KR100930555B1

KR100930555B1 - 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈 및 이를 구비한 전자장치

Info

Publication number: KR100930555B1
Application number: KR1020080096200A
Authority: KR
Inventors: 양태헌; 권동수; 김승찬; 한병길
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2009-12-09

Abstract

본 발명은 사용자의 조작에 따라 다양한 종류의 충격진동을 전달함에 따라 사용자의 조작 사실을 충격진동을 통해 촉감적으로 느낄 수 있도록 하는 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈 및 이를 구비한 전자장치에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명의 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈은, 공급되는 전기에너지를 운동에너지로 변환하기 위한 운동변환수단, 상기 운동변환수단으로부터 변환된 운동에너지를 전달받아 상방운동력을 제공받는 운동수단을 포함하는 액추에이터; 상기 액추에이터를 수용하는 케이싱, 상기 운동수단이 상방운동한 상태에서 상기 운동수단을 초기위치로 탄성복원시키기 위해 상기 케이싱의 내벽면으로부터 연장되어 그 단부가 상기 운동수단과 연결된 탄성부재를 포함하는 탄성제공부; 및 상기 운동수단이 상방운동 시 상기 운동수단과의 상호인력에 의해 상기 운동수단의 상방운동을 보조함과 동시에 상기 운동수단의 일측과 부딪쳐 충격진동을 발생함에 따라 사용자에게 햅틱 피드백을 전달하는 충격운동보조부;를 포함하여 구성될 수 있고, 본 발명의 전자장치는 상술한 구성의 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈이 구비된다.

충격진동, 햅틱, 피드백, 액추에이터, 탄성

Description

충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈 및 이를 구비한 전자장치{Module providing haptic feedback using impact vibration and electronic apparatus having the same}

본 발명은 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈 및 이를 구비한 전자장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사용자가 전자장치를 사용하는 경우에 사용자의 조작에 따라 사용자에게 다양한 종류의 충격진동을 전달함에 따라 사용자의 조작 사실을 충격진동을 통해 촉감적으로 느낄 수 있도록 하는 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈 및 이를 구비한 전자장치에 관한 것이다.

휴대폰으로 결제를 하고, TV를 시청하고, 인터넷을 사용하는 등의 모습은 우리 주변에서 쉽게 찾아 볼 수 있다.

한편, 장소의 제한 없이 인터넷을 쉽게 접속할 수 있게 됨에 따라, 사용자들은 더 이상 제한된 데스크톱 컴퓨터에만 의존하지 않고, PDA, 핸드폰 등의 모바일장치를 통해 언제, 어디에서나 원하는 정보를 얻으려 하고 있다.

이러한 사실은 시공간적 한계를 뛰어 넘어 모든 곳에 정보가 편재되어 있는 '유비쿼터스(Ubiquitous) 시대'로 접어들고 있음을 보여준다.

이와 같은 유비쿼터스 시대에 대응할 수 있는 유비쿼터스 장치(또는 U-단말기)를 개발하는 것은 유비쿼터스 네트워크(Ubiquitous Network), 즉, 언제 어디서나 컴퓨터에 연결될 수 있는 네트워킹 환경을 이용한 사회시스템의 보급을 촉진하는 원동력이 될 수 있으며, 국민의 대다수가 사회시스템의 시장이 더욱 용이하게 출현할 수 있도록 한다.

유비쿼터스 네트워크 환경을 통해 전달된 다양한 정보를 모바일장치에서 사용자에게 효과적으로 전달하기 위해선 사람의 오감을 통해 전달하여야 하지만, 우리가 이제까지 접할 수 있는 모바일장치는 인간의 다섯 가지 감각 중 주로 시각과 청각에 의존해왔다.

하지만, 최근 들어 시각, 청각과 함께 또 하나의 매우 중요한 감각인 촉감을 전달하는 기술에 대한 연구가 활발해지고 있으며, 이러한 촉감을 이용하는 장치를 햅틱 장치라고 한다.

햅틱 장치(Haptic Device)는 가상현실, 시뮬레이션(Simulation), 착용용 컴퓨터(Wearable Computers), 로보틱스(Robotics), 의료용 등 다양한 분야에 활용되고 있으며, 햅틱인터페이스(Haptic Interface)라고도 한다.

이러한 햅틱 장치는 근육, 관절에 물리적인 힘을 전달해 주는 힘반력장치(Force Feedback Device)와, 피부에 내재되어 있는 기계수용체(Mechano Receptor)를 통하여 질감, 온도, 압력, 진동, 통증 등과 같은 피부 자극을 전달하는 촉감장치(또는 촉감제시장치(Tactile Display))로 구분된다.

여기서, 촉감장치는 피부 자극에 의하여 사용자에게 실제 물체의 질감과 같 은 사실적인 힘(Realistic Force)을 구현하는 촉감기술(Tactile Technology)을 구비하는 것이 중요하다.

최근 들어, 전자장치, 예컨대, 핸드폰과 같은 전자장치는 SKT사의 "3G+"나 KTF사의 "SHOW"와 같이 청각적인 정보뿐만 아니라 시각적인 정보까지 전달하게 되었으며, 이처럼 시각적인 정보를 전달하기 때문에 사용자들은 좀더 커다란 디스플레이를 요구하게 되었고, 이에 따라 "햅틱폰, 터치웹폰" 등과 같이 조작 버튼이 없이 전면이 터치스크린 형태로 구성되는 핸드폰으로 바뀌어 가고 있다.

종래의 핸드폰과 같은 전자장치에 구비된 조작 버튼이 없어짐에 따라 사용자들은 터치스크린만을 이용하여 핸드폰을 조작하게 되었고, 이에 따른 단점으로는 사용자가 터치스크린을 조작 시 자신이 터치스크린을 터치하여 조작이 제대로 이루어졌는지를 인식하기 힘들게 되었고, 이로 인한 터치스크린의 오조작 발생률이 높아지게 되었다.

상술한 바와 같은 단점을 극복하기 위해 터치스크린이 터치되어 조작이 이루어진 경우에 진동모터가 구동되어 진동을 발생하거나 터치스크린 화면 자체가 떨림 동작하는 등의 접근이 시도되고 있다.

그러나 터치스크린의 조작 시 진동모터가 구동되어 진동을 발생하는 경우에는 사용자로 하여금 진동 느낌이 깔끔하지 못하고, 진동의 종류를 한가지로만 구현할 수밖에 없다는 단점이 있으며, 핸드폰 전체가 흔들리게 되어 오조작을 일으킬 수 있다는 문제점이 있다.

또한, 터치스크린의 조작 시 터치스크린 화면 자체가 떨리는 것은 사용자로 하여금 핸드폰을 조작하는 데 있어 혼란을 일으킬 수 있고, 화면이 떨림으로 인한 눈의 피로감이 증대되는 문제점이 있다.

현재의 진동을 이용한 햅틱피드백의 가장 큰 문제점은 진동모터의 응답속도(response rate)가 느려, 사용자의 터치스크린 조작에 따라 즉각적인 햅틱 피드백을 제공하지 못하여, 사용성이 떨어지며 햅틱피드백을 추가함으로 오히려 사용자가 불편하게 느끼는 것이다.

그래서 응답속도가 빠른 리니어 진동모터를 개발하는 등 진동모터의 응답속도를 개선하려는 많은 시도가 있었다. 하지만 소형 모터에서 기계적 진동을 생성하기 위해선 구조상 일정시간 이상의 작동시간이 필요함으로 그 한계가 있다.

그러므로 개념을 바꾸어 진동외의 다른 기계적 피드백으로 햅틱피드백을 주는 방법이 필요하다.

그래서 본 발명에서는 충격량을 이용하여 진동에 비해 응답속도가 굉장히 빠른 충격량을 이용한 햅틱피드백을 제공해 주기 위한 액츄에이터를 소개한다.

응답속도가 빠르면 자극을 짧은 시간 동안만 줄 수 있어, 짧은 시간안에 여러 자극을 규칙, 불규칙적으로 빠르게, 느리게 줄 수 있어 사용자에게 다양한 햅틱피드백을 제공할 수 있다.

상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 사용자가 전자장치를 사용하는 경우에 사용자의 조작에 따라 사용자에게 응답속도가 빠른 다양한 종류의 충격진동을 전달함에 따라 사용자의 조작 사실을 충격진동을 통해 조작의 결과를 촉감적으로 느낄 수 있도록 하는 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈 및 이를 구비한 전자장치를 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈은, 공급되는 전기에너지를 운동에너지로 변환하기 위한 운동변환수단, 상기 운동변환수단으로부터 변환된 운동에너지를 전달받아 상방운동력을 제공받는 운동수단을 포함하는 액추에이터; 상기 액추에이터를 수용하는 케이싱, 상기 운동수단이 상방운동한 상태에서 상기 운동수단을 초기위치로 탄성복원시키기 위해 상기 케이싱의 내벽면으로부터 연장되어 그 단부가 상기 운동수단과 연결된 탄성부재를 포함하는 탄성제공부; 및 상기 운동수단이 상방운동 시 상기 운동수단과의 상호인력에 의해 상기 운동수단의 상방운동을 보조함과 동시에 상기 운동수단의 일측과 부딪쳐 충격진동을 발생함에 따라 사용자에게 햅틱 피드백을 전달하는 충격운동보조부;를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 액추에이터의 운동수단은, 상기 탄성부재의 단부 일측에 구비되어 상기 케이싱의 내측 공간에 상하운동 가능하게 설치된 작동영구자석과, 상기 탄성부재의 단부 타측에 구비되어 상기 충격운동보조부와 부딪쳐 충격진동을 발생하는 충격접촉자를 포함하여 구성되고, 상기 액추에이터의 운동변환수단은, 상기 케이싱의 저면에 설치되되, 전류 미인가 시 상기 작동영구자석이 하방운동되어 상기 충격접촉자가 몰입되게 하고, 전류 인가 시 상기 작동영구자석이 상방운동되어 상기 충격접촉자가 상기 충격운동보조부와 부딪쳐 충격진동을 발생시키는 전자기력발생수단;을 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 전자기력발생수단은 보빈리스 솔레노이드로 구성되고, 상기 작동영구자석은 상기 보빈리스 솔레노이드의 중심축선 상에 자유이동 가능하게 설치될 수 있다.

여기서, 상기 탄성부재는, 상기 케이싱의 저면으로부터 연장되어 소정의 절곡구간을 갖는 베이스플레이트, 상기 베이스플레이트로부터 연장되어 그 단부가 상기 운동수단과 연결되는 연결플레이트를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 충격운동보조부는, 상기 운동수단의 일측과 간극이 형성되도록 상기 케이싱의 상면에 고정설치된 영구자석으로 구성할 수 있다.

여기서, 상기 운동변환수단에 공급되는 전기에너지는 PWM전류로 구성할 수 있다.

여기서, 상기 운동수단과 상기 충격운동보조부 간의 상호인력은 상기 탄성부재가 상기 운동수단을 초기위치로 탄성복원시키는 탄성복원력보다 작은 것이 바람직하다.

여기서, 상기 운동수단과 상기 충격운동보조부 간의 상호인력과 상기 운동변 환수단에 의한 상기 운동수단의 상방운동력의 합은 상기 탄성부재가 상기 운동수단을 초기위치로 탄성복원시키는 탄성복원력보다 큰 것이 바람직하다.

한편, 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 전자장치는, 상술한 구성의 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈이 구비된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 전자장치는, 터치플레이트; 상기 터치플레이트의 일측에 구비된 제1충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈; 상기 전자장치의 하부에 구비된 제2충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈;을 포함하여 구성될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 사용자가 전자장치를 사용하는 경우에 사용자의 조작에 따라 사용자에게 다양한 종류의 충격진동을 전달함에 따라 사용자의 조작 사실을 충격진동을 통해 조작의 결과를 촉감적으로 느낄 수 있다는 이점이 있다.

또한, 조작이 올바르게 이루어졌는지 여부에 따라 충격진동의 종류를 다르게 설정함으로써, 오조작을 방지할 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 바람직한 실시예를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하도록 한다.

본 실시예에 따른 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈은, 크게, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 액추에이터(100), 탄성제공부(200), 충격운동보조 부(300)를 포함하여 구성된다.

상기 액추에이터(100)는 운동변환수단(110)과 운동수단(120)으로 구성된다. 상기 운동변환수단(110)은 전자장치(10)로부터 공급되는 전기에너지를 운동에너지로 변환하기 위한 부분이고, 상기 운동수단(120)은 운동변환수단(110)으로부터 변환된 운동에너지를 전달받아 상방운동력을 제공받는 부분이다.

상기 탄성제공부(200)는 케이싱(210)과 탄성부재(220)로 구성된다. 상기 케이싱(210)은 상기 액추에이터(100)를 수용하기 위한 부분이고, 상기 탄성부재(220)는 상기 운동수단(120)이 상방운동한 상태에서 상기 운동수단(120)을 초기위치로 탄성복원시키기 위해 상기 케이싱(210)의 내벽면으로부터 연장되어 그 단부가 상기 운동수단(120)과 연결된 부분이다.

상기 충격운동보조부(300)는 상기 운동수단(120)이 상방운동 시 상기 운동수단(120)과의 상호인력에 의해 상기 운동수단(120)의 상방운동을 보조함과 동시에 상기 운동수단(120)의 일측과 부딪쳐 충격진동을 발생함에 따라 사용자에게 햅틱 피드백을 전달하는 부분이다.

먼저, 액추에이터(100)에 대하여 설명하도록 한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 액추에이터(100)는 전자장치(도 6의 10)로부터 공급되는 전기에너지를 운동에너지로 변환하기 위한 운동변환수단(110), 상기 운동변환수단(110)으로부터 변환된 운동에너지를 전달받아 상방운동력을 제공받는 운동수단(120)을 포함하여 구성된다.

상기 액추에이터(100)의 운동수단(120)은, 상기 탄성제공부(200)의 탄성부재(220) 단부 일측에 구비되어 케이싱(210)의 내측 공간에 상하운동 가능하게 설치된 작동영구자석(122)과, 상기 탄성부재(220)의 단부 타측에 구비되어 상기 충격운동보조부(300)와 부딪쳐 충격진동을 발생하는 충격접촉자(124)를 포함하여 구성된다.

상기 액추에이터(100)의 운동변환수단(110)은, 상기 케이싱(210)의 저면에 설치되되, 전류 미인가 시 상기 작동영구자석(122)이 하방운동되어 상기 충격접촉자(124)가 몰입되게 하고, 전류 인가 시 자화되어 상기 작동영구자석(122)이 상방운동되게 함으로써 상기 충격접촉자(124)가 상기 충격운동보조부(300)와 부딪쳐 충격진동을 발생시키며, 전자기력발생수단으로 구성될 수 있다.

이때, 상기 전자기력발생수단은 보빈리스(bobbinless) 솔레노이드로 구성될 수 있고, 상기 작동영구자석(122)은 상기 보빈리스 솔레노이드의 중심축선 상에 자유이동 가능하도록 상기 탄성부재(220)의 단부 일측에 구비된다.

예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 보빈리스 솔레노이드에 전류가 미인가되는 경우에는 보빈리스 솔레노이드는 자화되지 않고, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 보빈리스 솔레노이드에 전류가 인가되는 경우에 상부가 N극이 되고, 하부가 S극이 되도록 자화된다. 이러한 자력의 방향은 임의대로 변경하여 적용할 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 작동영구자석(122)의 자력은 상기 운동변환수단(110)이 자화된 상태에서의 자력방향과 동일한 방향이 되도록 배열되며, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 운동변환수단(110)의 상부가 N극, 하부가 S극이 되도록 자화된다면 작동영구자석(122)도 상부가 N극, 하부가 S극이 되도록 상하배열되는 것이다.

상술한 바와 같이, 상기 운동변환수단(110)과 상기 작동영구자석(122)이 상호배열된 상태에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 운동변환수단(110)에 전류가 미인가되면 작동영구자석(122)은 상기 탄성부재(220)의 단부에 연결된 초기상태의 위치에 위치되고, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 운동변환수단(110)에 전류가 인가되면 작동영구자석(122)은 상기 운동변환수단(110)의 자력에 의해 상방운동력을 제공받게 된다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 운동변환수단(110)의 상부가 N극, 하부가 S극이 되도록 자화되면, 상기 운동변환수단(110)의 상부(N극)와 상기 작동영구자석(122)의 상부(N극) 간의 반발력 및 상기 운동변환수단(110)의 하부(S극)와 상기 작동영구자석(122)의 하부(S극) 간의 반발력이 작용하며, 상세하게는, 상기 운동변환수단(110)의 상부(N극)가 상기 작동영구자석(122)의 상부(N극)를 상방으로 밀어올리고, 상기 운동변환수단(110)의 하부(S극)가 상기 작동영구자석(122)의 하부(S극)를 상방으로 밀어올리게 되어 상기 작동영구자석(122)이 상방으로 이동하게 되는 것이다.

이와 같이, 상기 작동영구자석(122)이 상방으로 이동할 시 후술하게 될 충격운동보조부(300)가 상기 작동영구자석(122)의 상방운동을 보조하게 되며, 이에 대해서는 충격운동보조부(300)에 대한 설명 시 상세히 설명하도록 한다.

상술한 바와 같이, 상기 탄성부재(220)의 단부 일측에 구비된 상기 작동영구 자석(122)이 상방으로 이동하게 되면, 상기 탄성부재(220)의 단부 타측에 구비된 충격접촉자(124)가 충격운동보조부(300)와 부딪쳐 충격진동을 발생하게 된다.

한편, 상기 운동변환수단(110), 즉, 운동변환수단(110)에 공급되는 전기에너지는 PWM전류이며, 이와 관련하여 상기 작동영구자석(122)의 상방운동에 대해 상세게 설명하면 다음과 같다.

운동변환수단(110)에 공급되는 전기에너지가 PWM전류로서, 도 4와 같은 단위전류를 갖는다면, 펄스주기가 점차 짧아지는 "a" 구간에서는 탄성부재(220)에 지지된 운동수단(120)의 상하진동이 발생하여 그 진동의 크기가 점점 증가하게 된다.

한편, 펄스주기가 가장 짧은 "b" 구간에서는 운동수단(120)의 상하진동이 최대인 상태가 되고, 이때, 상기 탄성부재(220)의 단부 타측에 구비된 충격접촉자(124)가 충격운동보조부(300)와 부딪쳐 충격진동을 발생하게 된다.

그리고 펄스주기가 점차 길어지는 "c" 구간에서는 탄성부재(220)에 지지된 운동수단(120)의 상하진동이 점차 줄어들게 되어 초기위치에 가깝게 복귀된다.

상술한 바와 같은 단위전류를 도 5에 도시된 바와 같이 연속적으로 운동변환수단(110)에 공급하면, 펄스주기가 가장 짧은 구간에서만 충격진동이 발생하게 된다. 이와 같이, 운동변환수단(110)에 공급되는 전기에너지를 PWM전류로 사용하면, 저전력으로 충격진동을 발생시킬 수 있으므로 간편하게 소형화할 수 있다.

상기에서는 동일한 단위전류를 연속적으로 공급하였지만, 서로 다른 종류의 단위전류를 연속적으로 공급하게 되면 다양한 형태의 충격진동을 발생시킬 수 있게 된다. 또한, 전류소모를 줄이기 위한 PWM전류 이외에도 ON-OFF전류를 운동변환수 단(110)에 공급하여 ON전류 시 상기 작동영구자석(122)이 진동 없이 한번에 상방이동되어 상기 충격접촉자(124)가 충격운동보조부(300)와 부딪쳐 충격진동을 발생하고, OFF전류 시 상기 작동영구자석(122)이 초기위치에 복귀되는 방식도 가능하다.

상술한 바와 같이, 운동변환수단(110)으로 이루어진 운동변환수단(110)과 작동영구자석(122)의 사이에 발생하는 상호 척력에 의해 상기 충격접촉자(124)가 상방으로 이동하여 상기 충격운동보조부(300)와 부딪쳐 충격진동을 발생시킬 수 있다.

다음으로, 탄성제공부(200)에 대하여 설명하도록 한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 탄성제공부(200)는 상기 액추에이터(100)를 수용하는 케이싱(210), 상기 운동수단(120)이 상방운동한 상태에서 상기 운동수단(120)을 초기위치로 탄성복원시키기 위해 상기 케이싱(210)의 내벽면으로부터 연장되어 그 단부가 상기 운동수단(120)과 연결된 탄성부재(220)를 포함하여 구성된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 케이싱(210)은 정면이 개구된 부분과 정면을 폐쇄하기 위한 부분으로 분리되어 구성될 수 있으며, 상기 두 부분이 결합된 상태에서 내부공간에 상기 액추에이터(100)를 수용하게 된다. 이와 같이, 케이싱(210)이 분리되어 구성되는 방식은 편의에 따라 설계변경하여 사용할 수 있다.

한편, 상기 케이싱(210)은 상술한 액추에이터(100)를 수용하는 것 이외에도 상기 케이싱(210)의 저면으로부터 연장되어 설치된 탄성부재(220) 및 후술하게 될 충격운동보조부(300)를 수용하며 이에 대해서는 탄성부재(220), 충격운동보조부(300)를 설명 시 상세히 하도록 한다.

상기 탄성부재(220)는 상기 케이싱(210)의 저면으로부터 연장되어 소정의 절곡구간(222a)을 갖는 베이스플레이트(222), 상기 베이스플레이트(222)로부터 연장되어 그 단부가 상기 운동수단(120)과 연결되는 연결플레이트(224)를 포함하여 이루어진다.

상기 탄성부재(220)는 상기 운동수단(120)의 운동방향에 대해 반대방향의 탄성복원력을 제공하기 위한 부분으로서, 운동수단(120)이 상방으로 이동한 경우에는 하방으로의 탄성복원력을 제공하고, 운동수단(120)이 하방으로 이동한 경우에는 상방으로의 탄성복원력을 제공할 수 있으며, 예컨대, 상기 운동변환수단(110)에 전기에너지가 공급되어 상기 운동수단(120)이 상방운동한 상태에서 상기 운동변환수단(110)에 공급되는 전기에너지가 차단되면, 상기 운동수단(120)이 초기위치로 탄성복원될 수 있도록 탄성복원력을 제공한다.

이러한 베이스플레이트(222)의 절곡구간(222a)은 소정의 경사를 갖는 경사면으로 이루어질 수 있으며, 이외에도 "S" 자 형태로 절곡된 형상이거나 지그재그(zigzag) 형태로 절곡된 형상으로 형성될 수 있으며, 이 외에도 탄성복원력을 증가할 수 있는 형태라면 선택하여 사용할 수 있음은 물론이다.

상기 연결플레이트(224)는 상기 베이스플레이트(222)와 운동수단(120)을 연결하는 부분으로서, 운동수단(120)의 상방 또는 하방으로의 이동 움직임에 따른 운동수단(120)의 이동 움직임을 상기 베이스플레이트(222)에 전달할 수 있도록 한다.

상술한 바와 같은 탄성제공부(200)는 운동변환수단(110)에 의해 운동수단(120)이 상방운동한 상태에서 상기 운동변환수단(110)에 공급되는 전기에너지가 차단되면 상기 운동수단(120)이 초기위치로 탄성복원되도록 탄성복원력을 제공하게 된다.

다음으로, 충격운동보조부(300)에 대하여 설명하도록 한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 충격운동보조부(300)는 상기 운동수단(120)이 상방운동 시 상기 운동수단(120)과의 상호인력에 의해 상기 운동수단(120)의 상방운동을 보조함과 동시에 상기 운동수단(120)의 일측과 부딪쳐 충격진동을 발생함에 따라 사용자에게 햅틱 피드백을 전달하는 부분으로서, 상기 충격운동보조부(300)는 상기 운동수단(120)의 일측과 간극이 형성되도록 상기 케이싱(210)의 내면 상측에 고정설치된 영구자석으로 구성할 수 있다.

이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 충격운동보조부(300)는 작동영구자석(122)의 극 배열과 반대의 배열을 갖도록 배치되며, 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 작동영구자석(122)의 상부가 N극, 하부가 S극이 되도록 배열된다면 충격운동보조부(300)의 상부는 S극, 하부는 N극이 되도록 상하배열된다.

상술한 바와 같이, 상기 작동영구자석(122)과 상기 충격운동보조부(300)가 상호배열된 상태에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 운동변환수단(110)에 전류가 미인가되면 작동영구자석(122)은 상기 탄성부재(220)의 단부에 연결된 초기상태의 위치에 위치되고, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 운동변환수단(110)에 전류가 인 가되면 작동영구자석(122)은 상기 운동변환수단(110)의 자력에 의해 상방운동력을 제공받게 되는데, 상기 작동영구자석(122)이 상방운동 시, 작동영구자석(122)의 상부(N극)와 충격운동보조부(300)의 하부(S극)는 서로 반대이므로 상호인력이 작용하게 되며, 이러한 상호인력에 의해 상기 충격운동보조부(300)는 상기 작동영구자석(122)의 상방운동을 보조하게 되는 것이다.

다시 말하면, 상기 운동변환수단(110)에 전류가 미인가되는 상태에서는 상기 탄성부재(220)의 탄성복원력에 의해 상기 운동수단(120)이 초기위치에 위치하게 되고, 상기 운동변환수단(110)에 전류가 인가되는 상태에서는 상기 운동변환수단(110)에 의해 상기 운동수단(120)이 상방운동력을 제공받아 상방으로 운동함과 동시에 작동영구자석(122)의 상부(N극)와 충격운동보조부(300)의 하부(S극) 간의 상호인력으로 인해 운동수단(120)의 상방운동력이 배가되어 충격접촉자(124)가 충격운동보조부(300)와 부딪쳐 충격진동을 발생시키는 것이다.

이때, 상기 운동수단(120)과 상기 충격운동보조부(300) 간의 상호인력은 상기 탄성부재(220)가 상기 운동수단(120)을 초기위치로 탄성복원시키는 탄성복원력보다 작고, 상기 운동수단(120)과 상기 충격운동보조부(300) 간의 상호인력과 상기 운동변환수단(110)에 의한 상기 운동수단(120)의 상방운동력의 합은 상기 탄성부재(220)가 상기 운동수단(120)을 초기위치로 탄성복원시키는 탄성복원력보다 크게 구성된다.

즉, 상기 운동변환수단(110)에 전류가 미인가되는 상태에서는 상기 운동수단(120)이 초기위치로 탄성복원되어야 하므로 작동영구자석(122)의 상부(N극)와 충 격운동보조부(300)의 하부(S극) 간의 상호인력이 상기 탄성부재(220)의 탄성복원력보다 작아야만 하고, 상기 운동변환수단(110)에 전류가 인가되는 상태에서는 상기 운동수단(120)이 상방으로 운동하여야 하므로 작동영구자석(122)의 상부(N극)와 충격운동보조부(300)의 하부(S극) 간의 상호인력과 상기 운동변환수단(110)에 의한 상기 운동수단(120)의 상방운동력의 합은 상기 탄성부재(220)가 상기 운동수단(120)을 초기위치로 탄성복원시키는 탄성복원력보다 커야한다.

상술한 바와 같이, 충격운동보조부(300)는 운동변환수단(110)에 의해 상방운동되는 운동수단(120)의 상방운동을 보조함과 동시에 상기 운동수단(120)이 상방운동할 시 충격접촉자(124)와 부딪쳐 충격진동을 발생시킴에 따라 사용자에게 햅틱 피드백을 전달하게 된다.

다음으로, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공모듈의 작동에 대하여 설명하도록 한다.

최초 운동변환수단(110)에 전류가 차단되면, 도 2에 도시된 바와 같이, 연결플레이트(224)의 일측에 구비된 작동영구자석(122)이 초기위치에 위치하게 되고, 이때는 연결플레이트(224)의 타측에 구비된 충격접촉자(124)가 충격운동보조부(300)와 소정의 간격을 두고 떨어져 있는 상태이다.

이러한 상태에서 운동변환수단(110)에 전류가 인가되면, 운동변환수단(110)이 자화되며, 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 운동변환수단(110)의 상부가 N극, 하부가 S극이 되도록 자화된다.

이에 따라 상기 자화된 운동변환수단(110)과 동일한 극 배열을 갖는 작동영구자석(122)이 상기 운동변환수단(110)과의 상호척력에 의해 상방운동력을 제공받아 상방으로 운동하게 된다.

즉, 상기 운동변환수단(110)의 상부(N극)가 상기 작동영구자석(122)의 상부(N극)를 상방으로 밀어올리고, 상기 운동변환수단(110)의 하부(S극)가 상기 작동영구자석(122)의 하부(S극)를 상방으로 밀어올리게 되어 상기 작동영구자석(122)이 상방으로 이동하게 되는 것이다.

이처럼 상기 작동영구자석(122)이 상방으로 운동하게 됨에 따라 상기 작동영구자석(122)의 상부와 상기 충격운동보조부(300)의 하부 간의 간격이 줄어들게 되어 이들 간의 상호인력이 작용하게 된다.

상기 운동변환수단(110)에 의해 작동영구자석(122)이 상방으로 이동함과 동시에 상기 작동영구자석(122)의 상부와 상기 충격운동보조부(300) 하부 간에 작용하는 상호인력에 의해 상기 작동영구자석(122)은 상방으로 더욱더 운동하게 되고, 이에 따라 연결플레이트(224)의 타측에 구비된 충격접촉자(124)는 상기 충격운동보조부(300)와 부딪쳐 충격진동을 발생하게 된다.

이러한 상태에서 운동변환수단(110)에 전류가 인가되던 전류가 차단되면, 운동변환수단(110)에 발생된 극성이 없어지고, 이에 따라 운동변환수단(110)과 작동영구자석(122) 간의 상호척력이 없어지게 되며, 작동영구자석(122)은 탄성부재(220)의 탄성복원력에 의해 초기위치로 복원된다.

상술한 바와 같이, 작동영구자석(122)이 상하로 반복적으로 이동하여 움직임 에 따라 충격접촉자(124)가 충격운동보조부(300)와 부딪쳐 충격진동을 발생시키고, 이러한 충격진동에 의해 사용자는 햅틱 피드백을 전달받을 수 있게 되며, 작동영구자석(122)이 상하로 반복적으로 이동하는 빠르기에 따라 다양한 형태의 충격진동을 발생시킬 수 있게 되며, 이를 사용자가 구분하여 햅틱 피드백을 전달받을 수 있다.

도 6은 본 발명의 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈을 구비한 전자장치의 사시도로서, 상기 전자장치(10)는, 터치플레이트(12), 상기 터치플레이트(12)의 일측에 구비된 제1충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈(14), 상기 전자장치(10)의 하부에 구비된 제2충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈(16)을 포함하여 구성된다.

상기 제1충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈(14)에 의해 발생되는 충격진동과 상기 제2충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈(16)에 의해 발생되는 충격진동을 다양한 형태로 발생되도록 함으로써 사용자는 다양한 종류의 피드백을 전달받아 구분할 수 있게 된다.

예컨대, 상기 터치플레이트(12)의 상측 부분을 터치한 경우에는 제1충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈(14)에서만 충격진동을 발생시키고, 상기 터치플레이트(12)의 하측 부분을 터치한 경우에는 제2충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈(16)에서만 충격진동을 발생시키면, 사용자는 터치플레이트(12)를 보고 있지 않더라도 터치플레이트(12)의 어느 부분을 터치했는지 햅틱 피드백을 통해 대략적으로 느낄 수 있게 된다.

상술한 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈은 핸드폰, 노트북 등 터치 스크린(12)이 구비된 전자장치(10)를 비롯하여 터치스크린(12) 이외에 사용자의 입력수단이 구비된 전자장치(10)에 적용될 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석돼야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈의 일부 분해사시도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈의 정면도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈의 상방동작상태를 나타내는 작동도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈의 전기에너지 및 운동수단의 운동량을 나타내는 그래프.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈의 전기에너지의 일예를 나타내는 그래프.

도 6은 본 발명의 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈을 구비한 전자장치의 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100:액추에이터 110:운동변환수단

120:운동수단 122:작동영구자석

124:충격접촉자 200:탄성제공부

210:케이싱 220:탄성부재

222:베이스플레이트 222a:절곡구간

224:연결플레이트 300:충격운동보조부

10:전자장치 12:터치플레이트

Claims

공급되는 전기에너지를 운동에너지로 변환하기 위한 운동변환수단, 상기 운동변환수단으로부터 변환된 운동에너지를 전달받아 상방운동력을 제공받는 운동수단을 포함하는 액추에이터;

상기 액추에이터를 수용하는 케이싱, 상기 운동수단이 상방운동한 상태에서 상기 운동수단을 초기위치로 탄성복원시키기 위해 상기 케이싱의 내벽면으로부터 연장되어 그 단부가 상기 운동수단과 연결된 탄성부재를 포함하는 탄성제공부; 및

상기 운동수단이 상방운동 시 상기 운동수단과의 상호인력에 의해 상기 운동수단의 상방운동을 보조함과 동시에 상기 운동수단의 일측과 부딪쳐 충격진동을 발생함에 따라 사용자에게 햅틱 피드백을 전달하는 충격운동보조부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈.
제1항에 있어서,

상기 액추에이터의 운동수단은,

상기 탄성부재의 단부 일측에 구비되어 상기 케이싱의 내측 공간에 상하운동 가능하게 설치된 작동영구자석과, 상기 탄성부재의 단부 타측에 구비되어 상기 충격운동보조부와 부딪쳐 충격진동을 발생하는 충격접촉자를 포함하여 구성되고,

상기 액추에이터의 운동변환수단은,

상기 케이싱의 저면에 설치되되, 전류 미인가 시 상기 작동영구자석이 하방 운동되어 상기 충격접촉자가 몰입되게 하고, 전류 인가 시 상기 작동영구자석이 상방운동되어 상기 충격접촉자가 상기 충격운동보조부와 부딪쳐 충격진동을 발생시키는 전자기력발생수단;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈.
제2항에 있어서,

상기 전자기력발생수단은 보빈리스 솔레노이드로 구성되고, 상기 작동영구자석은 상기 보빈리스 솔레노이드의 중심축선 상에 자유이동 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈.
제1항에 있어서,

상기 탄성부재는,

상기 케이싱의 저면으로부터 연장되어 소정의 절곡구간을 갖는 베이스플레이트, 상기 베이스플레이트로부터 연장되어 그 단부가 상기 운동수단과 연결되는 연결플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈.
제1항에 있어서,

상기 충격운동보조부는,

상기 운동수단의 일측과 간극이 형성되도록 상기 케이싱의 상면에 고정설치 된 영구자석인 것을 특징으로 하는 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈.
제1항에 있어서,

상기 운동변환수단에 공급되는 전기에너지는 PWM전류인 것을 특징으로 하는 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈.
제1항에 있어서,

상기 운동수단과 상기 충격운동보조부 간의 상호인력은 상기 탄성부재가 상기 운동수단을 초기위치로 탄성복원시키는 탄성복원력보다 작은 것을 특징으로 하는 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈.
제1항에 있어서,

상기 운동수단과 상기 충격운동보조부 간의 상호인력과 상기 운동변환수단에 의한 상기 운동수단의 상방운동력의 합은 상기 탄성부재가 상기 운동수단을 초기위치로 탄성복원시키는 탄성복원력보다 큰 것을 특징으로 하는 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈이 구비된 것을 특징으로 하는 전자장치.
제9항에 있어서,

상기 전자장치는, 터치플레이트; 상기 터치플레이트의 일측에 구비된 제1충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈; 상기 전자장치의 하부에 구비된 제2충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전자장치.