JP5658235B2 - 触覚フィードバックによる形状変化ディスプレイの形成方法及び装置 - Google Patents

Description

本出願は、２００９年５月７日に出願した特許文献１及び２００９年８月６日に出願した特許文献２の優先権を主張するものであり、その記載内容は、参照によって本出願明細書に引用したものとする。

本発明は、実施形態として、電子インタフェースデバイス、特に形状変化ディスプレイ関する。

近年では、携帯電話及び携帯情報端末（ＰＤＡ）などのポータブルコンピュータデバイスが普及し、ヒューマンマシンインタフェースに関して使い勝手の良さがますます重要になっている。従来のポータブルコンピュータデバイスは、キーパッド、タッチスクリーン、専用ボタン、トラックボール、マウスなど、ヒューマンマシンインタフェースを容易にするための様々な入出力（Ｉ／Ｏ）方法を含むことができる。例えば、一般に、ユーザーは、指先でタッチスクリーン上の領域を押し、ディスプレイデバイスのパネルの後ろに表示される画像に従って、パネル上でボタン押しを模倣する。

典型的なポータブルコンピュータデバイスに関連する様々なデバイス構成及び／または形状が、様々な物理的制約条件を伴って構造化され、特に、ヒューマンマシンインタフェースに対してＩ／Ｏ選択肢の限定を伴う。携帯電話などの典型的なポータブルコンピュータデバイスは、例えば様々な形状及び設計で提供され、携帯電話の各設計は、電話を手に持つための許容レベルの快適性を達成するように最適化される。典型的なポータブルコンピュータデバイスに関連する欠点は、電話の外側筐体の形状が通常、通話時に片手に持つように設計されていることである。
しかし、外側筐体を最適化した電話の形状または構造は通常、テキストメッセージをタイプするなどの他の様々な状況には適していない。

ポータブルコンピュータデバイスに関する上記欠点は、様々な従来の携帯ゲームデバイスにも関連しうる。さらに、従来の携帯ゲームデバイスは、様々な触覚刺激を与え、さらに豊富なそのような触覚刺激の便益を得ることによって、ユーザーのゲーム体験を高めることができる。

米国特許仮出願第６１／１７６４３１号 米国特許仮出願第６１／２３１７０８号

本発明は一実施形態として、プロセッサと、形状入力を受信するためにプロセッサに接続される通信モジュールと、通信モジュールを収容し、変形可能部を含むための筐体とを含む触覚デバイスである。変形可能部は、変形アクチュエータを含み、プロセッサは、筐体を変形するために、形状入力に応じて変形アクチュエータに信号を供給する。また、このデバイスの他の領域の形状は、信号に応じて変化してもよい。形状変化によって、このデバイスのユーザーに、触覚刺激、情報、人間工学的形態的変化、他の機能性などを与えてもよい。

本発明の実施形態による運動感覚刺激を与えることができるポータブルデバイスを示す説明図 本発明の実施形態による典型的なポータブルハンドヘルドデバイスを示す説明図 本発明の実施形態による典型的なポータブルハンドヘルドデバイスを示す説明図 本発明の実施形態によるスライダーバーの表面特徴を備える携帯電話の一例を示す説明図 本発明の実施形態による形状変化ゲームデバイスの例を示す説明図 本発明の実施形態による形状変化ゲームデバイスの例を示す説明図 本発明の実施形態による形状変化ゲームデバイスの例を示す説明図 本発明の実施形態によるテニスラケットゲームコンソールを模倣する形状変化デバイスを示す説明図 本発明の実施形態による形状変化デバイスのための制御構造の例を示すブロック図 本発明の実施形態によるデバイスのために変形可能表面を制御する方法を示すフローチャート 本発明の実施形態による触覚刺激を与えることができるハンドヘルドデバイスを示す説明図 本発明の実施形態によるハンドヘルドデバイスによって与えることが可能な様々な触覚刺激を示す説明図 本発明の実施形態による力触覚刺激をシミュレートするために使用可能な入力及び触覚出力を示すグラフ 本発明の実施形態による触覚刺激を与えることができるハンドヘルドデバイスを様々な方向から見た説明図 本発明の実施形態による触覚刺激を与えることができるハンドヘルドデバイスを様々な方向から見た説明図 本発明の実施形態による触覚刺激を与えることができるハンドヘルドデバイスを様々な方向から見た説明図 本発明の実施形態による変形効果デバイスの説明図 本発明の実施形態によるゲームコントローラを様々な方向から見た斜視図 本発明の実施形態によるコンピュータマウスを様々な方向から見た斜視図

本発明の一実施例は、振動触覚フィードバックを使用して物理形状を巨視的に変化させることができるポータブルコンピュータシステムである。一実施例では、このシステムは、電子通信構成要素、筐体及び触覚表面を含む。例えば、電子通信構成要素が形状入力を受信でき、電話またはゲーム装置などの無線通信デバイスとなるように構成される。また、このシステムの外側エンクロージャとして知られる筐体は、電子通信構成要素を収容する。少なくとも筐体の一部を覆う触覚表面は、形状入力に応じて物理形状を巨視的に変化させるように構成される。

図１は、本発明の実施形態による、運動感覚刺激を与えることができるポータブルデバイス６００を示す説明図である。デバイス６００は、筐体６０２、ディスプレイ６０４、キーパッド６０６及び拡張部６０８−０及び６０８−１を含む。別の実施形態では、キーパッド６０６はタッチスクリーンディスプレイ６０４の一部である。一実施例では、デバイス６００は、無線オーディオ／ビデオ通信、移動データ通信、リモートゲームコンソールなどのものを提供ことができる無線ポータブルシステムである。例えば、デバイス６００は、携帯電話、ＰＤＡ、スマートフォン、ラップトップコンピュータ、ゲームコンソール及び／または情報を処理でき、触覚フィードバックを与えることができるハンドヘルド電子デバイスであってもよい。

動作モードに従ってユーザーの手に触覚フィードバックを与えるために、デバイス６００は、アプリケーションの特性に応じて外側エンクロージャまたは筐体６０２（拡張部６０８を含む）を巨視的に変化させることができる。そのアプリケーションに応じて、拡張部６０８は、（図１の矢印で示すように）拡張または収縮することができ、これにより、筐体６０２の形状及び／または大きさを巨視的に変化させる。
一実施例では、ユーザーが、例えば、視覚または感触によって変化を検知できる程度まで変化する場合、形状は「巨視的に」変化する。例えば、２人のユーザー間の握手を模倣するために、外側筐体形状を変化できる携帯電話デバイスを使用してもよい。第１及び第２のユーザーが、第１の形状変化電話に接続される第１及び第２の形状変化電話によって通話を行う場合、握手を伝達するために、例えば、第１のユーザーは、第１の形状変化電話を握って、第２のユーザーの第２の形状変化電話を振動または圧縮することが可能である。言い換えれば、第１の形状変化デバイスから第２の形状変化デバイスに、触覚機構を作動させ、握手を模倣するために形状を変化させる必要があることを示す形状入力または形状信号が送信される。また、他の実施形態では、筐体６０２以外に、ディスプレイ６０４またはキーパッド６０６などの入力素子などのデバイス６００の他の部分の形状を変化させてもよい。

デバイス６００などのシステムは、形状変化効果を模倣するために振動触覚刺激及び／または運動感覚刺激を用いてもよい。
例えば、ハンドヘルドデバイスによって、ユーザーに対して触覚フィードバックを具現化するために振動触覚刺激を用いてもよい。そのような触覚フィードバック効果は、比較的高周波（例えば、約１６０〜２２０Ｈｚ）及び比較的小変位（例えば、約５０〜５００マイクロメートル）振動によって特徴付けしてもよい。さらに、ボタンクリックの確認や警告などの様々な種類の触覚情報も伝達することができる。
一方、運動感覚刺激は、比較的大変位（例えば、約１〜１０ｍｍ）及び比較的低周波（例えば、約１０〜４０Ｈｚ）の動作によって特徴付けすることが可能である。アプリケーションまたは作動特徴に応じて表面特性を巨視的に変化させるなどの運動感覚刺激を効果的に模倣するために、変形可能表面または柔軟表面を使用することができる。

変形可能な触覚表面を使用して、運動感覚刺激を効果的に模倣してもよい。例えば、運動感覚刺激により、ハンドヘルドデバイスを方向ナビゲーションツールとして使用可能にしてもよい。この実施例では、方向情報の触覚表示として、ハンドヘルドデバイスの様々な箇所の変形可能表面を作動させることができる。別の実施例では、運動感覚刺激によって、仮想テレプレゼンスアプリケーション及び／またはソーシャルネットワーキングアプリケーションにおいて有益となり得るような特異的効果（例えば、脈拍、心拍など）の性能を与える。一実施例では、通話元の心拍を、通話接続によって接続される通話先の携帯電話の側面にある変形可能なパッドを拡張及び収縮することによって模倣することができる。別の実施例では、通話先の別の携帯電話で握手を感知するように、通話元の携帯電話を握ることを模倣することができる。

様々な種類の入力信号を使用し、偏心回転質量（ＥＲＭ）など、触覚アクチュエータを駆動して力触覚刺激または「力効果」を模倣してもよい。比較的一定の力効果（例えば、押す力の効果または引く力の効果）とは異なり、様々な衝撃力刺激または「急に引く感覚」を与えるために、特定の種類の入力信号を使用してもよい。一実施例では、そのような衝撃力刺激によって、指でつつくことをシミュレートしてもよい。一実施例では、そのような衝撃力刺激によって、例えば、ゴルフボールに衝撃を与えるゴルフクラブで打つことをシミュレートしてもよい。一実施例では、そのような衝撃力刺激によって、テニスボールに衝撃を与えるラケットをシミュレートしてもよい。他のゲーム環境をシミュレートするために衝撃力刺激を用いてもよい。

一実施例では、ユーザーによって単に操作されることとは異なり、デバイス６００は、動作モード（例えば、アプリケーション、作動機能など）に基づいて形状を変化させることができる。デバイス６００の柔軟表面の形状を変化させるために、触覚機構に様々な触覚材料及び／または触覚アクチュエータを使用することができる。例えば、制御信号の作動に基づく形状変化のために、触覚機構に、１または複数のアクチュエータを形成するために、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）を使用してもよい。他の実施形態では、アクチュエータとして、圧電素子、プログラマブルゲルまたは形状記憶合金（ＳＭＡ）の繊維を使用することができる。

一実施例では、作動した機能及びアプリケーションなどのデバイス動作モードの指示によって、触覚機構の所定のパターンを作動させることができる。そこで、そのようなパターンを、変形機構を使用してデバイス６００の柔軟表面に適合させることができる。パターンを成立させるまたは形成するためには、複数のアクチュエータを含む触覚基板を表面に装着してもよい。例えば、ＥＡＰを使用して、触覚機構に１または複数のアクチュエータを形成するために、これにより、触覚機構によって受信した信号を作動させて、柔軟表面の形状を伝達することができる。触覚基板は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）素子、熱流体ポケット、ＭＥＭＳポンプ、共振デバイス、可変多孔膜、層流変調などから形成することができる。

拡張部６０８は、変位及びあらゆる振動または他の好適な刺激及び／またはパターンに関して制御可能である。例えば、１人のユーザーが第１のデバイスを握ることができ、第１のデバイスへの通話時に接続される第２のデバイスは、物理的な握手を伝達するために、第２のユーザーの手の中で振動したり、圧縮したりすることができる。従って、第１のデバイスから第２のデバイスに信号を送信し、第２のデバイスが形状を変化させて握手（例えば、手を握るような低周波力または圧力）を模倣するように指示することができる。このような方法では、基本的な触覚機構、基材及び／またはアクチュエータ制御によってサポート可能なあらゆる所定の形状変化の特徴またはパターンを用いることができる。

図２ａ〜ｂは、本発明の実施形態による移動ハンドヘルドデバイス（７００、７５０）を示す説明図である。デバイス７００は、方向ナビゲーションツールとして使用（例えば、全地球位置発見システム（ＧＰＳ）を使用）でき、方向情報の触覚表示の際に、デバイスの様々な場所の変形可能表面７０４−０及び７０４−１を作動させて用いることができる。この場合、変形可能表面／拡張部７０４−０を突き出して左方向を示してもよく、変形可能表面７０４−１を突き出して右方向を示してもよい。別の実施例では、そのようなデバイスは、特定の所定の作用（例えば、振動、心拍など）を実行でき、この作用は、仮想テレプレゼンスアプリケーション及びソーシャルネットワーキングアプリケーションで有用となりうる。心拍の例では、電話接続先のデバイス７００または７５０の側面にある変形可能なパッドを７０４−０及び７０４−１に拡張及び収縮させることによって、ユーザーの心拍を模倣することが可能である。

携帯電話にテキストメッセージを入力する際、通常、デバイスを両手で持って２本の親指でテンキーボタンを押すと、使用可能な空間が制約される可能性がある。このような場合には、デバイスの保持を容易にできるように、デバイスの筐体の後部及び／または側面の変形可能表面（例えば拡張部７０４）を作動させることができる。変形可能表面または形状は、手とデバイスとの間の接触面に沿って所定の圧力パターンが与えられるように制御することができる。従って、手または指の様々なジェスチャにより、ユーザーは比較的滑らかに書き込むことができ、テキスト入力のスピード及び精度を可能な限り改善することができる。

特定の実施形態では、個々の人間工学に順応させるために形状変化を含むことができる。例えば、携帯電話は、電話をかけるための比較的薄い形状からテキストメッセージの送信または他のキーパッドの集中的な操作のためのさらに厚い形状に自動的に調整することができ、あるいは、ユーザーが電話を片手で持っているか両手で持っているかによって形状を変化させることができる。
特定の実施形態では、そのようなデバイスは、アプリケーション（例えば、通話アプリケーション、メールアプリケーションなど）の特定のモードまたは動作に関する情報を検知または受信して、形状を調整することができる。さらに、ユーザーは、特定用途のために好みに合わせて調整（例えば、メールアプリケーション起動時にはデバイスの右側を約１ｃｍ拡張）してもよい。図２の例では、特定の実施形態は、図に示すようにさらに多くの形状を得るために、別の伸縮自在の部品、膨張材（例えばＥＡＰ）などの作動を制御することを含むことができる。

通常、携帯電話の外側エンクロージャの形状は、通話時に片手で持つように設計される。形状が変化する携帯電話を使用する利点は、特定用途のために、変形可能表面に全体的動作を与え、（例えば、変形可能表面／拡張部７０４によって）デバイスの幾何学形状を容易に変化させることである。形状変化デバイスを使用する別の利点は、デバイスの一般形態を調整して、さらに快適な相互作用を達成し、及び／または、人間工学的な特性を改善することである。

図３は、本発明の実施形態によるスライダーバーの表面特徴を備える携帯電話８００の一例を示す図である。あらゆる所定の形状が、デバイスの表面に現れるように構成することができる。そのような形状は、触覚アクチュエータの個々のアクチュエータ素子またはサブアレイを制御することによって制御することができる。例えば、ユーザーが、タッチスクリーン携帯電話で長い連絡先リスト（例えば、項目８０４−０、８０４−１、・・・、８０４−Ｎ）をスクロールしようとした場合、（例えば、拡張部７０４−１を用いて）触知フィードバックが加わった親指（例えば、８０２）をスクロールして、デバイスによる直感的な入力／出力インターフェイスを可能にすることができる。

携帯電話８００が音楽再生モードで使用されている場合、曲のリストをスクロールすることができる。変形可能及び／または柔軟表面を用いて、電話８００の１または複数の側面にカスタム形状を有する仮想のスクロールボックスを形成し、スクロールバー８０２は、ユーザーがこのスクロールバーを上下に押すとスクロールボックスに沿って動作するように構成される。さらに、スクロールボックスが曲のリストの先頭または最後に近い場合、あるいは、リスト内で新しいグループの連絡先名が開始する場合などの特定情報を伝達するために、柔軟表面に局部的な触覚振動触知フィードバックを組み込むことができる。データ検索及び触覚フィードバックなどの様々なデジタル情報アプリケーションに対して、変形可能なスライダまたはスクロールボックスを有するデバイス８００などのポータブルハンドヘルドデバイスが利用可能である。

図４ａ〜ｃは、本発明の実施形態による形状変化ゲームデバイス９００、９３０及び９６０の例を示す説明図である。そのようなデバイス９０２の形状の変化によって、ゲーム環境からユーザーに様々な情報９０４及び触覚刺激を伝えることが可能である。例えば、ゲーム環境においてユーザーの手で仮想的に保持されるツールの幾何学的形態（例えば、ゲームで使用可能な武器９０６の形態または他の適切な形態９１０など）に近づけるようにゲームデバイスの形状を調整することができる。

図４ａ〜ｃに示すように、コンピューターゲームコントローラの側面及び／または背面の変形可能表面を作動させることによって、コンピューターゲームで起こる様々なシナリオに関連する様々な種類のデータ（例えば、ゲーム時の寿命または残り時間の減少を小さくするボタン９０８、プレーヤーの状態など）を表示することができる。さらに、ゲームデバイスの表面で振動触覚刺激及び／または運動感覚刺激を模倣し、ゲームにおいて、仮想プレーヤー及びオブジェクトとの相互作用による触覚フィードバックを組み込むことができる。

このような方法では、特定の実施形態のデバイスは、巨視的な形状または特徴を変化させる柔軟表面を含むことができる。そのような形状変化は、あらゆるユーザーの直接操作とは対照的に、デバイスのアプリケーションまたは動作状態／モードに対応させることができる。さらに、特定の実施形態における触覚基板の形態のアクチュエータは、振動触覚刺激及び／または運動感覚刺激をサポートすることができる。図４のデバイスに示すように、例えばハンドルの形状を単に変化させることとは対照的に、ゲームの状態または武器を示すために、特定の形状がデバイスの側面で形成される。

図５は、本発明の実施形態によるテニスラケットゲームコンソールを模倣する形状変化デバイス５００を示す説明図である。形状変化デバイス５００は、ディスプレイ５０２及びハンドル５０４を含む。いくつかの実施形態では、ハンドル５０４は、形状変化触覚機構５０６、５０８を含む。一実施例では、デバイス５００は、リモートゲーム装置であり、いくつかのゲームコントローラ及び／またはコンソールの１つとなるように構成することができる。

一実施例では、ディスプレイ５０２は、プレイされるゲームに関わる画像を表示することができる。例えば、デバイス５００は、テニスラケットを模倣し、ディスプレイ５０２は、ガットの網目をきつく張り合わせたフレーム５１２の図を示す。別の実施形態では、デバイス５００はディスプレイ５０２を含まなくてもよく、その代わりに、実際の物理的な「ガット」または他の好適な形を含んでもよい。また、一実施例では、ハンドル５０４は、１または複数の方向（図５の矢印によって示すように内側及び外側）に、物理的な形状及び／または大きさを拡張または収縮させるか、あるいはその両方を行うことができる形状変化触覚機構５０６、５０８を含む。ストロークの質及び／またはラケットの面とボールとの接点の位置（例えば、「スイートスポット」、縁、上、下、左、右など）をシミュレートするために、触覚機構５０６、５０８は、ラケットを打つテニスボールの位置によって作動または非作動してもよい。

また、ハンドル５０４は形状変化触覚機構５１０を含んでもよい。アプリケーションに応じて、形状変化触覚機構５１０は、ユーザーの手に合わせるために、あるいは、異なる種類のラケットをシミュレートするために、物理寸法を巨視的に変化させることができる。他の実施形態では、デバイス５００は、テニス試合、ラケットボール試合、卓球試合、ホッケーゲーム、ラクロスゲーム及び他の種類の球技などの様々な種類の球技の１つを模倣できる様々な種類のゲーム装置の１つとなるように構成することができる。

図６は、本発明の実施形態による形状変化デバイスのための制御構造６１０の一例を示す論理ブロック図である。一実施例では、動作モード検知器６１２は、デバイス、あるいは、デバイスに関連する様々なモジュールから、様々な動作モード信号または他の指標を受信する。プロセッサまたはコントローラ６１４は、所定の状態及びパターン６１８からの情報と同じように、通信モジュールまたは検知器６１２から検知されたモードの指標を受信することができる。

そのような所定の状態は、あらゆるデバイス動作モード、アプリケーション及び／または条件を含むことができ、これらに応じて、運動感覚、形状変化及び／または触覚刺激を成立させる。そのような効果または形状変化には、これに関連して対応するパターンがあり、（例えば、あらゆる好適なメモリデバイスまたは素子を使用して）ストレージから関連パターンを呼び出すことができる。次に、上に記載するように、適切なパターンが筐体または柔軟表面６２０に形成し、成立できるように、活性化制御信号を触覚基板６１６に提供することができる。

図７は、本発明の実施形態によるデバイスのために変形可能表面を制御する方法１００の一例を示すフローチャートである。デバイス動作モードを検知することができる（１０４）。デバイス動作モードが、所定の状態に一致するものがあるかを判定するために比較することができる（１０６）。検知された動作モードまたはアプリケーションが所定のデバイス状態に一致する場合（１０８）、触覚機構で適切な起動制御信号を有効な状態することができる（１１０）。これに応じて、柔軟表面を変化させて、所定の運動感覚刺激を成立させることができる（１１２）。

図８は、本発明の様々な実施形態による触覚刺激を与えることができるハンドヘルドデバイス８００を示す説明図である。特に、ハンドヘルドデバイス８００は、振動触覚刺激、運動感覚刺激及び／または力効果を与えることができる。図に示すように、ハンドヘルドデバイス８００は、ハンドヘルドデバイス８００の中間部８１０に、変形効果８３０または伸張効果を与え、様々な運動感覚刺激及び／または変形効果を与えるために使用してもよい。さらに、ハンドヘルドデバイス８００の後部８１２及び／またはハンドヘルドデバイス８００の前部８１４に力効果または振動触覚刺激８２０、８２２を与えることができる。他の効果及び配置を用いてもよい。
本発明のいくつかの実施形態では、ハンドヘルドデバイス８００はゲームコントローラである。さらに、一実施例のハンドヘルドデバイス８００は、感知機構（図示せず）を含み、一実施例では、６自由度センサを設ける。

図９は、本発明の様々な実施形態による図８のハンドヘルドデバイス８００によって、例えば、ゲーム環境を与えることが可能な様々な触覚刺激を示す図である。図に示すように、ハンドヘルドデバイス８００は、様々な衝突領域９００中のゲーム表面９２０（例えば、ガットまたはゴムひも）に衝撃を与えるゲームオブジェクト９１０（例えばボール）をシミュレートするために様々な触覚刺激を用いる。図に示すように、衝突領域９００は、前衝突領域９００Ａ、衝突領域９００Ｂ、初期変形または伸張領域９００Ｃ、最大変形領域９００Ｄ、最終変形領域９００Ｅ及び放出領域９００Ｆを含む。

例えば、図９に示すように、前衝突領域９００Ａでボールが落下し、衝突領域９００Ｂで、ボールがゴムひもに着地する。変形領域９００Ｃ〜Ｅでは、ゴムひもは最大に伸張し、このとき、ボールが方向を変化させて弾んで戻る。ボールは、放出領域９００Ｆではゴムひもから放出され、上方に移動して離れる。他の衝突領域を含んでもよい。さらに、様々なゲーム表面９２０（例えば、ラケット、バット、ゴルフクラブなど）をシミュレートするために、他の変形プロフィールを使用してもよい。

図９の例では、ユーザーは、力効果によるボールとゴムひもとの初期接触、変形効果による捕獲及び伸張ならびに別の力効果を伴う放出を体験する。
デバイス８００のハンドルの感知デバイスは、力効果及び変形触覚刺激と同期することができ、これにより、例えば、これらの効果は、ユーザーがデバイスを振ったり、面を交差させたりした場合に生成される。前衝突領域９００Ａでは、力効果も変形効果も用いない。衝突領域９００Ｂでは、ゲームオブジェクト９１０とゲーム表面９２０との衝突をシミュレートするために１または複数の力効果８２０、８２２を用いる。初期変形領域９００Ｃでは、ゲーム表面９２０でゲームオブジェクト９１０の衝突による初期のストレッチまたは振動をシミュレートするために、初期変形効果８３０を用いてもよい。最大変形領域９００Ｄでは、ゲーム表面９２０によってゲームオブジェクト９１０の衝突による最大の伸張または振動をシミュレートするために最大変形効果を用いてもよい。最終変形領域９００Ｅでは、ゲーム表面９２０によってゲームオブジェクト９１０の衝突による最終の伸張または振動をシミュレートするために最終変形効果を用いてもよい。放出領域９００Ｆでは、ゲーム表面９２０からゲームオブジェクト９１０の放出をシミュレートするために１または複数の力効果８２０、８２２を用いてもよい。後衝突領域では、力効果も変形効果も用いない。力効果及び／または変形効果及び振動触覚刺激または他の触覚刺激の様々な組み合せを用いてもよい。

図９に示すように、変形効果は、主に５Ｈｚ未満の低周波数成分を有する触覚刺激に対応している。一方、力効果は、主に約３０Ｈｚの中波成分を有し、１５〜８０Ｈｚの周波数を使用可能な触覚刺激に対応している。

様々な形態のゲームで、力効果と変形効果を組み合わせて使用してもよい。例えば、テニスラケットまたは野球用バットをシミュレートするデバイスを振る場合、把持部で力を感じ、戻る力の一部としてわずかな変形効果を感じることができる。ボクシングゲームに関しては、相手と衝突する際に力効果及び変形効果を感じることができる。ボールの捕捉に関しては、ユーザーの手でボールを捕捉または放出する感覚をシミュレートするために変形効果を用いることができる。

図１０は、本発明の様々な実施形態による力効果をシミュレートするために使用可能な入力信号１０１０及び触覚出力１０２０の一例を示す図である。入力信号１０１０は、触覚出力１０２０を与えることによって順次応答する触覚アクチュエータを駆動するために供給される。
特に、入力信号１０１０は、振幅Ｍ（様々な因子に依存することが明らかである）及び持続時間またはパルス幅ｄ（例えば７０ｍｓ）のパルス１０１２を含んでもよい。入力信号１０１０は、矩形波パルス、のこぎり波パルス、準正弦波パルスまたは他の種類のパルスを含んでもよい。パルス１０１２は、パルス１０１２に応答して触覚出力パルス１０２２を生成する触覚アクチュエータを駆動する。触覚出力パルス１０２２は、インパルス過度応答に類似し、中波成分（例えば３０Ｈｚ）を含む。実際に生成した中波成分は、触覚アクチュエータの特徴及びパルス１０１２に依存することが理解される。触覚出力パルス１０２２は、力効果をシミュレートするために使用してもよく、その間、ハンドヘルドデバイス８００のユーザーは、実質的に限られた持続時間（例えば７０ｍｓ単位）の鋭い触覚刺激を体験する。そのような力効果は、接触力として特徴付けられる。触覚出力パルス１０２２によって、通常、様々なゲームの衝突のために８ｇ以上の力を与えてもよい。

図１１は、図８のデバイス８００に類似し、本発明の一実施例による様々な触覚刺激を与えることができるハンドヘルドデバイス１１００を示す様々な方向から見た内部図である。図１２は、図８のデバイス８００に類似し、本発明の一実施例による様々な触覚刺激を与えることができるハンドヘルドデバイス１２００を示す様々な方向から見た内部図である。図１３は、図８のデバイス８００に類似し、本発明の一実施例による様々な触覚刺激を与えることができるハンドヘルドデバイス１３００を示す様々な方向から見た内部図である。
これらの例示的な各実施形態では、ハンドヘルドデバイスは、１または複数の触覚アクチュエータを含み、力効果アクチュエータ及び変形効果アクチュエータを含む。これらの各実施形態では、力効果アクチュエータは偏心回転質量（ＥＲＭ）１１１２を駆動するモータ１１１０を含む。他の実施形態では、モータ／ＥＲＭの代わりに圧電型またはＳＭＡ型のアクチュエータなどの他の種類のアクチュエータを使用することができる。力効果アクチュエータによって生成される実際の力効果は、例えば、ＥＲＭ１１１２の質量、その質量中心と回転軸との間の距離、モータ１１１０の大きさ、回転速度ならびにモータ１１１０及びＥＲＭ１１１２の他の特徴に依存する。いくつかの実施形態では、特徴の１つまたは複数が調整可能または制御可能であってよく、これにより、力効果アクチュエータは、動作時に調整してもよく、あるいは、制御可能に変更してもよい。

ここで、図１１を、本発明の一実施例による、変形効果アクチュエータを示すために使用する。デバイス１１００は、カムを駆動する単段歯車装置に装着されたＤＣモータを含む。変形効果アクチュエータは、１または複数の変形機構１１２０、モータ１１３０、歯車１１４０及びカム１１５０を含む。モータ１１３０は、歯車１１４０及びカム１１５０を駆動する。カム１１５０は、変形機構１１２０と係合し、変形機構を拡張させる。いくつかの実施形態では、変形機構１１２０を収縮するために、バネまたは同様の付勢デバイスを使用してもよい。本発明のいくつかの実施形態では、変形機構１１２０は、直接ユーザーに触覚刺激を与える。本発明のいくつかの実施形態では、機構１１２０は、ユーザーに触覚刺激を与えるハンドヘルドデバイス８００の筐体（例えば、ゴム筐体）の変形可能部１１６０を係止する。図に示すように、ハンドヘルドデバイス１１００は、ユーザーに変形効果が与えられない非係止状態１１７０と、ユーザーに変形効果が与えられる係止状態１１８０とを含む。いくつかの実施形態では、カム１１５０の形状及び大きさによって、様々な程度の変形効果を与えてもよいことが理解されうる。いくつかの実施形態では、ハンドヘルドデバイス１１００の側面のいずれかまたは両方に変形効果を与えてもよい。

ここで、図１２を、本発明の一実施例による、変形効果アクチュエータを示すために使用する。デバイス１２００は、多段歯車装置／モータアセンブリを含む。変形効果アクチュエータは、１または複数の変形機構１２２０、モータ１２５０、駆動歯車１２４０及び変形歯車１２３０を含む。モータ１２５０は、駆動歯車１２４０を駆動する。駆動歯車１２４０は、各変形歯車１２３０と係合する。変形歯車１２３０は、変形機構１２２０に接続され、変形機構１２２０を拡張及び／または収縮するように構成される。本発明のいくつかの実施形態では、変形機構１２２０は、直接ユーザーに触覚刺激を与える。本発明のいくつかの実施形態では、変形機構１２２０は、ユーザーに触覚刺激を与えるハンドヘルドデバイス８００の筐体の変形可能部１１６０を係止する。図に示すように、ハンドヘルドデバイス１２００は、ユーザーに変形効果が与えられない非係止状態１１７０と、ユーザーに変形効果が与えられる係止状態１１８０とを含む。いくつかの実施形態では、ユーザーに様々な程度の変形効果を与えてもよいことが理解されうる。いくつかの実施形態では、ハンドヘルドデバイス１２００の側面のいずれかまたは両方に変形効果を与えてもよい。

ここで、図１３を、本発明の一実施例による、変形効果アクチュエータを示すために使用する。デバイス１３００は、ソレノイド型アクチュエータを含む。変形効果アクチュエータは、１または複数の変形機構１３２０、ピストンまたはリニア駆動またはソレノイド１３５０及びスライド１３４０を含む。リニア駆動１３５０は、非係止状態１１７０と係止状態１１８０との間でスライド１３４０を前後に動作させる。係止状態では、リニア駆動１３５０は、スライド１３４０を前方に動作させ、スライド１３４０を変形機構１３２０に係合させて変形機構を拡張する。本発明のいくつかの実施形態では、変形機構１３２０の内側表面は、リニア駆動１３５０に近い最大距離からリニア駆動１３５０の範囲の最小距離に内側に先細りさせてもよく、これにより、変形機構１３２０の拡張が増大することによって、スライド１３４０が前方に動作する。本発明のいくつかの実施形態では、変形機構１２２０は、直接ユーザーに触覚刺激を与える。本発明のいくつかの実施形態では、機構１２２０は、ユーザーに触覚刺激を与えるハンドヘルドデバイス１３００の筐体の変形可能部１１６０を係止する。いくつかの実施形態では、ハンドヘルドデバイス１３００の側面のいずれかまたは両方に変形効果を与えてもよい。

図１４は、本発明の一実施例による変形効果デバイスの説明図である。デバイス１４００は、ゲームコントローラデバイスであってよく、１または複数の圧電材料によるアクチュエータ１４１０の外面に取り付けられている。各アクチュエータ１４１０は、基板１４３０及び圧電材料１４２０を含む。１４７５の「ｏｆｆ」の状態では、圧電材料１４２０は、基板に対してほぼ平面である。１４８５の「ｏｎ」の状態では、電流またはアクチュエーション信号がアクチュエータに印加されると、圧電材料１４２０が外に曲がる。このように曲がれば、圧電材料に接するユーザーの指によって感知することが可能である。別の実施形態では、ゴムまたは他の種類の筐体は、アクチュエータ１４１０を覆うことができる。一実施例では、圧電材料は、Ｓｍａｒｔ Ｍａｔｅｒｉａｌ社製のＭａｃｒｏ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ（ＭＦＣ）材であってよく、あるいは、あらゆるモノリシリック圧電材料または複合圧電材料であってもよい。また、上に記載するとおり、デバイス１４００は、内力効果アクチュエータを含んでもよい。

図１５は、本発明の一実施例によるゲームコントローラ１５００の斜視図である。ゲームコントローラ１５００は、図４に示すデバイスに類似し、テレビゲームの特定のイベントに応じて側面の形状を変化させる。図１５に示すように、時間Ａでは、コントローラ１５００の側面に様々な形状１５１０が形成され、例えば、一連のボタン及び先端を示す。時間Ｂでは、矩形の入力デバイス１５２０を形成するために形状が変化する。時間Ｃでは、特定の武器（すなわち刀）を形成するために形状が再び変化する。

図１６は、本発明の一実施例によるコンピュータマウスの斜視図である。マウスの形状は経時変化し、人間工学的な変化をユーザーに与える。図に示すように、マウスの１６１０と１６２０との間の時間では、マウスの底部は、表面に対して高さが上がるように拡張している。さらに、マウスの１６３０と１６４０との間の時間では、マウスの側面の形状は、マウスの把握面を変化させるために変化している。

上に、いくつかの実施形態を示し説明した。しかし、実施形態の改変及び変更は、本発明の趣旨及び意図から逸脱しない範囲で可能である。

Claims (15)

1. プロセッサと、
   前記プロセッサに接続され形状入力を受信する通信モジュールと、
   前記通信モジュールを収容して変形可能部を含むための筐体と、
   全地球位置発見システムと、を備えた構成において、
   前記変形可能部が、変形アクチュエータを備え、
   前記プロセッサが、形状入力に応じて筐体を変形するための信号を、前記変形アクチュエータに送信し、
   前記プロセッサが、前記全地球位置発見システムに基づいて方向情報の触覚表示を行う場合に、前記方向情報に対応する前記アクチュエータに対して、前記信号を送信する
   ことを特徴とする触覚デバイス。
2. 前記形状入力が、無線受信される
   請求項１に記載のデバイス。
3. 前記変形アクチュエータが、電気活性ポリマーを有する
   請求項１に記載のデバイス。
4. 前記変形アクチュエータが、変形機構に接続されるモータを有する
   請求項１に記載のデバイス。
5. 前記変形アクチュエータが、圧電材料を有する
   請求項１に記載のデバイス。
6. 前記プロセッサに接続される力アクチュエータを有する
   請求項１に記載のデバイス。
7. 前記信号によって、変形アクチュエータが筐体の形状を変化させる
   請求項１に記載のデバイス。
8. 変形アクチュエータが、変形の知覚を引き起こす周波数成分を有する触覚刺激を生成する
   請求項１に記載のデバイス。
9. ディスプレイを備え、変形アクチュエータが、形状入力に対応してディスプレイを変形する
   請求項１に記載のデバイス。
10. キーボードを備え、前記アクチュエータに応じてキーボードを変形する
    請求項１に記載のデバイス。
11. 筐体を有する無線ハンドヘルドデバイスを動作する方法であって、
    形状変化入力を無線受信し、
    形状変化入力に応じて変形アクチュエータへの信号を生成し、
    前記変形アクチュエータによって、前記筐体の形状を形状変化入力に適合させた形状に変化させ、
    全地球位置発見システムに基づいて方向情報の触覚表示を行う場合に、前記方向情報に対応する前記アクチュエータによって、前記筐体の形状を変形させる
    ことを特徴とする方法。
12. 力生成入力を無線受信し、
    前記力生成入力に応じて力アクチュエータへ第２の信号を生成する
    請求項１１に記載の方法。
13. 前記信号によって、前記変形アクチュエータが前記筐体の形状を変化させる
    請求項１１に記載の方法。
14. 前記変形アクチュエータが、変形の知覚を引き起こす周波数成分を有する触覚刺激を生成する
    請求項１１に記載の方法。
15. 第１の形状を有し第２のデバイスと通信するハンドヘルドデバイスであって、
    コントローラと、
    前記コントローラに接続される力アクチュエータと、
    前記コントローラに接続される変形アクチュエータとを備え、
    前記コントローラが請求項１１ないし１４のいずれかに記載の方法を実施する
    ことを特徴とするハンドヘルドデバイス。

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