KR20150114899A - 연성 장착 햅틱 출력 디바이스를 갖는 웨어러블 디바이스 - Google Patents

연성 장착 햅틱 출력 디바이스를 갖는 웨어러블 디바이스 Download PDF

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임머숀 코퍼레이션
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Abstract

시스템은 사용자에 의해 착용되도록 구성된 웨어러블 디바이스를 포함한다. 웨어러블 디바이스는 연성 장착부, 및 연성 장착부에 접속된 햅틱 출력 디바이스를 포함한다. 시스템은 햅틱 신호를 발생시키고 햅틱 신호를 햅틱 출력 디바이스에 통신하도록 구성된 신호 발생기를 포함한다. 햅틱 신호는 사용자에 대해 미소 변형 감각을 생성하도록 구성된 짧은 지속기간의 제어 펄스를 포함한다.

Description

연성 장착 햅틱 출력 디바이스를 갖는 웨어러블 디바이스{WEARABLE DEVICE WITH FLEXIBLY MOUNTED HAPTIC OUTPUT DEVICE}
본 발명은 연성 장착 햅틱 출력 디바이스(flexibly mounted haptic output device)를 포함하는 웨어러블 디바이스(wearable device)에 관한 것이다.
웨어러블 사용자 디바이스 시장이 생겨났고 급속하게 성장할 것으로 예상된다. 햅틱은 웨어러블 디바이스를 통해 사용자에게 정보를 통신하는데 있어서 큰 역할을 할 수 있고, 이는 사용자가 인터페이싱하는 디바이스의 비-시각적 측면일 수 있거나 시각적 측면을 강화할 수 있다. 편심 회전 질량체(Eccrntric Rotating Mass)("ERM")와 같은 통상의 관성 액추에이터들(inertial actuators)은 단단한 케이싱 내에 장착되어, 셀룰러 폰 또는 스마트폰과 같은 사용자 인터페이스 디바이스의 사용자에게 전달될 수 있는 다양한 진동 주파수 및 크기(magnitude)를 생성한다.
웨어러블 디바이스들의 사용자에게 다양한 햅틱 효과들을 제공하는 것이 바람직하다. 재료 비용, 전력 소모 모두의 관점에서, 낮은 비용 옵션을 제공하고, 웨어러블 디바이스들의 사용자에게 햅틱 효과들을 제공하는 것이 또한 바람직하다.
본 발명의 양태에 따르면, 사용자에 의해 착용되도록 구성된 웨어러블 디바이스를 포함하는 시스템이 제공된다. 웨어러블 디바이스는 연성 장착부, 및 연성 장착부에 접속된 햅틱 출력 디바이스를 포함한다. 시스템은 햅틱 신호를 발생시키고 햅틱 신호를 햅틱 출력 디바이스에 통신하도록 구성된 신호 발생기를 포함한다. 햅틱 신호는 사용자에 대해 미소 변형 감각(small deformation sensation)을 생성하도록 구성된 짧은 지속기간의 제어 펄스를 포함한다.
실시예에서, 짧은 지속기간의 제어 펄스는 지속기간에 있어서 100㎳보다 작거나, 50㎳보다 작거나, 30㎳보다 작다.
실시예에서, 웨어러블 디바이스는 신호 발생기를 포함한다.
실시예에서, 시스템은 사용자 인터페이스 디바이스를 포함하고, 사용자 인터페이스 디바이스는 신호 발생기를 포함한다.
실시예에서, 연성 장착부는 연성 케이싱, 및 연성 케이싱에 의해 수용되는 햅틱 출력 디바이스를 포함한다.
실시예에서, 연성 장착부는 햅팅 출력 디바이스에 접속된 스프링(spring)을 포함한다.
실시예에서, 연성 장착부는 햅틱 출력 디바이스에 접속된 댐퍼(damper)를 포함한다.
실시예에서, 햅틱 출력 디바이스는, 사용자에 의해 착용된 경우, 햅틱 출력 디바이스가 사용자의 피부와 접촉하도록 연성 장착부에 접속된다.
실시예에서, 복수의 햅틱 출력 디바이스가 복수의 연성 장착부에 접속되고, 신호 발생기는 복수의 햅틱 신호를 발생시키고 햅틱 신호들을 복수의 햅틱 출력 디바이스에 통신하도록 구성된다. 복수의 햅틱 신호는 사용자에 대한 미소 변형 감각을 생성하기 위한 짧은 지속기간의 제어 펄스들을 포함한다.
실시예에서, 신호 발생기는 복수의 햅틱 신호를 발생시키고 햅틱 신호들을 복수의 햅틱 출력 디바이스에 통신하여 적어도 하나의 방향성 햅틱 효과를 생성하도록 구성된다.
실시예에서, 신호 발생기는 복수의 햅틱 신호를 발생시키고 햅틱 신호들을 복수의 햅틱 출력 디바이스에 통신하여 적어도 하나의 국부 햅틱 효과(localized haptic effect)를 생성하도록 구성된다.
실시예에서, 신호 발생기는 복수의 햅틱 신호를 발생시키고 햅틱 신호들을 복수의 햅틱 출력 디바이스에 통신하여 햅틱 효과를 공간 패턴(spatial pattern)으로 생성하도록 구성된다.
본 발명의 양태에 따르면, 사용자에 의해 착용되도록 구성된 웨어러블 디바이스의 일부인 연성 장착부에 햅틱 출력 디바이스를 접속하는 단계, 짧은 지속기간의 제어 펄스를 포함하는 햅틱 신호를 발생시키는 단계, 및 짧은 지속기간의 제어 펄스를 이용하여 햅틱 출력 디바이스를 에너자이징(energizing)하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
실시예에서, 본 방법은 사용자에 의해 착용되도록 구성된 웨어러블 디바이스의 일부인 복수의 연성 장착부에 복수의 햅틱 출력 디바이스를 접속하는 단계, 짧은 지속기간의 제어 펄스를 포함하는 복수의 햅틱 신호를 발생시키는 단계, 및 짧은 지속기간의 제어 펄스를 이용하여 복수의 햅틱 출력 디바이스를 에너자이징하여 사용자에 대한 미소 변형 감각을 생성하는 단계를 포함한다.
실시예에서, 복수의 햅틱 출력 디바이스는 적어도 하나의 방향성 햅틱 효과를 생성하기 위해 에너자이징된다.
실시예에서, 복수의 햅틱 출력 디바이스는 적어도 하나의 국부 햅틱 효과를 생성하기 위해 에너자이징된다.
실시예에서, 복수의 햅틱 출력 디바이스는 햅틱 효과를 공간 패턴으로 생성하도록 에너자이징된다.
구조의 연관된 구성요소들의 동작 및 기능들, 부분들의 조합 및 제조의 경제성뿐 아니라 본 발명의 이러한 그리고 다른 양태들, 피처들, 및 특성들이, 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면들을 참조하여, 이하의 상세한 설명 및 특허청구범위를 고려할 경우에 보다 명확해질 것이다. 그러나, 도면들은 예시와 설명만을 위한 것이며, 본 발명의 한계를 정의하도록 의도되지 않는다는 것이 명백하게 이해되어야 한다. 상세한 설명 및 특허청구범위에서 사용된 바와 같이, 단수 형태("하나", "하나의", "일")는 문맥상 달리 명확하게 지시하지 않는 한, 복수의 대상물을 포함한다.
이하의 도면들의 컴포넌트들은 본 개시내용의 일반적 원리들을 강조하기 위해 예시되며, 반드시 비율대로 도시되지 않는다. 대응하는 컴포넌트들을 지정하는 참조 문자들은 필요한 경우 일관성 및 명료성을 위해 도면들 전체에 걸쳐서 반복된다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 시스템의 개략적 예시이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른, 도 1의 시스템의 웨어러블 디바이스의 개략적 예시이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른, 도 1의 시스템의 웨어러블 디바이스의 개략적 예시이다.
도 4a는 본 발명의 실시예들에 따른, 도 1의 시스템의 햅틱 출력 디바이스의 개략적 예시이다.
도 4b는 본 발명의 실시예들에 따른, 연성 케이싱(flexible casing) 내의 도 4a의 햅틱 출력 디바이스의 개략적 예시이다.
도 4c는 본 발명의 실시예들에 따른, 연성 장착부에 부착된 도 4b에 예시된 복수의 연성 케이싱의 개략적 예시이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른, 복수의 케이싱의 개략적 예시이고, 각각은 도 4a에 예시된 햅틱 출력 디바이스를 둘러싸며, 연성 장착부에 접속된다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른, 도 4a에 예시된 햅틱 출력 디바이스를 부분적으로 둘러싸는 장착부의 개략적 예시이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 시스템(100)을 예시한다. 예시된 바와 같이, 시스템(100)은 웨어러블 디바이스(110) 및 웨어러블 디바이스(110)와 신호 통신하는 사용자 인터페이스 디바이스(120)를 포함한다. 실시예에서, 사용자 인터페이스 디바이스(120)는 웨어러블 디바이스(110)의 부분일 수 있다. 실시예에서, 웨어러블 디바이스(110) 및 사용자 인터페이스 디바이스(120)는 별개의 디바이스들일 수 있다. 사용자 인터페이스 디바이스(120)는, 데스크톱 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 전자 워크북, (모바일 폰, 게이밍 디바이스, 개인용 정보 단말(personal digital assistant)("PDA"), 휴대형 이메일 디바이스, 휴대형 인터넷 액세스 디바이스, 계산기 등과 같은)전자 핸드헬드 디바이스, (현금 자동 입출금기(automated teller machine), 티켓 구입 머신 등과 같은)키오스크(kiosk), 프린터, 판매 시점 정보 관리 디바이스(point-of-sale device), 게이밍 디바이스 또는 그외의 전자 디바이스와 같은 임의의 디바이스일 수 있다.
도 2에 더 상세하게 도시된 웨어러블 디바이스(110)는 연성 장착부(115)(도 2에 예시됨)를 통해 웨어러블 부재(wearable member)(114)에 접속되는 햅틱 출력 디바이스(112)를 포함한다. 웨어러블 부재(114)는 액세서리 또는 의류(article of clothing)와 같이, 사용자에 의해 착용되도록 구성되는 임의의 부재 또는 물품일 수 있다. 햅틱 출력 디바이스(112)에 의해 제공되는 햅틱 피드백은, 진동, 변형, 운동 감각(kinesthetic sensation), 정전기(electrostatic) 또는 초음파 마찰(ultrasonic friction) 등과 같은 햅틱 효과들을 생성하는 방법들 중 임의의 방법으로 생성될 수 있다. 실시예에서, 햅틱 출력 디바이스(112)는, 예를 들어, 관성 액추에이터와 같은 액추에이터를 포함할 수 있다. 관성 액추에이터는 편심 회전 질량체("ERM")와 같은 전자기 액추에이터일 수 있고, 여기서 편심 질량체는 모터에 의해 이동되거나, 스프링에 부착된 질량체가 앞뒤로 구동되는 선형 공진 액추에이터(Linear Resonant Actuator)("LRA")에 의해 이동된다. 햅틱 출력 디바이스는 압전 재료(piezoelectric material), 전기 활성 폴리머(electro-active polymer) 또는 형상 기억 합금과 같은 "스마트 재료"를 포함하는 액추에이터를 포함할 수 있거나, 매크로-컴포짓 파이버 액추에이터(macro-composite fiber actuator), 정전형 액추에이터, 전기 촉각 액추에이터 및/또는 진동촉각 피드백과 같은 물리적 피드백을 제공하는 다른 유형의 액추에이터를 포함할 수 있다. 햅틱 출력 디바이스(112)는, 정전기 마찰(ESF), 초음파 표면 마찰(USF)을 이용하는 디바이스, 초음파 햅틱 변환기(ultrasonic haptic transducer)를 이용하여 음향 방사 압력(acoustic radiation pressure)을 야기하는 디바이스, 햅틱 기판, 연성 또는 변형가능한 표면을 이용하는 디바이스, 열적 효과를 제공하는 디바이스, 에어 제트(air jet)를 이용하여 에어를 내뿜는 등과 같은 투사형 햅틱 출력(projected haptic output)을 제공하는 디바이스와 같은 비-기계적 또는 비-진동 디바이스들을 포함할 수 있다. 상이한 햅틱 효과들을 발생시키기 위해 다수의 햅틱 출력 디바이스(112)이 사용될 수 있다.
웨어러블 디바이스(110)는 또한 햅틱 신호를 발생시키고 햅틱 신호를 햅틱 출력 디바이스(112)에 통신하도록 구성된 신호 발생기(118)(도 2에 예시됨)를 포함하는 프로세서(116)를 포함한다. 프로세서(116)는 햅틱 출력 디바이스(112)의 구동기로의 출력 신호들을 제어하도록 애플리케이션 특정적 집적 회로("ASIC")으로서 특정적으로 설계될 수 있다. 프로세서(116)는, 미리정의된 인자들에 기초하여, 어떤 햅틱 효과들이 발생되어야 하는지, 햅틱 효과들이 발생되는 순서, 햅틱 효과들의 크기, 주파수, 지속기간, 및/또는 파라미터들을 결정하도록 구성될 수 있다. 프로세서(116)은 또한 특정 햅틱 효과를 제공하기 위해 햅틱 출력 디바이스(112)를 구동하는데 사용될 수 있는 스트리밍 명령들을 제공하도록 구성될 수 있다.
도 2는 웨어러블 디바이스(110)를 보다 상세하게 예시한다. 실시예에서, 햅틱 출력 디바이스(112)는, 웨어러블 디바이스(110)가 사용자에게 놓여지는 경우에, 햅틱 출력 디바이스(112)가 사용자의 피부와 접촉하게 되도록 연성 장착부(115)에 접속된다. 실시예에서, 햅틱 출력 디바이스(112)는, 웨어러블 디바이스(110)가 사용자에게 놓여지는 경우에, 오직 웨어러블 부재(114)만이 사용자의 피부를 접촉하거나 그에 들어맞도록(conform) 사용자의 피부에 대향하는 웨어러블 부재(114)의 측 상에 햅틱 출력 디바이스(112)가 있도록 연성 장착부(115)에 접속된다. 실시예에서, 햅틱 출력 디바이스(112) 및 연성 장착부(115)는 그들이 웨어러블 부재(114)에 의해 완전히 둘러싸여지도록 웨어러블 부재(114) 내에 임베딩될 수 있다. 연성 장착부(115)를 통한 웨어러블 부재(114)로의 햅틱 출력 디바이스(112)의 접속이 이하에 더 상세하게 논의된다.
프로세서(116)는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 모듈을 실행하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 모듈은 햅틱 효과 판정 모듈(202), 햅틱 출력 디바이스 제어 모듈(204) 및/또는 그외의 모듈들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 프로세서(116)는 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어의 일부 조합, 및/또는 프로세서(116) 상의 프로세싱 능력을 구성하는 그외의 메커니즘에 의해 모듈들(202 및/또는 204)을 실행하도록 구성될 수 있다. 비록 도 2에 모듈들(202 및 204)이 단일 프로세싱 유닛 내에 함께 위치되는 것으로 예시되지만, 프로세서(116)가 다수의 프로세싱 유닛을 포함하는 실시예들에서, 모듈들(202 및 204) 중 하나 이상이 서로 떨어져서 위치될 수 있다. 예를 들어, 햅틱 효과 판정 모듈(202)은 사용자 인터페이스 디바이스(120)의 프로세서(122) 내에 상주할 수 있고, 이는 도 1에 예시되며, 이하에 보다 상세하게 설명된다.
이하에 설명된 상이한 모듈들(202 및 204)에 의해 제공된 기능성의 설명은 예시적인 목적을 위한 것일뿐, 한정하려는 의도가 아니며, 모듈들(202 및 204) 중 어느 하나가 설명된 것보다 더 많거나 더 적은 기능성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 모듈들(202 및 204) 중 하나는 제거될 수 있고, 그의 기능성의 일부 또는 전부가 다른 모듈에 의해 제공될 수 있다. 다른 예로서, 프로세서(116)는 모듈들(202 및 204) 중 하나에 기인하는 이하의 기능성의 일부 또는 전부를 수행할 수 있는 하나 이상의 추가 모듈을 실행하도록 구성될 수 있다.
햅틱 효과 판정 모듈(202)은 사용자 인터페이스 디바이스(120)로부터 수신된 정보에 기초하여 사용자로부터 햅틱 출력 디바이스(112)에 의해 생성되는 햅틱 또는 감각을 판정하도록 구성된다. 햅틱 효과를 판정하는 것은 사용자에게 시스템(100)에 의해 제공된 경험의 하나 이상의 측면을 강화하기 위해 사용자에게 제공되는 햅틱 감각의 진폭(amplitude), 주파수, 지속기간 등을 포함하는 하나 이상의 파라미터를 판정하는 것을 포함할 수 있다.
햅틱 출력 디바이스 제어 모듈(204)은 햅틱 출력 디바이스(112)에 대한 제어 신호들을 발생시키고 햅틱 효과 판정 모듈(202)에 의해 판정되는 햅틱 효과를 발생시키는 신호 발생기(118)를 제어하도록 구성된다. 이는 신호 발생기(118)에 의해 발생된 햅틱 출력 신호를 햅틱 출력 디바이스(112)에 통신하는 것을 포함한다. 발생되는 햅틱 효과는, 프로세서(116)와 햅틱 출력 디바이스(112) 사이의 유선 통신 링크들, 무선 통신 링크들, 및/또는 그외의 통신 링크들을 통해 통신될 수 있다. 실시예에서, 햅틱 출력 디바이스 제어 모듈(204)에 기인한 기능성의 적어도 일부는 햅틱 출력 디바이스(112)에 의해 수용되는 프로세서 내에 배치될 수 있다. 실시예에서, 신호 발생기(118)는 햅틱 출력 디바이스(112)의 일부일 수 있다. 실시예에서, 프로세서(116)는 햅틱 출력 디바이스(112)의 일부일 수 있다. 예시된 실시예들은 임의의 방식으로 한정하는 것으로 간주되지 않아야 한다.
프로세서(116)는 또한 전자 저장소(206)를 포함할 수 있다. 전자 저장소(206)는 하나이상의 내부적으로 고정된 저장소 유닛, 착탈식(removable) 저장소 유닛들, 및/또는 원격 액세스가능한 저장소 유닛들을 포함할 수 있다. 다양한 저장소 유닛들은 휘발성 메모리 및 비-휘발성 메모리의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 저장소 유닛들은 정보, 데이터, 명령어들, 소프트웨어 코드 등의 임의의 조합을 저장하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 저장소 유닛들은 햅틱 출력 디바이스(112)가 어떻게 구동되는지에 대한 햅틱 효과 프로파일들, 명령어들, 또는 햅틱 효과들을 발생시키는 그외의 정보를 포함할 수 있다.
도 1로 돌아가서, 사용자 인터페이스 디바이스(120)는 프로세서(122), 메모리 디바이스(124) 및 입력/출력 디바이스들(126)을 포함하고, 이들은 버스(128)를 통해 상호접속된다. 실시예에서, 입력/출력 디바이스들(126)은 터치 스크린 디바이스(130) 및/또는 그외의 인간-컴퓨터 인터페이스 디바이스들을 포함할 수 있다.
터치 스크린 디바이스(130)는 임의의 적절한 인간-컴퓨터 인터페이스 또는 터치/접촉 표면 어셈블리로서 구성될 수 있다. 터치 스크린 디바이스(130)는 임의의 터치 스크린, 터치 패드, 터치 감지 구조, 컴퓨터 모니터, 랩톱 디스플레이 디바이스, 워크북 디스플레이 디바이스, 키오스크 스크린, 휴대형 전자 디바이스 스크린, 또는 그외의 적절한 터치 감지 디바이스일 수 있다. 터치 스크린 디바이스(130)는, 스타일러스, 손가락 등과 같은 사용자-제어형 디바이스와의 물리적 상호작용을 위해 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 터치 스크린 디바이스(130)는 적어도 하나의 출력 디바이스 및 적어도 하나의 입력 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 터치 스크린 디바이스(130)는 시각적 디스플레이 및 사용자의 손가락으로부터의 입력을 수신하기 위해 그위에 겹쳐진 터치 감지 표면을 포함할 수 있다. 시각적 디스플레이는 고화질 (high definition) 디스플레이 스크린을 포함할 수 있다.
터치 스크린 디바이스(130)에 부가하여, 입력/출력 디바이스(126)는 또한 특정 입력 메커니즘들 및 출력 메커니즘들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 입력 메커니즘들은 키보드, 키패드, 커서 제어 디바이스(예를 들어, 컴퓨터 마우스), 또는 그외의 데이터 입력 디바이스와 같은 그러한 디바이스들을 포함할 수 있다. 출력 메커니즘들은 컴퓨터 모니터, 가상 현실 디스플레이 디바이스, 오디오 출력 디바이스, 프린터, 또는 게임 패드와 같은 그외의 주변 디바이스를 포함할 수 있다. 입력/출력 디바이스(126)는, 터치 스크린 디바이스의 다수의 예들과 같이, 사용자로부터의 입력을 수신할뿐 아니라 사용자에게 피드백을 제공하도록 설계된 메커니즘들을 포함할 수 있다.
프로세서(122)는 범용 또는 특수목적 프로세서일 수 있거나 사용자 입력 디바이스(120)의 동작 및 기능을 관리 또는 제어하는 마이크로제어기일 수 있다. 예를 들어, 프로세서(122)는 애플리케이션 특정 집적 회로("ASIC")로서 특정적으로 설계되어, 입력/출력 디바이스들(126)에 대한 출력 신호들을 제어하고 입력/출력 디바이스들(126)로부터 수신된 신호들을 처리할 수 있다. 프로세서(122)는 미리정의된 인자들에 기초하여 어느 햅틱 효과들이 발생되는지, 햅틱 효과들이 발생되는 순서, 햅틱 효과들의 크기, 주파수, 지속기간 및/또는 그외의 파라미터들을 결정하도록 구성될 수 있다. 프로세서(122)는 또한 특정 햅틱 효과를 제공하기 위해 햅틱 출력 디바이스(112)를 구동하는데 이용될 수 있는 스트리밍 명령을 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세서(122)는 실제로 복수의 프로세서를 포함할 수 있고, 각각은 사용자 인터페이스 디바이스(120) 내의 특정 기능들을 수행하도록 구성된다. 전술한 바와 같이, 프로세서(116)의 모듈들(202, 204)의 하나 이상은 사용자 인터페이스 디바이스(120)의 프로세서(122) 내에 위치될 수 있다. 예시된 실시예들은 임의의 방식으로 한정하려는 의도가 아니다.
메모리 디바이스(124)는 하나 이상의 내부적으로 고정된 저장소 유닛, 착탈식 저장소 유닛 및/또는 원격 액세스가능한 저장소 유닛을 포함할 수 있다. 다양한 저장소 유닛들은 휘발성 메모리 및 비-휘발성 메모리의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 저장소 유닛들은 정보, 데이터, 명령어들, 소프트웨어 코드 등의 임의의 조합을 저장하도록 구성될 수 있다.
도 3은 복수의 연성 장착부(115)를 통해 웨어러블 부재(114)에 접속되는 복수의 햅틱 출력 디바이스(112)를 포함하는 웨어러블 디바이스(300)의 실시예를 예시한다. 예를 들어, 실시예에서, 2개, 3개, 4개 또는 그 이상의 햅틱 출력 디바이스(112)가 이격될 수 있고 이하에 설명된 수단들 중 임의의 수단을 이용하여 연성 장착부(115)를 통해 웨어러블 부재(114)에 접속될 수있다. 신호 발생기(118)는 햅틱 출력 디바이스들(112)의 각각에 대한 신호들을 발생시키고, 신호들을 그에 통신할 수 있다. 햅틱 효과 판정 모듈(202)은, 햅틱 출력 디바이스들(112)이 햅틱 효과 또는 감각들을 순차적으로, 동기하여, 또는 특정 패턴으로 또는 공간 감각을 생성하기 위한 시퀀스로 발생시켜야 한다고 판정할 수 있다. 햅틱 출력 디바이스 제어 모듈(204)은 신호 발생기(118)가 어떤 신호를 발생시켜야 하는지를 판정하고 그러한 판정에 기초하여 햅틱 출력 디바이스들(112)에 통신할 수 있다. 실시예에서, 프로세서(116)는 공간 햅틱 효과들이 생성될 수 있도록 햅틱 출력 디바이스들(112)의 구성에 대한 정보로 프로그램될 수 있다. 실시예에서, 햅틱 출력 디바이스들(112)은 함께 데이지 체이닝되고(daisy chained) 서로에 대한 그들의 공간적 관계가 특정되어 공간 햅틱 효과들이 생성될 수 있다. 실시예에서, 햅틱 출력 디바이스들(112)은, 웨어러블 부재(114) 내에 임베딩된 와이어들(wires)을 이용하여, 웨어러블 부재(114) 상의 특정 위치에서 출력 포트들에 접속될 수 있고, 따라서 프로세서(116)는 각각의 햅틱 출력 디바이스(112)가 위치되는 곳을 인지한다.
도 4a는 그로부터 연장하는 와이어들(413)을 갖는 ERM 액추에이터(412)의 형태로 햅틱 출력 디바이스의 실시예를 예시한다. 와이어들(413)은 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 인지되는 바와 같이, 전원 및/또는 프로세서(116)에 접속될 수 있다. 실시예에서, ERM 액추에이터(412)는 저비용의 코인 형태 ERM 액추에이터(412)일 수 있다.
도 4b는, ERM 액추에이터(412)를 수용하여 연성 케이싱(415)이 ERM 액추에이터(412)의 보디를 둘러싸지만, 와이어들(413)이 연성 케이싱(415)으로부터 연장하여 나오는 연성 케이싱(415)의 형태로 연성 장착부의 실시예를 예시한다. 연성 케이싱(415)은, 연성 고무(flexible rubber)와 같은 임의의 적절한 연성 재료 또는 탄성 중합체의 플라스틱 재료(elastomeric plastic material)와 같은 플라스틱 재료로 이루어질 수 있다. 그리고 나서, 연성 케이싱(415)은 웨어러블 부재(414)에 접속되거나 그 안에 임베딩되어, 연성 케이싱(415)을 통해 웨어러블 부재(414)에 접속된 4개의 ERM 액추에이터(412)를 도시하는 도 4c에 예시된 바와 같이, 웨어러블 디바이스(400)의 실시예를 생성할 수 있다. 연성 케이싱(415)은 접착제 등과 같은 임의의 적절한 수단에 의해 웨어러블 부재(414)에 접속될 수 있다. 실시예에서, 연성 케이싱(415)은 웨어러블 부재(414)에 재봉(sewn)될 수 있거나, 고리(hook) 및 루프형 잠금장치(loop-type fastener)(예를 들어, Velcro industries B.V.에 의해 제조된 VELCRO®)를 통해 접속될 수 있다. 도 4c에 예시된 ERM 액추에이터(412)의 배향은, 사용자가 웨어러블 디바이스(400)를 착용하는 경우, 액추에이터들의 힘 축들(force axes)을 사용자의 피부에 접하도록 배향하고, 햅틱 구동 신호들이 ERM 액추에이터(412)에 통신되는 경우, 주 햅틱 감각들이 사용자의 피부에 접할 것이다. 이하에 설명하는 바와 같이, 힘 축이 사용자의 피부에 수직으로 배향되도록 ERM 액추에이터(412)를 장착함으로써 더 큰 감각들이 가능할 수 있다.
도 5는, 헤어 밴드, 손목 밴드, 몸통 밴드(torso band)와 같은 밴드의 형태로 또는 사용자에 의해 착용될 수 있는 임의의 다른 유형의 밴드의 형태일 수 있는 웨어러블 부재(514) 및 서로 이격된 관계로 웨어러블 부재(514)에 접속된 4개의 햅틱 출력 디바이스(512)를 포함하는 웨어러블 디바이스(500)의 실시예를 예시한다. 웨어러블 부재(514)는 임의의 적절한 재료로 이루어질 수 있고, 경도(stiffness)에 있어서 단단하거나 유연할 수 있다.
예시된 바와 같이, 웨어러블 디바이스(500)는 복수의 연성 장착부(515)를 포함하고, 각각의 햅틱 출력 디바이스(512)는 연성 장착부(515)를 통해 웨어러블 부재(514)에 접속된다. 연성 장착부(515)는 전술한 바와 같은 연성 케이싱(415)과 같은 연성 케이싱을 포함할 수 있다. 실시예에서, 연성 장착부(515)는 도 5에 예시된 바와 같이, 햅틱 출력 디바이스(512)를 웨어러블 부재(514)에 접속하도록 구성된 스프링(540) 또는 댐퍼(550)를 포함할 수 있다. 웨어러블 디바이스(500)는 또한 웨어러블 부재(514)에 접속될 수 있는 신호 발생기(518)을 포함할 수 있다.
실시예에서, 웨어러블 부재(514)는 연성 고무, 연성 플라스틱 또는 의류 재료와 같은 연성 재료로 이루어질 수 있다. 실시예에서, 웨어러블 부재(514)는 상이한 경도의 재료들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 실시예에서, 웨어러블 부재(514)는 연성 장착부(515)가 부착되거나 그안에 임베딩되는 제1 재료로 이루어진 부분들 및 제1 재료로 이루어진 부분들 사이의 제2 재료로 이루어진 부분들을 포함할 수 있다. 햅틱 출력 디바이스들(512)이 움직이기 위한 적어도 일부의 자유를 갖도록, 그렇지만 햅틱 감각들의 보다 나은 국부화를 위해 햅틱 출력 디바이스(512)에 의해 발생된 진동들이 웨어러블 부재(514)를 따라 전파되는 것을 제2 재료에 의해 방지하도록 제2 재료는 제1 재료보다 더 단단할 수 있다. 실시예에서, 웨어러블 디바이스(514)는 연성 장착부 또는 웨어러블 부재(514) 자체가 연성인 경우 연성 장착부의 일부인 것으로 간주될 수 있다.
도 6은 전술한 연성 케이싱(415)보다 더 단단한 연성 장착부(615) 내에 부분적으로 포함된 ERM 액추에이터(412)를 포함하는 실시예를 예시한다. 예를 들어, 연성 장착부(615)는, 연성 케이싱(415)에 사용된 재료와 비교하여, 더 단단한 고무 또는 플라스틱 재료로 이루어질 수 있다. 연성 장착부(615)는 웨어러블 부재가 그를 통해 연장할 수 있는 개구(617)를 포함할 수 있다. 그러한 구성은 ERM 액추에이터(412)의 힘 축들 중 하나를 사용자의 피부에 직각 또는 수직으로 배향하여 짧은 지속기간의 제어 펄스가 ERM 액추에이터(412)에 전송되는 경우, 연성 장착부(615)는 사용자에 의해 느껴지는 부드러운 일시적 변형 효과를 생성할 수 있다. 연성 장착부(615)는 도 5에 예시된 연성 장착부(515) 중 하나 이상으로서 이용될 수 있다.
햅틱 출력 디바이스(112)를 연성 결합(flexibley coupling)하고 햅틱 출력 디바이스(112)를 연성 장착부(115)를 이용하여 사용자의 피부에 가깝게 결합하고, 짧은 지속기간의 제어 펄스들을 발생시켜 햅틱 출력 디바이스(112)를 구동함으로써, 사용자에 대해 작은 푸쉬(push) 또는 디프레션(depression)의 감각이 생성될 수 있고, 이는 윙윙거리는 감각(buzzing sensation)처럼 느낄 수 있는 고주파 진동과는 대조적으로, 보다 중립적이거나 인간에 가까운(human like) 감각을 제공한다. 실시예에서, 짧은 지속기간의 제어 펄스는 지속기간에 있어서 100㎳보다 작을 수 있다. 실시예에서, 짧은 지속기간의 제어 펄스는 지속기간에 있어서 50㎳보다 작을 수 있다. 실시예에서, 짧은 지속기간의 제어 펄스는 지속기간에 있어서 30㎳보다 작을 수 있다.
햅틱 출력 디바이스(112)는 ERM 액추에이터이고, 짧은 지속기간의 제어 펄스의 인가는 단지 액추에이터의 회전 질량체가 완전한 회전(complete revolution)보다 작게 또는 몇차례보다 작게 회전하게 할 것이고, 이는 ERM 액추에이터의 하우징의 작은 움직임을 야기할 것이고, 이는 연속적보다는 부드러운 일시적인 햅틱 감각을 생성한다. 부드러운 일시적 변형 감각들은 보다 중립적인(그리고 인간에 가까운) 햅틱 상호작용(진동에 반하여)을 제공하고 사용자에게 보다 넓은 범위의 기분좋은 감각을 생성할 수 있다. 햅틱 출력 디바이스(112)가 사용자의 정맥 또는 동맥 근처에 위치되면, 부드러운 일시적 감각들은 사용자에게 심장 박동처럼 느껴질 것이고, 이는 게임 애플리케이션에서 두근거리는 감각을 생성하는데 이용될 수 있다. 실시예에서, 신호 발생기(118)는 진동을 생성하기 위한 본 기술분야에 공지된 종래의 제어 펄스들뿐 아니라 부드러운 일시적 변형을 생성하기 위한 짧은 지속기간의 제어 펄스들을 발생시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따라, 국부화되고 방향성있는 햅틱 효과들이 생성될 수 있다. 비록 ERM 액추에이터가 전술되었으나, 그러한 액추에이터는 본 발명의 실시예들에 따라 이용될 수 있는 햅틱 출력 디바이스(112)의 예일뿐이라는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 햅틱 출력 디바이스(112)는 선형 공진 액추에이터를 포함하는 관성 액추에이터를 포함할 수 있다. 또한, 햅틱 출력 디바이스(112)는 압전 액추에이터 또는 짧은 지속기간의 제어 펄스(예를 들어, 전압)가 그에 인가되는 경우 미소 변형 감각을 제공하도록 구성되는 전술한 임의의 다른 액추에이터를 포함할 수 있다.
실시예에서, 사용자 인터페이스 디바이스(120) 상에서 실행하는 애플리케이션(예를 들어, 컴퓨터 프로그램)은, 애플리케이션의 기능에 따라 재생될 수 있는 햅틱 효과를 요청하는 웨어러블 디바이스(110)의 프로세서(116)에 신호를 전송할 수 있다. 예를 들어, 게임 애플리케이션에서, 햅틱 효과는 사용자의 손이 게임의 오브젝트를 접촉하는 경우에 대해 요청될 수 있다. 웨어러블 디바이스(110) 상의 프로세서(116)는 게임을 제어하는 사용자 인터페이스 디바이스(120)로부터 햅틱 효과를 요청하는 신호를 수신하고, 전술한 모듈들(202 및 204)을 이용하여 그것을 처리하고, 원해지는 제어 신호, 즉, 전압 신호를 신호 발생기(118)를 이용하여 발생시키고, 제어 신호를 햅틱 출력 디바이스(112)에 통신한다. 햅틱 효과는 햅틱 출력 디바이스(112)에 의해 발생되고 사용자는 그/그녀가 게임 내의 가상 오브젝트를 접촉하였다는 것을 나타내는 부드러운 일시적인 변형 감각을 경험할 수 있다.
실시예에서, 웨어러블 디바이스(110)는 사용자의 손목에 대한 손목 밴드로 구성될 수 있고, 사용자 인터페이스 디바이스(120)는, 예를 들어, 게임 제어기 또는 스마트폰일 수 있고 게임 제어기 또는 스마트폰에 의해 요청된 햅틱 효과들은 손목 밴드를 통해 사용자에게 제공될 수 있다. 실시예에서, 웨어러블 디바이스(110)는 사용자의 머리에 착용되도록 구성될 수 있고, 사용자 인터페이스 디바이스(120)는, 예를 들어, 머리에 장착되는 디스플레이와 같은 헤드 장착형(head-mounted) 사용자 인터페이스일 수 있거나, 헤드-장착형 사용자 인터페이스 또는 스마트폰에 의해 요청되는 햅틱 효과들은 웨어러블 디바이스(110)에 의해 사용자의 머리에 제공될 수 있다. 실시예에서, 웨어러블 디바이스(110)는 사용자의 몸통 주위에 착용되도록 구성될 수 있고, 사용자 인터페이스 디바이스(110)는, 예를 들어, 게임 제어기 또는 스마트폰일 수 있고, 게임 제어기 또는 스마트폰에 의해 요청된 햅틱 효과들은 웨어러블 디바이스(110)에 의해 사용자의 몸통에 제공될 수 있다. 본원에 설명된 본 발명의 실시예들에 따른 시스템(100)의 다른 구현들이 가능하며 전술한 구현들이 임의의 방식으로 한정하는 것으로 간주되지 않아야 한다.
전술한 본 발명의 실시예들에 따른 웨어러블 디바이스는, 표준 진동을 포함하는 넓은 범위의 햅틱 효과들의 생성 및 부드러운 일시적인 변형 감각을 생성하는 능력을 허용한다. 웨어러블 디바이스들에 대해 보다 중립적인(예를 들어, 압력, 변형) 햅틱 효과들의 범위를 증가시키면, 통지, 정보 전달 등과 같은 웨어러블 디바이스들에 대한 햅틱 기능들에 더 많은 가치를 부가할 수 있다. 부드러운 일시적인 변형 감각들은 표준 진동보다 더 기분좋은 방식으로 사용자에게 정보를 전달할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들은, 저비용 ERM 액추에이터들과 같은 저비용 햅틱 출력 디바이스들을 이용하고, 햅틱 감각들을 발생시키기 위해 짧은 지속기간의 제어 펄스들을 이용함으로써 보다 적은 전체 전력(진동을 발생시키기 위해 사용되는 표준 제어 신호들에 비해)을 이용하여 햅틱-인에이블형(haptic-enabled) 웨어러블 디바이스들에 대해 상대적으로 저비용 옵션을 허용할 수 있다.
본원에 설명된 실시예들은 다수의 가능한 구현들 및 예들을 나타내며, 이들은 본 개시내용을 반드시 임의의 특정 구현들로 한정하려는 의도가 아니다. 대신에, 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해되는 바와 같이 다양한 수정들이 이들 실시예들에 이루어질 수 있다. 임의의 그러한 수정들은 본 개시내용의 사상 및 범주내에 포함되도록 의도되며 이하의 특허청구범위에 의해 보호된다.

Claims (22)

  1. 시스템으로서,
    사용자에 의해 착용되도록 구성된 웨어러블 디바이스(wearable device) - 상기 웨어러블 디바이스는,
    연성 장착부(flexible mounting); 및
    상기 연성 장착부에 접속된 햅틱 출력 디바이스
    를 포함함 - ; 및
    햅틱 신호를 발생시키고, 상기 햅틱 신호를 상기 햅틱 출력 디바이스에 통신하도록 구성된 신호 발생기 - 상기 햅틱 신호는 상기 사용자에 대해 미소 변형 감각을 생성하도록 구성된 짧은 지속기간의 제어 펄스를 포함함 -
    를 포함하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 짧은 지속기간의 제어 펄스는 지속기간에 있어서 100㎳보다 작은 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 짧은 지속기간의 제어 펄스는 지속기간에 있어서 50㎳보다 작은 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 짧은 지속기간의 제어 펄스는 지속기간에 있어서 30㎳보다 작은 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 웨어러블 디바이스는 상기 신호 발생기를 포함하는 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    사용자 인터페이스 디바이스를 더 포함하고, 상기 사용자 인터페이스 디바이스는 상기 신호 발생기를 포함하는 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 연성 장착부는 연성 케이싱(flexible casing)을 포함하고, 상기 햅틱 출력 디바이스는 상기 연성 케이싱에 의해 수용되는 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 연성 장착부는 상기 햅틱 출력 디바이스에 접속되는 스프링(spring)을 포함하는 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 연성 장착부는 상기 햅틱 출력 디바이스에 접속되는 댐퍼(damper)를 포함하는 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 햅틱 출력 디바이스는, 사용자에 의해 착용되는 경우, 상기 햅틱 출력 디바이스가 사용자의 피부와 접촉하도록 상기 연성 장착부에 접속되는 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    복수의 연성 장착부에 접속된 복수의 햅틱 출력 디바이스를 더 포함하고, 상기 신호 발생기는 복수의 햅틱 신호를 발생시키고 상기 햅틱 신호들을 상기 복수의 햅틱 출력 디바이스에 통신하도록 구성되고, 상기 복수의 햅틱 신호는 상기 사용자에 대해 미소 변형 감각을 생성하기 위한 짧은 지속기간의 제어 펄스들을 포함하는 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 신호 발생기는 상기 복수의 햅틱 신호를 발생시키고 적어도 하나의 방향성 햅틱 효과를 생성하기 위해 상기 햅틱 신호들을 상기 복수의 햅틱 출력 디바이스에 통신하도록 구성되는 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 신호 발생기는 상기 복수의 햅틱 신호를 발생시키고 적어도 하나의 국부(localized) 햅틱 효과를 생성하기 위해 상기 햅틱 신호들을 상기 복수의 햅틱 출력 디바이스에 통신하도록 구성되는 시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 신호 발생기는 상기 복수의 햅틱 신호를 발생시키고 햅틱 효과를 공간 패턴으로 생성하기 위해 상기 햅틱 신호들을 상기 복수의 햅틱 출력 디바이스에 통신하도록 구성되는 시스템.
  15. 방법으로서,
    사용자에 의해 착용되도록 구성된 웨어러블 디바이스의 일부인 연성 장착부에 햅틱 출력 디바이스를 접속하는 단계;
    짧은 지속기간의 제어 펄스를 포함하는 햅틱 신호를 발생시키는 단계; 및
    상기 짧은 지속기간의 제어 펄스를 이용하여 상기 햅틱 출력 디바이스를 에너자이징(energizing)하는 단계
    를 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 짧은 지속기간의 제어 펄스는 지속기간에 있어서 100㎳보다 작은 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 짧은 지속기간의 제어 펄스는 지속기간에 있어서 50㎳보다 작은 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 짧은 지속기간의 제어 펄스는 지속기간에 있어서 30㎳보다 작은 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 사용자에 의해 착용되도록 구성된 상기 웨어러블 디바이스의 일부인 복수의 연성 장착부에 복수의 햅틱 출력 디바이스를 접속하는 단계;
    짧은 지속기간의 제어 펄스들을 포함하는 복수의 햅틱 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 사용자에 대해 미소 변형 감각을 생성하기 위한 상기 짧은 지속기간의 제어 펄스들을 이용하여 상기 복수의 햅틱 출력 디바이스를 에너자이징하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 복수의 햅틱 출력 디바이스는 적어도 하나의 방향성 햅틱 효과를 생성하도록 에너자이징되는 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 복수의 햅틱 출력 디바이스는 적어도 하나의 국부 햅틱 효과를 생성하기 위해 에너자이징되는 방법.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 복수의 햅틱 출력 디바이스는 햅틱 효과를 공간 패턴으로 생성하기 위해 에너자이징되는 방법.
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