(57)【要約】      （修正有）【課題】タッチ入力デバイスのセンサー機能及び作動機能を提供するシステムを提供する。【解決手段】タッチ入力システムは、タッチ入力デバイスと、作動及び検知システムとを備える。作動及び検知システムは、タッチ入力デバイスの第１の表面に隣接する伝達構造体を備え、伝達構造体は、第１の部分と、第１の部分の縁部から延びるビームとを有する。作動及び検知システムは、ビーム上に配置されるトランスデューサーパッチを更に備える。伝達構造体は、タッチ入力デバイスとトランスデューサーパッチとの間で力を伝達するように構成され、外力によるタッチ入力デバイスの動作が、ビーム及びトランスデューサーパッチの変形を引き起こし、また、トランスデューサーパッチによる作動出力が、タッチ入力デバイスの動作を引き起こすようになっている。トランスデューサーパッチは、センサーとして機能するように構成され、かつ、アクチュエーターとして機能するように構成されたトランスデューサー材料の層を有する。【選択図】図２
2018160243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチ入力を受けるタッチ入力デバイスと、
作動及び検知システムと、
を備えるタッチ入力システムであって、前記作動及び検知システムは、
前記タッチ入力デバイスの第１の表面に隣接して配置される伝達構造体であって、第１の部分及び前記第１の部分の縁部から延びるビームを有する伝達構造体と、
前記ビーム上に配置されるトランスデューサーパッチと、
を備え、
前記伝達構造体は、前記タッチ入力デバイスと前記トランスデューサーパッチとの間で力を伝達するように構成され、前記タッチ入力によって加えられる外力による前記タッチ入力デバイスの動作が、前記ビーム及び前記ビーム上に配置される前記トランスデューサーパッチの変形を引き起こし、また、前記トランスデューサーパッチによる作動出力が、前記タッチ入力デバイスの動作を引き起こし、
前記トランスデューサーパッチは、トランスデューサー材料の層を有し、前記トランスデューサー材料の層は、前記トランスデューサーパッチ及び前記ビームが前記外力によって変形する場合には、第１の電気信号を出力することによってセンサーとして機能するように構成され、かつ、第２の電気信号が前記トランスデューサー材料に印加される場合には、前記ビームを作動する運動を出力することによってアクチュエーターとして機能するように構成されている、タッチ入力システム。
【請求項２】
前記ビームは、ビームスプリングとして構成された弾性ビームであり、前記タッチ入力によって加えられる前記力に応じた前記ビームの前記変形は、前記ビームの屈曲を含み、前記ビームの前記屈曲が、前記トランスデューサーパッチの屈曲を引き起こす、請求項１に記載のタッチ入力システム。
【請求項３】
前記伝達構造体は、伝達層であり、前記タッチ入力デバイス及び前記伝達層は、前記タッチ入力デバイスにおいてタッチ入力を受けていない場合は、双方とも平坦であるとともに互いに平行である、請求項２に記載のタッチ入力システム。
【請求項４】
前記伝達層は、前記タッチ入力デバイスの後面に配置され、前記後面は、前記タッチ入力デバイスの入力面の反対側の表面である、請求項３に記載のタッチ入力システム。
【請求項５】
前記伝達層の前記第１の部分は、前記伝達層の中央部分であり、
前記ビームは、前記中央部分の第１の縁部から延びる第１のビームであり、
前記伝達層は、前記中央部分の第２の反対側の縁部から延びる第２のビームを更に有し、
前記トランスデューサーパッチは、第１のトランスデューサーパッチであり、前記作動及び検知システムは、前記第２のビーム上に配置される第２のトランスデューサーパッチを備え、前記第２のトランスデューサーパッチも、前記トランスデューサー材料の層を有し、
前記外力による前記タッチ入力デバイスの動作が、前記第１のビーム及び前記第２のビームのうちの少なくとも一方の屈曲動作を引き起こし、前記屈曲動作が、それぞれ前記第１のトランスデューサーパッチ及び前記第２のトランスデューサーパッチのうちの少なくとも一方の屈曲動作を引き起こす、請求項４に記載のタッチ入力システム。
【請求項６】
前記タッチ入力デバイスの前記後面と前記第１のビーム及び前記第２のビームの双方との間に配置されるスペーサー層と、
前記中央部分に直接取り付けられる剛性マウント支持体であって、前記中央部分を、前記剛性マウント支持体に対して前記伝達層の実質的に固定された部分として構成し、前記タッチ入力システムをマウント面に取り付けるように構成された剛性マウント支持体と、
を更に備える、請求項５に記載のタッチ入力システム。
【請求項７】
前記タッチ入力デバイスは、湾曲しており、
前記伝達構造体は、第１の伝達構造体であり、
前記ビームは、前記タッチ入力デバイスの第１の縁部において前記タッチ入力デバイスを支持する第１のビームであり、
前記作動及び検知システムは、前記タッチ入力デバイスの第２の反対側の縁部において前記タッチ入力デバイスを支持する第２のビームを有する第２の伝達構造体を更に備えるとともに、前記第２のビーム上に配置される第２のトランスデューサーパッチを有し、
前記外力による前記タッチ入力デバイスの動作が、前記第１のビーム及び前記第２のビームのうちの少なくとも一方の屈曲を引き起こす、請求項２に記載のタッチ入力システム。
【請求項８】
剛性マウント支持体を更に備え、
前記第１の伝達構造体は、前記剛性マウント支持体から前記タッチ入力デバイスの前記第１の縁部まで延び、
前記第２の伝達構造体は、前記剛性マウント支持体から前記タッチ入力デバイスの前記第２の縁部まで延び、
前記第１の伝達構造体の前記第１の部分は、前記剛性マウント支持体に接続される第１の基部であり、
前記第２の伝達構造体は、前記剛性マウント支持体に接続される第２の基部を有し、前記第２のビームは、前記第２の基部の縁部から延びる、請求項７に記載のタッチ入力システム。
【請求項９】
前記第１の伝達構造体の前記第１の基部及び前記第２の伝達構造体の前記第２の基部のそれぞれは、前記剛性マウント支持体と斜角をなす、請求項８に記載のタッチ入力システム。
【請求項１０】
前記第１のビームは、前記タッチ入力デバイスの前記第１の縁部において前記タッチ入力デバイスを支持する前記第１の伝達構造体の第１の組のビームのうちの１つであり、
前記トランスデューサーパッチは、前記第１の組のビームのそれぞれに配置される第１の組のトランスデューサーパッチのうちの１つであり、
前記第２のビームは、前記タッチ入力デバイスの前記第２の縁部において前記タッチ入力デバイスを支持する前記第２の伝達構造体の第２の組のビームのうちの１つであり、
前記第２のトランスデューサーパッチは、前記第２の組のビームのそれぞれに配置される第２の組のトランスデューサーパッチのうちの１つである、請求項９に記載のタッチ入力システム。
【請求項１１】
前記タッチ入力デバイスは、湾曲したディスプレイ層及び湾曲した透明カバーを有し、
前記透明カバーの外面が、前記タッチ入力デバイスの入力面である、請求項１０に記載のタッチ入力システム。
【請求項１２】
前記トランスデューサー材料は、２つの電極間に配置されるマクロファイバーコンポジット（ＭＦＣ）材料を含み、前記ＭＦＣ材料は、ポリマーマトリックスに埋め込まれた複数の圧電セラミックファイバーを含むか、又は、２つの電極間に配置される電気活性ポリマー（ＥＡＰ）材料若しくはエラストマー材料を含む、請求項１に記載のタッチ入力システム。
【請求項１３】
前記タッチ入力デバイスの入力面に配置される内部静電容量センサーを備える、請求項１に記載のタッチ入力システム。
【請求項１４】
タッチ入力を受けるように構成された入力面及び前記入力面の反対側の表面である後面を有するタッチ入力デバイスと、
作動及び検知システムと、
を備えるタッチ入力システムであって、前記作動及び検知システムは、
前記タッチ入力デバイスの前記後面上に配置される伝達層であって、前記伝達層の中央部分である第１の部分を有するとともに、前記中央部分の第１の縁部から延びる第１のビームと、前記中央部分の第２の反対側の縁部から延びる第２のビームとを有する伝達層と、
前記タッチ入力デバイスの前記後面と前記第１のビーム及び前記第２のビームの各ビームとの間に配置されるスペーサー層と、
前記第１のビーム上に配置される第１のトランスデューサーパッチと、
前記第２のビーム上に配置される第２のトランスデューサーパッチと、
を備え、
前記伝達層は、前記タッチ入力デバイスと、前記第１のトランスデューサーパッチ及び前記第２のトランスデューサーパッチの双方との間で力を伝達するように構成され、外力による前記タッチ入力デバイスの動作が、前記第１のビーム及び前記第２のビーム並びに前記第１のトランスデューサーパッチ及び前記第２のトランスデューサーパッチの変形を引き起こし、かつ、前記第１のトランスデューサーパッチ又は前記第２のトランスデューサーパッチによる作動出力が、前記タッチ入力デバイスの動作を引き起こし、
前記第１のトランスデューサーパッチ及び前記第２のトランスデューサーパッチの各トランスデューサーパッチは、トランスデューサー材料の層を有し、前記トランスデューサー材料の層は、それぞれの前記トランスデューサーパッチ及びそれぞれの前記ビームが前記外力によって変形する場合には、第１の電気信号を出力することによってセンサーとして機能するように構成され、かつ、第２の電気信号がそれぞれの前記トランスデューサーパッチの前記トランスデューサー材料に印加される場合には、前記ビームのそれぞれを作動する運動を出力することによってアクチュエーターとして機能するように構成されている、タッチ入力システム。
【請求項１５】
前記タッチ入力デバイスは、剛性ディスプレイデバイスであり、
前記外力による前記ディスプレイデバイスの前記動作が前記ディスプレイデバイスの前記入力面に実質的に垂直である場合、前記第１のビーム及び前記第２のビームの各ビームの前記変形は、屈曲動作を含み、前記屈曲動作が、それぞれ前記第１のトランスデューサーパッチ及び前記第２のトランスデューサーパッチの屈曲動作を引き起こす、請求項１４に記載のタッチ入力システム。
【請求項１６】
前記中央部分に直接取り付けられる剛性マウント支持体であって、前記中央部分を、前記剛性マウント支持体に対して前記伝達層の実質的に固定された部分として構成する剛性マウント支持体を更に備え、
前記タッチ入力デバイスは、前記伝達層の前記第１のビーム及び前記第２のビーム上に懸架される、請求項１５に記載のタッチ入力システム。
【請求項１７】
前記第１のトランスデューサーパッチ及び前記第２のトランスデューサーパッチと信号通信する制御ユニットを更に備え、
前記制御ユニットは、
第１の期間において、前記第１のトランスデューサーパッチ及び前記第２のトランスデューサーパッチのうちの１つ以上のトランスデューサーパッチから前記第１の電気信号を受信し、
前記第１の電気信号の受信に基づいて、前記外力による前記タッチ入力デバイスの前記動作を検出し、
前記外力による前記タッチ入力デバイスの前記動作の前記検出に基づいて、タッチ入力を受けたと判定し、
前記タッチ入力を受けたとの判定に応じて、触覚効果が生成されることを決定し、
第２の期間において、信号発生器を介して、前記第２の電気信号としての発振駆動信号を前記第１のトランスデューサーパッチ及び前記第２のトランスデューサーパッチのうちの１つ以上のトランスデューサーパッチに与えて、前記タッチ入力デバイスにおいて前記触覚効果を生成させる、
ように構成されている、請求項１４に記載のタッチ入力システム。
【請求項１８】
前記制御ユニットは、前記第１の電気信号に基づいて、前記タッチ入力に関連付けられる圧力レベル又は前記タッチ入力に関連付けられるジェスチャーを判定するように構成されている、請求項１７に記載のタッチ入力システム。
【請求項１９】
前記第１の電気信号が１つ以上のパルスを含む場合、前記制御ユニットは、前記タッチ入力がタップ入力であると判定するように構成されている、請求項１７に記載のタッチ入力システム。
【請求項２０】
前記伝達層は、前記第１のビーム及び前記第２のビームを含む少なくとも４つのビームを有し、
前記少なくとも４つのビームは、前記伝達層の前記中央部分の周囲に対称に配置され、
前記少なくとも４つのビームは、全て矩形であるとともに、同じ長さ、幅及び厚さを有し、
前記スペーサー層は、５０μｍ〜２００μｍの範囲の厚さを有する、請求項１４に記載のタッチ入力システム。
【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、２０１７年３月２３日に出願された米国仮特許出願第６２／４７５，８２６号、及び２０１８年２月２２日に出願された米国特許出願第１５／９０２，７４５号の恩典を主張し、これらの特許出願の全内容は引用することによりその全体が本明細書の一部をなす。
【０００２】
本発明は、タッチ入力デバイスのセンサー機能及び作動機能を提供するシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
電子機器製造業者は、ユーザーに対する表現力豊かなインターフェースを競って作製している。多くのデバイスは、視覚キュー及び聴覚キューを用いて、ユーザーにフィードバックを提供する。いくつかのインターフェースデバイスにおいては、運動感覚効果（作用力及び抵抗力フィードバック等）及び／又は触知性効果（振動、質感及び熱等）もユーザーに提供される。運動感覚効果及び触知性効果は、より包括的に、「触覚フィードバック」又は「触覚効果」と称される場合もある。触覚フィードバックは、ユーザーインターフェースを改善及び単純化するキューを提供することができる。例えば、振動効果又は振動触知性触覚効果は、ユーザーに特定のイベントを通知するために電子機器のユーザーにキューを提供するときに有用である場合があるか、又は、実環境、シミュレートされた環境若しくはバーチャル環境内でより大きな知覚没入感を生成するために現実的なフィードバックを提供することができる。このような効果は、ユーザーインターフェース、ゲーミング、自動車、家庭用電化製品、及び、実環境、シミュレートされた環境又はバーチャル環境における他のユーザーインターフェースにおいて用途を有し得る。
【発明の概要】
【０００４】
以下の詳細な説明は、本質的に単に例示のものであり、本発明又は本発明の用途及び使用を限定することを意図するものではない。さらに、前出の技術分野、背景技術、発明の概要又は以下の詳細な説明において提示されるいかなる明示された又は暗示された理論によっても限定する意図はない。
【０００５】
本明細書の実施形態の１つの態様は、タッチ入力デバイスと、作動及び検知システム（actuation and sensing system）とを備えるタッチ入力システムに関する。タッチ入力デバイスは、タッチ入力を受けるものである。作動及び検知システムは、タッチ入力デバイスの第１の表面に隣接して配置される伝達構造体を備え、伝達構造体は、第１の部分と、第１の部分の縁部から延びるビームとを有する。作動及び検知システムは、ビーム上に配置されるトランスデューサーパッチを更に備える。伝達構造体は、タッチ入力デバイスとトランスデューサーパッチとの間で力を伝達するように構成され、タッチ入力によって加えられる外力によるタッチ入力デバイスの動作が、ビーム及びビーム上に配置されるトランスデューサーパッチの変形を引き起こし、また、トランスデューサーパッチによる作動出力が、タッチ入力デバイスの動作を引き起こすようになっている。トランスデューサーパッチは、トランスデューサーパッチ及びビームが外力によって変形する場合には、第１の電気信号を出力することによってセンサーとして機能するように構成され、かつ、第２の電気信号がトランスデューサー材料に印加される場合には、ビームを作動する運動を出力することによってアクチュエーターとして機能するように構成されたトランスデューサー材料の層を有する。
【０００６】
一実施形態において、ビームは、ビームスプリングとして構成された弾性ビームであり、タッチ入力によって加えられる力に応じたビームの変形は、ビームの屈曲を含み、ビームの屈曲が、トランスデューサーパッチの屈曲を引き起こす。
【０００７】
一実施形態において、伝達構造体は、伝達層であり、タッチ入力デバイス及び伝達層は、タッチ入力デバイスにおいてタッチ入力を受けていない場合は、双方とも平坦であるとともに互いに平行である。
【０００８】
一実施形態において、伝達層は、タッチ入力デバイスの後面に配置され、後面は、タッチ入力デバイスの入力面の反対側の表面である。
【０００９】
一実施形態において、伝達層の第１の部分は、伝達層の中央部分であり、ビームは、中央部分の第１の縁部から延びる第１のビームである。この実施形態において、伝達層は、中央部分の第２の反対側の縁部から延びる第２のビームを更に有する。トランスデューサーパッチは、第１のトランスデューサーパッチであり、作動及び検知システムは、第２のビーム上に配置される第２のトランスデューサーパッチを備え、第２のトランスデューサーパッチも、トランスデューサー材料の層を有する。この実施形態において、外力によるタッチ入力デバイスの動作が、第１のビーム及び第２のビームのうちの少なくとも一方の屈曲動作を引き起こし、屈曲動作が、それぞれ第１のトランスデューサーパッチ及び第２のトランスデューサーパッチのうちの少なくとも一方の屈曲動作を引き起こす。
【００１０】
一実施形態において、タッチ入力システムは、タッチ入力デバイスの後面と第１のビーム及び第２のビームの双方との間に配置されるスペーサー層を更に備える。タッチ入力システムは、中央部分に直接取り付けられる剛性マウント支持体であって、中央部分を、伝達層の剛性マウント支持体に実質的に固定された部分として構成し、タッチ入力システムをマウント面に取り付けるように構成された剛性マウント支持体を更に備える。
【００１１】
一実施形態において、タッチ入力デバイスは、湾曲しており、伝達構造体は、第１の伝達構造体であり、ビームは、タッチ入力デバイスの第１の縁部においてタッチ入力デバイスを支持する第１のビームである。この実施形態において、作動及び検知システムは、タッチ入力デバイスの第２の反対側の縁部においてタッチ入力デバイスを支持する第２のビームを有する第２の伝達構造体を更に備えるとともに、第２のビーム上に配置される第２のトランスデューサーパッチを備え、外力によるタッチ入力デバイスの動作が、第１のビーム及び第２のビームのうちの少なくとも一方の屈曲を引き起こす。
【００１２】
一実施形態において、タッチ入力システムは、剛性マウント支持体を更に備え、第１の伝達構造体は、剛性マウント支持体からタッチ入力デバイスの第１の縁部まで延び、第２の伝達構造体は、剛性マウント支持体からタッチ入力デバイスの第２の縁部まで延びる。この実施形態において、第１の伝達構造体の第１の部分は、剛性マウント支持体に接続される第１の基部であり、第２の伝達構造体は、剛性マウント支持体に接続される第２の基部を有し、第２のビームは、第２の基部の縁部から延びる。
【００１３】
一実施形態において、第１の伝達構造体の第１の基部及び第２の伝達構造体の第２の基部のそれぞれは、剛性マウント支持体と斜角をなす。
【００１４】
一実施形態において、第１のビームは、タッチ入力デバイスの第１の縁部においてタッチ入力デバイスを支持する第１の伝達構造体の第１の組のビームのうちの１つであり、トランスデューサーパッチは、それぞれの第１の組のビームに配置される第１の組のトランスデューサーパッチのうちの１つである。この実施形態において、第２のビームは、タッチ入力デバイスの第２の縁部においてタッチ入力デバイスを支持する第２の伝達構造体の第２の組のビームのうちの１つであり、第２のトランスデューサーパッチは、それぞれの第２の組のビームに配置される第２の組のトランスデューサーパッチのうちの１つである。
【００１５】
一実施形態において、タッチ入力デバイスは、湾曲したディスプレイ層及び湾曲した透明カバーを有し、透明カバーの外面が、タッチ入力デバイスの入力面である。
【００１６】
一実施形態において、トランスデューサー材料は、２つの電極間に配置されるマクロファイバーコンポジット（ＭＦＣ）材料を含み、ＭＦＣ材料は、ポリマーマトリックスに埋め込まれた複数の圧電セラミックファイバーを含むか、又は、２つの電極間に配置される電気活性ポリマー（ＥＡＰ）材料若しくはエラストマー材料を含む。
【００１７】
一実施形態において、タッチ入力デバイスは、タッチ入力デバイスの入力面に配置される内部静電容量センサーを備える。
【００１８】
本明細書の実施形態の１つの態様は、タッチ入力デバイスと、作動及び検知システムとを備えるタッチ入力システムに関する。タッチ入力デバイスは、タッチ入力を受けるように構成された入力面と、入力面の反対側の後面とを有する。作動及び検知システムは、タッチ入力デバイスの後面上に配置される伝達層を備える。伝達層は、伝達層の中央部分である第１の部分を有するとともに、第１のビーム及び第２のビームを有し、第１のビームは、中央部分の第１の縁部から延び、第２のビームは、中央部分の第２の反対側の縁部から延びる。作動及び検知システムは、スペーサー層と、第１のトランスデューサーパッチと、第２のトランスデューサーパッチとを更に備える。スペーサー層は、タッチ入力デバイスの後面と、第１のビーム及び第２のビームの各ビームとの間に配置される。第１のトランスデューサーパッチは、第１のビーム上に配置される。第２のトランスデューサーパッチは、第２のビーム上に配置される。伝達層は、タッチ入力デバイスと、第１のトランスデューサーパッチ及び第２のトランスデューサーパッチの双方との間で力を伝達するように構成され、外力によるタッチ入力デバイスの動作が、第１のビーム及び第２のビーム並びに第１のトランスデューサーパッチ及び第２のトランスデューサーパッチの変形を引き起こし、また、第１のトランスデューサーパッチ又は第２のトランスデューサーパッチによる作動出力が、タッチ入力デバイスの動作を引き起こすようになっている。第１のトランスデューサーパッチ及び第２のトランスデューサーパッチの各トランスデューサーパッチは、それぞれのトランスデューサーパッチ及びそれぞれのビームが外力によって変形する場合には、第１の電気信号を出力することによってセンサーとして機能するように構成され、かつ、第２の電気信号がトランスデューサー材料に印加される場合には、それぞれのビームを作動する運動を出力することによってアクチュエーターとして機能するように構成されたトランスデューサー材料の層を有する。
【００１９】
一実施形態において、タッチ入力デバイスは、剛性ディスプレイデバイスであり、外力によるディスプレイデバイスの動作がディスプレイデバイスの入力面に実質的に垂直である場合、この実施形態において、第１のビーム及び第２のビームの各ビームの変形は、屈曲動作を含み、屈曲動作が、それぞれ第１のトランスデューサーパッチ及び第２のトランスデューサーパッチの屈曲動作を引き起こす。
【００２０】
一実施形態において、タッチ入力システムは、中央部分に直接取り付けられる剛性マウント支持体であって、中央部分を、伝達層の剛性マウント支持体に実質的に固定された部分として構成する剛性マウント支持体を更に備え、タッチ入力デバイスは、伝達層の第１のビーム及び第２のビーム上に懸架される。
【００２１】
一実施形態において、タッチ入力システムは、第１のトランスデューサーパッチ及び第２のトランスデューサーパッチと信号通信（signal communication）する制御ユニットであって、第１の期間において、第１のトランスデューサーパッチ及び第２のトランスデューサーパッチのうちの１つ以上のトランスデューサーパッチから第１の電気信号を受信するように構成された制御ユニットを更に備える。制御ユニットは、第１の電気信号を受信したことに基づいて、外力によるタッチ入力デバイスの動作を検出するように更に構成される。制御ユニットは、外力によるタッチ入力デバイスの動作の検出に基づいて、タッチ入力を受けたと判定するとともに、タッチ入力を受けたとの判定に応じて、生成される触覚効果を決定するように更に構成される。加えて、制御ユニットは、第２の期間において、信号発生器を介して、第２の電気信号としての発振駆動信号を第１のトランスデューサーパッチ及び第２のトランスデューサーパッチのうちの１つ以上のトランスデューサーパッチに与えて、タッチ入力デバイスにおいて触覚効果を生成させるように構成される。
【００２２】
一実施形態において、制御ユニットは、第１の電気信号に基づいて、タッチ入力に関連付けられる圧力レベル又はタッチ入力に関連付けられるジェスチャーを判定するように構成される。
【００２３】
一実施形態において、第１の電気信号が１つ以上のパルスを含む場合、制御ユニットは、タッチ入力がタップ入力であると判定するように構成される。
【００２４】
一実施形態において、伝達層は、第１のビーム及び第２のビームを含む少なくとも４つのビームを有し、少なくとも４つのビームは、伝達層の中央部分の周囲に対称に配置され、少なくとも４つのビームは、全て矩形であるとともに同じ長さ、幅及び厚さを有し、スペーサー層は、５０μｍ〜２００μｍの範囲の厚さを有する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】本発明の一実施形態に係るタッチ入力システムの斜視図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態に係るタッチ入力システムの斜視図である。
【図１Ｃ】本発明の一実施形態に係るタッチ入力システムのタッチ入力デバイスの斜視図である。
【図２】図２Ａは、本発明の一実施形態に係る、タッチ入力デバイスと作動及び検知システムとを備えるタッチ入力システムの分解図である。図２Ｂは、本発明の一実施形態に係る、タッチ入力デバイスと作動及び検知システムとを備えるタッチ入力システムの斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る、作動及び検知システムによって支持されているタッチ入力デバイスの断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る、作動及び検知システムによって支持されているタッチ入力デバイスの断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る、作動及び検知システムによって支持されているタッチ入力デバイスの断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るタッチ入力システムの種々の構成要素のブロック図である。
【図７】本発明の実施形態に係るそれぞれの作動及び検知システムの種々の伝達層の平面図である。
【図８】本発明の実施形態に係るそれぞれの作動及び検知システムの種々の伝達層の平面図である。
【図９】本発明の実施形態に係るそれぞれの作動及び検知システムの種々の伝達層の平面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るそれぞれの作動及び検知システムの種々の伝達層の平面図である。
【図１１】本発明の実施形態に係るそれぞれの作動及び検知システムの種々の伝達層の平面図である。
【図１２】本発明の実施形態に係るタッチ入力システムの図である。
【図１３】本発明の実施形態に係るタッチ入力システムの図である。
【図１４】本発明の実施形態に係るタッチ入力システムの図である。
【図１５】本発明の実施形態に係るタッチ入力システムの図である。
【図１６】本発明の実施形態に係るタッチ入力システムの図である。
【図１７】本発明の実施形態に係るタッチ入力システムの図である。
【図１８】本発明の実施形態に係るタッチ入力システムの図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の上述の特徴及び利点並びに他の特徴及び利点は、添付の図面に示されるような本発明の実施形態の以下の説明から明らかであろう。本明細書に組み込まれるとともに本明細書の一部をなす添付の図面は更に、本発明の原理を説明するとともに、当業者が本発明を実施及び使用することを可能にする役割を果たす。図面は一定縮尺ではない。
【００２７】
以下の詳細な説明は本来例示的なものでしかなく、本発明又は本発明の用途及び使用を限定するように意図されていない。さらに、前述の技術分野、背景技術、発明の概要又は以下の詳細な説明に提示されている、明示又は暗示されるいかなる理論にも制限されることは意図されていない。
【００２８】
本発明の実施形態は、タッチ入力を受ける入力面を有するデバイス（例えば、入力面を有する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）デバイス）等のタッチ入力デバイスの触覚作動機能及び検知機能の双方を提供する作動及び検知システムを備える、タッチ入力システムに関する。一実施形態において、タッチ入力デバイスと作動及び検知システムとは、自動車又は他の車両の中央コンソールシステム又はダッシュボードシステム等の車載ユーザーインターフェースシステムの一部とすることができる。いくつかの例では、タッチ入力デバイスは、例えば、タッチ入力の位置、タッチ入力によってなされるジェスチャー又はタッチ入力の他の特徴を判定するように構成された、抵抗膜方式、静電容量方式又は他のタイプのタッチスクリーンを含むことができる。一実施形態において、作動及び検知システムは、クリック又はタッチ入力デバイスに与えられる他のタッチ入力を検知するとともに、タッチ入力デバイスにおいて振動触知性効果又は他の触覚効果を生成するように構成することができる。
【００２９】
一実施形態において、作動及び検知システムは、タッチ入力によって加えられる外力をタッチ入力デバイスからトランスデューサーに伝達し、また、トランスデューサーによる作動出力をタッチ入力デバイスに伝達する伝達構造体を備えることができる。例えば、伝達構造体は、層の形態とすることができ、これを伝達層又は伝達シートと称することができる。タッチ入力デバイスは、ユーザー等から外力を受けたときに、伝達層の一部に力をかけることができ、この伝達層の一部が、これに応じて屈曲又は別様に変形することができる。いくつかの場合において、伝達層の一部は、屈曲又は他の変形が可能なビームを形成することができる。変形は、弾性変形とすることができる。上述したトランスデューサーは、トランスデューサーパッチの形態とすることができ、また、接着剤又は他の取付け方法によってビームに取り付ける（接続されるとも言う）ことができる。伝達層のビームが屈曲すると、トランスデューサーパッチも押されて同様に屈曲することができ、それにより、トランスデューサーパッチを伸長させ、トランスデューサーパッチにおける歪みをもたらすことができる。したがって、伝達層は、外力をタッチ入力デバイスからトランスデューサーに伝達し、トランスデューサーにおける歪み又は他の変形を引き起こすことができる。この歪みにより、トランスデューサーパッチに電気信号を生成させることができ、この電気信号は、ユーザーによる外力を検知するためのセンサー信号とすることができる。さらに、駆動信号をトランスデューサーパッチに印加して、トランスデューサーパッチに変形、振動、又は別様な作動を出力させることができる。トランスデューサーが振動等の作動を出力したとき、伝達層は、振動又は他の運動を作動部からタッチ入力デバイスに伝達することができる。
【００３０】
一実施形態において、伝達構造体は、タッチ入力デバイスの重量を支持することができる。例えば、伝達構造体は、タッチ入力デバイスが支持されるスプリングサスペンションを提供する１つ以上のビームを形成することができる。こうした例において、伝達構造体は、支持構造体と称することができ、１つ以上のビームは、１つ以上の支持ビームと称することができる。こうした例における伝達構造体が伝達層の形態である場合、その伝達層は、支持層又は支持シートとも称することができる。
【００３１】
一実施形態において、タッチ入力デバイスは、タッチ入力デバイスの前面である入力面を有することができ、前面は、ユーザーに向く表面である。ユーザーは、指又はスタイラスを介して入力面を押すことによって、タッチ入力を与えることができる。タッチ入力による外力は、入力面に対して様々な方向におけるものとすることができる。例えば、タッチ入力デバイスの入力面に垂直、入力面に平行（例えば、外力が入力面に沿って加えられるように入力面を擦ることによる）としてもよいし、これらの組合せ（例えば、入力面に対して斜め）とすることもできる。
【００３２】
一実施形態において、タッチ入力デバイスは、平坦な入力面を有することができる。一実施形態において、タッチ入力デバイスは、湾曲した入力面、又は、別様に巨視的スケールで平坦でない入力面を有することができる。湾曲した入力面は、例えば、車両ダッシュボードの湾曲度に適合する湾曲度を有することができる。入力面が湾曲している場合、入力面と外力との間の角度とは、外力の方向と、外力が加えられる入力面上の位置において入力面に正接する平面との間に形成される角度を指すことができる。上記位置は、例えば、入力面とタッチ入力との直接的な接触が起こる位置とすることができる。
【００３３】
一実施形態において、タッチ入力デバイスと作動及び検知システムの伝達構造体との双方を平坦とし、互いに平行とすることができる。一実施形態において、作動及び検知システムは、タッチ入力デバイスの後面上に配置される伝達層等の伝達構造体を備えることができる。タッチ入力デバイスの前面に垂直（又はより包括的には、実質的に垂直）の成分を有する外力がタッチ入力デバイスの前面に（例えば下方向に）加えられると、外力のこの成分は、タッチ入力デバイスから、後面における作動及び検知システムの伝達構造体に伝達することができ、それにより、外力の検出を容易にすることができる。一実施形態において、伝達構造体は、サスペンション構造体、又はタッチ入力デバイスの重量を支持する他の支持構造体を形成することができる。支持構造体は、いくつかの場合において、タッチ入力デバイスにばね力を与えることが可能なスプリング支持構造体又はスプリングサスペンション構造体とすることができる。このような一実施形態において、作動及び検知システムは、支持システム、又はより具体的にスプリング支持システムと称することができる。上述したように、支持構造体は、弾性変形可能なビームを有することができる。ビームは、スプリングサスペンションを形成するビームスプリングとして機能することができる。ビームは、例えば、支持構造体の中央部分から延びることができ、中央部分は、剛性マウント支持体に直接取り付けられるように構成される。中央部分は、ビームよりも剛性が高いため、支持構造体に外力が加えられても変形しない、支持構造体の実質的に堅い部分として機能するか、又は、剛性マウント支持体に実質的に固定された部分として機能することができる。
【００３４】
一実施形態において、作動及び検知システムは、タッチ入力デバイスの縁部においてタッチ入力デバイスを支持する伝達構造体を備えることができる。例えば、伝達構造体は、タッチ入力デバイスを支持する脚部として機能する支持ビームを有する支持構造体とすることができる。タッチ入力デバイスは、平坦なタッチ入力デバイスとしてもよいし、湾曲したタッチ入力デバイスとしてもよい。タッチ入力デバイスが外力を受けたとき、外力はビームに伝達することができ、ビームは、屈曲等の弾性変形を受けるビームスプリングとして機能することができる。上述したように、伝達構造体は、支持構造体、より具体的には支持層又は支持シートの形態とすることができる支持構造体とすることができ、支持ビーム（伝達ビームとも称される）は、支持層の第１の部分の縁部から延びる。一実施形態において、第１の部分は、支持層の中央部分とすることができる。一実施形態において、第１の部分は、支持層の中央部分ではない。例えば、第１の部分は、例えば、マウント面に直接取り付けることができるマウント支持体に直接取り付けられる基部として機能することができる。基部は、外力が支持層に伝達されても変形しない実質的に堅い部分とすることができる。
【００３５】
一実施形態において、作動及び検知システムは、複数の伝達構造体（支持構造体とも称される）を備えることができる。支持構造体のそれぞれは、タッチ入力デバイスの重量を支持する１つ以上のビームを有することができる。いくつかの場合において、１つ以上のビームは、タッチ入力デバイスの縁部に配置することができ、縁部は、タッチ入力デバイスの外側面（側面とも称される）に隣接する場所を含む。例えば、第１の伝達構造体は、タッチ入力デバイスの第１の外側面に直接取り付けられる複数のビームを有することができ、第２の伝達構造体は、タッチ入力デバイスの第２の外側面（例えば、反対側の外側面）に直接取り付けられる複数のビームを有することができる。第１の伝達構造体及び第２の伝達構造体は、タッチ入力デバイスをマウント支持体上で支持するか、又は、（マウント支持体が省かれる場合）直接マウント面上で支持することができる。
【００３６】
上記で論じたように、作動及び検知システムは、例えば、ディスプレイスクリーンのタッチ入力面の触覚アクチュエーターシステムとセンサーシステムとの組合せを１つのユニットとして提供することができる。より具体的には、作動及び検知システムは、別個の独立したシステムではなく同じ構成要素又は同じ構成要素のセットによって、センサー機能と触覚作動機能とを提供するように構成することができる。センサー機能は、タッチ入力等によってタッチ面（例えば、タッチ入力デバイスの前面）に加えられる外力を検知することができる。触覚作動機能は、タッチ入力デバイスのタッチ面上に、例えば振動触知性触覚効果を出力することができる。
【００３７】
本明細書の実施形態の作動及び検知システムは、トランスデューサーを用いることができ、トランスデューサーは、センサーとしても機能し得るアクチュエーターを含むことができる。一実施形態において、トランスデューサーは、例えば、圧電セラミック材料を含む圧電アクチュエーターを含むことができる。圧電セラミック材料は、機械エネルギーから電気エネルギーへの変換及び電気エネルギーから機械エネルギーへの変換の双方が可能であり得る。例えば、アクチュエーターは、接着剤又は他のポリマーマトリックスに埋め込まれた複数の圧電セラミックファイバーを含むマクロファイバーコンポジット（ＭＦＣ）材料を含むことができる。一実施形態において、トランスデューサーは、これに加えて又は代替的に、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）材料層等の別の材料を含むことができる。
【００３８】
一実施形態において、作動及び検知システムは、１つ以上のリーフスプリング（１つ以上のビームスプリングとも、又は本開示においてより包括的には、１つ以上のビームとも称される）を含む機械的構成を用いることができる。リーフスプリングは、タッチ入力デバイスの重量と、ディスプレイスクリーンの表面等の、タッチ入力デバイスのタッチ入力面とを支持するサスペンションを形成することができる。しかしながら、一実施形態において、タッチ入力デバイスの重量は、別の構成要素によって支持され、１つ以上のリーフスプリングは、タッチ入力デバイスの重量を支持する必要はない。一実施形態において、リーフスプリングは、タッチ入力デバイスに平行とすることができる。一実施形態において、リーフスプリングは、タッチ入力デバイスと斜角又は直角をなすことができる。いくつかの場合において、リーフスプリングは、タッチ入力デバイスの外側面に隣接して配置することができる。一実施形態において、上述したトランスデューサーのＭＦＣ材料は、１つ以上のリーフスプリングに接合して、ｚ方向（例えば、機械的に接地されたボディ又はマウント支持体に実質的に垂直の方向）、又は、ｘ方向、又はｙ方向、又は何らかの他の方向における振動フィードバック等の触覚フィードバック（触覚効果とも称される）を提供することができる。振動は、伝達構造体の１つ以上のリーフスプリングからタッチ入力デバイスに伝達されて、デバイスのタッチ面において振動触知性触覚効果を出力することができる。上述したように、トランスデューサーを用いて、検知機能を提供することができる。例えば、ユーザーがタッチ面に外力又は圧力を加えた場合、この外力は、伝達構造体の１つ以上のリーフスプリングによってトランスデューサーのＭＦＣ材料に伝達することができる。外力は、ＭＦＣ材料を変形させ、それにより、材料の歪みを引き起こすことができる。ＭＦＣ材料は、変形を引き起こした機械エネルギーを電気信号に変換することができ、この電気信号は、センサー信号として更に処理することができる。１つの例において、センサー信号は、ＭＦＣ材料によって生成される第１の電気信号とすることができ、第２の電気信号がＭＦＣ材料に印加されて、１つ以上のリーフスプリングによってタッチ面に伝達される振動又は他の作動をＭＦＣ材料に出力させ、タッチ面において触覚効果を出力することができる。こうして、作動及び検知システムは、触覚フィードバック機能とセンサー機能との双方を提供可能である。一実施形態において、作動及び検知システムの検知機能は、タッチ入力の存在だけでなく、タッチ入力による力若しくは圧力の量、タッチ入力による外力の方向、タッチ入力による直接的な接触が起こった入力面上の位置、又は何らかの他の特徴等の、タッチ入力の特徴も検出可能とすることができる。
【００３９】
一実施形態において、上述した作動及び検知システムは、図１Ａに示すように、タッチ入力システム１００の一部とすることができる。一実施形態において、タッチ入力システム１００は、車載ユーザーインターフェースシステムの一部とすることができ、車載ユーザーインターフェースシステムは、車両状態、車内温度、ナビゲーション、ラジオ、通話及びテキストの閲覧及び／又は制御、又は他の機能等の種々の機能のためにユーザーインタラクションを与えるのに使用される、中央コンソールシステム及び／又は車両ダッシュボードシステム等である。一実施形態において、図１Ｂに示すように、タッチ入力システム１００は、タッチ入力デバイス１１１を備えることができる。一実施形態において、タッチ入力デバイスは、形状適合された入力面を提供することができる。いくつかの場合において、形状適合された入力面は、ダッシュボードの湾曲に形状適合するように湾曲することができる。
【００４０】
図１Ｃに示すように、タッチ入力デバイス１１１は、タッチ入力を受ける入力面（例えば、前面１１１ａ）と、入力面の反対側の表面である後面１１１ｂ（前面１１１ａの反対側の表面）とを有することができる。タッチ入力デバイス１１１は、外側面（側面とも称される）１１１ｃ〜１１１ｆも有することができ、外側面１１１ｃ〜１１１ｆは、一実施形態において、前面１１１ａに実質的に垂直の表面とすることができる。より包括的に述べると、外側面１１１ｃ〜１１１ｆは、入力面（例えば、前面１１１ａ）でもなく、入力面の反対側の表面（例えば、後面）でもない表面とすることができる。一実施形態において、外側面１１１ｃ〜１１１ｆは、タッチ入力デバイスの前面又は後面の様々な縁部（例えば、上縁部、下縁部、左縁部及び右縁部）を形成することができる。前面又は後面のこれらの縁部は、タッチ入力デバイスの縁部とも称することができる。
【００４１】
上記で論じたように、本開示のいくつかの実施形態において、作動及び検知システム１１０は、タッチ入力デバイス１１１を支持する支持システムとして機能することができる。例えば、図１Ｂに示すように、作動及び検知システム１１０は、タッチ入力デバイス１１１の重量を支持するサスペンションシステムとして機能することができる。一実施形態において、タッチ入力デバイス１１１は、前面１１１ａが入力面であるディスプレイスクリーンを含むことができる。ディスプレイスクリーンは、ディスプレイスクリーンをタッチスクリーンとして構成する、ディスプレイスクリーンの前面１１１ａに近接して配置される抵抗膜方式又は静電容量方式タッチセンサー等の内部タッチセンサーを備えてもよいし、こうした内部センサーを備えなくてもよい。一実施形態において、タッチ入力デバイス１１１は、ディスプレイスクリーン又は他の表示機能部を備えなくてもよく、タッチパッドとして機能する場合がある。
【００４２】
図１Ｂに示す実施形態において、タッチ入力システム１００は、タッチ入力デバイス１１１と作動及び検知システム１１０とを、車両のダッシュボード又は中央コンソールのボディ等のボディ１３０のマウント面１３０ａに取り付けるマウント支持体１２０を備えることができる。例えば、マウント支持体１２０は、一端において作動及び検知システム１１０に取り付けられるとともに、他端においてマウント面１３０ａに取り付けられる、剛性のブロックとすることができる。一実施形態において、マウント支持体１２０とボディ１３０とは、機械的に接地されたバックプレーンをともに形成することができる。
【００４３】
上記で論じたように、タッチ入力デバイス１１１は、ユーザーによる入力面（タッチ入力デバイス１１１の前面１１１ａ等）の押圧等のタッチ入力を受けるように構成することができる。押圧は、例えば、タッチ入力デバイス１１１上に表示されているボタンのクリックのための入力、又は何らかの他のユーザー入力の一部とすることができる。作動及び検知システム１１０は、ユーザーがタッチ入力デバイス１１１のタッチ面を押すか又は別様に外力を加えると、変形するように構成することができる。より具体的には、作動及び検知システム１１０は、変形するように構成された伝達構造体を備えることができる。伝達構造体は、トランスデューサーに外力を伝達することができ、それにより、トランスデューサーが変形し、この変形により、トランスデューサーが電気信号を生成する。電気信号は、タッチ入力の検出に用いることができるセンサー信号とみなすことができる。トランスデューサーは、電気信号を作動に変換するアクチュエーターとして機能することもできる。
【００４４】
一実施形態において、ユーザーがタッチ入力デバイス１１１に外力を加えると、作動及び検知システム１１０は、ユーザーが知覚可能な量で変形することができる。このような状況では、この変形を利用して、例えば、クリック入力の結果として押し下げられる機械式のボタンを模擬することができる。この状況では、外力は、前面１１１ａに実質的に垂直の方向におけるものとすることができる。タッチ入力デバイス１１１は、例えば、剛性である場合があり、ボタンが押し下げられた感覚をそれ自体で完全に再現可能でない場合がある。しかしながら、作動及び検知システム１１０は、ユーザーが感知可能である十分な量で変形可能とすることができ、したがって、ボタンが押された感覚の再現を援助可能とすることができる。したがって、作動及び検知システム１１０は、タッチ入力デバイス１１１が、例えば、同様にタッチ入力を検出することができる内部静電容量方式タッチセンサーを既に備えている場合であっても、タッチ入力を受ける際にタッチ入力デバイス１１１を補完することができる。
【００４５】
一実施形態において、上記で論じたように、作動及び検知システムは、アクチュエーター機能とセンサー機能とを組み合わせることができる。アクチュエーター機能は、例えば、マクロファイバーコンポジット（ＭＦＣ）アクチュエーター等の圧電セラミックアクチュエーター、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）アクチュエーター、任意の他の作動可能材料層、又はこれらの任意の組合せ等を使用することができる。ＭＦＣアクチュエーターは、他のタイプのアクチュエーター又は作動可能材料に比較して増大した可撓性を有するという利点を提供することができる。さらに、ＭＦＣアクチュエーター又はＥＡＰアクチュエーターは、作動及び検知システム１１０の検知機能を提供可能なトランスデューサーとすることができる。
【００４６】
図２Ａ及び図２Ｂは、伝達構造体１１３と、複数のトランスデューサーパッチ１１４ａ〜１１４ｄとを備える作動及び検知システム１１０を示している。トランスデューサーパッチ１１４ａ〜１１４ｄは、それぞれのトランスデューサーパッチが外力によって変形する場合には、第１の電気信号を出力することによってセンサーとして機能するように構成され、かつ、伝達構造体１１３を作動する運動を出力することによってアクチュエーターとして機能するように構成されたトランスデューサー材料の層をそれぞれ有することができる。伝達構造体１１３は、タッチ入力デバイス１１１が受ける外力をトランスデューサーパッチ１１４ａ〜１１４ｄの少なくとも１つに伝達し、また、トランスデューサーパッチ１１４ａ〜１１４ｄのいずれかによる作動出力をタッチ入力デバイスに伝達するように構成することができる。一実施形態において、トランスデューサーパッチ１１４ａ〜１１４ｄのそれぞれは、トランスデューサーパッチの反対側に接続されるそれぞれの電極対を備えることができる。電極対は、トランスデューサーパッチと同じ平面にあることができる。図２Ａ及び図２Ｂでは、伝達構造体１１３は、層の形態であり、したがって、伝達層１１３とも称することができる。伝達層１１３は、ビームスプリングとして機能する複数のビーム１１３ａ〜１１３ｄを形成することができる。これらのビームスプリングは、リーフスプリングとも称することができる。したがって、図２Ａ及び図２Ｂでは、ビームスプリング１１３ａ〜１１３ｄは、リーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄとも称することができる。トランスデューサーパッチ１１４ａ〜１１４ｄは、それぞれリーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄに接合、マウント、又はリーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄ上に別様に配置することができる。上述したように、トランスデューサーパッチ１１４ａ〜１１４ｄを用いて、触覚効果を生成する作動を出力することができる。したがって、図２Ａ及び図２Ｂにおいて、トランスデューサーパッチ１１４ａ〜１１４ｄは、アクチュエーターパッチ１１４ａ〜１１４ｄとも称することができる。
【００４７】
図２Ａ及び図２Ｂの伝達層１１３は、４つのリーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄを示しているが、他の実施形態は、必要又は所望である触覚効果の強さに応じてより少数のリーフスプリング（例えば、２つのリーフスプリング）又はより多数のリーフスプリング（例えば、６つ以上のリーフスプリング）を有することができる。この実施形態では、タッチ入力によって加えられる外力によるタッチ入力デバイスの動作は、リーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄのうちの１つ以上のリーフスプリングの変形を引き起こすことができる。リーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄのそれぞれは、タッチ入力デバイス１１１の重量の一部を支持するとともに、タッチ入力による外力がタッチ入力デバイス１１１に加えられた場合に変形する（例えば、屈曲する）アーム部として機能することができる。一実施形態において、伝達層１１３は、金属シートとして形成することができ、リーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄは、金属プレス加工、任意の他の機械加工技術（例えば、旋盤加工、フライス加工、機械又はレーザー切断加工）、任意の他の技術、又はこれらの任意の組合せによって形成することができる。一実施形態において、伝達層１１３は、ガラスシートを含むことができる。一実施形態において、リーフスプリングは、１つの材料（例えば、プラスチック）で作製することができ、より剛性の材料（例えば、ガラス又は金属）に接合することができる。一実施形態において、リーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄは、全て矩形のビームであり、同じ長さ、幅及び厚さを有する。別の実施形態において、ビーム１１３ａ〜１１３ｄは、異なるそれぞれの形状及び／又は異なる寸法を有することができる。
【００４８】
図２Ａ及び図２Ｂにおいて、伝達層１１３は、第１の部分１１３ｅを有することができ、リーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄは、この第１の部分１１３ｅから延びる。より具体的には、リーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄは、第１の部分１１３ｅの縁部から延びることができる。第１の部分１１３ｅは、マウント面１３０ａに（例えば、マウント支持体１２０を介して）取り付けられるように意図された伝達層１１３の部分とすることができる。一実施形態において、第１の部分１１３ｅは、伝達層１１３の実質的に可撓性がない部分又は別様に堅い部分とすることができる。第１の部分１１３ｅは、伝達層１１３に外力が加えられても変形しない。例えば、リーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄは、ユーザー入力について予想される或る特定の範囲の力又は圧力によるリーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄの変形を許容する寸法（例えば、長さ及び／又は幅）を有し得るが、伝達層１１３の第１の部分１１３ｅは、第１の部分１１３ｅの全て又はほとんど全てがこうした範囲の力又は圧力に抗して機械的に接地されているとみなされるように十分堅くされ得る。すなわち、タッチ入力による外力がタッチ入力デバイスに加えられると、リーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄは変形し得るが、第１の部分１１３ｅのほとんど又は全ては（第１の部分１１３ｅのマウント支持体１２０の真上に位置しない部分さえも）変形しないとみなすことができる。さらに、第１の部分１１３ｅがマウント支持体１２０を介してマウント面１３０ａに取り付けられると、第１の部分１１３ｅは、図１Ｂのマウント支持体１２０によって機械的に接地することができ、この場合、実質的に固定された部分１１３ｅ、静止部分１１３ｅ、又は機械的に接地された部分１１３ｅと称することができる。
【００４９】
一実施形態において、伝達層１１３の第１の部分１１３ｅ及びリーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄは、同じ材料の一体部分であるように、同じ材料で作製するとともに同じ工程で（例えば、金属プレス加工によって）形成することができる。一実施形態において、第１の部分１１３ｅ及びリーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄは、別々に形成することができる。例えば、第１の部分１１３ｅは、第１の材料（例えば、金属又はガラス）から形成することができ、リーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄは、第２の材料（例えば、プラスチック又はシリコン）から形成し、その後、第１の部分１１３ｅに取り付けることができる。
【００５０】
一実施形態において、リーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄの各リーフスプリングは、１つの弾性ビームから形成されるモノリーフスプリングとみなすことができ、これは、ビームスプリングとも称することができる。ビームスプリングは、屈曲等の弾性変形が可能とすることができる。一実施形態において、リーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄは、上記で論じたように、第１の部分１１３ｅの縁部（複数の場合もある）から延びることができる。上記で論じたように、リーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄは、いくつかの状況ではビーム１１３ａ〜１１３ｄと称することができる。一実施形態において、伝達層１１３は、伝達層１１３の第１の部分１１３ｅの周囲に対称に配置される偶数（例えば、４つ、６つ又は８つ）のビームを有することができる。一実施形態において、ビーム１１３ａ〜１１３ｄのそれぞれは、矩形とすることができる。
【００５１】
さらに、作動及び検知システム１１０のアクチュエーター機能に関して、リーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄの１つの設計要素として、堅さ及び／又は共振周波数の設計を挙げることができる。例えば、リーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄは、堅さが低く、したがって柔らかい設計とすることができる。柔らかいリーフスプリングは、リーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄ上にマウントされたタッチ入力デバイス１１１（例えば、ＬＣＤスクリーン又はＯＬＥＤスクリーン）を、ユーザーがタッチした際に柔らかい感触がするものにする。柔らかいリーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄは、低い共振周波数（すなわち、固有振動数）を更に有することができる。リーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄの所望の堅さは、タッチ入力システム１００の全体的な堅さを満たすとともに妥当な範囲の共振周波数をもたらすように選択されるべきである。例えば、リーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄの堅さは、リーフスプリングの固有振動数が１００Ｈｚ〜２５０Ｈｚの範囲であるように設計することができる。固有振動数又は共振周波数とは、（例えば、図２Ａ及び図２Ｂではｚ軸に沿った、又は別様にリーフスプリングの平面に垂直の）面外変位（out-of-plane movement）によってリーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄが振動する周波数を指すことができる。
【００５２】
一実施形態において、トランスデューサーパッチ１１４ａ〜１１４ｄのそれぞれは、トランスデューサーパッチが変形する場合には、第１の電気信号を出力することによってセンサーとして機能するように構成され、かつ、第２の電気信号がトランスデューサー材料に印加される場合には、対応するリーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄを作動する運動を出力することによってアクチュエーターとして機能するように構成された、圧電材料又はＥＡＰ材料等のトランスデューサー材料の層を有することができる。例えば、トランスデューサー材料は、電気エネルギーの印加に応じて拡張又は収縮することができる。特定のトランスデューサーパッチの拡張又は収縮は、トランスデューサーパッチの平面に平行な（例えば、長さ又は幅に沿う）方向におけるものとしてもよいし、トランスデューサーパッチの平面に垂直の（例えば、厚さに沿う）方向におけるものとしてもよい。例えば、トランスデューサーパッチ１１４ａのトランスデューサー材料は、長さ又は幅に沿って拡張又は収縮することができる。トランスデューサーパッチ１１４ａがリーフスプリング１１３ａに接合されている場合、トランスデューサーパッチ１１４ａの拡張又は収縮は、リーフスプリング１１３ａを強制的に屈曲させるとともに、面外変位（例えば、面外変形）を引き起こすことができる。トランスデューサーパッチ１１４ａが、発振駆動信号（例えば、１００Ｈｚの信号）等によって拡張及び収縮を交互に起こす場合、このトランスデューサーパッチの交互の拡張及び縮小は、リーフスプリング１１３ａの１つの方向における屈曲及びその反対方向における屈曲を交互に引き起こすことができる。その結果のリーフスプリング１１３ａの動作は、タッチ入力デバイス１１１の前面に伝播する振動を引き起こして、タッチ入力デバイス１１１の前面上に触覚効果を生成することができる。発振駆動信号は、リーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄの全て又はリーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄのうちのサブセットのみに、同時に印加することができる。
【００５３】
一実施形態において、センサー機能も同様にリーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄを利用する。リーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄは、機械的入力による外力が機械的作用としてトランスデューサーパッチ１１４ａ〜１１４ｄに伝達され、トランスデューサーパッチ１１４ａ〜１１４ｄにおける変形を引き起こすことを可能にする構造をもたらす。トランスデューサーパッチ１１４ａ〜１１４ｄは、機械的入力を、センサー情報として後で用いられる電気的出力に変換することができる。一実施形態において、制御ユニット（例えば、信号処理及びインターフェース回路）は、電気的出力のセンサー情報を処理して、ユーザーとＬＣＤスクリーン又は他のタッチ入力デバイスとのインタラクションの性質についてのより多くの情報を得ることができる。例えば、信号処理及びインターフェース回路は、ユーザーが、ＬＣＤスクリーンのタップ、ＬＣＤスクリーンの押圧、ＬＣＤスクリーンへの異なるレベルの圧力の印加、ＬＣＤスクリーンの前面を通る又は横切るスイープジェスチャー、又はこれらの任意の組合せを行っている場合、これを認識することができる。上記の論述は、機械的入力を電気的出力に変換して検知機能を提供することができるトランスデューサーパッチに関するものであるが、別の実施形態は、こうした検知機能を有さず、電気又は他の形態のエネルギー入力に応じて出力運動を変換するだけのアクチュエーターを使用してもよい。
【００５４】
図２Ａ及び図２Ｂに戻ると、これらの図は、タッチ入力デバイス１１１の表面（例えば、タッチ入力デバイス１１１の後面１１１ｂ）に隣接して配置される作動及び検知システム１１０をより包括的に示している。この実施形態では、タッチ入力デバイス１１０は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、作動及び検知システム１１０上にマウントされる。一実施形態において、伝達層１１３及びタッチ入力デバイス１１１は、双方とも平坦であるとともに実質的に互いに平行である。より具体的には、伝達層１１３は、タッチ入力又は他の外力がタッチ入力デバイスに加えられていない場合、タッチ入力デバイスの後面１１１ｂに実質的に平行とすることができる。
【００５５】
上述したように、タッチ入力デバイス１１１は、タッチ入力を受けるように構成された前面１１１ａと、後面１１１ｂとを有することができる。前面１１１ａ及び後面１１１ｂは、互いに反対側の表面とすることができる。前面１１１ａは、タッチ入力面とすることができる。タッチ入力デバイス１１１がディスプレイスクリーンである場合、前面１１１ａは、画像が表示される表面とすることができ、又はより包括的には、ユーザーに向く表面とすることができる。
【００５６】
一実施形態において、作動及び検知システム１１０は、スペーサー層１１２と、伝達層１１３と、複数のトランスデューサーパッチ１１４ａ〜１１４ｄとを備える。図２Ａ及び図２Ｂにおいて、伝達層１１３は、タッチ入力デバイス１１１の後面１１１ａ上に配置することができる。上述したように、伝達層１１３ａ〜１１３ｄは、第１の部分１１３ｅと、第１の部分１１３ｅの縁部から延びる４つのリーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄとを有することができる。一実施形態において、第１のリーフスプリング１１３ａ及び第３のリーフスプリング１１３ｂは、第１の部分１１３ｅの第１の縁部（例えば、左縁部）から延びることができ、第２のリーフスプリング１１３ｄ及び第４のリーフスプリング１１３ｃは、第１の部分１１３ｅの第２の反対側の縁部（例えば、右縁部）から延びることができる。
【００５７】
図２Ａ及び図２Ｂにおいて、リーフスプリング１１３ａ〜１１３ｄは、ビーム１１３ａ〜１１３ｄとも称することができる。一実施形態において、ビーム１１３ａ〜１１３ｄの各ビームは、外力によって第１の位置（例えば、原位置）から変形し、外力が取り除かれたら第１の位置に自動的に戻ることが可能な弾性ビームとすることができる。例えば、弾性ビームは、スプリング部材、又はより具体的にはビームスプリングとすることができる。一実施形態において、第１の部分１１３ｅは、伝達層１１３の中央部分とすることができる。一実施形態において、伝達層１１３は、４つよりも少数のビーム（例えば、１つのみのビーム又は２つのみのビーム）を有してもよいし、より多数のビーム（例えば、６つのビーム）を有してもよい。一実施形態において、伝達層１１３は、タッチ入力デバイスの隣接する表面（例えば、後面１１１ｂ）に対して中心を合わせることができる。別の実施形態において、伝達層１１３は、タッチ入力デバイスの隣接する表面（例えば、１１１ｂ）に対して中心をずらすことができる。
【００５８】
図２Ａ及び図２Ｂは、タッチ入力デバイス１１１の後面１１１ｂと、ビーム１１３ａ〜１１３ｄ（リーフスプリングとして機能することができる）のそれぞれとの間に配置されるスペーサー層１１２を更に示している。一実施形態において、スペーサー層１１２は、タッチ入力デバイス１１１を押して伝達層１１３の第１の部分１１３ｅに接触させることができるように、タッチ入力デバイス１１１の後面１１１ｂとビーム１１３ａ〜１１３ｄのそれぞれとの間には直接的に、かつ、後面１１１ｂと伝達層１１３の第１の部分（例えば、中央部分）１１３ｅとの間には非直接的に配置することができる。一実施形態において、スペーサー層１１２は、ポリイミドフィルム（例えば、Ｋａｐｔｏｎ（商標））等のプラスチックフィルムから作製することができる。一実施形態において、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、スペーサー層１１２は、例えば、環状構造にして構成されるテープの連続的なストリップとして形成することができる。別の実施形態において、スペーサー層１１２は、例えば、タッチ入力デバイス１１１の後面１１１ｂをそれぞれのビーム（例えば、１１３ａ〜１１３ｄ）から離隔する別個の離散したスペーサーを含むことができる。一実施形態において、スペーサー層は、５０μｍ〜２００μｍの範囲の厚さを有するスペーサー層を含む。スペーサー層１１２は、圧縮可能とするか、又は実質的に圧縮不可能とすることができる。
【００５９】
さらに、図２Ａ及び図２Ｂにおいて、トランスデューサーパッチ１１４ａ〜１１４ｄは、第１のビーム１１３ａの後面上に配置される第１のトランスデューサーパッチ１１４ａと、第２のビーム１１３ｄの後面上に配置される第２のトランスデューサーパッチ１１４ｄと、第３のビーム１１３ｂの後面上に配置される第３のトランスデューサーパッチ１１４ｂと、第４のビーム１１３ｄの後面上に配置される第４のトランスデューサーパッチ１１４ｃとを含む。ビームの後面は、タッチ入力デバイス１１１に向かない表面とすることができる。トランスデューサーパッチ１１４ａ〜１１４ｄのそれぞれは、トランスデューサーパッチ及びそれぞれのビームが外力によって変形する場合には、第１の電気信号を出力することによってセンサーとして機能するように構成され、かつ、第２の電気信号がトランスデューサー材料に印加される場合には、それぞれのビームを作動する運動を出力することによってアクチュエーターとして機能するように構成されたトランスデューサー材料の層を有することができる。一実施形態において、トランスデューサー材料は、２つの電極間に配置されるマクロファイバーコンポジット（ＭＦＣ）材料を含む。ＭＦＣ材料は、ポリマーマトリックスに埋め込まれた複数の圧電セラミックファイバーを含むことができる。一実施形態において、トランスデューサー材料は、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）又はエラストマー材料を含む。
【００６０】
図３及び図４に示すように、外力によるタッチ入力デバイス１１１の動作は、ビーム１１３ａ〜１１３ｄ及びアクチュエーターパッチ１１４ａ〜１１４ｄの変形を引き起こすことができる。図３及び図４は、図２Ａの矢印Ａの方向に見た、タッチ入力システム１００の断面図である。図３及び図４は、伝達層１１３の第１の部分１１３ｅの互いに反対側の縁部から延びる第１のビーム１１３ａ及び第２のビーム１１３ｄ（それぞれリーフスプリングとして機能することができる）によって支持されているタッチ入力デバイス１１１を示している。図３及び図４において、第１の部分１１３ｅは、マウント支持体１２０にマウントするか又は別様に取り付けることができ、マウント支持体１２０は、ボディ１３０のマウント面１３０ａに取り付けることができる。これらの図は、第１のビーム１１３ａの後面１１１ｂ（又はより包括的に述べると、タッチ入力デバイス１１１に向かない表面）上に配置される第１のアクチュエーターパッチ１１４ａと、第２のビーム１１３ｄの後面上に配置される第２のアクチュエーターパッチ１１４ｄとを更に示している。
【００６１】
図３は、タッチ入力デバイス１１１がまだ押されていない状況を示しており、図４は、タッチ入力デバイス１１１が外力Ｆによって押されている状況を示している。図４に示す実施形態では、外力Ｆは、タッチ入力デバイス１１１の前面１１１ａに垂直の方向、又はそうでなければ実質的に垂直の方向に、タッチ入力デバイス１１１を押す。他の実施形態において、外力Ｆは、タッチ入力デバイス１１１の前面１１１ａに対して斜めの（又は更には平行な）方向等の異なる方向に加えることができる。
【００６２】
一実施形態において、タッチ入力デバイス１１１は、金属及び／又はガラスから形成されるハウジング等の剛性ハウジングを備え、外力Ｆが、タッチ入力デバイス１１１を単に変形させるのではなく、タッチ入力デバイス１１１を力Ｆと同じ方向にほとんど動かすようにすることができる。図３及び図４に示すように、スペーサー層１１２は、タッチ入力デバイス１１１が伝達層１１３のビーム（例えば、１１３ａ及び１１３ｄ）によって支持されるようにすることができ、又はより包括的には、力をビームに直接伝達することができる。すなわち、スペーサー層１１２がタッチ入力デバイス１１１の後面１１１ｂと伝達層１１３の第１の部分１１３ｅとの間に空間を作り出すので、第１の部分１１３ｅは、概してタッチ入力デバイス１１１の重量を直接支持しない。むしろ、スペーサー層１１２はビーム（例えば、１１３ａ及び１１３ｄ）に接触するので、タッチ入力デバイスの重量は、ビーム１１３ａ〜１１３ｄによって支持される。したがって、図４における外力Ｆは、タッチ入力デバイス１１１（剛性構造を有し得る）からビーム１１３ａ〜１１３ｄに伝達することができる。さらに、一実施形態において、マウント支持体１２０も、第１の部分１１３ｅが力Ｆの方向に動くのを実質的に防止する機械的接地として機能する剛性構造体である。結果として、ビーム（例えば、１１３ａ及び１１３ｄ）は、伝達層１１３の第１の部分１１３ｅに対する屈曲動作の形で変形する。スペーサーは、外力が少なくとも最初に伝達層の第１の部分１１３ｅに伝達されるのを防止することができる。結果として、外力は、ビーム１１３ａ〜１１３ｄのうちの１つ以上を第１の部分１１３ｅに対して変形させることができる。
【００６３】
一実施形態において、タッチ入力デバイス１１１の動作の量及びビーム（例えば、１１１ａ）の屈曲の量は、スペーサー層１１２の厚さによって制限することができる。スペーサー層１１２の厚さは、例えば、５０μｍ〜２００μｍの範囲とすることができる。一実施形態において、スペーサー層１１２の厚さは、タッチ入力デバイス１１１の後面１１１ｂと伝達層１１３の前面（すなわち、伝達層１１３のタッチ入力デバイス１１１に面する表面）との間の距離に実質的に等しいものとすることができる。外力Ｆがこの距離だけタッチ入力デバイス１１１を動かすと、タッチ入力デバイスは、剛性マウント支持体１２０によって機械的に接地された第１の部分１１３ｅに接触することができる。したがって、第１の部分１１３ｅ及びマウント支持体１２０は、タッチ入力デバイス１１１の更なる動作を防止するとともに、外力Ｆの方向におけるビーム（例えば、１１３ａ及び１１３ｄ）の更なる屈曲を防止することができる。
【００６４】
一実施形態において、ビーム（例えば、１１３ａ及び１１３ｄ）の変形が、ビーム上に配置されたトランスデューサーパッチの変形も引き起こす。例えば、図４に示すように、ビーム１１３ａ及び１１３ｄが外力Ｆによって屈曲する場合、それぞれのトランスデューサーパッチ１１４ａ及び１１４ｄも屈曲することができる。それぞれのトランスデューサーパッチ１１４ａ及び１１４ｄはそれぞれ、変形によって電気信号を生成することができる。それぞれの電極対をトランスデューサーパッチ１１４ａ〜１１４ｄのそれぞれの互いに反対側（例えば、左側及び右側）に配置して、電気信号を制御ユニットに伝えることができる。電気信号は、例えば、２つの電極間の電位差として表すことができる。一実施形態において、ビーム（及びビームのそれぞれのトランスデューサーパッチ）は、同じ量だけ変形することができる。これは、例えば、タッチ入力デバイスのタッチ面（例えば、前面１１１ａ）の中心に外力Ｆが加えられた場合に起こり得る。こうした力は、例えば、図２Ａ及び図２Ｂの４つのビーム１１３ａ〜１１３ｄに均等に分散され得る。一実施形態において、ビーム（及びビームのそれぞれのトランスデューサーパッチ）は、異なる量だけ変形することができる。これは、例えば、外力Ｆが正確にタッチ面の中央に加えられるのではなく、タッチ面の特定の表面又は角部に近接して加えられる場合に起こり得る。こうした外力は、例えば、図２Ａ及び図２Ｂの４つのビーム１１３ａ〜１１３ｄにわたって不均等に分散され得る。一実施形態において、制御ユニットは、それぞれのビームの変形の量と、ビームにわたる外力Ｆの分散の仕方の特定とに基づき、（例えば、タッチ入力により）外力Ｆが加えられたタッチ面上の位置を判定することができる。外力Ｆが加えられた位置を判定することにより、制御ユニットは、タッチ入力の動きを追跡して、例えば、タッチ面上でのスワイプジェスチャー又は任意の他のジェスチャーを検出可能とすることができる。
【００６５】
図５は、作動及び検知システム１１０ａを備えるタッチ入力システムの別の実施形態を示している。図３及び図４におけるのと同様に、作動及び検知システム１１０ａは、第１のビーム１１３ａと、第２のビーム１１３ｂと、スペーサー層１１２と、第１のトランスデューサーパッチ１１４ａと、第２のトランスデューサーパッチ１１４ｂとを備える。作動及び検知システム１１０ａは、第１の圧縮スプリング１１５ａ及び第２の圧縮スプリング１１５ｂを更に備え、第１の圧縮スプリング１１５ａ及び第２の圧縮スプリング１１５ｂは、作動及び検知システム１１０ａ全体の共振周波数を調整するように設計することができる。第１の圧縮スプリング１１５ａは、タッチ入力デバイス１１１の第１の縁部（例えば、左縁部）とマウント面１３０ａとの間に配置することができる。第２の圧縮スプリング１１５ｂは、タッチ入力デバイスの第２の反対側の縁部（例えば、右縁部）とマウント面１３０ａとの間に配置することができる。
【００６６】
図６は、図２Ａ及び図２Ｂに示すタッチ入力システムのブロック図を示している。このブロック図は、タッチ入力デバイス１１１と、トランスデューサーパッチ１１４ａ〜１１４ｄと、制御ユニット１４０と、信号発生器１５０と、スイッチ１６０とを含む。制御ユニット１４０は、スイッチ１６０を通じてトランスデューサーパッチ１１４ａ〜１１４ｄと信号通信することができる。より具体的には、制御ユニット１４０は、トランスデューサーパッチ１１４ａ〜１１４ｄと接触する電極によって信号通信することができる。一実施形態において、スイッチ１６０は、タッチ入力システム１００を検知モードと作動モードとで切り替えるように構成することができる。検知モードにおいて、スイッチ１６０は、電気信号をトランスデューサーパッチ１１４ａ〜１１４ｄのうちの１つ以上から制御ユニット１４０にルーティングするように構成することができる。一実施形態において、スイッチ１６０は、検知モード中はトランスデューサーパッチ１１４ａ〜１１４ｄを信号発生器１５０から電気的に分離することができる。信号発生器１５０は、図６では制御ユニット１４０とは別個のものとして示されているが、いくつかの実施形態において、信号発生器１５０は、制御ユニット１４０の一部とすることができる。作動モードにおいて、スイッチ１６０は、信号発生器１５０をトランスデューサーパッチ１１４ａ〜１１４ｄのうちの１つ以上に電気的に接続することができる。一実施形態において、制御ユニット１４０は、マイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、任意の他の演算回路、又はこれらの任意の組合せとともに実現することができる。
【００６７】
一実施形態において、検知モードにおける制御ユニットは、第１の期間において、１つ以上のトランスデューサーパッチから第１の電気信号（例えば、電圧信号又は電流信号）を受信するとともに、第１の電気信号の受信に基づいて、外力によるタッチ入力デバイスの動作を検出するように構成することができる。制御ユニットは、外力によるディスプレイデバイスの動作の検出に基づいて、タッチ入力を受けたと判定するように更に構成することができる。一実施形態において、制御ユニットは、トランスデューサーパッチ１１４ａ〜１１４ｄのうちの１つ以上から規定の閾値以上の振幅を有する電気信号を受信した場合、タッチ入力を受けたと判定するように構成することができる。一実施形態において、第１の期間は、検知期間とすることができる。検知期間は、例えば、制御ユニットが触覚効果を出力するように決定する期間（複数の場合もある）以外（すなわち、作動期間外）の全ての期間を含むことができる。一実施形態において、制御ユニット１４０は、第１の電気信号に基づいて、タッチ入力の１つ以上の特徴を判定するように構成することができる。１つ以上の特徴は、例えば、タッチ入力に関連付けられる圧力レベル、タッチ入力の位置、タッチ入力が、タップ入力及び／又はタッチ入力に関連付けられるジェスチャー（例えば、スワイプジェスチャー）であるかを含むことができる。一実施形態において、第１の電気信号が１つ以上のパルスを含む場合、制御ユニットは、タッチ入力がタップ入力であると判定するように構成することができる。この実施形態では、各パルスは、タップ入力のうちの異なるタップに対応し得る。
【００６８】
一実施形態において、作動モードにおける制御ユニット１４０は、第２の期間（例えば、作動期間）において、触覚効果の生成の決定に応じて、第２の電気信号を１つ以上のトランスデューサーパッチに与えることができる。例えば、第２の電気信号は、特定のトランスデューサーパッチと接触する電極対に示差信号として印加することができる。一実施形態において、制御ユニット１４０は、信号発生器１５０に、第２の電気信号として、ビームのうちの１つ以上（例えば、１１３ａ及び／又は１１３ｄ）の共振周波数における正弦波信号等の発振駆動信号を出力させるように構成することができる。一実施形態において、各ビームは、１００Ｈｚ〜２５０Ｈｚの範囲にある共振周波数を有する。同じ発振駆動信号を、ビームの全て（例えば、１１３ａ〜１１３ｄ）又はビームのうちのサブセットのみ（例えば、ビーム１１３ａのみ）に与えることができる。
【００６９】
図７〜図１２は、作動及び検知システムの一部を形成する伝達層の種々の構造又はレイアウトの上面図を示している。図７は、図２Ａ及び図２Ｂに示す伝達層の上面図を示している。図は、マウント支持体１２０上にマウントされるか又は別様に取り付けられる第１の部分１１３ｅを有するとともに、第１の部分１１３ｅから延びる４つのビーム１１３ａ〜１１３ｄを有する伝達層１１３を示している。４つのビーム１１３ａ〜１１３ｄは、ビームのうちの２つが第１の部分１１３ｅの第１の縁部１１３ｆ（例えば、左縁部）から延び、ビームのうちの他の２つが第１の部分１１３ｅの第２の反対側の縁部１１３ｇ（例えば、右縁部）から延びるように、第１の部分１１３ｅの周囲に対称に配置することができる。図７は、それぞれのビーム１１３ａ〜１１３ｄ上に配置された４つのトランスデューサーパッチ１１４ａ〜１１４ｄを更に示している。
【００７０】
図８は、第１のビーム２１３ａ及び第２のビーム２１３ｂのみを有する伝達層２１３を示している。２つのビーム２１３ａ、２１３ｂは、伝達層２１３の第１の部分２１３ｃのそれぞれの反対側の縁部２１３ｆ、２１３ｇから延びる。第１の部分２１３は、マウント支持体２２０上にマウントするか又は別様に取り付けることができる。図８は、それぞれ第１のビーム２１３ａ及び第２のビーム２１３ｂ上に配置された第１のトランスデューサーパッチ２１４及び第２のトランスデューサーパッチ２１４ｂを更に示している。図８の伝達層２１３は、タッチ入力デバイスの外側面又は後面等の表面に隣接して配置することができる。
【００７１】
図９は、伝達層３１３の第１の部分３１３ｅから延びる４つのビーム３１３ａ〜３１３ｄを有する伝達層３１３を示している。第１の部分３１３ｅは、マウント支持体３２０上にマウントすることができる。図９に示すように、ビーム３１３ａ〜３１３ｄのそれぞれは、第１の部分３１３ｅから、第１の部分３１３ｅに対して斜めの方向に延びることができる。ビーム３１３ａ〜３１３ｄのうちの１つが、例えば、下方に押されるか又は横動作によってスワイプされる場合、ビーム３１３ａ〜３１３ｄは、屈曲力及びねじり力の双方（すなわち、屈曲成分及びねじれ成分の双方）を受けることができる。一実施形態において、ビーム３１３ａ〜３１３ｄが第１の部分３１３ｅから斜めに延びる角度は、外力がビーム３１３ａ〜３１３ｄに加えられた場合にビーム３１３ａ〜３１３ｄがどのように変形するかに関して、ビーム３１３ａ〜３１３ｄの堅さを調整するように設計することができる。図９に更に示すように、ビーム３１３ａ〜３１３ｄのそれぞれのビーム上には、複数のトランスデューサーパッチ３１４ａ〜３１４ｄが配置される。図９の伝達層３１３は、タッチ入力デバイスの外側面又は後面等の表面に隣接して配置することができる。
【００７２】
図１０は、伝達層４１３の第１の部分４１３ｇから延びる６つのビーム４１３ａ〜４１３ｆを有する伝達層４１３を示している。第１の部分４１３ｇは、マウント支持体４２０上にマウントすることができる。図１０において、６つのビーム４１３ａ〜４１３ｆのうちのサブセットのみのそれぞれのビーム上に、４つのトランスデューサーパッチ４１４ａ〜４１４ｄが配置される。すなわち、図１０の実施形態において、トランスデューサーパッチは、ビーム４１３ｂ上にもビーム４１３ｅ上にも配置されない。図１０の伝達層４１３は、タッチ入力デバイスの外側面又は後面等の表面に隣接して配置することができる。
【００７３】
上記の実施形態のうちのいくつかは、伝達層の反対側の縁部から延びる少なくとも２つのビームを有する伝達層を伴うものであるが、図１１に示すように、本開示の別の実施形態は、１つのみのビーム５１３ｂを有する伝達層５１３を含むことができる。より具体的には、図１１の伝達層５１３は、マウント支持体５２０にそれ自体が取り付けられる第１の部分５１３ａを有することができる。伝達層５１３は、実質的に固定された部分５１３ａの縁部から延びる単一のビーム５１３ｂを更に有することができる。ビーム５１３ｂ上には、トランスデューサーパッチ５１４ａを配置することができる。図１１の伝達層５１３は、タッチ入力デバイスの外側面又は後面等の表面に隣接して配置することができる。例えば、ＬＣＤスクリーン等のタッチ入力デバイスを、伝達層５１３のビーム５１３ｂ上にマウントすることができる。別の例において、タッチ入力デバイスは、伝達層５１３に隣接して配置される外側面を有することができる。一実施形態において、スペーサー層を、ビーム５１３ｂとタッチ入力デバイスとの間に配置することができる。一実施形態において、第１の部分５１３ａとタッチ入力デバイスとの間にスペーサー層を配置しないで、第１の部分５１３ａとタッチ入力デバイスとの間にギャップ又は距離を残す。ユーザーがタッチ入力デバイスを押すと、タッチ入力デバイスは、例えば、下方又は側方に押し込まれ得る。この動作は、タッチ入力デバイスと第１の部分５１３ａとの間のギャップ又は距離を減少させるとともに、ビーム５１３ｂ及びトランスデューサーパッチ５１４ａを屈曲させることができる。
【００７４】
図１２〜図１５は、ＬＣＤデバイス１２１１と作動及び検知システム１２１０とを備えるタッチ入力システム１２００の図を示している。図１２〜図１４に示すように、作動及び検知システム１２１０は、スペーサー層１２１２と、リーフスプリング層１２１３（ビームスプリング層１２１３とも、又はより包括的には、伝達層１２１３とも称することができる）と、６つのリーフスプリング１２１３ａ〜１２１３ｆとを備える。タッチ入力システム１２００は、作動及び検知システム１２１０が取り付けられるマウント支持構造体１２２０／１２３０を更に備える。マウント支持構造体１２２０／１２３０は、機械的に接地される構造体を提供することができる。一実施形態において、マウント支持構造体１２２０／１２３０は、タッチ入力システム１２００を設置する車室内の表面等のマウント面に直接取り付けることができる。
【００７５】
図１４は、リーフスプリング層１２１３の第１の表面１２１３１の図を示している。この表面は、ＬＣＤデバイス１２１１に向く表面とすることができ、スペーサー層１２１２に接触する表面とすることができる。図１４において、リーフスプリング層１２１３は、第１の部分１２１３ｇの縁部のうちの１つから延びる６つのビーム１２１３ａ〜１２１３ｆを有する。第１の部分１２１３ｇは、例えば、リーフスプリング層１２１３の中央部分とすることができる。第１の部分１２１３ｇは、リーフスプリング層１２１３の機械的に接地された部分（実質的に固定された部分とも称される）とすることができる。図に更に示すように、ビーム１２１３ａ〜１２１３ｆのそれぞれは、第１の部分１２１３ｇの周囲に完全な又は部分的な外周部を形成するフレーム１２１３ｈに取り付けることができる。ビーム１２１３ａ〜１２１３ｆは、ギャップ１４０１〜１４０７によって離隔することができる。さらに、ギャップ１４１１及び別のギャップ１４１３が、フレーム１２１３ｈを上記ビームのうちのいくつかのビームから離隔することができる。
【００７６】
図１５は、１２１３１の反対側の表面である第２の表面１２１３２を示している。図に示すように、複数のビーム１２１３ａ〜１２１３ｆのそれぞれのビーム上に、複数のＭＦＣアクチュエーター１２１４ａ〜１２１４ｆを配置することができる。ＭＦＣアクチュエーターのそれぞれは、機械エネルギーを電気エネルギーに変換可能かつその逆も可能であるトランスデューサーとすることができる。
【００７７】
図１６〜図１８は、タッチ入力デバイス１６１１と、作動及び検知システム１６１０とを備えるタッチ入力システム１６００の一実施形態を示している。作動及び検知システム１６１０は、第１の伝達構造体１６１３及び第２の伝達構造体１６２３を備える。一実施形態において、第１の伝達構造体１６１３及び第２の伝達構造体１６２３のそれぞれは、例えば、金属シート又は他の材料から形成することができ、したがって、伝達シート又は伝達層とも称することができる。伝達構造体１６１３、１６２３のそれぞれは、ビームを更に有することができ、ビームは、支持ビームと称することができ、タッチ入力デバイス１６１１の重量の一部を支持する脚部として機能する。
【００７８】
一実施形態において、タッチ入力デバイス１６１１は、湾曲したディスプレイデバイスであり、湾曲しているとともに、湾曲したディスプレイ層（例えば、有機発光ダイオード、すなわちＯＬＥＤ、又は、液晶ディスプレイ、すなわちＬＣＤ層）１６１１ａと、湾曲したカバー層（例えば、ガラスカバー又はプラスチックカバー）１６１１ｂとを有する。一実施形態において、タッチ入力デバイス１６１１は、カバー層１６１１ｂの上面である入力面１６０１を有することができる。上面は、より包括的には、カバー層１６１１ｂの前面とすることができ、ユーザーに面する表面、及び／又は、画像が表示される表面とすることができる。一実施形態において、タッチ入力デバイス１６１１は、車両ダッシュボードの一部である形状適合されたディスプレイデバイスとすることができる。一実施形態において、入力面１６０１は、様々な方向におけるタッチ入力による外力を受けることができる。方向は、機械的に接地された層又は基板１６２０／１６３０に対して測定することができる。一実施形態において、機械的に接地された層又は基板１６２０／１６３０は、マウント支持構造体とすることができる。方向は、タッチ入力デバイス１６１１に対して測定することもできる。このような例では、外力は、或る角度において加えることができ、入力面１６０１と外力との間の角度とは、外力の方向と、外力が直接加えられる入力面上の位置において入力面に正接する平面との間に形成される角度を指すことができる。位置とは、入力面とタッチ入力との間の直接的な接触が起こる位置とすることができる。外力は、接地された層又は基板１６２０／１６３０又は入力面１６０１に対して、垂直、平行又は斜めの方向に加えることができる。
【００７９】
図１６〜図１８に示すように、作動及び検知システム１６１０は、タッチ入力デバイス１６１１の第１の縁部から機械的に接地された構造体１６２０／１６３０まで延びる第１の伝達構成部材１６１３を備えるとともに、タッチ入力デバイス１６２２の第２の反対側の縁部から機械的に接地された構造体１６３０まで延びる第２の伝達構成部材１６２３を備える。縁部とは、例えば、タッチ入力デバイス１６１１の入力面１６０１又は後面がタッチ入力デバイス１６１１の外側面に交わる場所を指すことができる。一実施形態において、外側面は、前面ではない表面、すなわちタッチ入力デバイスの後面とすることができる。このような一実施形態において、前面は、例えば、画像が表示される外面（タッチ入力デバイスがディスプレイデバイスである場合）等のタッチ入力デバイスの外面とすることができる。一実施形態において、外側面は、タッチ入力デバイスの前面及び／又は後面に垂直（又はより包括的には、実質的に垂直）とすることができる。図１６及び図１７は、タッチ入力デバイス１６１１のそれぞれの外側面１６１１ｂ１、１６１１ｂ２に隣接して配置される２つの伝達構造体１６１３、１６２３を示しているが、他の実施形態は、より少数又は多数の伝達構造体を含むことができる。
【００８０】
図１６〜図１８において、第１の伝達構造体１６１３は、第１の部分１６１３ｄを有し、第１の部分１６１３ｄは、第１の部分１６１３ｄの縁部において機械的に接地された構造体１６２０／１６３０（例えば、機械的に接地された基部）に固定される（すなわち、機械的に接地される）。図１６〜図１８の第１の部分１６１３ｄは、第１の伝達構造体１６１３の第１の固定部又は基部と称することができる。第１の伝達構造体１６１３は、第１の固定部１６１３ｄの縁部から延びるとともに、タッチ入力デバイスの第１の外側面１６１１ｂ１に隣接して配置される、第１の組の３つのビーム１６１３ａ、１６１３ｂ及び１６１３ｃを更に有することができる。一実施形態において、３つのビーム１６１３ａ、１６１３ｂ、１６１３ｃは、タッチ入力デバイス１６１１の縁部（例えば、左縁部）においてタッチ入力デバイス１６１１の重量を支持する支持ビームである。一実施形態において、３つのビーム１６１３ａ、１６１３ｂ及び１６１３ｃは、第１の外側面１６１１ｂ１に直接又は間接的に取り付けることができる。一実施形態において、この取付けは、ビームと外側面との間の接着剤（エポキシ又は両面テープ）又は固定具（例えば、ボルト）を介したものである。一実施形態において、この取付けは、タッチ入力システム１６００がビームと外側面との間にスペーサー層を有しないように、直接的なものであってもよい。さらに、第１の組のトランスデューサーパッチ１６１４ａ、１６１４ｂ及び１６１４ｃ（例えば、ＭＦＣパッチ）を、それぞれ第１の組のビーム１６１３ａ、１６１３ｂ及び１６１３ｃ上に配置することができる。
【００８１】
同様に、図１６〜図１８に示すように、第２の伝達構造体１６２３は、機械的に接地された構造体１６２０／１６３０に固定された（すなわち、機械的に接地された）第２の固定部１６２３ｄを有する。第２の伝達層１６２３は、第２の固定部１６２３ｄの縁部から延びるとともに、タッチ入力デバイスの第２の外側面１６１１ｂ２に隣接して配置される、第２の組の３つのビーム１６２３ａ、１６２３ｂ及び１６２３ｃを更に有することができる。第１の外側面１６１１ｂ１及び第２の外側面１６１１ｂ２は、タッチ入力デバイスの互いに反対側の外側面とすることもできるし、カバー層１６１１の外側面とすることもできる。３つのビーム１６２３ａ、１６２３ｂ及び１６２３ｃは、タッチ入力デバイス１６１１の第２の縁部（例えば、右縁部）においてタッチ入力デバイス１６１１の重量を支持する支持ビームとすることができる。３つのビーム１６２３ａ、１６２３ｂ及び１６２３ｃは、第２の外側面１６２０ｂ１に直接又は間接的に取り付けることができる。さらに、第２の組のトランスデューサーパッチ１６２４ａ、１６２４ｂ及び１６２４ｃ（例えば、ＭＦＣパッチ）を、それぞれ第２の組のビーム１６２３ａ、１６２３ｂ及び１６２３ｃ上に配置することができる。一実施形態において、第１の組のビーム１６１３ａ、１６１３ｂ、１６１３ｃ並びに第２の組のビーム１６２３ａ、１６２３ｂ及び１６２３ｃは、ビームスプリング又はリーフスプリングとすることができる。外力によるタッチ入力デバイスの動作は、ビーム１６１３ａ〜１６１３ｃ、１６２３ａ〜１６２３ｃの全て又はサブセットの屈曲を引き起こすことができる。一実施形態において、第１の伝達構造体１６１３及び第２の伝達構造体１６２３は、双方とも、平坦なリーフスプリング構造体の形態とすることができる。一実施形態において、第１の伝達構造体１６１３及び第２の伝達構造体１６２３は、双方とも、機械的に接地された構造体１６２０／１６３０と斜角（ゼロ又は垂直でない角度）をなすことができる。
【００８２】
一実施形態において、第１の伝達構造体１６１３及び第２の伝達構造体１６２３によって形成されるリーフスプリングは、図１６〜図１８に示すように、タッチ入力デバイス１６１１に対して斜角に取り付けることもできるし、タッチ入力デバイス１６１１に垂直とすることもできる。角度は、伝達構造体１６１３／１６２３と、伝達構造体１６１３／１６２３に接触するタッチ入力デバイス１６１１上の位置においてタッチ入力デバイス１６１１に正接する平面との間で測定することができる。
【００８３】
一実施形態において、第１の伝達構造体１６１３及び第２の伝達構造体１６２３は、２以上の自由度で作動運動を出力可能とすることができる。例えば、図１６〜図１８において、伝達構造体１６１３、１６２３は、タッチ入力デバイス１６１１を面内方向に（例えば、左右に）又は面外方向に（例えば、上下に）作動可能とすることができる。面内方向とは、機械的に接地された構造体１６２０／１６３０又はマウント面に平行な方向を指すことができ、面外方向とは、機械的に接地された構造体１６２０／１６３０又はマウント面に垂直の方向を指すことができる。タッチ入力デバイス１６１１を面内方向に作動させるために、第１の伝達構造体１６１３のビームは、ビーム上のトランスデューサーパッチによって、タッチ入力デバイス１６１１に向かって内方に（例えば、右に）屈曲又は別様に変形することができ、第２の伝達構造体１６２３のビームは、ビーム上のトランスデューサーパッチによって、タッチ入力デバイス１６１１から離れるように外方に（例えば、同様に右に）屈曲又は別様に変形することができる。結果として、タッチ入力デバイス１６１１が右に動くことができる。伝達構造体１６１３、１６２３が変形の方向を周期的に同期して反転させる場合、伝達構造体１６１３、１６２３は、タッチ入力デバイス１６１１に伝達する面内振動を生成することができる。振動は、タッチ入力デバイス１６１１の左移動とタッチ入力デバイス１６１１の右移動とを、周期的に（例えば、１００Ｈｚの周波数で）交互に発生させることができる。
【００８４】
一実施形態において、タッチ入力デバイス１６１１を面外方向に作動するために、第１の伝達構造体１６１３のビームは、ビーム上のトランスデューサーパッチによって、タッチ入力デバイス１６１１に向かって内方に（例えば、右に）屈曲又は別様に変形することができ、第２の伝達構造体１６２３のビームも、ビーム上のトランスデューサーパッチによって、同様にタッチ入力デバイス１６１１に向かって内方に（例えば、左に）屈曲又は別様に変形する。結果として、２つの伝達構造体１６１３、１６２３は、タッチ入力デバイス１６１１を上方に持ち上げる圧縮力をタッチ入力デバイス１６１１に与えることができる。この状況において、伝達構造体１６１３、１６２３が変形の方向を周期的に同期して反転させる場合、伝達構造体１６１３、１６２３は、面外振動を生成することができる。一実施形態において、面外変位は、ミクロンオーダーとすることができる。変位は、加えられる力の量に依拠し得る（例えば、３Ｎの力で０．３ｍｍ）。一実施形態において、タッチ入力デバイス１６１１は、伝達構造体１６１３、１６２３による作動出力が、タッチ入力デバイス１６１１を基準状態（外力が加えられていない状態）から屈曲又は別様に変形させることができるように、十分な可撓性を有することができる。一実施形態において、タッチ入力デバイス１６１１は、変形のほとんどがタッチ入力デバイス１６１１ではなく伝達構造体１６１３、１６２３のビームにおいて起こるように、伝達構造体１６１３、１６２３のビームよりもはるかに堅くすることができる。一実施形態において、タッチ入力デバイス１６１１が脆性である場合、タッチ入力システム１６００の制御ユニットは、タッチ入力デバイス１６１１を圧縮し得る又はタッチ入力デバイス１６１１に別様に応力を加え得る面外変位モードを避けることができる。
【００８５】
種々の実施形態を上述してきたが、これらの実施形態は、限定としてではなく本発明の単なる説明及び例として提示されていることを理解すべきである。形式及び細部における種々の変更は本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく本発明内で行うことができることは当業者には明らかであろう。したがって、本発明の範囲（breadth and scope）は、上述の例示的な実施形態のいずれかによって限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物によってのみ規定されるべきである。本明細書において論考された各実施形態、及び本明細書において引用された各引用文献の各特徴は、他の任意の実施形態の特徴と組み合わせて用いることができることも理解されるであろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【外国語明細書】
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