特開 2017-136593 ハプティック効果のための偏心回転質量アクチュエータ最適化

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-136593(P2017-136593A)

(43)【公開日】2017年8月10日

(54)【発明の名称】ハプティック効果のための偏心回転質量アクチュエータ最適化

(51)【国際特許分類】

   B06B 1/16 20060101AFI20170714BHJP

   B06B 1/04 20060101ALI20170714BHJP

【ＦＩ】

   B06B1/16

   B06B1/04 S

【審査請求】有

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2017-74211(P2017-74211)

(22)【出願日】2017年4月4日

(62)【分割の表示】特願2013-17782(P2013-17782)の分割

【原出願日】2013年1月31日

(31)【優先権主張番号】61/593,719

(32)【優先日】2012年2月1日

(33)【優先権主張国】US

(71)【出願人】

【識別番号】500390995

【氏名又は名称】イマージョン コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＩＭＭＥＲＳＩＯＮ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100116872

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 和子

(72)【発明者】

【氏名】ラクロワ ロバート エー．

(72)【発明者】

【氏名】グリーニッシュ マイケル エー．

(72)【発明者】

【氏名】ラムセイ エリン ビー．

【テーマコード（参考）】

5D107

【Ｆターム（参考）】

5D107BB08

5D107CC09

5D107DD09

5D107DE01

(57)【要約】      （修正有）

【課題】デバイスにより提供されるハプティックフィードバックに悪影響を与えずに、または手動による高価な再構成を必要とせずに、コスト、利用可能性および性能特性に基づいて、自由に異なるアクチュエータに交換できるシステムの提供。
【解決手段】偏心回転質量（「ＥＲＭ」）アクチュエータを使用してハプティック効果を生成するシステム１０は、ＥＲＭアクチュエータ１８の逆起電力（「ＥＭＦ」）を決定し、１つ以上のパラメータを含むハプティック効果信号を受信し、ここで、そのパラメータの１つは時間の関数として電圧振幅レベルである。そのシステム１０は、少なくとも逆ＥＭＦに基づいて電圧振幅レベルを変化させ、変化したハプティック効果信号をＥＲＭアクチュエータ１８に適用する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

偏心回転質量（ＥＲＭ）アクチュエータを使用してハプティック効果を生成する方法であって、
前記ＥＲＭアクチュエータの逆起電力（ＥＭＦ）を決定するステップと、
１つ以上のパラメータを含むハプティック効果信号を受信するステップであって、前記パラメータのうちの１つは、時間の関数として電圧振幅レベルである、ステップと、
少なくとも前記逆ＥＭＦに基づいて前記電圧振幅レベルを変化させるステップと、
変化した前記ハプティック効果信号を前記ＥＲＭアクチュエータに適用するステップと、
を含む方法。

【請求項2】

前記逆ＥＭＦを使用して前記ＥＲＭアクチュエータの立ち上がり時間を決定するステップと、
少なくとも前記立ち上がり時間に基づいて前記電圧振幅レベルを変化させるステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記逆ＥＭＦを使用して前記ＥＲＭアクチュエータのブレーキ時間を決定するステップと、
少なくとも前記ブレーキ時間に基づいて前記電圧振幅レベルを変化させるステップと、
さらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記電圧振幅レベルがオーバードライブ電圧を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記ＥＲＭアクチュエータが触覚的に使用可能なデバイスで作動される場合、変化した前記ハプティック効果信号が前記ＥＲＭアクチュエータに適用され、前記ＥＲＭアクチュエータが触覚的に使用可能なデバイスに配置される前に前記逆ＥＭＦが決定される、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記ＥＲＭアクチュエータが触覚的に使用可能なデバイスで作動される場合、変化した前記ハプティック効果信号が前記ＥＲＭアクチュエータに適用され、前記ＥＲＭアクチュエータが触覚的に使用可能なデバイスで作動されている間に前記逆ＥＭＦが決定される、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記ＥＲＭアクチュエータについての角速度と、前記逆ＥＭＦとの関係を決定するステップと、
少なくとも前記関係に基づいて前記電圧振幅レベルを変化させるステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記アクチュエータが回転しているかどうかを決定するために前記逆ＥＭＦを使用するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

プロセッサにより実行された場合、前記プロセッサに、請求項１〜８に記載の方法を実行することによって偏心回転質量（ＥＲＭ）アクチュエータを使用してハプティック効果を生成させる、保存された命令を有するコンピュータ可読媒体。

【請求項10】

偏心回転質量（ＥＲＭ）アクチュエータと、
前記ＥＲＭアクチュエータに接続されたコントローラと、
を含み、前記コントローラは、前記ＥＲＭアクチュエータの逆起電力（ＥＭＦ）を受信し、１つ以上のパラメータを含むハプティック効果信号を受信し、ここで、前記パラメータのうちの１つは時間の関数として電圧振幅レベルであり、
前記コントローラは、少なくとも前記逆ＥＭＦに基づいて前記電圧振幅レベルを変化させ、
前記コントローラは、変化した前記ハプティック効果信号を前記ＥＲＭアクチュエータに適用する、触覚的に使用可能なシステム。

【請求項11】

前記コントローラはさらに、
前記逆ＥＭＦを使用して前記ＥＲＭアクチュエータの立ち上がり時間を決定し、
少なくとも前記立ち上がり時間に基づいて前記電圧振幅レベルを変化させる、
請求項１０に記載の触覚的に使用可能なシステム。

【請求項12】

前記コントローラはさらに、
前記逆ＥＭＦを使用して前記ＥＲＭアクチュエータのブレーキ時間を決定し、
少なくとも前記ブレーキ時間に基づいて前記電圧振幅レベルを変化させることを含む、
請求項１０に記載の触覚的に使用可能なシステム。

【請求項13】

前記電圧振幅レベルがオーバードライブ電圧を含む、請求項１０に記載の触覚的に使用可能なシステム。

【請求項14】

変化した前記ハプティック効果信号が前記ＥＲＭアクチュエータに適用され、前記ＥＲＭアクチュエータが前記触覚的に使用可能なシステムに配置される前に、前記逆ＥＭＦが決定される、請求項１０に記載の触覚的に使用可能なシステム。

【請求項15】

変化した前記ハプティック効果信号が前記ＥＲＭアクチュエータに適用され、前記ＥＲＭアクチュエータが前記触覚的に使用可能なシステムで作動されている間に、前記逆ＥＭＦが決定される、請求項１０に記載の触覚的に使用可能なシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０１２年２月１日に出願された米国仮特許出願番号６１／５９３，７１９号の優先権を主張し、その内容は本明細書に参照として援用される。

【0002】

分野
一実施形態は、アクチュエータ、および特にハプティック効果を生成するために使用されるアクチュエータに関する。

【背景技術】

【0003】

電子デバイスの製造者はユーザにとって豊かなインターフェースを製造することに注力している。従来のデバイスは、ユーザにフィードバックを提供するために、視覚的及び聴覚的合図を用いている。一部のインターフェースデバイスにおいて、より一般的には総括して「ハプティックフィードバック（触覚フィードバック）」又は「ハプティック効果（触覚的効果）」として知られる、運動感覚フィードバック（作用力及び抵抗力フィードバック等）及び／又はタクタイル（触知的）フィードバック（振動、触感、及び熱等）もまた、ユーザに提供される。ハプティックフィードバックは、ユーザインターフェースを強化及び単純化するきっかけを提供し得る。具体的に、振動効果、すなわち振動ハプティック効果は、ユーザに特定のイベントを通知するために、電子デバイスのユーザへの合図を提供するのに有用であり得るか、又はシミュレート環境もしくは仮想環境内でより大きく感覚を集中させるために、現実的なフィードバックを提供し得る。

【0004】

振動効果を生成するために、多くのデバイスは一部のタイプのアクチュエータを利用する。この目的のために用いられる公知のアクチュエータとしては、偏心質量がモータによって動かされる偏心回転質量（「ＥＲＭ」）などの電磁アクチュエータ、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（「ＬＲＡ」）、または圧電（ピエゾ）ポリマー、電気活性ポリマーもしくは形状記憶合金のような「スマート材料」が挙げられる。これらのアクチュエータの多く、およびそれらと相互作用するデバイスは、特許文献１に記載されているＬＲＡデバイスの最適化などの最も効果的かつ効率的であり得るハプティック効果を生成する信号を駆動するように最適に動的に決定され、制御される内蔵の共振周波数を有する。

【0005】

立ち上がり時間、ブレーキ時間、および定常状態電圧などのアクチュエータの性能特性は、アクチュエータの設計および製造業社に基づいて変わる場合があり、また、物理的ショック、温度変動、疲労、ならびに摩耗および裂け目により、アクチュエータの寿命の間に変化する場合がある。さらに、デバイス製造業社は、デバイスにより提供されるハプティックフィードバックに悪影響を与えずに、または手動による高価な再構成を必要とせずに、コスト、利用可能性および性能特性に基づいて、自由に異なるアクチュエータに交換することを望む。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】米国特許第７，８４３，２７７号明細書

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0007】

一実施形態は、偏心回転質量（「ＥＲＭ」）アクチュエータを用いてハプティック効果を生成するシステムである。このシステムは、ＥＲＭアクチュエータの逆起電力（「ＥＭＦ」）を決定し、１つ以上のパラメータを含むハプティック効果信号を受信し、そのパラメータのうちの１つは時間の関数として電圧振幅レベルである。そのシステムは、少なくとも逆ＥＭＦに基づいて電圧振幅レベルを変化させ、変化させたハプティック効果信号をＥＲＭアクチュエータに適用する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る触覚的に使用可能な（ｈａｐｔｉｃａｌｌｙ−ｅｎａｂｌｅｄ）システムのブロック図である。

【図2】図２は、本発明の一実施形態に係る図１のＥＲＭの切断部分的斜視図である。

【図3】図３は、本発明の一実施形態に係るＥＲＭの定常状態カウンタＥＭＦ（「ＳＳＣＥ」）レベルを決定するための図１のＥＲＭドライブモジュールの機能のフロー図である。

【図4】図４は、本発明の一実施形態に係るＥＲＭの立ち上がり時間を決定するためのＥＲＭドライブモジュールの機能のフロー図である。

【図5】図５は、本発明の一実施形態に係るＥＲＭのブレーキ時間を決定するためのＥＲＭドライブモジュールの機能のフロー図である。

【図6】図６は、本発明の一実施形態に係るＥＲＭの速度を調整するための逆ＥＭＦを使用する場合のＥＲＭドライブモジュールの機能のフロー図である。

【図7】図７は、本発明の一実施形態に係るハプティック効果を生成する前にモータが回転するかどうかを決定するために逆ＥＭＦを使用する場合のＥＲＭドライブモジュールの機能のフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

一実施形態は、偏心回転質量（「ＥＲＭ」）アクチュエータを使用するハプティック効果を生成するシステムである。このシステムは、立ち上がり時間、ブレーキ時間、および毎分回転数の相違を含む、作動パラメータを駆動するために逆起電力（「ＥＭＦ」）を使用するＥＲＭアクチュエータを特徴付ける。次いでシステムの挙動を最適化するために、ハプティック効果信号を生成する際に、作動パラメータをコントローラにより使用する。

【0010】

図１は、本発明の一実施形態に係る触覚的に使用可能なシステム１０のブロック図である。システム１０は、タッチセンサ面１１またはハウジング１５内に取り付けられた他の種類のユーザインターフェースを備え、さらにメカニカルキー／ボタン１３を備えてもよい。システム１０の内部は、システム１０における振動を生成するハプティックフィードバックシステムである。一実施形態において、振動はタッチ面１１上で生成される。

【0011】

ハプティックフィードバックシステムは、プロセッサまたはコントローラ１２を備える。プロセッサ１２にメモリ２０およびアクチュエータ駆動回路１６が接続され、そのアクチュエータ駆動回路１６はＥＲＭアクチュエータ１８に接続される。プロセッサ１２は、任意の種類の汎用プロセッサであってもよいか、またはハプティック効果を提供するように特定に設計されるプロセッサ、例えば特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）であってもよい。プロセッサ１２は、システム１０全体を作動する同じプロセッサであってもよく、または別個のプロセッサであってもよい。プロセッサ１２は、どのようなハプティック効果を起用するか、および高レベルのパラメータに基づいて効果が起用される順序を決定できる。通常、特定のハプティック効果を規定する高レベルのパラメータとしては、振幅、周波数および持続時間が挙げられる。ストリーミングモータコマンドなどの低レベルのパラメータもまた、特定のハプティック効果を決定するために使用されてもよい。ハプティック効果が生成されるときのこれらのパラメータの一部の変化、またはユーザの相互作用に基づいたこれらのパラメータの変化を含む場合、ハプティック効果は「ダイナミック（動的）」と見なされてもよい。

【0012】

プロセッサ１２は制御信号をアクチュエータ駆動回路１６に出力し、そのアクチュエータ駆動回路１６は、所望のハプティック効果を生じさせるために必要な電流および電圧（すなわち「モータ信号」）をＥＲＭ１８に供給するために使用される電子部品および電気回路を含む。システム１０は１つより多いＥＲＭ１８を備えてもよく、各ＥＲＭは、共通のプロセッサ１２に全て接続される、別個の駆動回路１６を備えてもよい。メモリ素子２０は、任意の種類の記憶装置またはコンピュータ可読媒体、例えばランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）またはリードオンリメモリ（「ＲＯＭ」）であってもよい。メモリ２０はプロセッサ１２により実行された命令を保存する。命令のうち、メモリ２０はＥＲＭドライブモジュール２２を含み、そのＥＲＭドライブモジュール２２は、プロセッサ１２により実行された場合、以下により詳細に開示するように、ドライブ信号を調整するためにＥＲＭ１８から逆ＥＭＦも使用しながら、ＥＲＭ１８についてのドライブ信号を生成する。メモリ２０はまた、プロセッサ１２の内部に配置されてもよいか、または内部および外部メモリの任意の組み合わせであってもよい。

【0013】

タッチ面１１は、タッチ（触覚）を認識し、表面上のタッチの位置および大きさも認識できる。タッチに対応するデータは、プロセッサ１２またはシステム１０内の別のプロセッサに送られ、プロセッサ１２は、タッチを解釈し、それに応じてハプティック効果信号を生成する。タッチ面１１は、容量検出、抵抗検出、表面音響波検出、圧力検出、光検出などを含む、任意の検出技術を用いてタッチを検出できる。タッチ面１１は、マルチタッチ接触を検出でき、同時に生じる複数のタッチを識別できる。タッチ面１１は、キー、ダイアルなどと相互作用するユーザのための画像を生成し、表示するタッチスクリーンであってもよく、または最小の画像を有するか、または画像を有さないタッチパッドであってもよい。

【0014】

システム１０は、携帯電話、携帯情報端末（「ＰＤＡ」）、スマートフォン、コンピュータタブレット、ゲーム機などの携帯端末であってもよく、またはユーザインターフェースを提供し、１つ以上のＥＲＭアクチュエータを備えるハプティック効果システムを含む任意の他の種類のデバイスであってもよい。ユーザインターフェースは、タッチセンサ面であってもよく、またはマウス、タッチパッド、ミニジョイスティック、スクロールホイール、トラックボール、ゲームパッドまたはゲームコントローラなどの任意の他の種類のユーザインターフェースであってもよい。１つより多いＥＲＭに関する実施形態において、各ＥＲＭはデバイスに対して広範囲のハプティック効果を生成するために異なる回転能力を有してもよい。システム１０はまた、１つ以上のセンサを備えてもよい。一実施形態において、センサの１つは、ＥＲＭ１８およびシステム１０の加速度を測定する加速度計（図示せず）である。

【0015】

図２は、本発明の一実施形態に係る図１のＥＲＭ１８の切断部分斜視図である。ＥＲＭ１８は、回転軸２０５周囲を回転する偏心重量２０３を有する回転質量２０１を含む。作動時に、任意の種類のモータが、モータ（図２には示さず）の２つのリード線を通してモータに印加される電圧の量および極性に応じて回転軸２０５周囲の１つまたは両方の方向における回転を引き起こすためにＥＲＭ１８に接続されてもよい。回転の同じ方向における電圧の印加は加速度効果を有し、ＥＲＭ１８の回転速度を増加させることを引き起こし、回転の反対方向における電圧の印加はブレーキ効果（制動効果）を有し、ＥＲＭ１８の回転速度を減少させるかまたはさらに反転させることを引き起こすことは理解されるだろう。

【0016】

本発明の一実施形態は、ドライブ信号のモニタリング時間の間、ＥＲＭ１８の角速度を決定する。角速度は回転速度のスカラー測定であり、ベクトル量角速度の大きさを表す。ラジアン毎秒で角速度または周波数ωは、２π倍したサイクル毎秒（Ｈｚとも呼ばれる）で周波数ｖに関連付けられる。図１の駆動回路１６によりＥＲＭ１８に印加されるドライブ（駆動）信号は、少なくとも１つのドライブパルスがＥＲＭ１８に付与されるドライブ時間、および回転質量２０１の逆ＥＭＦ（「逆起電力」（「ＣＥＭＦ」）とも称される）が受信され、ＥＲＭ１８の角速度を決定するために使用されるモニタリング時間を含む。別の実施形態において、ドライブ時間およびモニタリング時間は同時に起こり、本発明は、ドライブおよびモニタリング時間の両方の間、ＥＲＭ１８の角速度をダイナミック（動的）に決定する。

【0017】

図３は、本発明の一実施形態に係るＥＲＭ１８の定常状態カウンタＥＭＦ（「ＳＳＣＥ」）レベルを決定するためのＥＲＭドライブモジュール２２の機能のフロー図である。ＳＳＣＥは、実質的に最大力を達成される逆ＥＭＦターゲットであり、測定できる全ての逆ＥＭＦのサブセットとみなされ得る。一実施形態において、図３および以下の図４〜７のフロー図の機能は、メモリまたは他のコンピュータ可読もしくは有形的表現媒体に保存されたソフトウェアにより実施され、プロセッサにより実行される。他の実施形態において、機能は、ハードウェア（例えば特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）、プログラマブルゲートアレイ（「ＰＧＡ」）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＰＧＡ」）などの使用により）、またはハードウェアとソフトウェアの任意の組み合わせにより実施されてもよい。

【0018】

３０１において、モジュール２２は、ＥＲＭ１８の定格電圧を受信するか、またはそうでなければＥＲＭ１８の定格電圧が与えられる。定格電圧または標準電圧は、ＥＲＭ１８の製造業社により推奨されている作動電圧レベルである。一実施形態において、定格電圧レベルは３ボルトである。定格電圧は、限定されないが、不揮発性メモリにおいてコードするシステムによる自動検出または製造業社もしくはエンドユーザからの手動による入力を含む、任意の手段により決定されてもよい。

【0019】

３０３において、定格電圧はＴ１の試験時間の間、ＥＲＭ１８に印加される。定格電圧は、連続してまたは１つ以上のパルスのいずれかで印加されてもよい。試験時間Ｔ１は、自動的に決定され、不揮発性メモリまたは手動による入力においてコードされてもよいが、印加される定格電圧を考慮してＥＲＭ１８が定常状態角速度を達成できるように十分長くすべきである。試験時間Ｔ１について典型的な値は２００ｍｓ〜１０００ｍｓの範囲であり得る。

【0020】

ＥＲＭ１８が定常状態角速度を達成すると、３０５において、ＥＲＭ１８定常状態カウンタＥＭＦ（「ＳＳＣＥ」）の値は、モニタリング時間の間、測定され、３０７において、ＳＳＣＥ値は定常信号としてメモリに保存される。

【0021】

図４は、本発明の一実施形態に係るＥＲＭ１８の立ち上がり時間を決定するためのＥＲＭドライブモジュール２２の機能のフロー図である。一実施形態において、図４の機能は、ＥＲＭがスプールダウン（ｓｐｏｏｌ ｄｏｗｎ）する場合、逆ＥＭＦがゼロに戻るまで、図３の機能の後には開始されない。

【0022】

４０１において、試験時間Ｔ２は、１０ｍｓなどの低い初期値に設定されるが、Ｔ２についての初期値は、ＥＲＭ１８についての立ち上がり時間より少ない可能性のある任意の値でもよい。

【0023】

４０３において、定格またはオーバードライブ電圧が時間Ｔ２の間、ＥＲＭ１８に印加される。オーバードライブ電圧はＥＲＭ１８についての定格電圧より高い電圧レベルである。一実施形態において、オーバードライブ電圧レベルは５ボルトである。オーバードライブ電圧が作動の間、ＥＲＭ１８と共に使用される実施形態において、オーバードライブ電圧は４０３において印加される。システム１０の作動の間、オーバードライブ電圧を使用する利点は、ハプティック効果のより広範なダイナミック（動的）範囲およびより速い応答時間である（スプールアップおよびスプールダウン）。オーバードライブ電圧が使用されない場合、定格電圧が４０３に印加される。

【0024】

４０５において、逆ＥＭＦが定常信号としてＥＲＭ１８から読み取られる。

【0025】

４０７において、逆ＥＭＦが、立ち上がり時間の上限の閾値、例えば図３において決定したＳＳＣＥの９０％より大きい場合、４０９において立ち上がり時間はＴ２の値に設定される。典型的に、４０９において決定された立ち上がり時間は、定格電圧と対照的にオーバードライブ電圧が４０３において使用される場合、より短い。

【0026】

そうでなければ、４１１において、システムはゼロに戻るまでＥＲＭ１８の逆ＥＭＦを待ち、４１３において、増分立ち上がり時間値、例えば１０ｍｓがＴ２に加えられる。次いで４０３において機能を継続する。立ち上がり時間の上限値は任意の値であってもよいが、典型的な値は定格電圧ＳＳＣＥの９０％〜１１０％の範囲であり得る。増分立ち上がり時間値もまた、任意の値であってもよく、典型的な値は１０ｍｓ〜６０ｍｓの間の範囲であってもよいが、減速、高速の慣性モータに関して２００ｍｓ以下であり得る。

【0027】

図５は、本発明の一実施形態に係るＥＲＭ１８のブレーキ時間を決定するためのＥＲＭドライブモジュール２２の機能のフロー図である。

【0028】

５０１において、試験時間Ｔ３は５ｍｓなどの低い初期値に設定されるが、Ｔ３についての初期値は、ＥＲＭ１８についてのブレーキ時間より少ない可能性のある任意の値であってもよい。

【0029】

５０３において、定格またはオーバードライブ電圧は、少なくとも立ち上がり時間Ｔ２の間、ＥＲＭ１８に印加される。定格電圧を使用する場合、電圧がどれくらいの時間印加され得るかという典型的な制限はない。オーバードライブ電圧を使用する場合、一実施形態における電圧は、ほぼ立ち上がり時間Ｔ２の間、印加され、それより長くならない。オーバードライブ電圧を印加する目的は、一旦平衡に達してから、アクチュエータを標的加速電圧回転にすることである。

【0030】

５０５において、十分な逆オーバードライブ電圧が試験時間Ｔ３（システム１０の作動の間、オーバードライブ電圧を使用する場合）の間、ＥＲＭ１８に印加されるか、またはそうでなければ、十分な逆定格電圧が試験時間Ｔ３の間、印加される。

【0031】

５０７において、逆ＥＭＦは定常信号としてＥＲＭ１８から読み取られる。５０９において、逆ＥＭＦが、ブレーキ時間の下限の閾値、例えばＳＳＣＥの１０％より低い場合、５１１において、ブレーキ時間がＴ３の値に設定される。そうでなければ、５１３において、システムは、ゼロに戻るまでＥＲＭ１８の逆ＥＭＦを待ち、５１５において、増分ブレーキ時間値、例えば５ｍｓがＴ３に加えられる。次いでその機能を５０３で継続する。ブレーキ時間の下限閾値は任意の値であってもよいが、典型的な値はＳＳＣＥの０％〜２０％の範囲であり得る。増分ブレーキ時間値もまた、任意の値であってもよいが、典型的な値は、作動の間、オーバードライブ電圧を使用するシステム１０の実施形態について５ｍｓ〜４０ｍｓの範囲であり得る。

【0032】

図３〜５の機能の結果として、ＥＲＭ１８の立ち上がり時間およびブレーキ時間が導きだされる。一実施形態において、図３〜５の機能は試験ベンチ測定を使用してシステム１０の製造と共に実施される。別の実施形態において、図３〜５の機能は、例えばシステム１０の電源が入るときはいつでも、システム１０を「オンボード」で実施する。別の実施形態において、システム１０の加速度計が、振動レベルを読み取るために使用されてもよく、このパラメータは、実際のデータ点を測定することにより装置の寿命全体を通してモデルを連続して補正し、改良するために、逆ＥＭＦの代わりまたは逆ＥＭＦ値と共に使用されてもよい。

【0033】

一実施形態において、逆ＥＭＦについて導き出された値、立ち上がり時間、およびブレーキ時間は、標的とした逆ＥＭＦレベルを振動／加速度レベルと関連付けることによってハプティック信号を変化させるために使用される。一実施形態において以下の疑似コード：

【数1】

が関連付けのために使用されてもよい。

【0034】

以下は、オーバードライブ電圧が使用される場合、より正確なハプティック効果を与えるために導き出されたＥＲＭ立ち上がり時間およびブレーキ時間の使用の例である。ＥＲＭ１８などのＥＲＭデバイスは、４０ｍｓの定格電圧立ち上がり時間および４０ｍｓの減衰時間、３０ｍｓのオーバードライブ立ち上がり時間、２０ｍｓの逆オーバードライブブレーキ時間を有し、デバイスアプリケーションは、単一の連続的な５０ｍｓのハプティック効果をユーザに提供しなければならないと仮定する。デバイスアプリケーションが、システムに５０ｍｓの定格電圧をＥＲＭに与えるように単に指示する場合、最初の４０ｍｓについて、ハプティック効果は最大より小さく、次の１０ｍｓについて、ハプティック効果は最大になり、次いで次の４０ｍｓについて、ＥＲＭ角速度をゼロに戻しながら、ハプティック効果は継続する。

【0035】

本発明の一実施形態によれば、単一の５０ｍｓ電圧は、３つの別の電圧に変換される：第１に、オーバードライブ電圧が３０ｍｓのオーバードライブ立ち上がり時間の間、ＥＲＭに印加され、第２に、定格電圧がハプティック効果の２０ｍｓの残りの時間の間、ＥＲＭに印加され、第３に、逆オーバードライブ電圧が２０ｍｓのオーバードライブブレーキ時間の間、ＥＲＭに印加される。この例によれば、結果として生じるハプティック効果は、本発明を使用しない場合より、最大で１０ｍｓ速く達し、２０ｍｓ速くゼロに戻り、より正確およびそれによりユーザにより感動的なハプティック経験を与える。

【0036】

別の例において、標的加速は、定格電圧定常状態逆ＥＭＦの３０％などの「低いランブル」であり得る。オーバードライブできないシステムに関して、「オーバードライブ部分」は、立ち上がり時間を３０％強度レベルに加速するために実質的に最大定格電圧を代わりに使用する。ブレーキに関して、非オーバードライブおよびオーバードライブシステムの両方は、モータを迅速に停止させるために実質的に最大の利用可能な電圧を使用する。

【0037】

モータを通る電圧の制御を変化させる時間に基づいてハプティック効果を生成する場合、上記の実施形態はＥＲＭを制御する。しかしながら、実際のモータ速度は、ブラシおよびベアリング摩擦、はんだ接合抵抗などの多くの可変要因により影響される。結果として、製作交差のために、所定の電圧で制御される場合、「同じ」ＥＲＭモータは異なる速度で回転し、続いて各モータにより生成される加速を行う。したがって、電圧フィードバックのみによりハプティック強度を制御することは、モータの製品の相違のために理想的ではない。

【0038】

一実施形態において、ＥＲＭ相違を補償するために、ＥＲＭはその瞬間の速さに基づいて制御される。ＥＲＭの速度は、ＥＲＭの逆ＥＭＦ（これは上記の図３〜５に開示したように測定される）に比例し、種々の方法を使用して即座に測定され得る。即座のモータ速度を使用して、ＥＲＭを通る電圧は、モータが所望の速度で常に回転するように、調整され得る。次いで、時間的に変化する速度プロファイルが、時間的に変化する電圧プロファイルよりハプティック効果を定義するために使用されてもよい。

【0039】

図６は、本発明の一実施形態に係るＥＲＭ１８の速度を調整するために逆ＥＭＦを用いる場合のＥＲＭドライブモジュール２２の機能のフロー図である。

【0040】

６０２において、ＥＲＭについての逆ＥＭＦ速度係数が決定される。逆ＥＭＦとＥＲＭ１８の角速度との間の関係を特徴付けるために、ＥＲＭ１８の逆ＥＭＦは種々のＲＰＭにおいてサンプリングされる。一実施形態において、角速度を表す、加速周波数を測定するための加速度計（または他の測定手段と共に）、および逆ＥＭＦを測定するための電圧計を用いてＥＲＭ１８をシステム１０に取り付ける前にサンプリングは行われる。他の実施形態において、測定はオンボードでなされ得る。

【0041】

６０４において、ＥＲＭ１８についての速度−電圧係数が決定される。出力電圧と角速度との間の関係を特徴付けるために、モータの角速度が種々の出力電圧でサンプリングされる。６０２と同様に、一実施形態において、６０４の機能は、角速度を表す、加速周波数を測定するための加速度計（または他の測定手段と共に）、および逆ＥＭＦを測定するための電圧計を用いてＥＲＭ１８をシステム１０に取り付ける前に完了され得る。

【0042】

６０６において、６０２および６０４での測定に基づいて、ハプティック効果がプロセッサ１２により実施されて以前に生成される場合、ＥＲＭ１８により生成されたハプティック効果についての時間プロファイルに対する角速度が生成または読み出される。

【0043】

６０８において、生成されるハプティック効果が読み出され、６０６からの時間プロファイルに対する角速度を使用しておおよその出力電圧が決定される。

【0044】

６１０において、ＥＲＭ１８を通る出力電圧を断続的に中断し、次いで６０２において決定された逆ＥＭＦ速度係数を使用しながら、実際のＥＲＭ角速度が、ＥＲＭ１８を通る電圧を印加し、ＥＲＭ１８の逆ＥＭＦを測定することにより決定される。

【0045】

６１２において、実際のＥＲＭ角速度が所望のＥＲＭ角速度と異なる場合、出力電圧は比例して調整される。次いで６０８および６１０は、有限回数反復されるか、または実際の時間イベントに常に調整するために連続して反復されてもよい。ハプティック効果生成者は、彼／彼女が望む長さまたは短さでハプティック効果を生成できる。ハプティック効果は、速度またはモータ電圧の一連の定期的な時間インデックス値からなる。通常、ハプティック効果は３〜１０時間ステップからなり、ＥＲＭについて一実施形態において各時間ステップは５ｍｓ存続する。６０８および６１０は通常、ハプティック効果の最後に到達するまで反復される。

【0046】

６１４において、ＥＲＭ角速度を次の速度に調整する時間がくると、これ以上角速度のステップが存在しなくなるまで、６０８、６１０および６１２は反復される。一実施形態において、ハプティック効果は開始出力電圧および標的速度を特定し、その場合、６１４の機能は必ずしも必要ではない。

【0047】

開示しているように、実施形態は、特定のＥＲＭアクチュエータを特徴付け、ハプティック効果を生成するためにＥＲＭに適用されるハプティック効果信号を最適化するために、ＥＲＭアクチュエータの逆ＥＭＦの測定を使用している。逆ＥＭＦの測定は、ＥＲＭのリード線を通る電圧を測定することによりなされ得るので、追加の測定装置は、最適化した結果を達成するために多くの実施形態において必要としない。

【0048】

別の実施形態において、逆ＥＭＦは、モータが、新たな効果を行う前に現在動作中であるかを決定するために使用されてもよい。この実施形態は、決定／推定するためのモデルを使用する、「効果」カスケードを補償でき、カウンタウェイトが現在回転中である場合（それで静止摩擦が既になくなり、運動量を有する）、所望のハプティック効果を生成するために低下した入力される力を必要とする。図７は、本発明の一実施形態に従ってハプティック効果を生成する前にモータが回転するかどうかを決定するために逆ＥＭＦを使用する場合のＥＲＭドライブモジュール２２の機能のフロー図である。

【0049】

７０１において、新たなハプティック効果を開始するリクエストが受信される。

【0050】

７０３において、逆ＥＭＦレベルが試験される。

【0051】

７０５において、逆ＥＭＦレベルに基づいて、モータが回転するかどうかが決定される。

【0052】

７０５においてイエスの場合（すなわちモータが回転している）、７０７において、ハプティック出力レベルが算出され、上記のような逆ＥＭＦレベルに基づいたモデルに従ってハプティック力が減少する。

【0053】

７０５においてノーの場合（すなわちモータが回転していない）、７０９においてハプティック出力レベルが通常に算出される。

【0054】

７１１において、ハプティック力が出力される。

【0055】

いくつかの実施形態が本明細書に具体的に例示され、および／または記載されている。しかしながら、開示した実施形態の修飾および変更が上記の教示に含まれ、本発明の精神および意図する範囲から逸脱せずに添付の特許請求の範囲の範囲内であることは理解されるだろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【手続補正書】

【提出日】2017年4月6日

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

偏心回転質量（ＥＲＭ）アクチュエータを使用してデバイスにハプティック効果を生成する方法であって、
前記デバイスの動作中に前記デバイスの振動レベルを決定するステップと、
時間の関数としての電圧振幅レベルを含む１つ以上のパラメータを含むハプティック効果信号を受信するステップと、
少なくとも前記振動レベルに基づいて前記電圧振幅レベルを変化させるステップと、
変化した前記ハプティック効果信号を前記ＥＲＭアクチュエータに適用するステップと、
を含む方法。

【請求項2】

前記デバイスは、前記振動レベルを決定する加速度計を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記デバイスの動作中に前記ＥＲＭアクチュエータの逆起電力（ＥＭＦ）を決定するステップと、
少なくとも前記逆ＥＭＦに基づいて前記電圧振幅レベルを変化させるステップと、をさらに含む請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記逆ＥＭＦを使用して前記ＥＲＭアクチュエータの立ち上がり時間を決定するステップと、
少なくとも前記立ち上がり時間に基づいて前記電圧振幅レベルを変化させるステップと、
をさらに含む、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記逆ＥＭＦを使用して前記ＥＲＭアクチュエータのブレーキ時間を決定するステップと、
少なくとも前記ブレーキ時間に基づいて前記電圧振幅レベルを変化させるステップと、
さらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記電圧振幅レベルがオーバードライブ電圧を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記ＥＲＭアクチュエータについての角速度と、前記逆ＥＭＦとの関係を決定するステップと、
少なくとも前記関係に基づいて前記電圧振幅レベルを変化させるステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記アクチュエータが回転しているかどうかを決定するために前記逆ＥＭＦを使用するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。

【請求項9】

前記デバイスの動作中に前記ＥＲＭアクチュエータの逆ＥＭＦを決定するステップは、前記ＥＲＭアクチュエータを通した出力電圧を測定するステップを含む、請求項３に記載の方法。

【請求項10】

プロセッサにより実行された場合、前記プロセッサに、請求項１〜９に記載の１つ以上の方法を実行することによって偏心回転質量（ＥＲＭ）アクチュエータを使用してデバイスにハプティック効果を生成させる、命令が格納されたコンピュータ可読媒体。

【請求項11】

ハプティック対応システムであって、
偏心回転質量（ＥＲＭ）アクチュエータと、
前記ＥＲＭアクチュエータに接続され、前記システムの動作中に前記システムの振動レベルを決定し、時間の関数としての電圧振幅レベルを含む１つ以上のパラメータを含むハプティック効果信号を受信する、コントローラと、
を含み、
前記コントローラは、少なくとも前記振動レベルに基づいて前記電圧振幅レベルを変化させ、
前記コントローラは、変化した前記ハプティック効果信号を前記ＥＲＭアクチュエータに適用する、システム。

【請求項12】

前記システムは、前記振動レベルを決定する加速度計を備える、請求項１１に記載のハプティック対応システム。

【請求項13】

前記システムの動作中に前記ＥＲＭアクチュエータの逆起電力（ＥＭＦ）を前記コントローラが決定するステップと、
少なくとも前記逆ＥＭＦに基づいて前記コントローラが電圧振幅レベルを変化させるステップと、をさらに備える請求項１１に記載のハプティック対応システム。

【請求項14】

前記ＥＲＭアクチュエータのための実際の角速度と逆起電力との関係を前記コントローラが決定するステップと、
少なくとも前記関係に基づいて電圧振幅レベルを前記コントローラが変化させるステップと、
をさらに含む請求項１１に記載のハプティック対応システム。

【請求項15】

前記システムの動作中に前記ＥＲＭアクチュエータの逆ＥＭＦを決定するステップは、前記ＥＲＭアクチュエータを通した出力電圧を測定するステップを含む、請求項１３に記載のハプティック対応システム。

【外国語明細書】

2017136593000001.pdf