KR102469052B1 - 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치 그리고 햅틱 신호를 생성하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 출원은, 압전 액추에이터(11)를 갖는 액추에이터 유닛을 구비하는, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)에 관한 것이다. 또 다른 일 양태에 따르면, 본 출원은 햅틱 신호를 생성하기 위한 방법과도 관련이 있다.

Description

핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치 그리고 햅틱 신호를 생성하기 위한 방법
본 발명은, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치, 그리고 햅틱 신호를 생성하기 위한 방법에 관한 것이다.
가상 현실 애플리케이션 및 증강 현실 애플리케이션 분야에서는, 표면을 스캐닝할 수 있는 핀이 점점 더 많이 사용되고 있다. 이때, 사용자는, 핀이 이전에 저장된 표면 위로 이동되고 있다는 인상을 전달해 주어야만 한다. 표면의 프로파일을 실제에 가깝게 재생하기 위해서는, 신속한 응답 시간을 갖는 액추에이터가 바람직하다.
이와 같은 유형의 핀은 예를 들어 US 8 988 445 B2호에 공지되어 있다. 핀은 진동 코일을 갖는 선형 액추에이터를 구비한다. 이와 같은 액추에이터는 긴 응답 시간 및 긴 감쇠 시간을 갖는다. 이로 인해, 표면 프로파일은 모든 세부 사항에서 촉각적으로 경험할 수 있게 만들어질 수 없다. 더 나아가, US 8 988 445 B2호에 기술된 핀은 복수의 센서를 필요로 한다.
본 발명의 과제는, 바람직한 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치를 제공하는 것이다. 또 다른 과제는, 이와 같은 입력 및/또는 출력 장치를 사용해서 햅틱 신호를 생성하기 위한 바람직한 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제는, 청구항 1에 따른 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치에 의해서, 그리고 또 다른 독립 청구항에 따른 방법에 의해서 해결된다.
압전 액추에이터를 갖는 액추에이터 유닛을 구비하는 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치가 제안된다. 일 실시예에서, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치는 또 다른 압전 액추에이터를 가질 수 있다.
압전 액추에이터는 상이한 기하학적 구조로 제조될 수 있다. 그에 상응하게, 압전 액추에이터의 기하학적인 디자인은 핀 형상 입력 및/또는 출력 장치의 기하학적 구조에 맞추어 조정될 수 있다. 압전 액추에이터 사용의 또 다른 한 가지 장점은, 압전 액추에이터의 신속한 응답 거동 및 감쇠 거동이다. 압전 액추에이터에 의해 생성되는 진동의 신속한 응답 및 감쇠를 통해서만, 실제에 가까운 햅틱 신호가 생성될 수 있다.
압전 액추에이터는 폭넓은 주파수 스펙트럼의 주파수에 의해 진동하도록 여기 될 수 있다. 예를 들어, 압전 액추에이터에 인가되는 입력 전압은 5 ㎐ 내지 10 ㎑의 주파수를 가질 수 있다. 이와 같이 다양한 주파수가 사용될 수 있음으로써, 압전 액추에이터는 폭넓은 주파수 범위에서 진동하도록 여기 될 수 있다. 이로 인해서는, 상이한 표면 질감을 재생하는 상이한 촉각적 인상이 생성될 수 있다.
압전 액추에이터에 인가되는 신호는 임의의 신호 형상을 가질 수 있다. 압전 액추에이터는 예를 들어 사인파 형상의 입력 신호에만 한정되지 않는다.
압전 액추에이터로서는, 단층의 액추에이터, 또는 내부 전극들 및 이들 전극 사이에 배열된 압전 층이 교대로 위·아래로 적층된 압전 다층 부품이 사용될 수 있다.
압전 액추에이터는, 다양한 햅틱 신호를 생성하는 것을 가능하게 할 수 있다. 압전 액추에이터의 진동의 진폭뿐만 아니라 주파수까지도 변경될 수 있다. 이렇게 함으로써는, 예를 들어 상이한 표면 질감을 실제에 가깝게 촉각적으로 경험할 수 있게 될 수 있다.
핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치는, 예를 들어 가상 현실 애플리케이션 또는 증강 현실 애플리케이션과 같은 애플리케이션에서 입력 장치로서 사용될 수 있을 뿐만 아니라 출력 장치로서도 사용될 수 있다. 입력 장치로서 사용되는 경우에는, 사용자가 핀 형상의 장치를 특정 위치로 이동시킴으로써, 입력이 실행될 수 있다. 이와 같은 방식으로는, 애플리케이션의 사용자가 예를 들어 제어 명령을 전송할 수 있다. 출력 장치로서 사용되는 경우에는, 액추에이터 유닛의 진동에 의해 햅틱 신호가 사용자에게 전달됨으로써, 핀 형상의 장치에 의해 출력이 실행된다. 핀 형상의 장치는, 입력 장치로서만 또는 출력 장치로서만 또는 조합된 입력 및 출력 장치로서 작동될 수 있다.
핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치는, 압전 액추에이터에 전압을 인가하도록 설계된 제어 유닛을 구비할 수 있다. 압전 액추에이터에 인가되는 전압에 의해, 압전 액추에이터는 진동하도록 여기 될 수 있다. 진동은, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치를 파지하거나 단단히 잡는 사용자에게 햅틱 신호일 수 있다. 압전 액추에이터의 진동의 주파수 및 진폭에 따라, 사용자에게서 상이한 촉각적 인상이 생성될 수 있다.
제어 유닛 내에는 프로파일이 저장될 수 있으며, 이 경우 제어 유닛은, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치가 저장된 프로파일의 촉각적 인상을 생성하는 신호를 생성하는 방식으로 압전 액추에이터를 제어하도록 설계될 수 있다. 프로파일은 특히 표면 프로파일일 수 있다. 표면 프로파일은 표면의 질감을 재생할 수 있다. 예를 들어, 햅틱 신호는 햅틱 신호에 의해 재생될 표면의 거칠기에 따라 변경될 수 있다.
핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치는 압전 액추에이터를 센서로서 사용하도록 설계될 수 있으며, 이 경우 압전 액추에이터에서는 핀 형상 입력 및/또는 출력 장치의 작동의 결과로 전압이 생성될 수 있으며, 이 경우 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치는, 압전 액추에이터에서 생성된 전압을 인식하도록 그리고 생성된 전압을 특징짓는 값을 저장하도록 설계된 평가 유닛을 구비할 수 있다. 입력 및 출력 장치는, 이 장치가 하나 또는 복수의 표면을 따라 안내되는 동시에 표면의 프로파일을 저장하는 판독 입력 모드에서 작동될 수 있다.
핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치는, 압전 액추에이터를 센서로서 사용하는 동시에 진동을 생성하기 위해 사용하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 압전 액추에이터가 표면의 프로파일을 판독 입력하기 위한 센서로서 사용되는 판독 입력 모드에서는, 액추에이터의 도움으로 진동을 생성하는 것이 가능할 수 있다. 예를 들어 판독 입력 과정 동안, 정의된 임계 값 위에 놓여 있는 힘이 압전 액추에이터에 가해진다는 사실이 인식되면, 액추에이터는 그 결과로 전자 제어 장치에 의해 진동하도록 여기 될 수 있다. 예를 들어, 진동은 사용자에게 작동 모드의 교체를 신호화할 수 있다. 대안적으로, 진동은, 손상을 방지하기 위하여 장치가 대기 모드로 전환된다는 사실을 사용자에게 신호화할 수 있다.
또한, 햅틱 신호를 생성하기 위하여 압전 액추에이터가 사용되는 재생 모드에서도 압전 액추에이터는 동시에 센서로서 작동될 수 있다. 이 경우에는, 압전 액추에이터에 인가되는 전압이 모니터링 될 수 있다. 이와 같은 방식에 의해서는, 예를 들어 장치를 표면에 노킹함으로써 생성되는 제어 신호가 인식될 수 있다. 대안적으로 또는 보완적으로, 이와 같은 방식에 의해서는, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치가 지나치게 강한 힘으로 표면에 눌려지는 상황도 인식될 수 있다. 이 경우에는, 손상을 피하기 위하여, 장치가 자동으로 스위치-오프 되거나 대기 모드로 변위될 수 있다.
제어 유닛은, 평가 유닛에 의해 저장된 값을 토대로 하여 압전 액추에이터를 제어하도록 설계될 수 있다. 그에 상응하게, 제어 유닛은, 사전에 저장된 프로파일을 토대로 하여 또는 판독 입력 모드에서 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치에 의해 판독 입력된 프로파일을 토대로 하여 압전 액추에이터를 제어할 수 있다.
핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치는, 액추에이터 장치와 연결된 터치 요소를 더 구비할 수 있다. 장치가 핀 형태의 형상을 갖는 경우에는, 터치 요소가 핀의 기록하는 단부에 배열될 수 있으며, 그에 상응하게 실제 또는 가상 표면 위로 안내되도록 설계될 수 있다. 터치 요소는 뾰족하게 점점 가늘어질 수 있다. 특히, 터치 요소는 터치 팁을 구비할 수 있다. 터치 요소는, 핀 형상 입력 및/또는 출력 장치의 베이스 바디에 대해 이동 가능하도록 배열될 수 있다. 그에 상응하게, 터치 요소는 표면에 접촉할 때에 이동될 수 있다. 터치 요소는, 압전 액추에이터에 의해 진동으로 변위 되도록 설계될 수 있으며, 이 경우에는 터치 요소의 진동에 의해 햅틱 신호가 생성될 수 있다.
액추에이터 유닛은, 압전 액추에이터에 부착된 기계식 보강 요소를 구비할 수 있다. 기계식 보강 요소는, 제1 방향으로의 압전 액추에이터의 팽창 변경의 결과로, 기계식 보강 요소의 일 부분 영역이 압전 액추에이터에 대하여 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 이동되는 방식으로 변형되도록 설계 및 배열될 수 있다.
기계식 보강 요소는, 액추에이터의 동작을 더 큰 진폭을 갖는 제2 방향으로의 동작으로 변환하도록 설계될 수 있다. 진폭의 확대에 의해서, 햅틱 신호가 증폭될 수 있다.
압전 액추에이터는, d31-효과 또는 d33-효과를 이용한 길이 변경에 의해서 진동을 생성하도록 설계 및 배열될 수 있다.
대안적으로 또는 보완적으로, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치는 경사 센서를 구비할 수 있다. 대안적으로 또는 보완적으로, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치는 거리 센서를 구비할 수 있다. 대안적으로 그리고/또는 보완적으로, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치는 속도 센서를 구비할 수 있다. 대안적으로 또는 보완적으로, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치는 가속도 센서를 구비할 수 있다. 대안적으로 및/또는 보완적으로, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치는 또 다른 센서들을 구비할 수 있다. 본원에 언급된 각각의 센서는 MEMS-부품으로서 구현될 수 있다. 본원에 언급된 각각의 센서는 별도의 센서일 수 있다. 대안적으로, 본원에 언급된 센서들 중 2개 또는 복수의 센서는, 복수의 측정 변수를 결정하도록 설계된 단 하나의 부품에 의해서 형성될 수 있다.
본원에 언급된 센서는, 예를 들어 경사각, 속도, 가속도 또는 거리와 같은 측정 변수를 결정하는 것을 가능하게 할 수 있으며, 이 경우 이와 같은 측정 변수는, 액추에이터 유닛에 의해 햅틱 신호를 생성할 때에 뿐만 아니라 표면 프로파일을 판독 입력할 때에도 고려될 수 있다. 이렇게 함으로써는, 판독 입력된 표면 프로파일의 정확도가 증가될 수 있으며 그리고/또는 햅틱 신호의 보다 실제에 충실한 재생이 가능해질 수 있다. 하지만, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치는 본원에 언급된 센서들 없이도 또는 본원에 언급된 센서들 중 다만 몇몇 센서만으로도 완전히 기능할 수 있다. 따라서, 이들 센서는 다만 정확도를 높이기 위해서만 이용되며, 장치의 기본적인 기능 방식을 위해 반드시 필요한 것은 아니다.
압전 액추에이터는 센서로서 사용될 수 있고, 예를 들어 가속도를 측정할 수 있다. 이 경우에는, 압전 액추에이터에서 생성된 전압으로부터 가속도가 추론될 수 있다. 그에 상응하게, 압전 액추에이터는 가속도 센서로 사용될 수 있고, 일 실시예에서는 별도의 가속도 센서가 생략될 수 있다. 이때, 압전 액추에이터와 연결된 평가 유닛은, 장치가 판독 입력될 표면 위로 이동되는 동시에 표면이 압전 액추에이터에 힘을 가함으로써 생성되는 전압과 장치가 가속을 경험하는 동시에 액추에이터에 힘을 작용함으로써 생성되는 전압을 상호 구별하도록 설계될 수 있다. 두 가지 전압 모두 평가 유닛에 의해 인식될 수 있는 특징적인 패턴을 가질 수 있다.
가속도 센서로서 사용되는 압전 액추에이터에 의해 인식되는 가속도는, 예를 들어 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치를 표면에 노킹함으로써 야기될 수 있다. 또한, 사용자에 의해 구현되고 제어 명령을 나타내는 핀 형상 입력 및/또는 출력 장치의 다른 동작들도, 가속도 센서로서 사용되는 압전 액추에이터에 의해 인식되는 가속도와 연관될 수 있다.
가속도는, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치가 표면 위로 이동하는 속도가 변경됨으로써 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치에 가해질 수 있을 뿐만 아니라, 압전 액추에이터에 힘을 가하는 핀 형상 입력 및/또는 출력 장치의 모든 동작에 의해서도 가해질 수 있다. 압전 액추에이터와 연결된 평가 유닛은, 표면 위로의 움직임으로부터 생성되는 스캐닝 신호를 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치에 가속도를 가하는 다른 움직임들과 구별하도록 설계될 수 있다. 경사 센서에 의해 검출되는 각도는 액추에이터 유닛을 제어할 때에 그리고/또는 액추에이터 유닛에서 생성되는 전압을 평가할 때에 고려될 수 있다. 속도 센서에 의해 검출되는 속도는 액추에이터 유닛을 제어할 때에 그리고/또는 액추에이터 유닛에서 생성되는 전압을 평가할 때에 고려될 수 있다. 가속도 센서에 의해 검출되는 가속도는 액추에이터 유닛을 제어할 때에 그리고/또는 액추에이터 유닛에서 생성되는 전압을 평가할 때에 고려될 수 있다.
핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치는, 제어 신호를 인식하도록 설계될 수 있다. 이때, 제어 신호는, 예컨대 버튼 또는 접촉에 민감한 스크린과 같은 조작 요소를 통해서가 아니라 핀 형상 입력 및/또는 출력 장치의 특정한 움직임에 의해서 제공될 수 있다. 특히, 제어 신호는 센서 정보를 기반으로 하여 적합한 알고리즘에 의해서 인식될 수 있다. 바람직한 실시예들에서, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치는, 사용자가 조작 요소의 작동에 의해 제어 신호를 제공할 때에 매개가 되는 조작 요소를 구비하지 않는다.
예를 들어, 표면상에 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치를 한 번 또는 여러 번 노킹함으로써, 그리고/또는 특정 시간 간격에 걸쳐 표면상에 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치를 누름으로써, 그리고/또는 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치가 특정 방식으로 이동됨으로써, 제어 신호가 제공될 수 있으며, 이로 인해 특징적인 가속도 패턴이 전송된다. 제어 신호를 나타낼 수 있는 장치의 움직임에 대한 예들은 장치를 흔드는 것 또는 장치를 원형으로 움직이는 것이다. 또한, 제어 신호는, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치를 손안에 쥠으로써도 제공될 수 있다.
전술된 제어 신호에 대한 예들은 항상 압전 액추에이터에 힘이 가해지는 상황을 유도한다. 장치를 표면상에 노킹하거나 누르면, 장치의 터치 요소가 압전 액추에이터에 작용하여 압전 액추에이터를 변형시킬 수 있으며, 그 결과로 액추에이터에서 전압이 생성된다. 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치가 특정 방식으로 움직이면, 이 움직임을 특징짓는 가속도 패턴이 장치로 전송된다. 가속의 결과로, 압전 액추에이터도 마찬가지로 변형되고 압전 액추에이터에서 전압이 생성된다. 압전 액추에이터와 연결된 회로는, 압전 액추에이터에서 생성되는 전압을 토대로 하여 제어 신호를 인식하도록 설계될 수 있다.
예를 들어, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치는 시작 신호를 인식하도록 설계될 수 있으며, 이 경우 액추에이터 유닛은 다만 시작 신호의 인식 후에만 활성화 된다. 이로 인해서는, 에너지 절약 방식의 작동을 가능하게 하는 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치가 구성될 수 있다. 의도치 않은 활성화가 피해질 수 있음으로써, 결과적으로는 예를 들어 배터리와 같은 장치 에너지원이 불필요한 부하를 받지 않게 된다.
시작 신호는 전술된 제어 신호의 일 예이다. 생각할 수 있는 또 다른 제어 신호는, 작동 모드를 교체하기 위한 제어 신호 또는 장치를 스위치-오프 하거나 대기 모드로 교체하는 스위치-오프 신호일 수 있다.
대안적으로 또는 보완적으로, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치는, 사용자가 장치를 손안에 쥘 때, 사용자에 의해 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치에 가해지는 기계적인 압력을 인식하도록 설계될 수 있다. 이 경우에는, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치를 손안에 집고 있다는 인식이 예를 들어 시작 신호로서 해석될 수 있다. 압전 액추에이터는 압력 센서로서 사용될 수 있다. 이 목적을 위해서는, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치에 가해지는 압력에 의해 압전 액추에이터에서 생성되는 전압이 판독 출력될 수 있다. 바람직한 방식으로, 압전 액추에이터는 핀 형상 입력 및/또는 출력 장치의 표면 바로 아래에 배열되어 있다. 이때, 압전 액추에이터는 바람직하게, 전형적으로 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치를 잡고 있는 사용자의 손가락이 있는 위치에 배열되어 있다. 압전 액추에이터는, 또한 압전 액추에이터 내에서 생성되는 전압을 참조하여 장치의 고정 상태를 인식하도록 설계될 수 있다.
일 실시예에서, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치는 2개의 압전 액추에이터를 구비할 수 있으며, 이들 압전 액추에이터는 각각 표면 바로 아래에 배열되어 있고, 전형적으로 장치를 잡고 있는 사용자의 손가락이 있는 위치에 각각 배열되어 있다. 2개의 압전 액추에이터는, 압력 센서로서 사용되도록 그리고 손안에 쥐고 있다는 것을 인식하도록 설계할 수 있다.
핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치는 압전 액추에이터에 추가로 또 다른 센서들을 구비할 수 없다. 재생 모드에서 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치를 사용하기 위해서는 센서가 전혀 필요치 않다. 판독 입력 모드에서의 사용을 위해서는 압전 액추에이터로 충분한데, 그 이유는 이 압전 액추에이터가 센서로서 사용될 수 있고, 압전 액추에이터에서 생성되는 전압을 토대로 하여 판독 입력될 표면의 프로파일이 추론될 수 있기 때문이다.
또 다른 센서를 생략함으로써, 간단하고도 저렴한 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치가 구성될 수 있다. 또한, 센서의 생략은 장치의 소형화에도 기여할 수 있다.
대안적으로, 또 다른 일 실시예에서는, 장치가 압전 액추에이터 외에 최대 2개의 또 다른 센서를 구비할 수 있다. 2개의 또 다른 센서는 예를 들어 다음과 같은 센서, 즉 경사 센서, 속도 센서, 거리 센서 및 가속도 센서 중 2개 센서일 수 있다. 또 다른 센서를 사용함으로써는, 햅틱 신호를 생성할 때 그리고 표면 프로파일을 판독 입력할 때 정확도가 증가될 수 있다. 또 다른 대안적인 실시예들에서, 장치는 또한 2개 이상의 센서를 구비할 수도 있다.
또 다른 일 양태에 따르면, 본 발명은, 압전 액추에이터를 갖는 액추에이터 유닛을 구비하는 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치를 사용해서 햅틱 신호를 생성하기 위한 방법과 관련이 있다. 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치는 전술된 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치일 수 있다. 장치와 관련하여 개시된 모든 구조적이고 기능적인 특징부들은 방법에도 적용될 수 있다. 방법과 관련하여 개시된 모든 구조적이고 기능적 특징부들은 장치에도 적용될 수 있다.
이 방법에서는, 제어 유닛에 의해 압전 액추에이터에 전압이 인가되고, 이로 인해 압전 액추에이터가 진동하도록 여기 되며, 이 진동에 의해서 햅틱 신호가 생성된다. 따라서, 이 방법은, 액추에이터 유닛 내에서 압전 액추에이터를 사용함으로써 얻어지는 장점들을 제공하다. 이와 같은 장점에는, 실제에 가까운 햅틱 신호의 생성을 가능하게 하는 짧은 응답 시간 및 짧은 감쇠 시간이 속한다. 다양한 핀 형상의 입력 및 출력 장치에서의 사용을 가능하게 하는 압전 액추에이터의 기하학적인 디자인에서는 높은 수준의 적응 능력이 나타난다. 또한, 햅틱 신호는 높은 주파수 대역폭에 걸쳐 생성될 수 있다.
제어 유닛에 의해서는, 압전 액추에이터의 진동에 의해서 표면의 촉각적인 인상을 생성하는 신호가 생성되는 방식으로, 압전 액추에이터에 전압이 인가될 수 있다. 이때, 상이한 표면은, 압전 액추에이터에 인가되는 신호의 주파수에서의 그리고/또는 진폭에서의 변경에 의해 추후에 감지될 수 있다.
제1 단계에서는, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치가 표면을 따라 이동될 수 있으며, 이 경우에는 표면이 액추에이터 유닛과 연결된 요소에 작용하고, 이로 인해서는 평가 유닛에 의해 인식되는 전압이 압전 액추에이터에 의해 생성되며, 그리고 이 경우에는 평가 유닛이 생성되는 전압을 특징짓는 값을 저장하고, 이로 인해 표면의 프로파일을 저장한다.
그에 상응하게, 압전 액추에이터가 센서로서 이용될 수 있다. 액추에이터 유닛과 연결된 요소는 터치 요소일 수 있다.
제2 단계에서는, 제어 유닛이 저장된 프로파일을 기반으로 하여 압전 액추에이터를 제어할 수 있다.
제1 단계 동안에는 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치와 표면 사이의 각이 검출될 수 있으며, 이 경우 이 각은 표면의 프로파일을 생성할 때에 평가 유닛에 의해서 고려된다. 이 각은 경사각일 수 있다. 대안적으로 또는 보완적으로, 제1 단계 동안에는 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치가 표면 위로 이동하는 속도가 검출될 수 있으며, 이 경우 이 속도는 표면의 프로파일을 생성할 때에 평가 유닛에 의해서 고려된다. 대안적으로 또는 보완적으로는, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치가 표면 위로 이동하는 가속도가 검출될 수 있으며, 이 경우 이 가속도는 표면의 프로파일을 생성할 때에 평가 유닛에 의해서 고려된다. 각, 속도 및 가속도는 각각 상응하는 센서에 의해 결정될 수 있다.
핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치는, 가상 현실 애플리케이션 또는 증강 현실 애플리케이션에서 사용될 수 있다.
핀 형상 입력 및/또는 출력 장치의 경사각이 검출될 수 있으며, 이 경우에는 제어 유닛에 의해서 압전 액추에이터에 인가되는 전압의 레벨이 경사각을 고려하여 조정될 수 있다. 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치가 이동하는 속도가 검출될 수 있으며, 이 경우에는 제어 유닛에 의해서 압전 액추에이터에 인가되는 전압의 레벨이 속도를 고려하여 조정될 수 있다. 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치가 경험하는 가속도가 검출될 수 있으며, 이 경우에는 제어 유닛에 의해서 압전 액추에이터에 인가되는 전압의 레벨 및 주파수가 가속도를 고려하여 조정될 수 있다.
핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치로부터 표면까지의 거리는 장치에 의해 인식할 수 있다. 예를 들면, 예컨대 초음파 또는 광학 측정을 기반으로 하는 거리 센서의 사용에 의해서 인식될 수 있다.
제어 신호는 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치에 의해서 인식될 수 있다. 제어 신호는 특히 센서 정보를 토대로 하여 적합한 알고리즘에 의해서 인식될 수 있다. 제어 신호는, 압전 액추에이터에서 측정된 전압이 사전 정의된 임계 값을 초과함으로써 인식될 수 있다. 임계 값의 초과는, 장치를 표면상에 노킹하는 것이 그 원인일 수 있다.
압전 액추에이터에서 측정된 전압이 시간 간격 내에 사전 정의된 임계 값을 얼마나 자주 초과하는지에 의해서, 다양한 제어 신호가 인식될 수 있다. 이렇게 함으로써는, 한 번의 노킹과 여러 번의 노킹이 상호 구분될 수 있다. 한 번의 노킹 및 여러 번의 노킹은 상이한 제어 신호와 연관될 수 있다.
압전 액추에이터에서 측정된 전압이 사전 정의된 임계 값을 초과하는 기간에 의해서 다양한 제어 신호가 인식될 수 있다. 임계 값이 더 오랜 시간 동안 초과하면, 예를 들어 장치가 표면상에 영구적으로 눌려진다는 사실이 추론될 수 있다.
핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치는 시작 신호를 인식하도록 설계될 수 있으며, 이 경우 액추에이터 유닛은 시작 신호의 인식 후에 활성화 된다. 시작 신호는, 장치를 손안에 쥠으로써, 장치를 표면에 접근시킴으로써, 또는 표면을 향해 장치를 노킹함으로써 제공될 수 있다.
핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치는, 압전 액추에이터에 의해 기록된 전압을 토대로 하여 가속도를 결정하도록 설계될 수 있다. 그에 상응하게, 압전 액추에이터가 가속도 센서로서 사용될 수 있다. 대안적으로 또는 보완적으로, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치는 별도의 가속도 센서를 구비할 수 있다. 이 장치는, 정의된 움직임의 검출을 가능하게 하는 특징적인 가속도 패턴을 인식하도록 설계될 수 있다. 이와 같은 방식에 의해서는, 장치의 특정 움직임에 의해서 제공되는 제어 신호가 인식될 수 있다. 예를 들어, 장치를 흔들거나 장치로 원을 형성함으로써 특정의 제어 신호가 제공할 수 있다.
압전 액추에이터는 동시에 센서로서 그리고 진동을 생성할 목적으로 사용될 수 있다.
이하에서는, 바람직한 실시예들이 각각의 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 제1 실시예에 따른 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치를 절단한 횡단면을 도시하며,
도 2는 도 1에 도시된 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치를 사시도로 도시하고,
도 3은 제2 실시예에 따른 입력 및/또는 출력 장치의 일 부분을 도시하며,
도 4는 2개의 기계식 보강 요소를 갖춘 압전 액추에이터를 도시하고,
도 5는 또 다른 일 실시예에 따른 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치를 도시하며, 그리고
도 6은 또 다른 일 실시예에 따른 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치를 도시한다.
도 1은, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)를 절단한 횡단면을 보여준다. 도 2는, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)를 사시도로 보여준다.
핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)는, 사용자에게 햅틱 신호를 전송하기 위하여 가상 현실 애플리케이션 또는 증강 현실 애플리케이션에서 사용될 수 있다. 이로 인해서는, 사용자에게서 촉각적인 인상이 생성될 수 있다. 예를 들면, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)가 표면 위로 이동하고 있다는 인상이 사용자에게서 생성될 수 있다. 이 목적을 위해, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)는, 표면 위로 이동하는 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)의 움직임에 대한 촉각적인 인상을 사용자에게 전달하는 진동을 생성하도록 설계된 액추에이터 유닛을 구비한다.
핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)는 두 가지 상이한 작동 모드에서 사용될 수 있다. 제1 작동 모드는 "재생 모드"로서도 지칭된다. 이때, 액추에이터 유닛은 사용자에게 촉각적인 인상을 전달하는 진동을 생성하기 위해 사용된다. 제2 작동 모드는 "판독 입력 모드"로서도 지칭된다. 이때, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)는 표면을 따라 안내된다. 이때 표면으로부터 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)에 가해지는 힘이 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)에 의해 인식되고, 그로부터 계산된 표면 프로파일이 저장된다. "재생 모드"에서는, 예를 들어 "판독 입력 모드"에 저장된 표면 프로파일을 재생하는 햅틱 신호가 생성될 수 있다.
액추에이터 유닛은 압전 액추에이터(11)를 구비한다. 도 1 및 도 2에 도시 된 실시예에서, 압전 액추에이터(11)는 d31-효과를 이용하여 진동을 생성하는 압전 다층 부품이다.
결과적으로, 압전 액추에이터(11)의 팽창의 변경은 분극 방향에 대해 그리고 전기장에 대해 횡 방향으로 이루어진다. 대안적인 일 실시예에서는, 압전 액추에이터(11)가 종 방향 액추에이터로서 작동될 수 있다. 이 경우에는, d33-효과를 이용하여 진동이 생성된다. 종 방향 액추에이터 내에서는, 전기장이 압전 층(22) 내에서 분극 방향에 평행하게 인가된다. 이로 인해서는, 분극 방향으로의 팽창 또는 편향이 유도된다.
도 1 및 도 2에 도시된 압전 액추에이터(11)는 압전 다층 부품이다. 압전 다층 부품은, 서로 교대로 위·아래로 적층된 다수의 내부 전극(21) 및 압전 층(22)을 구비한다. 대안적으로, 압전 액추에이터(11)는, 단 하나의 압전 층 및 2개의 외부 전극을 구비하는 단일 층 액추에이터일 수 있다.
핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)는 베이스 바디(2)를 구비한다. 베이스 바디(2)는 관 형상이다. 압전 액추에이터(11) 및 핀 형상 입력 및/또는 출력 장치(1)의 또 다른 요소들이 베이스 바디(2) 내에 배열되어 있다. 베이스 바디(2)는 플라스틱 또는 금속을 구비할 수 있다.
베이스 바디(2)는 자체 형상에 의해서 입력 및/또는 출력 장치(1)의 핀 형상의 디자인을 정의한다. 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)는, 핀의 기록하는 단부를 모방한 제1 단부(3) 및 제2 단부(4)를 구비한다. 제2 단부(4)는 제1 단부(3)에 마주 놓여 있고, 통상적으로 핀 형상 입력 및/또는 출력 장치(1)의 사용자에 의해 유지되는 단부를 형성한다.
핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)는 또한 터치 요소(5)를 구비한다. 터치 요소(5)는 압전 액추에이터(11)와 연결되어 있다. 특히, 핀 형상 입력 및/또는 출력 장치(1)의 제1 단부(3) 쪽을 향하는 압전 액추에이터(11)의 제1 단부(6)는 예를 들어 접착 연결에 의해서 터치 요소(5)에 부착되어 있다. 대안적인 일 실시예에서, 터치 요소(5)는 스프링 장착 연결부를 통해 압전 액추에이터와 연결될 수 있다.
터치 요소(5)는, 압전 액추에이터(11)로부터 멀어지는 측에서 뾰족하게 점점 가늘어지는 형상을 갖는다. 뾰족하게 점점 가늘어지는 형상은, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1) 내에서 핀의 기록하는 단부를 모방한다. 터치 요소(5)는 터치 팁(8)을 형성한다. 햅틱 신호에 의해서는, 터치 요소(5), 특히 터치 팁(8)이 표면 위로 이동되고 있다는 인상이 사용자에게 전달될 수 있다. 터치 팁(8)은 뾰족하거나 둥글 수 있다.
압전 액추에이터(11)가 진동으로 변위 되면, 이 진동이 터치 요소(5)로 전달된다. 이로 인해, 터치 요소(5)가 진동하도록 여기 되며, 이 진동은 터치 요소(5)가 표면 위로 이동하는 움직임에 대한 촉각적인 인상을 생성한다.
터치 요소(5)는 베이스 바디(2) 내에 배열되어 있으며, 이 경우에는 뾰족하게 점점 가늘어지는 단부에 의해서 형성되는 터치 팁(8)이 베이스 바디(2)로부터 돌출한다. 터치 요소(5)는 베이스 바디(2)에 대해 상대적으로 이동 가능하다. 터치 팁(8)은 특히 터치 요소(5)가 진동할 때에 베이스 바디(2)에 대해 상대적으로 이동할 수 있다.
핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)는 고정 요소(9)를 더 구비한다. 고정 요소(9)에는, 압전 액추에이터(11)의 제1 단부(6)에 마주 놓여 있는 압전 액추에이터(11)의 제2 단부(7)가 고정되어 있다. 이때, 압전 액추에이터(11)의 제2 단부(7)는, 압전 액추에이터(11)의 진동이 고정 요소(9)로 전달되지 않는 방식으로 고정 요소(9)에 고정되어 있다. 고정 요소(9)는 예를 들어 사출 성형 부품일 수 있다. 대안적으로, 고정 요소(9)는, 제어 유닛(10) 및/또는 평가 유닛(12)이 형성되어 있는 인쇄 회로 기판일 수도 있다.
고정 요소(9)는 베이스 바디(2) 내부에 배열되어 있다. 이때, 고정 요소(9)는 베이스 바디(9)와 견고하게 연결되어 있다. 압전 액추에이터(11)의 진동은 베이스 바디(2)로 전달되지 않는다. 고정 요소(9) 및 베이스 바디(2)는, 압전 액추에이터(11)에 의해 진동으로 여기 되기에는 너무 무거운 관성 질량을 형성할 수 있다. 대안적으로, 댐핑에 의해서는, 압전 액추에이터(11)의 진동이 베이스 바디(2)로 전달되는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 베이스 바디(2)는 압전 액추에이터(11)로부터 기계적으로 분리되어 있다.
또한, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)는 전술된 제어 유닛(10)을 구비한다. 제어 유닛(10)은 압전 액추에이터(11)와 연결될 수 있는 전자 장치다. 제어 유닛(10)은 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 제어 유닛(10)은 본 도면에 도시된 실시예에서 고정 요소(9) 상에 형성되어 있다. 압전 액추에이터(11)는 제어 유닛(10)과 연결되어 있다.
제어 유닛(10)은 전압, 특히 교류 전압을 압전 액추에이터(11)에 인가하도록 설계되어 있다. 이로 인해서는, 압전 액추에이터(11)가 진동으로 여기 될 수 있다. 제어 유닛(10)에 의해 압전 액추에이터(11)에 인가되는 교류 전압은 넓은 주파수 스펙트럼의 주파수를 가질 수 있다. 제어 유닛(10)은, 예를 들어 1 ㎐ 내지 10 ㎑에 해당하는 주파수 스펙트럼의 주파수를 갖는 교류 전압을 압전 액추에이터(11)에 인가하도록 설계될 수 있다. 인가된 교류 전압의 주파수에 따라, 압전 액추에이터(11)의 진동이 변경되고, 이로써 핀 형상 입력 및/또는 출력 장치(1)의 사용자에게서 생성되는 촉각적 인상도 변경된다. 다양한 주파수를 인가함으로써, 상이한 표면의 다양한 질감의 촉각적 인상이 생성될 수 있다.
압전 액추에이터(11)는 추가로 "판독 입력 모드" 작동 모드에서 센서로서 사용될 수 있다. 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)는 평가 유닛(12)을 구비할 수 있다. 평가 유닛(12)은 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 예를 들면, 제어 유닛(10)을 형성하는 전자 장치가 또한 평가 유닛(12)을 형성할 수 있다.
핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)가 표면 위로 이동되면, 표면은 터치 요소(8)에 작용하고, 터치 요소(8)를 통해 압전 액추에이터(11)에 힘을 가한다. 압전 액추에이터(11)에 가해지는 힘에 의해서는, 압전 효과의 결과로 압전 액추에이터(11) 내에서 전압이 생성된다. 평가 유닛(12)은 압전 액추에이터(11)와 연결되어 있고, 생성된 전압을 인식한다. 평가 유닛(12)에 의해 인식된 신호는 평가 유닛(12)에 의해 처리되고, 평가 유닛(12)은 압전 액추에이터(11)에서 검출된 전압을 특징짓는 값을 저장한다. 이와 같은 방식으로, 평가 유닛(12)은 표면의 프로파일을 생성할 수 있다. 생성된 표면 프로파일은 평가 유닛(12)에 의해 저장된다.
추후의 시점에서는, 상응하는 전압을 압전 액추에이터(11)에 인가하기 위하여 그리고 이 압전 액추에이터를 진동시키기 위하여, 평가 유닛(12)에 의해 저장된 프로파일이 제어 유닛(10)에 의해 사용될 수 있다. 이로 인해서는, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)가 이전에 저장된 표면 위로 안내되는 촉각적 인상이 생성될 수 있다.
도 3은, 제2 실시예에 따른 핀 형상 입력 및/또는 출력 장치(1)의 일 부분을 보여준다. 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)도 마찬가지로 압전 액추에이터(11)를 갖는 액추에이터 유닛을 구비한다. 본 실시예에서 압전 액추에이터는 소형 판 형상이다. 액추에이터 유닛은 또한 기계식 보강 요소(13a)를 구비한다. 기계식 보강 요소(13a)는 압전 액추에이터(11)에 부착되어 있고, 압전 액추에이터(11)의 길이 변경을 보강하도록 설계되어 있다. 기계식 보강 요소(13a)는 도 3에서 볼 수 없으며, 도 4와 관련하여 설명된다.
또한, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)도 마찬가지로 터치 요소(5) 및 고정 요소(9)를 구비한다. 터치 요소(5)는 실질적으로 도 1 및 도 2에 도시된 터치 요소(5)에 상응한다. 터치 요소(5)는, 압전 액추에이터(11)에 의해 진동으로 변위되도록 설계되어 있다. 터치 요소(5)는 고정 요소(9)에 대해 그리고 도 3에 도시되어 있지 않은 베이스 바디(2)에 대해 자유롭게 움직일 수 있다.
고정 요소(9)는 압전 액추에이터(11)와 견고하게 연결되어 있다. 이 경우에는, 압전 액추에이터(11)가 베이스 바디(2)로부터 기계적으로 분리되어 있음으로써, 결과적으로 압전 액추에이터(11)의 진동이 베이스 바디(2)로 전달되지 않는다.
제2 실시예에 따른 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)는 또한 제어 유닛(10)을 구비한다. 압전 액추에이터(11)는 또한 제2 실시예에서도 표면 프로파일을 판독 입력하기 위한 센서로서 사용될 수 있다. 이때, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치는, 제1 실시예와 관련하여 기술된 평가 유닛(12)에 상응하는 평가 유닛(12)을 구비할 수 있다.
도 4, 도 5 및 도 6은, 제2 실시예에서 사용될 수 있는 2개의 기계식 보강 요소(13a, 13b)를 갖는 압전 액추에이터(11)를 보여준다. 압전 액추에이터(11)는 햅틱 신호를 생성하기 위해 본 발명에 따른 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치 내에서 사용될 수 있다. 대안적으로, 액추에이터는 또한 기계식 보강 요소(13a, 13b) 없이 또는 압전 액추에이터와 터치 요소 사이에 배열된 단 하나의 기계식 보강 요소(13a)와 함께 사용될 수도 있다.
압전 액추에이터(11)는 복수의 압전 층(22) 및 내부 전극(21)을 갖는 소결 된 부품이다. 압전 액추에이터(11)는 특히 스택을 형성하기 위해 서로 위·아래로 배열된 복수의 압전 또는 활성 층(22)을 구비한다. 압전 층(22) 사이에 내부 전극(21)이 배열되어 있다. 본 실시예에서는, 상이한 극성의 내부 전극(21)이 교대로 배열되어 있다.
압전 층(22)은 적층 방향(S)을 갖는다. 적층 방향(S)은 액추에이터(11)의 정면 또는 측면(24)을 따라 연장된다. 특히, 압전 층(22)은 액추에이터(11)의 수직 팽창 또는 두께를 따라 적층되어 있다.
액추에이터(11)의 정면(24) 영역에서는, 다만 일 극성의 내부 전극(21)만이 액추에이터(11)의 개별 정면(24)에까지 도달한다. 이 영역은 액추에이터(11)의 접촉을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 개별 정면(24)에는 전기 접촉을 위한 외부 전극(23)이 제공될 수 있다.
액추에이터(11)는, 전기 전압이 인가될 때에 액추에이터(11)의 변형이 발생하도록 설계되어 있다. 본 실시예에서는, 제1 방향(R1)으로의 액추에이터(11)의 팽창의 변경이 다루어진다. 특히, 압전 층(22)은, 내부 전극(21) 사이에 전압을 인가할 때에 액추에이터(11)의 횡 방향 수축이 야기되도록 분극화되어 있으며, 이와 같은 횡 방향 수축의 경우에는 액추에이터(11)의 길이가 적층 방향(S)에 수직으로 변경된다. 그 결과, 액추에이터(11)의 팽창의 변경은 분극 방향에 대해 그리고 전기장에 대해 횡 방향으로 이루어진다(d31 효과).
적층 방향(S)으로의 길이 변경 효과를 더욱 보강하기 위하여, 장치는 2개의 기계식 보강 요소(13a, 13b)를 구비한다. 액추에이터(11)에 전압이 인가되면, 기계식 보강 요소(13a, 13b)는 추후에 상세하게 기술되는 바와 같이 액추에이터(11)의 팽창 변경의 결과로 적어도 부분적으로 변형된다.
액추에이터(11)는 기계식 보강 요소(13a, 13b) 사이에 배열되어 있다. 기계식 보강 요소(13a, 13b)는 액추에이터(11)의 상부 면(25) 및 하부 면(26)에 적어도 부분적으로 놓여 있다. 개별 기계식 보강 요소(13a, 13b)는 바람직하게 액추에이터(11)의 폭에 상응하는 폭을 갖는다. 동일한 내용이 바람직하게는 기계식 보강 요소(13a, 13b)의 길이에 대해서도 적용된다.
개별 기계식 보강 요소(13a, 13b)는 일체형으로 형성되어 있다. 개별 기계식 보강 요소(13a, 13b)는 직사각의 형상을 갖는다. 개별 기계식 보강 요소(13a, 13b)는 스트립 형상으로 형성되어 있다. 개별 기계식 보강 요소(13a, 13b)는 만곡되어 있거나 구부러져 있다. 예를 들어, 개별 기계식 보강 요소는 판금 스트립을 구비한다. 이하에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 판금 스트립은 구부러져 있다.
일체형 기계식 보강 요소(13a, 13b) 각각은 복수의 영역 또는 섹션으로 세분되어 있다. 따라서, 개별 기계식 보강 요소(13a, 13b)는 중앙 영역(17a, 17b)을 갖는다.
개별 기계식 보강 요소(13a, 13b)는 또한 2개의 연결 영역(20a, 20b)을 각각 구비한다. 개별 기계식 보강 요소(13a, 13b)의 2개의 연결 영역(20a, 20b)은 개별 기계식 보강 요소(13a, 13b)의 중앙 영역(17a, 17b)에 직접 연결된다. 다른 말로 표현하자면, 개별 기계식 보강 요소(13a, 13b)의 중앙 영역(17a, 17b)은 2개의 연결 영역(20a, 20b)에 의해 양측으로 둘러싸여 있다.
개별 기계식 보강 요소(13a, 13b)는 또한 2개의 단부 영역(18a, 18b)을 구비한다. 단부 영역(18a, 18b)은 개별 보강 요소(13a, 13b)의 연결 영역(20a, 20b)에 직접 연결된다. 다른 말로 표현하자면, 각각 하나의 연결 영역(20a, 20b)은 단부 영역(18a, 18b)을 보강 요소(13a, 13b)의 중앙 영역(17a, 17b)과 연결한다.
개별 기계식 보강 요소의 2개의 단부 영역(18a, 18b)은 액추에이터(11)의 표면에 직접 놓여 있다. 따라서, 제1 기계식 보강 요소(13a)의 제1 및 제2 단부 영역(18a)은 액추에이터(11)의 상부 면(25)의 부분 영역 상에 놓여 있다. 더욱이, 제2 기계식 보강 요소(13b)의 제1 및 제2 단부 영역(18b)은 액추에이터(11)의 하부 면(26)의 부분 영역 상에 놓여 있다.
단부 영역(18a, 18b)은 바람직하게 액추에이터(11)의 표면과 해체 불가능하게 연결되어 있다. 특히, 단부 영역(18a, 18b)은 접착 연결부에 의해 액추에이터(11)의 표면과 연결되어 있다.
액추에이터(11)의 중앙 영역(17a, 17b)과 연결 영역(20a, 20b) 그리고 하부 면(26) 또는 상부 면(25) 사이에는 자유 영역이 있다. 자유 영역(16)의 높이는 자유 영역(16)을 따라 변한다. 이로써, 중앙 영역(17a, 17b)은 액추에이터(11)의 표면에 평행하게 진행하도록 형성되어 있다. 따라서, 자유 영역(16)의 높이는 중앙 영역(17a, 17b)의 영역에서 최대다. 그와 달리, 개별 연결 영역(20a, 20b)은 액추에이터(11)의 표면에 대해 비스듬하게 진행한다. 다른 말로 표현하자면, 개별 연결 영역(20a, 20b)은 액추에이터(11)의 상부 면(25) 또는 하부 면(26)과 각을 형성한다. 이 각은 바람직하게 45° 이하다. 따라서, 자유 영역(16)의 높이는 개별 기계식 보강 요소(13a, 13b)의 중앙 영역(17a, 17b)으로부터 단부 영역(18a, 18b)을 향한 방향으로 감소한다. 그 결과, 개별 기계식 보강 요소(13a, 13b)는 곡선의 형상을 갖게 된다.
개별 기계식 보강 요소(13a, 13b)는 또한 하나 이상의 얇은 부분(14), 바람직하게는 복수의 얇은 부분(14)을 구비하며, 이 얇은 부분은 기계식 보강 요소(13a, 13b)의 필요한 유연성을 보장할 수 있다.
이제 액추에이터(11)에 전압이 인가되면, 이로써 개별 보강 요소(13a, 13b)의 중앙 영역(17a, 17b) 및 연결 영역(20a, 20b)이 액추에이터(11)에 대해 제2 방향(R2)으로 이동하게 된다. 제2 방향(R2)은 제1 방향(R1)에 수직이다. 제2 방향(R2)은 적층 방향(S)을 따라 진행한다. 따라서, 중앙 영역(17a, 17b) 및 연결 영역(20a, 20b)은, 액추에이터(11)의 팽창이 제1 방향(R1)으로 변경될 때에 액추에이터(11)에 대해 제2 방향(R2)으로 이동되는 기계식 보강 요소(13a, 13b)의 일 부분 영역을 형성하게 된다.
특히, 중앙 영역(17a, 17b)은 제2 방향(R2)으로 이동한다. 이때, 개별 기계식 보강 요소(13a, 13b)는, 중앙 영역(17a, 17b)과 연결 영역(20a, 20b) 사이에 있는 그리고 연결 영역(20a, 20b)과 단부 영역(18a, 18b) 사이에 있는 얇은 부분(14)의 지점에서 구부러진다.
그와 달리, 제2 방향(R2)으로의 단부 영역(18a, 18b)의 이동은 액추에이터(11)와의 접착 연결에 의해서 방지된다. 오히려, 단부 영역(18a, 18b)은 액추에이터(11)와 함께 제1 방향(R1)으로 이동한다. 따라서, 단부 영역(18a, 18b)과 부분 영역(17a, 17b) 사이에서는 상대적인 이동이 이루어진다.
기계식 보강 요소의 다른 디자인도 가능하다. 도 5는, 또 다른 일 실시예에 따른 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)를 보여준다.
핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)는, 표면 프로파일을 판독 입력할 때에 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)의 정확도를 높일 수 있는 센서를 구비한다. 또한, 센서에 의해 결정된 측정 데이터는, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)를 사용해서 표면의 실제에 가까운 햅틱 신호를 생성하는 것을 가능하게 할 수 있다.
위에서 언급된 센서들 중 하나는 경사 센서(27)다. 경사 센서(27)는, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)의 경사각을 인식하도록 설계되어 있다. 경사각은, 특히 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)의 종축과 실제 표면 또는 가상 표면 간에 형성된 각일 수 있다. 대안적으로는, 지면 방향에 대한 핀 형상 입력 및/또는 출력 장치(1)의 경사도 결정될 수 있다.
경사 센서(27)에 의해 결정된 경사각은 압전 액추에이터(11)를 제어할 때에 제어 유닛(10)에 의해서 고려될 수 있다. 핀을 표면 위로 움직일 때에 생성되는 촉각적 인상은, 핀이 표면에 수직으로 서 있는지 아니면 표면에 대해 평평한 경사각으로 배열되어 있는지에 따라 상이하다. 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)와 실제 또는 가상 표면 사이의 경사각을 인식함으로써 그리고 압전 액추에이터(11)를 제어할 때에 이 각을 고려함으로써는, 표면에 대한 이 장치의 경사도를 고려하여 촉각적으로 경험 가능하게 재생하는 보다 실제적인 촉각적 인상이 생성될 수 있다. 특히, 햅틱 신호는 경사각에 따라 변경될 수 있다. 이 경우, 액추에이터 유닛이 사용자에게 촉각적인 인상을 전달하는 진동을 생성하기 위해 사용되는 "재생 모드" 작동 모드에서는, 압전 액추에이터(11)에 의해 생성된 진동이 경사 센서(27)에 의해 결정된 경사각에 따라 변경된다.
경사 센서에 의해 기록된 경사각과 관련된 데이터는, 압전 액추에이터(11)가 센서로서 사용되는 "판독 입력 모드" 작동 모드에서도 고려될 수 있다. 표면의 프로파일을 판독 입력하기 위하여, 압전 액추에이터(11)가 센서로서 사용되면, 그와 동시에 각각 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)와 개별 표면 사이에 존재하는 경사각이 경사 센서(27)에 의해 검출될 수 있고, 프로파일을 인가할 때에 고려될 수 있다. 이로 인해, 프로파일은, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치가 판독 입력되는 표면에 대해 어떤 각도로 배열되어 있는지와 무관하게 기록될 수 있다.
경사 센서(27)에 의해서는, 예를 들어 표면을 판독 입력하는 것 그리고 그와 동시에 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)를 표면에 대해 제1 경사각으로 유지하는 것이 가능해진다. 프로파일을 저장할 때에는, 경사각이 함께 고려되며, 프로파일은 판독 입력시 경사각에 의존하지 않도록 저장된다. 저장된 프로파일이 추후에 "재생 모드" 작동 모드에서 사용되고, 이때 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)가 제1 각도와 상이한 제2 각도로 표면상에 배열되어 있으면, 비록 그 표면이 상기 각도로 판독 입력되지 않았더라도, 이 장치를 제2 각도로 배열하기 위한 보다 실제적인 촉각적 인상이 생성될 수 있다.
예를 들어 사용자가 장치에 대한 자신의 그립을 변경하기 때문에, 판독 입력 동안 표면과 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1) 사이의 경사각이 변경되면, 경사 센서(27)가 이와 같은 변경을 인식하게 되고, 경사각의 변경은 표면 프로파일을 생성할 때에 고려될 수 있다.
전술된 센서들 중 또 다른 하나의 센서는 속도 센서(28)다. 특히, 속도 센서(28)는, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)가 표면 위로 이동하는 속도를 결정할 수 있다.
속도 센서(28)에 의해 결정되는 속도 정보는 핀 형상 입력 및/또는 출력 장치(1)의 두 가지 작동 모드에서 사용될 수 있다. "재생 모드"에서는, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)가 이동하는 속도를 고려하여 생성된 햅틱 신호가 조정될 수 있다. 그에 상응하게, 핀이 느리게 또는 신속하게 표면 위로 이동할 때에 나타나는 햅틱 신호의 변경은 실제에 가깝게 재생될 수 있다.
핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)가 "판독 입력 모드"에서 사용되면, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)가 판독 입력될 표면 위로 이동하는 속도가 함께 고려됨으로써, 결과적으로 표면 프로파일은 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)가 어떤 속도로 표면 위로 이동했는지와 무관하게 판독 입력될 수 있다. 상기 프로파일이 추후에 촉각적인 인상을 생성하기 위한 초안으로서 사용되면, 촉각적인 인상은 프로파일이 어떤 속도로 판독 입력되었는지에 의존하지 않는다.
속도 센서(28) 및 경사 센서(27)는 하나의 동일한 센서에 의해서 형성될 수 있다. 본 도면에 도시된 실시예에서는 별개의 2개 센서가 다루어진다.
전술된 또 다른 하나의 센서는, 핀 형상 입력 및/또는 출력 장치(1)의 가속도를 측정하는 가속도 센서(29)다. 가속도 정보는, 장치가 촉각적 인상을 생성하기 위해 사용될 때에 뿐만 아니라 장치가 표면 프로파일을 판독 입력하기 위해 사용될 때에도 함께 고려될 수 있다. 재생 모드에서, 생성된 햅틱 신호는 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)가 경험하는 가속도에 따라 변경될 수 있다. 판독 입력 모드에서, 가속도는, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)가 판독 입력 동안 경험한 가속도와 무관한 방식으로 프로파일이 저장되도록, 프로파일을 판독 입력할 때에 함께 고려될 수 있다.
또한, 예를 들어 핀 형상 입력 및/또는 출력 장치(1)의 작동 모드를 교체하기 위한 제어 명령은, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)가 흔들리거나 사용자가 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치를 표면에 한 번 또는 여러 번 노킹함으로써, 사용자에 의해 부여될 수 있다. 이와 같은 모든 움직임은, 가속도 센서(29)에 의해 인식될 수 있는 특징적인 가속도 패턴을 갖는다. 따라서, 가속도 센서(29)는 제어 명령의 인식을 위해 사용될 수 있다.
본 도면에 도시된 실시예에서, 가속도 센서(29)는 별개의 센서이다. 별개의 가속도 센서(29)에 대안적으로 또는 보완적으로, 액추에이터 유닛의 압전 액추에이터(11)도 가속도 센서로서 사용될 수 있다.
핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치가 가속을 경험하면, 이로 인해 압전 액추에이터(11)에 힘이 가해지고, 압전 액추에이터(11)에서 전압이 생성된다. 그에 상응하게, 압전 액추에이터(11)에 의해 생성된 전압으로부터 가속도가 결정될 수 있다. 따라서, 압전 액추에이터(11)는 가속도 센서로서 작동될 수 있다. "판독 입력 모드" 작동 모드에서는, 압전 액추에이터(11)에서 생성된 전압이 지속적으로 결정된다. 압전 액추에이터(11)와 연결된 평가 유닛(12)은, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치가 표면을 따라 가이드 됨으로써 생성되는 전압을, 전술된 움직임을 특징짓는 가속도에 의해서 생성되는 전압과 구별할 수 있다. 또한 "재생 모드"에서도, 압전 액추에이터(11)에서 생성되는 전압은, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)가 경험하는 가속도를 결정하기 위하여 지속적으로 모니터링 될 수 있다.
경사 센서(27), 속도 센서(28) 및 가속도 센서(29)는 각각 MEMS-부품일 수 있다.
본원에서 언급된 센서(27, 28, 29)를 사용함으로써는, 표면 프로파일을 판독 입력할 때에 그리고 햅틱 신호를 실제와 가깝게 생성할 때에 정확도가 증가될 수 있다. 하지만, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)는 본원에서 언급된 센서(27, 28, 29) 없이도 완전하게 기능할 수 있다. 오로지 압전 액추에이터(11)에서 생성되는 전압을 토대로 할 때에만, 판독 입력될 표면의 프로파일을 생성하기에 충분한 정보가 수집될 수 있다.
핀 형상 입력 및/또는 출력 장치(1)의 제어 유닛(10) 및/또는 평가 유닛(12)은, 제어 신호, 예를 들어 시작 신호 또는 다른 제어 신호를 인식하도록 설계되어 있다.
예컨대 압전 액추에이터(11)에 전압을 인가함으로써 이루어지는 액추에이터 유닛의 활성화는, 시작 신호의 인식 후에 비로소 해제될 수 있다. 시작 신호는 상이한 방식으로 인식될 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛(10)은, 사용자가 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)를 손안에 쥐는 경우를 인식할 수 있다. 이때, 손안에 쥐는 동작은 시작 신호로서 해석된다. 시작 신호의 인식 후에 비로소, 액추에이터 유닛은 압전 액추에이터(11)에 전압을 인가함으로써 활성화될 수 있다.
손안에 쥐는 동작은, 예를 들어 전술된 센서(27, 28, 29) 중 하나 또는 복수의 센서의 측정값을 토대로 해서 결정될 수 있다. 예를 들어, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)를 손안에 쥐는 동작은 특징적인 움직임 및 이로써 특징적인 가속도 패턴과 관련이 있다. 이와 같은 가속도 패턴은 가속도 센서의 측정 및/또는 압전 액추에이터(11)에서 생성된 전압을 토대로 하여 인식할 수 있다. 이 목적을 위해, 압전 액추에이터(11)에서 생성되는 전압은 핀 형상 입력 및/또는 출력 장치(1)의 대기 모드에서도 모니터링 될 수 있다. 도 6과 관련하여 설명되는 바와 같이, 압전 액추에이터(11)에서 생성되는 전압이 판독 출력되고 상기 압전 액추에이터가 압력 센서로서 사용됨으로써도, 손안에 쥐는 동작이 인식될 수 있다.
대안적으로 또는 보완적으로, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)는 거리 센서(30)를 구비할 수 있다. 시작 신호는 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)와 실제 또는 가상 표면 사이의 거리를 결정하는 거리 센서(30)에 의해서 인식될 수 있다. 거리가 사전 설정된 최소 거리인 경우에 비로소, 이와 같은 표면에 대한 근접 상태가 시작 신호로서 해석되고, 액추에이터 유닛으로의 전압 인가가 개시된다.
거리 센서(30)는 MEMS-부품일 수 있다. 거리 센서(30)는, 예를 들어 광학적인 측정을 토대로 해서 또는 초음파 측정을 토대로 해서 거리를 결정할 수 있다. 가상 표면까지의 거리는 상응하는 소프트웨어에 의해서 결정될 수 있다.
대안적으로 또는 보완적으로는, 표면과 핀 형상 입력 및/또는 출력 장치(1)의 접촉이 시작 신호로서 해석될 수 있다. 표면의 접촉은, 전압이 압전 액추에이터(11)에서 생성됨으로써 인식될 수 있다. 대안적으로, 표면의 접촉은, 거리 센서(30)가 0의 거리를 지시함으로써도 인식될 수 있다.
대안적으로 또는 보완적으로는, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)로 표면을 노킹함으로써도 시작 신호가 제공될 수 있다. 이때, 압전 액추에이터(11)는 높은 전압을 갖는 짧은 전압 펄스의 생성을 유도하는 충격을 경험하게 된다. 전압이 사전 설정된 임계 값을 초과하면, 충격이 제어 신호로 인식되고, 장치는 활성 모드로 전환된다.
제어 신호도 마찬가지로 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)를 표면에 노킹함으로써 제공될 수 있다. 이 경우에는, 노킹 과정의 수에 따라 상이한 제어 신호가 부여될 수 있다. 컴퓨터 마우스를 더블 클릭하는 경우에서와 유사하게, 제어 유닛(10)은 1회 노킹 또는 2회 노킹을 상호 구별할 수 있다. 이 목적을 위해, 압전 액추에이터(11)에서 생성되는 전압에 대한 임계 값이 사전 정의된 시간 간격 안에서 얼마나 자주 초과 되는지가 결정된다. 예를 들어, 임계 값을 한 번 초과하는 것은 1회의 노킹과 동일시될 수 있다. 1회의 노킹에 의해서는, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)가 제1 작동 모드로, 예컨대 재생 모드 또는 판독 입력 모드로 전환될 수 있다. 임계 값을 두 번 초과하는 것은 이중 노킹과 동일시될 수 있다. 2회의 노크는 제2 작동 모드, 예컨대 판독 입력 모드 또는 재생 모드를 선택하기 위한 제어 신호로서 간주 된다.
또 다른 제어 신호는, 예를 들어 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)를 표면을 향해 더 오랜 시간 동안 누름으로써 부여될 수 있다. 이 경우에는, 압전 액추에이터(11)에서 생성되는 전압이 임계 값 위에 놓여 있는 기간이 기록될 수 있다. 예를 들어, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)가 사전 정의된 시간 간격에 걸쳐, 예를 들어 몇몇 초에 걸쳐 표면을 향해 눌려지면, 이와 같은 상황은 제어 유닛(10)에 의해 제어 신호로서 해석된다. 예를 들어, 이와 같은 더 길게 누르는 동작은 장치를 자체 활성 모드로부터 대기 모드로 전환시킬 수 있다.
이미 설명된 바와 같이, 입력 및/또는 출력 장치(1)는, 이 장치가 하나 또는 복수의 표면을 따라 안내되는 동시에 표면의 프로파일을 저장하는 판독 입력 모드에서 작동될 수 있다. 이 모드에서는, 압전 액추에이터(11)가 전압을 인식하기 위한 센서로서 사용된다.
또한 판독 모드에서도, 압전 액추에이터(11)를 통해 진동이 생성될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 판독 입력될 표면에 장치를 너무 세게 눌러서 장치의 손상 위험이 있을 것으로 인식될 때에는, 압전 액추에이터(11)가 판독 입력 모드에서도 진동을 발생할 수 있다. 이 경우, 액추에이터(11)는, 사용자에게 경고를 하기 위하여 그리고 손상을 피하기 위해 장치가 대기 모드로 전환되어야 할 것을 사용자에게 알리기 위하여, 짧고 강한 진동으로 변위될 수 있다.
또한, 액추에이터 유닛이 진동을 발생하여 이와 같은 방식으로 사용자에게 촉각적인 인상을 전달하는 재생 모드에서도 장치가 사용될 수 있다. 재생 모드에서도 압전 액추에이터(11)는 센서로서 사용될 수 있다. 특히, 액추에이터(11)는 장치에 지나치게 강하게 가해지는 압력을 인식하기 위한 센서로서 사용될 수 있다. 강한 누름 또는 제어 신호로서 이용되는 특징적인 가속도 패턴은 재생 모드에서 액추에이터(11)에 의해 인식될 수 있다. 그에 상응하게, 압전 액추에이터(11)는 동시에 센서로서 그리고 진동을 생성하기 위한 액추에이터로서 사용될 수 있다.
도 5에 도시된 실시예에서, 거리 센서(30)는 터치 요소(5) 상에 배열되어 있다. 도 5에 도시된 실시예에서는 경사 센서(27), 속도 센서(28) 및 가속도 센서(29)가 각각 고정 요소(9) 상에 배열되어 있다. 각각의 센서(27, 28, 29 및 30)는 또한 핀 형상 입력 및/또는 출력 요소의 임의의 다른 위치에도 배열될 수 있다.
도 6은, 또 다른 일 실시예에 따른 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)를 보여준다. 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)는, 장치(1)의 표면 바로 아래에 배열된 2개의 압전 액추에이터(11)를 구비한다. 도 5의 개략도에서는, 압전 액추에이터(11)가 간소화된 도시를 위해 장치(1) 외부에 도시되어 있다. 도 5는, 다만 실제로 장치(1) 내부에 배열된 압전 액추에이터(11)의 위치를 간소화된 방식으로 도시할 목적으로만 이용된다.
전형적으로, 2개의 압전 액추에이터(11)는 각각 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)를 파지 및/또는 단단히 잡는 사용자의 손가락(100, 101)이 있는 위치에 배열되어 있다.
2개의 압전 액추에이터(11)는 압력 센서로서 사용된다. 손가락(100, 101)에 의해 가해지는 압력의 결과로 압전 액추에이터(11)에서 생성되는 전압이 판독 출력된다. 이와 같은 방식에 의해서는, 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)를 손안에 쥐는 동작 및 단단히 잡는 동작이 인식할 수 있다.
2개의 액추에이터(11)는 베이스 바디(2)의 길이 방향(L)으로 배열되어 있다. 이때, 길이 방향(L)은 핀 형상 장치(1)의 제1 단부(3)로부터 제2 단부(4)까지 연장된다. 대안적으로는, 길이 방향(L)에 수직으로 배열된 단 하나의 압전 액추에이터(11)가 제공될 수도 있다. 세로로 정렬된 2개의 액추에이터를 사용하는 방식은, 손가락(100, 101)에 의한 접촉을 보다 신뢰할만하게 인식하는 것을 가능하게 한다. 단 하나의 액추에이터(11)를 사용하는 것은 적은 공간 수요의 장점을 제공한다.
핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치(1)가 터치 기능을 갖춘 스크린과 함께 사용되면, 스크린의 터치 기능을 통해서 장치(1)의 제1 단부(3)의 위치를 결정하는 것 그리고 이 정보를 장치로 무선으로 전달하는 것이 가능해진다.
1: 핀 형상의 입력 및/또는 출력 장치
2: 베이스 바디
3: 입력 및/또는 출력 장치의 제1 단부
4: 입력 및/또는 출력 장치의 제2 단부
5: 터치 요소
6: 압전 액추에이터의 제1 단부
7: 압전 액추에이터의 제2 단부
8: 터치 팁
9: 고정 요소
10: 제어 유닛
11: 압전 액추에이터
12: 평가 유닛
13a: 기계식 보강 요소
13b: 기계식 보강 요소
14: 얇은 부분
16: 자유 영역
17a: 중앙 영역
17b: 중앙 영역
18a: 단부 영역
18b: 단부 영역
20a: 연결 영역
20b: 연결 영역
22: 압전 층
21: 내부 전극
23: 외부 전극
24: 정면
25: 상부 면
26: 하부 면
27: 경사 센서
28: 속도 센서
29: 가속도 센서
30: 거리 센서
100: 손가락
101: 손가락
L: 길이 방향
R1: 제1 방향
R2: 제2 방향
S: 적층 방향

Claims (38)

  1. 핀 형상 장치로서,
    상기 핀 형상 장치는 압전 액추에이터(11)를 갖는 액추에이터 유닛을 구비하는 입력 장치 또는 출력 장치 중 적어도 하나로 설계되어 있고,
    상기 핀 형상 장치는
    경사 센서(27)를 더 구비하고,
    상기 경사 센서(27)에 의해 검출된 각은 상기 액추에이터 유닛을 제어할 경우 또는 상기 액추에이터 유닛에서 생성된 전압을 평가할 경우 중 하나 이상의 경우에 고려되는
    핀 형상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    압전 액추에이터(11)에 전압을 인가하도록 설계된 제어 유닛(10)을 구비하는, 핀 형상 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    제어 유닛(10) 내에는 프로파일, 예를 들어 표면의 프로파일이 저장되어 있으며,
    이때 제어 유닛(10)은, 상기 핀 형상 장치가 저장된 프로파일의 촉각적인 인상을 생성하는 신호를 생성하는 방식으로 압전 액추에이터(11)를 제어하도록 설계되어 있는, 핀 형상 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    압전 액추에이터(11)를 센서로서 사용하도록 설계되어 있으며, 이때 압전 액추에이터(11)에서는 핀 형상 장치의 작동의 결과로 전압이 생성되며,
    이때 핀 형상 장치는, 압전 액추에이터(11)에서 생성되는 전압을 인식하도록 그리고 생성되는 전압을 특징짓는 값을 저장하도록 설계된 평가 유닛(12)을 구비하는, 핀 형상 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    압전 액추에이터(11)를 동시에 센서로서 그리고 진동을 생성할 목적으로 사용하도록 설계되어 있는, 핀 형상 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 압전 액추에이터(11)에 전압을 인가하도록 설계된 제어 유닛(10)을 더 구비하고,
    상기 핀 형상 장치는 상기 압전 액추에이터(11)를 동시에 센서로서 그리고 진동을 생성할 목적으로 사용하도록 설계되어 있으며,
    상기 제어 유닛(10)은, 평가 유닛(12)에 의해 저장된 값을 토대로 하여 압전 액추에이터(11)를 제어하도록 설계되어 있는, 핀 형상 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    액추에이터 유닛과 연결된 터치 요소(8)를 구비하는, 핀 형상 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 액추에이터 유닛이 압전 액추에이터(11)에 고정된 기계식 보강 요소(13a, 13b)를 구비하는, 핀 형상 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    기계식 보강 요소(13a, 13b)는, 제1 방향(R1)으로의 압전 액추에이터(11)의 팽창 변경의 결과로, 기계식 보강 요소(13a, 13b)의 일 부분 영역(17a, 17b, 20a, 20b)이 상기 압전 액추에이터(11)에 대하여 제1 방향(R1)에 수직인 제2 방향(R2)으로 이동되는 방식으로 변형되도록 설계 및 배열되어 있는, 핀 형상 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 압전 액추에이터(11)가 d31-효과를 이용한 길이 변경에 의해서 진동을 생성하도록 설계 및 배열되어 있거나,
    상기 압전 액추에이터(11)가 d33-효과를 이용한 길이 변경에 의해서 진동을 생성하도록 설계 및 배열되어 있는, 핀 형상 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    거리 센서(30), 속도 센서(28), 가속도 센서(29) 중 하나 이상을 더 구비하는, 핀 형상 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 핀 형상 장치는 다음 중 적어도 하나의 경우를 위해 설계되어 있으며,
    속도 센서(28)에 의해 검출된 속도는 액추에이터 유닛을 제어할 경우, 또는 상기 액추에이터 유닛에서 생성된 전압을 평가할 때 중 적어도 하나의 경우에 고려되거나,
    가속도 센서(29)에 의해 검출된 가속도는 액추에이터 유닛을 제어할 경우, 상기 액추에이터 유닛에서 생성된 전압을 평가할 때에 고려되는, 핀 형상 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 핀 형상 장치가 제어 신호를 인식하도록 설계되어 있는, 핀 형상 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 핀 형상 장치가, 센서 정보를 기반으로 하여 제어 신호를 인식하도록 설계되어 있는, 핀 형상 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 핀 형상 장치가 시작 신호를 인식하도록 설계되어 있으며, 이때 상기 액추에이터 유닛은 다만 시작 신호의 인식 후에만 활성화되는, 핀 형상 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 핀 형상 장치가, 상기 압전 액추에이터(11)에 의해 기록된 전압을 토대로 하여 가속도를 결정하도록 설계되어 있는, 핀 형상 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 압전 액추에이터(11)에 추가로 또 다른 센서를 구비하지 않거나,
    상기 압전 액추에이터(11) 외에 최대 2개의 또 다른 센서를 구비하는, 핀 형상 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 압전 액추에이터(11)가 압력 센서로서 사용되도록 설계되어 있는, 핀 형상 장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 핀 형상 장치는, 상기 핀 형상 장치를 손안에 쥐는 동작 또는 단단히 잡는 동작을 상기 압전 액추에이터(11) 내에서 생성되는 전압을 참조하여 식별하도록 설계되어 있는, 핀 형상 장치.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 핀 형상 장치는, 햅틱 신호를 생성하기 위하여 상기 압전 액추에이터(11)가 사용되는 재생 모드에서도 상기 압전 액추에이터(11)가 동시에 센서로서 작동될 수 있으며, 이때 상기 압전 액추에이터(11)에 인가되는 전압이 모니터링되도록 설계되어 있는, 핀 형상 장치.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 핀 형상 장치는 2개의 압전 액추에이터(11)를 구비하고, 이들 압전 액추에이터는 상기 핀 형상 장치에서 핀 형상 장치의 표면 바로 아래에 배열되어 있는, 핀 형상 장치.
  22. 압전 액추에이터(11)를 갖는 액추에이터 유닛을 구비하는 입력 장치 또는 출력 장치 중 적어도 하나로 설계된 핀 형상 장치를 이용해서 햅틱 신호를 생성하기 위한 방법으로서, 제어 유닛(10)에 의해 전압이 압전 액추에이터(11)에 인가되고, 이로 인해 압전 액추에이터(11)가 진동으로 여기 되며, 상기 진동에 의해 햅틱 신호가 생성되고,
    상기 핀 형상 장치는 경사 센서를 구비하고, 상기 경사 센서는 상기 핀 형상 장치의 경사각을 검출하며,
    상기 방법에서는
    상기 제어 유닛(10)에 의해서 상기 압전 액추에이터(11)에 인가되는 전압의 레벨은 상기 경사각을 고려하는 경우 또는 상기 액추에이터에서 생성된 전압을 평가할 때에 상기 경사각을 고려하는 경우 중 하나 이상에 의해 조정되는,
    햅틱 신호를 생성하기 위한 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제어 유닛(10)에 의해서는, 상기 압전 액추에이터의 진동(11)에 의해서 표면의 촉각적인 인상을 생성하는 신호가 생성되는 방식으로, 상기 압전 액추에이터(11)에 전압이 인가되는, 방법.
  24. 제22항에 있어서,
    제1 단계에서는, 상기 핀 형상 장치가 표면을 따라 이동되며, 이때에는 표면이 액추에이터 유닛과 연결된 요소에 작용하고, 이로 인해서는 평가 유닛(12)에 의해 인식되는 전압이 압전 액추에이터(11)에 의해 생성되며, 그리고 이때에는 평가 유닛(12)이 생성되는 전압을 특징짓는 값을 저장하고, 이로 인해 표면의 프로파일을 저장하는, 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    제2 단계에서는, 제어 유닛(10)이 저장된 프로파일을 기반으로 하여 압전 액추에이터(11)를 제어하는, 방법.
  26. 제24항 또는 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 단계 동안에는 상기 핀 형상 장치가 표면 위로 이동하는 속도가 검출되는 경우, 검출된 속도는 표면의 프로파일을 생성할 때에 평가 유닛(12)에 의해서 고려되거나,
    상기 핀 형상 장치가 표면 위로 이동하는 가속도가 검출되는 경우, 검출된 가속도는 표면의 프로파일을 생성할 때에 평가 유닛(12)에 의해서 고려되는, 방법.
  27. 제22항에 있어서,
    상기 핀 형상 장치가 가상 현실 애플리케이션 또는 증강 현실 애플리케이션에서 사용되는, 방법.
  28. 제22항에 있어서,
    상기 핀 형상 장치가 이동하는 속도가 검출되는 경우, 제어 유닛(10)에 의해서 압전 액추에이터(11)에 인가되는 전압의 레벨이 검출된 속도를 고려하여 조정되거나,
    상기 핀 형상 장치가 경험하는 가속도가 검출되는 경우, 제어 유닛(10)에 의해서 압전 액추에이터(11)에 인가되는 전압의 레벨 및 주파수가 검출된 가속도를 고려하여 조정되는, 방법.
  29. 제22항에 있어서,
    상기 핀 형상 장치로부터 표면까지의 거리가 상기 핀 형상 장치에 의해 인식되는, 방법.
  30. 제22항에 있어서,
    제어 신호가 상기 핀 형상 장치에 의해 인식되는, 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    압전 액추에이터(11)에서 측정된 전압이 사전 정의된 임계 값을 초과함으로써 제어 신호가 인식되는, 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    압전 액추에이터(11)에서 측정된 전압이 시간 간격 내에 사전 정의된 임계 값을 얼마나 자주 초과하는지에 의해서, 다양한 제어 신호가 인식되는, 방법.
  33. 제31항 또는 제32항에 있어서,
    압전 액추에이터(11)에서 측정된 전압이 사전 정의된 임계 값을 초과하는 기간에 의해서 다양한 제어 신호가 인식되는, 방법.
  34. 제22항에 있어서,
    상기 핀 형상 장치가 시작 신호를 인식하고, 액추에이터 유닛이 시작 신호의 인식 후에 활성화 되는, 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    시작 신호가 상기 핀 형상 장치를 손안에 쥠으로써 제공되거나,
    시작 신호가 상기 핀 형상 장치를 표면에 접근시킴으로써 제공되거나,
    시작 신호가 상기 핀 형상 장치를 표면을 향해 노킹함으로써 제공되는, 방법.
  36. 제22항에 있어서,
    상기 핀 형상 장치가 상기 압전 액추에이터(11)에 의해 기록된 전압을 토대로 하여 가속도를 결정하는, 방법.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 핀 형상 장치가 특징적인 가속도 패턴을 인식하며, 이로 인해 제어 신호로서 해석되는 정의된 움직임이 검출되는, 방법.
  38. 제22항에 있어서,
    상기 압전 액추에이터(11)가 동시에 센서로서 그리고 진동을 생성할 목적으로 사용되는, 방법.
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