WO2021116249A1; EP4073619A1

Abstract

本発明は、ハプティックインターフェース（１００）の接触表面（１１０）と、２つの別個の領域で接触しているユーザー（１０１）によって検知されることが意図される触感を発生する方法であって、第１のアクチュエータ（１２０）を制御するための第１の制御信号、及び、第１のアクチュエータと同時に第２のアクチュエータ（１２０）を制御するための第２の制御信号を同時に発する動作を含み、第１と第２のアクチュエータは接触表面に結合され前記接触表面に動きをもたらし、同じ接触表面の２つの指定された領域の動きが、互いに独立である所定の軌道に追従するように、第１及び第２のアクチュエータが、接触表面（１１０）の動きの重ね合わせを決定することを特徴とする、方法に関する。本発明の方法は、アクチュエータの総数が領域の数より多い限り、アクチュエータの数が３つ以上である場合で領域の数が３つ以上である場合に、同じ特徴を用いて適用可能である。本発明は、この方法を実装するハプティックインターフェース（１００）にも関する。

Description

本発明は、表面を備えるハプティックインターフェースのユーザーによって検知されることが意図される触感を発生する方法に関する。本発明は、この方法を実装するそのようなハプティックインターフェースにも関する。本発明は、ハプティックインターフェースのユーザーに対して触感を獲得するハプティクス（ｈａｐｔｉｃｓ）の分野、そして特に、例えば、モータービークルのインターフェース、共同作業インターフェース、ポータブルワイヤレス通信デバイス、又はポータブルコンピュータ及びタッチタブレット等の派生デバイスのインターフェース等の、ハプティックインターフェースが、数人のユーザー間で共有されることができる、或いは、一本の手又は数本の手の数本の指の間で共有されることができる分野に用途を有する。

人によって検知されたタッチの感覚を機械によって探し、生成し、又は再生しようとすることが、ハプティック分野において知られている。

特に、キーのトリガリング、サムホイールの操作、ユーザーがハプティックインターフェースと機械的に接触しているとき、例えば、ユーザーが、ハプティックインターフェースの接触表面に圧迫を加える又はこの表面上で指を動かすときのテキスチャ又は離散的要素の検知をシミュレートするために、触覚インターフェースとも呼ばれるハプティックインターフェースのユーザーに対して触感を獲得することが特に知られている。これらの触感を発生することを可能にする幾つかのシステムが最先端に存在する。これらのシステムは、ユーザーの運動作用に応答して発生した小さく素早い動きによってタッチスクリーンを動かすように、タッチスクリーン上に、又は、ガラス、金属、ポリマー、又はさらに木材から作られた表面上に固定された１つ以上のアクチュエータをしばしば備える。これらのシステムは、自然な機械的信号を十分に忠実に再生するとき、ユーザーが本物の触感を検知することを可能にする。よく知られている例は、ユーザーがタッチスクリーンの接触表面を圧迫し、接触表面が、短時間の動きによって圧迫に応答すると、このユーザーが、ボタンを作動させる感覚を有することである。ユーザーが接触表面にわたって指を摺動させ、タッチスクリーンが特定の素早い振動で応答する場合、ユーザーは、テキスチャにタッチする感覚を有する。

しかしながら、これらのシステムは、ユーザーの指がハプティックインターフェースの接触表面と接触すると、触感を生成することを可能にするが、ユーザーが同じ接触表面と接触している数本の指を有するとき、又は、数人のユーザーが同じ接触表面と接触している場合、ハプティック感覚はもはや明確に検知されない。

しかしながら、例えば、モータービークルインターフェース、文書を共有するためのスクリーン、或いは、産業デバイス用の、医療デバイス用の、家庭用デバイス用の、キャッシュレジスター用の、公共チケット販売機用の、現金引き出し機のための又はレストランで注文を取るための、カジノマシン用の、閲覧する、オーディオ文書を聞く、又はオーディオトラックをミキシングするデバイス用の、パーソナルコンピュータ用の、ポータブル携帯電話用の、電子リーダー用の、コンピュータタブレット用の、又は任意の他の種類のいわゆるコネクテッドデバイス用の制御パネルの前面等の特定のハプティックインターフェースは、使用を共有する一人の人又は数人の人の数本の指によって使用されることが意図される。

このニーズに応答するために、ハプティックインターフェースの製造業者及び研究者は、４つのクラスに分類されることができる異なる方法を提案してきた。

第１のクラスの方法は、刺激用表面の各領域について別個の機械エネルギー源を使用する。このクラスにおいて、特許ＵＳ７１４８７８９は、幾つかの電磁アクチュエータが、デバイスを保持する手の指に割り当てられるポータブル電話デバイスを説明する。特許出願ＷＯ２００９／０８５０６０は、互いに独立にアクティブ化されることができる幾つかのアクチュエータを備える表面を説明する。特許出願ＵＳ２０１００１５６８１８Ａ１は、数本の指に対して別個の感覚を獲得するために、それらの近傍でのみ作用するようになっている幾つかの圧電アクチュエータによって変形される触覚相互作用表面を説明する。特許ＵＳ７９７３７６９は、弾性材料によって表面の残りの部分から隔離された領域に限定された触感を生成することが意図される表面を説明し、各領域は別個のアクチュエータによって励起されることができる。特許ＵＳ８３３９２５０は、その前面が、個々の作動手段によって励起される柔軟性要素を備えるポータブル電話装置も説明する。特許ＵＳ８３９０５９４は、指と接触していることが意図される幾つかの層で構成される表面を説明する。中間層は、外部層に作用することができる圧電アクチュエータのボードが含まれるエラストマー材料のマトリクスから作られる。特許ＵＳ９１６４５８６は、アクチュエータが電気歪みの原理に基づく電気活性ポリマーを利用するという差を有する同様の構成を説明する。特許ＵＳ９４４８６２８は、英数字キーボードを説明し、各キーは、外部弾性層を変形するように構成される未指定アクチュエータに関連付けされる。特許ＵＳ９６０００７１は、アクチュエータが電動タイプであるという差を有する同様の触覚表面を説明する。特許出願ＵＳ２０１８００８１４３８は、前記の説明と同様であるが、外部表面へのアクチュエータの力の伝達モードによって異なる構成を説明する。特許出願ＵＳ２０１８００８１４４は、柔軟性外部層が明確に言及される同様の構成も説明する。

構造内の機械的励起の伝搬によって、限定される領域において特定の触覚を獲得するために設計されるハプティックインターフェースの制限を克服するために、以降で述べる方法は、しばしば、１つの領域から別の領域への機械的隔離手段を利用する。これらの手段は、今度は、そのようなインターフェースの製造をより複雑にするという不利益を有する。この後者の不利益を克服するために、第２のクラスの方法は、表面にわたって分配された複数のアクチュエータを使用し、各アクチュエータは、好ましくは、表面の領域のうちの１つの領域を励起し、一方、他のアクチュエータは、これらの動きが所望されない領域の動きを減衰又は打ち消すために使用される。特許ＵＳ８３７８７９７は、振動が減衰されなければならない各領域において、その位相が望ましくない振動と逆である振動を適用することによるこの方法に基づくハプティックインターフェースを説明する。しかしながら、この特許は、減衰する振動が表面の他の領域にも影響を及ぼすことに関して黙したままである。特許ＵＳ８５９３４０９は、柔軟性表面内で高い品質係数Ｑを有する共振アクチュエータから来る波の伝搬現象が明確に言及されるという差を有する前記と同様の方法に基づく。そのような方法が、構成によって、時間分解能が厳しく制限され、周波数領域において分解能がないことは、これに由来する。特許ＵＳ８６８６９５２は、同様の方法を説明するが、異なるアクチュエータから来る信号が、波動力学の法則に従って結合される方法について黙したままである。特許ＵＳ８８９０６６８は、特許ＵＳ８３７８７９７の方法と同様の方法を説明し、特許ＵＳ８３７８７９７に小さい明確化を提供する。特許ＦＲ３０７６０１７及びＷＯ２０１９１２２７６２は、ハプティックインターフェース又は全表面にわたって規則的に分配された複数のアクチュエータのための方法を説明し、周波数領域における伝達関数は各アクチュエータとインターフェースの各領域との間で得られる。この伝達関数は、信号処理並びに複数の入力及び複数の出力を用いる方法の制御の分野で知られている方法に従ってインバースされる。この問題は、一世紀超にわたって調査されてきた（例えば：Ｐｏｉｎｃａｒｅ，Ｈ．１９０７．Ｅｔｕｄｅｄｕｒｅｃｅｐｔｅｕｒｔｅｌｅｐｈｏｎｉｑｕｅ，ＥｃｌａｉｒａｇｅＥｌｅｃｔｒｉｑｕｅ，ｖｏｌ．５０，ｐｐ．２２１－３７２）。これらの理論的な考察は、そのような伝達関数が常にインバース可能であるわけではないことを明らかにし（Ｋａｖａｎａｇｈ，Ｒ．Ｊ．１９５６．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｍａｔｒｉｘｍｅｔｈｏｄｓｔｏｍｕｌｔｉ－ｖａｒｉａｂｌｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｓ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＦｒａｎｋｌｉｎｌｎｓｔｉｔｕｔｅ，２６２（５），３４９－３６７）、そのことは、そのような方法の適用を制限する。

上記で述べた方法の制限に対応するために、表面の或る領域に位置する触感を発生する第３のクラスの方法は、表面の幾つかの領域において差別化された振動を引き起こすために、薄プレート内の波の挙動を考慮することを提案する。特許出願ＵＳ２０１５０１３８１５７は、プレートを広い領域で異なるように振動させるために、プレートの１次モードを励起することを提案する。これをするために、方法は、別々に制御されるアクチュエータの２つのセットを使用する。第１のセットは、プレートを特定ゾーン内で振動させるためにプレートの特定の振動モードを励起することが意図される。第２のセットは、一部には望ましくない振動を減衰させるために、しかし特に、プレートを音響放射体に変換するために、別のゾーン内でプレートを振動させることが意図される。特許ＵＳ９４４９４７６は、薄プレート内の屈曲波の伝搬に基づく方法を説明し、アクチュエータは、励起されるゾーンから分離される。この方法は、問題の領域を決定するために、接触状態での指の乱れによるその変動を測定するために超音波振動の検出にさらに基づく。

第４のクラスの方法は、他の領域で感覚を誘発させることなく、或る領域内で触覚刺激を引き起こすために、種々の電気的及び機械的アーチファクトを使用する。特許出願ＵＳ２００８００６８３３４は、方法を説明し、その方法によれば、指を刺激することが意図される表面は、表面がより柔軟性があるところで刺激がより強くなるように、異なる剛性を有する領域で構成される。特許出願ＵＳ２００８０１００５６８は、同様に、特定の領域において局在化された人工触感を引き起こすように、シェルの機械的特性を設計することを提案する。特許出願ＷＯ２０１８１７８５８２は、薄プレート内の非放射性超音波の存在が、各アクチュエータの近傍で表面の局所音響的潤滑を実施することが意図するようにさせることが可能である複数のアクチュエータを備える方法を説明する。特許ＵＳ８１７４３７２は、刺激用表面が弾性膜であるハプティックインターフェースを説明する。指がこの膜を圧迫すると、膜は、変形して、剛性対向表面と接触し、一方で、指の存在を示し、他方で、この指に対する機械的振動の伝達を可能にする。特許ＵＳ１０２８９１９９は、全か無かとして作用するアクチュエータが、刺激が所望されない場所で刺激用表面の動きを阻止するように制御される方法を説明する。特許ＥＰ２７４２４１０は、交流静電界による皮膚接着の原理を使用することによって人工触感を引き起こすことが意図されるハプティック表面を説明する（Ｅ．Ｍａｌｌｉｎｃｋｒｏｄｔ，Ａ．Ｌ．Ｈｕｇｈｅｓ，ａｎｄＷ．Ｓｌｅａｔｏｒ．１９５３．Ｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎｂｙｔｈｅｓｋｉｎｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙｉｎｄｕｃｅｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｓ，Ｓｃｉｅｎｃｅ，ｖｏｌ．１１８，ｎｏ．３０６２，ｐｐ．２７７－２７８）。この方法において、全表面にわたって分配され、別々にアクティブ化される離散的電極は、出版物、Ｈ．ＴａｎｇａｎｄＤ．Ｂｅｅｂｅ．１９９８．Ａｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｈａｐｔｉｃｄｉｓｐｌａｙｆｏｒｐｅｒｓｏｎｓｗｉｔｈｖｉｓｕａｌｉｍｐａｉｒｍｅｎｔｓ．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，６（３）：２４１－２４８に記載される原理と同様の原理に従って局在化感覚を引き起こすことを可能にする。

科学文献は、その目的が、複数の励起子から薄プレートにおいて引き起こされた振動の局所的性質を最適化することである、調査も含む。Ｊ．Ｈ．Ｗｏｏ，＆Ｊ．Ｇ．Ｉｈ．２０１５．Ｖｉｂｒａｔｉｏｎｒｅｎｄｅｒｉｎｇｏｎａｔｈｉｎｐｌａｔｅｗｉｔｈａｃｔｕａｔｏｒａｒｒａｙａｔｔｈｅｐｅｒｉｐｈｅｒｙ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｕｎｄａｎｄＶｉｂｒａｔｉｏｎ，３４９，１５０－１６２の論文は、その周囲に埋め込まれたガラスプレート内に位置する振動が、縁部の近くで作用する多数のアクチュエータを使用してどのように生み出されることができるかを説明する。３００Ｈｚの単一周波数で励起されたこれらの多くのアクチュエータは、多数のモードを励起することができ、多数のモードの重み付き重ね合わせは、振動の人間検出閾値のすぐ上の特定の振動ゾーンを生み出すことを可能にする。Ｅ．Ｅｎｆｅｒａｄ，ｅｔ．ａｌ．２０１９，Ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｌｏｃａｌｉｚｅｄｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｎｈａｐｔｉｃｄｉｓｐｌａｙｓｂｙｍｏｄａｌｓｕｐｅｒｉｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｕｎｄａｎｄＶｉｂｒａｔｉｏｎ，４４９．１９６－２１３の調査は、固定超音波周波数においてアルミニウムビーム内に局在化振動を引き起こすことが可能であることを立証する。振動現象の利用に基づき、例えば特許出願ＵＳ９４３６２８４に記載される別の技法は、薄プレートの異なるポイントで測定されるパルス応答から来る波を再収束させるために時間反転の原理を使用することからなる。Ａ．Ｂ．Ｄｈｉａｂ＆Ｃ．Ｈｕｄｉｎ／２０１９．ＣｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔｏｆＶｉｂｒｏｔａｃｔｉｌｅＳｔｉｍｕｌｉｉｎＮａｒｒｏｗＰｌａｔｅｓ，ＩＥＥＥＷｏｒｌｄＨａｐｔｉｃｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ｐｐ．４３１－４３６の最近出版された調査は、薄プレートの振動を小さい領域内に閉じ込めるためにエバネセント波を利用することを提案する。同様に最近の別の調査、Ｌ．Ｐａｎｔｅｒａ，＆Ｃ．Ｈｕｄｉｎ．２０１９．ＳｐａｒｓｅＡｃｔｕａｔｏｒＡｒｒａｙＣｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈＩｎｖｅｒｓｅＦｉｌｔｅｒｆｏｒＭｕｌｔｉｔｏｕｃｈＶｉｂｒｏｔａｃｔｉｌｅＳｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ＩＥＥＥＷｏｒｌｄＨａｐｔｉｃｓＣｏｎｆｅｒｅｎｓｅ，ｐｐ．１９－２４は、プレートの全表面にわたって分配されたアクチュエータの存在を利用することによって、ガラスプレートにおいて振幅がマイクロメートルの短時間振動を生み出すために、周波数領域で伝達関数インバージョン法を実装する。

機械的アーチファクト又は振動現象を利用する上記で論じた４つのクラスの技法は、例えば：タッチスクリーンの変形によって伝搬する屈曲波による振動の許容可能な低い振幅、スクリーンの縁部における限界の条件、特に埋め込み条件に対する感度、タッチスクリーンの環境条件、特に温度に対する感度、表面にわたって分配された多数のアクチュエータを使用し、干渉条件を制御するためにそれらを高い時間及び周波数精度で制御する必要性、及び音響励起に特有のエネルギー効率の欠如等の多くの不利益を有する。

上記で明らかにされた異なる問題、そして特に振動現象を実装する問題及び多数のアクチュエータを制御するときの複雑さの問題に対応するために、出願人は、特許出願ＦＲ１９００５５４において、ニュートラルポイント又は重ね合わされたニュートラルポイントのセットを除くタッチスクリーンの任意のポイントで動きを発生するように制御される制限された数のアクチュエータを必要とするハプティックインターフェースを提案した。ハプティックインターフェースは、瞬間力を計算することを可能にするコンピュータプログラムを実装し、瞬間力は、ニュートラルポイントの周りに又は重ね合わされたニュートラルポイントのセットの周りにインターフェースの剛性部分を旋回させ、剛性部分の別のポイント又はポイントのセットに所望の加速度を与える。固体の小さい動きに適用可能な線形重ね合わせの原理の適用は、一本の指の感覚及び別の指の別の感覚を、それらが一時的であれ、永続的であれ、同時に生成することを可能にする。

米国特許第７１４８７８９号明細書国際公開第２００９／０８５０６０号米国特許出願公開第２０１０／０１５６８１８号明細書米国特許第７９７３７６９号明細書米国特許第８３３９２５０号明細書米国特許第８３９０５９４号明細書米国特許第９１６４５８６号明細書米国特許第９４４８６２８号明細書米国特許出願公開第２０１８／００８１４３８号明細書米国特許第８３７８７９７号明細書米国特許第８５９３４０９号明細書米国特許第８６８６９５２号明細書米国特許第８８９０６６８号明細書仏国特許発明第３０７６０１７号明細書国際公開第２０１９／１２２７６２号米国特許出願公開第２０１５／０１３８１５７号明細書米国特許第９４４９４７６号明細書米国特許出願公開第２００８／００６８３３４号明細書米国特許出願公開第２００８／０１００５６８号明細書国際公開第２０１８／１７８５８２号米国特許第８１７４３７２号明細書米国特許第１０２８９１９９号明細書欧州特許出願公開第２７４２４１０号明細書仏国特許出願公開第１９００５５４号明細書

Ｐｏｉｎｃａｒｅ，Ｈ．１９０７．Ｅｔｕｄｅｄｕｒｅｃｅｐｔｅｕｒｔｅｌｅｐｈｏｎｉｑｕｅ，ＥｃｌａｉｒａｇｅＥｌｅｃｔｒｉｑｕｅ，ｖｏｌ．５０，ｐｐ．２２１－３７２Ｋａｖａｎａｇｈ，Ｒ．Ｊ．１９５６．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｍａｔｒｉｘｍｅｔｈｏｄｓｔｏｍｕｌｔｉ－ｖａｒｉａｂｌｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｓ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＦｒａｎｋｌｉｎｌｎｓｔｉｔｕｔｅ，２６２（５），３４９－３６７Ｅ．Ｍａｌｌｉｎｃｋｒｏｄｔ，Ａ．Ｌ．Ｈｕｇｈｅｓ，ａｎｄＷ．Ｓｌｅａｔｏｒ．１９５３．Ｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎｂｙｔｈｅｓｋｉｎｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙｉｎｄｕｃｅｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｓ，Ｓｃｉｅｎｃｅ，ｖｏｌ．１１８，ｎｏ．３０６２，ｐｐ．２７７－２７８Ｈ．ＴａｎｇａｎｄＤ．Ｂｅｅｂｅ．１９９８．Ａｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｈａｐｔｉｃｄｉｓｐｌａｙｆｏｒｐｅｒｓｏｎｓｗｉｔｈｖｉｓｕａｌｉｍｐａｉｒｍｅｎｔｓ．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，６（３）：２４１－２４８Ｊ．Ｈ．Ｗｏｏ，＆Ｊ．Ｇ．Ｉｈ．２０１５．Ｖｉｂｒａｔｉｏｎｒｅｎｄｅｒｉｎｇｏｎａｔｈｉｎｐｌａｔｅｗｉｔｈａｃｔｕａｔｏｒａｒｒａｙａｔｔｈｅｐｅｒｉｐｈｅｒｙ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｕｎｄａｎｄＶｉｂｒａｔｉｏｎ，３４９，１５０－１６２Ｅ．Ｅｎｆｅｒａｄ，ｅｔ．ａｌ．２０１９，Ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｌｏｃａｌｉｚｅｄｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｎｈａｐｔｉｃｄｉｓｐｌａｙｓｂｙｍｏｄａｌｓｕｐｅｒｉｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｕｎｄａｎｄＶｉｂｒａｔｉｏｎ，４４９．１９６－２１３Ａ．Ｂ．Ｄｈｉａｂ＆Ｃ．Ｈｕｄｉｎ／２０１９．ＣｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔｏｆＶｉｂｒｏｔａｃｔｉｌｅＳｔｉｍｕｌｉｉｎＮａｒｒｏｗＰｌａｔｅｓ，ＩＥＥＥＷｏｒｌｄＨａｐｔｉｃｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ｐｐ．４３１－４３６Ｌ．Ｐａｎｔｅｒａ，＆Ｃ．Ｈｕｄｉｎ．２０１９．ＳｐａｒｓｅＡｃｔｕａｔｏｒＡｒｒａｙＣｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈＩｎｖｅｒｓｅＦｉｌｔｅｒｆｏｒＭｕｌｔｉｔｏｕｃｈＶｉｂｒｏｔａｃｔｉｌｅＳｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ＩＥＥＥＷｏｒｌｄＨａｐｔｉｃｓＣｏｎｆｅｒｅｎｓｅ，ｐｐ．１９－２４

本発明は、特許出願ＦＲ１９００５５４に開示される方法に対する代替法を提案し、時間の経過にわたって変化する小さい動きが、接触表面によって分離された少なくとも２つの領域で発生される。本発明の方法は、固体の全ての小さい動きに適用可能な線形重ね合わせの原理に基づく。本発明の方法は、プレートの屈曲モードに対応する動き並びに定常波の確立から生じるモードに対応する動きを含む、固体の小さい動きを引き起こすことが可能な制限された数のアクチュエータに適用されることができる作動信号を決定することを可能にする。

第１の態様によれば、ハプティックインターフェースの接触表面と接触しているユーザーによって検知されることが意図される触感を発生する方法であって、第１のアクチュエータを制御するための第１の制御信号、及び、第１のアクチュエータと同時に第２のアクチュエータを制御するための第２の制御信号を同時に発する動作を含み、第１及び第２のアクチュエータが、接触表面に結合され、前記接触表面の動きをもたらす、方法において：
－第１の制御信号が、接触表面の第１の領域に第１の時間変化を提供し、接触表面の第２の領域に第２の時間変化を提供する第１の時間変化を含み、
－第２の制御信号が、接触表面の第１の領域に第２の時間変化を提供し、接触表面の第２の領域に第２の時間変化を提供する第２の時間変化を含み、
－第１の制御信号及び第２の制御信号が、接触表面の第１の領域の時間変化が、接触表面の第２の領域の時間変化を記述する別の所望の時間の関数と別個の、所望の時間の関数によって記述されるようなものであることを特徴とする、方法に関する。

本方法は、タッチスクリーンの部分の幾つかの場所で別個の触感を同時に発生することを可能にする。

有利には、方法は、第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータと同時に１つ以上のさらなるアクチュエータを制御するための１つ以上のさらなる制御信号を同時に発する動作を含む１つ以上のさらなるアクチュエータを備え、さらなるアクチュエータは、接触表面に結合され、前記接触表面の動きをもたらし、さらなる制御信号は、それぞれ、接触表面の第１の領域にさらなる時間変化をそして接触表面の第２第１の領域にさらなる時間変化を提供するさらなる時間変化を含む。

前項で今述べた特徴に加えて、本発明の態様による方法は、個々に又は技術的に許容可能な任意の組み合わせに従って考えられる、以下の中の１つ以上の特徴を有することができる：
－方法は、さらなるアクチュエータから来るさらなる時間変化を受信する１つ以上のさらなる接触領域を含み、アクチュエータの総数が領域の総数以上であることを特徴とする。
－方法は、第１の制御信号の作用下で第１のアクチュエータによって発生される第１の動的歪み及び第２の制御信号の作用下で第２のアクチュエータによって発生される第２の動的歪みの重み付き組み合わせを含む。
－方法は、第１の制御信号の作用下で第１のアクチュエータによって発生される第１の動的歪み、第２の制御信号の作用下で第２のアクチュエータによって発生される第２の動的歪み、及び１つ以上のさらなる制御信号の作用下で１つ以上のさらなるアクチュエータによって発生される１つ以上のさらなる動的歪みの重み付き組み合わせを含む。
－第１の制御信号及び第２の制御信号が前もってわかっているとき、第１の制御信号及び第２の制御信号が、以下の動作：
〇ａ）アクチュエータのうちのそれぞれの１つ及び接触表面の領域のうちのそれぞれの１つについて、接触表面の任意の領域にわたるアクチュエータの作用の周波数に応じて、重み付けを示す周波数スペクトルを識別する動作、
〇ｂ）第１の領域及び第２の領域を第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータと関連付ける、スペクトルの行列Ｈ_２２の逆行列Ｈ^－１ _２２を計算する動作、
〇ｃ）逆行列Ｈ^－１ _２２に、領域（Ｚ１及びＺ２）内の接触表面の所望の動き（ｕ１及びｕ２）の時間領域から周波数領域への変換に由来する周波数スペクトルＵ_１及びＵ_２をスタックすることによって得られる行列Ｕ_２１を掛ける動作、
〇ｄ）ステップｃ）で得られる生成物を時間領域に変換する動作、
〇ｅ）アクチュエータに適用する動作
によって決定される。
－第１の制御信号及び第２の制御信号が前もってわかっているとき、第１の制御信号、第２の制御信号、及び考えられるさらなる信号は、以下の動作：
〇ｆ）アクチュエータのうちのそれぞれの１つ及び接触表面の領域のうちのそれぞれの１つについて、接触表面の任意の領域にわたるアクチュエータの作用の周波数に応じて、重み付けを示す周波数スペクトルを識別する動作、
〇ｇ）スペクトルの行列Ｈ_ｉｊに由来する領域α及びβに対応するラインを抽出する動作であって、スペクトルの行列Ｈ_ｉｊは、各領域（ｉ）を各アクチュエータ（ｊ）と関連付け、領域α及びβに対応する前記ラインを単一行列Ｈ_{（αβ）ｊ}内にスタックする、動作、
〇ｈ）Ｈ_{（αβ）ｊ}の擬似逆行列Ｈ^＋ _{ｊ（αβ）}を計算する動作、
〇ｉ）擬似逆行列Ｈ^＋ _{ｊ（αβ）}に、領域α及びβ内の接触領域の所望の動きｕ_α及びｕ_βの時間領域から周波数領域への変換に由来する周波数スペクトルＵ_α及びＵ_βをスタックすることによって得られる行列Ｕ_{（αβ）１}を掛ける動作、
〇ｊ）ステップｉ）で得られる生成物を時間領域に変換する動作、
〇ｋ）アクチュエータに適用する動作
によって決定される。
－第１の領域、第２の領域、及び考えられるさらなる領域が前もってわかっているとき、第１の制御信号、第２の制御信号、及び考えられるさらなる信号が、以下の動作：
〇ｌ）アクチュエータのうちのそれぞれの１つ及び接触表面の領域のうちのそれぞれの１つについて、接触表面の任意の領域にわたるアクチュエータの作用の周波数に応じて、重み付けを示す周波数スペクトルを識別する動作、
〇ｍ）スペクトルの行列Ｈ_ｉｊの領域α及びβ並びにさらなる領域に対応するラインを抽出する動作であって、スペクトルの行列Ｈ_ｉｊは、各領域（ｉ）を各アクチュエータ（ｊ）と関連付け、領域α及びβ並びにさらなる領域に対応する前記ラインを単一行列Ｈ_ｃｊ内にスタックする、動作、
〇ｎ）Ｈ_ｃｊの擬似逆行列Ｈ^＋ _ｊｃを計算する動作、
〇ｏ）擬似逆行列Ｈ^＋ _ｊｃに、領域α及びβ並びにさらなる所望の動き内の接触領域の所望の動きｕ_α及びｕ_βの変換に由来する周波数スペクトルをスタックすることによって得られる行列Ｕ_ｃ１を掛ける動作、
〇ｐ）ステップｏ）で得られる生成物を時間領域に変換する動作、
〇ｑ）アクチュエータに適用する動作
によって決定される。
－第１又は第２の領域が時間の経過にわたって変動するとき、第１の制御信号、第２の制御信号は、以下の動作：
〇ｒ）アクチュエータのうちのそれぞれの１つ及び接触表面の領域のうちのそれぞれの１つについて、接触表面の任意の領域にわたるアクチュエータの作用の周波数に応じて、重み付けを示す周波数スペクトルを識別する動作、
〇ｓ）スペクトルの行列Ｈｚ２の逆行列Ｈ^－１ _２２を計算する動作であって、スペクトルの行列Ｈｚ２は、第１の領域及び第２の領域を第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータと関連付ける、動作、
〇ｔ）ステップｓ）で得られる生成物を時間領域に変換する動作、
〇ｕ）所望の動きのスタックによってステップｔ）の生成物の行列畳み込み演算を行う動作、
〇ｖ）アクチュエータに適用する動作
によって決定される。
－第１の領域又は第２の領域が時間の経過にわたって変動するとき、第１の制御信号、第２の制御信号、及び考えられるさらなる制御信号が、以下の動作：
〇ｗ）アクチュエータのうちのそれぞれの１つ及び接触表面の領域のうちのそれぞれの１つについて、接触表面の任意の領域にわたるアクチュエータの作用の周波数に応じて、重み付けを示す周波数スペクトルを識別する動作、
〇ｘ）スペクトルの行列Ｈ_ｉｊに由来する領域α及びβに対応するラインを抽出する動作であって、スペクトルの行列Ｈ_ｉｊは、各領域（ｉ）を各アクチュエータ（ｊ）と関連付け、領域α及びβに対応する前記ラインを単一行列Ｈ_{（αβ）ｊ}内にスタックする、動作、
〇ｙ）Ｈ_{（αβ）ｊ}の擬似逆行列Ｈ^＋ _{ｊ（αβ）}を計算する動作、
〇ｚ）ステップｙ）で得られる生成物を時間領域に変換する動作、
〇ａａ）所望の動きのスタックによってステップｚ）の生成物の行列畳み込み演算を行う動作、
〇ｂｂ）アクチュエータに適用する動作
によって決定される。
－第１の領域又は第２の領域又は考えられるさらなる領域が時間の経過にわたって変動するとき、第１の制御信号、第２の制御信号、及び考えられるさらなる制御信号が、以下の動作：
〇ｃｃ）アクチュエータのうちのそれぞれの１つ及び接触表面の領域のうちのそれぞれの１つについて、接触表面の任意の領域にわたるアクチュエータの作用の周波数に応じて、重み付けを示す周波数スペクトルを識別する動作、
〇ｄｄ）スペクトルの行列Ｈ_ｉｊの領域α及びβ並びにさらなる領域に対応するラインを抽出する動作であって、スペクトルの行列Ｈ_ｉｊは、各領域（ｉ）を各アクチュエータ（ｊ）と関連付け、領域α及びβ並びにさらなる領域に対応する前記ラインを単一行列Ｈ_ｃｊ内にスタックする、動作、
〇ｅｅ）Ｈ_ｃｊの擬似逆行列Ｈ^＋ _ｊｃを計算する動作、
〇ｆｆ）ステップｅｅ）で得られる生成物を時間領域に変換する動作、
〇ｇｇ）所望の動きのスタックによってステップｆｆ）の生成物の行列畳み込み演算を行う動作、
〇ｈｈ）アクチュエータに適用する動作
によって決定される。

本発明の第２の態様は、上記の方法を実装するハプティックインターフェースに関し、ハプティックインターフェースは：
－接触表面（１１０）であって、少なくとも一人のユーザー（１０１）と前記接触表面との間で少なくとも１つの接触ポイントを検出し位置特定するデバイスを備える、接触表面（１１０）と；
－少なくとも２つのアクチュエータ（１２０）であって、剛性部分に結合され、互いから或る距離にマウントされ、前記剛性部分の少なくとも１つの動き（Ｄ）を発生するために同時に作動されるように適合される、少なくとも２つのアクチュエータ（１２０）と；
－異なる時間変化によって各アクチュエータ（１２０）を制御するように適合される処理ユニット（１３０）と
を備えることを特徴とする。

有利には、ハプティックインターフェースは、接触表面がマウントされるフレームを備える。

有利には、接触表面は、粘弾性サスペンションによってフレームに接続される。

特定の実施形態によれば、接触表面は、フレーム上に接触表面の全周にわたって強固に埋め込まれる。

特定の実施形態によれば、接触表面は、フレーム上に部分的に埋め込まれる。

特定の実施形態によれば、接触表面は、自由縁埋め込み状態にある。

本発明の第３の態様は、前記で規定されたようなハプティックインターフェースを備えることを特徴とする、対話型電子デバイスに関する。

本発明の他の利点及び特徴は、図によって示される以下の説明を読むと明らかになるものとする。

本発明によるハプティックインターフェースのビューを図式的に示す図であり、ユーザーは前記インターフェースと二本の指によって接触している。考えられる配置のアクチュエータが、周囲並びに関心ゾーン及び処理ユニット上にマウントされている接触表面の正面図である。本発明の一実施形態によるハプティックインターフェースの上面線図であり、４つのアクチュエータが、接触表面の角部で作用し、フレームに当接し、法線方向は、慣例的に方向Ｚに向く。本発明の一実施形態によるハプティックインターフェースの線図であり、２つのアクチュエータは接触表面に対して法線方向に作用し、２つのアクチュエータはプレートに屈曲力を加える。一実施形態を示す図であり、４つのアクチュエータは、プレートに種々の方向に屈曲力を加える。一実施形態を示す図であり、４つのアクチュエータは、プレートに屈曲力を加え、２つの角部の間で表面の縁部の近くに位置決めされる。一実施形態を示す図であり、４つのアクチュエータは法線方向に推力を加え、動きが、小さい加速度を有する場合、接触表面の剛性動きを引き起こし、大きい加速度中に、プレートが丸いか又は中空の形状を一時的に採用する主屈曲モードを引き起こす。一実施形態を示す図であり、４つのアクチュエータは法線方向に推力を加え、その推力は、ライン上でこの接触表面と接触している指が触覚信号を受信せず、一方、このラインから離れて接触している指が信号を受信するように、接触表面の軸の周りに旋回する動きを引き起こすことができる。４つのアクチュエータが法線方向の推力を加え、力の作用下で接触表面の屈曲を引き起こすことができる一実施形態を示す図である。４つのアクチュエータが、接触表面において静的又は動的屈曲力を加え、この表面の静的又は動的歪みを引き起こす一実施形態を示す図である。短パルスによって励起され、角部のうちの１つの角部に位置する単一アクチュエータの作用下での接触表面の動的歪みを、例示のために示す図であり、その作用は、同じパルスによって励起されるが、別の角部に位置する別のアクチュエータの作用と比較されることができる。接触表面の４つの角部に位置する４つのアクチュエータの同じポイントに対する影響のスペクトルを、同様に例示のために示す図である。２つの異なる領域において、これらの領域が前もってわかっているときに、所望の別個の動きを同時に生成するために、４つのアクチュエータの励起信号を決定する方法のステップを示す図である。２つの異なる領域において、これらの領域が時間経過にわたって変動するときに、所望の別個の動きを同時に生成するために、４つのアクチュエータの励起信号を決定する方法のステップを示す図である。特定の波形によって励起される４つのアクチュエータによって引き起こされる動的歪みの時間経過にわたる重み付け組み合わせが、同時に別の所望のポイントβを不動のままにしながら、所望のポイントαで、所望の波形、ここではリッカー（Ｒｉｃｋｅｒ）ウェーブレットをどのように再構成することができるかを、図１３又は１４のステップの終わりに示す図である。表面の他のポイントは、ハプティックインターフェースの触覚動作に影響を及ぼすことなく、自由に動く。

時間経過にわたって変化する小さい所望の動きが接触表面によって分離された２つの領域で発生されるハプティックインターフェースの例は、添付図面を参照して以降で詳細に説明される。この例は、本発明の特徴及び利点を示す。しかしながら、本発明がこの例に限定されないことが想起される。

図において、同一の要素は、同一の参照でマーク付けされる。図の見易さを改善するために、図示する要素間のサイズのスケールは尊重されない。

図１及び２は、本発明によるハプティックインターフェースの例を示す。このハプティックインターフェース１００は：
－ユーザー１０１が、それを通してハプティックインターフェース１００と相互作用することができる接触表面１１０と、
－接触表面１１０の小さい動きを発生することを可能にするアクチュエータ１２０と、
－特に、アクチュエータ１２０を制御することを可能にする処理ユニット１３０と
を備える。

表面上に位置する触感を発生する方法及びこの方法を実装するハプティックインターフェースの一実施形態は、添付図面を参照して以降で詳細に説明される。この例は、本発明の特徴及び利点を示す。しかしながら、本発明がこの例に限定されないことが想起される。

接触表面１１０は、ユーザーが、それを通してハプティックインターフェースと接触する面である。これは、図２に示すように、長方形の、例えば透明材料で作られた柔軟性薄プレートの面であることができる。接触表面が、例えば円形、三角形、又は台形等の、長方形以外の形状を有することができることを当業者は理解するであろう。接触表面は、柔軟性薄プレートの形状以外の形状を有することもできる。接触表面は、例えば、線織面の形状を有するシェルであることができる。接触表面は、歪んだ表面を有する等、任意の形状の一部であることもできる。そのため、これらの任意の形状は、アクチュエータの作用の影響下でシェルの屈曲及び動きを可能にすることになる。

接触表面１１０は、ユーザーの接触―又は近接性―を検出し位置特定し、座標を決定するデバイスをさらに備え、デバイスは、接触ゾーンのサイズをさらに推定することができる。接触表面は、ユーザーによって加えられる力を測定するデバイスを含むこともできる。接触を検出し、位置特定し、力を測定するそのようなデバイスは、触覚表面の分野でよく知られており、したがって、さらに詳細に説明されないものとする。

説明の残りの部分において、本発明は、４つのアクチュエータ及び２つの別個のゾーン又は領域について説明されるものとする。上記で述べた従来技術に関して依然として少ない数のままでありながら、４と異なる、例えば、２、３、５、６、又は８の数のアクチュエータに本方法が適用されることができることもちろん理解される。同様に、方法は、２と異なる数の、例えば、３、４等の数の領域（又はゾーン）に適用されることができる。

図１の例において、ユーザー１０１の二本の指は、ハプティックインターフェース１００の接触表面１１０の２つの別個のゾーンＺ１及びＺ２と同時に接触している。接触ゾーン又は領域と呼ばれる各ゾーンＺ１及びＺ２は、ユーザー１０１が機械的に接触している接触表面の部分である。図１の例において、ユーザー１０１は、彼らの指を接触表面に、タッチする、圧迫する、又は摺動させることによってハプティックインターフェース１００と直接的に触覚相互作用状態にある。

代替法において、ユーザー１０１は、一本の指、数本の指、又は彼らの身体の別の部分によってハプティックインターフェース１００と触覚接触していることができる。ユーザー１０１は、スタイラス又はタッチグローブ等の適合器具によって、間接的にハプティックインターフェース１００と接触していることもできる。説明の残りの部分は、ユーザーの第１の指及び第２の指の例について与えられるものとし、それが、ユーザーの身体又は適合器具の別の部分であることができるという理解を伴う。同様に、ユーザーの第１及び第２の指を参照して示される例は、同じユーザーの数本の指又は接触ポイント、或いは、第１のユーザーの指又は接触ポイント及び第２のユーザーの指又は接触ポイントに拡張されることができる。

ユーザー１０１と接触表面１１０との間の触覚相互作用が、直接接触であろうが、間接接触であろうが、接触表面のゾーンは、単一ポイントである、又は、図１の例の場合のように連続的又は離散的ゾーンのセットであることができる。

アクチュエータ１２０は、接触表面１１０に作用し、接線方向に又は法線方向に或いは以降で説明する屈曲モーメントによって前記接触表面に対して小さい動きを加えるように構成される。アクチュエータ１２０は、その面が接触表面１１０である薄プレートに結合されるようにマウントされる。アクチュエータ１２０は、少なくとも２の数で、互いから或る距離に位置決めされる。アクチュエータ１２０は、例えば、接触表面１１０が長方形であるときに互いに対して対角に、又は、接触表面が円形である場合に直径方向に反対に位置決めされることができる。アクチュエータ１２０が、３以上、例えば、３、４、又はそれより多い数であるとき、前記アクチュエータは、接触表面１１０の周囲にわたって分配される。図２の例において、アクチュエータは、４の数であり、それぞれが、接触表面１１０の角部に位置決めされる。アクチュエータの幾つかの位置が、前記アクチュエータが互いから十分に分離される限り、薄プレートの異なる動き及び変形を実施するために考慮されることができることを当業者は理解するであろう。

特定の実施形態によれば、ハプティックインターフェースは、法線方向又は接線方向の小さい動きを可能にするように構成される粘弾性サスペンション手段を備える。サスペンション手段は、薄プレートの小さい動きを可能にするように適合される。これらの粘弾性サスペンション手段は、例えば、図３に示す固定フレーム１８０に接続されることができる。粘弾性サスペンション手段は、例えば、薄プレートをハプティックインターフェースのフレームに接続するように、例えば粘弾性接着剤層によって固定された、セルを有するか又は有さない、ゴム材料及び／又はエラストマーで作られたシールであることができる。しばしば、接触表面は、フレームとして働く、開口しているか又はしていない、フレームワークに接着によってリンクされた薄プレートの面である。接触表面は、その後、平均位置の周りの小さい動きのおかげでハプティック感覚を獲得することが可能である。

特定の実施形態によれば、接触表面１１０又は柔軟性プレートは、フレーム内に強固に埋め込まれる。特定の他の実施形態によれば、柔軟性プレートは、フレーム内に部分的に埋め込まれる。他の実施形態によれば、柔軟性プレートは、自由縁埋め込み状態にある。

処理ユニット１３０は、検出し位置特定するデバイスから受信されるデータの処理を提供し、アクチュエータ１２０を制御する。処理ユニットは、ニュートラル状態の周りで接触表面の一時的又は振動的動きを引き出し、各アクチュエータ１２０において、時間経過にわたって可変の機械励起信号―制御信号とも呼ばれる―を制御するように構成される、アクチュエータを調整する方法を実装する。処理ユニット１３０は、相互作用を管理する方法をさらに実装するため、２つの異なる感覚は、許容されることになる使用に応じて、二人のユーザー又は同じ手の二本の指によって異なるように知覚される。非常に多数の中からのそのような使用のよく知られている例は、画像の拡大率を修正すること、又は、接触表面の平面内で仮想サムホイールの回転を引き起こすことである。

上記で説明したハプティックインターフェースは、触感を発生する方法を実装する。この方法は、ユーザーの接触表面との各接触ポイントにおいてユーザーが触感を検知することを可能にする。図１の例において、本発明の方法は、接触表面と接触している二本の指の各指においてハプティック感覚をユーザー１０１が検知することを可能にし、触感は、一本の指及び他の指において異なることができる。図に示さない他の例において、数人のユーザーは、ハプティックインターフェースと同時に接触していることができ、ハプティックインターフェースは、そのとき、異なるユーザーが前記ハプティックインターフェースと同時に接触しているときでも、異なるユーザーの各ユーザーに触感を提供することができる。

本発明によれば、触感は、処理ユニット１３０によって制御され駆動されるアクチュエータ１２０によって発生される。この処理ユニット１３０は、その面が接触表面である薄プレートの動きを引き起こすために、アクチュエータ１２０を制御し駆動するコンピュータプログラムを実装する。この駆動の重要な事例は、同じ表面とも接触している別の指を刺激することなく、一本の指において触感を引き起こすことが所望されるときである。したがって、この他の指は、ニュートラルゾーンと相互作用状態にあることになる。

本発明の方法は、触覚表面の動きを発生するために、ユーザーの第１の指がハプティックインターフェースと接触する瞬間に第１の指の第１の触感を、そして、同時にユーザーの第２の指が触覚インターフェースと接触する瞬間に第２の指の第２の触感をユーザーに獲得させることを有し、２つ感覚の一方はニュートラルであることができる、又は、２つの感覚は異なることができる。本発明によれば、触覚表面は、２方向参照システムＸＹ又は３方向参照システムＸＹＺにおいて動くことができる薄プレートの表面である。３方向参照システムは、図９－１１に示すように、薄プレートの変形を意味する。換言すれば、本発明による方法は、接触表面との第１の接触に応答して、触覚表面の動き又は変形を提供する第１の制御信号を全体として発生し、接触表面との第２の接触に応答して、２つの接触ポイントの一方（すなわち、指と触覚表面との接触のうちの一方）において触覚表面の動き又は変形の打消し又は修正を提供する第２の制御信号を発生することを提案する。

より正確には、処理ユニット１３０は、固体の小さい動きの場合に適用される信号の線形重ね合わせの原理を利用するように構成される、アクチュエータ１２０を調整する方法を実装する。これは、上記で説明したように、一本の指の感覚及び別の指の別の感覚を、それらが一時的であれ、永続的であれ、同時に生成することを特に可能にする。

タッチスクリーンの２つの例は、アクチュエータ１２０の異なる構成を有する図３及び４に示される。図３の例において、アクチュエータ１２０は、接触表面１１０に垂直な方向Ｚに薄プレートに力を加える。図４の例において、アクチュエータ１２０は、接触表面１１０への接線の方向の周りに薄プレートに屈曲モーメントを加える。各アクチュエータ１２０は、表面接触の角部において薄プレートに結合されてマウントされる。そのようなアクチュエータは、１つ以上のコイルと相互作用する磁気回路を備えることができ、非常に多くの構成：プレーナ、ラジアル、アキシャル等を採用することができる。これらのモーターは、運動量の保存の原理の適用によって、ベースに当接することによって又はフライウェイトに作用することによって薄プレートに力を加えることができる。動きを適用するデバイスと全体的に関連付けされた圧電タイプのアクチュエータを使用することも可能である。圧電アクチュエータは、剛性であるため、単型又は２型構成に応じて、薄プレートにおける屈曲動作を引き起こすように適合される。アクチュエータは、対向する対によって構成され、広範囲の周波数において、薄プレートの小さい動き及び小さい変形を容易にするように配向する。力のうちの各力の強度は、異なるアクチュエータ１２０の前記力の結合作用が、接触表面の指定されたゾーンにおいて時間経過にわたって変化する所望の動きを引き出すことを可能にするように、処理ユニット１３０によって決定される。図５及び６は、アクチュエータが、異なる方向に応じて種々の場所から屈曲を引き起こすように構成されることができることを示す。特に、図５は、４つのアクチュエータ１２０が、接触表面１１０の角部に位置決めされ、種々の方向にプレートに屈曲力を加える一実施形態を示す。図６は、４つのアクチュエータ１２０が、接触表面の縁部の近く、前記表面の２つの角部の間―例えば、２つの連続する角部の間の中間に―位置決めされ、プレートに屈曲力を加える一実施形態を示す。

図７は、動きであって、４つのアクチュエータ１２０が、４つの同一制御の作用下で、接触表面１１０に垂直な方向Ｚに薄プレートを動かす、動きの簡単な例を示す。強い加速度に関連する素早い動きは、慣性力を生じさせることができ、その慣性力は、薄プレート、したがって接触表面１１０の変形を、慣性力の符号に応じて凸状又は凹状隆起の形態で引き起こすのに十分である。当業者は、構造力学トリーティ（ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｍｅｃｈａｎｉｃｓｔｒｅａｔｉｅｓ）に説明されるように、剛体の動きに重ね合わされた主モードの励起をこの変形において認識するであろう。モードの幾何学的形状が、簡単であるか又は複雑である可能性がある薄プレートの埋め込み条件に実質的に依存し、多種多様な変形の幾何学的形状を生じさせることも当業者は認識するであろう。図８は、図３の実施形態と同様の実施形態を示すが、４つのアクチュエータ１２０が、法線方向Ｚに推力を加え、その推力が、ライン１４０上でこの表面と接触している指が触覚信号を受信せず、一方、このライン１４０から離れて接触している指が信号を受信することになるように、接触表面の軸の周りに旋回する動きを引き起こすことができる。図８は、４つのアクチュエータ１２０に対する制御の組み合わせが、接触表面に含まれる軸の周りの薄プレートの旋回をどのように引き起こすことができるかを示し、これは、ライン１４０に沿う動きの打消しを引き起こす。したがって、場所１５０と接触している一本の指は、触覚的に刺激されないことになるが、場所１６０と接触している指は触覚的に刺激されることになる。図７の例の場合のように、かなりの加速度は、モードの励起を引き起こすことができ、モードの励起は、この場合、簡単に説明されることができず、剛体の動きに重ね合わされる。図９及び１０は、薄プレートの法線の方向に作用する、又は、薄プレートに屈曲力を加えるアクチュエータの制御の特定の組み合わせが、この薄プレートに対する準静的変形をどのように引き起こすことができるかを直感的に示し、この薄プレートに対して、より高次の単純な動的変形モードが付加される。特に、図９は、４つのアクチュエータ１２０が、力の作用下で接触表面１１０の屈曲を引き起こすことができる推力を法線方向に加える一実施形態を示す。図１０は、４つのアクチュエータ１２０が、接触表面１１０の静的又は動的歪みを引き起こす静的又は動的屈曲力を接触表面１１０に加える一実施形態を示す。

図１１は、２つのアクチュエータＡ１及びＡ２が互いから分離するときに、第１のアクチュエータＡ１が薄プレートにパルス力を加えるとき及び第２のアクチュエータＡ２が薄プレートに同じパルス力を加えるときの、ハプティックインターフェースにおいて使用されることができる、この場合、その周囲において自由である薄プレートの瞬時変形の実際の例を示す。２つのパルス力が同時に加えられた場合、薄プレートの瞬時変形は、２つの瞬時変形の和であることになる。プレートの全てのポイントの動きが、アクチュエータによってこのプレートの種々のポイントに加えられる励起の作用下で、時間経過にわたって変動するため、これらの作用を、プレートの任意のポイントに対するアクチュエータの作用の周波数に応じて重み付けを示す周波数スペクトルの形態で示すことが可能である。図１２は、そのようなスペクトルが曲線２１０によって表されるハプティックインターフェースの実際の事例を示し、曲線２１０の垂直偏移は、０から１０００Ｈｚまで変動する励起周波数に応じた、接触表面のポイントαに対する４つのアクチュエータの各アクチュエータの影響を測定する。

したがって、指数ｊで指定された幾つかのアクチュエータによって励起された、指数ｉで指定された薄プレートの幾つかの領域の挙動を、各ゾーンと各アクチュエータとの関連付けに特徴的な、全てのスペクトルｈ_ｉｊをまとめるスペクトル行列Ｈ_ｉｊによって表すことが可能である：
Ｈ_ｉｊ＝Ｕ_ｉ／Ｓ_ｊ
ここで、Ｕ_ｉは薄プレートのｉ領域の動きのスペクトルであり、Ｓ_ｊは、ｊアクチュエータの制御信号である。薄プレートの領域の動きが、例えば、光振動計によって、関心領域に加速度計を配置することによって、又は、他の方法によって測定される場合、そのようなスペクトルが日常的に得られることができることを当業者は認識するであろう。そして、摺動周波数正弦波励起によって、ホワイトノイズによる励起によって、又は、パルス応答によってスペクトルを識別することを進めることが可能である。図１２が得られたのは、このタイプの方法によってである。

図１３は、２つの異なる領域において、これらの領域が前もってわかっているときに、所望の別個の動きを同時に生成することを可能にする、４つのアクチュエータの制御信号を決定する方法のステップを示す。図１３に示す代替法において、ハプティックインターフェース１００によって実装される方法は、複数の刺激の管理を可能にする。例えば、ハプティックインターフェースが、場所α、刺激されなければならない接触表面１１０における第１の指の存在を検出し、第２の指が、同様に刺激されなければならない別の場所βで検出される場合、処理ユニット１３０は、図１３に示す計算を適用することができる。

図１３において、領域α及びβの場所において所望される動きｕ_α及びｕ_βの変化は、計算ユニット１３０のメモリから抽出される、又は、ステップ３０１における外部データ並びにステップ３０２で計算されるそれらのスペクトルＵ_α及びＵ_βに従って計算される。この計算は、離散的フーリエ変換（ＤＦＴ：ｄｉｓｃｒｅｔｅＦｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍ）としても知られる高速フーリエ変換法によって実施されることができる。これらの信号が前もってわかっている場合、ステップ３０２がオプションであり、その場合、信号の離散的スペクトルが、処理ユニット１３０によって事前計算され、記憶されることができることが留意されなければならない。ラインＨ_αｊ及びＨ_βｊは、その後、スペクトルの行列Ｈ_ｉｊのステップ３０３において抽出され、結合されて、サブ行列Ｈ_{（αβ）ｊ}になる。このスペクトルの行列は、例えば、ハプティックインターフェースが４つのアクチュエータを備え、領域の２つの場所が選択される場合、４つの列及び２つのラインを有する。行列に含まれる各スペクトルは、ＤＦＴの結果得られるポイントの数に等しい長さを有する。ステップ３０４は、スペクトルがそこでわかっている各周波数について行列Ｈ_{（αβ）ｊ}の擬似逆行列Ｈ^＋ _{ｊ（αβ）}の計算に進む。この擬似逆行列は、当業者によってよく知られているようにムーアペンローズ（Ｍｏｏｒｅ－Ｐｅｎｒｏｓｅ）によって計算されることができ、ムーアペンローズは、この場合、ベクトルによるそれらの積の結果得られる値のユークリッドノルムを最小にする。他のノルムの最小化を通して他の基準を最適化するために、他の擬似逆行列が計算されることができることも当業者によって知られている。ステップ３０５にて、擬似逆行列は、２つのライン並びにスペクトルＵ_α及びＵ_βで構成される１つの列Ｕ_{（αβ）１}を有する行列を掛けられる。ステップ３０６にて、４つのアクチュエータの各アクチュエータについて４つの信号の時間経過にわたる変化を合成するために、Ｕ_{（αβ）１}によるＨ^＋ _{ｊ（αβ）}の行列積に対して逆フーリエ変換が適用される。これらの変化は、処理ユニット１３０によってステップ３０７にてアクチュエータに適用される。データが前もってわかっている場合、ステップ３０３、３０４、３０５、及び３０６がオプションであり；この場合、各ステップの結果が、処理ユニット１３０によって事前計算され、記憶されることができることも留意されなければならない。

図１４は、２つの異なる領域において、これらの領域の場所が時間経過にわたって変動するときに、所望の別個の動きを同時に生成することを可能にする、４つのアクチュエータの制御信号を決定する方法のステップを示す。特に図１４は、図１３のステップ３０１、３０２、３０３、及び３０４と同一のステップ４０１、４０２、４０３、及び４０４を有する図１３のそれと同様の計算又は事前計算のチェーンを示す。図１４の代替法において、ステップ４０５及び４０６は、フーリエ領域ではなく時間領域で実施される。計算及び事前計算のこのチェーンは、場所α及びβが前もってわかっておらず、信号の時間変化がリアルタイムに更新されなければならない事例において適する。こうした場合、ステップ４０５に由来するベクトルは、畳み込みカーネルｈ^＋ _αｊ及びｈ^＋ _βｊと呼ばれ、リアルタイムに計算されるか又は事前計算されることができるカーネルＨ^＋ _{ｊ（αβ）}を形成する。

図１５は、図１３及び１４の処理チェーンの適用の結果を示す。図１５は、特定の波形によって励起された４つのアクチュエータによって引き起こされた動的歪みの時間経過にわたる重み付けが、同時に別の所望のポイントβを不動のままにしながら、所望の動きＤを、所望のポイントαにおける所望の波形（ここでは、リッカーウェーブレット）に従って、どのように再構成することができるかを示す。表面の他のポイントは、ハプティックインターフェースの触覚動作に影響を及ぼすことなく自由に動く。特に、４つのアクチュエータの作用によって変形された薄プレートの動きは、場所α及びβが示される瞬間５０１、５０２、５０３、５０４、５０５、及び５０６にマウントされ、この特定の場合、場所αの動きが、場所βを不動のままにしながら、メキシカンハットとしても知られているリッカーウェーブレットに従って変化することが所望される。２５ｍｓの期間にわたる時間変化は、図１５の下部分に示され、そこで、場所α及びβの近傍の領域の時間軌跡が見られることができる。本方法を実装するための計算は、２つの別個の領域の動きの時間変化を決定する任意数のアクチュエータの場合について示された、しかしながら、当業者が、軌跡を独立に同時に決定するという要望に関して、この方法を、接触表面のより多くの数の領域に拡張することが容易であろう。

特定の数の例、代替形態、及び実施形態を通して説明したが、本発明の触感を発生する方法及びこの方法を実装するハプティックインターフェースは、当業者にとって明白に見える種々の代替形態、修正形態、及び改良形態を、これらの代替形態、修正形態、及び改良形態が本発明の範囲の一部であるという理解の下で含む。

Claims

ハプティックインターフェース（１００）の接触表面（１１０）と接触しているユーザー（１０１）によって検知されることが意図される触感を発生する方法であって、第１のアクチュエータ（１２０）を制御するための第１の制御信号、及び、第１のアクチュエータと同時に第２のアクチュエータ（１２０）を制御するための第２の制御信号を同時に発する動作を含み、第１及び第２のアクチュエータが、接触表面に結合され、前記接触表面の動きをもたらす、方法において：
－第１の制御信号が、接触表面（Ｚ１）の第１の領域に第１の時間変化を提供し、接触表面（Ｚ２）の第２の領域に第２の時間変化を提供する第１の時間変化を含み、
－第２の制御信号が、接触表面（Ｚ１）の第１の領域に第２の時間変化を提供し、接触表面（Ｚ２）の第２の領域に第２の時間変化を提供する第２の時間変化を含み、
－第１の制御信号及び第２の制御信号が、接触表面（Ｚ１）の第１の領域の時間変化が、接触表面（Ｚ２）の第２の領域の時間変化を記述する別の所望の時間の関数と別個の、所望の時間の関数によって記述されるようなものであることを特徴とする、方法。
第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータと同時に１つ以上のさらなるアクチュエータ（１２０）を制御するための１つ以上のさらなる制御信号を同時に発する動作を含む１つ以上のさらなるアクチュエータを備え、さらなるアクチュエータが、接触表面に結合され、前記接触表面の動きをもたらすこと、及び、：
－さらなる制御信号が、それぞれ、接触表面の第１の領域にさらなる時間変化を、および接触表面の第２第１の領域にさらなる時間変化を提供するさらなる時間変化を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
さらなるアクチュエータから来るさらなる時間変化を受信する１つ以上のさらなる接触領域を含むことを特徴とし、アクチュエータの総数が領域の総数以上であることを特徴とする、請求項１及び２に記載の方法。
第１の制御信号の作用下で第１のアクチュエータによって発生される第１の動的歪み及び第２の制御信号の作用下で第２のアクチュエータによって発生される第２の動的歪みの重み付き組み合わせを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
第１の制御信号の作用下で第１のアクチュエータによって発生される第１の動的歪み、第２の制御信号の作用下で第２のアクチュエータによって発生される第２の動的歪み、及び１つ以上のさらなる制御信号の作用下で１つ以上のさらなるアクチュエータによって発生される１つ以上のさらなる動的歪みの重み付き組み合わせを含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
第１の領域及び第２の領域が前もってわかっているとき、第１の制御信号及び第２の制御信号が、以下の動作：
－ａ）アクチュエータのうちのそれぞれの１つ及び接触表面の領域のうちのそれぞれの１つについて、接触表面の任意の領域にわたるアクチュエータの作用の周波数に応じて、重み付けを示す周波数スペクトルを識別する動作、
－ｂ）第１の領域及び第２の領域を第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータと関連付ける、スペクトルの行列Ｈ_２２の逆行列Ｈ^－１ _２２を計算する動作、
－ｃ）逆行列Ｈ^－１ _２２に、領域（Ｚ１及びＺ２）内の接触表面の所望の動き（ｕ１及びｕ２）の時間領域から周波数領域への変換に由来する周波数スペクトルＵ_１及びＵ_２をスタックすることによって得られる行列Ｕ_２１を掛ける動作、
－ｄ）ステップｃ）で得られる生成物を時間領域に変換する動作、
－ｅ）アクチュエータに適用する動作
によって決定されることを特徴とする、請求項１及び４に記載の方法。
第１の領域及び第２の領域が前もってわかっているとき、第１の制御信号、第２の制御信号、及び考えられるさらなる信号が、以下の動作：
－ｆ）アクチュエータのうちのそれぞれの１つ及び接触表面の領域のうちのそれぞれの１つについて、接触表面の任意の領域にわたるアクチュエータの作用の周波数に応じて、重み付けを示す周波数スペクトルを識別する動作、
－ｇ）スペクトルの行列Ｈ_ｉｊに由来する領域α及びβに対応するラインを抽出する動作であって、スペクトルの行列Ｈ_ｉｊが、各領域（ｉ）を各アクチュエータ（ｊ）と関連付け、領域α及びβに対応する前記ラインを単一行列Ｈ_{（αβ）ｊ}内にスタックする、動作、
－ｈ）Ｈ_{（αβ）ｊ}の擬似逆行列Ｈ^＋ _{（ｊ（αβ））}を計算する動作、
－ｉ）擬似逆行列Ｈ^＋ _{（ｊ（αβ））}に、領域α及びβ内の接触領域の所望の動きｕ_α及びｕ_βの時間領域から周波数領域への変換に由来する周波数スペクトルＵ_α及びＵ_βをスタックすることによって得られる行列Ｕ_{（αβ）１}を掛ける動作、
－ｊ）ステップｉ）で得られる生成物を時間領域に変換する動作、
－ｋ）アクチュエータに適用する動作
によって決定されることを特徴とする、請求項２及び５に記載の方法。
第１の領域、第２の領域、及び考えられるさらなる領域が前もってわかっているとき、第１の制御信号、第２の制御信号、及び考えられるさらなる信号が、以下の動作：
－ｌ）アクチュエータのうちのそれぞれの１つ及び接触表面の領域のうちのそれぞれの１つについて、接触表面の任意の領域にわたるアクチュエータの作用の周波数に応じて、重み付けを示す周波数スペクトルを識別する動作、
－ｍ）スペクトルの行列Ｈ_ｉｊの領域α及びβ並びにさらなる領域に対応するラインを抽出する動作であって、スペクトルの行列Ｈ_ｉｊが、各領域（ｉ）を各アクチュエータ（ｊ）と関連付け、領域α及びβ並びにさらなる領域に対応する前記ラインを単一行列Ｈ_ｃｊ内にスタックする、動作、
－ｎ）Ｈ_ｃｊの擬似逆行列Ｈ^＋ _ｊｃを計算する動作、
－ｏ）擬似逆行列Ｈ^＋ _ｊｃに、領域α及びβ並びにさらなる所望の動き内の接触表面の所望の動きｕ_α及びｕ_βの変換に由来する周波数スペクトルをスタックすることによって得られる行列Ｕ_ｃ１を掛ける動作、
－ｐ）ステップｏ）で得られる生成物を時間領域に変換する動作、
－ｑ）アクチュエータに適用する動作
によって決定されることを特徴とする、請求項２、３、及び５に記載の方法。
第１又は第２の領域が時間の経過にわたって変動するとき、第１の制御信号、第２の制御信号が、以下の動作：
－ｒ）アクチュエータのうちのそれぞれの１つ及び接触表面の領域のうちのそれぞれの１つについて、接触表面の任意の領域にわたるアクチュエータの作用の周波数に応じて、重み付けを示す周波数スペクトルを識別する動作、
－ｓ）スペクトルの行列Ｈ_２２の逆行列Ｈ^－１ _２２を計算する動作であって、スペクトルの行列Ｈ_２２が、第１の領域及び第２の領域を第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータと関連付ける、動作、
－ｔ）ステップｓ）で得られる生成物を時間領域に変換する動作、
－ｕ）所望の動きのスタックによってステップｔ）の生成物の行列畳み込み演算を行う動作、
－ｖ）アクチュエータに適用する動作
によって決定されることを特徴とする、請求項１及び４に記載の方法。
第１の領域又は第２の領域が時間の経過にわたって変動するとき、第１の制御信号、第２の制御信号、及び考えられるさらなる制御信号が、以下の動作：
－ｗ）アクチュエータのうちのそれぞれの１つ及び接触表面の領域のうちのそれぞれの１つについて、接触表面の任意の領域にわたるアクチュエータの作用の周波数に応じて、重み付けを示す周波数スペクトルを識別する動作、
－ｘ）スペクトルの行列Ｈ_ｉｊに由来する領域α及びβに対応するラインを抽出する動作であって、スペクトルの行列Ｈ_ｉｊが、各領域（ｉ）を各アクチュエータ（ｊ）と関連付け、領域α及びβに対応する前記ラインを単一行列Ｈ_{（αβ）ｊ}内にスタックする、動作、
－ｙ）Ｈ_{（αβ）ｊ}の擬似逆行列Ｈ^＋ _{ｊ（αβ）}を計算する動作、
－ｚ）ステップｙ）で得られる生成物を時間領域に変換する動作、
－ａａ）所望の動きのスタックによってステップｚ）の生成物の行列畳み込み演算を行う動作、
－ｂｂ）アクチュエータに適用する動作
によって決定されることを特徴とする、請求項２及び５に記載の方法。
第１の領域又は第２の領域又は考えられるさらなる領域が時間の経過にわたって変動するとき、第１の制御信号、第２の制御信号、及び考えられるさらなる制御信号が、以下の動作：
－ｃｃ）アクチュエータのうちのそれぞれの１つ及び接触表面の領域のうちのそれぞれの１つについて、接触表面の任意の領域にわたるアクチュエータの作用の周波数に応じて、重み付けを示す周波数スペクトルを識別する動作、
－ｄｄ）スペクトルの行列Ｈ_ｉｊの領域α及びβ並びにさらなる領域に対応するラインを抽出する動作であって、スペクトルの行列Ｈ_ｉｊが、各領域（ｉ）を各アクチュエータ（ｊ）と関連付け、領域α及びβ並びにさらなる領域に対応する前記ラインを単一行列Ｈ_ｃｊ内にスタックする、動作、
－ｅｅ）Ｈ_ｃｊの擬似逆行列Ｈ^＋ _ｊｃを計算する動作、
－ｆｆ）ステップｅｅ）で得られる生成物を時間領域に変換する動作、
－ｇｇ）所望の動きのスタックによってステップｆｆ）の生成物の行列畳み込み演算を行う動作、
－ｈｈ）アクチュエータに適用する動作
によって決定されることを特徴とする、請求項２、３、及び５に記載の方法。
請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法を実装するハプティックインターフェース（１００）であって、
－接触表面（１１０）であって、少なくとも一人のユーザー（１０１）と前記接触表面（１１０）との間で少なくとも１つの接触ポイントを検出し位置特定するデバイスを備える、接触表面（１１０）と、
－少なくとも２つのアクチュエータ（１２０）であって、剛性部分に結合され、互いから或る距離にマウントされ、前記剛性部分の少なくとも１つの動き（Ｄ）を発生するために同時に作動されるように適合される、少なくとも２つのアクチュエータ（１２０）と、
－異なる時間変化によって各アクチュエータ（１２０）を制御するように適合される処理ユニット（１３０）と
を備えることを特徴とする、ハプティックインターフェース（１００）。
接触表面（１１０）がマウントされるフレームを備えることを特徴とする、請求項１２に記載のハプティックインターフェース。
接触表面（１１０）が、粘弾性サスペンションによってフレームに接続されることを特徴とする、請求項１３に記載のインターフェース。
接触表面（１１０）が、フレーム上に接触表面（１１０）の全周にわたって強固に埋め込まれることを特徴とする、請求項１２に記載のインターフェース。
接触表面（１１０）が、フレーム上に部分的に埋め込まれることを特徴とする、請求項１２に記載のインターフェース。
接触表面（１１０）が、自由縁埋め込み状態にあることを特徴とする、請求項１２に記載のインターフェース。
請求項１２から１７のいずれか一項に記載のハプティックインターフェース（１００）を備えることを特徴とする、対話型電子デバイス。