(57)【要約】【課題】アクティブマトリックスを用いて触覚効果を生成するシステム及び方法を提供すること。【解決手段】本方法は、デバイスにおいてユーザー入力を検出することと、次いで、そのユーザー入力に応じて、触覚効果が生成されるべき、複数の作動領域を含むアクティブマトリックスにおける位置を求めることとを含む。本方法は、次いで、求められた位置においてアクティブマトリックス内の作動領域をアクティベートし、求められた位置において触覚効果を生成する。システムは、入力を検出するように構成されたセンサーと、アクティブマトリックスと、触覚生成器とを備えるデバイスを含む。アクティブマトリックスは、デバイスの表面に結合され、複数の作動領域を含む。触覚生成器は、入力に応じて触覚信号を生成し、その触覚信号を作動領域のうちの少なくとも１つに送信して触覚効果を生成する。【選択図】図１
2019016357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力を検出するように構成されたセンサーと、
Ｍ行及びＮ列の作動領域を含み、Ｍ及びＮは２以上の整数である、触覚アクティブマトリックスと、
前記触覚アクティブマトリックスの各行に結合されたゲートコントローラーと、
前記触覚アクティブマトリックスの各列に結合されたアクティベーションコントローラーと、
検出された入力に応じて触覚信号を生成するように構成された触覚生成器と、
を備え、
前記ゲートコントローラー及び前記アクティベーションコントローラーは、１つ以上の作動領域を選択するように構成され、
前記触覚信号は、少なくとも１つ以上の選択された作動領域に送信されて触覚効果を生成する、触覚効果生成システム。
【請求項２】
スマートデバイスを更に備える、請求項１に記載の触覚効果生成システム。
【請求項３】
各作動領域は、薄膜トランジスタを通して前記ゲートコントローラー及び前記アクティベーションコントローラーに結合され、該薄膜トランジスタは、選択されたときに前記結合された作動領域をアクティベートするように構成されている、請求項１に記載の触覚効果生成システム。
【請求項４】
各作動領域は触覚アクチュエーターを備える、請求項１に記載の触覚効果生成システム。
【請求項５】
各作動領域はセンサーを備える、請求項１に記載の触覚効果生成システム。
【請求項６】
各作動領域は触覚アクチュエーターを更に備える、請求項５に記載の触覚効果生成システム。
【請求項７】
前記センサー及び前記触覚アクチュエーターは同一のものである、請求項６に記載の触覚効果生成システム。
【請求項８】
前記入力の位置を特定するように構成されたコントローラーを更に備える、請求項５に記載の触覚効果生成システム。
【請求項９】
前記入力はユーザーからのタッチ入力を含む、請求項８に記載の触覚効果生成システム。
【請求項１０】
前記入力は複数の入力を含む、請求項８に記載の触覚効果生成システム。
【請求項１１】
前記触覚信号は複数の作動領域に送信され、該触覚信号を受信する該作動領域のみがアクティブである、請求項３に記載の触覚効果生成システム。
【請求項１２】
前記作動領域は、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）又は静電摩擦（ＥＳＦ）コンポーネントを含む、請求項１に記載の触覚効果生成システム。
【請求項１３】
デバイスにおいてユーザー入力を検出することと、
前記ユーザー入力に応じて、触覚効果が生成されるべき、触覚アクティブマトリックスにおける位置を求めることであって、該アクティブマトリックスはＭ行及びＮ列の作動領域を備え、Ｍ及びＮは２以上の整数であることと、
行トリガー信号及び列アクティベーション信号を生成することにより、前記求められた位置において前記アクティブマトリックス内で作動領域をアクティベートすることと、
前記アクティベートされた作動領域において触覚効果を生成するように触覚信号を送信することと、
を含む、触覚効果を生成する方法。
【請求項１４】
前記作動領域をアクティベートすることは、該作動領域に結合された薄膜トランジスタに前記行トリガー信号を印加することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記触覚信号は前記行トリガー信号である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記ユーザー入力を検出することはセンサーを利用することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記ユーザー入力を検出することは、該ユーザー入力の位置を求めることを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記触覚効果を生成することは、複数の作動領域において複数の触覚効果を生成することを含み、前記トリガー信号を受信する前記作動領域のみがアクティブである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
プロセッサによって実行されると該プロセッサに触覚効果を生成させる命令が記憶されたコンピューター可読媒体であって、前記生成することは、
デバイスにおいてユーザー入力を検出することと、
前記ユーザー入力に応じて、触覚効果が生成されるべき、触覚アクティブマトリックスにおける位置を求めることであって、該アクティブマトリックスはＭ行及びＮ列の作動領域を備え、Ｍ及びＮは２以上の整数であることと、
行トリガー信号及び列アクティベーション信号を生成することにより、前記求められた位置において前記アクティブマトリックス内で作動領域をアクティベートすることと、
前記アクティベートされた作動領域において触覚効果を生成するように触覚信号を送信することと、
を含む、コンピューター可読媒体。
【請求項２０】
前記作動領域をアクティベートすることは、該作動領域に結合された薄膜トランジスタに前記行トリガー信号を印加することを含み、前記触覚効果を生成することは、複数の作動領域において複数の触覚効果を生成することを含み、前記トリガー信号を受信する前記作動領域のみがアクティブである、請求項１９に記載のコンピューター可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には触覚システムに関し、特に、アクティブマトリックス触覚生成システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハプティクス（haptics：触覚学）は、ユーザーに対して、力、振動及びモーション等の触覚フィードバック効果（例えば、「触覚効果」）を与えることによってユーザーの触覚の知覚を利用する、触知性及び力のフィードバック技術である。モバイルデバイス、タッチスクリーンデバイス、及びパーソナルコンピューター等のデバイスは、触覚効果を生成するように構成することができる。一般的に、触覚効果を生成することが可能な組み込みハードウェア（アクチュエーター等）に対する呼び出しは、デバイスのオペレーティングシステム（「ＯＳ」）内でプログラムすることができる。これらの呼び出しは、いずれの触覚効果を再生するかを指定する。例えば、ユーザーが、例として、ボタン、タッチスクリーン、レバー、ジョイスティック、ホイール又は他の何らかの制御装置を用いてデバイスとインタラクトする場合、デバイスのＯＳは、制御回路を通じて組み込みハードウェアに再生コマンドを送信することができる。そして、組み込みハードウェアは、適切な触覚効果を生成する。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の目的のうちの１つは、アクティブマトリックスを用いて触覚効果を生成するシステム及び方法を提供することである。本方法は、デバイスにおいてユーザー入力を検出することと、次いで、そのユーザー入力に応じて、触覚効果が生成されるべき、複数の作動領域を含むアクティブマトリックスにおける位置を求めることとを含む。本方法は、次いで、求められた位置においてアクティブマトリックス内の作動領域をアクティベート(activate)し、求められた位置において触覚効果を生成する。システムは、入力を検出するように構成されたセンサーと、アクティブマトリックスと、触覚生成器とを備えるデバイスを含む。アクティブマトリックスは、デバイスの表面に結合され、複数の作動領域を含む。触覚生成器は、入力に応じて触覚信号を生成し、その触覚信号を作動領域のうちの少なくとも１つに送信して触覚効果を生成する。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】本開示の一実施形態によるコンピューター／サーバーシステムのブロック図である。
【図２】一実施形態によるパッシブ触覚アレイの図である。
【図３】本開示の一実施形態による、作動領域を制御するアクティブマトリックスの一部の図である。
【図４】本開示の一実施形態による、スイッチングトランジスタを用いるあり得るアクティブマトリックスの図である。
【図５】本開示の一実施形態によるセンサーマトリックスシステムの図である。
【図６】本開示の一実施形態による、センサーを備えたセンサーマトリックスシステムと結合された作動パッドを備える触覚アクティブマトリックスシステムの図である。
【図７】本開示の一実施形態による、アクティブマトリックスを利用して局所触覚フィードバックを生成する、図１のシステムの機能のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
本明細書に組み込まれて本明細書の一部を形成する添付図面は、本発明を例示し、さらに、本記載とともに、本発明の原理を説明することと、関連技術（複数の場合もある）における当業者が本発明を製造及び使用することを可能にすることとに貢献する。
【０００６】
加えて、参照符号の最左桁によって、その参照符号が最初に登場する図面が特定される（例えば、参照符号「３１０」は、この付番された要素が、図３において最初にラベリングされるか又は最初に登場することを示す）。加えて、同一の参照符号を有し、その符号の後ろに異なるアルファベット文字又は他の区別のためのマーキング（例えば、アポストロフィー）が続く要素は、構造、動作、又は形式の点では同一であるが、空間において異なる位置にある、又は異なる時点において再び現れるものとして特定される場合がある要素を示す。
【０００７】
１つの実施形態は、ユーザーのタッチ入力を検出するセンサーと局所触覚フィードバックを制御するアクティブマトリックスとを用いて、タッチセンシティブデバイスに対する１つ以上のユーザータッチに基づいて触覚効果を生成する、触覚効果生成システムを提供する。アクティブマトリックスは、ユーザーのタッチに関わる作動領域のみをアクティベートすることができ、又は、触覚効果を増大させるために、追加の隣接する作動領域をアクティベートすることができる。そのように、アクティブマトリックスは、ユーザーとインタラクトする触覚作動領域のみ、又は触覚効果を増大させるために必要な追加の領域に電力を供給する。
【０００８】
本明細書に記載される実施形態が、特定の用途についての例示的な実施形態である一方、本発明は、それらの実施形態に限定されないことが理解されるべきである。本明細書で提供される開示が利用可能な当業者であれば、本発明の範囲内にある、更なる変更形態、用途、及び実施形態、並びに本発明が大きな有用性を有する更なる分野を認識するであろう。
【０００９】
図１は、本発明の一実施形態を実施することができる触覚対応システム１０のブロック図である。システム１０は、機械的又は電気的な選択ボタン１３及びタッチセンシティブスクリーン１５を備えたスマートデバイス１１（例えば、スマートフォン、タブレット、スマートウォッチ等）を含む。システム１０はまた、ゲームパッド、モーションワンド（motion wand）等、ユーザーによって保持される任意のデバイスとすることもできる。
【００１０】
システム１０の内部には、システム１０上で触覚効果を生成する触覚フィードバックシステムがある。触覚フィードバックシステムは、プロセッサ又はコントローラー１２を含む。プロセッサ１２には、メモリ２０及びアクティブマトリックス作動パッド１６が結合され、アクティブマトリックス作動パッド１６は、触覚出力デバイス１８に結合されている。プロセッサ１２は、任意のタイプの汎用プロセッサとすることができ、又は、特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）等、触覚効果を提供するように特別に設計されたプロセッサとすることができる。プロセッサ１２は、システム１０全体を動作させるものと同じプロセッサとすることができ、又は別個のプロセッサとすることができる。プロセッサ１２は、高水準パラメーターに基づいて、いかなる触覚効果が再生されるべきかと、効果が再生される順序とを決定することができる。一般に、特定の触覚効果を定義する高水準パラメーターは、大きさ、周波数及び持続時間を含む。特定の触覚効果を決定するために、ストリーミングモーターコマンド等の低水準パラメーターも使用することができる。触覚効果は、触覚効果が生成されるときのこれらのパラメーターの何らかの変動、又はユーザーのインタラクションに基づくこれらのパラメーターの変動を含む場合、「動的」とみなすことができる。
【００１１】
プロセッサ１２は、制御信号を出力してアクティブマトリックス作動パッド１６を駆動し、アクティブマトリックス作動パッド１６は、所望の触覚効果が生成されるように、触覚出力デバイス１８に必要な電流及び電圧（すなわち、「モーター信号」）を供給するために使用される電子部品及び回路を含む。システム１０は、複数の触覚出力デバイス１８を含むことができ、各触覚出力デバイス１８がアクティブマトリックス作動パッド１６を含むことができ、それらは全て共通のプロセッサ１２に結合されている。メモリ２０は、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）又はリードオンリーメモリ（「ＲＯＭ」）等、任意のタイプの一時的又は非一時的記憶デバイス又はコンピューター可読媒体とすることができる。通信媒体は、コンピューター可読命令、データ構造、プログラムモジュール、又は搬送波若しくは他の伝送機構等の被変調データ信号における他のデータを含むことができ、任意の情報伝達媒体を含む。
【００１２】
メモリ２０は、オペレーティングシステム命令等、プロセッサ１２によって実行される命令を記憶する。命令の間で特に、メモリ２０は、プロセッサ１２によって実行されると、後により詳細に開示するように、許可に基づいて触覚効果を生成する命令を含む、触覚効果許可モジュール２２を含む。メモリ２０はまた、プロセッサ１２の内部に位置するか、又は内部メモリ及び外部メモリの任意の組合せとすることもできる。
【００１３】
触覚出力デバイス１８は、触覚効果を生成する任意のタイプのデバイスとすることができ、ユーザーの身体の所望の領域に対して所望の触覚効果をもたらすことができるように、システム１０の任意の領域に物理的に配置することができる。いくつかの実施形態では、システム１０は、何十又は更には何百もの触覚出力デバイス１８を含み、触覚出力デバイスは、ユーザーの身体の概して全ての領域において触覚効果を、及び任意のタイプの触覚効果を生成することができるように、異なるタイプとすることができる。触覚出力デバイス１８は、スマートデバイス１１の任意の部分を含む、システム１０の任意の部分に配置することができ、又は、システム１０の任意の部分にリモートに結合することができる。
【００１４】
一実施形態では、触覚出力デバイス１８は、振動触知触覚効果を生成するアクチュエーターである。この目的で使用されるアクチュエーターとしては、モーターによって偏心質量体が動かされる偏心回転質量（「ＥＲＭ」）等の電磁アクチュエーター、ばねに取り付けられた質量体が前後に駆動されるリニア共振アクチュエーター（「ＬＲＡ」）、又は圧電ポリマー、電気活性ポリマー（「ＥＡＰ」）若しくは形状記憶合金等の「スマート材料」等を挙げることができる。触覚出力デバイス１８はまた、静電摩擦（「ＥＳＦ」）デバイス若しくは超音波表面摩擦（「ＵＳＦ」）デバイス等のデバイス、又は超音波触覚変換器により音響放射圧を誘導するデバイス等のデバイスとすることもできる。他のデバイスは、触覚基板及び可撓性又は変形可能表面を使用することができ、デバイスは、エアジェットを用いるひと吹きの空気等の放出される触覚出力を提供することができる。触覚出力デバイス１８は、さらに、熱触覚効果を提供する（例えば、加熱するか又は冷却する）デバイスとすることができる。
【００１５】
システム１０は、プロセッサ１２に結合されたセンサー２８を更に備える。センサー２８を用いて、システム１０のユーザーの任意のタイプの特性（例えば、体温、心拍数等のバイオマーカー）、又は任意のタイプのユーザーの状況若しくは現状況（例えば、ユーザーの位置、周囲の温度等）を検出することができる。
【００１６】
センサー２８は、或る形態のエネルギー、又は、限定はされないが、音、運動、加速度、生理学的信号、距離、流れ、力／圧力／歪み／屈曲、湿度、線形位置、方位／傾斜、無線周波数、回転位置、回転速度、スイッチの操作、温度、振動、若しくは可視光強度等の他の物理的特性を検出するように構成することができる。センサー２８は、検出されたエネルギー又は他の物理的特性を、電気信号、又は仮想センサー情報を表す任意の信号に変換するように更に構成することができる。センサー２８は、限定はされないが、加速度計、心電図、脳電図、筋電図、眼電図、エレクトロパラトグラフ（electropalatograph：電子口蓋図）、ガルバニック皮膚反応センサー、静電容量センサー、ホール効果センサー、赤外線センサー、超音波センサー、圧力センサー、光ファイバーセンサー、曲げセンサー（又は屈曲センサー）、感圧抵抗体、ロードセル、ＬｕＳｅｎｓｅ  ＣＰＳ２  １５５、小型圧力トランスデューサー、圧電センサー、歪みゲージ、湿度計、線形位置タッチセンサー、線形ポテンショメーター（又はスライダー）、線形可変差動変圧器、コンパス、傾斜計、磁気タグ（又は無線周波数識別タグ）、ロータリーエンコーダー、ロータリーポテンショメーター、ジャイロスコープ、オンオフスイッチ、温度センサー（気温計、熱電対、抵抗温度検出器、サーミスタ、又は温度変換集積回路等）、マイクロフォン、光度計、高度計、生体モニター、カメラ、又は光依存抵抗器等の任意のデバイスとすることができる。
【００１７】
システム１０は、システム１０がインターネット／クラウド（図示せず）を介して通信するのを可能にする通信インターフェース２５を更に備える。インターネット／クラウドは、システム１０に対して遠隔記憶及び処理を提供し、システム１０が同様の又は異なるタイプのデバイスと通信するのを可能にすることができる。さらに、本明細書に記載する処理機能のうちの任意のものを、システム１０からリモートのプロセッサ／コントローラーによって実行し、通信インターフェース２５を介して通信することができる。
【００１８】
一実施形態では、触覚システムは、パッシブアレイシステムを用いて触覚フィードバックを生成することができる。図２は、一実施形態によるパッシブ触覚アレイ２００の図である。パッシブ触覚アレイ２００は、行Ａ〜Ｄ（Ｍ＝４）及び列１〜４（Ｎ＝４）からなるＭ×Ｎアレイを含む作動領域２３０を含む。パッシブ触覚アレイ２００は、行選択線２２０及び列選択線２２５を含む。作動領域２３０は、通常、アクチュエーターと、いくつかの実施形態ではセンサーとを含む。いくつかの実施形態では、センサー及びアクチュエーターは同じコンポーネントとすることができ、例えば、ＥＡＰはアクティベートされて、触覚効果を生成することができる。しかしながら、ＥＡＰは、ユーザーのタッチ等により変形させられて、出力信号を生成することもでき、したがって、ＥＡＰはセンサーとして機能することもできる。
【００１９】
特定の作動領域の選択は、対応する行及び列を選択し作動させることによって達成される。例えば、アクティベートするために作動領域２３０−Ｂ−３が選択された場合、行選択線２２０−２及び列選択線２２５−３がアクティベートされ、作動領域２３０−Ｂ−３は、行Ｂと列３との交差部分である。パッシブ触覚アレイ２００は設計が比較的単純であるが、最もエネルギー効率のよい手法ではない。行Ｂ及び列３を選択する際、作動領域２３０−Ｂ−３のみがアクティブであるのではなく、行Ｂの全て（例えば、２３０−Ｂ−１、２３０−Ｂ−２、２３０−Ｂ−３及び２３０−Ｂ−４）がアクティブであり、列３の全て（例えば、２３０−Ａ−３、２３０−Ｂ−３、２３０−Ｃ−３及び２３０−Ｄ−３）がアクティブである。したがって、この例では、単一の作動領域を選択するために、８つの作動領域が実際には選択され、電力が供給され、アクティベートされる。これは、全ての行又は列が同じ接地を共有する場合に当てはまる。接地が共有されない場合、個々のアクチュエーターパッチをアクティベートすることができるが、単に小さいアクチュエーターパッチをイネーブルにするために、全線又は全行に電力を供給する必要があることにより、エネルギー損失がある。
【００２０】
図２に記載する電力効率状況に対処するために、図３〜図７に記載する実施形態は、個々の作動領域のアドレス指定及びアクティベーション(activation)を可能にするために、トランジスタ、ゲートコントローラー及びアクティベーションコントローラーを追加する。図３は、一実施形態による触覚アクティブマトリックスシステム３００の単一セルの図である。触覚アクティブマトリックスシステム３００は、電界効果トランジスタ（「ＦＥＴ」）３１０、抵抗器３１５、作動パッド３２０、ゲートコントローラー３３０、アクティベーションコントローラー３４０及びセンサー３５０を含む。
【００２１】
ＦＥＴ３１０は、電界効果トランジスタと呼ばれるが、当業者には既知であるように、ＦＥＴ３１０は、限定されないが、接合型電界効果トランジスタ（「ＪＦＥＴ」）、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、完全空乏型基板（depleted substrate）ＦＥＴ（「ＤＥＰＦＥＴ」）、量子ＦＥＴ（「ＱＦＥＴ」）等を含む、任意のタイプのスイッチングトランジスタとすることができる。さらに、後述するように、触覚アクティブマトリックスアレイにおいて薄膜トランジスタ（「ＴＦＴ」）もまた有効に使用することができ、そこでは、半導体材料（例えば、アモルファスシリコン、ポリシリコン、カーボンナノチューブ、インジウムガリウム亜鉛酸化物、金属酸化物等）がスイッチとして作用する。
【００２２】
作動パッド３２０（又は、図１のアクティブマトリックス作動パッド１６）を用いて、触覚効果が生成される。上述したように、１つ以上の触覚出力デバイス１８を用いて、振動触知触覚効果、静電摩擦触覚効果又は変形触覚効果等の触覚効果を生成することができる。他の実施形態では、作動パッド３２０はまたセンサー（例えば、センサー２８）として機能することもでき、その場合、センサーは、或る形態のエネルギー又は他の物理的特性を検出する。
【００２３】
アクティベーションコントローラー３４０は、ＦＥＴ３１０に電力又は電界を提供する。ゲートコントローラー３３０は、ＦＥＴ３１０のゲートに電圧又は信号を提供して、電流がＦＥＴ３１０のソース（「Ｓ」と表示）からドレイン（「Ｄ」と表示）まで流れるのを可能にし、抵抗器３１５に電圧を生じさせる。したがって、作動パッド３２０をアクティベートするために、ゲートコントローラー３３０及びアクティベーションコントローラー３４０の両方がＦＥＴ３１０のゲート及びソースに電圧／信号を提供しなければならない。この状態で、電圧／信号は作動パッド３２０及びＦＥＴ３１０に、すなわち、抵抗器３１５に存在し、したがって、作動パッド３２０をアクティベートする。触覚アクティブマトリックスシステム３００に示す回路は、単に、あり得る構成の一例であるが、当業者には既知であるように、上述したように、ＦＥＴ又は他のトランジスタ若しくはＴＦＴを用いるあり得る無数の等価な設計がある。
【００２４】
一実施形態では、ゲートコントローラー３３０及びアクティベーションコントローラー３４０は、センサー３５０に応答する。例えば、センサー３５０は、力を検出すると、ゲートコントローラー３３０及びアクティベーションコントローラー３４０の両方に信号を送信して、ＦＥＴ３１０を、ひいては作動パッド３２０をアクティベートし、作動パッド３２０は触覚効果を生成する。
【００２５】
図４は、一実施形態による触覚アクティブマトリックスシステム４００の図である。図４は、ゲートコントローラー線４３０及びアクティベーションコントローラー線４４０を含む領域４０１内に示すように、作動パッド４２０及びトランジスタスイッチ４１０（「セル」又は「作動セル」）のアレイを表す。触覚アクティブマトリックスシステム４００はまた、図３に記載したものと機能が同様であるゲートコントローラー（図示せず）及びアクティベーションコントローラー（図示せず）も含む。さらに、このアレイは１６個の作動パッド及びスイッチを示すが、アレイは任意のサイズ及び形状とすることができる。こうしたアレイは、４×４（Ｍ個の行及びＮ個の列があり、Ｍ及びＮは２以上の値の整数である、Ｍ×Ｎアレイ）触覚アクティブマトリックスシステムと呼ぶことができる。さらに、図４は、正確な縮尺では示されていない図である。実際には、作動パッドは、トランジスタスイッチより著しく大きくすることができ、一実施形態では、作動パッドの後方に配置されたスイッチを有することができる。さらに、上述したように、トランジスタスイッチ４１０は、ＴＦＴの形態をとることができる。
【００２６】
図３におけるように、各作動パッド４２０は、例えば、電気モーター、電磁アクチュエーター、ボイスコイル、形状記憶合金、電気活性ポリマー、ソレノイド、偏心回転質量モーター（「ＥＲＭ」）、リニア共振アクチュエーター（「ＬＲＡ」）、圧電アクチュエーター、高帯域幅アクチュエーター、電気活性ポリマー（「ＥＡＰ」）アクチュエーター、静的若しくは動的静電摩擦（「ＥＳＦ」）デバイス若しくはディスプレイ、又は超音波振動発生器とすることができる、１つ以上のアクチュエーターを含む。他の実施形態では、作動パッド４２０はまた、センサーとしても機能することができる。触覚アクティブマトリックスシステム４００に示す回路は、単にあり得る構成の一例であるが、当業者には既知であるように、上述したように、ＦＥＴ又は他のトランジスタ若しくはＴＦＴを用いるあり得る無数の等価な設計がある。
【００２７】
ゲートコントローラー線４３０（トリガー信号とも呼ばれる）及びアクティベーションコントローラー線４４０（アクティベーション信号とも呼ばれる）を用いることにより、触覚アクティブマトリックスシステム４００における各作動パッド４２０を個々にアドレス指定することができる。例えば、行Ｂ、列３に位置する作動セルにおいて触覚フィードバックが望まれる場合、アクティベーション線４４０−３及びゲートコントローラー線４３０−２がともにアクティブである必要がある。この例では、トランジスタスイッチ４１０−Ｂ−３が、開放し、作動パッド４２０−Ｂ−３をアクティベートする。同様に、個々の作動セルのうちの任意のものをアドレス指定しアクティベートすることができる。列及び行全体をアクティベートする図２において考察したパッシブ触覚システムとは異なり、信号作動セルをアクティベートする際、その選択されたセルのみがアクティベートされる。
【００２８】
さらに、複数のアクティベーションコントローラー線４４０及びゲートコントローラー線４３０を利用して、触覚アクティブマトリックスシステム４００内の複数の作動セルを同時にアクティベートすることができる。例えば、領域４０２に示す４つのアクティベーションセルを同時にアクティベートすることが望まれる場合、アクティベーション線４４０−３及び４４０−４とともにゲートコントローラー線４３０−２及び４３０−３をアクティベートすることにより、作動セル４２０−Ｂ−３、４２０−Ｂ−４、４２０−Ｃ−３及び４２０−Ｃ−４がアドレス指定される。この例では、行及び列全体ではなく、４つのアドレス指定された作動セルのみがアクティブである。
【００２９】
図５は、一実施形態によるセンサーマトリックスシステム５００の図である。センサーマトリックスシステム５００は、通常、触覚アクティブマトリックスシステム４００等の触覚アクティブマトリックスシステムとともに使用される。センサーマトリックスシステム５００を用いて、入力の位置が検出されかつ特定され、入力の位置は、その後、ユーザー入力に応じて触覚フィードバックを生成するために触覚アクティブマトリックスシステム４００に伝達される。
【００３０】
センサーマトリックスシステム５００は、触覚アクティブマトリックスシステム４００のレイアウトをまねて、センサーの数及び位置と対応する作動パッドの数及び位置との間に１対１の関係があるように構成することができる。しかしながら、別の実施形態では、センサーの数は作動パッドの数より多くするか又は少なくすることができる。しかしながら、いずれの場合も、特定のユーザー入力に応じて適切な作動パッドをアクティベートするように、作動パッドに対するセンサーのマッピング（割り当て）がある。
【００３１】
センサーマトリックスシステム５００は、入力信号の行位置を特定するために使用される行センサー出力線５３０があるように示されている。列センサー出力線５４０は、入力信号の列位置を特定するために使用される。例えば、ユーザーの指５６０が、行Ａの列２及び列３、並びに行Ｂの列２及び列３における４つのセンサー５２０−Ａ−２、５２０−Ａ−３、５２０−Ｂ−２及び５２０−Ｂ−３に近接しているか又は接触しているように示されている。センサー５２０は、検出されたエネルギー又は他の物理的特性を電気信号、又は仮想センサー情報を表す任意の信号に変換するように更に構成することができる。一実施形態では、センサー５２０−Ａ−２、５２０−Ａ−３、５２０−Ｂ−２及び５２０−Ｂ−３の上に指が存在することにより、センサー行線５３０−１及び５３０−２においてかつセンサー列線５４０−２及び５４０−３において信号が生成される。したがって、行信号及び列信号を用いて、アレイにおけるユーザー入力の位置が特定される。
【００３２】
図６は、一実施形態による触覚アクティブマトリックス及びセンサーシステム６００の図である。システム６００は、本質的に、各アクチュエーターパッドに関連して単一のセンサーがある１対１構成で、センサーマトリックスシステム５００とその上に重ねられた触覚アクティブマトリックスシステム４００との組合せである。システム６００は、４×８マトリックスとして示されているが、上述したように、任意のサイズ又は構成とすることができる。
【００３３】
一実施形態では、システム６００は、モバイルデバイス、タッチスクリーンデバイス、ディスプレイデバイス、スマートフォン、ゲームコントローラー、ウェアラブルデバイス、又は触覚効果を生成するように構成することができる他の任意のデバイス等のデバイスの上に又は中に取り付けられる。
【００３４】
システム６００は、指６６０が、列２及び３、行Ａ及びＢにおける４つのセンサーに近接しているか又は接触している状態を示す。システム６００のセンサー部分は、指６６０の存在及び位置を検出する。この情報は、プロセッサ（例えば、図１におけるプロセッサ１２）に転送され、プロセッサは、触覚制御信号を生成してゲートコントローラー（図示せず）及びアクティベーションコントローラー（図示せず）に送信し、行Ａ及びＢ、列２及び３における４つのアクチュエーターをアクティベートして、所望の触覚効果を生成する。
【００３５】
図７は、一実施形態による、アクティブマトリックスを利用して局所触覚フィードバックを生成し制御する、図１のシステム１０の機能を含むフローチャート７００である。一実施形態では、図７のフローチャートの機能は、メモリ又は他のコンピューター可読若しくは有形の媒体に記憶されプロセッサによって実行されるソフトウェアによって実施される。他の実施形態では、機能は、ハードウェア（例えば、特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）、プログラマブルゲートアレイ（「ＰＧＡ」）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＰＧＡ」）等の使用を通じて）、又はハードウェア及びソフトウェアの任意の組合せによって実行することができる。
【００３６】
フローチャート７００は７１０で開始し、そこでは、入力が検出される。図５及び図６において考察したように、入力はセンサーマトリックスによって検出される。センサー（例えば、図１におけるかつ図５に示すようなセンサー２８）は、或る形態のエネルギー、又は、限定されないが、加速度、生体信号、距離、流れ、力／圧力／歪み／屈曲、湿度、線形位置、方位／傾斜、無線周波数、回転位置、回転速度、スイッチの操作、温度、振動、若しくは可視光強度等の他の物理的特性を検出するように構成することができる。センサーは、検出されたエネルギー又は他の物理的特性を、電気信号、又は仮想センサー情報を表す任意の信号に変換するように更に構成することができる。いくつかの実施形態では、センサー及びアクチュエーターは、同じコンポーネントとすることができ、例えば、ＥＡＰはアクティベートされて、触覚効果を生成することができる。しかしながら、ＥＡＰは、ユーザーのタッチ等により変形させられて、出力信号を生成することもでき、したがって、ＥＡＰはセンサーとして機能することもできる。
【００３７】
７２０において、検出された入力の単数又は複数の位置が求められる。こうした判断は、図５において記載したように行センサー線及び列センサー線を使用することによって達成することができる。一実施形態では、７１０及び７２０を削除することもできる。例えば、フィードバックが送られるべき場所を含む、事前定義された触覚フィードバックシーケンスが既知である場合、入力を検出しかつその入力の位置を求める必要はない。
【００３８】
７３０において、触覚フィードバックの所望の位置が求められる。こうした位置は、上述したように、事前定義されているものとすることができる。一実施形態では、触覚フィードバックの位置は、図６において考察したように求められ、そこでは、センサーが、ユーザー入力の位置を特定し、その入力位置に基づいて、いずれの作動領域をアクティベートするべきかを判断する。
【００３９】
７４０において、所望の触覚フィードバック信号が生成される。触覚フィードバック効果は、ユーザーによって検出可能な力、振動及びモーションを含むことができる。触覚効果を生成するように、モバイルデバイス、タッチスクリーンデバイス及びパーソナルコンピューター等のデバイスを構成することができる。一般に、デバイスのオペレーティングシステム（「ＯＳ」）内で、触覚効果を生成することができる組込みハードウェア（アクチュエーター等）に対する呼出しをプログラムすることができる。これらの呼出しは、いずれの触覚効果を再生するべきかを指定する。
【００４０】
７５０において、対応する作動領域がアクティベートされる。例えば、図４及び図６において考察したように、作動パッド及びトランジスタスイッチの使用を含む触覚アクティブマトリックスアレイが使用され、そこでは、ゲートコントローラー線及びアクティベーションコントローラー線が、所望の触覚セルをアドレス指定し選択する。各スイッチに触覚信号を送信して、各作動パッドにおいて所望の触覚効果を生成することができる。図４において考察したように、複数の作動セルを同時にアクティベートして、要求に応じてより広い領域を通して触覚効果を生成することができる。
【００４１】
考察したように、入力の検出と、触覚アクティブマトリックスシステムにおける選択された作動セルにおける触覚フィードバックの生成とを含む、実施形態が開示された。触覚アクティブマトリックスは、アクティブハプティクスアレイにおける触覚フィードバックの生成に対処しかつそれを制御する、エネルギー効率のよい方法及びシステムを提供する。
【００４２】
本願は、２０１７年７月７日に出願された米国特許出願第１５／６４３，６５７号の利益を主張し、この開示は、引用することによりその全体が本明細書の一部をなす。
【００４３】
本明細書において、いくつかの実施形態が具体的に例示及び／又は記載されている。しかしながら、開示した実施形態の変更及び変形は、上記教示によって包含されており、本発明の趣旨及び意図された範囲から逸脱することなく添付の特許請求の範囲の適用範囲内にあることが理解されるであろう。
【図１】
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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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【外国語明細書】
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