KR101046017B1 - 햅틱 피드백 엑츄에이터, 햅틱 피드백 디바이스 및 전자장치 - Google Patents

햅틱 피드백 엑츄에이터, 햅틱 피드백 디바이스 및 전자장치 Download PDF

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정수영
손연호
장지연
김재경
우기석
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Abstract

본 발명의 일 실시 형태에 따른 햅틱 피드백 엑츄에이터는 햅틱 디바이스의 일면에 제공되어 진동을 전달하는 진동 플레이트; 상기 진동 플레이트 상에 구비되어 상기 햅틱 디바이스의 접촉 압력 변화에 따라 가진되어 진동을 발생하는 엑츄에이터; 및 상기 엑츄에이터에서 발생한 진동의 편차를 줄이기 위해 상기 진동 플레이트의 일면에 구비되는 댐퍼;를 포함할 수 있다.

Description

햅틱 피드백 엑츄에이터, 햅틱 피드백 디바이스 및 전자장치{Haptic feedback actuator, haptic feedback device and electronic device}
본 발명은 햅틱 피드백 엑츄에이터, 햅틱 피드백 디바이스 및 전자장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 댐퍼를 이용하여 공진주파수인 경우와 그 이외의 경우의 진동량의 편차를 줄이는 햅틱 피드백 엑츄에이터, 햅틱 피드백 디바이스 및 전자장치에 관한 것이다.
최근 전자장치를 간편하게 사용하려는 사용자의 요구에 따라 전자 제품을 터치하여 입력하는 터치 방식의 디바이스 사용이 보편화되고 있다.
현재, 햅틱 피드백 디바이스란, 터치하여 입력하는 개념 이외에도 인터페이스에 사용자의 직관적 경험을 반영하고 터치에 대한 피드백을 좀 더 다양화하는 개념이 포함된다.
이때, 햅틱 피드백 디바이스는 공간 절약이 가능하고 조작성 향상과 간편성을 이룰 수 있고, 사양 변경이 간편하며 이용자 인식이 높다는 점 이외에도 IT기기와의 연동성이 용이하다는 많은 장점이 있다.
이와 같은 장점으로 인해 컴퓨터, 교통, 서비스, 의료, 모바일 등에서 사용되는 전자장치에 폭 넓게 이용되고 있다.
일반적으로, 햅틱 피드백 디바이스는 사용자에게 피드백 효과를 증가시키기 위해서 디스플레이 패널에 인접하게 엑츄에이터를 장착하게 된다.
종래의 햅틱 피드백 디바이스는 엑츄에이터가 결합한 진동 플레이트와 일체형인 스프링을 이용하여 엑츄에이터에서 발생한 진동을 디스플레이 패널에 전달하게 된다.
그러나, 진동 플레이트와 일체형인 스프링을 이용한 방식은 공진주파수와 이외의 주파수에서 진동 차이가 크게 발생한다는 문제점이 있다.
즉, 공진주파수에서는 높은 진동을 주고 공진주파수 이외의 주파수에서 낮은 진동을 주기 때문에 진동의 편차가 심하게 되며, 여러 대역의 주파수에서 진동량을 일정하게 하는 방안이 요구되게 되었다.
본 발명의 목적은 엑츄에이터가 구비된 진동 플레이트와 디스플레이 패널을 댐퍼로 연결함으로서 여러 대역의 주파수에서 고른 진동량을 얻을 수 있는 햅틱 피드백 엑츄에이터, 햅틱 피드백 디바이스 및 전자장치을 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 햅틱 피드백 엑츄에이터는 햅틱 디바이스의 일면에 제공되어 진동을 전달하는 진동 플레이트; 상기 진동 플레이트 상에 구비되어 상기 햅틱 디바이스의 접촉 압력 변화에 따라 가진되어 진동을 발생하는 엑츄에이터; 및 상기 엑츄에이터에서 발생한 진동의 편차를 줄이기 위해 상기 진동 플레이트의 일면에 구비되는 댐퍼;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 햅틱 피드백 엑츄에이터의 상기 댐퍼는 공진주파수에서의 진동량을 감소시키고, 상기 공진주파수 이외의 주파수에서는 진동량을 증가시켜 상기 진동량 간의 편차를 줄이는 재질로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 햅틱 피드백 엑츄에이터의 상기 댐퍼는 러버 및 스펀지 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시 형태에 따른 햅틱 피드백 디바이스는 진동이 요구되는 햅틱 디바이스로 제공되는 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널의 접촉 압력 변화에 따라 가진되어 진동을 발생하는 엑츄에이터; 상기 엑츄에이터와 접촉하고, 상기 엑츄에이터에서 발생한 진동을 증폭시켜 상기 디스플레이 패널로 전달하는 진동 플레이트; 및 상기 엑츄에이터에서 발생한 진동의 편차를 줄이기 위해 상기 진동 플레이트와 상기 디스플레이 패널 사이에 구비되는 댐퍼;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시 형태에 따른 햅틱 피드백 디바이스의 상기 디스플레이 패널은 일면에 샤시를 포함하며, 상기 댐퍼가 상기 샤시에 연결되어 진동을 전달하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시 형태에 따른 햅틱 피드백 디바이스의 상기 댐퍼는 공진주파수에서의 진동량을 감소시키고, 상기 공진주파수 이외의 주파수에서는 진동량을 증가시켜 상기 진동량 간의 편차를 줄이는 재질로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시 형태에 따른 햅틱 피드백 디바이스의 상기 댐퍼는 러버 및 스펀지 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 형태에 따른 전자장치는 내부공간이 형성되는 케이스; 상기 케이스 내에 수용되어 배치되는 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널의 접촉 압력 변화에 따라 가진되어 진동을 발생하는 엑츄에이터; 상기 디스플레이 패널 및 상기 엑츄에이터 사이에 개재되도록 제공되는 진동 플레이트; 및 상기 엑츄에이터에서 발생한 진동의 편차를 줄이기 위해 상기 진동 플레이트와 상기 디스플레이 패널 사이에 구비되는 댐퍼;를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 형태에 따른 전자장치의 상기 디스플레이 패널은 일면에 샤시를 포함하며, 상기 댐퍼가 상기 샤시에 연결되어 진동을 전달하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 형태에 따른 전자장치의 상기 댐퍼는 공진주파수에서의 진동량을 감소시키고, 상기 공진주파수 이외의 주파수에서는 진동량을 증가시켜 상기 진동량의 편차를 줄이는 재질로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 형태에 따른 전자장치의 상기 댐퍼는 러버 및 스펀지 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 햅틱 드백 엑츄에이터, 햅틱 피드백 디바이스 및 전자장치에 의하면, 댐퍼를 이용하여 공진 주파수의 진동량을 완화하여 공진 주파수 이외의 대역과의 진동량 편차를 줄일 수 있다.
또한, 댐퍼의 재질 관리만으로 스프링 상수 및 댐핑계수의 관리가 가능하므로 용이하게 여러 대역에서의 진동량을 일정하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전자장치인 이동통신 단말기의 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이동통신 단말기 케이스에 햅틱 피드백 디바이스가 장착된 모습을 개략적으로 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 햅틱 피드백 디바이스에 제어부의 연결을 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 다른 햅틱 피드백 디바이스을 도시한 개략 사시도.
도 5는 도 4의 A-A'를 절개한 개략 단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 햅틱 피드백 디바이스가 여러 주파수 대역에서의 진동변위를 도시한 그래프.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 형태를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 형태에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시 형태를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 각 실시 형태의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전자장치인 이동통신 단말기의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이동통신 단말기 케이스에 햅틱 피드백 디바이스가 장착된 모습을 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 햅틱 피드백 디바이스에 제어부의 연결을 도시한 개략 사시도이다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 전자장치는 이동통신 단말기(100)를 예로 들어 설명하나 이에 제한되지 않고, 각종 OA기기, 의료기기, 모바일 통신기기, 교통 발권기 등의 사용자의 접촉에 따라 진동 변화가 발생하는 햅틱 기기 전반에 응용될 수 있다.
이하에서는 전자장치로 이동통신 단말기(100)를 기준으로 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전자장치인 이동통신 단말기(100)는 케이스(10, 15) 및 햅틱 피드백 디바이스(80)를 포함할 수 있다.
상기 케이스(10, 15)는 전면 케이스(10)와 후면 케이스(15)로 이루어질 수 있으며, 상기 전면 케이스(10)와 후면 케이스(15)가 결합되어 내부 공간이 형성될 수 있다.
상기 내부공간에는 햅틱 피드백 디바이스(80)가 장착될 수 있으며, 상기 햅틱 피드백 디바이스(80)를 구성하는 햅틱 피드백 엑츄에이터(70)를 구동할 수 있는 회로 기판(90)이 실장 될 수 있다.
여기서, 햅틱 피드백 디바이스(80)는 햅틱 디바이스(20) 및 햅틱 피드백 엑츄에이터(70)를 포함할 수 있다.
햅틱 디바이스(20)는 진동이 필요로 하는 기구물로서, 외부의 접촉 압력에 따라 반응이 필요한 전자 장치인 이동통신 단말기(100)의 내부 구성물이다.
상기 햅틱 디바이스(20)는 이동통신 단말기(100)의 디스플레이 패널(25)뿐 만 아니라, 실시 형태에 따른 접촉에 따라 전동이 필요한 입력장치, 예를 들어 OA기기, 자판기, 티켓 발급기 등에서도 이용될 수 있다.
상기 디스플레이 패널(25)은 터치 스크린 패널(미도시)과 화상 표시부(미도시)를 포함할 수 있다. 그리고 외부 표면에 형성되는 터치 스크린 패널은 외부 필름층, ITO 필름층 및 베이스 필름층을 적층하여 이루어진다.
또한, 화상 표시부는 터치 스크린 패널의 저면에 배치되며, 상기 이동통신 단말기(100)의 전면에 제공하도록 빛을 발광하게 된다. 이때, 화상 표시부는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma display panel), EL(Electrolumine scenece) 중에서 하나를 선택적으로 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 사상을 이해하는 당업자의 수준에서 변경가능함을 밝혀둔다.
본 실시 형태의 전자 장치인 상기 이동통신 단말기(100)는 상기 햅틱 디바이스(20)로써 영상을 제공하는 상기 디스플레이 패널(25)이 이용된다. 즉, 상기 디스플레이 패널(25)에 접촉이 가해져 접촉 압력이 변하게 되면, 상기 디스플레이 패널(25) 자체가 접촉에 대해서 햅틱 반응한다.
상기 디스플레이 패널(25)이 햅틱 반응하기 위해 상기 엑츄에이터(60)가 진동을 발생하여야 한다. 상기 엑츄에이터(60)의 구체적인 진동 발생 원리에 대해서는 후술하기로 한다.
또한, 상기 디스플레이 패널(25)은 일면에 샤시(30)을 구비할 수 있으며, 상기 샤시(30)는 후술할 햅틱 피드백 엑츄에이터(70)와 접촉할 수 있다.
상기 햅틱 피드백 엑츄에이터(70)는 진동 플레이트(50), 엑츄에이터(60) 및 댐퍼(40)를 포함할 수 있다. 또한, 햅틱 피드백 디바이스(80)는 터치 압력이 가해지는 상기 디스플레이 패널(25)과 상기 디스플레이 패널(25)을 진동하게 하는 햅틱 피드백 엑츄에이터(70)를 포함할 수 있는 개념이다.
상기 진동 플레이트(50)는 상기 엑츄에이터(60)에서 발생하는 진동을 상기 디스플레이 패널(25)로 전달할 수 있다. 상기 엑츄에이터(60)가 직접적으로 상기 디스플레이 패널(25)에 부착되어 상기 디스플레이 패널(25)이 진동하게 할 수 있으나, 진동에 대한 충격 완화 또는 진동의 증폭을 위해 필요에 따라 선택되어 사용되어질 수 있다.
즉, 상기 진동 플레이트(50)는 충격 완화용 재질을 사출하여 얻을 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한, 엑츄에이터(60)와의 상호 작용을 고려하여 두께를 변경할 수 있다.
또한 상기 햅틱 피드백 엑츄에이터(70)는 상기 디스플레이 패널(25)의 양 측면부에 접착될 수 있다.
다만, 상기 햅틱 피드백 엑츄에이터(70)가 부착되는 위치 및 수는 이에 한정하지 않으며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자의 수준에서 변경 가능하다.
상기 엑츄에이터(60)는 피에조 엑츄에이터로 구성되어 상기 햅틱 디바이스(20)의 접촉 압력 변화에 따라 가전되어 진동이 발생하도록 한다.
상기 엑츄에이터(60)는 상기 회로 기판(90)에 구성되는 제어부(95)에 의해서 전동의 크기와 진동 횟수(진동수, 진동 주파수)가 결정된다. 상기 제어부(95)는 전압의 인가를 달리하면서 진동의 크기 및 진동 횟수를 다르게 할 수 있다.
상기 엑츄에이터(60)와 상기 댐퍼(40)에 관하여 상세한 설명은 후술하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 다른 햅틱 피드백 디바이스을 도시한 개략 사시도이고, 도 5는 도 4의 A-A'를 절개한 개략 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 햅틱 피드백 디바이스는 엑츄에이터(60), 진동 플레이트(50), 댐퍼(40) 및 디스플레이 패널(25)을 포함할 수 있다.
상기 엑츄에이터(60)는 피에조 엑츄에이터일 수 있으며, 상기 햅틱 디바이스(20)의 상기 디스플레이 패널(25)의 접촉 압력 변화에 따라 가진되어 진동을 발생시킨다.
상기 엑츄에이터(60)는 바 형상을 가지는 전극이 개재되는 세라믹 적층제이며, 상기 세라믹 적층제의 분극은 동일 방향으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 엑츄에이터(60)는 상기 진동 플레이트(50)의 일면에 접착되므로, 상기의 진동이 진동 플레이트(50)에 직접적으로 전달될 수 있다.
또한, 상기 엑츄에이터(60)와 상기 진동 플레이트(50)의 결합을 위해 결합부의 양끝단부에 접착제(5)가 도포될 수 있다.
여기서, 상기 엑츄에이터(60)는 길이 방향으로 신축이 발생되는데 상기 진동 플레이트(50)는 길이 변화가 발생되지 않는 재질이기 때문에, 상기의 신축 방향으로 진동되는 것이 아니라 상기 엑츄에이터(60)의 상하 방향으로 진동하게 된다.
따라서, 상기 엑츄에이터(60)가 이러한 상하 방향으로 진동함에 따라 길이 방향으로 진동하는 것보다 큰 진동력을 상기 디스플레이 패널(25)에 전달할 수 있는 것이다.
상기 댐퍼(40)는 상기 엑츄에이터에서 발생한 진동의 편차를 줄이기 위해 상기 진동 플레이트(50)의 일면에 구비된다.
또한, 상기 댐퍼(40)는 상기 디스플레이 패널(25)에 직접적으로 연결될 수 있으나, 상기 디스플레이 패널(25)이 구비하는 샤시(30)에 접촉될 수도 있다.
즉, 상기 샤시(30)는 상기 디스플레이 패널(25)의 일면에 구비되어 상기 햅틱 디바이스(20)를 지지 고정하는 기능을 한다.
일반적으로 상기 디스플레이 패널(25)의 접촉 압력 변화에 따라 가진되어 상기 엑츄에이터(60)에 의해 발생한 진동량은 공진주파수일 때 가장 높은 진동량을 보이며, 그 이외의 주파수일 때는 낮은 진동량을 보인다.
따라서, 상기 댐퍼(40)는 댐핑으로 공진주파일때의 높은 진동량을 감소시켜주며, 그 외의 주파수일때는 낮은 진동량을 증가시켜주어 상기 진동량 간의 편차를 줄여주는 역할을 한다.
또한, 상기 댐퍼(40)의 댐핑계수는 진동을 많이 저하시키지 않을 정도의 낮은 댐핑 계수와 진동을 잘 전달할 수 있는 스프링 상수를 가진 재질이다.
상기 댐퍼(40)의 재질은 러버 및 스펀지 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다만, 상기 재질에 한정하지 않으면 본 발명의 사상을 이해하는 당업자의 수준에서 변경 가능함을 밝혀둔다.
즉, 낮은 댐핑계수와 진동을 잘 전달할 수 있는 스프링 상수를 가진 재질이면 상기 댐퍼(40)의 재질로 사용할 수 있다.
여기서, 상기 댐퍼(40)는 댐퍼(40)의 재질 관리만으로 스프링 상수 및 댐핑계수의 관리가 가능하므로 용이하게 여러 대역에서의 진동량을 일정하게 할 수 있는 장점이 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 햅틱 피드백 디바이스가 여러 주파수 대역에서의 진동변위를 도시한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 그래프(a)는 상기 댐퍼(40)가 있는 경우의 진동변위이며 그래프(b)는 스프링의 경우의 진동변위를 나타낸다.
그래프(b)에서 알 수 있듯이 상기 댐퍼(40)를 사용한 경우에는 공진주파수일 때의 높은 진동량이 감소하였음을 알 수 있다.
즉, 댐퍼(40)를 사용함으로서 한 주파수에서의 큰 진동량이 아니라 여러대역에서 고른 진동량을 얻을 수 있다.
20: 햅틱 디바이스 25: 디스플레이 패널
30: 샤시 40: 댐퍼
50: 진동 플레이트 60: 엑츄에이터
70: 햅틱 피드백 엑츄에이터 80: 햅틱 피드백 디바이스
100: 이동통신 단말기

Claims (11)

  1. 햅틱 디바이스의 일면에 제공되어 진동을 전달하는 진동 플레이트;
    상기 진동 플레이트 상에 구비되어 상기 햅틱 디바이스의 접촉 압력 변화에 따라 가진되어 진동을 발생하는 엑츄에이터; 및
    상기 엑츄에이터에서 발생한 진동의 편차를 줄이기 위해 상기 진동 플레이트의 일면에 구비되는 댐퍼;를 포함하는 햅틱 피드백 엑츄에이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 댐퍼는 스프링 상수와 댐핑 계수를 조절하여 진동량의 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 엑츄에이터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 댐퍼는 러버 및 스펀지 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 엑츄에이터.
  4. 진동이 요구되는 햅틱 디바이스로 제공되는 디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널의 접촉 압력 변화에 따라 가진되어 진동을 발생하는 엑츄에이터;
    상기 엑츄에이터와 접촉하고, 상기 엑츄에이터에서 발생한 진동을 증폭시켜 상기 디스플레이 패널로 전달하는 진동 플레이트; 및
    상기 엑츄에이터에서 발생한 진동의 편차를 줄이기 위해 상기 진동 플레이트와 상기 디스플레이 패널 사이에 구비되는 댐퍼;를 포함하는 햅틱 피드백 디바이스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은 일면에 샤시를 포함하며, 상기 댐퍼가 상기 샤시에 연결되어 진동을 전달하는 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 디바이스.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 댐퍼는 스프링 상수와 댐핑 계수를 조절하여 진동량의 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 디바이스.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 댐퍼는 러버 및 스펀지 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 디바이스.
  8. 내부공간이 형성되는 케이스;
    상기 케이스 내에 수용되어 배치되는 디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널의 접촉 압력 변화에 따라 가진되어 진동을 발생하는 엑츄에이터;
    상기 디스플레이 패널 및 상기 엑츄에이터 사이에 개재되도록 제공되는 진동 플레이트; 및
    상기 엑츄에이터에서 발생한 진동의 편차를 줄이기 위해 상기 진동 플레이트와 상기 디스플레이 패널 사이에 구비되는 댐퍼;를 포함하는 전자장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은 일면에 샤시를 포함하며, 상기 댐퍼가 상기 샤시에 연결되어 진동을 전달하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 댐퍼는 스프링 상수와 댐핑 계수를 조절하여 진동량의 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 전자장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 댐퍼는 러버 및 스펀지 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
KR1020100014296A 2010-02-17 2010-02-17 햅틱 피드백 엑츄에이터, 햅틱 피드백 디바이스 및 전자장치 KR101046017B1 (ko)

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