タッチ感知式デバイス
ユーザ／機械インタフェースは、表面を有し且つ撓み波を支持可能なパネルと、表面に関連付けられたタッチ感知式入力デバイスと、入力デバイスに力フィードバックを供給するための力変換器を含む手段とを備える。力は、パネルに対するパルス形式であり、パルスは、ボタンクリック感覚をユーザの指先に提供するような減衰正弦波として波形成形された変調信号の形式である。変調信号は、１５０〜７５０Ｈｚの範囲で且つ少なくとも１０ｍｓの持続時間である基調搬送周波数によって発生させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザ／機械インタフェースの性質を有するタッチ感知式デバイスに関する。より具体的には、限定ではないが、本発明は、振動音響デバイスとタッチ感知式デバイスとを組み合わせた装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撓み波又は分布モードラウドスピーカ（ＤＭＬ）が、Ｎｅｗ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ Ｌｔｄ名義の国際特許出願ＷＯ９７／０９８４２及び他の文献において記載されている。このようなラウドスピーカは、ラウドスピーカ要素が追加の機能性を有するような用途で用いることができる。例えば、国際特許出願ＷＯ９７／０９８４３、ＷＯ９７／０９８５３、及びＷＯ０１／３１９７１では、こうしたパネルを天井タイル、投射スクリーン、及びキーボードとしてそれぞれ用いることを記載している。
【０００３】
更に、ＤＭＬ技術の応用は、タッチ感知式機能を組み込んだ透明及び不透明な両方のラウドスピーカパネルの用途にまで広がっている。例えば、国際特許出願ＷＯ００／５４５４８では、ユーザアクセス可能な表面を有する撓み波パネル部材と、印加される電気信号に応答して撓み波エネルギーをパネル部材にもたらすためのパネル部材上にある電気音響振動励振器と、ユーザアクセス可能表面上又はこれに関連して取り付けられ且つユーザ接触に応答する少なくとも１つのタッチ感知式領域とを含むラウドスピーカを組み込んだ電子装置を記載している。国際特許出願ＷＯ０１／４８６８４では、表示装置の前部に取り付けられた透明なタッチ感知式プレートを備える接触感知デバイスを記載している。
【０００４】
国際特許出願ＷＯ０２／５１２０１では、表面を定める撓み波パネル及び撓み波パネルに取り付けられてパネル内に撓み波を励振する電気音響変換器を有し、音響出力と、表面の一部を形成する入力デバイスと、該入力デバイスへの力フィードバックを提供する手段とを提供する撓み波パネルラウドスピーカを備えた装置を記載している。
【０００５】
国際特許出願ＷＯ０１／５４４５０では、例えばパネルなどの音響放射体を励振する力を発生して音響出力を生成するようにする変換器を記載している。変換器は、目的とする作動周波数帯域を有し、モード分布を有し且つ作動周波数範囲帯域においてモード性がある共振素子を備える。変換器のパラメータは、共振素子のモダリティを改善するように調整することができる。このような力変換器は、分布モードアクチュエータ又は「ＤＭＡ」として公知である。
【０００６】
触知フィードバックを備えたタッチパネルは、米国特許第５，９７７，８６７号及びＷＯ２００８／０４５６９４から公知である。
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ９７／０９８４２公報
【特許文献２】ＷＯ９７／０９８４３公報
【特許文献３】ＷＯ９７／０９８５３公報
【特許文献４】ＷＯ０１／３１９７１公報
【特許文献５】ＷＯ００／５４５４８公報
【特許文献６】ＷＯ０１／４８６８４公報
【特許文献７】ＷＯ０２／５１２０１公報
【特許文献８】ＷＯ０１／５４４５０公報
【特許文献９】米国特許第５，９７７，８６７号公報
【特許文献１０】ＷＯ２００８／０４５６９４公報
【非特許文献１】Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ工科大学機械工学科のＬｙｎｅｔｔｅ Ｊｏｎｅｓによる「Ｈｕｍａｎ Ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ Ｈａｐｔｉｃｓ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は改善されたタッチ感知式デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１つの態様によれば、本発明は、表面を有し且つ撓み波を支持可能なパネルと、表面に関連付けられたタッチ感知式入力デバイスと、入力デバイスに力フィードバックを与えるための力変換器を含む手段とを備え、力がパネルに対するパルス形式のものであり、パルスがボタンクリック感覚をユーザの指先に提供するような変調信号の形式であり、変調信号が１５０〜７５０Ｈｚの範囲の基調搬送周波数を有し且つ少なくとも１０ｍｓの持続時間であるユーザ／機械インタフェースを提供する。
【００１０】
好ましくは、搬送周波数は４００Ｈｚ近くにある。４０ｍｓよりも長い持続時間はクリック感覚を改善しないことが分かっている。
【００１１】
変調信号は、振幅及び／又は周波数変調することができる。変調信号は、減衰正弦波の形式とすることができる。変調信号は次式とすることができる。
又は、
ここで、αは包絡線の減衰率、
Ｃは定数、
βは周波数変調の割合を制御するパラメータ、
ωｃは時間ｔ＝０での角周波数、
である。
【００１２】
搬送波の周波数変調は、時間に対する変調の深さ及びコンテンツを定める所定関数を有することができる。変調信号基本波（すなわち、一次成分）は、上記で定義された狭周波数範囲及び短いパルス幅を有するような狭帯域正弦波を有することができる。
【００１３】
別の態様によれば、本発明は、パネルが撓み波パネルラウドスピーカの音響放射体であり、変換器が音響出力と力フィードバックの両方を発生する広帯域デバイスである、上述のユーザ／機械インタフェースを備えた装置を提供する。
【００１４】
変換器は、分布モードアクチュエータ（ＷＯ０１／５４４５０で説明される）を含み、分布モードアクチュエータの第１のモードは変調信号に調整することができる。
【００１５】
変調信号はパネルの本体全体モードに調整することができる。例えば、スマートフォン又はパーソナルデータアシスタント（ＰＤＡ）用にパネルが小型である場合、パネルのアスペクト比は３：２とすることができる。パネルは、裏面を密閉する浅いキャビティを有することができる。
【００１６】
パネルのスチフネス及びアクチュエータの出力インピーダンスは、３０ｍＮよりも大きな力をユーザの指先に提供するよう構成することができる。好ましくは、指先に提供される力は、３０から５００ｍＮの範囲にあるように構成される。
【００１７】
２つ又はそれ以上の分布モードアクチュエータは、パネルに取り付けられ、タッチ位置でパネル変位を増強するように構成される。デジタル信号処理を利用して、タッチ位置でパネル変位を増強するように変調信号の波形成形することができる。
【００１８】
従って、装置は、ラウドスピーカと同じ表面への力フィードバック機構とを組み合わせることができる。パネルは、リンガーラウドスピーカ、及び／又はモバイル又は携帯電話、ページャー、その他用の振動変換器として機能することができる。或いは、力フィードバック機構は、触覚機構として公知である。
【００１９】
装置は、撓み波パネルに関連付けられた視覚表示装置を含むことができる。視覚表示装置は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルなどの従来のディスプレイ表面の形式とすることができる。パネルの少なくとも一部は透明とすることができ、視覚表示装置はパネルの透明部分の背後に装着することができ、よってパネルは透明ディスプレイウィンドウとして機能することができる。或いは、パネルはまた、例えば発光ポリマー又は色素を含む発光表面仕上げを施すことによって、ディスプレイとして機能することができる。従って、デバイス中の構成要素の数を汎用性又は機能性を失うことなく削減することができる。
【００２０】
他の機能を備えることもできる。パネルはマイクロフォンとして機能することができる。或いは、１つ又はそれ以上のマイクロフォンをパネル又はデバイスのケースに取り付けることができる。以下のアイテム、すなわち静止画又はビデオカメラ、加熱及び／又は冷却素子、並びに例えば化学合成品、電子センサ、露出計、その他のような種々の他のセンサのいずれかをパネル又はケースに取り付けることができる。
【００２１】
受動的色彩仕上げ（例えば、防幻又は鏡面仕上げ）などの色彩特徴をパネルに含めることができる。代替的に或いは追加的に調光又は熱変色性などの能動的色彩部を設けることもできる。パネルは、表面テクスチャ及び／又は変化する表面輪郭を有することができる。
【００２２】
広範な音響及び他の感覚機能をパネルに同時に統合することができる。従って、パネルは、多数の機能相乗作用をもたらすことができる単一構成部品の組立体であるので高機能表面（ＨＦＳ）と呼ぶことができる。パネルにより提供される機能は、上述の機能のいずれかから選択することができる。例えば、透明なタッチ感知式パネルを力フィードバック機構と共に用いることにより、情報を見て、音響信号（メッセージ、ビープ音、クリック音、その他）を聞き、人の指先を通じて模擬ボタンクリックを感じるのに用いることができる装置を得ることが可能になる。
【００２３】
本装置の１つの利点は、タッチ感知式パネルを用いることによって、別個のキーパッドの必要性を排除可能になる点とすることができる。これは、例えば、構成部品のスペースが限られているハンドヘルドデバイスなどの小型電子製品に特に有用とすることができる。特定の用途（例えば、通信及びコンピュータ）では、デバイスのサイズ又はバルク、すなわち個々の構成部品が収容される内部容積は減少しており、ゼロに向かう傾向にある。従って、このようなデバイスの有用性は、単位表面積当たりの機能性の観点で表現することができる。本発明は、この傾向を見越して、設計者にあらゆる所与の表面に対する感覚の選択肢の範囲を最大にする方法を提供する。
【００２４】
本発明による装置は、複数の機能を提供するのに必要な表面積を低減することができる。本発明は、ヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）と呼ぶことができるこうした装置の製造及び使用の有意な利点をもたらす機能性及び他の感覚機能と振動音響デバイスとの併合に関連するとみなすことができる。
【００２５】
こうした複数の組み合わせは、従来のラウドスピーカを用いるとより困難になる。従来のラウドスピーカのコーン上にキーパッド、ディスプレイ、その他を装着することは、コーンの機能を妨げる可能性が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
ここで、本発明の実施形態を純粋に例証として添付図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図１は、ケース３とタッチ感知式パネル５の形態のユーザ／機械インタフェース（入力デバイス）とを有する、スマートフォン又はパーソナルデータアシスタント（ＰＤＡ）の形態の本発明による装置を示す。パネルは、複数の振動音響を行う目的で撓み波振動に設定されることになる適切な厚みと適度な機械的インピーダンスがある。パネルは、パネルの背後に装着される液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）９が見えるように透明な材料で作られる。
【００２８】
パネルは、ラウドスピーカの音響放射体として機能し、撓み波を支持することができる。第１の変換器１５がパネルに装着され、パネル内で撓み波振動を励振して音響出力を生成するようにする。音響出力の音量は、ハンズフリーラウドスピーカ電話として会議モードで、或いはユーザの耳に保持される電話モードでＰＤＡを利用できるように調整することができる。
【００２９】
また、第２の励振器１３がパネル上に装着され、キーが押されたときにパネルにパルスを供給し、すなわち触覚又は触知フィードバックを供給するようにする。ラウドスピーカ機能とフィードバック機能の両方を提供する単一のデュアル機能ブロードバンド変換器を備えてもよい。デュアル機能変換器、或いは第１又は第２の変換器のいずれかはまた、無音の呼出し信号を送出するために身体知覚帯域でエネルギー供給可能とすることができる。従って、パネルは、例えば受話器、ハンドフリースピーカ又はリンガーとしてマルチモードラウドスピーカを動作させる。
【００３０】
パネル５はまた、キーパッド又はキーボードとして機能する。キーパッドの個々のキー１１は、パネルの下に装着されたディスプレイ上に現れることができ、或いはキーは、表面上にマーク付けすることができる。マイクロフォン変換器７はまた、パネルがマイクロフォンとして機能できるようにパネルに固定される。或いは、音を取り込むことが可能なパネル又はケーシング、及び会議又はビデオモード時に音を再生する位置に１つ又はそれ以上のマイクロフォンを取り付けることができる。移動体通信用アンテナ及び関連する従来の移動電話回路（図示せず）により、デバイスが移動電話として機能し、又はメッセージ又はビデオ資料を送受信できるようになる。内蔵ビデオカメラを用いて画像を取り込むこともできる。
【００３１】
上記で概説されたように、パネルは複数の機能を提供するので、高機能表面（ＨＦＳ）と考えることができる。装置は簡単な構造を有し、各々がユーザのメインインタフェース媒体としてパネル（ＨＦＳ）を用いる多くの別個のデバイスの機能を実施する。
【００３２】
図２は、ケーシング２３及びパネル２５を有する携帯型多チャンネルプレーヤ２１の形態の本発明による別の装置を示している。パネル２５は、複数の領域に分割されており、各々が例えばラウドスピーカ、入力及び／又は表示機能など別個の機能を提供する。
【００３３】
パネルは、３つのラウドスピーカ領域を有し、それぞれ左チャンネル３１、右チャンネル３３、中央チャンネル３５を提供する。少なくとも１つの変換器（図示せず）が各パネル領域に装着され、パネル内で撓み波振動を励振して音響出力を生成する。図示のようにディスク２９がプレーヤ２１内に挿入されると、パネル２５は、ディスクに記憶されている多チャンネル情報を再生することができる。
【００３４】
パネル２５の透明領域の背後にビデオ表示領域３７が装着されている。表示領域３７は、ディスク２９からの情報を表示することができ、或いは、パネル２５のキーボード領域２７上でユーザがデバイスに入力した情報を表示することができる。ユーザ／機械インタフェースを形成するキーボード領域２７は、パネル２５の表面上にマーク付けされた複数のキー３９を含む。キー３９は、例えば、図１に示すような変換器を設けることによって、触覚又は触知フィードバックを提供するように構成される。
【００３５】
図３は、図１のＰＤＡ又は図２のディスクプレーヤの側断面図である。図３では、撓み波ラウドスピーカパネル５は、周辺コンプライアント取り付け部６を介してデバイス１、２１のケース又はハウジング３内に装着されることが分かる。変換器１５は、パネル５の裏面又は内面に装着され、慣性タイプのものである。変換器は、撓み波エネルギーをパネル５に加え、音響出力を生成するよう配置される。変換器は、ＷＯ９７／０９８４２に記載のタイプ、又はＷＯ０１／５４４５０に記載のタイプのものとすることができる。変換器１３は、分布モードアクチュエータであり、デバイスのケーシング又はハウジング３に装着され、カプラを用いてパネル５に結合されてパネルに力フィードバックを加える。変換器１３は、矢印２で示すようにユーザの指先によりパネル表面１０上にタッチされたときにパネルに変調又は過渡スパイク信号を印加し、矢印４で示すように指先に相対するフィードバック力を加えてボタン又はキークリックをシミュレートするようにする。
【００３６】
図４のブロック図は、上述の種類の力フィードバック又は触覚構成の回路システム４８を示している。撓み波パネル放射体５は、生のタッチデータ２を出力するタッチ感知式表面１０を組み込む。１対の力アクチュエータ１３がパネル５に結合され、ユーザに触覚フィードバックを提供する。生のタッチデータがインタフェース４７により処理され、好適な形態で触覚論理制御ユニット４６に供給される。この触覚論理制御ユニット４６は、情報を中央プロセッサ（図示せず）に送り、タッチデータ及びその保全性に関する視覚及び／又は音声情報を提供することができる。中央プロセッサはまた情報を受け取って、例えば、ユーザに対する触覚応答を修正し、更なる情報を提供することができる。
【００３７】
記憶装置を含むことができるジェネレータ４５は合成信号を提供し、この合成信号は、適切な振動入力を増幅器４４に提供するよう波形成形され、これが力変換器１３に供給される。複数の変換器１３に対して複数の増幅器出力を提供し、触覚力のより特定の位置を定めるようにすることができる。増幅器４４はまた、中央プロセッサの制御を受けて、例えば、漸変される触覚応答を提供することができる。図４に示すシステムは、図示しない通常電源を必要とする点は理解されるであろう。
【００３８】
増幅器は、過渡的なスパイク信号又はパルスを変換器１３に出力するよう構成される。図５ａは、減衰正弦波の形式の振幅変調信号、すなわち振幅が時間と共に減少する電磁波である信号を示している。図に明確に示されているように、信号の振幅は、０．０１秒の後にピークがあり、０．０４秒で有意に減少しており、よって「ボング」と呼ぶことができる。
【００３９】
この信号は、次式の形の包絡関数（振幅変調関数）を用いて作成される。
ここでαは包絡線の減衰率である。
【００４０】
この関数の値は、時間零で０であり、無限大で０に向かう。ｔ＝１／αで最大値１がある。従って、αを適切に選ぶことにより、任意のパルス幅を決定することができ、パルスの持続時間はαに反比例する。
【００４１】
この包絡関数を用いて正弦波信号と包絡関数の積である合成信号を生成し、次式が得られる。
ここでωｃは時間ｔ＝０での角周波数である。
【００４２】
よって、この信号は変調正弦波であり、ｓｉｎ（ωｃｔ）はｓｉｎ（φ（ｔ））で表すことができる。この関数は、例えばｗｔ＋定数のような単純なものとすることができ、或いは、より複雑なもの、すなわち周波数又は位相変調を含むようにすることができる。φ（ｔ）の一般形は、
であり、ここでＣは定数、βは周波数変調の割合を制御するパラメータ、ωｃは時間ｔ＝０での角周波数である。
【００４３】
種々の自由変数、例えばα、β、並びに定数Ｃは、信号スペクトルと指の感度データとの間の良好な一致をもたらす値が割り当てられている。単純なケースでは、ｆ（ｔ）のスペクトルは、分析的に計算することができるが、一般的には数値フーリエ変換が必要となる。最良の信号であれば、正弦関数のピークと一致するように振幅（すなわち包絡線）のピークが設定されることは理解される。従って、単純な式φ（ｔ）＝ωｃｔにおいて、αの値＝５８３が最適値であり、ωｃは６２８πである。
【００４４】
では、αの値＝４９３が最適値であり、β＝９９．９、ωｃ＝５７２πである。
【００４５】
包絡線の長さは、１０ｍｓよりも長い必要があるが、長さが約４０ｍｓを超えて増大すると、可検出性が改善されないことになる。これらの持続時間は、１２５〜５００の範囲のαの値に相当する。信号は可聴性であるので、「良好な」音声信号であるのが好ましい。αの値が小さくなるほど、かなり純粋なトーン様音を生じ、より大きな値はクリック様音を生じる。図５ａに示す信号では、中央周波数が３７５Ｈｚ、α＝１２５である。この信号のパワースペクトルは、図５ｂに示されており、ここでこの信号の帯域幅が約１半音であることが分かる。これらの信号を有する旋律を再生することは全く可能である。
【００４６】
分散は、信号の波の速度を信号の周波数帯域にわたって変化させる可能性がある特定材料の作用である。図５ｃに示すように、信号が狭帯域であるので分散は問題にはならない。図５ａの信号では、通信用途において標準的な被覆プラスチックパネルに沿って１ｍ進んだ後、包絡線の変形は見られない。より短いパルスでは、幾らかの変形が見られる場合があるが、これはプラズマＴＶを除けばいずれのものよりもかなり大きいので、この作用は重要ではないとみなされる。４００Ｈｚではパネル内の波長は約１００ｍｍであり、大面積ディスプレイを除く全てについて触覚フィードバックのどのような局在性も無関係になることに留意されたい。
【００４７】
周波数は、人間の指の変位感知により求められる。Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ工科大学機械工学科のＬｙｎｅｔｔｅ Ｊｏｎｅｓによる「Ｈｕｍａｎ Ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ Ｈａｐｔｉｃｓ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ」と題されたｐｄｆ文書では、「触知調整曲線」が示されている。これは変位に対する感度の周波数依存閾値を示している。このｐｄｆ文書に示されているデータは、次式で記述される全伝達関数（最小位相）を用いて図５ｄで比較される。
ωｃ＝２３６６、α＝１１０７
【００４８】
図５ｄから、搬送波の周波数は２５０Ｈｚから７００Ｈｚの間にある必要があり、特に４００Ｈｚに近い周波数が有効であることは明らかである。興味深いことに、この関数Ｈ（ｓ）は、上記で使用した関数ｆ（ｔ）のラプラス変換Ｆ（ｓ）に似ており、すなわち
である。
【００４９】
指により与えられるインピーダンスは、本質的に、最大約３ｋＨｚまでの全周波数について約２２ｋＮ／ｍのスチフネスを有するバネのものであり、その後では、減衰性が次第に重要になる。結果として、力に対する指の感度は、変位に対する感度から直接スケール調整するようにして推測することができる。３００ＨＺ前後では、力感度閾値は約３０ｍＮに計算される。従って、パネルスチフネス及びアクチュエータの出力インピーダンスは、ユーザの指先に対して３０ｍＮよりも大きい、好ましくは３００ｍＮから５００ｍＮの力を提供するよう構成される。
【００５０】
代替の減衰正弦波信号は、周波数及び振幅が変調された余弦関数であり、すなわち、
ｈ（ｔ）は上記で使用された包絡関数ｇ（ｔ）と周波数変調関数ｆｍ（ｔ）との積である。βは周波数変調の割合を制御するパラメータ、ωｃは時間ｔ＝０での角周波数である。
【００５１】
上述のように、種々の自由変数、例えばα、βは、信号スペクトルと指の感度データとの間の良好な一致をもたらす値が割り当てられている。この関数は更に、新しい変数Ａを関数に付加することによって更に変えることができる。
【００５２】
次に、この修正関数は、目標とする触覚スペクトルに最適に適合させることができる。最良の信号では、ｔ＝１／αでの包絡線のピークは余弦関数のピークに一致することが分かった。このケースでは、Ａを直接設定することができる。初等微積分学を用いると、正しい値により余弦の引数がｔ＝１／αで０に設定されることが確認され、すなわち、
上述のように、ｈ（ｔ）は、包絡関数ｇ（ｔ）と周波数変調関数ｆｍ（ｔ）との積であるが、このケースでは、
である。
【００５３】
３つの変数の最適値、α＝５３２．５、β＝８３．８５、ωｃ＝３１３３は、元の関数の値とは僅かに異なる。両方のケースにおいて、パラメータは、振動に対する指先の相対感度を振動数の関数として示すスペクトルテンプレートと一致するよう選択される。目的は、指が最も高感度となる周波数帯域において最大エネルギーにすることである。
【００５４】
図６は、信号の包絡関数ｇ（ｔ）（振幅変調関数）及び周波数変調関数ｆｍ（ｔ）についての時間変動を示している。図６ａはまた、αがどのように得られるかを示している。非ゼロの第１の交点のタイミングは１／αに等しい。図６ｂは、ユーザに対する所望の感知を与える目標スペクトル（破線）と上記で詳細に説明された変調関数の実スペクトルとを示している。２つのスペクトル間には良好な一致がある。パラメータの他の値又は他の信号を用いて同様の目的を達成することができる。図７ａ及び７ｂの信号は、正にこうした信号であり、パラメータ値はまた目標スペクトルに一致するように選択される。
【００５５】
図７ａ及び７ｂは、周波数領域で始まるベースを有し、次式で表される代替の変調正弦波信号を示している。
ここで、ａ＝９６５０５＝３１０．７2、ｂ＝２０１１、Ａ＝５．１８１ｒａｄ＝２９７°である。
【００５６】
図７ａは、感度曲線（ｆｍ（ｔ））が正規分布曲線に似ていることを示している。また、この曲線（ｆｍ（ｔ））が自己フーリエ変換であることも知られており、よって時間領域信号も同様である。図７ａはまた、ａとωｃがどのように算出されるかを示している。ａ及びωｃは上述のように算出される。図７ｂに示すように、この代替形態は、図６ａの信号と同程度の良好な目標スペクトルへの当てはめは提供しないが、スペクトルの高周波数端がより早く低下するという主な利点がある。
【００５７】
２つの信号を比較すると、同じピーク振幅に対して代替の信号の方がエネルギー効率が２５％良いことが分かる。しかしながら、ある試験では、同じ感覚を得るためには振幅が１５％〜２０％大きいことが必要となることが示されており、これにより利点が相殺されるようになる。代替の信号では高周波数エネルギーが小さく、このことは信号をより無音にするのを大きく促進させることができる。要するに、両者の間に優劣はほとんどないことになる。
【００５８】
上記で規定された帯域幅及び持続時間のパラメータ内のあらゆる信号が可能性のある候補であると留意することは重要である。上記で表された変調正弦波関数の特定の実施例は、好適な信号の１つに過ぎない。適切な変調（振幅、周波数、又は位相）を用いてあらゆる減衰正弦波関数（正弦波、余弦波、又は同様の関数）を用いることができる。
【００５９】
図示の装置は、コンピュータ、通報器、ウェブＴＶ、テレビ電話、カムコーダー、ディクタフォン（Ｄｉｃｔａｐｈｏｎｅ）、オーガナイザ、拡張リアリティウィンドウ、ＧＰＳ／ナビゲーション、ゲーム、及び／又は装着ファッションアクセサリとして機能するよう適合させることができる。装置は更に、３Ｄイメージ知覚用の視聴装置又は追加音響チャネル（例えばリアチャンネル及びサブウーファ）を再生するための付加的な音源を備えることができる。図２のメディアプレーヤはディスクに記憶された音響及び視覚情報の実施例であるが、記憶手段もまた半導体メモリチップとすることができる点は理解されるであろう。従って、情報は、例えば無線リンク又はコンピュータからダウンロードすることができる。
【００６０】
本発明は、他の機能の一部又は全てと共に別個の感覚機能の各々の組み合わせの総数として表すことができる多数の新規のデバイス選択肢を切り開くものと見なされる。各機能の組み合わせを適合させることにより、本発明は、以下の分野の各々で適用される。
ａ）全ての民生用途／産業用途での制御表面（ディスプレイ又は製品ハウジングを含む）
ｂ）移動又は固定電話を含む電話、インターフォン、ページャー、或いはテレビ電話
ｃ）ラップトップ又はパーソナルデータアシスタント（ＰＤＡ）を含むマルチメディアデバイス
ｄ）携帯型音楽又はビデオプレーヤ及びレコーダ、ディクタフォン（Ｄｉｃｔａｐｈｏｎｅ）、玩具、ゲーム、カメラ、ビデオカメラ、テレビ、３Ｄテレビ、バーチャルリアリティデバイス、拡張リアリティデバイス、又はビデオオンデマンドデバイスを含む電子製品
ｅ）白物又は褐色家電製品、医療用デバイス、衣類、バッジ、ラベル、新製品、及びお祝い製品、クレジットカード、又はスマートカードなどの他の製品
ｆ）例えば、家具又はオフィス備品などの建築用途
ｇ）例えば、美術又は防衛などの他の用途
【００６１】
当業者であれば他の多くの効果的な代替形態が想起されるであろう。本発明は、記載の実施形態に限定されず、当業者には明らかなように添付の請求項の精神及び範囲内にある修正形態を含む点は理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明によるパーソナルデータアシスタント（ＰＤＡ）の斜視図を示す。
【図２】本発明によるハンドヘルドマルチチャンネルプレーヤの平面図を示す。
【図３】図１のデバイス又は図２のデバイスの側断面図である。
【図４】タッチセンサ及び触覚フィードバック回路のブロック図である。
【図５ａ】振幅変調信号の時間に対する振幅を示している。
【図５ｂ】図５aの信号の相対パワースペクトルを示す。
【図５ｃ】パネル上の点源から０．１ｍと１ｍの位置での図５ａの信号のパルス形状を示している。
【図５ｄ】人間の指の相対感度データと推定伝達関数を比較するための周波数（Ｈｚ）に対する絶対閾値（ｍｍ）を示す。
【図６ａ】周波数及び振幅変調正弦波信号の成分の時間に対する振幅のグラフである。
【図６ｂ】図６ａの信号のスペクトルと目標スペクトルのグラフである。
【図７ａ】別の変調減衰正弦波信号の成分の時間に対する振幅のグラフである。
【図７ｂ】図７ａの信号のスペクトルと目標スペクトルのグラフである。
【符号の説明】
【００６３】
１ パーソナルデータアシスタント（ＰＤＡ）
３ ケース
５ タッチ感知式パネル
７ マイクロフォン変換器
９ 液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）
１１ キー
１３ 第２の励振器
１５ 第１の変換器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザ／機械インタフェースの性質を有するタッチ感知式デバイスに関する。より具体的には、限定ではないが、本発明は、振動音響デバイスとタッチ感知式デバイスとを組み合わせた装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撓み波又は分布モードラウドスピーカ（ＤＭＬ）が、Ｎｅｗ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ Ｌｔｄ名義の国際特許出願ＷＯ９７／０９８４２及び他の文献において記載されている。このようなラウドスピーカは、ラウドスピーカ要素が追加の機能性を有するような用途で用いることができる。例えば、国際特許出願ＷＯ９７／０９８４３、ＷＯ９７／０９８５３、及びＷＯ０１／３１９７１では、こうしたパネルを天井タイル、投射スクリーン、及びキーボードとしてそれぞれ用いることを記載している。
【０００３】
更に、ＤＭＬ技術の応用は、タッチ感知式機能を組み込んだ透明及び不透明な両方のラウドスピーカパネルの用途にまで広がっている。例えば、国際特許出願ＷＯ００／５４５４８では、ユーザアクセス可能な表面を有する撓み波パネル部材と、印加される電気信号に応答して撓み波エネルギーをパネル部材にもたらすためのパネル部材上にある電気音響振動励振器と、ユーザアクセス可能表面上又はこれに関連して取り付けられ且つユーザ接触に応答する少なくとも１つのタッチ感知式領域とを含むラウドスピーカを組み込んだ電子装置を記載している。国際特許出願ＷＯ０１／４８６８４では、表示装置の前部に取り付けられた透明なタッチ感知式プレートを備える接触感知デバイスを記載している。
【０００４】
国際特許出願ＷＯ０２／５１２０１では、表面を定める撓み波パネル及び撓み波パネルに取り付けられてパネル内に撓み波を励振する電気音響変換器を有し、音響出力と、表面の一部を形成する入力デバイスと、該入力デバイスへの力フィードバックを提供する手段とを提供する撓み波パネルラウドスピーカを備えた装置を記載している。
【０００５】
国際特許出願ＷＯ０１／５４４５０では、例えばパネルなどの音響放射体を励振する力を発生して音響出力を生成するようにする変換器を記載している。変換器は、目的とする作動周波数帯域を有し、モード分布を有し且つ作動周波数範囲帯域においてモード性がある共振素子を備える。変換器のパラメータは、共振素子のモダリティを改善するように調整することができる。このような力変換器は、分布モードアクチュエータ又は「ＤＭＡ」として公知である。
【０００６】
触知フィードバックを備えたタッチパネルは、米国特許第５，９７７，８６７号及びＷＯ２００８／０４５６９４から公知である。
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ９７／０９８４２公報
【特許文献２】ＷＯ９７／０９８４３公報
【特許文献３】ＷＯ９７／０９８５３公報
【特許文献４】ＷＯ０１／３１９７１公報
【特許文献５】ＷＯ００／５４５４８公報
【特許文献６】ＷＯ０１／４８６８４公報
【特許文献７】ＷＯ０２／５１２０１公報
【特許文献８】ＷＯ０１／５４４５０公報
【特許文献９】米国特許第５，９７７，８６７号公報
【特許文献１０】ＷＯ２００８／０４５６９４公報
【非特許文献１】Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ工科大学機械工学科のＬｙｎｅｔｔｅ Ｊｏｎｅｓによる「Ｈｕｍａｎ Ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ Ｈａｐｔｉｃｓ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は改善されたタッチ感知式デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１つの態様によれば、本発明は、表面を有し且つ撓み波を支持可能なパネルと、表面に関連付けられたタッチ感知式入力デバイスと、入力デバイスに力フィードバックを与えるための力変換器を含む手段とを備え、力がパネルに対するパルス形式のものであり、パルスがボタンクリック感覚をユーザの指先に提供するような変調信号の形式であり、変調信号が１５０〜７５０Ｈｚの範囲の基調搬送周波数を有し且つ少なくとも１０ｍｓの持続時間であるユーザ／機械インタフェースを提供する。
【００１０】
好ましくは、搬送周波数は４００Ｈｚ近くにある。４０ｍｓよりも長い持続時間はクリック感覚を改善しないことが分かっている。
【００１１】
変調信号は、振幅及び／又は周波数変調することができる。変調信号は、減衰正弦波の形式とすることができる。変調信号は次式とすることができる。
又は、
ここで、αは包絡線の減衰率、
Ｃは定数、
βは周波数変調の割合を制御するパラメータ、
ωｃは時間ｔ＝０での角周波数、
である。
【００１２】
搬送波の周波数変調は、時間に対する変調の深さ及びコンテンツを定める所定関数を有することができる。変調信号基本波（すなわち、一次成分）は、上記で定義された狭周波数範囲及び短いパルス幅を有するような狭帯域正弦波を有することができる。
【００１３】
別の態様によれば、本発明は、パネルが撓み波パネルラウドスピーカの音響放射体であり、変換器が音響出力と力フィードバックの両方を発生する広帯域デバイスである、上述のユーザ／機械インタフェースを備えた装置を提供する。
【００１４】
変換器は、分布モードアクチュエータ（ＷＯ０１／５４４５０で説明される）を含み、分布モードアクチュエータの第１のモードは変調信号に調整することができる。
【００１５】
変調信号はパネルの本体全体モードに調整することができる。例えば、スマートフォン又はパーソナルデータアシスタント（ＰＤＡ）用にパネルが小型である場合、パネルのアスペクト比は３：２とすることができる。パネルは、裏面を密閉する浅いキャビティを有することができる。
【００１６】
パネルのスチフネス及びアクチュエータの出力インピーダンスは、３０ｍＮよりも大きな力をユーザの指先に提供するよう構成することができる。好ましくは、指先に提供される力は、３０から５００ｍＮの範囲にあるように構成される。
【００１７】
２つ又はそれ以上の分布モードアクチュエータは、パネルに取り付けられ、タッチ位置でパネル変位を増強するように構成される。デジタル信号処理を利用して、タッチ位置でパネル変位を増強するように変調信号の波形成形することができる。
【００１８】
従って、装置は、ラウドスピーカと同じ表面への力フィードバック機構とを組み合わせることができる。パネルは、リンガーラウドスピーカ、及び／又はモバイル又は携帯電話、ページャー、その他用の振動変換器として機能することができる。或いは、力フィードバック機構は、触覚機構として公知である。
【００１９】
装置は、撓み波パネルに関連付けられた視覚表示装置を含むことができる。視覚表示装置は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルなどの従来のディスプレイ表面の形式とすることができる。パネルの少なくとも一部は透明とすることができ、視覚表示装置はパネルの透明部分の背後に装着することができ、よってパネルは透明ディスプレイウィンドウとして機能することができる。或いは、パネルはまた、例えば発光ポリマー又は色素を含む発光表面仕上げを施すことによって、ディスプレイとして機能することができる。従って、デバイス中の構成要素の数を汎用性又は機能性を失うことなく削減することができる。
【００２０】
他の機能を備えることもできる。パネルはマイクロフォンとして機能することができる。或いは、１つ又はそれ以上のマイクロフォンをパネル又はデバイスのケースに取り付けることができる。以下のアイテム、すなわち静止画又はビデオカメラ、加熱及び／又は冷却素子、並びに例えば化学合成品、電子センサ、露出計、その他のような種々の他のセンサのいずれかをパネル又はケースに取り付けることができる。
【００２１】
受動的色彩仕上げ（例えば、防幻又は鏡面仕上げ）などの色彩特徴をパネルに含めることができる。代替的に或いは追加的に調光又は熱変色性などの能動的色彩部を設けることもできる。パネルは、表面テクスチャ及び／又は変化する表面輪郭を有することができる。
【００２２】
広範な音響及び他の感覚機能をパネルに同時に統合することができる。従って、パネルは、多数の機能相乗作用をもたらすことができる単一構成部品の組立体であるので高機能表面（ＨＦＳ）と呼ぶことができる。パネルにより提供される機能は、上述の機能のいずれかから選択することができる。例えば、透明なタッチ感知式パネルを力フィードバック機構と共に用いることにより、情報を見て、音響信号（メッセージ、ビープ音、クリック音、その他）を聞き、人の指先を通じて模擬ボタンクリックを感じるのに用いることができる装置を得ることが可能になる。
【００２３】
本装置の１つの利点は、タッチ感知式パネルを用いることによって、別個のキーパッドの必要性を排除可能になる点とすることができる。これは、例えば、構成部品のスペースが限られているハンドヘルドデバイスなどの小型電子製品に特に有用とすることができる。特定の用途（例えば、通信及びコンピュータ）では、デバイスのサイズ又はバルク、すなわち個々の構成部品が収容される内部容積は減少しており、ゼロに向かう傾向にある。従って、このようなデバイスの有用性は、単位表面積当たりの機能性の観点で表現することができる。本発明は、この傾向を見越して、設計者にあらゆる所与の表面に対する感覚の選択肢の範囲を最大にする方法を提供する。
【００２４】
本発明による装置は、複数の機能を提供するのに必要な表面積を低減することができる。本発明は、ヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）と呼ぶことができるこうした装置の製造及び使用の有意な利点をもたらす機能性及び他の感覚機能と振動音響デバイスとの併合に関連するとみなすことができる。
【００２５】
こうした複数の組み合わせは、従来のラウドスピーカを用いるとより困難になる。従来のラウドスピーカのコーン上にキーパッド、ディスプレイ、その他を装着することは、コーンの機能を妨げる可能性が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
ここで、本発明の実施形態を純粋に例証として添付図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図１は、ケース３とタッチ感知式パネル５の形態のユーザ／機械インタフェース（入力デバイス）とを有する、スマートフォン又はパーソナルデータアシスタント（ＰＤＡ）の形態の本発明による装置を示す。パネルは、複数の振動音響を行う目的で撓み波振動に設定されることになる適切な厚みと適度な機械的インピーダンスがある。パネルは、パネルの背後に装着される液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）９が見えるように透明な材料で作られる。
【００２８】
パネルは、ラウドスピーカの音響放射体として機能し、撓み波を支持することができる。第１の変換器１５がパネルに装着され、パネル内で撓み波振動を励振して音響出力を生成するようにする。音響出力の音量は、ハンズフリーラウドスピーカ電話として会議モードで、或いはユーザの耳に保持される電話モードでＰＤＡを利用できるように調整することができる。
【００２９】
また、第２の励振器１３がパネル上に装着され、キーが押されたときにパネルにパルスを供給し、すなわち触覚又は触知フィードバックを供給するようにする。ラウドスピーカ機能とフィードバック機能の両方を提供する単一のデュアル機能ブロードバンド変換器を備えてもよい。デュアル機能変換器、或いは第１又は第２の変換器のいずれかはまた、無音の呼出し信号を送出するために身体知覚帯域でエネルギー供給可能とすることができる。従って、パネルは、例えば受話器、ハンドフリースピーカ又はリンガーとしてマルチモードラウドスピーカを動作させる。
【００３０】
パネル５はまた、キーパッド又はキーボードとして機能する。キーパッドの個々のキー１１は、パネルの下に装着されたディスプレイ上に現れることができ、或いはキーは、表面上にマーク付けすることができる。マイクロフォン変換器７はまた、パネルがマイクロフォンとして機能できるようにパネルに固定される。或いは、音を取り込むことが可能なパネル又はケーシング、及び会議又はビデオモード時に音を再生する位置に１つ又はそれ以上のマイクロフォンを取り付けることができる。移動体通信用アンテナ及び関連する従来の移動電話回路（図示せず）により、デバイスが移動電話として機能し、又はメッセージ又はビデオ資料を送受信できるようになる。内蔵ビデオカメラを用いて画像を取り込むこともできる。
【００３１】
上記で概説されたように、パネルは複数の機能を提供するので、高機能表面（ＨＦＳ）と考えることができる。装置は簡単な構造を有し、各々がユーザのメインインタフェース媒体としてパネル（ＨＦＳ）を用いる多くの別個のデバイスの機能を実施する。
【００３２】
図２は、ケーシング２３及びパネル２５を有する携帯型多チャンネルプレーヤ２１の形態の本発明による別の装置を示している。パネル２５は、複数の領域に分割されており、各々が例えばラウドスピーカ、入力及び／又は表示機能など別個の機能を提供する。
【００３３】
パネルは、３つのラウドスピーカ領域を有し、それぞれ左チャンネル３１、右チャンネル３３、中央チャンネル３５を提供する。少なくとも１つの変換器（図示せず）が各パネル領域に装着され、パネル内で撓み波振動を励振して音響出力を生成する。図示のようにディスク２９がプレーヤ２１内に挿入されると、パネル２５は、ディスクに記憶されている多チャンネル情報を再生することができる。
【００３４】
パネル２５の透明領域の背後にビデオ表示領域３７が装着されている。表示領域３７は、ディスク２９からの情報を表示することができ、或いは、パネル２５のキーボード領域２７上でユーザがデバイスに入力した情報を表示することができる。ユーザ／機械インタフェースを形成するキーボード領域２７は、パネル２５の表面上にマーク付けされた複数のキー３９を含む。キー３９は、例えば、図１に示すような変換器を設けることによって、触覚又は触知フィードバックを提供するように構成される。
【００３５】
図３は、図１のＰＤＡ又は図２のディスクプレーヤの側断面図である。図３では、撓み波ラウドスピーカパネル５は、周辺コンプライアント取り付け部６を介してデバイス１、２１のケース又はハウジング３内に装着されることが分かる。変換器１５は、パネル５の裏面又は内面に装着され、慣性タイプのものである。変換器は、撓み波エネルギーをパネル５に加え、音響出力を生成するよう配置される。変換器は、ＷＯ９７／０９８４２に記載のタイプ、又はＷＯ０１／５４４５０に記載のタイプのものとすることができる。変換器１３は、分布モードアクチュエータであり、デバイスのケーシング又はハウジング３に装着され、カプラを用いてパネル５に結合されてパネルに力フィードバックを加える。変換器１３は、矢印２で示すようにユーザの指先によりパネル表面１０上にタッチされたときにパネルに変調又は過渡スパイク信号を印加し、矢印４で示すように指先に相対するフィードバック力を加えてボタン又はキークリックをシミュレートするようにする。
【００３６】
図４のブロック図は、上述の種類の力フィードバック又は触覚構成の回路システム４８を示している。撓み波パネル放射体５は、生のタッチデータ２を出力するタッチ感知式表面１０を組み込む。１対の力アクチュエータ１３がパネル５に結合され、ユーザに触覚フィードバックを提供する。生のタッチデータがインタフェース４７により処理され、好適な形態で触覚論理制御ユニット４６に供給される。この触覚論理制御ユニット４６は、情報を中央プロセッサ（図示せず）に送り、タッチデータ及びその保全性に関する視覚及び／又は音声情報を提供することができる。中央プロセッサはまた情報を受け取って、例えば、ユーザに対する触覚応答を修正し、更なる情報を提供することができる。
【００３７】
記憶装置を含むことができるジェネレータ４５は合成信号を提供し、この合成信号は、適切な振動入力を増幅器４４に提供するよう波形成形され、これが力変換器１３に供給される。複数の変換器１３に対して複数の増幅器出力を提供し、触覚力のより特定の位置を定めるようにすることができる。増幅器４４はまた、中央プロセッサの制御を受けて、例えば、漸変される触覚応答を提供することができる。図４に示すシステムは、図示しない通常電源を必要とする点は理解されるであろう。
【００３８】
増幅器は、過渡的なスパイク信号又はパルスを変換器１３に出力するよう構成される。図５ａは、減衰正弦波の形式の振幅変調信号、すなわち振幅が時間と共に減少する電磁波である信号を示している。図に明確に示されているように、信号の振幅は、０．０１秒の後にピークがあり、０．０４秒で有意に減少しており、よって「ボング」と呼ぶことができる。
【００３９】
この信号は、次式の形の包絡関数（振幅変調関数）を用いて作成される。
ここでαは包絡線の減衰率である。
【００４０】
この関数の値は、時間零で０であり、無限大で０に向かう。ｔ＝１／αで最大値１がある。従って、αを適切に選ぶことにより、任意のパルス幅を決定することができ、パルスの持続時間はαに反比例する。
【００４１】
この包絡関数を用いて正弦波信号と包絡関数の積である合成信号を生成し、次式が得られる。
ここでωｃは時間ｔ＝０での角周波数である。
【００４２】
よって、この信号は変調正弦波であり、ｓｉｎ（ωｃｔ）はｓｉｎ（φ（ｔ））で表すことができる。この関数は、例えばｗｔ＋定数のような単純なものとすることができ、或いは、より複雑なもの、すなわち周波数又は位相変調を含むようにすることができる。φ（ｔ）の一般形は、
であり、ここでＣは定数、βは周波数変調の割合を制御するパラメータ、ωｃは時間ｔ＝０での角周波数である。
【００４３】
種々の自由変数、例えばα、β、並びに定数Ｃは、信号スペクトルと指の感度データとの間の良好な一致をもたらす値が割り当てられている。単純なケースでは、ｆ（ｔ）のスペクトルは、分析的に計算することができるが、一般的には数値フーリエ変換が必要となる。最良の信号であれば、正弦関数のピークと一致するように振幅（すなわち包絡線）のピークが設定されることは理解される。従って、単純な式φ（ｔ）＝ωｃｔにおいて、αの値＝５８３が最適値であり、ωｃは６２８πである。
【００４４】
では、αの値＝４９３が最適値であり、β＝９９．９、ωｃ＝５７２πである。
【００４５】
包絡線の長さは、１０ｍｓよりも長い必要があるが、長さが約４０ｍｓを超えて増大すると、可検出性が改善されないことになる。これらの持続時間は、１２５〜５００の範囲のαの値に相当する。信号は可聴性であるので、「良好な」音声信号であるのが好ましい。αの値が小さくなるほど、かなり純粋なトーン様音を生じ、より大きな値はクリック様音を生じる。図５ａに示す信号では、中央周波数が３７５Ｈｚ、α＝１２５である。この信号のパワースペクトルは、図５ｂに示されており、ここでこの信号の帯域幅が約１半音であることが分かる。これらの信号を有する旋律を再生することは全く可能である。
【００４６】
分散は、信号の波の速度を信号の周波数帯域にわたって変化させる可能性がある特定材料の作用である。図５ｃに示すように、信号が狭帯域であるので分散は問題にはならない。図５ａの信号では、通信用途において標準的な被覆プラスチックパネルに沿って１ｍ進んだ後、包絡線の変形は見られない。より短いパルスでは、幾らかの変形が見られる場合があるが、これはプラズマＴＶを除けばいずれのものよりもかなり大きいので、この作用は重要ではないとみなされる。４００Ｈｚではパネル内の波長は約１００ｍｍであり、大面積ディスプレイを除く全てについて触覚フィードバックのどのような局在性も無関係になることに留意されたい。
【００４７】
周波数は、人間の指の変位感知により求められる。Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ工科大学機械工学科のＬｙｎｅｔｔｅ Ｊｏｎｅｓによる「Ｈｕｍａｎ Ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ Ｈａｐｔｉｃｓ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ」と題されたｐｄｆ文書では、「触知調整曲線」が示されている。これは変位に対する感度の周波数依存閾値を示している。このｐｄｆ文書に示されているデータは、次式で記述される全伝達関数（最小位相）を用いて図５ｄで比較される。
ωｃ＝２３６６、α＝１１０７
【００４８】
図５ｄから、搬送波の周波数は２５０Ｈｚから７００Ｈｚの間にある必要があり、特に４００Ｈｚに近い周波数が有効であることは明らかである。興味深いことに、この関数Ｈ（ｓ）は、上記で使用した関数ｆ（ｔ）のラプラス変換Ｆ（ｓ）に似ており、すなわち
である。
【００４９】
指により与えられるインピーダンスは、本質的に、最大約３ｋＨｚまでの全周波数について約２２ｋＮ／ｍのスチフネスを有するバネのものであり、その後では、減衰性が次第に重要になる。結果として、力に対する指の感度は、変位に対する感度から直接スケール調整するようにして推測することができる。３００ＨＺ前後では、力感度閾値は約３０ｍＮに計算される。従って、パネルスチフネス及びアクチュエータの出力インピーダンスは、ユーザの指先に対して３０ｍＮよりも大きい、好ましくは３００ｍＮから５００ｍＮの力を提供するよう構成される。
【００５０】
代替の減衰正弦波信号は、周波数及び振幅が変調された余弦関数であり、すなわち、
ｈ（ｔ）は上記で使用された包絡関数ｇ（ｔ）と周波数変調関数ｆｍ（ｔ）との積である。βは周波数変調の割合を制御するパラメータ、ωｃは時間ｔ＝０での角周波数である。
【００５１】
上述のように、種々の自由変数、例えばα、βは、信号スペクトルと指の感度データとの間の良好な一致をもたらす値が割り当てられている。この関数は更に、新しい変数Ａを関数に付加することによって更に変えることができる。
【００５２】
次に、この修正関数は、目標とする触覚スペクトルに最適に適合させることができる。最良の信号では、ｔ＝１／αでの包絡線のピークは余弦関数のピークに一致することが分かった。このケースでは、Ａを直接設定することができる。初等微積分学を用いると、正しい値により余弦の引数がｔ＝１／αで０に設定されることが確認され、すなわち、
上述のように、ｈ（ｔ）は、包絡関数ｇ（ｔ）と周波数変調関数ｆｍ（ｔ）との積であるが、このケースでは、
である。
【００５３】
３つの変数の最適値、α＝５３２．５、β＝８３．８５、ωｃ＝３１３３は、元の関数の値とは僅かに異なる。両方のケースにおいて、パラメータは、振動に対する指先の相対感度を振動数の関数として示すスペクトルテンプレートと一致するよう選択される。目的は、指が最も高感度となる周波数帯域において最大エネルギーにすることである。
【００５４】
図６は、信号の包絡関数ｇ（ｔ）（振幅変調関数）及び周波数変調関数ｆｍ（ｔ）についての時間変動を示している。図６ａはまた、αがどのように得られるかを示している。非ゼロの第１の交点のタイミングは１／αに等しい。図６ｂは、ユーザに対する所望の感知を与える目標スペクトル（破線）と上記で詳細に説明された変調関数の実スペクトルとを示している。２つのスペクトル間には良好な一致がある。パラメータの他の値又は他の信号を用いて同様の目的を達成することができる。図７ａ及び７ｂの信号は、正にこうした信号であり、パラメータ値はまた目標スペクトルに一致するように選択される。
【００５５】
図７ａ及び７ｂは、周波数領域で始まるベースを有し、次式で表される代替の変調正弦波信号を示している。
ここで、ａ＝９６５０５＝３１０．７2、ｂ＝２０１１、Ａ＝５．１８１ｒａｄ＝２９７°である。
【００５６】
図７ａは、感度曲線（ｆｍ（ｔ））が正規分布曲線に似ていることを示している。また、この曲線（ｆｍ（ｔ））が自己フーリエ変換であることも知られており、よって時間領域信号も同様である。図７ａはまた、ａとωｃがどのように算出されるかを示している。ａ及びωｃは上述のように算出される。図７ｂに示すように、この代替形態は、図６ａの信号と同程度の良好な目標スペクトルへの当てはめは提供しないが、スペクトルの高周波数端がより早く低下するという主な利点がある。
【００５７】
２つの信号を比較すると、同じピーク振幅に対して代替の信号の方がエネルギー効率が２５％良いことが分かる。しかしながら、ある試験では、同じ感覚を得るためには振幅が１５％〜２０％大きいことが必要となることが示されており、これにより利点が相殺されるようになる。代替の信号では高周波数エネルギーが小さく、このことは信号をより無音にするのを大きく促進させることができる。要するに、両者の間に優劣はほとんどないことになる。
【００５８】
上記で規定された帯域幅及び持続時間のパラメータ内のあらゆる信号が可能性のある候補であると留意することは重要である。上記で表された変調正弦波関数の特定の実施例は、好適な信号の１つに過ぎない。適切な変調（振幅、周波数、又は位相）を用いてあらゆる減衰正弦波関数（正弦波、余弦波、又は同様の関数）を用いることができる。
【００５９】
図示の装置は、コンピュータ、通報器、ウェブＴＶ、テレビ電話、カムコーダー、ディクタフォン（Ｄｉｃｔａｐｈｏｎｅ）、オーガナイザ、拡張リアリティウィンドウ、ＧＰＳ／ナビゲーション、ゲーム、及び／又は装着ファッションアクセサリとして機能するよう適合させることができる。装置は更に、３Ｄイメージ知覚用の視聴装置又は追加音響チャネル（例えばリアチャンネル及びサブウーファ）を再生するための付加的な音源を備えることができる。図２のメディアプレーヤはディスクに記憶された音響及び視覚情報の実施例であるが、記憶手段もまた半導体メモリチップとすることができる点は理解されるであろう。従って、情報は、例えば無線リンク又はコンピュータからダウンロードすることができる。
【００６０】
本発明は、他の機能の一部又は全てと共に別個の感覚機能の各々の組み合わせの総数として表すことができる多数の新規のデバイス選択肢を切り開くものと見なされる。各機能の組み合わせを適合させることにより、本発明は、以下の分野の各々で適用される。
ａ）全ての民生用途／産業用途での制御表面（ディスプレイ又は製品ハウジングを含む）
ｂ）移動又は固定電話を含む電話、インターフォン、ページャー、或いはテレビ電話
ｃ）ラップトップ又はパーソナルデータアシスタント（ＰＤＡ）を含むマルチメディアデバイス
ｄ）携帯型音楽又はビデオプレーヤ及びレコーダ、ディクタフォン（Ｄｉｃｔａｐｈｏｎｅ）、玩具、ゲーム、カメラ、ビデオカメラ、テレビ、３Ｄテレビ、バーチャルリアリティデバイス、拡張リアリティデバイス、又はビデオオンデマンドデバイスを含む電子製品
ｅ）白物又は褐色家電製品、医療用デバイス、衣類、バッジ、ラベル、新製品、及びお祝い製品、クレジットカード、又はスマートカードなどの他の製品
ｆ）例えば、家具又はオフィス備品などの建築用途
ｇ）例えば、美術又は防衛などの他の用途
【００６１】
当業者であれば他の多くの効果的な代替形態が想起されるであろう。本発明は、記載の実施形態に限定されず、当業者には明らかなように添付の請求項の精神及び範囲内にある修正形態を含む点は理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明によるパーソナルデータアシスタント（ＰＤＡ）の斜視図を示す。
【図２】本発明によるハンドヘルドマルチチャンネルプレーヤの平面図を示す。
【図３】図１のデバイス又は図２のデバイスの側断面図である。
【図４】タッチセンサ及び触覚フィードバック回路のブロック図である。
【図５ａ】振幅変調信号の時間に対する振幅を示している。
【図５ｂ】図５aの信号の相対パワースペクトルを示す。
【図５ｃ】パネル上の点源から０．１ｍと１ｍの位置での図５ａの信号のパルス形状を示している。
【図５ｄ】人間の指の相対感度データと推定伝達関数を比較するための周波数（Ｈｚ）に対する絶対閾値（ｍｍ）を示す。
【図６ａ】周波数及び振幅変調正弦波信号の成分の時間に対する振幅のグラフである。
【図６ｂ】図６ａの信号のスペクトルと目標スペクトルのグラフである。
【図７ａ】別の変調減衰正弦波信号の成分の時間に対する振幅のグラフである。
【図７ｂ】図７ａの信号のスペクトルと目標スペクトルのグラフである。
【符号の説明】
【００６３】
１ パーソナルデータアシスタント（ＰＤＡ）
３ ケース
５ タッチ感知式パネル
７ マイクロフォン変換器
９ 液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）
１１ キー
１３ 第２の励振器
１５ 第１の変換器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面を有し且つ撓み波を支持可能なパネルと、前記表面に関連付けられたタッチ感知式入力デバイスと、前記入力デバイスに力フィードバックを与えるための力変換器を含む手段とを備え、
前記力が前記パネルに対するパルス形式のものであり、前記パルスが、ボタンクリック感覚をユーザの指先に提供するような変調信号の形式であり、前記変調信号が１５０〜７５０Ｈｚの範囲の基調搬送周波数を有し且つ少なくとも１０ｍｓの持続時間である、
ユーザ／機械インタフェース。
【請求項２】
前記搬送周波数が４００Ｈｚ又はその近傍である、
請求項１に記載のユーザ／機械インタフェース。
【請求項３】
前記パルス持続時間が４０ｍｓよりも長くない、
請求項１又は２に記載のユーザ／機械インタフェース。
【請求項４】
前記変調信号が振幅変調である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のユーザ／機械インタフェース。
【請求項５】
前記振幅変調信号が減衰正弦波の形式である、
請求項４に記載のユーザ／機械インタフェース。
【請求項６】
前記変調信号が周波数変調である、
前記請求項のいずれか１項に記載のユーザ／機械インタフェース。
【請求項７】
前記搬送波の周波数変調が、時間に対する変調の深さ及びコンテンツを定める所定関数を有する、
請求項６に記載のユーザ／機械インタフェース。
【請求項８】
前記変調信号基本波が狭帯域正弦波を含む、
前記請求項のいずれか１項に記載のユーザ／機械インタフェース。
【請求項９】
前記パネルが撓み波パネルラウドスピーカの音響放射体であり、前記変換器が音響出力と力フィードバックの両方を発生する広帯域デバイスである、
請求項１から８のいずれか１項に記載のユーザ／機械インタフェースを備えた装置。
【請求項１０】
前記変換器が分布モードアクチュエータを含み、前記分布モードアクチュエータの第１のモードが変調信号に調整される、
請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記変調信号が前記パネルの本体全体モードに調整される、
請求項９又は１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記パネルが小型で実質的に３：２のアスペクト比を有する、
請求項９から１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記パネルのスチフネス及び前記アクチュエータの出力インピーダンスが、３０ｍＮよりも大きな力をユーザの指先に提供するよう構成されている、
請求項９から１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記指先に提供される力が３０から５００ｍＮの範囲にあるように構成される、
請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記パネルに取り付けられ、且つタッチ位置において前記パネル変位を増強するように構成された少なくとも２つの分布モードアクチュエータを備える、
請求項９から１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
前記タッチ位置において前記パネル変位を増強するためのデジタル信号処理を含む、
請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記撓み波パネルに関連付けられた視覚表示装置を備える、
請求項９から１６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
前記パネルの少なくとも一部が透明であり、前記視覚表示装置が前記パネルの透明部分の背後に装着される、
請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記パネルが統合型視覚表示装置を含む、
請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記パネルがマイクロフォンとして機能する、
前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１】
表面を有し且つ撓み波を支持可能なパネルと、前記表面に関連付けられたタッチ感知式入力デバイスと、前記入力デバイスに力フィードバックを与えるための力変換器を含む手段とを備え、
前記力が前記パネルに対するパルス形式のものであり、前記パルスが、ボタンクリック感覚をユーザの指先に提供するような変調信号の形式であり、前記変調信号が１５０〜７５０Ｈｚの範囲の基調搬送周波数を有し且つ少なくとも１０ｍｓの持続時間である、
ユーザ／機械インタフェース。
【請求項２】
前記搬送周波数が４００Ｈｚ又はその近傍である、
請求項１に記載のユーザ／機械インタフェース。
【請求項３】
前記パルス持続時間が４０ｍｓよりも長くない、
請求項１又は２に記載のユーザ／機械インタフェース。
【請求項４】
前記変調信号が振幅変調である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のユーザ／機械インタフェース。
【請求項５】
前記振幅変調信号が減衰正弦波の形式である、
請求項４に記載のユーザ／機械インタフェース。
【請求項６】
前記変調信号が周波数変調である、
前記請求項のいずれか１項に記載のユーザ／機械インタフェース。
【請求項７】
前記搬送波の周波数変調が、時間に対する変調の深さ及びコンテンツを定める所定関数を有する、
請求項６に記載のユーザ／機械インタフェース。
【請求項８】
前記変調信号基本波が狭帯域正弦波を含む、
前記請求項のいずれか１項に記載のユーザ／機械インタフェース。
【請求項９】
前記パネルが撓み波パネルラウドスピーカの音響放射体であり、前記変換器が音響出力と力フィードバックの両方を発生する広帯域デバイスである、
請求項１から８のいずれか１項に記載のユーザ／機械インタフェースを備えた装置。
【請求項１０】
前記変換器が分布モードアクチュエータを含み、前記分布モードアクチュエータの第１のモードが変調信号に調整される、
請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記変調信号が前記パネルの本体全体モードに調整される、
請求項９又は１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記パネルが小型で実質的に３：２のアスペクト比を有する、
請求項９から１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記パネルのスチフネス及び前記アクチュエータの出力インピーダンスが、３０ｍＮよりも大きな力をユーザの指先に提供するよう構成されている、
請求項９から１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記指先に提供される力が３０から５００ｍＮの範囲にあるように構成される、
請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記パネルに取り付けられ、且つタッチ位置において前記パネル変位を増強するように構成された少なくとも２つの分布モードアクチュエータを備える、
請求項９から１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
前記タッチ位置において前記パネル変位を増強するためのデジタル信号処理を含む、
請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記撓み波パネルに関連付けられた視覚表示装置を備える、
請求項９から１６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
前記パネルの少なくとも一部が透明であり、前記視覚表示装置が前記パネルの透明部分の背後に装着される、
請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記パネルが統合型視覚表示装置を含む、
請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記パネルがマイクロフォンとして機能する、
前記請求項のいずれかに記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図５ｃ】
【図５ｄ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図５ｃ】
【図５ｄ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【公表番号】特表２０１１−５０７０８８（Ｐ２０１１−５０７０８８Ａ）
【公表日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５３７５２４（Ｐ２０１０−５３７５２４）
【出願日】平成２０年１２月９日（２００８．１２．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００８／０５１１６７
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０７４８２６
【国際公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【出願人】（５０７３８４６２９）ニュー トランスデューサーズ リミテッド (11)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月９日（２００８．１２．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００８／０５１１６７
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０７４８２６
【国際公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【出願人】（５０７３８４６２９）ニュー トランスデューサーズ リミテッド (11)
【Ｆターム（参考）】
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