KR100626683B1

KR100626683B1 - 촉감전달이 가능한 컴퓨터용 마우스 시스템 및 이를 이용한입체영상의 질감전달 방법

Info

Publication number: KR100626683B1
Application number: KR1020050022233A
Authority: KR
Inventors: 경기욱; 권동수; 안민승; 에이. 스리니바산 만다얌
Original assignee: 한국과학기술원; 메사추세츠 인스티튜트 오브 테크놀로지
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2006-09-22

Abstract

본 발명은 화면에 표시된 영상의 질감을 사용자의 손에 전달하는 촉감 전달부가 구비되는 컴퓨터용 마우스 시스템에 있어서, 계단형상으로 형성되고 각 계단의 전면에 복수개의 끼움 홈을 갖는 고정쇠, 상기 끼움 홈에 각각 결합되고 인가되는 전류크기에 따라 휨 변형되는 구동기, 상기 구동기의 일 단에 수직하게 결합되는 핀, 상기 구동기의 타 단에 결합되는 전원 입력부, 상기 구동기의 일 면에 설치되어 상기 핀을 통해 전달되는 압력을 측정하는 센서, 및 상기 센서에서 측정되는 압력 값과 설정 값을 비교하여 상기 전원 입력부로 공급되는 전류의 크기를 조절하는 제어부를 포함한다. 이 컴퓨터용 마우스 시스템은 화면에 표시되는 물체의 질감과 문자의 형태를 전달할 수 있다.

Description

촉감전달이 가능한 컴퓨터용 마우스 시스템 및 이를 이용한 입체영상의 질감전달 방법{Broadband Tactile and Braille Display Mouse System and Method Thereby}

도 1은 본 발명 촉감전달이 가능한 컴퓨터용 마우스 시스템의 한 실시예에 따른 요부분리 사시도이고,

도 2는 도 1의 결합 사시도이고,

도 3은 도 2의 촉감 전달부에 보호판이 더 결합된 것을 나타낸 사시도이고,

도 4는 도 3의 촉감 전달부가 결합된 마우스 시스템의 한 실시예에 따른 사시도이고,

도 5는 도 4의 마우스 시스템의 사용 상태도이고,

도 6은 도 3의 촉감 전달부에 의해 표현되는 다양한 예를 나타낸 개요도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 촉감전달부 110 : 고정쇠

112 : 다단 114 : 끼움 홈

120 : 구동기 130 : 핀

140 : 전원 입력부 150 : 센서

160 : 제어부

본 발명은 컴퓨터용 마우스 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화면에 표현되는 문자의 형태와 물체의 질감을 사용자에게 보다 정확하고 세밀하게 전달할 수 있는 촉감전달이 가능한 컴퓨터용 마우스 시스템과 이 시스템을 이용한 입체영상의 질감전달 방법에 관한 것이다.

근래에 들어 화면에 표시되는 영상을 마우스를 통해 사용자에게 입체적으로 전달하기 위한 기술들이 개발되고 있다. 이러한 기술의 예로서 미국특허 제5,912,660호 및 제6,278,441호와 대한민국 특허출원 제2003-73554호가 있다.

이들 종래발명은 상하로 이동 가능한 복수개의 핀으로 이루어진 촉감 전달부를 구비하고 있다. 촉감 전달부의 핀은 화면에 표시되는 영상에 따라 제각기 상하로 움직이며 사용자의 손가락을 자극한다. 따라서 종래발명들은 손가락을 자극하는 핀의 수와 배열을 조절함으로써 화면에 표시되는 영상의 질감을 입체적으로 전달하는 특징이 있다.

그런데, 종래발명들은 화면에 표시되는 영상의 질감을 상하로 이동하는 핀의 이동편차로만 전달하기 때문에 촉감 전달부에 얹어진 손가락의 위치나 피부의 두께 등에 따라 실질적으로 사용자가 느끼는 질감이 다르다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, 화면에 표시된 영상의 질감을 사용자에게 정량적으로 정확히 전달할 수 있는 촉감전달이 가능한 컴퓨터용 마우스 시스템과 이를 이용한 입체영상의 질감전달 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 한 실시예에 따르면 화면에 표시된 영상의 질감을 사용자의 손에 전달하는 촉감 전달부가 구비되는 컴퓨터용 마우스 시스템에 있어서, 계단형상으로 형성되고 각 계단의 전면에 복수개의 끼움 홈을 갖는 고정쇠, 상기 끼움 홈에 각각 결합되고 인가되는 전류크기에 따라 휨 변형되는 구동기, 상기 구동기의 일 단에 수직하게 결합되는 핀, 상기 구동기의 타 단에 결합되는 전원 입력부, 상기 구동기의 일 면에 설치되어 상기 핀을 통해 전달되는 압력을 측정하는 센서, 및 상기 센서에서 측정되는 압력 값과 설정 값을 비교하여 상기 전원 입력부로 공급되는 전류의 크기를 조절하는 제어부를 포함하는 촉감전달이 가능한 컴퓨터 마우스 시스템이 제공된다.

또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면 화면에 표시되는 영상의 질감을 다수의 핀으로 이루어진 촉감 전달부를 통해 마우스를 파지한 사용자의 손에 전달하는 방법으로서, a) 상기 화면에 표시되는 영상으로부터 상기 화면에 수직한 방향으로 표현되는 질감정보를 추출하는 단계, b) 상기 질감정보를 토대로 상기 핀을 상하로 이동시켜 상기 마우스를 파지한 사용자의 손에 일정한 진동 주파수로 압력을 가하는 단계, c) 상기 핀에 가해지는 압력을 측정하는 단계, d) 상기 핀에 가해진 압력분포를 통해 형성되는 질감형태와 상기 질감정보를 비교하고 그 편차를 산출하는 단계, 및 e) 상기 편차를 토대로 상기 핀의 상하 이동 량을 보정하는 단계를 포함하는 마우스를 이용한 입체영상의 질감 전달 방법이 제공된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명 촉감전달이 가능한 컴퓨터용 마우스 시스템의 한 실시예에 따른 요부분리 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 촉감 전달부(100)는 고정쇠(110), 구동기(120), 핀(130)으로 구성된다.

고정쇠(110)은 연속되는 다단(112)을 갖는 계단형태로 형성된다. 다단(112)에는 복수개의 끼움 홈(114)이 형성된다. 각 단에는 복수개의 끼움 홈(114)이 2열로 형성된다. 그리고 각 열을 형성하는 끼움 홈(114)은 간섭되지 않도록 서로 어긋나게 배치된다. 즉, 제1단(112a)에 제1열의 끼움 홈(114a)은 제2열의 끼움 홈(114b)의 사이 사이에 위치된다. 이와 같은 끼움 홈(114)의 배치는 다단(112)에 걸쳐 반복된다.

각 끼움 홈(114)에는 구동기(120)가 끼워진다. 구동기(120)는 고정쇠(110)의 전면으로 길게 뻗는 형태로 고정된다. 구동기(120)의 일 단에는 핀(130)이 상방으로 수직하게 결합되고, 타 단에는 전원 입력부(140)가 결합된다. 구동기(120)의 타 단은 전원 입력부(140)가 결합될 수 있도록 끼움 홈(114)에 삽입되어 고정쇠(110) 의 외측으로 돌출된다.

동일한 단에 결합되는 복수개의 구동기(120)는 일 단의 끝이 나란하도록 정렬된다. 그리고 이들 구동기(120)의 일 단에 결합되는 핀(130)은 동일한 길이를 갖는다. 따라서, 동일한 단에 위치한 구동기(120)에 결합되는 복수개의 핀(130)들은 나란하게 정렬되어 하나의 열로 형성한다.

구동기(120)와 핀(130)의 이러한 배치 결합관계는 다단(112)에 걸쳐 동일하다. 다만, 핀(130)의 길이는 모든 핀(130)의 끝이 하나의 평면을 형성할 수 있도록 다단(112)의 상부방향으로 갈수록 짧아진다.

즉, 다단(112)의 맨 아래쪽인 제1단(112a)의 구동기(120)에 결합되는 핀(130)의 길이가 가장 길고, 맨 위쪽인 제8단(112b)의 구동기(120)에 결합되는 핀(130)의 길이가 가장 짧다. 이들 핀(130)의 끝은 모두 동일한 높이에 위치하여 하나의 가상 평면을 형성한다. 동일한 단에 결합되는 핀(130)은 핀(130) 끝으로 이루어지는 가상 평면에서 하나의 열을 형성한다.

한편, 핀(130)의 배열을 조밀하게 하기 위해서는 고정쇠(110)에 구동기(120)를 조밀하게 결합시켜야 한다. 그런데, 고정쇠(110)에 삽입 홈(112)을 조밀하게 가공하는 데에는 어느 정도 한계가 있으므로, 삽입 홈(112)과 삽입 홈(112) 사이에 일정한 간격이 형성되고 이 간격만큼 핀(130)의 배열간격이 벌어질 수 밖에 없다.

본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 하나의 단에 2줄로 이루어지는 삽입 홈(112)을 형성하고 이들을 엇갈리게 형성하고 이들 삽입 홈(112)에 동일한 길이를 갖는 구동기(120)를 결합함으로써 핀(130)의 배열을 보다 조밀하게 하였다. 따라 서, 본 발명에 따르면 화면에 표시되는 영상의 질감을 보다 정확하게 전달할 수 있다.

각각의 구동기(120)에는 센서(150)가 부착된다. 센서(150)는 핀(130)을 통해 구동기(120)로 전달되는 압력을 감지한다. 센서(150)는 감지된 압력크기를 제어부(160, 도 2참조)에 전달한다.

도 2는 도 1의 결합 사시도이고, 도 3은 도 2의 촉감 전달부에 보호판이 더 결합된 것을 나타낸 사시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 촉감 전달부(100)는 고정쇠(110)에 구동기(120)를 매개로 다수의 핀(130)이 결합된 형태를 갖는다. 다수의 핀(130)은 구동기(120)에 수직한 일 방향으로 돌출되어 다수의 점으로 이루어진 하나의 기준평면을 형성한다.

본 실시예에서 구동기(120)는 압전소자로 이루어지며 전원 입력부(140)를 통해 인가되는 전류의 크기에 따라 상하방향으로 휘어진다. 전원 입력부(140)에 인가되는 전류는 제어부(160)에 의해 조절된다. 제어부(160)는 화면에 표시되는 영상정보에서 화면의 수직한 방향으로 표현되는 3차원 정보를 추출해 내고, 마우스의 커서가 해당 화면을 지날 때 그 값을 전류의 크기로 바꾸어 전원 입력부(140)에 송출한다. 핀(130)은 제어부(160)에서 계산된 3차원 정보에 따라 휨 변형되는 구동기(120)를 매개로 상하로 이동하여 사용자의 손가락을 자극함으로써 화면에 표시되는 영상의 질감을 표현한다.

그런데, 종래기술에서 언급한 바와 같이 실제로 핀(130)이 손가락을 자극하 는 압력은 제어부(160)에서 계산한 값과 다르다. 이는 사람에 따라 손가락의 크기와 피부특성이 다르기 때문이다.

본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 구동기(120)의 일 면에 센서(150)를 부착하였다. 센서(150)는 구동기(120)의 휨 변형방향과 수직한 면에 부착되어 핀(130)을 매개로 구동기(120)에 전달되는 압력의 크기를 측정하고 이 값을 제어부(160)에 송출한다. 그러면, 제어부(160)는 각 구동기(120)의 센서(150)에서 송출한 압력 값을 토대로 새로운 3차원 정보를 구현한 후 이를 화면의 영상자료로부터 추출한 3차원 정보와 비교한다. 그 다음 제어부(160)는 영상자료의 3차원 정보와 차이 나는 핀(130) 또는 구동기(120)의 변위 량을 계산하고 이를 보정하기 위한 전류 값을 전원 입력부(140)에 송출하여 구동기(120)의 휨 변위를 교정한다. 따라서, 본 발명은 화면에 표시된 영상의 질감을 사용자에게 정량적으로 정확히 전달할 수 있다. 한편, 고정쇠(110)의 전면, 윗면, 아랫면에는 도 3에 도시된 바와 같이 보호판(118)을 설치할 수 있다.

도 4는 도 3의 촉감 전달부가 결합된 마우스 시스템의 한 실시예에 따른 사시도이고, 도 5는 도 4의 마우스 시스템의 사용 상태도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 실시예의 마우스(200)는 제1몸체(201)와 제2몸체(202)로 나누어진다. 제1몸체(201)에는 촉감 전달부(100)와 기능버튼(240)이 구비되고, 제2몸체(202)에는 한 쌍의 4절 링크(210)와 2개의 엔코더(220) 그리고 2개의 모터(230)를 구비된다.

촉감 전달부(100)는 제1몸체(201)의 일 측면에 설치되어 사용자의 엄지 또는 약지 손가락과 접촉하고, 기능버튼(240)은 제1몸체(201)의 윗면에 설치되어 사용자의 검지 및 중지와 접촉한다. 그러나 경우에 따라 촉감 전달부(100)가 사용자의 검지 또는 중지 손가락과 접촉할 수 있도록 기능버튼(240)과 중첩되게 설치할 수 있다.

제1몸체(201)는 제2몸체(202)와 링크(210)에 의해 연결된다. 그리고 링크(210)는 2개의 모터(230)와 연결된다. 모터(230)에는 엔코더(220)가 각각 설치된다. 엔코더(220)는 제어부(160)와 연결되어 제어부(160)의 송출신호에 따라 모터(230)의 회전속도와 회전각도를 조절한다.

이와 같이 구성된 마우스(200)의 동작은 다음과 같이 이루어진다.

도 5에 도시된 바와 같이 사용자가 제1몸체(201)를 움켜잡고 마우스(200)를 움직인다. 그러면, 제2몸체(202)의 이동경로에 따라 화면상에 표시되는 커서의 위치가 달라진다. 이때 커서가 질감 및 형상을 갖는 영상부분을 지나게 되면, 이를 제어부(160)가 감지하고 해당 영상의 질감을 전기적 신호로 변환하여 촉감 전달부(100)와 엔코더(220)에 송출한다. 그러면 촉감 전달부(100)의 핀(130)이 영상의 질감에 특성에 맞게 돌출되고, 링크(210)가 영상의 형상에 따라 관절 운동한다. 따라서, 사용자는 촉감 전달부(100)와 접촉하고 있는 손가락과 제1몸체(201)를 움켜잡고 있는 손을 통해 현재 커서가 위치하고 있는 영상의 물리적 특성을 전달 받는다.

도 6에 도시된 바와 같이 촉감 전달부(100)에 의한 질감의 전달은 일정간격 으로 배열된 복수개의 핀(130)이 돌출되어 사용자의 피부를 자극함으로써 이루어진다. 도 6에서 검은 색과 빗금으로 표시된 부분은 상방으로 돌출된 핀(130)을 나타낸 것이다. 그리고 검은 색으로 표시된 핀(130)은 빗금으로 표시된 핀(130)보다 높게 돌출된 것이다. 핀(130)의 돌출높이와 빈도는 도 6의 (a), (b), (c)에 도시된 바와 같이 질감에 따라 다르게 이루어진다.

컴퓨터를 사용하다 보면 마우스(200)의 커서가 문자나 기호 등을 가리키는 경우가 종종 있다. 본 발명은 이러한 경우에 해당 문자와 기호를 점자와 같은 방법으로 사용자에게 전달할 수 있도록 하였다. 즉, 도 6의 (d)와 (e)에서처럼 핀(130)을 문자 및 기호의 형상과 동일하게 돌출시켜 사용자에게 문자 및 기호의 형상을 그대로 전달하거나, 도 6의 (f)에서처럼 핀(130)을 해당하는 문자를 나타내는 점자형태가 되도록 돌출시켜 사용자에게 문자 정보를 간접적으로 전달할 수 있다.

다만, 핀(130)이 돌출된 상태로 있으면, 사용자가 손가락을 수 차례 문질러야 돌출된 핀(130)의 전체 형상을 느낄 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 핀(130)을 사람이 민감하게 느낄 수 있는 특정 주파수로 진동시켜 사용자가 촉감 전달부(100)를 문지르지 않아도 문자의 형상을 쉽게 파악할 수 있도록 하였다.

사람의 촉감 신경 세포에는 메르켈 촉각소체(Merkel's receptor), 루피니 소체(Ruffini's corpuscle), 마이스너 소체(Meinssner's corpuscle), 파치니 층판소체(Pacinian corpuscle)가 있다. 이 중 메르켈 촉각소체와 마이스너 소체는 피부에 분포되어 미세한 압력과 자극을 감지한다. 이들 신경 세포는 각각 0.3 ~ 4 Hz 및 3 ~ 50 Hz 대역의 진동 주파수를 압력 또는 기계적 자극으로 인식하는 특징이 있다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 종래와 달리 핀(130)을 메르켈 촉각소체와 마이스너 소체가 반응하기 쉬운 진동 주파수로 진동시켜 사용자에게 화면에 표시되는 영상의 질감을 보다 확실히 전달한다. 한편, 핀(130)의 진동은 제어부(160)에서 전원 입력부(140)에 교류형태로 파형을 갖는 전류를 인가함으로써 달성할 수 있다.

본 발명은 복수개의 핀을 조밀하게 배열하여 화면에 표시되는 문자와 형상의 질감을 사용에게 정확하게 전달한다. 따라서, 본 발명에 따르면 화면상에 평면적으로 표현되는 형상, 문자, 등 여러 가지 물리적 성질을 사용자에게 보다 현실감 있게 전달할 수 있다.

아울러 본 발명은 화면에 표시되는 문자의 형태를 돌출되는 핀이 일정한 주파수 진동하므로 맹인 및 고도근시를 가지고 있는 사람들이 촉감 전달부를 문지르지 않아도 화면의 표시된 정보를 보다 쉽게 이해할 수 있다.

이상에서 촉감전달이 가능한 컴퓨터용 마우스 시스템과 이를 이용한 입체영상의 질감전달 방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims

화면에 표시된 영상의 질감을 사용자의 손에 전달하는 촉감 전달부가 구비되는 컴퓨터용 마우스 시스템에 있어서,

계단형상으로 형성되고 각 계단의 전면에 복수개의 끼움 홈을 갖는 고정쇠,

상기 끼움 홈에 각각 결합되고 인가되는 전류크기에 따라 휨 변형되는 구동기,

상기 구동기의 일 단에 수직하게 결합되는 핀,

상기 구동기의 타 단에 결합되는 전원 입력부,

상기 구동기의 일 면에 설치되어 상기 핀을 통해 전달되는 압력을 측정하는 센서, 및

상기 센서에서 측정되는 압력 값과 설정 값을 비교하여 상기 전원 입력부로 공급되는 전류의 크기를 조절하는 제어부를 포함하는 촉감전달이 가능한 컴퓨터 마우스 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 끼움 홈은 상기 각 계단의 전면에 서로 어긋나게 배치되는 복수의 열로 형성되는 것을 특징으로 하는 촉감전달이 가능한 컴퓨터용 마우스 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 핀은 상기 계단의 상단으로 갈수록 상기 계단의 최 하단과 이루는 높이 차이만큼 짧아지는 것을 특징으로 하는 촉감전달이 가능한 컴퓨터용 마우스 시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 핀이 일정한 주파수로 진동되도록 상기 전원 입력부에 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 촉감전달이 가능한 컴퓨터용 마우스 시스템.
청구항 4에 있어서, 상기 핀의 진동 주파수 대역은 0.3 ~ 50 Hz 인 것을 특징으로 하는 촉감전달이 가능한 컴퓨터용 마우스 시스템.
화면에 표시되는 영상의 질감을 다수의 핀으로 이루어진 촉감 전달부를 통해 마우스를 파지한 사용자의 손에 전달하는 방법으로서,

a) 상기 화면에 표시되는 영상으로부터 상기 화면에 수직한 방향으로 표현되는 질감정보를 추출하는 단계,

b) 상기 질감정보를 토대로 상기 핀을 상하로 이동시켜 상기 마우스를 파지한 사용자의 손에 일정한 진동 주파수로 압력을 가하는 단계,

c) 상기 핀에 가해지는 압력을 측정하는 단계,

d) 상기 핀에 가해진 압력분포를 통해 형성되는 질감형태와 상기 질감정보를 비교하고 그 편차를 산출하는 단계, 및

e) 상기 편차를 토대로 상기 핀의 상하 이동 량을 보정하는 단계를 포함하는 마우스를 이용한 입체영상의 질감 전달 방법.