KR102631306B1 - 국소 진동장 형성 장치 및 방법과, 가진기 배치 방법 - Google Patents

국소 진동장 형성 장치 및 방법과, 가진기 배치 방법 Download PDF

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Abstract

국소 진동장 형성 장치 및 방법이 개시된다. 개시된 국소 진동장 형성 장치는 판형 부재와, 판형 부재의 둘레 근방에 배치되어 판형 부재를 가진시키는 복수의 가진기들과, 복수의 가진기들을 실질적으로 동일한 가진 주파수로 진동시키는 구동 제어기를 포함하며, 복수의 가진기들은 판형 부재의 국소적 영역을 가진시키고 판형 부재에서 국소적 영역을 제외한 나머지 영역의 진동을 억제시키도록 배치된다.

Description

국소 진동장 형성 장치 및 방법과, 가진기 배치 방법{Apparatus and method of forming localized vibration, and method for arranging exicitors}
본 개시는 디스플레이 패널과 같은 판형 부재에 가진기를 배치하여 판형 부재에 국소 진동장을 형성하는 국소 진동장 형성 장치 및 방법과, 이러한 국소 진동장 형성 장치의 가진기를 배치하는 방법에 관한 것이다.
스마트 폰 (smart phone)이나 태블릿 PC (tablet PC)와 같은 전자 기기에 촉감을 구현하기 위해 다양한 기술들이 사용되고 있다. 촉감 구현을 위해 사용되는 가장 일반적인 기술들 중 하나는 전자 기기 전체를 진동시키는 편심 추(off-center weight)를 갖는 스피닝 모터이다. 터치스크린 방식의 전자 기기에서, 이 기술은 물리적인 버튼/키를 누르는 감각을 재현하기 위해 사용된다. 예를 들어, 사용자가 터치스크린 디스플레이 상에 디스플레이된 버튼을 터치할 때, 전자 기기 전체는 잠깐의 기간 동안 모터를 회전시킴으로써 진동된다.
또한, 스마트 폰이나 태블릿 PC와 같은 전자 기기에서는 휴대성 및 공간 사용성, 미적 감각을 위해 가능한 한 얇고, 프레임(혹은 베젤)이 작은 디스플레이 패널을 통해 영상을 제공하고 있다. 그런데, 기기 자체의 얇은 두께와 가는 프레임 폭으로 인해 작은 스피커들만이 장착이 가능한데, 이와 같은 작은 스피커들만으로는 중/저주파수 음향을 제공하기 어렵다. 따라서, 외부에 따로 음향 기기를 연결하지 않는 한, 기기 자체만으로는 자연스럽고 풍부한 음향을 제공하기에 한계가 있다.
전자 기기의 외관의 국소적 영역에 진동장 패턴을 형성시키는 장치를 제공하고자 한다.
전자 기기의 외관의 국소적 영역에 촉감(haptic sensation)을 느낄 수 있는 진동장 패턴을 형성시키는 장치를 제공하고자 한다.
전자 기기 외관의 국소적 영역에 진동장 패턴을 형성시키는 가진기들을 최적으로 배치시키는 가진기 배치 방법을 제공하고자 한다.
전자 기기에 중/저주파수가 포함된 풍부한 음향을 제공하고자 한다.
일 측면에 따르는 국소 진동장 형성 장치는, 판형 부재; 상기 판형 부재의 둘레 근방의 복수의 위치에 배치되어 상기 판형 부재를 가진시키는 복수의 가진기들; 및 상기 복수의 가진기들을 실질적으로 동일한 가진 주파수로 진동시키는 구동 제어기;를 포함하며, 상기 복수의 가진기들은 상기 판형 부재의 국소적 영역을 가진시키고 상기 판형 부재에서 상기 국소적 영역을 제외한 나머지 영역의 진동을 억제시키도록 배치된다..
다른 측면에 따르는 국소 진동장 형성 방법은, 판형 부재의 둘레 근방의 복수의 위치에 복수의 가진기들을 배치하는 단계; 및 상기 복수의 가진기들을 실질적으로 동일한 가진 주파수로 진동시켜 상기 판형 부재를 가진시키는 단계;를 포함하며, 상기 판형 부재를 가진시키는 단계는 상기 판형 부재의 국소적 영역을 가진시키고 상기 판형 부재에서 상기 국소적 영역을 제외한 나머지 영역의 진동을 억제시킬 수 있다.
또 다른 측면에 따르는 가진기 배치 방법은, 판형 부재의 둘레 근방의 복수의 위치들에서 상기 판형 부재를 가진시켜 상기 판형 부재의 국소적 영역을 진동시키는 가진기들을 배치하는 방법으로서, 상기 판형 부재의 둘레 근방의 복수의 후보 위치를 동일한 가진 주파수로 가진시키는 단계; 상기 판형 부재의 국소적 진동에 대한 상기 복수의 후보 위치에서의 진동들의 상관 관계를 계산하여 상기 판형 부재의 국소적 진동에 대해 상대적으로 독립적인 후보 위치들을 선정하는 단계; 및 선정된 독립적인 후보 위치들에 가진기들을 배치하는 단계;를 포함한다.
개시된 실시예에 따른 국소 진동장 형성 장치는 전자 기기 외관의 국소적 영역에 진동장 패턴을 형성시킬 수 있다.
개시된 실시예에 따른 국소 진동장 형성 장치는 전자 기기 외관의 국소적 영역에 촉감을 느낄 수 있도록 할 수 있다.
개시된 실시예에 따른 국소 진동장 형성 장치는 전자 기기에 가청주파수 대역 중 중음역대 혹은 저음역대의 주파수가 포함된 풍부한 음향을 제공할 수 있다.
개시된 실시예에 따른 가진기 배치 방법은 전자 기기 외관의 국소적 영역에 진동장 패턴을 형성시키는 가진기들을 최적으로 배치시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 국소 진동장 형성 장치가 채용된 전자 기기의 외관을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 국소 진동장 형성 장치를 개략적으로 도시한다.
도 3은 가진기들의 배치 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 4는 판형 부재에서 복수의 후보 위치들 중 독립적인 위치를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 5는 진동속도와 사람의 촉각 인지의 관계를 나타내는 도표이다.
도 6은 도 2의 국소 진동장 형성 장치에서 국소 진동장이 형성되는 동작을 모식적으로 도시한다.
도 7 내지 도 10은 일 실시예에 따른 국소 진동장 형성 방법에 따라 형성되는 국소 진동장의 구현 결과를 도시한다.
도 11 및 도 12는 다른 실시예에 따른 국소 진동장 형성 방법에 따라 형성되는 국소 진동장의 구현 결과를 도시한다.
도 13 및 도 14는 또 다른 실시예에 따른 국소 진동장 형성 방법에 따라 형성되는 국소 진동장의 구현 결과를 도시한다.
도 15는 다른 실시예에 따른 국소 진동장 형성 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 16 및 도 17은 도 15의 국소 진동장 형성 장치에서 국소 진동장이 형성되는 동작을 모식적으로 도시한다.
도 18은 도 15의 국소 진동장 형성 장치에서 형성되는 국소 진동장의 진폭 및 위상 특성을 보여준다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선정하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.
도 1은 일 실시예에 따른 국소 진동장 형성 장치(100)가 채용된 전자 기기(10)의 외관을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 2는 국소 진동장 형성 장치(100)를 개략적으로 도시한 평면도이며, 도 3은 국소 진동장 형성 장치(100)를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 1을 참조하면, 전자 기기(10)는 스마트 폰(smart phone)이나 태블릿PC(tablet PC)와 같은 정보전자(Information & Communication Technology; ICT) 기기일 수 있다. 전자 기기(10)는 도 1에 도시되듯이, 하우징(11)과 디스플레이 패널(display panel)(12)을 포함할 수 있다. 하우징(11)은 판형 형상을 지닐 수 있다. 디스플레이 패널(12)은 하우징(11)의 일면에 위치할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 국소 진동장 형성 장치(100)는 판형 부재(110)와, 복수의 가진기들(exciters)(120)과, 구동 제어기(190)를 포함할 수 있다.
판형 부재(110)는 가진될 수 있는 재질로 형성된다. 판형 부재(110)는 도 1을 참조하여 설명한 전자 기기(10)의 일부일 수 있다. 예를 들어, 판형 부재(110)는 도 1의 전자기기(10)의 디스플레이 패널(12)로 이해될 수 있다. 이러한 판형 부재(110)는 평판 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않음은 물론이다. 가령, 판형 부재(110)는 곡면판형일 수도 있다.
복수의 가진기(120)는 판형 부재(110)의 둘레 근방에 배치되어 판형 부재(110)를 가진시킨다. 판형 부재(110)의 둘레 근방은 판형 부재(110)의 외곽 경계 내지 그 근방을 의미한다. 가령, 복수의 가진기(120)는 도 1을 참조하여 설명한 전자 기기(10)에서 디스플레이 패널(12)의 배면에 배치될 수 있다. 복수의 가진기(120)는 후술하는 바와 같이 판형 부재(110)가 진동하게 될 때, 국소적 영역에 진동하고 나머지 영역에서는 진동이 억제될 수 있도록 배치될 수 있다. 즉, 복수의 가진기(120)는 판형 부재(110) 위에 손이 닿는 곳이나 특정 구역에서만 촉감 (haptic sensation)을 확실히 느낄 수 있도록 진동장 패턴 (vibration field pattern)을 형성시킨다. 후술하는 바와 같이 복수의 가진기(120)는 진동장 패턴에 독립적으로 기여하는 위치에만 배치할 수 있다. 복수의 가진기(120)의 상세한 배치 방법에 대해서는 후술하기로 한다.
가진기(120)는 일 예로, 압전소자일 수 있다. 압전소자는, 예를 들어, 압전 달결정의 상면과 하면에 전극들을 배치하여 이루어지며, 전극들에 인가되는 신호 전압에 대응하여 압전 단결정의 두께 변화로부터 진동을 유발시킨다.
구동 제어기(190)는 복수의 가진기들(120)을 실질적으로 동일한 가진 주파수로 진동하도록 구동시킨다. 이때, 가진 주파수는 진동에 의한 촉감이 민감한 주파수 대역에서 선택될 수 있다. 구동 제어기(190)는 복수의 가진기들(120)의 진폭과 위상이 서로 다르도록 복수의 가진기들(120) 각각을 독립적으로 구동시킬 수 있다.
다음으로 도 3 및 도 4를 참조하여, 일 실시예에 따르는 가진기들(120)의 배치 방법을 설명하기로 한다.
도 4에 도시되듯이, 먼저 판형 부재(110)의 둘레 근방의 복수의 후보 위치(S)들에 가진기들(120)를 배치하고(S210), 가진기들(120)들을 동일한 가진 주파수로 구동시킨다(S220). 도 4에 도시된 바와 같이 강화 유리 패널(P)의 경계에 34개의 소형 무빙코일 타입의 가진기(120)를 균일 간격으로 경계에 부착하고, 내부의 77개의 측정점에서 LDV(Laser Doppler Vibrometer)를 이용하여 진동 속도를 검출함으로써, 가진기들(120)에 입력해 주는 전기적 입력신호와 측정점에서 속도 응답 사이의 관계에서 전달행렬을 구해낼 수 있었다. 여기서, 강화 유리 패널(P)은 디스플레이 패널(도 1의 11)로 사용되는 것으로서, 본 실시예의 판형 부재(110)로 이해될 수 있다. 제어에 필요한 각 가진기(120)의 입력신호는 고유함수 전개(Eigen-function expansion) 방법이나 굽힘형 탄성 진행파(bending traveling wave) 제어를 통한 역문제(inverse problem) 방법으로 구해 낼 수 있다. 역문제에 쓰이는 가진기들(120)과 진동장 간의 전달 매트릭스(transfer matrix)는 특이값 분해법 (singular value decomposition)을 사용해 분해할 수 있다. 특이값 분해법은 스펙트럼 이론을 이용하여 직교 정사각행렬을 고유값을 기저로 하여 대각행렬로 분해하는 것이다.
다음으로, 판형 부재(110)의 국소적 진동에 대한 상기 복수의 후보 위치(S)에서의 진동들의 상관 관계를 계산하여 판형 부재(110)의 국소적 진동에 대해 상대적으로 독립적인 위치들(S2)을 선정한다(S230). 이때, 가진기들(120) 간의 독립성은 특이값 분해법을 통해 얻어지는 특이 벡터(singular vector)의 제곱크기에 따라 판별할 수 있다. 독립적인 위치들(S2)를 제외한 나머지 위치들(S1)에서의 가진은 독립적인 위치들(S2)에서의 가진의 조합으로 도출될 수 있다.
가진기들(120)에 입력될 신호를 얻기 위한 일 실시예로서, 고유함수 전개 방법 방법을 구체적으로 설명한다.
외력을 받는 구조물의 응답은 시스템의 진동 특성을 나타내는 모드 변수로구성하여, 다음과 같이 고유함수 전개를 이용한 수학식 1 및 2로 표현할 수 있다.
여기서, n은 모드의 차수, Ai는 i번째 가진기(120)의 가중치, Λn은 n번째 모드의 놈(norm), ωn은 고유 주파수, ψn는 고유 함수, ψn i는 가진점에서의 고유함수 값, ηn는 손실 계수를 의미한다. 각 모드별로 동일한 진동장을 γn이라 정의한다. 고유 함수의 직교성을 이용하여 모드 별 기여도에 따른 응답으로서 다음과 같이 수학식 3 및 4로 표현될 수 있다.
여기서, Wn는 n번째 모드의 기여도이다. 수학식 3 및 4를 이용하여 목표로 하는 진동장에서 모드별 기여도를 구할 수 있다. 원하는 목표 진동장을 구현하기 위해서, 경계에 배치한 어레이로 구성된 가진기(120)에 적절한 가진기(120)의 가중치를 부가하여 원하는 모드 별 기여도를 구현할 수 있다. N개의 가진기(120)를 이용하였을 때의 응답은 수학식 1로부터 알 수 있고, 이를 목표로 하는 진동장의 모드 별 기여도의 이용하면 다음과 같은 수학식 5를 얻을 수 있다.
가진기(120)의 가중치와 모드 별 기여도의 관계식은 행렬식으로 표현 가능하여, 우리가 목표로 하는 진동장을 얻을 수 있는 가중치를 하기의 수학식 6 및 7로 구할 수 있다.
여기서, A는 가진기(120) 가중치, W는 모드 기여도, Ψ는 모달 정보로 구성된 A와 W 사이의 전달 행렬, †는 의사 역행렬 (pseudo-inverse)을 나타낸다.
가진기들에 입력될 신호를 얻기 위한 다른 실시예로서, 굽힘형 탄성 진행파(bending traveling wave) 제어 방법을 구체적으로 설명한다.
구조물 내의 어떠한 위치에서 가진 할 때, 그로부터 굽힘형 진행 탄성파가 전파된다. N개의 가진기(120)와 이로부터 p개의 측정점에서 측정된 응답 정보가 있을 때 다음과 같이 수학식 8의 행렬식으로 표현 할 수 있다.
여기서, 행렬 G는 가진기(120)의 입력 신호와 속도 응답 사이의 전달 행렬로 실험을 통해 측정된 주파수 응답 함수를 사용한다. E는 가진기(120)의 입력 신호, V는 측정점에서의 속도 행렬을 나타낸다. 가진기(120)의 입력 신호 E를 구하기 위해서는, 전달행렬과 목표 진동장을 이용하여, 다음과 같이 역문제적 기법으로 구할 수 있다.
이뿐만 아니라, 하기의 수학식 10 및 11에서와 같이 티코노프(Tikhonov) 정규화 방법을 적용시켜 원하는 목표 진동장에 근사한 진동장을 얻을 수 있다.
여기서, J는 입력파워를 고려하기 위한 가격함수이고, EF는 입력 신호, H는 에르미트(Hermite) 연산자를 의미한다. 가중치 β는 GCV함수 (generalized cross validation function)를 이용하여 구할 수 있다. 정규화 과정을 통하여, 정규화를 하지 않았을 때의 가진기(120) 입력 파워보다 적은 파워로 구현이 가능함을 볼 수 있다.
다음으로, 판형 부재(110)의 복수의 후보 위치(S)에서의 상대적으로 독립적인 위치들을 선정하는 방법에 대해 구체적으로 설명한다.
가진기들(120)에서 선형 독립적인 관계를 갖는 가진기(120) 만을 선정한다면 불필요한 가진기(120)를 선별하여 사용을 줄일 수 있을 것이다. 이와 같이 독립적인 관계를 선별해 내는 방법으로 유효독립기법 (effective independence method; EfI)을 사용할 수 있다. 이 방법을 이용하면, 서로 다른 위치에 있는 가진기(120) 후보 군들의 선형 독립관계를 파악하여 최적의 배치를 찾을 수 있다.
가령, 고유함수 전개 방법에서는 가진기(120) 가중치와 모드별 기여도로 구성된 행렬식인 수학식 6에서 전달행렬 Ψ을 이용하며, 시스템상의 독립성을 나타내는 인자인 선형 독립 인자(EfI value)를 다음과 같이 수학식 12로 나타낼 수 있다.
또는 굽힙형 탄성 진행파 제어 방법에서는 가진기(120) 가중치와 속도 응답 사이의 전달 행렬 G를 이용하면 선형 독립 인자(EfI value)를 다음과 같이 수학식 13으로 나타낼 수 있다.
이렇게 구한 값을 특이값 분해법(SVD)를 사용하면, 아래의 수학식 14로 분해된 EfI 값에 대한 표현이 주어진다:
수학식 14와 같이 얻어진 특이 벡터의 제곱 크기에 따라 가진기(120) 간 독립성을 판별할 수 있다. 이 값들 중에서 가장 작은 값의 가진기(120) 위치를 제거함으로써 유효한 독립 위치를 선정하여, 주어진 가진기(120)의 개수에 대해 상호간 가장 독립적인 가진기(120)의 위치를 최적 선별한다. 또, 미리 오차를 정의한다면, 진동장을 형성하기에 필요한 가장 최소의 가진기(120) 개수 및 최적 배치를 파악 가능하다.
상기와 같이 가진기들(120) 간의 독립성에 의거해, 가진을 위한 특정 개수의 가진기(120)의 최적 배치 또는 최적의 가진을 위한 최소 개수의 가진기(120)를 제공할 수 있다. 이와 같이 본 실시예의 가진기 배치 방법에 따르면, 가용한 가진기(120) 수의 제한에 의해 기존에는 구현이 어려웠던 국소 진동장 형성장치의 소형화가 가능하다.
다음으로 본 실시예의 국소 진동장 형성 장치(100)를 참조하여, 국소 진동장 형성 방법을 설명하기로 한다.
국소 진동장 형성 장치(100)는 전자기기의 디스플레이 패널(10)와 판형 부재(110)에 배치된 복수의 가진기(120)를 이용하여 진동의 국소화를 구현 한다. 이를 위해, 진동에 의한 촉감이 가장 민감한 주파수 및 크기를 바탕으로 목표 진동장 패턴을 선정하고, 정상파의 형태로 진동시키고, 또한 구현 결과를 이에 따라 평가하는 목표 성취도 인자를 사용할 수 있다. 또한, 가진기(120) 간의 독립성 파악을 통해, 주어진 가진기(120)의 개수에 대해 상호간 가장 독립적인 가진기(120)의 위치를 최적 선별하여, 진동장을 형성하기에 필요한 가장 최소의 가진기(120) 개수 및 최적 배치를 파악가능하다.
디스플레이 패널(10) 위에 진폭이 큰 진동 촉감 구현 지역과 진폭이 작은 촉감이 없는 무진동 영역으로 종합 구성되는 목표 진동 패턴을 구현하기 위해, 촉감의 민감도를 고려한 주파수, 진폭, 및/또는 촉감 구분역(difference limen)의 크기를 선정할 수 있다. 또한, 이를 이용해 진동 촉감 구현지역과 촉감이 없는 무진동 지역의 형성에 관한 목표 성취도를 만들어 평가치로 사용할 수 있다.
도 5은 진동속도와 사람의 촉각 인지의 관계를 나타내는 도표이며, 도 6은 판형 부재에서 국소 진동장이 형성되는 동작을 모식적으로 도시한다. 도 5 및 도 6에 도시되듯이, 목표 진동장 패턴은 강한 진동 촉감을 느낄 수 있는 지역인 진동 촉감 구현지역 (hot zone)과 진동을 억제시켜 촉감이 느껴지지 않도록 하는 지역인 촉감이 없는 무진동 영역(cold zone)으로 구성된다. 사람 손가락의 촉감에 대한 인지 정보를 고려하여, 촉감이 없는 무진동 영역의 최대 에너지는 진동 촉감 역치(vibro-tactile threshold)에 비해 변별역의 크기인 2 dB 이상 차이가 나고, 마찬가지로 진동 촉감 구현지역의 최소 에너지도 2 dB이상 차이 나도록 할 수 있다. 이 같은 목표 진동장은 도 6과 같이 구현될 수 있다. 이러한 진동 촉감 역치는 가진 주파수에 따라 다소 달라질 수 잇다. 입력 전기신호의 효율과 효과적인 진동감 제공을 위해서, 진동에 의한 진동 촉감 역치가 최소인 주파수 300 Hz 부근의 진동수나 그러한 주파수를 중심주파수로 하는 협대역의 신호(예시적으로 250 Hz 내지 350 Hz 대역의 신호)로 가진하도록 할 수 있다.
본 실시예에에서는 역치 및 변별역과 같은 진동에 의한 촉감 정보를 기반으로 한 목표 진동장의 결과를 평가하기 위한 달성 비율 (success ratio, S)을 성취도 인자로 정의한다. 목표로 한 전체 영역인 진동 촉감 구현 지역과 촉감이 없는 무진동 영역에서 측정한 속도 응답 값이 역치와 변별역 정보에 의거한 조건인 촉감이 없는 무진동 영역의 최대 에너지는 역치에 비해 변별역 크기인 2 dB 이상 차이가 나고, 마찬가지로 진동 촉감 구현지역의 최소 에너지도 2 dB이상 차이 나도록 한다.
도 7 내지 도 10은 일 실시예에 따른 국소 진동장 형성 방법으로서 고유함수 전개 방법을 적용한 경우에서의 국소 진동장의 구현 결과를 도시한다. 도 7 및 도 8은 2x2 분할영역에 대하여 적용한 국소진동장의 구현 결과이며, 도 9 및 도 10은 3x3 분할영역에 대하여 적용한 국소진동장의 구현 결과이다.
진동속도가 대략 0.2 mm/s보다 작은 영역은 진동을 인지하지 못하는 촉감이 없는 무진동 영역에 해당된다. 진동속도가 대략 0.2 mm/s 이상인 영역은 진동 촉감 구현지역에 해당된다. 0.2 mm/s의 진동속도는 진동 촉감 역치(vibro-tactile threshold)로 이해될 수 있다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 진동속도가 대략 0.2 mm/s 이상인 진동 촉감 구현지역이 2x2 분할영역 중 좌상 영역으로 국소적으로 제한됨을 볼 수 있다. 이때 달성 비율(S)은 대략 90.2%로 계산되었다. 물론, 0.4 mm/s 이상의 진동속도는 좀 더 확연한 진동을 인지할 수 있으며, 나아가 0.6 mm/s 이상의 진동속도는 보다 확실한 진동을 인지할 수 있는바, 이와 같은 진동 촉감 구현지역은, 도 9 및 도 10에 도시되듯이, 3x3 분할영역에서 국소적으로 제한될 수 있음을 볼 수 있다. 3x3 분할영역에 적용한 경우는 달성 비율(S)이 대략 86.5%로 측정되었다.
도 11 및 도 12는 다른 실시예에 따른 국소 진동장 형성 방법으로서 굽힘형 탄성 진행파 제어 방법(정규화 미적용)에 따라 형성되는 국소 진동장의 구현 결과를 도시한다. 도 11은 2x2 분할영역에 대하여 적용한 국소진동장의 구현 결과이며, 도 12는 3x3 분할영역에 대하여 적용한 국소진동장의 구현 결과이다. 도 11을 참조하면, 2x2 분할영역에 적용한 경우는 달성 비율(S)은 대략 97.4%로 계산되었다. 도 12를 참조하면, 3x3 분할영역에 적용한 경우는 달성 비율(S)이 대략 98.7%로 계산되었다.
도 13 및 도 14는 다른 실시예에 따른 국소 진동장 형성 방법으로서 굽힘형 탄성 진행파 제어 방법(정규화 적용)에 따라 형성되는 국소 진동장의 구현 결과를 도시한다. 도 13은 2x2 분할영역에 대하여 적용한 국소진동장의 구현 결과이며, 도 14는 3x3 분할영역에 대하여 적용한 국소진동장의 구현 결과이다. 도 13을 참조하면, 2x2 분할영역에 적용한 경우는 달성 비율(S)은 대략 98.7%로 계산되었다. 도 14를 참조하면, 3x3 분할영역에 적용한 경우는 달성 비율(S)이 대략 98.7%로 계산되었다.
전술한 실시예는 국소 진동장 형성 장치(100)가 정보전자기기의 디스플레이 패널(10)에 마련된 경우를 예로 들어 설명하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로서, 복수의 가진기(120)는 정보전자 기기의 후면판(즉, 디스플레이 패널(10)의 배면)의 둘레에 배치될 수 있다. 또 다른 예로, 정보전자 기기에 디스플레이 패널(10)이 마련되지 않은 경우에 있어서, 소정 넓이를 갖는 판형 부재에 설치될 수 있음은 물론이다.
도 15는 다른 실시예에 따른 국소 진동장 형성 장치(300)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 15를 참조하면, 본 실시예의 국소 진동장 형성 장치(300)는 판형 부재(310)와, 복수의 가진기들(320)과, 구동 제어기(390)를 포함할 수 있다.
판형 부재(310)는 가진될 수 있는 재질로 형성된다. 판형 부재(310)는 도 1을 참조하여 설명한 전자 기기(10)의 일부일 수 있다. 예를 들어, 판형 부재(310)는 도 1의 전자기기(10)의 디스플레이 패널(12)로 이해될 수 있다. 이러한 판형 부재(310)는 평판 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않음은 물론이다. 가령, 판형 부재(310)는 곡면판형일 수도 있다.
복수의 가진기(320)는 판형 부재(310)의 둘레 근방에 배치되어 판형 부재(310)를 가진시킨다. 복수의 가진기들(320)은 판형 부재(310)의 경계부에 가깝게 단일 폐곡선 형태를 이루도록 부착하여 단일 가진기 어레이를 구성할 수 있다. 가령, 복수의 가진기(320)는 도 1을 참조하여 설명한 전자 기기(10)에서 디스플레이 패널(12)의 배면쪽 경계 내지 경계에 매우 가까운 위치들에 복수의 가진기들(320)로 내부 공간을 완전히 둘러싸도록 부착할 수 있다. 복수의 가진기(320)는 일 예로, 압전소자일 수 있다. 구동 제어기(390)는 복수의 가진기들(320)을 실질적으로 동일한 가진 주파수로 진동하도록 구동시킨다. 구동 제어기(390)는 복수의 가진기들(120)의 진폭과 위상이 서로 다르도록 복수의 가진기들(120) 각각을 독립적으로 구동시킬 수 있다.
도 16 및 도 17은 본 실시예의 국소 진동장 형성 장치(300)에서 국소 진동장이 형성되는 동작을 모식적으로 도시한다. 음향이 방사될 특정 국소적인 음원 영역에서는 위상이 일정한 단일 모드 진동을 유발시키고, 그 외의 영역에서는 가진이 되지 않게 한다. 가진되지 않는 무진동 영역은 스피커의 배플(baffle)로 이해될 수 있다. 당업자라면, 도 1 내지 도 14를 참조하여 설명한 실시예와 마찬가지로, 가진기들(320)의 적절한 배치와 입력신호를 통해 판형 부재(110)에서의 음원 형성 영역은 다양한 위치에서 생성될 수 있다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
도 18은 본 실시예의 국소 진동장 형성 장치(300)에서 형성되는 국소 진동장의 진폭 및 위상 특성을 보여주는 실험예이다. 도 18의 (a)를 참조하면, A 영역에서만 진동이 발생되고 있음을 볼 수 있다. 또한, 도 18의 (b)를 참조하면, A 영역에서의 진동이 동일 위상을 가지고 있음을 볼 수 있다.
본 실시예의 국소 진동장 형성 장치(300)에 의해, 사용자는 판형 부재(310)로부터 직접 소리가 나오는 효과를 느낄 수 있게 된다. 가진기들(320)의 어레이에 입력 전기신호를 달리함으로써, 판형 부재(310) 내에서 음원의 위치(S)의 변경이 가능하다. 추가적인 스피커 유닛이 필요 없으므로 공간 효율성이 높다. 저주파수 음향의 한계 특성은 음원의 크기에 의해 결정되는데, 본 실시예의 국소 진동장 형성 장치(300)는 넓은 영역의 음원을 사용하기 때문에 기존에는 기기 구조 배치상 제공하기 어려웠던 중/저주파수의 음향을 구현할 수 있다. 즉, 본 실시예의 국소 진동장 형성 장치(300)는 전자기기(10)의 디스플레이 패널(12)에 적용함으로써, 디스플레이 패널(12) 내의 특정 국소 영역에서 중/저주파수음을 제공하며, 이외의 영역은 진동 생성을 억제시켜서, 음방사 효율을 개선하고 왜곡을 감소하여 사용자에게 자연스럽고 우수한 음향을 제공할 수 있다.
전술한 본 발명인 국소 진동장 형성 장치 및 방법과, 가진기 배치 방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 전자 기기
11: 하우징
12: 디스플레이 패널
100, 300: 국소 진동장 형성 장치
110, 310: 판형 부재
120, 320: 가진기
190, 390: 구동 제어기

Claims (20)

  1. 판형 부재;
    상기 판형 부재의 둘레 근방의 복수의 위치에 배치되고 실질적으로 동일한 가진 주파수로 진동하여 상기 판형 부재를 정상파의 형태로 가진시키는 복수의 가진기들; 및
    상기 복수의 가진기들의 진폭 및 위상을 제어함으로써 상기 판형 부재의 국소적 영역의 위치를 설정하고 상기 판형 부재의 국소적 영역을 가진시키고 상기 판형 부재에서 상기 국소적 영역을 제외한 나머지 영역의 진동을 억제시키도록 구성된 구동 제어기;를 포함하는 국소 진동장 형성 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 가진기들은 상기 국소적 영역을 진동 촉감 역치보다 큰 진동 에너지로 가진시키며, 상기 판형 부재에서 상기 국소적 영역을 제외한 나머지 영역을 상기 진동 촉감 역치보다 작은 진동 에너지로 가진시키는 국소 진동장 형성 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 복수의 가진기들은 상기 국소적 영역을 상기 진동 촉감 역치보다 실질적으로 2dB 이상의 dB의 진동 에너지로 가진시키고, 상기 판형 부재에서 상기 국소적 영역을 제외한 나머지 영역을 상기 진동 촉감 역치보다 실질적으로 2dB 이하의 진동 에너지로 가진시키는 국소 진동장 형성 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 복수의 가진기들은 상기 판형 부재에서 상기 국소적 영역을 상기 판형 부재에서 상기 국소적 영역을 제외한 나머지 영역보다 실질적으로 4dB 이상의 큰 dB의 진동 에너지로 가진시키는 국소 진동장 형성 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 가진기들은 상기 국소적 영역이 가청주파수 대역 중 중음역대 혹은 저음역대의 주파수로 진동하도록 상기 판형 부재를 가진시키는 국소 진동장 형성 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 가진기들은 상기 국소적 영역이 위상이 일정한 단일 모드로 진동하도록 상기 판형 부재를 가진시키는 국소 진동장 형성 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 가진기들은 무빙코일 가진기, 압전소자, 편심 추 모터 중 적어도 어느 하나인 국소 진동장 형성 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 판형 부재는 평판형 혹은 곡면판형인 국소 진동장 형성 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 판형 부재는 디스플레이 패널 또는 전자 장치의 하우징인 국소 진동장 형성 장치.
  12. 판형 부재의 둘레 근방의 복수의 위치에 복수의 가진기들을 배치하는 단계; 및
    상기 복수의 가진기들을 실질적으로 동일한 가진 주파수로 진동시켜 상기 판형 부재를 정상파의 형태로 가진시키는 단계;를 포함하며,
    상기 판형 부재를 가진시키는 단계는 상기 복수의 가진기들의 진폭 및 위상을 제어함으로써 상기 판형 부재의 국소적 영역의 위치를 설정하고 상기 판형 부재의 국소적 영역을 가진시키고 상기 판형 부재에서 상기 국소적 영역을 제외한 나머지 영역의 진동을 억제시키는 국소 진동장 형성 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 국소적 영역을 진동 촉감 역치보다 큰 진동 에너지로 가진시키며, 상기 판형 부재에서 상기 국소적 영역을 제외한 나머지 영역을 상기 진동 촉감 역치보다 작은 진동 에너지로 가진시키는 국소 진동장 형성 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 국소적 영역을 상기 진동 촉감 역치보다 실질적으로 2dB 이상의 dB의 진동 에너지로 가진시키고, 상기 판형 부재에서 상기 국소적 영역을 제외한 나머지 영역은 상기 진동 촉감 역치보다 실질적으로 2dB 이하의 진동 에너지로 가진시키는 국소 진동장 형성 방법.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 국소적 영역이 가청주파수 대역 중 중음역대 혹은 저음역대의 주파수로 진동하도록 상기 판형 부재를 가진시키는 국소 진동장 형성 방법.
  16. 삭제
  17. 제12 항에 있어서,
    상기 국소적 영역에서는 위상이 일정한 단일 모드 진동을 유발시키도록 상기 복수의 가진기들을 가진시키는 국소 진동장 형성 방법.
  18. 판형 부재의 둘레 근방의 복수의 위치들에서 상기 판형 부재를 가진시켜 상기 판형 부재의 국소적 영역을 진동시키는 가진기들을 배치하는 가진기 배치 방법에 있어서,
    상기 판형 부재의 둘레 근방의 복수의 후보 위치를 동일한 가진 주파수로 가진시켜 상기 판형 부재를 정상파의 형태로 가진시키는 단계;
    상기 판형 부재의 국소적 진동에 대한 상기 복수의 후보 위치에서의 진동들의 상관 관계를 계산하여 상기 판형 부재의 국소적 진동에 대해 상대적으로 독립적인 후보 위치들을 선정하는 단계; 및
    선정된 독립적인 후보 위치들에 가진기들을 배치하는 단계;를 포함하며,
    상기 판형 부재의 국소적 영역의 위치는 상기 복수의 가진기들의 진폭 및 위상을 제어함으로써 설정하고,
    상기 판형 부재의 국소적 영역은 가진시키고 상기 판형 부재에서 상기 국소적 영역을 제외한 나머지 영역의 진동을 억제하는 가진기 배치 방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 판형 부재의 국소적 진동에 대한 상기 복수의 후보 위치에서의 진동들의 상관 관계는 유효독립기법(effective independence method, EfI)을 사용하여 계산하는 가진기 배치 방법.
  20. 제18 항에 있어서,
    상기 판형 부재의 국소적 진동에 대해 상대적으로 독립적인 후보 위치들은 사람의 촉감 정보를 기반으로 설정되는 성취값을 기준으로 선정하는 가진기 배치 방법.
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