KR20080072331A - 촉각 자극 장치 및 이를 응용한 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소형화, 저전력, 저소음, 빠른 응답, 충분한 물리력의 요건을 모두 만족시켜 휴대용 장치에 적합한 촉각 자극 장치 및 이를 이용한 장치에 관한 것으로, 복수의 초음파 선형 구동기를 임의의 피부 접촉면에 대하여 수직방향으로 선형운동하도록 배열하고, 상기 선형 운동을 제어하여 피부를 수직방향으로 자극하도록 함으로써, 충분한 물리적 자극을 제공할 수 있으며, 저전력, 저소음, 빠른 응답, 소형화를 구현한다.
초음파 선형 구동기, 촉감 재현, 촉각

Description

촉각 자극 장치 및 이를 응용한 장치{Tactile stimulation device and apparatus using the same}
도 1은 종래의 촉각 자극 장치의 구성도,
도 2는 종래의 다른 촉각 자극 장치의 구성도,
도 3은 초음파 선형 구동기의 기본 구조도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 촉각 자극 장치의 구성도,
도 5는 도 4의 촉각 자극 장치의 동작 원리를 설명하는 도면,
도 6은 본 발명의 다른 바람직한 실시 예에 따른 촉각 자극 장치의 구성도,
도 7은 도 6의 촉각 자극 장치의 동작 원리를 설명하는 도면,
도 8은 본 발명에 의한 촉각 자극 장치에 있어서 초음파 선형 구동기의 배열 구조를 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 발명에 의한 촉각 자극 장치가 구비된 휴대용 단말 장치의 일 예를 나타낸 도면,
도 10은 본 발명에 의한 촉각 자극 장치를 이용한 질감 및 점자 재현 장치의 사시도, 그리고
도 11은 도 10의 질감 및 점자 재현 장치의 구성을 보인 기능 블록도이다.
본 발명은 촉각 자극 장치에 관한 것으로, 특히 소형화, 저전력, 저소음, 빠른 응답 특성을 제공할 수 있어 다양한 휴대 장치에 내장할 수 있는 촉각 자극 장치 및 이를 응용한 장치에 관한 것이다.
기존에 전자 장치를 통한 전달할 수 있는 정보는 시각 정보와 청각 정보가 대부분이었다. 그러나, 이러한 시각 정보나 청각 정보만으로는 충분한 정보 전달이 이루어질 수 없는 경우가 많기 때문에, 이를 해결하기 위하여 여러 가지 연구가 이루어져 왔으며, 대표적으로 사람의 촉각을 자극하여 정보를 전달하는 장치가 제안되어 있다.
촉각을 이용한 정보 전달 장치로는, 시각장애인을 위한 전자 점자 기기, 사물의 질감을 전달하는 질감 제시 장치, 진동 정보를 이용하는 촉감 장치 등이 있다. 이러한 장치들은 대부분 사람의 피부에 접촉하는 접촉부들을 각각 물리적으로 운동시켜 촉각을 자극하는 촉각 자극 장치가 이용된다.
예를 들어, 도 1은 미국특허 6,445,284호에서 개시된 촉각 자극 장치(tactile transducer)를 도시한 것으로서, 이는 전기를 가하면 굽어지는 압전물질로 피부 접촉 수단(1)을 형성하고, 능동 소자(10)를 통하여 액츄에이터(5)에 전기를 가하면 상기 액츄에이터(5)에 연장되어 형성된 상기 피부 접촉 수단(1)이 굽어지면서 피부를 스치는 느낌을 발생시켜 촉감을 전달하도록 구성된다. 이는, 상기 촉각 자극 장치는, 압전 물질 자체의 변위가 매우 작으므로, 이를 빔의 형태로 만들어 굽혔을 경우 끝 부분의 변위가 상대적으로 커지는 원리를 이용하여 촉감을 재현한 것이다.
그러나, 이 방식은 피부에 가해지는 물리적 자극이 약하면 단순히 스치는 듯한 느낌만을 줄 수 있기 때문에 효과적인 촉각 자극이 불가능하다.
다른 방법으로서, 도 2는 대한민국 특허등록번호 0626683호에서 제안된 마우스 등에 구비되는 촉각 전달부(20)를 도시한 것으로서, 계단 형태로 형성되어 복수개의 끼움 홈을 갖는 고정쇠(21)와, 상기 고정쇠(21)의 각 끼움홈에 끼워져 고정쇠(21)의 전면으로 길게 뻗는 형태로 고정되며 압전 물질로 이루어진 구동기(22)와, 상기 구동기(22)에서 상방으로 연결되어 실제 피부를 자극하게 되는 복수의 핀(23)으로 형성된다.
상기 구조의 촉각 전달부(20)는 제어부(26)의 제어신호에 따라서 전원공급부(24)를 통해 전원을 인가하면, 인가되는 전류 크기에 따라서 상하 방향으로 휘어지며, 이에 상기 구동기(22)에 연결된 핀(23)이 상하 방향으로 움직여 물리적인 자극을 가하게 되는 것이다. 더하여, 상기 기술에서는 센서(25)를 통하여 압력값을 검출하여 원하는 정도의 물리적 자극을 가하도록 상기 전류신호를 제어하도록 한다.
그러나, 상기 구조는 전류 크기에 따라서 자극이 달라지기 때문에, 충분한 자극을 가하기 위하여 보다 큰 전원이 요구되어 전원공급부의 크기가 커져야 하며, 또한 촉각 자극을 위한 기구구조가 복잡해지고 커지기 때문에 휴대용 장치에는 부 적합하다는 문제점이 있다.
상기와 같이, 기존의 장치들은 소형화, 저전력, 저소음, 빠른 응답, 충분한 물리력 등의 요소 중 여러 가지를 만족시키지 못하기 때문에, 촉각 자극 장치의 소형화 및 휴대용 질감 및 점자 재현 장치의 구현이 어려웠다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 본 발명의 목적은, 소형화, 저전력, 저소음, 빠른 응답, 충분한 물리력의 요건을 모두 만족시켜 휴대용 장치에 적합한 촉각 자극 장치 및 이를 이용한 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구성 수단으로서, 본 발명은 초음파 영역의 전기신호에 의해 변위가 발생하는 초음파 트랜스듀서와, 상기 초음파 트랜스듀서에 일체로 연결되어 초음파 트랜스듀서의 변위에 따라서 움직이는 이동축과, 상기 이동축을 감싸는 형태로 이루어져 상기 전기 신호에 따라서 상하로 이동가능한 이동자로 이루어지고, 피부가 접촉하는 접촉면에 대하여 수직방향으로 운동하도록 배열된 복수의 초음파 선형 구동기; 및 상기 초음파 선형 구동기의 각 이동자와 일체로 형성된 복수의 접촉부를 포함하는 촉각 자극 장치를 제공한다.
더하여, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 다른 구성 수단으로서, 초음파 영역의 전기신호에 의해 변위가 발생하는 초음파 트랜스듀서와, 상기 초음파 트 랜스듀서에 일체로 연결된 이동축과, 상기 이동축을 감싸는 형태로 이루어지며 움직이지 못하도록 고정된 이동자를 포함하여, 상기 전기신호에 따라서 상기 이동축이 이동자 내에서 선형으로 운동하는 복수의 초음파 선형 구동기를 피부가 접촉하는 접촉면에 대하여 수직방향으로 운동하도록 배열하여 이루어진 촉각 자극 장치를 제공한다.
또한, 상기 본 발명에 의한 촉각 자극 장치는, 인접한 초음파 선형 구동기의 이동축 길이를 달리하여, 상기 초음파 트랜스듀서를 엇갈리게 배치함으로써, 핀 배치 밀도를 높일 수 있으며, 이때, 상기 인접한 초음파 선형 구동기간의 이동축의 길이차는 인접한 초음파 선형 구동기가 서로의 움직임을 방해하지 못하도록 상기 전기신호에 따라서 움직이는 이동자 또는 이동축의 최대 변위보다 크게 하는 것이 바람직하다.
더하여, 본 발명은 상기 목적을 구현하기 위한 또 다른 구성 수단으로서, 초음파 영역의 전기신호에 따라서 선형 운동하는 복수의 초음파 선형 구동기를 접촉면에 대하여 수직방향으로 운동하도록 배열하고, 상기 초음파 선형 구동기의 수직방향 운동에 의하여 접촉된 피부의 촉각을 자극하도록 구성된 촉각 자극 장치를 포함하고, 상기 촉각 자극 장치를 통해 사용자의 촉각을 자극하여 질감 및 점자를 재현하는 기능을 갖는 휴대용 단말 장치를 제공한다.
더하여, 본 발명은 상기 목적을 구현하기 위한 또 다른 구성 수단으로서, 재현 대상을 촬영하여 그 이미지 데이터를 획득하는 이미지 획득부; 상기 이미지 획득부에서 획득된 이미지 데이터를 필터링 및 신호 처리하는 이미지 프로세싱부; 초 음파 영역의 전기신호에 따라서 선형 운동하는 복수의 초음파 선형 구동기를 접촉면에 대하여 수직방향으로 운동하도록 배열하고, 상기 초음파 선형 구동기의 수직방향 운동에 의하여 접촉된 피부의 촉각을 자극하도록 구성된 촉각 자극부; 상기 다수 초음파 선형 구동기에 각각 초음파 영역의 전기신호를 인가하여 다수 초음파 선형 구동기를 각각 선형 구동시키는 구동부; 상기 이미지 프로세싱부에서 출력된 이미지 데이터에 따라서 해당 이미지의 질감 및 점자를 나타내도록 상기 구동부에 제어하는 제어부를 포함하는 촉감 재현 장치를 제공한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 초음파 선형 구동기를 이용하여 촉각 자극이 이루어지도록 한 것으로서, 상기 초음파 선형 구동기는 휴대폰이나 카메라 등의 렌즈 구동용으로 주로 이용되는 선형 모터이다.
도 1은 본 발명에 적용되는 초음파 선형 구동기의 기본 구조를 도시한 것으로서, 상기 초음파 선형 구동기는 압전 물질과 전극으로 이루어져 초음파 영역의 전기신호에 따라서 변위가 발생하는 초음파 트랜스듀서(31)와, 상기 초음파 트랜스듀서(31)에 연결되어 초음파 트랜스듀서(31)의 변위 연동하는 이동축(32)과, 상기 이동축(31)을 따라 이동하는 이동자(33)를 포함한다.
상기 초음파 트랜스듀서(31)는 오목하거나 볼록한 굴곡 변위를 일으키는 디스크형의 바이모프(bimorph)형 트랜스듀서가 바람직하며, 상기 이동축(32)은 봉 형태로서 초음파 트랜스듀서(31)의 변위에 연동하여 상하로 운동한다. 상기 이동자(33)는 이동축(32)의 표면에 밀착되어 일정한 마찰력을 유지하기 위하여 이동축(32)의 표면의 적어도 일부를 감싸도록 구성된다. 이에 상기 이동자(33)는 이동축(31)의 이동속도에 따라서, 이동축(31)과 함께 이동하거나 이동하지 않는다.
상기 구성의 초음파 선형 구동기는, 초음파 트랜스듀서(31)의 변위를 이동자(33)의 선형적인 변위로 변환하는 것으로서, 상기 초음파 트랜스듀서(31)로 인가되는 초음파 영역의 전기신호를 조정함으로써, 이동자(33)의 변위를 조정할 수 있다. 이때 상기 이동자(33)의 수직운동은 초음파 트랜스듀서(31)와 이동측(32)의 진동 속도에 따라 제어되는 것이므로, 상기 초음파 트랜스듀서(31)에 인가되는 전기신호의 크기가 아니라, 그 주파수를 제어함으로써 선형 운동 크기를 조절할 수 있 게 된다. 따라서, 상기 초음파 선형 구동기를 구동하기 위한 전원공급부의 크기가 크게 감소된다.
본 발명에 의한 촉각 자극 장치는 상술한 구조의 복수의 초음파 선형 구동기를 임의의 피부 접촉면에 대하여 수직방향으로 선형운동하도록 배열하고, 상기 선형 운동을 제어하여 피부를 수직방향으로 자극하도록 함으로써, 충분한 물리적 자극을 제공할 수 있으며, 저전력, 저소음, 빠른 응답, 소형화가 가능해진다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 촉각 자극 장치의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 촉각 자극 장치는, 초음파 영역의 전기신호에 의해 변위가 발생하는 초음파 트랜스듀서(41)와, 상기 초음파 트랜스듀서(41)에 일체로 연결되어 초음파 트랜스듀서(41)의 변위에 따라서 움직이는 이동축(42)과, 상기 이동축을 감싸는 형태로 이루어져 상기 전기 신호에 따라서 상하로 이동가능한 이동자(43)로 이루어지고, 피부가 접촉하는 접촉면에 대하여 수직방향으로 운동하도록 배열된 복수의 초음파 선형 구동기(40)와, 상기 초음파 선형 구동기들(40)의 각 이동자(43)와 일체로 형성된 복수의 접촉부(44)를 포함한다.
상기 접촉부(44)는 그 단부가 핀 형상으로 이루어지는 것이 바람직하며, 또한 상기 이동자(43)와 일체로 이동축(42)을 따라서 선형 운동할 수 있도록 그 내부에 홈이 형성할 수 있다.
더하여, 상술한 촉각 자극 장치는, 다수의 구멍이 형성되어, 상기 구멍을 통하여 상기 복수의 접촉부(44)가 돌출되는 덮개(45)를 더 포함할 수 있다. 상기 덮 개(45)는 촉각 자극 장치 내부의 기구물 및 회로를 보호한다.
더하여, 본 발명에서는 접촉부들(44)의 밀도를 높이거나 소형화를 위하여, 상기 인접한 초음파 선형 구동기(40)의 이동축(42) 길이를 달리하여, 인접한 상기 초음파 트랜스듀서(42)를 엇갈리게 배치한다. 이 경우, 복수의 초음파 선형 구동기(40)들을 최대한 밀착시켜 배치할 수 있게 됨으로써, 피부에 접촉하는 접촉부(44)의 밀도를 높여 더 미세한 촉감 재현이 가능하게 되거나, 촉각 자극 장치 자체의 크기를 크게 감소시킬 수 있다.
더하여, 본 발명의 촉각 자극 장치는, 상기 이동축(42)의 길이가 다른 복수의 초음파 선형 구동기(40) 들이 피부 접촉면을 기준으로 동일한 변위 범위를 갖도록 하기 위하여, 상기 이동축(42) 길이가 다른 초음파 선형 구동기(40)들의 초음파 트랜스듀서(41) 각각의 높이에 맞추어 형성되는 복수의 지지부를 구비하여, 상기 복수의 초음파 선형 구동기들을 지지하는 베이스(46)를 더 포함한다.
도시된 바와 같이, 상기 베이스(46)는 상기 접촉부(44)의 기준 높이가 동일해지도록 초음파 선형 구동기(40)들을 배치하였을 때, 각 초음파 트랜스듀서(41)의 높이에 대응하는 높이로 돌출된 지지부가 형성됨으로써, 상기 초음파 선형 구동기(40)를 안정적으로 지지할 수 있다.
도 5는 상기 도 4에 보인 촉각 자극 장치에서의 물리적 자극을 발생시키는 동작을 설명하기 위한 것으로서, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같은 초기 상태에서, 상기 초음파 트랜스듀서(41)에 소정의 초음파 영역의 전기신호를 인가하면, 각 초음파 트랜스듀서(41)의 굴곡 변위 및 이에 의한 이동축(42) 변위가 발생하고, 이에 이동자(43)에 수직방향으로 움직이며, 상기 이동자(43)에 연결된 접촉부(44)도 상기 이동자(43)의 변위 L1 만큼 수직방향으로 상승하여, 접촉된 피부에 수직방향의 물리적 자극을 발생시킨다. 따라서, 상기 배열된 복수의 접촉부(44)의 변위를 달리하도록 복수의 초음파 선형 구동기(40)에 인가되는 전기신호를 제어함으로써, 원하는 질감이나 점자를 재현할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 바람직한 실시 예에 의한 촉각 자극 장치를 나타낸 사시도이다.
도 6의 촉각 자극 장치는, 초음파 영역의 전기신호에 의해 변위가 발생하는 초음파 트랜스듀서(61)와, 상기 초음파 트랜스듀서(61)에 일체로 연결된 이동축(62)과, 상기 이동축(62)을 감싸는 형태로 이루어지며 움직이지 못하도록 고정된 이동자(63)를 포함하여, 상기 전기신호에 따라서 상기 이동축(62)이 이동자(63) 내에서 선형으로 운동하는 복수의 초음파 선형 구동기(60)를 피부가 접촉하는 접촉면에 대하여 수직방향으로 운동하도록 배열하여 이루어진다.
상기 도 6의 촉각 자극 장치는, 초음파 선형 구동기(60)의 이동축(62)을 물리적 자극을 가하기 위한 핀으로 이용한다. 이때, 상기 이동축(62)을 그대로 이용할 수도 있으며, 상기 이동축(62)의 단부에 일체로 형성되어 피부와 접촉하게 될 접촉부(미도시)를 더 형성할 수도 있다.
더하여, 상기 촉각 자극 장치는, 상기 이동자(62)의 고정을 위하여, 덮개(64)를 이용할 수 있다. 즉, 상기 덮개(64)와 이동자(62)들을 일체로 연결하고, 이동축(62)이 상기 고정된 덮개(64)의 구멍과 이동자(52) 내에서 수직방향으로 움 직이게 한다.
또한, 상기 촉각 자극 장치는, 앞서 도 4에 보인 실시 예에서와 마찬가지로, 소형화 및 배치 밀도를 높이기 위하여, 상기 인접한 초음파 선형 구동기(60)의 이동축(62) 길이를 달리하여, 인접한 상기 초음파 트랜스듀서(62)를 엇갈리게 배치한다. 이 경우, 복수의 초음파 선형 구동기(60)들을 최대한 밀착시켜 배치할 수 있게 됨으로써, 더 미세한 촉감 재현이 가능하게 되거나, 촉각 자극 장치 자체의 크기를 크게 감소시킬 수 있다.
더하여, 본 발명의 촉각 자극 장치는, 상기 이동축(62)의 길이가 다른 복수의 초음파 선형 구동기(60) 들이 피부 접촉면을 기준으로 동일한 변위 범위를 갖도록 하기 위하여, 상기 이동축(62) 길이가 다른 초음파 선형 구동기(60)들의 초음파 트랜스듀서(61) 각각의 높이에 맞추어 형성되는 복수의 지지부를 구비하여, 상기 복수의 초음파 선형 구동기들을 지지하는 베이스(65)를 더 포함한다.
도 7는 상기 도 6에 보인 촉각 자극 장치에서의 물리적 자극을 발생시키는 동작을 설명하기 위한 것으로서, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같은 초기 상태에서, 상기 초음파 트랜스듀서(61)에 소정의 초음파 영역의 전기신호를 인가하면, 각 초음파 트랜스듀서(61)의 굴곡 변위 및 이에 의한 이동축(62)의 변위가 발생하고, 이때 상기 이동자(63)는 움직이지 못하도록 고정된 상태이므로, 역으로 상기 이동축(62)이 수직방향으로 L2만큼 움직여, 접촉된 피부를 자극한다. 이때 이동축(62)의 움직인 거리 L2는 상기 초음파 선형 구동기(60)에 인가되는 전기신호를 제어하여 조정할 수 있다.
상기 두 실시 예에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 촉각 자극 장치는, 촉각 자극을 위하여 배열되는 초음파 선형 구동기들을 더 밀착 배치하기 위하여, 도 8에 도시한 바와 같이, 인접한 초음파 선형 구동기 간의 이동축의 길이를 달리하여, 초음파 트랜스듀서가 엇갈리게 배치될 수 있도록 한다. 예를 들어, 상기 초음파 선형 구동기들이 행열로 배치된다고 할 때, 짝수 행열의 초음파 트랜스듀서의 이동축 길이를 길게(혹은 짧게) 하고, 이와 반대로 홀 수 행열의 초음파 트랜스듀서의 이동축 길이를 짧게(혹은 길게) 하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 인접한 초음파 선형 구동기 간의 이동축의 길이 차 H는 상기 초음파 영역의 전기신호에 따라서 움직이는 이동자 또는 이동축의 최대 변위보다 긴 것으로 하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 인접한 초음파 선형 구동기의 움직임에 방해받지 않을 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 촉각 자극 장치는, 크기가 매우 작고 소음을 발생하지 않고 전력 소비가 작은 초음파 선형 구동기를 이용함으로써, 소형화, 저전력, 빠른 응답 특성을 구현할 수 있어, 복수의 초음파 선형 구동기를 사용하여 피부에 물리적으로 직접 자극하여 질감이나 점자를 재현하는 촉각 재현 장치에 활용될 수 있으며, 특히 휴대용 단말 장치에 적용되어 촉각 자극 기능을 구비시키는데 적당하다.
즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 구조의 촉각 자극 장치(93)를 휴대폰, PDA 등을 포함하는 휴대용 단말 장치(90)에 내장하여, 상기 휴대용 단말 장치(90)에 질감이나 점자 재현과 같은 기능을 구비시키거나, 또한 호출음이나 진동이외의 알림 수단으로 이용할 수도 있다.
상기에서는 촉각 자극 장치(93)를 휴대용 단말 장치(90)의 키패드(92) 부근에 설치된 것으로 도시되었으나, 사용자 화면부(91)의 부근이나, 휴대용 단말 장치(90)를 손으로 잡을 때 주로 닿는 부분(예를 들어, 측면부)에 형성되는 것도 가능하다.
상기와 같이 본 발명에 의한 촉각 자극 장치(93)를 구비함으로써, 휴대용 단말 장치(90)의 큰 사이즈 증가나 전원 공급부에 대한 부담없이 촉각 자극 기능을 이용한 다양한 응용 기능을 제공할 수 있게 된다.
또 다른 예로서, 본 발명에 의한 촉각 자극 장치를 이용함으로써, 휴대하기 간편한 촉감 재현 장치를 구현할 수 있다.
도 10은 본 발명이 적용된 촉각 재현 장치의 일 예를 보인 사시도이고, 도 11은 그 기능 블록도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 촉감 재현 장치(100)는, 휴대 및 사용이 편리한 형태(즉, 펜 형상)로 구현되며, 손가락이 주로 접촉하는 부분에 상기 도 4 또는 도 6에 보인 바와 같은 구성의 촉각 자극부(105)를 내장한다. 더하여, 상기 촉감 재현 장치(100)는 촉감을 재현하고자 하는 대상물(예를 들어, 물체 또는 점자 또는 사진 등)의 영상을 획득하여 상기 획득된 대상물의 촉감을 재현하도록 상기 촉각 자극 장치(105)를 제어하는 기능을 포함한다.
이를 위하여, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 촉감 재현 장치(100)는, 재현 대상을 촬영하여 그 이미지 데이터를 획득하는 이미지 획득부(101)와, 상기 이미지 획득부(101)에서 획득된 이미지 데이터를 필터링 및 신호 처리하는 이미지 프로세싱부(102)와, 상기 촉각 자극부(105)에 구비된 다수 초음파 선형 구동기에 각각 초음파 영역의 전기신호를 인가하여 다수 초음파 선형 구동기를 각각 선형 구동시키는 구동부(104)와, 상기 이미지 프로세싱부(102)에서 출력된 이미지 데이터에 따라서 해당 이미지의 질감 및 점자를 나타내도록 상기 구동부(104)를 제어하는 제어부(103)를 포함한다.
상기 촉감 재현 장치(100)는 본 발명에서 제안한 복수의 초음파 선형 구동기로 구현된 촉각 자극부(105)를 통하여 물리적 자극을 발생시킴으로써, 작은 사이즈의 휴대가 편리한 형태로 만들 수 있으며, 소비 전력이 작음으로써 상기 촉감 재현 장치(100)의 구동의 위한 전원 공급에 대한 부담을 줄일 수 있다.
또한, 상기 촉각 자극부(105)에서 수직방향의 물리적 자극을 발생하여 촉감을 재현함으로써, 이미지 획득부(101)와 이미지 프로세싱부(102)를 통해서 처리된 촉감 재현 대상물의 재질을 보다 효과적으로 재현할 수 있다.
상기 이미지 획득부(101)은 일반적인 촬상 수단인 렌즈와 CCD 소자로 구현될 수 있으며, 또한, 점자나 재질과 같은 촉감 재현을 위한 이미지 처리 및 제어 처리 과정은 일반적으로 알려진 점자 재현 장치나 패턴 재현 장치의 처리 방식을 응용함으로써 구현 가능하다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 촉각 자극 장치는 초음파 선형 구동기를 다수개 배치하여 수직방향으로 물리적 자극을 형성하도록 함으로써, 소형화, 저전력, 충분한 물리적 자극 및 빠른 응답 특성을 제공할 수 있으며, 그 결과 휴대용 장치에 내장가능하여 촉각 자극 기능이나 이를 응용한 다양한 기능을 휴대용 장치에서 제공할 수 있다.

Claims (23)

  1. 초음파 영역의 전기신호에 의해 변위가 발생하는 초음파 트랜스듀서와, 상기 초음파 트랜스듀서에 일체로 연결되어 초음파 트랜스듀서의 변위에 따라서 움직이는 이동축과, 상기 이동축을 감싸는 형태로 이루어져 상기 전기 신호에 따라서 상하로 이동가능한 이동자로 이루어지고, 피부가 접촉하는 접촉면에 대하여 수직방향으로 운동하도록 배열된 복수의 초음파 선형 구동기;
    상기 초음파 선형 구동기의 각 이동자와 일체로 형성된 복수의 접촉부를 포함하는 촉각 자극 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    다수의 구멍이 형성되어, 상기 구멍을 통하여 상기 복수의 접촉부가 돌출되는 덮개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각 자극 장치.
  3. 초음파 영역의 전기신호에 의해 변위가 발생하는 초음파 트랜스듀서와, 상기 초음파 트랜스듀서에 일체로 연결된 이동축과, 상기 이동축을 감싸는 형태로 이루어지며 움직이지 못하도록 고정된 이동자를 포함하여, 상기 전기신호에 따라서 상기 이동축이 이동자 내에서 선형으로 운동하는 복수의 초음파 선형 구동기를 피부가 접촉하는 접촉면에 대하여 수직방향으로 운동하도록 배열하여 이루어진 촉각 자극 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이동축의 단부에 일체로 형성되어 피부와 접촉하게 될 접촉부를 더 포함하는 것을 특징으로 촉각 자극 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 이동축들이 각각 돌출되도록 복수의 구멍이 형성되며 상기 각 이동자가 고정 연결되는 덮개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각 자극 장치.
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 초음파 선형 구동기의 초음파 트랜스듀서는 전기신호에 따라서 오목하고 볼록하게 변하는 바이모프(bimorph)방식의 디스크형 트랜스듀서인 것을 특징으로 하는 촉각 자극 장치.
  7. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    인접한 초음파 선형 구동기의 이동축 길이를 달리하여, 상기 초음파 트랜스듀서를 엇갈리게 배치하는 것을 특징으로 하는 촉각 자극 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 인접한 초음파 선형 구동기간의 이동축의 길이차는 상기 전기신호에 따 라서 움직이는 이동자 또는 이동축의 최대 변위보다 긴 것을 특징으로 하는 촉각 자극 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 이동축 길이가 다른 초음파 선형 구동기들의 초음파 트랜스듀서 각각의 높이에 맞추어 형성되는 복수의 지지부를 구비하여, 상기 복수의 초음파 선형 구동기들을 지지하는 베이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각 자극 장치.
  10. 초음파 영역의 전기신호에 따라서 선형 운동하는 복수의 초음파 선형 구동기를 접촉면에 대하여 수직방향으로 운동하도록 배열하고, 상기 초음파 선형 구동기의 수직방향 운동에 의하여 접촉된 피부의 촉각을 자극하도록 구성된 촉각 자극 장치를 포함하고,
    상기 촉각 자극 장치를 통해 사용자의 촉각을 자극하여 질감 및 점자를 재현하는 기능을 갖는 휴대용 단말 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 초음파 선형 구동기는, 초음파 영역의 전기신호에 의해 변위가 발생하는 초음파 트랜스듀서와, 상기 초음파 트랜스듀서에 일체로 연결되어 초음파 트랜스듀서의 변위에 연동하는 이동축과, 상기 이동축을 따라 이동가능한 형태로 형성된 이동자와, 상기 이동자와 연동하도록 형성되어 선형 운동에 의해 촉각을 자극하 는 접촉부를 포함하고, 초음파 영역의 전기 신호에 따라서 상기 이동자 및 접촉부가 선형으로 운동하여 촉각을 자극하는 것을 특징으로 하는 휴대용 단말 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 초음파 선형 구동기는
    초음파 영역의 전기신호에 의해 변위가 발생하는 초음파 트랜스듀서와, 상기 초음파 트랜스듀서에 일체로 연결되어 초음파 트랜스듀서의 변위에 연동하는 이동축과, 상기 이동축을 따라 이동가능한 형태로 형성된 이동자를 포함하며, 상기 이동자를 움직이지 못하도록 고정하여, 초음파 영역의 전기 신호에 따라서 상기 이동축이 이동자 내에서 선형 운동하여 촉각을 자극하도록 하는 것을 특징으로 하는 휴대용 단말 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 초음파 선형 구동기의 이동축의 단부에 접촉부를 더 형성하는 것을 특징으로 하는 휴대용 단말 장치.
  14. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    인접한 초음파 선형 구동기의 이동축 길이를 달리하여, 상기 초음파 트랜스듀서가 엇갈리도록 배치하는 것을 특징으로 하는 휴대용 단말 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 인접한 초음파 선형 구동기간의 이동축의 길이차는 상기 전기신호에 따라서 움직이는 이동자 또는 이동축의 최대 변위보다 긴 것을 특징으로 하는 휴대용 단말 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 촉각 자극 장치는
    상기 이동축 길이가 다른 초음파 선형 구동기들의 초음파 트랜스듀서 각각의 높이에 맞추어 형성되는 복수의 지지부를 구비하여, 상기 복수의 초음파 선형 구동기들을 지지하는 베이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 단말 장치.
  17. 재현 대상을 촬영하여 그 이미지 데이터를 획득하는 이미지 획득부;
    상기 이미지 획득부에서 획득된 이미지 데이터를 필터링 및 신호 처리하는 이미지 프로세싱부;
    초음파 영역의 전기신호에 따라서 선형 운동하는 복수의 초음파 선형 구동기를 접촉면에 대하여 수직방향으로 운동하도록 배열하고, 상기 초음파 선형 구동기의 수직방향 운동에 의하여 접촉된 피부의 촉각을 자극하도록 구성된 촉각 자극부;
    상기 다수 초음파 선형 구동기에 각각 초음파 영역의 전기신호를 인가하여 다수 초음파 선형 구동기를 각각 선형 구동시키는 구동부;
    상기 이미지 프로세싱부에서 출력된 이미지 데이터에 따라서 해당 이미지의 촉감을 나타내도록 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 촉감 재현 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 초음파 선형 구동기는, 초음파 영역의 전기신호에 의해 변위가 발생하는 초음파 트랜스듀서와, 상기 초음파 트랜스듀서에 일체로 연결되어 초음파 트랜스듀서의 변위에 연동하는 이동축과, 상기 이동축을 따라 이동가능한 형태로 형성된 이동자와, 상기 이동자와 연동하도록 형성되어 선형 운동에 의해 촉각을 자극하는 접촉부를 포함하고, 초음파 영역의 전기 신호에 따라서 상기 이동자 및 접촉부가 선형으로 운동하여 촉각을 자극하는 것을 특징으로 하는 촉감 재현 장치.
  19. 제17항에 있어서, 상기 초음파 선형 구동기는
    초음파 영역의 전기신호에 의해 변위가 발생하는 초음파 트랜스듀서와, 상기 초음파 트랜스듀서에 일체로 연결되어 초음파 트랜스듀서의 변위에 연동하는 이동축과, 상기 이동축을 따라 이동가능한 형태로 형성된 이동자를 포함하며, 상기 이동자를 움직이지 못하도록 고정하여, 초음파 영역의 전기 신호에 따라서 상기 이동축이 이동자 내에서 선형 운동하여 촉각을 자극하도록 하는 것을 특징으로 하는 촉감 재현 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 초음파 선형 구동기의 이동축의 단부에 접촉부를 더 형성하는 것을 특징으로 하는 촉감 재현 장치.
  21. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    인접한 초음파 선형 구동기의 이동축 길이를 달리하여, 상기 초음파 트랜스듀서가 엇갈리도록 배치하는 것을 특징으로 하는 촉감 재현 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 인접한 초음파 선형 구동기간의 이동축의 길이차는 상기 전기신호에 따라서 움직이는 이동자 또는 이동축의 최대 변위보다 긴 것을 특징으로 하는 촉감 재현 장치.
  23. 제21항에 있어서, 상기 촉각 자극 장치는
    상기 이동축 길이가 다른 초음파 선형 구동기들의 초음파 트랜스듀서 각각의 높이에 맞추어 형성되는 복수의 지지부를 구비하여, 상기 복수의 초음파 선형 구동기들을 지지하는 베이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촉감 재현 장치.
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