KR200258353Y1 - 터치패드용 햅틱 피드백 및 기타 터치 제어장치 - Google Patents

터치패드용 햅틱 피드백 및 기타 터치 제어장치 Download PDF

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KR200258353Y1
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force
haptic feedback
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KR2020010029365U
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로젠버그루이스비.
리겔제임스알.
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임머숀 코퍼레이션
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Abstract

컴퓨터(10)에 입력을 제공하기 위해 사용되는 햅틱 피드백 평면 터치 제어장치. 터치 입력장치는 터치 서피스에 대한 사용자 접촉의 위치를 근거로 컴퓨터(10)의 프로세서에 위치신호를 입력하는 평면 터치 서피스를 포함한다. 상기 컴퓨터(10)는 상기 위치신호의 적어도 일부를 근거로 그래픽 환경(18)에서 커서를 위치시키거나, 다른 기능을 행할 수 있다. 적어도 1개의 액추에이터는 또한 상기 터치 입력장치에 결합되며 상기 터치 서피스에 접촉하는 사용자에게 햅틱 센세이션을 제공하는 힘을 출력한다. 상기 터치 입력장치는 컴퓨터의 표시화면(12)과는 분리된 터치패드이거나, 또는 터치 스크린일 수 있다. 상기 터치 입력장치에 대한 출력 햅틱 센세이션은 펄스, 진동 및 공간 텍스처를 포함할 수 있다. 상기 터치 입력장치는 서로 다른 컴퓨터 기능을 제어하기 위한 복수의 서로 다른 영역을 포함할 수 있다.

Description

터치패드용 햅틱 피드백 및 기타 터치 제어장치{HAPTIC FEEDBACK FOR TOUCHPADS AND OTHER TOUCH CONTROLS}
본 발명은 사용자에 의한 컴퓨터 및 기계장치의 인터페이스에 관한 것으로, 특히 컴퓨터 시스템 및 전자장치와의 인터페이스에 사용되며 사용자에게 햅틱 피드백(haptic feedback)을 제공하는 장치에 관한 것이다.
인간은 다양한 애플리케이션에서 전자 및 기계장치와 인터페이스를 이루며, 따라서 보다 자연스럽고, 사용이 용이하며, 정보를 제공하는 인터페이스에 대한 필요성이 변함 없는 관심사이다. 본 발명에서, 인간은 다양한 애플리케이션에 대해 컴퓨터 장치와 인터페이스를 형성한다. 1개의 상기 애플리케이션은 게임, 시뮬레이션 및 애플리케이션 프로그램과 같은, 컴퓨터에 의해 유발되는 환경과의 인터페이스이다. 마우스 및 트랙 볼과 같은 컴퓨터 입력장치는 그래픽 환경에서 커서를 제어하는데 종종 사용되며, 이들 애플리케이션에서의 입력을 제공한다.
일부 인터페이스 장치에서, 총체적으로 이하 '햅틱 피드백'으로 알져진, 강제 피드백 또는 접촉식 피드백이 또한 사용자에게 제공된다. 예컨대, 조이스틱, 마우스, 게임패드, 스티어링 휠, 또는 기타 장치들의 햅틱 버전은, 게임 또는 다른 애플리케이션 프로그램에서와 같은 그래픽 환경에서 발생하는 이벤트(event) 또는 상호작용을 근거로 사용자에게 힘(force)을 출력할 수 있다.
랩탑 컴퓨터와 같은, 휴대용 컴퓨터 또는 전자장치에서, 전형적으로 마우스는 작업공간이 너무 커서 비현실적이다. 그 결과, 트랙 볼과 같은 보다 콤팩트한 장치가 종종 사용된다. 휴대용 컴퓨터에 보다 인기있는 장치는, 컴퓨터의 키보드 근처에 제공되는 작은 사각형의 평면 패드인 '터치패드(touchpad)'이다. 상기 터치패드는, 이에 가해진 압력을 감지하는 용량형 센서 또는 압력 센서와 같은, 임의의다양한 센싱 기술로 포인팅 오브젝트의 위치를 감지한다. 사용자는 흔히 손가락 끝으로 상기 터치패드와 접촉하며, 패드상의 그의 손가락을 움직여 그래픽 환경에서 표시되는 커서를 이동시킨다. 다른 실시예에서, 사용자는 터치패드상의 스타일러스 팁(stylus tip)을 눌러 이동시킴으로써 터치패드와 결합된 스타일러스를 동작시킬 수 있다.
기존의 터치패드에서의 문제는 사용자에게 제공되는 햅틱 피드백이 없다는 점이다. 따라서, 터치패드의 사용자는 그래픽 환경에서 사용자를 도와 사용자에게 표적지 및 다른 제어작업에 대한 정보를 제공하는 접촉 감각을 경험할 수 없다. 종래기술의 터치패드는 또한 휴대용 컴퓨터에서 실행되는 기존의 햅틱 가능한 소프트웨어를 이용할 수 없다.
본 발명은 컴퓨터 시스템에 입력을 제공하기 위해 사용되는 햅틱 피드백 평면 터치 제어를 위한 것이다. 상기 제어는 휴대용 컴퓨터에 제공되는 터치패드일 수 있으며, 또는 각종 장치에서 사용되는 터치 스크린일 수도 있다. 터치 제어시 햅틱 센세이션(haptic sensation) 출력은 표시된 그래픽 환경에서 또는 전자장치 제어시 상호작용 및 조작기능을 향상시킨다.
즉, 본 발명은 컴퓨터에 신호를 입력하고, 또한 상기 터치 제어의 사용자에게 힘을 출력하기 위한 햅틱 피드백 터치 제어장치에 관한 것이다. 상기 제어장치는 터치 서피스(touch surface)에서 사용자가 접촉하는 위치를 근거로 상기 컴퓨터의 프로세서에 위치신호를 입력하도록 동작하는 거의 평면인 터치 서피스를 가진터치 입력장치를 포함한다. 상기 컴퓨터는 위치신호의 적어도 일부를 근거로 표시장치에 표시되는 그래픽 환경에서 커서를 위치시킨다. 적어도 1개의 액추에이터는 또한 상기 터치 입력장치에 결합되고, 상기 터치 입력장치에 힘을 출력하여 터치 서피스에 접촉하는 사용자에게 햅틱 센세이션을 제공한다. 상기 액추에이터는 상기 프로세서에 의해 액추에이터에 출력되는 힘 정보를 근거로 힘을 출력한다.
상기 터치 입력장치는 컴퓨터의 표시화면과 분리된 터치패드가 될 수 있으며, 또는 터치 스크린과 같이 컴퓨터의 표시화면에 포함될 수도 있다. 상기 터치 입력장치는 컴퓨터의 하우징 또는 포켓용 장치에 통합될 수 있으며, 또는 컴퓨터와 분리된 하우징에 제공될 수 있다. 사용자는 손가락, 스타일러스 또는 다른 물체로 터치 서피스와 접촉한다. 상기 힘은 터치 입력장치의 터치 서피스의 평면에 거의 수직으로 출력되는 선형 힘이 되는 것이 바람직하며, 상기 액추에이터는 압전 액추에이터, 보이스(voice) 코일 액추에이터, 무선 호출기 모터, 솔레노이드 또는 기타 유형의 액추에이터를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 액추에이터는 터치 입력장치와 접지면 사이에 결합된다. 다른 실시예에서, 상기 액추에이터는 관성질량에 결합되며, 상기 액추에이터는 거의 평면인 터치 서피스에 수직인 축을 따라 상기 터치 입력장치에 관성력을 출력한다. 컴퓨터의 메인 프로세서와 분리된 터치 디바이스 마이크로 프로세서는 호스트 컴퓨터로부터 힘 정보를 수신할 수 있으며, 상기 힘 정보를 근거로 제어신호를 제공하여 상기 액추에이터를 제어할 수 있다.
펄스, 진동 또는 공간구조 등과 같은 햅틱 센세이션(haptic sensation)은 그래픽 환경에서의 그래픽 오브젝트와 제어된 커서의 상호작용에 따라 출력되는 것이바람직하다. 예컨대, 펄스는 커서가 메뉴에 있는 메뉴 엘리먼트 사이에서 이동되거나, 아이콘 또는 하이퍼링크에서 이동될 때 출력될 수 있다. 터치 입력장치는 복수의 서로 다른 영역을 포함할 수 있으며, 상기 영역 중 적어도 1개는 위치신호를 제공하고, 적어도 1개의 다른 영역은 값의 비율 제어 기능 또는 버튼 프레스와 같은 다른 기능을 제어하는 컴퓨터에 의해 사용되는 신호를 제공한다. 다른 영역들과 영역간의 경계들은 다른 햅틱 센세이션과 관련될 수 있다.
본 발명은 터치패드 또는 터치 스크린과 같은, 컴퓨터의 평면 터치 제어장치에 햅틱 피드백을 제공하는 장점이 있다. 상기 햅틱 피드백은 사용자를 도와 사용자에게 그래픽 사용자 인터페이스 또는 다른 환경에서의 상호작용 및 이벤트를 제공하고 커서의 표적을 정하는 일을 용이하게 한다. 또한, 본 발명으로 상기 터치 제어장치를 가지는 휴대용 컴퓨터 장치는 기존의 햅틱 피드백이 가능한 소프트웨어를 이용할 수 있다. 여기 개시된 햅틱 터치 디바이스는 또한 저가이고, 콤팩트하며 소비전력이 적으므로, 각종 휴대용 및 데스크톱 컴퓨터나 전자장치에 용이하게 합체될 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 장점들은 이하 본 발명의 명세서를 숙지한 당업자에게 명백하게 될 것이다.
도1은 본 발명의 햅틱 터치패드의 사시도이다.
도2는 본 발명의 터치패드를 포함하는 원격제어장치의 사시도이다.
도3은 터치패드에 결합된 1 이상의 액추에이터(actuator)를 포함하는 본 발명의 터치패드의 제1 실시예의 사시도이다.
도4는 압전 액추에이터가 본 발명의 터치패드에 직접 결합되는 본 발명의 제1 실시예의 측면도이다.
도5는 선형 액추에이터를 포함하는 본 발명의 터치패드의 제2 실시예의 측면도이다.
도6은 관성질량을 가지는 본 발명의 터치패드의 제3 실시예의 측면도이다.
도7은 다른 제어영역을 가지는 본 발명의 터치패드의 일례의 평면도이다.
도8a 및 8b는 각각, 본 발명의 터치 스크린 실시예의 평면도와 측단면도이다.
도1은 본 발명의 햅틱 터치패드를 포함하는 휴대용 컴퓨터(10)의 사시도이다. 컴퓨터(10)는 운반되거나 또는 사용자에 의해 이동될 수 있고 다른 고정 전원 외에 배터리 또는 다른 휴대용 전원에 의해 전력을 공급받을 수 있는 휴대용 또는'랩탑' 컴퓨터인 것이 바람직하다. 컴퓨터(10)는 사용자가 주변장치를 통해 상호 작용하는 1이상의 호스트 애플리케이션 프로그램을 실행하는 것이 바람직하다.
컴퓨터(10)는 그래픽 이미지를 사용자에게 출력하기 위한 표시장치(12), 사용자로부터의 문자 또는 토글 입력을 컴퓨터에 제공하기 위한 키보드(14), 및 본 발명의 터치패드(16)를 포함하여, 도시된 바와 같은 다양한 입력 및 출력 장치를 포함할 수 있다. 표시장치(12)는 임의의 다양한 표시장치일 수 있다; 평판 표시장치가 휴대용 컴퓨터에 가장 많이 사용된다. 표시장치(12)는 윈도우즈(22), 아이콘(24) 및 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 환경에서 잘 알려진 다른 그래픽 오브젝트들 뿐만 아니라 사용자 입력에 의해 이동될 수 있는 커서(20)를 포함할 수 있는, GUI와 같은 실행중인 애플리케이션 프로그램 및/또는 오퍼레이팅 시스템을 근거로 그래픽 환경(18)을 표시할 수 있다. 다른 장치들은 또한 기억장치(하드디스크 드라이브, DVD-ROM 드라이브 등), 네트워크 서버 또는 클라이언트, 게임 콘트롤러 등과 같이, 컴퓨터(10)에 통합되거나 결합될 수 있다. 다른 실시예에서, 컴퓨터(10)는 테이블 톱(tabletop) 또는 기타 평면에 설치되는 컴퓨팅 장치, 서서 사용하는 아케이드 게임 머신, 기타 휴대용 장치, 또는 포켓용 또는 사용자의 한 손으로 사용되는 개인 휴대장치 등을 포함하여 다양한 형태를 취할 수 있다. 예컨대, 호스트 컴퓨터(10)는 비디오 게임 콘솔, 개인용 컴퓨터, 워크스테이션, 텔레비전 '셋톱 박스' 또는 '네트워크 컴퓨터', 또는 다른 컴퓨팅 또는 전자 장치일 수 있다.
본 발명의 터치패드 장치(16)는 외관상으로는 종래기술의 터치패드와 유사하게 보이는 것이 바람직하다. 패드(16)는 도시된 바와 같이 컴퓨터(10) 하우징의 키보드(14) 아래에 위치하거나 상기 하우징의 다른 영역에 위치할 수 있는 평면 사각형의 매끄러운 표면을 포함한다. 사용자가 컴퓨터(10)를 동작할 때, 사용자는 터치패드에 손가락 끝 또는 다른 물체를 편리하게 놓을 수 있으며 상기 손가락 끝을 이동시킴으로써 이에 따라 그래픽 환경(18)의 커서(20)를 이동시킬 수 있다.
동작시, 터치패드(16)는 그 위에 있는(또는 근처에 있는) 오브젝트의 감지된 위치를 근거로 컴퓨터(10)의 메인 마이크로 프로세서에 좌표 데이터를 입력한다. 종래기술의 많은 터치패드와 마찬가지로, 터치패드(16)는 용량형 또는 저항형이 될 수 있으며, 다른 형태의 감지기능을 사용할 수 있다. 일부 기존의 터치패드 실시예들은, 예컨대 미국 특허 제5521336호 및 제5943044호에 개시된다. 용량형 터치패드는 전형적으로 터치패드에 있는 커패시터들과 오브젝트간의 용량 커플링을 근거로 상기 터치패드의 표면 위 또는 근처에 있는 오브젝트의 위치를 감지한다. 저항형 터치패드는 전형적으로 압력을 감지하여, 패드에 대한 손가락, 스타일러스 또는 다른 오브젝트의 압력을 검출하며, 상기 압력은 패드에 있는 도전성 레이어, 트레이스, 스위치 등이 전기적으로 접속되도록 한다. 일부 저항형 또는 다른 유형의 터치패드는 사용자에 의해 가해지는 압력의 세기를 검출할 수 있으며, 컴퓨터(10)에 대한 비례적인 또는 가변적인 입력용으로 상기 압력의 세기를 사용할 수 있다. 저항형 패드는 전형적으로 적어도 부분적으로는 변형될 수 있으며, 따라서 특정 위치에 압력이 가해질 때 그 위치에서의 도체들은 전기적으로 접속된다. 이러한 변형능력은, 본 발명에서 사용되는 터치패드에서 펄스 또는 진동과 같은 출력된 힘의 세기를 잠재적으로 증폭할 수 있으므로 본 발명에서는 중요하다. 액추에이터와 이동된 오브젝트 사이에 조율이 용이한 완충장치가 제공되면 상기 힘은 증폭될 수 있다. 터치패드에서의 과도한 압력은 일부의 경우 햅틱 피드백용 터치패드의 운동을 방해할 수 있으므로, 상당한 접촉 압력을 요구하지 않는 용량형 터치패드 및 다른 유형의 터치패드가 많은 실시예에서 본 발명에 보다 적합할 수 있다. 다른 유형의 감지 기술 또한 상기 터치패드에 사용될 수 있다. 여기서 '터치패드'라는 용어는 터치패드 유닛에 포함된 임의의 감지 장치뿐만 아니라 터치패드(16)의 표면을 포함하는 것이 바람직하다.
터치패드(16)는 기존의 터치패드와 유사하게 동작하는 것이 바람직하며, 상기 터치패드에서의 손가락 끝의 속도는 그래픽 환경에서 커서가 이동하는 거리와 관련된다. 예컨대, 사용자가 상기 패드를 가로질러 그의 손가락을 빠르게 이동시키면, 사용자가 그 손가락 끝을 천천히 이동시킬 때보다 많은 거리를 이동한다. 커서가 터치패드의 가장자리 방향으로 소정의 위치에 도달하기 전에 사용자의 손가락이 터치패드의 가장자리에 도달하면, 사용자는 단지 터치패드에서 그의 손가락을 떼어 가장자리에서 떨어진 위치에 손가락을 다시 위치시킬 수 있고, 커서를 계속 이동시킬 수 있다. 이는 마우스를 표면에서 들어올려 마우스 위치와 커서간의 옵셋을 변경하는 것과 유사한 '인덱싱(indexing)' 기능이다. 또한, 많은 터치패드에는 커서 위치선정과 관련시킬 수 없는 특정 기능에 각각 할당되는 특정 영역이 제공될 수 있다. 이러한 실시예는 도7을 참조하여 이하 상세히 설명된다. 일부 실시예에서 터치패드(16)는 또한 사용자로 하여금 상기 터치패드를 특정 위치에 '탭(tap)'(터치패드로부터 오브젝트를 신속히 접촉시킨 후 제거함)하여 명령어를 제공할 수 있도록 한다. 예컨대, 사용자는 손가락으로 상기 패드를 탭 또는 '더블 탭'할 수 있으며, 이와 동시에 아이콘 상에서 제어된 커서는 상기 아이콘을 선택한다.
본 발명에서, 터치패드(16)에는 이와 물리적으로 접촉하고 있는 사용자에게 촉감과 같은 햅틱 피드백을 출력할 수 있는 기능이 제공된다. 이하, 햅틱 피드백 터치패드의 구조를 상술하는 다양한 실시예들을 상세히 기술한다. 터치패드에 출력된 힘은 선형(또는 거의 선형)이고, z축을 향하며, 터치패드(16)의 표면과 컴퓨터(10)의 상단 표면에 거의 수직인 것이 바람직하다. 다른 실시예에서, 터치패드(16)에 힘을 가하여 z축 운동 외에 또는 z축 운동 대신 터치패드 표면의 평면에서, 비록 바람직하지는 않지만, 상기 패드의 가로방향(예컨대, x-y) 운동을 일으킬 수 있다.
터치패드(16)에 결합된 1이상의 액추에이터를 사용하여, 다양한 햅틱 센세이션이 상기 패드에 접촉하고 있는 사용자에게 출력될 수 있다. 예컨대, 흔들림, 진동(진폭이 변하거나 일정함) 및 촉감이 출력될 수 있다. 상기 패드에 출력된 힘은 적어도 부분적으로는 상기 패드상의 손가락의 위치 또는 호스트 컴퓨터(10)의 그래픽 환경에서 제어된 오브젝트의 상태를 근거로 할 수 있으며, 또한 손가락의 위치나 오브젝트의 상태에 무관할 수도 있다. 이러한 상기 터치패드(16)에 출력된 힘은, 마이크로 프로세서 또는 다른 전자 제어장치가 전자신호를 이용하여 액추에이터의 힘 출력의 크기 및/또는 방향을 제어하므로 '컴퓨터-제어'로 간주된다. 전체 패드(16)에는 하나로 통합된 부재로서 햅틱 센세이션이 제공되는 것이 바람직하다;다른 실시예에서, 패드의 개별적으로 이동하는 부위 각각에는 그 자신의 햅틱 피드백 액추에이터 및 관련 트랜스미션이 제공될 수 있으며 햅틱 센세이션은 특정 부위에만 제공될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들은 가요성이거나 또는 그렇지 않으면 패드의 다른 부위에 대해 움직일 수 있는 다른 부위를 가지는 터치패드를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 터치패드(16)는 케이블 또는 무선 트랜스미션을 통해 컴퓨터(10)의 포트에 접속되고 컴퓨터(10)로부터 힘 정보를 수신하며 컴퓨터에 힘 정보를 송출하는 별도의 하우징에 제공될 수 있다. 예컨대, 유니버설 시리얼 버스(USB), 파이어와이어(Firewire), 또는 표준 시리얼 버스는 상기 터치패드를 컴퓨터(10)에 접속시킬 수 있다. 이러한 실시예에서, 컴퓨터(10)는 임의의 데스크 톱 또는 고정 컴퓨터 또는 장치가 될 수 있으며 이동식 장치일 필요는 없다.
1개 이상의 버튼(26)이 또한 터치패드(16)에 접속되어 사용될 컴퓨터(10)의 하우징에 제공될 수 있다. 사용자의 손은 버튼에 용이하게 액세스하며, 상기 각각의 버튼은 사용자에 의해 프레싱되어 서로 구별되는 입력 신호를 호스트 컴퓨터(12)에 제공할 수 있다. 전형적으로, 각각의 버튼(26)은 마우스 입력장치에서 발견되는 유사 버튼에 대응하며, 따라서 좌측 버튼은 그래픽 오브젝트를 선택(클릭 또는 더블 클릭)하는데 사용될 수 있고, 우측 버튼은 콘택스트 메뉴 등을 현출시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 버튼(26) 중 1개 또는 그 이상에는 택틸(tactile) 피드백 및/또는 근력(kinesthetic force) 피드백이 제공될 수 있다. 상기 개시된 다른 특징들이 또한 본 발명에 사용될 수 있다.
또한, 일부 실시예에서, 사용자가 터치패드(16)를 동작시킬 때 사용자에 의해 접촉되고 또한 햅틱 피드백을 제공할 수 있는 컴퓨터 장치(10)의 하우징의 1개 이상의 이동가능한 부위(28)가 포함될 수 있다. 따라서, 상기 하우징은 햅틱 피드백을 제공할 수 있고(예컨대, 하우징에 결합된 모터상의 편심 회전체를 사용하여), 또한 상기 터치패드(16)는 별개의 햅틱 피드백을 제공할 수 있다. 이로써 상기 호스트는 사용자에 대한 2개의 서로 다른 택틸 센세이션을 동시에 제어할 수 있다; 예컨대, 저주파수의 진동은 상기 하우징을 통해 사용자에게 전달될 수 있으며, 고주파수의 진동은 상기 터치패드(16)를 통해서 사용자에게 전달될 수 있다. 햅틱 피드백에 제공된 각각의 다른 버튼 또는 다른 제어는 또한 다른 제어와는 독립적으로 택틸 피드백을 제공할 수 있다.
호스트 애플리케이션 프로그램 및/또는 오퍼레이팅 시스템은 표시장치(12)상의 환경의 그래픽 이미지를 표시하는 것이 바람직하다. 호스트 컴퓨터(12)에서 실행 중인 소프트웨어 및 환경은 다양할 수 있다. 예컨대, 상기 호스트 애플리케이션 프로그램은 워드 프로세서, 스프레드시트, 비디오 또는 컴퓨터 게임, 작도 프로그램, 오퍼레이팅 시스템, 그래픽 유저 인터페이스, 시뮬레이션, HTML 또는 VRML 인스트럭션을 구현하는 웹 페이지 또는 브라우저, 과학 분석 프로그램, 가상 현실 훈련 프로그램 또는 애플리케이션, 또는 터치패드(16)로부터의 입력을 이용하고 힘 피드백 명령어들을 상기 터치패드(16)에 출력하는 다른 애플리케이션 프로그램이 될 수 있다. 예컨대, 많은 게임 및 다른 애플리케이션 프로그램들은 힘 피드백 기능을 포함하며, 캘리포니아 산조세에 있는 이머션사(Immersion Corporation) 제품의 아이-포스(I-Force)(등록상표), FEELit(등록상표) 또는 터치센스(Touchsense)(상표명) 등과 같은 표준 프로토콜/드라이버를 사용하여 상기 터치패드(16)와 통신할 수 있다.
터치패드(16)는 제어신호를 호스트 컴퓨터(10)의 마이크로 프로세서에 보고하고 상기 호스트의 마이크로 프로세서로부터의 명령신호를 처리하는데 필요한 회로를 포함할 수 있다. 예컨대, 터치패드(16)상의 사용자 손가락의 위치를 알리기 위해 적절한 센서(관련 회로 포함)가 사용될 수 있다. 상기 터치패드 장치는 또한 호스트로부터 신호를 수신하며 1이상의 액추에이터를 사용하여 상기 호스트 신호에 따라 택틸 센세이션을 출력하는 회로를 포함한다. 일부 실시예에서, 별도의 로컬 마이크로 프로세서가 터치패드(16)에 제공되어 터치패드 센서 데이터를 호스트에 보고하거나 상기 호스트로부터 수신된 힘 명령어들을 실행한다. 상기 명령어들은 예컨대, 햅틱 센세이션 및 명령을 받은 햅틱 센세이션을 기술하는 파라미터들의 타입을 포함한다. 이와 달리, 상기 터치패드 마이크로 프로세서는 단지 상기 메인 프로세서로부터 유입된 데이터를 액추에이터에 전달하기만 할 수 있다. 상기 '힘 정보'라는 용어는 명령어/파라미터 및 유입된 데이터 모두를 포함할 수 있다. 상기 터치패드 마이크로 프로세서는 터치패드 액추에이터를 제어함으로써 호스트 명령어를 수신한 직후 햅틱 센세이션을 실현할 수 있다; 또는, 호스트 프로세서는 상기 액추에이터를 보다 직접적으로 제어함으로써 햅틱 센세이션에 대한 제어의 정도를 보다 강하게 유지할 수 있다. 다른 실시예에서, 터치패드(16)에 제공되는 스테이트 머신과 같은 논리회로는 호스트의 메인 프로세서의 명령에 의해 햅틱 센세이션을처리할 수 있다. 센서신호를 독출하고 햅틱 피드백을 장치에 제공하기 위해 사용될 수 있는 아키텍처 및 제어 방법은 미국 특허 제5734373호에 상세히 기술되어 있다.
도2는 본 발명의 액티브 터치패드(16)를 포함할 수 있는 장치의 다른 실시예의 사시도이다. 상기 장치는 사용자가 한 손으로 쥐고 제어하여 전자장치 또는 기기(예컨대, TV, 비디오 카세트 레코더 또는 DVD 플레이어, 오디오/비디오 리시버, TV에 접속된 인터넷 또는 네트워크 컴퓨터 등)의 기능을 원격으로 액세스하는 포켓용 원격제어장치(30)가 될 수 있다. 예컨대, 피제어 장치의 기능을 처리하도록 상기 원격제어장치(30)에 수 개의 버튼들(32)이 포함될 수 있다. 또한 사용자가 보다 섬세하고 직접적인 입력을 제공할 수 있도록 터치패드(16)가 제공될 수 있다. 예컨대, 피제어 장치는 커서가 이동할 수 있는 선택화면을 가질 수 있으며, 상기 커서를 2차원에서 제어하도록 터치패드(16)가 조작될 수 있다. 상기 터치패드(16)는 제어된 값 또는 이벤트를 근거로, 전술한 바와 같이 사용자에게 햅틱 센세이션을 출력하는 기능을 포함한다. 예컨대, 중간점을 지나거나 최대 레벨에 이르는 볼륨 레벨은 펄스가 상기 터치패드 및 사용자에게 출력되도록 할 수 있다.
하나의 애플리케이션에서, 피제어 장치는 마이크로소프트사가 제공하는 웹-TV와 같은 컴퓨터 시스템이거나 또는 인터넷과 같은 네트워크상에서 액세스되는 웹 페이지 및/또는 그래픽 유저 인터페이스를 표시하는 다른 컴퓨팅 장치일 수 있다. 사용자는 터치패드(16)상의 손가락(또는 다른 오브젝트)을 이동시킴으로써 커서의 방향을 제어할 수 있다. 상기 커서는 아이콘, 윈도우, 메뉴 아이템, 그래픽 버튼, 슬라이더 바, 스크롤 바, 또는 그래픽 유저 인터페이스 또는 데스크 톱 인터페이스에서의 다른 그래픽 오브젝트를 선택하거나 처리하는데 사용될 수 있다. 상기 커서는 또한 링크, 이미지, 버튼 등과 같은 웹 페이지상의 그래픽 오브젝트를 선택하거나 처리하는데 사용될 수 있다. 이하, 도7을 참조하여 그래픽 오브젝트와 관련된 다른 힘 센세이션을 기술한다.
도3은 햅틱 피드백을 사용자에게 제공하기 위한 본 발명의 터치패드(16)의 제1 실시예(40)의 사시도이다. 본 실시예에서, 1 이상의 압전 액추에이터가 터치패드(16)의 저면에 결합된다. 상기 압전 액추에이터(42)는 당업자에 잘 알려진 바와 같이 적절한 전자기술에 의해 구동된다. 일 실시예에서, 단일 압전 액추에이터(42)는 터치패드(16)의 중심 또는 그 근처에 위치하거나, 하우징의 공간제약이 있을 경우 한 쪽으로 치우치게 위치할 수 있다. 다른 실시예에서, 복수의 압전 액추에이터(42)는 터치패드의 다른 영역에 위치할 수 있다; 점선은 일 구성을 나타내며, 액추에이터(42)는 패드(16)의 각각의 코너와 패드(16)의 중심에 배치된다.
압전 액추에이터(42)들은 각각 작은 펄스, 진동 또는 텍스처 센세이션을 터치패드상에 출력할 있으며, 또한 사용자가 상기 터치패드와 접촉하고 있을 경우 사용자에게 출력할 수 있다. 전체의 터치패드(16)는 액추에이터(42)에 의해 출력되는 힘으로 이동되는 것이 바람직하다. 터치패드에 출력되는 힘은 선형(또는 거의 선형)이며 z축을 향하고, 터치 패드의 표면과 컴퓨터(10)의 상면에 거의 수직인 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 다른 실시예에서 힘은 터치패드(16)에 적용되어 z축 외에 또는 z축 대신 터치패드의 평면에서 패드의 가로방향(예컨대, x-y) 운동을 일으킬 수 있다. 예컨대, 하나의 선형 액추에이터는 x축 방향 운동을 제공할 수 있으며, 제2의 선형 액추에이터는 y축 및/또는 상기 x축 방향 운동을 제공할 수 있다.
액추에이터(42)에 의해 출력되는 진동의 주파수는 액추에이터(42)에 다른 제어신호를 제공함으로써 변경될 수 있다. 또한, 펄스 또는 진동의 크기는 적용된 제어신호를 기초로 제어될 수 있다. 복수의 액추에이터가 제공되면, 2이상의 액추에이터를 동시에 활성화시킴으로써 상기 터치패드에 보다 강한 진동을 분배할 수 있다. 또한, 하나의 액추에이터가 터치패드의 종단에 위치하고 이것만이 활성화되는 경우, 사용자는 상기 터치패드의 반대측보다 상기 액추에이터가 있는 터치패드측에서 보다 강한 진동을 경험할 수 있다. 전부가 아닌 일부의 액추에이터를 활성화시킴으로써 다른 크기 및 국부적인 효과를 얻을 수 있다. 패드에 접촉하고 있는 사용자 손가락의 끝은 매우 민감하므로, 출력되는 힘은 햅틱 센세이션이 효과적이고 강제적일 만큼 클 필요가 없다.
터치패드에 접촉하기 위해 손가락을 사용하는 것 외에, 사용자는 또한 상기 터치패드에 직접 접촉하는 다른 물체를 쥐고 있을 수 있다. 상기 패드에 출력되는 임의의 햅틱 센세이션은 상기 쥐고 있는 물체를 통해 사용자의 손에 전달될 수 있다. 예컨대, 사용자는 손가락보다 더 정밀하게 상기 터치패드(16)에 접촉점을 가지는 스타일러스를 쥐고 있을 수 있다. 다른 오브젝트들이 또한 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 햅틱 센세이션을 향상시키기 위해 특화된 오브젝트들이 사용될 수 있다. 예컨대, 가요성 부위 또는 컴플라이언스(compliance)를 가진 스타일러스 또는 다른 오브젝트는 사용자의 경험에 의하면 터치패드 햅틱 센세이션의 적어도 일부를 크게 할 수 있다.
압전 액추에이터(42)는 상기 터치패드(16)에 대해 몇 가지 장점이 있다. 상기 액추에이터는 매우 얇고 작게 할 수 있으므로, 휴대용 전자장치에 전형적인 콤팩트한 하우징에 사용될 수 있다. 이들은 또한 매우 낮은 전력을 요구하며, 따라서 제한된 전원(예컨대, 배터리에 의한 구동)을 가진 장치에 적합하다. 여기에 기술된 일부 실시예에서, 액추에이터용 전원은 컴퓨터를 터치패드(또는 터치스크린)에 접속하는 버스를 제거시킬 수 있다. 예컨대, 터치패드(16)가 별도의 하우징에 제공되면, 유니버설 시리얼 버스(Universal Serial Bus)는 상기 패드를 컴퓨터에 접속하여 컴퓨터로부터 출력되는 전원을 데이터(예컨대, 흐르는 힘 데이터, 힘 명령어 등) 뿐만 아니라 패드에 제공한다.
도4는 도3에 도시된 본 발명의 터치패드(16)의 실시예(40)의 측면도이다. 터치패드(16)는 전기신호가 액추에이터에 입력될 때 터치패드(16)에 힘을 제공하도록 동작하는 접지된 압전 액추에이터(42)에 직접 결합된다. 전형적으로, 압전 액추에이터는 전기가 상기 액추에이터에 흐를 때 서로 상대적으로 이동할 수 있는 2개 층을 포함한다; 여기서, 상기 액추에이터의 접지된 부위는 주위 하우징(41)에 대해 고정상태로 남아있는 반면, 상기 액추에이터와 터치패드의 이동 부위는 하우징(41)에 대해 이동한다. 입력 전기신호를 근거로 힘을 출력하는 압전 액추에이터의 동작은 당업자에게 잘 알려져 있다.
터치패드(16)는 액추에이터(42)에만 결합되거나, 상기 액추에이터(42) 외의 다른 부위에서 컴퓨터 장치의 하우징에 부가적으로 결합될 수 있다. 상기 다른 결합은, 스프링 또는 발포 고무와 같은 재료 또는 부품을 사용하는 가요성 결합이 되는 것이 바람직하다. 상기 결합이 가요성이 아닌 경우, 터치패드(16) 자체가 약간의 탄성을 지녀 패드의 일부가 액추에이터 힘에 의해 이동하여 햅틱 센세이션을 사용자에게 보다 효과적으로 전달할 수 있는 것이 바람직하다.
터치패드(16)는 액추에이터(42)에 직접 결합되므로, 임의의 생성된 힘은 상기 터치패드(16)에 직접 가해진다. 전기신호는 마이크로 프로세서와 마이크로 프로세서 신호를 액추에이터(42)에 사용할 목적으로 적절한 신호로 변환하는데 요구되는 임의의 회로로부터 얻어지는 것이 바람직하다.
도5는 터치패드(16)가 1개 이상의 스프링(52)에 있는 본 발명의 다른 실시예(50)의 측면도이다. 스프링(52)은 상기 터치패드(16)를 컴퓨터(10)의 강체 하우징에 결합시키며, 상기 터치패드(16)가 z축(56)을 따라 움직일 수 있도록 한다. 패드(16)에 효과적인 펄스(요동) 또는 진동을 일으키는 데는 매우 작은 범위의 운동만이 요구된다. 터치패드(16)의 운동을 z축을 따라 소정 범위로 제한하기 위해 정지장치(도시 안됨)가 배치될 수 있다.
액추에이터(54)는 또한 터치패드(16)에 결합되어 터치패드에 힘을 전달하고 상기 터치패드(16)가 z축을 따라 이동하도록 한다. 본 발명에서, 액추에이터(54)는 선형 보이스 코일 액추에이터이며, 상기 액추에이터의 이동 부위(보빈(bobbin))는 터치패드(16)에 직접 결합된다. 상기 액추에이터(54)는 컴퓨터 하우징에 접지되며 터치패드(16)에 선형 힘을 출력하고 따라서 z축을 따라 상기 터치패드를 구동한다. 짧은 펄스 또는 요동이 출력될 수 있거나, 액추에이터의 이동 부위를 진동시켜 소정의 주파수를 가지는 진동을 제공할 수 있다. 액추에이터로부터 출력되는 힘이 터치패드를 상하로 이동시킨 후 스프링(52)은 터치패드(16)를 정지 위치로 복귀시킨다. 상기 스프링은 또한 터치패드(16)에 대한 탄력적인 완충장치를 제공할 수 있으며 액추에이터(54)에 의해 출력되는 힘이 전술한 바와 같이 증폭되도록 한다. 판 스프링, 발포 고무, 플렉셔(flexure), 또는 다른 탄성 재료와 같은 다른 유형의 스프링 엘리먼트가 다른 실시예에서 사용되어 터치패드(16)를 강체 하우징에 결합시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 사용자는 z축을 따라 터치패드(16)를 눌러 컴퓨터(10)에 대한 부가적인 입력을 제공할 수 있다. 예컨대, z축을 따라 터치패드(16)의 위치를 검출하기 위해, 광 센서, 자기 센서, 폴헤무스(Polhemus) 센서 등과 같은 센서를 사용할 수 있다. z축에서의 위치는 예컨대 컴퓨터에 대한 상대적인 입력을 제공하는데 사용될 수 있다. 또한, 탄성력, 감쇠력, 관성력 및 다른 위치관련 힘과 같은 다른 유형의 힘들이 z축을 따라 출력될 수 있다. 또한, 상기 패드를 z축을 따라 다른 높이로 이동시킴으로써 3차원 상하운동이 그래픽 환경에서 모의 실험될 수 있다. 패드 전체가 z축을 따라 이동되는 거리에 따른 아날로그 입력으로서 상기 패드(16)가 사용될 수 있거나, 또는 근력(kinesthetic force) 피드백이 z축 자유도로 적용된다면, z축에 따른 패드(16)의 운동 범위는 보다 큰 것이 바람직하다. 스위치를 닫고 버튼 또는 스위치 입력을 컴퓨터(10)에 제공하기 위해(예컨대, 접촉 스위치, 광학 스위치 등을 사용하여) 터치패드(16)가 사용자에 의해 눌러질 수 있으려면 천연고무 층이 제공될 수 있다. 상기 패드(16)의 z축 운동이 허용될 경우,이러한 z축 운동은 사용자에 의한 통상의 패드 사용시에는 요구되지 않을 수 있으므로 적어도 초기에는 비교적 큰 힘이 상기 패드를 이동시키도록 하는 것이 바람직하다.
보이스 코일 액추에이터(54)는 코일과 자석을 포함하는 것이 바람직하며, 전류가 상기 코일을 통해 흐르고, 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 상기 자석의 자계와 상호 작용하여 액추에이터의 이동 부위(실시예에 따라, 코일 또는 자석)에 힘을 발생시킨다. 표준 스피커, E-코어 형 액추에이터, 솔레노이드, 무선 호출기 모터, DC 모터, 이동 자석 액추에이터, 또는 기타 유형의 액추에이터와 같은 다른 유형의 액추에이터들이 또한 사용될 수 있다. 또한, 상기 액추에이터는 z축에 수직인 축을 따라 또는 상기 z축과는 다른 방향(회전 또는 선형)을 따라 선형 운동을 출력하도록 배치될 수 있으며, 이러한 출력 운동을 z축에 따른 선형 운동으로 변환하는 메카니즘은 당업자에게 잘 알려져 있다.
터치패드(16)는 또한 천연고무층 및/또는 서브 어셈블리의 인쇄회로기판과 일체로 될 수 있으며, 1개 이상의 액추에이터가 상기 인쇄회로기판에 결합되어 상기 터치패드(16)에 택틸 센세이션을 제공한다. 전기 접촉을 행하기 위해 나선형 스프링이 또한 제공될 수 있다. 또는, 터치패드(16) 하부의 다른 위치에서 복수의 보이스 코일 액추에이터가 배치될 수 있다.
도6은 본 발명의 햅틱 터치패드(16)의 제3 실시예(60)의 측면도이다. 본 실시예에서, 액추에이터의 고정 부위는 터치패드(16)에 결합되며, 상기 액추에이터의 이동 부위는 관성질량에 결합되어 관성 햅틱 센세이션을 제공한다.
터치패드(16)는 전술한 실시예들과 마찬가지로 컴퓨터 장치의 강체 하우징에 유연하게 설치될 수 있다. 예컨대, 1개 이상의 스프링 엘리먼트(62)가 상기 터치패드와 하우징 사이에 결합될 수 있다. 이들 스프링은 나선형 또는 판 스프링, 고무 또는 발포 고무와 같은 탄성 재료, 플렉셔 등이 될 수 있다.
1개 이상의 액추에이터(64)가 상기 터치패드(16)의 하부에 결합된다. 도6의 실시예에서, 압전 액추에이터가 도시된다. 각각의 액추에이터(64)의 일 부위(66)는 터치패드(16)에 결합되며, 타 부위(68)는 질량(70)에 결합된다. 따라서, 부위(68)가 부위(66)에 대해 이동할 때, 질량(70)은 부위(68)와 함께 이동한다. 질량(70)은 플라스틱 또는 금속 재료와 같은 소정 질량의 임의의 적절한 오브젝트가 될 수 있다. 질량(70)은 대략 z축을 따라 이동하며, 하우징에 결합되지 않으므로 자유로이 이동한다. z축에 따른 질량(70)의 운동은 액추에이터(64)를 통해 터치패드(16)로 전송되는 관성력을 일으키며, 상기 터치패드(16)는 탄성 결합(62)으로 인해 z축을 따라 이동한다. 터치패드(16)의 운동은 터치패드(16)에 접촉하는 사용자에 의해 햅틱 센세이션으로서 감지된다.
다른 실시예에서, 다른 유형의 액추에이터가 사용될 수 있다. 예컨대, 도5에 대해 기술된 바와 같이 선형 보이스 코일 액추에이터가 사용될 수 있으며, 관성질량이 상기 보이스 코일 액추에이터의 선형 이동 부위에 결합된다. 솔레노이드, 무선 호출기 모터, 이동 자석 액추에이터, E-코어 액추에이터와 같은 타 액추에이터들이 또한 사용될 수 있다. 또한, 회전 액추에이터가 사용될 수 있으며, 회전으로 출력되는 힘은 대략 z축에 따른 선형 힘으로 변환된다. 예컨대, 상기 회전력은 플렉셔를 이용하여 변환될 수 있다.
바람직한 선형 힘 구현에서, 상기 힘이 관성질량에 대해 터치패드에 가해지는 방향 또는 자유도는 중요하다. 상기 힘의 상당 성분이 상기 관성질량에 대해 터치패드의 평면 작업공간(즉, X 또는 Y축을 따라)에서 가해질 경우, 짧은 펄스 또는 진동은 상기 평면 자유도의 일측 또는 양측에서 사용자의 오브젝트 운동에 간섭할 수 있으며, 이로 인해 커서와 같은 피제어 오브젝트를 소정의 표적지에 정확히 도달시킬 수 있는 사용자의 능력을 저해한다. 터치패드의 주 기능은 정확한 타겟팅(targeting)에 있으므로, 타겟팅을 왜곡하거나 저하시키는 택틸 센세이션은, 비록 사소하더라도, 바람직하지 않다. 상기 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 터치패드 장치는 상기 터치패드 면의 평면 X 및 Y축에 직교하는 실질적인 Z축을 따라 관성력을 가한다. 상기 구성에서, 택틸 센세이션은 화면의 X 및 Y축에 있는 사용자의 피제어 그래픽 오브젝트를 정확히 위치시키는 능력을 방해하지 않고 충분히 강하게 사용자에게 가해질 수 있다. 또한, 상기 택틸 센세이션은 2차원 평면 작업공간 및 표시화면에 대해 제3의 자유도를 가지므로, Z축을 따라 출력되는 요동 또는 펄스는 화면을 나오고 화면에 들어가는 사용자에게 마치 3차원 범프(bump) 또는 디봇(divot)처럼 느껴지므로, 택틸 센세이션의 현실감을 증가시키고 보다 감동적인 상호작용을 향상시킨다. 예컨대, 커서가 윈도우 경계상을 이동할 때 출력되는 상승 펄스는 사용자가 윈도우 경계의 범프 '위에서' 손가락 또는 다른 오브젝트를 이동시키는 착각을 유발한다.
도7은 본 발명의 터치패드(16)의 평면도이다. 터치패드(16)는 일부 실시예에서 단지 위치선정 장치로서 사용될 수 있으며, 상기 패드의 전체 영역은 커서 제어를 제공한다. 다른 실시예에서, 상기 패드의 다른 영역들은 다른 기능에 지정될 수 있다. 일부 상기 영역 실시예에서, 각각의 영역에는 그 영역의 하부에 위치한 액추에이터가 제공될 수 있는 반면, 다른 영역 실시예들은 전체 패드(16)에 힘을 전달하는 단일 액추에이터를 사용할 수 있다. 도시된 실시예에서 중앙 커서 제어영역(70)은 커서의 위치를 정하는데 사용된다.
상기 패드(16)의 커서 제어영역(70)은 그래픽 환경 및/또는 상기 환경에서의 이벤트와 피제어 커서의 상호작용을 근거로 힘이 패드상에 출력되도록 할 수 있다. 사용자는 손가락 또는 영역(70) 내의 다른 오브젝트를 움직여 그에 따른 커서(20)를 이동시킨다. 힘은 표시된 그래픽 오브젝트와 커서의 상호작용과 관련되는 것이 바람직하다. 예컨대, 소정의 크기로 신속히 상승한 후 사라지거나 0 또는 작은 크기로 신속히 감쇠되는 힘의 단일 임펄스인 요동(jolt) 또는 '펄스' 센세이션이 출력될 수 있다. 상기 터치패드는 z축에서 요동하여 펄스를 제공할 수 있다. 전형적으로 주기적인 시변형 힘인 진동 센세이션이 또한 출력될 수 있다. 상기 진동은 터치패드(16) 또는 그 일부를 z축상에서 전후로 진동시키고, 호스트 또는 로컬 마이크로 프로세서에 의해 출력되어 호스트 애플리케이션에서 발생하는 특정 효과를 시뮬레이션할 수 있다.
터치패드(16)상에서 출력될 수 있는 다른 형태의 힘 센세이션은 텍스처 힘(texture force)이다. 상기 유형의 힘은 펄스 힘과 유사하지만, 터치패드의 영역에 있는 사용자 손가락의 위치에 의존하거나 그래픽 환경에서의 커서의 위치에 의존한다. 따라서, 텍스처 범프(texture bump)는 커서가 그래픽 오브젝트에서 범프의 위치 위로 이동했는지의 여부에 따라 출력된다. 상기 유형의 힘은 공간 의존형이다. 즉, 커서가 지정된 텍스처 영역 위로 이동할 때 커서의 위치에 따라 힘이 출력된다; 커서가 텍스처의 '범프' 사이에 위치할 때는 힘이 출력되지 않으며, 커서가 범프 위로 이동할 때는 힘이 출력된다. 이는 호스트 제어에 의해 달성될 수 있다(예컨대, 상기 호스트는 커서가 격자 위로 드래그될 때 펄스 신호를 송출한다). 일부 실시예에서, 별도의 터치패드 마이크로 프로세서는 상기 터치패드의 햅틱 피드백 전용이 될 수 있으며, 상기 텍스처 효과는 로컬 제어를 이용하여 달성될 수 있다(예컨대, 호스트는 텍스처 파라미터를 가진 하이레벨 명령어를 송출하며, 센세이션은 터치패드 프로세서에 의해 직접 제어된다). 기타의 경우, 텍스처는 사용자에게 진공을 제공함으로써 행해질 수 있으며, 상기 진동은 터치패드상의 사용자 손가락(또는 다른 오브젝트)의 유동 속도에 의존한다. 손가락이 정지해 있을 때, 진동은 불활성되며; 손가락이 점점 빨리 움직임에 따라 상기 진동의 주파수와 크기는 증가한다. 상기 센세이션은 터치패드 프로세서(존재할 경우)에 의해 국부적으로 제어되거나, 호스트에 의해 제어될 수 있다. 패드 프로세서에 의한 로컬 제어는 일부 실시예에서 통신 부담을 제거할 수 있다. 또한, 다른 공간적 힘 센세이션들이 출력될 수 있다. 또한, 전술한 임의의 힘 센세이션들은 동시에 출력되거나, 그렇지 않으면 소망에 따라 결합될 수 있다.
다른 유형의 그래픽 오브젝트들이 택틸 센세이션과 관련될 수 있다. 택틸 센세이션은 커서와 윈도우간의 상호작용을 근거로 터치패드(16)상에 출력될 수 있다.예컨대, z축 '범프' 또는 펄스는 커서가 윈도우 경계상을 이동할 때 사용자에게 커서의 위치를 알리기 위해 터치패드에 출력될 수 있다. 커서가 윈도우 경계 내에서 이동할 때, 텍스처 힘 센세이션이 출력될 수 있다. 상기 텍스처는 소정의 패턴으로 윈도의 영역 내에서 공간적으로 배치된 일련의 범프들이 될 수 있다; 커서가 지정된 범프 영역 위로 이동할 때, 범프 힘이 터치패드에 출력된다. 또한, 펄스 또는 범프 힘은 표시된 웹 페이지에서의 링크 또는 아이콘과 같은 선택 가능한 오브젝트 위로 커서가 이동할 때 출력될 수 있다. 진동은 또한 커서가 현재 위치한 그래픽 오브젝트를 나타내기 위해 출력될 수 있다. 또한, 윈도우에서 표시되는 도큐먼트의 특징이 힘 센세이션과 관련될 수 있다. 예컨대, 도큐먼트의 페이지 브레이크가 윈도우의 특정 영역을 지나 스크롤될 때 펄스가 터치패드에 출력될 수 있다. 마찬가지로 터치패드의 페이지 브레이크 또는 라인 브레이크는 범프 또는 진동과 같은 힘 센세이션과 관련될 수 있다.
또한, 표시된 메뉴의 메뉴 아이템은 메뉴 헤드 또는 그래픽 버튼이 선택된 후 사용자에 의해 선택될 수 있다. 메뉴에 있는 각각의 메뉴 아이템은 힘과 관련될 수 있다. 예컨대, 커서가 메뉴 아이템간의 경계 위로 이동할 때 수직(z축) 범프 또는 펄스가 출력될 수 있다. 특정 메뉴 선택에 대한 센세이션은 사용 빈도 또는 중요도를 가리키기 위해 다른 것들보다 강할 수 있다. 즉, 가장 많이 사용되는 메뉴 선택은 덜 사용되는 메뉴 선택보다 더 큰 진폭의(더 강한) 펄스와 관련될 수 있다. 또한, 현재 디스에이블된 메뉴 선택들은 상기 메뉴 선택이 현재 디스에이블 상태임을 나타내기 위해 보다 약한 펄스를 갖거나 또는 전혀 펄스를 갖지 않는다. 또한,마이크로소프트 윈도우즈(상표명)와 같이, 특정 메뉴 엘리먼트가 선택된 후 서브 메뉴가 표시되는 타일식 메뉴를 제공할 경우, 펄스 센세이션은 서브 메뉴가 표시될 때 송출될 수 있다. 이는 사용자가 커서를 메뉴 엘리먼트에서 이동시킬 때 서브 메뉴가 표시될 것으로 기대하지 않기 때문에 매우 유용하다. 아이콘들은 전술한 윈도우즈와 마찬가지로 텍스처, 펄스 및 진동과 관련될 수 있다. 작도 또는 CAD 프로그램들 또한 표시된(또는 보이지 않는) 그리드 선 또는 도트, 작도된 오브젝트의 제어 포인트 등과 같은 유사 햅틱 센세이션과 관련될 수 있는 많은 특징들을 갖는다.
기타 관련된 상호작용에서, 비율 제어 또는 스크롤 기능이 터치패드에 행해질 때(커서의 사용을 통해), 스크롤이 진행중임을 나타내기 위해 진동이 장치에 표시될 수 있다. 조절중인 수치범위(볼륨과 등)의 종단에 도달할 때, 상기 범위의 종단에 도달하였음을 가리키는 펄스가 출력될 수 있다. 조정되는 범위에서 불연속적인 값 또는 설정치들에 대한 '표시점'의 위치를 가리키기 위해 펄스 센세이션을 사용할 수 있다. 펄스는 또한 상기 범위의 중심에 도달된 시기를 사용자에게 알리기 위해 출력될 수 있다. 또한, 보다 강한 펄스는 보다 중요한 표시점을 가리키는, 서로 다른 크기의 펄스들이 사용될 수 있다. 다른 예에서, 진동의 세기 및/또는 주파수는 볼륨의 현재 크기 또는 다른 조정된 값을 가리키는 제어의 조정과 서로 관련될 수 있다. 다른 상호작용에서, 진동 센세이션은 조정 기능이 액티브 상태임을 가리키도록 사용될 수 있다. 또한, 일정한 경우 사용자는 선택 또는 도큐먼트의 오려두기 또는 붙이기와 같은 기능을 행하며, 프로세싱 지연 또는 다른 지연으로 인해 상기 기능을 명령하는 버튼 누르기와 상기 기능의 실행 사이에 지연이 존재한다.상기 기능(오려두기 또는 붙이기)이 완료되었음을 가리키기 위해 펄스 센세이션을 사용할 수 있다.
또한, 터치패드상의 출력 힘의 크기는 그래픽 환경에서의 이벤트 또는 상호작용에 의존할 수 있다. 예컨대, 힘 펄스는 커서가 직면하는 그래픽 오브젝트의 유형에 따라 서로 다른 크기의 힘이 될 수 있다. 예컨대, 보다 큰 크기의 펄스는 커서가 윈도우 위로 이동할 때 출력될 수 있는 반면, 보다 작은 크기의 펄스는 커서가 아이콘 위로 이동할 때 출력될 수 있다. 상기 펄스의 크기는 또한 백그라운드 윈도우와는 다른 액티브 윈도우, 사용자에 의해 지정된 서로 다른 우선순위를 갖는 파일 폴더 아이콘, 비즈니스 애플리케이션용 아이콘과는 다른 게임용 아이콘, 드롭다운 메뉴의 서로 다른 메뉴 아이템 등과 같은, 그래픽 오브젝트의 기타 특성에 의존할 수 있다. 또한, 사용자 또는 개발자는 특정 그래픽 오브젝트를 주문형 햅틱 센세이션과 관련시킬 수 있는 것이 바람직하다.
사용자 독립형 이벤트들이 또한 터치패드상의 햅틱 센세이션을 사용하는 사용자에게 전달될 수 있다. 약속시간 알림, 전자우편 수신, 게임에서의 폭음 등과 같은, 그래픽 환경에서 발생하는 이벤트는 진동, 펄스 또는 기타 시간 의존형 힘을 사용하여 표현될 수 있다. 상기 힘 센세이션은 동일 유형의 서로 다른 이벤트들을 다양하게 표현할 수 있다. 예컨대, 서로 다른 주파수의 진동은 전자우편을 전송하는 특정 사용자, 이벤트의 우선순위, 또는 특정 작업의 시작과 종료(예컨대, 네트워크상의 도큐먼트 또는 데이터의 다운로드)와 같은, 서로 다른 이벤트 또는 이벤트의 서로 다른 특성을 구별하는데 각각 사용될 수 있다. 특정 기능이 실행중이거나 액세스되고 있는 동안 사용자가 기다려야만 하는, 호스트 시스템이 '작업중'일 때(이때 통상적으로 호스트에 의해 타이머가 표시됨), 종종 작업의 종료시기는 예측할 수 없다. 사용자가 그의 시선을 화면에서 뗄 경우, 사용자는 상기 기능이 종료되었음을 알지 못할 수도 있다. 상기 '작업중'이 종료되었음을 가리키기 위해 펄스 센세이션이 송출될 수 있다.
소프트웨어 디자이너는 사용자가 터치패드를 사용하여 화면상의 영역에 커서를 위치시킴으로써 옵션 또는 소프트웨어 기능을 선택할 수 있기를 원하지만, 물리적인 버튼을 누르거나 상기 터치패드를 가볍게 두드려 상기 옵션을 실제로 선택할 것을 요구하지는 않을 수 있다. 현재, 사용자는 물리적인 버튼을 누를 때 실행에 대한 물리적인 확증을 가지므로 상기와 같은 선택을 허용하는 것은 문제가 된다. 본 발명의 터치패드에 송출된 펄스는 선택을 위해 사용자가 버튼 또는 다른 제어를 누를 필요 없이 물리적인 확증으로서 작용할 수 있다. 예컨대, 사용자는 웹 페이지 엘리먼트에 커서를 위치시킬 수 있으며, 커서가 일단 소정 기간 동안 소망의 영역 내에 있게 되면, 관련 기능이 실행될 수 있다. 이는 패드(16)에 송출된 택틸 펄스를 통해 사용자에게 표시된다.
전술한 힘 센세이션은 또한 게임 또는 시뮬레이션에서 사용될 수 있다. 예컨대, 사용자에 의해 제어되는 경주용 자동차가 표시된 도로의 비포장 갓길을 진행할 때 진동이 출력될 수 있으며, 상기 자동차가 다른 오브젝트와 충돌할 때 펄스가 출력될 수 있고, 자동차 엔진이 시동후 덜컹거릴 때 가변 주파수의 진동이 출력될 수 있다. 상기 펄스의 크기는 충돌 또는 폭음의 정도, 피제어 그래픽 오브젝트 또는엔티티의 크기(및/또는 상호 작용하는 서로 다른 그래픽 오브젝트/엔티티의 크기) 등을 근거로 한다. 힘 센세이션은 또한 사용자측 등장인물에서 총알이 발사될 때의 펄스와 같은, 게임 또는 시뮬레이션에서의 사용자와 무관한 이벤트를 기초로 출력될 수 있다.
하우징에서 본 발명의 터치패드(16)를 포함할 수 있는 다른 제어장치 또는 그립(grip)은, 컴퓨터에서 생성되는 환경에서의 커서 또는 다른 그래픽 오브젝트를 다루기 위한 게임패드, 마우스, 또는 트랙볼 장치; 또는 압력구 등을 포함한다. 예컨대, 터치패드(16)는 컴퓨터 마우스의 하우징에 제공되어 호스트 컴퓨터에 부가적인 입력을 제공할 수 있다. 또한, 미국 특허 제6020876호에 기술된 바와 같은, 힘의 선택적 외란(disturbance) 필터링, 및 미국 특허 제5959613호에 기술된 바와 같은, 임펄스 파를 가진 터치패드를 구동하는 힘 신호의 형성이 본 발명과 함께 사용될 수 있다. 상기 임펄스는 또한 컴퓨터(10)의 배터리에 저장된 전원으로 구동될 때 또는 호스트 컴퓨터에 접속된 USB와 같은 버스로부터 구동될 때 효과적이다.
상기 터처패드(16)는 또한 주 커서 제어영역(70)으로부터 별도의 입력을 제공하는 다른 제어영역이 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 다른 영역들은, 사용자가 패드상의 어느 영역을 접하고 있는 지를 시각적, 음성적 또는 촉감적으로 알 수 있도록 패드(16)의 표면에서 선, 경계 또는 텍스처로 물리적으로 표시될 수 있다.
예컨대, 스크롤 또는 비율 제어영역(62a,62b)은 도큐먼트 스크롤링, 값 조정(오디오 볼륨, 스피커 밸런스, 모니터 표시장치 휘도 등), 또는 게임 또는 가상현실 시뮬레이션에서 뷰(view)를 패닝(panning)/틸팅(tilting)하는 것과 같은 비율 제어 작업을 행하는 입력을 제공하는데 사용될 수 있다. 영역(62a)은 손가락(또는 오브젝트)을 상기 영역 내에 위치시킴으로써 사용될 수 있고, 이때 상기 영역의 상부는 수치 증가, 스크롤 업 등을 행하며, 상기 영역의 하부는 수치 감소, 스크롤 다운 등을 행한다. 패드(16)에 가해지는 압력치를 독출할 수 있는 실시예에서, 상기 압력치는 조정 비율을 직접 제어할 수 있다; 예컨대, 압력이 클수록 도큐먼트의 스크롤 속도는 빠르다. 마찬가지로, 영역(62b)은 수평(좌/우) 스크롤 또는 서로 다른 수치, 뷰 등의 비율 제어 조정용으로 사용될 수 있다.
특정 햅틱 효과는 제어영역(62a,62b)과 관련될 수 있다. 예컨대, 비율 제어영역(62a,62b)을 사용할 때, 특정 주파수의 진동은 패드(16)에 출력될 수 있다. 복수의 액추에이터를 가지는 실시예에서, 영역(62a,62b) 바로 하부의 액추에이터는 '액티브' (현재 사용중인) 영역에 보다 지역화된 택틸 센세이션을 제공하도록 활성화될 수 있다. 영역(62)의 일부가 비율 제어를 위해 눌려지므로, 페이지가 스크롤되는 시기, 특정 값이 통과한 시기 등을 가리키도록 펄스가 패드(또는 패드의 영역)에 출력될 수 있다. 또한, 사용자가 영역(62a,62b)과 접촉하는 동안 진동이 연속적으로 출력될 수 있다.
다른 영역(64)이 또한 터치패드(16)에 배치될 수 있다. 예컨대, 각각의 영역(64)은 사용자가 지정된 영역과 관련된 기능을 초기화하기 위해 지정할 수 있는 버튼과 같은 작은 직사각형 영역을 제공한다. 영역(64)은, 프로그램 실행시, 윈도우 오픈 또는 클로즈시, 웹 브라우저에서 웹 페이지 큐(queue)의'앞으로(forward)' 또는 '뒤로(back)' 진행시, 컴퓨터(10)의 전원공급시 또는 '슬립(sleep)' 모드의 시작시, 메일 체크시, 게임에서의 총 발사시, 버퍼로부터 데이터를 오려두거나 붙여넣기시, 폰트의 선택시 등과 같은 컴퓨터 기능을 개시할 수 있다. 영역(64)은 애플리케이션 프로그램에서 제공된 함수 및 버튼을 복사하거나 새로운 다른 기능을 제공할 수 있다.
영역(62)과 마찬가지로, 영역(64)은 각각 햅틱 센세이션과 관련된다; 예컨대, 영역(64)은 사용자에 의해 선택된 경우 펄스 센세이션을 제공하여, 기능이 선택된 인스턴트 피드백을 제공할 수 있다. 또한, 동일 유형의 영역들이 유사 느낌의 햅틱 센세이션과 관련될 수 있다. 예컨대, 각각의 워드프로세서 관련 영역(64)은, 지정(포인팅)될 때, 특정 세기의 펄스를 유발할 수 있는 반면, 각각의 게임관련 영역은 서로 다른 세기의 펄스 또는 진동을 제공할 수 있다. 또한, 사용자가 일 영역(62 또는 64)에서 다른 영역으로 상기 포인팅 오브젝트를 이동시킬 때, 영역 경계가 교차하였음을 나타내기 위해 햅틱 센세이션(펄스 등)이 패드(16)에 출력될 수 있다.
또한, 상기 영역들은 이들이 관련된 기능에서뿐만 아니라 크기와 모양에서 프로그램될 수 있는 것이 바람직하다. 따라서, 영역(64)에 대한 기능은 그래픽 환경에서의 액티브 애플리케이션 프로그램을 근거로 및/또는 컴퓨터에 입력되거나 컴퓨터에 저장된 사용자 프리퍼런스(preference)를 근거로 변경될 수 있다. 각각의 영역의 크기와 위치는 사용자에 의해 또는 애플리케이션 프로그램에 의해 조정될 수 있으며, 임의의 또는 모든 영역은 소망에 따라 완전히 제거될 수 있는 것이 바람직하다. 또한, 사용자는 소망에 따라 상기 영역들과 관련된 기능의 유형을 근거로 햅틱 센세이션을 특정 영역 또는 특정 유형의 영역에 할당할 수 있는 것이 바람직하다. 다른 햅틱 센세이션들은 캘리포니아 산조세의 이머션사 제품의 이머션 스튜디오(상표명)와 같은 툴에서 설계될 수 있다.
영역(62,64)은 터치패드(16)의 물리 영역일 필요는 없다. 즉, 전체 터치패드(16)면은 사용자 접촉점의 좌표를 컴퓨터의 프로세서에 제공하기만 하면 되며, 컴퓨터상의 소프트웨어는 다른 영역들이 위치한 장소를 지정할 수 있다. 컴퓨터는 좌표를 해석할 수 있으며, 사용자 접촉점의 위치를 근거로, 커서 제어신호로서의 터치패드 입력신호 또는 비율 제어, 버튼 기능 등과 같은 다른 유형의 신호를 해석할 수 있다. 로컬 터치패드 마이크로 프로세서는, 존재할 경우, 사용자 접촉점 위치와 관련된 기능을 해석할 수 있고, 적절한 신호 또는 데이터(위치좌표 또는 버튼 신호 등)를 호스트 프로세서에 보고할 수 있으며, 따라서 호스트 프로세서가 하위 레벨 프로세싱을 의식하지 못하도록 할 수 있다. 다른 실시예에서, 터치패드(16)는 사용자에 의해 접촉되는 터치패드 면에 표시된 서로 다른 영역들을 근거로 서로 다른 신호를 컴퓨터에 출력하도록 물리적으로 설계될 수 있다; 예컨대, 각각의 영역은 서로 다른 센서 또는 센서 배열에 의해 감지될 수 있다.
도8a 및 8b는 각각, 본 발명의 햅틱 터치패드(16)의 형태를 포함하는 다른 컴퓨터 장치 실시예(80)의 평면도 및 측면도이다. 장치(80)는 '개인용 정보 단말기'(PDA), '펜' 컴퓨터, '전자 북', 또는 유사 장치(총체적으로 이하 '개인용 정보 단말기' 또는 PDA로 호칭함)와 같은 휴대용 컴퓨터 장치의 형태로 존재한다. 사용자가 표시화면을 접촉하여 정보를 입력하고 일정한 형태로 독출할 수 있는 상기 장치들은 주로 본 발명의 상기 실시예에 적합하다. 상기 장치들은 3Com사의 팜 파일롯, 애플 컴퓨터사의 뉴튼, 카시오사, 휴렛 패커드 또는 다른 제조업체의 포켓 사이즈 컴퓨터 장치, 터치 스크린을 가진 휴대폰 또는 페이저 등을 포함할 수 있다.
장치(80)의 일 실시예에서, 표시화면(82)은 전형적으로 컴퓨터 장치(80)의 표면의 대부분을 차지한다. 화면(82)은 당업자에게 잘 알려진 평판 표시장치인 것이 바람직하며, 텍스트, 이미지, 애니메이션 등을 표시할 수 있다; 일부 실시예에서, 화면(80)은 임의의 개인용 컴퓨터 화면과 기능이 동일하다. 표시화면(82)은 사용자가 화면(80)과 물리적으로 접촉함으로써 정보를 컴퓨터 장치(82)에 입력할 수 있는 센서를 포함하는 '터치 스크린'(즉, 터치패드(16)와 유사한 평면형 '터치 장치'의 다른 형태)인 것이 바람직하다. 예컨대, 투명 센서막이 화면(80) 위에 놓일 수 있으며, 상기 막은 이에 접촉하는 물체로부터 압력을 검출할 수 있다.
사용자는 그래픽 오브젝트가 표시되는 정확한 위치에서 화면(82)에 손가락 또는 스타일러스를 누름으로써 그래픽으로 표시된 버튼 또는 기타 그래픽 오브젝트를 선택할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서 사용자가 스타일러스, 손가락 또는 다른 오브젝트를 누른 위치에서 그래픽 '잉크(ink)' 이미지(85)를 표시함으로써 사용자는 화면에 '작도' 또는 '기입'을 행할 수 있다. 손으로 쓰여진 문자들은 명령어, 데이터 또는 다른 입력으로서 컴퓨터 장치의 마이크로 프로세서에서 실행중인 소프트웨어에 의해 인식될 수 있다. 기타 실시예에서, 사용자는 음성 인식을 통해 부가적으로 또는 다른 방안으로 입력을 제공할 수 있으며, 상기 장치의 마이크로폰은상기 장치에서 실행중인 소프트웨어에 의해 적절한 명령어 또는 데이터로 번역되는 사용자의 음성을 입력한다. 물리적인 버튼(84)이 또한 장치(80)의 하우징에 포함되어 상기 버튼들이 눌러질 때 상기 장치(80)에 특정 명령어들을 제공할 수 있다. 많은 PDA는 사용자로부터 입력되는 문자용 표준 키보드가 부족하다; 오히려, 화면 상에 문자를 작도하기 위해 스타일러스를 사용하거나, 음성 인식 등과 같은 대체 입력 모드가 사용된다. 그러나, 일부 PDA는 또한 터치 스크린뿐만 아니라 전기능 키보드를 포함하며, 상기 키보드는 전형적으로 표준형 키보드보다 훨씬 작다. 또 다른 실시예에서, 표준 키보드를 가진 표준형 랩탑 컴퓨터들은 평판 터치입력 표시화면을 포함할 수 있으며, 이러한 화면(도1의 화면(12)과 유사)에는 본 발명에 따른 햅틱 피드백이 제공될 수 있다.
본 발명에서, 터치 스크린(82)은 이전 실시예에서 기술된 터치패드(16)와 마찬가지로 사용자에게 햅틱 피드백을 제공한다. 1개 이상의 액추에이터(86)가 상기 터치패드(82)의 하부에 결합되어 펄스, 진동 및 텍스처와 같은 햅틱 피드백을 제공할 수 있다; 예컨대, 액추에이터(86)는 도8a에 도시된 바와 같이 화면(82)의 각각의 코너에 배치될 수 있다. 액추에이터의 기타 구성들이 또한 사용될 수 있다. 사용자는 손가락 또는 화면(82)에 접촉하는 스타일러스(87)와 같은 손에 쥔 오브젝트를 통해 햅틱 피드백을 경험할 수 있다.
도8b에 도시된 바와 같이, 터치 스크린(82)은 나선형 스프링, 판 스프링, 플렉셔 또는 탄성 재료(발포고무, 고무 등)와 같은 1개 이상의 스프링 또는 탄성 엘리먼트(90)에 의해 장치(80)의 하우징(88)에 결합되는 것이 바람직하다. 상기 탄성엘리먼트에 의해 상기 터치 스크린(82)은 대략 z축을 따라 이동할 수 있으며, 이로써 전술한 터치패드 실시예와 유사하게 햅틱 피드백이 제공된다. 액추에이터(86)는 압전 액추에이터, 보이스 코일 액추에이터, 또는 터치패드 실시예에 대해 전술한 임의의 기타 유형의 액추에이터가 될 수 있다. 도8b에 도시된 바와 같이, 액추에이터(86)는 도3의 터치패드 실시예와 마찬가지로 터치 스크린(82)에 직접 결합된다; 이와 달리, 관성질량은 도6의 터치패드 실시예와 마찬가지로 터치 스크린의 z축에서 관성 피드백을 제공하기 위해 이동될 수 있다. 터치패드에 대해 전술한 기타 특징들은 터치 스크린 실시예(80)에도 동등하게 적용될 수 있다.
전술한 터치 입력 장치(터치패드 및 터치 스크린)의 실시예에서, 사용자의 접촉은 터치 입력 장치에 의해 검출되는 장점이 있다. 햅틱 피드백은 사용자가 터치 장치와 접촉하고 있을 때만 출력되면 되므로, 상기 검출에 의해 터치 입력 장치에 접촉하고 있는 오브젝트가 없을 때 햅틱 피드백은 중단될 수 있다(액추에이터는 '꺼진다'). 상기 특징으로 휴대장치의 배터리 전원을 절약할 수 있다. 로컬 터치 장치 마이크로 프로세서(또는 유사 회로)가 컴퓨터에서 사용중인 경우, 상기 마이크로 프로세서는 사용자 접촉이 검출되지 않을 때 액추에이터 출력을 차단할 수 있으므로, 호스트 프로세서에 있어서 부가적인 연산 부담을 경감할 수 있다.
본 발명이 몇 가지 바람직한 실시예로서 기술되었지만, 그 변경, 치환 및 균등물은 도면과 함께 본 명세서를 숙독한 당업자에게는 자명하게 될 것이다. 예컨대, 많은 다른 유형의 액추에이터들이 택틸 센세이션을 사용자에게 출력하는데 사용될 수 있다. 또한, 일 실시예에서 기술된 많은 특징들은 다른 실시예들과 상호 교환적으로 사용될 수 있다. 또한, 설명을 명확히 하기 위해 특정 전문용어가 사용되었으며, 이에 의해 본 발명이 제한되는 것은 아니다.

Claims (56)

  1. 사용자가 접촉하는 터치 서피스상의 위치를 근거로 컴퓨터의 프로세서에 2차원의 위치를 나타내는 위치 신호를 입력하도록 동작하는 거의 평면인 터치 서피스를 포함하는 터치 입력장치; 및
    상기 터치 서피스에 접촉하는 사용자에게 햅틱 센세이션을 제공하도록 상기 터치 입력장치에 힘을 출력하며, 상기 프로세서에 의해 출력된 힘 정보를 근거로 상기 힘을 출력하고, 상기 터치 입력장치에 직접 힘을 출력하는, 상기 터치 입력장치에 결합된 적어도 1개의 액추에이터를 포함하는, 상기 컴퓨터에 신호를 입력하고 터치 제어장치의 사용자에게 힘을 출력하기 위한 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 컴퓨터는 상기 위치신호의 적어도 일부를 근거로 표시장치에 표시되는 그래픽 환경에서 커서를 위치시키는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 터치 입력장치는 터치패드이며, 상기 터치패드는 상기 컴퓨터의 표시화면과 분리되는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 터치 입력장치는 터치 스크린으로서 상기 컴퓨터의 표시화면에 포함되는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 터치 입력장치는 상기 컴퓨터의 하우징에 통합되는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 컴퓨터는 휴대용 컴퓨터인 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 터치 입력장치는 상기 컴퓨터와 분리되는 하우징에 제공되는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 사용자는 상기 터치 서피스를 상기 사용자의 손가락으로 접촉하는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 사용자는 상기 터치 서피스를 상기 사용자에 의해 손으로 쥐어지는 물리적인 오브젝트로 접촉하는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 물리적인 오브젝트는 스타일러스인 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 터치 입력장치는 사용자의 적어도 한 손에 의해 동작되는 손으로 쥐어지는 장치의 하우징에 통합되는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 손으로 쥐어지는 장치는 전자장치 또는 기기의 기능을 제어하기 위한 원격 제어장치인 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 적어도 1개의 액추에이터는 제1 액추에이터이며, 상기 터치 입력장치에 힘을 출력하기 위해 상기 터치 입력장치에 결합되는 적어도 1개의 부가적인 액추에이터를 더 포함하는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 힘은 상기 터치 입력장치의 상기 터치 서피스의 평면에 거의 수직으로 출력되는 선형 힘인 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 액추에이터는 선형 자유도로 출력되는 힘을 제공하는 선형 액추에이터이며, 상기 액추에이터는 상기 터치패드 및 접지된 하우징에 고정되도록 결합되는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 액추에이터는 회전 자유도로 출력되는 힘을 제공하는 회전형 액추에이터이며, 상기 출력된 힘은 상기 터치 입력장치에서 선형 힘으로 변환되는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터는 압전 액추에이터를 포함하는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터는 보이스 코일 액추에이터를 포함하는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  19. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터는 무선 호출기 모터를 포함하는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  20. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터는 솔레노이드를 포함하는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  21. 제1항에 있어서, 상기 프로세서와 분리되고 상기 액추에이터를 제어하는 제어신호를 제공하는 터치 입력 마이크로 프로세서를 더 포함하는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  22. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터는 상기 터치 입력장치에 진동 또는 펄스 택틸 센세이션을 출력하는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  23. 제1항에 있어서, 상기 터치 입력장치는 복수의 서로 다른 영역들을 포함하며, 상기 영역들 중 적어도 1개는 상기 위치신호를 제공하고 적어도 1개의 다른 영역은 다른 기능을 제어하도록 상기 컴퓨터에 의해 사용되는 신호를 제공하는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 다른 기능은 값의 비율 제어 기능을 포함하는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  25. 제23항에 있어서, 상기 다른 기능은 버튼 프레스를 포함하는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  26. 제23항에 있어서, 상기 영역들 중 적어도 1개는 상기 영역들 중 다른 1개 이외의 상기 터치 입력장치에 출력되는 다른 햅틱 센세이션과 관련되는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  27. 제23항에 있어서, 햅틱 센세이션은 상기 사용자가 상기 영역들 중 하나로부터 다른 하나로 접촉중인 오브젝트를 이동시킬 때 출력되는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  28. 제1항에 있어서, 상기 터치 서피스에 거의 수직인 상기 터치 입력장치의 운동 또는 위치를 검출하기 위한 센서를 더 포함하며, 상기 검출된 운동 또는 위치에 근거한 입력신호는 상기 컴퓨터로 송출되는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  29. 제2항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 커서와 상기 그래픽 환경에서의 그래픽 오브젝트간의 상호작용에 따라 상기 햅틱 센세이션을 제공하는 상기 힘 정보를 출력하는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  30. 제2항에 있어서, 상기 그래픽 환경에서 메뉴가 표시되며, 상기 커서가 상기 메뉴의 메뉴 엘리먼트들 간에 이동될 때 상기 터치 입력장치에 펄스가 출력되고, 상기 펄스는 상기 터치 입력장치를 상기 z축을 따라 이동시키며 상기 터치 서피스에 접촉하고 있는 사용자에게 전달되는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  31. 제2항에 있어서, 상기 그래픽 환경에서 아이콘이 표시되며, 상기 커서가 상기 아이콘 위로 이동될 때 상기 터치 입력장치에 펄스가 출력되고, 상기 펄스는 상기 터치 입력장치를 상기 z축을 따라 이동시키며 상기 터치 서피스에 접촉하고 있는 사용자에게 전달되는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  32. 제2항에 있어서, 상기 그래픽 환경에서 메뉴가 표시되며, 상기 커서가 상기 메뉴의 메뉴 엘리먼트들 간에 이동될 때 상기 터치 입력장치에 펄스가 출력되고, 상기 펄스는 상기 터치 입력장치를 상기 z축을 따라 이동시키며 상기 터치 서피스에 접촉하고 있는 사용자에게 전달되는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  33. 제2항에 있어서, 상기 그래픽 환경에서 웹 페이지가 표시되고 상기 웹 페이지에 하이퍼링크가 표시되며, 상기 커서가 상기 하이퍼링크 위로 이동될 때 상기 터치 입력장치에 펄스가 출력되고, 상기 펄스는 상기 터치 입력장치를 상기 z축을 따라 이동시키며 상기 터치 서피스에 접촉하고 있는 사용자에게 전달되는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  34. 사용자가 접촉하는 터치 서피스상의 위치를 근거로 컴퓨터의 프로세서에 2차원의 위치를 나타내는 위치 신호를 입력하도록 동작하는 거의 평면인 터치 서피스를 포함하는 터치 입력장치; 및
    상기 터치 입력장치에 결합되고 관성질량에 결합되며, 상기 터치 입력장치를 통해 상기 터치 서피스에 접촉하는 상기 사용자에게 전달되는 관성력을 상기 평면인 터치 서피스에 거의 수직인 축을 따라 출력하는 액추에이터를 포함하는, 상기 컴퓨터에 신호를 입력하고 터치 제어장치의 사용자에게 힘을 출력하기 위한 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  35. 제34항에 있어서, 상기 컴퓨터는 상기 위치신호의 적어도 일부를 근거로 표시장치에 표시되는 그래픽 환경에서 커서를 위치시키는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  36. 제34항에 있어서, 상기 액추에이터는 상기 평면 터치 서피스에 거의 수직인직선 축을 따라 양방향으로 상기 관성질량을 이동시키는 선형 액추에이터인 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  37. 제34항에 있어서, 상기 터치 입력장치는 상기 컴퓨터의 표시화면과 분리된 터치패드인 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  38. 제34항에 있어서, 상기 터치 입력장치는 터치 스크린을 제공하는 상기 컴퓨터의 표시장치에 포함되는 햅틱 피드백 터치 제어장치.
  39. 터치 입력장치의 평면에서 사용자에 의한 접촉 위치를 결정하고 상기 위치를 가리키는 위치신호의 적어도 일부를 근거로 그래픽 환경에서 커서를 위치시키는 컴퓨터 장치에 상기 위치신호를 제공하기 위한 적어도 1개의 센서를 포함하며 사용자에 의해 접촉되는 터치 입력장치; 및
    다른 그래픽 오브젝트와 상기 커서 사이에 상기 그래픽 환경에서 발생하는 상호작용과 관련되는 힘을 상기 터치 입력장치에 출력하기 위해 상기 컴퓨터 장치에 의해 출력되는 힘 정보로부터 유도된 제어신호를 수신하며 상기 터치 입력장치에 결합되는 액추에이터를 포함하는, 그래픽 환경을 구현하는 컴퓨터 장치에 입력을 제공하는, 사용자에게 햅틱 피드백을 제공하기 위한 장치.
  40. 제39항에 있어서, 상기 터치 입력장치에 출력된 힘은 상기 터치 입력장치의표면에 거의 수직인 선형 힘인, 사용자에게 햅틱 피드백을 제공하기 위한 장치.
  41. 제39항에 있어서, 상기 호스트 프로세서로부터 힘 정보를 수신하고 상기 제어신호를 상기 액추에이터에 송출되도록 하는, 상기 컴퓨터 장치의 호스트 프로세서와 분리된 터치 장치 마이크로 프로세서를 더 포함하는, 사용자에게 햅틱 피드백을 제공하기 위한 장치.
  42. 제39항에 있어서, 상기 그래픽 환경에서 발생하는 상호작용은 상기 다른 그래픽 오브젝트와 상기 커서간의 충돌을 포함하는, 사용자에게 햅틱 피드백을 제공하기 위한 장치.
  43. 제39항에 있어서, 상기 그래픽 환경에서 발생하는 상호작용은 상기 커서에 의한 상기 다른 그래픽 오브젝트의 선택을 포함하며, 상기 다른 그래픽 오브젝트는 아이콘, 윈도우 및 메뉴 아이템 중 하나인, 사용자에게 햅틱 피드백을 제공하기 위한 장치.
  44. 제39항에 있어서, 상기 터치 입력장치는 상기 터치 입력장치의 평면에 거의 수직인 축을 따라 이동할 수 있으며, 상기 축에 따른 이동이 감지되고, 상기 이동을 나타내는 정보는 상기 컴퓨터 장치로 송출되는, 사용자에게 햅틱 피드백을 제공하기 위한 장치.
  45. 제39항에 있어서, 상기 컴퓨터 장치는 휴대용이며, 상기 터치 입력장치는 상기 컴퓨터 장치의 하우징에 통합되고, 상기 액추에이터는 압전 액추에이터인, 사용자에게 햅틱 피드백을 제공하기 위한 장치.
  46. 그래픽 이미지를 표시하고 사용자가 접촉하는 터치 서피스상의 위치를 근거로 컴퓨터의 프로세서에 2차원의 접촉위치를 나타내는 위치 신호를 보고하도록 동작하는 거의 평면인 터치 서피스를 포함하는 터치 스크린; 및
    상기 서피스에 접촉중인 사용자에 의해 감지될 상기 평면에 수직인 힘을 출력하며 상기 평면 터치 서피스에 결합되는 적어도 1개의 액추에이터를 포함하는, 호스트 컴퓨터 시스템용 햅틱 터치 스크린 인터페이스.
  47. 제46항에 있어서, 상기 액추에이터는 상기 평면 터치 서피스에 진동 힘을 제공하는 압전 액추에이터인 햅틱 터치 스크린 인터페이스.
  48. 제46항에 있어서, 상기 액추에이터는 상기 평면 터치 서피스에 진동 힘을 제공하는 보이스 코일 액추에이터인 햅틱 터치 스크린 인터페이스.
  49. 제47항에 있어서, 상기 평면 터치 서피스는 상기 압전 액추에이터가 힘을 제공할 때 상기 평면 터치 서피스에 수직인 방향에 따른 하우징에 대해 움직일 수 있도록 가요성 결합장치에 의해 설치되는 햅틱 터치 스크린 인터페이스.
  50. 제48항에 있어서, 상기 터치 서피스는 상기 보이스 코일 액추에이터가 힘을 제공할 때 상기 평면 터치 서피스에 수직인 방향에 따른 하우징에 대해 움직일 수 있도록 가요성 결합장치에 의해 설치되는 햅틱 터치 스크린 인터페이스.
  51. 제47항에 있어서, 복수의 압전 액추에이터가 상기 힘을 제공하도록 조합하여 사용되는 햅틱 터치 스크린 인터페이스.
  52. 제48항에 있어서, 복수의 보이스 코일 액추에이터가 상기 힘을 제공하도록 조합하여 사용되는 햅틱 터치 스크린 인터페이스.
  53. 제46항에 있어서, 상기 힘은 주기적인 파형에 의해 정의되는 진동 힘인 햅틱 터치 스크린 인터페이스.
  54. 제46항에 있어서, 상기 힘은 주기적인 파형의 단일 사이클에 의해 정의되는 펄스 힘인 햅틱 터치 스크린 인터페이스.
  55. 제46항에 있어서, 상기 힘은 주기적인 파형의 소정 수의 사이클에 의해 정의되는 진동 힘인 햅틱 터치 스크린 인터페이스.
  56. 제46항에 있어서, 상기 힘은 주기적인 파형과 포락선에 의해 정의되는 진동 힘인 햅틱 터치 스크린 인터페이스.
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