KR101288147B1 - 햅틱 피드백 디바이스 - Google Patents

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    • G09B21/001—Teaching or communicating with blind persons
    • G09B21/003—Teaching or communicating with blind persons using tactile presentation of the information, e.g. Braille displays

Abstract

본 발명의 햅틱 피드백 디바이스는 고정 몸체와 결합하는 진동 부재; 상기 진동 부재에 형성되어 상기 진동 부재를 진동시키는 진동 소자; 및 상기 진동 소자에 의해 진동되는 상기 진동 부재의 길이가 가변될 수 있도록 상기 고정 몸체와 결합하는 복수의 고정 지점;을 포함하고, 상기 고정 지점은 상기 진동 부재와 고정 몸체가 접합하는 용접 부분일 수 있다.

Description

햅틱 피드백 디바이스{Haptic feedback device}
본 발명은 햅틱 피드백 디바이스에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 진동 주파수의 조절이 가능한 햅틱 피드백 디바이스에 관한 것이다.
사용자의 사용편의성을 높이기 위해 화면에 선택 버튼이 표시되는 터치 방식의 입출력 장치(예를 들어, 햅틱 피드백 디바이스)가 일반화되고 있다.
햅틱 피드백 디바이스란 사용자가 손가락 등을 이용하여 화면에 직접 출력신호를 입력하는 방식으로, 사용자가 시각적으로 출력 정보를 확인하면서 모든 입력 신호를 조작할 수 있는 매우 편리한 기능을 제공할 수 있다.
이러한 햅틱 피드백 디바이스는 공간 절약이 가능하고, 조작성 향상과 간편성을 이룰 수 있으며, 사용자의 인식이 용이하다는 장점이 있다. 이외에도 햅틱 피드백 디바이스는 IT기기와 연동성이 좋다는 장점이 있다. 때문에, 햅틱 피드백 디바이스는 공공장소(예를 들어, 전철역, 병원, 학교 등)에서 해당 장소를 안내하는 안내 기기의 입출력 수단으로서 많이 이용되고 있다.
한편, 햅틱 피드백 디바이스는 입력신호의 수신 여부 또는 출력신호의 출력 여부를 알려주기 위한 수단으로 햅틱 피드백 디바이스를 구비하고 있다. 이러한 햅틱 피드백 디바이스는 진동 소자(예를 들어, 압전소자)와 진동 소자에 의해 진동하는 진동 부재를 구비하고 있다.
여기서, 진동 부재는 얇은 판 형상으로 제작되므로, 제작공정에 따라 그 길이와 두께에서 편차가 발생할 수 있다. 아울러, 이러한 길이 및 두께의 편차는 진동 주파수를 변화시키므로, 햅틱 피드백 디바이스가 기 설정된 대역을 벗어난 범위에서 진동할 수 있으며 이러한 진동은 사용자에게 거북함을 줄 수 있다.
그런데 종래의 햅틱 피드백 디바이스는 이러한 진동 주파수의 불량을 교정할 수 있는 어떠한 구조도 구비하고 있지 않으므로, 기 설정된 대역을 벗어난 햅틱 피드백 디바이스를 폐기해야만 했다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 제조 공차에 의해 설계와 다른 진동 주파수 대역을 갖는 햅틱 피드백 디바이스의 진동 주파수를 용이하게 교정 또는 조절할 수 있는 햅틱 피드백 디바이스를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스는 고정 몸체와 결합하는 진동 부재; 상기 진동 부재에 형성되어 상기 진동 부재를 진동시키는 진동 소자; 및 상기 진동 소자에 의해 진동되는 상기 진동 부재의 길이가 가변될 수 있도록 상기 고정 몸체와 결합하는 복수의 고정 지점;을 포함하고, 상기 고정 지점은 상기 진동 부재와 고정 몸체가 접합하는 용접 부분일 수 있다.
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본 발명의 일 실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스의 다른 형태는 고정 몸체와 결합하는 진동 부재; 상기 진동 부재에 형성되어 상기 진동 부재를 진동시키는 진동 소자; 및 상기 진동 소자에 의해 진동되는 상기 진동 부재의 길이가 가변될 수 있도록 상기 고정 몸체와 결합하는 복수의 고정 지점;을 포함하고, 상기 고정 지점은 상기 진동 부재에 형성되는 구멍일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스의 또 다른 형태는 고정 몸체와 결합하는 진동 부재; 상기 진동 부재에 형성되어 상기 진동 부재를 진동시키는 진동 소자; 및 상기 진동 소자에 의해 진동되는 상기 진동 부재의 길이가 가변될 수 있도록 상기 고정 몸체와 결합하는 복수의 고정 지점;을 포함하고, 상기 고정 지점은 상기 진동 부재의 가장자리에 형성되는 홈일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스의 또 다른 형태는 고정 몸체와 결합하는 진동 부재; 상기 진동 부재에 형성되어 상기 진동 부재를 진동시키는 진동 소자; 및 상기 진동 소자에 의해 진동되는 상기 진동 부재의 길이가 가변될 수 있도록 상기 고정 몸체와 결합하는 복수의 고정 지점;을 포함하고, 상기 진동 부재에 형성되는 제1질량 부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스에서 상기 제1질량 부재는 제2질량 부재와 결합할 수 있는 결합 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스에서 상기 제1질량 부재는 상기 제2질량 부재가 끼워질 수 있는 삽입 구멍을 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스에서 상기 제1질량 부재는 상기 제2질량 부재와 결합할 수 있도록 돌기 또는 홈을 구비하고, 상기 제2질량 부재는 상기 돌기 또는 홈에 대응하는 홈 또는 돌기를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스에서 상기 제2질량 부재는 소정의 질량을 갖는 접착제이고, 상기 제1질량 부재는 상기 접착제를 수용할 수 있는 수용 공간을 구비할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스는 병렬로 배치되는 복수의 진동판으로 이루어지는 진동 부재; 및 상기 진동 부재에 형성되어 상기 진동 부재를 진동시키는 진동 소자;를 포함하고, 상기 진동 부재는 상기 진동 부재의 길이방향을 따라 길게 연장되는 분할 홈에 의해 복수의 진동판으로 분리되는 구조일 수 있다.
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본 발명의 다른 실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스의 다른 형태는 병렬로 배치되는 복수의 진동판으로 이루어지는 진동 부재; 및 상기 진동 부재에 형성되어 상기 진동 부재를 진동시키는 진동 소자;를 포함하고, 상기 복수의 진동판에는 상기 진동판의 길이방향을 따라 복수의 구멍이 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스의 또 다른 형태는 병렬로 배치되는 복수의 진동판으로 이루어지는 진동 부재; 및 상기 진동 부재에 형성되어 상기 진동 부재를 진동시키는 진동 소자;를 포함하고, 상기 복수의 진동판은 프레스 가공에 의해 일체로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스의 또 다른 형태는 병렬로 배치되는 복수의 진동판으로 이루어지는 진동 부재; 및 상기 진동 부재에 형성되어 상기 진동 부재를 진동시키는 진동 소자;를 포함하고, 상기 진동 부재에 형성되는 제1질량 부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스는 소정의 질량을 갖는 제2질량 부재를 더 포함하고, 상기 제2질량 부재는 상기 제2질량 부재에 부착될 수 있도록 점착 성질을 갖는 접착제일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스에서 상기 제1질량 부재는 제2질량 부재와 결합할 수 있는 결합 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스에서 상기 제1질량 부재는 상기 제2질량 부재가 끼워질 수 있는 삽입 구멍을 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스에서 상기 제1질량 부재는 상기 제2질량 부재와 결합할 수 있도록 돌기 또는 홈을 구비하고, 상기 제2질량 부재는 상기 돌기 또는 홈에 대응하는 홈 또는 돌기를 구비할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스는 진동 부재; 상기 진동 부재에 형성되어 상기 진동 부재를 진동시키는 진동 소자; 상기 진동 부재에 형성되는 제1질량 부재; 및 상기 제1질량 부재에 선택적으로 결합하는 제2질량 부재;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스에서 상기 제1질량 부재는 상기 제2질량 부재가 끼워질 수 있는 삽입 구멍을 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스에서 상기 제1질량 부재는 상기 제2질량 부재와 결합할 수 있도록 돌기 또는 홈을 구비하고, 상기 제2질량 부재는 상기 돌기 또는 홈에 대응하는 홈 또는 돌기를 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스에서 상기 진동 부재는, 제1방향으로 길게 연장된 제1판재; 및 상기 제1판재의 양 측면으로부터 연장 형성되고, 상기 제1질량 부재와 결합할 수 있도록 상기 제1방향에 대해 수직한 제2방향으로 구부러지는 한 쌍의 제2판재;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스는 상기 제1질량 부재와 상기 진동 부재를 수용하는 상부 케이스와 하부 케이스를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스는 상기 상부 케이스에 수용 홈이 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스는 소정의 질량을 가지며 상온에서 경화될 수 있는 제2질량 부재가 상기 수용 홈을 통해 상기 제1질량 부재에 부착될 수 있다.
본 발명은 진동 부재의 길이(실질적으로 진동되는 길이)와 질량 부재의 질량 조절을 통해 햅틱 피드백 디바이스의 진동 주파수를 교정 또는 조절할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면 허용 오차 범위에서 벗어난 진동 부재 또는 질량 부재를 사용하더라도 햅틱 피드백 디바이스의 진동 주파수를 기 설정된 주파수 대역으로 용이하게 변경할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스의 단면도이고,
도 2는 도 1에 도시된 햅틱 피드백 디바이스의 진동 부재를 나타낸 평면도이고,
도 3 및 도 4는 고정 지점 변화에 따른 진동 부재의 진동 폭을 설명하기 위한 햅틱 피드백 디바이스의 단면도이고,
도 5 및 도 6은 본 발명의 제1실시 예에 진동 부재의 변형 형태를 나타낸 평면도이고,
도 7은 본 발명의 제2실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스를 나타낸 단면도이고,
도 8 및 도 9는 본 발명의 제2실시 예에 따른 질량 부재의 변형 형태를 나타낸 사시도이고,
도 10은 본 발명의 제3실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스의 진동 부재를 나타낸 평면도이고,
도 11은 본 발명의 제3실시 예에 따른 진동 부재의 변형 형태를 나타낸 평면도이고,
도 12는 본 발명의 제4실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스의 분리 사시도이고,
도 13은 도 12에 도시된 햅틱 피드백 디바이스의 결합 사시도이고,
도 14는 도 13에 도시된 햅틱 피드백 디바이스의 저면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.
햅틱 피드백 디바이스를 구성하는 요소 중 진동 부재는 얇은 판 형상으로 제작될 수 있다. 이러한 형상의 진동 부재는 외력에 의한 탄성 변형이 잘 일어나므로, 진동 소자에 의한 진동 효과가 좋다.
다만, 판 형상의 진동 부재는 열에 의한 열 변형과 외부 충격에 의해 형상 변형이 쉽게 발생하므로, 햅틱 피드백 디바이스의 진동 주파수를 변화시키기 쉽다.
아울러, 이 같은 진동 부재의 변형은 햅틱 피드백 디바이스의 불량을 초래할 수 있으므로, 햅틱 피드백 디바이스의 제조 수율을 떨어뜨리고 사용자가 불쾌감을 느끼는 진동 주파수를 유발할 수 있다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 인식하고 해결하기 위한 것으로서, 진동 부재의 변형에 따른 변경된 햅틱 피드백 디바이스의 진동 주파수를 용이하게 조절 또는 교정할 수 있는 햅틱 피드백 디바이스를 제공할 수 있다.
예를 들어, 본 발명은 진동 부재의 스프링 상수나 진동 대상물(진동 부재와 진동 소자를 포함한 몸체)의 질량을 변경시켜 햅틱 피드백 디바이스의 진동 주파수를 교정할 수 있으며, 진동 부재의 스프링 상수 및 진동 대상물의 질량 변경이 가능한 햅틱 피드백 디바이스를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스의 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 햅틱 피드백 디바이스의 진동 부재를 나타낸 평면도이고, 도 3 및 도 4는 고정 지점 변화에 따른 진동 부재의 진동 폭을 설명하기 위한 햅틱 피드백 디바이스의 단면도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 제1실시 예에 진동 부재의 변형 형태를 나타낸 평면도이고, 도 7은 본 발명의 제2실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스를 나타낸 단면도이고, 도 8 및 도 9는 본 발명의 제2실시 예에 따른 질량 부재의 변형 형태를 나타낸 사시도이고, 도 10은 본 발명의 제3실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스의 진동 부재를 나타낸 평면도이고, 도 11은 본 발명의 제3실시 예에 따른 진동 부재의 변형 형태를 나타낸 평면도이고, 도 12는 본 발명의 제4실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스의 분리 사시도이고, 도 13은 도 12에 도시된 햅틱 피드백 디바이스의 결합 사시도이고, 도 14는 도 13에 도시된 햅틱 피드백 디바이스의 저면도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 제1실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스를 설명한다.
본 발명의 제1실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스(100)는 케이스(102, 104), 진동 부재(10), 진동 소자(20)를 포함할 수 있다. 이 같이 구성된 햅틱 피드백 디바이스(100)는 휴대용 전화기, 휴대용 전자사전을 포함한 기타 휴대용 전자기기에 장착될 수 있다.
또한, 이 같은 햅틱 피드백 디바이스(100)는 해당 전자기기의 입출력 장치와 연결되어 사용자에게 진동신호를 송출할 수 있다. 그러나 본 발명의 햅틱 피드백 디바이스(100)는 전술된 휴대용 전자기기에 한정되지 않고, 터치 스크린을 구비한 현금인출기(ATM), 지하철역 노선 안내장치 등에 설치될 수 있다. 아울러, 이 같은 햅틱 피드백 디바이스(100)는 진동신호의 출력이 필요한 다른 전자기기에 장착되어 사용될 수 있다.
케이스(102, 104)는 상부 케이스(102)와 하부 케이스(104)로 이루어질 수 있다. 케이스(102, 104)는 햅틱 피드백 디바이스(100)를 외부의 충격으로부터 보호할 수 있다. 이를 위해 케이스(102, 104)는 충격에 강한 금속 재질로 제작될 수 있다. 그러나 햅틱 피드백 디바이스(100)의 경량화를 위해 플라스틱 재질로 제작될 수 있다. 이 경우, 플라스틱 재질은 충격에 강한 성분을 포함할 수 있다.
케이스(102, 104)는 햅틱 피드백 디바이스(100)가 장착될 전자기기에 분리 및 결합가능하게 장착될 수 있다. 또는, 케이스(102, 104) 중 적어도 일 부분(예를 들어, 상부 케이스(102) 또는 하부 케이스(104))은 햅틱 피드백 디바이스(100)가 장착되는 휴대용 전자기기(예를 들어, 휴대용 전화기)에 일체로 형성될 수 있다. 또는, 상부 케이스(102) 또는 하부케이스(104) 또는 상부 케이스(102)와 하부 케이스(104)는 휴대용 전자기기의 일 부분일 수 있다.
아울러, 케이스(102, 104)는 휴대용 전자기기로부터 전기신호를 수신하기 위한 전극을 포함할 수 있다. 이러한 전극은 케이스(102, 104)의 외부에 형성될 수 있으며, 내부에 장착되는 진동 소자(20)에 전류를 공급할 수 있다.
상부 케이스(102)와 하부 케이스(104)는 상호 결합 및 분리가 가능할 수 있다. 예를 들어, 상부 케이스(102)와 하부 케이스(104)는 볼트 및 너트에 의해 상호 결합할 수 있다. 또는, 상부 케이스(102)와 하부 케이스(104)는 별도의 끼워 맞춤 구조(예를 들어, 돌기와 홈)에 의해 결합할 수 있다.
하부 케이스(104)는 돌출부(106)를 포함할 수 있다. 돌출부(106)는 진동 부재(10)를 지지하는 구조물일 수 있으며, 진동 부재(10)와 결합하기 위한 복수의 결합 구멍을 구비할 수 있다.
한편, 첨부된 도면에서는 햅틱 피드백 디바이스(100)가 케이스(102, 104)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 그러나 햅틱 피드백 디바이스(100)가 장착되는 기기에 따라 케이스(102, 104)를 생략할 수 있으며, 이 경우 기기의 몸체가 케이스(102, 104)를 대신할 수 있다.
진동 부재(10)는 대체로 직사각형상의 단면을 갖는 얇은 판 형상으로 제작될 수 있다. 그러나 상하 진동이 가능한 형상이라면 직사각형 외에 다른 형상으로 제작될 수 있다.
진동 부재(10)는 소정의 탄성을 갖는 재질로 제작될 수 있다. 예를 들어, 진동 부재(10)는 금속 재질, 플라스틱 등의 재질로 제작될 수 있다. 또한, 진동 부재(10)는 햅틱 피드백 디바이스(100)가 소정범위의 진동 주파수(100 ~ 300 ㎐)를 갖도록 스프링 상수 K가 결정될 수 있다. 예를 들어, 진동 부재(10)는 햅틱 피드백 디바이스(100)가 100 ~ 300 ㎐의 진동 주파수를 갖도록 그 길이와 두께가 조정될 수 있다.
진동 부재(10)는 케이스(102, 104)에 고정될 수 있다. 구체적으로 설명하면, 진동 부재(10)의 양끝은 케이스(102, 104)와 결합할 수 있다. 참고로, 본 실시 예에서, 진동 부재(10)는 하부 케이스(104)와 결합할 수 있다. 그러나 필요에 따라, 진동 부재(10)가 상부 케이스(102)와 결합할 수 있으며, 상부 케이스(102)와 하부 케이스(104) 모두와 결합할 수 있다.
한편, 본 실시 예에서 진동 부재(10)와 케이스(102, 104)의 결합위치(이하에서는 고정 지점(30)이라고 한다)는 변경될 수 있다.
이를 위해 진동 부재(10)는 케이스(102, 104)에 대해 다수의 고정 지점(30; 32, 34, 36)을 가질 수 있다. 고정 지점은 다수의 체결용 구멍(12; 12a, 12b, 12c) 형상일 수 있다. 또는, 고정 지점은 진동 부재(10)와 케이스(102, 104)가 접합하는 용접 지점일 수 있다.
구멍(12)은 진동 부재(10)의 양끝에 대칭 형태로 형성될 수 있다. 아울러, 구멍(12; 12a, 12b, 12c)은 진동 부재(10)의 길이방향(도 2 기준으로 X축 방향)을 따라 간격을 두고 형성될 수 있으며, Y축 방향을 따라 복수 열로 형성될 수 있다.
참고로, 제1구멍들(12a) 간의 거리는 L1일 수 있고, 제2구멍들(12b) 간의 거리는 L2일 수 있고, 제3구멍들(12c) 간의 거리는 L3일 수 있다. 아울러, 거리 L3는 거리 L2보다 크고, 거리 L2는 거리 L1보다 클 수 있다.
위와 같은 구멍(12; 12a, 12b, 12c)에는 볼트 또는 핀이 체결되어, 진동 부재(10)를 케이스(102, 104)에 고정시킬 수 있다. 또는, 구멍(12; 12a, 12b, 12c)은 진동 부재(10)와 케이스(102, 104)의 용접을 위한 공간으로 활용될 수 있다. 그러나 진동 부재(10)와 케이스(102, 104)의 결합방법은 언급된 방법에 한정되는 것은 아니며, 통상의 기술자가 인지하고 인지할 수 있는 범위 내에서 변경될 수 있다.
이 같이 복수의 구멍(12; 12a, 12b, 12c)을 구비한 진동 부재(10)는 구멍(12; 12a, 12b, 12c)을 매개로 고정지점(30; 32, 34, 36)을 변경할 수 있다.
예를 들어, 진동 부재(10)는 도 3에 도시된 바와 같이 제1구멍(12a)을 고정지점(32)으로 하여 하부 케이스(104)에 고정될 수 있고, 도 4에 도시된 바와 같이 제3구멍(12c)을 고정지점(36)으로 하여 하부 케이스(104)에 고정될 수 있다.
한편, 진동 부재(10)는 도 5 및 도 6에 도시된 형태로 변형될 수 있다. 즉, 진동 부재(10)는 측면에 다수의 홈(14)이 형성된 형태로 제작될 수 있으며, 내부에 길이방향을 따라 길게 홈(16)이 형성된 형상으로 제작될 수 있다.
이와 같이 형태의 진동 부재(10)는 모두 프레스 가공에 의해 제작이 용이하고, 케이스(102, 104)에 대한 고정지점의 변경이 용이할 수 있다.
진동 소자(20)는 진동 부재(10)에 고정될 수 있다. 예를 들어, 진동 소자(20)는 접착제에 의해 진동 부재(10)에 부착될 수 있다. 여기서, 접착제는 에폭시 수지재질이거나 UV에 의해 경화되는 수지재질일 수 있다. 아울러, 진동 소자(20)는 기계적인 구조로 진동 부재(10)에 고정될 수 있다. 이를 위해 진동 부재(10)에는 진동 소자(20)가 끼워질 수 있는 수용 홈이 형성될 수 있다. 또한, 진동 부재(10)에는 진동 소자(20)의 위치를 고정하기 위한 돌기가 형성될 수 있다.
진동 소자(20)는 전기신호에 따라 수축 및 신장이 자유로운 압전소자일 수 있다. 예를 들어, 진동 소자(20)는 PZT(Lead Zirconium Titanite Ceramic)로 제작될 수 있다. 이와 같이 이루어진 진동 소자(20)는 전기신호에 따라 수축 및 신장하며 진동 부재(10)에 진동을 발생시킬 수 있다.
이러한 진동 소자(20)는 진동 부재(10)의 길이방향을 따라 길게 형성될 수 있다. 부연하면, 진동 소자(20)는 진동 부재(10)의 상하방향 진동에 지장을 주지 않도록 진동 부재(10)의 중앙에 배치될 수 있다. 아울러, 진동 소자(20)는 진동 부재(10)의 길이보다 짧을 수 있다.
이와 같이 구성된 본 실시 예는 전술한 바와 같이 진동 부재(10)의 고정지점을 변경할 수 있다. 여기서, 고정지점의 변경은 실질적으로 진동될 수 있는 진동 부재(10)의 길이변화를 의미하므로, 진동 부재(10)의 실질적인 스프링 상수가 변화됨을 의미할 수 있다.
Figure 112011090587285-pat00001
(여기서, K는 진동 대상물(또는 진동 부재)의 스프링 상수이고, E는 진동 대상물의 탄성 계수이고, A는 진동 대상물의 단면적이고, L은 진동 대상물의 길이이다)
Figure 112011090587285-pat00002
(여기서, K는 진동 대상물의 스프링 상수, M은 진동 대상물의 질량이다)
즉, 진동 부재(10)의 스프링 상수(K)는 수학식 1에서 알 수 있듯이 진동 부재(10)의 길이(실질적으로 진동하는 길이 - 고정지점들 간의 거리)에 반비례한다.
따라서, 진동 부재(10)의 고정지점들 간의 거리를 증가시키면(도 4의 경우), 진동 부재(10)에서 실질적으로 진동되는 부분의 길이가 길어지므로, 진동 부재(10)의 실질적인 스프링 상수(K)(진동 부재(10)에서 고정지점을 기준으로 진동되는 부분의 스프링 상수를 의미한다)가 작아질 뿐만 아니라 햅틱 피드백 디바이스(100)의 진동 주파수가 작아질 수 있다(수학식 2 참조).
이와 달리, 진동 부재(10)의 고정지점들 간의 거리를 감소시키면(도 3의 경우), 진동 부재(10)에서 실질적으로 진동되는 부분의 길이가 짧아지므로, 진동 부재(10)의 스프링 상수(K)가 커질 뿐만 아니라 햅틱 피드백 디바이스(100)의 진동 주파수가 커질 수 있다.
따라서, 본 실시 예에 따르면, 제작된 햅틱 피드백 디바이스(100)의 진동 주파수가 기 설정된 진동 주파수 대역보다 작거나 또는 큰 경우, 진동 부재(10)의 고정지점을 변경시켜 햅틱 피드백 디바이스(100)의 진동 주파수를 기 설정된 진동 주파수 대역으로 변경할 수 있다.
다음에서는 도 7 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 제2실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스를 설명한다.
본 실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스(100)는 다수의 질량 부재(40, 50)를 더 포함할 수 있다.
햅틱 피드백 디바이스(100)의 진동 주파수는 수학식 2에서 알 수 있듯이 진동 대상물의 질량을 증가시켜 낮출 수 있다. 따라서, 진동 부재(10)에 제1질량 부재(40)를 부가하거나, 또는, 제1질량 부재(40)에 또 제2질량 부재(50)를 추가하는 방식으로 햅틱 피드백 디바이스(100)의 진동 주파수를 낮출 수 있다.
본 실시 예는 이러한 효과를 달성하기 위한 것으로서, 질량 조절이 가능한 질량 부재를 제공할 수 있다.
본 실시 예에 따른 제1질량 부재(40)는 다수의 삽입 구멍(42)을 구비할 수 있다. 삽입 구멍(42)은 제1질량 부재(40)의 길이방향(도 7 기준으로 X축 방향)을 따라 형성될 수 있으며, 다른 질량체가 끼워질 수 있는 크기를 가질 수 있다. 즉, 삽입 구멍(42)에는 소정의 질량을 갖는 다수의 제2질량 부재(50)가 선택적으로 끼워질 수 있다.
여기서, 제2질량 부재들(50) 중 일부는 햅틱 피드백 디바이스(100)의 제조공정에서 처음부터 끼워질 수 있고, 나머지는 햅틱 피드백 디바이스(100)의 진동 주파수를 조정하는 공정에서 선택적으로 끼워질 수 있다. 아울러, 제1질량 부재(40)에 끼워진 제2질량 부재(50)는 햅틱 피드백 디바이스(100)의 진동 주파수를 조정 과정에서 선택적으로 제거될 수 있다.
예를 들어, 햅틱 피드백 디바이스(100)의 진동 주파수가 기 설정된 진동 주파수 대역보다 낮은 경우, 제1질량 부재(40)에 끼워진 제2질량 부재(50)를 제거할 수 있다.
이와 반대로, 햅틱 피드백 디바이스(100)의 진동 주파수가 기 설정된 진동 주파수 대역보다 높은 경우, 제1질량 부재(40)의 삽입 구멍(42)의 제2질량 부재(50)를 추가로 끼워 넣을 수 있다.
이와 같이 구성된 본 실시 예는 질량 부재의 질량을 증감시켜 햅틱 피드백 디바이스(100)의 진동 주파수를 조정하므로, 상대적으로 진동 주파수의 변경이 용이할 수 있다.
한편, 제1질량 부재(40)와 제2질량 부재(50)의 결합구조는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 상하방향(도 8 기준으로 Z축 방향)으로 제2질량 부재(50)를 적층하거나, 제1질량 부재(40)의 길이방향(도 9 기준으로 X축 방향)으로 제2질량 부재(50)를 결합시키는 구조를 가질 수 있다.
도 8에 따른 변형 예에서는 제1질량 부재(40)에 돌기(44)가 형성되고 제2질량 부재(50)에 홈(52)이 형성될 수 있다. 본 변형 예에서는 돌기(44)와 홈(52)의 결합에 의해 제2질량 부재(50)가 제1질량 부재(40)의 두께방향(도 8 기준으로 Z축 방향)으로 적층될 수 있다. 여기서, 제1질량 부재(40)의 돌기(44)는 다수의 제2질량 부재(50)가 적층될 수 있도록 소정의 길이로 연장될 수 있다.
도 9에 따른 변형 예에서는 제1질량 부재(40)에 홈(46)이 형성되고 제2질량 부재(50)에 돌기(54)와 홈(56)이 형성될 수 있다. 본 변형 예에서는 홈(46)과 돌기(54)의 결합에 의해 제2질량 부재(50)가 제1질량 부재(40)의 길이방향(도 9 기준으로 X축 방향)으로 연결될 수 있다. 여기서, 제2질량 부재(50)는 필요에 따라 연속적으로 연결될 수 있다.
한편, 전술된 실시 예에서는 제2질량 부재(50)가 상당한 부피와 질량을 갖는 고체 형상으로 설명되었으나, 소정의 질량을 갖는 액체물질일 수 있다.
예를 들어, 제2질량 부재는 상온에서 경화될 수 있는 경화성 수지이거나 또는 접착제일 수 있다. 이러한 형태의 제2질량 부재는 햅틱 피드백 디바이스의 진동 주파수를 미세하게 조절하는데 용이하게 활용될 수 있다.
다음에서는 도 10 및 도 11을 참조하여 본 발명의 제3실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스를 설명한다.
본 실시 예에 따른 진동 부재(10)는 제1몸체(17)와 복수의 제2몸체(18)로 이루어질 수 있다. 부연 설명하면, 진동 부재(10)는 하나의 제1몸체(17)에 복수의 제2몸체(18)가 양끝에 형성된 구조일 수 있다.
제1몸체(17)는 진동 부재(10)의 중앙 부분을 형성하고, 제2몸체(18)는 진동 부재(10)의 양끝 부분을 형성할 수 있다.
여기서, 제2몸체(18)는 케이스(102, 104)와 연결될 수 있으며, 이를 위해 복수의 구멍(12)을 가질 수 있다(도 11 참조). 아울러, 복수의 제2몸체(18)는 케이스(102, 104)와 선택적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 3개의 제2몸체(18) 중 1개의 제2몸체(18)가 케이스(102, 104)와 연결되거나 또는 3개의 제2몸체(18) 중 2개의 제2몸체(18)가 케이스(102, 104)와 연결될 수 있다. 또는, 3개의 제2몸체(18) 모두가 케이스(102, 104)와 연결될 수 있다.
따라서, 본 실시 예는 케이스(102, 104)와 연결되는 제2몸체(18)의 수를 조절하여 진동 부재(10)의 스프링 상수를 조정할 수 있다.
예를 들어, 제1몸체(17)의 스프링 상수를 K1이라 하고 제2몸체(18)의 스프링 상수를 K2라 한다면, 진동 부재(10)의 스프링 상수(K)는 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112011090587285-pat00003
즉, 진동 부재(10)는 1개의 제1몸체(17)로 이루어진 제1부분(10a)과 3개의 제2몸체(18)가 병렬 연결된 2개의 제2부분(10b)이 직렬로 연결된 구조이므로, 진동 부재(10)의 스프링 상수(K)는 K1과 K2의 합력으로 표현될 수 있다.
여기서, 제2부분(10b)의 스프링 상수는 케이스(102, 104)와 실질적으로 연결되는 제2몸체(18)의 수에 따라 증감되므로, 이에 따라 진동 부재(10)의 스프링 상수(K)를 증감시킬 수 있다. 즉, 본 실시 예는 케이스(102, 104)와 연결된 제2몸체(18)의 수를 변경함으로써, 햅틱 피드백 디바이스(100)의 진동 주파수를 조정할 수 있다.
예를 들어, 케이스(102, 104)와 좌우 2개의 제2몸체(18)를 연결하는 경우, 진동 부재(10)의 스프링 상수(K)는 수학식 4와 같이 표현될 수 있다. 이 경우 진동 부재(10)의 스프링 상수(K)는 수학식 3에 따른 스프링 상수보다 작으므로, 햅틱 피드백 디바이스(100)의 진동 주파수를 전술된 경우보다 낮출 수 있다.
Figure 112011090587285-pat00004
다른 예로, 케이스(102, 104)와 좌우 1개의 제2몸체(18)를 연결하는 경우, 진동 부재(10)의 스프링 상수(K)는 수학식 5와 같이 표현될 수 있다. 이 경우 진동 부재(10)의 스프링 상수(K)는 수학식 4에 따른 스프링 상수보다 작으므로, 햅틱 피드백 디바이스(100)의 진동 주파수를 전술된 경우보다 더 낮출 수 있다.
Figure 112011090587285-pat00005
따라서, 본 실시 예에 따르면 케이스(102, 104)와 연결되는 제2몸체(18)의 수를 조절하여 햅틱 피드백 디바이스(100)의 진동 주파수를 용이하게 조절할 수 있다.
한편, 첨부된 도 10 및 도 11에서는 제2몸체(18)가 3개인 것으로 도시되어 있으나, 진동 부재(10)의 크기에 따라 제2몸체(18)의 수를 증감시킬 수 있다. 참고로, 제2몸체(18)의 수가 다수인 경우에는 진동 부재(10)의 스프링 상수(K)를 더욱 세밀하게 조정할 수 있다.
도 12 및 도 13을 참조하여 본 발명의 제4실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스를 설명한다.
제4실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스(100)는 진동 부재(10), 진동 소자(20), 제1질량 부재(40), 상부 케이스(102)와 하부 케이스(104)를 포함할 수 있으며, 부가적으로 제2질량 부재(50)와 가요성 기판(70)과 복수의 완충 부재(82, 84, 86)를 더 포함할 수 있다.
진동 부재(10)는 제1판재(10a)와 제2판재(10b)를 포함할 수 있다.
제1판재(10a)와 제2판재(10b)는 제1방향(도 12 기준으로 X축 방향)으로 길게 연장될 수 있다. 여기서, 제2판재(10b)는 제1판재(10a)를 기준으로 양 측면에 형성될 수 있으며, 제1판재(10a)에 대해 제2방향(도 12 기준으로 Z축 방향)으로 구부러진 상태로 배치될 수 있다. 즉, 제1판재(10a)의 평면과 제2판재(10b)의 평면은 수직하게 배치될 수 있다.
이와 같이 이루어진 진동 부재(10)는 하나의 판재를 프레스 가공한 후 제2판재(10b)를 제1판재(10a)를 중심으로 구부려 제작될 수 있다.
제1질량 부재(40)는 진동 부재(10)에 고정될 수 있다. 부연 설명하면, 제1질량 부재(40)는 제2판재(10b)를 매개로 진동 부재(10)에 장착될 수 있다. 더욱 상세히 설명하면, 제1질량 부재(40)는 제2판재(10b)를 매개로 진동 부재(10)에 고정될 수 있다.
상부 케이스(102)와 하부 케이스(104)는 제1질량 부재(40)를 수용할 수 있는 수용 공간을 가질 수 있으며, 제1판재(10a)와 결합할 수 있다. 상부 케이스(102) 또는 하부 케이스(104)와 제1판재(10a)의 결합은 돌기와 홈에 의한 끼움 결합 또는 용접이나 접착제에 의한 결합일 수 있다.
한편, 상부 케이스(102)는 일면(도 12 기준으로 윗면)에 수용 홈(106)을 구비할 수 있다. 수용 홈(106)은 상부 케이스(102)를 완전히 관통하는 형태로 형성될 수 있다. 따라서, 제1질량 부재(40)의 일면(윗면)은 수용 홈(106)을 통해 외부와 소통될 수 있으며, 수용 홈(106)을 통해 다른 부재(예를 들어, 제2질량 부재(50))와 결합할 수 있다.
가요성 기판(70)은 진동 소자(20)와 연결될 수 있으며, 진동 소자(20)에 전기 신호를 송출할 수 있다. 가요성 기판(70)과 진동 소자(20)의 결합은 전도성 접착제에 의해 이루어질 수 있다. 예를 들어, 가요성 기판(70)은 이방전도필름(ACF)에 의해 진동 소자(20)와 결합할 수 있다.
완충 부재(82, 84, 86)는 진동 부재(10) 또는 제1질량 부재(40) 또는 케이스(102, 104)에 형성될 수 있으며, 외부의 충격을 흡수할 수 있다. 이러한 완충 부재(82, 84, 86)는 필요에 따라 생략되거나 또는 제2질량 부재로서 기능할 수 있다.
제2질량 부재(50)는 도 13에 도시된 바와 같이 수용 홈(106)을 통해 제1질량 부재(40)에 형성될 수 있다. 제2질량 부재(50)는 액상의 물질일 수 있다. 부연 설명하면, 제2질량 부재(50)는 상온에서 경화되는 수지 재질이나 점착성을 갖는 접착제일 수 있다. 이러한 재질의 제2질량 부재(50)는 상대적으로 작은 질량단위로 부착량을 조절할 수 있으므로, 햅틱 피드백 디바이스(100)의 진동 주파수를 세밀하게 조절하는데 용이할 수 있다.
따라서, 본 실시 예는 정밀한 진동 주파수의 조절이 필요하거나 희망하는 진동 주파수 대역의 폭이 매우 좁은 경우에 유용하게 사용될 수 있다.
진동 부재(10)는 도 14에 도시된 바와 같이 다수의 용접 지점(90)을 가질 수 있다. 다수의 용접 지점(90)은 진동 부재(10)가 진동하는 실질적인 길이를 줄이거나 증가시킬 수 있으므로, 햅틱 피드백 디바이스(100)의 진동 주파수를 변화시킬 수 있다. 따라서, 본 실시 예에 따른 햅틱 피드백 디바이스(100)는 진동 부재(10)의 용접 지점(90)을 변경하여 진동 주파수를 조절할 수 있다.
본 발명은 이상에서 설명되는 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.
100 햅틱 피드백 디바이스
102 상부 케이스 104 하부 케이스
10 진동 부재 12 구멍
14 홈 16 분할 홈
20 진동 소자 30 고정 지점
40 제1질량 부재 42 삽입 구멍
44 결합 돌기 46 결합 홈
50 제2질량 부재 70 가요성 기판
82, 84, 86 완충 부재

Claims (26)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 고정 몸체와 결합하는 진동 부재;
    상기 진동 부재에 형성되어 상기 진동 부재를 진동시키는 진동 소자; 및
    상기 진동 소자에 의해 진동되는 상기 진동 부재의 길이가 가변될 수 있도록 상기 고정 몸체와 결합하는 복수의 고정 지점;
    을 포함하고,
    상기 고정 지점은 상기 진동 부재와 고정 몸체가 접합하는 용접 부분인 햅틱 피드백 디바이스.
  4. 고정 몸체와 결합하는 진동 부재;
    상기 진동 부재에 형성되어 상기 진동 부재를 진동시키는 진동 소자; 및
    상기 진동 소자에 의해 진동되는 상기 진동 부재의 길이가 가변될 수 있도록 상기 고정 몸체와 결합하는 복수의 고정 지점;
    을 포함하고,
    상기 고정 지점은 상기 진동 부재에 형성되는 구멍인 햅틱 피드백 디바이스.
  5. 고정 몸체와 결합하는 진동 부재;
    상기 진동 부재에 형성되어 상기 진동 부재를 진동시키는 진동 소자; 및
    상기 진동 소자에 의해 진동되는 상기 진동 부재의 길이가 가변될 수 있도록 상기 고정 몸체와 결합하는 복수의 고정 지점;
    을 포함하고,
    상기 고정 지점은 상기 진동 부재의 가장자리에 형성되는 홈인 햅틱 피드백 디바이스.
  6. 고정 몸체와 결합하는 진동 부재;
    상기 진동 부재에 형성되어 상기 진동 부재를 진동시키는 진동 소자; 및
    상기 진동 소자에 의해 진동되는 상기 진동 부재의 길이가 가변될 수 있도록 상기 고정 몸체와 결합하는 복수의 고정 지점;
    을 포함하고,
    상기 진동 부재에 형성되는 제1질량 부재를 더 포함하는 햅틱 피드백 디바이스.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1질량 부재는 제2질량 부재와 결합할 수 있는 결합 구조를 갖는 햅틱 피드백 디바이스.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1질량 부재는 상기 제2질량 부재가 끼워질 수 있는 삽입 구멍을 구비하는 햅틱 피드백 디바이스.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1질량 부재는 상기 제2질량 부재와 결합할 수 있도록 돌기 또는 홈을 구비하고,
    상기 제2질량 부재는 상기 돌기 또는 홈에 대응하는 홈 또는 돌기를 구비하는 햅틱 피드백 디바이스.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제2질량 부재는 소정의 질량을 갖는 접착제이고,
    상기 제1질량 부재는 상기 접착제를 수용할 수 있는 수용 공간을 구비하는 햅틱 피드백 디바이스.
  11. 삭제
  12. 병렬로 배치되는 복수의 진동판으로 이루어지는 진동 부재; 및
    상기 진동 부재에 형성되어 상기 진동 부재를 진동시키는 진동 소자;
    를 포함하고,
    상기 진동 부재는 상기 진동 부재의 길이방향을 따라 길게 연장되는 분할 홈에 의해 복수의 진동판으로 분리되는 구조인 햅틱 피드백 디바이스.
  13. 병렬로 배치되는 복수의 진동판으로 이루어지는 진동 부재; 및
    상기 진동 부재에 형성되어 상기 진동 부재를 진동시키는 진동 소자;
    를 포함하고,
    상기 복수의 진동판에는 상기 진동판의 길이방향을 따라 복수의 구멍이 형성되는 햅틱 피드백 디바이스.
  14. 병렬로 배치되는 복수의 진동판으로 이루어지는 진동 부재; 및
    상기 진동 부재에 형성되어 상기 진동 부재를 진동시키는 진동 소자;
    를 포함하고,
    상기 복수의 진동판은 프레스 가공에 의해 일체로 형성되는 햅틱 피드백 디바이스.
  15. 병렬로 배치되는 복수의 진동판으로 이루어지는 진동 부재; 및
    상기 진동 부재에 형성되어 상기 진동 부재를 진동시키는 진동 소자;
    를 포함하고,
    상기 진동 부재에 형성되는 제1질량 부재를 더 포함하는 햅틱 피드백 디바이스.
  16. 제15항에 있어서,
    소정의 질량을 갖는 제2질량 부재를 더 포함하고,
    상기 제2질량 부재는 상기 제2질량 부재에 부착될 수 있도록 점착 성질을 갖는 접착제인 햅틱 피드백 디바이스.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제1질량 부재는 제2질량 부재와 결합할 수 있는 결합 구조를 갖는 햅틱 피드백 디바이스.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1질량 부재는 상기 제2질량 부재가 끼워질 수 있는 삽입 구멍을 구비하는 햅틱 피드백 디바이스.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제1질량 부재는 상기 제2질량 부재와 결합할 수 있도록 돌기 또는 홈을 구비하고,
    상기 제2질량 부재는 상기 돌기 또는 홈에 대응하는 홈 또는 돌기를 구비하는 햅틱 피드백 디바이스.
  20. 진동 부재;
    상기 진동 부재에 형성되어 상기 진동 부재를 진동시키는 진동 소자;
    상기 진동 부재에 형성되는 제1질량 부재; 및
    상기 제1질량 부재에 선택적으로 결합하는 제2질량 부재;
    를 포함하는 햅틱 피드백 디바이스.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제1질량 부재는 상기 제2질량 부재가 끼워질 수 있는 삽입 구멍을 구비하는 햅틱 피드백 디바이스.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 제1질량 부재는 상기 제2질량 부재와 결합할 수 있도록 돌기 또는 홈을 구비하고,
    상기 제2질량 부재는 상기 돌기 또는 홈에 대응하는 홈 또는 돌기를 구비하는 햅틱 피드백 디바이스.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 진동 부재는,
    제1방향으로 길게 연장된 제1판재; 및
    상기 제1판재의 양 측면으로부터 연장 형성되고, 상기 제1질량 부재와 결합할 수 있도록 상기 제1방향에 대해 수직한 제2방향으로 구부러지는 한 쌍의 제2판재;
    를 포함하는 햅틱 피드백 디바이스.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 제1질량 부재와 상기 진동 부재를 수용하는 상부 케이스와 하부 케이스를 더 포함하는 햅틱 피드백 디바이스.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 상부 케이스에는 수용 홈이 형성되는 햅틱 피드백 디바이스.
  26. 제25항에 있어서,
    소정의 질량을 가지며 상온에서 경화될 수 있는 제2질량 부재가 상기 수용 홈을 통해 상기 제1질량 부재에 형성되는 햅틱 피드백 디바이스.
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