(57)【要約】本開示の一実施形態は、触覚振動子デバイスにより対象物の位置を特定する技術を明らかにする。本技術は、１つ以上の触覚振動子デバイスがソナー音を出力するように設定することを含む。本技術はさらに、１つ以上の触覚振動子デバイスが、ソナー音に伴うソナー反響を検出するように設定することを含む。本技術はさらに、ソナー反響に基づいて、対象物の位置を特定することを含む。本技術はさらに、１つ以上の触覚振動子デバイスが、対象物の位置に基づいて、触覚出力を生成するように設定することを含む。【選択図】なし
2019530049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触覚振動子デバイスにより対象物の位置を特定するシステムであって、前記システムは、
命令を記憶するメモリと、
前記命令を実行するように構成されたプロセッサとを備え、前記プロセッサは前記命令を実行することにより、
１つ以上の触覚振動子デバイスがソナー音を出力するように設定し、
前記１つ以上の触覚振動子デバイスが、前記ソナー音に伴うソナー反響を検出するように設定し、
前記ソナー反響に基づいて、対象物の位置を特定し、
前記対象物の前記位置に基づいて、前記対象物に届ける触覚感覚の種類を特定し、
前記１つ以上の触覚振動子デバイスが、前記触覚感覚の種類に対応する触覚出力を生成するように設定する、
前記システム。
【請求項２】
前記１つ以上の触覚振動子デバイスは、触覚振動子デバイスのアレイに含まれる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記プロセッサはさらに、前記命令を実行して、前記アレイ内の前記１つ以上の触覚振動子デバイスが、専用モード、切替モード、及び複合モードのうちの１つで作動するよう設定するように構成される、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記プロセッサはさらに、前記命令を実行して、各触覚振動子デバイスがソナー音の生成、ソナー反響の検出、または触覚出力の生成を行うように設定することで、前記アレイ内の前記１つ以上の触覚振動子デバイスが前記専用モードで作動するよう設定するように構成される、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記プロセッサはさらに、前記命令を実行して、各触覚振動子デバイスがソナー音の生成、ソナー反響の検出、及び触覚出力の生成のうちの２つ以上を交代に行うように設定することで、前記アレイ内の前記１つ以上の触覚振動子デバイスが前記切替モードで作動するよう設定するように構成される、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記プロセッサはさらに、前記命令を実行して、
前記１つ以上の触覚振動子デバイスの第１の集合が、ソナー音の生成、ソナー反響の検出、または触覚出力の生成を行うように設定することと、
前記１つ以上の触覚振動子デバイスの第２の集合が、ソナー音の生成、ソナー反響の検出、及び触覚出力の生成のうちの２つ以上を交代で行うように設定すること
により、前記アレイ内の前記１つ以上の触覚振動子デバイスが前記複合モードで作動するよう設定するように構成される、請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
前記プロセッサはさらに、前記命令を実行して、
前記１つ以上の触覚振動子デバイスの前記第２の集合の第１の部分集合が、特定の周波数パターンを有する前記ソナー音を生成するように設定することと、
前記１つ以上の触覚振動子デバイスの前記第２の集合の第２の部分集合に、前記ソナー反響が届くと予測される時間を計算することと、
前記１つ以上の触覚振動子デバイスの前記第２の集合の前記第２の部分集合が、前記計算された時間に前記ソナー反響を検出するように設定すること
により、前記１つ以上の触覚振動子デバイスの前記第２の部分集合が、ソナー音の生成、ソナー反響の検出、及び触覚出力の生成のうちの２つ以上を交代で行うよう設定するように構成される、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記プロセッサはさらに、前記命令を実行して、
前記１つ以上の触覚振動子デバイスの前記第１の集合に、前記ソナー反響が届くと予測される第２の時間を計算することと、
前記１つ以上の触覚振動子デバイスの前記第１の集合に前記ソナー反響が届くと予測される前記第２の時間が、前記１つ以上の触覚振動子デバイスの前記第２の集合の前記第２の部分集合に前記ソナー反響が届くと予測される前記時間より前である場合に、前記１つ以上の触覚振動子デバイスの前記第１の集合が前記ソナー反響を検出するように設定すること
により、前記１つ以上の触覚振動子デバイスの前記第２の集合の前記第２の部分集合が、前記計算された時間に前記ソナー反響を検出するよう設定するように構成される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記プロセッサはさらに、前記命令を実行して、
前記１つ以上の触覚振動子デバイス内の第１の触覚振動子デバイスが、第１の周波数の前記ソナー音を出力するように設定することと、
前記１つ以上の触覚振動子デバイス内の第２の触覚振動子デバイスが、第２の周波数の前記ソナー音を出力するように設定すること
により、前記１つ以上の触覚振動子デバイスが前記ソナー音を出力するよう設定するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
ソナー反響を検出するように構成された１つ以上のマイクロホンをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記１つ以上の触覚振動子デバイスのうちの少なくとも１つは、超音波振動子を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記対象物の前記位置を特定することは、
前記１つ以上の触覚振動子デバイスによる前記ソナー音出力と、前記１つ以上の触覚振動子デバイスによる前記ソナー反響の検出との間の時間間隔を特定することと、
前記時間間隔及び速度に基づいて、前記対象物と、前記１つ以上の触覚振動子デバイスとの間の距離を計算すること
を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記プロセッサは、前記命令を実行することにより、さらに、
前記１つ以上の触覚振動子デバイスに含まれる触覚振動子デバイスの第１の集合が、異なる周波数パターンのソナー音の集合を生成するように設定することと、
前記１つ以上の触覚振動子デバイスに含まれる触覚振動子デバイスの第２の集合が、ソナー反響の集合を検出するように設定することと、
前記ソナー音の集合内の各ソナー音を、前記ソナー反響の集合内の１つ以上のソナー反響にマッピングすることと、
前記マッピングに基づいて検出された対象物の対象物データを生成することであって、前記対象物データは、前記対象物と、前記１つ以上の触覚振動子デバイスに含まれる少なくとも１つの触覚振動子デバイスとの間の距離を示す、前記検出された対象物の前記対象物データを生成することと、
前記１つ以上の触覚振動子デバイスに含まれる少なくとも１つの触覚振動子デバイスが、前記対象物へ進む触覚出力を生成するように設定すること
により、前記触覚振動子デバイスで前記対象物の前記位置を特定する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
対象物の位置を特定するシステムであって、前記システムは、
１つ以上の触覚振動子デバイスを備え、前記１つ以上の触覚振動子デバイスは、
ソナー音を生成し、
前記ソナー音に伴うソナー反響を検出し、
対象に触覚感覚を届ける触覚出力を生成し、
前記触覚感覚の位置は、前記ソナー反響に基づく、
前記システム。
【請求項１５】
前記１つ以上の触覚振動子デバイスが、専用モード、切替モード、及び複合モードのうちの１つで作動する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記専用モードでは、各触覚振動子デバイスは、ソナー音の生成、ソナー反響の検出、または触覚出力の生成を行う、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記切替モードでは、各触覚振動子デバイスは、ソナー音の生成、ソナー反響の検出、及び触覚出力の生成のうちの２つ以上を交代で行う、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記複合モードでは、前記１つ以上の触覚振動子デバイスの第１の集合は、ソナー音の生成、ソナー反響の検出、または触覚出力の生成を行い、前記１つ以上の触覚振動子デバイスの第２の集合は、ソナー音の生成、ソナー反響の検出、及び触覚出力の生成のうちの２つ以上を交代で行う、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１９】
前記１つ以上の触覚振動子デバイスの前記第２の集合の第１の部分集合が、周波数パターンを有する前記ソナー音を生成し、
前記１つ以上の触覚振動子デバイスの前記第２の集合の第２の部分集合が、前記周波数パターンに対応付けられた時間に、前記ソナー反響を検出する、
請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
触覚振動子デバイスにより対象物の位置を特定する方法であって、前記方法は、
１つ以上の触覚振動子デバイスがソナー音を出力するように設定することと、
前記１つ以上の触覚振動子デバイスが、前記ソナー音に伴うソナー反響を検出するように設定することと、
前記ソナー反響に基づいて、対象物の位置を特定することと、
前記１つ以上の触覚振動子デバイスが、前記対象物の前記位置に基づいて、触覚出力を生成するように設定することと
を含む、前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年７月２２日に出願された米国仮特許出願第６２／３６５，９６０号の利益を主張し、その内容は参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【０００２】
実施形態の分野
様々な実施形態は、概して触覚振動子に関し、より具体的には触覚振動子デバイスによる反響定位に関する。
【背景技術】
【０００３】
関連技術の説明
対象物の検出、識別、及び追跡のため、様々な技術分野において幅広くセンサが使用されている。具体的には、ロボットが環境内の対象物の存在を検出することを促進するために、赤外センサがロボットに実装され得る。監視システムが環境内の１つ以上の対象物を識別することを促進するために、視覚センサが監視システムに含まれ得る。また、表面上のユーザの動きを追跡するために、その表面に振動センサが埋め込まれ得る。例えば、タッチスクリーンインターフェース上でのユーザの指の位置を特定するために、タッチスクリーンインターフェースには振動センサが含まれ得る。
【０００４】
センサは、選択された視界内の特定の種類のインジケータを監視するように構成される。例えば、部屋における電磁波の存在を監視するために、感光センサが部屋の中に配置され得る。センサが電磁波を検出した場合、センサは通知を生成することができ、光電センサに対応付けられたプロセッサに通知を送信することができる。所定時間間隔内に生成された通知の数が閾値を超えた場合には、部屋の中に光源が存在するとプロセッサは判断し得る。同様に、赤外線センサに赤外線が入射した場合、赤外線センサは通知を生成し得る。赤外線センサはまた、検出した赤外線の１つ以上のパラメータを示す通知を、プロセッサに送信し得る。赤外線センサにより生成された通知の数及び／または生成された１つ以上のパラメータに基づいて、赤外線センサに対し特定の位置に人が存在するとプロセッサは判断し得る。
【０００５】
従来、環境内の対象物の検出に応じて、プロセッサは、第２のデバイスが機能を実行するように設定する。例えば、環境内の電磁波の検出に応じて、プロセッサは、電磁波をフィルタリングするために、第２のデバイスが偏光子の位置を変化させるように設定し得る。さらに、プロセッサは、赤外線センサに対し特定の位置に人の存在を検出したことに応じて、視覚表示を起動させ得る。
【０００６】
これらの種類の従来のセンサの１つの欠点は、環境内の検出された対象物とのインタラクションを促進するために、外部デバイスに依存することである。しかしながら、マルチデバイスシステムは通常、シングルデバイスシステムよりも大きく、材料費が高くかかる。さらに、サイズ制限のあるシステムにおいてマルチデバイスシステムを実施することは、携帯型及び／または装着型デバイスなどの様々なデバイスの製造において、サイズ及び費用を劇的に増大させ得る。
【０００７】
前述が例示するように、感知機能を実行し、環境内の対象物とインタラクトすることができるデバイスを設計する技術が有用である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の実施形態は、触覚振動子デバイスにより対象物の位置を特定する方法を明らかにする。方法は、１つ以上の触覚振動子デバイスがソナー音を出力するように設定することを含む。方法はさらに、１つ以上の触覚振動子デバイスが、ソナー音に伴うソナー反響を検出するように設定することを含む。方法はさらに、ソナー反響に基づいて、対象物の位置を特定することを含む。方法はさらに、１つ以上の触覚振動子デバイスが、対象物の位置に基づいて触覚出力を生成するように設定することを含む。
【０００９】
さらに実施形態は、上記の技術を実施するように構成されたシステム及び非一時的コンピュータ可読記憶媒体を、特に提供する。
【００１０】
本明細書に説明される技術の少なくとも１つの利点は、外部センサを使用せずに、空中触覚システムによりユーザの位置を特定することができることである。本明細書に説明される技術は、触覚振動子デバイスにより、対象物検出及び触覚感覚生成の両方を実施する。外部センサを使用しない空中触覚システムは、従来型の空中触覚システムと比べて、より小さくかつより安価に実装される。従って、本明細書に説明される技術を実施することで、携帯型及び／または装着型デバイスなどのサイズ及び費用に制限のあるシステムに、空中触覚システムを設計することができる。具体的には、これらの技術は、スマートホン、スマートウォッチ、タブレット、健康監視リストバンド、ヘッドマウントデバイス、及び様々な他の種類の装着型及び携帯型デバイスにおいて、有利に実施される。さらに、携帯スピーカー及びヘッドホンも、開示される技術により可能となる材料費の削減という恩恵が受けられる。さらに、開示される技術は、拡張現実及び仮想現実（ＡＲ／ＶＲ）システムにおいて有益であり得る。例えば、開示される技術は、テーブル、壁、天井などに含まれる静止ＡＲ／ＶＲシステムにおいて実施することができる。その上、これらの技術は、ヘッドマウントＡＲ／ＶＲデバイスなどの装着型ＡＲ／ＶＲシステムにおいてさらに実施することができる。
【００１１】
上記の１つ以上の実施形態の列挙された特徴が詳細に理解できるように、上に簡単に要約された１つ以上の実施形態のより具体的な説明は、ある特定の実施形態を参照して行われる場合があり、そのうちのいくつかは添付の図面で例示される。しかしながら、様々な実施形態の範囲は他の実施形態も同様に包含するため、添付の図面は、代表的な実施形態のみを例示し、よっていかなる様式でもその範囲を限定するものとしてみなされるべきではないことに、留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】様々な実施形態による、本開示の１つ以上の態様を実施するように構成されたコンピューティングデバイスのブロック図を例示する。
【図２】様々な実施形態による、触覚振動子デバイスを含むシステム環境を例示する。
【図３】様々な実施形態による、専用モードで触覚振動子デバイスを実施する振動子アレイを例示する。
【図４】様々な実施形態による、専用モードの振動子アレイの振動子Ａ、振動子Ｂ、及び振動子Ｃの動作の状態図を例示する。
【図５】様々な実施形態による、切替モードで触覚振動子デバイスを実施する振動子アレイを例示する。
【図６】様々な実施形態による、切替モードの振動子アレイの触覚振動子デバイスの動作の状態図を例示する。
【図７】様々な実施形態による、複合モードで触覚振動子デバイスの機能を実施する振動子アレイを例示する。
【図８】様々な実施形態による、複合モードを実施するように構成された振動子アレイに含まれる触覚振動子デバイスの状態図を例示する。
【図９】様々な実施形態による、複合モードを実施するように構成された振動子アレイに含まれる触覚振動子デバイスの第２の状態図を例示し、ソナー音生成とソナー反響検出との間には時間遅延が実施される。
【図１０】様々な実施形態による、専用モード、切替モード、及び複合モードのうちのいずれかを実施するように構成された触覚振動子デバイス及びマイクロホンの両方を含む振動子アレイを例示する。
【図１１】様々な実施形態による、切替モードを実施する振動子アレイの状態図を例示し、触覚振動子デバイスの各集合は、連続で一連の機能を実行する。
【図１２】様々な実施形態による、触覚振動子デバイスによりユーザの位置を特定する方法ステップのフロー図を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、様々な実施形態による、本開示の１つ以上の態様を実施するように構成されたコンピューティングデバイス１００のブロック図を例示する。コンピューティングデバイス１００は概して、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、及びシステムオンチップ（ＳｏＣ）などであり得る。図示されるように、コンピューティングデバイス１００は、処理装置１１０と、触覚振動子デバイス１２０と、メモリ１３０とを非限定的に含む。
【００１４】
処理装置１１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）、センサ処理装置、及び制御装置などを含み得る。携帯型もしくは装着型デバイスなどにおいて、処理装置１１０は、コンピューティングデバイス１００に物理的に組み込まれてもよく、クラウドベースコンピューティング環境の一部であってもよく、及び／またはコンピューティングデバイス１００にユーザにより物理的に導入されてもよい。いくつかの実施形態では、処理装置１１０は、乗り物内における乗り物内インフォテインメントシステム、空調制御装置、遠隔測定制御装置などの外部システムの要素であり得る。一般に、乗り物には、車、トラック、モーターバイク、船、潜水艦、水上バイク、雪上車、飛行機、及び宇宙船などを非限定的に含む任意の種類の輸送機が含まれ得る。さらに、乗り物は、ドローンの遠隔制御局など定置型であり得る。様々な実施形態では、処理装置１１０は、メモリ１３０に含まれる触覚振動子アプリケーション１３２などのアプリケーションを実行するように構成される。
【００１５】
触覚振動子デバイス１２０には、１つ以上の種類の波動（例えば機械波、電磁波など）を検出及び生成することのできる１つ以上の種類のデバイスが含まれる。例えば、触覚振動子デバイス１２０は、超音波の生成及び検出の両方を行う超音波振動子アレイを含み得る。触覚振動子デバイス１２０は、環境内の対象物の位置を特定するために使用することができる波動（例えば連続波、パルス波、ソナー音など）を生成する。波動は環境内を進み、環境内の対象物に反射する。触覚振動子デバイス１２０は、反射した波動を検出し、波動が検出されたことを示し、さらに波動の１つ以上の特性を示し得る信号を、処理装置１１０に送信する。触覚振動子デバイス１２０は、コントローラエリアネットワーク、ローカル相互接続ネットワーク、及びＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）などを介して、信号を送信し得る。さらに、対象物に触覚感覚を生成するために、触覚振動子デバイス１２０は波動を放出する。一実施形態では、触覚振動子デバイス１２０は、ユーザに触覚感覚を生成する連続波を生成する。別の実施形態では、触覚振動子デバイス１２０は、ユーザに触覚感覚を生成するパルス波を放出する。
【００１６】
対象物の位置を特定するために波動を生成することに関しては、触覚振動子デバイス１２０は、特定の波形、周波数、振幅を有するパルス波（本明細書では「ソナー音」と称される）を生成する。いくつかの実施形態では、触覚振動子デバイス１２０は、増大周波数または減少周波数を有するソナー音を生成する。例えば、触覚振動子デバイス１２０に含まれる超音波振動子は、増大周波数を有するソナー音を生成するために、生成中の超音波の周波数を変調し得る。さらに、ソナー音は、周波数及び／または振幅が増大及び減少する間隔を有し得る。
【００１７】
ソナー音を生成することに加えて、触覚振動子デバイス１２０は、触覚振動子デバイス１２０上に入射する様々な種類の波動を検出する。触覚振動子デバイス１２０は、検出された波動を、処理装置１１０へ送信する電気信号に変換する。電気信号は、波動が検出されたことを示す。電気信号はさらに、波動の波形、周波数、及び振幅を含む、波動の１つ以上の特性を示し得る。例えば、触覚振動子デバイス１２０は、対象物に反射して、触覚振動子デバイス１２０へ向かって進んだ超音波を検出し得る。一実施形態では、触覚振動子デバイス１２０は、環境内の対象物に反射したソナー音のソナー反響を検出する。
【００１８】
ユーザに触覚感覚を生成することに関しては、触覚振動子デバイス１２０は、ソナー音及び連続波を含む様々な種類の触覚出力を生成する。例えば、触覚振動子デバイス１２０は、超音波振動子アレイに含まれた、超音波を生成する超音波振動子を含み得る。触覚振動子デバイス１２０は、ユーザの手、脚、前腕、手首、掌、首、胴体などを含むユーザの特定の部位に向かって進む波動を生成するように構成され得る。超音波がユーザの肌とインタラクトすると、人は触覚感覚を感じ得る。いくつかの実施形態では、触覚振動子デバイス１２０は、ユーザに特定の動作を取るべきであると示し得る特定の種類の触覚感覚を生成する。例えば、触覚感覚は、ユーザの身体上で一定方向に動くことができ、これにより、ユーザが特定の方向に動くべきことをユーザに示す。触覚振動子デバイス１２０はさらに、特定の大きさ、形、向き、及び／または強度の触覚感覚を生成し得る。
【００１９】
前述のように、触覚振動子デバイス１２０は、ソナー音を生成し、ソナー反響を検出し、触覚感覚を生成する。一実施形態では、触覚振動子デバイス１２０は、専用モード、切替モード、及び複合モードのうちの１つで作動する。専用モードでは、触覚振動子デバイス１２０のそれぞれが、単一の機能を実行するように構成される。一実施形態では、専用モードにて触覚振動子デバイス１２０のうちの１つにより実行される単一の機能は、ソナー音の生成、波動の検出、または触覚出力の生成のうちの１つである。切替モードでは、触覚振動子デバイス１２０は、ソナー音の生成、波動の検出、及び触覚出力の生成の間で切り替わるように構成される。例えば、触覚振動子デバイス１２０の全てが、一定の時間内は、ソナー音の生成から波動の検出へ切り替えるように構成され得る。別の実施形態では、触覚振動子デバイス１２０の半分はソナー音を生成し得、触覚振動子デバイス１２０の半分は波動を検出し得る。一定の時間が経った後、今度は、波動を検出していた触覚振動子デバイス１２０がソナー音を生成し得、ソナー音を生成していた触覚振動子デバイス１２０が、波動を検出し得る。あるいは、またはさらに、触覚振動子デバイス１２０のうちのいくつかまたは全ては、ユーザに感覚を生成するように切り替わり得る。複合モードでは、触覚振動子デバイス１２０のうちの少なくとも１つは、ソナー音の生成、波動の検出、及び／または触覚出力の生成の間で切り替わるように構成され、触覚振動子デバイス１２０のうちの少なくとも１つは、どの時間も、ソナー音の生成、波動の検出、または触覚出力の生成のみを実行するように構成される。
【００２０】
メモリデバイス１３０は、データベース１３８と通信するように構成された触覚振動子アプリケーション１３２を含む。処理装置１１０は、コンピューティングデバイス１００の全体の機能を実施するために、触覚振動子アプリケーション１３２を実行する。処理装置１１０と同様に、メモリデバイス１３０は、外部のコンピューティング環境に組み込まれてもよく、または物理的にコンピューティングデバイス１００の一部であってもよい。さらに、メモリデバイス１３０は、クラウドベースコンピューティング環境に含まれてもよい。
【００２１】
データベース１３８は、触覚振動子デバイス１２０の種類、位置、及び向きを記憶し得る。さらに、各種の触覚振動子デバイス１２０に関して、データベース１３８は、その種の触覚出力デバイス１２０の振幅及び周波数範囲、その種の触覚出力デバイス１２０により生成可能な波形、及びその種の触覚出力デバイス１２０の様々な可能なデバイス構成を含む、様々なパラメータを記憶し得る。同様に、データベース１３８は、触覚振動子デバイス１２０内の各種のデバイスが検出可能な波動の種類、波形、周波数、及び振幅を記憶し得る。データベース１３８はまた、触覚振動子デバイス１２０が専用モード、切替モード、及び複合モードで作動するように設定する命令を記憶し得る。さらに、データベース１３８は、触覚振動子デバイス１２０の位置及び向き、並びにユーザに生成する触覚感覚の種類に関連するユーザ嗜好データ（例えば触覚感覚を生成する対象となるユーザの部位）を記憶し得る。データベース１３８はまた、触覚振動子デバイス１２０の近傍にあり得る様々な種類の対象物を識別するために、データ分析用のルックアップテーブル、アルゴリズムなどを記憶し得る。
【００２２】
触覚振動子アプリケーション１３２は、感知モジュール１３４及び通知モジュール１３６を含む。いくつかの実施形態では、感知モジュール１３４は、触覚振動子デバイス１２０のうちの少なくとも１つが、一定または可変周波数を有するパルス波を生成することでソナー音を発するように設定する。さらに、感知モジュール１３４は、触覚振動子デバイス１２０のうちの少なくとも１つが、例えばソナー音が環境内の対象物に当たった後に触覚振動子デバイス１２０へ反射し戻ってきたパルス波といった、ソナー反響を検出するように設定する。感知モジュール１３４は、触覚振動子デバイス１２０の近傍の環境の様々な特性を特定するために、触覚振動子デバイス１２０により検出されたソナー反響を分析する。例えば、感知モジュール１３４は、ソナー反響を、発出されたソナー音と対応付け、さらに触覚振動子デバイス１２０によるソナー音発出とソナー反響検出との時間間隔を計算し得る（例えば検出されたソナー反響と発出されたソナー音の波形、周波数パターン、及び振幅を比較することにより）。計算された時間間隔、及び特定のソナー音の様々なパラメータに基づいて、感知モジュール１３４は、環境内の対象物の位置を特定し得る。具体的には、感知モジュール１３４は、ソナー音が対象物により反射される前に空中を移動した距離を特定し得る。一実施形態では、感知モジュール１３４は、ソナー音が対象物に反射される前に移動した距離を特定するために、ソナー音に対応付けられた波動速度の２倍で、計算された時間間隔を割る。感知モジュール１３４は、その距離を使用して、触覚振動子デバイス１２０のうちの１つ以上に対する対象物の位置を特定し得る。
【００２３】
さらに、感知モジュール１３４は、センサデータに基づいて、触覚振動子デバイス１２０の近傍に存在する対象物の種類を識別し得る。一実施形態では、感知モジュール１３４は、対象物の微細構造の詳細を描画するために、異なる周波数及び／または周波数パターンを有する多数のソナー音を利用する。このような実施形態では、触覚振動子デバイス１２０の近傍に存在する対象物の位置を特定する際、感知モジュール１３４は、触覚振動子デバイス１２０が、ソナー音を生成する時に利用する周波数スペクトルを増大するように設定し得る。感知モジュール１３４は次いで、ソナー反響を分析することで、対象物の種類、対象物の向き、及び対象物の表面詳細を識別することができ得る。さらに、感知モジュール１３４は、環境内での対象物の移動の仕方など、対象物の他の特性を特定し得る。例えば、感知モジュール１３４は、発出されたソナー音と検出されたソナー反響と間のドップラー偏移を計算することで、対象物の半径方向速度を計算し得る。
【００２４】
いくつかの実施形態では、感知モジュール１３４は、触覚振動子デバイス１２０のうちのいくつかまたは全てが、切替モード、専用モード、または複合モードで作動するように設定し得る。例えば、感知モジュール１３４は、触覚振動子デバイス１２０のうちの１つの部分集合が切替モードで作動するように設定し、同時に触覚振動子デバイス１２０のうちの別の部分集合が専用モードで作動するように設定し得る。あるいは、感知モジュール１３４は、触覚振動子デバイス１２０の全てが複合モードで作動するように設定し得る。
【００２５】
いくつかの実施形態では、感知モジュール１３４は、対象物の最も近くにある触覚振動子デバイス１２０の部分集合が専用モードで作動するように設定し得、一方で対象物から遠く離れた触覚振動子デバイス１２０の部分集合は切替モードで作動し得る。感知モジュール１３４により触覚振動子デバイス１２０がソナー反響を検出するように設定され得る前では、触覚振動子デバイス１２０のそばを通過してしまうであろうソナー反響を、対象物に最も近い触覚振動子デバイス１２０の部分集合が検出することが、このような構成により促進され得る。しかしながら、触覚振動子デバイス１２０が広範の周波数スペクトルにわたるソナー音を生成するよう設定するために、感知モジュール１３４は、対象物から遠く離れた触覚振動子デバイス１２０の部分集合に関しては、切替モードを実施し得る。例えば、各触覚振動子デバイス１２０は、異なる周波数／周波数パターンを有するソナー音を発し得る。これらの触覚振動子デバイス１２０は対象物から遠く離れているので、触覚振動子デバイス１２０がソナー音検出に切り替わる前に、ソナー反響が触覚振動子デバイス１２０のそばを通過する尤度は低減する。さらに、多数の周波数／周波数パターンを利用することで、対象物の位置を計算し、並びに対象物の他の特性（例えば対象物の形状）を特定するためのソナー音−ソナー反響ペアの集合が、より多く感知モジュール１３４に提供される。
【００２６】
感知モジュール１３４は、ソナー反響を分析することで触覚振動子デバイス１２０の近傍の環境を描画して、環境内の対象物の位置を特定する。前述のように、一意的なソナー音−ソナー反響ペアの集合をより多く生成するために、感知モジュール１３４は、触覚振動子デバイス１２０が様々な周波数、振幅、及び波形の特性を有するソナー音を生成するように設定し得る。一意的なソナー音−ソナー反響ペアの集合数を増やすことにより、感知モジュール１３４が環境の高解像度画像を生成することが促進される。画像に基づいて、感知モジュール１３４は、ソナー反響分析により検出された環境内の対象物の位置及び特性を含む対象物データを生成する。感知モジュール１３４は、対象物データを通知モジュール１３６に送信する。
【００２７】
通知モジュール１３６は、感知モジュール１３４から受信した対象物データを処理し、これに応じて、触覚振動子デバイス１２０が触覚出力を生成するように設定する１つ以上の制御信号を生成する。触覚振動子デバイス１２０は、制御信号に応じて、ユーザに特定の種類の触覚感覚を生成する。
【００２８】
作動中、対象物データに基づいて、通知モジュール１３６は、触覚感覚が生成されるべきであるか否かを判定する。例えば、通知モジュール１３６は、データベース１３８にアクセスしてルックアップテーブルを走査し、特定の種類の対象物が任意の種類の触覚感覚と対応付けられているか特定し得る。さらに、またはあるいは、対象物がユーザの部位（例えばユーザの手）であると識別された場合、通知モジュール１３６は、乗り物事前設定及びユーザ嗜好にアクセスして、もしあるならば特定の種類の触覚感覚がユーザに生成されるべきであるか否かを判定し得る。
【００２９】
感知モジュール１３４が対象物をユーザであると識別し、通知モジュール１３６が触覚感覚は生成されるべきであると判定した場合、ユーザに生成する触覚感覚の１つ以上のパラメータを特定するために、通知モジュール１３６は、データベース１３８からユーザ嗜好データ及び乗り物事前設定にアクセスし得る。これらのパラメータには、感覚を生成する時間が含まれ得る。例えば、特定の種類の触覚感覚がユーザの特定の部位に生成されるべき時間を特定するために、通知モジュール１３６は、データベース１３８からユーザ嗜好データにアクセスし得る。
【００３０】
触覚振動子デバイス１２０が切替モードまたは複合モードである場合に、通知モジュール１３６は、ソナー音の生成及び／またはソナー反響の検出から触覚感覚の生成に、触覚振動子デバイス１２０を切り替える時間を特定し得る。さらに、またはあるいは、通知モジュール１３６は、触覚振動子デバイス１２０が専用モードで作動するように設定してもよく、よって触覚振動子デバイス１２０の部分集合は、どの時点でもユーザに触覚感覚を生成するように設定される。
【００３１】
通知モジュール１３６は、データベース１３８からコンピューティングデバイス１００内の触覚振動子デバイス１２０の位置、向き、及び種類にアクセスする。様々な実施形態では、触覚振動子デバイス１２０は、超音波振動子を含み得る。超音波振動子は、アレイで配置され得る（例えば４行４列、８行８列、１６行１６列など）。各超音波振動子は、一定の周波数、位相、及び強度の超音波を発する。２つ以上の超音波振動子により生成される触覚出力が特定の時間に空間内の特定の位置を占有するように、通知モジュール１３６は超音波振動子を設定する。これが起こると、各超音波振動子の触覚出力は、１つ以上の他の超音波振動子の触覚出力と、増幅的及び／または減衰的に干渉する。触覚出力がユーザに届く位置で増幅的及び／または減衰的干渉が起こるように、通知モジュール１３６は超音波振動子を設定し、これによりユーザに特定の種類の触覚感覚が生成される。各超音波振動子の触覚出力の強度、位相、及び周波数を変更することにより、通知モジュール１３６は、強度ピークの位置を移動させ、強度ピークの数を増大または減少させ、並びに／あるいは１つ以上の強度ピークの形及び／または大きさを調節する。このようにして、通知モジュール１３６は、超音波振動子及び／または触覚振動子デバイス１２０が概してユーザに特定の種類の触覚感覚を生成するように設定する。
【００３２】
通知モジュール１３６はさらに、対象物データを分析してユーザが移動しているかを特定し、触覚出力デバイス１２０がユーザの動きを追跡した感覚をユーザに生成するように設定する。さらに、通知モジュール１３６は、触覚振動子デバイス１２０が、ユーザの動き方とは異なる動作パターン及び方向性を有する触覚感覚を生成するように設定し得る。さらに、通知モジュール１３６はまた、ユーザが動くにつれ、触覚感覚のサイズ、形、強度、及び周波数を含む１つ以上のパラメータを変化させ得る。
【００３３】
図２は、一実施形態による、触覚振動子デバイス１２０を含むシステム環境２００を例示する。触覚振動子デバイス１２０は、ソナー音を発出し、感知ゾーン２１０内でソナー反響を検出する。システム環境２００を探査し、対象物に反射し、触覚振動子デバイス１２０により検出されるソナー反響を生成するソナー音を発出するように触覚振動子デバイス１２０を設定することで、感知モジュール１３４が描画できる領域が、感知ゾーン２１０と定義される。感知モジュール１３４は、検出されたソナー反響を分析してシステム環境２００内の対象物を識別し、対象物に対応付けられたパラメータを対象物データとして符号化し、対象物データを通知モジュール１３６へ送信する。通知モジュール１３６は、対象物に生成する触覚感覚の種類を特定し、触覚振動子デバイス１２０が触覚出力２２０を発することで対象物に触覚感覚を生成するように設定する。
【００３４】
一実施形態では、システム環境２００は乗り物を含む。このような実施形態では、触覚振動子デバイス１２０は、運転者の上方に配置され得る。あるいは、またはさらに、触覚振動子デバイス１２０は、ステアリングコラムの上方、ステアリングコラムの下、運転者の横、乗り物ダッシュボード上、及び乗り物用コンソールの周りなどに配置され得る。ソナー音を生成しソナー反響を検出するように触覚振動子デバイス１２０を設定することで感知モジュール１３４が描画できるシステム環境２００の区域に、触覚振動子デバイス１２０の位置は影響する。具体的には、触覚振動子デバイス１２０が運転者の上方に配置された場合には、感知モジュール１３４は、触覚振動子デバイス１２０の近傍の環境を描画するために、触覚振動子デバイス１２０がソナー音を生成するように設定する。具体的には、感知モジュール１３４は、ハンドルに加えて、運転者の頭、肩、腕、及び手から反射した発出ソナー音のソナー反響を分析し得る。触覚振動子デバイス１２０がステアリングコラムの下に配置された場合には、感知モジュール１３４は、触覚振動子デバイス１２０により発出されたソナー音のソナー反響を分析することにより、運転者の足、ブレーキペダル、スロットル、及びクラッチペダルを描画し得る。
【００３５】
同様に、触覚振動子デバイス１２０の位置はまた、システム環境２００内で触覚出力２２０が生成され得る場所を定義する。例えば、触覚振動子デバイス１２０が運転者の上方に配置された場合には、通知モジュール１３６は通常、触覚振動子デバイス１２０が運転者の手、腕、肩、及び顔に触覚出力２２０を向けるように設定する。触覚出力２２０は、通知モジュール１３６により指定された触覚感覚をユーザに生成する。あるいは、またはさらに、触覚振動子デバイス１２０がステアリングコラムの下に配置された場合には、通知モジュール１３６は通常、触覚振動子デバイス１２０が運転者の脚、足首、及び足に触覚出力２２０を生成するように設定する。触覚出力２２０は、通知モジュール１３６により指定された触覚感覚をユーザに生成する。
【００３６】
触覚感覚は、ユーザに、特定の動作を取るべきであると示し得る。例えば、システム環境２００において、通知モジュール１３６は、運転者に乗り物を左へ操縦するべきであると示すために、触覚振動子デバイス１２０が右から左に動く触覚感覚を運転者の手に生成するように設定し得る。さらに、通知モジュール１３６は、ユーザに情報を伝達するため、またはユーザに特定の動作進路を取るべきであると提案するために、触覚振動子デバイス１２０が他の種類の触覚感覚をユーザに生成するように設定し得る。
【００３７】
触覚振動子デバイス１２０のソナー音の生成、ソナー反響の検出、及び触覚出力の生成を調整するために、感知モジュール１３４及び通知モジュール１３６は、触覚振動子デバイス１２０が前記の専用モード、切替モード、及び複合モードのうちの１つで作動するように設定する。具体的には、専用モードでは、触覚振動子デバイス１２０のそれぞれが、単一の機能を実行するように構成される。例えば、１つの触覚振動子デバイスはソナー音を生成し得、別の触覚振動子デバイスはソナー反響を検出し得、第３の触覚振動子デバイスは触覚出力を生成し得る。
【００３８】
図３は、専用モードで触覚振動子デバイス１２０を実施する振動子アレイ３００を例示する。触覚出力デバイス１２０は、本明細書では振動子とも称される。図示されるように、振動子アレイ３００は、ソナー音を生成する振動子Ａ３１０、触覚出力を生成する振動子Ｂ３１２、及び振動子アレイ３００に入射するソナー反響を検出する振動子Ｃを含む。別の実施形態では、振動子Ａ３１０、振動子Ｂ３１２、及び振動子Ｃ３１４は、それぞれ異なる振動子アレイ３００に配置されてもよく、及び／または複数の振動子アレイ３００に一緒に統合されてもよい。
【００３９】
図４は、振動子アレイ３００の振動子Ａ３１０、振動子Ｂ３１２、及び振動子Ｃ３１４の動作の状態図を例示する。図示されるように、振動子Ａ３１０、振動子Ｂ３１２、及び振動子Ｃ３１４はそれぞれ、検出状態４２０、ソナー音状態４２２、または触覚出力状態４２４で作動し得る。検出状態４２０では、感知モジュール１３４は、触覚振動子デバイス１２０がソナー反響を検出するように設定する。ソナー音状態４２２では、感知モジュール１３４は、触覚振動子デバイス１２０がソナー音を生成するように設定する。触覚出力状態４２４では、通知モジュール１３６は、ユーザに触覚感覚を生成する触覚出力を、触覚出力デバイス１２０が生成するように設定する。
【００４０】
図４に示されるように、振動子Ａ３１０は、時間ｔ０からソナー音状態４２２に入る。感知モジュール１３４または通知モジュール１３６が振動子アレイ３００のモードを変えるまで、振動子Ａ３１０は、ソナー音状態４２２を継続する。同様に時間ｔ０に、振動子Ｂ３１２は触覚出力状態４２４になり、振動子Ｃ３１４は検出状態４２０になる。感知モジュール１３４または通知モジュール１３６が振動子アレイ３００のモードを変えるまで、振動子Ｂ３１２及び振動子Ｃ３１４は、触覚出力状態４２４及び検出状態４２０をそれぞれ継続する。
【００４１】
専用モードでは、振動子Ｃ３１４は、一貫して環境からのソナー反響を検出する。よって、対象物が振動子アレイ３００に近いか、振動子アレイ３００から遠く離れているかにかかわらず、振動子アレイ３００に入射するソナー反響は、振動子Ｃ３１４により検出される。対象物が振動子アレイ３００に近い場合、ソナー反響は、実質的により短い時間で振動子アレイ３００に到着する。従って、新たな環境を描画する場合、感知モジュール１３４は、専用モードを実施することで、振動子アレイ３００に近い対象物から反射したソナー音のソナー反響を検出する尤度を高め得る。さらに、対象物と振動子アレイ３００との間の距離が短くなっていると感知モジュール１３４が判断した場合に、感知モジュール１３４は、振動子アレイ３００が専用モードを実施するように設定し得る。振動子アレイ３００と対象物との間の間隔が短くなっていることから、触覚振動子デバイス１２０が振動子アレイ３００に届くソナー反響をより早く検出するように設定される尤度は、専用モードの実施により高められる。
【００４２】
さらに、触覚振動子デバイス１２０が静止対象物に一定の触覚感覚を生成するように設定される場合、通知モジュール１３６は、触覚振動子アレイ３００が専用モードで実施するように設定し得る。専用モードの実施により、通知モジュール１３６は、ユーザにとって一定で静的な触覚感覚を生成するように様々な位置の複数の触覚デバイス集合の出力を調整することなく、触覚振動子デバイス１２０の部分集合が、一連の触覚感覚を生成するように設定することが可能になる。
【００４３】
図５Ａ〜５Ｃは、切替モードで触覚振動子デバイス５１０を実施する振動子アレイ５００を例示する。図５Ａに示されるように、振動子５１０は、ユーザに触覚出力を向けることで、触覚感覚を生成する。図５Ｂでは、振動子５１０はソナー音を生成し、ソナー音は環境内を進んで、環境内の対象物に反射してソナー反響となる。図５Ｃでは、振動子５１０は、振動子アレイ５００に入射するソナー反響を検出する。いくつかの実施形態では、振動子５１０は、同様の時間に触覚振動子デバイスのそれぞれの機能の間で切り替わり、特定の時点に全ての振動子５１０が同じ機能を実行する。別の実施形態では、振動子５１０は、異なる機能を実行し得るが、同様の時点で、第１の機能の実行と第２の機能の実行の間で切り替わり得る。さらに、またはあるいは、振動子５１０のそれぞれは、異なる時点で第１の機能の実行と第２の機能の実行の間で切り替わってもよく、第１の機能及び第２の機能は、振動子５１０のうちの任意の２つの振動子間で異なり得る。
【００４４】
上記のように、感知モジュール１３４は、ソナー音を生成する時に実施する周波数／周波数パターンの数を増やすために、切替モードを実施し得る。特定の時間間隔の間、振動子アレイ５００内の全ての振動子５１０がソナー音を生成する場合、感知モジュール１３４が環境内の様々な対象物を描画できる解像度を高めるために、感知モジュール１３４は、各振動子５１０が一意的な周波数及び／または周波数パターンを有するソナー音を生成するように設定し得る。例えば、ソナー音を生成する際に実施される周波数／周波数パターンの数を増やすことにより、感知モジュール１３４が検出できる表面詳細の数が増大され得、よって感知モジュール１３４が対象物のより多くの特性を識別することが促進される。
【００４５】
上記のように、感知モジュール１３４は、振動子５１０がソナー音の生成からソナー反響の検出に切り替わるように設定する時間を特定し得る。例えば、感知モジュール１３４は、振動子５１０が３ミリ秒間、ソナー音を生成し、その後ソナー反響の検出に切り替わるように設定し得る。振動子５１０は、次の２００ミリ秒間、ユーザに触覚出力を向けることで触覚感覚を生成するように切り替わる前に、３ミリ秒間、ソナー反響を検出し得る。さらに、またはあるいは、環境内の対象物の概略位置が特定された後、感知モジュール１３４は、特定の周波数／周波数パターンを有するソナー音が対象物まで進み、反射したソナー反響が振動子５１０に戻るまでにかかる推定時間を計算し得る。計算された時間に基づいて、感知モジュール１３４は、振動子５１０のうちの１つ以上を、ソナー音の生成からソナー反響の検出に切り替える時間を特定し得る。感知モジュール１３４は、ソナー反響が特定の振動子の近傍である時に、振動子５１０のそれぞれがソナー音の生成からソナー反響の検出に切り替わるように設定し得る。このような技術を実施することにより、振動子５１０により検出できるソナー反響の量は増大し得る。さらに、通知モジュール１３６は、ソナー反響がこれらの特定の振動子に届かないと予測される時間間隔の間、振動子５１０内の様々な振動子が触覚出力を生成するように設定し得る。
【００４６】
さらに、多様な角度で反射したソナー反響を検出するために、感知モジュール１３４は、対象物の近傍の様々な位置に配置された複数の振動子アレイのソナー音生成及びソナー反響検出を調整し得る。ある角度範囲で反射されたソナー反響を検出することで、感知モジュール１３４が対象物の様々な表面特性を特定することがさらに促進され得、これは、感知モジュール１３４が環境内に存在する対象物の種類を特定することに役立ち得る。
【００４７】
図６は、切替モードの振動子アレイ５００の振動子５１０の動作の状態図を例示する。図示されるように、時間ｔ１に、振動子５１０は触覚出力状態６２４になり、振動子５１０のそれぞれは、触覚出力を生成する。時間ｔ２に、振動子５１０はソナー音状態６２２になり、振動子５１０のそれぞれは、ソナー音を生成する。時間ｔ３に、振動子５１０は検出状態６２０になり、振動子５１０のそれぞれは、ソナー反響を検出する。時間ｔ４に、振動子５１０は触覚出力状態６２４に戻り、振動子５１０のそれぞれは、触覚出力を生成する。
【００４８】
図示されるように、振動子５１０のそれぞれは、所定の時点で同じ機能を実行する。さらに、前述のように、感知モジュール１３４及び通知モジュール１３６は、振動子５１０が１つの機能の実行から第２の機能の実行に切り替わる時間をそれぞれ示すｔ１、ｔ２、ｔ３、及びｔ４の値を特定する。前述のように、感知モジュール１３４及び通知モジュール１３６は、データベース１３８内のユーザ嗜好データ及び／または事前設定にアクセスして、切替モードのためのｔ１、ｔ２、ｔ３、及びｔ４の値を選択し得る、あるいはソナー音の周波数／周波数パターンに基づいて、ｔ１、ｔ２、ｔ３、及びｔ４の値を計算し得る。
【００４９】
図７Ａ〜７Ｂは、振動子Ａ７１０、振動子Ｂ７１２、及び振動子Ｃ７１４の機能を複合モードで実施する振動子アレイ７００を例示する。図７Ａに示されるように、振動子Ａ７１０、振動子Ｂ７１２、及び振動子Ｃ７１４は、触覚出力を生成することで触覚感覚を生成するように設定される。図７Ｂに図示されるように、振動子Ａ７１０はソナー音を生成し、振動子Ｂ７１２は触覚感覚を生成し、振動子Ｃ７１４はソナー反響を検出する。
【００５０】
複合モードでは、１つ以上の触覚振動子デバイス１２０は、所定の時間間隔内は１つの状態に留まり、一方で他の触覚振動子デバイス１２０は、その時間間隔内に２つ以上の状態の間で切り替わる。図７Ａ〜７Ｂに示されるように、振動子Ｂ７１２は１つ状態に留まり、一方振動子Ａ７１０及び振動子Ｃ７１４は、２つの状態の間で切り替わる。具体的には、振動子Ｂ７１２は、触覚出力状態に留まる。振動子Ａ７１０は、触覚出力状態とソナー音状態の間で切り替わる。さらに、振動子Ｃ７１４は、触覚出力状態と検出状態の間で切り替わる。
【００５１】
後述は、感知モジュール１３４及び通知モジュール１３６のどちらが、機能を実行するように振動子Ａ７１０を設定するかを特定する技術に関する。本論述は、振動子Ｃ７１４にも適用される。
【００５２】
一実施形態では、感知モジュール１３４は、振動子Ａ７１０が、所定の時間の間、ソナー音状態に入り、設定された時間後に触覚出力状態に戻るように設定する。別の実施形態では、通知モジュール１３６は、振動子Ａ７１０が、所定の時間の間、触覚出力状態に入り、設定された時間後にソナー音状態に戻るように設定する。さらに別の実施形態では、感知モジュール１３４は、感知モジュール１３４が環境を描画している時に、振動子Ａ７１０がソナー音状態に入るように設定する。振動子Ａ７１０は触覚感覚を生成するように設定されるべきであると通知モジュール１３６が判断するまで、振動子Ａ７１０はソナー音状態に留まる。例えば、ユーザへの感覚強度を高めるために、通知モジュール１３６は、特定の種類の触覚感覚を生成するように設定された触覚振動子デバイス１２０の数を増やすべきであると判断し得る。振動子Ａ７１０は触覚感覚を生成するために使用されるべきであると通知モジュール１３６が判断した場合、通知モジュール１３６は、振動子Ａ７１０が触覚出力状態に入って留まるように設定する。
【００５３】
いくつかの実施形態では、感知モジュール１３４は、１つ以上の触覚振動子デバイス１２０がある１つの機能を実行するように設定されるべきであると判断し得、通知モジュール１３６は、これらの特定の触覚振動子デバイス１２０がほぼ同様の時間に異なる機能を実行するように設定されるべきであると判断し得る。例えば、感知モジュール１３４は、振動子Ａ７１０がソナー音状態であるべきと判断し得、通知モジュール１３６は、振動子Ａ７１０が特定の時点で触覚出力状態であるべきと判断し得る。このような事例では、通知モジュール１３６は一貫して感知モジュール１３４より優先され得る、または感知モジュール１３４は一貫して通知モジュール１３６より優先され得る。あるいは、感知モジュール１３４が通知モジュール１３６より優先されるか、通知モジュール１３６が感知モジュール１３４より優先されるかを、触覚通知アプリケーション１３２が決定し得る。例えば、環境内の対象物の位置がうまく特定され、対象物の種類が識別された場合には、通知モジュール１３６は感知モジュール１３４より優先され、振動子Ａ７１０は触覚出力状態に入り得る。しかし、対象物の位置がうまく特定されず、対象物が識別されていない場合には、感知モジュール１３４が通知モジュール１３６より優先され、振動子Ａ７１０はソナー音状態に入り得る。さらに、どのように触覚振動子デバイス１２０をソナー音状態、検出状態、及び触覚出力状態に分配するかを決定するために、触覚通知アプリケーション１３２は、データベース１３８にアクセスして、そこに記憶された様々なアルゴリズムを実施し得る。
【００５４】
一実施形態では、触覚振動子デバイス１２０の１つの集合はソナー音を生成し、一方で触覚振動子デバイス１２０の別の集合はソナー音を検出する。図７Ｂに図示されるように、振動子Ａ７１０はソナー音を生成し、振動子Ｃ７１４はソナー反響を検出する。触覚出力デバイス１２０の別個の集合を利用してソナー音の生成及びソナー反響の検出を行うことにより、感知モジュール１３４が対象物の具体的な態様を描画することが促進され得る。例えば、図７において、振動子Ｃ７１４は、振動子アレイ７００の角に配置される。ソナー反響を検出する際、振動子アレイ７００の角に振動子Ｃ７１４を配置することにより、振動子Ｃ７１４が様々な角度で対象物から反射されたソナー音のソナー反響を検出することが促進される。さらに、振動子Ａ７１０は、振動子アレイ７００の中央に配置される。振動子アレイ７００の中央に振動子Ａ７１０を配置することで、発出されるソナー音の空間的分散を低減することができ、これにより感知モジュール１３４が小さい対象物、またはより大きい対象物の小区分を描画することが促進される。実演されたように、感知モジュール１３４及び／または通知モジュール１３６は、特定の触覚振動子デバイス１２０（複数可）の位置及び向きに基づいて、１つ以上の触覚振動子デバイス１２０がソナー音の生成及び／またはソナー反響の検出を行うように設定し得る。
【００５５】
図８は、複合モードを実施するように構成された振動子アレイ７００に含まれる振動子Ａ７１０、振動子Ｂ７１２、及び振動子Ｃ７１４の状態図を例示する。図示されるように、振動子Ａ７１０、振動子Ｂ７１２、及び振動子Ｃ７１４のそれぞれは、触覚出力状態８２４、ソナー音状態８２２、及び検出状態８２０で作動し得る。
【００５６】
前述のように、複合モードの定義とは、設定された時間間隔内に１つ以上の触覚振動子デバイス１２０が１つの状態で作動し、一方他の触覚振動子デバイス１２０が２つ以上の状態の間で切り替わることを指す。図８にて、振動子Ｂ７１２は、時間ｔ０以降、触覚出力状態８２４で作動する。振動子Ａ７１０及び振動子Ｃ７１４は、触覚出力状態８２４と、ソナー音状態８２２または検出状態８２０との間でそれぞれ切り替わる。
【００５７】
図示されるように、時間ｔ０から時間ｔ１まで、振動子Ａ７１０は、触覚出力状態８２４である。時間ｔ１に、感知モジュール１３４は、振動子Ａ７１０がソナー音状態８２２に入るように設定する。振動子Ａ７１０は、時間ｔ１から時間ｔ２まで、ソナー音状態８２２に留まる。時間ｔ２に、振動子Ａ７１０は、触覚出力状態８２４に戻る。
【００５８】
同様に、時間ｔ０から時間ｔ１まで、振動子Ｃ７１４は、触覚出力状態８２４である。しかし、時間ｔ１に、感知モジュール１３４は、振動子Ｃ７１４が検出状態８２０に入るように設定する。振動子Ｃ７１４は、時間ｔ１から時間ｔ２まで、検出状態８２０に留まる。時間ｔ２に、振動子Ｃ７１４は、触覚出力状態８２４に戻る。
【００５９】
図９は、複合モードを実施するように構成された振動子アレイ７００に含まれる振動子Ａ７１０、振動子Ｂ７１２、及び振動子Ｃ７１４の第２の状態図を例示し、ソナー音生成とソナー反響検出との間には時間遅延が実施される。図示されるように、振動子Ａ７１０、振動子Ｂ７１２、及び振動子Ｃ７１４のそれぞれは、触覚出力状態９２４、ソナー音状態９２２、及び検出状態９２０で作動し得る。
【００６０】
前述のように、ソナー反響が特定の触覚振動子デバイス１２０に届く可能性があると感知モジュール１３４が判断した場合、感知モジュール１３４は、１つ以上の触覚振動子デバイス１２０が検出状態９２０に入るように設定し得る。図示されるように、振動子Ａ７１０は、時間ｔ１から時間ｔ２まで、ソナー音を生成する。感知モジュール１３４は、時間ｔ２と時間ｔ３の間、時間遅延を実施する。時間間隔内（すなわち時間ｔ２と時間ｔ３の間）に、発出されたソナー音は環境内の対象物まで進み、それらの対象物からソナー反響が反射される。ソナー音が進む速度、及び環境内の対象物の概略位置に基づいて、感知モジュール１３４は、ソナー反響が振動子アレイ７００に届く尤度を特定する。一実施形態では、感知モジュール１３４は、ソナー反響が振動子７００に届く可能性のある時間を計算するために、対象物と振動子アレイ７００との間の概略距離を、ソナー音及び／またはソナー反響の概略速度により割る。感知モジュール１３４はまた、統計分析における様々な方法を用いて、計算における概略時間誤差を計算する。感知モジュール１３４は、ソナー反響が振動子アレイ７００に届く予想時間間隔を特定する。具体的には、感知モジュール１３４は、時間ｔ３より前にソナー反響が振動子７００に届く尤度は低いと判断する。よって、時間ｔ３まで振動子Ｃ７１４は、触覚出力状態９２４で作動する。時間ｔ３に、ソナー反響が振動子Ｃ７１４に届く尤度が高いことから、感知モジュール１３４は、振動子Ｃ７１４がソナー反響を検出するように設定する。感知モジュール１３４は、時間ｔ４より後にソナー反響が振動子アレイ７００に届く尤度は低いと判断する。よって、図示されるように、時間ｔ４に振動子Ｃ７１４は、触覚出力状態９２４に戻る。
【００６１】
図１０Ａ〜１０Ｅは、専用モード、切替モード、及び複合モードを実施するように構成された振動子１０１０及びマイクロホン１０２０を含む振動子アレイ１０００を例示する。一実施形態では、マイクロホン１０２０は、振動子アレイ１０００上に実装される。マイクロホン１０２０には、ダイナミックマイクロホン、圧電マイクロホン、コンデンサマイクロホン、ＭＥＭＳマイクロホン、液体マイクロホン、炭素マイクロホン、光ファイバーマイクロホン、エレクトレットマイクロホン、レーザーマイクロホン、リボンマイクロホン、可変容量マイクロホン、クリスタルマイクロホン、及び任意の種類の電気音響変換器などが、非限定的に含まれ得る。具体的には、マイクロホン１０２０は、環境内の対象物から反射したソナー音が振動子アレイ１０００へ向かったソナー反響を検出する。マイクロホン１０２０は、検出されたソナー反響を電気信号に変換し、これらの電気信号を感知モジュール１３４へ送信する。マイクロホン１０２０は、振動子アレイ１０００上で、専用モード、切替モード、及び複合モードのうちのいずれか、またはその全てで実施され得る。
【００６２】
図１０Ａは、専用モードで作動する振動子アレイ１０００に含まれるマイクロホン１０２０を例示する。いくつかの実施形態では、マイクロホン１０２０が振動子アレイ１０００に含まれる場合、専用モードにおいて、振動子１０１０はソナー音状態及び触覚出力状態で作動するように設定される。図１０Ｂ〜１０Ｃは、複合モードの振動子アレイ１０００に含まれるマイクロホン１０２０を例示し、図１０Ｄ〜１０Ｅは、切替モードの振動子アレイ１０００に含まれるマイクロホン１０２０を例示する。これらのモードのそれぞれにおいて、マイクロホン１０２０は、ソナー反響を検出する。様々な実施形態では、マイクロホン１０２０が振動子アレイ１０００に含まれる場合、振動子１０１０は、触覚出力状態とソナー音状態の間で切り替わり、振動子１０１０のうちのいずれも検出状態で作動しない。
【００６３】
図１１は、様々な実施形態による、切替モードを実施する振動子アレイの状態図を例示し、触覚振動子デバイス１２０の各集合は、連続で一連の機能を実行する。振動子アレイは、振動子Ａ１１１０、振動子Ｂ１１１２、及び振動子Ｃ１１１４を含む。振動子Ａ１１１０、振動子Ｂ１１１２、及び振動子Ｃ１１１４のそれぞれは、検出状態１１２０、ソナー音状態１１２２、及び触覚出力状態１１２４で作動し得る。前記のように、ソナー音状態１１２２では、振動子はソナー音を生成し、ソナー音は環境内を進んで、環境内の対象物に反射して、ソナー反響を生成する。検出状態１１２０では、振動子はソナー反響を検出し、触覚出力状態１１２４では、振動子はユーザに感覚を生成する触覚出力を生成する。
【００６４】
図１１に例示されるように、各振動子は、触覚出力の生成、ソナー音の生成、及びソナー反響の検出の機能間で切り替わる。一実施形態では、各振動子は、ソナー音を生成し、その後発出したソナー音が振動子に入射するソナー反響を検出する。さらに、またはあるいは、各振動子は、他の振動子により生成されたソナー音のソナー反響を検出し得る。
【００６５】
図示されるように、振動子Ａ１１１０がソナー反響を検出し、振動子Ｂ１１１２がソナー音を生成する間に、時間間隔ｔ３〜ｔ４が存在する。環境内の対象物の位置に基づいて、振動子Ａ１１１０、振動子Ｂ１１１２、及び振動子Ｃ１１１４のうちのいずれかの近傍にソナー反響が届く尤度が低いと感知モジュール１３４が判断した場合、感知モジュール１３４は、このような時間間隔を実施し得る。さらに、振動子Ａ１１１０により検出されたソナー反響を処理するために、及びソナー音−ソナー反響ペアを分析して生成された対象物データを使用して、振動子Ｂ１１１２により生成されるソナー音の種類を設定するために、感知モジュール１３４は、このような時間間隔を実施し得る。例えば、振動子Ａ１１１０からのソナー音−ソナー反響ペアの分析に基づいて、対象物が振動子Ｂ１１１２から遠ざかっていると感知モジュール１３４が判断した場合、感知モジュール１３４は、振動子Ｂ１１１２がより高い強度のソナー音を生成するように設定し得る。振動子によりソナー反響強度の大量の減衰が検出された場合、より高い強度のソナー音を生成することにより、振動子により検出されるソナー反響の強度も増大され得、これにより感知モジュール１３４が対象物を描画することが促進される。
【００６６】
さらに、振動子Ａ１１１０、振動子Ｂ１１１２、及び振動子Ｃ１１１４の全てが触覚出力を生成する時間間隔ｔ６〜ｔ７が存在する。具体的には、通知モジュール１３６は、一部または全ての振動子が触覚出力を生成するように設定し得る。一実施形態では、ユーザに生成される触覚感覚の種類に応じて、通知モジュール１３６は、全ての振動子が、繰り返される時間間隔の間は触覚出力を生成して、強度、形、位置などの異なる触覚感覚をユーザに定期的に生成するように設定し得る。
【００６７】
図１２は、様々な実施形態による、触覚振動子デバイスによりユーザの位置を特定する方法ステップのフロー図を例示する。方法ステップは図１〜１１のシステムと併せて説明されるが、方法ステップを任意の順序で実行するように構成された任意のシステムが本開示の範囲に含まれることが、当業者には理解されよう。
【００６８】
図１２に示されるように、方法１２００は、感知モジュール１３４により１つ以上の触覚振動子デバイス１２０がソナー音を出力するように設定されるステップ１２１０から開始する。いくつかの実施形態では、ステップ１２１０で、感知モジュール１３４は、各触覚振動子デバイス１２０が異なる周波数及び／または周波数パターンを有するソナー音を出力するように設定する。様々な実施形態では、ソナー音は環境内を進み、環境内の対象物に反射する。このような反射によりソナー反響が生み出され、ソナー反響は１つ以上の触覚振動子デバイス１２０に向かって進む。ステップ１２２０で、感知モジュール１３４は、１つ以上の触覚振動子デバイス１２０がソナー反響を検出するように設定する。様々な実施形態では、触覚振動子デバイス１２０（複数可）は、検出されたソナー反響を電気信号に変換する。触覚振動子デバイス１２０（複数可）はさらに、電気信号を感知モジュール１３４へ送信し得る。
【００６９】
方法１２００は、感知モジュール１３４がソナー反響を分析して、対象物の位置を特定するステップ１２３０へ続く。様々な実施形態では、感知モジュール１３４は、ソナー反響を発出ソナー音と対応付けて、ソナー音の発出とソナー反響の検出との間の時間間隔を特定する。時間間隔、及びソナー反響の様々な特性に基づいて、感知モジュール１３４は、対象物の位置、対象物の動き方、及び対象物の向きなどを計算し得る。
【００７０】
ステップ１２４０で、感知モジュール１３４は、対象物がユーザであるかを判定する。例えば、感知モジュールは、対象物の形を分析して、対象物がユーザの手であると判定することができる。感知モジュール１３４は、対象物の様々な特性、及び対象物がユーザであるか否かを包含する対象物データを生成する。感知モジュール１３４は、その対象物データを通知モジュール１３６に送信する。通知モジュール１３６は、感知モジュール１３４から対象物データを受信し、対象物データを分析して、ユーザに触覚感覚を生成する触覚出力を、触覚振動子デバイス１２０が生成するように設定するか否かを判定する。例えば、対象物がユーザである場合、通知モジュール１３６は、ユーザの近傍に存在する対象物の位置及び種類を特定し得る。これらの位置及び種類に基づいて、通知モジュール１３６は、１つ以上の触覚振動子デバイス１２０が触覚出力を生成すべきであると判断し得る。対象物がユーザである場合には、通知モジュール１３６は、１つ以上の触覚振動子デバイス１２０がユーザに対し触覚出力を生成するように設定するか否かを判定する。例えば、通知モジュール１３６は、ユーザに特定の動作を取るべきであると示すパルス触覚感覚を触覚振動子デバイス１２０が生成するように設定し得る。対象物がユーザではない場合、方法１２００は、感知モジュール１３４により１つ以上の触覚振動子デバイス１２０がソナー音を出力するように設定されるステップ１２１０へ戻る。
【００７１】
要するに、感知モジュールは、１つ以上の触覚振動子デバイスがソナー音を生成するように設定する。感知モジュールはまた、１つ以上の触覚振動子デバイスが、環境内の対象物に反射したソナー音から生成されるソナー反響を検出するように設定する。触覚振動子デバイスは、ソナー反響を電気信号に変換し、これらの電気信号を感知モジュールへ送信する。感知モジュールは、電気信号を分析し、対象物の１つ以上の特性を反映した対象物データを生成する。感知モジュールは、対象物データを通知モジュールへ送信する。通知モジュールは、ユーザに生成する触覚感覚の種類を特定するために、対象物データを分析する。通知モジュールは、ユーザに触覚感覚を生成する触覚出力を、触覚振動子デバイスが生成するように設定する。
【００７２】
本明細書に説明される技術の少なくとも１つの利点は、外部センサを実施せずに、空中触覚システムによりユーザの位置を特定することができることである。感知及び触覚出力の生成の両方に触覚振動子デバイスを使用することにより、従来の種類の空中触覚システムよりも小さく安価な空中触覚システムが可能となる。従って、本明細書に説明される技術を実施することで、携帯型及び／または装着型デバイスなどのサイズ及び費用に制限のあるシステムに、空中触覚システムを設計することができる。
【００７３】
具体的には、これらの技術は、スマートホン、スマートウォッチ、タブレット、健康監視リストバンド、ヘッドマウントデバイス、及び様々な他の種類の装着型及び携帯型デバイスにおいて、有利に実施される。さらに、携帯スピーカー及びヘッドホンも、開示される技術により可能となる材料費の削減という恩恵が受けられる。さらに、開示される技術は、拡張現実及び仮想現実（ＡＲ／ＶＲ）システムにおいて有益であり得る。例えば、開示される技術は、テーブル、壁、天井などに含まれる静止ＡＲ／ＶＲシステムにおいて実施することができる。その上、これらの技術は、ヘッドマウントＡＲ／ＶＲデバイスなどの装着型ＡＲ／ＶＲシステムにおいてさらに実施することができる。
【００７４】
様々な実施形態の説明は、例示目的で提示されており、網羅的である、または開示された実施形態に限定される意図はない。説明される実施形態の範囲及び趣旨から逸脱することのない数多くの変更及び変形が、当業者には明らかであろう。
【００７５】
本実施形態の態様は、システム、方法、またはコンピュータプログラム製品として具現化され得る。従って、本開示の態様は、完全なハードウェア実施形態、完全なソフトウェア実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）、または本明細書において「回路」、「モジュール」、もしくは「システム」と全て概して称され得るソフトウェア及びハードウェアの態様を組み合わせた実施形態の形態を取り得る。さらに、本開示の態様は、コンピュータ可読プログラムコードを取り込んだ１つ以上のコンピュータ可読媒体に具現化されたコンピュータプログラム製品の形態を取り得る。
【００７６】
１つ以上のコンピュータ可読媒体の任意の組み合わせを利用することができる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体またはコンピュータ可読記憶媒体であり得る。コンピュータ可読記憶媒体は、例えば、電子、磁気、光学、電磁気、赤外線、もしくは半導体のシステム、機器、もしくはデバイス、または前述の任意の好適な組み合わせであり得るが、これらに限定されない。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例（非包括的一覧）には、１つ以上の有線を有する電気接続、ポータブルコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読出専用メモリ（ＥＰＲＯＭもしくはフラッシュメモリ）、光ファイバ、ポータブルコンパクトディスク読出専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光学記憶装置、磁気記憶装置、または前述の任意の好適な組み合わせ、以上が含まれ得る。本文書の文脈において、コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、機器、またはデバイスが使用または接続する、プログラムを包含または記憶可能な任意の有形媒体であり得る。
【００７７】
本開示の実施形態による方法、機器（システム）、及びコンピュータプログラム製品のフローチャート図解及び／またはブロック図を参照して、本開示の態様は前述された。フローチャート図解及び／またはブロック図の各ブロック、並びにフローチャート図解及び／またはブロック図内のブロックの組み合わせは、コンピュータプログラム命令により実施できることは理解されよう。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または他のプログラマブルデータ処理機器のプロセッサに提供され、コンピュータまたは他のプログラマブルデータ処理機器のプロセッサを介して実行される命令により、フローチャート及び／またはブロック図のブロック（複数可）で指定される機能／動作を実施することが可能なマシンを生み出し得る。このようなプロセッサは、汎用プロセッサ、専用プロセッサ、特定用途向けプロセッサ、またはフィールドプログラマブルプロセッサもしくはゲートアレイであり得るが、これに限定されない。
【００７８】
図におけるフローチャート及びブロック図は、本開示の様々な実施形態によるシステム、方法、及びコンピュータプログラム製品の可能な実施態様のアーキテクチャ、機能、及び動作を例示する。その際、フローチャートまたはブロック図における各ブロックは、特定の論理関数（複数可）を実施する１つ以上の実行可能命令を備えるモジュール、セグメント、またはコード部分を表し得る。いくつかの代替的な実施態様では、ブロックに記された機能は、図に記された順番以外でも起こり得ることにも留意されたい。例えば、連続して示される２つのブロックは、実際には、ほぼ同時に実行されてもよく、または関与する機能に応じて、ブロックは時に逆の順序で実行されてもよい。ブロック図及び／またはフローチャート図解の各ブロック、並びにブロック図及び／またはフローチャート図解内のブロックの組み合わせは、特定の機能もしくは動作を実行する専用ハードウェアベースシステム、または専用ハードウェア及びコンピュータ命令の組み合わせにより実施することが可能であることにも留意されたい。
【００７９】
前述は本開示の実施形態を対象とするが、その基本範囲から逸脱することなく本開示の他及びさらなる実施形態が考案されてもよく、その範囲は以下の特許請求の範囲により特定される。
【図１】
2019530049.tif 000003
【図２】
2019530049.tif 000004
【図３】
2019530049.tif 000005
【図４】
2019530049.tif 000006
【図５Ａ】
2019530049.tif 000007
【図５Ｂ】
2019530049.tif 000008
【図５Ｃ】
2019530049.tif 000009
【図６】
2019530049.tif 000010
【図７】
2019530049.tif 000011
【図８】
2019530049.tif 000012
【図９】
2019530049.tif 000013
【図１０Ａ】
2019530049.tif 000014
【図１０Ｂ】
2019530049.tif 000015
【図１０Ｃ】
2019530049.tif 000016
【図１０Ｄ】
2019530049.tif 000017
【図１０Ｅ】
2019530049.tif 000018
【図１１】
2019530049.tif 000019
【図１２】
2019530049.tif 000020
【国際調査報告】
2019530049.tif 000021