(57)【要約】ユーザインターフェースデバイスの感覚フィードバックアプリケーション用電気活性高分子変換器が開示される。一実施形態において、情報をユーザに表示するためのユーザインターフェースデバイスは、ユーザによる触覚接触のために構成されたユーザインターフェース表面とセンサプレートとを有する画面であって、該情報を表示するように構成された画面と、該画面の少なくとも一部分の周囲のフレームと、該画面と該フレームとの間で連結された電気活性高分子材料とを備え、該ユーザにより生成される入力信号は、電界が該電気活性高分子材料に印加され、該電気活性高分子材料が、該ユーザによる触覚観察に十分な力を生じるような方式で、該画面および該センサパネルのうちの少なくとも１つを変位させる。
2011504634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報をユーザに表示するためのユーザインターフェースデバイスであって、
ユーザによる触覚接触のために構成されたユーザインターフェース表面とセンサプレートとを有する画面であって、該情報を表示するように構成された画面と、
該画面の少なくとも一部分の周囲のフレームと、
該画面と該フレームとの間で連結された電気活性高分子材料と
を備え、該ユーザにより生成される入力信号は、電界が該電気活性高分子材料に印加され、該電気活性高分子材料が、該ユーザによる触覚観察に十分な力を生じるような方式で、該画面および該センサパネルのうちの少なくとも１つを変位させる、
ユーザインターフェースデバイス。
【請求項２】
前記画面は、ユーザによる触覚接触のために構成され、該ユーザによる触覚接触は、前記入力信号の生成をもたらす、請求項１に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項３】
データ入力表面は、ユーザ入力を受け入れるため、および前記入力信号の生成のために構成されている、請求項１に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項４】
前記画面に対するトリガ力に応答して、前記電気活性高分子変換器の変位量を制御するための制御システムをさらに備えている、請求項１に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項５】
前記画面の変位は、前記フレームに対して横方向である、請求項１に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項６】
出力部材が前記ユーザ接触表面に機械的に連結されている、請求項１に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項７】
前記電気活性高分子材料は、ガスケットを形成するように封入され、該ガスケットは、前記フレームと前記画面との間で機械的に連結されている、請求項１に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項８】
前記電気活性高分子材料は、前記フレームと前記画面との間で直接連結されている、請求項１に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項９】
前記フレームと前記画面との間に位置する少なくとも１つのバネ部材をさらに備えている、請求項８に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項１０】
前記画面の少なくとも一部分を覆う可撓層をさらに備えている、請求項１に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項１１】
前記電気活性高分子材料は、少なくとも１つのバネ部材を有する少なくとも１つの電気活性な変換器を備えている、請求項１に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項１２】
前記電気活性な変換器は、少なくとも一対の対向する電気活性高分子フィルムを備えている、請求項１１に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項１３】
前記電気活性変換器は、負のバネ定数付勢をさらに備えている、請求項１１に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項１４】
前記電気活性高分子材料は、複数の位置で前記表示画面に連結されている、請求項１に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項１５】
前記電気活性高分子材料は、複数の波形または折り目を備えている、請求項１４に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項１６】
前記電気活性高分子材料は、前記フレームから離間した前記画面の少なくとも一部分に隣接する一連の電気活性な高分子材料を備えている、請求項１に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項１７】
該画面はタッチパッドを備えている、請求項１に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項１８】
情報をユーザに表示するためのユーザインターフェースデバイスであって、
ユーザによる触覚接触のために構成されたセンサ表面とセンサプレートとを有する画面であって、該情報を表示するように構成された画面と、
該画面の少なくとも一部分の周囲のフレームと、
該センサ表面と該フレームとの間で連結された電気活性高分子材料と
を備え、該ユーザにより生成される入力信号は、電界が該電気活性高分子材料に印加され、該電気活性高分子材料が、該ユーザによる触覚観察に十分な力を生じるような方式で、該画面および該センサ表面のうちの少なくとも１つを変位させる、
ユーザインターフェースデバイス。
【請求項１９】
前記センサ表面は、ユーザによる触覚接触のために構成され、該ユーザによる触覚接触は、前記入力信号の生成をもたらす、請求項１８に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項２０】
データ入力表面は、ユーザ入力を受け入れるため、および前記入力信号の生成のために構成されている、請求項１８に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項２１】
前記センサプレートに対するトリガ力に応答して、前記電気活性高分子変換器の変位量を制御するための制御システムをさらに備えている、請求項１８に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項２２】
前記センサプレートの変位は、前記フレームに対して横方向である、請求項１８に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項２３】
出力部材が前記ユーザ接触表面に機械的に連結されている、請求項１８に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項２４】
前記電気活性高分子材料は、ガスケットを形成するように封入され、該ガスケットは、前記フレームと前記センサ表面との間で機械的に連結されている、請求項１８に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項２５】
前記電気活性高分子材料は、前記フレームと前記センサ表面との間で直接連結されている、請求項１８に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項２６】
前記フレームと前記センサ表面との間に位置する少なくとも１つのバネ部材をさらに備えている、請求項２５に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項２７】
前記画面の少なくとも一部分を覆う可撓層をさらに備えている、請求項１８に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項２８】
前記電気活性高分子材料は、少なくとも１つのバネ部材を有する少なくとも１つの電気活性な変換器を備えている、請求項１８に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項２９】
前記電気活性な変換器は、少なくとも一対の対向する電気活性高分子フィルムを備えている、請求項２８に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項３０】
前記電気活性変換器は、負のバネ定数付勢をさらに備えている、請求項２８に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項３１】
前記電気活性高分子材料は、複数の位置で前記表示画面に連結されている、請求項１８に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項３２】
前記電気活性高分子材料は、複数の波形または折り目を備えている、請求項３１に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項３３】
封止材料が前記ユーザ接触表面と前記変換器との間でガスケットを形成する、請求項１８に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項３４】
封止材料が前記変換器を包み込む、請求項１８に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項３５】
前記電気活性高分子材料は、二相で活性化可能である、請求項１８に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項３６】
前記電気活性高分子材料は、前記フレームから離間した前記センサ表面の少なくとも一部分に隣接する一連の電気活性な高分子材料を備えている、請求項１８に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項３７】
前記画面はタッチパッドを備えている、請求項１８に記載のユーザ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】
（関連出願）
本願は、米国仮出願第６０／９８６，６９５号（２００７年１１月２１日出願、名称「ＴＡＣＴＩＬＥ  ＦＥＥＤＢＡＣＫ  ＤＥＶＩＣＥ」の非仮出願であり、該仮出願の全内容が参照により援用される。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、感覚フィードバックを提供するための電気活性高分子変換器の使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
通常、ユーザにより始動された力に応答して、触覚フィードバック（ユーザの体に付与される力を通じてのユーザへの情報通信）を採用する、多くのユーザインターフェースデバイスが知られている。触覚フィードバックを採用し得るユーザインターフェースデバイスの実施例は、キーボード、タッチ画面、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、ジョイスティック等を含む。これらの種類のインターフェースデバイスにより提供される触覚フィードバックは、振動、拍動、バネ力等の身体的感覚の形態であり、ユーザは直接的（例えば、画面の接触を介して）、間接的（例えば、携帯電話が財布または鞄の中で振動する場合のような振動効果を介して）、または他の感知（例えば、圧力変動を引き起こすが、従来の感覚での聴覚信号を生成しない運動する体の作用を介して）のいずれかでユーザが感知する。
【０００４】
多くの場合、触覚フィードバックを有するユーザインターフェースデバイスは、ユーザにより始動される作用を「受信する」入力デバイスであるとともに、作用が始動されたことを示す触覚フィードバックを提供する出力デバイスであり得る。実際には、ユーザインターフェースデバイスの一部の接触または触れられた部分または表面、例えば、ボタンの位置は、ユーザにより付与された力によって、少なくともある程度自由に変化し、付与される力は、接触部分が位置を変え、触覚フィードバックをもたらすために、ある最小閾値に達しなければならない。接触部分の位置変化の達成または登録は、応答力（例えば、跳ね返り、振動、拍動）を生じ、ユーザにより作用されるデバイスの接触部分にも付与され、この力はユーザの触覚を通じてユーザに伝達される。
【０００５】
跳ね返りまたは「二相」型の触覚フィードバックを採用するユーザインターフェースデバイスの一般的な一実施例は、マウスのボタンである。当該ボタンは、付与される力が所定の閾値に達するまで動かず、閾値の時点で、ボタンは比較的容易に下方へ動いた後に停止する−この集合的感覚は、ボタンを「クリックする」と定義される。ユーザにより付与される力は、ユーザが感じる応答（反対であるが）力と同様に、実質的にボタン表面に垂直な軸に沿う。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
別の実施例において、ユーザはタッチ画面上で入力し、画面は通常、聴覚キューを伴って／伴わずに、画面上のグラフィック変化によって入力を確認する。タッチ画面は、色または形状変化等の画面上の視覚キューによって、グラフィックフィードバックを提供する。タッチパッドは、画面上のカーソルによって視覚フィードバックを提供する。上記キューはフィードバックを提供するが、指により作動した入力デバイスからの最も直観的で有効なフィードバックは、キーボードキーの戻り止めまたはマウスホイールの戻り止め等の触知フィードバックである。したがって、触覚フィードバックをタッチ画面上に統合することが望ましい。
【０００７】
触覚フィードバックの能力は、特にデータ入力の関連において、ユーザの生産性と効率を向上させることが知られている。これに関して発明者らは、ユーザに伝達される触知感覚の特徴および質のさらなる向上が、そのような生産性と効率をさらに高め得ると考える。そのような向上は、製造が容易で費用効果が高く、周知の触覚フィードバックデバイスの空間、サイズおよび／または質量要件を追加しないか、また好ましくは低減する、感覚フィードバック機構によって提供される場合に、さらに有利となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、感覚アプリケーション用の電気活性変換器を伴うデバイス、システム、および方法を含む。一変形例において、感覚フィードバックを有するユーザインターフェースデバイスが提供される。本発明の１つの利点は、ソフトウェアによってセンサプレートがトリガされるか、またはアクチュエータがトリガされると、タッチ画面またはタッチパッドを備える電子デバイスのユーザに、触覚フィードバックの手段を提供することである。タッチ画面は、ユーザインターフェースデバイスを使用することが望ましいアプリケーションに応じて、硬質または可撓性であり得る。
【０００９】
一変形例において、本明細書で説明されるシステムは、ユーザに情報を表示するためのユーザインターフェースデバイスを備え、ユーザインターフェースデバイスは、ユーザによる触覚接触のために構成されるユーザインターフェース表面とセンサプレートとを有する画面であって、情報を表示するように構成される画面と、画面の少なくとも一部分の周囲のフレームと、画面とフレームとの間で連結される電気活性高分子材料とを備え、ユーザによって生成される入力信号は、電界が電気活性高分子材料に印加され、電気活性高分子材料が、ユーザによる触覚観察に十分な力を生じる方式で、画面およびセンサパネルのうちの少なくとも１つを変位させる。
【００１０】
本明細書で説明されるユーザインターフェースデバイスは、ユーザによる触覚接触のために構成され、ユーザによる触覚接触は、入力信号の生成をもたらす。代替または追加として、ユーザインターフェースデバイスは、ユーザ入力を受け入れ、入力信号を生成するように構成することができる。
【００１１】
本明細書で説明されるシステムは、一般に画面に対するトリガ力に応答して、電気活性高分子変換器の変位量を制御するための制御システムも備えている。画面の変位は、あらゆる方向であり得る。例えば、フレームに対して横方向、フレームに対して軸方向、または両方であり得る。
【００１２】
一部の変形例において、電気活性高分子材料は、ガスケットを形成するように封入され、ガスケットは、フレームと画面との間で機械的に連結されている。
【００１３】
電気活性高分子材料は、あらゆる構成でフレームと画面との間に連結することができる。連結は、フレームと画面との間に位置する、少なくとも１つのバネ部材を含み得る。
【００１４】
デバイスの一部の変形例において、電気活性高分子材料は、少なくとも１つのバネ部材を有する、少なくとも１つの電気活性な変換器を備えている。
【００１５】
さらなる変形例において、電気活性高分子材料は、複数の波形または折り目を備えている。
【００１６】
ユーザインターフェースデバイスの別の変形例において、装置は、ユーザによる触覚接触のために構成されるセンサ表面とセンサプレートとを有する画面であって、情報を表示するように構成される画面と、画面の少なくとも一部分の周囲のフレームと、センサ表面とフレームとの間で連結される電気活性高分子材料とを含み、ユーザにより生成される入力信号は、電界が電気活性高分子材料に印加され、ユーザによる触覚観察に十分な力を生じるような方式で、画面およびセンサパネルのうちの少なくとも１つを変位させる。
【００１７】
本デバイスおよびシステムは、多くの種類の入力デバイスにおいて採用され得るため、より優れた多用途性を提供し、複数の入力素子からフィードバックを提供する。当該システムは、デバイスの機械的な複雑性、またはデバイスの質量および重量を実質的に増加させないという点でも有利である。また当該システムは、素子を機械的に摺動または回転させることなく、その機能を達成し、それによってシステムの耐久性を高め、組立を簡素にし、製造を容易にする。
【００１８】
本発明は、任意の種類のユーザインターフェースデバイスにおいて採用され得、コンピュータ、電話、ＰＤＡ、ビデオゲームコンソール、ＧＰＳシステム、キオスクアプリケーション等のためのタッチパッド、タッチ画面、またはキーパッド等を含むが、それらに限定されない。
【００１９】
本発明の他の詳細について、材料および代替関連構成は、関連技術分野の当業者のレベル内で採用され得る。一般に、または論理的に採用されるような追加の作用に関する本発明の方法に基づく側面に対して、同様のことが当てはまり得る。さらに、本発明は、いくつかの実施例を参照し、随意で様々な特徴を組み込んで説明されるが、本発明は、本発明の各変形例に対して意図されるように説明または図示されるものに限定されない。説明される発明に様々な変更を行ってもよく、（本明細書で引用されるか、またはいくらかの簡潔性のために含まれない）相当物は、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、代用され得る。図示される個別の部分またはサブアセンブリはすべて、それらの設計に統合され得る。そのような変化またはその他は、アセンブリの設計の原理によって行われ得るか、または導かれ得る。
【００２０】
本発明のこれらおよびその他の特徴、目的、ならびに利点は、以下でより完全に説明されるような発明の詳細を読むことによって、当業者には明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
本発明は、添付の概略図と併せて読んだ場合に、以下の詳細な説明から最もよく理解される。理解を促すために、（実用的な場合）同一の参照番号を使用して、図面に共通する同様の要素を指定した。図面には以下が含まれる。
【図１Ａ】図１Ａおよび１Ｂは、ＥＡＰ変換器が、デバイスの表示画面またはセンサおよびデバイス本体に連結されると、触覚フィードバックを採用できるユーザインターフェースの一部の実施例を示す。
【図１Ｂ】図１Ａおよび１Ｂは、ＥＡＰ変換器が、デバイスの表示画面またはセンサおよびデバイス本体に連結されると、触覚フィードバックを採用できるユーザインターフェースの一部の実施例を示す。
【図２Ａ】図２Ａおよび２Ｂは、ユーザの入力に対して触覚フィードバックで反応する表面を有する、表示画面を含む、ユーザインターフェースデバイスの断面図を示す。
【図２Ｂ】図２Ａおよび２Ｂは、ユーザの入力に対して触覚フィードバックで反応する表面を有する、表示画面を含む、ユーザインターフェースデバイスの断面図を示す。
【図３Ａ】図３Ａおよび３Ｂは、活性ガスケットに形成される活性ＥＡＰを有する可撓膜で覆われる、表示画面を有する、ユーザインターフェースデバイスの別の変形例の断面図を示す。
【図３Ｂ】図３Ａおよび３Ｂは、活性ガスケットに形成される活性ＥＡＰを有する可撓膜で覆われる、表示画面を有する、ユーザインターフェースデバイスの別の変形例の断面図を示す。
【図４】図４は、表示画面の一端の周囲に位置する、バネ付勢ＥＡＰ膜を有するユーザインターフェースデバイスの追加変形例の断面図を示す。
【図５】図５は、表示画面は多数のコンプライアントなガスケットを使用してフレームに連結され、表示のための駆動力は多数のＥＡＰアクチュエータダイヤフラムである、ユーザインターフェースデバイスの断面図を示す。
【図６Ａ】図６Ａおよび６Ｂは、表示間に連結される波形ＥＡＰ膜またはフィルムを有する、ユーザインターフェース２３０の断面図を示す。
【図６Ｂ】図６Ａおよび６Ｂは、表示間に連結される波形ＥＡＰ膜またはフィルムを有する、ユーザインターフェース２３０の断面図を示す。
【図７Ａ】図７Ａおよび７Ｂは、本発明の一実施形態に従う、電圧印加前後の変換器の上面斜視図を示す。
【図７Ｂ】図７Ａおよび７Ｂは、本発明の一実施形態に従う、電圧印加前後の変換器の上面斜視図を示す。
【図８Ａ】図８Ａおよび８Ｂは、ユーザインターフェースデバイスで使用するための、感覚フィードバックデバイスの分解上面および底面斜視図をそれぞれ示す。
【図８Ｂ】図８Ａおよび８Ｂは、ユーザインターフェースデバイスで使用するための、感覚フィードバックデバイスの分解上面および底面斜視図をそれぞれ示す。
【図９Ａ】図９Ａは、は本発明の組立電気活性高分子アクチュエータの上面平面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂおよび９Ｃは、それぞれ図８Ａのアクチュエータのフィルム部分の上面および底面平面図であり、特に、アクチュエータの二相構成を示す。
【図９Ｃ】図９Ｂおよび９Ｃは、それぞれ図８Ａのアクチュエータのフィルム部分の上面および底面平面図であり、特に、アクチュエータの二相構成を示す。
【図９Ｄ】図９Ｄおよび９Ｅは、デバイスのフレームから離間した表示画面の表面に渡って配置するための、電気活性な高分子変換器配列の実施例を示す。
【図９Ｅ】図９Ｄおよび９Ｅは、デバイスのフレームから離間した表示画面の表面に渡って配置するための、電気活性な高分子変換器配列の実施例を示す。
【図９Ｆ】図９Ｆおよび９Ｇは、本明細書で開示されるような、ユーザインターフェースデバイスで使用するための、アクチュエータ配列のそれぞれ分解図および組立図である。
【図９Ｇ】図９Ｆおよび９Ｇは、本明細書で開示されるような、ユーザインターフェースデバイスで使用するための、アクチュエータ配列のそれぞれ分解図および組立図である。
【図１０】図１０は、デバイスの接触表面と動作接触するヒトの指とともに、ユーザインターフェースデバイスの側面図を示す。
【図１１Ａ】図１１Ａおよび１１Ｂは、単相モードで動作される場合の、図９Ａ−９Ｃのアクチュエータのそれぞれ力とストロークとの関係および電圧応答曲線を図示する。
【図１１Ｂ】図１１Ａおよび１１Ｂは、単相モードで動作される場合の、図９Ａ−９Ｃのアクチュエータのそれぞれ力とストロークとの関係および電圧応答曲線を図示する。
【図１２Ａ】図１２Ａおよび１２Ｂは、二相モードで動作される場合の、図９Ａ−９Ｃのアクチュエータのそれぞれ力とストロークとの関係および電圧応答曲線を図示する。
【図１２Ｂ】図１２Ａおよび１２Ｂは、二相モードで動作される場合の、図９Ａ−９Ｃのアクチュエータのそれぞれ力とストロークとの関係および電圧応答曲線を図示する。
【図１３】図１３は、感覚フィードバックデバイスを操作するための、電源および制御エレクトロニクスを含む、電子回路のブロック図である。
【図１４Ａ】図１４Ａおよび１４Ｂは、ユーザ入力デバイスに連結されるＥＡＰアクチュエータの平面配列の実施例の部分断面図を示す。
【図１４Ｂ】図１４Ａおよび１４Ｂは、ユーザ入力デバイスに連結されるＥＡＰアクチュエータの平面配列の実施例の部分断面図を示す。
【００２２】
図面に示されるものからの本発明の変形例が考えられる。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明のデバイス、システム、および方法について、ここで添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
上述されるように、ユーザインターフェースを要するデバイスは、デバイスのユーザ画面上の触覚フィードバックの使用によって改善することができる。図１Ａおよび１Ｂは、そのようなデバイス１９０の簡単な実施例を示す。各デバイスは、ユーザがデータを入力または見るための表示画面２３２を含む。表示画面は、デバイスの本体またはフレーム２３４に連結されている。明らかに、携帯型（例えば、携帯電話、コンピュータ、製造機器等）であるか、または他の非携帯型構造（例えば、情報表示パネル、現金自動入出金機画面等）に固定されるかにかかわらず、任意の数のデバイスが本開示の範囲内に含まれる。本開示の目的で、表示画面は、タッチパッド型のデバイスを含み、ユーザ入力または相互作用は、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等）から離間した位置で行われ得る。
【００２５】
多数の設計において考慮すべき事柄にとって、変換器の製造に対し、特に表示画面２３２の触覚フィードバックが求められる場合には、「電気活性高分子」（ＥＡＰ）とも称される高度誘電エラストマ材料の選択および使用が好都合である。これらの考慮すべき事柄は、ポテンシャル力、電力密度、電力変換／消費、サイズ、重量、コスト、応答時間、負荷サイクル、サービス要件、環境影響等を含む。従って、多くのアプリケーションにおいて、ＥＡＰ技術は、圧電形状記憶合金（ＳＭＡ）、およびモータ、ソレノイド等の電磁デバイスに対する理想的な代用品を提供する。
【００２６】
ＥＡＰ変換器は、弾性的特性を有し、薄いエラストマ誘電物質によって分離される２つの薄膜電極を備えている。電圧差が電極に印加され、逆帯電した電極は、互いに引き合うことによって、その間の高分子誘電層を圧縮する。電極が引かれて近づくにつれて、誘電高分子フィルムが平面方向に伸張（ｘ軸およびｙ軸成分が伸張）し、より薄くなる（ｚ軸成分が収縮する）。
【００２７】
図２Ａ−２Ｂは、表示画面上の情報、制御、または刺激に応答して、ユーザにより物理的に接触される表面を有する、表示画面２３２を有するユーザインターフェースデバイス２３０の一部分を示す。表示画面２３４は、液晶表示（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）等の任意の種類のタッチパッドまたは画面パネルであり得る。さらに、インターフェースデバイス２３０の変形例は、画像が画面上に置き換えられる（プロジェクタまたはグラフィックカバリング）、「ダミー」画面等の表示画面２３２を含み得、画面は、従来のモニタ、または普通の標識あるいは表示等の固定情報を有する画面をも含み得る。
【００２８】
いずれの場合においても、表示画面２３２は、フレーム２３４（または筺体、あるいは直接接続または１つ以上の接地素子を介したデバイスに画面を機械的に接続する任意の他の構造）および画面２３２をフレームまたは筺体２３４に連結する、電気活性高分子（ＥＡＰ）変換器２３６を含む。本明細書で記載されるように、ＥＡＰ変換器は、画面２３２の端に沿って存在し得、またはＥＡＰ変換器の配列は、フレームまたは筺体２３４から離間した画面２３２の一部分と接触するように配置され得る。
【００２９】
図２Ａおよび２Ｂは、封入されたＥＡＰ変換器２３６が活性ガスケットを形成する、基本的なユーザインターフェースデバイスを示す。任意の数の活性ガスケットＥＡＰ２３６は、タッチ画面２３２とフレーム２３４との間で連結することができる。通常、十分な活性ガスケットＥＡＰ２３６を提供して、望ましい触知感覚をもたらす。しかしながら、その数は、特定のアプリケーションに応じて異なる場合が多い。デバイスの変形例において、タッチ画面２３２は、表示画面またはセンサプレートのいずれかを含んでもよい（ここで表示画面はセンサプレートの後方になる）。
【００３０】
図は、タッチ画面２３２を不活性状態と活性状態との間で循環するユーザインターフェースデバイス２３０を示す。図２Ａは、タッチ画面２３２が不活性状態にある、ユーザインターフェースデバイス２３０を示す。そのような状態において、電場はＥＡＰ変換器２３６に印加されず、変換器を休止状態にすることができる。図２Ｂは、一部のユーザ入力がＥＡＰ変換器２３６をトリガして活性状態にした後のユーザインターフェースデバイス２３０を示し、ここで変換器２３６は、表示画面２３２を矢印２３８で示される方向に変位させる。代替として、１つ以上のＥＡＰ変換器２３６の変位は、（例えば、表示画面２３２全体が一様に移動するのではなく、画面２３２の１つの領域が別の領域よりも大きく移動し得る）表示画面２３２の方向性変位を生じるように変化することができる。明らかに、ユーザインターフェースデバイス２３０に連結される制御システムは、ＥＡＰＳ２３６を望ましい頻度で循環させ、および／またはＥＡＰ２３６のたわみ変えるように構成することができる。
【００３１】
図３Ａおよび３Ｂは、表示画面２３２を保護するように機能する、可撓膜２４０で覆われる、表示画面２３２を有する、ユーザインターフェースデバイス２３０の別の変形例を示す。再度、デバイスは、表示画面２３２をベースまたはフレーム２３４に連結する、多数の活性ガスケットＥＡＰ２３６を含み得る。ユーザ入力に応答して、膜２４０に沿った画面２３２は、電界がＥＡＰ２３６に印加されると変位し、デバイス２３０が活性状態に入るような変位をもたらす。
【００３２】
図４は、表示画面２３２の端の周囲に位置するバネ付勢されたＥＡＰ膜２４０を有する、ユーザインターフェースデバイス２３０の追加の変形例を示す。ＥＡＰ膜２４０は、画面の周辺の周囲か、または画面が触覚フィードバックをユーザにもたらし得る位置のみに配置することができる。この変形例において、受動的コンプライアントガスケット２４４は、画面２３２に対する力を提供し、それによって、ＥＡＰ膜２４２を引張状態にする。電界２４２を膜に提供すると（再度、信号がユーザ入力により生成されると）、ＥＡＰ膜２４２が弛緩して画面２３２の変位をもたらす。矢印２４６によって示されるように、ユーザ入力デバイス２３０は、ガスケット２４４により提供される付勢に対して任意の方向で、画面２３２の移動を生じるように構成され得る。さらに、すべてではないＥＡＰ膜２４２の作動は、画面２３２の非均一な移動をもたらす。
【００３３】
図５は、ユーザインターフェースデバイス２３０のさらに別の変形例を示す。この実施例において、表示画面２３２は、多数のコンプライアントなガスケット２４４を使用して、フレーム２３４に連結され、表示２３２の駆動力は、多数のＥＡＰアクチュエータダイヤフラム２４８である。ＥＡＰアクチュエータダイヤフラム２４８はバネ付勢され、電界の印加時に、表示画面を駆動することができる。図示されるように、ＥＡＰアクチュエータダイヤフラム２４８は、バネのいずれの側面にも、対向するＥＡＰ膜を有する。そのような構成において、ＥＡＰアクチュエータダイヤフラム２４８の対向する側面を作動することは、アセンブリを中立点において剛にする。ＥＡＰアクチュエータダイヤフラム２４８は、ヒトの腕の動きを制御する、対向する上腕二頭筋および三頭筋のように作用する。図示されていないが、米国特許出願番号第１１／０８５，７９８号および第１１／０８５，８０４号で論じられているように、アクチュエータダイヤフラム２４８を積層して、二相出力作用を提供し、および／またはより強固なアプリケーションで使用するために出力を増幅することができる。
【００３４】
図６Ａおよび６Ｂは、表示２３２とフレーム２３４との間で、ＥＡＰフィルム２４２の波形または折り目を収容する多数の地点または接地素子２５２において連結されたＥＡＰ膜またはフィルム２４２を有する、ユーザインターフェース２３０の別の変形例を示す。図６Ｂに示されるように、ＥＡＰフィルム２４２への電界の印加は、波形の方向に変位をもたらし、フレーム２４０に対して表示画面２３２をたわませる。ユーザインターフェース２３２は、表示２３２とフレーム２３４との間でも連結される付勢バネ２５０、および／または表示画面２３２の一部分（またはすべて）を覆う、可撓保護膜２４０を随意で含み得る。
【００３５】
上述の図面は、ＥＡＰフィルムまたは変換器を採用する、そのような触覚フィードバックの典型的な構成を概略的に示すことが分かる。多くの変形例が本開示の範囲内であり、例えば、デバイスの変形例において、ＥＡＰ変換器を実装して、画面またはパッドアセンブリ全体ではなく、センサプレートまたは素子（例えば、ユーザ入力時にトリガされ、信号をＥＡＰ変換器に提供するもの）のみを移動させることができる。
【００３６】
任意のアプリケーションにおいて、ＥＡＰ部材による表示画面またはセンサプレートのフィードバック変位は、排他的に面内であり得、横移動として感知されるか、または面外であり得る（垂直変位として感知される）。代替として、ＥＡＰ変換器材料をセグメント化し、プレート素子の角度のついた変位を提供するように、独立してアドレス可能／可動な部分を提供し得る。さらに、任意の数のＥＡＰ変換器またはフィルムは（上で列記される出願および特許で開示されるように）、本明細書で説明されるユーザインターフェースデバイスに組み込むことができる。
【００３７】
本明細書で説明されるデバイスの変形例は、デバイスのセンサプレート（または表示画面）全体を触覚フィードバック素子として作用させる。これは、広範な多用途性を可能にする。例えば、画面は、仮想キーストロークに応答して一度バウンドし得るか、または画面上のスライドバー等のスクロール素子に応答して、連続バウンドを出力し得、スクロールホイールの機械的戻り止めを効果的にシミュレートする。制御システムの使用とともに、画面上のユーザの指の正確な位置を読み取り、したがって画面パネルを変位させて３Ｄ構造をシミュレートすることによって、三次元外形を合成することができる。十分な画面変位と十分な画面の質量を条件として、画面の反復振動は、携帯電話のバイブレーション機能にも代わり得る。そのような機能性は、テキストのブラウズに適用されてもよく、テキストの１行の（垂直）スクロールが触覚「バンプ」によって表され、それによって戻り止めをシミュレートする。ビデオゲームの関連において、本発明は、先行技術のビデオゲームシステムで採用される、振動モータを振動させることよりも高い相互作用性および繊細な運動制御を提供する。タッチパッドの場合において、物理的キューを提供することによって、特に視覚障害のあるユーザに対して、相互作用性およびアクセス可能性を向上させ得る。
【００３８】
ＥＡＰ変換器は、印加される電圧に比例して変位するように構成され得、対象の触覚フィードバックデバイスとともに使用される制御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、画素グレースケールをＥＡＰ変換器の変位に変換し得、それによって、画面カーソルの先端下にある画素グレースケール値が連続的に測定され、ＥＡＰ変換器によって比例的変位に変換される。タッチパッド上で指を移動させることによって、粗雑な３Ｄテクスチャを感じ、または感知することができる。同様のアルゴリズムをウェブページ上で適用し得、アイコンの境界は、ページテクスチャにおけるバンプとして、またはアイコン上を指が移動する時に鳴るボタン音としてフィードバックされる。通常のユーザに対して、これはネットサーフィン中に全く新しい感覚経験を提供し、視覚障害のあるユーザに対して、これは不可欠なフィードバックを加える。
【００３９】
ＥＡＰ変換器は、多くの理由でそのようなアプリケーションに理想的である。例えば、それらの軽量および最少構成要素のために、ＥＡＰ変換器は、非常に薄型の形状を提供し、そのようなものとして、感覚／触覚フィードバックアプリケーションでの使用に理想的である。ＥＡＰ変換器およびそれらの構成の実施例は、米国特許第７，３６８，８６２号、第７，３６２，０３１号、第７，３２０，４５７号、第７，２５９，５０３号、第７，２３３，０９７号、第７，２２４，１０６号、第７，２１１，９３７号、第７，１９９，５０１号、第７，１６６，９５３号、第７，０６４，４７２号、第７，０６２，０５５号、第７，０５２，５９４号、第７，０４９，７３２号、第７，０３４，４３２号、第６，９４０，２２１号、第６，９１１，７６４号、第６，８９１，３１７号、第６，８８２，０８６号、第６，８７６，１３５号、第６，８１２，６２４号、第６，８０９，４６２号、第６，８０６，６２１号、第６，７８１，２８４号、第６，７６８，２４６号、第６，７０７，２３６号、第６，６６４，７１８号、第６，６２８，０４０号、第６，５８６，８５９号、第６，５８３，５３３号、第６，５４５，３８４号、第６，５４３，１１０号、第６，３７６，９７１号、および第６，３４３，１２９号、ならびに米国特許出願公開第２００６／０２０８６１０号、第２００８／００２２５１７号、第２００７／０２２２３４４号、第２００７／０２００４６８号、第２００７／０２００４６７号、第２００７／０２００４６６号、第２００７／０２００４５７号、第２００７／０２００４５４号、第２００７／０２００４５３号、第２００７／０１７０８２２号、第２００６／０２３８０７９号、第２００６／０２０８６１０号、第２００６／０２０８６０９号、および第２００５／０１５７８９３号において説明されており、それら全体は、参照することにより本明細書に組み込まれる。
【００４０】
図７Ａおよび７Ｂは、ＥＡＰフィルムまたは膜１０構造の実施例を示す。薄いエラストマ誘電フィルムまたは層１２を、コンプライアントまたは伸張可能な電極プレートまたは層１４と１６との間に挟み、それによって容量性構造またはフィルムを形成する。誘電層の長さ「ｌ」および幅「ｗ」、ならびに複合構造のそれは、その厚み「ｔ」よりもはるかに大きい。通常、誘電層は、約１０μｍ〜約１００μｍの範囲の厚みを有し、構造の総厚は、約２５μｍ〜約１０ｃｍの範囲である。さらに、電極１４、１６の弾性率、厚み、および／または微小形状を、それらがアクチュエータに寄与する追加の剛性が誘電層１２の剛性よりも一般に低くなるように、選択することが望ましく、比較的低い弾性率、すなわち、約１００ＭＰａ未満およびより典型的には約１０ＭＰａ未満であるが、各電極よりも厚い可能性がある。これらのコンプライアントな容量性構造との併用に適した電極は、機械的な消耗による障害なしに、約１％を超える周期的な歪みに耐えることができるものである。
【００４１】
図７Ｂで見られるように、電圧が電極全体に印加されると、２つの電極１４、１６の異なる電荷は互いに引き合い、これらの静電引力は、誘電フィルム１２  を（Ｚ軸に沿って）圧縮する。誘電フィルム１２は、それによって電界の変化とともにわらまされる。電極１４、１６はコンプライアントであるため、それらは誘電層１２とともに形状を変える。一般に、たわみは、誘電層１２の一部分の任意の変位、伸張、収縮、ねじれ、直線または面積歪、または任意の他の変形を意味する。形態適合アーキテクチャ、例えば、容量性構造１０が採用されるフレーム（集合的に「変換器」と称される）に基づいて、このたわみを使用して、機械的作用をもたらし得る。様々な異なる変換器アーキテクチャは、上で識別される特許参照文献において開示および説明される。  
【００４２】
電圧が印加されると、変換器フィルム１０は、機械的力がたわみを駆動する機械静電力と均衡するまで、たわみ続ける。機械的力は、誘電層１２の弾性回復力、電極１４、１６の柔軟性または伸張、ならびにデバイス、および／または変換器１０に連結される負荷によって提供される任意の外部抵抗を含む。印加される電圧の結果として生じる変換器１０のたわみは、弾性材料の誘電定数およびそのサイズ、剛性等の多数の他の因子にも依存し得る。電圧差および誘発される電荷の除去は、逆の影響を及ぼす。
【００４３】
一部の例において、電極１４および１６は、フィルムの総領域に対して誘導フィルム１２の限定部分を覆い得る。これは、誘電体の端の周囲の電気絶縁破壊を回避するか、またはその所定の部分でカスタマイズされたたわみを達成するように行ってもよい。活性領域外の誘電材料（活性領域はその部分をたわませる十分な静電力を有する誘電材料の一部分である）は、たわみ中に活性領域への外部バネ力として作用させられ得る。より具体的には、活性領域外の材料は、その収縮または拡張によって、活性領域のたわみに抵抗し得るか、またはたわみを増大し得る。
【００４４】
誘電フィルム１２は、事前にひずんでいてもよい。事前ひずみは、電気エネルギーと機械エネルギーとの間の変換を改善し、すなわち、事前ひずみは、誘導フィルム１２をさらにたわませ、より優れた機械的作用を提供することができる。フィルムの事前ひずみは、事前ひずみ前のある方向における寸法に対する、事前ひずみ後の当該方向における寸法の変化として説明され得る。事前ひずみは、誘電フィルムの弾性変形を含み、例えば、緊張状態でフィルムを伸張し、伸張中に１つ以上の端を固定することによって形成され得る。事前ひずみは、フィルムの境界またはフィルムの一部分のみに付与され得、剛フレームを使用することによるか、またはフィルムの一部分を硬化することによって実装され得る。
【００４５】
図７Ａおよび７Ｂの変換器構造、および他の類似するコンプライアントな構造、ならびにそれらの構成の詳細は、本明細書で開示される参照特許および公開の多くでさらに完全に説明される。
【００４６】
上述のＥＡＰフィルムに加えて、感覚または触覚フィードバックユーザインターフェースデバイスは、横移動を生じるように設計されるＥＡＰ変換器を含み得る。例えば、図８Ａおよび８Ｂに最上部から最下部まで示されるように、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する弾性フィルムの形態で、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）変換器１０を有するアクチュエータ３０を含む様々な構成要素を含む。結果として生じる機械エネルギーは、出力部材（ここではディスク２８の形態である）の物理的な「変位」の形態である。
【００４７】
図９Ａ〜９Ｃを参照して、ＥＡＰ変換器フィルム１０は、薄い弾性電極の２つの作用対３２ａ、３２ｂおよび３４ａ、３４ｂを含み、各作用対は、エラストマ誘電高分子２６  （例えば、アクリレート、シリコン、ウレタン、熱可塑性エラストマ、ゴム炭化水素等で形成される）薄層によって分離される。電圧差が各作用対の逆電荷電極全体（すなわち、電極３２ａおよび３２ｂ全体、電極３４ａおよび３４ｂ全体）に印加される場合  、対向する電極は互いに引き合い、それによってその間の誘電高分子層２６を圧縮する。電極が引き寄せられるにつれて、誘電高分子２６は、平面方向に伸張する（すなわち、ｘ軸およびｙ軸成分が伸張する）につれて、より薄くなる（すなわちｚ軸成分が収縮する）（軸基準については、図９Ｂおよび９Ｃを参照）。さらに、各電極全体に分散される電荷のように、当該電極内に組み込まれる伝導性粒子を互いに反発させ、それによって、弾性電極および誘電フィルムの伸張に寄与する。それによって誘電層２６は、電界の変化とともにたわまされる。電極材料もコンプライアントであるため、電極層は、誘電層２６とともに形状を変える。一般に、たわみは、任意の変位、伸張、収縮、ねじり、直線または面積ひずみ、または誘電層２６の一部分の任意の他の変形を意味する。このたわみを使用して、機械的作用をもたらし得る。
【００４８】
変換器２０の製造において、弾性フィルムは伸張され、２つの対向する剛フレーム側面８ａ、８ｂによって事前ひずみ状態で保持される。事前ひずみは高分子層２６の誘電強度を向上させ、それによって電気エネルギーと機械エネルギーとの間の変換を向上させること、すなわち、事前ひずみがフィルムをさらにたわませ、より優れた機械作用を提供することが認められている。通常、電極材料は、高分子層に事前ひずみを与えた後に適用されるが、事前ひずみ前に適用され得る。層２６の同一側面に提供される２つの電極は、本明細書では同一側面の電極対、すなわち、誘電層２６の上面側２６ａの電極３２ａおよび３４ａ、誘電層２６の底面側２６ａの電極３２ｂおよび３４ｂと称され（図９Ｃを参照）、不活性領域または間隙２５によって互いから電気的に絶縁される。高分子層の対向する側面上の対向する電極は、２つの作用電極対のセット、すなわち、１つの作用電極対に電極３２ａおよび３２ｂを形成し、別の作用電極対に電極３４ａおよび３４ｂを形成する。それぞれ同一側面の電極対は、好ましくは同一の極性を有するが、各作用電極対の電極の極性は、互いに対向し、すなわち、電極３２ａおよび３２ｂは逆に帯電され、電極３４ａおよび３４ｂは逆に帯電される。各電極は、電源への電気接続のために構成される電気接触部分３５を有する（図示せず）。
【００４９】
図示される実施形態において、電極のそれぞれは、半円形構成を有し、同一側面の電極対は、中央に配置される剛な出力ディスク２０ａ、２０ｂを誘電層２６の各側面上に収容するために、実質的に円形パターンを画定する。その機能は以下で論じられるディスク２０ａ、２０ｂは、高分子層２６の中心が露出した外面２６ａ、２６ｂ  に固定され、それによってその間に層２６を挟む。ディスクとフィルムとの間の連結は、機械的であり得るか、または接着結合によって提供され得る。一般に、ディスク２０ａ、２０ｂは、変換器フレーム２２ａ、２２ｂに対する大きさとなる。より具体的には、フレームの内部環直径に対するディスク直径の比は、変換器フィルム１０に付与される圧力が適切に分散するような比となる。フレーム直径に対するディスク直径の比が大きいほど、フィードバック信号の力または移動が大きくなるが、ディスクの変位の線型性は低い。代替として、比率が低いほど、アウトプットの力が低くなり、変位の線型性が高くなる。
【００５０】
電極構成に基づいて、変換器１０は、単相または二相モードのいずれかで、機能することができる。構成される方式で、上述された対象感覚フィードバックデバイスの出力構成要素、すなわち２つの連結したディスク２０ａおよび２０ｂの機械的変位は、垂直よりもむしろ横向きである。つまり、感覚フィードバック信号は、ユーザインターフェースの表示表面２３２に垂直であり、ユーザの指３８により付与されるインプットの力（図１０で矢印６０ａにより指定される）に平行である方向の力（しかし反対、または上方方向）ではなく、本発明の感覚／触覚フィードバックデバイスの感知されるフィードバックまたはアウトプットの力（図１０で双頭矢印によって指定される）は、表示表面２３２に平行でインプットの力６０ａに垂直方向である。平面および変換器１０に垂直な軸に対する、および変換器が作動される表示表面２３２モードの位置（すなわち、単相または二相）に対する電極対の回転配列に応じ、この横移動は、任意の方向、つまり３６０°以内のであり得る。例えば、横フィードバック移動は、ユーザの指（または掌またはグリップ等）の前方方向に対して左右または上下であり得る（いずれも二相作動である）。当業者は、触覚フィードバックデバイスの接触表面に横または垂直なフィードバック変位を提供する、所定の他のアクチュエータ構成を認識するが、そのように構成されるデバイスの全体形状は、前述の設計より大きいものであり得る。
【００５１】
図９Ｄ〜９Ｇは、デバイスの表示画面全体に配置され得る、電気活性高分子の配列の実施例を示す。この実施例では、本発明の触覚フィードバックデバイスで使用するためのＥＡＰアクチュエータの配列で使用するＥＡＰフィルム配列２００の電圧側面２００ａおよび接地側面２００ｂ（図９Ｆを参照）。フィルム配列２００は、空間および電力効率を高めるようなマトリクス構成で提供される電極配列を含む。ＥＡＰフィルム配列の高電圧側面２００ａは、誘電フィルム２０８材料上を（図９Ｄで示される視点にしたがって）垂直に走る電極パターン２０２を提供する。各パターン２０２は、一対の高電圧線２０２ａ、２０２ｂを含む。ＥＡＰフィルム配列の反対または接地側面２００ｂは、高電圧電極に対して横、すなわち、水平に走る電極パターン２０６を提供する。各パターン２０６は、一対の接地線２０６ａ、２０６ｂを含む。対向する高電圧および接地線の各対（２０２ａ、２０６ａおよび２０２ｂ、２０６ｂ）は、対向する電極対の活性が、二相出力運動を矢印２１２によって示される方向で提供するように、別個に活性化可能な電極対を提供する。組み立てられたＥＡＰフィルム配列２００（誘電フィルム２０８の上面および底面上の電極の交差パターンを示す）は、ＥＡＰ変換器２２２の配列２０４の分解図の図９Ｆで提供され、配列２０４は、図９Ｇにその組み立てられた形状で示される。ＥＡＰフィルム配列２００は、対向するフレーム配列２１４ａ、２１４ｂの間に挟まれ、２つの配列のそれぞれの中の個別のフレームセグメント２１６は、開放領域内の中心に位置付けられる出力ディスク２１８によって画定される。フレーム／ディスクセグメント２１６と電極構成の各組み合わせはＥＡＰ変換器２２２を形成する。望ましいアクチュエータのアプリケーションおよび種類に応じて、構成要素の追加層を変換器配列２０４に追加してもよい。変換器配列２２０は、ユーザインターフェース配列、例えば、表示画面、センサ表面、またはタッチパッド等に全体が組み込まれ得る。
【００５２】
感覚／触覚フィードバックデバイス２を単相モードで作動している場合、１つのアクチュエータ３０の電極の作用対のみが任意の時点で活性化される。アクチュエータ３０の単相作動は、単一の高電圧電源を使用して制御され得る。単一の選択された作用電極対に印加される電圧が増大するにつれて、変換器フィルムの活性部分（半分）は拡大し、それによって、出力ディスク２０を面内で、変換器フィルムの不活性部分の方向に移動させる。図１１Ａは、２つの作用電極対を単相モードで交互に活性化する場合に、中立位置に対するアクチュエータ３０の感覚フィードバック信号の力とストロークとの関係（すなわち、出力ディスク変位）を示す。図示されるように、出力ディスクのそれぞれの力および変位は、互いに等しいが、反対方向である。図１１Ｂは、この単相モードで作動される場合に、アクチュエータの出力変位に対する印加電圧の非線型関係の結果を示す。共有誘電フィルムによる２つの電極対の「機械的」連結は、例えば、出力ディスクを反対方向に移動させるようなものであり得る。したがって、両方の電極対が作動される場合、互いに独立しているが、第１の作用電極対に対する電圧の印加（相１）は、出力ディスク２０をある方向に変位させ、第２の作用電極対に対する電圧の印加（相２）は、出力ディスク２０を反対方向に変位させる。図１１Ｂの様々なプロットが反映するように、電圧が線型に変化するとき、アクチュエータの変位は非線型である。変位中の出力ディスクの加速は、二相の同期作動を通して制御し、触覚フィードバック効果を強化することもできる。アクチュエータは、二相より多く分割することもでき、独立して活性化されて出力ディスクのより複雑な動きを可能にする。
【００５３】
出力部材または構成要素のさらなる変位をもたらし、したがって、より優れた感覚フィードバック信号をユーザに提供するために、アクチュエータ３０は、二相モードで作動され、すなわち、アクチュエータの両方の部分を同時に活性化する。図１２Ａは、アクチュエータが二相モードで作動される場合、出力ディスクの感覚フィードバック信号の力とストロークとの関係を示す。図示されるように、このモードのアクチュエータの２つの部分３２、３４の力およびストロークは、いずれも同一方向であり、単相モードで作動される場合のアクチュエータの力およびストロークの大きさの２倍を有する。図１２Ｂは、この二相モードで作動される場合のアクチュエータの出力変位に対する印加電圧の線型関係の結果を示す。アクチュエータの機械的に連結される部分３２、３４を直列に電気的に接続し、それらの共通ノード５５を、例えば、図１３のブロック図４０に示される方式で制御することによって、共通ノード５５と出力部材との間の関係は（いかなる構成であっても）、線型相関に近づく。このモードの作動において、アクチュエータ３０の２つの部分３２、３４の非線型電圧応答は、互いを効果的にキャンセルし、線型電圧応答を生じる。制御回路４４を使用し、アクチュエータの各部分のアセンブリ４６ａ、４６ｂを切り替えることによって、この線型関係は、制御回路によってスイッチアセンブリに供給される、異なる種類の波形の使用によって、アクチュエータの性能の精密な調整および調節を可能にする。回路４０を使用する別の利点は、感覚フィードバックデバイスの作動に必要とされる切替回路および電源の数を低減する能力である。回路４０を使用しない場合、２つの独立した電源および４つの切替アセンブリが必要とされる。したがって、回路の複雑性およびコストは低減される一方で、制御電圧とアクチュエータ変位との間の関係は改善され、すなわち、より線型になる。
【００５４】
様々な種類の機構を採用して、ユーザからのインプットの力６０ａを伝達して、望ましい感覚フィードバック６０ｂをもたらし得る（図１０を参照）。例えば、容量性または抵抗性センサ５０（図１３を参照）が、ユーザインターフェースパッド４内に収容され、ユーザによりユーザ接触表面入力に付与される機械的な力を感知する。センサ５０からの電気出力５２は、制御回路４４に供給され、順にスイッチアセンブリ４６ａ、４６ｂをトリガして、制御回路によって提供されるモードおよび波形に従い、感覚フィードバックデバイスのそれぞれの変換器部分３２、３４に電源４２から電圧を印加する。
【００５５】
本発明の別の変形例は、ＥＡＰアクチュエータの密閉封止を伴い、ＥＡＰフィルム上で生じ得る、湿度または結露の任意の影響を最小限化する。以下で説明される様々な実施形態の場合、ＥＡＰアクチュエータは、バリアフィルム内で、触覚フィードバックデバイスの他の構成要素から実質的に分離して封止される。バリアフィルムまたはケーシングは、フォイル等で形成されてもよく、好ましくは熱封止等されて、封止されたフィルム内への水分の漏出を最小限化する。バリアフィルムまたはケーシングの部分は、コンプライアント材料で形成され得、ケーシング外の地点に対するケーシング内のアクチュエータの機械的連結の改善を可能にする。これらのデバイス実施形態のそれぞれは、ユーザ入力表面、例えば、キーパッドの接触表面に対する、アクチュエータの出力部材のフィードバック動作の連結を可能にしながら、密閉封止のアクチュエータパッケージの任意の障害を最小限化する。アクチュエータの動きをユーザインターフェース接触表面に連結するための様々な典型的手段も提供される。方法論に関して、対象の方法は、説明されるデバイスの使用に関連する機構および／または活動のそれぞれを含み得る。そのようにして、説明されるデバイスの使用に暗示される方法論は、本発明の一部を形成する。他の方法は、そのような装置の製造に焦点を当ててもよい。
【００５６】
図１４Ａは、ユーザ入力デバイス１９０に連結されるＥＡＰアクチュエータ２０４の平面配列の実施例を示す。図示されるように、ＥＡＰアクチュエータ２０４の配列は、画面２３２の一部分を覆い、スタンドオフ２５６を介して、デバイス１９０のフレーム２３４に連結されている。この変形例において、スタンドオフ２５６は、アクチュエータ２０４および画面２３２の移動のための隙間を可能にする。デバイス１９０の一変形例において、アクチュエータ２０４の配列は、望ましいアプリケーションに応じて、ユーザインターフェース表面または画面２３２の後方の複数の個別アクチュエータまたはアクチュエータの配列であり得る。図１４Ｂは、図１４のデバイス１９０の底面図を示す。矢印２５４によって示されるように、ＥＡＰアクチュエータ２０４は、画面２３２に垂直方向の移動の代替として、または組み合わせて、軸に沿った画面２３２の移動を可能にする。
【００５７】
本発明の他の詳細に関して、材料および代替の関連構成は、関連技術における技術を有する者のレベル内であるように採用され得る。一般に、または論理的に採用されるような追加の作用に関する本発明の方法に基づく側面に対して、同様のことが当てはまり得る。さらに、本発明は、いくつかの実施例を参照し、随意で様々な特徴を統合して説明されたが、本発明は、本発明の各変形例に関して意図されるように、説明または図示されるものに限定されない。説明される発明に様々な変更を行ってもよく、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、均等物（本明細書で引用されるか、またはある程度の簡潔性のために含まれない）が代用され得る。任意の数の図示される個別の部分またはサブアセンブリが、それらの設計に統合され得る。そのような変更または他は、アセンブリの設計の原理によって行われ得るか、または導かれ得る。
【００５８】
また、説明される発明の変形例の任意の随意の特徴は、独立して、または本明細書で説明される特徴のうちのいずれか１つ以上と組み合わせて記載および請求され得ると考えられる。単数形の項目への言及は、同一の項目が複数存在する可能性を含む。より具体的に、本明細書および添付の請求項で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、「ｓａｉｄ」および「ｔｈｅ」は、特に別段の記載がない限り、複数の指示対象を含む。つまり、冠詞の使用は、上述の説明ならびに以下の請求項における対象項目のうちの「少なくとも１つ」を考慮する。請求項は、任意の随意的な要素を除外するように作成され得ることにさらに留意する。そのようにして、この陳述は、「唯一（ｓｏｌｅｌｙ）」「ただ一つ（ｏｎｌｙ）」等の排他的用語の請求項要素の記述との併用、または「否定的」限定の使用のための先行詞として機能することが意図される。そのような排他的用語を使用せずに、請求項における「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、所定数の要素が請求項で列挙されるか否かに関係なく、任意の追加要素の包含を可能にするか、または特徴の追加は、請求項に記載される要素の性質を変換すると見なされ得る。特に明記しない限り、本明細書で特定の定義がない限り、本明細書で使用されるすべての技術的および科学的用語は、請求項の有効性を維持しながら、できる限り広範に一般に理解される意味で付与される。
【００５９】
全体として、本発明の範囲は、提供される実施例によって限定されない。そうであるが、以下のように請求する。
【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３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図９Ｇ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【国際調査報告】
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