JP2007249963A - レオロジー流体を利用した映像の形状情報触感伝達装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単にして、使用者に映像の形状情報をより正確に伝達する。
【解決手段】内部に収納空間を持ち、一定間隔で配設される複数のセルと、各セルの内部に設置され、上側がセル外に突出する接触部材と、接触部材を上方に押し出す弾性部材と、セルに設置され、接触部材の移動変位を測定するセンサーと、セルの内部に満たされる磁気レオロジー流体と、セルの内部に設置され、セルの内部に磁場を発生させるコイルと、形状情報値とセンサーが送り出す接触部材の移動変位値とを比較して、コイルに印加される電流を制御する制御手段とを含む。
【選択図】図１ｂ

Description

本発明は画面に表示される映像の形状情報を使用者の触感により体感可能に伝達する装置及び方法に係り、より詳しくは小型の電子器機に対して容易に装着すべく小型化が可能であり、更には映像の形状情報を正確に伝達することができる触感伝達装置及びその方法に関するものである。

近年、画面に表示される映像を使用者に伝達しようとする技術が開発されている。このような技術の例としては、特許文献１及び２がある。
これら従来の発明は、上下に移動可能な複数のピンからなる触感伝達部を備えている。触感伝達部のピンは画面に表示される映像に応じてそれぞれ上下に動いて使用者の手や指を刺激する。したがって、従来の発明は指を刺激するピンの数と配列を調節することで、画面に表示される映像の形状情報（屈曲、きめなど）を使用者に伝達する。

しかし、従来の発明はピンを上下に動かすためのさまざまの器具と装置を具備しなければならないもので、その大きさを小型化して重さを減らすのに限界がある。したがって、従来の発明はますます小型化しているＰＤＡ、携帯電話などの携帯用器機に適用することが事実上不可能である。

一方、使用者が複数のピンを通じて感じる触感は手や指の部位ごとに違う。これは、手や指が平面ではなく曲面と屈曲の多い立体形態であり、部位によって肌の厚さが違うからである。しかし、従来の発明は、このような点を見逃したままで、ただピンを移動させて使用者の手または指を刺激するから、実際に使用者が触感を通じて感じる形状情報と映像を通じて感じる形状情報が同一ではない。したがって、使用者の身体特性を考慮して映像の形状情報を伝達することができる新形態の触感伝達装置を必要としている。
大韓民国特許登録第５３６６２１号明細書 米国特許第５，９１２，６６０号明細書

本発明は前記のような問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は小型化及び軽量化が可能な簡単にして、画映を身体部位の特性に合わせて補正することにより、使用者に映像の形状情報をより正確に伝達することが可能な触感伝達装置及びその方法を提供することにある。

したがって、本発明は、小型電子器機に容易に装着できるように小型化が可能であり、映像の形状情報を正確に伝達するものである。ここで、形状情報とは、携帯電話、ＰＤＡ、ＰＭＰなどの小型器機の画面に形状で表現される屈曲、きめ、文字、または文字を取り替える点字などを包括する用語である。したがって、以下ではこのすべての用語（屈曲、きめ、文字または点字）を形状情報として表現する。

本発明の一特徴によれば、画面に表現される多様な映像の形状情報を、触感により体感可能に伝達する触感伝達装置において、内部に収納空間を持ち、一定間隔で配設される複数のセルと、それぞれのセルの内部に設置され、上側がセルの外部に突出する接触部材と、セルの内部に設置され、前記接触部材を上方に押し出す弾性部材と、セルに設置され、接触部材の移動変位を測定するセンサーと、セルの内部に満たされる磁気レオロジー流体
と、セルの内部に設置され、セルの内部に磁場を発生させるコイルと、映像の形状情報値とセンサーが送り出す接触部材の移動変位値を比較して、コイルに印加される電流の量を制御する制御手段とを含む。

本発明の他の特徴によれば、画面に表現される多様な映像の形状情報を、触感により体感可能に伝達する触感伝達装置において、内部に収納空間を持ち、一定間隔で配設される複数のセルと、それぞれのセルの内部に設置され、上側がセルの外部に突出する接触部材と、セルの内部に設置され、接触部材を上方に押し出す弾性部材と、セルに設置され、接触部材の移動変位を測定するセンサーと、セルの内部に満たされる電気レオロジー流体と、セルの内部に設置され、セルの内部に電場を発生させる電極と、映像の形状情報値とセンサーが送り出す接触部材の移動変位値を比較して、電極に印加される電流の量を制御する制御手段とを含む。

本発明の弾性部材は、一端がセルの内部側壁に結合され、他端が接触部材の下側に結合される片持ち梁で構成することができる。また、本発明の接触部材は、曲線形状に曲がるように構成することができる。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記のように構成された触感伝達装置を利用して、画面に表現される多様な映像の形状情報を使用者に伝達する方法において、（ａ）画面に表現される多様な映像の形状情報を受信する段階と、（ｂ）センサーによって、使用者との接触によって発生する接触部材の移動変位を受信する段階と、（ｃ）（ａ）段階で得られた形状の形状情報値と（ｂ）段階で得られた接触部材の移動変位値を比較して、コイルまたは電極に印加される電流の量を制御する段階とを含む。

本発明のさらに他の特徴によれば、２次元平面方向に配列され、平面方向に対して垂直方向に上下移動する複数の接触部材から構成された触感伝達部を利用して、画面に表現される多様な映像の形状情報を使用者に伝達する方法において、（ａ）使用者が身体の一部を触感伝達部に接触した時に発生する接触部材の変位値を保存する段階と、（ｂ）画面に表現される多様な映像の形状情報を受信する段階と、（ｃ）（ｂ）段階で求められた情報を接触部材の変位値に算出する段階と、（ｄ）（ｃ）段階で求められた接触部材の変位値を（ａ）段階で求められた接触部材の変位値に基づいて補正して接触部材の固定位置を決定する段階と、（ｅ）使用者が触感伝達部に身体の一部をさらに接触した時、接触部材が（ｄ）段階で決定された変位値だけ移動するように接触部材の静止位置を制御する段階とを含む。

以上のように、本発明は、画面に表示される映像の形状情報（屈曲、きめ、文字、記号または点字など）を使用者の特性に合わせて校正して伝達するので、画面の形状情報をより正確に使用者に伝達することができる。

また、本発明は、使用者に触感を伝達する伝達媒介体の構造が簡単であって小型化が非常に容易であるので、マウスやＰＤＡなどのような小型電子器機に装着して使用することができる。

以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の一実施例による触感伝達装置を示す斜視図である。

図１（ａ）に示すように、触感伝達装置１００は、箱状の本体に複数の接触部材２０が
上方に突出した形態である。また、図１（ｂ）に示すように、触感伝達装置１００は、接触部材２０が設置された複数の触感伝達単位体１１０から構成される。触感伝達単位体１１０は触感伝達装置１００の幅方向に整列される。触感伝達装置１００はそれぞれの触感伝達単位体１１０と電気的に連結され、これら触感伝達単位体１１０を制御する制御手段（図示せず）を備える。触感伝達装置１００は、携帯電話、ＰＤＡなどのような小型器機と連結されるコネクター１０２を持つ。

図２は図１に示す触感伝達装置を構成する触感伝達単位体の主要構成を示す概念図である。
図２に示すように、触感伝達単位体１１０は、セル１０、接触部材２０、弾性部材３０、センサー４０及び固定手段５０から構成される。

セル１０は、内部の収納空間１２と、収納空間１２を覆うカバー１４とを含む。カバー１４には、収納空間１２と連通する通孔１６が形成される。接触部材２０はセル１０の内部に設置される。接触部材２０の上部は通孔１６を通じてセル１０の外側に突出し、下部は弾性部材３０を介してセル１０に固定される。接触部材２０の下部は、接触部材２０が通孔１６を通じてセル１０の外部にまったく離脱しないように、通孔１６より広く形成した方が良い。弾性部材３０はセル１０の内部に移動する接触部材２０を常に外側へ押し出して接触部材２０の突出長を常に一定に維持させる。弾性部材３０としては、圧縮及び弛緩の可能なスプリングのような部材が良い。

センサー４０はセル１０に設置され、接触部材２０の垂直移動距離を測定し、測定された値を制御手段に送り出す。センサー４０は接触部材２０に設置することもできる。固定手段５０はセル１０の内部に設置され、制御手段と電気的に連結される。固定手段５０は、制御手段の信号に応じて接触部材２０の移動を制限する役目をする。

つぎに説明する触感伝達単位体は、弾性部材３０と固定手段５０の形態を変更して触感伝達装置の小型化が可能であるように構成したものである。図３は触感伝達単位体の第１具体例の分解斜視図及び断面図である。

図３に示すように、第１具体例による触感伝達単位体１１０ａは、セル１０、接触部材２０、弾性部材３０ａ、センサー４０、コイル５２及び磁気レオロジー流体５４から構成される。

図３（ａ）に示すように、セル１０は収納空間１２とカバー１４を含む。収納空間１２はセル１０の内部に液体を保存することができる半密閉空間を形成し、カバー１４は収納空間１２の開放面に結合されて、収納空間１２に満たされた液体が外部に漏出しないようにする。カバー１４には、接触部材２０が通過する孔１６が形成される。

弾性部材３０ａは所定の強度と弾性を有する部材で、一端が収納空間１２の側壁に固定され、他端が自由に動き得る片持ち梁形態でセル１０に設置される。よって、弾性部材３０ａの他端は外力によって上下方向への動きが自由であり、外力が除去されれば、弾性によって上下に往復動してから最初の位置に復帰する弾性運動が可能である。

接触部材２０は、弾性力を有する弾性部材３０ａの他端に結合されて、印加される外力の大きさ及び有無によって孔１６を出入する。外力のない場合、接触部材２０の本体の大部分は孔１６を通じてセル１０の外部へ突出する。一方、接触部材２０の上下動きは弾性部材３０ａと収納空間１２の結合部位を基準に曲線形態を成す。したがって、図３（ｂ）の断面図に示すように、接触部材２０と孔１６の形態を曲線形態にすることが接触部材２０と孔１６間の隙間を減らすのに良い。これにより、収納空間１２に満たされる磁気レオ
ロジー流体５４の漏洩を効果的に防止することができる。

センサー４０は、セル１０、接触部材２０または弾性部材３０ａに設置されて、接触部材２０の変位を測定する。この実施例のセンサー４０は弾性部材３０ａに設置される。センサー４０は、弾性部材３０ａの曲変程度によって接触部材２０の上下移動変位を測定する。

コイル５２は、収納空間１２の壁面及び／またはこの実施例のように弾性部材３０ａの上面と下面に設置される。コイル５２は制御手段と電気的に連結され、制御手段によって制御される。コイル５２は制御手段の制御信号に応じて動作して収納空間１２内部の磁場を変化させる。

図３（ｂ）に示すように、磁気レオロジー流体５４は収納空間１２に満たされる。磁気レオロジー流体５４は、収納空間１２内部の磁場変化によって粘性が変化する。この実施例の磁気レオロジー流体５４は、磁場のない状態では粘性の低い流体状態で存在し、磁場が発生すれば、固体に近い粘性の高い流体に変化する。

このように構成された触感伝達単位体１１０ａは簡単な器具的及び電気的構成関係を持つので、小型化及び軽量化が可能である。
つぎに、この実施例による触感伝達単位体１１０ａの作動過程を詳細に説明する。

図４は図３に示す触感伝達単位体の作動原理を説明する要部断面図、図５は本発明による触感伝達装置の使用状態を示す状態図、図６は本発明の触感伝達装置によって表現される多様な例を示す概要図である。

図４に示すように、外力が加えられない状態では、接触部材２０の大部分はセル１０の外方へ突出し、磁気レオロジー流体５４は粘性の低い流体状態で存在する。
このような状態で、触感伝達装置が設置または連結される携帯電話、ＰＤＡ、ＰＭＰなどの小型器機の画面に映像が表現され、これを使用者に伝達しろという信号が下されれば（すなわち、使用者が映像を触感伝達装置に伝達するように命令信号を入力するか、あるいは現在出力される映像プログラムの自体機能によって映像信号が電気的な信号として触感伝達装置に入力されれば）、制御手段は現在画面に出力される映像の形状情報を一定値に変換する。

例えば、画面の横方向及び縦方向をｘ軸とｙ軸とし、図５（ａ）のような形状情報の形態的特徴をｚ軸値とする３次元行列値に変換する。そして、制御手段は、変換された３次元行列値を触感伝達装置の横方向及び縦方向に配列される複数の触感伝達単位体に対応させて接触部材２０の変位（３次元行列のｚ軸値に相当）を算出し、該当の映像の形状情報を表現する準備ができたことを画面またはその他の出力装置を通じて使用者に知らせる。

この際に、使用者は、図５（ｂ）に示すように、触感伝達装置に手または指を載せる。すると、接触部材２０は手または指の圧力によってセル１０の内部に下降し、センサー４０は接触部材２０の下降位置を随時制御手段に送り出す。

制御手段は、それぞれの接触部材２０の下降変位が映像の形状情報を表現するのに適当な位置に至れば、コイル５２に電流を印加してセル１０の内部に磁場を発生させる。これにより、セル１０に満たされた磁気レオロジー流体５４は次第に粘性が高くなって接触部材２０の動きを邪魔し、接触部材２０は、最大下降変位（ｚ）に至る前、制御手段によって設定された位置ａで静止する。

接触部材２０の静止位置ａは、画面に表現される映像の形状情報と、接触部材２０が属するセル１０のｘ−ｙ平面（触感伝達装置の横方向及び縦方向、すなわち平面方向）上の位置によってそれぞれ違う。したがって、使用者は、触感伝達装置の平面方向に配列される複数の接触部材２０の高さ差によって、画面に表示される映像の形状情報を感じることになる。

このように、本発明は、接触部材２０の変位量をセンサー４０で感知し、使用者の身体特性に合わせて補正する段階を経るので、画面上に表現される映像の形状情報を使用者により正確に伝達することができる。

図６（ａ）〜（ｆ）は本発明の触感伝達装置によって表現される多様な例を示す概要図である。画面上に表現される形状情報は複数の接触部材２０の高さ差の変化によって正確に伝達される。参考として、図６（ａ）〜（ｆ）において、黒色は接触部材２０を介して使用者の手または指に圧力が伝達されることを示し、斜線は黒色より小さな圧力が伝達されることを示し、白色は接触部材２０を通じて使用者の手または指に圧力が伝達されないことを示す。

一方、図４は触感伝達単位体１１０ａの作動原理を説明するために多少誇張して示すもので、実際には、複数の触感伝達単位体１１０ａに一つの指が載せられる。
図７は図３に示す触感伝達単位体の他の作動方法を説明する要部断面図である。図７に示すように、力が印加されない状態で、接触部材２０の大部分はセル１０の外方へ突出し、磁気レオロジー流体５４は粘性の低い流体状態で存在する。

使用者が、初期設定のために、手または指を触感伝達装置１００上に載せれば、触感伝達単位体１１０ａのセル１０の上部に突出した接触部材２０がそれぞれ押し込まれる。センサー４０は、接触部材２０の下降による弾性部材３０ａの曲がり変形によって接触部材２０の変位を認識し、最終に下降した接触部材２０の初期誤差変位値（Ｅ）を測定し、これを制御手段に送り出す。この際に、それぞれの接触部材２０の変位は手または指の部位特性と使用者の身体特性によって違って現われる。

初期設定が終われば、使用者は触感伝達装置１００上に載せた手または指を除去する。すると、接触部材２０が弾性部材３０ａの弾性によって元の位置に復帰する。
このような状態で、触感伝達装置１００を通じて伝達する映像の形状情報が画面に表示されれば、制御手段は、該当の映像の形状情報を３次元行列に変換し、それぞれのセル１０に設けられた接触部材２０の変位値、つまり設定値（ｈ）を算出する。そして、制御手段は、設定値（ｈ）に初期誤差変位値（Ｅ）を勘案して、接触部材２０の最終変位値、つまり最終設定値（ｈ−Ｅ）を決定する。

さらに、使用者が触感伝達装置１００に手または指を載せて接触部材２０を押せば、制御手段はセンサー４０によって接触部材２０の変位を監視し、変位量が最終設定値（ｈ−Ｅ）に至れば、コイル５２に電流を印加させる。すると、コイル５２は印加された電流によって磁場を生成し、磁気レオロジー流体５４は、磁場によって固体に近い粘性の高い流体に変化させて、弾性部材３０ａと接触部材２０の動きを固定させる。

このように、本発明は、接触部材２０の変位量をセンサー４０で感知し、使用者の身体特性に合わせて補正する段階を経るので、画面上に表現される映像の形状情報をより正確に伝達することができる。

図８（ａ），（ｂ）はそれぞれ触感伝達単位体の第２具体例の分解斜視図及び断面図である。この実施例の触感伝達単位体１１０ｂは、図３（ａ），（ｂ）に示すような第１実
施例に似ている。この実施例の触感伝達単位体１１０ｂは、固定手段として電極５６と電気レオロジー流体５８を使用する。電極５６は収納空間１２に設置され、制御手段の制御信号に応じて電流が印加されて電場を発生させる。電気レオロジー流体５８は収納空間１２に満たされる。電気レオロジー流体５８は電場の有無または大きさによって粘性が変わる。すなわち、電気レオロジー流体５８は、収納空間１２の内部に電場がなければ粘性の低い流体状態で存在し、電場が発生すれば固体に近い粘性の高い流体に変化する。

この実施例による触感伝達単位体１１０ｂの作動過程は第１具体例と同一あるいは類似であるので、その説明を省略する。
図９は本発明による触感伝達装置を携帯用器機に適用した一例を示す概略図である。図９に示すように、本発明の触感伝達装置は、その体積をよほど小さく構成することができるので、ＰＤＡ、携帯電話またはマウスなどの小型電子器機に装着して使用することができる。

以上にレオロジー流体を利用した映像の形状情報触感伝達装置及びその方法についての技術思想を添付図面に基づいて説明したが、これは本発明の最も好適な実施例を例示的に説明したものであるだけ、本発明を限定するものではない。また、当該技術分野の通常の知識を持った者であれば誰でも本発明の技術思想の範疇を逸脱しない範囲内で多様な変形及び模倣が可能であることは明らかな事実である。

本発明は、小型の電子器機に容易に装着できるように、小型化が可能であり、映像の形状情報を正確に伝達することができる触感伝達装置及びその方法に適用可能である。

本発明の一実施例において閉状態にある触感伝達装置を示す斜視図。 閉状態にある外触感伝達装置を示す斜視図。 図１に示す触感伝達装置を構成する触感伝達単位体の主要構成を示す概念図。 第１実施例における触感伝達単位体を示す分解斜視図。 触感伝達単位体の断面図。 図３に示す触感伝達単位体の作動原理を説明する要部断面図。 本発明による触感伝達装置の使用を促す画面表示を示す説明図。 触感伝達装置の使用状態を示す状態図。 本発明の触感伝達装置によって表現される一例を示す概要図。 本発明の触感伝達装置によって表現される別例を示す概要図。 本発明の触感伝達装置によって表現される更なる別例を示す概要図。 本発明の触感伝達装置によって表現される更なる別例を示す概要図。 本発明の触感伝達装置によって表現される更なる別例を示す概要図。 本発明の触感伝達装置によって表現される更なる別例を示す概要図。 図３に示す触感伝達単位体の他の作動方法を説明する要部断面図。 本発明の第２実施例における触感伝達単位体を示す分解斜視図。 図８ａの断面図。 本発明による触感伝達装置を携帯用機器に適用した一例を示す概略図。

符号の説明

１０セル
２０接触部材
３０弾性部材
４０センサー
５０固定手段
１００触感伝達装置
１１０、１１０ａ、１１０ｂ触感伝達単位体

Claims (6)

1. 画面に表現される多様な映像の形状情報を、触感により体感可能に伝達する触感伝達装置において、
   内部に収納空間を持ち、一定間隔で配設される複数のセルと、
   それぞれの前記セルの内部に設置され、上側が前記セルの外部に突出する接触部材と、
   前記セルの内部に設置され、前記接触部材を上方に押し出す弾性部材と、
   前記セルに設置され、前記接触部材の移動変位を測定するセンサーと、
   前記セルの内部に満たされる磁気レオロジー流体と、
   前記セルの内部に設置され、前記セルの内部に磁場を発生させるコイルと、
   前記映像の形状情報値と前記センサーが送り出す前記接触部材の移動変位値を比較して、前記コイルに印加される電流の量を制御する制御手段と、
   を含むことを特徴とする、レオロジー流体を利用した映像の形状情報触感伝達装置。、
2. 画面に表現される多様な映像の形状情報を、触感により体感可能に伝達する触感伝達装置において、
   内部に収納空間を持ち、一定間隔で配設される複数のセルと、
   それぞれの前記セルの内部に設置され、上側が前記セルの外部に突出する接触部材と、
   前記セルの内部に設置され、前記接触部材を上方に押し出す弾性部材と、
   前記セルに設置され、前記接触部材の移動変位を測定するセンサーと、
   前記セルの内部に満たされる電気レオロジー流体と、
   前記セルの内部に設置され、前記セルの内部に電場を発生させる電極と、
   前記映像の形状情報値と前記センサーが送り出す前記接触部材の移動変位値を比較して、前記電極に印加される電流の量を制御する制御手段と、
   を含むことを特徴とするレオロジー流体を利用した映像の形状情報触感伝達装置。
3. 前記弾性部材は、一端が前記セルの内部側壁に結合され、他端が前記接触部材の下側に結合される片持ち梁であることを特徴とする請求項１または２に記載のレオロジー流体を利用した映像の形状情報触感伝達装置。
4. 前記接触部材は曲線形状に曲がることを特徴とする請求項3に記載のレオロジー流体を利用した映像の形状情報触感伝達装置。
5. 請求項１または２の触感伝達装置を利用して画面に表現される多様な映像の形状情報を使用者に伝達する方法において、
   （ａ）前記画面に表現される多様な映像の形状情報を受信する段階と、
   （ｂ）前記センサーによって、使用者との接触によって発生する前記接触部材の移動変位を受信する段階と、
   （ｃ）前記（ａ）段階で得られた形状の形状情報値と前記（ｂ）段階で得られた接触部材の移動変位値を比較して、前記コイルまたは前記電極に印加される電流の量を制御する段階と、
   を含むことを特徴とする方法。
6. ２次元平面方向に配列され、前記平面方向に対して垂直方向に上下移動する複数の接触部材から構成された触感伝達部を利用して、画面に表現される多様な映像の形状情報を使用者に伝達する方法において、
   （ａ）使用者が身体の一部を前記触感伝達部に接触した時に発生する前記接触部材の変位値を保存する段階と、
   （ｂ）前記画面に表現される多様な映像の形状情報を受信する段階と、
   （ｃ）前記（ｂ）段階で求められた情報を前記接触部材の変位値に算出する段階と、
   （ｄ）前記（ｃ）段階で求められた前記接触部材の変位値を前記（ａ）段階で求められた前記接触部材の変位値に基づいて補正して前記接触部材の固定位置を決定する段階と、
   （ｅ）使用者が前記触感伝達部に身体の一部をさらに接触した時、前記接触部材が前記（ｄ）段階で決定された変位値だけ移動するように前記接触部材の静止位置を制御する段階と、
   を含むことを特徴とする方法。

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