(57)【要約】  電気的信号を発生させるためのセンサデバイス（１０）が提供される。このデバイスは、少なくとも部分的に三次元プロファイル表面（１６）を有する導電性材料を含むかまたは当該導電性材料から成る。この表面は、その表面にわたる導電性物体（例えば、人の指）の移動に応答して当該電気的信号の変化を作り出すように構成されている。このセンサデバイスを使用する方法は、このセンサデバイスを電気的信号出力デバイスに接続することと、三次元プロファイル表面にわたり物体を移動させて、電気的信号出力デバイスにより検出可能な電気的信号の変化を作り出すこととを含む。コンピュータプログラムが提供され、このプログラムは、実行されると、計算デバイスにその方法を実行させるように構成されている。このセンサデバイスおよびこのコンピュータプログラムを含むシステムが提供され、このセンサデバイスは計算デバイス（２４）に電気的に接続可能である。
2018524721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的信号を発生させるためのセンサデバイスであって、前記デバイスは、少なくとも部分的に三次元プロファイル表面を有する導電性材料を含むかまたは該導電性材料から成り、前記三次元プロファイル表面は、該三次元プロファイル表面にわたる導電性物体の移動に応答して前記電気的信号の変化を作り出すように構成されている、センサデバイス。
【請求項２】
前記三次元プロファイル表面は、テクスチャ加工されている、請求項１に記載のセンサデバイス。
【請求項３】
前記三次元プロファイル表面は、規則的なまたは不規則な幾何学的パターンでテクスチャ加工されている、請求項１または２に記載のセンサデバイス。
【請求項４】
前記幾何学的パターンは、前記導電性材料の前記表面にわたる上昇バリエーションおよび／または下降バリエーションによって形成されている、請求項３に記載のセンサデバイス。
【請求項５】
前記幾何学的パターンは、複数の不連続および／または起伏を含む、請求項４に記載のセンサデバイス。
【請求項６】
前記幾何学的パターンは、前記表面にわたる複数のピークおよびトラフをパターン中に含む、請求項５に記載のセンサデバイス。
【請求項７】
前記幾何学的パターンは、実質的に鋸歯、正弦波、または方形波などの繰り返し波形である、請求項３〜６のいずれか一つに記載のセンサデバイス。
【請求項８】
前記幾何学的パターンは、前記パターンにわたるある方向での前記物体の移動の影響下にあるとき、電気的信号の変化をもたらすように構成されている、請求項３〜７のいずれか一つに記載のセンサデバイス。
【請求項９】
前記電気的信号は、電圧または静電容量であり、前記デバイスにわたる物体の移動が、前記電圧または静電容量の変化を引き起こす、請求項１〜８のいずれか一つに記載のセンサデバイス。
【請求項１０】
前記導電性材料は，前記三次元プロファイル表面に加えて、少なくとも部分的に三次元形状をさらに有する、請求項１〜９のいずれか一つに記載のセンサデバイス。
【請求項１１】
前記デバイスは、上部にかかる圧力または力に応答することによっても、前記電気的信号を作り出すように構成されている、請求項１０に記載のセンサデバイス。
【請求項１２】
前記電気的信号は、電圧または静電容量であり、前記三次元形状への圧力または該三次元形状との接触が、前記電圧または静電容量の変化を引き起こす、請求項１１に記載のセンサデバイス。
【請求項１３】
前記導電性材料は、軟質シリコーンゴム材料などの可撓性材料およびグラファイトなどの導電性材料であるか、または該可撓性材料および該導電性材料を含む、請求項１〜１２のいずれか一つに記載のセンサデバイス。
【請求項１４】
前記導電性材料は、導電性金属などの硬質導電性材料であるか、または該硬質導電性材料を含む、請求項１〜１２のいずれか一つに記載のセンサデバイス。
【請求項１５】
前記デバイスは、導電層および／または導電性被膜を含む、請求項１〜１４のいずれか一つに記載のセンサデバイス。
【請求項１６】
前記デバイスは、導電性被膜、例えばニッケル被膜を有する柔軟層および／または織物層を含む、請求項１〜１５のいずれか一つに記載のセンサデバイス。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一つに記載のセンサデバイスを使用する方法であって、前記方法は、前記センサデバイスを電気的信号出力デバイスに接続することと、前記三次元プロファイル表面にわたって物体を移動させて、前記電気的信号出力デバイスにより検出可能な前記電気的信号の変化を作り出すことと、を含む、方法。
【請求項１８】
電気的信号を検知する方法であって、前記方法は、導電性材料を設けることと、前記材料を少なくとも部分的に三次元プロファイル表面で構成して、該三次元プロファイル表面にわたる物体の移動が前記電気的信号の変化を作り出すようにすることと、を含む、方法。
【請求項１９】
前記材料を少なくとも部分的に三次元形状で構成して、前記三次元形状との圧力または接触が、前記電気的信号出力デバイスにより検出可能な前記電気的信号の変化を作り出すようにすることをさらに含む、請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記電気的信号は、電圧または静電容量であり、前記デバイスにわたって前記物体を移動させること、および／または前記デバイスに圧力または接触を加えることが、前記電圧または静電容量の変化を引き起こす、請求項１７〜１９のいずれか一つに記載の方法。
【請求項２１】
前記三次元プロファイル表面は、幾何学的パターンでテクスチャ加工され、前記幾何学的パターンは、前記幾何学的パターンにわたるある方向への物体の移動が、前記電気的信号の変化を引き起こすように構成されている、請求項１７〜２０のいずれか一つに記載の方法。
【請求項２２】
実行されると、計算デバイスに、請求項１７〜２１のいずれか一つに記載の方法を実行させるように構成されている、コンピュータプログラム。
【請求項２３】
実行されると、計算デバイスに、前記電気的信号を処理することにより、タッチ位置、タッチ圧力、移動速度、移動方向、および測定検知場所の近傍を検出させるように、さらに構成されている、請求項２２に記載のコンピュータプログラム。
【請求項２４】
請求項１〜１６のいずれか一つに記載のセンサデバイスと、計算デバイス上で実行するように構成されている請求項２２または２３に記載のコンピュータプログラムとを備えるシステムであって、前記センサデバイスは、前記計算デバイスに電気的に接続可能である、システム。
【請求項２５】
前記コンピュータプログラムは、ある時間帯にわたって信号を処理し、前記信号のバリエーションまたは特性から、前記デバイス上の前記タッチ場所、前記表面にわたる前記物体の前記移動速度、および／または前記物体の前記移動方向を計算する命令を含む、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記コンピュータプログラムは、前記プロファイル表面の特性を表す前記信号のシーケンスにおけるバリエーションまたは該シーケンスの特性から前記計算を行う命令を含む、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
図１〜図１０および図１２〜図１９のいずれか一つ以上を参照してこれより前に実質的に説明されているセンサデバイスまたは電気的インターフェース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサデバイス、ならびに使用および製造の方法に関し、特に三次元触覚インターフェースの形式のセンサデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
触覚センサは、そのセンサとの物理的な相互作用を介して情報を取得する方法を提供し、一般にモバイルデバイスおよび計算デバイス、ロボット工学、ならびに制御システムなどの応用分野で使用されている。これらは、圧電抵抗性の、圧電性の、容量性の、および弾性抵抗性の検知に基づいて動作することができる。例えば、容量性のタッチスイッチでは、人はただ単にそのセンサに触れる必要があるだけであり、この触れることがそのセンサ内部の静電容量を変化させ、そしてスイッチを起動させる。様々な感圧材料が現在利用可能であり、圧力による切り替えおよび検知に使われる量子トンネリング複合材料が含まれる。これらは、ソフトロボット工学、重機械、および衣類において利用されている。感度をその材料自体の中に一体化して「ソフトエレクトロニクス」を創造するような導電性インクを含む例が開発されてきた。また、三次元（バーチャルリアリティ）インターフェースも知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
プロセッサにデータを入力するために触覚インターフェースを設けることは既知であり、そのインターフェースは、三次元形状の入力表面およびその下に埋め込まれたセンサアレイを有する。その入力表面に力を加えることにより、力をその埋め込まれたセンサまたは複数のセンサに移送し、プロセッサへの信号を生成する。この開示されたセンサは、それによって、加えられた力の大きさおよび場所に関する情報を提供することができるが、必要とされる構造は、やや扱いにくく、かつ製造し難い。さらに、１つのセンサまたは１つのセンサアレイを備えると、利用可能な検知面積を制限する。加えて、介在している軟質で弾力のある材料を介して三次元表面上に加えられた力のそのセンサへの変換は、不正確および不整合性という結果をもたらすことがある。
【０００４】
本発明の態様および実施形態は、前述したことを念頭に置いて発明されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様によれば、請求項１に記載のセンサデバイスが提供されている。本発明の第２の態様によれば、請求項１７に記載の、このセンサデバイスを使用する方法が提供されている。本発明の第３の態様によれば、請求項１８に記載の、電気的信号を発生させる方法が提供されている。本発明のさらなる態様によれば、請求項２２に記載のコンピュータプログラムが提供されている。本明細書のここおよび他の場所で言及される「コンピュータプログラム」とは、コンピュータまたは他の処理デバイス、例えば携帯電話（ｉＰｈｏｎｅ（登録商標）を含む）、タブレット（ｉＰａｄ（登録商標）を含む）等の上で走るように動作可能なプログラムを意味する。本発明の別の態様によれば、請求項２４に記載のシステムが提供されている。
【０００６】
１つの態様によれば、電気的信号を発生させるためのセンサデバイスが提供され、このデバイスは、少なくとも部分的に三次元プロファイル表面を有する導電性材料から成り、この三次元プロファイル表面は、その三次元プロファイル表面にわたる物体の移動に応答して当該電気的信号の変化を作り出すように構成されている。１つの実施形態では、このセンサデバイスは、その三次元プロファイル表面に加えて、少なくとも部分的に三次元形状をさらに有することができる。このプロファイル表面部分は、その３Ｄ形状部分に対して、そのセンサデバイスの別々の部分とすることができる。このプロファイル表面は、３Ｄ形状部分の上に設けられることができる。３Ｄ形状部分が設けられるところに、このプロファイル表面は、そのプロファイル表面にかかる力、圧力、またはそれとの接触に応答して、当該電気的信号の変化を作り出すように構成されている。
【０００７】
別の態様によれば、従前の態様のセンサデバイスを使用する方法が提供され、この方法は、センサデバイスを電気的信号出力デバイスに接続することと、三次元プロファイル表面にわたり物体を移動させて電気的信号出力デバイスにより検出可能な電気的信号の変化を作り出すこととを含む。１つの実施形態では、三次元形状の上に圧力または力を加えることによって、電気的信号出力デバイスにより検出可能な電気的信号の変化を作り出す。
【０００８】
別の態様によれば、電気的信号を発生させる方法が提供され、この方法は、導電性材料を設けることと、この材料を少なくとも部分的に三次元プロファイル表面で構成して、三次元プロファイル表面にわたる物体の移動が電気的信号の変化を作り出すようにすることとを含む。１つの実施形態では、この方法は、この材料を少なくとも部分的に三次元形状で構成して、三次元形状にかかる圧力または当該三次元形状との接触が電気的信号の変化を作り出すようにすることを含む。
【０００９】
別の態様によれば、実行されると、計算デバイスに、従前の態様の方法を実行させるように構成されているコンピュータプログラムが提供される。別の態様によれば、上記いずれかの態様のセンサデバイス、および上記態様のコンピュータプログラムを備えるシステムが提供され、このコンピュータプログラムは、計算デバイス上で実行するように構成され、そのセンサデバイスは、計算デバイスに電気的に接続可能である。
【００１０】
上記の態様の実施形態では、三次元プロファイル形状または表面は、テクスチャ加工されていることが可能である。この三次元プロファイル形状または表面は、規則的なまたは不規則な幾何学的パターンでテクスチャ加工されていることが可能である。この幾何学的パターンは、導電性材料の表面にわたる上昇バリエーションおよび／または下降バリエーションによって形成されていることが可能である。この幾何学的パターンは、複数の不連続および／または起伏を含むことができる。この幾何学的パターンは、その表面にわたる複数のピークおよびトラフをパターン中に含むことができる。この幾何学的パターンは、実質的に鋸歯、正弦波または方形波などの繰り返し波形とすることができる。この幾何学的パターンは、そのパターンにわたるある方向に力もしくは圧力または移動の影響下にあるとき、電気的信号の変化をもたらすように構成されていることが可能である。
【００１１】
いくつかの態様および実施形態では、このデバイスは、例えばフラットシート、フラットブロック、または他のフラット形状もしくはテクスチャ加工された表面を有する３Ｄ形状の一体型導電材料構成を含むことができる。いくつかの実施形態では、その表面自体は、実質的に平滑であり（例えば、平坦であり、または湾曲している）、テクスチャ加工され、パターニングされ、襞が形成された等の部分がその表面内に設けられている。別の選択肢として、このデバイスは、例えばフラットシート、フラットブロック、または他のフラット形状もしくはテクスチャ加工された表面を有する３Ｄ形状の材料構成（導電性またはそれ以外）を含むことができ、そのテクスチャ加工された表面に追加の導電性被膜／層が適用される。別の選択肢として、このデバイスは、例えばフラットシート、フラットブロック、または他のフラット形状もしくは導電性のテクスチャ加工された表面を有する規則的な３Ｄ形状である材料構成−導電性またはそれ以外−を含むことができ、そこでは、その被膜／層自体がテクスチャ加工され、かつ導電性を示す。これらのすべては、本態様の範囲内に入り、かつ特許請求の範囲の記載の通り、三次元プロファイル表面を有する導電性材料を構成する。
【００１２】
このデバイスは、三次元形状または三次元プロファイル表面を有する導電性材料から成り、本質的にそれらから成り、またはそれらを含む。本明細書で使用される「三次元」は、表面、平面、またはそれ以外の上に、ならびに／または非二次元の表面もしくは形状に設けられたテクスチャまたはプロファイルを意味することができる。表面にわたり物体（例えば、人の指）を移動させること、および／または、圧力もしくは力、または表面と接触するそれ以外のものを加えることにより、電気的信号の変化を引き起こす。
【００１３】
この材料の導電性は、この材料にわたってまたは導通時に変わりやすくまたは一定していない。言い換えると、この材料単体片の導電性は、変調されることがある。例えば、材料全体を通じる導電性の担い手の分布は、変化することがあり、またはその材料の様々な部分は、異なった導電性を有する可能性がある。このデバイスは、部分的に非導電性材料を含むことができる。例えば、このデバイスは、異なった外装仕上げを得るための伸縮可能な織地カバーを有することができる。別の選択肢として、このデバイスは、非導電性プラスチックから作られる内部構造体を有することができる。
【００１４】
これにより、残りの材料と比較して相対的により高い、またはより低い導電率、零または零に近い導電率の１つ以上の領域を設けることができる。
【００１５】
都合のよいことに、これによって、強化された信号検出および識別能力、ならびに特定用途向け材料の適応に備えることができる。特に、３Ｄプロファイルを設けることによって、追加のセンサを必要とすることなく、信号を調整して単一の均一な表面上で検知機能を強化することに備えることができる。また、その３Ｄプロファイルは、ユーザに対し触覚的なおよび視覚的な目安も提供する。さらに、その３Ｄプロファイルにより、ある特定の移動、例えば押し付け、ひねり、圧搾をその材料に加えることができる。
【００１６】
１つの実施形態では、この導電性材料は、曲げやすく、変形しやすく、かつ／または伸縮性があり、すなわち可撓性を有することができる。１つの実施形態では、この導電性材料は、軟質シリコーンゴム材料またはゴム系複合材料である。この材料は、導電性材料を、例えばグラファイトなどの埋め込み粒子または充填材の形式で、含むことができる。この材料は、制御可能な導電率（グラファイト比率に依存する）を有するある範囲の硬度特性（シリコーン系に依存する）を有することができる。また、この導電性材料は、伸縮可能な織物層および／または導電性塗料を、例えばその両側の一方の上に設けることもできる。また、この導電性材料は、またはその代わりに、所望の製品仕立てを提供するため、非導電性材料の薄い層でコーティングされることもできる。別の実施形態では、この導電性材料は、導電性金属（例えば、アルミニウム）などの硬質導電性材料である。
【００１７】
いずれにしても、このセンサ材料は、触知可能であり、かつ様々な相互作用に敏感である。この材料は触質性を有し、この触質性は、いくつかのバリエーションを有する外側表面が触知性を備えるのを実現する様々な異なる形式をとることができる。例えば、１つ以上の領域は、平滑とすることができ、他の領域は、人の手の移動方向を示唆することができる小さい三角形の平坦面などの角度のある小平面または構造を有することができる。表面にわたり接触すること、押し付けること、または移動させることにより、検出可能な電気的変化が生じる。これにより、人の手によってタッチされたときに連続的な静電容量の変化を検知するための動作が可能なスイッチング部品を備えることができる。そのスイッチング部品を材料アースに接触させることにより、電気的信号の変化が生じ、その電気的信号の変化が検知されそして測定されることができる。その読み取り値は、接触面積に比例する。
【００１８】
電気的信号は、時間と共に変化する可能性があり、電圧もしくは静電容量であることが好ましく、ならびにこのデバイスにわたる物体の移動、および／または、電圧もしくは静電容量の変化を引き起こすこのデバイスとの圧力もしくは接触であることが好ましい。この信号は、リアルタイムの値とすることができ、また、ある時間長にわたる一連の値とすることができる。電気的信号は、ある時間帯にわたって監視され、そして処理されて、このデバイス上のタッチ場所、デバイス表面にわたる物体の移動速度、および／またはこのデバイス表面にわたる物体の移動方向を分析することが好ましい。
【００１９】
本発明のいくつかの実施形態により、単一点の検知および複数点の検知の両方が提供される。タッチ位置、タッチ圧力、移動速度、移動方向およびタッチ場所、または測定検知場所の近傍を検知するための、本発明のいくつかの実施形態が提供される。マルチタッチ相互作用は、導電性材料を変調することによって、例えばスプレイ塗布を使用してその表面を変調することによって、および／または異なる領域における材料の導電率を変化させることによって、例えばシリコーン中の導電性粒子の量を変化させることによって、改善されることができる。マルチタッチ拡縮機能は、軟質材料の中にプレスすることによって達成されることができる。
【００２０】
三次元プロファイル表面は、例えば幾何学的パターンでテクスチャ加工されることができる。このテクスチャまたはパターンは、導電性材料の表面にわたる上昇バリエーションを含むことができる。この幾何学的パターンは、その表面にわたる複数のピークおよびトラフなどの、相対的に高く設定されたり低く設定されたりする表面の起伏および／または領域を含むことができる。このバリエーションまたはパターンの微小規模は、規則的または不規則とすることができる。連続するピークとトラフとの間の距離は、等しくすることができ、次第に増やしたりもしくは減らしたり、または不規則にすることができる。このテクスチャまたはパターンは、そのパターンにわたるある方向に力もしくは圧力または移動の影響下にあるとき、電気的信号の異なる変化をもたらすように構成されることができる。このテクスチャまたはパターンは、繰り返すことができ、鋸歯、正弦波または方形波などの波形と類似していてもよい。この波形の繰り返しの性質は、小さいバリエーション、例えばピークの高さ、ピーク同士間の距離等の変化、ただし全体的な繰り返しの性質を持つ変化を含むことができる。
【００２１】
このテクスチャの規模は、マイクロ−スケールまたは非マイクロ−スケールとすることができ、例えばおおよそ０．０５ｍｍから５０ｍｍのオーダまで、おそらく２００ｍｍのオーダまで変えることができる。１つの実施形態では、そのピーク距離は、おおよそ１ｍｍ〜３０ｍｍ、もしくはおおよそ１ｍｍ〜１０ｍｍであり、またはおおよそ５ｍｍ〜１０ｍｍとすることができる。
【００２２】
都合のよいことに、本発明の態様および／または実施形態は、単一の材料で任意の三次元形状に作製されることができるセンサまたは触覚インターフェースを提供する。その最も単純な形式では、比較的単純な機能のための単一で、できる限り均一な材料が、提供されることができる。いくつかの実施形態では、片側上に導電性皮膜を有する材料の薄層が使われることができ、または導電性モジュールが割り当てられ、非導電性充填材がそのモジュール全体にわたって設けられることができる。これらの実施形態は、依然として、それ自体がセンサである材料の本体を有するアイデアを具体化している。すべての態様および／または実施形態では、別個の検知コンポーネント（例えば、下部に配列するセンサアレイ）は、必要とされない。このため、本発明の実施形態は、高い忠実度で相互作用を促進し、同時にセンサデバイス自体は単純でありかつ製造するのに費用がかからない。本センサデバイスはまた、設計の可能性およびユーザ経験が強化されるように提供することもできる。本発明は、タッチ圧力、場所、移動速度、移動方向、および検知場所からのタッチ場所もしくは近傍をシミュレートする検知媒介物、特に容量性検知媒介物を提供する。
【００２３】
この材料は、計算デバイスまたは処理デバイスに接続されることができる。このデバイスは、広く解釈されるように、すなわち、個人用および携帯用の計算デバイス、ならびにテレビジョンコントローラ、ゲーム機コントローラ、オンボード車両制御システムなどの処理手段を備える他のインテリジェントデバイスをカバーするように、意図されている。
【００２４】
この計算デバイスまたは処理デバイスは、このデバイスからの出力信号を処理することが可能な命令のホストとして働くように構成されることができる。このシステムは、入出力データインターフェースを有することができる。このシステムは、プロセッサ、記憶デバイス、および非一過性の機械可読記憶媒体を含むことができる。この機械可読記憶媒体は、プロセッサがどのように入力データを受け取り、そしてどのようにその入力データ（電気的信号）を、例えば画面上の出力データに、接続された印刷デバイスに変換し、または音声出力を介して変換するかを制御する命令を含むことができる。別の例の実施形態におけるこの機械可読記憶媒体は、非一過性のコンピュータ可読記憶媒体である。
【００２５】
１つの実施形態では、コンピュータプログラムが提供され、それが計算デバイスまたは処理デバイス上で走らされる場合、そのコンピュータプログラムにより、そのコンピュータが本明細書で開示されている任意の方法を実行することができる。このコンピュータプログラムは、ソフトウエアの実行とすることができ、そのコンピュータプログラムが走るコンピュータまたはデバイスは、任意の適切なハードウエアとして考慮されることができ、限定しない例として、デジタル信号プロセッサ、マイクロコントローラ、ならびに読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能なプログラマブル読出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）もしくは電子的に消去可能なプログラマブル読出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）中での実行を含む。このソフトウエアの実行は、アセンブリプログラムとすることができる。
【００２６】
このコンピュータプログラムは、コンピュータ可読媒体上に提供されることができ、このコンピュータ可読媒体は、ディスクまたは記憶デバイスなどの物理的なコンピュータ可読媒体とすることができ、または一過性の信号として取り入れることができる。そのような一過性の信号とは、ネットワークダウンロードとすることができ、インターネットダウンロードを含む。いくつかの態様および／または実施形態では、人が、三次元形成された材料に対抗して指を移動する場合、容量性信号のグラフは、そのタッチの圧力をシミュレートし、そして３Ｄ形状は、その人に触覚フィードバックをもたらす。短い時間帯にわたる初期の信号シーケンスは、標本化されてタッチ場所を分析することができ、次いでリアルタイム信号は、圧力検知をシミュレートすることができる。他の態様および／または実施形態では、人が、テクスチャ加工された三次元表面にわたり指を移動させる場合、容量性信号のグラフは、似ているかもしくは近似しており、または形状状態を説明するために分析されることができる。その形状は、ＣＡＤソフトウエアの中でモデル化されることができ、次いでパラメトリック計画（例えば、ｇｒａｓｓｈｏｐｐｅｒ）に入れられ、その歯の角度、高さ、および密度を調節することができる。したがって、信号は、繰り返し可能でかつプログラム可能であり、その結果、このソフトウエアは、測定された信号を事前にモデル化された信号波形と比較することができ、そこにはある整合が存在し、人が使用する材料表面上のタッチ場所、表面にわたる移動方向、圧力または力他などのユーザに対する情報を示す。また、他のアルゴリズムを使用して移動方向、タッチ速度および位置を検出することもできる。例えば、移動速度は、信号変化ピーク頻度の間の距離を計算することによって計算することができる。移動方向は、ピーク値の変化を比較することによって検出されることができ、また場所は、その相対的な置き換えに基づいて検出されることができる。ここで、ユーザは、相互作用するために、単一のテクスチャユニットの上でスワイプする動きを打ち切る必要はない。
【００２７】
コンピュータプログラムは、それが実行するとき、本明細書に記載の方法または処理を実行するように構成されていることができる。
【００２８】
本発明の別個の態様および実施形態の文脈で説明されている特徴は、一緒に使用されることができ、かつ／または交換可能である。同様に、単一の実施形態の文脈で簡略して説明されている特徴があるところでは、これらの特徴は、別個にまたは任意の好適な副組み合わせで提供されることもできる。このデバイスと関連して説明する特徴は、本方法および本コンピュータプログラムに関して限定可能な対応する特徴を含むことができ、またこれらの実施形態は、具体的に想定される。
【００２９】
したがって、本発明の態様および実施形態は、三次元形状同士間の相互関係、物理的な相互作用、および電気的出力について説明している。本発明の態様および実施形態は、表面形状図案を有する導電性材料で形成された検知部品または切り替え部品を組み込み、また信号処理アルゴリズムを含むこともできる。
【００３０】
本発明の実施形態は、様々な利点を有する。追加のセンサパッド等を必要とせず、単一の材料またはインターフェース材料それ自体からセンサを作る能力により、一層単純な組立工程をもたらし、材料の使用量を最小限に抑え、かつ電気・電子機器廃棄物を減らす。それゆえに製造工程は、費用効率がより一層高い。本発明の実施形態は、複雑なセンサアレイおよびその関連する較正手順を必要とせず、信号処理インターフェースを達成する。また、ユーザによる試験によって、既知のデバイスと比較して本センサの強化された触知性により、このデバイスが、感覚と動作を関連付ける機能を有するという見解も明らかにした。
【００３１】
従来のキーボードまたはタッチセンサ式トラックパッドは、通常３００個を越える部品で作られており、これらの部品は多数の製造業者から仕入れる必要があり得る。従来のキーボードまたはタッチセンサ式トラックパッドを組み立てることは、使用される部品数が多いため、骨の折れる作業である。さらに、リサイクリングおよび質の低下の観点からすれば、これは、困難な材料分別、および外には見えない高コスト、およびリサイクリング過程（化学的分離過程を伴う）を必要とする。量子トンネリング複合材料は、より一層高い生産コスト／小売価格を伴う混合プロセスを必要とする可能性があり、また単一の圧力検知スイッチ部品として動作することしかできない。その情報は、量子粒子の中身を分離する必要があるため、その持続可能性は難易度が高い。これに対して、本発明の実施形態は、結果として生産コストを一層低く抑えることとなる一部成形プロセスを単に必要とするだけである。都合のよいことに、それらは、１つの均一な表面の上で、より一層複雑な検知機能を実行することができる。このデバイスは、材料分離のために設計され、また低コストの、外には見えないプロセスを有する。都合のよいことに、本発明の実施形態は、十分低い労働関与および単純で物理的に取り外しが可能な外には見えないプロセスを必要とする。
【００３２】
以降、本発明の実施形態を、添付した図面の以下の図を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の１つの実施形態に基づくセンサデバイスを示す図である。
【図２】本発明の実施形態に基づくセンサデバイスのための例示的な表面形状を示す図である。
【図３】本発明の別の実施形態に基づくセンサデバイスを示す図である。
【図４】本発明の別の実施形態に基づくセンサデバイスを示す図である。
【図５】本発明のさらなる実施形態に基づくセンサデバイスを示す図である。
【図６】本発明のさらなる実施形態に基づくセンサデバイスを示す図である。
【図７】本発明の１つの実施形態に基づくセンサデバイスの断面または側面の略図である。
【図８】本発明の別の実施形態に基づくセンサデバイスを示す図である。
【図９】本発明の別の実施形態に基づくセンサデバイスを示す図である。
【図１０】本発明の１つの実施形態に基づくセンサデバイスを組み込んでいるシステムを示す図である。
【図１１】本発明の１つの実施形態に基づくセンサデバイスから取得可能な出力信号を概略的に示す図である。
【図１２】電気的接続および例示的出力信号を伴う、本発明の１つの実施形態に基づくセンサデバイスを示す図である。
【図１３】対応する例示的出力信号と共に、本発明の実施形態に基づくセンサデバイスのための例示的表面形状を示す概略図である。
【図１４】電気的接続および対応する例示的出力信号を伴う、本発明の実施形態に基づくセンサデバイスを示す図である。
【図１５】本発明の実施形態の使用例を提供する図である。
【図１６】本発明の実施形態の使用例を提供する図である。
【図１７】本発明の実施形態の使用例を提供する図である。
【図１８】本発明の実施形態の使用例を提供する図である。
【図１９】本発明の実施形態の使用例を提供する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は、例えばカーボン充填材および導電性金属粒子を含有するシリコーンゴムで形成された、おおむね平坦なシート１２の形をとる導電性材料または少なくとも部分的な導電性材料１０を示す図である。１つの実施形態では、その材料は、グラファイトと５：１〜１：５の重量比で混合されたシリコーンゴムである。可能な代替内容物は、ゴムおよび／または、好都合にもリサイクル可能であるもしくはリサイクル可能とすることができるＴＰＵ（熱可塑性ポリウレタン）もしくはある種のＴＰＥ（熱可塑性エラストマー）である。別の実施形態では、その材料は、一方の側に導電性材料（例えば、ニッケルまたはグラファイト）でコーティングされた薄い材料（例えば、プラスチック、シリコーン、または織物）層とすることができる。別の選択肢として、導電性金属（例えば、アルミニウム）などの硬質材料を使用することができる。
【００３５】
しかし、いずれにしても、「軟質」材料の実施形態の場合は、より実用的であり、その材料の導電率は、その材料にわたっておよび導通時に変化することがある。これは、異なる導電率の領域を備えるようにその材料内部の導電性成分の濃度を変えることによって達成されることができる。これはまた、導電性成分を変調することまたは導電性領域を分離すること（例えば、導電性材料を一片の織物材料上の分離された領域に適用すること）によっても達成されることができる。異なる導電率の領域は、異なる電気的信号を生成するであろう。このため、たとえ材料１０の２つの領域が同様にプロファイル加工されていたとしても、これらの領域が、異なる導電率を有する場合、それらの表面にわたり物体を移動させることによって、異なった電気的信号が区別されることが可能となるように、当該異なった電気的信号を発生させることになる。このように、表面上で移動する物体の場所は、プログラムによって検知されることができる。
【００３６】
シート１２の表面１４は、各領域が三次元または非二次元の特徴を備える領域１６でプロファイル加工されている。各領域１６は、複数の特徴またはピーク１８を備え、それらは、ピーク同士の間の一連のトラフ２０を規定する二次元表面１４から、外側に延在している。このため、シート１２の表面１４は、シート１２の表面を基準として三次元幾何学的テクスチャを有するように構成されている。図２（ａ）にも示されているように、三次元パターンは、おおよそ鋸歯状プロファイルの断面を有する。別のいくつかの実施形態では、鋸歯状プロファイルの特性は、例えばその「崖」が垂直であるか否か、もしくはその「傾斜路」がどのくらい急勾配であるか、またはそのプロファイルが対称形かもしくは非対称形か、変化させることができる。別の実施形態（図示されていない）では、鋸歯形状は、表面１４の上ではなくその中に形成されることができ、その結果、その形状は、その表面の上に突き出るのではなく、シート表面の内部に埋め込まれる。１つの例が図２（ｂ）に与えられている。別の実施形態では、例えばその崖が表面１４の基準面を越える距離まで増加する場所、およびその傾斜路が表面１４の基準面より下方へ延びる場所の両方の組み合わせとすることができる。図２（ｃ）〜図２（ｅ）に例示されているように、三角形、正方形および正弦波形などの代替構成は、もう一つの方法としてまたは追加的に使用されることができる。図２（ｆ）は、ピーク１８の高さおよび／または表面１４にわたる離隔距離が累進的にただし一様に増加する例を示す。図２（ｇ）では、ピーク１８の高さおよび／または表面１４にわたる離隔距離が累進的にただし一様に増加し、その後減少する。加えてまたは別の選択肢として、例えば図２（ｈ）に示されるように、不規則な波形を使用することができる。別の波形、例えば図２（ｉ）に示されるような波形などを使用することができる。もちろん、これらのおよび他の実施形態は、どれかの組み合わせおよびすべての組み合わせで使用されることができ、その一例が図２（ｊ）に示されている。
【００３７】
場合によっては、タッチの動きをより滑らかに一層促進するため、ピーク１８およびトラフ２０、または鋸歯状プロファイルは、鮫の鰓のようなプロファイルを作り出す連続表面として設計され、その一例の側面図および斜視図の両方が図２（ｋ）に示されている。
【００３８】
別の選択肢として、例えばＰＶＣ、皮革または熱可塑性エラストマーを使って異なる触覚表面仕上げを有するため、絶縁材料層は、同様のテクスチャプロファイルを有する以下に述べる３Ｄテクスチャプロファイルの上部に適用されることができる。図２（ｌ）は、テクスチャのピーク１８およびトラフ２０が、同様のテクスチャプロファイル２１を有する絶縁材料の下に隠れて埋め込まれている例を示している。図２（ｍ）は、テクスチャのピーク１８およびトラフ２０が、三次元プロファイル表面２１で２つの絶縁材料間の中に埋め込まれている例を示している。これらの場合には、そのテクスチャ加工された表面／材料１２は、導電性である。その導電性は、導電性スプレイ式塗料または導電性材料印刷により達成されることができる。その絶縁層は、非導電性であることが好ましい。もちろん、これらの２つの場合におけるテクスチャ特徴のピーク１８およびトラフ２０は、図２（ａ）から図２（ｋ）までの中で述べられたすべての例およびそれらの派生例を対象として含む。
【００３９】
場合によっては、人の手／指が軌道を移動するのを制御するため、絶縁材料層は、以下に述べられる３Ｄテクスチャの上部に適用されることができる。図２（ｎ）は、テクスチャのピーク１８およびトラフ２０が、二次元表面２１を有する絶縁材料の下に隠れて埋め込まれている例を示している。図２（ｏ）は、テクスチャのピーク１８およびトラフ２０が、三次元プロファイル表面を有する絶縁材料２１の下に隠れて埋め込まれている例を示している。図２（ｐ）は、テクスチャのピーク１８およびトラフ２０が、絶縁層２１の上に実現されている例を示しており、この例は、指（または他の伝導性物体）が軌道を移動するのを一層良好に制御することができる。この場合における導電層１２は、三次元プロファイル加工されることができ、または単なる二次元表面とすることができる。これらの場合では、絶縁層２１は、非導電性であることが好ましい。もちろん、これらの３つの場合におけるテクスチャ特徴のピーク１８およびトラフ２０は、図２（ａ）から図２（ｋ）までの中で述べられたすべての例およびそれらの派生例を対象として含む。
【００４０】
他の場合では、導電性材料は、表面にわたるおよび表面の異なる導電率を達成するように変調されることができる。図２（ｑ）は、１つの例を示している。
【００４１】
共通の特徴は、そのプロファイルの高さが、表面１４にわたってまたは材料１２の及ぶ限りにおいて変化することである。また、各ピークまたは襞が等距離にあるかまたは等しい高さであるかは重要ではない。本発明の実施形態は、ばらつきを吸収することができ、かつ利用することができる。そういうものとしては、図１および図２は、ほんの例にすぎないが、表面の高さまたは深さにおいて、表面の領域にわたるばらつきに関する対応措置を共通に持っている。ピークまたはトラフ同士間の距離は、規則正しくかつ等しく、または累進的に増やすもしくは減らす、または不規則とすることができる。テクスチャのピーク距離の規模は、約０．０５ｍｍから約２００ｍｍまで変化させることができ、またできる限り約５０ｍｍまで下げることができるが、ただしｐｍの規模まで下げることができる可能性がある。また、テクスチャの深さ（高さの差）は、例えばおよそ０．１ｍｍから数ｃｍまで変化させることもできるが、ただし約０．１ｐｍまで下げることもできる。
【００４２】
図１の例は、直線的に拡大していく図形を示している。図３は、幾何学的パターンが性質上、放射状となっている２つの視点から見た別の選択肢としての実施形態を示している。別の選択肢としての実施形態では、直線的および放射状の両方のパターンの組み合わせを使用することができる。しかしながら、図１および図２の実施形態と同様に、そのパターンは、表面１４を基準として持ち上げられた表面の複数の部分を含む。上記のように、そのパターンは、しかもまたはそうしないで、表面１４の内部に挿入されることができ、その結果、そのパターンは、表面１４の高さを基準として上昇（または下降）する表面の複数の部分を備える。
【００４３】
図４は、幾何学的テクスチャ１８、２０が三次元構造体２２上に設けられ、三次元構造体自体が表面１４から延びている、さらなる実施形態を示している。別の選択肢として、より大きな開口または間隙がシート１２の中にまたは電導性材料で形成されたより深い構造体の中に設けられることができる。既に述べたように、すべての実施形態では、その全体的な構造は、表面１４および／またはベースとなる三次元構造体２２の表面に関する構造体の高さにおいてばらつきを与える。図５は、導電性材料１２の二次元シートの上または内部に実現された様々な異なる実施形態を示している。
【００４４】
図６は、別の実施形態を示しており、それらのいくつかは二次元シートまたは基板１２を備え、他のいくつかは曲面のまたは他の三次元基板１２’を有する。いくつかの実施形態では、全構造体１２’’は、三次元プロファイル加工されている。いくつかの実施形態は、図１〜図５の実施形態におけるように、複数の盛り上がり１８および／または溝２０を備えることができる。
【００４５】
他の実施形態では、表面１４（またはその一部分）は、外側表面１４（例えば、図７（ａ）を参照）の不連続または上昇バリエーション（ｅ）を与えるように輪郭が描かれ、または表面１４’（またはその一部分）は、外側表面１４’（例えば、図７（ｂ）を参照）の傾斜面または輪郭部におけるバリエーションまたは変化を与えるように輪郭が描かれている。
【００４６】
また、１つの実施形態では、これらの２つの種類の各々の構造を含むことも可能である。例えば、図８は、複数の隆起部１８でテクスチャ加工された表面１４の一部分、およびそれ自体三次元形状である表面１４’の一部分を備える外側表面を有するハイブリッド構造１０を示す。一部分１４、１４’の間の中の領域１４’’では、２つの三次元形状は、滑らかな過渡領域を与えるように、互いに変形するかまたは一体化している。図８では、表面にわって移動する導電性物体と相互作用することによって、異なるパラメータを制御するために利用されることができる４つのパラメータの組（テクスチャ１８、２０の組）が存在する。そして、表面に対向して移動する導電性物体と相互作用することによって、異なるパラメータを制御するために利用されることができる５つのパラメータの組（表面１４’の組）が存在する。２つの種類の構造体は、必ずしも別個である必要はなく、よって、同時に機能することでより多くの相互作用を提供することができる。
【００４７】
別の実施形態では、これら２つの種類の各々の構造体を含むように、それらの形状は、完全に独立したものとすることができる。例えば、図９は、複数の隆起部１８で輪状にテクスチャ加工された表面１４の一部分、およびそれ自体三次元形状である表面１４’の一部分を備える外側表面を有するハイブリッド構造１０を示している。図９では、１つの独立したパラメータの組（テクスチャ１８、２０の組）、および５つの独立したパラメータの組（表面１４’の組）が存在する。
【００４８】
ここで図１０（ａ）を参照すると、導電性材料１０（ａ）は、他の電気機器に接続されているように示されている。この示されている材料１０（ａ）は、図１の平坦なシート／テクスチャ加工された表面の実施形態であるが、上記で議論されたいかなる形状も、または本発明の範囲内に入るそれ以外の形状も、この導電性材料に代えて使用することができることは、当然ながら理解されよう。
【００４９】
この材料１０（ａ）は、検知場所ポイントにおいて計算デバイスまたは処理デバイス２４に接続されている。計算デバイスまたは処理デバイス２４は、本デバイス１０（ａ）からの出力信号を処理することが可能な命令のホストとして働くように構成されている。システム２４には、プロセッサ、記憶デバイス、および非一過性の機械可読記憶媒体が含まれる。この機械可読記憶媒体は、プロセッサがどのように入力データを受け取り、そしてどのようにその入力データ（電気的信号）を、例えば画面上の出力データに変換するか、接続している印刷デバイスに変換するか、または音声出力を介して変換するかを制御する命令を含む。
【００５０】
材料１０（ａ）は、１つ以上の電線、または例えば導電性印刷である電子的コネクタ２６を介して、本材料１０（ａ）からの出力を変換するために提供される信号処理手段を備える中間処理デバイス２８に接続されている。次いで、中間デバイス２４は、適切な接続手段、例えばコンピュータのＵＳＢポートまたは無線技術を介して、計算デバイスまたは処理デバイス２４に接続されている。この無線技術は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標），ＷｉＦｉ（登録商標），ＩＲなどとすることができ、すなわち、これらは、ＵＳＢポートまたは無線技術を介して、コンピュータによる読み込み可能な入力信号として電線２６上に搬送される単純な電気的信号である。この出力信号は、静電容量または電圧の読み取り値などの時間的に変化する電気的信号であることが好ましい。図１０（ａ）に示すように、最初のまたは開始の状態では、静電容量または電圧の読み取り値は一定となるであろう。しかしながら、人が、例えば指または手書き入力用ペン等を使って材料１０（ａ）にタッチすると、表面１４上の接触の点または領域における静電容量または電圧が変化し、電気的信号出力の変化を引き起こす。コンピュータプログラムは、その信号および／またはその信号を表す情報を表示し、かつ／またはその信号により生じるソフトウエアアプリケーションとの相互作用を提供するように、構成されることができる。
【００５１】
他の場合では、ここで図１０（ｂ）を参照すると、導電性材料１０（ｂ）は、いかなる電線接続または無線技術無しの直接的な物理的接触を通じて他の電気機器に接続されているように示されている。計算デバイスまたは処理デバイス２４は、検知媒体、例えば容量性タッチ検知式スクリーン、および材料１０（ｂ）からの信号処理アルゴリズムを含む。本実施形態は、都合のよいことに、電池、回路、および電子的な接続の使用を避けることができる。この示されている材料１０（ｂ）は、図１の輪郭が描かれた表面の実施形態ではあるが、上記で議論されたいかなる形状も、または本発明の範囲内に入るそれ以外の形状も、この導電性材料に代えて使用することができることは、当然ながら理解されよう。
【００５２】
図１１（ａ）は、図１０（ａ）の開始状態で観察されるベースレベルの静電容量信号を表す。図１１（ｂ）は、人が材料１０（ａ）にタッチするかまたは押し付けるときに、その静電容量が時間ｔ１においてどのように増加するかを示している。人が、材料１０（ａ）の領域１６１でテクスチャにわたり指を移動する場合、ソフトウエアは、領域１６２〜１６９のいずれとも対照したものとして、活性化されているのは領域１６１であることを識別するために、予め記憶されているプロファイルと共に信号を変化させる観察時間を照合することができるであろう。このソフトウエアは、物理的な材料１０（ａ）上の活性化を反映するスクリーン上の仮想位置で、活性化を示すスクリーン上の仮想表示を提供するように、プログラムされることができる。図１１（ｃ）は、材料領域１６１〜１６９のうちの１つにわたりキーを押すことにより観察されることができる信号バリエーションの種類の単純な表現である。この材料１０（ａ）は、感圧式である。その材料１０の上をより強く押し付けると、結果として静電容量信号の中でより大きな変化となるであろう。このソフトウエアは、より大きな出力に対応する、より大きなまたはより目立った仮想表示を示すように構成されることができる。したがって、この材料１０（ａ）をシステムの中で使用して、タッチ場所の判定を提供することができる。
【００５３】
さらに、図１１（ｃ）で分かるように、ユーザの指（または他の導電性デバイス）がある領域を横切るとき、ピークの数を数えることができる。相対的な場所はまた、人の指が移動した距離として分析されることもでき、１つの領域内では、このピークの数に基づいて計算されることもできる。この方法はまた、図３に使用されることもできる。長さＬにわたるパターン加工／テクスチャ加工された領域内部のピークの総数をＮと表し、指がその領域内部で横切りかつ接触するようになるピークの数をｎと表すことにしよう。そのパターンが規則正しい場合には、相対的な場所は次式で計算されることができる。
【数１】
2018524721.tif 000003
図１２は、さらなる例として、人が、材料１０（ａ）の表面に沿って、表示されている方向（右から左へ、ただし移動はどちらか一方の方向へとすることができる）へその指を移動するときに生成される静電容量の出力記録を示す図である。図１３は、追加の例として、様々な表面構造の形状を示す図である。様々な放射状の形状が、最初の２つの列に、また直線パターンが最も右側の列に示されている。表示されている信号は、特定の一方向における、対応するテクスチャ上の２〜３回のタッチにより生成されている。「繰り返し」と目印が付けられた例で示されているように、その信号シーケンスは、１つのテクスチャ上で繰り返され、しかも通常では、異なったテクスチャにおいて変化する。この図は、ピーク時間の値Ｐ１およびＰ２が常に標本化されていることを示しているので、その信号は、減少から増加へと切り替わっている。物理的な表面上における、対応する／繰り返し出力信号の特徴（Ｐ１、Ｐ２）間の距離を使用してその表面にわたる人の指の移動速度を次式で計算することができる。
【数２】
2018524721.tif 000004
テクスチャパターン１６の形状に微妙な変化がある場合でさえも、異なった信号を発生することを見出した。このことは、類似しているが同一ではない２つのパターン１６の間の区別を可能としている。
【００５４】
この検知性能は、方向検知の態様と一緒に追加されるときに改善することが見出され、この方向検知は、微分計算を必要とする。これは、ある物体がテクスチャ表面にわたって移動するときに、接触表面積の変化により引き起こされる検知値の変化率であり、よって２つの近接する検知値ａおよびｂを、それらの間の時間差を基準として標本化することによって計算される。このデータ収集により、歯が鋭ければ鋭いほど一層高い静電容量の微分値を発生することが示された。テクスチャ加工された表面の単一のユニットまたはピークは、連続的に減少する（または増加する）高さを有するように、または他の地点よりもその検知点に一層近いテクスチャユニットの一端を有するように、設計されることができ、このことはより大きな検知読み取り値を生成する。したがって、ピーク値Ｃ（Ｐ２）と以前のピーク値Ｃ（Ｐ１１）とを比較することにより、タッチの方向を次式により推測することができる。
【数３】
2018524721.tif 000005
Ｃ（Ｐ２）−Ｃ（Ｐ１）＞０ならば、これは、その方向に対して正の値（１）を与え、Ｃ（Ｐ２）−Ｃ（Ｐ１）＜０ならば、これは、その方向に対して負の値（−１）を与え、すなわちその移動方向は、正の値を与える方向と逆である。ノイズは、小さい絶対差分値をフィルタ除去することによって最小化されることができる。このアルゴリズムの利点は、そのアルゴリズムがタッチ方向のリアルタイム判定を管理することができることである。
【００５５】
材料上でのタッチ位置の検出を達成するには複数の方法が存在し、例えば最初の３つの静電容量の微分ピーク値の差を記録しかつ比較する方法である。一般に、最初の３つの値の傾向は、どのテクスチャユニット１６がタッチされているかを事前に推測することができる。別の方法は、１つの完全な信号シーケンスに対してフーリエ（Ｆｏｕｒｉｅｒ）変換を実行することである。（言い換えれば、時間軸に対する静電容量のグラフを、そのグラフが作り上げられている周波数変化に分解することである）。この方法は、各テクスチャユニット上の相対的な指の位置に関する高い検出分解能を有することができるが、それには重大な時間遅れがあり、したがって短いテクスチャにしか実行できない。また、機械学習は、将来のシナリオとしても検討されている。
【００５６】
上記の方法は、ほんの一例として与えられており、他の方法（現在既知のまたは未だ開発中のどちらか）は、機械学習や進化アルゴリズムや人工知能を含めて可能であり、これらはまた、本発明の実施形態の中で使用されることもできる。
【００５７】
図１４（ａ）〜図１４（ｃ）は、異なったタッチメカニズムが本発明の実施形態の中でどのように採用されることができるかを示す図である。図１４（ａ）では、材料１０の部分３０が設けられ、材料の対抗側面１０、３０からの２点圧力により出力信号４０に変化を引き起こす。表示された実施形態では、２つの出力電線２６が存在し、これらはその２点圧力検知を可能にする。ここで、１つの電線は、小さい電圧を検知点にパルス出力する。他の電線は電圧を受け取る。これら２つは共に、容量性検知メカニズムとして機能することができる。図１４（ｂ）では、材料１０に取り付けてある単一の接触子２６の備えにより、単一点圧力検知４０を提供する。図１４（ｃ）では、その配置により単一点距離検知４０を可能にする。一般的に言えば、タッチ点が検知点（すなわち、電線がその表面に接続する場所）に近いほど、その検知値はより大きくなる。
【００５８】
図１２および図１４は、異なった移動、および材料１０との相互作用を、特に例示している図である。一般的に言えば、材料１０のテクスチャ加工された／パターン加工された部分との相互作用は、そのテクスチャ／パターン（例えば、図１２に示すような）にわたる移動を必要とし、またその材料のより大きな３Ｄ部分との相互作用は、加える力または圧力（例えば、図１４ａ〜図１４ｃに示すような）を必要とする。当然ながら、その材料のテクスチャ加工された部分はまた、力または圧力に敏感であるとすることもでき、かつ／またはその材料のより大きな３Ｄ部分は、その３Ｄ部分の表面にわたる移動に敏感であるとすることができる。ただし、本原理的なメカニズムは、前者である。
【００５９】
本発明の実施形態は、様々な実用的応用分野を有している。例えば、本発明は、車両の中で使用されることができ、例えば音響システム、窓／ドアの開／閉、温度、および環境等の制御を提供することができる。図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、本発明がＣＡＤモデリングコントロールツールとしてどのように利用されることができるかを示す図である。これらの図は、本発明の実施形態に基づいて、２つのテクスチャユニットを一体化している、右手で行う「ナビゲーション」構成部品１０を示す図である。本材料１０は、ポイント選択制御機能を提供する放射状制御３２、および／または垂直回転制御機能を提供する線形制御３４と一緒に構成されることができる。このデバイス／バッテリは、圧力スイッチ３６と一緒に作動開始および／または作動停止されることができる。パン表示または水平回転制御機能は、制御３８、４０により提供されることができる。左手で行う「形状」構成部品１０は、描画ダイアル４２、第１および第２の引き出し構成部品４４、４６、および生成形状制御４８を含む。
【００６０】
図１６の構成部品を組み込んでいるデバイスは、音響発生においで使用されることができ、そこでは試験の際、６つの異なったモジュールを使用してピッチ、音量、サラウンド音響、ベース、ノイズおよび粒状効果（それぞれ図１６（ａ）〜（ｆ）に示されるような）を制御することができた。他の音響効果およびこれらを制御する方法はまた、本発明の実施形態に基づいて提供されることができることも、理解されるであろう。試験の際、各モジュールは、特定の触覚相互作用を促進すること、また、例えば計算デバイスの画面上に表示される効果出力に対する鮮明な視覚的ヒントを作り出すことを目標とした。ここで、ピッチ制御（図１６（ａ））は、上向きに移動されるとき、徐々に減少する接点を通じて信号を生成する垂直向きのデバイスを使って達成される。サラウンド音響（図１６（ｂ））は、ツイスト運動を連想させる非対称形２軸プロペラ形状を有するパン表示コントローラを通じて達成されることができる。図１６（ｃ）は、再びツイスト運動を連想させる粒状効果コントローラとして使用されることができる非対称形３軸プロペラ形材料を示す図である。図１６（ｄ）に、ノイズ発生器デバイスが示され、このデバイスは垂直向きで頂部に塊を持ち、頂部でスイッチが入るとノイズ信号を発生するように動作することができる。メイントラック音量制御は、図１６（ｅ）に示され、押されるときに音量制御の提供に効果的な軟質ボタン形状を提供する。図１６（ｆ）に、ベーストラックコントローラが示され、このコントローラは、頂部表面に４本の間隙ラインを持つ楕円形状からなり、その間隙が閉じられるときに、安定信号の２つの状態を生成する。他の用途には、ＣＡＤ、デジタル製造、およびゲーム／インターフェース製品が含まれる。
【００６１】
図１７は、衣服における本デバイスの使用について説明する、１枚の織物上に設けられた材料１０の使用に関するさらなる例を与える図である。
【００６２】
図１８は、装着型コントローラとして本デバイスの使用について説明する、材料１０に関するさらなる実施例を与える図である。
【００６３】
図１９は、制御機能が埋め込まれた小さい手書き入力用ペンのシリーズとして本デバイスの使用について説明する、材料１０の使用に関するさらなる例を与える図である。
【００６４】
本発明の実施形態は、例えば車両の中で使用されるように、視認可能な印に注意をそらす必要性を回避することができるので有利である。本材料１０の形状および構造は、それ自体、使用方法を連想させかつ暗示しているので、かえって、視認可能な印などに注意をそらす必要性を回避することができるのである。
【００６５】
本開示を解釈すると、当業者にとって、他の変形および修正は明かであろう。そのような変形および修正には、均等性、および無線通信技術における既知の他の特徴が含まれ、また本明細書に既に説明された特徴の代わりにまたは追加して使用されることができる他の特徴が含まれ得る。
【００６６】
添付された特許請求の範囲は、特定の特徴の組み合わせを直接指しているけれども、他の発明が、現在主張されたいかなる請求項と同じ発明と関係するか否かに関わりなく、また他の発明が、本発明を実施するいくつかのまたはすべての同じ技術的問題を軽減するか否かに関わりなく、本発明の開示範囲は、本明細書で明示的にまたは暗黙的に開示されたいかなる新規の特徴、もしくはいかなる新規の特徴の組み合わせ、またはそれらに関する一般化をも包含することは、理解されるべきである。
【００６７】
別々の実施形態の文脈の中で説明されている特徴はまた、単一の実施形態の中で組み合わされて提供されることもできる。逆に、単一の実施形態の文脈の中で簡略して説明されている様々な特徴はまた、別々にまたは任意の好適な副組み合わせで提供されることもできる。これによって、本出願人は、本出願またはそこから導かれる任意のさらなる出願に関する訴訟の間中、新しい請求項がそのような特徴および／またはそのような特徴の組み合わせに表現されることができることを告知する。
【００６８】
完全を期すため、用語「備える」は、他の構成要素または段階を除外せず、用語「１つの」または「１つの」は、複数を除外せず、単一プロセッサまたは他のユニットは、特許請求の範囲に列挙された、いくつかの手段の機能を果たすことができ、特許請求の範囲におけるいかなる参照符号も特許請求の範囲を限定するものと解釈してはならない。
【図１】
2018524721.tif 000006
【図２（ａ）】
2018524721.tif 000007
【図２（ｂ）】
2018524721.tif 000008
【図２（ｃ）】
2018524721.tif 000009
【図２（ｄ）】
2018524721.tif 000010
【図２（ｅ）】
2018524721.tif 000011
【図２（ｆ）】
2018524721.tif 000012
【図２（ｇ）】
2018524721.tif 000013
【図２（ｈ）】
2018524721.tif 000014
【図２（ｉ）】
2018524721.tif 000015
【図２（ｊ）】
2018524721.tif 000016
【図２（ｋ）】
2018524721.tif 000017
【図２（ｌ）】
2018524721.tif 000018
【図２（ｍ）】
2018524721.tif 000019
【図２（ｎ）】
2018524721.tif 000020
【図２（ｏ）】
2018524721.tif 000021
【図２（ｐ）】
2018524721.tif 000022
【図２（ｑ）】
2018524721.tif 000023
【図３】
2018524721.tif 000024
【図４】
2018524721.tif 000025
【図５】
2018524721.tif 000026
【図６】
2018524721.tif 000027
【図７（ａ）】
2018524721.tif 000028
【図７（ｂ）】
2018524721.tif 000029
【図８】
2018524721.tif 000030
【図９】
2018524721.tif 000031
【図１０（ａ）】
2018524721.tif 000032
【図１０（ｂ）】
2018524721.tif 000033
【図１１（ａ）】
2018524721.tif 000034
【図１１（ｂ）】
2018524721.tif 000035
【図１１（ｃ）】
2018524721.tif 000036
【図１２】
2018524721.tif 000037
【図１３】
2018524721.tif 000038
【図１４（ａ）】
2018524721.tif 000039
【図１４（ｂ）】
2018524721.tif 000040
【図１４（ｃ）】
2018524721.tif 000041
【図１５（ａ）】
2018524721.tif 000042
【図１５（ｂ）】
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【図１６（ａ）】
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【図１６（ｂ）】
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【図１６（ｃ）】
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【図１６（ｄ）】
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【図１６（ｅ）】
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【図１６（ｆ）】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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