JP2017113534A - 増幅された変形のために構成された変形可能基板を有する触覚周辺装置 - Google Patents

増幅された変形のために構成された変形可能基板を有する触覚周辺装置 Download PDF

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Abstract

【課題】ゲーミングシステム用の手持ち式周辺装置等のより小型のインターフェース装置を介して変形触覚効果を提供する。【解決手段】触覚周辺装置は、ハウジングと、ハウジングに対して移動可能であるようにハウジングに結合された変形可能基板と、変形可能基板の表面に結合されたスマート材料アクチュエーターとを備える。スマート材料アクチュエーターは、プロセッサからの制御信号に応答してハウジングに対し変形可能基板を変形させる力を生成し、それによって触覚周辺装置のユーザーに触覚効果を提供する。変形可能基板は、ユーザーに接触するように構成された少なくとも１つのユーザー接触部分及び２つの対向するヒンジを含む。変形可能基板は、少なくとも２つの剛性アームも含み、各剛性アームは、ユーザー接触部分と、２つの対向するヒンジのうちの一方との間に延在する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、触覚効果に関し、より詳細には、ユーザーに触覚効果を提供するように増幅された変形のために構成された変形可能基板を有する触覚周辺装置に関する。
ビデオゲーム及びビデオゲームシステムは、カジュアルゲーマーに対するマーケティング及びその結果のカジュアルゲーマーの関与によって更に一層一般的になってきた。従来のビデオゲーム機器又はコントローラーは、ユーザーにフィードバックを提供するために、視覚及び聴覚キューを使用する。いくつかのインターフェース装置では、運動感覚フィードバック（アクティブでかつ抵抗性のフォースフィードバック等）、及び／又は触知性フィードバック（振動、テクスチャ及び熱等）もユーザーに提供され、これらは、より一般的には、「触覚フィードバック」又は「触覚効果」として総称的に知られている。触覚フィードバックは、ユーザーインターフェースを向上させ簡略化するキューを提供し得る。具体的には、振動効果又は振動触覚効果は、ユーザーに特定のイベントを通知するために電子機器のユーザーにキューを提供するときに有用とされることができ、又は、シミュレートされた環境若しくはバーチャル環境内でより大きな知覚没入感を生成するために現実的なフィードバックを提供することができる。
また、ユーザーがユーザー入力エレメントとインタラクトして動作を引き起こす医療機器、自動車制御装置、遠隔制御装置、及び他の同様の機器等の他の機器が、触覚フィードバック又は触覚効果によって利益を受ける。例えば、限定ではないが、医療機器上のユーザー入力エレメントは、ユーザーによって医療機器の近位部において患者の体外で操作され、医療機器の遠位端において患者の体内で動作を引き起こしてもよい。触覚フィードバック又は触覚効果を機器において用いられ、ユーザーに特定のイベントを通知するか、又は医療機器の遠位端部における医療機器と患者との相互作用に関して現実的なフィードバックをユーザーに提供してもよい。
ゲーミング機器、バーチャルリアリティー機器及び他の機器に用いられる従来の触覚フィードバックシステムは、一般的に、触覚フィードバックを生成するためのコントローラー／周辺機器のハウジングに取り付けられているか又はこのハウジング内に収容された１つ又は複数のアクチュエーターを備える。触覚フィードバック装置の市販の実施態様において起こる１つの問題は、そのような装置が、動作するために大きなモーターを使用し大きな電源を必要とするため、非常にかさばることである。これらの特徴は、手持ち式ゲームパッド、ジョイスティック、遠隔制御装置、又は他の装置等のより小型のインターフェース装置内に、強力な触覚フィードバックを統合することを難しくする。しかし、これらのコントローラーは、多くのタイプのシステム、特に家庭用ビデオゲームコンソールにとって好ましい入力装置であり、また、多くの消費者によって好まれる。
本発明の実施形態は、ゲーミングシステム用の手持ち式周辺装置等のより小型のインターフェース装置を介して変形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。
本発明の実施形態は、ハウジングと、ハウジングに対して移動可能であるようにハウジングに結合された変形可能基板と、変形可能基板の表面に結合されたスマート材料アクチュエーターとを備える触覚周辺装置に関する。変形可能基板は、ユーザーと接触するように構成された少なくとも１つのユーザー接触部分及び２つの対向するヒンジを備える。スマート材料アクチュエーターは、プロセッサからの制御信号を受信するように構成され、プロセッサからの制御信号に応じて、ハウジングに対し変形可能基板を変形させる力を生成し、それによって触覚周辺装置のユーザーに触覚効果を提供するように構成される。変形可能基板は、少なくとも２つの剛性アームを備え、各剛性アームは、ユーザー接触部分と、２つの対向するヒンジのうちの１つとの間に延在する。剛性アームは、ユーザー接触部分及びヒンジよりも相対的に堅く、それによって、変形可能基板は、ハウジングに対する変形可能基板の変形を増大させるように構成される。
本発明の別の実施形態によれば、触覚周辺装置が、ハウジングと、ハウジングに対して移動可能であるようにハウジングに結合された変形可能基板と、変形可能基板の表面に結合されたスマート材料アクチュエーターとを備える。スマート材料アクチュエーターは、プロセッサからの制御信号を受信するように構成され、プロセッサからの制御信号に応じて、ハウジングに対し変形可能基板を変形させる力を生成し、それによって触覚周辺装置のユーザーに触覚効果を提供するように構成される。変形可能基板の少なくとも第１の部分は、変形可能基板の第２の部分よりも堅く、それによって、変形可能基板は、ハウジングに対する変形可能基板の変形を増大させるように構成される。
本発明の別の実施形態によれば、ゲーミングシステムが、ホストコンピューターと、プロセッサと、触覚周辺装置とを備える。触覚周辺装置は、ハウジングと、ハウジングに対して移動可能であるようにハウジングに結合された変形可能基板と、変形可能基板の表面に結合されたスマート材料アクチュエーターとを備える。スマート材料アクチュエーターは、プロセッサからの制御信号を受信するように構成され、プロセッサからの制御信号に応じて、ハウジングに対し変形可能基板を変形させる力を生成し、それによって触覚周辺装置のユーザーに触覚効果を提供するように構成される。変形可能基板は、ユーザーに接触するように構成された少なくとも１つのユーザー接触部分と、２つの対向するヒンジと、少なくとも２つの剛性アームとを備え、各剛性アームは、ユーザー接触部分と、２つの対向するヒンジのうちの１つとの間に延在する。剛性アームは、ユーザー接触部分及びヒンジよりも相対的に堅く、それによって、変形可能基板は、ハウジングに対する変形可能基板の変形を増大させるように構成される。
本発明の一実施形態による、触覚周辺装置を備えるシステムの概略図であり、システムは、ホストコンピューター及びディスプレイも備える。 図１のシステムのブロック図である。 本発明の内部コンポーネントを示す、図１の触覚周辺装置の断面図であり、触覚周辺装置の変形可能基板は楕円形に成形された平行四辺形である。 図３の触覚周辺装置の変形可能基板の断面図である。 図４の変形可能基板の一部の斜視図である。 図４の変形可能基板の変形の概略図であり、スマート材料アクチュエーターは、変形可能基板のユーザー接触部分の対向する外面に位置決めされる。 図４の変形可能基板の変形の概略図であり、スマート材料アクチュエーターは、変形可能基板のユーザー接触部分の対向する内面に位置決めされる。 図４の変形可能基板の変形の概略図であり、スマート材料アクチュエーターは、変形可能基板のユーザー接触部分の対向する外面及び対向する内面に位置決めされる。 図４の変形可能基板の変形の概略図であり、スマート材料アクチュエーターは、変形可能基板のヒンジの対向する外面及び対向する内面に位置決めされる。 図４の変形可能基板の一部分、及びスマート材料又は圧電アクチュエーターの分解斜視図である。 共に結合された図１０のコンポーネントの斜視図である。 電荷を生成し、それに応じて曲がった後の図１０Ａの斜視図である。 図３の結合メカニズムの分解斜視図であり、結合メカニズムは、変形可能基板がハウジングに対して移動可能であるように変形可能基板をハウジングに結合するために利用される。 本発明の別の実施形態による変形可能基板の斜視図であり、変形可能基板は卵型である。 本発明の別の実施形態による触覚周辺装置の斜視図であり、触覚周辺装置は、触覚効果をユーザーに提供するための変形可能基板を備えるゲーミングコントローラーである。 図１３の触覚周辺装置の別の斜視図である。 ホストコンピューターと併せた図１３の触覚周辺装置のブロック図である。 本発明の別の実施形態による触覚周辺装置の斜視図であり、触覚周辺装置は、ユーザーに触覚効果を提供するための変形可能基板を含むゲーミングタブレットである。 図１６のゲーミングタブレットのブロック図である。 本発明の別の実施形態による触覚周辺装置の斜視図であり、触覚周辺装置は、ユーザーに触覚効果を提供するためにトリガーユーザー入力エレメント上に組み込まれた変形可能基板を備えるゲーミングコントローラーである。
本発明の前述の特徴及び利点並びに他の特徴及び利点は、添付図面に示す本発明の実施形態の以下の説明から明らかになる。本明細書に引用され、本明細書の一部をなす添付図面は、本発明の原理を説明し、当業者が本発明を実施し使用することを可能にするために更に役立つ。図面は一定縮尺に従っていない。
ここで、図面を参照しながら本発明の特定の実施形態を記載する。図面において、同様の参照符号は、同一又は機能的に同様の要素を示す。
以下の詳細な説明は、本質的に単なる例示であり、本発明又は本発明の適用及び使用を限定することを意図していない。さらに、前述の技術分野、背景技術、概要、又は以下の詳細な説明において提示されている明示的な又は黙示的な理論によって限定することは意図されていない。さらに、以下の説明はゲーミング機器及びゲーミング機器向けのコントローラーに関するが、その説明は他の触覚フィードバック機器に等しく当てはまることが当業者には認識される。
本発明の実施形態は、触覚フィードバックシステムの触覚周辺装置に関する。この触覚周辺装置は、ハウジングと、ハウジングに対して移動可能であるようにハウジングに結合された変形可能基板と、変形可能基板の表面に結合されたスマート材料アクチュエーターとを備える。スマート材料アクチュエーターは、プロセッサからの制御信号を受信するように構成され、プロセッサからの制御信号に応じて、ハウジングに対し変形可能基板を変形させる力を生成し、それによって触覚周辺装置のユーザーに触覚効果を提供するように構成される。変形可能基板は、ハウジングに対する変形可能基板の変形を増幅又は増大するように構成される。より具体的には、変形可能基板の少なくとも第１の部分は、変形可能基板の第２の部分よりも堅く、それによって、変形可能基板は、ハウジングに対し変形可能基板の変形を増大させるように構成される。このため、触覚周辺装置は、固体基板及びスマート材料アクチュエーターを利用して、増幅された変形及び触覚による知覚を提供する把持可能な装置であり、これによって、バーチャルリアリティー及びビデオゲームインタラクションにおけるユーザー体験の品質が大幅に改善する。本明細書において記載される触覚周辺装置の利点は、変形可能基板が非常に薄く（すなわち、２ｍｍ未満の厚み）、軽量であり（すなわち、２０グラム未満）、スマート材料の作動が静かであり、スマート材料の作動が低電力であり、スマート材料の作動が広範囲の周波数で動作しており（０．１Ｋｈｚ〜１Ｋｈｚ）、スマート材料の作動が、最大で５ｍｍの滑らかな正弦波的変形及び／又は鋭い変形を伝えることを含む。
より詳細には、図面を参照すると、図１は、触覚周辺装置１０２と、ホストコンピューター１０４と、ディスプレイ１０６とを備える触覚フィードバックシステム１００の概略図である。図２は、図１のシステムのブロック図である。触覚周辺装置１０２は、ビデオ又は視覚ディスプレイ１０６上でユーザーに対しバーチャル環境を生成するように構成されたホストコンピューター又はコンピューターシステム１０４と通信する。ホストコンピューター１０４は、ビデオゲームコンソール、モバイル機器、又はディスプレイ上でユーザーにバーチャル環境を生成するように構成されたプロセッサを含む任意の他のタイプのコンピューターシステムを含むことができる。図２のブロック図に示すように、ホストコンピューター１０４は、ホストプロセッサ１０８、メモリ１１０、及び視覚ディスプレイ１０６を含む。ホストコンピューター１０４は、メモリ１１０に記憶され、ホストプロセッサ１０８によって実行されるソフトウェアアプリケーションを実行する。ホストプロセッサ１０８は、任意のタイプの汎用プロセッサとすることができ、又は触覚効果信号を提供するように特に設計されたプロセッサとすることができる。ホストプロセッサ１０８は、ホストコンピューター１０４全体を動作させる同じプロセッサとすることができ、又は、別個のプロセッサとすることができる。ホストプロセッサ１０８は、どのような触覚効果を触覚周辺装置１０２に送出するか、また、どのような順序で触覚効果を送出するかを決定し得る。メモリ１１０は、限定はしないが、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）若しくは読出し専用メモリ（ＲＯＭ）等の、任意のタイプの記憶装置又はコンピューター可読媒体とすることができる。メモリ１１０は、ホストプロセッサの内部に位置するか、又は、内部メモリと外部メモリとの任意の組合せとすることもできる。
ホストコンピューター１０４は、有線手段又は無線手段によって視覚ディスプレイ１０６に結合される。視覚ディスプレイ１０６は、グラフィカル情報をユーザーに提供する任意のタイプの媒体とすることができる。これは、限定ではないが、モニター、テレビスクリーン、プラズマ、ＬＣＤ、プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ、バーチャルリアリティーディスプレイ又は任意の他の表示機器を含む。当技術分野において既知であるように、一実施形態では、ホストコンピューター１０４はゲーミング機器コンソールであり、視覚ディスプレイ１０６は、ゲーミング機器コンソールに結合されたモニターである。当業者に既知であるように、別の実施形態では、ホストコンピューター１０４及び視覚ディスプレイ１０６は、単一機器になるように組み合わせることができる。
図１及び図２に示す実施形態では、ホストコンピューター１０４は、有線接続又はＵＳＢ接続１０３を通して触覚周辺装置１０２と通信状態にある。しかし、他の実施形態では、触覚周辺装置１０２は、当業者に既知の他の有線通信手段又は無線通信手段を使用して、ホストコンピューター１０４と通信することができる。これは、限定ではないが、シリアル接続又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）接続を含むことができる。さらに、ホストコンピューター１０４は、クラウド内に存在することができ、このため、ローカル形式で有線接続されることも無線接続されることも必要とされない。
図２のブロック図に示すように、触覚周辺装置１０２は、接続１０３を介してホストコンピューター１０４と通信するローカルプロセッサ１１２、ローカルメモリ１１４、スマート材料又は圧電アクチュエーター１２０、及び汎用触覚出力装置１３０を備えるが、本明細書においてより詳細に説明されるように、汎用触覚出力装置は全ての実施形態において必要とされるわけではない。動作時に、ローカルプロセッサ１１２はスマート材料アクチュエーター１２０及び汎用触覚出力装置１３０に結合されて、ホストコンピューター１０４からの高レベルの監視コマンド又はストリーミングコマンドに基づいて両者に制御信号を提供する。例えば、動作時に、電圧の大きさ及び持続時間がホストコンピューター１０４から触覚周辺装置１０２にストリーミングされる。ここで、情報はローカルプロセッサ１１２を介してスマート材料アクチュエーター１２０及び汎用触覚出力装置１３０に提供される。ホストコンピューター１０４は、スマート材料アクチュエーター１２０及び／又は汎用触覚出力装置１３０によって出力されるべき触覚効果のタイプ（例えば、振動、ジョルト、デテント、ポップ等）等の高水準コマンドをローカルプロセッサ１１２に提供することができ、それにより、ローカルプロセッサ１１２は、出力されるべき触覚効果の特定の特性（例えば、大きさ、周波数、持続時間等）に関してスマート材料アクチュエーター１２０及び／又は汎用触覚出力装置１３０に命令する。ローカルプロセッサ１１２は、ローカルプロセッサ１１２に結合されたローカルメモリ１１４（図２のブロック図に示される）から、触覚効果のタイプ、大きさ、周波数、持続時間、又は他の特性を読み出することができる。さらに、ホストコンピューター１０４のメモリ１１０と同様に、ローカルメモリ１１４は、限定ではないが、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）又は読出し専用メモリ（ＲＯＭ）等の任意のタイプの記憶装置又はコンピューター可読媒体とすることができる。ローカルメモリ１１４は、ローカルプロセッサの内部に位置するか、又は、内部メモリと外部メモリとの任意の組合せとすることもできる。ホストプロセッサ１０８と同様に、ローカルプロセッサ１１２も、どのような触覚効果を送出するか、及びどのような順序で触覚効果を送出するかを決定することができる。さらに、ローカルプロセッサ１１２は、いずれの触覚出力装置（すなわち、スマート材料アクチュエーター１２０又は汎用触覚出力装置１３０）が制御信号を受信するかを決定することができる。本発明の別の実施形態では、触覚周辺装置１０２は、ローカルプロセッサ１１２を備えないように構成され、それにより、触覚周辺装置１０２からの全ての入力／出力信号は、ホストコンピューター１０４によって直接扱われ処理される。
図１及び図２の実施形態では、触覚周辺装置１０２は把持可能な装置（すなわち、ユーザーの手又は手のひらで把持されるように構成される装置）である。さらに、触覚周辺装置１０２は、本明細書においてより詳細に説明されるように、触覚効果を出力するように構成されるが、この実施形態は、アクションを入力するか又は当該技術分野において既知のように他の形でビデオゲームとインタラクトしてバーチャル環境を更新するのに用いられるユーザー入力エレメント又はマニピュランダムを含まない。しかしながら、当業者であれば、触覚周辺装置１０２は、１つ又は複数のユーザー入力エレメント又はマニピュランダムを備えるように変更することができることを認識するであろう。ユーザー入力エレメント又はマニピュランダムの動きは、ユーザーがホストコンピューター１０４上で実行されているソフトウェアアプリケーションとインタラクトすることを可能にするユーザーからの入力を表す。これらのソフトウェアアプリケーションは、限定ではないが、ファーストパーソンシューター、サードパーソンキャラクターインタラクション、車両関連ゲーム又はコンピューターシミュレーションを含む。ユーザー入力エレメント又はマニピュランダムの動きにより、カーソル若しくは他の画像等のコンピューターにより生成されたグラフィックオブジェクト、若しくは視覚ディスプレイ１０６を介してホストコンピューター１０４によって表示された何らかの他のグラフィックオブジェクトの動きに対応する入力をホストコンピューター１０４に提供することができるか、又は人物、車両、若しくはゲーム若しくはコンピューターシミュレーションにおいて見られ得る何らかの他のエンティティ等のバーチャルキャラクター若しくはゲーミングアバターを制御することができる。さらに、当業者であれば、触覚周辺装置１０２は単に触覚周辺装置の例示的な実施形態であり、他の構成、形状及びサイズを有する触覚周辺装置が用いられてもよいことを認識するであろう。例えば、本明細書においてより詳細に説明されるように、触覚周辺装置は、図１３〜図１５に示すような、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」と同様の形状及びサイズのゲーミングシステム用手持ち式ゲーミングコントローラー１３０２、図１６及び図１７に示すような、タブレットコンピューター１６０４と共に用いることができる触覚周辺装置１６０２、又は限定ではないが、モバイルフォン、携帯情報端末（ＰＤＡ）、タブレット、コンピューター、ゲーミング周辺装置、及び当業者に既知のバーチャルリアリティシステムのための他のコントローラー等の、他のコントローラーであってもよい。
図３は、触覚周辺装置１０２の内部コンポーネントを示すための触覚周辺装置１０２の断面図である。より詳細には、触覚周辺装置１０２は、ハウジング又はケース１１６、変形可能基板１１８、及び変形可能基板１１８に結合されたスマート材料アクチュエーター１２０を備える。この実施形態では，本明細書においてより詳細に説明されるように、変形可能基板１１８は、長円形又は楕円形に成形されたストリップ又は平行四辺形であり、変形可能構造が長円形又は楕円形の断面を有するようになっている。変形可能基板１１８は、ガラス繊維、炭素繊維若しくは他の強化複合材料、又は変形に十分な可撓性も有しながら強度をもたらす比較的高い係数（modulus）を有する他のポリマー若しくは金属材料から形成される。一実施形態では、変形可能基板１１８は、エンジニアリングポリマー及び／又はナノ複合材料から形成することができる。長円形状が公称の又は第１の高さＨＯ及び公称の又は第１の幅又は長さＬＯを有する、図４に示す変形可能基板１１８を、力が加えられていない変形可能基板１１８の公称の又は予め設定された構成とみなすことができる。
ここで、図１０、図１０Ａ及び図１０Ｂを参照して、スマート材料又は圧電アクチュエーター１２０を更に詳細に説明する。図１０は、変形可能基板１１８及びスマート材料アクチュエーター１２０の一部の分解斜視図である。図１０Ａは、共に結合された図１０のコンポーネントの斜視図であり、図１０Ｂは、印加された電荷又は電界に応じて曲がった後の図１０Ａの斜視図である。より詳細には、スマート材料又は圧電アクチュエーターは、電荷を受けたときのサイズ及び形状の変化を示す特性を有する。言い換えると、スマート材料又は圧電アクチュエーターは、電気的変化が加えられたときに、機械的変形を呈する。スマート材料アクチュエーター１２０は、変形可能基板１１８の少なくとも１つの表面に、接着剤により接合されるか、又は他の方法で結合される。本発明の一実施形態では、スマート材料アクチュエーター１２０は、マクロファイバー複合体（ＭＦＣ）材料又は電気活性ポリマー（ＥＡＰ：electroactive polymer：電場応答性高分子）から形成される。スマート材料アクチュエーター１２０に電荷が印加されると、スマート材料アクチュエーター１２０は、図１０Ｂに示すように変形して曲がり、それによって変形可能基板１１８の一部も曲がる。入力電気信号に基づいて力及び変形を出力するためのスマート材料又は圧電アクチュエーターの動作は、当業者に既知である。圧電材料は、非常に薄く小さくすることができ、それによって、ポータブル電子機器に一般的な、コンパクトなハウジングにおける使用も可能になる。
スマート材料アクチュエーター１２０に電荷を印加するために、触覚フィードバックシステム１００は、電気信号をスマート材料アクチュエーター１２０に提供する制御ハードウェア及びソフトウェアを含む。この電気信号は、スマート材料アクチュエーター１２０に、ユーザーに対し触覚フィードバック又は効果を生成するための変形可能基板の所望の運動を生じさせる。より詳細には、触覚フィードバックシステム１００は、スマート材料アクチュエーター１２０に電荷を供給するための電源を備え、触覚フィードバックシステム１００は、電源を制御し、これにより印加される電荷の大きさ及び周波数を決定するホストプロセッサ１０８及び／又はローカルプロセッサ１１２も備える。したがって、電源は、ホストプロセッサ１０８及び／又はローカルプロセッサ１１２からの制御信号を受信するように構成され、ホストプロセッサ１０８及び／又はローカルプロセッサ１１２から受信した制御信号に従って、スマート材料アクチュエーターに電荷を印加するように構成される。電源は、触覚周辺装置１０２又はホストコンピューター１０４内に位置することができる。スマート材料アクチュエーター１２０は、電源からの印加された電荷に応じて変形するか又は曲がる。変形可能基板１１８がスマート材料アクチュエーター１２０に結合されると、スマート材料アクチュエーター１２０によって生成される任意の力及び／又は変形が変形可能基板１１８に直接加えられる。スマート材料アクチュエーター１２０に結合された変形可能基板１１８の一部も、スマート材料アクチュエーター１２０と併せて曲げられるか又は変形される。スマート材料アクチュエーター１２０が変形可能基板１１８内又は変形可能基板１１８上に統合されると、これにより変形可能基板１１８は電力を消費することなく変形する。このため、スマート材料アクチュエーター１２０は、ホストプロセッサ１０８及び／又はローカルプロセッサ１１２からの制御信号に応じてハウジング１１６に対して変形可能基板１１８を変形させ、これによって、触覚周辺装置１０２のユーザーに触覚効果を提供する。
触覚効果、すなわち、変形可能基板１１８の変形は、変形触覚効果とみなすことができる。本明細書において用いられるとき、「変形」触覚効果は、スマート材料アクチュエーターが変形可能基板に直接力を加えて変形可能基板を曲げるか、変形させるか、又は他の形で動かし、それによって、結果としてユーザーが感じる変形触覚効果を生じる効果を含む。本明細書の実施形態によって生成される変形触覚効果は、スマート材料アクチュエーターが、ユーザーと直接接触する変形可能基板を直接駆動するか、変形させるか又は他の形で動かすことに起因して、ユーザーによって感じられる。変形触覚効果の例は、バーチャルボタン押下若しくはバーチャルエレメント間の衝突と併せた単一の比較的大きな変形によるジョルト、又はスクリーンにわたるバーチャルエレメントの移動若しくは他のタイプのスクリーン移動と併せた複数の比較的小さな変形による振動を含む。変形触覚効果の更なる例は、スマート材料アクチュエーター１２０及び変形可能基板１１８の変形が、大きさ及び周波数の双方において心拍信号のパターンを辿る心拍触覚効果、及び／又はスマート材料アクチュエーター１２０及び変形可能基板１１８の変形が、バーチャルリアリティー環境においてユーザーの手の中で呼吸している、生きている小動物のパターンを辿る呼吸触覚効果を含む。そのような触覚フィードバック又は効果は、触覚フィードバックシステム１００のユーザーのためのより直感的で、魅力的で自然な体験を可能にし、このため、ユーザーと触覚フィードバックシステム１００との間のインタラクションは、触覚効果によって提供される触知性フィードバックを通じて大幅に向上する。
変形可能基板１１８は、スマート材料アクチュエーター１２０による力の出力を最大にするか又は利用し、変形可能基板１１８の変形を増幅するか又は増大させるように構成される。より詳細には、変形可能基板１１８の断面図である図４に最も良好に示すように、変形可能基板１１８は、変形可能基板１１８の変形を増幅させる非線形動力学設計を通じて構成された変動する剛性を有する一連の一体の又は連続した部分を含むか又はこの部分から作製される。図５は、変形可能基板１１８の概ね半分の斜視図である。図４及び図５の実施形態では、変形可能基板１１８は、本明細書においてまとめてユーザー接触部分１２２と呼ばれる２つの対向するユーザー接触部分１２２Ａ、１２２Ｂを含む。ユーザー接触部分１２２はそれぞれ、ユーザーに接触するように構成される。すなわち、ユーザー接触部分１２２Ａ、１２２Ｂは、それぞれハウジング１１６の窓又は開口部１１７Ａ、１１７Ｂを通じて延在し、触覚周辺装置１０２がユーザーによって把持又は保持されるときにユーザーの手に接触するように位置決めされる。変形可能基板１１８は、本明細書においてまとめてヒンジ１２４と呼ばれる、２つの対向する丸められた角又はヒンジ１２４Ａ、１２４Ｂも備える。ヒンジ１２４はそれぞれ、対向するユーザー接触部分１２２Ａ、１２２Ｂ間に位置決めされる。変形可能基板１１８は、まとめて剛性アーム１２６と呼ばれる、４つの剛性アームｌ２６Ａ、１２６Ｂ、１２６Ｃ、ｌ２６Ｄも備える。剛性アーム１２６Ａは、ユーザー接触部分１２２Ａ及びヒンジ１２４Ａ間に延在し、剛性アーム１２６Ｂは、ユーザー接触部分１２２Ａ及びヒンジ１２４Ｂ間に延在し、剛性アーム１２６Ｃは、ユーザー接触部分１２２Ｂ及びヒンジ１２４Ａ間に延在し、剛性アーム１２６Ｄは、ユーザー接触部分１２２Ｂ及びヒンジ１２４Ｂ間に延在する。ユーザー接触部分１２２、ヒンジ１２４及び剛性アーム１２６は、説明の目的のみのために、本明細書において別個に説明されているが、これらは単一のコンポーネント、すなわち変形可能基板１１８の連続した一体部分であり、まとめて変形可能基板１１８の長円形形状を形成する。
変形可能基板１１８は、スマート材料アクチュエーター１２０のみの変形に対して少なくとも１００倍まで表面上の変形を増幅させるように設計又は構成される。より詳細には、剛性アーム１２６は、ユーザー接触部分１２２及びヒンジ１２４よりも相対的に堅く、それによって、剛性アーム１２６は、スマート材料アクチュエーター１２０（本明細書において更に詳細に説明されるように、変形可能基板１１８の１つ又は複数の表面上に位置決めされる）による最大力出力を利用又は生成し、ハウジング１１６に対する変形可能基板１１８の変形を増大させるように構成される。ユーザー接触部分１２２及びヒンジ１２４に対する剛性アーム１２６の剛性を変えるために、剛性アーム１２６の形状及び／又はヤング率若しくは弾性係数が変えられる。図４に最も良好に示される一実施形態では、剛性アーム１２６をユーザー接触部分１２２及びヒンジ１２４よりも相対的に堅くするために、剛性アーム１２６の形状は、ユーザー接触部分１２２及びヒンジ１２４の厚みと比較して剛性アーム１２６の厚みを増大させることによって変えられる。図４及び図５の実施形態では、ユーザー接触部分１２２は、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲とすることができる厚みＴ１を有し、ヒンジ１２４は、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲とすることができる厚みＴ２を有し、剛性アーム１２６は、１ｍｍ〜２ｍｍの範囲とすることができる厚みＴ３を有する。別の実施形態では、剛性アーム１２６は、ユーザー接触部分１２２及びヒンジ１２４の各々よりも少なくとも３０％厚い。しかしながら、特定の寸法は、材料選択、作動タイプ及び変形可能基板の形状に応じて変えることができる。
本明細書の別の実施形態では、剛性アーム１２６の形状を変えることに対する代替として、又はそれに加えて、剛性アーム１２６のヤング率が、剛性アーム１２６をユーザー接触部分１２２及びヒンジ１２４よりも比較的堅くするために変えられる。一実施形態では、剛性アーム１２６は、ユーザー接触部分１２２及びヒンジ１２４の第２の又は異なる材料よりも堅い第１の材料から形成することができる。例えば、剛性アーム１２６は炭素繊維から形成することができる一方、変形可能基板１１８の残りの部分、すなわち、ユーザー接触部分１２２及びヒンジ１２４は、炭素繊維よりも低い剛性を有するガラス繊維から形成される。したがって、この実施形態では、変形可能基板１１８はマルチコンポジット基板である。剛性アーム１２６が、変形可能基板１１８の残りの材料よりも高い剛性を有する異なる材料から形成されるとき、剛性アーム１２６は、ユーザー接触部分１２２及びヒンジ１２４よりも厚いか、薄いか、又はユーザー接触部分１２２及びヒンジ１２４と同じ厚みとすることができる一方、異なる材料特性に起因して、依然としてより堅い。別の実施形態では、剛性アーム１２６、ユーザー接触部分１２２及びヒンジ１２４は全て同じ材料から形成されるが、剛性アーム１２６のみがその剛性を増大させるための処理ステップを経る。例えば、剛性アーム１２６は、そのヤング率及び剛性を増大させるために、ヒートテアリング（heat tearing）等の熱処理を受ける場合がある。
ユーザー接触部分１２２及びヒンジ１２４に対する剛性アーム１２６の増大した剛性、並びに変形可能基板１１８の全体的な形状及び剛性に起因して、スマート材料アクチュエーター１２０を介したハウジング１１６に対するユーザー接触部分１２２の変形は、（スマート材料アクチュエーター１２０のみの変形と比較して、）少なくとも１００：１の比で増大する。より詳細には、図６〜図８に関して本明細書において説明したように、スマート材料アクチュエーター１２０がユーザー接触部分１２２の１つ又は複数の表面に結合されるとき、変形可能基板１１８は、ユーザー接触部分１２２の変形を増幅又は増大させるように構成される。上記で説明されるように、変形可能基板１１８は、上記で説明したようなユーザー接触部分１２２及びヒンジ１２４よりも相対的に堅い、剛性アーム１２６を備える。したがって、変形可能基板１１８の剛性は、スマート材料アクチュエーター１２０による最大力出力を利用又は生成することが望ましい変形可能基板１１８の一部分に沿って相対的に増大し、変形可能基板１１８の剛性は、スマート材料アクチュエーター１２０によって生じる最大変形を利用又は生成することが望ましい変形可能基板１１８の一部分に沿って相対的に減少する。さらに、変形可能基板１１８全体の効果的な剛性は、ユーザー接触部分１２２の変形を増幅又は増大させるように構成される。より詳細には、剛性アーム１２６及びヒンジ１２４は、それらの最大の変形又は偏向がユーザー接触部分１２２（カンチレバービームの自由端に配置される）で生じるように、カンチレバービームと同様に動作する。剛性アーム１２６は、（変形可能基板１１８の他の部分よりも相対的に堅いことに起因して）スマート材料アクチュエーター１２０による最大力出力を利用又は生成し、最大力をヒンジ１２４に送信する。ヒンジ１２４及びユーザー接触部分１２２は、（剛性アーム１２６よりも比較的堅くないことに起因して）スマート材料アクチュエーター１２０による最大変形を利用又は生成する。ヒンジ１２４は、上記で説明したように、カンチレバービームに対応し、カンチレバービームと同様に動作するように成形されるか又は湾曲させられ、このため、ユーザー接触部分１２２において最大又は最高の量の変形／偏向が生じる。換言すれば、変形可能基板１１８の長円形状全体が、これらのユーザー接触部分１２２において増大した又は増幅された変形が生じることを意味する。
本明細書では、それぞれハウジング１１６の窓又は開口部１１７Ａ、１１７Ｂを通って延在し、触覚周辺装置１０２がユーザーによって把持又は保持されるときにユーザーの手と接触するように位置決めされた２つの対向するユーザー接触部分１２２について説明されているが、ハウジング１１６は、ユーザーが変形可能基板の１つのユーザー接触部分１２２のみに接触するようにユーザー接触部分のうちの１つを覆うか又はこの上に延在するように変更されてもよい。例えば、触覚周辺装置１０２は、表面上に平坦に置かれるように変更されてもよく、ユーザーの手（すなわち、指又は手のひら）は、単一の露出したユーザー接触部分を有する触覚周辺装置の「上面」の上に延在するか、又はこの「上面」に接触する。このため一実施形態では、変形可能基板１１８の長円形状の「上」半分のみが露出され、ユーザーにアクセス可能となるのに対し、変形可能基板１１８の長円形状の「下」半分は覆われるか又はハウジング内に配置され、このためユーザーにアクセス可能でない。別の実施形態では、変形可能基板は、長円形状に成形されるのではなく、図５に示す形状に類似した曲線に成形された平行四辺形とすることができ、曲線全体を触覚周辺装置の外面から離れるよう延在するように触覚周辺装置上に組み込むことができる。言い換えると、変形可能基板は、長円形の断面を有することを必要とされず、触覚周辺装置の外側表面から離れるよう延在する湾曲した基板とすることができる。
変形可能基板１１８の変形方向、したがってユーザーに出力される触覚効果は、スマート材料アクチュエーター１２０の配置に依拠して変わる。本発明の一実施形態では、第１のスマート材料アクチュエーター１２０Ａは、ユーザー接触部分１２２Ａに結合され、第２のスマート材料アクチュエーター１２０Ｂはユーザー接触部分１２２Ｂに結合される。例えば、図６は、スマート材料アクチュエーター１２０Ａ、１２０Ｂがそれぞれ変形可能基板１１８のユーザー接触部分１２２Ａ、１２２Ｂの外面１２８Ａ上に位置決めされているときの変形可能基板１１８の変形（変形可能基板の変形は破線で示される）の概略図である。スマート材料アクチュエーター１２０が電荷を発生し（develop）、それに応じて曲がるとき、変形可能基板１１８の高さは、公称の又は第１の高さＨＯ（図４を参照）から、拡大した又は第２の高さＨＥ（図６を参照）まで拡大し、変形可能基板１１８の幅又は長さは、公称の又は第１の幅又は長さＬＯ（図４を参照）から収縮した又は第２の幅又は長さＬＣ（図６を参照）まで収縮する。換言すれば、変形可能基板の外部に結合されたスマート材料アクチュエーター１２０Ａ、１２０Ｂが曲がるか又は変形するとき、変形可能基板１１８の高さは、方向矢印１２１Ａによって示されるように拡大し、変形可能基板１１８の幅／長さは、方向矢印１２１Ｂによって示されるように収縮する。図６は、スマート材料アクチュエーター１２０Ａ、１２０Ｂの双方の同時の作動を示すが、各スマート材料アクチュエーターは、変形可能基板１１８の一部のみの指向性の独立した変形を選択的に提供するように独立して作動されるように構成される。上記で説明されたように、変形可能基板１１８の相対的により堅い剛性アーム１２６に起因して、ユーザー接触部分１２２の変形は、変形可能基板のユーザー接触部分と接触するユーザーに触覚効果を与えるように増幅又は増大される。
別の例として、図７は、スマート材料アクチュエーター１２０Ｃ、１２０Ｄが、それぞれ変形可能基板１１８のユーザー接触部分１２２Ａ、１２２Ｂの内面１２８Ｂ上に位置決めされているときの変形可能基板１１８の変形（変形可能基板の変形は破線で示される）の概略図である。スマート材料アクチュエーター１２０が電荷を発生し、それに応じて曲がるとき、変形可能基板１１８の高さは、公称の又は第１の高さＨＯ（図４を参照）から、収縮した又は第３の高さＨＣ（図７を参照）まで収縮し、変形可能基板１１８の幅又は長さは、公称の又は第１の幅又は長さＬｏ（図４を参照）から拡大した又は第３の幅又は長さＬＥ（図７を参照）まで拡大する。換言すれば、変形可能基板の内部に結合されたスマート材料アクチュエーター１２０Ｃ、１２０Ｄが曲がるか又は変形するとき、変形可能基板１１８の高さは、方向矢印１２１Ｃによって示されるように収縮し、変形可能基板１１８の幅／長さは、方向矢印１２１Ｄによって示されるように拡大する。図７は、スマート材料アクチュエーター１２０Ｃ、１２０Ｄの双方の同時の作動を示すが、各スマート材料アクチュエーターは、変形可能基板１１８の一部のみの指向性の独立した変形を選択的に提供するよう独立して作動されるように構成される。上記で説明されたように、変形可能基板１１８の相対的により堅い剛性アーム１２６に起因して、ユーザー接触部分１２２の変形は、変形可能基板のユーザー接触部分と接触するユーザーに触覚効果を与えるように増幅又は増大される。
さらに、変形可能基板１１８の高さは、選択的に、図６に示すように拡大し、図７に示すように収縮するように構成することができる。言い換えると、図６及び図７の実施形態は、相互に排他的ではない。例えば、図８は、スマート材料アクチュエーター１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄが、それぞれ変形可能基板１１８のユーザー接触部分１２２Ａ、１２２Ｂの外面１２８Ａ及び内面１２８Ｂの双方に位置決めされるときの変形可能基板１１８の概略図である。各スマート材料アクチュエーターは、変形可能基板１１８の一部分のみの指向性の独立した変形を選択的に提供するよう独立して作動されるように構成され、各ユーザー接触部分１２２Ａ、１２２Ｂが選択的に拡張及び収縮され得るようにする。上記で説明されたように、変形可能基板１１８の相対的により堅い剛性アーム１２６に起因して、ユーザー接触部分１２２の変形は、変形可能基板のユーザー接触部分と接触するユーザーに触覚効果を与えるように増幅又は増大される。
上記の実施形態は、変形可能基板１１８のユーザー接触部分１２２に沿って、又はその上に位置決めされたスマート材料アクチュエーター１２０を示すが、本発明の別の実施形態では、１つ又は複数のスマート材料アクチュエーター１２０が変形可能基板１１８のヒンジ１２４に沿って又はヒンジ１２４上に位置決めされてもよい。例えば、図９は、スマート材料アクチュエーター１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄが、それぞれ変形可能基板１１８のヒンジ１２４Ａ、１２４Ｂの外面１２８Ａ及び内面１２８Ｂの双方に位置決めされているときの変形可能基板１１８の概略図である。各スマート材料アクチュエーターは、変形可能基板１１８の一部のみの指向性の独立した変形を選択するように独立して作動されるように構成され、各ヒンジが選択的に拡張及び収縮され得るようにする。スマート材料アクチュエーター１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄをユーザー接触部分１２２ではなくヒンジ１２４上に位置決めすることによって、結果として、スマート材料アクチュエーター１２０によって出力される触覚効果の様々な特性（例えば、大きさ、周波数、持続時間等）が得られる。ユーザー接触部分１２２ではなくヒンジ１２４にスマート材料アクチュエーター１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄを位置決めすることによって、ヒンジ１２４のアーク又は曲率の調節が必要となる場合がある。
図３を参照すると、変形可能基板１１８の各ヒンジ１２４は、変形可能基板がハウジングに対し移動可能となり、このため、上記で説明したスマート材料の作動に応じて変形することが可能になるように、変形可能基板をハウジングに結合するように構成された結合メカニズム１３５を介してハウジング１１６に結合される。図１１は、結合メカニズム１３５の分解斜視図を示す。各結合メカニズム１３５は、ロッド１３２と、ロッド１３２の周囲を取り囲む圧縮可能な物質１３６と、複数のワッシャー１３４とを備える。ワッシャー１３４は、ロッドがハウジングに対して移動可能でないように、ロッド１３２をハウジング１１６に取り付ける。ロッド１３２は、ロッド１３２がヒンジ１２４に隣接するか又は横に並ぶが、ヒンジ１２４と直接接触しないように変形可能基板１１８内に延在する。より詳細には、ロッド１３２は、或る間隙又は距離１３８だけ変形可能基板１１８の内面１２８Ｂから離間される。間隙１３８は圧縮可能な物質１３６によって満たされ、圧縮可能な物質１３６がヒンジ１２４とロッド１３２との間に延在するようになっている。圧縮可能な物質１３６は、変形可能基板１１８の移動及び変形を可能にする。より詳細には、スマート材料アクチュエーター１２０が電荷を発生し、それに応じて曲がるとき、図６〜図９に関して上記で説明したように、変形可能基板１１８もそれに応じて変形し、圧縮可能な物質１３６が変形可能基板１１８の変形を可能にするように圧縮又は拡大する。圧縮可能な物質１３６は、例えば、限定ではないが、シリコーンフォーム、シリコーンスポンジ、シリコーンゴム、ＰＯＲＯＮ（登録商標）（ポリウレタン）又はＢｕｎａ−Ｎ等のゲル又は発泡材料とすることができる。一方、変形可能基板１１８に力が加えられていないとき（すなわち、スマート材料アクチュエーター１２０が曲げられていないとき、）変形可能基板１１８は、図４に示すようにその公称の又は予め設定された構成又は位置に弾性的に戻る弾性特性を有する。換言すれば、変形可能基板１１８は、スマート材料アクチュエーター１２０を介して変形可能基板に力が加えられていないとき、その公称の又は予め設定された長円形状を取り戻す。
上述したように、触覚周辺装置１０２は、スマート材料アクチュエーター１２０に加えて、汎用触覚出力装置１３０を備える。図３の断面図に示すように、汎用触覚出力装置１３０はハウジング１１６内に位置決めされ、スマート材料アクチュエーター１２０によって提供される変形触覚効果に加えて、ユーザーに振動触覚効果を提供するように構成される。汎用触覚出力装置１３０は、触覚周辺装置１０２のハウジング全体に汎用又はランブル（rumble）触覚フィードバックを提供する役割を果たす。このため、汎用触覚出力装置１３０は、ホストプロセッサ１０８及び／又はローカルプロセッサ１１２から第２の制御信号を受信し、第２の制御信号に応答してハウジング１１６に第２の触覚効果を出力するように構成されたランブルアクチュエーターとみなすことができる。汎用触覚出力装置１３０は、ホストコンピューター１０４からの高レベルの監督コマンド又はストリーミングコマンドに基づいて、ホストプロセッサ１０８及び／又はローカルプロセッサ１１２からの制御信号を受信する。例えば、動作時に、電圧の大きさ及び持続時間がホストコンピューター１０４から触覚周辺装置１０２にストリーミングされ、ここで、情報は、ローカルプロセッサ１１２を介して汎用触覚出力装置１３０に提供される。ホストコンピューター１０４は、汎用触覚出力装置１３０によって出力されるべき触覚効果のタイプ（例えば、振動、ジョルト、デテント、ポップ等）等の高レベルのコマンドをローカルプロセッサ１１２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１１２は、汎用触覚出力装置１３０に、出力されるべき触覚効果の特定の特性（例えば、大きさ、周波数、持続時間等）に関して命令する。汎用触覚出力装置１３０は、電磁モーター、モーターによって偏心質量体が動かされる偏心回転質量（「ＥＲＭ」）アクチュエーター、ばねに取り付けられた質量体が往復して駆動されるリニア共振アクチュエーター（「ＬＲＡ」）、振動触覚アクチュエーター、他の適切なタイプの作動装置を含んでもよい。汎用触覚出力装置１３０は、慣性アクチュエーターとして実施され、振動触覚フィードバックをユーザーに提供する。このため、スマート材料アクチュエーター１２０は、汎用触覚出力装置１３０によって生成される汎用又はランブル触覚フィードバックから独立し、これを補う、多岐にわたる変形触覚効果又は感覚をユーザーに提供する。
図１２は、本発明の実施形態において利用することができる変形可能基板の別の実施形態を示す。変形可能基板１２１８は、長円形状に成形されたストリップ又は平行四辺形ではなく、長円形の断面を有する卵型又は３次元長円形状である。変形可能基板１１８は、２つの対向するユーザー接触部分又は変形領域のみを含むが、変形可能基板１２１８の卵型形状は、複数の又は３つ以上の変形領域を提供する。
上述したように、触覚周辺装置１０２は触覚周辺装置の例示的な実施形態にすぎず、他の構成、形状及びサイズを有する触覚周辺装置を用いることができる。例えば、図１３〜図１５は、本発明の実施形態において用いることができる触覚周辺装置１３０２の別の実施形態を示す。図１３及び図１４は、触覚周辺装置１３０２の異なる斜視図であり、触覚周辺装置は手持ち式ゲーミングコントローラーである一方、図１５は、ホストコンピューター１０４を更に備えるゲーミングシステム１３００において用いられる触覚周辺装置１３０２のブロック図を示す。触覚周辺装置１３０２のハウジング１３１６は、左利きユーザーによっても右利きユーザーによっても、装置を把持する両手に容易に適合する形状になっており、スマート材料アクチュエーター１３２０が結合された変形可能基板１３１８（図１５のブロック図に示される）が、ユーザーの手又は手のひらが通常位置する場所においてハウジング１３１６内に組み込まれ、ユーザーに変形触覚効果を提供する。変形可能基板１３１８は、上記で説明した変形可能基板１１８に類似した長円形状に成形された平行四辺形であり、変形可能基板１３１８の長円形状の「上」半分のみが露出され、ユーザーにアクセス可能であるのに対し、変形可能基板１３１８の長円形状の「下」半分は覆われるか又はハウジング１３１６内に配置され、このためユーザーにアクセス可能でない。別の実施形態では、変形可能基板１３１８は、図５に示す形状に類似した曲線に成形された平行四辺形であり、曲線全体を触覚周辺装置１３０２の外面から離れるよう延在するように触覚周辺装置１３０２上に組み込むことができる。当業者であれば、触覚周辺装置１３０２は、現在ビデオゲームコンソールシステムのために利用可能な多くの「ゲームパッド」と同様の形状及びサイズのコントローラーの例示的な実施形態にすぎず、ユーザー入力エレメントの他の構成、形状及びサイズを有するコントローラーを用いることができることを認識するであろう。これらのコントローラーは、限定ではないが、Ｗｉｉ（登録商標）リモートコントローラー又はＷｉｉ（登録商標）Ｕコントローラー、ソニー（登録商標）ＳｉｘＡｘｉｓ（登録商標）コントローラー又はソニー（登録商標）Ｗａｎｄコントローラー、Ｘｂｏｘ（登録商標）コントローラー又は同様のコントローラー等のコントローラー、並びに実在の物体（テニスラケット、ゴルフクラブ、野球のバット等）の形状及び他の形状に成形されたコントローラーを含む。
触覚周辺装置１３０２は、ジョイスティック１３４０、ボタン１３４２、及びトリガー１３４６を含む、いくつかのユーザー入力エレメント又はマニピュランダムを備える。本明細書で用いられるとき、ユーザー入力エレメントとは、ユーザーによって操作されてホストコンピューター１０４と相互作用する、トリガー、ボタン、ジョイスティック等のインターフェース装置を指す。図１３〜図１５において見て取ることができるとともに当業者に既知であるように、各ユーザー入力エレメント及び追加のユーザー入力エレメントの２つ以上を触覚周辺装置１３０２上に備えてもよい。したがって、例えば、トリガー１３４６の本説明は、触覚周辺装置１３０２を単一のトリガーに限定しない。さらに、図１５のブロック図は、ジョイスティック１３４０、ボタン１３４２、及びトリガー１３４６のそれぞれを１つのみ示している。しかし、上述したように、複数のジョイスティック、ボタン、及びトリガー並びに他のユーザー入力エレメントを用いてもよいことが当業者には理解される。
図１５のブロック図において見て取ることができるように、触覚周辺装置１３０２は、自身のユーザー入力エレメントのそれぞれを直接駆動するターゲットアクチュエーター又はモーターと、ハウジング１３１６に結合される１つ又は複数の汎用又はランブル触覚出力装置１３３０とを備える。より詳細には、ジョイスティック１３４０は、自身に結合されたターゲットアクチュエーター又は触覚出力装置１３５０を備え、ボタン１３４２は、自身に結合されるターゲットアクチュエーター又は触覚出力装置１３５２を備え、トリガー１３４６は、自身に結合されるターゲットアクチュエーター又は触覚出力装置１３５６を備える。複数のターゲットアクチュエーターに加えて、触覚周辺装置１３０２は、自身のユーザー入力エレメントのそれぞれに結合された位置センサーを備える。より詳細には、ジョイスティック１３４０は、自身に結合された位置センサー１３４１を備え、ボタン１３４２は、自身に結合された位置センサー１３４３を備え、トリガー１３４６は、自身に結合された位置センサー１３４７を備える。ローカルプロセッサ１３１２が、ターゲット触覚出力装置１３５０、１３５２、１３５６と、ジョイスティック１３４０、ボタン１３４２、及びトリガー１３４６それぞれの位置センサー１３４１、１３４３、１３４７とに結合される。当業者に理解されるように、位置センサー１３４１、１３４３、１３４７から受信される信号に応答して、ローカルプロセッサ１３１２は、ターゲット触覚出力装置１３５０、１３５２、１３５６に、指示された又はターゲットにされた効果を、それぞれジョイスティック１３４０、ボタン１３４２、及びトリガー１３４６に直接提供するように命令する。このようなターゲットにされた効果は、汎用触覚出力装置１３３０によって触覚周辺装置１３０２の本体全体を伝って生成される汎用又はランブル触覚効果と弁別可能又は区別可能である。ローカルプロセッサ１３１２は、ローカルプロセッサ１３１２に結合されたメモリ１３１４から触覚効果のタイプ、大きさ、周波数、持続時間又は他の特性を読み出すことができる。複数の種類の感覚（multiple modalities）、例えば、映像、音声、及び触覚が同時に関与するとき、総合した触覚効果は、ゲームへのより高い没入感をユーザーにもたらす。
図１６及び図１７は、触覚周辺装置がタブレットコンピューター１６０４と共に用いることができるゲーミングタブレットコントローラー１６０２である本発明の別の実施形態を示す。タブレットコンピューター１６０４は、Razer社から入手可能なもののように、ゲーミングアクティビティに向けて特に設計されてもよいし、Ａｐｐｌｅ（登録商標）、Ｉｐａｄ（登録商標）、Ｋｉｎｄｌｅ（登録商標）Ｆｉｒｅ（登録商標）、及びＳａｍｓｕｎｇ（登録商標）Ｇａｌａｘｙ Ｔａｂ（登録商標）等の既知の市販されているタブレットコンピューターとしてもよい。ゲーミングタブレットコントローラー１６０２は、タブレットコンピューター１６０４を収めるように構成されたドッキング部１６６０と、ハンドル１６６２、１６６４とを有し、ハンドル１６６２、１６６４上には、ユーザーがタブレットコンピューター１６０４上のゲームの制御に用いるユーザー入力エレメントが配置される。ドッキング部１６６０は、ゲーミングタブレットコントローラー１６０２をタブレットコンピューター１６０４に接続し、例えば、ボタンを押す、ジョイスティックを動かす、トリガーを押す等のハンドル１６６２、１６６４上でのユーザーによる動作が、タブレットコンピューター１６０４上でプレイされているゲーム上でのアクションを生じるようになっている。触覚周辺装置１６０２のハンドル１６６２、１６６４は、左利きユーザーによっても右利きユーザーによっても、装置を把持する両手に容易に適合する形状になっており、スマート材料アクチュエーター１６２０が結合された変形可能基板１６１８（図１７のブロック図に示される）が、ユーザーの手又は手のひらが通常位置する場所においてハンドル１６６２、１６６４内に組み込まれ、ユーザーに変形触覚効果を提供する。変形可能基板１６１８はそれぞれ、上記で説明した変形可能基板１１８に類似した長円形状に成形された平行四辺形であり、各変形可能基板１６１８の長円形状の「上」半分のみが露出され、ユーザーにアクセス可能であるのに対し、各変形可能基板１６１８の長円形状の「下」半分は覆われるか又はハンドル１６６２、１６６４内に配置され、このためユーザーにアクセス可能でない。別の実施形態では、各変形可能基板１６１８は、図５に示す形状に類似した曲線に成形された平行四辺形であり、曲線全体を触覚周辺装置１６０２の外面から離れるよう延在するように触覚周辺装置１６０２のハンドル１６６２、１６６４上に組み込むことができる。
ハンドル１６６２、１６６４は、コントローラー上にある通常のユーザー入力エレメントを備える。ユーザー入力エレメントはハンドル１６６４に関して記載される。しかし、同じ又は同様のユーザー入力エレメントをハンドル１６６２において用いてもよいことが当業者には理解される。特に、ハンドル１６６４は、ジョイスティック１６４０、ボタン１６４２、及びトリガー１６４６を備える。図１６に見て取ることができるとともに当業者に既知であるように、これらのユーザー入力エレメントのそれぞれの２つ以上を、各ハンドル１６６２、１６６４上に備えてもよい。さらに、ハンドル１６６４は、ハンドル１６６４に取り付けられ、汎用又はランブル触覚出力装置１６３０に関して上記で説明したように、汎用又はランブル触覚効果をゲーミングタブレットコントローラー１６０２に提供する、汎用又はランブル触覚出力装置１６３０を備える。
図１７は、一実施形態による図１６のゲーミングタブレットコントローラーのブロック図を示している。図１７に示されているように、ゲーミングタブレットコントローラー１６０２は、ドッキング部１６６０を介してタブレットコンピューター１６０４と通信するローカルプロセッサ１６１２を備える。ドッキング部１６６０の代わりに、有線接続又は無線接続等の他の接続を用いてもよい。この実施形態のタブレットコンピューター１６０４はディスプレイスクリーンを備える。代替的には、ゲーミングタブレットコントローラー１６０２は、ローカルプロセッサ１６１２を備えないように構成されてもよく、それにより、ゲーミングタブレットコントローラー１６０２からの全ての入力／出力信号はタブレットコンピューター１６０４によって直接ハンドリング及び処理される。
ローカルプロセッサ１６１２は、ジョイスティック１６４０、ボタン１６４２、及びトリガー１６４６と、位置センサー１６４１、１６４３、及び１６４７とに結合される。位置センサー１６４１、１６４３、及び１６４７はそれぞれ、ジョイスティック１６４０、ボタン１６４２、及びトリガー１６４６に結合されることができる。図１７のブロック図は、ジョイスティック１６４０、ボタン１６４２、及びトリガー１６４６のそれぞれ１つのみを示している。しかし、上述したように、複数のジョイスティック、ボタン、及びトリガー、並びに他のユーザー入力エレメントを用いてもよいことが当業者には理解される。ターゲットアクチュエーター又は触覚出力装置１６５０、１６５２、１６５６はそれぞれ、ジョイスティック１６４０、ボタン１６４２及びトリガー１６４６に結合される。また、ターゲット触覚出力装置１６５０、１６５２、１６５６、及び汎用触覚出力装置１６３０は、ローカルプロセッサ１６１２に結合される。ローカルプロセッサ１６１２は、タブレットコンピューター１６０４からの高水準監視コマンド又はストリーミングコマンドに基づき、制御信号を触覚出力装置１６５０、１６５２、１６５６、１６３０に提供する。ストリーミングの実施形態において、電圧の大きさ及び持続時間がゲーミングタブレットコントローラー１６０２にストリーミングされ、この場合、タブレットコンピューター１６０４によってアクチュエーターに情報が提供される。動作時に、タブレットコンピューター１６０４は、１つ又は複数の選択されたアクチュエーターによって出力されるべき触覚効果のタイプ（例えば、振動、ジョルト、デテント、ポップ等）等の高水準コマンドをローカルプロセッサ１６１２に提供することができ、それにより、ローカルプロセッサ１６１２は、出力されるべき触覚効果の特定の特徴（例えば、大きさ、周波数、持続時間等）に関してアクチュエーターに命令する。ローカルプロセッサ１６１２は、ローカルプロセッサ１６１２に結合されたメモリ１６１４から、触覚効果のタイプ、大きさ、周波数、持続時間、又は他の特徴を読み出すことができる。複数の種類の感覚、例えば、映像、音声、及び触覚が同時に関与するとき、触覚効果は、ゲームへのより高い没入感をユーザーにもたらす。
図１３〜図１５のゲームパッド構成、及び図１６及び図１７のタブレット構成に加えて、本明細書において説明されるようなスマート材料アクチュエーターが結合された変形可能基板は、ユーザーの手又は指が通常位置する場所において任意のタイプの触覚周辺装置内に組み込まれ、ユーザーに変形触覚効果を提供することができる。さらに、本明細書において説明されるようなスマート材料アクチュエーターが結合された変形可能基板は、タッチスクリーン（複数の場合もある）上に組み込まれ、ユーザーに変形触覚効果を提供することができ、電子機器のボタンに組み込まれ、ユーザーの指に変形触覚効果を提供することができ、マウス又はタッチパッド等のコンピューター入力装置に組み込まれ、ユーザーの手のひら又は指に変形触覚効果を提供することができ、又はウェアラブルな周辺機器に組み込まれ、ユーザーの身体に変形触覚効果を提供することができる。変形可能基板のスケール及び相対的な寸法は、用途に応じて、すなわち、変形可能基板が、ユーザーの指と接触するように構成されるか、ユーザーの手のひらと接触するように構成されるか、又はユーザーの身体の異なる部分と接触するように構成されるかに応じて変わることになる。一実施形態では、本明細書において説明されるようなスマート材料アクチュエーターが結合された変形可能基板は、動くように及び／又はユーザーからの入力を受けるように構成されたユーザー入力装置、すなわち、トリガー、ボタン又はジョイスティック上に組み込まれる。例えば、図１８の触覚周辺装置１８０２上に示されるように、本明細書において説明されるようなスマート材料アクチュエーターが結合された変形可能基板１８１８は、トリガー１８４６上に組み込まれ、ユーザーがトリガー１８４６を引いたときに変形触覚効果をユーザーに出力することができる。変形可能基板１８１８は、上記で説明した変形可能基板１１８に類似した長円形状に成形された平行四辺形であり、変形可能基板１８１８の長円形状の「上」半分のみが露出され、ユーザーにアクセス可能であるのに対し、変形可能基板１８１８の長円形状の「下」半分は覆われるか又はトリガー１８４６内に配置され、このためユーザーにアクセス可能でない。別の実施形態では、変形可能基板１８１８は、図５に示す形状に類似した曲線に成形された平行四辺形であり、曲線全体を触覚周辺装置１８０２の外面から離れるよう延在するように触覚周辺装置１８０２のトリガー１８４６上に組み込むことができる。
本明細書において説明されるようなスマート材料アクチュエーターが結合された変形可能基板が、ユーザー入力装置、すなわち、トリガー、ボタン又はジョイスティック上に組み込まれるとき、変形触覚効果は、個々のユーザー入力エレメントに結合された、上記で説明された位置センサー１３４１、１３４３、１３４７、１６４１、１６４３、１６４７等のセンサーからの入力に従って変えるか又は変更することができる。位置センサー又は圧力センサーは、ユーザー入力エレメントに対して加えられる入力された力又は圧力を測定するように構成することができ、ローカルプロセッサ及び／又はホストプロセッサは、センサー入力に従って、変形触覚効果を変えることができる。例えば、変形触覚効果は、ユーザーがユーザー入力エレメントをより強く押していることをセンサー入力が示すか又は検出する場合、より強くするか又は相対的に増大させることができる。別の例では、ユーザーは、ユーザー入力エレメントに力又は圧力を加え、力又は圧力が様々な閾値を超えるときに変形触覚効果を受けることができる。
上記で本発明による様々な実施形態が説明されたが、これらは説明及び例示のためにのみ提示されており、限定ではないことが理解されるべきである。例えば、本明細書において、スマート材料アクチュエーターを有する変形可能基板が説明されているが、この実施形態は、変形可能基板を曲げて変形するための電磁アクチュエーターを利用することができる。利用されるアクチュエーターのタイプにかかわらず、変形可能基板は、アクチュエーターのみの変形に対して少なくとも１００倍まで表面上での変形を増幅させるように設計又は構成される。関連技術分野における当業者には、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細における様々な変化を行うことができることが明らかであろう。例えば、汎用又はランブルアクチュエーターを有するコントローラーと併せた使用について説明されたが、当業者であれば、本明細書において説明されるような、ターゲットにされた又は指示された触覚効果をユーザー入力エレメントに出力するためのターゲットアクチュエーター又はモーターを、コントローラーのハウジングに触覚効果を出力するための汎用又はランブルアクチュエーターを備えないコントローラーにおいて用いることができることが理解されよう。このため、本発明の広さ及び範囲は、上記で説明した例示的な実施形態のうちのいずれによっても限定されるべきでなく、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物に従ってのみ定義されるべきである。本明細書において検討される各実施形態の各特徴と、本明細書において引用した各参考文献の各実施形態の各特徴とは、任意の他の実施形態の特徴と組み合せて用いることができる。本明細書において検討される全ての特許及び刊行物は、本明細書に引用することにより、その全体が本明細書の一部をなす。

Claims (20)

  1. 触覚周辺装置であって、
    ハウジングと、
    前記ハウジングに対して移動可能であるように該ハウジングに結合された変形可能基板であって、該変形可能基板は、ユーザーと接触するように構成された少なくとも１つのユーザー接触部分及び２つの対向するヒンジを備える、変形可能基板と、
    前記変形可能基板の表面に結合されたスマート材料アクチュエーターであって、該スマート材料アクチュエーターは、プロセッサからの制御信号を受信するように構成され、前記プロセッサからの前記制御信号に応じて、前記ハウジングに対し前記変形可能基板を変形させ、それによって該触覚周辺装置のユーザーに触覚効果を提供するように構成される、スマート材料アクチュエーターと、
    を備え、
    前記変形可能基板は、少なくとも２つの剛性アームを備え、各剛性アームは、前記ユーザー接触部分と前記２つの対向するヒンジのうちの１つとの間に延在し、前記剛性アームは、前記ユーザー接触部分及び前記ヒンジよりも相対的に堅く、それによって、前記変形可能基板は、前記ハウジングに対する前記変形可能基板の前記変形を増大させるように構成される、触覚周辺装置。
  2. 前記変形可能基板は、長円形の断面を有し、前記ユーザーと接触するように構成された２つの対向するユーザー接触部分及び４つの剛性アームとを備え、各ヒンジは前記対向するユーザー接触部分間に位置決めされており、各剛性アームは各ユーザー接触部分と各ヒンジとの間に延在する、請求項１に記載の触覚周辺装置。
  3. 前記スマート材料アクチュエーターは、前記対向するユーザー接触部分のうちの一方に結合された第１のスマート材料アクチュエーターを備え、前記スマート材料アクチュエーターは、前記対向するユーザー接触部分のうちの他方に結合された第２のスマート材料アクチュエーターを備える、請求項２に記載の触覚周辺装置。
  4. 前記第１のスマート材料アクチュエーター及び前記第２のスマート材料アクチュエーターは前記変形可能基板の外面に結合され、前記第１のスマート材料アクチュエーター及び前記第２のスマート材料アクチュエーターが、前記ハウジングに対し前記変形可能基板を動かす力を生成するときに、前記変形可能基板の高さが拡大し、前記変形可能基板の幅が収縮する、請求項３に記載の触覚周辺装置。
  5. 前記第１のスマート材料アクチュエーター及び前記第２のスマート材料アクチュエーターは、前記変形可能基板の内面に結合され、前記第１のスマート材料アクチュエーター及び前記第２のスマート材料アクチュエーターが、前記ハウジングに対し前記変形可能基板を動かす力を生成するときに、前記変形可能基板の高さが収縮し、前記変形可能基板の幅が拡大する、請求項３に記載の触覚周辺装置。
  6. 前記変形可能構造は、長円形状に成形された平行四辺形である、請求項２に記載の触覚周辺装置。
  7. 前記変形可能構造は卵型形状である、請求項２に記載の触覚周辺装置。
  8. 前記剛性アームは第１の材料から形成され、前記ユーザー接触部分及び前記ヒンジは第２の材料から形成され、前記第１の材料は前記第２の材料と異なり、前記第２の材料よりも高い剛性を有する、請求項１に記載の触覚周辺装置。
  9. 前記剛性アームは、前記ユーザー接触部分及び前記ヒンジよりも少なくとも３０％厚い、請求項１に記載の触覚周辺装置。
  10. 前記ハウジングに対する前記変形可能基板の前記変形は、少なくとも１００：１の比だけ増大される、請求項１に記載の触覚周辺装置。
  11. 前記変形可能基板は、ガラス繊維又は炭素繊維の複合材料から形成され、前記スマート材料アクチュエーターはマクロファイバー複合体材料又は電気活性ポリマーから形成される、請求項１に記載の触覚周辺装置。
  12. 前記変形可能構造は、前記ユーザーからの入力を受けるように構成されるユーザー入力エレメント上に組み込まれる、請求項１に記載の触覚周辺装置。
  13. 前記変形可能基板は、ロッドと、該ロッドを取り囲み、該ロッド及び前記変形可能基板の間に延在する圧縮可能な物質とによって前記ハウジングに結合され、前記圧縮可能な物質は、前記ハウジングに対する前記変形可能基板の前記変形を可能にするように構成される、請求項１に記載の触覚周辺装置。
  14. 触覚周辺装置であって、
    ハウジングと、
    前記ハウジングに対して移動可能であるように該ハウジングに結合された変形可能基板と、
    前記変形可能基板の表面に結合されたスマート材料アクチュエーターであって、該スマート材料アクチュエーターは、プロセッサからの制御信号を受信するように構成され、前記プロセッサからの前記制御信号に応じて、前記ハウジングに対し前記変形可能基板を変形させる力を生成し、それによって該触覚周辺装置のユーザーに触覚効果を提供するように構成される、スマート材料アクチュエーターと、
    を備え、
    前記変形可能基板の少なくとも第１の部分は、前記変形可能基板の第２の部分よりも堅く、それによって、前記変形可能基板は、前記ハウジングに対する前記変形可能基板の前記変形を増大させるように構成される、触覚周辺装置。
  15. 前記変形可能基板は、長円形の断面を有し、前記スマート材料アクチュエーターは、前記変形可能基板の第１の表面に結合された第１のスマート材料アクチュエーターを含み、前記スマート材料アクチュエーターは、前記変形可能基板の第２の表面に結合された第２のスマート材料アクチュエーターを含み、前記第２の表面は前記第１の表面に対向する、請求項１４に記載の触覚周辺装置。
  16. 前記変形可能基板の前記第１の部分は、前記変形可能基板の前記第２の部分よりも少なくとも３０％厚く、前記ハウジングに対する前記変形可能基板の前記変形は、少なくとも１００：１の比だけ増大される、請求項１４に記載の触覚周辺装置。
  17. 前記変形可能基板の前記第１の部分は第１の材料から形成され、前記変形可能基板の前記第２の部分は第２の材料から形成され、前記第１の材料は前記第２の材料と異なり、前記第２の材料よりも高い剛性を有し、前記ハウジングに対する前記変形可能基板の前記変形は、少なくとも１００：１の比だけ増大される、請求項１に記載の触覚周辺装置。
  18. ゲーミングシステムであって、
    ホストコンピューターと、
    プロセッサと、
    ハウジング、該ハウジングに対して移動可能であるように該ハウジングに結合された変形可能基板、及び前記変形可能基板の表面に結合されたスマート材料アクチュエーターを備える触覚周辺装置であって、前記スマート材料アクチュエーターは、プロセッサからの制御信号を受信するように構成され、前記プロセッサからの前記制御信号に応答して、前記ハウジングに対し前記変形可能基板を変形させる力を生成し、それによって該触覚周辺装置のユーザーに触覚効果を提供するように構成される、触覚周辺装置と、
    を備え、
    前記変形可能基板は、前記ユーザーと接触するように構成された少なくとも１つのユーザー接触部分、２つの対向するヒンジ、及び少なくとも２つの剛性アームを備え、各剛性アームは、前記ユーザー接触部分と、前記２つの対向するヒンジのうちの１つとの間に延在し、前記剛性アームは、前記ユーザー接触部分及び前記ヒンジよりも相対的に堅く、それによって、前記変形可能基板は、前記ハウジングに対する前記変形可能基板の前記変形を増大させるように構成される、ゲーミングシステム。
  19. 前記プロセッサは前記触覚周辺装置の前記ハウジング内に位置する、請求項１８に記載のゲーミングシステム。
  20. 前記プロセッサは、前記ホストコンピューター内に配置される、請求項１９に記載のゲーミングシステム。
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