JP5028497B2 - 振動タッチインターフェース - Google Patents

Description

本発明は、好適には超音波である振動面を利用し、「スクイーズフィルム」効果を得られる新しいタッチインターフェースに関する。このインターフェースは、「スクイーズフィルム」効果を調整することにより、非常に細かいテクスチャまたは粗度のタッチ感覚を再現することができる。

触れたときに検知可能な非常に細かいテクスチャまたは粗度をダイナミックな方法で再現するために、今日では、振動接触面と、この振動接触面において非常に小さい振幅の機械的な超音波振動を発生可能にする振動発生手段とを含む、タッチインターフェースを実現することが知られている。

このタイプの超音波タッチインターフェースの接触面の機械的な振動は、場合に応じていわゆるレイリー表面波またはラム波を発生することによって得られる。

レイリー波または表面波（ＳＡＷ）トランスデューサ
半無限の等方性媒体の表面では、２個の成分を持つ表面波、いわゆるレイリー波が伝播可能である。（表面の法線と波のベクトルとによって決定される）矢状面に含まれる長手方向の成分と横方向の成分との位相差は、ＴＴ／２である。これらの成分の振幅は、深さに応じて減少の方法が異なる。波の通過は表面のうねりを引き起こし、このうねりは、波長がλレベルの浅い深さまで感じられる。

レイリー表面波（「ＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ：表面弾性波）」とも呼ばれる）トランスデューサを利用した超音波タッチインターフェースは、たとえば、次の文献に記載されている：Ｍａｓａｙａ Ｔａｋａｓａｋｉ他による「Ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉａｌ Ａｃｔｉｖｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ Ｔａｃｔｉｌｅ Ｄｉｓｐｌｙ Ｏｎ ａ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｒｅｅｎ」Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｈａｐｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ ｆｏｒ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｔｅｌｅｏｐｅｒａｔｏｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ ２００６、３月２５−２６日 ＩＥＥＥ ４９−５４頁。

このトランスデューサは、磨いた圧電結晶、この場合にはチョクラルスキー合成により得られたニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）からなる、ごく薄い厚さの長方形基板に配置された、櫛型電極（ＩＤＴ櫛型電極）を含む。電気信号が櫛型電極（ＩＤＴ）に付与されると、それによって定常的なＳＡＷ波（またはレイリー波）が基板に発生する。ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）の使用によって、アクチュエータの動作のための有効周波数範囲が１０ＭＨｚ前後に制限される。

ＳＡＷ波のタッチインターフェースには複数の欠点がある。振動接触面を形成する基板の厚さを薄くしなければならないので、基板は非常に脆くなる。基板表面の加熱は早く、基板表面で得られる振動振幅はきわめて弱く、一般にはナノメータ単位である。そのため、上記の文献に開示されているように、このタイプのトランスデューサを使用するときは、指先でこれに直接触れるのではなく、指と基板の振動面との間に中間パッドを挟むことによって行っている。このパッドは、一方では基板表面の機械的な振動を増幅することができ、他方では、指と振動基板とを断熱する役割を果たす。

ラム波トランスデューサ
２個の平行な面により固体が境界を限定されている場合、レイリー波は、波長に対してそれらの距離（プレートの厚み）が大きい限り、各面で独立して伝播する。プレートの厚みが波長λのレベルになると、表面波の成分が結合されて、対称または非対称なラム波が発生し、固体の厚み全体にわたって機械的な変形が起きる。

ラム波を用いた超音波タッチインターフェースには、一般には数マイクロメートル単位であるＳＡＷ波の超音波タッチインターフェースを用いて得られるものよりも明らかに大きい振幅振動を発生できるという長所がある。この振幅範囲によって、一般には「スクイーズフィルム」効果と呼ばれる公知の潤滑効果を得ることができる。

「スクイーズフィルム」効果を理解するには、たとえば次の文献を参照することができる：Ｍ．Ｗｉｅｓｅｎｄａｎｇｅｒ「Ｓｑｕｅｅｚｅ ｆｉｌｍ ａｉｒ ｂｅａｒｉｎｇｓ ｕｓｉｎｇ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂｅｎｄｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔｓ」、ＰｈＤ Ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ、ＥＰＦＬ スイス国２０００年。

「スクイーズフィルム」効果を使用するタッチインターフェースの第１の解決方法は、次の文献に記載されている：Ｔ．Ｗａｔａｎａｂｅ、Ｓ．Ａ．Ｆｕｋｕｉによる「Ａ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ Ｔａｃｔｉｌｅ Ｓｅｎｓａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ Ｕｓｉｎｇ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ」、ＩＥＥＥ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ｒｏｂｏｔｉｃｓ ａｎｄ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ １１３４−１１３９頁、１９９５年。

このタッチインターフェースは、厚みの薄い長方形のビームと、このビームに結合された超音波振動手段とを含み、この手段は、定常的な振動波をビームに形成して前記ビームを変形させ、このビームの上面に「スクイーズフィルム」効果を得るように構成されている。前記ビームの表面の細かなテクスチャは、「スクイーズフィルム」効果によって得られる指の揚力効果をなくさないようにそれほど強い圧力をかけることなく指をこの表面に接して直接置き、ビームの長手方向に指を移動することによって感じられる。これらの超音波振動手段は、特に、ビームの対向する両端に配置された、たとえば共振周波数が７７ｋＨｚのランジュバン型振動子により構成される。これらのランジュバン型振動子は、ビームの両端に、プレートに対して垂直な機械的な励起を及ぼすことができる。

この種のタッチインターフェースは、非常に外形寸法が大きいという欠点があり、そのために工業用途および商業用途には適さず、その使用は、「スクイーズフィルム」効果の試験所での実験研究に限られている。しかも、この種のインターフェースでは、細かいテクスチャが、プレートに接触するときの単一方向への指の移動によって感じとられるので、このインターフェースを使用する可能性が制限される。

「スクイーズフィルム」効果を用いたタッチインターフェースの別の解決方法は、次の文献に記載されている：Ｍｅｌｉｓａｎｄｅ Ｂｉｅｔ、Ｆｒｅｄｅｒｉｃ Ｇｉｒａｕｄ、Ｆｒａｎｃｏｉｓ Ｍａｒｔｉｎｏｔ、Ｂｅｔｔｙ Ｓｅｍａｉｌによる「Ａ Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｕｓｉｎｇ Ｔｒａｖｅｌｌｉｎｇ Ｌａｍｂ Ｗａｖｅ」Ｐｒｏｃｅｅｄｅｉｎｇｓ ｏｆ Ｅｕｒｏｈａｐｔｉｃｓ、５６７−５７０頁、２００６年７月。

この文献では、タッチインターフェースが、Ｓｈｉｎｓｅｉ ＵＳＲ６０タイプの回転モータの環状ステータを利用している。この環状ステータは、圧電セラミックスにより励起されるので、それによって、ステータの環状構造内で段階的な（定常的でない）ラム波を発生することができる。

この解決方法は、ステータの環状面に「スクイーズフィルム」効果を発生可能である。しかしながら、この種のインターフェースは、一方では外形寸法が大きく、他方では、波の伝播方向（輪の幅）に対して垂直な方向の接触面の寸法が必然的に小さくなるので、ユーザの指のために利用される面が制限されて不利である。しかも、この文献に記載された解決方法では、（輪の円周に沿って）単一方向に広がる段階的なラム波だけを使用しており、別の方向、特に輪の半径方向に波を発生することができない。そのため、この種のタッチインターフェースには１つのサイズしかない。

本発明は、以下のような新しいタッチインターフェースを提案することを目的としている。
−ＳＡＷ波インターフェースに固有の上記の不都合を解消し、機械的に堅牢であり、特に指が加熱されることなく直接指を接触させて使用することができる。
−ラム波を使用する従来技術の上記インターフェースに比べて、外形寸法が非常に小さく、製造が一段と簡単である。
−場合によっては、ユーザの指のために利用される振動面を、ラム波を使用する従来技術の上記インターフェースのそれよりも大きくすることができる。

上記の目的は、請求項１に記載されたタッチインターフェースによって達成される。

特に、本発明のインターフェースでは、構造体（プレート／圧電層）で発生する定常的なラム波により、特にプレート変形のための十分に大きなピークトゥピーク振幅によって「スクイーズフィルム」効果を発生することができる。

特に、本発明のタッチインターフェースは、従属項２〜１４に記載された付加的かつ任意の技術的特徴を含んでいる。

本発明の他の特徴および長所は、本発明によるタッチインターフェースの好適な変形実施形態の詳細な説明を読めばいっそう明らかになるであろう。この詳細な説明は、添付図面を参照しながら、限定的ではなく、また網羅的でもなく、例として挙げられたものであ
る。

図１は、本発明のタッチインターフェースの好適な実施形態を示す（Ｙ、Ｚ面における）側面図である。 図２は、図１のインターフェースの下面図である。 図３は、図１および図２のインターフェースの圧電セラミックスの分極および給電の第１の変形実施形態を示す図である。 図４は、図１および図２のインターフェースの圧電セラミックスの分極および給電の第２の変形実施形態を示す図である。 図５は、図１および図２のインターフェースの振動構造（プレート／圧電層）の変形を長手方向の伝播軸Ｙに沿って３次元で示す図であり、この図は、モーダル解析によるものであって、デジタル計算により得ている。 図６は、長手方向の伝播軸Ｙに沿った図１および図２のインターフェースのプレートの接触面の実際の変形例を示す図である。 図７は、横方向の伝播軸Ｘに沿った図１および図２のインターフェースのプレートの接触面の実際の変形例を示す図である。 図８は、接触面に接するユーザの指の移動に応じてこの接触面の振動振幅の変調を行うための、図１および図２のインターフェースの制御を示すブロック図である。

図１および図２では、本発明によるタッチインターフェース１の好適な実施形態を示した。

このタッチインターフェース１は、共振基板２０と、薄い接着層２２により共振基板２０に固定された励起圧電層２１とからなる振動構造２を含む。

基板２０は、特に、厚さ（ｅ_１）、幅（ｌ）、長さ（Ｌ）の長方形のプレートから構成されている。このプレート２０は、滑らかな上面２０ａと、下面２０ｂとを含む。上面２０ａは、インターフェースのユーザの指と接するように構成された振動接触面を形成する。

圧電層２１は、厚さ（ｅ_２）を有し、図示された特定の例では、プレート２０の下面２０ｂに接着された圧電セラミックス層２１０のマトリクスから構成されている。セラミックス層２１０のマトリクスは、プレート２０の全面を被覆し、セラミックス２１０は、プレート２０の幅（ｌ）と長さ（Ｌ）とに沿って揃えられている。

図３では、圧電セラミックス２１０の分極の１例を示した。この図では、これらの分極が「＋」記号と「−」記号で表されている。インターフェースの長さ（Ｌ）に沿って延びるセラミックスの同一行Ｌ_ｉ（図３／行Ｌ_１〜Ｌ_５）に属する圧電セラミックス２１０は、同じ極性（負または正）を有する。インターフェースの幅（ｌ）に沿って延びるセラミックスの同一列Ｃ_ｉ（図３／列Ｃ_１〜Ｃ_５）に属する圧電セラミックス２１０は、負と正の極性を交互に有している。

以下の説明では、行Ｌ_ｉおよび列Ｃ_ｊに属するセラミックス２１０をＣＥ_ｉ、ｊで示した。

図３を参照すると、圧電セラミックス２１０は、電源（ＡＬ）から送られる２個の電気信号Ｖ_ａとＶ_ｂによって給電されている。図３の実施例では、以下のセラミックスが同一の第１の電気信号Ｖ_ａにより供給されている。
ＣＥ_１，２；ＣＥ_１，４；ＣＥ_１，６
ＣＥ_２，１；ＣＥ_２，３；ＣＥ_２，５；ＣＥ_２，７
ＣＥ_３，２；ＣＥ_３，４；ＣＥ_３，６
ＣＥ_４，１；ＣＥ_４，３；ＣＥ_４，５；ＣＥ_４，７
ＣＥ_５，２；ＣＥ_５，４；ＣＥ_５，６

図３を参照すると、次のような他の圧電セラミックスは、同一の第２の電気信号Ｖ_ｂにより供給されている。
ＣＥ_１，１；ＣＥ_１，３；ＣＥ_１，５；ＣＥ_１，７
ＣＥ_２，２；ＣＥ_２，４；ＣＥ_２，６
ＣＥ_３，１；ＣＥ_３，３；ＣＥ_３，５；ＣＥ_３，７
ＣＥ_４，２；ＣＥ_４，４；ＣＥ_４，６
ＣＥ_５，１；ＣＥ_５，３；ＣＥ_５，５；ＣＥ_５，７

図４では、圧電セラミックス２１０の分極および給電の別の変形実施形態を示した。

圧電セラミックスを供給する２個の電気信号Ｖ_ａおよびＶ_ｂは、正弦電圧である。圧電セラミックス２１０に一定の正弦電圧が供給されると、圧電セラミックスはその表面に平行な面すなわちプレート２０に平行な面（Ｘ、Ｙ）において交互に伸び縮みする。

圧電セラミックスを供給する２個の電気信号Ｖ_ａおよびＶ_ｂが逆位相の正弦電圧であるとき［Ｖ_ａ＝Ｖ１．ｓｉｎ（ｗｔ）およびＶ_ｂ＝Ｖ１．ｓｉｎ（ｗｔ−ＴＴ）］、振動構造２（プレート２０／接着剤２２／圧電セラミックス層２１０の層２１）に固有のたわみモードを、図３の変形実施例では構造体の長さ（Ｌ）の方向に励起し、図４の変形実施形態では構造体の幅（ｌ）の方向に励起する。このようにして、振動構造２において、直線軸、いわゆる伝播軸に沿った伝播方向を有する定常的なラム波を発生する。図３のセラミックスの分極の変形実施形態では、定常的なラム波がプレート２０の長さ（Ｌ）に対応する軸Ｙに沿った伝播方向を有し、接触面２０ａに垂直な軸Ｚに沿って振動構造２の全体の変形が得られる（図６）。こうした固有のたわみモードは、共振周波数ｆ_Ｙを特徴とする。その反対に、図４のセラミックスの分極の変形実施形態では、定常的なラム波がプレート２０の幅（ｌ）に対応する軸Ｘに沿った伝播方向を有し、接触面２０ａに垂直な軸Ｚに沿って振動構造２の全体の変形が得られる（図７）。この固有のたわみモードは、共振周波数ｆ_Ｘを特徴とする。

圧電セラミックスを供給する２個の電気信号Ｖ_ａとＶ_ｂの正弦電圧が同じ場合［Ｖ_ａ＝Ｖ_ｂ＝Ｖ１．ｓｉｎ（ｗｔ）］、振動構造２（プレート２０／接着剤２２／圧電セラミックス層２１０の層２１）に固有の別のたわみモードを、図３の変形実施例では構造体の幅（ｌ）の方向に励起し、図４の変形実施形態では構造体の長さ（Ｌ）の方向に励起する。このようにして、振動構造２において、直線軸、いわゆる伝播軸に沿った伝播方向を有する定常的なラム波を発生する。図３のセラミックスの分極の変形実施形態では、定常的なラム波がプレート２０の幅（ｌ）に対応する軸Ｘに沿った伝播方向を有し、接触面２０ａに垂直な軸Ｚに沿って振動構造２の全体の変形が得られる（図７）。こうした固有のたわみモードは、共振周波数ｆ_ｘを特徴とする。その反対に、図４のセラミックスの分極の変形実施形態では、定常的なラム波がプレート２０の長さ（Ｌ）に対応する軸Ｙに沿った伝播方向を有し、接触面２０ａに垂直な軸Ｚに沿って振動構造２の全体の変形が得られる（図６）。この固有のたわみモードは、共振周波数ｆ_ｙを特徴とする。

これらの定常的なラム波の波長（λ）は、振動構造２の厚さ（ｅ１＋ｅ２）より大きい。

例としてのみ挙げられた正確な１つの実施例では、共振基板２０は、厚さ（ｅ_１）が２ｍｍ、長さＬが８３ｍｍ、幅（ｌ）が４９ｍｍのベリリウム銅のプレートとした。圧電セラミックス２１０の各々は、１１ｍｍ×９ｍｍで、厚さ（ｅ_２）が１ｍｍの長方形プレートとした。これらの圧電セラミックス２１０をエポキシ接着剤によりプレート２０に固定した。伝播軸Ｙに沿った固有のたわみモードの周波数ｆ_Ｙは３０．５ｋＨｚであった。伝播軸Ｘに沿った固有のたわみモードの周波数ｆ_Ｘは４４．８ｋＨｚであった。

長さＬ（軸Ｙ）に沿ったたわみモード／図６
図６では、長手方向の軸Ｙに沿ったインターフェース１の接触面２０ａの変形の１例を示した。この変形は、レーザ振動計により各点ごとに測定したものである。こうした変形を得るための信号Ｖ_ａとＶ_ｂの特徴は以下の通りである。
Ｖ_ａ＝Ｖ１．ｓｉｎ（ｗｔ）およびＶ_ｂ＝Ｖ１．ｓｉｎ（ｗｔ−ＴＴ）
励起周波数（ｗ／２ＴＴ）：３０．５ｋＨｚ
供給電圧の振幅（Ｖ１）：１５．６Ｖ
上記の条件で、長さ（Ｌ）に沿って励起されるたわみモードは第８次高調波であった。得られた変形の波長（λ）は２０．７５ｍｍであった。この供給電圧下での波の振幅（ピークトゥピーク）は２．３μｍであった。

長さｌ（軸Ｘ）に沿ったたわみモード／図７
図７では、横方向の伝播軸Ｘに沿ったインターフェース１の接触面２０ａの変形の１例を示した。この変形は、レーザ振動計により各点ごとに測定したものである。こうした変形を得るためのセルの分極は図３に従って行われ、信号Ｖ_ａおよびＶ_ｂの特徴は以下の通りであった：
Ｖ_ａ＝Ｖ_ｂ＝Ｖ１．ｓｉｎ（ｗｔ）
励起周波数（ｗ／２ＴＴ）：４４．８ｋＨｚ
供給電圧（Ｖ１）の振幅：６Ｖ
上記の条件で、幅（ｌ）に沿って励起されるたわみモードは第６次高調波であった。得られた変形の波長（λ）は１６．３３ｍｍであった。この供給電圧下での波の振幅（ピークトゥピーク）は２．４μｍであった。

こうした動作条件において、接触面２０ａに指を接触させて移動させる１人のユーザは、得られた「スクイーズフィルム」効果を調整することにより（発生する変形のタイプに応じて軸Ｘまたは軸Ｙに沿って）テクスチャを感じとることができる。

「スクイーズフィルム」効果
一定の条件では、インターフェースの接触面２０ａの振動、好適には超音波振動によって、ユーザの指と振動するこの接触面２０ａとの間に超過圧力を発生することができ、この圧力は、一般には「スクイーズフィルム」効果と呼ばれる一種の潤滑効果となって現れる。

複数のパラメータがこの「スクイーズフィルム」効果の取得に影響を及ぼす。

一般に、「スクイーズフィルム」効果は、一般に「スクイーズナンバー」と呼ばれる以下のパラメータσの値により左右される。この値は、次の式により計算される。
σ＝（１２μω／Ｐａ）．（Ｉｃ／ｈ）^２
このとき
μ：２０℃および１バールにおける空気の絶対粘度（１．８５×１０^−５Ｐａ．ｓ）
ω：振動パルス（ｒａｄ．ｓ^−１）
Ｐａ：室内の圧力（１０^５パスカル）
ｈ＝ｈ_ｖｉｂ＋ｈｅ＋ｈｒ
ｈ_ｖｉｂ：接触面の振動振幅（μｍ）
Ｉｃ：指の接触時の長さ（１０^４μｍ）
ｈｅ：指の指紋のうねりの振幅（５０μｍ）
ｈｒ：振動接触面の粗度（μｍ）

「スクイーズフィルム」効果を得て副作用を免れるために、このパラメータσの値は１０以上にしなければならない。「スクイーズナンバー」についてのこの条件によって最低周波数を決定して、副作用を免れることができる。「スクイーズナンバー」についてのこの条件が満たされると、指と振動プレートとの間の超過圧力の値を決定可能になる。この計算の結果から、「スクイーズフィルム」効果は特に振動振幅と共に増加し、接触面の粗度と共に減少することが示される（接触面の粗度が高ければ高いほど得られる「スクイーズフィルム」効果は少ない）。

適格な実施例の範囲で上記に挙げたタッチインターフェース１の動作条件によって、１０より大きいパラメータσにより「スクイーズフィルム」効果を発生することができる。

より一般的には、この種のタッチインターフェースによって、「スクイーズフィルム」効果を得るために接触面２０ａのピークトゥピーク振動の振幅が０．２μｍ以上であり、さらに好ましくは１μｍ以上であることが望ましいことみなすことができる。励起された固有のたわみモードの共振周波数（ｆ_Ｘまたはｆ_Ｙ）は、必ずしもというわけではないが好適には１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚであり、好ましくは２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚである。

テクスチャのシミュレーション−「スクイーズフィルム」効果の調整
たとえば、供給電圧（信号Ｖ_ａおよびＶ_ｂ）の振幅（Ｖ１）または、供給信号Ｖ_ａおよびＶ_ｂの励起周波数（たわみモードの共振周波数の前後）または、供給信号Ｖ_ａおよびＶ_ｂの位相差に働きかけることによって、接触面２０ａの振動のピークトゥピーク振幅を変調し、異なるテクスチャをユーザが感じとるようにすることができる。

本発明のインターフェース１によりユーザに対して異なるテクスチュアをシミュレーションする場合、好適には、給電手段（ＡＬ）の制御を実施し、それによって、インターフェースの振動面２０ａに接するユーザの指の移動（たとえば指の位置、速度または加速度）に応じて振動振幅の変調を自動的に実施することができる。

この場合、これらの制御手段を示す図８を参照すると、インターフェース１の接触面２０ａへの接触時にユーザの指の移動をセンサ３によって測定する（たとえば指の位置センサ、指の移動速度センサ、指の加速度センサ）。このセンサから送られる測定信号３ａは、目標基準値（たとえばシミュレーションを望んでいるテクスチュアの空間周期）に応じてこの信号の空間−時間変換モジュール４により処理される。処理ブロック４から送られる信号４ａは、振幅変調計算モジュール５によりリアルタイムで処理される。計算モジュール５は、給電手段（ＡＬ）のために目標信号５ａを送り、この信号は、給電信号（Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ）の以下のパラメータの１つ、すなわち周波数、電圧の位相または振幅の１つを自動的に調整するために使用される。これにより、「スクイーズフィルム」効果および／またはテクチュアの配向（Ｘ軸またはＹ軸または中間方向における波動のタッチ効果）を調整することができる。

このようにして、添付図面の２Ｄタッチインターフェースは、有利には、大型利用面（振動プレート２０の接触面２０ａ）における細かいテクスチュアまたは粗度を、振動プレートの表面で指が移動するあらゆる方向において、ユーザのためにシミュレーションすることができる。テクスチュアまたは粗度は、インターフェースのユーザがプレートの接触面２０ａで任意の動きに従って指を自在に移動させることにより、接触感覚として感知することができる。

本発明は、添付図面に関して記載した上記の特定の実施形態に制限されるものではなく、添付のクレームに限定されたあらゆるタッチインターフェースに及ぶ。

網羅的というわけではないが、特に、プレート２０は必ずしも長方形でなくてもよく、他のあらゆる形状を取ることができ、重要なのは、振動構造２（プレート／圧電層）が、給電手段ＡＬを用いて励起可能な、直線の伝播軸（ＸまたはＹ）に沿った少なくとも１つのたわみ方向を有すること、また、この固有のたわみモードの励起によって、伝播軸に沿った伝播方向を有する定常的なラム波を振動構造（プレート／圧電層）で発生できることにある。

必ずしもというわけではないが、好適には、振動構造２が、異なる２つの直線伝播軸（Ｘ、Ｙ）にそれぞれ沿った、異なる共振周波数（ｆ_Ｘ、ｆ_Ｙ）を特徴とする２つのたわみモードを含んでおり、それによって、２Ｄタッチインターフェースを得ることができる。これらの２つの伝播軸（Ｘ、Ｙ）は必ずしも直交していなくてもよい。しかし、他の変形実施形態では、振動構造２が２本の軸Ｘ、Ｙに沿って非対称でなくてもよく（たとえば正方形の構造）、この場合には、２本の伝播軸ＸとＹに沿って２つの同じ固有のたわみモードを有することができる（共振周波数ｆ_Ｘとｆ_Ｙが同じ）。

また、本発明を実施するために、３つまたはそれ以上のたわみモードを含む振動構造２を使用することを検討してもよい。本発明の範囲では、また、振動構造において、複数の異なるたわみモードを同時に励起することを検討してもよい。この場合、定常的なラム波の伝播軸は、必ずしも上記のＸ軸またはＹ軸であるとは限らない。

分極化された圧電セラミックス２１０は、必ずしもプレート２０に接着されるわけではなく、あらゆる適切な手段によって固定され、たとえばプレート２０に溶接して、振動構造が一体構造になるようにすることができる。圧電層２１は、必ずしも個々のセラミックスのマトリクスから構成されるわけではなく、前記マトリクスに代えて、同じ機能を果たす同等のあらゆる圧電材料層を用いてもよい。圧電層は、必ずしもプレート２０の表面全体を被覆するわけではなく、たとえばプレート２０よりも小さい寸法の単一セラミックスからも構成可能である。

用途
本発明によるタッチインターフェースは、非常に細かいテクスチュアまたは粗度を接触感覚として再現することが有効な、多数の異なる分野で使用可能である。

限定的でも網羅的でもないが、このインターフェースは、たとえば以下の様々な分野で使用される。バーチャルリアリティの分野では、非常に細かいオブジェクトテクスチャをシミュレーションするために情報処理周辺装置として使用可能である。たとえばＣＡＯ／ＤＯＡでは、自動車の内部乗員室の設計補助に使用することができる。通信販売では、製品の実際の感触を顧客が試してみるために使用することができる（洋服の生地、皮、家具など）。ビデオゲームでは、タッチインターフェースとして用いてプレイヤーの興奮を高めることができる。医療分野では、タッチインターフェースは、視覚障害者の歩行補助手段または環境認知補助手段として使用可能である。

Claims (15)

1. 振動接触面と、前記振動接触面の振動による機械的な変形を発生し、それによって接触面に触れたタッチ感覚を変えるように構成された振動発生手段とを含む、タッチインターフェース（１）であって、
   −１つの面（２０ａ）がインターフェースの前記振動接触面を形成するプレート（２０）と、前記プレートの反対面に接して固定される圧電層（２１）とを含み、１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの共振周波数を特徴とする少なくとも１つのたわみモードを有する振動構造（２）と、
   −圧電層（２１）に接続される給電手段（ＡＬ）とを含んでおり、
   圧電層（２１）および給電手段（ＡＬ）が、振動構造（２）の前記たわみモードを励起して、振動構造（２）内で、少なくとも１つの直線伝播軸に沿った伝播方向を有する定常的なラム波を発生するように構成されていることを特徴とする、タッチインターフェース。
2. 振動構造（２）が、異なる共振周波数（ｆ_Ｘ、ｆ_Ｙ）を特徴とする少なくとも２つのたわみモードを有し、圧電層（２１）および給電手段（ＡＬ）とが、２つのたわみモードの一方および／または他方を励起するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のタッチインターフェース。
3. 定常的なラム波の２つの伝播軸（Ｘ、Ｙ）が直交していることを特徴とする、請求項２に記載のタッチインターフェース。
4. プレート（２０）が長方形であることを特徴とする、請求項３に記載のタッチインターフェース。
5. 圧電層（２１）が、給電手段（ＡＬ）から送られる２個の電気信号（Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ）により供給され、これらの信号が、２個の信号（Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ）の周波数の修正および２個の信号（Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ）の位相差の修正により、伝播軸（ＸまたはＹ）の一方または他方に従ってたわみモードの選択を可能にすることを特徴とする、請求項２〜４のいずれか１項に記載のタッチインターフェース。
6. 圧電層（２１）が、圧電セラミックスのマトリクス（２１０）を含んでいることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のタッチインターフェース。
7. 圧電セラミックス（２１０）が、振動構造（２）の２個の直線伝播軸（ＸおよびＹ）に沿って揃えられていることを特徴とする、請求項６および請求項２〜５のいずれか１項に記載のタッチインターフェース。
8. 圧電セラミックス（２１０）が分極化されており、伝播軸の一方（Ｙ）に沿って揃えられた圧電セラミックス（２１０）が同じ極性を有し、伝播軸の他方（Ｘ）に沿って揃えられた圧電セラミックス（２１０）が交互になった極性を有することを特徴とする、請求項７に記載のタッチインターフェース。
9. プレート（２０）がベリリウム銅製であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のタッチインターフェース。
10. パラメータσが１０以上であるとき、プレート２０の振動接触面（２０ａ）で「スクイーズフィルム」効果を発生可能であり、パラメータσが次の式により計算され、
    σ＝（１２μω／Ｐａ）．（Ｉｃ／ｈ）^２
    このとき：
    μ：２０℃および１バール（１．８５×１０^−５Ｐａ．ｓ）における空気の絶対粘度
    ω：振動パルス（ｒａｄ．ｓ^−１）
    Ｐａ：室内圧力（１０^５パスカル）
    ｈ＝ｈ_ｖｉｂ＋ｈｅ＋ｈｒ
    ｈ_ｖｉｂ：接触面の振動振幅（μｍ）
    Ｉｃ＝指の接触時の長さ（１０^４μｍ）
    ｈｅ：指の指紋のうねりの振幅（５０μｍ）
    ｈｒ：振動接触面の粗度（μｍ）
    であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のタッチインターフェース。
11. 伝播軸（Ｘ、Ｙ）に沿った振動構造（２）のたわみモードの共振周波数（ｆ_Ｘまたはｆ_Ｙ）が２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚであることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のタッチインターフェース。
12. プレート（２０）、圧電層（２１）、および給電手段（ＡＬ）は、０．２μｍ以上のピークトゥピーク振幅を有する接触面（２０ａ）の変形を得るように構成されていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のタッチインターフェース。
13. プレート（２０）、圧電層（２１）、および給電手段（ＡＬ）は、１μｍ以上のピークトゥピーク振幅を有する接触面（２０ａ）の変形を得るように構成されていることを特徴とする、請求項１２に記載のタッチインターフェース。
14. プレート（２０）の振動面（２０ａ）に接触するユーザの指の移動を測定可能にするセンサ（３）と、このセンサ（３）から送られる測定信号（３ａ）に応じて振動面（２０ａ）の振動振幅を変調する手段（４；５）とを含んでいることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のタッチインターフェース。
15. 圧電層（２１）が、給電手段（ＡＬ）の作用下でプレート（２０）に平行な面において交互に伸び縮みするように設計されていることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のタッチインターフェース。

Images