(57)【要約】  別々に発生されたオーディオ信号によって発生されたサウンドと同時にユーザインタフェースデバイスにおいて触覚効果を生成する方法と同様に、電気活性トランスデューサ、およびユーザインタフェースデバイスにおける感覚フィードバック用途のための電気活性高分子トランスデューサが開示される。
2013522742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオ出力信号を生成する電子デバイスにおいて認識可能な効果を選択的に生成する方法であって、
上記方法は、
アナログ回路を用いて上記オーディオサウンド信号を条件付けて、上記オーディオサウンド信号に対応するアナログ電圧を生成すること、
上記アナログ電圧をデジタル値に変換し、或る期間にわたって上記デジタル値を記録して、記録されたデジタル値のアレイを構築すること、
少なくとも複数の上記記録されたデジタル値を分析して、少なくとも１つの制御値を発生すること、
上記少なくとも１つの制御値を用いてトリガモードを選択することを含み、上記トリガモードは、第１および第２のモードを含む複数のモードから選択され、
上記トリガモードに基づいてトリガ信号を発生することを含み、上記トリガ信号は上記複数のモードから選択された上記トリガモードに特有であり、
上記電子デバイスに結合され、かつ上記認識可能な効果を発生するように構成されたトランスデューサに、上記トリガ信号を提供することを含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
少なくとも上記複数の上記記録されたデジタル値を分析して、少なくとも１つの制御値を発生することは、少なくとも上記複数の記録されたデジタル値について統計的分析を実行することを含む方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、
上記統計的分析は、少なくとも複数の上記記録されたデジタル値の平均値、標準偏差、および／または範囲を計算することを含む方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、
上記トリガモードを選択することは、上記標準偏差で割られた上記範囲に基づいて上記トリガモードを選択することを含む方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、
少なくとも上記複数の上記記録されたデジタル値を分析して、少なくとも１つの制御値を発生することは、上記複数の記録されたデジタル値で最新のデジタル値を分析することを含む方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、
上記トリガ信号を提供することは、少なくとも１つのデジタル値をアナログ電圧に変換することを含む方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、
上記複数のモードのうち少なくとも１つは、上記トリガ信号が少なくとも１つの蓄えられた波形から選択される純粋なトリガモードを含む方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、
上記複数のモードのうち少なくとも１つは、上記トリガ信号が少なくとも１つの蓄えられた波形から選択された第１成分と少なくとも１つのデジタル値に基づく第２成分とに基づいて選択される混合されたトリガモードを含む方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法において、
上記複数のモードの少なくとも１つは、上記トリガ信号が少なくとも１つのデジタル値を用いて選択される純粋なオーディオモードを含む方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法において、
上記トランスデューサは、電気活性高分子トランスデューサおよび圧電気トランスデューサから選択されたトランスデューサを含む方法。
【請求項１１】
電子デバイスに結合されているトランスデューサにおいて出力を選択的に変化させる方法であって、
上記電子デバイスはオーディオ出力信号を生成し、
上記方法は、
上記オーディオ出力サウンド信号を条件付けて、上記オーディオサウンド信号に対応するアナログ電圧を生成すること、
上記アナログ電圧をデジタル値に変換すること、
記録されたデジタル値のアレイから少なくとも複数の記録されたデジタル値を解析して、少なくとも１つの制御値を発生すること、
上記少なくとも１つの制御値を用いてトリガモードを選択することを含み、上記トリガモードは、第１および第２のモードを含む複数のモードから選択され、
上記トリガモードに基づいてトリガ信号を発生することを含み、上記トリガ信号は上記複数のモードから選択された上記トリガモードに特有であり、
上記電子デバイスに結合され、かつ上記認識可能な効果を発生するように構成されたトランスデューサに、上記トリガ信号を提供することを含む方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、
少なくとも上記複数の上記記録されたデジタル値を分析して、少なくとも１つの制御値を発生することは、少なくとも上記複数の上記記録されたデジタル値について統計的分析を実行することを含む方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、
上記統計的分析は、少なくとも複数の上記記録されたデジタル値の平均値、標準偏差、および／または範囲を計算することを含む方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、
上記トリガモードを選択することは、上記標準偏差で割られた上記範囲に基づいて上記トリガモードを選択することを含む方法。
【請求項１５】
請求項１１に記載の方法において、
少なくとも上記複数の上記記録されたデジタル値を分析して、少なくとも１つの制御値を発生することは、上記複数の記録されたデジタル値で最新のデジタル値を分析することを含む方法。
【請求項１６】
請求項１１に記載の方法において、
上記トリガ信号を提供することは、少なくとも１つのデジタル値をアナログ電圧に変換することを含む方法。
【請求項１７】
請求項１１に記載の方法において、
上記複数のモードのうち少なくとも１つは、上記トリガ信号が少なくとも１つの蓄えられた波形から選択される純粋なトリガモードを含む方法。
【請求項１８】
請求項１１に記載の方法において、
上記複数のモードのうち少なくとも１つは、上記トリガ信号が少なくとも１つの蓄えられた波形から選択された第１成分と少なくとも１つのデジタル値に基づく第２成分とに基づいて選択される混合されたトリガモードを含む方法。
【請求項１９】
請求項１１に記載の方法において、
上記複数のモードの少なくとも１つは、上記トリガ信号が少なくとも１つのデジタル値を用いて選択される純粋なオーディオモードを含む方法。
【請求項２０】
請求項１１に記載の方法において、
上記複数の記録されたデジタル値で最新のデジタル値があり、
上記複数のモードのうち少なくとも１つは、上記トリガ信号が少なくとも１つの蓄えられた波形から選択された第１成分と少なくとも１つのデジタル値に基づく第２成分とを含む混合されたトリガモードを含む方法。
【請求項２１】
請求項１１に記載の方法において、
上記トランスデューサは、電気活性高分子トランスデューサおよび圧電気トランスデューサから選択されたトランスデューサを含む方法。
【請求項２２】
オーディオ出力信号を生成する電子デバイスにおいてトランスデューサをトリガする方法であって、
上記方法は、
アナログ回路を用いて上記オーディオサウンド信号を条件付けて、上記オーディオサウンド信号に対応するデジタル値を生成すること、
上記デジタル値を、記録されたデジタル値のアレイから選択された少なくとも１つの記録されたデータと比較することによって、トリガモードを選択することを含み、上記トリガモードは複数のモードから選択され、
上記トリガ信号を用いて、上記トランスデューサをトリガすることを含み、上記トリガ信号は上記複数のモードのうち少なくとも１つに特有である方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本発明は、２０１０年３月１７日に提出された仮出願６１／３１４，９４１と２０１０年８月２４日に提出された仮出願６１／４０２，１３９の非仮出願である。それらの全体は、引用によって本願明細書に組込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、認識可能な効果が感覚フィードバック（触覚型または他の感覚フィードバックのような）を提供するように意図されている電子デバイスにおいて、認識可能な効果を改善するために既存のオーディオ信号の分析を用いることに向けられている。
【背景技術】
【０００３】
今日用いられる非常に様々なデバイスは、電気エネルギを力学的エネルギに変換するために、１種類または別の種類のアクチュエータに依存する。反対に、多くの発電用途は、機械的な作用を電気エネルギに変換することにより作動する。この態様で力学的エネルギを収穫するために使用された、同じタイプのデバイスはジェネレータと呼ばれてもよい。同様に、構造が振動または圧力のような物理的な刺激を測定目的のための電気信号に変換するために使用されるとき、それはセンサであると特徴づけられてもよい。しかし、「トランスデューサ」という用語は、それらのデバイスのうちのいずれを参照するために用いられてもよい。
【０００４】
多くのデザイン面の考察は、トランスデューサの製作のため、「電気活性高分子」（ＥＡＰ）と呼ばれる先進的な誘電体エラストマ材料の選択および使用に賛成する。これらの考察は、潜在的な力、電力密度、電力変換／消費、サイズ、重み、コスト、応答時間、負荷サイクル、サービス要求、環境影響などを含んでいる。そのようなものとして、多くの用途において、ＥＡＰ技術は、圧電気、形状記憶合金（ＳＭＡ）、およびモータとソレノイドのような電磁デバイスのための理想的な置換を提案する。
【０００５】
ＥＡＰデバイスとそれらの用途の例は、例えば米国特許Ｎｏ．７，３９４，２８２；７，３７８，７８３；７，３６８，８６２；７，３６２，０３２；７，３２０，４５７；７，２５９，５０３；７，２３３，０９７；７，２２４，１０６；７，２１１，９３７；７，１９９，５０１；７，１６６，９５３；７，０６４，４７２；７，０６２，０５５；７，０５２，５９４；７，０４９，７３２；７，０３４，４３２；６，９４０，２２１；６，９１１，７６４；６，８９１，３１７；６，８８２，０８６；６，８７６，１３５；６，８１２，６２４；６，８０９，４６２；６，８０６，６２１；６，７８１，２８４；６，７６８，２４６；６，７０７，２３６；６，６６４，７１８；６，６２８，０４０；６，５８６，８５９；６，５８３，５３３；６，５４５，３８４；６，５４３，１１０；６，３７６，９７１と６，３４３，１２９；米国特許出願公開Ｎｏ．２００９／０００１８５５；２００９／０１５４０５３；２００８／０１８０８７５；２００８／０１５７６３１；２００８／０１１６７６４；２００８／００２２５１７；２００７／０２３０２２２；２００７／０２００４６８；２００７／０２００４６７；２００７／０２００４６６；２００７／０２００４５７；２００７／０２００４５４；２００７／０２００４５３；２００７／０１７０８２２；２００６／０２３８０７９；２００６／０２０８６１０；２００６／０２０８６０９；及び２００５／０１５７８９３、及び２０１０／０１０９４８６；ＰＣＴ出願Ｎｏ．ＰＣＴ／ＵＳ０９／６３３０７；ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０００１９６；ＰＣＴ公開Ｎｏ．Ｗ０ ２００９／０６７７０８に記載されている。
【０００６】
ＥＡＰトランスデューサは、変形可能な特徴を有しており、薄いエラストマの誘電材料によって分離された２つの電極を備えている。電圧差が電極に印加されるとき、反対に荷電された電極は互いに引き合い、その結果として、それらの間に高分子誘電体層を圧縮する。電極が互いに引き付けられて接近するに伴って、それが面方向（ｘ軸およびｙ軸に沿った）で拡張するにつれて、誘電性の高分子フィルムはより薄くなる（Ｚ軸の構成要素は収縮する）。つまり、フィルムの変位は面内である。また、ＥＡＰフィルムは、フィルム構造に直角の方向（Ｚ軸に沿った）に移動を生ずるように、つまり、フィルムの変位は面外であるように構成されてもよい。米国特許出願公開Ｎｏ．２００５／０１５７８９３は、そのような面外変位（また、表面変形または厚さモード撓みとも呼ばれる。）を提供するＥＡＰフィルム構造を開示している。
【０００７】
そのようなＥＡＰフィルムによって提供される利点から利益を得る、多数のトランスデューサに基づいた用途は存在する。１つのそのような用途は、ユーザインタフェースデバイスにおいて、触覚フィードバック（ユーザの体に加えられた力によるユーザへの情報の連絡）を生ずるためのＥＡＰフィルムの使用を含んでいる。典型的にはユーザによって始められた力に応じて触覚フィードバックを採用する、多くの既知のユーザインタフェースデバイスがある。触覚フィードバックを使用してもよいユーザインタフェースデバイスの例は、キーボード、キーパッド、ゲームコントローラ、リモートコントロール、タッチスクリーン、コンピュータ・マウス、トラックボール、スタイラススティック、ジョイスティックなどを含む。ユーザインタフェース表面は、デバイスからのフィードバックまたは情報に関して、ユーザが操作し、関与し、および／または観察する、如何なる表面をも含むことができる。そのようなインタフェース表面の例は、キー（例えばキーボード上のキー）、ゲームパッドまたはボタン、ディスプレイスクリーンなどを含んでいるが、それに制限されない。
【０００８】
これらのタイプのインタフェースデバイスによって提供される触覚フィードバックは、ユーザが直接に（例えば、スクリーンに触れることによって）、間接に（例えば、携帯電話が財布またはバッグの中で振動するときのような、振動の効果によって）、または、その他の仕方で（例えば圧力外乱を引き起こすが、伝統的な意味でオーディオ信号を生成しない移動体の動作によって）感じる振動、パルス、バネ力などの肉体的感覚の形にある。
【０００９】
触覚フィードバック能力は、特にデータ入力の関連で、ユーザの生産性および効率を改善すると知られている。本発明者は、ユーザに伝えられる触覚感覚の特徴および質への更なる改善がそのような生産性および効率をさらに増加させるかも知れない、と考えている。もしそのような改善が、製造するのが簡単で、コスト効率が良く、既知の触覚フィードバックデバイスのスペース、サイズおよび／または質量要求を増さず、好ましくは減少する感覚フィードバック機構によって提供されれば、さらに恩恵をもたらすだろう。
【００１０】
しかしながら、いずれかのゲームデバイスまたはメディアプレイヤのような既存のオーディオソースを用いるアクチュエータまたはトランスデューサのオーディオフィードバックを含む触覚型または他の認識可能なフィードバックの、改善された制御の必要が残っている。目下の触覚型のソリューションは、専用チャンネルを通して触覚効果をトリガするためのデバイス上のホストソフトウェアか、触覚型のトランスデューサ中へオーディオを単に濾波することからなるか、のいずれかを要求する。本願明細書に提供される方法と手順は、電子デバイスによって生成されたオーディオ信号を用いて、認識可能なフィードバック（触覚型のまたは他の）の改善された制御を可能にする。さらに、認識可能なフィードバックの改善された制御のための方法および手順は、電気活性高分子トランスデューサを使用するデバイスにおいても、他のタイプのトランスデューサ（例えば、圧電気）または振動性のモータにおけるのと同様に、有用である。
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、触覚型、オーディオまたは他のフィードバックのいずれでも感覚的用途のためのトランスデューサの制御を含むデバイス、システムおよび方法を含んでいる。１つの変形例では、感覚フィードバックを有するユーザインタフェースデバイスが提供される。本発明の１つの利益は、デバイスからのオーディオ信号を用いる触覚フィードバックまたは他の認識可能なフィードバックを、ユーザインタフェースデバイスのユーザに提供することである。
【００１２】
別の変形例では、本発明は、いずれかのゲームまたはメディアプレイヤのようなオーディオソースによって元々トリガされた、又はいずれかのゲームまたはメディアプレイヤのようなオーディオソースから抽出された信号で、触覚型のアクチュエータの改善された制御のための方法および手順を含んでいる。目下の触覚型のソリューションは、専用チャンネルを通して触覚効果をトリガするためのデバイス上のホストソフトウェアか、触覚型のトランスデューサ中へオーディオを単に濾波することからなるか、のいずれかを要求する。改良された方法の変形例は、ボード外の触覚効果プロセッサがホストデバイス上で用いられている用途のタイプが、純粋にオーディオの統計的分析に基づいているか、またはそのような目下の触覚型のソリューションと併せて統計的分析の使用をするのかを決定することを許す。用途のタイプに基づいて、上記効果プロセッサは、オーディオ信号を分析することができる。それは、上記オーディオが、サブウーファ（音楽の場合に）として働くためにローパスフィルタを通過すべきか、上記オーディオが、人工的に合成された効果波形が重畳された状態（バックグラウンドオーディオを有するゲーム）で、低減されたボリュームで通過すべきか、または、上記オーディオ信号が、閾値に基づく合成された波トリガをトリガするか、を見るためである。また、同じ統計エンジンは、合成された波形をトリガするための最適な入力オーディオ信号の振幅を決定することができる。付加的に、ボード上のデジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）は、上記オーディオに基づいて、例えば上記オーディオを強調するために周波数と振幅を変化させることによって、合成すべき波形のタイプを決定することができる。
【００１３】
本願明細書に記述された方法と手順は、ＥＡＰに基づいたトランスデューサシステムによって生成された応答上で改善するために用いることができるが、上記方法はＥＡＰに基づいたトランスデューサシステムに制限されていない。いかなるトランスデューサフィードバックに基づいたシステムも、本願明細書に記述された方法と手順を用いて改善され得る。例えば、本願明細書に記述された制御方法は、圧電気トランスデューサまたは他の振動性のモータにも同様に、等しく適用され得る。
【００１４】
本願明細書に記述された方法と手順は、オーディオ出力信号を生成する電子デバイスにおいて認識可能な効果を選択的に生成することを可能にする。上記認識可能な効果は、触覚効果または如何なる他のタイプの感覚フィードバック効果でもあり得る。１つの変形例では、上記方法は、
アナログ回路を用いて上記オーディオサウンド信号を条件付けて、上記オーディオサウンド信号に対応するアナログ電圧を生成すること、
上記アナログ電圧をデジタル値に変換し、或る期間にわたって上記デジタル値を記録して、記録されたデジタル値のアレイを構築すること、
少なくとも複数の上記記録されたデジタル値を分析して、少なくとも１つの制御値を発生すること、
上記少なくとも１つの制御値を用いてトリガモードを選択することを含み、上記トリガモードは、第１および第２のモードを含む複数のモードから選択され、
上記トリガモードに基づいてトリガ信号を発生することを含み、上記トリガ信号は上記複数のモードから選択された上記トリガモードに特有であり、
上記電子デバイスに結合され、かつ上記認識可能な効果を発生するように構成されたトランスデューサに、上記トリガ信号を提供すること
を含む方法を含んでいる。
【００１５】
発明的な方法の別の変形例では、少なくとも上記複数の上記記録されたデジタル値を分析して、少なくとも１つの制御値を発生することは、少なくとも上記複数の記録されたデジタル値について統計的分析を実行することを含む。上記統計的分析は、少なくとも複数の上記記録されたデジタル値の平均値、標準偏差、および／または範囲を計算することを含むことができる。
【００１６】
上記トリガモードは、統計的分析の結果としての基準の数を用いて選択され得る。１つの例では、上記トリガモードは、上記標準偏差で割られた上記範囲に基づく。
【００１７】
さらなる変形例では、上記方法は、少なくとも上記複数の上記記録されたデジタル値を分析して、少なくとも１つの制御値を発生することは、上記複数の記録されたデジタル値で最新のデジタル値を分析することを含んでいる。
【００１８】
上記トリガ信号は、上記トランスデューサを作動させることによって上記認識可能な効果をトリガするために用いられ得る。そのような場合に、上記トリガ信号を提供することは、少なくとも１つのデジタル値をアナログ電圧に変換することを含み、上記電圧は、上記トランスデューサを作動させるために上記トランスデューサに印加され得る。そうすることにおいて、上記トリガ信号は、上記データの分析から決定される特定のモードに基づいて発生される。上記モードは、上記トリガ信号が少なくとも１つの蓄えられた波形から選択される純粋なトリガモードから定められる。上記蓄えられた波形は、キークリックまたは同様の効果のような予め決定された効果を生成することができる。その代わりに、上記モードは、上記トリガ信号が少なくとも１つの蓄えられた波形から選択された第１成分と少なくとも１つのデジタル値に基づく第２成分とに基づいて選択される混合されたトリガモードを含むことができる。下に述べられるように、第２成分はスケールダウンされ得る（例えばより低いバックグラウンドボリュームを与えること）。さらに別のモードは、上記トリガ信号が少なくとも１つのデジタル値を用いて選択される純粋なオーディオモードを含むことができる。
【００１９】
上記方法の別の変形例は、電子デバイスに結合されているトランスデューサにおいて出力を選択的に変化させる方法であって、上記電子デバイスはオーディオ出力信号を生成することを含んでいる。１つの例では、そのような方法は、
上記オーディオ出力サウンド信号を条件付けて、上記オーディオサウンド信号に対応するアナログ電圧を生成すること、
上記アナログ電圧をデジタル値に変換すること、
記録されたデジタル値のアレイから少なくとも複数の記録されたデジタル値を解析して、少なくとも１つの制御値を発生すること、
上記少なくとも１つの制御値を用いてトリガモードを選択することを含み、上記トリガモードは、第１および第２のモードを含む複数のモードから選択され、
上記トリガモードに基づいてトリガ信号を発生することを含み、上記トリガ信号は上記複数のモードから選択された上記トリガモードに特有であり、
上記電子デバイスに結合され、かつ上記認識可能な効果を発生するように構成されたトランスデューサに、上記トリガ信号を提供することを含んでいる。
【００２０】
また、本発明は、オーディオ出力信号を生成する電子デバイスにおいてトランスデューサをトリガする方法を含むことができる。１つの変形例は、
アナログ回路を用いて上記オーディオサウンド信号を条件付けて、上記オーディオサウンド信号に対応するデジタル値を生成すること、
上記デジタル値を、記録されたデジタル値のアレイから選択された少なくとも１つの記録されたデータと比較することによって、トリガモードを選択することを含み、上記トリガモードは複数のモードから選択され、
上記トリガ信号を用いて、上記トランスデューサをトリガすることを含み、上記トリガ信号は上記複数のモードのうち少なくとも１つに特有であることを含んでいる。
【００２１】
これらおよび他の特徴、発明の目的および利点は、より完全に下に述べられた発明の詳細を読めば、当業者に明白になるだろう。
【００２２】
これらの設計を用いる電気活性高分子カートリッジは、平面、ダイヤフラム、厚さモードおよび受動的な結合されたデバイス（ハイブリッド）を含んでいるが、それに限定されない。
【００２３】
本発明は、コンピュータのためのタッチパッド、タッチスクリーンもしくはキーパッドなど、電話、ＰＤＡ、ビデオゲームコンソール、ＧＰＳシステム、キオスク用途など、如何なるタイプのユーザインタフェースデバイスにおいても採用され得るが、それに限定されない。しかしながら、認識可能なフィードバックを発生するために本明細書に記述された方法と手順は、如何なるデバイスにも適用され得、および／またはオーディオ信号の方法分析は、デバイスにおいて認識可能な効果を生成するのを支援することができる。
【００２４】
本発明の他の細部、材料および代替の関連する構造は、関連分野の当業者のレベルの範囲内で採用され得る。同じことは、一般に又は論理的に採用されるような追加の行為の観点から、本発明の方法ベースの態様に関して成り立つかも知れない。さらに、本発明は、付加的に様々な特徴を組込んで、幾つかの実施例に関して記述されたが、本発明は、本発明の各変形例に関して考えられるとして記述され又は示されたものに限定されるものではない。様々な変更が、記述された本発明に対してなされ得るし、また、等価物（本願明細書に列挙されたか、いくらかの簡潔さのために含まれなかったかのもの）は、本発明の真の趣旨および範囲から逸脱せずに代用されても良い。図示された如何なる数の個別部分または部分組立体も、それらの設計に一体化されても良い。そのような変化その他のものは、組立体のための設計の原理によって引き受けられても良いし導かれてもよい。
【００２５】
これらおよび他の特徴、発明の目的および利点は、より完全に下に述べられる発明の細部を読めば、当業者に明白になるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
本発明は、添付図面と共に読まれたとき、次の詳細な説明から最も理解される。理解を容易にするために、図面に共通の同様の要素を示すために同じ参照符号が用いられている（実際的なところで）。図面に含まれているのは、次のものである。
【図１Ａ】ＥＡＰトランスデューサがディスプレイスクリーンまたはセンサ、およびデバイスの本体に連結されるときに、触覚フィードバックを採用することができるユーザインタフェースの例を示す図である。
【図１Ｂ】ＥＡＰトランスデューサがディスプレイスクリーンまたはセンサ、およびデバイスの本体に連結されるときに、触覚フィードバックを採用することができるユーザインタフェースの例を示す図である。
【図２Ａ】本発明の一実施態様に従う、電圧の印加前におけるトランスデューサの上部の斜視図を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施態様に従う、電圧の印加後におけるトランスデューサの上部の斜視図を示す図である。
【図３】触覚コントローラのアナログ・ツー・デジタル変換器のための電位および周波数範囲を調節するように、アナログ回路によってオーディオ信号を条件付けるプロセスを示す図である。
【図４Ａ】図３Ａ中に示されたプロセスを用いて、波形サンプルのプロットを、付随する値データセットとともに示す図である。
【図４Ｂ】図３Ａ中に示されたプロセスを用いて、波形サンプルのプロットを、付随する値データセットとともに示す図である。
【図４Ｃ】図３Ａ中に示されたプロセスを用いて、波形サンプルのプロットを、付随する値データセットとともに示す図である。
【図４Ｄ】図３Ａ中に示されたプロセスを用いて、波形サンプルのプロットを、付随する値データセットとともに示す図である。
【図４Ｅ】図３Ａ中に示されたプロセスを用いて、波形サンプルのプロットを、付随する値データセットとともに示す図である。
【図４Ｆ】図３Ａ中に示されたプロセスを用いて、波形サンプルのプロットを、付随する値データセットとともに示す図である。
【図４Ｇ】図３Ａ中に示されたプロセスを用いて、波形サンプルのプロットを、付随する値データセットとともに示す図である。
【図４Ｈ】図３Ａ中に示されたプロセスを用いて、波形サンプルのプロットを、付随する値データセットとともに示す図である。
【図４Ｉ】図３Ａ中に示されたプロセスを用いて、波形サンプルのプロットを、付随する値データセットとともに示す図である。  図の中で示されたものからの発明の変形が考えられる。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明のデバイス、システムおよび方法は、今、添付の図面に関して詳細に記述される。
【００２８】
ＥＡＰデバイスおよびそれらの用途の例は、米国特許Ｎｏ．７，３９４，２８２；７，３７８，７８３；７，３６８，８６２；７，３６２，０３２；７，３２０，４５７；７，２５９，５０３；７，２３３，０９７；７，２２４，１０６；７，２１１，９３７；７，１９９，５０１；７，１６６，９５３；７，０６４，４７２；７，０６２，０５５；７，０５２，５９４；７，０４９，７３２；７，０３４，４３２；６，９４０，２２１；６，９１１，７６４；６，８９１，３１７；６，８８２，０８６；６，８７６，１３５；６，８１２，６２４；６，８０９，４６２；６，８０６，６２１；６，７８１，２８４；６，７６８，２４６；６，７０７，２３６；６，６６４，７１８；６，６２８，０４０；６，５８６，８５９；６，５８３，５３３；６，５４５，３８４；６，５４３，１１０；６，３７６，９７１と６，３４３，１２９；米国特許出願公開Ｎｏ．２００９／０００１８５５；２００９／０１５４０５３；２００８／０１８０８７５；２００８／０１５７６３１；２００８／０１１６７６４；２００８／００２２５１７；２００７／０２３０２２２；２００７／０２００４６８；２００７／０２００４６７；２００７／０２００４６６；２００７／０２００４５７；２００７／０２００４５４；２００７／０２００４５３；２００７／０１７０８２２；２００６／０２３８０７９；２００６／０２０８６１０；２００６／０２０８６０９；及び２００５／０１５７８９３、及び２０１０／０１０９４８６；ＰＣＴ出願Ｎｏ．ＰＣＴ／ＵＳ０９／６３３０７；及びＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０００１９６；ＰＣＴ公開Ｎｏ．Ｗ０ ２００９／０６７７０８に記載されている。それらの全体は、引用によって本願明細書に組み込まれる。
【００２９】
上に記したように、ユーザインタフェースを必要とするデバイスは、デバイスのユーザスクリーン上での触覚フィードバックの使用によって改善される場合がある。図１Ａおよび１Ｂは、そのようなデバイス１９０の簡単な例を示している。各デバイスは、ディスプレイスクリーン２３２を含み、それについてユーザがデータを入れ又は見る。そのディスプレイスクリーンは、デバイスの本体またはフレーム２３４に結合されている。明らかに、ポータブル（例えば携帯電話、コンピュータ、製造装置など）か、他の非ポータブル構造（例えば情報表示パネル、現金自動預払スクリーンなどのスクリーン）に取り付けられているかにかかわらず、如何なる数のデバイスも、この開示の範囲内に含まれている。この開示の目的のため、ディスプレイスクリーンは、タッチパッドタイプのデバイスを含んでいてもよい。その場合、モニタ上または実際のタッチパッド（例えばラップトップコンピュータのタッチパッド）から離れた位置で、ユーザ入力または相互作用が起こる。さらに、本願明細書に記述された制御方法は、電子メディアデバイスに取り外し可能に連結されるハウジング組立体を使用するデバイスに適用され得る。そのような場合において、改善された制御部および潜在的にトランスデューサは、電子デバイスに対して分離しているが、電子デバイスに結合可能である。そのようなデバイスの一例はＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０００１９６に見られる。
【００３０】
多くのデザイン面の考察は、トランスデューサの製作のため、特にディスプレイスクリーン２３２の触覚フィードバックが求められるとき、「電気活性高分子」（ＥＡＰ）と呼ばれる先進的な誘電体エラストマ材料の選択および使用に賛成する。これらの考察は、潜在的な力、電力密度、電力変換／消費、サイズ、重み、コスト、応答時間、負荷サイクル、サービス要求、環境影響などを含んでいる。そのようなものとして、多くの用途において、ＥＡＰ技術は、圧電気、形状記憶合金（ＳＭＡ）、およびモータとソレノイドのような電磁デバイスのための理想的な置換を提案する。
【００３１】
ＥＡＰトランスデューサは、弾性の特徴を有し且つ薄いエラストマ誘電性材料によって分離された２つの薄いフィルム電極を備えている。いくつかの変形例では、ＥＡＰトランスデューサは非弾性の誘電性材料を含んでいてもよい。如何なる場合も、電位差が電極（複数）に印加されるとき、反対に荷電された電極（複数）は互いに引き合い、その結果として、それらの間に高分子誘電体層を圧縮する。電極が互いに引き付けられて接近するに伴って、誘電性の高分子フィルムは面方向に拡張する（ｘ軸成分およびｙ軸成分が拡張する）ので、誘電性の高分子フィルムはより薄くなる（ｚ軸成分は収縮する）なる。
【００３２】
ＥＡＰトランスデューサは、印加電圧に対して変位するように構成されてもよい。そのことは、対象の触覚のフィードバックデバイスと共に用いられるコントロールシステムのプログラミングを容易にする。例えば、ソフトウェアアルゴリズムは、画素のグレイスケールをＥＡＰトランスデューサの変位に変換してもよい。それによって、スクリーン・カーソルの先端の下の画素のグレイスケール値は、連続的に測定され、ＥＡＰトランスデューサによって比例する変位に変換される。タッチパッドを横切って指を動かすことによって、人は粗い３次元の組織（texture；テクスチャ）を感じ又は感知することができる。同様のアルゴリズムは、ウェブページ上で適用され得る。ウェブページ上では、アイコンの境界は、アイコン上で指を動かすことで、ページの組織の突起またはブザー音を鳴らすボタンとしてユーザにフィードバックされる。健常なユーザにとって、ウェブをサーフィンする間、これは完全に新しい知覚の経験を提供するだろう。視覚障害のあるユーザにとって、これは欠かせないフィードバックを加えるだろう。
【００３３】
ＥＡＰトランスデューサは、多くの理由でそのような用途に理想的である。例えば、それらの軽量および最小の部品のために、ＥＡＰトランスデューサは、非常に小さい外形を提示し、したがって、感覚／触覚フィードバック用途での使用にとって理想的である。
【００３４】
図２Ａと２Ｂは、ＥＡＰフィルムまたは膜１０の構造の例を示している。薄いエラストマの誘電体フィルムまたは層１２は、コンプライアント（compliant;変形容易もしくは柔軟）または伸縮可能な電極プレートまたは層１４および１６の間に挟まれ、それによって、容量性の構造またはフィルムを形成している。誘電体層の長さ「ｌ」および幅「ｗ」は、複合構造のそれと同様に、その厚さ「ｔ」よりずっと大きい。典型的には、誘電体層は、約１０μｍから約１００μｍまでの範囲内の厚さを有している。また、上記構造の全厚は、約１５μｍから約１０ｃｍまでの範囲内にある。さらに、電極１４および１６がアクチュエータに寄与する追加の剛性が、ほぼ誘電体層１２の剛性を下回るように、電極１４および１６の弾性率、厚さおよび／または形状を選択することは望ましい。誘電体層１２は比較的低い弾性率、すなわち約１００ＭＰａ未満、より典型的には約１０ＭＰａ未満の弾性率を有しているが、電極の各々より厚いことがある。これらのコンプライアントな容量性の構造の用途に適している電極は、機械的な疲労による破壊なしで、約１％より大きい周期的な歪みに耐えることができるものである。
【００３５】
図２Ｂで見られるように、電圧が電極を横切って印加されるときは、２つの電極１４および１６における異なる電荷は互いに引き付けられ、また、これらの静電気引力は誘電体フィルム１２を圧縮する（Ｚ軸線に沿って）。それにより、誘電体フィルム１２は、電界の変化で撓まされる。電極１４および１６がコンプライアントであるので、それらは誘電体層１２とともに形状を変える。概して言えば、撓み（deflection；デフレクション）は、如何なる変位、膨張、収縮、ねじれ、線若しくは領域の歪み、または誘電体フィルム１２の一部の如何なる他の変形をも指す。容量性構造１０（集合的に「トランスデューサ」と呼ばれる。）が採用されるアーキテクチャ（例えばフレーム）に依存して、この撓みは機械仕事を生ずるために用いられてもよい。様々な異なったトランスデューサ・アーキテクチャは、上述の特許引例に開示され、記載されている。
【００３６】
電圧が印加された状態で、トランスデューサ・フィルム１０は、機械的な力が撓みを駆動している静電力と平衡するまで撓み続ける。機械的な力は、誘電体層１２の弾性復元力、電極１４，１６のコンプライアンス（compliance）または伸縮、並びに、デバイスおよび／またはトランスデューサ１０に結合された負荷によって提供される如何なる外部の抵抗をも含んでいる。トランスデューサ１０の印加電圧の結果として起こる撓みは、エラストマ材料の誘電率およびそのサイズおよび剛性のような複数の他の要素に依存しているかも知れない。電圧差と誘導電荷を除去することは、逆の効果をもたらす。
【００３７】
幾つかの場合には、電極１４および１６が、誘電体フィルム１２の全領域に対してそのフィルムの限定された部分を覆ってもよい。このことは、誘電体の縁の周りの電気的なブレークダウンを防ぎ、または、誘電体の或る部分においてカスタマイズされた撓みを達成するかも知れない。活性領域（活性領域は、その部分の撓みを可能にするのに十分な静電力を有している誘電材料の一部である。）の外側の誘電材料は、撓み中に、上記活性領域上に外部のバネ力として働くようにされるかも知れない。より具体的には、上記活性領域の外側の材料は、その収縮または膨張によって、上記活性領域の撓みに抵抗してもよいし、上記活性領域の撓みを増進してもよい。
【００３８】
誘電体フィルム１２は、予歪みが与えられていてもよい。予歪みは、電気的エネルギと力学的エネルギとの間の変換を改善する。つまり、予歪みは、誘電体フィルム１２がより撓んで、より大きい機械仕事を提供することを可能にする。フィルムの予歪みは、予歪みを与える前の或る方向における寸法に対する、予歪みを与えた後のその方向における寸法の変化として記述されるかも知れない。予歪みは、誘電体フィルムの弾性変形を含み、例えば、張力でフィルムを伸ばし、伸張中に１つ以上の縁を固定することにより生成されても良い。予歪みは、フィルムの境界またはフィルムの一部だけのために与えられても良いし、また、剛フレームを用いたり、フィルムの一部を堅くしたりすることにより実行されてもよい。
【００３９】
図２Ａおよび２Ｂのトランスデューサ構造または他の同様のコンプライアントな構造、およびそれらの構造の細部が、本願明細書に開示された、参考文献として載せられた特許および刊行物の多くに、より完全に記載されている。
【００４０】
性能は、誘電体フィルムおよび／または受動的な材料に予歪みを与えることによって高められるかも知れない。アクチュエータは、キー又はボタンデバイスとして用いられてもよく、膜スイッチのようなセンサデバイスに積み重ねられ又は一体化されてもよい。底部出力部材または底部電極は、底部出力部材が導電層を有するならば回路を完結するか又は直接回路を完結できるように、膜スイッチに十分な圧力を備えるために用いられ得る。複合のアクチュエータは、アレイ中でキーパッドまたはキーボードのような用途に用いられ得る。
【００４１】
米国特許出願公開Ｎｏ．２００５／０１５７８９３で開示された様々な誘電性のエラストマおよび電極材料は、本発明の厚みモードトランスデューサを用いた用途に適している。一般に、誘電性エラストマは、シリコーンゴムおよびアクリル樹脂（それは静電力に応じて変形するか、またはその変形が電界の変化に帰着する）のような如何なる実質的に絶縁性でコンプライアントな高分子も含んでいる。適切な高分子を設計または選択することにおいて、人は最適な材料、物理的および化学的な性質を考慮することがある。そのような性質は、モノマ（如何なる側鎖をも含む）、添加剤、架橋度、結晶化度、分子量などの思慮深い選択によって調整され得る。
【００４２】
そこで記述され、使用に適している電極は、金属トレースおよび電荷分散層を含む構造化された電極、凹凸が付いた電極、炭素グリースまたは銀グリースのような導電性グリース、コロイド懸濁系、導電性カーボンブラック，炭素小繊維，カーボンナノチューブ，グラフェンおよび金属ナノ電線のような高アスペクト比の導電性材料、並びにイオン的導電性材料の混合物を含んでいる。電極は、炭素または他の導電性微粒子を含んでいるエラストマ母体のようなコンプライアントな材料で作られてもよい。本発明は、金属で半可撓性がない電極を使用することもできる。対象のトランスデューサでの使用のための典型的な不動態層材料は、例えば、シリコーン、スチレンまたはオレフィンの共重合体、ポリウレタン、アクリレート、ゴム、柔軟な高分子、柔軟なエラストマ（ゲル）、柔軟な高分子発泡体、高分子／ゲル・ハイブリッドを含むが、それに制限されていない。不動態層と誘電体層の相対的な弾性および厚みは、所望の出力（例えば意図された表面の特徴の正味の厚さまたは薄さ）を達成するために選択される。その場合、その出力応答は、線形（例えば、不動態層の厚みは、活性化されたとき、誘電体層の厚みに比例して増幅される。）または非線形（例えば、不動態および誘電体層は、変わる速度で、より薄く又はより厚くなる。）になるように設計されてもよい。
【００４３】
方法に関して、対象の方法は、記述されたデバイスの使用に関連した機械的および／または活動の各々を含んでいてもよい。そのようなものとして、記述されたデバイスの使用に暗黙の方法は、本発明の一部を形成する。他の方法は、そのようなデバイスの作製に焦点を合わせることがある。
【００４４】
本発明の他の細部、材料および代替の関連する構造は、関連分野の当業者のレベルの範囲内で採用され得る。同じことは、一般に又は論理的に採用されるような追加の行為の観点から、本発明の方法ベースの態様に関して成り立つかも知れない。さらに、本発明は、付加的に様々な特徴を組込んで、幾つかの実施例に関して記述されたが、本発明は、本発明の各変形例に関して考えられるとして記述され又は示されたものに限定されるものではない。様々な変更が、記述された本発明に対してなされ得るし、また、等価物（本願明細書に列挙されたか、いくらかの簡潔さのために含まれなかったかのもの）は、本発明の真の趣旨および範囲から逸脱せずに代用されても良い。図示された如何なる数の個別部分または部分組立体も、それらの設計に一体化されても良い。そのような変化その他のものは、組立体のための設計の原理によって引き受けられても良いし導かれてもよい。
【００４５】
触覚アクチュエータの制御を改善するための別の方法および手順は、改善された触覚効果を発生するためのオーディオ信号の統計的分析の使用を含んでいる。そのようなプロセスは、触覚コントローラのアナログ・ツー・デジタル変換器のための電圧レベルと周波数範囲を調節するように、アナログ回路によってオーディオ信号を条件付けることを含んでいる。その例は、図３に示されている。触覚コントローラ３０２は、制御アルゴリズムのメモリ、ポートおよび速度要求に対応する如何なる埋め込まれたシステムでもあり得る。入力アナログ電圧はデジタル値（バールＹ）３０４に変換される。また、この値は、動作中の常時更新された統計的データセット３０６を有するように、ｎ個の以前のＹ値を含むアレイに追加される。データセットのサイズは、信号の変化に対してシステム適応性を最大にするために最適化され得るが、Ｙの値の解像度および利用可能なメモリに結局依存する。あらゆる入力Ｙで、データセットの標準偏差（standard deviation）、平均値（mean）、範囲（range）は、計算され、更新される３０８。付加的に、同様に尖度（kurtosis）が計算され得る。しかしながら、そうすることは、強力で、過度に正確な指標をもたらす。その範囲を標準偏差で割ることは、集められたＹサンプル試料のヒストグラムの形状の十分な指標を生み出すことができる。
【００４６】
ヒストグラムの形状はオーディオ信号のタイプに依存する。騒々しい音楽は、range／Ｓ３１０の最低値を有する広い「フル」カーブを生成する。この条件の間に、トランスデューサを「サブウーファ」３１２として働かせながら、Ｙはデジタル・ツー・アナログ変換器に直接通過され得る。鋭いクリックまたはピークが低ノイズまたは静寂中に分散される状況は、非常に鋭いヒストグラムおよびrange／Ｓの最高値をもたらす。そのクリックとピークは、短すぎて、望ましい触覚イベントを生成できないかも知れないが、蓄えられた波形３１４をトリガするために用いられ得る。実験データは、入力信号がｍ３１６からｘＳの下または上にあるとき、蓄えられた波をトリガすることを示している。ｘの正確な値は実験的に決定される。前もって、ｘ＝２の値は許容可能であることが見つけられた。この点で、正確な波形形状は、出て行く波の最も良い振幅と周波数を決定するように、信号のより先進的な処理によって決定され得る。バックグラウンドミュージックおよびゲーム効果の両方を含んでいるゲームは、典型的に、より大きなボリュームで上記効果を有するか、または、２つのボリュームを独立して調節するための手段を有する。結果として生じるヒストグラムは、騒々しい音楽と有りのままのクリックとの間のどこかにある。多数の選択肢が存在している一方、最も真っ直ぐな選択は、音楽を、おそらく多く減じられたボリュームで、トリガされた波形と混合することである。このことは、強く顕著な特別の効果を有しながら、依然として僅かな「サブウーファ」効果を有するだろう。音楽が沈黙させられ、トリガされた波が強調される程度は、比range／ｓで調節され得る。
【００４７】
このシステムは、システムの変形例と同様に、以前はソフトウェアアーキテクチャの制限により利用不可能であったハイファイ触覚の可能性を開くので、有利である。多くのゲームデバイスおよびゲームが触覚データチャネルを組込まないし、現解決策は、手動または恒久的にセットされるサウンド振幅しきい値からトリガする波形を含んでいるので、ゲームにおける変形例およびシステムオーディオボリュームは、調和の欠けた経験を生じ、全く作動しないかも知れない。
【００４８】
図４Ａから図４Ｉは、様々な波形サンプルのプロットを、付随する値データセットとともに示している。図４Ａは、波形サンプルのプロットを、付随する音楽の値データセットとともに図示している。図４Ｂは、波形サンプルのプロットを、付随する自然のキークリックの値データセットとともに図示している。図４Ｃは、波形サンプルのプロットを、付随するビデオゲーム（NEED FOR SPEED）の値データセットとともに、ゲーム・プラス・バックグラウンドミュージックからのサウンドデータとともに図示している。図４Ｄは、波形サンプルのプロットを、付随するビデオゲーム（AIR HOCKEY）の値データセットとともに、ゲームからのサウンドデータとともに図示している。図４Ｅは、波形サンプルのプロットを、付随するビデオゲーム（FREEBALLIN PINBALL）の値データセットとともに、ゲームからのサウンドデータとともに図示している。図４Ｆは、波形サンプルのプロットを、付随するビデオゲーム（VIRTUAL DICE）の値データセットとともに、ゲームからのサウンドデータとともに図示している。図４Ｇは、波形サンプルのプロットを、付随するビデオゲーム（LABYRINTH）の値データセットとともに、ゲームからのサウンドデータとともに図示している。図４Ｈは、波形サンプルのプロットを、付随するビデオゲーム（CUBERUNNER）の値データセットとともに、ゲームからの音楽と同様にゲームからのサウンドデータとともに図示している。図４Ｉは、波形サンプルのプロットを、付随するビデオゲーム（CUBE FPS）の値データセットとともに、バックグラウンドミュージックと同様にゲームからのサウンドデータとともに図示している。
【００４９】
本発明の他の細部、材料および代替の関連する構造は、関連分野の当業者のレベルの範囲内で採用され得る。同じことは、一般に又は論理的に採用されるような追加の行為の観点から、本発明の方法ベースの態様に関して成り立つかも知れない。さらに、本発明は、付加的に様々な特徴を組込んで、幾つかの実施例に関して記述されたが、本発明は、本発明の各変形例に関して考えられるとして記述され又は示されたものに限定されるものではない。様々な変更が、記述された本発明に対してなされ得るし、また、等価物（本願明細書に列挙されたか、いくらかの簡潔さのために含まれなかったかのもの）は、本発明の真の趣旨および範囲から逸脱せずに代用されても良い。図示された如何なる数の個別部分または部分組立体も、それらの設計に一体化されても良い。そのような変化その他のものは、組立体のための設計の原理によって引き受けられても良いし導かれてもよい。
【００５０】
また、記述された発明的な変形例の如何なる付加的な特徴も、独立してまたは本願明細書に記述された特徴のうちのいずれか１つ以上と組み合わせて、説明およびクレームされても良い、ということが考えられる。１つだけの事項への参照は、複数の同じ事項が存在する可能性を含んでいる。より詳細には、本願明細書で、および添付のクレームで用いられているように、単数形「１つの（a）」「１つの（an）」「上記（said）」、および「その（the）」は、特段反する記述がなければ、複数の指示対象を含んでいる。言いかえれば、それらの冠詞の使用は、上の説明における対象事項の「少なくとも１つ」を許している（以下のクレームと同様に）。さらに、クレームは、如何なる付加的な要素も排除するように起草されていても良いことが、注記される。そのようなものとして、この説明は、クレーム要素の復唱、または「否定的（negative）」な限定の使用との関連で、「単独で（solely）」、「だけ（only）」などのような排他的な用語の使用のための先の記載として働くように意図されている。そのような排他的な用語の使用なしで、クレームでの用語「含む（comprising）」は、如何なる追加の要素の包含も許すものとする（一定数の要素がクレームで列挙されているかどうかに関係なく）。または、特徴の追加は、クレームで述べられた要素の性質を変形するとみなされ得る。そうでなく述べられていなければ、特段本願明細書に定義されていなければ、本願明細書に用いられる全ての技術的および科学的な用語は、クレームの有効性を維持しながら、できるだけ広く一般に了解されている意味を与えられるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図４Ｈ】
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【図４Ｉ】
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【国際調査報告】
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