专利名称：触觉输入/输出设备及其驱动方法
技术领域：
本发明一般涉及用作各种电子设备中的数据输入/输出装置的触觉输入/输出设 备。更具体地，本发明涉及能够响应于输入进行各种触觉输出的触觉输入/输出设备及其 驱动方法。
背景技术：
一般说来，许多类型的具有便携式终端的电子设备包括作为数据输出装置的显示 器。显示设备从早先的黑/白液晶显示器0XD)演化到具有几十万到几百万像素的高清晰 度彩色LCD模块。这是小型化、轻便和小体积同时需要各种功能的趋势的反映。显示器向 用户显示诸如一般字符的数据和诸如静止图像、运动图像等的视频。近来的市场趋势出现了具有触摸屏功能的数据输入/输出设备。该数据输入/输 出设备不需要诸如键钮等单独的数据输入装置，并且允许在一个显示设备中同时启用输入 /输出功能。这样的触摸屏与一般的机械式(即，金属拱式)键钮相比，大大降低了在数据 输入期间用户的触感。因而，近年来，已经出现了具有用于产生振动的驱动器的触觉输入/ 输出设备。触觉输入/输出设备被配置为每次用户触摸期望的屏幕时向用户提供稍微的振 动，从而消除了对平面触摸的稍微的厌恶感。大多数传统的振动触觉显示设备基于使用小型马达振动整个机身的方案，诸如振 动触觉鼠标、便携式电话机的振动模式等等。在触觉反馈系统中，触觉输入单元与触觉输出 单元彼此完全分开，或者仅仅存在表达输入识别的简单反馈的方法。图2是示出了根据传统技术的触觉输入/输出设备的示意图。在图2中，触觉传 感器输入端10和触觉显示输出端20完全分开并且彼此独立。但是，由于触觉传感器输入 端10的输入单元11和输出端20的输出单元21被配置为彼此重叠，因此存在由于相互干 扰弓I起错误操作和产生噪音的问题。上述使用小型马达振动整个设备体的方案近年来已经投入市场。但是，此方案限 制了用户可以用他的/她的指尖感受到的触感的表达并且提供了不满意的效果。此外，输 入传感器附接于振动马达的类型的触觉输入/输出设备的问题在于，它在降低厚度方面有 限制并且具有不良的耐用性。此外，在使用相同的阵列地址而不分开输入/输出的情况下，控制复杂度增加，并 且因为传感器阵列的扩展引起了操作的增加，所以电路复杂度增加。此外，由于通过X和Y 轴的组合仅仅简单地控制输入开/关切换信息，因此传统的传感技术在应用于各种输入/ 输出方案时有困难。
发明内容
本发明的一方面基本上解决至少上述问题和/或缺点并且提供至少下述优点。因 此，本发明的一方面是提供响应于输入启用各种方案的触觉输出的触觉输入/输出设备及 其驱动方法。
本发明的另一方面是提供通过分开并应用触觉输入端和输出端来实现防止由于各个输入/输出单元之间的相互干扰而产生噪声和错误操作的触觉输入/输出设备及其驱 动方法。本发明的另一方面是提供一种通过从简单的X和Y结构当中将仅仅X轴的电压值 的范围与坐标匹配、获得与中心值对应的X轴值和与压力值对应的Z轴值、并启用相同的传 感来实现减少与Y轴值对应的操作量的触觉输入/输出设备及其驱动方法。根据本发明的一方面，一种触觉输入/输出设备包括至少一个输入端、至少一个 输出端和控制器。该输入端包括以规则间隔布置的多个输入单元。该输出端包括以规则间 隔布置的多个输出单元。该控制器感测输入端的输入信号并控制输出端产生相应的输出信 号。安装输入端和输出端以形成二者分开的一个阵列。输入单元和输出单元被布置在彼此 不重叠的位置。根据本发明的另一方面，一种用于驱动包括至少一个输入端、至少一个输出端和 控制器的触觉输入/输出设备的方法。该输入端包括以规则间隔布置的多个输入单元。该 输出端包括以规则间隔布置的多个输出单元。该控制器感测输入端的输入信号并控制输出 端产生相应的输出信号。安装输入端和输出端以形成分开的一个阵列。输入单元和输出单 元被布置在彼此不重叠的位置以彼此单独工作。根据本发明的另一方面，一种用于检测包括至少一个输入端、至少一个输出端和 控制器的触觉输入/输出设备的输入信号的方法。该输入端包括以规则间隔布置的多个输 入单元。该输出端包括以规则间隔布置的多个输出单元。该控制器感测输入端的输入信号 并控制输出端产生相应的输出信号。该输入端使用在列中布置的多个压电材料作为输入单 元，将该压电材料与可变电阻器电连接，根据基于施加的压力而变化的压电材料的电压差 来读出可变电阻器的变化，并检测各种类型的输入信号。
通过下面结合附图的详细描述，本发明的上述特征和优点将变得更加明显，其中图1是示出了根据本发明的示范性实施例的应用触觉输入/输出设备的便携式终 端的总览图；图2是示出了根据传统技术的触觉输入/输出设备的结构的示意图；图3是示出了根据本发明的示范性实施例的触觉输入/输出设备的结构的示意 图；图4是示出根据本发明的示范性实施例的触觉输入/输出设备的示意性侧面图；图5是示出根据本发明的另一示范性实施例的触觉输入/输出单元的各种配置的 图；图6是示出了根据本发明的示范性实施例的触觉输入/输出设备的结构的框图； 以及图7是示出了根据本发明的示范性实施例的触觉输入设备的结构的图。
具体实施例方式现在，将参考附图描述本发明的实施例。为了清楚简单的目的，不再详细描述公知的功能或结构，因为它们会在不必要的细节上混淆本发明。图1是示出了根据本发明的示范性实施例的采用触觉输入/输出设备的便携式终 端的总览图。注意，本发明的触觉输入/输出设备适用于具有本领域技术人员公知的显示 设备的便携式终端和其它电子设备。如图1所示，便携式终端100具有显示设备110，并且可以通过触摸操作而不使用传 统的键钮来输入显示在显示设备110上的程序执行、数字、字符、符号等等。作为接收器的扬 声器111安装在显示设备110上方。作为发送器的麦克风112安装在显示设备110下方。显示设备110在屏幕上显示并接收输入数据，并且根据输入方案输出各种触感。 例如，当应用压力方案时，如果用户轻微地触摸相应的图标，则温和的振动可以输出给用 户，并且响应于较用力的触摸，可以输出较强的振动。注意，可以使用各种输入方案，例如可 以使用光强和压力。此外，可以根据本发明的教导实现各种输出方案，例如产生变化级别的 温度、产生诸如摩擦力、静电力、磁力和本领域技术人员公知的其它已知感觉的物理力的输 出方案。图3是示出了根据本发明的示范性实施例的触觉输入/输出设备的结构的示意 图。图4是示出根据本发明的示范性实施例的触觉输入/输出设备的示意性侧面图。如图3和4所示，根据本发明的示范性实施例的触觉输入/输出设备包括彼此独 立的输入端30和输出端40。输入端30包括多个单独的输入单元31。输出端40包括多个 单独的输出单元41。根据本发明的示范性实施例，尽管输入端30和输出端40被构造并组合在一起，但 是输入单元31和输出单元41彼此不重叠。也就是说，输入单元31位于相邻的输出单元41 之间，输出单元41位于相邻的输入单元31的单元空间中。此配置结构最佳地降低了触觉 输入/输出设备的厚度，增加了每个单元的耐用性，并抑制了由于相互干扰引起的噪声的 产生。输入端30和输出端40可以独立地分别充当输入传感器和输出传感器。因而，输出 端40可以独立工作并且可以表达输入端30的操作的反馈。例如，在使用诸如摩擦力和静 电力的物理力产生触感的情况下，输出端40同时从输入端30接收信号。输出端40可以根 据来自于输入端30的按钮输入表达不同的触感。传统方案的问题在于，它在降低厚度方面 有限制，因为输入端和输出端被配置为彼此重叠以便同时实现输入端30和输出端40。但 是，本发明提供输入端30和输出端40紧密地排成一行并且可以降低厚度。此外，本发明令 人满意地提供用户可以利用他的/她的指尖感受到的触感的表达。因而，可以独立且有效 地实现输入端和输出端。此外，可以提升它们自身的灵活性并装备薄的传感器，其中由于使 用诸如聚合体和柔性印制电路(FPC)之类的柔性材料和制作小型传感器(诸如压电元件) 等所需的材料，应用图5的长梯子形状的单元结构，因此输入端和输出端可以彼此独立工 作在具有曲线的对象上。图5是示出根据本发明的另一个示范性实施例的触觉输入/输出端的各种布置的 图。如图所示，触觉输入/输出端可以采用多种顺序布置，诸如锯齿形布置、梯状布置、交叉 布置等等。也就是说，以交替顺序布置各个输入单元和输出单元。除了具有X和Y轴的传 统交叉结构外，输入单元和输出单元可以被形成为具有线条梯状结构。此结构可以相对促进响应于输入的快速的输出。 图6是示出了根据本发明的示范性实施例的触觉输入/输出设备的结构的框图。 如图所示，触觉输入/输出设备的输入端30和输出端40具有交叉结构。输入端30的每个 输入单元31和输出端40的每个输出单元41彼此不重叠以及被配置为具有交叉结构。输入端30的每个输入单元31通过接口 32 (例如，多路器)与输入控制器33电连 接。输出端40的每个输出单元41通过接口 42与输出控制器43电连接。在可替换实施例 中，输入控制器33和输出控制器43可以被集成为单个控制器。如果响应于输入感测到控 制信号，则控制器驱动控制输出的预定的驱动器(未示出)，诸如输出振动发生器等等。尽管稍后将进行描述，但是控制器可以根据输入信号的类型不同地控制输出方 案。例如，控制器根据压力输入的强度控制振动输出的强度，因而能够向用户提供不同级别 的振动强度。图7是示出了根据本发明的另一个示范性实施例的触觉输入设备的结构的图。如 图所示，触觉输入设备包括按列布置的多个输入端(Yl、Y2、Y3...)。每个输入端具有以规 则间隔布置的多个输入单元51。输入单元51可以是压电材料，例如使用响应于压力的电压 差的变化的压电换能器(PZT)、聚偏二氟乙烯(PVDF)等等。输入单元51电连接到可变电阻 器52。输入单元51每个可以与X轴上的坐标值匹配。由施加于压电材料的压力产生的电 压差相对小于由电阻产生的电压差，因而使用此特征。传统的触觉显示设备依次感测X轴 和Y轴的每个信号线以产生坐标(X，Y)。但是，根据本发明，仅仅感测Y轴值来确定单元的 信号变化。也就是说，通过扫描Y轴来确定感测哪个编号的信号线。然后，仅仅使用从Y轴 获得的电压信息来获得X轴值和Z轴值。这里，当按下Y轴信号线的信号信息中的压电材 料时，触觉显示设备作为开关工作。根据可变电阻器的电压差或电流差发生变化，并且获得 此时与电阻值对应的X轴。此外，当向压电材料或电介质施加压力时，产生小的电压差。该 小的电压差被转换为Z位置，从而获得Z轴值。换句话说，触觉显示设备根据Y轴信号的存 在识别出Y轴值。当由压电材料或电介质接通时，使用相对大的电压差或电流差获得X值。 使用相对小的电压差或电压的相位差来获得Z值。电压可以用于AC、DC或其组合。例如， 如果用户向触觉显示设备上的预定位置施加压力，则仅仅利用选择的位置确定Y轴，并且 通过将仅仅X轴的电压值的范围与坐标匹配，来获得与中心值对应的X轴值和与压力值对 应的Z轴值，因而使得可以进行相同的感测。也就是说，根据可由于相应压电材料的电压差 引起的可变电阻器变化的电阻值，控制器(即，输出控制器)可以控制诸如振动发生器(未 示出)之类的输出发生器，以产生与预置电阻值对应的强度的振动。如上所述，本发明的教导具有如下优点通过降低单元厚度能够提高接触敏感度 并使得可以进行更准确的信号传感，提高了每个单元的耐用性，并且通过触觉输入端的输 入单元和触觉输出端的输出单元之间的分开来降低由相互干扰所引起的噪声。此外，本发 明的示范性实施例具有如下优点当输入单元和输出单元彼此附接时，降低了为了接通输 入单元而需要断开输出单元的重复的切换操作的次数，从而能够提高响应速度并且简化复 杂的控制电路。此外，当输入和输出彼此附接时，仅仅可以感测到单个输入触摸。但是，当 两个分开时，可以感测到各种强度和级别的输入(即，压力强度、光强度等等)。此外，与感 测所有X和Y轴然后通过其组合识别位置的传统阵列不同，本发明的示范性实施例具有如 下优点通过将仅仅X轴的电压值的范围与坐标匹配，获得与中心值对应的X轴值和与压力值对应的Z轴值，从而使得可以进行相同的感测同时降低与Y轴值对应的操作量。
尽管已经参考本发明的特定优选实施例对本发明进行了示出和描述，但是本领域 技术人员应当理解，在不脱离由所附权利要求书所定义的本发明的精神和范围的情况下， 可以对本发明做出形式和细节上的各种修改。
权利要求
一种触觉输入/输出设备，包括至少一个输入端，包括以规则间隔布置的多个输入单元；至少一个输出端，包括以规则间隔布置的多个输出单元；和控制器，用于感测该至少一个输入端的输入信号并控制该至少一个输出端产生相应的输出信号，其中安装该至少一个输入端和至少一个输出端以形成二者分开的一个阵列，以及该输入单元和输出单元彼此不重叠。
2.如权利要求1所述的设备，其中以交替顺序放置该输入单元和输出单元。
3.如权利要求2所述的设备，其中该至少一个输入端和该至少一个输出端被布置为在 列方向上彼此重叠。
4.如权利要求2所述的设备，其中该至少一个输入端和该至少一个输出端被布置为彼 此成直角相交。
5.如权利要求1所述的设备，其中该至少一个输入端和该至少一个输出端被布置为在 相同的方向或在不同的方向上彼此交替。
6.如权利要求1所述的设备，其中在列方向上按线布置该至少一个输入端。
7.如权利要求6所述的设备，其中该至少一个输入端的输入单元使用其电压差根据激 活的压力程度而可变的多个压电材料，并且通过电连接该压电材料的可变电阻器的变化来 感测输入信号。
8.如权利要求7所述的设备，其中该可变电阻值被设置为使得由该压电材料产生的电 压差相对小于由该电阻器产生的电压差。
9.如权利要求8所述的设备，其中该压电材料是压电换能器(PZT)和聚偏二氟乙烯 (PVDF)中的一个。
10.如权利要求1所述的设备，还包括由控制器根据该至少一个输出端的输出信号操 作的输出发生器。
11.如权利要求1所述的设备，其中该输出发生器是振动发生器、物理力发生器和温度 发生器中的一个或其组合。
12.如权利要求9所述的设备，其中该控制器响应于该至少一个输入端的输入信号来 控制该输出发生器产生各种强度的振动、接触力或温度变化。
13.一种用于驱动触觉输入/输出设备的方法，包括提供至少一个输入端，至少一个输入端包括以规则间隔布置的多个输入单元；提供至少一个输出端，至少一个输出端包括以规则间隔布置的多个输出单元；和提供控制器，该控制器用于控制该至少一个输入端和该至少一个输出端，其中安装输入端和输出端以形成一个阵列，以及其中该输入单元和输出单元彼此不重叠。
14.如权利要求13所述的方法，其中该控制器控制彼此隔开的该至少一个输入端和至 少一个输出端。
15.如权利要求14所述的方法，其中该控制器感测该至少一个输入端的输入信号并控 制该至少一个输出端产生相应的输出信号。
16.如权利要求15所述的方法，还提供耦接到该至少一个输出端的输出发生器，以根据输出信号工作，并且其中该控制器响应于该至少一个输入端的输入信号不同地控制该输出发生器。
17.如权利要求16所述的方法，其中该输出发生器是振动发生器、物理力发生器和温 度发生器中的一个或其组合。
18.如权利要求17所述的方法，其中该控制器响应于该输入端的输入信号来控制该输 出发生器产生各种强度的振动、接触力或温度变化。
19.一种用于检测触觉输入/输出设备的输入信号的方法，包括提供至少一个输入端，至少一个输入端包括以规则间隔布置的多个输入单元；提供至少一个输出端，至少一个输出端包括以规则间隔布置的多个输出单元；和提供控制器，该控制器用于控制该输入端和该输出端，其中该至少一个输入端使用按列布置的多个压电材料作为输入单元，将该压电材料与 可变电阻器电连接，根据基于施加的压力而变化的压电材料的电压差来读出可变电阻器的 变化，并检测各种类型的输入信号。
20.如权利要求19所述的方法，其中该可变电阻值是使得由该压电材料产生的电压差 相对小于由该电阻器产生的电压差。
21.如权利要求20所述的方法，其中该压电材料是压电换能器(PZT)和聚偏二氟乙烯 (PVDF)中的一个。
22.如权利要求19所述的方法，其中该至少一个输入端在列方向上按照规则顺序排列 并且形成Y轴。
全文摘要
提供了一种触觉输入/输出设备及其驱动方法。该设备包括至少一个输入端、至少一个输出端和控制器。该输入端包括以规则间隔布置的多个输入单元。该输出端包括以规则间隔布置的多个输出单元。该控制器感测输入端的输入信号并控制输出端产生相应的输出信号。安装输入端和输出端以形成二者分开的一个阵列。输入单元和输出单元被布置为使得它们彼此不重叠。
文档编号G06F3/041GK101868776SQ200880116959
公开日2010年10月20日 申请日期2008年12月9日 优先权日2007年12月12日
发明者任晙爀, 朴哲贤, 李种林, 许智慧, 金世禄, 金哲镇, 金起旭 申请人:三星电子株式会社