KR20140113496A - 표면 햅틱 감각을 갖는 사용자 인터페이스 장치 - Google Patents

표면 햅틱 감각을 갖는 사용자 인터페이스 장치 Download PDF

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KR20140113496A
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대니 에이 그랜트
빈센트 레베스큐
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임머숀 코퍼레이션
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Abstract

사용자 인터페이스 장치는 하우징, 하우징에 의해 지지되는 사용자 입력 요소 및 하우징에 의해 지지되는 햅틱 출력 장치를 포함한다. 햅틱 출력 장치는 사용자 인터페이스 장치의 표면에서 햅틱 효과를 생성하도록 구성된다. 표면은 사용자 입력 요소 및/또는 하우징의 부분이다. 프로세서는 하우징 내에 배치된다. 프로세서는 사용자 입력 요소로부터 입력 명령을 수신하고, 호스트 컴퓨터로 입력 명령을 전달하고, 호스트 컴퓨터로부터 출력 명령을 수신하고, 표면에서 햅틱 효과를 생성하도록 출력 명령에 기반하여 햅틱 신호를 햅틱 출력 장치에 출력하도록 구성된다.

Description

표면 햅틱 감각을 갖는 사용자 인터페이스 장치{USER INTERFACE DEVICE PROVIDED WITH SURFACE HAPTIC SENSATIONS}
본 발명은 표면 햅틱 감각을 갖는 사용자 인터페이스 장치에 관한 것이다.
현재 게이밍 주변 기기(gaming peripherals) 같은 사용자 인터페이스 장치의 사용자 입력 요소는 통상적으로 그것의 물질 특성에 따른 일정한 고정된 감촉을 갖는다. 예컨대, 게임 패드 같은 게이밍 주변 기기는 다양한 게임에서 사용되고, 다양한 게이밍 상황에서 제어를 위해 사용된다. 게임에서 게임 패드가 사용되는 매우 다양한 상황에도 불구하고, 조이스틱, 버튼, 디-패드(d-pads) 및 방아쇠(trigger) 같은 전통적인 사용자 입력 요소는 모두 그것의 제조에 사용되는 물질에 따른 일정한 기계적 표면 감촉을 갖는다. 게다가, 현재 표준 게이밍 주변 기기는 사용자에게 촉각 피드백을 제공하기 위해 전체 진동만을 사용한다.
게이밍 주변 기기의 사용자 입력 요소의 표면 같은 사용자 인터페이스 장치의 표면상의 표면 특징의 감촉을 변경하는 능력을 갖게 하여 게임 플레이어에게 완전히 새로운 경험을 제공하는 것이 바람직하다. 예컨대, 사용자가 제어하는 기능 또는 사용자가 경험하는 게임 상황에 따라 장치의 표면 특성을 변경하는 능력을 갖게 하여 게임에서 몰입하는 느낌을 향상시키는 것이 바람직하다. 게이밍 주변 기기의 사용자 입력 요소의 표면에 예컨대, 프로그램 가능한 마찰 감각을 갖게 함으로써, 사용자 입력 요소는 게임 상태 같은 추가 정보를 사용자에게 전달할 수 있다. 이것은 또한 게임 패드 또는 원드(wand) 같은 게이밍 주변 기기가 사용자가 경험하고 있는 가상 객체처럼 더 느껴지도록 게이밍 시스템의 제어기를 현재 참여하고 있는 게이밍 시나리오에 적응하도록 할 수 있다.
본 발명의 태양에 따르면, 하우징, 하우징에 의해 지지되는 사용자 입력 요소 및 하우징에 의해 지지되는 햅틱 출력 장치를 포함하는 사용자 인터페이스 장치가 제공된다. 햅틱 출력 장치는 사용자 인터페이스 장치의 표면에서 햅틱 효과를 생성하도록 구성된다. 표면은 사용자 입력 요소 및/또는 하우징의 부분이다. 사용자 인터페이스 장치는 하우징 내에 배치된 프로세서를 포함한다. 프로세서는 사용자 입력 요소로부터 입력 명령을 수신하고, 호스트 컴퓨터로 입력 명령을 전달하고, 호스트 컴퓨터로부터 출력 명령을 수신하고, 표면에서 햅틱 효과를 생성하도록 출력 명령에 기반하여 햅틱 신호를 햅틱 출력 장치에 출력하도록 구성된다.
본 발명의 태양에 따르면, 비디오 컨텐츠를 디스플레이하도록 구성된 디스플레이, 디스플레이에 비디오 컨텐츠를 출력하도록 구성된 제1 프로세서를 포함하는 호스트 컴퓨터 및 호스트 컴퓨터와 통신하는 사용자 인터페이스 장치를 포함하는 시스템이 제공된다. 사용자 인터페이스 장치는 하우징, 하우징에 의해 지지되는 사용자 입력 요소 및 하우징에 의해 지지되는 햅틱 출력 장치를 포함한다. 햅틱 출력 장치는 사용자 인터페이스 장치의 표면에서 햅틱 효과를 생성하도록 구성된다. 표면은 사용자 입력 요소 및/또는 하우징의 부분이다. 사용자 인터페이스 장치는 하우징 내에 배치된 제2 프로세서를 포함한다. 프로세서는 사용자 입력 요소로부터 입력 명령을 수신하고, 호스트 컴퓨터로 입력 명령을 전달하고, 호스트 컴퓨터로부터 출력 명령을 수신하고, 표면에서 햅틱 효과를 생성하도록 출력 명령에 기반하여 햅틱 신호를 햅틱 출력 장치에 출력하도록 구성된다.
게이밍 주변 기기의 사용자 입력 요소의 표면 같은 사용자 인터페이스 장치의 표면상의 표면 특징의 감촉을 변경하는 능력을 갖게 하여 게임 플레이어에게 완전히 새로운 경험을 제공할 수 있다. 예컨대, 사용자가 제어하는 기능 또는 사용자가 경험하는 게임 상황에 따라 장치의 표면 특성을 변경하는 능력을 갖게 하여 게임에서 몰입하는 느낌을 향상시킬 수 있다. 게이밍 주변 기기의 사용자 입력 요소의 표면에 예컨대, 프로그램 가능한 마찰 감각을 갖게 함으로써, 사용자 입력 요소는 게임 상태 같은 추가 정보를 사용자에게 전달할 수 있다. 이것은 또한 게임 패드 또는 원드(wand) 같은 게이밍 주변 기기가 사용자가 경험하고 있는 가상 객체처럼 더 느껴지도록 게이밍 시스템의 제어기를 현재 참여하고 있는 게이밍 시나리오에 적응하도록 할 수 있다.
다음 도면의 구성 요소들은 본 명세서의 일반적인 원리를 강조하기 위해 도시되며 필연적으로 일정 비율로 도시되지는 않는다. 대응하는 구성 요소를 나타내는 도면 부호가 필요에 따라 일관성 및 명확성을 위해 도면에 걸쳐 반복된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 시스템의 사용자 인터페이스 장치를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 시스템의 프로세서를 개략적으로 도시한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시스템(100)의 실시예를 개략적으로 도시한다. 도시한 바와 같이, 시스템(100)은 사용자 인터페이스 장치(110), 호스트 컴퓨터(140) 및 디스플레이(160)를 포함한다. 실시예에서, 시스템(100)은 게이밍 시스템이고, 사용자 입력 장치(110)는 게이밍 주변 장치 또는 제어기이며, 호스트 컴퓨터(140)는 게이밍 콘솔이고, 아래에서 더 자세히 논의된다.
도 2에 더 자세히 도시되는 사용자 인터페이스 장치(110)는 하우징(112), 하우징(112)에 의해 지지되는 사용자 입력 요소(114), 하우징(112)에 의해 지지되는 햅틱 출력 장치(116)(도 2) 및 하우징(112) 내에 배치되는 프로세서(118)(도 2)를 포함한다. 실시예에서, 사용자 인터페이스 장치(110)는 컴퓨터 마우스일 수 있다. 실시예에서, 사용자 인터페이스 장치(110)는 아래에 더 자세히 논의되는 것과 같이 게임 패드, 원드, 원격 제어기, 힘 감응 플레이트(force sensitive plate), 조향 핸들, 컴퓨터 마우스 또는 사용자가 호스트 컴퓨터(140)에 입력을 제공하고 햅틱 출력 장치(116)로부터 햅틱 효과를 수신할 수 있도록 구성된 임의의 다른 장치 같은 게이밍 주변 기기일 수 있다. 예컨대, 사용자 인터페이스(110)는 사용자가 호스트 컴퓨터(140)로 입력을 제공하고/제공하거나 햅틱 출력 장치(116)로부터 햅틱 효과를 수신할 수 있도록 구성된 한 개의 안경 같은 착용 가능한 장치일 수 있다.
하우징(112)은 사용자 인터페이스 장치(110)에 다른 기능성을 제공하는 한 개 이상의 물질로부터 형성될 수 있다. 예컨대, 하우징(112)의 일부는 사용자 입력 요소(114), 햅틱 출력 장치(116) 및 프로세서(118)를 지지하는데 적합한 강성의 중합체 물질을 포함할 수 있다. 실시예에서, 하우징(112)의 일부는 아래에 더 자세히 논의되는 것과 같이 햅틱 출력 장치(116)가 특정 유형의 햅틱 효과를 사용자에게 제공할 수 있도록 전도성 물질을 포함할 수 있다.
사용자 입력 요소(114)는 도 2에 도시된 바와 같이 한 개 이상의 버튼(114a), 디-패드(114b), 아날로그 조이스틱(114c), 방아쇠(114d), 터치 스크린(114e) 및 터치 감응 표면(114f)을 포함할 수 있다. 각각의 사용자 입력 요소(114)는 아래에 더 자세히 논의되는 것과 같이 사용자가 프로세서(118)를 통해 입력 명령을 호스트 컴퓨터(140)로 제공할 수 있도록 구성된다.
햅틱 출력 장치(116)는 사용자 인터페이스 장치(110)의 사용자에게 햅틱 효과 또는 감각을 생성하도록 구성된다. 햅틱 출력 장치(116)에 의해 생성된 햅틱 효과 또는 감각은 진동, 변형, 운동 감각, 정전기 또는 초음파 마찰력 등 같은 햅틱을 발생시키는 임의의 방법으로 발생될 수 있다. 실시예에서, 햅틱 출력 장치(116)는 예컨대, 모터에 의해 편심 질량이 이동하는 편심 회전 질량("ERM"), 스프링에 부착된 질량이 앞뒤로 구동되는 선형 공진 작동기("LRA") 또는 압전 물질, 전기 활성 고분자 또는 형상 기억 합금 같은 "스마트 물질" 같은 전자기 작동기, 매크로 섬유 복합재 작동기(macro fiber composite actuator), 정전기 작동기, 전기 촉각 작동기 및/또는 햅틱(예컨대, 진동 촉각) 피드백 같은 물리적 피드백을 제공하는 다른 유형의 작동기 같은 작동기를 포함할 수 있다. 햅틱 출력 장치(116)는 정전기 마찰력(ESF), 초음파 표면 마찰력(USF)을 사용하는 것 또는 초음파 햅틱 변환기와 함께 음향 방사 압력을 유도하는 것 또는 햅틱 기재와 가요성 또는 변형 가능한 표면을 사용하는 것 또는 공기 분사를 사용하는 공기의 퍼프(puff) 같은 돌출되는 햅틱 출력을 제공하는 것 또는 온도 효과를 제공하는 열 장치 등 같은 비-기계 또는 비-진동 장치를 포함할 수 있다. 실시예에서, 복수의 햅틱 출력 장치는 다른 햅틱 효과를 생성하기 위해 사용자 인터페이스 장치(110)에서 사용될 수 있다.
도 1로 돌아가면, 도 3에 대하여 아래에서 기재되는 바와 같이, 호스트 컴퓨터(140)는 한 개 이상의 컴퓨터 프로그램 모듈을 실행하도록 구성된 한 개 이상의 프로세서(150)를 포함한다. 호스트 컴퓨터(140)는 개인용 컴퓨터 또는 상기 언급한 바와 같이, 시스템(100)이 게이밍 시스템일 때 게이밍 콘솔 또는 모바일 장치일 수 있는 터치 스크린 휴대용 장치 같은 휴대용 장치 같은 임의의 유형의 컴퓨팅 장치일 수 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 호스트 컴퓨터(140)는 호스트 컴퓨터(140)의 통신 포트(141)와 사용자 인터페이스 장치(110)의 통신 포트(111) 사이에 제공된 유선 또는 무선 통신 채널(170)을 통해 사용자 인터페이스 장치(110)와 통신한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 프로세서(150)는 한 개 이상의 컴퓨터 프로그램 모듈을 실행하도록 구성된다. 한 개 이상의 컴퓨터 프로그램 모듈은 한 개 이상의 컨텐츠 공개 모듈(152), 햅틱 효과 결정 모듈(154), 햅틱 출력 장치 제어 모듈(156) 및/또는 다른 모듈을 포함할 수 있다. 프로세서(150)는 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 하드웨어 및/또는 펌웨어의 몇몇의 조합 및/또는 프로세서(150) 상에서 프로세싱 능력을 구성하기 위한 다른 메커니즘에 의해 모듈들(152, 154 및/또는 156)을 실행하도록 구성될 수 있다.
호스트 컴퓨터(150)가 복수의 프로세서를 포함하는 실시예에서 모듈들(152, 154 및 156)이 단일 프로세싱 유닛 내에 공존하는 것으로 도 3에서 도시되더라도, 한 개 이상의 모듈(152, 154 및/또는 156)이 다른 모듈과 이격되어 위치될 수 있음이 이해되어야 한다. 예컨대, 아래에서 더 자세히 논의될 것과 같이, 사용자 인터페이스 장치(110)의 프로세서(118)는 한 개 이상의 모듈(152, 154 및/또는 156)을 포함할 수 있다. 도시된 실시예는 아무런 한정을 하는 의도가 없다.
아래에 기재되는 다른 모듈(152, 154 및/또는 156)에 의해 제공되는 기능성은 예시적인 목적으로 기재된 것이고, 임의의 모듈(152, 154 및/또는 156)은 기재된 것보다 많은 또는 적은 기능성을 제공할 수 있는 것으로 제한하고자 하는 의도는 없다. 예컨대, 한 개 이상의 모듈(152, 154 및/또는 156)은 제거될 수 있고, 그것의 기능성의 일부 또는 전부가 다른 모듈(152, 154 및/또는 156)에 의해 제공될 수 있다. 다른 예시로서, 프로세서(150)는 아래의 모듈(152, 154 및/또는 156)의 한 개로 인한 기능성의 일부 또는 전부를 수행할 수 있는 한 개 이상의 추가적인 모듈을 실행하도록 구성될 수 있다.
컨텐츠 제공 모듈(152)은 디스플레이(160)를 통해 시스템(100)의 사용자에게 컨텐츠를 제공하는 것을 제어하도록 구성될 수 있다. 컨텐츠가 컴퓨터 생성 이미지(예컨대, 비디오 게임, 가상 세계, 증강 현실 가상 세계, 시뮬레이션 등)를 포함하는 경우, 컨텐츠 제공 모듈(152)은 디스플레이(160)를 통해 사용자에게 디스플레이하기 위한 이미지 및/또는 뷰(view)를 생성하도록 구성된다. 컨텐츠가 비디오 및/또는 정지 이미지를 포함하는 경우, 컨텐츠 제공 모듈(152)은 비디오 및/또는 정지 이미지에 접근하고, 디스플레이(160) 상에 디스플레이하기 위한 비디오 및/또는 정지 이미지의 뷰를 생성하도록 구성된다. 컨텐츠가 청각 컨텐츠를 포함하는 경우, 컨텐츠 제공 모듈(152)은 대응하는 소리를 출력하기 위해 디스플레이(160)의 부분일 수 있는 스피커를 구동하는 전자 신호를 생성하도록 구성된다. 컨텐츠 또는 컨텐츠가 유래된 정보는 컨텐츠 제공 모듈(152)에 의해 도 3에 도시된 것과 같이 프로세서(150)의 부분일 수 있거나 프로세서(150)로부터 이격될 수 있는 전자 저장소(158)로부터 획득될 수 있다.
햅틱 효과 결정 모듈(154)은 사용자를 위한 사용자 인터페이스 장치(110)의 햅틱 출력 장치(116)에 의해 생성될 햅틱 효과 또는 감각을 컨텐츠 제공 모듈(152)또는 사용자 입력 요소(114)로부터 수신된 정보 또는 사용자의 의도를 결정하도록 구성된 임의의 다른 입력에 기반하여 결정하도록 구성된다. 햅틱 효과를 결정하는 것은 햅틱 감각의 고도, 주파수, 지속 기간 등을 포함하는 한 개 이상의 파라미터를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 햅틱 효과는 컨텐츠에 의해 사용자에게 제공되는 경험의 한 개 이상의 태양을 강화하기 위해 햅틱 효과 결정 모듈(156)에 의해 결정된다. 예컨대, 햅틱 효과는 한 개 이상의 컨텐츠의 사실성, 컨텐츠의 유쾌함, 사용자에 의한 컨텐츠의 인지 및/또는 디스플레이(160)를 통해 사용자에게 전달되는 컨텐츠에 의해 제공되는 경험의 다른 태양을 강화하기 위해 결정될 수 있다.
햅틱 출력 장치 제어 모듈(158)은 햅틱 출력 장치(116)가 햅틱 효과 결정 모듈(156)에 의해 결정되는 햅틱 효과를 생성하는 것을 제어하도록 구성된다. 이것은 프로세서(150)에 의해 생성될 햅틱 출력 신호를 햅틱 출력 장치(116)로 전달하는 것을 포함한다. 생성될 햅틱 효과는 호스트 컴퓨터(140)의 통신 포트(141)와 사용자 인터페이스 장치(110)의 통신 포트(111) 사이에 제공된 유선 또는 무선 통신 채널(170) 같은 유선 통신 링크, 무선 통신 링크 및/또는 프로세서(150)와 햅틱 출력 장치(116) 사이의 다른 통신 링크에 의해 통신될 수 있다. 실시예에서, 햅틱 출력 장치 제어 모듈(158)에 의한 기능성의 적어도 일부는 사용자 인터페이스 장치(110)에 의해 수행되는 프로세서(118)에 배치될 수 있고, 프로세서(150) 내에 위치한 햅틱 효과 결정 모듈(156)로부터의 데이터는 프로세서(118) 내의 햅틱 출력 장치 제어 모듈(158)로 유선 또는 무선 통신 채널(170)을 통해 전달될 수 있다.
햅틱 출력 장치(116)는 햅틱 신호를 햅틱 출력 장치 제어 모듈(158)로부터 수신하고, 햅틱 효과를 사용자에게 사용자 인터페이스 장치(110)를 통해 출력하도록 구성된다. 사용자가 느끼는 햅틱 감각은 호스트 컴퓨터(140)에 의해 사용자에게 전달되는 정보에 따른다. 예컨대, 햅틱 감각은 객체 상호 작용, 캐릭터 이동, 캐릭터 현황 및/또는 캐릭터 유형 같은 게임 정보를 전달하도록 사용될 수 있다. 햅틱 감각은 또한 캐릭터를 이동하는 것 또는 특정 무기를 잡는 것 같은 상호 작용의 현재 모드를 나타내도록 사용될 수 있다. 햅틱 감각은 또한 특정 정보를 결정하거나 확인하기 위하여 사용자가 하우징(112)의 표면 및/또는 사용자 입력 요소(114)를 살펴볼 수 있다는 점에서 요청될 수 있다.
하우징(112)의 표면 및/또는 사용자 인터페이스 장치(110)의 버튼(114a), 디-패드(114b) 및 조이스틱(114c) 같은 사용자 입력 요소(114)는 프로그램 가능한 마찰력, 홈과 돌출부의 감촉 같은 질감 또는 다른 햅틱 감각을 가질 수 있다. 햅틱 감각은 정전기 마찰력, 초음파 마찰력, 국부 표면 변형, 전기 피부 자극(electrocutaneous stimulation) 같은 전기 촉감 자극, 열 효과 및/또는 진동에 의해 발생될 수 있다.
실시예에서, 표면 햅틱 감각은 변화하는 마찰력 감각 또는 프로그램 가능한 질감의 형태일 수 있다. 예컨대, 디-패드(114b)의 표면은 디-패드(114b)의 네 개 섹션의 한 개 이상에 매립된 전극(120)을 가질 수 있다. 사용자가 그의/그녀의 손가락 또는 엄지를 디-패드(114b)의 표면 위로 이동시킬 때, 전극(120)은 오목부의 감각, 질감 또는 프로그램 가능한 마찰력 감각을 발생시키기 위해 사용자의 손가락 상에 정전기력을 발생시키도록 시간에 따라 변하는 방식으로 충전될 수 있다. 디-패드는 흔히 방향 정보를 게임에 입력하기 위해 사용된다. 사용자는 통상적으로 그의/그녀의 엄지를 이러한 유형의, 특히 정전기 햅틱 감각을 제공하는데 적합한 사용자 입력 요소(114)를 따라 활주시킨다.
본 발명의 실시예에 따르면, 표면 햅틱 감각은 한 개 이상의 다음 사용자 입력 요소(114) 표면: 버튼(114a), 디-패드(114b), 아날로그 조이스틱(114c), 방아쇠(114d), 터치 스크린(114e) 및 터치 감응 표면(114f) 상에서 및/또는 한 개 이상의 표면, 즉, 하우징(112)의 전면, 후면 또는 측면 상에서 발생될 수 있다.
실시예에서, 사용자 입력 요소(114)의 마찰력은 프로그램 가능하게 조정될 수 있다. 예컨대, 게이밍 어플리케이션에서 활성인 버튼(114a)은 한 개의 마찰력 감각을 가질 수 있고, 게이밍 어플리케이션에서 사용되지 않는 것은 다른 레벨의 마찰력 감각을 가질 수 있어, 사용자는 햅틱 피드백을 통해 활성 버튼을 느낄 수 있다.
실시예에서, 사용자는 보스의 세기 또는 캐릭터 등급 같은 정보를 문의하기 위해 그의/그녀의 손가락을 하우징(112)의 후방을 따라 이동할 수 있다.
실시예에서, 프로그램 가능한 표면 오목부는 사용자의 캐릭터가 게임에서 다른 표면과 상호 작용할 때 디-패드(114b) 상에 위치될 수 있다. 예컨대, 사용자의 캐릭터가 진흙을 통과하여 달릴 때와 비교하여 단단한 땅 위를 달릴 때 다른 감각이 느껴질 수 있다.
실시예에서, 아날로그 조이스틱(114c)의 상부는 게임 환경 또는 상호 작용 모드를 나타내도록 프로그램 가능한 질감을 가질 수 있다. 예컨대, 사용자가 다른 차량을 운전하거나 다른 무기를 사용할 때 다른 질감이 디스플레이될 수 있다.
실시예에서, 방아쇠(114d)는 무기 유형, 사격률 등에 따라 다른 질감 또는 마찰력을 가질 수 있다. 실시예에서, 사용자는 사용자의 선호도에 기반하여 햅틱 효과의 느낌을 설정할 수 있다.
실시예에서, 사용자 인터페이스 장치(110)는 무기 유형 또는 객체가 상호 작용하고 있는 특정 방법을 나타내기 위해 하우징(112) 상에 프로그램 가능한 질감 또는 마찰력을 갖는 원드 또는 원드 같은 동작 제어기일 수 있다. 예컨대, 얼음 칼은 보통의 칼과 비교하여 낮은 가상의 마찰 계수를 가질 수 있다.
실시예에서, 상기에서 기재된 버튼(114a)의 한 개 같은 사용자 입력 요소(114)의 한 개 또는 사용자 인터페이스 장치(110) 상의 다른 사용자 입력 요소는 예컨대, 디-패드(114b) 상의 마찰력의 레벨을 조정하도록 사용될 수 있다.
실시예에서, 전자 회로는 햅틱 출력 장치 제어 모듈의 출력에 기반하여 햅틱 출력 장치(116)를 구동하기 위해 사용자 인터페이스 장치(110)에 포함될 수 있다. 예컨대, 원하는 햅틱 효과를 생성하기 위한 특정 유형의 작동기를 위해 필요한 전압에 도달하기 위해 증폭기가 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 햅틱 출력 장치(116)는 원하는 햅틱 효과에 따라 표면 햅틱으로 증강될 표면에 직접 결합되거나 통합된다.
햅틱 효과의 적어도 일부가 정전기 마찰력을 포함하는 실시예에서, 증강될 사용자 인터페이스 장치(110)의 표면을 제공하는 입력 요소(114)의 표면 또는 하우징(112)의 외측 표면은 얇은 절연체로 덮여진 전도성 물질로 제조된다. 예컨대, 버튼(114a)의 한 개는 금속으로 제조될 수 있고 플라스틱의 얇은 층으로 덮여질 수 있다. 전도성 층은 햅틱 출력 장치(116)에 의해 제공되는 구동 전기 신호에 연결된다. 본 실시예에서, 사용자의 신체는 장치의 다른 표면(예컨대, 하우징(112)의 후방)을 통해 또는 사용자에 의해 착용된 팔찌 또는 사용자가 앉아 있는 접지된 의자 같은 다른 몇몇 방법에 의해 공유되는 지면(shared ground)에 연결되어야 한다. 실시예에서, 지면 및 표면의 역할이 바뀔 수 있고, 반대의 전자 진동(reverse electrovibration)이 이뤄질 수 있다.
햅틱 효과의 적어도 일부가 초음파 마찰력을 포함하는 실시예에서, 증강될 표면은 초음파 주파수에서 진동한다. 그러한 효과는 압전 작동기 같은 작동기를 사용하여 이루어질 수 있다. 본 실시예에서, 표면은 진동이 약화되지 않도록 통상적으로 진동 노드에서 중지된다. 예컨대, 압전 작동기는 스프링에 매달린 디-패드에 부착될 수 있다.
햅틱 효과의 적어도 일부가 국부 표면 변형을 포함하는 실시예에서, 매크로 섬유 복합재(MFC) 작동기 같은 변형 가능한 작동기가 표면에서 직접 변형시키거나 표면을 변형시키기 위해 중간 객체를 이동시키도록 작동되도록 사용될 수 있다. 예컨대, 변형 가능한 작동기는 오목 형상을 발생시키기 위해 디-패드의 표면에서 절곡할 수 있다. 표면 감촉은 또한 표면에 작은 돌출부를 가짐으로써 조정될 수 있다.
햅틱 효과가 전기 촉감 자극인 실시예에서, 전극은 햅틱 피드백을 생성하는 표면에 위치될 수 있다. 예컨대, 하우징(112)은 전극의 어레이(array)를 포함하는 막으로 덮여질 수 있거나, 디-패드(114b) 같은 사용자 입력 요소(114)의 선택 표면은 상기에 기재한 바와 같이 전극(120)의 어레이를 포함하는 막으로 덮여질 수 있다. 실시예에서, 전극은 다르게는 표면의 물질에 매립될 수 있다.
햅틱 효과가 열 효과인 실시예에서, 펠티에 쿨러(Peltier cooler) 같은 열 장치는 열 특성을 제어하기 위해 표면에서 직접 또는 적절한 열전도를 갖는 중간 표면을 통해 사용될 수 있다.
햅틱 효과가 진동인 실시예에서, 상기에 기재된 초음파 마찰력과 유사하게, 진동은 표면에 연결된 작동기를 통해 표면에 적용된다. 작동기는 편심 회전 질량(ERM) 작동기, 선형 공진 작동기(LRA), 압전 작동기 또는 임의의 다른 진동 작동기일 수 있다.
실시예에서, 사용자 인터페이스 장치(110)는 터치 센서(122)를 증강될 표면에 포함할 수 있고, 이는 사용자에 의한 표면과의 접촉 위치를 감지하고 햅틱 효과가 조절될 수 있도록 프로세서(118)에 위치를 전달하도록 구성된다. 예컨대, 정전기 마찰력은 통상적으로 전체 표면에 적용되지만, 국부 특징의 착시를 발생시키기 위해 표면에 대한 손가락의 움직임에 따라 조절될 수 있다. 그러한 햅틱 효과는 햅틱 렌더링을 표면에 맞추기 위해, 손가락 위치를 감지하는 것과 센서 검출을 햅틱 출력 장치 제어 모듈(156) 또는 컨텐츠 제공 모듈(152)로 전달하는 것을 요구한다.
게이밍 환경에서 본 발명의 실시예의 예시적인 실시가 이제 기재된다. 실시에서, 버튼(114a) 한 개의 질감은 게임하는 중에 수행할 동작을 위한 정확한 타이밍을 기다리는 동안 반복적으로 사용자에 의해 느껴질 수 있다. 예컨대, 게이머는 레이저 총이 재충전되는 것 또는 타이밍이 중요한 동작의 수행을 위한 게임으로부터의 신호를 기다릴 수 있다. 버튼(114a)의 질감은 진행을 나타내도록 점진적으로, 갑작스러운 변화를 나타내도록 갑자기 또는 쉽게 놓칠 수 있는 신호를 제공하도록 아주 짧게 변화하도록 구성될 수 있다.
실시에서, 게임은 플레이어를 방해하거나 게임을 더 어렵게 만들기 위해 디-패드(114b) 같은 제어기의 표면에서 마찰력을 변경시킬 수 있다. 예컨대, 손상된 자동차는 예측할 수 없는 마찰력을 갖는 디-패드로 제어될 수 있다.
게임은 보통 반복적으로 디-패드 상의 왼쪽-오른쪽을 누르는 것 또는 게임 패드를 흔드는 것 같은 반복적인 제스처를 포함한다. 실시에서, 하우징(112)의 표면 또는 디-패드(114b)의 질감은 문을 부수는 진행 과정과 같은 동작 또는 반복적인 제스처를 요구하는 다른 몇몇 동작의 수행에 대해 피드백을 제공하기 위해 변할 수 있다.
게임은 보통 처음에 제어가 점차 설명되는 튜토리얼(tutorial)을 포함한다. 실시에서, 표면 효과는 튜토리얼에서 나타나는 버튼(114a)과 다른 사용자 입력 요소(114)를 강조하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 튜토리얼은 특정 버튼이 눌려져야 한다고 설명할 수 있고, 찾기 쉽도록 그 버튼에 질감을 더할 수 있다. 이것은 또한 "쉬운" 모드에서 예컨대, 특정 상황에서 어떤 버튼이 눌려져야 하는지 나타내도록 플레이어를 보조하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 햅틱 효과는 아마도 다음에 사용될 요소로 예상되는 사용자 입력 요소(114)에 제공될 수 있다.
햅틱 출력 장치(116)로서 열 장치를 이용한 실시에서, 하우징의 표면은 폭발이나 발포 같은 게임에서의 사건과 일치하도록 뜨거워질 수 있다.
실시에서, 표면 햅틱은 또한 예컨대, 터치 감응 표면(114f) 상의 버튼이나 슬라이더 같은 가상 제어의 존재를 나타내고 가상 제어가 사용되는 동안 물리적 상호 작용을 시뮬레이션하도록 사용될 수 있다. 예컨대, 별개의 입력 요구 사항을 갖는 다른 미니 게임들과 같은 현재 맥락에 따라 게임은 하우징(112)의 후방측에서 다른 가상 제어를 사용할 수 있다. 터치 감응 표면은 또한 확인과 추가적인 피드백을 제공하는 햅틱 질감 및 효과와 함께 제스처의 입력을 위해 사용될 수 있다. 이것은 특히 공간의 촉각 효과를 가능하게 하기 위해 추가적인 센서가 표면상에 사용되는 경우 관련된다. 실시에서, 터치 감응 표면은 또한 자유 공간 제스처의 입력을 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 장치의 표면 느낌은 장치의 위치, 방향 및/또는 속도에 따라 변화할 수 있다. 실시에서, 표면 햅틱은 사용자에게 상승하거나 하강한 것으로 느껴지는 가상 버튼을 발생시키도록 사용될 수 있다. 가상 버튼의 강성은 버튼이 누르기 쉽거나 어려워 보이게 하기 위해 표면 햅틱과 함께 수정될 수 있다.
실시에서, 하우징(112)의 표면의 햅틱 상태 또는 사용자 입력 요소(114)의 적어도 한 개는 사용자 인터페이스 장치(110)의 현재 상태에 대한 주변 정보를 통신할 수 있다. 예컨대, 사용자 인터페이스 장치가 배터리로 작동되는 실시예에서, 표면의 적어도 일부의 다른 질감은 다른 배터리 레벨을 미묘한, 두드러지지 않는 방식으로 나타낼 수 있다.
도시되고 상기에 기재된 실시예들은 임의의 한정을 하는 것으로 간주되지 않고, 본 발명의 실시예는 터치 스크린 휴대용 장치(모바일 장치, PDA 및 네비게이션 시스템), 자동차에서의 용도 등 같은 다양한 전자 장치에서 햅틱 피드백을 가능하게 하도록 사용될 수 있다.
본 명세서에 개시된 다양한 예시들이 게이밍 장치에 관한 것이지만, 본 개시는 또한 터치 감응 구조를 포함하는 다른 유형의 인간-컴퓨터 인터페이스를 포함한다는 것이 이해되어야 한다. 게다가, 본 개시의 일반적인 원칙을 읽고 이해함에 따라 다른 특징들과 이점들이 당해 기술 분야의 숙련자에게 자명하다. 이러한 다른 특징들과 이점들 또한 본 개시에 포함되는 것으로 의도된다.
본 명세서에 개시된 실시예는 다양한 가능한 실시와 예시를 나타내고 본 개시를 임의의 특정 실시예로 필연적으로 한정하는 의도는 없다. 대신에, 다양한 수정들이 본 실시예에 만들어질 수 있고, 이는 당해 기술 분야의 숙련자에게 이해된다. 임의의 그러한 수정이 본 개시의 사상과 범위에 포함되고 다음 특허청구범위에 의해 보호되는 것으로 의도된다.
(100): 시스템
(110): 사용자 인터페이스 장치
(111): 통신 포트
(112): 하우징
(114): 사용자 입력 요소
(140): 호스트 컴퓨터
(141): 통신 포트
(150): 프로세서
(160): 디스플레이
(170): 통신 채널

Claims (28)

  1. 하우징과,
    하우징에 의해 지지되는 사용자 입력 요소와,
    하우징에 의해 지지되는 햅틱 출력 장치와,
    하우징 내에 배치되는 프로세서를 포함하는 사용자 인터페이스 장치이며,
    상기 햅틱 출력 장치는 사용자 인터페이스 장치의 표면에서 햅틱 효과를 생성하도록 구성되고,
    상기 표면은 사용자 입력 요소 및/또는 하우징의 부분이고,
    상기 프로세서는, 사용자 입력 요소로부터 입력 명령을 수신하고, 호스트 컴퓨터로 입력 명령을 전달하고, 호스트 컴퓨터로부터 출력 명령을 수신하고, 상기 표면에서 햅틱 효과를 생성하도록 출력 명령에 기반하여 햅틱 신호를 햅틱 출력 장치에 출력하도록 구성되는 사용자 인터페이스 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 표면은 전도성 물질을 포함하고, 햅틱 출력 장치는 햅틱 효과의 적어도 일부로서 정전기 마찰력을 생성하도록 구성되는 사용자 인터페이스 장치.
  3. 제2항에 있어서, 사용자에 의한 상기 표면과의 접촉 위치를 감지하고 상기 위치를 프로세서에 전달하도록 구성된 센서를 더 포함하고, 프로세서는 국부 표면 특징의 착시를 발생시키기 위해 정전기 마찰력을 조절하도록 더 구성되는 사용자 인터페이스 장치.
  4. 제1항에 있어서, 햅틱 출력 장치는 상기 표면에 작동하도록 연결된 작동기를 포함하고, 상기 작동기는 햅틱 효과의 적어도 일부로서 진동을 생성하도록 구성되는 사용자 인터페이스 장치.
  5. 제4항에 있어서, 작동기는 햅틱 효과의 적어도 일부로서 초음파 마찰력을 생성하기 위해 초음파 주파수에서 진동하도록 구성된 압전 작동기를 포함하는 사용자 인터페이스 장치.
  6. 제1항에 있어서, 햅틱 출력 장치는 상기 표면에 위치되고 햅틱 효과의 적어도 일부로서 상기 표면을 변형시키도록 구성된 변형 가능한 작동기를 포함하는 사용자 인터페이스 장치.
  7. 제6항에 있어서, 변형 가능한 작동기는 매크로 섬유 복합재를 포함하는 사용자 인터페이스 장치.
  8. 제1항에 있어서, 햅틱 출력 장치는 햅틱 효과의 적어도 일부로서 전기 촉각 자극을 생성하도록 구성되고 상기 표면에 위치된 전극의 어레이를 포함하는 사용자 인터페이스 장치.
  9. 제1항에 있어서, 햅틱 출력 장치는 햅틱 효과의 적어도 일부로서 상기 표면의 온도를 변경하도록 구성된 열 장치를 포함하는 사용자 인터페이스 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 표면은 사용자 입력 요소의 부분이고, 사용자 입력 요소는 버튼, 디-패드, 아날로그 조이스틱, 방아쇠, 터치 스크린 및 터치 감응 표면을 포함하는 군에서 선택되는 사용자 인터페이스 장치.
  11. 제1항에 있어서, 사용자 인터페이스 장치는 컴퓨터 마우스인 사용자 인터페이스 장치.
  12. 제1항에 있어서, 사용자 인터페이스 장치는 게이밍 주변 기기인 사용자 인터페이스 장치.
  13. 제12항에 있어서, 게이밍 주변 기기는 게임 패드, 원드, 원격 제어기, 힘 감응 플레이트, 조향 핸들 및 컴퓨터 마우스를 포함하는 군에서 선택되는 사용자 인터페이스 장치.
  14. 비디오 컨텐츠를 디스플레이하도록 구성된 디스플레이와,
    비디오 컨텐츠를 디스플레이에 출력하도록 구성된 제1 프로세서를 포함하는 호스트 컴퓨터와,
    호스트 컴퓨터와 통신하는 사용자 인터페이스 장치를 포함하는 시스템이며,
    상기 사용자 인터페이스 장치는,
    하우징과,
    하우징에 의해 지지되는 사용자 입력 요소와,
    하우징에 의해 지지되는 햅틱 출력 장치와,
    하우징 내에 배치되는 제2 프로세서를 포함하고,
    상기 햅틱 출력 장치는 사용자 인터페이스 장치의 표면에서 햅틱 효과를 생성하도록 구성되고,
    상기 표면은 사용자 입력 요소 및/또는 하우징의 부분이고,
    상기 제2 프로세서는, 사용자 입력 요소로부터 입력 명령을 수신하고, 호스트 컴퓨터로 입력 명령을 전달하고, 호스트 컴퓨터로부터 출력 명령을 수신하고, 상기 표면에서 햅틱 효과를 생성하도록 출력 명령에 기반하여 햅틱 신호를 햅틱 출력 장치에 출력하도록 구성되는 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 출력 명령은 디스플레이 상에 디스플레이되는 비디오 컨텐츠에 기반하고, 햅틱 효과는 디스플레이 상에 디스플레이되는 비디오 컨텐츠에 대한 정보를 사용자에게 전달하도록 구성되는 시스템.
  16. 제14항에 있어서, 호스트 컴퓨터는 입력 신호를 수신하고, 디스플레이 상에 디스플레이되는 비디오 컨텐츠를 변경시키도록 구성되는 시스템.
  17. 제14항에 있어서, 상기 표면은 전도성 물질을 포함하고, 햅틱 출력 장치는 햅틱 효과의 적어도 일부로서 정전기 마찰력을 생성하도록 구성되는 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 사용자 인터페이스 장치는 사용자에 의한 상기 표면과의 접촉 위치를 감지하고 상기 위치를 프로세서에 전달하도록 구성된 센서를 더 포함하고, 프로세서는 국부 표면 특징의 착시를 발생시키기 위해 정전기 마찰력을 조절하도록 더 구성되는 시스템.
  19. 제14항에 있어서, 햅틱 출력 장치는 상기 표면에 작동하도록 연결된 작동기를 포함하고, 상기 작동기는 햅틱 효과의 적어도 일부로서 진동을 생성하도록 구성되는 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 작동기는 햅틱 효과의 적어도 일부로서 초음파 마찰력을 생성하기 위해 초음파 주파수에서 진동하도록 구성된 압전 작동기를 포함하는 시스템.
  21. 제14항에 있어서, 햅틱 출력 장치는 상기 표면에 위치되고 햅틱 효과의 적어도 일부로서 상기 표면을 변형시키도록 구성된 변형 가능한 작동기를 포함하는 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 변형 가능한 작동기는 매크로 섬유 복합재를 포함하는 시스템.
  23. 제14항에 있어서, 햅틱 출력 장치는 햅틱 효과의 적어도 일부로서 전기 촉각 자극을 생성하도록 구성되고 상기 표면에 위치된 전극의 어레이를 포함하는 시스템.
  24. 제14항에 있어서, 햅틱 출력 장치는 햅틱 효과의 적어도 일부로서 상기 표면의 온도를 변경하도록 구성된 열 장치를 포함하는 시스템.
  25. 제14항에 있어서, 상기 표면은 사용자 입력 요소의 부분이고, 사용자 입력 요소는 버튼, 디-패드, 아날로그 조이스틱, 방아쇠, 터치 스크린 및 터치 감응 표면을 포함하는 군에서 선택되는 시스템.
  26. 제14항에 있어서, 사용자 인터페이스 장치는 컴퓨터 마우스인 시스템.
  27. 제14항에 있어서, 사용자 인터페이스 장치는 게이밍 주변 기기이고, 호스트 컴퓨터는 게이밍 콘솔인 시스템.
  28. 제27항에 있어서, 게이밍 주변 기기는 게임 패드, 원드, 원격 제어기, 힘 감응 플레이트, 조향 핸들 및 컴퓨터 마우스를 포함하는 군에서 선택되는 시스템.
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