(57)【要約】触覚フィードバックを生成する表面は、第１のレベルの硬さを有する第１の領域と、第１のレベルの硬さ未満である第２のレベルの硬さを有する第２の領域とを含む。第２の領域は、触覚フィードバックが概ね局所化される変形領域を画定する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
触覚フィードバックを生成する表面であって、
第１のレベルの硬さを有する第１の領域と、
２のレベルの硬さを有する第２の領域と、
を備え、前記第２の領域は、変形領域を画定し、前記触覚フィードバックは、前記変形領域内に概ね局所化されることを特徴とする表面。
【請求項２】
前記第２のレベルの硬さは、前記第１のレベルの硬さ未満であることを特徴とする請求項１に記載の表面。
【請求項３】
前記変形領域は、前記第２の領域と実質的に同じ領域であることを特徴とする請求項２に記載の表面。
【請求項４】
前記変形領域は、前記第２の領域によって概ね囲まれることを特徴とする請求項２に記載の表面。
【請求項５】
前記第１の領域は、第１の厚さを有し、前記第２の領域は、前記第１の厚さよりも薄い第２の厚さを有することを特徴とする請求項２に記載の表面。
【請求項６】
前記変形領域は、前記触覚フィードバックの際にアクチュエータと接触することを特徴とする請求項１に記載の表面。
【請求項７】
前記触覚フィードバックは、前記変形領域の振動を含むことを特徴とする請求項１に記載の表面。
【請求項８】
前記第２の厚さは、テーパー状であることを特徴とする請求項５に記載の表面。
【請求項９】
ユーザ入力にフィードバックを提供するためのシステムであって、
第１のレベルの硬さを有する第１の領域を備える表面と、
第２のレベルの硬さを有する第２の領域と、
前記表面に結合されたアクチュエータと、
を備え、前記第２の領域は、変形領域を画定することを特徴とするシステム。
【請求項１０】
前記アクチュエータは、前記変形領域内で概ね局所化される触覚効果を生成するように適合されることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記アクチュエータは、電磁石に結合されたプランジャを備えることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記プランジャは、前記変形領域に結合されることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記アクチュエータは、スマート材料を含むことを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第２のレベルの硬さは、前記第１のレベルの硬さ未満であることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１５】
前記変形領域は、前記第２の領域と実質的に同じ領域であることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１６】
前記変形領域は、前記第２の領域によって概ね囲まれることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１７】
前記第１の領域は、第１の厚さを有し、前記第２の領域は、前記第１の厚さよりも薄い第２の厚さを有することを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１８】
前記触覚効果は、前記変形領域の振動を含むことを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第２の厚さは、テーパー状であることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
表側と裏側とを有する接触面上の触覚可能な位置にフィードバックを提供する方法であって、
第１のレベルの硬さを有する第１の領域と、第２のレベルの硬さを有する第２の領域との交差部を介して、前記表面上に変形領域を画定するステップと、
前記触覚可能な位置が押圧されているという指示を受信するステップと、
前記触覚可能な位置が押圧される際に、前記変形領域に触覚効果を生成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記生成するステップは、前記変形領域を前記裏側のアクチュエータと接触させるステップを含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記触覚可能な位置が押圧される際に、前記触覚可能な位置に照明を生成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記触覚効果は、触覚可能な位置の押圧動作が認識されたことを示すことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記触覚効果は、前記触覚可能な位置が誤って押圧されたことを示すことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記表側上に視認可能な前記触覚可能な位置の表示を提供するステップをさらに含み、前記変形領域は、前記表示に隣接することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一実施形態は、触覚フィードバックにかかるものである。より具体的には、本発明の一実施形態は、触覚フィードバックを特定の領域に局所化することにかかるものである。
【背景技術】
【０００２】
様々な用途における電子および機械装置を備えたヒューマンインタフェース、ならびにより自然で、使い易く、有益なインタフェースの必要性は、不変の懸案事項である。自動車環境では、インタフェースは、依然として機械式ボタンまたはダイヤルが優勢である。この種のインタフェースが支持される１つの理由には、自動車の運転者は、一般的に、道路を見たままの状態でボタンまたはダイヤルを操作しなければならないことが挙げられる。機械装置によって、運転者は、機械式ボタンまたはダイヤルを感知することができる。
【０００３】
しかしながら、機械式ボタンおよびダイヤルによって、複数の不利な点がもたらされる。その１つは、あらゆる種類の機械的インタフェースは、摩耗および劣化を免れないことにある。第２に、自動車のダッシュボード上のボタンおよびダイヤルは、埃が蓄積して見た目が悪くなり、また非衛生的となる亀裂および隙間を含んでいることである。最後に、多くの自動車メーカーが、未来的で滑らかな外観を有するダッシュボードを作り出そうとしているが、機械式ボタンがこの外観を損なってしまうことである。
【０００４】
機械式ボタンを排除するために、タッチパッドまたはタッチ制御「ボタン」と組み合わせた、力フィードバックまたは触知性フィードバック（本願明細書では、集合的に「触覚フィードバック」と称する）の使用が知られている。しかしながら、既知の触覚フィードバック装置には、特定の「ボタン」の境界内のフィードバック（すなわち振動）が独立していない傾向がある。多くの環境において、これは、大きな問題にはならないかもしれない。しかしながら、ボタンが「押されて」いるときに、ユーザがそのボタンを見ていない自動車環境および他の環境では、標的領域のみに対する触覚フィードバックを独立させることがより重要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述によれば、標的領域に対するフィードバックを独立させるように、触覚フィードバックがタッチ制御に適用されるシステムおよび方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態は、触覚フィードバックを生成する表面である。表面は、第１のレベルの硬さを有する第１の領域と、第１のレベルの硬さ未満である第２のレベルの硬さを有する第２の領域とを含む。第２の領域は、触覚フィードバックが概ね局所化された変形領域を画定する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による自動車用ダッシュボードの表側の平面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による表面の裏側およびアクチュエータの断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態による表面の裏側の一部の平面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態による表面の裏側の一部の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の一実施形態は、硬さを減じた領域と、その領域に結合されたアクチュエータとを有する表面である。アクチュエータは、硬さを減じた領域内に独立した触覚フィードバック効果を生じさせる。
【０００９】
図１は、本発明の一実施形態による自動車用ダッシュボード１０の表側の平面図である。ダッシュボード１０は、接触表面またはパネル１２から形成される。複数のボタン２０が、表面１２に形成されている。ハンドル１４が、ダッシュボード１０に結合されている。一般的にダッシュボード上に存在する、計器類、ダイヤル類等のような他の構成要素は、図１には示されていない。
【００１０】
各ボタン２０は、一実施形態では、グラフィカルなアイコンとして、またはボタンの地理的位置(geographic location)の他の表示で、ダッシュボード１０の表側上に配される。一方で、ボタン２０の領域内の表面１２は、表側が連続的に滑らかな面であり、また、見た目が悪くなるような、埃を蓄積し得るような、いかなる亀裂または隙間も含まない。
【００１１】
一実施形態では、表面１２は、金属の層に木製の層を積層して形成される。木製の層は、表面１２の表側である。他の実施形態では、表面１２は、例えば、ガラス、プラスチック、炭素繊維のような複合材料、および石のような、他の材料で形成することができる。一実施形態では、各ボタン２０の位置の実質的に裏側の各領域では、表面１２の裏側から金属および木製の層の一部を取り除いて、変造または薄くされていない表面１２の領域に比べて低いレベルの硬さを有する、より薄い領域が形成される。
【００１２】
概して、本願明細書に記述された「硬さ」、すなわち屈曲または曲げ剛性は、印加された法線力によって生じた材料の撓み量に関連する。これは、断面積（厚さ）、印加された力の位置、および使用した材料の材料特性の関数である。硬さを定義する際には、一般的にヤング率およびモーメントの概念が適用され、すなわち、撓みＥＩは、曲げ弾性率（力×長さ２）×慣性モーメント（長さ４）である。しかしながら、典型的なＥＩの計算には、断面積が一定で、端部が固定支持されており、均質な材料であると仮定した、「Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ」の式を使用する。本発明の実施形態では、硬さは、ボタンおよびアクチュエータが位置決めされた場所等の位置に向けて力を導くように変化する、断面積から生じるものである。一実施形態では、積層材、または他の形態の複合材のような、１つ以上の材料が使用される。例えば、積層材においては、１つ以上の材料の断面積が可変であって、または異なる係数を有する異なる材料が、総断面積を変化させる場合がある変形可能領域において使用されてもよく、さらに両方を使用して設計された硬さに寄与することができる。一実施形態では、リングまたは他の局所的特徴のような特徴は、ユーザに対応するように選択された硬さに寄与することができる。このように、効果的な硬さまたは得られる硬さは、意図的に調整することができる。したがって、所与の位置に印加された力によって得られた硬さの値は、経験的に、または有限要素解析で決定しなければならない場合がある。開示された実施形態は、硬さを調整するためのいくつかの方法であり、利用可能な方法を限定すること、または網羅することを意味するものではない。
【００１３】
低レベルの硬さを有する領域は、変形可能領域を形成し、該領域は、ボタン２０の形状および位置と概ね合致する。アクチュエータは、変形可能領域に結合され、変形可能領域内に、実質的に独立して、集中した触覚効果を生じさせる。したがって、変形可能領域は、アクチュエータと接触して運動する、近似の領域である。
【００１４】
図２は、本発明の一実施形態による表面１２の裏側およびアクチュエータ５０の断面図である。表面１２は、材料を表面１２の裏側から除去することによって形成された、変形可能領域４０を含む。一実施形態では、材料を除去していない領域内の表面１２は、厚さが約４．５ｍｍであり、変形可能領域４０は、厚さが約１．５ｍｍである。
【００１５】
アクチュエータ５０は、変形可能領域４０以外の領域内の表面１２の裏側に結合される。アクチュエータ５０は、固定電磁石(stationary electromagnet)３４と、浮動電磁石(floating electromagnet)３２と、銅コイル３６とを含む。軸３０は、プランジャ３８に取り付けられ、浮動電磁石３２内に組み込まれる。
【００１６】
電力の無い状態では、プランジャ３８は、変形可能領域４０の裏側（見えない側）に対して載置されるか、またはこれに固定される。プランジャ３８が表面に取り付けられていない場合は、弱いばね力がプランジャ３８を表面に対して押圧して、通常の環境条件にある間、例えば自動車の運転中に段差を越えるときに、該プランジャが振動しないようにする。電力が銅コイル３６に供給されると、電磁石３２および３４が互いに引き寄せられ、大きな力が生じる。この力は、戻しばね（図示せず）に対して作用し、（表面に接していない場合は）プランジャ３８を押して、または（表面に接している場合は）プランジャ３８を引いて、変形可能領域４０において表面を運動させ、それによって表面を変形させて振動、すなわち触覚効果を生じさせる。一実施形態では、表面自体は、戻しばねとして機能することができる。
【００１７】
アクチュエータ５０は、電磁型のアクチュエータであるが、変形可能領域４０において表面１２に触覚効果、すなわち力を印加できる、あらゆる種類のアクチュエータを使用することができる。例えば、アクチュエータ５０は、圧電性ポリマー、電気活性ポリマー、または形状記憶合金のような、「スマート材料」とすることができる。アクチュエータ５０は、図２では、領域４０の内外両側の表面１２に結合されるが、別の実施形態では、アクチュエータ５０は、領域４０にだけ結合することができる。本実施形態では、アクチュエータ５０は、偏心質量体がモータによって移動される偏心回転質量（Ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ  Ｒｏｔａｔｉｎｇ  Ｍａｓｓ：ＥＲＭ）とするか、ばねに取り付けられた質量体が前後に動かされる線形共振アクチュエータ（Ｌｉｎｅａｒ  Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ａｃｔｕａｔｏｒ：ＬＲＡ）とすることができる。別の実施形態では、アクチュエータ５０を、領域４０の内側の表面１２に結合させ、また、フレーム若しくは構造部材のような別個の接地要素に結合させることができる。さらに、アクチュエータ５０への信号および電力を生じさせて触覚効果を生じさせるために、制御器および他の必要な構成要素がアクチュエータ５０に結合される。
【００１８】
図３は、本発明の一実施形態による表面１２の裏側の一部の平面図である。領域６４は、表面１２から材料を取り除いて硬さを減じた領域を形成した領域である。図３に示される、表面１２の残りの部分である領域６２では、いかなる材料も取り除かれていない。図３に示された実施形態では、領域６４は、表面１２の変形可能領域とほぼ合致し、領域６４に結合されたアクチュエータによって印加される触覚効果は、領域６４内において実質的に差別化される。
【００１９】
別の実施形態では、領域６４は、表面厚さが一定ではなく、段階的に硬さを減じた領域を形成するテーパー化された表面厚さを有する。テーパー形状は、一般的な「Ｖ字」形において、縁部よりも、領域６４の中央部から多くの材料を取り除くことによって形成することができる。これは、領域６４の中央部に進むにつれて強くなる触覚効果を生じさせ、また、領域６４の縁部上にあるユーザの指を、領域６４の中央部に導くという効果をもたらす。したがって、例えば、自動車内の運転者は、ボタンを見ることなく、触覚フィードバックを通じて、指をボタンに導くことができる。
【００２０】
図４は、本発明の一実施形態による表面１２の裏側の一部の平面図である。領域７４は、表面１２から材料を取り除いて硬さを減じた領域を形成した領域である。図４に示される、表面１２の残りの部分である領域７２および７６では、いかなる材料も取り除かれていない。図４に示された実施形態では、表面１２の変形可能領域は、領域７６とともに、厚さを減じた領域７４をほぼ囲んでいる。したがって、表面１２の一部である領域７６は、硬さを減じた領域を形成するように材料が取り除かれていないが、変形可能領域の一部である。図４の実施形態では、領域７６に結合されたアクチュエータによって印加される触覚効果は、領域７４および７６内において実質的に差別化される。
【００２１】
一実施形態では、表面１２の表側上の図１のボタン２０のそれぞれの外観および状態は、ボタン２０の位置において、表面１２の裏側におかれる電子発光の発光層および発光ダイオード（ＬＥＤ）を追加することによって強調される。発光層は、バックライトの外観を提供して、ボタンのアイコンを夜でも見えるようにする照明を生じさせる。ボタン２０が押されると、ユーザにさらなるフィードバックを提供するように、ＬＥＤをオンまたはオフにして、例えば暖房シートの加温レベルのような、ボタンによって制御される装置の状態を示すことができる。
【００２２】
上述した実施形態は、自動車用ダッシュボードのものであるが、本発明は、独立した触覚効果が望まれる、あらゆる他の種類の装置の表面上に実装することができる。他の実施形態には、航空機用ボタン、冷蔵庫のような装置上のボタン、清潔さの問題から滑らかな表面が求められる医療装置上のボタンが挙げられる。別の実施形態では、ボタンの存在を表すアイコンまたは他の表示を有するのではなく、ボタンに印が無い。この実施形態は、ボタンが押されて、差別化された触覚効果が生成されたとき以外は、ボタンに気づかない、壁に隠れたスイッチの形成に有用である。加えて、これらの局所的な触覚効果によって、ボタン以外の特徴部を設計することができる。このような他の特徴部は、例えば、線形スライダ、湾曲スライダ、円形スライダを示す、触覚可能な表面とすることができる。スライダによって、ユーザは、触覚可能な表面に沿って指を動かして、例えばテーブルからの選択または音量レベルの設定を行うことができる。
【００２３】
上述したように、本発明の実施形態は、多くの利点を生み出す独立したまたは差別化された触覚効果を生じさせる。触覚効果が差別化されているので、効果がより鮮明となり、したがって、例えば運転用手袋を通じても効果をより容易に感知することができる。さらに、図１の複数のボタン２０は、触覚効果を一方のボタンから他方のボタンに伝達(bleeding over)させることなく、同時に押すことができ、また、各ボタンは、ユーザによって別々に識別することができる。本発明の実施形態によって、スイッチの配置を設計する自由度を非常に大きくすることができ、また、必要とされるユーザ触覚フィードバックとともに美観を向上させることができる。さらに、ボタンは、利用可能な触覚効果が異なるため、必ずしも同じように感知する必要があるとは限らないので、本発明の実施形態によって、ボタンの押圧を状況に応じて変化させることを含むことができる。例えば、ボタンを押そうとしたときにボタンの機能が利用できなかった場合、標準的な触覚効果の代わりに、エラーを知らせる振動効果をもたらすことができる。さらに、触覚効果の独立化は、動作を小さな領域に局所化することによって所要電力を減じ、また、音響ノイズが発生する可能性を低減する。
【００２４】
上記に開示された実施形態では、厚さを減じた領域は、材料を表面の裏側から取り除くことによって形成されるが、他の方法を使用して、厚さを減じた領域を形成することもできる。例えば、材料を取り除く代わりに、厚さを減じた領域以外の領域の表面に材料を追加することができる。別の実施形態では、表面１２は、不均一材料から形成することができる。例えば、軟質プラスチック領域を、硬質プラスチック基部内に成形することができる。
【００２５】
本発明のいくつかの実施形態が本明細書に具体的に図示および／または記載される。しかしながら、本発明の修正および変更は、上記の教示の範囲内であり、本発明の精神および主旨から逸脱することなく、添付の特許請求の範囲内であることが理解されるであろう。
【図１】
2010503579.tif 000002
【図２】
2010503579.tif 000003
【図３】
2010503579.tif 000004
【図４】
2010503579.tif 000005
【国際調査報告】
2010503579.tif 000006
2010503579.tif 000007