KR20140037011A - 사용자 인터페이스 시스템 - Google Patents

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크레이그 미쉘 씨슬라
미카 비. 야이리
나다니엘 마크 새알
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택투스 테크놀로지, 아이엔씨.
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Abstract

사용자 인터페이스 시스템의 일 실시예는, 일정량의 유체; 촉감층; 실질적으로 유체를 투과시키지 않는 유지벽; 투과층; 변위 장치; 및 터치 센서를 포함한다. 촉감층은 후면과 함께 제2 영역을 정의하는데, 여기서 제2 영역은, 제2 영역이 제1 영역과 실질적으로 같은 높이가 되는 수축 상태와, 제2 영역이 실질적으로 제1 영역보다 튀어나온 팽창 상태 사이에서 작동 가능하다. 제1 영역의 후면에 연결된 투과층은, 투과층을 통해 제2 영역의 후면으로 유체의 일부를 소통시키는 복수의 유체 포트들을 포함한다. 변위 장치는 유체를 유체 포트들을 통해 후면으로 흐르게 하여 제2 영역이 수축 상태로부터 팽창 상태로 전환되게 한다. 터치 센서는 촉감층에서 사용자 터치를 검출한다.

Description

사용자 인터페이스 시스템{USER INTERFACE SYSTEM}

관련출원에 대한 상호 참조

본 출원은 참조로서 그 전체가 포함된, 2010년 10월 20일 출원된 미국 가출원 제61/405,140호의 이익을 주장한다.

본 출원은 “System and Method for Raised Touch Screens”라는 제목으로 2008년 1월 4일 출원된 미국 출원 제11/969,848호와 “User Interface System”이라는 제목으로 2009년 1월 5일 출원된 미국 출원 제12/319,334호와 “User Interface System”이라는 제목으로 2009년 7월 3일 출원된 미국 출원 제12/497,622호와 관련되고, 위 특허 출원들은 참조로서 그 전체가 포함되었다.

본 발명은 일반적으로 사용자 인터페이스 분야에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 터치 기반 인터페이스 분야에서 새롭고 유용한 사용자 인터페이스에 관한 것이다.

터치 감응 디스플레이(예를 들어, 터치 스크린)는 사용자들이 명령들을 그리고 데이터를 디스플레이로 직접 입력하게 하여, 다양한 적용에서 특히 유용할 수 있다. 터치 스크린들을 위한 일반적인 적용들은 휴대폰과 산업용 공정 제어를 위한 사용자 인터페이스와 같은 소비재를 포함한다. 특정 적용에 따라, 이러한 터치 감응 디스플레이들은 통상적으로 작은 휴대용 PDA 부터 중간 크기의 태블릿 컴퓨터, 큰 공업용 도구에 이르는 장치들에서 사용된다. 사용자는 동일한 디스플레이에서 데이터를 입력하고 읽는 것이 종종 편리하다. 개별로 잘 정의된 키가 있는 키패드와 같은 전용의 입력 장치와 달리, 대부분의 터치 감응형 디스플레이들은 일반적으로 평평하다. 결과적으로, 터치 감응 스크린은 하나 이상의 “버튼”에 대한 명확한 촉감 유도를 제공하지 않는다. 대신, 터치 감응 디스플레이들은 사용자 입력을 유도하기 위한 시각적 신호들(예를 들어, 디스플레이된 이미지)에 따른다.

따라서 터치 감응 디스플레이의 심각한 단점은 인접한 버튼들이 감각에 의해 구분가능하지 않기 때문에 데이터를 정확하게 입력하기를 시도할 때 사용자가 마주하게 되는 근본적인 어려움이다. 부적절한 타자가 통상적이어서, 이는 일반적으로 사용자가 키패드에(정확하게 다음 타자를 입력하기 위해) 그리고 글의 입력 줄에(실수를 확인하기 위해) 모두 집중하게 한다; 일반적으로, 사용자는 디스플레이에서 그들의 눈을 떼지 못하게 된다. 촉감 유도의 중요성은 애플의 아이폰과 림의 블랙베리 8800 사이의 경쟁에서 이미 명확하다. 터치 감응 디스플레이와 물리적인 단단한 버튼들은 각각 장점과 단점을 가지고 디지털 장치들은 일반적으로 그러한 요소들 하나 또는 그 외 다른 것들을 포함한다.

따라서, 터치 기반 인터페이스 분야에서 하나 이상의 제어 버튼들에 대한촉감 유도를 포함하는, 디지털 디스플레이를 위한 새롭고 유용한 인터페이스를 만들 필요가 있다.

본 발명은 터치 기반 인터페이스 분야에서 새롭고 유용한 사용자 인터페이스를 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본원 발명은, 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에 기재된 바와 같은 수단을 구비한다.

도 1은 인접 저장통이 있는 사용자 인터페이스 시스템의 바람직한 실시예를 보여주는 개략도이다. 도 2는 팽창 상태에 있는 사용자 인터페이스 시스템의 실시예를 보여주는개략도이다.
도 3은 제2 영역에 인접한 오목한 윤곽을 가진 지지 표면을 정의하는 투과층이 있는 사용자 인터페이스 시스템의 실시예를 보여주는 개략도이다.
도 4a 및 4b는 다공성 투과층이 있고, 저장통은 각각 있고 없는 사용자 인터페이스 시스템의 실시예를 보여주는 개략도이다.
도 5는 인접 저장통과 원격 저장통이 있는 사용자 인터페이스 시스템의 실시예를 보여주는 개략도이다.
도 6은 인접 저장통과 전기 펌프인 변위 장치가 있는 사용자 인터페이스 시스템의 실시예를 보여주는 개략도이다.
도 7은 사용자 인터페이스 시스템의 바람직한 실시예의 다양한 작동 상태의 도식적 표현들을 포함한다.
도 8은 디지털 디스플레이를 가지는 전기 장치에 통합된, 바람직한 실시예의 사시도로서, 바람직한 실시예의 작동 순서를 보여준다.
도 9는 바람직한 실시예의 사시도로서, 바람직한 실시예의 작동 순서를 보여준다.

발명의 바람직한 실시예에 대한 다음의 설명은 이러한 바람직한 실시예들로 발명을 제한할 의도는 없고, 단지 당업자들이 본 발명을 만들고 사용할 수 있도록 하는 것이다.

도 1에서 나타낸 바와 같이, 바람직한 실시예의 사용자 인터페이스 시스템(100)은: 일정량의 유체(110); 촉감층(120); 유지벽(130); 투과층(140); 변위 장치(150); 및 터치 센서(160)를 포함한다. 촉감층(120)은 사용자에 의해 터치 가능한 외부 촉감 표면(124) 및 촉감 표면(124) 반대편에 있는 후면(125)을 정의하고; 촉감층(120)은 제1 영역(121)과 제2 영역(122)을 더 포함하는데, 여기서 제2 영역(122)은, 제2 영역(122)이 제1 영역(121)과 실질적으로 같은 높이가 되는 수축 상태와, 제2 영역(122)이 제1 영역(121) 보다 튀어나온 팽창 상태 사이에서 작동 가능하다. 유지벽(130)은 실질적으로 유체(110)를 투과시키지 않는다. 촉감층(120)과 유지벽(130) 사이에 개재된 투과층(140)은, 제1 영역(121)의 후면(125)에 연결되고 제2 영역(122) 아래의 지지 표면(142)을 정의한다. 투과층(140)은 투과층(140)을 통해 제2 영역(122)의 후면(125)으로 유체(110)의 일부를 소통시키는 복수의 유체 포트들(144)을 더 포함한다. 변위 장치(150)는 유체(110)의 일부를 유체 포트들(144)을 통해 후면(125)으로 흐르게 하도록 유지벽(130)과 협력하여 제2 영역(122)이 수축 상태로부터 팽창 상태로 전환하게 한다. 터치 센서(160)는 유지벽(130)에 연결되고 촉감 표면(124)에서 사용자 터치를 검출한다. 사용자 인터페이스 시스템(100)은: 일정량의 유체(110)의 일부를 포함하는 저장통(170); 사용자에게로 이미지를 전송하는 디지털 디스플레이(190); 촉감층(120)을 투과층(140)에 결합하는 부착 지점(180); 및/또는 사용자 인터페이스 시스템(100)에 가까운 주변 공기 압력을 검출하는 압력 센서를 더 포함할 수 있다.

사용자 인터페이스 시스템(100)은 촉감층(120)의 제2 영역(122)을 변형시키도록 작동하여 사용자 인터페이스가 연결되는 장치를 운용할 때 사용자에게 촉감 유도를 제공하게 된다. 사용자 인터페이스 시스템(100)은 본 참조에 의해 그 전체로 포함된, “User Interface System”이라는 제목의 미국 특허 출원 제12/319,334호 및/또는 “User Interface System”이라는 제목의 미국 특허 출원 제12/497,622호에서 설명된 사용자 인터페이스 시스템과 실질적으로 비슷하다. 사용자 인터페이스 시스템(100)은 바람직하게 시각적 유도(예를 들어, 디지털 디스플레이(190)에 의해 출력되고 촉감 표면(124)을 통해 전송되는 이미지)와 협력하여 메시지, 선택 또는 임의의 적절한 소통의 형태를 사용자에게 제공하지만, 대안적으로 시각적 유도와 별개로 작동할 수 있다. 사용자 인터페이스 시스템(100)은 실질적으로 장치의 사용을 위해 조정된 촉감 유도를 제공한다. 사용자 인터페이스 시스템(100)은 제2 영역(122)과 관계 없이 및/또는 동시에 촉감층(120)의 부가적 영역들을 변형시킬 수 있어서 장치의 사용에 대해 더 적합성을 제공한다. 도 7b 및 7c는 독립적으로 변형되는 제2 영역(122)과 제3 영역(123)을 묘사한다. 사용자 인터페이스 시스템(100)은 바람직하게는 정적(예를 들어, 상표)이거나 동적인(예를 들어, 디지털 디스플레이(190)로부터) 영상에 대해 적용된다. 사용자 인터페이스는 바람직하게 실질적으로 투명하여 사용자 인터페이스 시스템(100)을 통한 이미지의 전송을 허용한다. 하지만, 사용자 인터페이스 시스템(100)의 임의의 다른 적절한 광학적 특성은 충분할 수 있다. 도 8에서 나타낸 바와 같이, 바람직한 실시예의 사용자 인터페이스 시스템(100)은, 자동차 콘솔(console), 테스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 텔레비전, 라디오, 유선전화, 휴대폰, 스마트폰, PDA, 개인 네비게이션 장치, 개인 미디어 플레이어, 카메라 또는 시계와 같은, 디지털 디스플레이를 포함하는 전자 장치에 통합될 수 있다. 바람직한 실시예의 사용자 인터페이스 시스템(100)은 또한 디지털 디스플레이가 없는 전자 장치에, 예를 들어 자동차의 스티어링 휠, 원격 제어기 또는 키패드 위에 통합될 수도 있다. 하지만, 사용자 인터페이스 시스템(100)은 사용자와 촉감적으로 및/또는 시각적으로 접속하는 임의의 적절한 장치에 통합될 수 있다.

바람직한 실시예의 일정량의 유체(110)는 유체 압력을 제2 영역(122)의 후면(125)으로 전송하도록 작동하여 제2 영역(122)의 변형을 유발한다. 유체(110)는 또한 바람직하게 사용자가 변형된 제2 영역(122)에 힘을 가할 때 변형된(즉, 팽창된) 제2 영역(122)을 지지하도록 작동한다. 유체(110)는 바람직하게, 기름, 물, 알코올, 및/또는 액상 파라핀과 같은, 실질적으로 압축되지 않는 유체지만, 대안적으로는 공기 같은 압축 유체일 수 있다. 그러나, 유체(110)는 임의의 다른 적절한 형태의 유체일 수 있다. 유체(110)의 일부는, 투과층(140)의 유체 포트들(144) 내에서 또는 투과층(140)에 의해 정의되는 공동(예를 들어, 저장통)내에서와 같이, 투과층(140) 내에 포함된다. 도 1 및 5에서 나타낸 바와 같이, 사용자 인터페이스 시스템(100)은 또한 유체(110)의 일부를 저장하는 인접 및/또는 원격 저장통을 각각 포함할 수도 있다. 그러나, 유체는 임의의 다른 적절한 배열로 사용자 인터페이스 시스템(100) 내에 배치될 수 있다. 유체(110)는 바람직하게 촉감층(120), 투과층(140), 변위 장치(150), 터치 센서(160), 저장통(170) 및/또는 유체(110)와 접촉하는 사용자 인터페이스 시스템(100)의 임의의 다른 요소의 존재에 있어 실질적으로 화학적으로 불활성이다. 특히, 유체(110)는 바람직하게 유체(110)와 접촉하는 사용자 인터페이스 시스템(110)의 임의의 부품을 부식시키지 않고 그에 의해 부식되지 않는다. 유체(110)의 특성들은 바람직하게 사용자 인터페이스 시스템(100) 또는 사용자 인터페이스 시스템(100)이 적용되는 장치의 일반적인 작동 조건들 하에 실질적으로 변하지 않고 남아있는다. 예를 들어, 만일 사용자 인터페이스 시스템(100)이 비행기에서 사용된다면, 유체(110)의 특성들은 바람직하게 해수면과 더 높은 고도 사이에서 실질적으로 변하지 않고 남아있는다. 그러나, 유체(110)는 임의의 다른 적절한 화학적 특성을 가질 수 있다.

도 2 및 5에서 나타낸 바와 같이, 바람직한 실시예의 촉감층(120)은 사용자에 의해 터치 가능한 그리고 촉감적인 방법으로 사용자와 접속하는 촉감 표면(124)을 제공하도록 작용한다. 촉감층(120)은 바람직하게 연속적이어서, 사용자가 촉감 표면(124)을 가로질러 손가락을 훑어 내릴 때 그곳에서 어떤 방해물 또는 이음매를 인지하지 않게 된다. 촉감층(120)은 또한 바람직하게 수축 상태에서 평면이지만(즉, 평탄하지만), 대안적으로 평면이 아닌(예를 들어, 곡면인) 표면을 형성할 수 있다. 촉감층(120)은 단일 평면에서 배치될 수 있지만, 대안적으로 제1 평면과 제2 평면을 따라 배치될 수 있다. 예를 들어, 촉감층(120)의 일부는 장치의 제1 표면에 배치될 수 있고 촉감층(120)의 제2 부분은 제1 표면에 인접하지만 접선을 이루지 않는 장치의 제2 표면에 배치될 수 있다.

도 9에서 나타낸 바와 같이, 촉감층(120)은 또한 유체가 제2 영역(122)의 후면(125)으로 이송될 때(예를 들어, 제2 영역(122)의 후면(125)에서 유체 압력이 주변 공기 압력 보다 높게 증가한다), 수축 상태로부터 팽창 상태로, 밖으로 변형하는 제 2 영역(122)을 정의하도록 작동한다. 제2 영역(122)은 바람직하게 팽창 상태에서 제1 영역(121) 보다 튀어나와서 이에 따라 사용자에 의해 제1 변형가능 영역(121)으로부터 촉감적으로 구별 가능하다. 촉감층(120)은 또한 제2 영역(122)의 상태에도 불구하고 실질적으로 변형되지 않은 채로 남게 되는 제1 영역(121)을 정의하도록 작동한다. 제2 영역(122)은 바람직하게 제2 영역(122)의 후면(125)으로부터 유체(110)가 이동될 때(또는 유체 압력이 제거될 때) 수축 상태로 다시“이완” 되거나 “복원(undeform)”된다. 수축 상태에서, 제2 영역(122)은 바람직하게 촉감 표면(124)에서 제1 영역(121)과 같은 높이가 된다. 오목한 상태에서, 촉감층(120)은 또한 투과층(140)에 의해 정의되는 오목한 윤곽(도 3에서 나타낸)을 향해 안쪽으로 변형되고/되거나 그에 일치하게 될 수 있다. 제2 영역(122)의 후면(125)으로부터 이동된 유체는 바람직하게 오목한 윤곽으로 제2 영역(122)을 끌어당긴다. 오목한 상태는 바람직하게 수축 상태와 팽창 상태로부터 구별 가능한 추가적 촉감 피드백을 사용자에게 제공한다. 제2 영역(122)은 바람직하게 팽창과 수축 상태 사이에서 작동 가능하지만, 팽창과 오목한 상태 사이에서 또는 팽창, 수축 그리고 오목한 상태들 모두의 사이에서 단독으로 작동 가능하다. 하지만, 제2 영역(122)은 임의의 다른 상태에서 작동 가능할 수 있다.

촉감층(120)은 바람직하게 제2 영역(122)이 다양한 상태로 변형될 수 있도록 탄성을 가진다. 첫 번째 변형예에서, 촉감층(120)은 특정 영역들(예를 들어, 제2 영역(122)에 인접)에서 비교적 더 탄성적이고 다른 영역들(예를 들어, 제1 영역(121)에 인접)에서 비교적 덜 탄성적이다. 그러므로 촉감층(120)은 바람직하게 비교적 더 탄성적인 영역들에서 변형이 더 가능하다. 제2 변형예에서, 촉감층(120)은 일반적으로 균일하게 탄성적이다. 세 번째 변형예에서, 촉감층(120)은, 니켈 티타늄(일반적으로 “Nitinol”이라 지칭됨)과 같은 스마트 재료를 포함하거나 이러한 재료로 구성된다. 촉감층(120)은 또한 바람직하게 실질적으로 광학적으로 투명하지만, 대안적으로 반투명하거나 불투명할 수 있다. 촉감층(120)은 바람직하게 다음과 같은 특성들을 가진다: 높은 빛 투과성; 낮은 번짐; 넓은 시야각; 최소 반사율(예를 들어, 빛을 발광하는 디지털 디스플레이(190)에 사용자 인터페이스 시스템(100)이 적용되는 변형예에서); 스크래치 저항성; 내화학성; 스트레인 저항성; 가스 및/또는 용액 불투수성; 및 평탄성(즉, 터치에 엉성하거나 거칠지 않은). 부가하여 또는 대안적으로, 표면은 이러한 희망하는 특성들 중 임의의 특성을 제공하는 코팅들을 포함할 수 있다. 촉감층(120)은 바람직하게, 폴리머 및/또는 실리콘 기반 탄성 중합체와 같은, 적절한 탄성 재료로 이루어진다. 이러한 적절한 재료들은 다음을 포함한다: 폴리디메틸실록산(PDMS); RTV 실리콘(예를 들어, RTV 실리콘 615); 폴리우레탄; 열경화성 플라스틱(예를 들어, 폴리메틸 메타아크릴레이트(PMMA)); 및 광경화성 내용제 탄성중합체(예를 들어, 퍼플루오로폴리에테르). 하지만, 촉감층(120)은 임의의 적절한 재료로 만들어질 수 있다. 일 변형예에서, 촉감층(120)은 1 mm 두께 보다 얇은 단일 균일(예를 들어, 전체로 동일한 재료인) 층이고, 바람직한 변형예에서, 촉감층(120)은 50 ㎛ 에서 200 ㎛사이의 두께이다. 다른 버전에서, 촉감층(120)은 동일하거나 상이한 적절한 재료들 및 두께들로 이루어진 복수의 층 및/또는 코팅들을 이용하여 만들어질 수 있다.

촉감층(120)은 바람직하게 투과층(140)에 인접하고, 촉감층(120)의 제1 영역(121)은 바람직하게 선택적으로 투과층(140)에 붙여지거나, 부착되거나 또는 그렇지 않으면 연결되어 촉감층(120)의 제1 영역(121)은 투과층(140)에 대해 유지된다. 그러나, 촉감층(120)은 투과층(140)과 촉감층(120) 사이에 터치 센서(160)의 일부(예를 들어, 전극)가 개재된 상태로 투과층(140)에 연결될 수 있다. 터치 센서(160)는 촉감층(120)에 연결될 수 있고 따라서 촉감층(120)과 변형하여 촉감 센서와 촉감 표면(124) 사이의 거리가 실질적으로 유지되게 된다. 이는 정전용량식 터치 센서(160)인 터치 센서(160)의 변형에서 특히 중요할 수 있다.

제1 영역(121)은 바람직하게 제2 영역(122)과의 경계를 정의한다. 유체가 유체 포트들(144)을 통해 촉감층(120)으로 이송됨에 따라, 투과층(140)에 부착되지 않은 촉감층(120)의 일부(즉, 제2 영역(122))를 향하는 유체만이 투과층(140)을 빠져나가고 촉감층(120)의 자유 부분을 밖으로 팽창시켜 표면의 변형된 영역을 만든다. 변형된 영역은 바람직하게 제2 영역(122)이고 바람직하게 버튼을 형성한다. (투과층(140)에 연결된) 제1 영역(121)은 바람직하게 제1 영역(121)에 인접한 유체 포트들(144)로부터 유체(110)가 빠져나가는 것을 제한한다. 제1 영역(121)(및 투과층(140)에 연결된 다른 영역들)은 따라서 바람직하게 유체 포트들(144)을 통해 이동된 유체에 의해 변형되지 않는다. 따라서, 제2 영역(122)의 둘레는 바람직하게 투과층(140)에 붙여진 촉감층(120)의 후면(125)의 일부(즉, 제1 영역(121))에 의해 부분적으로 정의된다.

촉감층(120)의 제1 영역(121)은 바람직하게 부착 지점(180)(또는 복수의 부착 지점들)을 통해 투과층(140)에 대해 유지된다. 부착 지점(180)은 선, 곡선 또는 면적과 같은 일련의 연속 지점들일 수 있지만, 대안적으로 일련의 불연속 지점들일 수 있다. 부착 지점(180)은 접착제 접합, 화학적 접합, 용접, 확산 접합, 또는 임의의 다른 적절한 부착 재료 및/또는 방법을 통해 형성될 수 있다. 부착 지점(180)은 촉감층(120)과 투과층(140) 사이에 배치된 일정량의 접착제 또는 다른 재료를 포함한다. 대안적으로, 부착 지점(180)은 실질적으로 촉감층(120)의 후면(125)과 투과층(140) 사이에서 화학적 결합에 의해 형성될 수 있다. 부착 지점(180)을 형성하는 방법 및/또는 재료는 바람직하게 촉감층(120) 및/또는 투과층(140)의 광학적 특성들과 거의 유사한 광학적 특성들을 가지는 부착 지점을 야기한다. 부착 지점(180)은 바람직하게 제1 영역(121)과 제2 영역(122) 사이의 경계를 정의하고, 여기서 제1 영역(121)은 투과층(140)에 대해 유지되고 제2 영역(122)은 자유롭게 남아 제2 영역(122)의 후면(125)에서 유체 압력의 변화 하에서 변형한다.

바람직한 실시예의 투과층(140)은 제2 영역(122)을 지지하는 지지 표면(142)을 정의하고 또한 투과층(140)을 통해 제2 영역(122)의 후면(125)으로 유체(110)의 일부를 소통시키는 복수의 유체 포트들(144)을 정의하도록 작동한다. 임의의 유체 포트(144)를 통해 촉감 표면(124)을 향해 흐르는, 유체(110)의 일부는 바람직하게 제2 영역(122)을 밖으로 변형시킨다.

투과층(140)의 유체 포트들(144)은 바람직하게 실질적으로 주변 환경으로부터, 예컨대 유지벽(130), 촉감층(120) 및/또는 둘레벽에 의해 밀봉된다. 유체 포트들(144)은 또한 바람직하게 실질적으로 유체(110)로 채워져, 바람직하게 오염 및 다른 유체와 일정량의 유체(110)의 원하지 않는 혼합을 막아준다. 유체(110)가 액상 파라핀인 경우에, 유체 포트들(144)은 실질적으로 파라핀으로 채워지고 투과층(140)은 실질적으로, 유체 포트들(144)로 공기가 진입하는 것을 막기 위해 유지벽(130) 및 투과층(140)에 의해 주변으로부터 밀봉된다. 유체(110)의 이러한 오염은 액상 파라핀 내에 공기방울을 발생시킬 수 있어서, 투명도 감소 및/또는 사용자 인터페이스 시스템(100)을 통한 빛 투과(즉, 이미지)에 대한 방해의 증가로 이어진다. 동적 이미지를 사용자에게 출력하는 디지털 디스플레이(190)를 포함하는 변형예에서, 이러한 투명도의 감소와 증가된 방해도는 사용자 인터페이스 시스템(100)의 작동에 특히 유해할 수 있다.

투과층(140)은 몇몇 변형예들 중 하나일 수 있다. 도 4에서 나타낸, 첫 번째 변형예에서, 투과층(140)은 유체 포트들(144)을 형성하는 일련의 서로 연결된 공동들을 정의하는 실질적으로 다공성 재료로 이루어진다. 공동들은 바람직하게 일정량의 유체(110)의 일부를 포함하고 투과층(140)을 통해 유체를 흐르게 한다. 투과층(140)은 따라서 유체(110)를 투과시킬 수 있다. 다공성인 투과층(140)의 변형예에서, 투과층(140)의 일부를 가로질러 인가되는 전기장은 투과층(140)의 기공도에서의 변화에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 변형예에서, 투과층(140)은 따라서 제2 영역(122)을 향해 또는 제2 영역(122)으로부터 유체(110)의 흐름을 열거나 닫는 밸브의 조작을 수행할 수 있다. 하지만, 가열 요소는 투과층(140)의 일부를 대안적으로 가열할 수 있어서 투과층(140)의 일부의 기공도 및/또는 유체(110)의 일부의 점도에서의 변화에 영향을 미친다. 도 4b에서 나타낸 바와 같은, 투과층(140)에 의해 적어도 부분적으로 정의되는 저장통(170)을 포함하는 변형예에서, 저장통(170)에 대해 개방된 공동들은 저장통(170)과 촉감층(120) 사이에서 유체(110)를 소통시킬 수 있다. 이러한 변형예의 투과층(140)은 실질적으로 스폰지와 같을 수 있다. 사용자 인터페이스 시스템(100)은 바람직하게 실질적으로 투명하여 이미지가 사용자 인터페이스 시스템(100)을 통해 전송될 수 있다. 따라서, 이러한 변형예의 투과층(140)은 바람직하게, 투명 실리카 에어로겔(aerogel), 투명 폴리머 및/또는 투명 세라믹과 같은, 실질적으로 투명한 다공성 재료이다. 하지만, 이 변형예의 투과층(140)은 임의의 다른 적절한 유형의 다공성 재료일 수 있다.

도 3에서 나타낸 두 번째 변형예에서, 투과층(140)은 유체 포트들(144)을 형성하는 일련의 통로들을 정의한다. 통로들은 바람직하게 실질적으로 원통형 형상으로 이루어진다. 구체적으로는 유체 포트들(144)은 바람직하게 지지 표면(142)에 실질적으로 수직한 투과층(140)을 완전히 관통하는 실질적으로 원형인 단면의 실질적으로 평행한 구멍들인 통로들에 의해 정의된다. 하지만, 통로들(즉, 유체 포트들(144))은 임의의 다른 형상 또는 단면으로 이루어질 수 있다. 통로들은 바람직하게 실질적으로 충분히 작아 사용자가 실질적으로 촉감적으로 인지할 수 없다. 통로는 또한 사용자에게 광학적으로 보이지 않을 수도 있어서, 투과층(140)을 통해 전송되는 이미지의 광학적 뒤틀림을 최소화하는데, 하지만 유체(110)는 이러한 광학적 뒤틀림을 최소화하기 위해 투과층(140)의 굴절률과 실질적으로 유사한 굴절률을 가질 수 있다. 통로들은 또한, 투과층(140)의 광학적 특성과 다른 광학적 특성(예를 들어, 굴절률)의 유체(예를 들어, 가스, 공기, 액체)로 채워질 때 조차도 인간의 눈에 감지되지 않을 정도로 작을 수도 있다. 실질적으로 원통형 통로들을 포함하는 변형예에서, 바람직한 경우 직경이 500 ㎛ 미만인 각 통로는, 바람직하게는 100 ㎛ 또는 촉감으로 또는 육안으로 구분 가능한 최대 형상 크기보다 작은 최대 직경을 가진다. 통로들은, 예컨대 레이저 에블레이션(ablation), 벌크 기계가공(bulk machining), 통상적인 드릴링 또는 에칭을 통해서, 투과층(140)에 가공될 수 있다. 대안적으로, 통로들은, 예컨대 통로를 형성하는 형상을 포함하는 몰드로 투과층(140)을 처리함에 의해서, 투과층(140)의 제조 중 형성될 수 있다. 대안적으로, 투과층(140)은 접착제와 같은 지지 재료에 의해 함께 묶이고 유지되는 일련의 개별 통로들(예를 들어, 튜브)을 포함할 수 있다. 하지만, 투과층(140) 내에 있는 통로들을 형성하는 임의의 다른 적절한 방법이 사용될 수 있다. 사용자 인터페이스 시스템(100)은 바람직하게 사용자에게 영상을 전송할 수 있기 때문에, 제2 변형예의 투과층(140)은 바람직하게 다음과 같은 실질적으로 투명 재료를 포함한다: 유리; 탄성중합체; 폴리-디메틸실록산(PDMS), 또는 다른 폴리머와 같은 실리콘 기반 유기 폴리머; 폴리메틸 메타아크릴레이트(PMMA)와 같은 열경화성 플라스틱; 또는 퍼플루오로폴리에테르와 같은 광경화성, 내용제성 탄성중합체. 하지만, 투과층(140)은 임의의 다른 적절한 재료 또는 형상으로 이루어질 수 있다.

바람직한 실시예의 투과층(140)은 또한 제2 영역(122)에 인접한 지지 표면(142)을 정의하도록 또한 작동한다. 지지 표면(142)은 바람직하게 단단해서, 사용자에 의해 촉감 표면(124)에 인가되는 힘으로 인한 제2 영역(122)의 안쪽 변형을 제한하는 “경질 정지부”를 제공한다. 따라서 지지 표면(142)은 사용자의 촉감 표면(124)으로의 “과도한 누름”을 방지한다. 지지 표면(142)은 촉감층(120)의 영역 또는 임의의 다른 영역을 유사하게 지지하도록 제2 영역(122)을 넘어 연장될 수 있다. 투과층(140)이 실질적으로 평면인 형태로 제1 영역(121)을 유지하고 (제2 영역(122) 아래의) 지지 표면(142) 또한 실질적으로 평면인 변형예에서, 지지 표면(142)은 사용자에 의해 촉감 표면(124)에 인가되는 힘으로 인한 제1 영역(121)의 면을 넘는 제2 영역(122)의 안쪽으로의 변형을 방지할 수 있다. 또한, 투과층(140)은 바람직하게 촉감층(120)과 협력하여, 특히 수축 상태에서, 제2 영역(122)을 따라 사용자가 촉감 표면(124) 위를 손가락으로 훑을 때 느껴지는 방해물 또는 디보트(divot)”의 크기 및/또는 개수 실질적으로 줄여준다. 디보트들은 바람직하게 유체 포트들(144)에 의해 정의되고, 촉감층(120)은 바람직하게 유체 포트들(144)의 단면보다 실질적으로 두께가 더 커서 촉감층(120)은 유체 포트의 개구부로 뚜렷하게 변형할 수 없게 된다. 유체 포트들(144)은 따라서 사용자에 의해 감지될 수 없게 된다. 하지만, 투과층(140)과 촉감층(120)의 임의의 다른 적절한 배치가 사용될 수 있다.

바람직한 실시예의 유지벽(130)은 투과층(140)을 지지하도록 그리고 투과층(140) 반대쪽의 사용자 인터페이스 시스템(100)으로부터 유체가 빠져나가는 것을 막도록 작동한다. 바람직한 실시예의 유지벽(130)은 따라서 바람직하게 변위 장치(150)와 협력하도록 작동하여 유체(110)의 일부가 유체 포트들(144)을 통해 제2 영역(122)의 후면(125)으로 흐르게 한다. 구체적으로 유지벽(130)의 배치는 투과층(140)으로 이송된 유체(110)가 촉감층 반대편의 투과층(140)을 빠져나가는 것을 방지한다. 유지벽(130)은 따라서 유체(110)가 유체에 대한 잠재 출구 지점에 가깝게 흐르고 유체(110)가 촉감층으로 흐르게 한다. 유지벽(130)은 실질적으로 유체(110)에 대해 불투과성이어서 유체(110)는 유지벽(130)을 통과해 흐를 수 없게 된다. 첫 번째 변형예에서, 유지벽(130)은 지지 표면(142) 반대편의 투과층(140)에 직접 결합된다. 이러한 변형예에서, 유지벽(130)은 지지 표면(142) 반대편의 유체 포트들(144)을 폐쇄하여 변위 장치(150)가 투과층(140) 내의 유체 압력을 증가시킬 때 유체는 지지 표면(142) 반대편의 투과층(140)을 빠져나갈 수 없게 될 수 있다. 투과층(140)의 이러한 면에서 유체 포트들(144)을 닫음으로써, 투과층(140) 내에서 유체 압력의 증가는 유체(110)가 지지 표면(142)으로 흐르게 하고 제2 영역(122)을 밖으로 팽창시킨다. 예를 들어, 투과층(140)의 두 번째 변형예에서, 투과층(140)에 의해 정의되는 유체 포트들(144)은 유체(110)의 일부를 실질적으로 둘러싸도록 작동하지 않는다. 따라서, 유지벽은 투과층(140)에 의해 정의되는 유체 포트들(144) 각각에 바닥벽을 제공하도록 작동하여, 이에 따라 지지 표면 반대편의 면으로부터 투과층(140) 밖으로의 유체의 원하지 않는 흐름을 방지한다. 유지벽(130)은 따라서 투과층(140) 내의 유체(110)의 일부의 봉쇄를 용이하게 한다. 두 번째 변형예에서, 유지벽(130)은 지지 표면(142) 반대편의 투과층(140)에 연결되지만 투과층으로부터 오프셋(offset) 되며, 따라서 투과 영역과 협력하여 투과층(140)과 유지벽(130) 사이의 저장통(170)을 적어도 부분적으로 정의하게 된다. 저장통(170)은 또한 둘레벽에 의해 부분적으로 정의될 수 있다. 이러한 두 번째 변형예에서, 유지벽(130)은 저장통(170) 내에서의 유체 압력 증가(변위 장치(150)에 의해 발생됨)로 인한 변형에 실질적으로 저항하고 유체가 유지벽(130)을 지나 빠져나가는 것을 방지하고, 따라서 유체가 투과층(140)을 통해 제2 영역(122)의 후면(125)을 향해 흐르게 하여 제2 영역(122)을 팽창시킨다. 하지만, 유지벽(130)은 임의의 다른 형상 및/또는 배치로 이루어질 수 있다.

유지벽(130)은, 실질적으로 투명한 밀봉재가 부착된 것과 같은, 촉감층(120) 반대편의 투과층(140)에 적용되는 코팅일 수 있지만, 대안적으로 디지털 디스플레이에 대해 배치되며 투과층(140)에 부착된 유리 또는 폴리카보네이트 기판과 같은, 상당한 두께의 분리 층일 수 있다. 유지벽(130)은 투과층(140)에 연결되며 실질적으로 투과층(140)으로부터 오프셋된 유지벽(130)을 유지하는 스탠드오프(standoff) 및/또는 필라(pillar)를 또한 포함한다. 그러나, 유지벽(130)은 임의의 다른 기하 형상으로 이루어지고 임의의 다른 방법에 의해 투과층(140)에 연결될 수 있다.

변위 장치(150)는 바람직하게 유체 포트들(144) 내의 유체가 제2 영역(122)의 후면(125)을 향해 이송되도록 작동하여 팽창 상태에서 제2 영역(122)을 밖으로 변형시키게 된다. 변위 장치(150)는, 기계 펌프(예를 들어, 용적형(positive displacement), 임펄스 또는 속도 펌프), 전기(예를 들어, 전기삼투) 펌프, 클램프, 플런저형 변위 장치(도 9에서 나타냄) 또는 유체를 이송시킬 수 있는 임의의 다른 적절한 장치를 포함하는 다양한 변형예가 될 수 있다. 수축 상태로부터 팽창 상태로 제2 영역(122)을 전환시키기 위해, 변위 장치(150)는 바람직하게 지지 표면(142)으로부터 실질적으로 떨어져 있는 투과층(140) 내에서 비교적 높은 압력의 영역을 발생시킨다. 이는 바람직하게 제2 영역(122)의 후면(125)에 인접한 비교적 낮은 압력 영역으로 유체가 흐르게 유도하여(즉, 압력 구배를 가로질러), 이에 따라 제2 영역(122)을 팽창시킨다. 제2 영역(122)을 팽창 상태로부터 수축 상태로(또는 수축 상태로부터 오목한 상태로) 전환시키기 위해, 변위 장치(150)는 바람직하게 지지 표면(142)으로부터 실질적으로 떨어져 있는 투과층(140) 내에서 비교적 낮은 압력의 영역을 발생시킨다. 이는 바람직하게 제2 영역(122)의 후면(125)으로부터 유체를 떨어져 흐르게 유도하여, 이에 따라 제2 영역(122)을 수축시킨다. 따라서, 변위 장치(150)는 유체(110)의 일부를 유체 포트들(144)을 통해 후면(125)으로 흐르게 하여 제2 영역(122)을 수축 상태로부터 팽창 상태로 전환시키고, 변위 장치(150)는 유체(110)의 일부를 유체 포트들(144)로부터 흐르게 하여 제2 영역(122)이 팽창 상태로부터 수축 상태로 및/또는 수축 상태로부터 오목한 상태로 전환되게 한다.

유체(110)를 움직이게 하기 위해 유체 압력 구배를 만드는 변위 장치(150)의 변형예에서, 압력 구배는 바람직하게 제2 영역(122)이 압력 변화를 흡수하도록 변형할 때 소멸한다. 바람직하게 사용자 인터페이스 시스템(100) 내의 유체 압력은 일단 제2 영역(122)이 희망하는 상태(예를 들어, 팽창, 수축 또는 오목한 상태)에 있게 되면 정상적이고 일정한 상태에 도달한다. 변위 장치(150)는 바람직하게 원하는 상태로 제2 영역(122)을 유지하도록 시스템 내의 이러한 유체 압력을 유지한다. 저장통(170)을 포함하는 사용자 인터페이스 시스템(100)의 변형예에서, 변위 장치(150)는 저장통(170)이 유체 포트들(144)을 가로지르는 압력 구배를 만들어 유체(110)가 저장통(170)으로부터 유체 포트들(144)로, 또는 그 반대로 움직이게 한다.

변위 장치(150)는 바람직하게, 독일 쯔바이브루켄의 ThinXXs Microtechnology AG의 펌프 #MDP2205 또는 독일 도르트문트의 Bartels Mikrotechnik GmbH의 펌프 #mp5와 같은, 용적형 마이크로펌프이다. 하지만, 변위 장치(150)는 임의의 다른 적절한 형태일 수 있다. 용적형 펌프의 적절한 형태들은 회전, 왕복, 기어, 스크류, 프로그레싱 캐비티(progressing cavity), 루트형(roots-type), 연동(peristaltic), 플런저, 다이어프램, 또는 로프 펌프를 포함한다. 임펄스 펌프의 적절한 형태들은 유압 램 펌프(hydraulic ram pump)를 포함하고, 속도 펌프의 적절한 형태들은 방사류형(radial-flow) 및 축류형(axial-flow) 원심 펌프(centrifugal pump)와 에듀케이터 젯 펌프(educator-jet pump)를 포함한다.

대안적으로, 투과층(140)과 유지벽(130) 사이에 개재된 저장통(170)을 포함하는 사용자 인터페이스 시스템(100)의 변형예에서, 기계 펌프는, 도 1 및 4에서 나타낸 바와 같이, 투과층(140)과 지지 표면(142)에 연결된 클램프를 포함할 수 있는데, 여기서 클램프는 투과층(140)에 대해 유지벽(130)의 일부의 방향을 변형시킨다. 이는 바람직하게 저장통(170)의 부피를 감소시켜(또는 증가시켜), 저장통(170) 내의 유체 압력을 증가시키고(또는 감소시키고) 유체가 유체 포트들(144)을 향해(또는 포트들로부터) 움직여 제2 영역(122)을 팽창(또는 수축)시킨다.

유사하게, 변위 장치(150)는 유체(110)의 일부를 이송시키도록 투과층(140)을 변형시킬 수 있다. 예를 들어, 변위 장치(150)는 투과층(140)의 일부를 압축할 수 있어서, 투과층(140)의 부피를 감소시키고 유체를 유체 포트들(144)을 통해 움직여 제2 영역(122)을 밖으로 변형되게 한다. 변위 장치(150)는 따라서 투과층(140) 밖으로 촉감층(120)을 향해 유체(110)를 “압착”할 수 있다. 투과층(140)은 균일하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 변위 장치(150)는 지지 표면(142) 반대편의 투과층(140)을 실질적으로 가로질러 배치된 클램프일 수 있고, 여기서 클램프는 촉감층(120)을 향해 유지벽(130)을 움직이게 함에 의해 투과층(140)을 압축한다. 대안적으로, 변위 장치(150)는, 제2 영역(122)에 실질적으로 인접한 투과층(140)의 일부와 같은, 투과층(140)의 일부만을 압축할 수 있다. 이러한 변형예에서, 변위 장치(150)는 실질적으로 한 방향으로 투과층(140)을 압축할 수 있지만, 대안적으로, 수직으로 그리고 수평으로와 같이 둘 이상의 방향으로 투과층(140)을 압축할 수 있거나, 또는 뒤틀림에 의해 투과층(140)을 변형시킬 수 있다. 그러나, 투과층(140)으로부터 유체(110)의 일부를 이송시켜 제2 영역(122)을 변형시키는 투과층(140)의 다른 적절한 변형들이 또한 가능하다.

변위 장치(150)는 또한 투과층(140)의 일부를 가로지르는 전압 구배를 제공하여 유체 포트들(144)을 통한 전기삼투 유체 흐름을 유도하는 전기 펌프일 수도 있다. 점성력은 실질적으로 작은 통로들을 통한 유체 흐름을 실질적으로 방해하기 때문에, 전기삼투 유도 유체 흐름은 유체 포트들(144)의 단면이 실질적으로 작은 사용자 인터페이스 시스템(100)의 변형예들에서 장점이 될 수 있다. 도 2에서 나타낸 바와 같이, 변위 장치(150)는 지지 표면(142) 위의 실질적으로 투명한 전도성 트레이스(152)에서 제1 전압을 그리고 투과층(140)의 반대 면 위의 투명한 전도성 트레이스에서 제2(상이한) 전압을 발생시킴으로써 투과층(140)을 가로지르는 전압 구배를 발생시킬 수 있다. 뒤이은 전압 구배는 따라서 유체가 유체 포트들(144)을 통해 움직이게 한다. 터치 센서(160)가 투과층(140)과 촉감층(120) 사이에, 투과층(140) 내에, 또는 투과층(140)과 유지벽(130) 사이에 실질적으로 배치된 정전용량 센서인 사용자 인터페이스 시스템(100)의 변형예에서, 터치 센서(160)의 전극은 또한 전기 변위 장치(150)의 전도성 트레이스(152)의 일부로서 작동할 수도 있다. 하지만, 변위 장치(150)는 사용자 인터페이스 시스템(100)의 임의의 다른 적절한 부분들 또는 요소들을 가로지르는 전압 구배를 발생시킬 수 있어서 전기삼투 유체 흐름을 유도하게 된다.

또한, 변위 장치(150)는 (예컨대 투과층(140) 내에 있는) 유체(110)의 일부를 가열시키는 가열 요소를 포함할 수 있어서 유체(110)의 일부를 팽창시키고 이에 따라 제2 영역(122)을 팽창시키게 된다. 이러한 예에서, 히트 싱크(heat sink)가 또한 사용자 인터페이스 시스템(100)에서 포함될 수도 있고, 여기서 히트 싱크는 유체를 냉각시키고 제2 영역(122)을 수축시키기 위해 유체(110) 일부의 열을 밖으로 빼낸다.

바람직한 실시예의 터치 센서(160)는 촉감 표면(124)에 인접한 사용자 동작을 나타내는 출력을 발생시키도록 작동한다. 출력은 바람직하게 사용자 인터페이스 시스템(100)이 배치된 장치 내의 프로세서 또는 다른 부품에 의해 판독 가능하다. 터치 센서(160)는 바람직하게 촉감 표면(124)에서 손가락 터치인 사용자 동작을 인식하지만, 터치 센서(160)는, 스타일러스, 사용자의 손바닥 또는 사용자의 복수의 손가락과 같은, 임의의 다른 물체에 의해 접촉을 인식할 수 있다. 비록 터치 센서(160)는 바람직하게 제2 영역(122)에서(예를 들어, 사용자가 팽창된 제2 영역(122)을 누르는 곳에서) 촉감 표면(124)에 인접한 사용자 동작을 검출하지만, 터치 센서(160)는 또한 촉감층(120)의 임의의 다른 영역에 인접한 사용자 동작을 검출할 수도 있다.

터치 센서(160)는 제2 영역이 단독으로 수축 상태, 단독으로 팽창 상태, 단독으로 오목한 상태에 있을 때 사용자 동작을 검출할 수 있다. 하지만, 비록 터치 센서(160)는 또한 수축 및 팽창(그리고 오목) 상태 각각에서 제2 영역(122)에 인접한 사용자 터치에 대한 고유의 출력을 발생시킬 수 있더라도, 터치 센서(160)는 바람직하게 제2 영역(122)의 상태와 관계 없이 제2 영역(122)에서 사용자 터치를 검출한다. 위에서 설명한 바와 같이, 터치 센서(160)의 일부의 방향은 제2 영역(122)의 다양한 상태에 걸쳐 터치 센서(160)의 일부와 촉감층(120) 사이의 거리를 유지시키기 위해 조종될 수 있다. 이는 바람직하게, 도 7에서 나타낸 바와 같이, 촉감층(120)의 후면(125)에 터치 센서(160)의 일부를 연결함으로써 수행된다. 도 7a는 터치 센서(160)의 일부가 투과층(140)의 지지 표면(142)에 인접한, 수축 상태의 제2 영역(122)을 묘사한다. 도 7b는 터치 센서(160)의 일부가 제 2 영역(122)의 후면에 연결되고 후면으로 변형된, 팽창상태의 제2 영역(122)을 묘사한다.

터치 센서(160)는 바람직하게 도 8 및 9에서 나타낸 바와 같은, 정전용량식 터치 센서(160)이고, 여기서 터치 센서(160)는 구동 라인인 제1 전도성 트레이스(152a)와 감지 라인인 제2 전도성 트레이스(152b)일 수 있다. 촉감 표면(124)에서의 사용자 터치는 따라서 바람직하게 터치 센서(160)에 의한 트레이스들(152a, 152b)에 의해 포착된다. 하지만, 터치 센서(160)는, 광학적, 저항, 표면 음파, 적외선 분산신호 또는 음향 펄스 인식 센서 기술과 같은, 임의의 다른 적절한 기술을 통해 사용자 터치를 감지할 수 있다.

터치 센서(160)는 바람직하게 투과층(140) 반대편의 유지벽(130)에 연결되고, 여기서 터치 센서(160)는 유지벽(130), 투과층(140) 및 촉감층(120)을 통해 사용자 동작을 검출한다. 하지만, 터치 센서(160)의 임의의 부분은 사용자 인터페이스 시스템(100)의 임의의 다른 부품 사이에 개재되고, 부품에 연결되고/되거나 물리적으로 공존할 수 있다; 터치 센서(160)는 따라서 유지벽(130)에 직접적으로 또는 간접적으로 연결될 수 있다. 터치 센서(160)가 전극들 중 적어도 한 층을 포함하는 정전용량식 터치 센서(160)(예를 들어, 자기 정전용량식 터치 센서(160))인 변형예에서, 터치 센서(160)의 일부는 투과층(140) 내에 배치될 수 있다. 첫 번째 예에서, 투과층(140)은 터치 센서(160)의 전극층 주위로 사출 성형된다. 두 번째 예에서, 투과층(140)은 터치 센서(160)의 전극층의 각 면에 하나씩 부착된 두 개의 투과 시트를 포함하여, 물리적으로 공존하는 투과층(140)과 터치 센서(160) 부분을 형성한다. 터치 센서(160)는 또한 한 면은 유지벽(130)에 그리고 그 반대편은 투과층(140)에 접합된 층을 포함할 수 있고, 또는 터치 센서(160)는 유지벽(130)에 연결된 터치 감응 디스플레이(즉, 터치 센서(160) 및 디스플레이(190)가 물리적으로 공존함)일 수 있다. 위의 예에서, 전극층은 바람직하게, 예컨대 관통공, 관통 구멍 또는 관통 슬롯과 협력하여, 유체를 투과시킬 수 있다. 하지만, 터치 센서(160)는, 본 참조로 그 전체가 포함된 “User Interface System”이라는 제목으로 2009년 1월 5일 출원된 미국 출원 제12/319,334호와 “User Interface System and Method”이라는 제목으로 2009년 7월 3일 출원된 미국 출원 제12/497,622호에서 설명된 바와 같은 감지 시스템에서와 같은, 임의의 다른 유형, 기하 형상 또는 배치로 이루어질 수 있다.

사용자 인터페이스 시스템(100)은 사용자에게 이미지를 시작적으로 출력하는, 유지벽(130)에 연결된, 디스플레이(190)를 더 포함할 수 있다. 사용자에게 시각적 유도를 제공하기 위해, 이미지는 바람직하게 제2 영역(122)에 실질적으로 정렬된 입력 키로 이루어진다. 디스플레이(190)는 바람직하게, 자동차 콘솔, 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 텔레비전, 라디오, 유선전화, 휴대폰, 스마트폰, PDA, 개인 네비게이션 장치, 개인 미디어 플레이어, 카메라 또는 시계 중 임의의 것 안에 통상적으로 배치된 LCD, LED, ELP 또는 다른 형태의 디지털 디스플레이와 같은, 디지털 디스플레이이다. 디지털 디스플레이(190)는 바람직하게 투과층(140) 반대편의 유지벽(130)에 연결되지만, 대안적으로 유지벽(130), 터치 센서(160) 및/또는 투과층(140)과 물리적으로 공존할 수 있다. 디스플레이(190)는 바람직하게 이미지를 발생시키고, 투과층(140)과 촉감층(120)은 디스플레이(190)로부터 사용자에게로 협력적으로 이미지를 소통시킨다. 유지벽(130) 및/또는 터치 센서(160)는 또한 사용자에게로 이미지를 소통시키도록 협력할 수 있다. 투과층(140) 및 촉감층(120)(그리고 유지벽(130) 및/또는 터치 센서(160))은 따라서 실질적으로 투명하고, 실질적으로 빛을 차단하지 않고 그리고 실질적으로 최소 내부 반사율을 가진다.

사용자 인터페이스 시스템(100)은 투과층(140)의 둘레를 실질적으로 에워싸고 유지벽(130)과 협력하는 둘레벽과 촉감층(120)을 더 포함하여 실질적으로 투과층(140) 내에서 유체(110)를 유지하게 된다. 촉감층(120)과 유지벽(130)은 바람직하게 투과층(140)의 마주보는 넓은 표면들 사이에서 유체(110)를 실질적으로 둘러싸고, 둘레벽은 바람직하게 투과층(140)을 둘러싸서 유체가 투과층(140)의 둘레 면들로부터 새는 것을 방지하게 된다. 이는 투과층(140)(도 4에서 나타낸 바와 같이, 서로 연결된 공동들을 가지는 실질적으로 스폰지형 재료를 포함함)의 첫 번째 변형예에서 특히 중요할 수 있다. 촉감층(120)의 변형불가능 (제1) 영역으로 흐르는 유체는 서로 연결된 공동들을 통해 실질적으로 옆길로 방향을 바꿀 수 있다. 비록 유체(110)는 따라서 촉감층(120)의 변형가능 (제2) 영역을 향해 이롭게 움직여지지만, 유체(110)는 또한 투과층(140)의 둘레 면의 밖으로 흐를 수 있어서, 투과층(140) 내에서의 유체 압력을 방출시키고 촉감층(120)의 변형가능 영역의 외측방향 변형을 제한한다(하지만, 이롭게는, 이러한 변형예와 유체 포트들(144)이 지지 표면(142)에 실질적으로 수직한 방향으로 유체(110)의 일부를 소통시키는 임의의 다른 변형예에서, 변위 장치(150)는 제1 영역(121)과 제2 영역(122) 모두에 인접한 투과층(140) 내에서 유체 압력을 증가시킬 수 있지만 제2 영역(122)을 향해서만 유체(110)를 이동시켜 제2 영역(122)만을 변형시킨다). 둘레벽은 따라서 유체 압력의 이러한 방출을 막고 바람직하게 투과층(140)의 이러한 변형예(그리고 잠재적으로 다른 변형예들)에 포함된다. 다른 변형예에서, 둘레벽은 유지벽(130), 투과층(140), 및 전자 장치 중 임의의 것과 협력하여 저장통(170)을 정의한다. 둘레벽은 실질적으로 투과층(140)에 독립적일 수 있지만 또한 투과층과 통합될 수도 있고 또는 유지벽(130)과 물리적으로 공존할 수도 있다. 그러나, 둘레벽은 또한 촉감층(120), 유지벽(130) 또는 사용자 인터페이스 시스템(100)의 임의의 다른 요소와 물리적으로 공존할 수도 있다. 변위 장치가 유지벽(130)의 일부의 방향을 수정하는 변형예에서, 둘레벽은 바람직하게 방향의 변화를 수용하기 위해 필요한 곳을 변형시킨다.

위에서 설명한 바와 같이, 사용자 인터페이스 시스템(100)은 유체(110)의 일부를 포함하는 저장통(170)을 포함할 수 있다. 저장통(170)은 바람직하게, 도 1 및 5에서 나타낸 바와 같이, 투과층(140)에 실질적으로 인접한 인접 저장통이지만, 도 5에서 나타낸 바와 같은, 원격 저장통일 수도 있다. 유체(110)가 촉감층(120)을 향해 이송됨에 따라, 부가적 유체가 바람직하게 저장통(170)에 의해 투과층(140)에 제공된다. 유체(110)가 촉감층(120)으로부터 멀어지도록 이송됨에 따라, 유체(110)는 바람직하게 저장통(170)에 의해 재수집된다. 비록 저장통(170)은 임의의 다른 적절한 기능을 위한 부가적 유체를 제공할 수 있지만, 저장통(170)은, 예컨대 유체(110)의 누출 또는 다른 손실에 따라서, 투과층(140)으로 유체를 또한 재보충할 수도 있다. 저장통(170)은 바람직하게 변위 장치(150)를 통해 투과층(140)에 연결되어(즉, 변위 장치(150)는 저장통(170)과 투과층(140) 사이에 배치된다) 변위 장치(150)는 저장통(170)으로부터 투과층(140)으로, 그리고 그 반대로 유체를 이동시킨다. 또한, 저장통(170)은 실질적으로 단단할 수 있어서 저장통(170)은 유체(110)가 그로부터 이동될 때 실질적으로 변형되지 않을 수 있지만, 대안적으로 저장통(170)은, 예컨대 유체(110)가 저장통(170)으로부터 또는 저장통으로 이동됨에 따라 변형된는 유연한 (예를 들어, 플라스틱, 실리콘, 고무) 파우치(pouch)인 저장통(170)의 변형예에서, 실질적으로 변형가능할 수 있다. 하지만, 저장통(170)은 임의의 다른 적절한 방법으로 배치될 수 있고 임의의 다른 형태를 취할 수 있다.

인접 저장통(170)인 저장통(170)의 변형예는 바람직하게, 도 1 및 5에서 나타낸 바와 같이, 투과층(140)과 직접 유체 접촉에 있게 된다. 인접 저장통(170)은 지지 표면(142) 반대편의 투과층(140)에 연결될 수 있지만(또는 투과층에 의해 부분적으로 정의될 수 있지만), 대안적으로 투과층(140) 내에서의 실질적으로 큰 공동일 수 있고 임의의 개수의 유체 포트들(144)에 의해 접속 가능한 유체를 포함할 수 있다. 인접 저장통(170)은 또한, 도 5에서 나타낸 지지 필러들(139)과 같은, 인접 저장통(170)을 지지하고 저장통(170)의 형상을 실질적으로 유지하는 지지 필러들(139)을 포함할 수 있다. 다공성인 투과층(140)의 변형예에서, 투과층(140)은 임의의 면으로부터 유체를 받아들일 수 있고 이에 따라, 인접 저장통(170)은 투과층(140)의 임의의 면으로 유체(110)를 소통시키는 임의의 적절한 방향으로 배치될 수 있다. 원격 저장통인 저장통(170)의 변형예는 바람직하게 통로를 통해 투과층(140)에(또는 부가적 인접 저장통에) 연결되지만, 임의의 다른 적절한 요소 또는 방법을 이용하여 연결될 수 있다.

저장통(170)은 또한 사용자 인터페이스 시스템(100) 내의 유체(110)를 이송시키는 제2 변위 장치(150)를 포함할 수 있다. 이는 바람직하게 변위 장치(150)에서의 부하를 감소시키고, 원격 저장통을 포함하며 유체(110)가 상당한 거리에 걸쳐 이송되어야 하는 변형에에서 특히 유용할 수 있다. 예를 들어, 원격 저장통은 클램프인 제2 이송장치(150)에 연결될 수 있고, 여기서 클램프는 투과층(140)을 향해 유체를 이송시키도록 수동으로 조작될 수 있다. 이러한 예에서, 클램프는 휴대폰 또는 임의의 다른 적절한 장치에서 힌지(hinge) 및/또는 슬라이더일 수 있어서, 작동될 때 유체는 원격 저장통으로부터 이동되어 투과층(140)을 향해(또는 그 반대로) 움직여지게 된다. 하지만, 제2 변위 장치(150)의 임의의 다른 적절한 형태가 사용될 수 있고 변위 장치(150)와 실질적으로 유사할 수도 또는 유사하지 않을 수도 있다. 제2 변위 장치(150)는 변위 장치(150)의 위치에서 또한 사용될 수도 있다.

사용자 인터페이스 시스템(100)은 사용자 인터페이스 시스템(100)에 인접한 주변 공기 압력(또는 기압 또는 대기압)을 검출하는 압력 센서를 더 포함할 수 있다. 압력 센서는, 피에조저항(piezoresistive), 전기용량(capacitive), 전자기, 압전(piezoelectric), 광학적, 또는 전위차(potentiometric) 압력 센서와 같은, 임의의 형태의 압력 센서일 수 있다. 수축 상태에서, 제2 영역(122)이 바람직하지 않게 변형되지 않도록(즉, 제1 영역(121)과 같은 높이에서 벗어나지 않도록) 변위 장치(150)는 바람직하게 실질적으로 주변 공기 압력에 맞추기 위해 제2 영역(122)의 후면(125)에서 유체 압력을 조정한다. 예를 들어, 수축 상태에서, 사용자 인터페이스 시스템(100)이 실질적으로 해수면으로부터 실질적으로 높은 고도로 옮겨질 때, 변위 장치(150)는 바람직하게 제2 영역(122)의 후면(125)에서 유체 압력을 줄여주어, 제2 영역(122)은 높은 고도에서 감소된 주변 공기 압력의 존재 하에 밖으로 변형하지 않게 된다. 압력 센서는 또한 변위 장치(150)를 위한 기준으로 작용할 수 있는데, 여기서, 팽창(또는 오목) 상태에서, 변위 장치(150)는 주변 공기 압력 보다 높게(또는 낮게)의 소정의 압력에 의해 제2 영역(122)의 후면(125)에서 압력을 증가(또는 감소)시켜 제2 영역(122)은 실질적으로 다양한 주변 공기 압력에서 동일하게 변형하게 된다. 하지만, 압력 센서는 임의의 다른 방법으로 이송장치(150)와 작동하고/하거나 협력할 수 있다.

당업자들이 앞에서의 상세한 설명으로부터 그리고 도면들과 청구범위로부터 인식하는 바와 같이, 첨부한 청구범위에서 정의된 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않는 한, 발명의 바람직한 실시예에 변경 및 변형이 이루어질 수 있다.

Claims (29)

  1. 일정량의 유체;
    사용자에 의해 터치 가능한 외부 촉감 표면 및 상기 촉감 표면 반대편의 후면을 정의하고 제1 영역과 제2 영역을 포함하며, 여기서 제2 영역은:
    상기 제2 영역이 상기 제1 영역과 실질적으로 평평하게 같은 높이가 되는 수축 상태; 및
    상기 제2 영역이 상기 제1 영역보다 실질적으로 튀어 나온 팽창 상태 사이에서 작동 가능한,
    촉감층;
    실질적으로 유체가 투과 불가능한 유지벽;
    상기 촉감층과 상기 유지벽 사이에 개재된 투과층으로서, 상기 제1 영역의 후면에 연결되고 상기 제2 영역 아래의 지지 표면을 정의하며, 투과층의 일부를 통해 상기 제2 영역의 후면으로 유체의 일부를 소통시키는 복수의 유체 포트들을 포함하는, 투과층;
    유체의 일부가 상기 유체 포트들을 통해 상기 촉감층의 후면으로 흐르게 하도록 상기 유지벽과 협력하여 상기 제2 영역이 수축 상태로부터 팽창 상태로 전환하게 하는 변위 장치; 및
    상기 투과층에 연결되고 상기 촉감층의 촉감 표면에서 사용자 터치를 검출하는 터치 센서;
    를 포함하는 사용자 인터페이스 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지 표면은 실질적으로 단단하고 사용자에 의해 상기 촉감 표면에 가해지는 힘으로 인한 상기 촉감층의 안쪽 변형을 제한하는 경질 정지부를 제공하는, 사용자 인터페이스 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 변위 장치는 유체의 일부를 상기 유체 포트들로부터 이동시켜 상기 제2 영역이 팽창 상태로부터 수축 상태로 전환되게 하는, 사용자 인터페이스 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 지지 표면은 상기 제2 영역의 아래의 오목한 윤곽을 정의하고, 상기 제2 영역은 또한 오목한 상태에서 작동가능하고, 상기 변위 장치는 유체 포트들로부터 유체의 일부를 이동시켜 제2 영역을 오목한 상태의 오목한 윤곽으로 끌어당기는, 사용자 인터페이스 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    일정량의 유체의 일부를 담는 저장통을 더 포함하고, 여기서 상기 변위 장치는 유체를 상기 저장통으로부터 상기 투과층의 상기 유체 포트들로 이송시키는, 사용자 인터페이스 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 저장통은 한 면이 상기 유지벽에 의해 그리고 그 반대면이 상기 투과층에 의해 적어도 부분적으로 정의되는, 사용자 인터페이스 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 변위 장치는, 상기 투과층에 대해 상기 유지벽의 일부의 방향을 수정하여 유체가 상기 저장통으로부터 상기 유체 포트들로 흐르게 하는, 사용자 인터페이스 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 변위 장치는 상기 투과층 내에서 전압 차이를 발생시켜 상기 유체 포트들을 통한 전기 삼투 유체 흐름을 유도하여 상기 제2 영역을 밖으로 팽창하게 하는 전기 펌프인, 사용자 인터페이스 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 변위 장치는, 상기 지지 표면에 배치된 제1 전도성 트레이스와 상기 지지 표면 반대편의 상기 투과층에 배치된 제2 전도성 트레이스를 가로질러 전압 차이를 발생시키는, 사용자 인터페이스 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 터치 센서는 상기 변위 장치의 전도성 트레이스의 일부를 포함하는 정전용량 센서인, 사용자 인터페이스 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 변위 장치는 상기 유지벽에 인접한 상기 투과층에서 유체 압력을 증가시키는 기계 펌프이고, 상기 유지벽은 유체 압력의 증가로 인한 변형에 견디고 유체를 상기 유체 포트들의 일부를 통해 흐르게 하여 상기 제2 영역을 팽창시키는, 사용자 인터페이스 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 촉감층의 후면의 일부를 상기 투과층에 연결하는 부착 지점을 더 포함하는, 사용자 인터페이스 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 투과층은 제1 및 제2 영역들에 인접한 유체 포트들의 실질적으로 균일한 밀도를 정의하고, 상기 부착 지점은 제1 영역에 인접한 적어도 하나의 유체 포트를 통한 유체 흐름을 막는, 사용자 인터페이스 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 촉감층의 상기 제1 및 제2 영역은 인접하여 실질적으로 연속적인 촉감 표면을 형성하고, 상기 부착 지점은 상기 제1 및 제2 영역 사이의 경계를 정의하는, 사용자 인터페이스 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 투과층은 실질적으로 직경이 작은 유체 포트들을 정의하여 상기 유체 포트들은 상기 촉감 표면을 터치하는 사용자가 촉감적으로 인지하지 못하게 되는, 사용자 인터페이스 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 촉감층의 상기 제2 영역의 바깥쪽 변형은 버튼을 형성하고, 상기 터치 센서는 상기 버튼에 실질적으로 인접한 사용자 터치를 검출하는, 사용자 인터페이스 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 터치 센서는 정전용량식 터치 센서인, 사용자 인터페이스 시스템.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 유지벽은 상기 터치 센서와 물리적으로 공존하는, 사용자 인터페이스 시스템.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 유지벽에 연결되며 시각적으로 사용자에게 이미지를 출력하는 디지털 디스플레이를 더 포함하고, 상기 이미지는 상기 제2 영역과 실질적으로 정렬된 입력 키로 이루어지는, 사용자 인터페이스 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 디지털 디스플레이는 상기 유지벽과 물리적으로 공존하는, 사용자 인터페이스 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 터치 센서의 일부는 실질적으로 상기 투과층 내에 배치된, 사용자 인터페이스 시스템.
  22. 제19항에 있어서,
    유체, 상기 투과층 및 상기 촉감층은 협동적으로 이미지를 상기 디스플레이로부터 사용자에게로 소통시키는, 사용자 인터페이스 시스템.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 촉감층은 수축 상태와 팽창 상태에서 작동 가능한 제3 영역을 더 정의하고, 상기 변위 장치는 유체의 일부를 상기 유체 포트들을 통해 상기 후면으로 흐르게 하도록 상기 유지벽과 협력하여 상기 제3 영역을, 상기 제2 영역과 관계 없이 수축 상태로부터 팽창 상태로 전환시키는, 사용자 인터페이스 시스템.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 사용자 인터페이스 시스템에 인접한 주변 공기 압력을 검출하는 압력 센서를 더 포함하고, 수축 상태에서 상기 변위 장치는 유체의 일부가 상기 제2 영역의 후면에서의 유체 압력이 주변 공기 압력에 실질적으로 맞도록 흐르게 하는, 사용자 인터페이스 시스템.
  25. 제1항에 있어서,
    상기 투과층은 상기 유체 포트들을 형성하는 일련의 서로 연결된 공동들을 포함하는 실질적으로 다공성인 재료로 이루어지는, 사용자 인터페이스 시스템.
  26. 제1항에 있어서,
    상기 투과층은 실질적으로 평행한 구멍, 실질적으로 단면이 원형인, 그리고 상기 지지 표면에 실질적으로 수직인 상기 투과층을 완전히 통과하는 복수의 유체 포트들을 정의하는, 사용자 인터페이스 시스템.
  27. 제1항에 있어서,
    상기 투과층의 둘레를 실질적으로 둘러싸고 상기 유지벽 및 상기 촉감층과 협력하여 실질적으로 상기 투과층 내에서 유체를 유지하는 둘레벽을 더 포함하는, 사용자 인터페이스 시스템.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 둘레벽과 투과층은 또한 유체의 일부를 포함하는 저장통을 부분적으로 정의하는, 사용자 인터페이스 시스템.
  29. 제1항에 있어서,
    상기 유체 포트들은 일정량의 유체 이외의 유체를 포함하지 않고, 상기 유체 포트들은 실질적으로 유체로 채워지는, 사용자 인터페이스 시스템.
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