JP6203637B2

JP6203637B2 - 触覚型フィードバックを備えたユーザインタフェース

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Publication number: JP6203637B2
Application number: JP2013537241A
Authority: JP
Inventors: マークトーマスジョンソン; デスライスバーテルマリヌスファン; ディルクブロッケン
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2010-11-09
Filing date: 2011-11-03
Publication date: 2017-09-27
Anticipated expiration: 2031-11-03
Also published as: CN103180802B; RU2013126438A; CN103180802A; US20130215079A1; WO2012063165A1; EP2638450A1; RU2596994C2; BR112013011300A2; JP2013541789A; TW201229854A

Description

本発明は、触覚型フィードバックを与えるためのアクチュエータを備えたユーザインタフェースに関する。更に、斯様なユーザインタフェースを有する装置、及び、触覚型フィードバックを与えるための方法に関する。

米国特許出願公開第２０１０／０２３１５０８号明細書は、触覚型フィードバックをユーザに与えるためのアクチュエータを有するデバイス（例えば携帯電話）を開示している。それ故、デバイスのディスプレイは、例えば、前記ディスプレイ上に示されるオブジェクトの現実のテクスチャに似ている触覚的外観により提供され得る。

この背景に基づいて、本発明の目的は、ユーザとデバイスとの間のインタラクションを更に向上させるための手段を提供することである。

この目的は、請求項１のユーザインタフェース、請求項２の方法及び請求項１５の装置により達成される。好ましい実施形態は、従属請求項において開示される。

その第１の態様によれば、本発明は、ユーザインタフェース、即ち、人間とマシンとの間のインタラクションを伝達するデバイスに関する。例えば、ユーザインタフェースは、ユーザが装置に対してコマンド及び／若しくは情報を入力することを可能にしてもよく、又は、装置は、ユーザインタフェースを介して情報を出力してもよい。本発明のユーザインタフェースは、以下のコンポーネントを有する。
ａ）ユーザにより接触され得る表面であって、この表面を介して、ユーザとユーザインタフェースの間のインタラクションが生じる、表面。この理由のため、前記表面は、以下において"インタラクション表面"と呼ばれるだろう。インタラクション表面は、例えばユーザにより操作される機器の助けを借りて、任意の恣意的な手段において概して触れられてもよい。最も好ましくは、インタラクション表面は、ユーザの１又はそれ以上の指により接触されるのに適している。
ｂ）触覚型フィードバックをユーザに提供するために前述のインタラクション表面において配置されるアクチュエータのアレイ。"アクチュエータ"という用語は、通常通り、例えば動作（例えばシフト、曲げ、縮小、拡大等）を介して及び／若しくは力を及ぼすことにより、要素、ユニット、又は、その環境と能動的及び機械的にインタラクトし得るデバイスを意味すべきである。本発明の文脈におけるアクチュエータは典型的に小さいだろう。例えば、インタラクション表面において、約１０×１０ｍｍ^２よりも小さいエリア、好ましくは、約１ｍｍ^２よりも小さいエリアを占有する。更に、"アレイ"という用語は、概して、要素の任意の規則的又は不規則な空間配列を意味する。本発明の文脈において、アレイは、典型的には、アクチュエータ（例えばマトリックス配列）の規則的な一又は二次元の配列を有するだろう。
ｃ）接触しているユーザに対する指向性触覚型感覚を生成するように、連係した態様でアクチュエータ（の全て又は少なくともその部分）を起動させることが可能なコントローラ。コントローラは、例えば、専用の電子ハードウェア、関連ソフトウェアを有するデジタルデータ処理ハードウェア又はこれら双方の混合において実現されてもよい。

定義により、"指向性触覚型感覚"は、人が空間方向を導出し得る触覚型感覚である（複数の人に渡る平均化は、前記方向対象の定義を作ることができる）。（代表的な）人により感じられる方向は、通常、アクチュエータの幾つかの異方性の動作（例えば、前記方向における連係した動作）により生成されるだろう。日常生活において、"指向性触覚型感覚"は、典型的には、（例えば人が回転しているディスクに触れたときの）オブジェクトとそれに触れている人との間の相対的な動作により生成される。アクチュエータのアレイに触れているユーザに対して適当な位置に固定されたままであるアクチュエータのアレイは、例えば、タッチポイントの動作がユーザにとって（仮想の）オブジェクトの動作のように感じるように、ユーザとアレイとの間のタッチポイントをシフトさせることにより、指向性触覚型感覚を生成してもよい。

第２の態様によれば、本発明は、アクチュエータのアレイを備えたインタラクション表面に接触しているユーザに触覚型フィードバックを与える方法に関する。本方法は、指向性触覚型感覚を生成するように、前記アレイのアクチュエータの連係した起動を有する。

本方法は、一般的な形式において、前記の種類のユーザインタフェースで実行され得るステップを形成する。それ故、この方法の詳細に関するより多くの情報のために上記の説明が参照される。

前記のユーザインタフェース及び方法は、インタラクション表面におけるアクチュエータのアレイが指向性触覚型感覚を生成するのに用いられるという利点を有する。本発明の好ましい実施形態を参照してより詳細に後述されるように、斯様な指向性フィードバックは、ユーザがユーザインタフェースとインタラクトしたときにユーザに追加の情報を与えるために、及び／又は、より現実的な／自然なフィードバックをユーザに提供するために、有利に用いられ得る。

以下で述べられる本発明の好ましい実施形態は、前記のユーザインタフェース及び方法に適用可能である。

第１の好ましい実施形態によれば、インタラクション表面は、ユーザにより接触される少なくとも１つのタッチポイントの可能な動作及び／又は位置を決定するために適合される。この決定は、任意の適切な手段により（例えば機械プレスされているボタンの助けを借りて）、実現され得る。最も好ましくは、決定は、タッチスクリーン又はタッチパッドから知られている種々の原理及びテクノロジに従って機械的コンポーネントを移動させることなく行われる。これらの方法は、例えば、抵抗、容量性、音響又は光学測定を含み、これにより、タッチポイントの位置が決定され得る。

タッチポイント及び／又はその動作の決定が情報を入力するために用いられてもよい。例えば、タッチポイントの位置は、特定の文字、シンボル又は（キーボード上のような）コマンドに対応してもよい。あるいは、タッチポイントの動作は、（仮想）スライド制御、メニューにおけるスクロール動作等の、幾つかの表示された画像の対応する動作を開始するために用いられてもよい。

第１の好ましい実施形態の更なる開発によれば、少なくとも１つのタッチポイントの動作及び／又は位置に依存する領域内に配置されたアクチュエータだけが、指向性触覚型感覚を与えるために起動される。典型的に、アクチュエータの全体のアレイの全てのアクチュエータが、ユーザに対して触覚型フィードバックを与えるために必要とされる（及び可能である）というわけではない。ユーザにより現在接触されているものだけである。関連するアクチュエータのこのグループは、少なくとも１つのタッチポイントの位置に依存して決定され得る。現在のタッチポイントの可能な動作は、次に触れられるであろうインタラクション表面上の領域を予測するために用いられることができ、最も有利には、起動されたアクチュエータの領域を有するタッチポイントを追跡することを可能にする。

第１の好ましい実施形態の他の開発によれば、指向性触覚型感覚の方向は、少なくとも１つのタッチポイントの可能な動作及び／又は位置に依存する。タッチポイントの動作が例えばインタラクション表面上に表示された画像をシフトさせるために用いられたときに、指向性触覚型感覚は、現実のオブジェクトが適宜シフトされるときに生成するフリクションをシミュレートするようなものであり得る。

本発明の他の実施形態において、指向性触覚型感覚は、インタラクション表面上の所与の位置に指向される。所与の位置は、一定であってもよく、又は、オプションとして、ユーザインタフェース若しくは関連する装置の幾つかの内部状態に依存していてもよい。

例えば、前述の"所与の位置"は、インタラクション表面上の幾つかの（仮想の）キー又はコントロールノブの静止位置に対応してもよい。ユーザがこの位置の外側でインタラクション表面に触ったときには、指向性触覚型感覚は、キー又はコントロールノブまでユーザをガイドしてもよい。他の例では、指向性触覚型感覚は、所望の結果を実現するために、例えば音楽プレーヤ量を減少させるために、幾つかのコントロールノブ（仮想の）又はスライダがオン／オフされなければならないか又は移動されなければならない方向を示すために用いられてもよい。時間変化可能な"所与の位置"の例示的な場合は、例えば音楽プレーヤのボリューム制御、調光可能なランプの光強度などにおける、（仮想の）スライド制御の最後に設定された位置である。ユーザが盲目的にユーザインタフェースを操作するときには、ユーザガイダンスの述べられた手順は特に有用である。

本発明の他の実施形態において、指向性触覚型感覚は、幾つかの所与の中心に対して、例えば、インタラクション表面の中心に対して、又は、ユーザがインタラクション表面に接触するタッチポイントに対して、放射状に内方に又は放射状に外方に指向される。斯様な放射触覚型感覚は、特に、幾つかのオブジェクトの縮小又は拡大に関する動作を示すために用いられてもよく、（仮想の）平面外のインタラクションを提案するために用いられてもよい。

インタラクション表面は、好ましくは、画像、グラフィックス、テキスト等を動的に表すための幾つかの画像表示の上に配置されてもよい。表示は、入力動作等について視覚的フィードバックを与えるために、コントロールボタン、キー、スライダ、ホイール等を静的に又は動的に表示するために、ユーザに対して追加の視覚の情報を与えるために用いられてもよい。

前述の実施形態の更なる開発によれば、アクチュエータにより生成された指向性触覚型感覚は、ディスプレイ上に示される画像シーケンス及び／又は画像に相関する。画像が例えばインタラクション表面上の幾つかの位置にあるボタンを示す場合、触覚型感覚の方向は、この位置に向かって配向されてもよい。他の例では、画像シーケンスは、インタラクション表面に渡る幾つかの（仮想の）オブジェクトの動作を示してもよく、指向性触覚型感覚は、道が伝達するように現実のオブジェクトが移動する摩擦の感覚に対応してもよい。更に他の例において、指向性触覚型感覚は、優先プリセットに、又は、システムが現在の状況に最も関連すると勧める設定の方へ、ユーザをガイドすることができる。

ディスプレイを備えた実施形態の他の開発において、指向性触覚型感覚は、表示された画像の拡大又は縮小に相関される。この手法において、画像のズームイン又はズームアウトは、例えば、対応する現実的な（摩擦の）感覚により付随され得る。ユーザが例えば２以上の指の連係した動作により斯様なズームイン又はズームアウトを開始したときには、これらの指に対して触覚型感覚により伝えられる方向は、現実のオブジェクトが適宜広げられるか（ズームイン）又は圧縮された（ズームアウト）ときに発生する力に対応してもよい。

指向性触覚型感覚を生成するアクチュエータは、任意の適切なテクノロジにより実現されてもよい。最も好ましくは、アクチュエータは、構成変更が電界により誘発され得る電気活性材料を有してもよい。斯様な材料の特に重要な例は、電気活性ポリマ（ＥＡＰ；electroactive polymer）、好ましくは外部の電界においてその幾何学的形状を変える誘電電気活性ポリマである。ＥＡＰの例は、文献（例えば、Bar-Cohen, Y.: "Electroactive polymers as artificial muscles: reality, potential and challenges", SPIE Press, 2004、Koo, I.M., et al.: "Development of Soft-Actuator-Based Wearable Tactile Display", IEEE Transactions on Robotics, 2008, 24(3): p. 549-558、Prahlad, H., et al.: "Programmable surface deformation: thickness-mode electroactive polymer actuators and their applications", in "Dielectric Elastomers as Electromechanical Transducers; Fundamentals, materials, devices, models and applications of an emerging electroactive polymer technology"、F. Carpi, et al., Editors. 2008, Elsevier. p. 227-238; US-2008 0289952 A；全ての文書は参照により本願に組み込まれる）において見つけられ得る。

また、指向性触覚型感覚は、オプションとして、アクチュエータの段階的な起動により生成されてもよい。段階的な起動は、それぞれのアクチュエータの動作のうちの少なくとも３つの度合い又は状態（即ち、オン／オフ状態だけではない）があり、これらの度合い／状態が指向性触覚型感覚を生成するために用いられることを必要とする。起動の度合いは、例えば一方向へ単調に変化（増減）してもよく、それ故、この方向をマークする。起動の度合いが例えばアクティベータが上昇する平面外の高さと相関する場合には、段階的な起動は、所与の方向において傾斜するインタラクション表面上に領域を生成するために用いられ得る。概して、起動の異なる度合いの使用は、指向性情報が静的な起動パターンによって表され得るという利点を有する。

本発明の他の実施例によれば、アクチュエータは、インタラクション表面に接触しているオブジェクトと前記インタラクション表面との間の摩擦を変える（調整する）ために起動されてもよい。アクチュエータの起動は、例えば、インタラクション表面に触れているオブジェクトの動作に対して追加の抵抗を生成してもよい。生成された摩擦が異方性である場合、これは、指向性触覚型感覚を伝達するために用いられ、例えば相対的な動作に対して最小の摩擦を介して一方向を区別する。抵抗又は摩擦は、例えば、インタラクション表面の平滑性を変えることにより生成又は調整されてもよい。

異方性の摩擦を生成するオプションの手段は、異なる方向において異なる表面粗さをもたらすインタラクション表面上のパターンの実現を有する。平行ラインのパターンは、例えば、直交における高い摩擦及び軸方向における低い摩擦を示してもよい。異方性の摩擦を生成する他のオプションの手段は、接触しているポイントで実現される、異なる粗さの２つのエリアの間の遷移を有してもよい。そして、移動している指は、その動作の方向に依存してより高いか又はより低い粗さ（及び生じる異なる摩擦）を体験するだろう。

更に、本発明は、上述した種類のユーザインタフェースを有する装置に関する。この装置は、特に、携帯電話、遠隔制御装置、ゲーム機、又は、ランプの色及び／若しくは強度が制御され得る光コントローラであってもよい。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下で述べられる実施形態から明らかになり、これらの実施形態を参照して説明されるだろう。これらの実施形態は、添付の図面の補助によって例証として述べられるだろう。

本発明によるユーザインタフェースの模式的な横断面を示す。特定の位置での指向性触覚型感覚の生成を示す。所与の位置に向かって指向され、タッチポイントでの移動活性パターンによる指向性触覚型感覚の生成を示す。アクチュエータの段階的な起動による指向性触覚型感覚の生成を示す。摩擦のフィードバックによる指向性触覚型感覚の生成を示す。２つのタッチポイントでの指向性触覚型感覚の生成を示す。アクチュエータアレイ上の放射状内方の触覚型感覚を示す。ＥＡＰアクチュエータの一次元アレイの上面図を示す。ＥＡＰアクチュエータの二次元アレイの上面図を示す。

１００の整数倍数により異なっている類似の参照番号は、図において、同一又は類似のコンポーネントを参照する。

ディスプレイベースのユーザインタフェース（ＵＩ）デバイス上の再構成可能なＵＩの主要な要求の１つは、インタラクション表面に渡って指を正しく正確にナビゲートする能力である。加えて、マルチフィンガー状のＵＩパラダイム（例えば、ズーム及び引き伸ばしの特徴）の導入は、正確なユーザインタラクションをますます挑戦的なものにする。

ユーザ研究から、多くの人々は、所与の触覚のフィードバックの欠如のため、タッチセンシティブＵＩ要素又はタッチスクリーンを操作したときに、減少したレベルの"制御の感覚"のを有することが知られている。"制御の感覚"のこの欠如は、動作の間、より多くのユーザエラーをもたらすことを示した。更に、タッチスクリーンは、これらを見ることなく操作され得ない。これは、多くのユーザインタフェース（照明規制、モバイルメディアプレーヤ、ＴＶ遠隔制御装置など）が好ましくは盲目的に操作されるので、欠点である。

上記の考慮事項からみて、（指の）ガイド及び引き伸ばしの特徴を特徴とする触覚型ユーザインタフェースが提案される。触覚表面は、例えば、波のように表面（２Ｄ）に渡って広がる"小さい丘"の形で動的に調節可能な表面形状を生成するように構成され得る。伝播する波は、表面上の或る点に指をガイドするか、複数の指を表面に渡って伸張するか、又は代わりに、表面に渡る指の動作に"摩擦抵抗"を与えるために用いられる。指の位置から離れるように移動する２以上の伝播する波は、（例えば、階層メニュー又はフォルダ構造をナビゲートするときに、又は、ユーザインタフェースにおける特定のパラメータを制御しているスライダが微調整モードに切り替わるときに）エリア上に"落ちる"か若しくは"ズームインする"か又は１レベル深いところに進む感覚を生成するために用いられ得る。同様に、指に向かって移動する波は反対の効果を生成するために用いられ、上若しくは後方へ進むか又はズームアウトする感覚を生成する。

図１は、上記の一般的な原理に従って設計されたユーザインタフェース１００の断面図を概略的に示している。ユーザインタフェース１００は、特に画像ディスプレイ（例えば、ＬＣＤ、（Ｏ）ＬＥＤディスプレイなど）であり得るか又は画像ディスプレイを有し得る担体又は基板１１０を有する。基板／ディスプレイ１１０は、その上部上に、（少なくとも）一方向（示された座標系によればｘ方向）において延在する個々アクチュエータ１２０ａ, ... １２０ｋ, ... １２０ｚのアレイ１２０を担持する。アレイ１２０は、ユーザの指でユーザにより触れられ得るインタラクション表面Ｓを構成する。

アレイ１２０のアクチュエータは、特に、電気活性ポリマ（ＥＡＰ）、好ましくは（"人工筋肉"としても知られる）外部電界においてその幾何学的形状を変える誘電電気活性ポリマであり得るか又はこれを有し得る。これらのアクチュエータは、直接的な電気刺激により直立方向において構造化される多くのポリマ層からの表面モーフィングを可能にする。異なるアクチュエータセットアップは、上方への動作をもたらすようにこれを行うことが提案され（Koo, Jung et al., Development of soft-actuator-based wearable tactile display, IEEE Trans. Robotics, vol. 24, no. 3 (June 2008), pp. 549-558）、又はダウンロードされる（Prahlad, H., et al.: "Programmable surface deformation: thickness-mode electroactive polymer actuators and their applications", in "Dielectric Elastomers as Electromechanical Transducers; Fundamentals, materials, devices, models and applications of an emerging electroactive polymer technology", F. Carpi, et al., Editors. 2008, Elsevier. p. 227-238）。これは、パターン化された電極が表面のどの部分が"平面外に"移動するかを決定するので、作用されるべき形状の非常に大きな自由度を与える。これは、非常にフレキシブルな"触覚型"ディスプレイを構築することを可能にし、これは、表面アクチュエータの"平面外"動作を用いることにより"平面内"及び"平面外"の触覚の双方の作成を可能にする。また、これは、同じ表面層からの組み合わせられたタッチ操作及びセンシングを可能にする。典型的な誘電電気活性ポリマの幾つかの機能は、以下の通りである。
− 平面外の変位＞０．５ｍｍ
− １０００Ｈｚより高いスイッチング周波数
− 強い"ソリッドステート"ゴム層
− 典型的なアクチュエータ厚さ１００ミクロン−２ｍｍ
− 組み合わせられたセンシング及び操作が可能
− 単純で安価なバルク材料（ポリマ、炭素粉末）からのｒｏｌｌ２ｒｏｌｌ製造容易性

アクチュエータ１２０ａ, ... １２０ｋ, ... １２０ｚは、コントローラ１３０により個々に起動され得る。電気的に起動されたときには、アレイ１２０のアクチュエータ１２０ｋは、ｚ方向において平面外動作を作る。個々のアクチュエータの斯様な動作により、触覚型フィードバックは、インタラクション表面Ｓに接触しているユーザに与えられ得る。

図１に示すように、インタラクション表面Ｓ上の特定の位置における１又はそれ以上のアクチュエータ１２０ｋの起動は、例えば、最小値（ＭＩＮ）から最大値（ＭＡＸ）に及ぶ値Ｖの（仮想の）スケール上に幾つかの値ｖ０を触覚的に示すために用いられ得る。示された値ｖ０は、例えば、音楽プレーヤの現在設定された量に対応してもよい。

図２は、時間的な３つの連続点における前述の値ｖ０の位置での隣接したアクチュエータを示している。３つのアクチュエータ１２０ｊ，１２０ｋ，１２０ｌは、反復的な態様で順々に起動する。この手法において動作のポイントをシフトさせることにより、指向性触覚型感覚は、くねられた矢により示される方向における実際のオブジェクトの動作に似ているアクチュエータに接触しているユーザ（図示省略）の皮膚において生成される。示された例において、指向性触覚型感覚は、低減された値Ｖの方向にポイントする一方で、アクティブなアクチュエータ１２０ｊ,１２０ｋ,１２０ｌの位置は、現在設定されている値ｖ０の位置に対応する。

図２において示される動作方式は、様々な態様で変えられ得る。起動波の空間期間は、例えば、示された３つのアクチュエータより長い距離に渡って延在してもよく、又は、インタラクション表面Ｓにおける平面外高さは、１つよりも多いアクチュエータの同時動作により生成されてもよい。

図３は、ユーザインタフェース１００の他の動作モードを示している。先の実施形態とは対照的に、このモードは、ユーザの指Ｆがインタラクション表面Ｓに接触しているタッチポイントＰがコントローラ１３０により決定され得ることを必要とする。斯様な決定は、タッチスクリーンから知られた任意の技術により果たされ得る。更に、アレイ１２０のＥＡＰアクチュエータは、これらに作用している圧力を検出することを可能にするセンシング機能を自身に備えてもよい。

図３のアプリケーションにおいて、タッチポイントＰの領域内のアクチュエータだけが触覚型フィードバックに実際に寄与し得るので、これらだけが起動される。示された例において、これらのアクチュエータは、インタラクション表面Ｓ上の所与の位置に向かって（即ち、図１で述べたように設定された値ｖ０の（仮想の）位置に）ポイントする指向性触覚型感覚を与えるために（例えば、図２において示される態様で）操作される。

図４は他の原理を示しており、この原理により、指向性触覚型感覚が（示されるような）タッチポイントＰ又はインタラクション表面Ｓにおける他のどこにでも伝達され得る。この実施形態において、アクチュエータの段階的な起動は、関与するアクチュエータのための（ｚ方向における）動作／アクチュエータ高さが変化し、表面における重要な角度を含む表面形状を生成することを意味する。接触している要素Ｆとインタラクション表面Ｓとの間に相対的な動作がないときであっても、これは、傾斜から生じる表面接線力を介して、指向されたガイド力をもたらす。

図５は、（示されるような）タッチポイントにおいて又はインタラクション表面Ｓにおける他のどこででも指向性触覚型感覚を生成するための更に他の態様を示している。このアプローチにおいて、抵抗又は摩擦は、インタラクション表面Ｓに触れている指Ｆの動作に対して生成される。前記抵抗を異方性にすることにより、所望の方向がマークされ得る。示された例において、所望の方向（くねった矢）において見たときに、表面摩擦は、タッチポイントＰにおいて高い／粗いものから低い／滑らかなものに変化する。それ故、"正しい"方向における移動は、後の動作が抵抗により付随されるので、"間違った"方向における移動よりも指Ｆに関してより容易になるだろう。

この文書において、図５の概略図において、"高い摩擦"が粗い表面により示されることが留意されるべきである。皮膚による摩擦が考慮されるときに、表面粗さと摩擦との間の斯様な関係（即ち、"より高い粗さは、より多くの摩擦を意味する"）は、実際には、９０ミクロン及びそれ以上の粗さに対して有効である。しかしながら、多くのより硬い工学材料及び小さい粗さ（＜１０ミクロン）に関して、その効果は、接触エリアの効果に起因して逆転する（"より高い粗さは、より少ない摩擦を意味する"）。それ故、アクチュエータのサイズ及び／又はこれらの起動パターンの特性サイズに依存して、摩擦の増大は、高い又は低い表面粗さを必要とするだろう。

更に、異方性の摩擦は、異なる方向において異なる表面粗さをもたらすインタラクション表面上の適切な（異方性の）３次元パターンにより代わりに実現されてもよい。ライン又は隆起のパターンは、例えば、ラインに対して垂直な方向がラインに対して平行な方向よりも高い粗さ（及び摩擦効果）を有するように、アクチュエータの対応する起動によりインタラクション表面上に生成されてもよい。

図６は、ユーザインタフェース１００の更に他の動作モードを示している。ここでも、このモードは、２つの（又はそれ以上の）ユーザの指Ｆ１、Ｆ２のタッチポイントＰ１及びＰ２がコントローラ１３０により決定され得ることを必要とする。マルチフィンガー入力は、例えば、ディスプレイ１１０上に示された画像を伸張する又は圧縮することにより、前記画像を直感的にズームイン又はズームアウトするために用いられ得る。図６は、これに関して、"ズームイン"コマンドの特定の例を示しており、２つの指Ｆ１及びＦ２は、反対の方向に互いに離れるように移動する。指のタッチポイントＰ１、Ｐ２で生成された指向性触覚型感覚は、この場合において好ましくは、本当のオブジェクトが伸張されたときに伝える触覚に対応する。くねる矢により示されるように、この指向性触覚型感覚は、元のオブジェクトの同期動作をシミュレーションするために指の動作に対して平行に指向される。

図７は、ユーザインタフェース２００の二次元のインタラクション表面Ｓ上への上面図を示している。指Ｆのタッチポイントに関して（又は表面Ｓ上に幾つかの他の中心に関して）内方に放射状に指向される指向性触覚型感覚が生成される。この手法において元の画像の縮小動作がシミュレーションされ得る。触覚型感覚の方向が逆転したときには、外方に放射状に指向される感覚が生成され、これは、元の画像の拡大をシミュレーションし得る。

上述した触覚型ユーザインタフェース１００の基本的な機能性は、"小さい丘"の形の動的に調節可能な表面形状の生成であり、これは、波のように（２Ｄ）インタラクション表面に渡って広がる。本発明の一実施形態において、斯様な伝播する表面の形状は、図８に示すように電極の一次元のアレイ１２０を用いて生成されてもよい。アレイ１２０は、アレイ全体を覆うとともに、典型的には動作の間にグランド電位にセットされる、大きな上部電極ＴＥを有する。前記上部電極の下に、コントローラ１３０に個々に接続される一連の底部電極ＢＥが配置される。底部電極ＢＥを正電位に設定することにより、対応するアクチュエータは、平面外上に動作を作るために起動され得る。このような態様において、例えば調光バー（又は、１―Ｄ色温度）機能性（調光バーが例えば所与の異なる長さになり得る）をもつ再構成可能なＵＩに対して必要とされるように、正又は負のｘ方向におけるインタラクション表面に渡って広がる波が生成され得る。好ましくは、底部電極ＢＥは長尺形式を有し、これにより、調光バーに沿った波の位置がより正確に規定され得る。

本発明の他のよりフレキシブルな実施形態において、伝播する表面形状は、対応するユーザインタフェース２００のインタラクション表面Ｓ上への上面図における図９に示すように電極の二次元アレイ２２０を用いて生成される。アレイ２２０は、コントローラ２３０に個々に接続されるとともに上部電極ＴＥの下に配置される底部電極ＢＥの複数の平行した列を有する。斯様であるアレイ２２０において、再構成可能な二次元の色相環機能性をもつ再構成可能なＵＩのために必要とされるように、全方向に表面に渡って広がる波が生成され得る。好ましくは、底部電極ＢＥは（正方形、六角形、円などのように）シンメトリックな形状を有し、これにより、任意のランダムな方向における波の位置がより正確に規定され得る。

起動された表面形状（即ち触覚の平面外の高さを有する領域）は、指の予期される近傍に従って（例えば色／調光バーの端部で）インタラクション表面上に配置され得る。

本発明の他の実施形態において、起動する表面形状の位置は、指の予期された付近には配置されないが、指の実際の位置において動的に配置される。指の位置は用いられているタッチスクリーン技術により確立されてもよく、及び、形状の位置は適宜調整されてもよい。この実施形態は、触覚材料が比較的高い速度で変形し得ることを必要とする。

本発明の更なる好ましい実施形態において、起動された表面形状の位置は、指の測定された位置に配置されないが、指の動作の実際の位置及び検出された方向に従って動的に配置される。指の位置は、使用されているタッチスクリーン技術存在により、又は、（タッチセンサとしても用いられ得る）誘電アクチュエータから直接に確立され得る一方で、動作検出は、現在の指位置の前の時間期間における指の記録された位置に基づく動作方向アルゴリズムを実行する処理デバイスを用いて確立される。起動する表面形状の位置は、指の位置及び方向の両方に従って調整される。この実施形態は、この場合においては表面形状がどこで生成されるべきかについて推測的に明らかでないので、特にＵＩパラダイムが指の二次元の動作を必要とする状況において有用である。これは、複数の指がディスプレイ上のＵＩ画像の一部を"伸張する"ためのガイダンス、例えば、前述したように、色空間のより詳細な部分に"ズームイン"するためのガイダンスを必要とする場合に、特に当てはまる。

本発明は、例えば以下のために適用され得る。
− エリア上でズームインするときに（例えばマルチタッチ）、"材料を伸張する"フィードバックを与える。これは、スクリーン上に表示されている画像の表示上でズームインし得るか、又は、（例えば、照明制御又はスライダのための色相環のような）ユーザインタフェース要素により制御されている特定のパラメータ上でズームインし得る。ユーザは、その者が幾つかの材料を実際に物理的に伸張していることを示唆する"平面内の"力フィードバックを体験するだろう。
− 将来のマルチ発光体照明システム用のディスプレイベースのユーザインタフェースデバイス上に再構成可能なユーザインタフェースを生成する。ここで、照明構成は拡張可能である。
− 調光バー及び色相環により光強度及び色をそれぞれ設定する。
− 例えば照明システムのための色選択のための色相環に対する代替手段として２Ｄ「調光バー」を生成する。
− （メイン）メニューからの特定要素又はアプリケーションの選択の間、フィードバックの伸張を提供する。これは、メニュー構造の中へ１レベル深く進むユーザに触覚を与える。

更に、本発明は、有利には、タッチスクリーン上のユーザインタフェース要素に、タッチパッドに、又は、他のタッチセンシティブ入力手法（例えばタッチホイール）に適用され得る。

最後に、本出願において、"有する"という用語が他の要素又はステップを除外するものではないこと、単数表記が複数を除外するものではないこと、及び、その単一のプロセッサ又は他のユニットが幾つかの手段の機能を充足してもよいことが指摘される。本発明は、各々及びあらゆる新規な特性及び特性の各々及びあらゆる組合せにある。更に、請求項中の参照符号は、これらの範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims

接触可能なインタラクション表面と、
前記インタラクション表面に接触しているオブジェクトに対して触覚型フィードバックを与えるために前記インタラクション表面に配置されるアクチュエータのアレイと、
前記オブジェクトを前記インタラクション表面上の所与の位置に向かってガイドする指向性触覚型感覚を与えるように連係した態様でアクチュエータを起動させるためのコントローラとを有し、
前記アクチュエータは、前記オブジェクトと前記表面との間の摩擦を変えるように起動され、
前記指向性触覚型感覚が、異なる方向において異なる表面粗さをもたらす前記インタラクション表面上のパターンによって与えられる、
ユーザインタフェース。
前記アクチュエータは、前記摩擦が前記所与の位置に近付くにつれて小さくなるように起動される、請求項１に記載のユーザインタフェース。
前記アクチュエータは、電気活性材料を有する、請求項１に記載のユーザインタフェース。
アクチュエータのアレイを有するインタラクション表面に接触しているオブジェクトに対して触覚型フィードバックを与えるための方法であって、前記オブジェクトを前記インタラクション表面上の所与の位置に向かってガイドする指向性触覚型感覚を生成するためにアクチュエータの連係した起動を有し、
前記アクチュエータは、前記オブジェクトと前記表面との間の摩擦を変えるように起動され、
前記指向性触覚型感覚が、異なる方向において異なる表面粗さをもたらす前記インタラクション表面上のパターンによって与えられる、
方法。
前記指向性触覚型感覚は、中心に対して内方に又は外方に放射状に指向される、請求項１に記載のユーザインタフェース。
前記インタラクション表面は、画像ディスプレイの上に配置される、請求項１に記載のユーザインタフェース。
前記指向性触覚型感覚は、前記ディスプレイ上に示された画像シーケンス及び／又は画像に相関される、請求項６に記載のユーザインタフェース。
前記インタラクション表面の下に配置される画像ディスプレイを有し、
前記指向性触覚型感覚は、表示された画像の拡大又は縮小に相関される、請求項１に記載のユーザインタフェース。
請求項１に記載のユーザインタフェースを有する、装置。