JP6531296B2 - 触覚エネルギーをタッチ面に直接送達する装置及び方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年１０月８日出願の米国仮特許出願第６１／８８８、３２２号及び２０１３年１０月１５日出願の米国仮特許出願第６１／８９１，２３１号の利益を主張し、それらすべての記載は参照により本明細書に援用されるものとする。

本発明は触覚型スイッチパネルに関し、詳しくは、触覚力覚型スイッチパネルのタッチ面に触覚エネルギーを直接送達するのを容易にする装置及び方法に関する。

近年、豊富な機能や優れた携行性、ユーザーに優しい仕様を備えた家庭用電子機器の普及が広がる中、従来の機器や実用装置と同等な機能性への需要が消費者の間で高まっている。例えば、テレビ、冷蔵庫、食器洗い機、洗濯機等の家庭に必要な機器に最新式のタッチスクリーンインターフェースを求める消費者が増えている。最新型のサーモスタットでさえも、ユーザーの動作で制御可能でネットワーク化が完備し、遠隔操作でアクセス可能なユーザーインターフェース（ＵＩ）を搭載している。さらに、実用機械の典型と見なされることが多い自動車でさえ、操作ハンドルに組み込まれる、室内環境、ナビゲーション、及びラジオシステム用の機械式スイッチ制御から、ダッシュボードに組み込まれるタッチスクリーンインターフェース及びカメラディスプレーに至るまで、運転者が利用できるオプションや機能を可能な限り多く搭載するという最近の傾向と無縁ではなかった。

より充実した機能を持つ自動車の運転に対する需要が消費者の間で急速に高まっているものの、このような需要に応えるには解決すべき課題が多い。第一に、スマートフォンやタブレット型装置等に使われる、従来の容量性の感覚によるタッチスクリーン技術は、比較的限られたスペースにより多くの機能を搭載するには理想的であるが、運転者はタッチスクリーンから目を離せられないため、安全な走行に集中できない。第二に、現在使用されている従来型の機械式スイッチやつまみは、運転者が道路から視線をそらすことなく安全に使用できるため注意力が散漫になりにくい一方、各スイッチが制御できる機能は一つのみであるため、用途が制限される傾向にある。

運転者に安全な走行に集中させつつ、タッチスクリーン技術の適応性と汎用性を組み合わせる解決策は、圧力応答式の触覚による人間と機械のインターフェース（ＨＭＩ）を使用することで実現される。この圧力応答式触覚型のインターフェース（ＨＭＩ）は、タッチに反応するセンサ面や、タッチスクリーン上で入力情報を運転者に触覚で確認させる応答振動（機械式スイッチによる応答をシミュレートすることが多い）を生じるアクチュエータを典型的に含む。このようなシステムは、機械式スイッチにおいて運転者の信頼が高い触覚型フィードバックを、多感覚で多機能型のタッチスクリーン制御の用途に組み込む仕様となっている。

接触応答式触覚型ＨＭＩでは、スイッチパネルに組み込まれる触覚型アクチュエータによって生じる機械的エネルギーがスイッチパネルの内部構造によって減衰されることが多い。この問題は当該アクチュエータが典型的にタッチ面に近接していないという事実によって悪化する。そのため、触覚フィードバックがユーザによって確実に知覚されるために、触覚アクチュエータは、システムの吸収によって失われたエネルギーを補うのに十分な大きさの信号を生成する必要がある。内部の機械的吸収を補うのに十分なパワーレベルを確保することは、モバイルフォン及びタブレットのような機械的静的環境において十分となり得る。しかしながら、このような解決策は、システムの機械的振動がユーザの触覚フィードバックの知覚性の問題をさらに悪くさせる自動車等の機械的動的環境では、不十分となり得る。

本明細書で開示される、触覚力覚型スイッチパネルのタッチ面に触覚エネルギーを直接送達することを容易にする装置及び方法は、上記記載の一つまたは複数の問題及び／または他の従来の問題を克服することに関する。

一態様によれば、本開示は、第１表面及び第２表面を有するタッチプレートを備え、第１表面はタッチ面を備え、第２表面は第１表面に対向する圧力応答式触覚型スイッチパネルに関する。圧力応答式触覚型スイッチパネルは、また、電気的に接続される複数の力センサを有する回路基板を備えてもよい。力センサは、回路基板及びタッチプレートの第２表面間に配置され、力センサは各々、タッチプレートのタッチ面に加えられる力の該当する部分を測定するよう構成される。また、圧力応答式触覚型スイッチパネルは、タッチプレートの第２表面に固定され、タッチプレートに機械的出力を発するよう構成されるアクチュエータを備えてもよい。一つの実施形態では、回路基板はアクチュエータの一部が通過することができる通路を備える。

他の態様によれば、本開示は、触覚型スイッチパネルのタッチ面に機械的エネルギーを送達する方法に関する。当該方法は、少なくとも一つの力センサによって、タッチプレートのタッチ面に加えられた力を測定することを含んでいてもよい。当該方法はまた、タッチプレートの第２表面に直接固定された音響アクチュエータによって、測定された力に関連する第１力値に応答する第１機械的出力エネルギーを発することを含む。第１機械的出力エネルギーは、第１触覚力覚出力及び第１聴覚型出力を含んでいてもよい。

他の態様によれば、本開示は、一つまたは複数の地面係合装置及び一つまたは複数の地面係合装置に結合し、リム部及びハブ部を備え、リム部が、運転者が握るよう構成される操縦インターフェースを備える車両に関する。また、車両は第１表面及び第２表面を有し、第１表面はタッチ面を備え、第２表面は第１表面に対向するタッチプレートを備える。さらに、車両は、電気的に接続される複数の力センサを有し、タッチプレートの第２表面との間に力センサが配置され、力センサは各々、タッチプレートのタッチ面に加えられる力の該当する部分を測定するよう構成される回路基板を備える。また、車両は、タッチプレートの第２表面に固定され、タッチプレートに機械的出力を発するよう構成されるアクチュエータを備える。さらに、車両は、音響アクチュエータ及び複数の力センサに通信可能に結合されるプロセッサを備え、複数の異なる制御信号を発し、アクチュエータが、機械的出力を発するよう構成され、触覚型制御信号が各々、タッチ面に加えられる該当する力値に関連してもよい。

図１は、所定の開示された実施形態と一致する触覚力覚型スイッチパネルを実施することができる例示的環境を示す。 図２は、所定の開示された実施形態による、車両用の操縦インターフェース内またはインターフェース上に取り付けられた触覚力覚型スイッチパネルに関連する例示的なタッチ面を示す。 図３Ａ及び３Ｂは、所定の開示された実施形態と一致する触覚力覚型スイッチパネル用の１つまたは複数のタッチ面のグラフィックレイアウトを示す。 図４は、所定の開示された実施形態による、触覚力覚型スイッチパテントの所定の構造層及び機能層の分解斜視図を表す。 図５は、所定の開示された実施形態による、触覚力覚型スイッチパテントの所定の構造層及び機能層の代替の分解斜視図を表す。 図６は、所定の開示された実施形態と一致する触覚力覚型スイッチパネルに関連する所定の例示的な構成部品の横断面構成図を表す。 図７は、所定の開示された実施形態による、多機能触覚力覚型スイッチパネル用ユーザインターフェースレイアウトに関連する例示的な力と位置の設定値を表すグラフである。 図８Ａ，８Ｂ，８Ｃ及び８Ｄは、所定の開示された実施形態と一致する例示的な多機能触覚力覚型スイッチパネルと関連する異なるタッチイベント（例、それぞれ、タッチダウン（例、従事）、リフトオフ（例、リリース）、リストの末端、及び押して維持）に対する例示的な触覚的フィードバック応答を示すグラフである。

一態様によれば、本開示は、表面で検出された最初のタッチに関連する場所近傍にタッチパネル面の入力場所を限定または固定するよう構成される圧力応答式触覚型スイッチパネルに関する。したがって、開示された実施形態と一致するシステム及び方法は、入力場所を最初のタッチ場所近傍に限定することにより、不注意や偶然のタッチ動作を限定するよう構成される。所定の例示的な実施形態では、最初のタッチ場所と関連しない区域または領域は、無効にしてもよく、場所からそれた、または偶然のタッチ入力は、タッチパネルへの入力が確実に記録されないようになっている。

開示された実施形態と一致する方法及びシステムは、特に集中できなくてタッチ型インターフェースから目を離せなくなる状況に適用できる可能性がある。実際、所定の開示された実施形態では、本開示は、スイッチパネルを用いてユーザの相互作用を多感覚で確認するスイッチパネルユーザインターフェースに関する。所定の他の実施形態では、本開示と一致する機能により、最初のタッチイベントを囲繞する、より小さく、より局部的な区域に機能的検出区域を限定することが可能になる。

図１は、例示的な操縦環境１００を示し、開示された自己較正式触覚力覚型多点タッチ多機能スイッチパネルと関連する機能及び方法を実施することができる。一実施形態によると、図１に示すように、操縦環境１００は、地上自動車両などの車両に関連した運転席またはコックピットを含んで、または実現してもよい。代替として、または追加的に、操縦環境１００は、船舶、飛行機、従来型自動車両、オフロード車両、重機、もしくは他の任意のタイプの車両など、任意の陸上、航空、または海上車両と関連する運転者コンソールを含んで、または実現してもよい。また、本開示の実施形態は、例えば、車内トレーニングシミュレータ、ビデオゲームコンソール、もしくは人間と機械のインターフェースが必要な他の任意のタイプのシステムなど、従来の機械的なスイッチまたはボタンの代替となる、ユーザコンソールあるいはユーザインターフェースを有する定置式機械に採用することができると企図される。

図１は、本開示による車両制御パネル用圧力応答式スイッチパネル（また、ここではトラックパッドインターフェースという）を実施する例示的な操縦インターフェースの平面図である。操縦インターフェースの実施例１１０は、操作グリップを備えてもよい。操作グリップは、操作グリップを握ったとき、運転者が車両を容易に制御できるように形成することができる。例えば、操作グリップは、基本的に円形の形状をした外面形状を有する円環状を含んでもよい。代替の実施形態では、操作グリップは、例えば、円形、楕円形、正方形、長方形、または他の任意の定形もしくは不規則形を含む、任意の適切な形状を画成することができる。例示的な実施形態では、操作グリップは、単一連続グリップ部分または任意の数の固有のグリップ区域を含んでもよい。さらに、操作グリップは、固定した構成部品に取り付けることができ、その結果、操作軸の周りを回転移動することができるようになる。例示的な固定した構成部品は、例えば、ステアリングコラムを含んでもよく、ステアリングコラムは、ステアリングコラムに沿って延在するステアリングスピンドルを受けて、操作グリップの回転移動を自動車両の車輪へ伝動する働きをする。操作グリップの回転移動は機械的及び／または電気的な手段により車輪に伝動されてもよい。例示的な実施形態では、操縦インターフェース１１０は１つまたは複数の圧力応答式触覚力覚型スイッチパネル１２０も含むことができ、圧力応答式スイッチパネル１２０は操縦インターフェース１１０と動作可能に結合される。

操縦インターフェース１１０と結合している圧力応答式スイッチパネル１２０は、ユーザが与えたタッチまたは力を検出するように構成されることができる、人と機械のインターフェースを運転者に用意し、例えば、スイッチ機能を作動すべきかそうでないかを判定する。一実施形態では、ユーザは、検出された入力に応答して触覚型フィードバックまたは聴覚型フィードバックを得ることができる。

図２は、所定の開示された実施形態に一致した圧力応答式スイッチパネル１２０を埋め込まれた例示的な操縦インターフェース１１０の拡大図を示す。図２で示すように、圧力応答式スイッチパネル１２０は、操縦インターフェース１００のリムを操縦インターフェースのセンタコラム（図示せず）と結合するスポーク内に埋め込まれてもよい。圧力応答式スイッチパネル１２０は、ユーザが操縦インターフェース１１０から手を放す必要なく、車両と関連する１つまたは複数の機能あるいはシステムのユーザ制御用インターフェースを備えるよう構成される。図２の例示的実施形態に示すように、圧力応答式スイッチパネル１２０は、数ある中でもラジオ、メディアプレーヤ、ハンドフリー音声制御システムなどを含む、音響システムを制御するよう構成されてもよい。従来の機械式スイッチと異なり、圧力応答式スイッチパネル１２０は、ユーザがスイッチパネル上の様々な位置で加えた力値を検出するように構成されていて、これらの力値を車両の機能性を制御する電気的指令に変換する。

例えば、図２に示すように、圧力応答式スイッチパネル１２０の第１の区域は、車両で盛んにメディアプレーヤを操作することに関連する、「トラック選択」操作（例、「早戻し」または「トラック戻し」１２０ａ操作、「早送り」または「トラック送り」操作１２０ｂ）を制御するように構成されていてもよい。代替として、または追加として、圧力応答式スイッチパネル１２０の第２の区域は、車両メディアシステムに関連する、音声制御操作１２０ｃ（または、車両メディアシステムに接続可能なブルートゥース式音声作動装置）が作動するよう構成してもよい。圧力応答式スイッチパネル１２０の第３の区域は、「モード選択」操作を実現するよう構成されていてもよく、それによって車両の操縦は、例えば、車両に装備されているか、または車両内で作動している複数の異なるメディアプレーヤの中から「アクティブ」メディアプレーヤを選択してもよい（例、地上波ラジオ、衛星ラジオ、ＣＤプレーヤ、ＤＶＤプレーヤ、デジタルメディアプレーヤ（例えばＭＰ３など））。最後に、圧力応答式スイッチパネルの第４の区域は、ユーザにインターフェースオプションを提供するよう構成されていてもよく、アクティブメディアプレーヤに関連する音量を上げる１２０ｅ、または下げる１２０ｆを行う。

開示された実施形態に一致した圧力応答式スイッチパネルの利点のひとつは、与えられる機能の適用性であると同業者ならば理解するであろう。具体的には、比較的大きな接触感知式領域を備えているので、特に比較的機能範囲が狭い従来型機械式スイッチと比較すると、システムが操縦インターフェース上で多くの機能性を備えるようカスタマイズすることができる。さらに、タッチイベントの検出／認証に応答してユーザに触覚型及び聴覚型フィードバックを与えるので、操作者が注意力散漫になりにくい。図３Ａ及び３Ｂは、車両と関連する複数の異なるシステムを制御することができる操縦インターフェース１１０用の圧力応答式タッチパネル制御システムの例示的な配置図を示す。

図３Ａまたは図３Ｂには図示していないが、圧力応答式タッチパネル１２０は、図３Ａを操縦インターフェース１１０の第１の部分に配置し（操縦インターフェース１１０の左スポーク上に）、図３Ｂを操縦インターフェース１１０の第２の部分に配置して（操縦インターフェース１１０の右スポーク上に）、車両の操縦インターフェース（図１に図示の通り）に埋め込まれてもよいと企図される。図２に関して上述したように、図３Ｂは圧力応答式スイッチパネル１２０を実施して、音響システムを制御してもよい。したがって、図３についてここでは詳細を説明しない。

図３Ａは、ユーザに車両と関連する所定の自動運転機能（例、走行制御、自動車線検出／警告システムなど）を制御するオプションを提供するよう構成される圧力応答式スイッチパネル１２０を含んで、または実現してもよい。例えば、図３Ａに示すように、圧力応答式スイッチパネル１２０の第１の区域は、車両１２０ｇの走行制御機能を作動するよう構成されてもよい。圧力応答式スイッチパネル１２０の第２区域は、走行制御速度を設定するように（その後、上げる１２０ｋ、または下げる１２０ｌ）構成されていてもよい。圧力応答式センサ１２０の第３及び第４の区域は、走行制御機能を再開する１２０ｉ及び取り消す１２０ｊ、ように構成されてもよい。最後に、圧力応答式スイッチパネル１２０の第５の区域は、車両の自動車線検出及び／または警告システムを、制御／有効／無効するように構成されていてもよい。

図３Ａ及び図３Ｂは圧力応答式スイッチパネル１２０の所定の例示的な構成を図示するが、そのような実施形態は限定と解釈するものではないということに留意されたい。事実、車両と関連する様々な他のシステムを制御するために使用されてもよい圧力応答式スイッチパネル１２０の他の実施形態が、本開示の範囲から逸脱することなく実行されてもよい。実際は、本開示の圧力応答式触覚型スイッチパネル１２０に関連して説明されるプロセス、方法、及びシステムは、圧力応答検出型ユーザインターフェースを実施してもよいほとんどの任意の機能を制御するようプログラムすることが可能である。圧力応答式スイッチパネル１２０の構成について、以下でさらに詳細を説明する。

圧力応答式スイッチパネル１２０は、スイッチパネル１２０のタッチ面に加えられるタッチまたは力に応答して少なくとも電気特性の１つを変化するよう構成されるセンサを含む任意のユーザインターフェース装置であってよい。タッチイベントとして知られるタッチは、例えば、車両の運転者が圧力応答式スイッチパネル１２０に力を加えるため手を使う（手袋をしていても手袋をしていなくても）ときに起こる物理的接触でもよい。圧力応答式スイッチパネル１２０は、機械式センサ、抵抗性センサ、静電容量センサ、磁気センサ、光ファイバーセンサ、圧電センサ、シリコンセンサ、及び／または温度センサを含む任意の適切な触覚センサでよい。

以下でさらに詳細を説明するように、圧力応答式スイッチパネル１２０は、力センサの２次元アレイを含んでよく、そこでは各力センサが導体及び電極を含み、アレイに渡って配置されたタッチ面と少なくとも部分的に接触している。一実施形態では、圧力応答式スイッチパネル１２０は、さらに各力センサと少なくとも一部分が接触する基部を備える。一態様では、基部はプリント回路板を備える。タッチインターフェースはタッチ力を一つまたは複数の力センサアレイの力センサに伝える。タッチインターフェースは、タッチインターフェースを介してユーザから力センサアレイの１つまたは複数の力センサへ少なくとも力の一部を伝えることができる任意の接触感知式可変形部材を実現することができる。一実施形態では、タッチインターフェースが使用されて、触覚型フィードバックをユーザに与えることができる。

例えば、図４は、開示された実施形態に一致して構成されている基本的な圧力応答式スイッチパネル１２０の所定の構成部品を示す分解斜視図である。図４に示すように、圧力応答式スイッチパネル１２０は、タッチ面と、タッチプレートと動作可能に結合された力センサ４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃの少なくとも一つとを有し、タッチ面に加えられた力を検出するよう構成されるタッチプレート４１０と、力センサの下に配置されて、圧力応答式スイッチパネル１２０を構造的に支持するよう構成される回路基板４３０とを含み、電気信号を力センサ４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃと圧力応答式スイッチパネル１２０と関連する通信処理装置（例、制御装置）との間に伝送することができる。圧力応答式スイッチパネル１２０は、操縦インターフェース１１０内の対応する空間に配置されるハウジング４４０内に配置するよう構成されてもよい。開示された実施形態に一致する圧力応答式スイッチパネルのより詳細の構成は、図５に図示する。

図５は、圧力応答式スイッチパネル１２０の代替の形状及び収容方法の実施形態の分解横断面図である。左側には、圧力応答式スイッチパネル５１０が車両の操縦インターフェース１１０を三角形に収容する図を示す。右側には、例示的な圧力応答式スイッチパネル５２０が車両の操縦インターフェース１１０を長方形に収容する図を示す。

両方の実施形態は、幅と長さを備えた幾何学的形状を有するよう配置された力センサ５１６ａ〜５１６ｄ（または５２３ａ〜５２３ｄ）の２次元アレイを含む圧力応答式スイッチパネル５１０（または５２０）を表す。例えば、力センサ５１６ａ〜５１６ｄ（または５２３ａ〜５２３ｄ）のアレイは、幅及び長さが８ミリメートル以上であってもよい。他の実施例では、力センサ５１６ａ〜５１６ｄ（または５２３ａ〜５２３ｄ）のアレイは、幅または長さが８ミリメートルより短い。一実施形態では、圧力応答式スイッチパネル５１０（または５２０）の深さは０．５ミリメートル以下であってもよい。他の実施例では、圧力応答式スイッチパネル５１０（または５２０）の深さが、０．５ミリメートルより大きくてもよい。図５の圧力応答式スイッチパネル５２０に示す力センサ５２３ａ〜５２３ｄのアレイは長方形であるが、これは例示目的で示したものに過ぎず、力センサの２次元アレイは、円形、長円形、正方形、長方形、三角形及び不規則形（例えば、図５の圧力応答式スイッチパネル５１０の力センサ５１６ａ〜５１６ｄ）などの形状であってもよい。

図５に示す両方の圧力応答式スイッチパネル５１０、５２０は、力センサ５１６ａ〜５１６ｄ（または５２３ａ〜５２３ｄ）のアレイに渡って配置されるタッチインターフェースプレート５１２（または５２４）を備える。タッチインターフェースプレート５１２（または５２４）は、上面及び上面に対向する下面を含む。タッチインターフェースプレート５１２（または５２４）は、上面で起きたタッチ力を下面に隣接して配置される力センサアレイの１つまたは複数の力センサ５１６ａ〜５１６ｄ（または５２３ａ〜５２３ｄ）へ伝送する。いくつかの実施形態によれば、圧力応答式スイッチパネル５１０に関連して示された、複数の背後から照らすことのできる図形を含む「スキン」５１３を、タッチインターフェース５１２の上にかぶせてもよい。そのような実施形態では、タッチインターフェースプレートは、ＬＥＤ（図示せず）からの光が通るように、複数の透明または半透明な通路５１２ａ〜５１２ｆを含み、それによって、スキン５１２の背後から照らすことのできる図形を照らすことができる。

様々な実施形態によれば、タッチインターフェースプレート５１２（または５２４）は、タッチインターフェースプレート５１２（または５２４）を介してユーザから力センサアレイの１つまたは複数の力センサ５１６ａ〜５１６ｄ（または５２３ａ〜５２３ｄ）へ少なくとも力の一部を伝えることができる任意の接触感知式可変形部材を実現することができ、インターフェースプレート５１２（または５２４）の少なくとも一部を光が通過することができるようにする。例えば、タッチインターフェースプレート５１２（または５２４）は、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリル、ＰＣ−アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、または他のプラスチック材料、ガラス、ゴム、他の適切な材料、もしくはそれらの組み合わせからなることができる。所定の実施形態では、材料の厚さは選択されて軽量化されるが、光が効果的に通過できるよう十分な厚さを備え、光源と十分に結合できるようにする。また、材料は十分に硬くて、上面に力を加えられても歪み過ぎることなく耐えられなければならない。例えば、タッチインターフェースプレート用の材料の厚さは、少なくとも約０．２ミリメートルであってもよい。いくつかの実施形態では、調光フィルムをプレート面に付けることにより、材料を通過する光を管理する助けとなり、多少の構造上の強度を与える場合、タッチインターフェースプレートの厚さを減らしてもよい（少なくとも約０．１ミリメートル）。

一般に、力センサ５１６ａ〜５１６ｄ（または５２３ａ〜５２３ｄ）は、下部ハウジング５１１（または基部面５２３）と結合、または統合する。例えば、下部ハウジング５１１（または基部面５２３）は、プリント回路板（ＰＣＢ）を含んでもよく、力センサ５１６ａ〜５１６ｄ（または５２３ａ〜５２３ｄ）との間で、電気信号の形で電気的に情報または電源を伝達するためにＰＣＢを使用する。いくつかの実施形態では、下部ハウジング５１１（または基部面５２３）は、抵抗器、コンデンサ、ダイオード、ＬＥＤ、送信機、受信機など電気的配線だけで様々な構造部品を接続する電子的回路構成部品をさらに含むことができる。そして、一実施形態では、下部ハウジング５１１（または基部面５２３）がプロセッサ（図５には図示せず）を配置されているプリント回路板を含み、それによって力センサ５１６ａ〜５１６ｄ（または５２３ａ〜５２３ｄ）を下部ハウジング５１１（または基部面５２３）と電気的に接続する。

追加的な及び／または異なる構成部品を圧力応答式スイッチパネル５１０（または５２０）の一部として含んでもよいということが企図される。例えば、圧力応答式スイッチパネル５１０（または５２０）は、タッチインターフェースプレート５１２（または５２４）を収容するための１つまたは複数の構成部品と、１つまたは複数の力センサ５１６ａ〜５１６ｄ（または５２３ａ〜５２３ｄ）と、下部ハウジング５１１（または基部面５２３）と、単一のユーザインターフェース構成部品の一部として一緒になっているフィードバックアクチュエータ５１６（または５２２）とを含んでもよい。一実施形態では、圧力応答式スイッチパネル５１０は、上部及び下部のハウジング構成部品５１５及び５１１を含み、それぞれ、圧力応答式スイッチパネル５１０を操縦インターフェース１１０のハブ内に固定してもよい。あるいは、圧力応答式スイッチパネル５２０は、上部及び下部のハウジング構成部品５２５及び５２１を含み、それぞれ、圧力応答式スイッチパネル５２０を単一のユーザインターフェース入力装置の一部として収容してもよい。

本開示と一致する所定の実施形態では、検出された入力信号に応答して触覚型フィードバック及び／または聴覚型フィードバックを提供するように圧力応答式スイッチパネルを構成してもよい。図６は、所定の開示された実施形態に一致する、圧力応答式スイッチパネルと関連する所定の構成部品の横断面図を示す。図６に示すように、圧力応答式スイッチパネルは、第１表面（タッチプレート５２４の上側）及び第２表面（タッチプレート５２４の下側）を有するタッチプレート５２４を含んでもよい。この構成では、第１表面は、ユーザから受け取ったタッチ入力に対してタッチ面を実現することができる。

また、圧力応答式触覚型スイッチパネルは、電気的に接続される複数の力センサ５２３ａ及び５２３ｂを有する回路基板５２３を含む。図６に示すように、力センサ５２３ａ及び５２３ｂは、回路基板５２３とタッチプレート５２４の第２表面（例、下側）の間に配置されてもよく、その結果、力センサは各々、タッチプレートのタッチ面に加えられる力の該当する部分を測定するよう構成される。

圧力応答式触覚型スイッチパネルは、タッチプレート５２４の第２（下側）表面に固定されたアクチュエータ５２２を含んでもよい。アクチュエータ５２２は、機械的出力をタッチプレートに送出するよう構成されてもよい。機械的出力の実施例としては、タッチプレート５２４の表面に送出されてユーザが認識する振動などの任意の機械的出力があるが、これに限定されるわけではない。

アクチュエータ５２２は、電気エネルギーを、圧力応答式スイッチパネルのユーザが認識することができるものを含む、機械的出力に変換する任意の適切な装置を含んで、または実現してもよい。そのようなアクチュエータの実施例としては、音響アクチュエータ、回転モータ、振動アクチュエータ、圧電共振器、リニア共鳴アクチュエータ、または偏心回転質量モータなどがあるが、これに限定されるわけではない。所定の実施形態では、音響アクチュエータが機械的振動と聴覚型出力の両方を同時に実現するために使用されてもよい。

図６に示す実施形態によれば、回路基板５２３は、アクチュエータ５２２の一部が通ることが可能な通路を備える。そのような通路によって、アクチュエータをタッチプレート５２４の下側に直接取り付けることを可能にし、タッチプレートに送出するエネルギー量を増加させるとともに、圧力応答式スイッチパネルの総体的な深さまたは厚みを減らす。アクチュエータは圧力応答式スイッチパネルと関連するプロセッサまたは制御装置により与えられる入力に基づき、異なるレベルの触覚型フィードバックを送出するよう構成されてもよい。

また、圧力応答式スイッチパネル１２０は、力センサから加えられた力を示す値を受けるよう構成された制御装置またはプロセッサベースのコンピューティングシステムを含み、加えられた力（タッチ面に関して）の大きさ及び場所に基づいて、ユーザが制御しようとしている車両の機能を判定する。実際、圧力応答式スイッチパネルはソフトウェアプログラムを実行するよう構成された１つまたは複数のハードウェア及び／またはソフトウェア構成部品を含んでもよい。

そのような制御装置は、例えば、中央処理演算装置（ＣＰＵ）または超小型演算装置、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）モジュール、ロム（ＲＯＭ）モジュール、メモリまたはデータ記憶装置モジュール、データベース、１つまたは複数の入力／出力（Ｉ／Ｏ）デバイス、及びインターフェースなどの１つまたは複数のハードウェア構成部品を含んでもよい。代替として及び／または追加として、制御装置は、例えば、所定の開示された実施形態と一致する方法を実行するコンピュータが実行可能な命令を含んだコンピュータが読出し可能なメディアなどの１つまたは複数のソフトウェアメディア構成部品を含んでもよい。上記に挙げた１つまたは複数のハードウェア構成部品はソフトウェアを使用して実施されると企図される。例えば、記憶装置は１つまたは複数の制御装置の他のハードウェア構成部品と関連するソフトウェアパーティションを含んでもよい。制御装置は上記に挙げた以外の、別の、もっと少ない、及び／または異なる構成部品を含んでもよい。上記に挙げた構成部品は例示目的に過ぎず、それに限定するものではないと理解されたい。

ＣＰＵは１つまたは複数のプロセッサを含み、それぞれが、命令を実行しデータを処理するよう構成されて、制御装置と関連する１つまたは複数の機能を遂行する。ＣＰＵは通信可能にＲＡＭ，ＲＯＭ，記憶装置、データベース、Ｉ／Ｏ装置、及びインターフェースと結合されてもよい。ＣＰＵは、様々な処理を遂行する連続したコンピュータプログラムの命令を実行するよう構成されていてもよく、以下に詳しく説明する。コンピュータプログラムの命令はＣＰＵで実行するためＲＡＭにロードされてもよい。

ＲＡＭ及びＲＯＭは、それぞれ、ネットワーク装置及び／またはＣＰＵの動作に関連する情報を記憶する１つまたは複数のデバイスを含んでもよい。例えば、ＲＯＭは、圧力応答式スイッチパネルと関連する力の閾値などの、制御装置に関連する情報にアクセスして記憶するよう構成されるメモリデバイスを含んでもよい。ＲＡＭは、１つまたは複数のＣＰＵの動作に関連するデータを記憶するメモリデバイスを含んでもよい。例えば、ＲＯＭは、ＣＰＵで実行する命令をＲＡＭにロードしてもよい。

記憶装置は、ＣＰＵが開示された実施形態に一致する処理を遂行するために必要な情報を記憶するよう構成される任意のタイプの大容量記憶装置を含んでもよい。例えば、記憶装置は、ハードディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、または他の任意の大容量記憶装置などの１つまたは複数の磁気及び／または光ディスク装置を含んでもよい。代替として、または追加として、記憶装置はフラッシュメモリー大容量記憶媒体または他の半導体記憶媒体を含んでもよい。

データベースは、制御装置及び／またはＣＰＵが使用するデータを記憶する、整理する、分類する、フィルタをかける、及び／または配置するために協働する１つまたは複数のソフトウェア及び／またはハードウェア構成部品を含んでもよい。ＣＰＵは、例えば、力入力値に関連する固有の機能を特定するためにデータベースに記憶された情報にアクセスしてもよい。データベースは上記に記載された以外の追加の及び／または異なる情報を記憶してもよい。

Ｉ／Ｏ装置は、制御装置に関連する構成部品またはユーザと情報を通信するよう構成される１つまたは複数の構成部品を含んでもよい。例えば、Ｉ／Ｏ装置はキーボード及びマウスが統合されたコンソールを含み、ユーザが制御装置に関連するパラメータを入力することができてもよい。また、Ｉ／Ｏ装置は、グラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）を含む表示を含み、ネットワーク管理者がネットワーク装置を構成するためのネットワーク管理コンソールを提供してもよい。また、Ｉ／Ｏ装置は、例えば、ネットワーク装置と関連する情報を印刷するプリンタ、携帯型メディア装置に記憶されたデータをユーザが入力できる、ユーザがアクセス可能なディスクドライブ（例、ＵＳＢポート、フロッピ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭドライブなど）、マイク、スピーカシステム、または他の任意の適切なインターフェース装置などの周辺機器を含んでもよい。Ｉ／Ｏ装置はネットワークの性能結果を出力するよう構成されていてもよい。

インターフェースは、インターネット、ローカルエリアネットワーク、ワークステーションピアツーピアネットワーク、ダイレクトリンクネットワーク、無線ネットワーク、または他の任意の適切な通信プラットフォームなどの、通信ネットワーク経由でデータを送信及び受信するよう構成される１つまたは複数の構成部品を含んでもよい。例えば、インターフェースは通信ネットワーク経由でデータ通信を可能にするよう構成される１つまたは複数の、変調器、復調器、回線多重化装置、ディマルチプレクサ、ネットワーク通信装置、無線装置、アンテナ、モデム、及び通信ネットワーク経由でデータを通信するよう構成される他の任意の装置を含んでもよい。一実施形態によれば、インターフェースは、Ｗｉ−Ｆｉまたはブルートゥースの無線プロトコルを用いて無線で情報を送信するよう構成される１つまたは複数のモジュールなどの無線通信装置と結合されるか、またはそれらを含んでもよい。

図７、８Ａ、８Ｂ及び８Ｃに示すように、圧力応答式スイッチパネルは、圧力応答式センサシステムに加えられた力の位置及び量を感知するために使用してもよい。すなわち、圧力応答式センサシステムは、加えられた力の位置を１次元（例、ＸまたはＹの方向）または２次元（例、Ｘ及びＹの方向）のいずれかで感知するよう構成されてもよく、加えられた力の量（例、力のＺの方向）も同様でよい。圧力応答式センサシステムについては、力を所定の場所で付与した時間を感知するよう構成することも可能である。加えられた力の量、場所、及び／または期間に応答して、圧力応答式スイッチパネルは、検出された力に応答して触覚型フィードバック信号及び／または聴覚型フィードバック信号を発生するよう構成されていてもよい。図８Ａ，８Ｂ及び８Ｃに示すように、各タッチイベント（例、タッチダウン、リフトオフ、及びホールドダウン）は、異なるユーザの相互作用（例、異なる力値及び／またはタッチ持続期間）によって開始されてもよく、したがって、ユーザに与える触覚型出力フィードバック及び／または聴覚型出力フィードバックは異なっていてもよい。

以下の特許請求の範囲において、対応する構造、材料、行為、及びあらゆるミーンズまたはステッププラスファンクション要素の均等物は、具体的に請求されている通り、他の請求された要素と組み合わせて機能を遂行するためのいかなる構造、材料、または行為を含むものである。本発明の説明は、例示及び解説の目的でなされたものに過ぎず、開示した様式ですべてを網羅することまたは本発明に限定することを意図するものではない。本発明の範囲と要旨を逸脱することなく、多くの変更形態及び変形形態は当業者には明らかであろう。本発明の原理及び実地応用を最も良く説明するため、また考えられる特定の用途に適するような種々の変更を加えた様々な実施形態の本発明を他の当業者が理解するために本実施形態を選択及び解説した。

圧力応答式触覚型多機能スイッチパネルにおいて、検出されたタッチ場所を固定するために、開示されたシステム及び方法に種々の変更形態及び変形形態を実施可能であることは当業者には明らかであろう。本開示の他の実施形態は、本明細書の考察及び本開示の実施によって当業者には明らかになろう。本明細書及び実施例は例示のためのみであると解釈され、本開示の真の範囲は以下の特許請求の範囲及びその均等範囲に示されることを意図する。

Claims (16)

1. 第１表面及び第２表面を有し、前記第１表面はタッチ面を備え、前記第２表面は前記第１表面に対向するタッチプレートと；
   電気的に接続される複数の力センサを有し、回路基板と前記タッチプレートの前記第２表面との間に前記力センサが配置され、力センサは各々、前記タッチプレートの該タッチ面に加えられる力の該当する部分を測定するよう構成される回路基板と；
   前記タッチプレートの第２表面に直接に固定され、前記タッチプレートに機械的出力を発するよう構成されるアクチュエータと；を備え、
   前記回路基板は、第１の平らな表面及び第２の平らな表面を有しており、該第１の平らな表面は第２の平らな表面から離隔しており且つ該第２の平らな表面と反対側であり、該第１及び第２の平らな表面は、該第１及び第２の平らな表面を通って延在する開口を画定しており、該開口は、前記アクチュエータの少なくとも一部が通過することができるものである
   ことを特徴とする、圧力応答式触覚型スイッチパネル。
2. 前記アクチュエータは前記タッチプレートの前記タッチ面に加えられた力に応答して、音響エネルギーを発するように構成された音響アクチュエータを備える、請求項１に記載の圧力応答式触覚型スイッチパネル。
3. 前記音響アクチュエータは前記タッチ面に加えられた力に応答して聴覚型出力を発するように構成されたオーディオスピーカーを備える、請求項２に記載の圧力応答式触覚型スイッチパネル。
4. 前記アクチュエータは、実質的に大部分の機械的エネルギーを前記第２表面に向けるために前記タッチプレートに対して配置される、請求項１に記載の圧力応答式触覚型スイッチパネル。
5. 前記回路基板に電気的に接続され、複数の異なる制御信号を発し、前記アクチュエータが、前記機械的出力を発するよう構成され、触覚型制御信号は各々、該タッチ面に加えられる該当する力値に関連するプロセッサをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の圧力応答式触覚型スイッチパネル。
6. 前記アクチュエータは、音響アクチュエータであり、触覚型制御信号は各々、前記音響アクチュエータが、該当する組み合わせの触覚型振動及び聴覚型出力を発するよう構成されることを特徴とする、請求項５に記載の圧力応答式触覚型スイッチパネル。
7. 触覚型スイッチパネルのタッチ面に機械的エネルギーを送達する方法であって、
   少なくとも一つの力センサによって、タッチプレートのタッチ面に加えられた力を測定することと、
   タッチプレートの第２表面の中央部に直接固定されており、該第２表面の該中央部は該タッチプレートの外辺部から離隔している音響アクチュエータによって、測定された力に関連する第１力値に応答する第１機械的出力を発することであって、当該第１機械的出力は第１触覚出力及び第１聴覚型出力を含む、発することと、
   前記音響アクチュエータによって、測定された力に関連する第２力値に応答する第２機械的出力エネルギーを発することであって、当該第２機械的出力エネルギーは第２触覚出力を含む、発することと、
   を備え、
   前記第２機械的出力エネルギーは第２聴覚型出力を含む、前記触覚型スイッチパネルのタッチ面に機械的エネルギーを送達する方法。
8. 前記第１触覚出力は第１振幅を有し、前記第２触覚出力は第２振幅を有する、請求項７に記載の触覚型スイッチパネルのタッチ面に機械的エネルギーを送達する方法。
9. 前記第１聴覚型出力は第１音量を有し、前記第２聴覚型出力は第２音量を有する、請求項７に記載の触覚型スイッチパネルのタッチ面に機械的エネルギーを送達する方法。
10. 前記音響アクチュエータはオーディオスピーカーを備える、請求項７に記載の触覚型スイッチパネルのタッチ面に機械的エネルギーを送達する方法。
11. 音響アクチュエータによって、実質的に大部分の機械的エネルギーを前記第２表面に向けることをさらに含む、請求項７に記載の触覚型スイッチパネルのタッチ面に機械的エネルギーを送達する方法。
12. 一つまたは複数の地面係合装置と；
    一つまたは複数の地面係合装置に結合し、リム部及びハブ部を備え、前記リム部が、運転者が握るよう構成される操縦インターフェースと；
    第１表面及び第２表面を有し、前記第１表面はタッチ面を備え、前記第２表面は前記第１表面に対向するタッチプレートと；
    電気的に接続される複数の力センサを有し、前記タッチプレートの前記第２表面との間に前記力センサが配置され、力センサは各々、前記タッチプレートの該タッチ面に加えられる力の該当する部分を測定するよう構成される回路基板と；
    前記タッチプレートの第２表面に直接に固定され、前記タッチプレートに機械的出力を発するように構成されるアクチュエータと；
    前記アクチュエータ及び前記複数の力センサに通信可能に結合され、複数の異なる制御信号を発し、前記アクチュエータが、機械的出力を発するよう構成され、触覚型制御信号が各々、該タッチ面に加えられる該当する力値に関連するプロセッサと；
    を備え、
    前記回路基板は、第１の平らな表面及び第２の平らな表面を有しており、該第１の平らな表面は第２の平らな表面から離隔しており且つ該第２の平らな表面と反対側であり、該第１及び第２の平らな表面は、該第１及び第２の平らな表面を通って延在する開口を画定しており、前記アクチュエータの少なくとも一部が該開口を通って延在する
    ことを特徴とする車両。
13. 前記アクチュエータは、該タッチプレートの該タッチ面に加えられた力に応答して音響エネルギーを発するように構成された音響アクチュエータを備える、請求項１２に記載の車両。
14. 前記音響アクチュエータは、前記タッチ面に加えられた力に応答して聴覚型出力を発するように構成されたオーディオスピーカーを備える、請求項１３に記載の車両。
15. 前記アクチュエータは実質的に大部分の機械的エネルギーを前記第２表面に向けるために前記タッチプレートに対して配置される、請求項１２に記載の車両。
16. 前記アクチュエータは音響アクチュエータであり、触覚型制御信号は各々、前記音響アクチュエータが、該当する組み合わせの触覚型振動及び聴覚型出力を発するよう構成される、請求項１２に記載の車両。

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