KR20130019114A - 진동 모듈 및 이를 이용한 햅틱 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압전 세라믹스 소자를 포함하는 햅틱 장치용 진동 모듈과 이를 이용한 햅틱 장치에 관한 것으로서, 외부경계를 정의하는 측벽을 포함하는 프레임; 상기 프레임의 서로 마주보는 측벽을 가로질러 연결된 고정부; 상기 고정부로부터 분지되어 연장되고, 상호 분리되어 형성된 복수의 진동판; 상기 복수의 진동판 각각의 단부의 아랫면에 연결되고, 판 형상을 갖는 복수의 지지대; 및 상기 복수의 지지대 각각의 측면에 부착된 압전 세라믹스 소자를 포함하는 햅틱 장치용 진동 모듈와 이를 이용한 햅틱 장치가 제공된다.

Description

진동 모듈 및 이를 이용한 햅틱 장치 {Vibration module and haptic device using the same}
본 발명은 진동 모듈 및 이를 이용한 햅틱 장치(Haptic Device)에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 압전 세라믹스 소자를 포함하는 햅틱 장치용 진동 모듈 및 이를 이용한 햅틱 장치에 관한 것이다.
햅틱 기술은 컴퓨터의 기능 가운데 사용자의 입력 장치인 키보드와 마우스, 조이스틱, 터치스크린 등을 통해 촉각과 힘, 운동감 등을 느끼게 하는 기술로서, 기존의 컴퓨터 기술은 인간과 컴퓨터가 정보를 주고받는 데 시청각 정보가 주로 이용되었으나, 사용자는 가상 현실을 통해 더욱 구체적이고 실감나는 정보를 원하게 되고, 이를 충족시키기 위해 개발된 것이 촉각과 힘까지 전달하는 것이다.
사용자가 컴퓨터나 프로그램과 의사 소통을 보다 쉽고 편리하게 할 수 있도록 하기 위해 여러 가지 방법이 사용되는데, 최근에는 사용자가 터치하여 입력하는 개념 이외에도 인터페이스의 사용자의 직관적 경험을 반영하고 피드백을 좀 더 다양화하는 개념을 포함하는 햅틱 장치가 많이 채용되고 있다.
일반적으로 햅틱 디바이스는 투명성을 갖는 터치 패널과 화상을 표시하는 화상표시장치가 배치되고, 사용자가 터치 패널을 통하여 화상을 보면서 터치 패널을 조작하는 경우 진동 발생 수단에 의해 터치 패널에 진동감이 인가됨으로써 사용자에게 진동감이 전달된다. 햅틱 장치를 개발하는데 있어서 중요한 사항은 사용자의 입력을 정밀하게 측정하여 가상환경 또는 원격지에 존재하는 곳에 전달할 수 있어야하며, 인터랙션 힘을 사용자에게 고 분해능으로 제시할 수 있어야 한다. 다시 말해서, 햅틱 장치는 임의의 방향으로 사용자의 움직임을 전달하고 임의의 방향으로 원하는 양만큼 정확히 인터랙션 힘을 생성할 수 있어야한다.
종래에는 진동을 발생시키기 위해서는 소형의 진동모터를 구동시켜 구동력이 이동통신 단말기의 케이스로 전달되도록 하여 이동통신 단말기가 진동할 수 있도록 하는 것이 일반적이다. 현재 적용되고 있는 진동모터는 형상에 따라 코인 타입(Coin type)과 바 타입(Bar type)으로 구분되며, 이들 두 가지 형태의 진동모터는 모두 자기장 속에 도체를 자기장과 직각방향으로 배치하고, 상기 도체에 전류를 통하도록 하면 자기장에 직각 방향으로 전자기적인 힘이 발생하는 원리를 기초로 하고 있다.
도 1a는 종래 기술에 따른 코인 타입 진동 모터의 개략적인 단면도이며, 도 1b는 종래 기술에 따른 바 타입 진동 모터의 개략적인 단면도이다.
상기 도 1a에 도시된 코인 타입 진동 모터(30)는 외부로부터 공급되는 전원이 단자부(12)를 통하여 하부기판(11)으로 입력되면, 상기 하부기판(11)에 일 단이 연결된 한 쌍의 브러쉬(13)를 통하여 상기 브러쉬(13)의 타 단이 탄력적으로 접하는 상부기판(21)의 코뮤테이터(22)로 유도되고, 상기 코뮤테이터(22)에서는 상부기판(21)에 인쇄된 회로를 따라 권선코일(23)로 외부전원이 공급된다. 이러한 경우, 상기 권선코일(23)에서 발생하는 자속과 마그네트(14)에서 발생되는 자속간의 상호작용에 의해서 전자기력을 발생시키고, 이를 이용하여 회전자(20)를 일 방향으로 회전시키게 되는 것이다. 그리고, 상기 코뮤테이터(22)는 회전체인 회전자(20)의 권선코일(23)와 고정체인 고정자(10)의 마그네트(14)의 상대위치가 변함에 따라, 상기 권선코일(23)에 공급되는 전원의 극성을 주기적으로 교번시킨다. 이때, 중량체(24)가 편심배치된 회전자(20)는 샤프트(16)를 회전중심으로 하여 일 방향으로 편심회전 구동되고, 이러한 편심회전 구동력은 상기 샤프트(16)를 통하여 하부 플레이트(15)와 케이스(25)에 전달되어 진동을 유발하게 된다.
상기 도 1b에 도시된 바 타입 진동 모터는 크게 고정자부(110), 회전자부(130) 및 전원공급부(150)로 구성된다.
상기 고정자부(110)의 바디(111)는 케이스(112)와 요크(114)로 구성되어 있는데, 상기 케이스(112)는 양단이 개방된 원통형상이고, 상기 요크(114)는 중공형의 요크몸체(114b), 상기 요크몸체(114b)의 선단에 형성된 베어링 안착홈(114a) 및 상기 베어링 안착홈(114a)의 둘레에 형성된 플랜지부(114c)로 이루어져 있다. 상기 회전자부(130)는 편심추(131), 회전축(132), 정류자(134) 및 전기자(136)등을 포함하고 있는데, 상기 회전축(132)의 일단에는 그 무게중심이 편심져 있는 편심추(131)가 고정되어 있으며, 상기 회전축(132)의 타단에는 고정체(138)가 고정된다. 상기와 같이 구성된 회전자부(130)는 상술한 고정자부(110)에 회전가능하도록 설치된다. 상기 전원공급부(150)는 고정캡(152)과 상기 고정캡(152)에 설치되는 한 쌍의 브러쉬(154)를 포함하고 있는데, 상기와 같이 정류자(134)에 전류가 공급되어 상기 전기자(136)에 권취된 코일(미도시)에 전류가 흐르게 되면, 상기 전기자(136)와 상기 요크 몸체(114b)의 외측에 고정된 마그네트(116)와의 상호작용에 의해 전자기력이 발생하게 된다. 상기와 같이 발생되는 전자기력이 상기 전기자(136)에 가해지면 상기 회전축(132)은 회전하여 상기 회전축(132)의 일 단에 고정된 편심추(131)를 회전시킴으로써 진동이 발생된다.
한편, 상기에서 살펴본 종래 기술에 따른 진동모터들은 두께를 얇게 제조하는 것이 가능하여 소형화에 유리한 점 때문에 사용범위가 넓어지는 추세이나, 진동 시 소비전력이 크고, 내구성이 약하다는 단점이 있다.
더욱이 일반적으로 진동 모터 등의 진동발생 수단들은 터치 패널의 측면 또는 일부 하부면에 위치하여 햅틱 피드백을 제공하고 있으나, 최근 들어서 스마트 폰, 멀티미디어 플레이어, 테블릿 PC, 넷북, 노프트북, 게임기 등의 햅틱 장치의 크기가 커지고, 햅틱 장치의 멀티 터치 기능에 대한 요구가 커져감에 따라서, 터치 패널의 측면 또는 일부 하부면에 위치하여 햅틱 장치의 전체적인 진동만을 야기하는 종래의 진동발생 수단으로는 현실감 있는 햅틱 피드백을 적절히 발생시키는 것이 곤란한 문제점이 있다.
본 발명은 상기 언급한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 사용자가 터치 패널에 대하여 촉각을 이용하여 정보를 입력할 때 보다 다양하고 현실감 있는 햅틱 피드백 효과가 가능한 진동 모듈 및 이를 이용한 햅틱 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 실시예에 따른 햅틱 장치용 진동 모듈은 외부경계를 정의하는 측벽을 포함하는 프레임; 상기 프레임의 서로 마주보는 측벽을 가로질러 연결된 고정부; 상기 고정부로부터 분지되어 연장되고, 상호 분리되어 형성된 복수의 진동판; 상기 복수의 진동판 각각의 단부의 아랫면에 연결되고, 판 형상을 갖는 복수의 지지대; 및 상기 복수의 지지대 각각의 측면에 부착된 압전 세라믹스 소자를 포함한다.
상기 햅틱 장치용 진동 모듈은 상기 복수의 지지대의 하단에 연결되고, 상기 복수의 진동판 각각의 단부에 대응되는 위치에 배치되는 하부판을 더 포함된다.
상기 복수의 지지대는 상기 진동판에 대하여 수직으로 배치되거나, 소정 각도로 기울어져 배치된다.
상기 압전 세라믹스 소자는 상기 복수의 지지대 각각의 측면 중 일면 또는 양면에 부착된다.
상기 압전 세라믹스 소자는 복수의 압전 세라믹스층이 적층되어 형성된다.
상기 압전 세라믹스 소자는 인가 전압의 크기에 따라 진동의 크기가 변한다.
상기 고정부와 상기 복수의 진동판 사이에는 상기 복수의 진동판의 폭보다 좁은 폭은 갖는 연결부가 위치한다.
상기 고정부는 상기 복수의 진동판의 진동이 상호 단절되도록 진동 흡수재 또는 진동 감쇠재로 이루어진다.
상기 복수의 진동판 및 지지대는 금속 또는 폴리머로 이루어진다.
상기 복수의 진동판 각각의 단부의 아랫면에는 지지대의 위치결정 홈이 형성된다.
상기 복수의 진동판 각각 및 지지대는 일체로 형성된다.
본 발명에 다른 실시예에 따른 햅틱 장치는 전면 커버부; 외부 접촉을 센싱하는 터치 패널; 외부경계를 정의하는 측벽을 포함하는 프레임, 상기 프레임의 서로 마주보는 측벽을 갈로질러 연결된 고정부, 상기 고정부로부터 분지되어 연장되고, 상호 분리되어 형성된 복수의 진동판, 상기 복수의 진동판 각각의 단부의 아랫면에 연결되고, 판 형상을 갖는 복수의 지지대, 및 상기 복수의 지지대 각각의 측면에 부착된 압전 세라믹스 소자를 포함하고, 상기 터치 패널에서 센싱된 외부 접촉에 대응하는 햅틱 피드백 진동을 발생시키는 진동 모듈; 상기 복수의 진동판 중에서 상기 터치 패널에서 센싱한 접촉 위치에 인접한 진동판에 대응하는 압전 세라믹스 소자에 진동 발생 신호를 발생시키는 제어부; 및 상기 터치 패널, 진동 모듈 및 제어회로를 수용하는 하우징을 포함한다.
상기 햅틱 장치는 화상 정보를 표시하는 디스플레이 패널을 더 포함한다.
상기 터치 패널 및 디스플레이 패널은 일체형으로 이루어진다.
상기 진동 모듈은 상기 복수의 지지대의 하단에 연결되고, 상기 복수의 진동판 각각의 단부에 대응되는 위치에 배치되는 하부판을 더 포함한다.
상기 진동판은 상기 터치 패널 또는 상기 디스플레이 패널에 직접 접하거나 진동 전달 부재를 경유하여 접한다.
상기 하부판은 상기 하우징에 직접 접한다.
상기 전면 커버부의 내측면과 상기 터치 패널의 상부면 사이에 위치하는 탄성부재를 더 포함한다.
상기 터치 패널 또는 상기 디스플레이 패널의 하부면과, 상기 하우징의 상부면 사이에 위치하는 탄성부재를 더 포함한다.
복수의 상기 진동 모듈이 동일 평면 상에 배치된다.
본 발명에 의한 햅틱 장치용 진동 모듈 및 이를 이용한 햅틱 장치에 따르면, 사용자가 터치 패널에 대하여 촉각을 이용하여 정보를 입력할 때 보다 다양하고 현실감 있는 햅틱 피드백 효과를 제공할 수 있는 진동 모듈 및 이를 이용한 햅틱 장치를 구현할 수 있다.
도 1a는 종래 기술에 따른 코인 타입 진동 모터의 개략적인 단면도이며, 도 1b는 종래 기술에 따른 바 타입 진동 모터의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 장치의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 장치용 진동 모듈의 평면도와 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 장치용 진동 모듈의 진동판 단부의 개략적인 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 햅틱 장치용 진동 모듈의 진동판 단부의 개략적인 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 햅틱 장치의 단면도이다.
도 7은 본 발명에 다른 실시예에 따른 햅틱 장치의 평면도이다.
특정 실시예의 후술되는 상세한 설명은 본 발명의 특정 실시예의 여러 설명을 제공한다. 그러나, 본 발명은 청구범위에 의해 한정되고 커버되는 다수의 여러 방법으로 구현될 수 있다. 본 상세한 설명은 동일한 참조 번호가 동일하거나 기능적으로 유사한 요소를 나타내는 도면을 참조하여 설명된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 장치용 진동 모듈 및 이를 이용한 햅틱 장치에 관하여 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 장치의 분해 사시도로서, 본 발명의 실시예에 따른 진동 모듈을 포함하는 햅틱 장치의 구성을 나타낸다. 햅틱 장치는 모바일 폰, 휴대전화, 스마트 폰, 무선 라디오, 넷북, 테블릿 PC, 휴대용 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, MP3 플레이어, 위성 라디오, 위성 텔레비전, 게임기 등을 비롯한 임의의 컴퓨팅 장치 일수 있다.
본 발명에 따른 햅틱 장치의 구성은 전면 커버부(201); 외부 접촉을 센싱하는 터치 패널(202); 상기 터치 패널(202)에서 센싱된 외부 접촉에 대응하는 햅틱 피드백 진동을 발생시키는 진동 모듈(204); 상기 복수의 진동판 중에서 상기 터치 패널(202)에서 센싱한 접촉 위치에 인접한 진동판에 대응하는 압전 세라믹스 소자에 진동 신호를 발생시키는 제어부(미도시); 및 상기 터치 패널(202), 진동 모듈(204) 및 제어회로를 수용하는 하우징(205)을 포함한다. 또한 터치 패널(202) 하부에 디스플레이 패널(203)을 더 포함할 수 있다.
터치 패널(202)는 사람의 손이나 별도의 입력 수단을 통해 터치 부위를 인식하고 이에 대하여 별도의 정보를 전달 할 수 있는 것으로, 외부 터치에 대한 센싱 영역을 포함하여 사용자가 터치 패널을 접촉하면 접촉된 위치 정보가 프로세서에 출력된다. 터치 센싱 방식에 따라 저항 방식, 정전 용량 방식, 적외선 감지 방지 등으로 나뉘는데, 제조 방식의 편이성 및 센싱력 등을 감안하여 목적에 맞도록 적절한 형태의 터치 센싱 방식을 채택한다. 본 발명에서는 터치 센싱 방식에 특별히 제한되지 않는다.
터치 패널(202) 하부에는 LCD, OLED, LED 등의 디스플레이 패널(203)이 배치될 수 있다. 터치 패널(202)는 광투과성을 가지므로 디스플레이 패널(203)의 표시 화면을 터치 패널(202)을 통하여 볼 수 있다. 터치 패널(202)와 디스플레이 패널(203)은 별도의 구조로 중첩되어 배치될 수도 있고, 사이에 접착층을 개재하여 부착하거나 하나의 기판 상-하부에 터치 패널과 디스플레이 패널을 형성하는 일체형의 형태로 구성할 수도 있다.
진동 모듈(204)는 터치 패널(202)에서 외부 접촉을 센싱하고, 외부의 프로세서로 신호를 출력하면 이에 대응하여 사용자에게 햅틱 피드백을 제공하기 위하여 진동을 발생한다. 진동 모듈(204)의 세부적인 구성에 대해서는 후술한다.
사용자가 터치 패널(202)을 접촉하면 접촉된 위치 정보가 출력되는데, 제어부(미도시)는 이러한 접촉 위치 정보를 입력 받아서 접촉 위치에 인접한 부분에서만 진동이 발생될 수 있도록, 복수의 진동 수단을 포함하는 진동 모듈(204)에서 터치 패널(202)의 접촉 위치에 인접한 진동 수단을 판단하고, 진동 신호를 발생시켜 해당 진동 수단으로 진동 신호를 입력한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 장치용 진동 모듈의 평면도(a)와 A-A'를 따라서 절단한 면의 단면도(b)이다. 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 장치용 진동 모듈(204)은 외부경계를 정의하는 측벽을 포함하는 프레임(301); 상기 프레임(301)의 서로 마주보는 측벽을 가로질러 연결된 고정부(302); 상기 고정부(302)로부터 분지되어 연장되고, 상호 분리되어 형성된 복수의 진동판(304); 상기 복수의 진동판(304) 각각의 단부의 아랫면에 연결되고, 판 형상을 갖는 복수의 지지대(310, 320, 330, 340); 및 상기 복수의 지지대 각각의 측면에 부착된 압전 세라믹스 소자(311, 321, 331, 341)를 포함한다.
프레임(301)은 햅틱 장치용 진동 모듈(204)의 외부 경계를 정의하는 측벽을 포함하고, 보다 안정적인 구조를 위하여 바닥면을 더 포함할 수 있다.
고정부(302)는 프레임(302)의 측벽 중에서 서로 마주보는 측벽(303, 305)을 가로 질러 연결하고, 복수의 진동판(304)를 고정하는 역할을 한다. 고정부(302)는 복수의 진동판(304)의 일부 진동판이 진동 신호의 입력에 의해서 진동하는 경우에, 각 진동판의 진동이 다른 진동판으로 전달되지 않고 상호 단절되도록 진동 흡수재 또는 진동 감쇠재로 이루어지는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
진동판(304)은 고정부(302)로부터 분지되어 연장되고, 오픈된 영역에 의해서 상호 분리되어 있어서, 주변의 진동판과는 상관없이 독립적으로 진동이 가능하다. 고정부(302)와 진동판(304)은 직접 연결될 수도 있으나, 진동판(304)의 폭보다 좁은 폭은 갖는 연결부(306)에 의해서 연결될 수 있다. 좁은 폭을 갖는 연결부(306)에 의해서 일부 진동판의 진동이 다른 진동판으로 전달되지 않고 보다 효율적으로 단절될 수 있고, 진동판의 진동이 증폭될 수 있다.
복수의 진동판(304)이 연결된 고정판(302)의 반대쪽에 위치하는 단부의 아랫면에는 연결되고 판 형상을 갖는 복수의 지지대(310, 320, 330, 340)와 복수의 지지대 각각의 측면에 부착된 압전 세라믹스 소자(311, 321, 331, 341)가 배치된다. 지지대는 상부에 위치하는 진동판을 지지하면서, 압전 세라믹스 소자가 부착될 영역을 제공한다. 또한 하나의 진동판의 단부 아래에 배치된 복수의 지지대(310, 320)의 하단에 연결되고, 진동판의 단부에 대응되는 위치에 배치되는 하부판(307, 308)을 더 포함할 수 있다. 프레임(301)이 바닥면을 포함하는 경우에는 프레임(301)의 바닥면이 하부판(307)을 대신할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 장치용 진동 모듈에서 하나의 진동판 단부를 나타내는 개략적인 사시도이다. 진동판(401)의 단부와 이에 대응하는 하부판(402) 사이에는 지지대, 즉 제1 지지대(410) 내지 제2 지지대(420)가 배치되며, 상기 각 지지대(410, 420)는 상기 진동판(401)과 하부판(402)의 일 면에 부착되어, 상기 진동판(402)와 하부판(402)을 연결시킨다. 본 실시예에서는 2개의 지지대가 사용되었으나, 지지대의 개수가 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 상기 각 지지대(410, 420)는 상호 대칭적으로 소정 간격, 바람직하게는 등간격으로 배치된다. 또한, 상기 각 지지대(410, 420)는 바(bar) 형태로 형성되며, 상기 각 지지대는 길이 방향이 상기 진동판(401)과 하부판(402)의 평면에 대하여 수직이 되도록 배치된다.
한편, 진동판(401) 및 지지대(410, 420)는 금속 재료 또는 폴리머 재료로 이루어진다. 상기 복수의 진동판 각각의 단부의 아랫면에는 지지대를 대칭형이 되도록 쉽게 조립할 수 있는 할 지지대의 위치결정 홈(미도시)을 형성할 수 있다. 또는 상기 진동판(401) 및 지지대(410, 420)는 일체로 형성할 수도 있다.
압전 세라믹스 소자(411, 412, 421, 422)는 상기 각 지지대(410, 420)의 양면에 부착되어, 소정 전압 인가시 진동을 유발한다. 즉, 제1 지지대 내지 제2 지지대(410, 420) 각각의 양면에는 제1 내지 제4 압전 세라믹스(411, 412, 421, 422)가 각각 부착되며, 소정 전압 인가 시, 상기 제1 내지 제4 압전 세라믹스에서 발생하는 진동은 상기 각 지지대를 통하여 상기 진동판(401)에 전달된다. 이때 진동판(401)은 전체로써 진동하여 햅틱 장치에 해당 진동판에 대응되는 영역에 전달된다. 진동판은 지지대의 진동을 증폭하는 역할도 수행할 수 있다.
한편, 상기 제1 내지 제4 압전 세라믹스에 인가되는 전압의 크기에 따라, 상기 제1 내지 제4 압전 세라믹스의 진동의 크기는 변하게 되므로, 햅틱 장치용 진동 모듈의 진동 세기를 조절할 수 있게 된다.
상기 햅틱 장치용 진동 모듈의 진동원으로서 작용하는 압전 세라믹스 소자는 전기적 에너지가 기계적 에너지로, 또는 그 반대로 기계적 에너지가 전기적 에너지로 변환되는 특성을 갖는다. 상기 압전 세라믹스 소자는 온도변화에 의해 열팽창을 일으키며, 또 압력을 가하면 작게 수축한다. 이런 것들이 전계를 인가할 때에도 마찬가지로 일어나게 된다.
전계 인가시 압전 세라믹스 소자의 신축 원리를 살펴보면, 압전 세라믹스 소자에는 양이온과 음이온이 탄성적으로 연결되어 결정 격자를 형성하고, 전계가 걸리면 양이온은 전계 방향, 음이온은 역방향으로 당겨진다. 이와 같이 응력이 발생하고 결정격자를 변형시킨다. 다시 구체적으로 설명하면, 다결정체인 압전 세라믹스의 처음상태에 있어서 각각의 결정립 내부는 일반적으로 분극방향이 다른 몇 개의 분극으로 나누어져 있다. 이 상태에서 전체로의 분극은 상쇄되어 외부로는 표현되지 않는다. 이 때 압전 세라믹스 소자에 전계를 가하면 결정내부의 분극방향이 전계방향에 따라 분극하고 동시에 결정립의 길이가 전계방향으로 늘어난다. 또 전계를 제거하면 처음상태로 돌아오지 않고 전체가 거의 분극된 상태를 그대로 유지한다. 분극에 따른 변위를 잔류 처짐이라 부르며, 일련의 처리를 앞서 언급한 바와 같이 분극 처리라고 하는데, 분극 처리 후에는 동일방향의 전계를 가하거나 제거하는 것에 의해 각각의 결정체가 늘어난 상태, 줄어든 상태를 왕복하여 동작하게 되고 압전 세라믹스 전체의 움직임으로 나타나게 된다.
상기와 같은 압전 세라믹스 소자는 미소 변위의 고정밀 제어가 가능하며, 응답성이 빠르고, 에너지 변환 효율이 높은 특성을 갖는다. 따라서, 햅틱 장치용 진동 모듈의 진동원으로 압전 세라믹스 소자를 사용하게 되면, 소비전력이 작고, 내구성이 강하며, 진동 세기의 조절이 가능한 햅틱 장치용 진동 모듈을 구현할 수 있게 된다.
본 실시예에서는 압전 세라믹스 소자는 지지대의 양면에 하나의 층으로 구성되나, 이에 한정되지 않고 압전 세라믹스 소자는 상기 복수의 지지대 각각의 측면 중 일면에만 부착될 수도 있고, 복수의 압전 세라믹스 층이 적층되어 형성될 수 있다. 또한, 압전 세라믹스 소자는 지지대 한 면에 하나씩 부착되는 것으로 한정될 필요는 없고, 필요에 따라서 지지대의 각 면에 두 개 또는 그 이상 부착할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 햅틱 장치용 진동 모듈의 진동판 단부의 개략적인 사시도이다. 도 4에 도시된 제2 실시예는 상기 제1 실시예와 비교하여, 지지대의 배치 구조가 상이하고 나머지 구성요소는 거의 유사한 바, 이하에서는 상이한 구조를 중심으로 설명한다.
진동판(501)과 하부판(502)은 서로 이격되어 평행하게 배치된다. 진동판(501과 하부판(502) 사이에는 제1 지지대 내지 제4 지지대(510, 520, 530, 540)가 배치된다. 이때, 상기 복수의 지지대의 개수가 특별히 한정(제1 실시예의 2개 또는 제2 실시예의 4개)되지는 아니하고, 서로 소정 간격, 바람직하게는 등간격으로 배치되면 충분하다. 상기 각 지지대는 길이 방향이 상기 진동판(501)과 하부판(502)의 평면에 대하여 소정 각도로 기울어져 배치된다. 압전 세라믹스 소자(511, 512, 521, 522, 531, 532, 541, 542)는 기울어져 배치된 각 지지대의 양면에 부착되어 소정 전압 인가시에 진동을 유발한다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 햅틱 장치의 단면도이다.
본 발명에 따른 햅틱 장치(600)는 전면 커버부(601); 외부 접촉을 센싱하는 터치 패널(602); 외부경계를 정의하는 측벽을 포함하는 프레임, 상기 프레임의 서로 마주보는 측벽을 갈로질러 연결된 고정부, 상기 고정부로부터 분지되어 연장되고, 상호 분리되어 형성된 복수의 진동판, 상기 복수의 진동판 각각의 단부의 아랫면에 연결되고, 판 형상을 갖는 복수의 지지대, 및 상기 복수의 지지대 각각의 측면에 부착된 압전 세라믹스 소자를 포함하고, 상기 터치 패널에서 센싱된 외부 접촉에 대응하는 햅틱 피드백 진동을 발생시키는 진동 모듈(603); 상기 복수의 진동판 중에서 상기 터치 패널에서 센싱한 접촉 위치에 인접한 진동판에 대응하는 압전 세라믹스 소자에 진동 발생 신호를 발생시키는 제어부; 및 상기 터치 패널, 진동 모듈 및 제어회로를 수용하는 하우징(605)을 포함한다. 또한, 햅틱 장치(600)는 화상 정보를 표시하는 디스플레이 패널을 더 포함한다.
앞선 실시예들에서 살펴본 바와 같이, 진동 모듈(604)는 서로 인접하는 진동판 사이에 빈 공간을 형성하고, 연결부를 경유하여 고정부에 연결됨으로써 상호 분리되어 독립적으로 진동 가능한 진동판과, 각 진동판 단부의 아랫면에 연결된 지지대와 상기 지지대의 측면에 부착된 압전 세라믹스 소자를 포함하므로, 선택된 일부 압전 세라믹스 소자에 전압을 인가하여 일부 진동판만을 진동하는 것이 가능하다.
사용자가 터치 패널(602)을 접촉하면 접촉된 위치 정보가 출력되는데, 제어부(미도시)는 이러한 접촉 위치 정보를 입력 받아서, 복수의 진동판을 포함하는 진동 모듈(604)에서 터치 패널(602)의 접촉 위치에 인접한 진동판을 판단하여 선택하고, 진동 신호를 발생시켜 선택된 해당 진동판에 연결된 압전 세라믹스 소자에만 진동 신호를 출력함으로써 진동 모듈 중에서 접촉 위치에 인접한 부분에서만 진동이 발생될 수 있도록 한다. 이에 따라 터치 패널에서 복수의 지점에서 터치가 이루어지는 멀티 터치나, 터치 지점의 드래깅(dragging) 등과 같이 여러 가지 터치 형태에 따라서 종래와 같이 햅틱 장치 전체에 대해서 진동을 발생시키지 아니하고, 햅틱 장치의 영역별로 진동을 독립적으로 제어하여 발생시킴으로써 보다 다양하고, 현실감이 있는 햅틱 피드백을 사용자에게 제공할 수 있다. 물론, 필요에 따라서는 전체 진동 모듈(604)가 진동하도록 구동하는 것도 가능하다.
진동 모듈(604)의 진동판은 터치 패널(602) 또는 디스플레이 패널(603)의 하부면에 직접 접촉하도록 배치하거나, 진동판과 터치 패널(602) 또는 디스플레이 패널(603)의 하부면 사이에 진동 전달 부재 삽입하여 진동이 전달되도록 배치할 수 있다. 한편, 진동 모듈(604)의 하부판 또는 프레임 바닥면은 하우징(605)에 직접 접한다.
전면 커버부(601)의 내측면과 터치 패널(602)의 상부면 사이에는 외부로부터 이물질이 들어오는 것을 실링(sealing)하고, 하부의 하우징(605)와 함께 내부에 터치 패널(602), 진동 모듈(604) 등을 안정하게 지지하고 수용하기 위하여 탄성 부재(606)를 포함할 수 있다. 탄성 부재(606)는 링 형상으로 형성되고, 그 단면은 원형이거나 타원형을 이룬다. 탄성 부재(606)는 고무나 플라스틱 등과 같은 유연성과 탄성을 갖는 재료로서 이루어져 진동 모듈(604)에서 발생하는 진동을 감쇠하지 않고 증폭할 수 있다.
햅틱 장치의 터치 패널(602) 또는 상기 디스플레이 패널(603)의 하부면과, 하우징(605)의 바닥 상부면 사이에는 위치하여 터치 패널(602) 또는 상기 디스플레이 패널(603)를 안정적으로 지지하는 탄성 부재(607)를 더 포함할 수 있다. 탄성 부재(607)는 스프링, 고무, 플라스틱, 발포체 등과 같은 유연성과 탄성을 갖는 재료로서 이루어져 진동 모듈(604)에서 발생하는 진동을 감쇠하지 않고 증폭할 수 있다.
도 7은 본 발명에 다른 실시예에 따른 햅틱 장치에서 진동 모듈의 배치를 나타내는 평면도이다. 본 발명에서는 복수의 진동 모듈(702, 703)이 동일 평면 상에 배치되어 하우징(701) 내부에 수용된다. 최근 들어서 스마트 폰, 멀티미디어 플레이어, 테블릿 PC, 넷북, 노프트북, 게임기 등의 햅틱 장치의 크기가 커지는 경향이 나타나는데, 본 발명에 따른 진동 모듈을 이용하여 햅틱 장치의 크기에 적합하도록 하우징에 삽입 장착함으로써 간단하게 햅틱 장치를 완성할 수 있고, 또한 표준화된 크기의 진동 모듈을 이용하여 다양한 크기의 햅틱 장치를 제작이 가능하여 햅틱 장치를 제작하는데 소요되는 시간과 비용이 절감될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 햅틱 장치용 진동 모듈과 이를 이용한 햅틱 장치의 예시적인 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.
201, 601: 전면 커버부
202, 602: 터치 패널
203, 603: 디스플레이 패널
204, 300, 604, 702, 703: 진동 모듈
205, 605, 701: 하우징
301: 프레임
302: 고정부
304, 401, 501: 진동판
306: 연결부
307, 308, 402, 502: 하부판
310, 320, 330, 340, 410, 420, 510, 520, 530, 540: 지지대
311, 321, 331, 341, 411, 412, 421, 422, 511, 512, 521, 522,531,532,541,
542: 압전 세라믹스 소자

Claims (21)

  1. 외부경계를 정의하는 측벽을 포함하는 프레임;
    상기 프레임의 서로 마주보는 측벽을 가로질러 연결된 고정부;
    상기 고정부로부터 분지되어 연장되고, 상호 분리되어 형성된 복수의 진동판;
    상기 복수의 진동판 각각의 단부의 아랫면에 연결되고, 판 형상을 갖는 복수의 지지대; 및
    상기 복수의 지지대 각각의 측면에 부착된 압전 세라믹스 소자를 포함하는 햅틱 장치용 진동 모듈.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 지지대의 하단에 연결되고, 상기 복수의 진동판 각각의 단부에 대응되는 위치에 배치되는 하부판을 더 포함하는 햅틱 장치용 진동 모듈.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 지지대는 상기 진동판에 대하여 수직으로 배치되는 햅틱 장치용 진동 모듈.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 지지대는 상기 진동판에 대하여 소정 각도로 기울어져 배치되는 햅틱 장치용 진동 모듈.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전 세라믹스 소자는 상기 복수의 지지대 각각의 측면 중 일면 또는 양면에 부착되는 햅틱 장치용 진동 모듈.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 압전 세라믹스 소자는 복수의 압전 세라믹스 층이 적층되어 형성된 햅틱 장치용 진동 모듈.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 압전 세라믹스 소자는 인가 전압의 크기에 따라 진동의 크기가 변하는 햅틱 장치용 진동 모듈.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 고정부와 상기 복수의 진동판 사이에는 상기 복수의 진동판의 폭보다 좁은 폭은 갖는 연결부가 배치되는 햅틱 장치용 진동 모듈.
  9. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정부는 상기 복수의 진동판의 진동이 상호 단절되도록 진동 흡수재 또는 진동 감쇠재로 이루어진 햅틱 장치용 진동 모듈.
  10. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 진동판 및 지지대는 금속 또는 폴리머로 이루어진 햅틱 장치용 진동 모듈.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 복수의 진동판 각각의 단부의 아랫면에는 지지대의 위치결정 홈이 형성된 햅틱 장치용 진동 모듈.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 복수의 진동판 각각 및 지지대는 일체로 형성된 햅틱 장치용 진동 모듈.
  13. 전면 커버부;
    외부 접촉을 센싱하는 터치 패널;
    외부경계를 정의하는 측벽을 포함하는 프레임, 상기 프레임의 서로 마주보는 측벽을 갈로질러 연결된 고정부, 상기 고정부로부터 분지되어 연장되고, 상호 분리되어 형성된 복수의 진동판, 상기 복수의 진동판 각각의 단부의 아랫면에 연결되고, 판 형상을 갖는 복수의 지지대, 및 상기 복수의 지지대 각각의 측면에 부착된 압전 세라믹스 소자를 포함하고, 상기 터치 패널에서 센싱된 외부 접촉에 대응하는 햅틱 피드백 진동을 발생시키는 진동 모듈;
    상기 복수의 진동판 중에서 상기 터치 패널에서 센싱한 접촉 위치에 인접한 진동판에 대응하는 압전 세라믹스 소자에 진동 신호를 발생시키는 제어부; 및
    상기 터치 패널, 진동 모듈 및 제어회로를 수용하는 하우징을 포함하는 햅틱 장치.
  14. 제 13항에 있어서, 화상 정보를 표시하는 디스플레이 패널을 더 포함하는 햅틱 장치.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 터치 패널 및 디스플레이 패널은 일체형으로 이루어진 햅틱 장치.
  16. 제 13항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진동 모듈은 상기 복수의 지지대의 하단에 연결되고, 상기 복수의 진동판 각각의 단부에 대응되는 위치에 배치되는 하부판을 더 포함하는 햅틱 장치.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 진동판은 상기 터치 패널 또는 상기 디스플레이 패널에 직접 접하거나 진동 전달 부재를 경유하여 접하는 햅틱 장치.
  18. 제 16항에 있어서, 상기 하부판은 상기 하우징에 직접 접하는 햅틱 장치.
  19. 제 16항에 있어서, 상기 전면 커버부의 내측면과 상기 터치 패널의 상부면 사이에 위치하는 탄성부재를 더 포함하는 햅틱 장치.
  20. 제 16항에 있어서, 상기 터치 패널 또는 상기 디스플레이 패널의 하부면과, 상기 하우징의 바닥 상부면 사이에 위치하는 탄성부재를 더 포함하는 햅틱 장치.
  21. 제 13항에 있어서, 복수의 상기 진동 모듈이 동일 평면 상에 배치된 햅틱 장치.
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