(57)【要約】【課題】それを握って保持するユーザの指に対して長手方向に移動することのできるハプティック・スタイラスを提供する。【解決手段】ハプティック・スタイラスが、スタイラス・ハウジングと、前記スタイラス・ハウジングの一端に設けられ、タッチスクリーン等のインタラクション表面と接触するスタイラス先端と、前記スタイラス・ハウジングの周囲に設けられ、前記スタイラス・ハウジングに対して長手方向に移動可能であり、ユーザの指で把握／保持されるスタイラス被覆と、前記スタイラス・ハウジングを駆動することで、前記スタイラス被覆とそれを把握／保持する前記ユーザの指との間にスティック・スリップ現象を生じさせるように構成され、それによって前記ユーザの指が前記長手方向に移動しながら前記スタイラス被覆を把握／保持できるようにする第１アクチュエータとを含む。【選択図】図２
2016186696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチスクリーン等のインタラクション表面と接触するスタイラス先端と、
ユーザが把握／保持するスタイラス被覆とを含み、
前記スタイラス被覆が、不釣り合いの軸方向の力によって引き起こされる慣性、摩擦および運動エネルギによって、それを把握／保持する前記ユーザの指を長手方向に移動させるべく振動するように構成された、ハプティック・スタイラス。
【請求項２】
スタイラス・ハウジングと、
前記スタイラス・ハウジングの一端に設けられ、タッチスクリーン等のインタラクション表面と接触するスタイラス先端と、
前記スタイラス・ハウジングの周囲に設けられ、前記スタイラス・ハウジングに対して長手方向に移動可能であり、ユーザの指で把握／保持されるスタイラス被覆と、
前記スタイラス・ハウジングを駆動することで、前記スタイラス被覆とそれを把握／保持する前記ユーザの指との間にスティック・スリップ現象を生じさせるように構成され、それによって前記ユーザの指が前記長手方向に移動しながら前記スタイラス被覆を把握／保持できるようにする第１アクチュエータとを含む、ハプティック・スタイラス。
【請求項３】
前記スタイラス被覆は、管状ベースと、前記管状ベースを前記スタイラス・ハウジングに取り付けるベアリング等の摩擦低減部材とを含む、請求項２に記載のハプティック・スタイラス。
【請求項４】
前記第１アクチュエータは、前記スタイラス・ハウジングにおける前記スタイラス先端とは反対側となる他端に設けられ、
前記管状ベースの一端にキャップが取り付けられ、
前記第１アクチュエータによって発生される力が、前記キャップを介して前記管状ベースに伝達され、続いて、前記スタイラス被覆に伝達される、請求項３に記載のハプティック・スタイラス。
【請求項５】
前記スタイラス被覆は、それに沿って移動する指先の下に異なる触感覚を生み出す、請求項１から４のいずれかに記載のハプティック・スタイラス。
【請求項６】
前記スタイラス被覆の前記管状ベースは、前記ユーザの指先と連続接触する外表面上に彫り込みテクスチャのパターンを有し、
把握力の変動、
前記ユーザによって前記管上に作用される法線方向の力、および
前記長手方向に沿った指／拇指の変位の速度、に依存した異なる触感覚を生み出す、請求項５に記載のハプティック・スタイラス。
【請求項７】
彫り込みテクスチャのパターンは、特定の勾配のテクスチャ要素であり、テクスチャ勾配は、連続的に、または触れることによって充分に区別できるいくつかのゾーンにセグメント化されて与えられる、請求項６に記載のハプティック・スタイラス。
【請求項８】
前記スタイラス被覆は、前記長手方向に沿ってセグメント化されており、各セグメントは、異なるテクスチャ・パターンまたは／およびテクスチャ・パターンの勾配を有する、請求項５から７のいずれかに記載のハプティック・スタイラス。
【請求項９】
前記スタイラス被覆は、
管状のベースと、
前記ベースに対して同軸状に配置される外部シェルと、
前記ベースと前記外部シェルとの間に設けられ、前記外部シェルに作用するユーザ把握力を検知するセンサ／検出器としてのみならず前記外部シェルへ向けて力を生じるアクチュエータとしても動作可能となるように構成された部位／材料とを含む、請求項１から８のいずれかに記載のハプティック・スタイラス。
【請求項１０】
前記スタイラス被覆は、
管状のベースと、
前記ベースに対して同軸状に配置される外部シェルと、
前記ベースと前記外部シェルとの間に設けられ、前記外部シェルへ向けて力を生じるように構成された第２アクチュエータとを含む、請求項１から８のいずれかに記載のハプティック・スタイラス。
【請求項１１】
前記第２アクチュエータがポリマーアクチュエータである、請求項１０に記載のハプティック・スタイラス。
【請求項１２】
前記外部シェルに形成された孔から、前記外部シェルよりも高い摩擦を有するビンが突出し、それによって前記スタイラス被覆と前記ユーザの指との間の摩擦を変更する、請求項１０または１１に記載のハプティック・スタイラス。
【請求項１３】
前記孔の密度は、前記スタイラス被覆の前記長手方向に沿った特定の勾配を有する、請求項１２に記載のハプティック・スタイラス。
【請求項１４】
前記管状ベース、前記外部シェルとおよび前記部位／材料は、前記スタイラス被覆の周方向にセグメント化されている、請求項９に記載のハプティック・スタイラス。
【請求項１５】
前記管状ベース、前記外部シェルおよび前記第２アクチュエータは、前記スタイラス被覆の周方向にセグメント化されている、請求項１０から１２のいずれかに記載のハプティック・スタイラス。
【請求項１６】
前記管状ベース、前記外部シェルおよび前記部位／材料は、前記スタイラス被覆の前記長手方向に対して直角な平行スライスでセグメント化されている、請求項９に記載のハプティック・スタイラス。
【請求項１７】
前記管状チューブ、前記外部シェルおよび前記第２アクチュエータは、前記スタイラス被覆の前記長手方向に対して直角な平行スライスでセグメント化されている、請求項１０から１３または１５のいずれかに記載のハプティック・スタイラス。
【請求項１８】
前記スタイラス先端を前記インタラクション表面に対して動かすように構成された第３アクチュエータさらに含む、請求項１から１７のいずれかに記載のハプティック・スタイラス。
【請求項１９】
前記スタイラス先端は、前記インタラクション表面を含む外部装置に設けられた第４アクチュエータによって、前記前記インタラクション表面に対して移動される、請求項１から１７のいずれかに記載のハプティック・スタイラス。
【請求項２０】
前記第３アクチュエータが、球面モータまたはスティク・スリップ・モータである、請求項１８に記載のハプティック・スタイラス。
【請求項２１】
前記スタイラス先端または前記第２アクチュエータの位置を検出するように構成された、位置検出手段を更に含む、請求項１から２０のいずれかに記載のハプティック・スタイラス。
【請求項２２】
前記第１アクチュエータ、前記第２アクチュエータ、前記第３アクチュエータを制御するように構成されたコントローラが、前記ハプティック・スタイラスまたは前記ハプティック・スタイラスとインストラクションする外部デバイスに与えられた、請求項１８に記載のハプティック・スタイラス。
【請求項２３】
前記第１アクチュエータ、前記第２アクチュエータ、前記第４アクチュエータを制御するように構成されたコントローラが、前記ハプティック・スタイラスまたは前記外部デバイスに与えられた、請求項１９に記載のハプティック・スタイラス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハプティック・スタイラスに関し、さらに詳しくは、タッチスクリーン等の任意のインタラクション表面とインタラクションを行うためのハプティック・スタイラスに関する。
【背景技術】
【０００２】
人間（ユーザ）によるコントロールおよびデジタル形式で記録が可能なあらゆる可変パラメータ（信号）は、コンピュータの機能に影響を及ぼす入力情報のエンコードに使用可能である。しかしながらユーザとインタラクションするコンピュータの機能は、異なるモダリティ、すなわち聴覚、視覚、および触覚の信号を通じて伝達されるメッセージの異なるタイプの情報の受動的な表現に限定されている。ウエアラブル・デバイスのサイズおよび電力消費は、ともに出力性能を制限するが、コンピュータがインタラクション・テクニックをサポートするように動作できる。特にタッチスクリーンは、高い感度と直接操作インターフェースの利点から、益々一般的なものとなりつつある。この状況においては、まだ操作が、プログラムの実行に影響を持つユーザ入力を意味している。
【０００３】
しかしながら、指ベースのインタラクションは、画像化の視覚的な妨害（視覚的出力を使用する場合）を回避するように指先とタッチスクリーンの間の接触（直接入力）の持続時間が限られる。短い接触は、触覚チャンネルを通じて複雑な情報を呈示する指の、ある種の触覚信号（力、振動、および／または動き）の多様な機械的エネルギを印加し、かつ知覚できる時間に制約をもたらす。他方、指の動き（ジェスチャ）の間に呈される触覚情報は、特定の瞬間における詳細な接触ポイントを参照できない。直接フィードバックに代えてユーザは、継続的にポータブル電子デバイスを保持している他方の手で異なる感覚を得ることができるが、触覚信号が特定の態様で視覚情報と統合されなければならない場合（例えば、曖昧な画像、深度キュー等の場合）デバイスの背面から伝達されて反対側の手に提供される触覚情報の解釈が、深さの知覚と局在化の空間的不調和をもたらし得る。
【０００４】
スタイラスは、通常のペンまたは鉛筆と同じ態様で多様なデバイスとともに、例えば携帯情報端末（ＰＤＡ）、パーソナル・コンピュータ、携帯電話、スマートウォッチ（特許文献１）およびそのほかのポータブル電子デバイスとともに使用して、テキスト、図式、および絵の形式（特許文献２１）で情報を入力できるユーザ入力の万能メディエータである。またそれは、指を使用するよりタッチ入力の精度を向上させ、手書きおよび微細移動の使用を可能にする。
【０００５】
現今では、進歩したスタイラスが、ブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）ヘッドセットとして（特許文献４）スマートフォンとインタラクションすることによって入力のスペル・チェックおよび通知を行なうため（特許文献２、特許文献２２）、また３Ｄ無線マニピュランダムとして入力を行なうため（特許文献３、特許文献６、特許文献７、特許文献１９）の拡張された入力・出力性能を有する。スタイラス入力は、異なる物理量（硬さ、コンプライアンス、弾力性、剛性、慣性、摩擦、インピーダンス等）および関連付けされる、材料、テクスチャ、およびそのほかの感覚経験の知覚的な質のシミュレーションに使用できる。人間とコンピュータの間のインタラクションを仲介するスタイラスを通じ、ユーザは、テクスチャの勾配（滑りやすい、絹のよう、ビロードのよう、でこぼこした、なめらかな）、凸凹、エッジ等々（特許文献５、特許文献８・特許文献１２、特許文献２５、非特許文献１）として硬い、軟らかい、粘つくといった仮想物体および材料の異なる局所的特性およびそのほかの領域／形状記述子および特徴を知覚できる。
【０００６】
現今では、先進の、空間的なオーディオを除く多モード・インターフェースにおいては、グラフィック・キューの強化がしばしば触覚の使用に基づいて行なわれる（非特許文献１６）。相補触覚を通じて３次元オブジェクトとの視覚インタラクションを増大させる多くの静止（デスクトップ）およびモバイル（リンク自在）の入力デバイスが開発された（特許文献１４、非特許文献６、非特許文献１５）。３次元ポインティングにおける異なる種類のデバイスのための多様な解決策は、ユーザが印加した法線力の方向に沿ってカーソルの位置を変更するように異なる圧力をスタイラス先端に印加可能であるときでさえ、強化された視覚的フィードバックに多くを頼る（例えば、特許文献５、特許文献２０、特許文献２３、特許文献２４、非特許文献１７、非特許文献１８）。
【０００７】
しかしながら、発明者らの知識および理解によれば、上で述べた解決策は、ユーザが、紙またはカンバスの上をスタイラス／ペンまたはペイントブラシを移動することによって感知可能な感覚のシミュレーションができるに過ぎず、それらの解決策は、スタイラス／ペンおよび／またはユーザの手をスタイラスに対して、またはインタラクション表面に対して積極的に移動させることはできない（非特許文献２）。例えば、特許文献２５には、『いくつかの実施形態においては、触覚アクチュエータが、触覚入力デバイス本体を物理的に移動することなしに、ユーザが指の神経によって感じ取ることが可能な触覚フィードバックをさらに生成できる』と記載されている。（段落［００４２］）。特許文献８には、スタイラスの場所に基づいて摩擦を変化させつつ、スタイラスを表面にわたって移動させることによりタッチスクリーンの表面上においてスタイラスを案内するための方法が記載されている。その摩擦は、表面の領域がその領域の直近を取り囲むエリアより高い摩擦を有するように変調され、それによりスタイラスがその領域に向かってバイアスされ、適切なストロークに向けてユーザを案内する（クレーム２０、段落［００６１］、［００６２］）。
【０００８】
しかしながら、曖昧性を含み、かつタスクを解決する正確な方法を提供し得ない案内は、視覚的フィードバックおよび先行知識（先在する態度、経験、およびメンタル・テンプレート）の不在のうちに失敗する可能性がある。すなわち、ユーザが特定の方向に低摩擦係数を有するエリアを正確に追跡／交差できないとき、スタイラス先端領域を取り囲むエリアの探りが、タスクの完了のために追跡が必要とされる経路（適切なストローク）の全体論的心的表現の出現を妨げることによって、運動感覚情報を崩壊させるか、または運動感覚情報のフィルタリングならびに統合を複雑化する。特定の手書きスキルのための学習を最適化するためには、案内が、探り的な余分の動きを避けつつ、必要とされる経路に沿ってスタイラスを動かす接線方向の力ベクトルを印加することによって運動感覚情報のフィルタリングならびに統合を容易にしなければならない。未だ、デスクトップ・デバイスのための周知の解決策（特許文献１４、特許文献１８、特許文献２６−特許文献２９、非特許文献１５）のほか、モバイル・インタラクションのための自律的に移動可能な（セルフ推進）スタイラス、ペン、またはスティックを実装する試みが公開されていない。
【０００９】
例えば、静および動摩擦力の変更と同期させて押し引きの力を生み出すことにより、支持表面に関して与えられた方向のオブジェクトに対して変位ベクトルを創出できる（特許文献１３、特許文献１５、特許文献１６、非特許文献３、非特許文献７、非特許文献１４）。これとともに、触覚学会には、ユーザがタッチスクリーンを介してポータブル電子デバイスを操作するときにユーザの指の腹へ、コントロール可能な摩擦、接線力、および変位を、あらゆる機械的なリンクなしに印加することへの強い関心が存在する（特許文献１７、非特許文献４、非特許文献５、非特許文献８・非特許文献１２）。例えば、非特許文献１３は、３軸フォース・プレートを使用する摩擦測定において濡れた滑らかなガラス上で人差し指をスライドさせてそれのスティック・スリップ挙動を法線力およびスライド速度の関数として言及している。
【００１０】
一般に、スライドのスティック・スリップ相の間における摩擦係数は、スライドの静止相におけるそれより３０％低い。スティック・スリップ相の間における、摩擦係数の振幅もまた、スライドの静止相の間における振幅より２倍超の大きさで変動した。新しい材料ならびにアクチュエータが利用可能になれば直ちに、スティック・スリップ現象を、スタイラスをポータブル電子デバイスとのインタラクションのメディエータとして設計し、ポータブル電子デバイス上において実現することが可能である。これがスタイラス・ベースのインタラクションの機能を有意に拡張することは可能であり、本発明においてそれは実現された。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４／００３５８８４号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１４／０２５３４６９号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１４／０１９１９６７号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１２／０１３９８７９号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００９／００７９７０３号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００２／００８４１１４号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２０１３／０００２６１４号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２０１４／００４３２４２号明細書
【特許文献９】米国特許第８６８１１３０号明細書
【特許文献１０】米国特許第８７４９５３３号明細書
【特許文献１１】米国特許第８７７３４０３号明細書
【特許文献１２】米国特許出願公開第２０１２／０２９３４６３号明細書
【特許文献１３】米国特許第３９５７１６２号明細書
【特許文献１４】米国特許第５６４２４６９号明細書
【特許文献１５】米国特許第８２３０９９０号明細書
【特許文献１６】米国特許第６８４１８９９号明細書
【特許文献１７】米国特許第８５２５７７８号明細書
【特許文献１８】米国特許第８４３２３６１号明細書
【特許文献１９】国際公開第２０１３／００３１２８号パンフレット
【特許文献２０】国際公開第２０１１／０６１３９５号パンフレット
【特許文献２１】米国特許出願公開第２０１４／００７８１０９号明細書
【特許文献２２】米国特許出願公開第２００５／０１２５２２８号明細書
【特許文献２３】米国特許出願公開第２００８／０２２５００７号明細書
【特許文献２４】米国特許出願公開第２０１２／０２０６４１９号明細書
【特許文献２５】米国特許出願公開第２０１２／０１２７０８８号明細書
【特許文献２６】米国特許第８７２５２９２号明細書
【特許文献２７】米国特許出願公開第２００５／００６５６４９号明細書
【特許文献２８】米国特許出願公開第２０１０／００４２２５８号明細書
【特許文献２９】国際公開第２００４／０９５１７０号パンフレット
【特許文献３０】米国特許第６７２４１２８号明細書
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｗｉｎｔｅｒｇｅｒｓｔ  Ｇ．  他、「Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｈａｐｔｉｃｓ：Ｅｎｈａｎｃｉｎｇ  Ｓｔｙｌｕｓ  ｂａｓｅｄ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  ｔｏｕｃｈ  ｓｃｒｅｅｎ」、ＥｕｒｏＨａｐｔｉｃｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、２０１０年、Ｐａｒｔ  Ｉ、ＬＮＣＳ  ６１９１、Ｐ．３６０−３６６
【非特許文献２】Ｍｏｓｃａｔｅｌｌｉ  Ａ．  他、「Ａ  ｃｈａｎｇｅ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｆｉｎｇｅｒｔｉｐ  ｃｏｎｔａｃｔ  ａｒｅａ  ｉｎｄｕｃｅｓ  ａｎ  ｉｌｌｕｓｏｒｙ  ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｆｉｎｇｅｒ」、ＥｕｒｏＨａｐｔｉｃｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、２０１４年、Ｐａｒｔ  ＩＩ、ＬＮＣＳ  ８６１９、Ｐ．７２−７９
【非特許文献３】Ｒｅｚｎｉｋ  Ｄ．  Ｓ．、博士学位論文「Ｔｈｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｐｌａｎａｒ  Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ」、カリフォルニア大学バークレー校、２０００年
【非特許文献４】Ｗｉｅｒｔｌｅｗｓｋｉ  Ｍ．  他、「Ａ  Ｈｉｇｈ−Ｆｉｄｅｌｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｈａｐｔｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｆｏｒ  Ｔｅｘｔｕｒｅ  Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ  ｏｎ  Ｂａｒｅ  Ｆｉｎｇｅｒ」、ＥｕｒｏＨａｐｔｉｃｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、２０１４年、Ｐａｒｔ  ＩＩ、ＬＮＣＳ  ８６１９、Ｐ．２４１−２４８
【非特許文献５】Ｄａｉ  Ｘ．  他、「ＬａｔｅｒａｌＰａＤ：Ａ  Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｈａｐｔｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｔｈａｔ  Ｐｒｏｄｕｃｅｓ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｆｏｒｃｅｓ  ｏｎ  Ａ  Ｂａｒｅ  Ｆｉｎｇｅｒ」、ＩＥＥＥ  Ｈａｐｔｉｃｓ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ、２０１２年、Ｐ．７−１４．
【非特許文献６】Ｙａｎｇ  Ｙ．、博士学位論文「Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  ａｎ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｈａｐｔｉｃ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｆｏｒ  ｔｏｕｃｈ  ｓｃｒｅｅｎ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、リール第１大学、２０１４年
【非特許文献７】Ｄａｒｂｙ  Ａ．  Ｐ．  他、「Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  ａ  Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ  Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｓｌｉｐ−Ｓｔｉｃｋ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｇｕｉｄａｎｃｅ、Ｃｏｎｔｒｏｌ、Ａｎｄ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ、１９９９年、第２２巻、第１号、Ｐ．３６−４２
【非特許文献８】Ｃｈｕｂｂ  Ｅ．  Ｃ．  他、「ＳｈｉｖｅｒＰａＤ：Ａ  Ｇｌａｓｓ  Ｈａｐｔｉｃ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｔｈａｔ  Ｐｒｏｄｕｃｅｓ  Ｓｈｅａｒ  Ｆｏｒｃｅ  ｏｎ  ａ  Ｂａｒｅ  Ｆｉｎｇｅｒ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｈａｐｔｉｃｓ、２０１０年、第３巻、第３号、Ｐ．１８９−１９８
【非特許文献９】Ｇｉｒａｕｄ  Ｆ．  他、「Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  ａ  ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｔａｃｔｉｌｅ  ｓｔｉｍｕｌａｔｏｒ」、Ｈａｐｔｉｃｓ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ、２０１２年、Ｐ．４８５  −  ４８９  （ＤＯＩ：１０．１１０９／ＨＡＰＴＩＣ．２０１２．６１８３８３５）
【非特許文献１０】Ｇｌｅｅｓｏｎ  Ｂ．  Ｔ．  他、「Ｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ  Ｓｋｉｎ  Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ：Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  Ｓｐｅｅｄ、Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ、ａｎｄ  Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｈａｐｔｉｃｓ、２０１０年、第３巻、第３号、Ｐ．１７７−１８８  （ＤＯＩ：１０．１１０９／ＴＯＨ．２０１０．２０）
【非特許文献１１】Ｗｉｎｆｉｅｌｄ  Ｌ．  他、「Ｔ−ＰａＤ：Ｔａｃｔｉｌｅ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ  ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ」、Ｓｅｃｏｎｄ  Ｊｏｉｎｔ  ＥｕｒｏＨａｐｔｉｃｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｈａｐｔｉｃ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ  ｆｏｒ  Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｔｅｌｅｏｐｅｒａｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ、２００７年、Ｐ．４２１−４２６  （ＤＯＩ：１０．１１０９／ＷＨＣ．２００７．１０５）
【非特許文献１２】Ｋａｙｅ  Ｊ．  Ｊ．、「Ｓａｗｔｏｏｔｈ  ｐｌａｎａｒ  ｗａｖｅｓ  ｆｏｒ  ｈａｐｔｉｃ  ｆｅｅｄｂａｃｋ」、Ａｄｊｕｎｃｔ  ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ２５ｔｈ  ａｎｎｕａｌ  ＡＣＭ  ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｕｓｅｒ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｓｏｆｔｗａｒｅ  ａｎｄ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２０１０年、Ｐ．５−６
【非特許文献１３】Ｄｅｒｌｅｒ  Ｓ．  他、「Ｓｔｉｃｋ−ｓｌｉｐ  ｐｈｅｎｏｍｅｎａ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｆｒｉｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｈｕｍａｎ  ｓｋｉｎ」、Ｗｅａｒ、２０１３年、第３０１号、Ｐ．３２４−３２９
【非特許文献１４】Ａｗｒｅｊｃｅｗｉｃｚ  Ｊ．  他、「Ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ  ｏｆ  Ｓｔｉｃｋ−Ｓｌｉｐ  Ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ、２００７年、第４５巻、第１号、Ｐ．３３−４０
【非特許文献１５】Ｅｖｒｅｉｎｏｖａ  Ｔ．  Ｖ．  他、「Ｆｒｏｍ  Ｋｉｎｅｓｔｈｅｔｉｃ  Ｓｅｎｓｅ  ｔｏ  Ｎｅｗ  Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ  Ｃｏｎｃｅｐｔｓ：Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ  ａｎｄ  Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ」、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２０１４年、第３巻、第４号、Ｐ．１−３３
【非特許文献１６】Ｅｖｒｅｉｎｏｖａ  Ｔ．  Ｖ．  他、「Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｓｅｃｔｉｏｎｉｎｇ  ａｎｄ  Ｈａｐｔｉｃ  Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ  Ｓｈａｐｅｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ａｂｓｅｎｃｅ  ｏｆ  Ｖｉｓｕａｌ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ」、Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  Ｈｕｍａｎ−Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ、２０１３年、Ａｒｔｉｃｌｅ  ＩＤ：７４０３２４
【非特許文献１７】Ｗｉｔｈａｎａ  Ａ．  他、「ＩｍｐＡｃｔ：Ｉｍｍｅｒｓｉｖｅ  ｈａｐｔｉｃ  ｓｔｙｌｕｓ  ｔｏ  ｅｎａｂｌｅ  ｄｉｒｅｃｔ  ｔｏｕｃｈ  ａｎｄ  ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ」、ＡＣＭ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ  ｉｎ  Ｅｎｔｅｒｔａｉｎｍｅｎｔ、２０１０年、第８巻、第２号、Ａｒｔｉｃｌｅ  ９
【非特許文献１８】Ｌｅｅ  Ｊ．  他、「Ｂｅｙｏｎｄ−Ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ  Ｔｏｏｌｓ  ａｎｄ  Ｇｅｓｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｄｅｓｉｇｎ」、ＣＨＩ  ２０１０：Ｗｏｒｋ−ｉｎ−Ｐｒｏｇｒｅｓｓ、２０１０年、Ｐ．３９３１−３９３６．
【非特許文献１９】Ｙａｇｅｒ  Ｋ．  Ｇ．  他、「Ｌｉｇｈｔ−Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  Ａｚｏｂｅｎｚｅｎｅ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ」、Ｃｈ．８  ｉｎ  Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ａｎｄ  Ｔｈｅｉｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、２００６年、第０巻、Ｐ．１−３８．
【非特許文献２０】Ｅｖｒｅｉｎｏｖａ  Ｔ．  Ｇ．  他、「Ｎｏｎ−Ｖｉｓｕａｌ  Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｇｒａｐｈｓ  Ａｓｓｉｓｔｅｄ  ｗｉｔｈ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ−Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ  Ｓｏｕｎｄｓ  ａｎｄ  Ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓ：Ａ  Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ  Ｓｔｕｄｙ」、Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ａｃｃｅｓｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ、２００８年、第７巻、第１−２号、Ｐ．９３−１０２
【非特許文献２１】Ｅｖｒｅｉｎｏｖａ  Ｔ．  Ｖ．  他、「Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＳｔｉｃｋＧｒｉｐ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｈｅｉｇｈｔｓ  ｏｎ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍａｐｓ」、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、２０１２年、第９巻、第３号、Ｐ．６１  −  ７６
【非特許文献２２】Ｅｖｒｅｉｎｏｖａ  Ｔ．  Ｖ．  他、「Ｈａｐｔｉｃ  Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｂａｔｈｙｍｅｔｒｉｃ  Ｄａｔａ」、ＩＥＥＥ  Ｈａｐｔｉｃｓ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ、２０１２年、Ｐ．３５９−３６４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記のような課題を考慮してなされ、それを握るユーザの指に対して長手方向に移動することのできるハプティック・スタイラスを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一つの態様は、スタイラス・ハウジングと、前記スタイラス・ハウジングの一端に設けられ、タッチスクリーン等のインタラクション表面と接触するスタイラス先端と、前記スタイラス・ハウジングの周囲に設けられ、前記スタイラス・ハウジングに対して長手方向に移動可能であり、ユーザの指で把握／保持されるスタイラス被覆と、前記スタイラス・ハウジングを駆動することで、前記スタイラス被覆とそれを把握／保持する前記ユーザの指との間にスティック・スリップ現象を生じさせるように構成され、それによって前記ユーザの指が前記長手方向に移動しながら前記スタイラス被覆を把握／保持できるようにする第１アクチュエータとを含む、ハプティック・スタイラスを提供する。
【発明の効果】
【００１５】
上記の特徴により、ハプティック・スタイラスはそれを握るユーザの指に対して長手方向に移動することができるようになるので、例えば、与えられたタスクに応じてユーザの指を案内することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態に係わる、ハプティック・スタイラスを握って保持するユーザの手に与えられる強制的な動きを示す図である。
【図２】実施形態に係わる、スティック・スリップ現象および慣性現象を使用するユーザの手の動きの基本概念と、ユーザの指とスタイラス被覆の接触エリア内の力の分配を示す図である。
【図３】ハプティック・スタイラス、特にそのスタイラス被覆の断面図である。
【図４】実施形態に係わる、ハプティック・スタイラスの制御部分を示す概念図である。
【図５】実施形態に係わるハプティック・スタイラスと電子デバイスとの通信を示す概念図である。
【図６】実施形態に係わるハプティック・スタイラスにおける多様なスタイラス被覆の構成例を示す図である。
【図７】実施形態に係わるハプティック・スタイラスにおける多様な動力化スタイラス先端の構成例を示す図である。
【図８】実施形態に係わる、ハプティック・スタイラスとインタラクション可能なハプティック接触面を示す図である。（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は底面図（Ｂ）、（Ｃ）は断面図である。
【図９】ハプティック接触面の別の例を示す図である。（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は平面図である。
【図１０】実施形態に係わるハプティック・スタイラスと比較例との技術的解決を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して実施形態を説明する。図面および説明においては、同一もしくは類似の部分の参照に同一参照番号が用いられる。
【００１８】
実施形態は、与えられたタスクに応じてユーザの指を案内することができるハプティック・スタイラスを提供する。
【００１９】
例えば、タッチスクリーンの平らな表面とのインタラクションの間におけるスタイラスを保持しているユーザの指のスタイラスの長手軸に沿った上下の、よりスタイラス先端に近づき、またはより離れる動きは、３Ｄ特徴およびテクスチャ・ベースの特性等の仮想表面の視覚および触覚記述子によって、シミュレーションし、かつ強化できる。スタイラスまたは対応する仮想スタイラスは、環境、仮想生物学的、または物理的構造の特定の層に埋まり込むことができる。能動的スタイラス被覆は、ほかの特徴、特性、またはパラメータを探る一方において、１つの割り当て済みパラメータの特定レベルにユーザがとどまることを、例えば地球およびそのほかの惑星の太洋流および大気現象等の大規模システムのため、および生物学的細胞チャンネル内のナノスケールの流体力学のための乱流モデルを調査することによって補助できる。
【００２０】
図１および図２を参照する。図１は、実施形態に係るハプティック・スタイラス１００からそれを握って保持するユーザの手に与えられる強制的な動きを示している。図２は、実施形態の基本概念を示し、特に、ユーザの手を動かすためのユーザの指１０６とスタイラス被覆１３０との接触エリア内の力の分配を示す図である。
【００２１】
図１および図２に示されるように、ハプティック・スタイラス１００は、タッチスクリーン表面と接触させて用いられる。本実施形態では、スティック・スリップ現象および慣性現象を使用することで、スタイラス先端１４０をタッチスクリーン表面に沿って移動させるような強制的な力を生成し、それによって、ハプティック・スタイラスが互いに直交するＸおよびＹ軸の２方向における移動を可能にしている。
【００２２】
それに代えて／加えて、ハプティック接触面がスタイラス先端１４０に加えられる力を生成することで、ＸおよびＹ軸の２方向における移動を実現／補助しても良い。
【００２３】
それに加えてハプティック・スタイラス１００は、そのハプティック・スタイラス１００を握って保持しているユーザの指１０６に対して、長手方向であるＺ軸に移動することもできる。このＺ軸の方向における移動は、スティック・スリップ現象および慣性現象を使用して、接線方向の力をスタイラス被覆１３０に発生させることで実現できる。
【００２４】
ＸおよびＹ軸の２方向における移動は、ハプティック・スタイラスのスタイラス先端およびハプティック接触面としてのタッチスクリーンのどちらかにアクチュエータを与えることで実現される。これに対して、Ｚ軸の方向における移動は、ハプティック・スタイラスのスタイラス被覆にアクチュエータを与えることで実現される。
【００２５】
図３を参照する。図３（ａ）に示されるように、ハプティック・スタイラス１００はスタイラス先端１０４を有する。インタラクション表面に対するスタイラス先端１０４の位置は、任意の周知の検出テクニック、および容量性、誘導性、超音波、電磁気、ビデオ・ベース、または別の適切な接触型または非接触型センサ／検出器を使用して検出できる。
【００２６】
実施形態においては、ハプティック・スタイラス１００がスタイラス先端１４０の近くに圧力検出器（例えば、後述するスタイラス先端圧力センサ１８２）を有しても良い。具体的には、圧力検出器は、プリント回路基板１３２上に設けてもよい。それに代えて／加えて、圧力検出器が、インタラクション表面の近くに、すなわちポータブル電子デバイス内に与えられても良い。
【００２７】
プリント回路基板１３２には、ハプティック・スタイラス１０２の多様な機能をサポートする構成部品が搭載される。搭載される構成部品としては、埋め込みセンサ、アクチュエータおよびコントローラ、情報処理ユニット、および通信ユニットがある。ハプティック・スタイラス１００は、埋め込み通信ユニットにより、外部ポータブル電子デバイスと通信可能である。これらの構成部品については、図４に関連して詳細を論じる。簡単化のため、プリント回路基板１３２および電源１３４は、条件に応じて示される。
【００２８】
本実施形態では、アクチュエータ（第１アクチュエータ）１１６が、プティック・スタイラス１００の後端付近に与えられている。しかし、アクチュエータ１１４の配置箇所は、そこに限定されない。アクチュエータ１１６は、スティック・スリップ現象および慣性現象を使用して、力を生成してスタイラス被覆１３０に付与する。それによって、スタイラス被覆１３０は、それを握るユーザの指１０６に対して、Ｚ軸の方向に移動できる。アクチュエータ１１６としては、それに限定されるわけではないが、圧電、磁歪、電磁気（ボイス・コイル）、空気圧、液圧、誘電エラストマ・アクチュエータなどによって構成できる。
【００２９】
スタイラス・ハウジングの回りには、間隙を介して、スタイラス被覆１３０の管状ベース１１０が設けられている。アクチュエータ１１６の一端には、端部質量１２２が追加的に設けられて、ねじ１２４によってねじ止めされており、これによって、スタイラス被覆１３０の可動システムの共振周波数に対して慣性力を調整する。アクチュエータ１１６の他端には、キャップ１１４がねじ１１８によって付けられており、また、管状ベース１１０に付けられている。これにより、アクチュエータ１１６の長手方向の動きが、キャップ１１４を介して、スタイラス被覆１３０の管状ベース１１０に伝達される。
【００３０】
正のまたは負の鋸歯状波信号をアクチュエータ１１６に与えると、アクチュエータ１１６の端部質量１２２が振動し、キャップ１１４を介してスタイラス被覆１３０に不均衡な軸方向の力を発生させる。この鋸歯状波信号による振動で、スティック・スリップ現象および慣性現象により、ハプティック・スタイラス１００を握って保持するユーザの指が長手方向に動かされる。
【００３１】
本実施形態では、可動構成部品間の摩擦を減ずるために、スタイラス皮膚１３０の管状ベース１１０は、インサート１１２によって、スタイラス・ハウジング１０２から分離されている。インサート１１２は、ベース１１０に対して摩擦および接触面積が最小となるように与えられる。端部質量１２２は、不要振動成分を減衰させ、アクチュエータ１１６（圧電アクチュエータなど）の熱を消散させる伝熱性シリコンゴム材料１２６を使用して、スタイラス・ハウジング１０２（ストップ・ワッシャ１２８）から分離される
【００３２】
一般的に、スタイラス被覆は、スティック・スリップ状態の間における人間の皮膚に対する動摩擦係数の少なくとも３倍高い静止摩擦係数を有する特定の材料であってもよい（非特許文献１３による）。
【００３３】
とはいえ、好ましい実施形態においては、スタイラス被覆１３０は、図３（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）の断面図および拡大詳細図によって示されるより複雑な構造および拡張された機能を有する。
【００３４】
図３（ｂ）に示されるように、好ましい実施形態においては、スタイラス被覆１３０は、管状ベース１１０、ベース１１０の回りに設けられた外部シェル１３０ａ、およびそれらの間に満たされた誘電体エラストマ材料１３６からなる。
【００３５】
誘電体エラストマ材料１３６は、センサ／検出器およびアクチュエータ（第２アクチュエータ）の両方として動作可能である。例えば、ユーザが外部シェル１３０ａを絞ると、ドット／ピン／リッジ１４２が押し上げられ、ユーザの指１０６から法線方向の力を受け、その力をエラストマ材料１３６によって容量変化などを通じて測定する。加えて、誘電体エラストマ材料１３６に予応力を与えながらベース１１０と内部導体１４２との間に高ＤＣ電圧を印加することで、ベース１１０と内部導体１４２との間に誘電体エラストマ１３６が弛緩し、それがＥＡＰ（電気活性ポリマ）アクチュエータとして作用する。弛緩これによって誘電体エラストマ１３６が被覆１３０の外部シェル１３０ａの摩擦より高い摩擦を有する弾性材料のピン１３８を押し出す。このようなスタイラス被覆１３０の動作によって、ユーザの指１０６がスタイラス被覆１３０に沿って移動させるテクスチャ付き表面の触感覚を生じさせることができる。
【００３６】
このように、スタイラス被覆１３０は、ユーザの指１０６の動きを検出することも、異なる触感覚を刺激することもできる。スタイラス被覆１３０はユーザの指１０６の場所および圧力を検出することができるので、スタイラス被覆１３０の表面へのスワイプ、絞り、およびタップといったユーザの操作によって入力される命令を検出することもできる。
【００３７】
好ましい実施形態（図３（ｃ））においては、スタイラス被覆１３０が長手軸に沿ってセグメント化され、これにより、ＥＡＰアクチュエータとしての誘電体エラストマ材料１３６がスリット１４４に沿って配置された孔１４０を通してピン１３８を押し出す。押し上げられるドット／ピン／リッジ１４２は、スタイラス被覆１３０のそれぞれのセグメントの下に配置される。ただし、図３（ｄ）に示されるように、ＥＡＰはセグメント化される必要は無く、図６に示されるように、ＥＡＰをセグメント化するか否かは、製造者が状況に応じて選択できる。
【００３８】
図４は、ハプティック・スタイラス１００の制御部分を示す概念図である。図４に示されるように、プリント回路基板１３２は、インタラクション表面に対するスタイラス・ハウジング１０２の空間的な位置の検出に必要となる構成部品１８０を含む。好ましい実施形態においては、構成部品１８０は、ＭＥＭＳセンサ／検出器・ハブ、３Ｄデジタル加速度計、および３Ｄデジタル・ジャイロスコープを統合したプロセッサ・ベースのマイクロコントローラである。
【００３９】
この構成部品１８０はＭＥＭＳマイクおよび振動センサ１７８、スタイラス先端圧力センサ１８２、指圧力多点検出器１３６、および指位置多点検出器１３６など別のセンサ／検出器から収集される情報を処理することができる。指圧力多点検出器１３６および指位置多点検出器１３６は、図３（Ｂ）から図３（ｄ）に示される誘電体エラストマ材料１３６のセンサ／検出器機能に対応する。図４では指位置多点検出器１３６ｂが構成部品１８０に接続する例が示されているが、メイン・プロセッサ・ベース・マイクロコントローラ１６４に直接接続されてもよい。
【００４０】
マイクロコントローラ１６４は、複数のセンサ／検出器から収集された情報に基づいて次に示す動作を実行する。
・  アクチュエータ１１６を使用するハプティック・スタイラスに対する指の握り位置のコントロール（２つの対向する方向における変位）、
・  スタイラス先端１０４のアクチュエータ１４８を使用するインタラクション表面に対するスタイラスの位置、
・  ハプティック・スタイラス１００と外部ポータブル電子デバイス１８４の間の無線通信、
・  触テクスチャ発生器／変調器１３６およびハプティック・アクチュエータ１９６としての誘電体エラストマ材料１３６によって生成される相補触信号の管理、
・  多状態表示器１７６上における必要な視覚信号の画像化
【００４１】
またプリント回路基板１３２は、メモリ１６６、コントローラ１７０、１７２、１７４、および１９８、内部電源１３４、および外部デバイス１８４との通信をサポートするトランシーバ１６８（図５参照）も含む。これに伴い、駆動コントロール・メカニズム１７０が、所定の大きさおよび周波数を有する特定の鋸歯状波の出力信号をアクチュエータ１１６に提供する。駆動コントロール・メカニズム１７２は、スタイラス先端１０４のアクチュエータに、必要に応じてユーザ入力の動きに対するスタイラス先端１０４の位置の駆動および／または矯正が可能な出力信号を提供する。
【００４２】
別タイプのアクチュエータ（例えば、磁歪または誘電体エラストマ・ベースのアクチュエータ）を使用する場合には、駆動コントロール・メカニズムが当該別タイプのアクチュエータにパラメータが適合する信号を提供する。同様に駆動コントロール・メカニズム１７４および１９８は、触テクスチャ発生器／変調器１３６およびハプティック・アクチュエータ１９６としての誘電体エラストマ材料１３６に適した出力信号を提供する。
【００４３】
メモリ１６６は、半永続性メモリ、例えばＲＡＭおよび／またはデータのストアのために使用される１つまたは複数の異なるタイプのメモリを含むことができる。すなわちメモリ１６６は、ハプティック・スタイラス１００を使用する種々のシナリオおよび予測されるユーザの挙動に従った駆動コントロール・メカニズムによって操作される任意の型のデータ（例えば、記号、文字、絵文字、基本的な幾何学形状、およびそのほかの言語および文法上の特徴の特定の軌跡、シミュレーションされるテクスチャのパターン、振動信号、および触覚効果のパラメータ）をストアするために使用される。
【００４４】
電源１３４には、再充電可能バッテリのＤＣ電力を、ハプティック・スタイラス１００の機能を提供するすべての構成部品を動作させるために必要とされる多様なＤＣ電圧に変換することが意図されている。電源１３４はまた、埋め込みバッテリの充電も維持する。
【００４５】
多状態視覚表示器１７６は、バッテリの状態および充電モード、スタイラスの作動、ユーザによって行なわれたか、または自動的に検出されたときの特定タスクの選択を示し、かつモード、障害、および／またはポータブル電子デバイス上において実行しているアプリケーションに関係する警告信号を表示する。
【００４６】
図５は、ハプティック・スタイラス１０２とポータブル電子デバイス１８４の間における情報伝達を簡略化した態様で示している。
【００４７】
ホスト・コントローラ１８６は、グローバルおよびローカル両方のレベルにおいて、アプリケーションのシナリオに対してユーザの挙動を調和させるように特定のコンテキスト、イベント、属性、および機能のより高度な分析を実行できる。さらにまたホスト・コントローラ１８６は、多様なシナリオに適合し、かつ多様なアプリケーション内においてユーザの挙動に対応する情報およびインタラクション特徴の優先順位設定を行なうことができる。ホスト・コントローラ１８６は、有意の演算リソースを必要とする任意のアプリケーションを展開し、実行できる。
【００４８】
ポータブル電子デバイス１８４は、スタイラス１０２の埋め込みメモリ１６６と比較して大容量のメモリ１８８をはじめ、より高い解像度のローカルおよびリモート・センサ１９２を有し、マシンの学習および予測および近似の統計モデルを頼る先進アルゴリズムを使用してユーザの挙動およびスタイラス・ベースの操作の多様なパラメータの測定精度を向上させることができる。
【００４９】
図６に、スタイラス被覆１３０の多様な構成例を示す。図６（ａ）では、スタイラス被覆１３０のベースが管状となっている（図３）。
【００５０】
好ましい実施形態においては、スタイラス被覆１３０が、特定の勾配のテクスチャ要素を伴う彫り込みテクスチャのパターンを有する。テクスチャの勾配は、連続的とすること、または触れることによって容易に区別できる複数のゾーンにセグメント化されるとすることができる。別の実施形態においては、管状ベース１１０（図３）が、トランス型をシス型に変更するとき光誘導光異化性を示すことによって摩擦を変更できる（非特許文献１９）複合光感応ナノ構造化材料（例えば、アゾベンゼンまたはアゾ類似混合物）によって覆われる。固有の光スペクトル、電界、または磁界に感応する類似のスマート材料も同様に使用可能である。
【００５１】
これにより、混合材料は、異化性プロセスを引き起こす固有パラメータを有する埋め込み光、磁性、または導電性ファイバをその構造内に有することができる。この種の実施形態は、ユーザの指先１０６がスタイラス被覆１３０に沿って移動するときに摩擦を動的に変更することを可能にする。
【００５２】
図６（ｂ）は、スタイラス被覆１３０が勾配付きテクスチャおよび長手軸に沿ってセグメント化されたベース１１０（図３）を有する例を示している。
【００５３】
この種の実施形態では、ユーザが、スタイラス被覆１３０がユーザの指１０５の下で動くときに特定の触感覚を知覚するようにスタイラス被覆１３０を握って保持できるだけでなく、インタラクション表面としてスタイラス被覆１３０を使用することもできる。したがって、ユーザが、異なる力を用いて別々のセグメント上を押す／絞る、またはクリック／タップすることが可能になり、それが検出され、アプリケーションの起動／構成またはカスタマイズ、必要な／特定のモードの選択、または何らかのイベントへの応答、またはユーザ識別（手書きによって入力されるパスワードの検証が必要なとき、圧力の再分配およびほかのセンサ／検出器から収集される情報に基づく）のための特定の命令として認識される。
【００５４】
さらにまた、外部のポータブル電子デバイス１８４とのインタラクション時には、この種のインタラクション表面が、多次元容積測定接触入力の、より進んだ機能を認識できる。すなわち、スタイラス被覆１３０の機能は、タッチスクリーン上におけるスタイラス先端１０４の位置およびポータブル電子デバイス１８４の空間位置に応じて、アプリケーションのコンテキストおよびそのほかのパラメータを動的に変更できる。
【００５５】
図６（ｃ）は、勾配テクスチャ、セグメント化されたベース１１０（図３）、および孔１４０を有するスタイラス被覆１３０の事例を示しており、それらの孔を通ってスタイラス被覆１３０の摩擦より高い摩擦を有する弾性材料のピン１３８が押し出されてスタイラス被覆１３０とユーザの指１０６の間の摩擦を機械的に変更できる。この種の実施形態は、ユーザの指先１０６がスタイラス被覆１３０に沿って移動するときに摩擦を動的に変更することを可能にする。好ましい実施形態において、孔１４０がスタイラス被覆１３０のセグメント化された外部シェルのスリット１４４に沿って配される。
【００５６】
別の実施形態（図６（ｄ））においては、スタイラス被覆１３０の長手軸に沿って配された孔１４０を通って、スタイラス被覆１３０よりも高い摩擦を有する弾性材料のピン１３８を押し出すことが可能である。孔１４０には、スタイラス被覆１３０の長手軸に沿って特定の密度勾配を持たせてもよい。
【００５７】
別の実施形態（図６（ｅ））においては、スタイラス被覆１３０の長手軸に対して直角になる平行スライスでスタイラス被覆１３０がセグメント化できる。
【００５８】
図６（ｆ）は、スタイラス被覆１３０の各スライスをさらにセグメント化した際のスタイラス被覆１３０のスライスを示す。これに伴う各スライス内のスタイラス被覆１３０の外部シェルは（図６（ｆ））、追加のセグメント化が可能であり、スタイラス被覆１３０の周囲を時計方向または反時計方向に渦巻く特定の触感覚をシミュレーションするようにピン１３８が各スライス内の孔１４０を通って順次延びることを可能にする。
【００５９】
図７は、ユーザに握られた状態でスタイラス先端をＸ−Ｙ方向の接触面に対して移動させるための力を発生できる動力化スタイラス先端の多様な構成例を示す図である。
【００６０】
図７（ａ）は、ＸおよびＹ軸の２次元（図１）でインタラクション表面にわたるスタイラスの変位をサポートする埋め込み球形モータ（第３アクチュエータ）１４８を伴うスタイラス・ハウジング１０２の好ましい実施形態を示している。
【００６１】
可動構成部品の間の摩擦を減ずるために、スタイラス被覆１３０のベース１１０が、ベース１１０との摩擦および接触面積が最小となるインサート１１２を介してスタイラス・ハウジング１０２から分離される。
【００６２】
端部質量１２２は、伝熱性シリコンゴム材料１２６を介して、スタイラス・ハウジング１０２およびストップ・ワッシャ１２８から分離され、不要振動成分を減衰させ、球形モータ１４８の設計に使用される磁歪アクチュエータに発生し得る熱を消散させる。
【００６３】
球形モータ１４８は、ねじ１２４を用いて追加の端部質量１２２に付けられる。したがって、スタイラス先端１０４の中のボール１４６が、ポータブル電子デバイス１８４のタッチスクリーン１９０を含む任意のインタラクション表面と接触しているとき、ハプティック・スタイラス１００を２次元で駆動することができる。
【００６４】
図７（ｂ）は、好ましい実施例として、スタイラス・ハウジング１０２が、ＸおよびＹ軸の２次元のインタラクション表面にわたるスタイラスの変位をサポートするスティック・スリップ・モータ（第３アクチュエータ）を伴っている様子を示す。
【００６５】
このスタイラス・ハウジング１０２には、レバー１５４および１５８、レバー／シャフト１５２、ばね１５６、および対の玉継手を通じて接触プレート／ディスク１５０に印加される平行移動力をポイント１６４において生成できる２つの圧電アクチュエータ１６０および１６２が埋め込まれている。
【００６６】
スティック・スリップ現象および慣性現象を使用し、かつ接触プレート／ディスク１５０に印加される平行移動力を生成することによって、ハプティック・スタイラ１００は、インタラクション表面に対して任意の方向に移動できるようになる。
【００６７】
これに伴い、接触プレート／ディスク１５０は、静止段階における接触表面との静止摩擦が、スライドの移動段階より少なくとも３０％大きくなるように構成されてもよい。これは、接触プレート／ディスク１５０および／またはインタラクションの接触表面２０７（図８（ａ）、図９）の特定の被覆を使用するか、所定の透明度およびコントロールされた摩擦のパラメータを伴うシリコン・ベースまたはナノ構造材料（図６に示されるような、または電気吸着効果、電気レオロジ・ゲル、またはそのほかの任意の適切なテクノロジまたは材料）を使用するか、スタイラス被覆に対して図６（ｄ）に示されているものに類似の埋め込み誘電体エラストマ・アクチュエータを伴う接触プレート／ディスク１５０または接触表面２０７の特定の設計を使用して実現可能である。
【００６８】
図７（ａ）から図７（ｃ）は、スタイラス先端または接触プレート／ディスクをＸ‐Ｙ方向に移動させる力を生み出すことが可能な動力化された接触表面であるハプティック接触面への、アクチュエータの配置を示す、図８（ａ）は上面図であり、図８（ｂ）は底面図であり、図８（ｃ）は断面図である。
【００６９】
図９は、ハプティック接触面の他の例を示す。図９（ａ）は斜視図であり、図９（ｂ）は平面図である。
【００７０】
図８および図９は、図７（ａ）に示される球形モータ１４あるいは図７（ｂ）に示されるティック・スリップ・モータのようにスタイラス・ハウジング１０２内に埋め込まれるものに代えて、ポータブル電子デバイス１８４のインタラクション表面１８５に取り付けられるスタイラス先端１０２用の２次元アクチュエータの好ましい実施形態を示す。図７（ａ）及び図８（ａ）は、ポータブル電子デバイス１８４を露出して説明するため、オーバーレイ２０７の左下側の１／４部分が仮想的に切欠いて示している。
【００７１】
この種の解決策は、追加の電源２００および二次元圧電アクチュエータ（第４アクチュエータ）２０１、２０２、２０３、２０４のための駆動エレクトロニクス１７７をケース３００内に直接配置することを可能にする。これにより、メイン・バッテリが低下したときにポータブル電子デバイス１８４の予備電源（バンク）としての再充電可能バッテリ２００ａが使用できるようになる。
【００７２】
４つの二次元圧電アクチュエータ２０１、２０２、２０３、２０４は、ポータブル電子デバイス１８４の背面に配置される。図８に示されるように、４つの二次元圧電アクチュエータ２０１、２０２、２０３、２０４が、ポータブル電子デバイス１８４の四隅にそれぞれ配置されてもよい。または、図９に示されるように、４つの二次元圧電アクチュエータ２０１、２０２、２０３、２０４は、ポータブル電子デバイス１８４における隣合う２辺に沿って配置することができる。図示はされていないが、４つの二次元圧電アクチュエータ２０１、２０２、２０３、２０４が、ポータブル電子デバイス１８４の各辺中央部にそれぞれ配置されてもよい。二次元線形圧電アクチュエータ２０１、２０２、２０３、２０４の平行移動力は、剛体のバーおよびブラケット２０５を通じて、ポイント２０６において追加の硬いオーバーレイ２０７に伝達される。実施形態ではハプティック・スタイラス１００とケース３００とに同じ材料１２６が用いられる例を示したが、両者の使用状況を考慮して、ハプティック・スタイラス１００とケース３００とに異なる材料を用いてもよい。
【００７３】
端部質量１２２は、ポータブル電子デバイス１８４の背面の中央位置に、または、ケース３００の隣合う２辺に沿って配置することができる。構成部品を取り囲む空間を防音材料１２６としての伝熱性シリコンゴム材料１２６で満たすことで、振動の不要成分を減衰させることができる。
【００７４】
二次元圧電アクチュエータ２０１、２０２、２０３、２０４を駆動することで、オーバーレイ２０７に面方向の振動が生じる。ハプティック・スタイラス１００のスタイラス先端１０４がオーバーレイ２０７に接触している場合には、ハプティック・スタイラス１００のスタイラス先端１０４を、Ｘ−Ｙ方向に移動させることができる。
【００７５】
図１０（ａ）は、実施形態の中に開示されたテクニックを使用して効率的に解決できる一般タスク・モデルを示す。
【００７６】
特に、ポイント１が存在し、ユーザが特定のパラメータを有するルート／軌跡／経路に沿った移動を開始するために検出および識別する必要のある、ポイント１が存在する。その後ユーザは、順番にポイント２、３、４を通過した上で、ポイント５に到達しなければならない。これに伴ってルート／軌跡／経路が、例えば環境における高さ、深さ、温度、湿度、風等のような、機械的、化学的、物理的パラメータの変動を有すること、または有しないことが可能である（例えば、ＥｘｏＰｌａｎｅｔ  Ａｄｖｅｎｔｕｒｅ（エクソプラネット・アドベンチャーの場合であれば、土、水、大気）。
【００７７】
このタスクは、図画、絵画、手書き、およびカリグラフィ、外国語の特定スキル（以前の経験）をまったく有していない初心者、例えば子供の学習に関係付けることができる。このタスクは、年齢関連の記憶障害または脳卒中後の脳障害に起因して手書きスキルを失った高齢者のリハビリテーションのために使用できる。類似するタスクを使用して、所定の深さを伴う基本経路誘導を計画する航海士、鉄道、オーバーパス／フライオーバーおよびパイプラインの建設者をトレーニングに使用できる。またタスク・モデルは、巨大ショッピング・モール、ハイパーマーケット、超高層オフィスビルにおける触覚利用の視覚化およびリアリティの増大のためも適用可能である。人間の脳またはそのほかの生物学的器官および組織内における仮想ナビゲーションのシミュレーションは、ルート追跡のタスクにも当て嵌まる。
【００７８】
一般的なケースにおいては、特定の視覚的な目標物を有するか、または専ら方向性の触覚キュー、シミュレーションされたテクスチャの触感覚およびもっとも効率的な方法でタスクを解決するための特定の案内を提供する警告信号（サウンドおよび振動を使用する）に頼ることが可能な開始ポイントをユーザが検出し、識別する必要がある。例えば、最初の接触ポイントの近くで探りの動き（任意方向の短いストローク（図１０の矢印））を行なうことによってユーザが、開始ポイントへ向かう正しい方向を意味することができる振動（図１０（ｂ）の３本の破線の矢印）を検出できる。スタイラス先端が開始ポイントに達すると、それを音または触覚フィードバックによって確認でき、ユーザは、その次の方向信号等を検出するようにサーチを継続する（図１０（ｃ）、図１０（ｄ））。異なる触覚キュー（力、振動、および／または移動）をはじめ、ルートの周囲を取り囲む、より高い摩擦を有するテクスチャを臨機応変にユーザの案内に割り当てることができる（図１０（ｄ））。しかしながら、ゲームプレイに適切なこの種の探りテクニックを、外科手術、手書き、ナビゲーション、および技術等の特定のスキルの学習のために使用することは可能でない。いくつかのタスクは、複数の解決（図１０（ｅ））を有し得るが、特定のコンテンツ（学習コンテンツなど）においては、最小限の逸脱で時間内に通過されるべきルートが１つだけ与えられてもよい。
【００７９】
したがって、好ましい実施形態（図１０（ｆ））においては、ダイアログボックス内のデフォルトのボタンへのポインタのように開始ポイント１までスタイラスを自動的に（好ましくは１ストロークで）移動されてもよい。続いて確認信号（振動がポイント１における３つの小さい円として示されている）の直後に、ユーザの運動記憶を刺激することによってスタイラスが割り当て済みの速度を伴ってルート／軌跡／経路を追う。これに伴って、スタイラスを保持している指の場所を、トレーニング受講者／熟練ユーザあるいはパーソナルアシスタント（ＣｏｒｔａｎａやＳｉｒｉのような）によって与えられる他のパラメータに基づいて、臨機応変に変更／更新できる。このように継続的監視テクニックによる学習は、スキル習得のプロセスを加速することが可能であり、かつ／または子供、初心者、および高齢者の指の動きの追跡パフォーマンスを向上させることができる。盲目または視覚障害者は、自立生活のためにこのテクニックを利用できる。
【００８０】
この中に述べられている実施形態は、プロセッサを含むとするかまたは含まないとし得るハードウエア論理回路として一部または全部を実装できる。
【００８１】
本発明は、様々な態様で実現できる。  好ましい態様を以下に列挙する。
【００８２】
本発明はハプティック・スタイラス・インターフェース・デバイスを与える。前記ハプティック・スタイラス・インターフェース・デバイスは、不釣り合いの軸方向の力によって引き起こされる慣性、摩擦、および運動エネルギによって、それを握って保持する指の位置を軸方向にコントロールできるハプティック・デバイスを含んでもよい。前記ハプティック・スタイラス・インターフェース・デバイスは、前記ハプティック・スタイラスに沿って移動する指先の下に異なる触感覚を生み出すように構成された被覆表面をさらに含んでもよい。前記スタイラスは、タッチスクリーンとの容量性結合を提供し、それによって、任意のインタラクション表面との接触時の圧力を検出するように構成された導電性の先端またはペン先をさらに含んでもよい。
内蔵センサおよびアクチュエータ、前記ハプティック・スタイラスの多様な機能のサポートに必要とされる電子構成要素、電源、および外部のコンピュータおよび／またはポータブル電子デバイスとの情報の伝達を可能にする無線通信モジュールがさらに与えられても良い。
【００８３】
本発明においては、任意の周知の検出テクニック、および容量性、誘導性、超音波、電磁気、ビデオ式、または別の適切な接触型または非接触型センサを使用して前記先端または前記ペン先の場所が前記インタラクション表面に関して検出されてもよい。
【００８４】
本発明においては、任意のインタラクション表面との接触時の圧力を検出する検出器が、前記ハプティック・スタイラスの内側の前記スタイラス先端の回路基板上に位置し、または前記検出器が、前記ハプティック・スタイラスの外側の、前記インタラクション表面の近く／下（たとえば、前記外部のポータブル電子デバイス内）に位置してもよい。
【００８５】
本発明においては、前記ハプティック・スタイラスを握って保持する前記指の位置は、内蔵アクチュエータによって生み出され得る不釣り合いの軸方向の力によって引き起こされる慣性、摩擦、および運動エネルギによってスティック・スリップ現象を使用して変更されてもよい。
【００８６】
本発明においては、前記内蔵アクチュエータが２つの対向する方向における加速および異なる軸方向の力（非対称摩擦力）を作用させ得るとすることができ、かつ、圧電、磁歪、電磁気（ボイス・コイル）、空気圧、液圧、誘電エラストマ・アクチュエータ、またはこれらの類等の任意の適切なタイプおよび性質のものとしてもよい。
【００８７】
本発明においては、前記内蔵アクチュエータが前記スタイラス先端とは反対側のスタイラス・キャップ近くに配置され、前記キャップとの硬直なリンクを有し、端部質量が前記アクチュエータの反対側に付けられてもよい。
【００８８】
本発明においては、前記端部質量が、スタイラス・ハウジングおよびすべての内蔵構成要素とともに慣性質量を与え、それに関して前記内蔵アクチュエータが印加された異なる軸方向の力を前記スタイラス被覆のベースに直接、または前記スタイラス被覆の前記ベースとリンクされた前記スタイラスのキャップに作用可能であるか、またはほかの任意の方法で前記内蔵アクチュエータの長手方向の動きを前記スタイラス被覆の前記ベースへ伝達可能であるとすることができ、前記端部質量は、前記スタイラス被覆の前記ベースおよび前記キャップの可動システムの共振周波数に対して慣性質量を調整してもよい。
【００８９】
本発明においては、前記キャップは、ねじ溝つきジョイント、ねじ、または別の、振動による影響が及び得ない方法／メカニズムによって前記スタイラス被覆の前記ベースに付けられてもよい。
【００９０】
本発明においては、前記内蔵アクチュエータは、ねじ溝つきジョイント、ねじ、またはそのほかの、振動による影響が及び得ない方法によって前記スタイラス・ハウジングに堅固に付けられるストップ・ワッシャを用いてほかの内蔵構成要素から分離されてもよい。
【００９１】
本発明においては、前記端部質量は、不必要な振動成分を減衰させ、かつ前記内蔵アクチュエータの熱を消散させる伝熱性シリコーンゴム材料の使用によって前記スタイラス・ハウジングおよび前記ストップ・ワッシャから分離されてもよい。
【００９２】
本発明においては、前記スタイラス被覆の前記ベースは、前記内蔵アクチュエータが達成可能な変位に限定される距離だけ前記スタイラス・ハウジングの上を摺動できる管状を呈してもよい。
【００９３】
本発明においては、前記スタイラス被覆の前記ベースは、前記ベースとの最小の接触面積および摩擦を提供するインサートまたはベアリングの使用、またはほかの方法によって前記スタイラス・ハウジングから分離されてもよい。
【００９４】
本発明においては、前記スタイラス被覆の前記ベース管は、ユーザの指先と連続接触し、かつ前記把握力（前記ユーザによって前記管上に作用される法線方向の力、および前記スタイラスの前記長手方向に沿った指／拇指の変位の速度）の変動に依存して異なる触感覚を生み出すことが可能な彫り込みテクスチャのパターンを外表面上に有してもよい。
【００９５】
本発明においては、彫り込みテクスチャのパターンは、テクスチャ要素の特定の勾配を有し、前記テクスチャの勾配は、連続的に与えられ、または、触れることによって区別できるようにいくつかのゾーンにセグメント化されて与えられてもよい。
【００９６】
本発明においては、前記スタイラス被覆の前記ベース管が、トランス型をシス型に変えるとき光誘発光異性化を示すことによって摩擦を変更できる複合光感応性ナノ構造材料（たとえば、アゾベンゼンまたは類似アゾ混合物）によって覆われる。固有の光スペクトル、電界、または磁界に感応する類似のスマート材料も同様に使用可能である。それとともに前記複合材料は、異性化プロセスを誘発する固有パラメータを有する内蔵光（磁性のまたは導電性の）ファイバをその構造内に有し得る。その種の実施形態は、前記ユーザの指先が前記ハプティック・スタイラスに沿って移動するときに摩擦を動的に変更することを可能にしてもよい。
【００９７】
本発明においては、前記スタイラス被覆は接触感応性であり、インタラクション表面として使用可能であってもよい。すなわち、前記ユーザが異なる力によって前記被覆を押す／絞るとき、またはクリック／タップするとき、前記スタイラス被覆を通じて内蔵マイクロコントローラが、異なるユーザ入力挙動を命令として検出および識別して、アプリケーションを初期化／設定またはカスタマイズし、必要な／特定のモードを選択し、または何らかの事象に応答するか、またはユーザ識別（手書きによって入力されるパスワードの分析時にほかのセンサから収集される情報および圧力の再分配に基づく）を行うことが可能であってもよい。
【００９８】
本発明においては、外部のポータブル電子デバイスとのインタラクション時の前記接触感応性スタイラス被覆は、より進んだ多次元の容量測定的な接触入力の機能を実現可能であってもよい。すなわち前記スタイラス被覆の機能は、タッチスクリーン上における前記スタイラスの位置および前記ポータブル電子デバイスの空間位置、前記アプリケーションのコンテキストおよびそのほかのパラメータに応じて動的に変更可能であってもよい。
【００９９】
本発明においては、前記スタイラス被覆は前記長手方向に沿ってセグメント化されており、各セグメントは、異なるテクスチャ・パターンおよび／またはテクスチャ・パターンの勾配を有してもよい。
【０１００】
本発明においては、前記スタイラス・ハウジングおよび前記スタイラス被覆の前記ベースの両方が、任意のそのほかの、人間工学の観点からより良好に手にフィットし得る平坦、またはわずかに凹んだエッジの表面を伴う非円形状を呈してもよい。
【０１０１】
本発明においては、前記スタイラス被覆は、いくつかの層：前記ベース、前記センサ、前記アクチュエータ、および外部シェルからなってもよい。
【０１０２】
本発明においては、前記スタイラス被覆は、前記セグメントに従って分布する内蔵センサおよび／またはアクチュエータ（任意の物理的性質のもの）を有してもよい。
【０１０３】
本発明においては、前記スタイラス被覆は、圧力の検出／測定が可能な、すなわちセルフセンシング・アクチュエータとして構成される内蔵アクチュエータ／センサを有してもよい。
【０１０４】
本発明においては、前記スタイラス被覆の前記外部シェルは、前記被覆のシェルより高い摩擦を有する弾性材料のピンが押し出されて前記スタイラス被覆と前記ユーザの指先の間の摩擦を機械的に変更できる孔を有してもよい。
【０１０５】
本発明においては、前記孔が前記スタイラス被覆の前記セグメント化された外部シェルのエッジに沿って配されてもよい。別の実施形態として、前記弾性材料のピンが、前記スタイラスの前記長手方向に沿って配された前記孔を通って押し出されることが可能であり、前記孔の密度に特定の勾配があってもよい。
【０１０６】
本発明においては、前記スタイラス被覆の前記外部シェルおよび／または前記セルフセンシング・アクチュエータの層は、前記スタイラスの前記長手方向に対して直角な平行スライスでセグメント化されてもよい。
【０１０７】
本発明においては、前記スタイラス被覆の前記外部シェルおよび／または前記セルフセンシング・アクチュエータの層の前記セグメント化された平行スライスは、前記スタイラス被覆の前記長手方向にわたって特定パターンのレイアウトで配されることが可能であってもよい。
【０１０８】
本発明においては、各スライス内の前記被覆の前記外部シェルは、前記スタイラスの周囲を時計方向または反時計方向に渦巻く特定の触感覚をシミュレーションすることによって、弾性材料の個別のピンが各スライス内の前記孔を通って順次延びることを可能にするようにさらにセグメント化されてもよい。
【０１０９】
本発明においては、前記ハプティック・スタイラスを駆動して前記インタラクション表面にわたって動かす力は、前記プティック・スタイラス内に埋め込まれるアクチュエータか、または前記タッチスクリーンのオーバーレイまたはそのほかの任意のインタラクション表面に付けられるアクチュエータを使用して発生可能であってもよい。
【０１１０】
本発明においては、前記スタイラス先端は、前記スタイラス先端に印加され、かつ前記スタイラスを前記接触表面に関し、前記ハプティック・スタイラスを握って保持する前記ユーザの手に関してＸＹ方向に移動できる力を生み出すことが可能な動力化されたスタイラス先端として構成されてもよい。
【０１１１】
本発明においては、前記動力化されたスタイラス先端は、前記ポータブル電子デバイスの前記タッチスクリーンを含む任意のインタラクション表面との接触時に前記インタラクション表面にわたる前記スタイラスの２次元（ＸＹ）の変位をサポートする内蔵小型球面モータを与えてもよい。それとともに前記内蔵小型球面モータは、圧電、磁歪、電磁気、またはこれらの類等の任意の適切なタイプおよび性質のものとしてもよい。
【０１１２】
本発明においては、前記動力化されたスタイラス先端または前記内蔵小型球面モータの位置が、任意の周知の検出テクニック、および容量性、誘導性、超音波、電磁気、ビデオ式、または別の適切な接触型または非接触型センサを使用して前記インタラクション表面に関して検出されてもよい。
【０１１３】
本発明においては、前記内蔵小型球面モータは、ねじ溝つきジョイント、ねじ、またはそのほかの、振動による影響が及び得ない方法によって前記スタイラス・ハウジングに堅固に付けられるストップ・ワッシャを用いてほかの内蔵構成要素から分離されてもよい。それとともに前記内蔵小型球面モータは追加の端部質量に付けられ、前記端部質量は、不必要な振動成分を減衰させ、かつ球面モータの機械的部分の熱を消散させる伝熱性シリコーンゴム材料の使用によって、前記スタイラス・ハウジングおよびストップ・ワッシャから分離されてもよい。
【０１１４】
本発明においては、前記スタイラス先端は、前記ポータブル電子デバイスの前記タッチスクリーンを含む、ガラス、プレキシガラス、ゴリラガラス、またはこれらの類等の、固有摩擦パラメータを有するインタラクション表面との接触時に前記インタラクション表面にわたる前記スタイラスの２次元（ＸＹ）の変位をサポートする内蔵小型スティック・スリップ・モータとして構成されてもよい。それとともに前記内蔵小型スティック・スリップ・モータは追加の端部質量に付けられ、前記端部質量は、不必要な振動成分を減衰させ、かつ球面モータの機械的部分の熱を消散させる伝熱性シリコーンゴム材料の使用を伴って、前記スタイラス・ハウジングおよびストップ・ワッシャから分離されてもよい。
【０１１５】
本発明においては、前記内蔵小型スティック・スリップ・モータは、レバー・システムを通じてリニア・アクチュエータからプレート／ディスクへ印加される並進力を仲介する接触プレート／ディスクを通じて前記インタラクション表面と接触してもよい。それとともに前記接触プレート／ディスクは、摺動の動態時におけるより少なくとも３０％は大きい、静止時の前記接触表面との静止摩擦を有してもよい。
【０１１６】
本発明においては、前記接触プレート／ディスクは、玉継手によって前記レバー／シャフトに付けられ、前記レバー／シャフトが前記ハプティック・スタイラスの異なる向きを通じて移動しても前記プレート／ディスクが表面との接触を維持されるように構成してもよい。
【０１１７】
本発明においては、前記接触プレート／ディスクは、シリコーン系または複合ナノ構造光感応性材料（アゾベンゼンまたはその類）、電気粘性流体ゲル、または任意のそのほかの、光異性化、電磁界、または電気吸着効果（または別の適切なテクノロジ）を頼ってコントロールが可能な摩擦の所定パラメータを伴う材料の被覆を有してもよい。それとともに、前記複合材料は、その構造内に、異性化プロセスを誘発し、かつ前記接触プレート／ディスクの被覆と前記インタラクション表面の間の摩擦力を変更する固有パラメータを有する光、磁性、導電性の内蔵ファイバ（または別の構成要素）を有してもよい。
【０１１８】
本発明においては、前記接触プレート／ディスクは、いくつかの層：前記ベース、前記アクチュエータ（たとえば、内蔵誘電エラストマ・アクチュエータ）、および外部シェルからなってもよい。それとともに前記シェル（外部被覆）は、低い摩擦係数を有し、かつ前記接触プレート／ディスクのシェルより高い摩擦を有する弾性材料の小さいピンが押し出されて前記接触プレート／ディスクとインタラクション表面の間の摩擦を、前記スティック・スリップ・モータによって生み出される並進力の異なる段階と同期して、かつ／または前記ハプティック・スタイラスを使用する異なるシナリオおよび予測される前記ユーザの挙動に従って機械的に変更できる孔を有してもよい。
【０１１９】
本発明においては、前記接触プレート／ディスクは、いくつかの層：前記ベース、前記アクチュエータ（たとえば、圧電／超音波アクチュエータ）、および外部シェルからなってもよい。それとともに前記シェル（外部被覆）は、前記インタラクション表面に関して、前記被覆の高周波の（超音波の）反復的な接線方向の運動を引き起こすことによって（たとえば、特許文献３０に開示されるように）、前記スティック・スリップ・モータによって生み出される並進力の異なる段階と同期して、かつ／または前記ハプティック・スタイラスを使用する異なるシナリオおよび予測される前記ユーザの挙動に従って減じることが可能な高い摩擦を有してもよい。
【０１２０】
本発明においては、前記インタラクション表面にわたる前記ハプティック・スタイラスの２次元（ＸＹ）の変位は、前記インタラクション表面または前記ポータブル電子デバイスの前記タッチスクリーンに付けられた外部平面マニピュレータによって提供されてもよい。
【０１２１】
本発明においては、前記スタイラス先端が特定の形状および／または前記接触プレート／ディスクを有することまたは有さないことが可能であり、前記接触プレート／ディスクは、所定の、および／または前記外部平面マニピュレータによって生み出される並進力の異なる段階と同期してコントロールされる摩擦パラメータを伴ってもよい。
【０１２２】
本発明においては、さらに、プリント回路基板、再充電可能バッテリ、内部電源、多状態視覚表示器、少なくとも２つのプロセッサ型のマイクロコントローラ、メモリ、少なくとも１つの指位置アクチュエータ、駆動コントロール・メカニズム、センサ、ハプティック・アクチュエータ、および情報交換トランシーバがさらに与えられてもよい。
【０１２３】
本発明においては、前記再充電可能バッテリは、ニッケル・カドミウム・セル、ＮｉＭＨバッテリ、リチウム・セル、またはこれらの類であってもよい。
【０１２４】
本発明においては、前記内部電源は、再充電可能バッテリに蓄積されたＤＣ電力を、前記ハプティック・スタイラスの機能を提供するすべての構成要素を動作させるために必要とされる多様なＤＣ電圧に変換するように構成されてもよい。電源はまた、前記内蔵バッテリの充電も維持してもよい。
【０１２５】
本発明においては、前記多状態視覚表示器は、前記バッテリの状態および充電モード、前記スタイラスの起動、特定タスクの選択を、前記ユーザによって行なわれるか、または自動的に検出されたときに示し、かつ前記モード、障害、および／またはポータブル電子デバイス上において走っているアプリケーションに関係する警告信号を表示してもよい。
【０１２６】
本発明においては、ＭＥＭＳセンサ・ハブを組み込む第１プロセッサ型のマイクロコントローラが、前記インタラクション表面に関する前記スタイラス・ハウジングの空間位置を検出する３Ｄデジタル加速度計および３Ｄデジタル・ジャイロスコープ、ＭＥＭＳマイクロフォンおよび振動センサ、前記スタイラス先端の圧力センサ、前記指圧力多ポイント検出器、および前記ユーザの指位置多ポイント検出器等の、ほかのセンサによって収集される情報の前処理を実行するように構成されてもよい。
【０１２７】
本発明においては、第２プロセッサ型のマイクロコントローラが、
ユーザ識別、アプリケーションの初期化／設定またはカスタマイズ、必要／特定モードおよびユーザ固有の挙動モデルの選択を実行し、
一般タスク・モデルに関するユーザの挙動（前記スタイラス表面のインタラクションをはじめ非接触のスタイラス操作に関する）の基本パターン（テンプレート）、前記スタイラスの使用に適切な／それのために意図されるモードおよびシナリオを分析し、
前記スタイラス・キャップの近くに配置され、かつ前記スタイラス被覆のベース管とリンクされる前記内蔵アクチュエータを使用して指の把握位置を前記ハプティック・スタイラスに関してコントロールし、
前記スタイラスの変位をサポートする前記内蔵小型球面モータが前記スタイラスに備えられるとき、前記インタラクション表面に関してスタイラスの位置および変位をコントロールし、
前記スタイラスと外部（ポータブル）電子デバイスの間に無線通信を提供し、
触覚テクスチャ変調器およびハプティック・アクチュエータによって生成される相補触覚信号を管理／変更し、
必要な視覚信号を前記多状態表示器上に表示するように構成されてもよい。
【０１２８】
本発明においては、前記ハプティック・スタイラスを使用する異なるシナリオおよび予測されるユーザの挙動に従った駆動コントロール・メカニズムによる動作、および前記デバイスの異なる機能のサポートのための任意の型のデータ（たとえば、記号、文字、絵文字、基本的な幾何学形状、およびそのほかの言語および文法上の特徴の特定の軌跡、シミュレーションされるテクスチャのパターン、振動信号、および触覚効果のパラメータ）をストアするためにメモリが使用されてもよい。それとともに前記メモリは、不揮発性メモリであってもよい。より複雑なデータの前記外部（ポータブル）電子デバイスのメモリへの転送／それからの転送および／またはそれへのストアが可能であってもよい。ポータブル・デバイスは、前記スタイラスによって収集された生および処理済みデータのバックアップ／ストアに使用して、セキュリティ、効率、および模写の目的での多様なシナリオにおける長期のユーザの挙動を開発／モデリングできるように構成されてもよい。
【０１２９】
本発明においては、前記情報交換トランシーバが、前記ポータブル電子デバイスおよび別のデバイス（類似のハプティック・スタイラスとすることが可能）との情報の交換および／または同期を行なうように構成されてもよい。それとともに前記情報は、前記タッチスクリーン上における前記ハプティック・スタイラスによる接触ポイントの座標および／またはアプリケーションの実行時の間にわたって、臨機応変に交換／変更が必要な任意の関連パラメータを含んでもよい。
【０１３０】
本発明においては、駆動コントロール・メカニズムが、所定の大きさおよび周波数を有する特定の鋸歯状波の前記出力信号を前記内蔵アクチュエータに提供してもよい。
【０１３１】
本発明においては、前記ハプティック・スタイラスを駆動して前記インタラクション表面にわたって移動させる（内蔵または外部）アクチュエータの駆動コントロール・メカニズムは、必要時に前記ユーザの入力した動きに対して前記スタイラス先端の位置を駆動および／または修正できるように構成されてもよい。この駆動コントロール・メカニズムは、前記スタイラスおよび／または前記外部デバイスのメモリからの収集済みのデータを利用して、多様なシナリオの中でユーザ／スタイラスの動きを模写またはリモデルすること、または一方のユーザをガイドして他方のユーザ／専門家によって行なわれたスタイラスの動きを、学習またはガイダンス目的で再現させることができるように構成されてもよい。
【０１３２】
本発明においては、内蔵ハプティック・アクチュエータの駆動コントロール・メカニズムおよび触覚テクスチャ発生器／変調器の駆動コントロール・メカニズムは、それぞれの特定のアクチュエータに、所定の大きさ、周波数、および持続時間を有する出力信号を提供してもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
2016186696000001.pdf