專利名稱：觸覺輸入/輸出設(shè)備及其驅(qū)動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用作各種電子設(shè)備中的數(shù)據(jù)輸入/輸出裝置的觸覺輸入/輸出設(shè) 備。更具體地，本發(fā)明涉及能夠響應(yīng)于輸入進行各種觸覺輸出的觸覺輸入/輸出設(shè)備及其 驅(qū)動方法。
背景技術(shù)：
一般說來，許多類型的具有便攜式終端的電子設(shè)備包括作為數(shù)據(jù)輸出裝置的顯示 器。顯示設(shè)備從早先的黑/白液晶顯示器0XD)演化到具有幾十萬到幾百萬像素的高清晰 度彩色LCD模塊。這是小型化、輕便和小體積同時需要各種功能的趨勢的反映。顯示器向 用戶顯示諸如一般字符的數(shù)據(jù)和諸如靜止圖像、運動圖像等的視頻。近來的市場趨勢出現(xiàn)了具有觸摸屏功能的數(shù)據(jù)輸入/輸出設(shè)備。該數(shù)據(jù)輸入/輸 出設(shè)備不需要諸如鍵鈕等單獨的數(shù)據(jù)輸入裝置，并且允許在一個顯示設(shè)備中同時啟用輸入 /輸出功能。這樣的觸摸屏與一般的機械式(即，金屬拱式)鍵鈕相比，大大降低了在數(shù)據(jù) 輸入期間用戶的觸感。因而，近年來，已經(jīng)出現(xiàn)了具有用于產(chǎn)生振動的驅(qū)動器的觸覺輸入/ 輸出設(shè)備。觸覺輸入/輸出設(shè)備被配置為每次用戶觸摸期望的屏幕時向用戶提供稍微的振 動，從而消除了對平面觸摸的稍微的厭惡感。大多數(shù)傳統(tǒng)的振動觸覺顯示設(shè)備基于使用小型馬達振動整個機身的方案，諸如振 動觸覺鼠標、便攜式電話機的振動模式等等。在觸覺反饋系統(tǒng)中，觸覺輸入單元與觸覺輸出 單元彼此完全分開，或者僅僅存在表達輸入識別的簡單反饋的方法。圖2是示出了根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的觸覺輸入/輸出設(shè)備的示意圖。在圖2中，觸覺傳 感器輸入端10和觸覺顯示輸出端20完全分開并且彼此獨立。但是，由于觸覺傳感器輸入 端10的輸入單元11和輸出端20的輸出單元21被配置為彼此重疊，因此存在由于相互干 擾弓I起錯誤操作和產(chǎn)生噪音的問題。上述使用小型馬達振動整個設(shè)備體的方案近年來已經(jīng)投入市場。但是，此方案限 制了用戶可以用他的/她的指尖感受到的觸感的表達并且提供了不滿意的效果。此外，輸 入傳感器附接于振動馬達的類型的觸覺輸入/輸出設(shè)備的問題在于，它在降低厚度方面有 限制并且具有不良的耐用性。此外，在使用相同的陣列地址而不分開輸入/輸出的情況下，控制復(fù)雜度增加，并 且因為傳感器陣列的擴展引起了操作的增加，所以電路復(fù)雜度增加。此外，由于通過X和Y 軸的組合僅僅簡單地控制輸入開/關(guān)切換信息，因此傳統(tǒng)的傳感技術(shù)在應(yīng)用于各種輸入/ 輸出方案時有困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面基本上解決至少上述問題和/或缺點并且提供至少下述優(yōu)點。因 此，本發(fā)明的一方面是提供響應(yīng)于輸入啟用各種方案的觸覺輸出的觸覺輸入/輸出設(shè)備及 其驅(qū)動方法。
本發(fā)明的另一方面是提供通過分開并應(yīng)用觸覺輸入端和輸出端來實現(xiàn)防止由于各個輸入/輸出單元之間的相互干擾而產(chǎn)生噪聲和錯誤操作的觸覺輸入/輸出設(shè)備及其驅(qū) 動方法。本發(fā)明的另一方面是提供一種通過從簡單的X和Y結(jié)構(gòu)當中將僅僅X軸的電壓值 的范圍與坐標匹配、獲得與中心值對應(yīng)的X軸值和與壓力值對應(yīng)的Z軸值、并啟用相同的傳 感來實現(xiàn)減少與Y軸值對應(yīng)的操作量的觸覺輸入/輸出設(shè)備及其驅(qū)動方法。根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種觸覺輸入/輸出設(shè)備包括至少一個輸入端、至少一個 輸出端和控制器。該輸入端包括以規(guī)則間隔布置的多個輸入單元。該輸出端包括以規(guī)則間 隔布置的多個輸出單元。該控制器感測輸入端的輸入信號并控制輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信 號。安裝輸入端和輸出端以形成二者分開的一個陣列。輸入單元和輸出單元被布置在彼此 不重疊的位置。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種用于驅(qū)動包括至少一個輸入端、至少一個輸出端和 控制器的觸覺輸入/輸出設(shè)備的方法。該輸入端包括以規(guī)則間隔布置的多個輸入單元。該 輸出端包括以規(guī)則間隔布置的多個輸出單元。該控制器感測輸入端的輸入信號并控制輸出 端產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號。安裝輸入端和輸出端以形成分開的一個陣列。輸入單元和輸出單 元被布置在彼此不重疊的位置以彼此單獨工作。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種用于檢測包括至少一個輸入端、至少一個輸出端和 控制器的觸覺輸入/輸出設(shè)備的輸入信號的方法。該輸入端包括以規(guī)則間隔布置的多個輸 入單元。該輸出端包括以規(guī)則間隔布置的多個輸出單元。該控制器感測輸入端的輸入信號 并控制輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號。該輸入端使用在列中布置的多個壓電材料作為輸入單 元，將該壓電材料與可變電阻器電連接，根據(jù)基于施加的壓力而變化的壓電材料的電壓差 來讀出可變電阻器的變化，并檢測各種類型的輸入信號。


通過下面結(jié)合附圖的詳細描述，本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點將變得更加明顯，其中圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的應(yīng)用觸覺輸入/輸出設(shè)備的便攜式終 端的總覽圖；圖2是示出了根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的觸覺輸入/輸出設(shè)備的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的觸覺輸入/輸出設(shè)備的結(jié)構(gòu)的示意 圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的觸覺輸入/輸出設(shè)備的示意性側(cè)面圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的另一示范性實施例的觸覺輸入/輸出單元的各種配置的 圖；圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的觸覺輸入/輸出設(shè)備的結(jié)構(gòu)的框圖； 以及圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的觸覺輸入設(shè)備的結(jié)構(gòu)的圖。
具體實施例方式現(xiàn)在，將參考附圖描述本發(fā)明的實施例。為了清楚簡單的目的，不再詳細描述公知的功能或結(jié)構(gòu)，因為它們會在不必要的細節(jié)上混淆本發(fā)明。圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的采用觸覺輸入/輸出設(shè)備的便攜式終 端的總覽圖。注意，本發(fā)明的觸覺輸入/輸出設(shè)備適用于具有本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的顯示 設(shè)備的便攜式終端和其它電子設(shè)備。如圖1所示，便攜式終端100具有顯示設(shè)備110，并且可以通過觸摸操作而不使用傳 統(tǒng)的鍵鈕來輸入顯示在顯示設(shè)備110上的程序執(zhí)行、數(shù)字、字符、符號等等。作為接收器的揚 聲器111安裝在顯示設(shè)備110上方。作為發(fā)送器的麥克風112安裝在顯示設(shè)備110下方。顯示設(shè)備110在屏幕上顯示并接收輸入數(shù)據(jù)，并且根據(jù)輸入方案輸出各種觸感。 例如，當應(yīng)用壓力方案時，如果用戶輕微地觸摸相應(yīng)的圖標，則溫和的振動可以輸出給用 戶，并且響應(yīng)于較用力的觸摸，可以輸出較強的振動。注意，可以使用各種輸入方案，例如可 以使用光強和壓力。此外，可以根據(jù)本發(fā)明的教導實現(xiàn)各種輸出方案，例如產(chǎn)生變化級別的 溫度、產(chǎn)生諸如摩擦力、靜電力、磁力和本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其它已知感覺的物理力的輸 出方案。圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的觸覺輸入/輸出設(shè)備的結(jié)構(gòu)的示意 圖。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的觸覺輸入/輸出設(shè)備的示意性側(cè)面圖。如圖3和4所示，根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的觸覺輸入/輸出設(shè)備包括彼此獨 立的輸入端30和輸出端40。輸入端30包括多個單獨的輸入單元31。輸出端40包括多個 單獨的輸出單元41。根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例，盡管輸入端30和輸出端40被構(gòu)造并組合在一起，但 是輸入單元31和輸出單元41彼此不重疊。也就是說，輸入單元31位于相鄰的輸出單元41 之間，輸出單元41位于相鄰的輸入單元31的單元空間中。此配置結(jié)構(gòu)最佳地降低了觸覺 輸入/輸出設(shè)備的厚度，增加了每個單元的耐用性，并抑制了由于相互干擾引起的噪聲的 產(chǎn)生。輸入端30和輸出端40可以獨立地分別充當輸入傳感器和輸出傳感器。因而，輸出 端40可以獨立工作并且可以表達輸入端30的操作的反饋。例如，在使用諸如摩擦力和靜 電力的物理力產(chǎn)生觸感的情況下，輸出端40同時從輸入端30接收信號。輸出端40可以根 據(jù)來自于輸入端30的按鈕輸入表達不同的觸感。傳統(tǒng)方案的問題在于，它在降低厚度方面 有限制，因為輸入端和輸出端被配置為彼此重疊以便同時實現(xiàn)輸入端30和輸出端40。但 是，本發(fā)明提供輸入端30和輸出端40緊密地排成一行并且可以降低厚度。此外，本發(fā)明令 人滿意地提供用戶可以利用他的/她的指尖感受到的觸感的表達。因而，可以獨立且有效 地實現(xiàn)輸入端和輸出端。此外，可以提升它們自身的靈活性并裝備薄的傳感器，其中由于使 用諸如聚合體和柔性印制電路(FPC)之類的柔性材料和制作小型傳感器(諸如壓電元件) 等所需的材料，應(yīng)用圖5的長梯子形狀的單元結(jié)構(gòu)，因此輸入端和輸出端可以彼此獨立工 作在具有曲線的對象上。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的另一個示范性實施例的觸覺輸入/輸出端的各種布置的 圖。如圖所示，觸覺輸入/輸出端可以采用多種順序布置，諸如鋸齒形布置、梯狀布置、交叉 布置等等。也就是說，以交替順序布置各個輸入單元和輸出單元。除了具有X和Y軸的傳 統(tǒng)交叉結(jié)構(gòu)外，輸入單元和輸出單元可以被形成為具有線條梯狀結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)可以相對促進響應(yīng)于輸入的快速的輸出。 圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的觸覺輸入/輸出設(shè)備的結(jié)構(gòu)的框圖。 如圖所示，觸覺輸入/輸出設(shè)備的輸入端30和輸出端40具有交叉結(jié)構(gòu)。輸入端30的每個 輸入單元31和輸出端40的每個輸出單元41彼此不重疊以及被配置為具有交叉結(jié)構(gòu)。輸入端30的每個輸入單元31通過接口 32 (例如，多路器)與輸入控制器33電連 接。輸出端40的每個輸出單元41通過接口 42與輸出控制器43電連接。在可替換實施例 中，輸入控制器33和輸出控制器43可以被集成為單個控制器。如果響應(yīng)于輸入感測到控 制信號，則控制器驅(qū)動控制輸出的預(yù)定的驅(qū)動器(未示出)，諸如輸出振動發(fā)生器等等。盡管稍后將進行描述，但是控制器可以根據(jù)輸入信號的類型不同地控制輸出方 案。例如，控制器根據(jù)壓力輸入的強度控制振動輸出的強度，因而能夠向用戶提供不同級別 的振動強度。圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個示范性實施例的觸覺輸入設(shè)備的結(jié)構(gòu)的圖。如 圖所示，觸覺輸入設(shè)備包括按列布置的多個輸入端(Yl、Y2、Y3...)。每個輸入端具有以規(guī) 則間隔布置的多個輸入單元51。輸入單元51可以是壓電材料，例如使用響應(yīng)于壓力的電壓 差的變化的壓電換能器(PZT)、聚偏二氟乙烯(PVDF)等等。輸入單元51電連接到可變電阻 器52。輸入單元51每個可以與X軸上的坐標值匹配。由施加于壓電材料的壓力產(chǎn)生的電 壓差相對小于由電阻產(chǎn)生的電壓差，因而使用此特征。傳統(tǒng)的觸覺顯示設(shè)備依次感測X軸 和Y軸的每個信號線以產(chǎn)生坐標(X，Y)。但是，根據(jù)本發(fā)明，僅僅感測Y軸值來確定單元的 信號變化。也就是說，通過掃描Y軸來確定感測哪個編號的信號線。然后，僅僅使用從Y軸 獲得的電壓信息來獲得X軸值和Z軸值。這里，當按下Y軸信號線的信號信息中的壓電材 料時，觸覺顯示設(shè)備作為開關(guān)工作。根據(jù)可變電阻器的電壓差或電流差發(fā)生變化，并且獲得 此時與電阻值對應(yīng)的X軸。此外，當向壓電材料或電介質(zhì)施加壓力時，產(chǎn)生小的電壓差。該 小的電壓差被轉(zhuǎn)換為Z位置，從而獲得Z軸值。換句話說，觸覺顯示設(shè)備根據(jù)Y軸信號的存 在識別出Y軸值。當由壓電材料或電介質(zhì)接通時，使用相對大的電壓差或電流差獲得X值。 使用相對小的電壓差或電壓的相位差來獲得Z值。電壓可以用于AC、DC或其組合。例如， 如果用戶向觸覺顯示設(shè)備上的預(yù)定位置施加壓力，則僅僅利用選擇的位置確定Y軸，并且 通過將僅僅X軸的電壓值的范圍與坐標匹配，來獲得與中心值對應(yīng)的X軸值和與壓力值對 應(yīng)的Z軸值，因而使得可以進行相同的感測。也就是說，根據(jù)可由于相應(yīng)壓電材料的電壓差 引起的可變電阻器變化的電阻值，控制器(即，輸出控制器)可以控制諸如振動發(fā)生器(未 示出)之類的輸出發(fā)生器，以產(chǎn)生與預(yù)置電阻值對應(yīng)的強度的振動。如上所述，本發(fā)明的教導具有如下優(yōu)點通過降低單元厚度能夠提高接觸敏感度 并使得可以進行更準確的信號傳感，提高了每個單元的耐用性，并且通過觸覺輸入端的輸 入單元和觸覺輸出端的輸出單元之間的分開來降低由相互干擾所引起的噪聲。此外，本發(fā) 明的示范性實施例具有如下優(yōu)點當輸入單元和輸出單元彼此附接時，降低了為了接通輸 入單元而需要斷開輸出單元的重復(fù)的切換操作的次數(shù)，從而能夠提高響應(yīng)速度并且簡化復(fù) 雜的控制電路。此外，當輸入和輸出彼此附接時，僅僅可以感測到單個輸入觸摸。但是，當 兩個分開時，可以感測到各種強度和級別的輸入(即，壓力強度、光強度等等)。此外，與感 測所有X和Y軸然后通過其組合識別位置的傳統(tǒng)陣列不同，本發(fā)明的示范性實施例具有如 下優(yōu)點通過將僅僅X軸的電壓值的范圍與坐標匹配，獲得與中心值對應(yīng)的X軸值和與壓力值對應(yīng)的Z軸值，從而使得可以進行相同的感測同時降低與Y軸值對應(yīng)的操作量。
盡管已經(jīng)參考本發(fā)明的特定優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了示出和描述，但是本領(lǐng)域 技術(shù)人員應(yīng)當理解，在不脫離由所附權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下， 可以對本發(fā)明做出形式和細節(jié)上的各種修改。
權(quán)利要求
一種觸覺輸入/輸出設(shè)備，包括至少一個輸入端，包括以規(guī)則間隔布置的多個輸入單元；至少一個輸出端，包括以規(guī)則間隔布置的多個輸出單元；和控制器，用于感測該至少一個輸入端的輸入信號并控制該至少一個輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號，其中安裝該至少一個輸入端和至少一個輸出端以形成二者分開的一個陣列，以及該輸入單元和輸出單元彼此不重疊。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中以交替順序放置該輸入單元和輸出單元。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中該至少一個輸入端和該至少一個輸出端被布置為在 列方向上彼此重疊。
4.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中該至少一個輸入端和該至少一個輸出端被布置為彼 此成直角相交。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該至少一個輸入端和該至少一個輸出端被布置為在 相同的方向或在不同的方向上彼此交替。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中在列方向上按線布置該至少一個輸入端。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中該至少一個輸入端的輸入單元使用其電壓差根據(jù)激 活的壓力程度而可變的多個壓電材料，并且通過電連接該壓電材料的可變電阻器的變化來 感測輸入信號。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中該可變電阻值被設(shè)置為使得由該壓電材料產(chǎn)生的電 壓差相對小于由該電阻器產(chǎn)生的電壓差。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中該壓電材料是壓電換能器(PZT)和聚偏二氟乙烯 (PVDF)中的一個。
10.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括由控制器根據(jù)該至少一個輸出端的輸出信號操 作的輸出發(fā)生器。
11.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該輸出發(fā)生器是振動發(fā)生器、物理力發(fā)生器和溫度 發(fā)生器中的一個或其組合。
12.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中該控制器響應(yīng)于該至少一個輸入端的輸入信號來 控制該輸出發(fā)生器產(chǎn)生各種強度的振動、接觸力或溫度變化。
13.一種用于驅(qū)動觸覺輸入/輸出設(shè)備的方法，包括提供至少一個輸入端，至少一個輸入端包括以規(guī)則間隔布置的多個輸入單元；提供至少一個輸出端，至少一個輸出端包括以規(guī)則間隔布置的多個輸出單元；和提供控制器，該控制器用于控制該至少一個輸入端和該至少一個輸出端，其中安裝輸入端和輸出端以形成一個陣列，以及其中該輸入單元和輸出單元彼此不重疊。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該控制器控制彼此隔開的該至少一個輸入端和至 少一個輸出端。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該控制器感測該至少一個輸入端的輸入信號并控 制該至少一個輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，還提供耦接到該至少一個輸出端的輸出發(fā)生器，以根據(jù)輸出信號工作，并且其中該控制器響應(yīng)于該至少一個輸入端的輸入信號不同地控制該輸出發(fā)生器。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中該輸出發(fā)生器是振動發(fā)生器、物理力發(fā)生器和溫 度發(fā)生器中的一個或其組合。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中該控制器響應(yīng)于該輸入端的輸入信號來控制該輸 出發(fā)生器產(chǎn)生各種強度的振動、接觸力或溫度變化。
19.一種用于檢測觸覺輸入/輸出設(shè)備的輸入信號的方法，包括提供至少一個輸入端，至少一個輸入端包括以規(guī)則間隔布置的多個輸入單元；提供至少一個輸出端，至少一個輸出端包括以規(guī)則間隔布置的多個輸出單元；和提供控制器，該控制器用于控制該輸入端和該輸出端，其中該至少一個輸入端使用按列布置的多個壓電材料作為輸入單元，將該壓電材料與 可變電阻器電連接，根據(jù)基于施加的壓力而變化的壓電材料的電壓差來讀出可變電阻器的 變化，并檢測各種類型的輸入信號。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中該可變電阻值是使得由該壓電材料產(chǎn)生的電壓差 相對小于由該電阻器產(chǎn)生的電壓差。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中該壓電材料是壓電換能器(PZT)和聚偏二氟乙烯 (PVDF)中的一個。
22.如權(quán)利要求19所述的方法，其中該至少一個輸入端在列方向上按照規(guī)則順序排列 并且形成Y軸。
全文摘要
提供了一種觸覺輸入/輸出設(shè)備及其驅(qū)動方法。該設(shè)備包括至少一個輸入端、至少一個輸出端和控制器。該輸入端包括以規(guī)則間隔布置的多個輸入單元。該輸出端包括以規(guī)則間隔布置的多個輸出單元。該控制器感測輸入端的輸入信號并控制輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號。安裝輸入端和輸出端以形成二者分開的一個陣列。輸入單元和輸出單元被布置為使得它們彼此不重疊。
文檔編號G06F3/041GK101868776SQ200880116959
公開日2010年10月20日 申請日期2008年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月12日
發(fā)明者任晙爀, 樸哲賢, 李種林, 許智慧, 金世祿, 金哲鎮(zhèn), 金起旭 申請人:三星電子株式會社