KR101666532B1 - 실시간 진동 피드백을 제공하는 진동 마우스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시각정보에 대응하는 진동 피드백을 제공하는 진동 마우스에 있어서, 압전효과를 갖는 압전소자층(8)과 중심전극판(10)을 일체로 형성하여 압전진동체(6)를 구성하고, 압전진동체(6)의 양단을 고정하여 상하 굴곡변위에 의한 진동이 생성되게 구성하며, 상기 압전진동체(6)에 진동을 증대시키는 무게편(12)을 부착고정한 액추에이터(4)를 진동 마우스(1)의 몸체(2) 내측에 하나 이상 설치하여 고주파수 대역에서의 빠른 가변 진동을 실시간으로 응답하게 구성하여서, 시각정보에 대응하는 다양한 진동량을 빠른 진동응답으로 전달하여 사용자에게 사실감을 제공하도록 구성하여서, 시각정보과 함께 빠른 응답속도로 진동 촉감을 전달할 수 있어 사용자가 동시감을 느낄 수 있는 효과가 있으며, 진동의 크기에 따라 액추에이터(4)의 진동량의 조절하거나 저주파수에서 편심 진동모터(16)가 회전하도록 제어함으로써 큰 진동과 미세진동 등 다양한 진동 패턴을 전달할 수 있는 효과가 있다.

Description

실시간 진동 피드백을 제공하는 진동 마우스{VIBRATION MOUSE THAT PROVIDE REAL TIME VIBRATION FEEDBACK}

본 발명은 진동 마우스에 관한 것으로, 특히 전자기기로부터 출력되는 신호를 실시간으로 사용자에게 진동응답으로 전달할 수 있는 진동 마우스에 관한 것이다.

요즈음 가상현실 구현기술이 발달하면서 사용자는 가상현실을 통해 더욱 구체적이고 실감나는 정보를 원하게 되었다. 이를 충족시키기 위해 개발된 것 중의 하나로 촉각과 힘까지 전달하는 햅틱(Haptic) 기술이 있다. 단순한 햅틱 기술은 진동모터를 이용한 알림 기능을 들 수 있으며, 이 밖에도 의료 시뮬레이터나 게임 기기 등 여러 분야에 폭넓게 응용되고 있다.

앞으로는 컴퓨팅 장치의 출력 장치로서 모니터, 스피커와 더불어 햅틱 디바이스도 기본 장착되어 갈 전망이다. 이는 휴대용 전자기기 내에 햅틱 디바이스를 설치함으로써 사용자의 촉감인식률이 높다는 점 그리고 IT기기와의 연동성이 우수하다는 장점이 있기 때문이다.

출력장치의 하나인 마우스는 컴퓨터와 인터페이스가 용이하도록 사용되는 단순한 입력장치로서의 기능외에도 컴퓨터에서 실행되는 다양한 프로그램을 즐길 수 있도록 그 기능이 확장되고 있다.

특히 최근에는 컴퓨터로부터 출력되는 음향에 더하여 진동패턴을 미리 설정하여 사용자가 게임 중에 설정된 조건을 만족하면 설정된 패턴으로 진동을 느끼도록하는 진동 마우스가 개발되었다.

진동모터를 채용한 종래의 진동 마우스는 무게 편심을 이용한 진동발생수단으로서, 모터의 편심 회전을 이용한 떨림으로 진동하는 방식은 신호전달 후 모터가 일정속도 이상으로 회전하여야 하는 진동 지연시간이 있어 사용자에게 동시감을 주기에는 그 응답속도가 많이 미흡한 것이다.

또한 선형동작하여 진동을 전달하는 리니어모터의 응답시간도 사용자가 동시감을 느끼도록 구현하기에는 부족한 것이다.

더욱이 햅틱 기능을 제대로 구현하기 위해서는 큰 진동과 미세진동 등 다양한 진동 패턴을 극히 빠른 응답속도로 제어할 수 있어야 하는데 편심 회전을 이용한 진동모터와 선형동작하는 리니어모터는 단순한 진동알람기능에 머물러 있다.

사람이 시각정보와 함께 동시적인 진동감각을 느낄 수 있는 응답시간은 15㎳ 이내이어야 하나 편심 회전에 의한 진동모터는 응답시간이 250~400ms로 느리고, 리니어모터 역시 응답속도가 50~70ms로 사용자가 동시감을 느끼기에는 미흡한 것이며, 더욱이 진동량의 조절도 불가능한 것이다.

국내 공개특허공보 제10-2011-108164호, '진동 마우스 구동 시스템 및 그 방법'

따라서 본 발명의 목적은 사용자가 시각정보와 함께 진동에 의한 촉감을 실시간으로 전달하여 동시감을 느낄 수 있도록 하는 진동 마우스를 제공하는데에 있다.

상기의 목적에 따른 본 발명은 시각정보에 대응하는 진동 피드백을 제공하는 진동 마우스에 있어서, 압전효과를 갖는 압전소자층(8)과 중심전극판(10)을 일체로 형성하여 압전진동체(6)를 구성하고, 압전진동체(6)의 양단을 고정하여 상하 굴곡변위에 의한 진동이 생성되게 구성하며, 상기 압전진동체(6)에 진동을 증대시키는 무게편(12)을 부착고정한 액추에이터(4)를 진동 마우스(1)의 몸체(2) 내측에 하나 이상 설치하여 고주파수 대역에서의 빠른 가변 진동을 실시간으로 응답하게 구성하여서, 시각정보에 대응하는 다양한 진동량을 빠른 진동응답으로 전달하여 사용자에게 사실감을 제공하도록 구성함을 특징으로 한다.

본 발명은 마우스에 액추에이터를 설치하여 진동을 발생시킴에 따라 시각정보와 함께 빠른 응답속도로 진동 촉감을 전달할 수 있어 사용자가 동시감을 느낄 수 있는 효과가 있다.

또한, 진동의 크기에 따라 액추에이터의 진동량을 조절하거나 저주파수에서 편심 진동모터가 회전하도록 제어함으로써 큰 진동과 미세진동 등 다양한 진동 패턴을 전달할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 진동 마우스의 분해사시도,
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 액추에이터의 구성도,
도 3은 본 발명의 파지부에 설치되는 진동전달부재의 형태를 보여주는 도면,
도 4a 내지 도 4b는 진동마우스에 설치되는 액추에이터의 다른 예를 보여주는 도면,
도 5는 본 발명의 파지부에 설치되는 압전 섬유복합재의 형태를 보여주는 도면,
도 6은 본 발명의 클릭부에 설치되는 소형 압전소자의 형태를 보여주는 도면,
도 7은 압전 섬유복합재를 클릭부에 설치한 도면.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 실시간으로 진동응답을 전달하는 진동 마우스의 구성을 보여주는 분해사시도이다.

본 발명의 진동 마우스(1)는 몸체(2)의 PCB(18) 상하부나 진동 마우스(1) 내측에 압전효과를 갖는 액추에이터(4)를 하나 이상 설치할 수 있다.

상기 액추에이터(4)는 본원 출원인에 의해 선등록된 특허 제10-1366213호의 '이동단말용 압전소자 진동장치'를 사용할 수 있으며, 액추에이터(4)의 구성을 이에 한정하는 것은 아니며 다양한 형태의 압전소자 진동장치를 채용할 수 있음은 당연하다.

도 2a에 도시된 본 발명의 이동단말용 압전소자 진동장치의 구성을 간단히 설명하면, 압전효과를 갖는 압전소자층(8)과 중심전극판(10)을 일체로 형성하여 압전진동체(6)를 구성하고, 압전진동체(6)의 양단을 고정하여 상하 굴곡변위에 의한 진동이 생성되게 구성하며, 상기 압전진동체(6)에 진동을 증대시키는 무게편(12)을 부착고정하여 액추에이터(4)를 구성한다.

상기 압전진동체(6)의 양단에는 압전진동체(6)를 부착하기 위한 브라켓(14)을 구비하며, 브라켓(14)은 압전진동체(6)에 인가된 전기가 누설되는 것을 방지할 수도 있다.

또한, 브라켓(14)이 부착이 용이하지 못한 이형성이 높은 재질인 경우(예를 들면 고무, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등)에는 도 2b와 같이 브라켓(14)이 구비된 압전진동체(6)의 양단에 별도의 고정브라켓(36)을 구비하여 진동 마우스(1)의 내측에 설치가 용이하도록 할 수 있다.

즉, 압전진동체(6)의 양단에 금속재의 고정브라켓(36)을 추가로 구비하고 용접이나 접착제로 액추에이터(4)의 양단을 진동 마우스(1) 내측에 부착설치함에 따라 액추에이터(4)가 진동 마우스(1)에 견고하게 고정설치되어 액추에이터(4)의 진동이 진동 마우스(1)로 잘 전달될 수 있는 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 액추에이터(4)는 유니모프형, 바이모프형, 멀티모프형 등 다양한 형태의 압전소자로 이루어진 진동장치로 구성할 수 있다.

본 발명의 액추에이터(4)는 피에조 방식의 고유 특성상 기존의 리니어모터 방식인 고정 주파수를 이용해 공진하여서 최대진동을 확보하는 것과 달리 폭넓은 범위 내의 주파수 가변에 의한 진동이 가능하다.

또한 피에조 방식의 액추에이터(4)는 응답속도가 빠르고 넓은 범위 내에서 주파수를 조절하여 진동의 크기와 속도를 세밀하게 조절하는 것이 가능하여 소리와 영상에 맞춰진 섬세하고 동시적인 진동효과를 느낄 수 있다.

일반적으로 피에조 세라믹은 응답시간이 5ms 이하로 실시간 응답이 가능하여 사용자가 동시감을 느낄 수 있으며, 넓은 주파수대역(예를 들면 0~300㎐)에서 가변진동하도록 제어하여 진동량을 구현할 수 있어 진동응답에 의한 사실감을 높일 수 있다.

본 발명의 실시 예에서는 액추에이터(4)와 함께 편심회전에 의해 진동을 발생시키는 진동모터(16)를 함께 설치하여 진동량에 따른 다양한 진동패턴을 사용자에게 전달할 수 있다.

본 발명에서는 고주파수 대역에서 진동량의 변화가 있는 빠른 진동을 표현하기 위해서는 액추에이터(4)에 의해 진동을 전달하고, 저주파수 대역에서 느린 진동을 표현하기 위해서는 RPM이 낮고 무게추의 크기가 큰 진동모터(16)에 의해 진동을 전달하도록 한다.

예를 들어, 잔잔한 배경음악과 같이 미세한 진동을 사용자에게 전달하기 위해서 저주파수 대역에서도 액추에이터(4)를 통해 전달할 수 있으나, 엔진소리와 같이 느리고 큰 진동을 전달하기 위해서는 진동모터(16)를 통해 전달할 수 있는 것이다.

본 발명의 액추에이터(4)는 진동 마우스(1)의 내측, 바람직하게는 몸체(2)의 내부 PCB(18) 상하부에 하나 이상 설치할 수 있으며, 액추에이터(4)의 진동시 PCB(18)가 함께 진동하여 진동 마우스(1) 전체가 진동하는 것과 같은 증폭효과를 줄 수 있다.

상기 진동모터(16)는 사용자가 진동 마우스(1)를 잡는 위치, 즉 몸체(2) 및 덮개부(20)의 후미부에 설치하는 것이 좋으며, 필요에 따라 진동 마우스(1)의 내측 어디라도 설치할 수 있다.

진동 마우스(1)를 손에 잡는 경우 사용자의 손바닥과 맞닿는 부위가 넓은 곳이 진동 마우스(1)의 후미쪽이며, 그에 따라 진동을 가장 많이 인지할 수 있는 곳에 진동모터(16)를 설치하여 느린 진동을 손바닥 전체에 전달할 수 있어 사실감을 느낄 수 있게 된다.

또한, 도 3과 같이 진동 마우스(1)의 형태가 납작하여 손으로 진동 마우스(1)를 잡았을 경우 손바닥의 중심부가 진동 마우스(1) 후미에 닿지 않아 진동전달이 용이하지 못한 경우에는 진동 마우스(1) 후미에 진동전달부재(26)를 추가로 설치하여 볼록하게 형성함으로써 손바닥과의 접촉면을 넓혀 진동이 전달될 수 있도록 할 수 있다.

상기 진동전달부재(26)는 진동 마우스(1)에 고정접착되게 설치하여 진동 마우스(1)의 진동을 사용자의 손바닥에 그대로 전달할 수 있는 것이다.

본 발명에서는 도 4a 내지 도 4b와 같이 액추에이터(4)를 케이싱(32)으로 밀봉한 후 진동 마우스(1)의 내측에 설치하는 것도 가능하다.

도 4a와 같이 액추에이터(4)를 수용할 수 있는 내부공간이 형성된 케이싱(32) 내에 액추에이터(4)를 끼움결합하고 케이싱(32)의 양단은 밀봉부재(38)로 마감처리한다.

상기 밀봉부재(38)은 액추에이터(4)의 진동에 의해 발생하는 소리가 외부로 새어나오지 않도록 방음처리하는 역할을 하게 되며, 실리콘, UV 접착제, 에폭시 등을 사용할 수 있다.

케이싱(32) 내에 엑추에이터(4)를 끼움결합한 상태에서 도 4b와 같이 진동 마우스(1) 내에 케이싱(32)을 부착설치한다.

미설명부호 34는 액추에이터(4)의 파손방지와 절연효과를 갖는 보호테이프이다.

도 5를 참조하여 설명하면, 본 발명에서는 진동 마우스(1)의 진동응답을 손바닥 전체에 전달하기 위해 파지부(22)에 압전 섬유복합재(MFC, Macro Fiber Composite(30)을 부착설치할 수 있다.

진동 마우스(1)를 잡고 조작하는 경우 사용자의 손바닥이 가장 많이 닿는 파지부(22)의 내측에 압전 섬유복합재(30)을 설치하여 진동응답이 손바닥 전체에 고루 전달되게 할 수 있어 진동에 의한 사실감이 커질 수 있다.

상기 압전 섬유복합재(30)은 잘 깨지기 쉬운 세라믹의 취약성을 보완하기 위해 세라믹을 섬유화하여 유연한 세라믹으로 만들어 플랙시블한 형태로 제작한 것임에 따라 파지부(22)와 같이 라운드면에도 설치가 용이한 것이다.

본 발명에서는 압전 섬유복합재(30)와 함께 필름형태인 PVDF(Polyvinylidene Fluoride)를 사용하는 것도 가능하다.

상기 PVDF필름을 파지부(22)와 클릭부(24)에 각각 부착하여 사용자의 손바닥과 손끝에 진동응답을 실시간으로 전달할 수 있는 것이다.

도 6를 참조하여 설명하면, 본 발명에서는 진동 마우스(1)의 좌우 클릭부(24)를 손가락으로 조작하는 경우 진동에 의한 조작감을 주기 위해 진동 마우스(1)의 좌우 클릭부(24)에 원형의 압전세라믹(28)을 설치할 수 있다.

상기 압전세라믹(28)은 클릭부(24)의 하부, 즉 진동 마우스(1) 내측에 설치할 수 있으며, 소형으로 제작하여 클릭부(24)를 누를 경우 진동을 손가락에 전달할 수 있다.

특히, 게임과 같이 클릭부(24)를 눌러 설정된 조건을 만족하면 손가락끝에 진동을 전달할 수 있어 게임의 사실감을 높여주게 된다.

또한 클릭부(24)에는 도 7과 같이 압전 섬유복합재(30)을 설치할 수 있으며, 상기 압전 섬유복합재(30)는 클릭부(24)의 내외측 중 어느 한면에 부착하여 설치할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이 압전 섬유복합재(30)는 플렉시블한 형태임에 따라 라운드면인 클릭부(24)에 설치가 용이하다. 압전 섬유복합재(30)를 클릭부(24)의 외측에 설치하는 경우에는 압전 섬유복합재(30)를 설치한 후 별도의 필름을 상부에 부착할 수 있다.

압전 섬유복합재(30)를 클릭부(24)의 외측에 부착하면 진동이 손가락에 직접적으로 전달되어 좀 더 사실적인 진동응답을 느낄 수 있게 된다.

상기에서 설명한 바와같이, 본 발명은 진동 마우스(1)에 액추에이터(4)를 설치하여 진동을 발생시킴에 따라 시각정보과 함께 빠른 응답속도로 진동 촉감을 전달할 수 있어 사용자가 동시감을 느낄 수 있는 효과가 있다.

또한, 진동의 크기에 따라 액추에이터(4)의 진동량의 조절하거나 저주파수에서 편심 진동모터(16)가 회전하도록 제어함으로써 큰 진동과 미세진동 등 다양한 진동 패턴을 전달할 수 있는 효과가 있다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위 및 그 특허청구범위와 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.

본 발명은 진동 마우스, 스마트 리모컨 등 빠른 진동응답을 통해 사용자가 동시감을 느낄 수 있도록 진동을 제공하는 전자기기에 사용될 수 있다.

(1)-- 진동 마우스 (2)-- 몸체
(4)-- 액추에이터 (6)-- 압전진동체
(8)-- 압전소자층 (10)-- 중심전극판
(12)-- 무게편 (14)-- 브라켓
(16)-- 진동모터 (18)-- PCB
(20)-- 덮개부 (22)-- 파지부
(24)-- 클릭부 (26)-- 진동전달부재
(28)-- 압전세라믹 (30)-- 압전 섬유복합재
(32)-- 케이싱 (34)-- 보호테이프
(36)-- 고정브라켓 (38)-- 밀봉부재

Claims (11)

1. 시각정보에 대응하는 진동 피드백을 제공하는 진동 마우스에 있어서,
   압전효과를 갖는 압전소자층(8)과 중심전극판(10)을 일체로 형성하여 압전진동체(6)를 구성하고, 압전진동체(6)의 양단을 고정하여 상하 굴곡변위에 의한 진동이 생성되게 구성하며, 상기 압전진동체(6)에 진동을 증대시키는 무게편(12)을 부착고정한 액추에이터(4)를 진동 마우스(1)의 몸체(2) 내측의 PCB(18) 상하부에 하나 이상 설치하여 고주파수 대역에서의 빠른 가변 진동을 실시간으로 응답하게 구성하되,
   진동 마우스(1)의 파지부(22)에는 진동 마우스(1)를 잡고 있는 손바닥 전체에 진동이 고르게 전달되어 실시간 진동 피드백의 사실감을 높이기 위해 세라믹을 섬유화하여 제작한 플랙시블한 형태의 압전 섬유복합재(MFC, Macro Fiber Composite(30)와 필름형태의 PVDF(Polyvinylidene Fluoride) 중 어느 하나 이상을 부착설치하고, 상기 압전 섬유복합재(MFC, Macro Fiber Composite(30)와 필름형태의 PVDF(Polyvinylidene Fluoride) 중 어느 하나 이상을 부착된 파지부(22)에는 손바닥 전체가 밀착됨으로써 진동 피드백을 손바닥 전체에 전달하기 위한 진동전달부재(26)을 설치하며,
   진동 마우스(1)의 좌우 클릭부(24) 내측에는 손가락으로 좌우 클릭부(24)를 조작하는 경우 진동에 의한 조작감을 주기 위한 원형의 압전세라믹(28)을 설치하고, 좌우 클릭부(24)의 외측에는 손가락으로 클릭부(24)의 조작시 손가락에 직접적으로 사실적인 진동 피드백을 전달하기 위한 압전 섬유복합재(MFC, Macro Fiber Composite(30)를 부착하며,
   몸체(2)의 후미에는 저주파수 대역의 느린 진동을 전달하기 위해 모터의 편심 회전을 이용한 떨림으로 진동하는 진동모터(16)를 진동 마우스(1)의 몸체 후미부에 설치하여 구성함을 특징으로 하는 실시간 진동 피드백을 제공하는 진동 마우스.
   
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