特許 6039672 触覚出力装置および触覚出力装置において触覚効果を生成する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6039672

(24)【登録日】2016年11月11日

(45)【発行日】2016年12月7日

(54)【発明の名称】触覚出力装置および触覚出力装置において触覚効果を生成する方法

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/041 20060101AFI20161128BHJP

   G06F 3/01 20060101ALI20161128BHJP

   G06F 3/044 20060101ALI20161128BHJP

【ＦＩ】

   G06F3/041 480

   G06F3/01 560

   G06F3/044 Z

【請求項の数】33

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-528704(P2014-528704)

(86)(22)【出願日】2012年9月6日

(65)【公表番号】特表2014-528120(P2014-528120A)

(43)【公表日】2014年10月23日

(86)【国際出願番号】US2012053925

(87)【国際公開番号】WO2013036614

(87)【国際公開日】20130314

【審査請求日】2015年8月11日

(31)【優先権主張番号】61/531,251

(32)【優先日】2011年9月6日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【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】100126572

【弁理士】

【氏名又は名称】村越 智史

(74)【代理人】

【識別番号】100125195

【弁理士】

【氏名又は名称】尾畑 雄一

(74)【代理人】

【識別番号】100173657

【弁理士】

【氏名又は名称】瀬沼 宗一郎

(72)【発明者】

【氏名】クルス‐ヘルナンデス，ファン，マヌエル

(72)【発明者】

【氏名】グラント，ダニー，エー．

【審査官】 加内 慎也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−２５１９４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５２３１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０１５２７９４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２５００７１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０３２２４９６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／００６２１４５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｆ ３／０４１

Ｇ０６Ｆ ３／０１

Ｇ０６Ｆ ３／０４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

触覚出力装置であって、
一又は複数の電極及び表面を有する絶縁層と、
前記絶縁層に近接する導電層であって、前記触覚出力装置に触れている物体からの前記表面における入力を感知するセンサを有する導電層と、
前記センサを読取り、前記入力の位置を識別し、読込みモードから書込みモードに切り替わり、前記入力の前記位置に基づいて前記一又は複数の電極のうちの少なくとも一つに電圧を書き込んで前記入力が前記表面上で動くときに摩擦力又は触感を刺激する静電出力を生成するように構成されたコントローラと、
を備え、
前記静電出力は、前記物体に電気信号を送ることにより前記摩擦力又は触感を刺激する、触覚出力装置。

【請求項2】

前記表面がタッチ・スクリーンを備える、請求項１記載の触覚出力装置。

【請求項3】

前記タッチ・スクリーンが容量性タッチ・スクリーンである、請求項２記載の触覚出力装置。

【請求項4】

前記コントローラが前記容量性タッチ・スクリーンの全領域において電極に対して前記電圧を書き込むように構成された、請求項３記載の触覚出力装置。

【請求項5】

前記コントローラが前記入力の前記位置に近接する領域において電極に前記電圧を書き込むように構成された、請求項３記載の触覚出力装置。

【請求項6】

前記センサが複数の入力を感知し、前記コントローラが前記表面に対する前記複数の入力の位置を識別する、請求項５記載の触覚出力装置。

【請求項7】

前記コントローラが前記複数の入力の前記位置に対応する複数の領域において電極に前記電圧を書き込み、複数の局所的な静電出力を生成するように構成された、請求項６記載の触覚出力装置。

【請求項8】

前記容量性タッチ・スクリーンが、前記表面を含む絶縁性外層と、前記絶縁層外層に近接する他の絶縁層と、前記絶縁性外層に近接する電極とを備え、前記電極は前記静電出力を生成する、請求項３記載の触覚出力装置。

【請求項9】

前記絶縁性外層に近接する複数の電極をさらに含む請求項８記載の触覚出力装置であって、前記コントローラが前記複数の電極のうちの前記入力の前記位置に最も近い少なくとも１つの電極をドライブして前記静電出力を生成する、請求項８記載の触覚出力装置。

【請求項10】

前記絶縁性外層に近接する複数の電極をさらに含む請求項８記載の触覚出力装置であって、前記コントローラが前記複数の電極のうちの複数の異なる電極をドライブしてマルチ・タッチの局所的な静電出力を生成する、請求項８記載の触覚出力装置。

【請求項11】

前記絶縁性外層に近接する複数の電極を含む請求項８記載の触覚出力装置であって、前記コントローラが前記複数の電極のうち第１の位置に近接する１つの電極に前記電圧を書き込み、その後前記入力が前記第１の位置から第２の位置に移動したときに、前記複数の電極のうち前記第２の位置に近接する他の１つの電極に前記電圧を書き込んで、前記静電出力を前記第１の位置から前記第２の位置に移行させる、請求項８記載の触覚出力装置。

【請求項12】

前記コントローラは、前記入力の現在位置に従って前記複数の電極のそれぞれによって出力される電力の全体を調整するように構成された、請求項１１記載の触覚出力装置。

【請求項13】

各電極によって出力される前記電力の全体は、前記入力の各電極に対する相対的な位置の関数である、請求項１２記載の触覚出力装置。

【請求項14】

触覚出力装置の絶縁層の表面において触覚効果を生成する方法であって、
前記絶縁層は一又は複数の電極を有しており、
前記方法は、
前記触覚出力装置に触れている物体からの前記表面に対する入力をセンサによって感知する工程と、
前記タッチ表面に対する前記入力を感知する前記センサから第１の電圧を、コントローラによって読み込む工程と、
前記入力の位置を前記コントローラによって判定する工程と、
前記コントローラを読込みモードから書込みモードに切り替える工程と、
前記感知された入力の前記位置に基づいて第２の電圧を前記コントローラによって前記一又は複数の電極のうちの少なくとも一つに書き込み、前記入力が前記表面上で動くときに摩擦力又は触感を刺激する静電出力を生成する工程と、
を備え、
前記センサは、前記絶縁層に近接する導電層に備えられており、
前記静電出力は、前記物体に電気信号を送ることにより前記摩擦力又は触感を刺激する、方法。

【請求項15】

前記表面が容量性タッチ・スクリーンを備える、請求項１４記載の方法。

【請求項16】

前記書き込む工程は、前記容量性タッチ・スクリーンの全領域において電極に対して前記第２の電圧を書き込むことを含む、請求項１５記載の方法。

【請求項17】

前記書き込む工程は、前記感知された位置に近接する領域において電極に対して前記第２の電圧を書き込むことを含む、請求項１５記載の方法。

【請求項18】

前記感知する工程は、前記タッチ表面に対する複数の入力および当該入力の位置を感知することを含む、請求項１７記載の方法。

【請求項19】

前記書き込む工程は、前記複数の入力の前記位置に対応する複数の領域において電極に前記第２の電圧を書き込み、複数の局所的な静電出力を生成することを含む、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記容量性タッチ・スクリーンが、前記表面を含む絶縁性外層と、前記絶縁層外層に近接する他の絶縁層と、前記絶縁性外層に近接する電極とを備え、前記電極は前記静電出力を生成する、請求項１５記載の方法。

【請求項21】

前記容量性タッチ・スクリーンが前記絶縁性外層に近接する複数の電極を含み、前記方法が、前記複数の電極のうちある特定の位置に最も近い少なくとも１つの電極を前記コントローラによってドライブし、前記静電出力を生成する工程をさらに含む、請求項２０記載の方法。

【請求項22】

前記容量性タッチ・スクリーンが前記絶縁性外層に近接する複数の電極を含み、前記方法が、前記複数の電極のうち複数の異なる電極を前記コントローラによってドライブし、マルチ・タッチの局所的な静電出力を生成する工程をさらに含む、請求項２０記載の方法。

【請求項23】

前記容量性タッチ・スクリーンは前記絶縁性外層に近接する複数の電極を含み、前記方法は、前記複数の電極のうち第１の位置に近接する１つの電極に前記第２の電圧を前記コントローラによって書き込む工程と、センサによって第２の位置における第２の入力を感知する工程と、前記コントローラによって前記第２の位置を判定する工程と、前記入力が前記第１の位置から前記第２の位置に移動したときに、前記複数の電極のうち前記第２の位置に近接する他の１つの電極に前記第２の電圧を書き込んで、前記静電出力を前記第１の位置から前記第２の位置に移行させる工程とをさらに含む、請求項２０記載の方法。

【請求項24】

前記入力の現在位置に従って各電極から出力される電力の全体を前記コントローラによって調整する工程をさらに含む、請求項２３記載の方法。

【請求項25】

各電極によって出力される前記電力の全体は、前記入力の各電極に対する相対的な位置の関数である、請求項２４記載の方法。

【請求項26】

前記入力の前記位置における前記タッチ表面のインピーダンスを測定する工程と、前記第２の電圧を書き込む工程を調整して前記静電出力を調整する工程とをさらに含む、請求項１５記載の方法。

【請求項27】

前記インピーダンスが前記センサによって計測される、請求項２６記載の方法。

【請求項28】

触覚出力装置の絶縁層の表面において触覚効果を生成する方法であって、
前記絶縁層は一又は複数の電極を有しており、
前記方法は、
前記触覚出力装置に触れている物体からの前記表面に対する入力をセンサによって感知する工程と、
前記表面に対する前記入力を感知する前記センサから第１の電圧を、コントローラによって読み込む工程と、
前記入力の位置を前記コントローラによって判定する工程と、
前記感知された入力の前記位置に基づく第２の電圧を前記コントローラによって前記一又は複数の電極のうちの少なくとも一つに書き込み、静電出力を生成する工程と、を含み、
前記センサは、前記絶縁層に近接する導電層に備えられており、
前記静電出力は、前記物体に電気信号を送ることにより前記摩擦力又は触感を刺激する、方法。

【請求項29】

前記第２の電圧は前記第１の電圧と略一致する、請求項２８記載の方法。

【請求項30】

前記第２の電圧が動的な電圧値からなる、請求項２８記載の方法。

【請求項31】

前記表面は複数の電極を有する容量性タッチ・スクリーンによって提供され、前記第２の電圧を書き込む工程は前記入力の前記位置に近接する少なくとも１つの電極に前記第２の電圧を書き込むことを含む、請求項２８記載の方法。

【請求項32】

前記入力の前記位置における前記表面のインピーダンスを測定する工程と、前記第２の電圧を書き込む工程を調整して前記静電出力を調整する工程とをさらに含む、請求項３１記載の方法。

【請求項33】

前記インピーダンスが前記センサによって計測される、請求項３２記載の方法。

【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、２０１１年９月６日に出願された米国仮特許出願第６１／５３１，２５１号に基づく優先権を主張し、当該米国仮出願の内容は全体として参照により本明細書に組み入れられる。

【0002】

本発明は触覚出力装置および触覚出力装置において触覚効果を生成する方法に関する。

【背景技術】

【0003】

タッチ表面としても知られるタッチ感知表面は、様々な用途に用いられる。例えば、タッチ表面は容量性タッチ・スクリーンなどのタッチ・スクリーン、ラップ・トップなどに備えられたタッチ・パッド、または自動車制御装置によって提供される。タッチ表面はタッチ表面のユーザに対して触覚効果を提供しないことが多い。ユーザが触覚出力装置のタッチ表面とインタラクトするときに触覚効果を提供する触角出力装置が望まれている。

【発明の概要】

【0004】

本発明の一態様によれば、提供される触角出力装置は、タッチ表面と、該タッチ表面における入力を感知するセンサと、該センサを読み取り、該入力の位置を識別し、読込みモードから書込みモードに切り替え、前記入力の位置に基づいて電圧を書き込んで静電出力を生成するコントローラとを含む。

【0005】

前記触覚出力装置の一実施形態において、触覚出力装置は、タッチ表面からなるタッチ・スクリーンを含む。

【0006】

前記触覚出力装置の一実施形態において、タッチ・スクリーンは容量性タッチ・スクリーンである。

【0007】

前記触覚出力装置の一実施形態において、コントローラはタッチ・スクリーンの全領域に対して電圧を書き込む。

【0008】

前記触覚出力装置の一実施形態において、コントローラは入力の位置に近接する領域に電圧を書き込む。

【0009】

前記触覚出力装置の一実施形態において、センサは複数の入力を感知し、コントローラはタッチ表面に対する入力の位置を識別する。

【0010】

前記触覚出力装置の一実施形態において、コントローラは入力の位置に対応する領域に電圧を書込み、複数の局所的な静電出力を生成する。

【0011】

前記触覚出力装置の一実施形態において、容量性タッチ・スクリーンは、表面からなる絶縁性外層と、該絶縁性外層に近接する電極とからなり、該電極は静電出力を生成する。

【0012】

前記触覚出力装置の一実施形態において、触覚出力装置は絶縁性外層に近接する複数の電極を含み、コントローラは該複数の電極のうちの入力の位置に最も近い少なくとも１つの電極をドライブして静電出力を生成する。

【0013】

前記触覚出力装置の一実施形態において、触覚出力装置は絶縁性外層に近接する複数の電極を含み、コントローラは該複数の電極のうちの異なる電極をドライブしてマルチ・タッチの局所的な静電出力を生成する。

【0014】

前記触覚出力装置の一実施形態において、触覚出力装置は絶縁性外層に近接する複数の電極を含み、コントローラは該複数の電極のうち第１の位置に近接する１つの電極に電圧を書き込み、その後入力が第１の位置から第２の位置に移動した際に、該複数の電極のうち第２の位置に近接する他の１つの電極に電圧を書き込んで、静電出力を第１の位置から第２の位置に移行させる。

【0015】

前記触覚出力装置の一実施形態において、コントローラは、入力の現在位置に従って複数の電極のそれぞれによって出力される電力の全体を調整する。

【0016】

前記触覚出力装置の一実施形態において、各電極によって出力される電力の全体は、入力の各電極に対する相対的な位置の関数である。

【0017】

本発明の一態様によれば、タッチ表面を備えた触覚出力装置の表面において触覚効果を生成する方法が提供される。該方法は、センサによってタッチ表面に対する入力を感知する工程と、タッチ表面に対する入力を感知するセンサからの第１の電圧をコントローラによって読み取る工程と、コントローラによって入力の位置を判定する工程と、コントローラを読み取りモードから書き込みモードに切り替える工程と、感知された入力の位置に基づいてコントローラによって第２の電圧を書き込み、静電出力を生成する工程とを有する。

【0018】

前記方法の一実施形態において、タッチ表面は容量性タッチ・スクリーンによって提供される。

【0019】

前記方法の一実施形態において、書き込む工程は、容量性タッチ・スクリーンの全領域に対して第２の電圧を書き込むことを含む。

【0020】

前記方法の一実施形態において、書き込む工程は、第２の位置に近接する領域に対して第２の電圧を書き込むことを含む。

【0021】

前記方法の一実施形態において、感知する工程は、タッチ表面に対する複数の入力およびその位置を感知することを含む。

【0022】

前記方法の一実施形態において、書き込む工程は、入力の位置に対応する領域に第２の電圧を書き込み、複数の局所的な静電出力を生成することを含む。

【0023】

前記方法の一実施形態において、容量性タッチ・スクリーンは、タッチ表面を備える絶縁性外層と、該絶縁性外層に近接する電極とを備える。該電極は静電出力を生成する。

【0024】

前記方法の一実施形態において、容量性タッチ・スクリーンは絶縁性外層に近接する複数の電極を含み、前記方法は、複数の電極のうちある特定の位置に最も近い少なくとも１つの電極をコントローラによってドライブし、静電出力を生成する工程を含む。

【0025】

前記方法の一実施形態において、容量性タッチ・スクリーンは絶縁性外層に近接する複数の電極を含み、前記方法は、複数の電極のうち異なる電極をコントローラによってドライブし、マルチ・タッチの局所的な静電出力を生成する工程を含む。

【0026】

前記方法の一実施形態において、容量性タッチ・スクリーンは絶縁性外層に近接する複数の電極を含み、前記方法は、第１の位置に近接する複数の電極のうちの１つに第２の電圧をコントローラによって書き込む工程と、センサによって第２の位置における第２の入力を感知する工程と、コントローラによって第２の位置を判定する工程と、入力が第１の位置から第２の位置に移動した際に、複数の電極のうち第２の位置に近接する他の１つの電極に第２の電圧を書き込んで、静電出力を第１の位置から第２の位置に移行させる工程とを含む。

【0027】

前記方法の一実施形態において、該方法は入力の現在位置に従って各電極から出力される電力の全体をコントローラによって調整する工程を含む。

【0028】

前記方法の一実施形態において、各電極によって出力される電力の全体は、入力の各電極に対する相対的な位置の関数である。

【0029】

前記方法の一実施形態において、該方法は入力の位置におけるタッチ表面のインピーダンスを測定する工程と、第２の電圧を書き込む工程を調整して静電出力を調整する工程とを含む。

【0030】

前記方法の一実施形態において、インピーダンスはセンサによって測定される。

【0031】

本発明の一態様によれば、タッチ表面を備えた触覚出力装置の表面において触覚効果を生成する方法が提供される。該方法は、センサによってタッチ表面に対する入力を感知する工程と、タッチ表面に対する入力を感知するセンサからの第１の電圧をコントローラによって読み取る工程と、コントローラによって入力の位置を判定する工程と、感知された入力の位置に基づいて第２の電圧を書き込み、コントローラによって静電出力を生成する工程とを有する。

【0032】

前記方法の一実施形態において、第２の電圧は第１の電圧と概ね一致する。

【0033】

前記方法の一実施形態において、第２の電圧は動的な電圧値を有する。

【0034】

前記方法の一実施形態において、タッチ表面は複数の電極を有する容量性タッチ・スクリーンによって提供され、第２の電圧を書き込む工程は入力の位置に近接する少なくとも１つの電極に第２の電圧を書き込むことを含む。

【0035】

前記方法の一実施形態において、該方法は入力の位置におけるタッチ表面のインピーダンスを測定する工程と、第２の電圧を書き込む工程を調整して静電出力を調整する工程とを含む。

【0036】

前記方法の一実施形態において、インピーダンスはセンサによって測定される。

【0037】

本開示で説明される実施形態は様々な特徴および利点を有しており、それらは本明細書において必ずしも明確には開示されないが、以下の詳細な説明および添付の図面を検討すれば当技術分野の通常の技能を有する者には明らかとなるであう。これらの特徴および利点は本開示に含まれるものとする。

【図面の簡単な説明】

【0038】

以下の図面の構成要素は、本開示の一般的な原理を強調するように描写されており、必ずしも寸法通りには記載されていない。一貫性及び明瞭性を確保するために、対応する構成要素を指し示す参照番号は、必要に応じ、複数の図面にわたって繰り返し用いられる。

【0039】

【図1】本発明の一実施形態に従った触覚出力装置を模式的に示す図である。

【0040】

【図2】本発明の一実施形態に従った触覚出力装置を模式的に示す図である。

【0041】

【図3】本発明の一実施形態に従った触覚出力装置を模式的に示す図である。

【0042】

【図4】図２の触覚出力装置の絶縁層の一実施形態を模式的に示す図である。

【0043】

【図5】触覚出力装置の表面において触覚効果を生成する方法のフロー図である。

【0044】

【図6】触覚出力装置の表面において触覚効果を生成する方法のフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0045】

図１は触覚出力装置１００の形態を有するユーザー・インターフェースの実施形態を示す。この触覚出力装置１００は触覚出力装置１００のユーザに対して触覚効果を提供する。触覚出力装置１００は、例えば、タブレット、電話機、音楽プレイヤ、動画プレイヤ、グラフィック・ディスプレイ、電子書籍リーダ、ゲーム・パッド、タッチ・パッド、自動車ダッシュボード、ハンドル、上記の装置の組合せ、またはユーザーインターフェースを含む他の一般的な装置の一部であってよい。図１に示すように、触覚出力装置１００は、タッチ表面１１２を有するタッチ・スクリーン１１０と、該タッチ・スクリーン１１０の下にあるディスプレイ１２０と、コントローラ１３０とを含み、これらは以下でさらに詳しく述べる。本明細書で述べる実施形態はタッチ・スクリーンを含む触覚出力装置１００に関するものだが、本発明の範囲に含まれる他の実施形態は、ディスプレイおよびタッチ・スクリーンを含まない代わりにタッチ・スクリーンのないタッチ表面１１２を含む場合もあり得ることを理解されたい。本明細書で述べる図示された実施形態は、いかなる限定をも意味するものではない。

【0046】

触覚効果とは刺激又は力を意味し、振動、引力もしくは斥力、電圧もしくは電流、これら以外の機械的な力もしくは電磁的な力、加熱もしくは冷却、又はこれら以外の刺激を含むがこれらには限られない。触覚効果は１つの力または刺激、あるいは複数の力および／または刺激の組合せからなる。複数の触覚効果を組み合わせて、総合的な触覚効果を形成することができる。触覚効果は、触覚出力装置１００とインタラクトしているユーザまたは物体にフィードバックを提供するために出力される。触覚効果は静電出力を通してフィードバックを提供する。一実施形態において、静電出力はユーザー・インターフェースにおいて指のような物体に対して力を生成するために用いられ、それによりユーザー・インターフェースにおいて指が触覚出力装置と接触しながら動くときに摩擦力を刺激する。一実施形態において、静電出力は、指の神経やスタイラスのセンサなどの信号を感知できる物体に電圧または電流などの電気信号を送るために用いられ、それによってユーザに触感効果を提供することができる。

【0047】

一実施形態において、タッチ・スクリーン１１０は、容量性タッチ・スクリーンである。一実施形態において、タッチ・スクリーンは、表面容量性タッチ・スクリーンである。一実施形態において、タッチ・スクリーン１１０は、投影型容量性タッチ・スクリーンである。

【0048】

図１に示すように、タッチ・スクリーン１１０は導電層１１４および絶縁層１１６を含む。導電層１１４は、任意の半導体または銅、アルミニウム、金、銀、導電性ポリマー、カーボン・ナノチューブ等のの導電性材料を含む。導電層１１４はセンサ１１８または複数のセンサを含む。絶縁層１１６は、ガラス、プラスチック、ポリマー、又は前記以外の任意の絶縁物質であってもよい。

【0049】

触覚出力装置１００は、タッチ・スクリーン１１０のタッチ表面１１２に触れる物体である入力をセンサ１１８を用いて感知することによって、ユーザとインタラクトする。当該物体は、図１に示すようにユーザの指Ｆ、ユーザの手の平、又はこれら以外のユーザの体の触覚効果を感じることができる部分であってもよい。この物体はタッチ・スクリーン１１０のタッチ表面１１２に触れていることを感知され得るスタイラスまたはその他の装置であってもよい。触覚出力装置は、容量性、抵抗性、または誘導性の結合によってタッチ・スクリーン１１０のタッチ表面１１２に触れている物体の存在を感知するが、この技法には限定されない。

【0050】

コントローラ１３０は導電層１１４に電気信号を提供する。この電気信号は、前記導電層１１４をタッチ・スクリーン１１０に近接又はタッチする物体と容量結合させる交流信号または時間変化信号であってもよい。この交流信号は、高電圧増幅器によって生成されてもよい。触覚出力装置１００は、触覚効果を生成するために、容量結合に代えて、または容量結合に加えて他の原理を用いることもできる。容量結合は、タッチ・スクリーン１１０に近接し又はタッチしているユーザの指Ｆの肌にある機械的受容器や当該容量結合に応答できるスタイラスの構成部品等の物体の一部分を刺激することによって、触覚効果を生成することもできる。例えば、肌にある機械的受容器は刺激を受けて容量結合を振動またはより特殊な感覚として感知し、それによって、特に指Ｆがタッチ・スクリーンの表面１１２を横切って動くときに触感または摩擦力をシミュレートする。例えば、導電層１１４は、ユーザの指Ｆの導電性の部分と結合するコントローラ１３０からの交流電圧信号を印加されてもよい。

【0051】

一実施形態において、容量結合は静電出力を生成するために提供されてもよい。一実施形態において、容量結合はタッチ・スクリーン１１０の表面１１２に対して摩擦力または触感をシミュレートするために提供されてもよい。タッチ・スクリーン１１０の表面１１２は滑らかであるが、容量結合によってタッチ・スクリーン１１０に近接する物体と導電層１１４の間に引力を生じるという点で、摩擦力はシミュレートされる。この引力は、当該表面１１２における物質の分布状態が変化しなくとも、当該表面１１２における摩擦を増加させる。当該物体と導電層との間の引力のレベルを変化させることにより、タッチ・スクリーン１１０の表面１１２を横切って動く物体の摩擦を変化させることができる。摩擦力を変化させることにより摩擦係数の変化をシミュレートすることができる。

【0052】

ユーザがタッチ・スクリーン１１０に触れてその指Ｆを当該タッチ・スクリーン１１０上で動かすときに、当該ユーザは、とげとげした触感（プリックリネス、ｐｒｉｃｋｌｉｎｅｓｓ）、ざらざらした触感（グレインネス、ｇｒａｉｎｉｎｅｓｓ）、こぶのある触感（バンピネス、ｂｕｍｐｉｎｅｓｓ）、でこぼこした触感（ラフネス、ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）、ねばねばした触感（スティッキーネス、ｓｔｉｃｋｉｎｅｓｓ）、尖ったもの、ボタン、又はこれら以外の触感を、生成された静電出力を通して感じることができる。触感は表面１１２に対して摩擦変化の係数を有さないが、その代わりにユーザの肌の機械的受容器によって感知される特殊な感覚によって生成される。ユーザの肌にある機械的受容器は、指Ｆがタッチ・スクリーン１１０を横切って動くときに、一般的な感覚を感じるように刺激されてもよい。したがって、容量結合を用いて、タッチ・スクリーン１１０に近接し又はタッチしている物体と結合する信号を生成することによって、摩擦力や触感をシミュレートすることができる。

【0053】

多くの異なる物体や人に対して同じ引力や同じレベルの刺激を提供するために、センサ１１８および／またはコントローラ１３０は、タッチ・スクリーン１１０の表面１１２におけるインピーダンスを測定してもよい。当該センサ１１８および／またはコントローラ１３０は、表面１１２全体にパルスを印加して表面電圧を測定することにより、又は、容量結合の強さを測定することにより、インピーダンスを測定することができる。当該センサ１１８および／またはコントローラ１３０は、インピーダンスを測定するために、上記以外の公知の技術を用いることができる。また、大気中の湿度や温度等の変化する環境条件を補正することができる。触覚効果は、人のインピーダンスに基づいて調整してもよい。例えば、高いインピーダンスを有する物体に対してはより力強い触覚効果を加え、低いインピーダンスを有する物体に対してはより弱い触覚効果を加えることができる。

【0054】

一実施形態に係るタッチ・スクリーン１１０には、物体が導電層１１４に直接タッチできるように、絶縁層が備えられていなくてもよい。触覚効果は、導電層１１４から物体へ電流を通過させることにより生成され得る。

【0055】

図２に示すように、一実施形態においては、絶縁層１１６は１つまたは複数の電極１２２を有してもよく、これらの電極１２２は、物体が絶縁層１１６を横切って動くときに電極１２２に近接した位置でタッチ・スクリーン１１０の表面１１２に触れている当該物体に電流を伝えることができる。

【0056】

図１に示すように、一実施形態においては、導電層１１４は１つまたは複数の電極１２４を有してもよく、これらの電極１２４は、物体が絶縁層１１６を横切って動くときに電極１２４に近接した位置でタッチ・スクリーン１１０の表面１１２に触れている当該物体に静電出力を生成して伝えることができる。一実施形態において、センサ１１８の部分である電極が静電出力を生成してもよい。

【0057】

図３に示すように、一実施形態において、１つまたは複数の電極１２６、１２６Ａ、１２６Ｂは、導電層１１４と絶縁層１１６の間に配置されてもよい。前記１つまたは複数の電極１２６、１２６Ａ、１２６Ｂは、物体が絶縁層１１６を横切って動くときに電極１２６、１２６Ａ、１２６Ｂに近接した位置でタッチ・スクリーン１１０の表面１１２に触れている当該物体に静電出力を生成して伝えることができる。

【0058】

コントローラ１３０は、読込みモードにあるときにセンサ１１８の電圧である出力を読み取り、センサ１１８の出力を介して、センサ１１８によって感知される入力の位置を識別する。コントローラ１３０はまた書き込みモードで動作するように構成されていおり、書き込みモードにおいて、コントローラ１３０は電圧である信号を導電層１１４の電極１２４（図１参照）、絶縁層１１６の電極１２２（図２参照）、または導電層１１４と絶縁層１１６の間の電極１２６（図３参照）に書き込むことによって、例えばユーザの指Ｆに静電荷を生成する。静電荷は静電出力として感じられるが、それによって触覚効果が得られる。静電出力の強度は、ユーザの指Ｆの肌から電極１２２、１２４、１２６を離す絶縁層１１６の厚さにとりわけ依存する。

【0059】

図４に示す実施形態において、絶縁層１１６はタッチ・スクリーン１１０の強度および耐久性を向上させるための外部絶縁層１１６Ａを含んでもよい。一実施形態において、外部絶縁層１１６Ａはガラスからなる。一実施形態において、外部絶縁層１１６Ａは熱可塑材からなる。一実施形態において、外部絶縁層１１６Ａに加えて第２の絶縁層１１６Ｂが備えられる。一実施形態において、第２の絶縁層１１６Ｂはガラスからなる。一実施形態において、外部絶縁層１１６Ａは厚さが０．５ｍｍ未満の熱可塑材からなり、、第２の絶縁層１１６Ｂはガラスからなる。一実施形態において、絶縁層１１６はガラスの単層である。一実施形態において、外部絶縁層１１６Ａに近接する電極１２８を用いて静電出力を生成してもよい。さらに、電極１２８の静電出力をドライブし、また位置の読み込みおよび静電電極１２８への書き込みを整合させるための専用の電子回路を用いて、容量性の感知に関して発生し得る問題を極力低減する、さらには回避してもよい。

【0060】

一実施形態において、コントローラ１３０は入力またはタッチを感知する読込みモードから電圧を書き込むまたは提供することによって触れている指Ｆに静電荷および静電出力を生成する書込みモードに切り替わるように構成されている。上述の電極１２２、１２４、１２６、１２８のうち少なくとも１つに電圧が書き込まれる。このように、触覚出力装置１００は、タッチを感知すること、および触れている指Ｆに静電荷および静電出力を生成するために電圧を書き込むことを多重的に処理するように構成されている。

【0061】

一実施形態において、静電出力は、タッチを感知するセンサ１１８の読取りと触覚効果を生成するための電圧の書込みとを多重的に処理することによって実現してもよい。上述の電極１２２、１２４、１２６、１２８のうち少なくとも１つに電圧が書き込まれる。これは表面容量性タッチ・スクリーンおよび投影型容量性タッチ・スクリーンのいずれにおいても一般的な技術である。

【0062】

一実施形態において、タッチの感知とタッチしている指Ｆに対して静電荷を生成するための電圧の書込みとの間で多重化処理を用いてもよい。表面容量性タッチ・スクリーンにおいては、前記方法は、タッチを感知したセンサ１１８を読み取る工程と、読込みから書込みに切り替える工程と、感知されたタッチの位置に基づいて所望の電圧を書き込み、静電出力を生成する工程と、再びセンサ１１８の読込みに戻る工程などを含んでもよい。上述の電極１２２、１２４、１２６、１２８のうち少なくとも１つに電圧が書き込まれる。

【0063】

投影型容量性タッチ・スクリーンにおいては、前記方法は、タッチを感知したセンサ１１８を読み取る工程と、タッチの位置を取得する工程と、読込みから書込みに（例えば、感知から駆動に）切り替える工程と、タッチの位置の周辺領域に所望の電圧を書き込む工程とを含んでもよい。投影型容量性タッチ・スクリーンの技術はマルチ・タッチを考慮に入れているため、複数の異なる位置を選択することが可能であり、タッチ表面の全領域に書き込むことなく特定の位置に静電出力を印加してもよい。前記方法は他のタッチの読込み等について反復されてもよい。

【0064】

コントローラ１２０による読込みモードと書込みモード（感知と駆動）の切替えのタイミングは、信号の設定時間に依存してもよい。

【0065】

タッチ・スクリーン１１０が複数の電極を備える実施形態において、読込みと書込みの順序は調整されてもよい。例えば、一実施形態において、第１の電極１２６Ａからの読込みと第２の電極１２６Ｂ（図３参照）への書込みとは同時に行われてもよい。

【0066】

一実施形態において、タッチを感知する際には高い電圧を用いることによって、読取り電圧と書込み電圧とを２つの異なるレベルに設定する必要性を極力低減、さらには回避してもよい。通常は、電子回路の駆動装置は感知には低電圧を用いるが、場合によってはこの電圧は静電出力を生成するのに十分である。表面容量性タッチ・スクリーンおよび投影型容量性タッチ・スクリーンにおいて、一実施形態における方法は、従来の電圧レベルを用いてタッチ位置を読み取る工程と、タッチの位置を判定する工程と、タッチの位置において、静電出力の電圧レベルを用いてタッチ位置を読み取る工程とを含んでもよい。静電出力において電圧レベルは動的であるため、感知処理はこの動的な値を用いて行われてもよい。この実施形態の利点として考えられるものは、読取りと書込みのサイクル間に電圧を設定するための待ち時間を極力低減できることである。

【0067】

投影型容量性タッチ・スクリーンにおいては、出力は局所化される。というのは、複数の異なる位置が知られており、別々にアクセスできるからである。

【0068】

一実施形態において、コントローラ１３０は能動的に読込みサイクルの現在の電圧レベルを追跡し、それに応じて値を調整して入力の正確な位置を判定してもよい。一実施形態において、電極１４０のいくつかは通常の電圧で読み取られ、その他の電極１４０は通常の電圧より高い電圧で読み取られてもよい。

【0069】

投影型容量性タッチ・スクリーンの少なくとも１つの電極１２４を含む導電層１１４によって被覆される領域が小さすぎる場合、そのサイズは、静電出力を生成するためにより大きな領域を有するように変更されてもよい。触覚効果は電極によって被覆される領域の関数として、または電極の数の関数として調整されてもよい。例えば、異なる指のサイズを有する異なるユーザが同じタッチ・スクリーン１１０を用いた場合、または単一のユーザが異なる接触面積を有する複数の指、例えば小指と親指を用いてタッチ・スクリーン１１０にタッチした場合、接触面積情報を用いて触覚効果の大きさを調整し、どの指も同じ触覚効果を感知するようにすることができる。

【0070】

一実施形態において、単一の電極ではなく複数の電極を用いて触覚効果を生成してもよい。一実施形態において、ユーザ入力が感知された後、電力を極力低減しまたは触角効果を特定の位置に分離するのに最適な出力位置を、コントローラ１３０を用いて判定してもよい。最適な出力位置を判定した後、コントローラ１３０は最適な出力位置に最も近い電極をドライブするための信号を送信してもよい。

【0071】

一実施形態において、ユーザは例えばタッチ・スクリーン１１０の２つの異なる位置に２本以上の指を用いて複数の入力を与えてもよい。これらの入力が感知された後、コントローラ１３０を用いて異なる位置の異なる電極を別々にドライブし、マルチ・タッチの局所的な触覚効果を生成してもよい。例えば、局所的な触覚効果は、１本の指が他の指よりも強い触角効果を感じるように提供されてもよく、または、それらの指がタッチ・スクリーン１１０の表面１１２を横切って互いに近づくように動かされたときに、１本の指の他の指に対する相対的な位置に基づいて触覚効果が変化してもよい。

【0072】

一実施形態において、コントローラ１３０は、ユーザの指が電極間を移動する際に触覚効果を１本の電極から他の電極に移行し、ユーザの指の現在の位置に従って各電極から出力される電力の全体を調整してもよい。例えば、各電極によって指に対して出力される電力は、当該電極に対する指の相対的な位置の関数として与えられる。指が第１の電極の上に置かれている場合、第１の電極から出力される電力はレベルＸであり、それにより触覚効果Ａが生成される。指が第２の電極の上に置かれている場合、第２の電極から出力される電力はレベルＹであり、それにより触覚効果Ｂが生成される。指が第１の電極と第２の電極の間に置かれている場合、第１の電極に出力される電力はレベルＸの半分であり、第２の電極に出力される電力はレベルＹの半分であり、それにより触覚効果Ｃが生成される。一実施形態において、レベルＸとレベルＹは同等か実質的に同等であり、触覚効果Ａ、Ｂ、およびＣは同等か実質的に同等である。よって、ユーザが感じる触覚効果は、タッチ・スクリーン１１０の表面１１２の全体にわたって均一である。

【0073】

当該触覚効果は、１つずつ生成されたものでもよく、組み合わされたものであってもよい。例えば、タッチ・スクリーン１１０に接触する指Ｆの肌を引き寄せるとともにその肌にある機械的受容器を刺激できるほど高い電圧を導電層１１４に加えることができる。この触覚効果と同時に、当該導電層１１４及び（電極を含む）絶縁層１１６に静電気力が生成され、これらの層における機械的な動きが生成される。

【0074】

図５は本発明の実施形態にかかる触覚出力装置における触覚効果の生成方法５００を示す。方法５００は工程５０２から始まる。工程５０４において、タッチ・スクリーン１１０の表面１１２における入力がセンサ１１８で感知される。工程５０６において、コントローラ１３０により、タッチ・スクリーン１１０の表面１１２に対する入力を感知するセンサ１１８から電圧が読み込まれる。工程５０８において、コントローラ１３０により、入力の位置が判定される。工程５１０において、コントローラ１３０は読込みモードから書込みモードに切り替わる。工程５１２において、コントローラ１３０により、感知された入力の位置に基づく電圧が書き込まれ、静電出力が生成される。当該電圧は感知された入力の位置またはその近傍にある電極に書き込まれる。工程５１４において、この方法を継続するか終了するかを決定する。方法５００を継続する場合、方法５００は工程５０４に戻り、タッチ・スクリーン１１０の表面１１２に対する他の入力がセンサ１１８によって感知される。方法５００を終了する場合、方法５００は工程５１６で終了する。

【0075】

図６は本発明の実施形態にかかる触覚出力装置における触覚効果の生成方法６００を示す。方法６００は工程６０２から始まる。工程６０４において、タッチ・スクリーン１１０の表面１１２における入力がセンサ１１８で感知される。工程６０６において、コントローラ１３０により、タッチ・スクリーン１１０の表面１１２に対する入力を感知するセンサ１１８から電圧が読み込まれる。工程６０８において、コントローラ１３０により、入力の位置が判定される。工程６１０において、コントローラ１３０により、感知された入力の位置に基づく電圧が書き込まれ、静電出力が生成される。コントローラ１３０によって書き込まれる電圧はコントローラ１３０によって読み込まれる電圧とほぼ同じである。工程６１２において、この方法を継続するか終了するかを決定する。方法６００を継続する場合、方法６００は工程６０４に戻り、タッチ・スクリーン１１０の表面１１２に対する他の入力がセンサ１１８によって感知される。方法６００を終了する場合、方法６００は工程６１４で終了する。

【0076】

現時点で最も実用的であり好ましいと考えられる態様に基づいて、本発明を例示のために詳細に説明したが、このような詳細な説明は例示のみを目的としたものである。本発明は開示された実施形態に限定されるものではなく、むしろ添付された特許請求の範囲の趣旨及び範囲に入る変形や均等な配置も本発明に含められることが意図されている。例えば、本発明においては、あらゆる実施形態の一又は複数の特徴を他の実施形態の一又は複数の特徴と可能な限り結合することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】