KR20030084401A - 진동촉각 디스플레이 모듈 및 다채널 진동촉각 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기적 또는 기계적 동력으로 구동되는 판형 구동기 하나에 의해 발생되는 진동을 구동기 판의 평면과 수직 또는 수직에 가까운 방향으로 자유롭게 움직일 수 있는 다수의 핀(pin)들에 전달해 줌으로써 이 핀과 접촉된 사람의 손가락 등 신체 부위에서 진동을 느낄 수 있게 해 주는 장치 모듈과 이러한 모듈을 필요한 수만큼 신체 부위와 접촉하기 편리한 위치에 부착시켜 진동의 세기 및 진동 주파수의 변화, 진동하는 모듈의 선택 등으로 여러 가지 전기적, 물리적, 화학적 등의 량의 크기나 방향을 표시해 줄 수 있는 진동촉각 장치에 관한 것이다.

Description

진동촉각 디스플레이 모듈 및 다채널 진동촉각 장치{A vibrotactile display module and a multi-channel vibrotactile device}

본 발명은 진동을 이용한 촉각 디스플레이 모듈에 관한 것으로서, 특히 판형 피에조(piezo) 구동기 등과 같이 진동을 발생하는 판 형태의 구동기로부터 신체 부위에서 실제로 진동을 느끼게 해 주기까지의 진동의 전달 방식과, 이러한 모듈을 필요한 수만큼 신체 부위와 접촉하기 편리한 위치에 부착시켜 진동의 세기 및 진동 주파수의 변화, 진동하는 모듈의 선택 등으로 여러 가지 전기적, 물리적, 화학적 등의 량의 크기나 방향을 표시해 줄 수 있는 진동촉각 장치에 관한 것이다.

종래의 진동촉각(vibrotactile) 디스플레이 장치는 진동촉각 마우스, 휴대전화의 진동모드 등과 같이 소형모터를 이용하여 장치의 몸체 전체를 진동시키는 방식이 대부분이었다. 핀(pin)을 이용하여 진동을 만들어주는 방식은 오래 전부터 있어 왔지만 이는 주로 시각 장애인들을 위한 표시장치 등으로 만들어진 것이었고 따라서 구동기 하나에 핀 하나 식으로 개개의 핀을 독립적으로 구동하는 것이 주 관심의 대상이었다. 판형 피에조(piezo) 구동기를 이용한 진동촉각 장치도 기존에 발명되어 있는 것이 있는데 이는 피에조 구동기만을 이용하는 것이고 핀을 함께 쓰고있지는 않다.

본 발명에서는 판형 피에조 구동기와 같은 판 형태의 구동기에서 판의 면과 수직 또는 수직에 가까운 방향으로 발생하는 진동을, 진동의 방향으로 어느 정도 범위에서 자유롭게 움직일 수 있으며 일정한 넓이의 모듈 내에 촘촘하게 배열한 핀들에 전달하고, 손가락 등 핀들이 배열된 모듈에 접촉한 신체 부위에 위치한 핀들이 진동 자극을 신체 부위에 전달하도록 하는 것을 목적으로 한다. 그리고 이러한 진동촉각(vibrotactile) 모듈을 필요한 갯수만큼 적절한 위치에 배치하여 다양한 목적으로 사용할 수 있도록 하는 것을 이차적인 목적으로 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.

도1은 본 발명의 전체적인 구성을 개략적으로 알아볼 수 있도록 도시한 진동촉각 모듈의 조립도 예이다. 진동촉각 모듈은 판형 피에조 구동기 등과 같은 판형 구동기(20), 판형 구동기 위에 촘촘하게 배열된 핀(30), 판형 구동기와 핀들이 내장될 모듈 케이스(10), 그리고 핀들이 자유롭게 상하로 움직일 수 있는 구멍을 핀의 갯수만큼 가지고 있으면서 핀들이 바깥으로 튀어 나가지 못하도록 막는 역할을 하는 커버(40)로 구성된다. 커버는 윗면이 꼭 평평할 필요는 없고 (50)과 같이 곡면을 가질 수도 있다. 이 때 핀들의 길이는 판형 구동기가 구동하지 않을 때 핀들의 끝이 커버(40 또는 50)의 윗면과 거의 일치하거나 일정한 길이로 약간 튀어 나올 수 있도록 정해 준다.

도2의 (60)은 도1의 모듈이 조립된 상태에서의 중간부 수직 절단면 측면도이고 (70)은 (60)의 일부분을 확대한 그림이다. (60)을 보면 판형 구동부가 모듈 케이스의 바닥에 놓여 있고 그 위에 독립된 핀들이 머리를 아래로 하고 정렬되어 있다. 핀의 뾰족한 부분은 핀 굵기보다 조금 더 큰 커버의 구멍을 통해 밖으로 노출되어 있으며 핀 머리와 커버 사이에는 핀이 아래 위로 움직일 수 있는 공간이 있다. (70)의 확대도를 보면 판형 구동기가 아래 위로 진동하여 움직이게 되면 판형 구동기에 부착되지 않은 (혹은 부착된) 핀들도 아래 위로 진동을 하게 된다. 판이 진동하지 않는 상태에서 커버의 윗면과 거의 같은 높이를 유지하던 핀 끝이 판이 아래 위로 진동하면서 구멍을 통해 돌출되면서 커버에 접촉하고 있던 손가락 등 신체 부위를 자극하게 되어있는 구조이다.

판형 구동기의 예로 도1 및 도2에 표시되어 있는 판형 피에조 구동기는 두 개의 피에조 판이 접착되어 있어 양 면에 전압을 걸어주면 한 면은 신장, 다른 한 면은 수축을 함으로써 결국 판이 어느 한 방향으로 휘게 설계되어 있으며 양 면에 반대 극성의 전압을 걸어주면 앞에서와는 반대방향으로 휘게 되어 있다. 따라서 양 면에 사인파형 또는 이와 유사한 파형의 전압을 걸어주면 판은 아래로 또는 위로 번갈아 휘게 되면서 진동을 발생한다. 도2의 (60)과 같이 판형 피에조가 아무런 고정점이 없이 좁은 틈 사이에 배치된 상태에서 아래 위로 휘면서 진동을 하게 되면 진동 에너지가 틈새의 길이 방향으로 골고루 분산되어 어느 핀에서나 거의 일정한 세기의 진동을 느낄 수 있다. 판형 피에조 구동기를 쓰는 경우 배선은 판이 휘면서 진동하는데 방해가 되지 않도록 가능한한 가늘고 부드러운 것을 쓰도록 한다.

판형 구동기는 꼭 판형 피에조 구동기를 써야하는 것은 아니면 판의 면과 수직 방향의 진동을 만들어줄 수 있는 구조이면 어떤 것이라도 가능하다. 핀들은 완전히 개개의 핀들이 독립적으로 움직이도록 할 수도 있고 피에조의 진동을 구조적으로 방해하지 않는 범위에서 몇 개씩 묶어줄 수도 있다. 그리고 핀들과 판형 구동기는 직접 또는 어떤 매개물(예: 프라스틱 선)을 사용하여 부착을 할 수도 있고 그냥 자유롭게 움직일 수 있도록 부착을 하지 않을 수도 있다.

판형 구동기로 판형 피에조 구동기를 쓰게 되면 피에조에 인가하는 파형의 전압을 조정함으로써 진동의 폭을, 그리고 파형의 주파수를 조정함으로써 진동의 주파수를 각각 또는 동시에 조정할 수 있다.

이러한 진동촉각 모듈을 필요한 갯수만큼 편리한 위치에 장착하여 다양한 용도로 이용할 수 있다. 도3은 여러 개의 모듈을 제작하는 진동촉각 장치가 신체 부위와 자연스럽게 접촉하게 되는 지점에 위치시킨 한 예를 보여주고 있다.

본 발명은 판형 구동기에서 발생시킨 진동으로 핀을 구동하여 핀의 진동을 손가락 등 인체 부위에서 느낄 수 있도록 하는 구조이므로 장치의 몸체 전체를 진동시키는 것보다 실제 진동의 세기는 작으면서도 그 느낌은 크게 할 수 있다.

판형 구동기로 판형 피에조 구동기를 쓰게 되면 피에조에 인가하는 파형의 전압을 조정함으로써 진동의 폭을, 그리고 파형의 주파수를 조정함으로써 진동의 주파수를 각각 또는 동시에 조정할 수 있다. 진동의 폭과 주파수를 조정함으로써 다양한 느낌의 진동을 핀과 접촉하는 신체 부위에서 느끼게 할 수 있으며 이러한진동의 폭과 주파수 변화, 그리고 여러 개의 진동촉각 모듈을 장착했을 때 어떤 모듈을 진동시키느냐의 선택에 따라 다양한 전기적, 물리적, 또는 화학적 량의 크기나 방향 등을 표현해 줄 수 있다.

본 발명에서 제시하는 판형 진동촉각 모듈의 구조는 매우 얇고 다양한 크기를 가지게끔 제작할 수도 있는 장점이 있으며 다양한 크기의 진동촉각 모듈과 외부 입력(전압 또는 디지털 숫자)에 따라 진동의 폭과 주파수를 조정할 수 있는 파형 발생기가 상품화된다면 사용자는 단지 이것들을 구입하여 본인이 만들고자하는 장치의 적절한 위치에 배치함으로써 원하는 효과를 얻을 수 있다. 모듈 케이스는 따로 만들지 않고 제작하고자하는 장치의 원하는 위치에 직접 홈을 만들어 조립할 수도 있다.

Claims (5)

1. 도1에서 예시하고 설명한 바와 같이 판형 피에조 구동기 등과 같은 판형 구동기와 다수의 핀들, 그리고 이 판형 구동기 및 핀들을 내장할 수 있는 모듈 케이스 및 커버로 구성되는 판형 진동촉각 모듈.
2. 제1항에 있어서, 장치에 홈을 파서 모듈 케이스를 대신할 수 있는 내장형 케이스와 평면 대신 다양한 곡면으로도 윗면을 만들 수 있는 커버, 그리고 판형 구동기 윗면에서 곡면 커버 윗면까지 길이를 맞춘 다양한 길이의 핀들을 포함하는 판형 진동촉각 모듈.
3. 제1항에 있어서, 판형 구동기와 핀들이 직접 부착되지 않는 형태, 직접 부착된 형태, 또는 제3의 매개물(플라스틱 선 등)로 연결된 형태를 포함하여 판의 면과 수직 또는 수직에 가까운 진동을 핀에 직접 또는 간접적으로 전달하여 핀을 길이방향으로 진동하게 해주는 구조를 가지는 판형 진동촉각 모듈.
4. 도3에서 예시한 것과 같이 다수의 진동촉각 모듈을 포함하는 장치로서 손가락 등 신체 부위가 자연스럽게 접촉하는 부위에 진동촉각 모듈을 위치시켜 다차원의 진동촉각 정보를 제공할 수 있는 다양한 장치. (진동촉각 조이스틱, 진동촉각 마우스 등)
5. 판형 피에조 구동기 등과 같이 전압으로 구동하는 판형 구동기의 경우 입력 파형(사인파형 또는 임의의 파형)의 진폭 및 주파수를 전압의 변화 또는 디지털 숫자 신호를 이용하여 임의의 값으로 조정할 수 있는 장치 또는 직접 진폭 및 주파수를 포함한 파형 전체를 생성하는 장치.

   도1. 진동촉각 모듈의 조립도 예

   도2. 진동촉각 모듈의 구동방식 개념도

   도3. 여러 개의 모듈을 사용하는 진동촉각 장치의 한 예