JP7233747B2 - 音響信号を触覚信号に変換させる触覚提供装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、音響信号を触覚信号に変換させる触覚提供装置及び方法に関する。

携帯用端末機は、映像信号及び音響信号などをユーザに伝達する。
携帯用端末機のうち、多数の製品の内部には、偏心モータが備えられる。内部に備えられた偏心モータの動作によって携帯用端末機自体が振動し、このような振動を通じてユーザは触覚信号を伝達されうる。

このような触覚信号は、特定のイベントに対応して携帯用端末機の制御部で生成するデジタル信号に基づいて制御される。

最近、仮想現実及び拡張現実などの技術が発達しており、これに関連した視覚的な部分と聴覚的な部分は、相当な現実感を有するほどに技術が高度化されている。しかし、触覚的な部分は、ヒトが感じることができる多様な触感の情報よりも技術が立ち遅れており、現実感と合わず、豊かな触感を表現することができない。

前述した背景技術は、発明者が本発明の導出過程で保持するか、習得したものであって、必ずしも本発明の出願前に一般公衆に公開された公知技術であるとは言えない。

一実施例によれば、触覚提供装置は、携帯用端末機からデジタル音響信号を伝達される媒介体；前記媒介体から前記デジタル音響信号を伝達されてアナログ信号に変換させるデジタル－アナログコンバータ；前記アナログ信号を入力されて音響を出力する音響出力部；及び前記アナログ信号を入力されて駆動される触覚アクチュエータ；を含みうる。

前記媒介体は、前記携帯用端末機に有線方式で着脱自在なケーブルであり、前記ケーブルは、前記デジタル音響信号だけではなく、前記携帯用端末機のバッテリから出力される電源を伝達され、前記触覚アクチュエータは、前記ケーブルを通じて伝達された前記電源で駆動されうる。

前記触覚提供装置は、バッテリを備えない。

前記触覚提供装置は、前記デジタル－アナログコンバータから前記アナログ信号を入力されて第１設定周波数の範囲でフィルタリングして、前記音響出力部に伝達する音響信号用フィルター；及び前記デジタル－アナログコンバータから前記アナログ信号を入力されて、前記第１設定周波数の範囲の最大値よりも小さな最大値を有する第２設定周波数の範囲でフィルタリングして、前記触覚アクチュエータに伝達する触覚信号用フィルター；をさらに含みうる。

前記音響信号用フィルターは、２０Ｈｚ～２０ｋＨｚの周波数のみ通過させるバンドパスフィルターであり、前記触覚信号用フィルターは、８００Ｈｚ未満の周波数のみ通過させるローパスフィルターである。

前記触覚提供装置は、前記デジタル－アナログコンバータから前記アナログ信号を入力されて第１ゲインほど増幅させて、前記音響出力部に伝達する音響信号用増幅器；前記第１ゲインを調節可能な音響大きさ調節部；前記デジタル－アナログコンバータから前記アナログ信号を入力されて第２ゲインほど増幅させて、前記触覚アクチュエータに伝達する触覚信号用増幅器；及び前記第２ゲインを調節可能な触覚大きさ調節部；をさらに含みうる。

前記音響大きさ調節部及び前記触覚大きさ調節部のうち何れか１つの調節部は、残りの１つの調節部の調節動作と無関係に、前記第１ゲイン及び前記第２ゲインのうち何れか１つのゲインを独立して調節することができる。

前記触覚アクチュエータは、前記触覚提供装置を通る仮想の中心線を基準に左側に位置する左側触覚アクチュエータ；及び前記触覚提供装置を通る仮想の中心線を基準に右側に位置する右側触覚アクチュエータ；を含みうる。

前記デジタル－アナログコンバータを通じて変換された前記アナログ信号は、複数個の信号を含むステレオ形式である。

ステレオ形式の前記アナログ信号のうち、第１信号は、前記左側触覚アクチュエータに入力され、前記第１信号と異なる第２信号は、前記右側触覚アクチュエータに入力される。

前記媒介体は、前記携帯用端末機から前記デジタル音響信号を無線方式で伝達されて、前記デジタル－アナログコンバータに伝達する無線通信モジュールである。

一実施例によれば、触覚提供方法は、有線または無線方式を通じて携帯用端末機からデジタル音響信号を受信する段階；受信されたデジタル音響信号をアナログ信号に変換させる段階；変換されたアナログ信号を音響出力部に提供して音響を出力させる段階；及び変換されたアナログ信号を触覚アクチュエータに提供して触覚アクチュエータを駆動させる段階；を含みうる。

一実施例によれば、触覚提供装置は、有線方式または無線方式で携帯用端末機からデジタル音響信号を伝達される媒介体；前記媒介体から前記デジタル音響信号を伝達されてアナログ信号に変換させるデジタル－アナログコンバータ；前記アナログ信号を入力されて駆動される触覚アクチュエータ；前記触覚アクチュエータを収容するメインボディー；及び前記メインボディーの外側に位置し、前記触覚アクチュエータに連結されて、前記メインボディーに対して相対的に動くサブボディー；を含みうる。

前記触覚提供装置は、前記メインボディーの他側に位置し、前記携帯用端末機に着脱自在な着脱面を有する接着パッドをさらに含みうる。

前記触覚アクチュエータは、内部空間を有するハウジング；及び前記ハウジングに対して相対的に動く運動体；を含み、前記ハウジングは、前記メインボディーに固定され、前記運動体は、前記サブボディーに固定される。

前記ハウジングの一面は、前記メインボディーの一面の内壁に固定される。

前記触覚提供装置は、前記ハウジングの少なくとも一部を取り囲むように配されて、前記ハウジングによって発生する摩擦音を減衰させるためのクッションをさらに含みうる。

前記サブボディーは、前記運動体に向けて突出した固定ボスを含み、前記運動体は、前記サブボディーに向けて突出して、前記固定ボスに固定される突出部材を含みうる。
前記触覚提供装置は、一側が前記サブボディーに固定され、他側が前記メインボディーに形成された貫通ホールを通過するように設けられて、前記メインボディーに対する前記サブボディーの動きをガイドするためのガイドロッドをさらに含みうる。

前記ガイドロッドの他側の直径は、前記貫通ホールの直径よりも大きく形成されて、前記サブボディーが前記メインボディーから一定の距離以上離脱されることを防止することができる。

前記サブボディーは、前記固定ボスと、前記固定ボスが設けられたプレートを含む伝達部；及び前記伝達部よりも柔軟な材質で形成され、前記プレートを基準に前記固定ボスの反対側に位置する柔軟カバー；を含みうる。

前記柔軟カバーは、前記プレートの前面を取り囲む接触パッド；及び前記接触パッドのフレームに連結され、前記伝達部が前記メインボディーに直接接触することを防止するための羽根部；を含みうる。

前記伝達部は、前記プレートよりも薄い厚さを有し、前記プレートのフレームから外側に延びるフランジをさらに含み、前記羽根部は、前記フランジを取り囲むように内側に折り曲げられた形状を有しうる。

前記メインボディーは、前記サブボディーが一定の距離以上前記メインボディーの内部への挿入を防止するためのストッパーを含みうる。

前記メインボディーは、前記ハウジングの一面が固定される内壁を有するケース；及び前記ケースよりも柔軟な材質で形成され、前記ケースの少なくとも一部を取り囲むバンパー；を含みうる。

前記バンパーは、前記サブボディーの面積よりも小さな面積を有する開口；及び前記開口のフレームに沿って外面から陥没形成された段差を有し、前記サブボディーの少なくとも一部を収容可能であるが、前記サブボディーが前記ケースに直接接触することを防止するためのストッパー；を含みうる。

前記触覚アクチュエータは、前記触覚提供装置を通る仮想の中心線を基準に左側に位置する左側触覚アクチュエータ；及び前記触覚提供装置を通る仮想の中心線を基準に右側に位置する右側触覚アクチュエータ；を含みうる。

前記デジタル－アナログコンバータを通じて変換された前記アナログ信号は、複数個の信号を含むステレオ形式であり、ステレオ形式の前記アナログ信号のうち、第１信号は、前記左側触覚アクチュエータに入力され、前記第１信号と異なる第２信号は、前記右側触覚アクチュエータに入力される。

前記サブボディーは、前記左側触覚アクチュエータに連結される左側伝達部；及び前記右側触覚アクチュエータに連結され、前記左側伝達部に対して独立して動くように前記左側伝達部から離隔して配される右側伝達部；を含みうる。

前記触覚提供装置は、前記メインボディーの内部に配され、前記媒介体及び前記デジタル－アナログコンバータが設けられる印刷回路基板をさらに含み、前記触覚アクチュエータは、前記印刷回路基板に形成された穴に挿入される。

前記触覚提供装置は、柔軟な材質で形成され、外部から前記メインボディーと前記サブボディーとの間の離隔空間への異物の流入を防止するためのシールをさらに含みうる。

一実施例による触覚提供装置の使用状態を前側及び後側からそれぞれ見た図面である。 一実施例による触覚提供装置の使用状態を前側及び後側からそれぞれ見た図面である。 一実施例による触覚提供装置のブロック図である。 一実施例による触覚提供装置のブロック図である。 一実施例による触覚提供装置のブロック図である。 一実施例による触覚提供方法を示すフローチャートである。 一実施例による触覚提供方法でアナログ信号をフィルタリングする周波数の範囲を示すグラフである。 一実施例による触覚提供装置の正面斜視図である。 一実施例による触覚提供装置の背面斜視図である。 一実施例による触覚提供装置の正面分解斜視図である。 一実施例による触覚提供装置の背面分解斜視図である。 一実施例による触覚提供装置の一部を切開した断面図である。 一実施例による触覚アクチュエータの断面図である。 一実施例による触覚アクチュエータの分解図である。 一実施例による触覚アクチュエータによって形成される磁力の大きさと方向とを示す図面である。 一実施例による運動体の変位量によって形成する振動力を示すグラフである。 従来の線形共振アクチュエータと一実施例による触覚アクチュエータとの駆動周波数別に形成する振動力を示すグラフである。 一実施例による触覚提供装置の使用状態を後側から見た図面である。 一実施例による触覚提供装置の使用状態を後側から見た図面である。

以下、実施例を例示的な図面を通じて詳細に説明する。各図面の構成要素に参照符号を付け加えるに当って、同じ構成要素については、たとえ他の図面上に表示されていても、可能な限り同じ符号を有させるという点に留意しなければならない。また、実施例を説明するに当って、関連した公知構成または機能についての具体的な説明が実施例に対する理解を妨害すると判断される場合には、その詳細な説明は省略する。

また、実施例の構成要素を説明するに当たって、第１、第２、Ａ、Ｂ、（ａ）、（ｂ）などの用語を使用することができる。このような用語は、その構成要素を他の構成要素と区別するためのものであり、その用語によって当該構成要素の本質や順番または順序などが限定されるものではない。ある構成要素が、他の構成要素に「連結」、「結合」または「接続」されると記載された場合、その構成要素は、その他の構成要素に直接連結されたり、接続されたりもするが、各構成要素の間に、また他の構成要素が「連結」、「結合」または「接続」されることもあると理解しなければならない。

何れか１つの実施例に含まれた構成要素と、共通の機能を含む構成要素は、他の実施例で同じ名称を使用して説明する。反対となる記載がない以上、何れか１つの実施例に記載した説明は、他の実施例にも適用可能であり、重複される範囲で具体的な説明は省略する。

図１及び図２は、一実施例による触覚提供装置の使用状態を前側及び後側からそれぞれ見た図面であり、図３は、一実施例による触覚提供装置のブロック図である。

図１ないし図３を参照すれば、触覚提供装置２は、携帯用端末機（Ｐ）から音響信号を伝達されてリアルタイムで音響信号に対応する触覚をユーザに提供することができる。ユーザには、携帯用端末機（Ｐ）から提供されるコンテンツについての情報が触覚提供装置２を通じて触覚的に伝達され、前記コンテンツには、例えば、ゲーム、映画、音楽または音声など音響信号を提供する多様な情報が含まれうる。

例えば、触覚提供装置２は、音響信号を分析して、それから特徴情報を抽出する中央処理装置（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ、ＣＰＵ）を備えず、ユーザに触覚信号を迅速に提供することができる。中央処理装置を通じて、音響信号から特徴情報を抽出し、それにより触覚信号を生成する場合には、当該過程で時間遅延が発生し、音響信号及び触覚信号をユーザに伝達する時点を同期化させる段階がさらに要求されるしかない。しかし、一実施例によれば、このような時間遅延なしに簡単な構造を通じて、ユーザに迅速かつ効率的に触覚を提供することができる。一方、反対となる記載がない以上、中央処理装置が備えられる触覚提供装置も、本発明の権利範囲に含まれるという点を明らかにする。

例えば、図１及び図２に示されるように、ユーザは、触覚提供装置２を携帯用端末機（Ｐ）のディスプレイ部の反対側に配置させた状態で使用することができる。このような使用方式によれば、ユーザは、携帯用端末機（Ｐ）のディスプレイ部を親指でタッチ操作しながら、親指を除いた残りの指のうち少なくとも一部の指を通じて触覚提供装置２で提供する触覚を伝達されうる。

例えば、触覚提供装置２は、ゲーム背景音や、ユーザの操作によるゲーム効果音などに対応する触覚をユーザに伝達することにより、ゲームの没入感と楽しみとを上昇させることができる。また、触覚提供装置２は、音楽聴取時においても、リアルタイムで音楽に合う触覚をユーザに提供することにより、音楽的感性を上昇させることができる。

触覚提供装置２は、携帯用端末機（Ｐ）からデジタル音響信号を伝達される媒介体（Ｍ）と、媒介体（Ｍ）からデジタル音響信号を伝達されてアナログ信号に変換させるデジタル－アナログコンバータ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ、ＤＡＣ）２１と、アナログ信号を入力されて音響を出力する音響出力部２４と、アナログ信号を入力されて駆動される触覚アクチュエータ１と、を含みうる。

媒介体（Ｍ）は、有線方式または無線方式で携帯用端末機（Ｐ）からデジタル音響信号を伝達されうる。

例えば、媒介体（Ｍ）は、携帯用端末機（Ｐ）に有線方式で着脱自在なケーブル（Ｍ）である。ケーブル（Ｍ）は、デジタル音響信号だけではなく、携帯用端末機（Ｐ）のバッテリから出力される電源を伝達され、触覚アクチュエータ１は、ケーブル（Ｍ）を通じて伝達された電源で駆動されうる。また、触覚アクチュエータ１だけではなく、触覚提供装置２に備えられる他の能動素子も同様に、携帯用端末機（Ｐ）のバッテリから出力される電源を伝達されて駆動されても良い。このような構造によれば、触覚提供装置２は、バッテリを備えなくても良いので、触覚提供装置２をよりコンパクトに提供し、ユーザは、触覚提供装置２を充電する必要がなくなるので、使用便宜性が増大しうる。一方、触覚提供装置２の内部にバッテリが備えられる場合も、本発明の権利範囲に含まれることを明らかにする。

例えば、ケーブル（Ｍ）としては、ユニバーサルシリアルバスオンザゴー（ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｓｅｒｉａｌ ｂｕｓ ｏｎ－ｔｈｅ－ｇｏ、ＵＳＢ ＯＴＧ）ケーブルが使われる。一般的な携帯用端末機（Ｐ）の規格によれば、携帯用端末機（Ｐ）から音響信号が出力される優先順位は、（１）ＵＳＢ ＯＴＧケーブル、（２）携帯用端末機（Ｐ）の音響出力端子、（３）携帯用端末機（Ｐ）の内蔵スピーカー順である。したがって、媒介体（Ｍ）としてＵＳＢ ＯＴＧケーブルを使用する場合には、ユーザが携帯用端末機（Ｐ）の音響出力端子を通じて音響が聞けなくなる問題があった。しかし、一実施例による触覚提供装置２は、媒介体（Ｍ）を通じて伝達された音響信号をユーザに提供することができる音響出力部２４を自体的に備えることにより、このような問題を解決することができる。言い換えれば、触覚提供装置２は、追加的な装備や特別な構造的変更なしでも、ただ１つのケーブル（Ｍ）を一般的な携帯用端末機（Ｐ）に連結する方式を通じて汎用的に使われる。

音響出力部２４は、例えば、イヤホン（Ｅ）が挿入される音響出力端子である。一方、ユーザに伝達される音響を生成するスピーカーが触覚提供装置２に提供されることもあり、反対となる記載がない以上、このようなスピーカーも、音響出力部２４に含まれると理解しなければならない。

触覚アクチュエータ１としては、例えば、図１３ないし図１７に示された広帯域触覚アクチュエータを使用することができる。一方、触覚アクチュエータ１の種類が、必ずしもこのように制限されるものではないという点を明らかにする。

触覚提供装置２は、（ｉ）デジタル－アナログコンバータ２１からアナログ信号を入力されて第１設定周波数の範囲でフィルタリングして、音響出力部２４に伝達する音響信号用フィルター２２と、（ｉｉ）デジタル－アナログコンバータ２１からアナログ信号を入力されて第２設定周波数の範囲でフィルタリングして、触覚アクチュエータ１に伝達する触覚信号用フィルター２６と、を含みうる。

例えば、第２設定周波数の範囲の最大値は、第１設定周波数の範囲の最大値よりも小さく設定しうる。例えば、第２設定周波数の範囲の最小値は、第１設定周波数の範囲の最小値よりも低く設定しうる。例えば、第２設定周波数の範囲及び第１設定周波数の範囲は、共通した帯域の周波数を含みうる。例えば、音響信号用フィルター２２は、２０Ｈｚ～２０ｋＨｚの周波数のみ通過させるバンドパスフィルター（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ、ＢＰＦ）であり、例えば、触覚信号用フィルター２６は、８００Ｈｚ未満の周波数のみ通過させるローパスフィルター（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ、ＬＰＦ）である。第１設定周波数の範囲及び第２設定周波数の範囲の意味に対しては、図７を参照して後述する。

触覚提供装置２は、（ｉ）デジタル－アナログコンバータ２１からアナログ信号を入力されて第１ゲインほど増幅させて音響出力部に伝達する音響信号用増幅器２３と、（ｉｉ）デジタル－アナログコンバータからアナログ信号を入力されて第２ゲインほど増幅させて触覚アクチュエータに伝達する触覚信号用増幅器２７と、を含みうる。例えば、第１ゲイン及び／または第２ゲインは、適切なレベルにあらかじめ設定しうる。他の例として、以下のように、第１ゲイン及び／または第２ゲインは、ユーザによって可変されうる。

触覚提供装置２は、（ｉ）第１ゲインを調節可能な音響大きさ調節部２５と、（ｉｉ）第２ゲインを調節可能な触覚大きさ調節部２８と、を含みうる。例えば、音響大きさ調節部２５及び触覚大きさ調節部２８のうち何れか１つの調節部は、残りの１つの調節部の調節動作と無関係に、第１ゲイン及び第２ゲインのうち何れか１つのゲインを独立して調節することができる。例えば、携帯用端末機（Ｐ）自体に内蔵された音響大きさ調節機能を用いて、音響を調節する場合、携帯用端末機（Ｐ）から媒介体（Ｍ）を通じて伝達されるデジタル音響信号の大きさ及びこれにより変換されたアナログ信号の大きさが減る。言い換えれば、携帯用端末機（Ｐ）自体に内蔵された音響大きさ調節機能を利用する場合、音響の大きさ及び触覚の大きさを独立して調節することが不可能である。しかし、一実施例によれば、音響大きさ調節部２５及び触覚大きさ調節部２８のそれぞれが、第１ゲインまたは第２ゲインを独立して調節することが可能である。したがって、ユーザが自らに最適の触覚の増幅レベル（第２ゲイン）を設定した状態で、それを保持した状態で、必要に応じて、音響の増幅レベル（第１ゲイン）を変更することができるので、使用便宜性が向上する。同様に、ユーザは、音響の増幅レベル（第１ゲイン）を保持した状態で、必要に応じて、触覚の増幅レベル（第２ゲイン）を変更することもできるということはいうまでもない。

図４は、一実施例による触覚提供装置のブロック図である。
図４を参照すれば、触覚提供装置３は、媒介体（Ｍ）、デジタル－アナログコンバータ３１、音響信号用フィルター３２、音響信号用増幅器３３、音響出力部３４、音響大きさ調節部３５、触覚信号用フィルター３６Ｌ、３６Ｒ、触覚信号用増幅器３７Ｌ、３７Ｒ、触覚大きさ調節部３８、触覚アクチュエータ１Ｌ、１Ｒを含みうる。
触覚アクチュエータ１Ｌ、１Ｒは、図１０に示されたものと類似に、（ｉ）触覚提供装置３を通る仮想の中心線を基準に左側に位置する左側触覚アクチュエータ１Ｌと、（ｉｉ）触覚提供装置３を通る仮想の中心線を基準に右側に位置する右側触覚アクチュエータ１Ｒと、を含みうる。このような構造によれば、ユーザの指が位置する所に近い部分に触覚アクチュエータ１Ｌ、１Ｒが位置しうるので、触覚アクチュエータ１Ｌ、１Ｒからユーザに伝達される触覚の伝達効率を向上させうる。

デジタル－アナログコンバータ３１は、例えば、ステレオデジタル－アナログコンバータでもある。言い換えれば、デジタル－アナログコンバータ３１を通じて変換されたアナログ信号は、複数個の信号を含むステレオ形式でもある。また、ステレオ形式のアナログ信号のうち、第１信号は、左側触覚アクチュエータ１Ｌに入力され、第１信号と異なる第２信号は、右側触覚アクチュエータ１Ｒに入力される。このような左側触覚アクチュエータ１Ｌ及び右側触覚アクチュエータ１Ｒを独立して駆動させることにより、触覚提供装置３は、ユーザにステレオ方式で触覚を伝達することができる。したがって、ユーザは、携帯用端末機（Ｐ）から提供されるコンテンツに対応してより豊かであり、臨場感ある触覚を提供されうる。

図５は、一実施例による触覚提供装置のブロック図である。
図５を参照すれば、触覚提供装置４は、媒介体（Ｍ）、デジタル－アナログコンバータ４１、音響信号用フィルター４２、音響信号用増幅器４３、音響出力部４４、音響大きさ調節部４５、触覚信号用フィルター４６、触覚信号用増幅器４７、触覚大きさ調節部４８、触覚アクチュエータ１を含みうる。

媒介体（Ｍ）は、携帯用端末機（Ｐ）からデジタル音響信号を無線方式で伝達されてデジタル－アナログコンバータ４１に伝達する無線通信モジュールである。この場合、触覚提供装置４は、触覚アクチュエータ１を駆動させるための電源を供給するために、（ｉ）内部にバッテリを備えるか、（ｉｉ）外部電源から電源を入力される電源入力端子を備えることができる。

図６は、一実施例による触覚提供方法を示すフローチャートであり、図７は、一実施例による触覚提供方法でアナログ信号をフィルタリングする周波数の範囲を示すグラフである。

図６及び図７を参照すれば、触覚提供方法は、有線または無線方式を通じて携帯用端末機（Ｐ）からデジタル音響信号を受信する段階（９１０）と、受信されたデジタル音響信号をアナログ信号に変換させる段階（９２０）と、変換されたアナログ信号を音響出力部２４、３４、４４に提供して音響を出力させる段階（９５０）と、変換されたアナログ信号を触覚アクチュエータ１、１Ｌ、１Ｒに提供して触覚アクチュエータ１、１Ｌ、１Ｒを駆動させる段階（９８０）と、を含みうる。

音響提供方法は、段階９２０以後に行われ、段階９５０以前に行われ、変換されたアナログ信号を第１設定周波数の範囲でフィルタリングする段階（９３０）を含みうる。

段階９３０は、変換されたアナログ信号からヒトの可聴周波数帯域である２０Ｈｚ～２０ｋＨｚを外れる周波数帯域を除去することにより、音響出力部２４で無駄使いされるエネルギーを減らす。段階９３０を通じてフィルタリングされた信号を「音響用アナログ信号」であると言える。音響用アナログ信号の大きさは，音響出力部２４を通じて出力される以前に調節される（９４０）。

触覚提供方法は、段階９２０以後に行われ、段階９８０以前に行われ、変換されたアナログ信号を第２設定周波数の範囲でフィルタリングする段階（９６０）を含みうる。

ここで、第２設定周波数の範囲の最大値は、ヒトが触覚を感知することができる帯域よりも十分に低く設定しうる。一般的に、ヒトが触覚を感知することができる帯域は、０～１ｋＨｚ程度と知られている。しかし、８００Ｈｚ～１ｋＨｚに該当する高帯域の触覚信号が反復される場合には、ユーザの手にピリピリした（ｔｉｎｇｌｅ）感じが残留し、ユーザの手の疲労度が増加する点を試験的に確認した。それだけではなく、このような場合、ユーザの触覚閾値が上昇するので、触覚提供装置２を通じて効率的な触覚を提供することが難しいという点を確認した。したがって、段階９６０は、変換されたアナログ信号から８００Ｈｚ以上の周波数を除去することにより、このような否定的な影響を減らし、ユーザに持続的に効率的な触覚を提供することができる。段階９６０を通じてフィルタリングされた信号が「触覚用アナログ信号」であると言える。触覚用アナログ信号の大きさは、触覚アクチュエータ１に入力される以前に調節される（９７０）。

図８は、一実施例による触覚提供装置の正面斜視図であり、図９は、一実施例による触覚提供装置の背面斜視図であり、図１０は、一実施例による触覚提供装置の正面分解斜視図であり、図１１は、一実施例による触覚提供装置の背面分解斜視図である。

図８ないし図１１を参照すれば、触覚提供装置２は、メインボディー２０１、２０９、サブボディー２０６、２０７、触覚アクチュエータ１、印刷回路基板２０２、デジタル－アナログコンバータ２１（図３参照）、音響大きさ調節部２５、触覚大きさ調節部２８、接着パッド２０８及び媒介体（Ｍ）を含みうる。

メインボディー２０１、２０９は、触覚アクチュエータ１を収容することができる。メインボディー２０１、２０９は、ケース２０１及びバンパー２０９を含みうる。

ケース２０１の内壁には、触覚アクチュエータ１のハウジング１１の一面が固定される。例えば、ケース２０１は、プラスチックなど剛性な材質で形成されうる。

バンパー２０９は、ケース２０１の少なくとも一部を取り囲むことができる。例えば、バンパー２０９は、ケース２０１よりも柔軟な材質で形成されて外部の衝撃からケース２０１内部の部品を保護することができる。例えば、バンパー２０９は、ケース２０１のフレーム部を取り囲む形状を有し、ケース２０１の両面を外部に露出させうる。一方、これとは異なって、バンパー２０９及びケース２０１が同じ材質であるか、一体に形成されてもよいということを明らかにする。

サブボディー２０６、２０７は、ユーザに触覚を直接伝達する部分として機能することができる。サブボディー２０６、２０７は、ケース２０１の一側に位置し、ケース２０１に対して相対的に動き可能に設けられる。このような構造によれば、直接的な触覚伝達が可能になるので、内部に備えられた振動子の運動を通じて外部に設けられたケース全体を振動させた間接的な触覚伝達方式と比較して、より繊細かつ効率的にユーザに触覚を提供することができる。サブボディー２０６、２０７は、伝達部２０６及び柔軟カバー２０７を含みうる。

伝達部２０６は、プレート２０６１と、プレート２０６１に設けられ、触覚アクチュエータ１に固定される固定ボス２０６２と、プレート２０６１に設けられ、ケース２０１から伝達部２０６の離脱を防止するためのガイドボス２０６３と、を含みうる。

柔軟カバー２０７は、伝達部２０６よりも柔軟な材質で形成され、プレート２０６１を基準に固定ボス２０６２の反対側に位置しうる。柔軟カバー２０７によれば、ユーザの触感を向上させうる。

触覚アクチュエータ１は、内部空間を有するハウジング１１（図１２参照）と、ハウジング１１に対して相対的に動く運動体１２（図１２参照）と、を含みうる。ここで、ハウジング１１は、ケース２０１に固定され、運動体１２は、伝達部２０６に固定される。このような構造によれば、触覚アクチュエータ１の動作によって、メインボディー２０１、２０９に対してサブボディー２０６、２０７が相対的に動く。一方、ハウジング１１の外側には、クッション２０５が配されて、ハウジング１１によって発生する摩擦音を減衰させることができる。例えば、クッション２０５は、ハウジング１１及びメインボディー２０１、２０９の内壁の間に位置しうる。

一方、触覚提供装置２は、複数個の触覚アクチュエータ１を含みうる。例えば、複数個の触覚アクチュエータ１は、触覚提供装置２を通る仮想の中心線を基準に左側及び右側にそれぞれ位置する左側触覚アクチュエータ１Ｌ及び右側触覚アクチュエータ１Ｒを含みうる。

接着パッド２０８は、ケース２０１の両面のうち、前記伝達部２０６が位置していない面に位置し、携帯用端末機（Ｐ）に着脱自在な着脱面を有しうる。接着パッド２０８としては、例えば、洗浄を通じて半永久的に使用可能な、シリコン材で形成されたゲルパッドを利用できる。

印刷回路基板２０２は、ケース２０１の内部に配置される。印刷回路基板２０２には、媒介体（Ｍ）、デジタル－アナログコンバータ２１（図３参照）、音響大きさ調節部２５及び／または触覚大きさ調節部２８など各種の電子部品が実装される。ケース２０１及び印刷回路基板２０２は、締結口２０３を通じて安定して互いに固定される。

例えば、印刷回路基板２０２は、ケース２０１の両側内壁から離隔して配置される。例えば、ケース２０１の両側内壁には、印刷回路基板２０２の両面をそれぞれ支持するための支持突起が突設される。このような構造を利用すれば、ケース２０１の内部空間が１つの大きな響胴として作用する問題を防止することができる。言い換えれば、触覚アクチュエータ１の振動がケース２０１の内部空間の空気を振動させることにより、外部に漏れるノイズを形成する問題を防止することができる。このような構造を提供するために、例えば、印刷回路基板２０２には、穴が形成され、前記穴に触覚アクチュエータ１が挿入される。

音響大きさ調節部２５及び／または触覚大きさ調節部２８は、例えば、ダイヤル形状に提供されうる。

媒介体（Ｍ）としては、例えば、図示したように、ＵＳＢ ＯＴＧケーブルが使われる。例えば、媒介体（Ｍ）の電線は、バンパー２０９のエッジに沿って長く形成された溝に挿入され、媒介体（Ｍ）の端子は、バンパー２０９のコーナーに形成された溝（Ａ）に差し込まれることにより、触覚提供装置２の携帯性を向上させうる。

図１２は、一実施例による触覚提供装置の一部を切開した断面図である。
図１２を参照すれば、触覚アクチュエータ１のハウジング１１の一面は、接着剤２０４を用いてケース２０１の一面の内壁に固定される。ここで、接着剤２０４としては、例えば、テープ形態または液状形態など多様な公知の手段を使用可能であるということを明らかにする。

ハウジング１１は、ケース２０１の両側のうち、伝達部２０６に近い一面の内壁に固定される。このような構造によれば、触覚アクチュエータ１によって発生する振動がケース２０１の反対面に位置する携帯用端末機（Ｐ）への伝達を減らし、サブボディー２０６、２０７を通じて、ユーザに伝達される触覚の効率を向上させうる。

伝達部２０６の固定ボス２０６２及びガイドボス２０６３には、それぞれ運動体１２及びガイドロッド２１０が固定されることにより、サブボディー２０６、２０７の安定した動きを保証することができる。

運動体１２は、伝達部２０６の固定ボス２０６２に向けて突出した突出部分を含み、前記突出部分は、固定ボス２０６２に固定される。

ガイドロッド２１０の一側は、ガイドボス２０６３に固定され、他側は、ケース２０１に形成された貫通ホールを通過するように設けられる。また、ガイドロッド２１０の他側の直径は、前記貫通ホールの直径よりも大きく形成されて、伝達部２０６がケース２０１から一定の距離以上に離脱されることを防止することができる。

バンパー２０９は、サブボディー２０６、２０７の面積よりも小さな面積を有する開口２０９１と、開口２０９１のフレームに沿って外面から陥没形成された段差を有するストッパー２０９２と、を含みうる。

ストッパー２０９２は、サブボディー２０６、２０７が一定の距離以上メインボディー２０１、２０９の内部への挿入を防止することができる。また、ストッパー２０９２によれば、メインボディー２０１、２０９が、サブボディー２０６、２０７の少なくとも一部を収容可能であるが、サブボディー２０６、２０７が剛性な材質のケース２０１に直接接触することを防止することができる。

柔軟カバー２０７は、プレート２０６１の前面を取り囲む接触パッド２０７１と、接触パッド２０７１のフレームに連結される羽根部２０７２と、を含みうる。

羽根部２０７２は、伝達部２０６がメインボディー２０１、２０９に直接接触することを防止することができる。例えば、伝達部２０６は、プレート２０６１よりも薄い厚さを有し、プレート２０６１のフレームから外側に延びるフランジ２０６４を含みうる。この際、羽根部２０７２は、フランジ２０６４を取り囲むように内側に折り曲げられた形状を有することにより、メインボディー２０１、２０９が剛性な材質の伝達部２０６に直接接触することを防止することができる。

一方、触覚提供装置２は、柔軟カバー２０７のフレームに沿って配され、柔軟カバー２０７及びバンパー２０９を連結するシール（ｓｅａｌ）２１１を含むこともある。シールは、柔軟な材質で形成されることにより、サブボディー２０６、２０７がメインボディー２０１、２０９に対して相対的に動くことを許容しながらも、サブボディー２０６、２０７とメインボディー２０１、２０９との間の離隔空間への異物の流入を防止することができる。

図１３は、一実施例による触覚アクチュエータの断面図であり、図１４は、一実施例による触覚アクチュエータの分解図であり、図１５は、一実施例による触覚アクチュエータによって形成される磁力の大きさと方向とを示す図面であり、図１６は、一実施例による運動体の変位量によって形成する振動力を示すグラフであり、図１７は、従来の線形共振アクチュエータと一実施例による触覚アクチュエータとの駆動周波数別に形成する振動力を示すグラフである。

図１３ないし図１７を参照すれば、触覚アクチュエータ１は、２０Ｈｚ未満の超低周波数帯域から５００Ｈｚまたは１ＫＨｚ以上の高周波数帯域まで広帯域で駆動される多様なハプティック効果を提供することができる。このような性能を考慮して、触覚アクチュエータ１は、広帯域触覚アクチュエータとも言える。例えば、触覚アクチュエータ１は、ハウジング１１、ヨーク部材１４、ラジアルマグネット１５、運動体１２及び弾性部材１３を含みうる。

ハウジング１１は、内部空間を有する筒状の部材である。例えば、ハウジング１１の内部空間の形状は、円柱状である。例えば、ハウジング１１は、下側ハウジング１１１、ガイドハウジング１１２及び上側ハウジング１１３を含みうる。
下側ハウジング１１１は、ヨーク部材１４の周りを取り囲むことができる。例えば、下側ハウジング１１１の上側が開放された円筒状を有し、上側からヨーク部材１４が収容される。

ガイドハウジング１１２は、下側に互いに結合された下側ハウジング１１１及びヨーク部材１４に連結されて上側に突設される中空状の部材でもある。例えば、ガイドハウジング１１２の下端部１１２２は、下側ハウジング１１１及びヨーク部材１４の上側の結合部位に形成された溝に係合される構造を有し、前記溝に係合されうる。例えば、ガイドハウジング１１２は、上側の内周面に陥没形成される段差部１１２１を含みうる。

上側ハウジング１１３は、ガイドハウジング１１２の上側に連結される。上側ハウジング１１３は、段差部１１２１の内周面に係合される中空状の部材である。例えば、上側ハウジング１１３は、上側に開放されている形状を有しうる。例えば、上側ハウジング１１３は、段差部１１２１の下側に弾性部材１３の縁部が設けられた以後、段差部１１２１に設けられ、この場合、上側ハウジング１１３は、上側から弾性部材１３の縁部を加圧して固定させることができる。

ヨーク部材１４は、ハウジング１１の内部空間の下側に設けられて、磁場の流れを誘導することができる。例えば、ヨーク部材１４は、ラジアルマグネット１５から放出される磁力線をヨーク部材１４の内部に収容されたコイル部１２２に集中されるように分布させることができる。例えば、ヨーク部材１４は、下側ハウジング１１１の下側に設けられる下部ヨーク１４４、下側ハウジング１１１の下側から上側に突設される内部ヨーク１４１及び下側ハウジング１１１の内周面の周りに沿って設けられる外部ヨーク１４２を含みうる。

内部ヨーク１４１は、内部空間の下側の中心から上側に突設された円柱状の部材である。例えば、円柱状の内部ヨーク１４１の中心線は、円柱状の内部空間の中心線と同じ線上に位置しうる。

外部ヨーク１４２は、下側ハウジング１１１の内周面の周りを取り囲むように設けられる。前記の構造によれば、外部ヨーク１４２及び内部ヨーク１４１の間には、環状の収容空間１４３が形成され、前記収容空間１４３には、ラジアルマグネット１５、ポールピース１６及びコイル部１２２が収容される。例えば、外部ヨーク１４２の外周面の上側で陥没形成される段差が形成され、前記段差は、下部ハウジング１１の上端部と共に、前述したガイドハウジング１１２の下端部１１２２が結合される装着溝１４５を形成しうる。

ヨーク部材１４及びポールピース１６によれば、図３のように、ラジアルマグネット１５から形成される磁力の流れがヨーク部材１４の外部に漏れず、コイル部１２２が位置する収容空間１４３に集中して通過するように誘導することができて、コイル部１２２の全体部分に沿って大きくて均一な磁力を印加することができる。

ラジアルマグネット１５は、内部ヨーク１４１の外周面を取り囲むように設けられる中空状の磁性体である。例えば、ラジアルマグネット１５は、半径方向に着磁されている。言い換えれば、ラジアルマグネット１５の中心軸を基準に内側に位置する部分の磁性と、外側に位置する部分の磁性は、互いに反対である。例えば、運動体１２の振動方向に沿って測定したラジアルマグネット１５の長さは、ラジアルマグネット１５の外径と内径との距離よりも長い。

ポールピース１６は、ラジアルマグネット１５の上面を覆うように設けられて、ラジアルマグネット１５の磁力が上側に漏れないように磁力を誘導することができる。例えば、ポールピース１６の上面は、内部ヨーク１４１の上面と同じ平面上に位置しうる。このような構造によれば、柔らかい磁気経路を形成することはもとより、運動体１２の移動距離に比べて、全体的な触覚アクチュエータ１の体積を減らす。例えば、ポールピース１６の両面のうち少なくとも１つ以上の面には、運動体１２との衝突による衝撃を緩和するためのクッションまたはダンパーが設けられている。

運動体１２は、ハウジング１１の内部空間に設けられて、収容空間１４３の内部を流れる磁力によって上下方向に運動することができる。例えば、運動体１２は、ラジアルマグネット１５及び内部ヨーク１４１を取り囲むように設けられる円筒状の質量体１２１と、前記質量体１２１の周りに沿って設けられるコイル部１２２と、を含みうる。

質量体１２１は、下側にラジアルマグネット１５及び内部ヨーク１４１を収容することができる溝を備える円筒状の挿入部材１２１２と、挿入部材１２１２から上側に突設される突出部材１２１１と、を含みうる。例えば、質量体１２１は、触覚周波数帯域の駆動のために黄銅など軽い質量を有する素材で形成されうる。例えば、質量体１２１は、ヨーク部材１４よりも密度が小さな素材で形成されうる。例えば、質量体１２１は、内部ヨーク１４１の突出方向に沿って上下方向に動く。

挿入部材１２１２は、下側から陥没形成された円状の溝を備え、下側の縁部は、収容空間１４３の内部に挿入される。言い換えれば、挿入部材１２１２の溝の内部には、ラジアルマグネット１５及び内部ヨーク１４１の少なくとも一部が挿入されている。

突出部材１２１１は、挿入部材１２１２の上側から上側方向に突設される。例えば、突出部材１２１１は、円状の挿入部材１２１２の中心から上側に突設される。例えば、突出部材１２１１の上端部は、ハウジング１１の上側に露出されている。例えば、コイル部１２２に電流が印加されていない状態で突出部材１２１１の上端部は、上側ハウジング１１３の上面と同じ垂直平面上に位置しうる。

コイル部１２２は、挿入部材１２１２の円状の周りに沿って設けられる。コイル部１２２は、デジタル－アナログコンバータ２１（図３参照）を通じて変換されたアナログ信号形態の電流を印加されて、上下方向に沿って極性が交互に変化する磁場を形成しうる。

弾性部材１３は、内部空間の一側から運動体１２を弾性支持することができる。例えば、弾性部材１３は、上下方向に垂直な平面方向に沿ってハウジング１１の内周面から質量体１２１を連結する平板状の弾性素材で形成されうる。例えば、弾性部材１３は、上側ハウジング１１３及び突出部材１２１１を連結することができる。この場合、弾性部材１３の一側、言い換えれば、縁部は、前述した段差部１１２１の内周面に係合されるように挿入されて固定される。例えば、段差部１１２１に設けられた弾性部材１３の縁部の上側は、上側ハウジング１１３の下端部に連結されて、結果として、弾性部材１３の縁部は、上側ハウジング１１３に固定される。

一方、上側ハウジング１１３に固定された弾性部材１３の一側から水平に延びた弾性部材１３の他側は、突出部材１２１１の外周面に接触されて固定される。

弾性部材１３によれば、運動体１２は、ハウジング１１の内壁及び弾性部材１３を除いた残りの構成要素と接触されないように離隔した状態で弾性支持することができる。例えば、弾性部材１３は、運動体１２が上側運動方向に最大変位に移動した状態でも、コイル部１２２の側部は、収容空間１４３内に完全に挿入されている状態を保持できるように、十分に高い弾性係数を有しうる。

一方、コイル部１２２に電気が印加されていない初期状態を基準に、コイル部１２２の中心は、ラジアルマグネット１５の中心よりも高く位置しうる。また、コイル部１２２の上端は、ポールピース１６の上端よりも低く位置しうる。このような構造によれば、印加される電流の大きさに備えた、運動体１２の振動力の提供の効率を十分に高くしながらも、運動体１２の下側移動距離を確保し、また、触覚アクチュエータ１全体をコンパクトに提供することができる。

図１６を参照すれば、コイル部１２２に電流が印加されていない初期状態を基準に運動体１２の上側運動方向の駆動幅（ｍｍ）の大きさによってコイル部１２２に印加される力（Ｎ）の大きさを確認することができる。図１６のグラフの結果によれば、初期状態を基準に上側運動方向の駆動幅が約０．５～０．７ｍｍ（図４では、－０．５～－０．７ｍｍ）である場合、コイル部１２２に印加される力の大きさが最も大きいと表われることを確認することができる。

したがって、初期状態を基準に、前記運動体の上側運動方向の最大変位量は、０．５～０．７ｍｍである。この場合、運動体１２の上下方向の駆動幅も、０．５～０．７ｍｍである。

コイル部１２２に電流が印加されていない場合、上下方向を基準にコイル部１２２の中心点の位置は、ラジアルマグネット１５の中心点の位置よりも所定の間隔（ｄ）ほど上側に位置しうる。

コイル部１２２がラジアルマグネット１５の上側に偏向されるように位置されている構造によれば、電流の初期印加時に、上下方向に極性が変化するコイル部１２２を上側または下側方向に移動させるための磁力を大きく形成しやすい構造を有するので、応答速度を効果的に増加させることができる。

コイル部１２２に交流電流が印加される場合、運動体１２は、弾性部材１３に連結された状態で上下方向に線形運動し、ラジアルマグネット１５の磁束方向と運動体１２の運動方向は、垂直に形成されうる。

図１７に示されるように、触覚アクチュエータ１は、１００Ｈｚ～１ＫＨｚの間の広い周波数帯域で、ヒトが触覚を感知することができる一般的な振動力の大きさである０．２Ｇ以上の振動力を形成することができるということを確認することができた。

図１８及び図１９は、一実施例による触覚提供装置の使用状態を後側から見た図面である。

図１８及び図１９を参照すれば、触覚提供装置５、６は、複数個の分離された伝達部を備えることができる。例えば、触覚提供装置５、６のサブボディーは、左側触覚アクチュエータ１Ｌ（図４参照）に連結される左側伝達部と、右側触覚アクチュエータ１Ｒ（図４参照）に連結される右側伝達部と、を含みうる。例えば、左側伝達部及び右側伝達部は、互いに独立して動くように左側伝達部から右側伝達部は離隔して配置される。このような構造によれば、触覚提供装置５、６は、ユーザにより繊細にステレオ方式で触覚を伝達することができる。

実施例による方法は、多様なコンピュータ手段を通じて行われるプログラム命令の形態として具現されて、コンピュータ可読媒体に記録される。前記コンピュータ可読媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独で、または組み合わせて含みうる。前記媒体に記録されるプログラム命令は、実施例のために特別に設計され、構成されたものであるか、コンピュータソフトウェアの通常の技術者に公知されて使用可能なものでもある。コンピュータ判読可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピーディスク及び磁気テープのような磁気媒体（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｍｅｄｉａ）、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体（ｏｐｔｉｃａｌ ｍｅｄｉａ）、フロプティカルディスク（ｆｌｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｋ）のような磁気－光媒体（ｍａｇｎｅｔｏ－ｏｐｔｉｃａｌ ｍｅｄｉａ）、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリのようなプログラム命令を保存し、行うように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。プログラム命令の例としては、コンパイラによって作られるような機械語コードだけではなく、インタプリタなどを使用してコンピュータによって実行可能な高級言語コードを含む。前記したハードウェア装置は、実施例の動作を行うために１つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成され、その逆も同様である。

以上のように、たとえ限定された図面によって実施例が説明されたとしても、当業者ならば、前記の記載から多様な修正及び変形が可能である。例えば、説明された技術が、説明された方法と異なる順序で行われるか、及び／または説明された構造、装置などの構成要素が、説明された方法と異なる形態で結合または組み合わせられるか、他の構成要素または均等物によって対置されるか、置き換えられても、適切な結果が達せられる。

Claims (7)

1. 有線方式または無線方式で携帯用端末機からデジタル音響信号を伝達される媒介体と、
   前記媒介体から前記デジタル音響信号を伝達されてアナログ信号に変換させるデジタル－アナログコンバータと、
   前記アナログ信号を入力されて駆動される触覚アクチュエータと、
   前記触覚アクチュエータを収容するメインボディーと、
   前記メインボディーの外側に位置し、前記触覚アクチュエータに連結されて、前記メインボディーに対して相対的に動くサブボディーと、
   を含み、
   前記触覚アクチュエータは、
   内部空間を有するハウジングと、
   前記ハウジングに対して相対的に動く運動体と、を含み、
   前記ハウジングは、前記メインボディーに固定され、
   前記運動体は、前記サブボディーに固定されることを特徴とする触覚提供装置。
2. 前記サブボディーに対して前記メインボディーの他側に位置し、前記携帯用端末機に着脱自在な着脱面を有する接着パッドをさらに含む、請求項１に記載の触覚提供装置。
3. 前記触覚アクチュエータは、
   前記触覚提供装置を通る仮想の中心線を基準に左側に位置する左側触覚アクチュエータと、
   前記触覚提供装置を通る仮想の中心線を基準に右側に位置する右側触覚アクチュエータと、
   を含む、請求項１に記載の触覚提供装置。
4. 前記デジタル－アナログコンバータを通じて変換された前記アナログ信号は、複数個の信号を含むステレオ形式であり、
   ステレオ形式の前記アナログ信号のうち、
   第１信号は、前記左側触覚アクチュエータに入力され、
   前記第１信号と異なる第２信号は、前記右側触覚アクチュエータに入力されることを特徴とする請求項３に記載の触覚提供装置。
5. 前記サブボディーは、
   前記左側触覚アクチュエータに連結される左側伝達部と、
   前記右側触覚アクチュエータに連結され、前記左側伝達部に対して独立して動くように前記左側伝達部から離隔して配される右側伝達部と、
   を含む、請求項４に記載の触覚提供装置。
6. 前記メインボディーの内部に配され、前記媒介体及び前記デジタル－アナログコンバータが設けられる印刷回路基板をさらに含み、
   前記触覚アクチュエータは、前記印刷回路基板に形成された穴に挿入されることを特徴とする請求項１に記載の触覚提供装置。
7. 柔軟な材質で形成され、外部から前記メインボディーと前記サブボディーとの間の離隔空間への異物の流入を防止するためのシールをさらに含む、請求項１に記載の触覚提供装置。
   

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