KR20180073479A - 햅틱 디바이스를 위한 압력-감응식 서스펜션 시스템 - Google Patents

햅틱 디바이스를 위한 압력-감응식 서스펜션 시스템 Download PDF

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Abstract

본원의 실시예들은 압력-감응식 서스펜션 시스템을 갖는 햅틱 디바이스에 관한 것이다. 햅틱 디바이스는 하우징, 하우징에 대해 이동가능하도록 하우징에 장착되는 터치 표면 컴포넌트, 및 터치 표면 컴포넌트에 햅틱 피드백을 제공하기 위한 햅틱 액추에이터를 포함한다. 적어도 하나의 서스펜션 컴포넌트가 터치 표면 컴포넌트와 하우징 사이에 배치된다. 서스펜션 컴포넌트는 탄성중합체로 형성되며, 탄성중합체에 통합되는 압력-감지 입자들을 포함한다. 압력-감지 입자들은 터치 표면 컴포넌트에 인가되는 압력을 감지하도록 구성된다.

Description

햅틱 디바이스를 위한 압력-감응식 서스펜션 시스템{PRESSURE-SENSITIVE SUSPENSION SYSTEM FOR A HAPTIC DEVICE}
본 발명은 일반적으로 사용자에게 햅틱 피드백을 제공하는 컴포넌트들 및/또는 시스템들에 관한 것이며, 더 특별하게는 사용자에게 햅틱 피드백을 제공하는 터치 표면들 및 터치스크린들에 관한 것이다.
인간은 다양한 애플리케이션들에서 전자 및 기계 디바이스들과의 인터페이스하고, 및 더 자연스러운, 사용하기에 용이한, 그리고 유익한(informative) 인터페이스에 대한 필요성은 지속적인 관심사이다. 그 맥락에서, 인간은 다양한 애플리케이션들을 위한 컴퓨터 디바이스들과 인터페이스한다. 한 가지 이러한 애플리케이션은 게임들, 시뮬레이션들, 및 애플리케이션 프로그램들과 같은 컴퓨터-발생 환경들과 상호작용하는 것이다. 마우스 및 트랙볼과 같은 컴퓨터 입력 디바이스들이 종종 사용되어 그래픽 환경 내에 커서를 제어하고 이러한 애플리케이션들에서 입력을 제공한다. 일부 인터페이스 디바이스들에서, "햅틱 피드백"으로서 본원에 총체적으로 알려진, 힘 피드백 또는 촉각 피드백이 사용자에게 또한 제공된다. 예를 들어, 조이스틱, 마우스, 게임패드, 스티어링 휠, 또는 다른 타입들의 디바이스들의 햅틱 버전들은 게임 또는 다른 애플리케이션 프로그램에서와 같이, 그래픽 환경 내에서 발생하는 이벤트들 또는 상호작용들에 기초하여 사용자에게 힘들을 출력할 수 있다.
랩톱 컴퓨터들과 같은, 휴대용 컴퓨터 또는 전자 디바이스들에서, 마우스는 이용하기에 불편하거나 너무 클 수 있다. 그 결과, 컴퓨터의 키보드 근처에 제공되는 작은 직사각형의 평면 패드들인 터치패드들과 같은 더 소형의 디바이스들이 종종 사용된다. 터치패드들은 터치패드에 인가되는 압력을 검출하는 압력 센서들 또는 용량성 센서들과 같은, 다양한 감지 기술들 중 임의의 것에 의해 포인팅 객체의 위치를 감지한다. 사용자는 가장 일반적으로 손가락끝으로 터치패드에 접촉하고, 터치패드 상의 자신의 손가락을 움직여서 그래픽 환경에 디스플레이되는 커서를 이동시킨다. 다른 실시예들에서, 사용자는 터치패드 상에 스타일러스 끝(tip)을 누르고 스타일러스를 움직임으로써 터치패드와 함께 스타일러스를 동작시킬 수 있다.
일반적으로 햅틱 피드백으로서 총체적으로 알려진 힘 피드백 또는 촉각 피드백을 터치패드들에 적용하는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 본 개시내용의 동일한 양수인에게 양도되며 그 개시내용들이 전체적으로 참조로 본원에 포함되는, Rosenberg 등에 대한 미국 특허 제9,280,205호는 힘을 출력하여 햅틱 감각을 제공하는, 그것에 커플링되는 적어도 하나의 액추에이터를 갖는 터치패드를 개시한다. Rosenberg 등으로부터 재생되는 도 1은, 전기 신호가 액추에이터에 대한 입력일 때 터치패드 상에 힘을 생성하도록 동작하는 접지된 압전 액추에이터(104)에 직접 커플링되는 터치패드(102)를 예시한다. Rosenberg 등은, 터치패드가 액추에이터에만 커플링될 수 있거나, 또는 스프링 또는 폼(도 1에 미도시됨)과 같은 재료 또는 엘리먼트를 사용하여 순응적 접속들(compliant connections)로 액추에이터들 이외의 다른 위치들에서 컴퓨터 디바이스의 하우징(106)에 추가로 커플링될 수 있다는 것을 개시한다. 순응적 접속은 액추에이터 힘들에 응답하여 터치패드의 일부분들이 움직이도록 하고, 사용자에게 햅틱 감각들을 더 효과적으로 전달하도록 한다.
터치패드와 하우징 사이에 위치되는 컴포넌트들에 대한 상당한 크기 제약들이 존재한다. 햅틱 터치패드들에 대한 개선된 그리고/또는 대안적인 순응적 서스펜션 시스템들에 대한 요구가 본 기술분야에 존재한다.
본원의 실시예들은 압력-감응식 서스펜션 시스템을 갖는 햅틱 디바이스에 관한 것이다. 햅틱 디바이스는 하우징, 하우징에 대해 이동가능하도록 하우징에 장착되는 터치 표면 컴포넌트, 및 터치 표면 컴포넌트에 햅틱 피드백을 제공하기 위한 햅틱 액추에이터를 포함한다. 적어도 하나의 서스펜션 컴포넌트가 터치 표면 컴포넌트와 하우징 사이에 배치된다. 서스펜션 컴포넌트는 탄성중합체로 형성되고, 탄성중합체 내에 통합되는 압력-감지 입자들을 포함한다. 압력-감지 입자들은 터치 표면 컴포넌트에 인가되는 압력을 감지하도록 구성된다.
본원의 또다른 실시예에서, 햅틱 디바이스는 하우징, 하우징에 대해 이동가능하도록 하우징에 장착되는 터치 표면 컴포넌트, 및 하우징에 대해 터치 표면 컴포넌트를 이동시키고 이에 의해 터치 표면 컴포넌트에 햅틱 피드백을 제공하기 위한 햅틱 액추에이터를 포함한다. 적어도 하나의 서스펜션 컴포넌트는, 터치 표면 컴포넌트가 하우징에 대해 이동가능하도록 터치 표면 컴포넌트와 하우징들을 함께 커플링시킨다. 서스펜션 컴포넌트는 적어도 제1 방향으로의 터치 표면 컴포넌트와 하우징 사이의 움직임을 제한하도록 구성되는 동시에 또한 제2 방향으로의 하우징에 대한 터치 표면 컴포넌트의 움직임을 허용하도록 구성되는 탄성중합체로 형성된다. 서스펜션 컴포넌트는 탄성중합체 내에 통합되는 압력-감지 입자들을 더 포함한다. 압력-감지 입자들은 터치 표면 컴포넌트에 인가되는 압력을 감지하도록 구성된다. 햅틱 디바이스는 또한, 압력-감지 입자들로부터 압력 신호를 수신하도록 구성되고, 또한 압력 신호에 응답하여 터치 표면 컴포넌트에 인가되는 압력의 위치를 결정하도록 구성되고, 또한 압력 신호에 응답하여 햅틱 액추에이터에 햅틱 제어 신호를 출력하도록 구성되는, 프로세서를 포함한다.
본원의 또다른 실시예에서, 햅틱 디바이스에 대한 순응적 서스펜션 시스템은 제1 바디 및 제1 바디에 대해 이동가능하도록 제1 바디에 장착되는 제2 바디를 포함한다. 적어도 하나의 서스펜션 컴포넌트가 제1 바디와 제2 바디 사이에 배치된다. 서스펜션 컴포넌트는 함께 통합되는 압력-감지 입자들을 갖는 탄성중합체 엘리먼트를 포함한다. 압력-감지 입자들은 터치 표면 컴포넌트에 인가되는 압력을 감지하도록 구성된다.
본 발명의 이전 및 다른 특징들 및 장점들은 첨부 도면들에 예시된 바와 같이 그것의 실시예들의 후속하는 기술으로부터 명백해질 것이다. 본원에 포함되며 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면들은 추가로, 본 발명의 원리들을 기술하고, 관련 기술분야의 통상의 기술자가 본 발명을 제작하고 사용할 수 있게 하는 역할을 한다. 도면은 축척에 맞지 않다.
도 1은 종래 기술의 햅틱 터치패드의 측단면도이다.
도 2는 본원의 실시예에 따른 압력-감응식 서스펜션 시스템을 갖는 랩톱 컴퓨터의 투시도이다.
도 3은 도 2의 랩톱 컴퓨터의 블록도이다.
도 4는 도 2의 랩톱 컴퓨터의 분해 투시도이다.
도 5는 도 2의 랩톱 컴퓨터의 압력-감응식 서스펜션 시스템의 분해 투시도이다.
도 6은 허상으로(in phantom) 도시된 그것의 하우징을 갖는, 도 2의 랩톱 컴퓨터의 압력-감응식 서스펜션 시스템의 측단면도이다.
도 7은 도 6의 압력-감응식 서스펜션 시스템의 서스펜션 컴포넌트의 확대된 최상부 도면이며, 여기서 압력-감지 입자들은 균질 혼합물로 탄성중합체 내에 떠 있다(suspend).
도 7a는 도 7의 라인 A-A를 따라 취해지는 단면도이다.
도 8은 도 2의 터치패드의 분해도이며, 터치패드는 단지 예시의 목적으로 랩톱 컴퓨터로부터 제거되며, 터치패드는 매끄러운 접촉 또는 커버층, 불투명층, 압력-감응식 접착제 층, 및 보강층을 포함하는 구조체들의 층형(layered) 스택으로 형성된다.
도 9는 본원의 또다른 실시예에 따른 터치패드의 분해도이며, 터치패드는 단지 예시의 목적으로 랩톱 컴퓨터로부터 제거되며, 터치패드는 매끄러운 접촉 또는 커버층, 불투명층, 압력-감응식 접착제 층, 보강층, 및 터치패드 상으로의 터치 또는 접촉 활동을 검출하기 위한 포지션 센서 어레이를 포함하는 구조체들의 층형(layered) 스택으로 형성된다.
도 10은 본원의 또다른 실시예에 따른 압력-감응식 서스펜션 시스템의 서스펜션 컴포넌트의 확대된 측면도이며, 압력-감지 입자들은 탄성중합체의 표면 상에 인쇄된다.
도 11은 도 10의 서스펜션 컴포넌트의 최상부 도면이다.
도 12는 햅틱 피드백을 제공하기 위한 모바일 햅틱 디바이스의 다양한 컴포넌트들을 예시하는 분해 투시도이며, 모바일 햅틱 디바이스는 본원의 실시예에 따른 압력-감응식 서스펜션 시스템을 포함한다.
본 발명의 특정 실시예가 도면들에 관해 이제 기술되며, 여기서 동일한 참조 번호들은 동일한 또는 기능적으로 유사한 엘리먼트들을 지시한다. 후속하는 상세한 설명은 속성상 단지 예시적이며, 본 발명 또는 애플리케이션 및 본 발명의 사용을 제한하도록 의도되지 않는다. 본원의 실시예들의 기술이 전자 터치패드에 대한 서스펜션 시스템의 맥락에 있지만, 본 발명은 또한 그것이 유용한 것으로 간주되는 경우 임의의 다른 애플리케이션들에서도 사용될 수 있다. 또한, 선행 기술 분야, 배경, 간단한 요약 또는 후속하는 상세한 설명에서 제시되는 임의의 명백한 또는 내포된 이론에 의해 한정될 의도는 존재하지 않는다.
본원의 실시예들은 하우징 내에 터치패드들, 터치 스크린들 및 다른 터치 표면 컴포넌트들을 장착하기 위한 압력-감응식 서스펜션 시스템을 갖는 햅틱 디바이스에 관한 것이다. 압력-감응식 서스펜션 시스템은 컴퓨터의 터치패드의 맥락에서 아래 기술될 것이며, 디스플레이 스크린은 터치패드와 공동-위치되지 않는다. 그러나, 본 발명은 이러한 터치패드들에 대한 서스펜션들로 제한되는 것이 아니라, 임의의 햅틱 방식으로 여기된 터치 표면 컴포넌트 또는 터치 엘리먼트에 동등하게 적용가능하다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 서스펜션 시스템은 터치스크린을 걸도록(suspend) 적용될 수 있으며, 디스플레이는 터치 표면 뒤에 배치된다. 디스플레이는 터치 표면 뒤에 또는 터치 엘리먼트로부터 별도의 위치에 위치되고 호스트 컴퓨터에 의해 업데이트될 수 있거나, 또는 그것은 단순히 연관된 터치 엘리먼트의 터치 감응식 영역들을 나타내는 피처들(예를 들어, 그래픽들)을 갖는 플라스틱 표면일 수 있다. 따라서, 용어 "터치 표면 컴포넌트"는 후속하는 상세한 설명 및 청구항에서 사용될 때, 터치패드들 및 터치스크린들 뿐만 아니라 임의의 터치 표면 또는 터치 엘리먼트 및 햅틱 효과들이 적용될 수 있는 연관된 그래픽 엘리먼트를 포괄하는 것으로 해석되어야 한다.
본원에 기술되는 압력-감응식 서스펜션 시스템들은 압력-감지 기능들을 햅틱 디바이스의 단일의 통합된 컴포넌트로서 서스펜션 시스템 내로 조합시킨다. 따라서, 압력-감응식 서스펜션 시스템의 서스펜션 엘리먼트는 2개의 다른 기능들을 제공하거나 또는 2개의 다른 특징들, 소위, 터치스크린 컴포넌트가 햅틱 효과들을 제공하기 위한 햅틱 액추에이터에 응답하여 이동하도록 하는 서스펜션 기능 또는 특징, 및 또한 터치스크린 컴포넌트에 인가되는 압력 또는 터치를 감지하는 센서 기능 또는 특징을 갖는, 단일 컴포넌트이다. 본원에 더 상세히 기술될 바와 같이, 압력-감응식 서스펜션 시스템의 서스펜션 엘리먼트는 햅틱 서스펜션의 물리적 특징을 가지도록 설계되지만, 동시에 센서로서 사용될 수 있는 추가된 특징을 가진다. 유리하게는, 서스펜션 및 압력-감지의 기능들을 단일 컴포넌트 내로 통합시킴으로써, 햅틱 디바이스의 전체 파트 카운트가 감소되고, 햅틱 디바이스의 컴포넌트들에 대한 공간 문제들 또는 이슈들이 최소화된다.
이제 도면들을 참조하면, 본원의 실시예에 따른 압력-감응식 서스펜션 시스템은 도 2-7에 대해 더 상세히 기술될 것이다. 도 2는 본원의 실시예에 따른 압력-감응식 서스펜션 시스템(220)을 포함하는 컴퓨터(210)의 투시도이다. 컴퓨터(210)는 바람직하게는 사용자에 의해 반송되거나 또는 그렇지 않은 경우 전송될 수 있는 휴대용 또는 랩톱 컴퓨터이며, 배터리들 또는 다른 휴대용 에너지원 뿐만 아니라 다른 더 고정식의 전원들에 의해 전원공급될 수 있다. 컴퓨터(210)는 바람직하게는 사용자가 주변기기들을 통해 상호작용하는 하나 이상의 호스트 애플리케이션 프로그램들을 실행시킨다. 컴퓨터(210)는 하우징(216), 사용자에게 그래픽 이미지들을 출력하기 위한 디스플레이(212), 사용자로부터 컴퓨터로 문자 또는 토글 입력을 제공하기 위한 키보드(213), 및 사용자의 손가락(들)의 모션 및 포지션을 디스플레이(212)에 출력되는 운영 체제 상의 상대적 포지션으로 변환할 수 있는 입력 표면인 터치패드(214)를 포함한다. 하우징(216)은 일반적으로 구획(compartment) 또는 케이싱인 것으로 간주되지만, 임의의 타입의 하우징 컴포넌트일 수 있다. 디스플레이(212)는 랩톱 컴퓨터들에 대해 공통적인 평판 디스플레이이거나, 또는 별도의 모니터를 포함하는 다양한 타입들의 디스플레이 디바이스들 중 임의의 것일 수 있다. 실시예에서, 디스플레이(212)는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)와 같이, 실행 중인 애플리케이션 프로그램들 및/또는 운영 체제들에 기초하여 그래픽 환경을 디스플레이할 수 있다. 그래픽 환경은, 예를 들어, 커서(211), 배경들, 윈도우들, 데이터 목록들, 버튼들과 같은 아이콘들, 및 GUI 환경들에서 널리 알려진 다른 그래픽 객체들을 포함할 수 있다. 사용자는 터치패드(214)의 다양한 영역들을 터치하여 디스플레이(212) 상에 디스플레이되는 가상 그래픽 객체들을 활성화시키고, 이동시키고, 플립시키고, 전진시키고(advance), 또는 다른 방식으로 조작함으로써 디스플레이(212)와 상호작용하고, 이로써 디바이스에 입력들을 제공한다.
컴퓨터(210) 상에서 실행하는 애플리케이션 프로그램들 및/또는 운영 체제들은 광범위할 수 있다. 예를 들어, 호스트 애플리케이션 프로그램은 워드프로세서, 스프레드시트, 비디오 또는 컴퓨터 게임, 드로잉 프로그램, 운영 체제, 그래픽 사용자 인터페이스, 시뮬레이션, HTML 또는 VRML 명령들을 구현하는 웹 페이지 또는 브라우저, 과학적 분석 프로그램, 가상 현실 훈련 프로그램 또는 애플리케이션, 또는 본원에서 더 상세히 설명될 바와 같이 터치패드(214)로부터의 입력을 이용하고 햅틱 피드백 커맨드들을 터치패드(214)에 출력하는 다른 애플리케이션 프로그램일 수 있다. 예를 들어, 많은 게임들 및 다른 애플리케이션 프로그램들이 햅틱 피드백 기능성을 포함하고, 캘리포니아주, 산 호세의 Immersion Corporation로부터 이용가능한 I-Force®, FEELit®, 또는 Touchsense®와 같은 표준 프로토콜/드라이버들을 사용하여 터치패드(214)와 통신할 수 있다.
저장 디바이스들(하드 디스크 드라이브, DVD-ROM 드라이브 등), 네트워크 서버 또는 클라이언트들, 게임 제어기들 등과 같은 다른 디바이스들이 또한 컴퓨터(210)에 포함되거나 커플링될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 컴퓨터(210)는, 테이블톱 또는 다른 표면 상에 있는 컴퓨팅 디바이스, 스탠드업 아케이드 게임 머신들, 사용자의 한 손으로 잡히거나 사용되는, 다른 휴대용 디바이스들 또는 사람에 의해 착용되는 디바이스들, 및 다른 컴퓨팅 디바이스들을 포함하는, 광범위한 형태들을 취할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터(210)는 비디오 게임 콘솔, 개인용 컴퓨터, 워크스테이션, 텔레비전 "셋톱 박스" 또는 "네트워크 컴퓨터", 또는 다른 컴퓨팅 또는 전자 디바이스일 수 있다.
터치패드(214)는 도시된 바와 같이, 컴퓨터(210)의 하우징(216)의 리세스(215)(도 4 참조) 내에 키보드(213) 아래에 위치될 수 있는 평면의, 직사각형의 매끄러운 접촉 표면을 포함하거나, 또는 하우징의 다른 구역들에 위치될 수 있다. 터치패드(214)의 층형 구조가 도 9에 관해 본원에서 더 상세히 기술된다. 사용자가 컴퓨터(210)를 동작시킬 때, 사용자는 터치패드(214) 상에 손가락끝 또는 다른 객체를 편리하게 배치시키고 손가락끝을 움직여서 디스플레이(212) 상의 커서(211)를 대응적으로 이동시킬 수 있다. 손가락을 사용하여 터치패드에 접촉하는 것 이외에도, 사용자는 또한 터치패드에 직접 접촉하는 다른 객체들을 잡을 수 있다. 터치패드(214) 상의 임의의 햅틱 감각 출력이 잡은 객체를 통해 사용자의 손에 전송될 수 있다. 예를 들어, 사용자는 손가락보다 더 정확하게 터치패드(214)에 접촉하는 포인트를 갖는 스타일러스(미도시됨)를 잡을 수 있다.
본원의 또다른 실시예에서, 터치패드(214)는 케이블을 통해 또는 무선 전송을 통해 컴퓨터(210)의 포트에 접속하며 컴퓨터(210)로부터 힘 정보를 수신하고 컴퓨터(210)에 포지션 정보를 송신하는, 별도의 하우징 내에 제공될 수 있다. 예를 들어, 유니버설 직렬 버스(USB), 파이어와이어, 또는 표준 직렬 버스가 이러한 터치패드를 컴퓨터(210)에 접속시킬 수 있다. 이러한 실시예에서, 컴퓨터(210)는 임의의 데스크톱 또는 고정식 컴퓨터 또는 디바이스일 수 있으며 휴대용 디바이스일 필요는 없다.
도 3은 랩톱 컴퓨터(210)의 블록도이고, 도 4는 랩톱 컴퓨터(210)의 분해 투시도이다. 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 압력-감응식 서스펜션 시스템(220)은 복수의 서스펜션 컴포넌트들(224), 터치패드(214), 및 햅틱 액추에이터(222)를 포함한다. 각각의 서스펜션 컴포넌트(224)는 압력-감지 입자들(226)을 탄성중합체(228) 내에 단일 컴포넌트로서 조합시킨다. 탄성중합체(228)로 인해, 서스펜션 컴포넌트(224)는 터치패드(214)를 그것에 대해 이동가능하도록 하우징(216)에 장착하거나 커플링시키는 서스펜션 기능 또는 특징을 가진다. 그 내에 포함되거나 통합되는 압력-감지 입자들(226)로 인해, 서스펜션 컴포넌트(224)는 또한 터치패드(214)에 인가되는 압력 또는 터치를 감지하기 위한 센서 기능 또는 특징을 가진다. 사용자가 햅틱 액추에이터(222)에 의해 생성되거나 출력되는 힘들을 느끼도록 하기 위해, 본원의 실시예들에 따른 압력-감응식 서스펜션 시스템들이 설치되어 터치패드(214)가 햅틱 피드백을 위해 요구되는 순응성(compliance)을 가지도록 하고, 햅틱 액추에이터(222)에 의해 출력되는 힘들에 의해 이동되도록 한다. 따라서, 본원의 실시예들에 따른 압력-감응식 서스펜션 시스템들은 하우징(216)에 대해 터치패드(214)의 우선적(preferential) 움직임을 허용하도록 구성된다.
도 4의 실시예에서, 압력-감응식 서스펜션 시스템(220)은 터치패드(214)의 4개 코너들 각각 아래에 위치되거나 장착되는 4개의 서스펜션 엘리먼트들(224)을 포함한다. 서스펜션 엘리먼트들(224)은 터치패드(214)와 하우징(216)을 함께 커플링시키는 별개의 그러나 동일한 서스펜션 컴포넌트들이지만, 더 많거나 더 적은 서스펜션 컴포넌트들이 이용될 수 있다는 것이 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 것이다. 예를 들어, 본원의 또다른 실시예에서(미도시됨), 햅틱 디바이스는 전략적 위치들에서, 예컨대, 햅틱 디바이스의 하나 이상의 에지들 그리고/또는 터치패드의 모두 또는 일부 아래의 이격된 위치들을 따라, 그러나 이에 제한되지 않도록, 터치패드(214)와 하우징(216) 사이에서 확장하는 복수의 별개의 서스펜션 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 본원의 또다른 실시예에서(미도시됨), 단 하나의 서스펜션 컴포넌트가 터치패드의 모두 또는 일부 아래에서 계속 확장할 수 있다. 각각의 서스펜션 컴포넌트(224)는 터치패드(214)와 하우징(216) 사이에서 확장한다. 서스펜션 엘리먼트들(224)은 햅틱 디바이스의 임의의 다른 컴포넌트에 부착되거나 고정되도록 요구되는 것이 아니라, 오히려 터치패드(214)와 하우징(216)의 일부 사이에 위치되거나 개재된다. 본원의 또다른 실시예에서, 각각의 서스펜션 엘리먼트(224)의 하나의 표면이 햅틱 디바이스의 인접한 컴포넌트에 부착되거나 고정될 수 있다.
서스펜션 컴포넌트(224)의 서스펜션 기능은 서스펜션 컴포넌트들(224)의 센서 기능의 논의에 선행하여, 본원에서 초기에 논의될 것이다. 도 5는 도 2의 랩톱 컴퓨터의 압력-감응식 서스펜션 시스템의 분해 투시도이다. 서스펜션 엘리먼트들(224)은 터치패드가 하우징에 대해 이동가능하도록 터피패드(214)와 하우징(216)을 함께 커플링시킨다. 이 실시예에서, 터치패드(214) 상에 햅틱 액추에이터(222)에 의해 생성되거나 출력되는 힘들은 선형이며 x-축 및/또는 y-축을 따르는데, 이는 터치패드(214)의 평면 표면에 대해 면-내(in-plane)에 있거나 또는 평행하다. 서스펜션 엘리먼트들(224)은 적어도 제1 방향으로의(즉, z-방향) 터치패드(214)와 하우징(216) 사이의 움직임을 제한하는 동시에 또한 적어도 제2 방향으로의(즉, x-방향 또는 y-방향) 터치패드(214)와 하우징(216)의 움직임을 허용하도록 구성되는 탄성중합체(228)를 포함한다. 탄성중합체(228)는 재료, 두께, 및 다른 특징들의 선택을 통해 이러한 방식으로 동작하도록 구성된다. 본원의 실시예에서, 탄성중합체(228)는 대략 5 밀리미터 x 5 밀리미터로 측정되며 0.5 밀리미터의 두께를 가진다. 탄성중합체(228)에 대한 예시적인 재료들은 실리콘, 천연 고무 및 열가소성 탄성중합체(TPE)를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 탄성중합체(228)는 그 내에 압력-감지 입자들(226)이 분산되는 것을 보조하도록 유화제를 포함할 수 있다.
도 6은 예시의 목적으로 허상으로 도시된 하우징(216)을 갖는, 압력-감응식 서스펜션 시스템(220)의 측면도이다. 탄성중합체(228)의 재료 및 치수들로 인해, 서스펜션 컴포넌트(224)는 x-축을 따라 그리고 y-축을 따라, 즉 터치패드(214)의 면에 대해 면-내에 또는 이에 평행하게 터치패드(214)의 측방(lateral) 또는 좌우(side-to-side) 움직임을 허용한다. 추가로, 탄성중합체(228)는 z-축을 따라, 즉, 터치패드(214)의 면에 대해 수직 또는 법선으로 터치패드(214)의 상향 및 하향 움직임이 제한되도록, 충분히 단단하다. 따라서, 사용자가 그것의 동작 동안 터치패드(214)를 아래로 누를 때, 서스펜션 컴포넌트들(224)은 z-축 방향으로 터치패드(214)의 움직임을 허용하지 않으며, 따라서, 사용자는 터치패드(214)가 컴퓨터(210)의 하우징(216) 내에 단단하게 장착된 것처럼 느낀다. 그러나, 본원에서 더 상세히 기술될 바와 같이 햅틱 액추에이터(222)가 x-축 및/또는 y-축을 따라 힘을 출력할 때, 서스펜션 컴포넌트들(224)은 탄성중합체(228)의 두께로 전단하는, 면 내의 모션을 유도함으로써 x-축 및/또는 y-축을 따라 순응적이며, 따라서, 사용자에게 햅틱 효과들을 제공하기 위해 터치패드(214)의 측방 움직임이 허용된다. 따라서, 서스펜션 컴포넌트들(224)은 사용자가 진동, 충격(jolt), 및 햅틱 액추에이터(222)에 의해 생성되는 유사한 촉각 피드백을 느끼게 하는 동시에, 터치패드의 사용자 동작 동안 터치패드(214)에 안정성을 제공한다. 서스펜션 컴포넌트들(224)이 x-축 및/또는 y-축을 따르는 우선적 움직임을 허용하도록 구성되지만, 서스펜션 컴포넌트들은, 액추에이터의 타입, 서스펜션 컴포넌트 상에 움직임이 유도될 방법, 및 터치패드의 중량을 포함하는 다양한 인자들에 따라, 다른 액추에이션 방향들로의, 예컨대 z-축을 따르는 우선적 움직임을 허용하도록 대안적으로 구성될 수 있다.
서스펜션 컴포넌트(224)의 압력-감지 기능이 이제 도 7 및 7a에 관해 기술될 것이다. 도 7은 서스펜션 컴포넌트(224)의 확대된 최상부 도면이며, 압력-감지 입자들(226)이 균질 혼합물로서 탄성중합체(228) 내에서 어떻게 떠 있는지를 예시한다. 도 7a는 도 7의 라인 A-A를 따라 취해지는 단면도이다. 압력-감지 능력들을 갖는 서스펜션 컴포넌트(224)를 형성하기 위해, 서스펜션 컴포넌트(224)는 서스펜션 컴포넌트(224)의 제조동안 탄성중합체(228) 내에 압력-감지 입자들(226)을 떠있게 하거나 분산시킴으로써 형성된다. 예를 들어, 본원의 실시예에서, 압력-감지 입자들(226)은 그의 경화 이전에 실리콘과 같은 액체 탄성중합체와 혼합되는 전도성 잉크 재료이다. 경화 프로세스가 진행됨에 따라, 전도성 잉크 재료는 균질 방식으로 탄성중합체에 떠 있거나, 탄성중합체 내에 분산되거나, 또는 다른 방식으로 탄성중합체와 통합된다. 압력에 반응적인 전도성 잉크 재료들 뿐만 아니라, 압력-감지 입자들(226)은 구리, 은, 탄소 블록, 그래핀, 또는 탄소 나노튜브들을 포함하는 전도성 재료들의 입자들일 수 있거나, 또는 압전 재료들의 입자들일 수 있다. 적절한 전도성 잉크 재료들 및 본원의 실시예들에서 사용하기 위한 전도성 재료들의 입자들은 영국, 뉴 요크셔, 리치몬드의 Peratech Limited로부터 상업적으로 이용가능하다. 후속하는 상세한 설명 및 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 탄성중합체 "내로 통합되는" 압력-감지 입자들은, 접착제 또는 다른 커플링 메커니즘의 사용 없이 단일 컴포넌트로서 그 제조 동안 통합적으로 형성되는 탄성중합체 내에 떠 있거나 탄성중합체 내로 분산되는 압력-감지 입자들을 포괄하도록 해석되어야 한다. 추가로, 후속하는 상세한 설명에서 그리고 청구항들에서 사용되는, 탄성중합체 "내로 통합되는" 압력-감지 입자들은 또한 도 10 및 11의 실시예에 대해 본원에서 기술되는 바와 같이 탄성중합체의 표면 상에 인쇄되는 압력-감지 입자들을 포괄하도록 해석되어야 한다.
압력-감지 입자들(226)은 터치패드(214)에 인가되는 압력을 감지하도록 구성된다. 더 특별하게는, 압력이 터치패드(214)에 인가되고 따라서 따라서 서스펜션 엘리먼트들(224)에 가해질 때, 그 내에 통합되는 압력-송신 엘리먼트들(226)을 갖는 탄성중합체(228)는, 측정되거나 검출되고 이후 컴퓨터(210)의 프로세서(218)에 전달되거나 전송되는, 감소된 저항을 가진다. 더 특별하게는, 컴퓨터(210)는 메모리(219)를 갖는 프로세서(218)를 포함한다(도 3의 블록도 참조). 프로세서(218)는 서스펜션 컴포넌트(224)의 압력-감지 입자들(226)로부터 압력 신호를 수신하고 프로세싱하도록 구성된다. 프로세서(218) 내의 프로세싱 회로는 애플리케이션-특정적 집적 회로(ASIC)들, 디지털 신호 프로세싱 회로들, 마이크로컨트롤러들, 마이크로프로세서들, 및 다른 회로들을 사용하여 구현될 수 있다. 애플리케이션 코드, 운영 체제 명령들, 및 펌웨어와 같은 소프트웨어가 터치패드(214)를 동작시키기 위한 기능들을 구현하는데 사용될 수 있다. 실시예에서, 프로세서(218)에 의해 수행되는 제어 기능들은 하드웨어와 소프트웨어의 조합을 사용하여 구현될 수 있다.
사용자가 터치패드(214) 상에서 아래쪽으로 누를 때, 서스펜션 엘리먼트들(224)은 압축되고, 이 편향은 터치패드(214)에 인가되는 힘 또는 압력의 양의 표시자로서의 역할을 하는 저항에서의 측정가능한 변경을 발생한다. 다른 방식으로 언급하자면, 서스펜션 엘리먼트들(224)은 압축될 때 압축되지 않을 때와는 상이한 저항을 가진다. 서스펜션 엘리먼트들(224)이 압축되지 않을 때, 압력-감지 입자들(226)은 서로 접촉하여 제1의 또는 압축되지 않은 전기적 또는 전도성 경로를 형성한다. 입력 전압이 공급되어 휘트스톤(Wheatstone) 브리지 회로를 통해 제1의 또는 압축되지 않은 전기적 또는 전도성 경로를 갖는 압력-감지 입자들(226)의 저항을 측정한다. 실시예에서, 출력은 더 정확한 저항 측정을 획득하기 위해 그것의 측정 이전에 증폭될 수 있다. 서스펜션 엘리먼트들(224)이 압축될 때(즉, 사용자가 그것에 압력을 가할 때), 전기적 또는 전도성 경로에 참여하는 압력-감지 입자들(226)의 수는 증가하고, 압력-감지 입자들(226)은 제1의 또는 압축되지 않은 전기적 또는 전도성 경로보다 더 큰 전도성을 갖는 제2의 또는 압축된 전기적 또는 전도성 경로를 형성한다. 다른 방식으로 언급하자면, 인가된 압력은 서로 접촉하는 그리고 따라서 서로 전기적으로 접속하는 전도성 재료로 형성되는 압력-감지 입자들(226)의 수를 증가시킨다. 입력 전압이 공급되어 휘트스톤 브리지 회로를 통해 제2의 또는 압축된 전기적 또는 전도성 경로를 갖는 압력-감지 입자들(226)의 저항을 측정한다. 실시예에서, 출력은 더 정확한 저항 측정을 획득하기 위해 그것의 측정 이전에 증폭될 수 있다. 제1의 또는 압축되지 않은 전기적 또는 전도성 경로를 갖는 압력-감지 입자들(226)과 제2의 또는 압축된 전기적 또는 전도성 경로를 갖는 압력-감지 입자들(226) 사이의 저항에서의 측정가능한 변경은, 터치패드(214)에 인가되는 힘 또는 압력의 양의 표시자로서의 역할을 하고, 따라서, 서스펜션 엘리먼트들(224)로부터의 신호들은 본원에서 압력 신호들로 간주된다.
압력-감지 입자들(226)이 전술된 바와 같이 동작하기 위해, 서스펜션 엘리먼트들(224) 내의 압력-감지 입자들(226)의 농도는 퍼콜레이션 임계치(percolation threshold)에 가깝지만 이보다 더 크지는 않다. 퍼콜레이션 임계치는 무한대의 접속성 또는 퍼콜레이션이 처음 발생할 때의 농도의 임계 값이다. 퍼콜레이션 임계치의 값은, 입자 종횡비, 행렬 점도, 분산 정도, 및 압력-감지 입자들(226)의 기하학형상을 포함하는, 다양한 인자들에 종속적이다. 예를 들어, 낮은 종횡비의 입자들은 높은 종횡비의 입자들의 퍼콜레이션 임계치에 비해 훨씬 더 높은 퍼콜레이션 임계치를 가진다. 압력-감지 입자들(226)의 농도가 퍼콜레이션 임계치에 얼마나 가까운지에 따라, 출력 신호 경향이 달라질 수 있다. 예를 들어, 압력-감지 입자들(226)의 농도가 퍼콜레이션 임계치에 매우 가까운 경우, 출력 신호는 매우 빨리 포화되어, 매우-민감한 터치패드(214)를 초래한다. 추가로, 적어도 하나의 평면 표면을 갖는 입자들은 서로 접속하거나 접촉하여 구형 입자들보다는 전기적 경로를 형성하기에 더 용이하다. 본원의 실시예에서, 압력-감지 입자들(226)은 일반적으로 평면 입자들을 포함하지만, 이러한 기하학형상이 요구되지는 않는다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 일반적으로 평면 입자들은 적어도 하나의 평면 표면 또는 측면을 갖는 입자들을 포함한다. 본원의 실시예에서, 압력-감지 입자들(226)의 모든 측면들 또는 표면들은 평면이다.
각각의 서스펜션 엘리먼트(224)는 그것의 대응하는 압력 신호를 프로세서(218)에 전달하거나 전송하기 위해 프로세서(218)에 추가로 전기적으로 접속된다. 본원의 실시예에서, 프로세서(218)는 압력-감지 입자들(226)로부터 오는 신호들을 표준화된 압력 신호로 교정하기 위한 교정 모듈(217)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 교정 모듈(217)은 압력-감지 입자들(226)에 의해 출력되는 저항 변경들을 대응하는 표준화된 압력 신호들로 전환시키기 위해 사용될 수 있다. 프로세서(218)는 이후 압력 신호를 터치패드(214) 상의 인가된 압력(및 따라서 사용자의 손가락 또는 스타일러스)의 포지션 또는 위치로 전환시킨다. 서스펜션 엘리먼트(224)로부터 프로세서(218)로 압력 신호를 전달하거나 전송하기 위해, 전도성 층들 또는 트랙들(미도시됨)이 서스펜션 엘리먼트(224)의 적어도 하나의 표면 상에 배치된다. 실시예에서, 전도성 층들 또는 트랙들은 서스펜션 엘리먼트(224)의 2개의 반대 표면들 상에 배치된다. 프로세서(218)는 터치패드(214) 상에 인가된 압력의 위치/포지션 뿐만 아니라 인가된 압력의 상대적 강도를 출력할 수 있다. 복수의 서스펜션 엘리먼트들(224)이 존재하기 때문에(즉, 센서 엘리먼트가 터치패드(214)의 각 코너 아래에 위치됨), 각각의 서스펜션 엘리먼트(224)는 인가된 압력의 근접도에 따라 독립적인 압력 신호를 생성할 수 있다. 각각의 인가된 압력에 대해, 서스펜션 엘리먼트들(224)로부터의 압력 신호들은 동시에 프로세서(218)에 전송되고 프로세서(218)에 의해 프로세싱된다. 수신된 압력 신호들은 조합되고(예를 들어, 디지털방식으로 더해지고 그리고/또는 평균화됨), 조합된 신호는 임계 값들과 비교되어 사용자의 손가락 또는 스타일러스의 포지션 또는 위치를 결정할 수 있다. 단일의 터치 또는 인가된 압력들 뿐만 아니라, 서스펜션 엘리먼트들(224)로부터의 수신된 압력 신호들이 프로세싱되어 표면과의 하나 초과의 접촉점들, 즉, "다중-터치" 인가 압력들의 존재를 인지하거나 결정할 수 있다.
도 10-11은 본원의 실시예들에서의 사용을 위한 서스펜션 엘리먼트(1024)의 또다른 실시예를 예시한다. 도 10 및 11은 서스펜션 엘리먼트(1024)의, 각자의, 측면도 및 최상부 도면이다. 탄성중합체 내에 떠 있거나 분산되기보다는, 서스펜션 엘리먼트(1024)는 인쇄 프로세스에 의해 탄성중합체(1028) 내에 통합되는 압력-감지 전도성 잉크(1026)를 포함한다. 이 실시예에서, 탄성중합체(1028)는 경화되고, 이후 압력-감지 전도성 잉크(1026)는 패턴(1029)으로 탄성중합체(1028)의 하나 이상의 표면들 상에 인쇄된다. 압력-감지 전도성 잉크(1026)가 탄성중합체(1028) 상에 인쇄될 때, 압력-감지 전도성 잉크(1026) 및 탄성중합체(1028)는 접착제 또는 다른 커플링 메커니즘의 사용 없이 함께 통합적으로 결합된다(fused). 압력-감지 전도성 잉크(1026) 및 탄성중합체(1028)는 따라서 그것의 제조동안 통합적으로 형성되는 단일 컴포넌트이다. 또한, 압력-감지 전도성 잉크(1026)가 탄성중합체(1028) 상에 인쇄되기 때문에, 그것은 터치패드 애플리케이션과 연관된 크기 제약들 내에 맞추기 위해 탄성중합체(1028)에 최소의 두께를 더한다. 패턴(1029)은 이로부터 출력된 압력 신호의 일관성을 개선하기 위해 의도적 보이드들 또는 갭들을 포함한다. 패턴(1029)의 고의적 보이드들 또는 갭들은 압력-감지 전도성 잉크(1026)를 포함하지 않으며, 접착을 허용할 수 있다. 패턴(1029)은 이로부터 출력된 압력 신호의 재료 사용, 일관성 및 선형성에 영향을 주도록 구성될 수 있다.
서스펜션 컴포넌트들(224)의 압력-감지 입자들(226)로부터의 신호들은 햅틱 피드백을 발생하기 위해 컴퓨터(210)의 프로세서(218)에 전송된다. 촉각 피드백, 터치 피드백, 및 진동-촉각 피드백으로서도 알려진 이러한 햅틱 피드백 또는 효과들은 컴퓨터(210)의 사용자에 대해 보다 직관적이고, 매력적이고 자연스러운 경험을 허용하며, 따라서, 사용자와 터치패드(210) 사이의 상호작용은 햅틱 효과들에 의해 제공되는 촉각 피드백을 통해 상당히 향상된다. 더 특별하게는, 서스펜션 컴포넌트(224)의 압력-감지 입자들(226)로부터 압력 신호를 수신하고 프로세싱하도록 구성되는 것에 더하여, 프로세서(218)는 또한 압력 신호에 응답하여 햅틱 액추에이터(222)에 햅틱 제어 신호를 출력하도록 구성된다. 햅틱 액추에이터(222)는 프로세서(218)로부터 신호들을 수신하는 회로를 포함하며, 따라서 프로세서(218)로부터 햅틱 제어 신호를 수신하도록 구성된다. 햅틱 액추에이터(222)는 또한 프로세서(218)로부터의 햅틱 제어 신호를 햅틱 액추에이터(222)와 함께 사용하기 위한 적절한 신호로 전환시키기 위해 요구되는 임의의 회로를 포함할 수 있다. 햅틱 액추에이터(222)는 하우징(216)에 대해 터치패드(214)를 움직여서 터치패드(214)의 사용자에게 햅틱 피드백을 제공함으로써 햅틱 제어 신호들에 따라 촉각 감각들을 출력한다. 햅틱 액추에이터(222)는 햅틱 효과를 제공하기 위해 터치패드(214)의 하부측 표면에 커플링되며, 터치패드(214)가 햅틱 액추에이터(222)에 직접 커플링되기 때문에, 햅틱 액추에이터에 의해 생성되는 임의의 힘들은 터치패드(214)에 직접 인가된다.
햅틱 액추에이터(222)는, 제한 없이, 원하는 대로 적절한 전자기기에 의해 구동되는 피에조 액추에이터, 보이스 코일 액추에이터, 편심 질량 액추에이터, E-코어 타입 액추에이터, 솔레노이드, 이동 자석 액추에이터, 또는 다른 타입의 액추에이터를 포함하는, 다수의 공지된 액추에이터 타입들 중 임의의 것일 수 있다. 본원의 실시예에서, 햅틱 액추에이터(222)는 매크로 섬유 복합(MFC) 액추에이터이다. 햅틱 액추에이터(222)의 배치가 도시된 것과는 달라질 수 있으며, 도면들에 도시된 위치에 제한되지 않는다는 것이 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 것이다. 도 4의 실시예에서, 단일의 햅틱 액추에이터(222)는 터치패드(214)의 중심에 또는 중심 근처에, 또는 하우징의 공간 제약들이 이러한 포지션을 요구하는 경우, 한 측면까지 떨어져 위치된다. 다른 실시예들에서, 다수의 햅틱 액추에이터들이 터치패드의 상이한 구역들에 위치될 수 있다.
햅틱 액추에이터(222)는 터치패드(214) 상에 그리고 사용자가 터치패드에 접촉하고 있는 경우 사용자에게 작은 펄스, 진동, 또는 텍스쳐 감각을 출력할 수 있다. 본원의 실시예에서, 햅틱 액추에이터(222)를 통해 터치패드(214)에 인가되는 힘들은 그것의 평면 표면의 면에서 터치패드(214)의 좌우(side-to-side)(예를 들어, x-y) 또는 측방 모션을 야기한다. 다양한 햅틱 감각들이 터치패드(214)에 접촉하고 있는 사용자에게 출력될 수 있다. 예를 들어, 충격, 진동(가변적인 또는 일정한 진폭), 및 텍스쳐들이 출력될 수 있다. 터치패드(214) 상에 출력되는 힘들은 터치패드(214) 상의 손가락의 위치 또는 컴퓨터(210)의 그래픽 환경에서의 제어되는 객체의 상태에 적어도 부분적으로 기초할 수 있고, 및/또는 손가락 포지션 또는 객체 상태와는 독립적일 수 있다. 터치패드(214) 상에 출력되는 이러한 힘들은, 프로세서(218) 또는 다른 전자 제어기가 전자 신호들을 사용하여 액추에이터(들)의 힘 출력의 규모 및/또는 방향을 제어하기 때문에, "컴퓨터-제어형"으로 간주된다. 실시예에서, 전체 터치패드(214)에는 단일의 통합 부재(unitary member)로서 햅틱 감각들이 제공된다. 또다른 실시예에서, 터치패드(214)의 개별적으로 움직이는 부분들에는, 햅틱 감각들이 특정 부분에 대해서만 제공될 수 있도록, 각각 고유한 햅틱 피드백 액추에이터들 및 관련된 전송들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들은 터치패드(214)의 다른 부분들에 대해 유연하거나 그렇지 않은 경우 움직일 수 있는 상이한 부분들을 갖는 터치패드를 포함할 수 있다.
햅틱 액추에이터(222)에 의해 출력되는 진동의 주파수는 햅틱 액추에이터(222)에 상이한 햅틱 제어 신호들을 제공함으로써 달라질 수 있다. 또한, 펄스 또는 진동의 규모는 인가되는 햅틱 제어 신호에 기초하여 제어될 수 있다. 다수의 햅틱 액추에이터들(222)이 제공되는 경우, 둘 이상의 액추에이터들을 동시에 활성화시킴으로써 더 강한 진동이 터치패드 상에 부과될 수 있다. 또한, 액추에이터가 터치패드의 극단(extreme)에 위치되고, 활성화된 유일한 액추에이터인 경우, 사용자는 터치패드의 반대측 상에서보다 액추에이터를 갖는 터치패드의 측면 상에서 더 강한 진동을 경험할 수 있다. 상이한 규모들 및 국부화된 효과들이 액추에이터들 모두가 아닌 일부를 활성화시킴으로써 획득될 수 있다. 터치패드(214)에 터치하는 사용자의 손가락의 끝이 다소 민감하기 때문에, 출력되는 힘들은 햅틱 감각이 효과적이고 강렬하도록 큰 규모일 필요는 없다.
일부 실시예들에서, 별도의 로컬 프로세서(미도시됨)가 프로세서(218)에 압력-센서 데이터를 보고하고 그리고/또는 프로세서(218)로부터 수신되는 햅틱 제어 신호들을 수행하도록 터치패드(214)에 대해 제공될 수 있고, 이러한 커맨드들은, 예를 들어, 햅틱 감각의 타입 및 지시된 햅틱 감각을 기술하는 파라미터들을 포함한다. 대안적으로, 로컬 프로세서는 프로세서(218)로부터 햅틱 액추에이터(222)로 스트리밍된 데이터를 단순히 전달할 수 있다. 로컬 프로세서는 햅틱 액추에이터(222)를 제어함으로써 프로세서(218)로부터 햅틱 제어 신호를 수신한 이후 독립적으로 햅틱 감각들을 구현할 수 있거나, 또는 프로세서(218)는 햅틱 액추에이터(222)를 더 직접적으로 제어함으로써 햅틱 감각들에 대한 더 큰 제어 정도를 유지할 수 있다. 센서 신호들을 판독하고 디바이스에 대한 햅틱 피드백을 제공하기 위해 사용될 수 있는 아키텍처들 및 제어 방법들은 본 개시내용의 동일한 양수인에게 양도되고 그 개시내용이 전체적으로 참조로 본원에 포함되는 Rosenberg 등에 대한 미국 특허 제5,734,373호에 더 상세히 기술된다.
본 기술분야에 공지된 바와 같이, 터치패드(214)는 구조체들의 층형 스택으로 형성된다. 도 8을 참조하면, 터치패드(214)의 분해도가 도시된다. 터치패드(214)는 매끄러운 접촉 또는 커버층(230), 불투명층(232), 압력-감응식 접착층(234), 및 보강층(236)을 포함한다. 커버층(230)은 유리, 플라스틱, 세라믹 또는 다른 적절한 재료들로 형성될 수 있고, 불투명층(232)은 단지 내부 구조들이 보여지는 것을 방지할 심미적 목적으로 커버층(230)의 표면 상에 도포되는 불투명 잉크로 형성된다. 보강층(236)은 금속(예를 들어, 스테인리스 강철, 알루미늄, 티타늄 등), 유리, 세라믹, 탄소-섬유 복합물, 플라스틱, 또는 다른 적절한 재료들로 형성될 수 있다. 보강층(236)은 터치 또는 접촉 활동이 사용자가 커버층(230)을 누르는 위치와는 무관하게 터치패드(214)에 의해 검출됨을 보장한다. 이 실시예에서, 압력-감지 입자들(226)을 포함하는 서스펜션 컴포넌트들(224)만이 터치패드(214) 상으로의 터치 또는 접촉 활동을 검출하거나 감지한다.
도 9에 도시된 본원의 또다른 실시예에서, 압력-감지 입자들(226)을 포함하는 서스펜션 컴포넌트들(224)에 더하여, 터치패드(914)는 또한 터치패드(914) 상으로의 터치 또는 접촉 활동을 검출하기 위한 포지션 센서 또는 포지션 센서 어레이(938)를 포함한다. 도 9를 참조하면, 터치패드(914)의 분해도가 도시된다. 터치패드(914)는 매끄러운 접촉 또는 커버층(930), 불투명층(932), 압력-감응식 접착층(934), 포지션 센서 어레이(938), 및 보강층(936)을 포함한다. 커버층(930), 불투명층(932) 및 보강층(936)은 도 9에 대해 전술된 커버층(230), 불투명층(232) 및 보강층(236)과 유사하다. 포지션 센서 어레이(938)는 터치패드(214)의 X 및 Y 측방 치수에 대해 사용자의 손가락 또는 스타일러스의 포지션을 측정하도록 구성되는 포지션 센서들의 어레이를 포함한다. 터치패드(214)에 포지션 감지 능력들을 제공하기 위해 사용될 수 있는 포지션 센서들의 예들은 용량성 센서들, 저항성 센서들, 표면 탄성파 센서들, 광학 센서들(예를 들어, 외부 객체들에 의해 생성되는 주변광 그림자들을 측정함으로써 포지션을 검출하는 그림자-기반 센서에 대한 광 센서들의 어레이), 또는 다른 적절한 포지션 포지션들을 포함한다. 용량성 포지션 센서들은 터치패드 내의 커패시터들과 객체 사이의 용량성 커플링에 기초하여 터치패드의 표면 상의 또는 표면 근처의 객체의 위치를 감지한다. 용량성 포지션 센서들은, 예를 들어, 인쇄 회로 보드 또는 전극들의 어레이가 형성되는 다른 기판일 수 있다. 저항성 포지션 센서들은 압력-감응식이며, 인가되는 압력이 터치패드(214) 내의 전도성 층들, 트레이스들, 스위치들 등이 전기적으로 접속하도록 할 때 터치패드(214)에 대한 손가락, 스타일러스, 또는 다른 객체의 압력을 검출한다. 서스펜션 컴포넌트들(224)의 압력-감지 입자들(226)로부터의 신호들을 프로세싱하여 터치 또는 접촉 이벤트들의 포지션 또는 위치를 결정하는 것에 더하여, 포지션/위치 결정의 정확도를 향상시키고 따라서 터치 또는 접촉 이벤트들의 포지션/위치를 정확히 찾아내기 위해, 포지션 센서 어레이(938)로부터의 신호들이 또한 프로세싱되어 터치패드(214) 상의 터치 또는 접촉 이벤트들의 포지션 또는 위치를 결정할 수 있다.
전술된 바와 같이, 위의 실시예들이 터치패드 응용예를 기술하지만, 압력-감응식 서스펜션 시스템들이 또한 컴퓨터들의 터치스크린들, 모바일 디바이스들의 터치스크린들, 게임 제어기들 또는 주변기기의 격리된 섹션에 햅틱 피드백이 제공되는 이소바이브(isovibe) 애플리케이션들을 포함하는 주변기기들의 터치 컴포넌트들, 자동차 터치스크린들, 및 자동차 및 가전제품 또는 기기들과 같은 그러나 이에 제한되지 않는 햅틱들을 갖는 버튼 패널들과 같은, 고정된 그리고 유동 엘리먼트들을 포함하는 임의의 햅틱 터치 표면에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 12는 햅틱 피드백을 갖는 터치스크린을 갖는 모바일 디바이스의 다양한 컴포넌트들을 예시하는 분해 투시도이며, 모바일 햅틱 디바이스는 본원의 실시예에 따른 압력-감응식 서스펜션 시스템을 포함한다. 도 12는 본원에 기술된 서스펜션 엘리먼트들(224)과 유사하며 탄성중합체 내에 떠 있거나 탄성중합체 내에 분산되는 압력-감지 입자들을 포함하는, 복수의 서스펜션 엘리먼트들(1224)을 이용하는 터치스크린(1252)에 햅틱 피드백을 제공하기 위한 모바일 햅틱 디바이스(1250)를 예시한다. 터치스크린(1252) 뿐만 아니라, 모바일 햅틱 디바이스(1250)는 캐리어(1254), 모터 또는 햅틱 액추에이터(1222), 더스트 실(dust seal)(1256), LCD 컴포넌트(1258), 및 메인 하우징(1260)을 포함한다. 모바일 햅틱 디바이스(1250)는 이전 실시예들에 기술된 터치패드(214)와 유사하게 사용자에게 햅틱 피드백을 제공한다. 터치스크린(1252)의 하부측에 커플링되는 햅틱 액추에이터(1222)는 펄스, 진동 및 텍스쳐와 같은 햅틱 피드백을 제공한다. 사용자는 터치스크린(1252)에 접촉하는 손가락 또는 스타일러스와 같은 잡고 있는 객체를 통해 햅틱 피드백을 경험할 수 있다. 터치스크린이 메인 하우징에 대해 이동가능하여 햅틱 피드백 동안 서스펜션 기능을 제공하고 또한 압력-감지 기능 역시 제공하도록, 서스펜션 엘리먼트들(224)은 터치스크린(1252)과 메인 하우징(1260)을 함께 커플링시킨다. 모바일 햅틱 디바이스(1250)는 예를 들어, 태블릿 컴퓨터, 셀룰러 전화, PDA, 휴대용 게임 디바이스, 미디어 플레이어, 프린터, 사무실 전화 등과 같은, 터치스크린 또는 터치패널을 갖는 다수의 디바이스들 중 임의의 것일 수 있다. 실시예에서, 모바일 햅틱 디바이스(1250)는 예를 들어, 7인치 터치스크린 디스플레이를 갖는 의료 디바이스일 수 있다.
다양한 실시예들이 전술되었지만, 이들이 제한에 의해서가 아니라, 단지 본 발명의 예시들 및 예들로서만 제시된다는 것이 이해되어야 한다. 형태 및 상세항목들에서의 다양한 변경들이 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 폭 및 범위는 전술된 예시적인 실시예들 중 임의의 것에 의해 제한되지 않아야 하며, 첨부된 청구항들 및 그 등가물들에 따라서만 정의되어야 한다. 본원에 논의되는 각각의 실시예의 그리고 본원에 인용되는 각각의 참조문헌의 각각의 특징이 임의의 다른 실시예의 특징들과 조합하여 사용될 수 있다는 것이 또한 이해될 것이다. 본원에 논의되는 모든 특허들 및 공보들은 그 전체가 참조로 본원에 포함된다.

Claims (20)

  1. 햅틱 디바이스로서,
    하우징;
    상기 하우징에 대해 이동가능하도록 상기 하우징에 장착되는 터치 표면 컴포넌트;
    상기 터치 표면 컴포넌트에 햅틱 피드백을 제공하기 위한 햅틱 액추에이터; 및
    상기 터치 표면 컴포넌트와 상기 하우징 사이에 배치되는 적어도 하나의 서스펜션(suspension) 컴포넌트
    를 포함하고, 상기 서스펜션 컴포넌트는 탄성중합체로 형성되고 상기 탄성중합체 내에 통합되는 압력-감지 입자들을 포함하고, 상기 압력-감지 입자들은 상기 터치 표면 컴포넌트에 인가되는 압력을 감지하도록 구성되는 햅틱 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 서스펜션 컴포넌트는 상기 터치 표면 컴포넌트가 상기 하우징에 대해 이동가능하도록 상기 터치 표면 컴포넌트 및 상기 하우징을 함께 커플링시키고, 상기 햅틱 피드백은 상기 하우징에 대해 상기 터치 표면 컴포넌트를 이동시키는 것을 포함하는 햅틱 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압력-감지 입자들은 전도성 잉크 재료인 햅틱 디바이스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전도성 잉크 재료는 상기 탄성중합체의 표면 상에 인쇄되는 햅틱 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 압력-감지 입자들은 균질 혼합물로 상기 탄성중합체 내에 떠 있는 햅틱 디바이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 압력-감지 입자들로부터 압력 신호를 수신하도록 구성되고, 또한 상기 압력 신호에 응답하여 상기 햅틱 액추에이터에 햅틱 제어 신호를 출력하도록 구성되는 프로세서
    를 더 포함하는 햅틱 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 터치 표면 컴포넌트는 터치스크린 및 터치패드 중 하나인 햅틱 디바이스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 서스펜션 컴포넌트는 적어도 제1 방향으로의 상기 터치 표면 컴포넌트와 상기 하우징 사이의 움직임을 제한하도록 구성되는 동시에 또한 제2 방향으로의 상기 하우징에 대한 상기 터치 표면 컴포넌트의 움직임을 허용하도록 구성되는 햅틱 디바이스.
  9. 햅틱 디바이스로서,
    하우징;
    상기 하우징에 대해 이동가능하도록 상기 하우징에 장착되는 터치 표면 컴포넌트;
    상기 하우징에 대해 상기 터치 표면 컴포넌트를 이동시키고 이에 의해 상기 터치 표면 컴포넌트에 햅틱 피드백을 제공하기 위한 햅틱 액추에이터;
    상기 터치 표면 컴포넌트가 상기 하우징에 대해 이동가능하도록 상기 터치 표면 컴포넌트 및 하우징들을 함께 커플링시키는 적어도 하나의 서스펜션 컴포넌트 ― 상기 서스펜션 컴포넌트는, 적어도 제1 방향으로의 상기 터치 표면 컴포넌트와 상기 하우징 사이의 움직임을 제한하는 동시에 또한 제2 방향으로의 상기 하우징에 대한 상기 터치 표면 컴포넌트의 움직임을 허용하도록 구성되는 탄성중합체로 형성되고, 상기 서스펜션 컴포넌트는 상기 탄성중합체 내에 통합되는 압력-감지 입자들을 더 포함하고, 상기 압력-감지 입자들은 상기 터치 표면 컴포넌트에 인가되는 압력을 감지하도록 구성됨 ― ; 및
    상기 압력-감지 입자들로부터 압력 신호를 수신하도록 구성되고, 또한 상기압력 신호에 응답하여 상기 터치 표면 컴포넌트 상에 인가되는 압력의 위치를 결정하도록 구성되고, 또한 상기 압력 신호에 응답하여 상기 햅틱 액추에이터에 햅틱 제어 신호를 출력하도록 구성되는 프로세서
    를 포함하는 햅틱 디바이스.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 압력-감지 입자들은 전도성 잉크 재료인 햅틱 디바이스.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전도성 잉크 재료는 상기 탄성중합체의 표면 상에 인쇄되는 햅틱 디바이스.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 압력-감지 입자들은 균질 혼합물로 상기 탄성중합체 내에 떠 있는 햅틱 디바이스.
  13. 햅틱 디바이스를 위한 순응적 서스펜션 시스템(compliant suspension system)으로서,
    제1 바디;
    상기 제1 바디에 대해 이동가능하도록 상기 제1 바디에 장착되는 제2 바디; 및
    상기 제1 바디와 상기 제2 바디 사이에 배치되는 적어도 하나의 서스펜션 컴포넌트
    를 포함하고, 상기 서스펜션 컴포넌트는 함께 통합되는 압력-감지 입자들을 갖는 탄성중합체 엘리먼트를 포함하고, 상기 압력-감지 입자들은 상기 터치 표면 컴포넌트에 인가되는 압력을 감지하도록 구성되는 순응적 서스펜션 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 압력-감지 입자들은 전도성 잉크 재료인 순응적 서스펜션 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전도성 잉크 재료는 상기 탄성중합체의 표면 상에 인쇄되는 순응적 서스펜션 시스템.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 압력-감지 입자들은 균질 혼합물로 상기 탄성중합체 내에 떠 있는 순응적 서스펜션 시스템.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제1 바디에 대해 상기 제2 바디를 이동시키고, 이에 의해 상기 제2 바디에 햅틱 피드백을 제공하기 위한 햅틱 액추에이터를 더 포함하고, 상기 햅틱 액추에이터는 상기 제2 바디에 커플링되는 순응적 서스펜션 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 압력-감지 입자들로부터 압력 신호를 수신하도록 구성되고, 또한 상기 압력 신호에 응답하여 상기 햅틱 액추에이터에 햅틱 제어 신호를 출력하도록 구성되는 프로세서
    를 더 포함하는 순응적 서스펜션 시스템.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 제1 바디는 하우징이고 상기 제2 바디는 터치스크린 및 터치패드 중 하나인 순응적 서스펜션 시스템.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 서스펜션 컴포넌트는 제1 방향으로의 상기 제1 바디와 상기 제2 바디 사이의 움직임을 허용하고, 적어도 제2 방향으로의 상기 제1 바디와 상기 제2 바디 사이의 움직임을 제한하도록 구성되는 순응적 서스펜션 시스템.
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