JP2016119088A - 様々な触覚効果を生成するための事前プログラムされた磁気表面およびパターンを有するプログラム可能磁石を有する触覚アクチュエータ - Google Patents

様々な触覚効果を生成するための事前プログラムされた磁気表面およびパターンを有するプログラム可能磁石を有する触覚アクチュエータ Download PDF

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Abstract

【課題】ユーザ入力要素に対する触覚効果を提供できる触覚フィードバック・システムを開発する。【解決手段】ユーザ入力要素に触覚効果を提供するユーザ入力要素に結合された磁気アクチュエータを含む触覚周辺機器。磁気アクチュエータは、ユーザ入力要素の運動を制御するための事前プログラムされたパターンを有する、少なくとも２つの対向する第１のプログラム可能磁石および第２のプログラム可能磁石を含む。磁気素子の事前プログラムされたパターンは、互いに相互作用して触覚効果を引き起こす。磁気アクチュエータで出力される触覚効果を変更するために、第２のプログラム可能磁石がスピン、回転、または移動されて、事前プログラムされたパターンの向きまたは位置が変更される。第２のプログラム可能磁石の再配向されたパターンが、第１および第２のプログラム可能磁石間の相互作用を変更し、異なる触覚効果がユーザ入力装置に出力される。【選択図】図２

Description

本明細書の実施形態は、触覚効果がユーザ入力要素を対象とするようにユーザ入力要素に結合された磁気アクチュエータを有するデバイスに関する。
ビデオ・ゲームおよびビデオ・ゲーム・システムは、カジュアル・ゲーマに対してのマーケティング、および結果として得られるカジュアル・ゲーマからの参加のためにますます人気となっている。従来型ビデオ・ゲーム・デバイスまたはコントローラは、視覚および聴覚指示（cues：キュー）を使用して、ユーザにフィードバックを提供する。いくつかのインターフェース・デバイスでは、より一般には「触覚フィードバック」または「触覚効果」として供に知られている、運動感覚フィードバック（作用力および抵抗力フィードバックなど）および／または触覚フィードバック（振動、テクスチャ、熱など）もユーザに提供される。触覚フィードバックは、ユーザ・インターフェースを改良し、簡略化するキューを提供することができる。具体的には、振動効果、または振動触覚効果は、電子デバイスのユーザにキューを提供して、ユーザに特定のイベントを警報し、または現実的フィードバックを提供して、シミュレートされた環境または仮想環境内でより高い感覚没入を生み出す際に有用であることがある。
医用デバイス、自動車制御、リモート・コントロール、ユーザがユーザ入力要素と対話してアクションを引き起こす他の類似のデバイスなどの他のデバイスも、触覚フィードバックまたは触覚効果から恩恵を受ける。限定ではなく例として、医用デバイス上のユーザ入力要素が、ユーザにより、患者の身体の外部の医用デバイスの近接部分で操作され、患者の身体内で医用デバイスの遠位端におけるアクションが引き起こされることがある。触覚フィードバックまたは触覚効果がデバイスによって利用され、特定のイベントをユーザに警報し、または医用デバイスの末端での患者との医用デバイスの相互作用に関して現実的なフィードバックをユーザに提供することができる。
ゲーミング・デバイスおよび他のデバイス用の従来型触覚フィードバック・システムは一般に、触覚フィードバックを生成するためにコントローラのハウジングに取り付けられた１つまたは複数のアクチュエータを含む。しかし、こうした従来型触覚フィードバック・システムは、コントローラのボディ全体に沿って触覚感覚を生み出す。そのようなデバイスは、特定のアクションまたは場所についてのユーザに対する標的または有向触覚感覚（ｔａｒｇｅｔｅｄ ｏｒ ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｈａｐｔｉｃ ｓｅｎｓａｔｉｏｎ）を提供しない。
デバイス／コントローラのボディ全体に沿って生成される一般の触覚効果とは識別可能または区別可能な、ユーザ入力要素に対する触覚効果を提供することのできる、さらに発展した触覚フィードバック・システムが当技術分野で求められている。
したがって、本明細書の実施形態は、デバイス／コントローラのボディ全体に沿って生成される一般の触覚効果とは識別可能または区別可能な、ユーザ入力要素に対する触覚効果を提供する触覚フィードバック・システムに関する。
米国特許出願第 号明細書（整理番号ＩＭＭ５４４）
本明細書の実施形態は、ハウジングと、ユーザ入力要素と、ハウジング内に配置され、ユーザ入力要素に結合された磁気アクチュエータとを含む触覚周辺機器を対象とする。磁気アクチュエータは、ユーザ入力要素に取り付けられた第１のプログラム可能磁石と、ハウジング内に配設された第２のプログラム可能磁石とを備える。第１および第２のプログラム可能磁石は、それぞれ磁気素子の事前プログラムされたパターンを有し、磁気素子の事前プログラムされたパターンは、互いに相互作用して、ユーザ入力要素に触覚効果を出力する。第２のプログラム可能磁石の磁気素子の事前プログラムされたパターンは、第１のプログラム可能磁石の磁気素子の事前プログラムされたパターンに対して移動可能であり、したがって第２のプログラム可能磁石が第１の構成にあるとき、第１の触覚効果がユーザ入力要素に出力され、第２のプログラム可能磁石が第２の構成にあるとき、第２の触覚効果がユーザ入力要素に出力され、第１および第２の触覚効果は互いに異なる。
本明細書の実施形態では、モータが第２のプログラム可能磁石に結合される。モータは、プロセッサから触覚効果駆動信号を受け取るように構成され、プロセッサからの触覚効果駆動信号に応答して、第１のプログラム可能磁石の磁気素子の事前プログラムされたパターンに対する第２のプログラム可能磁石の磁気素子の事前プログラムされたパターンを再配置するように構成される。
本明細書の一実施形態はまた、ホスト・コンピュータ、プロセッサ、およびコントローラを含むゲーミング・システムを対象とする。コントローラは、ハウジングと、ユーザ入力要素と、ハウジング内に配置され、ユーザ入力要素に結合された磁気アクチュエータとを含む。磁気アクチュエータは、ユーザ入力要素に取り付けられた第１のプログラム可能磁石と、ハウジング内に配設された第２のプログラム可能磁石とを含む。第１および第２のプログラム可能磁石は、それぞれ相互作用してユーザ入力要素に触覚効果を出力する磁気素子の事前プログラムされたパターンを有する。第２のプログラム可能磁石の磁気素子の事前プログラムされたパターンは、第１のプログラム可能磁石の磁気素子の事前プログラムされたパターンに対して移動可能であり、したがって、第２のプログラム可能磁石が第１の構成にあるとき、第１の触覚効果がユーザ入力要素に出力され、第２のプログラム可能磁石が第２の構成にあるとき、第２の触覚効果がユーザ入力要素に出力され、第１および第２の触覚効果は互いに異なる。
コントローラの一実施形態の斜視図である。 図１Ａのコントローラの別の斜視図である。 図１Ａおよび１Ｂのコントローラと、ホスト・コンピュータおよびディスプレイのブロック図である。 ゲーミング・タブレットの一実施形態の斜視図である。 コントローラの内部構成要素を示すために、特にコントローラのボタンのための磁気アクチュエータを示すためにコントローラのハウジングが除去された、図１Ａおよび１Ｂのコントローラの一部の側面図である。 従来型磁石の斜視図である。 プログラム可能磁石の斜視図である。 図４のコントローラのボタンのための磁気アクチュエータの第１のプログラム可能磁石の上面図である。 図４のコントローラのボタンのための磁気アクチュエータの第２のプログラム可能磁石が第１の向きまたは構成にある、第２のプログラム可能磁石の上面図である。 図４のコントローラのボタンのための磁気アクチュエータの第２のプログラム可能磁石が第２の向きまたは構成にある、第２のプログラム可能磁石の上面図である。 下方の力がコントローラのボタンに加えられた状態の、図１Ａおよび１Ｂのコントローラの一部の側面図である。 磁気アクチュエータの第２のプログラム可能磁石が磁石の配列を含む、本明細書の別の実施形態による第２のプログラム可能磁石の上面図である。 磁気アクチュエータの第２のプログラム可能磁石が互いに対して独立に回転することのできる同心リングを含む、本明細書の別の実施形態による第２のプログラム可能磁石の断面図である。 本明細書の別の実施形態による、図１Ａおよび１Ｂのコントローラのトリガを始動させるために利用される磁気アクチュエータの側面図である。 トリガがその公称構成で示され、トリガに力が加えらない、図１Ａおよび図１Ｂのコントローラのトリガと共に利用される図１１の磁気アクチュエータの側面図である。 下方の力がトリガに加えられた状態の、図１Ａおよび１Ｂのコントローラのトリガと共に利用される図１１の磁気アクチュエータの側面図である。 ジョイスティックがその公称構成で示され、ジョイスティックに力が加えられない状態の、本明細書の別の実施形態による、図１Ａおよび１Ｂのコントローラのジョイスティックを始動させるために利用される磁気アクチュエータの側面図である。 ウェアラブル・デバイスが、それに取り付けられた複数の第２のプログラム可能磁石を有する表面構成要素と相互作用するように構成される、本明細書の別の実施形態による、それに結合された少なくとも１つの第１のプログラム可能磁石を含むウェアラブル・デバイスの斜視図である。 変形可能表面が、それに結合された複数の第２のプログラム可能磁石を有する表面構成要素と対話するように構成される、本明細書の別の実施形態による、それに結合された複数の第１のプログラム可能磁石を含む変形可能表面の斜視図である。
本発明の前述および他の特徴および利点が、添付の図面に示されるように、本明細書の実施形態の以下の説明から明らかとなるであろう。本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成する添付の図面はさらに、本発明の原理を説明し、当業者が本発明を作成および使用することを可能にする役割を果たす。図面は原寸に比例しない。
次に、同様の参照番号が同一または機能的に同様の要素を示す図を参照しながら、本発明の特定の実施形態を説明する。以下の詳細な説明は、例示的な性質なものに過ぎず、本発明または本発明の適用および使用を限定するものではない。さらに、先行する技術分野、背景技術、発明の概要、または以下の詳細な説明で提示される何らかの表明または示唆される理論に束縛されないものとする。さらに、以下の説明は、ゲーミング・デバイスおよびゲーミング・デバイス用のコントローラを対象とするが、ユーザ入力要素を有する他のデバイスに説明が等しく当てはまることを当業者なら理解されよう。
本明細書の実施形態は、ユーザ入力要素に触覚効果を直接的に提供するためにユーザ入力要素に結合された磁気アクチュエータを含む触覚周辺機器に関する。触覚周辺機器は、たとえば、図１Ａ〜１Ｂに示されるようなゲーミング・システム用のハンドヘルド・ゲーミング・コントローラ１００、図３に示されるようなゲーミング・タブレット・コントローラ３００、または限定はしないが電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、タブレット、コンピュータ、ゲーミング周辺機器、当業者に周知のゲーミング・システム用の他のコントローラなどの、ユーザ入力（ＵＩ）要素を有する他のコントローラでよい。本明細書の実施形態による磁気アクチュエータは、ユーザ入力要素の運動を制御するために事前プログラムされたパターンを有する少なくとも２つの対向するプログラム可能磁石を含む。より具体的には、本明細書の実施形態による磁気アクチュエータは、少なくとも第１のプログラム可能磁石と、第２の、または移動するプログラム可能磁石とを含む。各プログラム可能磁石は、基板に固定された磁気素子の事前プログラムされたパターンを有する。各プログラム可能磁石の磁気素子の事前プログラムされたパターンは、互いに相互作用して触覚効果を引き起こす。磁気アクチュエータによって出力される触覚効果を変更するために、第２の、または移動するプログラム可能磁石がスピンされ、回転され、あるいは移動されて、事前プログラムされたパターンの向きが変更される。第２のプログラム可能磁石の再配向されたパターンが、第１および第２のプログラム可能磁石間の相互作用を変更し、それによって、異なる触覚効果がユーザ入力装置に出力される。一実施形態では、モータが第２のプログラム可能磁石を移動して、触覚効果を変更する。
より具体的には、図１Ａ〜１Ｂを参照すると、一般にコントローラ１００は、コンピュータ、携帯電話、テレビジョン、または他の類似のデバイスに接続することのできるゲーミング・システムと共に使用することができる。図１Ａ〜１Ｂは、コントローラ１００の異なる斜視図を示し、一方図２は、ホスト・コンピュータ１０４およびディスプレイ１０６をさらに含むゲーミング・システム１０１で使用されるコントローラ１００のブロック図を示す。図２のブロック図で示されるように、コントローラ１００は、接続１０５を介してホスト・コンピュータ１０４と通信するローカル・プロセッサ１０８を含む。接続１０５は、ワイヤード接続、ワイヤレス接続、または当業者には周知の他のタイプの接続でよい。あるいは、コントローラ１００は、ローカル・プロセッサ１０８内に含まれないように構成することができ、それによってコントローラ１００からのすべての入力／出力信号が、ホスト・コンピュータ１０４によって直接的に扱われ、処理される。ホスト・コンピュータ１０４は、ディスプレイ画面１０６に結合される。一実施形態では、当技術分野で周知のように、ホスト・コンピュータ１０４はゲーミング・デバイス・コンソールであり、ディスプレイ画面１０６はゲーミング・デバイス・コンソールに結合されるモニタである。別の実施形態では、当業者には周知のように、ホスト・コンピュータ１０４とディスプレイ画面１０６が単一のデバイスとして組み合わされる。
コントローラ１００のハウジング１０２は、左利きユーザまたは右利きユーザのどちらかによって、デバイスを握る２つの手を容易に収容するように形成される。コントローラ１００はビデオ・ゲーム・コンソール・システム用に現在入手可能な多くの「ゲームパッド」と同様の形状およびサイズのコントローラの例示的実施形態に過ぎず、限定はしないが、Ｗｉｉ（商標）リモートまたはＷｉｉ（商標） Ｕコントローラ、ソニー（登録商標）ＳｉｘＡｘｉｓ（商標）コントローラまたはソニー（登録商標）Ｗａｎｄコントローラなどのコントローラ、ならびに実生活の物体（テニスラケット、ゴルフクラブ、野球のバットなど）および他の形状として形成されたコントローラを含む、他の構成のユーザ入力要素、形状、およびサイズを有するコントローラを使用できることを当業者なら理解されよう。
コントローラ１００は、ジョイスティック１１０、ボタン１１４、およびトリガ１１８を含むいくつかのユーザ入力要素またはマニピュランダム（操作子）を含む。本明細書では、ユーザ入力要素とは、ホスト・コンピュータ１０４と対話するためにユーザによって操作される、トリガ、ボタン、ジョイスティックなどのインターフェース・デバイスを指す。図１Ａ〜１Ｂからわかり、当業者には周知のように、各ユーザ入力要素のうちの複数および追加のユーザ入力要素をコントローラ１００上に含めることができる。したがって、たとえば、ボタン１１４のこの説明は、コントローラ１００を単一のボタンに限定しない。さらに、図２のブロック図は、ジョイスティック１１０、ボタン１１４、およびトリガ１１８のそれぞれのうちの１つだけを示す。しかし、前述のように複数のジョイスティック、ボタン、およびトリガ、ならびに他のユーザ入力要素を使用できることを当業者なら理解されよう。
図２のブロック図からわかるように、コントローラ１００は、そのユーザ入力要素に触覚効果を直接的に提供する磁気アクチュエータ、ならびにユーザの手が一般に配置されるハウジング１０２の場所に、結合された１つまたは複数の一般のアクチュエータまたはランブル・アクチュエータ１２２、１２４を含む。より具体的には、ジョイスティック１１０は、それに結合された磁気アクチュエータ１１２を含み、ボタン１１４は、それに結合された磁気アクチュエータ１１６を含み、トリガ１１８は、それに結合された磁気アクチュエータ１２０を含む。複数の磁気アクチュエータに加えて、コントローラ１００は、そのユーザ入力要素のそれぞれに結合された位置センサを含む。より具体的には、ジョイスティック１１０は、それに結合された位置センサ１１１を含み、ボタン１１４は、それに結合された位置センサ１１５を含み、トリガ１１８は、それに結合された位置センサ１１９を含む。ローカル・プロセッサ１０８には、磁気アクチュエータ１１２、１１６、１２０、ならびに位置センサ１１１、１１５、１１９が接続され、ジョイスティック１１０、ボタン１１４、トリガ１１８はそれぞれ位置センサ１１１、１１５、１１９に対応する。位置センサ１１１、１１５、１１９は、それぞれジョイスティック１１０、ボタン１１４、およびトリガ１１８の位置を検出するように構成され、ローカル・プロセッサ１０８に位置を送るように構成される。本明細書でより詳細に説明するように、位置センサ１１１、１１５、１１９から受け取った信号に応答して、ローカル・プロセッサ１０８は、ジョイスティック１１０、ボタン１１４、およびトリガ１１８に触覚効果を直接的に提供するようにそれぞれ磁気アクチュエータ１１２、１１６、１２０に命令する。そのような標的触覚効果は、一般のアクチュエータ１２２、１２４によってコントローラのボディ全体に沿って生成される一般の触覚効果またはランブル触覚効果とは識別可能また区別可能である。複数の様式、たとえば、ビデオ、オーディオ、および触覚が同時に関与しているので、集合的な触覚効果は、ゲームへのより高い没入感をユーザに提供する。
上記のように、位置センサ１１１、１１５、１１９は、それぞれジョイスティック１１０、ボタン１１４、およびトリガ１１８の位置を検出するように構成される。たとえば、位置センサ１１９は、トリガ１１８の回転位置の変化を検出するように構成され、ボタン１１４の位置センサ１１５は、ボタン１１４の直線運動または平行移動、すなわちボタン１１４が押下されたときを検出するように構成され、ジョイスティック１１０の位置センサ１１１は、１つまたは複数の自由度内のジョイスティック１１０の運動、すなわちジョイスティック１１０が物理的に前、後、左、または右に移動するときを検出するように構成される。一実施形態では、位置センサ１１１、１１５、１１９はポテンショメータであるが、限定はしないが、光センサ、光エンコーダ、ホール効果センサ、容量性センサ、ひずみゲージ、ジャイロスコープ、加速度計、オーディオレシーバなどの、当技術分野で周知の他のタイプの位置センサでよい。
コントローラ１００の修正形態および変形形態は上記の教示によって包含され、本発明の精神および所期の範囲から逸脱することなく、添付の特許請求の範囲内にある。たとえば、図１Ａ〜１Ｂは、ビデオ・ゲーム・コンソール・システム用に現在入手可能な多くの「ゲームパッド」と同様の形状およびサイズのハンドヘルド・ゲーミング・コントローラである触覚周辺機器を示す。しかし、コントローラは触覚周辺機器の例示的実施形態に過ぎず、他の構成、形状、およびサイズを有する触覚周辺機器を使用できることを当業者なら理解されよう。たとえば、図３は、触覚周辺機器がタブレット・コンピュータ３０４と共に使用することのできるゲーミング・タブレット・コントローラ３００である、本明細書の別の実施形態を示す。タブレット・コンピュータ３０４は、具体的には、Ｒａｚｅｒ Ｉｎｃから入手可能であるようなゲーミング活動用に設計することができ、またはＡｐｐｌｅ（登録商標） Ｉｐａｄ（登録商標）、Ｋｉｎｄｌｅ（登録商標） Ｆｉｒｅ（登録商標）、Ｓａｍｓｕｎｇ（登録商標） Ｇａｌａｘｙ Ｔａｂ（登録商標）などの、周知の、市場で入手可能なタブレット・コンピュータでよい。
ゲーミング・タブレット・コントローラ３００は、タブレット・コンピュータ３０４を受けるように構成されたドッキング部分３０５と、ユーザがタブレット・コンピュータ３０４上のゲームを制御するための、ユーザ入力要素がその上に配設されたハンドル３２６、３２８とを含む。ドッキング部分３０５は、ゲーミング・タブレット・コントローラ３００をタブレット・コンピュータ３０４に接続し、したがって、ボタンを押すこと、ジョイスティックを動かすこと、トリガを押すことなどの、ユーザによるハンドル３２６、３２８上のアクションの結果、タブレット・コンピュータ３０４上でプレイされているゲーム上のアクションが生じる。
ハンドル３２６、３２８は、コントローラ上に見られる典型的なユーザ入力要素を含む。ハンドル３２８に関連してユーザ入力要素を説明する。しかし、ハンドル３２６上で同一または類似のユーザ入力要素を使用できることを当業者なら理解されよう。具体的には、ハンドル３２８は、ジョイスティック３１０、ボタン３１４、およびトリガ３１８を含む。図３からわかり、当業者には周知のように、これらのユーザ入力要素のそれぞれのうちの複数を各ハンドル３２６、３２８上に含めることができる。さらに、一般のアクチュエータまたはランブル・アクチュエータ１２２、１２４に関連して上記で説明したように、ハンドル３２８は、ゲーミング・タブレット・コントローラ３００に一般の触覚効果またはランブル触覚効果を提供するためにユーザの手が一般に配置される場所でそれに取り付けられた一般のアクチュエータまたはランブル・アクチュエータ３２４を含む。
次に、その内部構成要素を図示するためにハウジング１０２が除去されたコントローラ１００の一部の略図である図４を参照して、ボタン１１４用の磁気アクチュエータ１１６をより詳細に説明する。図示していないが、磁気アクチュエータ１１６がハウジング１０２内に配置され、または収容されることを当業者は理解されよう。磁気アクチュエータ１１６は、少なくとも、ボタン１１４の下面に固定された第１のプログラム可能磁石４３２と、ハウジング１０２内に配置された、第２の、または移動するプログラム可能磁石４３８とを含む。第１および第２のプログラム可能磁石４３２、４３８はそれぞれ、単一の基板上に様々な強度および極性の事前プログラムされたパターンの磁気素子を含むプログラム可能磁石である。本明細書でより詳細に説明するように、各プログラム可能磁石の磁気素子の事前プログラムされたパターンは、互いに相互作用して触覚効果を引き起こす。より具体的には、従来型磁石５３１が図５Ａに示されており、例示的プログラム可能磁石５３２が図５Ｂに示されている。従来型磁石５３１は、単数の極性および強度を有する単一または個々の磁気素子であり、プログラム可能磁石５３２は、様々な強度および極性の複数の磁気素子５３６を含む。１対のプログラム可能磁石が対向し、または互いに面し、したがってその上の磁気素子が対向し、または互いに面し、対応する対向する磁気素子が、所望の挙動を達成するように設計された、事前プログラムされた相関パターンを形成する。プログラム可能挙動は、様々なサイズ、場所、向き、および飽和度の複数の磁気素子を備える多重極構造を生み出すことによって達成される。図５Ｂの例示的実施形態は、単一または個々の表面または基板上の６６個の磁気素子５３６と共に事前プログラムされたパターン５３４を有するプログラム可能磁石を示すが、特定の数の磁気素子は例示的なものであり、例示のために使用されるに過ぎず、応用例にしたがって変動することがある。各磁気素子５３６は、図５Ｂでは同一の強度および極性を有するが、所望の挙動を達成するために任意の磁気素子５３６の磁気強度および極性をそれぞれ変動させることができる。したがって、プログラム可能磁石は、所望の挙動を達成するために任意の磁気素子５３６の磁気強度および極性が設計または選択されるという意味でプログラム可能である。しかし、磁石のプログラム可能な側面または性質は、様々な強度および極性のプログラム可能磁石が複数の磁気素子５３６と共に形成された後に完成し、したがってプログラム可能磁石は、「１回限りの」プログラム可能磁石とみなすことができる。プログラム可能磁石は、アラバマ州ハンツビルのＣｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ＬＬＣから市販されている。
磁気アクチュエータ１１６の第１のプログラム可能磁石４３２の上面図である図６に示されるように、第１のプログラム可能磁石４３２は、単一の基板４３７上に様々な強度および極性の磁気素子４３６の事前プログラムされたパターン４３４を含む。同様に、磁気アクチュエータ１１６の第２のプログラム可能磁石４３８の上面図である図７に示されるように、第２のプログラム可能磁石４３８は、単一の基板４４５上に様々な強度および極性の磁気素子４４４の事前プログラムされたパターン４４２を含む。図４をさらに参照すると、第１および第２のプログラム可能磁石４３２、４３８のそれぞれ事前プログラムされたパターン４３４、４４２間の相互作用を介して第１および第２のプログラム可能磁石は、プログラムされた力または強度で同時に互いに引き付け合い、反発するようにプログラムされる。磁石の異なる部分で極の異なる強度および方向を有するように異なる磁気素子をプログラムすることにより、第１のプログラム可能磁石４３２およびそれに固定されたボタン１１４が、第２のプログラム可能磁石４３８の上で磁気的に「浮遊」し、したがって、プログラム可能磁石４３２およびそれに固定されたボタン１１４が、プログラムされたスプリング力または減衰で第２のプログラム可能磁石４３８の上を浮動する。より具体的には、第１のプログラム可能磁石４３２およびそれに固定されたボタン１１４は、公称構成で、第２のプログラム可能磁石４３８から、制御またはプログラムされた離間した距離を浮動し、または浮かぶ。第１および第２のプログラム可能磁石４３２、４３８の公称構成が図４に示されており、第１のプログラム可能磁石４３２およびそれに固定されたボタン１１４が、第２のプログラム可能磁石４３８から、制御またはプログラムされた距離ＤＮに浮遊する。本明細書で使用されるとき、制御またはプログラムされた離間した距離とは、互いに接触またはタッチしないプログラム可能磁石間にスペースまたはギャップが存在するように第１のプログラム可能磁石４３２が第２のプログラム可能磁石４３８に対して配置または配設されることを意味し、距離の測定サイズは、プログラム可能磁石のプログラム可能な特徴または特性である。さらに、本明細書で使用されるとき、公称構成は、第１および第２のプログラム可能磁石４３２、４３８間の、力がどちらの構成要素にも加えられていないときの相対位置または関係である。換言すれば、公称構成は、第１および第２のプログラム可能磁石４３２、４３８の平衡状態またはゼロフォース状態である。
図９に示されるように、矢印９４６によって示される下方の力がボタン１１４に加えられるとき、すなわちユーザがボタン１１４を押下したとき、第１のプログラム可能磁石４３２およびそれに固定されたボタン１１４が、第２のプログラム可能磁石４３８に対して移動することが許され、したがって第１のプログラム可能磁石４３２と第２のプログラム可能磁石４３８との間の距離が、短縮された距離ＤＳまで削減または低減される。短縮された距離ＤＳは、図４の公称構成に示される制御またはプログラムされた距離ＤＮよりも小さい。力がボタン１１４に加えられないとき、すなわちユーザがボタン１１４を開放するとき、磁気アクチュエータ１１６の制御またはプログラムされたスプリング力のために、第１のプログラム可能磁石４３２およびそれに固定されたボタン１１４が、図４に示される公称構成に戻る。
したがって、第１および第２のプログラム可能磁石４３２、４３８の公称構成では、第１および第２のプログラム可能磁石が、制御またはプログラムされた力または強度、および制御またはプログラムされたスプリング力でプログラムされる。換言すれば、第１および第２のプログラム可能磁石４３２、４３８の公称構成では、磁気アクチュエータ１１６によって出力される触覚効果は、ボタン１１４上のプログラムされた抵抗力、ならびにボタン１１４のプログラムされたスプリング力を含む。磁気アクチュエータ１１６によって出力される触覚効果を変動させるため、または変更するために、第２のプログラム可能磁石４３８をスピンさせ、回転させ、あるいは移動させて、事前プログラムされたパターン４４２の向きが変更される。第２のプログラム可能磁石４３８の再配向されたパターンが、第１および第２のプログラム可能磁石４３２、４３８間の相互作用を変更し、それによって、異なる触覚効果がユーザ入力装置に出力される。より具体的には、図７は、第１の構成または公称構成４４３Ａでの第２のプログラム可能磁石４３８の上面図を示し、一方図８は、第２の構成または再配向された構成４４３Ｂでの第２のプログラム可能磁石４３８の上面図を示す。図７〜８の実施形態では、ただ１つの再配向された構成が示され、第２のプログラム可能磁石４３８を公称構成と再配向された構成との間で交替させるために、第２のプログラム可能磁石が約１８０度だけスピンまたは回転される。しかし、第２のプログラム可能磁石が複数の再配向された構成を有することができ、任意の所定の量だけ回転できることを当業者は理解されよう。たとえば、別の実施形態（図示せず）では、第２のプログラム可能磁石４３８が、３つの再配向された構成を有し、隣接する再配向された構成に変化するように約９０度だけ回転する。
図７〜８の実施形態では、モータ４４０が、第２のプログラム可能磁石４３８を公称構成４４３Ａと再配向された構成４４３Ｂとの間で移動させる。より具体的には、モータ４４０は、プロセッサ１０８から触覚効果駆動信号を受信するように構成され、プロセッサからの触覚効果駆動信号に応答して、第１のプログラム可能磁石４３２の事前プログラムされたパターン４３４に対して第２のプログラム可能磁石４３８の事前プログラムされたパターン４４２を再配置するように構成される。モータ４４０は、第２のプログラム可能磁石４３８を両方向に、すなわち時計回りまたは反時計回りにスピンさせることのできる両方向性モータである。一実施形態では、モータ４４０はＤＣ永久磁石モータであるが、当技術分野で周知かつ入手可能な他のタイプのブラシレスＤＣモータ、ステッパモータ、ソレノイドでよい。
第２のプログラム可能磁石４３８が公称構成４４３Ａと再配向された構成４４３Ｂとの間で移動するとき、第１および第２のプログラム可能磁石間の相互作用が変化し、その結果、ボタン１１４上の異なるプログラムされた抵抗力ならびにボタン１１４の異なるプログラムされたスプリング力が生じるので、磁気アクチュエータ１１６によって出力される触覚効果が変動し、または変化する。換言すれば、第２のプログラム可能磁石４３８の事前プログラムされたパターン４４２は、第１のプログラム可能磁石４３２の事前プログラムされたパターン４３４に対して移動可能であり、したがって、第２のプログラム可能磁石４３８が第１の構成または公称構成４４３Ａにあるとき、第１の触覚効果がボタン１１４に出力され、第２のプログラム可能磁石４３８が第２の構成または再配向された構成４４３Ｂにあるとき、第２の触覚効果がボタン１１４に出力され、第１の触覚効果と第２の触覚効果は互いに異なる。たとえば、第２のプログラム可能磁石４３８が再配向された構成４４３Ｂにあるとき、第１および第２のプログラム可能磁石が、公称構成４４３Ａにあるときの第１および第２のプログラム可能磁石４３２、４３８の強度およびスプリング力とは異なる、制御またはプログラムされた力または強度、および制御またはプログラムされたスプリング力でプログラムされる。ボタン１１４に対して加えられる抵抗力、ならびにボタン１１４のスプリング力を増大または低減させることができる。本明細書の一実施形態では、磁気アクチュエータ１１６は、ボタン１１４のロックアウトモードで、すべてのユーザ・モーションを妨げる最大抵抗力を出力することができる。
さらに、第２のプログラム可能磁石４３８が第１のプログラム可能磁石４３２に対して移動可能であるので、抵抗力およびスプリング力変動に加えて、多種多様な触覚効果または感覚をボタン１１４に出力することができる。より具体的には、磁気アクチュエータ１１６は、１つまたは複数の特定のボタン位置または場所で除去される抵抗力をボタン１１４上に出力することによってボタン１１４上に移動止めを出力することができる。したがって、ユーザが感じる移動止めは、ボタン・クリックに似ている。別の実施形態では、磁気アクチュエータ１１６は、可変の、または変化する周波数駆動を１つまたは複数の特定のボタン位置または場所でボタン１１４上に出力することによってテクスチャ・フィードバックを出力することができる。より具体的には、テクスチャ・フィードバックは、周波数、プログラムされる磁気構成の形状、およびサイズを変化させることによって求められ、または生成される。漸進的な力の変化では、パターンは、両方のプログラム可能磁石上で強から弱に変動する磁気強度のラインでよい。たとえば、ボタン１１４を押すことは、一方のプログラム可能磁石を、他方を横切って摺動させることができ、最大の力の一定の地点で、より強い磁場を接触させる。本明細書のさらに別の実施形態では、磁気アクチュエータ１１６は、第２のプログラム可能磁石４３８を前後に迅速にスピンすることによって、またはモータ（角運動）またはソレノイド（直線運動）を使用して回転方向を迅速に変更することによって、ボタン１１４上に振動を出力することができる。より具体的には、振動フィードバックの頻度が、プログラムされた磁気エリアのサイズ、頻度、およびモータの速度によって求められ、または生成される。たとえば、６０ＲＰＭでスピンする３つの大きなプログラム可能エリアを有する円形ディスクは、より多くのプログラム可能エリアおよび／またはより高速なモータを有するディスクよりも低い動作周波数を有することになる。
本明細書の一実施形態では、位置センサ１１５による移動イベントの検出を介して、第２のプログラム可能磁石４３８の移動が開始される。より具体的には、動作の際に、ローカル・プロセッサ１０８（図４には図示せず）が、位置センサ１１５からボタン位置および／または移動イベントを検出または受信し、ボタン位置および／または移動イベントをホスト・コンピュータ１０４に送る。一例を挙げると、ユーザは、シューティング・ゲーム実施例で兵器を発射し、またはレーシング・ビデオ・ゲーム実施例で車を加速させるために、ボタン１１４を押し下げ、または押すことができる。ボタン１１４の移動イベントは前述の実施例に限定されないことを当業者なら理解されよう。移動イベントに基づいて、次いでローカル・プロセッサ１０８は、ホスト・コンピュータ１０４からの高レベル監視またはストリーミング・コマンドに基づいて、関連する触覚効果駆動信号を（モータ４４０を介して）磁気アクチュエータ１１６に提供する。たとえば、動作時に、電圧の大きさおよび持続時間が、ホスト・コンピュータ１０４からコントローラ１００にストリーミングされ、情報がローカル・プロセッサ１０８を介してモータ４４０に提供される。ホスト・コンピュータ１０４は、磁気アクチュエータ１１６によって出力すべき触覚効果のタイプ（たとえば振動、ジョルト、移動止め、ポップなど）などの高レベル・コマンドをローカル・プロセッサ１０８に提供することができ、それによってローカル・プロセッサ１０８は、出力すべき触覚効果の特定の特性（たとえば、大きさ、頻度、持続時間）に関して（モータ４４０を介して）磁気アクチュエータ１１６に命令する。ローカル・プロセッサ１０８は、それに結合されたメモリ１０９（図２のブロック図に図示）から、触覚効果のタイプ、大きさ、頻度、持続時間、または他の特性を取り出すことができる。モータ４４０は、ローカル・プロセッサ１０８から触覚効果駆動信号を受け取り、次いでモータ４４０は、ローカル・プロセッサ１０８からの触覚効果駆動信号に応答して、ボタン１１４に特定の触覚効果を出力するために、第２のプログラム可能磁石４３８を特定の向きに移動する。一実施形態では、前述の動作の機能は、ホスト・コンピュータ１０４のメモリに格納されたソフトウェアによって実行され、またはホスト・コンピュータ１０４のプロセッサ、かつ／またはコントローラ１００のメモリ１０９によって実行され、またはコントローラ１００のローカル・プロセッサ１０８によって実行される。別の実施形態では、特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）、プログラム可能ゲート・アレイ（「ＰＧＡ」）、フィールド・プログラム可能ゲート・アレイ（「ＦＰＧＡ」）、またはハードウェアとソフトウェアの任意の組合せの使用により、ハードウェアによって機能を実施することができる。
異なるボタン位置および移動イベントの結果、異なる触覚効果を磁気アクチュエータ１１６によって加えることができる。たとえば、ボタン１１４の第１の位置の結果、磁気アクチュエータ１１６が第１の触覚効果駆動信号を生成し、ボタン１１４に印加する。一方、ボタン１１４の第２の位置の結果、磁気アクチュエータ１１６が第２の触覚効果駆動信号を生成し、ボタン１１４に印加する。換言すれば、ボタン１１４を押す結果、第２のプログラム可能磁石４３８の向きを変更することができる。より具体的には、位置センサ１１５によって示されるゲーム・アクションおよびボタン１１４の位置に応じて、ローカル・プロセッサ１０８は、振動、移動止め、テクスチャ、ジョルト、またはポップを含む多種多様な触覚効果または感覚のうちの１つを出力するために、モータ４４０に触覚効果駆動信号を送り、特定の向きに第２のプログラム可能磁石４３８を移動することができる。さらに、触覚効果または感覚の強度またはレベルは、位置センサ１１５によって示されるボタン１１４の位置に応じて変動させることができる。
別の実施形態では、ホスト・コンピュータ・システムから触覚効果駆動信号を生成するためには移動イベントの検出は不要であり、第２のプログラム可能磁石４３８の移動が、ホスト・コンピュータ・システムのプログラミングに基づいて開始される。換言すれば、ホスト・コンピュータ・システムは、移動イベントの検出なしに、触覚効果駆動信号を生成し、コントローラ１００に送信することができる。たとえば、ホスト・コンピュータ・システムは、コンピュータ制御されるキャラクタまたはオブジェクトに関するイベントに基づいて、触覚効果駆動信号を生成し、コントローラ１００に送信することができる（すなわち、ビデオ・ゲームでキャラクタの手が何かに衝突し、または何かによって打たれ、このイベントを知らせるために触覚効果がユーザ入力要素に出力される）。
本明細書で説明するように、第２のプログラム可能磁石４３８が、その総物理サイズを最小限に抑えるために、その磁気素子の事前プログラムされたパターンを再配向するために、回転またはスピンする。しかし、第２のプログラム可能磁石のサイズを、追加の磁気素子がその上に含まれるように増大させることができ、第１のプログラム可能磁石４３２などの第１のプログラム可能磁石と対向して、第２のプログラム可能磁石を、その特定の磁気素子を選択的に配置するために移動することができる。たとえば、図１０Ａに示される別の実施形態では、第２のプログラム可能磁石１０３８Ａが、基板１０４５上に事前プログラムされたパターン１０４２Ａ、１０４２Ｂ、１０４２Ｃ、１０４２Ｄの配列を含む。様々な触覚効果を出力するために、第１のプログラム可能磁石４３２（図１０Ａには図示せず）などの第１のプログラム可能磁石と反対に、特定の事前プログラムされたパターンを配置するために、第２のプログラム可能磁石１０３８Ａをスピンまたは回転することができる。別の実施形態では、基板１０４５は静止したままでよく、様々な触覚効果を出力するために、それぞれの事前プログラムされたパターン１０４２Ａ、１０４２Ｂ、１０４２Ｃ、１０４２Ｄを移動プレート上に配置することができる。さらに、追加の配列構成を利用することができる。たとえば、図１０に示されるように事前プログラムされたパターンの配列を有するのではなく、磁気素子は連続的リングを形成することができる。別の例が図１０Ｂに示されている。より具体的には、第２のプログラム可能磁石１０３８Ｂが、中心の第１のプログラム可能磁石１０３２の周りに配設される２つの同心環状基板１０８０、１０８２を含む。各環状基板１０８０、１０８２は、様々な触覚効果を出力するために、第１のプログラム可能磁石１０３２に対してその事前プログラムされたパターンを再配向するためにスピンまたは回転することのできる磁気素子の事前プログラムされたパターン１０４２Ｅ、１０４２Ｆを含む。換言すれば、第１のプログラム可能磁石１０３２は静止したままであり、一方、環状基板１０８０、１０８２が、様々な触覚効果を出力するために、独立に、または選択的に回転またはスピンする。
次に図１１を参照して、コントローラ１００内で使用されるトリガ１１８用の磁気アクチュエータ１２０を説明する。各磁気アクチュエータ１２０は、第１のプログラム可能磁石１１３２（図１２〜１３に関連してより詳細に説明するように、組立て体がトリガ１１８に取り付けられた時）および第２のプログラム可能磁石１１３８（図１２〜１３に関連してより詳細に説明するように、組立て体がコントローラ１００内に収容され、モータに結合される可動部となる時）を含む。第１および第２のプログラム可能磁石１１３２、１１３８はそれぞれ、単一の基板上に様々な強度および極性の複数の磁気素子を含むプログラム可能磁石である。第１のプログラム可能磁石１１３２は、基部側または基部面１１５４、ならびに２つの対向する角度面１１５２、１１５６を画定する三角形の断面を有する。トリガ１１８が操作されるとき、第１のプログラム可能磁石１１３２が、図１１上に示される矢印１１５８によって示されるように、その対向する角度面１１５２、１１５６の間に形成される枢動点１１５０の周りに回転または枢動する。
磁気アクチュエータ１２０がコントローラ１００内で利用されるとき、図１２〜１３に示されるように、第１のプログラム可能磁石１１３２がトリガ１１８に取り付けられ、第２のプログラム可能磁石１１３８がコントローラ１００内に収容または配置され、モータ１１４０に結合される。図１２〜１３は、トリガ１００と磁気アクチュエータ１２０との間の構造的関係を示すためにハウジング１０２が除去された（ハウジング１０２の一部が幻影で示されている）コントローラ１００の一部の略図である。図１２は、トリガ１１８に力が加えられない磁気アクチュエータ１２０およびトリガ１１８の公称構成を示す。トリガ１１８が、ハウジング１０２から突出または延在し、第１のプログラム可能磁石１１３２の基部面１１５４が第２のプログラム可能磁石１１３８に面し、または対向する。第１のプログラム可能磁石１１３２および第２のプログラム可能磁石１１３８の基部面１１５４は、同時に規定の力で互いに引き付け合い、反発するようにプログラムされ、したがって、公称構成でトリガ１００を磁気的に「浮遊」させることができ、トリガ１００が、プログラムされたスプリング力または減衰でハウジング１０２から突出または延在する。したがって、本明細書の実施形態による磁気アクチュエータ１２０は、第１のプログラム可能磁石１１３２（およびそれに取り付けられたトリガ１１８）が第２のプログラム可能磁石１１３８から制御またはプログラムされた離間した距離だけ突出または延在するように構成またはプログラムされる。
図１３上の矢印１３４６によって示されるように下方の力がトリガ１１８に加えられるとき、図１３に示されるように、第１のプログラム可能磁石１１３２の角度面１１５２が第２のプログラム可能磁石１１３８に面し、または隣接するまで、トリガ１１８およびそれに取り付けられた第１のプログラム可能磁石１１３２が、枢動点１１５０の周りに回転または枢動する。トリガ１１８に加えられる下方の力がユーザによって加えられる（たとえば、トリガ１１８がハウジング１０２に対して手動で回転し、ビデオ・ゲーム操作中にトリガがユーザによって操作され、ユーザ・アクションが入力される）。第１のプログラム可能磁石１１３２の角度面１１５２および／または角度面１１５６は、第２のプログラム可能磁石１１３８を引き付けるようにプログラムされる。矢印１３４６によって表される下方の力がトリガ１１８から除去されるとき、第１のプログラム可能磁石１１３２の角度面１１５２および／または角度面１１５６と第２のプログラム可能磁石１１３８との間の引力により、第１のプログラム可能磁石１１３２（およびそれに取り付けられたトリガ１１８）が第２のプログラム可能磁石１１３８に向かって移動し、それによって第１のプログラム可能磁石１１３２（およびそれに取り付けられたトリガ１１８）が、図１２に示されるその公称構成に戻る。したがって、第１のプログラム可能磁石１１３２の角度面１１５２および／または角度面１１５６と第２のプログラム可能磁石１１３８との間の引力は、本質的には、トリガ１１８に力が加えられないときにトリガ１１８が公称構成に戻るような、制御またはプログラムされたスプリング力である。
したがって、第１および第２のプログラム可能磁石１１３２、１１３８の公称構成では、第１および第２のプログラム可能磁石は、制御またはプログラムされた力または強度、および制御またはプログラムされたスプリング力と共にプログラムされる。換言すれば、第１および第２のプログラム可能磁石１１３２、１１３８の公称構成では、磁気アクチュエータ１２０によって出力される触覚効果は、トリガ１１８上のプログラムされた抵抗力、ならびにトリガ１１８のプログラムされたスプリング力を含む。磁気アクチュエータ１２０によって出力される触覚効果を変動させ、または変更するために、第２のプログラム可能磁石１１３８がモータ１１４０によってスピン、回転、あるいは移動され、その事前プログラムされたパターンの向きが変更される。第２のプログラム可能磁石１１３８の再配向されたパターンが、第１および第２のプログラム可能磁石１１３２、１１３８間の相互作用を変更し、その結果、第１および第２のプログラム可能磁石４３２、４３８に関連してそれぞれ上記で説明したように、異なる触覚効果がユーザ入力装置に出力される。モータ１１４０は、前述のモータ４４０と同様の両方向性モータである。
第２のプログラム可能磁石１１３８が公称構成と再配向された構成との間で移動するとき、第１および第２のプログラム可能磁石間の相互作用が変化し、その結果、トリガ１１８上の異なるプログラムされた抵抗力、ならびにトリガの異なるプログラムされたスプリング力が生じるので、磁気アクチュエータ１２０によって出力される触覚効果が変動または変化する。換言すれば、第２のプログラム可能磁石１１３８の事前プログラムされたパターンは、第１のプログラム可能磁石１１３２の事前プログラムされたパターンに対して移動可能であり、したがって第２のプログラム可能磁石１１３８が第１の構成または公称構成にあるとき、第１の触覚効果がトリガ１１８に出力され、第２のプログラム可能磁石１１３８が第２の構成または再配向された構成にあるとき、第２の触覚効果がトリガ１１８に出力され、第１の触覚効果と第２の触覚効果は互いに異なる。たとえば、第２のプログラム可能磁石１１３８が再配向された構成にあるとき、第１および第２のプログラム可能磁石が、公称構成にあるときの第１および第２のプログラム可能磁石１１３２、１１３８の強度およびスプリング力とは異なる制御またはプログラムされた力または強度、および制御またはプログラムされたスプリング力と共にプログラムされる。トリガ１１８に対して加えられる抵抗力、ならびにトリガ１１８のスプリング力を増大または低減させることができる。本明細書の一実施形態では、磁気アクチュエータ１２０は、トリガ１１８のロックアウトモードで、すべてのユーザ・モーションを妨げる最大抵抗力を出力することができる。
さらに、第２のプログラム可能磁石１１３８が第１のプログラム可能磁石１１３２に対して移動可能であるので、抵抗力およびスプリング力の変動に加えて、多種多様な触覚効果または感覚をトリガ１１８に出力することができる。より具体的には、磁気アクチュエータ１２０は、１つまたは複数の特定のトリガ位置または場所で除去される抵抗力をトリガ１１８上に出力することによってトリガ１１８上に移動止めを出力することができる。したがって、ユーザが感じる移動止めは、トリガ・クリックに似ている。別の実施形態では、磁気アクチュエータ１２０は、可変の、または変化する抵抗力を１つまたは複数の特定のボタン位置または場所でトリガ１１８上に出力することによってテクスチャ・フィードバックを出力することができる。本明細書のさらに別の実施形態では、磁気アクチュエータ１２０は、第２のプログラム可能磁石１１３８を前後に迅速にスピンすることによって、トリガ１１８上に振動を出力することができる。
本明細書の一実施形態では、第２のプログラム可能磁石４３８および位置センサ１１５の移動と共に上記で説明したように、位置センサ１１９による移動イベントの検出を介して、第２のプログラム可能磁石１１３８の移動が開始される。本明細書の別の実施形態では、ホスト・コンピュータ・システムから触覚効果駆動信号を生成するためには移動イベントの検出は不要であり、第２のプログラム可能磁石１１３８の移動が、ホスト・コンピュータ・システムのプログラミングに基づいて開始される。
本明細書で説明するように、第２のプログラム可能磁石１１３８がモータ１１４０によってスピンされ、回転され、あるいは移動されて、その事前プログラムされたパターンの向きが変更されるとき、第１および第２のプログラム可能磁石１１３２、１１３８が、プログラムされたスプリング力を共に提供し、変動する触覚効果を出力するように構成される。その事前プログラムされたパターンに応じて、プログラムされたスプリング力は第２のプログラム可能磁石１１３８がモータ１１４０によってスピンされ、回転され、あるいは移動されるときに同じままでよく（したがってスプリング力は可変触覚効果ではない）、またはプログラムされたスプリング力は、第２のプログラム可能磁石１１３８がモータ１１４０によってスピンされ、回転され、あるいは移動されるときに変動することができる（したがって、スプリング力は可変触覚効果である）。しかし、本明細書の別の実施形態（図示せず）では、これらの機能を提供するように独立に構成される、プログラム可能磁石の２つの対またはセットを設けることができる。より具体的には、本願と同じ日に出願され、本願と同じ譲受人に譲渡され、本願と共通の発明者を有する米国特許出願 号明細書（整理番号ＩＭＭ５４４）に記載されているように、トリガ１１８の変動しないプログラムされたスプリング力または浮遊を実現するようにプログラム可能磁石の第１の対またはセットを構成することができる。プログラム可能磁石のうちの１つがスピンされ、回転され、あるいは移動されて、その事前プログラムされたパターンの向きが変更されるとき、変動する触覚効果を提供または出力するようにプログラム可能磁石の第２の対またはセットを構成することができる。別の本明細書の実施形態（図示せず）では、ただ１つの第１のプログラム可能磁石をトリガ上に設けることができ、一方が移動するように構成され、他方が静止し、または移動しない２つの第２のプログラム可能磁石がハウジング内に設けられる。トリガ上の第１のプログラム可能磁石は、静止した第２のプログラム可能磁石と相互作用して、トリガの変動しないプログラムされたスプリング力または浮遊を実現するように構成され、一方、トリガ上の第１のプログラム可能磁石は、移動する第２のプログラム可能磁石がスピンされ、回転され、あるいは移動され、その事前プログラムされたパターンの向きが変更されるとき、移動する第２のプログラム可能磁石と相互作用して、変動する触覚効果を提供または出力するように構成される。
さらに、本明細書で説明するように、第１のプログラム可能磁石１１３２は三角形の断面を有し、第１のプログラム可能磁石１１３２は、トリガ１１８の動作中に枢動点の周りに回転または枢動する。しかし、代替構成を利用することもできる。たとえば、本明細書の別の実施形態（図示せず）では、第１のプログラム可能磁石１１３２は、Ｘ、Ｙ、および／またはＺ軸上でスピンするように構成された、事前プログラムされた円盤型磁石を保持する電機子でよい。
次に図１４を参照して、コントローラ１００内で使用されるジョイスティック１１０用の磁気アクチュエータ１１２を説明する。ジョイスティック１１０は、基部１４６２と、基部１４６２から延びるハンドル１４６０とを含む。基部１４６２は球面構成を有し、コントローラ１００内に収容される球面ケーシング１４６６内で回転するように構成される。図１４は、ジョイスティック１１０と磁気アクチュエータ１１２との間の構造的関係を示すためにハウジング１０２が除去された（ハウジング１０２の一部が幻影で示されている）コントローラ１００の一部の略図である。ケーシング１４６６がモータ１４４０に結合され、ジョイスティック１１０の基部１４６２の周りにスピンし、回転し、あるいは旋回するように構成される。各磁気アクチュエータ１１２は、ジョイスティック１１０の基部１４６２の外面に取り付けられた第１のプログラム可能磁石１４３２と、ケーシング１４６６の内面に取り付けられ、それによってモータ１４４０に結合される第２のプログラム可能磁石１４３８とを含む。第１および第２のプログラム可能磁石１４３２、１４３８はそれぞれ、単一の基板上に様々な強度および極性の複数の磁気素子を含むプログラム可能磁石である。
図１４は、ジョイスティック１１０に力が加えられない磁気アクチュエータ１１２およびジョイスティック１１０の公称構成を示す。第１のプログラム可能磁石１４３２および第２のプログラム可能磁石１４３８は、同時に規定の力で互いに引き付け合い、反発するようにプログラムされ、したがって、公称構成でジョイスティック１１０を磁気的に「浮遊」させることができ、ジョイスティック１１０が、プログラムされたスプリング力または減衰でハウジング１０２から垂直に突出または延在する。ユーザが加えた力が、１つまたは複数の自由度内でジョイスティック１１０を移動し、すなわちジョイスティック１１０は物理的に前、後、左、または右に移動する。ユーザによって加えられた力がジョイスティック１１０から除去されるとき、磁気アクチュエータ１１２の制御またはプログラムされたスプリング力により、第１のプログラム可能磁石１４３２（およびそれに取り付けられたジョイスティック１１０）が、図１４に示されるその公称構成に戻る。
したがって、第１および第２のプログラム可能磁石１４３２、１４３８の公称構成では、第１および第２のプログラム可能磁石が、制御またはプログラムされた力または強度、および制御またはプログラムされたスプリング力でプログラムされる。換言すれば、第１および第２のプログラム可能磁石１４３２、１４３８の公称構成では、磁気アクチュエータ１１２によって出力される触覚効果は、ジョイスティック１１０上のプログラムされた抵抗力、ならびにジョイスティック１１０のプログラムされたスプリング力を含む。磁気アクチュエータ１１２によって出力される触覚効果を変動させ、または変更するために、ケーシング１４６６およびそれに取り付けられた第２のプログラム可能磁石１４３８がモータ１４４０によってスピン、回転、あるいは移動され、その事前プログラムされたパターンの向きが変更される。第２のプログラム可能磁石１４３８の再配向されたパターンが、第１および第２のプログラム可能磁石１３３２、１４３８間の相互作用を変更し、その結果、第１および第２のプログラム可能磁石４３２、４３８に関連してそれぞれ上記で説明したように、異なる触覚効果がユーザ入力装置に出力される。モータ１４４０は、前述のモータ４４０と同様の両方向性モータである。
第２のプログラム可能磁石１４３８が公称構成と再配向された構成との間で移動するとき、第１および第２のプログラム可能磁石間の相互作用が変化し、その結果、ジョイスティック１１０上の異なるプログラムされた抵抗力、ならびにジョイスティック１１０上の異なるプログラムされたスプリング力が生じるので、磁気アクチュエータ１１２によって出力される触覚効果が変動または変化する。換言すれば、第２のプログラム可能磁石１４３８の事前プログラムされたパターンは、第１のプログラム可能磁石１４３２の事前プログラムされたパターンに対して移動可能であり、したがって第２のプログラム可能磁石１４３８が第１の構成または公称構成にあるとき、第１の触覚効果がジョイスティック１１０に出力され、第２のプログラム可能磁石１４３８が第２の構成または再配向された構成にあるとき、第２の触覚効果がジョイスティック１１０に出力され、第１の触覚効果と第２の触覚効果は互いに異なる。たとえば、第２のプログラム可能磁石１４３８が再配向された構成にあるとき、第１および第２のプログラム可能磁石が、公称構成にあるときの第１および第２のプログラム可能磁石１４３２、１４３８の強度およびスプリング力とは異なる制御またはプログラムされた力または強度、および制御またはプログラムされたスプリング力と共にプログラムされる。ジョイスティック１１０に対して加えられる抵抗力、ならびにジョイスティック１１０のスプリング力を増大または低減させることができる。本明細書の一実施形態では、磁気アクチュエータ１１２は、ジョイスティック１１０のロックアウトモードで、すべてのユーザ・モーションを妨げる最大抵抗力を出力することができる。
さらに、第２のプログラム可能磁石１４３８が第１のプログラム可能磁石１４３２に対して移動可能であるので、抵抗力およびスプリング力の変動に加えて、多種多様な触覚効果または感覚をジョイスティック１１０に出力することができる。より具体的には、磁気アクチュエータ１１２は、１つまたは複数の特定のジョイスティック位置または場所で除去される抵抗力をジョイスティック１１０上に出力することによってジョイスティック１１０上に移動止めを出力することができる。したがって、ユーザが感じる移動止めは、クリックに似ている。別の実施形態では、磁気アクチュエータ１１２は、可変の、または変化する抵抗力を１つまたは複数の特定のボタン位置または場所でジョイスティック１１０上に出力することによってテクスチャ・フィードバックを出力することができる。本明細書のさらに別の実施形態では、磁気アクチュエータ１１２は、ケーシング１４６６およびそれに取り付けられた第２のプログラム可能磁石１４３８を前後に迅速にスピンすることによって、ジョイスティック１１０上に振動を出力することができる。
本明細書の一実施形態では、第２のプログラム可能磁石４３８および位置センサ１１５の移動と共に上記で説明したように、位置センサ１１１による移動イベントの検出を介して、ケーシング１４６６およびそれに取り付けられた第２のプログラム可能磁石１４３８の移動が開始される。本明細書の別の実施形態では、ホスト・コンピュータ・システムから触覚効果駆動信号を生成するためには移動イベントの検出は不要であり、第２のプログラム可能磁石１４３８の移動が、ホスト・コンピュータ・システムのプログラミングに基づいて開始される。
コントローラのユーザ入力要素と共に使用される上述のような磁気アクチュエータを他の触覚応用例に適用することができる。たとえば、図１５は、それに結合された少なくとも１つの第１のプログラム可能磁石１５３２を含むウェアラブル・デバイス１５７０を示し、ウェアラブル・デバイスは、それに取り付けられた少なくとも１つの第２のプログラム可能磁石を有する表面または周辺部と相互作用するように構成される。より具体的には、ウェアラブル触覚デバイス１５７０は、少なくとも第１のプログラム可能磁石１５３２を含み、表面構成要素１５７２は、複数の第２のプログラム可能磁石１５３８１、１５３８２を含み、プログラム可能磁石の対向する対が、プログラムされ、またはプログラムされた特性で、個々の、または別個の磁気アクチュエータ１５７４１、１５７４２をそれぞれ形成または生成する。プログラム可能磁石１５３２、１５３８１、１５３８２はそれぞれ、単一の基板上の様々な強度および極性の複数の磁気素子を含むプログラム可能磁石である。
より具体的には、各磁気アクチュエータは、同時に規定の力で互いに引き付け合い、反発するようにプログラムされる第１および第２のプログラム可能磁石を含み、したがって、ウェアラブル触覚デバイス１５７０を表面構成要素１５７２の上に磁気的に「浮遊」させることができ、したがって、ウェアラブル触覚デバイスは、プログラムされたスプリング力または減衰で表面構成要素の上を浮動する。したがって、本明細書の実施形態による磁気アクチュエータは、ウェアラブル触覚デバイス１５７０が、図１５に示される公称構成で、表面構成要素１５７２から、制御またはプログラムされた離間した距離を浮動し、または浮かぶように構成または形成されると共に、制御またはプログラムされたスプリング力で表面構成要素１５７２とウェアラブル触覚デバイス１５７０との間の移動を可能にし、表面構成要素１５７２およびウェアラブル触覚デバイス１５７０は、ウェアラブル触覚デバイスに力が加えられないときに公称構成に戻るように構成される。
ウェアラブル触覚デバイス１５７０が表面構成要素１５７２上を移動または平行移動するとき、磁気アクチュエータが、（ウェアラブル触覚デバイスに取り付けられた）第１のプログラム可能磁石１５３２と、第１のプログラム可能磁石１５３２に対向し、または面するいずれかの第２のプログラム可能磁石との間に形成される。各磁気アクチュエータ１５７４１、１５７４２は、プログラムされた強度およびスプリング力特性を有するように構成される。たとえば、一実施形態では、第１のプログラム可能磁石１５３２が第２のプログラム可能磁石１５３８１に対向し、または面するように配置されるとき、磁気アクチュエータ１５７４１を、表面構成要素１５７２から第１の制御またはプログラムされた離間した距離だけウェアラブル触覚デバイス１５７０を浮遊させるようにプログラムすることができ、第１の制御またはプログラムされたスプリング力と共にウェアラブル触覚デバイス１５７０と表面構成要素１５７２との間の移動を可能にするようにプログラムすることができる。第１のプログラム可能磁石１５３２が第２のプログラム可能磁石１５３８２に対向し、または面するように配置されるとき、磁気アクチュエータ１５７４２を、表面構成要素１５７２から第２の制御またはプログラムされた離間した距離だけウェアラブル触覚デバイス１５７０を浮遊させるようにプログラムすることができ、第２の制御またはプログラムされたスプリング力でウェアラブル触覚デバイス１５７０と表面構成要素１５７２との間の移動を可能にするようにプログラムすることができる。第１および第２の制御またはプログラムされた離間した距離は、応用例に応じて、異なる値でよく、または同一でよく、第１および第２の制御またはプログラムされたスプリング力は、応用例に応じて、異なる値でよく、または同一でよい。たとえば、ウェアラブル触覚デバイス１５７０およびその上の第１のプログラム可能磁石１５３２を、第２のプログラム可能磁石１５３８１から押し離し、または反発させることができ、第２のプログラム可能磁石１５３８２に向かって引き、またはそれに取り付けることができる。２つの個々の、または別個の磁気アクチュエータ１５７４１、１５７４２だけを本明細書で説明するが、任意の数の磁気アクチュエータを形成することができ、前述のように、同一の特性で、または異なる特性で磁気アクチュエータを構成またはプログラムできることを当業者は理解されよう。図１５の実施形態では、表面構成要素１５７２が静止構成要素として説明されており、ウェアラブル触覚デバイス１５７０はその上で移動または平行移動することができる。しかし、別の実施形態では、様々な触覚効果を生成するために、モータ（図示せず）で表面構成要素１５７２を再配向または再配置することができる。
さらに、ウェアラブル触覚デバイス１５７０がただ１つの第１のプログラム可能磁石と共に示されるが、触覚デバイスは、表面構成要素１５７２上の複数の第２のプログラム可能磁石との様々な組合せで相互作用するために、その上に複数の第１のプログラム可能磁石を有する表面を含むことができることを当業者は理解されよう。たとえば、図１６は、変形可能表面１６７６がそれに結合された複数の第１のプログラム可能磁石１６３２１、１６３２２を含み、変形可能表面が、それに結合された複数の第２のプログラム可能磁石１６３８１、１６３８２を有する表面構成要素１６７２と相互作用するように構成される一実施形態を示す。変形可能表面１６７６は、変形可能表面１６７６および表面構成要素１６７２に結合されたそれぞれのプログラム可能磁石間の相互作用のために、形状を変形または変更するように構成される。より具体的には、変形可能表面１６７６は複数の第１のプログラム可能磁石１６３２１、１６３２２を含み、表面構成要素１６７２は複数の第２のプログラム可能磁石１６３８１、１６３８２を含み、プログラム可能磁石の対向する対が、プログラムされ、またはプログラムされた特性と共に、個々の、または別個の磁気アクチュエータ１６７４１、１６７４２を形成または作成する。プログラム可能磁石１６３２１、１６３２２、１６３８１、１６３８２はそれぞれ、単一の基板上の様々な強度および極性の複数の磁気素子を含むプログラム可能磁石である。各磁気アクチュエータは、同時に規定の力で引き付け合い、反発するようにプログラムされる第１および第２のプログラム可能磁石を含み、したがって、変形可能表面１６７６を表面構成要素１５７２の上に磁気的に「浮遊」させることができる。変形可能表面１６７６の構成の形状は、各磁気アクチュエータについての第１および第２のプログラム可能磁石間の制御またはプログラムされた離間した距離に依存する。
たとえば、一実施形態では、第１のプログラム可能磁石１６３２１が、第２のプログラム可能磁石１６３８１に対向し、または面するように配置され、その間に形成される磁気アクチュエータ１６７４１を、表面構成要素１６７２から第１の制御またはプログラムされた離間した距離だけ変形可能表面１６７６を浮遊させるようにプログラムすることができる。第１のプログラム可能磁石１６３２２は、第２のプログラム可能磁石１６３８２に対向し、または面するように配置され、その間に形成される磁気アクチュエータ１６７４２を、変形可能表面１６７６が表面構成要素１６７２から第２の制御またはプログラムされた離間した距離だけ浮遊するようにプログラムすることができる。第１および第２の制御またはプログラムされた離間した距離は、応用例に応じて、異なる値でよく、または同一でよい。２つの個々の、または別個の磁気アクチュエータ１６７４１、１６７４２だけを本明細書で説明するが、任意の数の磁気アクチュエータを形成することができ、前述のように、同一の特性で、または異なる特性で磁気アクチュエータを構成またはプログラムできることを当業者は理解されよう。図１６の実施形態では、表面構成要素１６７２を変形可能表面１６７６の形状または構成を指示する静止構成要素として説明する。しかし、別の実施形態では、変形可能表面１６７６の形状または構成を変動させるために、モータ（図示せず）と共に表面構成要素１６７２を再配向または再配置することができる。
本明細書の別の実施形態では、１対の対向するプログラム可能磁石を利用するのではなく、本明細書の実施形態による磁気アクチュエータは、様々な触覚効果を出力するために、電磁石と共に第１のプログラム可能磁石を利用することができる。触覚効果を変動させるために第２のプログラム可能磁石が移動する方式と同様に、触覚効果を変動させるために電磁石を選択的にオンおよびオフすることができる。
本発明による様々な実施形態を上記で説明したが、それらは、限定ではなく、例示および例として提示されたものに過ぎないことを理解されたい。本発明の意図および範囲から逸脱することなく、形状および細部の様々な変更をその中で行えることが当業者には明らかとなるであろう。たとえば、本明細書の実施形態による磁気アクチュエータは、具体的に説明したユーザ入力要素、すなわちボタン、トリガ、およびジョイスティックに限定されず、ホイールタイプの要素を含む他のユーザ入力要素にも適用することができる。さらに、すべての３つのタイプのユーザ入力要素、すなわち、ボタン、トリガ、およびジョイスティック用の磁気アクチュエータと共にコントローラ１００を図示し、説明したが、本明細書の実施形態による磁気アクチュエータを１つまたは複数のユーザ入力要素用のコントローラで使用することができ、一方、コントローラの他のユーザ入力要素に触覚効果を提供するために当技術分野で周知の他の触覚アクチュエータを利用することができる。したがって、本発明の広さおよび範囲は、前述の例示的実施形態のいずれかによって限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲およびその均等物だけにしたがって定義されるべきである。本明細書で論じる各実施形態の各特徴、および本明細書で引用した各参考文献の各特徴を、任意の他の実施形態の特徴と組み合わせて使用できることをさらに理解されよう。本明細書で論じられるすべての特許および文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (20)

  1. ハウジングと、
    ユーザ入力要素と、
    前記ハウジング内に配置され、前記ユーザ入力要素に結合された磁気アクチュエータであって、前記ユーザ入力要素に取り付けられた第１のプログラム可能磁石と前記ハウジング内に配設された第２のプログラム可能磁石とを含む、磁気アクチュエータと、
    を備える触覚周辺機器であって、
    前記第１および第２のプログラム可能磁石は、それぞれ磁気素子の事前プログラムされたパターンを有し、磁気素子の前記事前プログラムされたパターンは、互いに相互作用して、前記ユーザ入力要素に触覚効果を出力し、
    前記第２のプログラム可能磁石の磁気素子の前記事前プログラムされたパターンは、前記第１のプログラム可能磁石の磁気素子の前記事前プログラムされたパターンに対して移動可能であり、前記第２のプログラム可能磁石が第１の構成にあるとき、第１の触覚効果が前記ユーザ入力要素に出力され、前記第２のプログラム可能磁石が第２の構成にあるとき、第２の触覚効果が前記ユーザ入力要素に出力され、前記第１および第２の触覚効果が互いに異なる、触覚周辺機器。
  2. ユーザ入力要素が、ボタン、トリガ、およびジョイスティックからなる群から選択される請求項１に記載の触覚周辺機器。
  3. 前記第２のプログラム可能磁石に結合されたモータであって、前記第１のプログラム可能磁石の磁気要素の前記事前プログラムされたパターンに対して、前記第２のプログラム可能磁石の磁気素子の前記事前プログラムされたパターンを再配置するように構成されたモータをさらに備える請求項１に記載の触覚周辺機器。
  4. 前記モータが、前記第１のプログラム可能磁石に対して前記第２のプログラム可能磁石を回転するように構成される請求項３に記載の触覚周辺機器。
  5. 前記モータが、プロセッサから触覚効果駆動信号を受け取るように構成される請求項３に記載の触覚周辺機器。
  6. 前記ユーザ入力要素に結合される位置センサであって、前記ユーザ入力要素の位置を検出するように構成され、前記プロセッサに前記位置を送るように構成される位置センサをさらに備える請求項５に記載の触覚周辺機器。
  7. 前記触覚効果駆動信号が、前記ユーザ入力要素の前記位置に応答して、前記プロセッサによって生成される請求項６に記載の触覚周辺機器。
  8. 前記ユーザ入力要素の第１の位置は、前記アクチュエータが第１の触覚効果駆動信号を生成して前記ユーザ入力要素に適用し、前記ユーザ入力要素の第２の位置は、前記アクチュエータが第２の触覚効果駆動信号を生成して前記ユーザ入力要素に適用し、前記第１の位置は前記第２の位置とは異なり、前記第１の触覚効果駆動信号は前記第２の触覚効果駆動信号とは異なる請求項７に記載の触覚周辺機器。
  9. 前記プロセッサが、前記触覚周辺機器の前記ハウジング内に配置される請求項５に記載の触覚周辺機器。
  10. 前記プロセッサが、前記触覚周辺機器の前記ハウジングから遠隔に配置される請求項５に記載の触覚周辺機器。
  11. 前記第１および第２の触覚効果が、抵抗力、スプリング力、移動止め、振動、およびテクスチャからなるグループから選択される請求項１に記載の触覚周辺機器。
  12. ハウジングと、
    ユーザ入力要素と、
    前記ハウジング内に配置され、前記ユーザ入力要素に結合された磁気アクチュエータであって、前記ユーザ入力要素に取り付けられた第１のプログラム可能磁石と、前記ハウジング内に配設された第２のプログラム可能磁石とを含む、磁気アクチュエータと、
    前記第２のプログラム可能磁石に結合されたモータと、
    を備える触覚周辺機器であって、
    前記第１および第２のプログラム可能磁石は、それぞれ磁気素子の事前プログラムされたパターンを有し、磁気素子の前記事前プログラムされたパターンは、互いに相互作用して、前記ユーザ入力要素に触覚効果を出力し、
    前記第２のプログラム可能磁石の磁気素子の前記事前プログラムされたパターンは、前記第１のプログラム可能磁石の磁気素子の前記事前プログラムされたパターンに対して移動可能であり、前記第２のプログラム可能磁石が第１の構成にあるとき、第１の触覚効果が前記ユーザ入力要素に出力され、前記第２のプログラム可能磁石が第２の構成にあるとき、第２の触覚効果が前記ユーザ入力要素に出力され、前記第１および第２の触覚効果が互いに異なり、
    前記モータは、プロセッサから触覚効果駆動信号を受け取るように構成され、且つ前記プロセッサからの前記触覚効果駆動信号に応答して、前記第１のプログラム可能磁石の磁気素子の前記事前プログラムされたパターンに対する前記第２のプログラム可能磁石の磁気素子の前記事前プログラムされたパターンを再配置するように構成される、触覚周辺機器。
  13. 前記ユーザ入力要素が、ボタン、トリガ、およびジョイスティックからなる群から選択される請求項１２に記載の触覚周辺機器。
  14. 前記モータが、前記第１のプログラム可能磁石に対して前記第２のプログラム可能磁石を回転するように構成される請求項１２に記載の触覚周辺機器。
  15. ホスト・コンピュータと、
    プロセッサと、
    ハウジング、ユーザ入力要素、および前記ハウジング内に配置され前記ユーザ入力要素に結合された磁気アクチュエータを有するコントローラと、
    を備えるゲーミング・システムであって、
    前記磁気アクチュエータは、前記ユーザ入力要素に取り付けられた第１のプログラム可能磁石と、前記ハウジング内に配設された第２のプログラム可能磁石とを含み、前記第１および第２のプログラム可能磁石は、それぞれ磁気素子の事前プログラムされたパターンを有し、磁気素子の前記事前プログラムされたパターンは、互いに相互作用して、前記ユーザ入力要素に触覚効果を出力し、前記第２のプログラム可能磁石の磁気素子の前記事前プログラムされたパターンは、前記第１のプログラム可能磁石の磁気素子の前記事前プログラムされたパターンに対して移動可能であり、前記第２のプログラム可能磁石が第１の構成にあるとき、第１の触覚効果が前記ユーザ入力要素に出力され、前記第２のプログラム可能磁石が第２の構成にあるとき、第２の触覚効果が前記ユーザ入力要素に出力され、前記第１および第２の触覚効果が互いに異なる、ゲーミング・システム。
  16. 前記ホスト・コンピュータがタブレット・コンピュータであり、前記コントローラが、ハンドルと、前記タブレット・コンピュータをその中に受けるように適合されたドッキング・ステーションとを含み、前記ユーザ入力要素が前記ハンドル上に配設される請求項１５に記載のゲーミング・システム。
  17. 前記プロセッサが前記コントローラ内に配設される請求項１５に記載のゲーミング・システム。
  18. 前記プロセッサが前記ホスト・コンピュータ内に配設される請求項１５に記載のゲーミング・システム。
  19. 前記ユーザ入力要素が、ボタン、トリガ、およびジョイスティックからなる群から選択される請求項１５に記載のゲーミング・システム。
  20. 前記第２のプログラム可能磁石に結合されたモータであって、前記プロセッサから触覚効果駆動信号を受け取るように構成され、且つ前記プロセッサからの前記触覚効果駆動信号に応答して、前記第１のプログラム可能磁石の磁気要素の前記事前プログラムされたパターンに対する前記第２のプログラム可能磁石の磁気素子の前記事前プログラムされたパターンを再配置するように構成されたモータをさらに備える、請求項１５に記載のゲーミング・システム。
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