アップルの超音波力センサー特許は、画面下Touch ID搭載iPhoneにつながる可能性がある

アップルは火曜日、超音波ベースの力覚およびタッチセンサーの特許を取得した。この特許により、iPhone Xの画面下のTouch ID統合の障害となっていたとされる構造の、より薄く、邪魔にならない3D Touch機構が実現する可能性がある。

米国特許商標庁によって付与されたAppleの米国特許番号9,772,721「超音波ベースの力覚およびタッチセンシング」は、超音波パルスの発信と検出によって入力力を測定する方法を詳述しています。より具体的には、このシステムは、超音波パルスとユーザーの指との相互作用を測定します。

いくつかの実施形態では、力センサは、超音波を生成および受信するために、行列状に配置された超音波素子として、または代替的に、任意の所望のパターンに配置された個々のセンサのアレイとして配置される。

最初の超音波は、ユーザーの指が画面または接触面に触れる可能性のある領域に照射されます。超音波またはパルスは、センシング層や入力面などのコンポーネントを通過し、ユーザーの指または基板に接触している他の物体の一部で反射されます。

パルスの反射を利用して入力物体とセンサー間の距離を測定し、それに基づいて力を計算することができます。減衰、つまり接触物体によって吸収されるパルス信号の量を利用して力の大きさを決定することもできます。

例えば、指が画面を強く押すと、指の表面積が増加し、脈拍の吸収率が高まります。このデータは、検出された力の入力計算を補強するために活用できます。

Appleの特許によると、力覚センサーアレイは、反射面としても機能する可能性のある静電容量式タッチセンサーなどの他のセンサー機構と連携して動作する。特定の入力の位置を特定するだけでなく、静電容量層は複数の同時入力の力の測定にも利用できる可能性がある。

重要なのは、力覚センサー装置をデバイスのディスプレイの下または上に配置できることです。例えば、超音波センサーをプレゼンテーション要素の上に配置する場合、透明にしたり、ユーザーの画面の見え方を妨げないように構造や配置を調整したりできます。この方法は、スマートフォンのディスプレイの下に複数のコンポーネント層を積み重ねる、Appleの現在のiPhone用力覚センサーシステム（3D Touch）とは一線を画しています。

既存の3D Touchシステムは、iPhoneのカバーガラスとデバイスのバックライトアレイに埋め込まれた硬質金属センサー層との間の静電容量の微小な変化を測定し、マッピングすることができます。ユーザーがカバーガラスを押下すると、カバーガラスとセンサー間の距離が縮まり、静電容量が減少します。

3D Touchは、ディスプレイ上に重ねられた独立したマルチタッチ静電容量センサーによってサポートされています。このセンサーはタッチ中の指の位置を検知し、検知するとジェスチャーを強制的に実行します。さらに、精密な振動を生成する触覚フィードバックモジュール「Taptic Engine」も搭載されています。

3D Touchは非常に正確な結果をもたらしますが、設計が複雑で、貴重なデバイス内部のスペースを消費します。この後者の点が、iPhone Xと、Touch IDに代わる画面内指紋認証システムの搭載が噂されている理由の一つとなっています。

今月のiPhone X発表に先立って流れていた噂によると、Appleは新しい顔認証ソリューションのバックアップまたは代替認証方法として、指紋認証を維持するだろうとのことでした。しかし、現在判明している通り、AppleはTouch IDを完全に廃止し、深度センサーを搭載したFace IDシステムに移行しました。

一部の業界アナリストは、Appleが3D Touchスタック関連の克服できない困難に直面した結果、内蔵Touch IDを廃止する決断に至ったのではないかと推測している。しかし、関係者によると、同社は1年以上前からFace IDに注力してきたという。

AppleがiPhone Xに従来の3D Touch技術を統合したのか、それとも再設計されたソリューションを選択したのかも不明です。5月の報道によると、Appleは金属バックライトセンサーを廃止し、フィルムオンガラス設計を採用する薄膜プロセスに移行し、センサースタックのサイズを大幅に削減するとのことです。11月に行われる分解調査で、より多くの答えが明らかになるでしょう。

いずれにせよ、本日付与された特許は、iPhone Xの画面内Touch IDの実現を阻んでいたとされる技術的問題の解決策となる可能性があり、薄膜のTouch IDよりも精度と堅牢性が高いようです。Appleがこの技術を活用するのか、それともFace IDの開発を本格的に進めるのかは、まだ分かりません。

Apple の超音波力センサーの特許は 2015 年 6 月に初めて申請され、Brian Q. Huppi、Martin P. Grunthaner、John G. Elias、Sinan Filiz、Steven P. Hotelling が発明者として認められています。