JP5596348B2 - 多重モード触覚フィードバックシステム - Google Patents

Description

一実施形態は、触覚フィードバックシステムにかかるものである。より具体的には、一実施形態は、多重モード触覚フィードバックシステムにかかるものである。

電子装置メーカは、ユーザに対して高品位のインタフェースを製造するよう努力している。従来の装置は、視覚および聴覚キュー(cue)を使用して、フィードバックをユーザに提供する。インタフェース装置によっては、力覚フィードバック（能動的力および抵抗力フィードバック等）、および／または触知フィードバック（振動、触感、および熱等）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、ユーザインタフェースを強化かつ簡素化するキュー（合図）を提供することができる。具体的には、振動効果または振動触知性触覚効果は、特定のイベントをユーザに通知するように、または現実的なフィードバックを提供して、シミュレートされた環境または仮想環境へのより大きな感覚的没入感を生じさせるように、電子装置のユーザにキューを提供するのに有用となり得る。

触覚フィードバックは、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯型ゲーム装置、および様々な他の携帯型電子装置のような、携帯電子装置に頻繁に組み込まれている。例えば、いくつかの携帯型ゲームアプリケーションは、触覚フィードバックを提供するように構成された大規模なゲームシステムとともに使用される制御装置（例えばジョイスティック等）に類似した態様で振動を起こすことができる。加えて、携帯電話およびＰＤＡのような装置は、振動を通じて種々の通知をユーザに提供することができる。例えば、携帯電話は、振動させることによって、電話の着信をユーザに通知することができる。同様に、ＰＤＡは、スケジュールが組まれた予定項目をユーザに通知することができ、また、「行動」のための一覧表の項目または暦予約のための注意をユーザに与えることができる。

携帯型装置の場合は、コストが気持ちを捉える重要な要因である。したがって、触覚効果を発生させるには、概して、単一の低コストアクチュエータ、例えば、偏心回転質量（Ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｍａｓｓ：「ＥＲＭ」）モータまたは電磁モータが使用される。典型的には、ＰＤＡおよび携帯電話のような標準的な携帯型電子装置によって発せられる振動は、携帯型装置のハウジングに印加される単純な振動であり、典型的に通知するためにオンまたはオフにされるバイナリ振動器として動作する。すなわち、それらの装置の振動能力は、概して、全出力振動（「完全にオン」の状態）か、または休止状態（「完全にオフ」）に限定される。したがって、概して、このような装置によって提供することができる振動の大きさにはほとんど多様性が無い。

携帯型装置は、物理的ボタンから離れて、タッチスクリーンのみのインタフェースを好むようになっている。この転換は、フレキシビリティの増大、部品点数の低減、および不具合を起こしやすい機械式ボタンに対する依存性の低減を可能とし、また、製品デザインの新たな流行に即したものである。タッチスクリーン入力装置を使用することで、ボタン押圧に関する機械的確認、または他のユーザインタフェースの動作を、触覚によってシミュレートすることができる。ユーザに対して効果的で、かつ好まれるものとするために、ボタンをシミュレートするために使用される触覚は、典型的には、ハウジングではなく、主にタッチスクリーンに印加されるべきである。しかしながら、典型的に携帯型装置が備えている単一のアクチュエータは、通常は、ハウジング上に通知を発生させ、且つ、例えばタッチスクリーン上に、タッチスクリーンボタンをシミュレートするための他の触覚効果を発生させるように、複数の触覚効果を発生させることはできない。したがって、所望の多重触覚効果を生じさせるには、１つ以上の付加的なアクチュエータが必要である。残念ながら、これは、携帯型装置のコストを増加させてしまう。

上記に述べたことにより、単一のアクチュエータを使用して多重触覚効果を発生させるためのシステムおよび方法の要請がある。

一実施形態は、ハウジングと、サスペンションを介してハウジングに結合されたタッチスクリーンとを含む触覚効果装置である。アクチュエータは、タッチスクリーンに結合している。アクチュエータが第１の周波数で第１の振動を発生させる際には、第１の振動がハウジングから実質的に隔離されてタッチスクリーンに印加され、機械式ボタンを擬態するようにサスペンションが調整される。さらに、アクチュエータが第２の周波数で第２の振動を発生させる際には、第２の振動が実質的にハウジングに伝わって振動性の通知を生じさせる。

一実施形態による携帯電話の断面図である。 一実施形態に従って、サスペンションを調整した後の電話の周波数応答を示す、加速強度対駆動信号周波数のグラフである。 クリック振動周波数に対する一実施形態の、加速強度対時間のグラフである。 通知振動周波数に対する図３と同一の実施形態の、加速強度対時間のグラフである。

一実施形態は、サスペンションによって装置のハウジングに結合されたタッチスクリーンを含む、装置である。単一のアクチュエータは、あるモードでは、タッチスクリーンにのみ実質的に印加される触覚効果振動を、また、別のモードではハウジングに印加される触覚効果振動を生じさせる。

携帯型タッチスクリーン装置に典型的に提供される、触覚効果の１つの形式は、装置のハウジングに印加される「通知（通報）」の振動である。通知振動は、１００Ｈｚ乃至２００Ｈｚの周波数範囲で行われると効果的である。通知は、現在、未来、または過去のイベントをユーザに知らせるための振動方法である。このような通知は、着呼の合図を送る着信音とすることができ、着信音は、相当する振動に変換され、携帯型装置上で発生する。通知は、通話切断、呼び出し、および、通話中、および通話中着信を、ユーザに知らせるためのものとすることができる。通知の他の実施例には、各メニューによって異なる感覚で、送信(Ｓｅｎｄ)／ＯＫのような操作をユーザに案内するための操作キュー、およびスクリーンを下へスクロールして、開封および未開封メッセージ間の差異を感知するためのメッセージナビゲーションが挙げられる。さらに、ＧＰＳ追跡を備えた携帯電話の場合、指定された地理的位置からの距離を判断するための近接感知アプリケーションにより、通知を発生させることができる。

携帯型タッチスクリーン装置に典型的に提供される、別のタイプの触覚効果は、ボタンの押圧をシミュレートするようにタッチスクリーンに印加される「クリック」振動効果である。心地よい、満足のいくボタンの感触は、約２００Ｈｚを超える、短くてカチッとした振動によって特徴付けられることを、従来の機械式ボタンの測定結果は示している。最も効果的なものとするために、触覚振動効果は、ハウジングではなく、主にタッチスクリーンに印加すべきである。

図１は、一実施形態による携帯電話１０の断面図である。電話１０は、タッチスクリーン１４を含み、タッチスクリーン１４は、電話キーと、ユーザがタッチスクリーン１４に触れるか、または他の接触によって選択することができる他の機能キーとを表示する。電話１０は、電話１０の内部構成要素を収容し、タッチスクリーン１４を支持するハウジングまたは本体１２をさらに含む。ユーザが電話１０を使用する際に、ユーザは、典型的には、片方の手でハウジング１２によって電話１０を保持し、もう一方の手でタッチスクリーン１４に触れる。他の実施形態は、携帯電話ではなく、タッチスクリーンを有さないが、他の形式の入力インタフェースを備えた触覚装置である。タッチスクリーン以外の他の入力インタフェースは、ミニジョイスティック、スクロールホイール、ｄ−パッド、キーボード、タッチセンサー式の表面等とすることができる。携帯電話と同様に、これらの装置には、入力インタフェースにリンクするクリック感、および装置全体に生じる通知振動が望まれる。

タッチスクリーン１４は、タッチスクリーン１４を包囲するサスペンション１８によって、ハウジング１２上に柔軟に懸架／浮遊されるか、または載置される。一実施形態では、サスペンション１８は、ＰＯＲＯＮ（登録商標）のような発泡材料製の粘弾性ベゼル密封ガスケットから形成される。他の実施形態では、後述するように「調整」できるものであれば、あらゆるタイプの材料をサスペンション１８に使用することができる。

リニア共振アクチュエータ（Ｌｉｎｅａｒ Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ａｃｔｕａｔｏｒ：「ＬＲＡ」）または他の形式のアクチュエータ１６（例えば、形状記憶合金、電気活性ポリマー、圧電物質等）が、タッチスクリーン１４に堅固に結合される。ＬＲＡは、ばねに取り付けられた磁性体を含む。磁性体は、電気コイルによってエネルギーを与えられ、タッチスクリーン１４に垂直な方向に、ばねに対して前後に駆動されて、振動を生じさせる。一実施形態では、アクチュエータ１６は、約１５０Ｈｚ乃至１９０Ｈｚの共振周波数を有する。共振周波数は、加速応答性がピークを示す、周波数範囲である。アクチュエータ１６に信号を生じさせて、動力を供給して、所望の触覚効果を生じさせるために、制御器／プロセッサ、メモリ装置、および他の必要な構成要素（図示せず）が、アクチュエータ１６に結合される。異なる触覚効果は、アクチュエータ１６に対する駆動信号の周波数、振幅、およびタイミングを変化させさせることによって、既知の様式でアクチュエータ１６によって発生させることができる。振動は、タッチスクリーン１４に垂直、または別の方向（例えば、面内）に起こすことができる。一実施形態では、スクリーン表面に沿った振動（ＸまたはＹ振動）は、振動が同等な触覚情報を生成し、また、それらの方向に対するスクリーンの本来の剛性のために、タッチスクリーン全面にわたって、より均一に分配されるので、好都合である。

一実施形態では、サスペンション１８は、ボタンの押圧を擬態させるようにタッチスクリーン１４に印加されるクリック周波数（２００Ｈｚを超える）で、装置１０のハウジング１２を振動から隔離させるが、通知周波数（１５０Ｈｚ以下）（該周波数は、アクチュエータ１６の共振周波数にほぼ等しい）では、効率的にハウジング１２に振動を伝えて、通知触覚効果を生じさせるように調整される。サスペンション１８は、例えば、所望の特性を得るように、材料の選択を変更したり、総断面積を変化させたり、厚さを変化させること等によって、調整することができる。

図２は、一実施形態による、サスペンション１８を調整した後の電話１０の周波数応答を示す、加速強度対駆動信号周波数のグラフである。曲線２０は、ハウジング１２上で測定された周波数応答であり、通知周波数（およそ１５０Ｈｚ）での共振周波数（ｆ_１）を示す。曲線３０は、タッチスクリーン１４上で測定された周波数応答であり、クリック周波数（２００Ｈｚを超える、またはおよそ５００Ｈｚ）での共振周波数（ｆ_２）を示す。

操作に際し、触覚効果の振動は、キーの押圧を確認する場合には、タッチスクリーン１４のみに対するクリック振動として選択的に行うことができ、一方で、クリック周波数で効果振動を行うことにより、振動を、サスペンション１８によってハウジング１２から実質的に独立させる。同様に、触覚効果の振動は、通知周波数で効果振動を行うことにより、減衰が実質的に全く無い状態で、ハウジング１２に伝えられる振動を用いて、通知振動として選択的に行うことができる。

図３は、クリック周波数（２００Ｈｚを超える）に対する一実施形態の、加速強度対時間のグラフである。図３の実施形態では、タッチスクリーン１４は、ＰＯＲＯＮ（登録商標）製の２つのストリップと（１つのストリップが各縁部に沿う）、約１５５Ｈｚの共振周波数を有するリニア共振アクチュエータ（ＬＲＡ）とを使用して懸架される。トレース３２（グラフ左側の目盛りを使用している）は、タッチスクリーン１４上の加速度計の指示値を示す。トレース３４（グラフ右側の目盛りを使用している）は、電話１０の裏側のハウジング１２上の加速度計の指示値を示す。

図に示されるように、支持する手によりハウジングを通じて振動を受けるよりも、押圧する指が、主にタッチスクリーンを通じて振動を受ける（５：１の加速率）。さらに、クリック振動は、駆動信号の開始後約３ｍｓの速さでピーク値に到達し、制動開始後約５ｍｓで減衰する。これは、カチッとした機械式ボタンの感触を生じさせるのに理想的である。

図４は、通知振動周波数（約１５０Ｈｚ）に対する図３と同一の実施形態の、加速強度対時間のグラフである。トレース４２（グラフ左側の目盛りを使用している）は、タッチスクリーン１４上の加速度計の指示値を示す。トレース４４（グラフ右側の目盛りを使用している）は、電話１０の裏側のハウジング１２上の加速度計指示値を示す。サスペンション１８を介してタッチスクリーンが隔離されているにもかかわらず、通知振動はハウジング１２に伝わり、ほとんど減衰の無い状態で、支持する手が振動を受ける。これは、効果的な通知を生じさせるのに理想的である。

複数の実施形態が本願明細書に具体的に図示および／または記載される。しかしながら、本発明の修正および変形は、上記の教示によって網羅され、本発明の精神および主旨から逸脱することなく、添付の特許請求の範囲内であることが理解されるであろう。

例えば、上記に開示したいくつかの実施形態は、タッチスクリーンを備えた携帯電話として実現されており、これは、ユーザが、握持するか、掴持するか、または物理的に接触して操作することができる物体である。従って、本発明は、ユーザが同様に操作することができ、２つのモードの触覚効果が必要となり得る、他の触覚が使用可能な入力および／または出力装置に用いることができる。このような他の装置には、他のタッチスクリーン装置（例えば、自動車の全地球測位システム（「ＧＰＳ」）のナビゲータスクリーン、現金自動預払機（「ＡＴＭ」）の表示スクリーン）、電子機器（例、オーディオ／ビデオ、ガレージドア、ホームセキュリティ等）を制御するための遠隔制御装置、およびゲーム用コントローラ（例、ジョイスティック、マウス、ゲームパッド専用コントローラ等）が挙げられる。このような入力および／または出力装置の動作は、当業者によく知られたものである。

Claims (25)

1. 触覚装置であって、
   ハウジングと、
   サスペンションを介して前記ハウジングに結合されたタッチスクリーンと、
   前記タッチスクリーンに直接結合され、且つ前記ハウジングには直接結合されていないアクチュエータと、
   を備え、
   前記アクチュエータが第１の周波数で第１の振動を発生させる際には、前記第１の振動が前記ハウジングから隔離され、前記タッチスクリーンとの接触を介して第１の形式の触覚効果を感知させ、且つ前記アクチュエータが第２の周波数で第２の振動を発生させる際には、前記第２の振動が前記ハウジングに伝えられ、前記ハウジングとの接触を介して第２の形式の触覚効果を感知させるように、前記サスペンションは適合され、
   前記第１の周波数は、前記第２の周波数及び前記アクチュエータの共振周波数よりも大きく、前記第１の形式の触覚効果は、前記タッチスクリーンとの接触に応答して、機械式ボタンの押圧をシミュレートする、触覚装置。
   
2. 前記第１の周波数は、２００Ｈｚを超える、請求項１に記載の装置。
   
3. 前記第２の周波数は、１００Ｈｚ乃至２００Ｈｚである、請求項１に記載の装置。
   
4. 前記アクチュエータは、リニア共振アクチュエータである、請求項１に記載の装置。
   
5. 前記サスペンションは、発泡材料を含む、請求項１に記載の装置。
   
6. 前記発泡材料は、ＰＯＲＯＮ（登録商標）を含む、請求項５に記載の装置。
   
7. 前記第１の振動は、前記タッチスクリーン上の接触に応答して、前記タッチスクリーンに印加される、請求項１に記載の装置。
   
8. 前記第２の振動は、通知を提供する、請求項１に記載の装置。
   
9. ハウジングと、タッチスクリーンとを備えた装置を操作する方法であって、該方法は、
   アクチュエータによって第１の周波数で第１の振動を発生させるステップを含み、前記第１の振動は、前記タッチスクリーンに結合されたサスペンションによって、前記ハウジングから隔離されており、且つ前記タッチスクリーンとの接触を介して第１の形式の触覚効果を感知させ、
   該方法は、前記アクチュエータによって第２の周波数で第２の振動を発生させるステップを含み、前記第２の振動は、前記ハウジングに伝えられ、且つ前記ハウジングとの接触を介して第２の形式の触覚効果を感知させ、
   前記アクチュエータは、前記タッチスクリーンに直接結合され、且つ前記ハウジングには直接結合されておらず、
   前記第１の周波数は、前記第２の周波数及び前記アクチュエータの共振周波数よりも大きく、前記第１の形式の触覚効果は、前記タッチスクリーンとの接触に応答して、機械式ボタンの押圧をシミュレートする、方法。
   
10. 前記第１の周波数は、２００Ｈｚを超える、請求項９に記載の方法。
    
11. 前記第２の周波数は、１００Ｈｚ乃至２００Ｈｚである、請求項９に記載の方法。
    
12. 前記第１の振動を発生させるステップは、前記タッチスクリーン上の接触の検出の応答として行われる、請求項９に記載の方法。
    
13. 前記第２の振動を発生させるステップは、通知を提供する必要性に応答して行われる、請求項９に記載の方法。
    
14. 携帯型装置であって、
    ハウジングと
    前記ハウジングに結合されたタッチスクリーンと、
    前記ハウジングに結合されたサスペンションと、
    前記タッチスクリーンに直接結合され、且つ前記ハウジングには直接結合されていないアクチュエータと、
    第１の周波数で第１の振動を発生させ、第２の周波数で第２の振動を発生させるように適合された、前記アクチュエータに結合された制御器と、
    を備え、
    前記サスペンションは、前記第１の振動を前記ハウジングから隔離させ、且つ前記第２の振動を前記ハウジングに印加するように適合されており、
    前記第１の振動は、前記タッチスクリーンとの接触を介して第１の形式の触覚効果を感知させ、且つ前記第２の振動は、前記ハウジングとの接触を介して第２の形式の触覚効果を感知させ、
    前記第１の周波数は、前記第２の周波数及び前記アクチュエータの共振周波数よりも大きく、前記第１の形式の触覚効果は、前記タッチスクリーンとの接触に応答して、機械式ボタンの押圧をシミュレートする、携帯型装置。
    
15. 前記第１の周波数は、２００Ｈｚを超える、請求項１４に記載の装置。
    
16. 前記第２の周波数は、１００Ｈｚ乃至２００Ｈｚである、請求項１４に記載の装置。
    
17. 前記アクチュエータは、リニア共振アクチュエータである、請求項１４に記載の装置。
    
18. 前記サスペンションは、発泡材料を含む、請求項１４に記載の装置。
    
19. 前記発泡材料は、ＰＯＲＯＮ（登録商標）を含む、請求項１８に記載の装置。
    
20. 前記第１の振動は、前記タッチスクリーン上の接触に応答して、前記タッチスクリーンに印加される、請求項１４に記載の装置。
    
21. 前記第２の振動は、通知を提供する、請求項１４に記載の装置。
    
22. 携帯型装置であって、
    ハウジングと、
    前記ハウジングに結合されたタッチスクリーンと、
    前記ハウジングに結合されたサスペンションと、
    前記タッチスクリーンに直接結合され、且つ前記ハウジングには直接結合されていないアクチュエータと、
    前記アクチュエータによって第１の周波数で第１の振動を発生させるための手段であって、前記第１の振動は、前記ハウジングから隔離されている、第１の周波数で第１の振動を発生させるための手段と、
    前記アクチュエータによって第２の周波数で第２の振動を発生させるための手段であって、前記第２の振動は、前記ハウジングに伝えられる、第２の周波数で第２の振動を発生させるための手段と、
    を含み、
    前記第１の振動は、前記タッチスクリーンとの接触を介して第１の形式の触覚効果を感知させ、且つ前記第２の振動は、前記ハウジングとの接触を介して第２の形式の触覚効果を感知させ、
    前記第１の周波数は、前記第２の周波数及び前記アクチュエータの共振周波数よりも大きく、前記第１の形式の触覚効果は、前記タッチスクリーンとの接触に応答して、機械式ボタンの押圧をシミュレートする、携帯型装置。
    
23. 前記アクチュエータは、圧電物質アクチュエータである、請求項１に記載の装置。
    
24. 前記アクチュエータは、圧電物質アクチュエータである、請求項９に記載の方法。
    
25. 前記アクチュエータは、圧電物質アクチュエータである、請求項１４に記載の装置。

Images