KR101136307B1 - 랩톱 컴퓨터 및 기타 휴대 장치용 햅틱 인터페이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 컴퓨터로 입력을 제공하는 햅틱 피드백 터치 컨트롤(haptic feedback touch control)에 관한 것이다. 터치 입력 장치는 사용자 접촉의 위치에 기초하여 컴퓨터로 위치 정보를 제공하는 평면 터치 표면을 포함한다. 컴퓨터는 적어도 위치 정보의 일부에 기초하여 디스플레이된 그래픽 환경의 커서를 위치시킬 수 있고, 또는 다른 기능을 수행할 수 있다. 적어도 하나의 액추에이터(336)는 터치 입력 장치로 연결되고, 사용자에게 햅틱 감각을 제공하기 위하여 포스를 출력한다. 액추에이터(336)는 터치패드(332)를 측면으로 움직일 수 있고, 분리 표면 부재는 활성화될 수 있다. 플랫 E-코어 액추에이터, 압전형 변환기, 또는 다른 유형의 액추에이터가 포스를 제공하기 위하여 사용될 수 있다. 터치 입력 장치는 다른 컴퓨터 기능을 컨트롤하기 위한 복수의 다른 영역을 포함할 수 있다.

햅틱 피드백, 터치패드, 액추에이터, 햅틱 감각

Description

랩톱 컴퓨터 및 기타 휴대 장치용 햅틱 인터페이스{HAPTIC INTERFACE FOR LAPTOP COMPUTERS AND OTHER PORTABLE DEVICES}

본 발명은 일반적으로 사용자에 의한 컴퓨터 및 기계 장치의 인터페이싱에 관한 것이며, 더욱 자세하게는 컴퓨터 시스템 및 전자 장치와 인터페이싱하는데 사용되는 장치에 관한 것이며, 이는 사용자에게 햅틱 피드백(haptic feedback)을 제공한다.

사람들은 다양한 어플리케이션에서 전자 및 기계 장치와 인터페이싱하고, 더욱 자연스럽고 사용하기 쉬우며 유익한 인터페이스에 대한 요구는 끊임없는 관심사이다. 본 발명의 이러한 상황에 있어서, 사람들은 다양한 어플리케이션의 컴퓨터 장치와 인테피이싱한다. 그러한 어플리케이션에는 게임, 시뮬레이션 및 어플리케이션 프로그램과 같은 컴퓨터 생성 환경과 상호 작용하는 것이 있다. 마우스 및 트랙볼과 같은 컴퓨터 입력 장치는 이러한 어플리케이션에서 입력을 제공하고 그래픽 환경에서 커서를 컨트롤하는데 종종 사용된다.

몇몇 인터페이스 장치에서, 포스 피드백 또는 촉각 피드백도 사용자에게 제공되는데, 이러한 것을 총합하여 "햅틱 피드백(haptic feedback)"이라 한다. 예를 들어, 조이스틱, 마우스 게임 패드, 스티어링 휠 또는 다른 유형의 장치의 햅틱 버전은 게임 또는 다른 어플리케이션 프로그램과 같은 그래픽 환경에서 발생하는 이벤트 또는 상호 작용에 기초하여 사용자에게 포스를 출력할 수 있다.

휴대용 컴퓨터 또는 랩톱 컴퓨터와 같은 전자 장치에서 마우스는 전형적으로 작업상 너무 넓은 작업 공간을 차지한다. 그 결과, 트랙볼과 같은 보다 소형의 장치가 종종 사용된다. 일반적으로 휴대용 컴퓨터에서 흔히 쓰이는 장치는 "터치패드(touchpad)"이며, 이는 컴퓨터의 키보드 근처에 제공되는 작은 4각형 모양의 평면 패드이다. 터치패드는 터치패드에 가해지는 압력을 검출하는 용량성 센서 또는 압력 센서와 같은 다양한 감지 기술에 의하여 지시 물체(pointing object)의 위치를 감지한다. 사용자는 가장 일반적으로 손끝으로 터치패드에 접촉하고, 그 패드 상의 손가락을 움직여서 그래픽 환경에 디스플레이된 커서를 움직인다. 다른 실시예에서, 사용자는 터치패드상의 스타일러스 팁(stylus tip)을 누르고, 스타일러스를 움직임으로써 터치패드와 관련하여 스타일러스를 동작시킬 수 있다. 터치 스크린은 디스플레이 스크린에 층으로 덮인 감지 패드에서 정보를 입력하는데 사용되는 유사 장치이며, 이는 개인 휴대 정보 단말기(PDA)와 같은 장치 및 다른 휴대용 전자 장치에서 사용된다.

현재의 터치패드 및 스크린의 한 가지 문제점은 사용자에게로 햅틱에 의한 피드백을 제공하지 않는다는 점이다. 따라서, 터치패드 사용자는 그래픽 환경에서의 사용자의 타겟팅(targeting) 및 다른 컨트롤 작업을 알려주고 보조하는 햅틱 감각(haptic sensation)을 느낄 수 없다. 종래 기술에 의한 터치패드는 또한 컴퓨터에서 실행되는 촉각으로 가능하게 하는(haptic-enabled) 소프트웨어를 이용할 수 없다.

본 발명은 컴퓨터 시스템으로 입력을 제공하는데 사용되는 햅틱 피드백 평면 터치 컨트롤에 관한 것이다. 이 컨트롤은 휴대용 컴퓨터에 제공되는 터치패드일 수 있으며, 또는 다양한 장치에 있는 터치 스크린일 수 있다. 터치 컨트롤의 햅틱 감각 출력은 디스플레이된 그래픽 환경에서 또는 전자 장치를 컨트롤 할 때 상호 작용 및 조작을 강화한다.

더욱 구체적으로는, 본 발명은 컴퓨터에 신호를 입력하고 햅틱 피드백 터치 컨트롤의 사용자에게 포스(force)를 출력하는 햅틱 피드백 터치 컨트롤에 관한 것이다. 이 컨트롤은 대략 평면인 터치 표면을 포함하며, 터치 표면상의 사용자의 접촉 위치에 기초하여 상기 컴퓨터의 프로세서에 위치 신호를 입력하도록 동작가능한 터치 입력 장치를 포함한다. 1 이상의 액추에이터는 터치 입력 장치에 연결되어, 터치 입력 장치를 그 표면에 대략 평행하게 옆으로 움직여서 터치 표면에 접촉 하는 사용자에게 햅틱 감각을 제공하도록 포스를 출력할 수 있다. 컴퓨터는 그 위치 신호에 기초하여 디스플레이 장치에 디스플레이되는 그래픽 환경에서 커서를 위치시킬 수 있다. 터치 입력 장치는 별도의 터치패드일 수 있고, 또는 터치 스크린으로서 포함될 수도 있다.

다른 실시예에 있어서, 햅틱 피드백 터치 컨트롤은 컴퓨터 프로세서에 위치 신호를 입력하는 대략 평면인 터치 표면을 포함하는 터치 입력 장치, 터치 입력 장치에 인접하여 위치함으로써 사용자가 터치 입력 장치를 누를 때 접촉할 수 있는 표면 부재, 및 표면 부재에 연결된 액추에이터를 포함한다. 액추에이터는 사용자에게 햅틱 감각을 제공하도록 표면 부재에 포스를 출력한다. 표면 부재는 터치 입력 장치의 표면에 대략 평행한 면에서 옆으로 평행 이동될 수 있다; 예컨대, 표면 부재는 터치 입력 장치 위에 위치하고 터치 입력 장치의 표면과 같은 공간에 걸쳐 있을 수 있다. 또는, 표면 부재는 사용자가 한 손가락으로 터치 입력 장치를 만지면서 다른 손가락 또는 손바닥(palm)으로 표면 부재를 만질 수 있도록 터치 입력 장치의 한 쪽에 위치할 수 있다. 예를 들면, 표면 부재는 상기 터치 입력 장치에 인접하여 위치한 물리적 버튼 위에 위치할 수 있다. 접촉 또는 관성력(inertial force)이 표면 부재에서 출력될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 있어서, 선형 포스 출력을 제공하는 액추에이터는 2개의 측면 폴 사이에 위치한 중앙 풀을 포함하는 강자성 조각(ferromagnetic piece), 중앙 폴 주위에 감겨진 코일, 중앙 폴과 측면 폴들에 인접한 자석, 및 자석에 결합된 이면 플레이트(backing plate)를 포함하는 강자성 조각을 포함한다. 여기서, 전류가 코일에 흐를 때, 이면 플레이트 및 자석은 강자성 조각에 따라 움직인다. 움직임이 가능하게 하도록 롤러가 강자성 조각과 이면 플레이트 사이에 배치될 수 있다. 굴곡부(flexure)는 원치 않는 방향으로의 플레이트와 강자성 조각 간의 상대적인 움직임(relative motion)을 줄일 수 있으며, 스프링 센터링 포스(spring centering force)를 제공할 수 있다.

또 다른 특징에 있어서, 햅틱 터치 장치는 접지에 연결되고, 세라믹 소자와 터치패드와 같은 평면 감지 소자에 연결된 금속 격막(metal diaphragm)을 포함하는 압전형 변환기(piezoelectric transducer)를 포함한다. 간격판(spacer)은 압전형 변환기와 평면 감지 소자 사이에 구비되고, 금속 격막이 간격판과 접촉된다. 스프링 소자는 평면 감지 소자로 스프링 복원력(spring restoring force)을 제공한다.

본 발명의 또 다른 특징에 있어서, 터치 입력 장치에 햅틱 피드백을 제공하는 방법은, 사용자가 누르고 있는 표면상의 접촉 위치를 나타내는 위치 신호를 터치 입력 장치로부터 수신하는 단계, 및 접촉 위치가 표면의 복수의 영역 중 어디에 위치하는지를 결정하는 단계를 포함한다. 출력 포스는 사용자가 물체를 터치 입력 장치의 표면 위에서 움직이는 것과 관련된다. 디스플레이된 커서를 움직이거나 값의 등급 컨트롤 기능과 같은 기능은 접촉 위치가 위치한 영역과 관련될 수 있다. 사용자가 물체를 터치 입력 장치의 다른 영역으로부터 접촉된 영역으로 경계를 넘어 물체를 움직일 때 햅틱 감각이 출력될 수 있다.

본 발명은 터치패드 또는 터치 스크린과 같은 컴퓨터의 평면 터치 컨트롤 장치로 햅틱 피드백을 유용하게 제공한다. 햅틱 피드백은 사용자에게 그래픽 사용자 인터페이스 또는 다른 환경과의 상호 작용 및 이벤트를 보조하고 알려줄 수 있으며, 커서 타겟팅 작업을 용이하게 할 수 있다. 또한, 본 발명은 이러한 터치 컨트롤을 구비한 휴대용 컴퓨터 장치가 현재의 햅틱 피드백 가능한 소프트웨어를 이용할 수 있게 한다. 여기에 개시된 햅틱 터치 장치는 비싸지 않고 소형이며 전력 소비가 적어서, 다양한 휴대용 및 데스크톱 컴퓨터와 전자 장치에 쉽게 결합될 수 있다.

본 기술분야에 능통한 사람이라면 본 발명의 이러한 장점 및 기타 장점들은 이하의 본 발명에 대한 상세한 설명 및 여러 도면으로부터 명백하여질 것이다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 그래픽 환경에서 사용자의 타겟팅(targeting) 및 다른 컨트롤 작업을 알려주고 보조하는 햅틱 감각(haptic sensation)을 제공할 수 있다. 컴퓨터에서 실행되는 촉각으로 가능하게 하는(haptic-enabled) 소프트웨어를 이용할 수 있게 해 주며, 터치 컨트롤의 햅틱 감각 출력은 디스플레이된 그래픽 환경에서 또는 전자 장치를 컨트롤 할 때 상호 작용 및 조작을 강화한다.

도 1은 본 발명의 햅틱 터치패드를 포함하는 휴대용 컴퓨터(10)에 관한 사시도이다. 컴퓨터(10)는 휴대용 또는 "랩톱" 컴퓨터일 수 있으며, 이는 사용자에 의하여 운반되거나 수송될 수 있으며, 다른 고정 전력 소스뿐만 아니라, 다른 휴대용 에너지 소스나 배터리에 의하여 전원이 공급될 수 있다. 컴퓨터(10)는 바람직하게는 사용자가 주변장치를 통하여 상호 작용하는 1 이상의 호스트 어플리케이션 프로 그램을 실행한다.

컴퓨터(10)는 도시한 것과 같이 다양한 입력 및 출력 장치를 포함할 수 있으며, 사용자에게 그래픽 이미지를 출력하는 디스플레이 장치(12), 사용자로부터 컴퓨터로 문자 또는 토글 입력을 제공하는 키보드, 및 본 발명에 의한 터치패드(16)도 이에 포함된다. 디스플레이 장치(12)는 임의의 다양한 유형의 디스플레이 장치일 수 있다; 플랫 패널 디스플레이가 휴대용 컴퓨터에서 가장 흔하다. 디스플레이 장치(12)는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)와 같이 컴퓨터(10)의 CPU에서 동작하는 어플리케이션 프로그램 및/또는 운영 체제에 기초하여 그래픽 환경(18)을 디스플레이할 수 있으며, 이러한 컴퓨터는 사용자 입력에 의하여 움직일 수 있는 커서(20), 윈도우(22), 아이콘(24) 및 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 환경에서 널리 알려진 다른 그래픽 객체를 포함할 수 있다. 예컨대, 게임, 영화 또는 다른 연출, 스프레드 시트 또는 다른 어플리케이션 프로그램 등의 다른 그래픽 환경 또는 이미지가 디스플레이될 수도 있다.

저장 장치(하드 디스크 드라이브, DVD-ROM 등), 네트워크 서버 또는 클라이언트, 게임 컨트롤러 등의 다른 장치도 컴퓨터(10)에 연결되거나 통합될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 컴퓨터(10)는 테이블 표면 또는 다른 표면에 놓인 컴퓨터 장치, 스탠드 업 아케이드 게임기, 다른 휴대용 장치 또는 사람이 착용하거나 사용자가 한 손으로 휴대하거나 사용하는 장치를 포함한 많은 다양한 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 호스트 컴퓨터(10)는 비디오 게임 콘솔, 개인 컴퓨터, 워크 스테이션, 텔레비전 "셋톱 박스" 또는 "네트워크 컴퓨터", 또는 다른 계산 또는 전자 장치일 수 있다.

본 발명에 따른 터치패드 장치(16)는 바람직하게는 종래기술에 의한 터치패드와 외관상 유사하게 보인다. 여기에 개시된 많은 실시예에 있어서, 이러한 터치패드(16)는 평면의 4각형의(또는 다른 모양의) 매끄러운 표면을 포함하며, 이는 도시한 것과 같이 컴퓨터 하우징의 키보드 아래에 위치하거나 하우징의 다른 영역에 위치할 수 있다. 사용자가 컴퓨터를 작동할 때, 사용자는 편리하게 손가락 끝 또는 다른 물체를 터치패드(16)에 놓고, 손가락 끝을 움직여서 그래픽 환경(18)에서 커서(20)가 이에 따라 움직이게 할 수 있다.

동작할 때에, 터치패드(16)는 터치패드 위에서(또는 근처에서) 물체가 감지된 위치에 기초하여 컴퓨터(10)의 주 마이크로프로세서로 좌표 데이터를 입력한다. 종래기술에 의한 많은 터치패드와 마찬가지로, 터치패드(16)는 용량성, 저항성 또는 다른 유형의 감지를 사용할 수 있다. 용량성 터치패드는 전형적으로 터치패드의 커패시터와 물체 사이의 용량성 커플링(capacitive coupling)에 기초하여 터치패드의 표면 상 또는 근처의 물체의 위치를 감지한다. 저항성 터치패드는 전형적으로 압력에 의한 감지인데, 여기서 손가락, 스타일러스 또는 다른 물체에 의한 패드에 대한 압력은 패드의 도전체 층, 트레이스(trace), 스위치 등이 전기적으로 접속되도록 한다. 몇몇 저항성 또는 다른 유형의 터치패드는 사용자에 의하여 가해지는 압력의 양을 검출할 수 있으며, 컴퓨터(10)로의 가변 또는 비례적 입력을 압력의 정도를 사용할 수 있다. 저항성 터치패드는 전형적으로는 적어도 부분적으로 변형될 수 있다. 따라서 압력이 특정 위치에 가해지는 경우 그 위치에서의 컨덕터 는 전기적 접촉이 이루어지게 된다. 그러한 변형 가능성은 본 발명에서 유용할 수 있다. 이는 본 발명에서 사용되는 터치패드에서 펄스 또는 진동과 같은 출력 포스의 크기를 증폭할 수 있기 때문이다. 액추에이터와 움직이는 물체 사이에 맞춰진 컴플리언트(compliant) 서스펜션이 제공된다면 포스가 증폭될 수 있다. 용량성 터치패드 및 접촉 압력을 요하지 않는 다른 유형의 터치패드가 몇몇 실시예에 있어서 본 발명에 적합할 수 있는데, 이는 터치패드상의 지나친 압력은 어떤 경우에는 햅틱 피드백을 위한 터치패드의 동작을 방해할 수 있기 때문이다. 다른 유형의 감지 기술도 터치패드에서 사용될 수 있다. 여기서, "터치패드"라는 용어는 바람직하게는 터치패드 유닛이 포함된 임의의 감지 장치뿐만 아니라 터치패드(16)의 표면도 포함한다.

터치패드(16)는 현재의 터치패드와 유사하게 동작할 수 있으며, 여기서 터치패드에서의 손가락 끝의 속도는 그래픽 환경에서 커서가 움직이는 거리와 관련되어 있다. 예를 들어, 사용자가 그 손가락을 패드에서 빠르게 움직인다면, 커서는 사용자가 손가락 끝을 천천히 움직이는 경우보다 더 먼 거리를 움직이게 된다. 커서가 그 방향으로의 원하는 목적지에 도달하기 전에 사용자의 손가락이 터치패드의 가장자리에 도달하게 되는 경우, 사용자는 간단히 그 손가락을 터치패드에서 떼고, 가장자리로부터 떨어진 곳에 손가락을 다시 위치시켜서 커서를 계속해서 움직일 수 있다. 이는 마우스 위치와 커서간의 오프셋을 변경하기 위하여 표면에서 마우스를 드는 것과 유사한 "인덱싱(indexing)" 기능이다. 또한, 많은 터치패드는 커서 위치와 무관할 수 있는 특정 기능에 각각 할당된 특정 영역을 구비할 수 있다. 이러 한 실시예에 대해서는 도 18과 관련하여 이하에서 더욱 상세히 설명한다. 몇몇 실시예에 있어서, 터치패드(16)는 사용자로 하여금 명령을 제공하기 위하여 터치패드의 특정 위치를 "두드리기(tapping)(신속하게 패드를 터치하고 떼는 것)"를 할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 컨트롤된 커서가 아이콘을 선택하기 위하여 그 아이콘 위에 있는 동안 패드를 손가락으로 두드리거나 "두번 두드리기(double tap)"를 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 터치패드(16)는 터치패드(16)에 물리적으로 접촉하는 사용자에게 촉감(tactile sensation)과 같은 햅틱 피드백을 출력할 수 있다. 햅틱 피드백 터치패드의 구조에 대한 상세한 많은 실시예는 이하에서 상세히 설명한다. 몇몇 실시예는 터치패드 자체가 아니라 장치 하우징 또는 분리된 이동 표면을 움직일 수 있다.

터치패드(16) 또는 부속 표면에 연결된 1 이상의 액추에이터를 사용하여, 다양한 햅틱 감각이 터치패드(또는 하우징 또는 분리된 표면)에 접촉하는 사용자에게 출력될 수 있다. 예를 들어, 충격(jolt), 진동(가변 또는 일정 세기) 및 텍스츄어(texture)가 출력될 수 있다. 사용자에게 출력되는 포스는 패드에서의 손가락의 위치 또는 호스트 컴퓨터(10)의 그래픽 환경에서의 컨트롤된 물체의 상태에 적어도 일부 기초할 수 있고, 그리고/또는 손가락 위치 또는 물체 상태와는 독립적일 수도 있다. 마이크로프로세서 또는 다른 전자 컨트롤러는 전자 신호를 사용하여 액추에이터의 포스 출력의 방향 및/또는 크기를 컨트롤하기 때문에, 사용자에게 출력되는 그러한 포스는 "컴퓨터에 의해 컨트롤되는(computer-controlled)" 것으로 인식된 다.

다른 실시예에 있어서, 터치패드(16)는 케이블 또는 무선 송신을 통하여 컴퓨터의 포트로 접속된 별개의 하우징에 제공될 수 있으며, 이는 컴퓨터(10)로부터 포스 정보를 수신하고 컴퓨터(10)로 위치 정보를 전송한다. 예를 들어, 범용 직렬 버스(USB), 파이어와이어(firewire), 또는 표준 직렬 버스로 터치패드(10)를 컴퓨터(10)로 연결할 수 있다.

터치패드(16)와 관련하여 사용되는 1 이상의 버튼(26)이 컴퓨터(10)의 하우징에 제공될 수 있다. 사용자의 손은 버튼에 액세스하기 용이하며, 각 버튼은 호스트 컴퓨터(12)로 다른 입력 신호를 제공하기 위하여 사용자에 의하여 눌려질 수 있다. 전형적으로 각 버튼(26)은 마우스 입력 장치에 있는 유사한 버튼에 대응되며, 따라서 왼쪽 버튼은 그래픽 객체를 선택하기 위하여 사용될 수 있고(클릭 또는 더블 클릭), 오른쪽 버튼은 환경 메뉴 등을 불러올 때 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 1 이상의 버튼(26)은 햅틱 피드백으로 제공될 수 있다.

또한, 몇몇 실시예에 있어서, 컴퓨터 장치(10)의 하우징의 1 이상의 이동가능한 부분(28)이 포함될 수 있으며, 이는 사용자가 터치패드(16)를 작동할 때에 사용자에 의하여 접촉되며, 이는 햅틱 피드백을 제공할 수 있다. 햅틱 피드백을 위한 하우징의 이동가능한 부분을 구비하고 있는 것에 대해서는 미국 특허 제 6,184,868호 및 제 6,088,019호에 설명되어 있다. 몇몇 실시예에서, 하우징은 햅틱 피드백을 제공할 수 있으며(예컨대, 하우징에 연결된 모터의 편심 회전 질량(eccentric rotating mass)의 사용을 통하여), 터치패드(16)는 별도의 햅틱 피드 백을 제공할 수 있다. 이는 호스트가 사용자로의 2개의 서로 다른 촉감을 동시에 컨트롤 할 수 있게 한다; 예컨대, 저주파 진동이 사용자에게 하우징을 통하여 전달되고, 고주파 진동이 터치패드(16)를 통하여 사용자에게 전달될 수 있다. 햅틱 피드백을 제공하는 서로 다른 버튼 또는 다른 컨트롤은 각각 다른 컨트롤과 독립하여 촉각 피드백을 제공할 수도 있다.

호스트 어플리케이션 프로그램 및/또는 운영 체제는 바람직하게는 디스플레이 장치(12)에 그래픽 이미지 환경을 디스플레이한다. 호스트 컴퓨터(12)에서 실행하는 소프트웨어 및 환경은 아주 다양할 수 있다. 예를 들어, 호스트 어플리케이션 프로그램은 워드 프로세서, 스프레드 시트, 영화, 비디오 또는 컴퓨터 게임, 드로잉 프로그램, 운영 체제, 그래픽 사용자 인터페이스, 시뮬레이션, HTML 또는 VRML 명령을 구현하는 웹 페이지 또는 브라우저, 과학 분석 프로그램, 가상 현실 훈련 프로그램 또는 어플리케이션, 또는 터치패드(16)로부터의 입력을 이용하여 터치패드(16)로 포스 피드백 명령을 출력하는 다른 어플리케이션일 수 있다. 예를 들어, 많은 게임 및 다른 어플리케이션 프로그램은 포스 피드백 기능을 포함하고, 캘리포니아 산호세의 이머젼 코오포레이션(Immersion Corporation)의 I-Force？, FEELit？, 또는 Touchsense™와 같은 표준 프로토콜/드라이버를 사용하여 터치패드(16)와 통신할 수 있다.

터치패드(16)는 호스트 컴퓨터(10)의 마이크로프로세서로 컨트롤 신호를 보고하고 그 호스트의 마이크로프로세서로부터의 명령 신호를 프로세싱하기 위하여 필요한 회로를 포함한다. 예를 들어, 적당한 센서(및 관련 회로)가 터치패드(16) 상의 사용자의 손가락의 위치를 보고하는데 사용된다. 터치패드 장치는 또한 호스트로부터 신호를 수신하여 호스트 신호에 따라 1 이상의 액추에이터를 사용하여 촉감을 출력하는 회로를 포함한다. 몇몇 터치패드는 이러한 구성요소 및 회로를 여러 개 포함하는 인쇄 회로 기판(PCB)에 집적될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 터치패드 센서 데이터를 호스트로 보고하고 호스트로부터 수신된 포스 명령을 실행하기 위하여 별도의 로컬 마이크로프로세서가 터치패드(16)에 제공될 수 있으며, 그러한 명령은 예컨대 명령된 햅틱 감각을 설명하는 파라미터 및 햅틱 감긱의 유형을 포함한다. 또한, 터치패드 마이크로프로세서는 단순히 주 프로세서로부터 액추에이터로 스트리밍된 데이터를 보낼 수 있다. "포스 정보"라는 용어는 명령/파라미터 및/또는 스트리밍된 데이터를 포함할 수 있다. 터치패드 마이크로프로세서는 터치패드 액추에이터를 컨트롤함으로써 호스트 명령을 수신한 후 독립적으로 햅틱 감각을 구현할 수 있다; 또는, 호스트 프로세서는 더 직접적으로 액추에이터를 컨트롤함으로써 햅틱 감각에 걸친 더 고도의 컨트롤을 유지할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 터치패드를 위해 제공되는 상태 머신과 같은 논리 회로는 호스트 주 프로세서에 의하여 지시된 것과 같이 햅틱 감각을 다룰 수 있다. 센서 신호를 판독하고 장치에 햅틱 피드백을 제공하는데 사용될 수 있는 아키텍쳐 및 컨트롤 방법은 미국 특허 제5,734,373호에 더 자세히 설명되어 있다.

Synaptics Corp.에서 제작된 것과 같은 현재의 터치패드 실시예에 있어서는 특유의 특성 및 특징이 제공된다. 터치패드용의 표준 표면 재료는 텍스쳐드 마일라(textured Mylar)이고, 사용자의 손가락을 사용하여 지시하는 경우 텍스쳐드 표 면이 더 좋지만 전형적으로는 임의의 비도전성 물체가 터치패드 표면에 사용되어 검출될 수 있다. 터치패드는 얇은 오버레이(overlay)를 통하여 감지할 수도 있다. 전형적으로 햅틱 피드백 구성요소의 추가를 위하여 사용 가능한 공간이 있다; 예컨대, 40x60 터치패드에서 보드의 반 이상은 햅틱 회로를 위하여 사용 가능하다.

많은 터치패드는 "팜 체크(palm check)" 특징을 포함하며, 이는 사용자가 손가락이나 팜 또는 손의 다른 부분으로 터치패드에 접촉하는지 여부를 랩톱이 감지할 수 있게 한다. 사용자는 팜을 쉬게 하고 입력을 제공하지 않고자 하는 경우가 있을 수 있으므로, 팜 체크 특징은 사용자의 팜에 의하여 제공된 것으로 결정된 입력을 무시할 수 있다. 기본적으로, 팜 체크 특징은 도전성 물체(손가락, 팜, 팔 등)에 의하여 생긴 접촉 영역을 계산한다. 접촉 영역이 일정한 임계치를 초과한다면 접촉은 거부된다. 이 특징은 많은 실시예에서 작동하지 않을 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 능동 터치패드(16)를 포함할 수 있는 장치(30)의 다른 실시예에 관한 사시도이다. 이 장치는 포켓용 원격 컨트롤 장치(30)일 수 있으며, 이는 사용자가 한 손으로 잡고 사용자에 의하여 원격으로 전자 장치 또는 기기(텔레비전, 비디오 카세트 레코더 또는 DVD 플레이어, 오디오/비디오 수신기, 텔레비전에 접속된 네트워크 컴퓨터 또는 인터넷 등)의 기능에 액세스하기 위하여 컨트롤을 조작한다. 예를 들면, 여러 개의 버튼(32)이 컨트롤 장치의 기능을 조작하기 위하여 원격 컨트롤 장치(30)에 포함될 수 있다. 터치패드(16)는 또한 사용자로 하여금 보다 정교한 방향 입력을 제공할 수 있도록 제공될 수도 있다. 예컨대, 컨트롤 장치는 커서가 움직이는 선택 스크린을 구비할 수 있으며, 터치패드는 커서 를 2방향으로 컨트롤하여 조작될 수 있다. 터치패드(16)는 컨트롤된 값 또는 이벤트에 기초하여 여기서 설명한 것과 같이 사용자에게 햅틱 감각을 출력하는 기능을 구비한다. 예컨대, 볼륨 레벨이 중간 지점을 지나거나 최대 레벨에 도달하면 펄스가 사용자 및 터치패드로 출력되도록 할 수 있다.

한 어플리케이션에서, 컨트롤된 장치는 Microsoft Corp.의 웹 TV 또는 인터넷과 같은 네트워크를 통해 액세스된 웹 페이지 및/또는 그래픽 사용자 인터페이스를 디스플레이하는 다른 계산 장치와 같은 컴퓨터 시스템일 수 있다. 사용자는 손가락(또는 다른 물체)을 터치패드(16)에서 움직임으로써 커서의 방향을 컨트롤할 수 있다. 커서는 아이콘, 윈도우, 메뉴 아이템, 그래픽 버튼, 슬라이드 바, 스크롤 바 또는 그래픽 사용자 인터페이스 또는 데스크탑 인터페이스의 다른 그래픽 객체를 선택 및/또는 조작하는데 사용될 수 있다. 커서는 또한 링크, 이미지, 버튼 등과 같이 웹 페이지의 그래픽 객체를 선택 및/또는 조작하는데도 사용될 수 있다. 그래픽 객체와 연관된 다른 포스 감각은 도 18을 참조하여 후술한다.

도 3은 본 발명에 따른 햅틱 장치의 임의의 실시예를 포함할 수 있는 다른 컴퓨터 장치 실시예(50)에 관한 평면도이다. 장치는 "개인 휴대 정보 단말기(PDA)", "펜 기반(pen-based)" 컴퓨터, "웹 패드", "전자 책" 또는 유사 장치(총괄하여 "개인 휴대 정보 단말기(PDA)"로 알려진 것)와 같은 휴대용 컴퓨터 장치의 형태이다. 버튼 입력이 가능한 장치뿐만 아니라, 사용자로 하여금 디스플레이 스크린을 터치함으로써 정보를 입력할 수 있게 하거나 여러 방식으로 판독할 수 있게 하는 이러한 장치도 본 발명과 관련된다. 이런 장치는 3Com Corp.의 Palm Pilot？ 나 유사 제품, Casio, Hewlett-Packard 또는 다른 제조사의 포켓 크기 컴퓨터 장치, 전자 책(E-book), 터치 스크린을 구비한 셀룰러 폰 또는 페이저, 터치 스크린을 구비한 랩톱 컴퓨터 등을 포함한다.

장치(50)의 실시예에 있어서, 하우징(54)에 인접하여 위치한 디스플레이 스크린(52)은 컴퓨터 장치(50)의 표면 중 많은 부분을 차지할 수 있다. 스크린(52)은 본 기술분야에 능통한 사람들에게 널리 알려진 플랫 패널 디스플레이인 것이 바람직하고, 이는 텍스트, 이미지, 애니메이션 등을 디스플레이할 수 있다; 몇몇 실시예에 있어서, 스크린(52)은 임의의 퍼스널 컴퓨터 스크린과 같이 편리하다. 디스플레이 스크린(52)은 사용자로 하여금 물리적으로 스크린(50)에 접촉함으로써 컴퓨터 장치(50)로 정보를 입력할 수 있게 하는 센서를 포함한다(즉, 이는 도 1의 터치패드(16)와 유사한 또 다른 형태의 평면 "터치 장치"이다). 예를 들어, 투명 센서 필름이 스크린(50)에 덮일 수 있으며, 이 때 필름은 필름에 접촉하는 물체로부터 압력을 검출한다. 터치 스크린을 구현하는 센서 장치는 본 기술분야에 능통한 사람들에게 널리 알려져 있다.

사용자는 스크린(52)에서 그래픽 객체가 디스플레이된 정확한 위치를 손가락 또는 스타일러스로 누름으로써 그래픽적으로 디스플레이된 버튼 또는 다른 그래픽 객체를 선택할 수 있다. 또한, 몇몇 실시예에서는 사용자가 스타일러스(57)와 같은 스타일러스의 끝 또는 손가락 또는 다른 물체로 누르는 위치에 그래픽 "잉크" 이미지(56)를 디스플레이함으로써 사용자가 "그리기" 또는 "쓰기"를 할 수 있게 한다. 손으로 쓰여진 문자는 명령, 데이터 또는 다른 입력으로서 장치 마이크로프로 세서에서 실행되는 소프트웨어에 의하여 인식될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 사용자는 음성 인식을 통하여 추가적으로 또는 대체적으로 입력을 제공할 수 있으며, 여기서 장치의 마이크로폰은 장치에서 실행되는 소프트웨어에 의하여 적절한 명령 또는 데이터로 해석된 사용자 음성을 입력한다. 물리적 버튼(58)은 버튼을 누를 때 장치(50)로 특정 명령을 제공하도록 하기 위하여 장치(50)의 하우징에 포함될 수 있다. 많은 PDA는 사용자로부터의 문자 입력을 위한 표준 키보드가 없는 것이 특징이다; 오히려 스크린에 문자를 그리기 위한 스타일러스나 음성 인식 등을 사용하는 등의 다른 입력 모드가 사용된다. 그러나, 몇몇 PDA는 터치 스크린뿐만 아니라 모든 기능을 갖는 키보드를 포함하며, 이 키보드는 전형적으로는 표준 크기의 키보드보다는 작다. 또 다른 실시예에 있어서, 표준 키보드를 구비한 표준 크기의 랩톱 컴퓨터는 플랫 패널 터치 입력 디스플레이 스크린을 포함할 수 있으며, 이러한 스크린(도 1의 스크린(12)과 유사)은 본 발명에 따른 햅틱 피드백을 구비할 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 터치 스크린(52)은 앞의 실시예에서 설명한 터치패드(16)와 유사하게 사용자에게 햅틱 피드백을 제공할 수 있다. 1 이상의 액추에이터는 아래에서 설명하는 실시예와 유사한 방법으로, 터치 스크린, 또는 터치 스크린 근처의 이동가능한 표면에 연결될 수 있다. 사용자는 스크린(52)에 접촉하는 스타일러스(57)와 같이 잡고 있는 물체 또는 손가락을 통하여 햅틱 피드백을 느낄 수 있다.

터치 스크린(52)은 나선 스프링, 판 스프링, 굴곡부 또는 컴플리언트 재료 (거품, 고무 등)와 같은 1 이상의 스프링 또는 컴플리언트 소자로 장치(50)의 하우징(54)에 연결되어, 대략 z축을 따라 스크린이 움직이게 하여 이로써 햅틱 피드백을 제공할 수 있다. 스크린은 이하에서 설명하는 적절한 실시예와 유사한 사이드-투-사이드(side-to-side)(x 및/또는 y) 움직임을 가능하게 하는 굴곡부 또는 다른 연결도 구비할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따라서 설명하는 모든 실시예에 사용하기에 적당한 햅틱 피드백 시스템을 도시한 블록도이다. 햅틱 피드백 시스템은 호스트 컴퓨터 시스템(74) 및 인터페이스 장치(72)를 포함한다.

호스트 컴퓨터 시스템(74)은 바람직하게는 호스트 마이크로프로세서(100), 클록(102), 디스플레이 스크린(76) 및 오디오출력 장치(104)를 포함한다. 호스트 컴퓨터는 또한 랜덤 액세스 메모리(RAM), 리드 온리 메모리(ROM) 및 입/출력(I/O) 전자장비(도시하지 않음)와 같이 다른 널리 알려진 구성요소를 포함한다.

상술한 바와 같이 호스트 컴퓨터(74)는 랩톱 컴퓨터와 같은 퍼스널 컴퓨터일 수 있으며, 이는 임의의 널리 알려진 운영체제에서 동작할 수 있다. 또한, 호스트 컴퓨터 시스템(74)은 Nintendo, Sega, Sony 또는 Microsoft의 시스템과 같이 일반적으로 텔레비전 세트 또는 다른 디스플레이에 접속된 다양한 홈 비디오 게임 콘솔 시스템 중 어느 하나일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 호스트 컴퓨터(74)는 기기, "셋톱 박스", 또는 사용자가 입력을 제공할 수 있는 다른 전자 장치일 수 있다. 컴퓨터(74)는 PDA와 같은 휴대용, 포켓용 컴퓨터(hand-held computer)일 수 있고, 또는 비히클 컴퓨터(vehicle computer), 스탠드업 아케이드 컴퓨터, 워크스 테이션 등일 수 있다.

호스트 컴퓨터(74)는 바람직하게는 햅틱 피드백 기능을 포함하는 인터페이스 장치(72)를 통하여 사용자가 상호 작용하는 호스트 어플리케이션 프로그램을 구현한다. 예를 들어, 호스트 어플리케이션 프로그램은 비디오 게임, 워드 프로세서 또는 스프레드 시트, HTML 또는 VRML 명령을 실행하는 브라우저 또는 웹 페이지, 과학 분석 프로그램, 영화 플레이어, 가상 현실 훈련 프로그램 또는 어플리케이션, 또는 마우스(12)의 입력을 사용하고 장치(72)로 햅틱 피드백 명령을 출력하는 다른 어플리케이션 프로그램일 수 있다. 여기서, 단순화를 위하여 Windows™, MS-DOS, MacOS, Unix, Palm OS 등과 같은 운영 체제는 "어플리케이션 프로그램"이라 한다. 여기서, 컴퓨터(74)는 그래픽 사용자 인터페이스, 게임, 시뮬레이션 또는 다른 시각적 환경일 수 있는 "그래픽 환경"을 제공할 수 있으며, 아이콘, 윈도우, 게임 객체와 같은 그래픽 객체를 포함할 수 있다. 그러한 소프트웨어와 컴퓨터 입출력(I/O) 장치로 인터페이싱하는 적절한 소프트웨어 드라이버는 캘리포니아 산호세의 Immersion Corporation의 것이 있다.

디스플레이 장치(76)는 호스트 컴퓨터(74)에 포함될 수 있으며, 표준 디스플레이 스크린(LCD, CRT, 플라즈마, 플랫 패널 등), 3-D 고글, 또는 다른 시각적 출력 장치일 수 있다. 스피커와 같은 음성 출력 장치(104)는 사용자에게 음성 출력을 제공하기 위하여 호스트 마이크로프로세서(100)에 연결되어 있는 것이 바람직하다. 저장 장치(하드 디스크 드라이브, CD ROM 드라이브, 플로피 디스크 드라이브 등), 다른 입출력 장치 등의 다른 유형의 주변 장치가 호스트 프로세서에 연결될 수도 있다.

인터페이스 장치(72)는 버스(80)로 컴퓨터(74)로 연결되며, 이는 장치(72)와 컴퓨터(74) 사이에서의 신호를 통신하고 몇몇 실시예에 있어서는 장치(72)에 전력을 공급할 수도 있다. 다른 실시예에서, 신호는 무선 송신/수신에 의하여 장치(72)와 컴퓨터(74) 사이에서 전송될 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 액추에이터의 전원은 커패시터 또는 1 이상의 배터리와 같이 장치에 제공되는 전원 저장 장치에 의하여 보충되거나, 단독으로 공급될 수 있다. 버스(80)는 호스트(74)와 장치(72) 사이에서 어느 방향으로나 신호를 전송하는 2방향성일 수 있다. 버스(80)는 RS232 직렬 인터페이스, RS-422, 범용 직렬 버스(USB), MIDI 또는 본 기술에 능통한 사람들에게 널리 알려진 다른 프로토콜과 같은 직렬 인터페이스 버스일 수 있다; 또는 병렬 버스 또는 무선 링크일 수도 있다.

장치(72)는 고유의 하우징을 갖는 호스트(74)와는 별도의 장치일 수 있고, 도 1의 랩톱 컴퓨터에서와 같이 호스트 컴퓨터 하우징에 통합될 수도 있다. 장치(72)는 전용 로컬 프로세서(110)를 포함하거나 조합될 수 있다. 프로세서(110)는 장치(12)로 로컬하다고 하며, 여기서 "로컬"이란 호스트 컴퓨터 시스템(14)의 임의의 호스트 프로세서로부터 분리된 프로세서인 프로세서(110)를 말한다. "로컬"은 장치(12)의 햅틱 피드백 및 센서 I/O 전용의 프로세서(110)라 할 수 있다. 프로세서(110)는 컴퓨터 호스트(74)로부터 명령 또는 요구를 기다리고, 그 명령 또는 요구를 디코딩하고, 그 명령 또는 요구에 따른 입력 및 출력 신호를 다루거나 컨트롤하는 소프트웨어 명령어(예컨대, 펌웨어)를 구비할 수 있다. 또한, 프로세 서(110)는 센서 신호의 판독 및 센서 신호, 시간 신호, 그리고 호스트 명령에 따라 선택된 저장되거나 릴레이된 명령으로부터의 적절한 포스의 계산에 의해 호스트 컴퓨터(74)와는 독립적으로 동작할 수 있다. 로컬 프로세서(110)로 사용하기에 적절한 마이크로프로세서는 "Immersion Touchsense Processor"와 같은 정교한 포스 피드백 프로세서뿐만 아니라 하단 마이크로프로세서를 포함한다. 프로세서(110)는 하나의 마이크로프로세서 칩, 복수의 프로세서 및/또는 보조 프로세서 칩, 디지털 신호 프로세서(DSP), 및/또는 논리, 상태 머신, ASIC 등을 포함할 수 있다.

프로세서(110)는 센서(112)로부터 신호를 수신하여 호스트 컴퓨터(74)에 의해 버스(80)를 통해 제공되는 명령에 따라 액추에이터(88)로 신호를 제공한다. 예를 들어, 로컬 컨트롤 실시예에 있어서, 호스트 컴퓨터(74)는 버스(20)를 통해 프로세서(110)로 높은 수준의 감독 명령(촉감을 나타내는 1 이상의 파라미터 및 명령 식별자)을 제공하고, 프로세서(110)는 그 명령을 디코딩하고, 호스트 컴퓨터(74)와 독립하여 높은 수준의 명령에 따라 센서 및 액추에이터로의 낮은 레벨의 포트 컨트롤 루프를 관리한다. 이 동작은 미국 특허 제 5,734,373호에 상세히 설명되어 있다. 호스트 컨트롤 루프에 있어서, 포스 명령은 호스트 컴퓨터로부터 프로세서(110)로 출력되고, 프로세서가 정해진 특성을 갖는 포스 또는 포스 감각을 출력하도록 지시한다. 로컬 프로세서(110)는 호스트 컴퓨터로 1 이상의 제공된 자유도에서 장치의 위치를 설명하는 위치 데이터 등의, 데이터를 보고한다. 데이터는 버튼, 스위치 등의 상태를 설명할 수도 있다. 호스트 컴퓨터는 실행된 프로그램을 업데이트하기 위하여 위치 데이터를 사용할 수 있다. 로컬 컨트롤 루프에 있어서, 액추에이터 신호는 프로세서(110)로부터 액추에이터(88)로 제공되고, 센서 신호는 센서(112) 및 다른 입력 장치(118)로부터 프로세서(110)에 제공될 수 있다. 여기서, "촉감(tactile sensation)"이라는 용어는 감각을 사용자에게 제공하는 액추에이터(18)에 의하여 출력된 일련의 포스 또는 신호 포스를 말한다. 예컨대, 진동, 한번 흔들림(jolt), 또는 텍스츄어 감각(texture sensation)은 모두 촉감으로 볼 수 있다. 프로세서(110)는 다음의 저장된 지시에 의하여 적절한 출력 액추에이터 신호를 결정하기 위하여 입력된 센서 신호를 프로세싱할 수 있다. 프로세서는 사용자 객체로 출력될 포스의 로컬 결정에 있어서 센서 신호를 사용할 수 있으며, 센서 신호로부터 도출되는 위치 데이터를 호스트 컴퓨터로 보고할 수도 있다.

또 다른 실시예에 있어서, 프로세서(110) 대신에 다른 하드웨어가 프로세서(110)와 유사한 기능을 제공하기 위하여 장치(72)에 로컬하게 제공될 수 있다. 예컨대, 정해진 논리를 통합하는 하드웨어 상태 머신이 액추에이터(88)에 신호를 제공하고, 센서(112)로부터 센서 신호를 수신하고, 촉각 신호를 출력하는데 사용될 수 있다.

다른 호스트에 의해 컨트롤되는 실시예에 있어서, 호스트 컴퓨터(74)는 낮은 레벨의 포스 명령을 버스(20)를 통해 제공할 수 있고, 이 명령은 프로세서(110) 또는 프로세서(110)가 없다면 다른 회로를 통해 액추에이터(18)로 직접 송신될 수 있다. 따라서 호스트 컴퓨터(14)는 장치(72)와의 모든 신호를 직접 컨트롤하고 프로세싱한다. 예를 들면, 호스트 컴퓨터는 액추에이터(88)에 의해 출력되는 포스를 직접 컨트롤하고, 센서(112) 및 입력 장치(118)로부터의 센서 신호를 직접 수신한 다. 다른 실시예는 몇몇 유형의 포스(예컨대 폐 루프 효과(closed loop effect))가 로컬 마이크로프로세서에 의하여 순수하게 컨트롤되는 "하이브리드" 조직을 사용할 수 있고, 다른 유형의 효과(예컨대 개 루프 효과)가 호스트에 의해 컨트롤될 수도 있다.

RAM 및/또는 ROM과 같은 로컬 메모리(122)는 프로세서(110)에 대한 지시, 임시값 및 다른 데이터를 저장하기 위하여 장치(72)의 프로세서(110)에 연결되는 것이 바람직하다. 메모리(122)가 프로세서(110)가 더 포함되거나 대신하여 포함될 수도 있다. 또한, 로컬 클록(124)은 타이밍 데이터를 제공하기 위하여 프로세서(110)에 연결될 수 있다.

센서(112)는 원하는 자유도로 위치 또는 움직임(예컨대 터치패드상의 물체)을 감지하고, 위치 또는 움직임을 나타내는 정보를 포함하는 신호를 프로세서(110)(또는 호스트(74))로 제공한다. 움직임을 검출하기에 적절한 센서는 터치패드의 용량성 또는 저항성 센서, 터치 스크린의 접촉 센서 등을 포함한다. 다른 유형의 센서가 사용될 수도 있다. 선택적인 센서 인터페이스(114)는 센서 신호를 프로세서(110) 및/또는 호스트 컴퓨터 시스템(14)에 의해 해석될 수 있는 신호로 변환하기 위하여 사용될 수 있다.

액추에이터(88)는 프로세서(110) 및/또는 호스트 컴퓨터(14)로부터 수신된 신호에 응답하여 하우징, 조작기(manipulandum), 버튼 또는 장치(72)의 다른 부분에 포스를 보낸다. 장치(72)는 바람직하게는 장치(72)(또는 이와 같은 구성요소)에서의 포스 및 사용자로의 햅틱 감각을 생성하도록 동작하는 1 이상의 액추에이터 를 포함한다. 액추에이터는 "컴퓨터로 컨트롤"되며, 예컨대, 액추에이터로부터의 포스 출력은 궁극적으로 마이크로프로세서, ASIC 등과 같은 컨트롤러로부터 생성하는 신호에 의하여 컨트롤된다. 회전 직류 모터, 음성 코일 액추에이터, 움직이는 자석 액추에이터, E 코어 액추에이터, 압축공기/수력 액추에이터, 솔레노이드, 스피커 음성 코일, 압전형 액추에이터, 수동 액추에이터(브레이크) 등을 포함하는 많은 유형의 액추에이터가 사용될 수 있다. 몇몇 바람직한 액추에이터 유형에 대하여 아래에서 설명한다. 액추에이터 인터페이스(116)는 프로세서(110)로부터의 신호를 액추에이터(88)로 유도하기에 적당한 신호로 변환하기 위하여 액추에이터(88)와 프로세서(110) 사이에 선택적으로 접속될 수 있다. 인터페이스(116)는 전력 증폭기, 스위치, 디지털-아날로그 컨트롤러(DAC), 아날로그-디지털 컨트롤러(ADC), 및 본 기술분야에서 능통한 사람들에게 널리 알려진 다른 구성요소를 포함할 수 있다.

여기서의 몇몇 구현 예에 있어서, 액추에이터는 짧은 기간의 포스 감각을 장치의 하우징 또는 조작기나 관성 질량(inertial mass)을 움직여서 가할 수 있다. 이 짧은 기간의 포스 감각은 "펄스"로서 설명할 수 있다. "펄스"는 몇몇 실시예에 있어서 실질적으로 특정 방향을 따라 전달될 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, "펄스"의 크기가 컨트롤될 수 있다; "펄스"의 감지가 컨트롤될 수 있다; "주기적 포스 감각"이 가해질 수 있으며, 이는 크기 및 주파수를 가질 수 있다. 예컨대, 주기적 감각은 사인파, 사각파, 위쪽으로의 톱니파, 아래쪽으로의 톱니파 및 삼각파 중에서 선택될 수 있다; 포락선(envelope)이 주기 신호에 가해질 수 있으며, 시간 에 따라 크기가 변화할 수 있다. 파의 형태는 호스트로부터 장치로 "스트리밍"되거나 크기, 주파수 및 기간과 같은 파라미터를 포함하는 높은 레벨의 명령을 통하여 운반될 수 있다.

다른 입력 장치(118)는 장치(72)에 포함될 수 있으며, 이는 사용자에 의하여 조작될 때에 프로세서(110) 또는 호스트(74)로 입력 신호를 전송할 수 있다. 이러한 입력 장치는 버튼, 다이얼, 스위치, 스크롤 휠, 손잡이 또는 다른 컨트롤이나 메커니즘을 포함할 수 있다. 전원(120)은 액추에이터에 전기 전력을 제공하기 위하여 액추에이터 인터페이스(116) 및/또는 액추에이터(18)로 연결된 장치(72)에 선택적으로 포함될 수 있다. 또한, 전력은 장치(72)로부터 분리된 전원으로부터 끌어올 수 있거나, 버스(80)를 통하여 수신될 수 있다. 또한, 수신된 전력은 장치(72)(및/또는 호스트(74))에 의하여 저장 및 조절될 수 있으며, 따라서 액추에이터(88)를 구동하여야 할 때에 사용되거나 추가 방식으로 사용될 수 있다.

인터페이스 장치(12)는 다양한 유형 중 어느 것일 수도 있다; 여러 실시예에 대해서는 후술한다. 여기에서 설명하는 터치패드 또는 터치 스크린은 게임 패드, 조이스틱, 스티어링 휠, 터치패드, 구형 컨트롤러, 손가락 패드, 손잡이, 트랙볼, 원격 컨트롤 장치, 셀 폰, 개인 휴대 정보 단말기 등의 다양한 유형의 장치에 제공될 수 있다.

구체적 실시예

본 발명은 랩톱 컴퓨터 또는 다른 휴대용 계산 장치의 사용자 및/또는 터치패드나 유사 입력 장치를 구비한 임의의 계산 장치의 사용자에게 피드백이 제공되 는 다양한 실시예를 제시한다.

몇몇 실시예는 사용자의 손가락이 터치패드에 접촉했을 때 손가락 피부를 변위시키는 것에 기초한다. 이러한 실시예는 사용자 손가락 끝에서 입력과 출력간의 좋은 상관성(correlation)을 제공하는 한 높은 충실도의 감각을 보낸다. 어떤 평행 이동 실시예를 구동하기 위하여 액추에이터 및 연동 장치 솔루션에 대하여 설명한다. 다른 실시예는 일반적으로 랩톱 컴퓨터(10)와 접촉하는 사용자의 팜 표면의 자극에 기초한다. 이러한 표면은 팜 표면의 평행 이동 또는 관성적으로 연결된 포스에 기초하여 햅틱 감각을 제공할 수 있다. 터치패드 또는 랩톱의 상부 표면의 면에서의 표면의 평행 이동(즉, X 및/또는 Y 축 방향)은 Z축(터치패드 또는 랩톱 상부 표면에 수직)으로의 진동 또는 변위와 같이 햅틱 정보를 전달할 때에 효과적이다. 이는 랩톱의 부피 제한을 고려할 경우 중요할 수 있다.

여기서 설명하는 많은 실시예에 있어서, 사용자의 접촉이 터치 입력 장치에 의하여 검출된다는 것도 유용하다. 햅틱 피드백은 사용자가 터치 장치에 접촉할 때에만 출력될 필요가 있으므로, 이 검출은 물체가 터치 입력 장치에 접촉하여 있지 않은 때에는 촉각 피드백이 중단(액추에이터 "전원 꺼짐")되게 할 수 있다. 로컬 터치 장치 마이크로프로세서(또는 유사 회로)가 컴퓨터에서 사용되고 있는 경우, 사용자 접촉이 감지되지 않는 때에는 이러한 마이크로프로세서는 액추에이터 출력을 끌 수 있다. 따라서 재차 접촉이 검출되어 액추에이터 출력이 다시 개시될 때까지 호스트 프로세서의 추가적인 계산의 부담을 덜 수 있다.

많은 바람직한 실시예에 있어서, 햅틱은 사용자로 하여금 랩톱을 컨트롤하는 방법을 학습하도록 강요하지 않고, 햅틱 컨텐츠를 제공하기 위하여 제작자로 하여금 현재의 설계와 많이 다른 설계 및 제작을 하도록 강요하지 않는 방법으로 랩톱 컴퓨터 또는 다른 장치에 추가될 수 있다. 예를 들어, 랩톱 실시예에 있어서, 사용자가가 그 손가락을 터치패드에서 움직이면, 랩톱 스크린에 디스플레이된 커서는 이에 따라 움직인다. 햅틱 효과는 커서가 그래픽 객체 또는 영역에 있을 때, 이벤트가 발생했을 때 등에 사용자에 의하여 접촉된 터치패드 또는 다른 랩톱 구성요소로 출력될 수 있다. 다른 어플리케이션에 있어서, 랩톱에서 실행하고 있는 게임 또는 다른 어플리케이션에서 이벤트 또는 상호 작용(interaction)이 발생한 때에 햅틱 효과가 출력될 수 있다. 많은 유형의 액추에이터, 센서, 연계(linkage), 증폭 송신(amplification transmission) 등이 본 발명과 함께 사용될 수 있다.

현재 제작되는 터치패드 표면은 전형적으로 랩톱에서 터치패드를 동작하고 접속하기 위해 필요한 전자 부품 및 표준 접속을 포함하는 인쇄 회로 기판(PCB)에 연결되어 있다. 따라서, 포스가 터치패드에 가해질 때에 이들은 예컨대 터치패드 아래와 같이 터치패드에 종종 직접 연결되어 있는 PCB에 가해진다.

여기서의 실시예는 특정 가이드라인 및 특성에 따라 설계된다. 예를 들어, 어떤 실시예에서는 강제하는 것으로 느껴지는 특정 햅틱 경험, 촉각 컨텐츠가 물리적으로 위치하거나 포커싱된 위치, 터치패드 상의 사용자의 손가락의 지시를 포함한 손가락의 바로 아래로 나타나거나 랩톱의 케이스/하우징의 어딘가에 생성될 수 있는 햅틱 피드백의 공간적 상관성, 예컨대 강제적인 피드백을 위하여 요구되는 포스 강도 및 전력, 사용자가 장치와 상호 작용하는 방법, 피드백의 질 및 내용에 따 른 효과(손가락 접촉 각도 등), 랩톱 형태, 팩터/하우징으로 맞추어진 액추에이터 및 메커니즘 중 어느 것이 가장 바람직한지 등을 고려한다.

바람직하게는, Immersion Corp의 TouchSense 소프트웨어와 같은 현재의 햅틱 피드백 소프트웨어 및 드라이버가 여기서 설명한 실시예에 사용될 수 있다. 특정 터치패드와 같이 PDA, 랩톱, 셀룰러 폰 및 리모콘 등의 많은 다른 유형의 제품에서 동작하는 표준화된 모듈이 바람직하다.

이 독창적인 실시예의 초점은 운동 감각 포스 피드백 실시예가 아닌 촉각 피드백 구현에 주로 맞추어져 있다. 여기서 설명하는 바와 같이 본 발명에 적용되는 2가지 기본 유형의 촉각 피드백이 있다: 관성 햅틱 피드백 및 이동 접촉 햅틱 피드백(moving contact haptic feedback)이다. 관성 피드백은 관성적으로 연결된 진동을 사용하여 생성되고, 하우징/사용자에게 컴플리언트 굴곡부를 통하여 연결된 관성 질량의 움직임에 기초하며, 여기서 질량 운동(mass motion)은 사용자에 의하여 접촉된 표면에서의 관성 진동을 야기한다. 이동 접촉 피드백은 접지(earth ground)의 관점에서 사용자에 대하여 표면 또는 부재를 움직이는 것과 직접 관련되어 있으며, 일반적으로 사용자의 피부의 작은 변위에 의하여 생성된다.

관성과 이동 접촉 피드백의 차이점은 사용자에게 정보를 제공하기 위하여 사용되는 실제 메커니즘에 의하여 생길 수 있다. 관성 및 촉각 시뮬레이션은 모두 손 또는 손가락 조직의 변위를 야기한다; 관성 피드백은 여러 인클로저(enclosure)를 통하여 그 인클로저의 전도 가능성 및 그 인클로저를 유지하는 것의 컴플리언스에 의하여 연결되어 있다. 이동 접촉 피드백은 사용자의 조직을 시 뮬레이션하는 보다 직접적인 메커니즘과 관련된다. 이런 예에는, 손가락 또는 팜 조직을 로컬하게 변형함으로써 감각을 야기하기 위하여 손가락 피부를 뚫고 나가는 촉각 점 또는 표면이 있다. 이 차이점은 이하에서 설명하는 관성 및 표면 이동의 2가지 유형의 실시예를 분류하기 위하여 만들어진다.

여기서 플랫-E(Flat-E)라는 새로운 액추에이터에 대하여 이하에서 설명하며, 여기서의 모든 실시예에서 사용될 수 있으며, 높이가 낮고 전력 효율적이고 높은 품질의 평면 액추에이터 종류를 나타낸다. 플랫-E 액추에이터는 만족스런 성능 레벨을 가지며, 체적을 저감할 수 있고, 랩톱 또는 다른 장치 어플리케이션에서 요구되는 팩터를 형성할 수 있다.

관성 실시예

이러한 실시예는 관성 햅틱 피드백을 사용자에게 주기 위하여 관성 질량을 움직인다. 이는 전형적으로 하우징 또는 다른 표면과 같은 인클로저 또는 메커니즘을 통하여 전송된다. 많은 경우에 있어서, 관성 질량은 진행에 있어서 어떤 표면도 충격을 주지 않지만, 이러한 임팩트는 추가적인 햅틱 효과를 제공하기 위하여 대신 사용될 수 있다.

도 5는 본 발명의 장치의 터치패드 및 하우징에 관성 햅틱 감각을 제공하기 위하여 사용되는 액추에이터 어셈블리의 일 실시예(150)에 관한 사시도이다. 액추에이터 어셈블리(150)는 접지된(grounded) 굴곡부(160) 및 액추에이터(155)를 포함한다. 굴곡부(160)는 플리프로필렌 플라스틱("일상적인(living) 경첩" 재료)과 같은 재료 또는 다른 유연한 재료로 만들어진 일체의 부분일 수 있다. 굴곡부(160) 는 예컨대 "161" 부분에서 장치(12)의 하우징에 안착될 수 있다.

액추에이터(155)는 굴곡부(160)에 연결된다. 액추에이터의 하우징은 도시한 바와 같이 액추에이터(155)를 하우징하는 굴곡부(160)의 용기 부분(receptacle portion)(162)에 연결된다. 액추에이터의 회전 샤프트(164)는 굴곡부(160)의 구멍(165)에서 굴곡부(160)에 연결되고 중앙 회전 부재(170)에 단단히 연결된다. 액추에이터의 회전 샤프트(164)는 축 A에 대하여 회전되고, 이는 또한 부재(170)를 A축에 대하여 회전시킨다. 회전 부재(170)는 각진 부재(angled member)(171)의 제1 부분에 굴곡 접합(174)으로 연결된다. 굴곡 접합(174)은 아주 얇게 만들어져 있으므로 굴곡 접합(174)은 회전 부분(170)이 제1 부분(172a)을 거의 선형으로 움직일 때 휠 것이다. 제1 부분(172a)은 굴곡부의 접지된 부분(180)에 굴곡 접합(178)으로 연결되고, 제1 부분(172a)은 각진 부재의 제2 부분(172b)에 굴곡 접합으로 연결된다. 제2 부분(172b)의 반대쪽은 굴곡부의 용기 부분(162)에 굴곡 접합(184)으로 연결된다.

제1 부분(172a) 및 제2 부분(172b)을 포함하는 각진 부재(171)는 화살표(176)로 도시한 것과 같이 x축에 따라 선형적으로 움직인다. 실제로는, "172a" 및 "172b" 부분만 거의 선형적으로 움직인다. 굴곡부가 그 본래의 위치(휴지 위치)에 있을 때, "172a" 및 "172b" 부분은 세로 축에 대하여 도시한 것과 같이 각을 이루고 있는 것이 바람직하다. 이는 회전 부재(170)가 화살표(176)로 표시한 양 방향에 따라 각진 부재(171)를 밀거나 당기게 할 수 있다.

액추에이터(155)는 회전 부재(170)를 두 방향으로 구동할 때 회전 범위의 일 부에서만 동작하며, 광대역 동작 및 고주파 펄스 또는 진동이 출력될 수 있게 한다. 굴곡 접합(192)은 용기 부분(162) 과 접지된 부분(180) 사이의 굴곡 부분에 제공된다. 굴곡 접합(192)은 (액추에이터(155), 회전 부재(170), 및 제2 부분(172b) 외에도) 용기 부분(162)이 "172a" 및 "172b" 부분의 움직임에 응답하여 z축으로 거의 선형적으로 움직일 수 있게 한다. 굴곡 접합(190)은 각진 부재(171)의 제1 부분 "172a"에 제공되어, 굴곡 접합(192)에 대하여 z방향의 굴곡이 보다 용이하게 발생할 수 있게 한다.

액추에이터 샤프트(164)의 회전 방향을 신속하게 변화시킴으로써, 액추에이터/용기가 z축에 따라 진동하도록 만들어질 수 있으며, 관성 질량으로서 동작하는 액추에이터(155)와 함께 하우징에서 진동을 생성할 수 있다. 또한, 굴곡 접합(192)과 같은 굴곡부(160)에 포함되는 굴곡 접합은 액추에이터(155)의 본래 위치(휴지 위치) 및 용기 부분(172)을 향하여 포스의 반환을 제공하기 위하여 스프링 부재로서 동작한다. 몇몇 실시예에 있어서, 용기 부분(122) 및 액추에이터(155)의 움직임을 제한하기 위하여 굴곡부(160)에 정지구(stop)가 포함될 수 있다.

다른 실시예는 액추에이터 자체 대신에 별도의 관성 질량을 움직이는 굴곡부와 같이 관성 감각을 제공하는 다른 유형의 액추에이터 어셈블리를 제공할 수 있다. 또는, 액추에이터의 회전 샤프트에 연결된 편심 질량은 하우징에 회전 관성 촉감을 제공하기 위하여 진동될 수 있다. 편심 질량은 단방향 또는 양방향으로 구동될 수 있다. 선형 음성 코일 액추에이터, 솔레노이드, 이동 자석 액추에이터 등과 같은 다른 유형의 액추에이터 어셈블리가 사용될 수도 있다.

일 실시예에 있어서, 상술한 것과 같은 액추에이터 어셈블리는 랩톱 하우징 또는 다른 장치 하우징의 임의의 다양한 위치에 연결될 수 있으며, 분리되어 장착된 액추에이터 모듈에 의하여 제품 하우징을 통한 진동 전송에 따라 하우징의 부품을 진동시키는데 사용될 수 있다. 액추에이터 어셈블리는 관성 질량이 진동할 때에 관성 햅틱 피드백을 제공하기 위하여 랩톱 하우징 또는 구성요소의 다른 영역에 부착될 수 있다.

사용자의 경험은 랩톱에서의 액추에이터 어셈블리의 정확한 위치 및 출력되는 다른 촉각 효과에 따라 변화할 수 있다. 액추에이터 어셈블리의 연결을 위한 위치는 하부, 측면, 또는 전면 하우징, 장치가 동작할 때 사용자의 팜에 의하여 약속된 표면, 터치패드 또는 터치 스크린에 인접하거나 이에 연결된 영역을 포함한다. 효과적인 위치는 터치패드 자체일 수 있다(예컨대, 액추에이터 어셈블리의 터치패드 하부로의 연결). 몇몇 실시예에 있어서, 터치패드가 사각형인 경우, 더 많은 컴플리언스가 터치패드의 긴 방향 축을 따라서 이루어질 수 있다.

일반적으로 햅틱 내용은 액추에이터 어셈블리를 랩톱의 위치에 부착시킴으로써 제한된 주파수 범위에 걸쳐서 사용자에 의하여 수신될 수 있다. 진동을 전송하기 위하여 가장 효과적인 특정 위치는 예컨대 실험에 의하여 결정될 수 있다.

많은 경우에 있어서, 여러 유형의 햅틱 효과의 출력은 사용자에게 약하거나 불분명할 수 있고, 현저하게 높은 주파수를 갖는 효과가 더 인지할 수 있을 수 있다. 이 실시예를 위한 효과적인 촉각 효과 중 하나는 비교적 높은 주파수의 "울림(ringing)" 효과이다. 랩톱 케이스 및 터치패드에서의 공명 진동(sympathetic vibration)은 이 진동을 증폭할 수 있다. 일정한 이상적인 주파수에서 공진하도록 설계된 액추에이터는 진폭 변조 기술에 의하여 넓은 주파수 스펙트럼을 나타내도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 강제적인 25㎐ 사각파는 큰 압전형 세라믹 공진기(도 8a-8b 참조)와 같은 튜닝된 공진 액추에이터에서 생성된 250㎐자연 주파수를 변조시킴으로써 생성될 수 있다. 그러한 변조 설계는 그것이 있는 환경 및 그것이 구동하여야 하는 객체에 맞춰진 액추에이터에 의존할 수 있다. 몇몇 유형의 진동 격리 시스템은 몇몇 실시예에 있어서, 에너지가 랩톱 또는 다른 장치의 다른 부분에서 공진 모드로 발산하게 하는 것과는 반대로 햅틱 모듈에 한정된 에너지를 유지하기 위하여 사용될 수 있다.

도 6은 다른 실시예에 관한 사시도로서, 여기서 터치패드 모듈은 컴플리언트 보조 구조에 달려 있으며, 하모닉 소스에 연결되어 Z축에 따라 진동할 수 있다. 이 예에서, 터치패드(200)는 터치패드 표면을 Z축으로 움직이는 액추에이터 어셈블리(202)와 함께 터치패드의 표면에 수직으로 움직일 수 있다. 터치패드는 폼(foam), 고무 또는 다른 컴플리언트 재료의 층 또는 받침(support)으로 랩톱 하우징(204)에 연결될 수 있으며, 도 6에 도시한 바와 같이 터치패드(200)와 하우징(204) 사이에 터치패드의 주변으로 폼의 스트립(206)이 구비되어 있다. 액추에이터 어셈블리(202)는 터치패드 어셈블리의 하부(또는 다른 위치)에 연결될 수 있으며, 이로써 관성 질량이 진동할 때 그 진동이 터치패드에 전달되고, 랩톱 하우징(204)에 대하여 Z 방향으로 움직이게 한다. 예를 들어, 액추에이터 어셈블리는 터치패드 PCB 하부에 직접 본딩될 수 있다. 터치패드 모듈을 Z축에 대하여 단순히 움직이는 것과는 달리, 터치패드 및 베젤(bezel; 터치패드를 둘러싼 표면)의 부유성 어셈블리(floating assembly)가 대신 움직일 수도 있다.

다른 실시예에 있어서, 자립형 터치패드 장치(stand-alone touchpad device)가 사용될 수 있는데, 여기서 터치패드는 별도의 하우징에 하우징되고, 랩톱 또는 다른 장치와 와이어 또는 전송을 통해 통신한다. 일 실시예에 있어서, 자립형 터치패드 장치는 패드에 연결된 액추에이터 어셈블리와 함께 팜 패드에 부속될 수 있다. 액추에이터 어셈블리의 관성 질량이 진동할 때에, 관성 감각이 부재를 통하여 터치패드로 전송된다. 즉, 이는 액추에이터 어셈블리로부터 터치패드 표면으로의 관성 커플링을 효과적으로 제공한다. 폼 층(또는 다른 컴플리언트 층)이 컴플리언스를 제공하고 패드 및 터치패드가 관성적으로 움직이도록 터치패드와 접지 사이에 연결될 수 있다. 이 실시예는 더 강한 감각을 출력할 수 있는 폼의 컴플리언스 때문에 액추에이터 어셈블리가 랩톱 주변 또는 빌트인(built-in) 터치패드에 장착된 실시예보다 더 강제적인 느낌을 받을 수 있다.

전체 터치패드는 하나의 일체 부재로서 햅틱 감각을 구비할 수 있다; 또는 다른 실시예에서는 패드의 개별적으로 움직이는 부분이 각각 햅틱 피드백 액추에이터를 구비하고 전송과 관련될 수 있으며, 햅틱 감각이 특정 부분에만 제공되도록 할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예는 구부려지거나 터치패드의 다른 부분에 대하여 움직여지는 다른 부분을 구비한 터치패드를 포함할 수 있다.

또 다른 실시예에 있어서, 터치패드 주변 또는 인접한 표면은 하모닉 진동 소스(예컨대 액추에이터 어셈블리)에 연결되고, 1 이상의 축 방향으로 진동한다. 예를 들어 팜 휴지 표면은 랩톱에 하우징된 관성 액추에이터 어셈블리에 의하여 구동될 수 있다. 도 7은 관성적으로 구동된 팜 휴지 표면의 일 예에 관한 사시도이다. 랩톱 컴퓨터(210)는 전형적인 터치패드와 유시한 기능을 하는 터치패드(212)를 포함한다. 팜 휴지 표면(214)은 터치패드(212)에 인접하여 위치하며, 표면(214)은 유연한 오픈 셀 폼(open cell foam) 또는 다른 컴플리언트 재료의 층위에 랩톱 하우징으로 부속될 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 표면(214)은 사용자에 의하여 표면으로 보다 강한 접촉을 가능하게 하기 위하여 디봇(divot) 및/또는 범프(bump)로 텍스츄어링 될 수 있다. 액추에이터 어셈블리(216)는 팜 휴지 표면(214)에 연결된다; 도시한 실시예에 있어서, 어셈블리(216)는 표면(214)의 아래에 연결된다. 어셈블리는 상술한 액추에이터 어셈블리 중 어느 것이어도 좋다. 예를 들어 액추에이터 어셈블리(216)는 팜 휴지 표면(214)으로 z축 진동을 제공할 수 있다.

사용자는 지시 손가락(pointing finger)으로 터치패드(212)를 사용하는 동한 팜 및/또는 손가락을 팜 휴지 표면(214)에 놓고 쉬는 것이 바람직하다. 따라서 사용자는 터치패드가 동작하는 동안 팜 휴지 표면을 통하여 햅틱 감각을 느낄 수 있다. 또한, 사용자의 한 쪽 손은 팜 표면(214)에 놓고 쉬며 햅틱 피드백을 감지하는 동안 다른 한 손은 터치패드로 지시하고 이를 동작하는데 사용된다. 팜 표면은 실질적으로 불가피한 접촉 표면으로서 구현되고, 따라서 사용자는 터치패드를 사용하는 동안 아주 많은 햅틱 이벤트를 놓치지 않을 것이다. 몇몇 실시예에 있어서, 사용자가 표면에 얼마나 세게 팜을 놓는가에 의해, 유용한 이동 범위에 걸친 지각 되는 크기에 있어서 약간의 차이를 만들 수 있으며, 그 결과는 사용되는 특정 장치의 견고함 및 질량일 수 있다. 팜 표면과 하우징의 연결의 견고함은 다른 실시예에서는 특정 느낌으로 조절될 수 있다.

관련 실시예에 있어서, 액추에이터 어셈블리는 다른 영역에 장착될 수 있다. 예를 들어, 액추에이터 어셈블리는 유연한 오픈 셀 폼 또는 다른 컴플리언트 재료 층에 장착된 텍스츄어링된 재료로 만들어진 팜 휴지 표면의 확장부의 아래에 부착될 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 팜 표면은 후술하는 터치패드 평행 이동과 유사하게 X 및/또는 Y 방향으로 평행 이동될 수 있다. 관성 액추에이터 어셈블리는 평행 이동을 강요하기 위하여 사용될 수 있으며, 또는 예를 들어 의도하지 않은 하드 스톱 제한 왜곡(hard stop limiting distortion)을 피하기 위하여 평행 이동 모드에서 높은 견고성과 높은 액추에이터 권한을 갖는 다른 유형의 액추에이터가 사용될 수도 있다. 평행 이동하는 팜 표면은 평면 액추에이터에 있어서 적절할 수 있으므로, 어셈블리는 랩톱 하우징에 통합될 수 있다; 평면 액추에이터에 대해서는 후술한다.

도 8a는 본 발명에 따른 관성 햅틱 피드백 장치의 또 다른 실시예에서 사용될 수 있는 액추에이터에 관한 사시도이다. 이 실시예에 있어서, 기계적으로 터치패드에 연결된 높은 주파수의 기계적 오실레이터가 조절된다. 그러한 구현의 일 예는 큰 직경의 상업적으로 사용 가능한 예컨대, 주변에서 지원될 때 직경 60㎜, 자연 주파수 300에서 400㎐인 얇은 압전형 변환기(piezoelectric transducer)(230) 이다. 압전형 변환기는 바람직하게는 금속의 얇은 격막(diaphragm)(시트)(231)을 포함한다. 일 실시예는 진동 매스로부터 더 강한 관성 촉감을 얻도록 관성 질량을 추가하고 자연 주파수를 낮추기 위하여 압전형 격막의 세라믹 중앙에 추가 질량(232)을 포함할 수 있다. 변환기(230)의 바깥 둘레는 접지될 수 있고, 질량(232)은 변환기가 부속된 하우징으로 관성 햅틱 감각을 생성하기 위하여 디스크 표면에 수직하게 진동할 수 있다.

액추에이터(230)는 이것이 부속된 랩톱의 부품 또는 손으로 감각을 전송하는, 비교적 높은 주파수에서 동작하는 하모닉 오셀레이터로서 기능할 수 있다. 진폭 변조(포락선 컨트롤(envelope control))가 단일 기초 드럼 모드(single fundamental drum mode)보다 넓은 햅틱 스펙트럼을 생성하는데 사용될 수 있다. 큰 직경의 압전형 드라이버가 사용 가능하며, 예컨대 대만의 Kingstate의 것이 있다. 다른 크기의 디스크가 사용될 수도 있다.

원하는 햅틱 감각을 제공하기 위하여, 큰 압전형 변환기 또는 "부저(buzzer)"는 질량의 큰 지지 가능한 이동(가속)을 제공하여야 하고, 캐리어 주파수(진동하는 주파수)는 햅틱 신호로 변조되어야 한다. 이 유형의 액추에이터를 동작시키기 위하여 몇몇 전자부품이 필요할 수 있다. 높은 전압 공급은 5볼트로부터 생성될 수 있다. 예컨대 자기 여기(self exciting)와 같은 진동 회로가 이 소자를 구동할 수 있다. 출력의 진폭의 변조를 가능하게 하기 위하여 균형 잡힌 컨트롤(proportional control)뿐만 아니라 진동을 개시하거나 진동하는 게이팅 특성이 있을 수 있다. 올 디지털 구현은 오실레이터를 온, 오프 시킴으로써 제공될 수 있 다.

도 8b는 햅틱 피드백을 제공하는 압전형 변환기의 또 다른 실시예(234)에 관한 측면도이다. 여기서 변환기는 (관성이 아닌) 진동을 직접 터치패드(또는 터치 스크린)로 z축을 따라서 가한다. 랩톱 또는 다른 장치의 하우징(236)은 터치패드 부재(238)를 덮는 베젤을 포함하는데, 사용자는 입력을 컴퓨터 또는 프로세서로 제공하기 위하여 물리적으로 이것에 접촉한다. 터치패드 부재(238)는 터치패드와 다른 전자 구성요소를 인터페이싱하기 위하여 요구되는 전자부품을 포함할 수 있다. 터치패드 부재(238)는 효율적인 햅틱 출력이 가능하도록 선택된 특정 질량을 갖는 간격판(240) 위에 놓일 수 있다. 간격판(240)은 압전형 변환기의 일부인 압전 금속 격막의 가장자리에서 있고, 여기서 전기 리드(241)가 격막(231)과 신호 소스(246) 사이에 연결될 수 있다. 또한 압전형 변환기의 일부인 압전 세라믹 소자(242)는 금속 격막(231)에 연결되고, 전기 리드(243)는 소자(242)와 신호 소스(246) 사이에 연결된다. 도전성 전극이 세라믹 소자(242)에 도금된다. 접촉 패드(248)는 소자(242)와 하부 하우징(250)의 사이에 위치하며, 여기서 접촉 패드는 세라믹 소자(242) 및 하우징(250) 양쪽으로 견고하게 연결된다. 접촉 패드(248)는 격막(231)의 굴곡이 증가하도록 작게 만들어지며, 그 결과 큰 가속과 강한 햅틱 효과를 가져올 수 있다. 하부 하우징(250)은 예컨대 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함할 수 있다. 예컨대, 판 스프링, 나선 스프링 등의 1 이상의 예압된(preloaded) 스프링 소자(252)는 터치패드 부재(238)를 하부 하우징(250)에 연결한다.

동작에 있어서, 신호 소스(246)로부터의 전류가 격막(231) 및 세라믹 소 자(242)를 통하여 흐를 때 압전형 변환기는 z축을 따라 움직인다. 따라서, 간격판(240)은 격막(231)의 가장자리에만 제공되어 격막의 안쪽 부분 및 세라믹 소자(242)가 움직이게 하고, 세라믹 소자는 하부 하우징(250)을 밀어서 격막(231)이 간격판(240)을 밀게 하고, 이는 반대로 터치패드 소자(238)를 민다. 이것은 터치패드 소자를 위로 밀고, 스프링 소자(252)는 터치패드에 스프링 복원력을 제공하여 중립 위치로 돌아간다. 압전형 변환기가 이와 유사하게 반대 방향으로 움직이는 경우, 진동 신호에 의하여 지시된 것과 같이 이는 터치패드 소자(238)를 하부 하우징(250) 방향으로 아래로 움직인다. 터치패드 소자는 따라서 z축을 따라 진동하고, 터치패드 소자를 접촉하는 사용자에게 햅틱 감각을 제공한다.

몇몇 실시예에 있어서, 터치패드 실시예(234)의 구성요소는 보다 효율적인 햅틱 감각을 제공하도록 선택된다. 예를 들어, 압전형 변환기가 기계 시스템(변환기 자체 포함)의 자연 주파수에 근접하여 진동하는 경우, 보다 강한 포스 및 효과적인 햅틱 감각이 출력될 수 있다. 이 이동 기계 시스템의 자연 주파수는 아래와 같이 대략 k1 더하기 k2를 m으로 나눈 값의 루트값으로 나타내어진다.

fn ≒ √(k1+k2/m)

여기서 fn은 자연 주파수이고, k1은 압전형 변환기의 금속 격막(231)의 스프링 상수이고, k2는 스프링 소자(252)의 스프링 상수이며, m은 간격판(240), 터치패드(238), 터치패드에 부속된 서스펜션(버팀대) 부분의 총 질량이다. 스프링 상수뿐만 아니라 이 질랑은 효과적인 햅틱 감각을 야기하는 약 120㎐ 이하의 바람직한 낮은 자연 주파수를 제공하도록 선택된다. 간격판(240)은 예컨대 나란히 위치한 복수의 압전형 변환기가 하부 하우징(250)과 마주보도록 위치할 수 있게 하고, 따라서 터치패드 소자(238)의 특정 위치에 감각을 제공하기 위하여 복수의 변환기는 강한 햅틱 효과와 일치하여 또는 시간을 달리하여 구동될 수 있다.

구동 신호를 제공하는 한가지 방법은 자연 주파수 fn이나 이와 가까운 주파수로 캐리어 신호를 초기 진동시키고, 적절하다면 캐리어 신호를 효과 인벨롭(effect envelope)으로 변조하고(예컨대 원하는 주파수 또는 효과를 제공하기 위하여 원하는 형태로 진폭을 변형함), 변조된 신호로 증폭기를 구동하고, 또한 반대로 압전형 변화기를 구동하는 것이다. 사각파 또는 다른 유형과 달리 이러한 실시예에서 사용되는 사인파 캐리어 신호는 도 8b에서 설명한 실시예에서 더 약한 햅틱 효과를 생성하는 경향이 있는데, 이것이 바람직한 경우가 종종 있다.

다른 실시예에 있어서, 압전형 변환기 및 간격판은 간격판(240)이 하부 하우징(250)과 접촉하도록 오리엔테이션에 있어서 반대로 될 수 있으며, 격막(231)은 간격판(240) 위에 놓이고, 세라믹 소자(242)는 격막의 위에 위치하고, 세라믹 소자는 구동 신호에 의하여 진동될 때 터치패드 부재에 연결된 터치패드 소자(238) 또는 패드에 직접 충격을 줄 수 있다. 또 다른 실시예에 있어서, 세라믹 소자는 터치패드 소자에 직접 연결될 수 있다. 그러나, 이러한 경우에는 일반적으로 덜 강하고 효과적인 햅틱 효과를 가져온다.

표면 평행 이동 실시예

이러한 실시예는 사용자가 접촉하는 표면을 평행 이동시켜 사용자에게 햅틱 피드백을 제공한다. 사용자는 그 피부를 통해 평행 이동하는 표면을 느끼고, 즉각 적인 감각을 만들어낸다. 이 유형의 햅틱 피드백은 고정된 표면과의 상호 작용 없이 면에서의(in-plane) 표면 움직임이나 사용자 손가락 또는 손이 접촉하는 인접 표면간의 관련 움직임에 기초한다. 터치패드 모듈 표면(도 9-12)에 접촉하거나 이에 인접한 표면의 평행 이동, 터치패드 표면 자체의 변위(도 13-14)도 후술할 실시예이며, 어느 어플리케이션에나 사용될 수 있는 액추에이터에 대해서도 설명한다. 미국 특허 제5,184,868호의 이동 표면 발명이 적용될 수도 있다.

인접 표면 사이의 작은(1㎜ 미만) 변위는 손가락 조직에 좋은 신호 전송을 제공한다. 강화된 표면(enhanced surface)은 물리적 표면 텍스츄어(범프, 거칠함 등)를 포함할 수 있으며, 임의의 위치 또는 오리엔테이션의 사용자를 끌기 위하여 변형될 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 작은 측방 평행 이동(.25㎜에서 0.5㎜ 사이의 손가락 끝 아래에서의 변위)은 터치패드 바로 아래에서의 면 밖에서의(out-of-plan)(z축) 진동 또는 원격 관성 진동보다 효과적일 수 있다. 예를 들어, 관성 연결은 몇몇 실시예에서 더 먼 느낌 및 절단된 느낌을 줄 수 있다.

분리 표면 평행 이동(Separate Surface Translation)

터치패드 모듈의 꼭대기에 위치한 별도의 표면 부재를 변위시키는 것은 상관성이 높은 피드백을 제공함에 있어서 효과적이다. 그러한 피드백은 PDA 또는 터치 스크린에서와 같이 투명한 표면이 시각 디스플레이 위에서 평행 이동될 수 있도록 동기화 된 것을 충분히 느끼게 한다. 다른 실시예에서는 터치패드에 인접한 쪽 등으로의 다른 표면의 평행 이동도 수행될 수 있다.

도 9는 제1 분리 표면 평행 이동 실시예(250)에 관한 사시도이며, 터치패드 모듈과 활주 가능하게 접촉하는 얇은 표면은 손가락 밑에서 측면으로 움직인다. 평행 이동 표면 부재("표면")(252)는 고정된 터치패드(254)의 꼭대기에 위치하여 이를 덮는다. 평행 이동 표면(252)에 연결된 확장 부재(256a 및 256b)는 터치패드(254)로부터 x 및 y 방향으로 거의 수직으로 확장될 수 있다. 액추에이터(258a, 258b)는 각각 관련 확장 부재(256a, 256b)에 연결될 수 있다. 설명한 실시예에 있어서, 액추에이터(258)는 관련 확장 부재(256)에 선형 포스를 출력하는 선형 액추에이터이며, 그럼으로써 평행 이동 표면을 출력 포스 방향으로 이동시킨다. 예를 들어, 액추에이터는 "E" 코어 액추에이터일 수 있다. 2개의 폴 자석(pole magnet)은 액추에이터(258b)에서는 강자성 조각(382) 아래에 코일(260)이 있어 보이지 않는다.

활주 표면(252)은 견고한 또는 실질적으로 견고한 재료 중 어느 것이어도 된다; 예를 들어, 캡톤(Kapton)(폴리아미드) 유연성 인쇄 회로 기판 재료가 사용될 수 있다. 확장 부재(256)는 뒤틀림을 방지하기 위하여 보강재 섹션을 포함할 수 있다. 활주 표면(252)은 표면에 접촉하는 사용자의 피부 조직과 결합하는 마찰력을 제공하는 텍스츄어된 표면일 수 있다. 이동 표면(252)의 꼭대기 영역은 접촉하여 거칠다는 느낌 없이 피부에서 작용을 제공하기 위하여 충분히 표면이 거친 텍스츄어를 포함한다. 이동 표면의 아래쪽에서, 낮은 마찰 코팅이 표면(252)과 터치패드(254) 사이에서 활주하도록 포함될 수 있다. 이 아래 쪽 구성요소는 아주 얇으며, 예를 들어 그 두께는 0.010인치(0.25㎜) 미만이다.

사용자는 터치패드(254)처럼 이동 표면(252)을 지시하고 접촉한다. 표 면(252)은 충분히 얇게 만들어져 있으므로 사용자가 표면(252)에서 만지고 있는 위치의 바로 아래의 터치패드의 위치를 만지고 있는 것처럼 터치패드(254)는 사용자의 모든 표면(252) 접촉을 검출할 수 있다.

몇몇 실시예에서 액추에이터는 이동 표면으로부터 비교적 멀리(예컨대 ＞10㎝) 위치할 수 있으며, 이러한 경우에 더 견고한 확장 부재(256)가 가능한 한 작은 마찰 또는 면 밖으로의 움직임으로 장력(tension) 및 압력을 전송할 필요가 있을 수 있다. 예컨대, 유리 또는 탄소의 섬유 적층물이 이 기능을 수행할 수 있다.

몇몇 이동 자석 액추에이터 실시예에 있어서, 얇은 희토류 자석 조각이 이동 자석으로서 작용하기 위하여 이동 표면(252)에 적층될 수 있다. 예컨대, 이동 자석 조각이 두께가 1㎜ 미만이며, "E" 코어 및 코일이 예컨대 터치패드 PCB 자체에 직접 장착된 것과 같이 확장(256)의 말단 세그먼트 아래에 위치한 경우, 높은 수준의 집적이 행해질 수 있다. 코일 와이어는 터치패드 PCB에 직접 납땜될 수 있다.

도 10은 다른 평행 이동 표면 실시예에 관한 평면도이며, 분리된 이동 촉각 표면이 터치패드 위에 활주 가능하게 접촉되어 위치한다. 이 표면은 높은 충실도의 기계적 연동 장치를 통하여 고 이동 범위 액추에이터에 의해 터치패드에 대하여 평행 이동된다.

이 실시예에 있어서, 평행 이동 표면(272)은 도 9의 실시예와 유사하게 터치패드(274) 위에 위치한다. 확장 부재(276)는 회전 액추에이터(278) 방향(여기서는 x 방향)으로 표출할 수 있으며, 이 예는 랩톱 하우징(280)에 접지되어 있다. 액추에이터(278)는 커플링 연계(284)에 연결되어 있고, 반대쪽은 확장 부재(276)에 연 결된 회전 가능한 샤프트(282)를 구비한 직류 회전 모터일 수 있다. 예컨대, 상술한 액추에이터 어셈블리(150)로부터의 연계 부분이 사용될 수 있다. 액추에이터(278)가 어느 한 방향으로 샤프트(282)를 회전시키면, 연동 장치는 그 회전을 대응하는 방향(왼쪽 또는 오른쪽)으로의 표면(272) 이동으로 변환한다. 예를 들어, 약 ±1㎜의 변위가 달성될 수 있다. 사용자는 손가락을 표면(272)에서 움직일 때 표면 평행 이동을 감지한다. 모터 회전은 x축으로의 아주 깔끔하고 높은 충실도의 평행 이동을 가져올 수 있다. 직류 모터 설계는 랩톱에서 인클로저 또는 하우징의 앞쪽 위치 또는 옆의 빈 공간에서 동작할 수 있다. 유사한 확장, 연계 및 모터는 표면(272)을 y방향으로 이동시키기 위하여 y방향으로 제공될 수 있다. 사용자 입력은 이동 촉각 표면을 통하여 터치패드에서 검출된다.

모든 둘레에서 작은 경계로 터치패드 영역 안쪽에 맞추기 위하여 얇은 표면이 트리밍될 수 있다. 액추에이터로 구동되는 상당히 견고한 스트립을 제공하기 위하여 더 큰 적층물 밖으로 사각형 확장이 잘릴 수 있다. 이 스트립은 액추에이터가 스트립 뒤틀림 없이 동작시 이를 누르도록 충분히 넓어야 한다.

도 9의 실시예에서와 같이, 사용자의 손가락이 일반적으로 닿는 터치패드 플라스틱 커버링과 함께 매끈한 마찰이 적은 활주 인터페이스를 제공하기 위하여 터치패드에 접촉하는 표면(272) 아래에 매끈한 표면이 제공될 수 있다. 이동 표면(272)의 상부 측은 좋은 사용자 글립, 예컨대 정교한 사포와 같은 텍스츄어를 가능하게 하기 위하여 마찰이 있게 만들어진다. 이는 손가락 표면으로 기계적 본딩을 제공하기 때문에 훌륭한 접촉 표면을 제공할 수 있지만 만져서 거칠다고 느낄 정도로 거칠지는 않다. 다른 실시예는 다양한 유형의 마찰 표면을 사용할 수 있다. 다른 실시예는 또한 이동 자석 액추에이터 또는 음성 코일 액추에이터와 같은 평면인 액추에이터를 사용할 수도 있다.

플라스틱 또는 다른 재료의 2개의 스트립(286)은 이동 표면(272)을 압박하고 이를 터치패드(274)에 평행하고 평면으로 유지하기 위하여 터치패드(즉, 터치패드의 하우징 오프닝의 테)를 둘러싸고, 표면(272)의 가장자리를 덮는 베젤에 부착될 수 있다.

도 9 및 10의 실시예는 강제적인 햅틱 감각을 제공할 수 있다. 터치패드 위에 표면을 추가하는 것은 터치패드의 센서 동작을 실질적으로 방해하지 않는다. 사용자는 고정된 터치패드와 관련된 이 표면의 움직임을 통하여 동시에 지시하고 햅틱 피드백을 수신할 수 있다. 사용자가 터치패드 위의 해석 표면에 손가락을 데거나 움직일 때 랩톱 또는 전자 장치로 입력을 제공하는 것은 간단하다. 몇몇 실시예에 있어서, 이동 표면은 터치패드에 근접해서 접촉되지 않고 그 위에 유지 될 수 있으며, 따라서 자유로운 플레이를 받아들이고 센서 어레이에 근접하기 위해서 사용자에 의한 약간의 압박이 요구될 수 있다.

커서가 디스플레이된 스크롤 바 및 랩톱에 디스플레이된 데스크톱 GUI 주위에서 움직일 때, 사용자는 커서와 공간적으로 잘 상호 관련되었다는 뚜렷한 높은 충실도를 느낀다. 상호 관련 특성은 사용자가 손가락 또는 물체를 x 또는 y 축에서 움직이는지에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 커서를 아이콘 위, 아래로 움직일 때에, 사용자가 집중하지 않거나 표면(272)의 움직임이 커서 움직임에 수직임을 관 찰하지 못한다면 사용자는 일 방향으로 튀거나(pop) 유사한 촉각 효과를 느낄 수 있다.

평행 이동 방향 - 도 10의 예에서는 x축 방향 - 으로의 사용자 손가락의 움직임은 더 강제적인 경향이 있다. 예를 들어, 사용자가 손가락을 x방향으로 끌어서 커서를 하나의 디스플레이된 라디오 버튼에서 다음 것으로 움직일 때, 아주 작은 표면 움직임이 생성되더라도 표면(272)은 사용자를 다음 버튼으로 리드할 수 있고 정지구와 같이 느낄 수 있다. 움직임 반대 방향으로의 표면 평행 이동 포스는 효과적일 수 있다. 예를 들어 사용자가 아이콘에서 왼쪽으로 움직인다면 오른쪽 방향으로의 평행 이동 포스는 분명하고 자연스럽게 느껴진다. 햅틱 피드백이 단 한 축에서만 가능하다면, 몇몇 실시예에 있어서 y축이 더 좋은 선택일 수 있는데, 이는 GUI 데스크톱 및 어플리케이션에서 수직으로 맞추어진 컨텐츠가 더 많기 때문이다.

짧고 뚜렷한 펄스는 커서를 그래픽 버튼 사이에서와 같이 한 객체에서 다른 것으로 움직일 때 훌륭한 변화(transition)를 제공할 수 있다. 진동은 표면을 구동하는 액추에이터를, 예컨대 사인 또는 다른 주기 파로 진동시킴으로써 표면 해석 실시예에서 사용자에게 전달될 수 있으며, 따라서 평행 이동 표면은 반대 방향으로 진동한다.

사용자는 근본적으로 커서를 컨트롤하는 움직임 사이에 그 손가락을 터치패드에서 떼고 있는 경향이 있고, 연동 장치 및 모터의 고유 스프링 센터링은 이동 표면(252 또는 272)을 중립(기준) 위치로 돌려서 다음 작용을 위해 대기할 수 있 다. 컨트롤된 커서는 피드백 장치가 중립 기준 위치에 돌아갈 때까지 움직이지 않는데, 이는 터치패드 위의 표면만이 움직이고 사용자 손가락과 같이 터치패드를 통하여 컴퓨터로의 입력을 제공하지 않기 때문이다.

특정 방향으로의 움직임은 표면 평행 이동 실시예가 몇몇 실시예에서 관련 지시 장치로서 로컬한 가짜 운동 감각 피드백(local pseudo-kinesthetic feedback)과 함께 동작하게 한다. 촉각 피드백은 아직도 이러한 실시예에서 제공되는 주요한 햅틱 피드백 유형이지만, 표면의 작은 이동은, 단지 팝(pop)이지만, 사용자 손가락을 한 방향으로 힘을 가하는 정지구 "슬로프"와 같이 느껴지는 그러한 방법으로 작용하는 스프링 포스로서 극적으로 인식될 수 있다.

액추에이터의 전체적인 단단함은 결과에 영향을 줄 수 있다. 사용자가 이동 표면을 지나치게 세게 누른다면, 손가락을 끌거나 지시하는 동안 사용자가 표면을 움직일 수 있고, 이는 액추에이터가 그 스프링 센터에서 벗어나도 동작시킬 수 있다. 바람직한 실시예는 강력하지만 단단한 액추에이터를 구비하고, 사용자가 세게 누름으로써 거의 백 드라이브 할 수 없다.

이동 표면에 특정 양의 트래블(travel) 또는 컴플리언스를, 예컨대 약 2㎜로 구비하는 것이 몇몇 실시예에 있어서 바람직하다. 모터 및 연동 장치로부터 강한 스프링 센터링이 있고, GUI에서의 버튼과 같은 2개의 객체 사이에서 커서를 움직이는 것은 매우 현실적일 수 있는데, 이는 손가락 압력이 감소될 때까지 사용자는 진짜 운동감각 포스 피드백을 받아들일 수 있고, 손가락이 관계 모드에서 스크린에서 빠르게 움직이기 때문이다. 출력되는 햅틱 효과는 단순한 촉각 팝이고, 실제 운동 감각 스프링은 x 또는 y 방향으로 포스를 제공하지 않는다. 그러나, 사용자는 그 손가락이 예컨대 다음 버튼 등의 인접 객체로 끌리는 것을 감지한다.

운동 감각 포스 피드백은 다른 실시예에서도 가능하다는 것을 알아야 한다. 예를 들어, 사용자가 그 손가락을 이동 표면에서 한 위치에 고정하고, 이동 표면이 충분히 큰 변위를 구비한다면, 포스는 이동 표면의 움직임의 자유도로 출력되어 운동 감각 포스 피드백을 제공할 수 있다. 터치패드의 센서는 스프링 기준으로부터 움직인 거리에 따른 크기를 갖는 스프링 포스와 같은 포스의 계산을 위하여 손가락/이동 표면의 위치를 지시하는 센서로서 사용될 수 있다. 따라서, 그러한 실시예는 듀얼 모드 햅틱 시스템이며, 촉각 및 운동 감각 모드 모두를 포함한다.

이동 표면에 관한 몇몇 실시예는 사용자에 의한 활주를 가능하게 할 수 있으며, 다른 실시예에서는 약간의 활주가 거의 안 되도록 매우 견고할 수 있다. 많은 실시예에 있어서, 표면의 최대 허용 이동범위가 충분하여 2개의 인접 그래픽 타깃 사이에서 순회(traversal)가 가능하다면, 운동 감각 모드는 효과적일 수 있고, 사용자는 자신이 표면을 움직이고 있다는 것을 알지 못할 것이다. 몇몇 실시예는 두개의 축(x 및 y)으로 평행 이동 및 포스를 제공할 수 있으며, 따라서 터치패드의 모든 방향으로 이 운동 감각 관련 피드백(실제 스프링)을 가능하게 한다.

사용자가 그 손가락 또는 물체를 터치패드에서 움직이지 않는다면 햅틱 효과가 동일하게 느껴지지 않을 수 있다. 조종 햅틱 효과(예컨대 멈춤쇠 팝 효과(detent pop effect))와 함께 터치패드 움직임에 대응한 컨텐츠 및 값이 있다. 예를 들어, 사용자가 손가락을 움직이고 팝 효과를 수신할 때 손가락이 아이콘 또 는 버튼 사이의 변화 지점으로 이동 표면을 평행 이동할 때 효과적이다.

분리 평행 이동 표면에 대한 상술한 많은 이점들은 후술하는 터치패드 표면 해석에도 적용될 수 있다.

도 11은 분리 평행 이동 표면 및 이동 코일 액추에이터에 관한 또 다른 실시예(290)에 관한 사시도이다. 이 실시예에서 프레임(292)은 장치의 터치패드(294) 위에 위치한다. 프레임(292)은 터치패드(294)의 바로 위에 위치하고, 충분히 얇아서 이 부분의 사용자의 접촉이 아래의 터치패드(294)에 의하여 검출될 수 있는 얇은 표면 부분(296)을 포함한다. 프레임(292)은 음성 코일 액추에이터(300)의 일부인 집적 음성 코일(298)을 포함한다. 코일(298)은 프레임(292)에 몰딩된 와이어 트레이스일 수 있고, 이는 PCB일 수 있다. 액추에이터(300)의 다른 부분은 코일(298) 위에 위치하고 랩톱 하우징에 접지되는 고정된 2개의 폴을 갖는 자석(302)과, 강철로 만들어져서 프레임(292)의 다른 측면에 위치하고 하우징에 접지되어 플럭스 반환 경로에 사용되는 이면 플레이트를 포함한다. 강철 서브 어셈블리는 예컨대 터치패드 PCB 자체에 부속될 수 있다.

따라서, 자석(302)의 자기장 및 코일(298)을 통해 흐르는 전류는 상호 작용하여 프레임(298)에 선형 포스를 야기하고, 이는 프레임 및 부분(296)이 화살표(306)로 도시한 바와 같이 움직이게 한다. 이는 상술한 분리된 평행 이동 표면 실시예와 유사하게 사용자에게 햅틱 감각을 제공한다. 하우징은 프레임(292)의 부분(296)을 둘러싸는 개구를 제외하고 전체 프레임을 둘러쌀 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 코일(298)로부터의 배선은, 이동 프레임(292)으로부터 갈라진 분리 굴 곡 회로 핑거(separate flex circuit finger)를 사용하여 터치패드 PCB에 접속될 수 있다.

도 12는 분리 평행 이동 표면의 또 다른 실시예(310)에 관한 사시도이다. 이 실시예에 있어서, 터치패드를 둘러싼 표면은 터치패드 표면에 대하여 x 및/또는 y 방향으로 평행 이동된다. 썸 표면(312)(thumb surface)이 터치패드의 아래쪽에 위치하고 있으며, 링크 부재(295)에 단단히 연결되어 있다. 링크 부재(316)는 유연한 링크(318)에 연결되며, 이는 랩톱 하우징에 접지된 액추에이터(320)의 회전 가능한 샤프트에 연결되어 있다. 액추에이터(320)가 샤프트를 회전시키면, 유연한 링크(318)는 화살표(322)로 도시한 것과 같이 선형적으로 링크 부재(316)를 움직이며, 이는 썸 표면(312)을 x축을 따라서 선형적으로 움직인다. 썸 표면(312)은 표면(312)의 바로 아래의 표준 버튼(도시하지 않음)과 활주 가능하게 접촉되는 것으로 도시하였다.

사용자는 햅틱 감각을 느끼기 위하여 터치패드를 동작하는 동안 그 엄지, 팜 또는 손가락을 썸 표면(312)에 올려놓을 수 있다. 썸 표면(312) 아래에 위치한 버튼을 누르기 위하여 사용자는 단순히 표면(312)을 아래로 누르면 된다. 전반적으로 감각은 상술한 다른 평행 이동 표면을 위한 감각과 유사한 경향이 있다. 다른 실시예에서, 링크 부재(316)는 랩톱 또는 다른 장치의 하우징의 액추에이터(320)의 위치를 원하는 대로 하기 위하여 더 길 수 있다.

사용자의 엄지, 손가락 또는 팜이 썸 표면 영역에 있지 않다면 사용자에게 피드백이 가해지지 않는다는 것이 한가지 단점이다. 사용자는 타이핑하기 위하여 다른 버튼에 닿아야 하므로, 이때 햅틱 경험을 놓칠 수 있다. 터치패드로 지시하기 위하여 한쪽의 손을 사용하는 동안 사용자의 같은 손의 엄지를 표면(312)에 유지하기 어려운 실시예에 있어서는 더 큰 표면(312) 또는 팜 패드 확장이 사용될 수 있다.

터치 장치 평행 이동

이러한 실시예는 분리된 표면을 움직이기보다는 터치패드(또는 터치 스크린) 표면 자체를 평행 이동시킨다. 사용자는 평행 이동하는 터치패드가 옆으로 이동하는 것을 피부에서 느끼며, 즉각적인 감각을 만든다. 터치패드는 랩톱 하우징과 같이 고정된 주위와 관련하여 움직여질 수 있다.

도 13은 평행 이동하는 터치패드 표면을 제공하는 일 실시예(330)에 관한 사시도이다. 터치패드(332)는 액추에이터(336)에 의하여 랩톱 또는 PDA 하우징과 같은 하우징(334)과 관련하여 움직인다. 설명한 실시예에 있어서, 액추에이터(336)는 직류 모터와 같이 연동 장치(340)에 연결된 회전 샤프트(338)를 구비한 회전 액추에이터가다. 연동 장치(340)는 반대쪽 말단에서 브래킷(bracket)(342)에 연결되어 있으며, 브래킷(342)은 터치패드(332) 모듈의 아래쪽에 연결되어 있다. 연동 장치는, 샤프트(338)의 회전 움직임이 브래킷(342)에서 선형 포스로 변환되도록 접합 및/또는 유연성/컴플리언스를 포함하며, 그로써 터치패드(332)가 화살표(344)로 도시한 것과 같이 옆으로 움직이게 된다. 예를 들어, 연동 장치는 도 5의 액추에이터 어셈블리의 연동 장치와 유사하게 폴리프로필렌으로 만들어질 수 있다. 랩톱 하우징은 이동이한 터치패드 모듈의 억제 구조로서 작용할 수 있다.

예를 들어, 표준 직류 모터가 액추에이터(336) 및 연동 장치(340)를 위한 폴리프로필렌 연계 어셈블리로 사용될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 햅틱 피드백 구성요소는 광 디스크 드라이브와 같은 랩톱의 선택 구성요소가 일반적으로 배치되는 곳에 존재할 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 액추에이터(338)는 터치패드(332)로부터 떨어져서 위치할 수 있다. 예컨대, 도 13에 도시한 것처럼 터치패드 바로 아래에 위치하지 않고 하우징에서 사용 가능한 어느 공간에나 위치할 수 있다. 연동 장치는 도 14의 아래에 도시한 바와 같이 터치패드로부터 떨어져서 액추에이터를 위치시키는데 사용될 수 있다.

한개 또는 두개의 축 방향으로 전체 터치패드를 평행 이동하는 것은 좋은 전반적인 햅틱 접근방법일 수 있다. 유용한 햅틱을 제공하기 위해서는 터치패드의 아주 작은 변위(0.2㎜＜x＜0.5㎜)가 소망된다. 실체 크기 범위 내에서 계산할 때 이 실시예의 전력 소비는 현재 사용 가능한 관성 마우스 인터페이스 장치의 소비 전력보다 작을 수 있고, 이는 모든 필요한 전력을 호스트 컴퓨터로의 인터페이스, 예컨대 USB를 통해 수신할 수 있다.

이 유형의 실시예는 몇 가지 뚜렷한 장점이 있다. 피드백 경험이 직접적이고, 지시와 잘 부합되며, 정교하다. 유연성 및 조심성이 있게 구현할 수 있으며, 햅틱 구성요소의 추가는 터치패드가 사용되는 방법을 변경하지 않는다. 평행 이동 표면은 관성 접근방법에 비하여 작은 변위가 요구된다 - 이는 전력 소비 감소 및 제작 이익을 가져올 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 터치패드의 움직임은 x-y 평 면에서 각으로 정렬(오리엔테이션)될 수 있다. 비교적 큰 직류 모터를 사용함으로써 몇 가지 단점이 포함될 수 있는데, 이는 탄력적인 연동 장치는 많은 정리를 요하고 마찰을 야기할 수 있으며, 전력 소비가 비교적 높다는 점이다.

도 14는 이동 터치패드의 또 다른 실시예(350)에 관한 사시도로서, 여기서 터치패드는 X 및 Y 방향으로 움직일 수 있다. 터치패드(351)는 직접 제1 연계 부재(351)에 연결되며, 이는 폴리프로필렌과 같은 유연한 부재(354)에 의하여 액추에이터(353)의 회전 샤프트로 연결된다. 액추에이터(353)는 랩톱 하우징에 접지된다. 액추에이터(353)가 그 샤프트를 회전시킬 때, 유연한 부재(354)는 회전 움직임을 선형 움직임으로 변환하고 연계 부재(352)를 x방향으로 평행 이동하며, 반대로 화살표(355)로 도시한 것과 같이 터치패드를 평행 이동시킨다. 제1 연계 부재(354)의 말단에서, 예컨대 유연한 커플링에 의하여 제2 연계 부재(356)로 연결된다.

랩톱 하우징에 접지된 제2 액추에이터(358)는 유연한 부재(357)에 의하여 제2 연계 부재(356)의 다른 쪽 말단에 연결되며, 여기서 액추에이터(358)의 회전 샤프트의 회전축은 실질적으로 액추에이터(353)의 회전축과 동일하다. 액추에이터(358)의 회전 샤프트에 의해 출력되는 회전 포스는 유연한 부재(357)에 의하여 선형 포스로 변환된다. 이 선형 포스는 제2 연계 부재(356)가 그 길이 방향에 따라 선형적으로 움직이게 하고, 반대로는 제1 연계 부재(352)가 y축을 따라 액추에이터(353)의 거의 말단 근처를 선회하게 하고, 터치패드(351)가 대략 y축을 따라 움직이게 한다. 액추에이터(353 및 358)는 다른 유형의 액추에이터 또는 직류 모 터일 수 있으며, 예컨대 도 15-17에 도시한 것과 같은 선형 액추에이터가 사용될 수 있다. 연계 부재는 임의의 적당한 재료, 예컨대 탄소 섬유로 만들어질 수 있다. 바람직하게는 아주 작은 에너지가 접지된 구조물 또는 연계 어셈블리의 원치 않는 변형에 의하여 흡수되지 않는 것이 좋다.

따라서, 메커니즘은 x 및 y 움직임을 분리한다; 액추에이터(353)를 활성화시킴으로써 x축 움직임이 제공되고, 액추에이터(358)를 활성화시킴으로써 y축 움직임이 제공된다; 양쪽 모터를 모두 활성화시킴으로써 x 및 y축 움직임 모두가 제공될 수 있다. 연계 부분의 결합 없이 순수한 X 또는 Y 움직임을 얻기 위하여 양 액추에이터가 같이(공통 모드) 또는 달리(차동 모드) 조종될 수 있다. 또한, 구동 전류의 어떤 조합은 같은 충실도로 결합 없이 임의의 축에 따라 합력(resultant force)을 만들어 낸다.

일 실시예는 신속한 계산과 X 및 Y 포스의 출력을 위하여 펌웨어를 사용할 수 있으며, 예컨대 마이크로프로세서와 같은 로컬 컨트롤러에서 실행하는 소프트웨어 또는 호스트 CPU 밖에서 실행하는 소프트웨어가 있다. 몇몇 실시예에서 이러한 펌웨어는 너무 복잡할 수 있으며, 따라서 대신에 2개의 기본적인 피드백 축간을 스위칭하는 전자적 방법에 대한 메커니즘이 사용된다. 일 실시예에 있어서, 2개의 직류 모터는 2개의 모터 중 하나를 통하여 전류를 돌려주는 스위치를 구비한 직렬 회로로 연결될 수 있다.

도 14의 실시예에 있어서, 사용자는 손가락 또는 물체를 터치패드에서 x방향으로 움직일 때 x 및 y 방향 포스 사이의 차이를 느낄 수 있다. 손가락/커서 움직 임과 촉각 피드백의 정렬 또는 상호 연관을 갖는 햅틱 값이 있다; 어떤 경우에는 정렬에 의하여 햅틱 신호대 잡음비를 키울 수 있다. 예를 들어, 피드백이 x축을 따라서 수직으로 주어진 때에, 커서를 아이콘 또는 버튼 위에서 오른쪽에서 왼쪽으로 움직이는 것은 사용자에게 더 좋고 더 실제 버튼과 같은 느낌을 줄 수 있다. 피드백이 전방향 또는 잘못된 방향 대신에 커서 방향으로 정렬된 경우 더 적은 전력이 요구된다. 일부의 경우에 있어서, 더 약하게 정렬된 햅틱 효과가 더 강하게 잘못 정렬된 효과보다 의미 있을 수 있다.

강화된 텍스츄어를 구비한 터치패드 표면은 강화된 텍스츄어를 구비한 고정된 주변 표면과 관련하여 움직인다. 강화된 텍스츄어는 더 거칠고, 주름 잡히거나 다르게 텍스츄어링 되어 더 강한 사용자의 접촉을 가능하게 한다.

몇몇 다른 실시예에 있어서, 터치패드 표면은 x 및/또는 y방향으로 서로 관련하여 움직이는 서로 맞물린 표면 특성으로 이루어져 있다. 예를 들어, 터치패드 반쪽 2개가 서로 관련하여 움직이도록 액추에이터에 의하여 조종될 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 다른 액추에이터가 터치패드, 터치 스크린 또는 다른 터치 장치를 z방향으로 움직이기 위하여 사용될 수 있다. 예컨대, 압전형 액추에이터, 음성 코일 액추에이터 또는 이동 자석 액추에이터가 터치 표면의 직접 움직임을 제공하기 위하여 터치패드 또는 터치 스크린으로 직접 연결될 수 있다. 또한, 터치패드 표면은 고정된 촉각 표면 및 기준 표면으로 구성될 수 있으며, 여기서 기준 표면은 고정된 촉각 표면에 대하여 z축을 따라 옮겨질 수 있다.

도 15a 및 15b는 각각 터치패드를 평행 이동시키는데 사용되는 새로운 "플랫 -E" 액추에이터의 다른 실시예에 관한 상면 및 하면 사시도이다. 도 15c는 액추에이터(360)의 측면도이다. 액추에이터(360)는 아주 편평하게 설계되며, 따라서 본래부터 터치패드, 터치 스크린 또는 다른 유사 입력 장치의 일부일 수 있는 플랫 어셈블리 내에서 기능하기에 더욱 적절할 수 있다. E-코어 액추에이터 토폴로지는 최소한의 자석 물질을 사용하여 훌륭한 액추에이터를 제공하고 좋은 포스와 이동 범위를 제공한다. 이동 자석 액추에이터의 한가지 단점은 두꺼울 것이 요구된다는 점이다("E"-코어 강자성 조각 폭은 높이와 어느 정도 절충될 수 있으며, 아마도 액추에이터의 전체 두께는 감소할 것이다).

액추에이터(360)는 터치패드를 평행 이동시키는데(또는 도 9-14의 실시예에서와 같이 분리 표면을 평행 이동시키는데) 사용될 수 있는 E-코어의 독창적인 실시예를 제시한다. 도 15a-15b에 도시한 포개진, 플랫 3-D 실시예는 더 많은 연동 장치를 포함하고, 폴에서 균일하지 않은 플럭스를 가지며 실질적으로 2-D의 경우와 같이 움직인다.

액추에이터(360)는 철 금속 또는 탄소강 플레이트와 같은 금속으로 만들어진 "E" 형태의 강자성 조각(362)을 포함하고 하나의 금속 조각이거나 적층물일 수 있다. 와이어의 코일(364)은 강자성 조각(362)의 "E"의 중앙 폴 주위에 감겨진다. 부유성 플라스틱 케이지(368)는 강자성 조각(362) 위에 위치할 수 있으며, 코일이 감겨진 코일(364)을 통과하는 축에 평행한 축에 대해 롤러를 굴리도록 배열되고, 케이지의 장치에 위치한 2 이상의 롤러(370)를 포함할 수 있다. 케이지는 플라스틱일 수 있고, 부유성이다. 즉, 롤러가 돌 수 있도록 다른 구성요소에 부착되지 않는다. 2개의 폴을 갖는 자석(366)은 케이지(368) 및 강자성 조각(362)의 폴 위에 위치하며, 따라서 자석과 강자성 조각 사이에는 공극(air gap)이 존재한다. 자석(366)은 롤러(370)에 접촉하고 그 꼭대기에 위치한 이면 강철 조각(372)의 아래쪽에(도면의 배열의 경우이며, 다른 배열도 가능함) 연결된다. 따라서 롤러는 자석과 강자성 조각(362) 사이에 아주 적은 자기 갭을 만든다. 이면 철강 조각(372)은 도 15d에 도시한 바와 같이 터치패드(373)에 단단히 연결되어 터치패드, 강철 조각(372) 및 자석(366)이 강자성 조각(362)과 관련하여 평행 이동될 수 있다. 예를 들어, 자석은 몇몇 실시예에서 2개의 폴을 갖는 본딩된 데오디뮴 웨이퍼(bonded neodymium wafer)일 수 있고, 강철 부분은 약 1㎜의 두께로 하나의 시트로부터 찍힐 수 있다. 추가 롤러 또는 폼은 강자성 조각의 끝을 자석(366)과 반대로 유지하기 위하여 사용될 수 있다. 자석, 케이지 이면 조각은 다른 E-코어 액추에이터에서와 같이 앞 가장자리에 배치하기보다는 "E" 폴의 측면에 배치된다; 이는 본 발명의 액추에이터가 랩톱 및 다른 휴대용 장치 어플리케이션용으로 아주 평평하게 만들어질 수 있게 한다.

동작시에는, 전류가 코일(364)을 통하여 흐르고, 이는 자속이 강자성 조각을 통하여 화살표(374) 방향으로 흐르게 한다. 반응함에 있어서는, 강철 플레이트(372)는 화살표(376)로 도시한 축에 따른 방향(이 방향은 코일에서의 전류의 방향에 따라 다름)으로 움직인다. 롤러(370)가 회전하여 강철 플레이트(372) 및 자석(366)이 강자성 조각(362)과 관련하여 평행 이동할 수 있게 한다. 부유성 케이지(368)는 롤러가 회전할 때에 롤러가 원하지 않는 방향으로 움직이는 것을 방지한 다. 또한, 강자성 조각(362)과 자석(366) 사이에 발생하는 자기 법선 인력(magnetic attractive normal force)이 롤러(370)에 작용한다. 다른 플랫-E 관련 실시예는 자기 법선력이 작용하는(이로부터 움직임이 가능하게 하는) 굴곡부 및 예리한 서시펜션을 포함할 수 있다.

여기서 설명하는 플랫 E 액추에이터 실시예는 터치패드(또는 터치 스크린) 또는 터치패드 위나 측면의 분리 표면 부재를 평행 이동시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 2개의 플랫 E 액추에이터가 도 9의 그것과 유사한 구성에서 터치패드 또는 표면 부재를 x 및 y, 2개 축에서 조종하기 위하여 사용될 수 있다.

액추에이터(360)는 다른 액추에이터와 비교하여 아주 얇게 만들어질 수 있는데, 예컨대 어셈블리는 다른 E-코어 액추에이터의 두께의 절반 미만인 약 3 또는 4㎜로 만들어질 수 있다. 자기 설계는 최적 성능을 위하여 반복될 수 있다. 선형성 및 정지구 포스는 두께와 절충된다.

랩톱, PDA 및 다른 휴대용 장치에 적합한 평면의 얇은 도형을 포함하는 것도 장점이다. 이동 자석 접근방법은 큰 공극을 요하지 않으므로 이는 랩톱 햅틱 피드백에 더 바람직할 수 있다. "E" 코어 견본은 10㎜ X 20㎜ X 8㎜이고, 같은 포스를 갖고 같은 전력을 소비하는 대부분의 직류 모터보다 작다. 또한, 이것은 직접 구동 구조(direct drive configuration)이므로, 액추에이터와 터치패드 사이에서 전송이 요구되지 않는다. 효율적이고 저비용의 제작 용이한 구성요소는 액추에이터가 저렴하게 만들어질 수 있도록 한다. 액추에이터가 현재의 터치패드 PCB에 모듈로 집적되는 것은 간단하다. 이 자기 법선 인력은 한가지 단점이 존재하는데, 이 는 서스펜션이 필요하다는 것이다. 롤러 및/또는 굴곡과 예리한(knife edge) 서스펜션이 자기 법선력에 작용하기 위하여 사용될 수 있다.

액추에이터(360)는 일반적으로 좋은 이동 범위를 제공한다. 더 큰(예컨대 ＞1㎜) 변위가 달성될 수 수 있다. 강자성 조각의 반대쪽 끝을 지지하기 위하여 폼을 사용하는 이러한 실시예는 쉐어 모드(shear mode)에서 동작하는 폼 서스펜션으로부터의 낮은 스프링 상수를 갖는 복구 스프링을 구비한다. 청취 가능한 잡음은 폼 및/또는 롤러를 사용함으로써 감소될 수 있다. 햅틱 성능이 좋은 한, 표면의 변위가 충분히 작아서 사용자가 데스크톱의 커서를 움직이기 위하여 터치패드에서 손가락을 움직이고 있을 때 표면의 변위는 커서 움직임에 크게 영향을 주지 않는다.

도 16a 및 16b는 도 15a-15c의 "플랫 E" 액추에이터의 또 다른 실시예(380)에 관한 상면 및 하면에 관한 사시도이다. 강자성 조각(382)(또는 다른 실시예에서는 적층물)은 대략 "E" 구조를 포함하고 E의 중앙 폴(385)에 코일(384)이 감겨져 있다. 2 폴 자석(386)은 실시예(360)와 유사하게 강자성 조각(382)과 자석 사이에 갭이 제공되도록 E 중앙 폴(385)에 걸쳐 위치한다. 금속 플레이트(388)(예컨대, 강철)는 자석(386)에 연결되고 강자성 조각 및 자석에 평행하게 제공된다. 케이지(390)는 중간층으로서 제공될 수 있으며, 롤러(389)(점선으로 도시)는 케이지(390)의 구멍내에 위치할 수 있으며, 플레이트(388)가 강자성 조각 및 자석에 대하여 옆으로 활주되도록 할 수 있다. 터치패드 또는 터치 스크린(도시하지 않음)은 접지된 조각(382)으로서 플레이트(388) 위에 단단하게 연결될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 터치패드 또는 터치 스크린은 접지된 플레이트(388)로 조각(382)에 연결될 수 있다.

실시예(380)는 또한 유연한 서스펜션을 포함하는데, 이는 중간 층 플라스틱 케이지(390)에 연결될 수 있고 강철 플레이트(388)와 강자성 조각(382) 사이를 효과적으로 연결하는 2개의 연동 장치(392)를 포함한다. 연동 장치(392)는 말단(394)에서 강철 플레이트(388)와 접촉하고, 말단(396)에서 케이지 레이어(390)에 연결된다(또는 하나의 플라스틱 조각으로서 케이지 층에 몰딩된다). 각 연동 장치는 얇은 부분(395)과 두꺼운 부분(400)을 포함한다.

동작에 있어서는, 전류가 코일(384)을 통하여 흐르고, 전류 및 자석(386)에 의한 자기력은 플레이트(388)(및 터치패드)가 축(402)과 같이 움직이게 한다. 연동 장치(392)를 포함하는 서스펜션은 플레이트(388)가 자기 법선력 및 다른 포스 때문에 비뚤어지는 것을 방지한다. 각 연계(392)부는 플레이트(388)의 움직임을 수용하기 위하여 구부러지며, 이때 얇은 부재(398)가 우선 구부러지고, 부재(398)의 구부러짐의 한계에 다다르면 두꺼운 부재(400)가 구부러진다. 얇은 것-두꺼운 것으로 된 구조는 두꺼운(견고한) 빔이 연계될 때까지 스프링 센터링이 동작할 수 있게 하여, 움직임의 중지가 더 부드럽게 느껴진다. 움직임의 마지막 제한은 플레이트(388)의 안쪽 가장자리를 때리는 정지구에 의하여 야기된다.

상술한 유연한 서스펜션은 플레이트 및 터치패드의 옆으로의 원하는 움직임을 가능하게 하지만, 다른 방향으로의 움직임은 방지한다. 이는 플레이트(388)의 움직임을 더욱 안정적이게 하고, 플레이트(388)가 시간에 따라 그 위치에서 흔들리 지 않게 한다. 또한, 서스펜션은 플레이트(388) 및 터치패드에서의 바람직한 스프링 센터링 포스를 제공하여, 사용자가 터치패드를 만지거나 힘을 가하는 것을 중단할 때 터치패드가 그 움직임 범위의 중앙으로 움직이게 한다.

도 17a-17g는 현재의 리드 플레임 및 오버 몰딩 제작 기술(over molding manufacturing technology)을 이용하는 제작된 표면 장착 장치를 제공하고 이 유형의 액추에이터를 소형화하는 또 다른 플랫-E 액추에이터 터치패드 실시예(420)를 도시한다. 이러한 작은 크기의 장치는 터치패드 모듈 상에 웨이브 땜납될 수 있고, 터치패드 평행 이동을 위하여(다른 실시예에서는 z축 포스를 위하여) 적절한 스트로크 및 포스를 제공하도록 평행으로 동작할 수 있다.

도 17a-17c는 복수의 플랫-E 액추에이터(424)를 포함하는 PCB(422)의 상부 도면이다. 액추에이터(424)는 도시한 바와 같이 PCB(422)의 각 모서리에 위치할 수 있다. 다른 구성에 있어서는, 도시한 것보다 더 많거나 적은 액추에이터가 배치될 수 있다. 복수의 액추에이터(422)를 사용하면 큰 크기의 포스를 제공할 수 있고, 각 액추에이터(422)가 낮은 포스 출력 및 비용을 갖도록 할 수 있다. 일 실시예에 있어서, PCB(422)는 랩톱의 하우징에 접지된 별도의 PCB이다. 터치패드(예컨대, PCB(422)와 다른 고유의 PCB를 포함함)는 액추에이터의 움직이는 부분, 예를 들어 도 17a에 도시한 패드(426)에 연결된다. 또 다른 실시예에서, PCB(422)는 터치패드이고, 액추에이터의 움직이는 부분은 하우징과 같이 랩톱의 접지된 표면에 연결된다. 그러한 실시예에서, 액추에이터(424)는 터치패드의 주변으로 뻗은 하우징의 가장자리에 의해 사용자에게는 보이지 않게 하고, PCB(422)의 중앙 영역은 사 용자에게 노출될 수 있다.

도 17d는 플랫-E 액추에이터(424)를 포함하는, 터치패드로부터 분리된 PCB(422)의 한쪽 끝의 측면도이다. 터치패드/PCB 부재(428)는 액추에이터(424)의 움직이는 부분(430)에 연결된다.

도 17e는 도 17a에 도시한 PCB의 아래쪽에 관한 일 실시예를 도시하는 사시도이며, 여기서 플랫-E 액추에이터(424)는 PCB(422)의 아래쪽에 표면 장착되어 있다. 이는 "수작업으로 배치되는(hand-placed)" 구성요소로서 또는 바람직하게는 자동 표면 장착 기술 배치장비를 사용하여 이루어질 수 있다. "E" 강자성 조각(432)은 액추에이터의 자석 및 강철 이면 플레이트가 움직이도록 PCB(422)에 접지될 수 있다.

도 17f 및 17g는 각각 3개의 폴을 구비하고 상술한 플랫-E 액추에이터와 유사하게 동작할 수 있는 플랫-E 액추에이터(424)의 상면 및 하면에 대한 사시도이다. 강자성 조각(432)은 "E"자와 같은 모양을 하고 있으며 중앙 폴 주위에 코일(434)이 감겨져 있다. 굴곡부(436)는 자석(438) 및 강철 이면 플레이트(440)가 강자성 조각(432) 및 코일(434)과 관련하여 움직이게 한다. 도 17a-17e의 실시예에서와 같이, 터치패드(도시하지 않음)는 강철 이면 조각(440)에 연결될 수 있고, E-적층물 조각(432)/코일(434)은 접지될 수 있다. 또한, 이면 조각(440) 및 자석(438)은 접지될 수 있고, 터치패드는 움직이는 강자성 조각(432)에 연결될 수 있다.

상술한 플랫-E 액추에이터는 터치패드 모듈 또는 팜 표면을 직접 평행 이동 시키는데 사용될 수 있다. 상술한 실시예에서, 플랫-E 액추에이터의 총 두께는 약 3㎜ 미만일 수 있다. 현재의 터치패드 제품 생산라인에서 집적될 수 있는 플랫-E 자기 어셈블리 크기, 제작 가능성 및 크기의 경제성 면에서 바람직한 실시예를 제시한다.

다른 실시예에서, 미국 특허 제 6,166,723호 및 제 6,100,874호에서 설명된 것과 같은, 다른 이동 자석 액추에이터 설계 및 다른 음성 코일 액추에이터 설계가 사용될 수도 있다.

다른 실시예에 있어서, 다른 유형의 입력 표면 또는 디스플레이 스크린이 여기서 설명한 여러 액추에이터를 사용하여 유사하게 평행 이동시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 햅틱 피드백을 제공하기 위하여 개인 휴대 정보 단말기(PDA)의 디스플레이 스크린 또는 모니터나 CRT의 터치 스크린을 커버하는 입력 감지 장치와 같은 클리어 표면이 (스크린 표면에 평행한) X 및/또는 Y 방향으로 유사하게 평행 이동될 수 있다. 이러한 클리어 스크린 해석을 위한 어플리케이션에는 ATM 기계가 있는데, 이 경우 사용자는 전형적으로 터치 스크린으로 정보를 입력한다. 햅틱 피드백은 이러한 입력은 사람들이 평균 시력 이하에서 더 액세스 가능하고 용이하도록 해준다. 사용자 손가락이 그래픽으로 디스플레이된 버튼 위에 있을 때 햅틱 피드백은 특정한 디스플레이된 버튼을 다른 햅틱 감각과 함께 지시하고 식별할 수 있다. 많은 ATM 어플리케이션에서 유용한데, ATM에서는 움직이는 커서가 없기 때문이다; 따라서, 햅틱 피드백은 예컨대, 버튼이 활성화되었을 때 약간의 진동을 출력하여 버튼이 눌렸음을 사용자에게 알리는데 유용할 수 있다. 햅틱 피드백은 소 리가 사용자에게 잘 들리지 않을 수 있는 잡음 섞인 환경, 예컨대 자동차의 교통량이 많은 지역 등에서 사용자를 보조할 수도 있다.

여기에 설명한 실시예는 사용자가 스타일러스 또는 다른 물체를 터치패드, 터치 스크린, 또는 입력 영역에 데이터를 입력하기 위하여 사용하는 실시예에서 햅틱 피드백을 제공할 수도 있다. 햅틱 감각은 터치패드(또는 다른 이동 표면)로부터 스타일러스 또는 다른 물체를 통해 사용자에게 전송될 수 있다.

다른 특징

몇몇 실시예에서 햅틱 피드백과 관련된 인간 팩터 문제(human factor issue)는 포스 과부하 보호를 포함할 수 있다. 이상적으로는, 표면 및 다른 표면을 해석하는 것과 같은 비관성(non-inertial) 피드백 액추에이터 및 전송 설계에 있어서, 액추에이터는 액추에이터의 부하 또는 액추에이터 트래블(travel) 내의 위치에 관계없이 충실하게 큰 포스를 만들어 내는 것이 요구된다. 달리 말하자면, 사용자의 손가락 또는 손은 진동 사이클의 반이 감쇠된 트래블 조건의 끝에 도달하도록 액추에이터를 움직이면 안 된다. 이 이유 때문에, 액추에이터 및 전송 메커니즘은 사용자 로딩과 분리되어 설계하는 것이 바람직하다. 이러한 예가 도 16a-16b의 실시예와 같은 단단한 서스펜션을 구비한 아주 높은 스프링 센터링을 갖는 E-코어 액추에이터가다. 강력한 액추에이터는 이 스프링 포스를 쉽게 극복할 수 있고, 터치패드 표면에서 손가락을 끄는 힘은 총 액추에이터 출력의 작은 퍼센트만을 차지한다. 약한 액추에이터는 더 컴플리언트한 서스펜션을 요하며, 이는 사용자 상호 반응이 진동으로 방해되고 비선형 출력을 만들게 된다.

몇몇 실시예에서 햅틱 피드백의 또 다른 사람-팩터 관련 문제는 가청도(audibility)이다. 팜 휴지 표면 및 관성 액추에이터 어셈블리를 사용하면 예를 들어 햅틱 사운딩 기판의 불가피한 부작용 소리를 야기한다. 사용자가 하우징 또는 터치패드를 만지고 있는 때와 같이 부하가 걸린 표면은 소리를 불완전하게 방사하지만 포스는 상당히 잘 전송한다. 따라서 몇몇 실시예에 있어서, 사용자의 손이 이동 표면에 있는 경우에만 포스가 출력되도록 하기 위하여 사용자의 손이 그 위에 있을 때를 결정하기 위하여 부하 측정 장치가 사용될 수 있다.

랩톱 터치패드 또는 다른 유사 입력 장치에 햅틱 기능을 제공하는 경우에 비용을 절감하기 위하여 랩톱, PDA 또는 다른 장치의 현재의 사운드 전자부품이 몇몇 실시예에 있어서 사용될 수 있다. 예를 들어, 현재의 사운드 아날로그 출력(예컨대, 디지털-아날로그 변환기) 및 사운드 전력 증폭기는 추가 마이크로프로세서 및/또는 추가 전력 전자부품을 추가하지 않고 상술한 터치패드 또는 다른 랩톱 구성요소에서 햅틱 피드백에 사용되는 액추에이터를 구동할 수 있다. 놋치 필터(notch filter) 또는 사운드 신호로부터의 다른 픽오프(pickoff)가 햅틱 피드백 신호를 제공하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 가청 범위의 신호가 랩톱의 오디오 스피커로 라우팅(routing)되는 동안에, 햅틱 효과 컨트롤 신호는 들을 수 없는 범위의 사운드 스펙트럼으로 제공되고, 이러한 컨트롤 신호가 햅틱 액추에이터에 제공될 수 있도록 필터링될 수 있다. 또는, 가청 범위 밖이며, 오디오 신호에 포함되지 않은 전용 신호는 햅틱 피드백 액추에이터를 컨트롤하기 위하여 필터링되고 라우팅될 수 있다.

또한, 많은 랩톱에서의 현재의 소프트웨어는 랩톱의 배터리 전력을 추적하여 전력 레벨을 나타내고, 사용자에게 경고하거나, 배터리 전력을 보존하기 위하여 랩톱을 끄기도 한다. 이 추적 소프트웨어는 햅틱 피드백 어플리케이션에 넣어질 수 있다. 예를 들어, 배터리 전력이 일정 레벨보다 낮아지면 햅틱 피드백 소프트웨어 루틴은 사용자로의 출력 포스의 크기를 줄이거나 꺼버릴 수도 있다. 이는 포스의 크기를 줄이거나 햅틱 효과를 갖는 GUI의 그래픽 객체의 수 또는 유형을 줄임으로써 행해질 수도 있다. 또한 이는 햅틱 효과의 기간을 줄임으로써, 예컨대 일반적으로 50㎳인 효과를 40㎳로 줄임으로써 행해질 수 있다. 또한, 이러한 방법의 조합이 사용될 수도 있다. 마지막으로, 몇몇 랩톱 컴퓨터는 고전력, 중간 전력 및 저전력과 같이 사용자가 필요에 따라서 선택할 수 있는 서로 다른 설정을 포함할 수 있다. 예컨대, 저전력 설정은 배터리가 더 오랫동안 지속되도록 할 수 있다. 햅틱 피드백 컨트롤은 상기 설정으로 연결될 수 있고, 이 설정에 의해 제어될 수도 있다. 예를 들어, 사용자가 저전력 모드를 사용한다면 햅틱 피드백 컨트롤러는 상술한 것과 같이 햅틱 효과의 전력 요구를 감소하도록 적용할 수 있다.

도 18은 본 발명에 따른 터치패드(450)의 평면도이다. 터치패드(450)는 몇몇 실시예에 있어서, 단순히 위치 결정 장치(positioning device)로서 사용될 수 있으며, 여기서 터치패드의 전체 영역은 커서 컨트롤을 제공한다. 다른 실시예에 있어서, 패드의 다른 영역에는 다른 기능이 지정될 수 있다. 이러한 영역 실시예에 있어서는, 각 영역은 영역의 아래 또는 영역과 관련되어 물리적으로 다르게 위치한 액추에이터를 구비할 수 있다. 다른 영역 실시예는 전체 터치패드(450)에 포 스를 가하는 하나의 액추에이터를 사용할 수 있다. 도시한 실시예에 있어서, 중앙 커서 컨트롤 영역(452)은 랩톱 컴퓨터 또는 다른 장치에 의하여 디스플레이된 커서 또는 뷰포인트를 위치시키는데 사용될 수 있다.

터치패드의 커서 컨트롤 영역은 포스가 컨트롤된 커서의 상호 작용에 기초하여 그래픽 환경 및/또는 그 환경에서의 이벤트를 포함하여 터치패드에 출력되도록 할 수 있다. 사용자는 손가락 또는 다른 물체를 예컨대, 영역(452) 내에서 움직여서, 이에 따라 커서(20)를 움직일 수 있다. 포스는 바람직하게는 디스플레이된 그래픽 객체와 함께 커서의 상호 작용과 관련된다. 예를 들어, 졸트(jolt) 또는 "펄스" 감각이 출력될 수 있는데, 이는 원하는 크기로 재빨리 상승하고 꺼지거나 다시 0 또는 작은 크기로 재빨리 작아지는 하나의 포스 임펄스이다. 터치패드(450)는 관성 햅틱 피드백 실시예에서, 관성적으로 한 방향으로 또는 z축이나 다른 축으로의 진동으로서 심하게 흔들릴 수 있다. 또는 터치패드는 펄스를 제공하기 위하여 한 방향으로 평행 이동되거나 1회 이상 진동될 수 있다. 진동 감각이 출력될 수도 있는데 이는 전형적으로는 주기적인 시간에 따라 변하는 포스이다. 진동은 터치패드(450) 또는 이와 관련된 부분이 여러 번 앞뒤로 진동하게 하고, 호스트 어플리케이션에서 발생하는 특정 효과를 시뮬레이션하기 위하여 호스트 또는 로컬 마이크로프로세서에 의해 출력될 수 있다.

터치패드에서 출력될 수 있는 또 다른 유형의 포스 감각은 텍스츄어 포스이다. 이 유형의 포스는 펄스 포스와 유사하지만, 그래픽 환경의 터치패드 영역의 사용자의 손가락의 위치 및/또는 커서 위치의 위치에 의존한다. 따라서, 텍스츄어 범프는 커서가 그래픽 환경에서의 범프의 위치에 걸쳐 움직이는지 여부에 따라 출력될 수 있다. 이 유형의 포스는 공간에 따라 좌우된다. 즉, 커서가 지정된 텍스츄어 영역 위로 움직이면 커서의 위치에 따라 포스가 출력된다; 커서가 텍스츄어의 "범프" 사이에 위치할 경우, 포스는 출력되지 않고, 커서가 범프 위로 움직일 때에는 포스가 출력된다. 이는 커서가 격자(grating) 위로 끌어질 때 호스트에 의하여 펄스 신호를 전송함으로써 수행될 수 있다. 또는 분리 터치패드 프로세서가 터치패드 및 텍스츄어 효과를 포함한 햅틱 효과에 사용될 수 있고, 로컬 컨트롤을 사용하여 수행될 수 있다(예컨대, 호스트는 텍스츄어 파라미터와 함께 높은 수준의 명령을 전송하고 감각은 터치패드 프로세서에 의해서 직접 컨트롤된다). 다른 경우에는 텍스츄어는 사용자에게 진동을 줌으로써 행해질 수 있는데, 이 진동은 터치패드에서의 사용자의 손가락(또는 다른 물체)의 현재 속도에 좌우된다. 손가락이 가만히 있는 경우 진동은 비활성화된다; 손가락이 빨리 움직일 경우 진동의 주파수 및 크기는 증가된다. 이 감각은 터치패드 프로세서(존재할 경우) 또는 호스트에 의해 컨트롤될 수 있다. 다른 공간적 포스 감각이 출력될 수도 있다. 또한, 설명한 임의의 포스 감각이 동시에 출력되거나 원하는 대로 조합하여 출력될 수 있다.

다른 유형의 그래픽 객체가 햅틱 감각과 관련될 수 있다. 햅틱 감각은 커서 및 윈도우, 메뉴, 아이콘, 웹 페이지 링크 등 간의 상호 작용에 기초하여 터치패드로 출력된다. 예를 들어, 커서가 윈도우의 보드 위에서 움직일 때, 커서 위치의 사용자에게 알리기 위하여 "범프" 또는 펄스가 터치패드에 출력될 수 있다. 다른 관련 상호 작용에 있어서, 등급 컨트롤 또는 스크롤링 기능이 (커서의 사용을 통해) 터치패드에서 수행될 때, 등급 컨트롤 함수와 관련하여 감각이 출력될 수 있다. 또한, 터치패드에서의 출력 포스의 크기는 사용자 독립 이벤트를 포함하는 그래픽 환경에서의 이벤트 또는 상호 작용에 의존할 수 있다. 이러한 포스 감각은 게임 또는 시뮬레이션에서 사용될 수 있다. 이와 같은 햅틱 감각 및 다른 햅틱 감각에 대해서는 미국 특허 제 6,211,861호에 설명되어 있다. 그 하우징에 본 발명에 따른 터치패드를 포함할 수 있는 다른 컨트롤 장치 또는 글립은 컴퓨터 생성 환경에서 커서 또는 다른 그래픽 객체를 조작하기 위한 게임패드, 마우스 또는 트랙볼 장치 또는 압력 구(pressure sphere)나 이와 유사한 것을 포함한다.

몇몇 형태의 터치패드 및 터치 스크린은 사용자가 터치패드에 가하는 압력의 양이 감지되도록 한다. 이는 다양한 햅틱 감각이 감지된 압력에 적어도 일부분 기초하여 결정되도록 한다. 예를 들어, 주기적인 진동은 감지된 압력에 따른 주파수로 출력될 수 있다. 또는, 출력 햅틱 감각의 이득(크기)은 감지된 압력에 기초하여 조절될 수 있다. 언제나 더 큰 압력으로 터치패드를 사용하는 경향이 있는 사용자는 효과에 있어서 일정하도록 자동 크기 증가를 선택할 수 있다.

터치패드 및 터치 스크린의 다른 실시예는 사용자로 하여금 커서 컨트롤 영역 또는 다른 영역에 있는 심벌을 따라함으로써 "제스쳐" 또는 바로가기(shortcut)를 넣을 수 있게 하는데, 이는 명령 또는 데이터로서 프로세서에서 인식된다. 햅틱 감각은 특정 제스쳐를 따르거나 이와 관련될 수 있다. 예를 들어, 모드 확인 제스쳐가 인식될 때 모드 확인이 특정 햅틱 감각과 함께 전달될 수 있다. 제스쳐 로부터 인식된 문자는 이와 관련된 특정 햅틱 감각을 각각 가질 수 있다. 대부분의 터치패드 실시예에 있어서, 사용자는 터치패드를 "탭핑(tapping)(가볍게 두드림)"함으로써 그래픽 객체 또는 메뉴 아이템을 선택할 수 있다. 몇몇 터치패드는 "tap-and-a-half"나 더블 탭을 인식할 수 있는데, 이는 사용자가 탭핑을 하고 다시 패드를 만지고 손가락을 움직이는 동안에 손가락 또는 물체를 패드 상에 유지하는 것이다. 예를 들어, 이러한 제스쳐는 물체가 커서로 움직여질 수 있는 "드래그" 모드를 제공한다. 사용자가 이러한 드래그 모드에 있을 때, 진동 또는 다른 햅틱 감각은 사용자에게 이 모드가 활성화되어 있음을 나타내도록 출력될 수 있다.

상술한 바와 같이, 터치패드(450)는 주 커서 컨트롤 영역(452)으로부터의 별도의 입력을 제공하는 다른 컨트롤 영역을 구비할 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 다른 영역이 터치패드(450)의 표면상의 선, 경계 또는 텍스츄어와 함께 물리적으로 마킹될 수 있으며, 따라서 사용자는 시각적, 청각적 및/또는 촉각적으로 사용자가 터치패드의 어느 영역에 접촉하고 있는지를 알 수 있다.

예를 들어, 스크롤 또는 등급 컨트롤 영역(454a 및 454b)은 문서의 스크롤링, 값의 조절(볼륨, 스피커 밸런스, 모니터 디스플레이 밝기 등), 또는 게임 또는 시뮬레이션에서의 뷰를 패닝(panning)/틸팅(tilting)하는 것과 같은 등급 컨트롤 작업을 수행하기 위한 입력을 제공하는데 사용될 수 있다. 영역(454a)은 손가락(또는 다른 물체)을 그 영역 내에 위치시킴으로써 사용할 수 있는데, 이 영역의 위 부분은 값을 증가시키거나 위쪽으로 스크롤하고, 아래 부분은 값을 감소시키거나, 아래쪽으로 스크롤하는 등의 동작을 할 수 있다. 터치패드에 가해진 압력의 양을 판독할 수 있는 실시예에 있어서, 압력의 양은 직접 조절 등급을 컨트롤 할 수 있다; 예컨대 압력이 센 경우 문서가 더 빨리 스크롤 되도록 한다. 이 영역(454b)은 수평(왼쪽/오른쪽) 스크롤링 또는 다른 값, 시야 등의 등급 컨트롤 조절에 유사하게 사용될 수 있다.

특정 햅틱 효과는 컨트롤 영역(454a 및 454b)과 관련될 수 있다. 예를 들어, 등급 컨트롤 영역(454a 또는 454b)을 사용할 때 특정 주파수의 진동이 터치패드로 출력될 수 있다. 복수의 액추에이터를 구비한 실시예에 있어서, 영역(454a 또는 454b) 바로 아래에 위치한 액추에이터는 "활성화(active)"(현재 사용되는) 영역에 대한 좀 더 로컬화된 촉감을 제공하기 위하여 활성화될 수 있다. 등급 컨트롤을 위하여 영역(454)의 일부가 눌리면, 펄스가 터치패드(또는 터치패드의 영역)로 출력되어 페이지를 스크롤하는 경우, 특정 값을 지난 경우 등을 알려줄 수 있다. 진동은 사용자가 영역(454a 또는 454b)에 접촉하는 동안 계속 출력될 수도 있다.

다른 영역(456)도 터치패드(450)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 영역(456) 각각은 버튼과 같은 작은 사각형 영역일 수 있으며, 사용자는 이를 지적하여 지적되는 영역에 관련된 기능을 개시할 수 있다. 영역(456)은 프로그램의 실행, 윈도우 열기 또는 닫기, 웹 브라우저에서 페이지의 큐(queue)의 "포워드" 또는 "백"하기, 컴퓨터(10)의 전원 켜기 또는 "슬리프" 모드 개시, 메일 체크, 게임에서 총 쏘기, 버퍼로부터의 데이터의 잘라내기 또는 붙여넣기, 저장 장치에 파일 저장하기, 폰트 선택하기 등의 컴퓨터 기능을 시작하게 할 수 있다. 영역(456)은 어플리 케이션 프로그램에 제공된 기능 및 버튼을 복사하거나 새로운 다른 기능을 제공할 수 있다.

영역(454)과 유사하게, 영역(456) 각각은 햅틱 감각과 관련될 수 있다; 예를 들어, 영역(456)은 사용자에 의해 선택된 경우 그 기능이 선택되었다는 즉각적인 피드백을 제공하는 펄스 감각을 제공할 수 있다. 예를 들어, 펄스와 같은 햅틱 감각은 사용자가 선택하기 위하여 손가락 또는 물체로 영역(456, 452, 454)을 "두드리는(tap)" 경우에 출력될 수 있다. 버튼이 얼마나 멀리 눌렸는지에 기초하여 출력 범위를 제공하는 물리적 아날로그 버튼과 유사하게, 1 이상의 영역(456)은 사용자가 터치패드에 가한 압력에 기초하여 비례하는 스텝핑된 또는 아날로그의 출력을 제공함으로써 아날로그와 같은 버튼일 수 있다.

또한, 같은 유형의 영역이 유사한 필링 햅틱 감각과 관련될 수 있다. 예를 들어, 각각 워드 프로세서와 관련된 영역(456)은 지적되면 특정 강도의 펄스를 일으킬 수 있다. 게임 관련 영역(456)은 다른 강도의 펄스 또는 진동을 제공할 수도 있다. 또한, 사용자가 지적 물체를 한 영역(454 또는 456)에서 다른 것으로 움직일 때, 영역 경계에 걸쳐졌음을 나타내기 위하여 햅틱 감각(펄스 등)이 터치패드(456)에 출력될 수 있다. 예를 들어, 지적 물체가 지정된 영역에 들어가면, 급속히 크기가 0으로 감소하는 고주파 진동이 출력될 수 있다. 이는 사용자가 알지 못하는 영역(454, 456)의 경계를 나타내므로 유용할 수 있다. 이는 크기 및/또는 위치에 대한 영역 재구성을 가능하게 하고 사용자로 하여금 새로운 레이아웃을 촉각에 의해 빨리 학습할 수 있게 한다. 영역들이 그래픽 환경에서 영역을 정의하는 "인클로저"와, 커서가 들어갈 때, 나올 때, 인클로저 및 햅틱 관련성이 있는 특정 경계 내에서 움직일 때 출력되는 다른 햅틱 감각과 관련될 수 있다.

또한, 영역들은 바람직하게는 그것에 관련된 기능뿐만 아니라 크기 및 형태도 프로그래밍 가능하다. 따라서, 영역(456)의 기능은 그래픽 환경에서의 활성 어플리케이션 및/또는 컴퓨터(10)로 입력되는 사용자 선택 및/또는 컴퓨터(10)에 저장된 사용자 선택에 기초하여 바뀔 수 있다. 바람직하게는, 각 영역의 크기 및 위치는 사용자 또는 어플리케이션 프로그램에 의해 조절될 수 있으며, 원한다면 일부 또는 모든 영역이 완전히 제거될 수 있다. 또한, 바람직하게는 사용자는 이러한 영역에 관련된 기능의 유형에 기초하여 영역의 유형 또는 특정 영역에 특정 햅틱 감각을 할당할 수 있다. 다른 햅틱 감각이 캘리포니아주 산호세의 Immersion Corp.의 Immersion Studio™와 같은 툴에서 디자인될 수 있다.

영역(454 및 456)은 터치패드의 물리적 영역일 필요는 없다는 것을 알아야 한다. 즉, 전체 터치패드 표면은 단지 컴퓨터의 프로세서로 사용자 접촉의 좌표를 제공하는 것이며, 컴퓨터 소프트웨어는 다른 영역이 위치한 곳을 지정할 수 있다. 컴퓨터는 사용자 접촉의 위치에 기초하여 좌표를 해석할 수 있고, 등급 컨트롤, 버튼 기능 등과 같은 다른 유형의 신호 또는 커서 컨트롤 신호로서 터치패드 입력 신호를 해석할 수 있다(예컨대 드라이버 프로그램은 원한다면 이 해석 기능을 제공할 수 있다). 터치패드 마이크로프로세서가 있다면 이는 사용자 접촉 위치와 관련된 기능을 해석하고 (위치 좌표 또는 버튼 신호와 같은) 적절한 신호 또는 데이터를 호스트 프로세서로 보고할 수 있다. 따라서 호스트 프로세서 또는 소프트웨어는 낮은 레벨의 프로세싱을 무시하게 된다. 다른 실시예에 있어서, 터치패드(450)는 사용자에 의하여 접촉되는 터치패드 표면에 물리적으로 표시된 다른 영역에 기초하여 컴퓨터로 다른 신호를 출력하도록 물리적으로 설계될 수 있다; 예를 들어, 각 영역은 다른 센서 또는 센서 어레이에 의해 감지될 수 있다.

여기에서 설명한 터치패드 또는 터치 스크린에 접촉하는 사용자의 손가락 또는 물체로 햅틱 피드백을 제공하는 임의의 실시예는 터치패드(450)의 영역에 사용될 수 있다.

본 발명은 여러 바람직한 실시예에 관하여 설명되었지만, 변형, 치환 및 이와 균등한 것은 명세서의 독해 및 도면에 관한 기술분야에서 능통한 자에게 명백함을 알아야 한다. 예를 들어, 일 실시예에 설명된 많은 특징이 다른 실시예에서 교환될 수 있다. 또한, 어떤 용어는 명백한 설명을 위하여 사용된 것이며, 본 발명을 제한하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 햅틱 터치패드를 포함하는 랩톱 컴퓨터의 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 터치패드를 포함하는 원격 컨트롤 장치의 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 햅틱 터치 스크린의 실시예에 관한 평면도.

도 4는 본 발명에 사용하기에 적절한 햅틱 시스템에 대한 블록도.

도 5는 본 발명의 관성 실시예(inertial embodiment)에 사용하기에 적절한 액추에이터 어셈블리의 일 실시예에 관한 사시도.

도 6은 터치패드에 연결된 도 5의 액추에이터 어셈블리에 관한 사시도.

도 7은 터치패드에 인접한 관성 햅틱 감각을 제공하는 분리 팜 표면에 관한 사시도.

도 8a는 본 발명에 따른 관성 감각을 제공하는데 사용하기 적절한 압전형 변환기에 관한 사시도.

도 8b는 터치 장치에 햅틱 감각을 제공하는데 적절한 본 발명에 따른 구조 및 압전형 변환기에 관한 측면도.

도 9는 선형 액추에이터에 의하여 구동되는 평행 이동 표면 부재에 대한 일 실시예에 관한 사시도.

도 10은 회전 액추에이터에 의하여 구동되는 평행 이동 표면 부재에 대한 다른 실시예에 관한 평면도.

도 11은 음성 코일 액추에이터에 의하여 구동되는 평행 이동 표면 부재에 대한 다른 실시예에 관한 사시도.

도 12는 터치패드에 인접한 평행 이동 표면에 대한 실시예에 관한 사시도.

도 13은 회전 액추에이터에 의하여 일 방향으로 평행 이동되는 터치패드의 실시예에 관한 사시도.

도 14는 회전 액추에이터에 의하여 2 방향으로 평행 이동되는 터치패드의 실시예에 관한 사시도.

도 15a 및 15b는 터치패드 또는 분리된 표면을 평행 이동시키는데 적절한 본 발명에 따른 E-코어 액추에이터의 제1 실시예에 관한 사시도.

도 15c는 도 15a-15b의 액추에이터에 관한 측면도.

도 15d는 터치패드에 연결된 도 15a-15b의 액추에이터에 관한 사시도.

도 16a 및 16b는 본 발명에 따른 평면 E-코어 액추에이터의 또 다른 실시예에 관한 상부 및 하부 사시도.

도 17a-17b는 본 발명에 따른 표면 장착된 E-코어 액추에이터의 사시도 및 평면도.

도 17c-17g는 도 17a-17b의 E-코어 액추에이터의 사시도 및 측면도.

도 18은 다른 컨트롤 영역을 갖는 본 발명에 따른 햅틱 터치패드의 예에 관한 상부 평면도.

Claims (9)

1. 음향(sound)을 이용하여 햅틱 효과를 출력하는 방법으로서,

   전자 장치의 스피커로부터 출력되는 음향을 처리하는 단계 - 상기 음향은 제1 음역(audio range) 내의 제1 주파수 범위, 및 제2 음역 내의 제2 주파수 범위를 가지며, 상기 제1 주파수 범위는 불가청 주파수 범위이고, 제2 주파수 범위는 가청 주파수 범위임 -;

   상기 제1 주파수 범위 및 제2 주파수 범위를 서로 분리하는 단계;

   상기 제1 주파수 범위로부터 햅틱 효과를 출력하는 단계 - 상기 햅틱 효과는 상기 전자 장치의 터치 스크린에 연결된 액추에이터로부터 출력됨 -; 및

   상기 제2 주파수 범위를 사용하여 상기 스피커를 통해 상기 음향을 출력하는 단계

   를 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 햅틱 효과를 유발하는 햅틱 효과 제어 신호는 상기 제1 주파수 범위에 포함되는, 방법.
3. 삭제
4. 제2항에 있어서,

   상기 액추에이터를 구동하기 위해 음향 아날로그 출력 및 음향 증폭기를 사용하는 단계를 더 포함하는 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 분리하는 단계는 상기 음향을 필터링함으로써 수행되는, 방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 필터링은 노치 필터에 의해 수행되는, 방법.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제

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