(57)【要約】  指先のタッチを検出する手段を有する入力装置であって、前記入力装置は、前記入力装置の作動を通知するために、前記指先に対して触覚フィードバックを与える手段を有し、前記触覚フィードバックを与える手段は、形状記憶合金の伸張物体を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
指先のタッチを検出する手段を有する入力装置であって、
前記入力装置は、前記入力装置の作動を通知するために、前記指先に対して触覚フィードバックを与える手段を有し、
前記触覚フィードバックを与える手段は、形状記憶合金の伸張物体を有する
ことを特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記形状記憶合金の伸張物体は、前記入力装置が指先でタッチされた時に作動するマッスルワイヤであり、前記マッスルワイヤを収縮させ、当該収縮によって生じる機械的エネルギによる触覚フィードバックを、前記指先と接触している前記入力装置のタッチ表面に与えることを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項３】
前記マッスルワイヤは前記指先に向けた運動を伝達することを特徴とする請求項２に記載の入力装置。
【請求項４】
独立に制御可能な第１マッスルワイヤと第２マッスルワイヤとを有し、前記第１マッスルワイヤは、前記指先に向けた前記タッチ表面の運動を伝達し、前記第２マッスルワイヤは、前記指先から離れる方向への前記タッチ表面の運動を伝達することを特徴とする請求項２に記載の入力装置。
【請求項５】
前記第１マッスルワイヤを、前記タッチ表面の下で前記タッチ表面と平行に、２つの支持構造体の間に緊張するように張り、キーステムをその長さ方向の概ね中間部にて前記第１マッスルワイヤと接触させ前記タッチ表面に対する前記第１マッスルワイヤのテンションを増加させることにより、前記運動の伝達が行われることを特徴とする請求項４に記載の入力装置。
【請求項６】
前記タッチセンサは、前記入力装置がタッチされたことを判断するタッチ判断デバイスに接続され、
前記タッチ判断デバイスは、前記マッスルワイヤに加熱電流を供給するために前記マッスルワイヤに接続される出力部を有するマッスルワイヤ加熱ユニットの入力部と更に接続され、当該マッスルワイヤ加熱ユニットに制御信号を出力する
ことを特徴とする請求項２に記載の入力装置。
【請求項７】
前記機械的エネルギによる触覚フィードバックは、１回の短時間の収縮、２回以上の短時間の収縮、１又は異なる２以上の振動数によるバイブレーション、振幅の増大及び減少によるバイブレーション、及びこれらの組み合わせ、を含む触覚フィードバックパターンのグループから選択される機械的エネルギとして、前記入力装置のタッチ表面に与えられることを特徴とする請求項２に記載の入力装置。
【請求項８】
請求項１に記載の触覚フィードバックを有するキーパッドから操作される装置であって、前記キーパッドが押されたことにより生じる異なるイベントに対しては異なる触覚フィードバックパターンを生じることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キー、キーボード、タッチセンサなどの手入力可能な入力装置又は操作装置に関する。特に、動作に触覚フィードバック（tactile feedback）を与える手段を有する入力装置又は操作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などの電子装置のキーボードには様々なものが増えている。キーボードは電子装置のマンマシンインタフェースとよばれる部分をなす。より優れた又はより低コストなキー、キーボード、タッチセンサを提供することが、本発明の目的である。
【０００３】
現在、多くのキーボードが、キーを押したときに一定のフィール又は感触を与える。押下操作の反応として、押したことの確認のためのクリック音や他の音を伴うようにしたものものある。しかし、ユーザにフィードバックを与えるための新規な別の方法があれば、市場において有利であろう。
【発明の概要】
【０００４】
本明細書で使用される場合、「有する、備える（comprise／comprising）」という用語は、言及する特徴、整数、ステップ又は構成の存在を特定するために用いられるが、これら以外の特徴、整数、ステップ、構成、又はこれらのグループの存在又は追加を除外するものではない、という点を強調しておく。
【０００５】
１つの実施形態について説明もしくは図示される特徴は、１又は２以上の他の実施形態において、当該他の実施形態の特徴と共にもしくはそれに代えて、同様に使用することができる。
【０００６】
本発明においては、タッチセンサのタッチ表面にマッスルワイヤ（muscle wire）とよばれる１つの記憶金属及びタッチセンサがタッチされたときにマッスルワイヤを動作させる手段への機械的な結合を与えることで触覚フィードバックを生成する。これによってタッチセンサからのフィードバックを与えるという課題が解決される。
【０００７】
本発明の一側面によれば、指先のタッチを検出する手段を有する入力装置であって、前記入力装置は、前記入力装置の作動を通知するために、前記指先に対して触覚フィードバックを与える手段を有し、前記触覚フィードバックを与える手段は、形状記憶合金の伸張物体を有することを特徴とする入力装置が提供される。
【０００８】
本発明の別の側面によれば、前記入力装置が指先でタッチされた時に作動するマッスルワイヤが設けられ、前記マッスルワイヤを収縮させ、当該収縮によって生じる機械的エネルギによる触覚フィードバックを、前記指先と接触している前記入力装置のタッチ表面に与える。前記入力装置において、前記マッスルワイヤは前記指先に向けた運動を伝達するように構成される。前記入力装置は、独立に制御可能な第１マッスルワイヤと第２マッスルワイヤとを有し、前記第１マッスルワイヤは、前記指先に向けた前記タッチ表面の運動として機械的エネルギを伝達し、前記第２マッスルワイヤは、前記指先から離れる方向への前記タッチ表面の運動を伝達する。好適には、前記第１マッスルワイヤを、前記タッチ表面の下で前記タッチ表面と平行に、２つの支持構造体の間に緊張するように張り、キーステムをその長さ方向の概ね中間部にて前記第１マッスルワイヤと接触させ前記タッチ表面に対する前記第１マッスルワイヤのテンションの増加を弓の弦の如くキーステム、更にはタッチ表面へと伝達させることにより、前記運動の伝達が行われる。
【０００９】
本発明の他の側面に係る入力装置によれば、前記タッチセンサは、前記入力装置がタッチされたことを判断するタッチ判断デバイスに接続され、前記タッチ判断デバイスは、前記マッスルワイヤに加熱電流を供給するために前記マッスルワイヤに接続される出力部を有するマッスルワイヤ加熱ユニットの入力部と更に接続され、当該マッスルワイヤ加熱ユニットに制御信号を出力する。
【００１０】
本発明の更に別の側面に係る入力装置によれば、前記機械的エネルギによる触覚フィードバックは、１回の短時間の収縮、２回以上の短時間の収縮、１又は異なる２以上の振動数によるバイブレーション、振幅の増大及び減少によるバイブレーション、及びこれらの組み合わせ、を含む触覚フィードバックパターンのグループから選択される機械的エネルギとして、前記入力装置のタッチ表面に与えられる。
【００１１】
本発明の他の側面によれば、前記触覚フィードバックを有するキーパッドから操作される装置であって、前記キーパッドが押されたことにより生じる異なるイベントに対しては異なる触覚フィードバックパターンを生じることを特徴とする装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態によるマッスルワイヤと機械的に結合されたキーを示す図。
【図２】スイッチに近接して設けられた図１のキーを示す図。
【図３】本発明の別の実施形態による２本のマッスルワイヤと機械的に結合されたキーを示す図。
【図４】２本のマッスルワイヤと機械的に結合されたタッチセンサを示す図。
【図５ａ】本発明の他の実施形態によるタッチセンサ装置の断面図。
【図５ｂ】図５ａのタッチセンサ装置の底面図。
【図６】マッスルワイヤによって触覚フィードバックを生じさせるキーパッドの概念図。
【図７】触覚フィードバック機能付きタッチセンサ用のドライバ回路の概略図。
【図８】触覚フィードバック機能付きタッチセンサを動作させるための方法を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（定義）
本明細書において、「マッスルワイヤ」の用語は、「Ntinol」、「Flexinol」の商標の、ニッケルチタン合金などの形状記憶合金の伸張物体を表すのに使用される。
【００１４】
図１は、キーデバイス１００を示す図である。キー１０１はキーステム１０５を有し、このキーステム１０５からはピン１１０が突出している。２つの接続点１２０，１１５の間にはマッスルワイヤ１２５が取り付けられている。２つの接続点１２０，１１５は、マッスルワイヤ１２５に対する＋／−の電気供給部としても機能する。マッスルワイヤ１２５は、キーステム１０５のピン１１０の下を通っている。これにより、マッスルワイヤ１２５が電流によって加熱されて収縮すると、キー１０１のキーステム１０５とともにピン１１０が機械的に上方に持ち上げられる。このようにして機械的エネルギが伝搬され、操作者の指１３０の先端１３５のタッチの検知による触感として知覚されるようになる。
【００１５】
図２は、図１のキーデバイスと、キー１０１が押下されるとキーステム１０５が接触するように配置されたメカニカルスイッチ１４０とを示している。
【００１６】
図３は、２本のマッスルワイヤ３２５，３２７に機械的に結合されたキー３０１を有するキーデバイスを示す。キーステム３０５には、キーステム３０５のキー３０１側の端部と物体「C」と接触するキーステム３０５の他端３３０との間の概ね中間部に、ピンが取り付けられる。物体「C」はメンブレンであり、電気的スイッチとして機能するとともに、キーに弾力機能を与えるメンブレンとしても機能する。
【００１７】
第１マッスルワイヤ３２５は、キーステム３０５の両側部にそれぞれ設けられる第１接続点３２０と第２接続点３１５との間に、第１マッスルワイヤ３２５が第１接続点３２０からキーステム３０５に取り付けられたピン３１０の下を通るように取り付られる。これにより、マッスルワイヤが通電したとき、すなわち電流が第１接続点Aから第１マッスルワイヤ３２５を通って第２接続点「−」に流れると、第１マッスルワイヤ３２５が収縮し、キーステムを上に押し上げる。また、第３接続点３２２から水平位置にあるピン３１０の上を通って第２接続点３１５へと至る第２マッスルワイヤ３２７は、水平位置にあるピン３１０の移動によって、機械的に長い形状、長さにされる。
【００１８】
図４は、２本のマッスルワイヤに機械的に結合されたタッチセンサを示している。タッチメンブレンＣは、ロッド４０５に取り付けられている。ロッド４０５はタッチメンブレンＣの下側に接続もしくは接合されている。ロッド４０５は、マッスルワイヤとの接続に適した接触表面を有するピンその他の好適な部材に取り付けられる。ピンは電気的に絶縁されていることが好ましい。あるいは、第１マッスルワイヤ４２５及び第２マッスルワイヤ４２７の少なくとも一方に電気的に絶縁するためのカバーがされていてもよい。好適には、これらのマッスルワイヤは冷却しやすくなるよう絶縁されず、ピンが非伝導材料で製造されているか、テフロン（登録商標）などの耐熱性の非伝導材料で被覆もしくはコーティングされる。後述するように、第１及び第２マッスルワイヤは互いに物理的に接触しない。両者は間隔をおいた異なる平面に設けられるのが好ましい。
【００１９】
上述と同様に、第１マッスルワイヤは、タッチメンブレンがタッチされたときに、通電する。これは、タッチされることで動作する通電部材（図４に示されていないが図６で示す）によって実現される。
【００２０】
図５ａ及び図５ｂは、本発明の別の実施形態によるタッチセンサデバイスを示している。支持構造体５４５，５５０は、キー５０１、キーステム５０５、及びピン５１０を支持することができる。メンブレンもしくはスプリング「Ｃ」は、両方のマッスルワイヤ５２５，５２７が非アクティブ状態、すなわち通電していない状態のときは、キーの位置が不安定にならないよう上方に付勢される。スプリング「Ｃ」は、キー５０１の下で、キー５０１と支持構造体５５０，５４５の下部水平部５５１，５４６との間に、押下可能に設けられる。電気スイッチ（図示せず）が、キー５０１、キーステム５０５、もしくはピン５１０と接触するように設けられる。そのスイッチは、図２に示すように、キーステムの下部に設けることが好ましい。
【００２１】
図５ｂは図５ａのデバイスの底面図である。キーは円形状である。すなわち、支持構造体５５０，５４５が全く同一の構造である。図５ａはデバイスの断面図であるから、図５ａではこれらの支持構造体５５０，５４５は接続されていない。図５ｂに示されるように、２本のマッスルワイヤは、横方向に分かれているので、交差はするが、互いに接触することはない。ピン５１０は、キーステム５０５の口径を貫通して延びるか、あるいは、キーステム５０５の両側部に取り付けられ、マッスルワイヤ５２５，５２７と係合するための好適な構造を提供する。
【００２２】
第１マッスルワイヤ５２７は、第１水平面の下の第１支持構造体（ここでは図示せず）に設けられた第１接続点Ａから、ピン５１０の上限５１２を通り、ピン５１０の上限５１２と接触し、ピンの上限と接する第１水平面より下に設けられる反対側の第２支持構造体（ここでは図示せず）に設けられる第２接続点５６０で終端する。キーステムは第１支持構造体と第２支持構造体との間に設けられる。
【００２３】
これと対応して、第２マッスルワイヤ５２５は、ピン５１０の下限５１３に接する第２水平面より上に設けられた第３接続点Ｂから、ピン５１０の下を、そのピンの下限５１３と接触して通り、第３接続点Ｂとは反対側の、第２水平面より上の第４接続点５６１へと至るように設けられる。
【００２４】
第１接続点は第１電極Ａに相当するものとすることができる。第１電極Ａは、第１電極Ａから第１マッスルワイヤ５２７を通って、第２及び第４接続点５６０，５６１の双方のハウジングである第２電極「−」へと流れる第１電流を、第１マッスルワイヤ５２７に供給することができる。
【００２５】
図６は、図５ａ，ｂの実施形態による単一触覚フィードバックデバイスを有するキーパッド６０６に設けられるマッスルワイヤユニット６０２を概念的に示す図である。連続式キーパッドは単一マッスルワイヤデバイスによって作動する。マッスルワイヤは、キーパッド６０６に触れている指に対してカチッとしたフィーリング（snap feeling）あるいは弾くようなフィーリング（pluck feeling）を与える。ユーザはボタンを１つだけ押すだけなので、ユーザはそのフィーリングを特定のボタンと関連付けるようになる。マッスルワイヤは、キーパッドの中央、この例ではキー「８」付近、に係合するように構成されるとよい。ここで、キーパッド６０６は、各キーに対する電気スイッチを有する従来型のものでよいし、タッチセンサ付きのパネルやタッチセンサ付きのディスプレイでもよい。
【００２６】
図７は、触覚フィードバック機能付きのタッチセンサのマッスルワイヤドライバ回路によってマッスルワイヤ７２０がどのように動作するかを説明する図である。タッチセンサ７０１は、タッチセンサがタッチされた時にタッチセンサ７０１から入力信号を受信するマイクロプログラムコントローラ７０５などで実現されるタッチ判断デバイス７０５に接続されている。マイクロプログラムコントローラ７０５は、ディスプレイに接続され、入力信号に基づきそのディスプレイを制御する。マイクロプログラムコントローラは、マッスルワイヤ７２０の動作を制御するのに好適な電圧を供給するための、増幅器７１５で実現されるマッスルワイヤ加熱ユニットにも接続されている。
【００２７】
マイクロプログラムコントローラは、以下でも示すように、別個の触覚フィードバックが生成されるように、マッスルワイヤ７２０に供給する電力及び電流を制御する手段を有する。
【００２８】
マッスルワイヤは、一定温度を超えると形状／サイズが変化する材料から製造される。形状／サイズを変化させるのに必要な温度は材料による。一実施例によれば、マッスルワイヤ７２０は、マッスルワイヤ７２０がしきい値温度を超える温度に加熱されると収縮する（すなわち、一定の長さが短くなる）ように設計された合金によって製造することができる。また、その合金は低導電性（抵抗性特性）であるとよい。このように、マッスルワイヤ７２０に電力が供給され、マッスルワイヤ７２０がしきい値温度を超える温度に加熱されると、マッスルワイヤ７２０が収縮する。実施例において、マッスルワイヤ７２０は、「マッスルワイヤ（muscle wire）」又は「記憶合金（memory alloy）」として知られるニッケルチタンで製造される合金を含むことができる。例えば、マッスルワイヤ７２０は、NITINOL、FLEXINOL、もしくは類似の材料で製造することができる。
【００２９】
本発明に従うマッスルワイヤ７２０は、しきい値温度を超える温度に加熱されると約３％乃至５％収縮しうる。一実施例においては、しきい値温度は概ね摂氏８８度乃至９８度の範囲とすることができる。また、本発明に従うマッスルワイヤ７２０は、概ね摂氏６２度乃至７２度の範囲の温度で弛緩する（すなわち、熱する前の状態に戻る）。
【００３０】
本発明に従う実施例において使用できるマッスルワイヤ７２０の特性例を、以下の表に示す。
【００３１】
2010515983.tif 000003
【００３２】
典型的な応用例において、マッスルワイヤに供給される電気エネルギは、７０ｍｓの期間中、振幅５Ｖ、電流３００ｍＡのパルスである。
【００３３】
本願のマッスルワイヤは、緊張して張られるよう、マッスルワイヤに力学的なバイアステンションがかけられることが好ましい。そうすることで触覚フィードバックの高速な反応時間を得ることができる。
【００３４】
また、タッチセンサの触覚フィードバックを与えるための方法であって、
タッチセンサがタッチされたことを示す指示を受信するステップと、
前記指示に基づいて、前記タッチセンサに機械的に接続されたマッスルワイヤを動作させるための信号を出力して、前記タッチセンサに対する機械的な作用を触覚フィードバックとして与えるステップと、
を有する方法も提供される。
【００３５】
上記機械的な作用は、１回の短時間の収縮、すなわち、３０乃至１４０ｍｓの短時間の機械的パルスとするとよく、これにより、約０．２乃至０４ｍｓのタッチセンサ表面の全部又は一部が作動する。その他の好適な触覚フィードバックパターンとしては、２回以上の短時間の収縮、１又は異なる２以上の振動数でのバイブレーション、振幅が上昇し下降するバイブレーションなどがある。
【００３６】
本発明による触覚フィードバック機能付きのキーパッドから操作される装置としては、例えば移動局がある。キーパッドが押されたことにより生じる異なるイベントに対しては、キーが押されたことを当該装置のユーザにすばやく知らせるための異なる触覚フィードバックパターンを与えることができる。これらの機械的なパターンは、マッスルワイヤに適度に変化する電圧を供給することにより制御され、これにより、マッスルワイヤを流れる電流による発熱効果によって、マッスルワイヤが発熱し収縮する。機械的な振動を起こさせるためのマッスルワイヤに供給される電流には、所望の振動数に対応する周期でオン／オフする電流を用いることができる。１回の収縮は単一パルスによって生成される。
【図１】
2010515983.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
2010515983.tif 000010
【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年11月13日(2008.11.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指先のタッチを検出する手段を有する入力装置であって、
前記入力装置は、前記入力装置の作動を通知するために、前記指先に対して触覚フィードバックを与える手段を有し、
前記触覚フィードバックを与える手段は、形状記憶合金の伸張物体を有し、
前記形状記憶合金の伸張物体は、前記入力装置が指先でタッチされた時に作動するマッスルワイヤであり、前記マッスルワイヤを収縮させ、当該収縮によって生じる機械的エネルギによる触覚フィードバックを、前記指先と接触している前記入力装置のタッチ表面に与え、
前記入力装置は、独立に制御可能な第１マッスルワイヤと第２マッスルワイヤとを有し、前記第１マッスルワイヤは、前記指先に向けた前記タッチ表面の運動を伝達し、前記第２マッスルワイヤは、前記指先から離れる方向への前記タッチ表面の運動を伝達する
ことを特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記マッスルワイヤは前記指先に向けた運動を伝達することを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項３】
前記第１マッスルワイヤを、前記タッチ表面の下で前記タッチ表面と平行に、２つの支持構造体の間に緊張するように張り、キーステムをその長さ方向の概ね中間部にて前記第１マッスルワイヤと接触させ前記タッチ表面に対する前記第１マッスルワイヤのテンションを増加させることにより、前記運動の伝達が行われることを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項４】
前記タッチセンサは、前記入力装置がタッチされたことを判断するタッチ判断デバイスに接続され、
前記タッチ判断デバイスは、前記マッスルワイヤに加熱電流を供給するために前記マッスルワイヤに接続される出力部を有するマッスルワイヤ加熱ユニットの入力部と更に接続され、当該マッスルワイヤ加熱ユニットに制御信号を出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項５】
前記機械的エネルギによる触覚フィードバックは、１回の短時間の収縮、２回以上の短時間の収縮、１又は異なる２以上の振動数によるバイブレーション、振幅の増大及び減少によるバイブレーション、及びこれらの組み合わせ、を含む触覚フィードバックパターンのグループから選択される機械的エネルギとして、前記入力装置のタッチ表面に与えられることを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項６】
請求項１に記載の触覚フィードバックを有するキーパッドから操作される装置であって、前記キーパッドが押されたことにより生じる異なるイベントに対しては異なる触覚フィードバックパターンを生じることを特徴とする装置。
【国際調査報告】
2010515983.tif 000013
2010515983.tif 000014