(57)【要約】      （修正有）【課題】作動機能及び検知機能を有するエラストマーサスペンションを有する触覚対応ユーザーインターフェースを提供する。【解決手段】触覚対応ユーザーインターフェースデバイス１００において、ユーザー入力構成要素と、エラストマーサスペンションと、信号生成回路１３０と、信号検知回路１５０と、スイッチ１６１、１６２と、制御ユニット１４０とを備える。エラストマーサスペンションは、エラストマー層１１２ａを備えるスタック１１０ａによって形成され、スタック１１０ａは、キャパシタを形成し、制御ユニット１４０は、作動モードにおいて、スイッチ１６１、１６２により信号生成回路１３０をキャパシタに電気的に接続するとともに、信号検知回路のキャパシタとの電気的な接続を解除した状態で、駆動信号をキャパシタに印加するように構成し、検知モードにおいて、スイッチにより信号検知回路をキャパシタに電気的に接続させる。【選択図】図３Ａ
2019133664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触覚対応ユーザーインターフェースデバイスであって、
ユーザー入力構成要素と、
前記ユーザー入力構成要素を支持する基部と、
前記ユーザー入力構成要素が前記基部と直接接触しないように、前記基部上に前記ユーザー入力構成要素を懸架するエラストマーサスペンションであって、該エラストマーサスペンションは、エラストマー材料のエラストマー層を備えるとともに該エラストマー層の両側部に一対の電極を備える少なくとも１つのスタックによって形成され、該少なくとも１つのスタックは、少なくとも１つのキャパシタを形成する、エラストマーサスペンションと、
信号生成回路と、
信号検知回路と、
前記信号検知回路及び前記信号生成回路を、前記少なくとも１つのキャパシタに対して電気的に接続及び接続解除するように構成された１つ以上のスイッチと、
前記信号生成回路、前記信号検知回路、及び前記１つ以上のスイッチと通信する制御ユニットと、
を備え、
前記制御ユニットは、
作動モードにおいて、前記１つ以上のスイッチに、前記信号生成回路を前記少なくとも１つのキャパシタに電気的に接続させるとともに前記信号検知回路を前記少なくとも１つのキャパシタから電気的に接続解除させ、前記信号生成回路に、第１の信号を駆動信号として前記少なくとも１つのキャパシタに印加させ、前記駆動信号は、触覚効果を生成するように、前記一対の電極を互いに近づけさせる相対的な動きを引き起こすことと、
検知モードにおいて、前記１つ以上のスイッチに、前記信号検知回路を前記少なくとも１つのキャパシタに電気的に接続させ、タッチ入力が前記触覚対応ユーザーインターフェースデバイスの前記ユーザー入力構成要素によって受信されたか否かを、前記信号検知回路によって検知された第２の信号に基づいて判断することと、
を行うように構成される、触覚対応ユーザーインターフェースデバイス。
【請求項２】
前記制御ユニットは、前記検知モードにおいて、前記少なくとも１つのキャパシタのキャパシタンスが規定又は測定されたベースラインキャパシタンスから少なくとも規定閾値だけ変化したか否かを、前記信号検知回路によって検知された前記第２の信号に基づいて判断することによって、前記タッチ入力が受信されたか否かを判断するように構成される、請求項１に記載の触覚対応ユーザーインターフェースデバイス。
【請求項３】
前記制御ユニットは、前記検知モードにおいて、前記１つ以上のスイッチに、前記信号生成回路を前記少なくとも１つのキャパシタから電気的に接続解除させるように構成される、請求項２に記載の触覚対応ユーザーインターフェースデバイス。
【請求項４】
前記制御ユニットは、前記作動モードにおいて、前記信号検知回路を前記少なくとも１つのキャパシタの前記一対の電極の双方の電極から電気的に接続解除するように構成され、前記検知モードにおいて、前記信号生成回路を前記少なくとも１つのキャパシタの前記一対の電極の双方の電極から電気的に接続解除するように更に構成される、請求項３に記載の触覚対応ユーザーインターフェースデバイス。
【請求項５】
前記制御ユニットは、前記少なくとも１つのキャパシタの前記キャパシタンスの変化があったとの判断に応答して、圧力ベースのタッチ入力が前記ユーザー入力構成要素において受信されたと判断するように構成される、請求項２に記載の触覚対応ユーザーインターフェースデバイス。
【請求項６】
前記制御ユニットは、前記少なくとも１つのキャパシタの前記キャパシタンスの変化を検出したことに応答して、前記触覚対応ユーザーインターフェースデバイスの前記ユーザー入力構成要素への物体の非接触近接が検出されたと判断するように構成され、前記圧力ベースのタッチ入力は、前記キャパシタンスの変化が、前記測定又は規定されたベースラインキャパシタンスを基準とした第１の規定範囲内にあることに関連付けられ、前記物体の非接触近接は、前記キャパシタンスの変化が、前記測定又は規定されたベースラインキャパシタンスを基準とした第２の規定範囲内にあることに関連付けられている、請求項５に記載の触覚対応ユーザーインターフェースデバイス。
【請求項７】
前記駆動信号は、５００Ｖ〜１０ｋＶの範囲にある振幅と、１０Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲にある周波数とを有する、請求項１に記載の触覚対応ユーザーインターフェースデバイス。
【請求項８】
前記エラストマー材料は、ショア００−１０〜ショアＡ−５０の範囲にあるデュロメーター硬度を有するポリマーであり、前記一対の電極の各電極は、伸張可能な導電材料から形成される、請求項１に記載の触覚対応ユーザーインターフェースデバイス。
【請求項９】
前記エラストマー層の前記エラストマー材料は、ポリイソプレン、イソブチレン、イソプレン、ポリブタジエン、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、ポリアクリルゴム、又はシリコーンゴムのうちの少なくとも１つを含み、前記伸張可能な導電材料は、グラフェンを含む、請求項９に記載の触覚対応ユーザーインターフェースデバイス。
【請求項１０】
前記ユーザー入力構成要素はボタンである、請求項１に記載の触覚対応ユーザーインターフェースデバイス。
【請求項１１】
前記触覚対応ユーザーインターフェースデバイスはウェアラブルデバイスである、請求項１に記載の触覚対応ユーザーインターフェースデバイス。
【請求項１２】
前記エラストマーサスペンションの前記少なくとも１つのキャパシタは、複数のそれぞれのキャパシタを形成する複数のスタックを備え、前記信号検知回路は、前記複数のキャパシタからそれぞれの信号を受信するように構成され、前記それぞれの信号に基づいて、前記ユーザー入力構成要素の表面上の前記タッチ入力のロケーションベースの情報を求めるように構成される、請求項１に記載の触覚対応ユーザーインターフェースデバイス。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのスタックは、０．２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にある厚さを有する、請求項１に記載の触覚対応ユーザーインターフェースデバイス。
【請求項１４】
前記エラストマーサスペンションは、５００Ｈｚ未満の共振周波数を有する、請求項１に記載の触覚対応ユーザーインターフェースデバイス。
【請求項１５】
前記エラストマーサスペンションは、前記ユーザー入力構成要素と前記基部との間に封止を形成する、請求項１に記載の触覚対応ユーザーインターフェースデバイス。
【請求項１６】
前記エラストマーサスペンションは、前記一対の電極の少なくとも一方と接触したセラミック圧電材料の圧電層を更に備え、前記駆動信号は、前記圧電層を振動させる、請求項１に記載の触覚対応ユーザーインターフェースデバイス。
【請求項１７】
触覚対応ユーザーインターフェースデバイスであって、
ユーザー入力構成要素と、
前記ユーザー入力構成要素を支持する基部と、
前記ユーザー入力構成要素が前記基部と直接接触しないように、前記基部上に前記ユーザー入力構成要素を懸架するエラストマーサスペンションであって、該エラストマーサスペンションは、圧電材料の圧電層と、前記圧電材料の両側部にある一対の電極と、該一対の電極のうちの少なくとも一方と接触するエラストマー材料のエラストマー層とを備える少なくとも１つのスタックによって形成される、エラストマーサスペンションと、
信号生成回路と、
信号検知回路と、
前記一対の電極のうちの少なくとも第１の電極又は第２の電極に対して前記信号検知回路及び前記信号生成回路を電気的に接続及び接続解除するように構成された１つ以上のスイッチと、
前記信号生成回路、前記信号検知回路、及び前記１つ以上のスイッチと通信する制御ユニットと、
を備え、
前記制御ユニットは、
作動モードにおいて、前記１つ以上のスイッチに、前記信号生成回路を前記第１の電極又は前記第２の電極のうちの少なくとも一方に電気的に接続させるとともに、前記１つ以上のスイッチに、前記信号検知回路を前記第１の電極又は前記第２の電極のうちの前記少なくとも一方から電気的に接続解除させ、前記信号生成回路に、第１の信号を、前記圧電層を振動させる駆動信号として生成させることと、
検知モードにおいて、前記１つ以上のスイッチに、前記信号検知回路を前記第１の電極又は前記第２の電極のうちの前記少なくとも一方に電気的に接続させ、ユーザー入力が前記触覚対応ユーザーインターフェースデバイスによって受信されたか否かを、前記圧電層の変形によって引き起こされて前記信号検知回路によって検知される第２の信号に基づいて判断することと、
を行うように構成される、触覚対応ユーザーインターフェースデバイス。
【請求項１８】
前記制御ユニットは、前記作動モードにおいて、前記１つ以上のスイッチに、前記信号検知回路を前記第１の電極及び前記第２の電極の双方から電気的に接続解除させるように構成され、前記検知モードにおいて、前記信号生成回路を前記第１の電極及び前記第２の電極の双方から電気的に接続解除させるように構成される、請求項１７に記載の触覚対応ユーザーインターフェースデバイス。
【請求項１９】
第３の電極を更に備え、前記エラストマー層は、前記第２の電極と該第３の電極との間に配置され、
前記制御ユニットは、前記作動モードにおいて、前記１つ以上のスイッチに、前記信号生成回路を前記第１の電極及び前記第３の電極の双方に電気的に接続させるとともに前記信号検知回路を前記第１の電極及び前記第３の電極の双方から電気的に接続解除させるように構成され、
前記制御ユニットは、前記検知モードにおいて、前記１つ以上のスイッチに、前記信号検知回路を前記第１の電極及び前記第３の電極の双方に電気的に接続させるとともに前記信号生成回路を前記第１の電極及び前記第３の電極の双方から電気的に接続解除させるように構成され、
前記第２の電極は電気的に接地されている、請求項１７に記載の触覚対応ユーザーインターフェースデバイス。
【請求項２０】
前記セラミック圧電材料は、１００ＧＰａ〜３００ＧＰａの範囲にあるヤング率を有し、前記駆動信号は、１Ｖ〜５０Ｖの範囲にある振幅を有し、前記エラストマー材料は、１０ＭＰａ〜１００ＭＰａの範囲にあるヤング率を有するポリマーである、請求項１７に記載の触覚対応ユーザーインターフェースデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動機能及び検知機能を有するエラストマーサスペンションに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。幾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、実際の環境、擬態された環境若しくは仮想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。そのようなシステムは、実際の環境、擬態された環境又は仮想環境におけるユーザーインターフェース、ゲーミング、自動車、民生用電子機器及び他のユーザーインターフェースにおいて用途を有することができる。
【発明の概要】
【０００３】
本発明における実施の形態の１つの態様は、ユーザー入力構成要素と、ユーザー入力構成要素を支持する基部と、エラストマーサスペンションと、信号生成回路と、信号検知回路と、１つ以上のスイッチと、制御ユニットとを備える触覚対応ユーザーインターフェースデバイスに関する。エラストマーサスペンションは、ユーザー入力構成要素が基部と直接接触しないように、基部上にユーザー入力構成要素を懸架するためのものである。エラストマーサスペンションは、エラストマー材料のエラストマー層を備えるとともにエラストマー層の両側部に一対の電極を備える少なくとも１つのスタックによって形成され、少なくとも１つのスタックは、少なくとも１つのキャパシタを形成する。１つ以上のスイッチは、信号検知回路及び信号生成回路を、少なくとも１つのキャパシタに対して電気的に接続及び接続解除するように構成される。制御ユニットは、信号生成回路、信号検知回路、及び１つ以上のスイッチと通信する。制御ユニットは、作動モードにおいて、１つ以上のスイッチに、信号生成回路を少なくとも１つのキャパシタに電気的に接続させるとともに信号検知回路を少なくとも１つのキャパシタから電気的に接続解除させ、信号生成回路に、第１の信号を駆動信号として少なくとも１つのキャパシタに印加させるように構成され、駆動信号は、触覚効果を生成するように、一対の電極を互いに向けて相対的に移動させる。制御ユニットは、検知モードにおいて、１つ以上のスイッチに、信号検知回路を少なくとも１つのキャパシタに電気的に接続させ、タッチ入力が触覚対応ユーザーインターフェースデバイスのユーザー入力構成要素によって受信されたか否かを、信号検知回路によって検知された第２の信号に基づいて判断するように更に構成される。
【０００４】
一実施の形態では、制御ユニットは、検知モードにおいて、少なくとも１つのキャパシタのキャパシタンスが規定又は測定されたベースラインキャパシタンスから少なくとも規定閾値だけ変化したか否かを、信号検知回路によって検知された第２の信号に基づいて判断することによって、タッチ入力が受信されたか否かを判断するように構成される。
【０００５】
一実施の形態では、制御ユニットは、検知モードにおいて、１つ以上のスイッチに、信号生成回路を少なくとも１つのキャパシタから電気的に接続解除させるように構成される。
【０００６】
一実施の形態では、制御ユニットは、作動モードにおいて、信号検知回路を少なくとも１つのキャパシタの一対の電極の双方の電極から電気的に接続解除するように構成され、検知モードにおいて、信号生成回路を少なくとも１つのキャパシタの一対の電極の双方の電極から電気的に接続解除するように更に構成される。
【０００７】
一実施の形態では、制御ユニットは、少なくとも１つのキャパシタのキャパシタンスの変化があったとの判断に応答して、圧力ベースのタッチ入力がユーザー入力構成要素において受信されたと判断するように構成される。
【０００８】
一実施の形態では、制御ユニットは、少なくとも１つのキャパシタのキャパシタンスの変化を検出したことに応答して、触覚対応ユーザーインターフェースデバイスのユーザー入力構成要素への物体の非接触近接が検出されたと判断するように構成される。この実施の形態では、圧力ベースのタッチ入力は、キャパシタンスの変化が、測定又は規定されたベースラインキャパシタンスを基準とした第１の規定範囲内にあることに関連付けられ、物体の非接触近接は、キャパシタンスの変化が、測定又は規定されたベースラインキャパシタンスを基準とした第２の規定範囲内にあることに関連付けられている。
【０００９】
一実施の形態では、駆動信号は、５００Ｖ〜１０ｋＶの範囲にある振幅と、１０Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲にある周波数とを有する。
【００１０】
一実施の形態では、エラストマー材料は、ショア００−１０〜ショアＡ−５０の範囲にあるデュロメーター硬度を有するポリマーであり、一対の電極の各電極は、伸張可能な導電材料から形成される。
【００１１】
一実施の形態では、エラストマー層のエラストマー材料は、ポリイソプレン、イソブチレン、イソプレン、ポリブタジエン、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、ポリアクリルゴム、又はシリコーンゴムのうちの少なくとも１つを含み、伸張可能な導電材料は、グラフェンを含む。
【００１２】
一実施の形態では、ユーザー入力構成要素はボタンである。
【００１３】
一実施の形態では、触覚対応ユーザーインターフェースデバイスはウェアラブルデバイスである。
【００１４】
一実施の形態では、エラストマーサスペンションの少なくとも１つのキャパシタは、複数のそれぞれのキャパシタを形成する複数のスタックを備え、信号検知回路は、複数のキャパシタからそれぞれの信号を受信するように構成され、それぞれの信号に基づいて、ユーザー入力構成要素の表面上のタッチ入力のロケーションベースの情報を求めるように構成される。
【００１５】
一実施の形態では、少なくとも１つのスタックは、０．２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にある厚さを有する。
【００１６】
一実施の形態では、エラストマーサスペンションは、５００Ｈｚ未満の共振周波数を有する。
【００１７】
一実施の形態では、エラストマーサスペンションは、ユーザー入力構成要素と基部との間に封止を形成する。
【００１８】
一実施の形態では、エラストマーサスペンションは、一対の電極の少なくとも一方と接触したセラミック圧電材料の圧電層を更に備え、駆動信号は、圧電層を振動させる。
【００１９】
本発明における実施の形態の１つの態様は、ユーザー入力構成要素と、ユーザー入力構成要素を支持する基部と、エラストマーサスペンションと、信号生成回路と、信号検知回路と、１つ以上のスイッチと、制御ユニットとを備える触覚対応ユーザーインターフェースデバイスに関する。エラストマーサスペンションは、ユーザー入力構成要素が基部と直接接触しないように、基部上にユーザー入力構成要素を懸架するためのものである。エラストマーサスペンションは、圧電材料の圧電層と、圧電材料の両側部にある一対の電極と、一対の電極のうちの少なくとも一方と接触するエラストマー材料のエラストマー層とを備える少なくとも１つのスタックによって形成される。１つ以上のスイッチは、一対の電極のうちの少なくとも第１の電極又は第２の電極に対して信号検知回路及び信号生成回路を電気的に接続及び接続解除するように構成される。信号生成回路、信号検知回路、及び１つ以上のスイッチと通信する制御ユニット。制御ユニットは、作動モードにおいて、１つ以上のスイッチに、信号生成回路を第１の電極又は第２の電極のうちの少なくとも一方に電気的に接続させるとともに、１つ以上のスイッチに、信号検知回路を第１の電極又は第２の電極のうちの少なくとも一方から電気的に接続解除させ、信号生成回路に、第１の信号を、圧電層を振動させる駆動信号として生成させるように構成される。制御ユニットは、検知モードにおいて、１つ以上のスイッチに、信号検知回路を第１の電極又は第２の電極のうちの少なくとも一方に電気的に接続させ、ユーザー入力が触覚対応ユーザーインターフェースデバイスによって受信されたか否かを、圧電層の変形によって引き起こされて信号検知回路によって検知される第２の信号に基づいて判断するように更に構成される。
【００２０】
一実施の形態では、制御ユニットは、作動モードにおいて、１つ以上のスイッチに、信号検知回路を第１の電極及び第２の電極の双方から電気的に接続解除させるように構成され、検知モードにおいて、信号生成回路を第１の電極及び第２の電極の双方から電気的に接続解除させるように構成される。
【００２１】
一実施の形態では、触覚対応ユーザーインターフェースデバイスは、第３の電極を更に備え、エラストマー層は、第２の電極と第３の電極との間に配置される。この実施の形態では、制御ユニットは、作動モードにおいて、１つ以上のスイッチに、信号生成回路を第１の電極及び第３の電極の双方に電気的に接続させるとともに信号検知回路を第１の電極及び第３の電極の双方から電気的に接続解除させるように構成される。制御ユニットは、検知モードにおいて、１つ以上のスイッチに、信号検知回路を第１の電極及び第３の電極の双方に電気的に接続させるとともに信号生成回路を第１の電極及び第３の電極の双方から電気的に接続解除させるように更に構成される。この実施の形態では、第２の電極は電気的に接地される。
【００２２】
一実施の形態では、セラミック圧電材料は、１００ＧＰａ〜３００ＧＰａの範囲にあるヤング率を有し、駆動信号は、１Ｖ〜５０Ｖの範囲にある振幅を有し、エラストマー材料は、１０ＭＰａ〜１００ＭＰａの範囲にあるヤング率を有するポリマーである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】本発明の実施形態によるエラストマーサスペンションを有する触覚対応ユーザーインターフェースを示す図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態によるエラストマーサスペンションを有する触覚対応ユーザーインターフェースを示す図である。
【図１Ｃ】本発明の実施形態によるエラストマーサスペンションを有する触覚対応ユーザーインターフェースを示す図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態によるエラストマーサスペンションを示す図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態によるエラストマーサスペンションを示す図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態によるエラストマーサスペンションを示す図である。
【図２Ｄ】本発明の一実施形態によるエラストマーサスペンションを示す図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態による、１つ以上のスイッチ、信号生成回路、及び信号検知回路の様々な構成を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態による、１つ以上のスイッチ、信号生成回路、及び信号検知回路の様々な構成を示す図である。
【図３Ｃ】本発明の実施形態による、１つ以上のスイッチ、信号生成回路、及び信号検知回路の様々な構成を示す図である。
【図３Ｄ】本発明の実施形態による、１つ以上のスイッチ、信号生成回路、及び信号検知回路の様々な構成を示す図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による信号検知回路の様々な実施形態を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による信号検知回路の様々な実施形態を示す図である。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態による信号検知回路の様々な実施形態を示す図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態によるエラストマーサスペンションを示す図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態によるエラストマーサスペンションを示す図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態による、圧電材料及びエラストマー材料を組み合わせたエラストマーサスペンションを示す図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態による、圧電材料及びエラストマー材料を組み合わせたエラストマーサスペンションを示す図である。
【図７Ａ】本発明の実施形態による、１つ以上のスイッチ、信号生成回路、及び信号検知回路の様々な構成を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の実施形態による、１つ以上のスイッチ、信号生成回路、及び信号検知回路の様々な構成を示す図である。
【図７Ｃ】本発明の実施形態による、１つ以上のスイッチ、信号生成回路、及び信号検知回路の様々な構成を示す図である。
【図７Ｄ】本発明の実施形態による、１つ以上のスイッチ、信号生成回路、及び信号検知回路の様々な構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
本発明の実施形態は、サスペンション（suspension：懸架）機能、触覚作動機能、及び検知機能を提供することができるエラストマーサスペンションに関する。一実施形態では、このエラストマーサスペンションは、モバイルフォン、ラップトップ、又はタブレットコンピューター等のユーザーインターフェースデバイスの一部とすることができる。サスペンション機能は、第１の部分、より具体的にはユーザーインターフェースデバイスの懸架される部分を、第２の部分、より具体的にはユーザーインターフェースデバイスの基部部分上に懸架することと、ユーザーインターフェースデバイスの基部部分をユーザーインターフェースデバイスの懸架される部分から離隔することとを伴うことができる。サスペンション機能は、離隔機能を提供するように十分柔軟なエラストマー材料によって提供することができる。一実施形態では、懸架されるユーザーインターフェースデバイスの第１の部分は、タッチ画面等のユーザー入力構成要素とすることができる。エラストマー材料の柔軟さによって、ユーザーがユーザー入力構成要素を押圧すると、エラストマーサスペンションが変形することを可能にすることができる。そのような変形は、ボタンクリックの感触又は機械式ユーザー入力デバイスに関連した他の感触を提供することができる。
【００２７】
一実施形態では、エラストマーサスペンションの触覚作動機能は、誘電材料をエラストマーサスペンションのエラストマー材料として利用して、２つの電極間にこの誘電エラストマー材料を配置することによって提供することができる。これらの誘電エラストマー材料及び２つの電極は、キャパシタを形成することができる。駆動信号が２つの電極のうちの少なくとも一方に印加されると、２つの電極間に引力を生み出すことができ、この引力は、エラストマー材料を圧搾することができる。エラストマー材料は、２つの電極間の引力によって変形されるように十分柔軟なものとすることができる。したがって、エラストマーサスペンションによって形成されたキャパシタは、電気入力（例えば、駆動信号）を機械的な出力（例えば、２つの電極間の相対的な動き）に変換することによって触覚作動機能を提供することができる。例えば、駆動信号は、エラストマーサスペンションを用いて振動触知性触覚効果を生成するように、エラストマー材料を変形した状態と変形していない状態との間で発振させることができ、電極を互いへの移動とそれらの当初位置への復帰との間で発振させることができる。
【００２８】
一実施形態では、エラストマーサスペンションによって提供される検知機能は、ユーザーがユーザー入力構成要素を押圧すること等のタッチ入力を検知するのに用いることができる。エラストマーサスペンションのエラストマー材料は、圧力ベースのタッチ入力と呼ばれる場合があるそのようなタッチ入力の圧力によって変形するように十分柔軟なものとすることができる。一実施形態では、エラストマー材料の変形は、エラストマー材料が機械的な入力を変形から電気出力（例えば、電圧、電流、又は他の電気信号）に変換する信号を生成することができる。そのような実施形態では、圧力ベースのタッチ入力は、エラストマーサスペンションのエラストマー材料によって生成される電気信号を検出することによって検出することができる。一実施形態では、変形によって、エラストマーサスペンションによって形成されるキャパシタのキャパシタンスを変化させることができる。そのような実施形態では、圧力ベースのタッチ入力は、エラストマー材料の変形によって引き起こされるエラストマーサスペンションにおけるキャパシタンスの変化を検出することによって検出することができる。ボタン又は他のユーザー入力構成要素のクリック等の圧力ベースのタッチ入力は、ユーザー入力構成要素が懸架されるエラストマーサスペンションのキャパシタンスの変化の少なくとも閾値量に関連付けることができる。一実施形態では、エラストマー材料を変形させるだけの十分な圧力を作用させないタッチ入力であっても、圧力ベースのタッチ入力と比較して小さな度合いであるが、サスペンションのキャパシタンスを変化させることができる。一実施形態では、ユーザー入力構成要素への非接触ユーザー近接と呼ばれる場合がある、ユーザー入力構成要素との接触を伴わないユーザー近接も、圧力ベースのタッチ入力と比較して小さな度合いであるが、エラストマーサスペンションに対してキャパシタンスの変化を引き起こすことができる。
【００２９】
一実施形態では、エラストマーサスペンションは、触覚作動機能を提供するための使用と検知機能を提供するための使用とを交互に行うことができる。触覚作動機能は、信号生成回路を用いることができる一方、触覚検知機能は、信号検知回路を用いることができる。エラストマーサスペンションが検知機能を提供するのに用いられているとき、１つ以上のスイッチが、エラストマーサスペンションを信号検知回路に電気的に接続することができる。より具体的には、１つ以上のスイッチは、エラストマーサスペンション内の電極を信号検知回路に電気的に接続することができる。幾つかの場合には、１つ以上のスイッチは、更に、エラストマーサスペンション内の電極を信号生成回路から電気的に接続解除することができる。エラストマーサスペンションが触覚作動機能を提供するのに用いられているとき、１つ以上のスイッチは、信号生成回路をエラストマーサスペンションの電極に電気的に接続することができるとともに、エラストマーサスペンションの電極を信号検知回路から電気的に接続解除することができる。信号検知回路は、触覚作動機能に用いられる何らかの強い駆動信号が、信号検知回路に到達して当該検知回路を損傷しないように接続解除される。
【００３０】
一実施形態では、エラストマーサスペンションは、圧電材料とエラストマー材料とを組み合わせることができる。幾つかの場合には、圧電材料は、触覚作動機能及び／又は検知機能を提供することができるセラミック圧電材料とすることができる。そのような実施形態は、触覚作動機能及び検知機能の一部について、引き続きエラストマー材料に依拠することもできるし、そのような機能について代わりにセラミック圧電材料のみに依拠することもできる。幾つかの場合には、セラミック圧電材料は、エラストマー材料及び電極によって形成されるキャパシタを用いて生成される動きと比べて、より大きな量の動きを生成可能とすることができる。一方、セラミック圧電材料だけでは、ユーザー入力構成要素のサスペンションとして機能するには、硬質すぎるか又は堅くて脆すぎる場合がある。例えば、セラミック圧電材料は、ユーザーがユーザー入力構成要素を押圧したことに応答して変形することができない場合があり、基部をユーザー入力構成要素から離隔することができない場合がある。したがって、セラミック圧電材料をエラストマー材料と組み合わせることによって、触覚作動機能及び／又は検知機能の提供にセラミック圧電材料を利用することができるとともに、サスペンション機能の提供にエラストマー材料を利用することができるエラストマーサスペンションを形成することができる。
【００３１】
図１Ａは、ユーザー入力構成要素１０４と、ユーザー入力構成要素１０４を支持する基部１０２と、ユーザー入力構成要素１０４が基部１０２に直接触れることも、別の方法で接触することもないように、基部１０２上にユーザー入力構成要素１０４を懸架するエラストマーサスペンション１０６とを備える触覚対応ユーザーインターフェースデバイス１００の一例を示している。
【００３２】
一実施形態では、触覚対応ユーザーインターフェースデバイス１００は、モバイルフォン、ウェアラブルデバイス、ゲームコントローラー、ラップトップコンピューター若しくはタブレットコンピューター、又は他の任意のユーザーインターフェースデバイスとすることができる。例えば、図１Ｂは、モバイルフォンである触覚対応ユーザーインターフェースデバイス２００の一実施形態を示している。より具体的には、触覚対応ユーザーインターフェースデバイス２００は、触覚対応ユーザーインターフェースデバイス２００の様々な構成要素を支持する基板を提供する基部２０２を備える。例えば、基部２０２は、デバイス２００のハウジングの一部を形成するベゼル構成要素２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃを支持することができるとともに、第１のユーザー入力構成要素２０４ａ及び第２のユーザー入力構成要素２０４ｂも支持することができる。一実施形態では、基部２０２は、触覚対応ユーザーインターフェースデバイス２００のハウジングの少なくとも一部を形成することができ、金属、プラスチック、ガラス、又はそれらの組み合わせ等の材料から形成することができる。図１Ｂの実施形態では、第１のユーザー入力構成要素２０４ａはボタン（例えば、ホームボタン）とすることができる一方、第２のユーザー入力構成要素２０４ｂはタッチ画面とすることができる。触覚対応ユーザーインターフェースデバイス２００は、基部２０２上に第１のユーザー入力構成要素２０４ａを懸架する第１のエラストマーサスペンション２０６ａを備え、基部２０２上に第２のユーザー入力構成要素２０４ｂを懸架する第２のエラストマーサスペンション２０６ｂを更に備える。一実施形態では、第１のエラストマーサスペンション２０６ａ及び第２のエラストマーサスペンション２０６ｂは、それぞれのユーザー入力構成要素２０４ａ、２０４ｂが、基部２０２に対して、例えば下向き方向に押圧されると、機械的なクリックの感触を提供することができる。したがって、第１のエラストマーサスペンション２０６ａ及び第２のエラストマーサスペンション２０６ｂは、それらのそれぞれのユーザー入力構成要素２０４ａ、２０４ｂが、クリックすることができる機械式ボタンとして機能することを可能にすることができる。
【００３３】
一実施形態では、タッチ画面である第２のユーザー入力構成要素２０４ｂは、容量性タッチセンシング及び／又は抵抗性タッチセンシングを行うのに用いられる導電線グリッド（図示せず）も備えることができる。この導電線グリッドは、例えば、タッチ入力のロケーションの検出、より具体的には、タッチベースの入力ジェスチャーの認識に用いることができる。導電線グリッドは、タッチセンシングを行うために、第２のユーザー入力構成要素２０４ｂの第１の表面、例えば、上側表面に配置することができる。例えば、導電線グリッドは、第２のユーザー入力構成要素内における第１の表面の真下に配置することができる。他方、エラストマーサスペンション２０６ｂは、第２のユーザー入力構成要素２０４ｂと基部２０２との間でサスペンションとして機能するように、反対側の第２の表面、より具体的には、第２のユーザー入力構成要素２０４ｂの下側表面に配置することができる。
【００３４】
一実施形態では、触覚対応ユーザーインターフェースデバイス２００は、封止材料を備えることができる。この封止材料は、第１のエラストマーサスペンション２０６ａ及び第２のエラストマーサスペンション２０６ｂから分離しているとともに、第１のユーザー入力構成要素２０４ａと基部２０２との間の封止と、第２のユーザー入力構成要素２０４ｂと基部２０２との間の封止とを形成する。別の実施形態では、例えば、図５Ａに関して以下でより詳細に論述するように、第１のエラストマーサスペンション２０６ａ及び／又は第２のエラストマーサスペンション２０６ｂは、それら自体で、それらのそれぞれのユーザー入力構成要素２０４ａ、２０４ｂと基部２０２との間の封止を提供することができる。
【００３５】
図１Ｃは、電子ウォッチ等のウェアラブルデバイスである触覚対応ユーザーインターフェースデバイス３００の一例を示している。触覚対応ユーザーインターフェースデバイス３００は、タッチ画面であるユーザー入力構成要素３０４と、ユーザー入力構成要素３０４を支持する基部３０２とを備える。一実施形態では、基部３０２及びユーザー入力構成要素３０４は、触覚対応ユーザーインターフェースデバイス３００のハウジングの少なくとも一部分を形成することができる。触覚対応ユーザーインターフェースデバイス３００は、ユーザー入力構成要素３０４が基部３０２に直接触れないように、基部３０２上にユーザー入力構成要素３０４を懸架するエラストマーサスペンション３０６を更に備えることができる。エラストマーサスペンション３０６は、ユーザーがユーザー入力構成要素３０４を押圧すると変形することができ、したがって、機械的なクリックの感触を提供することができる。その結果、エラストマーサスペンション３０６は、ユーザー入力構成要素３０４がタッチ画面だけでなく、クリックすることができる機械式ボタンとしても機能することを可能にすることができる。
【００３６】
図２Ａは、本発明の一実施形態によるエラストマーサスペンション１０６の分解組立図を示している。より具体的には、図２Ａは、触覚対応デバイス１００と、ユーザー入力構成要素１０４と基部１０２との間のエラストマーサスペンション１０６との分解斜視図を提供している。図２Ａの実施形態では、エラストマーサスペンション１０６は、４つのスタック１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄによって形成される。これらのスタックのそれぞれは、エラストマー材料と、このエラストマー材料の両側部にある一対の電極とを備える。これらのスタックのそれぞれは、キャパシタを形成することができる。より具体的には、図２Ｂは、触覚対応ユーザーインターフェースデバイス１００と、エラストマーサスペンション１０６の第１のスタック１１０ａ及び第２のスタック１１０ｂとの側面図を提供している。図２Ｂに示すように、第１のスタック１１０ａは、エラストマー層１１２ａ又はエラストマー材料のパッチとも呼ばれる場合があるエラストマー材料の層１１２ａを備える。第１のスタック１１０ａは、エラストマー層１１２ａの両側部に２つの電極１１４ａ、１１６ａも備える。第２のスタック１１０ｂは、エラストマー材料の層１１２ｂ、すなわちエラストマー層１１２ｂと、エラストマー材料のエラストマー層１１２ｂの両側部にある２つの電極１１４ｂ、１１６ｂとを備える。第１のスタック１１０ａは第１のキャパシタを形成することができ、第２のスタック１１０ｂは第２のキャパシタを形成することができる。一実施形態では、スタック１１０ａ〜１１０ｄのそれぞれは、誘電エラストマー材料等のエラストマー材料の層及び一対の電極と、エラストマー材料を電極に接合するのに用いられる任意の接着剤とのみを備える。
【００３７】
一実施形態では、エラストマー層１１２ａ、１１２ｂのエラストマー材料は、基部１０２をユーザー入力構成要素１０４から離隔するサスペンションを提供するように十分柔軟なものとすることができ、及び／又は、ユーザーがユーザー入力構成要素１０４においてボタンクリックを行うか、若しくは、ユーザー入力構成要素１０４を別の方法で押圧すると変形するように十分柔軟なものとすることができる。例えば、エラストマー材料は、１０ＭＰａ〜１００ＭＰａの範囲、又は５ＭＰａ〜５０ＭＰａの範囲、又は１ＭＰａ〜８０ＭＰａの範囲にあるヤング率を有するポリマーとすることができる。一実施形態では、変形していない状態にあるエラストマー材料は、ショア００−１０〜ショアＡ−５０の範囲にあるデュロメーター硬度を有することができる。一実施形態では、エラストマー材料は、ポリイソプレン、イソブチレン、イソプレン、ポリブタジエン、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、ポリアクリルゴム、又はシリコーンゴムのうちの少なくとも１つを含む。一実施形態では、エラストマー材料のうちの１つ以上は、別の軸に沿って、例えば厚さ寸法に沿って、圧力ベースのタッチ入力を介して圧縮されている場合、１つの軸に沿って、例えば長さ寸法又は幅寸法に沿って、外方に伸張することができる。一実施形態では、エラストマー材料は、１０〜１００又は１０〜２００の比誘電率を有することができる。
【００３８】
一実施形態では、電極（例えば、１１４ａ、１１６ａ、１１４ｂ、１１６ｂ）は、それぞれのエラストマー層、例えば、エラストマー層１１２ａ、１１２ｂに接着剤を介して接合することができる。一実施形態では、電極１１４ａ、１１６ａ及び電極１１４ｂ、１１６ｂは、例えば、これらの電極のそれぞれの少なくとも長さ及び／又は幅に沿って伸張可能な導電材料から形成することができる。そのような伸張可能な材料によって、電極１１４ａ、１１６ａ、１１４ｂ、１１６ｂが、エラストマー層１１２ａ及び／又はエラストマー層１１２ｂの長さ及び／又は幅に沿って、エラストマー層１１２ａ及び／又はエラストマー層１１２ｂとともに伸張又は収縮することを可能にすることができる。一実施形態では、伸張可能な導電材料は、グラフェン、金属フィルム、及び／又はカーボンナノチューブを含むことができる。
【００３９】
一実施形態では、スタック１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄのそれぞれは、同じ構造、例えば、同じ数の層、同じ寸法、又はそれらの組み合わせを有することができる。一実施形態では、エラストマーサスペンション１０６を形成するスタック１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄは、異なる構造を有することができる。例えば、スタック１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄは、異なる表面積を有することができる。一実施形態では、エラストマー層１１２ａ、１１２ｂのそれぞれは、例えば、０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にある厚さを有することができる。一実施形態では、電極１１４ａ、１１６ａ、１１４ｂ、１１６ｂのそれぞれは、１００ｎｍ〜１μｍの範囲にある厚さを有することができる。したがって、一実施形態では、スタック１１０ａ〜１１０ｄの各スタックは、０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にある厚さを有することができる。層１１２ａ、１１２ｂ及び電極１１４ａ、１１６ａ、１１４ｂ、１１６ｂは、同じ表面積を有することもできるし、異なる表面積を有することもできる。一実施形態では、エラストマー層１１２ａ、１１２ｂ及び電極１１４ａ、１１６ａ、１１４ｂ、１１６ｂのそれぞれは、１６ｍｍ２〜１００ｍｍ２の範囲にある表面積を有することができる。上記厚さ及び表面積の値は、エラストマーサスペンション１０６のベースライン状態とも呼ばれる変形していない状態を指す。以下でより詳細に論述するように、エラストマーサスペンション１０６は、エラストマーサスペンション１０６が振動される作動機能を有することができる。幾つかの場合には、エラストマーサスペンション１０６は、このエラストマーサスペンション１０６を振動させるのに最適な共振周波数を有することができる。一実施形態では、この共振周波数は、１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの範囲又は１０Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲のものとすることができる。
【００４０】
図２Ａ及び図２Ｂは、エラストマー材料層を有する４つのスタックを備えるエラストマーサスペンション１０６の一実施形態を示しているが、エラストマーサスペンション１０６の他の実施形態は、異なる数のスタックを備えることができる。例えば、エラストマーサスペンション１０６の別の実施形態は、エラストマー材料の層と、このエラストマー材料層の両側部に配置された２つの電極とから形成される１つのスタックのみを備えることができる。そのような例では、スタックは、ユーザー入力構成要素１０４の中心と基部１０２との間に配置することができる。別の実施形態では、エラストマーサスペンションは、それぞれがエラストマー材料層を有する２つ、３つ、又は他の或る数のスタックを備えることができる。
【００４１】
一実施形態では、触覚対応ユーザーデバイス１００のエラストマーサスペンション１０６は、検知機能及び／又は作動機能を提供するために変形可能とすることができる。この変形は、エラストマーサスペンション１０６におけるエラストマー材料の変形を伴うことができる。例えば、図２Ｃ及び図２Ｄは、エラストマーサスペンション１０６のスタック１１０ａにおけるエラストマー層１１２ａの変形の一例を示している。図２Ｃは、圧力ベースのタッチ入力又は触覚作動を生成するのに用いられる駆動信号（以下で論述する）によって変形される前のスタックの形状を示している。この形状は、スタック１１０ａの当初形状又はベースライン形状と呼ばれる場合がある。図２Ｃにおいて、スタック１１０ａのベースライン形状は、スタック１１０ａの電極１１６ａ、１１４ａを分離するエラストマー層１１２ａのベースライン距離ｄｂａｓｅｌｉｎｅ若しくは当初距離ｄｏｒｉｇｉｎａｌ又は当初厚さｔｏｒｉｇｉｎａｌとも呼ばれるベースライン厚さｔｂａｓｅｌｉｎｅを有し、電極１１６ａ、１１４ａは、当初表面積とも呼ばれるベースライン表面積Ａを有する。図２Ｄは、圧力ベースのタッチ入力又は駆動信号によって変形された後のスタック１１０ａを示している。図２Ｄにおいて、エラストマー層１１２ａは、そのベースライン厚さｔｂａｓｅｌｉｎｅに対して低減した厚さｔｄｅｆｏｒｍｅｄに変形させておくことができる。一実施形態では、エラストマー層１１２ａの厚さが減少するので、エラストマー材料は、エラストマー層１１２ａが、変形された状態においてその長さ及び／又は幅に沿って径方向外方に伸張することを可能にすることができる。一実施形態では、上記で論述したように、電極１１６ａ、１１４ａは、エラストマー層１１２ａに接合することができ、その長さ及び／又は幅に沿って外方に同様に伸張されるように十分に伸張可能にすることができる。そのような実施形態では、スタック１１０ａの変形の結果、電極１１６ａ、１１４ａの表面積Ａを増加させることができる。
【００４２】
一実施形態では、触覚作動機能は、エラストマーサスペンション１０６の駆動信号を提供する信号生成回路を用いて容易にすることができる一方、検知機能は、エラストマーサスペンション１０６からの信号を検知する信号検知回路を用いて容易にすることができる。例えば、図３Ａは、信号生成回路１３０と、信号検知回路１５０と、制御ユニット１４０と、複数のスイッチ１６１、１６２とを有する触覚対応ユーザーインターフェースデバイス１００を示している。制御ユニット１４０は、第１のスタック１１０ａの電極１１４ａ、１１６ａを信号生成回路１３０に電気的に接続するとともに、電極１１４ａ、１１６ａを信号検知回路１５０から電気的に接続解除するようスイッチ１６１、１６２を制御するように構成することができる。制御ユニット１４０は、その後、第１のスタック１１０ａの電極１１４ａ、１１６ａを信号検知回路１５０に電気的に接続するとともに、電極１１４ａ、１１６ａを信号生成回路１３０から電気的に接続解除するようスイッチ１６１、１６２を制御するように更に構成することができる。スイッチ１６１、１６２の各スイッチは、例えば、リレースイッチ、トランジスタ若しくは他の半導体スイッチ、又は他の任意のタイプのスイッチとすることができる。
【００４３】
一実施形態では、制御ユニット１４０は、信号生成回路１３０とエラストマーサスペンション１０６のスタック１１０ａとを用いて触覚効果を生成する作動モードを有することができる。作動モードでは、図３Ａに示すように、制御ユニット１４０は、スイッチ１６１、１６２に、信号生成回路１３０をスタック１１０ａの電極１１４ａ、１１６ａに電気的に接続させるとともに、信号検知回路１５０を電極１１４ａ、１１６ａから電気的に接続解除させることができる。信号生成回路１３０からの強い駆動信号が、そのような強い駆動信号によって損傷を受ける場合がある信号検知回路１５０に到達しないように、信号検知回路１５０を接続解除することができる。スタック１１０ａの電極１１４ａ、１１６ａが、信号生成回路１３０に電気的に接続された後、制御ユニット１４０は、第１の信号をそれらの電極に印加するように信号生成回路１３０を更に制御することができる。この第１の信号は、エラストマーサスペンションの他のスタックの電極にも同時に印加することができる。代替的に、第１の信号は、第１のスタック１１０ａの電極１１４ａ、１１６ａのみに印加することができ、エラストマーサスペンション１０６の他の任意のスタックは、別のタイミングで信号生成回路１３０から異なる信号を受信することができる。信号は、差動モード又はシングルエンドモードにおいて印加することができる。例えば、図３Ａは、信号が差動モードにおいて印加されることを示している。この差動モードでは、信号は、電極１１６ａにおける電圧又は電流と電極１１４ａにおける電圧又は電流との間の差分、例えば、＋ｖと−ｖとの間の差分として印加される。別の例では、図３Ｄに示すように、信号は、シングルエンドモードにおいて印加することができる。このモードでは、信号生成回路１３０は、第１の信号を電極１１６ａにおける電圧又は電流として印加する。この信号は、電極１１４ａによって提供される接地電位を基準として規定されるという点でシングルエンドである。より具体的には、この場合における電極１１４ａは、信号生成回路１３０及び信号検知回路１５０の接地電位を規定する。
【００４４】
上記で論述したように、制御ユニット１４０は、触覚効果を生成する決定に応答して作動モードに入ることができる。一実施形態では、作動モードにおける制御ユニット１４０は、信号生成回路１３０に、駆動信号である第１の信号を、スタック１１０ａ、例えば図３Ａにおけるスタック１１０ａの電極１１４ａ、１１６ａに印加させることができる。例えば、駆動信号は、少なくとも５０Ｖ、少なくとも５００Ｖ、又は少なくとも１ｋＶの振幅を有する周期信号とすることができる。図３Ａにおいて、駆動信号は、少なくとも５０Ｖ、５００Ｖ、又は１ｋＶの振幅を有する周期波形が電極１１６ａ、１１４ａにおけるそれぞれの電圧（又は電流）間の差分に関係する差分信号とすることができる。駆動信号は、以下でより詳細に論述するように、一対の電極１１６ａ、１１４ａの間に静電引力を生成するために十分に高い振幅を有することを必要とする場合がある。
【００４５】
一実施形態では、制御ユニット１４０は、例えば、汎用プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＰＧＡ）、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）、又は他の任意のタイプの制御回路を含むことができる。一実施形態では、制御ユニット１４０は、デバイス１００のオペレーティングシステム及び／又は信号処理機能等の触覚対応ユーザーインターフェースデバイス１００の他の機能を実行するのに用いることもできる。一実施形態では、制御ユニット１４０は、エラストマーサスペンション１０６の作動機能及び検知機能を制御することに専用化することができる。
【００４６】
一実施形態では、作動モード用に信号生成回路１３０によって生成される駆動信号は、正弦波信号又は矩形波等の周期信号とすることができる。一実施形態では、駆動信号によって、エラストマーサスペンション１０６の１つ以上のスタック１１０ａ〜１１０ｄを振動させることができる。より具体的には、周期信号によって、１つ以上のスタックに、変形した状態（例えば、変形した形状）への移行と、ベースライン状態（例えば、ベースライン形状）への復帰とを交互に行わせることができ、そのような動きによって、１つ以上のスタックを振動させることができる。例えば、矩形波は、ゼロ振幅の期間によって分離された一連のパルスを含むことができる。矩形波のパルスが、電極１１６ａに印加されると、このパルスによって、電極１１６ａは、正味正電荷又は正味負電荷を有することができる。電極１１６ａにおける正味正電荷又は正味負電荷は、電極１１４ａに逆の電荷を誘発することができる。その結果、電極１１６ａ、１１４ａは、互いに引き付け合うことができる。駆動信号の振幅が十分に高い場合、引力は、エラストマー層１１２ａを変形させることによって電極１１４ａ、１１６ａを互いに近づけさせるのに十分なものとすることができる。換言すれば、電極１１４ａ、１１６ａ間の引力によって、図２Ｄに示すように、エラストマー層１１２ａを圧搾して、エラストマー層１１２ａの厚さを減少させることができる。エラストマー層１１２ａのそのような変形によって、電極１１４ａ、１１６ａを互いに近づけることも可能になる。上記のように、矩形波において、パルスの後にはゼロ振幅の期間が続くことができる。この期間において、エラストマーサスペンション１０６は、そのベースライン状態（例えば、そのベースライン形状）に復帰することができる。より具体的には、エラストマー層１１２ａは、変形を引き起こす力が除去された後、変形した状態から変形していない状態に復帰する弾力性のある材料（弾性材料とも呼ばれる）とすることができる。すなわち、パルスが終了すると、エラストマー層１１２ａを圧搾する引力はもはや存在せず、そのため、エラストマー層１１２ａは、図２Ｃに示すようなそのベースライン形状に弾性戻りを起こすことができる。エラストマー層１１２ａのそのベースライン形状へのこの回復によって、電極１１４ａ、１１６ａも互いに遠ざかり、ベースライン距離ｄｂａｓｅｌｉｎｅ（図２Ｃでは、ｔｂａｓｅｌｉｎｅとして示されている）によって分離され、図２Ｃのベースライン表面積Ａを有するそれらのそれぞれのベースライン位置に移動することができる。駆動信号が、一連のパルスを含む矩形波、又は、非ゼロ値とゼロ値との間で発振する正弦波信号のように周期的である場合、エラストマーサスペンション１０６のスタックは、ベースライン形状と変形した形状との間でこのように発振することができる。そのような発振によって、エラストマーサスペンション１０６は振動することができ、そのような振動は、ユーザー入力構成要素１０４及び／又は基部１０２に伝達され、振動触知性触覚効果を生成することができる。一実施形態では、制御ユニット１４０は、例えば、信号生成回路１３０が起動されると、信号生成回路１３０によって生成される信号のタイプ、例えば、矩形波、正弦波信号、鋸歯状信号、信号生成回路によって生成される信号の振幅、信号の周波数若しくは位相、信号のデューティーサイクル、又はそれらの任意の組み合わせを制御するように構成することができる。
【００４７】
一実施形態では、制御ユニット１４０は、当該制御ユニットが、ユーザー入力、例えば、圧力ベースのタッチ入力が触覚対応ユーザーインターフェースデバイス１００によって受信されたか否か、より具体的には、ユーザー入力がユーザー入力構成要素において受信されたか否かを、信号検知回路１５０によって検知された信号に基づいて判断する検知モードを有することができる。検知モードでは、制御ユニット１４０は、図３Ｂに示すように、スイッチ１６１、１６２に、信号検知回路１５０をスタック１１０ａの電極１１４ａ、１１６ａに電気的に接続させるように構成することができる。信号検知回路１５０は、エラストマーサスペンション１０６のスタックの全てに同時に電気的に接続することもできるし、エラストマーサスペンション１０６の異なるスタックに異なるタイミングで電気的に接続することもできる。例えば、信号検知回路１５０をエラストマーサスペンション１０６の異なるスタックに順次電気的に接続することができる。図３Ｂにおいて、信号検知回路１５０は、差動モードにある信号を検知するように構成することができる。換言すれば、信号検知回路１５０は、電極１１６ａ、１１４ａにおけるそれぞれの電圧（又は電流）間の差分として信号を検知することができる。別の実施形態では、図３Ｄに示すように、信号検知回路１５０は、信号が、電極のうちの一方、例えば１１４ａによって規定された接地電位を基準とするシングルエンドモードにある信号を検知するように構成することができる。
【００４８】
図３Ｂに戻って、一実施形態における検知モードは、圧力ベースのタッチ入力がユーザー入力構成要素１０４に印加されたことによる圧力Ｐを検知するのに用いることができる。ユーザーが圧力Ｐをユーザー入力構成要素１０４に印加すると、圧力Ｐの少なくとも一部を、図３Ｂに示すように、スタック１１０ａ及び／又はエラストマーサスペンション１０６の他のスタックに伝達することができる。圧力Ｐは、図２Ｄに示す変形と同様の形態で、エラストマーサスペンション１０６を変形させることができ、より具体的には、スタック１１０ａにおけるエラストマー層１１２ａ及び／又はサスペンション１０６の別のスタックにおけるエラストマー材料の層を変形させることができる。制御ユニット１４０は、検知モードにおいて、スタック１１０ａ及び信号検知回路１５０を用いてそのような変形を検出するように構成することができる。したがって、検知モードでは、制御ユニット１４０は、スイッチ１６１、１６２に、信号検知回路１５０をスタック１１０ａの電極１１４ａ、１１６ａに電気的に接続させることができる。
【００４９】
一実施形態では、圧力Ｐが、エラストマー層１１２ａのエラストマー材料を変形させると、このエラストマー材料は、信号を生成するように構成することができる。そのような実施形態では、エラストマー材料は、機械的な入力を電気出力に変換するように構成することができる。信号検知回路１５０は、エラストマー材料によって生成された信号を検知するように構成することができる。例えば、図４Ａは、信号検知回路１５０の一例を示している。この例では、信号検知回路１５０は、演算増幅器１５２と、複数の抵抗器Ｒ１〜Ｒ４とを備える。抵抗器Ｒ１〜Ｒ４が同じ抵抗を有する場合、出力電圧ｖｏは、ｖ２−ｖ１に等しいものとすることができる。ここで、ｖ２は電極１１６ａにおける電圧であり、ｖ１は電極１１４ａにおける電圧である。他の任意の回路トポロジー、例えばホイートストントポロジーを、図４Ａに示す回路トポロジーに加えて又はこれに代えて用いることができる。
【００５０】
一実施形態では、圧力ベースのタッチ入力等からの圧力Ｐが、エラストマー層１１２ａのエラストマー材料を変形させると、制御ユニット１４０は、それぞれのスタック１１０ａ〜１１０ｄによって形成されるキャパシタのうちのいずれかのキャパシタンスが変化したか否かを判断することによってこの変形を検出するように構成することができる。規定又は測定されたキャパシタンス、例えばベースラインキャパシタンスに対する、キャパシタのうちのいずれかのキャパシタンスの変化が規定閾値よりも大きい場合、制御ユニット１４０は、圧力ベースのタッチ入力が行われたものと判断することができる。上記で論述したように、エラストマー材料は、機械的な入力を電気出力に変換するように構成することができ、したがって、変形されたことに応答して電気信号を生成するように構成することができる。一方、別の実施形態では、エラストマー材料は、変形されたことに応答して電気信号を生成するように構成されない。そのような実施形態では、信号検知回路１５０は、その自身の信号を生成して、エラストマー材料のキャパシタンスの変化を検出するように構成することができる。例えば、図４Ｂは、信号生成回路１５４と、演算増幅器１５２と、抵抗器Ｒ１とを有する信号検知回路１５０の一例を示している。幾つかの場合には、信号生成回路１５４は信号生成回路１３０と異なる。そのような場合には、信号生成回路１３０は、検知モードにおいてスタック１１０ａの双方の電極１１４ａ、１１６ａから電気的に接続解除される。それ以外の場合には、信号生成回路１５４は、信号生成回路１３０と構成要素を共有することもできるし、信号生成回路１３０と同一とすることもできる。
【００５１】
図４Ｂに示す例では、信号検知回路１５０の出力電圧ｖｏは、ｖ１ｃｆｒとして計算することができる。ここで、ｖ１は、信号生成回路１５４によって生成される正弦波信号の振幅であり、ｆは、この正弦波信号の周波数であり、ｃは、スタック１１０ａによって形成されるキャパシタのキャパシタンスであり、ｒは、Ｒ１の抵抗である。一実施形態では、信号生成回路１５４は、ｖ１の振幅を０．１Ｖ〜５Ｖの範囲に制限するように構成することができる。制御ユニット１４０は、キャパシタンスをｃ＝ｖｏ／（ｖ１ｆｒ）として計算し、このキャパシタンスが少なくとも閾値量だけ変化したか否かを判断するように構成することができる。キャパシタンスが少なくとも閾値量だけ変化した場合、制御ユニット１４０は、圧力ベースのタッチ入力が受信されたと判断することができる。
【００５２】
一実施形態では、スタック１１０ａによって形成されるキャパシタのキャパシタンスは、電極１１６ａ、１１４ａの表面積Ａと、電極１１６ａ、１１４ａを隔てる距離ｄとに依存することができる。例えば、キャパシタンスは、Ａε／ｄに基づくことができる。ここで、εは、エラストマー層１１２ａの誘電率である。圧力ベースのタッチ入力によって、エラストマー層１１２ａの厚さを減少させることができ、これによって、電極１１６ａ、１１４ａを隔てる距離ｄを減少させ、及び／又は、電極１１６ａ、１１４ａの表面積Ａを増加させることができる。その結果、スタック１１０ａによって形成されるキャパシタのキャパシタンスを増加させることができる。キャパシタンスの増加は、例えば、図４Ｂにおけるｖ１とｖｏとの間の減衰量の減少に反映させることができる。一実施形態では、キャパシタンスの変化は、ｖｏとｖ１との間の位相シフトが少なくとも閾値量だけ変化したか否かを判断することによって検出することができる。別の実施形態では、キャパシタンスの変化は、電圧ランプアップ時間が少なくとも閾値量だけ変化したか否かを判断することによって検出することができる。ここで、電圧ランプアップ時間は、電圧が定常状態値の（１−１／ｅ）、すなわち６３％に達するのに要する時間を指すことができ、これはτ＝ｒ＊ｃに等しいとすることができる。一実施形態では、図４Ｂにおける回路は、ＡＣブリッジ、線形発振器、ダイオードポンプ、又は他の任意の検知回路等の他の任意の検知回路を用いて強化することもできるし、このような検知回路と取り替えることもできる。
【００５３】
一実施形態では、制御ユニット１４０は、検知モードにおいて、圧力ベースのタッチ入力のロケーションベースの情報を求めるように構成することができる。例えば、制御ユニット１４０は、スタック１１０ａ〜１１０ｄの各スタックから信号を受信し、及び／又は、スタック１１０ａ〜１１０ｄの各スタックのキャパシタンスの変化を求めるように構成することができる。スタック１１０ａ〜１１０ｄの第１のスタック１１０ａの信号の振幅又はキャパシタンスの変化が、他のスタックのものよりも高い場合、制御ユニット１４０は、圧力ベースのタッチ入力が第１のスタック１１０ａのロケーションにより近いと判断することができる。一実施形態では、制御ユニット１４０は、４つのスタック１１０ａ〜１１０ｄをユーザー入力構成要素１０４の表面上の４つのゾーンにそれぞれ関連付けることができる。圧力ベースのタッチ入力のロケーションベースの情報を求めることによって、制御ユニット１４０は、４つのゾーンのうち、どのゾーンが押圧されたのかを決定するように構成することができる。
【００５４】
一実施形態では、エラストマーサスペンション１０６は、非接触ユーザー近接等の物体の非接触近接を検出するのに用いることができる。例えば、図３Ｃは、制御ユニット１４０が検知モードにあるとともに、ユーザー入力構成要素１０４に近接しているが接触していないユーザーの指、他の身体部分、スタイラス、又は他の物体等の物体１９０の近接を検出するように構成された一実施形態を示している。一実施形態では、検出される近接は、物体１９０（指又は他の物体）とユーザー入力構成要素１０４との間の０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内とすることができる。一実施形態では、物体の近接の検出も、エラストマーサスペンション１０６の１つ以上のそれぞれのスタック１１０ａ〜１１０ｄによって形成される１つ以上のキャパシタのキャパシタンスの変化を検出することに基づくことができる。例えば、スタック１１０ａの電極１１６ａ、１１４ａの間のキャパシタンスは、電極１１６ａから生じるフリンジ電界線に影響を与える場合があり、及び／又は、電極１１６ａに関する測定信号の接地への別の容量性経路を提供する場合があるユーザーの指等の物体１９０の存在によって影響を受け得る。一実施形態では、図４Ｂにおける回路又は別のキャパシタンス検出回路を用いて、スタック１１０ａによって形成されるキャパシタのキャパシタンスの変化を検出することができる。
【００５５】
一実施形態では、制御ユニット１４０は、エラストマーサスペンション１０６の変形もなく物体の近接もないベースラインキャパシタンスに対するキャパシタンスの変化量に基づいて、圧力ベースのタッチ入力と物体の非接触近接とを区別するように構成することができる。一実施形態では、制御ユニット１４０は、エラストマーサスペンション１０６の変形もなく物体の近接もない状態に関連したベースライン電圧に対する信号検知回路１５０の出力電圧ｖｏの変化量に基づいて、圧力ベースのタッチ入力と物体の非接触近接とを区別するように構成することができる。例えば、圧力ベースのタッチ入力は、第１の規定範囲内にあるキャパシタンスの変化量又は信号ｖｏの変化量に関連付けることができる一方、物体の非接触近接は、第２の規定範囲内にあるキャパシタンスの変化量又は信号ｖｏの変化量に関連付けることができる。一実施形態では、圧力ベースのタッチ入力からの変形は、非接触ユーザー近接等の物体の非接触近接によって引き起こされる変化量に比べて、キャパシタンス及び／又は信号検知回路１５０の信号ｖｏの変化量をより大きくすることができる。一実施形態では、圧力ベースのタッチ入力からの変形は、第１の方向にあるキャパシタンス及び／又は信号ｖｏの変化量（例えば、キャパシタンス又は信号振幅の増加）を引き起こすことができる一方、物体の非接触近接は、反対方向にあるキャパシタンス及び／又は信号ｖｏの変化量、例えば、量又は信号振幅の減少を引き起こすことができる。したがって、一実施形態では、制御ユニットは、キャパシタンスの変化が第１の範囲内にあるとの判断に応答して、圧力ベースのタッチ入力が検出されたものと判断するように構成することができ、キャパシタンスの変化が第２の範囲内にあるとの判断に応答して、物体の非接触近接が検出されたものと判断するように構成することができる。
【００５６】
一実施形態では、制御ユニット１４０は、エラストマーサスペンション１０６のエラストマー層１１２ａを変形させるのに十分であり得る圧力ベースのタッチ入力と、エラストマー層１１２ａを変形させるのに十分でないタッチ入力と、物体１９０の非接触近接とを区別するように更に構成することができる。一実施形態では、制御ユニット１４０は、スタック１１０ａのキャパシタンス又は信号検知回路１５０の信号ｖｏの変化量が第１の規定範囲内にある場合に、圧力ベースのタッチ入力が検出されたと判断することができる。制御ユニット１４０は、スタック１１０ａのキャパシタンス又は信号検知回路１５０の信号ｖｏの変化量が、第１の規定範囲と異なる第２の規定範囲にある場合に、物体の非接触近接が検出されたと判断するように構成することができる。さらに、制御ユニット１４０は、スタック１１０ａのキャパシタンス又は信号検知回路１５０の信号ｖｏの変化量が、第１の規定範囲及び第２の規定範囲と異なる第３の規定範囲内にある場合に、圧力ベースのタッチ入力以外のタッチ入力が検出されたと判断するように構成することができる。
【００５７】
一実施形態では、図３Ｄに示すように、信号生成回路１３０は、シングルエンドモードにおいて信号を印加するように構成することができ、信号検知回路１５０は、シングルエンドモードにおいて信号を検出するように構成することができる。より具体的には、図３Ｄは、スタック１１０ａの電極１１４ａが信号生成回路１３０及び信号検知回路１５０の接地電位として用いられるユーザーインターフェースデバイス１００を示している。そのような実施形態では、信号生成回路１３０は、駆動信号を電極１１６ａに印加するように構成することができ、この駆動信号は、接地電位を基準としている。さらに、信号検知回路１５０は、電極１１６ａからの信号を検知するように構成することができ、この検知される信号は、接地電位を基準としている。そのような実施形態は、信号生成回路１３０及び信号検知回路１５０のうちの一方を電極１１６ａに電気的に接続するとともに、信号生成回路１３０及び信号検知回路１５０のうちの他方を電極１１６ａから電気的に接続解除するように構成された１つのスイッチ１６１のみを備えることができる。図４Ｃは、図３Ｄの実施形態とともに用いることができる信号検知回路１５０を示している。図４Ｃにおいて、信号検知回路１５０は、負帰還を用いてｖｏを電極１１６ａにおける信号と等しくする演算増幅器１５２を備える。
【００５８】
一実施形態では、エラストマーサスペンション１０６は、ユーザー入力構成要素と基部との間の封止を形成するように構成することができる。例えば、図５Ａは、ユーザー入力構成要素４０４と基部４０２との間の封止を形成するエラストマーサスペンション４０６を備える触覚対応ユーザーインターフェースデバイス４００を示している。一実施形態では、触覚対応ユーザーインターフェースデバイス４００はモバイルフォンとすることができる一方、ユーザー入力構成要素４０４はタッチ画面とすることができ、基部４０２はモバイルフォンのハウジングの一部とすることができる。一実施形態では、エラストマーサスペンション４０６は、触覚対応ユーザーインターフェースデバイス４００内の空間を取り囲むリングを形成する単一のリング形状スタック４１０のみを備えることができる。図５Ａに示すように、リング形状スタック４１０は、エラストマー材料のリング形状層４１２、すなわちエラストマー層４１２と、エラストマー層４１２の両側部に配置された一対の電極４１６、４１４とから形成することができる。図５Ｂも参照されたい。図５Ａに示すように、エラストマー層４１２及び一対の電極４１６、４１４は、リング形状スタック４１０を形成するためにそれぞれリング形状とすることができる。リング形状スタック４１０は、スタックによって取り囲まれている空間内の構成要素（例えば、プロセッサ、メモリ、電池）の封止を提供することができる。そのような封止は、外部環境に対する保護を提供することができる。幾つかの場合には、リング形状スタック４１０は、触覚対応ユーザーインターフェースデバイス４００のハウジングの周囲のまわりに形成することができる。一実施形態では、図１Ｃにおけるウェアラブルデバイスのエラストマーサスペンション３０６も、単一のリング形状スタック３０６のみから構成することができる。リング形状スタック３０６は、円形形状を有することができ、触覚対応ユーザーインターフェースデバイス３００の基部３０２の周囲のまわりに形成することができる。
【００５９】
一実施形態では、本発明における実施形態のエラストマーサスペンションは、圧電材料パッチとも呼ばれる圧電材料層を備えることができる。例えば、エラストマーサスペンションは、セラミック圧電材料を利用して作動機能及び／又は検知機能を提供することができるとともに、エラストマー材料を利用してサスペンション機能を提供することができる。すなわち、セラミック圧電材料は、圧電効果に依拠して動きを生成することができ、圧電効果は、幾つかの特定の状況では、動きの生成の際に、上記で論述したような一対の電極間に生成される静電引力と等しく効果的である場合もあるし、静電引力よりも効果的である場合もある。一方、セラミック圧電材料は、振動するように少量だけ変形可能な場合があるが、セラミック圧電材料は、過度に硬質であるので、サスペンションとして効果的でない場合がある。例えば、セラミック圧電材料は、押圧されているとき、それ自体で機械的なクリックの感触を提供することができない場合がある。なぜならば、この材料は、過度に硬質であるので、押圧に応答して変形しない場合があるからである。別の例では、セラミック圧電材料は、過度に硬質であるので、ユーザーインターフェースデバイスの基部をユーザー入力構成要素から離隔しない場合がある。他方、エラストマー材料の層は、サスペンションの変形特性及び離隔特性の提供にはより効果的であり得る。したがって、一実施形態では、触覚対応ユーザーインターフェースデバイスは、セラミック圧電材料の層とエラストマー材料の層とを組み合わせた複合エラストマーサスペンションを備えることができる。
【００６０】
図６Ａ及び図６Ｂは、セラミック圧電材料の層とエラストマー材料の層との組み合わせを備える複合エラストマーサスペンション５０６を示している。より具体的には、これらの図は、基部５０２と、ユーザー入力構成要素５０４と、第１のスタック５１０ａ及び第２のスタック５１０ｂを備える複合エラストマーサスペンション５０６とを備える触覚対応ユーザー入力デバイス５００を示している。一実施形態では、エラストマーサスペンション５０６を形成するスタックは、第１のスタック５１０ａ及び第２のスタック５１０ｂの２つのみとすることができる。図６Ａ及び図６Ｂに示すように、第１のスタック５１０ａは、セラミック圧電材料等の圧電材料の層５１８ａ、すなわち圧電層５１８ａと、エラストマー材料の層５１２ａ、すなわちエラストマー層５１２ａと、圧電層５１８ａと電気接触するように圧電層５１８ａの両側部に直接接触した電極５１６ａ及び５１４ａとを備えることができる。第２のスタック５１０ｂは、圧電材料の層５１８ｂ、すなわち圧電層５１８ｂと、エラストマー材料の層５１２ｂ、すなわちエラストマー層５１２ｂと、圧電層５１８ｂと導電接着剤等を介して電気接触するように圧電層５１８ｂの両側部に直接接触した電極５１６ｂ及び５１４ｂとを備えることができる。図６Ａ及び図６Ｂにおいて、スタック５１０ａは、第３の電極５１７ａを備えることができ、エラストマー層５１２ａは、電極５１６ａと電極５１７ａとの間に直接配置される。同様に、スタック５１０ｂは、第３の電極５１７ｂを有することができ、エラストマー層５１２ｂは、電極５１６ｂと電極５１７ｂとの間に直接配置される。一実施形態では、圧電材料は、１００ＧＰａ〜３００ＧＰａの範囲又は１００ＧＰａ〜２００ＧＰａの範囲のヤング率を有するセラミック圧電材料である。この実施形態では、エラストマー材料は、１０ＭＰａ〜１００ＭＰａの範囲にあるヤング率を有するポリマーとすることができる。別の実施形態では、圧電材料は、１０ＭＰａ〜１００ＭＰａの範囲にあるヤング率を有するポリマー圧電材料である。一実施形態では、スタック５１０ａは、圧電層５１８ａと、エラストマー層５１２ａと、電極５１４ａ、５１６ａと、それらの間の任意の接着剤とのみを備え、第３の電極５１７ａは省略される。
【００６１】
一実施形態では、圧電層５１８ａの圧電材料は、駆動信号が圧電層５１８ａの両端に電圧差を生み出すと、振動するように構成することができる。例えば、図７Ａは、上記で論述した制御ユニット１４０が作動モードにあり、スイッチ１６１、１６２を用いて信号生成回路１３０をスタック５１０ａの電極５１６ａ、５１４ａに電気的に接続するとともに、信号検知回路１５０を電極５１６ａ、５１４ａから電気的に接続解除する一例を示している。この駆動信号は、差動モードにおいて印加されて、電極５１６ａ、５１４ａ間に電圧差を生み出すことができ、したがって、圧電層５１８ａの両端部にわたって電圧差を生み出すことができる。一実施形態では、駆動信号は、１Ｖ〜５０Ｖの範囲にある振幅を有する。
【００６２】
検知モードでは、図７Ａの制御ユニット１４０は、信号生成回路１３０を電極５１６ａ、５１４ａから電気的に接続解除するとともに、信号検知回路１５０を電極５１６ａ、５１４ａに電気的に接続するように構成することができる。そのような実施形態では、圧力ベースのタッチ入力は、圧電層５１８ａの圧電材料を変形させることができる。圧電層５１８ａの圧電材料は、サスペンションとして機能するほど十分に変形可能でない場合があるが、この実施形態では、圧力ベースのタッチ入力を検知するのに十分変形可能とすることができる。圧電材料は、変形されると、電気信号を生成することができる。この電気信号は、電極５１６ａ及び／又は５１４ａに伝達される。信号検知回路１５０は、この信号を検知することができる。この信号が、少なくとも規定閾値である振幅を有する場合、制御ユニット１４０は、圧力ベースのタッチ入力が受信されたと判断することができる。
【００６３】
図７Ｂは、第３の電極５１７ａを備える一実施形態を示している。この実施形態では、圧電層５１８ａ及びエラストマー層５１２ａの双方と電気接触している電極５１６ａは、接地電位等の共通基準電圧として用いることができる。この例では、制御ユニット１４０は、検知モードにおいて、スイッチ１６２を制御して、信号生成回路１３０を電極５１４ａに電気的に接続するとともに、信号検知回路１５０を電極５１４ａから電気的に接続解除するように構成することができる。さらに、図７Ｂにおける実施形態は、信号生成回路１３０及び信号検知回路１５０のうちの一方を第３の電極５１７ａに電気的に接続するとともに、信号生成回路１３０及び信号検知回路１５０のうちの他方を第３の電極５１７ａから電気的に接続解除するスイッチ１６１を更に備えることができる。
【００６４】
一実施形態では、スイッチ１６２を省略することができる。例えば、図７Ｃは、単一のスイッチ１６１のみを用いて、信号生成回路１３０又は信号検知回路１５０のうちの一方を電極５１４ａ及び５１７ａの双方に電気的に接続するとともに、信号生成回路１３０又は信号検知回路１５０のうちの他方を電極５１４ａ及び５１７ａの双方から電気的に接続解除する一実施形態を示している。図７Ｄは、信号生成回路１３０がエラストマー層５１２ａではなく圧電層５１８ａのみを駆動する別の実施形態を示している。そのような実施形態は、信号生成回路１３０又は信号検知回路１５０のうちの一方を電極５１４ａに電気的に接続するとともに、信号生成回路１３０又は信号検知回路１５０のうちの他方を電極５１４ａから電気的に接続解除するように構成された単一のスイッチ１６１を備えることができる。この実施形態では、電極５１７ａは、信号生成回路１３０に電気的に接続されないが、信号検知回路１５０に電気的に接続することができる。
【００６５】
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。
【００６６】
本願は、２０１８年１月３１日に出願された米国特許出願第１５／８８５，５０１号の利益を主張し、この出願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。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2019133664.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【外国語明細書】
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