(57)【要約】      （修正有）【課題】触覚アクチュエータのための差分光位置感知のシステム及び方法を提供する。【解決手段】システムは、駆動信号を受信して触覚効果を出力するべくオブジェクトを動かすアクチュエータと、オブジェクトの位置をモニタリングして第１位置信号を出力するべく構成された第１センサと、オブジェクトの位置をモニタリングして第１位置信号とは異なる第２位置信号を出力するべく構成された第２センサと、第１位置信号及び第２位置信号を受信して差分信号を出力するべく構成された回路と、差分信号を受信して差分信号に基づいてアクチュエータに制御信号を出力するべく構成されたプロセッサとを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムであって、
駆動信号を受信し、触覚効果を出力するべくオブジェクトを動かすように構成されたアクチュエータと、
前記オブジェクトの位置をモニタリングして第１位置信号を出力するべく構成された第１センサと、
前記オブジェクトの位置をモニタリングして前記第１位置信号とは異なる第２位置信号を出力するべく構成された第２センサと、
前記第１位置信号及び前記第２位置信号を受信して差分信号を出力するべく構成された回路と、
前記差分信号を受信し、前記差分信号に基づいて前記アクチュエータに制御信号を出力するべく構成されたプロセッサと
を含む、システム。
【請求項２】
前記プロセッサはさらに、望まれた触覚効果に部分的に基づいて前記駆動信号を決定するべく構成される、請求項１のシステム。
【請求項３】
前記制御信号は、前記駆動信号への修正を含む、請求項２のシステム。
【請求項４】
前記制御信号は、前記アクチュエータを遅くするべく構成された信号、又はアクチュエータに加速を引き起こすべく構成された信号の一方を含む、請求項３のシステム。
【請求項５】
前記制御信号は、前記駆動信号から位相が１８０度ずれている信号を含む、請求項４のシステム。
【請求項６】
前記第１センサ及び前記第２センサは光センサを含む、請求項１のシステム。
【請求項７】
前記第１センサと前記第２センサとが一つの光源に関連付けられる、請求項６のシステム。
【請求項８】
前記第１センサと前記第２センサとは前記オブジェクトと同じ側に配置される、請求項７のシステム。
【請求項９】
前記第１センサと前記第２センサとは、前記オブジェクトから異なる距離に配置される、請求項８のシステム。
【請求項１０】
前記第１センサと前記第２センサとは、前記オブジェクトが前記第１センサ及び第２センサに近づくと前記第１センサに当たる反射光の円錐は強度が増加し、前記第２センサに当たる反射光の円錐は強度が減少するように配置される、請求項９のシステム。
【請求項１１】
方法であって、
オブジェクトに結合されて触覚効果を出力するべく前記オブジェクトを動かすように構成されたアクチュエータに駆動信号を出力することと、
前記オブジェクトの位置をモニタリングするべく構成された第１センサから第１位置信号を受信することと、
前記オブジェクトの位置をモニタリングするべく構成された第２センサから前記第１位置信号とは異なる第２位置信号を受信することと、
差分信号を出力することと、
前記差分信号に基づいて前記アクチュエータへの制御信号を決定することと
を含む、方法。
【請求項１２】
望まれた触覚効果に部分的に基づいて前記駆動信号を決定することをさらに含む、請求項１１の方法。
【請求項１３】
前記制御信号は、前記駆動信号への修正を含む、請求項１２の方法。
【請求項１４】
前記制御信号は、前記アクチュエータを遅くするべく構成された信号、又はアクチュエータに加速を引き起こすべく構成された信号の一方を含む、請求項１３の方法。
【請求項１５】
前記制御信号は、前記駆動信号から位相が１８０度ずれている信号を含む、請求項１４の方法。
【請求項１６】
前記第１センサ及び前記第２センサは光センサを含む、請求項１１の方法。
【請求項１７】
前記第１センサと前記第２センサとが一つの光源に関連付けられる、請求項１６の方法。
【請求項１８】
前記第１センサと前記第２センサとは、前記オブジェクトから異なる距離に配置される、請求項１７の方法。
【請求項１９】
前記第１センサと前記第２センサとは、前記オブジェクトが前記第１センサ及び第２センサに近づくと前記第１センサに当たる反射光の円錐は強度が増加し、前記第２センサに当たる反射光の円錐は強度が減少するように配置される、請求項１８の方法。
【請求項２０】
非一時的コンピュータ可読媒体であって、
プロセッサにより実行されると前記プロセッサに、
オブジェクトに結合されて触覚効果を出力するべく前記オブジェクトを動かすように構成されたアクチュエータに駆動信号を出力することと、
差分回路から差分信号を受信することと、
前記差分信号に基づいて前記アクチュエータへの制御信号を決定することと
を行わせるべく構成されたプログラムコードを含み、
前記差分回路は、
前記オブジェクトの位置をモニタリングするべく構成された第１センサから第１位置信号を受信することと、
前記オブジェクトの位置をモニタリングするべく構成された第２センサから前記第１位置信号とは異なる第２位置信号を受信することと
を行うべく構成される、非一時的コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は一般に触覚フィードバックに関し、詳しくは、触覚アクチュエータの差分光位置感知のシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
触覚対応デバイスが、触覚対応環境と同様に益々一般的になっている。例えば、携帯型デバイス及び他のデバイスを、ユーザがタッチセンシティブディスプレイの複数部分に触れることによって入力を与えることができるように、タッチセンシティブ表面を有する構成にすることができる。多くの触覚有効環境が使用されるようになってきており、鋭い触覚フィードバックの要望が浮上している。しかしながら、この鋭い触覚フィードバックを達成するには、高価なアクチュエータ及び付加的な制御システムを使用する必要がある。したがって、鋭い触覚フィードバックを与える安価かつ効率的なアクチュエータシステムの必要性が存在する。
【発明の概要】
【０００３】
一実施形態において、本開示のシステムは、駆動信号を受信して触覚効果を出力するべくオブジェクトを動かすアクチュエータと、当該オブジェクトの位置をモニタリングして第１位置信号を出力するべく構成された第１センサと、当該オブジェクトの位置をモニタリングして第１位置信号とは異なる第２位置信号を出力するべく構成された第２センサと、第１位置信号及び第２位置信号を受信して差分信号を出力するべく構成された回路と、当該差分信号を受信して当該差分信号に基づいて当該アクチュエータに制御信号を出力するべく構成されたプロセッサとを含み得る。
【０００４】
本開示の他実施形態は、触覚効果を出力するべくオブジェクトに結合されて当該オブジェクトを動かすように構成されたアクチュエータに駆動信号を出力することと、当該オブジェクトの位置をモニタリングするべく構成された第１センサから第１位置信号を受信することと、当該オブジェクトの位置をモニタリングするべく構成された第２センサから第１位置信号とは異なる第２位置信号を受信することと、差分信号を出力することと、当該差分信号に基づいて当該アクチュエータへの制御信号を決定することとを含み得る。
【０００５】
さらなる他実施形態において、非一時的コンピュータ可読媒体は、プロセッサにより実行されると当該プロセッサに、触覚効果を出力するべくオブジェクトに結合されて当該オブジェクトを動かすように構成されたアクチュエータに駆動信号を出力することと、差分回路から差分信号を受信することと、当該差分信号に基づいて当該アクチュエータに制御信号を出力することとを行わせるべく構成されたプログラムコードを含み、当該差分回路は、当該オブジェクトの位置をモニタリングするべく構成された第１センサから第１位置信号を受信することと、当該オブジェクトをモニタリングするべく構成された第２センサから第１位置信号とは異なる第２位置信号を受信することとを行うべく構成され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
完全かつ実施可能な開示が、本明細書の残り部分に詳細に記載される。本明細書は、以下の添付図面を参照する。
【０００７】
【図１】一実施形態に係る触覚アクチュエータのための差分光位置感知の具体的なシステムを示す。
【図２】一実施形態に係る触覚アクチュエータのための差分光位置感知の他の具体的なシステムを示す。
【図３Ａ】一実施形態に係る触覚アクチュエータのための差分光位置感知の他の具体的なシステムを示す。
【図３Ｂ】一実施形態に係る触覚アクチュエータのための差分光位置感知の他の具体的なシステムを示す。
【図３Ｃ】一実施形態に係る触覚アクチュエータのための差分光位置感知の他の具体的なシステムを示す。
【図４】一実施形態に係る触覚アクチュエータのための差分光位置感知の動作のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
ここで、様々なかつ代替の具体的な実施形態を及び添付の図面を詳細に参照する。説明を介するが、制限としてではなく、各例が与えられる。当業者にわかることだが、修正及び変形を行うことができる。例えば、一実施形態の一部として示され又は記載される特徴が、他実施形態において、なおもさらなる実施形態を得るべく使用することができる。すなわち、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内に入る修正及び変形が本開示に含まれることが意図される。
【０００９】
触覚アクチュエータのための差分光位置感知の具体的な例
【００１０】
本開示の一つの具体的な実施形態は、タブレット、電子リーダ、携帯電話機、ラップトップ若しくはデスクトップコンピュータのようなコンピュータ、ウェアラブルデバイス、又は仮想現実（ＶＲ）若しくは拡張現実（ＡＲ）用のインタフェイスのようなコンピューティングシステムを含む。コンピューティングシステムは、加速度計のような一つ以上のセンサ、及び本例においてデバイスの画面に対応する表示エリアに対してタッチ箇所を決定するセンサ（例えば光、抵抗又は容量）を含み、及び／又はこれらのセンサと通信することができる。
【００１１】
具体的なデバイスは、タッチを介してユーザに検出可能な、例えば振動又は表面の動きのような触覚効果を決定するべく構成されたプロセッサを含む。プロセッサは、これらの触覚効果に関連付けられる信号を、当該触覚効果を出力するべく構成された触覚出力デバイスに送信する。いくつかの実施形態において、これらの触覚効果は、振動を生成するべくオブジェクトを動かすように構成されたアクチュエータにより出力される振動系効果を含み得る。ユーザは、跳ね上げ感、クリック感、テクスチャ若しくは摩擦の変化、又は他のタッチ系効果のような振動を体験することができる。
【００１２】
触覚アクチュエータは、固有周波数において共振するように設計され得る。いくつかの実施形態において、これらの触覚アクチュエータは、駆動電圧が除かれて当該アクチュエータが減速した後に「鳴る」ことができる。いくつかの実施形態において、プロセッサは、アクチュエータを早く停止させることによりその鳴りをキャンセルするべく制動パルスを出力し、ランプアップ及びランプアップの期間なしに開始及び終了する「きびきびした」触覚効果をもたらすことができる。いくつかの実施形態において、鳴りは、アクチュエータ共振周波数の関数である。本開示の具体的な実施形態は、この問題を、閉ループ設計を使用することによって解決する。
【００１３】
本開示の実施形態は、触覚効果を出力するべくアクチュエータが動かすオブジェクトの位置をモニタリングするために光センサを使用する。当該センサはその後、一つ以上のセンサ信号をプロセッサに出力し、当該プロセッサが、きびきびした触覚効果をもたらすように触覚効果を増強するべく（例えばアクチュエータをオーバードライブするべく、又は制動パルスを出力するべく）、アクチュエータに出力される駆動信号を修正することを可能とする。
【００１４】
本開示の具体的な実施形態は、センサに関連付けられるノイズの問題を克服する（例えば、光センサは、蛍光灯による赤外光出力のような周囲光を検出し得る）。具体的な実施形態は、２つの光センサを使用する。各光センサは、アクチュエータにより動かされるオブジェクトの位置をモニタリングする。具体的な実施形態において、第１光センサが第１位置信号を出力し、第２光センサが、第１位置信号とは異なる第２位置信号を出力する（例えば、第２位置信号は、第１位置信号から位相が１８０度ずれるように反転され、及び／又は一方の位置信号が増加する一方で他方が減少する）。
【００１５】
２つの位置信号はその後、差分回路（例えば差分オペアンプ回路）に入力される。いずれの周囲ノイズも双方のセンサに当たるので、差分回路によって相殺される。差分回路は、差分信号をプロセッサに出力する。プロセッサはその後、この差分信号を使用してオブジェクトの位置を決定し、アクチュエータを制御することにより触覚効果を改善することができる。例えば、具体的な実施形態において、プロセッサは、触覚効果を改善するべくオブジェクトの検出位置に基づいて、駆動信号の電圧、電流、周波数、デューティーサイクル又は位相の一つ以上を修正してよい。例えば、プロセッサは、駆動信号を反転してよく、又は当初駆動信号から位相が１８０度ずれている駆動信号を出力してよい。
【００１６】
この具体的な例は、ここに説明される一般的な主題を読み手に紹介するべく与えられ、本開示がこの例に限定されることはない。以下のセクションに、本開示の様々な付加的非限定例が記載される。
【００１７】
触覚アクチュエータのための差分光位置感知の具体的なシステム
【００１８】
図１は、過渡応答特性を改善するべくアクチュエータ駆動を制御する具体的なシステム１００を示す。特に、この例において、システム１００は、バス１０６を介して他のハードウェアとのインタフェイスをなすプロセッサ１０２を有する携帯型デバイス１０１を含む。ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等のような任意の適切な有体的な（かつ非一時的な）コンピュータ可読媒体を含み得るメモリ１０４により、携帯型デバイス１０１の動作を構成するプログラムコンポーネントが具体化される。この例において、携帯型デバイス１０１はさらに、一つ以上のネットワークデバイス１１０、入力／出力（Ｉ／Ｏ）インタフェイスコンポーネント１１２、及び付加的ストレージ１１４を含む。
【００１９】
ネットワークデバイス１１０は、ネットワーク接続を容易にする任意のコンポーネントの一つ以上を代表し得る。例としては、イーサネット（登録商標）、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４のような有線インタフェイス、及び／又はＩＥＥＥ８０２．１１、ブルートゥース（登録商標）、若しくはセルラ電話ネットワークにアクセスするための無線インタフェイス（例えばＣＤＭＡ、ＧＳＭ（登録商標）、ＵＭＴＳ、又は他の移動通信ネットワークにアクセスするためのトランシーバ／アンテナ）のような無線インタフェイスを含むがこれらに限られない。
【００２０】
Ｉ／Ｏコンポーネント１１２は、一つ以上のディスプレイ、ディスプレイを含むヘッドセット、湾曲ディスプレイ（例えば、ディスプレイは、画像が表示され得る携帯型デバイス１０１の一つ以上の側部へと延びる角度付き表面を含む）、キーボード、マウス、スピーカ、マイクロホン、カメラ（例えば携帯型デバイスの前面及び／又は背面カメラ）、及び／又はデータ入力若しくはデータ出力のために使用される他のハードウェアのようなデバイスとの接続を容易にするべく使用することができる。ストレージ１１４は、携帯型デバイス１０１に含まれる磁気、光又は他のストレージ媒体のような不揮発性ストレージを代表する。
【００２１】
オーディオ／ビジュアル出力デバイス１２２は、プロセッサ１０２から信号を受信してオーディオ又はビジュアル出力をユーザに与えるべく構成された一つ以上のデバイスを含む。例えば、いくつかの実施形態において、オーディオ／ビジュアル出力デバイス１２２は、タッチ画面ディスプレイ、ＬＣＤディスプレイ、プラスズマディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ、プロジェクションディスプレイ、（例えば混合現実又は仮想現実で使用される）各眼のためのディスプレイを含むヘッドセット、又は業界周知の他の何らかのディスプレイのようなディスプレイを含み得る。さらに、オーディオ／ビジュアル出力デバイスは、オーディオをユーザに出力するべく構成された一つ以上のスピーカを含み得る。
【００２２】
システム１００はさらに、この例においてデバイス１０１に統合されたタッチ表面１１６を含む。タッチ表面１１６は、ユーザのタッチ入力を感知するべく構成された任意表面を代表する。いくつかの実施形態において、タッチ表面１１６は、タッチ入力に関連付けられる付加的情報を検出するべく構成される。当該情報は例えば、圧力、動きの速度、動きの加速度、ユーザの皮膚温度、又はタッチ入力に関連付けられる他の何らかの情報である。一つ以上のセンサ１０８は、オブジェクトがタッチ表面と接点してプロセッサ１０２により使用される適切なデータを与えるときに、タッチエリアにおけるタッチを検出するべく構成することができる。任意の適切な数、タイプ又は配列のセンサを使用することができる。例えば、抵抗性及び／又は容量性のセンサをタッチ表面１１６に埋め込んで使用し、圧力のようなタッチ及び他の上方の位置を決定することができる。他例として、タッチ位置を決定するべく、タッチ表面を視野とする光センサを使用してよい。
【００２３】
さらに、いくつかの実施形態において、タッチ表面１１６及び／又はセンサ１０８は、タッチセンサに頼ることなくユーザ相互作用を検出するセンサを含み得る。例えば、一実施形態において、センサは、ユーザが一表面に適用する圧力を、筋電図検査（ＥＭＧ）信号を使用して検出するべく構成されたセンサを含み得る。さらに、いくつかの実施形態において、センサは、ＲＧＢ又はサーマルカメラを含み、これらのカメラによりキャプチャされた画像を使用してユーザが一表面に及ぼしている圧力の量を推定することができる。
【００２４】
いくつかの実施形態において、センサ１０８及びタッチ表面１１６は、タッチ画面ディスプレイ又はタッチパッドを含み得る。例えば、いくつかの実施形態において、タッチ表面１１６及びセンサ１０８は、ディスプレイ信号を受信してユーザに画像を出力するべく構成されたディスプレイの頂面に搭載されたタッチ画面を含み得る。他実施形態において、センサ１０８は、ＬＥＤ検出器を含み得る。例えば、一実施形態において、タッチ表面１１６は、ディスプレイの側部に搭載されたＬＥＤ指検出器を含み得る。いくつかの実施形態において、プロセッサは、一つのセンサ１０８と通信し、他の実施形態において、プロセッサは、複数のセンサ１０８、例えば第１タッチ画面及び第２タッチ画面と通信する。
【００２５】
いくつかの実施形態において、一つ以上のセンサ１０８はさらに、携帯型デバイス（例えば加速度計、ジャイロスコープ、カメラ、ＧＰＳ又は他のセンサ）の動きを検出するべく構成された一つ以上のセンサを含む。これらのセンサは、Ｘ、Ｙ又はＺ平面においてデバイスを動かすユーザ相互作用を検出するべく構成することができる。センサ１０８は、ユーザ相互作用を検出し、当該ユーザ相互作用に基づいてプロセッサ１０２に信号を送信するべく構成される。いくつかの実施形態において、センサ１０８は、ユーザ相互作用の多側面を検出するべく構成される。例えば、センサ１０８は、ユーザ相互作用の速度及び圧力を検出してこの情報をインタフェイス信号に組み入れることができる。さらに、いくつかの実施形態において、ユーザ相互作用は、デバイスから離れる多次元ユーザ相互作用を含む。例えば、いくつかの実施形態において、デバイスに関連付けられるカメラを、ユーザの動き、例えば手、指、身体、頭、眼若しくは脚の動き、又は他の人若しくはオブジェクトとの相互作用、を検出するべく構成することができる。
【００２６】
この例において、プロセッサ１０２と通信する触覚出力デバイス１１８は、タッチ表面１１６に結合される。いくつかの実施形態において、触覚出力デバイス１１８は、触覚信号に応答して、タッチ表面１１６に関連付けられる触覚効果を出力するべく構成される。付加的又は代替的に、触覚出力デバイス１１８は、制御された態様でタッチ表面を動かす振動触覚の触覚効果を与えてよい。いくつかの触覚効果は、デバイスのハウジングに結合されたアクチュエータを利用することができ、いくつかの触覚効果は、連続して及び／又は同時に、多数のアクチュエータを使用することができる。例えば、いくつかの実施形態において、表面テクスチャを、当該表面を異なる周波数で振動させることによって模擬することができる。かかる実施形態において、触覚出力デバイス１１８は、例えば線形共振アクチュエータ（ＲＬＡ），圧電アクチュエータ、偏心回転質量モータ（ＥＲＭ）、電気モータ、電磁アクチュエータ、ボイスコイル、形状記憶合金、電気活性ポリマー、又はソレノイドの一つ以上を含み得る。いくつかの実施形態において、触覚出力デバイス１１８は、例えばＥＲＭ及びＬＲＡのような複数のアクチュエータを含み得る。
【００２７】
いくつかの実施形態において、触覚効果は、例えば、仮想環境における両手の相対位置、ＶＲ／ＡＲ環境でのオブジェクトの位置、オブジェクトの変形、ＧＵＩ、ＵＩ、ＡＲ、ＶＲ等における相対的なオブジェクト相互作用のような、ユーザ相互作用についての他の感知された情報に基づいて変調することができる。さらなる他実施形態において、触覚効果を作り出す方法が、短い持続時間の効果のバリエーションを含む。ここで、効果の振幅は、感知された信号値（例えばユーザ相互作用に関連付けられる信号値）の関数として変化する。いくつかの実施形態において、効果の周波数が変わり得る場合、固定された認識される振幅を選択し、当該効果の周波数を、感知された信号値の関数として変化させることができる。
【００２８】
一つの触覚出力デバイス１１８がここに示されるにもかかわらず、実施形態は、触覚効果を出力するべくそれと同じ又は異なるタイプの多数の触覚出力デバイスを使用することができる。例えば、一実施形態において、圧電アクチュエータを使用することができる。タッチ表面１１６のいくつか又はすべてを、例えば、いくつかの実施形態においては２０〜２５ｋＨｚよりも大きな周波数で動くアクチュエータを使用することにより、超音波周波数において垂直及び／又は水平に配置することができる。いくつかの実施形態において、偏心回転質量モータ及び線形共振アクチュエータのような多数のアクチュエータを、異なるテクスチャ及び他の触覚効果を与えるべく単独で又は同時に使用することができる。
【００２９】
携帯型デバイス１０１はまた、一つ以上のセンサ１２０を含み得る。センサ１２０は、プロセッサ１０２に結合されて、触覚出力デバイス１１８の位置をモニタリングするべく、又は触覚効果を出力するべく触覚出力デバイス１１８により動かされる質量をモニタリングするべく使用され得る。いくつかの実施形態において、センサ１２０は、光センサ、磁場センサ、オーディオ系センサ、又はドップラーシフトを検出するべく構成されたセンサを含み得る。いくつかの実施形態において、２つのセンサ１２０により、触覚出力デバイス１１８の位置、又は触覚出力デバイス１１８により動かされる質量を検出することができる。例えば、第１センサが第１位置信号を出力し、第２センサが第２位置信号を出力する。いくつかの実施形態において、第２センサ信号は第１位置信号と異なる（例えば、第２位置信号は、第１位置信号から位相が１８０度ずれるように反転され、及び／又は一方の位置信号が増加する一方で他方が減少する）。
【００３０】
２つの位置信号はその後、差分回路（例えば差分オペアンプ回路）に入力される。周囲のノイズ（例えば外側の光源）が双方のセンサに影響を与えるので、差分回路により相殺される。差分回路は、例えば電源からのノイズ又は近くの電子デバイスからのＲＦノイズのような、他のタイプのノイズも同様に相殺することができる。差分回路は、差分信号をプロセッサ１０２に出力する。プロセッサ１０２はその後、この差分信号を使用してオブジェクトの位置を決定し、触覚出力デバイス１１８を制御することにより触覚効果を改善することができる。例えば、具体的な実施形態において、プロセッサ１０２は、触覚出力デバイス１１８に出力される駆動信号の電圧、電流、周波数、デューティーサイクル又は位相の一つ以上を、オブジェクトの検出位置に基づいて修正して触覚効果を改善することができる。
【００３１】
メモリ１０４を参照すると、どのようにしてデバイスを、触覚効果を決定及び出力するように構成することができるのかを例示するべく、典型的なプログラムコンポーネント１２４、１２６及び１２８が描かれる。この例において、検出モジュール１２４により、プロセッサ１０２は、タッチ位置を決定するべくセンサ１０８を介してタッチ表面１１６をモニタリングするように構成される。例えば、モジュール１２４は、タッチの存在若しくは不在を追跡するべく、及び、タッチが存在する場合は、タッチの経時的な箇所、経路、速度、加速度、圧力、及び／又は他の特性の一つ以上を追跡するべく、センサ１０８をサンプリングすることができる。
【００３２】
触覚効果決定モジュール１２６は、生成すべき触覚効果を選択するべくタッチ特性に関するデータを解析するプログラムコンポーネントを代表する。特に、モジュール１２６は、タッチ箇所に基づいてタッチ表面に生成するべき模擬特徴を決定するコードを含む。モジュール１２６はさらに、特徴を模擬するべく与えられる一つ以上の触覚効果を選択するコードも含み得る。例えば、タッチ表面１１６のエリアの一部又はすべてを、グラフィカルユーザインタフェイスにマッピングすることができる。タッチ表面１１６の表面上のテクスチャを模擬することにより特徴の存在を模擬するべく、タッチ箇所に基づいて、異なる触覚効果を選択することができるので、その特徴は、当該特徴の対応表現がインタフェイスにおいて見えるときに感じられる。しかしながら、触覚効果は、タッチ表面１１６を介して、対応する要素がインタフェイスに表示されない場合であっても与えることができる（例えば、触覚効果は、インタフェイスにおける境界を、たとえ当該境界が表示されていなくても横切れば与えることができる）。
【００３３】
触覚効果生成モジュール１２８は、プロセッサ１０２に触覚信号を生成させて当該触覚信号を触覚出力デバイス１１８に送信させるプログラミングを代表する。これにより、触覚出力デバイス１１８は、選択された触覚効果を生成する。例えば、生成モジュール１２８は、触覚出力デバイス１１８に送信される格納された波形又はコマンドにアクセスすることができる。他例として、触覚効果生成モジュール１２８は、所望されたタイプの触覚効果を受信し、触覚出力デバイス１１８に送信される適切な信号を生成するべく信号処理アルゴリズムを利用することができる。さらなる例として、望まれた触覚効果を、触覚効果を与える表面（及び／又は他のデバイスコンポーネント）の適切な変位を生成するべく、当該望まれた触覚効果のための標的座標、及び一つ以上のアクチュエータに送信される適切な波形とともに示すことができる。いくつかの実施形態は、特徴を模擬するのと同時に多数の触覚出力デバイスを利用することができる。例えば、インタフェイス上のボタン間の境界を横切ることを模擬するべくテクスチャの変化を使用することができる一方、ボタンが押されたときの応答は振動触覚効果が模擬する。
【００３４】
システム１００はさらに、触覚効果の閉ループ制御を実装してよい。例えば、一実施形態において、プロセッサ１０２は、望まれた触覚効果に対応する触覚信号を、触覚出力デバイス１１８に出力することができる。プロセッサ１０２はまた、基準信号を受信することもできる。基準信号は、触覚出力デバイスが触覚効果を正確にもたらした場合に生成されるセンサ信号を代表し得る。同時に、プロセッサ１０２は、現在出力されている触覚効果に対応するセンサ１２０からのセンサ信号を受信することができる。
【００３５】
プロセッサ１０２は、基準信号とセンサ１２０から受信した信号との誤差を決定することができる。当該誤差に基づいて、プロセッサ１０２は、基準信号をさらに代表する効果を達成するのに触覚信号をどのようにして修正すべきかを、決定することができる。例えば、プロセッサ１０２は、さらに強い効果をもたらすべく触覚信号の利得を増加させることができる。代替的に、プロセッサ１０２は、触覚信号を修正するべく比例コントローラ又は比例積分コントローラのような異なるタイプのコントローラを利用するかもしれない。さらに、プロセッサ１０２は、コントローラの利得及びタイプを変える組み合わせを実装することができる。この組み合わせは、触覚信号を修正するべく使用される。
【００３６】
ここで図２を参照する。図２は、一実施形態に係る触覚アクチュエータのための差分光位置感知の具体的なシステム２００を示す。システム２００は、タブレット、電子リーダ、携帯電話機、ラップトップ若しくはデスクトップコンピュータのようなコンピュータ、ウェアラブルデバイス、又は仮想現実（ＶＲ）若しくは拡張現実（ＡＲ）用のインタフェイスのようなコンピューティングシステムを含む。代替的に、システム２００は、触覚効果を出力する別個のアセンブリを含んでよい。このアセンブリは、触覚機能を与えるべく他のコンピューティングデバイスに搭載される。
【００３７】
図２に示されるように、システム２００は、アクチュエータ２０２、オブジェクト２０４、２つのセンサ２０６及び２０８、差分増幅器２１０、及びプロセッサ２１２を含む。図２に示されるように、アクチュエータは、プロセッサ２１２から触覚信号を受信してオブジェクト２０４を動かすことにより触覚効果を出力するべく構成された電子デバイスを含む。例えば、アクチュエータ２０２は、ＬＲＡ、ＥＲＭ、圧電アクチュエータ、電気モータ、電磁アクチュエータ、ボイスコイル、形状記憶合金、電気活性ポリマー又はソレノイドの一つ以上を含み得る。アクチュエータ２０２は、触覚効果を出力するべくオブジェクト２０４を動かすように構成される。いくつかの実施形態において、オブジェクト２０４は、アクチュエータ２０２のコンポーネントを含み得る。
【００３８】
システム２００はさらに、オブジェクト２０４の位置をモニタリングして当該オブジェクト２０４の位置に関連付けられる位置信号を送信するべく構成された２つのセンサ２０６、２０８を含む。センサ２０６、２０８は、光センサ、磁場センサ、オーディオ系センサ、又はドップラーシフトを検出するべく構成されたセンサの一つ以上を含み得る。さらに、周囲ノイズ（例えばオーディオ、ＲＦ、電源、又は光系ノイズ）をキャンセルするべく、２つのセンサが、反転された位置信号を出力する。例えば、センサ１（２０６）が第１位置信号を出力し、センサ２（２０８）が、第１位置信号とは異なる第２位置信号を出力する（例えば、第２位置信号は、第１位置信号から位相が１８０度ずれるように反転され、及び／又は一方の位置信号が増加する一方で他方が減少する）。
【００３９】
これら２つ位置信号はその後、差分回路２１０に出力される。差分回路２１０は、当該２つの信号を比較して差分信号を出力する。差分回路２１０は、（正の信号に負の信号を加算するべく構成された）減算器若しくは加算器回路のような差分オペアンプ回路、又は業界周知の他のアナログ回路の一つ以上を含み得る。
【００４０】
差分回路２１０は、差分信号をプロセッサ２１２に出力するべく構成される。プロセッサ２１２は、差分信号を受信してオブジェクト２０４の位置を決定する。プロセッサ２１２は、アクチュエータ２０２への駆動信号を制御して触覚効果を修正及び改善するように構成される。例えば、プロセッサ２１２は、駆動信号の電圧、電流、周波数、デューティーサイクル又は位相の一つ以上を、オブジェクト２０４の検出位置に基づいて修正することができる。こうした修正は、アクチュエータ２０２の遅い加速／減速により引き起こされる意図しない効果が少ない望まれた触覚効果を与えるべく、オブジェクト２０４の動きを加速又は減速するように構成され得る。
【００４１】
ここで図３Ａを参照する。図３Ａは、一実施形態に係る触覚アクチュエータのための差分光位置感知の具体的なシステム３００を示す。システム３００は、（上述したアクチュエータ２０２及びオブジェクト２０４と同様の）アクチュエータ３０２及びオブジェクト３０４を含む。図３Ａに示されるように、アクチュエータ３０２は、Ｙ平面内でオブジェクト３０４を動かすべく構成される。
【００４２】
システム３００はさらに、エミッタ３０６及び２つのレシーバ３０８、３１０を含む。システム３００に示される実施形態により、２つの光レシーバ３０６が、一つのみの光エミッタ３０６を使用してオブジェクト３０４の位置を検出することが可能となる。図３Ａに示されるように、光エミッタは、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）、赤外線源、レーザ、レーザＬＥＤ、又はいくつかの他のタイプの業界周知の光源のような光源を含む。光レシーバ３０８、３１０はそれぞれが、オブジェクト３０４から反射された光を受光して当該反射光に関連付けられる信号を送信するべく構成されたレシーバを含む。
【００４３】
図３Ａに示されるように、光レシーバ１（３０８）は、相対的に遠いオブジェクト３０４から相対的に近い光エミッタ３０６までに配置される。同様に、光レシーバ２（３１０）は、相対的に遠い光エミッタ３０６から相対的に近いオブジェクトまでに配置される。一実施形態において、この配置ゆえに、オブジェクト３０４がレシーバ３０８及び３１０に向かって動くと、光レシーバ１（３１０）に当たる反射光の円錐が増加する一方、光レシーバ２（３０８）に当たる反射光の円錐が減少する。同様に、オブジェクト３０４が離れるように動くとき、光レシーバ２（３１０）に当たる反射光の円錐が増加する一方、光レシーバ１（３０８）に当たる反射光の円錐が減少する。他実施形態において、移動オブジェクト３０４が２つのレシーバに近づくと、レシーバ１（３０８）は高強度の信号を出力し、レシーバ２（３１０）は低強度の信号を出力する。かかる実施形態において、移動オブジェクト３０４がセンサから離れるように動くと、レシーバ１（３０８）は低強度の信号を出力し、レシーバ２（３１０）は高強度の信号を出力する。
【００４４】
図３Ａの実施形態において、２つの光レシーバは、一つのみの光エミッタ３０６を使用している間にオブジェクト３０４の位置を正確に検出することができるので、本設計のコスト、複雑性及び使用エネルギーを低減することができる。図３Ａに示される実施形態は一例であって、異なる構成及び配置も可能である。
【００４５】
ここで図３Ｂを参照する。図３Ｂは、一実施形態に係る触覚アクチュエータのための差分光位置感知の他の具体的なシステムを示す。図３Ｂは、２つのレシーバ（レシーバ１（３０８）及びレシーバ２（３１０））、移動オブジェクト（３０４）、及びエミッタ（エミッタ１（３０６））の側面図を含む。エミッタ１（３０６）は、例えば、ＬＥＤのような狭光源、赤外線源、レーザ、レーザＬＥＤ、又はいくつかの他のタイプの業界周知の光源のような光源を含む。２つのレシーバ（３０８、３１０）は、エミッタ１（３０６）により生成されて移動オブジェクト（３０４）から反射される光を検出するべく構成されたレシーバを含む。反射光は、ここでは光の「円錐」と称するので、各レシーバ（３０８、３１０）は、反射光の別個の円錐を受光する。
【００４６】
図３Ｂに示される実施形態において、レシーバ１（３０８）及びレシーバ２（３１０）はそれぞれが、エミッタ１（３０６）からＸ平面内の異なる距離に、かつ、移動オブジェクトからＹ平面内の異なる距離に配置される。２つのレシーバ（３０８、３１０）の配置により、移動オブジェクト（３０４）が動くにつれて、反射光円錐は、当該レシーバ（３０８、３１０）の一方において強度が増加し（短縮された光経路ゆえに）、他方のレシーバにおいて重なる面積が減少する。代替的に、オブジェクト（３０４）が他の方向に動くと、反射光円錐は、レシーバ（３０８、３１０）の一方において（長い光経路ゆえに）強度が減少し、他方のレシーバにおいて重なる面積が増加する。この態様において、オブジェクト（３０４）がその感知作動空間全体にわたって動いているとき、差分信号がレシーバ１（３０８）及びレシーバ２（３１０）から導かれる。
【００４７】
図３Ｂの上面図は、レシーバ１（３０８）及びレシーバ２（３１０）に関する光円錐の箇所を示す。図３Ｂに示されるように、光円錐は、レシーバ１（３０８）の実質的に最頂部にある。さらに、レシーバ１（３０８）は、光円錐が進行する経路に比例する信号を出力するべく構成される。すなわち、移動オブジェクト（３０４）がレシーバ１（３０８）に向かって近づくほど、レシーバ１（３０８）により生成される信号の強度が大きくなる。そして、移動オブジェクトがレシーバ１（３０８）から離れると、レシーバ１（３０６）により生成される信号の強度が下がる。
【００４８】
同様に、図３Ｂに示されるように、移動オブジェクト（３０４）から反射される光円錐が、センサ２と部分的に重なる。レシーバ２（３１０）は、反射光の円錐とレシーバ２（３１０）との重なりに比例する信号を出力するように構成される。すなわち、光円錐とレシーバ２（３１０）との重なりが大きくなるにつれてレシーバ２（３１０）により出力される信号の強度は上がり、重なり量が下がるとレシーバ２（３１０）により出力される信号の強度は下がる。さらに、いくつかの実施形態において、レシーバ（３０８、３１０）及びエミッタ（３０６）の位置の幾何学が、オブジェクトがセンサに近づくときに重なりの少ない光円錐及びレシーバのエリア、ひいては低強度信号をもたらす。かかる実施形態において、移動オブジェクトがレシーバ２（３１０）から離れると重なりが多くなるので、高強度信号がレシーバ２（３１０）により出力される。
【００４９】
ここで図３Ｃを参照する。図３Ｃは、一実施形態に係る触覚アクチュエータのための差分光位置感知の他の具体的なシステムを示す。図３Ｃの側面図は、図３Ｂと同じ実施形態を示すが、移動オブジェクト（３０４）が、移動オブジェクトの先の箇所を例示する点線により示されるように、レシーバ（３０８、３１０）及びエミッタ（３０６）に近づいている。図３Ｃに示されるように、レシーバ１（３０８）は高強度信号を出力する。移動オブジェクトが今やレシーバ１（３０８）に近いからである。同様に、レシーバ２（３１０）は低強度信号を出力する。反射光の円錐とレシーバ２（３１０）のエリアとの重なりが少ないからである。
【００５０】
各レシーバ（３０８、３１０）に当たる光円錐に関連付けられる信号は、移動オブジェクト（３０４）の動きに関連付けられるデータを決定するべくプロセッサによって使用することができる。例えば、レシーバ１（３０８）及びレシーバ２（３１０）から受信した信号は、図２に関して上述した差分回路によって使用されてよい。プロセスは、この差分信号を使用して、移動オブジェクトの絶対位置、相対位置、移動速度、又は加速度一つ以上を決定することができる。
【００５１】
触覚アクチュエータのための差分光位置感知の具体的な方法
【００５２】
図４は、一実施形態に係る触覚アクチュエータのための差分光位置感知の動作のフローチャートである。いくつかの実施形態において、ステップは、例えば、汎用コンピュータ、移動型デバイス、又はサーバにおけるプロセッサのようなプロセッサにより実行されるプログラムコードに実装してよい。いくつかの実施形態において、これらのステップは、一群のプロセッサに実装してよい。いくつかの実施形態において、ステップは異なる順序で行ってよい。代替的に、いくつかの実施形態において、ステップの一つ以上がキャンセルされ、又は図示しない付加的なステップを実行してよい。以下のステップは、図２に示される触覚デバイス２００に関して上述されたコンポーネントを参照して記載される。
【００５３】
方法４００は、プロセッサ２１２が駆動信号を決定するステップ４０２から開始する。プロセッサは、望まれた触覚効果を出力する駆動信号を決定する。プロセッサ２１２は、駆動信号をアクチュエータ２０２に出力する。アクチュエータ２０２は、駆動信号を受信し、触覚効果を出力するべくオブジェクト２０４を動かす。
【００５４】
ステップ４０４において、差分回路２１０が、第１位置信号をセンサ１（２０６）から受信する。センサ１（２０６）は、オブジェクト２０４の位置を測定して第１センサ信号を差分回路２１０に出力するべく構成されたセンサを含む。
【００５５】
ステップ４０６において、差分回路２１０は、第２位置信号をセンサ２（２０８）から受信する。センサ２（２０８）は、オブジェクト２０４の位置を測定して第２センサ信号を差分回路２１０に出力するべく構成されたセンサを含む。第２センサ信号は第１センサ信号と異なる（例えば、第２センサ信号は、第１位置信号から位相が１８０度ずれるように反転され、及び／又は一方の位置信号が増加する一方で他方が減少する）。
【００５６】
ステップ４０８において、差分回路が差分信号を決定する。差分信号は、第１センサ信号と第２センサ信号との差分を含む。第１センサ信号と第２センサ信号とが反転されるので、差分回路は、２つのセンサが受信する任意のノイズを相殺することができる。
【００５７】
ステップ４１０において、プロセッサ２１２は制御信号を決定する。プロセッサ２１２は、オブジェクト２０４の位置を決定し、この情報を使用してアクチュエータ２０２を制御することができる。例えば、プロセッサは、きびきびした触覚効果を与えるべくアクチュエータ２０２を修正することができる。いくつかの実施形態において、プロセッサ２１２は、触覚効果を改善するべくオブジェクトの検出位置に基づいて、触覚出力デバイス１１８に出力される駆動信号の電圧、電流、周波数、デューティーサイクル又は位相の一つ以上を修正するべく構成することができる。
【００５８】
触覚アクチュエータのための差分光位置感知の利点
【００５９】
触覚アクチュエータのための差分光位置感知には多数の利点が存在する。ここに開示される実施形態は、アクチュエータの高速な加速及び減速を許容することにより、「きびきびとした」触覚効果を与えることができる。この機能により、高分解能の触覚効果を与える低コストのハードウェアコンポーネントが許容されるので、ユーザの満足感を増加させる一方でコストを減少させることができる。さらに、ここに開示される実施形態は、一つのみの源（例えば一つの光源）を使用して位置感知を行うことができるので、測定精度に影響を与えることなくコストをさらに減少させることができる。
【００６０】
一般的な考慮事項
【００６１】
上述した方法、システム及びデバイスは例である。様々な構成は、適切な場合には、様々な手順又は部品を省略し、置換し、又は追加することができる。例えば、代替構成において、方法は、上述されたものとは異なる順序で行うことができ、並びに／又は、様々なステージを追加、省略、及び／若しくは結合することができる。また、所定の構成に関して記載された特徴は、様々な他構成と組み合わせることができる。当該構成の異なる側面及び要素を、同様の態様で組み合わせることができる。また、技術は進化するので、要素の多くは例であって本開示又は特許請求の範囲を制限することはない。
【００６２】
構成例（実装形態を含む）の完全な理解を与えるべく、本記載において特定の詳細が与えられる。しかしながら、構成は、これら特定の詳細なしに実施することもできる。例えば、当該構成が曖昧になるのを避けるべく、不要な詳細なしに周知の回路、プロセス、アルゴリズム、構造及び技法が示されてきた。本記載は、構成例のみを与え、請求項の範囲、適用性又は構成を制限することがない。むしろ、当該構成の先の記載は、当業者に対し、記載の技法を実装する実施可能な説明を与える。本開示の要旨又は範囲から逸脱することなく、要素の機能及び配列において様々な変更がなし得る。
【００６３】
また、構成は、フロー図又はブロック図として描かれるプロセスとして記載することができる。それぞれが順次プロセスとして動作を記載し得るにもかかわらず、当該動作の多くは並列して又は同時に行うこともできる。加えて、当該動作の順序は再配列してよい。プロセスは、図面に含まれない付加的なステップを有してよい。さらに、方法の例は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語、又はこれらの任意の組み合わせにより実装してよい。ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア又はマイクロコードで実施されるとき、必要なタスクを実行するためのプログラムコード又はコードセグメントは、記憶媒体のような非一時的コンピュータ可読媒体に格納することができる。プロセッサが、上記タスクを行い得る。
【００６４】
いくつかの構成例が記載されてきたが、本開示の要旨から逸脱することなく、様々な修正、代替構造及び均等物を使用することができる。例えば、上記要素は、大きなシステムの部品としてよく、ここで、他のルールが本発明の適用よりも優先され、そうでなければ本発明の適用を修正してよい。また、上記要素が考慮される前に、間に、又は上記要素が考慮された後に、一定数のステップを行うことができる。したがって、上記記載は、特許請求の範囲を拘束しない。
【００６５】
ここでの「〜するべく適合され」又は「〜するべく構成され」との使用は、付加的なタスク又はステップを行うべく適合され又は構成されたデバイスを排除しないオープンかつ包括的な言語を意味する。加えて、「〜に基づいて」の使用も、一つ以上の記載条件「に基づいて」のプロセス、ステップ、計算又は他の動作が、実際のところ、記載されたものを超える付加的な条件又は値に基づき得る点で、オープンかつ包括的な意味である。ここに含まれる見出し、リスト及び番号付けは、説明の容易のみを目的とし、制限を意味しない。
【００６６】
本主題の側面に係る実施形態は、デジタル電子回路に、コンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアに、又は前述の組み合わせに実装することができる。一実施形態において、コンピュータは、一つのプロセッサ又は複数のプロセッサを含んでよい。プロセッサは、当該プロセッサに結合されたランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）のようなコンピュータ可読媒体を含み、又はこれへのアクセスを有する。プロセッサは、上述の方法を行うためのセンササンプリングルーチン、選択ルーチン、及び他のルーチンを含む一つ以上のコンピュータプログラムの実行のような、メモリに格納されたコンピュータ実行可能プログラム命令を実行する。
【００６７】
かかるプロセッサは、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）及び状態機械を含み得る。かかるプロセッサはさらに、例えばＰＬＣ、プログラマブル割り込みコントローラ（ＰＩＣ）、プログラマブルロジック装置（ＰＬＤ）、プログラマブルリードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、電子的プログラム可能リードオンリーメモリ（ＥＰＲＯＭ又はＥＥＰＲＯＭ）又は他の同様の装置のようなプログラマブル電子装置を含み得る。
【００６８】
かかるプロセッサは、例えば有体コンピュータ可読媒体のような媒体を含み又はこれと通信する。媒体は、プロセッサにより実行されると、プロセッサにより実行され又は補助されるここに記載のステップを、当該プロセッサに行わせることができる命令を格納する。コンピュータ可読媒体の実施形態は、ウェブサーバにおけるプロセッサのようなプロセッサにコンピュータ可読命令を与えることができるすべての電子、光、磁気又は他の記憶装置を含むがこれらに限られない。他の例の媒体は、フロッピーディスク（登録商標）、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気ディスク、メモリチップ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＡＳＩＣ、構成プロセッサ、すべての光媒体、すべての磁気テープ若しくは他の磁気媒体、又はコンピュータプロセッサが読み取り可能な任意の他の媒体を含むがこれらに限られない。また、ルータ、プライベート若しくはパブリックネットワーク、又は他の伝送デバイスのような様々な他のデバイスは、コンピュータ可読媒体を含み得る。記載されたプロセッサ及び処理は一以上の構造にあり、及び一つ以上の構造に分散させることもできる。プロセッサは、ここに記載された方法（又は方法の部分）の一以上を実行するコードを含み得る。
【００６９】
本主題を特定の実施形態について詳細に述べたが、前述したことを理解すれば、当業者が、かかる実施形態の改変、変形及び均等物を容易にもたらし得ることは明かである。したがって、理解すべきことだが、本開示は、限定ではなく例示を目的として提示されており、当業者にとって容易に明らかとなる本主題のそのような修正、変形及び／又は付加を含むことを排除しない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【外国語明細書】
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