KR101322373B1 - 입력장치 - Google Patents

Abstract

입력장치는 가압 입력을 접수하기 위한 입력부(12), 상기 입력부(12) 상의 가압 하중을 검출하기 위한 하중검출부(13), 상기 입력부(12)를 진동시키기 위한 진동부(14), 및 상기 하중검출부(13)에 의해 검출되는 가압 하중이 상기 입력부(12)로의 입력을 접수하기 위한 소정의 기준을 충족시키는 경우, 상기 입력부(12)를 가압하고 있는 오브젝트에 대하여 클릭 촉감이 제공되도록 상기 진동부(14)의 구동을 제어하고, 상기 입력부(12)로의 입력이 접수된 후, 상기 하중검출부(13)에 의해 검출되는 가압 하중이 상기 입력부(12)로의 입력을 접수하기 위한 소정의 기준보다 낮은 기준을 충족시키는 경우, 상기 오브젝트에 대하여 클릭 촉감이 제공되도록 상기 진동부(14)의 구동을 제어하기 위한 제어부(15)를 구비한다. 이에 따라, 조작자가 가압식의 입력부를 조작하는 경우에 푸시-버튼 스위치가 조작되는 경우에 얻어지는 것과 유사한 리얼한 클릭 촉감이 제공되고, 위화감이 없는 연속 입력 조작을 가능하게 한다.

Description

입력장치{INPUT APPARATUS}

본 출원은 2008년 12월 22일에 출원된 일본특허출원 제2008-326297호의 우선권을 주장하고 있으며, 그 전문이 본 명세서에 인용참조된다.

본 발명은 가압 입력들을 접수하기 위한 입력부들을 구비한 입력장치들에 관한 것이다.

최근, 정보기기, 가전제품 등에서 사용자에 의한 입력 조작들을 접수하기 위한 입력부로서, 터치패널, 터치스위치 등과 같은 가압에 의한 입력들을 접수하기 위한 플레이트 형태의 입력부들을 구비한 입력장치들이 널리 사용되고 있다. 이러한 입력부들은 저항막 방식, 정전용량 방식 등의 각종 방식을 구비한다. 이들 입력부 모두는 손가락 및 스타일러스 펜들에 의한 가압 입력들을 접수하기 위한 것으로, 푸시-버튼 스위치들과 달리, 가압 시에도 변위되지 않는다.

그러므로, 조작자가 가압 입력이 상기 입력부에 의해 접수되는 경우에 피드백을 얻을 수 없게 된다. 그 결과, 예를 들면 터치패널을 구비한 입력장치를 이용하는 경우, 같은 위치를 다수회 누르게 되는 등의 입력 에러가 발생하기 쉬워, 조작자에게 스트레스를 줄 수도 있다.

이러한 입력 에러들을 방지하는 방법으로는, 예를 들어 가압 입력들의 접수 시, 소리를 울리거나 또는 상기 가압 영역에 대응하여 표시부 상에 화상표시되어 있는 입력 버튼 등의 입력용 오브젝트들의 컬러들과 같은 표시 상태를 변경하여, 청각이나 시각에 의해 입력 조작들을 확인하기 위한 방법들이 알려져 있다.

하지만, 이러한 청각에 의한 피드백은 소음 환경에서의 확인이 곤란해질 수도 있고, 사용 중인 기기가 매너 모드에 있는 경우에는 적용가능하지 않다. 또한, 이러한 시각에 의한 피드백 이용 시에는, 표시부 상에 표시되어 있는 입력용 오브젝트가 소형이라면, 특히 조작자가 손가락에 의한 입력의 경우에는, 상기 입력용 오브젝트가 손가락에 의해 차단되어 조작자가 표시 상태의 변화를 확인하지 못할 수도 있다.

청각이나 시각에 의하지 않고, 터치패널이 입력을 접수하면, 상기 터치패널을 진동시켜 조작자의 손 끝에 촉감을 발생시키도록 하는 피드백 방법도 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1, 2 참조).

선행 기술문헌

특허문헌

일본특허공개공보 제2003-288158호

일본특허공개공보 제2008-130055호

하지만, 상기 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시된 기술들은 단지 조작자의 손 끝에서의 진동에 의한 촉감을 발생시키는 것이다. 즉, 상기 터치패널을 진동시킴으로써, 터치패널에 접촉하고 있는 조작자의 손 끝에서 "떨리는(throbbing)" 감각만을 제공하는 것으로, 예를 들면 메탈 돔(metal dome)을 구비한 푸시-버튼 스위치를 조작하는 경우에 얻어지는 "딸깍(click)"과 같은 리얼한 클릭 촉감이 아니다.

그러므로, 예를 들면 휴대 전화 등의 휴대 단말, 전자계산기, 매표기 등의 정보기기들의 입력 키들과 전자레인지, TV 세트 등의 가전제품들의 조작부들의 입력 키 등의 터치패널들에 상기 피드백 기술들이 적용되는 경우에는, 조작자가 위화감을 가질 수도 있게 된다.

또한, 조작자의 손 끝에 적절한 피드백을 제공하기 위해서는, 하중 문턱값이 설정되고 터치패널이 손가락으로 가압될 때에 검출되는 가압 하중이 증가하여 상기 하중 문턱값에 도달하는 경우에 상기 터치패널을 진동시킬 뿐만 아니라, 상기 터치패널로부터 손가락이 해제(release)될 때에 검출되는 가압 하중이 감소하여 상기 하중 문턱값에 도달하는 경우에도 상기 터치패널을 진동시키는 장치가 고려된다. 조작자에 의한 가압 동작과 해제 동작에 각각 대응하는 터치패널을 진동시킬 수 있으므로, 상기 장치는 조작자에게 적절한 조작감을 제공할 수 있다. 하지만, 터치패널의 가압 시의 가압 하중이 하중 문턱값을 상회하지 않고, 상기 하중 문턱값과 동일한 값까지만 검출되는 경우에는, 상기 터치패널이 가압 시에만 진동되고, 해제 시에는 진동되지 않아, 조작자가 위화감을 느끼게 된다. 특히, 터치패널 상의 동일한 입력용 오브젝트에 대하여 연속해서 입력 조작이 행하여지는 경우에는, 상기 터치패널이 어느 한 입력 조작에 대한 가압 시에만 진동하는 한편, 또다른 입력 조작에 대해서는 가압 시와 해제 시 양자 모두에 진동할 수도 있어, 조작자에 대한 위화감이 현저하게 된다.

따라서, 이러한 상황들을 감안하여 이루어진 본 발명의 목적은, 조작자가 가압식의 입력부를 조작하는 경우, 푸시-버튼 스위치가 조작되는 경우에 얻어지는 것과 유사한 리얼한 클릭 촉감을 제공할 수 있고, 상기 조작자가 위화감이 없이 연속 입력 조작(연타)을 행할 수 있게 하는 입력장치를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 입력장치는, 가압에 의한 입력을 접수하는 입력부와, 상기 입력부에 대한 가압 하중을 검출하는 하중검출부와, 상기 입력부를 진동시키는 진동부와, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이, 상기 입력부로의 입력을 접수하는 소정의 기준을 만족하였을 때, 상기 입력부를 가압하고 있는 가압물에 대하여 촉감이 제공되도록 상기 진동부의 구동을 제어하고, 상기 입력부로의 입력을 접수한 후, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 상기 입력부로의 입력을 접수하는 상기 소정의 기준보다 낮은 기준을 만족하였을 때, 상기 가압물에 대하여 상기 촉감과 동일한 촉감이 제공되도록 상기 진동부의 구동을 제어하는 제어부를 구비하는 것을 요지로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 또 다른 형태의 입력장치는, 가압에 의한 입력을 접수하는 입력부와, 상기 입력부에 대한 가압 하중을 검출하는 하중검출부와, 상기 입력부를 진동시키는 진동부와, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이, 상기 입력부로의 입력을 접수하는 소정의 기준을 만족하였을 때, 상기 입력부를 가압하고 있는 가압물에 대하여 촉감이 제공되도록 상기 진동부의 구동을 제어하고, 상기 입력부로의 입력을 접수한 후, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 상기 입력부로의 입력을 접수하는 상기 소정의 기준보다 낮은 기준을 만족하였을 때, 상기 가압물에 대하여 상기 촉감과는 다른 촉감이 제공되도록 상기 진동부의 구동을 제어하는 제어부를 구비하는 것을 요지로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 입력장치의 제어 방법은, 가압에 의한 입력을 접수하는 입력부와, 상기 입력부에 대한 가압 하중을 검출하는 하중검출부와, 상기 입력부를 진동시키는 진동부를 가지는 입력장치의 제어방법에 있어서, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이, 상기 입력부로의 입력을 접수하는 소정의 기준을 만족하였을 때, 상기 입력부를 가압하고 있는 가압물에 대하여 촉감이 제공되도록 상기 진동부의 구동을 제어하고, 상기 입력부로의 입력을 접수한 후, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 상기 입력부로의 입력을 접수하는 상기 소정의 기준보다 낮은 기준을 만족하였을 때, 상기 가압물에 대하여 상기 촉감과 동일한 촉감이 제공되도록 상기 진동부의 구동을 제어하는 것을 요지로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 또 다른 형태의 입력장치의 제어 방법은, 가압에 의한 입력을 접수하는 입력부와, 상기 입력부에 대한 가압 하중을 검출하는 하중검출부와, 상기 입력부를 진동시키는 진동부를 가지는 입력장치의 제어방법에 있어서, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이, 상기 입력부로의 입력을 접수하는 소정의 기준을 만족하였을 때, 상기 입력부를 가압하고 있는 가압물에 대하여 촉감을 제공하도록 상기 진동부의 구동을 제어하고, 상기 입력부로의 입력을 접수한 후, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 상기 입력부로의 입력을 접수하는 상기 소정의 기준보다 낮은 기준을 만족하였을 때, 상기 가압물에 대하여 상기 촉감과는 다른 촉감이 제공되도록 상기 진동부의 구동을 제어하는 것을 요지로 한다.

삭제

본 발명에 따르면, 입력부 상의 가압 하중이 상기 입력을 접수하기 위한 소정의 기준을 충족시키는 경우에 상기 입력부가 진동된 다음, 상기 입력부 상의 가압 하중이 상기 입력을 접수하기 위한 소정의 기준보다 낮은 기준을 충족시키는 경우에 상기 입력부가 진동된다. 이에 따라, 푸시-버튼 스위치를 조작하는 경우에 얻어지는 것과 같은 리얼한 클릭 촉감을 조작자에게 제공하여, 상기 조작자로 하여금 위화감없이 연속 입력 조작(연타)을 행할 수 있게 한다.

도 1은 푸시-버튼 스위치의 일반적인 하중 특성을 나타내는 도면;
도 2는 가압 하중(pressure loads)이 상이한 다양한 푸시-버튼 스위치들의 조작들에 대한 감각 평가 결과들을 나타내는 도면;
도 3은 스트로크들이 상이한 다양한 푸시-버튼 스위치들의 조작들에 대한 감각 평가 결과들을 나타내는 도면;
도 4는 푸시-버튼 스위치의 조작 시, 푸시 버튼에 발생되는 진동의 측정 결과의 일례를 나타내는 도면;
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 입력장치의 개략적인 구성을 나타내는 블럭도;
도 6은 도 5에 도시된 입력장치의 하우징 구조의 일례를 도시한 도면;
도 7은 도 5에 도시된 입력장치에 의한 동작들의 플로우차트;
도 8은 가압 시와 해제 시의 기준 하중이 동일하게 설정되는 경우, 도 5에 도시된 입력장치에 의해 제공되는 클릭 촉감의 일례를 나타내는 도면;
도 9는 해제 시의 기준 하중이 가압 시의 기준 하중보다 적게 설정되는 경우, 도 5에 도시된 입력장치에 의해 제공되는 클릭 촉감의 일례를 나타내는 도면;
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 입력장치의 개략적인 구성을 나타내는 블럭도;
도 11은 도 10에 도시된 입력장치의 정면도;
도 12는 도 5에 도시된 진동부를 구동하도록 구동 신호의 주파수를 변화시키는 경우의 클릭 촉감에 대한 감각 평가 결과들을 나타내는 도면;
도 13은 도 5에 도시된 터치패널의 진동 진폭을 변화시키는 경우의 클릭 촉감에 대한 감각 평가 결과들을 나타내는 도면;
도 14는 도 5에 도시된 진동부를 구동하도록 구동 신호의 주기를 변화시키는 경우의 클릭 촉감에 대한 감각 평가 결과들을 나타내는 도면;
도 15는 도 5에 도시된 진동부를 구동하도록 구동 신호의 파형을 변화시키는 경우의 클릭 촉감에 대한 감각 평가 결과들을 나타내는 도면;
도 16은 진동부를 구동하기 위한 구동 신호의 파형과 터치패널 상의 진동 진폭의 실제 파형을 나타내는 도면;
도 17은 도 5에 도시된 입력장치에 의한 클릭 촉감에 대한 감각 평가 결과들의 일례를 해제 촉감이 있는 경우와 없는 경우를 비교하여 나타내는 도면;
도 18은 가압 시와 해제 시의 기준 하중이 동일하게 설정되는 경우의 연속 입력 시에 제공되는 촉감의 일례를 나타내는 도면;
도 19는 해제 시의 기준 하중이 가압 시의 기준 하중에 비해 지나치게 낮게 설정되는 경우의 연속 입력 시에 제공되는 촉감의 일례를 나타내는 도면;
도 20은 해제 시의 기준 하중이 가압 시의 기준 하중에 가깝게 설정되는 경우의 연속 입력 시에 제공되는 촉감의 일례를 나타내는 도면;
도 21은 가압 시의 기준 하중이 1 N으로 설정되는 경우에 제공되는 촉감에 대한 감각 평가 결과들의 일례를 나타내는 도면;
도 22는 가압 시의 기준 하중이 2 N으로 설정되는 경우에 제공되는 촉감에 대한 감각 평가 결과들의 일례를 나타내는 도면; 및
도 23은 가압 시의 기준 하중이 3 N으로 설정되는 경우에 제공되는 촉감에 대한 감각 평가 결과들의 일례를 나타내는 도면이다.

본 발명의 실시예들의 설명에 앞서, 본 발명에 따른 입력장치에 의한 클릭 촉감을 제공하는 방법의 원리에 관하여 설명한다.

인간이 촉감을 느끼는 요소로는, 대상물에 접촉하는 경우에 뼈와 근육에 전해지는 하중으로부터 대상물의 경성이나 연성 등의 촉감을 느끼는 압감(pressure sensation)을 책임지는 신경 및 대상물에 접촉하는 경우에 피부 표면에 전해지는 진동을 검지하여 대상물의 감촉 등을 느끼는 촉감을 책임지는 또다른 신경이 있다. 즉, 압감은 하중을 검지하는 반면, 촉감은 진동을 검지한다. 또한, 일반적으로 촉감은 압감과 촉감의 복합된 감각이다. 따라서, 푸시-버튼 스위치를 조작하는 경우 "압감" 및 "촉감"에 대한 자극과 유사한 자극을 터치패널 상에서 재현하여, 조작자에게 클릭 촉감을 제공하는 것이 가능해진다.

다른 한편으로, 정보기기와 가전제품에 사용되고 있는 푸시-버튼 스위치들로는, 예컨대 메탈 돔(metal dome) 스위치, 엠보스(emboss) 스위치, 러버(rubber) 스위치, 택타일(tactile) 스위치 등이 널리 알려져 있다. 상기 스위치들의 종류에 따라 푸시 버튼의 스트로크 및 인가된 하중(압하력)에 차이들은 있지만, 이들 일반적인 푸시-버튼 스위치들이 기본적으로 도 1에 도시된 바와 같이 하중 특성을 가진다.

도 1의 압하 시의 하중 특성에 있어서, A 점에서 B 점까지의 기간은 푸시 버튼의 가압 개시로부터 누르기에 거의 비례하여 하중이 증가하는 기간을 나타낸다. B 점에서 C 점까지의 기간은 푸시 버튼의 누르기 이후 메탈 돔 등의 볼록형 탄성부재가 좌굴(buckle)되어, 하중이 급격하게 감소하는 기간을 나타낸다. C 점에서 D 점까지의 기간은 스위치의 접점이 폐쇄되고, 누르기에 거의 비례하여 하중이 증가하는 기간을 나타낸다.

어느 정도의 히스테리시스(hysteresis)가 있지만, 푸시 버튼의 해제 시에 있어서의 하중 특성은 압하 시의 하중의 변화를 되짚어간다(retrace). 즉, D 점에서 E 점까지의 기간은 해제의 개시로부터 거의 비례하여 하중이 감소하는 기간으로, 스위치의 접점이 닫힌 상태를 유지하는 기간을 나타낸다. E 점에서 F 점까지의 기간은 푸시 버튼의 해제에 의해 탄성부재가 좌굴 형태로부터 볼록 형태로 복원되어, 하중이 급격하게 증가하는 기간으로, 이 기간의 개시에 의해 스위치의 접점이 개방되는 기간을 나타낸다. F 점에서 G 점까지의 기간은 상기 탄성부재의 복원 후, 상기 푸시 버튼으로부터 손가락이 떨어지게 되는 기간으로, 상기 해제에 거의 비례하여 하중이 감소하는 기간을 나타낸다.

도 1에 도시된 하중 특성에 있어서, 푸시 버튼의 최대 스트로크는, 예를 들면 메탈 돔 스위치, 엠보스 스위치 및 택타일 스위치의 경우에는 1 mm 이하이며, 러버 스위치의 경우에는 3 mm 이하로 미소하다. 또한, B 점에 있어서의 하중은 메탈 돔 스위치, 엠보스 스위치 및 택타일 스위치의 경우에 있어서는, 예를 들면 1N 내지 6N 정도이며, 러버 스위치의 경우에는, 예컨대 0.5N 정도이다. 여하한의 푸시-버튼 스위치를 조작하는 경우에도, 조작자가 클릭 촉감을 느낄 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 발명자들은 푸시-버튼 스위치가 어떤 움직임을 했을 때에 "압감" 및 "촉감"에 의해 만들어지는 클릭 촉감을 제공하는 가를 연구하였다. 우선, 상기 클릭 촉감은 스트로크 변화에 의한 것인 지 또는 가압 하중의 변화에 의한 것인 지가 연구되었다.

도 2는 가압 하중이 상이한 다양한 푸시-버튼 스위치를 조작하는 경우에, 조작자가 어떻게 느낄 지를 나타낸 감각 평가 결과들을 나타내는 도면이다. 가로축은 실제 가압 하중을 나타내고, 세로축은 조작자가 푸시-버튼 스위치에 대하여 무겁거나 또는 가볍다고 느꼈는 지를 1 ~ 7점으로 나타낸다. 피험자들은 휴대 단말들의 사용에 익숙해져 있는 다섯 명의 사람들이었다. 도 2로부터 볼 수 있는 바와 같이, 가압 하중이 높은 푸시-버튼 스위치는 무거운 것으로 인식할 수 있고, 가압 하중이 낮은 푸시-버튼 스위치는 가벼운 것으로 인식할 수 있다는 것이 도시되어 있다.

도 3은 스트로크들이 상이한 각종 푸시-버튼 스위치를 조작하는 경우에 조작자가 어떻게 느낄 지를 나타낸 감각 평가 결과들을 나타내는 도면이다. 가로축은 실제 스트로크를 나타내고, 세로축은 조작자가 푸시-버튼 스위치에 대하여 길다고 또는 짧다고 느꼈는 지를 1 ~ 7점으로 나타낸다. 피험자는 도 2의 경우에서와 같이, 휴대 단말들의 사용에 익숙해져 있는 다섯 명의 사람들이었다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 미소한 스트로크가 길거나 또는 짧은 지의 여부를 명확하게 인식할 수는 없다.

상기 제시된 감각 평가 결과들은 사람이 하중의 차이는 인식할 수 있지만, 미소한 스트로크의 차이는 인식할 수 없다는 것을 보여준다.

그러므로, 본 발명자들은 가압 하중의 변화에 대하여 주목하였다. 즉, 인간이 스트로크의 차이를 인식할 수 없으므로, 터치패널과 같은 평면 상에서의 가압 하중, 즉 압감에 대한 자극이 도 1에 도시된 A, B, 및 C 점들과 같이 변화된다면, 사람이 클릭 촉감을 느낄 수 있는 지의 여부를 연구하였다. 그러므로, 수직방향으로 변위가능한 플레이트를 가지는 실험 장치가 준비되었다. 그리고, 상기 플레이트는 도 1에 도시된 바와 같이 A 점에서 B 점으로 압하되었고, 하중이 B 점의 하중에 도달한 시점에서, 상기 플레이트는 B, C 점들 간의 하중의 변화를 재현하기 위하여 순간적으로 약간 하방으로 변위되었다.

그 결과, 푸시-버튼 스위치를 "눌렀다(have pressed down)"라고 하는 "압하감(sense of pressing)"은 얻어졌지만, 예를 들면 메탈 돔 스위치를 조작하는 경우에 얻어질 수도 있는 "딸깍(click)"과 같은 리얼한 클릭 촉감은 얻어지지 않았다. 즉, 리얼한 클릭 촉감을 얻기 위해서는, 스트로크와 하중 간의 관계에 의해 판명될 수 없는 또다른 요소가 있다는 것이 밝혀졌다.

이와 같이, 본 발명자들은 다음으로 "압감" 뿐만 아니라 또다른 감각신경인 "촉감"에 대하여 초점을 맞추어 연구하였다. 이에 따라, 그 위에 탑재된 메탈 돔 스위치들의 푸시-버튼 스위치를 구비한 입력장치를 가진 각종 휴대 단말에 의하면, 본 발명자들은 푸시 버튼들이 조작된 경우에 푸시 버튼들에 생기는 진동들을 측정하였다. 그 결과, 가압 하중이 도 1의 B 점에 도달한 시점에, 즉 메탈 돔이 좌굴되기 시작한 시점에, 푸시 버튼이 대략 100 ∼ 200 Hz의 주파수에서 진동되었다는 것을 밝혀냈다.

도 4는 이러한 측정 결과의 일례를 나타내는 도면이다. 가로축은 압하 경과 시간을 나타내고, 세로축은 진동 진폭을 나타낸다. 이러한 푸시-버튼 스위치는 도 1의 B 점에서 도 4의 실선으로 도시된 바와 같이 진동한다. 이에 따라, 이러한 푸시-버튼 스위치를 가압하는 경우, 인간은 대략 6 ms(대략 170 Hz의 주파수)의 진동 자극의 1 주기분을 받고 있는 것으로 밝혀졌다. 또한, 해제 시에 푸시-버튼 스위치 상의 가압 하중이 도 1의 F 점에 도달한 시점, 즉 메탈 돔이 좌굴 상태로부터 복원된 시점에서, 이 푸시-버튼은 도 4에 일점쇄선으로 도시된 바와 같이 진동되었다. 이에 따라, 이러한 푸시-버튼 스위치의 경우, 인간은 해제 시에 대략 8 ms(대략 125 Hz의 주파수)의 진동 자극의 1 주기분을 받고 있는 것으로 밝혀졌다.

상기 결과들은, 조작자가 터치패널과 같은 플레이트 형태의 가압식의 입력부를 가압하는 경우, 상기 입력장치가 도 1에 도시된 A 점에서 B 점까지의 하중이 있을 때에는 입력부를 진동시키지 않고, 조작자가 자발적으로 가압하도록 하여 압감을 자극하고, 상기 B 점에서는, 주파수 170 Hz에서 상기 입력부를 1 주기분 진동시켜 촉감을 자극한다면, 조작자에 대하여 도 4에 도시된 측정 결과를 구비한 푸시-버튼 스위치를 조작하는 경우에 얻어지는 것과 유사한 클릭 촉감을 제공하는 것이 가능해진다는 것을 보여준다.

상기 원리를 기초로 하여, 플레이트 형태의 가압식의 입력부가 가압되는 경우, 본 발명에 따른 입력장치는 가압 하중이 입력부로의 입력을 접수하기 위한 소정의 기준을 충족시킬 때까지 상기 압감을 자극하고, 상기 기준이 충족되는 경우에는, 입력부를 소정의 구동 신호, 즉 주파수, 구동 시간을 의미하는 주기(파장), 파형 및 진동 진폭을 가지고 진동시켜 촉감을 자극한다.

또한, 푸시-버튼 스위치를 조작하는 경우, 인간은 압하 시 뿐만 아니라, 해제 시에도, 도 4에 도시된 바와 같이, 푸시-버튼 스위치로부터 손가락에 촉감 자극을 받는다. 그리하여, 본 발명에 따른 입력장치는 해제 시에도 조작자에게 클릭 촉감(이하, 해제 시의 클릭 촉감을 적절하게 해제 촉감이라고도 함)을 제공한다. 이에 따라, 상기 입력장치는 조작자에게 푸시-버튼 스위치를 눌렀을 때 얻어지는 것과 유사한 더욱 리얼한 클릭 촉감을 제공하게 된다.

더욱이, 본 발명에 따르면, 휴대 단말에 채택되는 입력장치에 있어서는, 전화번호, 메시지 등의 입력 시에 빈번히 행하여지는 동일한 입력용 오브젝트가 연속해서 입력되는, 소위 연타에 있어서 조작자에게 위화감이 없는 리얼한 클릭 촉감을 제공하기 위하여, 가압 시의 클릭 촉감을 제공하기 위한 기준에 대응하는 해제 촉감을 제공하기 위한 기준이 적절하게 설정된다.

이하, 본 발명의 실시예들을 도면들을 참조하여 설명하기로 한다.

(제1실시예)

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 입력장치의 개략적인 구성을 나타내는 블럭도이다. 이러한 입력장치는 표시패널(11), 터치패널(12), 하중검출부(13), 진동부(14), 및 전체 동작을 제어하기 위한 제어부(15)를 구비한다. 상기 표시패널(11)은 입력 버튼 등의 입력용 오브젝트를 표시하기 위한 표시부를 구성하는 것으로, 예를 들면 액정표시패널, 유기EL표시패널 등일 수도 있다. 상기 터치패널(12)은 상기 표시패널(11)에 대한 가압 입력을 접수하기 위한 입력부를 구성하는 것으로, 예를 들면 저항막 방식과 정전용량 방식 등의 공지된 타입일 수도 있다. 상기 하중검출부(13)는 상기 터치패널(12)에 대한 가압 하중을 검출하는 것으로, 예를 들면 스트레인 게이지 센서(strain gauge sensor)를 포함할 수도 있다. 상기 진동부(14)는 상기 터치패널(12)을 진동시키는 것으로, 예를 들면 압전진동자(piezoelectric vibrator)를 포함할 수도 있다.

도 6은 도 5에 도시된 입력장치의 예시적인 하우징 구조를 도시하고 있다. 도 6a는 주요부의 단면도이고, 도 6b는 주요부의 평면도이다. 상기 표시패널(11)은 하우징(21) 내에 포함된다. 터치패널(12)은 탄성부재로 이루어지는 인슐레이터(22)를 거쳐 표시패널(11) 상에 배치된다. 본 실시예에 따른 입력장치에 있어서, 상기 표시패널(11) 및 터치패널(12)은 평면에서 볼 때 직사각형이고, 상기 터치패널(12)은 도 6b의 이점쇄선으로 도시된 표시패널(11)의 표시 영역 A 외부에 배치되는 인슐레이터(22)를 거쳐 상기 표시패널(11) 상에 배치된다.

또한, 상기 하우징(21)에는 상기 표시패널(11)의 표시 영역 외부의 상기 터치패널(12)의 표면 영역을 커버하는 상부커버(23)가 제공된다. 탄성부재들로 이루어지는 인슐레이터(24)는 상기 상부커버(23)와 상기 터치패널(12) 사이에 배치된다.

상기 터치패널(12)은 표면, 즉 조작면이 투명 필름으로 제조되고, 그 이면이 유리판으로 구성되는 표면을 가질 수도 있고, 상기 조작면이 가압되는 경우 가압력에 따라 상기 표면의 투명 필름이 약간 휘도록(변형되도록) 설계될 수도 있다.

상기 상부커버(23)에 의해 커버되는 각 변에 근접한 위치에서 상기 터치패널(12)의 표면의 투명 필름 상에는, 상기 터치패널(20) 상에 인가되는 하중(가압력)을 검출하기 위한 스트레인 게이지 센서(31)가 접착 등에 의해 제공된다. 또한, 대향하는 두 변 각각의 에지에 근접한 상기 터치패널(12)의 이면의 유리판 상에는, 상기 터치패널(12)을 진동시키기 위한 압전진동자(32)가 접착 등에 의해 제공된다. 즉, 도 6에 도시된 입력장치는 4개의 스트레인 게이지 센서(31)를 포함하는 도 5의 하중검출부(13) 및 2개의 압전진동자(32)를 포함하는 진동부(14)를 구비한다. 도 6a에 도시된 하우징(21), 상부커버(23) 및 인슐레이터(24)가 도 6b에는 생략되어 있다는 점에 유의해야 한다.

도 7은 본 실시예에 따른 입력장치에 의한 동작들의 플로우차트이다. 상기 제어부(15)는 상기 터치패널(12)로의 입력을 감시할 뿐만 아니라, 상기 하중검출부(13)에 의해 검출되는 하중도 감시한다. 상기 제어부(15)는 상기 터치패널(12)로의 입력이 상기 표시패널(11) 상에 표시된 입력용 오브젝트에 대한 입력이고, 상기 하중검출부(13)에 의해 검출되는 가압 하중이 상기 터치패널(12) 상의 가압에 의해 증가하면서 상기 입력을 접수하기 위한 소정의 기준에 도달하는 것을 검출한다(단계 S81). 상기 검출 시, 상기 제어부(15)는 그 검출 시점에서의 상기 터치패널(12)로의 입력을 접수하고, 상기 진동부(14)를 소정의 구동 신호로 구동하여, 상기 터치패널(12)을 소정의 진동 패턴으로 진동시키게 된다(단계 S82). 이에 따라, 상기 터치패널(12)을 가압하고 있는 손가락 혹은 스타일러스 펜 등의 오브젝트를 거쳐 조작자에게 클릭 촉감이 제공되어, 입력 조작이 완료된 것을 조작자에게 인식시킨다. 상기 하중검출부(13)는, 예컨대 4개의 스트레인 게이지 센서(31)의 평균 출력값으로부터 하중을 검출한다. 또한, 상기 진동부(14)는, 예컨대 2개의 압전진동자(32)를 동상(in phase)으로 구동한다.

여기서, 단계 S81에서의 검출에 사용되는 소정의 기준은, 예를 들면 도 1에 도시된 B 점에서의 하중이다. 따라서, 이러한 소정의 기준은 의도된 푸시-버튼 스위치의 압하 시의 하중 특성에 따라 적절히 설정될 수도 있다. 예를 들면, 휴대 단말들에 대해서는, 상기 소정의 기준이 연배의 사용자는 그것을 무겁게 설정할 수도 있는 반면, 빈번히 메시지들을 기록하는 사용자는 그것을 가볍게 설정할 수 있도록 사용자들이 원하는대로 설정할 수도 있다. 또한, 단계 S82에서 진동부(14)를 구동하기 위한 소정의 구동 신호, 즉 촉감을 자극하기 위한 주파수, 주기(파장), 파형 및 진동 진폭은 제공될 클릭 촉감에 따라 적절히 설정될 수도 있다. 예를 들면, 휴대 단말들에 사용되는 메탈 돔 스위치로 대표되는 클릭 촉감을 제공하기 위해서는, 후술하는 바와 같이, 상기 터치패널(12) 상에 소정의 하중이 인가되는 시점에서, 예컨대 170 Hz의 일정 주파수를 갖는 사인파(sine wave)로 이루어지는 1 주기분의 구동 신호에 의해 상기 진동부(14)가 구동되어, 상기 터치패널(12)을 소정의 하중이 인가되고 있는 동안 대략 15 ㎛ 만큼 진동시킨다. 이에 따라, 조작자에게 리얼한 클릭 촉감을 제공할 수 있게 된다.

그 후, 상기 하중검출부(13)에 의해 검출되는 하중이 소정의 기준을 충족시킨 것을 검출하는 경우(단계 S83), 상기 제어부(15)는 가압 시와 동일한 방식으로 상기 진동부(14)를 소정의 구동 신호로 구동하여, 상기 터치패널(12)을 소정의 진동 패턴으로 진동시킨다(단계 S84).

여기서, 단계 S83에서의 해제 시, 즉 가압 입력의 접수된 후에 검출되는 소정의 기준 하중은, 단계 S81에서 가압 시에 검출되는 하중보다 낮게, 바람직하게는 후술하는 바와 같이, 가압 시의 하중의 50 ∼ 80 %의 범위 내에 있는 임의의 값으로 설정된다. 단계 S84에서의 해제 시의 상기 진동부(14)를 구동하기 위한 구동 신호는, 단계 S82에서의 가압 시의 구동 신호와 같거나 또는 상이할 수도 있다. 예를 들면, 상기 터치패널(12)로의 입력이 접수되는 가압 시의 구동 신호의 주파수는 170 Hz로 설정될 수도 있고, 해제 시의 구동 신호의 주파수는 예를 들면 도 4에 도시된 바와 같이 125 Hz로 설정될 수도 있다.

상술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 입력장치는 상기 하중검출부(13)에 의해 검출되고 상기 터치패널(12)에 인가되는 하중이 상기 터치패널(12)로의 입력을 접수하기 위한 소정의 기준을 충족시킬 때까지는 압감을 자극하고, 상기 소정의 기준이 충족되는 경우에는, 상기 진동부(14)를 소정의 구동 신호로 구동하여 상기 터치패널(12)이 소정의 진동 패턴으로 진동되도록 하는 촉감을 자극한다. 이에 따라, 상기 입력장치는 조작자에 대하여 클릭 촉감을 제공하여, 상기 입력 조작이 완료된 것을 조작자에게 인식시킨다. 따라서, 푸시-버튼 스위치를 조작하는 경우에 얻어지는 것과 유사한 리얼한 클릭 촉감을 느끼면서 입력 조작을 행할 수 있으므로, 조작자가 위화감을 가지지 못할 수도 있다. 더욱이, 조작자는 터치패널(12)을 "눌렀다(have tapped)"라고 하는 의식과 연계하여 입력 조작을 행할 수 있으므로, 단순한 가압에 의한 입력 에러들도 방지할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 입력장치는, 하중이 가압 입력을 접수하기 위한 소정의 기준보다도 낮은 기준을 충족시키는 경우 가압 시와 동일한 방식으로, 가압 입력이 접수된 후 해제 시에 소정의 구동 신호로 상기 진동부(14)를 구동하여, 상기 터치패널(12)을 소정의 진동 패턴으로 진동시킨다. 이에 따라, 조작자에 대하여 해제 촉감을 제공할 수 있게 된다.

예를 들면, 상기 진동부(14)를 구동하기 위한 가압 하중의 기준과 해제 하중의 기준이 동일하게 설정되는 경우에는, 가압 시의 최대 하중이 상기 기준 하중을 초과한다면, 도 8에 도시된 바와 같이 가압 시와 해제 시에 클릭 촉감을 제공할 수 있게 된다. 따라서, 푸시-버튼 스위치의 것과 더욱 유사한 클릭 촉감을 조작자에게 제공할 수 있게 된다. 하지만, 가압 시의 기준 하중에서 상기 입력부를 가압하고 있는 오브젝트가 되돌아가는(pulled back) 경우에는, 해제 시에 상기 진동부(14)가 진동되지 않거나 또는 조작자가 가압 하중을 상기 기준 하중으로 유지하려고 하는 경우, 예기치 못한 해제 촉감이 제공될 수도 있어, 조작자에게 위화감을 줄 수도 있다.

이와는 대조적으로, 본 실시예에 따른 입력장치는 진동부(14)를 구동하기 위한 해제의 기준 하중을 가압의 기준 하중보다 낮은 값으로 설정하므로, 해제 시에 조작자에게 확실하게 해제 촉감을 제공할 수 있게 되어, 푸시-버튼 스위치에 보다 가까운 클릭 촉감을 제공할 수 있게 된다. 특히, 상기 진동부(14)를 구동하기 위한 해제 시의 소정의 기준 하중이 상기 진동부(14)를 구동하기 위한 가압 시의 소정의 기준 하중의 50 ∼ 80%의 범위 내에 있는 값으로 설정된다면, 상기 터치패널(12) 상의 동일한 입력용 오브젝트를 연속해서 입력할 때, 리얼한 클릭 촉감을 얻으면서 스무드한 연속 입력 조작이 가능해진다. 도 8, 도 9 및 다른 도면들에 있어서, "Cli" 및 "Ck"는 인간이 느끼는 클릭 촉감을 나타낸다는 점에 유의해야 한다.

(제2실시예)

도 10 및 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 입력장치를 나타내는 것으로, 도 10은 개략적인 구성을 나타내는 블럭도이고, 도 9는 그 정면도이다. 이 입력장치는, 예를 들면 휴대 단말 상에 탑재되는 것으로, 도 10에 나타나 있는 바와 같이, 가압 입력을 접수하기 위한 입력부로서 터치패널(41), 상기 터치패널(41) 상의 입력 위치를 검출하기 위한 위치검출부(42), 상기 위치검출부(42)에 의해 검출된 입력 위치에 기초한 정보를 표시하기 위한 표시패널(43), 상기 터치패널(41) 상의 가압 하중을 검출하기 위한 하중검출부(44), 상기 터치패널(41)을 진동시키기 위한 진동부(45) 및 전체의 동작을 제어하기 위한 제어부(46)를 구비한다.

도 11에 도시된 바와 같이, 상기 터치패널(41) 상에는 미리 인쇄, 스티커 등에 의해 숫자키와 같은 복수의 입력용 오브젝트(41a)들이 제공된다. 각각의 입력용 오브젝트(41a)에 대해서는, 인접하는 복수의 입력용 오브젝트(41a)를 가압함에 의한 오입력을 방지하기 위하여, 입력을 접수하기 위한 유효 가압 영역이 상기 입력용 오브젝트(41a)의 배치 영역보다 작게 설정된다. 도 10에 있어서는, 상기 하중검출부(44) 및 상기 진동부(45)가 도 6에 도시된 입력장치의 경우와 동일한 방식으로, 각각 스트레인 게이지 센서 및 압전진동자들을 구비한다는 점에 유의해야 한다.

상기 제어부(46)는 상기 터치패널(41)로의 입력 및 상기 하중검출부(44)에 의해 검출되는 하중을 감시할 뿐만 아니라, 상기 위치검출부(42)에 의해 검출되는 상기 터치패널(41) 상의 입력 위치도 감시한다. 상기 위치검출부(42)가 입력용 오브젝트의 유효 가압 영역의 입력 위치를 검출하는 경우 및 상기 하중검출부(44)에 의해 검출되는 가압 하중이 상기 터치패널(41) 상의 가압에 의해 증가하면서 입력을 접수하기 위한 소정의 기준을 충족시키는 경우, 상기 진동부(45)는 소정의 구동 신호로 구동되어, 상기 터치패널(41)을 소정의 진동 패턴으로 진동시킨다.

즉, 상기 위치검출부(42)가 입력용 오브젝트의 유효 가압 영역의 입력 위치를 검출하는 경우, 상기 제어부(46)는, 상기 제1실시예에 따른 입력장치와 동일한 방식으로, 상기 터치패널(41) 상의 하중이 증가하면서 소정의 기준을 충족시키는 시점에서, 예를 들면 170 Hz의 일정 주파수의 사인파로 이루어지는 1 주기분의 구동 신호에 의해 상기 진동부(45)을 구동시켜, 상기 터치패널(41)을 소정의 하중이 인가되고 있는 동안 대략 15 ㎛로 진동시킨다. 이에 따라, 조작자에 대하여 클릭 촉감을 제공하여, 그 입력 조작이 완료된 것을 인식시킨다. 또한, 상기 터치패널(41) 상에서 검출된 입력을 접수함으로써, 상기 제어부(46)는 상기 표시패널(43) 상의 입력에 따라 표시한다.

후속해서, 상기 하중검출부(44)에 의해 검출되는 하중이 상기 제1실시예에 따른 경우와 같은 방식으로 상기 터치패널(41)로의 입력을 접수하기 위한 소정의 기준보다 낮은 해제 시의 소정의 기준을 충족시키는 것을 검출하는 경우, 상기 제어부(46)는 상기 진동부(45)를 소정의 구동 신호로 구동시켜, 상기 터치패널(41)을 소정의 진동 패턴으로 진동시킨다.

따라서, 본 실시예에 따른 입력장치에 따르면, 상기 제1실시예의 경우와 동일한 방식으로, 푸시-버튼 스위치를 조작하는 경우에 얻어지는 것과 동일한 리얼한 클릭 촉감을 느끼면서 상기 터치패널(41) 상에서 입력 조작을 행할 수 있으므로, 조작자가 위화감을 느낄 일이 없게 된다. 더욱이, 조작자는 상기 터치패널(41)을 "눌렀다"라고 하는 의식과 연계하여 입력 조작을 행하므로, 단순한 가압에 의한 입력 에러들을 방지할 수도 있다.

또한, 본 실시예에 따른 입력장치는, 가압 입력이 접수된 후의 해제 시에, 하중이 가압 입력을 접수하기 위한 소정의 기준보다 낮은 소정의 기준을 충족시키는 경우, 가압 시와 동일한 방식으로, 상기 진동부(45)를 소정의 구동 신호로 구동하여, 상기 터치패널(41)을 소정의 진동 패턴으로 진동시킨다. 이에 따라, 해제 촉감을 확실하게 제공할 수 있게 된다. 따라서, 본 실시예에 따른 입력장치에 따르면, 가압 시의 클릭 촉감과 맞물려, 보다 푸시-버튼 스위치에 가까운 클릭 촉감을 제공할 수 있게 된다. 특히, 해제 시에 상기 진동부(45)를 구동하는 소정의 기준 하중이 가압 시에 상기 진동부(45)를 구동하는 소정의 기준 하중의 50 ∼ 80%의 범위 내에 있는 값으로 설정된다면, 리얼한 클릭 촉감을 얻으면서 스무드한 연속 입력 조작이 가능해진다.

이하, 본 발명자들이 검증한 상기 각 실시예들에 따른 입력장치의 클릭 촉감의 감각 평가 결과들에 대하여 설명한다.

본 발명자들에 의한 측정들에 따르면, 시판되는 휴대 단말들에 널리 사용되고 있는 메탈 돔 스위치들은 기종에 의한 편차는 있지만, 대체로 6N 이하, 일반적으로는 3N 이하의 소정의 하중이 인가되는 경우에 급격하게 하중이 감소하는 하중 특성을 가진다. 이와 같이, 본 발명자들은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 설계된 입력장치에 있어서, 상기 진동부(14)를 가압 시에만 진동시키는 경우의 클릭 촉감의 감각 평가를 행하였다. 이러한 감각 평가들에서는, 가압 시 상기 진동부(14)의 구동을 개시하기 위한 터치패널(12) 상의 하중(도 1의 B 점의 하중)이 1.5N으로 설정되었고, 상기 구동 신호의 주파수, 주기(파장) 및 파형은 파라미터들로 사용된다.

상기 평가들의 예시적인 결과들이 도 12 내지 도 15에 도시되어 있다. 도 12 내지 도 15에 있어서, 피험자들은 도 2 및 도 3에 도시된 감각 평가들에 포함된 5명의 사람들이었다. 3가지 평가 항목은 "클릭 촉감을 느낌", "촉감 좋음" 및 촉감이 "휴대 단말과 유사함" 이었다. 상기 "클릭 촉감을 느낌"의 평가 항목에 대하여 "느끼지 않는다"가 1점, "강하게 느낀다"가 7점이다. 상기 "촉감 좋음"의 평가 항목에 대하여 "나쁘다"가 1점, "좋다"가 7점이다. 상기 "휴대 단말과 유사함"의 평가 항목에 대하여 "유사하지 않음"이 1점, "매우 유사함"이 7점이다. 각 항목의 점수는 5명의 평균 점수를 나타낸다.

도 12는 주파수를 변화시키는 경우의 평가 결과들을 나타낸다. 상기 감각 평가들에 있어서, 상기 진동부(14)를 구동하기 위한 구동 신호의 주기(파장), 즉 구동 시간은 1 주기이고, 파형은 사인파이며, 그리고 주파수는 50 ∼ 250Hz의 범위 내에서 변화되었다. 상기 구동 신호의 진폭은 상기 터치패널(12) 상에 소정의 기준 하중이 인가되고 있는 상태에서 15 ㎛의 진동 진폭이 얻어질 수 있는 레벨로 설정되었다. 도 12에서 볼 수 있는 바와 같이, 주파수는 170 Hz의 경우에 최고의 평가가 얻어졌지만, 주파수가 140 Hz 이상이면 인간이 휴대 단말과 유사한 클릭 촉감을 얻을 수 있다는 것을 확인하였다.

도 13은 구동 신호의 진폭을 변화시키는 경우의 평가 결과들을 나타낸다. 상기 감각 평가들에 있어서, 상기 구동부(14)를 구동하기 위한 구동 신호의 주파수는 170 Hz이고, 주기는 1 주기이며, 파형은 사인파이었다. 상기 신호 진폭은, 상기 터치패널(12)이 가압되지 않은 무부하 상태에서, 상기 터치패널(12)이 1 ∼ 35 ㎛의 범위 내에 있는 소정의 진폭으로 진동되도록 변화되었다. 무부하 시의 진동 진폭의 조건 하에, 상기 구동부(14)는 상기 터치패널(12)에 1.5 N의 하중이 인가된 경우에 구동되어, 각 항목에 따라 평가되었다. 도 13의 가로축은 상기 터치패널(12)의 무부하 시의 진동 진폭에 대응하여 1.5 N의 하중이 인가된 경우의 진동 진폭을 나타낸다. 그 결과, 도 13에서 볼 수 있는 바와 같이, 1.5 N의 하중이 인가된 상태에서는, 진동 진폭이 15 ㎛ 이상이면, 인간은 클릭 촉감을 충분하게 느낄 수 있다는 것을 확인하였다. 즉, 상기 터치패널(12) 상에 1.5 N의 하중이 인가된 상태에서, 15 ㎛ 이상의 진동 진폭을 가지고 170 Hz의 일정 주파수로, 상기 터치패널(12)을 1주기분만을 진동시킴으로써 인간은 클릭 촉감을 느낄 수 있다는 것을 확인하였다.

도 14는 구동 시간인 주기(파장)를 변화시키는 경우의 평가 결과들을 나타낸다. 상기 감각 평가들에 있어서, 상기 진동부(14)를 구동하기 위한 구동 신호의 파형은 사인파이고, 상기 신호 진폭은 상기 터치패널(12) 상에 소정의 기준 하중이 인가되고 있는 상태에서의 진동 진폭이 15 ㎛이 되는 진폭, 주파수는 170 Hz이며, 주기는 1/4 내지 3 주기의 범위 내에서 변화된 레벨로 설정되었다. 1/4 주기 및 1/2 주기에 있어서는, 상기 터치패널(12) 상의 진동 변위가 다른 주기들에서와 거의 동일하도록, 즉 대략 15 ㎛의 진동 진폭이 얻어질 수 있는 레벨로 상기 신호 진폭이 설정되었다. 그 결과, 도 14에서 볼 수 있는 바와 같이, 주기(파장)가 1 주기인 경우에 최고의 평가가 얻어졌다. 또한, 5/4 주기 및 1 주기 미만에서도 기본적으로 양호한 결과들이 얻어졌지만, 3/2 주기 이상에서는 휴대 단말의 클릭 촉감과 상이하다는 것도 확인되었다.

도 15는 구동 신호의 파형을 변화시키는 경우의 평가 결과들을 나타낸다. 상기 감각 평가들에서는, 상기 진동부(14)를 구동하기 위한 구동 신호의 파형으로서 사인파, 구형파 및 삼각파가 사용되었다. 또한, 각 신호의 주파수는 170 Hz이고, 상기 신호 진폭은 상기 터치패널(12)에 소정의 기준 하중이 인가되고 있는 상태에서 진동 진폭이 15 ㎛이 되는 레벨로 설정되며, 상기 주기는 1 주기이었다. 그 결과, 도 15에서 볼 수 있는 바와 같이, 사인파에 의해 최고의 평가가 얻어졌다.

여기서, 사인파의 구동 신호(구동부(14)의 입력 전압)는, 도 16에 일점쇄선으로 도시된 바와 같이, 위상 0도로부터 전압이 증가한 다음 감소하는 1 주기에 한하지 않고, 위상 180도로부터 전압이 감소한 다음 증가하는 1 주기와 같은 임의의 위상으로부터의 1 주기의 전압일 수도 있다. 도 16은 또한 일점쇄선으로 나타낸 입력 전압으로 상기 구동부(14)가 구동되는 경우, 무부하 하에 상기 터치패널(12)의 진동 진폭의 파형(파선)과 1.5 N의 하중 하에 상기 터치패널(12)의 진동 진폭의 파형(실선)도 보여준다.

상술된 평가들의 예시적인 결과들로부터, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 설계된 입력장치가 휴대 단말에 적용되는 경우, 가압 시에 상기 터치패널(12)에 소정의 기준을 충족시키는 하중이 인가되는 시점에서, 예를 들면 주파수 140 Hz 이상, 바람직하게는 170 Hz의 일정 주파수를 가지고, 5/4 주기 이하, 바람직하게는 1 주기의 사인파의 구동 신호에 의하여, 상기 터치패널(12)이 대략 15 ㎛ 이상으로 진동된다면, 조작자에게 리얼한 클릭 촉감을 제공할 수 있게 된다는 것이 확인되었다. 또한, 도 10 및 도 11에 도시된 입력장치에 의해서도 같은 결과가 얻어질 수 있다는 것이 확인되었다.

다음으로, 본 발명자들은 상술된 바와 같이 상기 진동부(14)가 가압 시에만 구동된 경우 및 가압 시와 해제 시 양자 모두에서 구동된 경우의 클릭 촉감에 대한 감각 평가들을 행하였다. 이하, 이들 평가 결과들에 관하여 설명한다.

도 17은 이러한 예시적인 평가 결과들을 나타내는 도면이다. 도 17에서, 좌측에 있는 바들은 상기 진동부(14)가 가압 시에만 구동된 경우, 즉 "해제 촉감 없음"의 경우의 평가 결과들을 나타내는 반면, 우측에 있는 바들은 상기 진동부(14)가 가압 시와 해제 시 양자 모두에 구동된 경우, 즉 "해제 촉감 있음"의 경우의 평가 결과들을 나타낸다. 피험자들은 도 2 및 도 3에 도시된 감각 평가들에 포함된 5명의 사람들이었다. 평가 항목들은 도 12 내지 도 15에서의 3가지 항목에 "피드백 좋음(인식하기 쉬움)"의 항목을 포함하여 4가지 항목이었다. 각 항목들은 1 내지 7점으로, 각 항목의 점수는 5명의 평균 점수를 나타낸다. 상기 "피드백 좋음"의 항목에서는, "나쁘다"가 1점이고 "좋다"가 7점이다. 또한, 가압 시 및 해제 시, 상기 진동부(14)를 구동하기 위한 소정의 기준 하중들은 동일하고, 가압 시 및 해제 시의 구동 신호들도 동일하였다. 여기서는, 소정의 기준 하중이 1.5 N이었다. 또한, 상기 구동 신호는 주파수 170 Hz를 갖는 사인파가 1 주기분으로서, 상기 터치패널(12)을 1.5 N의 가압 하에 대략 15 ㎛로 진동시켰다.

도 17의 평가 결과들로부터 알 수 있는 바와 같이, 해제 시에도 상기 터치패널(12)을 진동시켜 해제 촉감이 제공된다면, 클릭 촉감이 휴대 단말의 클릭 촉감에 더욱 유사해지고, 양호한 피드백(인식)도 얻어질 수 있다는 것이 확인되었다. 또한, 도 10 및 도 11에 도시된 구성을 갖는 입력장치에 의해서도 같은 결과들이 얻어질 수 있다는 것이 확인되었다.

본 발명자들은 또한 상술된 바와 같이 가압 시와 해제 시 양자 모두에서 클릭 촉감이 제공되는 경우, 연속 입력들을 위한 클릭 촉감에 대한 감각 평가들을 행하였다. 이하, 이들 평가 결과들에 관하여 설명한다.

예를 들면, 인간이 연속 입력을 재빠르게 행하는 경우, 일반적으로는 가압 하중이 "0"으로 되돌아가기 전에 다음 입력이 개시되고, 가압 시의 최대 하중이 변한다. 이러한 경우, 상기 진동부(14)를 구동하기 위한 소정의 기준 하중이 가압 시와 해제 시에 동일하게 설정된다면, 도 18에 도시된 바와 같은 현상이 발생할 수도 있다. 즉, 연타 입력 도중 가압 하중이 기준 하중으로 되돌아간다면, 이러한 입력 시, 상기 진동부(14)는 해제 시에 구동되지 못할 수도 있거나, 또는 조작자가 해제된 것을 의식하기 전에 클릭 촉감이 제공될 수도 있다. 그 결과, 입력 동작과 클릭 촉감이 동기화되지 못할 수도 있어, 조작자에게 위화감을 주게 된다. 도 18은 4회의 연속 입력에 있어서, 3회차 입력의 가압 하중이 기준 하중으로부터 되돌아간 경우를 보여준다.

다른 한편으로, 해제 시에 상기 진동부(14)를 구동하기 위한 소정의 기준 하중이 가압 시에 상기 진동부(14)을 구동하기 위한 하중과 비교하여 지나치게 낮게 설정된다면, 도 19에 도시된 바와 같은 현상이 발생할 수도 있다. 즉, 연타 입력 도중 상기 하중이 해제 시의 소정의 기준 하중으로 되돌아가기 전에 다음 입력이 행하여진다면, 촉감이 동기화되어 제공되지 못한다. 그 결과, 조작자에게 위화감을 줄 수도 있다. 도 19는 4회의 연타 입력에 있어서, 2회차 입력에 있어서의 해제 시의 하중이 해제 시의 기준 하중에 도달하기 전에 3회차 입력이 행하여지는 경우를 보여준다. 또한, 해제 시의 소정의 기준 하중이 상술된 바와 같이 지나치게 낮으면, 소정의 기준으로 되돌아갈 때까지 시간이 걸린다. 그 결과, 조작자는 제공되는 촉감에 의한 위화감을 느끼지는 않지만, 연속 입력을 행하고 싶은 마음에도 불구하고 다음 입력까지 시간이 걸리게 되어, 신속한 연속 입력이 이루어질 수 없게 된다. 이에 따라, 연속 입력(연타) 시에 조작성이 저하될 수도 있다는 것이 우려된다.

이와는 대조적으로, 상기 진동부(14)를 구동하기 위한 해제 시의 소정의 기준 하중이 가압 시에 상기 진동부(14)를 구동하기 위한 하중에 가깝게 설정된다면, 보다 신속한 연속 입력이 가능해진다. 하지만, 조작자가 연속 입력 도중에 가압 상태를 유지(홀드)하려고 하는 경우에는, 예기치 않은 해제 촉감이 제공되어 조작자에게 위화감을 줄 수도 있게 된다. 즉, 연속 입력 도중에 가압 상태가 유지되는 경우에는, 조작자가 가압 하중을 일정하게 유지하고 있을려고 해도, 하중이 미소하게 변한다. 그러므로, 예를 들면 도 20에 나타나 있는 바와 같이, 가압 시의 기준 하중과 해제 시의 기준 하중 간의 하중 범위가 상술된 바와 같이 홀드 상태에서의 하중 변동의 범위보다 좁다면, 조작자가 홀드하고 있을 작정이라도, 해제 시의 촉감이 제공되어 위화감을 느끼게 된다.

이와 같이, 본 발명자들은 가압 시에 상기 진동부(14)를 구동하기 위한 하중에 대하여, 해제 시에 상기 진동부(14)를 구동하기 위한 각종 하중들을 가지고 클릭 촉감에 대한 감각 평가들을 행하였다.

도 21 내지 도 23은 이들 평가 결과들을 예시한 도면들이다. 도 22 내지 도 24에 있어서, 피험자들은 도 17에 도시된 감각 평가들에 포함된 5명의 사람들이었다. 평가 항목들은 도 17에서의 4가지 항목에 "연타하기 쉬움"의 항목을 포함하여 5가지 항목이었다. 각 항목은 1 내지 7점으로, 각 항목의 점수는 5명의 평균 점수를 나타낸다. 상기 "연타하기 쉬움"의 평가 항목에서는, "아니다"가 1점, "예"가 7점이다. 또한, 가압 시와 해제 시 양자 모두에 있어서, 상기 진동부를 구동하기 위한 구동 신호는 주파수 170 Hz의 사인파를 1 주기분으로 하여, 각각의 소정의 기준이 충족된 경우 상기 터치패널을 대략 15 ㎛로 진동시켰다.

도 21은 가압 시의 소정의 기준 하중이 1 N이고, 해제 시의 소정의 기준 하중이 0 N, 0.5 N 및 1 N인 경우의 평가 결과들을 나타낸다. 도 21에서 볼 수 있는 바와 같이, 가압 시에 진동을 개시하기 위한 소정의 기준 하중이 1 N이라면, 해제 시에 진동을 개시하기 위한 소정의 기준 하중이 0.5 N의 경우에, 모든 평가 항목에 대하여 최고의 평가들이 얻어졌다.

도 22는 가압 시의 소정의 기준 하중이 2 N이고, 해제 시의 소정의 기준 하중은 0 N, 0.5 N, 1 N, 1.5 N 및 2 N의 경우의 평가 결과들을 나타낸다. 도 22에서 볼 수 있는 바와 같이, 가압 시에 진동을 개시하기 위한 소정의 기준 하중이 2 N이라면, 해제 시에 진동을 개시하기 위한 소정의 기준 하중이 1 N 및 1.5 N의 경우에 높은 평가들이 얻어졌다. 특히, 1.5 N의 경우에는, 모든 평가 항목에 대하여 최고의 평가들이 얻어졌다.

도 23은 가압 시의 소정의 기준 하중이 3 N이고, 해제 시의 소정의 기준 하중이 0 N, 0.5 N, 1 N, 1.5 N, 2 N, 2.5 N 및 3 N의 경우의 평가 결과들을 나타낸다. 도 23에서 볼 수 있는 바와 같이, 가압 시에 진동을 개시하기 위한 소정의 기준 하중이 3 N이라면, 해제 시에 진동을 개시하기 위한 소정의 기준 하중이 1.5 N, 2 N 및 2.5 N의 경우에 높은 평가들이 얻어졌다. 특히, 2 N의 경우에는, 모든 평가 항목에 대하여 최고의 평가들이 얻어졌다.

상술된 예시적인 평가 결과들로부터, 해제 시에 진동부를 구동하기 위한 소정의 기준 하중이 가압 시에 진동부를 구동하기 위한 소정의 기준 하중의 50 ∼ 80%의 범위 내의 값으로 설정된다면, 연속 입력(연타) 도중에 순차적인 입력들과 촉감 제공 타이밍들의 동기화가 가능하게 되어, 위화감이 없는 리얼한 클릭 촉감을 제공할 수 있다는 것이 확인되었다. 즉, 해제 시의 소정의 기준 하중이 가압 시의 소정의 기준 하중보다는 작지만, 가압 시의 소정의 기준 하중의 50% 이상으로 설정된다. 이에 따라, 위화감을 주지 않으면서도, 연속 입력 시의 조작성이 각별히 개선되게 된다. 또한 해제 시의 소정의 기준 하중이 가압 시의 소정의 기준 하중의 80% 이하로 설정된다. 이에 따라, 연속 입력 시 홀딩 상태에서의 미소한 하중 변화에도 대처할 수 있게 된다.

따라서, 예를 들면 가압 시의 소정의 기준 하중이 1 N으로 설정된다면, 해제 시의 소정의 기준 하중은 0.5 N ∼ 0.8 N의 임의의 값으로 설정된다. 또한, 가압 시의 소정의 기준 하중이 높다면, 소정의 기준 하중이 낮은 경우보다 홀딩 상태에서의 하중 변동 범위가 넓어진다. 이러한 경우에도, 해제 시의 소정의 기준 하중이 가압 시의 소정의 기준 하중의 50 ~ 80%의 범위 내에서 설정된다. 예를 들면, 가압 시의 소정의 기준 하중이 6 N으로 높게 설정된다면, 해제 시의 소정의 기준 하중은 3 N ∼ 4.8 N으로 설정된다. 이에 따라, 예기치 못한 해제 촉감을 제공하지 않으면서, 연속 입력에 따른 위화감이 없는 리얼한 클릭 촉감을 제공할 수 있게 된다. 가압 시의 소정의 기준 하중 및 해제 시의 소정의 기준 하중은 고정적으로 또는 사용자에 의하여 임의로 선택해서 설정될 수도 있다.

본 발명은 상기 실시예들로만 한정되는 것이 아니고, 각종 변형 또는 변경들이 구현될 수도 있다는 점을 이해하여야 한다. 예를 들면, 상기 하중검출부는 임의의 개수의 스트레인 게이지 센서들로 구성될 수도 있다. 또한, 상기 하중검출부는 상기 터치패널의 입력 검출 방식에 따라 구성될 수도 있다. 예를 들면, 저항막 방식을 채택하는 경우에는 접촉 면적에 따른 저항 변화에 근거한 출력 신호의 변화로부터 또는 정전용량 방식을 채택하는 경우에는 정전용량의 변화에 근거한 출력 신호의 변화로부터 하중이 검출될 수 있다면, 스트레인 게이지 센서를 이용하지 않고도 상기 하중검출부가 구성될 수 있다. 또한, 상기 진동부는 임의의 개수의 압전진동자로 구성될 수도 있고, 상기 터치패널의 조작면 전면에 투명 압전소자들을 제공하여 구성될 수도 있으며, 또는 구동 신호의 1 주기로 360도 회전시키는 편심 모터로 구성될 수도 있다.

또한, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 입력장치가 표시패널을 구비하는 경우, 상기 제어부는 상기 터치패널에 대한 입력을 접수하는 시점에, 상기 표시패널 상의 대응하는 입력용 오브젝트의 표시 상태를 반전 등으로 변경하기 위하여 제어할 수도 있다. 더욱이, 상기 제어부는 상기 터치패널 상에서 검출되는 입력 위치를 토대로 상기 진동부를 구동하기 위한 구동 신호를 변경하여, 클릭 촉감을 변경하도록 구성될 수도 있다.

본 발명은 입력부가 하나의 스위치로서의 역할을 하는 입력장치에 적용가능하다. 또한, 본 발명에 따른 입력장치는, 상기 입력부가 가압되고 있는 동안 상이한 기준(하중)들에 대하여 순차적으로 클릭 촉감들을 제공하여, 2단 스위치(가압 후 추가적으로 가압됨)와 같은 다단 스위치의 촉감을 제공할 수 있다. 이에 따라, 상기 입력장치가 예를 들면 카메라의 릴리즈 버튼에 적용되는 경우에는, 포커스 록 촉감(feeling to lock focus)(제1단계) 및 릴리즈 촉감(feeling to release)(제2단계)을 제공할 수 있게 된다. 또한, 상기 표시부와 조합되어, 상기 단계에 따라 각종 방식으로 메뉴 화면 등의 표시를 변경할 수 있게 된다. 더욱이, 다단 스위치의 촉감을 제공하는 경우에는, 각 단계에서 진동부에 의해 입력부를 진동시키기 위한 구동 신호를 변경하여, 각 단계에 있어서 상이한 클릭 촉감을 제공하는 것도 가능하다.

본 발명에 따르면, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 입력을 접수하기 위한 소정의 기준을 충족시키는 경우에는 상기 진동부가 구동되게 된다. 여기서는, "상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 입력을 접수하기 위한 소정의 기준을 충족시키는 경우"가, "상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 입력을 접수하기 위한 소정값에 도달하는 경우", "상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 입력을 접수하기 위한 소정값을 초과하는 경우", 또는 "상기 하중검출부에 의해 입력을 접수하기 위한 소정값이 검출되는 경우"를 나타낼 수도 있다.

상기 제어부는 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 소정의 기준을 충족시키는 경우에 상기 구동부를 구동하여 상기 입력부(터치패널)를 소정의 진동 패턴으로 진동시키고, 이러한 가압 시의 소정의 진동 패턴은 도 4의 실선으로 도시된 것일 수도 있는 반면, 해제 시의 소정의 진동 패턴은 도 4의 일점쇄선으로 도시된 또다른 것일 수도 있다. 이러한 방식들로 상기 입력부를 진동시킴으로써, 조작자에 대하여 푸시-버튼 스위치를 조작하는 경우에 얻어지는 것과 동일한 클릭 촉감(진동 자극)을 제공할 수 있게 된다.

11 표시패널
12 터치패널
13 하중검출부
14 진동부
15 제어부
21 하우징
22 인슐레이터
23 상부커버
24 인슐레이터
31 스트레인 게이지 센서
32 초음파변환기
41 터치패널
41a 입력용 오브젝트
42 위치검출부
43 표시패널
44 하중검출부
45 진동부
46 제어부

Claims (4)

1. 가압에 의한 입력을 접수하는 입력부와,
   상기 입력부에 대한 가압 하중을 검출하는 하중검출부와,
   상기 입력부를 진동시키는 진동부와,
   상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이, 상기 입력부로의 입력을 접수하는 소정의 기준을 만족하였을 때, 상기 입력부를 가압하고 있는 가압물에 대하여 촉감이 제공되도록 상기 진동부의 구동을 제어하고, 상기 입력부로의 입력을 접수한 후, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 상기 입력부로의 입력을 접수하는 상기 소정의 기준보다 낮은 기준을 만족하였을 때, 상기 가압물에 대하여 상기 촉감과 동일한 촉감이 제공되도록 상기 진동부의 구동을 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 입력장치.
2. 가압에 의한 입력을 접수하는 입력부와,
   상기 입력부에 대한 가압 하중을 검출하는 하중검출부와,
   상기 입력부를 진동시키는 진동부와,
   상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이, 상기 입력부로의 입력을 접수하는 소정의 기준을 만족하였을 때, 상기 입력부를 가압하고 있는 가압물에 대하여 촉감이 제공되도록 상기 진동부의 구동을 제어하고, 상기 입력부로의 입력을 접수한 후, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 상기 입력부로의 입력을 접수하는 상기 소정의 기준보다 낮은 기준을 만족하였을 때, 상기 가압물에 대하여 상기 촉감과는 다른 촉감이 제공되도록 상기 진동부의 구동을 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 입력장치.
3. 가압에 의한 입력을 접수하는 입력부와,
   상기 입력부에 대한 가압 하중을 검출하는 하중검출부와,
   상기 입력부를 진동시키는 진동부를 가지는 입력장치의 제어방법에 있어서,
   상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이, 상기 입력부로의 입력을 접수하는 소정의 기준을 만족하였을 때, 상기 입력부를 가압하고 있는 가압물에 대하여 촉감이 제공되도록 상기 진동부의 구동을 제어하고, 상기 입력부로의 입력을 접수한 후, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 상기 입력부로의 입력을 접수하는 상기 소정의 기준보다 낮은 기준을 만족하였을 때, 상기 가압물에 대하여 상기 촉감과 동일한 촉감이 제공되도록 상기 진동부의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 입력장치의 제어방법.
4. 가압에 의한 입력을 접수하는 입력부와,
   상기 입력부에 대한 가압 하중을 검출하는 하중검출부와,
   상기 입력부를 진동시키는 진동부를 가지는 입력장치의 제어방법에 있어서,
   상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이, 상기 입력부로의 입력을 접수하는 소정의 기준을 만족하였을 때, 상기 입력부를 가압하고 있는 가압물에 대하여 촉감을 제공하도록 상기 진동부의 구동을 제어하고, 상기 입력부로의 입력을 접수한 후, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 상기 입력부로의 입력을 접수하는 상기 소정의 기준보다 낮은 기준을 만족하였을 때, 상기 가압물에 대하여 상기 촉감과는 다른 촉감이 제공되도록 상기 진동부의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 입력장치의 제어방법.

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