KR101045825B1 - Display system for transmitting the sense of touch and its operation method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 사용자가 영상이 표시되는 화면에 접촉하여, 영상에 대한 촉감을 느낄 수 있는 촉각을 전달하는 디스플레이 시스템 및 그 운영방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각을 전달하는 디스플레이 시스템은, 영상정보가 표시되는 화면; 상기 화면에 접촉하여, 상기 영상정보에 상응하는 촉감각을 전달하는 촉감기기; 상기 화면 상에 상기 촉감기기가 접촉하는 위치를 감지하는 위치센서; 및 상기 화면에 제공된 영상정보와 상기 위치 센서에서 감지된 위치를 조합하여, 상기 촉감기기의 구동을 제어하는 촉감기기 제어기를 포함한다. 본 발명에 따른 촉각을 전달하는 디스플레이 시스템 및 그 운영방법은, 촉감기기를 착용한 사용자가 화면을 통해 보이는 영상의 위치를 직접 접촉하여, 문지르면서 화면에 표시되는 사물에 대한 촉감을 느낄 수 있으므로, 사용자에게 영상정보에 대한 현실감을 극대화하여 제공할 수 있는 효과가 있다. The present invention relates to a display system and a method of operating the same, which transmits a tactile sense in which a user touches a screen on which an image is displayed and can feel a tactile sense of the image. According to an embodiment of the present invention, a display system for transmitting a tactile sense includes a screen on which image information is displayed; A tactile device contacting the screen to transmit a tactile sense corresponding to the image information; A position sensor for sensing a position of contact of the tactile device on the screen; And a haptic device controller which controls driving of the haptic device by combining the image information provided on the screen and the position detected by the position sensor. In the display system and the operating method for transmitting the tactile sense according to the present invention, the user wearing the tactile device can directly touch the position of the image visible through the screen, so that the user can feel the touch on the object displayed on the screen while rubbing. There is an effect that can provide to the user to maximize the realism of the image information.

화면, 영상, 햅틱, 촉감, 센서 Screen, visual, haptic, tactile, sensor

Description

촉각을 전달하는 디스플레이 시스템 및 그 운영방법 {TACTILE DISPLAY SYSTEM AND OPERATION METHOD USING THE SAME}Display system that delivers tactile sensation and its operation method {TACTILE DISPLAY SYSTEM AND OPERATION METHOD USING THE SAME}

본 발명은 사용자가 영상이 표시되는 화면에 접촉하여, 영상에 대한 촉감을 느낄 수 있는 촉각을 전달하는 디스플레이 시스템 및 그 운영방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 촉감을 제공하는 촉감기기를 사용자가 손가락에 착용하고 화면을 만지면, 화면상에서 사용자의 손가락이 접촉한 위치정보를 도출하고, 촉감기기가 접촉된 국소면적에 대한 영상정보를 촉각정보로 변환하여, 이를 촉감기기를 통해 구현하는 촉각을 전달하는 디스플레이 시스템 및 그 운영방법에 관한 것이다. The present invention relates to a display system and a method of operating the same, which transmits a tactile sensation in which a user touches a screen on which an image is displayed, and more particularly, provides a tactile device that provides a tactile feel. When worn on a finger and touches the screen, it derives the location information of the user's finger contact on the screen, converts the image information about the local area where the tactile device is contacted into tactile information, and delivers the tactile sense that is realized through the tactile device. The present invention relates to a display system and a method of operating the same.

다양한 미디어기기의 발달로, 사용자는 TV, PC 등의 화면을 통해 영상정보를 시각적으로 확인할 수 있다. 그러나, 화면에 표시되는 영상은 단지 눈으로만 볼 수 있으므로, 화면에 표시되고 있는 사물에 대한 현실감이 떨어진다는 단점이 있다. 따라서, 이를 극복하기 위해, 화면에 표시되는 영상에 대한 촉감을 제공하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다. 이러한 시도의 일환으로, 특히, 여러 개의 자극핀으로 구성된 핀어레이를 이용하여, 사용자의 피부에 직접 자극을 가하는 촉감제시 기법이 개발되어 있다. 상기 핀어레이 방식의 촉감기기는 터치패드에 부착되거나, 마우스에 삽입되어, 화면에 표시되는 영상에 상응하는 자극을 사용자에게 제공한다. 그러나, 이러한 종래의 방법은, 사용자가 실제로 보고 있는 화면과 촉감을 느끼는 신체부위가 멀리 떨어져 있어서, 영상에 대한 몰입감이 저하된다는 단점이 있었다. With the development of various media devices, the user can visually check the image information on the screen of the TV, PC, and the like. However, since the image displayed on the screen can only be seen by the eye, there is a disadvantage that the reality of the object displayed on the screen is reduced. Therefore, in order to overcome this, various attempts have been made to provide a tactile feel to an image displayed on a screen. As part of this attempt, in particular, by using a pin array consisting of a plurality of stimulation pins, a tactile technique for applying a stimulus directly to the user's skin has been developed. The pin array tactile device is attached to a touch pad or inserted into a mouse to provide a user with a stimulus corresponding to an image displayed on a screen. However, such a conventional method has a disadvantage in that the user's actual view of the screen and the body part feeling the touch are far away, thereby reducing the immersion in the image.

본 발명의 목적은 사용자가 촉감각을 제공하는 촉감기기를 착용하고, 화면을 직접 접촉하면서, 화면에 표시된 영상에 대한 다양한 촉감을 느낄 수 있는 촉각을 전달하는 디스플레이 시스템 및 그 운영방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a display system and a method of operating the same, in which a user wears a tactile device that provides a tactile sense, and transmits a tactile sense that can feel various tactile sensations of an image displayed on the screen while directly touching the screen. .

본 발명의 다른 목적은 사용자가 바라보는 위치와 촉감을 느끼는 위치 간의 거리감을 최소화하여, 화면에 표시되는 사물에 대한 현실감을 극대화시키는 촉각을 전달하는 디스플레이 시스템 및 그 운영방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a display system and a method of operating the same, which minimizes the distance between the position viewed by the user and the position at which the user feels the touch, and transmits the tactile sense to maximize the realism of the object displayed on the screen.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각을 전달하는 디스플레이 시스템은, 영상정보가 표시되는 화면; 상기 화면에 접촉하여, 상기 영상정보에 상응하는 촉감각을 전달하는 촉감기기; 상기 화면 상에 상기 촉감기기가 접촉하는 위치를 감지하는 위치센서; 및 상기 화면에 제공된 영상정보와 상기 위치 센서에서 감지된 위치를 조합하여, 상기 촉감기기의 구동을 제어하는 촉감기기 제어기를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a display system for transmitting a tactile sense, the screen including displaying image information; A tactile device contacting the screen to transmit a tactile sense corresponding to the image information; A position sensor for sensing a position of contact of the tactile device on the screen; And a haptic device controller which controls driving of the haptic device by combining the image information provided on the screen and the position detected by the position sensor.

상기 촉감기기는, 상기 촉감기기 제어기의 명령 신호에 따라 구동하는 액추에이터; 상기 액추에이터의 구동에 따라 상하로 이동하여, 자극을 전달하는 복수의 자극핀; 및 상기 자극핀이 상하로 왕복 이동가능하도록 복수의 개구가 형성되어 있는 접촉면을 포함할 수 있다. The haptic device may further include: an actuator configured to drive according to a command signal of the tactile device controller; A plurality of stimulation pins moving up and down according to the driving of the actuator to transmit stimuli; And a contact surface having a plurality of openings formed to allow the magnetic pole pin to reciprocate up and down.

또한, 상기 촉감기기는, 상기 촉감기기 제어기의 명령 신호를 기계적 진동으로 변환하는 압전소자; 상기 압전소자의 일단에 결합하여, 상기 압전소자의 진동에 따라 상하로 직선이동하는 고정자; 상기 고정자의 직선이동에 따른 관성력에 의해 직선이동하는 이동자; 상기 이동자의 직선이동에 따라 상하로 이동하여, 자극을 전달하는 복수의 자극핀; 및 상기 자극핀이 상하로 왕복 이동가능하도록 복수의 개구가 형성되어 있는 접촉면을 포함할 수 있다.The tactile device may further include a piezoelectric element that converts a command signal of the tactile device controller into mechanical vibration; A stator coupled to one end of the piezoelectric element and linearly moving up and down according to the vibration of the piezoelectric element; A mover moving linearly by an inertia force caused by linear movement of the stator; A plurality of magnetic pole pins moving up and down according to the linear movement of the mover to transmit magnetic poles; And a contact surface having a plurality of openings formed to allow the magnetic pole pin to reciprocate up and down.

상기 접촉면은 소정 곡률을 갖는 곡면으로 형성될 수 있다. The contact surface may be formed as a curved surface having a predetermined curvature.

상기 접촉면의 개구를 통해 돌출되는 상기 자극핀들 간의 최소 간격은 2mm 이상으로 구성될 수 있다. The minimum distance between the magnetic pole pins protruding through the opening of the contact surface may be 2 mm or more.

본 발명의 일 실시예에 따른 촉각을 전달하는 디스플레이 시스템의 운영방법은, 촉감기기를 착용한 사용자에게 화면 상에 표시되는 영상의 촉감정보를 제공하는 방법으로서, (a) 촉감기기를 착용한 사용자가 영상정보가 제공된 화면에 접촉하는 단계; (b) 상기 접촉된 화면 위치를 감지하여, 해당 위치의 국소면적의 영상정보를 촉감정보로 변환하는 단계; 및 (c) 상기 촉감기기를 구동하여, 자극을 전달하는 단계를 포함한다. An operating method of a display system for transmitting a tactile sense according to an embodiment of the present invention is a method of providing tactile information of an image displayed on a screen to a user wearing a tactile device, the method comprising: (a) a user wearing a tactile device; Contacting a screen provided with image information; (b) detecting the touched screen position and converting image information of the local area of the corresponding position into tactile information; And (c) driving the haptic device to deliver a stimulus.

상기 (b) 단계는, (b1) 상기 화면 상에 접촉한 위치를 센서로 감지하는 단계; (b2) 상기 센서에서 감지된 화면 상의 접촉 위치를 중심으로 미리 설정된 영역을 클리핑하는 단계; (b3) 상기 클리핑된 영역의 영상정보의 RGB 픽셀데이터를 추출하는 단계; (b4) 상기 추출된 RGB 픽셀데이터를 그레이스케일로 변환하는 단계; (b5) 상기 그레이스케일로 변환된 픽셀데이터를 필터링하는 단계; (b6) 상기 필터 링된 픽셀데이터의 위치에 상응하는 상기 촉감기기의 해당 자극핀을 선택하는 단계; 및 (b7) 상기 선택된 해당 자극핀의 구동을 위한 명령 신호를 산출하는 단계를 포함할 수 있다. The step (b) may include: (b1) detecting a touched position on the screen with a sensor; (b2) clipping a predetermined area around a touch position on the screen detected by the sensor; (b3) extracting RGB pixel data of the image information of the clipped region; (b4) converting the extracted RGB pixel data to grayscale; (b5) filtering the pixel data converted to grayscale; (b6) selecting a corresponding magnetic pole pin of the haptic device corresponding to the position of the filtered pixel data; And (b7) calculating a command signal for driving the selected corresponding magnetic pole pin.

상기 화면을 구성하는 각 픽셀에는, 영상정보를 표시하는 해당 픽셀의 촉감정보 제공을 위해 상기 자극핀의 높이 정보가 기록될 수 있다. In each pixel constituting the screen, height information of the magnetic pole pin may be recorded to provide tactile information of a corresponding pixel displaying image information.

본 발명에 따른 촉각을 전달하는 디스플레이 시스템 및 그 운영방법은, 촉감기기를 착용한 사용자가 화면을 통해 보이는 영상의 위치를 직접 접촉하여, 문지르면서 화면에 표시되는 사물에 대한 촉감을 느낄 수 있으므로, 사용자에게 영상정보에 대한 현실감을 극대화하여 제공할 수 있는 효과가 있다. In the display system and the operating method for transmitting the tactile sense according to the present invention, the user wearing the tactile device can directly touch the position of the image visible through the screen, so that the user can feel the touch on the object displayed on the screen while rubbing. There is an effect that can provide to the user to maximize the realism of the image information.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 촉각을 전달하는 디스플레이 시스템 및 그 운영방법에 대해서 상세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the display system and the operating method for transmitting the tactile sense according to the preferred embodiments of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각을 전달하는 디스플레이 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is a view schematically showing the configuration of a display system for transmitting a tactile sense according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 촉각을 전달하는 디스플레이 시스템은 촉감기기(100), 화면(200), 위치센서(300) 및 촉감기기 제어기(400)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a display system for transmitting a tactile sense of the present invention includes a tactile device 100, a screen 200, a position sensor 300, and a tactile device controller 400.

촉감기기(100)는 사용자(500)의 신체와 접촉하며, 사용자(500)에게 촉감각을 전달한다. 촉감기기(100)의 크기는 사용용도에 따라 상이하게 구성할 수 있으며, 여기서는, 설명의 목적으로, 골무 정도의 크기로 구성된 촉감기기(100)에 대해 설명한다. The tactile device 100 contacts the body of the user 500 and transmits a tactile sense to the user 500. The size of the tactile device 100 may be configured differently according to the intended use, and for the purpose of explanation, the tactile device 100 configured as the size of thimble will be described.

사용자(500)는 골무를 끼듯이 촉감기기(100)를 손가락에 착용할 수 있으며, 촉감기기(100)의 착용 상태에서 화면(200)에 표시된 영상의 특정 부위를 접촉하면, 그 해당부분의 촉감을 전달하도록 촉감기기(100)가 구동하여, 자극을 전달한다. The user 500 may wear the tactile device 100 on a finger like a thimble, and when the user touches a specific part of the image displayed on the screen 200 in a worn state of the tactile device 100, the touch of the corresponding part The tactile device 100 is driven to deliver the stimulus.

화면(200)은 영상표시장치에서 처리된 시각적 정보를 사용자(500)에게 제공하는 수단이다. 상기 영상표시장치는 PC를 활용하여, 인터넷 사진이나, 동영상 컨텐츠, 프로그램의 유저인터페이스의 다양한 화면정보를 제공할 수 있다. 또한 영상표시장치는 기존의 공중파 TV나 VOD서비스가 가능한 케이블 TV 또는 인터넷을 이용한 IPTV 등으로 구성될 수 있으며, PMP, PDA, 핸드폰 등 모바일 기기나, 영업용 광고판 등의 업무용 기기로 구성될 수도 있다. The screen 200 is a means for providing the user 500 with visual information processed by the image display apparatus. The image display device may provide various screen information of an internet picture, video content, or a user interface of a program by using a PC. In addition, the image display device may be composed of a conventional air TV, cable TV capable of VOD service, or IPTV using the Internet, and may be configured as a mobile device such as a PMP, PDA, mobile phone, or a commercial device such as a commercial billboard.

화면(200)은, 특별히 제한됨이 없이, 모니터, 터치스크린, LCD, PDP, 브라운관 또는 프로젝터 화면 등으로 구성될 수 있다. The screen 200 may be configured as a monitor, a touch screen, an LCD, a PDP, a CRT, or a projector screen without being particularly limited.

위치 센서(300)는 촉감기기(100)를 착용한 사용자(500)가 접촉하는 화면(200) 상의 위치를 감지한다. 위치 센서(300)의 구성은 특별히 제한적이지 않으며, 적외선을 이용하여 화면(200)에 접촉하는 촉감기기(100)의 위치를 감지하는 방식이나, 터치스크린 상에서 입력되는 촉감기기(100)의 압력을 감지하여 위치를 산출하는 방식 등 다양하게 구성될 수 있다. The position sensor 300 detects a position on the screen 200 that the user 500 wearing the tactile device 100 contacts. The configuration of the position sensor 300 is not particularly limited, and a method of detecting the position of the tactile device 100 in contact with the screen 200 using infrared rays, or the pressure of the tactile device 100 input on the touch screen. It can be configured in various ways, such as by sensing and calculating the position.

촉감기기 제어기(400)는 화면(200)에 제공된 영상정보와 위치 센서(300)에서 감지된 위치를 조합하여, 촉감기기(100)의 구동을 제어한다. The tactile device controller 400 controls the driving of the tactile device 100 by combining the image information provided on the screen 200 and the position detected by the position sensor 300.

촉감기기(100)가 접촉하는 화면(200) 상의 위치정보는 촉감기기 제어기(400)로 전송된다. 촉감기기 제어기(400)는 상기 영상표시장치와 연동하여 화면(200)에 표시된 영상정보에서 촉감기기(100)가 접촉한 국소부분에 대한 영상정보를 도출하고 이를 촉감정보로 변환한다. The location information on the screen 200 which the tactile device 100 contacts is transmitted to the tactile device controller 400. The tactile device controller 400 derives the image information of the local part touched by the tactile device 100 from the image information displayed on the screen 200 in association with the image display device, and converts it into tactile information.

촉감기기 제어기(400)는 산업용 PC, DSP, 또는 다양한 마이크로프로세서를 활용하여 구성될 수 있으며, 상기 영상표시장치와 상호 통신이 가능하도록 구성하여, 필요에 따라 화면(200)에 표시되는 영상의 픽셀데이터를 획득할 수 있다. The tactile device controller 400 may be configured by using an industrial PC, a DSP, or various microprocessors, and may be configured to communicate with the image display device, so that pixels of an image displayed on the screen 200 as necessary. Data can be obtained.

또한, 촉감기기 제어기(400)는 위치센서(300)와 연결되어, 화면(200) 상에 접촉한 촉감기기(100)의 위치정보를 입력받을 수 있다. 촉감기기 제어기(400)는 상기 영상표시장치와 통합하여 구성될 수 있으며, 특히, 영상표시장치로 PC가 사용되는 경우, 하나의 장치로 통합하는 것이 유용하다. In addition, the tactile device controller 400 may be connected to the position sensor 300 to receive position information of the tactile device 100 in contact with the screen 200. The tactile device controller 400 may be configured to be integrated with the image display device. In particular, when the PC is used as the image display device, it is useful to integrate the device into one device.

촉감기기 제어기(400)는 촉감기기(100)를 구동시켜서 상기 접촉된 국소부위에 대한 촉감정보를 실시간으로 구현한다. 결과적으로 사용자(500)가 촉감기기(100)를 착용하고 화면(200) 상의 특정 부분을 문지르면, 손가락의 위치에 따라 화면(200) 상에 표시된 영상부분의 촉감정보를 느낄 수 있게 된다.The tactile device controller 400 drives the tactile device 100 to implement tactile information on the contacted local area in real time. As a result, when the user 500 wears the tactile device 100 and rubs a specific portion on the screen 200, the user 500 may feel tactile information of the image portion displayed on the screen 200 according to the position of the finger.

도 2는 도 1에 도시한 촉감기기의 측단면도이다. FIG. 2 is a side cross-sectional view of the tactile device shown in FIG. 1. FIG.

도 2를 참조하면, 촉감기기(100)는 프레임(110), 접촉단(120) 및 자극핀(170)을 포함하며, 선택적으로 고정밴드(130)를 더 포함한다. Referring to FIG. 2, the tactile device 100 includes a frame 110, a contact end 120, and a pole pin 170, and optionally further includes a fixing band 130.

프레임(110)은 사용자(500)의 손가락(510)을 끼우기 위한 외형을 제공하며, 그 말단에는 화면(200)에 직접 접촉하는 접촉단(120)을 구비한다. 접촉단(120)은 화면(200)과 직접 닿는 부분으로 화면(200)에 손상을 가하지 않도록 유연한 소재의 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 또한 프레임(110) 역시 소정의 탄성을 갖는 재료로 구성하여, 화면(200)에 접촉 시, 사용자(500)가 화면(200)에 가하는 압력을 일부 흡수할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. The frame 110 provides an external shape for fitting the finger 510 of the user 500, and has a contact end 120 directly contacting the screen 200. The contact end 120 may be formed of a material of a flexible material so as not to damage the screen 200 as a part directly contacting the screen 200. In addition, the frame 110 is also made of a material having a predetermined elasticity, it is preferable to allow the user 500 to absorb some of the pressure applied to the screen 200 when the contact with the screen 200.

고정밴드(130)는 프레임(110)에 사용자(500)의 손가락(510)을 밀착시키는 수단이다. The fixing band 130 is a means for bringing the finger 510 of the user 500 into close contact with the frame 110.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉감기기의 종단면도이다. 3 is a longitudinal cross-sectional view of the tactile device according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 촉감기기(100)는 압전소자(140), 고정자(150), 이동자(160), 자극핀(170) 및 접촉면(180)을 포함한다. Referring to FIG. 3, the tactile device 100 of the present invention includes a piezoelectric element 140, a stator 150, a mover 160, a pole pin 170, and a contact surface 180.

본 발명의 촉감기기(100)는 사용자(500)의 신체와 접촉하여, 복수의 자극핀(170)을 상하로 구동함으로써 사용자(500)의 신체에 접촉한 피부를 자극하여 촉감을 생성한다. The tactile device 100 of the present invention contacts the body of the user 500 and drives the plurality of stimulation pins 170 up and down to stimulate the skin in contact with the body of the user 500 to generate a touch.

압전소자(140)는 촉감기기 제어기(400)의 명령 신호를 전달받아서, 전기적 신호를 기계적 진동으로 변환한다. 일반적으로 압전소자(140)는 그 변위가 극히 작으므로 이를 원형으로 배치하여 초음파모터를 구성하여 동작시키게 된다. 압전소자(140)의 굴곡진동과 사프트-이동자 간의 관성의 법칙을 활용하면 선형운동이 가능하다. The piezoelectric element 140 receives a command signal from the tactile device controller 400 and converts the electrical signal into mechanical vibration. In general, since the displacement of the piezoelectric element 140 is extremely small, the piezoelectric element 140 is disposed in a circular shape to operate an ultrasonic motor. Linear motion is possible by utilizing the law of inertia between the bending vibration of the piezoelectric element 140 and the shifter-mover.

압전소자(140)에 전류를 가해주어 수 마이크론만큼 굴곡 되었다가 원상태로 돌아오는 것을 반복하게 되면, 압전소자(140)의 일단에 결합한 고정자(150)가 같이 움직이고, 빠른 작동속도 때문에 관성력에 의해 상단에 장착되어 있는 이동자(160)가 상하로 이동하게 된다. 여기서, 압전소자(140)에 입력되는 전기신호를 조절함으로써 이동자(160)를 위쪽 또는 아래쪽 방향으로 움직이도록 조정할 수 있다. When the current is applied to the piezoelectric element 140, the bending is repeated by several microns, and the return to the original state is repeated. The stator 150 coupled to one end of the piezoelectric element 140 moves together, and due to the fast operating speed, The mover 160 is mounted on the to move up and down. Here, by adjusting the electrical signal input to the piezoelectric element 140 it can be adjusted to move the mover 160 in the up or down direction.

예를 들어, 압전소자(140)가 아래로 볼록하게 되면, 압전소자(140)에 부착된 고정자(150)도 함께 아래로 같이 움직인다.　 이때, 이동자(160)는 고정자(150)가 아래로 움직이면서 발생하는 관성력에 의해 위로 움직이며, 이동자(160)가 위로 움직임에 따라 이동자(160)에 고정된 자극핀(170)도 함께 위로 이동하여 피부를 자극하게 된다.　 반대로, 압전소자(140)가 위로 볼록하게 되면, 상기와 같은 원리에 의해 자극핀(170)은 아래로 이동한다.For example, when the piezoelectric element 140 is convex downward, the stator 150 attached to the piezoelectric element 140 also moves downward together. At this time, the mover 160 moves up by the inertial force generated while the stator 150 moves down, and the magnetic pole pins 170 fixed to the mover 160 also move up as the mover 160 moves up. It will irritate your skin. On the contrary, when the piezoelectric element 140 is convex upward, the magnetic pole pin 170 moves downward by the above principle.

복수의 자극핀(170)은 이동자(160)의 직선이동에 따라 상하로 이동하여, 사용자(500)의 손가락(510)으로 자극을 전달한다. The plurality of magnetic pole pins 170 moves up and down according to the linear movement of the mover 160 to transmit the magnetic poles to the finger 510 of the user 500.

접촉면(180)은 사용자(500)의 손가락(510)이 닿는 면으로서, 자극핀(170)이 상하로 왕복 이동가능하도록 복수의 개구(182)가 형성되어 있다. 자극핀(170)은 압전소자(140)가 구동하지 않더라도, 일부분이 접촉면(180)의 개구(182)를 관통하여 돌출하도록 구성하거나, 또는 압전소자(140)가 구동하지 않는 경우, 접촉면(180)의 개구(182) 내측에 위치하도록 구성할 수도 있다. The contact surface 180 is a surface where the finger 510 of the user 500 touches, and a plurality of openings 182 are formed to allow the magnetic pole pin 170 to reciprocate up and down. The magnetic pole pins 170 are configured to protrude through the openings 182 of the contact surface 180 even when the piezoelectric element 140 is not driven, or when the piezoelectric element 140 is not driven, the contact surface 180. It may be configured to be located inside the opening 182 of the).

한편 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 촉감기기(100)는 액추에이터(미도시), 자극핀(170) 및 접촉면(180)을 포함하여 구성할 수 있다. Meanwhile, according to another exemplary embodiment of the present invention, the tactile device 100 may include an actuator (not shown), a pole pin 170, and a contact surface 180.

상기 액추에이터는 촉감기기 제어기(400)의 명령 신호에 따라 구동하며, 자극핀(170)은 액추에이터의 구동에 따라 상하로 이동하여, 사용자(500)의 손가 락(510)으로 자극을 전달한다. The actuator is driven according to the command signal of the tactile device controller 400, and the stimulation pin 170 moves up and down according to the driving of the actuator, and transmits the stimulus to the finger 510 of the user 500.

상기 액추에이터는 피부를 자극할 수 있도록 자극핀(170)을 2~5 mm 정도 상하로 직선이동시킨다. 액추에이터의 종류는 특별히 제한적이지 않으며, 회전형 액츄에이터를 사용하는 경우 회전운동을 직선운동으로 변환하기 위해, 스크류 및 너트와 같은 별도의 메커니즘을 구성하여야 한다. 보이스코일보터, 압전소자 등을 이용한 직선형 액츄에이터를 사용하는 경우에는 별도의 메커니즘 없이 액추에이터에 바로 자극핀(170)을 연결할 수도 있다. The actuator moves the stimulation pin 170 up and down about 2 ~ 5 mm to stimulate the skin. The type of actuator is not particularly limited, and when a rotary actuator is used, separate mechanisms such as a screw and a nut must be configured to convert the rotary motion into a linear motion. In the case of using a linear actuator using a voice coiler, a piezoelectric element, or the like, the magnetic pole pin 170 may be directly connected to the actuator without a separate mechanism.

전술한 바와 같이, 접촉면(180)은 복수의 개구(182)를 구비하며, 자극핀(170)이 상하로 왕복 이동하면서, 사용자(500)의 손가락(510)으로 자극을 전달한다. As described above, the contact surface 180 has a plurality of openings 182, and the magnetic pole pin 170 reciprocates up and down, and transmits the magnetic pole to the finger 510 of the user 500.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉감기기의 종단면도이다. Figure 4 is a longitudinal sectional view of the haptic device according to another embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 촉감기기(100)의 접촉면(280)은 소정 곡률을 갖는 곡면으로 구성되며, 개구(282)를 통해 자극핀(170)이 상하로 왕복이동한다. 본 발명의 촉감기기(100)는 조밀하게 배치된 자극핀(170)을 통해 사람의 피부에 자극을 가하는 것에 의해 다양한 촉감을 구현할 수 있다. Referring to FIG. 4, the contact surface 280 of the tactile device 100 is composed of a curved surface having a predetermined curvature, and the magnetic pole pin 170 reciprocates up and down through the opening 282. The tactile device 100 of the present invention can implement various tactile sensations by applying stimulation to the skin of a person through the densely arranged stimulation pins 170.

본 발명의 촉감기기(100)는 사람의 신체부위 중에 손가락(510)의 지문 부분과 접촉하는 방법을 이용한다. 사용자(500)가 복수의 분산된 자극핀(170)의 접촉에 의해 보다 현실적인 촉감을 느끼기 위해서 촉감면은 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다. The tactile device 100 of the present invention uses a method of contacting the fingerprint portion of the finger 510 in the human body part. In order for the user 500 to feel a more realistic touch by the contact of the plurality of distributed magnetic pole pins 170, the tactile surface must satisfy the following conditions.

1. 연속적인 면 위에 자극핀(170)의 접촉점이 위치할 것 - 각 자극핀(170)이 신체와 접촉하는 면이 연속된 평면을 이루어야 한다. 1. The contact point of the magnetic pole pin 170 should be located on the continuous surface-Each magnetic pole pin 170 should make a continuous plane in contact with the body.

2. 각 자극점을 최대한 조밀하게 배치할 것 - 바람직한 자극핀(170) 간의 최소 간격(d)은 2mm 이상이다. 만약, 각 자극핀(170) 간의 간격(d)이 2mm 이하로 근접하면 사용자(500)는 이를 구분하여 인식하지 못한다. 2. Place each magnetic pole point as densely as possible-The minimum distance d between the magnetic pole pins 170 is preferably 2 mm or more. If the distance d between each of the magnetic pole pins 170 is less than or equal to 2 mm, the user 500 may not recognize the distinction.

3. 신체 접촉면에 대해 수직으로 자극을 가할 것 - 각 자극핀(170)이 신체와 접촉하여 자극하는데 있어서 피부 표면의 수직 방향으로 자극해야 한다. 3. Stimulate perpendicular to the body contact surface-Each stimulation pin 170 should be stimulated in the vertical direction of the skin surface in contact with the body to stimulate.

4. 넓은 촉감면적을 확보할 것 - 넓은 면적의 접촉면을 가질수록 촉감제시에 유리하다.4. Secure a large tactile area-The larger the contact surface, the better the tactile sensation.

5. 가능하면 여러 부위에 촉감면적을 확보할 것 - 여러 손가락(510)을 자극함으로써 질감에 대한 인식을 높일 수 있다.5. If possible to secure the touch area in various areas-by stimulating several fingers (510) can increase the awareness of the texture.

상기와 같은 조건을 만족시키도록, 도 4에서는 접촉면(280)이 곡면으로 이루어지며, 복수의 자극핀(170)은 접촉면(280) 내측에 조밀하게 배치된 구성을 갖는다. In order to satisfy the above conditions, in FIG. 4, the contact surface 280 is formed of a curved surface, and the plurality of magnetic pole pins 170 are densely arranged inside the contact surface 280.

자극핀(170)을 평면적으로 배치하는 경우, 촉감기기(100)의 크기 제한으로 인해, 자극핀(170) 간의 간격(d)을 2mm 이상으로 유지하는 것이 곤란할 수 있다. When the magnetic pole pins 170 are planarly disposed, it may be difficult to maintain the distance d between the magnetic pole pins 170 or more due to the size limitation of the tactile device 100.

따라서 자극핀(170)을 곡면인 접촉면(280) 상에 방사형으로 배치하도록 하면(상기 조건 1만족), 자극점은 2mm 이상을 유지하면서(상기 조건2 만족), 구동부분의 공간을 확보할 수 있다. 뿐만 아니라, 사람의 손가락(510)이 원통형이므로, 접촉면(280)에 접촉된 피부를 수직으로 자극하기에 적합하다(상기 조건3 만족). 도 5는 소정 곡률의 접촉면(280) 상에 사용자(500)의 손가락(510)이 접촉하는 상태를 도시한다. Therefore, when the magnetic pole pin 170 is radially disposed on the curved contact surface 280 (satisfying the condition 1), the magnetic pole points can be secured to maintain a space of the driving part while maintaining the magnetic pole point 2 mm or more (satisfying the condition 2). have. In addition, since the human finger 510 is cylindrical, it is suitable for vertically stimulating the skin in contact with the contact surface 280 (satisfying condition 3 above). 5 illustrates a state in which a finger 510 of the user 500 contacts a contact surface 280 of a predetermined curvature.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각을 전달하는 디스플레이 시스템의 사용 상태를 개략적으로 도시한 도면이다. FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a use state of a display system for transmitting a tactile sense according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 사용자(500)는 촉감기기(100)를 착용한 상태에서, 영상정보가 표시된 화면(200), 여기서는 풍경화가 표시된 화면(200)을 접촉한다. 풍경화의 산등성이에 해당하는 부분이 돌출된 것으로 영상정보를 구성한 경우, 사용자(500)가 산등성이에 해당하는 국소면적의 화면(200)을 문지르면, 촉감기기(100)가 구동하여, 사용자(500)의 손가락(510)으로 촉감정보를 전달한다. Referring to FIG. 6, while the user 500 is wearing the tactile device 100, the user 500 touches a screen 200 on which image information is displayed, in this case, a screen 200 on which a landscape is displayed. When the image information is formed by protruding a portion corresponding to the ridge of the landscape, when the user 500 rubs the screen 200 of the local area corresponding to the ridge, the tactile device 100 is driven to drive the user's 500. The touch information is transmitted to the finger 510.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각을 전달하는 디스플레이 시스템의 운영방법을 도시한 순서도이다. 7 is a flowchart illustrating a method of operating a display system that transmits a tactile sense according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 우선 사용자(500)는 촉감기기(100)를 착용한 상태에서, 화면(200)을 통해 영상정보를 시각적으로 확인하면서, 촉감을 느끼기 원하는 영상위치에 촉감기기(100)를 착용한 손가락(510)을 접촉한다(S610). Referring to FIG. 7, first, the user 500 visually checks image information through the screen 200 while wearing the tactile device 100 and places the tactile device 100 at an image position where the user wants to feel the touch. The worn finger 510 is contacted (S610).

이어서, 위치 센서(300)는 촉감기기(100)가 접촉된 화면(200) 위치를 감지하여, 감지된 신호를 촉감기기 제어기(400)로 전송하고, 촉감기기 제어기(400)는 해당 위치의 국소면적의 영상정보를 촉감정보로 변환한다. Subsequently, the position sensor 300 detects the position of the screen 200 in which the tactile device 100 is contacted, transmits the detected signal to the tactile device controller 400, and the tactile device controller 400 localizes the corresponding position. The image information of the area is converted into tactile information.

상기 과정을 구체적으로 살펴보면, 사용자(500)가 촉감기기(100)를 착용한 상태에서, 화면(200)을 문지르게 되면, 화면(200)에 접촉한 위치를 위치 센서(300)가 감지하고(S620), 화면접촉 위치를 중심으로 일정한 영역(예를 들어, 일반적인 손가락 면적, 또는 촉감기기(100)의 접촉면적)을 촉감정보 표시영역으로 선택하여, 미리 설정된 픽셀 수만큼의 영역을 클리핑한다(S630). Looking at the above process in detail, when the user 500 rubs the screen 200 while wearing the tactile device 100, the position sensor 300 detects a position of contact with the screen 200 ( In operation S620, a predetermined area (for example, a general finger area or a contact area of the tactile device 100) is selected as the tactile information display area based on the screen contact position, and the area is clipped by a predetermined number of pixels ( S630).

이어서, 상기 클리핑된 영역의 영상정보의 RGB 픽셀데이터를 추출한다(S640). 계속하여, 촉감정보가 제공되는 국소영역에 대한 픽셀데이터를 그레이스케일로 변환하고(S650), 이를 적절히 필터링(예를 들어, 엣지추출, 저역필터 등)시킨다(S660). Subsequently, RGB pixel data of the image information of the clipped region is extracted (S640). Subsequently, the pixel data for the local area provided with the tactile information is converted into grayscale (S650), and the resultant is filtered (eg, edge extraction, low pass filter, etc.) (S660).

다음으로, 상기 필터링된 픽셀데이터의 위치에 상응하는 촉감기기(100)의 해당 자극핀(170)을 선택하여(S670), 촉감제공을 위해 접촉면(180, 280)의 개구(182, 282)를 통해 돌출하는 자극핀(170)의 높이 정보를 산출한다. 한편, 화면(200)에 표시되는 영상정보가 포함하고 있는 투명도 레이어, 마스크 레이어, 알파 레이어 정보와 같은 다양한 레이어 정보에 촉감 레이어 정보가 미리 삽입될 수 있다. 이에 의해, 화면(200)을 구성하는 각 픽셀에는, 영상정보를 표시하는 해당 픽셀의 촉감정보 제공을 위해 자극핀(170)의 높이 정보가 기록될 수 있다. Next, by selecting the corresponding magnetic pole pin 170 of the tactile device 100 corresponding to the position of the filtered pixel data (S670), the openings 182, 282 of the contact surfaces 180, 280 to provide a tactile feel Calculate the height information of the pole pin 170 protruding through. Meanwhile, the tactile layer information may be previously inserted into various layer information such as transparency layer, mask layer, and alpha layer information included in the image information displayed on the screen 200. Accordingly, the height information of the magnetic pole pin 170 may be recorded in each pixel constituting the screen 200 to provide tactile information of the corresponding pixel displaying the image information.

계속하여, 촉감기기 제어기(400)는 상기 선택된 해당 자극핀(170)의 구동을 위한 명령 신호를 산출하고(S680), 촉감기기 제어기(400)의 명령 신호에 따라 촉감기기(100)를 구동하여(S690), 사용자(500)의 손가락(510)에 자극을 전달한다. 여기서, 촉감기기(100)의 구동 시, 각 자극핀(170)의 높이 정보에 따라, 액추에이터를 구동시키거나, 또는 압전소자(140)의 변형을 위한 적절한 전압을 제공하여 자극핀(170)의 높이 또는 힘을 조절하도록 한다. Subsequently, the tactile device controller 400 calculates a command signal for driving the selected corresponding magnetic pole pin 170 (S680) and drives the tactile device 100 according to the command signal of the tactile device controller 400. In operation S690, the stimulus is transmitted to the finger 510 of the user 500. Here, when driving the tactile device 100, according to the height information of each magnetic pole pin 170, by driving the actuator, or by providing an appropriate voltage for the deformation of the piezoelectric element 140 of the magnetic pole pin 170 Adjust the height or force.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양 한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.Preferred embodiments of the invention described above are disclosed for purposes of illustration, and those skilled in the art having ordinary knowledge of the present invention will be capable of various modifications, changes, additions within the spirit and scope of the present invention, such modifications, changes And additions should be considered to be within the scope of the following claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각을 전달하는 디스플레이 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is a view schematically showing the configuration of a display system for transmitting a tactile sense according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시한 촉감기기의 측단면도이다. FIG. 2 is a side cross-sectional view of the tactile device shown in FIG. 1. FIG.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉감기기의 종단면도이다. 3 is a longitudinal cross-sectional view of the tactile device according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉감기기의 종단면도이다. Figure 4 is a longitudinal sectional view of the haptic device according to another embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 촉감기기 상에 사용자의 손가락이 접촉하는 상태를 도시한다. 5 shows a state in which a user's finger is in contact with the haptic device of the present invention.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각을 전달하는 디스플레이 시스템의 사용 상태를 개략적으로 도시한 도면이다. FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a use state of a display system for transmitting a tactile sense according to an embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각을 전달하는 디스플레이 시스템의 운영방법을 도시한 순서도이다. 7 is a flowchart illustrating a method of operating a display system that transmits a tactile sense according to an embodiment of the present invention.

Claims (8)

영상정보가 표시되는 화면;A screen on which image information is displayed; 골무 형태로 사용자가 착용가능하며, 상기 화면에 직접 접촉하여, 상기 영상정보에 상응하는 촉감각을 전달하는 촉감기기;A tactile device which is wearable by a user in the form of a thimble and directly contacts the screen to transmit a tactile sense corresponding to the image information; 상기 화면 상에 상기 촉감기기가 접촉하는 위치를 감지하는 위치센서; 및A position sensor for sensing a position of contact of the tactile device on the screen; And 상기 화면에 제공된 영상정보와 상기 위치 센서에서 감지된 위치를 조합하여, 상기 촉감기기의 구동을 제어하는 촉감기기 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각을 전달하는 디스플레이 시스템.And a tactile device controller configured to control driving of the tactile device by combining image information provided on the screen and a position sensed by the position sensor. 제 1 항에 있어서, 상기 촉감기기는, The method of claim 1, wherein the tactile device, 상기 촉감기기 제어기의 명령 신호에 따라 구동하는 액추에이터; An actuator driven according to a command signal of the tactile device controller; 상기 액추에이터의 구동에 따라 상하로 이동하여, 자극을 전달하는 복수의 자극핀; 및A plurality of stimulation pins moving up and down according to the driving of the actuator to transmit stimuli; And 상기 자극핀이 상하로 왕복 이동가능하도록 복수의 개구가 형성되어 있는 접촉면을 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각을 전달하는 디스플레이 시스템. And a contact surface having a plurality of openings formed such that the magnetic pole pins can reciprocate upward and downward. 제 1 항에 있어서, 상기 촉감기기는, The method of claim 1, wherein the tactile device, 상기 촉감기기 제어기의 명령 신호를 기계적 진동으로 변환하는 압전소자; A piezoelectric element for converting a command signal of the tactile device controller into mechanical vibration; 상기 압전소자의 일단에 결합하여, 상기 압전소자의 진동에 따라 상하로 직선이동하는 고정자; A stator coupled to one end of the piezoelectric element and linearly moving up and down according to the vibration of the piezoelectric element; 상기 고정자의 직선이동에 따른 관성력에 의해 직선이동하는 이동자; A mover moving linearly by an inertia force caused by linear movement of the stator; 상기 이동자의 직선이동에 따라 상하로 이동하여, 자극을 전달하는 복수의 자극핀; 및A plurality of magnetic pole pins moving up and down according to the linear movement of the mover to transmit magnetic poles; And 상기 자극핀이 상하로 왕복 이동가능하도록 복수의 개구가 형성되어 있는 접촉면을 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각을 전달하는 디스플레이 시스템. And a contact surface having a plurality of openings formed such that the magnetic pole pins can reciprocate upward and downward. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 접촉면은 소정 곡률을 갖는 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 촉각을 전달하는 디스플레이 시스템. The display system of claim 2 or 3, wherein the contact surface is formed of a curved surface having a predetermined curvature. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 접촉면의 개구를 통해 돌출되는 상기 자극핀들 간의 최소 간격은 2mm 이상인 것을 특징으로 하는 촉각을 전달하는 디스플레이 시스템. The display system of claim 2 or 3, wherein a minimum distance between the magnetic pole pins protruding through the opening of the contact surface is 2 mm or more. 골무 형태의 촉감기기를 착용한 사용자에게 화면 상에 표시되는 영상의 촉감정보를 제공하는 촉각을 전달하는 디스플레이 시스템의 운영방법으로서, An operating method of a display system that delivers a tactile sense of providing tactile information of an image displayed on a screen to a user wearing a thimble-type tactile device, (a) 영상정보가 제공되는 화면에 상기 골무 형태의 촉감기기를 직접 접촉시키는 단계; (a) directly contacting the thimble-type tactile device on a screen provided with image information; (b) 상기 접촉된 화면 위치를 감지하여, 해당 위치의 국소면적의 영상정보를 촉감정보로 변환하는 단계; 및(b) detecting the touched screen position and converting image information of the local area of the corresponding position into tactile information; And (c) 상기 촉감기기를 구동하여, 자극을 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각을 전달하는 디스플레이 시스템의 운영방법. and (c) driving the haptic device to deliver a stimulus. 제 6 항에 있어서, 상기 (b) 단계는, The method of claim 6, wherein step (b) comprises: (b1) 상기 화면 상에 접촉한 위치를 센서로 감지하는 단계;(b1) detecting the touched position on the screen with a sensor; (b2) 상기 센서에서 감지된 화면 상의 접촉 위치를 중심으로 미리 설정된 영역을 클리핑하는 단계; (b2) clipping a preset area around a touch position on the screen detected by the sensor; (b3) 상기 클리핑된 영역의 영상정보의 RGB 픽셀데이터를 추출하는 단계; (b3) extracting RGB pixel data of the image information of the clipped region; (b4) 상기 추출된 RGB 픽셀데이터를 그레이스케일로 변환하는 단계;(b4) converting the extracted RGB pixel data to grayscale; (b5) 상기 그레이스케일로 변환된 픽셀데이터를 필터링하는 단계;(b5) filtering the pixel data converted to grayscale; (b6) 상기 필터링된 픽셀데이터의 위치에 상응하는 상기 촉감기기의 해당 자극핀을 선택하는 단계; 및(b6) selecting a corresponding stimulus pin of the tactile device corresponding to the position of the filtered pixel data; And (b7) 상기 선택된 해당 자극핀의 구동을 위한 명령 신호를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각을 전달하는 디스플레이 시스템의 운영방법. and (b7) calculating a command signal for driving the selected corresponding magnetic pole pin. 제 7 항에 있어서, 상기 화면을 구성하는 각 픽셀에는, 영상정보를 표시하는 해당 픽셀의 촉감정보 제공을 위해 상기 자극핀의 높이 정보가 기록되어 있는 것을 특징으로 하는 촉각을 전달하는 디스플레이 시스템의 운영방법. The display system as claimed in claim 7, wherein the height information of the magnetic pole pin is recorded in each pixel constituting the screen to provide tactile information of the corresponding pixel displaying image information. Way.
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