JP5694140B2 - 共鳴検出のためのシステムと方法 - Google Patents

Description

[関連出願へのクロスリファレンス]この出願は、２００８年３月２７日出願の米国特許出願番号12/057,186の優先権を主張し、その出願はその全体がここに引用によって組み込まれる。

本発明は、全体的に共鳴検出のためのシステムと方法に関する。

電子デバイス製造者は、ユーザのために豊かなインターフェースを作成しようと努める。従来のデバイスは、ユーザにフィードバックを提供する視覚的および聴覚的キューを利用する。いくつかのインターフェースデバイスでは、運動感覚的フィードバック（能動的および抵抗的な力のフィードバックのような）および／または触感的フィードバック（振動、触感および熱のような）もユーザに提供され、より一般的には集合的に「触覚フィードバック」として知られる。触覚フィードバックは、ユーザインターフェースを強化し簡単化するキューを提供することができる。

いくつかの従来のデバイスは、ユーザ入力表面に触覚効果を出力することが可能ではないかもしれない。例えば、タッチスクリーンは、ユーザに触感的キューを提供する能力を有さないかもしれない。もしそのようなデバイスが触覚効果を出力するように装備されても、触覚効果を生成する時にタッチスクリーンの特性が考慮されなければ、それらの触覚効果は低品質のものとなり得る。

本発明の実施形態は、共鳴検出のためのシステムと方法を提供する。例えば、本発明の一実施形態は、デバイスの表面に結合されたアクチュエータにアクチュエータ信号を送ることであって、アクチュエータ信号はアクチュエータが表面に力を出力することを引き起こすように構成されていることと、力に対する表面の応答を受け取ることと、 応答に少なくとも部分的に基づいて表面の共鳴周波数を決定することと、共鳴周波数を出力することと、を含む共鳴検出のための方法からなる。別の実施形態は、そのような方法を実行するためのプログラムコードを有するコンピューター読み取り可能な媒体からなる。

これらの描写的実施形態は、発明を限定または規定するためではなく、その理解を助けるための例を提供するために言及される。描写的実施形態が詳細な記載で説明され、発明の更なる記載がそこで提供される。この発明の様々な実施形態によって供される利点は、この明細書を精査することによって更に理解され得る。

本発明のこれらおよびその他の特徴、側面および利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な記載が読まれた時により良く理解される。

図１は、一実施形態による共鳴検出のためのシステムを描いたブロック図である。 図２は、一実施形態による、表面が静止に戻るにつれての励起中の表面の振動の周波数のグラフである。 図３は、一実施形態による共鳴検出のための方法のフローチャートである。 図４は、一実施形態によるアクチュエータによって生成されるべき波形の描写である。 図５は、一実施形態によるアクチュエータによって生成されるべき波形の描写である。 図６は、一実施形態によるアクチュエータ信号に対する応答を描いたグラフである。 図７は、本発明の一実施形態によるアクチュエータ信号に対する応答を描いたグラフである。 図８は、一実施形態による共鳴検出のためのシステムを描いたブロック図である。 図９Ａは、第一の実施形態による共鳴検出のためのシステムを描いたブロック図である。 図９Ｂは、第二の実施形態による共鳴検出のためのシステムを描いたブロック図である。

本発明の実施形態は、共鳴検出のためのシステムと方法を提供する。本発明による方法、システムおよび製品は、数々のやり方で実施されても良く、その非網羅的な記載が以下に記載される。

描写的な共鳴検出
一実施形態によると、工場が触覚的能力をもったタッチスクリーンを有する携帯電話を製造する。携帯電話は、近似的にタッチスクリーンの機械的共鳴周波数においてタッチスクリーンに触覚効果を出力する圧電アクチュエータをもって構成されている。共鳴振動はタッチスクリーン上に大きな強度の振動をより効率的に引き起こすことができるので、タッチスクリーンの共鳴周波数において力を出力することが有利であり得る。

ただし、製造工程は振動を生じ易いので、携帯電話中のタッチスクリーンの共鳴周波数は変動し得る。よって、各タッチスクリーンについて共鳴周波数を個別的に決定することが望まれ得る。工場はよって、携帯電話上のタッチスクリーンのような表面の共鳴周波数を効率的に決定するのに一つ以上の実施形態を採用しても良い。

一つの描写的な実施形態によると、共鳴検出のためのシステムは、プロセッサと、アクチュエータと、センサーからなる。アクチュエータは、プロセッサからアクチュエータ信号を受け取り、表面に振動を出力するように構成されている。センサーは、表面に結合され、表面の動きを示すセンサー信号をプロセッサに送るように構成されている。プロセッサはそれから、表面を振動させるのを止めるようにアクチュエータに指示する。プロセッサはそれから、表面の共鳴周波数を決定するように表面の動きをそれが静止に戻るにつれて分析する。共鳴周波数を決定した後、プロセッサは、表面と関連付けられたコンピューター読み取り可能な媒体中に共鳴周波数を格納しても良い。例えば、もし表面が移動電話上のタッチスクリーンであれば、システムは、タッチスクリーンの共鳴周波数を使用するように電話を構成するために移動電話内のメモリーチップに共鳴周波数を格納しても良い。

そのような描写的実施形態は、特殊化されたハードウェア無しでアッセンブリーライン工程中で異なる表面の共鳴周波数の高速な決定を許容し得るので製造工程中で有利であり得るし、工程が代表的なサンプルではなく各々の表面の共鳴周波数を測定することが可能であるので、より正確な結果を提供し得る。

この例は、ここで説明される全体的な主題を読者に紹介するために与えられている。発明はこの例に限定はされない。以下のセクションは、共鳴検出のためのシステムと方法の様々な実施形態を記載する。

共鳴検出のためのシステム
図１は、本発明の一実施形態による共鳴検出のためのシステム１００を描いたブロック図である。図１に示された描写的実施形態では、システム１００は、コンピューター１０１またはその他のプロセッサベースのデバイスと、タッチスクリーン１０２と、アクチュエータ１０３からなる。コンピューター１０１はプロセッサ１１０からなり、アクチュエータ１０３およびタッチスクリーン１０２の両方と通信している。プロセッサ１１０は、アクチュエータ１０３にアクチュエータ信号を出力し、アクチュエータ１０３から入力信号を受け取るように構成されている。タッチスクリーン１０２は、表面と、表面との接触を感知するためのセンサーを含む。本発明のいくつかの実施形態では、表面は、タッチスクリーンの表面のような、接触表面またはユーザによって接触されることが意図された表面からなる。アクチュエータ１０３は、圧電素子からなり、タッチスクリーン１０２と通信している。アクチュエータ１０３は、タッチスクリーン１０２に力を出力するように構成されている。この描写的実施形態で使われるアクチュエータ１０３は圧電アクチュエータからなるが、その他の好適なアクチュエータが使われても良く、また同じかまたは異なるタイプの複数のアクチュエータが使われても良い。

技術分野で知られているように、圧電素子は、力を出力することと圧電素子に印加された力を感知することの両方が可能である。圧縮されるかまたは引き延ばされた時、圧電素子は電圧を生成し、それは測定されて、印加された圧縮または張力の量を決定するのに使われることができる。

図1に示されたシステム１００は、タッチスクリーン１０２の表面の共鳴周波数を決定することができる。この描写的実施形態によると、プロセッサ１１０は、アクチュエータ信号を生成し、それをアクチュエータ１０３に送る。アクチュエータ１０３は、タッチスクリーン１０２の表面が振動することを引き起こすようにタッチスクリーン１０２に力を出力する。プロセッサ１１０は、表面の動きに応答して圧電素子によって生成され、力に対する表面の応答を示す信号をアクチュエータ１０３から受け取る。コンピューター１０１はそれから、応答を分析して表面の共鳴周波数を決定する。

描写的実施形態では、プロセッサ１１０は、選択された周波数における方形波からなるアクチュエータ信号をアクチュエータ１０３に送る。アクチュエータ１０３は、アクチュエータ信号と近似的に同じ周波数を有する力を表面に出力して、表面が振動することを引き起こす。プロセッサ１１０がアクチュエータ信号を送ることを停止した時、アクチュエータ１０３は力を出力することを停止し、表面は静止に戻ることが許容される。

表面が静止に戻るにつれて、それは圧電アクチュエータを圧縮して引き延ばし、プロセッサに送られる電圧を生成する。プロセッサは電圧を測定し、測定された電圧に少なくとも部分的に基づいて表面の振動の周期をそれが静止に戻るにつれて決定する。測定された周期（Ｔ）は、式ｆ＝１／Ｔによって周波数（ｆ）に変換されることができ、それは近似的に表面の共鳴周波数である。

例えば、図２は、本発明の一実施形態による、表面が静止に戻るにつれての励起中の表面の振動の周波数のグラフ２００を示す。見られるように、励起中の表面の振動の周期２１０は、それが静止に戻るにつれての表面の共鳴周期２２０よりも速い。しかしながら、非共鳴周波数における励起の後においてでも、入力された力がもはや表面を駆動していない時には、表面は共鳴周波数において振動する傾向がある。それが静止に戻るにつれての表面の振動の周期を測定することによって、コンピューター１０１は表面の共鳴周波数を決定し得る。

共鳴周波数を決定する方法
図３は、本発明の一実施形態による共鳴検出のための方法のフローチャート３００を示す。図３に示された方法は、図１に示されたシステムに照らして説明されるが、下記するように、異なるシステムが方法を行うのに使われても良い。

方法３００は、ブロック３１０で始まり、そのときプロセッサはカリブレーションの要求を受け取る。カリブレーションの要求は、プロセッサが表面の共鳴周波数を決定すべきであることを示す。本発明の一実施形態では、要求は、複数の表面の内のどれについてプロセッサが共鳴周波数を決定すべきであるかを示す。例えば、プロセッサは複数のアクチュエータと通信していて、各アクチュエータは異なる表面に結合されていても良い。本発明の一実施形態では、プロセッサは、メニュー選択からのような、ユーザ入力から要求を受け取る。別の実施形態では、プロセッサは、リモートプロセッサから要求を受け取る。例えば、プロセッサは、製造プロセッサの一部としてのリモートプロセッサから要求を受け取っても良く、それによりリモートプロセッサは、プロセッサがデバイスハウジングの表面の共鳴周波数を決定することを要求する。更なる実施形態は、ネットワークのような他のソースからまたはブートアッププロセスの結果として、カリブレーション要求を受け取っても良い。

ブロック３２０では、コンピューターは、表面に出力する振動の周波数を選択する。例えば、本発明のいくつかの実施形態では、周波数は、アクチュエータが選択された周波数において実質的に正弦振動を出力することを引き起こすように選択される。そのような場合には、アクチュエータは、実質的に選択された周波数のみからなる正弦振動を出力するように構成されている。例えば、１３０ヘルツ（Ｈｚ）の周波数が選択されても良い。

他の実施形態では、周波数スウィープ（以下で詳述される）または方形波のような、複数の周波数からなるアクチュエータ信号を送ることが望ましくても良い。例えば、周波数スウィープは、複数の選択された周波数の順次の印加からなる。第一の選択された周波数は、アクチュエータが実質的に選択された周波数のみからなる振動を出力することを引き起こすように構成されている。周波数スウィープが進むにつれて、アクチュエータが新たな選択された周波数のみからなる振動を出力するように、選択された周波数は変更される。周波数スウィープは、望ましい周波数の各々が出力されるまで継続する。更なる実施形態では、あらゆる任意の波形が使われても良い。

ブロック３３０では、コンピューターは、タッチスクリーン１０２のようなデバイスの表面に結合されたアクチュエータ１０３にアクチュエータ信号を送る。アクチュエータ信号は、アクチュエータ１０３が表面に力を出力することを引き起こすように構成されている。

コンピューターは、アクチュエータ信号を直接アクチュエータに送っても良いし、別のプロセッサにアクチュエータ信号を送っても良い。例えば、本発明の一実施形態では、コンピューターは、アクチュエータと直接通信していても良いし、アクチュエータを駆動するように構成された信号を出力するように構成されていても良い。ただし、別の実施形態では、アクチュエータと表面とローカルプロセッサが、コンピューターと通信しているデバイス内に内包されていても良い。そのような実施形態では、コンピューターは、アクチュエータ信号をローカルプロセッサに送っても良く、それはそれからアクチュエータを駆動するように構成された信号を生成しても良い。

更に、コンピューターは、ハイレベルまたはローレベルのコマンドからなるアクチュエータ信号をデバイスに送っても良い。一般に、ハイレベルコマンドは、生成されるべき力に関するパラメータ情報からなり、デバイスのプロセッサがパラメータ情報を使って波形の形を計算することによって望ましい振動を生成することが可能であるようにする。一方ローレベルコマンドは、波形に沿ったサンプル点のような波形の形を詳細に示す情報からなり、それはデバイスのプロセッサが波形の形を計算する必要無くアクチュエータを駆動する信号を出力することを許容し得る。

図４は、本発明の一実施形態によるアクチュエータによって生成されるべき波形を示す。本発明のこの実施形態では、プロセッサ１１０は、図４に示される波形を出力するようにハイレベルコマンドを生成しても良い。そのような実施形態では、プロセッサは、周波数パラメータ、強度パラメータ、および波形パラメータからなるアクチュエータ信号を出力しても良い。図４に示される波形を生成するには、ハイレベルコマンドは、１４０Ｈｚのような周波数４１０と、２５０ボルトのような強度４２０と、正弦のような波形タイプからなっていても良い。コマンドはそれからアクチュエータに送られても良く、それはそれから２５０ボルトのピークツゥピーク駆動信号によって生成された１４０Ｈｚの正弦振動を生成しても良い。

ハイレベルコマンドはまた、その他のパラメータまたはパラメータ値を含んでいても良い。例えば、ハイレベルコマンドは、複数の周波数パラメータのような、単一の力に関連付けられた多数のパラメータを含んでいても良い。ハイレベルコマンド内に含まれたパラメータは、幅広い範囲の値からなっていても良い。例えば、限定すること無しに、波形パラメータは、正弦波形、方形波形、鋸歯波形、インパルス波形、またはユーザによって規定された波形を指定しても良い。周波数パラメータは、力を生成するのに使われる一つ以上の周波数または一つ以上の周期を規定しても良い。強度パラメータは、ピーク強度、平均強度、または最小強度を指定しても良い。それはまた、限定すること無しに、電圧、電流、または表面のずれのような一つ以上の異なる単位での強度を指定しても良い。更に他のパラメータがハイレベルコマンド内に含まれていても良い。

いくつかの実施形態はハイレベルコマンドを有するアクチュエータ信号を送っても良い一方で、他の実施形態はローレベル情報をもったアクチュエータ信号を送っても良い。例えば、一実施形態によると、アクチュエータ信号は、力を記述する波形に沿った点からなっていても良い。別の実施形態では、アクチュエータ信号は、生成されるべき波形を記述する関数からなっていても良い。図５は、一実施形態によるアクチュエータによって生成されるべき波形５００を示す。波形５００を作成する際に、ローレベルコマンド中に組み込まれ得る波形に沿った点５１０を含んだローレベルコマンドを使ってアクチュエータ信号が生成される。

ローレベルコマンドは、いくつかの実施形態において有利であり得る。更に、ローレベルアクチュエータ信号は、カスタム波形を送ることを許容し得るので有利であり得る。ハイレベルコマンドがカスタム波形からなっていても良い。そのような実施形態では、ローレベルコマンド中で波形が指定されるやり方と同様に、パラメータ情報によってまたは波形に沿った点を含めることによって、波形の形が指定される。様々なタイプのコマンドがハイレベルまたはローレベルとして特徴付けられたが、それらは単にここで使われた便宜上の記載であって、様々な実施形態において使われ得るコマンドのタイプまたは範囲を制限することは意図されていない。むしろ、アクチュエータが望ましい波形を出力することを引き起こすように構成されたあらゆるアクチュエータ信号を使うことができる。

別の実施形態では、プロセッサ１１０のようなプロセッサは、アクチュエータ１０３を直接駆動するアクチュエータ信号を出力しても良い。例えば、プロセッサ１１０は、タッチセンシティブな入力デバイスの表面上に力を出力するように構成された圧電素子に正弦アクチュエータ信号を出力しても良い。この実施形態では、正弦アクチュエータ信号は、（圧電素子またはモーターのような）アクチュエータに直接送られる駆動信号となるように構成されている。一つの圧電実施形態では、プロセッサ１１０は、圧電素子を駆動するように構成された実質的に単一周波数の正弦アクチュエータ信号を生成しても良い。圧電素子はアクチュエータ信号を受け取り、表面上に振動を伝え、振動はアクチュエータ信号の周波数と近似的に等しい周波数を有する。そのような実施形態では、プロセッサ１１０は、先にハイレベルおよびローレベルコマンド実施形態に対して記載されたようにアクチュエータを駆動する信号を生成するための他の処理回路に信号を送ることではなく、アクチュエータ１３０を駆動することに責任を持つ。ただし、いくつかの実施形態では、アクチュエータ駆動信号は、アクチュエータによって受け取られる前に一つ以上の回路コンポーネンツを通して送られても良い。例えば、プロセッサは、アクチュエータ信号がアクチュエータに送られる前に、増幅器またはフィルターにアクチュエータ駆動信号を送っても良い。

いくつかの実施形態では実質的に一つの周波数のみからなるアクチュエータ信号が送られても良い一方で、他の実施形態では複数の周波数からなるアクチュエータ信号が送られても良い。例えば、一実施形態では、コンピューター１０１は、周波数スウィープのような、直列に出力された複数の周波数を有するアクチュエータ信号を出力しても良い。そのような実施形態では、コンピューター１０１は、第一の周波数、第二の周波数、ステップサイズ、および波形タイプを有するハイレベルコマンドを出力することができる。第一および第二の周波数は、周波数スウィープのための開始および終了周波数を指定しても良い。ステップサイズは、第一および第二周波数の間で使われる漸増周波数を指定しても良い。波形タイプは周波数スウィープを示しても良い。

周波数スウィープを使った一実施形態では、表面の共鳴周波数が第一および第二の周波数の間に入ることがもっともらしくなるように第一および第二の周波数が選択されるべきである。よって、周波数スウィープでは、コンピューター１０１は、第一の周波数で始まる選択された周波数のシーケンスを出力し、ステップサイズを使って連続する選択された周波数に漸増させる。もし第一および第二の周波数が適切に選択されていれば、表面の共鳴周波数は２つの間に入り、周波数スウィープ中に選択された周波数の一つとして同定される。追加の実施形態は、異なるパラメータからなるハイレベルコマンドを出力しても良い。

ブロック３４０では、コンピューター１０１は、表面に印加された力に関連する応答を受け取る。例えば、前述されたように、コンピューター１０１は、表面の動きに応答して圧電素子によって生成された信号を受け取っても良い。アクチュエータが力を出力することを停止した後、表面は振動し続けてもよく、それは圧電素子が力に対する表面の応答を示す電流を出力することを引き起こす。応答はそれからコンピューター１０１によって受け取られる。

例えば、一実施形態では、アクチュエータは、コンピューター１０１と通信している圧電素子からなっていても良い。圧電素子は、圧電素子とコンピューター１０１の間に結合されたワイヤー上でのように、電圧または電流信号を信号プロセッサに直接送っても良い。関連する実施形態では、圧電素子は、増幅器またはフィルターのような追加の回路を通してコンピューター１０１に結合されていても良い。そのような実施形態は、コンピューター１０１によって受け取り可能な範囲内の電圧または電流値を有する入力信号をコンピューター１０１に提供するのに、またはフィルターされた電圧または電流値をコンピューター１０１に提供するために、有利であり得る。更なる実施形態では、表面とアクチュエータは、プロセッサを有するデバイス内に内包されていても良い。デバイスのプロセッサは、圧電素子からの電圧または電流信号を受け取り、応答情報をコンピューター１０１に送るように構成されていても良い。例えば、デバイスのプロセッサは、圧電素子からの信号を受け取り、サンプリングレートで信号をサンプリングし、サンプリングされた値を格納し、ネットワーク接続を通してのようにサンプリングされた値をコンピューター１０１に送っても良い。

ブロック３５０では、コンピューター１０１は、応答に少なくとも部分的に基づいて表面の共鳴周波数を決定する。コンピューター１０１が力に対する表面の応答を示す信号を受け取った後、コンピューター１０１は、応答を分析して、応答が表面の共鳴周波数を示すかどうかを決定する。例えば、図２と３を再度参照すると、本発明の一実施形態では、コンピューター１０１は、力に対する表面の応答２００、３００を分析して、図３に見ることができるような台地３２０の存在またはサイズを決定しても良い。一実施形態では、決定は繰り返しプロセスであっても良い。例えば、コンピューター１０１は、受け取った応答２００中に台地を検出しないかもしれない。コンピューター１０１はそれから、ステップ３２０と３４０を再実行して、共鳴周波数を決定するために受け取った応答３００を分析しても良い。

一実施形態によると、ブロック３２０に戻ることによって表面の複数の共鳴周波数を決定することが可能であっても良い。例えば、表面に何も接触していない時に表面の第一の共鳴周波数を決定することが可能であっても良い。表面に指のような物体が接触している時に第二の共鳴周波数を決定することが可能であっても良い。表面に複数の物体が接触しているときに、または異なる位置において表面に接触している物体について、更なる共鳴周波数を決定することが可能であっても良い。例えば、一実施形態では、第一の共鳴周波数は表面の基本周波数からなっていても良く、第二の共鳴周波数は基本周波数の整数倍からなっていても良い。基本周波数は、表面の最も低い共鳴周波数を記述する。そのような実施形態を使って、表面の状態に関連付けられた共鳴周波数において触覚効果を出力することが可能であっても良い。例えば、もし表面と接触している物体がなければ第一の共鳴周波数が生成されても良く、物体が表面に接触している時に第二の共鳴周波数が出力されても良い。

一実施形態では、コンピューターは、複数の力をシーケンスで生成するアクチュエータ信号の列を送ることによって共鳴周波数を決定しても良い。例えば、コンピューターは、共鳴周波数が見つかるまで異なる選択された周波数を有する連続したアクチュエータ信号を繰り返すことを続けても良い。一実施形態によると、コンピューター１０１は、共鳴周波数より下の周波数において実質的に一つの第一の周波数のみを有する第一のアクチュエータ信号を生成する。アクチュエータはそれから、表面に出力するための第一の力を生成する。そのような実施形態のコンピューター１０１は、第一の力に対する表面の第一の応答を受け取る。

コンピューターはそれから、受け取った第一の応答中の第一の強度を決定し、第一の強度と第一の周波数を格納する。コンピューターはそれから、第一の周波数よりも大きい第二の周波数を有する第二のアクチュエータ信号を送る。アクチュエータは表面に第二の力を出力し、コンピューター１０１は第二の力に対する表面の第二の応答を受け取る。コンピューターは、第二の応答中の第二の強度を決定し、それを第一の応答中の第一の強度と比較する。もし第二の強度が第一の強度よりも大きければ、コンピューターは第一の強度と第一の周波数を廃棄して、第二の強度と第二の周波数を格納しても良い。コンピューターはそれから、アクチュエータ信号を送って信号に対する応答を受け取ることを続ける。受け取った応答の各々について、コンピューターは、そのような応答内の強度を決定し、それを格納された応答と比較して最も大きな応答を決定する。コンピューターは、受け取った応答中の強度が増加し続ける間アクチュエータ信号を出力し続けても良く、一つ以上の受け取った応答が格納された台地よりも小さい強度を有した後に共鳴周波数を決定しても良い。

一実施形態では、表面は、マルチタッチのタッチスクリーンのようなマルチタッチの入力表面からなっていても良い。そのような実施形態では、共鳴検出のためのシステムは、マルチタッチの入力表面と関連付けられた複数の共鳴周波数を決定するためのアクチュエータ信号の列を送っても良い。そのような実施形態は、同時であるかまたは連続した一つ以上の位置における表面との接触の間にマルチタッチの入力表面の共鳴周波数を決定するのに採用されても良い。

別の実施形態では、表面は、マルチ出力表面からなっていても良い。そのような表面は、タッチ表面の離散したエリアに局所化された力を出力するように構成された複数のアクチュエータに結合されていても良い。例えば、長方形の形状を有するタッチ表面は、４つのアクチュエータに結合されていても良く、そこでは各アクチュエータはタッチ表面の異なる４分の１部分に結合されている。各アクチュエータは、タッチ表面の対応する4分の1部分に局所化された力を出力するように構成されていても良い。よって、実施形態は、アクチュエータの各々と関連付けられた表面の共鳴周波数を決定するように構成されていても良い。

図６は、一実施形態によるアクチュエータ信号に対する電気抵抗応答６００を描いたグラフである。図６に示された応答６００（縦軸）は、圧電アクチュエータデバイスに対する入力周波数スウィープ（横軸）による圧電アクチュエータデバイスの測定された抵抗から結果として得られる。見られるように、応答は２つの比較的高い強度の部分６１０ａと６１０ｂと、低い強度の谷６２０からなる。高い強度のエリアは圧電アクチュエータに跨る比較的高い電気抵抗を示し、一方谷６２０の底は圧電アクチュエータに跨る比較的低い抵抗を示す。コンピューター１０１は、応答６００を受け取って、圧電アクチュエータが最も少ない電気抵抗（即ち、谷６２０）を顕す周波数を決定することによって共鳴周波数を決定しても良い。

図７は、一実施形態によるアクチュエータ信号に対する応答７００を描いたグラフである。図７に示されたグラフでは、応答７００は、アクチュエータによって出力された力に基づいたデバイスの表面の動きを示す。図７に示されたグラフでは、横軸はサンプルが採られた時間を示し、一方で縦軸は表面のずれを示す。カットオフ７４０の前の時間７２０において、アクチュエータは力を出力している。近似的にカットオフ７４０において、アクチュエータは力を出力することを停止し、表面は静止位置に戻ることを許容される。表面の自然応答７１０は、時間７３０に渡って減衰する継続した振動を示す。その間表面が振動し続ける持続時間７３０が、コンピューター１０１によって測定されて格納される。システム１００はそれから、他の周波数で表面を振動させ、他の周波数の各々について自然応答７１０の持続時間７３０を測定する。自然応答７１０の最大持続時間７３０を発生させた力の周波数が、表面の共鳴周波数であると決定されても良い。

ブロック３６０では、コンピューター１０１が共鳴周波数を出力する。コンピューター１０１が表面についての共鳴周波数を決定した後に、コンピューターは、不揮発性のコンピューター読み取り可能な媒体中に周波数を貯えることによって共鳴周波数を出力しても良く、それは表示スクリーン上に周波数を表示しても良く、それは共鳴周波数を有するアクチュエータ信号を生成しても良く、あるいはそれはそうでなければ当業者に知られている方法に従って周波数を出力しても良い。

先の記載は共鳴検出のための様々な実施形態を記載しているが、本発明のいくつかの実施形態は、追加的なまたは異なるステップからなっていても良い。例えば、物体が表面に接触している時、その共鳴周波数は変化しても良い。従って、ユーザが表面に触れている時に表面の共鳴周波数を決定することが望ましくても良い。更に、共鳴周波数は、どこで接触が表面に印加されているかに基づいて変化しても良い。よって、いくつかの実施形態では、一つ以上の位置における表面との接触に基づいて一つ以上の共鳴周波数を計算することが望ましくても良い。そのような実施形態では、アクチュエータ信号は、感知された表面との接触の位置に少なくとも部分的に基づいていても良い。

更なる実施形態では、コンピューター１０１は、動的に変化する共鳴周波数を検出するように構成されていても良い。例えば、ユーザが表面に触れる（または表面に接触することを止める）につれて、表面の共鳴周波数は変化し得る。よって、複数の接触圧力について共鳴周波数を決定することが望ましくても良い。そのような実施形態では、共鳴検出のためのシステムは、例えば、ユーザが表面との接触を始める（表面に対して指を押し付けることによってのように）または表面との接触を終らせる（表面から指を外すことによってのように）ことと関連付けられた圧力と関連付けられた複数の共鳴周波数を決定するように構成されていても良い。

前述したアプローチの利点は、触覚振動を出力するためのシステムが、比較的低い強度の入力信号でより高い強度の振動を出力することができるということであり得る。一般に、システムが共鳴において駆動されている時、共鳴周波数における小さなエネルギー入力は、より劇的な出力を生成するように顕著に増幅されることができる。よって、共鳴においてシステムを駆動することがより効率的であり得る。更に、表面は構成において変動し得るので、それ以外は同様に設計されたデバイス中の表面が異なる共鳴周波数を有し得る。あるいは、表面が使われるにつれて、それが使い古されたものとなり得るかまたはその共鳴周波数が変化し得る。更に、表面の共鳴周波数は、もしそれが指先によってのように接触されれば、変化し得る。よって、ここで説明された様々な実施形態のいくつかまたは全てをそのようなデバイスについてのカリブレーションシステムに組み込むことが望ましくても良い。そのようなカリブレーションシステムは、デバイス自体に組み込まれても良く、またそれは製造工程中で使われても良く、あるいはその両方であっても良い。

或る実施形態は、先に記載した方法の一つ以上を実行するようにマシーンまたはコンピューターに命令するためのプログラムコードを格納したコンピューター読み取り可能な媒体からなっていても良い。そのようなマシーンまたはコンピューターは、触覚的表面の共鳴周波数を決定することが可能であっても良い。例えば、マシーンまたはコンピューターは、触覚的表面の共鳴周波数を周期的に、またはユーザによって命令された時に、決定しても良い。更に、そのようなマシーンまたはコンピューターは、ユーザによってのように表面が接触されているときに表面の共鳴周波数を決定しても良い。表面がユーザによって接触されている時にアクチュエータが表面に触覚効果を出力していることがもっともらしいであろうような時間において共鳴周波数を決定することが望ましくても良い。

図８は、一実施形態による共鳴検出のためのシステム８００を描いたブロック図である。システム８００は、コンピューター８１０とデバイス８２０からなる。コンピューター８１０はプロセッサ８１１からなり、デバイス８２０と通信している。プロセッサ８１１は、デバイス８２０にアクチュエータ信号を出力し、デバイス８２０から入力信号を受け取るように構成されている。デバイス８２０は、表面８２１と、アクチュエータ８２２と、プロセッサ８２３からなる。プロセッサ８２３は、アクチュエータ８２２および表面８２１と通信しており、コンピューター８１０からアクチュエータ信号を受け取り、アクチュエータ８２２にアクチュエータ駆動信号を送り、センサー信号を受け取るように構成されている。

図８に示された実施形態では、アクチュエータ８２２は、表面上に力を発生させるための好適なアクチュエータからなる。例えば、本発明の一実施形態では、アクチュエータ８２２は圧電アクチュエータからなる。圧電素子は表面８２１の動きを感知するように構成されたセンサーとして働くことができ、圧電素子は振動する表面によってのように圧縮されるかまたは引き延ばされた時に電圧を生成し得るので、そのような実施形態は有利であり得る。生成された電圧は測定されて、表面の対応する動きを決定するのに使われることができる。他のアクチュエータが使われても良い。例えば、アクチュエータ８２２は、電気モーター、電磁気アクチュエータ、ボイスコイル、線形共鳴アクチュエータ、形状記憶合金、電気活性ポリマー、または動きを感知することが可能なその他の好適なアクチュエータからなっていても良い。本発明の一実施形態では、表面の動きを感知するのに電気モーターが採用されても良い。例えば、電気モーターは、力を出力することと、トランスデューサーの動きを感知することも可能なトランスデューサーからなっていても良い。そのようなトランスデューサーは、光学的エンコーダーからなっていても良く、あるいはトランスデューサーの動きに比例した電圧または電流を生成することが可能であっても良い。

図８に示された表面８２１は、ユーザが接触し得るデバイスのあらゆる表面であっても良い。例えば、一実施形態では、表面は、タッチスクリーンの表面であっても良い。別の実施形態では、表面は、デバイスを保持しているユーザに触覚的感覚を提供するように構成された携帯電話またはＰＤＡの表面であっても良い。他の実施形態では、表面は、タッチスクリーンまたはボタンのような入力デバイスの一部であっても良い。いくつかの実施形態では、表面は、限定されることなく以下のいずれかであっても良い：携帯電話上のバッテリーカバーのようなデバイスのハウジングの表面、自動車のコンソール中のタッチスクリーン、自動車内のタッチセンシティブな表面、ラップトップまたはパーソナルコンピューター上のタッチスクリーン、自動支払い機またはその他の端末装置上のタッチスクリーン、または透明か半透明か不透明かのどれかであるタッチセンシティブな表面。あらゆる好適な表面が有利に採用されても良い。

図９Ａは、一実施形態による共鳴検出のためのシステム９００を描いたブロック図である。システム９００はここに記載された他のシステムと同様であるが、ただし、図９Ａに示されたシステム９００は、表面９１１と、アクチュエータ９１２と、プロセッサ９１３からなる単一の自己充足したデバイス９１０からなる。デバイス９１０は、それ自身の表面９１１の共鳴周波数を決定することが可能である。プロセッサ９１３は、アクチュエータ９１２および表面９１１と通信している。図９Ａに示された実施形態では、プロセッサは、アクチュエータ信号を送り、センサー信号を受け取り、表面の共鳴周波数を決定するように構成されている。プロセッサ９１３はまた、表面９１１から入力信号を受け取るように構成されていても良い。アクチュエータ９１２は、プロセッサ９１３および表面９１１と通信しており、プロセッサ９１３からアクチュエータ信号を受け取り、表面９１１に振動を出力し、センサー信号をプロセッサ９１３に送るように構成されている。示された実施形態では、アクチュエータは表面９１１に振動を出力し、また振動に応答した表面９１１の動きを測定するためのセンサーとして動作する。アクチュエータ９１２は、表面９１１の感知された動きに少なくとも部分的に基づいてセンサー信号をプロセッサ９１３に送る。

図９Ｂは、一実施形態による共鳴検出のためのシステム９５０を描いたブロック図である。システム９５０は図９Ａに示された実施形態と同様であるが、アクチュエータ９６２から分離されたセンサー９６４も含んでいる。この明細書に記載された他の実施形態のような他の実施形態も、アクチュエータから区別されたセンサーを組み込んでも良い。

システム９５０はデバイス９６０からなり、それは表面９６１と、アクチュエータ９６２と、プロセッサ９６３と、センサー９６４からなる。プロセッサ９６３は、アクチュエータ９６２、表面９６１およびセンサー９６４と通信している。プロセッサは、アクチュエータ９６２にアクチュエータ信号を送り、センサー９６４からのセンサー信号と表面９６１からの入力信号を受け取るように構成されている。アクチュエータは、プロセッサ９６３からアクチュエータ信号を受け取り、表面９６１に振動を出力するように構成されている。センサー９６４は、アクチュエータ９６２によって出力された振動に対する表面９６１の応答を測定するように構成されている。センサー９６４はまた、ユーザによる表面９６１との接触を検出するように構成されていても良い。

実施形態は、様々なシナリオにおいて有利に採用され得る。例えば、一実施形態は、触覚的能力をもったタッチスクリーンのような触覚的能力をもった表面を有するデバイスの製造設備中に有利に組み込まれても良い。そのような設備は、各製造されたデバイスの表面の共鳴周波数を決定し、コンピューター読み取り可能な媒体上のようなデバイス内に共鳴周波数を格納するために、一つ以上の実施形態を採用しても良い。

代替的に、デバイスは、一つ以上の実施形態からなっていても良い。例えば、車輌中のナビゲーションシステムは、タッチスクリーンからなっていても良い。ナビゲーションシステムはまた、タッチスクリーンの表面の共鳴周波数を決定するように構成された実施形態からなっていても良い。実施形態は、スクリーンに何も接触していない時にタッチスクリーンの共鳴周波数を決定するのにユーザによって採用されても良い。代替的に、ナビゲーションシステムは、それがパワーオンされる都度に、または三ヶ月毎のように周期的に、タッチスクリーンの共鳴周波数を決定しても良い。

図１、８および９Ａ−９Ｂを再度参照すると、実施形態は、デジタル電子回路中、またはコンピューターハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア中に、あるいはそれらの組み合わせ中に、実装されることができる。一実施形態では、コンピューターは、一つ以上のプロセッサからなっていても良い。プロセッサは、プロセッサに結合されたランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）のようなコンピューター読み取り可能な媒体からなる。プロセッサは、画像を編集するための一つ以上のコンピュータープログラムを実行するように、メモリー中に格納されたコンピューター実行可能なプログラム命令を実行する。そのようなプロセッサは、マイクロプロセッサや、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）や、アプリケーション特定集積回路（ＡＳＩＣ）や、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡｓ）や、ステートマシーン等からなっていても良い。そのようなプロセッサは更に、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣｓ）や、プログラマブル割り込みコントローラ（ＰＩＣｓ）や、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤｓ）や、プログラマブルリードオンリーメモリー（ＰＲＯＭｓ）や、電子的（消去可能）プログラマブルリードオンリーメモリー（ＥＰＲＯＭｓまたはＥＥＰＲＯＭｓ）や、あるいはその他の同様なデバイスのような、プログラマブル電子デバイスからなっていても良い。

そのようなプロセッサは、プロセッサによって実行された時に、プロセッサによって実行されるかまたは支援されるようにここに記載されたステップをプロセッサが行うことを引き起こすことができる命令を格納し得る媒体、例えばコンピューター読み取り可能な媒体、からなっていても良く、またはそれと通信していても良い。コンピューター読み取り可能な媒体の実施形態は、コンピューター読み取り可能な命令をウェブサーバー中のプロセッサのようなプロセッサに提供することが可能な、電子的、光学的、磁気的あるいはその他のストレージまたは送信デバイスからなっていても良いが、それらに限定はされない。媒体のその他の例は、プロッピーディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気ディスク、メモリーチップ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＡＳＩＣ、構成されたプロセッサ、全光学的媒体、全磁気的テープ、またはその他の磁気的媒体、あるいはそこからコンピュータープロセッサが読み取りすることができるあらゆるその他の媒体からなるが、それらに限定はされない。また、ルーターや、プライベートまたはパブリックネットワークや、その他の送信デバイスのような、様々なその他のデバイスがコンピューターに命令を送るかまたは運んでも良い。記載されたプロセッサと処理は一つ以上の構造であっても良く、一つ以上の構造を通して分散されていても良い。プロセッサは、ここに記載された方法（または方法の部分）の一つ以上を実行するためのコードからなっていても良い。

一般的事項
前述した詳細な記載は、描写と記載の目的のためだけに提示されており、網羅的であることや開示されたその通りの形に発明を限定することは意図されていない。その数々の変形や適応が、発明の精神と範囲から逸脱することなく、今や当業者には明らかであろう。

Claims (38)

1. デバイスのタッチセンシティブな入力表面に結合されたアクチュエータにアクチュエータ信号を送ることであって、アクチュエータ信号はアクチュエータがタッチセンシティブな入力表面に力を出力することを引き起こすように構成されていることと、
   力に対するタッチセンシティブな入力表面の応答を受け取ることと、
   応答に少なくとも部分的に基づいてタッチセンシティブな入力表面の共鳴周波数を決定することであって、タッチセンシティブな入力表面の共鳴周波数は、タッチセンシティブな入力表面とのユーザの相互作用に部分的に基づいていることと、
   共鳴周波数を示す信号を出力することと、
   を含む方法。
2. 共鳴周波数はタッチセンシティブな入力表面の基本周波数からなる、請求項１の方法。
3. 力は周波数と持続時間からなる、請求項１の方法。
4. 周波数は持続時間中に増加する、請求項３の方法。
5. 少なくとも一つの選択された周波数を選択することを更に含み、力は実質的に少なくとも一つの選択された周波数のみからなる、請求項３の方法。
6. 少なくとも一つの選択された周波数は複数の選択された周波数を含み、アクチュエータ信号を送ることは、複数のアクチュエータ信号を送り、各アクチュエータ信号は選択された周波数の少なくとも一つを含むことと、複数のアクチュエータ信号の各々をアクチュエータに連続して送ることを更に含む、請求項５の方法。
7. 選択された周波数のどれが近似的に共鳴周波数であるかを決定することを更に含む、請求項６の方法。
8. アクチュエータは圧電アクチュエータからなる、請求項１の方法。
9. 圧電アクチュエータは、タッチセンシティブな入力表面の応答に少なくとも部分的に基づいた電圧を生成するように構成されている、請求項８の方法。
10. 応答を測定することは、応答の強度を測定することを含む、請求項１の方法。
11. タッチセンシティブな入力表面の共鳴周波数を決定することは、
    応答の最大強度を決定することと、
    最大強度における応答の周波数を決定すること、
    を含む請求項１０の方法。
12. カリブレーションの要求を受け取ることを更に含む、請求項１の方法。
13. 複数の共鳴周波数を決定することと、複数の共鳴周波数を出力することを更に含み、複数の共鳴周波数はタッチセンシティブな入力表面と接触している物体に関連付けられている、請求項１の方法。
14. デバイスのタッチセンシティブな入力表面に結合されたアクチュエータであって、アクチュエータはアクチュエータ信号を受け取って、タッチセンシティブな入力表面に力を出力するように構成されているものと、
    力に対するタッチセンシティブな入力表面の応答を検出して、応答と関連付けられたセンサー信号を送るように構成されたセンサーと、
    アクチュエータ信号を送り、センサー信号を受け取り、センサー信号に少なくとも部分的に基づいてタッチセンシティブな入力表面の共鳴周波数を決定し、共鳴周波数を示す信号を出力するように構成されたプロセッサであって、タッチセンシティブな入力表面の共鳴周波数は、タッチセンシティブな入力表面とのユーザの相互作用に部分的に基づいているものと、
    を含むシステム。
15. 共鳴周波数はタッチセンシティブな入力表面の基本周波数からなる、請求項１４のシステム。
16. 力は周波数と持続時間からなる、請求項１４のシステム。
17. 周波数は持続時間中に増加する、請求項１６のシステム。
18. 力は実質的に一つの選択された周波数のみからなる、請求項１６のシステム。
19. 選択された周波数は複数の選択された周波数を含み、アクチュエータ信号は複数のアクチュエータ信号を含み、各アクチュエータ信号は選択された周波数の少なくとも一つを含み、アクチュエータに連続して送られる、請求項１８のシステム。
20. プロセッサは更に、選択された周波数のどれが近似的に共鳴周波数であるかを決定するように構成されている、請求項１９のシステム。
21. アクチュエータは圧電アクチュエータからなる、請求項１４のシステム。
22. 圧電アクチュエータは、タッチセンシティブな入力表面の応答に少なくとも部分的に基づいた電圧を生成するように構成されている、請求項２０のシステム。
23. プロセッサは更に、応答の強度を決定するように構成されている、請求項１４のシステム。
24. プロセッサは更に、応答の最大強度を決定し、最大強度における応答の周波数を決定することによって、タッチセンシティブな入力表面の共鳴周波数を決定するように構成されている、請求項１４のシステム。
25. プロセッサは更に、カリブレーションの要求を受け取るように構成されている、請求項１４のシステム。
26. プロセッサは更に、複数の共鳴周波数を決定するように構成され、複数の共鳴周波数はタッチセンシティブな入力表面と接触している物体に関連付けられている、請求項１４のシステム。
27. デバイスのタッチセンシティブな入力表面に結合されたアクチュエータにアクチュエータ信号を送るためのプログラムコードであって、アクチュエータ信号はアクチュエータが力を出力することを引き起こすように構成されているものと、
    力に対するタッチセンシティブな入力表面の応答を受け取るためのプログラムコードと、
    応答に少なくとも部分的に基づいてタッチセンシティブな入力表面の共鳴周波数を決定するためのプログラムコードであって、タッチセンシティブな入力表面の共鳴周波数は、タッチセンシティブな入力表面とのユーザの相互作用に部分的に基づいているものと、
    共鳴周波数を示す信号を出力するためのプログラムコードと、
    を含むプログラムコードを含んだコンピューター読み取り可能な媒体。
28. 共鳴周波数はタッチセンシティブな入力表面の基本周波数からなる、請求項２７のコンピューター読み取り可能な媒体。
29. 力は周波数と持続時間からなる、請求項２７のコンピューター読み取り可能な媒体。
30. 周波数は持続時間中に増加する、請求項２９のコンピューター読み取り可能な媒体。
31. 少なくとも一つの選択された周波数を選択するためのプログラムコードを更に含み、力は実質的に選択された周波数のみからなる、請求項２９のコンピューター読み取り可能な媒体。
32. 選択された周波数は複数の選択された周波数を含み、アクチュエータ信号を送ることは、複数のアクチュエータ信号を送り、各アクチュエータ信号は選択された周波数の少なくとも一つを含むことと、複数のアクチュエータ信号の各々をアクチュエータに連続して送ることを更に含む、請求項３１のコンピューター読み取り可能な媒体。
33. 選択された周波数のどれが近似的に共鳴周波数であるかを決定するためのプログラムコードを更に含む、請求項３２のコンピューター読み取り可能な媒体。
34. アクチュエータは圧電アクチュエータからなる、請求項２７のコンピューター読み取り可能な媒体。
35. 圧電アクチュエータは、タッチセンシティブな入力表面の応答に少なくとも部分的に基づいた電圧を生成するように構成されている、請求項３４のコンピューター読み取り可能な媒体。
36. 応答を測定することは、応答の強度を測定することを含む、請求項２７のコンピューター読み取り可能な媒体。
37. タッチセンシティブな入力表面の共鳴周波数を決定することは、
    応答の最大強度を決定することと、
    最大強度における応答の周波数を決定すること、
    を含む請求項３６のコンピューター読み取り可能な媒体。
38. デバイスのタッチセンシティブな入力表面に結合されたアクチュエータにアクチュエータ信号を送るように構成された回路であって、アクチュエータ信号はアクチュエータがタッチセンシティブな入力表面に力を出力することを引き起こすように構成されているものと、
    力に対するタッチセンシティブな入力表面の応答を受け取るように構成された回路と、
    応答に少なくとも部分的に基づいてタッチセンシティブな入力表面の共鳴周波数を決定するように構成されたプロセッサであって、タッチセンシティブな入力表面の共鳴周波数は、タッチセンシティブな入力表面とのユーザの相互作用に部分的に基づいていることと、
    共鳴周波数を示す信号を出力するように構成された回路と、
    を含む装置。

Images