KR101822114B1 - 온도 실감 기능을 가지는 가상현실 컨트롤러 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은, 고도의 집적화가 가능하고 유연하여 다양하고 복잡한 형상에 적용이 용이한 열전소자를 이용하여 가상현실에 부여되는 실제감을 더욱 향상시킬 수 있도록 하는, 온도 실감 기능을 가지는 가상현실 컨트롤러를 제공함에 있다.

Description

온도 실감 기능을 가지는 가상현실 컨트롤러 {VR controller having thermal reality}
본 발명은 온도 실감 기능을 가지는 가상현실 컨트롤러에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 고도의 집적화가 가능하고 유연하여 다양하고 복잡한 형상에 적용이 용이한 열전소자를 이용하여 가상현실에 부여되는 실제감을 더욱 향상시킬 수 있도록 하는, 온도 실감 기능을 가지는 가상현실 컨트롤러에 관한 것이다.
가상현실(VR, Virtual Reality)이란 실제와 유사하지만 실제가 아닌 가상의 공간을 말하는 것으로, 증강현실(AR, Augmented Reality)와 함께 현실과 유사하게 구현된 시뮬레이션 인공환경의 한 갈래이다. 증강현실은 현실의 정보에 가상의 정보를 덧입혀서 보완하고 확장시키는 것으로서, 예를 들어 네비게이션 화면으로서 실제 도로 영상 화면에 현재 차량의 주행 속도 정보나 길안내용 화살표 또는 지시선 등과 같은 정보가 겹쳐져 표시되도록 하는 것이 증강현실의 대표적인 예라고 할 수 있다. 가상현실은 가상으로 완전히 새롭게 만든 공간을 제공하는 것으로서 상술한 증강현실과는 일반적으로 구별되는 것이다. 가상현실을 경험할 수 있게 해 주는 대표적인 장치 중 하나인 VR 헤드셋은 머리에 쓸 수 있는 형태로 형성되어 양쪽 눈에 각각 약간 시점이 다르게 형성되는 영상을 비춰줌으로써 실제 현실에서 양쪽 눈으로 거리감을 파악하는 것과 같은 원리로서 가상공간을 파악할 수 있게 한다. 또한 사용자의 머리, 손 등의 움직임의 센싱신호나 다른 컨트롤러의 입력신호 등을 가상공간에 반영함으로써, 사용자에게 가상공간의 실제감을 더욱 향상시켜 줄 수 있게 한다. 이와 같이 가상현실을 구현하는 예로써 2012년 출시되어 현재 상업적으로 획기적인 성공을 거둔 오큘러스 리프트나, VR 기기로서 국내 최초 출시된 기어 VR 등과 같은 상용화 제품들이 활발히 출시되고 있다.
현재까지 가상현실 기술은 시각과 청각 중심으로 발전해 왔으며, 상술한 바와 같은 상용화 VR 기기들 역시 이러한 부분에 초점이 맞추어져 있다. 그러나 보다 실제감을 향상시키기 위해 시각과 청각 이외에도 다양한 감각을 자극할 수 있도록 하는 연구가 꾸준히 수행되고 있다.
한국특허등록 제0661052호("유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 3차원 가상현실 콘텐츠구현 시스템 및 구현 방법", 2006.12.18, 이하 선행문헌 1)에는, 공간 내 온도, 습도, 조도 등과 같은 환경 상태를 검출하는 센서부를 포함하는 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용하여, 검출된 환경 상태에 의하여 가상공간에 변화를 줌으로써 시각 및 청각 정보 이외의 정보로도 실제감을 향상하는 기술이 개시되어 있다. 선행문헌 1의 기술 개념 자체는 엄밀히는 가상현실이라기보다는 증강현실에 보다 가깝다고 볼 수 있겠으나, 가상공간에 시각 및 청각 정보 이외의 정보를 반영한다는 점에서 가상현실에의 적용 및 활용 가능성이 있다.
한국특허공개 제2013-0036528호("가상현실 겨루기 방법", 2013.04.12, 이하 선행문헌 2)에는, 사용자의 키, 팔길이, 다리길이 등과 같은 신체 데이터를 미리 측정하고, 가상현실 사용자단말기에 연결되는 디스플레이에 상기 사용자와 대응되는 가상대련자의 이미지를 출력하며, 센서모듈을 착용한 사용자의 움직임과 미리 입력된 대련프로그램에 따라 동작하는 가상대련자의 움직임을 연계하여 가상의 대련이 이루어질 수 있도록 하는 기술이 개시된다. 특히 선행문헌 2에서는, 사용자가 가상대련자를 가격할 때 사용자의 가격부위에 장착되는 센서모듈이 반응하도록 하는데, 이에 따라 가상이미지와 겨루기를 수행하여도 실제 겨루기를 수행하는 것과 동일한 충격효과의 구현이 가능하게 한다.
한국특허공개 제2011-0068544호("가상현실 기반 훈련 시뮬레이터를 위한 가변형 플랫폼 장치 및 그 방법", 2011.06.22, 이하 선행문헌 3)에는, 실제의 작업환경에 상응하는 다양한 훈련 컨텐츠를 증강현실 기법을 이용하여 입체영상으로 제공하고, 실제 작업에서 사용되는 작업 도구와 유사한 작업 도구를 기반으로 시각, 청각, 촉각, 및 후각 중 하나 이상의 감각 피드백을 지원하는 기술이 개시된다. 선행문헌 3도 선행문헌 1과 마찬가지로 가상현실이라기보다는 증강현실에 가까운 기술이나, 가상현실에도 충분히 적용이 가능한 기술이다.
이처럼, 시각 및 청각 이외에도 후각이나 촉각 등과 같은 다른 감각을 더 자극함으로써 가상현실의 실제감을 향상하고자 하는 다양한 연구가 이루어지고 있다. 그 중에서도 냉온감을 자극하기 위해서 열전소자를 이용하고자 하는 시도도 있다. 열전소자란 널리 알려져 있는 바와 같이 제벡 효과, 펠티에 효과 등을 이용하여 양단에 직류전압을 인가하면 열이 흡열부로부터 발열부로 이동하도록 이루어진 소자로서, 흡열부에서는 냉각이 일어나고 발열부에서는 가열이 일어나기 때문에 다양한 냉각 또는 가열이 필요한 장치에 용이하게 사용될 수 있다. 그런데, 기존의 열전소자의 경우 고밀도로 집적화하기 어렵고, 복잡하거나 곡면이 많은 형상에 배치하기에 어려움이 있는 등, 이러한 가상현실을 위한 냉온감 자극용의 장치에 적용하기에 여러 가지 한계가 있었다.
1. 한국특허등록 제0661052호("유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 3차원 가상현실 콘텐츠구현 시스템 및 구현 방법", 2006.12.18) 2. 한국특허공개 제2013-0036528호("가상현실 겨루기 방법", 2013.04.12) 3. 한국특허공개 제2011-0068544호("가상현실 기반 훈련 시뮬레이터를 위한 가변형 플랫폼 장치 및 그 방법", 2011.06.22, 이하 선행문헌 3)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 고도의 집적화가 가능하고 유연하여 다양하고 복잡한 형상에 적용이 용이한 열전소자를 이용하여 가상현실에 부여되는 실제감을 더욱 향상시킬 수 있도록 하는, 온도 실감 기능을 가지는 가상현실 컨트롤러를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 온도 실감 기능을 가지는 가상현실 컨트롤러는, 사용자가 파지 가능하도록 일방향으로 연장되는 형상으로 이루어지며, 내부에 공동부(111)가 형성되는 케이스(110); 상기 케이스(110)에 구비되는 열전소자층(120); 상기 열전소자층(120)으로의 전력 공급을 제어하는 제어부(140); 를 포함하여 이루어질 수 있다.
이 때 상기 가상현실 컨트롤러(100)는, 상기 열전소자층(120) 및 상기 케이스(110) 사이에 개재 구비되는 제1열전도물질층(125A); 을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 또한 이 때 상기 가상현실 컨트롤러(100)는, 상기 제1열전도물질층(125A)은 사용자의 파지 영역에 상응하는 면적 및 위치를 가지도록 형성되며, 상기 열전소자층(120)은 상기 제1열전도물질층(125A) 면적 내부에 배치될 수 있다.
또한 상기 열전소자층(120)은, 상기 케이스(110)의 내면에 구비될 수 있다.
또한 상기 열전소자층(120)은, 유연 재질의 열전소자로 이루어질 수 있다.
또한 상기 가상현실 컨트롤러(100)는, 상기 공동부(111) 상에 구비되는 냉각핀(130); 을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
이 때 상기 가상현실 컨트롤러(100)는, 상기 열전소자층(120) 및 상기 냉각핀(130) 사이에 개재 구비되는 제2열전도물질층(125B); 을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 또한 이 때 상기 가상현실 컨트롤러(100)는, 상기 제2열전도물질층(125B)은 사용자의 파지 영역에 상응하는 면적 및 위치를 가지도록 형성되며, 상기 열전소자층(120)은 상기 제2열전도물질층(125B) 면적 내부에 배치될 수 있다.
이 때 상기 가상현실 컨트롤러(100)는, 상기 케이스(110)의 상면 또는 하면에 구비되어 상기 냉각핀(130)이 고정 지지되는 지지부(112); 상기 케이스(110) 및 상기 지지부(112)의 연결부에 구비되는 단열부(113); 를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한 이 때 상기 가상현실 컨트롤러(100)는, 상기 공동부(111) 내면이 상기 케이스(110)의 연장 방향에 대하여 테이퍼진 형태로 형성되며, 상기 냉각핀(130) 외면이 상기 공동부(111) 내면에 상응하도록 테이퍼진 형태로 형성될 수 있다.
또한 상기 가상현실 컨트롤러(100)는, 상기 공동부(111)의 일측 끝단에 구비되어 상기 공동부(111)를 통해 공기를 강제 유통시키는 냉각팬(135); 을 더 포함하여 이루어지며, 이 때 상기 제어부(140)는 상기 냉각팬(135)으로의 전력 공급을 더 제어하도록 이루어질 수 있다.
또한 상기 가상현실 컨트롤러(100)는, 상기 공동부(111)로의 공기 유통성을 향상하도록, 상기 케이스(110)의 측면으로 개방되며 상기 공동부(111)의 타측 끝단과 연통되는 유통로(111a); 를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한 상기 가상현실 컨트롤러(100)는, 외부로부터 전력을 공급받거나 또는 상기 케이스(110) 내에 수용되는 배터리로부터 전력을 공급받도록 이루어질 수 있다.
또한 상기 가상현실 컨트롤러(100)는, 상기 열전소자층(120) 상에 분포되며, 상기 제어부(140)와 연결되는 적어도 하나의 온도측정부(145); 를 더 포함하여 이루어져, 상기 열전소자층(120) 상의 온도를 측정하도록 이루어질 수 있다.
또는 상기 가상현실 컨트롤러(100)는, 상기 열전소자층(120)에 인가되는 전기적 물리량 및 상기 열전소자층(120)에 형성되는 온도 간의 관계식 또는 미리 수행된 시험에 의하여 도출된 관계 데이터 테이블을 사용하여, 상기 열전소자층(120)에 인가되는 전기적 물리량 값으로부터 상기 열전소자층(120) 상의 온도를 산출하도록 이루어질 수 있다.
이 때 상기 제어부(140)는, 목표 온도값에 도달하도록 상기 열전소자층(120)에 공급되는 전력을 제어하도록 이루어질 수 있다.
또한 상기 제어부(140)는, 상기 열전소자층(120) 평균 온도가 미리 결정된 상한값 및 하한값 사이의 온도가 되도록 상기 열전소자층(120)에 공급되는 전력을 제어하도록 이루어질 수 있다.
또한 상기 제어부(140)는, 상기 열전소자층(120)에 공급되는 전력을 피드백 제어하도록 이루어질 수 있다.
또는 상기 제어부(140)는, 상기 열전소자층(120)에 미리 결정된 주기에 따라 전력을 공급하되, 상기 열전소자층(120)에 공급되는 전력 주기를 가변 제어하도록 이루어질 수 있다.
또는 상기 제어부(140)는, 상기 열전소자층(120)이 연장 방향 또는 둘레 방향 중 선택되는 적어도 하나의 방향 및 시간에 대해 온도 변화량이 연속적인 구배가 이루어지도록 상기 열전소자층(120)에 공급되는 전력을 제어하도록 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 가상현실 컨트롤러에 열전소자를 구비함으로써 가상현실과 연계된 냉온감을 사용자에게 제공함으로써, 가상현실에 부여되는 실제감을 비약적으로 향상시킬 수 있도록 하는 큰 효과가 있다. 특히 본 발명에서 제공되는 열전소자는, 기존의 열전소자에 비하여 고도의 집적화가 가능하고 유연하기 때문에, 다양하고 복잡한 형상에 적용이 용이하다는 큰 장점을 가지고 있다. 기존에는 가상현실에 충분히 실제감을 부여할 수 있을 만큼 열전소자를 집적화하거나 복잡한 형상에 대응시켜 배치하는 것에 한계가 있었으나, 본 발명의 열전소자에 의하면 이러한 기존의 문제를 극복할 수 있다. 따라서 본 발명에 의한 가상현실 컨트롤러는 사용자가 실제감을 충분히 느낄 수 있을 만큼의 냉온감 분포 및 변화 등을 용이하게 구현할 수 있으며, 궁극적으로 단지 시각 및 청각 정보에 치중하여 있던 기존의 가상현실 기기에 비하여 훨씬 실제감이 큰 가상현실을 제공할 수 있게 해 주는 커다란 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 가상현실 컨트롤러의 개략적 사시도.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 가상현실 컨트롤러의 여러 실시예의 단면도.
도 5는 종래의 열전소자의 한 실시예.
도 6는 본 발명의 열전소자의 한 실시예.
도 7은 본 발명의 열전소자의 유연성.
도 8은 열전소자층 배치의 여러 실시예.
도 9 및 도 10은 본 발명의 가상현실 컨트롤러의 여러 실시예의 단면도.
도 11은 본 발명의 가상현실 컨트롤러의 다른 실시예의 단면도.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 온도 실감 기능을 가지는 가상현실 컨트롤러를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 가상현실 컨트롤러의 개략적 사시도를, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 가상현실 컨트롤러의 여러 실시예의 단면도를 각각 도시하고 있다. 도 1 등에 도시된 바와 같이, 본 발명의 가상현실 컨트롤러(100)는, 기본적으로 케이스(110), 열전소자층(120), 제어부(140)를 포함하여 이루어진다. 여기에 더불어, 상기 열전소자층(120)의 성능을 보다 향상할 수 있도록, 제1열전도물질층(125A), 냉각핀(130), 제2열전도물질층(125B), 냉각팬(135)을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 각부에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
[제1실시예]
도 2는 본 발명의 가상현실 컨트롤러의 제1실시예의 단면도를 도시하는 것으로, 제1실시예에서는 상기 가상현실 컨트롤러(100)는, 케이스(110), 열전소자층(120), 제어부(140)를 포함하여 이루어진다.
상기 케이스(110)는, 사용자가 파지 가능하도록 일방향으로 연장되는 형상으로 이루어진다. 일반적으로 가상현실 컨트롤러는 사용자가 쥘 수 있는(파지할 수 있는) 손잡이 형태로 된 부분 및 신호의 입출력, 통신, 제어 등을 수행하는 기판이 구비되는 부분이 서로 연결되는 형태로 이루어진다. 상기 케이스(110)는 바로 이 손잡이 형태로 된 부분에 해당하는 것으로, 도 1 상에서는 상기 제어부(140)가 개략적으로 표시되는 바 상기 케이스(110) 내에 구비되는 것처럼 도시되어 있으나, 실제로는 상기 제어부(140)는 상술한 바와 같은 기판에 소프트웨어적 또는 하드웨어적으로 구비되도록 구현될 수 있다. 물론 상기 제어부(140)가 상기 케이스(110)의 냉온감 제어를 위하여 독립적으로 구비될 수도 있으며, 이 경우 상기 제어부(140)가 따로 상기 케이스(110) 내에 구비될 수도 있다. 이와 같이 상기 제어부(140)의 구비 위치(일반적인 가상현실 컨트롤러의 손잡이 부분이거나, 기판 내장 부분이거나 등), 구비 형태(소프트웨어적으로 구현되거나, 하드웨어적으로 구현되거나, 기판의 다른 회로들에 포함되도록 구현되거나, 독립적으로 구현되거나 등) 등은, 도 1로서 한정되는 것이 아니라 다양하고 적절하게 변경 설계될 수 있다.
상기 열전소자층(120)은, 상기 케이스(110)에 구비되어, 전력의 공급에 따라 발열 또는 흡열을 하도록 형성된다. 상기 열전소자층(120)이 상기 케이스(110) 외측면의 전체 영역을 완전히 덮도록 형성시킬 수도 있겠으나, 이와 같이 할 경우 상기 열전소자층(120)에 의한 전력 소비가 지나치게 증가할 우려가 있다. 한편 상기 열전소자층(120)은 유연 재질의 열전소자로 이루어지는 것이 바람직한데, 이에 따라 상기 케이스(110)의 형상이 복잡한 곡면으로 형성되어도 용이하게 상기 열전소자층(120)을 배치할 수 있다.
여기에서, 본 발명에서 사용하는 유연 재질의 열전소자에 대하여 간략히 설명하자면 다음과 같다.
도 5는 종래의 열전소자의 한 실시예를 도시하고 있다. 현재 상용화 제품으로 나오고 있는 열전소자는, 도 5의 사진에서 보이는 바와 같이 상당한 두께를 가지고 있어 부피 증가의 원인이 되고, 또한 단단한 케이스로 싸여 있어 곡면에 대응시키기가 어렵다. 더불어 전력선 단자가 양극단자 1개, 음극단자 1개로 이루어질 뿐으로 온도의 영역별 순차 구배 등과 같은 제어를 하는 것이 불가능하다. 물론 종래의 열전소자도 내부에 다수 개의 작은 단위 열전소자들이 배열되어 이루어지기 때문에, 각각의 열 및 행에서 전력선을 뽑을 수는 있겠으나, 이렇게 할 경우 단자와 전선에 의하여 부피가 걷잡을 수 없이 증가하게 된다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 열전소자의 한 실시예를 도시하고 있다. 본 발명에 사용되는 유연 열전소자의 경우, 도 6 및 도 7의 사진으로부터 직관적으로 알 수 있는 바와 같이, 종래의 열전소자에 비해 훨씬 얇은 두께를 가지고 있어 어떤 대상물에 구비시켰을 때 부피를 거의 증가시키지 않고, 또한 유연 재질로 되어 있기 때문에 곡면 등 복잡한 형상에도 매우 쉽게 대응시켜 부착 구비시킬 수 있다. 도 7은 본 발명의 열전소자의 유연성을 보이는 여러 사진들로서, 사진에 나타나고 있는 바와 같이 매우 유연성이 뛰어나서 도 5에 보이는 바와 같은 기존의 열전소자와는 달리 복잡한 곡면에도 대응시키기 매우 용이할 것임을 직관적으로도 알 수 있다. 또한 도시된 바와 같이 본 발명의 열전소자는, 복수 개의 단위 열전소자들이 열 및 행을 이룬 형태로 이루어지며 각각의 열 및 행에 전기적 연결이 매우 용이하도록 이루어지기 때문에, 열전소자 상에서 온도를 영역별로 다르게 형성되게 하거나 시간적으로 영역별 온도 순차 구배 등과 같은 다양하고 복잡한 온도 제어를 자유롭게 구현할 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 열전소자층(120)에서는 발열 또는 흡열을 함으로써 상기 케이스(110)에 파지된 사용자의 손에 냉온감 자극을 발생시키는 역할을 한다. 일반적으로 상기 열전소자층(120)에서 발열을 할 경우에는 사용자의 손으로 열이 흡수되기 때문에 폐열을 처리해야 하는 등의 문제를 크게 고려하지 않아도 된다. 그러나 상기 열전소자층(120)에서 흡열을 하는 경우, 사용자의 손으로부터 흡수해 온 열을 외부 공간으로 버려주어야 효과적인 냉각이 이루어질 수 있다. 상기 케이스(110) 내에 형성되어 있는 상기 공동부(111)는 바로 이를 위하여 구비되는 것으로, 상기 공동부(111)가 (열 싱크(sink) 역할을 하는) 외부 공간으로의 통로 역할을 함으로써, 상기 열전소자층(120)에서의 냉각이 효과적으로 이루어질 수 있게 해 준다.
한편 상기 열전소자층(120)은 도시된 바와 같이 상기 케이스(110)의 내면에 구비될 수 있으며, 이 경우 상기 열전소자층(120)에 의한 발열 또는 흡열 효과는 상기 케이스(110) 벽면을 통해 사용자의 손으로 전해지게 된다. 이 때 상기 케이스(110)에 의하여 전달되는 열이 흡수되어 버리거나 할 경우에 이러한 발열 또는 흡열 효과가 떨어질 수 있는 문제가 있으므로, 상기 케이스(110)는 적당한 두께 및 열전도도를 가지는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 케이스(110)의 두께는, 두께가 너무 얇을 경우 충분한 강성을 확보하기 어렵고, 두께가 너무 두꺼울 경우 열저항이 커지는 문제가 있다는 것을 고려하여 적절하게 결정될 수 있다. 상기 케이스(110) 재질로는 상술한 바와 같은 적절한 두께에 대한 강성을 확보할 수 있음과 동시에 열전도도가 좋은 것으로서, 구체적으로는 금속재, 수지재 등이 될 수 있다.
상기 제어부(140)는, 상기 열전소자층(120)으로의 전력 공급을 제어하는 역할을 한다. 물론 상기 가상현실 컨트롤러(100)에 (이하 보다 상세히 설명될) 상기 냉각팬(135)이 더 구비되어 있을 경우에는 상기 제어부(140)가 상기 냉각팬(135) 역시 제어하도록 이루어짐은 당연하다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 제어부(140)는, 상기 케이스(110) 내에 구비되거나 또는 다른 곳에 구비될 수 있는 등 다양한 변경 실시가 가능하다. 또한 상기 제어부(140)가 상기 열전소자층(120) 또는 상기 냉각팬(135)으로 공급하는 전력은, 외부로부터 유선 또는 무선으로 공급받을 수도 있고, 또는 별도로 상기 케이스(110) 내에 수용되는 배터리로부터 공급받을 수도 있다.
[제2실시예]
도 3은 본 발명의 가상현실 컨트롤러의 제2실시예의 단면도를 도시하는 것으로, 제2실시예에서는 제1실시예에 제1열전도물질층(125A)이 더 구비되어 이루어진다. 즉 제2실시예에서는 상기 가상현실 컨트롤러(100)는, 케이스(110), 열전소자층(120), 제1열전도물질층(125A), 제어부(140)를 포함하여 이루어질 수 있다.
제1실시예에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 상기 열전소자층(120)에 의하여 상기 케이스(110)에 파지된 사용자의 손에 냉온감 자극이 이루어질 수 있게 된다. 그런데 이 때 다음과 같은 여러 문제가 있을 수 있다. 첫째로, 상기 열전소자층(120)과 상기 케이스(110)가 면대면으로 밀착(면접)된 상태에서 상기 열전소자층(120) 및 상기 케이스(110) 간 열전달이 이루어지게 되는데, 미시적으로 볼 때 상기 열전소자층(120) 및 상기 케이스(110) 간에 완전한 밀착이 이루어지지 못함으로써 열전달이 원활하게 이루어지지 못하게 될 수 있다. 둘째로, 파지 영역 전체에 상기 열전소자층(120)이 형성되도록 할 경우 지나친 전력의 소비가 이루어질 수 있는 등 효율적으로 불리한 부분이 있을 수 있다. 이러한 문제들을 해소할 수 있도록 본 발명에서는, 상기 열전소자층(120)에 의하여 이루어지는 발열 또는 흡열의 효과를 향상 및 확장할 수 있는 상기 제1열전도물질층(125A)을 구비한다.
상기 제1열전도물질층(125A)은, 상기 열전소자층(120) 및 상기 케이스(110) 사이에 개재 구비된다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 열전소자층(120) 및 상기 케이스(110)가 실질적으로 완전히 밀착하지 못함으로써 열전달 효과가 떨어지는 문제가 있었으나, 상기 제1열전도물질층(125A)이 이들 사이에 개재 구비됨으로써 양쪽으로의 밀착을 확실하게 실현할 수 있으며, 물론 이에 따라 열전달 효과 또한 훨씬 향상할 수 있게 된다.
상기 제1열전도물질층(125A)은 열전도가 잘 일어날 수 있는 물질이라면 특별한 제한 없이 어떤 것으로든 이루어질 수 있는데, 예를 들어 열전도성이 높은 폴리머 재질이나 금속 재질 등 다양한 물질로 이루어질 수 있다. 또한 상기 제1열전도물질층(125A)은, 일반적으로 상기 열전소자층(120)에 비해 훨씬 얇은 박막 형태로 형성할 수 있다.
이처럼 상기 제1열전도물질층(125A)은 상기 열전소자층(120) 및 상기 케이스(110) 간 열전달 효과를 향상하기 위해 구비되는 것이므로, 상기 열전소자층(120)와 동일한 면적을 가지도록 형성될 수도 있다. 또는, 상기 제1열전도물질층(125A)은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 열전소자층(120)보다 넓은 면적을 가지도록 형성될 수도 있다. 이와 같이 구성할 경우 상기 제1열전도물질층(125A)에 의해 발열 또는 흡열 효과가 확장되기 때문에 상기 열전소자층(120)의 면적을 상당히 축소하여도 되며, 다시 말해 상기 열전소자층(120)에서 소비되는 전력을 절약하고 부피 및 중량을 저감하는 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.
상기 제1열전도물질층(125A)이 상기 열전소자층(120)보다 넓은 면적을 가지도록 형성되는 경우에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 이 경우 바람직하게는 상기 제1열전도물질층(125A)은 사용자의 파지 영역에 상응하는 면적 및 위치를 가지도록 형성되며, 상기 열전소자층(120)은 상기 제1열전도물질층(125A) 면적 내부에 배치됨으로써 상기 제1열전도물질층(125A) 전체 영역으로의 열전달이 보다 효율적으로 이루어질 수 있게 한다.
[제3실시예]
도 4는 본 발명의 가상현실 컨트롤러의 제3실시예의 단면도를 도시하는 것으로, 제3실시예에서는 제1실시예 또는 제2실시예에 냉각핀(130)이 더 구비되어 이루어진다. 또한 더욱 바람직하게는, 제2실시예에서 상기 열전소자층(120) 및 상기 케이스(110) 사이에 상기 제1열전도물질층(125A)이 구비되었던 것처럼, 상기 열전소자층(120) 및 상기 냉각핀(130) 사이에 제2열전도물질층(125B)이 더 구비되어 이루어질 수 있다.
제3실시예가 제1실시예에 냉각핀(130)이 더 구비되어 이루어지는 경우, 상기 가상현실 컨트롤러(100)는, 케이스(110), 열전소자층(120), 냉각핀(130), 제어부(140)를 포함하여 이루어질 수 있다. 또는, 제3실시예가 제2실시예에 냉각핀(130)이 더 구비되어 이루어지는 경우, 상기 가상현실 컨트롤러(100)는, 케이스(110), 열전소자층(120), 제1열전도물질층(125A), 냉각핀(130), 제어부(140)를 포함하여 이루어질 수 있다. 가장 바람직하게는 제2실시예에 냉각핀(130) 및 제2열전도물질층(125B)이 더 구비되어 이루어지는 것으로서, 이 경우 상기 가상현실 컨트롤러(100)는, 케이스(110), 열전소자층(120), 제1열전도물질층(125A), 냉각핀(130), 제2열전도물질층(125B), 제어부(140)를 포함하여 이루어질 수 있으며, 도 4는 바로 이러한 경우를 도시하고 있다. 또한 더욱 바람직하게는, 냉각핀(130)과 더불어 냉각팬(135)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 상기 열전소자층(120)에서는 발열 또는 흡열 효과를 발생시키게 되는데, 특히 상기 열전소자층(120)이 사용자의 손으로부터 흡열을 하는 경우 사용자의 손이 위치한 외면 측으로부터 열을 흡수하여 반대쪽, 즉 상기 케이스(110)의 내부 쪽으로 열을 버리게 된다. 이 때 앞서도 설명한 바와 같이 상기 케이스(110) 내부에 형성되어 있는 상기 공동부(111)가 열 싱크의 통로 역할을 하게 된다.
이처럼 제1, 2실시예에서도 상기 공동부(111)가 열 싱크의 통로 역할을 함으로써 상기 열전소자층(120)에서 발생되는 폐열을 버릴 수 있는 기본 구성이 완료되나, 상기 공동부(111)에 채워져 있는 공기로 열을 흡수하는 것만으로는 충분한 흡열이 이루어지기 어려울 수 있다. 이에 따라 냉각 성능을 향상하기 위하여, 앞서 설명한 바와 같이 상기 가상현실 컨트롤러(100)에는, 냉각핀(130), 더욱 바람직하게는 냉각팬(135)까지 더 구비되는 것이 바람직하다.
상기 냉각핀(130)은, 상기 공동부(111) 상에 구비되어 열을 더욱 효율적으로 버릴 수 있게 한다. 즉 상기 냉각핀(130)은 상기 공동부(111)로의 열 발산을 더욱 활발하게 이루어질 수 있게 함으로써 상기 공동부(111)의 열 발산 역할을 강화시켜 준다. 보다 구체적으로 설명하자면 다음과 같다. 상기 냉각핀(130)은 도시된 바와 같이 상기 열전소자층(120)(또는 상기 열전소자층(120)을 덮고 있는 상기 제1열전도물질층(125A))과 밀착되도록 구비됨으로써, 상기 열전소자층(120)에서 버리는 열을 직접 전달받는다. 이렇게 전달받은 열은 상기 냉각핀(130)의 표면으로부터 상기 공동부(111)의 공기로 대류 열전달을 통해 버려지게 되는데, 상기 냉각핀(130)은 그 형상에 의하여 열교환면적이 매우 넓게 형성되기 때문에 대류 열 발산 효율이 극대화된다. 즉 궁극적으로 상기 열전소자층(120)으로부터 상기 공동부(111)로의 열 발산을 훨씬 활발하고 원활하게 이루어질 수 있게 되는 것이다.
이 때, 상기 열전소자층(120) 및 상기 케이스(110) 간에서 밀착 문제 및 열전달 효과 확장 문제에서와 마찬가지로, 상기 열전소자층(120) 및 상기 냉각핀(130) 간에서도 동일한 문제가 발생한다. 앞서 상기 열전소자층(120) 및 상기 케이스(110) 사이에 상기 제1열전도물질층(125A)을 개재 구비함으로써 이러한 문제를 해결하였던 것과 마찬가지로, 상기 열전소자층(120) 및 상기 냉각핀(130) 사이에 상기 제2열전도물질층(125B)이 개재 구비되도록 할 수 있다. 물론 상기 제1열전도물질층(125A)에서와 마찬가지로, 상기 제2열전도물질층(125B)도 상기 열전소자층(120)과 동일한 면적을 가지도록 형성할 수도 있으며(이 경우 열전소자층-냉각핀 간 열전달 효과가 향상됨), 또는 제2열전도물질층(125B)의 면적이 열전소자층(120)보다 크게 형성될 수 있다. 즉 상기 열전소자층(120)은 상기 제2열전도물질층(125B) 면적 내부에 배치되도록 형성할 수도 있다. (이 경우 열전소자층-냉각핀 간 열전달 효과가 향상 및 확장됨).
상기 냉각팬(135)은, 상기 공동부(111)의 일측 끝단에 구비되어 상기 공동부(111)를 통해 공기를 강제 유통시켜 줌으로써, 상기 공동부(111)의 열 싱크 통로 역할을 더욱 향상한다. 상기 공동부(111)에 상기 냉각핀(130)만이 구비되어 있다 해도, 물론 상기 열전소자층(120)으로부터 전해져 오는 열을 상기 냉각핀(130)을 통해 상기 공동부(111) 내에 채워져 있는 공기로 버리고, 또한 이 공기가 외부 공간으로 빠져나감으로써(즉 외부 공간으로 열을 버림으로써), 상기 공동부(111)가 어느 정도까지는 열 싱크 통로 역할을 수행할 수는 있다. 그러나 상기 공동부(111) 내 공기가 외부 공간으로 원활하게 유통되지 못하면 열이 원활하게 버려지지 못하게 될 수 있다. 이 때 상기 냉각팬(135)을 이용하여 상기 공동부(111) 내의 공기를 유통시키게 되면, 흡열하여 가열된 공기가 원활하게 빠져나가고 새로운 공기가 채워짐으로써 또다시 활발한 흡열이 가능하게 되어, 훨씬 더 효과적인 냉각이 이루어질 수 있게 된다. 좀더 구체적으로는, 상기 냉각핀(130)에서의 열전달효율은 상기 냉각핀(130) 주변의 공기 속도에 직접적으로 관련되므로, 상기 냉각팬(135)에 의하여 공기에 유동이 발생됨으로써 상기 냉각핀(130)에서의 열전달효율이 급상승하게 되어, 냉각 성능의 비약적인 향상이 이루어질 수 있는 것이다.
한편 도 1 상에는 상기 케이스(110)만이 도시되어 있기 때문에, 상기 공동부(111)는 상하 방향으로 모두 개방되어 있는 것으로 보인다. 그러나 실제 가상현실 컨트롤러는, 앞서 설명한 바와 같이 (상기 케이스(110)에 해당하는) 손잡이 부분, 기판 내장 부분, 이들을 서로 연결하는 부분으로 이루어지기 때문에, 상기 공동부(111)가 상하 방향으로 모두 개방되어 있게 형성하기에 어려움이 있을 수 있다. 이러한 경우, 도 2, 3, 4 등에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 케이스(110)의 측면으로 개방되며 상기 공동부(111)의 타측 끝단과 연통되는 유통로(111a)가 더 형성되게 함으로써, 상기 공동부(111)로의 공기 유통성을 향상할 수 있다. 또한 이 경우 상기 유통로(111a)는, 사용자의 파지에 의하여 막히게 되는 가능성을 최소화하기 위하여, 역시 도 2, 3, 4 등에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 케이스(110)의 전면(front) 방향으로 개방되도록 하는 것이 바람직하다.
[열전소자층 실시예]
앞서까지는 상기 가상현실 컨트롤러(100)의 여러 실시예들을 설명하였으며, 여기에서는 상기 열전소자층(120)의 여러 구성적인 실시예 및 그 동작 방법의 실시예에 대하여 설명한다.
도 1 내지 도 4에는 상기 열전소자층(120)이나 상기 제1열전도물질층(125A) 또는 상기 제2열전도물질층(125B)이 상기 케이스(110)의 둘레 방향으로 일부 영역에만 형성되는 것으로 도시되어 있는데, 물론 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 먼저 상기 열전소자층(120)과 관련해서는, 앞서 설명한 바와 같이 상기 열전소자층(120)을 상기 케이스(110) 전체 영역에 형성시킬 경우 지나치게 전력 소비량이 증가할 우려가 있기 때문에 일부 영역에 배치시키는 것이라고 설명하였는데, 반대로 전력 소비량을 고려하지 않고 냉온감 발생 능력을 최대화하고자 한다면 상기 열전소자층(120)을 상기 케이스(110) 전체 영역에 형성시킬 수도 있다.
구체적인 예를 들자면, 도 8 상측 도면에서와 같이 상기 열전소자층(120)이 상기 케이스(110) 둘레 방향의 전체 영역에 형성되되, 길이 방향으로는 조각으로 나뉘어 형성되도록 할 수도 있다. 또는 도 8 중간 도면에서와 같이 상기 열전소자층(120)이 상기 케이스(110)의 길이 방향의 전체 영역에 형성되되, 둘레 방향으로는 조각으로 나뉘어 형성되도록 할 수도 있다. 도 8의 하측 도면에서는 상기 열전소자층(120)이 상기 케이스(110)의 둘레 방향 및 길이 방향 모두에 대해서 조각으로 나뉘어 형성되도록 하는 예시를 보이고 있다.
도 1 내지 도 4에서는 상기 제1열전도물질층(125A) 또는 상기 제2열전도물질층(125B) 역시 상기 케이스(110)의 둘레 방향으로 일부 영역에만 형성되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 이 역시 이로써 본 발명이 한정되는 것은 전혀 아니다. 상술한 바와 같이 상기 열전소자층(120)이 상기 케이스(110)의 전체 영역에 걸쳐 배치될 경우, 상기 제1열전도물질층(125A) 또는 상기 제2열전도물질층(125B)이 상기 케이스(110) 전체를 모두 덮는 형태로 형성될 수 있다. 상기 열전소자층(120)이 조각으로 나뉘어 배치되더라도, 상기 제1열전도물질층(125A) 또는 상기 제2열전도물질층(125B)이 발열 또는 흡열 효과를 확장시켜 주기 때문에, 결과적으로 상기 케이스(110)의 전체 영역에 걸쳐 냉온감을 원활하게 발생시킬 수 있게 된다.
한편 본 발명에서, 상기 제어부(140)가 상기 열전소자층(120) 및 상기 냉각팬(135)으로 공급하는 전력을 제어함으로써 발열량 및 흡열량을 조절하고, 궁극적으로는 실질적인 냉온감 자극 발생을 실현할 수 있다. 이 때 냉온감 자극이 실제감을 더욱 향상시킬 수 있도록 하기 위해서는, 원하는 목표 온도값이 다양하게 설정될 수 있고 상기 제어부(140)가 이러한 목표 온도값을 맞출 수 있도록 이루어지는 것이 바람직하다.
이를 위해서 상기 가상현실 컨트롤러(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 열전소자층(120) 또는 상기 제1열전도물질층(125A) 상에 분포되거나, 또는 케이스(110) 내측과 제1열전도물질층(125A) 사이에 분포되며, 상기 제어부(140)와 연결되는 적어도 하나의 온도측정부(145); 를 더 포함하여 이루어져, 상기 열전소자층(120) 상의 온도를 측정하도록 형성될 수 있다.
또는 이러한 온도측정을 위한 별도의 센서가 구비되지 않더라도 온도를 간접적으로 산출하여 알아낼 수도 있다. 보다 구체적으로 설명하자면 다음과 같다. 어떤 열전소자가 주어졌을 때 이 열전소자의 저항값이라든가 얼마의 전류 또는 전압을 인가하면 어느 정도의 열량을 흡열 또는 발열하는지 등과 같은 사양은 미리 알려져 있다. 즉 상기 열전소자층(120)에 인가되는 전기적 물리량(이 값은 전류, 전압, 전력 등이 될 수 있다) 및 상기 열전소자층(120)에 형성되는 온도 간에는 일정한 관계가 성립한다는 것은 잘 알려져 있는 사실이다. 이에 따라, 상기 열전소자층(120) 상의 온도를 직접 측정하지 않더라도, 이들 간의 관계식 또는 미리 수행된 시험에 의하여 도출된 관계 데이터 테이블을 사용하여, 상기 열전소자층(120)에 인가되는 전기적 물리량 값으로부터 상기 열전소자층(120) 상의 온도를 산출해 낼 수 있다. 즉 별도의 온도 센서 없이 전기적 물리량의 제어만으로도 온도 제어를 수행할 수 있는 것이다.
이처럼 상기 온도측정부(145)로 직접 온도를 측정하거나 또는 전기적 물리량으로부터 간접적으로 온도를 산출하여 온도 값을 이용할 수 있게 되면, 상기 제어부(140)는, 상기 열전소자층(120)에 형성되는 온도가 가상현실에서 부여되는 목표 온도값에 도달하도록 상기 열전소자층(120) 또는 상기 냉각팬(135)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 이에 따라 사용자는 가상현실에서 기대되는 온도값과 동일한 냉온감을 손에서 실제로 느낄 수 있게 되며, 따라서 가상현실의 실제감을 극대화할 수 있게 된다.
이처럼 상기 제어부(140)가 온도값을 조절함에 있어서, 예를 들어 가상현실 내에서 사용자가 쥐고 있는 물건이 불에 달궈진다든가 또는 얼음을 만진다든가 하는 등의 극단적인 상황이 발생할 수 있는데, 이러한 목표 온도값이 그대로 실현될 경우 사용자가 화상 또는 동상을 입는 등의 안전사고가 발생할 위험이 있다. 이러한 문제를 근본적으로 방지하기 위하여, 상기 제어부(140)는, 상기 열전소자층(120)의 평균 온도가 미리 결정된 상한값 및 하한값 사이의 온도가 되도록 상기 열전소자층(120) 또는 상기 냉각팬(135)에 공급되는 전력을 제어하도록 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 상기 제어부(140)가 원하는 목표 온도값에 도달하도록 전력 공급을 제어하는 방법은 다양하게 구현될 수 있다.
한 예시로서, 상기 제어부(140)는, 상기 열전소자층(120) 또는 상기 냉각팬(135)에 미리 결정된 주기에 따라 전력을 공급하되, 상기 열전소자층(120) 또는 상기 냉각팬(135)에 공급되는 전력 주기를 가변 제어하도록 이루어질 수 있다. 즉 예를 들면, 어떤 적정 온도를 유지하기 위하여 상기 열전소자층(120)에 T1의 주기로 P1만큼의 전력을 공급하고, 상기 냉각팬(135)은 T2의 주기로 P2만큼의 전력을 공급하도록 설계되어 있다고 한다. 이 경우 사용자에게 차가운 감각을 느끼게 하기 위해서는, 전력 공급량 자체는 P1 / P2로 일정하게 유지되게 하되, T1 값을 짧게 하여 상기 열전소자층(120)에서의 시간에 따른 흡열량을 늘리고, (이처럼 사용자 파지 위치에서 흡열된 만큼 발생된 폐열을 보다 잘 버릴 수 있도록 하기 위해) T2 값 역시 짧게 하여 상기 냉각팬(135)에서의 시간에 따른 냉각량도 함께 늘리면 된다. 물론 이는 하나의 예시일 뿐으로, 전력 공급량 및 전력 주기를 적절하게 변경 설계함으로써 다양한 제어를 실현할 수 있다.
다른 예시로서, 상기 제어부(140)는, 상기 열전소자층(120) 또는 상기 냉각팬(135)에 공급되는 전력을 피드백 제어하도록 이루어질 수 있다. 이 경우 원하는 목표 온도값에 가장 정확히 맞출 수 있어, 냉온감 자극에 따른 사용자의 실제감이 최고로 극대화될 수 있다.
또다른 예시로서, 상기 제어부(140)는, 상기 열전소자층(120)이 연장 방향 또는 둘레 방향 중 선택되는 적어도 하나의 방향 및 시간에 대해 온도 변화량이 연속적인 구배가 이루어지도록 상기 열전소자층(120)에 공급되는 전력을 제어하도록 이루어질 수 있다. 예를 들어, 사용자가 가상현실 내에서 긴 막대기를 잡고 있는 상태에서, 막대기 끝을 매우 차가운 얼음에 담그는 동작을 하였다고 가정한다. 이 경우 상기 제어부(140)는, 최초에는 상기 열전소자층(120)의 최상측(가상현실 내에서 막대기의 끝단 쪽) 열의 열전소자들의 온도를 낮추고, 그 다음 순간에는 둘째 열의 열전소자들의 온도를 낮추고, 그 다음 순간에는 셋째 열의 열전소자들의 온도를 낮추고, … 와 같은 순차적인 동작이 이루어지도록 제어할 수 있다. 그러면 사용자는 막대기의 끝단 쪽에서부터 차가운 감촉이 시간이 지남에 따라 점점 전달되어 오는 감각을 진짜 현실과 같이 실감나게 느낄 수 있게 된다.
[제4실시예]
앞서의 제1 내지 3실시예에서는 상기 가상현실 컨트롤러(100)에서 구현하고자 하는 기능, 즉 냉온감 자극 발생 실현을 위한 구성요소들로만 이루어지는 실시예들을 설명하였다. 이제 제4 내지 5실시예에서는, 실제로 상기 가상현실 컨트롤러(100)를 구현함에 있어서 제품화하기 위해 더 필요한 부가적인 구성요소들 및 이를 부가함에 따라 더 구비되는 구성요소들에 대하여 설명한다.
제3실시예를 나타내는 도 4는 단면도인 바, 상기 냉각핀(130)을 고정 지지하는 구성이 나타나 있지 않다. 물론 상기 열전소자층(120) 또는 상기 제2열전도물질층(125B)과 상기 냉각핀(130)이 접촉되어 있기 때문에, 상기 냉각핀(130)이 상기 열전소자층(120) 또는 상기 제2열전도물질층(125B)에 접착되어 고정 지지될 수도 있다. 그러나 그렇게 고정하는 경우 안정성이 떨어지고 또한 상기 열전소자층(120) 또는 상기 제2열전도물질층(125B)이 손상될 우려가 있기 때문에, 상기 냉각핀(130)은 별도의 구조에 의하여 고정 지지되는 것이 바람직하다.
이를 위하여, 상기 가상현실 컨트롤러(100)는, 상기 케이스(110)의 상면 또는 하면에 구비되어 상기 냉각핀(130)이 고정 지지되는 지지부(112)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 도 9는 상기 지지부(112)가 상기 케이스(110)의 하면에 구비되는 경우를, 도 10은 상기 지지부(112)가 상기 케이스(110)의 상면에 구비되는 경우를 각각 도시하고 있다. 또한 도 9에서는 상기 지지부(112)에 상기 냉각팬(135) 또한 지지 구비되는 것으로 도시되고 있으며, 도 10에서는 상기 냉각팬(135)이 상기 지지부(112)가 아닌 상기 케이스(110)에 별도 연결되는 구조물에 지지 구비되는 것으로 도시되고 있는데, 물론 도 9 및 도 10으로 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 적절하게 변경 실시될 수 있음은 물론이다.
이처럼 상기 지지부(112)에 의하여 상기 냉각핀(130)이 고정 지지되는 경우, 다음과 같은 문제점이 생길 수 있다. 상기 열전소자층(120)이 상기 케이스(110)에 파지된 사용자 손으로부터 흡열을 하여 냉감을 발생시킨다고 가정한다. 이 경우 상기 열전소자층(120)은 사용자 손으로부터 흡열을 하고 상기 냉각핀(130) 쪽으로 발열을 하여 열을 버리게 된다. 한편 앞서 설명하였듯이 상기 케이스(110)는 열전도도가 적당히 좋은 재질이며, 상기 냉각핀(130)은 물론 당연히 열전도도가 좋은 재질이다. 따라서 상기 냉각핀(130)이 고정된 상기 지지부(112)와 상기 케이스(110)가 직접 연결될 경우, 상기 열전소자층(120)에서 버려진 열의 일부가 상기 냉각핀(130) - 상기 지지부(112)를 순차적으로 거쳐 상기 케이스(110)로 되돌아와 버리게 된다. 그렇게 되면 상기 케이스(110)에 대고 있는 사용자 손에서 느껴지는 냉감 효과가 약해지는 문제가 생긴다.
이러한 문제를 방지하기 위하여, 상기 가상현실 컨트롤러(100)는, 상기 케이스(110) 및 상기 지지부(112)의 연결부에 구비되는 단열부(113)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 도 9 및 도 10에 잘 나타나 있는 바와 같이, 상기 냉각핀(130)과 상기 지지부(112)가 연결되어 있되 상기 지지부(112)와 상기 케이스(110)가 상기 단열부(113)에 의하여 서로 단열되는 구조로 이루어지기 때문에, 상기 냉각핀(130)으로부터 상기 지지부(112)까지 열이 전달된다 하더라도 상기 단열부(113)에 의하여 이 열이 상기 케이스(110)까지는 전달되지 않게 된다. 따라서 앞서 설명한 바와 같은, 열의 원치 않는 전달에 의한 냉감 효과가 떨어지는 문제를 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
[제5실시예]
도 11은 상기 가상현실 컨트롤러(100)의 조립 용이성 및 구조적 안정성을 높이기 위한 부가구성을 포함하는 제5실시예를 도시하고 있다. 제5실시예에서 상기 가상현실 컨트롤러(100)는, 도 11에 나타난 바와 같이, 상기 공동부(111) 내면이 상기 케이스(110)의 연장 방향에 대하여 테이퍼진 형태로 형성되며, 상기 냉각핀(130) 외면이 상기 공동부(111) 내면에 상응하도록 테이퍼진 형태로 형성된다. (참고적으로, 도 11은 테이퍼진 형태가 명확히 나타나도록 상당히 과장되어 도시된 것이다.)
실제로 상기 가상현실 컨트롤러(100)를 제작하는 경우, 상기 냉각핀(130) 및 상기 열전소자층(120)이 완전히 밀착하게 만들어야 한다. 그런데 상기 공동부(111)로 상기 냉각핀(130)을 밀어넣는 방식으로 조립을 하게 될 때, 상기 냉각핀(130) 및 상기 열전소자층(120)이 밀착된 채로 상기 냉각핀(130)이 밀어넣어지는 과정에서, 상기 열전소자층(120)에 지나친 응력이 가해져 손상이 발생하는 등의 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 피하기 위하여 상기 냉각핀(130) 및 상기 열전소자층(120) 사이의 간격이 벌어지게 할 경우, 조립 후 동작 시에 두 부품 간 밀착이 이루어지지 않아 열전달이 원활하게 이루어지지 않는 문제가 생긴다. 즉 조립 용이성을 향상하는 구조(냉각핀-열전소자층 간 간격을 넓힘)를 채택하면 조립 후 열전달 효과가 떨어지고, 반대로 조립 후 열전달 효과를 향상하는 구조(냉각핀-열전소자층 간 간격을 좁힘)를 채택하면 조립 용이성이 떨어지는 딜레마가 발생하는 것이다.
도 11의 구조는 바로 이러한 문제를 해소하기 위하여 도입된 것이다. 도 11에 도시된 바와 같이 상기 공동부(111) 내면 및 상기 냉각핀(130) 외면이 서로 상응하는 테이퍼진 형태로 이루어지도록 할 경우, 도 11의 화살표로 표시된 바와 같은 방향으로 상기 냉각핀(130)을 상기 공동부(111)로 밀어넣는 과정에서 상기 열전소자층(120)에 전혀 무리가 가해지지 않는다. 또한, 상기 냉각핀(130)이 상기 열전소자층(120)에 완전히 밀착하게 되면 자연히 더 이상 밀어넣어지지 않게 되어 조립이 완료된다. 즉 도 11과 같은 구조를 통해, 조립 과정에서 그 어떤 부품에도 무리를 가하지 않으면서도, 조립 완료 후에 각 부품 간 밀착이 실현될 수 있어, 조립 용이성 및 열전달 효과를 동시에 향상할 수 있게 된다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100: 가상현실 컨트롤러 110: 케이스
111: 공동부 111a: 유통로
112: 지지부 113: 단열부
120: 열전소자층
125A: 제1열전도물질층 125B: 제2열전도물질층
130: 냉각핀 135: 냉각팬
140: 제어부 145: 온도측정부

Claims (20)

  1. 사용자가 파지 가능하도록 일방향으로 연장되는 형상으로 이루어지며, 외면에 상기 사용자와 접촉하는 접촉 부위가 형성되고, 내부에 연장 방향과 나란한 방향으로 관통되는 공동부(111)가 형성되는 케이스(110);
    상기 케이스(110)에 구비되고, 발열 또는 흡열 동작을 수행하여 상기 케이스(110)의 외면 방향인 상기 접촉 부위 측으로 상기 사용자에게 온도감을 제공하고, 상기 케이스(110)의 내부 방향인 상기 공동부(111) 측으로 상기 발열 또는 흡열 동작으로 인해 발생한 폐열을 방출하는 열전소자층(120); 및
    상기 열전소자층(120)으로의 전력 공급을 제어하는 제어부(140);
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 실감 기능을 가지는 가상현실 컨트롤러.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 가상현실 컨트롤러(100)는,
    상기 열전소자층(120) 및 상기 케이스(110) 사이에 개재 구비되는 제1열전도물질층(125A);
    을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 실감 기능을 가지는 가상현실 컨트롤러.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 가상현실 컨트롤러(100)는,
    상기 제1열전도물질층(125A)은 사용자의 파지 영역에 상응하는 면적 및 위치를 가지도록 형성되며,
    상기 열전소자층(120)은 상기 제1열전도물질층(125A) 면적 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 온도 실감 기능을 가지는 가상현실 컨트롤러.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 열전소자층(120)은,
    상기 케이스(110)의 내면에 구비되는 것을 특징으로 하는 온도 실감 기능을 가지는 가상현실 컨트롤러.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 열전소자층(120)은,
    유연 재질의 열전소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 실감 기능을 가지는 가상현실 컨트롤러.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 가상현실 컨트롤러(100)는,
    상기 공동부(111) 상에 구비되는 냉각핀(130);
    을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 실감 기능을 가지는 가상현실 컨트롤러.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 가상현실 컨트롤러(100)는,
    상기 열전소자층(120) 및 상기 냉각핀(130) 사이에 개재 구비되는 제2열전도물질층(125B);
    을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 실감 기능을 가지는 가상현실 컨트롤러.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 가상현실 컨트롤러(100)는,
    상기 제2열전도물질층(125B)은 사용자의 파지 영역에 상응하는 면적 및 위치를 가지도록 형성되며,
    상기 열전소자층(120)은 상기 제2열전도물질층(125B) 면적 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 온도 실감 기능을 가지는 가상현실 컨트롤러.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 가상현실 컨트롤러(100)는,
    상기 케이스(110)의 상면 또는 하면에 구비되어 상기 냉각핀(130)이 고정 지지되는 지지부(112);
    상기 케이스(110) 및 상기 지지부(112)의 연결부에 구비되는 단열부(113);
    를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 실감 기능을 가지는 가상현실 컨트롤러.
  10. 제 6항에 있어서, 상기 가상현실 컨트롤러(100)는,
    상기 공동부(111) 내면이 상기 케이스(110)의 연장 방향에 대하여 테이퍼진 형태로 형성되며,
    상기 냉각핀(130) 외면이 상기 공동부(111) 내면에 상응하도록 테이퍼진 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 온도 실감 기능을 가지는 가상현실 컨트롤러.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 가상현실 컨트롤러(100)는,
    상기 공동부(111)의 일측 끝단에 구비되어 상기 공동부(111)를 통해 공기를 강제 유통시키는 냉각팬(135);
    을 더 포함하여 이루어지며,
    상기 제어부(140)는 상기 냉각팬(135)으로의 전력 공급을 더 제어하는 것을 특징으로 하는 온도 실감 기능을 가지는 가상현실 컨트롤러.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 가상현실 컨트롤러(100)는,
    상기 공동부(111)로의 공기 유통성을 향상하도록, 상기 케이스(110)의 측면으로 개방되며 상기 공동부(111)의 타측 끝단과 연통되는 유통로(111a);
    를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 실감 기능을 가지는 가상현실 컨트롤러.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 가상현실 컨트롤러(100)는,
    외부로부터 전력을 공급받거나 또는 상기 케이스(110) 내에 수용되는 배터리로부터 전력을 공급받도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 실감 기능을 가지는 가상현실 컨트롤러.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 가상현실 컨트롤러(100)는,
    상기 열전소자층(120) 상에 분포되며, 상기 제어부(140)와 연결되는 적어도 하나의 온도측정부(145);
    를 더 포함하여 이루어져, 상기 열전소자층(120) 상의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 온도 실감 기능을 가지는 가상현실 컨트롤러.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 가상현실 컨트롤러(100)는,
    상기 열전소자층(120)에 인가되는 전기적 물리량 및 상기 열전소자층(120)에 형성되는 온도 간의 관계식 또는 미리 수행된 시험에 의하여 도출된 관계 데이터 테이블을 사용하여, 상기 열전소자층(120)에 인가되는 전기적 물리량 값으로부터 상기 열전소자층(120) 상의 온도를 산출하는 것을 특징으로 하는 온도 실감 기능을 가지는 가상현실 컨트롤러.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 제어부(140)는,
    가상현실에서 부여되는 목표 온도값에 도달하도록 상기 열전소자층(120)에 공급되는 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 온도 실감 기능을 가지는 가상현실 컨트롤러.
  17. 제 1항에 있어서, 상기 제어부(140)는,
    상기 열전소자층(120) 평균 온도가 미리 결정된 상한값 및 하한값 사이의 온도가 되도록 상기 열전소자층(120)에 공급되는 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 온도 실감 기능을 가지는 가상현실 컨트롤러.
  18. 제 1항에 있어서, 상기 제어부(140)는,
    상기 열전소자층(120)에 미리 결정된 주기에 따라 전력을 공급하되,
    상기 열전소자층(120)에 공급되는 전력 주기를 가변 제어하는 것을 특징으로 하는 온도 실감 기능을 가지는 가상현실 컨트롤러.
  19. 제 1항에 있어서, 상기 제어부(140)는,
    상기 열전소자층(120)에 공급되는 전력을 피드백 제어하는 것을 특징으로 하는 온도 실감 기능을 가지는 가상현실 컨트롤러.
  20. 제 1항에 있어서, 상기 제어부(140)는,
    상기 열전소자층(120)이 연장 방향 또는 둘레 방향 중 선택되는 적어도 하나의 방향 및 시간에 대해 온도 변화량이 연속적인 구배가 이루어지도록 상기 열전소자층(120)에 공급되는 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 온도 실감 기능을 가지는 가상현실 컨트롤러.
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