JP6371183B2

JP6371183B2 - 静電触覚を用いたユーザ入力部品

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Publication number: JP6371183B2
Application number: JP2014198913A
Authority: JP
Inventors: エー．グラント，ダニー; グレゴリーパーカー，ダニエル
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Priority date: 2013-10-07
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2018-08-08
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Description

本発明は静電触覚を用いたユーザ入力部品、及び当該部品を含む触覚フィードバック・インターフェース・システムに関する。

ジョイスティック、トリガ、ボタン、マウスホイール、及びキーボードのキーなどのユーザ入力部品用に、運動感覚型の触覚効果を生成する上での問題は、そのような触覚効果を生成するために用いられるアクチュエータによって占められる体積である。開発が望まれているユーザ入力部品は、例えばデテント（ｄｅｔｅｎｔｓ）のような運動感覚型の触覚効果を可能にするユーザ入力部品であって、低減された体積形状係数により、モバイル周辺装置及びその他の触覚フィードバック・インターフェース・システムにおける空間制約に従うユーザ入力部品である。

本発明の一態様によれば、提供されるユーザ入力部品は、第１の容量性表面を有する第１の部分と、前記第１の容量性表面に対して相対的に移動可能に構成された第２の容量性表面を有する第２の部分と、前記第１の容量性表面と前記第２の容量性表面の間に配置され、前記第２の容量性表面が第１の位置から第２の位置まで、前記第１の容量性表面に対して相対的に移動するときに、静電触覚効果が生成されるように構成された絶縁体と、を備える。

前記ユーザ入力部品の一実施形態において、前記第１の部分は前記第１の容量性表面を画定する第１の電極を備え、前記第２の部分は前記第２の容量性表面を画定する第２の電極を備える。

前記ユーザ入力部品の一実施形態において、電圧発生器によって前記第１の電極及び前記第２の電極に電圧差が印加され、前記第１の容量性表面及び前記第２の容量性表面が生成される。

前記ユーザ入力部品の一実施形態において、前記第１の部分が絶縁体を備え、前記絶縁体が前記第１の電極を覆う。

前記ユーザ入力部品の一実施形態において、前記第２の部分が絶縁体を備え、前記絶縁体が前記第２の電極を覆う。

前記ユーザ入力部品の一実施形態において、前記第１の電極は定位置に固定される。

前記ユーザ入力部品の一実施形態において、前記ユーザ入力部品は前記第２の容量性表面を前記第１の位置にバイアスするように構成された弾性部材をさらに備える。

前記ユーザ入力部品の一実施形態において、前記第１の部分が前記第１の容量性表面を画定する複数の第１の電極を備え、前記第２の部分が前記第２の容量性表面を画定する複数の第２の電極を備える。

前記ユーザ入力部品の一実施形態において、電圧発生器によって前記複数の第１の電極及び前記複数の第２の電極に電圧が印加され、前記第１の容量性表面及び前記第２の容量性表面が生成されると、前記静電触覚効果が生成される。

前記ユーザ入力部品の一実施形態において、前記ユーザ入力部品はキーボードのキーである。

前記ユーザ入力部品の一実施形態において、前記ユーザ入力部品はマウスのボタンである。

前記ユーザ入力部品の一実施形態において、前記ユーザ入力部品はジョイスティックである。

前記ユーザ入力部品の一実施形態において、前記ユーザ入力部品はゲーム用周辺装置のボタン、トリガ、又はジョイスティックである。

本発明の一態様によれば、触覚フィードバック・インターフェース・システムであって、当該システムを操作するユーザに触覚効果を提供するように構成されたシステムが提供される。前記システムは、プロセッサを有するコンピュータと、前記コンピュータから出力された画像を表示するように構成されたディスプレイと、前記ディスプレイに表示されているオブジェクト又は後に前記ディスプレイに表示されるオブジェクトを操作するように構成されたユーザ部品と、を備える。前記ユーザ部品は、第１の容量性表面を有する第１の部分と、前記第１の容量性表面に対して相対的に移動可能に構成された第２の容量性表面を有する第２の部分と、前記第１の容量性表面と前記第２の容量性表面の間に配置され、前記第２の容量性表面が第１の位置から第２の位置まで、前記第１の容量性表面に対して相対的に移動するときに、静電触覚効果が生成されるように構成された絶縁体と、
を備える、システム。

前記触覚フィードバック・インターフェース・システムの一実施形態において、前記システムは前記コンピュータに作動的に接続されたキーボードを備え、前記ユーザ入力部品は前記キーボードのキーである。

前記触覚フィードバック・インターフェース・システムの一実施形態において、前記システムは前記コンピュータに作動的に接続されたユーザ入力装置をさらに備え、前記ユーザ入力部品は前記ユーザ入力装置のボタンである。

前記触覚フィードバック・インターフェース・システムの一実施形態において、前記ユーザ入力装置はコンピュータ用マウスである。

前記触覚フィードバック・インターフェース・システムの一実施形態において、前記システムはゲーム用システムであり、前記ユーザ入力部品は前記コンピュータに作動的に接続されたジョイスティックである。

前記触覚フィードバック・インターフェース・システムの一実施形態において、前記システムは前記コンピュータに作動的に接続されたゲーム用周辺装置をさらに備え、前記ユーザ入力部品は前記ゲーム用周辺装置のボタン、トリガ、又はジョイスティックである。

本発明の上記及び上記以外の目的、特徴、及び性質、並びに、関連する構成要素の動作方法及び機能、そして製造における各部分の組み合わせと経済性については、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明と添付の特許請求の範囲を検討することによってさらに明らかになる。これらはいずれも本明細書の一部を構成する。添付図面は例示及び説明のためのものであり、本発明の発明特定事項の定義として用いることは意図されていない。本明細書及び特許請求の範囲における用法によれば、単数形の「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」には複数のものへの言及が含まれる。ただし、文脈によって別に解すべきことが明白な場合はこの限りでない。

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。

本発明の実施形態にかかる触覚フィードバック・インターフェース・システムを示す図である。

図３の触覚フィードバック・システムのゲーム用周辺装置の一実施形態をより詳細に示す図である。

本発明の一実施形態に従う、図１から図３のシステムの静電触覚を用いたユーザ入力部品の横断面を模式的に示す図である。本発明の一実施形態に従う、図１から図３のシステムの静電触覚を用いたユーザ入力部品の横断面を模式的に示す図である。

本発明の一実施形態に従う、図１から図３のシステムの静電触覚を用いたユーザ入力部品の横断面を模式的に示す図である。

図１は本発明の実施形態にかかる触覚フィードバック・インターフェース・システム１００を示す。図示するように、システム１００は、ホストコンピュータ１２０と、ディスプレイ１４０と、キーボード１６０と、及びコンピュータ用マウス１８０とを備える。システム１００は、ユーザがキーボード１６０及び／又はマウス１８０の操作によってホストコンピュータ１２０に入力できるように構成されている。本発明の実施形態によれば、システム１００はユーザによるキーボード１６０及び／又はマウス１８０の操作に応答して、当該ユーザに触覚フィードバックを提供するようにさらに構成されているが、これについては後にさらに詳細に述べる。

キーボード１６０は、ハウジング１６２と、キー１６４又はボタンの形態を有する複数のユーザ入力部品とを備える。ユーザはキーボード１６０のキー１６４を押下することによってコンピュータ１２０に入力することができるが、これは周知である。本明細書で用いられるように、キー１６４の「押下」とは、事前に定義されたキー又は領域に物理的に接触してコンピュータ１２０又はその他のコントローラに入力信号を提供することを含むあらゆる行為を意味し、キー１６４を休止位置から押し下げられた位置に物理的に移動すること、ユーザの接触を感知する事前に定義された領域に接触すること、などの行為を含む。キーボード１６０は、図１に示すように１００以上のキーを有するフルサイズのキーボード、又は図２に示す携帯用触覚フィードバック・インターフェース・システム２００において用いられるタイプのより小型のキーボードであってもよい。その他のキーボード、例えば、数字キーボード、携帯用キーボード、スマートフォン及び携帯情報端末（ＰＤＡ）のキーボードなども、本明細書で説明する実施形態に従う本発明の態様を実施可能である。

キーボード１６０はバス１９０を介してコンピュータ１２０と結合されている。このバス１９０は、キーボード１６０とコンピュータ１２０との間で信号を伝達し、またキーボード１６０に電力を供給する。バス１９０は、例えばＵＳＢバス又はＦｉｒｅｗｉｒｅバスであり、その場合、キーボード１６０とコンピュータ１２０との間で物理的な接続がなされる。一実施形態において、キーボード１６０は無線バスを介してコンピュータ１２０と結合され、電磁エネルギー（赤外線、無線周波数（ＲＦ）など）又はその他の種類の信号の無線送受信によって、信号がキーボード１６０とコンピュータ１２０との間で送信される。キーボードが「無線」キーボードである実施形態において、キーボード１６０用の電力は、キーボード１６０に装着されるか又はキーボード内に配置されるバッテリなどの蓄電装置によって供給されてもよい。

コンピュータ１２０は図１に示すようなパソコン又はワークステーションでもよく、又は図２に示すようなラップトップコンピュータでもよい。ラップトップコンピュータについては、後に詳述する。コンピュータ１２０は、ホスト・マイクロプロセッサ、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読取り専用記憶装置（ＲＯＭ）、入出力（Ｉ／Ｏ）回路、及びその他の当業者に周知のコンピュータ部品を含んでもよく、また一又は複数のホスト・アプリケーション・プログラムを実装するように構成される。ユーザはキーボード１６０及び場合によってはマウス１８０などの周辺装置を介して、このホスト・アプリケーション・プログラムと対話する。このホスト・アプリケーション・プログラムは触覚フィードバック機能を備えてもよい。例えば、ホスト・アプリケーション・プログラムはビデオゲーム、ワープロソフト又は表計算ソフト、電子メールプログラム、ウェブページ、又はＨＴＭＬ又はＶＲＭＬ命令を実装するブラウザ、科学分析プログラム、仮想現実トレーニングプログラム又はアプリケーション、又はキーボード１６０の入力を利用するその他のアプリケーション・プログラムであってもよい。

ディスプレイ１４０は公知の方法でコンピュータ１２０と作動的に接続されており、標準的なディスプレイ又は他のいかなる視覚出力装置であってもよい。通常、コンピュータ１２０によって実行されるアプリケーションはディスプレイ１４０に表示される画像及び／又はその他のフィードバックを提供する。このフィードバックとは、例えば、ディスプレイ１４０と統合され、又はコンピュータ１２０と作動的に接続されるがディスプレイ１４０とは別体の一又は複数のスピーカから出力される聴覚信号である。

マウス１８０などのその他の周辺装置も、上述の通り、バス１９０を介してコンピュータ１２０に接続されてもよい。ユーザはマウス１８０を二次元平面上で操作し、表示されたコンピュータ環境内のカーソル又はその他の制御機構を制御し、又はその他の入力を行う。一般的な構成では、ユーザはマウス１８０とキーボード１６０を両方操作し、ワープロソフト、表計算ソフト、又はコンピュータ１２０上で動作する類似のプログラムに入力を行う。一部の実施形態において、マウス１８０は、マウス１８０のボタン１８２の形態を有するユーザ入力部品をユーザが押下したとき、又はマウス１８０のホイール１８４をユーザが操作したときに、ユーザに対して触覚フィードバックを提供するように構成される。これについては、後に詳述する。

図２の携帯用触覚フィードバック・インターフェース・システム２００は、ホストコンピュータ２２０、ディスプレイ２４０、キー２６２又はボタンの形態を有する複数のユーザ入力部品を含むキーボード２６０、及びユーザ入力装置２８０を備え、これらのすべては携帯用ハウジング２９０に収容されるか又はそれに支持される。コンピュータ２２０、ディスプレイ２４０、及びキーボード２６０の機能は、上述したコンピュータ１２０、ディスプレイ１４０、及びキーボード１６０の機能とそれぞれ同様である。図示したように、ユーザ入力装置２８０は、１組のボタン及びタッチパッド２８４を備え、ユーザはタッチパッド２８４を対話的に操作してディスプレイ２４０に表示されたカーソルを動かし、ディスプレイ２４０に表示された項目を選択し、又はボタン２８２のうちの１つを押下してコマンドを実行することによって、システム２００に入力を行うことができる。後により詳細に述べるが、本発明の実施形態に従うキーボードのキー２６２及び／又はユーザ入力装置２８０のボタン２８２を介して、触覚フィードバックがユーザに対して提供されてもよい。

図３はコンピュータ３２０、ディスプレイ３４０、及びバス３７０を介してコンピュータ３２０に作動的に接続されたユーザ入力装置３６０を備える触覚フィードバック・インターフェース・システム３００を示す。コンピュータ３２０は、一般にテレビ又はその他のディスプレイに接続される各種の家庭用ビデオゲームのコンソールシステムの１つであり、例えばソニー、マイクロソフト、任天堂などによって提供されるシステムである。他の実施形態において、コンピュータ３２０は、例えばユーザに対話型テレビ機能を提供するために用いられる「セットトップ・ボックス」であり、インターネット及びワールド・ワイド・ウェブなどに用いられる標準的な接続及びプロトコルを用いて、ユーザがローカル又はグローバルのネットワークと対話することができる「ネットワークコンピュータ」又は「インターネットコンピュータ」であり、あるいはユーザが選択又は制御のための入力を行えるように構成されたその他の電子機器又は電子装置であってもよい。

図示した実施形態において、ユーザ入力装置３６０はゲーム用周辺装置４００であり、これは図４により詳細に示されている。例えばゲーム用パッドの形態を有するゲーム用周辺装置４００は、ジョイスティック４３０、複数のボタン４４０、１組のトリガ４５０、及びＤパッド（Ｄ−Ｐａｄ）４６０などの複数のユーザ入力部品を支持するハウジング４２０を含む。ゲーム用周辺装置４００には、図４に示されるよりも多い又は少ない数のユーザ入力部品を含んでもよい。図示の実施形態は、いかなる限定をも意図するものではない。ゲーム用周辺装置４００のユーザ入力部品４３０、４４０、４５０、４６０によって、例えば図３のシステム３００のユーザは、コンピュータ３２０によって実行されかつディスプレイ３４０によって表示されているコンピュータゲームを対話的に操作できる。ゲームに対する入力を行う上での各部品４３０、４４０、４５０、４６０の機能性は、当該分野において知られているように、ユーザがプレイするゲームによって変化する。

図５Ａ及び図５Ｂは本発明の実施形態に従うユーザ入力部品５００の横断面を示す。ユーザ入力部品５００は、図１のシステム１００のキーボード１６０のキー１６２の１つであり、図２のシステム２００のキーボード２６０のキー２６２の１つであり、あるいは図４のゲーム用周辺装置４００のユーザ入力部品の１つ、例えば、ボタン４４０の１つ、トリガ４５０の１つ、又はＤパッド４６０であってもよい。

図５Ａに示すように、ユーザ入力部品５００は、基部５２０に接続された第１の部分５１０と、基部５２０及び第１の部分５１０に対して相対的に移動可能に構成された第２の部分５３０とを備える。第１の部分５１０は、第２の部分５３０の外周を部分的に又は完全に囲むように構成される。ユーザ入力部品５００はまた、基部５２０と第２の部分５３０との間に配設された弾性部材５４０を含む。弾性部材５４０は、ばね又は緩衝器であってもよいが、第２の部分５３０を第１の位置にバイアスするように構成される。この第１の位置は休止位置とも呼ばれ、図５Ａに示されるが、この位置では第２の部分５３０には外力が加わらない。

第１の部分５１０は第１の容量性表面５１３を画定する第１の電極５１２を含み、第２の部分５３０は第２の容量性表面５３３を画定する第２の電極５３２を含む。図５Ａ及び図５Ｂに示す実施形態において、ユーザ入力部品５００はまた、絶縁体５５０を含む。この絶縁体５５０は第２の電極５３２を囲んでおり、第１の電極５１２及び第２の電極５３２が互いに物理的に接触しないようになっている。第１の電極５１２及び第２の電極５３２は、銅、アルミニウム、金、又は銀などの好適な導電材料、好適な半導体材料、又は第１及び第２の電極５１２，５３２に与えられた電圧差の印加時に第１及び第２の容量性表面５１３，５３３を提供するのに好適なその他の導電材料から形成されてもよい。絶縁体５５０は、ポリマー、プラスチック、ガラス、その他の絶縁材料などの好適な絶縁材料から形成されてもよい。

第２の部分５３０は、ユーザの手の指により触れられるように構成された上面５３４を含んでいる。ユーザはこの上面５３４を押し下げ、弾性部材５４０によるバイアスに逆らって、第２の部分５３０を第１の位置から第２の位置へと下方に（図５Ａの矢印Ｐの方向に）移動させることにより、ユーザ入力部品５００を作動させる。この第２の位置は作動位置と呼ばれ、図５Ｂに示される。ユーザ入力部品５００の方位が図５Ａ及び図５Ｂに示されており、第２の部分５３０の動きは上下方向であるが、本発明の実施形態はこのような方位には限定されない。例えば、ユーザ入力部品５００が、図４に示されるゲーム用周辺装置４００のトリガ４５０の１つとして実装された場合、このゲーム用周辺装置４００のハウジング４１０の上面４１２が上方を向くように配向されると、第２の部分５３０の動きは全体として横方向になる。図示されたユーザ入力部品５００の方位は、いかなる限定をも意図するものではない。

ユーザ入力部品５００は、ユーザが第２の部分５３０の上面５３４を押下し、電圧などの電気信号が触覚駆動回路５６０によって生成されて第１の電極５１２及び第２の電極５３２に印加されることによって、第１及び第２の容量性表面５１３，５３３が生成されたときに、静電触覚効果を生成するように構成される。具体的には、ユーザ入力部品５００を操作するときに、第１の電極５１２及び第２の電極５３２に電圧差を印加することによって静電触覚効果が生成されてもよい。この電圧差は第１及び第２の電極５１２．５３２間の吸引力を変化させ、これにより、インターフェース５７０において第１の部分５１０と第２の部分５３０の接触面の間の摩擦力が変化する。電圧差は、触覚駆動回路５６０に含まれる高電圧増幅器によって生成され得る。例えば２０ｍｓの矩形波のような短時間の電圧変化を触覚駆動回路５６０を用いて生成することにより、インターフェース５７０において瞬間的な摩擦力の増加を発生させ、ユーザは微かな抵抗を感じる。この抵抗は、ユーザが第２の部分５３０を図５Ａに示す休止位置から図５Ｂに示す作動位置に移動させるときに、典型的なボタン・デテント（クリック）として感じられる。

一実施形態において、このような効果の波形を触覚駆動回路５６０が変化させることによって、様々な種類の触覚感覚をユーザに与えることができる。例えば、第１の部分５１０に対する第２の部分５３０の相対的な位置が測定される場合、デテント（すなわち、触覚効果）を複数の異なる位置に配置することにより、第２の部分５３０が動かされるときに複数の段階の感覚を生じさせることができる。第２の部分５３０が第１の部分５１０に対して相対的に移動する際に、第１及び第２の電極５１２，５３２に異なる電圧信号を与えることにより、継続的な触覚効果（例えば、周期的）を発生させ、異なる手触りを生じさせることもできる。

触覚駆動回路５６０と信号通信を行うプロセッサ５８０は、触覚駆動回路５６０に命令を与え、触覚駆動回路５６０が適切な電圧信号を生成して所望の触覚効果を発生させるように、プログラムされてもよい。これらの命令は、上述のシステム１００，２００，３００のコンピュータ１２０，２２０，３２０のうちの１つで実行されるアプリケーションに基づいたものでもよく、又はプロセッサ５８０にすでに事前プログラムされていてもよい。プロセッサ５８０は上述のシステム１００，２００，３００のコンピュータ１２０，２２０，３２０のうちのいずれか１つの部分であってもよく、又は別体の装置であってもよい。同様に、触覚駆動回路５６０はプロセッサ５８０の部分又は別体であってもよく、上述のシステム１００，２００，３００のコンピュータ１２０，２２０，３２０のうちのいずれか１つの部分又は別体であってもよい。一実施形態において、触覚駆動回路５６０及び／又はプロセッサ５８０は、ユーザ入力部品５００の一部であってもよい。

一実施形態において、ユーザ入力部品５００が例えば図３に示すシステムでプレイされるシューティングゲームの触覚トリガである場合、当該ゲームで使用される複数の異なる武器が、発砲時に異なる感覚を有してもよい。例えば、マスケット銃は静電触覚効果によって与えられる粗い感触を有し、レーザーは触覚駆動回路５６０によって第１及び第２の電極５１２，５３２に印加される電圧を変更することにより静電触覚効果によって与えられる高周波の感触を有してもよい。

一実施形態において、ユーザ入力部品は、上述の触覚フィードバック・インターフェース・システム１００，２００，３００のうちのいずれかでプレイされるゲームでオブジェクトを動かすのに用いられてもよく、第１及び第２の電極に印加される電圧差はゲーム内でのオブジェクトの位置に対応してもよい。これにより、ゲーム内でオブジェクトがその周囲の環境又は他のオブジェクトと行う相互作用に基づいて触覚効果を提供することができる。例えば、ゲームがチェスであり、オブジェクトがチェスの駒である場合もありうる。本明細書で述べるユーザ入力部品を含むユーザ入力装置をユーザが用いる場合、ユーザはチェスの駒を別のマスへ移動する際にデテントを感じる。

図６Ａ及び図６Ｂは本発明の実施形態に従うユーザ入力部品６００を示す。ユーザ入力部品６００は、図５Ａ及び図５Ｂに関連して述べたユーザ入力部品５００と類似であるが、絶縁体５５０が第２の部分５３０ではなく第１の部分５１０の一部であり、第２の電極５３２ではなく第１の電極５１２を囲んでいる点で異なっている。さらに、第２の絶縁体６３６が第２の電極５３０の上に配設されて上面５３４を成し、これによりユーザの指が第２の電極５３０に接触しないようになっている。その他の点では、ユーザ入力部品６００はユーザ入力部品５００と同様に動作する。

図７はジョイスティックの形態を有するユーザ入力部品７００に適用された本発明の一実施形態を示す。図に示すように、ユーザ入力部品７００は、１組の第１の電極７１２を含む第１の部分７１０と、１組の第２の電極７３２を含む第２の部分７３０とを備える。絶縁体７４０は，第１の電極７１２と第２の電極７３２との間に配置される。絶縁体７４０は第２の部分７３０の一部として示されているが、この第２の部分７３０は第１の部分７１０に対して相対的に移動可能に構成されている。他の実施形態においては、絶縁体７４０は第１の部分７１０の一部であってもよい。第１の部分７１０は固定されている。図示の実施形態は、いかなる限定をも意図するものではない。図５Ａ及び図５Ｂに関連して述べた実施形態と同様に、触覚駆動回路５６０は第１の電極７１２及び第２の電極７３２と接続され、それぞれ第１及び第２の容量性表面７１３，７３３を生成する。これにより、図７の両矢印Ｍに示すように第２の部分７３０を第１の部分７１０に対して相対的に移動させると、上述の本発明の実施形態に従う静電触覚効果が生成される。ユーザ入力部品７００がゲーム用周辺装置３６０として用いられている場合、ユーザは絶縁体７４０又はその一部に接続された第２の部分７３０のハンドル７３６を把持し、周知の方法でハンドル７３６を旋回して、例えば図３に示すシステムのディスプレイ３４０上に表示されたオブジェクトを動かしてもよい。ユーザ入力部品７００には、図７に示すよりも多い又は少ない電極７１２，７３２が用いられてもよい。図示の実施形態は、いかなる限定をも意図するものではない。

図８Ａ及び図８Ｂはボタンの形態を有するユーザ入力部品８００に適用された本発明の他の実施形態を示す。図８Ａに示すように、ユーザ入力部品８００は、基部８２０に接続された第１の部分８１０と、基部８２０及び第１の部分８１０に対して相対的に移動可能に構成された第２の部分８３０とを備える。第１の部分８１０は、第２の部分８３０の一部の外周を部分的に又は完全に囲むように構成される。ユーザ入力部品８００はまた、基部８２０と第２の部分８３０との間に配設された弾性部材８４０を含む。弾性部材８４０は、第２の部分８３０を第１の位置にバイアスするように構成される。この第１の位置は休止位置とも呼ばれ、図８Ａに示されるが、この位置では第２の部分８３０には外力が加わらない。

第１の部分８１０は第１の容量性表面８１３を画定する第１の電極８１２を含み、第２の部分８３０は第２の容量性表面８３３を画定する第２の電極８３２を含む。図８Ａ及び図８Ｂに示す実施形態において、ユーザ入力部品８００はまた、絶縁体８５０を含む。この絶縁体８５０は第２の電極８３２を囲んでおり、第１の電極８１２及び第２の電極８３２が互いに物理的に接触しないようになっている。

第２の部分８３０は、上部８３６によって提供され、ユーザの手の指により触れられるように構成された上面８３４を含んでいる。ユーザはこの上面８３４を押し下げ、弾性部材８４０によるバイアスに逆らって、第２の部分８３０を第１の位置から第２の位置へと下方に（図８Ａの矢印Ｐの方向に）移動させることにより、ユーザ入力部品８００を作動させる。この第２の位置は作動位置と呼ばれ、図８Ｂに示される。上部８３６は、第１の部分８１０の内側に配設されたシャフト又は狭小部８３８に接続されている。

ユーザ入力部品８００は、ユーザが第２の部分８３０の上面８３４を押下し、電圧などの電気信号が触覚駆動回路５６０によって生成されて第１の電極８１２及び第２の電極８３２に印加されることによって、第１及び第２の容量性表面８１３，８３３が生成されたときに、静電触覚効果を生成するように構成される。

ユーザ入力部品８００は上述のユーザ入力部品５００と実質的に同様であるが、第１の部分８１０及び第２の部分８３０の形状が異なっている。例えば、第１の部分８１０及び第１の電極８１２は、図５Ａに示す第１の部分５１０及び第１の電極５１２よりも長く、これにより第１の容量性表面８１３は図５Ａに示す第１の容量性表面５１３よりも大きい表面面積を有している。同様に、第２の部分８３０及び第２の電極８３２は、図５Ａに示す第２の部分５３０及び第２の電極５３２よりも長く、これにより第２の容量性表面８３３は図５Ａに示す第２の容量性表面５３３よりも大きい表面面積を有している。このような構成により、インターフェース８７０は図５Ａに示すインターフェース５７０よりも長くなっており、多様な静電触覚効果を生成することが可能になる。

ユーザ入力部品８００の操作は、図５Ａ及び図５Ｂに示すユーザ入力部品と同様である。触覚駆動回路５６０が第１及び第２の電極８１２，８３２に電圧信号を提供する間に、ユーザはユーザ入力部品８００の第２の部分８３０の上面８３４に触れ、矢印Ｐで示すように上面８３４を押し下げる。第２の容量性表面８３３の第１の容量性表面８１３に対する相対的な動きと、第１及び第２の電極８１２，８３２に印加される動的電圧信号との組合せが、静電効果を生成し、ユーザは第２の部分８３０が動いているかのように感じる。

当業者には理解できることだが、本発明の実施形態に従うユーザ入力部品の第１の部分及び第２の部分の大きさと形状は、様々な機能性と触覚効果を提供するために変化させてもよい。図示の実施形態は、いかなる限定をも意図するものではなく、本発明の実施形態の例としてのみ提示される。例えば、ユーザ入力部品のユーザが触れる部分は、ユーザが押したり圧迫したりできるように変形可能なオブジェクトになっていてもよい。一実施形態において、第１及び第２の電極はユーザ入力装置のハンドルに埋め込まれ、ユーザが入力としてそのハンドルを押し込み、及び押し出し、出力として触覚効果を受けるようになっている。

図９Ａ及び図９Ｂはトリガ又はボタンの形態を有するユーザ入力部品９００に適用された本発明の他の実施形態を示す。図９Ａに示すように、ユーザ入力部品９００は、基部９２０に接続された第１の部分９１０と、基部９２０及び第１の部分９１０に対して相対的に移動可能に構成された第２の部分９３０とを備える。第１の部分９１０は、第２の部分９３０の一部の外周を部分的に又は完全に囲むように構成される。ユーザ入力部品９００はまた、基部９２０と第２の部分９３０との間に配設された弾性部材９４０を含む。弾性部材９４０は、第２の部分９３０を第１の位置にバイアスするように構成される。この第１の位置は休止位置とも呼ばれ、図９Ａに示されるが、この位置では第２の部分９３０には外力が加わらない。

第１の部分９１０は複数の第１の電極９１２を含み、その各々が有する容量性表面の集合が第１の容量性表面９１３を画定する。また、第２の部分９３０は複数の第２の電極９３２を含み、その各々が有する容量性表面の集合が第２の容量性表面９３３を画定する。図９Ａ及び図９Ｂに示す実施形態において、ユーザ入力部品９００はまた、絶縁体９５０を含む。この絶縁体９５０は複数の第２の電極９３２を囲んでおり、複数の第１の電極９１２及び複数の第２の電極９３２が互いに物理的に接触しないようになっている。

第２の部分９３０は、上部９３６によって提供され、ユーザの手の指により触れられるように構成された上面９３４を含んでいる。ユーザはこの上面９３４を押し下げ、弾性部材９４０によるバイアスに逆らって、第２の部分９３０を第１の位置から第２の位置へと下方に（図９Ａの矢印Ｄの方向に）移動させることにより、ユーザ入力部品９００を作動させる。この第２の位置は作動位置と呼ばれ、図９Ｂに示される。上部９３６は、第１の部分９１０の内側に配設されたシャフト又は狭小部９３８に接続されている。

ユーザ入力部品９００は、ユーザが第２の部分９３０の上面９３４を押下し、電圧などの電気信号が触覚駆動回路９６０によって生成されて複数の第１の電極９１２及び複数の第２の電極９３２に印加されることによって、第１及び第２の容量性表面９１３，９３３が生成されたときに、静電触覚効果を生成するように構成される。

操作時には、触覚駆動回路９６０が複数の第１の電極９１２及び複数の第２の電極９３２に電圧信号を提供する間に、ユーザはユーザ入力部品９００の第２の部分９３０の上面９３４に触れ、矢印Ｄで示すように上面９３４を押し下げる。第２の容量性表面９３３の第１の容量性表面９１３に対する相対的な動きと、複数の第１の電極９１２及び複数の第２の電極９３２に印加される電圧信号（一定の電圧信号であってもよい）との組合せが、静電効果を生成し、ユーザは第２の部分９３０が動いているかのように感じる。この静電効果はユーザにはデテント又はダブルクリックのように感じられてもよい。複数の第１の電極９１２及び複数の第２の電極９３２に電圧が印加されない場合、第１の部分９１０に対する第２の部分９３０の相対的な動きは、静電効果が生成されないため、スムースに感じられる。図示されるよりも多い又は少ない数の電極９１２，９３２が用いられてもよい。図示の実施形態は、いかなる限定をも意図するものではない。

図９Ａ及び図９Ｂに示す実施形態は、図５Ａから図８Ｂに関連して述べたプログラム可能な容量性電極を用いずに、ユーザ入力部品の第２の部分９３０と第１の部分９１０の間の摩擦が変化するデテント又は領域の、プログラム不可能な組を生成するために用いられてもよい。例えば、図９Ａ及び図９Ｂに示すユーザ入力部品９００はトリガであり、トリガ触覚効果のために電力を供給され、触覚効果のないスムースな操作のために電力を遮断されてもよい。このような実施形態において、複数の電極を用いてダブルクリックを提供してもよい。

本発明の実施形態は、より小さい空間でプログラム可能な運動感覚型の触覚効果を可能にし、これにより、薄型のキーボードやゲームパッドで望まれるように、ユーザに触覚効果を提供するユーザ入力部品のためのより高密な作動が可能になる。本発明の実施形態は、本明細書で記載されたユーザ入力装置及びユーザインターフェース装置に加えて、他のユーザインターフェース装置で実施されてもよい。例えば、本明細書で記載されたユーザ入力部品は、携帯電話、車載ユーザインターフェース装置、医療処置シミュレーションシステムなどで実施されてもよい。

本明細書に記載された実施形態は、実施可能な実装例および実施例であるが、本発明を特定の実施形態に制限することを必ずしも意図するものではない。むしろ、これらの実施形態には、当該技術分野における当業者に理解できるような変更を加えることができる。このような変更が加えられた態様も本発明の要旨及び範囲に含まれ、そして以下の請求項によって保護されるべきものである。

Claims

ユーザ入力部品であって、
第１の容量性表面を有する第１の部分と、
前記第１の容量性表面に対して相対的に移動可能に構成された第２の容量性表面を有する第２の部分と、
前記第１の容量性表面と前記第２の容量性表面の間に配置され、前記第２の容量性表面が第１の位置から第２の位置まで、前記第１の容量性表面に対して相対的に移動するときに、前記第１の部分と前記第２の部分との摩擦力を変化させる静電触覚効果が生成されるように構成された絶縁体と、
を備えるユーザ入力部品。
前記第１の部分が前記第１の容量性表面を画定する第１の電極を備え、前記第２の部分が前記第２の容量性表面を画定する第２の電極を備える、請求項１に記載のユーザ入力部品。
電圧発生器によって前記第１の電極及び前記第２の電極に電圧差が印加され、前記第１の容量性表面及び前記第２の容量性表面が生成される、請求項２に記載のユーザ入力部品。
前記第１の部分が前記絶縁体を備え、前記絶縁体が前記第１の電極を覆う、請求項２に記載のユーザ入力部品。
前記第２の部分が前記絶縁体を備え、前記絶縁体が前記第２の電極を覆う、請求項２に記載のユーザ入力部品。
前記第１の電極が定位置に固定される、請求項２に記載のユーザ入力部品。
前記第１の部分が前記第１の容量性表面を画定する複数の第１の電極を備え、前記第２の部分が前記第２の容量性表面を画定する複数の第２の電極を備える、請求項１に記載のユーザ入力部品。
電圧発生器によって前記複数の第１の電極及び前記複数の第２の電極に電圧が印加され、前記第１の容量性表面及び前記第２の容量性表面が生成されると、前記静電触覚効果が生成される、請求項７に記載のユーザ入力部品。
前記第２の容量性表面を前記第１の位置にバイアスするように構成された弾性部材をさらに備える、請求項１に記載のユーザ入力部品。
前記ユーザ入力部品がキーボードのキーである、請求項１に記載のユーザ入力部品。
前記ユーザ入力部品がユーザ入力装置のボタンである、請求項１に記載のユーザ入力部品。
前記ユーザ入力装置がコンピュータ用マウスである、請求項１１に記載のユーザ入力部品。
前記ユーザ入力部品がジョイスティックである、請求項１に記載のユーザ入力部品。
前記ユーザ入力部品がゲーム用周辺装置のボタン、トリガ、又はジョイスティックである、請求項１に記載のユーザ入力部品。
触覚フィードバック・インターフェース・システムであって、当該システムは、当該システムを操作するユーザに対して触覚効果を提供するように構成され、
プロセッサを有するコンピュータと、
前記コンピュータから出力された画像を表示するように構成されたディスプレイと、
前記ディスプレイに表示されているオブジェクト又は後に前記ディスプレイに表示されるオブジェクトを操作するように構成されたユーザ入力部品と、
を備え、
前記ユーザ入力部品は、
第１の容量性表面を有する第１の部分と、
前記第１の容量性表面に対して相対的に移動可能に構成された第２の容量性表面を有する第２の部分と、
前記第１の容量性表面と前記第２の容量性表面の間に配置され、前記第２の容量性表面が第１の位置から第２の位置まで、前記第１の容量性表面に対して相対的に移動するときに、前記第１の部分と前記第２の部分との摩擦力を変化させる静電触覚効果が生成されるように構成された絶縁体と、
を備えるユーザ入力システム。
前記第１の部分が前記第１の容量性表面を画定する第１の電極を備え、前記第２の部分が前記第２の容量性表面を画定する第２の電極を備える、請求項１５に記載のシステム。
電圧発生器によって前記第１の電極及び前記第２の電極に電圧差が印加され、前記第１の容量性表面及び前記第２の容量性表面が生成される、請求項１６に記載のシステム。
前記第２の容量性表面を前記第１の位置にバイアスするように構成された弾性部材をさらに備える、請求項１７に記載のシステム。
前記第１の部分が前記第１の容量性表面を画定する複数の第１の電極を備え、前記第２の部分が前記第２の容量性表面を画定する複数の第２の電極を備える、請求項１５に記載のシステム。
電圧発生器によって前記複数の第１の電極及び前記複数の第２の電極に電圧が印加され、前記第１の容量性表面及び前記第２の容量性表面が生成されると、前記静電触覚効果が生成される、請求項１９に記載のシステム。
前記コンピュータに作動的に接続されたキーボードをさらに備え、前記ユーザ入力部品が前記キーボードのキーである、請求項１５に記載のシステム。
前記コンピュータに作動的に接続されたユーザ入力装置をさらに備え、前記ユーザ入力部品が前記ユーザ入力装置のボタンである、請求項１５に記載のシステム。
前記ユーザ入力装置がコンピュータ用マウスである、請求項２２に記載のシステム。
前記システムがゲーム用システムであり、前記ユーザ入力部品が前記コンピュータに作動的に接続されたジョイスティックである、請求項１５に記載のシステム。
前記コンピュータに作動的に接続されたゲーム用周辺装置をさらに備え、前記ユーザ入力部品が前記ゲーム用周辺装置のボタン、トリガ、又はジョイスティックである、請求項１５に記載のシステム。