KR20140079863A - 다중 모드 햅틱 피드백 시스템 - Google Patents
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Abstract
햅틱 효과 디바이스는 하우징 및 서스펜션을 통해 상기 하우징과 연결된 터치스크린을 포함한다. 액추에이터는 터치스크린에 연결된다. 서스펜션은 액추에이터가 제1 주파수에서 제1 바이브레이션들을 생성할 때, 상기 제1 바이브레이션들이 실질적으로 하우징으로부터 분리되고 기계적 버튼을 시뮬레이팅하기 위해 터치스크린에 적용되도록 튜닝된다. 또한, 액추에이터가 제2 주파수에서 제2 바이브레이션들을 생성할 때, 제2 바이브레이션들은 진동 경보를 생성하도록 실질적으로 하우징을 통과하게 된다.
Description
본 발명은 햅틱 피드백 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 다중 모드 햅틱 피드백 시스템에 관한 것이다.
전자 디바이스 제조자들은 사용자들을 위한 양호한 인터페이스를 제작하기 위해 노력하고 있다. 기존의 디바이스들은 사용자에게 피드백을 제공하기 위해 시각적 그리고 청각적 신호(cue)들을 사용한다. 몇몇 인터페이스 디바이스들에서, (액티브 및 저항력(resistive force) 피드백과 같은) 운동 감각성(kinesthetic) 피드백 및/또는 (바이브레이션(vibration), 텍스처(texture) 및 열과 같은) 촉각성(tactile) 피드백이 또한 사용자에게 제공되며, 이러한 피드백들은 보다 일반적으로 "햅틱(haptic) 피드백"으로 알려져 있다. 햅틱 피드백은 사용자 인터페이스들을 향상시키고 단순화시키는 신호들을 제공할 수 있다. 구체적으로, 바이브레이션 효과들 또는 진동촉각(vibrotactile) 햅틱 효과들은 사용자에게 특정한 이벤트들을 경보하기 위해 전자 디바이스들의 사용자들에게 신호들을 제공하는데 유용할 수 있거나, 또는 시뮬레이팅된(simulated) 또는 버추얼(virtual) 환경에서 보다 큰 감각적 몰입(sensory immersion)을 생성하도록 실제적인 피드백을 제공할 수 있다.
또한, 햅틱 피드백의 셀룰러 전화기들, 개인 정보 단말기(PDA)들, 휴대용 게임 디바이스들 및 다양한 다른 휴대용 전자 디바이스들과 같은 휴대용 전자 디바이스들로의 통합이 증가하고 있다. 예를 들어, 몇몇 휴대용 게임 애플리케이션들은 햅틱 피드백을 제공하도록 구성된 보다 큰-스케일의 게임 시스템들을 통해 사용되는 제어 디바이스들(예를 들어, 조이스틱들 등)과 유사한 방식으로 진동할 수 있다. 추가적으로, 셀룰러 전화기 및 PDA들과 같은 디바이스들은 바이브레이션들을 통해 사용자들에게 다양한 경보들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 셀룰러 전화기는 진동에 의해 인입 전화 호출을 사용자에게 알릴 수 있다. 유사하게, PDA는 스케줄링된 캘린더 아이템에 대하여 사용자에게 경보할 수 있거나 또는 "해야할 일(to do)" 리스트 아이템 또는 캘린더 어포인트먼트(appointment)에 대한 리마인더(reminder)를 사용자에게 제공할 수 있다.
휴대용 디바이스들에 있어서, 비용들은 중요한 구동 인자이다. 그러므로, 햅틱 효과를 생성하기 위해, 단일 저가 액추에이터(actuator), 예를 들어, ERM(불균형 회전 질량: eccentric rotating mass) 모터 또는 전자기 모터가 일반적으로 사용된다. 전형적으로, PDA들 및 셀룰러 전화기들과 같은 표준 휴대용 전자 디바이스들에 의해 출력되는 바이브레이션들은 휴대용 디바이스의 하우징(housing)에 적용되는 단순한 바이브레이션들이며, 전형적으로 경보를 발생시키기 위해 온 또는 오프 상태인 이진 바이브레이터들로서 동작한다. 즉, 이러한 디바이스들의 바이브레이션 기능은 일반적으로 풀(full)-전력 바이브레이션("풀 온(fully on)" 상태) 또는 휴지 상태("풀 오프(fully off)")로 제한된다. 그리하여, 일반적으로 말하면, 이러한 디바이스들에 의해 제공될 수 있는 바이브레이션들의 크기에는 거의 변화가 없다.
휴대용 디바이스들은 점점 더 터치스크린-전용(touchscreen-only) 인터페이스들을 선호하고 물리적 버튼들로부터 벗어나고 있다. 이러한 이동은 증가된 유연성, 감소된 부품들의 개수 및 파손되기 쉬운(failure-prone) 기계적 버튼들에 대한 감소된 의존성을 가능하게 하며, 제품 설계에 있어서 떠오르는 트렌드들 선상에 있다. 터치스크린 입력 디바이스를 사용할 때, 버튼 누름을 통한 기계적 확인 또는 다른 사용자 인터페이스 동작은 햅틱들을 통해 시뮬레이팅될 수 있다. 사용자에게 효과적이고 사용자를 만족스럽게 하기 위해, 버튼들을 시뮬레이팅하기 위해 사용되는 햅틱들은 전형적으로 하우징보다는 주로 터치스크린으로 적용되어야 한다. 그러나, 전형적으로 휴대용 디바이스들과 함께 제공되는 단일 액추에이터는 일반적으로 하우징을 통해 경보들을 생성하기 위한 햅틱 효과들을 생성할 수 없으며, 또한 예컨대 터치스크린을 통해 터치스크린 버튼을 시뮬레이팅하기 위한 다른 햅틱 효과들을 생성할 수 없다. 그리하여, 요구되는 다수의 햅틱 효과들을 생성하기 위해서 하나 이상의 추가적인 액추에이터들이 요구된다. 유감스럽게도, 이것은 휴대용 디바이스의 비용을 증가시킨다.
전술한 내용에 기초하여, 하나의 액추에이터를 사용하여 다수의 햅틱 효과들을 생성하기 위한 시스템 및 방법이 요구되고 있다.
일 실시예는 하우징 및 서스펜션(suspension)을 통해 상기 하우징과 연결된 터치스크린을 포함하는 햅틱 효과 디바이스이다. 액추에이터는 터치스크린에 연결된다. 서스펜션은 액추에이터가 제1 주파수에서 제1 바이브레이션들을 생성할 때, 상기 제1 바이브레이션들이 실질적으로 하우징으로부터 분리(isolate)되고 기계적 버튼을 시뮬레이팅하기 위해 터치스크린에 적용되도록 튜닝된다. 또한, 액추에이터가 제2 주파수에서 제2 바이브레이션들을 생성할 때, 제2 바이브레이션들은 진동 경보를 생성하도록 실질적으로 하우징을 통과하게 된다.
도 1은 일 실시예에 따른 셀룰러 전화기의 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 서스펜션을 튜닝한 후에 전화기의 주파수 응답을 나타내는 가속 크기 대 구동 신호 주파수의 그래프이다.
도 3은 클릭 바이브레이션 주파수에 대한 일 실시예에 관한 가속 크기 대 시간의 그래프이다.
도 4는 경보 바이브레이션 주파수에 대한 도 3의 동일한 실시예에 관한 가속 크기 대 시간의 그래프이다.
도 2는 일 실시예에 따른 서스펜션을 튜닝한 후에 전화기의 주파수 응답을 나타내는 가속 크기 대 구동 신호 주파수의 그래프이다.
도 3은 클릭 바이브레이션 주파수에 대한 일 실시예에 관한 가속 크기 대 시간의 그래프이다.
도 4는 경보 바이브레이션 주파수에 대한 도 3의 동일한 실시예에 관한 가속 크기 대 시간의 그래프이다.
일 실시예는 서스펜션에 의해 디바이스 하우징으로 연결되는 터치스크린을 포함하는 디바이스이다. 단일 액추에이터는 일 모드에서 실질적으로 터치스크린에만 적용되고 다른 모드에서 하우징으로 적용되는 햅틱 효과 바이브레이션을 생성한다.
전형적으로 핸드헬드 휴대용 터치스크린 디바이스들을 통해 제공되는 햅틱 효과의 일 타입은 디바이스 하우징으로 적용되는 "경보(alert)" 바이브레이션이다. 경보 바이브레이션들은 100Hz ~ 200Hz 주파수 범위에서 실행될 때 유효하다. 경보는 사용자에게 현재, 미래 또는 과거의 이벤트를 통지하기 위한 진동 방법이다. 이러한 경보는 인입 호출을 시그널링하는 링톤(ringtone)일 수 있으며, 여기서 링톤은 핸드헬드 디바이스를 통한 실행을 위해 진동 등가물(equivalent)로 변환된다. 경보는 사용자에게 드롭된(dropped) 호출, 울림(ringing), 바쁨(busy) 및 호출 대기를 통지하는 것일 수 있다. 경보들의 다른 예들은 전송/OK를 위한 동작과 같은 동작을 통해 각각의 메뉴 및 스크린의 스크롤 다운(scroll down)을 위한 메시지 네비게이션에 대하여 상이한 느낌을 가지도록 사용자를 가이드하고 그리고 열람된 메시지 및 열람되지 않은 메시지 사이의 차이를 감지하도록 하기 위한 동작 신호들을 포함한다. 또한, GPS 트래킹 기능을 가지는 셀룰러 폰들에 있어서, 지정된 지리적 위치로부터의 거리를 결정하기 위한 근접도(proximity) 감지 애플리케이션들은 경보를 생성할 수 있다.
전형적으로 핸드헬드 휴대용 터치스크린 디바이스들을 통해 제공되는 햅틱 효과의 다른 타입은 버튼의 누름을 시뮬레이팅하기 위해 터치스크린으로 적용되는 "클릭(click)" 바이브레이션 효과이다. 기존의 기계적 버튼들에 대한 측정들은 선호되고 만족스러운 버튼 감촉이 대략적으로 200Hz보다 큰 범위에서의 짧고 뚜렷한 바이브레이션들에 의해 특징지워진다는 것을 보여준다. 보다 효과적이도록 하기 위해, 햅틱 바이브레이션 효과는 하우징보다는 주로 터치스크린으로 적용되어야 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 셀룰러 전화기(10)의 단면도를 나타낸다. 전화기(10)는 터칭 또는 터치스크린(14)에 대한 다른 접촉을 통해 사용자에 의해 선택될 수 있는 전화기 키들 및 다른 기능 키들을 디스플레이하는 터치스크린(14)을 포함한다. 전화기(10)는 또한 전화기(10)의 내부 컴포넌트들을 둘러싸며 터치스크린(14)을 지지하는 하우징 또는 바디(12)를 포함한다. 사용자가 전화기(10)를 사용할 때, 사용자는 전형적으로 한 손으로 하우징(12)에 의해 전화기(10)를 쥐고 있고 다른 손으로 터치스크린(14)을 터칭할 것이다. 다른 실시예들은 셀룰러 전화기들이 아니며 터치스트린들을 포함하지 않지만 다른 타입들의 입력 인터페이스들을 가지는 햅틱 디바이스들이다. 터치스크린 이외의 다른 입력 인터페이스들은 미니-조이스틱, 스크롤 휠, d-Pad, 키보드, 터치 감지 표면 등일 수 있다. 셀룰러 전화기와 같이, 이러한 디바이스들에 대하여 입력 인터페이스로 링크되는 클릭 느낌(sensation) 및 전체 디바이스를 통해 생성되는 경보 바이브레이션에 대한 요구가 존재한다.
터치스크린(14)은 터치스크린(14)을 둘러싸는 서스펜션(18)에 의해 하우징에 플렉서블하게 현수/플로팅(floated)되거나 마운팅(mounted)된다. 일 실시예에서, 서스펜션(18)은 PORON®과 같은 포움(foam) 물질로 이루어진 점탄성(viscoelastic) 베젤 씰 개스킷(bezel seal gasket)으로부터 형성된다. 다른 실시예들에서, 서스펜션(18)이 아래에서 논의되는 바와 같이 "튜닝(tuned)"될 수 있는 한, 임의의 다른 타입의 물질이 서스펜션(18)을 위해 사용될 수 있다.
선형 공진(resonant) 액추에이터("LRA") 또는 다른 타입의 액추에이터(16)(예를 들어, 형상 기억 합금들, 전기활성 고분자들, 압전(piezoelectric) 등)는 단단하게 터치스크린(14)에 연결된다. LRA는 스프링에 부착되는 마그네틱 매스(magnetic mass)를 포함한다. 마그네틱 매스는 전기 코일에 의해 에너지를 공급받으며 바이브레이션을 생성하기 위해 터치스크린(14)과 수직인 방향으로 스프링에 대하여 앞뒤로 구동된다. 일 실시예에서, 액추에이터(16)는 대략적으로 150Hz - 190Hz의 공진 주파수를 가진다. 공진 주파수는 가속 반응성이 피크(peak)에 있는 주파수 범위이다. 제어기/프로세서, 메모리 디바이스 및 다른 필요한 컴포넌트들(미도시)은 원하는 햅틱 효과들을 생성하도록 신호들을 생성하고 액추에이터(16)로 전력을 공급하기 위해 액추에이터(16)에 연결된다. 상이한 햅틱 효과들은 액추에이터(16)에 대한 구동 신호의 주파수, 진폭 및 타이밍을 변경함으로써 알려진 방식으로 액추에이터(16)에 의해 생성될 수 있다. 바이브레이션들은 터치스크린(14)과 수직이거나 또는 다른 방향(예를 들어, 인-플레인(in-plane))일 수 있다. 일 실시예에서, 스크린 표면(X 또는 Y 바이브레이션들)을 따라 이루어지는 바이브레이션들은 이들이 동등한 햅틱 정보를 생성하고 또한 이러한 방향들에서의 스크린의 고유한 경직성(stiffness)에 기인하여 전체 터치스크린을 통해 보다 균일하게 분산되기 때문에 바람직하다.
일 실시예에서, 서스펜션(18)은 버튼 누름들을 시뮬레이팅하기 위해 터치스크린(14)에 적용되는 클릭 주파수(> 200Hz)에서의 바이브레이션들로부터 디바이스(10)의 하우징(12)을 분리(isolate)시키지만, 경보 햅틱 효과들을 생성하기 위해 액추에이터(16)의 공진 주파수와 대략적으로 동일해야 하는 경보 주파수(~150Hz)에서 유효하게 바이브레이션들을 하우징으로 통과시키도록 튜닝된다. 서스펜션(18)은 예컨대 원하는 특성을 얻기 위한 물질 선택의 변경, 전체 단면 영역의 변경, 두께의 변경 등에 의해 튜닝될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 서스펜션(18)을 튜닝한 후에 전화기(10)의 주파수 응답을 나타내는 가속 크기 대 구동 신호 주파수의 그래프이다. 곡선(20)은 하우징(12)을 통해 측정된 주파수 응답이고 경보 주파수(~150Hz)에서의 공진 주파수(f1)를 표시한다. 곡선(30)은 터치스크린(14)을 통해 측정된 주파수 응답이고 클릭 주파수(> 200Hz 또는 ~500Hz)에서의 공진 주파수(f2)를 표시한다.
동작에서, 햅틱 효과 바이브레이션들은 터치스크린(14)에 대하여만 클릭 바이브레이션들로서 선택적으로 실행될 수 있으며, 키-누름 확인들의 경우에, 클릭 주파수에서 상기 효과들을 실행함으로써 서스펜션(18)에 의해 실질적으로 하우징(12)으로부터 분리된다. 유사하게, 햅틱 효과 바이브레이션들은 경보 바이브레이션들로서 선택적으로 실행될 수 있으며, 이러한 바이브레이션들은 경보 주파수에서 상기 효과들을 실행함으로써 실질적으로 감쇠 없이 하우징(12)을 통과한다.
도 3은 클릭 주파수(> 200Hz)에 대한 일 실시예에 관한 가속 크기 대 시간의 그래프이다. 도 3의 일 실시예에서, 터치스크린(14)은, 각각의 스트립이 가장자리를 따라서 위치하는, PORON®의 두 개의 스트립들 및 ~155Hz인 공진 주파수를 가지는 LRA를 사용하여 서스펜딩된다. 상기 그래프의 좌측 상의 스케일을 사용하는 트레이스(32)는 터치스크린(14) 상에서의 가속도계(accelerometer) 측정치들을 표시한다. 상기 그래프의 우측 상의 스케일을 사용하는 트레이스(34)는 전화기(10) 뒷면의 하우징(12) 상에서의 가속도계 측정치들을 표시한다.
도시된 바와 같이, 지지하는 손에 의해 하우징을 통해 경험되는 바이브레이션과 비교할 때 누르는 손에 의해 터치스크린을 통해 바이브레이션이 현저하게 경험된다(5:1 가속 비율). 또한, 클릭 바이브레이션들은 빠르게 구동 신호의 시작 후에 피크 값들에 도달하고(~3ms) 브레이킹의 개시 후에 감쇠한다(~5ms). 이것은 뚜렷한 기계적 버튼 감촉을 생성하기 위해 이상적이다.
도 4는 경보 바이브레이션 주파수(~150Hz)에 대한 도 3의 동일한 실시예에 관한 가속 크기 대 시간의 그래프이다. 상기 그래프의 좌측 상의 스케일을 사용하는 트레이스(42)는 터치스크린(14) 상에서의 가속도계 측정치들을 표시한다. 상기 그래프의 우측 상의 스케일을 사용하는 트레이스(44)는 전화기(10) 뒷면의 하우징(12) 상에서의 가속도계 측정치들을 표시한다. 서스펜션(18)을 통한 터치스크린 분리에도 불구하고, 경보 바이브레이션들은 하우징(12)을 통과하며 거의 감쇠없이 지지하는 손에 의해 경험된다. 이것은 유효한 경보들을 생성하기 위해 이상적이다.
여러 가지 실시예들이 여기에 구체적으로 도시되고 그리고/또는 설명되었다. 그러나, 본 발명의 수정들 및 변형들은 위의 설명들에 의해 포함되며 본 발명의 의도된 범위를 벗어남이 없이 첨부된 청구항들의 범위 내에 있다는 것을 이해해야 할 것이다.
예를 들어, 위에서 개시된 몇몇 실시예들은, 사용자가 쥐거나, 잡고 있거나 또는 그렇지 않으면 물리적으로 접촉하거나 조작할 수 있는 객체인, 터치스크린을 포함하는 셀룰러 전화기로서 구현된다. 이와 같이, 본 발명은 사용자에 의해 유사하게 조작될 수 있으며 두 가지 모드의 햅틱 효과들을 필요로 할 수 있는 다른 햅틱 인에이블된(enabled) 입력 및/또는 출력 디바이스들을 통해 이용될 수 있다. 이러한 다른 디바이스들은 다른 터치스크린 디바이스들(예를 들어, 자동차의 글로벌 포지셔닝 시스템("GPS") 네비게이터 스크린, "ATM(automatic teller machine)" 디스플레이 스크린), 전자 장치를 제어하기 위한 리모트(remote)(예를 들어, 오디오/비디오, 창고문, 홈 시큐리티 등) 및 게임 제어기(예를 들어, 조이스틱, 마우스, 특수화된 게임패드 제어기 등)를 포함할 수 있다. 이러한 입력 및/또는 출력 디바이스들의 동작은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려져 있다.
Claims (1)
- 햅틱(haptic) 디바이스로서,
하우징(housing);
서스펜션(suspension)을 통해 상기 하우징과 연결되는 입력 인터페이스; 및
상기 입력 인터페이스와 연결되는 단일의 액추에이터(actuator)
를 포함하며,
상기 서스펜션은
상기 액추에이터가 제1 주파수에서 제1 바이브레이션(vibration)들을 생성할 때 상기 제1 바이브레이션들이 상기 하우징으로부터 격리(isolate)되어, 상기 입력 인터페이스와의 접촉을 통해 느껴지는 제1 타입의 햅틱 효과를 야기시키고,
상기 액추에이터가 제2 주파수에서 제2 바이브레이션들을 생성할 때 상기 제2 바이브레이션들이 상기 하우징에 전달되어, 상기 하우징과의 접촉을 통해 느껴지는 제2 타입의 햅틱 효과를 야기시키도록 구성되고,
상기 제1 주파수는 상기 제2 주파수보다 더 크고, 상기 제1 주파수는 상기 액추에이터의 공진 주파수보다 더 크고,
상기 제1 바이브레이션들은 상기 입력 인터페이스를 통한 접촉에 응답하여 상기 입력 인터페이스로 적용되고, 상기 제1 바이브레이션들은 기계적 버튼을 시뮬레이팅(simulate)하는,
햅틱 디바이스.
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