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KR101178638B1 - 전자기기용 햅틱 응답 장치 - Google Patents

전자기기용 햅틱 응답 장치 Download PDF

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KR101178638B1
KR101178638B1 KR1020107013600A KR20107013600A KR101178638B1 KR 101178638 B1 KR101178638 B1 KR 101178638B1 KR 1020107013600 A KR1020107013600 A KR 1020107013600A KR 20107013600 A KR20107013600 A KR 20107013600A KR 101178638 B1 KR101178638 B1 KR 101178638B1
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KR
South Korea
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user interface
opposing
cantilever beams
chassis
haptic feedback
Prior art date
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KR1020107013600A
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패트릭 코웰스
라치드 알라메흐
토마스 기친거
Original Assignee
모토로라 모빌리티, 인크.
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Publication date
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Abstract

전자 기기용 사용자 입력은 햅틱 피드백 층(100)과 터치 감지 사용자 인터페이스(200)를 포함한다. 햅틱 피드백 층(100)은 포플 스타일 버튼을 시뮬레이션하기 위해 사용자가 터치 감지 사용자 인터페이스(200) 상의 사용자 가동 타겟(301)을 작동시키는 때에 사용자에 대하여 촉각적 응답을 제공한다. 햅틱 피드백 층(100)은 섀시(101)와 이로부터 나오는 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔(105, 106)을 포함하며, 지지 빔(113)에 의해 더 분리되고, 햅틱 피드백 층(100)의 적어도 일부에 걸쳐 있다. 하나 또는 그 이상의 압전 액추에이터(119)가 캔틸레버 빔에 결합되어, 컨트롤러(201)에 응답한다. 컨트롤러가 터치 감지 사용자 인터페이스(200)의 사용자 작동을 검출하는 때에, 컨트롤러(201)는 압전 액추에이터들 중 적어도 하나를 작동 신호에 따라서 작동시킨다.

Description

전자기기용 햅틱 응답 장치{HAPTIC RESPONSE APPARATUS FOR AN ELECTRONIC DEVICE}
본 출원은 미국 특허 가출원 제61/016,111호(2007년 12월 21일자)의 35 U.S.C § 119(e)의 우선권과 이익을 주장하며, 이는 모든 목적을 위해 참조로서 통합된다.
본 발명은 일반적으로 휴대용 전자기기에 관한 것으로서, 특히, 사용자가 사용자 인터페이스 상에서 가동 타겟(actuation target)과 인터페이스하는 것에 응답하여 사용자에 대하여 능동적인 햅틱 피드백을 제공하는 사용자 인터페이스를 갖는 휴대용 전자기기에 관한 것이다.
이동 전화기, PDA(Personal Digital Assistants), 및 미디어 플레이어 등의 휴대용 전자기기가 더욱 복잡해지고 있다. 이러한 장치들의 설계자들은 이러한 신세대 제품들 각각에 더 많은 특징과 애플리케이션들을 포함시키고 있다. 오늘날, 예를 들어, 비디오 및 사진을 위한 온-보드 카메라, 음악 재생을 위한 뮤직 애플리케이션, 일정 알림을 저장하기 위한 캘린더 애플리케이션, 및 수백개의 연락처를 저장할 수 있는 주소록을 포함하는 이동 전화기를 보게 되는 것은 이상한 것이 아닌 것이다.
이러한 장치들에 관련되는 애플리케이션들이 더 진보함에 따라서, 사용자 인터페이스도 진보해간다. 많은 이동 기기들이 "포플(popple)" 스타일 버튼의 어레이를 포함하는 사용자 인터페이스를 갖지만, 더 많은 장치들이 터치 감지(touch-sensitive) 화면을 구비하고 있다. 터치 감지 사용자 인터페이스에 있어서, 사용자는 버튼을 누르는 것이 아니라 플라스틱 또는 유리의 견고한 일부를 간단히 터치한다. 용량성, 저항성, 또는 기타의 센서들이 사용자의 손가락 또는 스타일러스의 존재를 검출한다.
이러한 장치에 관계되는 하나의 문제점은, 사용자가 실제로 누르고자 하는 "가상 버튼"을 눌렀는지 여부를 때로는 알기가 어렵다는 것에 있다. 포플형 키보드에 있어서, 사용자는 버튼의 "클릭" 응답이 사용자 인터페이스에 관한 것인지 사용자 인터페이스 외의 것인지 느낄 수 있기 때문에 버튼을 눌렀는지 여부를 쉽게 파악한다. 또한, 사용자는 포플이 만드는 "클릭" 소리를 들을 수 있다. 그러나, 터치 감지 인터페이스를 사용하는 경우, 물리적인 편향을 느끼는 것은 없다. 사용자는 단지 손가락 또는 스타일러스를 유리에다 놓는다. 또한, 손가락이 유리를 터치할 때에 일반적으로 소리는 나지 않는다. 결과적으로, 사용자는 가상 버튼이 실제로 가동되었는지 여부를 확신할 수 없을 가능성이 있다.
몇몇 장치 제조사에서는 이러한 문제점을 허위의 포플 사운드를 추가함으로써 해결하려고 하였다. 용량성 또는 기타의 센서가 가상 버튼이 가동된 것을 검출하는 경우, 장치는 온-보드 스피커로부터 "클릭" 소리를 내도록 프로그램된다. 그러나, 이러한 해결책은 이러한 소리가 허용되지 않거나 혼란스럽게 하는 환경이 많이 존재할 수 있기 때문에 이상적인 것은 아니다. 회의중, 극장에서, 또한 기타의 유사한 장소에서, 사용자가 터치 감지 인터페이스를 터치할 때마다 스피커의 뻥하는 소리(speaker popping)를 원하지 않을 수도 있다.
따라서, 터치 감지 또는 유사한 사용자 인터페이스를 채용하는 전자기기에 있어서 개선된 사용자 피드백에 대한 필요성이 있다고 하겠다.
개별 도면들 전체를 통해서 동일한 참조 부호가 동일 또는 유사한 기능 및 구성요소를 지칭하고, 이하의 상세한 설명과 함께 본 명세서에 통합되고 그 일부를 구성하는 첨부 도면들은, 다양한 실시예들을 도해하고, 본 발명에 따른 각종 원리와 장점들을 설명하는 기능을 한다.
도 1은 본 발명에 따른 햅틱 피드백 플랫폼의 일 실시예를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 햅틱 피드백 플랫폼에서 사용하기에 적합한 터치 감지 사용자 인터페이스의 일 실시예의 전개도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 햅틱이 가능한 사용자 인터페이스의 투명도(transparent view)이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 응답 시스템을 채용하는 전자기기의 전개도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하나의 또 다른 햅틱 장치를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 또 다른 햅틱 인에이블 사용자 인터페이스의 투명도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 하나의 또 다른 햅틱 장치를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 하나의 또 다른 햅틱 장치를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 압전 액추에이터의 일 응답을 나타내는 그래프이다.
당업자라면 도면의 구성요소들이 간략함과 명확함을 위하여 도시되어 있으며, 반드시 스케일링하여 작도되어 있는 것은 아니라는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들의 이해를 돕기 위하여 도면 내의 일부 구성요소들의 치수는 다른 구성요소에 비하여 과장되어 있을 수 있다.
이하 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다. 도면들을 참조하면, 도면들을 통해서 동일한 번호는 동일한 부분들을 참조한다. 본 명세서의 설명부 및 청구항들에 사용되는 바와 같이, 이하의 용어들은 문맥상 분명하게 달리 표현하지 않는 한, 암묵적으로 본 명세서에 관련되는 의미를 갖는다: "a", "an", 및 "the"의 의미는 복수의 참조를 포함하며, "in"의 의미는 "in" 및 "on"을 포함한다. 제1, 제2, 및 상부 및 하부 등의 관계적 용어는 이러한 개체 또는 조치들 간의 순서 또는 실제적 관계를 반드시 필요로 하거나 의미하지는 않고, 하나의 개체 또는 조치를 또 다른 개체 또는 조치와 구별하기 위한 것일 뿐일 수 있다. 또한, 당업자는, 예를 들면, 가용 시간, 현재 기술 및 경제 상황의 고려에 의해 동기 부여되는 많은 디자인 선택 및 있을 수 있는 현저한 노력에도 불구하고, 본 명세서에 개시된 개념들 및 원리들에 의해 인도될 때 최소의 시행착오로 본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예들을 용이하게 산출할 수 있을 것이라는 것이 예상된다. 또한, 본 명세서에서 [ ]로 나타낸 참조 기호들은 논의되는 것과는 다른 도면에 나타낸 성분들을 지시한다. 예를 들어, 도 A를 논의하는 중에 장치[10]에 관하여 말하는 것은 도 A와는 다른 도면에 나타낸 구성요소 10을 지칭하게 된다.
본 발명의 실시예들은 터치 감지 디스플레이를 갖는 전자기기들에 있어서 햅틱 응답 시스템을 채용한다. 일례로서, 함께 계류중이며 공통으로 양도된 미국 출원 제11/684,454호 "Multimodal adaptive User Interface for a Portable Electronic Device"에서는 사용자 인터페이스 상에서 사용자 가동 타겟들(user actuation targets)의 모드 기반의 세트를 동적으로 나타내도록 구성되는 모핑(morphing) 사용자 인터페이스를 교시하고 있으며, 본 명세서에서 참조로서 통합된다. 이러한 사용자 가동 타겟들 각각은, 사용자 가동 타겟에 해당하는 포플 스타일 버튼이 없다는 점에서 "가상 키(virtual key)"이다. 이에 반하여, 사용자 인터페이스는 사용자 인터페이스에 있어서 손가락 또는 스타일러스의 접촉을 검출하기 위하여 용량성 센서층을 사용하는 매끄럽고 일반적으로 견고한 패시아 부재(fascia member)이다. '454 애플리케이션에 있어서, 물리적 버튼이 없기 때문에, 금속판 위의 하나 또는 그 이상의 압전 트랜스듀서의 햅틱층이 제공되었다. 이러한 구성은 실제에 있어서 잘 작동하지만, 본 발명의 실시예에서는 사용자 인터페이스 전체에 걸쳐서 더욱 일반화된 햅틱 응답을 제공하는 또 다른 햅틱층 어셈블리를 제공한다.
본 발명의 실시예에서는, 스트립 압전 트랜스듀서(strip piezoelectric transducer)와 연계하여 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔(interlaced cantilever beam)을 갖는 섀시(chassis)를 포함하여, 사용자 인터페이스 표면에 걸쳐서 균일하고 매끄러운 햅틱 응답을 제공한다. 또한, 본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 캔틸레버 빔들은 특정 애플리케이션에 맞춤형으로 햅틱 응답을 제공하기 위하여 동기적인 또는 비동기적인 그룹들로 가동될 수 있다.
압전 스트립 또는 소자들을 사용하여 햅틱 응답을 제공하는 경우, 구조적인 지지와 감쇠(dampening)에 관하여 때로는 난항에 부딪힌다. 설계자들은 때로는 사용자 인터페이스에 걸쳐 강하고 균일한 햅틱 응답을 원한다. 이러한 경우, 구조적인 감쇠를 최소화하는 방법에 관한 문제는 해결하기에 어려울 수 있다. 본 발명의 실시예는 이러한 문제를 해소하여, 매끄럽고 균일한 햅틱 응답을 제공하는 것이다.
전자기기에서의 특정한 햅틱 응답이 너무 약해서 사용자에 의해 인지되지 못하거나, 햅틱 응답이 특정 애플리케이션에 부합하는 요구되는 균일성이 부족한 경우, 촉각적인 피드백이 타협되거나 비현실적이 될 수 있다. 이러한 하급의 햅틱 응답 시스템은, 처리 전력과 에너지를 실효적으로 소비하게 되므로, 시스템 성능을 더욱 열화시킬 수 있다. 본 발명의 실시예들은 휴대용 전자기기에 있어서 너무나도 소중할 수 있는 이러한 자원들을 소비하지 않고서 분명한 촉각 감각을 사용자에게 제공하는 뚜렷하고 균일한 햅틱 응답을 보장하도록 작용한다.
본 발명의 실시예들은 반대 방향들로부터 뻗어나오는 것으로서 상보적이며 대향하는 인터레이스된 개별 캔틸레버 빔들을 갖는 인터리빙(interleaving)된 압전 구조를 포함한다. 이러한 빔들은 - 이에 결합되는 스트립 압전 트랜스듀서와 동작하여 - 사용자에 대하여 균형잡힌 구동 응답을 생성한다. 일 실시예에 있어서, 빔들은 십자형 부재에 의해 분리되며, 이 십자형 부재는 아치형 또는 기타의 지지 형태를 포함하도록 형성될 수 있다. 십자형 부재는 시스템 내구성을 제공한다. 또한, 캔틸레버 빔들을 외부의 감쇠와 외부의 영향으로부터 격리시키도록 기능한다. 십자형 부재 섀시는 또한 전반적인 구조가 실질적으로 견고하게 유지되도록 하며, 유효 하중(사용자 인터페이스 상에 압력을 가하는 손가락 또는 스타일러스 등)에 저항하도록 하는 한편, 이러한 하중이 압전소자들의 특성 응답을 감쇠시키는 것을 금지시킨다. 또한, 구조는 캔틸레버 빔들이 핀칭(pinching) 또는 바인딩(binding)을 포함하여, 시스템의 다른 계층들로부터 억제되지 않도록 한다.
이러한 기하학적인 섀시 구조 내에서, 스트립 압전 소자들의 어레이가 빔들에 장착된다. 구조와 압전 소자들은 상보적 방식으로 작용하여, 구조의 능동 영역 상에서 균일하거나 평균화된 응답을 가져온다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 피드백 층(100)의 일 실시예가 도시되어 있다. 햅틱 피드백 층(100)은 도 2를 참조하여 설명하는 바와 같이 터치 감지 사용자 인터페이스 아래에 장착하기에 적합하다.
햅틱 피드백 층(100)은 섀시(101)를 포함한다. 얇은, 스프링 스틸 또는 기타의 유사한 금속 또는 플라스틱으로 제조될 수 있는 섀시(101)는 섀시(101)의 주변(103)을 정의하는 평면 부재(102)를 갖는다. 평면 부재(102)는 섀시(101)에 대하여 외부 지지 구조를 제공한다. 섀시(101)는 일 실시예에 있어서 하우징 또는 전자기기 내의 다른 구조물들에 햅틱 피드백 층(100)을 결합시키기 위한 옵션으로서의 연결 부재(104)를 또한 포함한다.
햅틱 피드백 층(100)은 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔들을 포함한다. 빔(105)과 빔(106)은 도 1의 예시적인 빔들로서 기능한다. 도 1에 다른 빔들이 나타나고 있지만, 빔(105, 106)은 빔들 각각에 의해 시현되는 성질과 특성을 나타내기 위한 논의를 위해 사용되게 된다. 또한, 본 개시의 이익을 향유하는 당업자라면, 임의의 수의 빔들이 본 발명에 따라서 사용될 수 있다는 것이 명백할 것이다.
빔(105, 106)은 섀시(101)의 경계(103)로부터 뻗어나와서 햅틱 피드백 층(100)의 적어도 일부에 걸쳐(span) 있다. 도 1의 예시적인 실시예에 있어서, 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔(105, 106)은 실질적으로 햅틱 피드백 층의 전체에 걸쳐 있다. 각각의 캔틸레버 빔, 예컨대, 캔틸레버 빔(105)은 대향하는 캔틸레버 빔, 예컨대, 캔틸레버 빔(106)과 인터레이스되어 있다. 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔(105, 106)은 세트로 그룹화될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 예시적인 실시예에 있어서, 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔(105, 106)들은 쌍으로, 예컨대, 쌍(107)으로 그룹화되어, 햅틱 피드백 층(100)을 횡단하여 수평으로 걸쳐 있다. 햅틱 피드백 층(100)이 터치 감지 사용자 인터페이스 아래에 위치되는 경우에, 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔(105, 106)이 터치 감지 사용자 인터페이스를 횡단하여 걸쳐 있도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 햅틱 피드백 층(100)의 섀시(101)는 섀시(101)를 횡단하는 하나 또는 그 이상의 지지 빔, 예컨대, 지지 빔(113)을 더 포함한다. 도 1에 다른 지지 빔들이 나타내어져 있지만, 지지 빔 각각에 의해 시현되는 성질과 특성들을 나타내기 위한 논의를 위해서 지지 빔(113)이 사용되게 된다. 또한, 본 개시의 이익을 향유하는 당업자라면, 본 발명에 따라서 임의의 수의 지지 빔들이 사용될 수 있다는 것이 명백할 것이다.
전술한 바와 같이, 하나 또는 그 이상의 지지 빔(113)은 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔(105, 106)에게 이동의 자유도를 제공하는 것뿐만 아니라 섀시에 대하여 구조적 내구성을 제공한다. 도 1의 예시적인 실시예에 있어서, 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔(105, 106)들이 쌍으로, 예컨대, 쌍(107)으로 그룹화되어 있으므로, 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔(105, 106)의 쌍 각각은 지지 빔에 의해 분리된다. 일례로서, 캔틸레버 빔(105, 106)의 쌍(107)이 지지 빔(113)에 의해 분리된다.
일 실시예에 있어서, 하나 또는 그 이상의 지지 빔(113) 각각은 구조적인 단면 형태를 포함할 수 있다. 도 1의 예시적인 실시예에 있어서, 하나 또는 그 이상의 지지 빔(113) 각각은 그 단면의 적어도 일부를 횡단하는 아치(arch), 예컨대, 아치(108)를 포함한다. 추가의 구조적 내구성을 제공하는 것에 더하여, 도 1의 실시예에 있어서, 주변의 캔틸레버 빔들에 결합하게 되는 압전 트랜스듀서의 두께의 약 2배가 되도록 아치(108)가 형성된다. 이러한 높이는 햅틱 피드백 층(100) 맨 위에 다른 층들이 배치되는 경우 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔(105, 106)이 동작의 자유도를 갖도록 보장하는 것을 도와준다. 여기서, 도 1의 예시적 실시예에서는, 아치(108)가 하나 또는 그 이상의 지지 빔(113)의 폭의 대략 절반에 걸쳐있다.
하나 또는 그 이상의 압전 액추에이터, 예컨대, 압전 액추에이터(119)가 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔(105, 106)에 결합된다. 여기서, 다른 압전 액추에이터들이 도 1에 도시되어 있지만, 압전 액추에이터 각각에 의해 시현되는 성질과 특성을 나타내기 위한 논의를 위하여 압전 액추에이터(119)가 사용되게 된다. 또한, 본 개시의 이익을 향유하는 당업자라면, 하나 또는 그 이상의 압전 액추에이터가 본 발명에 따라서 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 1의 예시적인 실시예에 있어서, 압전 액추에이터(119)가 일대일 방식으로 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔(105, 106)에 결합된다. 그러나, 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔(105, 106) 각각은 하나 또는 그 이상의 압전 액추에이터를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 하나 또는 그 이상의 압전 액추에이터(119)가 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔(105, 106) 상에 배치되고 그에 본딩된다. 본딩 기법의 예로서는, 접착제, 접착 테이프, 에폭시, 및 글루(glue) 접착을 포함한다. 이러한 직접적인 배치는 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔(105, 106) 각각의 "구부림 장력의(flex-tensional)" 굽힘 운동을 제공한다. 또한, 이러한 배치는 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔(105, 106) 각각이 약 10 내지 30 마이크로미터의 낮은 변위를 포함하기 때문에, 사용자에 대하여 진짜 "키클릭(keyclick)" 같은 촉각적인 피드백을 구현하는데 도움이 된다. 또한, 접착제 접합은 저비용이며 제작이 용이한 신뢰성 있는 기계적인 연결을 제공한다.
하나 또는 그 이상의 압전 액추에이터(119)는 일반적으로, 개별적으로, 키 클릭 응답들을 시뮬레이션하기 위해 필요한 (예컨대, 1.0 내지 10.0 밀리초) 고속의 (예컨대, 1-100g) 높은 가속의 응답을 전달할 수 있다. 압전 액추에이터들은 전자기 진동 모터들의 고정된 주파수 응답과는 반대로 광대역의 움직임(1-2000 Hz)을 또한 제공할 수 있다.
하나 또는 그 이상의 압전 액추에이터(119)는 전계가 가해질 때에 횡방향으로 수축 또는 팽창하여, 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔(105, 106)과 같은 딱딱한 표면에 본딩된 것으로부터의 제약을 가지면서 그 중심에서 증폭된 수직 운동을 일으킨다. 하나 또는 그 이상의 압전 액추에이터(119)는 따라서 구형파(square wave)에 의해 구동되는 경우 클릭과 유사한 가속 곡선과 감각을 생성한다. 정현파 구동 전압하에서는, 액추에이터들이 진동 촉각 피드백(vibrotactile feedback)에 있어서 컴포트 존(comfort zone)에 드는 변위를 발생시킬 수 있다. 압전 액추에이터들은 또한 넓은 주파수 범위에서 동작할 수 있어서, 광대역의 햅틱 응답들을 가능하게 할 수 있다. 압전 액추에이터들의 전력 소모는 일반적으로 DC 로터리 모터에 필적하거나 그보다 작다. 액추에이터의 레이턴시(풀 스피드까지 올리는데 필요한 시간)는 사용자가 대화형 애플리케이션들에 있어서 거의 순시의 응답을 가질 수 있도록 할 만큼 작다.
일 실시예에 있어서, 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔(105, 106) 각각은 미리 형성된 홈(preformed recess)(127)을 포함한다. 이러한 미리 형성된 홈(127)은 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔(105, 106) 각각으로부터 일부 재료를 에칭함으로써 형성될 수 있다. 다르게는, 미리 형성된 홈(127)은 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔(105, 106) 각각을 스탬핑(stamping), 몰딩, 또는 벤딩 가공함으로써 형성될 수 있다. 미리 형성된 홈(127)은 하나 또는 그 이상의 압전 액추에이터(119)가 안착하는 "안착부(seat)"를 제공한다. 일 실시예에 있어서, 미리 형성된 홈(127)의 깊이는 대략 압전 액추에이터의 높이와 대략 동등하다. 그러나, 더 작은 깊이가 사용될 수 있다. 미리 형성된 홈(127)이 채용되는 경우, 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔(105, 106) 각각은 하나 또는 그 이상의 압전 액추에이터(119)가 해당하는 캔틸레버 빔에 안착하여, 각 빔의 전반적인 높이를 감소시키므로, 더 큰 움직임의 자유도를 갖는다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 햅틱 피드백 층(100)의 실시예에서 사용하기에 적합한 전자기기용 터치 감지 사용자 인터페이스(200)의 일 실시예의 분해도(exploded view)가 도시되어 있다. 도 2의 일례의 터치 감지 사용자 인터페이스(200)는 사용자에 대하여 복수의 모드 기반 사용자 가동 타겟(actuation target)의 세트 중 하나를 동적으로 제시하도록 구성된다는 점에서 "모핑(morphing)" 사용자 인터페이스이다. 모핑 터치 감지 사용자 인터페이스(200)는 "터치 감지" 사용자 인터페이스이며, 햅틱 피드백 층(100)에 의해 제공되는 촉각적 피드백에 의해 강화될 수 있으므로, 이러한 사용자 인터페이스(200)는 본 발명의 실시예에 매우 적합하다. 터치 감지 사용자 인터페이스(200)는 용량성 센서층(203)이 사용자의 손가락 또는 스타일러스의 존재를 검출한다는 점에서 "터치 감지형(touch sensitive)"이다.
이러한 터치 감지 사용자 인터페이스(200)는 단지 예시적인 것으로서, 본 개시의 이익을 향유하는 당업자라면, 본 명세서에 기재된 다양한 햅틱 피드백 층(100)의 실시예들과 연계하여 임의의 수의 다양한 사용자 인터페이스들이 대체 및 사용될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 예를 들어, 햅틱 피드백 층(100)은 일반적인 진동 알림 또는 기타의 전역적인 햅틱 응답 등의 능동적이며 비청취식 경보를 제공하도록 구성될 수 있기 때문에, 포플형의 버튼들을 포함하는 것과 같은 더 전통적인 사용자 인터페이스가 햅틱 피드백 층(100)과 함께 실제로 사용될 수 있다.
이러한 예시적인 터치 감지 사용자 인터페이스(200)의 최상층에서부터 시작해 보면, 커버층(202)이 연속 패시아(continuous fascia)로서 기능하며, 보호 표면으로서 기능한다. 터치 감지 사용자 인터페이스(200)는 용량성 센서층(203), 세그먼팅된 전계발광 소자(205), 저항성 스위치 층(206), 기판층(207), 및 옵션으로서의 필러 물질(210) 등의 다른 소자 또는 층들을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 커버층(202)은 터치 감지 사용자 인터페이스(200)에 대한 단일 패시아 부재로서 기능하는 박막 시트이다. 커버층(202)을 제조하기 위한 적합한 재료로서는 0.4 밀리미터 등의 투명 또는 반투명 플라스틱 필름, 투명 폴리카보네이트 필름을 포함한다. 또 다른 실시예에 있어서, 커버층(202)은 강화 유리의 얇은 시트로 제조된다. 커버층(202)은 프린팅 또는 그래픽들을 포함할 수 있다.
용량성 센서층(203)이 커버층(202) 아래에 배치된다. 일 실시예에 있어서 기판 상에 작은 용량성 판 전극들을 증착하여 형성되는 용량성 센서층(203)은 터치 감지 사용자 인터페이스(200)를 터치하거나 이에 근접한 사용자의 손가락 또는 스타일러스 등과 같은 물체의 존재를 검출하도록 구성된다. 용량성 센서층(203)에 결합되는 컨트롤러(201)는 용량성 센서층(203) 상에서의 특정한 판 조합체의 용량의 변화를 검출한다. 용량성 센서층(203)은 일반적인 모드에서, 예를 들어, 물체의 일반적인 근접 위치를 검출하도록 사용될 수 있다. 다른 방법으로서, 용량성 센서층(203)은 특정한 용량성 판의 쌍이 터치 감지 사용자 인터페이스(200)의 길이 및 폭을 따른 물체의 위치를 검출한 것으로 검출될 수 있는 특정한 모드에서 사용될 수 있다.
다음, 세그먼팅된 광학 셔터(204)가 이어진다. 일 실시예에 있어서, TN(Twisted Nematic)형 액정 디스플레이인 세그먼팅된 광학 셔터(204)가 윈도우들 또는 세그먼트들을 선택적으로 개방 또는 폐쇄함으로써 사용자에 대하여 복수의 키패드 구성 중 하나를 제공하기 위하여 사용된다. 전계가 세그먼팅된 광학 셔터(204)에 인가되어, 다양한 사용자 가동 타겟들을 숨기고 나타내도록 광학 셔터의 세그먼트들의 광학적 특성을 변화시킨다. 또한, 고해상도 디스플레이는 기기가 OFF 되는 때에 사용자로부터 감추어질 수 있으며, 기기가 ON 되는 때에 나타날 수 있다. 전계의 인가는 광학 셔터를 통과하는 광의 편광을 회전시켜, 세그먼트들 또는 윈도우들을 개방 또는 폐쇄시킨다.
세그먼팅된 전계발광 소자(205)는 개별적으로 제어가능한 광 소자들로서 동작하는 세그먼트들을 포함한다. 이러한 세그먼팅된 전계발광 소자(205)의 세그먼트들은 백라이트 기능을 제공하도록 포함될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 세그먼팅된 전계발광 소자(205)는 최상부와 최하부에 투명 전극들을 담지(bear)하는 투명 기판 사이에 샌드위치된 백라이트 재료 층을 포함한다.
옵션으로서의 저항성 스위치 층(206)은 동적인 키패드 영역의 셔터들 중 임의의 하나와 또는 복수의 가동 타겟들 중 임의의 하나와의 접촉을 검출하도록 구성되는 힘 스위치 어레이(force switch array)로서 기능한다. 터치 감지 사용자 인터페이스(200)와 접촉이 이루어지는 경우, 스위치들 중 임의의 것의 임피던스 변화가 검출될 수 있다. 스위치들의 어레이는 저항 감지 스위치, 멤브레인 스위치, 압전 스위치 등의 힘-감지 스위치, 또는 기타의 등가 유형의 기법일 수 있다.
디스플레이의 층들을 위하여, 또는 다양한 층들을 컨트롤러(201) 등의 다른 회로들과 전기적으로 결합시키기 위하여, 다양한 제어 회로들과 드라이버들을 수반하는 기판층(207)이 제공될 수 있다. FR4 인쇄 배선 기판 등의 견고한 층 또는 Kapton® 등의 가요성 재료 상에 인쇄된 구리 배선 등의 플렉시블 층일 수 있는, 기판층(207)은 디스플레이의 동작을 제어하기 위하여 전기적 소자들, 집적 회로들, 프로세서들, 및 관련 회로들을 포함할 수 있다.
촉각적인 피드백을 제공하기 위하여, 도 2의 실시예에 있어서, 터치 감지 사용자 인터페이스(200) 아래에 햅틱 피드백 층(100)이 배치된다. 햅틱 피드백 층(100)은 일 실시예에 있어서 컨트롤러(201)에 결합된다. 마이크로프로세서, 프로그래머블 논리 회로, ASIC(Application Specific Integrated circuit), 또는 기타의 유사한 장치일 수 있는 컨트롤러(201)는 햅틱 응답층(100)에게 전기 신호를 제공한다.
지정 모드에서 동작하는 용량성 센서층(203)을 통해서, 저항성 스위치 층(206)을 통해서, 또는 다른 수단을 통해서 컨트롤러(201)가 터치 감지 사용자 인터페이스(200)와의 사용자 접촉을 검출하면, 컨트롤러(201)는 하나 또는 그 이상의 압전 액추에이터(119) 중 적어도 하나를 가동시켜, 햅틱 피드백을 제공한다. 일 실시예에 있어서, 컨트롤러(201)는 하나 또는 그 이상의 압전 액추에이터(119)를 쌍으로 가동시킨다. 또 다른 실시예에 있어서, 컨트롤러(201)는 섀시(101)의 제1 측(211)으로부터 뻗어나온 캔틸레버 빔들이 섀시(101)의 제2 측(212)으로부터 나온 것들과는 위상을 달리하여 작동되도록 하나 또는 그 이상의 압전 액추에이터(119)를 가동시킨다. 또 다른 실시예에 있어서, 컨트롤러(201)는 기기 진동 등의 소정의 햅틱 응답 행동 또는 기타의 소정의 물리적인 응답을 제공하도록 비동기적으로 하나 또는 그 이상의 압전 액추에이터(119)를 가동시킨다.
도 3을 참조하면, 전자기기에 대한 사용자 입력을 형성하도록 터치 감지 사용자 인터페이스(200)에 결합되는 햅틱 피드백 층(100)이 도시되어 있다. 터치 감지 사용자 인터페이스는, 햅틱 피드백 층(100)이 아래에서 보여질 수 있도록 투명한 형태로 도시되어 있다. 이러한 형태에서, 터치 감지 사용자 인터페이스는 용량성 센서층(203), 커버층(202), 햅틱 피드백 층(100), 및 용량성 센서층(203)과 햅틱 피드백 층(100)을 결합시키는 컨트롤러(201)와 같은 전자 회로를 포함한다. 이 전자 회로는 일 실시예에 있어서 사물이 용량성 센서층(203)에 의해 감지되는 바와 같이 터치 감지 사용자 인터페이스(200)에 접촉한 것에 응답하여 햅틱 피드백 층의 압전 액추에이터를 구동하도록 구성된다. 터치 감지 사용자 인터페이스(200)가 모핑 사용자 인터페이스인 경우, 세그먼팅된 광학 셔터(204)의 세그먼트들을 불투명 상태들에서 투명 상태(pellucid state)들로 천이시킴으로써 사용자에 대하여 복수의 키패드 구성 중 하나를 제공하도록 구성되는 세그먼팅된 광학 셔터(204)가 또한 포함될 수 있다.
여기서, 터치 감지 사용자 인터페이스(200)는 모핑형인지 여부에 관계없이 사용자 입력 장치로서 사용될 사용자 가동 타겟(301)을 제시하게 된다. 일 실시예에 있어서, 더 큰 구조적 내구성을 제공하기 위하여, 지지 빔들 중 적어도 일부가 가동 타겟 아래에 배치될 수 있다. 예를 들어, 지지 빔(113) 및 그 해당하는 아치가 도 3의 예시적인 실시예에 있어서 사용자 가동 타겟(301) 아래에 배치된다. 이러한 지지 빔들은 형상에 따라서 사용자 가동 타겟의 행 또는 열 아래에 배치될 수 있다. 이와 같이, 캔틸레버 빔(105, 106) 사이의 지지 빔(113)은 특히 힘-저항 재료(force resistive material)에 대하여 "핀치 포인트(pinch point)"로서 기능할 수 있다.
도 4를 참조하면, 전자기기 본체(401)에 결합되어 전자기기(400)를 형성하는 터치 감지 사용자 인터페이스(200) - 이에 결합되는 햅틱 피드백 층(100)을 가짐 - 가 도시되어 있다. 예시적인 실시예에 있어서, 커넥터(402)가 전자기기 본체(401)의 커넥터 리셉터클(403) 내에 맞추어져서, 터치 감지 사용자 인터페이스(200)와 휴대용 전자기기(400)의 다른 성분 및 회로들과의 사이의 전기적인 연결을 가능하게 한다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 햅틱 피드백 층(500)의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 5의 햅틱 피드백 층(500)은 도 1과 유사하다. 하지만, 도 5에 있어서, 지지 빔(506)뿐만 아니라 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔(501, 502)들은 햅틱 피드백 층에 걸쳐서 종방향으로 배향된다. 도 6은 이러한 햅틱 피드백 층(500)이 터치 감지 사용자 인터페이스(200) 아래에 배치되는 것으로 도시되어 있다. 이러한 구성에 있어서, 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔(501, 502)은, 하나 또는 그 이상의 지지 빔, 예컨대, 지지 빔(506)이 사용자 가동 타겟(301) 또는 사용자 가동 타겟의 열 아래에서 통과하도록 하면서, 터치 감지 사용자 인터페이스(200)에 걸쳐서 종방향으로 채우고 있다. 캔틸레버 빔(501, 502) 사이의 지지 빔(506)은 특히 힘 저항 재료에 대하여 "핀치 포인트"로서 기능할 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 햅틱 피드백 층(700)의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 7의 햅틱 피드백 층(700)은 도 5와 유사하다. 그러나, 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔(701, 702) 각각은 제1 단부에서 섀시(706)로부터 뻗어나와서, 결합 부재, 예컨대, 결합 부재(707)에 의해 말단부에서 섀시에 결합된다. 결합 부재(707)는 특정 애플리케이션에 있어서의 감쇠(dampening)를 지원할 수 있다. 또한, 결합 부재(707)는 섀시 제조 과정 중에 캔틸레버 빔의 "편평도 유지(flatness retention)"을 가능하게 한다. 도 7의 예시적인 실시예에 있어서, 결합 부재는 캔틸레버 빔 폭(709)보다 짧은 폭(708)을 갖는다. 이러한 구성은 빔들이 섀시(706)에 대하여 2개의 지점에서 묶여 있다는 점에서 "의사-제한된(pseudo-constrained)" 구성이라고 한다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 햅틱 피드백 층(800)의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 다른 실시예와 같이, 햅틱 피드백 층(800)은 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔(801, 802)을 포함한다. 도 7의 실시예와 같이, 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔(801, 802) 각각은 결합 부재, 예컨대, 결합 부재(807)로 섀시(806)에 결합된다. 그러나, 도 8의 실시예에 있어서, 결합 부재(807)는 U-자형의 개구(808)를 포함한다. 이러한 개구(808)는 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔(801, 802) 각각의 캔틸레버 작용을 조절 및 변경하도록 형성될 수 있다.
도 9를 참조하면, 포플 버튼 감지 피드백을 제공하도록 압전 액추에이터를 구동하기 위한 일례의 제어 신호가 도시되어 있다. 가속 프로파일(901)의 특성은 비교적 짧은 기간(< 10 ms)에서 높은 피크 가속(1 ~ 100 g)을 갖는다. 가속 곡선의 고주파 성분은 촉각적인 클릭 느낌을 동반하는 소리와 관련된다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 본 발명의 실시예들은 그 출력 영역에 있어서 실질적으로 균일한 강한 햅틱 응답을 생성하는 사용자 인터페이스 시스템을 제공한다. 복수의 캔틸레버 빔들은 섀시 내에서 유도되는 압전 임펄스를 반대 배향으로부터의 유사한 것과 결합함으로써 압전 임펄스를 평균화하도록 작용한다. 지지 빔은 사용되는 경우, 캔틸레버 빔들의 변위 효과를 감쇠시키지 않고 적당한 하중에 대하여 전체 시스템에 대하여 추가의 강도와 견고성을 제공할 수 있다. 또한, 대향하는 캔틸레버 빔들의 사용은 압전 액추에이터들 중 하나가 손상되는 경우에 시스템 리던던시를 제공한다.
상기 명세서에 있어서, 본 발명의 구체적인 실시예들을 설명하였다. 그러나, 당업자라면, 이하의 청구항에 명기된 바와 같이 본 발명의 범주를 일탈하지 않고서 다양한 변형예와 변경예가 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예들을 예시하고 설명하였지만, 본 발명은 이에 한하지 않는다는 것이 명확하다. 이하의 청구항들에 의해 정의되는 바와 같이 본 발명의 개념과 범주로부터 일탈하지 않고서 당업자에 의해 수많은 변형예, 변경예, 개조예, 대체예, 및 균등물이 상정될 수 있다. 따라서, 명세서와 도면들은 한정적 의미가 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 모든 이러한 변형예들은 본 발명의 범주 내에 포함되도록 의도된 것이다. 이익, 장점, 문제에 대한 해결책, 및 임의의 이익, 장점, 또는 해결책이 일어나도록 하거나 더욱 명확하게 되도록 할 수 있는 임의의 구성요소(들)은 청구항 모두 또는 일부의 중요하거나 요구되거나 기본적인 특징 또는 구성요소들로서 해석되어서는 아니된다.

Claims (20)

  1. 전자기기용 사용자 입력 장치(user input device)로서,
    연속적인 패시아(continuous fascia) 및 하나 또는 그 이상의 하위층들을 갖는 터치 감지 사용자 인터페이스;
    상기 터치 감지 사용자 인터페이스에 결합되고, 상기 터치 감지 사용자 인터페이스와의 사용자 접촉을 검출하도록 구성되는 컨트롤러;
    상기 컨트롤러에 결합되며, 상기 터치 감지 사용자 인터페이스 아래에 배치되는 햅틱 피드백 층 - 상기 햅틱 피드백 층은,
    상기 햅틱 피드백 층의 주변을 정의하는 섀시;
    상기 섀시로부터 뻗어나와서(emanating) 상기 햅틱 피드백 층의 적어도 일부에 걸쳐서 있는 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔(oppositely facing, interlaced cantilever beams); 및
    상기 컨트롤러에 응답하고 또한 상기 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔들에 결합되는 하나 또는 그 이상의 압전 액추에이터들을 포함함 -
    을 포함하며, 상기 컨트롤러가 상기 사용자 접촉을 검출하면 상기 컨트롤러는 상기 하나 또는 그 이상의 압전 액추에이터들 중 적어도 하나가 가동(actuate)되도록 야기하는
    사용자 입력 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔은 상기 터치 감지 사용자 인터페이스에 걸쳐서 횡방향으로 걸쳐 있는(span) 사용자 입력 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔은 상기 터치 감지 사용자 인터페이스에 걸쳐서 종방향으로 걸쳐 있는 사용자 입력 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 섀시는 상기 섀시에 걸쳐 있는(span) 하나 또는 그 이상의 지지 빔들을 더 포함하며,
    상기 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔은 빔 쌍들로 그룹화되고 각각의 빔 쌍은 하나 또는 그 이상의 지지 빔들 중 하나에 의해 분리되는 사용자 입력 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 이상의 지지 빔들 각각은 그 단면의 적어도 일부분에 걸쳐서 강화 형태(reinforcing shape)를 포함하고,
    상기 강화 형태는 아치(arch)를 포함하며, 상기 아치는 상기 하나 또는 그 이상의 압전 액추에이터들 중 하나의 높이보다 적어도 2배 높은 사용자 입력 장치.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 터치 감지 사용자 인터페이스는 복수의 사용자 가동 타겟(user actuation target)을 포함하며, 상기 강화 형태는 상기 복수의 사용자 가동 타겟의 행 또는 열 중 하나의 아래에 배치되는 사용자 입력 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔 각각은 제1 단부에서 섀시로부터 뻗어나오며, 상기 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔 각각은 결합 부재에 의해 말단에서 상기 섀시에 결합되는 사용자 입력 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔 각각은 빔 폭을 가지며, 각각의 결합 부재는 부재 폭을 가지며, 상기 부재 폭은 상기 빔 폭보다 작은 사용자 입력 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    각각의 결합 부재는 U-자형 개구를 포함하는 사용자 입력 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔 각각은 미리 형성된 홈을 포함하며, 상기 하나 또는 그 이상의 압전 액추에이터들 중 하나는 상기 미리 형성된 홈에 배치되는 사용자 입력 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 하나 또는 그 이상의 압전 액추에이터들이 쌍으로 가동되도록 야기하는 사용자 입력 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 터치 감지 사용자 인터페이스는 모핑(morphing) 사용자 인터페이스를 포함하는 사용자 입력 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 하나 또는 그 이상의 압전 액추에이터들이 포플(popple) 버튼 감지 촉각 피드백을 제공하도록 구성되는 가동 신호에 따라서 가동되도록 야기하는 사용자 입력 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 섀시의 제1 측으로부터 뻗어나오는 캔틸레버 빔들의 제1 세트는 상기 섀시의 제2 측으로부터 뻗어나오는 캔틸레버 빔들의 제2 세트와 위상이 어긋나도록 가동되는 사용자 입력 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러가 상기 사용자 접촉을 검출한 경우, 상기 컨트롤러는 상기 하나 또는 그 이상의 압전 액추에이터들이 소정의 햅틱 응답 웨이브(haptic response wave)를 제공하기 위해 비동기적으로 가동되도록 야기하는 사용자 입력 장치.
  17. 사용자 인터페이스를 갖는 휴대용 전자 통신 기기로서,
    용량성 터치 센서;
    상기 용량성 터치 센서 아래에 배치되는 햅틱 피드백 층 - 상기 햅틱 피드백 층은,
    상기 햅틱 피드백 층의 주변을 정의하는 섀시,
    상기 섀시로부터 뻗어나와서, 상기 햅틱 피드백 층의 적어도 일부에 걸쳐 있는 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔, 및
    상기 복수의 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔에 결합되는 하나 또는 그 이상의 압전 액추에이터들을 포함함 -; 및
    상기 용량성 터치 센서 및 상기 햅틱 피드백 층을 결합시키며, 사물이 상기 사용자 인터페이스에 접촉한 것에 응답하여 상기 하나 또는 그 이상의 압전 액추에이터들을 구동하도록 구성되는 전자 회로
    를 포함하는 휴대용 전자 통신 기기.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 사용자 인터페이스는 연속적인 패시아 및 세그먼팅된 광학 셔터를 더 포함하며, 상기 세그먼팅된 광학 셔터는 불투명 상태들에서 투명 상태들로 세그먼팅된 광학 셔터의 세그먼트들을 천이시킴으로써 복수의 키패드 구성 중 하나를 제시하도록 구성되는 휴대용 전자 통신 기기.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 키패드 구성 각각은 복수의 가동 타겟을 포함하며, 상기 용량성 터치 센서가 특정 가동 타겟과의 접촉을 검출하면 상기 전자 회로는 상기 특정 가동 타겟 아래에 배치된 한 쌍의 압전 액추에이터를 구동하도록 구성되는 휴대용 전자 통신 기기.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 섀시는 상기 섀시에 걸쳐 있는 하나 또는 그 이상의 지지 빔들을 더 포함하며, 상기 대향하는 인터레이스된 캔틸레버 빔들의 각각의 쌍은 상기 하나 또는 그 이상의 지지 빔들 중 하나에 의해 분리되는 휴대용 전자 통신 기기.
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US61/016,111 2007-12-21
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