KR20140015535A - 햅틱 피드백 기기 - Google Patents

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KR20140015535A
KR20140015535A KR1020137032960A KR20137032960A KR20140015535A KR 20140015535 A KR20140015535 A KR 20140015535A KR 1020137032960 A KR1020137032960 A KR 1020137032960A KR 20137032960 A KR20137032960 A KR 20137032960A KR 20140015535 A KR20140015535 A KR 20140015535A
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애플 인크.
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    • H03K2217/96062—Touch switches with tactile or haptic feedback

Abstract

전자 기기에 촉각 또는 햅틱 피드백을 제공하도록 구성된 햅틱 피드백 기기(102)가 제공된다. 이 햅틱 기기(102)는 중심축 주위를 회전할 수 있게 전자 기기에 동작가능하게 고정된 플랫폼(112)을 포함한다. 활성화 부재(106, 108)는 플랫폼(112)에 동작가능하게 연계되어 있고 선택적으로 플랫폼(112)을 제1 방향으로 회전시키도록 구성되어 있다. 또한, 햅틱 피드백 기기(102)는 플랫폼(112)에 동작가능하게 연계되어 있으며 플랫폼(112)이 선택 시간 기간 또는 선택 거리 중 적어도 하나만큼 회전한 후 선택적으로 플랫폼(112)을 제1 위치로 복귀시키도록 구성되어 있는 복원 부재(110)를 포함한다.

Description

햅틱 피드백 기기{HAPTIC FEEDBACK DEVICE}
관련 출원의 교차 참조
이 특허 협력 조약 특허 출원은 명칭이 "HAPTIC FEEDBACK DEVICE"인 2011년 6월 17일자 출원된 미합중국 특허 출원 No. 13/163,532의 우선권을 주장하며, 이 출원은 미합중국 특허 및 상표 청에서 대리인 서류 번호 P11064US1(P222052.US.01)로도 확인할 수 있으며, 이는 그의 전부가 다목적으로 여기에 참조로 통합되어 있다.
본 발명은 일반적으로 전자 기기에 관한 것이고, 특히는 전자 기기용의 햅틱 출력 기기에 관한 것이다.
전자 기기들은 사용자에 의한 특정한 입력, 또는 전자 기기의 출력에 응답해서 사용자에게 촉각(tactile)을 제공하기 위해서 햅틱 피드백을 이용할 수 있다. 예를 들어, 어떤 모바일 전자 기기들은 사용자의 누름에 응답해서 물리적으로 눌려지는 기계식 버튼을 포함할 수 있다. 이들 기계식 버튼은 실제 버튼 아래에 기계식 돔 스위치(mechanical dome switch)를 포함하는 스택업(stackup)을 포함할 수 있다. 이때 사용자에게 제공된 피드백은 돔 스위치의 실제 눌림일 수 있다. 그러나, 이러한 스택업은 버튼이 위아래로 이동할 수 있도록 인클로저가 특정 높이를 가져야할 필요가 있을 수 있다. 유사하게, 다른 햅틱 기기들은 버튼의 표면을 기계적으로 진동시키거나 선형으로 움직이게(x, y, 또는 z 방향으로) 함으로써 촉각 응답을 생성하는 작동기(actuator)를 포함할 수 있다. 기계식 버튼의 경우와 같이, 피드백은 기기가 적어도 일차원으로 움직이는 것을 필요로 하기 때문에, 특정 방향으로의 버튼의 이동을 수용할 수 있는 기기 인클로저를 위한 기계적 공차(mechanical tolerances)가 필요할 수 있다. 게다가, x, y, 또는 z 방향의 움직임은 인클로저가 예를 들어, 먼지나 습기를 봉쇄될 수 없게 만들 수 있다.
이 공개의 일례는 전자 기기에 촉각 또는 햅틱 피드백을 제공하도록 구성된 햅틱 기기의 형식을 취할 수 있다. 햅틱 기기는 중심축 주위로 회전 가능하도록 전자 기기에 동작가능하게 고정된 플랫폼을 포함하고 있다. 활성화 부재(activating member)는 플랫폼에 연계되어 동작하고 플랫폼을 선택적으로 제1 방향으로 회전 - 이는 사용자 입력에 대한 응답일 수 있음 - 시키도록 구성되어 있다. 또한, 햅틱 피드백 기기는, 플랫폼에 연계되어 동작하고 플랫폼이 선택 시간 기간 또는 선택 거리 중 적어도 하나만큼 회전한 후에 선택적으로 이 플랫폼을 제1 위치(position)로 복귀(return)시키도록 구성된 복원 부재를 포함한다.
이 공개의 다른 예는 전자 기기의 형식을 취할 수 있다. 전자 기기는 인클로저, 인클로저에 연결되어 동작하는 프로세서, 및 햅틱 기기를 포함할 수 있다. 햅틱 기기는 햅틱 기기의 적어도 일부가 인클로저를 통해서 접근될 수 있게 이 인클로저에 연결되어 동작할 수 있다. 햅틱 기기는 인클로저에 연계되어 동작하는 플랫폼 또는 표면을 포함할 수 있다. 또한, 햅틱 기기는 프로세서와 통신하며 플랫폼에 연계되어 동작하는 활성화 부재와 플랫폼에 연계되어 동작하는 복원 부재를 포함할 수 있다. 활성화 부재는 플랫폼이 중심축을 따라서 회전하도록 구성되어 있다.
이 공개의 또 다른 예는 촉각 피드백을 제공하기 위한 방법의 형식을 취할 수 있다. 이 방법은 사용자 입력, 예를 들어, 사용자의 터치를 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 이후 이 방법은 사용자 입력에 응답하여 기기를 중심축 주위로 회전시키는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은, 기기가 회전한 후, 선택 시간 또는 선택 회전 거리 중 하나 후에 기기를 원래 위치로 복원시키는 단계를 포함할 수 있다.
도 1a는 햅틱 버튼을 포함하는 모바일 전자 기기의 등각 투영도이다.
도 1b는 도 1a의 모바일 전자 기기의 예시적인 블록도이다.
도 2는 햅틱 버튼의 제1 실시 예를 보여주는 도 1의 선 2-2를 따라서 취한 모바일 전자 기기의 단면도이다.
도 3은 도 2의 햅틱 버튼의 확대된 상부 평면도이다.
도 4는 햅틱 버튼의 제2 실시 예를 보여주는 도 1의 선 2-2를 따라서 취한 모바일 전자 기기의 단면도이다.
도 5는 도 4의 햅틱 버튼의 확대된 하부 평면도이다.
개요
이 명세서의 어떤 실시 예들에서, 전자 기기용의 햅틱 기기가 공개된다. 햅틱 기기는 사용자의 입력에 응답해서 또는 전자 기기의 출력으로서 피드백을 제공한다. 햅틱 기기가 선형 또는 수직 느낌 피드백을 제공하도록 구성될 수 있지만, 햅틱 기기는 그의 x, y, 또는 z 축을 따라서 선형 방향(수평 또는 수직 방향)으로 이동하지 않을 수 있다. 오히려, 햅틱 기기는 중심축 주위를 회전한다. 햅틱 기기가 회전하고 있는 동안 사용자가 햅틱 기기에 접촉할 때, 사용자는 움직임이 선형 방향, 즉 수평 또는 수직 방향을 따라 이루어지는 것을 느낄 수 있다. 이는 사용자에게 움직임이 수직 또는 수평으로 이루어지고 있음을 나타내기에 충분할 정도로 회전이 실질적으로 빠르거나 작기 때문이다. 그러므로, 햅틱 기기는 x, y 또는 z 방향으로의 유의미한 변위를 필요로 하지 않고도 햅틱 기기를 수직 또는 수평으로 변위(displacing)시킬 때 실질적으로 동일한 느낌을 사용자에게 줄 수 있다.
햅틱 기기는 기기를 회전시키기 위한 작동력(actuating force)을 햅틱 기기에 행사하기 위한 작동기를 포함할 수 있다. 게다가, 햅틱 기기는 햅틱 기기를 활성화(activation) 전의 그의 원래 위치 또는 회전 후의 제2 위치로 복귀시키기 위한 복원력을 포함할 수 있다. 햅틱 기기는 그의 중심축 또는 외주(outer perimeter)의 적어도 일부를 따라서 전자 기기에 고정될 수 있고, 햅틱 기기는 그의 중심축 주위를 회전하도록 구성되어 있다. 이러한 회전은 마치 움직임이 수직 방향으로 이루어지는 것과 같은 촉각 느낌(tactile feel)을 사용자에게 제공한다. 햅틱 기기는 또한 햅틱 기기가 사용자에 의해 터치되거나 다른 방식으로 활성화된 때를 판정하기 위한 센서를 포함할 수 있다.
일례로, 작동기는 햅틱 기기의 적어도 일부 내에 동작가능하게 연결되거나 내장될 수 있는 전자석 또는 금속성(metallic) 또는 자기 재료를 포함할 수 있다. 전자석은 햅틱 기기에 가까운 전자 기기의 한쪽에 고정되어 햅틱 기기에 동작가능하게 연결된 자기 또는 금속성 재료를 선택적으로 끌어당기거나 밀어낼 수 있다.
다른 예에서, 작동기는 인쇄 전기 활성 폴리머 재료(printed electroactive polymer material)를 포함할 수 있다. 전기 활성 폴리머 재료는 기기 아래에 배치될 수 있고 특정한 전압 또는 전류가 인가될 때 수축하거나 움직일 수 있다. 이때, 전기 활성 폴리머는 특정 방향으로 수축하거나 움직여서 기기를 회전시킬 수 있다.
햅틱 기기는 또한 복원 부재를 포함할 수 있다. 복원 부재는 햅틱 기기를 활성화 전의(pre-activated) 그의 원래 위치로 복원시키는데 도움을 줄 수 있다. 예를 들어, 복원 기기는 편향력(biasing force)을 기기의 플랫폼에 가하는 스프링일 수 있다. 편향력은 기기가 회전할 수 있도록 활성화 힘(activation force)에 의해 극복될 수 있다. 그러나 활성화 힘이 감소하거나 제거되면, 편향력은 햅틱 기기(또는 햅틱 기기의 플랫폼)를 그의 원래 위치로 복귀시킬 수 있다. 다른 예에서, 복원력은 햅틱 기기의 일부 또는 둘레를 둘러쌀 수 있는 겔(gel) 또는 다른 부합하는 재료일 수 있다. 스프링과 유사하게, 겔은 초기 힘(겔의 점착성(tackiness) 또는 끈적임(stickiness)에 기인한)을 행사할 수 있고, 초기 힘은 활성화 힘에 의해서 극복될 수 있지만 활성화 힘이 감소하거나 제거될 때는 햅틱 기기를 그의 원래 위치 또는 다른 정지 위치(resting position)로 복귀시킬 수 있다.
상세한 설명
햅틱 기기는 전자 기기에 피드백을 제공하도록 전자 기기 안에 포함될 있다. 도 1a는 햅틱 기기(102)를 포함하는 전자 기기(100)의 등각 투영도이다. 전자 기기(100)는 사실상 햅틱 피드백이 필요할 수 있는 임의 종류의 기기, 예를 들어, 스마트폰(예로, 애플사의 iPhone), 디지털 뮤직 플레이어(예로, MP3 플레이어), 디지털 카메라, 비디오 게임 기기, 랩톱 또는 태블릿 컴퓨터 등일 수 있다. 햅틱 기기(102)는 전자 기기(100)의 인클로저(104)에 동작가능하게 연결된 버튼, 스위치 또는 다른 입력/출력 부재일 수 있다.
전자 기기(100)는, 햅틱 기기(102) 외에, 인클로저(104)를 포함할 수 있다. 인클로저(104)는 전자 기기(100)의 외부의 일부를 형성할 수 있고, 적어도 부분적으로 전자 기기(100)의 다양한 내부 컴포넌트를 에워쌀 수 있다.
전자 기기(100)는 또한 전자 기기(100)의 출력을 제공할 수 있는 디스플레이 스크린(105)을 포함할 수 있다. 디스플레이 스크린(105)은 액정 디스플레이 스크린, 플라즈마 스크린 등일 수 있다. 게다가, 어떤 실시예들에서는 디스플레이 스크린(105)은 입력 및 출력 기기 모두로서 기능할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 스크린(105)은 사용자가 입력 신호를 그의 손가락을 통해서 전자 기기(100)에 제공할 수 있도록 정전식(capacitive) 입력 센서들을 포함할 수 있다.
햅틱 기기(102)는 피드백 기기는 물론이고 입력 기기로서 기능할 수 있다. 일례로, 햅틱 기기(102)는 사용자가 모바일 컴퓨팅 기기(100)에 입력을 제공할 수 있게 해준다. 햅틱 기기(102)는 활성화된 때에 입력을 전자 기기(100)에 제공할 수 있다. 예들 들어, 햅틱 기기(102)는, 예를 들어 비-제한 예로, 볼륨을 변경하고 홈 스크린으로 복귀할 수 있다. 게다가, 햅틱 기기(102)는 사실상 임의 크기, 모양일 수 있으며, 전자 기기(100)의 어떤 영역에도 배치될 수 있다. 햅틱 기기(102)는 전자 기기(100)의 앞, 뒤, 또는 측면에 배치될 수 있다. 일례로, 햅틱 기기(102)는 전자 기기(100)의 앞쪽 바닥 표면에 배치될 수 있다.
햅틱 기기(102)는 사용자가 터치하거나 누르거나 다른 식으로 느낄 수 있도록 구성된다. 일례로, 햅틱 기기(102)의 일부는 인클로저(104)를 통해서, 예를 들어, 인클로저(104) 내의 애퍼쳐를 통해서 접근될 수 있고, 또는 햅틱 기기는 인클로저(104)의 일부를 형성할 수 있다. 햅틱 기기(102)는 사용자가 햅틱 기기(104)의 움직임을 실질적으로 느낄 수 있도록 인클로저(104)를 통해서 접근될 수 있다.
도 1b는 선택 전기식 컴포넌트를 보여주는 전자 기기(100)의 실시 예의 블록도이다. 전자 기기(100)는 모두가 시스템 버스(128)에 의해 함께 연결되어 있는 프로세서(124), 메모리(120), 네트워크/통신 인터페이스(122), 및 입/출력 인터페이스(118)를 포함할 수 있다. 전자 기기(100)는 도시되지 않은 추가 및/또는 대안 컴포넌트를 포함할 수 있고; 도 1b는 단지 예시일 뿐이다.
네트워크/통신 인터페이스(122)는 다양한 전기 신호를 수신하고 전송할 수 있다. 예를 들어, 네트워크/통신 인터페이스(122)는 전자 기기(100)로부터 전화 호출을 하는데 이용될 수 있고, 데이터를 네트워크로부터 수신하는데 이용될 수 있고, 또는 전자 신호를 무선 또는 유선 연결(예로, 인터넷, WiFi, 블루투스 또는 이더넷)을 통해서 전송 및 송신하는데 이용될 수 있다.
메모리(120)는 전자 기기(100)가 이용할 수 있는 전자 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(120)는 다양한 애플리케이션에 대응하는 오디오 파일, 비디오 파일 및 문서 파일을 포함하지만 이들에 한정되지 않는 전기식 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(120)는, 예를 들어, 비-휘발성 스토리지, 자기 저장 매체, 광학 저장 매체, 자기-광학 저장 매체, 판독 전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 소거가능 프로그램어블 메모리, 또는 플래시 메모리일 수 있다.
프로세서(116)는 전자 기기(100)의 동작 및 그의 다양한 컴포넌트를 제어할 수 있다. 프로세서(116)는 햅틱 기기(102)와 통신할 수 있고 필요할 때 또는 원할 때 햅틱 기기(102)로부터의 입력을 활성화 및/또는 수신할 수 있다. 프로세서(116)는 명령어를 처리, 수신, 및/또는 송신할 수 있는 임의 전자 기기일 수 있다. 예를 들어, 프로세서(116)는 마이크로프로세서 또는 마이크로컴퓨터일 수 있다.
입/출력 인터페이스(118)는 전자 기기(100)가 다양한 기기/소스와 통신하는 것을 용이하게 해준다. 예를 들어, 입/출력 인터페이스(118)는 사용자로부터의 데이터를 수신할 수 있고 또는 전자 기기(100) 상의 버튼을 제어할 수 있다. 이 기술에 알려져 있는 다른 동작들도 또한 이 입/출력 인터페이스에 의해 실행될 수 있다. 게다가, 입/출력 인터페이스(118)는 또한 외부 드라이브, 예를 들어, 유니버셜 직렬 버스(USB) 또는 다른 비디오/오디오/데이터 입력부와 데이터를 송수신할 수 있다.
도 2는 햅틱 기기(102)의 제1 실시 예를 보여주는 도 1a의 전자 기기의 단면도이다. 도 3은 도 2의 햅틱 기기(102)의 상부 평면도이다. 햅틱 기기(102)는 복원 부재(110)에 의해서 인클로저(104)에 동작가능하게 연결될 수 있는 플랫폼(112) 또는 버튼을 포함할 수 있다. 센서(114)는 플랫폼(112)에 동작가능하게 연결될 수 있다. 작동 부재(actuator member)(108)는 플랫폼(112)의 일부에 동작가능하게 연결될 수 있고 대응하는 작동기(106)는 인클로저(104)에 동작가능하게 연결될 수 있지만, 플랫폼(112)과 통신할 수 있다.
적어도 일 실시 예에서 터치 표면일 수 있는 플랫폼(112)은 사용자 상호작용을 위한 표면을 제공한다. 예를 들어, 사용자는 플랫폼(112)을 터치하여 전자 기기(100)에 입력을 제공할 수 있거나 전자 기기(100)로부터의 피드백을 느낄 수 있다. 일례로, 플랫폼(112)은 인클로저(104)와 유사한 재료 또는 실질적으로 다른 임의 종류의 재료로 형성될 수 있다. 플랫폼(112)은 도 2에 선 C로 표시된 그의 중심축 주위를 회전하도록 구성되어 있다. 이 예에서, 플랫폼(112)은 그의 중심점에서 인클로저(104)에 동작가능하게 연결될 수 있지만, 그의 중심점 주위를 회전할 수 있다. 예를 들어, 플랫폼(112)은 고정된 지지 바 또는 부재를 포함할 수 있고, 플랫폼(112)은 지지 바 또는 부재(도시되지 않음) 주위를 회전할 수 있다. 다른 예에서, 플랫폼(112)은 그의 중심점 주위를 회전할 수 있지만, 그의 외주에 대해 인클로저(104)에 동작가능하게 연결될 수 있고, 예를 들어, 플랫폼(112)의 외부 직경은 플랫폼(112)을 인클로저(104)에 고정할 수 있다.
계속해서 도 2 및 도 3을 참조해 보면, 햅틱 기기(102)는 플랫폼(112)의 일부 주위에 동작가능하게 연결된 복원 부재(110)를 더 포함할 수 있다. 복원 부재(110)는 플랫폼(112)이 작동기(106)에 의해서 회전된 후에 제1 위치 또는 원래 위치로 플랫폼(112)을 복원하도록 구성되어 있다. 게다가, 복원 부재(110)는 플랫폼(112)이 비-활성화 위치, 또는 원래 위치에서 부분적으로 단단해지거나 고정될 수 있게 초기 힘을 플랫폼(112)에 행사할 수 있다. 예를 들어, 복원 부재(110)는 마찰 또는 편향력과 같은 힘을 이용하여 햅틱 기기(102)가 활성화되지 않을 때는 플랫폼(112)을 그의 정지 위치에 유지시키고, 플랫폼(112)이 회전된 후에는 플랫폼(112)을 정지 위치로 복귀시킨다.
일례로, 복원 부재(110)는 플랫폼(112)의 측면 주위로 배치될 수 있는, 실리콘 기반 겔 또는 알파 겔을 포함하지만 이에 한정되지 않는 겔 물질일 수 있다. 다른 구성에서, 겔 물질은 플랫폼(112)의 측면 및 바닥 표면 주위에 완전히 배치될 수 있다. 다른 말로, 플랫폼(112)은 실질적으로 복원 부재(110)의 상부에 지지될 수 있다. 겔 물질을 이용하는 실시 예들에서, 겔은 플랫폼(112)에 행사되는 초기 힘을 제공할 수 있는 점착성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 플랫폼(112)은 플랫폼(112)을 특정한 힘(작동기(106)에 의해서 극복될 수 있음)의 영향력하에 구속(restrain)시킬 수 있는 높은 마찰 계수를 가질 수 있다.
다른 예들에서, 복원 부재(110)는 플랫폼(112)을 도로 초기 위치로 회전시키기 위해 플랫폼(110)에 힘을 능동적으로 행사할 수 있다. 이는 사용자가 플랫폼(112)에 힘을 행사할 때 복원력이 느껴질 수 있기 때문에, 복원 부재(110)가 추가의 햅틱 피드백을 사용자에게 제공할 수 있게 해준다. 예를 들어, 복원 부재(110)는 전자석 또는 전기 활성 폴리머일 수 있으며 도 4에 관해서 이하 상세히 설명되는 작동 부재(actuating member)와 유사할 수 있다.
또 다른 예들에서, 복원 부재(110)는 플랫폼(112)에 동작가능하게 연결된 스프링일 수 있다. 이 예에서, 초기 힘은 작동기(106)의 힘에 의해 극복될 수 있는 스프링의 편향력일 수 있다. 유사하게, 복원 부재(110)는 작동 부재(108) 및/또는 플랫폼(112)에 초기 힘을 행사할 수 있는 가스켓(gasket) 또는 자기력일 수 있다. 더욱이, 복원 부재(110)는 작동기(106)에 통합될 수 있다. 예를 들어, 작동기(106)가 전자석 또는 프로그램가능한 자석인 경우, 극성(polarity) 또는 장(field)은 플랫폼(112)을 특정 위치에 유지할 수 있는 초기 힘과 플랫폼(112)을 회전시킬 수 있는 활성화 힘 사이에서 번갈아 나타날 수 있다.
복원 부재(110)가 행사하는 초기 힘은 작동기(106)가 행사한 회전력이 초기 힘을 극복할 수 있도록 구성될 수 있다. 이는 플랫폼(112)이 활성화될 때는 회전할 수 있게 해주지만 활성화되지 않을 때는 실질적으로 제 위치에 고정되어 유지될 수 있게 해준다. 복원 부재(110)는 플랫폼(112)의 촉각 느낌에 더 도움을 줄 수 있어, 플랫폼(112)이 인클로저(104)에 동작가능하게 연결될 때 헐거움이나 흔들림을 느끼지 않지만, 플랫폼(112)은 인클로저(104)에 그의 중심축을 따라서 동작가능하게 연결될 수 있다.
복원 부재(110)의 예시적인 도면인 도 3에 도시된 바와 같이, 복원 부재(110)는 플랫폼(112)의 외주 주위에 노출될 수 있다. 그러나, 유의할 점은, 다른 실시 예에서, 인클로저(104)는 복원 부재(110)를 실질적으로 커버하기 위해 플랫폼(112)의 외주까지 연장될 수 있다는 것이다. 다른 말로, 인클로저(104)는, 복원 부재(110)가 실질적으로 보이지 않을 수 있도록 플랫폼(112)의 에지에서 끝날 수 있다. 다른 실시 예들에서, 복원 부재(110)는 플랫폼(112)의 내주(inner perimeter)(도시되지 않음) 주위에 배치될 수 있다. 그러한 실시 예는, 예를 들어, 플랫폼이 타원형, 도넛형, 또는 복원 부재(110)가 플랫폼(112)에 복원력을 제공할 수 있는 내부 표면 또는 외부 표면을 갖는 유사한 모양으로 구성될 때 바람직할 수 있다.
햅틱 기기(102)는 또한 플랫폼(112)에 동작가능하게 연결된 센서(114)를 포함할 수 있다. 센서(114)는 플랫폼(112)과 통합되거나 그에 연결된 개별 요소일 수 있다. 게다가, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 센서(114)가 플랫폼(112) 아래에 배치되어 있을지라도, 센서(114)가 사용자의 선택을 검출할 수 있는 위치에 있는 한 센서(114)는 실질적으로 기기(100)의 어떤 로케이션에도 배치될 수 있음은 유의해야 한다. 예를 들어, 센서(114)는 플랫폼의 상부 표면 상에 배치될 수 있고, 예를 들어, 정전식(capacitive) 감지 링이 플랫폼(112)의 상부 표면 상에 배치될 수 있다. 다른 예에서, 센서(114)는 플랫폼(112)의 한 측면 또는 플랫폼을 마주보는 인클로저(104)의 한 측면 상에 배치될 수 있다.
센서(114)는 사용자가 플랫폼(112)을 선택, 누름 또는 다른 식으로 터치한 때를 판정할 수 있다. 센서(114)는 사용자의 터치 또는 선택을 검출할 수 있는 실질적으로 임의 유형의 센서일 수 있다. 예를 들어, 센서(114)는 캐패시턴스, 열, 빛, 압력, 습기 등을 감지할 수 있다. 센서(114)는 프로세서(124)와 전기식 통신을 할 수 있다.
작동 부재(108)는 플랫폼(112)의 한 측면 또는 외부 표면에 동작가능하게 연결될 수 있다. 일례로, 도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 플랫폼(112)의 마주보는 측면에 동작가능하게 연결된 2개의 작동 부재(108)가 있을 수 있다. 그러나, 실제로는 임의 수의 작동 부재(108)가 이용될 수 있으며, 작동 부재(108)는 실제로는 플랫폼(112) 상의 어느 곳이라도 배치될 수 있다. 작동 부재(108)는 인클로저(104)에 동작가능하게 연결된 대응하는 작동기(106)와 통신하여 플랫폼(112)을 그의 중심축 주위로 회전시키도록 구성되어 있다. 작동 부재(108)는 단일 측면 또는 다수의 측면으로부터 플랫폼(112)을 구동할 수 있다. 다른 말로, 단일 작동 부재(108)가 존재할 수도 있고 또는 다수의 작동 부재(108)가 존재할 수도 있다.
작동기(106)는 인클로저(104)에 동작가능하게 연결될 수 있고 프로세서(116)와 통신할 수도 있다. 작동기(106)는 플랫폼(112)을 회전시키기 위해 작동 부재들(108)을 선택적으로 활성화시키도록 구성되어 있다. 작동기(106)는 플랫폼(112)이 선택 시간, 거리 또는 다른 변수만큼 회전할 수 있도록 구성될 수 있다.
일례로, 작동 부재(108)는 금속성 또는 자기 표면일 수 있고 작동기(106)는 전자석일 수도 있다. 이 예에서, 작동기(106)는 선택적으로 자화될 수 있고, 이는 작동 부재들(108)과 상호작용할 수 있는 자기력을 생성할 수 있다. 자기력은 작동 부재들(108)이 작동기(106)로부터 멀어지게 하거나 또는 이를 향하도록 강제할 수 있다. 작동 부재들(108)은 플랫폼(112)에 동작가능하게 연결되어 있기 때문에, 작동 부재들(108)이 특정 방향으로 강제될 때, 플랫폼(112)은 이 방향으로 움직일 수 있다. 다른 말로, 작동기(106)가 선택적으로 활성화(충전/방전)될 때, 플랫폼(112)은 작동기(106)에 의해서 작동 부재들(108)에 가해진 가변력(varying forces) 때문에 회전할 수 있다.
다른 예에서, 작동기(106)는 플랫폼(112)에 동작가능하게 연결된 모터일 수 있고 플랫폼(112)을 선택적으로 회전시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 모터는 플랫폼(112)의 중심점에 동작가능하게 연결된 구동 샤프트를 포함할 수 있으므로, 구동 샤프트의 회전에 따라서 플랫폼(112)이 회전할 수 있다. 다른 예에서, 하나 또는 다수의 마이크로-모터는 플랫폼(112)을 회전시키기 위해서 플랫폼(112)의 측면들에 동작가능하게 연결될 수 있다.
도 1a-3을 참조하면, 동작시, 사용자는 햅틱 기기(102)를 선택하거나 누를 수 있다. 사용자가 플랫폼(112) 및/또는 센서(114)를 터치할 때, 센서(114)는 사용자가 햅틱 기기(102)를 선택하였음을 검출할 수 있다. 이후 센서(104)는 프로세서(124)에 통신할 수 있고, 이 프로세서는 작동기(106)를 활성화시킬 수 있다. 작동기(106)가 활성화될 때, 작동 부재들(108)은 힘을 받을 수 있다. 이 힘은 플랫폼(112)의 2개의 측면에 가해지고, 그로 인해 작동 부재들(108)이 대응하는 작동기(106)를 향하도록(또는 이로부터 멀어지도록) 강제될 수 있다. 작동 부재들(108)이 작동기(106)에 의해서 당겨질 때(또는 밀려날 때), 이들은 플랫폼(112)을 중심축을 따라서 회전시킨다. 이때, 플랫폼(112)은 회전하여 촉각 느낌을 사용자에게 전달한다.
플랫폼(112)이 회전할 때, 수직으로는 실질적으로 움직이지 않을 수 있다. 이는 플랫폼(112)이 z 방향으로는 실질적으로 움직이지 않을 수 있음을 의미한다. 유사하게, 플랫폼(112)은 수평 방향(x 및 y 축)으로 실질적으로 움직이지 않을 수 있다. 그러나, 플랫폼(112)이 수평 또는 수직 방향으로 실질적으로 움직이지 않을지라도, 사용자는 플랫폼(112)이 수직 또는 수평 방향을 따라서 변위하고 있음을 체험(심리적으로)할 것이다. 이는 어떤 실시 예들에서 플랫폼(112)이 단지 작은 거리(대략 100 내지 200 ㎛)를 또는 매우 빠르게 회전할 수 있고 사용자가 체험할 때 작은 움직임 거리는 마치 수평 또는 수직 움직임처럼 느껴질 수 있기 때문이다.
더욱이, 플랫폼(112)은 단일 평면 내에서 회전하기 때문에, 햅틱 기기(102)를 위해 필요한 높이는 피드백을 생성하기 위해 움직임을 필요로 하는 햅틱 기기에 비해서 줄어들 수 있다. 햅틱 기기(102)의 높이가 줄어들면 인클로저(104)의 높이가 줄어들고 및/또는 전자 기기(100)의 다른 내부 컴포넌트들을 위한 크기가 증가할 수 있다. 이는 또한 인클로저(104)가 전자 기기(100)의 내부 캐비티를 실질적으로 밀폐할 수 있도록 인클로저(104)를 구성할 수 있게 해준다. 이는 햅틱 기기(102)를 고려하는데 최소의 움직임 또는 변위 공차를 필요로 하기 때문에 가능하다. 수평 또는 수직 방향으로 변위시킴으로써 피드백을 제공하는 햅틱 기기와는 달리, 햅틱 기기(102)는 그의 표면보다 더 넓게 또는 더 높게 움직이지 않을 수 있으므로, 햅팁 기기(102)는 어떤 추가적인 움직임 공간을 필요로 하지 않는다. 이는 변위 모션을 수용하기 위해 필요한 공차를 전자 기기(100) 내에 구축할 필요없이도 햅틱 기기(102)가 피드백을 제공할 수 있게 해준다.
유의할 점은 어떤 예들에서 플랫폼(112)이 선형 방향으로 약간 이동할 수 있다는 것이다. 이는 사용자가 햅틱 기기(102)를 선택하였는지 여부를 센서(114)가 판정하는데 도움을 줄 수 있다. 예를 들어, 센서(114)는 사용자가 플랫폼(112)에 행사한 힘을 측정하도록 구성될 수 있다. 플랫폼(112)이 작은 거리, 예를 들어, 5-10㎛를 이동하도록 구성된 경우, 센서(114)는 힘을 판정하기 위해 플랫폼(112)의 변위를 감지할 수 있다. 유사하게, 다른 예들에서, 플랫폼(112)은 사용자가 느끼는 햅틱 피드백을 더 증가시키기 위해서 선형 방향으로 약간 이동할 수 있다. 예를 들어, 플랫폼(112)은 사용자가 느끼는 "눌림(depression)"을 증가시키기 위해 수직 움직임과 결합될 수 있다.
도 4는 햅틱 기기(202)의 제2 실시 예의 단면도이다. 도 5는 도 4의 햅틱 기기(202)의 하부 평면도이다. 햅틱 기기(202)는 도 3의 햅틱 기기(102)와 실질적으로 유사하지만, 작동 부재는 포함하지 않을 수 있다. 이는 작동기(206)가 플랫폼(112) 및 인클로저(104)에 동작가능하게 연결되어, 작동기(206)가 활성화되어 플랫폼(121)을 그 스스로 회전시킬 수 있기 때문이다.
일례로, 제1 작동기(206a) 및 제2 작동기(206b)가 있을 수 있다. 그러나, 다른 실시 예들에서는, 단지 하나의 작동기 또는 다수의 작동기가 있을 수 있다. 작동기(206a, 206b)는 플랫폼(112)의 하부 표면에 동작가능하게 연결될 수 있고(도 5에 도시된 바와 같이), 인클로저(104)에 동작가능하게 연결될 수 있다. 제1 작동기(206a)는 플랫폼(112)의 제1 측면에 동작가능하게 연결될 수 있고 플랫폼(112)의 중심점으로부터 오프셋(offset)될 수 있다. 제2 작동기(206b)는 제1 작동기(206a)로부터 실질적으로 반대 측에 있는 플랫폼(112)에 동작가능하게 연결될 수 있다. 게다가, 제2 작동기(206b)는 중심점으로부터 오프셋되지만 제1 작동기(206a)의 반대 방향으로 오프셋되게 배치될 수 있다. 다른 말로, 작동기(206a, 206b)는 플랫폼(112)의 맞은편 반에 동작가능하게 연결되고 서로 플랫폼(112)의 반대 측에 배치될 수 있다.
작동기(206a, 206b)는 선택 입력 또는 전압을 기반으로 선형으로 이동하도록 구성되어 있다. 일례로, 작동기(206a, 206b)는 선택 전압에 응답해서 모양 또는 치수가 수축하거나 다른 방식으로 변할 수 있는 전기 활성 폴리머일 수 있다. 이 예에서, 작동기(206a, 206b)의 두께는 대략 100㎛일 수 있다. 그러나, 신호(전압이나 전류와 같은)가 인가될 때 모양이나 치수를 변화시키는 다른 재료도 이용될 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 실시 예에서, 작동기들(206a, 206b)이 수축할 때 이들은 각각 플랫폼(112)의 중심축을 벗어나서 이 중심축에 평행하게 힘 F를 행사할 수 있다. 동작시, 작동기(206a, 206b)는 둘 다 실질적으로 동시에 활성화될 수 있고, 따라서 둘 다는 반대 방향으로 플랫폼(112)에 활성화 힘을 행사한다. 그러므로, 각 작동기(206a, 206b)는 거의 동시에 실질적으로 유사한 힘을 행사하기 때문에, 플랫폼(112)은 방향 R로 회전할 수 있다. 이는 플랫폼(112)이 힘 F를 반대 방향으로 받지만 평균 힘(average force)은 각 대향 분력(component of each opposite force)일 수 있기 때문이다. 예를 들어, 플랫폼(112)은 그의 중심축 또는 중심점에 고정되어 있고, 그러므로 플랫폼(112)이 각 힘을 반대 방향으로 받을 때, 양 분력(component of both forces)은 양 힘에 비해서 기울어질 수 있다. 이 분력(component force)은 플랫폼(112)을 그의 축을 따라서 회전시킨다. 유의할 점은 플랫폼(112)의 회전 거리가 최소일 수 있지만 사용자에게 여전히 햅틱 피드백을 제공할 수 있다는 것이다. 일례로, 회전 거리는 대략 100 내지 200㎛일 수 있다.
유의할 점은 다른 실시 예에서, 작동기들(206a, 206b)은 플랫폼(112)을 회전시키기 위해서 실질적으로 동일 방향으로 힘을 행사할 수 있도록 구성될 수 있다는 것이다. 또한, 작동기들(206a, 206b)은 서로 바뀌는 힘(altering forces)을 제공할 수 있다. 예를 들어, 작동될 때, 작동기(206a)는 플랫폼(112)을 "당기"지만 작동기(206b)는 플랫폼(112)을 "밀어"낼 수 있다. 이 실시 예에서, 작동기들(206a, 206b)은 서로 다른 시간에 작동될 수 있다. 이는 하나의 작동기는 액티브 복원력으로서 작용하고 다른 작동기는 플랫폼(112)이 회전하는데 도움을 줄 수 있게 해준다. 게다가, 단일 작동기(206)가 이용되면, 플랫폼(112)을 회전시키기 위해서 단지 하나의 힘이 가해질 수 있다.
햅틱 기기의 응용
햅틱 기기(102)는 마치 기계적인 버튼이 수평 또는 수직으로 눌려지거나 이동되는 것처럼 (사용자에게) 느끼게 할 수 있는 햅틱 피드백을 사용자에게 제공하는 가상 버튼으로 작용할 수 있다. 햅틱 기기(102)는 실질적으로 수직 또는 수평 방향으로의 움직임이 없이 특정 방향으로 변위되는 것처럼 느낄 수 있기 때문에 가상일 수 있다. 햅틱 기기(102)는 촉각 또는 다른 햅틱 피드백이 필요한 실질적으로 임의 유형의 전자 기기를 위한 버튼 또는 스위치로서 이용될 수 있다. 예를 들어, 햅틱 기기(102)는 컴퓨터의 키보드용 키, 랩톱 컴퓨터용 트랙 패드, 기타 입/출력 기기, 전원 버튼 등으로서 통합될 수 있다.
일례로, 키보드는 햅틱 기기(102)를 이용하는 키를 포함할 수 있다. 플랫폼(112)은 기호, 문자, 숫자 등의 시각적 인디케이터를 포함할 수 있다. 이때, 사용자는 각 키를 누르지 않고, 대응하는 햅틱 피드백을 제공하기 위해 회전할 수 있는 플랫폼(112)의 외부 표면을 단순히 터치할 수 있다. 이는 키가 실질적으로 동일한 수직 위치에 유지되어 있더라도 마치 키가 눌려진 것처럼 사용자가 느낄 수 있게 해준다.
다른 예에서, 햅틱 기기(102)는 배터리 또는 전력 미터(power meter), 볼륨 스위치 등과 같은 전자 기기(100)용 인디케이터로서 이용될 수 있다. 이들 예에서, 다수의 햅틱 기기(102)는 서로 인접하게 정렬될 수 있고 사용자는 표시를 판정하기 위해서 플랫폼(112) 위에서 그의 손가락을 놀릴 수 있다. 예를 들어, 사용자가 각 햅틱 기기(102)를 터치할 때, 플랫폼(112)은 특정 상태를 나타내기 위해 회전하거나 정지상태를 유지할 수 있는데, 예를 들어, 하나의 햅틱 기기(102)가 회전하면 이는 일정 전력 레벨이 유지되고 있음을 나타낼 수 있고 두 개의 햅틱 기기(102)가 회전하면 이는 다른 전력 레벨이 유지되고 있음을 나타낼 수 있다.
결론
이전의 설명은 광범위하게 응용될 수 있다. 예를 들어, 여기에 공개된 예들은 전자 기기에 집중되어 있지만, 여기 공개된 개념은 햅틱 피드백을 이용하는 다른 유형의 기기에도 동등하게 적용될 수 있음을 이해하여야 한다. 유사하게, 햅틱 기기가 햅틱 피드백으로 논의될 수 있을지라도, 여기 공개된 기기 및 기술은 입력 및 출력 메커니즘에도 동등하게 적용될 수 있다. 따라서, 임의 실시 예에 대한 논의는 단지 예시적인 것을 의미하며 청구항들을 포함해서 이 공개의 범위가 이들 예에 한정된다는 것을 시사하고자 함이 아니다.
모든 방향 참조(예를 들어, 근부, 말단, 위, 아래, 위쪽, 아래쪽, 좌, 우, 측, 종, 앞, 뒤, 상부, 하부, 위에, 아래, 수직, 수평, 방사상, 축 방향, 시계방향 및 시계반대방향)는 단지 본 공개에 대한 독자의 이해를 도모하기 위한 식별 목적으로 이용되며 특히 이 공개의 위치, 배향 또는 이용에 관해서 제약을 주는 것이 아니다. 연결 참조(예를 들어, 부착, 결합, 연결 및 연합)는 넓게 해석되어야 하고 다르게 표시하지 않는 한 일군의 요소들 간에 중간 부재를 포함할 수 있고 요소들 간의 상대 이동을 포함할 수 있다. 이와 같이, 연결 참조는 두 개의 요소가 서로 직접 연결되고 고정 관계에 있는 것을 뜻하는 것이 결코 아니다. 예시적인 도면은 단지 예시를 목적으로 하며 여기에서 첨부 도면에 반영된 치수, 위치, 순서 및 상대 크기는 변할 수 있다.

Claims (20)

  1. 전자 기기용 햅틱 피드백 기기로서,
    상기 전자 기기에 연결되어 동작하고 중심축 주위를 회전할 수 있게 고정된 플랫폼;
    상기 플랫폼에 연계되어 동작하고 선택적으로 상기 플랫폼을 제1 방향으로 회전시키도록 구성된 활성화 부재(activating member); 및
    상기 플랫폼에 연계되어 동작하고 선택적으로 상기 플랫폼을 제1 위치(position)에 복귀시키도록 구성된 복원 부재(restoring member)
    를 포함하는 햅틱 피드백 기기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 활성화 부재는:
    선택적으로 자화되도록 구성된 제1 자기 부재; 및
    상기 플랫폼에 연결되어 동작하고 상기 제1 자기 부재와 통신하는 제2 자기 부재
    를 포함하는 햅틱 피드백 기기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 자기 부재는 전자석인 햅틱 피드백 기기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복원 부재는 상기 플랫폼과 상기 전자 기기에 연결되어 동작하는 스프링인 햅틱 피드백 기기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복원 부재는 상기 플랫폼의 둘레의 일부를 실질적으로 둘러싸는 겔(gel)인 햅틱 피드백 기기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 활성화 부재는 상기 플랫폼과 상기 전자 기기에 연결되어 동작하는 전기 활성 폴리머 재료를 포함하는 햅틱 피드백 기기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 플랫폼은 상기 플랫폼을 사용자가 터치하는 것에 응답해서 제1 방향으로 회전하도록 구성되어 있는 햅틱 피드백 기기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 플랫폼에 연결되어 동작하고 사용자가 버튼을 선택하는 때를 판정하도록 구성된 센서를 더 포함하는 햅틱 피드백 기기.
  9. 전자 기기로서,
    인클로저;
    상기 인클로저에 연결되어 동작하는 프로세서; 및
    햅틱 기기 - 상기 햅틱 기기는 상기 햅틱 기기의 적어도 일부가 상기 인클로저를 통해서 접근될 수 있게 상기 인클로저에 연결되어 동작함 -
    를 포함하며, 상기 햅틱 기기는:
    상기 인클로저에 연결되어 동작하는 플랫폼;
    상기 프로세서와 통신하며 상기 플랫폼에 연계되어 동작하는 활성화 부재; 및
    상기 플랫폼에 연계되어 동작하는 복원 부재
    를 포함하고,
    상기 활성화 부재는 상기 플랫폼을 중심축 주위로 회전시키도록 구성되어 있는 전자 기기.
  10. 제9항에 있어서, 상기 프로세서와 통신하며 사용자가 버튼을 선택하는 때를 판정하도록 구성된 센서를 더 포함하는 전자 기기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 센서는 상기 플랫폼의 상부 표면에 연결되어 동작하는 전자 기기.
  12. 제9항에 있어서, 상기 활성화 부재는:
    상기 인클로저에 연결되어 동작하고 상기 프로세서와 통신하는 전자석; 및
    상기 플랫폼에 연결되어 동작하고 상기 전자석과 통신하는 자기 부재
    를 포함하며, 상기 전자석이 제1 상태에 있을 때는 상기 플랫폼이 제1 방향으로 회전하고 상기 전자석이 제2 상태에 있을 때는 상기 플랫폼이 제2 방향으로 회전하는 전자 기기.
  13. 제9항에 있어서, 상기 활성화 부재는 상기 플랫폼과 상기 인클로저에 연결되어 동작하고 상기 프로세서와 통신하는 제1 전기 활성 폴리머를 포함하고, 상기 제1 전기 활성 폴리머가 활성화될 때 상기 플랫폼은 제1 방향으로 회전하는 전자 기기.
  14. 제13항에 있어서, 상기 플랫폼과 상기 인클로저에 연결되어 동작하는 제2 전기 활성 폴리머를 더 포함하고, 상기 제2 전기 활성 폴리머가 활성화될 때 상기 플랫폼은 상기 제1 방향으로 회전하는 전자 기기.
  15. 제9항에 있어서, 상기 복원 부재는 상기 플랫폼과 상기 인클로저에 연결되어 동작하는 스프링인 전자 기기.
  16. 제9항에 있어서, 상기 복원 부재는 상기 인클로저에 연결되어 동작하고 상기 플랫폼의 일부에 연계되어 동작하는 겔(gel)인 전자 기기.
  17. 촉각 피드백을 제공하는 방법으로서,
    센서를 통해서 사용자 입력을 검출하는 단게;
    상기 사용자 입력에 응답해서 중심축 주위로 기기를 회전시키는 단계; 및
    선택 시간 또는 선택 회전 거리 중 하나 후에 상기 기기를 원래 위치로 복원시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 기기를 회전시키는 단계는 상기 기기와 통신하는 전자석을 활성화시키는 단계를 포함하는 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 기기를 회전시키는 단계는 전기 활성 폴리머를 활성화시키는 단계를 포함하는 방법.
  20. 제17항에 있어서, 상기 기기는 플랫폼인 방법.
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