KR20110130427A - 터치 감지 디바이스 - Google Patents

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KR20110130427A
KR20110130427A KR1020117021540A KR20117021540A KR20110130427A KR 20110130427 A KR20110130427 A KR 20110130427A KR 1020117021540 A KR1020117021540 A KR 1020117021540A KR 20117021540 A KR20117021540 A KR 20117021540A KR 20110130427 A KR20110130427 A KR 20110130427A
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KR1020117021540A
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마틴 콜롬스
티모시 크리스토퍼 존슨 위트웰
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하이웨이브 테크놀러지스 (유케이) 리미티드
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    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
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Abstract

터치 감지 데이터 입력 스크린에 결합된 적어도 하나의 전자기계적 여진기(electromechanical exciter)를 통해 사용자에게 촉각 응답을 제공하기 위해 정렬된 유형의 터치 감지 데이터 입력 스크린을 제조하는 방법으로서, 데이터 입력 스크린, 서스펜션, 및 적어도 하나의 여진기에 의해 표현되는 기계적 및 전자기계적 결합 시스템을 분석하는 단계; 및 사람의 터치에 응답하여 낮은 주파수로 스크린의 요구된 변위(displacement) 및 가속도를 제공하기 위하여 결합 시스템의 파라미터들의 값들을 선택하는 단계를 포함한다.

Description

터치 감지 디바이스{TOUCH SENSITIVE DEVICE}
본 발명은 터치 감지 화면 또는 패널을 포함하는 터치 감지 디바이스에 관한 것이다.
US 4,885,565, US 5,638,060, US 5,977,867, US 2002/0075135는 터치되었을 때, 사용자를 위한 촉각 패드백(tactile feedback)을 갖는 터치-동작 장치(touch-operated apparatus)를 설명한다. US 4,885,565에서는, 촉각 피드백을 제공하기 위해 동력이 공급될 때, CRT에 움직임을 전하는 액츄체이터가 제공된다. US 5,638,060에서는, 사용자의 손가락에 대해 반동력(reaction force)을 인가하는 요소들을 진동시키기 위한 스위치를 형성하는 압전 소자(piezo-electric element)에 전압이 인가된다. US 5,977,867에서는, 촉각 피드백 유니트가 터치 스크린이 손가락 또는 포인터에 의해 터치되었을 때, 사용자가 느끼는 기계적 진동(mechanical vibration)을 생성한다. 기계적 진동의 진폭, 진동 주파수, 및 펄스 길이는, 느끼기에는 충분히 길지만 다음 키의 터치 전에 종료되기에 충분히 짧은 펄스폭으로 제어된다. US 2002/0075135는 버튼 클릭을 시뮬레이션하기 위해, 과도 스파이크 형태의 펄스를 제공하는 제2 트랜스듀서의 사용을 설명한다.
이머젼 코퍼레이션(Immersion Corporation)의 WO 2008/045694는 하우징과, 서스펜션을 통해 그 하우징에 결합된 터치 스크린을 포함하는 촉각 효과 디바이스(haptic effect device)를 개시한다. 액츄에이터는 터치스크린에 결합된다. 서스펜션은 액츄에이터가 제1 주파수로 제1 진동들을 생성할 때, 그 제1 진동들이 하우징으로부터 충분히 격리되고, 기계적 버튼을 시뮬레이트하기 위해 터치 스크린에 인가되도록 미세 조정된다. 그리고 액츄에이터가 제2 주파수로 제2 진동들을 발생하면, 제2 진동들이 진동성 알림(vibratory alert)을 생성하기 위해 하우징까지 대체로 전달된다.
그 밖의 터치 감지 디바이스들은 US 2001/006006, US 2007/080951, US 2009/181724, US 2007/080951, US 2009/181724, WO 2008/151863, US 2009/189873, US 2009/267892, US 2008/100568, US 2007/024593, WO 2009/074826, JP 2009/245105, 및 US 2007/236450에 기재되어 있다.
본 발명은 터치 감지 화면 또는 패널을 포함하는 터치 감지 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 터치 감지 데이터 입력 스크린에 결합된 적어도 하나의 전자기계적 여진기(electromechanical exciter)를 통해 사용자에게 촉각 응답을 제공하기 위해 정렬된 터치 감지 데이터 입력 스크린류를 제조하는 방법이 제공되고, 그 방법은 서스펜션 상에 터치 감지 데이터 입력 스크린을 탄성적으로 탑재하는 단계; 데이터 입력 스크린, 서스펜션, 및 적어도 하나의 여진기에 의해 표현되는 기계적 및 전자기계적 결합 시스템(mechanical and electromechanical coupled system)을 분석하는 단계, 및 사람의 터치에 응답하여 낮은 주파수로 스크린의 요구된 변위(required displacement) 및 가속도를 제공하기 위해 결합 시스템의 파라미터값을 선택하는 단계를 포함한다.
분석 단계는 여진기 또는 여진기 각각의 공진을 분석하는 단계를 포함할 수 있다. 각 여진기는 동일한 또는 서로 다른 공진을 갖는다. 분석 단계는 탄성적으로 서스팬딩된 스크린의 공진을 분석하는 단계를 포함할 수 있다. 탄성적으로 탑재된 스크린과 여진기의 결합 공진(coulped resonance)이 또한 이 분석 단계에 포함될 수 있다.
이 방법은 터치 표면의 가속도와 변위 관점에서, 출력 응답에 대한 식별을 포함한다. 이 분석에 포함될 수 있는 파라미터들은 적어도 하나의 여진기의 전기적 및 기계적 특성, 구동 증폭기 또는 구동기 증폭기 각각의 효율성과 전자적 특성, 및 소망하는 촉각 출력을 위한 전기적 구동 신호들의 코딩 또는 정형(shaping) 중 하나 이상으로부터 선택된다.
스크린 표면의 기계적 특성들은 분석에 그 스크린을 전체(全體) 공진 시스템으로서 포함시킴으로써 매칭될 수 있고, 여기서 스크린의 Q인자, 이동 질량(moving mass) 및 컴플라이언스(compliance)는 여진기의 전기적 및 기계적 구성요소들 모두에 대한 기계적 매칭에 포함된다. 다시 말하면, 분석은 표면 지지 공진(surface supported resonance)을 사용할 수 있다.
값들의 선택은 결합 시스템의 전기적 효율 및/또는 기계적 치수(mechanical footprint, 특히 결과적인 두께)를 향상하는 단계를 포함한다. 값들의 선택하는 단계는 스크린 파라미터들(크기, 재료, 무게를 포함하지만 이에 한정되지 않음), 여진기 파라미터들(크기, 높이, 내부 공진을 포함하지만 이에 한정되지 않음), 및 임의 스크린 서스펜션의 파라미터들(재료 및 스크린 상의 위치를 포함하지만 이에 한정되지 않음) 중 일부 또는 전부를 선택하는 단계를 포함한다.
스크린은 적어도 200mm의 크기 및/또는 적어도 200gms의 질량을 가질 수 있다. 예를 들어, 스크린은 넷북 또는 유사한 디바이스를 사용되기에 적합할 수 있다. 스크린은 LCD(Liquid Crystal Display) 스크린 또는 터치 스크린을 포함할 수 있다. LCD 스크린과 터치 스크린 모두가 같은 크기일 수 있다..
요구된 스크린 가속도 범위는 5 내지 50m/s2이고, 대략 20m/s2정도로 15m/s2보다 클 수 있다.
여진기 또는 여진기 각각은 스크린을 평면 외 움직임(out-of-plane movement) 및/또는 평면 내 움직임(in-plane movement), 및/또는 흔들림 변위(rocking displacement)로 여진하기 위해 스크린에 결합될 수 있다. 평면 외 움직임을 위해서, 스크린은 결과적으로 피스톤적(즉 전체 공진)으로 동작할 수 있다. 여진기 또는 여진기 각각은 관성 전자기계적 여진기(inertial electromagnetic exciter)일 수 있다. 이러한 여진기들은 출원인이 소유하고 참고로서 본 명세서에 포함되는 예를 들어, WO 97/09859, WO 98/34320, 및 WO 99/13684로부터 본 기술 분야에서 잘 알려져 있다. 대안적으로, 적어도 하나의 여진기는 압전 트랜스듀서, 자기 변형(magneto-strictive) 여진기, 또는 구부러지거나 비틀린 트랜스듀서(예를 들어, WO 00/13464에 개시된 유형)일 수 있다. 복수의 여진기(다른 유형일 수 있음)들은 조정된 방식(co-ordinated fashion)으로 동작하도록 선택될 수 있다.
촉각 신호는 사용자에게 버튼 클릭의 느낌을 제공할 수 있다. 대안적으로, 복합적 촉각 신호(생성된 변위 및/또는 가속도의 관점에서)가 사용자에게 추가 정보를 제공하기 위해 생성될 수 있다. 촉각 응답 신호는 사용자 행동 또는 몸동작 등에 연관될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 촉각 신호는 디스플레이 작용 또는 반응 관점에서 스크린의 응답에 연관될 수 있다.
스위칭 증폭기는 그 또는 다른 여진기에 촉각 신호들을 제공하기 위해 사용될 수 있고, 저역 통과 필터링된 파형 형태로 신호를 출력할 수 있다. 증폭기 출력 파형은 적어도 거의 사각파(square waveform)일 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 임의 청구항의 방법에 의한 촉각 응답을 사용자에게 제공하는 터치 스크린 장치가 제공된다.
장치들은 예를 들어, WO 00/02417(본 명세서에 참조로서 포함됨)에 제시된 음향 신호를 생성하는 수단(예컨대, 굽힘파 확성기)를 구비할 수 있으며, WO 00/02417는 디스플레이 스크린의 전면으로부터 작은 공기층 간격만큼 이격된 투명 굽힘파 스피커(transparent bending wave speaker)을 포함하는 비주얼 디스플레이 디바이스와 확성기의 결합물을 개시하고 있다. 대안적으로, 확성기 기능은 WO 97/09842(본 명세서에 참조로서 포함됨)에 개시된 내용을 사용하여, 터치 스크린 자체의 적절한 여기에 의해 구체화될 수 있다. 이러한 음향 신호는 촉각 신호, 사용자 행동, 및/또는 장치 응답들 간에 유익한 연합(beneficial association)을 강화하는 오디오 출력을 생성할 수 있다.
이 장치들은 전자 디스플레이(예를 들어, LCD)를 구비할 수 있다. 이 장치들은 촉각 신호들을 여진기 또는 여진기 각각에 공급하기 위한 스위칭 증폭기를 구비할 수 있다.
본 발명에 따르면, 촉각 응답을 사용자에게 제공하는 터치 스크린 장치가 제공된다.
본 발명은 첨부 도면들에 예시적으로 도시된다.
도 1a는 터치 감지 장치의 평면도를 나타낸다.
도 1b는 도 1a에 도시된 터치 감지 장치의 단면도를 나타낸다.
도 2는 제로 댐핑(zero damping)과 여러 댐핑(one with some damping)을 각각 갖는 발포 플라스틱 서스펜션(foamed plastic suspension) 상에 탑재된 도 1의 스크린에 대하여 주파수에 따라 변화하는 시뮬레이션된 가속도의 진폭을 나타낸다.
도 3은 접지형 여진기(grounded exciter), 관성 여진기(inertial exciter), 및 조정된 관성 여진기(tuned inertial exciter) 각각에 의해 구동되는 도 1의 스크린에 대하여 주파수에 따라 변화하는 시뮬레이션된 가속도의 진폭을 나타낸다.
도 4는 도 1의 스크린에 대하여 주파수에 따라 변화하는 시뮬레이션된 가속도의 진폭과 음향 SPL 측정으로부터 유도된 진폭을 나타낸다.
도 5는 시스템의 구성요소에 대한 블록도를 나타낸다.
도 6은 도 1에 도시된 디바이스의 파라미터들을 선택하는 방법 단계들의 순서도를 나타낸다.
도 7은 시스템의 기계적 응답을 시뮬레이션하기 위한 회로도이다.
도 8은 공진(100Hz) 부근에서 시간에 대한 출력을 그래프로 나타냄으로써 도 7의 회로에 있는 다양한 구성요소들을 통과하는 신호들을 나타낸다.
도 9는 거의 공진에서 임펄스 트레인 폭(impulse train widths)들을 변화시켜 디바이스의 시뮬레이션된 기계적 응답의 변화를 나타낸다.
도 10은 주파수를 변화시켜 디바이스의 시뮬레이션된 기계적 응답의 변화를 나타낸다.
도 11은 댐핑 레지스터를 변화시켜 디바이스의 시뮬레이션된 기계적 응답의 변화를 나타낸다.
도 1a와 도 1b는 넷북 및 그 밖의 유사한 크기의 애플리케이션들에 적합한 터치 감지 디바이스를 나타낸다. 넷북은 보다 큰 랩탑에 비해 사양과 프로세싱 능력이 감소된 작고 가벼운 랩탑 컴퓨터의 일종이다. 넷북은 일반적으로 웹 기반 또는 인터넷 애플리케이션을 액세스하기에 적절하다. 그러나 넷북들은 복잡하거나 또는 자원-집약적 애플리케이션(resource-intensive application)들을 구동시키는데 대개 적절하지 않다. 이러한 디바이스들은 대각선의 길이가 8 내지 10인치인 사각형 터치 감지 스크린을 전형적으로 갖는다. 유사한 크기의 터치 감지 스크린들이다른 애플리케이션(예를 들어, 복사기 스크린들)에서 발견된다. 이러한 분야에서, 디바이스는 전자기계적 여진기에 의해 구동되며, 이러한 여진기는 모바일 폰에서 사용되는 질량이 적재된 스프링 형태(spring loaded mass type) 또는 회전축과 편심 무게를 갖는 형태와 같은 진동 디바이스를 포함한다. 다시 말하면, 종래 디바이스는 작은 모터인 여진기를 일반적으로 사용한다. 알려진 두 가지 유형 모두는 불충분한 가속도, 늦은 응답 시간, 낮은 효율성, 및 보다 복잡한 변조 촉각 신호를 촉각 사용자 느낌으로 적절하게 변형시킬 수 없다는 것을 포함하는 단점을 갖는다.
도 1a와 도 1b에 도시된 바와 같이, 디바이스는 동일 크기의 터치 스크린(14)에 인접하여 LCD 패널(12)의 형태로 된 터치 감지 데이터 입력 스크린(5)을 구비한다. 사용자는 손가락이나 스타일러스(9, 도시된 바와 같음)로 패널 형태 터치 스크린을 접촉할 수 있다. LCD 스크린(12)은 탄성적 발포 플라스틱 서스펜션(6)을 사용하여 접지형 프레임(3)에 탑재되고, 그 탄성적 발포 플라스틱 서스펜션(6)은 스크린(5) 주변 둘레를 신장한다. 4개의 낮은 프로파일 일렉트로다이나믹 여진기(13)들은 프레임(3)의 코너당 1개씩 탑재되고, LCD 스크린에 공진 굽힘파 여기를 일으키기 위해 LCD 스크린의 후면에 커플러(8)들을 이용하여 결합된다. 따라서 이러한 여진기들은 접지되지만, 관성 여진기들(즉, 프레임에 탑재되지 않은 여진기들)이 또한 사용되거나, 관성 및 접지 여진기들의 조합이 사용될 수 있다. 여기는 터치 감지 디바이스를 터치하는 사용자에게 "촉각" 느낌, 즉 힘 피드백을 생성하여 제공하기 위한 것이다. 여진기(13)는 화살표 2로 나타낸 것처럼, 사용자의 손가락 끝에 의해 패널의 표면(10)이 터치되었을 때 변조 또는 과도 스파이크 신호를 패널에 인가하고, 버튼 또는 키 클릭을 시뮬레이션하기 위해, 화살표 4로 나타낸 것처럼 손가락 끝에 반대의 피드백 힘을 인가한다. 사용된 여진기들은 광대역 음향 동작을 위해 설계된 규격품 유니트(off-the-shelf unit)들이다. 상당히 감소된 대역폭 요건을 고려할 때, 보다 강력한 성능의 유니트들이 개발될 것으로 예상된다.
스크린(5)에 굽힘파 에너지를 인가하여 음향 출력을 생성하도록, 스크린(5)의 후면 또는 내면에 탑재된 추가 트랜스듀서(15)가 또한 도시되어 있다. 이 트랜스듀서는 관성형이고, 선택적으로 포함되며, WO 97/09842에 설명된 종류이거나 WO 01/54450에 설명된 종류일 수 있다. WO 97/09842에 개시된 내용에 따르면, 여진기는 스크린 내에 굽힘파 진동을 최적으로 구동하기 위하여 패널의 중앙을 향해 탑재된다.
도 2 내지 도 4는 9인치 LCD 스크린을 갖는 테스트 베드 디바이스(test-bed device)에 기초한 시뮬레이션과 실험의 일부 결과를 나타낸다. 시스템을 모델링하기 위하여, LCD 스크린 중량은 183g으로 설정되고, 터치 스크린에 대해 추정된 64g이 가산되어 총 스크린 중량은 약 250g이 된다. 터치 스크린의 재료는 LCD 스크린과 동일한 영역의 1mm 글래스로 설정된다. 여진기는 25mm 지름의 음성 코일과 저 프로파일 디자인(즉, 두께 < 6mm)을 갖는 4옴(ohm) 전자기계적 디바이스가 되도록 선택된다.
먼저, 탑재 서스펜션의 컴플라이언스 상에서 공진하는 총 스크린 질량의 타겟 공진 주파수는 100Hz로 설정되고, 발포 강도(foam stiffness)는 이 소망하는 100Hz 공진을 250g 스크린 질량으로 주도록 선택될 수 있다. 이 강도가 요구된 공진 주파수를 주기 위해 임의로 선택되었지만, 그 값들은 데이터 베이스 내에서 확인된 전형적인 발포 특성들 내에 있다는 것에 유의한다.
도 2는 여진기에 대한 1W(2V) 사인 곡선 입력에 응답하는 스크린(LCD 및 터치 스크린)의 시뮬레이트된 가속도의 변화를 주파수에 대하여 나타낸다. 한 시뮬레이션(라인 22)은 제로 댐핑을 갖는 서스펜션을 사용하고, 다른 시뮬레이션(라인 24)은 보다 실제적인 댐핑 값을 갖는다. 이 두 경우, 여진기의 마그넷 컵(magnet cup)은 접지 즉 프레임에 대해 고정되고, 100Hz에서 20m/s2의 타겟 가속도가 달성된다.
도 3은 접지 모드(라인 32)와 관성 모드(라인 34, 즉, 마그넷 컵이 참조 프레임에 접지되지 않음) 모두에서 여진기의 사용 영향을 조사하는 시뮬레이션의 결과를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 관성 모드에서는, 여진기의 서스펜션 상에 마그넷의 공진이 57Hz의 주파수에서 발생한다. 제3 라인(36)은 여진기의 공진이 100Hz에 상응하도록 하기 위하여 여진기 서스펜션을 선택하는 것의 영향을 그래프화한 것이다. 도 2는 관성 구성에 여진기를 탑재하면 스크린에서 가속도가 증가한다는 것을 나타낸다. 이것은 패널 공진과 일치하도록 여진기 공진을 미세조정하면 더욱 증대될 수 있다.
도 4는 도 2와 도 3의 결과들을 사용한 시뮬레이션 결과(라인 42)와 측정 결과(라인 44)를 비교한다. 측정을 위하여, 간단한 테스트 배드 모형이 MDF 보드에 탑재된 LCD 패널(LCD 스크린 및 터치 스크린)로 구성되며, LCD 패널은 그 패널 주변을 둘러싼 발포 스트립들을 통해 MDF 보드에 탑재된다. 경질(rigid) 피스톤이 생성하는 음압 레벨(SPL; Sound Pressure Level)은 그것의 가속도에 비례한다. 피스톤의 영역과 주어진 입력에 대한 SPL을 알게 됨으로써(및 주어진 거리에서 측정된 SPL), 피스톤이 경험하고 있는 가속도를 유도할 수 있다. 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 시뮬레이션된 시스템과 측정된 시스템은 일반적으로 양호하게 일치한다.
SPL 측정은 표준실(즉, 울림이 없는 챔버가 아님)에서 행해졌으며, 주로 약 250Hz 이하의 소음 기여가 있다. 또한 룸 반사 및/또는 정상파(standing wave)로부터의 상호 작용이 SPL 측정된 데이터 내에 존재한다.
측정 결과들과 상술된 시뮬레이션 결과들의 조합로부터, 일반적인 9인치 LCD 디스플레이 패널에 대해서 20m/s2 정도의 가속도들을 생성하는 것이 가능하는 것을 알 수 있다.
도 5는 시스템의 구성 요소들을 블록으로서 나타낸다. 스크린 상의 접촉은 하나 이상의 센서(17)에 의해 검출되거나 및/또는 트래킹될 수 있으며, 그 센서들은 접촉에 대한 정보(예컨대, 본 출원인의 국제 특허 출원 WO 01/48684, WO 03/005292, 및/또는 WO 04/053781에 설명된 것과 같은 위치 또는 다른 특성들)를 얻기 위하여, 측정 결과들을 프로세서(20)에 제공한다. 이러한 국제 특허 출원들은 참조로서 본 명세서에 포함된다. 대안적으로, 용량성(capacitive) 또는 저항성(resistive) 방법들을 포함하는 다른 알려진 방법들이 이러한 접촉을 수신하고, 기록 또는 감지하기 위해 사용될 수 있다. 접촉 위치를 사용하여, 신호 생성기/증폭기(21)는 터치 스크린(14) 내에 공진을 만들기 위한 신호를 여진기(13)에 제공한다.
도 6은 소망하는 출력을 갖는 디바이스를 제작하는데 이용되는 시스템 파라메터들을 선택하는 방법 단계들을 요약한다. 단계 100에서, 촉각 느낌을 생성하기 위하여 패널에서 여기될 소망하는 공진 주파수가, 이 주파수에서 소망하는 패널 가속도와 함께 설정된다(즉, 상술된 예시에서, 100Hz에서 20m/s2 정도). 단계 S102에서, 패널의 재료 및 크기에 기초한 예측을 통해, 패널(즉, 상술된 것과 같은 LCD 스크린 및 터치 패널)의 질량이 결정된다. 단계 S104에서, 특히 선택된 공진 주파수에서 패널에 공진을 여기시키는 여진기가 선택된다. 상술된 예시의 경우에는, 표준 저 프로파일 여진기(standard low-profile exciter)가 선택된다. 선택적으로, 내부 여진기 공진이 원하는 공진 주파수에 매칭될 수 있다. 추가적 최적화와 개량을 위한 일부 영역이 여진기의 탑재와 여진기의 서스펜션 강도를 조정하는 것에 관련하여 제안되었다.
마지막으로, 단계 S106에서, 재료와 패널 상에서의 위치를 포함하는 서스펜션 파라미터들이 시스템의 다른 파라미터들에 대한 지식에 기초하여 소망하는 공진을 얻기 위하여 선택된다. 도 6에서, 패널, 여진기 및 서스펜션의 파라미터들이 최적 솔루션을 달성하기 위해 모두 고려된다. 본 시스템은 성능을 최적화하기 위하여 시스템의 요소들이 전체적으로 고려되어야 하는 복잡한 전자기계적 결합 시스템이다. 결합 시스템의 고려할 만한 일부 추가 파라미터에는 결합 시스템의 전기적 효율(예를 들어, 시스템에 전력을 인가하는 배터리의 수명을 증가시킴) 및 결합 시스템의 기계적 치수가 있다. 그러나 예를 들어 일부 파라미터들이 고정되었을 때, 파라미터들의 부분 집합에 대한 적절한 선택은 반드시 최적 솔루션은 아니지만 유용한 솔루션을 달성할 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 7 내지 도 12는 여진기들 중 하나에 대한 전기적 파라미터들의 선택을 설명한다. 도 7은 거의 공진(예컨대, 100Hz)에서 시스템의 기계적 응답을 시뮬레이션하는 상세 회로도를 나타낸다. 여진기의 파라미터들은 도면의 우측에 모델링되어 있으며, 인덕턴스 L1으로서 여진기의 질량을 나타내고, 저항 R2로서 여진기의 댐핑값을 나타낸다. 여진기는 오픈 드레인 싱글 앤드(open drain single end) 여진기 드라이버이다. 이 회로의 좌측 부분은 MosFet(T3)을 경유하여 여진기에 접속된 증폭기이다. 따라서 증폭기는 턴 오프(turn off)됨에 따라 소스와 드레인 간의 전도를 방지하여 여진기의 전기적 효율을 증가시키는 스위칭 증폭기이다.
또한 회로는 입력 디바이스로서 드라이버 여진기를 사용함으로써 거의 공진 구동 주파수를 찾기 위한 자동 교정(auto calibration)을 위해서 사용될 수 있다. MosFet 구동 트랜지스터가 턴오프된다는 사실은 패널 변위의 모니터링을 용이하게 한다(이것은 또한 구동 펄스 1개를 인가한 후에 모든 구동 MosFets를 턴오프하기 때문에, 또한 푸시-풀 H-브리지 드라이브와 함께 동작함). 자동 교정을 수행하는 동기는 일반적인 지지 발포체의 기계적 특성 중 큰 온도 드리프드(large temperature drift)를 완화하는 것이다.
도 8은 도 7에 도시된 회로도의 다양한 구성요소에 걸친 여러 신호를 나타낸다. 도의 상단에 도시된 바와 같이, 입력 트리거 펄스가 VG1에 인가된다. 이 입력 트리거 펄스는 지속기간이 10ms이고, 크기는 5V이다. 3번째 파형도에 도시된 것처럼, 사각파 펄스 트레인이 오픈 드레인 MosFet(T3 IRFZ44로 라벨링됨)에 인가된다. 이 펄스 트레인은 100ms의 입력 펄스폭을 갖고, 크기는 약 4.5V이다. 여진기와 유사한 기계적 회로에 대한 출력(VM3)이 하단 도면에 도시되어 있다. 이것은 변형된 사각파 펄스 트레인이다. 이 신호들은 여진기가 제공하는 변위에 등가인 캐패시터 C(C1921) 양단의 전압 응답(VM1)이 된다.
도시된 바와 같이, 증폭기는 이동 코일 여진기의 이동 질량(L1 275m), 전기 저항(R2), 및 인덕턴스(C1921)와, 구동되는 스크린의 결합 질량과 협력하여 동작한다. 이 방식에서, 도 8의 3번째 도에 도시된 거의 사각파 형태의 출력이, 도 8의 2번째 도에 도시된 것처럼 촉각 느낌에 적절한 저역 통과 필터링된 파형 또는 더욱 사인파 모양으로 변환된다. 따라서 보다 효율이 낮은 클래스 B 또는 클래스 A/B 선행 증폭기를 필요로 하지 않을 수 있다. 오디오형 선형 증폭기와 비교되는 더욱 높은 시스템 효율성이 가능할 수 있다.
출력은 사용자의 손가락 끝에 버튼 클릭 느낌을 제공하기 위한 펄스형 신호를 형성하기 위하여 100ms의 짧은 지속기간을 갖는다. 촉각 펄스를 생성하는데 사용되는 신호의 콘텐츠를 개발하고, 또한 여진기의 구동에 사용되는 전자 장치를 최적화하는데 많은 여지가 있다. 예를 들어, 사용자의 손가락에 의해 수행된 터치 행동들은 예컨대, 쓸어넘기기(sweep), 엄지와 검지를 이용한 늘림, 누르기, 두드림과 같은 제스처를 포함할 수 있다. 촉각 신호들이 이러한 터치 행동의 각각에 매치할 수 있다. 이러한 매치된 신호들은 사용자에게 추가적 정보를 제공하기 위하여 더욱 복잡(예컨대, 변위 및/또는 가속도에 대한 변화를 제공하는 펄스들의 결합)할 수 있다. 더욱 복잡한 신호들은 입력 펄스 트레인 폭, 사각파 펄스 트레인의 주파수, 및/또는 여진기의 저항을 변화시킴으로써 제공될 수 있다.
도 9는 입력 펄스 트레인 폭의 변화에 따라 VM1의 양단 출력이 어떻게 변화하는지를 나타낸다. 상단 도(VM1[1])에서, 입력 펄스 트레인의 폭은 약 55ms로 설정되고, 하단 도(VM1[6])에서, 입력 펄스 트레인의 폭은 약 145ms로 설정되어 있다. 다른 도는 이들 극단 값 사이에 있는 폭들을 나타낸다.
도 10은 사각파 펄스 트레인 주파수의 변화에 따라 VM1의 양단의 출력이 어떻게 변화하는지를 나타낸다. 상단 도(VM1[1])에서, 주파수가 350Hz로 설정되고, 하단 도(VM1[6])에서 주파수가 약 35Hz로 설정된다. 다른 도는 이 극단 값 사이에 있는 주파수들을 나타낸다. 100Hz 주파수는 4번째 도(VM1[4])에 도시되어 있다.
도 11은 VM1의 양단 출력이, 여진기의 내부 저항(도 7에 도시된 R2)이 변화하면 어떻게 변화하는지를 나타낸다. 상단 도(VM1[1])에서 저항은 10옴으로 설정되고, 하단 도(VM1[6])에서 저항은 200옴으로 설정된다. 다른 도는 이 극단 값 사이에 있는 주파수들을 나타낸다.
많은 다른 효율적인 대안들이 당업자에 의해 구현될 수 있음은 의심할 여지가 없다. 본 발명은 설명된 실시예들에 한정되지 않고, 본 명세서에 첨부된 청구 범위와 요지 내에서 당업자에게 명백한 변형예들을 포함한다는 것을 알 수 있을 것이다.
13: 여진기
14: 터치 스크린
17: 센서
20: 프로세서
21: 신호 생성기/증폭기

Claims (24)

  1. 터치 감지 데이터 입력 스크린에 결합된 적어도 하나의 전자기계적 여진기(electromechanical exciter)를 통해 사용자에게 촉각 응답(haptic response)을 제공하기 위해 정렬된 유형의 상기 터치 감지 데이터 입력 스크린을 제조하는 방법으로서,
    서스펜션(suspension) 상에 상기 터치 감지 데이터 입력 스크린을 탄성적으로 탑재하는 단계;
    상기 터치 감지 데이터 입력 스크린, 상기 서스펜션, 및 상기 적어도 하나의 여진기에 의해 표현되는 기계적 및 전자기계적 결합 시스템을 분석하는 단계; 및
    사람의 터치에 응답하여 낮은 주파수로 상기 스크린의 요구된 변위(displacement) 및 가속도를 제공하기 위하여 상기 결합 시스템의 파라미터들의 값들을 선택하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 값들을 선택하는 단계는 상기 결합 시스템의 전기적 효율을 향상시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 값들을 선택하는 단계는 상기 결합 시스템의 상기 기계적 치수(mechanical footprint)를 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 200mm의 크기를 갖는 스크린에 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스크린은 적어도 200gms의 질량을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 요구된 스크린 가속도 범위는 5 내지 50m/s2인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 가속도는 20m/s2 정도인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분석하는 단계는 상기 탄성적으로 탑재된 스크린의 공진을 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분석하는 단계는 상기 여진기 또는 상기 여진기 각각의 공진을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분석하는 단계는 스크린 표면과 여진기 결합 공진을 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스크린을 평면외 움직임(out-of-plane movement)으로 여기시키기 위해 상기 여진기 또는 상기 여진기 각각을 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스크린을 평면내 음직임(in-plane movement)으로 여기시키기 위해 상기 여진기 또는 상기 여진기 각각을 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스크린을 흔들림 변위(rocking displacement)로 여기시키기 위해 상기 여진기 또는 상기 여진기 각각을 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서, 상기 여진기 또는 여진기 각각이 기계적으로 양극화(polarised)되거나 압전기(piezoelectric)류가 되도록 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서, 조정된 방식(co-ordinated fashion)으로 동작하도록 복수의 여진기를 정렬하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사용자에게 추가 정보를 제공하기 위하여, 복합적인 촉각 신호를 상기 여진기 또는 상기 여진기 각각에 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서, 상기 여진기 또는 상기 여진기 각각에 촉각 신호들을 제공하는 스위칭 증폭기를 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 청구항 17에 있어서, 저역 통과 필터링된 파형의 형태로 신호를 출력하도록 상기 스위칭 증폭기를 정렬하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 파형은 사각파형을 적어도 근사화하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 청구항 1 내지 청구항 19 중 한 항에 기재된 방법에 의해 제조된, 사용자에 대한 촉각 응답을 갖는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
  21. 청구항 20에 있어서, 음향 신호를 생성하는 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
  22. 청구항 21에 있어서, 굽힘파 확성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
  23. 청구항 20 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 있어서, 전자적 디스플레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
  24. 청구항 20 내지 청구항 23 중 어느 한 항에 있어서, 상기 여진기 또는 상기 여진기 각각에 촉각 신호들을 제공하기 위한 스위칭 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
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