KR200470319Y1 - 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치 - Google Patents

음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치 Download PDF

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Abstract

본 고안은 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치에 관한 것으로, 햅틱 하우징과, 햅틱 하우징에 대하여 축방향 회전이 가능한 로터리 스위치부와, 햅틱 하우징에 배치되어 로터리 스위치부에 전기적 신호를 전달하는 햅틱 인쇄회로기판을 구비하는 햅틱 엑츄에이터, 햅틱 하우징에 배치되는 터치 센서부, 동작 모드별 음성 데이터가 저장된 메모리부, 메모리부에 저장된 음성 데이터를 출력시키는 음향부 및 터치 센서부에서 출력되는 터치 신호의 인가 시 동작 모드 상태를 판단하고, 판단된 동작 모드 상태에 상응하는 음성 데이터를 음향부를 통하여 출력시키도록, 메모리부와 음향부를 제어하는 제어부를 포함하는 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치가 제공된다.
햅틱 스위치, 터치 센서, 음성 안내

Description

음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치 {Haptic switch apparatus with voice information function}
본 고안은 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사용자가 햅틱 스위치 장치를 터치하면 현재 상태를 음성으로 알려주어 사용자에게 조작의 편의성을 제공하는 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치에 관한 것이다.
기술의 발전에 의하여 다양한 기능을 수행하는 장치들이 단일의 장치로 컨버징되고 있다. 이러한 컨버징 효과에 의하여 단일의 장치로 다양한 기능을 수행할 수 있으나, 그만큼 장치의 사용이 복잡 다단화되어 사용자의 편의를 위한 기술 개발이 오히려 사용자의 장치 사용을 어렵게 한다는 문제점이 있다. 이러한 기술을 해결하기 위하여 사용자의 인지 기능을 향상시키기 위한 다양한 연구 및 개발이 진행되고 있다.
인지 기능을 이용하는 기술 중의 하나로서 햅틱스(Haptics)는 촉각을 통하여 사용자에게 정보를 전달하기 위한 연구 분야이다. 컴퓨터 인터페이스 혹은 가상 환경의 발전에 따라 또 다른 감각 정보에 대한 사용자의 니즈 증대로 인하여 햅틱 스에 대한 연구가 급속히 이루어지고 있다.
기존의 햅틱 스위치는 사용자가 제어할 때 조작 반력에 의한 촉각 부분만 전달되게 하거나, 빛 또는 색의 변화를 조작과 결부시켜 빛의 변화에 의해 현재의 햅틱 스위치가 처해 있는 동작 모드를 오조작 없이 판단하기 위하여 어느 정도 기간의 학습을 거친 후에 감각적으로 제어하거나 단순히 현재의 동작 상태를 기억에 의존해 현재의 동작 모드를 판단 할 수 밖에 없는 단점이 있었다.
본 고안은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 고안이 해결하고자 하는 과제는 사용자 기억에 의존함으로 인한 오조작 개입의 단점을 개선하기 위하여 사용자가 조작을 위해 햅틱 스위치 장치를 터치할 경우, 현재 햅틱 스위치 장치의 동작 모드 상태를 음성으로 알려주어, 오조작을 감소시킬 수 있는 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 고안의 예시적인 실시예에 따르면, 햅틱 하우징과, 상기 햅틱 하우징에 대하여 축방향 회전이 가능한 로터리 스위치부와, 상기 햅틱 하우징에 배치되어 상기 로터리 스위치부에 전기적 신호를 전달하는 햅틱 인쇄회로기판을 구비하는 햅틱 엑츄에이터; 상기 햅틱 하우징에 배치되는 터치 센서부; 동작 모드별 음성 데이터가 저장된 메모리부; 상기 메모리부에 저장된 음성 데이터를 출력시키는 음향부; 및 상기 터치 센서부에서 출력되는 터치 신호의 인가 시 동작 모드 상태를 판단하고, 상기 판단된 동작 모드 상태에 상응하는 음성 데이터를 상기 음향부를 통하여 출력시키도록, 상기 메모리부와 상기 음향부를 제어하는 제어부를 포함하는 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치가 제공된다.
상기 햅틱 스위치 장치는 상기 햅틱 하우징에 배치되는 버튼 스위치부를 더 포함하며, 상기 터치 센서부는 상기 버튼 스위치부에 내장되는 것을 특징으로 한다.
상기 터치 센서부는 터치 센서 인쇄회로기판과, 상기 터치 센서 인쇄회로기판 상에 배치된 정전 용량 터치 전극을 구비하는 정전 용량형 터치 센서인 것을 특징으로 한다.
상기 터치 센서부는 터치 센서 인쇄회로기판과, 상기 터치 센서 인쇄회로기판 상에 배치된 발광부 및 수광부를 구비하는 광 방식 터치 센서인 것을 특징으로 한다.
상기 음향부는 상기 메모리부에 저장된 음성 데이터를 아날로그로 변환시키기 위한 디지털-아날로그 변환기와, 상기 디지털-아날로그 변환기에서 출력된 신호를 증폭시키는 증폭기 및 상기 증폭기를 통하여 증폭된 신호를 출력시키는 스피커를 포함한다.
본 고안에서와 같이, 햅틱 스위치 장치에 사용자의 터치를 감지할 수 있는 정전 용량형 터치 센서나 광 방식 터치 센서를 구비하고, 이러한 터치 센서를 통해 사용자의 손에 의한 터치가 감지될 때, 햅틱 스위치의 현재 동작 모드에 대응하는 음성을 출력시킴으로써, 사용자의 햅틱 스위치 동작 모드 인식을 편리하게 도와준다.
또한, 햅틱 스위치 장치가 차량 내 조작 스위치로 사용될 경우, 운전 중 운전자가 조작 상태를 쉽게 판단하게 하여 운전에 집중할 수 있는 환경을 제공하여 사고 예방에 도움을 주게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 고안에 따른 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치의 개략 구성도이며, 도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치의 기능 블록도이고, 도 5는 본 고안의 일 실시예에 따른 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치의 버튼 스위치부에 내장된 정전 용량형 터치 센서의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 고안에 따른 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치는 햅틱 액츄에이터(1), 터치 센서부(600), 메모리부(800) 및 음향부(900)를 포함한다. 햅틱 액츄에이터(1)는 입력되는 전기적 신호에 따라 햅틱 기능을 수행하며, 터치 센서부(600)는 햅틱 액츄에이터(1)에 배치되어, 사용자의 터치 여부를 감지한다. 메모리부(800)는 햅틱 스위치 장치의 동작 모드별 음성 데이터를 저장한다. 음향부(900)는 메모리부(800)에 저장된 음성 데이터를 출력시키며, 제어부(700)는 터치 센서부(600)에서 출력되는 터치 신호의 인가 시 햅틱 스위치 장치의 동작 모드 상태를 판단하고, 판단된 동작 모드 상태에 상응하는 음성 데이터를 음향부(900)를 통하여 출력시키도록, 메모리부(800)와 음향부(900)를 제어한다.
도 2에 도시된 본 고안의 일 실시예에 따른 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치는 터치 센서부로서 정전 용량형 터치 센서를 사용한다. 도 2를 참조하면, 햅틱 스위치 장치는 햅틱 액츄에이터(1), 정전 용량형 터치 센서(610), 신호 증폭기(630), 메모리부(800) 및 음향부(900)를 포함하며, 음향부(900)는 D/A 컨버 터(910), 증폭기(930) 및 스피커(950)로 구성된다.
정전 용량형 터치 센서(610)는 도 5에 도시된 바와 같이, 햅틱 액츄에이터(1)의 버튼 스위치부(20) 내에 배치된다. 정전 용량형 터치 센서(610)는 버튼 스위치부(20) 내부에 배치된 터치 센서 인쇄회로기판(611)과, 터치 센서 인쇄회로기판(611) 상에 배치되고, 버튼 스위치부(20)와 소정 간격 이격되게 배치된 정전 용량 터치 전극(613)을 구비한다. 사용자가 손가락 등으로 정전 용량형 터치 센서(610)를 접촉하면, 정전 용량 터치 전극(613)에 형성되는 정전 용량은 증가하고, 증가된 정전 용량에 인가되는 전원의 변동에 의하여 생성되는 정전 용량 출력 신호 즉, 터치 신호는 신호 증폭기(630)를 거쳐 제어부(700)에 인가된다. 제어부(700)에서는 사용자의 터치에 의한 정전 용량 변화와 주변의 노이즈 성분에 의한 신호 왜곡으로 인한 정전 용량 변화를 구분하여 사용자의 실제 터치 여부를 판별한다.
메모리부(800)에는 모든 동작 모드별 해당 음성 데이터가 저장된다. 이때, 메모리부(800)의 저장 공간을 효율적으로 사용하기 위하여 음성 데이터는 디지털 압축처리과정을 거쳐 저장될 수 있다. 사용자가 정전 용량 터치 센서를 실제로 터치한 것으로 판단될 경우, 제어부(700)는 터치 시점시 동작 모드에 해당하는 음성 데이터를 메모리부(800)에서 검색한다. 검색된 음성 데이터는 원래의 압축된 형식에서 가청 디지털 신호로 복원 처리된 후, D/A 컨버터(910)를 거쳐 아날로그 음성 신호로 변환된다. 변환된 음성 신호는 증폭기(930) 및 스피커(950)를 통하여 출력된다.
그 결과, 사용자는 현재 햅틱 스위치 동작 모드 상태를 음성으로 안내 받을 수 있게 되어, 현재 모드를 편리하게 인식할 수 있게 된다. 또한, 햅틱 스위치 장치가 차량 내 조작 스위치로 사용될 경우, 운전 중 운전자가 조작 상태를 쉽게 판단하게 하여 운전에 집중할 수 있는 환경을 제공하여 사고 예방에 도움을 주게 된다.
도 3 및 도 4는 본 고안의 일 실시예에 따른 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치의 햅틱 액츄에이터의 개략적인 사시도 및 분해 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 햅틱 액츄에이터(1)는 햅틱 하우징(10)과, 로터리 스위치부(30)와, 햅틱 인쇄회로기판(40)을 구비하는데, 로터리 스위치부(30) 및 햅틱 인쇄회로기판(40)의 적어도 일부가 햅틱 하우징(10)의 내부에 배치되고, 로터리 스위치부(30)의 일부는 햅틱 하우징(10)에 대하여 햅틱 하우징(10)의 축방향 회동이 가능하도록 배치된다. 햅틱 액츄에이터(1)는 햅틱 하우징(10)의 일단에 버튼 스위치부(20)를 더 구비할 수 있다. 햅틱 하우징(10)은 햅틱 하우징 바디(11)와 햅틱 하우징 베이스(13)를 포함하는데, 햅틱 하우징 바디(11)는 내부 바디 공간(115)을 구비하여 로터리 스위치부(30)의 적어도 일부가 배치되도록 한다. 햅틱 하우징 바디(11)는 양단이 개방된 구성을 취하는 것으로 도시되는데, 햅틱 하우징 바디(11)의 개방된 양단 중 어느 일단에는 햅틱 하우징 베이스(13)가 배치된다. 햅틱 하우징 바디(11)의 단부에는 바디 베이스 체결부(111)가 구비되고 이와 대응되는 위치로 햅틱 하우징 베이스(13)의 단부에는 베이스 바디 체결부(130)가 구비된다. 여기서, 바디 베이스 체결부(111)는 햅틱 하우징 바디(11)의 단부 측면에 형 성되는 관통구로 구성되고 베이스 바디 체결부(130)는 햅틱 하우징 베이스(13)의 단부 측면에 형성되는 돌기로 구성되어 이들이 서로 맞물리는 구조를 취하는 것으로 구성되는데, 본 발명은 이에 국한되지 않고 바디 베이스 체결부(111)가 돌기 구조를 구비하고 베이스 바디 체결부(130)가 관통구 구조를 구비하는 구성을 취할 수도 있는 등 다양한 변형이 가능하다.
로터리 스위치부(30)는 적어도 일부가 햅틱 하우징(10)에 의하여 형성되는 내부 공간에 위치하도록 구성된다. 로터리 스위치부(30)는 로터리 노브(300)와, 로터리 플레이트(310)와, 로터리 코어(340)와, 로터리 흡인부(350)를 구비한다. 로터리 노브(300)는 햅틱 하우징 바디(11)의 타단에 배치되는데, 햅틱 하우징 바디(11)의 일단에 배치되는 햅틱 하우징 베이스(13)와 대응하며 축방향 회전 가능하게 배치된다. 즉, 로터리 노브(300)는 햅틱 하우징 바디(11)의 단부로 햅틱 하우징 베이스(13)와 마주하도록 배치되는데, 로터리 노브(300)의 외주는 플레이트 타입의 링 일면으로부터 수직 연장 형성된 연장부를 구비하고 연장부와 플레이트 타입 링 사이에 수 개의 연장 돌기를 형성하여 사용자로 하여금 로터리 노브(300)의 그립감을 증대시켜 로터리 노브(300)를 조작할 때 발생 가능한 미끄러짐을 방지할 수도 있다. 로터리 노브(300)의 플레이트 타입 링의 연장부가 형성된 면의 반대면에는 햅틱 액츄에이터의 축 방향에 평행하게 연장 형성되는 노브 가이드(301)가 구비되는데, 노브 가이드(301)는 햅틱 하우징 바디(11)의 타단에 형성된 하우징 바디 개구(113)의 내주면과 맞닿아 로터리 노브(300)가 햅틱 액츄에이터의 축을 중심으로 축회전하는 경우 안정적인 회동을 이룰 수 있도록 한다. 여기서, 노브 가이 드(301)와 하우징 바디 개구(113)의 크기는 로터리 노브(300)의 안정적인 회동이 이루어질 수 있도록 설정되는 것이 바람직하다.
로터리 플레이트(310)는 햅틱 하우징 바디(11) 내부에 배치되는데, 로터리 플레이트(310)는 로터리 노브(300)와 맞물리어 함께 축방향 회전한다. 로터리 플레이트(310)의 외연으로부터 로터리 노브(300)를 향하여 연장 형성된 연장부에는 로터리 노브(300)와의 맞물림을 위한 로터리 플레이트 체결부(311)가 구비되는데, 로터리 플레이트(310)와 로터리 노브(300)의 결합시 로터리 플레이트 체결부(311)의 대응 위치로 로터리 노브(300)의 내측면에는 로터리 플레이트 체결 대응부(302)가 구비된다. 로터리 플레이트 체결부(311)와 로터리 플레이트 체결 대응부(302)가 서로 맞물림으로써, 로터리 노브(300)의 축회전 운동은 로터리 플레이트(310)에 그대로 전달되어 로터리 플레이트(310)는 로터리 노브(300)와 함께 축회전 운동을 이룬다. 로터리 노브(300)와 로터리 플레이트(310) 간의 맞물림에 의하여 공간이 형성되는데, 이 공간에는 하기되는 버튼 스위치부의 적어도 일부가 수용될 수도 있다.
로터리 코어(340)는 로터리 플레이트(310)와 햅틱 하우징 베이스(13) 사이에 배치되어 햅틱 액츄에이터의 축방향으로의 회동이 제한되는데, 로터리 코어(340)의 내부에는 코어 코일(미도시)이 배치된다. 즉, 로터리 코어(340)는 중앙에 코어 관통구(341)와 내부에 코어 수용부(343)를 구비하며 단면이 눕혀진 "ㄷ"자 형의 형상을 구비하는 링 타입으로 구성된다. 로터리 코어(340)는 본 실시예에서 SNC(니켈 크롬강 강재)를 포함하는 것으로 구현되었으나 이는 본 발명의 일예일뿐 강자성체 를 형성하고 적절한 마찰 계수를 구비하는 등, 하기되는 로터리 흡인부의 로터리 디스크와의 자기 상호 작용을 발생시킬 수 있는 범위에서 다양한 구성이 가능하다.
로터리 코어(340)의 내부에 형성된 코어 수용부(343)에는 코어 코일(미도시)이 배치되는데, 코어 코일은 코어 수용부(343)에 직접 권취되는 구성을 취할 수도 있으나, 조립의 용이성을 증대시키기 위하여 코어 보빈(347)을 통하여 배치되는 구성을 취할 수도 있다. 코어 코일은 코어 보빈(347)의 외주 일부에 권취되는데, 중앙에 배치된 코어 보빈(347)의 중앙 관통구는 로터리 코어(340)의 코어 수용부(343)를 형성하기 위한 내측 연장부를 삽입 수용시킨다. 경우에 따라, 코어 보빈의 중앙 관통구의 내측면과 이와 마주하는 로터리 코어의 내측면 간에는 서로 맞물리어 코어 보빈의 축방향 회전을 방지하는 맞물림 부재가 더 구비될 수도 있다.
코어 코일은 로터리 코어(340)를 포함한 햅틱 액츄에이터(1)의 축을 중심으로 권선되는 구조를 취한다. 여기서, 코어 코일은 다른 구성 요소의 결합 관계를 명확히 하기 위하여 생략되었는데, 이의 형상 등은 본 기술 분야의 당업자가 용이하게 알 수 있음은 명백하다. 또한, 경우에 따라 하기되는 로터리 코어의 축방향 이동을 제한하거나 또는 축방향 이동에 의한 충격을 완화시키기 위한 구성을 더 구비할 수도 있다. 즉, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 로터리 플레이트(310)와 로터리 코어(340) 사이에 고정 플레이트(320)가 더 배치되고, 고정 플레이트(320)와 로터리 코어(340) 사이에 로터리 탄성 부재(330)가 더 배치되는 구조를 취할 수도 있다. 고정 플레이트(320)는 햅틱 하우징 바디(11)의 내측에 고정 장착되어 로터리 플레이트(310)가 배치된 영역과 로터리 코어(340)가 배치된 영역을 분리하고, 로터리 탄성 부재(330)는 고정 플레이트(320)와 로터리 코어(340) 사이에 배치되어 로터리 코어(340)의 축방향 직선 운동에 의하여 발생하는 급격한 충격량 증대를 완화시킨다.
고정 플레이트(320)는 중앙에 고정 플레이트 관통구(321)를 구비하고, 외주 측면에 고정 플레이트 체결부(323)를 구비하는데, 햅틱 하우징 바디(11)에 형성된 고정 플레이트 체결 대응부(110, 도 3 참조)와 체결을 이룬다. 즉, 햅틱 하우징 바디(11)의 타단으로 로터리 노브(300)가 배치되는 면에는 로터리 노브(300)의 안정적인 회동을 지지하기 위한 바디 연장부가 형성되고, 바디 연장부의 적어도 내측 일면으로 고정 플레이트(320)를 향한 일면에는 고정 플레이트 체결 대응부(110)가 배치되는데, 고정 플레이트 체결부(323)와 고정 플레이트 체결 대응부(110)는 서로 맞물리어 체결되는 구성을 취한다. 따라서, 고정 플레이트(320)는 햅틱 하우징(10)에 대하여 축회전 가능하게 배치되는 로터리 노브(300) 및 로터리 플레이트(310)와는 달리 햅틱 하우징(10), 구체적으로 햅틱 하우징 바디(110)에 대하여 축방향 회동하지 않고 위치 고정되도록 배치되어 축방향 회동이 제한된다. 이와 같은 고정 플레이트(320)에 의하여 로터리 플레이트(310) 영역과 로터리 코어(340)의 영역이 분할됨으로써 양자 간의 운동시 발생 가능한 구성 요소 간의 운동 간섭을 방지할 수 있다.
또한, 로터리 탄성 부재(330)는 고정 플레이트(320)와 로터리 코어(340) 사이에 배치되는데, 본 실시예에서 로터리 탄성 부재(330)는 판상의 스파이더 타입 탄성 부재로 구성된다. 하지만, 본 발명은 상기와 같은 판상의 스파이더 타입 탄 성 부재에 국한되지 않고 단순한 코일 스프링 타입의 구성을 취할 수도 있는 등, 로터리 코어(340)의 축방향 직선 운동에 의한 충격을 완화시킬 수 있는 탄성 완충 작용을 제공하는 범위에서 다양한 구성을 취할 수도 있다.
경우에 따라, 판상의 스파이더 타입으로 구성되는 로터리 탄성 부재(330)의 각각의 일면에는 탄성 부재 안착 돌기(331,333)가 구비되고, 고정 플레이트(320) 및 로터리 코어(340)의 각각의 일면으로 로터리 탄성 부재(330)의 탄성 부재 안착 돌기(331,333)에 대응하는 위치에는 탄성 부재 안착 돌기(331,333)와 맞물리는 탄성 부재 안착홈(325,349)이 구비될 수도 있다. 이와 같은 구성을 통하여, 하기되는 로터리 코어(340)의 축방향 직선 운동에 의한 로터리 코어(340)와 다른 인접 구성 요소 간의 충격으로 인한 소음 발생 및 피로에 의한 파손을 방지 내지는 경감시킬 수 있다.
로터리 흡인부(350)는 적어도 일부가 로터리 코어(340)와 햅틱 하우징 베이스(13)의 사이에 배치되는데, 로터리 흡인부(350)는 로터리 코어(340)의 내부 코어 수용부(343)에 수용되는 코어 보빈(347)의 외주 상에 권취된 코어 코일(미도시)에 입력되는 전기적 신호에 따라 로터리 코어(340)에 대하여 축방향 상대 직선 운동을 실행한다. 또한, 로터리 흡인부(350)는 로터리 플레이트(310)와 맞물리어 로터리 플레이트(310)의 축방향 회전이 이루어지는 경우 로터리 플레이트(310)와 함께 축방향 회전 가능하다. 로터리 흡인부(350)는 로터리 샤프트(351)와 로터리 디스크(355)를 구비하는 구성을 취하는데, 본 실시예에서 이들 로터리 샤프트(351)와 로터리 디스크(355)는 서로 분리 가능한 구조를 취하는 것으로 도시되었으나, 이는 본 발명을 설명하기 위한 일예로서 일체로 형성되는 구성을 취할 수도 있다. 로터리 샤프트(351)는 로터리 코어(340)에 형성된 코어 관통구(341) 이하의 외경을 구비함으로써 로터리 샤프트(351)는 로터리 코어(340)를 관통 가능하도록 배치된다. 로터리 디스크(355)는 로터리 샤프트(351)의 일단에 고정 장착되어 로터리 디스크(355)와 로터리 샤프트(351) 간에 축방향 상대 회전 운동이 발생하는 것을 방지한다. 로터리 디스크(355)에는 로터리 디스크 장착구(356)이 구비되고 로터리 샤프트(351)의 단부에는 로터리 디스크 장착 대응부(353)가 구비되어, 이들 간의 맞물림을 통해 로터리 디스크(355)와 로터리 샤프트(351)는 일체로 형성된다.
로터리 샤프트(351)와 로터리 디스크(355)를 포함하는 로터리 흡인부(350)는 강자성을 가지는 재료로 선택되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 로터리 샤프트(351)는 SUS와 같은 스테인리스 강으로 구성되고 로터리 디스크(355)는 SNC와 같은 니켈 크롬강 강재와 같은 강자성체로 구성될 수도 있는 등, 상기 로터리 코어와의 전자기 상호 작용을 발생시킬 수 있는 범위에서 다양한 구성이 가능한데, 하기되는 햅틱 액츄에이터의 작동 과정에서 발생하는 마찰에 의한 마모를 최소화시키기 위하여 로터리 디스크(355)는 상기한 로터리 코어와 동일한 SNC로 구성되는 것이 바람직하다.
로터리 샤프트(351)의 단부로 로터리 플레이트(310)를 향한 단부에는, 로터리 샤프트 맞물림부(352)가 구비되는데, 로터리 샤프트 맞물림부(352)는 로터리 플레이트(310)의 일면으로 햅틱 하우징 베이스(13)를 향한 일면에 연장 형성되는 로터리 샤프트 맞물림 대응부(313)와 맞물린다. 따라서, 로터리 노브(300)의 축회전 은 로터리 플레이트(310)로 전달되고, 로터리 플레이트(310)의 회전은 로터리 샤프트(351)를 통하여 로터리 흡인부(350)의 축방향 회동이 이루어진다. 로터리 디스크(355)와 로터리 코어(340) 간에는 교차 면적(교차 영역)이 구비된다. 즉, 로터리 코어(340)의 내부 코어 수용부(343)에 배치되는 코어 보빈(347)의 외주에 권취된 코어 코일(미도시)에 전기적 신호가 인가되어 발생하는 자기력에 의하여 로터리 흡인부(350)의 로터리 샤프트(351)가 축방향 직선 이동하는 경우 로터리 디스크(355)와 로터리 코어(340) 간에 서로 맞닿아 마찰을 발생시키는 교차 면적이 구비된다. 이와 같이 코어 코일에 인가되는 전기적 신호가 커져 로터리 코어(340)와 로터리 흡인부(350) 간에 발생하는 자기력이 증대되는 경우, 로터리 코어(340) 단부와 로터리 디스크(355)의 교차 면적 사이의 수직력이 증대됨으로써 로터리 코어(340)와 로터리 흡인부(350)의 교차 면적 간에 발생하는 마찰력의 크기가 증대되어 사용자에 의한 로터리 노브(300)에 가해지는 회동력에 대한 저항력을 변화시키는데, 이와 같은 과정을 통하여 로터리 노브(300) 회전 조작시 사용자는 다양한 감성을 느낄 수 있게 된다.
햅틱 인쇄회로기판(40)은 로터리 흡인부(350)와 햅틱 하우징 베이스(13)의 사이에 배치되는데, 햅틱 인쇄회로기판(40)은 각종 전기 요소 및 이들을 연결하는 배선(미도시)을 구비하여 로터리 코어(340)의 내부에 배치되는 코어 코일에 인가되는 전기적 신호를 제어할 수도 있고, 또는 제어부(700)와 전기적 소통을 이룸으로써 제어부(700)로부터의 제어 신호를 코어 코일로 전달하거나 하기되는 회동 감지부(500)로부터의 감지 신호를 입력받아 이를 제어부(700)로 전달할 수도 있다. 햅틱 인쇄 회로기판(40)은 햅틱 하우징 베이스(13)에 고정 장착되는 구성을 취할 수도 있으나, 본 실시예에서 햅틱 인쇄회로기판(40)은 하기되는 버튼 컬럼(24)과 같은 다른 구성 요소를 통하여 위치 고정 지지되는 구조를 취할 수도 있는데, 이에 대한 구성은 하기한다.
한편, 햅틱 액츄에이터(1)는 로터리 흡인부(350)의 로터리 디스크(355) 회동을 감지하는 회동 감지부(500)를 구비한다. 회동 감지부는 로터리 엔코더 플레이트(360)와 엔코더 센서(403)를 구비하는데, 로터리 엔코더 플레이트(360)는 로터리 디스크(355)의 일면으로 햅틱 인쇄회로기판(40)을 향한 일면에 형성된 로터리 엔코더 안착부(358)에 안착된다. 경우에 따라 로터리 엔코더 플레이트(360)의 회동을 방지하기 위한 구성 요소를 더 구비할 수도 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 로터리 엔코더 플레이트(360)의 외주 상에 돌출 형성되는 로터리 엔코더 장착부(363)가 구비되고, 이와 대응되는 위치로 로터리 엔코더 플레이트(360)의 엔코더 안착부(358) 외주 상으로 로터리 엔코더 장착부(363)를 수용하는 로터리 엔코더 장착 대응부(357)가 구비된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 로터리 엔코더 장착부(363) 및 로터리 엔코더 장착 대응부(357)는 복수 개가 구비될 수도 있는데, 복수 개가 구비되는 경우 이들은 외주 상으로 등각을 유지하며 배치되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 로터리 엔코더 장착부(363)가 돌기 형상으로 그리고 로터리 엔코더 장착 대응부(357)가 요홈 형상으로 도시되었으나 서로 반대되는 구성을 취할 수도 있고 복수 개가 아닌 단수 개가 구비될 수도 있으며, 이들이 외주 상이 아닌 서로 마주하는 일면 상에 각각이 형성되는 구조를 취할 수도 있는 등 본 발명은 다양한 변형이 가능하다.
엔코더 센서(403)는 햅틱 인쇄회로기판(40)의 일면으로 로터리 엔코더 플레이트(360)를 향한 일면 상에 배치되는데, 여기서 엔코더 센서(403)는 수광부와 발광부가 함께 구비되는 일체형 센서로 형성되고 이에 대응하는 로터리 엔코더 플레이트(360)에는 복수 개의 슬롯이 구비되는 형태로 구현된다. 하지만, 본 발명의 회동 감지부는 이러한 유형에 국한되지는 않고 설계 사양에 따라 다양한 선택이 가능하다. 예를 들어, 회동 감지부의 수광부와 발광부가 분리된 센서로 구현될 수도 있는 등 선택적 변형이 가능하다.
상기한 로터리 스위치부를 포함하는 햅틱 액츄에이터의 작동 과정은 다음과 같다. 로터리 코어(340)는 로터리 탄성 부재(330)를 통하여 고정 플레이트(320)에 축방향 회전이 제한되고, 사용자에 의하여 가해지는 작용 토크에 의한 회전력은 로터리 노브(300)를 통하여 로터리 플레이트(310)를 거쳐 로터리 흡인부(350)의 로터리 샤프트(351)에 전달된다. 로터리 코어(340)의 내부에 수용된 코어 코일에 전류가 인가되는 경우 발생하는 자기 흡인력에 의하여, 로터리 샤프트(351)와 맞물리어 결합된 로터리 디스크(355)는 로터리 코어(340)의 단부와 접하여 양자 간에 맞닿는 면에 사용자에 의한 작용력과 반대되는 방향으로 자기 흡인력 등에 의한 마찰력이 발생한다.
도 6은 본 고안의 다른 실시예에 따른 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치의 기능 블록도이며, 도 7은 본 고안의 다른 실시예에 따른 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치의 버튼 스위치부에 내장된 광 방식 터치 센서의 개략적인 단면도이다. 도 6 및 도 7에 도시된 본 고안의 다른 실시예에 따른 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치는 터치 센서부로서 광 방식 터치 센서를 사용한다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 햅틱 스위치 장치는 햅틱 액츄에이터(1), 광 방식 터치 센서(650), 메모리부(800) 및 음향부(900)를 포함하며, 음향부(900)는 D/A 컨버터(910), 증폭기(930) 및 스피커(950)로 구성된다(도 2 참조).
광 방식 터치 센서(650)는 도 7에 도시된 바와 같이, 햅틱 액츄에이터(1)의 버튼 스위치부(20) 내에 배치된다. 광 방식 터치 센서(650)는 버튼 스위치부(20) 내부에 배치된 터치 센서 인쇄회로기판(651)과, 터치 센서 인쇄회로기판(651) 상에 배치된 발광부(653) 및 수광부(655)를 포함한다. 사용자가 손가락 등으로 광 방식 터치 센서(650)를 접촉하면, 발광부(653)에서 조사된 광은 사용자의 손가락에 반사되어 수광부(655)로 입사되고, 그 결과 터치 신호가 발생된다. 발생된 터치 신호는 제어부(700)에 인가되고, 제어부(700)에서는 인가된 터치 신호에 따라 사용자의 터치 여부를 판별하게 된다. 제어부(700)는 터치 시점시 동작 모드에 해당하는 음성 데이터를 메모리부(800)에서 검색하고, 검색된 음성 데이터는 원래의 압축된 형식에서 가청 디지털 신호로 복원 처리된 후, D/A 컨버터(910)를 거쳐 아날로그 음성 신호로 변환된다. 변환된 음성 신호는 증폭기(930) 및 스피커(950)를 통하여 출력된다.
도 8은 본 고안에 따른 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치의 동작 과 정을 도시한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 우선 사용자가 햅틱 액츄에이터에 내장된 터치 센서부를 터치하면, 터치 센서부에서는 터치 신호를 발생한다(S810). 발생된 터치 신호는 제어부로 인가되고, 제어부는 터치 신호 발생 시점에서 햅틱 스위치 장치의 동작 모드가 무엇인지를 판단한다(S820). 그리고 나서, 메모리부에 기저장된 모드별 음성 데이터들 중에 현재 동작 모드에 대응하는 음성 데이터를 검색한다(S830). D/A 컨버터는 검색된 음성 데이터를 아날로그 신호로 변환시킨다(S840). 그 다음에, 아날로그로 변환된 신호는 증폭기를 통하여 증폭된 후, 스피커를 통하여 출력된다(S850).
이상에서 설명한 것은 본 고안에 따른 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치의 예시적인 실시예에 불과한 것으로서, 본 고안은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 실용신안등록청구범위에서 청구하는 바와 같이, 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 고안의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1은 본 고안에 따른 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치의 기능 블록도이다.
도 3 및 도 4는 본 고안의 일 실시예에 따른 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치의 햅틱 액츄에이터의 개략적인 사시도 및 분해 사시도이다.
도 5는 본 고안의 일 실시예에 따른 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치의 버튼 스위치부에 내장된 정전 용량형 터치 센서의 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 고안의 다른 실시예에 따른 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치의 기능 블록도이다.
도 7은 본 고안의 다른 실시예에 따른 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치의 버튼 스위치부에 내장된 광 방식 터치 센서의 개략적인 단면도이다.
도 8은 본 고안에 따른 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치의 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : 햅틱 액츄에이터
600 : 터치 센서부
700 : 제어부
800 : 메모리부
900 : 음향부

Claims (5)

  1. 햅틱 하우징과, 상기 햅틱 하우징에 대하여 축방향 회전이 가능한 로터리 스위치부와, 상기 햅틱 하우징에 배치되어 상기 로터리 스위치부에 전기적 신호를 전달하는 햅틱 인쇄회로기판을 구비하는 햅틱 엑츄에이터; 상기 햅틱 하우징에 배치되는 터치 센서부; 동작 모드별 음성 데이터가 저장된 메모리부; 상기 메모리부에 저장된 음성 데이터를 출력시키는 음향부; 및 상기 터치 센서부에서 출력되는 터치 신호의 인가 시 동작 모드 상태를 판단하고, 상기 판단된 동작 모드 상태에 상응하는 음성 데이터를 상기 음향부를 통하여 출력시키도록, 상기 메모리부와 상기 음향부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 햅틱 하우징은 햅틱 하우징 바디 및 상기 햅틱 하우징 바디와 맞물리어 내부 공간을 형성하는 햅틱 하우징 베이스를 구비하고,
    상기 로터리 스위치부는:
    상기 햅틱 하우징 바디의 일단에 회동 가능하게 배치되는 로터리 노브와,
    상기 햅틱 하우징 바디의 내부에 배치되어 상기 로터리 노브와 맞물리어 함께 축방향 회전하는 로터리 플레이트와,
    상기 로터리 플레이트와 상기 햅틱 하우징 베이스 사이에 배치되어 내부에 코어 코일이 권취되는 상기 햅틱 액츄에이터의 축방향으로의 회동을 제한하는 로터리 코어와,
    적어도 일부가 상기 로터리 코어와 상기 햅틱 하우징 베이스 사이에 배치되어 상기 로터리 코어의 코어 코일에 인가되는 전기적 신호에 따라 가동되어 상기 로터리 코어와의 접촉 마찰에 의하여 회동 저항을 형성하는 로터리 흡인부를 구비하는 것을 특징으로 하는 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 햅틱 스위치 장치는,
    상기 햅틱 하우징에 배치되는 버튼 스위치부를 더 포함하며, 상기 터치 센서부는 상기 버튼 스위치부에 내장되는 것을 특징으로 하는 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 터치 센서부는 터치 센서 인쇄회로기판과, 상기 터치 센서 인쇄회로기판 상에 배치된 정전 용량 터치 전극을 구비하는 정전 용량형 터치 센서인 것을 특징으로 하는 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 터치 센서부는 터치 센서 인쇄회로기판과, 상기 터치 센서 인쇄회로기판 상에 배치된 발광부 및 수광부를 구비하는 광 방식 터치 센서인 것을 특징으로 하는 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 음향부는,
    상기 메모리부에 저장된 음성 데이터를 아날로그로 변환시키기 위한 디지털-아날로그 변환기와, 상기 디지털-아날로그 변환기에서 출력된 신호를 증폭시키는 증폭기 및 상기 증폭기를 통하여 증폭된 신호를 출력시키는 스피커를 포함하는 것을 특징으로 하는 음성 안내 기능을 갖는 햅틱 스위치 장치.
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