KR101436775B1

KR101436775B1 - 로컬화된 햅틱 피드백

Info

Publication number: KR101436775B1
Application number: KR1020137024366A
Authority: KR
Inventors: 니일 토마스 올리엔; 대니 에이. 그랜트; 다니엘 에이치. 고메즈
Original assignee: 임머숀 코퍼레이션
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2007-09-06
Publication date: 2014-09-03
Also published as: US20080068334A1; CN101517513B; EP2428871A2; KR101387883B1; KR20130108491A; EP2428871B1; KR20090052380A; JP2010503579A; CN102880293B; WO2008033710A3; EP2069887B1; EP2069887A2; EP2428871A3; CN102880293A; JP5279713B2; WO2008033710A2; CN101517513A

Abstract

햅틱 피드백을 생성하는 표면은 제1 레벨의 강성도를 갖는 제1 영역과 상기 제1 레벨의 강성도 미만의 제2 레벨의 강성도를 갖는 제2 영역을 포함한다. 제2 영역은 변형 영역을 한정하고, 상기 변형 영역 내에서 햅틱 피드백이 일반적으로 로컬화된다.

Description

로컬화된 햅틱 피드백{LOCALIZED HAPTIC FEEDBACK}

본 발명의 일 실시예는 햅틱 피드백에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명의 일 실시예는 햅틱 피드백을 특정 영역으로 로컬화하는 것에 관한 것이다.

다양한 애플리케이션들에서 전자 장치들 및 기계 장치들과의 휴먼 인터페이스와, 더욱 자연스럽고 사용하기 쉽고 정보를 제공하는 인터페이스에 대한 필요는 끊임없는 관심사이다. 자동차의 환경에서, 우세한 인터페이스는 여전히 기계적인 버튼이나 다이얼이다. 이러한 종류의 인터페이스가 인기 있는 한 가지 이유는 자동차의 운전자가 통상적으로 길에 대한 시야를 유지하면서 버튼이나 다이얼에 관여해야 하기 때문이다. 기계적인 장치들은 운전자가 기계적인 버튼 또는 다이얼을 느낄 수 있도록 한다.

그러나, 기계적인 버튼들 및 다이얼들을 구비하는 것은 여러 단점들을 일으킨다. 첫째로, 어떤 타입의 기계적 인터페이스는 마모되고 열화 되기 쉽다. 둘째로, 자동차의 대시보드 상에 있는 버튼들 및 다이얼들은, 먼지를 일으키고 허름하게 되고 비위생적이 되는 갈라진 금 및 틈을 포함한다. 마지막으로, 많은 자동차 제조업자들은 미래의 유선형의 외관을 갖는 대시보드를 만들려는 시도를 하고, 기계적인 버튼들은 이러한 외양보다 떨어질 수 있다.

기계적인 버튼들을 제거하기 위하여 터치패드 또는 터치 컨트롤 "버튼들"과 함께 힘 피드백 또는 촉각 피드백(집합적으로 여기에서는 "햅틱 피드백"으로서 언급됨)을 사용하는 것이 공지되어 있다. 그러나, 공지된 햅틱 피드백 장치들은 특정 "버튼"의 경계선들 내에 피드백(즉, 진동)을 국한(isolate)시키지 못 하는 경향이 있다. 많은 환경들에서, 이것은 커다란 문제점이 아닐 수도 있다. 그러나, 자동차의 환경 및 사용자가 버튼이 "눌리고" 있을 때 상기 버튼을 쳐다보지 않는 그 밖의 환경들에서는, 햅틱 피드백을 목표 영역으로만 국한시키는 것이 더욱 중요하다.

전술된 사항에 기초하여, 햅틱 피드백이 터치 컨트롤에 적용되어, 상기 피드백이 목표 영역으로 국한되게 하는 시스템 및 방법이 필요하다.

본 발명의 일 실시예는 햅틱 피드백을 생성하는 표면이다. 상기 표면은 제1 레벨의 강성도를 갖는 제1 영역과, 상기 제1 레벨의 강성도 미만의 제2 레벨의 강성도를 갖는 제2 영역을 포함한다. 상기 제2 영역은 변형 영역을 한정하는데, 상기 변형 영역 내에서 햅틱 피드백이 일반적으로 로컬화된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 대시보드의 전면부에 대한 평면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면의 후면부 및 작동기에 대한 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 표면의 후면부의 일부분에 대한 평면도, 및
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 표면의 후면부의 일부분에 대한 평면도.

본 발명의 일 실시예는 감소된 강성도 영역을 갖는 표면 및 상기 영역에 커플링된 작동기이다. 상기 작동기는 국한된 햅틱 피드백 효과를 상기 감소된 강성도 영역 내에서 생성한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 대시보드(10)의 전면부에 대한 평면도이다. 대시보드(10)는 연속적인 표면 또는 패널(12)로 형성된다. 다수의 버튼들(20)이 표면(12) 상에 형성된다. 스티어링 휠(14)이 대시보드(10)에 커플링된다. 계량기, 다이얼들 등과 같이 통상적으로 대시보드 상에 존재하는 다른 구성 요소들은 도 1에 도시되지 않는다.

일 실시예에서 각각의 버튼(20)은 대시보드(10)의 전면부 상에서 버튼의 지리적 위치에 관한 그래픽 아이콘 또는 다른 지시로서 표현된다. 그렇지 않으면, 버튼들(20)의 영역들에서 표면(12)은 전면부 상에서 연속적이고 매끄러우며, 허름해 질 수 있고 먼지를 보유할 수 있는 갈라진 금 및 틈들을 포함하지 않는다.

일 실시예에서, 표면(12)은 금속층에 라미네이트 된 목재층으로 형성된다. 상기 목재층은 표면(12)의 전면부 상에 있다. 다른 실시예들에서, 표면(12)은 예컨대 유리, 플라스틱, 탐소섬유와 같은 복합 재료들, 및 석재와 같은 그 밖의 물질들로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 버튼(20)의 위치를 실질적으로 벗어난 각각의 영역에서, 표면(12)의 후면부로부터의 금속층 및 목재층의 일부분은 제거되어, 변경되거나 얇아지지 않은 표면(12)의 영역들보다 더 낮은 레벨의 강성도를 갖는 더 얇은 영역을 생성한다.

일반적으로, 여기에서 기재된 "강성도", 즉 굴곡 또는 휨 강성도는 가해진 수직 항력으로부터 도출된 재료의 편향의 양에 관한 것이다. 이것은 단면적(두께), 가해진 힘의 위치, 사용된 재료의 재료 특성의 함수이다. 강성도를 정의할 때, 영률 및 모멘트의 개념이 통상적으로 적용된다, 즉 상기 개념에서는 편향=EI=탄성의 굴곡률(힘×길이²)×관성의 모멘트(길이⁴)이다. 그러나, EI에 대한 통상적인 계산들은 "티모센코(Timoshenko)" 공식들을 사용하는데, 상기 공식들은 일정한 단면적과, 단부들에 있는 견고한 지지부들 및 동종 재료들을 가정한다. 본 발명의 실시예들에서, 강성도는 힘들을 버튼 및 작동기(들)이 위치해 있는 곳과 같은 하나의 위치를 향해 지향시키도록 가변되는 단면적의 결과이다. 일 실시예에서, 라미네이트에서 또는 다른 형태의 복합물에서와 같이, 둘 이상의 재료가 사용된다. 예컨대, 라미네이트를 이용하여, 재료들 중 하나 이상의 단면적이 가변할 수 있거나, 또는 상이한 계수들을 갖는 상이한 재료들이 전체 단면적을 변화시킬 수도 있고 변화시키지 않을 수도 있는 변형 영역에서 사용될 수 있으며, 두 경우 모두가 설계된 강성도에 기여할 수도 있다. 일 실시예에서, 링들과 같은 특징들 또는 다른 로컬 특징들이 사용자에 대하여 선택된 강성도 응답에 기여할 수 있다. 이러한 방식으로, 효과적인 또는 결과적인 강성도가 설계에 의해 맞추어질 수 있다. 그러므로, 주어진 위치에 가해지는 힘으로부터 도출되는 강성도에 대한 값들은 경험적으로든 또는 유한 요소 해석을 통해서든지 결정되어야 할 수도 있다. 개시된 실시예들은 그러나 강성도를 맞추기 위한 소수의 방법들이고, 이용 가능한 방법들에 있어서 제한적이거나 모든 것을 망라하는 것을 의미하지 않는다.

더 낮은 레벨의 강성도를 갖는 영역은 변형 가능 영역을 형성하며, 상기 변형 가능 영역은 일반적으로 버튼(20)의 모양 및 위치와 일치한다. 실질적으로 국한되고 상기 변형 가능 영역 내에서 집중되는 햅틱 효과를 생성하기 위해 작동기는 상기 변형 가능 영역에 커플링된다. 그러므로, 상기 변형 가능 영역은 작동기와의 접촉을 통해 움직이는 근사 영역이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면(12)의 후면부 및 작동기(50)의 단면도를 나타낸다. 상기 표면(12)은 변형 가능 영역(40)을 포함하고, 상기 변형 가능 영역(40)은 표면(12)의 후면부로부터의 재료의 제거에 의해 형성된다. 일 실시예에서, 재료가 제거되지 않은 영역들 내 표면(12)은 대략 4.5mm의 두께를 갖고, 변형 가능 영역(40)은 대략 1.5mm의 두께를 갖는다.

작동기(50)는 변형 가능 영역(40)이 아닌 다른 영역에서 표면(12)의 후면에 커플링된다. 작동기(50)는 고정 전자석(34), 유동 전자석(32), 및 구리 코일(36)을 포함한다. 샤프트(30)가 플런저(plunger)(38)에 연결되고 상기 유동 전자석(32) 내에 내장된다.

무-전력 상태에서, 플런저(38)는 변형 가능 영역(40)의 후부(보이지 않는 측면)에 놓이거나 고정된다. 플런저(38)가 표면에 고정되지 않으면, 낮은 스프링 힘이 플런저(38)를 표면에 대하여 눌러서, 차를 범프 위로 운전하는 것과 같은 정상적인 환경적 조건들 동안에 상기 플런저(38)가 덜컥거리지 않도록 한다. 전력이 구리 코일(36)에 공급될 때, 전자석들(32,34)은 상당한 힘을 생성하면서 서로 끌어당겨진다. 상기 힘은 리턴 스프링(도시되지 않음)에 반하여 동작하고, 변경 가능 영역(40)에 있는 표면을 움직이기 위해 플런저(38)를 밀거나(표면에 연결되지 않은 경우) 또는 플런저(38)를 끌어당김(표면에 연결된 경우)으로써, 진동 또는 햅틱 효과를 생성하기 위해 표면을 변형시킨다. 일 실시예에서, 표면 그 자체는 리턴 스프링으로서 기능할 수 있다.

상기 작동기(50)가 전자석 타입의 작동기이더라도, 햅틱 효과 또는 힘을 변형 가능 영역(40)에 있는 표면(12)에 가할 수 있기 위한 임의의 타입의 작동기가 사용될 수 있다. 예컨대, 작동기(50)는 압전기의 전도성 폴리머들 또는 형상기억합금과 같은 "스마트 재료"일 수 있다. 작동기(50)가 도 2에서 영역(40)의 내부 및 외부 모두에서 표면(12)에 커플링되더라도, 다른 실시예에서, 작동기(50)는 영역(40)에만 커플링될 수 있다. 상기 실시예에서, 작동기(50)는 편심 매스가 모터에 의해 이동되는 편심 회전 매스("ERM"), 또는 스프링에 연결된 매스가 앞뒤로 구동되는 선형 공진 작동기("LRA")일 수 있다. 다른 실시예에서, 작동기(50)는 영역(40) 내부에서 표면(12)에 커플링될 수 있고, 프레임 또는 구조적 멤버와 같은 별개의 접지된 소자(grounded element)에 커플링될 수 있다. 또한, 제어기 및 그 밖의 필요한 구성 요소들이 햅틱 효과들을 생성하기 위해 신호들 및 전력을 작동기(50)에 제공하기 위하여 상기 작동기(50)에 커플링된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면(12)의 후면부의 일부분에 대한 평면도이다. 영역(64)은 표면(12)의 재료가 감소된 강성도 영역을 형성하기 위해 제거된 영역이다. 도 3에 도시된 표면(12)의 상기 일부분의 나머지, 즉 영역(62)은 어떠한 재료도 제거된 적이 없다. 도 3에 도시된 실시예에서, 영역(64)은 표면(12)의 변형 가능 영역과 대략적으로 일치하고, 영역(64)에 커플링된 작동기에 의해 가해지는 햅틱 효과들은 영역(64) 내에서 실질적으로 국한될 것이다.

다른 실시예에서, 영역(64)은 일정한 표면 두께가 아니라, 등급별로 배열된 감소된 강성도 영역을 형성하는 테이퍼링된 표면 두께를 갖는다. 테이퍼링은 일반화된 "V" 모양에서 에지들로부터 보다는 영역(64)의 중앙으로부터 더 많은 재료를 제거함으로써 형성될 수 있다. 이는, 영역(64)의 중앙에서 더 강해지는 햅틱 효과를 생성하고, 영역(64)의 에지 상에 있는 사용자의 손가락을 영역(64)의 중앙으로 향하게 하는 장점을 만들 것이다. 따라서, 예컨대, 자동차 안의 운전자는 버튼을 쳐다보지 않고도 햅틱 피드백을 통해 자신의 손가락이 버튼을 향하도록 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면(12)의 후면부의 일부분에 대한 평면도이다. 영역(74)은 표면(12)의 재료가 감소된 강성도 영역을 생성하기 위해 제거된 영역이다. 도 4에 도시된 표면(12)의 상기 일부분의 나머지, 즉 영역들(72,76)은 어떠한 재료도 제거된 적이 없다. 도 4에 도시된 실시예에서, 표면(12)의 변형 가능 영역은 영역(76)과 결합하여 대략적으로 주변의 감소된 두께 영역(74)이다. 따라서, 표면(12)의 일부분, 즉 영역(76)은 심지어 감소된 강성도 영역을 형성하기 위해 재료가 제거된 적이 없더라도 변형 가능 영역의 일부분이다. 도 4의 실시예에서, 영역(76)에 커플링된 작동기에 의해 가해지는 햅틱 효과들은 영역들(74,76) 내에서 실질적으로 국한될 것이다.

일 실시예에서, 표면(12)의 전면부 상에 있는 도 1의 버튼들(20) 각각의 외양 및 상태는 버튼들(20)의 위치에서 표면(12)의 후면부 상에 제공된 전계발광 발광층 및 발광 다이오드들("LED의")의 부가에 의해 향상된다. 상기 발광층은 버튼들에 대한 아이콘들이 밤에 가시적이 되도록 하여 역광 조명의 외양을 제공하는 일루미네이션을 생성한다. 버튼(20)이 눌릴 때, 추가의 피드백을 사용자에게 제공하기 위해, LED들은 버튼에 의해 제어되는 장치의 상태, 예컨대 뜨거워진 좌석에 대한 온도 레벨을 지시하기 위해 턴 온 될 수도 있고 턴 오프 될 수도 있다.

전술된 실시예들이 자동차의 대시보드에 관한 것일지라도, 본 발명은 국한된 햅틱 효과를 원하는 임의의 다른 타입의 장치의 표면 상에서 구현될 수 있다. 다른 실시예들은 항공기 버튼들, 냉장고들과 같은 가전제품들 상에 있는 버튼들, 및 청결에 관한 우려 때문에 매끄러운 버튼 표면을 가져야 하는 의료 장치들 상에 있는 버튼들을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 버튼의 존재에 대한 지시자 또는 아이콘을 갖는 것이 아니라, 버튼이 눈에 띄지 않는다. 상기 실시예는 숨겨진 벽 스위치를 생성하기 위해 유용한데, 그곳에서는 버튼이 눌리고 국한된 햅틱 효과가 생성될 때를 제외하고서 상기 버튼은 검출될 수 없다. 부가하여, 버튼들 이외 특징들은 상기 로컬화된 햅틱 효과들로 설계될 수 있다. 이러한 다른 특징들은 예컨대 선형 슬라이더, 만곡된 슬라이더 또는 원형 슬라이더를 표현하는 햅틱 활성 표면일 수 있다. 슬라이더는 사용자가 손가락을 햅틱 활성 표면을 따라서 움직여 테이블로부터 선택하거나 볼륨 레벨을 설정하는 것과 같은 것을 할 수 있게 할 수도 있다.

기술된 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 많은 장점들을 생성하는 국한된 햅틱 효과를 생성한다. 햅틱 효과가 국한되기 때문에, 상기 햅틱 효과는 더 강력하고, 따라서 예컨대 운전 장갑을 통해 더욱 쉽게 느껴질 수 있다. 또한, 도 1의 다중 버튼들(20)은 햅틱 효과가 한 버튼으로부터 다른 버튼으로 넘어가게 하는 것 없이 동시에 눌릴 수 있고, 각각의 버튼은 별개로 사용자에 의해 식별될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 스위치 배치의 훨씬 더 큰 설계 자유 및 필요로 되는 사용자 햅틱 피드백에 따른 증가된 미학을 제공한다. 또한, 본 발명의 실시예들은 컨텍스트가 버튼 눌림에 포함되도록 하는데, 그 이유는 버튼이 상이한 이용 가능한 햅틱 효과들 때문에 항상 동일하게 느끼도록 할 필요가 없기 때문이다. 예컨대, 버튼 기능성이 시도된 눌림의 시간에 허용되지 않은 경우, 에러 버즈 효과가 표준 햅틱 효과 대신에 나올 수도 있다. 또한, 햅틱 효과의 국한은 동작을 작은 영역으로 로컬화함으로써 전력 요구 사항들을 감소시키고, 잠재적인 음향적 잡음 생성을 감소시킨다.

전술된 실시예들에서, 감소된 두께 영역이 표면의 후면부로부터의 재료의 제거에 의해 생성되더라도, 다른 방법들이 감소된 두께 영역을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 재료의 제거 대신에, 재료가 상기 감소된 두께 영역이 아닌 다른 영역들 내 표면에 부가될 수 있다. 다른 실시예에서, 표면(12)은 비-동질 재료들로 형성될 수 있다. 예컨대, 더 부드러운 플라스틱 영역이 더 단단한 플라스틱 베이스 안으로 몰딩될 수 있다.

본 발명의 여러 실시예들이 특정하게 여기에서 예시되거나 그리고/또는 기술된다. 그러나, 본 발명의 수정예들 및 변형예들이 상기 설명들에 의해, 첨부된 청구항들의 범위 내에서 본 발명의 내용 및 의도된 범위로부터 벗어남 없이 포함된다.

Claims

햅틱 피드백을 생성하는 장치로서,
상기 장치는,
제1 레벨의 강성도를 갖는 제1 영역; 및
제2 레벨의 강성도를 갖는 제2 영역;
을 포함하고,
상기 제2 영역은 변형 영역을 한정하고 상기 햅틱 피드백은 상기 변형 영역 내에서 로컬화되고,
상기 제2 레벨의 강성도는 테이퍼링된 표면 두께에 의해 형성된 등급별로 배열된 감소된 강성도를 포함하는,
햅틱 피드백 생성 장치.
제1항에 있어서,
상기 변형 영역은 상기 제2 영역과 동일한 영역인,
햅틱 피드백 생성 장치.
제1항에 있어서,
상기 변형 영역은 상기 제2 영역에 의해 둘러싸이는,
햅틱 피드백 생성 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 영역은 제1 두께를 갖고,
상기 제2 영역은 상기 제1 두께보다 더 얇은 제2 두께를 갖는,
햅틱 피드백 생성 장치.
제1항에 있어서,
상기 변형 영역은 상기 햅틱 피드백 동안에 작동기와 접촉하는,
햅틱 피드백 생성 장치.
제1항에 있어서,
상기 햅틱 피드백은 상기 변형 영역의 진동을 포함하는,
햅틱 피드백 생성 장치.
피드백을 사용자 입력부에 제공하기 위한 시스템으로서,
상기 시스템은,
제1 레벨의 강성도를 갖는 제1 영역; 및
제2 레벨의 강성도를 갖는 제2 영역 - 상기 제2 영역은 변형 영역을 한정하고, 상기 제2 레벨의 강성도는 테이퍼링된 표면 두께에 의해 형성된 등급별로 배열된 감소된 강성도를 포함함 - 을 포함하는
표면; 및
상기 표면과 커플링된 작동기를 포함하는,
피드백 제공 시스템.
제7항에 있어서,
상기 작동기는 상기 변형 영역 내에서 로컬화되는 햅틱 효과를 생성하도록 적응되는,
피드백 제공 시스템.
제7항에 있어서,
상기 작동기는 스마트 재료를 포함하는,
피드백 제공 시스템.
전면부 및 후면부를 갖는 연속적인 표면 상에서 햅틱 활성 위치(a haptic enabled location)에 대한 피드백을 제공하는 방법으로서,
제1 레벨의 강성도를 갖는 제1 영역 및 제2 레벨의 강성도를 갖는 제2 영역의 교차를 통해 상기 표면 상에서 변형 영역을 한정하는 단계;
상기 햅틱 활성 위치가 눌리는 지시를 수신하는 단계; 및
상기 햅틱 활성 위치가 눌릴 때, 햅틱 효과를 상기 변형 영역 상에서 생성하는 단계;
를 포함하고,
상기 제2 레벨의 강성도는 테이퍼링된 표면 두께에 의해 형성된 등급별로 배열된 감소된 강성도를 포함하는,
피드백 제공 방법.
제10항에 있어서,
상기 생성 단계는,
상기 변형 영역을 상기 후면부 상에서 작동기와 접촉시키는 단계를 포함하는,
피드백 제공 방법.
제10항에 있어서,
상기 햅틱 활성 위치가 눌릴 때 상기 햅틱 활성 위치에서 일루미네이션을 생성하는 단계를 더 포함하는,
피드백 제공 방법.
제10항에 있어서,
상기 햅틱 효과는 햅틱 활성 위치 눌림 이벤트가 인지되었음을 지시하는,
피드백 제공 방법.
제10항에 있어서,
상기 햅틱 효과는 상기 햅틱 활성 위치가 잘못하여 눌렸음을 지시하는,
피드백 제공 방법.
제10항에 있어서,
상기 방법은,
상기 전면부 상에서 볼 수 있는 상기 햅틱 활성 위치의 지시자를 제공하는 단계를 더 포함하고,
상기 변형 영역은 상기 지시자에 인접하는,
피드백 제공 방법.