KR20170131237A - 햅틱 효과들을 제공하기 위한 기계식 키 및 통합된 스마트 재료 액추에이터를 포함하는 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소를 갖는 햅틱 주변 장치 - Google Patents

햅틱 효과들을 제공하기 위한 기계식 키 및 통합된 스마트 재료 액추에이터를 포함하는 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소를 갖는 햅틱 주변 장치 Download PDF

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대니 에이. 그랜트
윌리엄 린
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임머숀 코퍼레이션
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Abstract

햅틱 주변 장치는 하우징 및 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소를 포함한다. 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소는, 사용자로부터 입력을 수신하도록 구성되고, 사용자와 접촉하도록 구성된 사용자 접촉면을 가진 키캡을 갖는 기계식 키, 및 상기 키캡의 사용자 접촉면 위에 통합된 스마트 재료 액추에이터를 포함한다. 스마트 재료 액추에이터는, 프로세서로부터 제어 신호를 수신하도록 구성되고, 프로세서로부터의 제어 신호에 응답하여 기계식 키의 키캡에 대해 사용자 접촉면의 적어도 일부분을 변형시키도록 구성되어, 햅틱 효과를 햅틱 주변 장치의 사용자에게 제공한다. 햅틱 주변 장치는 또한, 사용자에게 비활성 상태를 나타내기 위해, 기계식 키에 결합되어 기계식 키를 가압된 위치로 유지하는 제동 액추에이터를 포함할 수 있다. 또한, 햅틱 주변 장치 및 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소는 모듈식일 수 있다.

Description

햅틱 효과들을 제공하기 위한 기계식 키 및 통합된 스마트 재료 액추에이터를 포함하는 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소를 갖는 햅틱 주변 장치{HAPTIC PERIPHERAL HAVING A HAPTICALLY-ENHANCED USER INPUT ELEMENT INCLUDING A MECHANICAL KEY AND AN INTEGRATED SMART MATERIAL ACTUATOR FOR PROVIDING HAPTIC EFFECTS}
본 발명의 실시예들은 햅틱 효과들에 관한 것이고, 더 구체적으로는 사용자에게 햅틱 효과들을 제공하기 위한 기계식 키 및 통합된 스마트 재료 액추에이터를 포함하는 사용자 입력 요소를 갖는 햅틱 주변 장치에 관한 것이다.
비디오 게임 및 비디오 게임 시스템은 캐주얼 게이머에 대한 마케팅 및 캐주얼 게이머로부터의 결과적인 참여 때문에 한층 더 인기를 얻고 있다. 종래의 비디오 게임 디바이스 또는 컨트롤러는 시각적 및 청각적 큐(cue)를 이용하여 사용자에게 피드백을 제공한다. 일부 인터페이스 디바이스들에서는, 총체적으로 "햅틱 피드백" 또는 "햅틱 효과들"로서 더 일반적으로 알려진, (능동적 및 저항적 힘 피드백(active and resistive force feedback)과 같은) 운동 감각(kinesthetic) 피드백 및/또는 (진동, 질감, 및 열과 같은) 촉각 피드백도 사용자에게 제공된다. 햅틱 피드백은 사용자 인터페이스를 향상시키고 단순화하는 큐를 제공할 수 있다. 구체적으로, 진동 효과들, 또는 진동 촉각(진동 촉각) 햅틱 효과들은 특정 이벤트들을 사용자에게 알리도록, 또는 모의 또는 가상 환경 내에서 더 큰 감각적 몰입도를 생성하기 위해 현실적인 피드백을 제공하도록 전자 디바이스들의 사용자들에게 큐들을 제공하는 데에 유용할 수 있다.
사용자가 사용자 입력 요소와 상호작용하여 동작을 야기하는 의료 디바이스, 자동차 제어, 원격 제어 및 다른 유사한 디바이스 등의 다른 디바이스도 햅틱 피드백 또는 햅틱 효과들로부터 이득을 얻는다. 예를 들어, 그리고, 한정적이지 않게, 의료 디바이스들 상의 사용자 입력 요소들은 의료 디바이스의 원위 단부에서 환자의 신체 내의 동작을 야기하도록 의료 디바이스의 근위 부분에서 환자의 신체 밖에서 사용자에 의해 동작될 수 있다. 햅틱 피드백 또는 햅틱 효과들은 사용자에게 특정 이벤트를 알리거나, 의료 디바이스의 원위 단부에서 환자와의 의료 디바이스의 상호작용에 관한 현실적인 피드백을 사용자에게 제공하기 위해 디바이스들에서 이용될 수 있다.
게임, 가상 현실, 및 다른 디바이스들에 대한 통상적인 햅틱 피드백 시스템은 햅틱 피드백을 생성하기 위해 컨트롤러/주변 장치의 하우징에 부착된 또는 하우징에 포함된 하나 이상의 액추에이터를 일반적으로 포함한다. 예를 들어, 임머숀 코퍼레이션에 양도되고 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된 로젠버그의 US7,106,305는 컴퓨터에 의해 제공되는 디스플레이 환경에서 상호작용을 향상시키기 위해 햅틱 피드백을 사용자에게 제공하기 위한 햅틱 피드백 키보드 디바이스를 개시한다. 햅틱 키보드 디바이스는 다수의 키를 갖는 키보드일 수 있거나 키보드에 결합된 손목 받침대 또는 다른 부착물일 수 있다. 액추에이터는 사용자에 의해 물리적으로 접촉되는 디바이스의 하우징에 결합되어 있고, 하우징에 힘을 가하여 그 힘이 하우징에 접촉하고 있는 사용자에게 전달된다.
본 발명의 실시예들은 키보드, 게임 패드, 컨트롤러 또는 다른 주변 장치와 같은 햅틱 주변 장치의 사용자 입력 요소에 개선된 햅틱 피드백 또는 효과들을 제공하는 햅틱 피드백 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 실시예들은 하우징 및 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소를 포함하는 햅틱 주변 장치에 관한 것이다. 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소는, 사용자로부터 입력을 수신하도록 구성되고, 사용자와 접촉하도록 구성된 사용자 접촉면을 가진 키캡을 갖는 기계식 키, 및 상기 키캡의 사용자 접촉면 위에 통합된 스마트 재료 액추에이터를 포함한다. 스마트 재료 액추에이터는, 프로세서로부터 제어 신호를 수신하도록 구성되고, 프로세서로부터의 제어 신호에 응답하여 기계식 키의 키캡에 대해 사용자 접촉면의 적어도 일부분을 변형시키도록 구성되어, 햅틱 효과를 햅틱 주변 장치의 사용자에게 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 햅틱 주변 장치는 하우징 및 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소를 포함한다. 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소는, 사용자로부터 입력을 수신하도록 구성되고, 사용자와 접촉하도록 구성된 사용자 접촉면을 가진 키캡을 갖는 기계식 키, 및 상기 키캡의 사용자 접촉면 위에 통합된 스마트 재료 액추에이터를 포함한다. 스마트 재료 액추에이터는, 프로세서로부터 제어 신호를 수신하도록 구성되고, 프로세서로부터의 제어 신호에 응답하여 기계식 키의 키캡에 대해 사용자 접촉면의 적어도 일부분을 변형시키도록 구성되어, 햅틱 효과를 햅틱 주변 장치의 사용자에게 제공한다. 햅틱 주변 장치는 또한, 기계식 키에 결합되는 제동 액추에이터를 포함한다. 제동 액추에이터는 사용자에게 비활성 상태를 나타내기 위해 기계식 키를 아래로 눌러진 위치로 유지하도록 구성된다.
본 명세서의 또 다른 실시예에 따르면, 게임 시스템은 호스트 컴퓨터, 프로세서, 및 햅틱 주변 장치를 포함한다. 햅틱 주변 장치는 하우징 및 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소를 포함한다. 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소는, 사용자로부터 입력을 수신하도록 구성되고, 사용자와 접촉하도록 구성된 사용자 접촉면을 가진 키캡을 갖는 기계식 키, 및 상기 키캡의 사용자 접촉면 위에 통합된 스마트 재료 액추에이터를 포함한다. 스마트 재료 액추에이터는, 프로세서로부터 제어 신호를 수신하도록 구성되고, 프로세서로부터의 제어 신호에 응답하여 기계식 키의 키캡에 대해 사용자 접촉면의 적어도 일부분을 변형시키도록 구성되어, 햅틱 효과를 햅틱 주변 장치의 사용자에게 제공한다. 프로세서는 햅틱 주변 장치의 하우징 내에 위치되거나 프로세서는 호스트 컴퓨터에 배치된다.
본 발명의 상기한 및 다른 특징들 및 이점들은 첨부 도면들에 도시된 본 명세서의 실시예들의 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 명세서에 포함되며 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면들은, 본 발명의 원리들을 설명하고, 관련 기술분야의 통상의 기술자로 하여금 본 발명을 이루고 사용할 수 있게 하는 데 더욱 역할을 한다. 도면들은 축척대로 그려진 것은 아니다.
도 1은 본 명세서의 실시예에 따른 햅틱 주변 장치를 포함하는 시스템의 개략도이고, 여기서 이 시스템은 호스트 컴퓨터 및 디스플레이를 또한 포함한다.
도 2는 도 1의 시스템의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 주변 장치의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소의 개략 사시도이고, 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소는, 사용자와 접촉하도록 구성된 사용자 접촉면을 가진 기계식 또는 스프링 기반의 키, 및 기계식 키의 사용자 접촉면 위에 통합된 스마트 재료 액추에이터를 포함한다.
도 4는 스마트 재료 또는 압전 액추에이터의 분해 사시도이다.
도 4a는 도 4의 구성요소들이 함께 결합되는 사시도이다.
도 4b는 전하를 생성하고 이에 응답하여 구부러진 후의 도 4a의 사시도이다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 햅틱 주변 장치를 위한 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소의 개략 측면도이고, 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소는 사용자와 접촉하도록 구성된 접촉면을 가진 기계식 또는 스프링 기반의 키, 및 기계식 키의 사용자 접촉면 위에 통합된 스마트 재료 액추에이터를 포함하고, 기계식 키는 그것의 휴지 또는 눌러지지 않은 상태로 도시된다.
도 5b는 도 5a의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소의 개략 측면도이고, 기계식 키는 그것의 가압된 또는 아래로 눌러진 상태로 도시된다.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 햅틱 주변 장치를 위한 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소의 개략 측면도이고, 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소는 사용자와 접촉하도록 구성된 접촉면을 가진 기계식 또는 스프링 기반의 키, 기계식 키의 사용자 접촉면 위에 통합된 스마트 재료 액추에이터, 및 제동 액추에이터를 포함하고, 기계식 키는 그것의 휴지 또는 눌러지지 않은 상태로 도시된다.
도 6b는 도 6a의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소의 개략 측면도이고, 기계식 키는 제동 액추에이터를 통해 그것의 가압된 또는 아래로 눌러진 상태로 도시된다
도 6c는 도 6a 및 도 6b에서 사용되는 예시적인 제동 액추에이터의 개략 측면도이다.
도 6d는 도 6a 및 도 6b에서 사용되는 또 다른 예시적인 제동 액추에이터의 개략 상면도이다.
도 6e는 도 6d의 제동 액추에이터의 측면도이다.
도 7은 복수의 키 리셉터클을 갖는 모듈식 키보드의 사시도이다.
도 7a는 도 7의 모듈식 키보드의 단일 키 리셉터클의 확대 사시도이다.
도 8a는 도 7의 모듈식 키보드를 위한 모듈식의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소의 사시도이고, 모듈식의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소는, 사용자와 접촉하도록 구성된 사용자 접촉면을 가진 기계식 또는 스프링 기반의 키, 및 기계식 키의 사용자 접촉면 위에 통합된 스마트 재료 액추에이터를 포함하고, 클립 또는 포스트(post)를 통해 도 7a의 키 리셉터클에 결합되도록 구성된다.
도 8b는 도 8a의 모듈식의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소의 또 다른 사시도이다.
도 9는 본 명세서의 또 다른 실시예에 따른 키 리셉터클과 모듈식의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소 사이의 접속에 대한 개략 측면도이다.
도 10은 복수의 모듈식 키 또는 사용자 입력 요소를 갖는 모듈식 키보드의 상면도이고, 하나 이상의 모듈식 키는 모듈식의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소이다.
도 11은 도 10의 단일 모듈식의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소의 개략 사시도이고, 모듈식의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소는, 상기 사용자와 접촉하도록 구성된 사용자 접촉면을 가진 기계식 또는 스프링 기반의 키, 및 상기 기계식 키의 사용자 접촉면 위에 통합된 스마트 재료 액추에이터를 포함하며, 자석을 통해 도 10의 모듈식 키보드에 결합된다.
도 12는 도 10의 단일 모듈식의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소의 개략 사시도이고, 모듈식의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소는 사용자와 접촉하도록 구성된 사용자 접촉면을 가진 기계식 또는 스프링 기반의 키, 및 기계식 키의 사용자 접촉면 위에 통합된 스마트 재료 액추에이터를 포함하고, 전자석을 통해 도 10의 모듈식 키보드에 결합되도록 구성된다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 햅틱 주변 장치의 사시도이고, 햅틱 주변 장치는 사용자에게 햅틱 효과들을 제공하기 위한 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소를 포함하는 게임 컨트롤러이고, 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소는, 사용자와 접촉하도록 구성된 사용자 접촉면을 가진 기계식 또는 스프링 기반의 키, 및 기계식 키의 사용자 접촉면 위에 통합된 사용자 스마트 재료 액추에이터를 포함한다.
도 14는 도 13의 햅틱 주변 장치의 또 다른 사시도이다.
도 15는 호스트 컴퓨터와 함께 도 13의 햅틱 주변 장치의 블록도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 햅틱 주변 장치의 사시도이고, 햅틱 주변 장치는 사용자에게 햅틱 효과들을 제공하기 위한 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소를 포함하는 게임 태블릿이고, 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소는 사용자와 접촉하도록 구성된 사용자 접촉면을 가진 기계식 또는 스프링 기반의 키, 및 기계식 키의 사용자 접촉면 위에 통합된 사용자 스마트 재료 액추에이터를 포함한다.
도 17은 도 16의 게임 태블릿의 블록도이다.
이제 본 발명의 특정 실시예들이 도면들을 참조하여 설명되고, 동일 참조 번호들은 동일하거나 또는 기능적으로 유사한 요소들을 나타낸다.
다음의 상세한 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것에 불과하고 본 발명 또는 본 발명의 응용 및 이용들을 한정하려는 것은 아니다. 또한, 상술한 기술 분야, 배경, 간단한 요약 또는 다음의 상세한 설명에서 제시된 어떠한 표현된 또는 함축된 이론에 의해서도 한정되게 하려는 의도는 없다. 또한, 다음의 설명은 게이밍 디바이스 및 게임 디바이스를 위한 컨트롤러에 관련되지만, 본 기술분야의 통상의 기술자들은 이 설명이 다른 햅틱 피드백 디바이스들에 동등하게 적용된다는 것을 인지할 것이다.
본 명세서의 실시예들은 햅틱 피드백 시스템의 햅틱 주변 장치에 관한 것으로, 햅틱 주변 장치는 하우징 및 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소 또는 키를 포함한다. 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소는, 사용자로부터 입력을 수신하도록 구성되고, 사용자와 접촉하도록 구성된 사용자 접촉면을 가진 기계식 또는 스프링 기반의 키, 및 기계식 키의 사용자 접촉면 위에 통합된 스마트 재료 액추에이터를 포함한다. 스마트 재료 액추에이터는, 프로세서로부터 제어 신호를 수신하도록 구성되고, 프로세서로부터의 제어 신호에 응답하여 기계식 키의 키캡에 대해 사용자 접촉면의 적어도 일부분을 변형시키도록 구성되어, 햅틱 효과를 햅틱 주변 장치의 사용자에게 제공한다.
더 구체적으로, 도면들을 참조하면, 도 1은 햅틱 주변 장치(102), 호스트 컴퓨터(104), 및 디스플레이(106)를 포함하는 햅틱 피드백 시스템(100)의 개략도이다. 도 2는 도 1의 시스템의 블록도이다. 햅틱 주변 장치(102)는 비디오 또는 시각적 디스플레이(106) 상에서 사용자에게 가상 환경을 생성하도록 구성되는 호스트 컴퓨터 또는 컴퓨터 시스템(104)과 통신한다. 호스트 컴퓨터(104)는 비디오 게임 콘솔, 모바일 디바이스, 또는 디스플레이 상에서 사용자에게 가상 환경을 생성하도록 구성되는 프로세서를 포함하는 임의의 다른 유형의 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다. 도 2의 블록도에 도시된 바와 같이, 호스트 컴퓨터(104)는 호스트 프로세서(108), 메모리(110) 및 시각적 디스플레이(106)를 포함한다. 호스트 컴퓨터(104)는 메모리(110)에 저장되어 있고 호스트 프로세서(108)에 의해 실행되는 소프트웨어 애플리케이션을 실행한다. 호스트 프로세서(108)는, 임의의 유형의 범용 프로세서일 수 있거나, 햅틱 효과 신호를 제공하기 위해 특정하게 설계된 프로세서일 수 있다. 호스트 프로세서(108)는 전체 호스트 컴퓨터(104)를 작동시키는 프로세서와 동일하거나 별도의 프로세서일 수 있다. 호스트 프로세서(108)는 어떤 햅틱 효과를 햅틱 주변 장치(102)로 보낼지와 햅틱 효과를 어떤 순서로 보낼지 결정할 수 있다. 메모리(110)는 임의의 유형의 저장 디바이스 또는 컴퓨터 판독가능 매체일 수 있으며, 이는 랜덤 액세스 메모리(RAM) 또는 판독 전용 메모리(ROM) 등이지만 이에 한정되지는 않는다. 메모리(110)는 또한, 호스트 프로세서의 내부에 위치할 수 있거나, 내부 및 외부 메모리의 임의의 조합일 수 있다.
호스트 컴퓨터(104)는 유선 또는 무선 수단을 통해 시각적 디스플레이(106)에 결합된다. 시각적 디스플레이(106)는 그래픽 정보를 사용자에 제공하는 임의의 유형의 매체일 수 있으며; 이는 모니터, 텔레비전 스크린, 플라스마, LCD, 프로젝터, 헤드 마운티드 디스플레이, 가상 현실 디스플레이, 또는 임의의 다른 디스플레이 디바이스를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 일 실시예에서, 본 기술분야에서 공지된 바와 같이, 호스트 컴퓨터(104)는 게임 디바이스 콘솔이고, 시각적 디스플레이(106)는 게임 디바이스 콘솔에 결합되는 모니터이다. 또 다른 실시예에서, 본 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 바와 같이, 호스트 컴퓨터(104)와 시각적 디스플레이(106)는 단일 디바이스로 결합될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서, 호스트 컴퓨터(104)는 유선 또는 USB 접속(103)을 통해 햅틱 주변 장치(102)와 통신한다. 일 실시예에서, 유선 또는 USB 접속(103)은 햅틱 주변 장치(102)와 호스트 컴퓨터(104) 사이에서 신호들을 전달하고 또한 햅틱 주변 장치(102)에 전력을 제공한다. 스마트 재료 액추에이터(후술됨)와 같은 본 발명의 구성요소들은 일부 실시예들에서 유선 또는 USB 접속(103)을 통해 공급될 수 있는 전력을 필요로 한다. 일부 실시예들에서, 액추에이터의 전력은 커패시터 또는 하나 이상의 배터리와 같은 햅틱 주변 장치(102) 상에 제공된 전력 저장 디바이스에 의해 보충되거나 단독으로 공급될 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 햅틱 주변 장치(102)는 본 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 다른 유선 통신 또는 무선 통신 수단을 이용하여 호스트 컴퓨터(104)와 통신할 수 있다. 이것은 시리얼(serial) 또는 블루투스 접속을 포함할 수 있지만 이에 한정되지는 않는다. 또한, 호스트 컴퓨터(104)는 클라우드 내에 있을 수 있고, 따라서 로컬 방식으로 유선 또는 무선으로 접속되는 것이 요구되지 않는다.
도 2의 블록도에 도시된 바와 같이, 햅틱 주변 장치(102)는 접속(103)을 통해 호스트 컴퓨터(104)와 통신하는 로컬 프로세서(112), 로컬 메모리(114), 스마트 재료 액추에이터(120), 및 전신 햅틱 출력 디바이스(130)를 포함하지만, 전신 햅틱 출력 디바이스는 본 명세서에서 더 상세하게 설명될 모든 실시예들에서 요구되는 것은 아니다. 작동 시, 로컬 프로세서(112)는, 호스트 컴퓨터(104)로부터의 하이 레벨 관리 또는 스트리밍 명령들에 기초하여 제어 신호들을 제공하기 위해, 스마트 재료 액추에이터(120) 및 전신 햅틱 출력 디바이스(130)에 결합된다. 예를 들어, 작동 시, 호스트 컴퓨터(104)로부터 햅틱 주변 장치(102)로 전압 크기 및 지속기간이 스트리밍되고, 이 경우 로컬 프로세서(112)를 통해 스마트 재료 액추에이터(120) 및 전신 햅틱 출력 디바이스(130)에 정보가 제공된다. 호스트 컴퓨터(104)는 스마트 재료 액추에이터(120) 및/또는 전신 햅틱 출력 디바이스(130)에 의해 출력되어야 하는 햅틱 효과의 유형(예를 들어, 진동, 충격(jolt), 디텐트(detent), 팝(pop) 등)과 같은 하이 레벨 명령들을 로컬 프로세서(112)에 제공할 수 있고, 이로써, 로컬 프로세서(112)는 출력되어야 하는 햅틱 효과의 특정한 특성들(예를 들어, 크기, 주파수, 지속기간 등)에 관해 스마트 재료 액추에이터(120) 및/또는 전신 햅틱 출력 디바이스(130)에 지시한다. 로컬 프로세서(112)는 (도 2의 블록도에 도시된) 그것에 결합된 로컬 메모리(114)로부터 햅틱 효과의 유형, 크기, 주파수, 지속기간 또는 다른 특성들을 검색할 수 있다. 게다가, 호스트 컴퓨터(104)의 메모리(110)와 유사하게, 로컬 메모리(114)는, 예를 들어 랜덤 액세스 메모리(RAM) 또는 판독 전용 메모리(ROM) 등과 같지만 이에 한정되지 않는 임의의 유형의 저장 디바이스 또는 컴퓨터 판독 가능 매체일 수 있다. 로컬 메모리(114)는 또한, 로컬 프로세서의 내부에 위치할 수 있거나, 내부 및 외부 메모리의 임의의 조합일 수 있다. 호스트 프로세서(108)와 유사하게, 로컬 프로세서(112)는 또한 어떤 햅틱 효과들을 보낼지와 햅틱 효과들을 어떤 순서로 보낼지를 결정할 수 있다. 게다가, 로컬 프로세서(112)는 어느 햅틱 출력 디바이스(즉, 스마트 재료 액추에이터(120) 또는 전신 햅틱 출력 디바이스(130))가 제어 신호를 수신할 것인지를 결정할 수 있다. 본 명세서의 또 다른 실시예에서, 햅틱 주변 장치(102)는 로컬 프로세서(112)를 포함하지 않도록 구성되고, 이로써 햅틱 주변 장치(102)로부터의 모든 입/출력 신호들은 호스트 컴퓨터(104)에 의해 직접 취급되고 처리된다.
도 1 및 도 2의 실시예에서, 햅틱 주변 장치(102)는 하우징(116) 및 복수의 키를 포함하는 키보드 디바이스이고, 이들 중 하나 이상은 본 명세서에서 더 상세하게 기술되는 바와 같이 기계식 키(122)와 그 위에 통합되거나 내장된 스마트 재료 액추에이터(120)를 포함하는 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(101)이다. 사용자는 공지된 바와 같이 키보드의 키를 누름으로써 호스트 컴퓨터(104)에 입력을 제공한다. 환언하면, 키보드 디바이스의 키들은 키보드 디바이스의 키들 중 임의의 것의 누름을 감지하여 키 누름을 나타내는 신호를 로컬 프로세서(112) 및/또는 호스트 프로세서(108)에 제공하도록 구성된 대응하는 센서를 포함한다. 키 누름을 검출하기에 적합한 센서는 본 기술분야의 통상의 기술자에게 공지되어 있다. 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(101)를 포함하는 햅틱 주변 장치(102)의 키들은 각각, 본 기술분야에서 공지된 바와 같이 동작을 입력하거나, 또는 다르게 비디오 게임과 상호작용하고 가상 환경을 업데이트하도록 구성된다. 사용자 입력 요소의 움직임, 즉 햅틱 주변 장치(102)의 키를 누르는 것은, 사용자가 호스트 컴퓨터(104) 상에서 운영되는 소프트웨어 어플리케이션과 상호작용하도록 허용하는 사용자로부터의 입력을 나타내며, 이러한 어플리케이션은 1인칭 슈팅 게임(first person shooter), 3인칭 캐릭터 상호작용, 차량 관련 게임에 관련된 비디오 게임 또는 컴퓨터 시뮬레이션을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 햅틱 주변 장치(102)의 키를 누르는 것은, 커서 또는 다른 이미지와 같은 컴퓨터 생성 그래픽 객체, 또는 시각적 디스플레이(106)를 통해 호스트 컴퓨터(104)에 의해 디스플레이되는 일부 다른 그래픽 객체의 움직임, 또는 사람, 차량, 또는 게임 또는 컴퓨터 시뮬레이션에서 발견될 수 있는 일부 다른 개체와 같은 가상 캐릭터 또는 게임 아바타를 제어하는 것에 대응하는 입력을 호스트 컴퓨터(104)에 제공한다. 본 명세서에서, 키를 "누르는 것"은, 호스트 컴퓨터 또는 다른 컨트롤러에 입력 신호를 제공하기 위해 미리 정의된 키 또는 영역을 물리적으로 접촉하는 것을 포함하는 임의의 동작을 의미할 수 있고, 휴지 상태 또는 위치로부터 가압된 상태 또는 위치로 키를 물리적으로 이동하여 사용자 접촉 등을 감지하는 미리 정의된 영역과 접촉하는 것을 포함할 수 있다. 키 또는 버튼의 "누르기"에 대한 대체 용어는 푸쉬, 가압, 매쉬, 타격 및 펀치를 포함한다. 키보드는 풀 사이즈 키보드 또는 더 작은 버전(예를 들어, 숫자 키패드, 휴대용 키보드 등)일 수 있다.
전술한 바와 같이, 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(101)는 광범위한 햅틱 피드백 또는 효과들을 생성하기 위해 기계식 키(122)와 그 위에 통합되거나 내장된 스마트 재료 액추에이터(120)를 포함한다. 환언하면, 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(101)는 기계식 키를 통한 제1 유형의 촉각 또는 햅틱 피드백(즉, 기계식 키 또는 버튼 누름을 확인하기 위한 촉각 또는 햅틱 피드백), 및 스마트 재료 또는 압전 액추에이터를 통한 제2 유형의 햅틱 피드백(즉, 게임 상태 정보와 관련된 프로그램 가능한 햅틱 피드백)을 제공하여 사용자의 햅틱 경험을 향상시키기 위해 기계식 키와 프로그램 가능한 압전 키를 결합한다. 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(101)는 기계식 키 또는 버튼을 갖는 임의의 햅틱 주변 장치 상에 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(101)는 키보드의 하나 이상의 키, 게임 컨트롤러의 버튼 또는 트리거, 및/또는 컴퓨터 마우스의 버튼으로서 구현될 수 있다. 더 구체적으로는, 키보드로서 도시되어 있지만, 본 기술분야의 통상의 기술자는, 햅틱 주변 장치(102)가 햅틱 주변 장치의 단지 예시적인 것에 불과하고, 다른 구성, 형상 및 크기를 갖는 햅틱 주변 장치가 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 예를 들어, 본 명세서에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 햅틱 주변 장치는 비디오 게임 콘솔 시스템에 현재 이용 가능한 많은 "게임 패드"와 유사한 형상 및 크기의 도 13 내지 도 15에 도시된 바와 같은 게임 시스템용 휴대용 게임 컨트롤러(1302), 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같은 태블릿 컴퓨터(1604)와 함께 사용될 수 있는 햅틱 주변 장치(1602), 또는 모바일 폰, PDA(personal digital assistants), 태블릿, 컴퓨터, 게임 주변 장치, 컴퓨터 마우스와 같은, 그러나 이들에 한정되지 않는 다른 컨트롤러들, 및 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 공지된 가상 현실 시스템용 다른 컨트롤러일 수 있다.
햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(101)는 도 3을 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다. 도 3은 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(101)의 개략 사시도이고, 사용자와 접촉하도록 구성된 사용자 접촉면(126)을 가진 키캡(123)을 갖는 기계식 또는 스프링 기반의 키(122), 및 기계식 키(122)의 사용자 접촉면(126) 위에 통합된 스마트 재료 또는 압전 액추에이터(120)를 포함한다. 스마트 재료 액추에이터(120)는 기계식 키(122)의 사용자 접촉면(126) 내로 또는 그 위에 직접 통합되거나 내장된다. 기계식 키(122)의 사용자 접촉면(126)은, 일반적으로 평탄하거나, 인간의 손가락 또는 손을 수용하여 쉽게 아래로 눌러지도록 하기 위해 성형된다. 본 기술분야에 공지된 바와 같이, 기계식 키는, 전형적으로 플라스틱 또는 금속과 같은 단단한 재료로 형성되고, 사용자에 의해 또는 스마트 재료 액추에이터(120)에 의해 힘이 가해지지 않을 때 키 또는 버튼을 휴지 또는 눌러지지 않은 상태로 되돌리는 스프링 요소를 포함한다. 이러한 실시예에서, 기계식 키(122)의 스프링 요소는 키 또는 버튼을 휴지 또는 눌러지지 않은 상태로 탄력 있게 되돌아 오는 스냅 돔(124)을 포함한다. 따라서, 키 또는 버튼은 그것에 힘이 가해지지 않을 때 휴지 또는 눌러지지 않은 상태이고, 휴지 또는 눌러지지 않은 상태에서 바이어스되는 것으로 간주될 수 있다. 스냅 돔(124)은 압축될 때 사용자에게 선명하고 확실한 촉각 피드백을 제공하는 스테인리스 스틸의 성형된 조각일 수 있거나, 대안적으로, 고무 또는 폴리우레탄 재료로 형성될 수 있다. 그러나, 기계식 키(122)는 키 또는 버튼을 휴지 또는 눌러지지 않은 상태로 되돌리기 위해 상이한 스프링 요소를 포함 할 수 있다. 예를 들어, 도 5a 및 도 5b의 실시예에 도시된 바와 같이, 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(101)의 기계식 키는 베이스, 스프링 및 스템으로 구성된 스위치를 포함하는 기계식 스위치 키일 수 있다. 스템의 형상에 따라, 기계식 스위치 키는 가변 작동 및 주행 거리를 갖고, 스프링의 저항에 따라 기계식 스위치 키가 작동하려면 상이한 압력 양을 요구한다. 기계식 키보드는 키캡의 제거 및 교체를 허용한다.
이제 스마트 재료 또는 압전 액추에이터(120)는 도 4, 도 4a 및 도 4b와 관련하여 더 상세하게 설명될 것이다. 도 4는 변형 가능 기판(118)의 일부 및 스마트 재료 액추에이터(120)의 분해 사시도이다. 도 4a는 도 4의 구성요소들이 함께 결합된 것의 사시도이고, 도 4b는 가해진 전하 또는 전기장에 응답하여 구부러진 후의 도 4a의 사시도이다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "스마트 재료"는 전기장 또는 전류가 인가될 때 이동하는 재료이다. 스마트 재료 액추에이터는 전하가 가해질 때 크기 또는 형상의 변화를 나타내는 특성을 갖는다. 환언하면, 스마트 재료 액추에이터들은 그것들에 전하가 가해질 때 기계식 변형을 보인다. 본 명세서에서 사용될 수 있는 스마트 재료는 압전 재료, 매크로 섬유 복합체(MFC) 재료, 전기 활성 중합체(EAP), 겔, 형상 기억 합금, 플렉시놀(Flexinol) 또는 전기장 또는 전류가 가해질 때 이동하는 또 다른 유형의 재료를 포함한다. 스마트 재료 액추에이터(120)는, 변형 가능 기판(118)의 하나 이상의 표면에 접착제를 통해 접합되거나, 또는 다르게 결합된다. 변형 가능 기판(118)은, 스마트 재료 액추에이터(120)와 함께 휘어지거나 구부러질 수 있어 그것의 움직임 및 접촉 힘을 사용자에게 제공하도록 고무 또는 중합체와 같은 가요성 재료로 이루어진다. 전하가 스마트 재료 액추에이터(120)에 가해질 때, 스마트 재료 액추에이터(120)는 도 4b에 도시된 바와 같이 변형되고 구부러져, 변형 가능 기판(118)의 일부분을 또한 구부린다. 입력 전기 신호에 기초하여 힘 및 변형을 출력하는 스마트 재료 또는 압전 액추에이터들의 동작은 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 공지되어 있다. 압전 재료는 매우 얇고 작게 만들어질 수 있어, 휴대용 전자 디바이스들을 위한 전형적인 소형 하우징들에서의 그것의 사용을 허용한다.
스마트 재료 액추에이터(120)를 기계식 키(122)의 접촉면(126) 내로 또는 그 위에 통합하거나 내장하기 위해서, 기계식 키(122)는 사용자 접촉면(126)의 일부를 따라 일체형으로 형성된 변형 가능 기판(118)으로 형성될 수 있고, 이어서 스마트 재료 액추에이터(120)가 변형 가능 기판에 접합된다. 환언하면, 기계식 키(122)의 적어도 상면(즉, 사용자 접촉면(126))은 햅틱 효과를 생성하고 변형 가능 기판(118)으로서 작동하도록 충분히 변형 가능하다. 스마트 재료 액추에이터(120)는 사용자 접촉면(126)에 직접 내장되어 기계식 키의 키캡이 변형 가능 기판(118)을 제공한다. 대안적으로, 스마트 재료 액추에이터가 기계식 키(122)의 사용자 접촉면(126) 위에 퇴적되고 절연체 층으로 덮일 수 있어, 적어도 절연체는 사용자와 스마트 재료 액추에이터(120) 사이에 있다. 절연체 층은 플라스틱 또는 중합체 재료를 포함하는 임의의 유형의 전기 절연체 재료로 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 기계식 키(122)의 키캡의 일부분은 제거될 수 있어, 기계식 키(122)의 사용자 접촉면(126)에 개구부를 형성하고, 그것에 스마트 재료 액추에이터(120)가 접합된 변형 가능 기판(118)이 개구부 내에 위치된다. 그 후에, 스마트 재료 액추에이터(120)가 접합된 변형 가능 기판(118)은, 기계식 키(122)에 결합되고, 그것에 대해 이동 가능할 수 있어, 변형 가능 기판(118)은 스마트 재료 액추에이터(120)와 함께 휘어지거나 구부러질 수 있다. 예를 들어, 스마트 재료 액추에이터(120)가 접합된 변형 가능 기판(118)은, 휘어지거나 이동 가능한 결합(도시되지 않음)을 통해 기계식 키(122)에 결합될 수 있다.
스마트 재료 액추에이터(120)에 전하를 가하기 위하여, 햅틱 피드백 시스템(100)은, 스마트 재료 액추에이터(120)에 전기 신호들을 제공하여 스마트 재료 액추에이터(120)로 하여금 사용자에게 햅틱 피드백 또는 효과들을 생성하도록, 변형 가능 기판의 원하는 움직임을 유도하게 하는 제어 하드웨어 및 소프트웨어를 포함한다. 더 구체적으로, 햅틱 피드백 시스템(100)은, 스마트 재료 액추에이터(120)에 전하를 공급하기 위한 전원을 포함하고, 햅틱 피드백 시스템(100)은 또한, 그 전원을 제어하고 따라서 가해진 전하의 크기 및 주파수를 결정하는 호스트 프로세서(104) 및/또는 로컬 프로세서(112)를 포함한다. 따라서, 전원은 호스트 프로세서(104) 및/또는 로컬 프로세서(112)로부터의 제어 신호를 수신하도록 구성되고 호스트 프로세서(104) 및/또는 로컬 프로세서(112)로부터 수신된 제어 신호에 따라 스마트 재료 액추에이터에 전하를 가하도록 구성된다. 전원은 햅틱 주변 장치(102) 또는 호스트 컴퓨터(104) 내에 위치할 수 있다. 스마트 재료 액추에이터(120)는 전원으로부터 가해진 전하에 응답하여 변형되거나 구부러진다. 변형 가능 기판(118)이 스마트 재료 액추에이터(120)에 결합됨으로 인해, 스마트 재료 액추에이터(120)에 의해 생성된 임의의 힘들 및/또는 변형은 변형 가능 기판(118)에 직접 가해진다. 스마트 재료 액추에이터(120)에 결합된 변형 가능 기판(118)의 일부분도 스마트 재료 액추에이터(120)와 함께 구부러지거나 변형된다. 이렇게, 스마트 재료 액추에이터(120)는, 호스트 프로세서(104) 및/또는 로컬 프로세서(112)로부터의 제어 신호에 응답하여, 하우징(116)에 대해 변형 가능 기판(118)을 변형시켜, 햅틱 주변 장치(102)의 사용자에게 햅틱 효과를 제공한다. 사용자가 호스트 컴퓨터(104)에 입력을 제공할 때, 기계식 키(122) 및 그것의 키캡(123)은 하우징(116)에 대해 이동하고, 스마트 재료 액추에이터(120)는 기계식 키(122) 및 그것의 키캡(123)에 대해 이동하거나 변형하여 국지화된 햅틱 효과들을 사용자에게 제공한다.
햅틱 효과, 즉, 변형 가능 기판(118)의 변형은 변형 햅틱 효과로 간주될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는, "변형" 햅틱 효과들은 스마트 재료 액추에이터가 변형 가능 기판에 직접 힘을 가하여 변형 가능 기판을 구부리거나, 변형시키거나, 또는 다르게 움직여, 사용자에게 느껴지는 변형 햅틱 효과들을 야기하는 효과들을 포함한다. 본 명세서의 실시예들에 의해 생성된 변형 햅틱 효과들이 사용자에게 느껴지는 것은 스마트 재료 액추에이터가 사용자와 직접 접촉하는 변형 가능 기판을 직접 구동하거나, 변형시키거나, 또는 다르게 움직이기 때문이다. 변형 햅틱 효과들은 변형이 밀리미터 크기인 매크로 변형이거나 변형이 마이크로미터 크기인 마이크로 변형일 수 있다. 매크로 변형 햅틱 효과들의 예는, 가상 버튼 또는 트리거 누름(즉, 사용자에 의해 총이 발사됨) 또는 가상 요소들 사이의 충돌(즉, 총알, 성벽, 또는 다른 객체가 사용자의 캐릭터 또는 차량에 충격을 줌)과 연계된 단일의 상대적으로 큰 변형을 통한 충격을 포함한다. 또 다른 게임 예에서, 햅틱 효과들은, 스크린에 걸친 가상 요소들의 움직임, 또는 다른 유형의 스크린 움직임들과 연계된 다수의 상대적으로 작은 또는 마이크로 변형을 통한 진동을 포함한다.
변형 햅틱 효과들의 추가적인 예들은 스마트 재료 액추에이터(120) 및 변형 가능 기판(118)의 변형이 크기와 주파수 양쪽 모두에서, 심박동 신호의 패턴을 따르는 심박동 햅틱 효과, 및/또는 스마트 재료 액추에이터(120) 및 변형 가능 기판(118)의 변형이 가상 현실 환경에서 당신의 손에서 호흡하고 있는 작은 생물의 패턴을 따르는 호흡 햅틱 효과를 포함한다. 그러한 햅틱 피드백 또는 효과들은 햅틱 피드백 시스템(100)의 사용자에게 더 직감적이고, 매력적이고, 자연스런 경험을 허용하고, 따라서 사용자와 햅틱 피드백 시스템(100) 사이의 상호작용들이 햅틱 효과들에 의해 제공되는 촉각 피드백을 통하여 상당히 향상된다.
유리하게는, 스마트 재료 액추에이터(120)에 의해 출력되는 햅틱 효과들은, 순간적이거나 일시적이고, 기계식 키(122)가 휴지 또는 눌러지지 않은 상태일 때, 기계식 키(122)가 아래로 눌러지고 있을 때, 및/또는 기계식 키(122)가 아래로 눌러진 또는 가압된 상태일 때, 출력될 수 있다. 도 5a를 참조하면, 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(101)는 그것의 휴지 또는 눌러지지 않은 상태로 도시되어 있고, 스마트 재료 액추에이터(120)는 가상으로 햅틱 효과들을 제공하기 위해 구부러지거나 변형되는 것으로 도시되어 있으며, 반면에 도 5b는, 사용자에 의한 하향 힘(128)이 그것에 가해진 후의, 그것의 아래로 눌러진 또는 가압된 상태의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(101)를 도시하고, 스마트 재료 액추에이터(120)는 가상으로 햅틱 효과들을 제공하도록 구부러지거나 변형된 것으로 도시되어 있다. 기계식 키(122)가 그것에 외부 힘이 가해지지 않고 그것의 휴지 또는 눌러지지 않은 위치에 있을 때 햅틱 효과들을 출력함으로써, 스마트 재료 액추에이터(120)는, 갑작스런 이벤트들(즉, 부딪힘, 충돌 또는 예상치 못한 다른 접촉)과 관련된 경고 또는 경보, 또는 상태 천이와 같은 게임 상태 정보와 관련된 피드백을 사용자에게 제공하기 위해, 햅틱 효과들을 출력하거나 재생할 수 있다. 기계식 키(122)가 아래로 눌러지고 있을 때 햅틱 효과들을 출력함으로써, 스마트 재료 액추에이터(120)는 버튼 누름의 느낌 또는 강성을 프로그래밍 방식으로 변경하도록 구성된다. 또한, 기계식 키(122)가 아래로 눌러진 또는 가압된 위치에 있을 때 햅틱 효과들을 출력함으로써, 프로그램 가능한 촉각 효과들이 스마트 재료 액추에이터(120)를 통해 계속될 수 있어 이동 속도 또는 상태 천이와 같은 게임 상태 정보와 관련된 피드백을 사용자에게 제공한다. 예를 들어, PC 게임 예에서 "W", "A", "S" 및 "D" 키는 주로 다양한 비디오 게임에서 이동을 위해 사용되므로 이러한 키들은 종종 긴 기간 동안 눌러진 채로 유지된다. 기계식 키(122)가 아래로 눌러진 또는 가압된 위치로 유지될 때 프로그램 가능한 햅틱 효과들을 스마트 재료 액추에이터(120)를 통해 출력하는 것은, 건강 상태, 무기 재충전 속도 등과 같은, 게임 정보에서의 이동 속도, 상태 천이 또는 다른 것을 나타내는데 유용하다. 일시적인 햅틱 효과들은, 사용자에게 전달될 수 있는 매우 다양한 키 누름 감각을 야기하기 위해, 상이한 햅틱 파형일 수 있거나, 버튼 또는 키의 스로(throw)의 상이한 위치에서 시간에 맞춰 발생할 수 있다. 키 스트로크는 달리기, 걷기 등과 같은 상이한 기능을 나타내기 위해 상이한 힘 프로파일을 가질 수 있다. 이러한 힘 프로파일들은 상이한 일시적인 햅틱 효과들을 스마트 재료 액추에이터(120)를 통해 재생함으로써 생성된다. 소정 조합의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소들이 눌러지면 상이한 햅틱 효과들이 재생되거나 출력될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 대각선으로 움직이고, 따라서, 2개의 키를 누르는 경우, 출력되거나 재생되는 햅틱 감각 또는 효과에 비해, 사용자가 앞으로 움직이고 따라서 단일 키만을 누르는 경우에는, 상이한 햅틱 감각 또는 효과가 출력되거나 재생된다. 일 실시예에서, "W" 키가 계속해서 아래로 눌러지고 있을 때 스마트 재료 액추에이터(120) 및 변형 가능 기판(118)의 변형이 걷기 속도를 나타내는 걷기 햅틱 효과가 출력되거나 재생될 수 있다. 사용자는 앞으로 움직이기 위해 "W" 키를 아래로 눌러서 유지하고, 순간적인 일련의 햅틱 효과들이 그의 움직임의 속도를 나타내기 위해 재생될 것이다.
전술한 바와 같이, 햅틱 주변 장치(102)는 국지화된 햅틱 효과들을 제공하는 스마트 재료 액추에이터(120) 이외에 전신 햅틱 출력 디바이스(130)를 포함한다. 전신 햅틱 효과들은 럼블 햅틱 효과들 및 고선명 햅틱 효과들을 포함하며, 이들은 하우징(116)에 출력된다. 따라서, 햅틱 주변 장치(102)는 전체 디바이스 또는 하우징 상에 햅틱 효과를 생성하거나 출력하는 전신 햅틱 출력 디바이스(130)를 포함하고, 스마트 재료 액추에이터(120)는 기계식 키(122)에 국지화된 햅틱 효과를 생성하거나 출력한다. 더 구체적으로는, 도 3의 단면도에 도시된 바와 같이, 전신 햅틱 출력 디바이스(130)는 하우징(116) 내에 위치되고 스마트 재료 액추에이터(120)에 의해 제공되는 변형 햅틱 효과들 이외에 진동 햅틱 효과들을 사용자에게 제공하도록 구성된다. 전신 햅틱 출력 디바이스(130)는 햅틱 주변 장치(102)의 전체 하우징에 일반 또는 럼블 햅틱 효과들 및 고선명 햅틱 효과들을 제공하는 역할을 한다. 따라서, 전신 햅틱 출력 디바이스(130)는 호스트 프로세서(104) 및/또는 로컬 프로세서(112)로부터 제2 제어 신호를 수신하고 제2 제어 신호에 응답하여 하우징(116)에 제2 햅틱 효과를 출력하도록 구성되는 럼블 액추에이터로 간주될 수 있다. 전신 햅틱 출력 디바이스(130)는 호스트 컴퓨터(104)로부터의 하이 레벨 관리 또는 스트리밍 명령들에 기초하여 호스트 프로세서(104) 및/또는 로컬 프로세서(112)로부터 제어 신호들을 수신한다. 예를 들어, 작동 시, 호스트 컴퓨터(104)로부터 햅틱 주변 장치(102)로 전압 크기 및 지속기간이 스트리밍되고, 이 경우 정보가 로컬 프로세서(112)를 통해 전신 햅틱 출력 디바이스(130)에 제공된다. 호스트 컴퓨터(104)는 전신 햅틱 출력 디바이스(130)에 의해 출력되어야 하는 햅틱 효과의 유형(예를 들어, 진동, 충격, 디텐트, 팝 등)과 같은 하이 레벨 명령들을 로컬 프로세서(112)에 제공할 수 있고, 이로써, 로컬 프로세서(112)는 출력되어야 하는 햅틱 효과의 특정한 특성들(예를 들어, 크기, 주파수, 지속기간 등)에 관해 전신 햅틱 출력 디바이스(130)에 지시한다. 전신 햅틱 출력 디바이스(130)는 전자기 모터, 편심 질량이 모터에 의해 이동되는 편심 회전 질량("ERM") 액추에이터, 스프링에 부착된 질량이 앞뒤로 구동되는 선형 공진 액추에이터("LRA"), 진동 촉각 액추에이터, 다른 적절한 유형의 작동 디바이스를 포함할 수 있다. 전신 햅틱 출력 디바이스(130)는 사용자에게 진동촉각 피드백을 제공하는 관성 액추에이터로서 구현된다. 따라서, 스마트 재료 액추에이터(120)들은 전신 햅틱 출력 디바이스(130)에 의해 생성되는 일반 또는 럼블 햅틱 피드백과 독립적인 그리고 그에 상보적인 국지화된 변형 햅틱 효과들 또는 감각들을 사용자에게 제공한다.
다수의 햅틱 주변 장치가 사용되는 경우, 공간성 또는 방향성 햅틱 효과들이 출력되거나 재생될 수 있다. 예를 들어, 사용자는 햅틱 키보드 및 햅틱 마우스 둘 다 사용하여 비디오 게임을 할 수 있다. 각각의 햅틱 주변 장치에 대한 햅틱 효과 제어 신호들은 컴퓨터 제어되는 캐릭터 또는 객체의 좌측 및 우측에서 발생하는 방향성 이벤트들(즉, 캐릭터의 좌측은 비디오 게임에서 무언가에 의해 부딪히거나 타격됨)에 대응할 수 있다. 컴퓨터 제어되는 캐릭터 또는 객체가 비디오 게임에서 우측으로부터 타격을 받는다면, 햅틱 효과들은 사용자가 그의 오른손을 두고 있는 햅틱 키보드 상에서 재생될 수 있다. 컴퓨터 제어되는 캐릭터 또는 객체가 비디오 게임에서 좌측으로부터 타격을 받는다면, 사용자가 그의 왼손을 두고 있는 햅틱 마우스 상에서, 햅틱 효과들이 재생될 수 있다.
본 명세서의 도 6a 및 도 6b에 도시된 실시예에서, 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(101)는, 사용자에게 변형 햅틱 효과들을 제공하기 위한 스마트 재료 액추에이터(120) 이외에, 기계식 키(122)에 결합된 제동 액추에이터(129)를 추가로 포함한다. 제동 액추에이터(129)는 기계식 키(122)를 가압된 또는 아래로 눌러진 상태로 유지하여 사용자에게 비활성 상태를 나타내도록 구성된다. 환언하면, 제동 액추에이터(129)는 임의의 사용자 힘이 그것에 가해지지 않고도 기계식 키(122)를 가압된 상태 또는 아래로 눌러진 상태로 유지하도록 구성된다. 도 6a를 참조하면, 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(101)는 그것의 휴지 또는 눌러지지 않은 상태로 도시되어 있고, 반면에 도 6b는 제동 액추에이터(129)가 그것에 하향 힘(128)을 가하여 유지한 후의, 그것의 아래로 눌러진 또는 가압된 상태의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(101)를 도시한다. 제동 액추에이터(129)는, 특정한 햅틱적으로 향상된 사용자 요소와 연관된 기능이 이용 불가능하면, 특정한 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(101)를 비활성화 또는 불활성화하는데 유용하다. 더 구체적으로는, 게임 햅틱 주변 장치의 대부분의 버튼 또는 트리거는 특정한 능력 또는 기능과 연관되고 이들은 해당 능력들이 활성화될 수 없거나 사용될 수 없는 "재사용대기(cool down)" 또는 "재충전" 기간을 포함한다. 재사용대기 기간 동안, 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(101)는, 제동 액추에이터(129)를 통해 가압된 상태로 유지되어, 사용자가 기계식 키(122)를 더 아래로 움직일 수가 없다. 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(101)가 제동 액추에이터(129)를 통해 가압된 상태로 유지되면, 해당 능력이 사용될 수 없다는 것이 사용자에게 시각적으로 그리고 햅틱적으로 통지된다. 그 능력이 다시 이용 가능하면, 제동 액추에이터(129)는 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(101)를 해제하여 그것은 도 6a의 (사용자에 의해 기계식 키(122)가 선택적으로 가압되는 것을 허용하는) 그것의 휴지 또는 눌러지지 않은 위치로 되돌아가고, 따라서 사용자에게 해당 능력이 다시 이용 가능함을 시각적으로 그리고 햅틱적으로 통지한다. 예를 들어, DOTA2 또는 League of Legends와 같은 멀티플레이어 온라인 전투 아레나 비디오 게임에서, 플레이어들은 재사용대기 또는 재충전 기간을 이용하는 그들의 캐릭터 특수 능력에 특정 키를 매핑할 수 있다. 제동 액추에이터(129)는 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(101)와 연관된 기능 또는 능력의 상태를 시각적으로 그리고 햅틱적으로 나타내는데 사용된다.
본 발명의 실시예에서, 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(101)는 제동 액추에이터(129)를 통해 부분적으로 가압된 상태로 유지될 수 있다. 환언하면, 제동 액추에이터(129)는 도 6a의 눌러지지 않은 위치와 도 6b의 아래로 눌러진 또는 가압된 위치 사이의 중간과 같은, 그러나 이에 한정되지 않는 특정한 위치에 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(101)를 고정하도록 구성된다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 제동 액추에이터(129)는 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(101)를 단지 부분적으로 제동하도록 구성되어, 사용자 입력 요소가 눌러질 수 있지만 그것의 강성은 증가된다.
제동 액추에이터(129)는 솔레노이드, 스마트 재료 컬러 스타일 브레이크(smart material collar style brake), 또는 본 기술분야에서 공지된 다른 제동 액추에이터일 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 제동 액추에이터(129)는 자기적이고, 또한 사용자에 의한 기계식 키의 누름 동안, 기계식 키(122)의 강성을 변조하도록 구성된다. 예를 들어 도 6c는 제동 액추에이터로서 솔레노이드(670C)를 갖는 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(601C)의 개략 측면도이다. 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(601C)는 사용자와 접촉하도록 구성된 사용자 접촉면(626C)을 가진 키캡(623C)을 갖는 기계식 또는 스프링 기반의 키(622C), 및 기계식 키(622C)의 사용자 접촉면(626C)에 통합된 스마트 재료 또는 압전 액추에이터(도 6c의 측면도에서는 보이지 않음)를 포함한다. 기계식 키(622C)는 키캡(623C)에 부착된 제1 단부 및 스프링(673C)에 부착된 제2 단부를 갖는 포스트 또는 스템(671C)을 포함한다. 기계식 키(622C)가 방향성 화살표(628C)로 표시된 바와 같이 아래로 눌러지거나 가압되면, 스프링(673C)은 압축되고 스템(671C)은 하우징의 리셉터클(672C)에 대해 이동한다. 솔레노이드(670C)는 리셉터클(672C)의 외부에 위치한다. 작동 시, 솔레노이드(670C)는 방향성 화살표(678C)로 표시된 바와 같이 측 방향 또는 나란한 방향으로 이동하고, 솔레노이드의 샤프트(676C)는 리셉터클(672C)의 측벽을 통해 형성된 슬롯 또는 개구(674C)를 통과한다. 샤프트(676C)는 스템(671C)을 눌러서 그것의 움직임을 완전히 또는 부분적으로 정지시킨다. 더 구체적으로는, 솔레노이드(670C)는 도 6a의 눌러지지 않은 위치와 도 6b의 아래로 눌러진 또는 가압된 위치 사이의 중간과 같은, 그러나 이에 한정되지 않는 특정한 위치에 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(601C)를 고정하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 솔레노이드(670C)는 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(601C)를 단지 부분적으로 제동하도록 구성되어, 사용자 입력 요소가 눌러질 수 있지만 그것의 강성은 증가될 수 있다.
도 6d 내지 도 6e에 도시된 본 명세서의 또 다른 실시예에서, 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(601CD)는 제동 액추에이터로서 스마트 재료 컬러 스타일 브레이크(680)를 갖는다. 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(601D)는, 사용자와 접촉하도록 구성된 사용자 접촉면(626D)을 가진 키캡(623D)을 갖는 기계식 또는 스프링 기반의 키(622D), 및 기계식 키(622D)의 사용자 접촉면(626D) 위에 통합된 스마트 재료 또는 압전 액추에이터(명료성을 위해 도시되지 않음)를 포함한다. 기계식 키(622D)는 포스트 또는 스템(671D)을 포함하고 스마트 재료 컬러 스타일 브레이크(680)는 스템(671D) 둘레에서 원주 방향으로 배치된다. 작동 시, 스마트 재료 컬러 스타일 브레이크(680)는 스템(671D) 둘레에서 압축되어, 스마트 재료 컬러 스타일 브레이크(680)의 단부가 방향성 화살표(678D)로 표시된 바와 같이 함께 더 가깝게 또는 더 멀리 이동한다. 스마트 재료 컬러 스타일 브레이크(680)는 그 움직임을 전체적으로 또는 부분적으로 정지하기 위해서, 스템(671D) 둘레에서 움츠러들거나 압축한다. 더 구체적으로는, 스마트 재료 컬러 스타일 브레이크(680)는 도 6a의 눌러지지 않은 위치와, 도 6b의 누름 또는 가압된 위치 사이의 중간과 같은, 그러나 이에 한정되지 않는 특정한 위치에 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(601D)를 고정하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 스마트 재료 컬러 스타일 브레이크(680)는 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(601D)를 단지 부분적으로 제동하도록 구성되어 사용자 입력 요소가 가압될 수 있지만 그의 강성은 증가된다.
특히, 스마트 재료 액추에이터(120)는, 제동 액추에이터(129)가 기계식 키(122)를 가압된 또는 아래로 눌러진 위치로 유지하는 동안, 여전히 변형 햅틱 효과를 출력하거나 재생할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서, 수 개의 인접한 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(101)는 그것들 각각의 제동 액추에이터를 통해 가압된 위치에서 동시에 아래로 유지될 수 있어, 스크롤링 입력 또는 명령들을 위한 연속적인 입력면을 형성하고, 그것들 각각의 스마트 재료 액추에이터(120)는, 스크롤 입력 또는 명령들을 햅틱적으로 확인하기 위해, 햅틱 효과들을 출력할 수 있거나 재생할 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 사용자에게 비활성 상태를 나타내기 위해 기계식 키를 가압된 또는 아래로 눌러진 상태로 유지하도록 구성되는 제동 액추에이터를 포함하는, 상기 기계식 키는, 사용자를 통해 초기에 가압된 또는 아래로 눌러진 상태로 들어갈 수 있다. 따라서, 사용자가 기계식 키를 아래로 누르면, 제동 액추에이터가 그 후에 기계식 키를 가압된 또는 아래로 눌러진 위치로 유지하여 사용자에게 비활성 상태를 나타낸다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 기계식 키는, 프로그래밍 방식으로 기계식 키를 가압된 또는 아래로 눌러진 상태로 이동시키는 추가적인 액추에이터를 통해, 초기에 가압된 또는 아래로 눌러진 상태로 들어갈 수 있다. 이러한 실시예에서는, 사용자가 초기에 기계식 키를 아래로 누르는 것을 필요로 하지 않고, 오히려 추가적인 액추에이터가 기계식 키를 가압된 또는 아래로 눌러진 상태로 강제하고, 그 후에 제동 액추에이터가 기계식 키를 가압된 또는 아래로 눌러진 위치로 유지하여 사용자에게 비활성 상태를 나타낸다.
일 실시예에서, 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소는 모듈식이고, 사용자에 의한 햅틱 주변 장치의 표준 기계식 키 또는 버튼을 선택적으로 대체하도록 구성된다. 모듈식의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소는 햅틱적으로 가능하게 되는 "특수" 또는 "핫" 키이고, 키보드 상의 특정 위치로 선택적으로 이동할 수 있어 햅틱적으로 가능하게 되는 키의 특정 위치가 결정되거나 선택된다. 예를 들어, PC 게임 예에서, "W", "A", "S" 및 "D" 키는 주로 다양한 비디오 게임에서 이동을 위해 사용되므로 이러한 키들은 종종 긴 기간 동안 눌러진 채로 유지된다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 표준 "W", "A", "S" 및 "D" 키를, 스마트 재료 액추에이터가 통합된 하나 이상의 모듈식의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(들)로 대체하는 것이, 바람직할 수 있다. 통합된 스마트 재료 액추에이터로 모든 기계식 키 또는 버튼을 형성하기 보다는, 비용 및/또는 전력 요건을 줄이기 위해 단일 키보드는 하나 이상의 모듈식의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(들)를 특징으로 할 수 있다. 더 구체적으로는, 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(101)의 모듈식 특성은 도 7 내지 도 9b와 관련하여 더 상세하게 설명된다. 도 7은 복수의 키 베이스(731)를 갖는 모듈식 키보드(702)의 사시도이고, 도 7a는 모듈식 키보드(702)의 단일 키 베이스(731)의 확대 사시도이다. 도 8a 및 도 8b는 모듈식 키보드(702)를 위한 모듈식의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(701)의 사시도이다. 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(101)와 유사하게, 모듈식의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(701)는, 사용자와 접촉하도록 구성된 사용자 접촉면(726)을 가진 키캡(723)을 갖는 기계식 또는 스프링 기반의 키(722), 및 기계식 키(722)의 사용자 접촉면(726) 위에 통합된 스마트 재료 액추에이터(720)를 포함한다. "W", "A", "S" 및 "D" 키 조합에 대하여 전술하였지만, 본 기술분야의 통상의 기술자 는 임의의 특정한 키 조합이 매핑될 수 있다는 것을 명백히 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 다른 비디오 게임에서는, "Q", "W", "E" 및 "R"의 키 조합을 매핑하는 것이 바람직하다.
이러한 실시예에서, 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(701)는 클립 또는 포스트(732)를 통해 키 베이스(731)에 선택적으로 결합되도록 구성된다. 더 구체적으로는, 도 7a, 도 8a 및 도 8b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 키 베이스(731)는 클립 또는 포스트(732)를 포함하고, 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(701)는 정합 또는 결합 키 리셉터클(734)을 갖는다. 키 리셉터클(734)은 기계식 키(722)와 키 베이스(731)를 함께 결합하기 위해 클립 또는 포스트(732)를 수용하도록 구성된다. 대안적으로, 또 다른 실시예에서, 기계식 키는 클립 또는 포스트를 포함할 수 있고, 한편 키 베이스는 정합 또는 결합 키 리셉터클을 포함한다. 예를 들어, 키 리셉터클 또는 베이스(931)와 모듈식의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(901) 사이의 접속부의 개략 측면도인 도 9에 도시된 바와 같이, 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(901)는 포스트 또는 스템(971)을 갖는 기계식 키(922)를 포함하고, 키 베이스(931)는 정합 또는 결합 키 리셉터클(972)을 포함한다. 기계식 키(922)와 키 베이스(931)는, 함께 결합될 때, 모듈식의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(901)의 스마트 재료 액추에이터(920)를 구동하기 위해 최소 2개의 접속부를 갖는다. 포스트 또는 스템(971)은 기계식 키(922)의 키캡(923)에 부착된 제1 단부 및 스프링(973)에 부착된 제2 단부를 갖는다. 기계식 키(922)가 방향성 화살표(928)로 표시된 바와 같이 아래로 눌러지거나 가압되면, 스프링(973)은 압축되고 스템(971)은 키 베이스(931)의 리셉터클(972)에 대해 이동한다. 제1 와이어(984)는 스템(971)을 통해 연장되어 스템(971)에 결합된 제1 전극(980)과 스마트 재료 액추에이터(920)를 전기적으로 접속하고, 제2 와이어(986)는 스템(971)을 통해 연장되어 스템(971)에 결합된 제2 전극(981)과 스마트 재료 액추에이터(920)를 전기적으로 접속한다. 스템(971)이 키 베이스(931)의 리셉터클(972) 내에 삽입될 때, 스템(971)에 부착된 제1 및 제2 전극(980, 981)들은 키 베이스(931)의 리셉터클(972)의 내부면에 결합된 제1 및 제2 전극(982, 983)에 접촉하여 전기적으로 접속하도록 구성된다. 기계식 키(972)의 제1 및 제2 전극(980, 981)들은 모듈식의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(901)의 스마트 재료 액추에이터(920)에 필요한 전력 및 프로세서 명령들을 공급하기 위해 키 베이스(931)의 제1 및 제2 전극(982, 983)들과 인터페이스하여 물리적으로 터치하거나 접촉한다. 와이어(984, 986) 이외에, 모듈식의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(901)는, 조명, 식별 등을 위해 기계식 키(922)와 키 베이스(931) 사이의 통신을 제공하기 위한 추가적인 데이터 라인들 또는 와이어들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 모듈식의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소는 자기적 접속을 통해 모듈식 키보드에 결합될 수 있다. 도 10은 하나 이상의 모듈식의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(들)(1001) 및 하우징(1016)을 갖는 모듈식 키보드(1002)의 상면도이고, 도 11은 단일 모듈식의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(1001)의 개략 사시도이다. 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(101)와 유사하게, 모듈식의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(1001)는, 사용자와 접촉하도록 구성된 사용자 접촉면(1026)을 가진 기계식 또는 스프링 기반의 키(1022), 및 기계식 키(1022)의 사용자 접촉면(1026) 위에 통합된 스마트 재료 액추에이터(1020)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(1001)는 기계식 키(1022) 및 모듈식 키보드(1002)에 각각 배치된 자석(1036, 1038)을 통해 모듈식 키보드(1002)에 선택적으로 결합되도록 구성된다. 더 구체적으로는, 모듈식 키보드(1002)의 하우징(1016)은 자석(1038)을 포함하고, 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(1001)는 자석(1036)을 갖는다. 자석들(1036, 1038)은 기계식 키(1022)와 모듈식 키보드(1002)를 함께 결합하기 위해 자기적으로 함께 결합한다. 모듈식의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(1001)와 모듈식 키보드(1002)는, 함께 결합될 때, 모듈식의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(1001)의 스마트 재료 액추에이터(1020)를 구동하기 위해 최소 2개의 접속부를 갖는다. 햅틱 모듈식 키는, 조명, 식별 등을 위해 모듈식의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(1001)와 모듈식 키보드(1002) 사이의 통신을 제공하기 위한 일부 데이터 라인들을 요구하는 추가적인 지능을 가질 수 있다. 도 12에 도시된 또 다른 실시예에서, 전자석(1239)은 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(1001)의 자석(1036)에 자기적으로 결합하기 위해 모듈식 키보드(1002)에 배치된다. 전자석(1239)의 자기장이 선택적으로 턴온 및 턴오프될 수 있기 때문에, 전자석(1239)은 또한, 사용자에 의해 느껴지는 햅틱 효과들을 생성하는데 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 햅틱 주변 장치(102)는 햅틱 주변 장치의 단지 예시적인 실시예에 불과하고 다른 구성, 형상, 및 크기를 갖는 햅틱 주변 장치들이 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 13 내지 도 15는 본 명세서의 실시예들에서 이용될 수 있는 햅틱 주변 장치(1302)의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 13 및 도 14는 햅틱 주변 장치(1302)의 상이한 사시도이고, 여기서 햅틱 주변 장치는 핸드헬드 게임 컨트롤러이고, 한편 도 15는 호스트 컴퓨터(104)를 추가로 포함하는 게임 시스템(1300)에서 사용되는 햅틱 주변 장치(1302)의 블록도를 도시한다. 햅틱 주변 장치(1302)의 하우징(1316)은 왼손잡이 사용자 또는 오른손잡이 사용자 중 어느 하나에 의해 디바이스를 잡고 있는 두 손을 쉽게 수용하도록 성형되고, 전신 햅틱 출력 디바이스(1330)는, 사용자의 손 또는 손바닥이 일반 또는 럼블 햅틱 효과들을 사용자에게 제공하기 위해 일반적으로 위치되는 위치에서, 하우징(1316) 내에 통합된다. 본 기술분야의 통상의 기술자들은, 햅틱 주변 장치(1302)가 비디오 게임 콘솔 시스템에 현재 이용 가능한 많은 "게임 패드"와 유사한 형상 및 크기의 컨트롤러의 단지 예시적인 실시예에 불과하고, 다른 구성의 사용자 입력 요소, 형상, 및 크기를 갖는 컨트롤러가 사용될 수 있으며, WiiTM 리모콘 또는 WiiTM U 컨트롤러, Sony® SixAxisTM 컨트롤러 또는 Sony® 원드 컨트롤러, XboxTM 컨트롤러 또는 유사한 컨트롤러, Oculus TouchTM 또는 Vive HTCTM 컨트롤러와 같은 컨트롤러들뿐만 아니라, 실생활 객체들(예를 들어, 테니스 라켓, 골프 클럽, 야구 방망이 등) 및 다른 형상과 같은 성형된 컨트롤러들을 포함하지만, 이들에 한정되지 않는다는 점을 인식할 것이다.
햅틱 주변 장치(1302)는 조이스틱(1340), 버튼(1342), 및 트리거(1346)를 포함하는 수 개의 사용자 입력 요소들 또는 피조작체들을 포함한다. 도 13 내지 도 15에서 알 수 있고 본 기술분야의 통상의 기술자들에 공지된 바와 같이, 2개 이상의 각각의 사용자 입력 요소 및 추가적인 사용자 입력 요소들이 햅틱 주변 장치(1302)상에 포함될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 트리거(1346)에 대한 본 설명은, 햅틱 주변 장치(1302)를 단일의 트리거로 한정하지 않는다. 또한, 도 15의 블록도는 단지 하나(1)의 각각의 조이스틱(1340), 버튼(1342), 및 트리거(1346)를 나타낸다. 그러나, 본 기술분야의 통상의 기술자들은 상술한 바와 같이 다수의 조이스틱, 버튼, 및 트리거뿐만 아니라, 다른 사용자 입력 요소들이 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 15의 블록도에서 알 수 있는 바와 같이, 햅틱 주변 장치(1302)는 그것의 각각의 사용자 입력 요소들뿐만 아니라 하우징(1316)에 결합된 하나 이상의 일반 또는 럼블 햅틱 출력 디바이스(1330)를 직접 구동하기 위한 타겟화된 액추에이터 또는 모터를 포함한다. 더 구체적으로, 조이스틱(1340)은 그것에 결합된 타겟화된 액추에이터 또는 햅틱 출력 디바이스(1350)를 포함하고, 버튼(1342)은 그것에 결합된 타겟화된 액추에이터 또는 햅틱 출력 디바이스(1352)를 포함하고, 트리거(1346)는 그것에 결합된 타겟화된 액추에이터 또는 햅틱 출력 디바이스(1356)를 포함한다. 하나 이상의 타겟화된 액추에이터 또는 햅틱 출력 디바이스(1352 및/또는 1356)는 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(101)에 대하여 전술한 바와 같은 버튼 또는 트리거 위에 통합된 스마트 재료 액추에이터(1320)일 수 있다. 환언하면, 버튼(1342) 및/또는 트리거(1346) 각각은 변형 햅틱 효과들을 사용자에게 제공하기 위해 전술한 바와 같은 스마트 재료 액추에이터와 결합된 기계식 키를 갖는 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(1320)일 수 있다. 복수의 타겟화된 액추에이터 이외에, 햅틱 주변 장치(1302)는 그것의 각각의 사용자 입력 요소에 결합된 위치 센서를 포함한다. 더 구체적으로, 조이스틱(1340)은 그것에 결합된 위치 센서(1341)를 포함하고, 버튼(1342)은 그것에 결합된 위치 센서(1343)를 포함하고, 트리거(1346)는 그것에 결합된 위치 센서(1347)를 포함한다. 로컬 프로세서(1312)는 타겟화된 햅틱 출력 디바이스들(1350, 1352, 1356)뿐만 아니라 조이스틱(1340), 버튼(1342), 및 트리거(1346) 각각의 위치 센서들(1341, 1343, 1347)에 결합된다. 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해되는 바와 같이, 위치 센서들(1341, 1343, 1347)로부터 수신된 신호들에 응답하여, 로컬 프로세서(1312)는 타겟화된 햅틱 출력 디바이스들(1350, 1352, 1356)(이들 각각은 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(1320)일 수 있음)에게 방향성의 또는 타겟화된 효과들을 조이스틱(1340), 버튼(1342), 및 트리거(1346)에 각각 직접 제공하라고 지시한다. 그러한 타겟화된 효과들은 햅틱 주변 장치(1302)의 본체 전체를 따라 전신 햅틱 출력 디바이스(1330)에 의해 생성되는 일반 또는 럼블 햅틱 효과들과는 식별 가능하거나 구별 가능하다. 로컬 프로세서(1312)는 로컬 프로세서(1312)에 결합된 메모리(1314)로부터 햅틱 효과의 유형, 크기, 주파수, 지속기간, 또는 다른 특성들을 검색할 수 있다. 예를 들어, 비디오, 오디오 및 햅틱들과 같은 다수의 양상들이 동시에 연관되어 있음에 따라, 총체적인 햅틱 효과들은 사용자에게 게임에 대한 더 큰 몰입감을 제공한다.
도 16 및 도 17은 햅틱 주변 장치가 태블릿 컴퓨터(1604)와 함께 사용될 수 있는 게임 태블릿 컨트롤러(1602)인 본 명세서의 또 다른 실시예를 도시한다. 태블릿 컴퓨터(1604)는 레이저사(Razer Inc.)로부터 입수 가능한 것과 같이, 게임 활동들을 위해 특별히 설계될 수 있거나, Apple® Ipad®, Kindle® Fire®, 및 Samsung® Galaxy Tab®과 같이, 공지되어 있고 시장에서 입수 가능한 태블릿 컴퓨터일 수 있다. 게임 태블릿 컨트롤러(1602)는 태블릿 컴퓨터(1604)를 수용하도록 구성된 도킹 부분(1660) 및 사용자가 태블릿 컴퓨터(1604) 상의 게임을 제어하기 위해 사용자 입력 요소들이 위에 배치되어 있는 핸들들(1662, 1664)을 포함한다. 도킹 부분(1660)은 게임 태블릿 컨트롤러(1602)를 태블릿 컴퓨터(1604)에 접속하여 버튼 누름, 조이스틱 움직임, 트리거 누름 등과 같은 핸들들(1662, 1664) 상의 사용자에 의한 동작들이 태블릿 컴퓨터(1604) 상에서 재생되는 게임에 대한 동작들을 야기하게 된다. 햅틱 주변 장치(1602)의 핸들(1662, 1664)은 왼손잡이 사용자 또는 오른손잡이 사용자 중 어느 하나에 의해 디바이스를 잡고 있는 두 손을 쉽게 수용하도록 성형되고, 전신 햅틱 출력 디바이스(1630)는, 사용자의 손 또는 손바닥이 일반 또는 럼블 햅틱 효과들을 사용자에게 제공하기 위해 일반적으로 위치되는 위치에서, 핸들(1662, 1664) 위에 통합된다.
핸들들(1662, 1664)은 컨트롤러들에서 발견되는 전형적인 사용자 입력 요소들을 포함한다. 핸들(1664)에 대하여 사용자 입력 요소들을 설명할 것이다. 그러나, 본 기술분야의 통상의 기술자들은 동일한 또는 유사한 사용자 입력 요소들이 핸들(1662)에서 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 특히, 핸들(1664)은 조이스틱(1640), 버튼(1642), 및 트리거(1646)를 포함한다. 도 16에서 알 수 있고 본 기술분야의 통상의 기술자들에 공지된 바와 같이, 2개 이상의 각각의 이들 사용자 입력 요소들이 각각의 핸들(1662, 1664)에 포함될 수 있다. 또한, 핸들(1664)은 그것에 부착된 일반 또는 럼블 햅틱 출력 디바이스(1630)를 포함하여, 일반 또는 럼블 햅틱 출력 디바이스(1630)에 관하여 상술한 바와 같이 일반 또는 럼블 햅틱 효과들을 게임 태블릿 컨트롤러(1602)에 제공한다.
도 17은 일 실시예에 따른 도 16의 게임 태블릿 컨트롤러의 블록도를 도시한다. 도 17에 도시된 바와 같이, 게임 태블릿 컨트롤러(1602)는 도킹 부분(1660)을 통해 태블릿 컴퓨터(1604)와 통신하는 로컬 프로세서(1612)를 포함한다. 유선 또는 무선 접속들과 같은 다른 접속들이 도킹 부분(1660) 대신에 이용될 수 있다. 이 실시예에서의 태블릿 컴퓨터(1604)는 디스플레이 스크린을 포함한다. 게임 태블릿 컨트롤러(1602)는 대안적으로 로컬 프로세서(1612)를 포함하지 않도록 구성될 수 있고, 이로써 게임 태블릿 컨트롤러(1602)의 모든 입력/출력 신호들이 태블릿 컴퓨터(1604)에 의해 직접 취급 및 처리된다.
로컬 프로세서(1612)는 조이스틱(1640), 버튼(1642), 및 트리거(1646)에, 그리고 조이스틱(1640), 버튼들(1642), 및 트리거(1646) 각각에 결합될 수 있는 위치 센서들(1641, 1643, 및 1647)에 결합된다. 도 17의 블록도는 단지 하나(1)의 각각의 조이스틱(1640), 버튼(1642), 및 트리거(1646)를 나타낸다. 그러나, 본 기술분야의 통상의 기술자들은 상술한 바와 같이 다수의 조이스틱, 버튼, 및 트리거뿐만 아니라, 다른 사용자 입력 요소들이 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 타겟화된 액추에이터들 또는 햅틱 출력 디바이스들(1650, 1652, 1656)이 조이스틱(1640), 버튼(1642), 및 트리거(1646)에 각각 결합된다. 하나 이상의 타겟화된 액추에이터 또는 햅틱 출력 디바이스(1652 및/또는 1656)들은 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(101)에 대하여 상술한 바와 같은 버튼 또는 트리거 위에 통합된 스마트 재료 액추에이터(1620)일 수 있다. 환언하면, 버튼(1642) 및/또는 트리거(1646) 각각은 변형 햅틱 효과들을 사용자에게 제공하기 위해 상술한 바와 같이 스마트 재료 액추에이터와 결합된 기계식 키를 갖는 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소(1620)일 수 있다. 타겟화된 햅틱 출력 디바이스들(1650, 1652, 1656) 및 전신 햅틱 출력 디바이스(1630)는 또한 로컬 프로세서(1612)에 결합되고, 이 로컬 프로세서는 태블릿 컴퓨터(1604)로부터의 하이 레벨 관리 또는 스트리밍 명령들에 기초하여 햅틱 출력 디바이스들(1650, 1652, 1656, 1630)에 제어 신호들을 제공한다. 스트리밍 실시예에서, 게임 태블릿 컨트롤러(1602)에 전압 크기 및 지속기간이 스트리밍되고, 이 경우 태블릿 컴퓨터(1604)에 의해 액추에이터들에 정보가 제공된다. 작동 시, 태블릿 컴퓨터(1604)는 하나 이상의 선택된 액추에이터에 의해 출력되어야 하는 햅틱 효과의 유형(예를 들어, 진동, 충격, 디텐트, 팝 등)과 같은 하이 레벨 명령들을 로컬 프로세서(1612)에 제공할 수 있고, 이로써, 로컬 프로세서(1612)는 출력되어야 하는 햅틱 효과의 특정한 특성들(예를 들어, 크기, 주파수, 지속기간 등)에 관해 스마트 재료 액추에이터에 지시한다. 로컬 프로세서(1612)는 로컬 프로세서(1612)에 결합된 메모리(1614)로부터 햅틱 효과의 유형, 크기, 주파수, 지속기간 또는 다른 특성들을 검색할 수 있다. 예를 들어, 비디오, 오디오 및 햅틱들과 같은 다수의 양상들이 동시에 연관되어 있음에 따라, 햅틱 효과들은 사용자에게 게임에 대한 더 큰 몰입감을 제공한다.
본 명세서의 실시예에서, 여기에 설명된 임의의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소는 압력 감지 키일 수 있다. 더 구체적으로는, 본 명세서에 설명된 임의의 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소에 의해 출력된 변형 햅틱 효과들은, 개별 사용자 입력 요소에 결합되는 상술한 위치 센서들(1341, 1343, 1347, 1641, 1643, 1647)과 같은 센서로부터의 입력에 따라 가변되거나 수정될 수 있다. 일 실시예에서, 센서는 사용자가 개별 사용자 입력 요소를 얼마나 강하게 아래로 누르는지를 측정할 수 있고 이에 따라 햅틱 효과를 생성할 수 있는 스트레인 게이지 또는 다른 위치 센서이다. 변형 햅틱 효과들은 개별 사용자 입력 요소에 결합된 센서로부터의 입력에 따라 가변되거나 수정될 수 있고, 입력은 사용자 입력 요소에 가해지는 압력을 나타낸다. 위치 또는 압력 센서가 사용자 입력 요소에 가해지는 입력 힘 또는 압력을 측정하도록 구성될 수 있고, 로컬 프로세서 및/또는 호스트 프로세서는 센서 입력에 따라 변형 햅틱 효과들을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 센서 입력이 사용자가 사용자 입력 요소를 더 강하게 누르고 있음을 나타내거나 검출한다면 변형 햅틱 효과는 더 강해지거나 상대적으로 증가될 수 있다. 또 다른 예에서, 사용자가 사용자 입력 요소에 힘 또는 압력을 가하고 그 힘 또는 압력이 다양한 임계값과 교차함에 따라 변형 햅틱 효과를 수신할 수 있다.
전술한 바와 같이, 스마트 재료 액추에이터(120)에 의해 출력되는 햅틱 효과들은 순간적이거나 일시적이고, 기계식 키(122)가 휴지 또는 눌러지지 않은 상태에 있을 때, 기계식 키(122)가 아래로 눌러지고 있을 때, 및/또는 기계식 키(122)가 아래로 눌러진 또는 가압된 상태일 때 출력될 수 있다. 더 구체적으로는, 기계식 키(122)가 아래로 눌러지고 있을 때 햅틱 효과들을 출력하기 위해, 상술한 위치 센서들(1341, 1343, 1347, 1641, 1643, 1647)은, 사용자 입력 요소가 가압되고 있거나 아래로 눌러지고 있을 때 햅틱 효과들을 재생하도록, 각각의 사용자 입력 요소의 상대 위치를 측정하는데 사용될 수 있다. 변형 햅틱 효과들은 개별 사용자 입력 요소에 결합된 센서로부터의 입력에 따라 가변되거나 수정될 수 있고, 입력은 사용자 입력 요소의 상대 위치를 나타낸다. 위치 센서는 사용자 입력 요소의 상대 위치 또는 변위량을 그것이 눌러지고 있을 때 측정하도록 구성될 수 있고, 로컬 프로세서 및/또는 호스트 프로세서는 센서 입력에 따라 변형 햅틱 효과들을 가변시킬 수 있다. 예를 들어, 변형 햅틱 효과들은 사용자 입력 요소들을 제공하는데 사용될 수 있고, 상이한 힘 프로파일들은 그것이 아래로 눌러지고 있을 때 키 변위의 상이한 점들에서 기계식 스냅 돔 효과와 스마트 재료 햅틱 효과를 결합한 것이다.
본 발명에 따른 다양한 실시예들이 상술되었지만, 그것들은 한정이 아니라 설명 및 예로서 제시되었다는 것을 이해해야 한다. 관련 기술분야의 통상의 기술자들에게는 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 형태 및 상세 내용의 다양한 변화가 이루어질 수 있다는 것이 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 폭 및 범위는 상술한 예시적인 실시예들 중 임의의 것에 의해 한정되어서는 안 되며, 첨부된 특허청구범위 및 그 등가물에 따라서만 정의되어야 한다. 본 명세서에 논의되는 각각의 실시예의 각각의 특징, 본 명세서에 인용되는 각각의 참조문헌의 특징은 임의의 다른 실시예의 특징들과 조합하여 사용될 수 있다는 점도 이해될 것이다. 본 명세서에 논의되는 모든 특허 및 공보는 그 전부가 본 명세서에 참조로 통합된다.

Claims (20)

  1. 햅틱 주변 장치로서,
    하우징; 및
    사용자로부터 입력을 수신하도록 구성되는 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소
    를 포함하고, 상기 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소는 상기 사용자와 접촉하도록 구성된 사용자 접촉면을 가진 키캡을 갖는 기계식 키, 및 상기 키캡의 상기 사용자 접촉면 위에 통합된 스마트 재료 액추에이터를 포함하고, 상기 스마트 재료 액추에이터는, 프로세서로부터 제어 신호를 수신하도록 구성되고, 상기 프로세서로부터의 상기 제어 신호에 응답하여 상기 기계식 키의 상기 키캡에 대해 상기 사용자 접촉면의 적어도 일부분을 변형시키도록 구성되어, 상기 햅틱 주변 장치의 사용자에게 햅틱 효과를 제공하는, 햅틱 주변 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스마트 재료 액추에이터는 압전 재료인, 햅틱 주변 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소는 키보드의 복수의 키 중 하나인, 햅틱 주변 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소는 모듈식이고, 상기 사용자에 의한 상기 키보드의 상기 복수의 키 중 하나를 선택적으로 대체하도록 구성되는, 햅틱 주변 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소는, 상기 사용자에 의한 상기 키보드의 상기 복수의 키 중 하나를 대체하기 위해, 상기 키보드와 결합하도록 포스트 상에 끼워지도록 구성되는, 햅틱 주변 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소는, 상기 사용자의 상기 키보드의 상기 복수의 키 중 하나를 대체하기 위해, 상기 키보드에 자기적으로 결합되도록 구성되는, 햅틱 주변 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 햅틱 주변 장치는 게임 컨트롤러이고, 상기 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소는 상기 게임 컨트롤러의 버튼 또는 트리거인, 햅틱 주변 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 햅틱 효과는 일시적이고, 상기 기계식 키가 아래로 눌러진 위치에 있을 때 출력되는, 햅틱 주변 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    일시적인 상기 햅틱 효과는 이동 속도 또는 상태 천이를 나타내는 피드백을 제공하는, 햅틱 주변 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기계식 키에 결합된 제동 액추에이터를 추가로 포함하고, 상기 제동 액추에이터는 사용자에게 비활성 상태를 나타내기 위해 상기 기계식 키를 아래로 눌러진 위치로 유지하도록 구성되는, 햅틱 주변 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제동 액추에이터는 자기적인, 햅틱 주변 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    자기적인 상기 제동 액추에이터는 또한, 사용자에 의한 상기 기계식 키의 누름 동안 상기 기계식 키의 강성을 변조하도록 구성되는, 햅틱 주변 장치.
  13. 햅틱 주변 장치로서,
    하우징;
    사용자로부터의 입력을 수신하도록 구성되는 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소 - 상기 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소는 상기 사용자와 접촉하도록 구성된 사용자 접촉면을 가진 키캡을 갖는 기계식 키를 포함함 -;
    상기 기계식 키의 상기 사용자 접촉면 위에 통합된 스마트 재료 액추에이터 - 상기 스마트 재료 액추에이터는, 프로세서로부터 제어 신호를 수신하도록 구성되고, 상기 프로세서로부터의 상기 제어 신호에 응답하여 상기 기계식 키의 상기 키캡에 대해 상기 사용자 접촉면의 적어도 일부분을 변형시키도록 구성되어, 상기 햅틱 주변 장치의 사용자에게 햅틱 효과를 제공함 -; 및
    상기 기계식 키에 결합된 제동 액추에이터
    를 포함하고, 상기 제동 액추에이터는 사용자에게 비활성 상태를 나타내기 위해 상기 기계식 키를 아래로 눌러진 위치로 유지하도록 구성되는, 햅틱 주변 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 스마트 재료 액추에이터는 압전 재료인, 햅틱 주변 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소는 모듈식이고, 사용자에 의한 키보드의 복수의 키 중 하나를 선택적으로 대체하도록 구성되는, 햅틱 주변 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 햅틱 주변 장치는 게임 컨트롤러이고, 상기 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소는 상기 게임 컨트롤러의 버튼 또는 트리거인, 햅틱 주변 장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제동 액추에이터는 자기적이고, 또한 사용자에 의한 상기 기계식 키의 누름 동안 상기 기계식 키의 강성을 변조하도록 구성되는, 햅틱 주변 장치.
  18. 게임 시스템으로서,
    호스트 컴퓨터;
    프로세서; 및
    하우징, 및 사용자로부터 입력을 수신하도록 구성되는 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소를 포함하는 햅틱 주변 장치
    를 포함하고, 상기 햅틱적으로 향상된 사용자 입력 요소는 키캡 및 상기 사용자와 접촉하도록 구성된 사용자 접촉면을 가진 기계식 키, 및 상기 키캡의 상기 사용자 접촉면 위에 통합된 스마트 재료 액추에이터를 포함하며,
    상기 스마트 재료 액추에이터는, 프로세서로부터 제어 신호를 수신하도록 구성되고, 상기 프로세서로부터의 상기 제어 신호에 응답하여 상기 기계식 키의 상기 키캡에 대해 상기 사용자 접촉면의 적어도 일부분을 변형시키도록 구성되어, 상기 햅틱 주변 장치의 사용자에게 햅틱 효과를 제공하는, 게임 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 햅틱 주변 장치의 상기 하우징 내에 위치되는, 게임 시스템.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 호스트 컴퓨터에 배치되는, 게임 시스템.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020087018A1 (en) * 2018-10-26 2020-04-30 Tactual Labs Co. Dynamic keyboard

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9164587B2 (en) 2013-11-14 2015-10-20 Immersion Corporation Haptic spatialization system
US9619029B2 (en) * 2013-11-14 2017-04-11 Immersion Corporation Haptic trigger control system
US10185396B2 (en) 2014-11-12 2019-01-22 Immersion Corporation Haptic trigger modification system
US9981183B2 (en) * 2016-05-19 2018-05-29 Immersion Corporation Haptic peripheral having a haptically-enhanced user input element including a mechanical key and an integrated smart material actuator for providing haptic effects
JP6326194B2 (ja) * 2016-05-25 2018-05-16 レノボ・シンガポール・プライベート・リミテッド 形状記憶合金を利用したアクチュエータの駆動システム、駆動方法および電子機器
US10558266B2 (en) * 2017-06-30 2020-02-11 Microsoft Technology Licensing, Llc Shape memory alloy actuated haptic feedback
USD879097S1 (en) * 2018-02-13 2020-03-24 Kye Systems Corp. Keyboard
USD914681S1 (en) * 2018-02-13 2021-03-30 Kye Systems Corp. Keyboard
USD920976S1 (en) * 2018-02-13 2021-06-01 Kye Systems Corp. Keyboard
US20210402292A1 (en) * 2020-06-25 2021-12-30 Sony Interactive Entertainment LLC Method of haptic responses and interacting
US11596859B2 (en) * 2020-12-04 2023-03-07 Dell Products, Lp System and method for keyboard and palm rest three-dimensional haptic experience

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4054944A (en) 1975-01-17 1977-10-18 Redactron Corporation Finger operated switching device
US6211861B1 (en) 1998-06-23 2001-04-03 Immersion Corporation Tactile mouse device
US6218966B1 (en) 1998-11-05 2001-04-17 International Business Machines Corporation Tactile feedback keyboard
US6693626B1 (en) 1999-12-07 2004-02-17 Immersion Corporation Haptic feedback using a keyboard device
US20040183783A1 (en) 2003-03-19 2004-09-23 International Business Machines Corp. Method and apparatus for improved keyboard accessibility using vibrating keys
CA2426867A1 (en) 2003-04-30 2004-10-30 Naviform Holdings Ltd. Customizable keyboard
US20050237306A1 (en) 2004-04-27 2005-10-27 Udo Klein Tactile feedback through a computer keyboard key
US7382357B2 (en) 2005-04-25 2008-06-03 Avago Technologies Ecbu Ip Pte Ltd User interface incorporating emulated hard keys
US20080092087A1 (en) 2005-09-19 2008-04-17 Ronald Brown Method and Display Data Entry Unit
US20080068334A1 (en) 2006-09-14 2008-03-20 Immersion Corporation Localized Haptic Feedback
US8674941B2 (en) 2008-12-16 2014-03-18 Dell Products, Lp Systems and methods for implementing haptics for pressure sensitive keyboards
US8760413B2 (en) 2009-01-08 2014-06-24 Synaptics Incorporated Tactile surface
US8310349B2 (en) 2009-09-29 2012-11-13 Visteon Global Technologies, Inc. Haptic surface with mechanical buttons
KR101161943B1 (ko) * 2010-03-04 2012-07-04 삼성전기주식회사 햅틱 피드백 디바이스 및 전자 장치
US8735755B2 (en) * 2011-03-07 2014-05-27 Synaptics Incorporated Capacitive keyswitch technologies
WO2013078330A1 (en) 2011-11-21 2013-05-30 Immersion Corporation Piezoelectric actuator for haptic device
US10209791B2 (en) * 2012-05-22 2019-02-19 Kyocera Corporation Electronic device and panel device
US9178509B2 (en) 2012-09-28 2015-11-03 Apple Inc. Ultra low travel keyboard
US9343248B2 (en) * 2013-08-29 2016-05-17 Dell Products Lp Systems and methods for implementing spring loaded mechanical key switches with variable displacement sensing
US9368300B2 (en) * 2013-08-29 2016-06-14 Dell Products Lp Systems and methods for lighting spring loaded mechanical key switches
CN104615258B (zh) * 2013-11-05 2018-08-31 联想(北京)有限公司 一种键盘、电子设备及控制方法
US20160042897A1 (en) 2014-08-11 2016-02-11 Apple Inc. Mechanisms having a magnetic latch and tactile feedback
CN104576152B (zh) * 2014-12-30 2017-01-25 苏州达方电子有限公司 输入装置及其软性保护盖
US20160342208A1 (en) * 2015-05-20 2016-11-24 Immersion Corporation Haptic effects based on predicted contact
US9981183B2 (en) * 2016-05-19 2018-05-29 Immersion Corporation Haptic peripheral having a haptically-enhanced user input element including a mechanical key and an integrated smart material actuator for providing haptic effects

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020087018A1 (en) * 2018-10-26 2020-04-30 Tactual Labs Co. Dynamic keyboard

Also Published As

Publication number Publication date
EP3246794B1 (en) 2020-07-08
US20180243648A1 (en) 2018-08-30
US10391396B2 (en) 2019-08-27
US9981183B2 (en) 2018-05-29
EP3246794A2 (en) 2017-11-22
US20170333788A1 (en) 2017-11-23
CN107402630A (zh) 2017-11-28
JP2017208094A (ja) 2017-11-24
EP3246794A3 (en) 2018-01-24

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