KR20150037723A - 터치 스크린에 햅틱 효과를 제공하는 압전 재료가 통합되어 있는 서스펜션 요소 - Google Patents

터치 스크린에 햅틱 효과를 제공하는 압전 재료가 통합되어 있는 서스펜션 요소 Download PDF

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다니엘 파커
알란 비시타시온
트레버 존스
프랭크 예
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Abstract

전자 터치 스크린 또는 터치 표면을 장착하는 데 사용하기 위한 유연한 서스펜션 요소가 개시된다. 터치 스크린 컴포넌트가 하우징 컴포넌트에 대하여 움직일 수 있도록 적어도 하나의 유연한 서스펜션 요소가 터치 스크린과 하우징 컴포넌트를 결합시킨다. 상기 하우징 컴포넌트에 대하여 상기 터치 스크린 컴포넌트를 움직이는 힘을 생성하고 그렇게 함으로써 상기 터치 스크린 컴포넌트의 사용자에게 햅틱 효과를 제공하기 위해 상기 적어도 하나의 서스펜션 요소의 대향 표면들에 압전 재료의 세그먼트들이 결합된다. 상기 압전 재료의 세그먼트들에 의해 생성된 힘에 반응해서, 상기 적어도 하나의 서스펜션 요소는 제1 방향으로 상기 하우징 컴포넌트에 대한 상기 터치 스크린 컴포넌트의 움직임은 허용하고 적어도 제2 방향으로 상기 터치 스크린 컴포넌트와 상기 하우징 컴포넌트 간의 움직임은 제한하도록 구성되어 있다.

Description

터치 스크린에 햅틱 효과를 제공하는 압전 재료가 통합되어 있는 서스펜션 요소{SUSPENSION ELEMENT HAVING INTEGRATED PIEZO MATERIAL FOR PROVIDING HAPTIC EFFECTS TO A TOUCH SCREEN}
본 발명은 일반적으로 터치 스크린 및 기타 터치 표면에 관한 것이며, 더 상세하게는 사용자에게 햅틱 효과를 제공하는 터치 스크린 및 터치 표면에 관한 것이다.
신세대 소비자 장치들은 물리적 입력의 대안으로서 스크린 상에 표시된 가상 버튼 및 슬라이더와 같은 터치 스크린 입력에 점점 더 의지하고 있다. 사용자들은 거의 배타적으로 하나 이상의 손가락으로 스크린 상의 가상 버튼, 슬라이더, 스크롤러 등을 터치하고/하거나 달리 조작함으로써 그러한 장치들과 인터페이스할 수 있다. 스크린 상의 그래픽 디스플레이들은 그러한 조작에 응하여 시각적 피드백을 제공한다. 일부 더 최근의 터치 스크린 장치들에서는, 사용자의 손가락이 터치 스크린 상의 가상 객체들과 상호작용함에 따라, 흔히 총괄하여 햅틱 피드백이라고 알려진, 힘 피드백 또는 촉각 피드백이 또한 사용자에게 제공될 수 있다. 이것은 일반적으로 스크린에 결합된 햅틱 액추에이터로 스크린을 움직이거나 진동시킴으로써 성취된다.
햅틱 터치 스크린이 햅틱 액추에이터에 응하여 움직이게 하고 그렇게 함으로써 햅틱 효과를 스크린에서 분리하기 위하여, 햅틱 터치 스크린은 그것이 존재하는 전자 장치들 내에 유연하게 서스펜션되어 있었다. 그러나, 햅틱 액추에이터가 작동될 때 스크린이 움직일 수 있어야 함에도 불구하고, 서스펜션된 스크린은 터치될 때 마치 그것이 실질적으로 견고하게 장착된 것처럼 사용자에게 느껴져야 하는 것이 중요하다. 다른 사람들은 이 문제를 서스펜션을 이용하지 않음으로써 해결하였지만, 서스펜션을 이용하지 않는 것은 햅틱 효과를 가질 수 있는 시스템의 대부분을 제한한다.
본 명세서에 그 전체가 참고로 포함된, 2011년 3월 16일에 출원된, 올리엔(Olien) 등의 미국 특허 출원 제13/049,265호에 예시된 바와 같이, 터치 스크린 및 터치 표면을 하우징 내에 장착하기 위해 유연한 그로밋(compliant grommet)을 이용하는 서스펜션들이 공지되어 있다. 더 상세하게는, 올리엔 등의 문헌에서 복제된 도 1은 유연한 서스펜션 시스템에서 복수의 그로밋 서스펜션 요소(104)를 이용하는 터치 스크린(102)에 햅틱 피드백을 제공하는 전자 터치 스크린 시스템(100)의 다양한 컴포넌트들의 분해도를 보여주고 있다. 터치 스크린(102) 외에, 터치 스크린 시스템(100)은 캐리어(106), 모터 또는 햅틱 액추에이터(108), 더스트 실(dust seal)(110), LCD 컴포넌트(112), 및 메인 하우징 컴포넌트(114)를 포함한다. 그로밋 서스펜션 요소들(104)은 x 방향 등의 특정 방향으로의 터치 스크린(102)의 우선적 움직임은 허용하면서, y 방향 및 z 방향 등의 다른 방향들로의 움직임은 제한하도록 구성되어 있다.
햅틱 액추에이터(108)는 압전 액추에이터, 보이스 코일 액추에이터, 편심 질량 액추에이터, E-코어 타입 액추에이터, 솔레노이드, 가동 자석 액추에이터, 또는 원하는 다른 유형의 액추에이터를 포함하는(이들에 제한되지는 않음) 다수의 공지된 액추에이터 유형 중 어떤 것이라도 될 수 있다. 압전 액추에이터들은 이들에 기계적 응력이 가해질 때 전하를 발생시키는 특성을 가지고 있다. 상업적 제조사로부터 입수할 수 있는 압전 액추에이터(208)가 도 2에 도시되어 있다. 도 2a의 분해도에 가장 잘 도시된 바와 같이, 압전 액추에이터(208)는 평평한 중간 기판(209)과 기판(209)의 양쪽에 접합되거나 달리 결합된 2개의 압전 재료의 세그먼트들(207)을 포함한다. 압전 재료의 세그먼트들(207)에 기계적 응력이 가해질 때, 압전 액추에이터(208)는 전하를 발생시키고 도 2b에 도시된 바와 같이 구부러진다. 압전 액추에이터가 입력 전기 신호에 기초하여 힘을 출력하는 동작은 이 기술 분야의 숙련자들에게 잘 알려져 있다. 압전 액추에이터(208)를 햅틱 시스템에 부착시키기 위하여, 기판(209) 및 압전 재료의 세그먼트들(207)을 포함하는 전체 액추에이터 유닛 또는 조립체가 시스템에 클램프로 고정된다. 액추에이터를 시스템에 결합시키기 위한 클램프(미도시)는 시스템 컴포넌트로 설계 또는 통합될 수 있거나 별개의 클램프 컴포넌트일 수 있다.
유연한 그로밋 컴포넌트들 외에, 본 명세서에 그 전체가 참고로 포함된, 로센버그(senberg) 등의 미국 특허 출원 공개 제2008/0111788 A1호, 및 본 명세서에 그 전체가 참고로 포함된, 올리엔 등의 미국 특허 출원 공개 제2010/0245254 A1호에 예시된 것과 같은 터치 스크린 응용들을 위한 다른 서스펜션들이 제안되어 있다. 로센버그 외의 문헌에서 복제된 도 3은 터치패드 또는 터치 스크린(302)과 메인 하우징 컴포넌트(314)의 사이에 결합된 하나 이상의 스프링 요소(304)를 가진 터치 스크린 시스템(300)을 보여주고 있다. 스프링 요소들(304)은 나선형 또는 코일형 요소들로서 도시되어 있지만, 고무, 발포 고무, 또는 굴곡부 등의 유연한 재료일 수 있다. 스프링 요소들(304)은 터치 스크린(302)을 시스템(300)의 강성 하우징(314)에 결합시키고 터치 스크린(302)이 z 축을 따라 움직이게 해준다. 도 3의 실시예에서, 하나 이상의 압전 액추에이터(308)가 터치 스크린(302)의 아랫면에 결합되어 있고 사용자가 터치 스크린에 접촉하고 있으면 터치 스크린(302) 상에 그리고 사용자에게 작은 펄스, 진동, 또는 질감 느낌을 출력하는 역할을 한다.
햅틱 터치 스크린들을 위한 개선되고/되거나 대안적인 유연한 서스펜션 시스템들에 대한 요구가 이 기술 분야에 존재한다.
본 발명의 실시예들은 유연한 서스펜션 시스템을 가진 햅택 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다. 압전 재료의 세그먼트들이 적어도 하나의 유연한 서스펜션 요소의 적어도 하나의 표면에 결합되어 있고, 상기 적어도 하나의 서스펜션 요소는 터치 스크린 컴포넌트에 결합된다. 상기 적어도 하나의 서스펜션 요소는 또한 하우징 컴포넌트에 결합된다. 상기 압전 재료의 세그먼트들은 상기 하우징 컴포넌트에 대하여 상기 터치 스크린 컴포넌트를 움직이는 힘을 생성하고 그렇게 함으로써 상기 터치 스크린 컴포넌트의 사용자에게 햅틱 효과를 제공하도록 구성되어 있다. 상기 압전 재료의 세그먼트들에 의해 생성된 힘에 반응해서, 상기 적어도 하나의 서스펜션 요소는 적어도 제1 방향으로 상기 하우징 컴포넌트에 대한 상기 터치 스크린 컴포넌트의 움직임을 허용하도록 구성되어 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 유연한 서스펜션 시스템을 가진 햅틱 장치를 제조하는 방법은 터치 스크린 컴포넌트가 하우징 컴포넌트에 대하여 움직일 수 있도록 압전 재료의 세그먼트들을 상기 터치 스크린 컴포넌트의 적어도 하나의 표면에 결합시키는 단계 및 상기 터치 스크린 컴포넌트를 상기 하우징 컴포넌트에 결합시키는 단계를 포함한다. 상기 압전 재료의 세그먼트들은 상기 하우징 컴포넌트에 대하여 상기 터치 스크린 컴포넌트를 움직이는 힘을 생성하고 그렇게 함으로써 상기 터치 스크린 컴포넌트의 사용자에게 햅틱 효과를 제공하도록 구성되어 있다.
본 발명의 실시예들은 또한 하우징 컴포넌트, 터치 스크린 컴포넌트, 및 상기 터치 스크린 컴포넌트가 상기 하우징 컴포넌트에 대하여 움직일 수 있도록 상기 터치 스크린과 상기 하우징 컴포넌트를 함께 결합시키는 적어도 하나의 유연한 서스펜션 요소를 포함하는 유연한 서스펜션 시스템을 가진 햅틱 장치에 관한 것이다. 상기 하우징 컴포넌트에 대하여 상기 터치 스크린 컴포넌트를 움직이는 힘을 생성하고 그렇게 함으로써 상기 터치 스크린 컴포넌트의 사용자에게 햅틱 효과를 제공하기 위해 압전 재료의 세그먼트가 상기 적어도 하나의 서스펜션 요소의 적어도 하나의 표면에 결합되어 있고, 상기 압전 재료의 세그먼트들에 의해 생성된 힘에 반응해서, 상기 적어도 하나의 서스펜션 요소는 적어도 제1 방향으로 상기 하우징 컴포넌트에 대한 상기 터치 스크린 컴포넌트의 움직임을 허용하도록 구성되어 있다.
본 발명의 전술한 특징들 및 이점들 그리고 기타 특징들 및 이점들은 첨부 도면들에 예시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대한 하기의 설명으로부터 명백할 것이다. 본 명세서에 포함되어 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면들은 본 발명의 원리들을 설명하고 관련 기술 분야의 숙련자가 본 발명을 실시하고 이용할 수 있게 하는 데 더 기여한다. 도면들은 일정한 비율로 그려져 있지 않다.
도 1은 햅틱 피드백을 제공하는 종래 기술의 터치 스크린 시스템의 다양한 컴포넌트들을 보여주는 분해 사시도로서, 그로밋들이 서스펜션을 위해 이용되고 있다.
도 2는 상업적으로 입수할 수 있는 압전 액추에이터의 사시도이다.
도 2a는 도 2의 압전 액추에이터의 분해도이다.
도 2b는 전하를 생성하고 이에 응하여 구부러진 후의 도 2의 압전 액추에이터의 사시도이다.
도 3은 햅틱 피드백을 제공하는 종래 기술의 터치 스크린 시스템의 측면도로서, 스프링들이 서스펜션을 위해 이용되고 있다.
도 4는 햅틱 피드백을 제공하는 터치 스크린 시스템의 다양한 컴포넌트들을 보여주는 분해 사시도로서, 압전 재료의 세그먼트들이 결합되어 통합되어 있는 복수의 스프링 서스펜션 요소들이 본 발명의 실시예에 따른 서스펜션 및 작동을 위해 이용되고 있다.
도 4a는 예시의 목적으로 터치 스크린 시스템에서 제거된 도 4의 스프링 서스펜션 요소의 사시도로서, 이 스프링 서스펜션 요소는 y 방향으로의 움직임을 가능케 한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스프링 서스펜션 요소의 사시도로서, 이 스프링 서스펜션 요소는 z 방향으로의 움직임을 가능케 한다.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압전 재료의 세그먼트들이 결합되어 있는 터치 스크린의 사시도를 보여준다.
도 6b는 전하를 생성하고 이에 응하여 구부러진 후의 도 6a의 터치 스크린의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 햅틱 시스템의 하우징에 터치 스크린을 결합시키는 유연한 서스펜션 요소의 사시도이다.
도 8은 터치 스크린에 결합된 도 7의 서스펜션 요소의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캐리어에 결합된 스프링 서스펜션 요소들의 사시도로서, 이 스프링 서스펜션 요소는 캐리어에 대하여 비스듬히 장착되어 있는 결합된 압전 재료의 세그먼트들을 포함하고 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캐리어에 대하여 비스듬히 장착되어 있는 상이한 유형의 액추에이터와 함께 이용되고 있는 도 9의 복수의 스프링 서스펜션 요소의 사시도이다.
도 11은 캐리어에 대하여 비스듬히 장착된 액추에이터로서, 대안적인 서스펜션 시스템이 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 이용되고 있다.
이하에서는, 같은 참조 번호들이 동일하거나 기능적으로 유사한 요소들을 나타내고 있는, 도면들을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예들을 설명한다. 하기의 상세한 설명은 사실상 예시적인 것에 불과하고 본 발명이나 본 발명의 응용 또는 용도를 제한하려는 것이 아니다. 본 발명의 실시예들에 대한 설명들은 전자 터치 스크린을 위한 서스펜션 시스템의 맥락에서 이루어지지만, 본 발명은 유용하도록 생각되는 임의의 다른 응용들에서도 사용될 수 있다. 더욱이, 전술한 기술 분야, 배경, 요약 또는 하기의 상세한 설명에서 제시되는 임의의 명시적 또는 암시적 이론에 의해 구속하려는 의도는 없다.
본 발명의 실시예들은 하우징 내에 터치 스크린 및 터치 표면을 장착하는 서스펜션 요소에 관한 것으로, 터치 스크린 또는 터치 표면에 햅틱 효과를 제공하기 위해 압전 재료가 서스펜션 요소에 일체로 결합되어 있다. 이하에서는 터치 표면 또는 터치 요소의 뒤에 그래픽 디스플레이가 배치되어 있는 터치 스크린의 맥락 안에서 서스펜션 시스템을 설명한다. 그러나, 본 발명은 그러한 터치 스크린을 위한 서스펜션에 제한되지 않고 임의의 촉각적으로 여기되는 터치 표면 또는 터치 요소에 동등하게 적용된다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 이 서스펜션 시스템은 디스플레이 스크린이 터치 패드와 같은 장소에 배치되어 있지 않은 컴퓨터의 터치 패드를 서스펜션하는 데 적용될 수도 있다. 그것은 정전용량형 센서, 근거리장 효과 센서, 압전 센서, 또는 기타 센서 기술에 의해 생성될 수 있는 적어도 하나의 터치 감응 영역 또는 터치 감응 영역들의 어레이를 가진 터치 요소를 서스펜션하는 데 적용될 수도 있다. 그래픽 요소는 터치 요소의 뒤에 또는 터치 요소와 별개의 위치에 배치되고 호스트 컴퓨터에 의해 업데이트되는 디스플레이일 수 있거나, 그것은 단순히 연관된 터치 요소의 터치 감응 영역들을 나타내는 특징들(예를 들어, 그래픽들)을 가진 플라스틱 표면일 수도 있다. 따라서, 터치 스크린 및 터치 스크린 컴포넌트라는 용어들은 하기의 상세한 설명에서 그리고 청구항들에서 사용될 때 전통적인 터치 스크린들뿐만 아니라 햅틱 효과가 적용될 수 있는 임의의 터치 표면 또는 터치 요소 및 연관된 그래픽 요소를 포괄하는 것으로 이해되어야 한다.
도 4는 하나 이상의 서스펜션 요소(404)를 포함하는 캐리어(406)를 가진 전자 터치 스크린 시스템(400)의 다양한 컴포넌트들을 보여주는 분해도이고 도 4a는 예시의 목적으로 전자 터치 스크린 시스템(400)에서 제거된 캐리어(406)의 사시도이다. 일 실시예에서, 전자 터치 스크린 시스템(400)은, 예를 들어, 7 인치 터치 스크린 디스플레이를 가진 의료 장치일 수 있다. 터치 스크린 시스템(400)은, 예를 들어, 컴퓨터, 휴대폰, PDA, 휴대용 게임 장치, 미디어 플레이어, 프린터, 사무실 전화, 또는 기타 유사한 것 등의 다수의 장치들 중 임의의 장치일 수 있다. 터치 스크린(402)과 캐리어(406) 외에, 터치 스크린 시스템(400)은 더스트 실(410), LCD 컴포넌트(412), 및 메인 하우징 컴포넌트(414)를 포함한다. 터치 스크린 시스템(400)의 사용자에게 햅틱 피드백을 제공하기 위해 소프트웨어가 이용된다. 일 실시예에서, 터치 스크린 컴포넌트(402)는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)와 같이, 실행중인 애플리케이션 프로그램들 및/또는 운영 체제들에 기초한 그래픽 환경을 표시할 수 있다. 그래픽 환경은, 예를 들어, 배경, 창, 데이터 목록, 커서, 버튼 등의 아이콘, 및 GUI 환경에서 잘 알려진 기타 그래픽 객체를 포함할 수 있다. 사용자는 스크린 상에 표시된 가상 그래픽 객체들을 활성화하거나, 움직이거나, 플립하거나, 전진시키거나, 달리 조작하고, 그렇게 함으로써 장치에 입력들을 제공하기 위해 터치 스크린 컴포넌트(402)의 다양한 영역들을 터치함으로써 터치 스크린 시스템(400)과 상호작용한다. 그러한 터치 스크린들 및 GUI들은, 위에 참고로 포함된 로센버그 등의 미국 특허 출원 공개 제2008/0111788 A1호에서 예시된 바와 같이, 잘 알려져 있다.
캐리어(406)는 직사각형 경계 또는 프레임을 형성하는 평평한 또는 평면의 컴포넌트이지만, 터치 스크린 컴포넌트(402)의 형상에 따라 다른 형상들 또는 구성들도 가능하다. 캐리어(406)는 강철 또는 알루미늄 등의 판금이나, 폴리카보네이트 또는 PC-ABS 등의 플라스틱 재료로 형성될 수 있다. 터치 스크린 컴포넌트(402)를 시스템(400)의 강성 하우징 컴포넌트(414)에 결합시키기 위해 적어도 하나의 유연한 서스펜션 요소(404)가 캐리어(406)로부터 연장하고 있다. 도 4a의 실시예에서, 2개의 동일한 서스펜션 요소들(404)이 캐리어(406)의 대향 단부들 또는 에지들로부터 연장하고 있지만 이 기술 분야의 통상의 기술자들은 더 많은 서스펜션 요소들이 이용될 수 있거나, 단 하나의 서스펜션 요소가 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 서스펜션 요소들(404)은 2개의 단부 부분들(424A, 424B), 2개의 유연한 부분들(422A, 422B), 및 중간 또는 중앙 부분(420)을 포함하는 구부러진 판금 또는 구부러진 플라스틱 스프링들이다. 서스펜션 요소들(404)은 얇고 평평한 재료 세그먼트들이고, 그것의 단부 부분들(424A, 424B), 유연한 부분들(422A, 422B), 및 중간 부분(420)은 아래에 기술한 바와 같이 각 부분을 서로에 대하여 구부리거나 성형함으로써 일체로 형성되어 있다. 서스펜션 요소들(404)은 비교적 저렴하고, 제조와 조립이 용이하고, 발포 고무와 같은 다른 서스펜션 방법들에서 보이는 압축 변형의 효과들을 방지하는 신뢰할 수 있는 서스펜션을 제공한다.
서스펜션 요소들(404)은 서스펜션 요소들(404)이 캐리어(406)에 대체로 수직으로 연장하도록 캐리어(406)에 결합되어 있다. 본 명세서에서 사용될 때 "대체로 수직"은 캐리어에 수직으로 연장하는 하나 이상의 일체형 부분을 가진 서스펜션 요소를 포함하지만, 서스펜션 요소의 하나 이상의 다른 일체형 부분들은 캐리어에 수직으로 연장하지 않는다. 단부 부분들(424A, 424B)은 캐리어(406)의 바깥쪽 에지 또는 둘레로부터 수직으로 연장하지만 그것에 부착되거나 달리 결합되어 있지는 않다. 단부 부분들(424A, 424B)은 각각, 본 명세서에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 서스펜션 요소(402)를 하우징 컴포넌트(414)에 결합시키는 패스너(미도시)를 수용하는 크기의 개구 또는 구멍(426)을 포함한다. 중간 부분(420)도 캐리어(406)에 수직으로 연장하지만 y 방향으로 캐리어(406)의 바깥쪽 에지 또는 둘레로부터 이격되어 있다. 중간 부분(420)은 커넥터(428)를 통해 캐리어(406)에 결합되어 있다. 커넥터(428) 및 서스펜션 요소들(404)은 한 조각의 재료로 캐리어(406)와 일체로 형성될 수 있거나, 서스펜션 요소들(404) 및 캐리어(406)는 커넥터(428)을 통해 연결되어 있는 별개의 컴포넌트들일 수 있다. 유연한 부분들(422A, 422B)은 서스펜션 요소(404)의 구부러진 또는 각진 부분들이고 중간 부분(420)과 단부 부분들(424A, 424B) 사이에 각각 연장하고 있다.
본 명세서에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 일 실시예에서, 터치 스크린 컴포넌트(402)에 햅틱 효과들 또는 피드백을 제공하기 위해 중간 부분(420)의 대향 면들 또는 표면들에 압전 재료의 세그먼트들(407)이 결합되어 있다. 따라서 서스펜션 요소(404)는 본질적으로 압전 또는 압전 세라믹 재료의 세그먼트들(407)을 위한 기판으로 이용되며, 따라서 도 2에 관하여 기술한 바와 같은 중간 기판이 필요하지 않다. 압전 세라믹 재료는 매우 얇고 작게 만들어질 수 있고, 그렇게 함으로써 휴대용 전자 장치들에 전형적인 소형 하우징들에 사용 가능하다. 압전 재료의 세그먼트들(407)을 서스펜션 요소(404)에 직접 부착시킴으로써, 서스펜션 요소(404)는 압전 재료의 세그먼트들(407)을 통해 시스템에 햅틱 효과를 제공하고 하우징 내에 터치 스크린을 유연하게 장착하는 이중 기능에 기여한다. 게다가, 서스펜션 요소(404)와 압전 재료를 통합시킴으로써, 압전 재료를 터치 스크린 시스템에 결합시키기 위해 보통 필요한 마운트들 및/또는 클램프들이 제거되고 제조의 복잡성 및 비용이 감소된다. 또한, 최종 조립체에서의 컴포넌트들의 수와 요구되는 크기가 감소된다. 본 발명의 또 다른 실시예(미도시)에서는, 터치 스크린 컴포넌트(402)에 햅틱 효과들 또는 피드백을 제공하기 위해 중간 부분(420)의 하나의 면 또는 표면에만 압전 재료의 세그먼트들(407)이 결합된다. 또한, 하나 이상의 압전 재료의 세그먼트가 캐리어의 모든 서스펜션 요소들에 결합되는 것이 요구되지 않는다. 예를 들어, 도 4a의 2개의 서스펜션 요소(404) 중 하나만이 터치 스크린 컴포넌트(402)에 햅틱 효과들 또는 피드백을 제공하기 위한 적어도 하나의 압전 재료의 세그먼트(407)를 필요로 한다.
캐리어(406)는 임의의 적당한 방식으로 터치 스크린 컴포넌트(402)에 부착되고, 따라서 압전 재료의 세그먼트들(407)에 의해 생성된 어떠한 힘도 터치 스크린 컴포넌트(402)에 직접 가해진다. 터치 스크린 시스템(400)은 압전 재료의 세그먼트들(407)로 하여금 사용자의 터치들과 제휴하여 터치 스크린 컴포넌트(402)의 원하는 모션을 유도하게 하는 전기 신호들을 세그먼트들(407)에 제공하는 제어 하드웨어 및 소프트웨어를 포함한다. 신호는, 예를 들어, 위에 참고로 포함된 로센버그 등의 미국 특허 출원 공개 제2008/0111788 A1호에 더 상세히 기술된 바와 같이 가상 버튼 누름 또는 가상 요소들 간의 충돌들과 함께 갑작스런 움직임(jolt), 또는 스크린을 가로지른 가상 요소들의 움직임, 또는 다른 유형의 스크린 움직임과 함께 진동들을 유도하기 위해 제공될 수 있다. 촉각 피드백, 터치 피드백, 및 진동-촉각 피드백이라고도 알려진 그러한 햅틱 피드백 또는 효과들은 터치 스크린 시스템(400)의 사용자에게 더 직관적이고, 매력적이고, 자연스러운 경험을 가능하게 하고 따라서 햅틱 효과들에 의해 제공된 촉각 피드백을 통하여 사용자와 터치 스크린 시스템(400) 간의 상호작용이 상당히 강화된다.
터치 스크린 컴포넌트(402)는 압전 재료의 세그먼트들(407)에 의해 출력된 힘들에 의해 움직인다. 이 실시예에서, 압전 재료의 세그먼트들(407)에 의해 생성되거나 출력된 힘들은 선형(또는 거의 선형)이고 y 축을 따라, 터치 스크린 컴포넌트(402)의 표면에 거의 평행하다. 서스펜션 요소들(404)의 유연한 부분들(422A, 422B)은 단부 부분들(424A, 424B)과 중간 부분(420) 사이에 각각 연장하고, 터치 스크린 컴포넌트(402)의 움직임을 압전 재료의 세그먼트들(407)에 의해 출력된 힘에 의해 결정되는 단일 방향 또는 축으로 제한하도록 구성되어 있다. 더 상세하게는, 유연한 부분들(422A, 422B)은, 터치 스크린 시스템(400) 내에 설치될 때, y 방향 또는 축 등의 특정 방향으로 또는 특정 병진 축을 따른 터치 스크린 컴포넌트(402)의 우선적 움직임은 허용하면서, z 방향 또는 축과 x 방향 또는 축 등의 다른 방향들로 또는 특정 병진 축을 따른 움직임은 제한한다. 서스펜션 요소들(404)이 터치 스크린 컴포넌트(402)와 하우징 컴포넌트(414) 사이에 설치될 때, 단부 부분들(424A, 424B)은 하우징 컴포넌트(414)에 결합되고 중간 부분(420)은 터치 스크린 컴포넌트(402)에 연결된다. 단부 부분들(424A, 424B)이 강성 하우징 컴포넌트(414)에 결합됨으로 인해, x 방향으로의 터치 스크린 컴포넌트(402)의 좌우 움직임은 허용되지 않는다. 게다가, 서스펜션 요소들(404)은 충분히 단단한 재료로 형성되어 있어 z 방향으로의 터치 스크린 컴포넌트(402)의 상하 움직임도 허용되지 않는다. 그러나, 압전 재료의 세그먼트들(407)이 y 방향으로, 즉 캐리어(406) 및 터치 스크린 컴포넌트(402)에 평행하게 힘을 출력할 때, 서스펜션 요소들(404)의 유연한 부분들(422A, 422B)은 사용자에게 햅틱 효과들을 제공하기 위하여 y 방향으로의 터치 스크린 컴포넌트(402)의 움직임을 허용한다. 사용자가 x 방향 및/또는 z 방향으로 터치 스크린 컴포넌트(402)에 힘을 가할 때, 서스펜션 요소들(404)은 이들 방향들로의 터치 스크린 컴포넌트(402)의 움직임을 허용하지 않고 이에 따라 사용자는 마치 터치 스크린 컴포넌트(402)이 하우징 컴포넌트(414) 내에 견고하게 장착되어 있는 것처럼 느낀다.
본 명세서에 기술된 임의의 실시예에 따라 터치 스크린 시스템을 조립하기 위하여, 하나 이상의 서스펜션 요소들의 유연한 부분들의 적어도 하나의 표면에 압전 재료의 세그먼트들이 결합된다. 압전 재료의 세그먼트는 접착제 또는 다른 적당한 기계적 방법을 통해 서스펜션 요소들의 유연한 부분들의 대향 표면들에 결합될 수 있거나, 서스펜션 요소들의 유연한 부분들의 하나의 표면에만 결합될 수 있다. 서스펜션 요소들은 캐리어와 일체로 형성될 수 있거나, 커플러 또는 커넥터를 통해 캐리어에 부착된 별개의 컴포넌트들일 수 있다. 일체형 또는 부착된 서스펜션 요소들을 포함하는 캐리어는 그 후 터치 스크린에 결합된다. 캐리어는 임의의 적당한 방식으로 터치 스크린에 부착된다. 함께 부착된 캐리어와 터치 스크린을 본 명세서에서는 터치 스크린 부분 조립체(subassembly)라고 한다.
터치 스크린 부분 조립체는 그 후 복수의 결합 수단을 통해 메인 하우징 컴포넌트에 부착된다. 도 4에 도시된 실시예에서, 서스펜션 요소들(404)은 터치 스크린 부분 조립체를 메인 하우징 컴포넌트(414)에 고정시키기 위해 이용되는 패스너들(미도시)을 수용하기 위한 4개의 구멍(426)을 포함한다. 패스너들은 터치 스크린 부분 조립체를 메인 하우징 컴포넌트에 부착시키기 위해 대응하는 와셔 또는 너트로 채워지는, 기계 나사 또는 숄더 볼트와 같은, 나사형 패스너들일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 와셔 및 너트는 나사형 패스너를 수용하는 크기의 나사형 구멍으로 대체될 수 있다. 다른 실시예들에서, 패스너들은 터치 스크린 부분 조립체를 메인 하우징 컴포넌트에 고정시키기 위해 적절하게 각자의 나사 또는 너트와 나사식으로(threadably) 결합시키기 위해 메인 하우징 컴포넌트를 관통하여 연장하도록 서스펜션 요소들과 일체로 만들어진 암나사형 또는 수나사형 포스트들일 수 있다. 다른 실시예들에서는, 스냅 피트 패스너, 프레스 피트 패스너, 및 접착제를 포함하는(이들에 제한되지는 않음) 다른 적당한 결합 수단이 이용될 수 있고 이는 이 기술 분야의 통상의 기술자에게는 명백할 것이다. 또한 임의의 적당한 방식으로 메인 하우징 컴포넌트에 LCD 컴포넌트가 고정될 수도 있고 이때 터치 스크린과 LCD 컴포넌트 사이에 먼지 침입을 막기 위해 더스트 실이 설치될 수 있다. 일단 터치 스크린 시스템이 조립되면, 서스펜션 요소는 제1 방향으로의 터치 스크린 컴포넌트와 하우징 컴포넌트 간의 움직임은 허용하고 적어도 제2 방향으로의 터치 스크린 컴포넌트와 하우징 컴포넌트 간의 움직임은 제한한다.
압전 재료의 세그먼트들(407)은 y 방향으로 힘을 출력하는 것으로 기술되어 있고 서스펜션 요소들(404)은 z 방향 및 x 방향으로 터치 스크린 컴포넌트(402)의 움직임을 제한하는 것으로 기술되어 있지만, 서스펜션 요소들은 압전 재료의 세그먼트들에 의해 출력된 다른 방향들로의 움직임을 허용하도록 수정될 수 있다. 예를 들어, 도 5는 서스펜션 요소들(504)이 z 방향으로의 움직임은 허용하고 x 방향 및 y 방향으로의 움직임은 제한하는 또 다른 실시예를 보여준다. 캐리어(406)와 유사하게, 캐리어(506)는 직사각형 경계 또는 프레임을 형성하는 평평한 또는 평면의 컴포넌트이다. 2개의 유연한 서스펜션 요소(504)는 각각이 2개의 단부 부분들(524A, 524B), 2개의 유연한 부분들(522A, 522B), 및 중간 부분(520)을 포함하고 터치 스크린(미도시)을 강성 하우징(미도시)에 결합시키기 위해 캐리어(506)에 대체로 평행하게 연장하는 구부러진 판금 또는 구부러진 플라스틱 스프링들이다. 서스펜션 요소들(504)은 얇고 평평한 재료 세그먼트들이고, 그것의 단부 부분들(524A, 524B), 유연한 부분들(522A, 522B), 및 중간 부분(520)은 아래에 기술한 바와 같이 각 부분을 서로에 대하여 구부리거나 성형함으로써 일체로 형성되어 있다.
서스펜션 요소들(504)은 서스펜션 요소들(504)이 캐리어(506)에 대체로 평행하게 연장하도록 캐리어(506)에 결합되어 있다. 본 명세서에서 사용될 때 "대체로 평행"은 캐리어에 평행하게 연장하는 하나 이상의 일체형 부분을 가진 서스펜션 요소를 포함하지만, 서스펜션 요소의 하나 이상의 다른 일체형 부분들은 캐리어에 평행하게 연장하지 않는다. 중간 부분(520)은 캐리어(506)에 평행하게 연장하고 커넥터(528)를 통해 캐리어(506)의 바깥쪽 에지 또는 둘레에 연결되어 있다. 단부 부분들(524A, 524B)도 캐리어(506)에 대체로 평행하게 연장하지만 z 방향으로 캐리어(506)로부터 이격되어 있고 캐리어(506)의 바깥쪽 에지 또는 둘레에 연결되어 있지 않다. 유연한 부분들(522A, 522B)은 서스펜션 요소(504)의 구부러진 또는 각진 부분들이고 중간 부분(520)과 단부 부분들(524A, 524B) 사이에 각각 연장하고 있다.
터치 스크린 컴포넌트(402)에 햅틱 효과들 또는 피드백을 제공하기 위해 중간 부분(520)의 대향 면들 또는 표면들에 압전 재료의 세그먼트들(507)이 연결되어 있다. 이 실시예에서, 압전 재료의 세그먼트들(507)에 의해 터치 스크린 컴포넌트(402)에 출력된 힘들은 선형(또는 거의 선형)이고 z 축을 따라, 터치 스크린의 표면에 거의 수직 또는 법선이다. 서스펜션 요소들(504)의 유연한 부분들(522A, 522B)은 단부 부분들(524A, 524B)과 중간 부분(520) 사이에 각각 연장하고, z 방향으로의 움직임은 허용하고 x 방향 및 y 방향으로의 움직임은 제한하도록 구성되어 있다. 터치 스크린 시스템 내에 설치될 때, 단부 부분들(524A, 524B)은 강성 하우징에 결합되고 x 방향으로의 터치 스크린의 좌우 움직임은 허용되지 않는다. 게다가, 서스펜션 요소들(504)은 y 방향으로의 터치 스크린의 움직임도 허용되지 않도록 충분히 단단한 재료로 형성되어 있다. 그러나, 압전 재료의 세그먼트들(507)이 z 방향으로, 즉 캐리어(506) 및 터치 스크린에 수직 또는 법선으로 힘을 출력할 때, 서스펜션 요소들(504)의 유연한 부분들(522A, 522B)은 사용자에게 햅틱 효과들을 제공하기 위하여 z 방향으로의 터치 스크린의 상하 움직임을 허용한다. 사용자가 x 방향 및/또는 y 방향으로 터치 스크린에 힘을 가할 때, 서스펜션 요소들(504)은 이들 방향들로의 터치 스크린의 움직임을 허용하지 않고 이에 따라 사용자는 마치 터치 스크린이 하우징 내에 견고하게 장착되어 있는 것처럼 느낀다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 압전 재료의 세그먼트들이 캐리어 또는 터치 스크린의 임의의 영역에 결합될 수 있고 터치 스크린을 하우징에 유연하게 결합시키기 위해 그로밋, 나선형 스프링, 또는 발포 고무 등의 대안적인 유형의 서스펜션이 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 터치 스크린 컴포넌트(602)가 터치 스크린의 바깥쪽 에지 또는 둘레로부터 대체로 수직으로 연장하는 탭들(630)을 포함한다. 터치 스크린 컴포넌트(602)에 햅틱 효과들 또는 피드백을 제공하기 위해 탭들(630)의 대향 면들 또는 표면들에 압전 재료의 세그먼트들(607)이 연결되어 있다. 도 6b는 압전 재료의 세그먼트들(607)이 전하를 발생시키고 구부러지고, 그렇게 함으로써 터치 스크린 컴포넌트(602)를 움직인 후의 세그먼트들을 보여준다. 따라서 탭들(630)은 압전 재료의 세그먼트들(607)을 위한 기판으로 이용되며, 따라서 도 2에 관하여 기술한 바와 같은 중간 기판이 필요하지 않다. 압전 재료의 세그먼트들(607)을 터치 스크린 자체에 직접 부착시킴으로써, 압전 액추에이터를 터치 스크린 시스템에 결합시키기 위해 보통 필요한 마운트들 및/또는 클램프들이 제거되고, 그렇게 함으로써 제조의 복잡성, 컴포넌트들의 수, 및 비용이 감소된다. 본 발명의 또 다른 실시예(미도시)에서는, 터치 스크린 컴포넌트(602)에 햅틱 효과들 또는 피드백을 제공하기 위해 탭들(630)의 하나의 면 또는 표면에만 압전 재료의 세그먼트들(607)이 결합된다. 또한, 하나 이상의 압전 재료의 세그먼트가 캐리어의 모든 탭들(630)에 결합되는 것이 요구되지 않는다. 예를 들어, 4개의 탭(630) 중 하나만이 터치 스크린 컴포넌트(602)에 햅틱 효과들 또는 피드백을 제공하기 위한 적어도 하나의 압전 재료의 세그먼트(607)를 필요로 한다.
도 7 및 도 8은 햅틱 시스템의 하우징에 터치 스크린을 결합시키는 유연한 서스펜션 요소(704)의 대안적인 실시예를 보여준다. 도 7은 서스펜션 요소(704)의 사시도를 보여주는 반면, 도 8은 터치 스크린 컴포넌트(802)에 결합된 복수의 서스펜션 요소(704)를 보여준다. 도 8의 실시예에서는, 4개의 동일한 서스펜션 요소(704)가 터치 스크린 컴포넌트(802)에 결합되어 있지만 이 기술 분야의 통상의 기술자는 더 많은 서스펜션 요소가 이용될 수 있거나, 단 하나의 서스펜션 요소가 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 서스펜션 요소들(704)은 제1 L 형상 브래킷(724), 제2 단부 탭(720), 및 이들 사이에 연장하는 중간의 유연한 부분(722)을 포함하는 구부러진 판금 또는 구부러진 플라스틱 스프링들이다. 유연한 부분(722)은 서스펜션 요소(704)의 구부러진 또는 각진 부분이다. 복수의 서스펜션 요소(704)가 터치 스크린 시스템에 설치될 때, 각각의 L 형상 브래킷(724)이 도 8에 도시된 바와 같이 터치 스크린 컴포넌트(802)에 결합되고 각각의 제2 단부 부분(720)이 강성 하우징(미도시)에 결합된다. 서스펜션 요소들(704)의 유연한 부분들(722)은 터치 스크린 컴포넌트(802)나 하우징의 어느 것에도 연결되지 않고, 액추에이터에 의해 출력된 힘에 의해 결정되는 단일 방향 또는 축으로 터치 스크린 컴포넌트(802)의 움직임을 제한하도록 구성되어 있다. 액추에이터는 본 명세서에 기술된 바와 같이 서스펜션 요소(704)의 유연한 부분(722)의 대향 면들 또는 표면들에 결합된 압전 재료의 세그먼트들(미도시)일 수 있거나, 다르게는 압전 액추에이터, 보이스 코일 액추에이터, 편심 질량 액추에이터, E-코어 타입 액추에이터, 솔레노이드, 가동 자석 액추에이터, 또는 원하는 다른 유형의 액추에이터를 포함하는(이들에 제한되지는 않음) 다수의 공지된 액추에이터 유형 중 어떤 것이라도 될 수 있다.
더 상세하게는, 유연한 부분(722)은, 터치 스크린 시스템 내에 설치될 때, y 방향 또는 축 등의 특정 방향으로 또는 특정 병진 축을 따른 터치 스크린 컴포넌트(802)의 우선적 움직임은 허용하면서, z 방향 또는 축 및 x 방향 또는 축 등의 다른 방향들로 또는 다른 병진 축을 따른 움직임은 제한한다. 서스펜션 요소들(704)은 x 방향으로 높은 스프링 상수를 가진 충분히 단단한 또는 강성 재료로 형성되고 유연한 부분(722)은 터치 스크린 컴포넌트(802)의 인접한 에지에 대하여 매우 예각, 즉 45도 미만의 각을 형성하기 때문에 x 방향으로의 터치 스크린 컴포넌트(802)의 좌우 움직임은 허용되지 않는다. 게다가, 제2 단부 부분(720)은 강성 하우징(미도시)에 결합되어 있고 힘이 직접 x 방향으로 가해지면, 서스펜션 요소들(704)은 x 방향으로의 움직임에 저항할 것이고 힘은 하우징에 전달될 것이다. 또한, 서스펜션 요소들(704)은 z 방향으로 높은 스프링 상수를 가진 충분히 단단한 또는 강성 재료로 형성되기 때문에 z 방향으로의 터치 스크린 컴포넌트(802)의 상하 움직임도 허용되지 않는다. 그러나, 서스펜션 요소들(704)은 y 방향으로 낮은 스프링 상수를 가지고 있고 액추에이터가 y 방향으로, 즉 터치 스크린 컴포넌트(802)에 평행하게 힘을 출력할 때, 각각의 서스펜션 요소(704)의 유연한 부분들(722)은 사용자에게 햅틱 효과들을 제공하기 위하여 y 방향으로의 터치 스크린 컴포넌트(802)의 움직임을 허용한다. 사용자가 x 방향 및/또는 z 방향으로 터치 스크린 컴포넌트(802)에 힘을 가할 때, 각 서스펜션 요소(704)의 유연한 부분들(722)은 이들 방향으로의 터치 스크린 컴포넌트(802)의 움직임을 허용하지 않으며 이에 따라 사용자는 마치 터치 스크린 컴포넌트(802)가 하우징 내에 견고하게 장착되어 있는 것처럼 느낀다.
본 발명의 또 다른 실시예(미도시)에서는, 서스펜션 요소들(704)이 터치 스크린 시스템에 사용되는 캐리어에 결합되거나 캐리어와 일체로 형성될 수 있거나 하우징에 결합되거나 하우징과 일체로 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따라, 서스펜션 요소들은 상이한 방향들에서 상이한 특성들을 가지도록 형성될 수 있다. 기하학적 구조, 재료들 및 장착 조건들을 변화시킴으로써, 스프링 서스펜션 요소의 성능은 그것이 설치되어 있는 시스템에 부응하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 터치 스크린이 원하는 햅틱 효과의 방향으로는 움직이지만 다른 방향들로는 매우 견고하도록 하기 위해, 강도는 상이한 방향들에서 달라질 수 있는데, 즉, 한 방향에서는 더 높고 또 다른 방향에서는 더 낮을 수 있다. 스프링 서스펜션 요소의 기하학적 구조를 변화시키면 적당한 방향으로 보강 립 또는 벤드의 추가를 통해 특정 축에서의 강도가 변화할 수 있다. 신축성 있는, 즉, 고무 또는 발포 고무를 통해 스프링 서스펜션 요소의 장착 조건들을 변화시키면, 마운트도 가변 강도를 제공한다.
도 9는 터치 스크린을 햅틱 시스템의 하우징에 결합시키는 유연한 서스펜션 요소(904)의 대안적인 실시예를 보여준다. 도 9는 캐리어(906)에 결합된 복수의 서스펜션 요소(904)를 보여준다. 본 발명의 또 다른 실시예(미도시)에서는, 서스펜션 요소들(904)이 터치 스크린 시스템에서 사용되는 터치 스크린 컴포넌트에 결합되거나 그것과 일체로 형성될 수 있거나 하우징에 결합되거나 그것과 일체로 형성될 수 있다. 도 9의 실시예에서는, 4개의 서스펜션 요소(904)가 캐리어(906)에 결합되어 있지만 이 기술 분야의 통상의 기술자는 더 많은 서스펜션 요소가 이용될 수 있거나, 단 하나의 서스펜션 요소가 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 서스펜션 요소들(904)은 제1 단부 탭(924) 및 각진 또는 구부러진 유연한 부분(922)을 포함하는 구부러진 판금 또는 구부러진 플라스틱 스프링들이다. 복수의 서스펜션 요소(904)가 터치 스크린 시스템에 설치될 때, 각각의 제1 단부 탭(924)이 강성 하우징(미도시)에 결합되도록 구성되고 유연한 부분(922)의 제1 단부(920)가 캐리어(906)에 결합되고 도 9에 도시된 바와 같이 캐리어(906)에 관하여 거의 45도 각도로 연장한다. 서스펜션 요소들(904)은 각각의 제1 단부 탭(924)이 캐리어(906)에 대체로 수직으로 연장하도록 캐리어(906)에 결합되어 있다. 각각의 제1 단부 탭(924)은 캐리어(906)의 바깥쪽 에지 또는 둘레로부터 수직으로 연장하지만 유연한 부분들(922)을 통해 캐리어(906)로부터 이격되어 있다.
터치 스크린 시스템 내에 설치될 때, 유연한 부분(922)은 y 방향 또는 축 및 x 방향 또는 축에서의 캐리어(906)의 우선적 움직임은 허용하면서 z 방향 또는 축에서의 움직임은 제한한다. 서스펜션 요소들(904)은 충분히 단단한 재료로 형성되어 z 방향으로의 캐리어(906)의 상하 움직임은 허용되지 않는다. 액추에이터를 형성하기 위해, 서스펜션 요소(904)의 각진 또는 구부러진 유연한 부분(922)의 대향 면들 또는 표면들에 압전 재료의 세그먼트들(907)이 결합되어 있다. 서스펜션 요소들(904)의 유연한 부분들(922)과, 이에 따라 압전 재료의 세그먼트들(907)이 터치 스크린 시스템의 캐리어(906) 및 하우징(914)(도 9에 환영으로 도시됨)에 관하여 거의 45도 각도로 장착되어 있으므로, 액추에이터, 즉, 압전 재료의 세그먼트들(907)에 의해 출력된 힘은 방향성 화살표 AF에 의해 표시된 바와 같이 터치 스크린 시스템에 대하여 오프셋 또는 기울어져 있다. 본 명세서에서 사용될 때 "거의" 45도 각도는 40도 내지 50도 범위의 각도들을 포함한다. 액추에이터를 캐리어(906) 및 하우징(914)에 대하여 45도 각도로 장착하면 힘 벡터들이 x 방향과 y 방향 사이에 균등하게 균형을 이루며 이에 따라 액추에이터가 화살표 AF의 방향으로 힘을 출력할 때, 액추에이터(907)에 의해 출력된 힘의 x 성분과 y 성분이 거의 같아진다. 각 서스펜션 요소(904)의 유연한 부분들(922)은 사용자에게 햅틱 효과들을 제공하기 위하여 y 방향으로 및 x 방향으로의 캐리어(906)의 움직임을 허용한다. 터치 스크린 시스템에 대한 압전 재료의 세그먼트들(907)의 오프셋 또는 기울어진 장착은 더욱 한결같은 햅틱 사용자 경험을 생성하는데, 그 이유는 사용자가 터치패드 GUI 상에서 상하 및/또는 좌우로 스크롤링할 때 전형적으로 나타나는 바와 같이, 사용자가 x 방향과 y 방향으로 터치 스크린 시스템의 GUI를 내비게이션함에 따라 액추에이터에 의해 출력된 힘은 이들 방향에서 거의 같기 때문이다. 그러나, 사용자가 z 방향으로 캐리어(906)에 힘을 가할 때, 각 서스펜션 요소(904)의 유연한 부분들(922)은 이들 방향으로의 캐리어(906)의 움직임을 허용하지 않으며 이에 따라 사용자는 마치 캐리어(906)가 하우징 내에서 견고하게 장착되어 있는 것처럼 느낀다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 서스펜션 요소들(904)의 유연한 부분들(922)에 결합된 액추에이터, 즉, 압전 재료의 세그먼트들(907)의, 캐리어(906) 및 하우징(914)에 대한 장착 각도는 선택된 각도에 기초하여 하나의 축 대 다른 하나의 축을 향하는 힘의 레벨을 제어하기 위해 달라지거나 수정될 수 있다. 더 상세하게는, 사용자가 x 방향 또는 y 방향 중 하나의 방향으로 더 많은 움직임 또는 이동을 경험하는 것이 요구된다면, 액추에이터에 의해 출력된 힘의 x 성분과 y 성분이 균등하지 않거나 동등하지 않도록 액추에이터는 거의 45도와 다른 각도로 캐리어 및 하우징에 대하여 장착될 수 있다.
또 다른 실시예에서는, 서스펜션 요소들(904)이 터치 스크린 시스템에서 그것에 부착된 압전 재료의 세그먼트들 대신에 다른 유형의 액추에이터와 함께 이용될 수 있다. 더 상세하게는, 도 10은 캐리어를 강성 하우징(1014)에 결합시키기 위해 압전 요소들(1004)이 결합되어 있는 캐리어(1006)를 보여준다. 압전 요소들(1004)은, 압전 재료의 세그먼트들이 그에 결합되어 있지 않다는 점을 제외하면, 서스펜션 요소들(904)에 대하여 기술된 것과 동일한 구조이다. 액추에이터(1008)가 캐리어(1006)의 아랫쪽 표면에 결합되어 있는 것으로 도시되어 있고 사용자가 터치 스크린에 접촉하고 있으면 터치 스크린 컴포넌트(미도시)에 그리고 사용자에게 작은 펄스, 진동, 또는 질감 느낌을 출력하는 역할을 한다. 액추에이터(1008)는 압전 액추에이터, 솔레노이드, 보이스 코일 액추에이터, 편심 질량 액추에이터, E-코어 타입 액추에이터, 가동 자석 액추에이터, 또는 원하는 다른 유형의 액추에이터를 포함하는(이들에 제한되지는 않음) 다수의 공지된 액추에이터 유형 중 어떤 것이라도 될 수 있다. 액추에이터(1008)는 캐리어(1006) 및 하우징(1014)에 대하여 거의 45도 각도로 장착되어 있고, 액추에이터(1008)에 의해 출력된 힘은 방향성 화살표 AF에 의해 표시된 바와 같이 터치 스크린 시스템에 대하여 오프셋 또는 기울어져 있다. 액추에이터가 화살표 AF의 방향으로 힘을 출력할 때, 액추에이터(1008)에 의해 출력된 힘의 x 성분과 y 성분은 거의 같다. 각 서스펜션 요소(1004)의 유연한 부분들(1022)은 사용자에게 햅틱 효과들을 제공하기 위하여 y 방향으로 및 x 방향으로의 캐리어(1006)의 움직임을 허용한다. 터치 스크린 시스템에 대한 액추에이터(1008)의 오프셋 또는 기울어진 장착은 더욱 한결같은 햅틱 사용자 경험을 생성하는데, 그 이유는 사용자가 터치패드 GUI 상에서 상하 및/또는 좌우로 스크롤링할 때 전형적으로 나타나는 바와 같이, 사용자가 x 방향과 y 방향으로 터치 스크린 시스템의 GUI를 내비게이션함에 따라 액추에이터에 의해 출력된 힘은 이들 방향에서 거의 같기 때문이다. 그러나, 사용자가 z 방향으로 캐리어(1006)에 힘을 가할 때, 각 서스펜션 요소(1004)의 유연한 부분들(1022)은 이들 방향으로의 캐리어(1006)의 움직임을 허용하지 않으며 이에 따라 사용자는 마치 캐리어(1006)가 하우징 내에서 견고하게 장착되어 있는 것처럼 느낀다.
서스펜션 요소들(1004)과 함께 예시되어 있지만, 터치 스크린에 대하여 오프셋 또는 기울어져 장착된 액추에이터는 다른 유형의 서스펜션 요소들과 함께 이용될 수도 있다. 예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 터치 스크린 시스템은 터치 스크린(미도시) 및/또는 캐리어(미도시)를 그것에 결합시키기 위한 그로밋 서스펜션 요소들(1104)을 가진 강성 하우징(1114)을 포함한다. 그로밋 서스펜션 요소들(1104)은 x 방향 및 y 방향 등의 하나 이상의 특정 방향으로의 터치 스크린(102)의 우선적 움직임을 허용하도록 구성되어 있다. 그로밋 서스펜션 요소들(1104)은 방향성 화살표 AF의 방향으로, 즉, 그로밋 서스펜션 요소들(1104)의 질감 처리된 내부 표면 또는 면들에 대한 움직임을 허용하도록 구성되어 있다. 그로밋 서스펜션 요소들(1104)은 z 방향 등의 또 다른 방향으로 그리고 방향성 화살표 AF에 수직인 방향으로, 즉, 그로밋 서스펜션 요소들(1104)의 매끄러운 또는 단단한 내부 표면 또는 면들에 대한 움직임을 제한하도록 구성되어 있다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 터치 스크린들 및 터치 표면들을 하우징 내에 장착하기 위해 유연한 그로밋을 이용하는 서스펜션들은, 위에 그 전체가 참고로 포함된, 2011년 3월 16일에 출원된 올리엔 등의 미국 특허 출원 제13/049,265호에 예시된 바와 같이 공지되어 있다. 다른 그로밋 서스펜션 구성들이 이와 함께 이용될 수도 있다. 액추에이터(1108)가 하우징(1114)에 대하여 기울어져 또는 오프셋되어 있는 것으로 도시되어 있고 사용자가 터치 스크린에 접촉하고 있으면 터치 스크린(미도시)에 그리고 사용자에게 작은 펄스, 진동, 또는 질감 느낌을 출력하는 역할을 한다. 액추에이터(1108)는 압전 액추에이터, 솔레노이드, 보이스 코일 액추에이터, 편심 질량 액추에이터, E-코어 타입 액추에이터, 가동 자석 액추에이터, 또는 원하는 다른 유형의 액추에이터를 포함하는(이들에 제한되지는 않음) 다수의 공지된 액추에이터 유형 중 어떤 것이라도 될 수 있다. 도 10의 실시예와 유사하게, 액추에이터(1108)는 터치 스크린 시스템에 대하여 거의 45도 각도로 장착되어 있고, 액추에이터(1108)에 의해 출력된 힘은 방향성 화살표 AF에 의해 표시된 바와 같이 터치 스크린 시스템에 대하여 오프셋 또는 기울어져 있다. 액추에이터가 화살표 AF의 방향으로 힘을 출력할 때, 액추에이터(1108)에 의해 출력된 힘의 x 성분과 y 성분은 거의 같다. 그로밋 서스펜션 요소들과 함께 도시되어 있지만, 터치 스크린 시스템에 대하여 오프셋 또는 기울어져 장착된 액추에이터는 나선형 또는 코일형 요소들, 고무, 발포 고무, 또는 굴곡부를 포함하는(이들에 제한되지는 않음) 다른 서스펜션 시스템들과 함께 이용될 수도 있다.
다양한 실시예들이 위에 기술되었지만, 이들은 제한으로서가 아니라, 오직 본 발명의 예시들 및 예들로서 제시된 것임을 이해해야 한다. 관련 기술의 숙련자들에게는, 본 발명의 진의 및 범위를 벗어나지 않고 형태 및 상세의 다양한 변경들이 이루어질 수 있다는 것이 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 폭 및 범위는 전술한 예시적인 실시예들 중 어떤 것에 의해서도 제한되어서는 안 되며, 오직 첨부된 청구항들 및 이들의 균등물들에 따라서 정의되어야 한다. 또한 본 명세서에 논의된 각 실시예의, 그리고 본 명세서에 인용된 각 참고 문헌의 각 특징은 임의의 다른 실시예의 특징들과 함께 이용될 수 있다는 것도 이해할 것이다. 본 명세서에 논의된 모든 특허들 및 공개들은 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다.

Claims (20)

  1. 유연한 서스펜션 시스템을 가진 햅택 장치를 제조하는 방법으로서,
    압전 재료의 세그먼트들을 적어도 하나의 유연한 서스펜션 요소의 적어도 하나의 표면에 결합시키는 단계;
    상기 적어도 하나의 서스펜션 요소를 터치 스크린 컴포넌트에 결합시키는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 서스펜션 요소를 하우징 컴포넌트에 결합시키는 단계 - 상기 압전 재료의 세그먼트들은 상기 하우징 컴포넌트에 대하여 상기 터치 스크린 컴포넌트를 움직이는 힘을 생성하고 그렇게 함으로써 상기 터치 스크린 컴포넌트의 사용자에게 햅틱 효과를 제공하도록 구성되어 있고, 상기 압전 재료의 세그먼트들에 의해 생성된 힘에 반응해서, 상기 적어도 하나의 서스펜션 요소는 제1 방향으로 상기 하우징 컴포넌트에 대한 상기 터치 스크린 컴포넌트의 움직임은 허용하도록 구성되어 있으면서 또한 적어도 제2 방향으로 상기 터치 스크린 컴포넌트와 상기 하우징 컴포넌트 간의 움직임은 제한하도록 구성되어 있음 -
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 압전 재료의 세그먼트들은 접착제를 통해 상기 적어도 하나의 서스펜션 요소의 상기 적어도 하나의 표면에 결합되는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 서스펜션 요소는 캐리어에 결합되거나 캐리어와 일체로 형성되고 상기 적어도 하나의 서스펜션 요소를 상기 터치 스크린 컴포넌트에 결합시키는 단계는 상기 캐리어를 상기 터치 스크린 컴포넌트에 결합시키는 것을 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 서스펜션 요소는 패스너를 수용하는 크기의 적어도 하나의 구멍을 포함하고 상기 적어도 하나의 서스펜션 요소를 상기 하우징 컴포넌트에 결합시키는 단계는 상기 적어도 하나의 서스펜션 요소를 상기 하우징 컴포넌트에 고정시키기 위해 상기 적어도 하나의 구멍을 통하여 상기 패스너를 끼우는(threading) 것을 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, LCD 컴포넌트를 상기 하우징 컴포넌트에 결합시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 터치 스크린 컴포넌트와 상기 LCD 컴포넌트 사이에 더스트 실(dust seal)을 설치하는 단계를 더 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 압전 재료의 세그먼트들을 적어도 하나의 유연한 서스펜션 요소에 결합시키는 단계는 압전 재료의 세그먼트들을 적어도 하나의 유연한 서스펜션 요소의 대향 표면들에 결합시키는 것을 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 유연한 서스펜션 요소의 상기 적어도 하나의 표면은 상기 터치 스크린 컴포넌트와 상기 하우징 컴포넌트에 대하여 거의 45도 각도로 연장하는 방법.
  9. 유연한 서스펜션 시스템을 가진 햅틱 장치로서,
    하우징 컴포넌트;
    터치 스크린 컴포넌트;
    상기 터치 스크린 컴포넌트가 상기 하우징 컴포넌트에 대하여 움직일 수 있도록 상기 터치 스크린과 상기 하우징 컴포넌트를 함께 결합시키는 적어도 하나의 유연한 서스펜션 요소; 및
    상기 하우징 컴포넌트에 대하여 상기 터치 스크린 컴포넌트를 움직이는 힘을 생성하고 그렇게 함으로써 상기 터치 스크린 컴포넌트의 사용자에게 햅틱 효과를 제공하기 위해 상기 적어도 하나의 서스펜션 요소의 적어도 하나의 표면에 결합된 압전 재료의 세그먼트 - 상기 압전 재료의 세그먼트들에 의해 생성된 힘에 반응해서, 상기 적어도 하나의 서스펜션 요소는 제1 방향으로 상기 하우징 컴포넌트에 대한 상기 터치 스크린 컴포넌트의 움직임은 허용하도록 구성되어 있으면서 또한 적어도 제2 방향으로 상기 터치 스크린 컴포넌트와 상기 하우징 컴포넌트 간의 움직임은 제한하도록 구성되어 있음 -
    를 포함하는 햅틱 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 서스펜션 요소는 캐리어에 결합되거나 캐리어와 일체로 형성되어 있는 햅틱 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 적어도 하나의 서스펜션 요소는 상기 서스펜션 요소를 상기 하우징 컴포넌트에 결합시키기 위한 패스너를 수용하는 크기의 적어도 하나의 구멍을 포함하는 햅틱 장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 유연한 서스펜션 요소의 상기 적어도 하나의 표면은 상기 터치 스크린 컴포넌트와 상기 하우징 컴포넌트에 대하여 거의 45도 각도로 연장하는 햅틱 장치.
  13. 제9항에 있어서, 상기 유연한 서스펜션 요소는 구부러진 판금 스프링인 햅틱 장치.
  14. 제9항에 있어서, 압전 재료의 세그먼트가 상기 적어도 하나의 서스펜션 요소의 대향 표면들에 결합되어 있는 햅틱 장치.
  15. 유연한 서스펜션 시스템을 가진 햅틱 장치를 제조하는 방법으로서,
    압전 재료의 세그먼트들을 터치 스크린 컴포넌트 또는 상기 터치 스크린 컴포넌트에 결합된 캐리어의 적어도 하나의 표면에 결합시키는 단계; 및
    상기 터치 스크린 컴포넌트가 하우징 컴포넌트에 대하여 움직일 수 있도록 상기 터치 스크린 컴포넌트를 상기 하우징 컴포넌트에 결합시키는 단계 - 상기 압전 재료의 세그먼트들은 상기 하우징 컴포넌트에 대하여 상기 터치 스크린 컴포넌트를 움직이는 힘을 생성하고 그렇게 함으로써 상기 터치 스크린 컴포넌트의 사용자에게 햅틱 효과를 제공하도록 구성되어 있음 -
    를 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 압전 재료의 세그먼트들은 접착제를 통해 상기 적어도 하나의 표면에 결합되는 방법.
  17. 제15항에 있어서, 적어도 하나의 서스펜션 요소를 상기 하우징 컴포넌트에 그리고 상기 터치 스크린 컴포넌트에 결합시키는 단계를 더 포함하고, 상기 서스펜션 요소는 제1 방향으로 상기 하우징 컴포넌트에 대한 상기 터치 스크린 컴포넌트의 움직임을 허용하도록 구성되어 있는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 서스펜션 요소는 또한 적어도 제2 방향으로 상기 터치 스크린 컴포넌트와 상기 하우징 컴포넌트 간의 움직임을 제한하도록 구성되어 있는 방법.
  19. 제15항에 있어서, LCD 컴포넌트를 상기 하우징 컴포넌트에 결합시키는 단계 및 상기 터치 스크린 컴포넌트와 상기 LCD 컴포넌트 사이에 더스트 실을 설치하는 단계를 더 포함하는 방법.
  20. 제15항에 있어서, 압전 재료의 세그먼트들을 터치 스크린 컴포넌트 또는 상기 터치 스크린 컴포넌트에 결합된 캐리어의 적어도 하나의 표면에 결합시키는 단계는 압전 재료의 세그먼트들을 상기 터치 스크린 컴포넌트 또는 상기 터치 스크린 컴포넌트에 결합된 상기 캐리어의 대향 표면들에 결합시키는 것을 포함하는 방법.
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