(57)【要約】【課題】本発明の目的の１つは、触覚出力デバイスであって、従来のモーター及びアクチュエーターを用いることなくこのデバイスの可動部品間の力を制御することができる、触覚出力デバイスを提供することである。【解決手段】触覚出力デバイスは、基板と、基板の上に配置された電極のアレイと、電極のアレイの上に配置された誘電材料の層とを含む。誘電材料の層は露出した外面を有し、露出した外面は、露出した外面と、この露出した外面と接触している接触面との間の付着力を増大させるように構成されたマイクロパターニングされたテクスチャーを備える。触覚出力デバイスは、電極のアレイにわたって電位をかけて、露出した外面と接触面との間に触覚効果として静電付着力を発生させるように構成されたコントローラーを含む。【選択図】図２
2017168104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に配置された電極のアレイと、
前記電極のアレイの上に配置された誘電材料の層であって、露出した外面を有し、該露出した外面は、該露出した外面と、該露出した外面と接触している接触面との間の付着力を増大させるように構成されたマイクロパターニングされたテクスチャーを備える、誘電材料の層と、
前記電極のアレイにわたって電位をかけて、前記露出した外面と前記接触面との間に触覚効果として静電付着力を発生させるように構成されたコントローラーと、
を備える、触覚出力デバイス。
【請求項２】
前記基板は、ポリメチルシロキサン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリプロピレン及びそれらの組合せからなる群から選択された材料を含む、請求項１に記載の触覚出力デバイス。
【請求項３】
前記基板は可撓性フィルムである、請求項１に記載の触覚出力デバイス。
【請求項４】
前記誘電材料の層は、パリレン、二酸化ケイ素、有機絶縁体、無機絶縁体及びそれらの組合せからなる群から選択された誘電材料を含む、請求項１に記載の触覚出力デバイス。
【請求項５】
電子機器であって、
該電子機器のユーザーの行動を検知するように構成されたセンサーと、
前記センサーによって検知された前記ユーザーの前記行動に応じて触覚効果を発生させるように構成された触覚出力デバイスであって、
基板と、
前記基板の上に配置された電極のアレイと、
前記電極のアレイの上に配置された誘電材料の層であって、露出した外面を有し、該露出した外面は、該露出した外面と、該露出した外面と接触している接触面との間の付着力を増大させるように構成されたマイクロパターニングされたテクスチャーを備える、誘電材料の層と、
を備える、触覚出力デバイスと、
前記センサーから入力信号を受け取り、該入力信号に基づいて前記触覚出力デバイスによって生成される前記触覚効果を決定し、前記電極のアレイにわたって電位をかけて、前記露出した外面と前記接触面との間に触覚効果として静電付着力を発生させるように構成されたコントローラーと、
を備える、電子機器。
【請求項６】
前記センサーは、近接センサー又は圧力センサーである、請求項５に記載の電子機器。
【請求項７】
前記基板は、熱可塑性材料、熱硬化性材料、エラストマー又はそれらの組合せを含む、請求項５に記載の電子機器。
【請求項８】
前記基板は可撓性フィルムである、請求項５に記載の電子機器。
【請求項９】
前記誘電材料の層は、パリレン又は二酸化ケイ素を含む誘電材料を含む、請求項５に記載の電子機器。
【請求項１０】
ハウジングを更に備え、前記触覚出力デバイスは該ハウジングに取り付けられている、請求項５に記載の電子機器。
【請求項１１】
前記触覚出力デバイスは、前記ハウジングの外面に取り付けられている、請求項１０に記載の電子機器。
【請求項１２】
前記電子機器の前記ユーザーによって回されるように構成された回転つまみを更に備え、該回転つまみは前記接触面を備える、請求項５に記載の電子機器。
【請求項１３】
前記コントローラーは、前記電子機器が電子メール又はテキストメッセージを受け取ったというインジケーションを受け取り、該インジケーションと前記入力信号とに基づいて前記触覚効果を決定するように更に構成される、請求項５に記載の電子機器。
【請求項１４】
触覚出力デバイスを用いて触覚効果を発生させる方法であって、
コントローラーによって、電子機器のユーザーの行動を検知するように構成されたセンサーから入力信号を受け取ることと、
前記コントローラーによって、前記入力信号に基づいて、前記触覚出力デバイスによって生成される前記触覚効果を決定することと、
前記触覚出力デバイスの電極のアレイにわたって電位をかけて、該触覚出力デバイスの露出した外面と接触面との間に前記触覚効果として静電付着力を発生させることと、
を含む方法。
【請求項１５】
前記触覚出力デバイスは基板を備え、前記電極のアレイは該基板の上に配置され、誘電材料の層が該電極のアレイの上に配置され、前記誘電材料の層は前記露出した外面を備え、該露出した外面は、該露出した外面と、該露出した外面と接触している前記接触面との間の付着力を増大させるように構成されたマイクロパターニングされたテクスチャーを備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記コントローラーにより、前記電子機器が電子メール又はテキストメッセージを受け取ったというインジケーションを受け取ることを更に含み、前記触覚効果は、前記インジケーションと前記入力信号とに基づいて前記コントローラーによって決定される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記材料は、ポリメチルシロキサン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリプロピレン及びそれらの組合せからなる群から選択される、請求項７に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電付着（electrostatic adhesive）に基づく触覚（haptic：ハプティック）出力デバイスと、静電付着に基づく触覚出力デバイスを組み込んだ電子機器とに関する。
【０００２】
本出願は、２０１６年３月１７日に出願された米国特許出願第１５／０７２，４８５号の利益を主張し、その開示内容は、全体として引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
【背景技術】
【０００３】
電子機器メーカーは、ユーザーのために豊富なインターフェースを製造する努力をしている。従来のデバイスは、視覚キュー及び聴覚キューを用いて、ユーザーにフィードバックを提供する。幾つかのインターフェースデバイスでは、運動感覚フィードバック（能動フィードバック及び抵抗力フィードバック等）及び／又は触知性（tactile）フィードバック（振動、触感及び熱等）、より一般的には、まとめて「触覚フィードバック」又は「触覚効果」として知られるフィードバックもまた、ユーザーに提供される。触覚フィードバックは、ユーザーインターフェースを改善しかつ簡略化するキューを提供することができる。特に、振動効果、すなわち振動触知性触覚（vibrotactile haptic）効果は、電子機器のユーザーに、特定のイベントについて通知するように、又は現実的なフィードバックを提供して、シミュレート環境又は仮想環境内で感覚的没入感（sensory immersion）を増大させるように、ユーザーにキューを提供するのに有用である可能性がある。
【０００４】
振動効果を発生させるために、多くの機器は、幾つかのタイプのアクチュエーター又は触覚出力デバイスを利用する。この目的で使用される既知の触覚出力デバイスとしては、偏心質量がモーターによって移動する偏心回転質量（「ＥＲＭ」）等の電磁アクチュエーター、ばねに取り付けられた質量が前後に駆動されるリニア共振アクチュエーター（「ＬＲＡ」）、又は圧電材料、電気活性ポリマー若しくは形状記憶合金等の「スマート材料」が挙げられる。触覚出力デバイスはまた、広義には、静電摩擦（「ＥＳＦ」）、超音波表面摩擦（「ＵＳＦ」）を使用するデバイス、又は超音波触覚変換器を用いて音響放射圧を誘発するデバイス、又は触覚基板及び可撓性若しくは変形可能な表面を使用するデバイス、又はエアジェットを用いて空気パフ等の噴出された触覚出力をもたらすデバイス等、非機械的又は非振動性デバイスも含む。
【０００５】
特許文献１は、静電付着と、それがロボット（壁面走行ロボット）のような用途に転用される方法とに関して考察している。静電付着は、何世紀にもわたって基本的な力の１つであったが、近年、非常に注目を集めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４／０２５１７０１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
スマートフォン等のスマート電子機器は、ますます薄くなってきているが、機器の部品の動きを制御するために使用される通常の電磁ベースのモーターは、比較的かさばりかつ騒音が大きい。従来のモーター及びアクチュエーターを使用せずにスマート電子機器の移動体の間の力を制御することが望ましい。薄い及び／又は可撓性のスマート電子機器の次世代において触覚フィードバックを提供することもまた望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、基板と、基板の上に配置された電極のアレイと、電極のアレイの上に配置された誘電材料の層とを含む触覚出力デバイスが提供される。誘電材料の層は露出した外面を有し、露出した外面は、この露出した外面と、この露出した外面と接触している接触面との間の付着力を増大させるように構成されたマイクロパターニングされたテクスチャーを備える。触覚出力デバイスは、電極のアレイにわたって電位をかけて、露出した外面と接触面との間に触覚効果として静電付着力を発生させるように構成されたコントローラーを含む。
【０００９】
一実施形態では、基板は、ポリメチルシロキサン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン及びポリプロピレンからなる群から選択された材料を含むことができる、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂及びエラストマー材料を含む。
【００１０】
一実施形態では、基板は可撓性フィルムである。
【００１１】
一実施形態では、誘電材料の層は、パリレン、及び二酸化ケイ素からなる群から選択される誘電材料を含む。
【００１２】
本発明の一態様によれば、電子機器であって、電子機器のユーザーの行動を検知するように構成されたセンサーと、センサーによって検知されたユーザーの行動に応じて触覚効果を発生させるように構成された触覚出力デバイスとを含む電子機器が提供される。触覚出力デバイスは、基板と、基板の上に配置された電極のアレイと、電極のアレイの上に配置された誘電材料の層であって、露出した外面を有し、露出した外面は、この露出した外面と、この露出した外面と接触している接触面との間の付着力を増大させるように構成されたマイクロパターニングされたテクスチャーを備える、誘電材料の層とを含む。電子機器は、センサーから入力信号を受け取り、入力信号に基づいて触覚出力デバイスによって生成される触覚効果を決定し、電極のアレイにわたって電位をかけて、露出した外面と接触面との間に触覚効果として静電付着力を発生させるように構成されたコントローラーを含む。
【００１３】
一実施形態では、センサーは、近接センサー又は圧力センサーである。
【００１４】
一実施形態では、電子機器はハウジングを含み、触覚出力デバイスは該ハウジングに取り付けられている。一実施形態では、触覚出力デバイスは、ハウジングの外面に取り付けられている。
【００１５】
一実施形態では、電子機器は、電子機器のユーザーによって回されるように構成された回転つまみを含み、回転つまみは接触面を含む。
【００１６】
一実施形態では、コントローラーは、電子機器が電子メール又はテキストメッセージを受け取ったというインジケーションを受け取り、そのインジケーションと入力信号とに基づいて触覚効果を決定するように更に構成される。
【００１７】
本発明の一態様によれば、触覚出力デバイスを用いて触覚効果を発生させる方法が提供される。本方法は、コントローラーによって、電子機器のユーザーの行動を検知するように構成されたセンサーから入力信号を受け取ることと、コントローラーによって、入力信号に基づいて、触覚出力デバイスによって生成される触覚効果を決定することと、触覚出力デバイスの電極のアレイにわたって電位をかけて、触覚出力デバイスの露出した外面と接触面との間に触覚効果として静電付着力を発生させることとを含む。
【００１８】
一実施形態では、コントローラーにより、電子機器が電子メール又はテキストメッセージを受け取ったというインジケーションを受け取ることを含み、触覚効果は、このインジケーションと入力信号とに基づいてコントローラーによって決定される。
【００１９】
本発明のこれらの及び他の態様、特徴及び特性は、構造の関連する要素の動作方法及び機能並びに部品の組合せ及び製造の経済性とともに、全てが本明細書の一部を形成する添付図面を参照して以下の説明及び添付の特許請求の範囲を考慮することでより明らかとなろう。しかしながら、図面は、例示及び説明することのみを目的としており、本発明の範囲を定義するものとして意図されていないことが明確に理解されるべきである。本明細書及び特許請求の範囲において用いられる「ある（a、an）」及び「その（the）」という単数形は、明確に別段の指示がない限り、複数の対象物を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態による電子機器を概略的に示す図である。
【図２】図１の電子機器の触覚出力デバイスの一実施形態を概略的に示す図である。
【図３】図２の触覚出力デバイスのマイクロパターニングされた外面の一部の詳細図を概略的に示す図である。
【図４】図１の電子機器のコントローラーの一実施形態を概略的に示す図である。
【図５】図１の電子機器の一実施形態の概略斜視図である。
【図６】図１の電子機器の一実施形態の概略斜視図である。
【図７】図１の電子機器のユーザーに対して触覚効果を与える方法を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下の図の構成要素は、本開示の全体的な原理を強調するように図示されており、必ずしも正確な縮尺で描かれていない。対応する構成要素を示す参照符号は、一貫性及び明確さのために図を通して必要に応じて繰り返されている。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態による電子機器１００を示す。電子機器１００は、デスクトップコンピューター、ラップトップコンピューター、電子ワークブック、電子ハンドヘルドデバイス（携帯電話、スマートフォン、ゲーム機、携帯情報端末（「ＰＤＡ」）、ポータブル電子メールデバイス、ポータブルインターネットアクセスデバイス、計算機等）、キオスク（現金自動預け払い機、チケット販売機等）、プリンタ、販売時点情報管理デバイス、ゲームコントローラー、ウェアラブルデバイス、又はタッチスクリーン、タッチパッド若しくはボタンパネル等、車両の一部の電子機器等、他の電子機器を含むか又はその一部とすることができる。
【００２３】
図示するように、電子機器１００は、入出力デバイス１１０、コントローラー１２０及びメモリデバイス１３０を含む。入出力デバイス１１０は、バス１４０を介してコントローラー１２０及び／又はメモリデバイス１３０に相互接続することができ、それにより、コントローラー１２０と信号通信する。バス１４０は、有線通信リンク、無線通信リンク、及び／又はコントローラー１２０と入出力デバイス１１０との間の他の通信リンクを含むことができる。入出力デバイス１１０によってコントローラー１２０に信号を出力することができ、コントローラー１２０によって入出力デバイス１１０に信号を出力することができる。
【００２４】
入出力デバイス１１０は、電子機器１００のユーザーから入力を受け取るように構成された少なくとも１つのユーザー入力デバイスを含むことができる。一実施形態では、ユーザー入力デバイスは、ユーザーからの入力を検知するように構成されたセンサー１５０を含むことができる。センサー１５０は、タッチセンサーの形態であり、センサー１５０の表面をタップする、スライドする、こする又は押す等、ユーザーからのジェスチャーを検出するように構成することができる。この目的で、例えば、容量若しくは抵抗検知、圧力感知抵抗器又は光スイッチ等、様々な技術を使用することができる。一実施形態では、センサー１５０は、タッチパッドの一部とすることができる。一実施形態では、センサー１５０は、ユーザーに情報を出力しかつ表示するように構成されたディスプレイ１６０の上に重なるタッチスクリーンの一部とすることができる。一実施形態では、センサー１５０及びディスプレイ１６０を結合してタッチスクリーンデバイスにすることができる。一実施形態では、センサー１５０は、電子機器１００に向かうユーザーの行動を検出するように構成されている近接センサー又は存在センサーの形態とすることができる。電子機器１００は、異なる機能を有する複数のセンサーを含むことができる。
【００２５】
入出力デバイス１１０は、ユーザーに音声フィードバックを提供するように構成された、スピーカー等の音声出力デバイス（図示せず）を含むことができる。一実施形態では、入出力デバイス１１０は、ユーザーが電子機器１００に入力を与えるために操作することができるボタン、回転つまみ又はジョイスティック等、他のタイプのユーザー入力デバイスを含むことができる。ボタン、回転つまみ及びジョイスティックは、例えば、種々のゲーム周辺機器及び車両におけるユーザー入力デバイスとして、現時点で使用されており、こうしたデバイスの実施態様は、当業者には既知である。
【００２６】
入出力デバイス１１０はまた、例えば入力が電子機器１００によって受け取られたという確認として、ユーザーに触覚効果又はフィードバックを与えるように構成された触覚出力デバイス１７０も含む。触覚出力デバイス１７０は、１つ又は複数のアクチュエーター、駆動回路、及びアクチュエーター（複数の場合もあり）に対する駆動信号を生成するように構成された触覚エンジンを含むことができる。
【００２７】
図１に示すように、メモリデバイス１３０はまた、バス１４０を介してコントローラー１２０とかつ入出力デバイス１１０に相互接続することもできる。メモリデバイス１３０は、１つ若しくは複数の内部に固定された記憶ユニット、取外し可能な記憶ユニット及び／又はリモートアクセス可能な記憶ユニットを含むことができる。様々な記憶ユニットは、揮発性メモリ及び不揮発性メモリの任意の組合せを含むことができる。記憶ユニットは、情報、データ、命令、ソフトウェアコード等の任意の組合せを格納するように構成することができる。より詳細には、記憶ユニットは、触覚効果プロファイル、触覚出力デバイス１７０がいかに駆動されるべきかに対する命令、又は触覚効果を発生させる他の情報を含むことができる。
【００２８】
図２は、本発明の一実施形態による触覚出力デバイス１７０の断面を概略的に示す。触覚出力デバイス１７０の製造は、更に詳細に後述するように、電子パターニング（electro-patterning）及び表面処理（surface engineering）を含む。図示するように、触覚出力デバイス１７０は、基板２１０と、基板２１０の上面に配置された複数の電極２２０、２２２、２２４と、電極２２０、２２２、２２４の上及び間に配置された誘電材料層２３０と、誘電材料２３０の基板２１０とは反対の側にあるマイクロパターニングされた外面２４０とを含む。電極２２０、２２２、２２４は、コントローラー１２０によって制御することができる電圧源Ｖと信号通信する。図３は、マイクロパターニングされた外面２４０の一部のより詳細な図を示す。
【００２９】
基板２１０は、シリコーンの薄い層、又は、例えば、有機絶縁体、無機絶縁体、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等から作製された薄い及び／又は可撓性ポリマーフィルムとすることができる。形状が円形又は矩形である電極のより大きいアレイの一部とすることができる電極２２０、２２２、２２４は、スパッタリング又は蒸着法を用いて基板２１０の上にパターニングすることができる。電極２２０、２２２、２２４に対して、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、カーボンナノチューブ、グラファイト、半導体等、異なる導電性材料を使用することができる。電極２２０、２２２、２２４及び基板２１０の上に、誘電材料２３０を堆積させることができる。一実施形態では、誘電材料２３０は、電極２２０、２２２、２２４を封入することができる。誘電材料層２３０は、パリレン、二酸化ケイ素等、誘電材料を含むことができる。
【００３０】
誘電材料層２３０の外面２４０の有効表面積を増大させるために、外面２４０に対し、イオンビーム融合、ソフトリソグラフィー、又はポジティブ及びネガティブモールディング技法、鋳造技法、若しくはレーザーエッチング等の表面エッチング技法等、微細加工技法を用いることによって、マイクロパターニングすることができる。こうした技法を用いて、プラスチック（導電性又は非導電性）又は金属からナノ／マイクロパターニングされた面を生成することができる。これらの技法は、誘電材料層２３０に直接、又は後に誘電材料層２３０に接合若しくは接着することができる別個の基板に適用することができる。触覚出力デバイス１７０の一実施形態を製造するために使用することができる製造技法の一例については、全体として引用することにより本明細書の一部をなす、D. Ruffatto III他による「Improving controllable adhesion on both rough and smooth surfaces with a hybrid electrostatic/gecko-like adhesive」（Journal of the Royal Society Interface 11: 20131089 (2014)）に記載されている。外面２４０に生成された微細構造は、図３に示すように、複数のマイクロウェッジ（microwedge）を含むことができる。一実施形態では、微細構造は、複数のフィブリル、又は表面積の大きい他の要素を含むことができる。一実施形態では、微細構造は、ヤモリの足の微細構造を模倣するように構成し、ヤモリ状微細構造であるとみなすことができる。
【００３１】
誘電材料層２３０にマイクロパターニングされた表面２４０が生成されない実施形態では、表面に絶縁体として誘電材料の非常に薄い層を堆積させることができる。外面２４０をマイクロ（又はナノ）パターニングすることにより、電極２２０、２２２、２２４に電界を印加することなく、外面２４０と、外面２４０と接触している別の面２５０との間の相互作用を増大させることができる。パターニングは、多面体、マイクロピラー、球形ドット等の特徴を含むことができる。
【００３２】
図２及び図３に関連する更に別の実施形態では、本明細書に記載するように２つの接触領域の間の接触面積を増大させるようにパターニングされた表面に加えて又はその代わりに、印加電圧を上昇させ、そのため、２つの接触面の間の誘引力を有効に増大させることにより、同様の又は改善された効果を達成することができる。電圧は、誘電材料の厚さ及び誘電強度値に応じて数百ボルト〜数千ボルトの範囲とすることができる。一般に、電圧が高いほど力が大きくなる。
【００３３】
電圧源Ｖによって電極２２０、２２２、２２４に電位が与えられるとき、触覚出力デバイス１７０の外面２４０と、外面２４０と接触している表面２５０との間に、静電付着力を発生させることができ、それにより、電子機器１００のユーザーは、触覚効果として外面２４０と表面２５０との間の付着力の増大を感じることができる。
【００３４】
図１に戻ると、コントローラー１２０は、電子機器１００の動作及び機能を管理又は制御する汎用若しくは専用プロセッサ又はマイクロコントローラーとすることができる。例えば、コントローラー１２０は、視覚的情報を与えるためにディスプレイ１６０に対する出力信号と、触覚効果をもたらすために触覚出力デバイス１７０に対する出力信号とを制御するように、特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）として特に設計することができる。幾つかの実施形態では、コントローラー１２０は、触覚出力デバイス１７０の一部とすることができる。コントローラー１２０は、事前に定義された要素に基づいて、発生させるべき触覚効果（複数の場合もあり）のタイプ（複数の場合もあり）、触覚効果が発生する順序、並びに、触覚効果の大きさ、頻度、持続時間及び／又は他のパラメーターを求めるように構成することができる。コントローラー１２０はまた、特定の触覚効果をもたらすように触覚出力デバイス１７０を駆動するために使用することができるストリーミングコマンドを与えるように構成することもできる。幾つかの実施形態では、コントローラー１２０は、実際には、複数のプロセッサを含むことができ、その各々が、電子機器１００内で幾つかの機能を実行するように構成されている。
【００３５】
図４は、コントローラー１２０の一実施形態のより詳細な図を示す。コントローラー１２０は、１つ又は複数のコンピュータープログラムモジュールを実行するように構成することができる。１つ又は複数のコンピュータープログラムモジュールは、コンテンツ提供モジュール１２２、入力判定モジュール１２４、触覚効果決定モジュール１２６、触覚出力デバイス制御モジュール１２８及び／又は他のモジュールのうちの１つ又は複数を含むことができる。コントローラー１２０は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、ハードウェア及び／若しくはファームウェアの何らかの組合せ、並びに／又はコントローラー１２０における処理能力を構成するための他の機構により、モジュール１２２、１２４、１２６及び／又は１２８を実行するように構成することができる。
【００３６】
モジュール１２２、１２４、１２６及び１２８は、図４では、単一処理ユニット内にともに配置されているものとして示されているが、コントローラー１２０が複数の処理ユニットを含む実施形態では、モジュール１２２、１２４、１２６及び／又は１２８のうちの１つ又は複数は他のモジュールから遠隔に位置することができることが理解されるべきである。後述する異なるモジュール１２２、１２４、１２６及び／又は１２８によって提供される機能の説明は、モジュール１２２、１２４、１２６及び／又は１２８のうちのいずれも記載するものより多いか又は少ない機能を提供することができるため、例示を目的とし、限定するように意図されていない。例えば、モジュール１２２、１２４、１２６及び／又は１２８のうちの１つ又は複数をなくすことができ、その機能のうちの幾つか又は全てを、モジュール１２２、１２４、１２６及び／又は１２８のうちの他のものによって提供することができる。別の例として、コントローラー１２０は、以下、モジュール１２２、１２４、１２６及び／又は１２８のうちの１つに属する機能のうちの幾つか又は全てを行うことができる、１つ又は複数の追加のモジュールを実行するように構成することができる。
【００３７】
コンテンツ提供モジュール１２２は、ディスプレイ１６０を介する電子機器１００のユーザーに対するコンテンツの提供を制御するように構成されている。コンテンツが、コンピュータ生成画像を含む場合、コンテンツ提供モジュール１２２は、ディスプレイ１６０を通してユーザーに表示する画像及び／又はビューを生成するように構成されている。コンテンツ、又はコンテンツが導出される情報は、図４に示すように、コントローラー１２０の一部とすることができる電子記憶装置１２９から、又は、図１に示すメモリデバイス１３０の一部等、コントローラー１２０とは別個とすることができる電子記憶装置からコンテンツ提供モジュール１２２によって取得することができる。
【００３８】
入力判定モジュール１２４は、センサー１５０から入力信号を受け取るように構成されている。入力信号は、センサー１５０が電子機器１００のユーザーの行動を検出したときに生成される。そうした行動は、ユーザーによるタッチ入力、又はユーザーが電子機器に近づくこと、すなわち、センサー１５０が、ユーザーがセンサー１５０に近接していることを検知することとすることができる。入力判定モジュール１２４は、入力信号の強度を意図された行動に対応する所定の閾値強度と比較することにより、検知された行動が、意図的な行動であるか、又は、センサー１５０への不注意の接触又はユーザーがセンサー１５０をわずかに横切った場合等、単なる不注意の行動であるかを判断するように構成することができる。入力判定モジュール１２４はまた、ユーザーが、センサー１５０に入力を与えているか又は電子機器１００に向かって行動をとっているときに何を意図したかを判断するようにも構成されている。例えば、ユーザーは、センサー１５０の一定位置にタッチし、又は電子機器１００によって一定の機能が実行されるべきであることを示す特定のジェスチャーをセンサー１５０に与えることができる。入力判定モジュール１２４は、所定のジェスチャー及びセンサー１５０上のタッチ位置のライブラリを用いてプログラムすることができる。それにより、ユーザーが、センサー１５０の特定の位置にタッチするか、又はセンサー１５０にジェスチャーを与えると、入力判定モジュール１２４は、対応する出力を決定することができる。
【００３９】
例えば、電子機器１００がスマートフォンの形態である実施形態では、ユーザーは、自身の指でセンサー１５０上に記号を描くことができ、入力判定モジュール１２４は、描かれた記号が、ユーザーがスマートフォンと自由にインタラクトすることができるようにスマートフォンのロックを解除する等、特定のコマンドに対応すると判断することができる。センサー１５０が近接センサー又は存在センサーである実施形態では、入力判定モジュール１２４は、センサー１５０がセンサー１５０に近接しているユーザーを検知する時間の持続時間に基づいて、対応する出力を判断するようにプログラムすることができる。
【００４０】
一実施形態では、入力判定モジュール１２４は、タイマー等、リモートデバイスから信号を受け取るように構成することができ、リモートデバイスは、センサー１５０から受け取られた信号の代わりに又はそれに加えて、触覚効果が生成されるべきであることを示す入力を与える。さらに、入力判定モジュール１２４はまた、触覚効果決定モジュール１２６及び／又は触覚出力デバイス制御モジュール１２８に信号を出力することもでき、それにより、入力が検出され及び／又は許容されたことを確認する触覚効果をユーザーにもたらすことができる。
【００４１】
触覚効果決定モジュール１２６は、触覚出力デバイス１７０によって生成され電子機器１００のユーザーに出力されるべき触覚効果又は感覚を決定するように構成されている。触覚効果の決定は、触覚効果のタイプ、及び、大きさ、頻度、持続時間等、触覚効果の１つ又は複数のパラメーターを求めることを含むことができる。
【００４２】
触覚出力デバイス制御モジュール１２８は、触覚効果決定モジュール１２６によって決定された触覚効果を発生させるように触覚出力デバイス１７０を制御するように構成されている。これは、コントローラー１２０によって生成された触覚出力信号を、バス１４０を介して触覚出力デバイス１７０に通信することを含む。一実施形態では、触覚出力デバイス制御モジュール１２８に属する機能の少なくとも一部を、触覚出力デバイス１７０が所有するコントローラー又はプロセッサに配置することができる。
【００４３】
本発明の実施形態による触覚出力デバイス１７０は、種々の実施態様において電子機器１００において使用することができる。一実施形態では、センサー１５０を用いて、触覚出力デバイス１７０を含む電子機器１００に向かうユーザーの行動を検出することができ、それにより、触覚出力デバイス１７０によって静電付着（electro-adhesion）を作動させて触覚効果をもたらすことができる。例えば、電子機器１００がスマートフォンであり、スマートフォンのユーザーが、スマートフォンを引くか又は持ち上げ、スマートフォンとスマートフォンのすぐ下の接触面との間の摩擦／付着の増大を感じたとき、触覚効果は、ユーザーに対して、未読の電子メール若しくはテキストメッセージ又は不在着信があることを示すことができる。
【００４４】
図５に示す電子機器５００の一実施形態では、触覚出力デバイス１７０は、電子機器５００用のハウジング５１０又はケースに適用することができ、電子機器５００はスマートフォンとすることができる。例えば、上述した触覚出力デバイス１７０は、電子機器５００のハウジング５１０の背面５２０にパッチ５３０として適用することができる。一実施形態では、電子機器５００のユーザーは、電子機器５００をつかんだときに電子機器５００と下にある接触面との間の付着力の増大を感じることができ、それは、ユーザーが、例えば新たな電子メール又はテキストメッセージを受け取ったことを意味する。一実施形態では、電子機器５００のユーザーは、パッチ５３０に直接タッチし、ユーザーが電子機器をつかんだときに電子機器５００とユーザーの皮膚との間の付着力の増大を感じることができ、それは、ユーザーが、例えば新たな電子メール又はテキストメッセージを受け取ったことを意味する。
【００４５】
一実施形態では、ハウジング用のカバーの内側面に触覚出力デバイス１７０を設けることができ、ユーザーが、カバーを開こうと試み、カバーとハウジング又はスマートフォンとの間の付着力の増大を感じたとき、ユーザーが新たな電子メール若しくはテキストメッセージを受け取ったか、又は電話を受け損ねたことをユーザーに対して通知することができる。
【００４６】
図６に示す一実施形態では、触覚出力デバイス１７０は、回転つまみ６００とともに、下にある面との回転つまみ６００の摩擦／付着力を制御するように実施することができる。図示する実施形態では、触覚出力デバイス１７０は、ハウジング６２０の上面６１０の回転つまみ６００のすぐ下に設けられている。一実施形態では、回転つまみ６００の外面に触覚出力デバイス１７０を設けることができる。回転つまみ６００を回しているユーザーにもたらされる触覚効果は、ユーザーが回転つまみ６００を間違った方向に回したとき、増大した付着力／摩擦の形態とすることができる。他の触覚効果としては、回り止め（detent）、障壁（barrier）及び衝突（bump）が挙げられる。
【００４７】
一実施形態では、ラップトップスクリーンのコーナーに触覚出力デバイス１７０を適用して、ユーザーがラップトップを開いたときに触覚出力デバイス１７０のラップトップの基部との付着力を制御することができる。ユーザーは、触覚出力デバイス１７０によって与えられる抵抗を感じたとき、電子メールの下書きを終了していないか、又は電子メールを送信するために送信ボタンを押すのを忘れていたことに気付くことができる。一実施形態では、コンピューターマウスのすぐ下で、マウスパッド又は支持面との触覚出力デバイス１７０の付着を制御して、ユーザーに対する触覚効果を発生させるように、触覚出力デバイス１７０を実施することができる。本発明の実施形態は、電子機器において互いに対して１つ又は複数の部品を移動させる（例えば、上下、摺動、折畳み、持上げ、引張り等）必要がある用途において実施することができ、それにより、電子機器と、触覚出力デバイス１７０と接触している面との間の付着力／摩擦の制御を用いて、ユーザーに対して通知を与えることができる。
【００４８】
上述した触覚出力デバイス１７０に加えて、電子機器１００は、入出力デバイス１１０の一部として複数の触覚出力デバイスを含むことができ、振動、変形、運動感覚、静電又は超音波摩擦等、触覚効果をもたらす方法のうちの任意のものによって、追加の触覚フィードバックをもたらすことができる。一実施形態では、追加の触覚出力デバイスは、アクチュエーター、例えば、偏心質量がモーターによって移動する偏心回転質量（「ＥＲＭ」）等の電磁アクチュエーター、ばねに取り付けられた質量が前後に駆動されるリニア共振アクチュエーター（「ＬＲＡ」）、又は圧電材料、イオン系又は電子系の電気活性ポリマー、形状記憶材料、スマートヒドロゲル等の「スマート材料」、マクロコンポジットファイバー（macrocomposite fiber）アクチュエーター、静電アクチュエーター、電気触知性（electrotactile）アクチュエーター、ナノコンポジットアクチュエーター、空気圧式アクチュエーター、及び／又は振動触覚フィードバック等の物理的フィードバックをもたらす別のタイプのアクチュエーターを含むことができる。追加の触覚出力デバイスは、静電摩擦（ＥＳＦ）、超音波摩擦（ＵＳＦ）を使用するデバイス、又は超音波触覚変換器を用いて音響放射圧を誘発するデバイス、又は触覚基板及び可撓性若しくは変形可能な表面を使用するデバイス、又は熱効果をもたらすデバイス、又はエアジェットを用いて空気パフ等の噴出された触覚出力をもたらすデバイス等、非機械的又は非振動性デバイスを含むことができる。
【００４９】
図７は、本発明の実施形態による、上述した触覚出力デバイス１７０等、触覚出力デバイスを用いて触覚効果を発生させる方法７００を示す。図示するように、方法は７１０で開始する。７２０において、方法は、コントローラーにより、電子機器のユーザーの行動を検知するように構成されたセンサーから入力信号を受け取ることを含む。センサーは、上述したセンサー１５０とすることができ、コントローラーは、上述したコントローラー１２０とすることができる。７３０において、方法は、コントローラーにより、入力信号に基づいて触覚出力デバイスによって生成される触覚効果を決定することを含む。７４０において、方法は、触覚出力デバイスの電極のアレイにわたって電位をかけることにより、触覚出力デバイスの露出した外面と接触面との間に触覚効果として静電付着力を発生させることを含む。方法は７５０で終了する。一実施形態では、方法はまた、コントローラーにより、電子機器が電子メール又はテキストメッセージを受け取ったというインジケーションを受け取ることも含み、触覚効果は、そのインジケーション及び入力信号に基づいてコントローラーによって決定される。
【００５０】
静電付着に基づく触覚出力デバイスと、静電付着に基づく触覚出力デバイスを組み込んだ電子機器との他の実施形態は、確認効果として接触面にある場合がある。一例では、ユーザーがタッチセンシティブ面にタッチすると、ユーザーの行動を確認するためにその効果が起動され、ユーザーは粘着面を感じるか、又はインタラクションが記録されていなかった場合は、何も感じない。
【００５１】
本明細書に記載した実施形態は、複数のあり得る実施態様及び例を表し、必ずしも本開示をいずれかの特定の実施形態に限定するようには意図されていない。当業者には理解されるように、これらの実施形態に対して様々な変更を行うことができる。任意のこうした変更は、本開示の趣旨及び範囲内に含まれ、以下の特許請求の範囲によって保護されるように意図されている。
【００５２】
本明細書で言及した全ての米国特許及び米国特許出願公開は、全体として引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
【図１】
2017168104.tif 000003
【図２】
2017168104.tif 000004
【図３】
2017168104.tif 000005
【図４】
2017168104.tif 000006
【図５】
2017168104.tif 000007
【図６】
2017168104.tif 000008
【図７】
2017168104.tif 000009
【外国語明細書】
2017168104.tif 000010
2017168104.tif 000011
2017168104.tif 000012
2017168104.tif 000013
2017168104.tif 000014
2017168104.tif 000015
2017168104.tif 000016
2017168104.tif 000017
2017168104.tif 000018
2017168104.tif 000019
2017168104.tif 000020
2017168104.tif 000021
2017168104.tif 000022
2017168104.tif 000023
2017168104.tif 000024
2017168104.tif 000025
2017168104.tif 000026
2017168104.tif 000027
2017168104.tif 000028
2017168104.tif 000029
2017168104.tif 000030
2017168104.tif 000031
2017168104.tif 000032
2017168104.tif 000033
2017168104.tif 000034
2017168104.tif 000035
2017168104.tif 000036
2017168104.tif 000037