KR20100057903A - 감촉 피드백을 사용하여 전자 디바이스의 사용자에게 사일런트 상태 정보를 전달하는 방법 - Google Patents

감촉 피드백을 사용하여 전자 디바이스의 사용자에게 사일런트 상태 정보를 전달하는 방법 Download PDF

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임머숀 코퍼레이션
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Abstract

본 발명의 실시예에서는 햅틱 피드백(110)을 사용하여 시야 및/또는 소리가 프라이버시 관점에서 너무 공개되는 환경 및 상황에서 햅틱 신호를 사용자에게 전달한다. 일 실시예에서, 국지적인 햅틱 센세이션이 감촉소자(120)를 통하여 사용자에게 전달되는데, 이 감촉소자는 사용자가 사용하게 되는 전자 디바이스의 하우징(102)의 임의의 부분에 위치된다.

Description

감촉 피드백을 사용하여 전자 디바이스의 사용자에게 사일런트 상태 정보를 전달하는 방법{METHOD OF USING TACTILE FEEDBACK TO DELIVER SILENT STATUS INFORMATION TO A USER OF AN ELECTRONIC DEVICE}
<관련기술>
본 발명은 2001년 10월 23일에 가출원된 미국 가출원 번호 60/345,129호의 우선권을 주장하며, 그 내용이 본 명세서에 포함되어 있다.
본 발명은 또한 2001년 3월 9일에 가출원된 미국 가출원 번호 60/274,444 및 2001년 7월 26일에 출원된 출원 번호 09/917,263호와 관련이 있으며, 그 내용은 여기에서 참조로 사용된다.
본 발명은 일반적으로 전자 디바이스를 동작시키는 사용자에게 제공되는 햅틱(haptic) 피드백에 관한 것이다.
사람들은 다양한 애플리케이션에서 전자 및 기계적 디바이스들과 인터페이싱하면서 이들을 동작시킨다. 따라서, 보다 자연스럽고, 사용하기에 편할 뿐만 아니라 유익한 인터페이스에 대한 필요성이 끊임없이 요구되고 있다. 그러한 애플리케이션 중의 하나는 마우스, 트랙볼, 조이스틱, 운전대 등과 같은 디바이스를 사용하여 애플리케이션 프로그램과 같은 컴퓨터 발생 환경과 상호대화하는 것이다. 다른 애플리케이션에서, 사용자는 소정의 물체 또는 정보를 감지하고, 디바이스 기능을 원격적으로 제어하는 것 등과 같이 다양한 작업에서 전자 디바이스를 동작시킨다.
일부의 디바이스는 요구되는 정보를 그들이 동작하는 동안 사용자에게 전달한다. 예를 들면, 금속 탐지기를 사용하여 땅속에, 다른 물체 등에 숨겨진 금속 물체를 검출할 수 있다. 전형적으로, 디바이스의 센서가 금속을 검출했을 때, 삐하는 소리 또는 빛이 깜빡거리는 것과 같은 가청 및/또는 가시 신호(cue)를 사용자에게 제공한다. 다른 디바이스들 또한 유사하게 가청 또는 가시 신호를 사용자에게 제공하여, 예를 들면, 상점에서 판매되는 상품의 바코드 가격을 검출하는 바 스캐너, 침입 경보를 원격으로 턴 오프하고/또는 자동차의 도어를 원격으로 잠그거나 해제하는 원격 제어기 등의 디바이스의 상태 또는 동작을 사용자에게 알려준다. 페이저(pagers) 및 셀룰라 전화기와 같은 일부의 디바이스는 촉각으로 신호를 전달할 수 있는데, 예를 들면, 페이저 또는 셀룰라 전화기의 하우징 전체가 진동하고 전자 디바이스의 하우징을 접촉하고 있는 사용자가 그 진동을 느끼게 된다.
그러나, 종래의 디바이스는 전형적으로 그들의 햅틱 신호를 단지 디바이스의 사용자에게만 전달되도록 비공개적으로 전달하지 않는다. 예를 들면, 바 스캐너 또는 금속 검출기는 사용자 근처에 있는 다른 사람 또한 들을 수 있는 전형적으로 크게 삐하는 소리 또는 다른 햅틱 신호를 전달한다. 표준 페이저 및 셀룰라 전화기 내의 진동 소자로는 종종 격렬하게 흔들리는 관성 질량이 사용되어 디바이스 전체를 진동시킨다. 불행하게도, 대부분의 이러한 메커니즘은 근처의 가까운 곳에 있는 다른 사람이 들을 수 있는 잔류잡음을 발생시킨다.
이러한 공개적으로 감지되는 신호는 여러 상황하에서 불리하게 될 수 있다. 예를 들면, 바코드 스캐너를 사용하고 있는 상점의 점원은 자기 자신만의 바코드 스캐너 소리를 듣기를 원하지 다른 점원의 바코드 소리를 듣는 것을 원하지 않는다; 그렇지 않다면, 점원 자신의 바코드 스캐너가 바코드를 검출했는지 아닌지 혼동하게 될 수 있다. 금속 탐지기에 있어서, 예를 들면, 무기에 대하여 수화물을 스캐닝하는 공항의 보안 체크 포인트에서 금속이 검출되었다는 것을 다른 사람이 인식하게 되는 것은 바람직하지 않을 수 있다. 원격 제어기에 있어서, 자동차 경보장치를 방금 턴 오프/온하였거나 자동차 도어를 잠금/해제한 것을 다른 사람이 듣는 것을 원하지 않을 수 있다. 따라서, 그러한 햅틱 신호를 보다 비공개적인 방법으로 전달하는 것이 요구된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 시야 및/또는 소리가 프라이버시 관점에서 너무 공개되는 환경 및 상황에서 햅틱 신호를 사용자에게 전달할 수 있다. 본 발명의 실시예의 햅틱 신호는, 가청 신호 및 가시 신호와는 다르게, 햅틱 신호가 타인에 의해 감지되거나, 도청되거나 또는 보여짐이 없이 전자 디바이스를 접촉하는 사용자에게 개별적으로 전달될 수 있다.
본 발명의 실시예는 국지적인 햅틱 피드백을 사용자에게 전달하는 방법, 디바이스 및 시스템을 제공한다. 본 발명의 일 실시예는 하우징 및 전자 디바이스가 동작하는 동안 사용자가 접촉하는 하우징의 영역에 접속되는 감촉 소자를 제공한다. 액츄에이터가 감촉 소자에 연결되어, 국지적인 햅틱 센세이션을 감촉소자 및 감촉 소자를 접촉하고 있는 사용자에게 개별적으로 출력할 수 있다.
본 발명의 특성 및 이점은 다음의 명세서 및 도면을 참조하면 보다 명백히 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 시야 및/또는 소리가 프라이버시 관점에서 너무 공개되는 환경 및 상황에서 햅틱 신호를 사용자에게 전달할 수 있다. 본 발명의 실시예의 햅틱 신호는, 가청 신호 및 가시 신호와는 다르게, 햅틱 신호가 타인에 의해 감지되거나, 도청되거나 또는 보여짐이 없이 전자 디바이스를 접촉하는 사용자에게 개별적으로 전달될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 디바이스를 도시하는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 햅틱 피드백 어셈블리를 도시하는 블록도이다.
도 3은 액츄에이터의 제1 실시예의 간략화된 사시도이다.
도 4는 햅틱 피드백을 제공하는 액츄에이터의 측 정면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예를 감촉소자를 구비한 핸드헬드(handheld) 금속 탐지기의 형태로 본 발명의 실시예를 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예를 감촉소자를 구비한 열쇠없는 핸드헬드 원격제어기 형태로 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예를 감촉 소자를 구비한 핸드헬드 바코드 스캐너의 형태로 도시한다.
도 1은 본 발명의 실시예로 사용하기에 적당한 전자 디바이스(100)를 도시하는 블록도이다. 전자 디바이스(100)는 로컬 프로세서(104)와 메모리(106)를 수용할 수 있는 하우징(102)을 포함한다. 로컬 프로세서(104)는 하나 이상의 입력 디바이스(108)에 동작적으로 접속될 수 있다. 참조번호 110에 개략적으로 도시된 햅틱 피드백 어셈블리는 로컬 프로세서(104)에 접속될 수 있고 햅틱 피드백 어셈블리(110)를 접촉하는 사용자에게 국지적인 촉각을 전달할 수 있도록 구성될 수 있다. 전자 디바이스(100)가 호스트 컴퓨터 시스템(도시 생략)과 함께 사용되도록 구성되는 곳에서, 로컬 프로세서(102)는 호스트 컴퓨터 시스템과 전자 디바이스 간에 단방향, 양방향 또는 단방향 양방향 모두로 데이터를 전송할 수 있도록 당해 분야에서 공지된 임의의 방법으로 호스트 컴퓨터 시스템과 통신할 수 있다.
도시되지는 않았지만, 전자 디바이스(100)는, 예컨대 디스플레이 디바이스, 시스템 클럭, 오디오 출력 디바이스, 버스, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 리드 온리 메모리(ROM) 및 입력/출력(I/O) 전자장치(도시생략) 등에 한정되는 것은 아니며, 다른 공지된 컴포넌트를 포함할 수도 있다.
일부의 실시예에서, 전자 디바이스의 입력 디바이스(108)도 또한 햅틱 센세이션(sensation)을 발생하도록 구성될 수 있다. 이렇게 구성함으로써, 전자 디바이스는 두 개의 서로 다른 촉각 센세이션을 사용자에게 동시에 전달할 수 있게 된다. 예를 들면, 저주파의 진동이 햅틱 어셈블리의 감촉 소자를 통하여 사용자에게 전달될 수 있고 보다 높은 주파수의 진동이 입력 디바이스를 통하여 사용자에게 전달될 수 있으며, 그 역도 가능하다.
도 2는 전자 디바이스의 하우징(102)에 의해 실행되어 국지적인 햅틱 센세이션을 사용자에게 전달할 수 있는 햅틱 피드백 어셈블리(110)의 실시예를 개략적으로 도시한 블록도이다. 햅틱 피드백 어셈블리(110)는 전형적으로 감촉 소자(120)와 액츄에이터(130)를 포함한다. 감촉 소자(120)는 전형적으로 진동 또는 임펄스 같이 사용자가 느낄 수 있는 매우 작은 움직임을 전하는 구동 메커니즘(140)으로 부터의 주기적인 구동 신호에 의해 작동될 수 있는 하우징(102)의 표면에 연결된 접촉면(122)을 포함할 수 있다. 접촉면(122)은 실질적으로 평평하거나, 굽어지거나, 결 등이 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 감촉 소자(120)는 사용자가 전자 디바이스(100)와 접촉하는하우징(102)의 일 영역, 예컨대, 핸들, 그립, 스타일러스, 트리거 등에 위치된다. 예를 들면, 감촉 소자(120)는 전자 디바이스의 정상 동작 동안 사용자의 손가락, 손, 또는 다른 부속기관 또는 피부 표면(직접적으로 또는 간접적으로, 예를 들면, 의류, 물체 등을 통해)와 접촉하도록 위치될 수 있다. 감촉 소자(120)를 (손가락 또는 손바닥과 같은) 민감한 사용자 신체의 일부에 기능적인 관계로 위치시킴으로써, 햅틱 센세이션을 사용자에게 전달하기 위해 단지 전자 디바이스(100)의 로컬 영역만이 동작하면 된다.
액츄에이터(130)는 감촉 소자(120)에 접속되어 국지적인 햅틱 피드백을 감촉 소자(120)로 출력할 수 있다. 액츄에이터(130)는 일반적으로 햅틱 센세이션을 단지 감촉 소자(120)에게만 전달하고 햅틱 센세이션(예를 들면, 진동)을 사용자가 쥐었거나 접촉된 전자 디바이스 전체에 전달할 필요는 없다. 따라서, 햅틱 피드백 어셈블리(110)는 주위 사람에게 감지될 잔류잡음을 적게 발생할 수 있다. 그러한 구성으로 인해 주로 배터리 전력으로 동작하는 손에 쥘 수 있는 전자 디바이스에 보다 좋은 매우 저전력의 해결책이 될 수 있다.
일부 실시예에서, 액츄에이터(130)는 솔리드-스테이트(solid-state) 소자로 근처에 있는 사람이 엿들을 수 있는 잔류잡음을 발생시키는 공공연히 움직이는 부품을 사용하지 않고 솔리드 스테이트 햅틱 자극을 제공한다.
액츄에이터(130)의 실시예는 관성 햅틱 피드백 및 움직이는 접촉 햅틱 피드백 모두를 포함한다. 관성 피드백은 관성적으로 접속된 진동을 사용하여 발생될 수 있고 관성 질량을 움직이는 것에 근거를 두고 있으며, 이러한 질량의 움직임으로 인해 사용자에게 접촉된 감촉 소자에 관성 진동을 발생하게 된다. 움직이는 접촉 피드백은 사용자에 대하여 감촉 부재의 표면을 지면에 대하여 직접적으로 움직이는 것에 관련이 있고, 일반적으로 사용자의 피부에 작은 변위를 발생함으로써 발생된다.
구동 메커니즘(140)은 액츄에이터(130)에 접속되어 감촉 소자(120)에 접촉하는 사용자에게 출력되는 햅틱 피드백의 전달을 제어할 수 있다. 구동 메커니즘(140)은, 구동 신호를 액츄에이터에 제공하여 햅틱 센세이션을 출력할 수 있는 로컬 프로세서(104), 다른 프로세서, ASIC 전자장치, 기타 전자 컨트롤러를 포함할 수 있되, 이에 한정되는 것은 아니다. 필요하다면, 추가의 전자 컴포넌트(증폭기, op 앰프 등)를 사용하여 신호를 액츄에이터에 요구되는 형태로 변경할 수 있다. 일부의 실시예는 또한 접촉 소자에 의해 출력되는 햅틱 센세이션을 감지하는 방식으로 사용자가 디바이스에 접촉하고 있는 것을 검출할 수 있는 전용 센서(예를 들면, 광 검출기)를 포함할 수 있으며, 예를 들면, 접촉 소자의 센서가 사용자가 소자에 접촉하는 것을 검출할 수 있다. 햅틱 센세이션은 바람직한 실시예에서는 배터리 전력을 잠재적으로 절약하면서 단지 사용자 접촉이 검출되는 경우에만 출력될 필요가 있다.
햅틱 피드백 어셈블리(110)는 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들면, 사용자와 접촉하는 감촉 소자(120)는 압전 세라믹 액츄에이터, 음성 코일, 움직임 마그넷 액츄에이터, 솔레노이드, 하우징 내에 몰딩된 전기 액티브 폴리머 또는 다른 액츄에이터를 포함하는 다양한 유형의 액츄에이터(130)를 사용하여 구동될 수 있되, 이에 한정되는 것은 아니다.
햅틱 센세이션의 일부 실시예는 사용자 손가락 또는 손바닥의 피부가 감촉 소자에 닿았을 때 이러한 피부를 움직이는 것에 근거를 두고 있다. 다른 실시예는 전자 디바이스와 정상적으로 접촉하는 사용자 손가락 또는 손바닥에 자극을 주는 것에 기초를 두고 있다. 감촉 소자는 관성적으로 접속된 힘 또는 손가락 또는 손바닥 표면의 전이에 기초한 햅틱 센세이션을 제공할 수 있다. 감촉 소자의 접촉면과 같은 평면으로(즉, X축 및/또는 Y축으로) 표면을 전이시키는 것은 Z축(감촉 소자의 접촉면의 법선)으로의 진동 또는 변위시키는 것만큼 햅틱 정보를 전달하는데 있어서 효율적이다. 이것은 전자 디바이스의 부피 제한이 고려될 때 중요할 수 있다.
일부의 실시예에서, 액츄에이터(130)는 전자 디바이스의 감촉 소자(120)에 짧은 지속기간(duration)을 갖는 힘 센세이션을 가하도록 구성될 수 있다. 이러한 짧은 지속기간을 갖는 힘 센세이션은 "펄스"로 설명될 수 있다. "펄스"는 실질적으로 특정 방향을 따라 전송될 수 있다. 몇몇의 실시예에서, "펄스"의 크기가 제어될 수 있다; 포지티브 또는 네거티브로 바이어스되었는지 "펄스"를 감지하는 것이 제어될 수 있다; "주기적인 힘 센세이션"이 가해질 수 있고 진폭 및 주파수를 가질 수 있는데, 예를 들면, 주기적인 센세이션은 사인파, 구형파, 톱니가 위로 향한 톱니파(saw-toothed-up wave), 톱니가 아래로 향한 톱니파(saw-toothed-down wave) 및 삼각파 중에서 선택될 수 있다; 시간에 따라 크기가 변하는 포락선을 주기 신호에 적용할 수 있다. 파는 "스트리밍" 형태로 될 수 있거나, 크기, 주파수 및 지속 기간과 같은 파라미터를 포함하는 하이 레벨의 커맨드를 통하여 전송될 수 있다.
여기에 설명되는 다수의 실시예에서, 감촉 소자 디바이스에 의해 사용자의 접촉이 검출되는 것 또한 이점이 있을 수 있다. 햅틱 피드백은 사용자가 감촉 소자를 접촉하는 경우에만 출력될 필요가 있기 때문에, 물체가 감촉 소자에 접촉하고 있지 않은 경우에는 이러한 검출로 인해 햅틱 피드백이 정지(액츄에이터가 "턴 오프")되게 한다. 이러한 특징으로 인해 전자 디바이스용 배터리 전력을 보존할 수 있게 된다. 전자 디바이스 내에 로컬 프로세서(또는 유사한 회로)가 사용되는 중이라면, 그러한 프로세서는 사용자 접촉이 감지되지 않을 때 액츄에이터를 턴 오프할 수 있고, 따라서 접촉이 다시 검출될 때까지 프로세서의 추가적인 계산 부담을 완화시킨다.
도 3과 도 4는 감촉 소자를 동작시키기 위해 사용될 수 있는 액츄에이터의 실시예를 도시한다. 도시된 실시예에서, 감촉 소자(120)에 기계적으로 연결된 고주파 기계적 오실레이터는 사용자에 의해 접촉하게 될 접촉면(122)을 진동시키기 위해 조정된다. 그러한 구현예 중 하나로는 상업적으로 이용가능하고 큰 직경을 갖는 얇은 압전 트랜스듀서(150)(예를 들면, 주변장치에 의해 지원될 때 300 내지 400 Hz의 고유주파수를 갖고 직경이 60 mm)을 포함할 수 있다. 압전 트랜스듀서(150)는 얇은 금속 진동판(152)을 포함할 수 있다. 큰 직경의 압전 구동 메커니즘은, 예를 들면, 타이완의 Kingstate로부터 이용가능하다. 이해될 수 있는 바와 같이, 상이한 크기의 압전 진동판 또한 사용될 수 있다.
일 실시예는 관성 질량을 부가하여 고유주파수를 낮게 하여서 진동하는 진동판(oscillating diaphragm)과 질량으로부터 보다 강력한 관성의 햅틱 센세이션을 얻도록 압전 진동판(152)의 중앙에 추가된 질량(154)을 포함할 수 있다. 압전 트랜스듀서(150)의 외부 주변 장치는 접지될 수 있고 추가된 질량(154)은 압전 진동판의 표면과는 수직으로 진동하여 압전 액츄에이터(150), 또는 압전 액츄에이터(150)에 결합된 감촉 소자(120)에 접촉하는 사용자에게 햅틱 센세이션을 발생시킬 수 있다.
압전 트랜스듀서(150)는 햅틱 센세이션을 사용자에게 전송하는 상대적으로 고주파에서 진행하는 고조파 오실레이터로서의 기능을 할 수 있다. 진폭 변조(포락선 제어)를 사용하여 단일의 기본 드럼 모드보다 더 넓은 햅틱 스펙트럼을 발생시킬 수 있다.
바람직한 햅틱 센세이션을 제공하기 위해, 압전 트랜스듀서(150)는 추가된 질량(154)의 지속가능한 큰 변위(가속)를 제공할 수 있고 캐리어 주파수(발진하는 주파수)가 햅틱 구동 신호로 변조될 수 있다. 일부의 전자장치(도시 생략)가 이러한 유형의 액츄에이터를 동작시키기 위해 필요할 수 있다. 요구되는 바와 같이 5 볼트로부터 고전압을 공급하여 압전 트랜스듀서를 구동시킬 수 있다. 발진 회로, 예를 들면, 자발 흥분성(self exciting) 발진 회로가 압전 트랜스듀서를 구동할 수 있다. 햅틱 출력의 진폭을 변조하게 하기 위한 비례 제어(proportional control)뿐만 아니라 압전 트랜스듀서의 발진을 시작하거나 멈추게 하기 위한 게이팅(gating) 특성이 있을 수 있다. 모든 디지털 구현예에서는 오실레이터를 게이팅함으로써 온 및 오프가 제공된다.
도 4는 사용자가 전자 디바이스를 수동으로 사용할 때 사용자의 손바닥 또는 손가락에 대하여 기능적으로 배치되는 감촉 소자(120)의 접촉면(122)에 진동을 직접적으로 지원하는 압전 트랜스듀서(150)의 일 실시예의 측정면도이다. 접촉면(122)은 매끄러운 표면, 실질적으로 평면, 굽은 표면, 결이 진 표면을 가질 수 있고/또는 사용자의 접촉을 향상시키기 위해 그 표면 상에 다른 특징을 포함할 수 있다. 핸들 하우징(102)은 감촉 피드백 디바이스 내부에서 얻어지는 먼지를 유지하는 관부(bezel)를 포함할 수 있다.
도시된 실시예에서, 감촉소자(120)는 전자 디바이스의 하우징(102)의 그립부 또는 핸들에 장착된 표면부이고 압전 세라믹 액츄에이터(150)에 동작적으로 접속되어 있다. 감촉 소자(120)는 요구되는 햅틱 센세이션의 범위에 대하여 햅틱 출력을 최대화하는 고유 주파수를 한정하도록 질량으로 조절할 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 감촉소자(120)는 압전 세라믹 액츄에이터(150)에 의해 구동될 때 진동하게 하는 유연성이 있으면서 사전에 로딩된 서스펜션상에 장착될 수 있다. 감촉소자(120)는 선택된 특정 질량을 갖는 스페이서(156) 상에 놓여있어 효율적으로 햅틱 출력을 할 수 있다. 스페이서(156)는 압전 금속 진동판(152)의 에지 위에 놓이는데, 이것은 압전 트랜스듀서(150)의 일부이고, 전기 리드선(158)이 진동판(152)과 신호원(164) 사이에 연결되어 있다. 또한, 압전 트랜스듀서(150)의 일부인 압전 세라믹 소자(160)는 금속 진동판(152)에 연결될 수 있고 전기 리드선(162)은 상기 소자(160)와 신호원(164)을 전기적으로 접속할 수 있다. 도전 전극이 압전 세라믹 소자(160) 상에 도금되어 신호원(164)으로부터의 구동 신호를 금속 진동판(152)으로 전달할 수 있다. 접촉 패드(166)는 압전 세라믹 소자(160)와 바닥 하우징(168) 사이에 위치될 수 있는데, 여기서 접촉 패드(166)는 압전 세라믹 소자(160)와 바닥 하우징(168) 모두에 단단하게 연결될 수 있다. 접촉 패드(166)는 작게 만들어질 수 있어서 금속 진동판(252)의 굽힘을 증가시켜서 결과적으로 보다 가속적이고 보다 강한 햅틱 효과를 사용자에게 전할 수 있다. 하나 이상의 사전에 로딩된 스프링 소자(170)는 감촉 소자(120)를 바닥 하우징(168)에 연결할 수 있다. 스프링 소자(170)는, 제한적인 것은 아니고, 가요성 소자, 판 스프링, 헬리컬 스프링 등을 포함할 수 있다. 대안으로, 발포 패드 또는 유사한 구조를 사용하여 감촉 소자를 사전에 로딩할 수 있다.
동작시에, 압전 트랜스듀서(150)는 신호원(164)으로부터 발진 전류가 금속 진동판(152)과 압전 세라믹 소자(160)를 통하여 전달될 때 (사용자의 지면에 대하여 임의의 필요한 방향으로 지향될 수 있는) z축을 따라 움직일 수 있다. 따라서, 스페이서(156)는 전형적으로 단지 금속 진동판(152)의 에지에 제공되어 금속 진동판의 내부와 압전 세라믹 소자(160)를 움직일 수 있게 할 수 있다. 압전 세라믹 소자(160)는 바닥 하우징(168)에 대하여 밀고, 금속 진동판(152)을 스페이서(156)에 대하여 밀게 하여, 감촉 소자(120)에 대하여 차례로 밀게 할 수 있다. 이것은 z축으로 감촉 소자(120)를 바닥 하우징(168)으로부터 멀리 밀 수 있고, 스프링 소자(170)는 감촉 소자에 스프링 복원력을 제공할 수 있어 감촉 소자가 그의 중립 위치로 복원하게 될 것이다. 발진 신호에 의해 지시되는 바와 같이, 압전 트랜스듀서가 반대 방향으로 유사하게 움직일 때, 이것은 감촉 소자(120)를 바닥 하우징(168) 방향으로 움직이게 한다. 따라서, 감촉 소자는 z축을 따라 발진하게 되고 감촉 소자(120)에 접촉하는 사용자에게 햅틱 센세이션을 제공한다.
일부의 실시예에서, 보다 효과적인 햅틱 센세이션을 제공할 수 있도록 실시예의 컴포넌트들이 선택될 수 있다. 예를 들면, 압전 트랜스듀서(150)는 (압전 트랜스듀서 그 자체를 포함하는) 기계 시스템의 고유 주파수에 밀접하게 발진하게 되면, 보다 강한 힘과 보다 효과적인 햅틱 센세이션이 출력될 수 있다. 이렇게 움직이는 기계 시스템의 고유 주파수는, 수학식 1에 기재되는 바와 같이, 대략적으로, k2를 m으로 나누고 k2를 더한 값의 제곱근으로 나타낼 수 있다:
Figure pat00001
여기에서, fn은 고유 주파수, k1은 압전 트랜스듀서(150)의 금속 진동판(152)의 스프링 상수, k2는 스프링 소자(170)의 스프링 상수이며, m은 스페이서, 감촉 소자(120) 및 감촉 소자에 부착된 서스펜션의 부품의 총 질량이다. 스프링 상수들뿐만 아니라 이 질량은 또한 약 120 Hz 이하로 효과적으로 햅틱 센세이션을 발생시킬 수 있는 바람직한 낮은 고유 주파수를 제공하도록 선택될 수 있다. 몇몇의 경우에, 0 Hz와 500 Hz 사이의 주파수가 바람직할 수 있다. 스페이서(156)는, 예를 들면, 나란히 위치된 다수개의 압전 트랜스듀서를 바닥 하우징(168)에 대하여 위치시킬 수 있게 함으로써, 다수개의 트랜스듀서가 더욱 강력한 햅틱 효과를 위해 일제히 구동되거나 서로 다른 시점에서 감촉 소자(120)의 특정 위치에 센세이션을 제공할 수 있도록 구동될 수 있다.
대체 실시예에서, 압전 트랜스듀서와 스페이서는 지향 방향이 반대로 될 수 있어서, 스페이서(156)는 바닥 하우징(168)과 접촉하고, 금속 진동판(152)은 스페이서(156) 상에 놓이고, 압전 세라믹 소자(160)는 금속 진동판 위에 위치되며, 압전 세라믹 소자는 구동 신호에 의해 발진될 때 감촉소자(120) 또는 감촉 소자에 연결된 패드에 직접적으로 충격을 가한다. 그러나, 다른 실시예에서, 압전 세라믹 소자(160)는 감촉 소자에 직접적으로 연결될 수 있지만, 일반적으로 햅틱 효과가 덜한 결과를 낳는다.
많은 경우에, 몇 가지 유형의 햅틱 효과의 출력은 사용자에게 약하거나 뚜렷하지 못할 수 있고, 현저하게 보다 높은 주파수를 갖는 햅틱 센세이션이 더 잘 인지될 수 있다. 실시예에 대하여 하나의 효과적인 햅틱 센세이션은 상대적으로 높은 주파수의 "울림(ringing)" 효과가 있다. 임의의 이상적인 주파수에서 공진하도록 설계된 액츄에이터를 사용하여 진폭 변조 기술에 의해 넓은 스펙트럼의 주파수를 공급할 수 있다. 예를 들면, 강제의 25 Hz 구형파는 큰 압전 세라믹 공전기와 같은 튜닝된 공진 액츄에이터에 의해 발생된 250 Hz 고유 주파수를 변조함으로써 발생될 수 있다. 그러한 변조 기법은 액츄에이터가 있는 환경과 액츄에이터가 구동해야 하는 물체에 튜닝된 액츄에이터에 달려있다. 여러 유형의 진동 분리 시스템은 햅틱 센세이션을 전자 디바이스의 하우징의 다른 부분에 있는 교감 모드로 분산시키는 것과는 반대로 감촉 소자로 한정된 햅틱 센세이션을 유지하기 위해 사용될 수 있다.
구동 메커니즘(140)의 일 실시예에서는 공진에 가까운 캐리어 주파수를 발생하여 액츄에이터를 구동할 수 있다. 구동 메커니즘(140)은 캐리어 주파수를 변조하여 상이한 특성의 진폭과 주파수를 갖는 다양한 센세이션을 발생할 수 있다. 다른 실시예에서, 구동 메커니즘(140)은 고유 주파수(fn)에서 또는 그 근처에서 초기의 발진 캐리어 신호를 제공할 수 있고, 적용가능하다면(예를 들면, 필요한 주파수 또는 효과를 제공하기 위한 필요한 구성으로 크기를 형상화함), 효과적인 포락선을 갖는 캐리어 신호를 변조할 수 있으며 변조된 신호로 증폭기를 구동하여 압전 트랜스듀서(150)를 구동할 수 있다. 그러한 실시예에서 사용되는, 구형파 또는 다른 유형의 파와는 반대로, 사인파 캐리어 신호는 도 4 에 설명된 실시예에서 보다 은근한 햅틱 효과를 발생시키는 경향이 있으며, 이것이 종종 더 바람직하다.
본 발명의 실시예의 몇 가지 예시적인 구현예가 설명될 것이다.
도 5는 사용자가 손에 쥐고 금속이 검출될 영역 또는 물체 위를 움직일 수 있는 핸드헬드 금속 탐지기(200)의 일 예를 도시한다. 감촉 소자(120)는 그립부(202) 상에 제공될 수 있어 금속 탐지기 디바이스를 잡고 있을 때 사용자가 감촉 소자(120)와 접촉하게 된다.
일 실시예에서, 금속 탐지기(200)는 감촉 소자로 전송되는 햅틱 센세이션을 통하여 사용자에게 상태 정보를 전달해 준다. 전형적으로, 햅틱 센세이션은 감촉 소자(120)가 조용히 진동하는 형태이다. "조용히"라는 것은 전형적인 작업 환경에서 정상적인 거리에 있는 다른 개개인에 의해 햅틱 센세이션이 감지될 것 같지 않다는 것을 의미한다.
사용예로써, 본 발명의 실시예는 보안 체크포인트에서 사용되는 손에 쥐는 금속 검출기의 그립 내에 감촉 소자(120)를 설치할 수 있다. 현재에 사용되는 손에 쥐는 금속 탐지기는 음성 피드백을 사용하여 타겟 대상의 몸체에서 금속이 검출되었는지를 동작자에게 알려주거나 금속 탐지기에 가시 및 가청 진동을 제공하여 알려주게 된다. 종래의 음성 피드백이 갖는 문제점으로는 금속이 검출된 타겟 대상에 경보를 준다는 점이다. 만약 그 대상이 칼이나 총을 숨기려고 시도하였다면, 그 대상은 발각되었다는 것을 알고 그 현장을 즉각 도망가려고 할 것이다. 음성 신호를 감촉 소자에 접촉하는 금속 탐지기 조작자의 단지 손가락 또는 손바닥으로 전달되는 감촉 소자(120)로의 개별 햅틱 신호로 대체함으로써, 상태 정보가 정보의 프라이버시를 손상하지 않고 전달될 수 있다.
햅틱 신호는 금속이 검출되었다는 것을 신호하는 진동 신호일 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 진동의 크기는 금속성 검출 신호의 강도를 표시할 수 있다. 대안으로, 신호로서 역할을 하는 진동 햅틱 센세이션의 주파수로 금속성 검출 신호의 강도를 표시할 수 있다. 다른 실시예에서, 크기와 주파수를 조합하여 사용할 수 있다. 다른 실시예에서는, 만약 그러한 기능이 금속 탐지 디바이스에 의해 제공된다면, 상이한 크기의 진동 또는 펄스를 제공하여 특정한 유형의 물체 또는 탐지된 금속을 표시할 수 있다.
금속을 표시하기 위한 햅틱 신호를 제공하는 것에 부가하여, 금속 탐지기 또는 기타 손에 쥘 수 있는 보안 디바이스(200)의 사용자에게 보고될 수 있는 다른 상태 신호로는 배터리가 로우 상태(low-battery)에 있다는 것을 경고하는 것이 있는데, 이것은 탐지기에 전력을 공급하는 배터리가 저전력에서 동작하고 있다는 것을 표시한다. 감촉 소자(120)는 특정한 크기와 주파수에서 진동 신호를 통하여 또는 특정한 일시의 조정(arrangement)으로 일련의 (펄스 같은) 신호를 통하여 배터리가 로우 상태에 있다는 것을 신호할 수 있다. 예를 들면, 2초 간격의 일련의 고주파 펄스를 사용하여 배터리가 저전력 상태에 있다는 것을 사용자에게 경고할 수 있다.
다른 실시예에서, 상태 정보를 사용자에게 전달하는 전자 디바이스로는 자동차 알람 원격 제어기(300)가 있다. 사용자가 무선으로 엔트리 특징을 입력하는 원격 제어기를 통하여 자신의 자동차를 잠그거나 해제할 때, 자동차로부터 큰 가청의 삐하는 소리가 발생하여 알람의 상태 및/또는 도어의 잠금 상태를 표시하게 된다. 이렇게 하면 자동차가 잠금 상태이거나 해제 상태라는 것을 인근의 많은 사람에게 알려주게 된다. 몇몇의 상황에서, 사용자는 이러한 상태 정보를 다른 사람들에게 알려주는 것을 원치않을 수 있다.
도 6은 원격 제어기(300)의 예를 도시한다. 원격으로 제어함으로써, 사용자는 원격 제어기로부터의 특정 무선 전자기 신호(예를 들면, 라디오 신호, 적외선 신호등)을 수신하는 자동차에게 원격적으로 자동차의 도어를 잠그거나 해제할 수 있다. 전형적으로 사용자는 원격 제어기상의 버튼 또는 다른 제어기(302)를 누르거나 활성화시킨다. 도 6에 도시된 바와 같이, 감촉 소자(120)는 원격 제어기의 하우징 표면상에 제공되어 원격 제어기를 잡고 있는 사용자의 손가락 또는 손바닥에 햅틱 센세이션을 제공하여 자동차 알람의 상태를 알려주게 된다. 예를 들면, 확인 햅틱 펄스 또는 진동을 신호로써 사용할 수 있다. 다른 주파수 또는 크기를 사용하여 자동차의 상태(예를 들면, 잠금 상태 또는 해제 상태)를 표시할 수 있다. 일부 실시예에서, 자동차 또는 원격 제어기로부터 가청의 삐하는 소리가 출력될 필요가 없기 때문에, 사용자는 자동차의 잠금 또는 해제상태를 비공개적으로 결정할 수 있게 된다. 임의의 한 유형의 햅틱 센세이션을 출력하여 잠금 상태를 표시할 수 있는 반면, 다른 유형의 햅틱 센세이션을 출력하여 해제 상태를 표시할 수 있다. 예를 들면, 상이한 주파수 및/또는 크기의 진동을 사용할 수 있다. 더욱이, 일부 실시예에서, 다른 유형의 햅틱 센세이션을 출력하여 자동차의 다른 상태, 예를 들면, 자동차가 만차인지, 절반이 비었는지, 또는 자동차의 오일 레벨에서 가솔린이 거의 떨어졌는지 등의 정보를 요구하는 원격 제어기를 사용자가 작동시키는 경우에 그러한 정보를 표시할 수 있다. 원격 제어기에 의해 시각적으로 또는 들을 수 있게 출력되는 임의의 정보가 감촉 소자를 통해 조용한 햅틱 센세이션으로써 제공될 수 있다.
다른 실시예에서, 상태 정보를 전달하는 전자 디바이스로는 창고, 메일 룸, 소매점포, 의료 설비 또는 다른 유사한 설비에 사용되는 바코드 스캐너(400)일 수 있는데, 여기서 물건에 찍혀있는 바코드에서 재고 정보, 가격 정보 등이 판독된다. 현재, 바코드 조작자는 물품 상에 있는 바코드를 판독하기 위해 손에 쥘 수 있는 바코드 스캐너(400)를 상품 또는 다른 물건에 겨누게 된다. 사용자는 바코드가 성공적으로 판독되었는지를 확인할 필요가 있기 때문에, 전형적으로 가청의 삐하는 소리를 사용하여 조작자에게 그러한 상태를 알려주게 된다. 신호가 가청 신호이기 때문에, 조작자는 유사한 전자 디바이스를 사용하는 다른 조작자와 근거리에서 작업 중일 때 때때로 혼란에 빠진다. 예를 들면, 많은 출납원이 근거리에서 모두 바코드 스캐너를 사용하면서 소매(retail setting)할 때에, 다른 바코드 스캐너로부터의 잡음으로 인해 출납원이 종종 혼란을 일으킨다. 조작자가 오디오 신호를 잘 들을 수 없는 시끄러운 환경, 예를 들면, 재고를 검사하고 확인하는 시끄러운 공장 또는 창고에서 혼란을 해결하기란 쉽지 않다. 유사하게, 편지를 패키지하고 있는 시끄러운 메일 룸에서도 혼란이 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 오디오 신호를 조용한 햅틱 신호로 대체하거나, 보충할 수 있다. 도 7은 손에 쥘 수 있는 바코드 스캐너(400)의 예를 도시하는 것으로, 사용자는 바코드 스캐너의 임의의 영역(즉, 손잡이(402))을 손으로 쥐고 바코드 스캐너의 반대 끝에 있는 스캐너 감지부를 바코드 패턴 위로 이동하여 바코드에 있는 정보를 감지하게 된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 감촉 소자를 손잡이(402) 상에 설치하여 개별 햅틱 신호를 제공할 수 있다. 바코드 스캐너의 사용자 손가락 또는 손바닥으로 전달되는 햅틱 신호는, 예를 들면, 바코드를 성공적으로 판독했다는 것을 나타내는 짧은 진동일 수 있다.
성공적으로 판독하기 위해 조작자가 바코드 스캐너를 반복적으로 트리거하거나 동작을 시도하는 것에 대하여, 그러한 확인 신호로 인해 바코드 스캐너의 동작이 향상된다. 일부 실시예에서, 상이한 주파수 및/또는 크기의 진동 신호를 사용하여 다양한 상태 정보를 전할 수 있다. 예를 들면, 성공적으로 스캔한 것(즉, 바코드 정보가 올바르게 판독됨)은 스캔을 실패한 것을 나타내는 햅틱 신호와는 크기 및/또는 주파수에서 있어서 상이한 햅틱 신호를 가질 수 있다. 즉, 판매중인 아이템이 특정한 크기/주파수 신호와 관련될 수 있다. 예를 들면, 재고 환경에서, 특정한 햅틱 신호(크기 및 주파수 프로파일)는 특정한 스캔된 아이템이 "품절" 또는 "재고가 작다"는 것을 조작자에게 알려줄 수 있다. 소매 상점에서, 특정한 감촉 신호는 특정한 스캔된 아이템이 할인되거나 "세일 중"이라는 것을 조작자에게 알려 줄 수 있다. 메일 룸에서, 특정한 감촉 신호는 아이템이 "빠른 우편"인지 또는 아이템이 "보통 우편"인지 또는 아이템이 "깨지기 쉬움" 또는 "위험"하다는 태그가 붙어 있는지를 조작자에게 알려 줄 수 있다.
다른 실시예에서, 손에 쥘 수 있는(또는, 그렇지 않으면 사용자가 접촉하는) 전자 디바이스로는 액세스용으로 인가되어 특정 사람을 식별하는 지문 스캐너 또는 망막 스캐너, 또는 ID 카드 스캐너일 수 있다. 감촉 소자는 사용자가 접촉할 수 있는 임의의 편리한 위치(핸들, 손걸이 또는 팔걸이 등)에 위치될 수 있다. 비인가된 사람을 식별하는 신호는 조작자에게 전달되는 조용한 햅틱 센세이션, 예를 들면, 부합되지 않거나 인증이 부합되었다는 신호를 제공하는 특정한 크기 또는 주파수의 진동일 수 있다.
다른 실시예에서, 상태 정보를 전달하는 전자 디바이스는 총 또는 스턴 총과 같은 무기이다. 그러한 무기의 조작자가 그 디바이스를 시각적으로 보지않고 상태 정보를 얻기에는 편리한 방법이 없을 때가 있다. 예를 들면, 위험 상황에 직면한 경우에 탄약이 있는지(또는 스턴 총인 경우에는 충전량이 얼마나 되는지)를 보기 위해 무기를 보는 것은 종종 어렵고, 불편하고 안전하지 않다.
본 발명은 감촉의 상태 정보를 전달함으로써 사용자가 무기를 시각적으로 보는 것을 요구하지 않는다. 감촉 소자는 예를 들면, 상기에 설명된 바코드 스캐너와 유사하게 총의 손잡이의 프론트, 측면, 또는 뒤에 위치될 수 있다. 예를 들면, 상태 정보는 얼마나 많은 탄약이 남았는지를 나타내는 일련의 펄스일 수 있다. 또는, 상태 정보는 크기 또는 주파수가 스턴 총에 남아있는 충전량을 나타내는 진동일 수 있다. 상태 정보는 또한 총을 "안전"하게 잡았는지 아닌지 또는 총이 발사 가능한지 아닌지와 관련한 신호를 전달할 수 있다. 마지막으로, 특정 사용자가 잡았을 때에만 단지 동작하는 "스마트 무기"에 대하여, 감촉의 상태 정보는 무기를 적당한 사용자가 잡았는지와 발사하도록 인가를 받았는지를 나타내는 신호를 포함할 수 있다. 이것은, 예를 들면, 사용자의 지문이 무기의 적당한 사용자 것으로 올바르게 식별되었다는 확인일 수 있다.
이해될 수 있는 바와 같이, 많은 다른 전자 디바이스를 사용하여 본 발명의 햅틱 피드백 어셈블리의 실시예를 구현할 수 있다. 상기 실시예들은 단지 예일 뿐이고 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 예를 들면, 다른 전자 디비이스는, 제한되는 것은 아니고, 셀룰라 전화기, 개인 휴대전화 단말기(PDA), 의료 장비, 측정 장치, 전압계, 전류 프로브, 접속 프로브, 연속 프로브 등을 포함한다. 예를 들면, "디지털 레벨"은 디바이스가 0°레벨에서 또는 30°또는 45°같은 정의된 각에 위치될 때 감촉 신호를 제공하여 목수 또는 기계공이 가청의 인터럽션 없이 또는 시각적으로 보지 않고 상기 레벨에 관한 지식을 얻을 수 있도록 할 수 있다.
다른 예로써, 프로브 핸들에 적용할 수 있는 감촉 피드백을 구비한 연속 프로브를 사용하는 전기 기술자는 감촉 신호를 얻을 수 있어 회로의 두 지점이 연결되었는지를 알 수 있게 된다. 신호의 주파수 및/또는 크기는 두 지점간의 회로 저항을 나타낼 수 있다. 유사하게, 전압계에는 5V 또는 접지에 대하여 서로 상이한 주파수 또는 크기의 감촉 신호를 갖도록 장치될 수 있다. 더욱이, 전압 레벨은 주파수의 범위 및/또는 진폭 신호에 대응할 수 있다.
본 발명은 몇 개의 실시예를 들어 설명하였지만, 명세서 및 도면을 연구하게 되면 수정, 치환 및 그 등가물이 당업자에게는 분명하게 될 것이라는 것이 이해될 것이다. 예를 들면, 일 실시예에서 설명된 많은 특징들은 다른 실시예와 상호 교환하여 사용될 수 있다. 더욱이, 임의의 용어는 보다 명확하게 설명할 목적으로 사용된 것으로 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
100: 전자 디바이스 102: 하우징
110: 햅틱 피드백 어셈블리 120: 감촉 소자
122: 접촉면 130: 액츄에이터
140: 구동 메커니즘

Claims (15)

  1. 전자 디바이스로서,
    사용자가 접촉할 수 있는 영역을 포함하는 하우징과,
    상기 사용자가 접촉할 수 있는 영역에 결합된 감촉 소자(tactile element)와,
    상기 감촉 소자에 결합되고 상기 감촉 소자에 국지적인 햅틱 센세이션(haptic sensation)을 출력할 수 있는 액츄에이터를 포함하는 전자 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 상기 감촉 소자가 실질적으로 상기 감촉 소자의 접촉면의 평면을 따라 측면으로 움직이도록 상기 감촉 소자에 힘을 출력하는, 전자 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 상기 감촉 소자가 상기 감촉 소자의 접촉면에 실질적으로 수직으로 움직이도록 상기 감촉 소자에 힘을 출력하는, 전자 디바이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 솔리드 스테이트 소자인, 전자 디바이스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 압전 세라믹 액츄에이터를 포함하는, 전자 디바이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 햅틱 센세이션의 전달을 제어하기 위하여 상기 액츄에이터에 결합된 구동 메커니즘을 더 포함하는 전자 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전자 디바이스는 총 또는 스턴 총(stun-gun)을 포함하는, 전자 디바이스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 사용자가 접촉할 수 있는 영역은 핸들 또는 그립(grip)인, 전자 디바이스.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 햅틱 센세이션은 제어된 펄스인, 전자 디바이스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 햅틱 센세이션은 주기적인 힘 센세이션(periodic force sensation)인, 전자 디바이스.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 주기적인 힘 센세이션은 사인파, 구형파, 톱니가 위로 향한 톱니파(saw-toothed-up wave), 톱니가 아래로 향한 톱니파(saw-toothed-down wave) 또는 삼각파를 포함하는, 전자 디바이스.
  12. 제1항에 있어서,
    사용자가 상기 감촉 소자에 접촉하고 있을 때를 검출하도록 구성된 상기 감촉 소자에 결합된 검출기를 더 포함하는 전자 디바이스.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 검출기는, 상기 사용자가 상기 감촉 소자에 접촉하고 있지 않다는 것을 검출했을 때에, 상기 햅틱 센세이션의 출력을 방지하도록 구성된, 전자 디바이스.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 사용자가 접촉할 수 있는 영역은 핸들 또는 그립(grip)을 포함하는, 전자 디바이스.
  15. 제1항에 있어서,
    조용한 햅틱 센세이션은 탄약의 양, 안전 스위치의 상태, 또는 사용자 신원 확인과 연관된 상태 정보를 제공하도록 구성된, 전자 디바이스.
KR1020107008466A 2001-10-23 2002-10-23 감촉 피드백을 사용하여 전자 디바이스의 사용자에게 사일런트 상태 정보를 전달하는 방법 KR20100057903A (ko)

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