KR101228512B1 - 터치 감응 디바이스 - Google Patents

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Abstract

핸드-헬드 스타일러스를 통해 사용자의 수기를 받아들이도록 적용된 표면을 갖는 터치 감응 스크린을 포함하는 장치에 관한 것으로, 이 스크린은 스타일러스가 스크린의 표면 위에서 움직일 때 페이퍼 상에서 필기하는 필기구의 감각을 시뮬레이션하기 위한 진동을 스타일러스에 전달하기 위해서, 스크린을 진동하도록 여진시키는 수단을 포함한다. 이 장치는 여진 수단에 인가되는 전기 신호를 주기 변조하는 수단, 및 이 전기 신호를 진폭 변조하는 수단을 포함할 수 있다. 이 장치는 스크린 표면상에서 스타일러스의 이동 속도를 감지하는 수단, 및 감지된 속도에 따라 진동을 변조하는 수단을 포함할 수 있다.

Description

터치 감응 디바이스{TOUCH SENSITIVE DEVICE}
본 발명은 터치 감응 스크린들 또는 패널들, 특히 스타일러스(Stylus) 또는 기타 필기구(writing instrument)와 함께 사용하는 패널들을 포함하는 터치 감응 디바이스들에 관한 것이다.
미국 등록특허번호 제4,885,565호, 미국 등록특허번호 제5,638,060호, 미국 등록특허번호 제5,977,867호 및 미국 공개특허번호 제2002-0075135호에는 사용자가 터치할 때 사용자에 대한 접촉 피드백(tactile feedback)을 갖는 터치-조작 장치들(touch-operated apparatus)이 개시되어 있다. 미국 등록특허번호 제4,885,565호에 개시된 액추에이터(actuator)는 전원이 인가될 때 음극선관(CRT)에 모션(motion)을 부여하여 접촉 피드백을 제공한다. 미국 등록특허번호 제5,638,060호에는 압전 소자(piezo-electric element)가 개시되어 있는데, 스위치를 형성하는 압전 소자에 전압이 인가되어 압전 소자를 진동시킴으로써 사용자의 손가락에 반동력(reaction force)을 인가한다. 미국 등록특허번호 제5,977,867호에 개시된 접촉 피드백 유닛(tactile feedback unit)은, 터치스크린이 손가락이나 포인터에 의해 터치될 때, 사용자에 의해 감지되는 기계적 진동을 발생한다. 이때, 감지되기에는 충분히 길지만 다음 키의 터치 전에 종료되는 충분히 짧은 펄스폭을 사용함으로써 상기 기계적 진동의 진폭, 진동 주파수 및 펄스 길이가 조절된다. 미국 공개특허번호 제2002-0075135호에는 버튼 클릭(button click)을 시뮬레이션하기 위해 과도 스파이크(transient spike)의 형태로 펄스를 제공하는 제2 트랜스듀서(transducer)의 사용이 개시되어 있다.
전술한 각각의 종래 기술들의 경우, 접촉 피드백은 사용자의 손가락이나 포인터의 개별적인 터치에 반응하여 제공된다. 하지만, 접촉 피드백이 터치스크린에 걸친 연속적인 움직임들에 대해서도 또한 사용될 수 있다는 점이 본 발명의 출원인에 의해 인식되었다.
본 발명에 따르면, 핸드-헬드 스타일러스를 사용하여 터치 감응 스크린 상에 필기할 때 페이퍼 상에서 필기구로 필기하는 감각을 시뮬레이션하는 방법이 제공되며, 이 방법은 스타일러스에 의해 접촉될 때 진동하여 사용자 피드백을 제공하도록 터치 감응 스크린을 배치하는 단계를 포함한다.
페이퍼는 바인더(binder) 내에 있는 섬유 매트(fiber mat)를 포함하고, 개별 섬유들이 불규칙 방위(random orientation)로 배열되어 거친 표면을 가지며, 그 표면은 펜슬의 끝과 페이퍼 표면 사이의 작은 접촉 지점에 의해 트레이스되는 정도인 (미끄럼 또는 정지) 마찰계수의 국소적 편차(local variations)를 갖는다. 페이퍼 표면상에서 펜슬의 움직임은 스틱-슬립 방식의 움직임으로 설명될 수 있다. 펠트펜(fiber tip pen)과 같은 다른 필기구들로 필기할 경우에도 유사한 효과가 얻어진다. 다른 유형의 필기구들의 경우, 효과의 변화가 얻어질 수 있다. 예를 들면, 만년필의 경우, 불량 펜촉(nib)이라면 긁힐 수 있지만(scratchy) 좋은 펜촉이라면 부드럽게 미끄러질 수 있다. 또한, 페이퍼는 그 종류에 따라 영향을 미칠 수 있고, 흔히 만년필 사용자들은 펜촉 감각이 정확하고 번지지 않으며 정확한 속도로 잉크를 흡수하는 페이퍼를 까다롭게 고른다. 볼펜(biros)의 경우, 점성의 부드러운 마찰로 미끄러지지만, 페이퍼는 일부 기본적인 섬유 질감(fibrous texture)을 갖는다.
이와 대조적으로, 터치 감응 패널 또는 표면의 폴리머 또는 글래스 커버 상에 스타일러스 또는 포인터로 필기할 때, 이러한 슬립-스틱 움직임은 사라진다. 페이퍼 상에서 펜슬의 슬립-스틱 거동은 필기 감각(writing sensation)의 핵심 요소이다. 스타일러스를 사용하여 터치 감응 스크린에 필기하는 것은, 페이퍼 상의 펜슬의 필기 특성을 시뮬레이션할 때, 개선된 감각을 제공하고 매력적이며 사용자 만족을 제공한다.
스크린은 다중 펄스 또는 펄스 스트림을 포함하는 신호를 인가함으로써 진동될 수 있다.
본 방법은 스크린 표면상에서 예를 들면, 센서를 사용함으로써 스타일러스의 이동 속도를 감지하는 단계를 포함할 수 있다. 스크린은 감지된 속도에 따라 진동하도록 배치될 수 있다. 따라서 다중 펄스를 갖는 신호에 대해서, 상기 신호는 상기 감지된 속도의 평균 펄스 레이트(mean pulse rate)에 상응하는 평균 펄스 레이트를 가질 수 있다.
본 방법은 페이퍼 상에서 움직이는 필기구의 드래그를 시뮬레이션하도록 진동을 준비하는 단계를 포함할 수 있는데, 예를 들면, 다중 펄스를 갖는 신호에 대해 펄스들 사이의 시간 간격을 변경함으로써, 즉 펄스 레이트를 변경함으로써 진동을 주기 변조한다. 시간 간격은 랜덤화될 수 있고, 이에 의해 페이퍼 섬유들의 랜덤 간격이 시뮬레이션될 수 있다. 상기 펄스들의 간격은 두 배의 평균 내부-섬유 간격(mean inter-fiber spacing)의 1/5 내지 4/5의 범위의 값일 수 있다.
진동을 진폭 변조함으로써 진동은 페이퍼 상에서 움직이는 필기구의 축 왕복 움직임을 시뮬레이션한다. 진폭은 랜덤화될 수 있고, 이에 따라 페이퍼 섬유들의 랜덤 높이가 시뮬레이션될 수 있다. 진폭은 오디오의 볼륨 조절에 상당하는 촉감적 등가물인 스케일 팩터(scale factor)에 의해 정해질 수 있다. 스케일 팩터는 적당한 시뮬레이션 레벨을 제공하도록 사용자에 의해 조절될 수 있다. 진폭은 스케일 팩터의 3/8 내지 7/8 범위의 값일 수 있다.
따라서 두 개의 연결된 랜덤 시퀀스가 진동을 발생하는데 적용될 수 있는데, 제1 시퀀스는 내부-섬유 간격을 고려한 것이고, 제2 시퀀스는 섬유들의 높이를 고려한 것이다. 랜덤 시퀀스들은 함께 터치스크린에 대한 합성 페이퍼 구조를 시뮬레이션할 수 있다.
또한, 페이퍼 상에 펜슬로 필기하는 것에는 필기 감각을 느끼는데 기여하는 고유의 공진(resonances)이 있을 수 있다. 따라서 스타일러스는 스크린의 진동에 대응하여 빔 공진(beam resonance)으로 여진될 수 있도록 구성될 수 있고, 이에 따라 이 진동은 페이퍼 상에서 움직이는 필기구의 공진을 시뮬레이션할 수 있다.
스크린은 페이퍼 상에 필기하는 필기구의 음향을 시뮬레이션하기 위한 음향 효과를 발생하도록 여진될 수 있다.
진동은 굽힘파 진동(bending wave vibration), 보다 구체적으로 공진 굽힘파 진동을 포함한 모든 유형의 진동을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 핸드-헬드 스타일러스를 사용한 사용자의 수기(hand-writing)를 받아들여 기록하도록 적용된 표면을 갖는 터치 감응 스크린을 포함하는 장치가 제공되며, 터치 감응 스크린은, 스타일러스가 터치 감응 스크린의 표면 위에서 움직일 때 페이퍼 상에서 필기하는 필기구의 감각을 시뮬레이션하기 위해서 스타일러스에 진동을 전달하도록 스크린을 여진시키는 진동 여진기(vibration excitor)를 포함한다.
진동 여진기는 스크린 표면에 굽힘파 진동을 인가하는 수단을 포함할 수 있다. 진동 여진기는 전기기계적(electro-mechanical)알 수 있고, 진동 여진기가 스크린을 진동시키도록 진동 여진기에 전기 신호를 인가하는 신호 발생 수단을 포함할 수 있다.
신호 발생 수단은 다중 펄스를 구비한 신호를 발생하는 수단, 예를 들면, 평균 펄스 레이트를 갖는 펄스 스트림을 발생하는 위상동기루프 모듈을 포함할 수 있다. 상기 장치는 스크린 표면상에서 스타일러스의 이동 속도를 감지하는 수단을 포함할 수 있다. 진동을 변조하는 수단들은 감지된 속도에 따라 진동을 변조하도록 구성될 수 있는데, 예를 들면, 펄스화된 신호들을 발생하는 수단은 감지된 속도와 매칭하도록 평균 펄스 레이트를 조절할 수 있다.
상기 장치는 전기 신호를 주기 변조하는 수단 및/또는 진폭 변조하는 수단을 포함할 수 있다. 주기 및/또는 진폭 변조는 랜덤이고, 지터 모듈에 의해 인가될 수 있다.
신호 발생 수단은 페이퍼 상에서 필기하는 필기구의 음향 요소(acoustic component)를 시뮬레이션하기 위해 스크린이 음향 요소를 발산하게 하는 음향 신호를 발생할 수 있는데, 이 음향 신호는 속도 감지 수단에 의해 변조된다.
신호 발생 수단은 고주파수 성분을 감소시키기 위한 필터를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 방식에 의해, 가능한 적은 잡음으로 현실적인 느낌이 제공될 수 있다.
진동 여진기는 가동 코일 트랜스듀서(moving coil transducer) 또는 압전 벤딩 트랜스듀서(piezoelectric bending transducer)일 수 있으며, 예를 들면, 본 명세서 내에 참조되어 본 발명의 일부를 이루는 국제특허출원 공개번호 WO01/54450호에 기재된 바와 같은 공진 부품을 포함한다. 상기 여진기는 관성적(inertial)일 수 있다.
터치스크린은 굽힘파 디바이스, 예를 들면 공진 굽힘파 디바이스인 패널-형태의 부재일 수 있다. 또한, 터치스크린은 라우드스피커(Loudspeaker)일 수 있고, 여기서, 제2 진동 여진기가 음향 출력을 발생하는 진동을 여진시킨다. 예를 들면, 터치스크린은 본 명세서 내에 참조되어 본 발명의 일부를 이루는 국제특허출원 공개번호 WO97/09842호에 개시된 바와 같이 공진 굽힘파 모드 라우드스피커일 수 있다.
스크린에 대한 스타일러스의 접촉은 본 출원인에 의한 국제특허출원 공개번호 WO01/48684호, WO03/005292호 및/또는 WO04/053781호에 개시된 바와 같이 검출되고 추적(track)될 수 있다. 이들 국제특허출원은 본 명세서 내에 참조되어 본 발명의 일부를 이룬다. 대안적으로, 다른 공지의 방법들은 이러한 접촉들을 수신하고, 기록하고, 또는 감지하는데 사용될 수 있다.
본 발명은 또한 전술한 방법들을 구현하기 위한 프로세서 제어 코드를, 특히, 디스크, CD-ROM 또는 DVD-ROM, 예컨대 읽기전용 메모리인 프로그램된 메모리(펌웨어)와 같은 데이터 캐리어 상에, 또는 광학 또는 전기적인 신호 캐리어와 같은 데이터 캐리어 상에 제공한다. 본 발명의 실시예들을 구현하는 코드(및/또는 데이터)는 C와 같은 기존의 프로그래밍 언어(해석되고 컴파일되는)의 소스, 객체 또는 실행 코드를 포함할 수 있고, 또는 어셈블리 코드를 포함할 수 있고, 또는 주문형 집적회로(ASIC) 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 설정하거나 제어하기 위한 코드를 포함할 수 있으며, 또는 상표명 Verilog 또는 VHDL(Very high speed integrated circuit Hardware Description Language)와 같은 하드웨어 기술언어를 위한 코드를 포함할 수 있다. 통상의 기술자가 이해하는 바와 같이, 이러한 코드 및/또는 데이터는 서로 통신하는 복수의 결합된 구성요소들 사이에 배포될 수 있다.
본 발명은 핸드-헬드 스타일러스를 사용하여 터치 감응 스크린 상에 필기할 때 페이퍼 상에서 필기구로 필기하는 감각을 시뮬레이션하는 방법을 제공한다.
본 발명은 첨부 도면들에 예로써 개략적으로 예시된다.
도 1a는 터치 감응 스크린의 평면도이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 터치 감응 스크린을 사용하는 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 도 1b에 도시된 시스템의 여러 구성요소들의 상호작용을 나타내는 순서도이다.
도 3a는 도 1b에 도시된 시스템에 의해 발생될 수 있는 4개의 신호의 임펄스 응답들을 나타내는 도면이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 신호들의 평탄한 주파수 스펙트럼(Smoothed frequency spectra)을 나타내는 도면이다.
도 4는 페이퍼 상의 펜슬의 2차원 모델을 나타내는 도면이다.
도 5a는 FE 시뮬레이션 동안에 도 4에 도시된 펜슬을 잡은 손에서 반동(Reactions)의 트레이스 이력(Trace history)을 나타내는 도면이다.
도 5b는 FE 시뮬레이션 동안에 도 4에 도시된 펜슬 팁(Pencil tip)의 트레이스 이력을 나타내는 도면이다.
도 6a는 랜덤 표면 구조(randomised surface structure)에 대해서 시간(tc) 및 진폭(h)에 따른 표면 섬유 분포(Surface fiber distribution)를 나타내는 도면이다.
도 6b는 도 6a에 도시된 구조에 대해 샘플링 스펙트럼의 평탄화 버전(Smoothed version)을 나타내는 도면이다.
도 6c는 도 6a에 도시된 구조에 대해 44.1㎑에서 측정된 평탄한 가속도 및 힘 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 7a는 변형된 촉각 클릭 신호(modified haptic click signal)를 시간에 따라 나타낸 그래프이다.
도 7b는 도 7a에 도시된 변형된 촉각 클릭 신호의 스펙트럼 및 목표 스펙트럼(Target spectrum)을 나타내는 그래프이다.
도 8a는 대안적인 변형된 촉각 클릭 신호를 시간에 따라 나타낸 그래프이다.
도 8b는 도 8a에 도시된 변형된 촉각 클릭 신호의 스펙트럼 및 목표 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 9a는 4가지 유형 신호들에 대해서 시간에 대한, 진폭의 스케일 변동을 나타낸 그래프이다.
도 9b는 도 9a에 도시된 각각의 임펄스 신호들에 대응하여 발생된 랜덤 접촉 신호들의 주파수 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 1a는 스타일러스(18), 펜슬 또는 유사한 필기구가 텍스트(20)를 필기하기 위해 사용되고 있는 터치 감응 스크린(12)을 포함하는 터치 감응 디바이스(10)를 나타내는 도면이다. 하나 이상의 센서들(17)이 스크린 상에서 스타일러스의 터치 또는 움직임을 감지하는데 사용되고, 여진기(16)가 스크린 내에서 신호를 발생하기 위해 제공된다. 페이퍼 상에서 펜슬의 슬립 스틱 거동은 필기 감각의 핵심 요소이다. 스타일러스를 사용하여 터치 감응 표면 상에 필기하는 것은, 페이퍼 상에서 펜슬의 필기 특성을 시뮬레이션할 때, 개선된 감각을 제공하고 매력적이며 사용자 만족을 제공한다.
도 1b는 터치 감응 장치(10)가 이러한 시뮬레이션을 생성하기 위해서 촉각 방법들과 기계적 피드백 기술을 사용하도록 어떻게 적용될 수 있는지를 나타낸다. 페이퍼 상의 펜슬의 느낌을 시뮬레이션하기 위해서, 스타일러스로부터 입력되는 필기 입력의 미리 프로그램된 제어 하에, 필기 표면(Writing surface)이 기계적으로 활성화된다. 이하 보다 구체적으로 설명되는 바와 같이, 펜슬의 핵심적인 기계적 거동을 포함하는 모델이 시스템에 결합될 수 있지만, 이것은 시뮬레이션 결과를 단순히 느끼는 사용자에 의해 인식되거나 이해되는 것은 아니다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 터치 감응 스크린(12)은 스타일러스로부터의 접촉 특성을 검출하는 센서(16)에 연결된다. 페이퍼 상의 펜슬의 원하는 감각을 발생하는 알고리즘을 생성하는데 사용되는 중요한 구성요소의 하나인 위상동기루프(PLL: 24)에 센서(16)가 연결된다. 이 알고리즘의 구성요소들은 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 개별적인 구성요소들은 다음의 표 1과 같이 설명된다.
구성요소 간략 설명 기능
PLL 모듈(24) 위상동기루프 터치스크린으로부터 소프트웨어에 의해 판단된 필기 속도에 고정된 평균 임펄스 레이트를 갖는 펄스 스트림을 제공함
지터 모듈(26) 펄스 랜덤화기 일반 펄스들을 통계적 규칙에 따라 다양한 진폭과 간격의 펄스로 랜덤하게 변형함
Fs(32) 오디오 샘플 레이트 오디오 샘플(텍스처)에 대한 클록을 발생함
임펄스 발생기(28) FIR 필터 지터된 펄스에 의해 트리거되는 임펄스 응답
필터(30) 추가적 포스트 필터 더욱 조용하도록 고주파수 성분을 감소시킴
PLL 블록(24) 및 지터 블록(26)은 결과적인 펄스열에 의해 설정된 비교적 낮은 레이트에서 동작한다. 이것은 150㎐ 평균 레이트보다 작아야 하지만, 지터의 해상도는 오디오 레이트에 근접해야 한다. 오디오 레이트인 Fs는 요구된 신호 대역폭에 적합하도록 설정되지만, 거의 11025㎐ 보다는 작게 된다(즉, 표준 CD 오디오 레이트의 1/4). 다중 오디오 채널들이 사용되는 경우, 이러한 신호들은 하나의 채널로 다중화(multiplexed)될 수 있다. 따라서 4개의 오디오 채널이 사용되는 경우, 11025㎐에서 4개의 채널을 갖는 대신에 44100㎐의 하나의 오디오 채널을 가질 수 있고, 이 하나의 오디오 채널은 4개의 촉각 채널들로 시간-영역 다중화(TDM: time-domain multiplexed)될 수 있다. 필터(30)로부터의 출력은, 원하는 느낌을 시뮬레이션하도록, 스크린 내에서 신호를 발생하는 여진기(17)에 전달된다.
도 2는 시스템 내의 각각의 블록에 의해 구현되는 단계들을 나타내는 순서도이다. 터치 감응 디바이스 상에서 소프트웨어에 의해 구현될 수 있는 센서는 터치 감응 스크린을 감시한다. 단계 S10에서 "터치"가 검출될 때, 신호 발생기 또는 임펄스 발생기(28)에게 "촉각 클릭"을 요청하고(단계 S12), 임펄스 발생기는 "클릭" 감각을 제공하는 펄스를 발생한다(단계 S28). 스크린 표면은 일반적으로 부드럽고 상당히 완충적(quite well damped)이다. 따라서 스타일러스 임팩트는 다소 정적(quiet)이다. 상기 "클릭"은 추천된 사용법에 따라 가청 피드백을 터치스크린에 제공하거나 제공하지 않을 수 있다. "드래그"가 검출되면(단계 S14), 센서는 위치 변화를 감시하고, 드래그 레이트 또는 속도를 계산한다(단계 S16). 이러한 속도 데이터는 펄스 스트림을 생성하는 PLL 모듈(24)에 제공된다. 스타일러스가 들어 올려지면, 센서는 터치를 검출하지 못하고(단계 S30) 중단을 위해 PLL 모듈에게 인스트럭션(instructions)을 전송한다(단계 S32). PLL 모듈은 모든 명령 생성을 중단한다(단계 S34).
촉각 클릭 감각을 위해 사용되는 펄스들은 필기 시뮬레이션의 기초를 형성하는 펄스들과 동일할 수도 있지만, 반드시 동일할 필요는 없다. 예를 들면, 이하 제안되는 구현 방법에서, 이들은 서로 상이하다. 상이한 신호들의 스펙트럼들은 손가락 끝의 감도를 진동에 매칭시키도록 모두 선택된다.
PLL 모듈(24)의 기능은 다음과 같이 설명된다. 단계 S18에서, 센서로부터 속도 정보를 수신하면, PLL 모듈(24)은 시작 명령으로 작용하는 정상 펄스 스트림을 지터 모듈에게 제공한다(단계 S20). PLL 모듈은 이 스트림의 레이트(실제 레이트) 및 인입 레이트 예상값(목표 레이트) 사이의 평균 오차를 측정하고, 목표 레이트와 매칭하도록 실제 레이트를 조정한다. PLL 모듈은 잡음이 있거나 누락된 예상값들이 존재하는 경우에도 여전히 정상적 출력이 있도록 메모리 및 일부 필터링을 제공해야 한다. 이를 요약하면 다음과 같다.
입력들: 시작/중단, 속도(목표 레이트)
출력들: 목표 레이트에서의 펄스들
기능: 목표 속도 및 실제 레이트 사이의 평균 오차를 측정하고, 적당하게 조절한다.
주의(Notes): 목표 펄스 주파수(Target pulse frequency) = 드래그 속도(drag velocity)/내부 섬유 간격(inter-fiber spacing)
텍스처에 합성 페이퍼 구조를 제공하는 지터 모듈(26)의 기능이 이하 설명된다. 지터 모듈(26)은 랜덤 진폭을 펄스에 할당하고(단계 S20), 펄스를 랜덤 기간 동안 지연시킨 후(S22), 지연된 펄스를 신호 또는 임펄스 발생기(28)에 전달한다(단계 S24). 진폭 분포의 통계값은 펄스 레이트에 의해 제한받지 않지만, 평균 지연은 내부-펄스 간격의 1/2이어야 하며, 이것은 펄스 레이트에 대한 어느 정도의 지식이 필요하다는 것을 의미한다. 이를 요약하면 다음과 같다.
입력들: 동기신호(Synchronization; 시작), 평균 레이트
출력: 진폭, 지연된 동기신호
기능: 추가 출력이 있는, 유효한 프로그래머블 단안정(Programmable mono-stable).
베타 분포가 랜덤 신호를 위해 사용될 수 있다. 이것은 지터 및 진폭 데이터 모두에 대해 정확한 평균 및 분산을 설정한다. "검사에 의해(by inspection)" 선택된 값들은 최적에 가깝고, 실험된 다른 값들은 덜 현실적인 감각들을 생성한다. 소프트웨어 또는 하드웨어에 의해 베타 통계값들을 발생하는 것은 어려울 수 있고, 따라서 동일한 평균 및 분산의 간단한 균일 분포(즉, 사각 분포)를 사용하는 것이 실질적인 것으로 제안된다. 사각 분포는 발생하기 매우 간단하고, 가장 정교한 버전만큼 양호하거나 거의 양호하다.
소프트웨어 또는 하드웨어에 의해 샘플들의 균일 분포를 발생시키는 표준 방식으로 PRBS, 즉 의사-랜덤 비트 시퀀스(Pseudo-Random Bit Sequence)가 있다. 균일 분포는 소정 비트 패턴들 또는 마스크들 상에서 피드백이 발생하는 시프트-레지스터에 의해 생성된다. 마스크의 선택은 시퀀스의 반복 길이 및 잡음의 "백색성(whiteness)"에 영향을 준다.
균일 분포로부터 특정한 통계적 분포를 발생시키는 표준 방법은 이른바 "역변환 샘플링(Inverse transform sampling)" 방법이다. 이것은 (0, 1] 상의 균일 분포로부터 잡음 샘플들을 특정한 통계적 분포를 갖는 샘플들로 매핑한다. 이러한 방법의 경우, 누적밀도함수(Cumulative Density Function: CDF)의 역함수를 알아야할 필요가 있다. 간단한 예는 다음과 같다;
(a, b] 상에서 목표 균일 분포를 가정하면, 확률밀도함수(Probability Density Function: PDF)는 다음의 수학식 1과 같다.
Figure 112010067411936-pct00001
누적밀도함수(CDF)는 확률밀도함수(PDF)를 적분함으로써 구해진다. 역 CDF는 CDF를 역으로 한 함수이다. 즉
Figure 112010067411936-pct00002
가 된다. 확률밀도함수(PDF)로부터 평균 및 표준편차를 또한 계산할 수 있다. 임의의 2개의 상이한 통계적 성질(statistical properties)을 고정함으로써 a 및 b가 결정될 수 있다.
유감스럽게도, 닫힌 형태(closed form)의 역 CDF는 베타 분포에 대해 미지이며, 이 때문에 이 방법은 도움이 되지 않는다. 하지만, 기지의 역 CDF를 갖는 유사한 분포들을 찾을 수 있고, 이들을 대신 사용할 수 있다. 가장 간단한 근사(approximation)는 삼각 분포(Triangular distribution)이며, 그 확률밀도함수(PDF)가 삼각형 형상이기 때문에 이와 같이 불린다. 가장 일반적인 형태로서, 삼각 분포는 3개의 변수들인 a, b 및 c에 의해 제어된다. 간략화된 형태로서, a = 0, b = 1 및 0 <= c <= 1이고, 확률밀도함수(PDF)는 다음의 수학식 2와 같이 주어진다.
Figure 112010067411936-pct00003
이 베타 분포의 최적 근사는 쿠마라스워미 분포(Kumaraswamy distribution)이다. 이것은 2개의 변수, a 및 b (실수이고 양수임)에 의해 제어되고, 확률밀도함수(PDF)는 다음의 수학식 3과 같이 주어지며, 그 값은 [0, 1]에 한정된다.
Figure 112010067411936-pct00004
전술한 3개의 분포들 각각은 텍스처를 시뮬레이션하기 위한 랜덤성(Randomness)을 발생하는데 사용될 수 있다. 각각의 샘플은 2개 세트의 랜덤 데이터(간격 및 진폭)를 필요로 한다. 원칙적으로, 이 2개의 세트는 완전히 독립적일 수 있지만, 실험에 의하면, 동일한 균일 분포로부터 발생되는 것이 바람직하다(이것은 큰 갭이 큰 진폭과 결합되고 작은 갭이 작은 진폭과 결합되어 신호의 에너지를 보다 균일하게 하므로, 어느 정도 합리적이다).
분포 간격에 대한 파라미터 진폭에 대한 파라미터
쿠마라스워미 분포 a=3, b=5 a=5, b=3
삼각 분포 [0,1] a=0, b=1, c=0.5 a=0, b=1, c=0.75
사각 분포 a=0.207, b=0.793 a=0.375, b=0.875
확률밀도함수(PDF)를 각각의 분포에 대한 스펙트럼들과 함께 도식화하면, 삼각 분포가 예외적(odd man out)임을 알 수 있다. 주요한 차이점은 1 ~ 5㎐ 범위 내에 있고, 50㎐ 평균 반복 레이트에서 차이는 완화된다. 삼각 분포로 전체 범위를 커버하는 것은 최선이 아니다. 사각 분포는 가장 정교한 버전인 쿠마라스워미 분포만큼 양호하거나 거의 양호하며, 또한 이것은 매우 간단하게 발생시킬 수 있기 때문에 가장 논리적인 선택이 된다.
텍스처의 스펙트럼 성질을 제공하는 임펄스 발생기(28)의 기능은 다음과 같이 설명된다. 지터 모듈(26)로부터 신호를 수신하면, 임펄스 발생기(28)는 샘플값을 스트림 형태의 신호로 출력한다(단계 S26). 다른 입력이 상기 스트림이 완료되기 전에 수신되면, 이후 신규 스트림을 시작한다. 출력 신호의 진폭은 지터 모듈(26)로부터 수신되는 데이터에 따라 변경된다. 이를 요약하면 다음과 같다.
입력들: 동기신호(시작), 진폭
출력: 촉각 "오디오" 샘플들의 시퀀스
기능: 펄스열을 아날로그 신호로 필터링한다.
이러한 기능은 다수의 수학적 모델로부터 선택될 수 있고, 적합한 (조정 가능한) 파라미터들을 제공할 수 있다. 이러한 기능들을 사용하여, 임의의 비정수 롤-오프 레이트(non-integer roll-off rates)가 이하 설명되는 바와 같이 가능하다. 임펄스 발생기(28)는 터치에 대한 손가락의 감도에 대해 임펄스 발생기(28)로부터 출력되는 촉각 신호 출력을 매칭시키는 FIR(Finite Impulse Response) 필터를 포함한다. 이 FIR 필터는 고주파수 성분을 적절한 레벨로 감소시킬 수 있다.
선택적 필터(30)는 임펄스 발생기로부터 발생한 임의의 잔여 고주파수를 감소시키도록 제공될 수 있다. 선택적 필터는 곱셈을 회피하기 위해 계수들이 선택되는 매우 단순하고 반복적인 1차단 필터라는 것(예컨대, 2^(-n), 1 - 2^(-n))이 예상된다. 이것이 불충분한 것으로 판명되면, 대신에 2차 필터가 사용될 수 있다. 차단 주파수(cut-off frequency)는 예를 들면, 대략 500㎐~600㎐ 정도가 된다.
도 3a는 필터와 결합된 임펄스 발생기로부터 4개 신호의 임펄스 응답들을 나타내며, 각각은 300㎐ 정도에서 차단된다. 필터들은 일반적으로 정수 차수의 롤-오프(Roll-off)를 갖는다. 예를 들면, 전자기기의 R-C 회로망은 1차 응답을 가지며, 반면에 L-C-R 회로망은 2차 응답을 가질 수 있다. 보데선도(Bode-plot)에서 n차 롤-오프는 옥타브(octave)당 6 x n ㏈의 경사 또는 디케이드(decade)당 20 x n ㏈의 경사로 표시된다.
많은 자연 현상들은 "프랙탈(fractal)" 특성들을 갖는다. 즉, 차원수(dimensionality)가 정수가 아니다. 간단하고 잘 알려진 예로 1/2차 롤-오프, 즉 옥타브당 3dB 경사를 갖는 "1/f 잡음"이 있다. 정확한 "느낌" 및 "음향"을 갖는 신호를 생성할 수 있도록, 충분히 변경 가능한 롤-오프를 신호에 할당할 수 있는 능력을 갖는 것이 유용하다고 알려져 있다. 즉, 그 레벨은 주파수^P 또는 주파수^2p로 떨어진다.
임펄스 응답과 그 전달함수 사이, 및 특히 그 감쇠 레이트들 사이에 직접적인 관계가 있다는 것은 다음의 수학식 4와 같은 라플라스 변환 이론으로부터 알려져 있다(예를 들면, Abramowitz 및 Stegun 저, "수학 함수의 핸드북"의 29.3.7 절 참조).
Figure 112010067411936-pct00005
이러한 모든 전달함수는 DC에서 무한이므로, 실질적으로는 유용하지 않다. 하지만, 어느 한 도메인에서 합성을 허용하는 보다 유용한 변환 쌍이 있다.
도 3a에 도시된 제1 유형 신호는 단극성(Unipolar)이고, 약 2.25 내지 2.5의 레이트가 최선의 느낌/음향을 제공하는 것으로 알려져 있다. 이러한 신호는 단위 이득 통과-대역(pass-band)을 갖는 캐스케이드 1차 롤-오프 필터를 사용함으로써 발생될 수 있다. 이 유형의 필터들은 다음의 수학식 5와 같은 전달함수를 갖는다.
Figure 112010067411936-pct00006
정수 p에 대해서, 위 식이 p의 캐스케이드(cascade)인 1차 저역 통과 필터를 나타내는지를 쉽게 알 수 있다. 각각의 필터들은 ωc = a 라디안/초(radians/sec)의 차단 주파수를 갖는다. 롤-오프 레이트는 p차, 즉, 6p dB/옥타브이다. 이것을 p가 정수가 아닌 케이스에 일반화하고 싶을 수 있다.
라플라스 변환 테이블로부터, 또는 변환들을 기호적으로 계산하는 프로그램으로부터, 다음의 수학식 6을 알 수 있다(예를 들면, Abramowitz 및 Stegun 저, "수학 함수의 핸드북"의 29.3.11 절 참조).
Figure 112010067411936-pct00007
임펄스 응답은 단극성이고, 지수 감쇠의 일반화로 간주될 수 있다.
필터는, 다음의 수학식 7과 같이, p = 1인 전형적인 1차 필터일 수 있다. 이것은 간단한 시스템 설계와 관련된 누구에게나 잘 알려져 있다.
Figure 112010067411936-pct00008
대안적으로, 이 필터는, 다음의 수학식 8과 같이, p = 1/2인 1/2차 필터일 수 있다. 이것은 백색 잡음을 차단 주파수 이상의 분홍색 잡음(pink noise)으로 변환한다.
Figure 112010067411936-pct00009
이러한 쌍은 시간과 주파수 도메인 모두에서 대칭성이 있고, 멱 법칙(power-law)은 역제곱근(reciprocal square root)인 점에 유의한다. 이러한 대칭성은 1/f 잡음의 설명에 매우 중요하다(이것은 양자역학적 현상임).
도 3a에 도시된 제2 유형 신호는 양극성이고, 약 1.75 내지 2.0의 레이트가 최선의 느낌/음향을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 이러한 신호는 단위 이득 통과-대역을 갖는 캐스케이드 2차 롤-오프 필터를 사용하여 발생될 수 있다. 이러한 유형의 필터들은 다음의 수학식 9와 같은 전달함수를 갖는다.
Figure 112010067411936-pct00010
정수 p에 대해서, 이 수식이 p의 캐스케이드인 2차 저역-통과 필터들을 나타내는지를 쉽게 알 수 있다. 각각의 필터들은
Figure 112010067411936-pct00011
라디안/초인 차단주파수 및
Figure 112010067411936-pct00012
인 Q를 갖는다. 롤-오프 레이트는 2p 차수, 즉, 12p dB/옥타브이다. 또한, 이것을 p가 정수가 아닌 경우 케이스로 일반화하고 싶을 수 있다.
라플라스 변환 테이블로부터, 또는 변환들을 기호적으로 계산하는 프로그램으로부터, 다음의 수학식 10을 알 수 있다(예를 들면, Abramowitz 및 Stegun 저, "수학 함수의 핸드북"의 29.3.57절 및 29.2.12절 참조).
Figure 112010067411936-pct00013
여기서,
Figure 112010067411936-pct00014
는 p차수의 베셀 함수(Bessel Function)이다. 이에 따라 다음의 수학식 11과 같이 된다.
Figure 112010067411936-pct00015
이 임펄스 응답은 양극성이고, 감쇠 사인파형으로 일반화되는 것으로 간주될 수 있다.
이 필터는 p = 1인 전형적인 2차 필터일 수 있다. 이 전형적인 필터는 다음의 수학식 12 및 13과 같이, 시간 도메인에서 익숙한 감쇠 사인파로 변환된다.
Figure 112010067411936-pct00016
Figure 112010067411936-pct00017
대안적으로, 이 필터는, 다음의 수학식 14와 같이, Q 및 p = 1/2를 갖는 1차 필터일 수 있다.
Figure 112010067411936-pct00018
시간-도메인 응답은 단지 감쇠 0차 베셀 함수이다. t가 큰 경우, 삼각 근사가 사용될 수 있고(예를 들면, Abramowitz 및 Stegun 저, "수학함수의 핸드북"의 9.2.1절 참조), 즉 다음의 수학식 15와 같고, 이것은 본질적으로 전술한 반차 필터의 1/2차 필터의 진폭 변조된 버전이라는 것을 보여준다.
Figure 112010067411936-pct00019
제1 유형이나 제2 유형 신호는 펜슬에 의해 발생되는 음향에서 채색(colouration)을 갖지 않는다. 제6 유형 신호는 제1 유형 신호와 고주파수의 유사한 신호를 컨볼루션(convolution)함으로써 생성된다. 이 경우, 컨볼루션은 닫힌 형태(closed form)를 갖는다. 제8 유형 신호는 제2 유형 신호와 고주파수지만 Q가 작은 유사 신호를 직접 컨볼루션함으로써 생성된다.
72.6㎐의 평균 펄스 레이트에 대한 대응하는 텍스처 신호들의 스펙트럼(즉, 주파수에 대한 음향 출력)이 도 3b에 도시된다. 변형된 스펙트럼들은 원래 스펙트럼으로부터 약 800㎐에서 발산하고, 이 신호들은 "사일런트 모드(silent mode)"에서 현격하게 조용해진다.
대안적인 신호(제3 유형)가 2개의 불균등한 전환점이 있는 1차 섹션들의 캐스케이드 쌍들을 갖는 필터를 사용하여 발생될 수 있다. 이 유형의 필터들은 다음의 수학식 16 및 17과 같은 전달함수를 갖는다.
Figure 112010067411936-pct00020
Figure 112010067411936-pct00021
여기서,
Figure 112010067411936-pct00022
는 변형된 베셀 함수이고(예를 들면, Abramowitz 및 Stegun 저, "수학 함수의 핸드북"의 29.3.50절 참조), 다음의 수학식 18 및 19와 같게 된다.
Figure 112010067411936-pct00023
Figure 112010067411936-pct00024
하나의 예는, 다음의 수학식 20과 같이, p = 1인 캐스케이드 1차 필터이다.
Figure 112010067411936-pct00025
전술한 바와 같이, PLL 모듈의 목표 펄스 주파수는 드래그 속도/내부-섬유 간격과 같다. 이 식은 기본적인 과정을 이해하기 위한 페이퍼 표면과 펜슬 상호작용의 단순 2차원 모델을 발생함으로써 유도된다. 페이퍼는 2 ~ 5 mm 길이의 셀룰로오스 섬유들의 "직물(web)" 및 0.1㎛ 입자들의 미세한 점토 코팅(fine clay coating)을 사용하여 제조될 수 있다. 결과적인 표면에는 많은 간격 스케일에서 융기들(Ridges)이 있지만, 대부분의 융기들은 페이퍼에 따라 0.1 mm 내지 0.5 mm 범위 내에 있다.
펜슬들은 통상적으로 "연필심(lead)" 주변을 감싸는 침엽수(낙엽송 또는 삼나무)로 제조된다. 연필심은 그래파이트(graphite)와 점토를 동시-소성(co-fired)한 혼합물로서 형성된 세라믹이며, 흔히 폴리머 내에 침지된다. 펜슬의 통상적인 "음향"은 축의 빔 공진 및 연필심 경도의 함수이다. 통상의 일련의 모드들은 예를 들면, 350㎐, 900㎐, 2.0k㎐, 3.3k㎐ 등일 수 있다. 물론, 이 값들은 펜슬의 길이에 따라 달라진다.
이후 그 메커니즘은 펜슬의 공진에 의해 변형되는 음향과 함께, 거친 페이퍼 표면상에서 펜슬의 스틱-슬립 움직임으로 설명될 수 있다.
도 4는 페이퍼 표면 및 펜슬 상호작용의 간단한 2차원 모델을 나타내며, 페이퍼는 규칙적인 0.15 mm 피치로 이격된 동일 높이의 반구형 융기들이 있는 것으로 모델화된다. 펜슬 팁 및 축(shaft)의 짧은 섹션이 명시적으로 모델화되고, 핸드-암 시스템이 집중 파라미터들(lumped parameters)에 의해 모델화된다.
시뮬레이션은 각각 1초간 지속되는 2가지 국면으로 발생한다. 제1 국면에서, 펜슬은 페이퍼 표면상에 내려지고, 1N의 필기력(writing force)이 인가된다. 제2 국면에서, 펜슬은 페이퍼 표면을 따라 1 mm/s로 드래그된다. 손에 가해지는 결과적인 힘과 펜슬 팁의 움직임은 각각 도 5a 및 도 5b에 도시된다. 양 트레이스들의 세트에 나타나는 "톱니(cogging)" 형상은 모델의 이산적 특성, 즉 노드들 때문에 부분적으로 나타난다. 실 생활에서, 다른 텍스처 디테일들이 유사한 효과를 유발할 것으로 보인다.
드래그 속도 및 내부-섬유 간격으로부터 신호의 주기성(주파수 = 드래그 속도/내부-섬유 간격)이 직접 구해지는 것을 쉽게 알 수 있다.
정확한 파형은 펜슬에 인가되는 제어 정도에 의해 설정된다. 이 시뮬레이션에서, 손의 속도는 일정하고, 펜슬의 팁은 적절하게 따라간다. 반대의 극단(opposite extreme)은 평균적인 동적 마찰을 극복하는데 충분한 일정한 힘을 인가하는 것이다. 이 경우 속도는 균일하지 않게 된다.
도 6a는 페이퍼 표면의 보다 실제적인 모델을 나타낸다. 섬유 간격들 및 높이들의 통계학적 분포들은 도시된 랜덤 표면 구조를 발생하는데 이용되었다. 베타 분포가 상기 모델을 발생하도록 선택되었는데, 선택의 2가지 이유는 첫째, 베타 분포는 (경계가 없는 정상 분포와 달리) [0,1]로 한정되고, 둘째, 2개의 독립 파라미터들에 의해 주요 통계 파라미터들(평균, 모드 및 분산) 중 2개를 제어할 수 있다는 것이다. 이 단계에서, 통계적 분포들의 정확한 파라미터들은 완전히 임의적이다.
드래그 레이트 및 평균 섬유 간격으로부터, 차단 주파수(fc)가 계산된다. 도 5a의 모델에 의해 발생된 스펙트럼의 평탄화된 버전이 도 5b에 도시되며, 여기서, fc는 굵은 선으로 그려진다.
샘플링 데이터는 손실 적분기로 컨볼루션된다. 측정에서, 시상수(time-constant)는 40 rad/s에 대응하지만, 이것은 단지 결과적인 신호에서 매우 저 주파수 정보량을 제어한다. 이 신호가 랩톱의 라우드스피커 상에서 재생되는 경우, 이것은 손톱이 페이퍼 상에서 드래그되고 있는 것과 같이 들린다.
도 6c는 맞춤형 필기도구로부터 구해지는 측정값들의 힘 스펙트럼들을 도시한다. 이 필기도구는 교환 가능한 팁들을 구비하고, 전하 증폭기(ENDEVCO Model 133)에 모두 연결되는 힘 게이지(force gauge) 및 가속도계가 마련된다. 어느 게이지들도 완전하게 조정되지 않지만, 힘 게이지의 감도는 1 V/N에 근접하는 것으로 알려져 있다. 데이터는 NI PCI-4452 데이터 획득 카드를 통해 구해진다. 측정된 신호의 스펙트럼은 필기 속도에 의해 강하게 영향을 받는다. 필수적으로 저역-통과 스펙트럼은 필기 속도에 직접적으로 비례하는 차단 주파수를 갖는다. 대역폭은 일반 페이퍼에 대해 1 inch/sec 필기 레이트에서 약 50 ~ 60㎐가 되도록, 그래프 페이퍼 상에서 트레이싱하고 스톱워치를 사용하여 대략적으로 구현된다. 대역폭은 상이한 표면들에 대해서 서로 상이하다.
도 6c의 예에서, 필기 속도는 약 2 inch/sec 이고, 데이터는 44.1k㎐에서 샘플링된다. 힘 결과는 펜슬 팁과 필기도구의 축 사이에 인가된 힘을 측정한다. 가속도 결과는 펜슬의 결과적인 움직임을 측정한다. 이러한 측정값들로부터, 다음의 수학식 21과 같은 관계를 사용하여 시스템의 유효 임피던스(Impedance)를 유도할 수 있다.
Figure 112010067411936-pct00026
여기서, F는 힘, v는 속도, a는 가속도, f는 주파수이다.
가속도계가 조정되지 않는다는 점에 유의하면, 유효 임피던스는 0.4kg 질량과 100Ns/m 대시포트의 조합과 유사하다. 즉, 사실상, 약 40 rad/s의 코너 주파수(corner frequency)를 갖는 손실 적분기로 작용한다.
명백하게 도시된 바와 같이, 도 6c의 측정된 힘 스펙트럼은 도 6b의 시뮬레이션된 스펙트럼에 대응한다. 이후, 도 6b의 신호는 펜슬의 모드들에 대응하는 주파수들에 부스트를 인가하도록 필터링된다. 신규 신호 스펙트럼은 도 6c에 도시된 가속도계 스펙트럼을 연상시키며, 이 스펙트럼은 필기도구의 모드들 때문에 가속도 트레이스에서 일부 공진을 갖는다. 이 신호가 랩톱 라우드스피커 상에서 재행되는 경우, 펜슬이 페이퍼 상에서 드래그되고 있는 것과 매우 유사한 소리처럼 들린다.
도 2에 도시된 바와 같이, 센서가 터치를 검출하면, 클릭 신호가 요청된다. 하나의 이러한 신호는, 다음의 수학식 22와 같이, 주파수 및 진폭이 조절된 코사인함수이다.
Figure 112010067411936-pct00027
여기서, h(t)는 엔벌로프(envelope) 함수인 g(t)와 주파수 변조 함수인 fm(t)의 곱이다.
Figure 112010067411936-pct00028
이고, 시간
Figure 112010067411936-pct00029
에서 최대값을 가지며, α는 엔벌로프의 감쇠 레이트이고, β는 주파수 변조 레이트를 제어하는 파라미터이며, ωc는 시간 t = 0에서 각주파수이다.
이 신호는 전술한 "제3 유형"의 신호로 또한 사용될 수 있고, 드래그가 검출될 때 수기 텍스처를 발생하는데 이용된다.
이 코사인 함수 신호는 사인-기반 함수 신호보다 효율적인 것으로 밝혀졌고, 추가적인 개선점들은 코사인 함수에 신규 변수인
Figure 112010067411936-pct00030
를 추가시켜서 아래에서 설명한다. 이후, 이 수정된 함수는, 다음의 수학식 23과 같이, 목표 촉각 스펙트럼에 최적으로 맞추어진다.
Figure 112010067411936-pct00031
최선의 신호들에 대해서, t = 1/α에서 엔벌로프의 피크가 코사인 함수의 피크에 대응하는 것으로 관측되었다. 이 경우,
Figure 112010067411936-pct00032
를 직접 설정할 수 있다. 간단한 계산법으로, t = 1/α에서 코사인의 인수(argument)를 0으로 설정하는 정확한 값을 확인할 수 있고, 따라서 다음의 수학식 24와 같이 된다.
Figure 112010067411936-pct00033
전술한 바와 같이, h(t)는 엔벌로프 함수인 g(t)와 주파수 변조 함수인 fm(t)의 곱이 되지만, 이 경우에 fm(t)는 다음의 수학식 25와 같다.
Figure 112010067411936-pct00034
3개의 변수들에 대한 최적값들(α = 532.5, β = 83.85, ωc = 3133)은 원래 함수의 최적값들과 약간 상이하다. 두 경우 모두, 파라미터들은 진동에 대한 손가락 끝의 상대적인 감도를 진동 주파수의 함수로서 나타내는 스펙트럼 템플릿과 매칭되도록 선택된다. 그 목적은 손가락들이 가장 감각적인 주파수 범위에 대부분의 에너지를 인가하기 위한 것이다.
도 7a는 신호의 엔벌로프 함수인 g(t) 및 주파수 변조 함수인 fm(t)에 대해 시간 변화를 나타낸다. 또한, 도 7a는 α가 어떻게 유도되는지를 보여준다. 첫 번째 비영점(non-zero point) 교차의 타이밍은 1/α와 동등하다. 도 7b는 사용자에게 원하는 감각을 주는 목표 스펙트럼(파선) 및 상술한 변형 함수의 실제 스펙트럼을 나타낸다. 2개의 스펙트럼은 양호하게 매칭된다. 다른 파라미터 값들 또는 심지어 다른 신호들은 유사한 목적들을 달성하는데 사용될 수 있다. 도 8a 및 도 8b의 신호는 그러한 신호의 하나이고, 신호의 파라미터 값들은 목표 스펙트럼과 매칭되도록 선택된다.
도 8a 및 도 8b는 주파수 도메인에서 시작하는 시작점을 갖는 대안적인 신호들을 예시하며, 다음의 수학식 26과 같이 표현된다.
Figure 112010067411936-pct00035
여기서, a = 96505 = 310.72, b = 2011, φ = 5.181, rad = 297°이다.
도 8a는 감도 곡선(fm(t))이 정규 분포 곡선과 유사한 것을 나타낸다. 또한, 이러한 감도 곡선(fm(t))은 그 자신이 푸리에 변환이며, 이에 따라 시간 도메인 신호가 유사해야 하는 것으로 알려져 있다. 또한, 도 8a는 a 및 ωc가 어떻게 계산되는지를 나타내며, a 및 ωc는 전술한 바와 같이 계산된다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 이 대안은 도 7a의 신호와 달리 목표 스펙트럼에 대해 충분한 적합성을 제공하지 않지만, 그 스펙트럼의 고주파수 단부가 보다 빠르게 하강하는 주요 장점을 갖는다.
동일한 피크 진폭에 대해서 2개의 신호들을 비교하면, 대안 신호는 25% 이상의 에너지 효율이 있는 것으로 나타난다. 하지만, 일부 실험은 15% ~ 20% 높은 진폭이 동일한 감각을 얻는데 필요하다는 것을 증명하였고, 이에 따라 상기 장점이 사라지게 되었다. 대안 신호에서 고주파수 에너지가 작고, 이것은 신호를 보다 조용하게 하는데 도움을 준다. 간단하게 말하면, 그들 사이에서 선택은 무의미하다. 대안 신호는 도 8a 및 도 8b에서 "제9 유형"의 신호로 예시된다.
도 9a 및 도 9b는 텍스처 파형들로서의 유효성에 대하여 4개 신호를 비교한다. 상기 신호들의 진폭은, 동일한 정도의 감각을 제공하지만 상기 감각을 얻기 위해 상이한 양의 파워를 사용하도록 조절된다.
유형 설명 적분된 rms 레벨
3 도 7a와 7b의 위상이 최적화된 원래의 촉각 클릭 0.251
6 유형 1로부터의 단극성, 이중 기울기 일반화된 임펄스 - 도 3a 참조 0.406
8 유형 2로부터의 양극성, 이중 기울기 일반화된 임펄스 - 도 3a 참조 0.201
9 도 8a와 8b의 대안적 촉각 클릭 0.237
제8 유형 신호가 가장 에너지 효율적이며, 신규 촉각 클릭(제9 유형)이 다음으로 효율적이다. 제6 유형 신호는 가장 효율이 낮다.
그 밖의 다른 유사한 제3 유형 신호와 비교하면, 제9 유형 신호의 빠른 감쇠는 '느낌'을 상당히 개선한다. 제9 유형은 추가적인 필터링이 없이 "사일런트 모드"에서 가장 조용하다.
도 7a 및 도 7b와 관련하여 설명된 기존의 제3 유형 클릭을 약간 변경하는 것은 가치 있다. 즉, 전혀 비용을 들이지 않고 개선할 수 있다. 대안적인 신호(제9 유형)에 대한 변경이 가치 있는지 여부는 주관적인 평가에 따른다.
현재 제시된 신호 유형(제8 유형)은 앞에서 선택된 제2 유형 신호를 약간 변경한 것이다. 많이는 아닐지라도 여전히 매우 효율적이다. 이러한 신호 유형을 신규의 제9 유형 신호와 비교할만한 가치가 있다.
12 터치스크린
16 센서
17 여진기
24 PLL
26 지터
30 필터
28 임펄스

Claims (15)

  1. 핸드-헬드 스타일러스(Hand-held stylus)를 사용하여 터치 감응 스크린 상에 필기할 때, 페이퍼 위에 필기하는 필기구의 감각(Sensation)을 시뮬레이션하는 방법으로서,
    상기 스크린에 진동 여진기가 연결되고, 상기 진동 여진기는 상기 스타일러스에 의해 상기 스크린이 접촉될 때 사용자 피드백을 제공하기 위해, 상기 스크린을 진동시키도록 배치되고,
    상기 진동을 제공하기 위해 상기 스크린에 굽힘파(bending wave)를 인가하는 단계를 포함하고,
    상기 굽힘파의 인가는 주기 변조된 신호(period modulated signal)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스크린 표면상에서 상기 스타일러스의 이동 속도를 감지하는 단계; 및
    상기 진동을 상기 감지된 속도에 따라 변조하는 단계를 포함하는 시뮬레이션하는 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 진동을 진폭 변조함으로써, 페이퍼 상에서 움직이는 필기구의 축 왕복 움직임(axial reciprocating movement)을 시뮬레이션하기 위한 진동을 준비하는 단계를 포함하는 시뮬레이션 방법.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 스타일러스를 상기 스크린의 진동에 응답하여 빔 공진(beam resonance)으로 여진하도록 구성함으로써, 페이퍼 상에서 움직이는 필기구의 공진을 시뮬레이션하기 위한 진동을 준비하는 단계를 포함하는 시뮬레이션 방법.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    페이퍼 상에서 필기하는 필기구의 음향을 시뮬레이션하는 음향 효과(sound effect)를 생성하도록 상기 스크린을 여진시키는 단계를 포함하는 시뮬레이션 방법.
  6. 핸드-헬드 스타일러스를 사용하여 사용자의 수기(hand-writing)를 받아들이도록 적용된 표면을 갖는 터치 감응 스크린을 포함하는 장치로서, 상기 스크린은, 상기 스타일러스가 상기 스크린의 표면 위에서 움직일 때 페이퍼 상에서 필기하는 필기구의 감각을 시뮬레이션하기 위한 진동을 상기 스타일러스에 전달하기 위해서, 상기 스크린을 진동하도록 여진시키는 진동 여진기를 포함하고,
    상기 진동 여진기는 상기 스크린에 굽힘파를 인가하고, 상기 굽힘파의 인가는 주기 변조된 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 진동 여진기는 전기기계적(electro-mechanical)이고, 상기 진동 여진기에 전기 신호를 인가하는 신호 발생 수단을 포함하는 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 전기 신호를 진폭 변조하는 수단을 포함하는 장치.
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 스크린 표면상에서 스타일러스의 이동 속도를 감지하는 수단; 및
    상기 감지된 속도에 따라 상기 진동을 변조하는 수단을 포함하는 장치.
  10. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 스크린 표면상에서 상기 스타일러스의 이동 속도를 감지하는 수단을 포함하고, 상기 신호 발생 수단은 페이퍼 상에서 필기하는 필기구의 음향 성분을 시뮬레이션하는 음향 성분을 상기 스크린이 발산하도록 하는 음향 신호를 발생하며, 상기 음향 신호는 상기 속도 감지 수단에 의해 변조되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 실행되는 경우, 청구항 1 또는 청구항 2의 방법들을 구현하는 컴퓨터 프로그램 코드를 구비하는 기록 매체(storage medium).
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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