KR20150027088A - 사용자 인터페이스 및 방법 - Google Patents

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KR20150027088A
KR20150027088A KR20147035029A KR20147035029A KR20150027088A KR 20150027088 A KR20150027088 A KR 20150027088A KR 20147035029 A KR20147035029 A KR 20147035029A KR 20147035029 A KR20147035029 A KR 20147035029A KR 20150027088 A KR20150027088 A KR 20150027088A
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tactile
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cavity
deformable region
sensor
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KR20147035029A
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미카흐 비. 야이리
토드 에이. 컬베르
크레이그 엠. 시에슬라
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택투스 테크놀로지, 아이엔씨.
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Abstract

동적 촉각 사용자 인터페이스를 제어하는 방법의 한 변형예는, 공동의 부분에 걸쳐 커패시턴스 값을 감지하는 단계로서, 촉각층은 변형가능 영역 및 주변 영역을 정의하며, 주변 영역은 변형가능 영역에 인접하고, 변형가능 영역은 기판과 공조하여 공동을 정의하는 것인, 단계; 공동의 부분에 걸쳐 감지된 커패시턴스 값에 따라 변형가능 영역의 촉각 표면영역의 촉각 표면의 수직 위치를 추정하는 단계; 변형가능 영역의 촉각 표면영역의 촉각 표면의 추정된 수직 위치와 변형가능 영역의 촉각 표면영역의 촉각 표면의 목표 수직 위치 간의 차이에 따라 변형가능 영역의 촉각 표면영역의 촉각 표면의 수직 위치를 수정하기 위해 공동 내 유체 압력을 조작하는 단계; 및 공동의 부분에 걸쳐 커패시턴스 값의 변화에 따라 촉각 표면 상의 입력을 감지하는 단계를 포함한다.

Description

사용자 인터페이스 및 방법{USER INTERFACE AND METHODS}
본 발명은 사용자 인터페이스 및 그 방법에 관한 것이다.
터치 감응 디스플레이(예를 들어, 터치 스크린)는 사용자들이 명령들 및 데이터를 디스플레이에 직접 입력하게 하여 특히 다양한 응용프로그램에서 유용하다. 이러한 터치 스크린 적용품들은 휴대폰 및 산업 공정 제어용 사용자 인터페이스를 포함하는 다양한 소비자 제품들을 포함한다. 특정 적용품에 따라, 이러한 터치 감응 디스플레이들은 작은 휴대용 PDA들부터, 중간 크기의 태블릿 컴퓨터들, 큰 산업용 기구에 이르기까지 일반적으로 사용된다.
따라서, 터치 기반 인터페이스 분야에 있어서 새롭고 유용한 인터페이스를 만드는 것이 필요하다. 본 발명은 이러한 인터페이스 및 관련된 방법을 제공한다.
본 발명의 과제는 사용자 인터페이스 및 관련된 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제는 이하의 실시예를 기초로 설명되는 본원 발명에 의해 해결된다.
도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 인터페이스의 평면도 및 입면도이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 각각 사용자 인터페이스의 수축 상태상태, 팽창 상태 및 입력 상태의 개략도이다.
도 3은 사용자 인터페이스의 한 변형예의 개략도이다.
도 4는 사용자 인터페이스의 한 변형예의 개략도이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 수축 상태 및 팽창 상태에서 사용자 인터페이스의 한 변형예의 개략도이다.
도 6은 수축 상태에서 사용자 인터페이스의 한 변형예의 개략도이다.
도 7은 수축 상태에서 사용자 인터페이스의 한 변형예의 개략도이다.
도 8a 및 도 8b은 각각 수축 상태 및 팽창 상태에서 사용자 인터페이스의 한 변형예의 개략도이다.
도 9a, 도 9b, 도 10a, 도 10b, 도 11a, 도 11b, 도 12a 및 도 12b는 각각 사용자 인터페이스의 변형예들인 버튼 변형, 슬라이더 변형, 슬라이더 고리 변형, 가이드 변형 및 포인팅 스틱 변형의 평면도 및 입면도이다.
도 13은 팽창 상태에서 사용자 인터페이스의 한 변형예의 개략도이다.
도 14a, 도 14b, 도 14c 및 도 14d는 각각 사용자 인터페이스의 변형예의 개략도이다.
도 15a 및 도 15b는 각각 사용자 인터페이스의 변형예의 개략도이다.
도 16a, 도 16b 및 도 16c는 각각 사용자 인터페이스의 변형예의 개략도이다.
도 17a 및 도 17b는 각각 사용자 인터페이스의 변형예의 개략도이다.
도 18a 내지 도 18e는 각각 사용자 인터페이스의 변형예의 개략도이다.
도 19a 및 도 19b는 각각 사용자 인터페이스의 변형예의 개략도이다.
도 20은 사용자 인터페이스의 한 변형예에 따른 흐름도이다.
도 21a 내지 도 21d는 각각 사용자 인터페이스의 변형예의 개략도이다.
도 22 및 도 23a는 각각 사용자 인터페이스의 변형예의 개략도이다.
도 24a 내지 도 24d는 각각 사용자 인터페이스의 한 변형예의 개략도이다.
도 25는 사용자 인터페이스의 한 변형예의 흐름도이다.
도 26은 사용자 인터페이스의 한 변형예의 개략도이다.
도 27a 및 도 27b는 각각 사용자 인터페이스의 한 변형예의 개략도이다.
도 28a, 도 28b 및 도 28c는 각각 사용자 인터페이스의 한 변형예의 개략도이다.
도 29는 사용자 인터페이스의 한 변형예의 그래픽도이다.
도 30은 사용자 인터페이스의 한 변형예의 개략도이다.
도 31은 본 발명의 일 실시예의 방법의 흐름도이다.
도 32는 본 발명의 일 실시예의 방법의 흐름도이다.
본 발명의 실시예의 다음 설명은 본 발명을 이들 실시예로 제한하려는 것이 아니라 그보다는 당업자가 본 발명을 제작하고 사용할 수 있게 하려는 것이다.
1. 사용자 인터페이스
도 1에 도시된 바와 같이, 사용자 인터페이스는, 기판(118); 촉각 표면(111), 기판(118)과 공조하여 공동(125)을 정의하는 촉각층(110)의 변형가능 영역(113) 및 공동(125)의 주변에 인접하여 기판(118)에 결합된 촉각층(110)의 주변 영역(115)을 포함하는, 촉각층(110); 공동(125) 내에 배열된 유체 용적(120); 유체 용적(120)을 조작하여 변형가능 영역(113)을 수축 상태에서 팽창 상태로 변이하도록 하는 변위 장치(130)로서, 변형가능 영역(113)은 수축 상태에서 촉각 표면(111)에서의 주변 영역(115)과 같은 높이이며 팽창 상태에서 촉각 표면(111)의 변형가능 영역(113)으로부터 오프셋 된 것인, 변위 장치(130); 한 세트의 감지 요소를 포함하는 센서(140)로서, 한 세트의 감지 요소 중에 각 감지 요소는 촉각층(110)의 일부분에 걸쳐 커패시턴스 값을 감지하도록 구성된 것인, 센서(140); 및 수축 상태에서 변형가능 영역(113)의 촉각 표면(111) 상의 입력을, 센서(140)의 출력 및 수축 상태 센서 입력 임계에 기초하여 검출하도록 구성되며, 또한 팽창 상태에서 변형가능 영역(113)에 촉각 표면(111) 상의 입력을, 센서(140)의 출력과, 수축 상태 센서 입력 임계와는 상이한 팽창 상태 센서 입력 임계에 기초하여 검출하도록 구성된, 프로세서(160)를 추가로 포함한다.
사용자 인터페이스(100)는 촉각적인 안내를 제공할 수 있고 입력을 캡처하도록, 이를테면 스마트폰, 이동 전화, 태블릿, 랩탑 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 개인용 데이터 보조장치(PDA), 개인용 음악 플레이어, 자동차 콘솔, 텔레비전, 카메라, 시계에 통합된 디스플레이와 같은, 계산장치의 디스플레이(예를 들면, 터치스크린) 상에 적용될 수 있다. 또한, 사용자 인터페이스(100)는 촉각적인 안내를 제공할 수 있고 입력들을 캡처하기 위해서, 이를테면 독립형 키보드, 컴퓨터 마우스, 텔레비전 리모콘, 자동차 조향 휠 또는 휴대용 계산장치(예를 들면, 스마트폰, 태블릿)용 케이스와 같은, 디스플레이가 없는 평판 또는 만곡부 상에 적용될 수도 있다. 일반적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 변형가능 영역(113)의 촉각 표면(111)은, 촉각적인 안내가 요구되거나 요망될 때까지는 그리고/또는 변형가능 영역(113) 근방의 촉각 표면(111) 상에서 입력이 요구되거나 예상될 때까지는(이 때에 변위 장치(130)는 변형가능 영역(113)에 인접한 공동(125) 내의 유체 압력을 조작하여 변형가능 영역에서 촉각 표면(111)을 팽창(또는 수축)시킨다), 주변 영역(115)과 같은 높이인 채로 있을 수 있다. 이에 따라, 변위 장치(130)는 변형가능 영역(113)을 외측으로 변형(예를 들면, 팽창)하기 위해 공동(125)을 팽창시키고, 그럼으로써 촉각 표면(111) 상에서 버튼-유사 형상 또는 가이드를 형성할 수 있다. 이에 따라, 버튼-유사 형상은 팽창된 변형가능 영역 위에서 탐색할 때 사용자를 촉각적으로 안내할 수 있고, 사용자에게 촉각적으로 피드백 하여 변형가능 영역(113) 상에 힘 형태로 입력을 제공한다. 센서(140)는 변형가능 영역(113)을 내측으로 변형하는 입력, 촉각 표면(111) 상에 얹어지지만 변형가능 영역(113)을 변형하지 않는 입력 및/또는 변형가능 영역(113) 위에서 '서성대는' 입력을 감지할 수 있다. 그러나, 센서(140)는 임의의 다른 입력, 입력 유형 또는 입력 모드, 이를테면 손가락 입력 또는 스타일러스 입력을 검출할 수 있다.
일반적으로, "센서(140)가 ...을 검출할 수 있다"라는 어구는 "센서(140)의 출력은 ...을 검출하기 위해 프로세서(160)에 의해 구현될 수 있다"와 동등할 수 있다. 유사하게, "센서(140)가 ...를 감지할 수 있다"라는 어구는 "센서(140)의 출력이 ...을 감지하기 위해 프로세서(160)에 의해 구현될 수 있다"와 동등할 수 있고, "센서(140)가 ...를 측정할 수 있다"라는 어구는 "센서(140)의 출력이 ...을 측정하기 위해 프로세서(160)에 의해 구현될 수 있다"와 동등할 수 있다. 또한, "센서(140)가 ...을 감지한다"라는 어구는 "프로세서가 ...을 감지하기 위해 센서(140)의 출력을 구현한다"와 동등할 수 있다 등등.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 촉각층(110)은 촉각 표면(111), 기판(118)과 공조하여 공동(125)을 정의하는 변형가능 영역(113) 및 공동(125)의 주변에 인접하여 기판(118)에 결합된 주변 영역(115)을 정의한다. 일반적으로, 촉각층(110)은, 촉각적 방식으로 사용자와 인터페이스하는 촉각 표면(111)을 정의하게 그리고 공동(125)을 정의하기 위해 기판(118)과 공조하게 기능한다. 촉각 표면(111)은 촉각 표면(111)에 걸쳐 손가락을 스와이핑할 때 사용자가 임의의 걸리는 것이 있거나 이음부도 느끼지 않게 되게 연속할 수 있다. 대안적으로, 촉각 표면(111)은 촉각 표면(111)의 한 영역과 또 다른 것을 사용자가 용이하게 구별할 수 있게 하는 특색(feature)을 포함할 수 있다. 또한, 촉각층(110)이 대안적으로 만곡된 또는 휘어진 면으로 배열될 수 있을지라도, 촉각 표면(111)은, 이를테면 수축 상태에서 평면을 정의하게, 평탄할 수 있다. 변형가능 영역(113)의 촉각 표면(111)은 공동(125) 내 유체 압력이 변화하였을 때 변형(예를 들면, 팽창, 수축)할 수 있고 공동(125) 내 유체 압력이 주변 공기 압력과 동등해졌을 때 일반적인 평탄한 상태로 다시 "완화" 또는 "비-변형"이 될 수 있다.
일 구현예에서, 촉각층(110)은 탄성 있는 제1 부분 및 비교적 덜 탄성 있는 제2 부분을 포함한다. 예를 들면, 촉각층(110)은 특정 구역에서(예를 들면, 변형가능 영역(113)에서) 비교적 더 탄성이 있을 수 있고, 다른 구역에서(예를 들면, 주변 영역(115)에서)는 비교적 덜 탄성이 있을 수 있다. 또 다른 구현예에서, 촉각층(110)은 변형가능 영역 및 주변 영역에 걸쳐 일반적으로 탄성이 균일하다. 또 다른 구현예에서, 촉각층(110)은 선택적인 및/또는 가변적인 탄성을 갖는, 이를테면 니켈 티타늄(즉, "니티놀") 또는 전기활성 폴리머와 같은, 스마트 재료를 포함하거나 이것으로 만들어진다.
기판(118)에 결합되는 디스플레이를 포함하는 사용자 인터페이스(100)의 변형예에서, 촉각층(110)은 디스플레이(150)로부터의 이미지 출력이 촉각층(110)을 통해 사용자에게 전달될 수 있게 광학적으로 투명하거나 반투명할 수 있다. 예를 들면, 촉각층(110)은 고 광학적 투과, 낮은 헤이즈(haze), 광시야각, 최소 역반사율, 내 긁힘성, 화학적 저항, 내오염, 터치에 대한 매끄러움(즉, 끈적이지 않는), 최소 아웃-가스, 자외광에 노출되었을 때 비교적 낮은 열화 등의 특성들 중 어느 것을 나타낼 수 있다. 촉각층(110)은 예컨대 폴리머, 폴리우레탄 및/또는 실리콘-기반 엘라스토머(예를 들면, 폴리-디메틸실록산(PDMS), RTV 실리콘 등)와 같은, 적합한 탄성 재료의 하나 이상의 층으로부터 만들어질 수 있다. 촉각층(110)이 탄성이 있는 제1 부분 및 비교적 탄성이 없는 제2 부분을 포함하는 일 구현예에서, 탄성이 없는 부분은 폴리머 또는 유리를 포함하는 재료, 예컨대 엘라스토머, 실리콘-기반 유기 폴리머(예를 들면, 폴리-디메틸실록산(PDMS)), 열경화성 플라스틱(예를 들면, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)), 광경화 용매 저항성 엘라스토머(예를 들면, 퍼플루오로폴리에테르), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 임의의 다른 적합한 재료로부터 만들어질 수 있다.
촉각층(110)은 동일 재료 또는 서로 다른 재료들의 다수의 서브층(sublayer)들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 촉각층(110)은 촉각 표면(111)을 정의하는 한 재료의 제1 서브층 및 기판(118)에 부착하는 제2 재료의 제2 서브층을 포함할 수 있다. 그러나, 촉각층(110)은 임의의 다른 형태 및/또는 재료일 수 있다.
사용자 인터페이스(100)의 기판(118)은 촉각층(110)과 공조하여 공동(125)을 정의한다. 기판(118)은 공동(125)에 인접하여 부착 표면을 정의하도록 추가로 기능하며, 촉각층(110)의 주변 영역(115)은 변형가능 영역(113)의 주변을 정의하기 위해 부착면에 결합(예를 들면, 실장, 부착, 접착)한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 공동(125)은 유체 용적(120)을 수용하도록 기능하며, 기판(118)은 공동(125)을 저류부 및/또는 변위 장치(130)에 유체적으로 결합하는 유체 채널을 추가로 정의할 수 있다. 예를 들면, 기판(118)은 미세 유체 채널인 유체 채널(138)을 정의할 수 있다.
기판(118)은 공동(125) 내 유체 압력의 증가가 변형가능 영역(113)을 팽창 상태(도 2b에 도시된)로 팽창하게, 그리고 공동(125) 내유체 압력의 감소가 변형가능 영역(113)을 수축 상태(도 2a에 도시된)로 수축하게 하도록 실질적으로 단단할 수 있다(즉, 촉각층(110)에 비해). 이에 따라, 팽창 상태에서, 공동(125)은 변형가능 영역(113)의 촉각 표면(111)을 주변 영역(115)의 촉각 표면(111)보다 위로 팽창시킬 수 있다. 예를 들면, 휴대용 계산장치에 구현되었을 때, 공동(125)은 2mm의 직경을 정의할 수 있고, 변형가능 영역(113)은 팽창 상태에서 1mm만큼 외측으로 편향하여 촉각 표면(111) 상에직경 2mm 및 높이 1mm의 버튼을 정의할 수 있다. 그러나, 공동(125)은 임의의 다른 적합한 치수를 가질 수 있다.
유체 용적(120)은 공동(125) 내에 배열되며, 유체 용적(120)의 조작은 변형가능 영역(113)에서 촉각 표면(111)의 높이를 수정한다. 유체 용적(120)은 실질적으로 비압축성 유체일 수 있다. 또는 임의의 유체는 물, 글리세린 또는 에틸렌 글리콜과 같은 액체, 혹은 공기, 질소 또는 아르곤과 같은 기체일 수 있으나, 겔, 에어로겔, 오일, 알콜 또는 물과 같은 다른 임의의 적합한 물질일 수도 있다. 또한, 유체는 전도성 또는 실질적으로 비전도성일 수 있다.
사용자 인터페이스(100)의 변위 장치(130)는 유체 용적(120)을 조작하여, 변형가능 영역(113)을 수축 상태에서 팽창 상태로 변이하도록 구성되며, 변형가능 영역(113)은 수축 상태에서는 촉각 표면(111)의 주변 영역(115)과 같은 높이이며, 팽창 상태에서는 촉각 표면(111)의 변형가능 영역(113)로부터 오프셋된다. 일반적으로, 변위 장치(130)는 유체 용적(120)을 조작하여 공동(125)을 수축 상태에서 팽창 상태로 팽창시키고, 그럼으로써 변형가능 영역(113)의 촉각 표면(111)을 주변 영역(115)의 촉각 표면(111)으로부터 촉각적으로 구별할 수 있는 형성체로 변형하게 기능한다. 일 예에서, 변위 장치(130)는 공동(125) 내에 밀봉된 유체 용적(120)을 수정함으로써, 이를테면 유체 용적(120)을 가열 또는 냉각함으로써, 공동(125) 설정을 제어한다. 또 다른 예에서, 변위 장치(130)는 공동(125)에서 그리고 이로부터 유체를 추가 및 제거함으로써 공동(125) 설정을 제어한다. 그러나, 변위 장치(1ㄴ30)는 유체 용적(120)을 임의의 적합한 방법으로 조작할 수도 있다. 사용자 인터페이스(100)가 휴대용 계산장치에 통합되는 한 예시적 구현예에서, 변위 장치(130)는 대략 0.1 ml만큼 공동(125) 내의 유체 용적(120)을 증가시킬 수 있다. 그러나, 변위 장치(130)는 공동(125) 내의 유체 용적(120)을 임의의 다른 정도까지 그리고 임의의 다른 방법으로 수정할 수 있다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 일 구현예에서, 유체 용적(120)은 공동(125) 내 밀봉된 팽창 가능한 유체일 수 있고, 변위 장치(130)는 유체 용적(120)을 가열하여 공동(125) 내 현존하는 유체의 용적을 팽창시킬 수 있는 가열 요소를 포함할 수 있다. 예를 들면, 가열 요소는 유체를 가열하기 위해 공동(125) 내에 혹은 이에 인접하여 배열될 수 있고 저항성 가열 요소를 포함할 수 있다. 이 구현예에서, 유체는 대안적으로 플라스틱 팽창가능 미립구와 같은 팽창가능 물질을 포함할 수 있거나, 혹은 파라핀일 수 있다. 이 구현예에서, 변위 장치(130)는, 추가로 또는 대안적으로, 유체 용적(120)을 냉각함으로써 공동(125) 내 현존 유체의 용적을 수축하는 냉각 요소를 포함할 수도 있다.
또 다른 구현예에서, 변위 장치(130)는 유체를 공동(125) 내로 및/또는 밖으로 변위시킬 수 있다. 도 6에 도시된 일예에서, 변위 장치(130)는 추가의 유체를 수용하는 저류부에 유체적으로 결합되고, 변위 장치(130)는, 위에 기술된 바와 같이, 유체를 유체 채널을 통해 저류부(132)로부터 공동(125)으로 변위시키는 펌프(예를 들면, 양변위 펌프)를 포함한다. 그러므로, 저류부(132)는 공동(125)로부터 멀리 떨어져서 있을 수 있으나, 대안적으로 공동(125)에 인접하여 배열되고 짧은 유체 채널을 통해 공동(125)에 직접 연결될 수도 있다. 채널의 부분은, 채널이 임의의 다른 적합한 치수를 가질 수 있을지라도, 미세 유체 채널(예를 들면, 1 마이크로미터 내지 100 마이크로미터 범위 내 단면 치수를 정의한다)일 수 있다. 펌프(134)는 마이크로-펌프(이를테면 독일, Zweibrucken의 ThinXXS Microtechnology AG로부터의 펌프 #MDP2205 또는 독일 Dortmund의 Bartels Mikrotechnik GmbH로부터의 펌프 #mp5)이거나 또는 유체를 이동시키기 위해 유체를 변위시키거나 압력차를 유발하도록 구성된 그 외 어떤 다른 적합한 장치일 수 있다. 대안적으로, 변위 장치(130)는 참조로 본원에 포함되는 2012년 11월 15일에 출원된 미국 가출원 번호 61/727,083에 기술된 바와 같은, 블레이더 및 캠 작동기를 포함할 수 있다.
펌프(134)는 공동(125)으로부터 멀리 떨어져서 배열될 수 있고, 유체 채널(138)을 통해 공동(125)에 연결될 수 있다. 공동(125)을 수축 상태에서 팽창 상태로 확장하기 위해서, 펌프(134)는 유체를 저류부(132)로부터 유체 채널(138)을 통해 공동(125) 내로 변위시킬 수 있다. 공동(125)을 팽창 상태에서 수축 상태로 수축하기 위해서, 펌프(134)는 유체를 역방향으로 공동(125)에서 저류부(132) 내로 "내보내거나(vent)" 또는 펌핑할 수 있다.
전술한 구현예에서, 사용자 인터페이스(100)는 펌프(134)와 공동(125) 사이에 배열된 제1 밸브 및 공동(125)과 제2 펌프 사이에 위치된 제2 밸브를 더 포함할 수 있다. 공동(125)을 수축 상태에서 팽창 상태로 확장하기 위해서, 제1 밸브는 열리고 제2 밸브는 닫혀질 수 있으며, 제1 펌프는 유체를 저류부(132)로부터 유체 채널(138)을 통해 공동(125) 내로 변위시킬 수 있다. 공동(125)을 확장된 위치에서 수축된 위치로 수축하기 위해서, 제1 밸브는 닫혀지고 제2 밸브는 열릴 수 있으며, 제2 펌프는 유체를 공동(125)으로부터 유체 채널(138)을 통해 저류부(132) 내로 변위시킬 수 있다. 대안적으로 사용자 인터페이스(100)는 제2 밸브를 열어, 공동(125)이 저류부(132) 내로 내보내거나 또는 "흘러 나갈 수 있게(drain)" 함으로써 공동(125)을 팽창 상태에서 수축 상태로 수축할 수 있고, 이는 비-변형된 상태로 복귀되는 촉각층(110)의 탄성에 의해 도움을 받을 수 있다. 또 다른 예에서, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 변위 장치(130)는 유체를 공동(125) 내로 및 밖으로 변위시키는 작동기(예를 들면, 선형 작동기)를 포함할 수 있다. 공동(125)을 수축 상태에서 팽창 상태로 확장하기 위해서(도 8a에 도시된), 선형 작동기는 유체를 채널을 통해 공동(125) 내로 변위시키고, 공동(125)을 팽창 상태에서 수축 상태로 수축하기 위해서(도 8b에 도시된), 선형 작동기는 유체를 역방향으로 공동(125)에서 저류부(132)로 유입시킨다.
이에 따라, 변위 장치(130)는 공동(125)을 팽창 및 수축시키기 위해 공동(125) 내에서 유체 압력을 수정하도록 기능할 수 있다. 예를 들면, 휴대용 계산장치 내에서 구현되었을 때, 변위 장치(130)는 변형가능 영역(113)의 촉각 표면(111)을 변형하기 위해서 공동(125) 내의 유체 압력을 0.1 내지 10.0 psi만큼 증가시킬 수 있다. 그러나, 변위 장치(130)는 공동(125)을 수축 상태와 팽창 상태 사이에서 변이하기 위한 임의의 다른 방법을 구현하는 임의의 다른 적합한 펌프 또는 다른 변위 장치일 수 있다.
일반적으로, 변형가능 영역(113)의 변형(즉, 동력에 의해 팽창 또는 수축)은 촉각 표면(111)에서 촉각 피드백 및 촉각적인 안내를 할 수 있게 기능한다. 또한, 변형가능 영역(113)의 변형은 촉각 표면(111)의 영역에 연관된 입력 또는 명령의 유형을 나타내도록 기능할 수 있다. 팽창 상태에서, 변형가능 영역(113)은 (1) 사용자에 의해 눌러졌을 때 입력을 센서(140)에 신호를 보내는 볼록 버튼, (2) 사용자에 의한 변형을 따라 다수의 지점에서 눌러질 수 있고 다수의 입력의 장소(location)를 센서(140)에 신호를 보내는 볼록 슬라이더 및/또는 (3) 센서 상의 다수의 입력의 장소에 신호를 보내는 볼록 포인팅 스틱을 정의할 수 있다. 수축 상태에서, 변형가능 영역(113)은 유사하게, (1) 오목 버튼, (2) 오목 슬라이더 및/또는 (3) 오목 포인팅 스틱을 정의할 수 있다. 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 볼록 버튼은 돔 형상, 원통 형상(즉, 평탄한 상면을 가진), 피라미드 또는 절두원추 형상, 입방체 형상(즉, 평탄한 상면을 가진) 또는 임의의 다른 적합한 버튼 형상을 정의할 수 있다. 이하 기술되는 바와 같이, 센서(140)는 버튼을 정의하는 변형가능 영역(113)의 촉각 표면(111) 상에서 입력(예를 들면, 도 9a, 도 10a, 도 11a 및 도 12a에 도시된, 입력(145))으로서 인식할 수 있다. 볼록 슬라이더는 긴 리지(ridge)(도 10a 및 도 10b에 도시된), 고리(도 11a 및 도 11b에 도시된), 열십자형상의 리지 또는 임의의 다른 적합한 형상의 리지 또는 슬라이더를 정의할 수 있다. 이하 기술되는 바와 같이, 센서(140)는 슬라이더에 걸쳐 여러 장소에서 사용자 입력을 식별하고 이들 장소에서 서로 다른 유형들의 입력들을 사용하는 입력들을 구별할 수 있다. 일 예에서, 환형 형상을 정의하는 슬라이더는 2세대 Apple iPod의 "클릭 휠"처럼 기능할 수 있다. 포인팅 스틱(또는 포인팅 객체)은, 버튼처럼, 도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같은 돔 형상, 원통 형상(즉, 평탄한 상면을 가진), 피라미드-유사 형상, 입방체-유사 형상(즉, 평탄한 상면을 가진) 또는 임의의 다른 적합한 형상을 정의할 수 있다. 센서(140)는 포인팅 스틱을 따른 여러 장소에서 사용자 입력들을 식별하고 이들 사용자 입력들을 서로 다른 명령 또는 기능들로서 구별할 수 있다. 일 예에서, 포인팅 스틱이 돔 포인팅 스틱을 정의하는 구현예에서, 우 상측 상한 근방에서의 포인팅 스틱의 함입은 우 하측 상한 근방에서의 포인트 스틱의 함입과는 다르게 해석될 수 있다. 또한, 센서(140)는 스위핑(sweeping) 동작에서, 이를테면 우 상측 상한에서 우 하측 상한으로의 "스위핑"과 같은, 포인팅 스틱의 함입을 검출할 수 있는데, 이것은 2세대 Apple iPod의 "클릭 휠"과 유사하게 이동하는 입력으로서 해석될 수 있다.
사용자 인터페이스(100)의 센서(140)는 한 세트의 감지 요소를 포함하며, 한 세트의 감지 요소 내 각 감지 요소는 촉각층(110)의 부분에 걸쳐 커패시턴스 값을 감지하도록 구성된다. 일반적으로, 센서(140)는 변형가능 영역(113)에 촉각 표면(111)을 포함하여, 촉각 표면(111) 상의 여러 장소에서 입력들을 검출하는 용량성 감지 기술을 구현한다. 센서(140)는 촉각 표면(111) 상에서의 손가락 또는 스타일러스 터치의 존재, 팽창 상태에서 변형가능 영역(113)의 함입 및/또는 임의의 다른 적합한 유형의 입력을 검출할 수 있다. 또한, 센서(140)는 입력의 방향, 입력의 장소, 입력이 변형가능 영역(113)에 가해지는 레이트(rate), 입력이 변형가능 영역(113)을 내측으로 변형하는 레벨, 사용자 입력의 유형(예를 들면, 손가락에 의한 입력, 스타일러스에 의한 입력) 등을 검출할 수 있다.
센서(140)는 센서(140)의 적어도 2개의 도체(즉, 도전성 패드)에서 나오는, 촉각층(110)의 부분에 걸친 전계(또는 전자기장)의 변동을 검출하도록 공조하는 적어도 2개의 도체를 포함하는 용량성 센서일 수 있다. 전계의 변동은 손가락 또는 스타일러스로 터치, 변형가능 영역(113)의 변형, 기판(118) 및/또는 공동 내의 유체 용적 또는 위치의의 변화 등의 결과일 수 있다.
센서(140)는 촉각 표면(111) 상의 여러 장소에서 입력들을 검출하도록 구성된 임의의 수의 감지 요소를 포함할 수 있다. 각 감지 요소는 단일 도전성 패드를 포함하는 표면 커패시턴스 감지 요소일 수 있고, 촉각 표면(111) 근방의 입력 도구(예를 들면, 손가락)는 도전성 패드로부터 전하를 흡수한다. 대안적으로, 각 감지 요소는 시간에 따라 도전성 패드들에 걸쳐 상승 및 감쇠하는 전압이 나타나도록 시간에 따라 변동하는 전압으로 구동되는 2개 이상의 인접한 도전성 패드들을 포함하는 프로젝트 커패시턴스(projected capacitance) 센서일 수 있고, 전압의 상승 및/또는 감쇠 시간은 도전성 패드들 간의 용량성 결합과 상관되며, 촉각 표면(111) 상의 입력은 도전성 패드들 간의 용량성 결합에 영향을 미친다. 그러나, 각 감지 요소는 임의의 다른 유형의 감지 요소, 전극, 도체 등일 수 있다.
일 구현예에서, 센서(140)는 제1 세트의 평행한 전극의 제1 층 및 제2 세트의 평행한 전극의 제2 층을 포함하는 프로젝트 커패시턴스 터치 센서를 포함하며, 제2 층은 수직 거리만큼 제1 층으로부터 오프셋되고, 제2 세트의 전극은 제1 세트의 전극을 가로지른다. 이 예시적 구현예에서, 제1 세트의 평행한 전극 내 각 전극과 제2 세트의 평행한 전극 내 각 전극은 복수의 도전성 패드를 정의할 수 있는 것으로, 제1 세트의 평행한 전극 내 한 도전성 패드와 제2 세트의 평행한 전극 내 인접 도전성 패드가 공조하여 감지 요소를 정의한다. 도전성 패드는 정방형, 장방형 또는 임의의 다른 형상일 수 있고, 기판(118), 촉각층(110), 기판(118)에 인접한 디스플레이 또는 사용자 인터페이스(100) 또는 연관된 장치의 임의의 다른 성분에 걸쳐 균일한 분포로 패터닝될 수 있다. 대안적으로, 도전성 패드는 비-균일한 분포로 패터닝될 수 있는데, 이를테면 큰 도전성 패드는 변형가능 영역(113) 근방에 분포되고 비교적 낮은 도전성 패드는 주변 영역(115) 근방에 분포된다. 유사하게, 도전성 패드는 변형가능 영역(113) 근방의 큰 총 도전성 패드 표면적과 주변 영역(115) 근방의 비교적 적은 총 도전성 패드 표면적을 갖는 비-균일한 분포로 패터닝될 수 있다. 한 예시적 구현예에서, 센서(140)는 기판(118)에 결합된 제1 감지 요소 및 제2 감지 요소를 포함하는데, 제1 감지 요소는 공동(125)의 부분에 걸쳐 커패시턴스 값을 감지하고, 제2 감지 요소는 주변 영역(115)의 부분에 걸쳐 커패시턴스 값을 감지한다. 예를 들면, 제1 감지 요소는 변형가능 영역(113) 근방의 기판(118) 상에 배열된 제1 도전성 패드 및 제2 도전성 패드에 걸쳐 충전 전압, 충전 전류, 충전 시간, 방전 시간 및 전송 주파수 중 적어도 하나를 포함하는 커패시턴스 값을 감지할 수 있다. 그러나, 센서(140)는 촉각 표면(111)의 근방에 임의의 다른 방법으로 패터닝되고 임의의 다른 방법으로 임의의 다른 커패시턴스 값을 감지하도록 구성된 임의의 다른 수의 도전성 패드를 포함할 수 있다.
용량성 터치 센서인 센서(140)의 도전성 패드(예를 들면, 제1 도체)는 구리, 마이크로- 또는 나노와이어 또는 인듐 주석 산화물(ITO)과 같은 투명 도체일 수 있다. 예를 들면, 기판(118)은 두 개의 넓은 면에 걸쳐 마스크될 수 있고, ITO는 밀도가 균일하거나 서로 다른 도전성 패드들을 포함하는 수직한 전극들을 생성하기 위해 두 개의 넓은 면에 걸쳐 스퍼터링될 수 있다. 그러나, 센서(140)의 도전성 패드는 임의의 유형의 도전성 재료(또는 도전성 유체)를 포함할 수 있다.
용량성 터치 센서를 포함하는 센서(140)는 촉각 표면(111) 상의 혹은 이에 인접하는 손가락, 스타일러스 또는 이외 다른 도구의 존재 외에도, 변형가능 영역(113)에서 촉각 표면(111)의 높이를 감지하도록 추가로 기능할 수 있다. 도 14a에 도시된 바와 같이, 제1 도체(예를 들면, 제1 도전성 패드)는, 변형가능 영역(113)의 내측 변형이 제1 도체에 관하여 공동(125) 내에서 유체의 높이를 변화시키고 그럼으로써 용량성 센서에 의해 감지되는 커패시턴스에 영향이 미치도록 공동(125) 내에 혹은 이에 인접하여 배열될 수 있다. 예를 들면, 제1 도체는 촉각 표면(111)에 대향하는 공동(125)의 바닥 상에 배열될 수 있고, 그럼으로써 변형가능 영역(113)이 입력에 응하여 팽창, 수축 및/또는 내측으로 변형될 때 용량성 센서가 유체의 높이 변화를 감지할 수 있게 한다. 대안적으로, 제1 도체는 변형가능 영역(113)이 입력에 의해 팽창, 수축 및/또는 변형될 때 제1 도체가 특정 표면과 함께 변형하게 촉각층(110)의 뒷면 상에 혹은 그 내부에 배열될 수 있고, 그럼으로써 공동(125) 내에서의 유체 높이 변화를 검출할 수 있게 한다. 그러나, 제1 도체는 공동(125), 기판(118) 또는 촉각층(110) 내에 혹은 이에 인접하여 임의의 적합한 장소에 배열될 수 있다.
도 14b에 도시된 바와 같이, 용량성 터치는 또한 공동(125) 내에 배열된 제2 도체를 포함할 수 있다. 제2 도체(144)는 입력이 변형가능 영역(113)에 인가될 때 제1 도체 및 제2 도체(144)에 걸쳐 커패시턴스의 변화를 검출할 수 있다. 예를 들면, 사용자가 변형가능 영역(113)을 내측으로 변형할 때, 제1 도체와 제2 도체(144) 사이에서 유체량 및/또는 유체의 높이가 변하여, 제1 도체와 제2 도체(144) 간에 감지된 커패시턴스의 변화를 가져올 수 있다. 제1 도체와 제2 도체(144) 간의 높이 차이의 변화도(gradient)는 제1 도체와 제2 도체(144) 간에 측정 가능한 커패시턴스 변화를 추가로 야기할 수 있다. 예를 들면, 변형가능 영역(113) 상의 입력은 제1 도체와 제2 도체 간의 거리를 감소시켜, 제2 도체(144)에 의한 커패시턴스 판독을 변화시킬 수 있다. 이 변화는 변형가능 영역(113)의 기하구조에 관하여 입력의 장소를 용이하게 판정할 수 있게 한다.
또한, 제2 도체(144)는 제1 도체와 함께 제2 도체(144) 위의 영역에서 유체의 높이 변화를 감지하여, 공동(125) 내에서의 높이 변화의 더 국부적인 용량성 측정을 제공할 수 있다. 두 감지 요소로 공동(125) 내에서 국부적 용량성 변화를 측정하는 것은 유체 내 상대적 높이 차이가 측정되게 할 수 있다. 예를 들면, 입력이 변형가능 영역(113)을 변형할 때, 제1 도체 위에서의 유체의 높이는 제2 도체(144) 위에서의 유체의 높이와는 다를 수 있어, 제1 도체의 감지된 커패시턴스 값과 제2 도체(144)의 감지된 커패시턴스 값에 차이가 나게 된다. 또한, 제1 도체와 제2 도체(144)의 제1 부분 간의 커패시턴스는 유체의 높이와 관련된 상대적 차이를 판정하기 위해 제1 도체와 제2 도체(144)의 제2 부분 간의 커패시턴스와 비교될 수 있다. 이에 따라, 두 도체들 간의 커패시턴스 값들의 상대적 차이는 변형가능 영역(113)의 기하구조에 관하여 입력의 장소를 용이하게 판정할 수 있게 한다. 제2 도체(144)의 제1 및 제2 부분은 제2 도체(144)를 따라 연속된 섹션들일 수 있는데, 그러나 대안적으로는 제1 및 제2 부분과는 상이한 재료의 제3 부분에 의해서 혹은 제2 도체(144) 내 단절에 의해서도 분리될 수 있다. 또한, 제2 도체(144)는, 제1 및 제2 도전성 패드가 임의의 다른 유사한 또는 유사하지 않은 재료, 기하구조 또는 배열을 가질 수 있을지라도, 재료 및 제조 공정에 있어 제1 도체와 동일할 수 있다.
도 14c 및 도 14d에 도시된 바와 같이, 용량성 터치 센서를 포함하는 센서(140)는 또한 제3 도체 및/또는 제4 도체를 포함할 수 있다. 제3 및/또는 제4 도체 또한 변형가능 영역(113) 근방에 배열될 수 있고 이에 따라 변형가능 영역(113) 근방에서 입력을 더 정확하게 검출할 수 있게 한다. 예를 들면, 변형가능 영역(113)(도 14d에 도시된) 근방에 4개의 도체를 포함하는 센서(140)에 있어서, 변형가능 영역(113)은 변형가능 영역(113)의 중심 근방에 원점을 갖고 X- 및 Y-축선을 통해 4상한 좌표계로 분할될 수 있다. 이 예에서, 변형가능 영역(113)의 기하구조에 관하여 입력의 위치는 다양한 방법으로 측정될 수 있다. 도 15a에 도시된 한 예시적 구현예에서, X-축선을 따른 입력의 장소를 판정하기 위해 제1 도체와 제3 도체(146) 간의 커패시턴스 및/또는 상대적 커패시턴스가 측정되고, Y-축선을 따른 입력의 장소를 판정하기 위해 제2 도체(144)와 제4 도체(148) 간의 커패시턴스 및/또는 상대적 커패시턴스가 측정된다. 이어, 측정된 X-축선 및 Y-축선 입력 장소는 4상한 좌표계 내에서 입력의 장소를 판정하기 위해 사용될 수 있다. 도 15에 도시된 한 예시적 구현예에서, 제1 도체와 제2 도체(144) 간, 제1 도체와 제3 도체(146) 간 및 제1 도체와 제4 도체(148)간을 포함하여, 3개의 커패시턴스 및/또는 상대적 커패시턴스 값들이 측정된다. 이어, 3개의 커패시턴스 값은 4상한 좌표계("트라이드런트(tridrant)" 좌표계 위에 겹쳐질 수 있다) 내에서 입력의 장소를 판정하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 센서(140)는 임의의 다른 적합한 방법으로 변형가능 및/또는 주변 영역 근방에서 입력들을 검출하기 위해 변형가능 영역(113) 근방에 또는 원격에 임의의 다른 수의 도체들을 포함할 수 있다.
도 16a에 도시된 바와 같이, 제1 도체 제2 도체(144), 제3 도체 등은 공동(125)에 관하여 제1 레벨에 배열될 수 있다. 대안적으로, 도 16b에 도시된 바와 같이, 제1 도체는 공동(125)에 관하여 제1 레벨에 배열될 수 있고, 제2 도체(144)은 공동(125)에 관하여 제2 레벨에 배열될 수 있다. 제3, 제4 도체 및/또는 임의의 다른 적합한 수의 도체들 또한 공동(125)에 관하여 제2 레벨 또는 다른 레벨들에 배열될 수 있다. 공동(125)에 관하여 여러 높이에서 공동(125) 내에 배치된 도체의 배열 상태는 입력 장소 및 크기 검출을 용이하게 할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 도 16c에 도시된 바와 같이, 제1 도체는 기판(118) 상에 혹은 그 내부에 배열될 수 있고, 제2 도체(144)는 촉각층(110) 상에 혹은 그 내부에 배열될 수 있다. 그러나, 센서(140)는 도체의 임의의 다른 조합 또는 배열을 포함할 수 있다.
도 17a 및 도 17b에 도시된 바와 같이, 용량성 터치 센서를 포함하는 센서(140)는 제1 도체 및 제2 도체를 통해 변형가능 영역 높이 변화를 감지할 수 있다. 이 구현예에서, 제1 도체는 사용자가 변형가능 영역(113)을 내측으로 변형할 때 이동하는 장소 내에 배열될 수 있고, 제2 도체(144)는 사용자가 변형가능 영역(113)을 내측으로 변형할 때 상대적으로 움직이지 않은 채로 있는 장소 내에 배열될 수 있다. 또한, 제2 도체(144)는 도 17a에 도시된 바와 같이 공동(125) 내에, 혹은 도 17b에 도시된 바와 같이 사용자 인터페이스(100) 내에 상대적으로 움직이지 않는 장소에 배열될 수 있다. 이 구현예에서, 제1 도체와 제2 도체 사이의 거리의 변화는 제1 도체와 제2 도체 사이에서 측정된 커패시턴스를 변화시켜, 입력을 나타낼 수 있다. 또한, 제1 도체는 변형가능 영역(113)의 내측 변형이 제1 도체를 유사하게 변형하게 하는 가요성 도체일 수 있다. 제1 도체의 움직임은 제1 도체와 제2 도체(144) 간의 커패시턴스 값 및 제1 도체와 제3 도체(146) 간의 커패시턴스 값을 측정함으로써 검출될 수 있다. 이에 따라, 이들 커패시턴스 값들 간의 차이는 변형가능 영역(113)에 관하여 입력의 장소를 나타낼 수 있다. 대안적으로, 제1 도체와 제2 도체(144)의 제1 부분 간의 커패시턴스 값은 유체 높이의 상대적인 차이를 판정하기 위해 제1 도체와 제2 도체(144)의 제2 부분 간의 커패시턴스 값과 비교될 수 있다. 이에 따라, 2개 도체 간의 커패시턴스 값들의 상대적 차이는 변형가능 영역(113)에 관하여 입력의 위치를 용이하게 판정할 수 있게 한다. 제2 도체(144)는 변형가능 영역(113)의 주변 근처에, 혹은 변형가능 영역(113)의 중심 근처에, 혹은 임의의 다른 적합한 장소에 배열될 수 있다. 대안적으로, 도 18d 및 도 18e에 도시된 바와 같이, 제2 도체(144)는 제1 도체의 축선 및 제2 도체(144)의 축선 둘 다를 따라 변형이 검출될 수 있게 하여 그럼으로써 센서 감도를 증가시킬 수 있게 제1 도체에 수직하게 배열될 수 있다.
그러므로, 도 18에 도시된 바와 같이, 용량성 터치 센서를 포함하는 센서(140)는 이를테면 기판(118)에 걸쳐 패터닝되거나, 촉각층(110)에 걸쳐 패터닝되거나 및/또는 공동(125) 상에 혹은 그 내부에 배열되는, 도전성 패드 형태로 다수의 도체를 포함할 수 있다. 도 18a에 도시된 바와 같이, 도전성 패드는 크기 및/또는 형상이 동일하거나 유사할 수 있다. 대안적으로, 도 18b 내지 도 18e에 도시된 바와 같이, 도전성 패드는 이를테면 변형가능 영역(113)에 대한 근접에 기초하여, 크기, 형상 및/또는 기하구조가 상이하거나 혹은 유사하지 않을 수 있다. 예를 들면, 한 도전성 패드는 도 18b 및 도 18c에 도시된 바와 같이 공동(125) 및/또는 변형가능 영역(113)의 기하구조에 따르는 기하구조를 정의할 수 있다. 그러나, 제1 도체 및 제2 도체의 임의의 적합한 배열 또는 기하구조가 사용될 수 있다.
위에 기술된 바와 같이, 센서(140)는 제1 세트의 평행한 전극(140X)의 제1 층 및 제2 세트의 평행한 전극(140Y)의 제2 층을 포함하는 프로젝트 커패시턴스 터치 센서를 포함할 수 있고, 도 26에 도시된 바와 같이 제2 층은 제1 층으로부터 얼마간의 수직 거리만큼 오프셋되고, 제2 세트의 전극은 이를테면 직각으로 제1 세트의 전극을 가로지른다. 이 구현예에서, 전극은 도 24a 내지 도 24d에 도시된 바와 같이 촉각층(110) 밑에 배열될 수 있고 촉각층(110)을 통해 확장하는 전계를 발생하도록 구성될 수 있다. 일반적으로, 이 구현예에서, 필드 전극(예를 들면, 제1 도체)은 전계를 발생할 수 있고 쌍을 이루는 센서 전극(예를 들면, 제2 도체)은 용량성 결합을 통해 전계를 검출할 수 있고, 프로세서(160)는 필드 전극과 이와 쌍을 이루는 센서 전극 간의 용량성 결합의 크기의 변화를 촉각 표면(111) 상에서 입력으로서 특징지을 수 있다. 전극은 기판(118) 내에(예를 들면, 도 24a에 도시된 바와 같이 유체 채널(138) 내에 및/또는 공동(125) 내에) 배열되거나, 사용자 인터페이스(100) 내 다른 어떤 곳에 배열되거나, 촉각층(110)에 대향하여 기판(118)에 인접하여 배열될 수 있다. 촉각층(110) 및/또는 유체 용적은 촉각층(110) 및/또는 유체가 팽창 상태에서 공동(125) 및/또는 촉각층(110)을 통해 전계의 침투를 향상시킬 수 있게 공기와는 다른 유전체일 수 있다. 그러므로, 수축 및 팽창 상태에서 촉각층(110)을 통해 전계 분포를 최적화하기 위해서, 유체, 촉각층 재료 및/또는 기판 재료는 이의 자기적 및/또는 전기적 특성들에 기초하여 선택될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 센서(140)는 전하-전달 또는 표면 용량성 터치 센서를 포함할 수 있고, 전하(즉, 전자)는 전극(예를 들면, 도전성 패드)과 촉각층(110)에 접촉하는 손가락, 스타일러스 또는 이외 다른 터치 도구 간에 전송된다. 그러나, 센서(140)는 임의의 다른 적합한 유형의 용량성 터치 센서일 수 있다.
또한, 도 24a 내지 24d에 도시된 바와 같이 촉각층(110) 및/또는 유체 용적(120)은 공동(125) 및/또는 촉각층을 통해 전계를 더욱 집중시키는 자기, 금속 또는 분극 요소 또는 이온(117)을 수용할 수 있고, 이것은 팽창 상태에서 촉각 표면(111) 상의 입력에 대한 센서(140)의 감도를 증가시킬 수 있다. 일 예에서, 유체 용적(120)는 용액 내에 마이크로 규모 또는 나노 규모의 금속 입자를 수용한다. 또 다른 예에서, 촉각층(110)은, 공동(125) 내로 확장하며 자기, 금속 또는 분극 요소 또는 이온을 포함하는 컬럼을 포함한다. 또 다른 예에서, 촉각층(110)은 두께가 실질적으로 균일하며, 촉각층(110) 내에 심어지는 자기, 금속 또는 분극 요소 또는 이온(117)을 포함한다. 이 예에서, 자기, 금속 또는 분극 요소 또는 이온(117)은 도 24a에 도시된 바와 같이 변형가능 영역(113)에 배치되거나, 촉각층(110)에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분포되거나, 임의의 다른 방법으로 촉각층(110) 내에 배열될 수 있다. 또 다른 예에서, 촉각층(110)은 촉각층(110)의 이면 및 촉각 표면(111) 중 적어도 하나에 걸쳐 자기, 금속 또는 분극 스트립을 포함할 수 있다. 그러나, 자기, 금속 또는 분극 요소 또는 이온(들)은 사용자 인터페이스(100) 내에 다른 방법으로 배열될 수 있다.
한 예시적 구현예에서, 센서(140)는 촉각 표면(111) 근방에 손가락, 스타일러스 또는 이외 다른 터치 도구의 존재에 기인하여 촉각층(110)을 통해 전계 분포의의 변화인 입력을 검출한다. 예를 들면, 센서(140)는 도 24b 및 도 24c에 도시된 바와 같이, 전계의 변화를 검출할 수 있다. 또 다른 예시적 구현예에서, 센서(140)는 도 24a 및 도 24b에 도시된 바와 같이, 전계를 통하여 이동하는 동안 촉각층(110) 또는 유체 용적(120) 내 자기, 금속 또는 분극 요소 또는 이온이 전계 분포를 붕괴시킬 때 촉각층(110)의 위치의 변화를 검출한다. 이 예시적 구현예에서, 이에 따라 센서(140)는 직접 손가락, 스타일러스 또는 이외 다른 터치 도구의 존재가 아니라 촉각층(110) 및/또는 유체의 이동을 검출할 수 있다.
센서(140)가 프로젝트 커패시턴스 센서인 구현예에서, 센서(140)는 여러 모드에서 기능할 수 있다. 변형가능 영역(113)이 수축 상태에 있을 때, 센서(140)는 촉각층(110)에 걸쳐 실질적으로 균일한 전계를 발생함으로써 제1 모드에서 동작한다. 변형가능 영역(113)이 팽창 상태에 있을 때, 센서(140)는 촉각층(110)에 걸쳐 실질적으로 비-균일한 전계를 발생함으로써 제2 모드에서 동작한다. 제2 모드에서, 센서 요소들 간의 용량성 결합은 변형가능 영역(113) 근방에서 더 강할 수 있지만 그러나 제1 모드와 제2 모드 사이에서 촉각층(110)에 걸쳐 다른 어떤 곳에서는 변화되지 않을 수 있다. 예를 들면, 변형가능 영역(113)에서의 전계의 크기는 이를테면 변형가능 영역(113) 근방에서 2개의 인접한 전극에 걸쳐 전압 전위를 증가시킴으로써, 증가될 수 있다. 대안적으로, 촉각층(110)의 다른 부분에서는 전계의 크기가 감소될 수 있는데, 이는 변형가능 영역(113)에서는 입력 감도를 실질적으로 유지하는 반면 촉각층(110)의 다른 부분에서는 입력 감도를 감소시킬 수 있다. 유사하게, 센서(140)는 입력들이 변형가능 영역(113)에서만 감지되도록 변형가능 영역(113) 밖에서 촉각층(110)의 부분에서 발생하는 전계를 저지할 수 있다.
전술한 구현예에서, 센서(140)는 서로 구별되는 모드들에서 동작할 수 있는데, 각 모드는 변형가능 영역(113)의 특정 수직 위치 또는 설정에 연관된다. 대안적으로, 센서(140)는 완전-수축 상태와 완전-팽창 상태 간에 변형가능 영역 위치의 연속성을 위해 센서 설정의 연속성을 정의하는 여러 모드들에서 동작할 수 있다. 그러나, 프로젝트 커패시턴스 센서를 포함하는 센서(140)는 수축 및 팽창 상태에서 임의의 다른 방법으로 기능할 수 있다. 또한, 센서(140)는 임의의 다른 적합한 유형의 센서일 수 있다.
또한, 센서(140)는 촉각 표면(111)에 걸쳐 커패시턴스 값의 커패시턴스 맵(즉, 초기 커패시턴스 값 및 차이 값을 저장한)을 출력할 수 있다. 예를 들면, 커패시턴스 맵은 촉각 표면(111)의 전체 또는 부분에 걸쳐 전계 분포를 나타내는 데이터를 포함할 수 있다. 그러면, 촉각 표면(111) 상에서의 입력의 위치(즉 X-Y 좌표)는 커패시턴스 맵(도 26에 도시된)을 분석함으로써 판정될 수 있다. 입력의 크기, 레이트, 타이밍 등은 유사하게, 이를테면 커패시턴스 맵을 이전 커패시턴스 맵과 비교함으로써, 커패시턴스 맵으로부터 판정될 수 있다. 일반적으로, 프로세서(160)는 커패시턴스 맵에서 변화의 중심(예를 들면, '무게 중심')을 알아내고 변화의 중심을 입력과 상관시키기 위해 커패시턴스 맵을 분석할 수 있다. 그러므로, 입력의 장소, 크기, 타이밍 및/또는 레이트의 어느 것이든 하나 이상의 주어진 시간에서 용량성 맵에 상관되며, 그리고/또는 주어진 시간 동안 용량성 맵의 변화 또는 변화 레이트에 상관될 수 있다.
센서(140)는 대안적으로 저항 센서를 포함할 수 있다. 용량성 센서와 유사하게, 저항 센서는 적어도 2개의 도체를 포함할 수 있고 2개 도체 간의 저항을 감지하도록 기능할 수 있다. 일 예에서, 2개의 도체는 공동(125) 내에서 2개의 서로 다른 장소에 배열될 수 있다. 2개 도체 간의 저항은 수축 상태에서는 제1 값을, 그리고 팽창 상태에서는 제2 값을 가질 수 있다. 변형가능 영역(113)을 내측으로 변형하는 입력에 응하여, 2개 도체 간의 저항은 제1 값과 제2 값 사이의 제3 값으로 조절할 수 있다. 이 저항 값을 판독함으로써, 센서(140)는 입력, 팽창된 변형가능 영역의 내측 변형 및/또는 변형가능 영역(113)의 내측 변형의 정도를 검출할 수 있다.
변형가능 영역(113) 및 인접 비-변형가능 영역에 걸쳐 있는 저항 센서는 감도가 균일할 수 있다. 예를 들면, 센서 전극의 크기 및 밀도는 센서(140) 전체에 걸쳐, 이를테면 기판(118) 및/또는 촉각층(110)에 걸쳐, 일정할 수 있다. 대안적으로, 센서(140)는, 이를테면 전극 크기 및/또는 밀도를 가변시켜, 비-균일한 감도를 나타낼 수 있다. 센서(140)는 여러 설정에서 변형가능 영역(113) 상에서의 입력을 검출할 수 있기 위해 비균일한 감도를 구현할 수 있다. 일반적으로, 변형가능 영역(113)에서 촉각층(110)의 유효 두께는 수축 상태에서보다 팽창 상태에서 실질적으로 더 클 수 있기 때문에, 팽창 상태에서 변형가능 영역(113)의 촉각 표면(111) 상에서의 입력은 센서(140)의 더 큰 구역에 걸쳐 분산될 수 있고, 이에 따라 변형가능 영역(113)에 인접한 임의의 특정 전극에서 센서 신호의 크기를 제한하고, 이에 따라 변형가능 영역(113) 근방에서는 증가된 입력 감도가 필요하게 된다.
추가로 또는 대안적으로, 더 넓은 센서 구역에 걸쳐 변형가능 영역(113)에 입력의 분산을 제한하기 위해서, 촉각층(110) 및/또는 기판의 탄성은 비-균일할 수 있다. 예를 들면, 촉각층(110)은 변형가능 영역(113)의 중심 근방에서 더 탄성(즉, 유연)이 있을 수 있다. 이 예에서, 촉각층(110)은 변형가능 영역(113)의 주변 근방보다 변형가능 영역(113)의 중심 근방에서 단면이 더 얇을 수 있다. 대안적으로, 촉각층(110)의 재료 특성들은 변형가능 영역(113)에 걸쳐 다를 수 있는데, 촉각층(110)의 가장 탄성이 있는 또는 유연한 부분은 변형가능 영역(113)의 중심 근방이다. 이 구현예에서, 변형가능 영역(113)에서의 촉각층(110)의 부분의 증가된 탄성은 센서(140)의 더 작은 구역에 걸쳐 입력 힘을 집중시킬 수 있고, 이에 따라 변형가능 영역(113) 근방에서는 입력에 대한 감도를 증가시킬 수 있다. 또한, 촉각층(110)의 가변 탄성은 센서(140)의 특정 전극들을 순서적으로 활성화할 수 있게 하는데, 활성화된 전극들의 수 또는 순서는 입력으로부터 비롯되는 변형가능 영역(113)의 변위의 크기를 나타낼 수 있다. 또한, 시간 성분과 결합되어, 활성화된 전극들의 수 또는 순서는 입력으로부터 비롯되는 변형가능 영역(113)의 변형의 레이트를 제시할 수 있다. 그러나, 저항성 센서는 임의의 다른 방법으로 기능할 수 있고 촉각층(110) 및 기판은 전술한 기능들이 가능하게 임의의 그 외 다른 기하구조 또는 재료를 가질 수 있다.
센서(140)는 도 19a에 도시된 바와 같이, 추가로 또는 대안적으로, 압력 센서를 포함할 수 있다. 이 구현예에서, 유체 용적(120)은 실질적으로 공동(125)을 채울 수 있고, 실질적으로 압축성 유체일 수 있고, 공동(125)은 변형가능 영역(113)의 내측 변형에 응하여 압력 센서가 공동 내에서의 압력 증가를 감지할 수 있게 시일링될 수 있다. 압력 센서는 절대 압력 센서, 차동 압력 센서, 혹은 임의의 다른 적합한 유형의 압력 센서일 수 있다. 대안적으로 압력 센서는 공동(125) 내에 장착되고 부분적으로 공동(125)을 정의하는 스트레인 게이지일 수 있는데, 이것은 변형가능 영역(113)의 내측 변형에 응하여 변형한다. 그러나, 압력 센서는 변형가능 영역(113)의 내측 변형에 기인하는 공동(125) 내에서의 압력 변화를 감지하도록 구성된 임의의 적합한 유형일 수 있다.
도 19b에 도시된 바와 같이 센서(140)는, 추가로 또는 대안적으로, 흐름 센서를 포함할 수 있다. 흐름 센서는 변형가능 영역(113) 상의 입력에 응하여 유체의 방향성 흐름을 감지할 수 있다. 이 구현예에서, 공동(125)은 유체 채널에 결합될 수 있다. 변형가능 영역(113)의 내측 변형에 응하여, 공동(125)의 전체 용적은 감소하여 유체를 채널 밖으로 내보낼 수 있다. 이에 따라, 흐름 센서는 유체 채널(138)을 통하는 유체의 흐름을 검출 및/또는 감지하여 변형가능 영역(113)의 변형을 및/또는 변형가능 영역(113)의 변형의 크기를 식별할 수 있다. 흐름 센서는 유체 채널(138)에 유체적으로 결합될 수 있다. 일 예에서, 채널은 또한 공동(125) 내에서 유체의 일정한 용적을 유지하기 위해 보통 때는 닫혀지는 밸브를 포함할 수 있다. 변형가능 영역(113)의 내측 변형이 있을 때, 밸브는 열려 채널의 나머지로 역류할 수 있게 한다. 흐름 센서는 유체의 유속을 감지하는 유속 센서일 수 있다. 채널을 통해 흐르는 유체 용적(120)는 채널의 기지의 단면적과 유속으로부터 계산될 수 있다. 예를 들면, 밸브 및/또는 센서가 공동(125)에 관하여 임의의 다른 적합한 장소에 배열될 수 있을지라도, 밸브 및/또는 센서는 도 19b에 도시된 바와 같이 공동(125) 근처에 배열될 수 있다. 대안적으로 압력 센서는 유체의 역류에 기인하여 밸브의 열림을 감지하는 홀 효과 센서 또는 임의의 다른 유형의 센서일 수 있다. 그러나, 흐름 센서는 공동(125) 내로 및/또는 밖으로 유체의 흐름을 검출 및/또는 감지하도록 구성되는 임의의 다른 유형의 유체 센서일 수 있다.
일 구현예에서, 유체 용적은 이를테면 금속, 자기, 분극 또는 이온 미립자를 포함하는, 유체 현탁액 또는 용액을 포함할 수 있고, 센서(140)는 미립자와의 상호작용에 기초하여 유체 흐름을 감지하도록 구성된 하나 이상의 전극을 포함할 수 있다. 일 예에서, 유체 채널(138)은 미세 유체 채널이며, 유체 채널(138)을 통하는 유체 흐름은 이온을 변위시키는 특징이 있고, 이온은 유체 채널(138) 주위의 전계 분포에 영향을 미친다. 센서(140)는 유체 채널(138)에 걸쳐 전계의 변화를 검출할 수 있고, 프로세서(160)는 전계 변화를 입력들에 상관시킬 수 있다. 예에서, 센서(140)는 유체 채널(138)의 부분에 인접하여 배열되는 전극을 포함하고, 전극은 유체 채널(138)의 부분을 통과하는 이온화된, 분극된 및/또는 자기 미립자의 이동을 추적하며, 미립자의 수 또는 용적은 유체 흐름 용적 또는 레이트를 나타내며, 이는 입력과 상관될 수 있다. 그러나, 유체 흐름 센서인 센서(140)는 임의의 다른 방법으로 기능할 수 있다.
센서(140)는, 추가로 또는 대안적으로, 촉각 표면(111)의 변형가능 영역(113)에 걸쳐 스트레인을 감지하도록 구성된 스트레인 센서를 포함할 수 있다. 수축 상태 및 팽창 상태에서, 촉각 표면(111)의 변형가능 영역(113)에 걸쳐 명목상의 스트레인을 검출함으로써, 스트레인 센서는 표면의 변형가능 영역(113)이 팽창 상태에서 언제 함입되었는지를 식별할 수 있다. 또한, 복수의 스트레인 센서는 변형가능 영역(113)에 관하여 입력들의 장소들을 용이하게 판정할 수 있게 한다. 다수의 스트레인 센서는 이를테면 촉각층(110) 위에, 밑에, 내에 전기적으로 결합될 수 있다.
또한, 센서(140)는 촉각 표면(111) 상의 입력들을 검출 및/또는 검증 하기 위해 임의의 수의 용량성, 저항, 압력, 흐름 및/또는 스트레인 센서들을 포함할 수도 있다. 센서(140)는 기판(118), 디스플레이 또는 촉각층(110) 내에 배열될 수 있고, 혹은 기판(118), 디스플레이 및/또는 촉각층 사이에 배열될 수 있고, 혹은 사용자 인터페이스(100)의 임의의 다른 성분(들) 내에 혹은 사이에 전체적으로 또는 부분적으로 배열될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 센서(140)의 전체 또는 부분(예를 들면, 용량성 센서인 센서(140)를 위한 전극)은 촉각층(110) 또는 기판(118) 상에 혹은 내에 직접 에칭, 인쇄, 아니면 제조될 수 있다. 또한, 센서(140) 또는 전극의 배열, 형태 또는 분포는 촉각층(110)의 하나 이상의 변형가능 영역에 부합되거나 쌍이 될 수 있고, 혹은 기판(118) 내 유체 채널에 부합되거나 쌍이 될 수 있고, 혹은 변형가능 영역에 인접하여 지지 부재(112)(도 13에 도시된)에 부합되거나 쌍이 될 수 있고, 공동들에 부합되거나 쌍이 될 수 있고, 사용자 인터페이스(100)의 임의의 다른 특색 또는 요소에 부합될 수 있다. 예를 들면, 센서(140)는 용량성 터치 센서를 포함하는 센서(140)에 의한 출력의 전계에 요소가 미치는 영향을 최소화하기 위해서 변형가능 영역(113), 공동(125), 유체 채널(138) 또는 사용자 인터페이스(100)의 임의의 다른 특색 혹은 성분에 관하여 일정 방향으로 놓이거나, 정렬되거나 또는 위치될 수 있다. 그러나, 센서(140)는 이외 임의의 따른 유형, 배열, 형태 또는 방위를 가질 수 있다.
사용자 인터페이스(100)의 한 변형예는 촉각층(110)에 대향하여 기판(118)에 결합되고 촉각 표면(111)을 통해 이미지를 시각적으로 출력하도록 구성된 디스플레이(150)를 포함한다. 디스플레이(150)는 변형가능 영역(113)과 실질적으로 정렬되는 시각적 안내 또는 입력 키의 이미지를 디스플레이하도록 기능할 수 있다.
사용자 인터페이스(100)의 프로세서(160)는 수축 상태에서는 변형가능 영역(113)에서 촉각 표면(111) 상의 입력을 센서(140)의 출력과 수축 상태 센서 입력 임계에 기초하여 검출하고, 팽창 상태에서는 변형가능 영역(113)에서 촉각 표면(111) 상의 입력을 센서(140)의 출력과 수축 상태 센서 입력 임계와는 다른 팽창 상태 센서 입력 임계에 기초하여 검출하도록 구성된다.
프로세서(160)는 센서(140)로부터 입력 데이터를 수신하고 변형가능 영역(113)을 설정 간에 변이하기 위해 변위 장치(130)를 제어할 수 있다. 예를 들면, 도 20에 도시된 바와 같이, 프로세서(160)는 변형가능 영역(113)에 인가되는 제1 정도(degree) 또는 크기의 힘을 제1 유형의 입력으로서 인식할 수 있고, 프로세서(160)는 변형가능 영역(113)에 인가되는 제2 정도 또는 크기의 힘을 제2 유형의 입력으로서 인식할 수 있으며, 제2 정도는 제1 정도 미만이다. 이 예에서, 제2 정도의 입력이 사용자가 자신의 손가락을 변형가능 영역(113) 상에 얹은 결과라면 프로세서(160)는 제2 유형의 입력을 무시할 수 있다. 이에 따라, 프로세서(160)는 임계 입력 값 미만의 입력들을 선택적으로 무시함으로써 입력을 활성화함이 없이 사용자가 촉각 표면(111)의 부분 상에 손가락을 얹을 수 있게 한다. 대안적으로, 제2 정도의 입력이 사용자가 힘을 변형가능 영역(113)에 가볍게 가한 결과라면, 프로세서(160)는 제2 유형의 입력을 제1 유형의 입력보다 낮은 크기의 입력으로서 해석할 수 있다. 그러나, 프로세서(160)는 제1 유형과 제2 유형의 입력 간에 임의의 다른 적합한 관계를 구현할 수 있고, 이 관계는 제조자, 프로세서(160) 및/또는 사용자에 의해 설정 또는 수정될 수 있다. 변형가능 영역(113)이 수축 상태에 있을 때, 프로세서(160)는 변형가능 영역(113)에서의 입력을 제1 유형 및 제2 유형의 입력으로부터 구별 가능한 제3 유형의 입력으로서 인식할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(160)는 제3 유형의 입력을 무시할 수 있다. 또한, 프로세서(160)는 변형가능 영역(113)에 인가되는 임의의 정도의 힘을 입력의 임의의 적합한 유형으로서 식별하고 이에 따라 입력에 응답할 수 있다.
또한, 프로세서(160)는 사용자가 힘을 변형가능 영역(113)에 인가하는 레이트를 검출하게 기능할 수 있다. 변형가능 영역(113)이 팽창 상태에 있을 때, 프로세서(160)는 변형된 변형가능 영역 상에 제1 변화 레이트로 인가되는 힘을 제1 유형의 입력으로서 인식할 수 있다. 프로세서(160)는 변형된 변형가능 영역 상에 제2 변화 레이트로 인가되는 힘을 제2 유형의 입력으로서 인식할 수 있고, 제2 레이트는 제1 레이트보다 크다. 예를 들면, 프로세서(160)는 변형가능 영역(113)의 내측 변형을 웹페이지를 스크롤(scroll)하기 위한 명령으로서 해석할 수 있다. 이에 따라, 힘이 제1 레이트로 인가될 때, 프로세서(160)는 웹페이지를 제1 속력으로 스크롤할 수 있다. 힘이 제2 레이트로 인가될 때, 프로세서(160)는 웹페이지를 제2 속력으로 스크롤할 수 있고, 제2 속력은 제1 속력보다 더 빠르다. 이에 따라, 센서(140) 및 프로세서(160)는 변형가능 영역(113) 상의 입력들의 다양한 유형들 및 크기들을 판정할 수 있다. 그러나, 프로세서(160)는 제1 유형과 제2 유형의 입력 간의 임의의 다른 적합한 관계를 구현할 수 있다. 프로세서(160)가 변형가능 영역(113)에 인가된 힘을 어떻게 취급할 것인가는 제조자, 프로세서(160) 또는 사용자에 의해 설정 또는 수정될 수 있다. 또한, 변형가능 영역(113)이 수축 상태에 있을 때, 프로세서(160)는 변형가능 영역(113)에서의 입력을, 제1 유형 및 제2 유형의 입력으로부터 구별할 수 있는 제3 유형의 입력으로서 인식할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(160)는 제3 유형의 입력을 무시할 수 있다. 그러나, 프로세서(160)는 변형가능 영역(113) 상에서의 입력을 임의의 다른 적합한 방법으로 취급할 수 있다.
일 구현예에서, 프로세서(160)는 센서(140)의 설정을 변형가능 영역(113)의 수직 위치에 기초하여 조절한다. 위에 기술된 바와 같이, 프로세서(160)는, 이를테면 변형가능 영역(113) 근방과 같은, 촉각층(110)에 걸쳐 전계의 크기 및/또는 분포를 조절하기 위해 센서(140)의 모드를 수정할 수 있다. 예를 들면, 제1 세트의 평행한 전극 및 제1 세트의 평행한 전극에 수직인 제2 세트의 평행한 전극을 포함하는 센서(140)에 있어서, 프로세서(160)는 수축 상태에서는 변형가능 영역(113)에 응하여 한 부-세트의 전극들에 걸쳐 제1 구동 전압을 설정하고, 팽창 상태에서는 변형가능 영역(113)에 응하여 한 부-세트의 전극들에 걸쳐 제2 구동 전압을 설정할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 프로세서(160)는 하나 이상의 관심 영역 밖에서 촉각 표면(111)의 특정 부분에 연관된 센서(140)의 부분으로부터의 신호들을 제거하기 위해 센서(140)의 부분을 차단(shut down) 또는 턴 오프할 수 있다. 예를 들면, 변형가능 영역(113)이 팽창 상태에 있고 지정된 비-입력 영역(예를 들면, '데드 존')에 인접하여 입력 영역으로서 지정되었을 때, 데드 존 근방에 있는 센서(140)의 부분은 차단될 수 있으며 그리고/또는 변형가능 영역(113) 근방에서의 전계 크기는 증가될 수 있다. 이것은 시스템의 신호-대-노이즈 비(SNR)를 개선하는 이익을 가져올 수 있고, 촉각 표면(111) 상의 입력에 관련된 센서 신호의 발생은 센서(140)의 제어 또는 동작을 수정함으로써 특정 입력 영역으로 제한된다. 그러나, 프로세서(160)는 센서 출력의 신호 분석을 통해 유사한 기능을 구현할 수 있다.
또 다른 구현예에서, 프로세서(160)는 명시된 입력 영역 밖에 있는 촉각 표면(111)의 부분의 입력들을 무시한다. 예를 들면, 변형가능 영역(113)이 팽창 상태에 있고 특정 입력 영역을 정의할 때, 프로세서(160)는 변형가능 영역(113)의 입력들은 받아들이지만 변형가능 영역(113) 밖의 입력들은 무시할 수 있다. 또한, 이 예에서, 촉각층(110)의 제1 부분은 복수의 변형가능 영역을 포함할 수 있고, 프로세서(160)는 제1 부분 내의 그리고 변형가능 영역 밖의 입력들은 무시하지만 촉각층(110)의 제1 부분에 인접한 촉각층(110)의 제2 부분에 걸친 입력들은 받아들일 수 있다. 그러므로, 촉각층(110)의 입력 영역은, 이를테면 균일한 감지 요소 분포를 가진 센서(140)에 대해서, 센서(140)의 개별적 부분에 연관되고 및/또는 프로세서(160)에서 개별화될 수 있다. 이것은 시스템의 SNR을 개선하는 이익을 가져올 수 있고, 이에 따라 입력 캡처에서 유형 I(거짓 부정) 및 유형 II(거짓 긍정) 오류를 감소시킬 수 있다.
전술한 구현예에서 그리고 도 28a, 도 28b 및 도 28c에 도시된 바와 같이, 프로세서(160)는 변형가능 영역(113)보다 크거나 작은 촉각 표면(111)의 한 특정 부분의 입력을 받아들일 수 있다. 일 예에서, 프로세서(160)는 변형가능 영역(113)의 부-영역 밖의 입력을 무시한다. 이 예에서, 부-영역은, 전체 변형가능 영역이 입력 영역으로서 보일지라도 입력으로서 등록하기 위해 입력이 부-영역과 접촉해야만 하도록 구역이 작고 변형가능 영역(113) 내에 완전히 내포될 수 있다. 유사하게, 촉각 표면(111)의 부-영역은 입력과의 상관을 위해 특정 신뢰 수준에 연관될 수 있다. 예를 들면, 도 28a에 도시된 바와 같이, 변형가능 영역(113)보다 구역이 작고 이의 중심 제1 부-영역은 입력으로서 자격이 되게 하기 위해 손가락, 스타일러스 또는 다른 입력 도구와의 최소 접촉 구역(또는 시간)을 요구할 수 있고, 반면 변형가능 영역(113)의 경계 상에 있는 제2 부-영역은 제1 부-영역과 비교했을 때, 입력으로서 자격이 되게 하기 위해 손가락, 스타일러스 또는 다른 입력 도구와의 실질적으로 더 큰 접촉 구역(또는 시간)을 요구할 수 있다. 또 다른 예에서 그리고 도 28에 도시된 바와 같이, 전자장치를 사용자가 들고 있는 모드(예를 들면, 포트레이트(portrait)에서는 왼손으로, 랜드스케이프(landscape)에서는 오른 손으로)에 기인하여, 프로세서(160)는, 도 28b에 도시된 바와 같이, 변형가능 영역(113)의 중심 근방에서 실질적으로 변형가능 영역(113)의 주변 바깥까지 아래쪽으로 확장하는 구역을 포함하는 전형적인 입력 접촉 프로파일을 설정할 수 있다. 제1 변형가능 영역 A 상의 그리고 제1 변형가능 영역 A 밑에서 제2 변형가능 영역 B 상의 입력 간의 구별을 위해서, 변형가능 영역의 중심 근방에서 촉각 표면(111)에 접촉하고 변형가능 영역(113) 밑으로 확장하는 입력은 이 변형가능 영역(도 28b에 도시된) 상의 입력으로서 자격이 있으며, 반면 변형가능 영역의 중심 근방에 접촉하고 변형가능 영역(113)으로 확장하지 않는 입력은 이 변형가능 영역(도 28c에 도시된) 상의 입력으로서 자격이 없다. 그러나, 프로세서(160)는 임의의 다른 규칙 또는 스키마에 따라 촉각 표면(111)의 임의의 다른 부분 상의 입력을 걸러낼 수 있다.
프로세서(160)는, 추가로 또는 대안적으로, 변형가능 영역(113)의 촉각 표면(111) 상의 입력에 대한 트리거 임계를 변형가능 영역(113)의 위치에 기초하여 수정할 수 있다. 예를 들면, 팽창 상태에서 변형가능 영역(113)의 촉각 표면(111)의 볼록 곡률은 수축 상태에서 손가락, 스타일러스 또는 다른 입력 장치가 변형가능 영역(113)에 접촉할 때보다 손가락, 스타일러스 또는 다른 입력 장치에 대한 접촉 패치를 더 작아지게 할 수 있다. 그러므로, 프로세서(160)는 팽창 상태에서 변형가능 영역(113)에 대하여 수축 상태에서보다 더 낮은 입력 트리거 임계를 설정할 수 있다. 또 다른 예에서, 팽창 상태에서 변형가능 영역(113)은 팽창된 촉각층에 걸쳐 전계를 공동(125) 위에 분포되게 할 수 있고, 이에 따라 전계 분포를 변형가능 영역(113)에 걸쳐 집중시키고, 이에 손가락, 스타일러스 또는 다른 입력 장치가 근접하였을 때 용량성 변화도(gradient)를 변형가능 영역(113)에 집중시킬 수 있다. 그러므로, 프로세서(160)는 변형가능 영역(113)에 대한 입력 트리거 임계를 설정 또는 높이에 기초하여 수정할 수 있다. 또 다른 예에서, 프로세서(160)는 변형가능 영역(113)이 수축 상태에 있을 때 촉각 표면(111) 상의 특정 장소에서 입력을 분리해 낼 수 있고, 프로세서(160)는 변형가능 영역(113)이 팽창 상태에 있을 때 변형가능 영역(113)인 전반적인 장소에서 입력을 분리해 낼 수 있다. 이 예에서, 팽창 상태에서 변형가능 영역(113)은 프로세서(160)가 변형가능 영역(113)의 실질적으로 임의의 부분 상의 임의의 입력을 적합한 입력으로서 자격을 부여하는 전반적인 입력 영역을 정의할 수 있고, 입력의 특정 장소는, 일단 입력이 전반적인 변형가능 영역 상에 있거나 근방에 있는 것으로 판정되면, 실질적으로 문제가 되지 않을 수 있다. 이것은 변형가능 영역(113)이 팽창 상태에 있을 때 필요 센서 분해능을 감소시키는 이익을 가져올 수 있다. 또한, 프로세서(160)는 변형가능 영역(113)의 수직 위치 또는 X-Y 장소, 센서 모드 또는 임의의 다른 관련 있는 변수에 따라 노이즈 상쇄, 입력 감도 또는 임의의 다른 신호 분석 스키마를 변경할 수 있다.
유체 용적(120) 및/또는 촉각층(110)이 자기, 금속 또는 분극 요소 또는 이온을 포함하는 위에 기술된 구현예에서, 프로세서(160)는 전계에 관하여 자기, 금속 또는 분극 요소 또는 이온의 이동에 응하여 공동(125)의 부분, 기판(118) 및/또는 촉각층(110)에 걸쳐 전계의 붕괴(예를 들면, 수정)에 기초하여, 변형가능 영역(113)에서 입력을 분리해 낼 수 있다. 이 구현예에서, 프로세서(160)는 시간에 따라 변형가능 영역(113)에 입력을 기록할 수 있는데, 시간에 따라 변형가능 영역(113)의 변형은 프로세서(160)에게 입력 유형을 알려준다. 예를 들면, 입력의 속도(시간에 종속적인 량)는 시스템을 탑재하는 전자장치의 요망되는 기능의 크기 또는 속력을 나타낼 수 있다. 그러므로, 프로세서(160)는 변형가능 영역(113)의 위치 및/또는 형상에 대한 동적 변화를 입력의 시간, 레이트 또는 기간에 기초하여 특정 입력 유형 및/또는 사용자 명령에 연관시킬 수 있다.
또 다른 예에서, 프로세서(160)는, 위에 기술되고 도 25에 도시된 바와 같이, 센서 출력에 기초하여 변형가능 영역(113)의 수직 위치를 검출하고 변형가능 영역(113)의 수직 위치를 변위 장치(130)를 제어함으로써 수정하기 위해 폐-피드백 루프를 구현함으로써, 변형가능 영역(113)의 수직 위치를 제어하고 유지할 수 있다. 또한, 프로세서(160)는 입력에 따른 변형가능 영역(113)의 위치를 추정할 수 있는데, 변형가능 영역(113)의 내측 변형(즉 초기 추정된 위치에서 새로운 추정된 변형된 위치로)의 크기는 요망되는 기능의 크기를 전자장치에 알린다. 그러므로, 프로세서(160)는 변형가능 영역(113)의 변형의 다양한 크기들을 특정 입력 유형들 및/또는 사용자 명령에 연관시킬 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 프로세서(160)는 변형가능 영역(113) 근방에서의 손가락, 스타일러스 또는 다른 입력 장치의 존재에 기인하는 자기장의 붕괴에 기초하여 변형가능 영역(113)에서 입력을 분리해 낼 수 있다. 그러나, 프로세서(160)는 임의의 다른 방법으로 촉각 표면(111)의 입력을 인식하도록 기능할 수 있다.
또 다른 구현예에서, 센서(140)는 용량성 터치 센서 및 압력 센서와 같은, 2개 이상의 감지 요소를 포함한다. 일 예에서, 프로세서(160)는 촉각 표면(111) 상에서의 입력의 장소를 용량성 터치 센서의 출력에 기초하여 판정하며, 프로세서(160)는 입력의 속도 및/또는 크기를 압력 센서의 출력에 기초하여 판정한다. 또 다른 예에서, 프로세서(160)는 촉각층(110) 상에서의 입력의 장소, 크기 및/또는 속도를 용량성 터치 센서의 출력에 기초하여 판정하며, 프로세서(160)는 입력의 판정된 장소, 크기 및/또는 속도를 검증하기 위해 압력 센서의 출력을 조작한다. 그러나, 센서(140)는 센서 유형들의 임의의 다른 조합을 포함할 수 있고, 프로세서(160)는 입력의 장소, 크기 및/또는 속도를 추정 및/또는 검증하기 위해서 센서(140)의 출력(들)을 임의의 다른 방법으로 조작할 수 있다.
또한, 프로세서(160)는 센서(140)의 출력을 촉각 표면(111) 상의 입력과 상관시킬 때 촉각층(110)의 유효 두께의의 변화를 보상할 수 있다. 프로세서(160)는 변형가능 영역(113)이 수축 상태에 있을 때에는 제1 설정에, 변형가능 영역(113)이 팽창 상태에 있을 때에는 제2 설정에, 임의의 하나 이상의 다른 변형가능 영역의 상태에 따라서는 임의의 다른 수의 설정에 그리고/또는 변형가능 영역(113)의 "중간(in-between)" 상태에 따라서는 임의의 다른 수의 설정에 액세스할 수 있다. 프로세서(160)는, 추가로 또는 대안적으로, 스타일러스 또는 손가락과 같은, 여러 유형의 입력 도구에 대한 여러 설정에 액세스할 수 있다. 각 설정은 입력의 장소, 크기, 레이트 등을 분리해 내기 위해 프로세서(160)에 의해 구현된 상이한 룩업 테이블과, 센서 출력 노이즈를 감소시키거나 촉각 표면(111)의 부분을 무시하기 위해 프로세서(160)에 의해 구현된 상이한 필터 설정과, 센서(140)의 출력을 의미 있는 입력 장소, 크기, 레이트 등으로 전환하기 위해 프로세서(160)에 의해 구현된 상이한 알고리즘 또는 상관계수에 의해, 정의될 수 있다. 설정(들)은, 이를테면 공장에서 사전에 설정될 수 있고, 혹은 시간에 따라 학습되고, 업데이트되며 그리고/또는 개선될 수 있다. 예를 들면, 프로세서(160)는 프로세서 설정을 특정 사용자의 입력 스타일에 맞추기 위해 감독, 반-감독 또는 비감독된 기계 학습을 구현할 수 있다. 그러나, 프로세서(160)는 임의의 다른 방법으로 기능하고 센서 출력을 입력의 장소, 크기, 레이트 등에 상관시키기 위해서 임의의 다른 알고리즘, 설정, 기계 학습 또는 프로세스를 구현할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 그리고 위에 기술된 바와 같이, 이를테면 센서(140)를 사전에 구성된 설정들 간에 전환함으로써, 혹은 센서 설정을 변형가능 영역(113)의 위치에 따라 실시간으로 조절함으로써, 층 두께 변화 보상이 센서(140) 레벨에서 수행될 수 있다.
또한, 프로세서(160)는 변위 장치(130)를 제어할 수 있다. 도 25에 도시된 바와 같이, 프로세서(160)는 센서(140) 및/또는 임의의 다른 수의 감지 요소와 인터페이스함으로써 변위 장치(130) 그리고 변형가능 영역(113)의 수직 위치를 제어하기 위해 폐-피드백 루프를 구현할 수 있다. 일반적으로, 센서(140)의 출력에 액세스함으로써, 프로세서(160)는 변형가능 영역(113)(즉 변형가능 영역(113))의 실제 수직 위치를 추정할 수 있고, 이는 변형가능 영역(113)의 요망되는 수직 위치에 대해 비교될 수 있다. 이에 따라, 프로세서(160)는 변형가능 영역(113)의 실제(즉, 추정된) 수직 위치와 요망되는 수직 위치 간의 차이를 감소시키기 위해 변위 장치(130)를 제어할 수 있다. 도 24a에 도시된 바와 같이, 센서(140)가 변형가능 영역(113) 근방에서 전계의 변화를 발생하고 감지하는 전극을 포함하는 용량성 터치 센서인 일 구현예에서 유체 용적(120) 및/또는 촉각층(110)은 변형가능 영역(113)의 각각의 위치가 변형가능 영역(113) 근방의 상이한 전계 분포에 연관될 수 있게 공기와는 다른 유전 상수를 가질 수 있다. 센서(140)가 압력 센서인 또 다른 구현예에서 프로세서(160)는 요망되는 유체 압력(예를 들면, 주변 공기 압력에 관하여)을 유지하기 위해 공동(125) 내로 유체의 변위를 제어할 수 있고, 요망되는 유체 압력은 변형가능 영역(113)의 요망되는 위치에 연관된다. 이 구현예에서, 유체 압력은 또한 유체의 온도 및/또는 시스템 근방의 주변 공기 온도에 상관될 수 있다. 센서(140)가 스트레인 센서인 또 다른 구현예에서, 변형가능 영역(113)의 각 위치는 특정 스트레인(예를 들면, 촉각 표면(111)에 또는 근방에)에 연관된다. 센서(140)가 저항성 터치 센서인 또 다른 구현예에서, 변형가능 영역(113)의 각각의 위치(또는 한 범위의 위치)는 특정 수 및/또는 배열의 센서 전극들 간의 접촉에 연관된다.
일예에서, 극히 낮은 온도에서, 변형가능 영역(113)을 설정 간에 변이하는 것은 불가능하거나, 과도한 파워 소비를 요구할 수 있고, 프로세서(160)는 온도 센서로부터 온도 데이터를 수신하고 이러한 온도 조건 하에서는 변위 장치(130)를 비활성화한다. 또 다른 예에서, 높은 고도 상황에서(또는 감소된 공기 압력을 가진 비행기 내에서) 변형가능 영역(113)을 설정 간에 변이하는 것은 불가능하거나, 과도한 파워 소비를 요구할 수 있고, 프로세서(160)는 압력 센서로부터 주변 압력 데이터를 수신하고 역시 변위 장치(130)를 비활성화할 수 있다. 대안적으로, 이 예에서, 프로세서(160)는 측정된 주변 압력과 공동(125) 내 유체 압력 간에 특정 압력 차이를 충족시키기 위해 변위 장치(130)를 제어할 수 있다. 그러나, 센서(140)는 임의의 다른 출력을 출력하는 임의의 다른 유형의 센서일 수 있고, 프로세서(160)는 센서(140) 출력을 조작하여, 변형가능 영역(113)의 위치를 레귤레이트하기 위한 폐-루프 피드백 시스템을 생성할 수 있다.
도 21a 내지 도 21d에 도시된 바와 같이, 프로세서(160)는 또한 변형가능 영역(113) 근방에(예를 들면, 밑에)서 디스플레이(150) 상에 디스플레이된 다양한 입력 그래픽을 제어할 수 있다. 예를 들면, 변형가능 영역(113)이 팽창 상태(도 21a에 도시된)에 있을 때, 디스플레이(150)는 변형가능 영역(113)과 정렬된 제1 유형의 입력 그래픽(예를 들면, 글자)을 출력할 수 있고, 센서(140)는 변형가능 영역(113) 상의 입력을 검출할 수 있고, 프로세서(160)는 입력 그래픽에 연관된 입력(예를 들면, 글자를 입력하기 위한 명령)을 식별할 수 있다. 이 예에서, 디스플레이(150)는 제2 변형가능 영역에 정렬된 제2 유형의 입력 그래픽(예를 들면, 숫자)을 출력할 수 있고, 센서(140)는 제2 변형가능 영역 상의 입력을 검출할 수 있고, 프로세서(160)는 입력 그래픽에 연관된 입력(예를 들면, 숫자를 입력하기 위한 명령)을 식별할 수 있다. 디스플레이(150)는 유사하게 수축 상태에서 변형가능 영역(113)에 정렬된 및/또는 주변 영역(115)에 정렬된 입력 그래픽을 출력할 수 있고, 프로세서(160)는 변형가능 영역 및 주변 영역(115) 상의 입력을 디스플레이(150)에 의해 출력된 입력 그래픽에 기초하여 다양한 입력 유형들에 연관시킬 수 있다.
또한, 프로세서(160)는 이를테면 변형가능 영역(113)의 변형에 의해 야기되는 광학적 왜곡에 대해 보정 또는 조절하기 위해, 디스플레이(150)의 출력을 변경하게 기능할 수 있다. 예를 들면, 팽창 상태로 변형가능 영역(113)의 팽창은 디스플레이(150)를 보는 사용자에 대해 "피시 아이(fish eye)" 효과를 야기할 수 있다. 이에 따라, 프로세서(160)는 실험적 데이터를 통해서, 피시 아이 효과를 수용(즉, 감소)하기 위해서 디스플레이(150)의 출력을 조절할 수 있다.
그러므로, 프로세서(160)는 터치스크린 처리 유닛, 촉각 처리 및 호스트 처리 유닛을 포함할 수 있다. 터치스크린 처리 유닛은, 디스플레이(150)를 제어하고 센서(140)와 인터페이스함으로써 촉각 표면(111) 상의 입력을 검출할 수 있다. 촉각 처리 유닛은, 이를테면 변형가능 영역(113)의 요망되는 높이를 유지하기 위해 폐-루프 피드백 제어를 구현함으로써, 변위 장치(130)를 제어하도록 구성될 수 있다. 호스트 처리 유닛은 촉각 처리 유닛에 의해 식별된 입력에 기초하여 명령을 구현하도록 구성될 수 있다. 그러나, 프로세서(160)는 임의의 다른 처리 유닛(들)을 포함할 수 있고 변형가능 영역(113)의 촉각 표면(111) 상의 입력에 대해 임의의 다른 방법으로 기능할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기판(118)은 제2 공동 및/또는 임의의 수의 추가의 공동을 정의하기 위해 촉각층(110)과 추가로 공조할 수 있다. 제2 및/또는 추가의 공동은 실질적으로 공동(125)과 동일하거나 구조, 기하구조, 크기, 형상 등이 약간 또는 현저히 상이할 수 있다. 공동(125) 각각은 팽창, 수축, 중간 설정들 간에 여러 변형가능 영역을 선택적으로 변이하기 위해 독립적으로 제어될 수 있고, 그럼으로써 사용자 인터페이스(100)를 다양한 사용자 입력 시나리오에 부합되게 할 수 있다. 대안적으로, 여러 공동은 그룹화될 수 있고, 그룹들의 공동은 함께 외측으로 변형한다. 예를 들면, 일 그룹의 공동 내 각 공동은 모바일 전화 상의 다이얼 패드 내 한 문자에 혹은 영 숫자 QWERTY 키보드로서 할당될 수 있다. 이에 따라 프로세서(160)는 각 공동에 연관된 변형가능 영역(113)의 팽창 및 수축을 선택적으로 제어할 수 있다.
또한, 프로세서(160)는 변형가능 영역을 선택하기 위해 인가된 입력을 나타내는 센서 신호를 선택적으로 수신 및/또는 해석할 수 있다. 각 공동에 대응하는 감지 요소는 프로세서(160)가 각 변형가능 영역에 연관된 신호를 선택적으로 수신 및/또는 해석할 수 있게 하기 위해 각각의 감지 요소의 장소를 프로세서(160)에 통신할 수 있는 어레이 네트워크로 배열될 수 있다. 용량성 터치 센서(도 22 및 도 23에 도시된)인 센서(140)의 구현예에서, 센서(140)는 제1 수의 X-도체 및 제2 수의 Y-도체를 포함하는 한 어레이의 도체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 수의 X-도체는 공동의 수와 동등할 수 있고, 각 X-도체는 한 공동에 대응하며, 제2 수의 Y-도체는 공동의 열의 수와 동등할 수 있고, 각 Y-도체는 한 열의 공동들 내에 모든 공동들에 대응한다. 이 예에서, 입력의 장소는 특정 공동에 대해 한 X-도체와 대응하는 Y-도체 간에 감지된 커패시턴스 값의 변화를 검출함으로써 판정될 수 있다. 이 예에서, 각 공동은 한 X-도체에 연관되기 때문에, 프로세서(160)는 사용자가 위에 힘을 인가하는 공동(125)의 장소를 검출할 수 있다. 프로세서(160)는 유사하게 사용자가 위에서 손가락, 스타일 또는 다른 도구를 서성대는(즉, 터치하지 않는) 공동(125)의 장소를 검출할 수 있다. 프로세서(160)는 2 이상의 공동에 대해 X-도체 및 대응하는 Y-도체에 걸쳐 감지된 커패시턴스 값들을 비교함으로써 촉각 표면(예를 들면, 변형가능 영역 간에)의 주변 영역 상에 사용자 터치를 추가로 보간(interpolate)할 수 있다.
또 다른 예(도 23에 도시된)에서, 제1 수의 X-도체는 행들의 공동의 수와 동등할 수 있고, 각 X-도체는 한 행의 공동들 내의 모든 공동들에 대응하며, 제2 수의 Y-도체는 열들의 공동의 수와 동등할 수 있고, 각 Y-도체는 한 열의 공동들 내의 모든 공동들에 대응한다. 이 예에서, 입력의 장소는 한 X-도체와 한 Y-도체 간에 감지된 커패시턴스 값의 변화를 검출함으로써 판정될 수 있다. 각 공동은 X-도체 및 Y-도체의 상이한 교차점에 대응하기 때문에, 프로세서(160)는 촉각 표면(111) 상의 입력에 대응하는 공동의 장소를 검출할 수 있다. 또 다른 예에서, 제1 수의 X-도체 및 제2 수의 Y-도체는 한 X-도체 및 한 Y-도체가 한 공동에 대응하는 것인 공동들의 수와 동등할 수 있다. 이 예에서, 입력의 장소는 이를테면 이전의 커패시턴스 맵에 저장된 이전의 감지된 커패시턴스 값에 기초하여, 한 X-도체와 한 Y-도체 사이에 감지된 커패시턴스 값의 변화를 검출함으로써 판정될 수 있다. 각 공동은 상이한 한 쌍의 X-도체 및 Y-도체에 대응하기 때문에, 이에 따라 프로세서(160)는 촉각 표면(111) 상의 사용자 입력에 대응하는 공동의 장소를 검출할 수 있다.
대안적으로, 센서(140)는 한 어레이 네트워크의 감지 요소를 포함할 수 있고, 한 어레이의 감지 요소 내 각 감지 요소는 공동에 결합되고, 각 감지 요소는 대응하는 공동에 특정한 신호를 출력한다. 예를 들면, 제1 공동에 대응하는 감지 요소는 입력이 검출될 때 0.5 nF의 신호를, 그리고 사용자 입력이 검출되지 않을 때는 1 nF의 신호를 출력할 수 있고, 제2 공동에 대응하는 감지 요소는 입력이 검출될 때 5 nF의 신호를, 그리고 사용자 입력이 검출되지 않을 때는 10 nF의 신호를 출력할 수 있고, 제3 공동에 대응하는 감지 요소는 입력이 검출될 때 50 nF의 신호를, 그리고 사용자 입력이 검출되지 않을 때는 100 nF의 신호를 출력할 수 있다 등등. 각 감지 요소는 고유의 신호를 출력하기 때문에, 이에 따라 프로세서(160)는 여러 감지 요소로부터 수신된 신호의 유형 및/또는 값에 기초하여 입력의 장소를 검출할 수 있다. 또한, 감지 요소는 프로세서가 감지 요소 출력으로 입력 장소를 판정할 수 있게 하기 위해서, 병렬 관계로(예를 들면, 병렬의 복수의 캐패시터에 대한 전체 커패시턴스 값이 개개의 커패시턴스 값의 합과 같아지게) 배열될 수 있다. 예를 들면, 제1, 제2 및 제3 공동의 감지 요소로부터의 신호에 대한 전술한 예시적 값을 사용하면, 프로세서(160)는 모든 제1, 제2, 제3 및 제4 공동으로부터 입력이 검출될 때 감지 요소로부터 55.5 nF의 결합된 신호를 수신할 수 있고, 제1, 제2, 제3 및 제4 공동의 어느 것으로부터도 사용자 입력이 검출되지 않을 때 감지 요소로부터 신호 111 nF를 수신할 수 있다. 입력이 제3 공동으로부터 검출되고 제1, 제2 및 제4 공동으로부터는 검출되지 않을 때, 프로세서(160)로의 결합된 신호는 61 nF일 수 있다. 유사하게, 입력이 제2 및 제3 공동 둘 다로부터 검출될 때, 프로세서(160)로의 결합된 신호는 56 nF일 수 있다. 이에 따라 프로세서(160)는 여로 공동에 인접한 여러 감지 요소로부터 수신된 집합된 신호의 값으로부터 직접 입력의 장소를 해석할 수 있다. 또한, 감지 요소는 직렬로 혹은 임의의 다른 적합한 전기적 배열로 배열될 수 있다.
그러나, 제1 변형가능 영역 상의 입력은 제2 변형가능 영역에 대한 센서 판독에 영향을 미칠 수 있다. 그러므로, 프로세서(160)는 시간에 따라 순환적으로 감지 요소 출력의 커패시턴스 맵을 생성하고 촉각 표면(111) 상의 입력을 식별하기 위해 새로운 커패시턴스 맵과 이전의 커패시턴스 맵을 비교할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(160)는 기판(118)에 걸쳐 패터닝된, 세로 어레이의 제1 세트의 전기적으로-결합된 도전성 패드(예를 들면, 144, 도 23)와 가로 어레이의 제2 세트의 전기적으로-결합된 도전성 패드(예를 들면, 142, 도 23)에 걸쳐 용량성 방전 시간들에 대해 맵을 만들 수 있다. 이 예에서, 프로세서(160)는 새로운 커패시턴스 맵을 구축하거나, 센서(140)의 리프레시 레이트에 대응하는 빈도로 현존의 커패시턴스 맵을 수정할 수 있다. 각 감지 기간 동안에, 프로세서(160)는 제1 커패시턴스 값 및 제2 커패시턴스 값을 기록할 수 있는데, 제1 커패시턴스 값은 공동(125) 근방에 제1 어레이의 제1 도전성 패드와 제2 어레이의 제1 도전성 패드 간에 용량성 방전 시간을 포함하며, 제2 커패시턴스 값은 주변 영역(115) 근방에 제1 어레이의 제2 도전성 패드와 제2 어레이의 제2 도전성 패드 간에 용량성 방전 시간을 포함한다(센서(140)의 리프레시 레이트가 감지 요소의 도전성 패드들 간에 용량성 방전 시간에 대한 한도를 정의할 수 있을지라도). 이에 따라, 프로세서(160)는 수축 및 팽창 상태에서 변형가능 영역(113), 주변 영역(115) 및/또는 적합한 설정에서 촉각층(110)의 어떤 다른 영역 근방에 감지 요소에 대한 용량성 방전 시간을 포함하는 커패시턴스 맵을 순환적으로 생성할 수 있다. 프로세서(160)는, 추가로 또는 대안적으로, 2 이상의 도전성 패드에 걸쳐 충전 전압, 충전 전류, 충전 시간, 전계 분포 및/또는 전송 주파수를 포함하는 커패시턴스 맵을 구현할 수 있다.
위에 기술된 바와 같이, 프로세서(160)는 촉각 표면(111) 상의 입력을 나타내는 2 이상의 도전성 패드 간에 용량성 값의 변화를 식별하기 위해 가장 최근의 커패시턴스 맵을 이전의 커패시턴스 맵(예를 들면, 한 사이클 이전에 생성된 가장 최근의 커패시턴스 맵)과 비교할 수 있다. 대안적으로, 프로세서(160)는 촉각 표면(111) 상의 입력을 나타내는 2 이상의 도전성 패드 간에 용량성 값을 식별하기 위해 가장 최근의 커패시턴스 맵과 비교할 보관된 또는 정적인 커패시턴스 맵을 선택할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(160)는 한 세트의 보관된 커패시턴스 맵으로부터 한 보관된 커패시턴스 맵을 변형가능 영역(113)의 추정된 또는 측정된 수직 위치 및/또는 촉각층(110)의 하나 이상의 다른 변형가능 영역의 추정된 또는 측정된 수직 위치에 기초하여 선택할 수 있고, 각 보관된 커패시턴스 맵은 변형가능 영역 위치들의 특정 구성에 연관된다. 또한, 프로세서(160)는 보관된 커패시턴스 맵을 주변 공기 온도, 주변 압력 또는 기압 또는 주변 습도에 기초하여 선택할 수 있고, 각 보관된 커패시턴스 맵은 특정한 한 범위의 주변 공기 온도, 주변 또는 기압 압력 또는 주변 습도에 연관된다.
입력 도구의 유형(예를 들면, 손가락, 스타일러스)은 유사하게 여러 변형가능 영역에 대한 센서 판독에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 프로세서(160)는 입력 모드(즉, 입력 도구의 유형)를 예측하고, 입력 모델을 예측된 입력 모드에 기초하여 선택하고, 촉각 표면(111) 상의 입력을, 촉각 표면(111)의 부분 및/또는 공동(125)에 걸쳐 감지된 커패시턴스 값과 커패시턴스 맵 간의 차이에 대응하는 입력 모델의 출력에 기초하여, 추가로 식별할 수 있다. 대안적으로, 위에 기술된 바와 같이, 프로세서(160)는 보관된 커패시턴스 맵을 예측된 입력 모드에 기초하여 선택할 수 있고, 각 보관된 커패시턴스 맵은 구현된 특정 유형의 입력에 연관된다.
그러므로, 다수의 감지 요소로부터 판독들을 총체적으로 분석함으로써, 프로세서(160)는 수축, 팽창 및 중간 설정들에서 주변 영역(115) 및 변형가능 영역(113) 둘 다에 촉각 표면(111) 상의 입력을 검출한다. 또한, 프로세서(160)는 감지 요소와 공조하여, 이를테면 가변하는 크기 및/또는 레이트의 다수의 시간-종속적 입력과 같은, 촉각 표면(111) 상에 다수의 동시적 입력들을 식별할 수 있다. 그러나, 프로세서(160) 및 센서(140)는 임의의 다른 방법으로 촉각 표면(111) 상에 하나 이상의 입력을 검출하게 기능할 수 있다.
2. 촉각 터치스크린 시스템:
촉각 터치스크린 시스템은, 사용자 인터페이스(143); 사용자 인터페이스(143)에 결합되고, 사용자 인터페이스의 촉각 표면 근방에 접지된 도전성 대상을 검출하도록 구성된 터치스크린 전자장치(예를 들면, 터치스크린 처리 유닛)을 포함하는, 용량성 터치스크린(예를 들면, 센서(140))을 포함한다.
사용자 인터페이스는 위에 기술된 사용자 인터페이스(100)의 변형일 수 있다. 특히, 사용자 인터페이스는 터치스크린 위로 상승된 표면을 선택적으로 정의하여 촉각 피드백을 사용자에게 제공하기 위해 동적으로 형상을 바꾸는 변형가능 영역("촉각 요소")을 가진 촉각층을 포함할 수 있다. 예를 들면, 촉각 터치스크린 시스템은 장치에 대한 입력 메커니즘을 정의하는 버튼, 슬라이더 또는 스크롤 휠을 촉각적으로 분간하는데 있어 사용자를 돕기 위해 전자장치에 적용될 수 있다. 또한, 촉각 터치스크린 시스템은, 이를테면 장치가 온임을 나타내기 위해 터치스크린 표면의 구역을 상승함으로써, 전자장치의 시스템 이벤트의 상황을 촉각적으로 분간하는데 있어 사용자를 돕기 위해 전자장치에 적용될 수 있다. 촉각 터치스크린 시스템은 전자장치의 운영 시스템 및 시스템 전자장치(예를 들면, 사용자 인터페이스)와 통신하는 저 레벨 소프트웨어 드라이버를 실행하기 위해 호스트 CPU로서 기능하는 프로세서를 포함할 수 있다. 또한, 호스트 CPU는 이를테면 여러 촉각 요소의 수직 위치와 같은, 촉각 터치스크린 시스템의 동작을 제어할 수 있다.
촉각 터치스크린 시스템은 사용자 인터페이스의 촉각 표면(111)을 터치하거나 이에 가까이 가는 최소의 기정의된 직경의 접지된 도전성 대상의 존재를 검출할 수 있다. 사용자 인터페이스는 다수의 용량성 감지 요소를 정의하는 패턴으로 하나 이상의 층 상에 피착된 투명, 반투명 또는 실질적으로-시각적으로 감지할 수 없는 도전성 재료(예를 들면 ITO)을 가진 하나 이상의 기판 층(예를 들면, 유리, PET막)을 포함한다. 예를 들면, 용량성 감지 요소는 기판의 단일 측 상에 피착된 투명 도전성 재료를 가진 기판(118) 상의 촉각 요소의 장소에 그리고 이와 동일한 크기로 생성될 수 있다. 대안적으로, 용량성 감지 요소는, 모서리가 서로 접하여 연결되고 회전된 비스듬한(예를 들면, 45도로) 선형-패턴의 정방형 패드들을 포함하고 이에 따라 기판의 한 층 상의 다수의 행에 걸쳐 그리고 기판(118)의 제2 층 또는 또 하나의 층 상의 다수의 열에 걸쳐 일련의 정방형 패드들을 형성하는 투명 도전성막(예를 들면, 인듐-텅스텐 산화물 또는 'ITO')에 의해 정의될 수 있다. 이 예에서, ITO 막은 X-Y 격자 패턴을 정의할 수 있고, ITO 패드의 행 및 열은 인접 패드의 교차점에서 중첩한다. 그러나, 투명 도전성 재료는 눈송이(snow-flake) 패턴과 같은 임의의 다른 적합한 패턴으로 기판(118)에 걸쳐 피착될 수 있다.
또한, 이 예에서, 용량성 감지 요소는 각 행의 패드와 각 열의 패드간에 직렬 연결에도 불구하고, 각 행과 열에 하나씩의 개별적 정방형들의 쌍들일 수 있다. 예를 들면, 정방형을 연결하는 행 및 열을 사용하여 20 x 10 X-Y 격자 패턴으로 피착되는 ITO을 가진 센서는 200 용량성 감지 요소를 포함하지만 그러나 터치스크린 처리 유닛에 직접 연결되는 각 용량성 감지 요소에 대해 200 연결이 아니라 각 행의 하나와 각 열의 하나를 포함하여, 터치스크린 처리 유닛에 30 연결만을 필요로 할 수 있다(위에 기술된 바와 같이). 도전성 패턴을 터치스크린 처리 유닛에 연결하기 위해서, 센서(140)(예를 들면, 촉각 터치스크린) 상의 각 행 및 열은, 이를테면 센서(140)(도 29에 도시된)의 활성 구역 밖에 센서(140)의 보더(boarder) 주위에, 은 잉크, 금속 또는 임의의 다른 도전성 재료를 사용하여 센서(140) 기판의 가장자리에 있는 공통 구역까지 라우팅될 수 있다. 도전성 센서 패턴을 터치스크린 처리 유닛에 연결하기 위해서 도전성 접착제로 이 공통 구역에 연성 인쇄 회로(FPC)가 본딩될 수 있다. 센서(140)의 동작 동안에, 터치스크린 처리 유닛은, 이를테면 완화 발진기로 혹은 스위칭 커패시턴스 프론트-엔드로 각 용량성 감지 요소의 커패시턴스를 감지할 수 있다.
촉각 터치스크린 시스템을 통해 터치를 검출하기 위해 요구되는 용량성 감지 요소의 개수는 필요 센서 분해능, 용량성 감지 요소의 활성 구역의 물리적 크기, 검출될 가장 작은 도전성 대상의 크기 및/또는 기판(들)(118) 상에 피착된 도전성 패드의 패턴에 기초할 수 있다. 기판(118) 상에 피착된 도전성 재료의 패턴은, 이를테면 직경이 ~7mm인 사람의 손가락과 같은, 기정의된 크기 및/또는 형상을 가진 도전성 대상을 검출하게 설계될 수 있다. 그러나, 피착된 도전성 재료의 패턴은 이를테면 2mm 선단을 가진 도전성 재료로 만들어진 스타일러스와 같은, 임의의 다른 크기 또는 유형의 도전성 대상을 검출하도록 구성될 수 있다. 일반적으로, 용량성 감지 요소를 정의하는 도전성 재료의 표면적은 접지된 도전성 대상을 정확하게 검출하고 터치 장소를 판정하는 센서(140)(및/또는 촉각 터치스크린 전자장치 또는 터치스크린 처리 유닛)의 능력에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 각 용량성 감지 요소의 표면적을 증가시키는 것은 접지된 도전성 대상에 대한 감도를 증가시킬 수 있고, 이에 따라, 센서 분해능을 감소시키고 및/또는 터치 장소 정확도를 감소시킬 수 있을지라도, 작은 대상을 검출할 수 있게 한다. 대안적으로, 용량성 감지 요소의 표면적을 감소시키는 것은 센서 분해능 및 터치 장소 정확도를 증가시킬 수 있지만 접지된 도전성 대상에 대한 용량성 감지 요소의 감도를 감소시킬 수 있고, 이에 따라 검출될 수 있는 접지된 도전성 대상의 크기를 제한시킨다. 예를 들면, 촉각 표면(111) 상에 큰 손가락만을 검출하고 작은 손가락을 무시하는 것이 바람직할 수도 있다. 그러므로, 각 용량성 감지 요소의 표면적은 이러한 시스템 요건을 감안하게 하는 크기일 수 있다.
사용자 인터페이스의 촉각 요소는 팽창 상태에서 3차원 촉각 요소를 정의할 수 있다. 기판(118) 스택 내의 유체 채널은 촉각 요소의 촉각 표면(111)을 상승시키기 위해 비-도전성 유체를 촉각 요소에 전달할 수 있다. 상승되었을 때, 촉각 요소는 3차원 버튼, 슬라이더 및/또는 스크롤 휠을 정의할 수 있다. 또한, 각 촉각 요소는 공통의 또는 특유의 형상, 크기 및/또는 촉각 표면(111) 위로 상승된 높이를 가질 수 있다.
위에 기술된 바와 같이, 촉각 요소의 높이는 제어될 수 있다. 일예에서, 촉각 요소는 이의 최대 높이의 25%까지 상승되고 이어 얼마 후에 이의 최대 높이의 100%까지 이동된다. 또 다른 예에서, 시스템 기동시 촉각 요소는 이의 상승된 높이의 100%까지 초기화되나 일정 시간 내에 사용자 입력이 없음에 기인하여 0% 상승(즉, 촉각 표면(111)의 주변 영역과 같은 높이)까지 서서히 낮아진다.
촉각 표면(111)의 구역은 용량성 감지 요소에 근접한 접지된 도전성 대상을 검출하는 촉각 터치스크린 시스템의 능력에 영향을 미치는 다양한 물리적 특성의 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, 손가락이 촉각 요소의 촉각 표면(111)에 터치하는 것에 응하여 용량성 감지 요소에서 측정된 커패시턴스의 변화는 손가락이 촉각 요소를 함입시킬 때 측정된 커패시턴스의 변화보다 적을 수 있다. 그러므로, 용량성 감지 요소는 촉각 요소에 접하는 센서(140)의 특정한 물리적 구역에 할당될 수 있다.
도 30에 도시된 일예에서, 센서(140)는 구역 1, 구역 2, 구역 3, 구역 4 및/또는 구역 5을 정의할 수 있다. 구역 1은 사용자 인터페이스가 없는 센서 구역으로서 정의될 수 있고, 용량성 감지 요소는 용량성 감지 요소 위에 터치 스크린 표면에 인접하여 센서(140)에 사용자 인터페이스가 부착되지 않는다면 구역 1 내에 위치된다. 구역 2는 라우팅 채널 또는 촉각 요소를 제외하는 사용자 인터페이스의 부분을 포함하는 센서 구역으로서 정의될 수 있고, 용량성 감지 요소는 라우팅 채널 또는 촉각 요소가 없는 사용자 인터페이스의 부분이 용량성 감지 요소의 표면에 인접한다면 구역 2 내에 위치된다. 구역 3은 (도전성 또는 비-도전성) 유체를 수용하는 라우팅 채널을 포함하지만 촉각 요소를 제외하는 사용자 인터페이스의 부분을 포함하는 센서 구역으로서 정의될 수 있고, 용량성 감지 요소는 라우팅 채널을 가지며 촉각 요소가 없는 사용자 인터페이스의 부분이 용량성 감지 요소의 표면에 인접하다면 구역 3 내에 위치된다. 구역 4는 수축 위치에서 촉각 요소를 포함하는 사용자 인터페이스에 부착된 센서 구역으로서 정의될 수 있고, 용량성 감지 요소는 용량성 감지 요소의 구역의 중심이 수축된 촉각 요소의 중심에 실질적으로 정렬된다면, 혹은 용량성 감지 요소의 표면이 수축된 촉각 요소의 경계와 실질적으로 접하여 있다면 구역 4 내 위치되는 것으로서 정의된다. 구역 5는 상승된(예를 들면, 업(UP)) 위치에서 촉각 요소를 포함하는 사용자 인터페이스에 부착된 센서 구역으로서 정의될 수 있고, 용량성 감지 요소는 용량성 감지 요소의 표면의 중심이 인접한 상승된 촉각 요소의 중심에 정렬된다면, 혹은 용량성 감지 요소의 표면이 상승된 촉각 요소와 완전히 접하여 있다면 구역 5 내에 있는 것으로 정의된다.
일반적으로, 촉각 요소의 크기는 인접 용량성 감지 요소의 표면적보다 작거나, 크거나 또는 같을 수 있다. 인접 촉각 요소들의 피치(중심들 간의 거리)는 센서(140)에 의해 검출될 가장 작은 도전성 대상의 크기보다 클 수 있다. 촉각 요소의 중심은 이와 쌍을 이룬 인접 용량성 감지 요소의 중심에 정렬될 수 있다. 예를 들면, 이의 쌍을 이룬 용량성 감지 요소보다 표면적이 더 큰 촉각 요소에 대해서, 직경이 10mm인 단일 촉각 요소는 7mm 직경 용량성 감지 요소와 쌍이 되고 이를 완전히 덮을 수 있다. 대안적으로, 촉각 요소는 하나보다 많은 용량성 감지 요소와 쌍이 될 수 있고, 촉각 요소의 중심은 적어도 한 용량성 감지 요소의 중심과 정렬될 수 있다. 예를 들면, 위에 기술된 바와 같이, 변위 장치(130)는 공동을 팽창시키기 위해 유체를 공동 내로 변위시켜, 변형가능 영역을 팽창 상태로 변이할 수 있다. 이 예에서, 감지 요소는 공동 내에 혹은 이에 인접하여 배열된 제1 성분 및 변형가능 영역이 팽창 상태로 팽창할 때 감지 요소의 제2 및 제3 성분이 분산하게(즉, 서로 떨어지게), 변형가능 영역 근방에 촉각층에 결합된 제2 및 제3 성분을 포함할 수 있다. 이것은 감지 요소의 유효 표면적을 증가시킬 수 있고, 이는 촉각 표면(111)에 터치하는 혹은 이 근방에, 접지된 도전성 대상에 대한 감지 요소의 감도를 증가시킬 수 있다.
또한, 촉각 요소에서 촉각 표면(111)에 대향하는 촉각층(110)의 이면에 한 분량의 투명 도전성 재료(예를 들면, ITO)를 추가함으로써 용량성 감지 요소의 감도를 더 증가시킬 수 있다. 이것은 팽창 상태에서 촉각 요소 상에 얹어진 손가락을 검출하는 용량성 감지 회로(141)의 능력을 개선할 수 있다.
또 다른 구현예에서, 사용자 인터페이스는 사용자 입력을 검출할 수 있는 다수의 고유 감지 장소를 정의하는 복합 센서를 내포한다. 예를 들면, 복합 센서는 다수의 서로 다른 장소에서 사용자 입력을 요구하는 스크롤 휠, 슬라이더, 로터리 또는 커서 제어를 정의할 수 있다. 복합 센서 내에서 이들 장소의 피치(즉, 센터들 간 거리)는 센서(140)에 의해 검출될 가장 작은 도전성 대상의 크기보다 클 수 있다. 예를 들면, 커서 제어 촉각 요소는 업, 다운, 좌 및 우 커서 제어 기능을 가진 플러스("+") 기호 형상일 수 있다. 이 예에서, 촉각 터치 스크린 시스템은 촉각 "+" 기호가 상승되었을 때 업, 다운, 좌 또는 우 터치 간을 구별할 수 있다. "+" 촉각 요소의 크기는 업, 다운, 좌 또는 우 장소 간의 피치가 촉각 터치 스크린 시스템에 의해 검출될 가장 작은 도전성 대상의 크기보다 작지 않게 되게 할 수 있다. 이를테면 슬라이더 요소 또는 스크롤 요소에 인접한 감지 요소와 같은 감지 요소는 위에 기술된 바와 같이 센서(140) 표면 상에서의 터치의 높이 및 센서(140) 표면에 걸친 터치의 이동 방향 둘 다를 검출할 수 있다.
3. 터치스크린 처리 유닛:
도 29에 도시된 바와 같이, 촉각 터치스크린 처리 유닛은 용량성 감지 회로(141)(예를 들면, 센서(140)), 촉각 중앙 처리 유닛(CPU)(145) 및 터치스크린 CPU(147)를 포함한다. 촉각 터치스크린 처리 유닛은 다수의 개별 성분들로 구현될 수 있고 및/또는 단일 회로 성분으로 결합될 수 있다. 촉각 터치스크린 시스템은 터치스크린 처리 유닛을 탑재할 수 있고, 호스트 CPU은 촉각 요소를 구현하는 촉각 터치스크린 시스템의 주 컴퓨터 프로세서로서 기능할 수 있다. 또한, 호스트 CPU는 촉각 CPU(145)로부터 수신된 데이터로부터 터치 장소를 계산할 수 있다. 또한, 터치스크린 CPU는 촉각 CPU(145) 및 호스트 CPU의 요소들의 하나 이상을 통합 또는 결합할 수 있다.
용량성 감지 회로(141)는 각 용량성 감지 요소의(예를 들면, 센서(140)의) 커패시턴스를 감지할 수 있다. 각 용량성 감지 요소는 고유 커패시턴스 측정을 포함할 수 있다. 촉각 터치스크린 시스템의 동작 환경의 변화는 정규 동작 모드 동안 각 용량성 감지 요소에 대해 측정된 커패시턴스 값을 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 용량성 감지 요소 패턴을 정의하는 도전성 재료의 물리적 상태의 변화, 환경 변화 또는 촉각 터치스크린 시스템 내에서의 전기적 특성의의 변화는 용량성 감지 회로(141)에 의해 측정되는 커패시턴스의 변화를 야기할 수 있다. 또한, 접지된 도전성 대상이 용량성 감지 회로(141)와 접촉하거나 근접하게 되었을 때, 접지된 도전성 대상은 용량성 감지 회로(141)에 의해 감지되는 커패시턴스 값에 영향을 미칠 수 있다.
그러므로, 용량성 감지 회로(141)는 촉각 터치스크린의 동작을 제어하기 위해 촉각 터치스크린 시스템의 정규 동작 모드 동안 재구성될 수 있는 조절가능 회로 요소를 포함할 수 있다. 이것은, 이를테면 각 용량성 감지 요소에 할당된 구역의 유형, 인접 촉각 요소의 모드 또는 위치, 혹은 촉각 터치스크린 시스템의 동작 모드에 따라, 촉각 터치스크린 처리 유닛이 용량성 감지 요소에 걸쳐 커패시턴스 값을 정확하게 감지할 수 있게 한다. 용량성 감지 회로(141) 내에 조절가능 회로 요소의 예는 충전 전압, 충전 전류, 충전 시간, 방전 시간 및 전송 주파수를 포함한다. 일 예에서, 용량성 감지 요소를 충전하기 위해 사용되는 전압 또는 전류가 조절된다. 또 다른 예에서, 용량성 감지 요소에서 혹은 이로부터 전압 또는 전류를 충전 또는 방전하기 위한 시간량이 조절된다.
고유한 한 세트의 조절가능 회로 요소 값은 각각 또는 부-세트의 용량성 감지 요소에 연관될 수 있다. 예를 들면, 구역 3 내 용량성 감지 요소는 구역 5 내 용량성 감지 요소보다 낮은 전압 또는 전류로 구동될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 구역 2 내 용량성 감지 요소는 동일 구역 2 내 제2 용량성 감지 요소와는 다른 충전 시간을 요구할 수 있다. 용량성 감지 요소가 위치된 구역에 따라, 용량성 감지 요소는 조절가능 회로 요소에 대한 하나보다 더 많은 세트의 값들에 연관될 수 있다. 예를 들면, 상승된 위치에서 촉각 요소에 인접한 용량성 감지 요소(즉 구역 5 내)는 촉각 요소가 수축된 위치에 있을 때(즉 구역 4)보다 더 큰 충전 전압을 요구할 수 있다. 그러므로, 사용자 인터페이스 상의 터치를 검출하기 위해 사용되는 한 세트의 값들은 용량성 감지 요소에 할당된 구역의 유형, 용량성 감지 요소에 인접한 촉각 요소의 사용 모드 및/또는 촉각 터치스크린 시스템의 동작 모드에 따른다.
촉각 터치스크린 처리 유닛에서, 터치스크린 CPU(147)은 용량성 감지 회로(141) 및 사용자 인터페이스의 상태를 제어할 수 있다. 일반적으로, 터치스크린 CPU(147)는 각 용량성 감지 요소의 커패시턴스 값을 감지하기 위해 용량성 감지 회로(141)의 조절가능 회로 요소를 제어할 수 있고, 용량성 감지 회로(141)로부터 수신된 데이터를 처리하고, 사용자 인터페이스 및/또는 센서 표면 상에서 검출된 임의의 터치의 장소를 계산한다. 터치스크린 CPU(147)는 이를테면 i2C, USB, SPI, RF, 디지털 I/O 또는 임의의 다른 적합한 인터페이스 또는 프로토콜과 같은, 표준 통신 인터페이스 또는 프로토콜을 통해 터치스크린 CPU(147) 및/또는 촉각 CPU(145)과 통신할 수 있다.
촉각 터치스크린 처리 유닛에서, 터치스크린 CPU(147)는 촉각 요소를 상승된 (업) 상태, 수축된 (다운) 상태 및/또는 부분적으로 상승된 (PE) 상태 간에 변이하기 위해 유체를 촉각 요소 내로 변위하도록 구성된 모터, 펌프 또는 이외 다른 변위 장치를 추가로 제어할 수 있다. 예를 들면, 터치스크린 CPU(147)는 요소를 업, 다운 또는 부분적으로 상승된 (PE) 상태에 설정하기 위해 촉각 CPU(145)에 명령을 전송할 수 있다. PE 상태에 있을 때, 터치스크린 CPU(147)은 촉각 요소의 높이를 설정할 수 있다. 터치스크린 CPU(147)은 용량성 감지 회로(141)로부터 촉각 요소의 상태를 판독하고 상태를 나중에 호스트 CPU로 전송하기 위해 메모리에 저장할 수 있다. 그러면, 호스트 CPU는, 이를테면 촉각 특색을 구현하는 시스템 애플리케이션에 대해 터치 제스처 또는 사용자 이벤트를 계산하기 위해서, 터치스크린 CPU(147)로부터 각 촉각 요소의 상태를 판독할 수 있다. 일부 애플리케이션에서, 터치스크린 CPU(147)는 시스템 애플리케이션에 대해 제스처 및 사용자 이벤트를 계산하고 이 정보를 호스트 CPU에 전송할 수 있다.
호스트 CPU는 i2C, USB, SPI, RF 또는 이외 다른 사용자 정의 인터페이스와 같은 표준 통신 인터페이스를 통해 터치스크린 CPU(147)에 물리적으로 연결될 수 있다. 통신 인터페이스가 마스터/슬레이브 통신 프로토콜을 정의하는 구현예에서, 호스트 CPU는 마스터일 수 있고 터치스크린 CPU(147)는 슬레이브일 수 있다. 호스트 CPU는 터치스크린 CPU(147)의 동작을 제어할 수 있다. 그러므로, 호스트 CPU는 통신 인터페이스를 통해 보내진 명령을 구현함으로써 터치스크린 CPU(147)을 통해 용량성 감지 회로(141) 및 촉각 CPU(145)을 제어할 수 있다. 예를 들면, 호스트 CPU는 언제 촉각 터치스크린 시스템을 초기화하고, 촉각 터치스크린 시스템을 디폴트 상태 또는 초기 공장 설정으로 리셋하고, 혹은 촉각 요소를 상승 및 낮추기 위해 촉각 터치스크린 시스템에 명령을 내릴지를 터치스크린 CPU(147)에 통지할 수 있다. 또한, 호스트 CPU는 통신 인터페이스를 통해 보내진 소프트웨어 명령을 통해, 용량성 감지 회로(141) 또는 촉각층에 인접한 임의의 하나 이상의 손가락 또는 터치의 장소를 불러들일 수 있다. 호스트 CPU는, 추가로 또는 대안적으로, 터치로서 이전에 보고되었던 용량성 감지 회로(141) 또는 촉각층에 인접으로부터 제거된 임의의 손가락 또는 터치의 장소를 불러들일 수 있다. 호스트 CPU는 이를테면 사용자 인터페이스 상에 사용자 제스처를 분간하기 위해 시간에 따라 촉각 요소의 상태들을 비교함으로써, 제스처를 계산하기 위해 손가락 장소 데이터를 분석할 수 있다.
4. 촉각 요소:
촉각 터치스크린 시스템에서, 촉각 요소는 이원(binary) 모드, 가변 높이 제어를 가진 이원 모드, 힘 모드 또는 가변 높이를 가진 힘 모드 중 임의의 하나 이상에서 동작할 수 있다.
이원 모드에서, 상승된 촉각 요소의 높이는 촉각 요소가 표준 온/오프 푸시버튼을 정의할 수 있게 실질적으로 정적이다. 예를 들면, 업 상태에 있을 때 촉각 요소는 "오프"로 간주될 수 있고, 다운 상태에 있을 때 촉각 요소는 "온"으로 간주될 수 있다. 용량성 감지 회로(141)의 조율 동안에, 촉각 요소의 촉각 표면(111)을 터치(혹은 그레이즈(grazing))하거나, 촉각 요소의 표면 근방에 있지만 터치하지 않거나, 임계 "온" 레벨보다 큰 레벨까지 촉각 요소를 누르는, 손가락 또는 접지된 도전성 대상을 정확하게 검출할 수 있게 하기 위해 조절가능 회로 요소에 대한 파라미터가 결정될 수 있다. 이들 파라미터는 터치스크린 CPU 메모리에 저장될 수 있다.
가변 높이 제어를 갖는 이원 모드에서, 촉각 요소는 상승된 촉각 요소 높이가 조절 가능한 2가지 높이 모드(즉, 팽창 상태 및 수축 상태)을 구현할 수 있다. 예를 들면, 일부 애플리케이션은 촉각 요소가 최대 높이의 50%까지 상승될 것을 요구할 수 있고 반면 또 다른 애플리케이션은 버튼이 최대 높이까지 상승될 것을 요구할 수 있다. 호스트 CPU는 촉각 요소를 식별하고 촉각 요소의 요망되는 높이를 나타내는 데이터를 터치스크린 CPU(147)를 통해 촉각 CPU(145)에 보낼 수 있다. 이어, 용량성 감지 회로(141)는 이 데이터를 촉각 CPU(145)에 보낼 수 있고, 촉각 CPU(145)는 용량성 감지 회로(141)로부터 수신된 데이터에 기초하여 촉각 요소를 요망되는 높이까지 상승 또는 낮춘다. 용량성 감지 회로(141)의 조율 동안에, 촉각 요소의 촉각 표면(111) 근방에 있거나 이를 터치하거나, 촉각 요소의 표면을 터치하지 않거나, 촉각 요소의 한 세트의 기정의된 높이에서 각 기정의된 높이에 대해 '온'으로 간주되는 레벨까지 촉각 요소를 누르는 손가락 또는 접지된 도전성 대상을 정확하게 검출할 수 있게 하는, 조절가능 회로 요소에 대한 파라미터가 결정될 수 있다. 이들 파라미터는 터치스크린 CPU(147) 메모리에 저장될 수 있다.
힘 모드에서, 상승된 촉각 요소의 높이는 정적일 수 있다. 그러나, 촉각 터치스크린 처리 유닛은 또한 손가락 또는 접지된 도전성 대상에 의해 상승된 촉각 요소에 인가되는 하향 힘을 보고할 수 있다. 용량성 감지 회로(141)의 조율 동안에, 손가락 또는 접지된 도전성 대상이 상승된 촉각 요소 상에 가해지는 힘을 정확하게 검출할 수 있게 조절가능 회로 요소에 대한 파라미터가 결정될 수 있다.
가변 높이 제어를 가진 힘 모드에서, 촉각 터치스크린 처리 유닛은 촉각 요소의 상승된 높이를 제어하고 손가락 또는 접지된 도전성 대상에 의해 상승된 위치에서 촉각 요소에 인가되는 하향 힘을 보고할 수 있다. 호스트 CPU는 촉각 요소를 식별하고 촉각 요소의 요망되는 높이를 나타내는 데이터를 촉각 터치스크린 CPU(147)에 보낼 수 있다. 용량성 감지 회로(141)는 이 데이터를 촉각 CPU(145)에 보낼 수 있고, 촉각 CPU(145)는 촉각 요소를 요망되는 높이까지 상승 또는 낮춘다. 용량성 감지 회로(141)의 조율 동안에, 한 세트의 기정의된 높이들 각각에서 상승된 촉각 요소에 손가락 또는 접지된 도전성 대상에 의해 인가되는 힘을 정확하게 검출할 수 있기 위해 조절가능 회로 요소에 대한 파라미터가 결정될 수 있다. 이들 파라미터는 촉각 CPU(145)의 메모리에 저장될 수 있다.
한 예시적 구현예에서, 촉각 터치스크린 처리 유닛은 상승된 촉각 요소에 손가락 또는 접지된 도전성 대상에 의해 인가되는 힘의 크기를 추적한다. CapNorm은 손가락 또는 접지된 도전성 대상이 촉각 요소에 터치함이 없이 촉각 요소의 중심에 인접한 용량성 감지 요소의 감지된 커패시턴스 값으로서 정의된다. CapForce는 손가락 또는 접지된 도전성 대상이 촉각 요소를 터치하거나 누를 때 촉각 요소의 중심에 인접한 용량성 감지 요소의 감지된 커패시턴스 값으로서 정의된다. TacktileForce은 CapNorm과 CapForce 간의 차이로서 정의되고, 손가락 또는 접지된 도전성 대상에 의해 촉각 요소에 인가되는 힘에 기인하여 팽창 상태로부터 촉각 요소의 내측 변위의 감지이다. TacktileForce은 촉각 요소가 완전히 함입되었을 때 가장 클 수 있고 손가락 또는 접지된 도전성 대상이 촉각 요소 상에 가볍게 얹어졌을 때 실질적으로 그 미만일 수 있다.
촉각 터치스크린 시스템의 정규 동작 모드 동안 손가락 또는 접지된 도전성 대상에 의해 촉각 요소에 인가되는 힘을 검출하기 위해서, TacktileForce에 대한 기준값은 구역 5 내 힘-유형 촉각 요소에 인접한 용량성 감지 요소에 대해 촉각 터치스크린 처리 유닛을 조율한 후에 확정될 수 있다. 촉각 터치스크린 시스템의 조율 동안에, CapNorm 값 및 CapForce 값은 각 촉각 요소에 대해 다수의(예를 들면, 4개) 편향 거리에서 측정될 수 있다. 기정의된 편향 거리는 편향 거리의 정확한 측정이거나 최대 편향 거리의 백분율, 이를테면 0 내지 99%일 수 있는데, 99% 편향은 촉각 요소를 촉각 표면(111)과 같은 높이로서 정의하며, 0% 편향은 촉각 요소 상에 가볍게 터치하거나 얹어지는 손가락 또는 접지된 도전성 대상의 경우를 정의한다. 그러면 TacktileForce는 각 편향 거리에 대해 계산되고 이어 촉각 요소 편향 거리에 연관될 수 있다. 각 TacktileForce 값 및 연관된 편향 거리는 터치스크린 CPU(147)의 비휘발성 메모리에 TacktileForcexx로서 저장될 수 있고 xx는 편향 백분율이다. 촉각 터치스크린 시스템의 정규 동작 동안에, 터치스크린 CPU(147)는 새로운 TacktileForce 값을 계산하고 이들을 저장된 TacktileForce 값과 비교하여 각 촉각 요소에 대한 편향 값을 판정할 수 있다. 편향 값은 사용자 피드백 또는 시스템 제어를 위해 촉각 요소를 사용하는 네이티브 애플리케이션에 의해 요구될 때 터치스크린 CPU(147)에 의해 사용되거나 호스트 CPU에 전송될 수 있다. 예를 들면, 촉각 요소 높이 제어를 할 수 있게 하는 사용자 인터페이스에서, 터치스크린 CPU(147)는 제2 촉각 요소의 높이를 상승 또는 낮추기 위해 한 촉각 요소로부터의 편향 데이터를 사용할 수 있다. 또 다른 예에서, 호스트 CPU는 촉각 터치스크린 시스템을 탑재하는 디지털 장치 상에서 실행되는 그래픽 아트 애플리케이션에서 사용되는 색 팔레트의 밝기 레벨을 제어하기 위해 사용자 피드백을 요구하는 애플리케이션에서 촉각 요소의 편향 데이터를 사용할 수 있다.
5. 센서를 조율하기 위한 방법:
(촉각) 사용자 인터페이스가 촉각 터치스크린 시스템에 적용되었을 때, 최적 감도를 위해 용량성 감지 회로(141)를 조율할 때, 그리고 터치의 존재를 판정하기 위해 용량성 터치 데이터를 처리할 때 감안되어야 하는 새로운 상황이 존재할 수 있다. 예를 들면, 손가락이 상승된 촉각 버튼에 얹어지거나 이에 힘을 인가하는 것 간을 구별하는 것이 중요할 수 있다. 일부 애플리케이션에서, 손가락 또는 대상이 상승된 촉각 요소의 표면 상에 얼마나 많은 힘을 가하고 있는지를 분간하는 것이 더 유용할 수도 있다. 일반적으로, 촉각 요소의 상태는 용량성 감지 회로(141), 터치스크린 CPU(147)에서 실행되는 펌웨어, 터치스크린 CPU(147) 및/또는 호스트 CPU 상에서 실행되는 애플리케이션에 영향을 미칠 수 있다. 촉각 터치스크린 처리 유닛은 센서에 미치는 사용자 인터페이스의 애플리케이션으로부터 비롯되는 이들 및/또는 다른 영향을 감안할 수 있다. 촉각 터치스크린 시스템 및 촉각 터치스크린 처리 유닛에서, 용량성 감지 요소는 각 촉각 요소의 각 상태 및 검출된 각 도전성 대상에 대해 조율될 수 있는데, 이는 적어도 부분적으로 각 촉각 요소의 모드(예를 들면, 쌍을 이룬 용량성 감지 요소에 대해)에 기초할 수 있다.
용량성 감지 회로(141)의 조절가능 회로 요소에 대한 설정은 다양한 방법으로 그리고 다양한 기술들로 판정, 설정 및/또는 특정될 수 있다. 구역 4 또는 구역 5 내 위치된 용량성 감지 요소에 대해서, 용량성 감지 회로(141)를 조율하기 위한 기술은 제1, 제2, 제3, 제4 및 제 5 단계를 포함할 수 있고, 이들 중 어느 것이든 숙련된 조작자 및/또는 기계에 의해 구현될 수 있다.
제1 단계에서, 어떠한 도전성 대상도 촉각 표면에 터치하지 않으며 용량성 감지 요소로부터 측정되는 커패시턴스에 최소로 영향을 미칠만큼 촉각 표면에 충분히 가깝지 않은 용량성 감지 요소의 커패시턴스 값을 감지한다. 이 값을 CapValue1이라 한다.
제2 단계에서, 접지된 도전성 대상이 특정 용량성 감지 요소 바로 위에서 촉각 표면(111)에 터치할 때 커패시턴스 값을 감지한다. 도전성 대상의 크기는 시스템 사용에 대해 명시된 크기일 수 있다. 예를 들면, 시스템 입력을 위해 사람의 손가락이 사용된다면, 검출하기 위해 시스템이 명시한 가장 작은 손가락과 동일한 직경인 고체 금속 슬러그를 사용한다. 이 값을 CapValue2이라 한다.
제3 단계에서, CapValue1과 CapValue2 간의 차이를 계산한다. 이 값을 DiffCount라 한다.
제4 단계에서, 용량성 감지 회로(141)의 조절가능 회로 요소를 수정하고 DiffCount가 이의 최대값에 도달할 때까지 단계 1 내지 3을 반복한다.
제5 단계에서, 용량성 감지 회로(141)의 조절가능 회로 요소에 대한 설정을 터치스크린 CPU(147)의 메모리에 저장한다. 터치스크린 CPU(147)은 용량성 감지 회로(141)의 상태 및 동작 모드에 따라 촉각 터치스크린 시스템의 정규 동작 동안 저장된 값을 불러들일 수 있다.
6. 초기 용량성 감지 요소 상황을 설정:
촉각 터치스크린 시스템을 정규 동작 모드에서 동작시키기에 앞서, 각 용량성 감지 요소의 커패시턴스 값의 초기 상태가 판정될 수 있다. 일반적으로, 초기 용량성 감지 요소 용량성 값 및 손가락 차이 카운트가 터치스크린 CPU(147) 메모리에 저장될 수 있다. 이어, 이 데이터는 터치가 검출되는지와 터치의 위치를 판정하기 위해 용량성 감지 회로(141)의 정규 동작 동안 터치스크린 CPU(147)에 의해 사용될 수 있다.
사용자 인터페이스가 부착되는 구역 밖의 용량성 감지 회로(141)의 구역을 TSA1이라 한다. TSA1 내에 각 용량성 감지 요소에 대해서, 용량성 감지 회로(141)는 손가락 또는 이외 다른 도전성 대상이 용량성 감지 요소 근방에서 전계에 최소로 영향을 미치도록 사용자 인터페이스 또는 센서 표면으로부터 실질적으로 원격에 있고 사용자 인터페이스 또는 센서 표면의 어떠한 부분도 터치하지 않을 때 커패시턴스 값을 감지할 수 있다. 터치스크린 CPU(147)는 용량성 감지 회로(141)로부터 커패시턴스 값을 불러들이고 이 값을 CVxA1D 명칭으로 메모리에 저장할 수 있고, x는 특정 용량성 감지 요소의 수이다. 이 커패시턴스 값은 터치가 TSA1 내에서 일어났는지와 어디에서 일어났는지를 판정하기 위해 터치스크린 CPU(147)에 의해 사용될 수 있다.
TSA1 내에 각 용량성 감지 요소에 대해서, 용량성 감지 회로(141)는 특정 용량성 감지 요소에 인접한 촉각 표면에 터치하고 있는 명시된 최소 크기의 손가락 또는 접지된 도전성 대상에 대해 커패시턴스 값을 감지할 수 있다. 터치스크린 CPU(147)는 용량성 감지 회로(141)로부터 커패시턴스 값을 불러들이고 이 값을 FCVxA1 명칭으로 메모리에 저장할 수 있고, x는 특정 용량성 감지 요소의 수이다. 이 커패시턴스 값은 터치가 TSA1 내에서 일어났는지와 어디에서 일어났는지를 판정하기 위해 터치스크린 CPU(147)에 의해 사용될 수 있다. 촉각 터치스크린 시스템이 서로 다른 크기들 및 유전체 재료의 접지된 도전성 대상을 검출하게 설계되었다면, 각 명시된 대상에 대해 이 측정을 반복한다. 각 측정에 앞서, 터치스크린 CPU(147)은 용량성 감지 회로(141)의 구성 가능한 요소를, 요망되는 도전성 대상에 대해 각 용량성 감지 요소의 조율 동안 저장된 값들로 초기화할 수 있다.
터치스크린 CPU(147)은 TSA1 내 각 용량성 감지 요소에 대해 CVxA1과 FCVxA1 간의 차이를 계산할 수 있다. 이 값은 용량성 손가락 차이 임계이며, 터치스크린 CPU(147) 메모리에 FDxA1로서 저장될 수 있고, x는 특정 용량성 감지 요소의 수이다. 이 값은 손가락이 용량성 감지 요소에 인접한 촉각 표면(111)에 터치하였을 때 특정 용량성 감지 요소에 대한 커패시턴스의 변화를 나타낼 수 있다. 이 값은 터치가 TSA1 내에서 일어났는지와 어디에서 일어났는지를 판정하기 위해 터치스크린 CPU(147)에 의해 사용될 수 있다.
사용자 인터페이스가 부착되고 라우팅 채널 또는 촉각 요소를 배제하는 용량성 감지 회로(141)의 구역을 TSA2라 한다. TSA2 내에 각 용량성 감지 요소에 대해서, 용량성 감지 회로(141)는 손가락 또는 이외 다른 도전성 대상이 용량성 감지 요소 근방에 전계에 최소로 영향을 미치게 사용자 인터페이스 또는 센서 표면으로부터 실질적으로 원격에 있고 사용자 인터페이스 또는 센서 표면의 어떠한 부분도 터치하지 않을 때 커패시턴스 값을 감지할 수 있다. 터치스크린 CPU(147)는 용량성 감지 회로(141)로부터 커패시턴스 값을 불러들이고 이 값을 CVxA2 명칭으로 메모리에 저장할 수 있고, x는 특정 용량성 감지 요소의 수이다. 이 커패시턴스 값은 터치가 TSA2 내에서 일어났는지와 어디에서 일어났는지를 판정하기 위해 터치스크린 CPU(147)에 의해 사용될 수 있다.
TSA2 내에 각 용량성 감지 요소에 대해서, 용량성 감지 회로(141)는 손가락 또는 명시된 최소 크기의 접지된 도전성 대상이 특정 용량성 감지 요소에 인접한 촉각 표면에 터치하고 있을 때 커패시턴스 값을 감지할 수 있다. 터치스크린 CPU(147)는 용량성 감지 회로(141)로부터 커패시턴스 값을 불러들이고 이 값을 FCVxA2 명칭으로 메모리에 저장할 수 있고, x는 특정 용량성 감지 요소의 수이다. 이 커패시턴스 값은 터치가 TSA2 내에 일어났는지와 어디에서 일어났는지를 판정하기 위해 터치스크린 CPU(147)에 의해 사용될 수 있다.
터치스크린 CPU(147)은 TSA2 내 각 용량성 감지 요소에 대해 CVxA2과 FCVxA2 간의 차이를 계산할 수 있다. 이 값은 용량성 손가락 차이 임계이며, 터치스크린 CPU(147) 메모리에 FDxA2로서 저장될 수 있고, x는 특정 용량성 감지 요소의 수이다. 이 값은 손가락이 용량성 감지 요소에 인접한 촉각 표면(111)에 터치하였을 때 용량성 감지 요소에 대해 측정된 커패시턴스의 변화를 나타낼 수 있다. 이 값은 터치가 TSA2 내에서 일어났는지와 어디에서 일어났는지를 판정하기 위해 터치스크린 CPU(147)에 의해 사용될 수 있다.
사용자 인터페이스에 부착되고 비-도전성 유체를 내포하는 라우팅 채널을 포함하고 촉각 요소는 없는 용량성 감지 회로(141)의 구역을 TSA3이라 한다. TSA3 내에 각 용량성 감지 요소에 대해서, 용량성 감지 회로(141)는 손가락 또는 이외 다른 도전성 대상이 용량성 감지 요소 근방에 전계에 최소로 영향을 미치게 사용자 인터페이스 또는 센서 표면으로부터 실질적으로 원격에 있고 사용자 인터페이스 또는 센서 표면의 어떠한 부분도 터치하지 않을 때 커패시턴스 값을 감지할 수 있다. 터치스크린 CPU(147)는 용량성 감지 회로(141)로부터 커패시턴스 값을 불러들이고 이 값을 CVxA3 명칭으로 메모리에 저장할 수 있고, x는 특정 용량성 감지 요소의 수이다. 이 커패시턴스 값은 터치가 TSA3 내에서 일어났는지와 어디에서 일어났는지를 판정하기 위해 터치스크린 CPU(147)에 의해 사용될 수 있다.
TSA3 내에 각 용량성 감지 요소에 대해서, 용량성 감지 회로(141)는 손가락 또는 명시된 최소 크기의 접지된 도전성 대상이 특정 용량성 감지 요소에 인접한 촉각 표면에 터치하고 있을 때 커패시턴스 값을 감지할 수 있다. 터치스크린 CPU(147)는 용량성 감지 회로(141)로부터 커패시턴스 값을 불러들이고 이 값을 FCVxA3 명칭으로 메모리에 저장할 수 있고, x는 특정 용량성 감지 요소의 수이다. 이 커패시턴스 값은 터치가 TSA3 내에서 일어났는지와 어디에서 일어났는지를 판정하기 위해 터치스크린 CPU(147)에 의해 사용될 수 있다.
터치스크린 CPU(147)은 TSA3 내 각 용량성 감지 요소에 대해 CVxA3과 FCVxA3 간의 차이를 계산할 수 있다. 이 값은 용량성 손가락 차이 임계이며, 터치스크린 CPU(147) 메모리에 FDxA3로서 저장될 수 있고, x는 특정 용량성 감지 요소의 수이다. 이 값은 손가락이 용량성 감지 요소 위에 위치된 사용자 인터페이스에 터치하였을 때 특정 용량성 감지 요소의 커패시턴스의 변화를 나타낼 수 있다. 이 값은 터치가 TSA3 내에서 일어났는지와 어디에서 일어났는지를 판정하기 위해 터치스크린 CPU(147)에 의해 사용될 수 있다.
사용자 인터페이스에 부착되고 수축된 위치에서 촉각 요소를 포함하는 용량성 감지 회로(141)의 구역을 TSA4라 한다. TSA4 내에 각 용량성 감지 요소에 대해서, 용량성 감지 회로(141)는 손가락 또는 이외 다른 도전성 대상이 용량성 감지 요소 근방에 전계에 최소로 영향을 미치게 사용자 인터페이스 또는 센서 표면으로부터 실질적으로 원격에 있고 사용자 인터페이스 또는 센서 표면을 터치하지 않을 때 커패시턴스 값을 감지할 수 있다. 터치스크린 CPU(147)는 용량성 감지 회로(141)로부터 커패시턴스 값을 불러들이고 이 값을 CVxA4 명칭으로 메모리에 저장할 수 있고, x는 특정 용량성 감지 요소의 수이다. 이 커패시턴스 값은 터치가 TSA4 내에서 일어났는지와 어디에서 일어났는지를 판정하기 위해 터치스크린 CPU(147)에 의해 사용될 수 있다.
TSA4 내에 각 용량성 감지 요소에 대해서, 용량성 감지 회로(141)는 명시된 최소 크기의 손가락 또는 접지된 도전성 대상이 용량성 감지 요소에 인접한 수축된 촉각 요소의 표면에 터치하고 있는 때 용량성 감지 요소 커패시턴스 값을 감지할 수 있다. 터치스크린 CPU(147)는 용량성 감지 회로(141)로부터 커패시턴스 값을 불러들이고 이 값을 FCVxA4 명칭으로 메모리에 저장할 수 있고, x는 특정 용량성 감지 요소의 수이다. 이 커패시턴스 값은 터치가 TSA4 내에서 일어났는지와 어디에서 일어났는지를 판정하기 위해 터치스크린 CPU(147)에 의해 사용될 수 있다.
터치스크린 CPU(147)은 TSA4 내 각 용량성 감지 요소에 대해 CVxA4과 FCVxA4 간의 차이를 계산할 수 있다. 이 값은 용량성 손가락 차이 임계이며, 터치스크린 CPU(147) 메모리에 FDxA4로서 저장될 수 있고, x는 특정 용량성 감지 요소의 수이다. 이 값은 손가락이 용량성 감지 요소에 인접한 수축된 촉각 요소의 표면에 터치하였을 때 용량성 감지 요소의 커패시턴스의 변화를 나타낼 수 있다. 이 값은 터치가 TSA4 내에서 일어났는지와 어디에서 일어났는지를 판정하기 위해 터치스크린 CPU(147)에 의해 사용될 수 있다.
사용자 인터페이스에 부착되고 상승된 (업) 위치에서 촉각 요소를 포함하는 용량성 감지 회로(141)의 구역을 TSA5라 한다. TSA5 내에 각 용량성 감지 요소에 대해서, 용량성 감지 회로(141)는 손가락 또는 이외 다른 도전성 대상이 용량성 감지 요소 근방에 전계에 최소로 영향을 미치게 사용자 인터페이스 또는 센서 표면으로부터 실질적으로 원격에 있고 사용자 인터페이스 또는 센서 표면에 터치하지 않을 때 커패시턴스 값을 감지할 수 있다. 터치스크린 CPU(147)는 용량성 감지 회로(141)로부터 커패시턴스 값을 불러들이고 이 값을 CVxA5 명칭으로 메모리에 저장할 수 있고, x는 특정 용량성 감지 요소의 수이다. 이 커패시턴스 값은 터치가 TSA5 내에서 일어났는지와 어디에서 일어났는지를 판정하기 위해 터치스크린 CPU(147)에 의해 사용될 수 있다.
TSA5 내에 각 용량성 감지 요소에 대해서, 용량성 감지 회로(141)는 손가락 또는 명시된 최소 크기의 접지된 도전성 대상이 용량성 감지 요소에 인접한 상승된 촉각 요소에 터치하지만 이에 압력을 인가하지 않을 때 커패시턴스 값을 감지할 수 있다. 터치스크린 CPU(147)는 용량성 감지 회로(141)로부터 커패시턴스 값을 불러들이고 이 값을 FRCVxA5 명칭으로 메모리에 저장할 수 있고, x는 특정 용량성 감지 요소의 수이다. 이 커패시턴스 값은 손가락이 상승된 촉각 요소 상에 얹어져 있는지와 터치의 장소를 판정하기 위해 터치스크린 CPU(147)에 의해 사용될 수 있다.
터치스크린 CPU(147)은 TSA5 내 각 용량성 감지 요소에 대해 CVxA5와 FRCVxA5 간의 차이를 계산할 수 있다. 이 값은 용량성 손가락 차이 임계이며, 터치스크린 CPU(147) 메모리에 FRDxA5로서 저장될 수 있고, x는 특정 용량성 감지 요소의 수이다. 이 값은 손가락이 상승된 촉각 요소에 터치하지만 함입하지 않을 때(즉, 손가락이 촉각 요소 위에 "얹어졌을 때") 용량성 감지 요소의 커패시턴스의 변화를 나타낼 수 있다. 이 값은 손가락이 업 위치에 촉각 요소 상에 얹어져 있는지와 터치의 장소를 판정하기 위해 터치스크린 CPU(147)에 의해 사용될 수 있다.
TSA5 내에 각 용량성 감지 요소에 대해서, 용량성 감지 회로(141)는 손가락 또는 명시된 최소 크기의 접지된 도전성 대상이 촉각 요소에 터치하고 촉각 표면(111) 안으로 함입할 때 커패시턴스 값을 감지할 수 있다. 터치스크린 CPU(147)는 용량성 감지 회로(141)로부터 커패시턴스 값을 불러들이고 이 값을 FDCVxA5 명칭으로 메모리에 저장할 수 있고, x는 특정 용량성 감지 요소의 수이다. 이 커패시턴스 값은 손가락이 업 위치에서 촉각 요소를 함입하고 있는지를 판정하기 위해 터치스크린 CPU(147)에 의해 사용될 수 있다.
터치스크린 CPU(147)은 TSA5 내 각 용량성 감지 요소에 대해 CVxA5과 FDCVxA5 간의 차이를 계산할 수 있다. 이 값은 용량성 손가락 차이 임계이며, 터치스크린 CPU(147) 메모리에 FDDxA5로서 저장될 수 있고, x는 특정 용량성 감지 요소의 수이다. 이 값은 손가락이 업 위치에 촉각 요소를 누르고 있을 때 용량성 감지 요소의 커패시턴스의 변화를 나타낼 수 있고 손가락이 업 위치에서 촉각 요소를 누르고 있는지를 판정하기 위해 터치스크린 CPU(147)에 의해 사용될 수 있다.
애플리케이션에서, 촉각 요소의 상태는 구역 1, 구역 2 및 구역 3 내 용량성 감지 요소의 커패시턴스 측정에 영향을 미칠 수 있다. 그러므로, 전술한 방법 또는 기술은 구역 5 내 촉각 요소를 상승시켜 촉각 요소 구역 1, 구역 2 및 구역 3에 대해 반복될 수 있다. 이들 값은 TacktileUp_x로 표기된 테이블 내에 터치스크린 CPU(147) 메모리에 저장될 수 있고, x는 용량성 감지 요소가 위치되는 구역을 나타낸다.
7. 동작
촉각 터치스크린 시스템을 포함하는 전자장치가 기동된 후에, 호스트 CPU는, 이를테면 촉각 요소의 초기 팽창된 및/또는 수축 상태를 설정하기 위해, 촉각 터치스크린 시스템을 초기화하기 위한 명령을 터치스크린 CPU(147)에 보낼 수 있다. 터치스크린 CPU(147)는 호스트 CPU에 의해 지시된 바와 같이 촉각 요소를 상승 또는 낮추기 위한 명령을 터치스크린 CPU(147)에 보낼 수 있다. 터치스크린 CPU(147)는 촉각 요소를 상승시키고 낮추는 유체 변위를 제어할 수 있다. 용량성 감지 회로(141)는 i2C 인터페이스, 직렬 인터페이스, SPI 또는 디지털 I/O와 같은 다양한 통신 방법을 통해 터치스크린 CPU(147)와 통신할 수 있다. 터치스크린 CPU(147)는 촉각 요소의 (예를 들면, 팽창된, 수축된) 상태를 용량성 감지 회로(141)에 통신할 수 있다. 용량성 감지 회로(141)는 센서 데이터를 처리할 때(예를 들면, 상승된 촉각 요소 상에서의 터치 또는 함입의 존재 및/또는 장소를 판정할 때) 스캔할 용량성 감지 회로(141)의 구역을 선택하기 위해 촉각 요소의 상태를 사용할 수 있다.
터치스크린 CPU(147)은 각 용량성 감지 요소의 커패시턴스 값을 감지하기 위해 용량성 감지 회로(141)에 의해 사용되는 용량성 감지 회로(141)의 감지 요소(예를 들면, 프로그램가능 감지 요소)에 대한 초기 상황을 설정할 수 있다. 정규 동작 모드 하에서 그리고 촉각 요소의 상태에 따라, 용량성 감지 회로(141)는 용량성 감지 요소 커패시턴스 값을 감지하기 위해 사용되는 용량성 감지 전자장치의 감도를 제어하기 위해서 회로 요소를 조절할 수 있다. 이들 회로 요소는 용량성 감지 요소에 구동되는 전압 및 전류, 각 용량성 감지 요소의 스캔 시간 또는 용량성 감지 회로(141)의 아날로그 및/또는 디지털 전자장치에 의해 사용되는 기준 전압을 포함할 수 있다. 이들 조절들은 촉각 터치스크린 시스템의 정규 동작 동안 시스템 수행에 영향을 미칠 수 있는 어떤 물리적 및/또는 환경적 상황에 대해 용량성 감지 회로(141)의 감도, 신호-대-노이즈 비 및/또는 스캔 시간을 변경할 수 있다.
터치스크린 CPU(147)는 용량성 감지 회로(141) 상에 용량성 감지 요소의 용량성 값을 스캔하기 위한 명령을 용량성 감지 회로(141)에 보낼 수 있다. 구역 4 내 위치된 용량성 감지 요소는 촉각 요소가 다운 위치에 있을 때만 스캔될 수 있고, 구역 5 내 위치된 용량성 감지 요소는 촉각 요소가 업 위치에 있을 때만 스캔될 수 있다. 용량성 감지 회로(141)는 일단 센서(140)의 활성 센서 구역 내 모든 용량성 감지 요소가 스캔되었으면 동작을 중단할 수 있다. 용량성 감지 회로(141)가 센서(140) 내 각 용량성 감지 요소의 스캔을 완료한 후에, 용량성 감지 회로(141)는 용량성 감지 회로(141)로부터 커패시턴스 값을 불러들이고 데이터를 처리할 수 있다. 이 데이터 처리 단계 동안에, 용량성 감지 요소 용량성 값은 전기적 노이즈를 제거하고, ESD 이벤트를 검출하고 및/또는 센서 수행에 영향을 미치는 온도 영향 또는 이외 다른 물리적 상황에 대해 조절하기 위해 용량성 감지 회로(141)에 의해 필터링될 수 있다(예를 들면 이전에 저장된 커패시턴스 값과 비교될 수 있다). 이것은 각 용량성 감지 요소에 대해 새로운 커패시턴스 값을 갖게 할 수 있다. 용량성 감지 회로(141)는 새로운 용량성 감지 요소 용량성 값을 New_CVxAy의 명칭으로 메모리에 저장할 수 있고, x는 용량성 감지 요소 수이고 y는 용량성 감지 요소가 위치되는 용량성 감지 회로(141) 구역이다. 용량성 감지 회로(141)는 새로운 용량성 감지 요소 커패시턴스 값을 이전의 스캔으로부터 메모리에 저장된 커패시턴스 값과 비교할 수 있기 때문에, 용량성 감지 회로(141)는 촉각 요소의 상태를 변경한 후에 센서 구역 4 및 구역 5를 두 번 스캔할 수 있다.
한 예시적 구현예에서, 용량성 감지 회로(141)는 NewCVxAy와 CVxAy간의 차이를 계산함으로써 용량성 감지 회로(141) 상에서의 손가락 터치의 존재를 판정한다. 이 결과는 DIFFCVxAy로서 저장될 수 있고, x는 용량성 감지 요소 수이고 y는 용량성 감지 요소가 위치된 용량성 감지 회로 구역이다. 이어, 용량성 감지 회로(141)는 DIFFCVxAy가 용량성 감지 요소에 대해, 메모리에 FDxA1, FDxA2, FDXA3로서 이전에 저장된, 용량성 손가락 차이 임계보다 크거나 같다면 구역 1, 구역 2 또는 구역 3 내 특정 용량성 감지 요소에 대해 터치가 존재하는 것으로 판정할 수 있다. 대안적으로, 용량성 감지 회로(141)는 촉각 요소가 다운 상태에 있다면, 그리고 DIFFCVxA4가 FDxA4보다 크면 구역 4에 임의의 용량성 감지 요소에 대한 터치가 존재하는 것으로 판정할 수 있고, x는 용량성 감지 요소 수이다. 대안적으로, 용량성 감지 회로(141)는 촉각 요소가 업 상태에 있다면 그리고 DIFFCVxA5이 FRDxA5 또는 FDDxA5보다 크다면 구역 5에 임의의 용량성 감지 요소에 대해 터치가 존재하는 것으로 판정할 수 있다. 또한, 용량성 감지 회로(141)는 촉각 요소가 업 상태에 있다면, 그리고 DIFFCVxA5이 FRDxA5보다 크지만 FDDxA5 미만이라면 손가락이 촉각 요소 상에 얹어져 있는 것으로 판정할 수 있다. 또한, 용량성 감지 회로(141)는 촉각 요소가 업 상태에 있다면, 그리고 DIFFCVxA5이 FDDxA5보다 크다면 손가락이 촉각 요소를 누르고 있는 것으로 판정할 수 있다. 어떠한 터치도 검출되지 않는다면, 용량성 감지 회로(141)는 메모리 (CVxAy)에 저장된 용량성 감지 요소 커패시턴스 값을 최신의 커패시턴스 값(NewCVxAy)으로 업데이트할 수 있다. 터치가 검출된 각 용량성 감지 요소에 대해서, 용량성 감지 회로(141)는 터치의 X-Y 장소를 계산하고 장소 데이터를 메모리에 TOUCH_x_y 명칭으로 저장하며, x 및 y는 각각 터치의 X- 및 Y-좌표이다. x 및 y의 범위는 시스템에 종속적이고 용량성 감지 회로(141)의 크기 및 요구되는 터치 분해능에 의해 정의될 수 있다.
호스트 CPU 상에서 인터럽트 핀에 직접적으로 h/w 연결될 수 있게 하는 구현예에서, 용량성 감지 회로(141)는 호스트 CPU 상에 인터럽트 핀에 연결된 디지털 출력 핀을 포함할 수 있다. 이전에 보고된 터치의 터치 이벤트 또는 제거의 검출시, 용량성 감지 회로(141)는 인터럽트를 트리거하기 위해 호스트 CPU에 의해 필요로 되는 상태에 출력 핀을 설정할 수 있다. 이어, 호스트 CPU는 인터럽트를 인식하고 업데이트된 터치 데이터를 용량성 감지 회로(141)로부터 판독할 수 있다. 또한, 호스트 CPU는 용량성 감지 요소 스캔 프로세스를 재시작하기 위한 명령을 용량성 감지 회로(141)에 보낼 수 있다.
호스트 CPU 상에서 인터럽트 핀에 직접적으로 h/w 연결될 수 없게 하는 구현예에서, 소프트웨어-기반의 메시징 프로토콜은 용량성 감지 회로(141)에서 호스트 CPU로 터치 데이터를 전달하기 위해 호스트 CPU와 용량성 감지 회로(141) 간에 사용될 수 있다. 이 메시징 프로토콜은 호스트 CPU가 용량성 감지 요소 스캔 프로세스를 시작하고 용량성 감지 회로(141)로부터 스캔의 상태를 판독함으로써 스캔이 완료되기를 기다리고 용량성 감지 회로(141)로부터 임의의 새로운 터치 데이터를 불러들일 수 있게 한다. 그러나, 이들 방법 또는 기술 중 임의의 하나 이상은 용량성 감지 회로(141)의 동작에 간섭함이 없이 구현될 수 있다.
전술한 기술 및 방법은 촉각 표면 상에서의 정확하고 반복 가능한 터치 검출에 유용한 손가락 임계를 정의하고 저장하기 위한 시스템 및 방법에 의해 구현될 수 있다. 그러나, 전술한 기술 및 방법은 전극 출력으로부터 원하지 않는 노이즈를 필터링하고 및/또는 촉각 표면 상에서의 잠재적 터치로부터 노이즈를 구별하는 데 유용한 노이즈 임계를 정의하고 저장하기 위한 시스템 및 방법에 의해 구현될 수 있다. 시스템 및 방법은 유사하게, 이를테면 템퍼레이트(temperate) 변화 또는 이외 다른 환경적 영향에 기인하여, 손가락 또는 노이즈 임계 드리프트를 보상하기 위해 데이터 처리 알고리즘을 구현할 수 있다. 시스템 및 방법은 감지 요소에서 노이즈를 극복하기 위해 자동-조율, 수동 조율, 필터링(하드웨어 또는 소프트웨어로), 보상 알고리즘, 자격 테스트 요건 등, 중 임의의 하나 이상을 구현할 수 있다.
전술한 시스템 및 방법은 다수의 전극 또는 감지 요소에 용량성 감지 회로(141)(예를 들면, 센서(140)) 출력의 중심을 삼각측량, 평균 또는 계산함으로써 촉각 표면 상에서의 터치의 장소를 보간할 수 있다. 또한, 시스템 및 방법은, 샘플링 필터(예를 들면, 데이터를 수집하고 평균한다), 적분 필터링(예를 들면, 측정된 커패시턴스의 시간을 조절한다), 터치 검출 필터링(예를 들면, 손가락 임계), 좌표 필터링(예를 들면, 한 세트의 순차적 터치 좌표 값을 평균), 혹은 용량성 감지 회로(141)에 대하여 촉각 표면 상에서의 터치를 식별 및/또는 위치파악하기 위한 임의의 다른 적합한 필터링 방법 또는 기술 중 임의의 하나 이상을 구현할 수 있다. 또한, 시스템 및 방법은 촉각 표면 상에서의 임박한, 진행중인 또는 최근의 터치에 기초하여 터치 센서 감도를 조절할 수 있고, 시스템 및 방법은 또한, 다수의 행 또는 열의 전극 상태를 판독하는데 필요한 프로세서 또는 CPU 입력들의 수를 최소화하기 위해 멀티플렉싱을 구현할 수 있다. 그러나, 시스템 및 방법은, 추가로 또는 대안적으로, 촉각 표면 상에서의 터치를 검출 및 위치파악하기 위한 임의의 다른 적합한 요소, 성분, 기술 또는 방법을 구현할 수 있다.
전술한 구현예에서, 시스템 및 방법은 접지되지 않은 손가락 또는 스타일러스를 검출하도록 구성될 수 있다. 또한, 용량성 감지 요소는 용량성 감지 회로(141) 또는 촉각 터치스크린 시스템의 다른 구역 내에 배열될 수 있다. 예를 들면, 용량성 감지 요소는, 이를테면 LCD 화소들 간의 전자 구동 라인들과 같은, 액정 디스플레이(LCD)의 부분 내에 배열되거나 이를 형성할 수 있다. 대안적으로, 용량성 감지 요소는 촉각 표면(111)에 대향하는 액정 디스플레이에 인접하여 위치되거나 디스플레이(150) 시스템에 통합될 수 있다. 그러므로, 용량성 감지 요소는 셀 내, 셀 상에, 혼성 또는 임의의 다른 적합한 유형의 용량성 감지를 구현할 수 있다.
또한, 용량성 감지 요소는 한 세트의 전극 간의 거리가 사용자 입력에 기인하여 변하였을 때 커패시턴스의 변화를 검출하는 '가압(pressed)-용량성' 센서일 수 있다. 그러므로, 전술한 시스템 및 방법(예를 들면, 프로젝트 커패시턴스 센서를 위한)은 유사하게, 가압 커패시턴스 센서에 적용될 수 있는데, 수축된 버튼과 비교하여 상승된 버튼을 가진 촉각층(110)을 통해 전송된 압력에서의 차이는 서로 다른 유형의 사용자 입력에 연관될 수 있다. 전술한 시스템 및 방법(예를 들면, 프로젝트 커패시턴스 센서를 위한)은 유사하게, 사용자 입력 또는 임의의 다른 적합한 유형의 저항성 또는 용량성 터치 센서를 검출하기 위해 감지 층 간의 거리 변화에 의존하는, 저항성 터치 센서인 용량성 감지 요소에 적용될 수 있다.
그러나, 용량성 감지 요소는 대안적으로 임의의 다른 적합한 유형의 터치 센서일 수 있다. 예를 들면, 용량성 감지 요소는 촉각 표면을 탑재하는 화소-기반의 디스플레그 내부에 배열된 광-감지 센서일 수 있다. 이 예에서, 광-감지 용량성 감지 요소는 용량성 감지 요소의 광-감지 격자 상에 반사 또는 투과되는 광 패턴을 모니터링함으로써 촉각 표면 상에서의 손가락 높이의 변화를(예를 들면, 얹어진 손가락 및 함입시키는 손가락에 대해서) 검출할 수 있다. 용량성 감지 요소는 대안적으로 저항성 터치 센서 요소, 전자기 감지 요소, 표면 어쿠스틱 파 터치 센서, 광학 터치 센서 또는 임의의 다른 적합한 유형의 터치 센서를 포함할 수 있고, 전술한 시스템 및 방법의 어느 것이든 유사하게, 임의의 적합한 유형의 용량성 감지 요소 또는 센서에 적용되거나 이에 맞출 수 있다.
8. 제1 방법
도 31에 도시된 바와 같이, 동적 촉각 사용자 인터페이스(촉각층 및 기판을 포함하는)를 제어하기 위한 방법 S100은, 블록 S110에서, 공동의 부분에 걸쳐 커패시턴스 값을 감지하는 단계로서, 촉각층은 변형가능 영역 및 주변 영역을 정의하며, 주변 영역은 변형가능 영역에 인접하고 촉각 표면에 대향하여 기판에 결합되고, 변형가능 영역은 기판과 공조하여 공동을 정의하는 것인, 단계; 블록 S120에서, 공동의 부분에 걸쳐 감지된 커패시턴스 값에 기초하여 변형가능 영역의 촉각 표면영역의 촉각 표면의 수직 위치를 추정하는 단계; 블록 S130에서, 변형가능 영역의 촉각 표면영역의 촉각 표면의 추정된 수직 위치와 변형가능 영역의 촉각 표면영역의 촉각 표면의 목표 수직 위치 간의 차이에 따라 변형가능 영역의 촉각 표면영역의 촉각 표면의 수직 위치를 수정하기 위해 공동 내의 유체 압력을 조작하는 단계; 및 블록 S140에서, 변형가능 영역의 촉각 표면 상의 입력을 공동의 부분에 걸쳐 측정된 커패시턴스 값의 변화에 기초하여 감지하는 단계를 포함한다.
일반적으로, 방법 S100은 위에 기술된 동적 촉각 사용자 인터페이스의 변형가능 영역(즉, 촉각 요소)의 높이를 제어하기 위한 폐 피드백 루프를 구현하게 기능한다.
방법 S100의 블록 S110은 공동의 부분에 걸쳐 커패시턴스 값을 감지하는 단계로서, 촉각층은 변형가능 영역 및 주변 영역을 정의하며, 주변 영역은 변형가능 영역에 인접하고 촉각 표면에 대향하여 기판에 결합되고, 변형가능 영역은 기판과 공조하여 공동을 정의하는 것인, 단계임을 인용한다. 촉각 사용자 인터페이스, 공동, 기판, 촉각층, 센서 등은 위에 기술된 임의의 구성 또는 구성들의 조합일 수 있다. 예를 들면, 센서는, 위에 기술된 바와 같이, 기판에 걸쳐 패터닝된, 세로 어레이의 도전성 패드에 전기적으로 결합된 제1 도전성 패드 및 기판에 걸쳐 패터닝된 가로 어레이의 도전성 패드에 전기적으로 결합된 제2 도전성 패드를 포함할 수 있다. 이 예에서, 이에 따라 블록 S110은 공동에 인접한, 제1 도전성 패드 및 제2 도전성 패드에 걸쳐 커패시턴스 값을 감지할 수 있다. 또한, 블록 S110은 이를테면 공동에 인접한 다수의 센서 요소를 통해, 동시에 공동의 여러 부분에 걸쳐 다수의 커패시턴스 값을 감지할 수 있다. 그러나, 블록 S110은 임의의 다른 적합한 방법으로 그리고 임의의 다른 하나 이상의 센서 요소를 통해 공동의 임의의 하나 이상의 부분에 걸쳐 하나 이상의 커패시턴스 값을 감지할 수 있다. 위에 기술된 바와 같이, 블록 S110은 또한, 변형가능 영역 근방에서 기판 상에 배열된 제1 도전성 패드 및 제2 도전성 패드와 같은, 공동에 걸쳐 충전 전압, 충전 전류, 충전 시간, 방전 시간, 전송 주파수 등 중 임의의 하나 이상을 감지할 수 있다. 그러나, 블록 S110은 임의의 다른 적합한 방법으로 공동의 하나 이상의 부분에 걸쳐 하나 이상의 커패시턴스 값을 감지할 수 있다.
방법 S100의 블록 S120은 공동의 부분에 걸쳐 감지된 커패시턴스 값에 기초하여 변형가능 영역의 촉각 표면영역의 촉각 표면의 수직 표면을 추정하는 단계임을 인용한다. 블록 S120은 센서 요소로부터 커패시턴스 값 출력을 변형가능 영역의 수직 위치와 상관시키기 위한 전술한 기술 또는 방법 중 어느 것을 구현할 수 있다. 일 구현예에서, 블록 S120은 공동의 부분에 걸쳐 감지된 커패시턴스 값과 촉각층의 여러 변형가능 영역의 촉각 표면의 수직 위치를 명시하는 저장된 커패시턴스 맵 간에 비교에 기초하여 변형가능 영역의 촉각 표면의 수직 위치를 추정한다. 이 예에서, 커패시턴스 맵은 이를테면, 위에 기술된 바와 같이, 촉각 사용자 인터페이스의 여러 촉각 요소의 예측된 위치, 기압 및/또는 주변 온도 등에 특정한, 정적 커패시턴스 맵일 수 있다. 예를 들면, 블록 S120은 기판의 부분에 걸쳐 전계 분포의 커패시턴스 맵에 기초하여 변형가능 영역의 촉각 표면영역의 촉각 표면의 수직 위치를 추정할 수 있다. 그러므로, 블록 S120은 또한, 위에 기술된 바와 같이, 촉각층의 한 세트의 변형가능 영역의 추정된 수직 위치에 기초하여, 한 세트의 커패시턴스 맵으로부터, 커패시턴스 맵을 선택하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 블록 S120은 변형가능 영역의 수직 위치를 검증 또는 판정하기 위해 공동에 유체적으로 결합된 압력 센서와 인터페이스할 수 있다. 예를 들면, 블록 S120은 촉각 표면의 추정된 수직 위치를 공동 내의 유체 압력으로 검증할 수 있고, 유체 압력은 변형가능 영역의 촉각 표면영역의 촉각 표면의 수직 위치와 상관된다. 그러나, 블록 S120은 임의의 다른 방법으로 변형가능 영역의 촉각 표면영역의 촉각 표면의 수직 위치를 추정하게 기능할 수 있다.
방법 S100의 블록 S130은 변형가능 영역의 촉각 표면영역의 촉각 표면의 추정된 수직 위치와 변형가능 영역의 촉각 표면영역의 촉각 표면의 목표 수직 위치 간의 차이에 따라 변형가능 영역의 촉각 표면영역의 촉각 표면의 수직 위치를 수정하기 위해 공동 내의 유체 압력을 조작하는 단계임을 인용한다. 일반적으로, 블록 S130은, 위에 기술된 바와 같이, 공동 내의 유체 압력의 조작을 통해 변형가능 영역의 높이를 조절하기 위해 변위 장치와 인터페이스한다. 예를 들면, 위에 기술된 바와 같이, 블록 S130은 변형가능 영역을 팽창시키기 위해 유체를 유체 채널을 통해 공동 내로 변위시키기 위해 펌프를 포함하는 변위 장치를 제어할 수 있다. 그러므로, 블록 S130은 변형가능 영역의 수직 위치를 제어하기 위해 블록 S120에 의해 추정된 수직 위치 출력을 구현하고 이에 따라 촉각 표면 상에서 특정 크기 및/또는 형상의 특정 촉각 형성체를 얻을 수 있다.
일 구현예에서, 블록 S130은 팽창 상태를 정의하는 목표 수직 위치를 근사화하기 위해 변형가능 영역의 촉각 표면영역의 촉각 표면의 수직 위치를 수정한다. 위에 기술된 바와 같이, 변형가능 영역의 촉각 표면은 팽창 상태에서 주변 영역의 촉각 표면보다 위로 상승된다. 대안적으로, 블록 S130은 0% 팽창(즉, 완전-수축 상태)에서 100% 팽창(즉, 완전-팽창 상태)로 팽창의 백분율을 정의하는 목표 수직 위치에 근사화하기 위해 공동 내의 유체 압력을 제어할 수 있다. 그러나, 블록 S130은 임의의 다른 방법으로 변형가능 영역의 촉각 표면영역의 촉각 표면의 수직 위치를 수정하게 기능할 수 있다.
또한, 블록 S130은 변형가능 영역의 추정된 수직 위치에 기초하여 용량성 터치 센서의 부분에 걸쳐 구동 전압을 조절할 수 있다. 이 구현예에서, 용량성 터치 센서는 기판에 걸쳐 패터닝되고 촉각층의 부분에 걸쳐 커패시턴스 값을 감지하게 공조하는 한 세트의 도전성 패드를 포함할 수 있고, 블록 S130은 용량성 터치 센서(즉, 용량성 감지 요소)에 의해 출력되고 공동을 통과하는 전계를 변형가능 영역의 수직 위치에 기초하여 재단하기 위해 센서 구동 전압을 조절할 수 있다. 예를 들면, 블록 S130은 공동에 인접한 용량성 감지 요소의 출력을 재단하기 위해 구동 전압, 구동 주파수 및/또는 리프레시 레이트 등을 수정하고, 그럼으로써 여러 변형가능 영역 위치에서 촉각 표면 상의 입력을 검출할 수 있게, 위에 기술된 하나 이상의 기술을 구현할 수 있다. 그러나, 블록 S130은 임의의 다른 방법으로 변형가능 영역에 인접한 용량성 터치 센서의 함수를 변형가능 영역의 추정된 수직 위치에 기초하여 수정하게 기능할 수 있다.
또한, 블록 S110, 블록 S120 및 블록 S130은 이를테면 위에 기술된 호스트 CPU에 의해 설정되는, 변형가능 영역의 현재 목표 수직 위치에 관하여 변형가능 영역의 위치의 비례(P), 비례-미분(PD), 비례-적분-미분(PID) 또는 이외 다른 폐-루프 피드백 제어(즉, 변위 장치를 통해)를 구현하기 위해 순환적으로 반복할 수 있다.
방법 S100의 블록 S140은 변형가능 영역의 촉각 표면 상의 입력을 공동의 부분에 걸쳐 측정된 커패시턴스 값의 변화에 기초하여 감지하는 것을 인용한다. 일반적으로, 블록 S140는 공동의 부분에 걸쳐 측정된 커패시턴스 값의 변화를 촉각 표면 상의 입력과 상관시키도록 기능한다. 일 구현예에서, 블록 S140은 기판에 결합된 용량성 센서의 출력과 팽창 상태에서 변형가능 영역 상의 입력에 연관된 최소 용량성 값 변화를 명시하는 팽창 상태 센서 입력 임계에 기초하여 입력을 검출한다. 예를 들면, 블록 S140은 센서의 감지 요소의 가장 최근의 출력에 기초하여 현재 커패시턴스 맵을 생성하고, 가장 최근의 커패시턴스 맵을 이전 커패시턴스 맵과 비교하고, 임계 커패시턴스 값 변화를 초과하는 커패시턴스 맵 간의 차이에 기초하여 특정 센서 요소에 연관된 특정 영역의 입력을 식별할 수 있다. 이에 따라, 블록 S140은 하나 이상의 변형가능 영역에 대해서, 정적 임계 커패시턴스 값 변화, 한 개 또는 부-세트의 변형가능 영역에 특정한 임계 커패시턴스 값 변화, 혹은 동적 임계 커패시턴스 값 변화(예를 들면, 하나 이상의 변형가능 영역의 위치에 상관된)에 액세스할 수 있다.
또한, 블록 S140은 변형가능 영역의 촉각 표면 상에 터치와 변형가능 영역의 내측 변형을, 공동의 부분에 걸쳐 측정된 커패시턴스 값의 변화의 크기에 기초하여 구별할 수 있다. 예를 들면, 블록 S140은 소프트(soft) 입력(예를 들면, 변형가능 영역을 내측으로 변형하지 않는 입력)을 임계 소프트 입력 커패시턴스 값 변화보다 크고 임계 하드(hard) 입력 커패시턴스 값 변화보다 작은 임계 커패시턴스의 변화에 기초하여 식별할 수 있다. 또한, 블록 S140은 하드 입력(예를 들면, 변형가능 영역을 내측으로 변형하는 입력)을 임계 하드 입력 커패시턴스 값 변화보다 큰 임계 커패시턴스의 변화에 기초하여 식별할 수 있다. 그러나, 블록 S140은 임의의 다른 방법으로 변형가능 영역의 촉각 표면 상의 입력을 감지하게 기능할 수 있다.
9. 제2 방법
도 31에 도시된 바와 같이, 동적 촉각 인터페이스(촉각층 및 기판을 포함하는)을 제어하기 위한 방법 S200은, 블록 S210에서, 수축 상태에서 공동의 부분에 걸쳐 제1 커패시턴스 값을 감지하는 단계로서, 촉각층은 변형가능 영역 및 주변 영역을 정의하고, 주변 영역은 변형가능 영역에 인접하고 촉각 표면에 대향하여 기판에 결합되고, 변형가능 영역은 기판과 공조하여 공동을 정의하는 것인 단계; 블록 S220에서, 주변 영역에 걸쳐 제2 커패시턴스 값을 감지하는 단계; 블록 S230에서, 제1 커패시턴스 및 제2 커패시턴스에 따라 커패시턴스 맵을 생성하는 단계; 블록 S240에서, 공동을 팽창 상태로 변이하기 위해 공동 내의 유체 압력을 수정하는 단계로서, 변형가능 영역은 팽창 상태에서 주변 영역보다 위로 상승되는 것인, 단계; 블록 S250에서, 팽창 상태에서 공동의 부분에 걸쳐 제3 커패시턴스 값을 감지하는 단계; 블록 S260에서, 제3 커패시턴스에 기초하여 커패시턴스 맵을 업데이트하는 단계; 및 블록 S270에서, 변형가능 영역의 촉각 표면 상의 입력을 공동의 부분에 걸쳐 감지된 커패시턴스 값과 커패시턴스 맵 간에 비교에 기초하여 검출하는 단계를 포함한다.
일반적으로, 방법 S200은 위에 기술된 동적 촉각 사용자 인터페이스의 촉각 표면 상의 입력을 식별하기 위해 커패시턴스 맵을 구현하게 기능한다.
방법 S200의 블록 S210은 수축 상태에서 공동의 부분에 걸쳐 제1 커패시턴스 값을 감지하는 단계임을 인용하며, 촉각층은 변형가능 영역 및 주변 영역을 정의하고, 주변 영역은 변형가능 영역에 인접하고 촉각 표면에 대향하여 기판에 결합되고, 변형가능 영역은 기판과 공조하여 공동을 정의한다. 일반적으로, 블록 S210은, 위에 기술된 바와 같이, 촉각층의 변형가능 영역에 인접하거나 근방에 감지 요소로부터의 출력을 수집하게 기능한다. 예를 들면, 블록 S210은 용량성 감지 요소의 2개의 도전성 패드 간의 용량성 감쇠 시간의 변화(또는 레이트)를 검출할 수 있다. 위에 기술된 바와 같이, 용량성 감지 요소의 도전성 패드는 용량성으로 결합되고 피크 구동 전압까지 구동될 수 있으며, 블록 S210은 피크 구동 전압의 제1 백분률에서 피크 구동 전압의 제2 (낮은) 백분율로의 용량성 감쇠 시간을 감지할 수 있다. 이 예에서, 이에 따라 블록 S210은 공동의 부분에 걸쳐 변하는 전계의 붕괴 크기를 포함하는 제1 커패시턴스 값을 감지할 수 있다. 그러나, 블록 S210은 임의의 다른 방법으로 수축 상태에서 공동의 부분에 걸쳐 제1 커패시턴스 값을 감지하게 기능할 수 있다.
방법 S200의 블록 S220은 주변 영역에 걸쳐 제2 커패시턴스 값을 감지하는 단계임을 인용한다. 일반적으로, 블록 S220은 주변 영역의 하나 이상의 부분에 걸쳐 커패시턴스 값을 감지하기 위한 블록 S210과 유사한 기술들을 구현할 수 있다. 그러나, 블록 S220은 임의의 다른 방법으로 주변 영역에 걸쳐 커패시턴스 값을 감지하게 기능할 수 있다.
방법 S200의 블록 S230은 제1 커패시턴스 및 제2 커패시턴스에 따라 커패시턴스 맵을 생성하는 단계임을 인용한다. 일반적으로, 블록 S230은 위에 기술된 바와 같이 변형가능 영역 및 주변 영역에 걸쳐 측정된 커패시턴스 값을 포함하는 커패시턴스 맵을 출력하게 기능한다. 블록 S230은 특정 시간에 센서의 도전성 패드 간의 용량성 결합의 이미지를 정의하는 커패시턴스 맵을 생성하기 위해 실질적으로 동시에 임의의 수의 감지 요소에 의한 임의의 수의 커패시턴스 값 출력들을 모을 수 있다.
일 구현예에서, 블록 S230은 기판에 걸쳐 패터닝된, 세로 어레이의 제1 세트의 전기적으로-결합된 도전성 패드 및 가로 어레이의 제2 세트의 전기적으로-결합된 도전성 패드에 걸쳐 용량성 방전 시간에 대한 맵을 작성하며, 위에 기술된 바와 같이, 제1 커패시턴스 값은 공동 근방에, 제1 어레이의 제1 도전성 패드와 제2 어레이의 제1 도전성 패드 간에 용량성 방전 시간을 포함하며, 제2 커패시턴스 값은 주변 영역 근방에, 제1 어레이의 제2 도전성 패드와 제2 어레이의 제1 도전성 패드 간에 용량성 방전 시간을 포함한다. 그러나, 블록 S230은 임의의 다른 방법으로 커패시턴스 맵을 생성하게 기능할 수 있다.
방법 S200의 블록 S240은 공동을 팽창 상태로 변이하기 위해 공동 내의 유체 압력을 수정하는 단계로서, 변형가능 영역은 팽창 상태에서 주변 영역보다 위로 상승되는 것인, 단계임을 인용한다. 일반적으로, 블록 S240은 방법 S100의 블록 S130의 기술 및/또는 촉각층의 변형가능 영역의 수직 위치를 제어하기 위한 임의의 다른 전술한 또는 다른 기술을 구현할 수 있다. 예를 들면, 블록 S240은 변형가능 영역을 수축 상태에서 팽창 상태로 변이하기 위해 유체를 저류부로부터 유체 채널을 통해 공동 내로 변위하기 위해 변위 장치를 제어할 수 있다. 그러나, 블록 S240은 임의의 다른 방법으로 공동을 팽창 상태로 변이하게 기능할 수 있다.
블록 S240는 공동을 팽창 상태로 변이하는 것에 응하여 제1 어레이의 제1 도전성 패드와 공동 근방에 제2 어레이의 제1 도전성 패드에 걸쳐 구동 전압을 추가로 수정할 수 있다. 일반적으로, 블록 S240는 블록 S240이 임의의 다른 방법으로 센서의 하나 이상의 용량성 감지 요소의 기능을 조율 또는 수정하게 기능할 수 있을지라도, 위에 기술된 블록 S130처럼 기능할 수 있다.
방법 S200의 블록 S250은 팽창 상태에서 공동의 부분에 걸쳐 제3 커패시턴스 값을 감지하는 단계임을 인용한다. 일반적으로, 블록 S250은 변형가능 영역이 팽창 상태에 있고 이에 따라 주변 영역보다 위로 상승되었을 때 공동의 부분의 커패시턴스 값을 검출하기 위해 위에 기술된 하나 이상의 기술을 구현하게 기능한다. 블록 S250은 변형가능 영역의 촉각 표면영역의 촉각 표면의 높이에 기초하여 공동 내의 유체 압력을 제어하기 위한 폐 피드백 루프를 추가로 구현할 수 있고, 변형가능 영역의 촉각 표면영역의 촉각 표면의 높이는 위에 기술된 바와 같이 공동의 부분에 걸쳐 측정된 커패시턴스 값에 상관된다. 그러나, 블록 S250은 임의의 다른 방법으로 팽창 상태에서 공동의 부분에 걸쳐 제3 커패시턴스 값을 감지하게 기능할 수 있다.
방법 S200의 블록 S260은 제3 커패시턴스에 기초하여 커패시턴스 맵을 업데이트하는 단계임을 인용한다. 일반적으로, 블록 S260은 이를테면 기판에 걸쳐 패터닝된 여러 용량성 감지 요소로부터 실질적으로 동시에 캡처된 커패시턴스 값과 같은, 가장 현재의 센서 출력에 기초하여 새로운 또는 수정된 커패시턴스 맵을 생성하게 기능한다. 예를 들면, 블록 S260은 변형가능 영역이 팽창 상태에 있을 때 변형가능 영역 및 주변 영역 둘 다에 관계된 커패시턴스 값에 기초하여 커패시턴스 맵을 업데이트할 수 있고, 블록 S260은 촉각층에 의해 정의된 한 세트의 추가의 주변 영역 및 기판에 의해 정의된 공동에 관계된 커패시턴스 값에 기초하여 커패시턴스 맵을 추가로 업데이트할 수 있다. 그러나, 블록 S260은 임의의 다른 방법으로 하나 이상의 최근에 감지된 커패시턴스 값에 기초하여 커패시턴스 맵을 업데이트하게 기능할 수 있다.
방법 S200의 블록 S270은 변형가능 영역의 촉각 표면 상의 입력을 공동의 부분에 걸쳐 감지된 커패시턴스 값과 커패시턴스 맵 간에 비교에 기초하여 검출하는 단계임을 인용한다. 일반적으로, 블록 S270은 촉각 표면의 부분에 걸쳐 측정된 커패시턴스 값의 변화를 식별하고 커패시턴스 값의 변화를 촉각 표면의 부분 근방에 촉각 표면 상의 입력에 상관시키기 위해 다수의 (예를 들면, 순차적인) 커패시턴스 맵을 구현하게 기능한다. 그러므로, 블록 S270은 촉각 표면 상의 입력을 검출하기 위해 위에 기술된 하나 이상의 기술을 구현할 수 있다.
블록 S270은 팽창 상태에서 변형가능 영역의 촉각 표면 상의 입력의 장소, 크기 및/또는 레이트 중 임의의 하나 이상을 검출할 수 있다. 일 구현예에서, 블록 S270은 입력의 장소를 판정하기 위해 공동에 인접한 한 세트의 용량성 감지 요소의 출력의 중심을 계산한다. 이 구현예에서, 이에 따라 센서는 변형가능 영역 근방에 다수의 용량성 감지 요소를 포함할 수 있다. 일 예에서, 블록 S270은 촉각 표면 상의 입력 접촉 지점들을 공동의 다수의 부분에 걸쳐 감지된 커패시턴스 값에 기초하여 식별하고, 접촉 지점들의 중심을 식별하고, 변형가능 영역의 촉각 표면 상의 입력을 접촉 지점들의 중심과 변형가능 영역 근방에 기지의 장소의 촉각 표면 상의 입력 구역들 간의 비교에 기초하여 검출하며, 각 입력 구역은 입력 신뢰 구간을 정의한다. 위에 기술된 바와 같이, 이에 따라 블록 S270은 촉각 표면 상에서 한 영역 내에 또는 다수의 영역에 걸친 입력에 대해 신뢰 수준을 적용할 수 있고, 각 영역의 신뢰 수준은 예측된 입력 구역 또는 입력 중심에 대한 상대적 장소에 기초할 수 있다.
추가로 또는 대안적으로, 블록 S270은 변형가능 영역에서 촉각 표면 상의 입력을 임계 기간보다 큰 기간 동안 촉각 표면 상에 한 특정 입력 구역 내에서의 접촉 지점의 식별된 중심에 기초하여 검출할 수 있고, 임계 기간은 특정 입력 구역에 연관된 입력 신뢰 구간에 기초한다. 또한, 블록 S270은 공동의 부분에 걸쳐 감지된 커패시턴스 값의 시간-종속적 변화에 기초하여 입력의 속도를 계산할 수 있다. 이 구현예에서, 블록 S270은 장치 명령을 입력의 속도에 추가로 연관시킬 수 있다. 예를 들면, 블록 S270은 입력의 속도를 용적 출력 또는 스크롤 속력의 크기 변화에 상관시킬 수 있다.
또한, 블록 S270은 입력 모드(예를 들면, 손가락, 스타일러스)를 예측하고, 입력 모델을 예측된 입력 모드에 기초하여 선택하고, 위에 기술된 바와 같이 변형가능 영역의 촉각 표면 상의 입력을 공동의 부분에 걸쳐 감지된 커패시턴스 값과 커패시턴스 맵 간의 차이에 대응하는 입력 모델의 출력에 기초하여 검출할 수 있다. 예를 들면, 블록 S270은 손가락 입력 및 스타일러스 입력 중 하나인 입력 모드를 예측할 수 있고, 입력 모드 및 변형가능 영역의 그리고 촉각층에 의해 정의된 제2 변형가능 영역의 현재 수직 위치에 대응하는 입력 모델을 선택할 수 있다. 그러나, 블록 S270은 임의의 다른 방법으로 변형가능 영역의 촉각 표면 상의 입력을 검출하게 기능할 수 있다.
실시예의 시스템 및 방법은 적어도 부분적으로 컴퓨터-판독가능 명령을 저장하는 컴퓨터-판독가능 매체를 수용하도록 구성된 기계로서 실시 및/또는 구현될 수 있다. 명령은 시스템, 광학 센서, 프로세서, 디스플레이가 통합된 컴퓨터-실행가능 성분, 시스템 또는 휴대 전자장치의 하드웨어/펌웨어/소프트웨어 요소 또는 이들의 임의의 적합한 조합에 의해 실행될 수 있다. 실시예의 다른 시스템 및 방법은 적어도 부분적으로 컴퓨터-판독가능 명령을 저장하는 컴퓨터-판독가능 매체를 수용하도록 구성된 기계로서 실시 및/또는 구현될 수 있다. 명령은 위에 기술된 유형의 장치 및 네트워크에 통합되는 컴퓨터-실행가능 성분에 의해 통합된 컴퓨터-실행가능 성분에 의해 실행될 수 있다. 컴퓨터-판독가능 매체는 RAM, ROM, 플래시 메모리, EEPROM, 광학 장치(CD 또는 DVD), 하드 드라이브, 플로피 드라이브 또는 임의의 적합한 장치와 같은 임의의 적합한 컴퓨터 판독가능 매체 상에 저장될 수 있다. 컴퓨터-실행가능 성분은 프로세서일 수 있지만 어떠한 적합한 전용 하드웨어 장치이든 명령을 실행할 수 있다(대안적으로 또는 추가적으로).
앞에 상세한 설명으로부터 그리고 도면 및 청구항으로부터 당업자가 인식하는 바와 같이, 다음 청구항에 정의된 본 발명의 범위 내에서 본 발명의 실시예에 수정 및 변경이 행해질 수 있다.

Claims (38)

  1. 기판;
    촉각 표면, 상기 기판과 공조하여 공동을 정의하는 촉각층의 변형가능 영역 및 상기 공동의 주변에 인접하여 상기 기판에 결합된 상기 촉각층의 주변 영역을 포함하는, 상기 촉각층;
    상기 공동 내에 배치된 유체 용적;
    상기 변형가능 영역을 수축 상태에서 팽창 상태로 변이하기 위해 상기 유체 용적을 조작하도록 구성된 변위 장치로서, 상기 변형가능 영역은 상기 수축 상태에서 상기 촉각 표면에 상기 주변 영역과 같은 높이이며, 상기 팽창 상태에서 상기 촉각 표면에 상기 주변 영역으로부터 오프셋된 것인, 상기 변위 장치;
    한 세트의 감지 요소들을 포함하는 센서로서, 상기 한 세트의 감지 요소들 내 각 감지 요소는 상기 촉각층의 부분에 걸쳐 커패시턴스 값을 감지하도록 구성된, 상기 센서;
    상기 수축 상태에서 상기 변형가능 영역의 상기 촉각 표면 상의 입력을, 상기 센서의 출력 및 수축 상태 센서 입력 임계에 따라 검출하도록 구성되며, 또한 상기 팽창 상태에서 상기 변형가능 영역에 상기 촉각 표면 상의 입력을, 상기 센서의 출력과, 상기 수축 상태 센서 입력 임계와는 상이한 팽창 상태 센서 입력 임계에 따라 검출하도록 구성된, 프로세서를 포함하는, 사용자 인터페이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유체 용적은 도전성 미립자의 유체 현탁액을 포함하는, 사용자 인터페이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 촉각층은 상기 변형가능 영역 및 상기 주변 영역에 걸쳐 실질적으로 균일한 두께의 층을 포함하고, 상기 변형가능 영역 내에 내장된 도전성 요소를 더 포함하는, 사용자 인터페이스.
  4. 제1항에 있어서, 상기 변위 장치는 상기 기판에 의해 정의된 유체 채널을 통해 상기 공동과 저류부 간에 유체를 변위시키도록 구성된 양변위 펌프를 포함하는, 사용자 인터페이스.
  5. 제1항에 있어서, 상기 센서는 상기 기판에 결합된 제1 감지 요소 및 제2 감지 요소를 포함하고, 상기 제1 감지 요소는 상기 공동의 부분에 걸쳐 커패시턴스 값을 감지하도록 구성되고 상기 제2 감지 요소는 상기 주변 영역의 부분에 걸쳐 커패시턴스 값을 감지하도록 구성된, 사용자 인터페이스.
  6. 제1항에 있어서, 상기 센서는 제1 세트의 평행한 전극들의 제1 층 및 제2 세트의 평행한 전극들의 제2 층을 포함하는 돌출된 커패시턴스 터치 센서를 포함하고, 상기 제2 층은 수직 거리만큼 상기 제1 층으로부터 오프셋되고, 상기 제2 세트의 전극들은 상기 제1 세트의 전극들을 가로지르며, 상기 제1 세트의 평행한 전극들 내 각 전극과 상기 제2 세트의 평행한 전극들 내 각 전극은 복수의 도전성 패드들을 정의하며, 상기 제1 세트의 평행한 전극들 내 도전성 패드와 상기 제2 세트의 평행한 전극들 내 인접 도전성 패드는 공조하여 감지 요소를 정의하는 것인, 사용자 인터페이스.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 세트의 평행한 전극들 내 상기 전극들과 상기 제2 세트의 평행한 전극들 내 전극들은 공조하여, 상기 주변 영역 근방에 제1 밀도의 도전성 패드들 및 상기 변형가능 영역 근방에 상기 제1 밀도보다 큰 제2 밀도의 변형가능 패드들을 정의하는 것인, 사용자 인터페이스.
  8. 제6항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 수축 상태에서 상기 변형가능 영역에 응하여 한 부-세트의 전극들에 걸쳐 제1 구동 전압을 설정하고, 상기 팽창 상태에서 상기 변형가능 영역에 응하여 한 부-세트의 전극들에 걸쳐 제2 구동 전압을 설정하도록 구성된, 사용자 인터페이스.
  9. 제1항에 있어서, 상기 한 세트의 감지 요소들 내 한 특정 감지 요소는 상기 공동의 부분에 걸쳐 커패시턴스 값을 감지하도록 구성되고, 상기 프로세서는 상기 변형가능 영역에 상기 촉각 표면의 수직 위치를 상기 특정 감지 요소의 커패시턴스 값 출력에 따라 추정하고, 상기 변위 장치 및 상기 특정 감지 요소와 공조하여 목표 수직 위치에 따라 상기 변형가능 영역의 수직 위치의 폐-피드백 제어를 구현하도록 구성된, 사용자 인터페이스.
  10. 제1항에 있어서, 상기 촉각층과 반대편에서 상기 기판에 결합되고 상기 입력 영역에 실질적으로 정렬된 입력 키의 이미지를 포함하는 이미지를 출력하도록 구성된 디스플레이를 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 촉각 표면 상의 입력들을 검출하도록 구성된 터치스크린 처리 유닛, 상기 변위 장치를 제어하도록 구성된 촉각 처리 유닛 및 상기 촉각 처리 유닛에 의해 검출된 입력들에 따라 명령을 실행하도록 구성된 호스트 처리 유닛을 포함하는, 사용자 인터페이스.
  11. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 팽창 상태에서 제1 시간에 상기 한 세트의 감지 요소들에 의한 커패시턴스 값들 출력에 따라 제1 커패시턴스 맵을 생성하고, 상기 팽창 상태에서 제2 시간에 상기 한 세트의 감지 요소들에 의한 커패시턴스 값들 출력에 따라 제2 커패시턴스 맵을 생성하고, 상기 팽창 상태에서 상기 변형가능 영역에 상기 촉각 표면 상의 입력을 상기 제1 커패시턴스 맵의 부분과 상기 변형가능 영역에 대응하는 상기 제2 커패시턴스 맵의 부분 간의 차이에 따라 검출하도록 구성되고, 상기 차이는 상기 팽창 상태 센서 입력 임계를 초과하는 것인, 사용자 인터페이스.
  12. 촉각층 및 기판을 포함하는 동적 촉각 사용자 인터페이스를 제어하는 방법에 있어서, 상기 방법은
    수축 상태에서 공동의 부분에 걸쳐 제1 커패시턴스 값을 감지하는 단계로서, 상기 촉각층은 변형가능 영역 및 주변 영역을 정의하며, 상기 주변 영역은 상기 변형가능 영역에 인접하고 촉각 표면에 대향하여 상기 기판에 결합되며, 상기 변형가능 영역은 상기 기판과 공조하여 상기 공동을 정의하는 것인, 단계;
    상기 주변 영역에 걸쳐 제2 커패시턴스 값을 감지하는 단계;
    상기 제1 커패시턴스 값 및 상기 제2 커패시턴스 값에 따라 커패시턴스 맵을 생성하는 단계;
    상기 공동을 팽창 상태로 변이하기 위해 상기 공동 내의 유체 압력을 수정하는 단계로서, 상기 변형가능 영역은 상기 팽창 상태에서 상기 주변 영역보다 위로 상승되는, 단계;
    상기 팽창 상태에서 상기 공동의 상기 부분에 걸쳐 제3 커패시턴스 값을 감지하는 단계;
    상기 제3 커패시턴스 값에 따라 상기 커패시턴스 맵을 업데이트하는 단계; 및
    상기 변형가능 영역에서 상기 촉각 표면 상의 입력을 상기 공동의 상기 부분에 걸쳐 감지된 커패시턴스 값과 상기 커패시턴스 맵 간의 비교에 기초하여 검출하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 커패시턴스 값을 감지하는 단계는 상기 공동의 상기 부분에 걸쳐, 변하는 전계 내 붕괴의 크기를 감지하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 커패시턴스 맵을 생성하는 단계는 상기 기판에 걸쳐 패터닝된, 세로 어레이의 제1 세트의 전기적으로-결합된 도전성 패드들 및 가로 어레이의 제2 세트의 전기적으로-결합된 도전성 패드들에 걸쳐 용량성 방전 시간들에 대한 맵을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 커패시턴스 값은 상기 공동 근방에, 제1 어레이의 제1 도전성 패드와 제2 어레이의 제1 도전성 패드 간에 용량성 방전 시간을 포함하며, 상기 제2 커패시턴스 값은 상기 주변 영역 근방에, 상기 제1 어레이의 제2 도전성 패드와 상기 제2 어레이의 제2 도전성 패드 간에 용량성 방전 시간을 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 공동을 상기 팽창 상태로 변이하는 것에 응하여, 상기 공동 근방에, 상기 제1 어레이에 상기 제1 도전성 패드 및 상기 제2 어레이에 상기 제1 도전성 패드에 걸친 구동 전압을 수정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  16. 제12항에 있어서, 상기 공동을 상기 팽창 상태로 변이하기 위해 상기 공동 내에 상기 유체 압력을 수정하는 단계는 유체를 저류부로부터 상기 기판에 의해 정의된 유체 채널을 통해 상기 공동 내로 변위시키는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제12항에 있어서, 상기 제3 커패시턴스 값을 감지하는 단계는 상기 공동의 상기 부분에 걸쳐 커패시턴스 값에 상관되는 상기 변형가능 영역에 상기 촉각 표면의 높이에 따라 상기 공동 내의 유체 압력을 제어하기 위해 폐-루프 피드백을 구현하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제12항에 있어서, 상기 커패시턴스 맵을 업데이트하는 단계는 추가적으로 상기 팽창 상태에서 상기 주변 영역에 걸쳐 감지된 커패시턴스 값 및 상기 촉각층에 의해 정의된 한 세트의 추가의 변형가능 영역 및 상기 기판에 의해 정의된 공동들에 걸쳐 감지된 커패시턴스 값들에 따라 상기 커패시턴스 맵을 업데이트하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제12항에 있어서, 상기 변형가능 영역에 상기 촉각 표면 상에 상기 입력을 검출하는 단계는, 상기 공동의 상기 부분에 걸쳐 감지된 상기 커패시턴스 값에 시간-종속적 변화에 따라 상기 입력의 속도를 계산하는 단계를 포함하고, 장치 명령을 상기 입력의 상기 속도에 연관시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  20. 제12항에 있어서, 상기 변형가능 영역에 상기 촉각 표면 상에 상기 입력을 검출하는 단계는, 입력 모드를 예측하는 단계, 상기 예측된 입력 모드에 따라 입력 모델을 선택하는 단계 및 상기 공동의 상기 부분에 걸쳐 측정된 상기 감지된 커패시턴스 값과 상기 커패시턴스 맵 간의 차이에 대응하는 상기 입력 모델의 출력에 따라 상기 변형가능 영역에 상기 촉각 표면 상에 상기 입력을 검출하는 단계를 포함하는, 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 입력 모드를 예측하는 단계는 손가락 입력 및 스타일러스 입력 중 하나를 예측하는 단계를 포함하고, 상기 입력 모델을 선택하는 단계는, 상기 입력 모드와 상기 변형가능 영역 및 상기 촉각층에 의해 정의된 제2 변형가능 영역의 현재 수직 위치에 대응하는 상기 입력 모델을 선택하는 단계를 포함하는, 방법.
  22. 제12항에 있어서, 상기 촉각 표면 상에 상기 입력을 검출하는 단계는 상기 입력의 장소를 판정하기 위해 상기 공동에 인접한 한 세트의 용량성 감지 요소들의 출력들의 중심을 계산하는 단계를 포함하고, 상기 센서는 상기 세트의 용량성 감지 요소들을 포함하는 것인, 방법.
  23. 제12항에 있어서, 상기 변형가능 영역에 상기 촉각 표면 상에 상기 입력을 검출하는 단계는 상기 공동의 부분들에 걸쳐 감지된 커패시턴스 값들에 따라 상기 촉각 표면 상의 입력 접촉 지점들을 식별하는 단계, 상기 접촉 지점들의 중심을 식별하는 단계 및 상기 변형가능 영역에 상기 촉각 표면 상에 상기 입력을 상기 접촉 지점들의 상기 중심과 상기 변형가능 영역 근방에 기지의 장소들의 상기 촉각 표면상의 입력 구역들 간에 비교에 따라 검출하는 단계를 포함하고, 각 입력 구역은 입력 신뢰 구간에 연관된 것인, 방법.
  24. 제12항에 있어서, 상기 변형가능 영역에 상기 촉각 표면 상에 상기 입력을 검출하는 단계는 상기 팽창 상태에서 상기 변형가능 영역의 상기 촉각 표면 상에서의 상기 입력의 장소, 크기 및 레이트를 검출하는 단계를 포함하는, 방법.
  25. 촉각층 및 기판을 포함하는 동적 촉각 사용자 인터페이스를 제어하는 방법에 있어서, 상기 방법은
    공동의 부분에 걸쳐 커패시턴스 값을 감지하는 단계로서, 상기 촉각층은 변형가능 영역 및 주변 영역을 정의하며, 상기 주변 영역은 상기 변형가능 영역에 인접하고 상기 촉각 표면에 대향하여 상기 기판에 결합되고, 상기 변형가능 영역은 상기 기판과 공조하여 상기 공동을 정의하는 것인, 단계;
    상기 공동의 상기 부분에 걸쳐 상기 감지된 커패시턴스 값에 따라 상기 변형가능 영역에 상기 촉각 표면의 수직 위치를 추정하는 단계;
    상기 변형가능 영역에 상기 촉각 표면의 상기 추정된 수직 위치와 상기 변형가능 영역에 상기 촉각 표면의 목표 수직 위치 간의 차이에 따라 상기 변형가능 영역에 상기 촉각 표면의 수직 위치를 수정하기 위해 상기 공동 내의 유체 압력을 조작하는 단계; 및
    상기 변형가능 영역에 상기 촉각 표면 상의 입력을 상기 공동의 상기 부분에 걸쳐 커패시턴스 값의 변화에 따라 감지하는 단계를 포함하는, 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 커패시턴스 값을 감지하는 단계는, 상기 공동에 인접한 제1 도전성 패드 및 제2 도전성 패드에 걸쳐 커패시턴스 값을 감지하는 단계를 포함하고, 상기 제1 도전성 패드는 상기 기판에 걸쳐 패터닝된 세로 어레이의 도전성 패드들에 전기적으로 결합되고, 상기 제2 도전성 패드는 상기 기판에 걸쳐 패터닝된 가로 어레이의 도전성 패드들에 전기적으로 결합되는, 방법.
  27. 제25항에 있어서, 상기 공동의 상기 부분에 걸쳐 상기 커패시턴스 값을 감지하는 단계는 상기 변형가능 영역 근방에 상기 기판 상에 배열된 제1 도전성 패드 및 제2 도전성 패드에 걸쳐 충전 전압, 충전 전류, 충전 시간, 방전 시간 및 전송 주파수 중 적어도 하나를 측정하는 단계를 포함하는, 방법.
  28. 제25항에 있어서, 상기 변형가능 영역에 상기 촉각 표면의 상기 수직 위치를 추정하는 단계는, 상기 공동의 상기 부분에 걸쳐 상기 감지된 커패시턴스 값과 상기 촉각층의 여러 변형가능 영역의 상기 촉각 표면의 수직 위치들을 명시하는 저장된 커패시턴스 맵 간에 비교에 따라 상기 변형가능 영역에 상기 촉각 표면의 상기 수직 위치를 추정하는 단계를 포함하는, 방법.
  29. 제25항에 있어서, 상기 변형가능 영역에서의 상기 촉각 표면의 상기 수직 위치를 추정하는 단계는 상기 공동 내의 유체 압력으로 상기 촉각 표면의 추정된 수직 위치를 검증하는 단계를 포함하고, 상기 공동 내에 상기 유체 압력은 상기 변형가능 영역에 상기 촉각 표면의 수직 위치에 상관된 것인, 방법.
  30. 제25항에 있어서, 상기 변형가능 영역에서의 상기 촉각 표면의 상기 수직 위치를 추정하는 단계는 상기 변형가능 영역에서의 상기 촉각 표면의 상기 수직 위치를 상기 기판의 부분에 걸쳐 전계 분포의 커패시턴스 맵에 따라 추정하는 단계를 포함하는, 방법.
  31. 제30항에 있어서, 상기 촉각 표면의 상기 수직 위치를 추정하는 단계는, 상기 촉각층의 설정된 변형가능 영역의 추정된 수직 위치들에 따라, 한 세트의 커패시턴스 맵들로부터 커패시턴스 맵을 선택하는 단계를 포함하는, 방법.
  32. 제25항에 있어서, 상기 공동 내의 상기 유체 압력을 조작하는 단계는 상기 변형가능 영역을 팽창시키기 위해 유체를 상기 기판에 의해 정의된 유체 채널을 통해 상기 공동 내로 변위시키는 단계를 포함하는, 방법.
  33. 제25항에 있어서, 상기 공동 내의 상기 유체 압력을 조작하는 단계는 팽창 상태를 정의하는 상기 목표 수직 위치를 근사화하기 위해 상기 변형가능 영역에 상기 촉각 표면의 상기 수직 위치를 수정하는 단계를 포함하고, 상기 변형가능 영역에 상기 촉각 표면은 상기 팽창 상태에서 상기 주변 영역에 상기 촉각 표면보다 위로 상승된 것인, 방법.
  34. 제33항에 있어서, 상기 변형가능 영역에 상기 촉각 표면 상에 상기 입력을 감지하는 단계는 상기 기판에 결합된 정전용량 센서의 출력 및 상기 팽창 상태에서 상기 변형가능 영역 상의 입력과 연관된 최소 용량값 변화를 명시하는 팽창 상태 센서 입력 임계에 따라 상기 입력을 검출하는 단계를 포함하는, 방법.
  35. 제25항에 있어서, 상기 변형가능 영역에 상기 촉각 표면 상에 상기 입력을 감지하는 단계는, 상기 변형가능 영역에 상기 촉각 표면 상에 터치 및 상기 변형가능 영역의 내측 변형을 상기 공동의 상기 부분에 걸쳐 커패시턴스 값의 상기 변화의 크기에 따라 구별하는 단계를 포함하는, 방법.
  36. 제25항에 있어서, 상기 변형가능 영역의 상기 추정된 수직 위치에 따라 용량성 터치 센서의 부분에 걸친 구동 전압을 조절하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 용량성 터치 센서는 상기 기판에 걸쳐 패터닝된 한 세트의 도전성 패드들을 포함하고 상기 촉각층의 부분들에 걸쳐 커패시턴스 값들을 감지하게 공조하는, 방법.
  37. 기판;
    촉각 표면, 상기 기판과 공조하여 공동을 정의하는 촉각층의 변형가능 영역 및 상기 공동의 주변에 인접하여 상기 기판에 결합된 상기 촉각층의 주변 영역을 포함하는, 상기 촉각층;
    상기 공동 내에 배치된 유체 용적;
    상기 변형가능 영역을 수축 상태에서 팽창 상태로 변이하기 위해 상기 유체 용적을 조작하도록 구성된 변위 장치로서, 상기 변형가능 영역은 상기 수축 상태에서 상기 촉각 표면에 상기 주변 영역과 같은 높이이며, 상기 팽창 상태에서 상기 촉각 표면에 상기 주변 영역으로부터 오프셋된 것인, 상기 변위 장치;
    각각의 감지 요소가 상기 촉각층의 부분에 걸쳐 전자기 값을 감지하도록 구성되고 및 하나의 특정 감지 요소가 상기 공동의 부분에 걸쳐 전자기 값을 감지하도록 구성된 한 세트의 감지 요소들을 포함하는, 센서; 및
    상기 특정 감지 요소에 의한 커패시턴스 값 출력에 따라 상기 변형가능 영역에 상기 촉각 표면의 수직 위치를 추정하고, 상기 변위 장치 및 상기 특정 감지 요소와 공조하여 목표 수직 위치에 따라 상기 변형가능 영역의 수직 위치를 제어하기 위해 폐-루프 피드백을 구현하도록 구성된, 프로세서를 포함하는, 사용자 인터페이스.
  38. 제13항에 있어서, 상기 세트의 감지 요소들 내 각 감지 요소는 상기 촉각층의 부분에 걸쳐 커패시턴스 값을 감지하도록 구성되고, 상기 세트의 감지 요소들 내 상기 특정 감지 요소는 상기 공동의 상기 부분에 걸쳐 커패시턴스 값을 감지하도록 구성되는, 사용자 인터페이스.
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