KR100621706B1 - 피드백 발생을 위한 동적 사용자 인터페이스 및 전자 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자극 신호에 따라, 단일 소자를 이용하여 사용자에 의해 검출가능한 다기능 피드백을 발생하기 위한 동적 사용자 인터페이스 및 전자 장치에 관한 발명이다. 본 발명에서, 하나 이상의 공명 진동 소자들(예를 들어, 피에조-벤더)이 상기 전자 장치의 특정 소자에 부착된다. 종래의 전자 장치는 촉각 피드백 신호, 버저 신호, 진동 경보 신호 또는 오디오 신호를 발생하기 위해 여러 다른 소자들을 포함하였다. 본 발명에 따르면 위에서-언급된 모든 피드백 신호들이 렌즈나 하우징 등등에 부착된 피에조-소자를 이용하여 발생될 수 있다. 이는 별도의 소자들을 이용하여 피드백 신호들이 발생되는 경우에 비해, 필요 공간과 전력 소모를 줄이는 효과를 가진다.

Description

피드백 발생을 위한 동적 사용자 인터페이스 및 전자 장치{METHOD AND DEVICE FOR GENERATING FEEDBACK}
본 발명은 전자 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 사용자에 의해 검출가능한 다기능 피드백을 발생시키기 위한 방법, 동적 사용자 인터페이스, 그리고 전자 장치에 관한 것이다.
정보 기술 분야에서, 사용자 인터페이스(UI)는 사람과 상호작용할 수 있도록 정보 장치에 설계된 모든 것에 해당한다. 가령, 디스플레이 스크린, 키보드, 마우스, 광 펜, 데스크 탑 형태, 전광 문자들(illuminated characters), 도움 메시지들 등이 사용자 인터페이스의 예에 해당한다. 컴퓨터 초기 시대에는 작동자의 콘솔(console)의 일부 버튼들을 제외하고는 사용자 인터페이스가 매우 적었다. 그 당시에 사용자 인터페이스는 대부분 펀치 된 카드 입력과 레포트 출력의 형태를 취하고 있었다.
PDA(Personal Digital Assistants)는 주로 장치의 크기에 비례하는 넓은 디스플레이 영역을 포함한다. 대부분의 PDA들은 몇개의 기계적 버튼들만을 구비함으로서, 가능한 넓은 디스플레이 영역을 제공할 수 있다. 따라서 디스플레이 영역이 입력 장치로도 사용된다. 디스플레이 영역은 터치식인 경우가 일반적이고, 따라서, 전용 펜과 같은 전용 툴을 이용하여 디스플레이 화면을 터치함으로서 정보를 장치에 전달할 수 있다.
U.S 특허 5,241,308(파라곤 시스템(Paragon Systems))은 다수의 여러 다른 신호들 중 선택된 신호들을 발생하기 위한 터치식 패널을 제시하고 있으며, 이때, 각각의 신호는 패널 위의 서로 다른 위치를 터치함으로서 발생된다. 이 장치는, 선택된 위치에서 패널 부재를 터치할 때 패널 부재에 의해 각각의 패널 부재 지지체에 공급되는 힘을 감지하는 힘 감지 수단을 또한 포함한다.
터치식 디스플레이들은 종래의 정보 입력 방법들에 비해 많은 이점들을 지닌다. 그 디스플레이 크기는 단지 몇 개의 기계적 버튼들이 존재할 때 더 크게 만들어 질 수 있다. 무엇보다도, 모든 필요한 버튼들이, 적용가능한 위치에 프로그램 방식으로 발생될 수 있다. 그러나, 터치식 디스플레이가 주요한 정보 입력 장치로서 사용될 때 다수의 문제점들이 존재한다. 사용자가 손가락으로 디스플레이를 터치할 때, 사용자의 선택이 수용가능한 지, 또는 그 선택이 제대로 이루어졌는지에 관해 어떤 촉각적인 피드백을 사용자가 얻을 수 없다. 이에 반해 전통적인 키보드에서는 버튼을 눌렀을 때 기계적인 반응이 항상 나타난다.
주된 문제점은 아래의 조건들을 충족시키면서 단일 일체형 소자를 이용하여 다양한 자극 신호들에 대해 피드백을 발생시키는 전자 장치에 대한 해법이 존재하지 않는다는 것이다.
* 가격면에서의 경쟁력, 그리고
* 최소 전력 소비
미국 특허 No. 5,245,245(모토롤라(Motorola))는 피에조-벤더(piezo-bender)를 포함하는 전자 장치를 제시하고 있다. 상기 장치는 주로 무선 호출 수신기(pager)이다. 신호가 수신되었을 때, 피에조-벤더에 전기적으로 결합된 전기적 구동 회로는 피에조-벤더에서 진동 움직임을 발생하기 위해 구동 신호를 이용하여 피에조-벤더를 구동시키고, 이에 따라 진동 경보가 제공된다. 상기 장치는 또한, 진동할 수 있는 피에조-벤더의 길이를 변화함으로써 피에조-벤더의 진동의 공명 주파수를 기계적으로 조율하기 위해, 피에조-벤더에 슬라이딩 방식으로 결합된 조율 장치(tuning means)들을 포함한다. 반드시 주의할 것은 상기 피에조-벤더는 기계적으로 조율되므로 조율은 유능한 기술자에 의해 행해져야만 한다. 또한 기계적 조율 특징 때문에 정확하게 동일한 (공명) 특성들을 지닌 장치를 만드는 것이 어렵다. 미국 특허 No. 5,245,245의 해결책은 또한 소정의 고정된 공명 주파수에 구속된다. 미국 특허 No,5,245,245 는 선택적 콜(call) 수신기를 위한 신뢰도 높은 로우-프로파일 진동기(low-profile vibrator)를 제시한다. 그러나, 그 내용에서는 사용자의 액션과 진동 경보 간에 어떤 연결도 제시하지 못한다. 따라서 5,245,245 호의 해결책은 단일 일체형 소자로 다양한 자극 신호에 대한 피드백을 발생시키는 데 적용할 수 없다.
WO 01/54109(이머전(Immersion))는 터치패드들 및 그외 다른 터치식 제어를 위한 촉각 피드백의 해결책을 제시한다. 이 공개문에서, 사용자는 제어 명령들을 입력하기 위해 터치식 입력 장치를 이용한다. 게다가, 터치식 입력 장치에 한개 이상의 액츄에이터가 연결되고, 터치 표면과 접촉하는 사용자에게 촉각적 감각을 제공하는 힘을 상기 액츄에이터가 출력한다. 다시 말해서, 사용자는 입력 장치 자체로부터 피드백을 수신한다. 상기 액츄에이터는 터치식 디스플레이 아래에 배치된다. 이때의 문제점은, 단일 일체형 소자를 이용하여 다양한 자극 신호에 대하여 피드백을 발생시키는 데 적용할 수 없다는 것이다.
"터치식 디스플레이"라는 표현은 현 PDA에서 사용되고 있는 그러한 디스플레이들을 말하는 것이다. 이러한 디스플레이들은, 그러나, 약점들을 지닌다. 상기 디스플레이는 외부 충격에 약하다. 상기 디스플레이는 온도에 민감할 수 있다. 예를 들어, 터치식 디스플레이를 지닌 장치의 이용이 소정의 온도 범위로 제한될 수 있다.
본 발명은 자극 신호에 따라, 단일 소자로 사용자가 검출가능한 다기능 피드백을 발생시키는 방법 및 전자 장치를 제시한다. 선호되는, 이 전자 장치는 하우징(housing), 상기 하우징 내에 위치하는 전자 회로, 디스플레이를 포함하는 핸드헬드형 장치로서, 이때 상기 하우징은 투명한 렌즈를 포함하고, 상기 투명 렌즈의 영역은 디스플레이를 커버하고, 필요시에는 디스플레이 바깥쪽까지도 커버한다.
본 발명의 상기 전자 장치는 상기 하우징 또는 상기 전자 회로에 부착되는 하나 이상의 공명 진동 소자들을 포함한다. 선호되는 실시예에서, 하나 이상의 공명 진동 소자들은 디스플레이를 커버하지 못하는 렌즈의 영역에 부착된다. 상기 렌즈가 반드시 본원 발명의 배경기술 단락에서 설명한 터치식 디스플레이일 필요는 없다. 대신, 이 렌즈는 렌즈 자체가 터치식이 아닌 패널 형태일 수 있다. 공명 소자가 렌즈에 부착될 때, 피드백이 렌즈를 통해 전자식 핸드헬드 장치의 사용자에게 효과적으로 전달된다. 공명 진동 소자들을 이용하여, 자극 신호에 따라 피드백이 사용자에게 생성된다. 상기 공명 진동 소자는 피에조-전기 벤더(piezo-electric bender)인 것이 바람직하다.
이러한 터치식의 특징은 전용 검출 수단을 이용하여 획득된다. 선호되는 실시예에서, 상기 검출 수단은 상기 렌즈에 부착되는 하나 이상의 힘 센서들을 의미한다. 한 실시예에서, 상기 전자 장치는 디스플레이에서의 터치 위치를 결정할 수 있는 힘 센서들을 포함한다.
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본 발명에서, 전기 구동 회로는 구동 신호로 공명 진동 소자를 전기적으로 구동시키기 위해 공명 진동 소자에 전기적으로 연결된다. 구동 신호는 자극 신호를 바탕으로 하여 구성된다. 상기 자극 신호는 사용자에 의해 발생되는 신호, 상기 전자 장치의 전파 수신기를 이용하여 수신한 전파 신호, 또는, 상기 전자 장치에 의해 유도되는 신호인 것이 바람직하다. 한개 이상의 여러 다른 자극 신호들을 동시에 검출하는 것이 또한 가능하다. 구동 신호가 공명 진동 소자에서 공급될 때, 촉각 피드백 신호, 진동 경보 신호, 오디오 신호, 또는 버저 신호 중 한가지 이상의 피드백 신호들이 발생되는 것이 바람직하다.
본 발명은 장치의 자극 신호에 따라, 단일 소자를 이용하여 사용자에 의해 검출될 수 있는 다기능 피드백을 발생시키는 동적 사용자 인터페이스에 또한 관계한다. 이때, 상기 사용자 인터페이스는 하우징과, 하우징 내에 위치되는 전자 회로를 포함한다. 상기 동적 사용자 인터페이스는, 자극 신호를 검출하기 위한 수단과, 하우징 또는 전자 회로에 부착된 하나 이상의 공명 진동 소자와, 구동 신호를 이용하여 상기 공명 진동 소자를 전기적으로 구동하기 위해 상기 공명 진동 소자에 전기적으로 연결되는 전기 구동 회로를 포함한다. 이때, 상기 구동 신호는 자극 신호에 기초하여 구성된다.
본 발명은 공지 기술의 해결책들에 대해 많은 장점들을 지닌다. 본 발명에서는 상기 공명 진동 소자들이 여러 다른 기능에 사용될 수 있다. 공지 기술의 해결책에서는, 각각의 기능은 전용 소자를 필요로한다. 이는 명백한 장점이라 할 수 있다.
본 발명은 전력 소비가 적은 해결책을 제시한다. 이는 전자식 핸드-헬드 장치에서 매우 중요한 특징이다. 공지 기술의 해결책에서, 각 피드백 신호(촉각 피드백 신호, 진동 경보 신호, 오디오 신호 또는 버저 신호)는 전용 소자를 이용하여 발생된다. 본 발명에서는 앞서 언급한 모든 피드백 신호들이 단일 소자를 이용하여 발생되고, 따라서, 전력을 소모하는 소자가 단 한개만 존재한다. 이에 따라, 전력 소모를 손쉽게 최소화시킬 수 있다.
본 발명은 또한 종래의 터치식 디스플레이들을 이용할 필요가 없는 해결책을 설명한다. 전자식 핸드-헬드 장치들은 더 튼튼하게 만들어 질 수 있다. 왜냐하면 탄성 막 또는 터치식 디스플레이들을 이용할 필요가 없기 때문이다. 대신, 단단한 투명 렌즈가 실제 디스플레이 장치를 커버한다.
본 발명의 해결책은 단순하다. 또한, 본 발명에서는 피드백을 용이하게 조정할 수 있기 때문에 제작 공정의 차이를 나타낼 가능성이 적다.
본 발명은 여전히 많은 그외 다른 장점들을 지닌다. 왜냐하면 이 해결책은 피드백을 발생하기 위해 단일 소자만을 이용하기 때문이다. 이는 인쇄 회로 보드(PCB) 내의 공간 절감을 의미한다. 따라서 PCB 상에서 필요한 소자들의 수가 감소한다. 본원에서 제시되는 해결책은 소자 수의 감소로 인해 저비용 해결책에 해당한다.
도 1 은 본 발명에 따른, 전자식 핸드-헬드 장치의 단순화된 블락 다이어그램이다.
도 2 는 본 발명에 따른, 전자식 핸드-헬드 장치의 평면도.
도 3 은 본 발명에 따른 공명 주파수를 표현하는 그래프이며, 그리고,
도 4 는 본 발명의 선호되는 실시예에 따른, 평행형 매스-로드(mass-loaded) 피에조-벤더 이다.
도 1은 PDA(Personal Digital Assistance) 또는 휴대 전화와 같은 전자식 핸드-헬드 장치의 블락 다이어그램이다. 도 1은 전자식 핸드-헬드 장치에서 요구되는 모든 소자들을 포함할 뿐 아니라, 본 발명에서 요구되는 관련 소자들도 포함한다. 상기 전자식 핸드-헬드 장치는 전자식 핸드-헬드 장치를 제어하기 위한 중앙 프로세싱 유닛(CPU)를 포함한다. 메모리(MEM)는 중앙 처리 유닛(CPU)에 연계되어, 관련 소프트웨어 프로그램 및 그외 다른 관련 정보를 저장한다. 전자식 핸드-헬드 장치는 투명 렌즈(TP)를 포함하고, 상기 투명 렌즈의 영역은 디스플레이를 커버한다. 또한 렌즈를 언급할 때 터치 패널이라는 용어를 사용할 수 있다. 실제 디스플레이(DSP)는 투명 렌즈(TP)의 영역 아래에 배치된다.
렌즈(TP)는 또한 주입력 장치로 사용된다. 자극 신호를 검출하기 위한 수단(IM)으로 사용자 액션을 검출할 수 있다. 한 실시예에서, 검출 수단(IM)은 렌즈(TP)에 직접 또는 간접적으로 부착된 힘 센서(PS)를 의미한다. 세개의 힘 센서를 이용하여 상기 렌즈(TP)의 영역 상의 임의의 위치를 인식할 수 있고, 관련 절차를 시작할 수 있다. 렌즈(TP) 및 디스플레이(DSP)와 함께, 자극 신호를 검출하기 위한 수단(IM)은 종래의 터치식 디스플레이를 의미할 수 있다. 일반적으로, 자극 신호를 검출하기 위한 수단(IM)은 자극 신호를 검출할 수 있는 여러가지 물리적 또는 소프트웨어적 성분들을 의미할 수 있다.
도 1은 또한 구동 회로(DC)와, (공명) 진동 소자(VIB)를 포함한다. 상기 구동 회로(DC)는 상기 공명 진동 소자(VIB)에 전기적으로 결합되고, 구동 신호를 이용하여 공명 진동 소자들(VIB)을 전기적으로 구동한다. 이때, 상기 구동 신호는 자극 신호에 기초하여 구성되고 있다. 상기 진동 소자는 상기 렌즈(TP)에 직접 부착된 피에조-전기 소자인 것이 바람직하다. 상기 중앙 프로세싱 유닛(CPU)은 상기 진동 소자들(VIB)에 구동 신호를 제공하는 구동 회로(DC)를 제어한다. 상기 피에조-전기 소자는 상기 렌즈(TP)에 접착, 용접, 스크루잉(screwing) 등의 방식을 이용하여 부착된다.
중앙 프로세싱 유닛(CPU)은 자극 신호의 소스를 결정하기 위한 수단(DM), 버스트 주파수 스위프(bursted frequecy sweep)를 생성함으로서 공명 주파수를 결정하기 위한 수단(TM), 상기 힘 센서(PS)들을 이용하여 진동 레벨을 검출하기 위한 수단(LM), 그리고 획득한 주파수를 공명 진동 소자(VIB)에 공급하기 위한 수단을 포함한다. 상술한 수단들은 중앙 프로세싱 유닛(CPU)이나 관련 소프트웨어 프로그램으로 구현되는 것이 바람직하다.
한 실시예에서 구동 회로(DC)는 다수의 소자들을 포함한다. 구동 회로는 가령, 아날로그-디지털 컨버터(A/D), 디지털 신호 프로세서, 디지털-아날로그 컨버터(D/A), 그리고 증폭기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전파 수신기(RF)로 전파 신호를 수신할 때, 전파 신호가 디지털 신호 프로세서에 입력된다. 디지털 신호 프로세서는 전파 신호를 처리하여 이 신호를 디지털-아날로그 컨버터에 입력한다. 그후 아날로그 신호가 증폭기를 이용하여 증폭되고, 증폭된 신호는 피에조-벤더에 입력된다. 피에조-벤더가 상기 렌즈(TP)에 부착되기 때문에, 전체 시스템은 오디오 스피커와 같은 기능을 하고, 오디오 신호를 생성할 수 있다.
도 1의 한 실시예에서, 상기 진동 소자, 예를 들어, 피에조-벤더는 사용자 자극 신호를 검출하기 위한 수단(IM)으로 이용된다. 따라서, 사용자 자극 신호의 검출과 피드백 신호의 발생이 단일 소자에 의해 구현된다.
한 실시예에서, 상기 피에조-벤더는 또한 가속도를 측정하는 데 이용된다. 피에조-벤더에 부착되는 외부 매스가 존재하는 것이 바람직하다. 피에조-벤더에 부착된 매스를 포함하는 핸드-헬드 장치가 z-축을 따라 이동할 때(이때, 상기 z-축은 상기 핸드-헬드 장치의 디스플레이의 x/y-평면에 대해 수직인 축임), 상기 피에조-벤더는 관성으로부터 나타나는 힘 변화(가속도)를 측정한다. 한 실시예에서는, 핸드-헬드 장치의 디스플레이 상의 물질의 확대(zooming) 팩터가, 측정된 가속도 정보에 따라 좌우된다. 상기 확대(zooming) 실시예는 WO 01/27735(Myorigo)에 보다 상세히 설명된다.
상기 전자식 핸드-헬드 장치가 휴대 전화 또는 라디오인 경우, 상기 핸드-헬드 장치는 RF 신호의 송수신을 위한 전파 수신기(RF)를 또한 포함한다.
도 2 는 전자식 핸드-헬드 장치(HD)의 평면도이다. 상기 장치는 PDA 또는 휴대 전화인 것이 바람직하다. 도 2 는 전자식 핸드-헬드 장치의 단순화된 예로서, 그외 다른 특징이나 기능 버튼을 포함할 수 있다. 상기 전자식 핸드-헬드 장치(HD)는 하우징(HS)을 포함한다. 상기 하우징(HS)은 실제 디스플레이(DSP)를 커버하는 투명한 렌즈(TP)를 포함한다.
선호되는 실시예에서, 상기 렌즈/터치 패널(TP) 그 자체는 터치식이 아니다. 상기 힘 센서(PS)들은 상기 렌즈(TP)에 직접 또는 간접적으로 부착된다. 도 2에서는 렌즈(TP)에 세개의 힘 센서(PS)들이 부착된다. 힘 센서(PS)들은 삼각형 형태로 하우징(HS)에 부착되는 것이 바람직하다. 힘 센서(PS)들이 그외 다른 적절한 방식으로 부착될 수도 있다.
3개 이상의 힘 센서(PS)를 이용하여, 렌즈(TP)를 터치하는 위치를 정확하게 연산하고 결정할 수 있다. 상술한 배열을 이용할 때, 렌즈(TP) 그 자체는 어떤 터치식 막이나 그외 다른 터치식 특징들을 포함할 필요가 없다. 대신에, 힘 센서(PS)들을 이용하여 터치가 검출된다. 힘 센서들은 투명 렌즈 영역 외부의 사용자 입력도 감지할 수 있다. 따라서, 하우징(HS)의 소정 영역이나, 렌즈(TP)의 불투명 영역이 사용자 인터페이스의 일부분으로 이용될 수도 있다.
도 2는 공명 진동 소자(VIB)를 또한 포함한다. 상기 공명 진동 소자(VIB)는 디스플레이(DSP)를 커버하지 않는 상기 렌즈(TP)의 영역에 부착된다. 상기 렌즈(TP)는 디스플레이(DSP) 영역의 외부에서 불투과성인 것이 바람직하다. 상기 진동 소자(VIB)는 주로 피에조-전기 소자로서, 단일 모프(unimorph), 이중 모프(bimorph) 또는 다층 구조이다. 상기 다층 구조는 저 입력 전압이 요구되기 때문에 선호되는 해결책이다. 상기 피에조-벤더는 주로 3가지 부분들로 구성된다. 즉, 위쪽 부분, 아래쪽 부분 그리고 두 부분 간의 금속 소자로 구성된다. 상기 금속 소자는 전체 구조의 강도를 높이게 된다. 도 1의 상기 구동 회로(DC)는 요망 구동 신호를 공명 진동 소자(VIB)에 공급하여, 따라서, 소정의 주파수에서 진동 소자(VIB)를 진동/공명하게 한다.
도 2의 한 실시예에서, 상기 공명 진동 소자들은 다중 피드백 신호들을 제공하기 위해 사용된다. 상기 공명 진동 소자는 단일 모프, 이중 모프, 또는 다층 구조의 피에조-벤더이다. 상기 자극 신호는 여러 다른 소스들로부터 발원할 수 있다. 상기 자극 신호가 사용자-자극 신호, 가령, 렌즈 터치가 될 수 있다. 또한 자극 신호가 전자 장치의 전파 수신기로 수신한 RF 신호일 수도 있다. 이는 상기 전자 장치가, 예를 들어, 휴대용 전화일 때의 경우에 해당한다. 대안으로, 상기 자극 신호가 전자 장치에 의해 유도된 신호일 수 있다. 가령, 운영체제에 의해 발원된 신호일 수 있다. 따라서, 각각의 자극 신호는 서로 다른 피드백 신호를 야기할 수 있다.
상기 피에조-벤더가 렌즈의 터치에 반응하는 데 사용될 때, 펄스형, 또는 연속형의 촉각 피드백 신호가 발생한다. 촉각 피드백 신호는 짧은 신호(가령, 200-300 Hz의 주파수 및 5-100ms의 시간구간을 가짐)이거나 연속 신호인 것이 일반적이다. 이 피드백 신호는 일반적으로 상기 피에조-벤더의 플레인 공명 주파수거나 변조된 공명 주파수이다. 그러나 상기 피드백 신호는 단지 촉각 피드백에만 제한될 필요가 있는 것은 아니다. 피에조-벤더를 이용하여, 어떤 요구되는 주파수 대역폭도 생성할 수 있다. 상기 피드백 신호는 부가적으로 버저 신호, 진동 경보 신호 또는 오디오 신호가 될 수 있다. 이는 전자식 핸드-헬드 장치의 렌즈에 부착된 피에조-벤더가 스피커로 기능함을 의미한다. 오디오 신호의 생성은, 캔틸레버 공명 주파수들의 효과를 감소시키기 위해 디지털 신호 처리에 의해 오디오 대역폭이 평편화되는 것을 요구할 수 있다. 오디오 신호를 발생시킬 때 소정의 기준을 충족시켜야 한다. 특히 버저 특징에서, 음압 레벨(파스칼 단위)이 적절하여야 한다. 주파수 대역은 충분히 넓어야 한다. 피드백 신호를 발생시킬 때, 공명 주파수의 하모닉 다중폴드 주파수들이 이용될 수도 있다.
종래의 전자 장치는 촉각 피드백 신호, 버저 신호, 진동 경보 신호, 또는 오디오 신호를 발생하기 위해 여러 다른 소자들을 포함한다. 특히, 버저 신호는 버저를 이용하여 발생되고, 오디오 신호는 예를 들어, 스피커를 이용하여 발생된다. 진동 경보 신호는 예를 들어 전자기 모터를 이용하여 발생되고, 촉각 피드백 신호는 직류 모터, 솔레노이드, 이동식 자석 액츄에이터, 등을 이용하여 발생된다. 모든 상술한 피드백 신호들은 본 발명에서 피에조-소자를 이용하여 발생될 수 있다. 이는 피드백 신호들이 별도의 소자들을 이용하여 발생되는 경우에 비해, 전력 소모가 크게 절감됨을 의미한다.
도 1과 2는 본 발명에서 설명된 동적 사용자 인터페이스의 단지 한 실시예를 표현할 뿐이다. 이러한 동적 사용자 인터페이스는 어떤 특별한 장치들에 제한되지 않는다. 상기 동적 사용자 인터페이스는 자극 신호에 따라, 단일 소자를 이용하여 사용자-검출형 다기능 피드백을 발생시킬 수 있다. 이 자극 신호는 사용자에 의해 발생되는 신호일 수 있고, 전파 수신기를 이용하여 수신되는 전파 신호일 수 있으며, 장치에 의해 유도되는 신호일 수도 있다. 사용자 인터페이스는 하우징과, 하우징에 위치한 전자 회로를 포함한다. 하우징의 형태는 제한받지 않는다. 자극 신호를 검출하는 수단을 이용하여, 자극 신호 소스가 규정된다. 하우징이나, 하우징에 위치한 전자 회로(가령, PCB)에 한개 이상의 공명 진동 소자가 부착된다. 상기 공명 진동 소자에 전기적으로 연결된 구동 회로가 구동 신호를 이용하여 상기 공명 진동 소자를 전기적으로 구동시키고, 이때, 상기 구동 신호는 자극 신호에 기초하여 구성된다. 상기 공명 진동 소자는 주로 단일모프(unimorph), 이중 모프(bimorph) 또는 다층 구조의 피에조-벤더인 것이 바람직하다. 상기 피에조-벤더에 의해 발생되는 피드백 신호가 전적으로 자극 신호에 의존하기 때문에, 자극 신호의 종류를 규정하는 것이 매우 중요하다. 이 피드백 신호는 촉각 피드백 신호, 진동 경보 신호, 오디오 신호 또는 버저 신호이다. 하우징 또는 전자 회로에 대한 상기 피에조-벤더의 부착 지점을 조심스럽게 규정 및 형성하는 것이 매우 중요하다. 상기 피에조-벤더 소자 자체로는 모든 필요한 피드백 신호들을 생성하지 못하지만, 전자 회로나 하우징에 부착되어 다기능 피드백을 생성할 수 있다.
앞서 설명한 동적 사용자 인터페이스를 사용할 수 있는 장치는 수없이 많다. 이 장치의 예로는 조이스틱, 키보드, 전자북, 또는, 다기능 피드백을 이용할 수 있는 임의의 모든 장치들이 있다.
도 3은 일례의 전자식 핸드-헬드 장치의 가속도와 전류-주파수 반응을 보여준다. 위쪽 그래프는 주파수의 함수로 상기 렌즈의 가속도를 표현한다. 가속도가 클수록, 사용자에 대한 피드백이 강하다. 아래쪽 그래프는 주파수의 함수로 전류를 표현한다. 도 3의 선호되는 실시예에서, 외부 매스가 진동 소자에 부착된다. 외부 매스의 이용은 상기 피에조-벤더의 고정 지점에서 획득되는 힘을 증가시키고, 또한 저주파수 오디오 대역폭을 개선시킨다. 촉각 피드백에 대한 주파수 영역이 매우 낮은(가령, 200-300Hz) 이유는 일반적으로 사람이 더 높은 주파수를 (가령, 손으로) 느낄만큼 민감하지 못하기 때문이다. 피크 전류 값은 공명 주파수의 부근보다 공명 주파수에서 약간 높다. 도 3의 가속도 및 전류가 실제 값과 똑같을 필요는 없으며, 단지 일례의 값들에 불과하다.
상기 공명 주파수는 또다른 방식으로 이용될 수 있다. 제작 단계에서, 렌즈나 하우징의 공명 주파수 중 하나가 진동 소자의 공명 주파수와 같은 주파수 범위 내에 있도록 렌즈나 전체 하우징을 제작할 수 있다. 따라서, 촉각 피드백의 전체 효과가 훨씬 효율적이 될 것이다.
공명 주파수를 개별적으로 구해야 하는 경우가 발생할 수 있다. 상기 전자식 핸드-헬드 장치는 최적의 주파수를 결정할 수 있는 특징을 포함한다. 이는 버스트 주파수 스위프(bursted frequency sweep)를 생성함으로서 공명 주파수를 결정하는 방식으로 구현된다. 힘 센서들은 또다른 상황에 이용될 수 있다. 진동 소자의 반응(가령, 촉각 피드백)이 힘 센서들을 이용하여 검출될 수 있다. 힘 센서를 이용하여, 개별 공명 주파수를 결정할 수 있다. 측정이 이루어지면, 구동 회로는 획득한 주파수를 진동 소자에 공급하도록 설정된다.
피드백 매개변수들이 이를 이용하는 각각의 사용자에 대해 개별적으로 조율될 수도 있다. 사용자가 제어할 수 있는 메인 매개변수들은 예를 들어 다음과 같다.
* 진폭
* 진동의 시간 구간
* 진동 주파수
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도 4는 본 발명의 선호되는 실시예에 따른 매스-로드된 평행형 피에조-벤더의 측면도이다. 여기서, 피에조-세라믹층(41, 43)들 사이에 금속 빔(42)이 배치된다. 금속 빔(42)은 피에조-세라믹층(41, 43) 너머로 뻗어가고, 금속 빔(42)의 다른 한 단부에는 매스(44)가 기계적으로 연결된다. 매스(44)는 금속 빔(42)에 스팟 용접(spot welding)될 수 있으며, 캔틸레버 구조의 한 단부에 진동가능한 바디를 제공할 수 있다. 피에조-벤더의 다른 한 단부는 렌즈나 하우징(45)에 고정된다. (가령, 피에조-세라믹층(41, 43)의 대향하는 표면들 간에) 전기적인 구동 신호가 공급될 때, 피에조-벤더의 팁부분이 휘어지기 시작한다. 상기 피에조-벤더의 공명에서의 휨은, 피에조-세라믹층(41, 43) 너머로 뻗어가는 금속 빔(42) 때문에, 그리고 상기 빔(42) 단부에 위치한 매스(44) 때문에, 매스(42)가 없을때보다 훨씬 크다. 진동 매스(44')와 진동 벤더는 각각의 진동 사이클을 통해 렌즈나 하우징(45)에 더 큰 임펄스들을 부여하려는 경향이 있다. 본 발명에서, 공명 진동 소자들을 여러가지 다른 기능으로 이용된다. 공지 기술의 해법에서는 각각의 기능이 전용 소자를 필요로하였다. 따라서, 본원에서는 전자식 핸드-헬드 장치의 공간을 절약할 수 있고, 전력 소모를 최소화시킬 수 있다. 이는 전자식 핸드-헬드 장치에서 매우 중요한 특징이라 할 것이다.
본 발명은 피드백 발생을 위해 단 하나의 소자만을 이용하는 해결책을 또한 제시한다. 이는 PCB(Printed Circuit Board)에서의 공간 절감을 의미한다. PCB에 필요한 소자들의 수가 감소한다. 본 발명의 해결책은 소자 수 감소로 인해 저비용의 해결책에 또한 해당한다.
본 발명은 피드백을 전기적으로 조정할 수 있는 해결책을 제시한다. 구동 신호를 조정함으로서 요망 피드백을 얻을 수 있다. 이러한 조정은 사용자에 의해 수작업으로 설정될 수도 있고, 장치 자체에 의해 자동적으로 이루어질 수도 있다. 본 발명은 다기능 피드백을 생성하기 위한, 동적 사용자 인터페이스 및 일체형 저비용 및 저전력소모형 해결책을 또한 제시한다.
피에조-벤더 소자가 본원에서 제시한 모든 피드백 신호(촉각 피드백 신호, 버저 신호, 진동 경보 신호, 오디오 신호, 등)들을 발생시켜야 할 필요는 없다. 그러나, 피에조-벤더가 렌즈나, 하우징의 소정 부분, 또는 PCB에 부착될 때 상황은 달라진다. 피에조-벤더가 부착되는 소자들과 함께, 본원에서 설명한 다기능 피드백을 발생시키는 것이 가능하다.

Claims (37)

  1. 자극 신호에 따라, 단일 소자를 이용하여 사용자-검출형 다기능 피드백을 발생시키는 전자 장치에 있어서, 상기 전자 장치(HD)는, 하우징(HS), 디스플레이 소자(DSP), 그리고 상기 전자 장치의 기능 구현을 위해 상기 하우징(HS) 내에 위치하는 전자 회로를 포함하고, 상기 전자 장치는,
    - 디스플레이 소자(DSP)를 덮는 렌즈(TP)로서, 디스플레이 소자(DSP) 위에 위치하는 투과성 영역을 가지는 렌즈(TP),
    - 렌즈(TP)에 대한 접촉(touch)을 검출하기 위해 렌즈에 부착되는 힘 센서(PS)로서, 상기 접촉에 따라 자극 신호를 생성하는 힘 센서(PS),
    - 상기 렌즈(TP)의 한 영역에 부착되어 디스플레이 소자(DSP)의 바깥으로 뻗어나가는 한 개 이상의 진동 소자(VIB)로서, 이때, 상기 단일 소자는 진동 소자(VIB)와 상기 렌즈(TP)로 구성되고, 촉각 피드백 신호, 진동 경보 신호, 오디오 신호 그리고 버저 신호로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 두 개 이상의 피드백 신호들을 생성하기 위해 상기 렌즈에 대해 공명 현상을 일으키는 기능을 가진 한 개 이상의 진동 소자(VIB), 그리고,
    - 구동 신호로 상기 진동 소자(VIB)를 전기적으로 구동시키기 위해 상기 진동 소자에 전기적으로 결합되는 전기 구동 회로(DC)로서, 이때, 상기 구동 신호는 상기 자극 신호에 기초하여 구성되는, 상기 전기 구동 회로(DC)
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자-검출형 다기능 피드백을 발생시키는 전자 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 피드백은 상기 전자 장치의 하우징에 부착되고, 상기 진동 소자는 상기 렌즈에 부착되며,
    상기 구동 신호에 따라 상기 진동 소자가 상기 렌즈를 가청 주파수에서 진동하게 하고 스피커로 기능하게 하는 방식으로 상기 구동 신호가 선택되는 것을 특징으로 하는 사용자-검출형 다기능 피드백을 발생시키는 전자 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 장치는,
    - 버스트 주파수 스위프(bursted frequency sweep)를 생성함으로써 하우징이나 렌즈의 공명 주파수를 결정하는 수단(TM),
    - 상기 힘 센서(PS)를 이용하여 진동 레벨을 검출하는 수단(LM), 그리고
    - 획득한 주파수를 상기 진동 소자(VIB)에 공급하는 수단(OM)
    을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자-검출형 다기능 피드백을 발생시키는 전자 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 진동 소자(VIB)가 가속도 센서로서 사용되는 것을 특징으로 하는 사용자-검출형 다기능 피드백을 발생시키는 전자 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 진동 소자(VIB)가 단일 모프(unimorph), 이중 모프(bimorph), 또는 다층 구조의 피에조-벤더(piezo-bender)인 것을 특징으로 하는 사용자-검출형 다기능 피드백을 발생시키는 전자 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 전자 장치는 상기 피에조-벤더에 부착된 외부 매스(external mass)를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자-검출형 다기능 피드백을 발생시키는 전자 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 하우징(HS)과 상기 렌즈(TP)의 공명 주파수들 중의 한 개 이상이 상기 진동 소자(VIB)의 주파수 범위와 동일한 범위 내에 놓이도록 상기 하우징과 상기 렌즈가 제작되는 것을 특징으로 하는 사용자-검출형 다기능 피드백을 발생시키는 전자 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 장치가 핸드-헬드(hand-held) 전자 장치인 것을 특징으로 하는 사용자-검출형 다기능 피드백을 발생시키는 전자 장치.
  9. 장치에서 자극 신호에 따라 단일 소자를 이용하여 사용자-검출형 다기능 피드백을 발생시키는 동적 사용자 인터페이스에 있어서, 상기 사용자 인터페이스는 하우징(HS), 디스플레이 소자(DSP), 그리고 상기 장치의 기능 구현을 위해 상기 하우징(HS) 내에 위치하는 전자 회로를 포함하고, 상기 동적 사용자 인터페이스는,
    - 디스플레이 소자(DSP)를 덮는 렌즈(TP)로서, 디스플레이 소자(DSP) 위에 위치하는 투과성 영역을 가지는 렌즈(TP),
    - 상기 렌즈(TP)에 대한 접촉(touch)을 검출하기 위해 상기 렌즈에 부착되는 힘 센서(PS)로서, 상기 접촉에 따라 자극 신호를 생성하는 힘 센서(PS),
    - 상기 렌즈(TP)의 한 영역에 부착되어 상기 디스플레이 소자(DSP)의 바깥으로 뻗어나가는 한 개 이상의 진동 소자(VIB)로서, 이때, 상기 단일 소자는 상기 진동 소자(VIB)와 상기 렌즈(TP)로 구성되고, 촉각 피드백 신호, 진동 경보 신호, 오디오 신호 그리고 버저 신호로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 두 개 이상의 피드백 신호들을 생성하기 위해 상기 렌즈에 대해 공명 현상을 일으키는 기능을 가진 한 개 이상의 진동 소자(VIB), 그리고,
    - 구동 신호로 상기 진동 소자(VIB)를 전기적으로 구동시키기 위해 상기 진동 소자에 전기적으로 결합하는 전기 구동 회로(DC)로서, 이때, 상기 구동 신호는 상기 자극 신호에 기초하여 구성되는, 상기 전기 구동 회로(DC)
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 사용자 인터페이스.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 피드백은 상기 동적 사용자 인터페이스의 하우징에 부착되고, 상기 진동 소자는 상기 렌즈에 부착되며,
    상기 구동 신호에 따라 상기 진동 소자가 상기 렌즈를 가청 주파수에서 진동하게 하고 스피커로 기능하게 하는 방식으로 상기 구동 신호가 선택되는 것을 특징으로 하는 동적 사용자 인터페이스.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 사용자 인터페이스는,
    - 버스트 주파수 스위프(bursted frequency sweep)를 생성함으로써 상기 하우징이나 상기 렌즈의 공명 주파수를 결정하는 수단(TM),
    - 상기 힘 센서(PS)를 이용하여 진동 레벨을 검출하는 수단(LM), 그리고
    - 획득한 주파수를 상기 진동 소자(VIB)에 공급하는 수단(OM)
    을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 사용자 인터페이스.
  12. 제 9 항 내지 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진동 소자(VIB)가 가속도 센서로서 사용되는 것을 특징으로 하는 동적 사용자 인터페이스.
  13. 제 9 항 내지 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진동 소자(VIB)가 단일 모프(unimorph), 이중 모프(bimorph), 또는 다층 구조의 피에조-벤더(piezo-bender)인 것을 특징으로 하는 동적 사용자 인터페이스.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 동적 사용자 인터페이스는 상기 피에조-벤더에 부착된 외부 매스(external mass)를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 사용자 인터페이스.
  15. 제 9 항 또는 11 항에 있어서, 상기 하우징(HS)과 상기 렌즈(TP)의 공명 주파수들 중의 한 개 이상이 상기 진동 소자(VIB)의 주파수 범위와 동일한 범위 내에 놓이도록 상기 하우징과 상기 렌즈가 제작되는 것을 특징으로 하는 동적 사용자 인터페이스.
  16. 제 9 항 내지 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치가 핸드-헬드(hand-held) 전자 장치인 것을 특징으로 하는 동적 사용자 인터페이스.
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