(57)【要約】  本発明は、例えば指などのエフェクタによって接触されるように設計された接触面を有するタッチセンシティブインターフェースである。このインターフェースは、共振モードに従ってプレートに沿って延びる定常的な屈曲波の形成を可能にする作動トランスデューサ、例えば圧電トランスデューサを含む。インターフェースは、接触面がエフェクタによって触れられたときに減衰信号を決定するための検出回路と共に、波の振幅を測定するためのディテクターを含む。ディテクターは、エフェクタによって接触面に及ぼされる力の大きさを推定するための処理回路を含む。【選択図】図２Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチセンシティブインターフェース（１）は、エフェクタ（５）によって接触されるように設計された接触面（２ｓ）で定義づけられるプレート（２）を含み、
トランスデューサ（１０１…．１０Ｎ）は、作動トランスデューサと呼ばれ、プレート（２）に沿って延びる定常的な屈曲波（４）を形成するような方法でプレートに圧力を加えるように設計され、共振周波数に従ってプレートの振動を駆動し、
前記タッチセンシティブインターフェースは、
屈曲波（４）の振幅を検出するように設計されており、各トランスデューサは検出回路（２１）に接続された少なくとも１つのディテクター（２０１、２０２）と、
エフェクタ（５）と接触面（２ｓ）との間の接触から生じる屈曲波（４）の減衰を表す減衰信号（Ｓａｔｔ）と呼ばれる信号を形成するように構成された検出回路（２１）と、
減衰信号（Ｓａｔｔ）に基づいて、エフェクタによって接触面（２ｓ）に加えられる力の大きさ（Ｆ）を推定するように構成された処理回路（２２）と、
を含むことを特徴とする。
【請求項２】
前記プレートは、第１の横方向縁部（２１）によって境界を定められ、前記プレートは、前記第１の横方向縁部（２１）と平行に整列した複数の作動トランスデューサに接続され、少なくとも１つのディテクター（２０１、２０２）が第２の横方向縁部（２２）の近傍に配置され、前記第２の横方向縁部は前記第１の横方向縁部とは反対側にある、
請求項１に記載のタッチセンシティブインターフェース。
【請求項３】
前記作動トランスデューサ（１０ｎ）が、
共振周波数が１０ｋＨｚより高く、
および／または、接触面（２ｓ）に垂直な方向における屈曲波（４）の振幅は、１０μｍ未満、さらには５μｍ未満であり、
および／または、屈曲波（４）の波長（λ）は、１ｍｍから４０ｍｍの間の範囲内にあるように構成されている、
請求項１または２に記載のタッチセンシティブインターフェース。
【請求項４】
前記検出回路（２１）は、
所与の測定周波数に従って屈曲波（４）の振幅（Ａ（ｔ））を測定し、
減衰信号（Ｓａｔｔ）を形成するような方法で、測定振幅（Ａ（ｔ））を基準振幅と比較するように構成される、
請求項１から３のいずれか一項に記載のタッチセンシティブインターフェース。
【請求項５】
各作動トランスデューサ（１０ｎ）は電源信号（Ｖ）によって供給され、
前記検出回路（２１）は、ディテクター（２０１、２０２）によって検出された屈曲波（４）の振幅が設定値（Ａ）と異なるときに、フィードバック信号（δＶ）と呼ばれる電源信号を確立するように構成され、
前記検出回路（２１）は、フィードバック信号（δＶ）の関数として減衰信号（Ｓａｔｔ）を形成するように構成される、
請求項１から３のいずれか一項に記載のタッチセンシティブインターフェース。
【請求項６】
処理回路は、エフェクタ（５）によって加えられる力の大きさを推定するように、減衰関数（Ｓａｔｔ）に較正関数（ｆ）を加えるように構成される、
請求項１から５のいずれか一項に記載のタッチセンシティブインターフェース。
【請求項７】
少なくとも１つの作動トランスデューサ（１０ｎ）は、ＭＥＭＳタイプの圧電トランスデューサまたは電気機械トランスデューサであり、
および／または、少なくとも１つのディテクター（２０１、２０２）は、圧電トランスデューサまたは電気機械トランスデューサである、
請求項１から６のいずれか一項に記載のタッチセンシティブインターフェース。
【請求項８】
前記プレート（２）が透明である、請求項１から７のいずれか一項に記載のタッチセンシティブインターフェース。
【請求項９】
タッチセンシティブインターフェース（１）に属するプレート（２）の接触面と呼ばれる表面（２ｓ）を押すエフェクタ（５）によって及ぼされる力の大きさを推定する方法であって、
ａ）共振周波数に従って、少なくとも１つの作動トランスデューサ（１０ｎ）により、プレート（４）に沿って延在する定常的な屈曲波を形成するステップと、
ｂ）測定時間（ｔ）と呼ばれる所与の時間における屈曲波（４）の振幅（Ａ（ｔ））のディテクター（２０１、２０２）による測定するステップと、
ｃ）ステップｂ）の間に得られた測定値の関数として、力の影響下での屈曲波（４）の減衰を表す減衰信号（Ｓａｔｔ）を得るステップと、
ｄ）ステップｃ）の間に得られた減衰信号（Ｓａｔｔ）の関数としての、測定時における力（Ｆ）の大きさを推定するステップと、
を備える。
【請求項１０】
前記ステップａ）の間、前記屈曲波は、前記プレートの一つの縁部（２１、２２）と平行に延びる複数の作動トランスデューサ（１０ｎ）によって形成される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
共振周波数が１０ｋＨｚより高く、
接触面（２ｓ）に垂直な方向における屈曲波（４）の振幅は、１０μｍ未満、さらには５μｍ未満であり、
および／または、屈曲波（４）の波長（λ）は、１ｍｍから４０ｍｍの間の範囲内にある、
請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
ステップｃ）が、
ｃｉ）接触面（２ｓ）を押圧するエフェクタがない場合の屈曲波（４）の振幅を表す、基準振幅と呼ばれる振幅（Ａｒｅｆ）を考慮に入れるサブステップと、
ｃｉｉ）ステップｂ）の間に測定された振幅Ａ（ｔ）に基づいて、基準振幅と測定振幅との間の比較を表す比較信号（ＳΔ）を決定するサブステップと、
ｃｉｉｉ）比較信号（ＳΔ）の関数として減衰信号（Ｓａｔｔ）を得るサブステップと、
を含む、請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
ステップａ）の間、各作動トランスデューサ（１０ｎ）は電源信号（Ｖ）によって供給され、
ステップｂ）は、測定された振幅が設定値（Ａ）と異なる場合に、各測定時間に測定された振幅（Ａ（ｔ））の関数として、フィードバック信号と呼ばれる電源信号を形成することを含み、
ステップｃ）は、フィードバック信号（δＶ）の関数として減衰信号を形成することを含む、請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
ｄｉ）較正関数（ｆ）を考慮に入れるサブステップと、
ｄｉｉ）ステップｃ）の間に決定された減衰信号（Ｓａｔｔ）に前記較正関数を適用するサブステップと、
を含む、請求項９から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記ステップｄ）の間に、前記推定された大きさの値が、最小値（Ｆｍｉｎ）と最大値（Ｆｍａｘ）との間の範囲内の値に割り当てられ、幾つかの中間値は前記最小値と前記最大値との間に含まれる、請求項９から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
プレート（２）上に形成された接触面（２ｓ）を含むタッチセンシティブインターフェース（１）によって装置を制御する方法であって、装置はパラメータ（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６）によって制御可能であり、前記方法は、前記パラメータの値を調整するような方法で、エフェクタ（５）を接触面上に作用させることを含み、前記方法は、
ｉ）前記パラメータと関連する接触面の領域において、接触面上にエフェクタ（５）を作用させるステップと、
ｉｉ）エフェクタによって接触面に及ぼされる力の推定値の関数としての、パラメータの値を調整し、前記推定値は、請求項９から１６のいずれか一項に記載の方法を実施することによって得られるステップと、
を含む。
【請求項１７】
前記ステップｉ）と前記ステップｉｉ）との間に、前記エフェクタによって接触される前記接触面の領域を位置特定し、このように位置特定された前記領域に従って前記パラメータを選択するステップｉ’）を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
パラメータ（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６）によって制御することができ、タッチセンシティブインターフェース（１）を備え、前記タッチセンシティブインターフェースの壁（２）の接触面（２ｓ）上にエフェクタ（５）によって作用される力の関数として前記パラメータの値を調整するように構成され、前記タッチセンシティブインターフェースは、請求項１から８のいずれか一項に記載のものである、装置。
【請求項１９】
前記タッチセンシティブインターフェースが、前記エフェクタによって接触される前記接触面の領域を局所化するように設計された回路と、前記領域の関数として前記パラメータを選択するように構成された回路と、をさらに含む、請求項１８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エフェクタ、例えば指で触れるように設計されたタッチセンシティブインターフェース、例えばスクリーンであり、タッチセンシティブインターフェースはプレートに触れるエフェクタによって加えられる力を測定するように構成されている。
【背景技術】
【０００２】
特にタブレット型または携帯電話型の携帯機器に適用されるタッチスクリーンの使用の増加は、多数の開発を伴っている。これらのスクリーンは一般に滑らかな接触面を含み、その上で指との接触によって様々なパラメータまたはソフトウェアアプリケーションを制御することが可能である。ユーザの指がそのような接触面に当てられたときに触感が感じられることを可能にする装置が開発されてきた。そのような装置は、例えば、非特許文献１において記載され、または特許文献１において示される。これらの先行技術文献では、指で触れるように設計された接触面を形成する滑らかなプレートを含むタッチセンシティブインターフェースが記載されている。このプレートは、プレートの下にプレートと接触して配置された幾つかの圧電トランスデューサによって振動する。トランスデューサおよびプレートは、ラム波型の定常的な屈曲波の形成を助長する共振器を形成する。接触面の振動共鳴周波数が超音波領域、例えば１０ｋＨｚと１００ｋＨｚの間にあり、振動の振幅が低い、典型的には数ミクロンであるとき、ユーザは、彼らの指が接触面を横切って滑るときに、接触面のテクスチャリングを感じることができる。この効果は、知られており、通常「スクイーズフィルム」という用語で表される。このようにして、接触面が滑らかなままであるにもかかわらず、使用者は、粗さの感覚、または滑りに対する一定の抵抗を感じることができる。
【０００３】
この効果はスクリーンを形成することができる透明な接触面に適用されてきた。これは、特に、特許文献２、または特許文献３の場合である。これらの文献では、圧電トランスデューサは接触面の縁部の近くに配置されており、接触面を共振振動させることができる。
【０００４】
特許文献４は、可撓性エラストマーフィルムを含むタッチセンシティブインターフェースを記載している。エラストマーフィルムはしっかりと引き伸ばされ、トランスデューサによって振動する。ユーザの指との接触の影響下で、振動波が修正され、この修正がトランスデューサによって検出される。
【０００５】
さらに、現在のタッチスクリーンの大部分は、容量効果によってユーザの指の接触の検出を可能にするセンサを含む。このために、接触面は、ユーザの指が触れる画面の領域を局所化するように、透明な導電性メッシュを含む。接触検出の性能は、そのようなタッチスクリーンを備える装置を、指の位置によって、または画面を横切る指の経路によって、速度あるいは加速度などの指の動きの動的パラメータによって制御することを可能にするのに十分である。しかしながら、静電容量検出の性能はスクリーン上の指の影響を局所化するのには良いが、それは指によって及ぼされる力を定量化することを可能にしない。衝撃の検出はオールオアナッシングタイプの検出であり、指の接触があるか無いかを決定するのみである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１９５６４６６号明細書
【特許文献２】米国特許第８７８００５３号
【特許文献３】欧州特許第２７０７７８７号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１０／０２２５５９６号明細書
【非特許文献１】Biet M.,"Squeeze film effect for the design of an ultrasonic tactile plate", IEEE Transactions on Ultrasonic, Ferroelectrics and Frequency Control, IEEE, 2007, 54 (12), pp.2678-2688
【非特許文献２】Vezzoli E. "Texture rendering strategies with a high fidelity capacitive visual-haptic friction control device", International Conference on Human Haptic Sensing and Touch Enabled Computer Applications, pp 251-260, London, 2016
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、タッチセンシティブインターフェースに指または他の任意の種類のエフェクタによって及ぼされる力を定量化することを可能にする装置を提供することによってこれを改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の主題は、タッチセンシティブインターフェースは、エフェクタによって触れることができる接触面で定義づけられるプレートを含むタッチセンシティブインターフェースであり、
トランスデューサは、作動トランスデューサと呼ばれ、プレートに沿って延びる定常的な屈曲波を形成するような方法でプレートに圧力を加えるように設計され、共振周波数に従ってプレートの振動を駆動し、
タッチセンシティブインターフェースは、
・屈曲波の振幅を検出するように設計されており、各ディテクターは検出回路に接続された少なくとも１つのディテクターと、
・エフェクタと接触面との間の接触から生じる屈曲波の減衰を表す減衰信号と呼ばれる信号を形成するように構成された検出回路と、
・減衰信号に基づいて、エフェクタによって特に接触面に対して垂直に加えられた力の大きさを推定するように構成された処理回路と、
を含むことを特徴とする。
【０００９】
装置は、単独で、または技術的に実現可能な組み合わせに従って、以下の特徴のうちの１つを備えることができる。
・各トランスデューサは周期的に変調された、言い換えれば振動する、プレート上に圧力を加える。
・プレートは、第１の横方向縁部によって境界を定められ、プレートは第１の横方向縁部と平行に整列された複数の作動トランスデューサに接続され、少なくとも１つのトランスデューサは、第２の横方向縁部の近傍に配置され、第２の横方向縁部は第１の横方向縁部の反対である。
・作動トランスデューサ（１０ｎ）は、以下のように構成されている。
・・屈曲波の振幅は１０μｍ未満、さらには５μｍ未満である。
・・および／または共振周波数が１０ｋＨｚより高い。
・・および／または屈曲波（４）の波長（λ）は、１ｍｍから４０ｍｍの間の範囲にある。
・処理回路は、エフェクタによって加えられた力の大きさを推定するような方法で減衰関数に較正関数を適用するように構成される。処理回路によって考慮される較正関数は予め決められている。
・少なくとも１つの作動トランスデューサは、ＭＥＭＳタイプの圧電トランスデューサまたは電気機械トランスデューサである。
・少なくとも１つのディテクターは、圧電トランスデューサまたは電気機械トランスデューサである。
・少なくとも１つのディテクターがプレートと接触して配置されている。
・プレートは透明であるか、または透明部分を含む。
・タッチセンシティブインターフェースは、例えば機械またはマイクロプロセッサなどの装置を制御するための制御信号と呼ばれる信号を生成するように設計されており、制御信号は推定された力の大きさに依存する。
【００１０】
一実施形態によれば、検出回路は以下のように構成される。
・所与の測定周波数に従って屈曲波の振幅を測定する。
・減衰信号を形成するような方法で、測定された振幅を基準振幅と比較する。基準振幅は前のステップで決定される。
【００１１】
一実施形態によれば、
各作動トランスデューサは電源信号によって供給され、
・検出回路は、ディテクターによって検出された屈曲波の振幅が設定値と異なるときにフィードバック信号と呼ばれる電源信号を確立するように構成される。
検出回路は、フィードバック信号の関数として減衰信号を形成するように構成される。
【００１２】
本発明の第２の主題は、タッチセンシティブインターフェースに属するプレートの接触面と呼ばれる表面を押すエフェクタによって加えられる力の大きさを推定する方法であり、以下のステップを含む。
ａ）共振周波数に応じて、少なくとも１つの作動トランスデューサにより、プレートに沿って延びるたわみ波を形成するステップ。
ｂ）測定時間と呼ばれる所与の時間における屈曲波の振幅のディテクターにより測定するステップ。
ｃ）ステップｂ）の間に得られた測定値の関数として、前記力の影響下での屈曲波の減衰を表す減衰信号を得るステップ。
ｄ）測定時に、ステップｃ）の間に得られた減衰信号の関数としての力の大きさを推定するステップ。
【００１３】
プレートは、タッチセンシティブインターフェースに配置されてもよい。
【００１４】
工程ａ）の間に形成される屈曲波は、好ましくは定常波である。好ましくは、工程ａ）の間に形成される屈曲波は、以下の特徴のうちの少なくとも１つを含む。
・その振幅が１０μｂｍ以下、あるいは５μｍ以下。
・共振周波数は１０ｋＨｚより高いが、有利には２００ｋＨｚより低い。
・その波長は１ｍｍから４０ｍｍの間である。
【００１５】
ステップａ）の間に形成された屈曲波は、プレートの一方の端部に平行に走る複数の作動トランスデューサによって発生させることができる。トランスデューサは、たわみ波の形成を引き起こすような方法で、プレートと接触して周期的に変形することができる。
【００１６】
一実施形態によれば、ステップｃ）は以下のサブステップを含む。
ｃｉ）エフェクタが接触面を押圧していない場合の屈曲波の振幅を表す、基準振幅と呼ばれる振幅を考慮に入れるサブステップ。
ｃｉｉ）測定時に、ステップｂ）中に測定された振幅を使用して、基準振幅と測定振幅との間の比較を表す比較信号を決定するサブステップ。
ｃｉｉｉ）比較信号の関数として減衰信号を得るサブステップ。
【００１７】
一実施形態によれば、
ステップａ）の間に、各作動トランスデューサは、電源電圧の形態の電源信号によって供給される。
測定された振幅が設定値と異なる場合、ステップｂ）は、測定時に測定された振幅の関数として、フィードバック信号と呼ばれる電源信号を形成することを含む。
ステップｃ）は、フィードバック信号の関数として減衰信号を形成することを含む。
【００１８】
ステップｄ）は、以下のサブステップを含み得る。
ｄｉ）較正関数を考慮に入れるサブステップ。
ｄｉｉ）ステップｃ）の間に決定された減衰信号に前記較正関数を適用するサブステップ。
【００１９】
ステップｄ）において、推定された力の大きさの値は、最小値と最大値との間の範囲内の値に割り当てられてもよく、いくつかの中間値が前記最小値と前記最大値との間に含まれる。
【００２０】
この方法は、本発明の第１の主題によるタッチセンシティブインターフェースによって実施することができる。
【００２１】
本発明の第３の主題は、プレート上に形成された接触面を含むインターフェースによって装置を制御する方法であって、パラメータによって制御可能であり、そのような方法で接触面にエフェクタを適用することを含む方法である。パラメータの値を調整する方法では、方法は以下のステップを含む。
ｉ）接触面上の、前記パラメータと関連する領域において、エフェクタを作用させるステップ。
ｉｉ）エフェクタによって接触面に及ぼされる力の推定値の関数としてのパラメータの値を調整するステップ。この推定値は、本発明の第２の主題による方法を実施することによって得られる。
【００２２】
ステップｉ）とステップｉｉ）との間に、そのような方法は、エフェクタが接触する接触面の領域を位置特定するため、およびこのように位置特定された領域に従ってパラメータを選択するためのステップｉ '）を含み得る。装置は、機械、特にロボット機械、またはマイクロプロセッサであり得る。
【００２３】
本発明の第４の主題は、パラメータによって制御することができ、エフェクタによって接触面に加えられる力の関数として前記パラメータの値を調整するように構成された、本発明の第１の主題に対応するタッチセンシティブインターフェースを含む装置である。タッチセンシティブインターフェースは、エフェクタによって接触される接触面の領域を局所化するための回路と、前記領域に従ってパラメータを選択するための回路とを含み得る。回路は、接触面のメッシュを画定する導電回路と、例えば容量効果によって前記メッシュに対するエフェクタの位置を決定するための処理ユニットとから構成されてもよい。
【００２４】
他の利点および特徴は、非限定的な例として提示され、以下に列挙される図面に示される本発明の特定の実施形態の以下の説明からより明確に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】本発明によるタッチセンシティブインターフェースの一例を示す。
【図１Ｂ】図１Ａの断面図である。
【図１Ｃ】プレート上の屈曲波の形成を示し、プレートはタッチセンシティブインターフェースの構成要素である。
【図２Ａ】指の接触によるプレートの振動の減衰を表す、得られる信号の第１の例を示す。
【図２Ｂ】指の接触によるプレートの振動の減衰を表す、得られる信号の第１の例を示す。
【図２Ｃ】指の接触によるプレートの振動の減衰を表す、得られる信号の第１の例を示す。
【図２Ｄ】指の接触によるプレートの振動の減衰を表す、得られる信号の第２の例を示す。
【図２Ｅ】指の接触によるプレートの振動の減衰を表す、得られる信号の第２の例を示す。
【図２Ｆ】指の接触によるプレートの振動の減衰を表す、得られる信号の第２の例を示す。
【図３Ａ】較正関数の決定の一例を示す。
【図３Ｂ】較正関数の決定の一例を示す。
【図４Ａ】インターフェースによって実現された例であり、指によってインターフェースに加えられた力の推定を可能にする。
【図４Ｂ】インターフェースによって実現された例であり、指によってインターフェースに加えられた力の推定を可能にする。
【００２６】
【図５】本発明によるタッチセンシティブインターフェースの他の例を示す。
【図６】本発明によるタッチセンシティブインターフェースの適用の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明によるタッチセンシティブインターフェースの一例を示す。境界面は、平面ＸＹ内に延び、この平面内に長さＬ（軸Ｘに沿って）および幅ｌ（軸Ｙに沿って）の長方形を形成するプレート２を含む。この例では、Ｌ＝１９５ｍｍ、ｌ＝１２５ｍｍである。軸Ｚに沿ったプレートの厚さφは１．５ｍｍである。プレートという用語は、その幅またはその長さに関して薄い剛性要素を意味する。幅および長さは重要なパラメータではなく、数センチメートル、例えば３センチメートルから３０センチメートル以上の間の範囲であり得る。タッチセンシティブインターフェース１は、デバイス、例えばソフトウェアプログラムの実行を可能にするロボット機械またはマイクロプロセッサを制御するように設計されている。したがって、タッチセンシティブインターフェースはデバイスに制御信号を供給することができる。
【００２８】
この厚さは、後述するように、定常的な屈曲波４によるプレート２の振動を許容しなければならない。厚さは、プレートを形成する材料および目標とする用途に依存するが、好ましくは１０ｍｍ未満、さらには５ｍｍ未満である。プレートを形成する材料は、この例ではガラスである。他の材料、特にヤング率が３０ＧＰａ〜１００ＧＰａ、好ましくは３０ＧＰａ〜８０ＧＰａの範囲にある材料が適している。プレートの材料は、例えば、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、または他の有機ポリマー、またはアルミニウムであり得る。プレートがタッチスクリーンを覆うことを意図している場合、それは透明材料から形成される。
【００２９】
この例では、プレート２は、その近傍に作動トランスデューサ１０１…１０Ｎが配置されている２つの横方向縁部２１および２２によって境界が定められている。「付近に」とは、２ｃｍ未満の距離にあることを意味すると理解される。この例では、Ｎ＝１８である。１０個の作動トランスデューサ１０ｎが第１横方向縁部２１と平行に整列し、８個の作動トランスデューサ１０ｎが第１横方向縁部２１とは反対側の第２横方向縁部２２と平行に整列する。添え字ｎはトランスデューサを表し、ｎは１〜Ｎの範囲内にある。作動トランスデューサ１０ｎは、プレートに振動圧力を加えるように、プレート２と接触して、プレートが延びる平面ＸＹに垂直に軸Ｚに沿って周期的に変形することができる。プレートは、接触面を形成するように意図された上部２ｓと下部２ｉとを含む。この例では、作動トランスデューサはプレートの下部２ｉに当てられる。ここで、トランスデューサは圧電性であり、２つの電極間に配置された圧電材料、例えばＡｌＮ、ＺｎＯまたはＰＺＴを含む。圧電アクチュエータは、接着によってプレートの下部２ｉに対して固定されてもよい。それらはまた、薄膜の形態をとり、マイクロテクノロジー製造方法によって得られる集積回路を形成してもよい。
【００３０】
プレート２は、作動トランスデューサをマスキングするために不透明シールド３を備えることができる。
【００３１】
他のタイプの作動トランスデューサ、例えばＭＥＭＳ(acronym for Microelectromechanical Systems)タイプの電気機械デバイス、または平面ＸＹに垂直な軸Ｚに沿って周期的な機械的変形を伝達することができる他のトランスデューサが考えられ得る。これらは、例えば磁歪または電歪トランスデューサであり得る。
【００３２】
変形することによって、作動トランスデューサ１０ｎは、プレート２の軸Ｚに沿った変位、すなわちそれが延びる平面ＸＹに垂直な方向の変位を引き起こす。トランスデューサの変形は振動に追従する。次に、縦軸Ｘに沿って伝播するプレートの長さＬに沿って屈曲波４が発生する。プレートの寸法、およびそれを構成する材料の特性、特にヤング率または密度を考慮すると、共振モードの場合にも、共振周波数で縦軸Ｘに沿って延びる定常波の形成が得られる。そのような定在波の生成の一例は、例えば、非特許文献１の第ＩＩＩ部、または特許文献３に記載されている。この例では、作動圧電トランスデューサは、正弦波電源信号によって同期的に作動され、正弦波電源信号は、電源１１によって生成される。この例では、各トランスデューサに印加される電源信号は、電気的振幅が同じであり、トランスデューサ間で位相差がない。当業者は、共振モードに従って、プレート２に沿って伝播する定常的な屈曲波４を得るような方法で、各トランスデューサに対する電源電圧の振幅または位相シフトを適合させることができるであろう。屈曲波４の共振周波数は、１０ｋＨｚより高いことが好ましく、２００ｋＨｚより低いことが好ましい。このような周波数範囲は超音波領域にあり、いかなる音響干渉も発生しない。共振周波数では、定常的な屈曲波４がプレート２に沿って形成される。共振周波数は、プレートを構成する材料、その幾何学的特性、および作動トランスデューサ１０ｎの特性にも依存する。この例では、共振周波数は６８ｋＨｚである。屈曲波４の波長λは、３ｍｍと４０ｍｍの間の範囲内にあってもよい。この例では、波長λは１６ｍｍである。
【００３３】
屈曲波の振幅は１０μｍ未満が好ましく、５μｍまたは３μｍ未満がより好ましい。この例では、屈曲波４は、２μｍと３μｍの間の範囲の振幅を有するラム波である。
【００３４】
各圧電アクチュエータ１０ｎは、約１０ｍｍ×５ｍｍの長さ（軸Ｘに平行）および幅（軸Ｙに平行）に従って延びる。２つの隣接する圧電トランスデューサ１０ｎ間の軸Ｙに沿った間隔は５ｍｍに等しい。ここでの各圧電トランスデューサの厚さは、約０．５ｍｍである。圧電トランスデューサは、非特許文献２に記載されているものと同様であり得る。
【００３５】
プレート２も２つのディテクター２０１と２０２に接続されている。この例では、各ディテクターは前述の作動トランスデューサ１０ｎと同様の圧電トランスデューサであり、プレート２にはいかなる駆動作用も持たないが、測定周波数に従ってプレートの振動の振幅の検出を可能にする。マイクロコントローラ２５によって制御される。ここでのサンプリング周波数は１０ｋＨｚに等しい。ディテクターは、屈曲波４の振動極大点の近くに配置されている。
【００３６】
図１Ａに示されたものとは異なる他の配置も考えられ得る。つまり、作動圧電トランスデューサは、プレートの一方の縁部に沿って、またはプレートの３もしくは４つの縁部に沿ってのみ延びていてもよい。それらはまた、プレートの中央まで上がっていてもよい。ディテクター２０として動作するトランスデューサの数は、１から１０の間の範囲、またはさらにそれ以上であり得る。１つの特定の構成が図５に示されており、それに応じて作動トランスデューサ１０ｎおよびディテクター２０ｑはプレート２の平面ＸＹに対して垂直に配置されている。
【００３７】
図１Ｂは、図１Ａに示されるプレート２の断面図を示す。インターフェース１は、処理回路２２と共に、ディテクター２０１、２０２に結合された検出回路２１を備える。マイクロコントローラ２５は、作動トランスデューサ１０ｎおよびディテクター２０ｑの制御を提供する。添え字ｑは任意のディテクターを表す。作動トランスデューサは、作動トランスデューサ１０ｎの周期的な変形を可能にするように、特に正弦波である変調電源信号Ｖ（電圧）を生成する電源ユニット１１によって供給される。
【００３８】
作動トランスデューサ１０ｎの変形の影響下で、共振周波数において、図１Ｃに示されるように、定常的な屈曲波４が形成される。屈曲波４の影響下で、プレート２は、共振モードに従って屈曲波４の振幅に対応する振動の振幅を振動させる。ここで、振幅とは、接触面２ｓが延びる平面ＸＹに垂直な方向の振幅を意味すると理解される。
【００３９】
振動の振幅は、指５、剛性要素、または他のエフェクタによって、接触面２ｓと接触することによって調節されてもよい。本発明者らは、そのような接触から生じる減衰を測定することによって、指の接触を検出するだけでなく、プレート２上にプレート２に対して垂直に指によって加えられる力を定量化することも可能であることを確立した。エフェクタ５は、指またはスタイラスであってもよい。振動の振幅の減衰を測定することによって、指によって及ぼされる力の定量的測定値を得ることができる。上記に従った手法は、先行技術文献のものとは大きく異なり、その手法によれば、振動波を使用してプレート上のテクスチャの指による感覚を得る。すなわち、このような手法によれば、指はプレート２の振動によって引き起こされる効果のディテクターとして作用する。本発明によれば、それはプレートの振動、より正確には振動の振幅の減衰であり、指５の接触の検出と、平面ＸＹに広がるプレート２に垂直にプレート２に作用する力の定量化を可能にする。
【００４０】
検出回路２１に接続された各ディテクター２０ｑは、指５の影響下での波４の減衰を表す減衰信号と呼ばれる信号Ｓａｔｔを形成するように設計されている。減衰は、プレートを押す指によって加えられる力が大きいほど高くなる。したがって、減衰の測定は、プレートを押す指によって加えられる力の大きさを推定することを可能にする。ディテクターは高い測定周波数、例えば１ｋＨｚに従って作動する。ディテクター２０ｑに結合された検出回路２１は、測定周波数に従って、各測定時間ｔにおいて減衰信号Ｓａｔｔを得ることを可能にする。減衰信号Ｓａｔｔがどのようにして得られるかについては後述する。
【００４１】
処理回路２２は、各測定時間において検出回路２１によって供給された減衰信号Ｓａｔｔを考慮に入れ、減衰信号Ｓａｔｔを使用して、指によって加えられた力の大きさを推定する。そのような推定は、特に、較正信号に基づいてもよく、その間に、減衰信号Ｓａｔｔと共に、指によって加えられる力が同時に測定される。較正は、Ｆ＝ｆ（Ｓａｔｔ） （１）のように、加えられた力の大きさＦを減衰信号Ｓａｔｔに結び付ける較正関数ｆを確立することを可能にする。そのような較正は、図３Ａおよび図３Ｂを参照して以下に説明される。
【００４２】
図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃは、減衰信号Ｓａｔｔの形成の第１の例を示す。図２Ａは、指５の接触を受けずに、共振モードに従って振動するプレート２を示す。波４の振幅は、基準振幅Ａｒｅｆに対応する。指５がプレート２に当てられると、それは同じ共振モードに従って振動の振幅の減衰を生じ、それは図２Ｂに示されるようにディテクターによって測定された振幅の減少をもたらす。各ディテクター２０ｑは、マイクロコントローラ２５による所与の測定周波数に従って、振動振幅Ａ（ｔ）の測定値を供給する。振幅Ａ（ｔ）の各測定に続いて、検出回路２１は、測定された振幅Ａ（ｔ）と基準振幅Ａｒｅｆとの間の比較を表す比較信号ＳΔ（ｔ）と呼ばれる信号を確立する。比較は、差異または比率を意味すると理解される。基準振幅Ａｒｅｆは、初期化中に、例えばインターフェース１の製造中に、または初期化期間中に、例えばインターフェースの動作の最初の瞬間に決定されてもよい。比較信号は、ＳΔ∝（Ａｒｅｆ-Ａ（ｔ））のように、基準振幅と測定された振幅との間の差に比例してもよい。ここで記号∝は比例関係を示す。比較信号ＳΔは、指によって生じる減衰を表す。よって、それは減衰信号を形成する：Ｓａｔｔ＝ＳΔ。続いて、処理回路２２は、式（１）に従って、較正関数ｆを用いて減衰信号Ｓａｔｔに基づいて加えられた力の大きさを推定する。
【００４３】
減衰信号Ｓａｔｔの形成の別の例が図２Ｄ、２Ｅおよび２Ｆに示されている。この例によれば、検出回路２１は、フィードバックループを含む閉回路モードと呼ばれるモードに従って動作する。図２Ｄおよび図２Ｅは、接触がない場合およびプレート２の接触面２ｓを押圧する指５がある場合のそれぞれのプレートの振動を示す。指が押されると、フィードバックループは、振幅の振動Ａを、実質的に一定に、言い換えれば設定点振幅に対応して５または１０％以内に維持するような方法で、トランスデューサ１０ｎの電源信号に作用する。図２Ｆはこの操作を概略的に示す。１つまたは複数のディテクター２０ｑが振幅の減少を検出すると、補正ブロック１２はフィードバック信号と呼ばれる電源信号δＶをアドレス指定する。電源信号δＶは、作動トランスデューサ１０ｎの供給電力を変調するように、作動トランスデューサ１０ｎの電源電圧Ｖに加算される。したがって、屈曲波Ａの振幅は実質的に一定であり、設定値振幅に対応する。フィードバック信号δＶは、指によって生じる減衰を表す。これは、電源電圧Ｖに追加される電圧であり得る。したがって、この例によれば、減衰信号はフィードバック信号δＶに依存する。例えば、Ｓａｔｔ∝δＶである。続いて、処理回路２２は、式（１）に従って、較正関数ｆを使用して、減衰信号Ｓａｔｔの関数として、加えられた力の大きさを推定する。
【００４４】
次に、図３Ａおよび図３Ｂを参照して、較正関数ｆを得ることを可能にする１つの例示的な較正について説明する。較正中、プレート２は力センサ３０、例えばスケールまたはダイナモメータに接続されている。可変の大きさの力を加えて指５をプレート２に当てる。力の大きさＦは力センサ３０によって測定され、それぞれの測定された力の大きさに対応する減衰信号Ｓａｔｔもまた測定される。較正関数ｆが得られ、そのような関数は図３Ｂに示されている。
【００４５】
較正はエフェクタに依存し得る。例えば指またはスタイラスなどの様々なエフェクタが使用される場合、各タイプのエフェクタに対して較正を確立することが好ましい。
【００４６】
図４Ａおよび図４Ｂは、図１Ａおよび図１Ｂを参照して説明したものと同様の構成に従って行われた実験的試験の結果を示す。プレート２は透明ガラススクリーンである。試験された装置は、測定された力の大きさのレベルをグラフの形で表示することを可能にするソフトウェアアプリケーションを含むタブレットである。グラフは白い破線の等高線で囲まれている。グラフ上では、大きさのレベルが棒の形で表示され、その長さは測定された力の大きさによって異なる。白い破線の等高線は、図４Ａ（低い力）と図４Ｂ（高い力）の間のバーの変化を示している。
【００４７】
本発明は、加えられた力Ｆの大きさの正確な定量化を可能にする。測定ダイナミックレンジが１０または数十またはそれ以上を含み得る場合、少なくとも５つの異なるレベルの加えられた力またはそれ以上を識別することを可能にし得る。異なるレベルは、最小レベルＦｍｉｎと最大レベルＦｍａｘとの間にある。したがって、推定される力の大きさは、最小値Ｆｍｉｎ（例えば、接触がない）と最大値Ｆｍａｘとの間の範囲内である。ここで、力の大きさは、少なくとも１、好ましくは少なくとも５もしくは１０、またはそれ以上の、最小値Ｆｍｉｎと最大値Ｆｍａｘとの間の範囲内の中間値である。２つの連続した中間値間のステップは、測定の精度を定義する。
【００４８】
図５は、特許文献４に記載されている構成に着想を得た他の実施形態を概略的に示している。この実施形態によれば、プレート２は、下面２ｉと上面２ｓとの間に延びる平面部分２ｐを含み、上面２ｓは接触面２ｓを形成する。平面部分は平面ＸＹ内に延びる。各縁部２１、２２と平面との間に、プレートは、平面ＹＺにおいて、平面部分２ｐに対して垂直に延びる、作動部分２ａと呼ばれる部分を含む。作動トランスデューサ１０ｎおよびディテクター２０ｑは作動部２ａに接触して配置されている。作動部は、軸線Ｚに沿って、好ましくは２ｃｍ未満の高さまで延びる。平面部分２ｐと各作動部分２ａとの間の交差点は、プレート２の振動モードの節に対応することが好ましい。このような構成により、特許文献４に記載されているように平面部分２ｐの面積を最適化することができる。
【００４９】
タッチセンシティブインターフェース１は、様々な種類の装置を制御するために使用することができる。プレート２が透明であるとき、それはタッチスクリーンを形成し得、そして指により及ぼされる力の関数としてソフトウェアアプリケーションまたは機械の制御を可能にし得る。そのようなインターフェースは、携帯電話またはタブレットなどの携帯消費者通信装置を装備することができる。産業用機器などの機器の制御にも使用できる。タッチセンシティブインターフェースは、指によって加えられる力の大きさに関する情報を考慮に入れて、さらなる自由度を追加することを可能にする。それは次に、静電容量検出によって供給される、指を位置特定するための情報と組み合わされてもよい。指の位置を特定することによって、動作パラメータの選択を調整することが可能になり、加えられる力の大きさによってパラメータの値を調整することが可能になる。
【００５０】
図６は、接触面２ｓがタッチスクリーンを形成するタッチセンシティブインターフェース１を示す。この例では、インターフェースは６つのパラメータＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５およびＰ６の調整を可能にする。アイコンの形をとる画面の領域は、各パラメータに対応している。インターフェースは、指５の位置を特定するための回路を含む。特定回路は、容量効果による指の検出に基づいてもよい。指がスクリーン上に適用されると、インターフェースはスクリーン上のその位置を検出し、それに応じて調整されるべきパラメータが選択される。図示の例では、調整されたパラメータはパラメータＰ３である。接触面２ｓに指が及ぼす力の関数として、インターフェース１は、最小値Ｐ３ｍｉｎと最大値Ｐ３ｍａｘとの間でパラメータの値を調整することを可能にする制御信号を生成する。本発明は、複数のパラメータの選択およびそれらの各々の調整を可能にする。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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