(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一又は複数の検出されたイベントに従って少なくとも一つの作動信号を提供できる複数のセンサ回路と、
複数のハプティック・スレッドを有し、ハプティック・フィードバックを提供するハプティック・テキスタイルと、
前記複数のセンサ回路に接続され、前記作動信号に応答して前記ハプティック・スレッドを作動することにより前記ハプティック・フィードバックを生成するように構成された作動表面と、
を備える可撓性を有する装置。
【請求項２】
前記ハプティック・テキスタイルに結合され、前記ハプティック・テキスタイルを保護する透明な可撓性表面と、
前記ハプティック・テキスタイルに接続され、非接触電力伝送を提供する付属電子デバイスと、
を備える請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ハプティック・テキスタイルに接続され、ハプティック・フィードバックを提供するように構成された複数のハプティック・フィードバック機構と、
前記複数のハプティック・フィードバック機構に接続され、電力を供給するように構成された電力源と、
を備える請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記複数のセンサ回路が、前記ハプティック・テキスタイルへの接触を検出できるセンサを含む請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記複数のセンサ回路が、周辺環境の１つを検出できるセンサを含む請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記検出されたイベントが一組の所定のパラメータと対応するように構成され、前記一組の所定のパラメータが接触動作及び物理条件のうち１つを検出するために選択的に較正される請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記ハプティック・テキスタイルがタクタイル・フィードバック衣服となるように構成され、複数のハプティック・ヤーンが編み込まれてハプティック・フィードバックを提供できる請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記複数のハプティック・ヤーンが複数の糸及び前記複数のハプティック・スレッドを含み、前記複数の糸及び前記ハプティック・スレッドがハプティック・テキスタイルの表面のパターンを再構成するために編み込まれている請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記複数のハプティック・スレッドが、圧電物質、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）要素、熱流体ポケット、ＭＥＭＳポンプ、共振デバイス、可動多孔性膜、層流変調のうち１つを含む請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の装置を含み、ハプティック・フィードバックを生成できる高性能衣服。
【請求項１１】
請求項１に記載の装置を含み、ハプティック・フィードバックを生成できる家具。
【請求項１２】
一又は複数のイベントを検出し、
前記検出された一又は複数のイベントに従って第１の作動信号を提供し、
ハプティック・テキスタイルに編み込まれた複数のハプティック・スレッドから、前記第１の作動信号に従って一又は複数の第１のハプティック・スレッドを特定し、
前記第１の作動信号に応答して前記一又は複数の第１のハプティック・スレッドを作動することにより、ハプティック・テキスタイル表面の第１の部分に第１のハプティック・フィードバックを生成する、
テキスタイル・ハプティック・フィードバックを提供する方法。
【請求項１３】
所定のパラメータに従って複数のセンサを構成し、
前記所定のパラメータに従って周辺環境を監視し、
前記所定のパラメータに従って、前記ハプティック・テキスタイルに関連するイベントを検出し、
前記イベントに応答して前記第１の作動信号を生成する
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
第２の作動信号を受信し、
ハプティック・テキスタイルに編み込まれた複数のハプティック・スレッドから、前記第２の作動信号に従って一又は複数の第２のハプティック・スレッドを特定し、
前記第２の作動信号に応答して、前記一又は複数の第２のハプティック・スレッドを作動することにより、ハプティック・テキスタイル表面の第２の部分に第２のハプティック・フィードバックを生成する、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
第１の作動信号を受信することが、前記ハプティック・テキスタイルとの接触の検出に応答して接触ハプティック信号を生成することをさらに含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
第１の作動信号を受信することが、前記ハプティック・テキスタイル近傍での動きの検出に応答してアラート・ハプティック信号を生成することをさらに含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
ハプティック・テキスタイルに編み込まれた複数のハプティック・スレッドから一又は複数の第１のハプティック・スレッドを特定することが、前記第１の作動信号に従ってハプティック・テキスタイル表面におけるハプティックテキスチャー・パターンを決定することをさらに含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
ハプティック・テキスタイル表面の第１の部分に第１のハプティック・フィードバックを生成することが、前記第１の作動信号に従って第１の表面特性から第２の表面特性に変更することにより、前記ハプティック・テキスタイルの表面テキスチャーの少なくとも一部分を再構成することを含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
請求項１２に記載の方法を含んでいる高性能衣服からのハプティック・フィードバックを提供する方法。
【請求項２０】
一又は複数のイベントを検出し、前記検出された一又は複数のイベントに従って第１の作動信号を提供する手段と、
前記第１の作動信号に従って、ハプティック・テキスタイルに編み込まれた複数のハプティック・スレッドの一又は複数の第１のハプティック・スレッドを特定する手段と、
前記第１の作動信号に応答して、前記一又は複数の第１のハプティック・スレッドを作動することにより、ハプティック・テキスタイル表面の第１の部分に第１のハプティック・フィードバックを生成する手段と、
を備えるテキスタイルハプティック・フィードバックを提供する装置。
【請求項２１】
所定のパラメータに従って複数のセンサを較正する手段と、
前記所定のパラメータに従って周辺環境を監視する手段と、
前記所定のパラメータに従って、前記ハプティック・テキスタイルに関連するイベントを検出する手段と、
前記イベントに応答して前記第１の作動信号を生成する手段と、
をさらに備える請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
第２の作動信号を受信する手段と、
前記第２の作動信号に従って、ハプティック・テキスタイルに編み込まれた複数のハプティック・スレッドから一又は複数の第２のハプティック・スレッドを特定する手段と、
前記第２の作動信号に応答して、前記一又は複数の第２のハプティック・スレッドを作動することにより、ハプティック・テキスタイル表面の第２の部分に第２のハプティック・フィードバックを生成する手段と、
を備える請求項２０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、本出願人に譲渡され、係属中の以下の特許出願に関連するものである。
a. 米国特許出願第11/823,192号  2007年6月26日出願  代理人案件管理番号IMM255 (1054.P0002US)  発明の名称「マルチタッチのタクタイルタッチパネルアクチュエータ機構のための方法及び装置」
b. 米国特許出願第11/823,258号  2007年6月26日出願  代理人案件管理番号IMM272 (1054.P0003US)  発明名称「マルチタッチのハプティック・タッチパネルアクチュエータ機構用の方法及び装置」
c. 米国特許出願第11/943,862号  2007年11月21日出願  代理人案件管理番号IMM290 (1054.P0014US)  発明の名称「変形可能なハプティック表面（haptic surface）を使用して特徴部の位置を固定されたレリーフタッチスクリーンに提供するための方法及び装置」
d. 米国特許出願第12/061,463号  2008年4月2日出願  代理人案件管理番号IMM280 (1054.P0006US)  発明の名称「マルチポイント・フィードバック・テキスチャー・システムを提供する方法及び装置」
【０００２】
本発明の実施形態は、電子インタフェース・デバイスの分野に関し、より具体的には、ハプティック・フィードバックを備える可撓性物質に関する。
【背景技術】
【０００３】
近年、タッチパネルディスプレイ、監視システム、トレーニングシステム、ゲーム機、電化製品、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、サーバ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、及び携帯電話等のコンピュータシステムが普及するにつれて、直感的なマン−マシン・コミュニケーションの重要性が高まっている。マン−マシン・コミュニケーションは、一般に、ユーザ・インタフェース・デバイス及びコンピュータ・インタフェース・デバイスに関するものとして分類される。ユーザ・インタフェース・デバイスは、コンピュータに対してユーザの指令を入力する機構を提供し、コンピュータ・インタフェース・デバイスは、コンピュータがユーザに対してフィードバックを提供する機構を提供する。かかるコンピュータシステムは日常生活に関連しているにもかかわらず、通常は衣服、衣料品、及び／又は家具に統合されていない。
【０００４】
コンピュータシステム及びそのインタフェース・デバイスが通常嵩張って持ち歩きにくいことが、コンピュータ装置をテキスタイル及び／又は衣料品に応用する際の障害となっている。例えば、キーボード、マウス、ジョイスティック、電話の操作部、遠隔制御部、及び／又はタッチスクリーン等の現在利用可能なユーザ・インタフェース・デバイスは、テキスタイル及び／又は衣料品に組み込むには大きく重すぎるため、様々な物理的な制約や制限が存在する。
【発明の概要】
【０００５】
ハプティック・テキスタイル（haptic textile）の表面上にハプティック・フィードバック（haptic feedback）を生成する方法及び装置が開示される。可撓性を有するテキスタイル構造は、一群のセンサ回路及びハプティック・フィードバック回路を含む。このセンサ回路は、接触検出器又は動き検出器を含み、検出されたイベントに応じて少なくとも一つの作動信号を提供する。ハプティック・テキスタイルは、テキスタイル用スレッド及び／又はヤーンから構成されており、作動信号に応答してハプティック・フィードバックを生成することができる。
【０００６】
本発明の実施形態の追加的な特徴及び有利な効果は、以下の詳細な説明及び図面から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明の実施形態は、以下に提示する本発明の様々な実施形態の詳細な説明及び添付図面から理解されるが、例示及び説明のみを目的とするものであり、本発明は具体的な実施形態に限定されない。
【図１（ａ）】本発明の一実施形態に従って、ハプティック基板及び可撓性表面を用いたハプティック・デバイスを示す。
【図１（ｂ）】本発明の一実施形態に従って、ハプティック基板及び可撓性表面を用いたハプティック・デバイスを示す。
【図１（ｃ）】本発明の一実施形態に従って、ハプティック基板及び可撓性表面を用いたハプティック・デバイスを示す。
【図２（ａ）】本発明の一実施形態に従って、ハプティック・スレッドを有するハプティック・テキスタイルを示す。
【図２（ｂ）】本発明の一実施形態に従って、ハプティック・スレッドを有するハプティック・テキスタイルを示す。
【図３（ａ）】本発明の一実施形態に従って、ハプティック・スレッド及びアクチュエータを有するハプティック・テキスタイルを示す。
【図３（ｂ）】本発明の一実施形態に従って、ハプティック・スレッド及びアクチュエータを有するハプティック・テキスタイルを示す。
【図３（ｃ）】本発明の一実施形態に従って、ハプティック・スレッド及びアクチュエータを有するハプティック・テキスタイルを示す。
【図３（ｄ）】本発明の一実施形態に従って、ハプティック・スレッド及びアクチュエータを有するハプティック・テキスタイルを示す。
【図４（ａ）−（ｂ）】本発明の一実施形態に従って、圧電物質及び微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）要素を有するハプティック・デバイスにおけるハプティック・セルの一例を示す。
【図４（ｃ）−（ｄ）】本発明の一実施形態に従って、圧電物質及び微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）要素を有するハプティック・デバイスにおけるハプティック・セルの一例を示す。
【図５（ａ）】本発明の一実施形態に従って、熱流体ポケットを有するハプティック・セル・アレイを備えるハプティック・デバイスの側面図を示す。
【図５（ｂ）】本発明の一実施形態に従って、熱流体ポケットを有するハプティック・セル・アレイを備えるハプティック・デバイスの側面図を示す。
【図６（ａ）】本発明の一実施形態に従って、ハプティック効果を生成するＭＥＭＳポンプを備えるハプティック・セルを示す。
【図６（ｂ）】本発明の一実施形態に従って、ハプティック効果を生成するＭＥＭＳポンプを備えるハプティック・セルを示す。
【図７】本発明の一実施形態に従って、可動多孔性膜を使用するハプティック・セル・アレイを備えたハプティック・デバイスの側面図を示す。
【図８】本発明の一実施形態に従って、様々な共振デバイスを使用するハプティック・セル・アレイを備えたハプティック・デバイスの側面図を示す。
【図９】本発明の一実施形態に従って、ハプティック・テキスタイルにハプティック・フィードバックを提供する方法を示すフローチャートを図示する。
【図１０】本発明の一実施形態に従って、衣料品に加工され、非接触電力伝送を受信できるハプティック・テキスタイル部材を示す図を図示する。
【図１１】本発明の一実施形態に従って、ハプティック・テキスタイルと付属電子デバイスとの間で電力及び／又はデータを無線伝送する方法を示すフローチャートを図示する。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本明細書において、本発明の実施形態は、タクタイル・テキスタイルを提供する方法、システム、及び装置に則して説明される。
【０００９】
当業者に明らかなように、以下の実施形態の詳細な説明が単に説明のためのものにすぎず、如何なる意味においても本発明を限定するためのものではない。当業者には、本開示の利点を有する別の実施形態も容易に理解できよう。実施形態の実施態様について、添付図面を参照して詳細に説明される。同一又は類似の部分を指し示す際には、図面及び詳細な説明全体にわたって同一の参照符号を用いる。
【００１０】
本明細書では、実施態様の一般的な特徴の全てが説明されるとは限らない。実際には、如何なる実施態様の開発においても、当然のことながら、開発者に固有の目的を達成するために実施態様に特有の決定が数多くなされる。開発者に固有の目的とは、例えば、応用に当たっての制約や事業における制約を遵守することである。また、これらの目的が実施態様ごとに異なり、開発者ごとにも異なるものであることも当然である。
【００１１】
本発明の実施形態は、センサ回路を備えるハプティック・テキスタイルを開示する。このセンサ回路は、例えば接触検出器や動き検出器等であり、検出されたイベントに従って少なくとも一つの作動信号を提供する。このハプティック・テキスタイルは、テキスタイル用スレッド及び／又はヤーンで構成され、当該作動信号に従ってハプティック・フィードバックを生成することができる。このハプティック・テキスタイルは、例えば、テキスタイル上に拡散する追加的な保護表面層を含んでもよい。
【００１２】
図１ａは、本発明の一実施形態に従ってハプティック基板及び可撓性表面を用いるハプティック可撓性構造１００を示す三次元（３Ｄ）図である。可撓性構造１００は、ハプティック・フィードバックに応じてパターンを変化させることができるハプティック・テキスタイル部材又は衣服であり、可撓性表面層１０２、ハプティック基板１０４、及び変形機構１０６を備える。一又は複数のブロック（回路又は層）が構造１００に追加され又は構造１００から除去された場合であっても、本発明の実施形態の基本的な概念は変わらない。
【００１３】
ハプティック基板１０４は、表面を再構成可能なハプティック・デバイスであり、一又は複数の作動信号に応答して表面特性（surface features）を変化させることができる。ハプティック基板１０４は、ハプティック機構、ハプティック層、及びタクタイル要素と称されることもある。ハプティック基板１０４は、複数のタクタイル領域又ハプティック領域１１０〜１２４を含む。各領域は、独立に制御及び作動される。各タクタイル領域は独立に作動されるので、ハプティック基板１０４の具体的な表面パターンをパターン作動信号に応じて構成できる。各ハプティック領域は、複数のハプティック小片（haptic bits）にさらに分割することができる。各小片は、独立に活性化され、作動され、又は非作動化される。
【００１４】
可撓性表面層１０２は、一例において、ポリシロキサンとしても知られるシリコンゴム等の軟質の材料及び／又は弾性の材料から製作される。可撓性表面層１０２は、ハプティック基板１０４の物理的パターンとの接触により、その表面の形状又はテキスチャー（texture）を変える機能を有する。あるいは、可撓性表面層１０２は、ユーザの入力を受容することができる可撓性を有する接触センサ式表面である。この可撓性を有する接触センサ式表面は、複数の領域に分割される。この可撓性を有する接触センサ式表面の各領域は、当該領域が指で接触されるか又は押下されたときに入力を受容できる。
【００１５】
また、可撓性表面層１０２は、付属電子デバイスと可撓性構造１００との間の非接触電力伝送のための機構を含む。非接触電力伝送は、触覚的に実行されてもよいし、そうでなくともよい。非接触電力伝送の実施態様には、例えば、誘導結合、エバネセント結合、共鳴誘導（resonant induction）、電磁誘導充電（inductive charging）、適応誘導（adaptive induction）、電気伝導（electrical conduction）、無線周波数伝送（RF transfer）、及びこれらの同等物の一又は複数が含まれる。同様に、可撓性表面層１０２は、付属電子デバイスと可撓性構造１００との間でデータ伝送を行うための無線回路を含んでもよい。可撓性構造１００における無線実装については、図１０及び図１１においてさらに詳細に説明される。
【００１６】
ハプティック基板１０４は、振動、鉛直変位、水平変位、プッシュプル技術（push/pull technique）、エアポケット・流体ポケット、物質の局所的変形、共振機械要素（resonant mechanical element）、圧電物質、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）要素、熱流体ポケット、ＭＥＭＳポンプ、可動多孔性膜、層流変調等の様々な技術によって実現される。ハプティック基板１０４は、例えば、一又は複数のアクチュエータを備える。このアクチュエータは、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）繊維（又はナノチューブ）、圧電素子、形状記憶合金（ＳＭＡ）繊維などから構成される。人工生物学的筋肉又は人工筋肉としても知られるＥＡＰは、電圧を印加することによりその形状を変化させることができる。ＥＡＰの物理的な形状は、大きな力を受けたときに変形するものであってもよい。ＥＡＰは、電歪ポリマー、誘電エラストマー、導電性ポリマー、イオン性ポリマー−金属複合材料、応答性ゲル、バッキーゲル・アクチュエータ、又はこれらＥＡＰ材料の組み合わせから構成される。ハプティック基板１０４を構成するために用いることができる別のタイプの材料として、記憶合金としても知られる形状記憶合金（ＳＭＡ）がある。ＳＭＡは、銅−亜鉛−アルミ合金、銅−アルミ−ニッケル合金、ニッケル−チタン合金、又は銅−亜鉛−アルミ合金と銅−アルミ−ニッケル合金及び／又はニッケル−チタン合金の組み合わせから製造できる。ＳＭＡは、元の形状から変形された後に周辺温度及び／又は周辺環境に応じて元の形状を回復するという特徴を有する。本実施形態においては、特定のハプティック効果を得るためにＥＡＰ、圧電素子、及び／又はＳＭＡを組み合わせることができる。
【００１７】
変形機構１０６は、引っ張り力及び／又は押圧力を提供し、ハプティック基板１０４内の要素を変換して可撓性表面１０２を変形させる。例えば、変形機構１０６が可撓性表面１０２とハプティック基板１０４との間に真空を発生させたときに、可撓性表面１０２がハプティック基板１０４に押しつけられ、これにより、可撓性表面１０２がハプティック基板１０４の表面パターンに従ったテキスチャーを示すようになる。
【００１８】
図１ｂは、本発明の一実施形態に従ってハプティック基板及び可撓性表面を用いるハプティック基板１３０を図示する三次元図を示す。ハプティック基板１３４は、タクタイル領域１３６及びタクタイル領域１３９が作動される点を除いて、図１（ａ）に示したハプティック基板１０４に類似する。タクタイル領域１３６及びタクタイル領域１３９は、ｚ方向に隆起している。ハプティック基板１３４は、一又は複数の作動信号を受信すると、その作動信号に従って表面パターンを特定する。ハプティック基板１３４は、タクタイル領域１３６及びタクタイル領域１３９などの様々なタクタイル領域を作動することにより特定されるパターンを提供し、当該パターンを生成する。
【００１９】
図１ｃは、本発明の一実施形態に従ってハプティック基板及び可撓性表面を用いるハプティック部材又はハプティック構造１４０を図示する三次元図を示す。変形機構１０６が作動されるときに、可撓性表面１４２は、ハプティック基板１３４の上にもたれかかっている。ハプティック基板１３４は、図ｌｂに示されているように、２つのバンプ１５６及びバンプ１５９を形成する２つの作動されたタクタイル領域１３６及びタクタイル領域１３９を有している。一例において、バンプ１５６及びバンプ１５９は、２つのボタンを模したものである。例えば、ハプティック基板１３４は、一又は複数の信号に応答して、多数の物理的パターンの一つを生成することができる。このようにして、ハプティック基板１３４によって提供される一つ又は複数のパターンに従って、可撓性表面１０２を異なるパターンに再構成することができる。
【００２０】
図２（ａ）は、本発明の一実施形態に従ってハプティック・スレッドを備えるハプティック・テキスタイル部材２００を示す。テキスタイル２００は、鉛直方向に配置されたスレッド２０２と、水平方向に配置されたスレッド２０６とを含む。スレッド２０２は、スレッド２０６と織り合わされ又はスレッド２０６に織り込まれてテキスタイルを形成している。ハプティック・テキスタイル２００をさらに保護するため、例えば透明の可撓性を有する保護用層が、ハプティック・テキスタイル２００の上に配置される。追加的な層がテキスタイル２００に追加され又はテキスタイル２００から除去された場合でも、本発明の実施形態の基本的な概念は変更されるものではない。
【００２１】
テキスタイル２００は、スレッド２０２〜２０６を含む。これらのスレッドは、全てハプティック・スレッドである。スレッド２０２は、スレッド２０６と編み合わされて構成され、ハプティック・テキスタイルを形成する。このハプティック・テキスタイルにおいて、スレッド２０２及び／又はスレッド２０６の各々は、独立に選択及び作動される。局所的な統一ハプティック領域として、複数のスレッド２０２及び／又はスレッド２０６のセットを共に作動することができる。テキスタイル２００は、スレッド２０２の一部がハプティック・スレッドでありスレッド２０６の一部がハプティック・スレッドであるスレッド２０２〜２０６で構成されてもよい。用途によっては、一部がハプティック・スレッドで一部が天然糸で構成されるテキスタイル２００も、全てハプティック・スレッドで構成されている場合と同様のハプティック効果を生成できる。例えば、ハプティック・ヤーンを、ハプティック材料から成る糸やハプティック材料以外の材料から成る糸と撚り合わせることができる。ハプティック材料以外の材料から成る糸には、綿、シルク、ウール、合成材料、ナイロンなどから成る糸が含まれる。
【００２２】
衣服は、テキスタイル又はキャンバスの一部である。このテキスタイルやキャンバスは、綿やナイロン等のテキスタイル又は編物である。テキスタイル２００は、編み込みテキスタイルを形成するためにスレッド２０２が鉛直方向に配置される一方でスレッド２０６が水平方向に配置されているスレッド・パターン又はヤーン・パターンを示す。図２（ａ）に示されているように、電力供給を受けるために、スレッド２０２は正の電圧と接続され、スレッド２０６は負の電圧と接続されている。斜め方向パターン、模様パターン、絵画パターン等の別のテキスタイルパターン及び／又はテキスタイル構造を用いることもできる。これら以外に、析出、フィルム加工、接着、及びラミネート加工等の技術を用いてハプティック・テキスタイル又はハプティック衣服を製造することができる。
【００２３】
ハプティック・テキスタイル２００は、マルチポイント・ハプティック・フィードバック・システムを提供するように構成される。例えば、ユーザの指の各々が、異なる特徴又は効果を表し又は模倣する異なるタクタイル・フィードバック効果又はタクタイル・フィードバック効果を感じることができる。あるいは、ユーザの指は、特定のハプティック効果を模倣する複数のハプティック信号から構成されるタクタイル・フィードバックを感じることができる。ハプティック・スレッド又はハプティック・ヤーンは、ハプティック・ヤーン又はハプティック・スレッドを作製するために通常の天然物質とハプティック部材とを撚り合わせた糸から作製される。マルチポイント・ハプティック・フィードバック及びシングルポイント・ハプティック・フィードバックは、独立のアクチュエータを用いて、又は、独立のアクチュエータを用いずに、ハプティック・スレッド又はハプティック・ヤーンによって生成される。例えば、電圧の印加により、ハプティック・スレッドを振動させ、又は、糸の物理的な大きさを変化させることができる。
【００２４】
イベントが検知されると、一又は複数のハプティック・スレッドによってハプティック・フィードバック効果が生成される。このイベントは、例えば、ユーザの腕とテキスタイル２００との間の接触である。別のイベントは、テキスタイル２００の近くにおいて検知された動きである。スレッド又はヤーンの形状を有する異なる種類のハプティック部材によって、様々な種類のハプティック・フィードバックを生成することができる。スレッド（糸）を作るために用いられるハプティック部材又はハプティック物質には、圧電物質、ＭＥＭＳ素子、熱流体ポケット、ＭＥＭＳポンプ、共振デバイス、可動多孔性膜、層流変調などが含まれるがこれらに限られない。
【００２５】
ハプティック・テキスタイル２００は、通信、実用品、動的なリアルタイム・フィードバック、審美的なパターン（aesthetic pattern）などの様々な用途に用いられる。通信用途においては、テキスタイル２００は、アラート、通知、方角などに関する情報を提供するために用いられる。例えば、センサ機構によって宇宙服の空気漏れが検出されたときに、テキスタイル２００によってその宇宙服を着用している者（宇宙飛行士）に対してリーク・アラートを提供できる。また、テキスタイル２００は、宇宙飛行士に対して酸素がどのぐらい保つのか通知することもできる。さらに、複数のハプティック・テキスタイル２００は、無線通信網を介して互いに通信することができる。例えば、警察官は、自分の手袋の所定位置をたたいて他の警察官に進むべき方角を伝えることができる。動き及び接触を検知するために、テキスタイル２００を動き検出器及び／又は接触センサとともに用いることができる。
【００２６】
実用品用途においては、テキスタイル２００は、テキスタイルの色、厚み、テキスチャー、ユーザビリティなどを変更することができる。例えば、テキスタイル２００は、一組の手袋の内側に用いることができ、着用時には表面が滑らかになるように内部表面のテキスチャーを変更し、その後にグリップを良くするために表面のテキスチャーを粗く変更することができる。また、テキスタイル２００は、車椅子の座面に用いられる。当該座面の表面テキスチャーは、着座動作をスムーズに行うために滑らかに又は摩擦がない状態に変化し、その後ユーザが座ってから表面を粗いテキスチャーに変更することができる。テキスタイル２００は、温度に応じてその厚みを変更することができる。例えば、温度計によって低温が検出されると、テキスタイル２００は、断熱のために手動又は自動で厚手のテキスタイルに変化する。あるいは、温度センサによって高温が検知されると、テキスタイル２００は、空気の流れで冷却できるようにより通気性が良いテキスタイルになる。ハプティック・スレッドの物理的な大きさが変化できるので、必要に応じて防水の衣服又は通気性の良い衣服として用いることができる。
【００２７】
テキスタイル２００は、カモフラージュ効果を提供することができる。例えば、テキスタイル２００は、周辺環境のテキスチャー及び色に応じて、表面テキスチャー及び色を変えることができる。カモフラージュとは、錯覚により周辺環境から見分けられないようにするために隠蔽色を用いる方法である。このように、テキスタイル２００は、兵士の制服、軍隊の乗り物、戦闘機、構造物、船舶などに用いることができる。テキスタイル２００は、環境条件を検出すると、カモフラージュ表面を自動的に調節して周囲に溶け込む。また、テキスタイル２００は、審美的な外観又は審美的なテキスチャーのために用いられる。例えば、高性能衣服又は高性能家具は、自らの表面パターン及び色を変化させることができる。テキスタイル２００は、可視光で光ることができる。ハプティック・テキスタイルを用いた審美的な用途は、衣服、家具、乗り物、道具、楽器などである。ハプティック・テキスタイル２００は、パターンを局所的に変えることもできるし、表面全体を変化させることもできる。
【００２８】
スレッド２０２及び２０６を編み込むことにより、ハプティック・フィードバック生成部によって作動可能なハプティック・テキスタイルが形成される。入力エネルギーによって制御される可変表面テキスチャー（又は振動）は、テキスタイル表面全体にわたって一様な効果が生ずるように伝搬してもよく、離散した位置に伝搬することもできる。ハプティック・スレッドによって、異なるテキスチャー又は振動を、複数の地点において同時に生成することができる。
【００２９】
図２（ｂ）は、本発明の一実施形態に従って、局所的に作動するハプティック・スレッドを備えるハプティック・テキスタイル２５０を示す。図２（ａ）に示すテキスタイル２００と同様に、テキスタイル２５０は、鉛直方向に配置されたスレッド２０２と、水平方向に配置されたスレッド２０６とを含む。スレッド２０２は、スレッド２０６と織り合わされ又はスレッド２０６に織り込まれて、可撓性を有するテキスタイルを形成している。テキスタイル２５０は、交差位置２５８又はハプティック・スレッド２５２とハプティック・スレッド２５６とが交差する作動位置を示す。スレッド２５２〜２５６は、位置２５８で交差する。位置２５８は、作動位置として振る舞う。ハプティック・フィードバック生成部は、ハプティック・フィードバックの種類が決定されると、振動タクタイル・フィードバック（vibrotactile feedback）又は運動感覚フィードバック（kinesthetic feedback）を生成し、位置２５８において局所的なハプティック効果を提供する。各作動位置は、独立に選択することができ、独立に作動させることができる。
【００３０】
図３（ａ）は、本発明の一実施形態に従って、ハプティック・スレッド及びアクチュエータを備えるハプティック・テキスタイルを示す概略図３００を図示する。概略図３００には、スレッド３０２、スレッド３０６、及びアクチュエータ３０８のアレイが含まれる。スレッド３０２は、鉛直方向に配置されており、スレッド３０６は、水平方向に配置されている。スレッド３０２は、スレッド３０６と織り合わされ又はスレッド３０６に織り込まれて、可撓性を有するテキスタイル部材又はテキスタイル構造を形成している。異物から保護するために、透明な可撓性を有する保護層がハプティック・テキスタイルの上に設けられる。追加的な層がテキスタイル３００に追加され又はテキスタイル３００から除去された場合でも、本発明の実施形態の基本的な概念は変更されるものではない。
【００３１】
ハプティック・テキスタイルは、スレッド３０２〜３０６を含む。スレッド３０２とスレッド３０６とのそれぞれの交差部にはアクチュエータ３０８が設けられている。アクチュエータ３０８は、独立に選択及び作動される。概略図３００は、アクチュエータ３０８が全てオフ状態又は非作動状態になっている編み込みスレッド３０２〜３０６を示す。一例において、オフ状態は、ユーザとの相互作用がないことを示す。アクチュエータ３０８を、グループ、部分、又は領域として選択し、選択したアクチュエータ３０８を同時に作動するようにしてもよい。また、テキスタイル３００は、スレッド３０２の一部がハプティック・スレッドでありスレッド３０６の一部がハプティック・スレッドであるスレッド３０２〜３０６で構成されてもよい。用途によっては、一部がハプティック・スレッドで一部が天然糸のテキスタイル２００も、全てハプティック・スレッドで構成されている場合と同様のハプティック効果を生成できる。
【００３２】
テキスタイルは、スレッド３０２とスレッド３０６とが編み込まれた糸によって形成される。スレッド３０２は正の電圧と接続され、スレッド３０６は負の電圧と接続されている。スレッド３０２及びスレッド３０６を編み込むことにより、ハプティック・フィードバック・アクチュエータによって表面３００の一部又は全部が作動されるハプティック衣服を形成できる。入力エネルギーによって制御される可変表面テキスチャー（又は振動）は、テキスタイル表面全体にわたって一様な効果が生ずるように伝搬することができ、離散した位置に伝搬することもできる。ハプティック・スレッドによって、異なるテキスチャー又は振動を、複数の地点において同時に生成することができる。
【００３３】
イベントの検出により、一又は複数のハプティック・スレッド３０２〜３０６及び／又はアクチュエータ３０８によってハプティック・フィードバック効果が生成される。このイベントは、例えば、ユーザの腕とテキスタイル２００との接触である。異なる種類のハプティック部材又はハプティック物質によって、様々な種類のハプティック・フィードバックを生成することができる。スレッド（糸）を作るために用いられるハプティック部材又はハプティック物質には、圧電物質、ＭＥＭＳ素子、熱流体ポケット、ＭＥＭＳポンプ、共振デバイス、可動多孔性膜、層流変調などが含まれるがこれらに限られない。
【００３４】
図３（ｂ）は、本発明の一実施形態に従って、ハプティック・スレッド及び作動されたアクチュエータを備えるハプティック・テキスタイルを示す概略図３２０を図示する。概略図３２０には、スレッド３０２、スレッド３０６、及びアクチュエータ３０８のアレイが含まれており、アクチュエータ３２２の少なくとも一部分が作動されている。スレッド３０２は、スレッド３０６と織り合わされ又はスレッド３０６に織り込まれて、可撓性を有するテキスタイル部材又はテキスタイル構造を形成している。ハプティック・テキスタイルは、スレッド３０２〜３０６を含み、スレッド３０２とスレッド３０６との交差部の各々にはアクチュエータ３０８が設けられている。アクチュエータ３０８は、それぞれ独立に選択及び作動される。
【００３５】
概略図３２０は、アクチュエータ３２２の一部がオン状態又は作動状態になっている編み込みスレッド３０２〜３０６を示す。例えば、作動されたアクチュエータ３２２は、ハプティック・テキスタイルの表面全体を横切る斜め方向のストライプを有する静的なテキスチャー・パターンを形成する。用途によっては、一部がハプティック・スレッドで一部が天然糸で構成される可撓性テキスタイルを用いることができる。パターンは、異なる色、物理的な大きさなども含めたパターンを意味してもよい。
【００３６】
図３（ｃ）は、本発明の一実施形態に従って、単一の作動されたアクチュエータを有するハプティック・スレッドを備えるハプティック・テキスタイルを示す概略図３５０を図示する。概略図３５０には、スレッド３０２、スレッド３０６、及びアクチュエータ３０８のアレイが含まれており、アクチュエータ３５２が作動されている。ハプティック・テキスタイルは、スレッド３０２〜３０６を含み、スレッド３０２とスレッド３０６とのそれぞれの交差部の各々にはアクチュエータ３０８が設けられている。アクチュエータ３０８は、それぞれ独立に選択及び作動される。概略図３５０は、アクチュエータ３５２がオン状態又は作動状態になっている編み込みスレッド３０２〜３０６を示す。アクチュエータ３５２は、交差部の単一の位置を表す。例えば、作動されたアクチュエータ３５２は、単一の位置における静的なハプティック・フィードバック効果を発生させる。あるいは、作動されたアクチュエータ３５２は、動的なリアルタイムの又は実質的にリアルタイムのフィードバックを提供する接触式センサと相互作用することができる。
【００３７】
図３（ｄ）は、本発明の一実施形態に従って、複数の作動されたアクチュエータを有するハプティック・スレッドを備えるハプティック・テキスタイルを示す概略図３８０を図示する。概略図３８０には、スレッド３０２、スレッド３０６、及びアクチュエータ３０８のアレイが含まれており、同図では、５つのアクチュエータ３８２が作動されている。ハプティック・テキスタイルは、スレッド３０２〜３０６を含み、スレッド３０２とスレッド３０６との各々の交差部の各々にはアクチュエータ３０８が設けられている。アクチュエータ３０８は、それぞれ独立に選択及び作動される。概略図３８０は、５つのアクチュエータ３８２がオン状態又は作動状態になっている編み込みスレッド３０２〜３０６を示しており、マルチポイント相互作用を表している。例えば、作動されたアクチュエータ３８２は、マルチポイントの静的なハプティック・フィードバックを発生させる。あるいは、作動されたアクチュエータ３８２は、動的なリアルタイムの又は実質的にリアルタイムのフィードバックを提供する接触式センサと相互作用することができる。ハプティック・テキスタイルを標準的なテキスタイルに編み込むことにより、ハプティック衣服、ハプティック家具、又はこれら以外の通常のテキスタイル用途で利用することができる。
【００３８】
上述したハプティック基板、ハプティック・アクチュエータ、及び／又はハプティック機構は、ハプティック・テキスタイルのハプティック・フィードバックを制御するために用いられる。最適なハプティック効果を実現するために、ハプティック・テキスタイル又はハプティック衣服においては、様々なハプティック基板及び／又はハプティック機構の組み合わせが用いられる。以下、図４から図８に示される実施形態は、表面テキスチャーを制御するためのハプティック・フィードバックを発生するだけでなく、入力確認を行うために使用できるハプティック・デバイス又はハプティック・アクチュエータの別の例である。
【００３９】
図４（ａ）は、本発明の一実施形態に従って、ハプティック効果を生成する圧電物質を用いるタクタイル領域又はハプティック領域４１０を示す。領域４１０は、電気絶縁層４０２と、圧電物質４０４と、ワイヤ４０６とを含む。電気絶縁層４０２は、上面及び底面を有し、当該上面は入力を受容するように構成される。一実施形態における圧電物質４０４のグリッド又はアレイは、圧電層又はハプティック層を形成するように構成されており、これらの層も上面及び底面を有する。圧電層上面は、電気絶縁層４０２の底面に隣接して配置される。各領域４１０は、少なくとも１つの圧電物質４０４を含み、圧電層内の他の圧電領域４１０から独立したハプティック効果を発生するために圧電物質４０４が使用される。隣接する複数の領域４１０は、実質的に同時になされる複数の接触に応答して作動され、複数のハプティック効果を発生することができる。領域４１０の各々は、圧電材料から成り、これにより固有のハプティック効果を発生することができる。
【００４０】
一部の実施形態において、電気絶縁層４０２及び圧電層を含むタクタイルタッチパネルは、さらに不図示のディスプレイを含む。このディスプレイは、圧電層の底面に結合でき、電気絶縁層４０２の上面から見ることができるように画像を投影できる。このディスプレイは、可撓性を有するものであってもよいし、可撓性を有しないものであってもよい。圧電物質４０４は、実質的に透明で小型である。圧電物質４０４の形状は、例えば、ワイヤ４０６を介して印加される電位に応答して変形する。
【００４１】
圧電フィルムは、製造工程において、圧電領域４１０のアレイ又はグリッドを含むように印刷される。圧電物質を含む領域４１０のフィルムは、セルグリッド配置でシート上にプリントされてもよい。このフィルムは、電気制御信号を用いてデバイス内の全ての領域４１０をアドレス指定するためのワイヤをさらに含む。領域４１０は、例えば、縁部実装又は背面実装された電子部品を用いて作動される。圧電物質は、水晶及び／又は石英（ＳｉＯ２）等のセラミックスを含むことができる。
【００４２】
図４（ｂ）は、本発明の一実施形態に従って、ハプティック効果を生成するタクタイル領域４１０又はハプティック領域４１０を図示する。動作中にワイヤ４０６を介して圧電物質４０５に電位が印加されると、圧電物質４０５は、図４（ａ）に示す圧電物質４０４の元の形状から、圧電物質４０５の拡大された形状に変形する。電気絶縁層４０３は、圧電物質４０５の変形によって、図４（ａ）に示す層４０２の形状から変形し又は歪んでいる。あるいは、圧電物質４０５は、印加された電位が除去されるとただちに元の状態に復帰する。図４（ａ）〜（ｂ）に示されるデバイスに別のブロック（回路又は機械的デバイス）が追加されても、本発明の基本的な概念は変化しない。圧電物質をＳＭＡ等の他の物質で置き換えた場合には、かかる物質は、電位除去後の一定期間において変形後の形状を維持することができる。圧電アクチュエータ以外の材料を使用しても、本発明の実施形態の基本的な概念は変わらない。このように、圧電アクチュエータのグリッドを使用して、インタフェース・デバイスの接触式センサ表面の表面テキスチャーを制御することができる。
【００４３】
図４（ｃ）は、本発明の一実施形態に従ってハプティック効果を生成するＭＥＭＳデバイス４５２を使用するタクタイル領域もしくはハプティック領域又はセル４１０を示す概略図４５０である。概略図４５０は、セル４１０の平面図を示すブロック４６０を図示する。セル４１０は、デバイス４５２を含む。ＭＥＭＳデバイス４５２が実質的に透明であるため、ブロック４６０を通して、不図示のディスプレイからの投影画像を見ることができる。ハプティック効果を滑らかにするとともにハプティック効果を生成するために、ハプティック・セル４１０の各々が少なくとも１本のワイヤに接続されている。
【００４４】
ＭＥＭＳは、シリコン基板又は有機半導体基板上の機械的デバイス、センサ、及び電子回路の集積デバイスと考えることができ、従来の微細加工プロセスによって製造できる。例えば、この電子デバイスは半導体製造プロセスを使って製造することができ、マイクロ機械的デバイスは適合する微細加工プロセスを使って製造できる。ＭＥＭＳデバイス４５２のグリッド又はアレイは、複数の片持バネから製作される。これら片持バネのグリッドは、ＭＥＭＳ製造技術を使ってエッチングされる。また、片持バネを作動又は駆動するための電気ワイヤが、ＭＥＭＳデバイス４５２の表面に直接エッチングされる。これにより、ＭＥＭＳデバイスの各々をアドレス指定できるようになる。ＭＥＭＳの片持ち梁は、（振動タクタイル・フィードバックのために）共振駆動として使用することができ、（運動感覚フィードバックのために）直接作動として使用することができる。
【００４５】
図４（ｄ）は、ＭＥＭＳデバイス４５２の側面図を示す。ＭＥＭＳデバイスを横切るように電位を印加すると、ＭＥＭＳデバイス４５２の元の状態からＭＥＭＳデバイス４６４の変形した状態へ、ＭＥＭＳデバイス４６２を刺激し又は変形することができる。元の状態と変形した状態の間の変位量４５４は、使用材料の組成及びＭＥＭＳデバイス４５２の寸法に応じて決まる。ＭＥＭＳデバイス４５２は小さいほど製造も容易となるが、変位量４５４は小さくなる。片持バネは圧電材料から製造できる。また、圧電材料は、指の先端の位置及び押圧を検出するためのセンサとして使用できる。
【００４６】
ＭＥＭＳデバイス４５２は、上述した片持バネの代わりにＳＭＡを用いる。ＳＭＡを使用するＳＭＡデバイス４５２によって生成される作動によって、運動感覚フィードバックが提供される。ＳＭＡは、元の形状から変形した後、周辺温度及び／又は周辺環境に応じて元の形状を回復する。本発明においては、圧電素子、片持バネ、及び／又はＳＭＡを組み合わせて特定のハプティック効果を実現することができる。このように、ＭＥＭＳデバイス４５２のグリッドを用いて、インタフェース・デバイスの接触式センサ表面の表面テキスチャーを制御することができる。
【００４７】
図５（ａ）は、本発明の一実施形態に従って、熱流体ポケット５０４を備えるハプティック・セル・アレイ又はタクタイル領域５０２を示すインタフェース・デバイス５００の側面図である。デバイス５００は、絶縁層５０６、ハプティック層５１２、及びディスプレイ５０８を含む。絶縁層５０６の上面はユーザからの入力を受容し、絶縁層５０６の底面はハプティック層５１２の上面に隣接して配置される。ハプティック層５１２の底面は、ディスプレイ５０８に近接して配置され、ハプティック層５１２及び絶縁層５０６は、実質的に透明であるため、ディスプレイ５０８に表示された物体又は画像をハプティック層５１２及び絶縁層５０６を通して見ることができる。ディスプレイ５０８は、インタフェース・デバイスを機能させるために不可欠な部材ではない。
【００４８】
液体充填セル５０２のグリッドを含むハプティック層５１２は、少なくとも一つの熱流体ポケット５０４及び関連する作動セル５１０をさらに含む。液体充填セルの各々は、複数の熱流体ポケット５０４及び関連する作動セル５１０を含むことができる。液体充填セル５０２は、複数の動作セルを含むことができるので、作動セルの作動の組み合わせを変更することにより、異なるハプティック効果が生成される。
【００４９】
作動セル５１０は、関連する熱流体ポケット５０４を加熱する加熱素子である。加熱技術に関連する様々な電気的、光学的及び機械的技術を使用して、作動セル５１０を製作することができる。例えば、セル５１０を作動させるために、様々な電気的に制御された抵抗器を使用できる。これら抵抗器は、製造時にハプティック層５１２に埋め込むことができる。あるいは、熱流体ポケット５０４を加熱する作動セル５１０として、赤外線レーザーのような光学的刺激装置も使用できる。光学的刺激装置は、例えば、インタフェース・デバイスの縁部に取り付けられる。流体ポケットを加熱する機能を実行できる限り、作動セル５１０は、いかなる種類の光学的又は放射性のアクチュエータであってもよい。
【００５０】
デバイス５００は、図５（ａ）には示されていない一組の制御ワイヤをさらに含む。作動セル５１０の各々は、少なくとも一対のワイヤに対して結合されている。これらのワイヤは、作動セル５１０を駆動するために用いられる作動制御信号／非作動制御信号を送信するように構成されている。液体充填セルの各々は、有線又は無線ネットワークからの信号を使ってアドレス指定可能である。ディスプレイ５０８は、フラットパネルディスプレイ又は可撓性を有するディスプレイとすることができる。ディスプレイ５０８の物理的な位置はハプティック層５１２の位置と交換可能である。また、熱流体ポケット５０４を圧電グリッドによって作動することができる。
【００５１】
熱流体ポケット５０４に含まれる流体は、比熱が低く熱膨張率が高いという物理的性質を有する。この流体の例には、グリセリン、エチルアルコールなどが含まれる。熱流体ポケット５０４は、絶縁層５０６によって検出される複数の接触に応答して、複数の局所的な歪みを生成できる。局所的な歪みの各々は、加熱された熱流体ポケット５０４によって生成される。この熱は、関連する作動セル５１０によって生成される。熱流体ポケット５０４の物理的形状は、ポケット内の流体の温度に従って可変である。また、流体充填セル５０２は、アクティブな冷却システムを有する。この冷却システムは、熱流体ポケット５０４が非作動化された後に熱流体ポケット５０４の拡大形状を元の形状に戻すために使用される。流体温度の制御は、ハプティックバンド幅に影響を与える。流体温度の上昇速度及び下降速度は、連続的なハプティック効果の速度に影響を与える。
【００５２】
ハプティック触感を発生するセルの性能は、各流体セル５０２の物理寸法によっても影響を受ける。セルが小さい場合には、セル内の流体の熱が急速に散逸するとともに温度上昇も急速になるので、例えば流体セル５０４の寸法が指の２分の１よりも小さい場合にはセル５０４の性能は高まることになる。ハプティック効果を増強するために、感熱流体で満たされた熱流体ポケット５０４の代わりに、塑性流体で満たされた熱塑性ポケットが使用される。ポリエチレンなどの塑性様流体で満たされた熱塑性ポケットを使用すると、生成される熱塑性歪みを大きくすることができる。熱塑性ポケットは、ユーザに対し、様々な固有のハプティック触感を提供することもできる。熱流体ポケット５０４内の熱流体の代わりに、電気粘性流体及び／又は磁気粘性流体などの新しい流体を用いることができる。電気粘性流体で満たされた熱流体ポケット５０４は、局所的な又は遠隔からの電界によって刺激され、他方、磁気粘性流体で満たされた熱流体ポケット５０４は局所的な又は遠隔からの磁界によって刺激される。
【００５３】
図５（ｂ）は、本発明の一実施形態に従って熱流体ポケット５５４を用いたハプティック・セル・アレイ５０２を示すインタフェース・デバイス５５０の側面図である。また、デバイス５５０は、作動された熱流体ポケット５５４及び作動された作動セル５６０を示す。動作中に作動セル５６０が作動されると、熱流体ポケット５５４は、元の状態５５６から拡大された熱流体ポケット５５４へ、その物理的容積（又は寸法）を増加させる。作動セル５６０は、作動されると、熱流体ポケット５５４又は５５６に熱５６２を供給し、熱流体ポケット５５４又は熱流体ポケット５５６の寸法を拡大する。熱流体ポケット５５４の拡大に起因して、絶縁層５０６の局所化された部分５５２が形成される。熱流体ポケット５５４内の流体の温度が低下するとただちに、熱流体ポケット５５４の寸法は元の状態５５６に復帰する。熱流体ポケット５５６の元の寸法と熱流体ポケット５５４の拡大寸法との間の寸法の変化によって、ハプティック効果が生み出される。作動セル５６０は、赤外線センサ作動装置などの電気加熱素子又は光学加熱素子であってもよい。このように、熱流体ポケット５５２を使用するハプティック・セルのアレイを用いて、インタフェース・デバイスの接触式センサ表面の表面テキスチャーを制御することができる。
【００５４】
図６（ａ）は、本発明の一実施形態に従ってＭＥＭＳポンプ６０２のアレイを示すインタフェース・デバイス６００の側面図である。このＭＥＭＳポンプ６０２のアレイを用いることにより、表面テキスチャーを制御するためのタクタイル領域を実現することができる。概略図６００は、絶縁層６０６と、ハプティック層６１２とを含む。絶縁層６０６の上面は、ユーザからの接触を受容するように構成されており、絶縁層６０６の底面は、ハプティック層６１２の上面に隣接して配置されている。ハプティック層６１２の底面は、ディスプレイ（図６（ａ）では不図示）に隣接して配置されている。ハプティック層６１２及び絶縁層６０６は実質的に透明であるため、ディスプレイに表示された物体又は画像をハプティック層６１２及び絶縁層６０６を通して見ることができる。ディスプレイはインタフェース・デバイスを機能させるために不可欠な部材ではない。
【００５５】
ハプティック層６１２は、ＭＥＭＳポンプ６０２のグリッドを含んでいる。このグリッドはさらに、少なくとも１つのポケット６０４を含んでいる。各ＭＥＭＳポンプ６０２は、加圧バルブ６０８と減圧バルブ６１０とを含む。加圧バルブ６０８は吸入チューブ６１４と連結されており、減圧バルブ６１０は排出チューブ６１６と連結されている。高流体圧下にある吸入チューブ６１４を用いることにより、加圧バルブ６０８を通して液体をポンピングし、ポケット６０４を膨張させることができる。同様に、減圧下にある排出チューブ６１６を用いることにより、減圧バルブ６１０を通して液体を放出し、ポケット６０４から圧力を解放することができる。ＭＥＭＳポンプ６０２を同じ加圧流体タンクに連結することも可能である。また、加圧バルブ６０８と減圧バルブ６１０とを組み合わせて、吸入チューブ６１４及び排出チューブ６１６双方のための単一のバルブとすることもできる。また、吸入チューブ６１４及び排出チューブ６１６を組み合わせて１本のチューブにすることも可能である。
【００５６】
ＭＥＭＳポンプ６０２のグリッドは、加圧バルブ６０８及び減圧バルブ６１０のアレイを含む。加圧バルブ６０８は、後方設置又は側方設置の加圧された液体タンクに加圧下で連結されており、減圧バルブ６１０は、後方設置又は側方設置の減圧液体タンクに低圧下で連結されている。バルブ６０８〜６１０は、ＭＥＭＳポンプ６０２内の液体ポケット６０４の充填及び排出を制御することにより、局所的な歪みを生成する。加圧液体タンクを使用する利点は、絶縁層６０６の表面を迅速に変形し、最低限のエネルギー消費で、又は、エネルギーを全く消費することなく、この変形を維持できることにある。ＭＥＭＳポンプ６０２は、加圧空気又はそれ以外の加圧ガスを用いて、液体と同様の結果を得ることができる。
【００５７】
デバイス６００は、一組の制御ワイヤ６１７〜６１８をさらに含む。これらのワイヤを用いて、加圧バルブ６０８及び減圧バルブ６１０をそれぞれ制御することができる。ハプティック層６１２における各バルブは、有線又は無線ネットワークから送信される電気信号を使用してアドレス指定可能である。
【００５８】
図６（ｂ）は、本発明の一実施形態に従ってＭＥＭＳポンプ６０４のアレイを有するインタフェース・デバイス６２０及び６５０の２つの概略図を示す。デバイス６２０は、作動されたポケット６２３を示す。このポケットは作動された吸入バルブ６３０と、作動されていない排出バルブ６３２とを含む。ポケット６２３は、動作中に吸入バルブ６３０が作動されると、その元の状態６２４から拡大されたポケット６２３へその物理的容積（又は寸法）を増加させる。ワイヤ６２８からの電気信号に応答して吸入バルブ６３０が作動（又は開放）されると、吸入チューブ６２５は、加圧タンクからポケット６２３へ液体６２６をポンプ送りする。ポケット６２３の膨張に起因して、絶縁層６０６に局所的な的歪み６２２が生じる。
【００５９】
デバイス６５０は、ポケットの拡大された状態６２３からポケットの元の状態６５３への作動されるＭＥＭＳポンプの復帰を示す。減圧バルブ６６０が作動されると、減圧バルブ６６０は、ポケット６５３から低圧排出口６５４まで液体６５６を解放する。減圧バルブ６６０は、ワイヤ６５８からの少なくとも１つの制御信号によって制御される。ポケットの元の寸法６０４とポケットの拡大された寸法６２３との間の容積変化によってハプティック効果が生成される。このように、ＭＥＭＳポンプ６０２のアレイを用いることにより、インタフェース・デバイスの接触式センサ表面の表面テキスチャーを制御することができる。
【００６０】
図７は、本発明の一実施形態に従って可動多孔性膜７１０を使用するハプティック・セル・アレイ７０２を備えたインタフェース・デバイス７００の側面図を示す。可動多孔性膜７１０を用いることにより、表面テキスチャーを制御するためのタクタイル領域を実現することができる。デバイス７００は、絶縁層７０６とハプティック層７１２とを含む。絶縁層７０６の上面はユーザからの入力を受けるように構成されているが、絶縁層７０６の底面はハプティック層７１２の上面に隣接している。ハプティック層７１２の底面はディスプレイ（図７では不図示）に隣接して配置されており、ハプティック層７１２及び絶縁層７０６は実質的に透明又は半透明であるため、ハプティック層７１２と絶縁層７０６を通してディスプレイに表示されている物体又は画像を見ることができる。ディスプレイは、インタフェース・デバイスを機能させるために不可欠の部材ではない。
【００６１】
ハプティック層７１２は、ハプティック・セル７０２のグリッド、吸入バルブ７０３、及び排出バルブ７０４を含む。ハプティックセンサ７０２は、流体を充填可能なポケットとなっている。ハプティック層７１２は、このハプティック層が可動多孔性膜を使用していることを除けば、図６（ａ）に示したハプティック層６１２に類似している。各吸入バルブ７０３はワイヤ７１３によって伝送される制御信号によって制御され、各排出バルブ７０４はワイヤ７１４を通して伝送される電気信号によって制御される。いずれの吸入バルブ７０３又は排出バルブ７０４も、少なくとも１つの可動多孔性膜７１０を使用している。この可動多孔性膜７１０は、液体タンクに連結されており（又は液体タンクと向きあっており）、膜７１０を通って進入及び／又は通過する液体の量を制御するように構成されている。可動多孔性膜を使用する利点は、最低限のエネルギー消費で、又は、エネルギーを全く消費することなく、絶縁層７０６の変形を維持できることである。このように、可動多孔性膜７１０を使用するハプティック・セルのグリッドを用いて、デバイスの接触式センサ表面の表面テキスチャーを制御することができる。
【００６２】
図８は、本発明の一実施例に従って、様々な共振デバイスを使用するハプティック・セル・アレイ８０２を有するインタフェース・デバイス８００の側面図である。このハプティック・セル・アレイ８０２を用いて、表面テキスチャーを制御するためのタクタイル領域を実現できる。デバイス８００は、絶縁層８０６とハプティック層８１２とを含む。絶縁層８０６の上面はユーザからの入力を受容するように構成されており、絶縁層８０６の底面はハプティック層８１２の上面に隣接するように配置されている。ハプティック層８１２の底面は、ディスプレイ（図８では不図示）に隣接して配置される。ハプティック層８１２及び絶縁層８０６は実質的に透明であるため、ハプティック層８１２と絶縁層８０６を通してディスプレイに表示されている物体又は画像を見ることができる。絶縁層８０６は可撓性を有するので、その表面に所望するレリーフ情報を提供できる。
【００６３】
ハプティック層８１２は、ハプティック・セル８０２のグリッドを含む。各セル８０２は、永久磁石８０４、電磁石８１０、及び２つのバネ８０８をさらに含む。ハプティック層８１２は、図６（ａ）に示されたハプティック層６１２に類似しているが、このハプティック層８１２は共振デバイスを使用している一方、ハプティック層６１２はＭＥＭＳポンプを使用している点で異なる。ハプティック・セル８０２は、格納式機械的共振デバイス（resonant mechanical retractable device）を使用してハプティック効果を生成する。この格納式機械的共振デバイスは、側方設置式の共振刺激装置８１６又は後部設置式の共振刺激装置８１４によって生成される固有周波数に応答して振動する。共振グリッドを使用することにより、ハプティック層８１２を形成できる。各セルは、線形共振アクチュエータ（ＬＲＡ）又はＭＥＭＳスプリングなどの機械的共振要素を用いて構成されている。各セル８０２は、僅かに異なる共振周波数及び高いＱ値（共振時の高い増幅率及び狭い共振周波数バンド）を有するように構成される。このように、各セル８０２に対してシート縁部で生じる機械的圧力波を使用して刺激を与えることができる。ハプティック効果は圧電アクチュエータ又はそれ以外の広バンド幅アクチュエータにより発生することもできる。
【００６４】
セル８０２は、１つのバネ８０８を含む。また、セル８０２は、２つ以上のバネ８０８を含んでもよい。各バネ８０８は、特定のレンジの周波数に応答し、固有のハプティック触感を発生できるように構成されている。このように、様々な共振デバイスを使用するハプティック・セルのグリッドにより、インタフェース・デバイスの接触式センサ表面の表面テキスチャーを制御できる。例えばハプティック機構の変位量が２００マイクロメータ以上の充分大きい値である場合には、５０Ｈｚ以下の低周波数での振動（又はタクタイル振動効果）で充分に望ましいレリーフ情報を提供できる可能性がある。
【００６５】
本発明の実施形態は、後述する様々な処理工程を含む。この実施形態の処理工程は、マシン実行可能な指令又はコンピュータ実行可能な指令に具体化される。これらの指令によって汎用又は専用のシステム又はコントローラをプログラミングすることにより、これらの汎用又は専用のシステム又はコントローラに本発明の実施形態の工程を実行させることができる。
【００６６】
図９は、本発明の一実施形態に従ってハプティック・テキスタイルにおいてハプティック・フィードバックを提供する工程を示すフローチャート９００である。ブロック９０２においては、テキスタイル・ハプティック・フィードバックを提供するプロセスが、第１の作動信号を受信する。一実施形態においては、所定のパラメータに従ってセンサが較正されると、当該プロセスが、当該所定のパラメータに従って周辺環境を監視する。一実施形態においては、ユーザによって、検知すべきイベントを示す所定のパラメータが較正される。当該プロセスは、ハプティック・テキスタイルに関連するイベントを検知すると、当該イベントに応答して第１の作動信号を生成する。一実施形態において、当該プロセスは、ハプティック・テキスタイルによって検知された接触に応答してハプティック信号を生成することができる。別の用途において、当該プロセスは、ハプティック・テキスタイルによって検出された動きに応答してアラート・ハプティック信号を生成することができる。
【００６７】
ブロック９０４において、当該プロセスは、上記第１の作動信号に従ってハプティック・テキスタイルに編み込まれた一又は複数のハプティック・スレッドを特定する。当該プロセスはさらに、上記第１の作動信号に従ってハプティック・テキスタイル表面におけるハプティック・テキスチャー・パターンを決定することができる。
【００６８】
ブロック９０６において、当該プロセスは、上記第１の作動信号に応答して一又は複数の第１のハプティック・スレッドを作動することにより、ハプティック・テキスタイル表面の第１の部分に第１のハプティック・フィードバックを生成する。当該プロセスは、第２の作動信号を受信すると、この第２の作動信号に従って、ハプティック・テキスタイルに編み込まれた一又は複数の第２のハプティック・スレッドを特定する。当該プロセスは、続いて、第２の作動信号に従って一又は複数の第２のハプティック・スレッドを作動することにより、ハプティック・テキスタイル表面の第２の部分に第２のハプティック・フィードバックを生成する。また、当該プロセスは、上記第１の作動信号に従って第１の表面特性から第２の表面特性に変更することで、ハプティック・テキスタイルの表面テキスチャーの少なくとも一部分を再構成することができる。
【００６９】
図１０は、本発明の一実施形態に従って非接触電力伝送を受信することができる衣料品に組み込まれたハプティック・テキスタイル部材を示す概略図１０００である。概略図１０００は、人１００２、ハプティック・テキスタイル部材１００４、ハンドバッグ１００６、及び複数の例示的な付属電子デバイスを含む。人１００２は、ハプティック・テキスタイル１００４で作られた衣料品を着用している。あるいは、衣料品の一部分のみがハプティック・テキスタイル１００４で作られていてもよい。追加的な装置が図１０００に加えられ、又は、図１０００から除去されても本発明の実施形態の基本的な概念は変わらない。
【００７０】
付属電子デバイスを用いることにより、例えば、非接触電力伝送及び／又は導電性接触式電力伝送でハプティック・テキスタイル１００４に電力を供給できる。あるいは、付属電子デバイスは、無線及び／又は導電性接触式通信用バスにより、ハプティック・テキスタイル１００４とデータ信号を送受信することができる。導電性の接点には、微細接触点（又はバンプ）が含まれる。導電性の接点は、ハプティック・テキスタイル１００４と接触しているときに、ハプティック・テキスタイル１００４に電力又は情報を提供することができる。無線通信ネットワークは、例えば、802.11 WLAN、携帯電話（GPRS、CDMA、GSM、CDPD、2.5G、3Gなど）、Bluetooth（登録商標）、ウルトラワイドバンド（UWB）、WiMax、Zigbee、Ambient networks、及び／又はこれら以外のアドホックネットワーク／メッシュネットワーク技術などの様々な種類の通信プロトコルのうちの一つを用いることができる。
【００７１】
非接触電力伝送は、付属デバイスなどの電源からハプティック・テキスタイル１００４などの電子デバイスに電気エネルギーを伝送するプロセスである。例えば、非接触電力伝送は、誘導結合や共鳴誘導などの様々な電力伝送技術を実装することによって実現される。
【００７２】
耳１０１０の位置にある付属電子デバイスは、電話のイヤホンと似ており、図１（ａ）に示すように、可撓性を有する接触式表面層１０２を通して無線で電力又はデータを受信する。あるいは、首又は胸１０２０の位置にある付属電子デバイスは、ネックレスと似ており、可撓性を有する接触式表面層を通して無線で電力又はデータを受信する。また、手首１０３０の位置にある付属電子デバイスは、腕時計又は手首用電子デバイス（すなわち、リストバンド）と似ており、可撓性を有する接触式表面層を通して無線で電力又はデータを受信する。あるいは、指１０４０の位置にある付属電子デバイスは、リング状の通信デバイスと似ており、可撓性を有する接触式表面層を通して無線で電力又はデータを受信する。また、ポケット１０５０の位置にある付属電子デバイスは、携帯電話と似ており、可撓性を有する接触式表面層を通して無線で電力又はデータを受信する。ハンドバッグ１００６、バックパック、かばん、又はこれら以外のテキスタイルで覆われた運搬用容器の位置にある付属電子デバイス１０６０は、可撓性を有する接触式表面層を通して無線で電力又はデータを受信する。
【００７３】
以上のとおり、付属電子デバイスの実施形態を説明したが、当業者にとって明らかなように、より多くの種類の電子デバイスを用いることができ、それらのデバイスは、体に装着するもの及び装着しないを含め、さらに多様な場所に配置することができる。ハプティック・テキスタイルに提供される電力は他のデバイスから伝送されてもよい。電力は、デバイスを充電するために用いられ、又は、デバイスが作動エネルギーレベルのしきい値を超えられるようにする作動機構として働く。この作動機構によって、デバイスは、電力不足のため自分自身では不可能であった振る舞いを行うことができるようになる。
【００７４】
遠隔電力供給装置から非接触で電力供給を受けることができるハプティック・デバイスを用いることの利点は、大きなバッテリ又は一切のバッテリが不要となるため、ハプティック・デバイスを小型化及び軽量化できることである。非接触電力伝送によって電力供給を受けることができるハプティック・デバイスを用いる他の利点は、ハプティック作動部材に遠隔電力供給装置から電力を供給することで、デバイスにハプティック作動部材を収容する物理的空間をより多く確保できることである。また、付属ハプティック・デバイスは、例えば、ハプティック・テキスタイルと共に用いることができ、追加的なハプティック通信チャネルとして用いることもできる。
【００７５】
図１１は、本発明の一実施形態に従って、ハプティック・テキスタイルと付属電子デバイスとの間で電力及び／又はデータを無線伝送するプロセスを示すフローチャート１１００である。ブロック１１０２においては、テキスタイル・ハプティック・フィードバックを提供するプロセスが、第１の作動信号を受信する。所定のパラメータに従ってセンサが較正されると、当該プロセスは、当該所定のパラメータに従って周辺環境を継続的に監視する。例えば、ユーザは、検知すべきイベントを示す所定のパラメータを較正することができる。当該プロセスは、ハプティック・テキスタイルに関連するイベントを検知すると、当該イベントに応答して第１の作動信号を生成する。当該プロセスは、ハプティック・テキスタイルによって検知された接触に応答してハプティック信号を生成することができる。あるいは、当該プロセスは、ハプティック・テキスタイルによって検出された動きに応答してアラート・ハプティック信号を生成することができる。
【００７６】
ブロック１１０３において、当該プロセスは、上記第１の作動信号に従ってハプティック・テキスタイルに編み込まれた一又は複数のハプティック・スレッドを特定する。当該プロセスはさらに、上記第１の作動信号に従ってハプティック・テキスタイル表面におけるハプティック・テキスチャー・パターンを決定することができる。
【００７７】
ブロック１１０４において、当該プロセスは、上記第１の作動信号によって要求された一又は複数の機能１１０５〜１１０７を特定する。当該プロセスは、同時に又は個別に応答することができる。当該プロセスにおいてハプティック応答が要求されていると特定された場合には、ブロック１１０８が選択される。当該プロセスにおいてデータ応答が要求されていると特定された場合には、ブロック１１０９が選択される。また、当該プロセスにおいて電力応答が要求されていると特定された場合には、ブロック１１１０が選択される。
【００７８】
ブロック１１０８において、当該プロセスは、第１の作動信号に応答して一又は複数の第１のハプティック・スレッドを作動することにより、ハプティック・テキスタイル表面の第１の部分に第１のハプティック・フィードバックを生成する。第２の作動信号を受信すると、当該プロセスは、上記第２の作動信号に従って、ハプティック・テキスタイルに編み込まれた一又は複数の第２のハプティック・スレッドを特定する。当該プロセスは、その後、第２の作動信号に応答して、一又は複数の第２のハプティック・スレッドを作動することにより、ハプティック・テキスタイル表面の第２の部分に第２のハプティック・フィードバックを生成する。また、当該プロセスは、上記第１の作動信号に従って第１の表面特性から第２の表面特性に変更することで、ハプティック・テキスタイルの表面テキスチャーの少なくとも一部分を再構成することができる。
【００７９】
ブロック１１０９において、当該プロセスは、ハプティック・テキスタイルと付属電子デバイスとの間で情報を伝送するデータ伝送信号を生成する。当該プロセスは、無線通信ネットワークを介して付属電子デバイスと通信することができる。
【００８０】
ブロック１１１０において、当該プロセスは、非接触電力伝送によりハプティック・テキスタイルと付属電子デバイスとの間で電力を伝送する電力伝送信号を生成する。
【００８１】
以上、本発明の特定の実施形態について図示及び説明したが、当業者にとって明らかなように、本発明及びそのより広範な態様から逸脱することなく、本明細書の記載に基づいて様々な変形及び変更が可能である。したがって、本発明の実施形態の趣旨及び範囲内のかかる変形及び変更の全てが特許請求の範囲に含まれる。
【図１（ａ）】
0005620399.tif 000002
【図１（ｂ）】
0005620399.tif 000003
【図１（ｃ）】
0005620399.tif 000004
【図２（ａ）】
0005620399.tif 000005
【図２（ｂ）】
0005620399.tif 000006
【図３（ａ）】
0005620399.tif 000007
【図３（ｂ）】
0005620399.tif 000008
【図３（ｃ）】
0005620399.tif 000009
【図３（ｄ）】
0005620399.tif 000010
【図４（ａ）−（ｂ）】
0005620399.tif 000011
【図４（ｃ）−（ｄ）】
0005620399.tif 000012
【図５（ａ）】
0005620399.tif 000013
【図５（ｂ）】
0005620399.tif 000014
【図６（ａ）】
0005620399.tif 000015
【図６（ｂ）】
0005620399.tif 000016
【図７】
0005620399.tif 000017
【図８】
0005620399.tif 000018
【図９】
0005620399.tif 000019
【図１０】
0005620399.tif 000020
【図１１】
0005620399.tif 000021