(57)【要約】  第１の動作モード及び第２の動作モードを含む複数の動作モードを有する触覚デバイスが提供される。第１の動作モードは、周波数範囲と関連し、第２の動作モードは、第１の動作モードの周波数範囲と異なる周波数範囲と関連する。コントローラが触覚デバイスに結合され、触覚デバイスに複数の制御スキームを送信するように構成される。各制御スキームは、複数の動作モードからの動作モードと一意的に関連付けられる。別の実施形態では、触覚デバイスにパワーを提供する工程を含む方法が提供され、触覚デバイスによって、所定の感覚閾値よりも高い触覚感覚が提供される。電圧パルスは、触覚デバイスによる触覚感覚出力を、所定の期間内において所定量だけ変化させるように設定され、該パルスが触覚デバイスに印加される。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の動作モード及び第２の動作モードを含む複数の動作モードを有する触覚デバイスであって、前記第１の動作モードが、ある周波数範囲と関連し、前記第２の動作モードが、前記第１の動作モードの周波数範囲とは異なる周波数範囲と関連している、触覚デバイスと、
前記触覚デバイスに結合されたコントローラであって、該コントローラが、前記触覚デバイスに複数の制御スキームを送信するように構成され、かつ該制御スキームのそれぞれが、前記複数の動作モードのうちの、１つの動作モードと一意的に関連するものとされたコントローラと、を備えた装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記複数の制御スキームを前記触覚デバイスに送信する前に、前記複数の制御スキームから各制御スキームを組み合わせるように構成された、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記コントローラは、前記複数の制御スキームを前記触覚デバイスに送信する前に、前記複数の制御スキームからの各制御スキームを重ね合わせるように構成されており、前記複数の制御スキームが、前記複数の動作モードから動作モードの所定の比率に従って重ね合わされる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記コントローラは、前記複数の動作モードのうち、２つ以上の動作モードと関連した遷移制御スキームを提供するように構成されており、該遷移制御スキームは、前記２つ以上の動作モードのそれぞれと一意的に関連した複数の制御スキームから、各制御スキームの少なくとも一部を組み合わせて設定される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記コントローラは、前記複数の動作モードのうち、２つ以上の動作モードと関連した遷移制御スキームを提供するように構成されており、該遷移制御スキームは、前記２つ以上の動作モードのそれぞれと一意的に関連した複数の制御スキームから、各制御スキームの少なくとも一部を重ね合わせて設定される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記触覚デバイスが回転質量部を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記触覚デバイスが回転質量部を含み、該回転質量部が、１つ以上の周波数応答の周波数を有し、該周波数のそれぞれが、前記複数の動作モードのうちの、ある動作モードに一意的に対応する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記コントローラが、パルス幅変調（ＰＷＭ）を用いて前記触覚デバイスを制御するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記コントローラはさらに、前記した１つ以上の触覚デバイスが、前記第１の動作モードと関連する第１の触覚応答及び前記第２の動作モードと関連する第２の触覚応答を出力するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記コントローラはさらに、前記した１つ以上の触覚デバイスが、前記第１の動作モードに関連する第１の触覚応答と、前記第２の動作モードに関連する第２の触覚応答と、前記第１の触覚応答及び前記第２の触覚応答の組み合わせに関連する遷移触覚応答と、を出力するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記触覚デバイスが、１つ以上の可変モーメント及び可変共振周波数を有し、前記コントローラが、前記した１つ以上のモーメント及び可変共振周波数を変化させるように設定された信号を送信するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
複数の触覚フィードバック応答を提供するように構成された触覚デバイスであって、各触覚フィードバック応答が、触覚デバイスの動作モードと一意的に関連している触覚デバイスと、
１つ以上の予め決められたパラメータに基づく前記触覚フィードバック応答を組み合わせて、マルチモードの触覚フィードバック応答を生成する手段と、を備えた装置。
【請求項１３】
前記触覚デバイスが、低周波数応答及び高周波数応答を提供するように構成されている、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記触覚デバイスは、低周波数応答及び高周波数応答を提供するように構成されており、前記した組み合わせのための手段が、前記低周波数応答と前記高周波数応答との間の遷移応答を提供するように構成されている、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記触覚デバイスの制御手段をさらに含み、前記触覚デバイスの当該制御手段が、前記触覚デバイスの応答を、複数の動作モード内で制御するように構成されている、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記触覚デバイスの制御手段をさらに含み、前記触覚デバイスが可変モーメントを有しており、前記制御手段が、前記触覚デバイスのモーメントを変化させるように構成されている、請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
前記触覚デバイスの制御手段をさらに含み、前記触覚デバイスが可変モーメントを有しており、前記制御手段が、前記触覚デバイスの速度を変化させることにより前記触覚デバイスの前記モーメントを変化させるように構成されている、請求項１２に記載の装置。
【請求項１８】
前記触覚デバイスの制御手段をさらに含み、前記触覚デバイスが可変モーメントを有しており、前記制御手段が、前記触覚デバイスの方向を変化させることにより前記触覚デバイスのモーメントを変化させるように構成されている、請求項１２に記載の装置。
【請求項１９】
プロセッサに以下の処理を実行させる命令を表すコードを含む、プロセッサで読出可能な媒体であって、
第１の動作モード及び第２の動作モードを含む複数の動作モードを共同で有する１つ以上の触覚デバイスに対して、第１の制御信号、即ち、前記第１の動作モード及びある周波数範囲と関連した制御信号を送信するとともに、
前記した１つ以上の触覚デバイスに対して、前記第１の制御信号とは異なる第２の制御信号、即ち、前記第２の動作モード及び前記第１の制御信号の周波数範囲とは異なる周波数範囲に関連した制御信号を送信する、プロセッサで読出可能な媒体。
【請求項２０】
前記第１の制御信号及び前記第２の制御信号のうちの少なくとも１つのデューティサイクルを変更することによって、前記第１の動作モードと前記第２の動作モードを組み合わせる処理をプロセッサに実行させるための命令を表すコードをさらに含んでいる、請求項１９に記載のプロセッサで読出可能な媒体。
【請求項２１】
前記第１の制御信号及び前記第２の制御信号のうちの少なくとも一部を増加させることによって、前記第１の動作モードと前記第２の動作モードを組み合わせる処理を、プロセッサに実行させるための命令を表すコードをさらに含んでいる、請求項１９に記載のプロセッサで読出可能な媒体。
【請求項２２】
前記第１の制御信号及び前記第２の制御信号のうちの少なくとも一部に基づいたフィードバックアルゴリズムによって、前記第１の動作モードと前記第２の動作モードを組み合わせる処理を、プロセッサに実行させるための命令を表すコードをさらに含んでいる、請求項１９に記載のプロセッサで読出可能な媒体。
【請求項２３】
前記した１つ以上の触覚デバイスのモーメントを変化させる処理を、プロセッサに実行させるための命令を表すコードをさらに含んでいる、請求項１９に記載のプロセッサで読出可能な媒体。
【請求項２４】
前記した１つ以上の触覚デバイスの速度を変化させることによって、前記した１つ以上の触覚デバイスのモーメントを変化させる処理を、プロセッサに実行させるための命令を表すコードをさらに含んでいる、請求項１９に記載のプロセッサで読出可能な媒体。
【請求項２５】
前記した１つ以上の触覚デバイスの運動方向を変化させることによって、前記した１つ以上の触覚デバイスのモーメントを変化させる処理を、プロセッサに実行させるための命令を表すコードをさらに含んでいる、請求項１９に記載のプロセッサで読出可能な媒体。
【請求項２６】
触覚デバイスを用いて第１の周波数応答を生成する工程であって、該第１の周波数応答が第１の周波数範囲に関連するものとされる工程と、
前記触覚デバイスを用いて第２の周波数応答を生成する工程であって、該第２の周波数応答が第２の周波数範囲と関連するとともに、該第２の周波数範囲が、前記第１の周波数範囲から遷移周波数範囲で隔てられるものとされる工程と、
１つ以上の予め決められたパラメータに基づいて前記触覚デバイスの応答を調整して、前記遷移周波数範囲内において遷移応答を生成する工程と、を備えた方法。
【請求項２７】
前記した応答を調整する工程が、
前記触覚デバイスの前記第１の周波数応答と前記第２の周波数応答を組み合わせる工程を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記した応答を調整する工程が、
前記触覚デバイスの前記第１の周波数応答と前記第２の周波数応答を加算する工程を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記した応答を調整する工程が、
前記触覚デバイスの前記第１の周波数応答と前記第２の周波数応答を乗算する工程を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記した応答を調整する工程が、
前記第１の周波数応答及び前記第２の周波数応答のうちの１つ以上のスカラー調整を行う工程を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記した応答を調整する工程が、
前記第１の周波数応答及び前記第２の周波数応答のうちの１つ以上のスカラー調整を行う工程を含み、該スカラー調整が前記触覚デバイスの特性に基づいている、請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
前記した応答を調整する工程が、
前記第１の周波数応答と前記第２の周波数応答を重ね合わせる工程を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３３】
前記した応答を調整する工程が、
フィードバックアルゴリズムを用いて前記第１の周波数応答及び前記第２の周波数応答を制御する工程を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３４】
前記触覚デバイスのモーメントを変化させる工程をさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３５】
第１の動作モード及び第２の動作モードを含む複数の動作モードを共同で有する１つ以上の触覚デバイスに対して、第１の制御信号、すなわち、前記第１の動作モード及び周波数範囲と関連する制御信号を送信する工程と、
第２の制御信号を前記した１つ以上の触覚デバイスに送信する工程であって、該第２の制御信号が、前記第２の動作モード及び周波数範囲と関連するとともに、該第２の制御信号の周波数範囲が、前記第１の動作モードの前記周波数範囲と異なり、よって前記第２の制御信号が前記第１の制御信号とは異なるものとされた工程と、を含む方法。
【請求項３６】
前記第１の制御信号及び前記第２の制御信号について、それらの少なくとも一部を直接加算することにより、前記第１の動作モードと前記第２の動作モードを組み合わせる工程をさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記第１の制御信号及び前記第２の制御信号について、それらの少なくとも一部を乗算することにより、前記第１の動作モードと前記第２の動作モードを組み合わせる工程をさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記第１の制御信号及び前記第２の制御信号について、それらの少なくとも一部に関する積和をとることにより、前記第１の動作モードと前記第２の動作モードを組み合わせる工程をさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１の制御信号及び前記第２の制御信号について、それらの少なくとも一部を増加させることにより、前記第１の動作モードと前記第２の動作モードを組み合わせる工程をさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１の制御信号及び前記第２の制御信号について、それらの少なくとも一部に基づいたフィードバックアルゴリズムにより、前記第１の動作モードと前記第２の動作モードを組み合わせる工程をさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項４１】
前記第１の制御信号はさらに、前記触覚デバイスの速度と前記触覚デバイスの方向のうち１つを変化させることにより、前記触覚デバイスのモーメントを変化させるように設定される、請求項３５に記載の方法。
【請求項４２】
プロセッサに以下の処理を実行させる命令を表すコードを含む、プロセッサで読出可能な媒体であって、
触覚デバイスに対してパワーを与えるための第１の信号を送信して、該パワーによって、所定の感覚閾値よりも大きな触覚感覚を前記触覚デバイスが出力するようにし、
前記触覚デバイスに対して電圧パルスを印加するための第２の信号を送信し、該電圧パルスは、前記触覚デバイスの応答時間を所定量だけ低減させることで、前記触覚デバイスによる前記触覚感覚の出力を変化させるように設定される、プロセッサで読出可能な媒体。
【請求項４３】
前記第１の信号の開始時に電圧パルスを印加するための前記第２の信号を送信する処理を、プロセッサに実行させる命令を表すコードを含む、請求項４２に記載のプロセッサで読出可能な媒体。
【請求項４４】
前記触覚デバイスに与えられる前記パワーを終了させるための第３の信号を送信するとともに、該第３の信号の終了時において電圧パルスが前記触覚デバイスに印加されるように設定された前記第２の信号を送信する処理を、プロセッサに実行させるための命令を表すコードをさらに含んでいる、請求項４２に記載のプロセッサで読出可能な媒体。
【請求項４５】
前記触覚デバイスに与えられる前記パワーを終了させるための第３の信号を送信するとともに、前記第１の信号に応答して、前記触覚デバイスに提供される前記パワーの極性とは反対の極性をもって、前記触覚デバイスに前記電圧パルスが印加されるように設定される前記第２の信号を送信する処理を、プロセッサに実行させるための命令を表すコードをさらに含んでいる、請求項４２に記載のプロセッサで読出可能な媒体。
【請求項４６】
プロセッサに以下の処理を実行させる命令を表すコードを含む、プロセッサで読出可能な媒体であって、
触覚デバイスに対してリードイン電圧パルスを印加するための信号を送信するとともに、該リードイン電圧パルスが、第１の所定期間内において、所定の感覚閾値よりも大きな触覚感覚を、前記触覚デバイスに提供させるように設定され、
前記第１の所定期間後の第２の所定期間中に、前記した所定の感覚閾値よりも大きな触覚感覚が維持されるように、前記触覚デバイスにパワーを与えるための信号を送信する、プロセッサで読出可能な媒体。
【請求項４７】
前記触覚デバイスに停止用電圧パルスを提供するための信号を送信する処理を、プロセッサに実行させるための命令を表すコードをさらに含み、該停止用電圧パルスは、前記第２の所定期間後の第３の所定期間中に、前記した触覚感覚の提供を前記触覚デバイスが停止するように設定される、請求項４６に記載のプロセッサで読出可能な媒体。
【請求項４８】
プロセッサに以下の処理を実行させる命令を表すコードを含む、プロセッサで読出可能な媒体であって、
触覚デバイスに与えられるパワーによって、第１の所定期間中に、該触覚デバイスの提供する触覚感覚として、所定の感覚閾値よりも大きな触覚感覚が維持されるように信号を送信するとともに、
前記触覚デバイスに対して停止用電圧パルスを印加するための信号を送信し、該停止用電圧パルスは、前記第１の所定期間後の第２の所定期間内に、前記触覚デバイスが前記触覚感覚の提供を停止するように設定される、プロセッサで読出可能な媒体。
【請求項４９】
定常状態のパワーを触覚デバイスに与える工程であって、該パワーによって、該触覚デバイスが所定の感覚閾値よりも大きな触覚感覚を出力するものとされる工程と、
電圧パルスを前記触覚デバイスに印加する工程であって、該電圧パルスは、所定の低減された応答時間内において、前記触覚デバイスによる前記触覚感覚の出力を所定量だけ変化させるように設定される工程と、を含む方法。
【請求項５０】
前記定常状態のパワーを前記触覚デバイスに与える前に、前記電圧パルスを前記触覚デバイスに提供する、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記触覚デバイスに与える前記定常状態のパワーを終了させる工程であって、前記電圧パルスが、前記定常状態のパワーを終了させた後に前記触覚デバイスに対して印加される工程をさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】
前記触覚デバイスに与える前記定常状態のパワーを終了させる工程であって、前記電圧パルスが、前記触覚デバイスに与えられる前記定常状態のパワーの極性とは反対の極性をもって、前記パワーの終了後に前記触覚デバイスに対して印加される工程をさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５３】
リードイン電圧パルスを触覚デバイスに印加する工程であって、該リードイン電圧パルスにより、前記触覚デバイスが、第１の所定期間内において所定の感覚閾値よりも大きい触覚感覚を提供するように構成される工程と、
前記第１の所定期間後の第２の所定期間中に、前記した所定の感覚閾値よりも大きい触覚感覚を維持するためのパワーを、前記触覚デバイスに与える工程と、を含む方法。
【請求項５４】
停止用電圧パルスを前記触覚デバイスに提供する工程であって、該停止用電圧パルスは、前記第２の所定期間後の第３の所定期間内において、前記触覚デバイスが前記触覚感覚の提供を停止するように設定される工程をさらに含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
第１の所定間中に触覚デバイスによって提供される、所定の感覚閾値よりも大きい触覚感覚を維持するために、該触覚デバイスにパワーを与える工程と、
停止用電圧パルスを前記触覚デバイスに印加する工程であって、該停止用電圧パルスによって、前記第１の所定期間後の第２の所定期間内において、前記触覚感覚の提供を前記触覚デバイスが停止するように構成される工程と、を含む方法。
【請求項５６】
制御信号を送信するように構成されたコントローラと、
部分的に前記制御信号に基づいて触覚感覚を提供するように構成された可変モーメント触覚デバイスであって、該可変モーメント触覚デバイスが有するモーメントは、前記制御信号によって変化する質量部の運動方向に少なくとも基づいて変化する、可変モーメント触覚デバイスと、を含む装置。
【請求項５７】
前記質量部が偏心回転質量部である、請求項５６に記載の装置。
【請求項５８】
前記質量部は、少なくとも１つの加重された遠位部を有する偏心回転質量部であり、前記少なくとも１つの加重された遠位部の相対位置は、前記質量部の運動方向に少なくとも基づいて変化するように構成され、前記モーメントが、前記少なくとも１つの加重された遠位部の相対位置の変化によって変わる、請求項５６に記載の装置。
【請求項５９】
前記質量部は、少なくとも１つの加重された遠位部を有する偏心回転質量部であり、前記少なくとも１つの加重された遠位部の位置は、前記質量部の運動方向に少なくとも基づいて回転中心に対して変化するように構成され、前記モーメントが、前記少なくとも１つの加重された遠位部の相対位置の変化によって変わる、請求項５６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、触覚（ｈａｐｔｉｃ）フィードバックデバイスに関する。より詳細には、本発明は、複数の動作モードをそれぞれ有する触覚デバイスの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータユーザは、コンピュータ又は他の電子デバイスに情報を提供する際、インターフェースデバイスをしばしば用いる。例えば、このようなインターフェースデバイスにより、ユーザは、コンピュータによって提示される環境と対話を行って、当該コンピュータ上の機能及びタスク（例えば、ゲームプレイ、シミュレーション又はバーチャルリアリティ環境の体験、コンピュータ支援設計システムの使用、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）の操作、又はコンピュータの出力デバイス上に描画された処理又は画像への作用）を行うことができる。コンピュータ又は電子デバイス向けの一般的なヒューマンインターフェースデバイスを挙げると、例えば、ジョイスティック、ボタン、マウス、トラックボール、ノブ、ステアリングホイール、スタイラス、タブレット、感圧式ボール、リモートコントロール、無線電話機及びステレオ制御がある。
【０００３】
いくつかのインターフェースデバイスにおいて、ユーザにフィードバック（例えば、力フィードバック）を提供することも可能である。これらのインターフェースデバイスはそれぞれ、例えば、１つ以上の触覚デバイスを含んでおり、該触覚デバイスは、制御プロセッサ及び／又はコンピュータに接続される。その結果、制御プロセッサ、コントローラ及び／又はコンピュータにより、上記触覚デバイスによって生成された触覚力は、制御信号又はコマンドを触覚フィードバックデバイスに送信することにより、ユーザのアクション及び／又は可聴環境やグラフィカル若しくは表示環境と関連付けられたイベントと連携して制御することができる。
【特許文献１】米国出願第１０／３０１，８０９号明細書
【特許文献２】米国特許第５，９２９，６０７号明細書
【特許文献３】米国出願第０９／９６７，４９４号明細書
【特許文献４】米国出願第０９／９６８，７２５号明細書
【特許文献５】米国出願第０９／６６９，０２９号明細書
【特許文献６】米国出願第１０／０００，６６２号明細書
【特許文献７】米国出願第０９／６７５，９９５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、所望の性能を提供するマルチモード触覚デバイスが開発されている。例えば、上記特許文献１（名称：「Ｈａｐｔｉｃ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｕｓｉｎｇ  Ｒｏｔａｒｙ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｍｏｖｉｎｇ  Ｍａｓｓ」）は、本明細書中、同文書の全開示内容を参考のために援用しており、回転型調和（ハーモニック）移動質量を有するデバイスを用いた触覚フィードバックを開示している。従って、マルチモード触覚デバイスを制御するための、さらなるシステム及び方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態は、マルチモード触覚デバイスを制御するためのシステム及び方法を提供する。第１の動作モード及び第２の動作モードを含む複数の動作モードを有する触覚デバイスが提供される。この第１の動作モードは周波数範囲と関連する。また、第２の動作モードは、上記第１の動作モードの周波数範囲と異なる周波数範囲と関連する。コントローラが触覚デバイスに結合され、触覚デバイスに複数の制御スキームを送信するように構成される。各制御スキームは、上記した複数の動作モードからの動作モードと一意的に関連する。本発明の一実施形態によれば、上記コントローラは、上記した複数の制御スキームを触覚デバイスに対して送信する前に、上記した複数の制御スキームからの各制御スキームを組み合わせるように構成される。
【０００６】
本発明の別の実施形態は、デバイスの応答時間を低減するために電圧パルスを用いる方法を提供する。この方法によれば、定常状態のパワーが触覚デバイスに提供され、該触覚デバイスは所定の感覚閾値よりも高い触覚感覚を出力するように構成される。電圧パルスは、予め決められ、かつ低減された応答時間内に、上記触覚感覚の出力を所定量だけ触覚デバイスによって変化させるように形成され、該電圧パルスは触覚デバイスに印加される。本発明の一実施形態によれば、上記電圧パルスは、上記した定常状態のパワーを触覚デバイスに供給する前に触覚デバイスに印加される。また、別の実施形態によれば、上記電圧パルスは、触覚デバイスに提供される上記定常状態のパワーの終了後に、触覚デバイスに印加される。尚、上記電圧パルスは、単一モード触覚デバイス又はマルチモード触覚デバイスに印加することができる。本発明の実施形態によれば、電圧パルスを用いることにより、（例えば、触覚効果を停止させ又は開始させる等のために）上記パルスが印加される触覚デバイスの応答時間を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、マルチモード触覚デバイスを制御するためのシステム及び方法について説明する。より詳細には、本発明の一実施形態について、複数の動作モードを有する触覚デバイスの枠内で説明するが、これらの動作モードはそれぞれ、周波数範囲と関連している。そして、コントローラが触覚デバイスに結合されるとともに、該コントローラが上記した複数の動作モードと関連する複数の制御スキームを触覚デバイスに送信する構成となっている。
【０００８】
触覚デバイスを介して提供されるフィードバックは、振動触覚フィードバック又は運動感覚フィードバックと呼ばれることもあるが、本明細書中では、より一般的に「触覚フィードバック」と称している。このような触覚フィードバックは、例えば、触覚デバイス又は触覚デバイスを含むインターフェースデバイスを介して提供することができる。触覚フィードバックを提供するインターフェースデバイスは、肉体的感覚を提供することができ、当該感覚については、ある計量（例えば、知覚可能な周波数成分）により測定可能であって、かつ、コントローラを使用し又はインターフェースデバイスの対象物を操作するユーザが感じ取ることができる。
【０００９】
本発明の一実施形態によれば、触覚デバイスは複数の動作モードを有する。第１の動作モードは、例えば、高周波数範囲と関連し、第２の動作モードは、例えば、低周波数範囲と関連しており、これらの各動作モードと関連する制御スキームが触覚デバイスに送信される。これら制御スキームのそれぞれによって、触覚デバイスが特定の触覚フィードバックを提供することになる。各周波数範囲と関連した制御スキームは、（例えば、重ね合わせによる合成、加算、乗算、コンボリューション（畳み込み）、非ベクトル演算による組み合わせにより）１つ以上の残りの制御スキームと組み合わせるか、あるいは、所定の規則に従って操作することで、周波数範囲に亘る遷移応答を提供することができる。このようにして、本発明の一実施形態は、触覚フィードバックの低周波数範囲から高周波数範囲への「ブレンド」又は「遷移」を提供し、これにより、低周波数範囲や高周波数範囲に亘る性能及び低周波数範囲と高周波数範囲との間における性能が比較的シームレス（途切れなく）に発揮されることになる。
【００１０】
また、本発明の別の実施形態によれば、複数の動作モードを有する触覚デバイスが提供される。触覚デバイスのこれら複数の動作モードを例示すると、低周波数動作モード、高周波数動作モード及び遷移動作モードがある。遷移動作モードは、低周波数モードに関連する低周波数と、高周波数モードに関連する高周波数との間の周波数に関連している。本明細書中、低周波数動作モードは「一方向性」（例えば、回転デバイスの一方向性回転）とも呼ばれ、また、本明細書中、高周波数動作モードを「ハーモニック（調和的）」又は「振動的」と称することもある。また、遷移動作モードは、遷移周波数範囲に関連しており、この遷移周波数範囲では、一方向性モードとハーモニックモードでの各応答が重なり合うことで組み合わされる。低周波数動作モードは、例えば、約１０Ｈｚまでの周波数と関連し、高周波数動作モードは、例えば、約１０Ｈｚより高い周波数と関連する。遷移動作モードに関連する遷移周波数範囲を例示すると、例えば、約５Ｈｚ〜約２５Ｈｚの周波数とされ、ここでは、低周波数動作モードが遷移周波数範囲未満の周波数と関連し、高周波数動作モードが遷移周波数範囲を超える周波数と関連する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態によるプロセッサシステム１０及びインターフェースデバイスを有するシステムのブロック図である。図１に示すシステムは、インターフェースデバイス２０と通信するプロセッサシステム１０を含む。プロセッサシステム１０としては、例えば、１つ以上の特定のタスクを実行するために専ら用いられる、市販のパーソナルコンピュータ、又は、より単純なコンピューティングデバイス、又は処理デバイスであればよい。例えば、プロセッサシステム１０は、双方向性のバーチャルリアリティ環境（例えば、ゲーム用システム）等のような専用端末でもよい。
【００１２】
プロセッサシステム１０は、プロセッサ１２を含んでおり、該プロセッサ１２は、本発明の実施形態に従って、市販のマイクロプロセッサを用いることができる。あるいは、プロセッサ１２については、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又は複数のＡＳＩＣの組み合わせでもよいが、これは、１つ以上の特定の機能を実現し、又は１つ以上の特定のデバイス又はアプリケーションの機能を有効にするように設計されたものである。さらに別の例において、プロセッサ１１２は、アナログ回路又はデジタル回路あるいはそれらを組み合わせた複合回路でも構わない。
【００１３】
あるいは、プロセッサ１２が、１つ以上の個々のサブプロセッサ又はコプロセッサを含むという選択肢もある。例えば、プロセッサは、グラフィックスのレンダリングが可能なグラフィックスコプロセッサや、１つ以上のデバイスの制御が可能なコントローラ、あるいは１つ以上の検出デバイスからの知覚入力を受信可能なセンサなどを含んでもよい。
【００１４】
プロセッサシステム１０はまた、メモリコンポーネント１４を含む。図１に示すように、メモリコンポーネント１４は、１種類以上のメモリを含んでもよい。例えば、メモリコンポーネント１４は、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）コンポーネント１４Ａ及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）コンポーネント１４Ｂを含んでもよい。メモリコンポーネント１４はまた、プロセッサ１２によって検索可能な形式のデータを保存するのに適した図１中に示す他の種類のメモリを含んでもよい。例えば、電子的にプログラム可能な読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、消去可能でかつ電気的にプログラム可能な読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリならびに他の適切な態様のメモリをメモリコンポーネント１４内に設けてもよい。プロセッサシステム１０はまた、プロセッサシステム１０の所望の機能に応じて他の多様なコンポーネントを含むことができる。
【００１５】
プロセッサ１２は、メモリコンポーネント１４と通信し、メモリコンポーネント１４にデータを保存するか、又はメモリコンポーネント１４に事前に保存されたデータを検索することができる。プロセッサシステム１０のコンポーネントは、入力／出力（Ｉ／Ｏ）コンポーネント１６を介して、プロセッサシステム１０の外部のデバイスと通信することができる。本発明の実施形態によれば、Ｉ／Ｏコンポーネント１６は、各種の適切な通信インターフェースを含むことができる。例えば、Ｉ／Ｏコンポーネント１６は、有線式接続（標準的シリアルポート、パラレルポート、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ポート、Ｓビデオポート、ラージエリアネットワーク（ＬＡＮ）ポート、スモールコンピュータシステムインターフェース（ＳＣＳＩ）ポート、オーディオポートなど）を含んでもよい。さらに、Ｉ／Ｏコンポーネント１６は、例えば、無線式接続（赤外線ポート、光学ポート、ブルートゥース無線ポート、無線ＬＡＮポートなど）を含んでもよい。
【００１６】
Ｉ／Ｏコンポーネント１６を介して、プロセッサシステム１０は、他のデバイス（例えば、インターフェースデバイス２０）と通信することができる。これらのインターフェースデバイス２０は、触覚フィードバックを提供するように構成可能である。各インターフェースデバイス２０は、Ｉ／Ｏコンポーネント１６ａを介してプロセッサシステム１０と通信することができる。このＩ／Ｏコンポーネント１６ａは、プロセッサシステム１０のＩ／Ｏコンポーネント１６と同様であり、Ｉ／Ｏコンポーネント１６に関連して上述した有線通信ポート又は無線通信ポートのうち任意のものを含んでもよい。よって、プロセッサシステム１０のＩ／Ｏコンポーネント１６と、インターフェースデバイス２０のＩ／Ｏコンポーネント１６ａとの間の通信リンクは、多様な形態、例えば、有線通信リンク、無線通信リンク（例えば、ＲＦリンク）、光学通信リンク、又は他の適切なリンクの形態を取ることができる。
【００１７】
インターフェースデバイス２０は、多数のコンポーネントとして、プロセッサ２２、触覚デバイス２４及びセンサ２６を含む。プロセッサシステム１０のコンポーネントと同様に、インターフェースデバイス２０は、さらに別のコンポーネントを含んでもよい。例えば、インターフェースデバイスは、図１に示すコンポーネントの付加的な複製物を含んでもよい（例えば、インターフェースデバイス２０は、複数のプロセッサ２２、触覚デバイス２４、センサ２６及び／又はコントローラ３０などを含むことができる）。さらに、インターフェースデバイス２０は、図示しない他のコンポーネントを含んでもよい。例えば、Ｉ／Ｏコンポーネント１６ａを介してインターフェースデバイス２０により受信されたデータを保存することが望ましいとされる場合に、適切なメモリコンポーネント又はバッファメモリコンポーネントを用いてもよい。インターフェースはまた、電源供給回路を含んでもよい。そのような電源供給回路の構成例が、上記特許文献２（名称：「Ｌｏｗ  Ｃｏｓｔ  Ｆｏｒｃｅ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｗｉｔｈ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｏｕｒｃｉｎｇ」）に記載されている。尚、本明細書中、同文書の全開示内容を参照のために援用する。
【００１８】
インターフェースデバイス２０のプロセッサ２２は、上述したプロセッサシステム１０のプロセッサ１２と同様でよく、あるいは、特定用途向けに設計してもよく（例えば、ＡＳＩＣ）、及び／又は、インターフェースデバイス２０の機能性に合わせてプログラムしてもよい。プロセッサシステム１０のプロセッサ１２と同様に、インターフェースデバイス２０のプロセッサ２２は、各種のサブプロセッサを含んでもよく、例えば、該サブプロセッサを並列に使用することができる。
【００１９】
上述したように、インターフェースデバイス２０は、触覚デバイス２４を含む。この触覚デバイス２４は、インターフェースデバイス２０のユーザに対して、触感フィードバック又は触覚フィードバックを提供するために用いられる。本発明の一実施形態によれば、触覚フィードバックは、ハウジング、マニピュランダム（操作部）のような対象物を介して提供することができる。触覚デバイス２４は多様な形態をとることができ、１つ以上の触覚デバイスであって、それぞれが複数の動作モードを有し、該動作モードがそれらに対応した複数の周波数範囲と関連するデバイスを含む。本発明の実施形態に従って用いることが可能な触覚デバイス２４構成のいくつかの例について、以下に詳説する。しかし、以下に述べる触覚デバイス２４の例は、インターフェースデバイス２０中に設けることが可能な全ての種類の触覚デバイス２４の例示的なリストを作ることを意図するものではなく、例示のみを意図するものである。
【００２０】
インターフェースデバイス２０のセンサ２６は、インターフェースデバイス２０のユーザからの入力を検出するように構成される。例えば、センサ２６を用いて、対象物（例えば、インターフェースデバイス２０のマニピュランダム）の操作又は移動を検出することができる。センサ２６を用いて、他の形態のユーザ入力、例えば、圧力、速度、加速度、トルク、光、又は他の測定可能な量を検出することもできる。例えば、センサ２６には、圧力を検出する圧電性センサ、多様な動きを検出するための、加速度計のような慣性測定ユニット（ＩＭＵ）、光レベルの変化を検出する光起電性センサ、及び／又は他のセンサを採用してもよい。センサ２６はまた、例えば、触覚デバイス２４からの、フィードバックのような他の入力（例えば、位置及び／又は速度を含む状態情報）を検出することもできる。
【００２１】
図１に示すように、インターフェースデバイス２０の多様なコンポーネントは、相互に通信するとともに、（Ｉ／Ｏコンポーネント１６、１６ａを介して）プロセッサシステム１０のコンポーネントと通信することができる。インターフェースデバイス２０のプロセッサ２２は、例えば、センサ２６から受信した情報に基づいて触覚デバイス２４を制御するために用いられる。同様に、プロセッサシステム１０のプロセッサ１２は、インターフェースデバイス２０のセンサ２６から受信した情報に基づいてインターフェースデバイス２０の触覚デバイス２４を制御するために用いられる。尚、このような実施形態において、プロセッサ２２は存在しなくてもよい。あるいは、プロセッサシステム１０のプロセッサ１２（「ホストプロセッサ」とも呼ばれる）をインターフェースデバイス２０のプロセッサ２２（「ローカルプロセッサ」とも呼ばれる）と協調して用いることができ、センサ２６から受信されたデータの解釈及び触覚デバイス２４の制御の双方に用いてもよい。
【００２２】
プロセッサシステム１０及びインターフェースデバイス２０は、１つ以上のコントローラ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ及び３０ｄ（本明細書中、これらを集合的に、個々に又はサブセットとしてコントローラ３０と呼ぶ場合がある）を必要に応じて利用することができる。図１に示すように、コントローラ３０は、プロセッサシステム１０のプロセッサ１２内に（例えば、制御アルゴリズムの形態で）及び／又はインターフェースデバイス２０のプロセッサ２２内に設けてもよい。さらに、コントローラ３０は、バス又は他の適宜の接続を介してプロセッサシステム１０の他方のコンポーネント及び／又はインターフェースデバイス２０に接続された別個のコンポーネントであってもよい。１つ以上の実施形態によれば、インターフェースデバイス２０が、それ自身のプロセッサ及び／又はコントローラ３０ｃ及び３０ｄを有するため、プロセッサシステム１０から独立して機能してもよいし、またプロセッサシステム１０を全く必要としない場合もあることを認識すべきである。例えば、インターフェースデバイス２０は、スタンドアロン（単独型）デバイス、例えば、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）又は携帯型電話機であってもよく、それらはプロセッサシステム１０に接続する構成であってもよいし、また、そのような構成でなくてもよい。
【００２３】
図２Ａは、本発明の一実施形態による触覚デバイス、コントローラ及びセンサを示す図である。図２Ａはまた、システムに提供される各種のデータ値を示す。図２Ａ中に示す要素は、プロセッサシステム１０及びインターフェースデバイス２０と共に用いてもよいし、又は、単にインターフェースデバイス２０と共に用いてもよい。
【００２４】
図２Ａに示すように、（例えば、図１に示すユーザインターフェースデバイス２０を介して）ユーザ入力２８を必要に応じて与えてもよいし、あるいは、オプションのセンサ２６によって受信してもよい。ユーザ入力２８はまた、必要に応じて（例えば、センサ２６、又はユーザ入力を受け取って伝えるように構成された他の特定のデバイスを介して）コントローラ３０に直接与えられてもよい。センサ２６は、必要に応じて、触覚デバイス２４からの情報を受信することができる。例えば、センサ２６は、触覚デバイス２４の実際の動きを検出することで、触覚デバイス２４による触感フィードバック出力又は触覚フィードバック出力を検出することができる。
【００２５】
図２Ａに示すシステムの構成によれば、コントローラ３０は、センサ２６からのデータを必要に応じて受信し、ユーザ入力２８及び制御パラメータ３２を必要に応じて受信することができる。センサ２６から受信された任意のデータ、任意の受信されたユーザ入力２８及び／又は任意の受信された制御パラメータ３２に基づいて、コントローラ３０は、触覚デバイス２４の触感出力又は触覚フィードバックを制御する。例えば、コントローラ３０（又は実装された制御アルゴリズム）を用いてフィードバックアルゴリズムを遂行し、触覚デバイス２４から受信されたフィードバックに基づいて触覚デバイス２４を制御することができる。コントローラは、コントローラ３０から触覚デバイス２４へと出力される制御信号により、当該触覚デバイス２４の出力を制御する。
【００２６】
コントローラ３０によって出力される制御信号は、例えば、制御パラメータ３２を含む多数のパラメータに基づいている。例えば、制御パラメータ３２と、触覚デバイス２４の制御のためにコントローラ３０によって用いられる他のパラメータとは、プロセッサシステム１０のメモリコンポーネント１４中に保存するか、又は、別の適切なメモリコンポーネント（例えば、インターフェースデバイス２０のメモリコンポーネント）中に保存することができる。本発明の実施形態によれば、制御パラメータ３２は、ポータブル電子デバイス及び／又はゲーム用システムからの入力を含むことができる。例えば、制御パラメータ３２は、ゲーム用システム、ポータブルゲーム用デバイス、携帯型電話機などからの入力を含むことができる。本発明の１つ以上の実施形態によれば、コントローラ３０は、制御パラメータ３２（例えば、ゲーム用デバイス入力、携帯型電話機入力）を受信し、センサ２６を含まない。このような実施形態によれば、コントローラ３０を用いるシステムの所望の機能に応じて、ユーザ入力２８を必要に応じてコントローラ３０で直接受信してもよいし、あるいは該ユーザ入力を全く省略することもできる。
【００２７】
本発明の実施形態によれば、図２Ａに示すシステムは、スタンドアロンデバイス（例えば、携帯型電話機）、ポータブル電子デバイス（例えば、ＰＤＡ）又は他のデバイスにおいて用いることができる。携帯型電話機の実施形態において、例えば、ステータスイベント（例えば、メッセージ受信信号、ネットワークインジケータ信号など）、ユーザ入力（例えば、モード変化、キーパッドダイアリング、オプション選択など）、着信、又は他のイベントに応答し、触覚デバイス２４を介して触覚形態でフィードバックを提供することができる。あるいは、図２Ａに示すシステムは、インターフェースデバイス２０をプロセッサシステム１０に接続可能な構成、例えば、図１に示す構成において用いることができる。
【００２８】
図２Ｂは、図１及び図２Ａに示す触覚デバイス２４のブロック図である。図２Ｂに示すように、触覚デバイス２４は、アクチュエータ５１、弾性部材５２及び質量部５３を含む。触覚デバイス２４は、触覚フィードバックを提供するように構成される。アクチュエータ５１は、弾性部材５２に対して動作可能に接続され、弾性部材５２は質量部５３に対して動作可能に接続される。動作時に、アクチュエータは弾性部材５２に力を与える。弾性部材５２にかかる力の一部は、質量部５３へと移されて質量部５３を移動させる。質量部５３を移動させることにより、ユーザに触覚力が提供される。尚、図２Ｂに示す構成が、触覚デバイス２４の構成の一例に過ぎない点に留意されたい。即ち、図２Ｂに示す構成と異なる他の構成を触覚デバイス２４として用いてもよい。例えば、弾性継手により弾性部材５２を質量部５３に連結してもよく、弾性継手により弾性部材５２をアクチュエータ５１に連結してもよい。また、別の実施形態において、弾性部材をアクチュエータとメカニカルグラウンドとの間に結合することができ、アクチュエータを、直接的にアクチュエータと結合することができる。
【００２９】
図３Ａは、本発明の一実施形態による触覚デバイスの斜視図であり、図３Ｂは、図３Ａに示す触覚デバイスの断面図である。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、触覚デバイス１００は、アクチュエータ１１０、弾性部材１２０及び質量部１３０を含む。触覚デバイス１００は、触覚フィードバックを提供するように構成される。以下に述べる触覚デバイスと同様に、図３Ａ及び図３Ｂに示す触覚デバイス１００は、図１及び図２中に示すインターフェースデバイス２０内の触覚デバイス２４として用いることができる。
【００３０】
触覚デバイス１００のアクチュエータ１１０は、ロータリアクチュエータであり、シャフト１１５を含む。弾性部材１２０は、近位部１２１、従動（コンプライアント）部１２２及び遠位部１２５を含む。弾性部材１２０の近位部１２１は、アクチュエータ１１０のシャフト１１５に連結される。遠位部１２５は、従動部１２２よりも幅が大きく、質量部１３０に連結される。
【００３１】
アクチュエータ１１０は、任意の種類のロータリアクチュエータ、例えば、直流（ＤＣ）モータ、ボイスコイル型アクチュエータ又は可動磁石型アクチュエータとされる。さらに、アクチュエータ１１０は、上述したインターフェースデバイス２０（例えば、ゲームコントローラハウジング）のような、デバイスハウジング（図示せず）内に配置されて該ハウジングに対して機械的に接地される（メカニカルグラウンド）。ゲームコントローラハウジング内に設けられて、メカニカルグラウンドがなされる触覚デバイスの例については、上記特許文献３（出願日：２００１年９月２７日、名称：「Ａｃｔｕａｔｏｒ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ  Ｔａｃｔｉｌｅ  Ｓｅｎｓａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｆｏｒ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｔａｃｔｉｌｅ  Ｓｅｎｓａｔｉｏｎｓ」）及び上記特許文献４（出願日：２００１年９月２８日、名称：「Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｔａｃｔｉｌｅ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｕｓｉｎｇ  Ｒｏｔａｔｉｎｇ  Ｍａｓｓｅｓ」）に開示がある。尚、本明細書中、同文書の開示内容を参照のために援用する。
【００３２】
弾性部材１２０については、近位部１２１、従動部１２２及び遠位部１２５の単一構造において一体的に形成されるように図示しているが、他の構成も可能である。従動部１２２が可撓性材料で構成されている場合において、近位部１２１及び遠位部１２５を可撓性材料で構成する必要は無く、それらを従動部１２２と一体的に形成する必要も無い。例えば、弾性部材の従動部１２２を、別個のカップリング又はファスナにより、質量部１３０及び／又はアクチュエータ１１０のシャフト１１５に結合することができる。同様に、弾性部材１２０には、例えば、リーフスプリングやつる巻きバネなどを含めた、各種タイプを用いることができる。
【００３３】
触覚デバイス１００のアクチュエータ１１０、弾性部材１２０及び質量部１３０は、ある周波数範囲と関連した第１の動作モードと、第１の動作モードと関連した当該周波数範囲とは異なる周波数範囲と関連した第２の動作モードと、を共同で有する。例えば、第１の動作モードは、アクチュエータ１１０のシャフト１１５を中心とする質量部１３０の一方向性回転（本明細書中、「一方向性モード」とも呼ばれる）に基づき、また第２の動作モードは、質量部１３０の調和運動（本明細書中、「調和モード」とも呼ばれる）に基づいている。第１の動作モードと関連する周波数範囲は、必要に応じて、第２の動作モードと関連する周波数範囲と重なり合うことができる。
【００３４】
より詳細には、アクチュエータ１１０のシャフト１１５と質量部１３０との間に結合された弾性部材１２０によって、調和（ハーモニック）システムが得られる。このような調和システムは、特定の周波数における（例えば、機械的システムの共振周波数における）振動の振幅をもつ二次の挙動を呈する。ここで、触覚デバイス１００は、調和システムとして構成され、該システムでは、調和モードの間に、弾性部材１２０がエネルギーを蓄えて、そしてエネルギーを解放する。例えば、弾性部材１２０の従動部１２２は、交流（ＡＣ）駆動信号の、ある極性に応答して質量部１３０の移動中にエネルギーを蓄えることができ、ＡＣ駆動信号の別の極性に応答して質量部１３０の移動中にエネルギーを解放することができる。その結果、調和運動と、これに対応する、広い共振を通じた増幅とが得られ、その結果、大振幅の振動及び他の効果が電力効率の良い方法で得られる。さらに、触覚デバイス１００が調和モードで動作している間、多くの様々な周波数成分を有する複雑なＡＣ駆動信号を組み合わせることができる（例えば、重ね合わせや、ベクトル演算又は非ベクトル演算による組み合わせなど）。図２Ａに関連して上述したコントローラ３０は、これらの複雑なＡＣ駆動信号を提供する。
【００３５】
本発明者は、機械的システムの減衰係数を低くすると有利であることを認識した。これにより、より効率の良い調和振動が得られる。その結果、弾性部材１２０の従動部１２２を、低い減衰を示すポリプロピレンで構成することができる。あるいは、弾性部材を、スチール、ワイヤ、プラスチックで形成し、又はアクチュエータ１１０のシャフト１１５と直列に質量部１３０を接続することが可能な、他の同種の材料で形成してもよい。
【００３６】
一方向性モードで動作する場合、アクチュエータ１１０を、例えば、ＤＣ電流で駆動し、これにより、求心加速度でもって質量部をアクチュエータ１１０のシャフト１１５の回りに回転させることができる。この求心加速度により、デバイスハウジングに対して強い慣性力が得られる。一方向性モードでの動作中に、ファームウェア技術又はソフトウェア技術を用いて、振動の振幅を制御することができる。例えば、デューティーサイクルが５０％とされる特定のパルス繰り返し数では、質量部１３０が特定の速度をもって一方向性の回転をする際に、一定電圧の印加（すなわち、１００％のデューティーサイクル）の場合における振動振幅の約半分の振幅となる。デューティーサイクルと、振動の振幅との間の関係は線形的でないが、便宜上は、ある動作範囲に亘って線形的なものとして近似することができる。このようなファームウェアの例についてはさらに、上記特許文献５（出願日：２０００年９月２７日、名称：「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  Ｈａｐｔｉｃ  Ｓｅｎｓａｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  Ｖｉｂｒｏｔａｃｔｉｌｅ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ」）中に開示がある。尚、本明細書中、同文書の開示内容を参照のために援用する。
【００３７】
アクチュエータ１１０が調和モードで動作する場合、質量部１３０は、駆動信号の周波数（例えば、アクチュエータ１１０を駆動するＡＣ信号）で振動し又は該周波数近傍で振動する。このような駆動信号は、例えば、Ｈブリッジ回路又は他の増幅器により生成することができる。このような駆動信号の生成に使用可能なＨブリッジ増幅器の一例が、上記特許文献６（出願日：２００１年１０月３１日、現在は米国特許第６，６８３，４３７号、名称：「Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｍｏｔｏｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ」）中に開示されており、本明細書中、同文書の開示内容を援用する。このような信号を用いると、有利なことに、質量部１３０の開始動作及び停止動作における時間遅延が小さくなり、一方向性モードで質量部が運動する場合に比してピーク加速度又は最大加速度における時間遅延が小さくなる。さらには、他の技術を用いて、質量部１３０の開始動作及び停止移動と関連する時間遅延を低減することもでき、以下で詳説するように、例えば、リードイン（導入）又は終了電流パルスが制御信号として提供される。
【００３８】
図４Ａは、本発明の別の実施形態による触覚デバイスの斜視図である。図４Ｂは、図４Ａに示す触覚デバイスの断面図である。単一の従動部を有する弾性部材を示す図３Ａ及び図３Ｂとは異なり、別の実施形態として、複数の従動部を有する弾性部材が可能である。このような実施形態としては、図４Ａ及び図４Ｂに示す触覚デバイス２００がある。触覚デバイス２００は２つの従動部を有する。この触覚デバイス２００は、図１に示すインターフェースデバイス２０の触覚デバイス２４として用いることができる。触覚デバイス２００は、アクチュエータ２１０、弾性部材２２０及び質量部２３０を含む。アクチュエータ２１０は、ロータリアクチュエータであり、シャフト２１５を含む。弾性部材２２０は、近位部２２１、複数の従動部２２２及び２２３、並びにそれらに対応する複数の遠位部２２５及び２２６を含む。弾性部材２２０の近位部２２１は、アクチュエータ２１０のシャフト２１５に接続される。遠位部２２５は、その従動部２２２よりも幅が広く、遠位部２２５はその従動部２２３よりも幅が広くされており、それらの遠位部が質量部２３０に結合される。図４Ａ及び図４Ｂに示す弾性部材２２０は、２つの従動部２２２、２２３を有しているが、弾性部材が２個を超える数の従動部を有する他の実施形態も可能である。
【００３９】
回転質量部の従動部（単数又は複数）は、質量部の１自由度又は移動軸に対応可能であるが、残りの自由度に対応する必要は無い点に留意されたい。例えば、図３Ａ及び図３Ｂに示す従動部１２２は、アクチュエータ１１０のシャフト１１５に沿った回転軸に平行な方向に可撓性をもたないようにすることができる。同様に、図４Ａ及び図４Ｂに示す従動部２２２及び２２３は、アクチュエータ２１０のシャフト２１５に沿った回転軸に平行な方向にそれぞれ可撓性をもたないようにすることができる。図４Ａにて最良に示すように、従動部２２２及び２２３は、アクチュエータ２１０のシャフト２１５に平行な方向に沿って、比較的に厚みをもつように形成することができる。さらに、様々な従動部の弾性を、ねじり特性又は他の特性に従って変更してもよい。
【００４０】
図５〜図７は、本発明の他の実施形態に従った触覚デバイスの一部の上面図をそれぞれに示す。動作時に、各触覚デバイスの質量部（単数又は複数）は、アクチュエータのシャフトを中心に回転する。これらの図に示す触覚デバイスの部位はそれぞれ、一方向性モード、調和モード、又は一方向性モード及び調和モードを組み合わせた重ね合わせモードのいずれかにおいて用いることができる。従って、図５〜図７に示す触覚デバイスの各部位は、本発明の１つ以上の実施形態を通して制御可能な複数の動作モードを有する。尚、図５〜図７に示す触覚デバイスの各部位は、図１の触覚デバイス２４の一部として用いることもできる。
【００４１】
図５は、本発明の一実施形態による触覚デバイスの一部位の上面図を示す。図５中の触覚デバイスの部位３０１は、弾性部材３２０を含む。この弾性部材３２０は、上述した弾性部材１２０及び２２０と類似する。弾性部材３２０は、近位部３２１、従動部３２２及び遠位部３２５を含む。近位部３２１は、アクチュエータ（図示せず）のシャフト３１５に結合される。遠位部３２５は、質量部３３０に結合される。該質量部３３０は、遠位部３２５内において一体的に封入されているように図示しているが、本発明の１つ以上の実施形態では、遠位部３２の外部に設けてもよいことが理解される。
【００４２】
図５に示す弾性部材３２０は、（例えば、ＤＣ又は他の低周波数駆動信号を印加することにより）一方向性動作モードにおいて用いることができ、あるいは、（例えば、ＡＣ駆動信号の印加により）調和動作モードにおいて用いることができる。さらに、弾性部材３２０は非対称であるため、弾性部材３２０は、その回転方向に応じて異なる特性を呈する。よって、駆動信号に応じて複数の動作モードのうちの１つを現出させる可能性を秘めていることに加えて、弾性部材３２０を異なる方向に回転させることによって、各種の動作モードを実現することができる。さらに、図５に示す触覚デバイスの部位３０１は、可変モーメントを有利に提供することができる。この可変モーメントは、これによって生成された触覚の振幅及び周波数を実質的に分ける。より詳細には、部位３０１の回転速度が上昇するにつれ、従動部３２２が撓み、質量部３３０と回転中心（例えば、シャフト３１５）との間の動径距離が変化する。例えば、一実施形態によれば、部位３０１の回転速度が上昇するにつれ、質量部３３０がシャフト３１５に向かって移動し、その結果、部位３０１のモーメントが変化する。
【００４３】
図６は、本発明の別の実施形態による触覚デバイスの一部位の上面図を示す。図６中の触覚デバイスの部位４０１は、弾性部材４２０を含む。この弾性部材４２０は、上述した弾性部材１２０、２２０及び３２０に類似する。弾性部材４２０は、近位部４２１、従動部４２２及び遠位部４２５を含む。近位部４２１は、アクチュエータ（図示せず）のシャフト４１５に結合される。遠位部４２５は、質量部４３０に結合される。質量部４３０は、遠位部４２５内において一体的に封入されているように図示されているが、本発明の実施形態に従って、遠位部４２５の外部に設けてもよいことが理解される。
【００４４】
図６に示す弾性部材４２０は、（例えば、ＤＣ又は他の低周波数の駆動信号を印加することにより）一方向性動作モードにおいて用いることができ、あるいは、（例えば、ＡＣ駆動信号の印加により）調和動作モードにおいて用いることができる。さらに、図５に示す弾性部材３２０と同様、図６の弾性部材４２０は非対称であるため、弾性部材４２０は、その回転方向に応じて異なる特性を示す。よって、駆動信号に応じて複数の動作モードのうちの１つを現出させる可能性を秘めていることに加えて、弾性部材４２０を異なる方向に回転させることにより、各種の動作モードを実現することができる。
【００４５】
図７は、本発明の一実施形態による触覚デバイスの一部を示す上面図である。図７中の触覚デバイスの部位５０１は、弾性部材５２０を含む。弾性部材５２０は、上述した弾性部材１２０、２２０、３２０及び４２０と類似する。弾性部材５２０は、近位部５２１、２つの従動部５２２及び５２３、ならびに２つの遠位部５２５及び５２６を含む。近位部５２１は、アクチュエータ（図示せず）のシャフト５１５に結合される。遠位部５２５及び５２６は、２つの質量部５３０及び５３２に対してそれぞれに結合される。質量部５３０及び５３１が、遠位部５２５及び５２６内に一体化して収容されている様子を図示しているが、本発明の１つ以上の実施形態によれば、それらの質量部を遠位部５２５及び５２６の外部に設けてもよいことが分かる。
【００４６】
図７に示す弾性部材５２０は、（例えば、ＤＣ又は他の低周波数駆動信号の印加による）一方向性動作モード、（例えば、ＡＣ駆動信号の印加による）調和動作モード、あるいは一方向性モード及び調和モードを重ね合わせた動作モードにおいて、用いることができる。さらに、弾性部材５２０は非対称であるため、弾性部材５２０は、その回転方向に応じて異なる特性を示す。このような弾性部材５２０の非対称性は、異なる重量とされた質量部５３０及び５３１を用いることによって、さらに強調される。よって、駆動信号に応じて複数の動作モードの１つを現出させる可能性を秘めていることに加えて、弾性部材５２０を異なる方向に回転させることにより、各種の動作モードを実現できる。
【００４７】
触覚デバイスの部位５０１も可変モーメントを提供することができる。この可変モーメントは、これによって生成される触覚の大きさ及び周波数を分断する。より詳細には、従動部５２２及び５２３は、部位５０１の回転速度及び／又は回転方向が変化するにつれて、質量部５３０と質量部５３１との間の距離が変化することを許容するように形成される。例えば、本発明の一実施形態によれば、コンプライアンス部材５２４（例えば、バネ）を、必要に応じて２つの遠位部５２５と遠位部５２６との間に接続することができる。この追加したコンプライアンス部材５２４（図７中に破線で示す）により、部位５０１が一方向に回転した時に遠位部５２５と５２６（ならびに、それらに対応する質量部５３０及び５３１）を互いに近づく方向に移動させることができ、これにより、部位５０１が低周波数の偏心質量応答を示す。しかし、部位５０１が反対方向に回転すると、遠位部５２５と５２６（ならびに、それらに対応する質量部５３０及び５３１）が互いに離れる方向に移動し、その結果、部位５０１は、より高い周波数の偏心質量応答を示す。触覚デバイスを介して提供される触覚を制御するために、これらの２つの偏心質量応答を、上述した一方向性モード又は調和モードに追加して用いることができる。よって、例えば、部位５０１は、マルチモード応答及び可変モーメント応答を生成することができる。
【００４８】
本発明の実施形態によれば、弾性部材５２０の従動部５２２及び５２３は、異なる長さ及び／又は異なる構成材料を有する。例えば、異なる可撓性又はバネ定数を有する材料を用いて、従動部５２２及び５２３のそれぞれを形成することができる。さらに、従動部５２２及び５２３のそれぞれが、異なる周波数応答を持つように形成することもできる。例えば、従動部５２２及び５２３のそれぞれが、異なる共振周波数又は周波数範囲に対する周波数応答を示す。さらに、従動部５２２及び５２３はそれぞれ、回転の各方向及び回転角度において、異なる応答を呈する。よって、弾性部材５２０の特定の構造に応じて、弾性部材５２０についての、複数の周波数応答及び／又は複数の動作モードが得られる。
【００４９】
本発明の一実施形態によれば、例えば、図１に示す触覚デバイス２４のような触覚デバイスが、コンプライアンス部材の、可変な剛性をもつ従動部を含む。弾性部材の従動部のバネ定数（Ｋ）値を駆動周波数の関数として変化させることができる場合に、触覚デバイスは、比較的広い周波数範囲に亘ってピーク振幅及び効率の近傍で動作することができる。機械的アクチュエータには、例えば、圧電構造（例えば、圧電ブザー）が用いられる。このような圧電構造では、例えば、質量部にセラミックを含み、印加電圧によってセラミックが動く。印加電圧を適切に選択することにより、セラミックがバネと同様の挙動を示す。この圧電構造は、それ自身のバネ定数をバイアス電圧の関数として変化させることができる。その結果、このようにバネ定数を調節することで、周波数−電圧変換器（圧電構造を駆動するための、周波数から電圧への変換器）は、触覚デバイスの共振周波数を維持することができる。
【００５０】
一方向性モード及び調和モードを有する触覚デバイス（例えば、図３Ａ及び図３Ｂに示す触覚デバイス１００、図４Ａ及び図４Ｂに示す触覚デバイス２００、及び図５〜図７に示す回転質量部を用いる触覚デバイス）の実施形態の挙動については、モデル化が可能である。このようなモデルは、各種のファクター、例えば、質量部の形状及び重量分布、及び弾性部材の従動部の剛性に基づく。以下では、一方向性モード及び調和モードを有する触覚デバイスの一実施形態についての力学的なモデルを与えることにする。
【００５１】
以下の方程式１は、二次のラプラス変換関数に基づくものであり、当該方程式１を用いて、上記した触覚デバイス（例えば、回転質量部を用いることが可能とされる）のような、触覚デバイスの調和モードをモデル化することができる。
【数１】
2007519099.tif 000003
上記の方程式１において、Ｘは、触覚デバイスの質量部の変位であり、Ｔｍは、触覚デバイスを駆動するアクチュエータ（例えば、モータ）のトルクであり、ｍは、質量部の重量、ｒは偏心半径、ｋはバネ定数、ｂは減衰定数、ｓはラプラス変数である。偏心半径ｒは、アクチュエータシャフト中心から、触覚デバイスのアクチュエータによって駆動されている質量部の「質量中心」までの距離である。
【００５２】
以下に示す方程式２を用いて、上述した触覚デバイス（例えば、回転質量を用いることが可能である）のような、触覚デバイスの一方向性モードをモデル化することができる。
【数２】
2007519099.tif 000004
上記の方程式２において、Ｆは力であり、ωは触覚デバイスの質量部の角速度（例えば、２πｆ、ここでｆは触覚デバイスの質量部の周波数）である。
【００５３】
以下の方程式３は減衰比ｄを示し、これは、触覚デバイス（例えば、上述した回転質量部を用いることが可能な触覚デバイス）の減衰をモデル化するために用いられる。
【数３】
2007519099.tif 000005
上記方程式３において、ｄは減衰比であり、減衰定数ｂをバネ定数ｋに関連付けるものである。
【００５４】
方程式１〜３に関連して上記に定義した力学的モデルは、調和モードを有する触覚デバイスの設計に使用することができる。例えば、触覚デバイスの特定の挙動を実現するように、減衰比ｄ、バネ定数ｋ、質量部の重量ｍ及び偏心半径ｒを特定の値に選択することができる。方程式１〜３を使って上記に定義した力学的モデルを用いて、触覚デバイスの特定の挙動を実現することが可能な方法については、上記の特許文献１（出願日：２００２年１１月２２日、名称：「Ｈａｐｔｉｃ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｕｓｉｎｇ  Ｒｏｔａｒｙ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｍｏｖｉｎｇ  Ｍａｓｓ」）中により詳細な記載があり、これを参照のために援用する。
【００５５】
上述したように、マルチモード触覚デバイスは、一方向性動作モード及び調和動作モードの両方を用いて効果を提供することができる。本発明の実施形態によれば、一方向性動作モードは、強い注意を引く信号を提供し、一方、調和動作モードは、一方向性動作モードと一般的に関連した感覚に比して微妙な感覚を伝えるために用いられる。ＤＣ信号に加えて、本発明の実施形態では、一方向性動作モードで触覚デバイスを駆動し得る低周波数のＡＣ信号を用いることができる。その理由は、該ＡＣ信号が十分に長い時間、ゼロでない値を有するからである。
【００５６】
図８は、本発明の一実施形態による触覚デバイスの加速度対時間応答を示すプロット図である。図８に示す応答は、ＤＣ駆動信号を触覚デバイスに印加することによって得られる低周波数ランブル応答である。あるいは、換言すれば、図８に示す応答は、一方向性動作モードで駆動されている触覚デバイスの応答である。
【００５７】
図９は、本発明の一実施形態による触覚デバイスの加速度対時間応答を示すプロット図である。図９に示す応答は、周波数が約３０Ｈｚの周期的な方形波の形態とされたＡＣ駆動信号を印加することによって得られる。この応答の振幅及び周波数は分断可能であり、以下に詳説するように、それらを独立に変化させることができる。図９に示す応答は、例えば、周期的な方形波又は矩形波信号の印加によって生じる方向の逆転に起因する。本発明の実施形態によれば、触覚デバイスの任意の物理的なコンプライアンスによって反動が生じ、これが図９に示す応答に寄与し、その結果、加速度ピークの大きさが増加する。上述したように、非対称性をもつデバイスで質量部を回転させると、そのコンプライアンスにより、デバイスの回転方向に応じてデバイスのモーメントが変化する。
【００５８】
図１０は、本発明の一実施形態によるマルチモード触覚デバイスの駆動信号周波数範囲の一例を示すプロット図である。より詳細には、図１０に示す周波数範囲は、２モードの触覚デバイスを駆動する際に用いる駆動信号周波数の範囲であり、該デバイスは低周波数範囲に対応する第１のモード及び高周波数範囲に対応する第２のモードを有する。但し、図１０のプロット図中に示す原理については、３つ以上のモードを有するマルチモードの触覚デバイスに対して一般化することができ、上記と同様に、多数の周波数範囲をもち、各周波数範囲が、デバイスにおける多数のモードのそれぞれに対応するとともに、遷移周波数範囲が、それらの多数の周波数範囲の間にそれぞれ位置することになる。
【００５９】
図１０に示す例において、低周波数応答は低周波数範囲内の駆動信号によって引き起こされ、この低周波数範囲は、例えば、ＤＣ（すなわち０Ｈｚ）から約５Ｈｚの低周波数限界ｆｌｏｗにまで及んでいる。また、遷移周波数応答は、遷移周波数範囲内の駆動信号によって引き起こされ、この遷移周波数範囲は、例えば、低周波数限界ｆｌｏｗから約２５Ｈｚの高周波数限界ｆｈｉｇｈにまで及んでいる。そして、高周波数応答は、高周波数範囲内の駆動信号によって引き起こされ、この高周波数範囲は、例えば、高周波数限界ｆｈｉｇｈからそれよりも高い全周波数（例えば、デバイスが出力可能な全周波数）に及ぶ。共振周波数ｆｒｅｓ応答については、触覚デバイスの物理的特性に依存するが、本例にて高周波数範囲内に位置する周波数の駆動信号によって実現される。例えば、共振周波数ｆｒｅｓ応答は、約６０Ｈｚ〜２００Ｈｚの周波数を有する駆動信号を用いることによって実現可能である。この共振周波数ｆｒｅｓを実現するために用いる駆動信号は、触覚デバイスの設計制約及び所望の性能に従って変更することができる。
【００６０】
デバイスの一方向性動作モードの高域端は、使用するアクチュエータの特性に依存する。よって、触覚デバイスが一方向性動作モードにおいて動作を中断し、調和動作モードにおいて動作を開始する際の正確な周波数は、デバイスによって異なる。従って、遷移周波数範囲については、ほとんどのアクチュエータが一方向性動作モードでの動作から調和モードでの動作に遷移する際の、駆動信号の周波数を含むように設計される。よって、図１０に示す低周波数範囲は、いくつかの触覚デバイスを一方向性動作モードで動作させることが可能な駆動信号の周波数を含み、また、高周波数範囲は、これらの触覚デバイスを調和動作モードで動作させることが可能な駆動信号の周波数を含む。遷移周波数範囲内に位置する周波数をもった駆動信号を用いて、低周波数での一方向性動作モードから高周波数での調和動作モードへの遷移が円滑に行われるようにすることができる。
【００６１】
図１１Ａ〜図１１Ｇは、本発明の一実施形態による触覚デバイスを駆動するために用いる信号例を示すプロット図である。図１１Ａ〜図１１Ｇ中に示す信号は、図１０に示す低周波数範囲内で、触覚デバイスを駆動するために用いる低周波数信号である。これらの信号は、出力フィードバックの強い感覚及び明瞭なビートパターン（すなわち、出力フィードバックの周期性）を、インターフェースデバイス（例えば、図１に示すインターフェースデバイス２０）のユーザに伝えるのに使用される。図１１Ａ〜図１１Ｇに示す信号は、周期Ｔを有し、これは以下の等式４に示す関係によって定義される。
【数４】
2007519099.tif 000006
上記の等式４において、所望の周波数ｆｄｅｓｉｒｅｄは、駆動信号が印加される触覚デバイスの所望の性能に基づいて選択される。
【００６２】
本発明の実施形態によれば、駆動信号についての、所望の周波数ｆｄｅｓｉｒｅｄは、信号が印加される触覚デバイスの共振周波数ｆｒｅｓに等しい。共振周波数ｆｒｅｓを用いて（例えば、共振周波数ｆｒｅｓを直接適用することにより、あるいは、共振周波数ｆｒｅｓを連続して適用することにより）アクチュエータを駆動する場合、質量部の加速度が最大となって、低周波数応答がエミュレート（模倣）される。触覚効果の周波数に関するユーザの知覚を変更するには、方形波のような信号の周波数を変更すれば良い。また、触覚効果の大きさに関するユーザの知覚を変更するために、該信号のデューティーサイクルを変更することができる。
【００６３】
図１１Ａ〜図１１Ｄには、矩形波の形態を示す。図１１Ａは正パルスであり、図１１Ｂは双極性パルスであり、図１１Ｃは、極性の反転を伴う双極性パルスであり、図１１Ｄは、正パルス及び負パルスである。図１１Ｅは共振正弦パルスであり、図１１Ｆは正弦パルス列である。図１１Ｇは方形波パルス列である。
【００６４】
本発明の実施形態に従って、マルチモード触覚デバイスの制御のために各種のデューティーサイクルで駆動する制御方法を用いて、低周波数触覚フィードバック応答をエミュレートするのに適した駆動周波数を決定することができる。本発明の実施形態に従った、このようなデューティーサイクル駆動の制御方法については、上記特許文献５（出願日：２０００年９月２７日、名称：「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  Ｈａｐｔｉｃ  Ｓｅｎｓａｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  Ｖｉｂｒｏｔａｃｔｉｌｅ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ」）及び上記特許文献７（出願日：９月２９日、現在は米国特許第６，６８０，７２９号、名称：「Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ  Ｆｏｒｃｅ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｂｌｉｔｙ  ｆｏｒ  Ｔａｃｔｉｌｅ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」）に記載があり、これらの開示内容を参照のために援用する。
【００６５】
本発明の一実施形態によれば、デューティーサイクル駆動の制御方法を用いて、触覚デバイスの周波数範囲を、２つの部分、即ち低周波数範囲及び高周波数範囲に分割することができる。触覚デバイスのアクチュエータは、例えば、最大の許容電流及び／又は電圧を用いて、駆動することができる。本発明の実施形態によれば、デューティーサイクル駆動の制御方法は一方向性動作モードで働く。周期的な触覚フィードバックの大きさは、駆動信号のデューティーサイクルにおける「オンタイム」を変えることにより決定される。
【００６６】
本発明の別の実施形態によれば、デューティーサイクル駆動の制御方法を用いて、図８中に示すランブル応答とされる低周波数触覚フィードバックについて、図１０に示す低周波数範囲外にある周波数を有する駆動信号を用いて実現することができる。この実施形態によれば、駆動信号の「オンタイム」ｔｏｎが、所望の触覚フィードバックを生成するように、十分に長くされる。触覚フィードバックの最大値Ｍは、最大オンタイムｔｏｎｍａｘをもつ駆動信号によって実現される。触覚フィードバックの他の大きさｍは、最大値Ｍよりも小さいが、これは、最大オンタイムｔｏｎｍａｘよりも小さいオンタイムｔｏｎを用いて実現される。つまり、オンタイムｔｏｎは、以下の方程式５に示すように定義される。
【数５】
2007519099.tif 000007
【００６７】
デューティーサイクル駆動の制御方法を用いた本発明の別の実施形態によれば、高周波数の触覚フィードバックを、オンタイムｔｏｎを用いて実現することができる。オンタイムｔｏｎは、所望の周期Ｔの百分率Ｐである。従って、この実施形態によれば、高周波数触覚フィードバックの最大値Ｍは、オンタイムｔｏｎが特定の又は所望の周期Ｔの１００パーセントである場合に実現される。触覚フィードバックの他の大きさｍは、最大値Ｍよりも小さく、方程式６に示すように計算することができる。
【数６】
2007519099.tif 000008
【００６８】
図１２Ａ〜図１２Ｃは、本発明の一実施形態による触覚デバイスを駆動するために用いる信号例を示すプロット図である。図１２Ａ〜図１２Ｃに示す駆動信号は、約２０Ｈｚ〜３０Ｈｚの周波数を有する。図１２Ａに示す信号は、例えば、一方向性動作モードの動作に適した単極性パルスの一例である。図１２Ｂの信号は、高周波数動作又は調和動作モードの動作に適した、５０％のデューティーサイクルをもった双極性パルスの一例である。図１２Ｃの信号は、図１０中に示す高域と低域との間の遷移領域における動作に適した、５０％でないデューティーサイクルをもった双極性パルスの一例である。図１２Ｃ中に示す信号における、幅狭の負パルスは、先行する期間の運動を停止させるのに用いられる。
【００６９】
本発明の実施形態によれば、図１２Ａ〜１２Ｃに示す駆動信号を用いて、低周波数範囲から高周波数範囲への実質的に円滑な遷移周波数範囲（例えば、図１０に示す５Ｈｚから２５Ｈｚの遷移周波数範囲を参照）を提供することができる。低周波数信号から高周波数信号への駆動信号遷移として、双極性信号の正パルス（例えば、図１２Ｃに示す平均がゼロでない双極性パルス信号）が、ゼロ平均の双極性パルス信号（例えば、図１２Ｂに示す）、つまり、触覚デバイスを高周波数範囲で動作させる信号になるまでの間、徐々に低減される。
【００７０】
図１２Ｂ及び図１２Ｃにおける信号の負部分から信号の正部分へと変化するステップ幅の大きさは、当該信号におけるゼロから正部分への変化分よりも大きいので、知覚される触覚効果の振幅が大きくなる。しかし、パワーをより良好に保存するには、図１２Ａのように、負極性でのオンタイムを持たない方が良い。このように、パワーの保存がより重要とされる場合には、単極性パルスを用いた駆動信号（例えば、図１２Ａに示す駆動信号）を使用すれば良く、また、より大きな触覚効果の振幅を必要とする場合には、双極性パルス（例えば、図１２Ｂ及び図１２Ｃに示す駆動信号）を用いれば良い。
【００７１】
図１３Ａ〜図１３Ｅは、本発明の別の実施形態による触覚デバイスを駆動するために用いる信号例を示すプロット図である。一般的に言えば、図１３Ｂ、図１３Ｃ及び図１３Ｅに示す信号は、ユーザによって容易に識別可能なビートパターンを生成する。該パターンが容易に識別可能である理由は、該信号の過渡電流が、単一パルス（例えば、バーストパルス）として知覚されるからである。図１３Ａ及び図１３Ｄに示す信号は、その知覚される大きさが、図１３Ｂ、図１３Ｃ及び図１３Ｅに示す信号よりも大きな知覚を生成するが、これらの図の信号ほど明瞭なビートパターンは生成しない。その理由の一つは、これらの信号と関連する過渡電流に起因する。よって、図１３Ａ〜図１３Ｅの駆動信号によって引き起こされて知覚される触覚フィードバックから分かるように、知覚される強さと、知覚されるビートパターンとの間にはトレードオフの関係がある。
【００７２】
遷移周波数範囲内（例えば、図１０参照）で触覚フィードバックを提供する駆動信号は、触覚デバイスの低周波数範囲及び高周波数範囲の両者において選択されるプロファイルに依存する。特に、周波数範囲間での実質的に円滑な遷移と、延長された周波数スペクトルに亘る振幅の一貫性を提供するためには、低域と高域との遷移範囲内で駆動信号を適切に選択すればよく、それにより、当該領域において知覚される触覚効果が「ブレンドされた」かのように現出する。
【００７３】
本発明の一実施形態による遷移周波数範囲内での円滑な応答遷移のために駆動信号を組み合わせる、つまり「ブレンド」するという技術の１つは、所望の周波数を変更しつつ共振パルスを用いることである。図１４に示す信号は一連の共振パルスであり、該信号を用いて、本発明の一実施形態に従って、触覚デバイスの機能周波数範囲全体に亘る周波数を有する駆動信号を生成することができる。低周波数範囲における駆動信号には、共振周波数ｆｒｅｓにて周期Ｔの間隔をもったパルスを用いることができ、該周期Ｔは、方程式４における所望の周波数ｆｄｅｓｉｒｅｄに、共振周波数ｆｒｅｓを代入することで決定される。これにより、前記した機能周波数範囲全体に亘って、知覚される大きさ及び周波数パターンの一貫性が得られる。
【００７４】
本発明の一実施形態による遷移周波数範囲内での円滑な応答遷移のために駆動信号をブレンドする別の技術では、ゼロ平均の双極性パルス周期的信号に変換された共振パルスを使用する。このような信号を用いて、遷移周波数範囲内での触覚フィードバックを提供することができる。ゼロ平均双極性パルスを有する遷移駆動信号については、他の技術のうち、振幅変換、周波数変換、又はデューティーサイクル駆動の制御方法を用いて導出することができる。
【００７５】
図１５は、本発明の一実施形態による駆動信号の振幅変換を行うためのシステム６００を示す。共振パルス駆動信号生成器６０２及び双極性パルス駆動信号生成器６０４（例えば、５０パーセントデューティーサイクル駆動信号生成器）は、方程式４に示すように、周期Ｔについて算出される信号をそれぞれ生成する。各駆動信号生成器６０２及び６０４によって生成される駆動信号については、それぞれの生成器に対応した、所定の重み付けがなされた重み付けフィルタ６０６及び６０８を用いて、それぞれに対応する乗算器６１０ａ、６１０ｂによって周波数領域で乗算される。それらの算出結果が加算器６１２によって加算されて、所望の周波数ｆｄｅｓｉｒｅｄに対する所望の周期的プロファイル６１４が生成される。
【００７６】
換言すれば、共振パルス生成器６０２によって生成された共振パルスは、第１の重み付けフィルタ６０６（これは、本質的にローパスフィルタである）により、周波数領域において乗算される。また、双極性パルス駆動信号生成器６０４によって生成された双極性パルス駆動信号は、第２の重み付けフィルタ（これは、本質的にハイパスフィルタである）により、周波数領域において乗算される。よって、所望の周期的プロファイル６１４をもって得られる信号においては、第１の重み付けフィルタ６０６及び第２の重み付けフィルタ６０８の周波数プロファイルから明らかなように、図１０に示すゼロから低周波数限界ｆｌｏｗの場合に、共振パルスの重み付け値が１であり、そして双極性パルス周期的駆動信号の重み付け値がゼロである。これとは逆に、高周波数限界ｆｈｉｇｈ以上の周波数では、共振パルスの重み付け値がゼロであり、そして双極性パルス周期的駆動信号の重み付け値が１である。図１０に示す遷移周波数範囲において、当該範囲内で周波数が増加するにつれて、共振パルス信号の重み付け値が減少し、かつ双極性パルス駆動信号の重み付け値が増加するようにして、共振パルス信号と双極性パルス駆動信号とが組み合わされる。その結果として得られる所望の周期的プロファイル６１４は、延長された周波数範囲に亘って「ブレンドされ」、かつ明確に規定されたパターンを有する触覚フィードバックを提供する。
【００７７】
本発明の別の実施形態による、図１０に示す様々な周波数範囲から触覚フィードバック応答をブレンドするための別の技術には、周波数変換を行うことが挙げられる。周波数変換を用いて、共振パルス駆動信号を用いた低周波数の周期的駆動信号を、高周波数の周期的信号へと、円滑に変換することができる。この技術では、低周波数範囲で用いるパルス駆動信号の周波数を修正するが、これは、該駆動信号が、高周波数範囲においてゼロ平均の双極性パルス（例えば、５０パーセントデューティーサイクルの周期的信号）に変換されるまで続き、図１２Ｃに示す遷移周波数範囲の駆動信号に関連した上記の議論と同様の方法で行われる。
【００７８】
以下の方程式７、８及び９では、パルス周波数ｆｐｕｌｓｅが、触覚フィードバック、即ち、図１０に示す遷移周波数範囲の周波数内で、特定の大きさｍを有し、所望の周波数ｆｄｅｓｉｒｅｄとされる周期的信号の知覚をユーザに与える触覚フィードバックを生成する実施形態について言及する。
【００７９】
【数７】
2007519099.tif 000009
【数８】
2007519099.tif 000010
【数９】
2007519099.tif 000011
上記方程式７、８及び９において、ｍは、触覚フィードバックで知覚される大きさであり、ｆｌｏｗは低周波数限界、ｆｈｉｇｈは高周波数限界であり、ｆｒｅｓは触覚デバイスの共振周波数であり、ｂは減衰定数である。
【００８０】
上記の方程式７、８及び９を用いて、所望の周波数ｆｄｅｓｉｒｅｄとされる触覚出力をユーザに提供するのに必要なパルス周波数ｆｐｕｌｓｅを、容易に決定することができる。例えば、触覚デバイスの共振周波数ｆｒｅｓが２００Ｈｚであり、低周波数限界ｆｌｏｗが５Ｈｚであり、高周波数限界ｆｈｉｇｈが２５Ｈｚである場合に、対応する所望の周波数ｆｄｅｓｉｒｅｄの知覚を得るのに必要なパルス周波数ｆｐｕｌｓｅは、下表１に示される。
【表１】
2007519099.tif 000012
【００８１】
上述のような周波数変換技術を用いて、ユーザが経験する触覚フィードバックの知覚される周期性は、遷移周波数範囲内の周波数を含む全ての周波数に亘って一定とされる。より詳細には、このような周波数変換技術により、低周波数範囲と関連した一方向性動作モードの効果と、高周波数範囲と関連した調和動作モードの効果との円滑な「ブレンド」又は双方間の遷移が得られる。さらに、この周波数変換技術を用いて、方程式７に従って決定可能なパルスの振幅が遷移領域に亘って維持され、これにより、ユーザに対して一貫した知覚の大きさをもった触覚フィードバックが提供される。
【００８２】
また、本発明の別の実施形態によれば、デューティーサイクル駆動の制御方法を用いて、低周波数信号を、高周波数範囲におけるゼロ平均の双極性パルス（例えば、５０パーセントデューティーサイクルの周期的信号）に変換することができる。このようなデューティーサイクル駆動の制御方法は、例えば、図１２Ｃに示す駆動信号のような駆動信号と共に用いることができる。このデューティーサイクル駆動の制御方法を用いて、例えば、方程式５及び方程式６に関連して説明したような低周波数範囲及び高周波数範囲の双方における決定と同様の方法で、オンタイムｔｏｎを決定することができる。上述したように、負の信号値は、ブレーキ（制動）パルス、換言すれば、先行するパルスに関連する運動を停止させるパルスとして機能する。さらに、上述したように、負極性でのオンタイムは、正加速度と負加速度との間の（すなわち、信号の正部分と信号の負部分との間の）大きな遷移を生み出し、その結果、より高い加速度プロファイル及び知覚される力の大きさが得られる。このデューティーサイクル駆動の制御方法は、かなり効果的な周期性を実現するとともに、知覚される触覚フィードバックの強さを増加させる。デューティーサイクル駆動の制御方法はまた、図１０に示す３つの周波数範囲全ての間で知覚される円滑な遷移を提供する。
【００８３】
本発明の実施形態によれば、高周波数範囲における周期的な触覚応答を、２つの技術のうちの１つを用いて生成することができる。例えば、本発明の一実施形態によれば、図１２Ｂに示すようなゼロ平均の双極性パルス駆動信号を用いて、高周波数の周期的応答を生成することができる。また、本発明の別の実施形態によれば、高周波数の周期的応答を、例えば、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すような、周期毎に単一な共振パルスを用いて生成することができる。共振周波数ｆｒｅｓの近辺において、これら２つの技術は、同様の周期及び大きさを生成する。但し、共振周波数ｆｒｅｓ未満では、ゼロ平均の双極性パルス駆動信号技術が一般的には、より大きく知覚される触覚フィードバックを生み出す。
【００８４】
本発明の実施形態によれば、図１０に示す３つの周波数範囲のそれぞれの範囲内での触覚応答について、明確に区別し得る３つの駆動信号を提供することができる。低周波数範囲内での触覚フィードバックについては、矩形波信号が提供される。また、遷移周波数範囲内での触覚フィードバックについては、デューティーサイクル駆動の制御方法を用いて、印加すべき適切な駆動信号を決定することができる。そして、高周波数範囲内の触覚フィードバックについては、ゼロ平均の双極性パルス駆動信号を用いることができる。
【００８５】
図１６は、本発明の一実施形態による、触覚デバイスの駆動に用いる信号の一例を示すプロット図である。図１６に示す矩形波信号を用いて、図１０に示す低周波数範囲内での触覚応答が提供される。信号の周期Ｔは、上記方程式４に示すように、所望の出力周波数ｆｄｅｓｉｒｅｄを用いて決定される。そして、オンタイムｔｏｎは上記の方程式５及び方程式６を用いて計算することができる。これらの方程式に関連して既に説明したように、最大オンタイムｔｏｎｍａｘは、ユーザによって知覚される触覚フィードバックの最大値Ｍに対応する。このような実施形態では、例えば、最大オンタイムｔｏｎｍａｘが、駆動信号の約２周期又は３周期分である（例えば、触覚デバイスの回転質量部の２回転分又は３回転分）。本発明の一実施形態によれば、最大オンタイムｔｏｎｍａｘが約８０ミリ秒である。しかし、この時間は、使用するデバイス（例えば、アクチュエータ、質量部及び他のパラメータ）に依存して大幅に異なる。最大オンタイムｔｏｎｍａｘについては、メモリ（例えば、ファームウェア又はソフトウェアなど）に保存されるパラメータであればよく、これにより、インターフェースデバイス２０は多様な触覚デバイス２４を利用することができる。該触覚デバイス２４はそれぞれに、最大オンタイムｔｏｎｍａｘを含めた、異なるパラメータの組を持つことができる。
【００８６】
本発明の別の実施形態によれば、低周波数範囲内で与えられる駆動信号として、例えば、エネルギーを保存するために、図１６中に示すような単極性パルスのみ（すなわち、正パルスのみ又は負パルスのみ）を利用し、これにより、触覚デバイスの電力効率が良好になる。また、本発明のさらに別の実施形態によれば、双極性パルス（すなわち、負成分及び正成分の両方を有するパルス）を用いて、より明確に規定される周期性をもった応答を提供することができる。なぜならば、負パルスが、先行する正パルスの効果を停止させる効果を有するとともに、その逆（正パルスが、先行する負パルスの効果を停止させる効果を有する）もまた成立するからである。
【００８７】
図１７は、本発明の一実施形態による、触覚デバイスの駆動に用いる信号の一例を示すプロット図である。図１７に示す駆動信号は、遷移周波数範囲内で触覚感覚を提供するために用いられ、デューティーサイクル駆動の制御方法を用いて計算されるが、該方法については、方程式５及び方程式６に関連して上記に説明した通りである。図１７の駆動信号は双方性であり、よって、該信号の負部分から信号の正部分へと大幅に遷移する。駆動信号の双方性によって、生成される触覚効果についての知覚される大きさがさらに増すことになる。また、図１７中に示す駆動信号の双方向性は、先行パルスから生じる運動を停止させる（すなわち、それは「ブレーキング」効果を有する）。
【００８８】
図１７に示す駆動信号の周期Ｔは、所望の周波数ｆｄｅｓｉｒｅｄを用いて、方程式４に関連して上述したように計算される。方程式４、５及び６に関して説明したように、最大オンタイムｔｏｎｍａｘは、生成される触覚フィードバックの最大値Ｍに対応する。一実施形態において、各々の正極性でのオンタイムｔｏｎに先行する、狭い負極性のパルスは、正極性でのオンタイムｔｏｎに比べてかなり短く、先行するオンタイムｔｏｎに関連する運動を止める効果を有するが、ユーザによって知覚されることはない（フィードバックの一時的なアーティファクトの場合を除く）。例えば、負パルスの持続時間は約１０ｍｓ（ミリ秒）とされる。
【００８９】
触覚フィードバックが、図１０に示す遷移周波数範囲から高周波数範囲へと移るにつれ、駆動信号のデューティーサイクルは次第に増加していく。デューティーサイクルが５０パーセントの駆動信号を、図１０に示す高周波数範囲において用いることができ、例えば、図１２Ｂに示すような駆動信号である。
【００９０】
上述したような矩形波駆動信号（例えば、方形波駆動信号を含む）は、強い周期的な触覚センセーション（触知覚）をユーザに伝えるために用いられることが多い。矩形波駆動信号によって伝えられるこの種の感覚は、「矩形状」感覚と呼ばれることもある。しかし、そのような矩形状感覚は、触覚フィードバックにおいて求められる唯一の種類の感覚ではない。例えば、触覚デバイスが調和動作モードで駆動中の場合又は高周波数範囲内で駆動中の場合に、他の駆動信号の形態を用いる方が有利なこともある。なぜならば、このような駆動信号の高周波数成分については、触覚デバイスのユーザがこれを感じとって区別できるからである。方形波駆動信号で経験される場合とは異なる触覚センセーションを生み出すために、調和動作モードにおいて触覚デバイスの駆動に用いることができる駆動信号波形には、鋸歯状波、正弦波などの例が挙げられる。
【００９１】
図１８Ａ〜図１８Ｃは、本発明の実施形態による、触覚デバイスの駆動に用いる信号例を示すプロット図である。図１８Ａに示す駆動信号は、図１７及び図１２Ｃ中に示す遷移周波数範囲の駆動信号と同様の方形波である。図１８Ｂ及び図１８Ｃに示す駆動信号は、それぞれ鋸歯状波及び正弦波である。図１８Ａ〜図１８Ｃに示す駆動信号は全て、図１７及び図１２Ｃに関連して上述した技術と同様の技術を用い、同様の効果をもって、様々なデューティーサイクルで構成される。特に、図１８Ａ〜図１８Ｃに示す駆動信号は、各駆動信号のオンタイムに先行して幅狭の負パルスを有する。この短パルスは、大きな初期遷移、つまり、より大きな触覚フィードバックとしてユーザが知覚する遷移を実現するとともに、先行するオンタイム信号による触覚デバイスの運動を停止させ又は減速させるのに役立つ（すなわち、「ブレーキ」機能を発現させる）。
【００９２】
複数の動作モード（例えば、一方向性モード、調和モードなど）を提供することが可能な触覚デバイスの駆動に用いる駆動信号の整形に加えて、触覚デバイスを制御する別の技術を用いることができる。例えば、触覚デバイスが一方向性モードで動作するか又は調和動作モードで動作するかに関わらず、ユーザに知覚されるような遅延を示すことのない、高速な応答時間が求められる。しかし、（例えば、印加される電圧信号を用いて）触覚デバイスにかけられる力は、立ち上がり時の遅れを齎すことがあり、これをユーザは感知することができる。このような立ち上がり時の遅延は、特定のアプリケーションに関するユーザの触覚体験を損なう虞がある。
【００９３】
回転質量部を有する触覚デバイス（例えば、一方向性動作モードで動作する偏心回転質量部を有する触覚デバイス又は一方向性動作モードで動作する調和偏心回転質量部を有する触覚デバイス）により、触覚デバイス（例えば、図１に示す触覚デバイス２４）にかけられる力Ｆは、角速度ωの二乗に直接比例する。この力は、以下の方程式１０に示すように計算することができる。
【数１０】
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上記方程式１０において、εｒは、回転質量部のサイズ及び形状に依存する（すなわち、質量部の慣性モーメントに依存する）。この力Ｆについては、角速度ωの、ある閾値よりも高い場合にのみ、ユーザが感知することができる。よって、回転質量部の角速度が一定の割合で上昇する際の遅延によって、ユーザが感じとる触覚フィードバックの遅延が齎される。例えば、ゲーム用途のように、ユーザデバイス２０の触覚デバイス２４が大きな回転質量を用いる場合に、このような遅延は、約６０ｍｓもの長い時間になり得る。このような顕著な遅延は、ユーザにより感知可能であり、ユーザが経験する触覚センセーションを台無しにする場合がある。よって、ある実施形態において、イベントのきっかけとなる、触覚フィードバックの視覚表示と、これに対応する触覚フィードバックとを同期させるために遅延時間を低減することは、全ての動作モード、例えば、図１０に示す３つの周波数範囲に対応する動作モードにおいて、とても望ましいこととされる。
【００９４】
図１９Ａは、触覚デバイスの駆動に用いる、一定幅のステップ状駆動信号７０２ａの一例を示すプロット図である。本発明の実施形態によれば、このような一定幅のステップ状駆動信号７０２ａは、定常状態信号と称することがあり、これは、触覚デバイスに定常状態のパワーを与えるように構成された信号である。図には、時間を水平軸上にミリ秒で示し、（触覚デバイスの）相対速度を垂直軸に示す（このことは残りの図についても同様である）。触覚デバイスの速度７０４ａ、つまり、一定幅のステップ状駆動信号７０２ａから生じた速度についても、同じプロット図に曲線として示されている。図１９Ａから分かるように、一定幅のステップ状駆動信号７０２ａの開始時点と、触覚デバイスの最高速度７０４ａ（すなわち、定常状態での速度）に達する時点との間には遅延が生じる。いくつかの状況において、この遅延はユーザによって知覚可能となり、これは、特定のアプリケーションにおいて望ましくない場合がある。
【００９５】
図１９Ｂは、本発明の一実施形態による、触覚デバイスの駆動に用いる信号７０２ｂの一例を示すプロット図である。図１９Ｂに示すリードイン（導入）・パルス駆動信号７０２ｂでは、導入用の前置パルスを採用し、一定幅のステップ状駆動信号（例えば、図１９Ａに示すステップ状駆動信号７０２ａ）と関連する遅延時間を伴わずに、触覚センセーションを提供するために用いることができる。換言すれば、リードイン・パルス駆動信号によって、図１９Ｂに示すように、触覚デバイスの改善された速度７０４ｂ、つまり低減された応答時間が齎される。リードイン・パルス駆動信号７０２ｂは、図１９Ａに示す、一定幅のステップ状駆動信号７０２ａに比べて、より急速に触覚デバイスを最高速度まで加速するように構成されたパルスで始まる。本発明の一実施形態によれば、リードイン・パルス駆動信号７０２ｂのリードイン・パルスは、必要な場合にコンデンサを急速に放電することによって得られる。このようなコンデンサは、例えば、それが必要とされる場合にリードイン・パルスを提供することができるように、細流充電される。
【００９６】
触感力（例えば、触覚フィードバック）の開始に関連する遅延に加えて、このような触感力（例えば、触覚フィードバック）の終了中にも遅延が存在する。例えば、回転質量部又は他の触覚デバイスによって得られるモーメントに起因して、駆動信号の終了時には、デバイスの運動が直ぐには終了しない。この応答時間の遅延は、ユーザが感知できるため、特定のアプリケーションにおいて望ましくない場合がある。この応答時間の遅延は、いくつかのアプリケーション、例えば、より重い回転質量部を用いる特定のビデオゲーム用アプリケーション、あるいは、大きな慣性モーメントを有する他の触覚デバイスにおいて、より顕著になる。
【００９７】
図２０Ａは、触覚デバイスの駆動に用いる、一定幅のステップ状駆動信号８０２ａの一例を示すプロット図である。図２０Ａのプロットは、ステップ関数として終了する、一定幅のステップ状駆動信号８０２ａを示しており、これにより、触覚デバイスに対する定常状態のパワーを終了させる。その結果として得られる、図２０Ａの停止速度８０４ａから分かるように、触覚デバイスを停止させる際に遅延が発生し、これは、ある状況においてユーザによって知覚され得る。このような遅延は、特定のアプリケーションにおいて望ましくない場合がある。
【００９８】
図２０Ｂは、本発明の一実施形態による、触覚デバイスの駆動に用いる信号８０２ｂの一例のプロット図である。図２０Ｂにて用いられるブレーキパルス駆動信号８０２ｂは、ゼロパワーとされる駆動信号８０２ｂの部分に先行する負パルスの部分を含んでいる。この負パルス（ブレーキパルス又はブレーキングパルスとも呼ばれる）により、図２０Ｂに示す、改善された速度８０４ｂを齎し、これによって、一定幅のステップ状駆動信号８０２ａ（図２０Ａに示す）を用いたデバイスと比較して、停止特性が向上する。特に、ブレーキパルス駆動信号８０２ｂは、一定幅のステップ状駆動信号８０２ａよりも急速に、回転質量部又は他の触覚デバイスを停止させる。上記リードイン・ステップ状駆動信号７０２ｂ（図１９Ｂに示す）と同様に、例えば、それ以前に充電されたコンデンサを放電することによって、ブレーキパルス駆動信号８０２ｂを生成することができる。
【００９９】
リードイン・パルスを用いる駆動信号と、リードイン・パルス駆動信号７０２ｂの駆動信号と、ブレーキパルス駆動信号８０２ｂの負パルスを組み合わせて、フィードバックの初期及び終期の両方において、遅延時間の短い、（すなわち、低減された応答時間の）触覚フィードバックを提供することができる。図１９Ｂ及び図２０Ｂに関して上述した駆動信号は、コンピュータプログラミングコードを通じて生成することができ、これは、システムにおける所望の性能及び／又は設計上の制約に従って、ソフトウェア、ファームウェア又はハードウェアにおいてプログラム可能である。
【０１００】
図１９Ｂ及び図２０Ｂに関して上述した効果は、本発明に関連する動作モード（例えば、一方向性モード、調和モード、遷移モードなど）のうち任意のモードにおいて実現される。また、これらの効果は、図１０に示す全ての周波数範囲内において実現され、各周波数範囲内において、より速い応答を提供する。
【０１０１】
上記の説明から分かるように、マルチモード触覚デバイスを制御するためのシステム及び方法についての検討がなされた。マルチモード触覚デバイスに関連して、特定の実施形態について上記に説明してきたが、このマルチモード触覚デバイスは、複数の動作モード（例えば、一方向性モード、調和モードなど）を有し、複数の周波数範囲（例えば、低周波数範囲、低域と高域に亘る遷移範囲、及び高周波数範囲）内で動作する。また、触覚フィードバックを生成するために回転質量部を用いる触覚デバイスの枠内において、特定の実施形態について説明してきた。
【０１０２】
しかし、本発明の実施形態は、その精神又は本質的特性から逸脱することなく他の特定の形態であってもよいことが理解される。例えば、ある実施形態について、３つの周波数範囲内で動作するマルチモード触覚デバイスの枠内で説明してきたが、マルチモード触覚デバイスは、上記の３つを超える複数の周波数範囲に及ぶ複数の動作モードを持つことができる。例えば、このような触覚デバイスは、その複数の高調波に対応する複数の周波数範囲内で動作することができる。これらの複数の周波数範囲は、その間に複数の遷移周波数範囲を有することができる。また、他の種類のアクチュエータ、バネ質量システム及びフィードバックデバイスを用いて、上述した本発明の原理に従って触覚デバイスを提供することができる。よって、ここに開示される実施形態は、あらゆる点で例示的なものであって、限定的なものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の一実施形態によるプロセッサシステム及びインターフェースデバイスを含むシステムのブロック図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による触覚デバイス、コントローラ及びセンサを示す図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態による触覚デバイスのブロック図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による触覚デバイスの斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示す触覚デバイスの断面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による触覚デバイスの斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示す触覚デバイスの断面図である。
【図５】本発明の一実施形態による触覚デバイスの一部を示す上面図である。
【図６】本発明の一実施形態による触覚デバイスの一部を示す上面図である。
【図７】本発明の一実施形態による触覚デバイスの一部を示す上面図である。
【図８】本発明の一実施形態による触覚デバイスの加速度対時間応答を示すプロット図である。
【図９】本発明の一実施形態による触覚デバイスの加速度対時間応答を示すプロット図である。
【図１０】本発明の一実施形態によるマルチモード触覚デバイスについて駆動信号の周波数範囲を示すプロット図である。
【図１１】図１１Ａ〜図１１Ｇに、本発明の一実施形態による触覚デバイスの駆動に用いる信号例を示すプロット図である。
【図１２】図１２Ａ〜図１２Ｃに、本発明の一実施形態による触覚デバイスの駆動に用いる信号例を示すプロット図である。
【図１３】図１３Ａ〜図１３Ｅに、本発明の一実施形態による触覚デバイスの駆動に用いる信号例を示すプロット図である。
【図１４】本発明の一実施形態による触覚デバイスの駆動に用いる信号例を示すプロット図である。
【図１５】本発明の一実施形態の構成要素を示す図である。
【図１６】本発明の一実施形態による触覚デバイスの駆動に用いる信号例を示すプロット図である。
【図１７】本発明の一実施形態による触覚デバイスの駆動に用いる信号例を示すプロット図である。
【図１８】図１８Ａ〜図１８Ｃに、本発明の一実施形態による触覚デバイスの駆動に用いる信号例を示すプロット図である。
【図１９Ａ】本発明の一実施形態による、触覚デバイスの駆動に用いるステップ信号の一例及び該信号に対する触覚デバイスの応答を示すプロット図である。
【図１９Ｂ】本発明の一実施形態による、触覚デバイスの駆動に用いる信号の一例及び該信号に対する触覚デバイスの応答を示すプロット図である。
【図２０Ａ】本発明の一実施形態による、触覚デバイスの駆動に用いるステップ信号の一例及び該信号に対する触覚デバイスの応答を示すプロット図である。
【図２０Ｂ】本発明の一実施形態による、触覚デバイスの駆動に用いる信号の一例及び該信号に対する触覚デバイスの応答を示すプロット図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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