KR20140081723A - 햅틱 피드백 장치 - Google Patents

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KR20140081723A
KR20140081723A KR1020130159961A KR20130159961A KR20140081723A KR 20140081723 A KR20140081723 A KR 20140081723A KR 1020130159961 A KR1020130159961 A KR 1020130159961A KR 20130159961 A KR20130159961 A KR 20130159961A KR 20140081723 A KR20140081723 A KR 20140081723A
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리차드 루이스 폰지아니
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존슨 일렉트릭 에스.에이.
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Abstract

햅틱 피드백 장치(20)는 고정 프레임(40); 캐리어(42); 상기 캐리어(42) 상에 장착되어 인간 임펄스를 수신하도록 구성된 사용자 인터페이스(44); 일 세트의 자극편(46); 및 상기 캐리어(42)와 고정 프레임(40) 사이에서 적어도 하나의 움직임 정도를 허용하도록 구성된 서스펜션 시스템(48)을 포함한다. 자극편 세트(46)는 상기 고정 프레임(40)에 장착된 제1 자극편(80); 상기 캐리어(42)에 장착된 제2 자극편(82); 및 제1 자극편과 제2 자극편 중 하나에 의해 탑재되는 전자기 코일(84)을 포함한다. 전자기 코일(84)은 인간 임펄스의 수신 결과로서 선택적으로 에너지 공급된다. 제1 자극편(80) 및 제2 자극편(82)은 전자기 코일이 에너지 공급되지 않은 경우 그들 사이에서 적어도 하나의 움직임 정도에 대응하는 제1 방향의 에어 갭(91)을 한정하도록 분리 장착된다. 서스펜션 시스템(48)은 제1 자극편(80) 및 제2 자극편(82) 모두로부터 기계적으로 분리된다.

Description

햅틱 피드백 장치{HAPTIC FEEDBACK DEVICES}
본 발명은 인간 작동 또는 입력 장치의 동작에 대한 촉감 피드백을 제공하는 장치에 관한 것으로, 특히 햅틱 피드백을 제공하는 장치에 관한 것이다.
일부 장치는 오퍼레이터에 의해 추구된 동작이 적절히 등록되었는지에 대한 확신을 가지도록 인간 사용자 또는 오퍼레이터에 감각적 피드백을 제공한다. 예를 들면, 눌려지거나 또는 동작될 때 클릭 느낌을 제공하는 마우스 또는 다른 포인터 장치와 같은 경우가 그러하다. 대조적으로, 예를 들면 터치 스크린과 같은 일부 입력 장치는 그러한 클릭 또는 감각적 확신을 제공하지 않는다. 이러한 이유로, 인간의 입력에 대해 터치 스크린이 입력에 대해 수용적이라는 것에 대한 확신적 피드백을 사용자에게 주기 위하여 터치 스크린이 진동하는 햅틱 기술의 사용이 제안된다. 일반적으로, "햅틱"은 사용자에게 힘, 진동, 움직임을 가함에 의한 터치 느낌을 활용하는 기술 분야이다.
도 13은 이동 가능 부재(위에서 볼 때 수평 해칭 표시됨)는 두개의 스프링 부재(수평 방향으로 이격됨) 및 두개의 폴 부재-탑재 하위부품(수직 방향으로 이격됨)에 의해 고정 부재(수직 해칭된)에 탄성적으로 부착되는 햅틱 액츄에이터의 예를 도시한다. 여기서 폴 부재 중 하나에 의해 탑재되는 코일이 에너지가 공급되지 않은 경우에 폴 부재-탑재 하위 부품 중 하나가 도 13a에 도시되며, 코일이 에너지가 공급된 경우가 도 13b에 도시된다. 각 폴 부재-탑재 하위부품의 주변 또는 탄성, 탄력 프레임은 두개의 잠금 장치(원으로 표시)에 의해 고정 부재에 부착된 하나의 대향측과 유사한 두개의 잠금 장치에 의해 이동 가능 부재에 부착된 다른 대향측을 갖는다. 각 하위부품의 두개의 폴 부재은 연결 암에 의해 하위부품 프레임에 부착된다. 코일이 에너지가 공급되지 않는 경우, 각 폴 부재-탑재 하위부품의프레임은 도 13a에 도시된 것처럼 직사각형 형상을 갖는다. 그러나, 코일에 에너지가 공급되는 경우, 폴 부재는 서로를 향해 끌리게 되고, 탄력, 탄성 프레임은 비직사각형의 평행사변형 형상으로 (도 13b에서 화살표로 표시된 방향으로)비틀리게 된다.
각 폴 부재-수지 하위부품은 두개의 폴 부재 사이의 소정 갭 크기를 제공하도록 제조될 수 있다. 그러나, 폴 부재-탑재 하위부품의 (고정 부재 또는 이동 가능 부재로의)잠금이 정확하지 않다면, 폴 부재-탑재 하위부품의 탄성 프레임은 사전 비틀림되어, 에너지 공급되지 않은 초기 갭 크기에 악영향을 준다.
그러므로, 도 13의 장치의 두개의 폴 부재-탑재 하위부품은 두개의 수평으로 이격된 스프링 부재에 추가하여 서스펜션 수단을 효과적으로 제공한다. 두개의 폴 부재-탑재 하위부품에 의해 제공된 서스펜션은 간섭을 초래하고 성능에 예측불가능성(예를 들면, 상술한 것과 같은 초기 갭 크기)을 추가한다. 부품의 수가 많을수록, 의도치 않은 간섭의 가능성이 커진다. 변위 및 가속 레벨과 같은 측정된 속성이 제조된 유닛마다 고도로 가변적이 되므로, 품질 및 사용자 만족을 절충한다.
도 14는 "A300"으로 공지된 햅틱 액츄에이터를 도시한다. A300 햅틱 액츄에이터는 미도시된 고정 부재와 미도시된 이동 가능 부재(예를 들면, 사용자 입력 장치를 탑재할 수 있는) 사이에 위치될 수 있다. A300 햅틱 액츄에이터는 제1 자극편(180) 및 제2 자극편(182) 모두를 둘러싸는 하우징 또는 액츄에이터 프레임(179)을 포함한다. A300 액츄에이터에서, 제1 자극편(180)(둘레에 전자기 코일(184)을 가짐)은 액츄에이터 하우징(179)에 단단하게 부착되고, 이는 다시 미도시된 고정 부재에 단단하게 부착된다. 길쭉한 U-형 스프링(187)은 제2 자극편(182)을 엑츄에이터 하우징(179)에 연결하고, 제2 자극편(182)은 스프링(187)의 내부 채널내에 탑재된다. 제1 자극편(180)과 제2 자극편(182) 사이에 갭(191)이 존재한다. 갭에 평행한 방향으로, 스프링(187)은 제1 자극편(180) 및 코일(184) 쪽으로 향하는 채널 마우쓰(channel mouth)를 포함하는 내부 채널을 갖는다. 제2 자극편(182)은 채널 마우쓰에 맞춰진다. 채널 마우쓰에 대향하는 스프링(187)의 후면은 다시 미도시된 이동 가능한 부재와 연결되는 어셈블리(185)에 연결된다.
도 13 및 도 14에 도시된 것과 같은 종래 기술의 햅틱 장치는 햅틱 효과를 제공하기 위하여 고정 부재와 이동 가능 부재 중간에 장착된, 두개의 자극편을 탑재한 분리된 개별 액츄에이터 유닛에 의존한다. 이들 액츄에이터 유닛은 약 300 미크론의 작동 경로로 제한되어, 고정 부재 및 이동 가능 부재 모두로의 액츄에이터 유닛의 어셈블리는 정확해야 한다. 더욱이, 비효율로 인하여, 일반적으로 각 어셈블리에 대해 수개의 액츄에이터 유닛이 필요하다. 이러한 액츄에이터 유닛은 일반적으로 제2 자극편을 구동하기 위한 스프링 및 액츄에이터 유닛내에 서로에 대해 두개의 자극편을 위치시키기 위한 특정 유형의 하우징을 포함한다.
본 발명의 일 측면은 햅틱 피드백 장치에 관한 것이다. 햅틱 피드백 장치는 고정 프레임, 캐리어, 사용자 인터페이스, 자극편 세트, 및 서스펜션 시스템을 포함한다. 고정 프레임은 이에 장착된 제1 자극편을 포함한다. 캐리어는 고정 프레임에 대한 적어도 하나의 움직임 정도에 대해 구성되고, 이에 장착된 제2 자극편을 포함한다. 사용자 인터페이스는 캐리어 상에 장착되거나 또는 캐리어를 포함하며, 임펄스(예를 들면, 인간 임펄스)를 수신하도록 구성된다. 전자기 코일은 제1 자극편 및 제2 자극편 중 하나에 의해 탑재된다. 전자기 코일은 인간 임펄스의 수신 결과로서 선택적으로 에너지 공급된다. 제1 자극편 및 제2 자극편은 전자기 코일이 에너지 공급되지 않는 경우 제1 방향으로 에어 갭을 한정하도록 고정 프레임 및 캐리어 각각에 대하여 분리하여 위치된다. 제1 방향은 적어도 하나의 움직임 정도에 대응한다. 서스펜션 시스템은 캐리어를 고정 프레임에 연결하고 제2 자극편을 캡에서 제1 자극편쪽으로 구동하기 위하여 전자기 코일이 에너지가 공급되는 경우 캐리어와 고정 프레임 사이에 상대 움직임을 허용하도록 구성된다. 서스펜션 시스템은 제1 자극편 및 제2 자극편 모두로부터 기계적으로 분리된다.
실시예에서, 제1 자극편 및 제2 자극편 모두로부터 기계적으로 분리된 서스펜션 시스템은 고정 프레임에 기계적으로 연결된 제1 자극편, 다시 서스펜션 시스템을 통해 캐리어에 기계적으로 연결되는 고정 프레임, 및 다시 제2 자극편에 기계적으로 연결되는 캐리어를 포함한다. 예에서, 비제한적 실시예에서, "기계적으로 연결"은 직접적 물리적 접촉을 의미한다.
실시예에서, 캐리어 및 고정 프레임은 서스펜션 시스템에 의해 연결되나, 제1 자극편 및 제2 자극편을 포함하는 개별 액츄에이터 부품에 의해서는 연결되지 않는다. 실시예에서, 제1 자극편은 캐리어에 대한 제2 자극편을 위치시키는 역할을 또한 하는 공통 중간 부품을 통해 고정 프레임에 장착되지 않는다. 실시예에서, 캐리어 및 고정 프레임은 서스펜션 시스템만에 의해 서로 연결된다. 실시예에서, 제1 자극편은 고정 프레임에 단단하게 장착되고, 제2 자극편은 캐리어에 단단하게 장착된다.
일 실시예 및 모드에서, 사용자 인터페이스는 푸쉬 버튼 또는 가압성 버튼과 같은 하나 이상의 개별 임펄스 반응 소자를 포함한다. 다른 실시예 및 모드에서, 사용자 인터페이스는 인간 임펄스의 수신의 위치를 감지하기 위하여 구성된 본질적으로 투명한 2차원 매트릭스를 포함하며; 투명 사용자 인터페이스는 2차원 매트릭스의 복수 위치에 대응하는 복수 입력 동작을 그래픽적으로 도시하도록 구성된 디스플레이 스크린 등의 위에 놓인다.
일 실시예 및 모드에서, 디스플레이 스크린은 고정 프레임 상에 장착되고, 따라서 캐리어와 함께 움직이지 않는다. 다른 실시예 및 모드에서, 디스플레이 스크린은 캐리어 상에 장착되고 함께 움직인다.
일 실시예 및 모드에서, 서스펜션 시스템은 제1 방향을 따라 이격된 적어도 두개의 서스펜션 부재를 포함한다. 일 예의 이행에서, 상기 적어도 두개의 서스펜션 부재는 휴지시 본질적으로 제1 방향에 수직인 평면에서 연장하는 서스펜션 스프링을 포함한다. 다른 예의 이행에서, 적어도 두개의 서스펜션 부재는 제1 쌍의 서스펜션 부재 및 제2 쌍의 서스펜션 부재를 포함하고, 제1 쌍의 서스펜션 부재는 본질적으로 제1 평면에서 연장하며, 제1 평면에서 서로로부터 이격되며; 제2 쌍의 서스펜션 부재는 본질적으로 제2 평면에서 연장하며, 제2 평면에서 서로로부터 이격되며; 제1 평면 및 제2 평면은 서로로부터 이격되며 제1 방향에 수직이다. 일 예의 이행에서, 서스펜션 부재 각각은 다중 방향 움직임을 위해 구성된 탄성 핀을 포함한다.
일 실시예 및 모드에서, 각각의 자극편은 적층 부재의 L-형상 스택을 포함하며, 여기서 제1 자극편 및 제2 자극편은 그들의 주요 체적이 제1 방향에 평행하도록 배향된다.
일 실시예 및 모드에서, 햅틱 피드백 장치는 고정 프레임에 장착된 회로 기판을 포함하고, 회로 기판은 임펄스 수신시에 코일-에너지 공급 신호를 생성하는 프로세서를 포함한다.
일 실시예 및 모드에서, 햅틱 피드백 장치는 제2 세트의 자극편을 더 포함한다. 제2 세트의 자극편은 고정 프레임에 장착된 제3 자극편; 캐리어에 장착된 제4 자극편; 및 제3 자극편 및 제4 자극편 중 하나에 의해 탑재되는 제2 전자기 코일을 포함하며, 상기 제2 전지기 코일은 임펄스 수신의 결과로서 선택적으로 에너지 공급된다. 제3 자극편 및 제4 자극편은 전자기 코일이 에너지 공급되지 않는 경우 제2 방향으로 그들 사이에서 제2 에어 갭을 한정하도록 분리되어 장착되며, 제2 방향은 제2 움직임 정도에 대응하며, 제1 방향에 수직이다.
본 발명의 다른 측면에서는 햅틱 피드백 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 햅틱 장치는 이에 의해 제조된다. 방법은 (1) 캐리어내의 사용자 인터페이스 상에 장착 또는 포함하는 단계; (2) 캐리어가 고정 프레임에 대해 적어도 하나의 움직임 정도를 갖도록 캐리어를 서스펜션 시스템을 통해 고정 프레임에 연결하는 단계; (3) 제1 자극편을 고정 프레임에 장착하고, 별개로 제2 자극편을 캐리어에 장착하는 단계 - 서스펜션 시스템은 제1 자극편 및 제2 자극편 모두로부터 기계적으로 분리됨 - ; 및 그 후 제1 자극편과 제2 자극편 사이의 에어 갭의 크기를 설정하는 단계를 포함한다.
일 실시예 및 모드에서, 제1 자극편 및 제2 자극편 모두로부터 기계적으로 분리된 서스펜션 시스템은 고정 프레임에 기계적으로 연결된 제1 자극편, 다시 서스펜션 시스템을 통해 캐리어에 연결되는 고정 프레임, 및 다시 제2 자극편에 기계적으로 연결되는 캐리어를 포함한다. 일 예에서, 비제한적 실시예에서, "기계적으로 연결된(mechanically connected)"은 직접적 물리적 접촉을 의미한다.
일 실시예 및 모드에서, 상기 방법은 고정 프레임에 제1 자극편을 장착하나 캐리어에 대해 제2 자극편을 위치시키는 역할을 또한 하는 공통 중간 부품을 통하지는 않는 단계를 더 포함한다.
일 실시예 및 모드에서, 상기 방법은 제1 자극편을 고정 프레임에 직접 단단하게 장착하고, 제2 자극편을 캐리어에 직접 단단하게 장착하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예 및 모드에서, 상기 방법은 사용자 인터페이스 상에 하나 이상의 개별 임펄스 반응 소자를 제공하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예 및 모드에서, 상기 방법은 캐리어 상에 디스플레이 스크린을 장착하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예 및 모드에서, 상기 방법은 제1 방향을 따라 이격된 적어도 두개의 서스펜션 부재를 포함하도록 서스펜션 시스템을 형성하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예 및 모드에서, 상기 방법은 휴지시 본질적으로 제1 방향에 수직인 평면에서 연장하는 서스펜션 스프링을 포함하도록 적어도 두개의 서스펜션 부재를 형성하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예 및 모드에서, 상기 방법은 제1 쌍의 서스펜션 부재 및 제2 쌍의 서스펜션 부재를 포함하도록 적어도 두개의 서스펜션 부재를 형성하는 단계를 더 포함하며, 제1 쌍의 서스펜션 부재는 본질적으로 제1 평면에서 연장하며, 제1 평면에서 서로로부터 이격되며; 제2 쌍의 서스펜션 부재는 본질적으로 제2 평면에서 연장하며, 제2 평면에서 서로로부터 이격되며; 제1 평면 및 제2 평면은 서로로부터 이격되며, 제1 방향에 수직이다.
일 실시예 및 모드에서, 상기 방법은 적층 부재의 L-형상 스택을 포함하도록 각각의 자극편을 형성하는 단계; 및 그들의 주요 체적이 제1 방향에 평행하도록 제1 자극편 및 제2 자극편을 배향하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예 및 모드에서, 상기 방법은 고정 프레임에 장착된 회로 기판을 장착하는 단계를 더 포함하며, 상기 회로 기판은 임펄스 수신시 코일-에너지 공급 신호를 생성하는 프로세서를 포함한다.
일 실시예 및 모드에서, 상기 방법은 제3 자극편을 고정 프레임에 장착하는 단계; 제4 자극편을 캐리어에 장착하는 단계; 제3 자극편 및 제4 자극편 중 하나에 대한 제2 전자기 코일을 제공하는 단계 - 제2 전자기 코일은 임펄스 수신 결과로서 선택적으로 에너지 공급됨 - ; 제3 및 제4 자극편은 전자기 코일이 에너지 공급되지 않는 경우 제2 방향으로 그들 사이에서 제2 에어 갭을 한정하도록 별개로 장착하는 단계 - 제2 방향은 제2 움직임 정도에 대응하며, 제2 방향은 제1 방향에 수직임 - 를 더 포함한다.
일 실시예 및 모드에서, 상기 방법은 고정 프레임을 차량의 대쉬보드에 장착하거나 또는 차량의 대쉬보드 상에 포함하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예 및 모드에서, 상기 방법은 고정 프레임을 문서 처리 장치의 제어 패널에 장착하거나 또는 문서 처리 장치 상에 포함하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예 및 모드에서, 상기 방법은 고정 프레임을 금융 자동화기(ATM)의 제어 패널에 장착하거나 또는 금융 자동화기의 제어 패널 상에 포함하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예 및 모드에서, 상기 방법은 임의의 전술한 방법 실시예들 중 임의의 하나에 의해 생성된 햅틱 피드백 장치를 더 포함한다.
햅틱 피드백 장치는 많은 다양한 환경에서 활용되고 및/또는 각종 유형의 장비, 차량 또는 기기에 포함될 수 있다. 일 예로서, 고정 프레임은 차량의 대쉬보드를 포함하거나 또는 장착되도록 구성될 수 있다. 다른 예로서, 고정 프레임은 예를 들면 복사기와 같은 문서 처리 장치의 제어 패널을 포함하거나 또는 장착되도록 구성될 수 있다. 또 다른 예로서, 고정 프레임은 금융 자동화기의 제어 패널을 포함하거나 또는 금융 자동화기의 제어 패널에 장착하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 전술한 및 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부된 도면에 도시된 것처럼 양호한 실시예의 이하의 보다 특별한 설명으로부터 명백해지고, 여기서 참조 번호는 전체 도면들에 걸쳐 동일한 부품을 참조한다. 도면들은 반드시 스케일에 맞지는 않고, 대신 본 발명의 원리를 설명하기 위하여 강조되었다.
도 1a는 터치 스크린 유형의 사용자 인터페이스의 채용하는 실시예에 따른 햅틱 피드백 장치를 포함하는 제어 유닛의 전면도.
도 1b는 기계식 푸쉬 버튼형 사용자 인터페이스를 채용하는 실시예에 따른 햅틱 피드백 장치를 포함하는 제어 유닛의 전면도.
도 2는 제1 유형의 서스펜션 시스템을 포함하는 햅틱 피드백 장치의 예에 대한 파단측면도.
도 3은 적어도 부분적으로 조립된 도 2의 햅틱 피드백 장치의 측면도.
도 4는 햅틱 피드백 장치에 사용하기에 적합한 일 세트의 자극편 및 코일의 실시예의 투시도.
도 5는 제2 유형의 서스펜션 시스템을 포함하는 햅틱 피드백 장치의 예의 파단측면도.
도 6은 적어도 부분적으로 조립된 도 5의 햅틱 피드백 장치의 측면도.
도 7은 제3 유형의 서스펜션 시스템을 포함하는 햅틱 피드백 장치의 예의 파단측면도.
도 8은 적어도 부분적으로 조립된 도 7의 햅틱 피드백 장치의 측면도.
도 9는 하나의 움직임 정도 피드백을 제공하는 햅틱 피드백 장치의 다양한 예와 결부하여 이용될 수 있는 유형의 회로 기판의 실시예의 개략도.
도 10은 햅틱 피드백 장치, 특히 다중의 움직임 정도를 제공할 수 있는 햅틱 장치의 다양한 예와 결부하여 이용될 수 있는 유형의 회로 기판의 다른 실시예의 개략도.
도 11은 예시된 모드에 따른 햅틱 피드백 장치를 동작시키는데 관련된 예시 동작을 도시하는 흐름도.
도 12는 본 명세서에 기술된 실시예의 햅틱 피드백 장치 제조 방법과 관련된 예, 대표 동작 또는 단계를 설명하는 흐름도.
도 13은 종래 기술의 장치의 단면도로서; 도 13a은 코일이 에너지가 공급되지 않는 경우의 도 13의 장치의 폴 부재 탑재 하위부품의 확대도; 도 13b는 코일이 에너지가 공급되는 경우의 도 13의 장치의 폴 부재-탑재 하위부품의 확대도.
도 14는 제2 종래 기술의 장치의 등각 도면.
이하의 설명에서, 한정이 아닌 설명의 목적으로, 본 명세서에 개시된 기술의 전반적인 이해를 돕기 위하여, 특정 구성, 인터페이스, 기법 등과 같은 특정 상세가 상술된다. 그러나, 본 명세서에 개시된 기술이 이러한 특정 상세를 벗어나는 다른 실시예에서도 구현될 수 있는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 즉, 당업자는 본 명세서에서 명백히 기재되거나 도시되는 않지만 본 명세서에 기재된 원리를 구현하고 본 명세서의 정신과 권리범위 내에 포함되는 다수의 장치를 고안할 것이다. 일부 경우에, 잘 알려진 장치, 회로 및 방법의 상세한 설명이 생략되어, 불필요한 상세로 본 명세서에 개시된 기술의 설명을 모호하게 하지 않도록 한다. 본 명세서에 도시된 기술의 특정 예시뿐만 아니라 원리, 측면 및 실시예를 인용하는 모든 언급은 그 구조적이고 기능적인 등가물 모두를 포함하는 것이 의도된다. 덧붙여, 이러한 등가물은 미래에 개발될 등가물뿐만 아니라 현재에 알려진 등가물 모두, 즉, 구조에 상관없이 동일한 기능을 수행하는, 발달된 임의의 부재를 포함하는 것이 의도된다.
그러므로, 당업자는 예컨대, 본 명세서에서 블록 다이어그램이 설명적인 회로 또는 기술의 원리를 구현하는 다른 기능적 유닛의 개념도를 나타낼 수 있는 것을 이해할 것이다. 마찬가지로, 임의의 흐름도, 상태 변이 다이어그램, 유사 부호(pseudocode) 등이, 이러한 컴퓨터 또는 프로세서의 확실한 도시 여부에 상관없이 컴퓨터 판독가능 매체에서 실질적으로 나타나고 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 수행될 수 있는 다양한 프로세스를 보여주는 것이 이해될 것이다.
"컴퓨터", "프로세서" 또는 "컨트롤러"로 분류되거나 기재되는 것들을 포함하되 이에 한정되지 않는 기능성 블록을 포함하는 다양한 소자의 기능은, 회로 하드웨어 및/또는 컴퓨터 판독가능 매체 상에 저장된 코딩된 명령의 형태로 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어와 같은 하드웨어의 사용을 통해 제공될 수 있다. 그러므로, 이러한 기능 및 도시된 기능 블록은 하드웨어 구현 및/또는 컴퓨터 구현되고 그러므로 기계 구현되는 것으로 이해될 것이다.
하드웨어 구현에 있어서, 기능성 블록은 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 축약형 명령 세트 프로세서, 주문형 반도체(ASIC)를 포함하되 이에 한정되지 않는 하드웨어 (예컨대, 디지털 또는 아날로그) 회로 및/또는 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이(FPGA) 및 (적절한 경우) 이러한 기능을 수행할 수 있는 상태 기기를 한정없이 포함하거나 포괄할 수 있다.
컴퓨터 구현에 있어서, 컴퓨터는 일반적으로 하나 이상의 프로세서 또는 하나 이상의 컨트롤러를 포함하는 것으로 이해되고, 컴퓨터 및 프로세서 및 컨트롤러 라는 용어는 본 명세서에서 교환가능하게 사용될 수 있다. 컴퓨터 또는 프로세서 또는 컨트롤러에 의해 제공될 때, 이 기능은 단일 전용 컴퓨터 또는 프로세서 또는 컨트롤러에 의해, 단일 공유 컴퓨터 또는 프로세서 또는 컨트롤러에 의해 또는 복수의 개별 컴퓨터 또는 프로세서 또는 컨트롤러 - 이 중 일부는 공유되거나 분배될 수 있음 - 에 의해 제공될 수 있다. 그러나, "프로세서" 또는 "컨트롤러"라는 용어의 사용은 상기 언급된 예시 하드웨어와 같이 이러한 기능을 수행하고 및/또는 소프트웨어를 실행할 수 있는 다른 하드웨어를 지칭하기 위한 것으로 해석되어야 한다.
"예시적인 실시예"라는 용어는 본 명세서에 기재된 기술에 의해 포함되는 모든 실시예를 본질적으로 유형화하거나 특징짓지 않는 분명하고 비한정적인 실시예를 의미한다.
도 1a는 또한 햅틱 피드백 장치(20A)로서 역할을 하는 제어 유닛을 도시한다. 도 1a의 시점은 햅틱 피드백 장치(20A)와 상호작용하거나 접속하는 인간 사용자 또는 오퍼레이터의 시점이다. 이처럼, 도 1a는, 사용자 인터페이스가 그래픽 인터페이스를 확실히 포함하거나 이와 공조할 때, 햅틱 피드백 장치(20A)의 사용자 인터페이스가 인간 오퍼레이터에게 어떻게 보이는지의 하나의 비한정적이고 예시적인 도시이다. 특히, 도 1a의 사용자 인터페이스는 차량을 위한 제어 유닛에 적합한 그래픽 표시(예컨대, LCD, LED 또는 다른 형태의 디스플레이)를 오버레이하는(overlay) 터치 스크린이다. 비한정적인 예시로서, 도 1a의 그래픽 표시는 공조(climate control) 섹션 및 오디오 제어 섹션을 모두 포함한다. 공조 섹션은, 인간 오퍼레이터가 터치할 때 서모스탯(thermostat) 세트 포인트를 증가시키거나 감소시키는 제 1 세트의 삼각형 심볼 및 인간 오퍼레이터가 터치할 때, 팬 속도를 증가시키거나 감소시키는 제 2 세트의 삼각형 심볼을 포함한다. 오디오 제어 섹션은 인간 오퍼레이터가 터치할 때, AM 라디오 수신 또는 FM 라디오 수신을 선택하는 팔각형 심볼을 포함한다. 오디오 제어 섹션은 선택된 라디오 수신 형태의 채널을 증가시키거나 감소시키기 위해 인간 오퍼레이터에 의해 사용될 수 있는 삼각형 심볼을 더 포함한다. 오디오 제어 섹션은 인간 오퍼레이터에 의해 터치될 때 개별적인 사전 선택(pre-selected) 채널에 수신기를 맞추는 원형 심볼을 더 포함한다.
도 1a의 그래픽 디스플레이의 심볼 중 어떤 심볼이 인간 오퍼레이터에 의해 터치될 지, 예컨대, 어떤 심볼이 인간 임펄스를 수신할 지의 여부는, 사용자 인터페이스를 포함하고 그 투명한 특성에 비추어, 그 아래의 그래픽 표시의 노출을 허용하는 X-Y 매트릭스(matrix)의 형태의 투명 감압성 필름의 위치 센서에 의해 결정될 수 있다. 물론, 도 1a의 그래픽 표시는 예시에 불과하며, 다른 형태의 장치 및/또는 환경에 적합한 그래픽 표시뿐만 아니라 거의 정교한 도시가 제공될 수 있게 구현된다.
그러므로, 도 1a는 예시적인 실시예이며, 사용자 인터페이스는 임펄스(예컨대, 인간 또는 촉각 임펄스)의 수신 위치를 감지하도록 구성된 본질적으로 투명한 2차원 매트릭스를 포함한다. 투명 사용자 인터페이스는 사용자 인터페이스의 2차원 매트릭스의 복수 위치에 해당하는 복수 입력 동작을 그래픽적으로 도시하도록 구성된 디스플레이 스크린 등을 오버레이한다.
도 1b는 햅틱 피드백 장치(20B)로서 역할을 하며, 인간 사용자 또는 오퍼레이터의 시점으로 보는 다른 제어 유닛을 도시한다. 햅틱 피드백 장치(20B)의 사용자 인터페이스는 사용자 터치에 의해 기계적으로 눌려질 수 있는 복수의 버튼 또는 스위치를 포함한다. 버튼을 통해 가해지는 압력이 감지될 때, 적절한 현상 또는 커패시턴스와 같은 특성이 변화할 수 있고, 신호가 프로세서에 인가된다. 도 1b의 햅틱 피드백 장치(20B)의 사용의 예시적인 환경은 은행 기관을 위한 금융 자동화기(ATM)의 환경이다. 그러므로, 도 1b는 예시적인 실시예를 도시하고, 여기서 사용자 인터페이스는 푸쉬 버튼 또는 누름 버튼과 같은 하나 이상의 별도의 임펄스 반응 소자를 포함한다.
도 1a 및 도 1b는 이러한 햅틱 피드백 장치의 2개의 상이한 (그리고 비한정적인) 사용 환경뿐만 아니라, 본 명세서에 기재된 기술에 따른 햅틱 피드백 장치가 제공될 수 있는 2개의 상이한 사용자 인터페이스의 예시를 단순히 도시하기 위해 제공된다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "햅틱 피드백 장치" 또는 "햅틱 피드백 장치(20)"라는 명명법(또는 임의의 준비된 또는 복수의 준비된 명명법의 버전)은 배치 필드 또는 환경, 설치 또는 용도에 상관없이 도 1a의 스크린 터치형 햅틱 피드백 장치(20A) 및 도 1b의 누름 버튼형 햅틱 피드백 장치(20B)를 포함하되 이에 한정되지 않는, 이로써 포함된 임의의 적합한 햅틱을 표시하는데 일반적으로 사용된다. 따라서, 예컨대 도 5 및 도 7의 실시예와 같은 예시적인 실시예는 도 1a의 터치스크린형 사용자 인터페이스 또는 도 1b의 푸시 버튼형 그래픽 인터페이스 또는 임의의 다른 형태의 그래픽 인터페이스를 통합할 수 있는데, 이는 이러한 인터페이스의 성질 또는 형태가 햅틱 피드백 장치의 동작의 구조에 결정적이지 않기 때문이다.
도 2에서 분해된 측면도로 더욱 상세히 도시된 바와 같이, 햅틱 피드백 장치(20)는 고정 프레임(40); 고정 프레임(40)에 대한 적어도 하나의 움직임 정도를 위해 구성되는 캐리어(42); 캐리어(42) 상에 장착되거나 이것을 포함하고 인간 입력을 수신하도록 구성된 사용자 인터페이스(44); 하나의 세트의 자극편(46); 및 서스펜션 시스템(48)을 포함한다. 일 예시적인 실시예에서, 사용자 인터페이스(44)는 캐리어(42)에 연결되고/ 캐리어 상에 장착되되 구분될 수 있고; 다른 예시적인 실시예에서, 사용자 인터페이스(44)는 캐리어(42)를 포함하거나 캐리어와 일체형이 될 수 있다.
고정 프레임(40), 캐리어(42) 및 인터페이스(44)의 각각은 X-Y 평면에서 본질적으로 직사각형 형상을 갖고, 이 X-Y 평면은 도 1a 및 도 1b의 시트의 평면에 본질적으로 평행한다. 캐리어(42)는 2개의 메이저 부재(52X) 및 2개의 마이너 부재(52Y)를 포함하는 중공 직사각형 캐리어 프레임의 형태를 취할 수 있고, 메이저 부재(52X)는 X 방향으로 연장하되 Y 방향으로 이격되고, 마이너 부재(52Y)는 Y 방향으로 연장하되 X 방향으로 이격된다. 부재(52X 및 52Y)의 각각의 내부 주변 표면은 캐리어 숄더(54)를 제공하도록 형성되고, 이 캐리어 숄더는 캐리어(42)의 내부 주변 상부 표면 주위에 노치(notch) 또는 립을 제공하며, 이 캐리어 숄더 상에서 사용자 인터페이스(44)가 놓이고 지지된다. 본질적으로 고체인 직사각형의 폴 마운트(56)는 메이저 부재(52X)의 동작하는 부재의 아래에 (Z 방향으로) 달려있다.
캐리어(42) 및 프레임(40)은 예컨대, 플라스틱, 알루미늄 또는 마그네슘과 같은 임의의 적합한 물질로부터 제조하거나 이를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 특정 예시적인 실시예에서, 사용자 인터페이스(44)는, 인간의 입력, 예컨대 인간 손가락의 터치 또는 인간이 휘두르는 도구의 접촉을 수신하는 터치 스크린의 X-Y 매트릭스의 특정 위치의 표시를 제공하기 위하여 전자 기기와 공조하는 X-Y 매트릭스 감지기를 포함하는 형태의 투명 터치 스크린의 형태를 취한다. 사용자 인터페이스(44)의 투명 터치 스크린은 프로세서(58)와 같은 전자 기기에 연결된 리본 케이블이나 다른 신호 캐리어를 갖는 필름 매트릭스를 포함할 수 있다. 다른 전자 기기 구성요소와 마찬가지로 프로세서(58)는 회로 기판(60) 상에 장착될 수 있다. 도시된 실시예에서, 회로 기판(60)는 고정 프레임(40)에 의해 (프로세서(58))가 아래를 면한 상태로) 탑재된다. 도 2에서 사용자 인터페이스(44)가 하나의 부재로서 도시되지만, 사용자 인터페이스(44)는 투명 필름 터치 스크린 및 백킹 글라스와 같은 투명 백킹 기판을 모두 포함한다. 투명 필름 터치 스크린 및 투명 백킹 기판을 모두 갖는 사용자 인터페이스(44)는 캐리어(42)의 내부에 꼭 맞기 때문에 사용자 인터페이스(44)의 에지는 캐리어 숄더(54) 상에 놓이고 및/또는 이것에 의해 지지된다. 사용자 인터페이스(44)는 접착, 에폭시 또는 다른 적합한 패스너에 의해 캐리어 숄더(54) 상의 정 위치에 밀폐된다(sealed). 그러므로, 캐리어(42)는 (고정 프레임(40)에 대한) 사용자 인터페이스(44)의 이동성뿐만 아니라 일정 정도의 강성을 제공한다.
도 2의 예시적인 실시예에서, 사용자 인터페이스(44)는 디스플레이 스크린(64) 등을 덮고(예컨대, 오버라잉하고) 포함할 수도 있다. 디스플레이 스크린(64)은 사용자 인터페이스(44)의 2차원 매트릭스의 복수 위치에 해당하는 복수 입력 동작을 그래픽적으로 도시하도록 구성된다. 디스플레이 스크린(64)은 이러한 버튼 또는 스위치에 각각 관련된 설명 문구를 나타내는 것뿐만 아니라, 인간 오퍼레이터에 의해 "눌려질" 수 있는 "스위치" 또는 "버튼"에 해당하는 오버라잉 사용자 인터페이스(44) 상의 위치를 설명하는 것에 적합한 액정 디스플레이 또는 다른 디스플레이(예컨대, LED)가 될 수 있다. 디스플레이 스크린(64)을 동작하는 전자 기기는 디스플레이 드라이버를 포함하는 회로 기판(60) 상에 위치할 수 있고 통합된 동작을 위해 프로세서(58)에 연결될 수 있다. 디스플레이 스크린(64)은 X-Y 평면에서 직사각형을 가질 수 있고 캐리어(42)의 주변부 내에서 수용되도록 바람직하게 크기가 정해진다.
일 예시적인 실시예에서, 디스플레이 스크린(64)은 고정 프레임(40) 상에 장착되므로 디스플레이 스크린(64) 역시 고정된 상태로 유지된다. 이러한 고정 장착 실시에에서, 디스플레이 스크린(64)은 캐리어(42)의 부재(52)에 의해 한정된 내부 주변부 내에 꼭 맞을 수 있지만 부재(52)와 접촉하지 않고, 캐리어(42) 내에서 내부로 위치되는 디스플레이 스크린(64)에 의해 캐리어(42)의 움직임이 방해되지 않는다. 그러므로, 사용자 인터페이스(44)가 디스플레이 스크린(64)에 대해 이동하는 것(예컨대, 진동하는 것)을 허용하도록 디스플레이 스크린과 중첩하는 사용자 인터페이스(44)와 디스플레이 스크린(64) 사이에 에어 갭이 있을 수 있다. 고정 장착 실시예에서, 캐리어 숄더(54)는 햅틱 피드백이 제공될 때 동작하지 않기 때문에 디스플레이 스크린(64)이 지니는 이미지가 흐릿하게 인식되지 않을 수 있다.
다른 예시적인 실시예에서, 디스플레이 스크린(64)은 캐리어(42)에 장착되므로 캐리어(42)와 함께 동작한다. 예컨대, 사용자 인터페이스(44), 캐리어(42) 및 자극편(46)의 세트는 일체형 유닛으로서 형성되고, 이것은 제조 효율 및 비용 감축을 가능하게한다. 이러한 실시예에서, 디스플레이 스크린(64)은 짧은 순간 및 인간 오퍼레이터가 디스플레이 스크린(64)을 더 보지 않을 수 있을 때, 다소 움직일(예컨대 진동할) 수 있다.
고정 프레임(40)은 또한 X-Y 프레임에서 본질적으로 정사각형의 풋프린트(footprint)를 가질 수 있다. 고정 프레임(40)의 상면은 회로 기판(60)를 아래에 탑재하거나 이를 포함할 수 있다. 상기 언급된 바와 같이, 예시 대안적인 실시예에서, 고정 프레임(40)의 상면은 그 위에 장착된 디스플레이 스크린(64)을 가질 수 있다. 고정 프레임(40)의 각각의 코너는 그에 달려있는 프레임 레그 포스트(66)를 갖는다. Y 방향에 정렬된 프레임 레그 포스트(66)의 쌍은 (예컨대, X 방향으로 연장하는) 레그 브레이스(68)에 의해 연결된 말단을 갖는다. 고정 프레임(40)의 주요 에지(예컨대, X 방향을 따라 연장하는 에지)는 X 방향에 관한 에지의 중심에 인접한 그 주변에 제공되는 노치(70)를 갖는다. 햅틱 피드백 장치(20)가 조립될 때, 노치(70)는 캐리어(42)에 달려있는 폴 마운트(56)를 수용하는 역할을 한다. 고정 프레임(40)의 상면의 아래쪽은 또한 그로부터 달려있는 2개의 마운팅 핀(72)을 또한 갖는다.
고정 프레임(40)은 제 1 자극편(80)을 포함하거나 그에 장착되도록 하고; 캐리어(42)는 제 2 자극편(82)을 포함하거나 그에 장착되도록 한다. 전자기 코일(84)은 자극편에 의해 탑재될 수 있되 도시된 실시예에서는, 바로 언급된 바와 같이, 고정 프레임(40)에 장착된 제 1 자극편(80)에 의해 탑재되는 것으로 도시된다. 이처럼, 제1 자극편(80)은 그렇게 함으로써 탑재된 전자기 코일(84)과 함께 "고정자"로서 지칭될 수 있다. 제 2 자극편(82)은 "아마추어(armature)"로서 지칭될 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 전자기 코일(84)은 대신에 제 2 자극편(82)에 의해 탑재될 수 있다.
자극편(46)의 세트는 도 4에서 보다 상세히 도시된다. 자극편(46)의 세트는 제 1 자극편(80); 제 2 자극편(82); 및 전자기 코일(84)을 포함한다. 제1 자극편(80)은 고정 프레임(40)에 장착된다. 어셈블리에 있어서, 제 1 자극편(80)은 압입되거나 그렇지 않으면 고정 프레임(40)의 아랫면 상에 제공되는 마운팅 핀(72)에 고정되는 개구(86)를 갖는다. 제 2 자극편(82)은 마찬가지로 제 2 자극편(82)이 패스너(89)에 의해 캐리어(42)의 폴 마운트(56)에 장착되는 개구(88)를 갖는다.
제 1 자극편(80)과 제 2 자극편(82)은 본질적으로 "L" 형상이 되는 것으로 도시된다. 예시적인, 비한정적 실시예에서, 제 1 자극편(80)과 제 2 자극편(82)의 각각은 연철의 적층형 라미네이션을 포함한다. "L" 형상 자극편의 더 긴 레그는 X 방향으로 연장하는 반면에, 짧은 레그는 Y 방향으로 연장한다. 전자기 코일(84)은 보빈(bobbin)(90) 등을 포함할 수 있고, 이것의 주변에서 (절연 피복된)전도성 와이어 또는 마그네트 와이어가 감긴다. 보빈(90)은 자극편(80)이 연장하는 중공 내부를 가질 수 있다. 대안으로, 보빈(90)은 자극편을 포함할 수 있고, 마그네트 와이어는 그 주변에서 감긴다.
바람직하지만 본질적 이지는 않게, 치밀도를 위하여, 제 1 자극편(80)과 제 2 자극편(82)은 사용자 인터페이스(44), 캐리어(42) 및 디스플레이 스크린(64)과 같은 위에 놓인 구조의 주변 아래에 그리고 그 내부에 위치될 수 있다. 이러한 이유로 및/또는 중첩된 위치를 도시하기 위하여, 일부 도시에서, 제 1 자극편(80)과 제 2 자극편(82)은 파선으로 도시된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전자기 코일(84)이 에너지 공급될 때 갭(91)이 제 1 자극편(80)과 제 2 자극편(82) 사이에서 X 방향으로 존재한다. 에어 갭(91)은 전자기 코일(84)이 에너지 공급될 때 제 1 자극편(80)과 제 2 자극편(82)의 위치에 의해 한정된다. 보다 구체적으로, 2개의 갭(91)이 제공되고, 제 1 갭은 제 1 자극편(80)의 긴 레그와 제 2 자극편(82)의 짧은 레그 사이에 존재하고, 제 2 갭은 제 2 자극편(82)의 더 긴 레그와 제 1 자극편(80)의 더 짧은 레그 사이에 존재한다. 동일한 형태가 되는 2개의 갭(91)은 "에어 갭" 또는 "갭"으로 총괄하여 지칭된다. 제 1 자극편(80)과 제 2 자극편(82)은 각각 고정 프레임(40)과 캐리어(42)에 관하여 차례로 따로 위치되고 장착된다. 제 1 자극편(80)과 제 2 자극편(82)의 별도의 그리고 독립된 장착은, 전자기 코일(84)이 에너지 공급되지 않을 때 제 1 방향으로 제 1 자극편(80)과 제 2 자극편(82) 사이의 에어 갭(91)의 정확한 정의가 가능하게 한다.
그러므로, 도 13 및 도 14에 도시된 장치와 같이 선행 기술의 장치와는 다르게, 제 1 자극편(80)과 제 2 자극편(82)은 개별 액추에이터 유닛에 의해 탑재되지 않고 이러한 개념에서 "액추에이터가 없는" 또는 "액추에이터 프리" 햅틱 장치를 제공한다. 이러한 선행 기술의 액추에이터 유닛은 양쪽의 자극편을 포함하고 이들을 위치시키므로 에어 갭이 고정 부재와 이동가능 부재를 장착하기 전이라도 그 내에서 미리 한정되며, 액추에이터 유닛은 고정 부재와 이동가능 부재 양쪽에 중간 구성요소로서 연결된다.
본 명세서에 개시된 기술은 다양한 측면에서 선행 기술의 기술과 다르다. 예컨대, 서스펜션 시스템(48)은 제 1 자극편(80)과 제 2 자극편(82) 양쪽으로부터 기계적으로 분리된다. 예시적인 실시예에서, 서스펜션 시스템(48)은 제 1 자극편(80)과 제 2 자극편(82)으로부터 기계적으로 분리되고, 제 1 자극편(80)은 고정 프레임(40)에 기계적으로 연결되고, 차례로 고정 프레임(40)은 서스펜션 시스템(48)을 통해 캐리어(42)에 기계적으로 연결되고, 캐리어(42)는 차례로 제 2 자극편(82)에 기계적으로 연결된다. 예시적인 비한정적인 실시예에서, "기계적으로 연결된다"는 의미는 직접적인 물리적 접촉을 의미한다.
선행 기술과 상이한 다른 예시로서, 예시적인 실시예에서, 제 1 자극편(80)은 캐리어(42)에 대해 제 2 자극편(82)을 위치시키는 역할 또한 하는 공통 중간 구성요소를 통해 고정 프레임(40)에 장착되지 않는다. 더욱이, 예시적인 실시예에서, 고정 프레임(40)과 캐리어(42)는 서스펜션 시스템(48)에 의해 연결되되, 제 1 자극편(80) 및 제 2 자극편(82)을 모두 포함하고 제 1 자극편(80)과 제 2 자극편(92) 사이의 에어 갭(91)을 다시 재위치시키는 별도의 액추에이터 구성요소에 의해 연결된다. 예시적인 실시예에서, 캐리어(42) 및 고정 프레임(40)은 서스펜션 시스템(48)에 의해서만 서로 연결된다. 별도의 예시적인 실시예의 각각은 본 명세서에 기재된 바와 같이, 에어 갭(91)의 더욱 정확한 셋팅을 가능하게 한다.
더욱이, 예시적인 실시예에서, (전자기 코일이 에너지 공급되지 않을 때) 갭(91)의 크기가 고정 프레임(40)에 장착된 결과로서의 제 1 자극편(80)의 위치와 캐리어(42)에 장착된 결과로서의 제 2 자극편(82)의 위치에만 의존할 수 있는 방식으로, 제 1 자극편(80)이 고정 프레임(40)에 장착되고 제 2 자극편(82)이 캐리어(42)에 장착된다. 이처럼, (전자기 코일이 에너지 공급되지 않을 때) 갭(91)의 크기는 서스펜션 시스템(48)에 의한 영향을 받지 않는다.
예시적인 실시예에서 도시된 바와 같이, 캐리어(42)와 고정 프레임(40)은 서스펜션 시스템(48)에 의해서만 서로 연결된다. 특히, 예시적인 실시예에서, 캐리어(42)와 고정 프레임(40)은 제 1 자극편(80)과 제 2 자극편(82) 중 하나 또는 모두를 포함하는 구성요소를 통하는 것이 아니라 오직 서스펜션 시스템(48)에 의해서만 서로 연결된다. 이에 관하여, 서스펜션 시스템(48)은 제 1 자극편(80) 또는 제 2 자극편(82)를 포함하거나 탑재하지 않는다.
본 명세서에서 기재된 바와 같이, 전자기 코일(84)은 사용자 인터페이스(44)에 적용되는 것으로서 인간 입력의 수신의 결과로 선택적으로 에너지 공급되어서, 제 2 자극편(82)이 제 1 자극편(80)에 끌려서(attracted) 갭(91)을 줄이도록 한다. 제 1 자극편(80)과 제 2 자극편(82)의 코일 에너지 공급된 끌림은 고정 프레임(40)을 향하는 X 방향으로 캐리어(42)의 동작을 유발하고, 이 캐리어는 제 2 자극편(82)을 탑재한다(프레임(40)은 제 1 자극편(80)을 탑재한다). 특히, 전자기 코일(84)이 에너지 공급되는 경우, 자속 경로(magnetic flux path)를 완성하기 위하여 제 2 자극편(82)이 제 1 자극편(80)에 끌리도록 하는 자력이 생성된다. 캐리어(42)가 X 방향으로 이동하면, 캐리어(42) 상에 장착된 사용자 인터페이스(44) 또한 이동한다.
예시적인 실시예에서, 전자기 코일(84)의 에너지 공급은 제 2 자극편(82)이 제 1 자극편(80)으로 끌리도록 하여 갭(91)을 닫고 제 1 자극편(80) 상의 제 2 자극편(82)의 충돌을 유발한다. 제 1 자극편(80)과 제 2 자극편(82)의 충돌은 서스펜션 시스템(48)에 의해 캐리어(42)로 전해지고 캐리어(42) 및 사용자 인터페이스(44)의 동작, 떨림, 진동을 유발하며, 이는 손가락이 터치하거나 적어도 사용자 인터페이스(44)에 근접할 때 인간 손가락에 의해 감지된다.
다른 예시적인 실시예에서, 자기 작동이 에어 갭을 줄이도록 아마추어를 움직이나 스프링의 힘 및 간격이 자극편이 물리적으로 접촉하는 것을 방지하도록, 자기 인력 및 에어 갭 기하구조가 구성될 수 있다. 코일(84)로부터 힘을 방출 시, 아마추어(예컨대, 제 2 자극편(82))는 중립 위치로 돌아온다. 그러므로, 이러한 대안적인 실시예에서, 에어 갭(91)은 일반적인 용도에는 제품의 수명을 다할때까지 절대 닫히지 않는다. 이러한 실시예의 결과는, 임의의 구성요소의 충돌없이 햅틱 동작이 일어나는 것을 허용하고, 그러므로 마모, 소음 및 범퍼 구성요소의 필요성을 줄일 수 있다.
그러므로, 캐리어(42)는 고정 프레임(40)에 대한 적어도 하나의 움직임 정도를 위하여 구성된다. 도 2의 예시적인 실시예에서, 캐리어(42)의 움직임의 정도는 X 축을 따라 존재하는 에어 갭(91)의 관점에서 X 축을 따르고, 전자기 코일(84)이 에너지 공급되는 경우 갭(91)을 닫거나 또는 적어도 좁히도록 X 축으로 제1 자극편(80)을 향한 제2 자극편(82)의 끌림 및 움직임이다.
전자기 코일(84)이 갭(91)에서 제 2 자극편(82)을 제 1 자극편(80)을 향하도록 구동하기 위해 에너지 공급될 때, 서스펜션 시스템(48)은, 고정 프레임(40)에 캐리어(42)를 연결하고 제 1 방향으로, 예컨대, X 방향으로 캐리어(42)의 움직임(예컨대, 진동)을 허용하거나 촉진한다. 일반적으로, 본 명세서에 기재된 실시예는 서스펜션 시스템(48)이 제 1 방향, 예컨대 X 방향을 따라 이격된 적어도 2개의 서스펜션 부재를 포함한다. 일반적으로 서스펜션 부재는 캐리어(42)의 아래측에 부착된 상단부 및 레그 브레이스(68)의 상부 측에 부착된 하단부를 갖는다.
코일(84)이 에너지 공급되지 않을 때(예컨대, 수 초 이상 에너지 공급되지 않을 때), 서스펜션 시스템(48)을 포함하는 스프링은 자신의 정상 중심을 찾게 되고, 예컨대, 코일이 제거된 스프링에는 본질적으로 부하가 없다. 코일(84)이 에너지 공급될 때, 제 2 자극편(82)은 에어 갭(91)을 닫히거나 적어도 좁히는 방향으로 제 1 자극편(80)에 끌린다. 에어 갭(91)이 좁혀지면, 캐리어(42)가 이동할 뿐만 아니라 서스펜션 시스템(48)을 포함하는 스프링 또한 X 방향으로 로딩된다.
도 2 및 도 3에 도시된 특정 예시적인 실시예에서, 서스펜션 부재는 측방 서스펜션 스프링(92)을 포함하고, 이는, 동작하지 않을 때, 본질적으로 제 1 방향에 수직인 평면으로 연장한다(예컨대, 스프링(92)은 YZ 평면으로 연장한다). 도 2 및 도 3의 실시예에서, 햅틱 피드백 장치(20)의 각각의 단부에서의 하나의 측방 서스펜션 스프링(92)이 존재한다. 측방 서스펜션 스프링(92)은 본질적으로 정사각형의 "Z" 형상을 가지고, 각각의 측방 서스펜션 스프링(92)의 하나의 측단부는 그 꼭대기에 연결 탭을 가지고 마주보는 측단부는 그 하단에 연결 탭을 가지며, 연결 탭은 캐리어(42)와 레그 브레이스(68)에 각각 연결하기(예컨대, 삽입하기) 위해 사용된다. 적절하게 위치되고 고정된 Z-형상의 측방 서스펜션 스프링(92)은 캐리어가 상하로 움직이고 상하로 기울여지거나 좌우로 회전하는 것을 허용하지 않는다. 그보다는, 측방 서스펜션 스프링(92)은 X 축을 따르는 하나의 움직임의 정도, 예컨대, 도면에서 좌측에서 우측으로의 움직임만을 허용한다.
도 5 및 도 6은 햅틱 피드백 장치(20')의 다른 예시적인 실시예를 도시하고, 이 장치는 상이하게 구성된 서스펜션 시스템(48')을 사용한다. 도 5 및 도 6의 서스펜션 시스템(48')은 제 1 쌍의 서스펜션 부재(94A) 및 제 2 쌍의 서스펜션 부재(94B)를 포함하고, 제 1 쌍의 서스펜션 부재(94A)는 제 1 YZ 평면으로 본질적으로 연장하고 제 1 YZ 평면에서 서로 이격된다. 제 2 쌍의 서스펜션 부재(94B) 제 2 YZ 평면으로 본질적으로 연장하고 제 2 YZ 평면에서 서로 이격된다. 제 1 YZ 평면 및 제 2 YZ 평면은 X 방향을 따라 서로 이격되고 X 방향에 수직이다. 도 5 및 도 6의 예시적인 실시예에서, 제 1 쌍의 서스펜션 부재(94A) 및 제 2 쌍의 서스펜션 부재(94B)는 본질적으로 직사각형을 각각 갖고 - 이 직사각형은 Z 방향으로 주요 치수를 갖고 Y 방향으로 부수 치수를 가짐 - 연결 탭이 부수 치수의 상부 에지와 하부 에지에 제공된다. 연결 탭은 고정을 목적으로 (예컨대, 홀 또는 노치내로) 캐리어(42)의 하부측 및 레그 브레이스(68)의 상부 측과 짝을 짓는다.
도 7 및 도 8은 상이하게 구성된 서스펜션 시스템(48")을 사용하는 햅틱 피드백 장치(20")의 또 다른 예시적인 실시예를 도시한다. 도 7 및 도 8의 서스펜션 시스템(48")은 제 1 쌍의 서스펜션 부재(96A) 및 제 2 쌍의 서스펜션 부재(96B)를 포함하고, 제 1 쌍의 서스펜션 부재(96A)는 제 1 YZ 평면으로 본질적으로 연장하고 제 1 YZ 평면에서 서로 이격된다. 제 2 쌍의 서스펜션 부재(96B) 제 2 YZ 평면으로 본질적으로 연장하고 제 2 YZ 평면에서 서로 이격된다. 제 1 YZ 평면 및 제 2 YZ 평면은 X 방향을 따라 서로 이격되고 X 방향에 수직이다. 도 7 및 도 8의 예시적인 실시예에서, 제 1 쌍의 서스펜션 부재(96A) 및 제 2 쌍의 서스펜션 부재(96B)는 본질적으로 선형의, 길쭉한, 탄성 핀을 가지며, 이 핀은 Z 방향으로 연장한다. 서스펜션 시스템(48")의 연장된 탄성 핀(96A 및 95B)은 다방향 햅틱 동작이 사용될 때 캐리어(42) 및 그 캐리어로 탑재된 사용자 인터페이스(44)의 다방향 동작을 가능하게 하거나 허용하도록 구성된다.
서스펜션 시스템(48)의 다수의 실시예의 서스펜션 부재는 미리결정된 촉감(예컨대, 움직임 또는 진동 촉감)을 제공하도록 선택된다. 그러므로, 서스펜션 부재는 적절한 스프링 상수를 갖는 물질로부터 구성되고 전체 장치의 파라미터 및 제약을 고려하면 원하는 촉감을 성취하도록 크기가 정해지고 형성된다.
도 9는 하나의 방향의, 예컨대, X 방향의 캐리어(42) 및 사용자 인터페이스(44)의 움직임에 적합한 햅틱 피드백 장치에 대한 예시적인 회로 기판(60)의 부분을 도시한다. 회로 기판(60)는 프로세서(58)를 포함하고, 이 프로세서는 코일 구동 신호를 전자기 코일(84)에 적용하기 위한 전자기 코일(84)에; 디스플레이 스크린(64)을 구동하기 위한 (디스플레이 구동) 전자기기; 및 인간의 입력 또는 임펄스의 위치를 표시하는 신호 및 명령 또는 동작의 선택 여부 표시를 그로부터 수신하기 위한 사용자 인터페이스(44)를 연결할 수 있다. 그러므로, 프로세서(58)는 수신에 따른 인간 입력 또는 임펄스의 코일 에너지 공급 신호를 생성하여, 코일 에너지 공급 신호가 전자기 코일(84)을 에너지 공급하고, 그렇게 함으로써, 제 1 자극편(82)을 향하는 제 2 자극편(80)을 밀착하고 충돌을 야기할 수 있다.
도 9의 예시적인 실시예는 하나의 세트의 자극편(즉, 제 1 자극편(80) 및 제 2 자극편(82))을 활용하고, 하나의 방향의, 예컨대 X 방향의 햅틱 동작 또는 햅틱 피드백을 제공한다. 도 10에 관하여 도시된 또 다른 예시적인 실시예에서, 햅틱 피드백 장치는 제 1 세트의 자극편(46X) 및 제 2 세트의 자극편(46Y)을 모두 포함한다. 도 10의 제 1 세트의 자극편(46X)은 도 9의 자극편 세트(46)와 유사하고 제 1 방향, 즉, X 방향의 동작 및 햅틱 피드백을 제공한다. 도 10의 제 1 세트의 자극편(46X)의 구성요소에는 햅틱 동작의 제 1 방향을 지칭하기 위하여 "X"가 붙게된다. 도 10의 제 2 세트의 자극편(46Y)은 제 1 세트 세트(46)와 유사하되 제 2 방향의, 예컨대 Y 방향의 동작 및 햅틱 반응을 제공하기 위하여 배향되고, 위치되고 동작가능하다. 도 10의 제 2 세트의 자극편(46Y)의 구성요소에는 햅틱 동작의 제 2 방향을 지칭하기 위하여 "Y"가 붙게된다. 제 2 세트(46Y)의 제 2 자극편(82Y)은 캐리어(42)에 장착되고, 제 2 자극편 세트(46Y)의 제 1 자극편(80Y)은 고정 프레임(40)에 장착된다. 그러므로, 용어적 측면에서, 제 2 자극편 세트(46Y)는 고정 프레임(40)에 장착되는 제 3 자극편(80Y); 캐리어(42)에 장착되는 제 4 자극편(82Y); 및 제 3 자극편과 제 4 자극편 중 하나에 의해 탑재되는 제 2 전자기 코일(44Y)을 포함하는 것으로 보여질 수 있다. 제 3 자극편(80Y) 및 제 4 자극 편(82Y)은 전자기 코일(84)이 에너지 공급되지 않을 때, 제 2의 또는 Y 방향의 제 2 에어 갭(91Y)을 그 사이에서 한정하도록 장착된다. 제 2 또는 Y 방향은 동작의 제 2 도에 해당하고, (Y 방향인) 제 2 방향은 (X 방향인) 제 1 방향에 수직이다.
제 1 세트의 자극편(46X) 및 제 2 세트의 자극편(46Y)은 프로세서(58)로부터 수신되는 코일 구동 신호(코일 커넥터(89)를 통해 코일(84)에 적용됨)을 갖는 것으로 도시된다. 일부 예시적인 실시예에서, 적용된 코일 구동 신호는 프로세서(58)에 의해 제 1 세트의 자극편(46X) 및 제 2 세트의 자극편(46Y) 양쪽에 동시에 적용되므로 햅틱 피드백은 X 방향과 Y 방향으로 동시에 일어난다. 다른 예시적인 실시예에서, 제 1 세트의 자극편(46X) 및 제 2 세트의 자극편(46Y)의 각각에 적용된 별도의 구동 신호가 될 수 있으므로, (상이한 명령 또는 요청된 동작에 해당하는) 상이한 인간 입력은 상이한 햅틱 피드백(예컨대, 하나의 형태의 임펄스/명령에 대한 X 방향의 햅틱 반응 및 다른 형태의 임펄스/명령에 대한 Y 방향의 햅틱 반응)을 산출한다.
도 7 및 도 8의 서스펜션 시스템(48")은 캐리어(42)의 다방향 움직임 또는 진동을 촉진하기 위한 도 10의 회로 기판와의 결합에 특히 유리하다. 연장된, 탄성 핀의 형태인 서스펜션 부재(96)는 (예컨대, X 방향의) YZ 평면 및 (예컨대, Y 방향의) XZ 평면에 관한 스프링의 움직임이 가능하다. 제 2 세트의 자극편(46Y)은 서스펜션 부재의 포지셔닝을 또한 수용하는 방식으로 Y 축에서 활성화되도록 포지셔닝된다. 예컨대, 제 2 세트의 자극편(46Y)은 서스펜션 부재(96)를 형성하는 어셈블리 중간의 2개의 연장된, 탄성의 핀의 Y 축 에지를 따라 포지셔닝될 수 있다.
스프링형 부재를 포함하는, 본 명세서에서 기재된 서스펜션 시스템은 예컨대 캐리어 프레임 마이너 부재(52Y)인 캐리어(42)의 프레임의 일체형 부분으로서 몰딩될 수 있다. 스프링 구성요소의 단면과 구성을 포함하는, 서스펜션 시스템의 스프링 구성요소의 형태는 특히 일체형 플라스틱으로부터 몰딩될 때 단일 축 또는 다중 축이 가능하도록 형성된다. 스프링은 플라스틱, 탄소 섬유, 금속, 복합물인 임의의 물질과 압출, 몰딩, 형성, 스탬핑 등의 방법을 사용하여 형성될 수 있다.
도 11은 예시 모드에 따라 햅틱 피드백 장치를 동작하는데 포함되는 예시 동작을 도시하는 흐름도이다. 인간 오퍼레이터가 사용자 인터페이스(44)를 터치할 때, 동작(11-1)과 같이 임펄스가 감지되고 임펄스의 X 및 Y 정보가 프로세서(58)에 보내진다. 동작(11-2)과 같이 프로세서(58)는 입력된 명령의 형태를 구분 짓는 것에 의해 또는 눌려진 버튼에 의해 감지된 임펄스를 프로세스한다. 단계(11-3)와 같이, 프로세서(58)는 예컨대 액션이 스크린상에서 터치된 위치에 의해 요구되는 명령을 수행(예컨대, 시작)한다. 또한, 본질적으로 동일한 시간에 프로세서(58)는 코일(84)을 에너지 공급하기 위해 코일(84)에 적용되는 코일 구동 신호를 생성하여 전송한다. 코일(84)은 손가락에 본질적으로 즉시 피드백을 제공하기 위해 가능한 빨리 활성화된다.
그러므로, 압력이 사용자 인터페이스(44)에서 감지되거나 커패시턴트가 변경될 때, 신호는 위치 판별을 수행할 뿐만 아니라 위치에 해당하는 기능의 수행을 시작하게 하는 프로세서(58)에 적용된다. 프로세서(58)는 또한 코일(84)을 에너지 공급시키고 궁극적으로는 촉각 피드백을 주는 진동을 유발하는 코일 구동 신호를 생성하기 위해 코일(84)을 턴온한다.
코일 구동 신호는 임의의 원하는 포맷 또는 구성이 될 수 있다. 예컨대, 코일 구동 신호는 코일(84)을 턴온하는 것을 표시하는 단일 펄스가 될 수 있다. 이러한 신호는 임의의 수의 패턴이 될 수 있지만, 현재는, 단순히 코일을 에너지 공급하기 위한 것이다. 대안으로, 코일 구동 신호는 원하는 규모의 펄스의 트레인이 될 수 있다.
도 12는 본 명세서에 기재된 실시예의 햅틱 피드백 장치를 만드는 방법에 포함된 동작 또는 단계를 나타내는 예시를 도시한다. 도 12의 예시 모드에서, 동작(12-1)은 캐리어(42)에 사용자 인터페이스를 장착하거나 포함하는 단계를 포함하고, 사용자 인터페이스는 상기 기재된 바와 같이 인간 입력 또는 임펄스를 수신하도록 구성된 형태가 된다. 최초로 도시되었으나, 동작(12-1)은 조립 시퀀스의 임의의 지점에서 수행될 수 있다. 동작(12-2)은 서스펜션 시스템(48)을 통해 고정 프레임(40)에 캐리어(42)를 연결하여 캐리어(42)가 고정 프레임(40)에 대한 적어도 하나의 움직임 정도을 갖는 단계를 포함한다. 도 12의 예시 모드에서, 동작(12-1)과 같이, 고정 프레임(40), 캐리어(42), 서스펜션 시스템(48)은 분해된 도시에 관련하여 이해되는 바와 같이, 예컨대 오직 서스펜션 시스템(48)을 통해 고정 프레임(40) 및 캐리어(42)를 연결하는 단계로서 조립된다. 동작(12-3)은 제 1 자극편(80)을 고정 프레임(40)에 분리 장착하고 제 2 자극편(82)을 캐리어(42)에 분리 장착함으로써 자극편 세트(46)를 조립하는 단계를 포함한다. 그러므로, 도 12의 방법에 따라, 고정 프레임(40) 및 캐리어는 서스펜션 시스템(48)에 의해 연결되되 제 1 자극편과 제 2 자극편을 모두 갖는 별개의 액추에이터 구성요소에 의해서는 연결되지 않는다.

Claims (11)

  1. 고정 프레임 및 캐리어를 포함하는 햅틱 피드백 장치로서, 상기 햅틱 피드백 장치는:
    상기 고정 프레임에 장착된 제1 자극편;
    상기 캐리어에 장착된 제2 자극편;
    상기 캐리어 상에 장착되거나 상기 캐리어를 포함하며, 임펄스를 수신하도록 구성된 사용자 인터페이스;
    상기 제1 자극편 및 상기 제2 자극편 중 하나에 의해 탑재되는 전자기 코일 - 상기 전자기 코일은 임펄스 수신의 결과로서 선택적으로 에너지 공급됨 - ; 및
    상기 캐리어를 상기 고정 프레임에 연결시키고, 상기 캐리어와 상기 고정 프레임 사이의 제1 방향의 상대적 움직임을 허용하는 서스펜션 시스템
    을 더 포함하며,
    상기 제1 자극편 및 상기 제2 자극편은 전자기 코일이 에너지가 공급되지 않은 경우 그들 사이에 상기 제1 방향의 에어 갭을 한정하도록, 상기 고정 프레임 및 상기 캐리어에 대해 별개로 위치하며, 또한
    상기 서스펜션 시스템은 상기 제1 자극편 및 상기 제2 자극편 모두로부터 기계적으로 분리되며, 상기 전자기 코일이 에너지가 공급되는 경우 상기 갭에서 상기 제2 자극편을 상기 제1 자극편쪽으로 구동하기 위하여 상기 캐리어와 고정 프레임 사이의 상기 제1 방향의 상대적 움직임을 허용하는, 햅틱 피드백 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 자극편 및 상기 제2 자극편 모두로부터 기계적으로 분리된 상기 서스펜션 시스템은 상기 고정 프레임에 기계적으로 연결된 상기 제1 자극편, 상기 서스펜션 시스템을 통해 상기 캐리어에 기계적으로 연결되는 상기 고정 프레임, 및 상기 제2 자극편에 기계적으로 연결되는 상기 캐리어를 포함하는, 햅틱 피드백 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 캐리어 및 상기 고정 프레임은 상기 서스펜션 시스템에 의해 서로 연결되나, 상기 제1 자극편 및 상기 제2 자극편 중 하나 또는 모두를 포함하는 부품에 의해서는 연결되지 않는, 햅틱 피드백 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 자극편은 상기 캐리어에 대하여 상기 제2 자극편을 위치시키는 역할을 또한 하는 공통 중간 부품을 통해 상기 고정 프레임에 장착되지 않는, 햅틱 피드백 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 자극편은 상기 고정 프레임에 단단히 장착되며, 상기 제2 자극편은 상기 캐리어에 단단히 장착되는, 햅틱 피드백 장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 서스펜션 시스템은 상기 제1 방향을 따라 이격된 적어도 두개의 서스펜션 부재를 포함하는, 햅틱 피드백 장치.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 적어도 두개의 서스펜션 부재는, 휴지시, 본질적으로는 상기 제1 방향에 수직인 평면에서 연장하는 서스펜션 스프링을 포함하는, 햅틱 피드백 장치.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 적어도 두개의 서스펜션 부재는 제1 쌍의 서스펜션 부재 및 제2 쌍의 서스펜션 부재를 포함하며, 상기 제1 쌍의 서스펜션 부재는 본질적으로는 제1 평면에서 연장하고, 상기 제1 평면에서 서로로부터 이격되며; 상기 제2 쌍의 서스펜션 부재는 본질적으로는 제2 평면에서 연장하고, 상기 제2 평면에서 서로로부터 이격되며; 상기 제1 평면 및 상기 제2 평면은 서로로부터 이격되며 상기 제1 방향에 수직인, 햅틱 피드백 장치.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 서스펜션 부재 각각은 본질적으로는 다중 방향 움직임을 위해 구성된 원형 단면 탄성 핀을 포함하는, 햅틱 피드백 장치.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 서스펜션 시스템은 다차원적 햅틱 움직임이 가능하도록 구성된, 햅틱 피드백 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 고정 프레임에 장착된 제3 자극편;
    상기 캐리어에 장착된 제4 자극편; 및
    상기 제3 자극편 및 상기 제4 자극편 중 하나에 의해 탑재되는 제2 전자기 코일 - 상기 제2 전자기 코일은 임펄스의 수신 결과로서 선택적으로 에너지가 공급됨 -
    을 더 포함하며,
    상기 제3 자극편 및 상기 제4 자극편은 상기 제2 전자기 코일이 에너지가 공급되지 않는 경우 그들 사이에 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향의 제2 에어 갭을 한정하는, 햅틱 피드백 장치.
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