KR100887714B1 - Force feedback module using magnetic force, and electronic apparatuses having the module - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반력을 사용자에게 되먹임 하는 기술 또는 햅틱 기술에 관한 것으로, 보다 상세히는 자력의 조절을 통해 사용자가 터치 패드(예: 입력 버튼)에 인가하는 힘에 대향하여 방향제시가 가능한 반력 및 촉감을 제공하는 반력생성 모듈 및 이를 채용하는 전자장치에 관한 것이다.The present invention relates to a technology that feeds back reaction force to a user or a haptic technology, and more particularly, the reaction force and tactile feeling that can be directed against a force applied to a touch pad (for example, an input button) by adjusting a magnetic force. It provides a reaction force generating module and an electronic device employing the same.
햅틱 인터페이스(haptic interface)는 광의로는 가상환경과 촉각적 상호작용을 구현하는 시스템 전체를 일컫기도 하지만, 협의로는 사람에게 촉감을 전달하기 위한 물리적 장치(device)를 말하며, 통상적으로 햅틱 장치(haptic device)로 지칭되기도 한다.A haptic interface broadly refers to an entire system that embodies tactile interaction with a virtual environment, but a haptic interface refers to a physical device for conveying touch to a person. Also called haptic device.
정보전달을 위해서는 사람과 미디어 사이에 전달 매개체가 필요하며, 이들을 인터페이스라는 용어로 정의될 수 있다. 미디어와 인터페이스는 불가분의 관계에 있으며, 인터페이스는 인간의 오감에 의존하는 형태를 가질 수밖에 없다. 최근 공학 기술의 발전에 힘입어 시청각에만 의존하던 인터페이스 관련기술이 후각, 촉각을 활용하는 기술로 진화를 거듭하고 있다. 즉, 햅틱 장치는 촉감이라는 미디어를 위한 장치로서 주목을 받고 있다.Information delivery requires a media of communication between people and the media, and these can be defined in terms of interfaces. The media and the interface are inseparably related, and the interface has no choice but to depend on human senses. Recently, thanks to the development of engineering technology, interface-related technology, which only relies on audiovisual, is evolving into a technology that uses smell and touch. That is, the haptic device is attracting attention as a device for the media called tactile.
알려진 바와 같이, 햅틱 장치는 근육 또는 관절 등에 물리적인 힘을 전달해 주는 반력 제시 장치(force feedback device)와, 진동을 비롯하여 압력, 온도, 질감, 통증과 같은 피부 자극을 전달하는 촉감 장치(tactile device)로 분류되고 있다.As is known, haptic devices include force feedback devices that transmit physical forces to muscles or joints, and tactile devices that transmit vibrations and skin irritation such as pressure, temperature, texture, and pain. Are classified as
촉감 장치는 상기한 바와 같이 피부 자극을 통해 사용자에게 실체 물체의 질감과 같은 사실적인 힘을 구현하는 촉감 기술(tactile technology)을 갖추는 것이 관건이다. As described above, the tactile device is equipped with tactile technology that realizes a realistic force such as the texture of the real object to the user through skin stimulation as described above.
촉감 장치의 일례로서, 미국 특허출원공개 제2006/00125678A1호(이하, '678호'라 한다)에 개시되어 있다. 위 678호에 개시된 터치 디스플레이 장치는 터치 플레이트(touch plate)와, 터치 플레이트에 작동할 수 있도록 장착된 자성을 띤 복수개의 촉감 변경 구성요소(tactile sensation modification component)들과, 복수개의 코일(coil)들로 이루어져 있다. 촉감 변경 구성요소들은 코일에 인가되는 전류에 방향에 따라 진동되고, 터치플레이트의 진동에 의하여 사용자의 손 또는 손가락이 자극된다. 이에 따라 사용자는 스크린에 표시되는 물체의 촉감을 느낄 수 있다.As an example of a tactile device, it is disclosed in US Patent Application Publication No. 2006 / 00125678A1 (hereinafter referred to as '678'). The touch display device disclosed in 678 above includes a touch plate, a plurality of magnetic tactile sensation modification components mounted to operate on the touch plate, and a plurality of coils. It consists of The tactile change components vibrate in a direction to the current applied to the coil, and the user's hand or finger is stimulated by the vibration of the touch plate. Accordingly, the user may feel the touch of an object displayed on the screen.
그러나, 상술한 678호는 구성요소가 복잡할뿐더러 코일과 블레이드의 하면에 장착되는 전자기 장치의 점유 면적이 넓기 때문에 소형화의 한계가 있다. However, the above-mentioned 678 has a limitation in miniaturization because of its complicated components and the large occupied area of the electromagnetic device mounted on the lower surface of the coil and the blade.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 사용자에게 방향제시 관련 반력 및 촉감을 제공할 수 있는 반력생성 모듈을 제시한다.The present invention has been made in view of the above problems, and proposes a reaction force generation module that can provide a user with a reaction force and a touch related to aroma presentation.
또한, 본 발명은 종래에 비해 구성의 복잡도를 줄이고, 소형화를 이룰 수 있는 반력생성 모듈 및 이를 채용하는 전자장치를 장치를 제공한다.In addition, the present invention provides a reaction force generation module and an electronic device employing the same, which can reduce the complexity of the configuration and achieve miniaturization, as compared with the related art.
본 발명의 일 관점에 따른 반력생성 모듈은, 인접한 자석의 극성이 교번되도록 배열된 자석배열 베이스와, 자석배열 베이스의 각 사분면 상에 위치하며 해당 사분면 상의 어느 하나의 극성들을 차폐하도록 윈도우 배열을 형성한 차폐 스크린과, 차폐 스크린의 외측부에 고정되어 차폐 스크린을 자석배열 베이스의 상·하측 방향으로 이동시키는 선형 이동수단과, 차폐 스크린을 매개한 상태로 자석배열 베이스 상부에 위치하는 부유자석, 그리고 선형 이동수단을 제어하는 제어부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, a reaction force generating module includes a magnet array base arranged such that polarities of adjacent magnets are alternately formed, and a window array disposed on each quadrant of the magnet array base and shielding any one polarities on the quadrant. A shielding screen, a linear moving means fixed to an outer portion of the shielding screen to move the shielding screen up and down the magnet array base, a floating magnet positioned on the magnet array base via the shielding screen, and a linear It includes a control unit for controlling the moving means.
바람직하게 선형 이동수단은 고정자와, 고정자 일면에 수직하게 고정된 고정막대와, 고정막대를 따라 이동하며 외주면에 차폐 스크린의 측부를 삽입·고정하는 이동자를 구성할 수 있다.Preferably, the linear movement means may comprise a stator, a fixed rod fixed to one side of the stator, and a mover that moves along the fixed rod and inserts and fixes the side of the shielding screen to the outer circumferential surface.
본 발명의 일 관점에 따른 제어부는, 선형 이동수단을 통해 차폐 스크린의 이동거리를 윈도우의 크기로 제한한다. 또한, 제어부는, 사분면의 적어도 하나가 N극과 S극을 동시에 갖도록 선형 이동수단을 제어하여 차폐 스크린을 이동시킬 수 있다.The control unit according to an aspect of the present invention limits the movement distance of the shielding screen to the size of the window through the linear moving means. The control unit may move the shielding screen by controlling the linear moving unit so that at least one of the quadrants has the N pole and the S pole at the same time.
바람직하게 본 발명의 일 관점에 따른 반력생성 모듈은, 부유자석 상부에 결합되는 터치 패드와, 터치 패드의 이동범위를 제한하는 이동제한 판재를 더 구성할 수 있다.Preferably, the reaction force generating module according to an aspect of the present invention may further comprise a touch pad coupled to the upper side of the floating magnet and a movement limiting plate that limits the moving range of the touch pad.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 방향제시가 가능하고 역동적인 반력 및 촉감을 사용자에게 제공할 수 있다. 또한, 종래에 비해 구성의 복잡도를 줄일 수 있고, 나아가 소형화를 도모할 수 있다.According to the present invention as described above, it is possible to present a direction and provide a dynamic reaction force and touch to the user. In addition, compared with the related art, the complexity of the configuration can be reduced, and further miniaturization can be achieved.
도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 자력을 이용한 반력생성 모듈에 대한 구성도이다. 설명의 편의상 도 1의 미설명 부호 'F'가 가리키는 방향을 반력생성 모듈(100)의 상측 방향을 나타내는 것으로 설정한다. 또한, 본 명세서에는 사분면(quadrant)이란 용어를 이용한다. 이때 '사분면'은 상기 상측 방향(F)을 기준으로 하여 반력생성 모듈(100)을 평면상에서 우상(right-top)을 제1 사분면이라 하고 반시계 방향으로 좌상(left-top)을 제2 사분면, 좌하(left-bottom)를 제3 사분면, 그리고 우하(right-bottom)를 제4 사분면이라 칭한다.1 and 2 is a block diagram of a reaction force generating module using a magnetic force according to a preferred embodiment of the present invention. For convenience of description, the direction indicated by the reference numeral 'F' of FIG. 1 is set to indicate the upper direction of the reaction
도시된 바와 같이 반력생성 모듈(100)은, 크게 자석배열 베이스(110)와, 자석배열 베이스 상부의 제1 내지 제4 사분면 각각에 위치하는 차폐 스크린(120a, 120b, 120c, 120d)과, 차폐 스크린을 자석배열 베이스의 상·하측 방향으로 이동시키는 선형 이동수단(130a, 130b, 130c, 130d)과, 차폐 스크린을 매개로 자석배열 베이스 위에 위치하는 부유자석(140)과, 부유자석 상부에 결합되는 터치 패드(150)와, 터치 패드의 이동범위를 제한하는 이동제한 판재(160), 및 선형 이동수단의 이동을 제어하는 제어부(170)(도 11 참조)를 포함한다.As shown, the reaction
보다 구체적으로, 자석배열 베이스(110)는 도 3에 보인바와 같이, 다수의 자석으로 이루어지되 인접하는 자석(112a, 112b)의 극성(polar)이 교번되도록 배열(112)되어 있다. More specifically, as shown in FIG. 3, the
차폐 스크린(120a, 120b, 120c, 120d)은 상기한 바와 같이 자석배열 베이스(110)의 각 사분면에 위치하며, 해당 사분면 상의 어느 하나의 극성들을 차폐 또는 개방한다. 이와 같이 극성의 선택적 차폐를 위해 차폐 스크린은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 복수개의 개방된 윈도우(122a, 122b) 배열(122)(이하, '윈도우 배열')을 마련한다. The
첨부도면 도 5는 선형 이동수단(130a, 130b, 130c, 130d)을 도시하고 있다. 선형 이동수단은 차폐 스크린(120a, 120b, 120c, 120d)의 외측부에 고정되어, 차폐 스크린을 자석배열 베이스(100)의 상·하측 방향으로 이동시킨다. 도 5에서는 선형 이동수단을 개략적으로 나타내었으나, 본 발명자가 선형 이동수단에 가장 적합하다고 생각한 예로서, '리니어 액츄에이터(linear actuator)'를 적용할 수 있다.5 shows the linear moving means 130a, 130b, 130c and 130d. The linear moving means is fixed to the outer side of the
첨부도면 도 6은 '리니어 액츄에이터'로 설정된 선형 이동수단을 예시하고 있다. 구체적으로 선형 이동수단은 고정자(132)와, 이 고정자 일면의 중심에 수직하게 고정된 고정막대(134)와, 이 고정막대를 중앙에 삽입하여 고정막대를 따라 이동하는 원통형의 이동자(136)를 구성한다. 이동자(136)의 외주면에는 상기한 차폐 스크린의 외측부를 도 7과 같이 삽입·고정하는 홈(36)이 형성되어 있다. FIG. 6 illustrates a linear movement means set as a 'linear actuator'. Specifically, the linear moving means includes a
참고적으로 차폐 스크린의 이동거리는 윈도우의 크기(도 4의 미설명 부호 'd')로 제한되는 것이 바람직하다.For reference, the moving distance of the shielding screen is preferably limited to the size of the window (not shown 'd' in FIG. 4).
한편, 부유자석(140)은 도 8과 같이 원반형의 형태를 취한 영구자석이다. 물론, 본 실시형태의 부유자석은 원반형 형상에 한정되는 것은 아니다. 이 부유자석(140)은 상기한 차폐 스크린을 매개(사이에 끼고)로 자석배열 베이스(110) 위에 위치한다. 이러한 부유자석(140) 상부에는 터치 패드(150)가 결합되어(도 9 참조), 부유자석(140)의 움직임에 따라 터치 패드(150)가 추동하는 것이다.On the other hand, the
첨부도면 도 9를 참조하면, 터치 패드(150)는 소정의 이동범위로 제한시킬 필요가 있다. 터치 패드(150)의 최대 이동범위는 자석배열 베이스(110)의 면적 내이다. 이러한 이동범위 제한을 위해, 터치 패드(150)는 판상의 지지부재(152)와 이 지지부재의 중앙에 위치한 돌출부재(154)를 구성한다. 즉, 지지부재(152)와 돌출부재(154)는 소정의 높이의 단차를 형성한다. 9, the
이러한 터치 패드(150)는 도 10에 도시된 바와 같은 이동제한 판재(160)에 의해 이동범위 제한이 구현되는데, 이동제한 판재(160)는 터치 패드(150) 상부에 위치하며, 중앙에 관통 홀(162)을 형성하고 있다. 터치 패드(150)의 돌출부재(154)가 관통 홀(162)의 하부를 통해 삽입되면, 관통 홀(162)은 내경 범위 내에서만 이동 가능케 된다. 이때, 터치 패드(150)가 상기한 이동제한 판재(160)를 이탈하지 못하도록 하기 위해, 터치 패드(150)의 지지부재(152)의 직경은 상기 관통 홀(162)보다 커야 한다.The
본 실시형태에서 터치 패드(150) 및 이동제한 판재(160)는 전자장치, 예컨대 휴대용 게임기, 휴대폰, 시각 장애자를 위한 방향제시 장치 등의 전자장치의 구성요소로 이해해도 무방하다. 즉, 본 실시형태에서 개시하고 있는 반력생성 모듈(100)의 기술적 기본개념과 이를 구현하는 기본구성은, 자석배열 베이스(110), 차폐 스크린(120a, 120b, 120c, 120d), 선형 이동수단(130a, 130b, 130c, 130d), 부유자석(140), 그리고 후술되는 제어부(170)이다.In the present embodiment, the
한편, 반력발생 모듈(100)의 제어부(170)는 도 11에 나타낸 바와 같이, 선형 이동수단(130a, 130b, 130c, 130d)을 제어함으로써, 차폐 스크린(120a, 120b, 120c, 120d)의 상·하측 방향 이동을 제어한다. Meanwhile, as shown in FIG. 11, the
이하, 제어부(170)의 제어에 따라 본 발명이 목적으로 하는 방향제시 관련 촉감 및 반력이 어떠한 양태로 생성되는지에 관하여 몇 가지 예를 들어본다. 설명에 앞서, 터치 패드(150)에 결합된 부유자석(140)의 하부면은 N극을 띠고 있는 것으로 상정한다.Hereinafter, some examples will be described regarding how the present invention-related tactile feel and reaction force are generated under the control of the
먼저, 도 12는 제어부(170)가 제1 사분면의 선형 이동수단(130a)을 구동하여, 자석배열 베이스(110)의 제1 사분면의 N극이 차폐되도록 제1 사분면의 차폐 스크린(120a)을 이동시킨 상태이다. 그러면 터치 패드(150)가 제1 사분면 방향으로 이동한다.First, FIG. 12 illustrates that the
도 13은 자석배열 베이스(110)의 제3 사분면의 N극이 차폐된 상태를 예시하고 있다. 이와 같은 상태에서는 터치 패드(150)가 제3 사분면 방향으로 이동한다.FIG. 13 illustrates a state in which the N pole of the third quadrant of the
만약, 제어부(170)가 도 12 및 도 13과 같은 상태가 되도록 반복적으로 제어 하면 대각선 방향의 진동(vibration)이 구현될 수 있다.If the
도 14는 자석배열 베이스(110)의 모든 사분면의 S극이 차폐된 상태를 예시하고 있다. 이러한 상태는 사용자가 손가락을 터치 패드(150)에 접촉한 상태에서 자유자재로 터치 패드(150)를 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 사용자가 터치 패드를 문지르는 동작을 할 경우, 미끌미끌한 느낌을 받게 되는 것이다(도 15 참조). FIG. 14 illustrates a state in which the S poles of all quadrants of the
상기 문지를 때 사용자가 받는 느낌(촉감)은, 부유자석(140)과 차폐 스크린(120a, 120b, 120c, 120d) 간의 마찰력의 크기로 조절될 수 있다. 다시 말해, 도 14와 같이 부유자석(140)이 차폐 스크린으로부터 완전히 부유(floating)된 상태에서는 마찰력이 거의 없는 것으로 사용자가 느끼게 되는 반면에, 도 16과 같이 자석배열 베이스(110)의 모든 사분면의 N극이 차폐되면, 차폐 스크린 상부에는 자석배열 베이스의 S극이 개방되고 따라서 차폐 스크린의 윈도우 사이로 노출된 자석배열 베이스의 S극과 부유자석(140)의 N극 사이에 발생된 인력에 의해 차폐 스크린에 접촉된다. 이 상태에서는 자연히 마찰력의 크기가 최대로 되어, 사용자로 하여금 뻑뻑한 느낌을 제시한다. 또한, 도 17에 예시된 바와 같이 자석배열 베이스(110)의 모든 사분면이 N극과 S극을 동시에 갖도록 차폐되면, 사용자가 터치 패드(150)를 문지를 때 미끌미끌함과 뻑뻑함의 중간적인 느낌을 받게 된다.The feeling (feel) received by the user during the rubbing may be adjusted by the magnitude of the friction force between the floating
이상 살펴본 바와 같이, 본 실시형태의 반력생성 모듈(100)은 다양한 촉감 및 방향제시 가능한 반력을 사용자에게 제공할 수 있다.As described above, the reaction
도 18은 상술한 반력생성 모듈(100)을 채용하는 전자장치(200)를 예시하고 있다. 여기서, 반력생성 모듈(100)의 제어부(170)는 전자장치(200)의 중앙제어 부(210)에 종속적이거나, 중앙제어부(210)가 상기 제어부(170)의 기능을 전담하도록 변형 실시될 수 있다.18 illustrates an
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.As described above and described with reference to a preferred embodiment for illustrating the technical idea of the present invention, the present invention is not limited to the configuration and operation as shown and described as described above, it is a deviation from the scope of the technical idea It will be understood by those skilled in the art that many modifications and variations can be made to the invention without departing from the scope of the invention. Accordingly, all such suitable changes and modifications and equivalents should be considered to be within the scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 반력생성 모듈에 대한 개략적 구성도,1 is a schematic block diagram of a reaction force generating module according to a preferred embodiment of the present invention,
도 2는 도 1의 반력생성 모듈에 대한 분해 사시도,Figure 2 is an exploded perspective view of the reaction force generating module of Figure 1,
도 3은 도 2의 자석배열 베이스에 대한 세부 구성도,3 is a detailed configuration diagram of the magnet array base of FIG. 2;
도 4는 도 2의 차폐 스크린에 대한 세부 구성도,4 is a detailed configuration diagram of the shielding screen of FIG.
도 5는 도 2의 선형 이동수단에 대한 개략적 구성도,5 is a schematic configuration diagram of a linear moving means of FIG.
도 6 및 도 7은 도 2의 선형 이동수단에 대한 예시도,6 and 7 are exemplary views of the linear movement means of FIG.
도 8은 도 2의 부유자석에 대한 구성도,8 is a block diagram of the floating magnet of FIG.
도 9는 도 2의 부유자석과 터치 패드의 결합 상태를 보인 예시도,9 is an exemplary view illustrating a coupling state of a floating magnet and a touch pad of FIG. 2;
도 10은 도 2의 이동제한 판재에 대한 구성도,FIG. 10 is a configuration diagram of the movement limiting plate of FIG. 2; FIG.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 제어부를 보인 개략적 구성도,11 is a schematic block diagram showing a control unit according to a preferred embodiment of the present invention;
도 12 내지 도 17은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 제어부의 제어 양태를 보인 예시도,12 to 17 is an exemplary view showing a control aspect of the control unit according to a preferred embodiment of the present invention;
도 18은 본 발명의 반력생성 모듈을 채용한 전자장치를 보인 개략적 구성도.18 is a schematic diagram showing an electronic device employing the reaction force generating module of the present invention.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ** ** Description of symbols for the main parts of the drawing **
100 : 반력생성 모듈 110 : 자석배열 베이스100: reaction force generating module 110: magnet array base
120a, 120b, 120c, 120d : 차폐 스크린120a, 120b, 120c, 120d: shielded screen
130a, 130b, 130c, 130d : 선형 이동수단130a, 130b, 130c, 130d: linear vehicle
140 : 부유자석 150 : 터치 패드140: floating magnet 150: touch pad
160 : 이동제한 판재 170 : 제어부160: movement restriction plate 170: control unit
200 : 전자장치 210 : 중앙제어부200: electronic device 210: central control unit
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