KR20110088558A - 입력장치 - Google Patents

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KR20110088558A
KR20110088558A KR1020117013054A KR20117013054A KR20110088558A KR 20110088558 A KR20110088558 A KR 20110088558A KR 1020117013054 A KR1020117013054 A KR 1020117013054A KR 20117013054 A KR20117013054 A KR 20117013054A KR 20110088558 A KR20110088558 A KR 20110088558A
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유타 시오카와
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교세라 가부시키가이샤
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Abstract

소형화가 충분히 가능한 간단한 구성을 갖고, 조작자가 가압식 입력부를 조작할 때 푸시-버튼 스위치를 조작했을 경우와 같은 압하감을 조작자에게 제시할 수 있는 입력장치가 제공된다. 상기 입력장치는, 가압 입력을 접수하기 위한 입력부(12); 상기 입력부(12)에 대한 가압 하중을 검출하기 위한 하중검출부(13); 상기 입력부(12)를 진동시키기 위한 진동부(14); 및 상기 하중검출부(13)에 의해 검출되는 가압 하중이 상기 입력부(12)로의 입력을 접수하기 위한 소정의 기준을 충족시키는 경우, 상기 입력부(12)를 가압하고 있는 가압물에 대하여 부양력을 발생시키기 위하여 상기 진동부(14)의 구동을 제어하기 위한 제어부(15)를 포함한다.

Description

입력장치{INPUT APPARATUS}
본 출원은 2008년 12월 9일에 출원된 일본특허출원 제2008-313620호의 우선권을 주장하는 것이며, 그 전문이 본 명세서에 인용참조되고 있다.
본 발명은 가압 입력(pressure input)을 접수하는 입력부를 구비한 입력장치 에 관한 것이다.
최근, 사용자에 의한 입력 조작을 접수하는 입력부로서, 터치패널, 터치스위치 등을 가압하여 입력을 접수하는 플레이트형 입력부를 구비한 입력장치가 정보기기, 가전제품 등에서 널리 사용되고 있다. 이러한 입력부는 저항막 방식(resistive film type) 및 정전용량 방식(capacitance type) 등의 각종 방식을 포함하지만, 이들 모두는 상기 입력부를 가압하는 손가락이나 스타일러스 펜에 의한 입력을 접수하는 것이며, 상기 입력부 자체는 푸시-버튼이 가압될 때와 동일한 방식으로 가압되는 경우에도 변하지 않는다.
이러한 이유로, 조작자는 가압 입력이 접수될 때에 피드백을 얻을 수 없다. 예를 들면, 터치패널을 구비한 입력장치가 사용되는 경우에는, 같은 위치를 여러 번 가압하는 등의 오조작으로 인한 입력 에러가 발생하기 쉽고, 이는 조작자에게 스트레스를 줄 수도 있다.
이러한 입력 에러를 방지하기 위해서는, 가압 입력에 응답하여 소리를 발생하거나, 가압 영역에 대응하여 표시부 상에 표시되는 입력 버튼 등의 입력용 오브젝트(input object)의 표시색을 변경하는 등의 표시 모드를 변경하거나, 또는 진동기를 구동하여, 상기 입력 조작을 피드백함으로써, 청각, 시각, 혹은 촉각에 의해 입력 조작을 확인하는 방법이 공지되어 있다.
하지만, 이들 피드백 방법들은 조작자에 대하여 단지 입력이 완료된 취지를 통지하는 것이지, 푸시-버튼 스위치를 "눌렀다"고 하는 느낌을 조작자에게 제시하는 것은 아니다. 이러한 이유로, 휴대전화 등의 휴대단말, 전자계산기, 매표기 등의 정보기기의 입력키, 및 전자레인지와 TV 등의 가전제품의 조작부의 입력키 등을 포함하도록 터치패널이 구성되고, 상기 터치패널에 상기 피드백 기술들이 적용되는 경우, 조작자는 터치패널 이용 시 불편함을 느끼게 된다.
또한, 청각을 꾀하는 피드백 방법의 경우에는, 소음 환경하에서의 확인이 곤란해진다. 사용 기기가 매너 모드 등에서 뮤트(mute) 상태에 있는 경우에는, 상기 방법이 적용되지 못한다. 더욱이, 시각을 꾀하는 피드백 방법의 경우에는, 작은 입력용 오브젝트가 표시부 상에 표시되고, 특히 손가락 입력의 경우에는, 손가락 밑에 입력용 오브젝트가 감추어져서 표시 모드의 변화를 확인하기 곤란해질 수도 있다.
대안적으로는, 또다른 피드백 방법으로서, 터치패널을 구비한 표시장치의 표시패널 상에 표시된 터치 조작 부재(입력용 오브젝트)의 표시 영역을 상기 조작자가 가압하면, 상기 터치패널이 가압 방향과 반대 방향으로 이동되고, 상기 표시 영역을 가압하는 힘이 소정값 이상이면, 상기 터치패널은 가압 방향으로 이동되는 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
일본특허공개 제2005-92472호
특허문헌 1에 개시된 표시장치에 따르면, 조작자가 표시패널 상에 표시되어 있는 입력용 오브젝트를 소정값 이상의 가압력으로 가압하면, 터치패널이 가압 방향으로 이동하므로, 조작자가 상기 터치패널을 누르는 느낌을 얻을 수 있게 된다.
하지만, 이러한 표시장치는, 터치패널이 표시패널과 함께 이동되도록 구성되기 때문에, 이동기구가 복잡화되고 장치 전체가 대형화된다는 문제점이 발생할 수도 있다. 또한, 조작자는 단지 터치패널을 누르는 느낌을 얻을 수는 있지만, 이러한 피드백은 푸시-버튼 스위치를 누르는 느낌과는 크게 다르다.
따라서, 이러한 점을 감안하여, 본 발명이 고안되었으며, 본 발명의 목적은 소형화가 가능한 간단한 구성으로, 조작자가 가압식의 입력부를 조작하는 경우, 푸시-버튼 스위치를 조작하는 느낌과 동일한 실제 압하감을 조작자에게 제시할 수 있는 입력장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1형태에 따른 입력장치는,
가압 입력을 접수하기 위한 입력부;
상기 입력부에 대한 가압 하중을 검출하기 위한 하중검출부;
상기 입력부를 진동시키기 위한 진동부; 및
상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 상기 입력부로의 입력을 접수하기 위한 미리 결정된 기준을 충족시키는 경우, 상기 입력부를 가압하는 가압물에 대한 부양력(floating force)을 발생시키기 위하여 상기 진동부의 구동을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 것을 요지로 한다.
본 발명의 제2형태에 따르면, 상기 제1형태에 따른 입력장치에 있어서, 상기 제어부가 상기 입력부로의 입력을 접수한 다음, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 미리 결정된 기준을 충족시키는 경우, 상기 제어부는 상기 가압물에 대한 부양력을 발생시키기 위하여 상기 진동부의 구동을 제어하는 것을 요지로 한다.
본 발명의 제3형태에 따르면, 상기 제1형태 또는 제2형태에 따른 입력장치는,
상기 입력부 상에 형성되는 입력용 오브젝트; 및
상기 입력부에 대한 입력 위치를 검출하기 위한 위치검출부를 더 포함하고,
상기 입력용 오브젝트가 형성되는 입력 위치를 상기 위치검출부가 검출하는 경우, 상기 제어부는 상기 진동부의 구동을 제어하는 것을 요지로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제4형태에 따른 입력장치는,
입력용 오브젝트를 표시하기 위한 표시부;
상기 표시부에 대한 가압 입력을 접수하기 위한 입력부;
상기 입력부에 대한 가압 하중을 검출하기 위한 하중검출부;
상기 입력부를 진동시키기 위한 진동부; 및
상기 입력부로의 입력이 상기 표시부 상에 표시된 입력용 오브젝트에 대한 입력이고, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 상기 입력을 접수하기 위한 미리 결정된 기준을 충족시키는 경우, 상기 입력부를 가압하는 가압물에 대한 부양력을 발생시키기 위하여 상기 진동부의 구동을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 것을 요지로 한다.
본 발명의 제5형태에 따르면, 상기 제4형태에 따른 입력장치에 있어서, 상기 제어부가 상기 입력부로의 입력을 접수한 다음, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 미리 결정된 기준을 충족시키는 경우, 상기 제어부는 상기 가압물에 대한 부양력을 발생시키기 위하여 상기 진동부의 구동을 제어하는 것을 요지로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제6형태에 따른 입력장치는,
가압 입력을 접수하기 위한 입력부;
상기 입력부에 대한 가압 하중을 검출하기 위한 하중검출부;
상기 입력부를 진동시키기 위한 진동부; 및
상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 상기 입력부로의 입력을 접수하기 위한 미리 결정된 기준을 충족시키는 경우, 상기 입력부를 가압하는 가압물에 대한 스퀴즈막 효과(squeeze film effect)를 작용시키기 위하여 상기 진동부의 구동을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 것을 요지로 한다.
본 발명의 제7형태에 따르면, 상게 제6형태에 따른 입력장치에 있어서, 상기 제어부가 상기 입력부로의 입력을 접수한 다음, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 미리 결정된 기준을 충족시키는 경우, 상기 제어부는 상기 가압물에 대한 스퀴즈막 효과를 작용시키기 위하여 상기 진동부의 구동을 제어하는 것을 요지로 한다.
본 발명의 제8형태에 따르면, 상기 제6형태 또는 제7형태에 따른 입력장치는,
상기 입력부 상에 형성되는 입력용 오브젝트; 및
상기 입력부에 대한 입력 위치를 검출하기 위한 위치검출부를 더 포함하고,
상기 입력용 오브젝트가 형성되는 입력 위치를 상기 위치검출부가 검출하는 경우, 상기 제어부는 상기 진동부의 구동을 제어하는 것을 요지로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제9형태에 따른 입력장치는,
입력용 오브젝트를 표시하기 위한 표시부;
상기 표시부에 대한 가압 입력을 접수하기 위한 입력부;
상기 입력부에 대한 가압 하중을 검출하기 위한 하중검출부;
상기 입력부를 진동시키기 위한 진동부; 및
상기 입력부로의 입력이 상기 표시부 상에 표시된 입력용 오브젝트에 대한 입력이고, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 상기 입력을 접수하기 위한 미리 결정된 기준을 충족시키는 경우, 상기 입력부를 가압하는 가압물에 대한 스퀴즈막 효과를 작용시키기 위하여 상기 진동부의 구동을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 것을 요지로 한다.
본 발명의 제10형태에 따르면, 상기 제9형태에 따른 입력장치에 있어서, 상기 제어부가 상기 입력부로의 입력을 접수한 다음, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 미리 결정된 기준을 충족시키는 경우, 상기 제어부는 상기 가압물에 대한 스퀴즈막 효과를 작용시키기 위하여 상기 진동부의 구동을 제어하는 것을 요지로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제11형태에 따른 입력장치는,
가압 입력을 접수하기 위한 입력부;
상기 입력부에 대한 가압 하중을 검출하기 위한 하중검출부;
상기 입력부를 진동시키기 위한 진동부; 및
상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 상기 입력부로의 입력을 접수하기 위한 미리 결정된 기준을 충족시키는 경우, 상기 입력부를 가압하는 가압물과 상기 입력부 간의 마찰력을 저감시키기 위하여 상기 진동부의 구동을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 것을 요지로 한다.
본 발명의 제12형태에 따르면, 상기 제11형태에 따른 입력장치에 있어서, 상기 제어부가 상기 입력부로의 입력을 접수한 다음, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 미리 결정된 기준을 충족시키는 경우, 상기 제어부는 상기 가압물과 상기 입력부 간의 마찰력을 저감시키기 위하여 상기 진동부의 구동을 제어하는 것을 요지로 한다.
본 발명의 제13형태에 따르면, 상기 제11형태 또는 제12형태에 따른 입력장치는,
상기 입력부 상에 형성되는 입력용 오브젝트; 및
상기 입력부에 대한 입력 위치를 검출하기 위한 위치검출부를 더 포함하고,
상기 입력용 오브젝트가 형성되는 입력 위치를 상기 위치검출부가 검출하는 경우, 상기 제어부는 상기 진동부의 구동을 제어하는 것을 요지로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제14형태에 따른 입력장치는,
입력용 오브젝트를 표시하기 위한 표시부;
상기 표시부에 대한 가압 입력을 접수하기 위한 입력부;
상기 입력부에 대한 가압 하중을 검출하기 위한 하중검출부;
상기 입력부를 진동시키기 위한 진동부; 및
상기 입력부로의 입력이 상기 표시부 상에 표시된 상기 입력용 오브젝트에 대한 입력이고, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 상기 입력을 접수하기 위한 미리 결정된 기준을 충족시키는 경우, 상기 입력부를 가압하는 가압물과 상기 입력부 간의 마찰력을 저감시키기 위하여 상기 진동부의 구동을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 것을 요지로 한다.
본 발명의 제15형태에 따르면, 상기 제14형태에 따른 입력장치에 있어서, 상기 제어부가 상기 입력부로의 입력을 접수한 다음, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 미리 결정된 기준을 충족시키는 경우, 상기 제어부는 상기 가압물과 상기 입력부 간의 마찰력을 저감시키기 위하여 상기 진동부의 구동을 제어하는 것을 요지로 한다.
본 발명에 의하면, 입력부로의 가압 하중이 입력을 접수하기 위한 소정의 기준을 충족시키는 경우, 상기 입력부가 가압물에 대한 부양력을 발생시키도록 진동되어, 가압물에 대한 스퀴즈막 효과를 작용시키거나, 또는 가압물과 입력부 간의 마찰력을 저감시키므로, 입력장치가 소형화가 가능한 간단한 구성을 가지고, 조작자에 대하여 푸시-버튼 스위치를 조작하는 느낌과 동일한 압하감을 제시할 수 있게 된다.
도 1은 푸시-버튼 스위치의 일반적인 하중 특성을 예시한 도면;
도 2는 도 1에 도시된 가압 시의 하중 특성에 있어서의 하중 및 스트로크의 시간 변화를 예시한 도면;
도 3은 도 1에 도시된 해제(release) 시의 하중 특성에 있어서의 하중 및 스트로크의 시간 변화를 예시한 도면;
도 4는 플레이트가 손가락으로 가압되는 경우의 가압 방향에 대한 검토 결과를 설명하기 위한 도면;
도 5는 스퀴즈막 효과의 발생 원리를 설명하기 위한 도면;
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 입력장치의 개략적인 구성을 나타내는 블럭도;
도 7은 도 6에 도시된 입력장치를 구현하는 예시적인 구조를 도시한 도면;
도 8은 도 6에 도시된 제어부의 동작을 나타내는 흐름도;
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 입력장치의 동작을 도시한 흐름도;
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 입력장치의 개략적인 구성을 나타내는 블럭도;
도 11은 도 10에 도시된 입력장치의 정면도;
도 12는 가변 진동 진폭들을 가지고 본 발명자들에 의해 이루어진 실험들의 결과들과 평가 수치들을 나타내는 도면;
도 13은 가변 진동 시간들을 가지고 본 발명자들에 의해 이루어진 실험들의 결과들과 평가 수치들을 나타내는 도면; 및
도 14는 가변 진동 개시 하중들을 가지고 본 발명자들에 의해 이루어진 실험들의 결과들과 평가 수치들을 나타내는 도면이다.
우선, 본 발명의 실시예들의 설명에 앞서, 본 발명에 따른 입력장치를 이용하는 압하감을 제시하는 방법의 원리에 관하여 설명하기로 한다.
정보기기와 가전제품에 사용되는 푸시-버튼 스위치로서, 예를 들면 메탈 돔 스위치(metal dome switch), 엠보스드 스위치(embossed switch), 러버 스위치(rubber switch), 택타일 스위치(tactile switch) 등이 널리 알려져 있다. 대체로, 이들 일반적인 푸시-버튼 스위치는 그 스위치의 종류에 따라, 푸시-버튼의 스트로크와 인가되는 하중(압하력)에 약간의 차이는 있지만, 도 1에 도시된 바와 같은 하중 특성을 가진다.
도 1을 참조하면, 푸시-버튼의 압하 때의 하중 특성에 있어서, A점에서 B점까지의 기간은 푸시-버튼의 압하 시에 시작하는 압하에 거의 비례하여 하중이 증가한다는 것을 나타낸다. B점에서 C점까지의 기간은, 푸시-버튼이 가압됨에 따라 메탈 돔 등의 볼록형상의 탄성부재가 좌굴(buckle)되어 하중이 급격하게 감소한다는 것을 나타낸다. C점에서 D점까지의 기간은, 스위치의 접점이 폐쇄됨에 따라 상기 가압에 거의 비례하여 하중이 증가한다는 것을 나타낸다. 도 2는 압하 때의 하중 특성에 있어서의 하중 및 스트로크의 시간 변화를 예시하고 있다.
더욱이, 푸시 버튼의 해제 시의 하중 특성은 약간의 히스테리시스(hysteresis)를 가지지만, 푸시 버튼의 압하 때와는 반대의 변화를 보여준다. 즉, D점에서 E점까지의 기간은, 푸시 버튼의 해제 시에 시작하는 해제에 거의 비례하여 하중이 감소한다는 것을 나타내고, 스위치의 접점이 닫힌 상태를 유지한다. E점에서 F점까지의 기간은, 푸시 버튼이 해제됨에 따라 탄성부재가 좌굴상태로부터 볼록형상으로 복귀되어 하중이 급격하게 증가한다는 것을 나타내고, 이러한 기간의 개시에 의해 스위치의 접점이 개방된다. F점에서 G점까지의 기간은, 탄성부재가 그 원래 상태로 복귀되는 때로부터, 푸시 버튼으로부터 손가락이 떨어질 때까지의 기간에 대응하고, 상기 해제에 거의 비례하여 하중이 감소한다는 것을 나타낸다. 그러므로, 도 3에 도시된 바와 같이, 해제 시의 하중 및 스트로크의 시간 변화는 도 2에 도시된 것과는 반대의 패턴을 보여준다.
도 1에 도시된 하중 특성을 참조하면, 푸시 버튼의 최대 스트로크가 메탈 돔 스위치, 엠보스드 스위치, 및 택타일 스위치의 경우에는 1 mm 이하이고, 러버 스위치의 경우에도 3 mm 이하와 같이 매우 작다는 것을 유의해야 한다. 또한, B점에 있어서의 하중은, 메탈 돔 스위치, 엠보스드 스위치, 및 택타일 스위치의 경우에는 1N 내지 4N 전후이며, 러버 스위치의 경우에는 0.5N 전후이다.
본 발명자들은 각종 푸시-버튼 스위치들에 대한 실험들을 행하였고, 조작자가 압하감을 인식한다는 것은, 도 1의 B점에서 C점으로의 천이(transition) 현상, 즉 푸시 버튼을 가압하는 과정에서 하중이 급격하게 감소하는 현상이라는 것을 밝혀냈다. 그러므로, 이러한 현상이 플레이트 형상의 입력부를 가압하는 손가락 끝에 주어지면, 조작자에게 압하감을 제공하는 것이 가능해진다.
그리하여, 본 발명자들은 조작자가 플레이트를 그의 손가락으로 가압하는 방향에 대하여 검토하였다. 그 결과, 도 4에 나타나 있는 바와 같이, 본 발명자들은 조작자가 플레이트(1)의 가압 방향(법선 방향)과 평행한 방향으로 손가락(2)을 내리고 상기 플레이트(1)를 가압하려는 의도를 가졌다 하더라도, 엄밀하게는 조작자가 손가락(2)의 관절 등의 영향으로 법선 방향에 대하여 θ 만큼 벗어난 방향으로 상기 플레이트(1)를 가압하므로, 법선 방향과 직교하는 접선 방향에서도 가압력 성분이 발견된다는 것을 밝혀냈다.
본 발명자들은 또한 사람의 손 끝은 하중의 변화를 명확하게 느낄 수 있어도, 상술한 3 mm 정도의 미소한 스트로크의 차이는 명확하게 감지할 수 없는 동시에; 사람 손 끝이 입력부의 접선 방향으로 미소량 미끄러지는 경우, 그 현상이 미끄러짐 때문인지 또는 스트로크의 변화 때문인지를 명확하게는 식별할 수 없다는 것도 밝혀냈다.
본 발명자들은 상기 문제점들에 주목하여 예의 검토한 결과, 플레이트를 손가락으로 가압하는 경우, 실제로는 플레이트가 법선 방향으로 거의 변위하지 않아도, 가압 도중에 상기 플레이트를 가압하고 있는 손가락에 스퀴즈막 효과를 작용 시킴으로써 부양력을 발생시키고, 또한 법선 방향과 직교하는 접선 방향(평면 방향)의 가압력 성분을 급격하게 감소시킴으로써, 푸시-버튼 스위치의 볼록형상의 탄성부재가 휘어 좌굴될 때의 느낌이 표현될 수 있다는 것을 밝혀냈다.
다시 말해, 플레이트에 인가되는 하중이 소정값에 도달하는 경우, 상기 플레이트가 진동되어 손가락에 대하여 작용하는 스퀴즈막 효과에 의해, 손가락에 대한 부양력을 발생시키고, 상기 플레이트와 손가락 간의 마찰 저항(마찰력)을 감소시켜, 손가락 끝을 미소량 미끄러지게 하면, 조작자에게 하중이 급격하게 감소한 것과 같은 착각을 불러일으킬 수도 있다. 이렇게 함으로써, 도 1에서와 같은 방식으로 압하 때의 하중 특성이 표현될 수 있어, 조작자에게 푸시-버튼 스위치를 조작할 때의 느낌과 동일한 압하감을 제시할 수 있게 된다.
여기서, 상기 스퀴즈막 효과는, 거리에 대하여 충분히 큰 면적을 가지는 2 개의 평면들이 서로 급격하게 접근할 때, 두 평면들 사이의 유체층의 압력이 상승하여 척력이 발생하는 현상(스퀴즈막이 발생하는 현상)을 말한다. 이러한 효과는 평면들 간의 마찰력을 저감시킨다. 이러한 스퀴즈막 효과를 설명하는 대표적인 이론들로는, 음향 분야에 있어서의 Langevin의 방사압이론(radiation pressure theory)과 윤활 분야에 있어서의 스퀴즈막압이론(squeeze film pressure theory)을 들 수 있다. 이들 이론은 모두 초음파영역의 주파수를 이용하여 진동면을 진동시키고, 진동면 상부의 공기 등의 유체층을 거쳐서 발생하는 부양력을 산출한다.
Langevin의 방사압이론에 의하면, 도 5에 나타나 있는 바와 같이, 진동 진폭 ξ으로 초음파진동하는 물체(5)의 진동면 상방의 반경 a의 원형 물체(6)에 작용하는 부양력(스퀴즈력) FL은 하기 수학식 (1)로 표현된다. 수학식 (1)에 있어서, ρ0은 기준 상태에 있어서의 공기 밀도를 나타내고, c0은 기준 상태에 있어서의 음속을 나타내며, h는 부양 거리를 나타낸다는 점에 유의해야 한다.
Figure pct00001
상기 수학식 (1)로부터 분명한 바와 같이, 스퀴즈력 또는 부양력은 진동 진폭의 증가에 따라 증가한다.
하지만, 스퀴즈막압이론에 의하면, 도 5에서의 원형 물체(6)에 작용하는 스퀴즈력 FS는 하기 수학식 (2)로 표현된다. 수학식 (2)에 있어서는, γ이 비열비를 나타내고, 다른 변수들은 수학식 (1)과 동일하다는 점에 유의해야 한다.
Figure pct00002
부양력의 발생 원인은 부양 거리가 매우 작아짐에 따라, Langevin의 방사압이 스퀴즈막압으로 변화된다는 것이 알려져 있다. 그러므로, 상기 수학식 (2)로부터, 부양 거리가 미소한 영역에 있어서는, 접촉 면적 (πa2)의 증가에 따라 스퀴즈력이 증가한다는 것을 알 수 있다.
상술된 이론들을 기초로 하여, 사람의 손가락이 초음파진동하고 있는 물체 표면에 접촉하면, 손가락에 대하여 스퀴즈막 효과가 작용하여, 손가락에 대하여 부양력이 발생하게 되고, 상기 손가락과 접촉면 간의 마찰력이 감소하게 된다. 예를 들면, 평상 시의 물체 표면에 손가락이 닿을 때의 마찰 계수 μ가 2.2 정도라고 가정하면, 물체 표면이 진폭 2.5 ㎛로 초음파진동되는 경우의 마찰계수 μ는 0.5 이하 정도로 감소한다.
스퀴즈막 효과가 작용하는 것에 의한 부양력은, 물체 표면을 초음파진동시킨 경우에 한하지 않고, 가청주파수로 진동시킨 경우에도 발생한다는 점에 유의해야 한다.
여기서, 도 4를 참조하면, 플레이트(1)의 법선 방향에 대하여 θ만큼 벗어난 방향으로의 가압력을 F로 가정하면, 상기 법선 방향으로 작용하는 힘은 Fcosθ가 된다. 더욱이, 플레이트(1)과 손가락(2) 사이의 마찰 계수를 μ로 가정하면, 손가락(2)에 작용하는 마찰력은 μFcosθ가 된다. 따라서, 하기 수학식 (3)을 충족시키는 경우에는, 손가락(2)이 가로 방향으로 미끄러지고, 그 위치가 변화된다.
Figure pct00003
플레이트(1)가 진동하지 않는 경우, 마찰계수 μ는 2 이상이므로, 상기 수학식 (3)을 충족시키지 못한다. 그 이유는 통상적인 조작으로 θ가 거의 63°를 넘는 것은 생각하기 어렵기 때문이다. 하지만, 플레이트(1)가 진동되어 손가락(2)에 대하여 스퀴즈막 효과를 작용시킴으로써 부양력을 발생시키면, 마찰계수 μ가 저감되고, 상기 수학식 (3)이 충족된다. 그러므로, 손가락(2)이 당김(pulling) 방향(도 4에서는 좌측에서 우측으로)으로 미끄러진다. 손가락(2)이 당김 방향으로 소량이라도 미끄러지면, 손가락 끝의 모멘트의 관계로부터 θ를 증가시키기 때문에, 상기 수학식 (3)의 우변이 증가하게 된다. 이러한 현상이 반복되면, 손가락 끝에 인가되는 접선 방향으로의 마찰력 및 손가락 끝에 생기는 법선 방향으로의 힘이 감소한다.
상술된 바와 같이, 플레이트(1)가 가압되면, 가압 도중에 상기 플레이트(1)가 진동되어, 손가락(2)에 대한 스퀴즈막 효과를 작용시켜, 부양력을 발생시키게 되므로, 상기 플레이트(1)와 손가락(2) 간의 마찰력을 감소시키게 된다. 그리고, 손가락 끝이 미소량만큼 미끄러지면, 조작자에게 하중이 급격하게 감소한 것과 같은 착각을 불러일으킬 수 있다. 이에 따라, 도 1에서와 동일한 방식으로 압하 시의 하중 특성이 표현될 수 있고, 조작자에게는 푸시-버튼 스위치를 조작할 때와 동일한 압하감을 제공할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 입력장치에 따르면, 상기 해석을 기초로 하여, 플레이트형상의 가압식 입력부가 가압되는 경우, 그리고 가압 도중에 상기 가압 하중이 소정의 기준을 충족시키는 경우, 상기 입력부가 진동되어 입력부를 가압하고 있는 가압물에 대하여 스퀴즈막 효과를 작용시켜 부양력을 발생시킴으로써, 조작자에게 푸시-버튼 스위치를 조작하는 경우와 동일한 압하감을 제시하게 된다.
이하, 본 발명의 실시예들을 도면들을 참조하여 설명하기로 한다.
(제1실시예)
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 입력장치의 개략적인 구성을 나타내는 블럭도이다. 상기 입력장치는 표시패널(11), 터치패널(12), 하중검출부(13), 진동부(14), 및 전체 동작을 제어하는 제어부(15)를 포함한다. 상기 표시패널(11)은 입력 버튼 등의 입력용 오브젝트를 표시하기 위한 표시부를 구성하는 것으로, 예를 들면 액정표시패널, 유기EL표시패널 등을 사용하여 구성된다. 상기 터치패널(12)은 상기 표시패널(11)에 대한 가압 입력을 접수하기 위한 입력부를 구성하는 것으로, 예를 들면 저항막 방식과 정전용량 방식 등의 공지된 기술을 이용하여 구성된다. 상기 하중검출부(13)는 상기 터치패널(12)에 대한 가압 하중을 검출하는 것으로, 예를 들면 스트레인 게이지 센서(strain gauge sensor)를 사용하여 구성된다. 상기 진동부(14)는 상기 터치패널(12)을 진동시키는 것으로, 예를 들면 Langevin형 초음파변환기(압전소자)를 사용하여 구성된다.
도 7은 도 6에 도시된 입력장치를 구현하는 예시적인 구조를 도시하고 있다. 도 7a는 주요부의 단면도이고, 도 7b는 주요부의 평면도이다. 상기 표시패널(11)은 케이싱(21) 내에 수용 및 유지된다. 상기 표시패널(11)은 그 상방에 탄성부재로 이루어지는 인슐레이터(22)를 거쳐 터치패널(12)을 유지한다. 본 실시예에 따른 입력장치에 따르면, 상기 표시패널(11) 및 터치패널(12)이 평면에서 볼 때 직사각형이 되도록 구성되고, 상기 터치패널(12)은 도 7b의 가상선으로 나타내는 표시패널(11)의 표시 영역 A 바깥의 네 코너들에 설치된 인슐레이터(22)를 거쳐 상기 표시패널(11) 상방에 유지된다는 점에 유의해야 한다.
상기 케이싱(21)에는, 상기 표시패널(11)의 표시 영역으로부터 제외된 상기 터치패널(12)의 표면 영역을 커버하도록 상부커버(23)가 제공된다. 탄성부재로 이루어지는 인슐레이터(24)가 상기 상부커버(23)와 상기 터치패널(12) 사이에 제공된다.
상기 터치패널(12)은, 예를 들면 그 상부표면, 즉 조작면이 투명 필름으로 제조되고, 그 이면이 유리로 제조되어, 조작면이 가압되면, 가압력에 따라 표면의 투명 필름이 미소량만큼 휘는(변형되는) 구조를 이용하여 구성된다는 점에 유의해야 한다.
본 실시예에 따른 입력장치에 따르면, 상기 상부커버(23)로 커버되는 각 변의 근방에서 상기 터치패널(12)의 표면의 투명 필름 상에, 상기 터치패널(12)에 인가되는 하중(가압력)을 검출하기 위한 스트레인 게이지 센서(31)가 접착 등에 의해 제공된다. 더욱이, 터치패널(12)의 이면에 있는 유리면 상의 대향하는 두 면 근처에는, 상기 터치패널(12)을 초음파진동시키기 위한 Langevin형의 초음파변환기(32)가 각각 접착 등에 의해 제공된다. 다시 말해, 도 7에 도시된 입력장치에 따르면, 도 6에 도시된 하중검출부(13)를 구성하도록 4개의 스트레인 게이지 센서(31)가 사용되고, 상기 진동부(14)를 구성하도록 2개의 초음파변환기(32)가 사용된다. 도 7b는 도 7a에 도시된 케이싱(21), 상부커버(23), 및 인슐레이터(24)를 예시하고 있지 않다는 점에 유의해야 한다.
본 실시예에 따른 입력장치에 따르면, 상기 제어부(15)는 상기 터치패널(12)로의 입력을 감시하는 동시에, 상기 하중검출부(13)에 의해 검출되는 하중도 감시한다. 상기 터치패널(12)로의 입력이 상기 표시패널(11) 상에 표시된 입력용 오브젝트에 대한 입력이고, 상기 하중검출부(13)에 의해 검출되는 가압 하중이 상기 입력을 접수하기 위한 소정의 기준(제3기준)을 충족시키는 경우, 상기 제어부(15)는 상기 진동부(14)를 구동하여 상기 터치패널(12)을 초음파진동시킴으로써, 상기 터치패널(12)을 가압하고 있는 손가락이나 스타일러스 펜과 같은 가압물에 대하여 스퀴즈막 효과를 작용시키게 된다. 즉, 상기 터치패널(12)을 가압하고 있는 손가락이나 스타일러스 펜 등의 가압물에 대하여 부양력이 발생된다. 다시 말하면, 터치패널(12)을 가압하고 있는 손가락이나 스타일러스 펜 등의 가압물과 상기 터치패널(12) 간의 마찰력이 저감된다. 상기 하중검출부(13)는 4개의 스트레인 게이지 센서(31)로부터의 출력들의 평균값으로부터 하중을 검출한다. 예컨대, 상기 진동부(14)는 2개의 초음파변환기(32)를 동상(in phase)으로 구동한다.
도 8은 본 실시예에 따른 입력장치의 제어부(15)의 동작을 나타내는 플로우차트이다. 보다 구체적으로는, 상기 터치패널(12)로의 입력이 상기 표시패널(11) 상에 표시된 입력용 오브젝트에 대한 입력이고, 상기 하중검출부(13)에 의해 검출되는 가압 하중이 상기 입력을 접수하기 위한 소정의 기준을 충족시키는 것을 검지하면(단계 S81), 상기 제어부(15)는 그 시점에 상기 터치패널(12)로의 입력을 접수하는 동시에, 상기 진동부(14)를 소정의 시간 동안 구동하여, 상기 터치패널(12)을 소정의 진동 진폭으로 초음파진동시키게 된다(단계 S82). 이는 터치패널(12)을 가압하고 있는 가압물에 대하여 스퀴즈막 효과를 작용시킨다. 즉, 상기 터치패널(12)을 가압하고 있는 가압물에 대하여 부양력이 발생된다. 다시 말해, 상기 터치패널(12)을 가압하고 있는 가압물과 상기 터치패널(12) 간의 마찰력이 저감된다. 이는 조작자에 대하여 압하감을 제공하고, 그 입력 조작이 완료된 것을 인식시키게 된다.
여기서, 도 8의 단계 S81에서 검지되는 소정의 기준은 도 1 및 도 2에 도시된 B점에서의 하중에 대응한다. 단계 S82에서 구동되는 진동부(14)의 구동 시간은 도 2에 도시된 B점에서 C점까지의 시간 t1에 대응한다. 즉, 상기 터치패널(12)의 초음파진동을 개시시키기 위한 하중(가압력), 초음파진동의 진동 진폭 및 진동 시간은, 목표 푸시-버튼 스위치가 가압될 때의 하중 특성에 따라 적절하게 설정될 수도 있다.
상술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 입력장치에 따르면, 상기 터치패널(12)은 입력용 오브젝트에 대응하는 입력을 만드는 데 사용되고, 상기 하중검출부(13)에 의하여 상기 터치패널(12)에 인가되는 하중이 검출된다. 상기 하중이 상기 터치패널(12)로의 입력을 접수하기 위한 소정값에 도달하는 경우, 상기 진동부(14)가 구동되어 스퀴즈막 효과를 작용시키게 된다. 즉, 상기 진동부(14)가 구동되어 부양력을 발생시키게 된다. 다시 말하면, 상기 진동부(14)가 구동하여 마찰력을 저감시키게 된다. 이는 조작자에 대하여 압하감을 제공하고, 상기 입력 조작이 완료된 것을 인식시키게 된다. 따라서, 상기 조작자는 터치패널(12)을 푸시-버튼 스위치를 조작했을 경우와 같은 압하감을 얻으면서 입력 조작을 편하게 행할 수 있게 된다. 더욱이, 상기 터치패널(12)을 "눌렀다"라고 하는 느낌과의 연동으로 입력 조작을 행할 수 있으므로, 단순한 가압에 의한 입력 에러도 방지할 수 있다. 또한, 특허문헌 1과 달리, 상기 터치패널은 표시패널과 함께 이동될 필요가 없기 때문에, 구성을 단순하게 할 수 있는 동시에, 장치 전체의 소형화가 가능해진다. 또한, 터치패널을 이동시켜 상기 터치패널을 가압하는 느낌이 아니라, 푸시-버튼 스위치를 가압하는 리얼한 느낌을 조작자에게 제시할 수도 있다.
(제2실시예)
푸시-버튼 스위치가 조작되는 경우, 압하 때 뿐만 아니라 해제 때에도, 상기 푸시-버튼 스위치로부터 손가락에 대하여 촉감 자극이 주어진다. 제1실시예의 경우보다도 푸시-버튼 스위치에 가까운 조작감(촉감)을 조작자에게 제공하기 위하여, 제2실시예는 조작자에게 해제 때에 촉감 자극을 제공하여, 푸시-버튼의 해제감을 상기 조작자에게 제공하게 된다.
본 발명의 제2실시예에 따른 입력장치에 따르면, 상기 제1실시예에 따른 입력장치에서의 제어부(15)가 다음과 같이 추가로 제어된다. 상기 제어부(15)는 상기 터치패널(12)로의 가압 입력을 접수한 후, 상기 터치패널(12)로부터 손가락 혹은 스타일러스 펜 등의 가압물이 해제되고, 상기 하중검출부(13)에 의해 검출되는 가압 하중이 소정의 기준(제4기준)을 충족시키는 경우, 상기 제어부(15)는 상기 진동부(14)의 구동을 제어하여, 가압물에 대하여 스퀴즈막 효과를 작용시키는데, 즉 가압물에 대하여 부양력을 발생시키고, 바꿔 말하면 가압물과 터치패널(12) 간의 마찰력을 저감시키게 된다.
도 9는 본 실시예에 따른 입력장치의 동작을 도시한 플로우차트이다. 보다 구체적으로는, 상기 제어부(15)는 도 8에 기술된 단계 S81 및 단계 S82의 처리들을 실행한다. 그리고, 상기 하중검출부(13)에 의해 검출되는 하중이 감소하면서 소정의 기준(제4기준)을 충족시킨 것으로 검지되면(단계 S83), 상기 제어부(15)는 상기 진동부(14)를 소정의 시간동안 구동하여, 상기 터치패널(12)을 소정의 진동 진폭으로 초음파진동시키게 된다(단계 S84).
여기서, 도 9의 단계 S83에서 검지된 소정의 기준은 도 1 및 도 3에 도시된 E점의 하중이라고 한다. 단계 S84에서 구동된 진동부(14)의 구동 시간은 도 3에 도시된 E점에서 F점까지의 시간 t2라고 한다. 해제 시 초음파진동을 개시하기 위한 하중, 상기 진동부(14)의 구동 시간, 및 상기 터치패널(12)의 진동 진폭은 목표 푸시-버튼 스위치의 해제 시의 하중 특성에 따라 적절하게 설정될 수도 있다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 가압 시와 동일한 값들이 설정될 수도 있게 된다.
상술된 바와 같이, 해제 시 소정의 하중을 갖는 가압물에 대하여 스퀴즈막 효과를 작용시키면, 즉 가압물에 대하여 부양력을 발생시키면, 다시 말해 가압물과 터치패널(12) 간의 마찰력을 저감시키면, 푸시-버튼이 해제될 때 조작자에게 촉감 자극을 제공하고, 푸시-버튼 스위치의 해제감을 제공할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 입력장치가 조작자에 대하여 가압 시의 압하감과 해제 시의 해제감을 제시할 수 있으므로, 제1실시예의 경우보다도 푸시-버튼 스위치에 가까운 조작감(촉감)을 제시할 수 있게 된다.
(제3실시예)
도 10 및 도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 입력장치를 예시하고 있다. 도 10은 그 개략적인 구성을 예시한 블럭도이고, 도 11은 그 정면도이다. 상기 입력장치는, 예를 들면 휴대 단말 상에 탑재되는 것으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 가압 입력을 접수하기 위한 입력부로서의 역할을 하는 터치패널(41); 상기 터치패널(41)에 대한 입력 위치를 검출하기 위한 위치검출부(42); 상기 위치검출부(42)에 의해 검출된 입력 위치에 기초한 정보를 표시하기 위한 표시패널(43); 상기 터치패널(41)에 대한 가압 하중을 검출하기 위한 하중검출부(44); 상기 터치패널(41)을 진동시키기 위한 진동부(45); 및 전체 동작을 제어하기 위한 제어부(46)를 포함한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 상기 터치패널(41)에는 사전에 미리 인쇄나 부착에 의해 숫자키와 같은 복수의 입력용 오브젝트(41a)가 형성되어 있다. 인접하는 복수의 입력용 오브젝트(41a)를 동시에 가압하는 것으로 인한 입력 에러를 방지하기 위하여, 입력을 접수하기 위한 유효 가압 영역이 각각의 입력용 오브젝트(41a)의 영역보다 좁게 설정된다. 도 10을 참조하면, 상기 하중검출부(44) 및 상기 진동부(45)는 도 7에 도시된 입력장치와 동일한 방식으로, 각각 스트레인 게이지 센서 및 Langevin형의 초음파변환기를 사용하고, 상기 터치패널(41)에 대한 가압 하중을 검출하는 동시에, 상기 터치패널(41)을 진동하도록 각각 구성된다.
본 실시예에 따른 입력장치에 따르면, 상기 제어부(46)는 상기 터치패널(41)로의 입력 및 상기 하중검출부(44)에 의해 검출되는 하중을 감시할 뿐만 아니라, 상기 위치검출부(42)에 의해 검출되는 상기 터치패널(41)에 대한 입력 위치도 감시한다. 상기 위치검출부(42)가 입력용 오브젝트의 유효 가압 영역의 입력 위치를 검출하고, 상기 하중검출부(44)에 의해 검출되는 가압 하중이 상기 터치패널(41)에 의해 검출되는 입력을 접수하기 위한 소정의 기준(제1기준)을 충족시키는 경우, 상기 진동부(45)는 상기 터치패널(41)을 진동시켜 상기 터치패널(41)을 가압하고 있는 손가락 혹은 스타일러스 펜 등의 가압물에 대하여 스퀴즈막 효과를 작용시키게 된다. 즉, 상기 터치패널(41)을 가압하고 있는 손가락 혹은 스타일러스 펜 등의 가압물에 대하여 부양력을 발생시킨다. 다시 말하면, 터치패널(41)을 가압하고 있는 손가락 혹은 스타일러스 펜 등의 가압물과 상기 터치패널(41) 간의 마찰력이 저감된다. 더욱이, 상기 제어부(46)는 상기 터치패널(41)에 의해 검출되는 입력을 접수하고, 상기 표시패널(43)에 대한 입력에 따라 표시를 행한다.
상술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 입력장치에 따르면, 상기 터치패널(41) 상에 원하는 입력용 오브젝트(41a)가 형성된다. 그 유효 가압 영역이 가압된 다음, 상기 가압 하중이 상기 터치패널(41)로의 입력을 접수하기 위한 소정값에 도달하면, 상기 제1실시예에 따른 입력장치와 동일한 방식으로 상기 진동부(45)가 구동되어 스퀴즈막 효과를 작용시키게 된다. 즉, 상기 진동부(45)가 구동되어 부양력을 발생시킨다. 다시 말하면, 상기 진동부(45)가 구동되어 마찰력을 저감시킨다. 이는 조작자에 대하여 압하감을 제공하고, 상기 입력 조작이 완료된 것을 인식하도록 한다. 따라서, 상기 조작자는 푸시-버튼 스위치를 조작했을 경우와 같은 압하감을 얻으면서, 상기 터치패널(41) 상의 입력 조작을 편하게 행할 수 있게 된다. 더욱이, 조작자가 상기 터치패널(41)을 "눌렀다"라고 하는 느낌과의 연동으로 입력 조작을 행할 수 있으므로, 단순한 가압에 의한 입력 에러도 방지할 수 있게 된다. 또한, 상기 터치패널(41)은 진동가능하게만 구성되면 되므로, 상기 터치패널(41) 전체가 이동가능하게 구성될 필요는 없다. 그러므로, 구성이 간단하게 될 수 있는 동시에, 장치 전체의 소형화가 가능해진다.
제3실시예에 따른 입력장치에 따르면, 상기 터치패널(41)의 가압시, 상기 진동부(45)의 구동이 제어된다는 점을 유의해야 한다. 하지만, 상기 터치패널(41)로의 입력이 접수된 다음, 상기 터치패널(41)로부터 손가락이나 스타일러스 펜 등의 가압물이 해제된다. 이 시점에서도, 가압물에 대하여 스퀴즈막 효과를 작용시킬 수 있다. 즉, 가압물에 대하여 부양력을 발생시킬 수 있다. 다시 말하면, 가압물과 상기 터치패널(41) 간의 마찰력을 저감시킬 수 있어, 조작자에게 촉감 자극을 제공하도록 하고, 푸시 버튼 해제 시, 푸시-버튼 스위치의 해제감을 제시할 수 있게 된다. 이 경우, 상기 하중검출부(44)에 의해 검출되는 하중이 감소하면서 소정의 기준(제2기준)에 도달한 것이 검지되면, 상기 제2실시예에서 설명한 입력장치와 동일한 방식으로 상기 진동부(45)가 상기 터치패널(41)을 진동시켜 스퀴즈막 효과를 작용시키게 된다. 즉, 부양력이 발생된다. 다시 말하면, 마찰력이 저감된다.
이하, 상기 각 실시예들에 따른 입력장치에 따르면, 상기 터치패널의 진동을 개시하기 위한 하중(가압력), 진동 진폭, 및 진동 시간의 바람직한 실시예들이 기술될 것이다.
예를 들면, 시판되는 휴대 단말에 널리 사용되고 있는 메탈돔스위치에 대한 본 발명자들에 의한 측정 결과에 의하면, 단말의 기종에 따라 약간의 편차는 있지만, 0.98 N (100 gf) 이상의 소정의 하중이 가해지면, 급격하게 하중이 감소하는 하중 특성을 가진다는 것을 밝혀냈다. 또한, 본 발명자들은 도 6 및 도 7에 도시된 입력장치에 대하여, 상기 터치패널(12)의 가압이 개시되어, 하중이 0.98 N 정도의 소정값에 도달했을 때, 상기 터치패널(12)이 진동 주파수가 28.2 KHz, 진동 진폭이 4 ㎛ 이상, 그리고 진동 시간이 16 ms ∼ 24 ms의 범위 내에서, 초음파진동된 실험을 행하였다.
그 결과, 메탈돔스위치를 조작했을 경우와 같은 "눌렀다"라고 하는 압하감을 조작자에게 제시가능한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 본 발명자들은 하중이 2 N 이하로 초음파진동이 개시되면, 조작자에게 적정한 압하감을 제시가능한 것도 확인할 수 있었다. 상기 실험들에서는, 상기 터치패널(12)로부터 손가락이 해제될 때에도, 상기 터치패널(12)의 압하 때와 같은 조건 하에 상기 진동부(14)가 구동되었다는 점을 유의해야 한다. 이러한 평가 결과들이 도 12 내지 도 14에 도시되어 있다. 상기 진동부(14)의 구동 신호 파형은 사인파라고 가정한다는 점에 유의해야 한다.
도 12는 상기 진동부(14)의 구동 개시 시점의 하중을 0.98 N, 진동 시간을 20 ms로 하고, 진동 진폭을 2.0 ㎛ ∼ 6.0 ㎛의 사이에서 가변으로 하여 실험들의 평가 결과들을 예시한다. 여기서, 평가자들은 휴대 단말의 사용에 익숙해져 있는 20대 남성 세 사람으로, 상기 평가 항목들은 "압하감"을 제공하는지의 여부(실선으로 도시됨) 및 "좋은 촉감"을 제공하는지의 여부(파선으로 도시됨)이다. 상기 평가 항목에 대한 평가점은 "압하감"의 평가 항목에서는, "느끼지 않는다"가 1점, "느낀다"가 3점, "강하게 느낀다"가 5점을 나타내고, "좋은 촉감"의 평가 항목에서는, "나쁘다"가 1점, "보통"이 3점, "좋다"가 5점을 나타내며, 각각 평균점들이 도시되어 있다.
도 12로부터 분명하게 나타나 있는 바와 같이, 진동 진폭이 4 ㎛ 이상인 경우에는, 평가가 높고, 조작자에게 압하감을 제공할 수 있는 한편, 상기 진동 진폭이 4 ㎛ 미만인 경우에는, 평가가 낮고, 조작자에게 충분한 압하감을 제공할 수 없다. 그 이유는 진동 진폭이 4 ㎛ 미만에서는, 충분한 스퀴즈막 효과가 발생하지 않아, 조작자가 압하감으로서 느낄 수 없는 것이라고 추정된다.
도 13은 상기 진동부(14)의 구동 개시 시점의 하중을 0.98 N, 진동 진폭을 4.0 ㎛라고 하고, 진동 시간을 10 ms ∼ 40ms의 사이에서 가변으로 한 실험들의 평가 결과들을 나타낸다. 평가자, 평가 항목 및 평가점들은 도 12의 경우와 같다.
도 13으로부터 분명하게 나타나 있는 바와 같이, 진동 시간이 16ms ∼ 24ms의 범위에 있는 경우, 평가자들이 압하감을 느낄 수 있다. 이러한 결과로부터, 진동 시간이 16 ms 보다 짧으면, 스퀴즈막 효과가 발생되더라도, "힘의 급격한 감소"를 느낄 수 없고, 진동 시간이 24 ms 보다 길면, "힘의 급격한 감소"의 기간이 지나치게 길어 평가자들이 불편하게 느낄 수 있으므로, 상기 평가자들이 압하감을 느끼기 쉽지 않다.
도 14는 상기 진동부(14)의 진동 진폭을 4.0 ㎛, 진동 시간을 20 ms로 하고, 구동 개시 시점의 하중을 0.5 N ∼ 3.0 N의 사이에서 가변으로 한 실험들의 평가 결과들을 나타낸다. 평가자, 평가 항목 및 평가점들은 도 12 및 도 13의 경우와 같다.
도 14로부터 분명하게 나타나 있는 바와 같이, 상기 하중검출부(13)에 의해 검출되는 하중이 2 N 이하인 경우, 상기 진동부(14)의 구동이 개시되면, 평가가 높고, 조작자에게 압하감을 제공할 수 있다. 하지만, 2 N을 넘는 하중이 검출되는 경우, 상기 진동부(14)의 구동이 개시된 경우에는, 조작자에게 압하감을 거의 제공할 수 없다. 그 이유는 하중이 2 N을 넘으면, 상기 터치패널(12)의 평면 방향의 힘 성분도 커지고, 그 상태에서 스퀴즈막 효과를 발생시키면, 마찰 저항의 감소로 인한 손가락의 이동이 커지므로, 평가자들이 불편하게 느끼는 것으로 추정된다.
상기 터치패널(12)의 진동 주파수에 대해서는, 본 발명자들이 28.2 KHz의 초음파 주파수로 제한되지 않는 부양력이 발생가능한 임의의 주파수에서 같은 결과들이 얻어지는 것을 확인할 수 있었다는 점에 유의해야 한다. 상기 진동부(14)의 구동 신호 파형에 관해서도, 본 발명자들은 사인파 뿐만 아니라, 구형파와 톱니파의 상기 터치패널(12)의 진동이 가능한 임의의 파형도 같은 결과들이 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.
상기 평가 결과들로부터 명백한 바와 같이, 상기 각각의 실시예에 따른 입력장치를 휴대 단말에 적용하는 경우에는, 상기 터치패널에 0.98 N 정도 이상으로, 그리고 2 N 이하의 소정의 하중이 인가되는 경우에는 진동 진폭 4 ㎛ 이상으로, 진동 시간 16 ms ∼ 24 ms의 범위 내에서, 상기 터치패널이 초음파진동되는 조건들 하에, 조작자에게 메탈돔스위치를 조작하였을 경우와 같은 압하감을 제시할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들로만 한정되는 것이 아니고, 수많은 변형 또는 변경들이 가능하다는 점에 유의해야 한다. 예를 들면, 상기 하중검출부는 임의의 개수의 스트레인 게이지 센서를 사용하여 구성될 수 있고, 상기 하중검출부가 상기 터치패널로부터 출력되는 신호에 기초하여 하중을 검출할 수 있는 한, 상기 하중검출부는 스트레인 게이지 센서를 이용하지 않고도 구성될 수 있다. 또한, 상기 진동부는 임의의 개수의 변환기(압전소자)를 사용하여 구성될 수 있고, 투명한 압전소자들을 상기 터치패널의 조작면의 전면에 설치하여 구성될 수도 있다. 또한, 본 발명의 소정의 기준은 각각의 경우에 다를 수도 있고, 또는 같을 수도 있다. 예를 들면, 제2실시예에 따른 소정의 기준(제4기준)은 상기 제1실시예에 따른 소정의 기준(제3기준) 보다 낮게 설정될 수도 있다. 해제 시의 소정의 기준(제4기준)이 압하 시의 소정의 기준(제3기준) 보다 낮게 설정되면, 압하감이 가압물에 제시된 후에 반드시 해제감을 제시할 수 있게 된다.
더욱이, 본 발명은 입력부가 하나의 스위치로서 기능하는 입력장치에도 유효하게 적용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 입력장치는 상기 입력부의 가압 도중에 다른 기준(하중)을 토대로 순차적으로 스퀴즈막 효과를 발생시켜, 2단 스위치(절반 가압된 다음, 완전히 가압됨)와 같은 다단 스위치의 하중 특성을 제공할 수도 있다. 이것이 카메라의 셔터 릴리즈 버튼에 적용되는 경우에는, 포커스 로크(focus lock)(절반 가압)와 릴리즈(release)(완전 가압)를 행하는 것이 가능해진다. 상기 표시부의 조합 시, 가압의 단계들의 수에 따라 메뉴 화면 등의 표시가 여러가지로 변경될 수 있다. 또한, 다단 스위치의 하중 특성을 제공하기 위하여, 각 단계에서의 입력부의 진동 진폭 및 진동 시간 또한 변경가능하여, 각 단계에 있어서 조작자에게 다른 압하감을 제시할 수 있게 된다.
더욱이, 본 발명은 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 입력을 접수하기 위한 소정의 기준을 충족시키는 경우에 상기 진동부를 구동시킨다. 여기서, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 입력을 접수하기 위한 소정의 기준을 충족시키는 시점은 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 입력을 접수하기 위한 소정값에 도달하는 시점일 수도 있고, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 입력을 접수하기 위한 소정값을 초과하는 시점일 수도 있으며, 또는 상기 하중검출부에 의해 입력을 접수하기 위한 소정값이 검출되는 시점일 수도 있다.
11 표시패널
12 터치패널
13 하중검출부
14 진동부
15 제어부
21 케이싱
22 인슐레이터
23 상부커버
24 인슐레이터
31 스트레인 게이지 센서
32 초음파변환기
41 터치패널
41a 입력용 오브젝트
42 위치검출부
43 표시패널
44 하중검출부
45 진동부
46 제어부

Claims (15)

  1. 가압 입력(pressure input)을 접수하기 위한 입력부;
    상기 입력부에 대한 가압 하중을 검출하기 위한 하중검출부;
    상기 입력부를 진동시키기 위한 진동부; 및
    상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 상기 입력부로의 입력을 접수하기 위한 미리 결정된 기준을 충족시키는 경우, 상기 입력부를 가압하고 있는 가압물(pressing object)에 대한 부양력(floating force)을 발생시키기 위하여 상기 진동부의 구동을 제어하기 위한 제어부를 포함하여 이루어지는 입력장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부가 상기 입력부로의 입력을 접수한 다음, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 미리 결정된 기준을 충족시키는 경우, 상기 제어부는 상기 가압물에 대한 부양력을 발생시키기 위하여 상기 진동부의 구동을 제어하는 입력장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 입력부 상에 형성되는 입력용 오브젝트(input object); 및
    상기 입력부에 대한 입력 위치를 검출하기 위한 위치검출부를 더 포함하여 이루어지고,
    상기 입력용 오브젝트가 형성되는 입력 위치를 상기 위치검출부가 검출하는 경우, 상기 제어부는 상기 진동부의 구동을 제어하는 입력장치.
  4. 입력용 오브젝트를 표시하기 위한 표시부;
    상기 표시부에 대한 가압 입력을 접수하기 위한 입력부;
    상기 입력부에 대한 가압 하중을 검출하기 위한 하중검출부;
    상기 입력부를 진동시키기 위한 진동부; 및
    상기 입력부로의 입력이 상기 표시부 상에 표시된 상기 입력용 오브젝트에 대한 입력이고, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 상기 입력을 접수하기 위한 미리 결정된 기준을 충족시키는 경우, 상기 입력부를 가압하고 있는 가압물에 대한 부양력을 발생시키기 위하여 상기 진동부의 구동을 제어하기 위한 제어부를 포함하여 이루어지는 입력장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부가 상기 입력부로의 입력을 접수한 다음, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 미리 결정된 기준을 충족시키는 경우, 상기 제어부는 상기 가압물에 대한 부양력을 발생시키기 위하여 상기 진동부의 구동을 제어하는 입력장치.
  6. 가압 입력을 접수하기 위한 입력부;
    상기 입력부에 대한 가압 하중을 검출하기 위한 하중검출부;
    상기 입력부를 진동시키기 위한 진동부; 및
    상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 상기 입력부로의 입력을 접수하기 위한 미리 결정된 기준을 충족시키는 경우, 상기 입력부를 가압하고 있는 가압물에 대한 스퀴즈막 효과(squeeze film effect)를 작용시키기 위하여 상기 진동부의 구동을 제어하기 위한 제어부를 포함하여 이루어지는 입력장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부가 상기 입력부로의 입력을 접수한 다음, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 미리 결정된 기준을 충족시키는 경우, 상기 제어부는 상기 가압물에 대한 스퀴즈막 효과를 작용시키기 위하여 상기 진동부의 구동을 제어하는 입력장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 입력부 상에 형성되는 입력용 오브젝트; 및
    상기 입력부에 대한 입력 위치를 검출하기 위한 위치검출부를 더 포함하여 이루어지고,
    상기 입력용 오브젝트가 형성되는 입력 위치를 상기 위치검출부가 검출하는 경우, 상기 제어부는 상기 진동부의 구동을 제어하는 입력장치.
  9. 입력용 오브젝트를 표시하기 위한 표시부;
    상기 표시부에 대한 가압 입력을 접수하기 위한 입력부;
    상기 입력부에 대한 가압 하중을 검출하기 위한 하중검출부;
    상기 입력부를 진동시키기 위한 진동부; 및
    상기 입력부로의 입력이 상기 표시부 상에 표시된 상기 입력용 오브젝트에 대한 입력이고, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 상기 입력을 접수하기 위한 미리 결정된 기준을 충족시키는 경우, 상기 입력부를 가압하고 있는 가압물에 대한 스퀴즈막 효과를 작용시키기 위하여 상기 진동부의 구동을 제어하기 위한 제어부를 포함하여 이루어지는 입력장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부가 상기 입력부로의 입력을 접수한 다음, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 미리 결정된 기준을 충족시키는 경우, 상기 제어부는 상기 가압물에 대한 스퀴즈막 효과를 작용시키기 위하여 상기 진동부의 구동을 제어하는 입력장치.
  11. 가압 입력을 접수하기 위한 입력부;
    상기 입력부에 대한 가압 하중을 검출하기 위한 하중검출부;
    상기 입력부를 진동시키기 위한 진동부; 및
    상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 상기 입력부로의 입력을 접수하기 위한 미리 결정된 기준을 충족시키는 경우, 상기 입력부를 가압하고 있는 가압물과 상기 입력부 간의 마찰력을 저감시키기 위하여 상기 진동부의 구동을 제어하기 위한 제어부를 포함하여 이루어지는 입력장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부가 상기 입력부로의 입력을 접수한 다음, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 미리 결정된 기준을 충족시키는 경우, 상기 제어부는 상기 가압물과 상기 입력부 간의 마찰력을 저감시키기 위하여 상기 진동부의 구동을 제어하는 입력장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 입력부 상에 형성되는 입력용 오브젝트; 및
    상기 입력부에 대한 입력 위치를 검출하기 위한 위치검출부를 더 포함하여 이루어지고,
    상기 입력용 오브젝트가 형성되는 입력 위치를 상기 위치검출부가 검출하는 경우, 상기 제어부는 상기 진동부의 구동을 제어하는 입력장치.
  14. 입력용 오브젝트를 표시하기 위한 표시부;
    상기 표시부에 대한 가압 입력을 접수하기 위한 입력부;
    상기 입력부에 대한 가압 하중을 검출하기 위한 하중검출부;
    상기 입력부를 진동시키기 위한 진동부; 및
    상기 입력부로의 입력이 상기 표시부 상에 표시된 상기 입력용 오브젝트에 대한 입력이고, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 상기 입력을 접수하기 위한 미리 결정된 기준을 충족시키는 경우, 상기 입력부를 가압하고 있는 가압물과 상기 입력부 간의 마찰력을 저감시키기 위하여 상기 진동부의 구동을 제어하기 위한 제어부를 포함하여 이루어지는 입력장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어부가 상기 입력부로의 입력을 접수한 다음, 상기 하중검출부에 의해 검출되는 가압 하중이 미리 결정된 기준을 충족시키는 경우, 상기 제어부는 상기 가압물과 상기 입력부 간의 마찰력을 저감시키기 위하여 상기 진동부의 구동을 제어하는 입력장치.
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