KR20180103227A - 초음파를 이용하는 촉감 제공 장치, 방법 및 촉감 디스플레이 장치 - Google Patents

초음파를 이용하는 촉감 제공 장치, 방법 및 촉감 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

사용자가 접촉하는 촉감 제공막 내부에서 정상파가 형성되도록 초음파의 주파수를 조절하여, 사용자에게 촉감을 제공하는 촉감 제공 장치 및 방법, 촉감 디스플레이 장치가 개시된다. 개시된 촉감 제공 장치는 초음파를 방사하는 초음파 송신부; 상기 초음파에 의해 진동하여, 일면에 접촉하는 사용자에게 촉감을 제공하는 촉감 제공막; 및 상기 촉감 제공막 내부에서 정상파가 형성되도록, 상기 초음파의 주파수를 조절하는 제어부를 포함한다.

Description

초음파를 이용하는 촉감 제공 장치, 방법 및 촉감 디스플레이 장치{DEVICE, METHOD AND TACTILE DISPLAY FOR PROVIDING TACTILE SENSATION USING ULTRASONIC WAVE}
본 발명은 촉감 제공 장치, 방법 및 촉감 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초음파를 이용하는 촉감 제공 장치, 방법 및 촉감 디스플레이 장치에 관한 것이다.
인간이 들을 수 있는 소리가 가지는 진동수, 즉 가청 진동수(20 ~ 20,000 Hz)보다 높은 진동수를 갖는 소리를 초음파(Ultrasonic wave)라고 한다.
초음파는 사람의 귀에 들리지 않는 신호를 전달할 수 있으므로, 리모콘이나 카메라의 초점을 맞추는 용도 등에 이용된다. 또한 초음파는 파장이 짧으므로, 물체에 부딪혀 반사되어 나오는 초음파를 통해 형태를 세밀하게 파악하기 위해 많이 이용된다. 특히, 물 속에서 음파가 잘 진행한다는 점을 이용하여, 물 속의 물체나 지형을 파악하기 위해 초음파가 사용되며, 몸 속을 진단하는 용도로도 사용된다.
한편, 최근에는 초음파를 이용하여 사용자에게 자극을 제공하는 다양한 장치들이 연구 개발되고 있다. 초음파로 촉감을 제공하는 촉감 디스플레이 장치, 초음파를 이용하는 뇌자극 장치, 초음파 물리 치료기 등이 그 예이다.
일반적으로 초음파를 이용한 초음파 촉감 디스플레이의 경우, 초음파의 감쇄, 상쇄 등의 성질로 인하여 높은 물리 에너지를 유도하기 위해서는 고강도 입력 에너지와 많은 수의 초음파 트랜스듀서가 필요하다. 따라서 현재 초음파를 이용한 촉감 디스플레이는 수십개의 초음파 트랜스듀서를 배치하는 동시에 각각의 위상을 조절하여 하나의 초점을 형성하도록 하고 있다. 이를 통해 각각의 트랜스듀서로부터 나오는 물리 에너지들을 중첩시킨다.
이러한 종래의 초음파 촉감 디스플레이의 경우, 물리자극을 유도하는 하나의 초점을 형성하기 위해 수십개의 초음파 트랜스듀서를 배치하며 높은 입력 에너지를 필요로 한다. 따라서 동시에 여러 개의 초점을 형성하는데 한계를 가지고 있으며, 하나의 초점을 형성하기 위해 일정 거리가 필요하기 때문에 초음파 촉감 디스플레이로부터 멀리 떨어진 곳에서만 촉각 자극을 형성 할 수 있다. 여러 개의 트랜스듀서들을 통해 하나의 초점을 형성하기 위해서는 각각의 트랜스듀서들을 동시에 제어하여 위상을 일치시켜야 하는데, 이를 위해서는 복잡한 내부 제어 회로가 필요로 하며 따라서 소형화에 한계를 가지고 있다.
관련된 선행문헌으로 대한민국 등록특허 10-1516923호가 있다.
본 발명은 사용자가 접촉하는 촉감 제공막 내부에서 정상파가 형성되도록 초음파의 주파수를 조절하여, 사용자에게 촉감을 제공하는 촉감 제공 장치 및 방법, 촉감 디스플레이 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 초음파를 방사하는 초음파 송신부; 상기 초음파에 의해 진동하여, 일면에 접촉하는 사용자에게 촉감을 제공하는 촉감 제공막; 및 상기 촉감 제공막 내부에서 정상파가 형성되도록, 상기 초음파의 주파수를 조절하는 제어부를 포함하는 초음파를 이용하는 촉감 제공 장치가 제공된다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 초음파를 방사 또는 수신하는 초음파 셀 어레이; 상기 초음파 셀 어레이 상에 형성되며, 상기 초음파에 의해 진동하여, 일면에 접촉하는 사용자에게 촉감을 제공하는 촉감 제공막; 및 상기 촉감 제공막 내부에서 정상파가 형성되도록, 상기 초음파의 주파수를 조절하는 제어부를 포함하는 초음파를 이용하는 촉감 디스플레이 장치가 제공된다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 초음파 송신부를 이용하여 촉감 제공막으로 초음파를 방사하는 단계; 사용자가 접촉하는 상기 촉감 제공막의 일면에 의해 반사된 초음파를 수신하는 단계; 및 상기 반사된 초음파를 이용하여, 상기 촉감 제공막 내부에서 정상파가 형성되도록 방사되는 초음파의 주파수를 조절하는 단계를 포함하는 초음파를 이용하는 촉감 제공 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 정상파를 이용하여 촉감을 제공함으로써, 초음파 에너지가 효율적으로 운동 에너지로 변환될 수 있으며, 촉감 제공을 위해 소비되는 전력이 감소될 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 사용자의 접촉에 따라 촉감 제공막의 일면에서 발생하는 변위에 적응적으로 초음파의 주파수를 조절함으로써, 촉감 제공막에서 지속적으로 정상파가 형성될 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 정상파를 이용하는 촉감 디스플레이 장치를 제공함으로써, 초음파 셀당 초음파 에너지의 운동 에너지 변환 효율을 증가시킬 수 있으며, 초음파 셀이 방사하는 초음파의 초점이 하나로 형성되도록 초음파 셀의 위상 제어하지 않더라도, 효율적으로 사용자에게 촉감을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 초음파를 이용하는 촉감 제공 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 송신부와 촉감 제공막의 결합 관계를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제어부의 주파수 조절 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 초음파를 이용하는 촉감 디스플레이 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 촉감 디스플레이 장치에 사용자가 접촉한 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 초음파를 이용하는 촉감 제공 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 초음파를 이용하는 촉감 제공 장치를 나타내는 블록도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 송신부와 촉감 제공막의 결합 관계를 도시하는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 촉감 제공 장치는 초음파 송신부(110), 촉감 제공막(120) 및 제어부(130)를 포함한다.
초음파 송신부(110)는 초음파(140)를 방사하며, 촉감 제공막(120)은 초음파(140)에 의해 진동한다.
촉감 제공막(120)이 초음파에 의해 진동함으로써, 사용자가 촉감 제공막(120)의 일면에 접촉하면 촉감을 느낄 수 있다. 촉감 제공막(120)은 초음파 에너지에 의해 진동할 수 있는 탄성체인 것이 바람직하다. 촉감 제공막(120)은 일실시예로서 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)으로 제조될 수 있으며, 2mm 정도의 두께로 제조될 수 있다. 촉감 제공막(120)의 재료 및 두께는 실시예에 따라서 다양하게 변경될 수 있다.
제어부(130)는 촉감 제공막(120) 내부에서 정상파(standing wave)가 형성되도록, 초음파의 주파수를 조절하며, 초음파 송신부(110)는 제어부(130)에 의해 조절된 주파수에 따른 초음파를 생성하여 방사할 수 있다.
촉감 제공막(120)은 초음파 송신부(110)와 결합되어, 초음파(140)의 방사 방향(220)에 위치한다. 촉감 제공막(120)으로 방사되는 초음파는 촉감 제공막(120) 내부에서 초음파(140)의 방사 방향(220)으로 진행하고, 촉감 제공막(120)의 일면(210)에 의해 반사된다. 초음파가 반사되면서 촉감 제공막(120)이 진동할 수 있다.
그리고 이러한 반사파에 의해 촉감 제공막(120) 내부에서 정상파가 형성될 수 있는데, 제어부(130)는 초음파의 주파수를 조절함으로써, 촉감 제공막(120) 내부에서 정상파가 형성될 수 있도록 한다. 사용자가 촉감 제공막(120)에 접촉할 경우, 촉감 제공막(120)의 두께가 변하며, 촉감 제공막(120) 내부에서 정상파가 형성되기 위해서는
촉감 제공막(120)의 두께에 따라서 초음파의 주파수가 가변될 필요가 있기 때문에, 제어부(120)는 촉감 제공막(120) 내부에서 지속적으로 정상파가 형성될 수 있도록 초음파의 주파수를 조절한다.
촉감 제공막(120) 내부에서 정상파가 형성될 경우, 초음파 에너지가 효율적으로 촉감 제공막(120)을 진동시키는 운동 에너지로 변환될 수 있기 때문에, 본 발명에 따르면, 촉감 제공을 위해 소비되는 전력이 감소될 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 초음파 에너지가 효율적으로 촉감 제공막(120)을 진동시키는 운동 에너지로 변환될 수 있기 때문에, 본 발명에 따른 촉감 제공 장치가 후술되는 촉감 디스플레이 장치에 적용될 경우, 복수의 초음파 송신부가 방사하는 초음파가 하나의 초점을 형성하도록 제어하지 않더라도, 사용자에게 효율적으로 촉감을 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제어부의 주파수 조절 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3(a)는 사용자가 접촉하지 않은 상태에서 촉감 제공막(120) 내부에 형성되는 정상파를 도시하는 도면이며, 도 3(b) 및 도 3(c)는 사용자의 피부가 촉감 제공막(120)의 일면에 접촉한 상태에서 촉감 제공막(120) 내부에 형성되는 정상파를 도시하는 도면이다. 도 3에서 촉감 제공막(120) 좌측의 화살표는 초음파의 방사 방향을 나타낸다. 촉감 제공막(120)의 일면(310)에 사용자가 접촉하며, 타면(320)에 초음파 송신부(110)가 결합된다.
도 3에서는 이해를 돕기 위해, 촉감 제공막의 실제 두께, 초음파의 실제 주파수 및 파장 등을 고려하지 않고, 개념적으로 설명하기로 한다.
촉감 제공막의 두께가 L이라고 할 때, 촉감 제공막 내부에 형성되는 정상파의 파장(λ)은 [수학식 1]과 같이 계산될 수 있다. [수학식 1]에서 n은 자연수로서 실시예에 따라서 결정될 수 있다.
Figure pat00001
그리고, 초음파의 속도는 초음파의 주파수와 파장의 곱셈으로 계산될 수 있다.
따라서, 제어부(130)는 촉감 제공막(120)에서 진행하는 초음파의 속도와, 촉감 제공막(120)의 두께를 이용하여, 도 3(a)와 같이 촉감 제공막(120) 내부에서 정상파가 형성될 수 있도록 초음파의 주파수를 결정할 수 있다.
[수학식 1]에 따르면, L이 가변할 경우, 정상파의 파장이 변할 수 있고, 초음파의 속도는 일정하므로, 따라서 L의 변화에 따라 초음파의 주파수를 조절할 필요가 있다. 따라서, 제어부(130)는, 사용자가 촉감 제공막에 접촉할 때 발생하는 촉감 제공막의 일면의 변위에 따라서, 촉감 제공막 내부에서 정상파가 형성될 수 있도록 초음파의 주파수를 조절한다. 전술된 바와 같이, 촉감 제공막(120)은 탄성체이며, 따라서, 사용자의 접촉에 의해 촉감 제공막(120)의 일면에 외력이 가해지면, 일면이 압축되고 L이 가변되기 때문이다.
도 3(b) 및 도 3(c)를 참조하여 설명하면, 사용자의 피부가 촉감 제공막(120)의 일면에 접촉하면, 일면이 압축되고, 따라서 초음파가 반사되는 촉감 제공막의 일면과, 초음파 송신부 사이의 거리(L)가 감소한다. 이에, 제어부(130)는 초음파 송신부(110)와 촉감 제공막(120) 일면의 거리에 따라서, 정상파가 형성될 수 있도록 주파수를 조절한다.
[수학식 1]에 따라서, L이 감소하면, 정상파의 파장도 감소되어야 하며, 초음파의 속도는 일정하므로, 제어부(130)는 정상파의 파장이 감소하는만큼 초음파의 주파수를 증가시킨다.
또는 [수학식 1]에 따라서, L이 감소하더라도 n이 함께 감소하는 경우, 도 3(b)와 같이 정상파의 파장이 증가될 수 있다. 이 때 제어부(130)는 정상파의 파장이 증가하는만큼 초음파의 주파수를 감소시킴으로써, 촉감 제공막(120) 내부에서 정상파가 형성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 촉감 제공 장치는, 촉감 제공막(120)의 일면에서 반사되는 초음파를 수신하는 초음파 수신부를 더 포함할 수 있으며, 초음파 수신부는 초음파 송신부(110)와 함께 모듈 형태로 구성될 수 있다.
그리고 촉감 제공막(120) 일면의 변위는, 일면에 의해 반사되는 초음파를 이용하여 추정될 수 있다. 일실시예로서, 제어부(130)는 송신된 초음파가 반사되어 수신되는데까지 걸리는 시간을 이용하는 ToA(Time of Arrival) 알고리즘을 이용하여, 초음파 송신부와 일면의 거리를 추정할 수 있다.
또 다른 실시예로서, 제어부(130)는 반사되는 초음파의 파워에 따라서 초음파의 주파수를 조절할 수 있다. 즉, 제어부(130)는 반사되어 수신되는 초음파의 파워에 따라서 촉감 제공막의 일면의 변위가 달라지는 것으로 판단할 수 있다.
정상파는 주파수와 진폭이 동일한 진행파와 반사파가 중첩하여 형성되기 때문에, 반사되는 초음파가 진행파와 중첩된 상태로 초음파 수신부에 의해 수신될 때 최대 파워를 나타낸다. 반사되는 초음파가 진행파와 중첩되지 않으면, 상호 간섭에 의해 수신되는 반사파의 파워가 약해질 수 있다. 즉, 촉감 제공막의 일면에서 반사된 초음파의 파워가 최대가 될 때의 초음파의 주파수를, 촉감 제공막(120) 내부에서 정상파를 형성시킬 수 있는 초음파로 볼 수 있다.
이에 초음파 송신부(110)는, 기 설정된 간격으로 주파수가 조절된 초음파를 순차적으로 방사한다. 촉감 제공막(120) 일면의 변위에 따라서 초음파 수신부에 수신되는 신호의 파워가 주파수 별로 달라지며, 제어부(130)는 수신된 초음파 중, 최대 파워를 나타내는 초음파의 주파수를, 정상파 형성을 위한 주파수로 결정할 수 있다.
초음파 송신부(110)는 촉감 제공을 위한 초음파와 정상파 주파수 결정을 위한 초음파를 주기적으로 방사할 수 있다.
결국, 본 발명에 따르면, 사용자의 접촉에 따라 촉감 제공막의 일면에서 발생하는 변위에 적응적으로 초음파의 주파수를 조절함으로써, 촉감 제공막에서 지속적으로 정상파가 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 초음파를 이용하는 촉감 디스플레이 장치를 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 촉감 디스플레이 장치에 사용자가 접촉한 상태를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 촉감 디스플레이 장치는 초음파 셀 어레이(410), 촉감 제공막(420) 및 제어부(430)를 포함한다. 도 4에서는 가로 8개, 세로 8개 형태의 초음파 셀 어레이가 일실시예로서 도시되나, 초음파 셀의 개수는 촉감 디스플레이 장치의 크기에 따라서 변경될 수 있다.
초음파 셀 어레이(410)는 초음파를 방사 또는 수신한다. 초음파 셀 중 적어도 하나는 초음파를 방사하는 초음파 방사부 및 반사되는 초음파를 수신하는 초음파 수신부를 포함한다. 즉, 초음파 셀에는 초음파 송신부가 포함되거나 초음파 수신부가 포함될 수 있으며, 또는 초음파 송신부와 수신부가 모두 포함될 수 있다.
촉감 제공막(420)은 초음파 셀 어레이(410) 상에 형성되며, 초음파에 의해 진동하여, 일면에 접촉하는 사용자에게 촉감을 제공한다.
제어부(430)는 촉감 제공막(420) 내부에서 정상파가 형성되도록, 초음파의 주파수를 조절한다. 제어부(430)는 실시예에 따라서, 기판 상에 형성되어 초음파 셀 어레이(410)와 결합되거나 또는 초음파 셀 어레이 별로 할당되어 결합될 수 있다.
본 발명에 따른 촉감 디스플레이 장치는 전술된 촉감 제공 장치가 배열된 형태이되, 촉감 제공막이 일체형으로 제공되는 형태이다. 따라서, 제어부(430)는 전술된 촉감 제공 장치와 동일한 방법으로 주파수를 조절하되, 초음파 셀 별로 주파수를 조절한다.
도 5는 도 4와 비교하여 보다 많은 초음파 셀이 배치된 형태를 도시하고 있는데, 도 5에 도시된 바와 같이, 촉감 제공막(520)의 면적이 넓으므로 사용자의 접촉이 발생한 영역과 그렇지 않은 영역이 촉감 제공막 상에 혼재할 수 있으며, 사용자의 접촉이 발생한 영역에서, 촉감 제공막(520)의 두께가 감소할 수 있다. 따라서, 제어부는 사용자의 접촉이 발생한 영역 하부에 위치한 초음파 셀(531 내지 536)이 방사하는 초음파의 주파수를 촉감 제공막(520)의 일면의 변위에 따라서 조절한다.
제어부는 전술된 바와 같이, 반사되는 초음파를 이용하여 초음파 셀(531 내지 536)과 촉감 제공막(520)의 일면 사이의 거리를 판단하거나, 반사되어 수신되는 초음파의 파워를 고려하여, 초음파 셀(531 내지 536)의 주파수를 조절할 수 있다.
이 때, 초음파 셀이 매우 작게 형성된다고 하면, 사용자의 접촉이 발생한 영역에 위치한 대부분의 초음파 셀과 촉감 제공막의 일면 사이의 거리는 큰 차이가 없으므로, 모든 초음파 셀이 반사되는 초음파를 수신하여 모든 초음파 셀별로 거리 또는 파워를 판단하는 것은 비효율적일 수 있다. 따라서, 실시예에 따라서 초음파 수신부는 모든 초음파 셀에 포함되지 않고, 기 설정된 구역 내의 초음파 셀 중 일부에만 포함될 수 있다. 기 설정된 구역 내의 초음파 셀 중 일부만, 정상파 주파수 결정을 위해, 기 설정된 간격으로 주파수가 조절된 초음파를 순차적으로 방사할 수 있다.
예를 들어, 제1구역에 포함된 초음파 셀이 제1 내지 제3초음파 셀(531 내지 533)이며, 제2구역에 포함된 초음파 셀이 제4 내지 제6초음파 셀(534 내지 536)인 경우, 제2초음파 셀(532) 및 제5초음파 셀(535)에만 초음파 수신부가 포함될 수 있으며, 또는 제2초음파 셀(532) 및 제5초음파 셀(535)만 정상파 주파수 결정을 위해, 기 설정된 간격으로 주파수가 조절된 초음파를 순차적으로 방사할 수 있다.
제어부는 제2초음파 셀(532)에서 수신된 초음파 신호에 따라 제1 내지 제3초음파 셀(531 내지 533)이 방사하는 초음파의 주파수를 조절할 수 있으며, 제5초음파 셀(535)에서 수신된 초음파 신호에 따라 제4 내지 제6초음파 셀(534 내지 536)이 방사하는 초음파의 주파수를 조절할 수 있다.
다시 도 4로 돌아가, 제어부(430)는 반사되는 초음파를 이용하여, 촉감 제공막의 일면의 변위를 판단할 수 있고, 변위가 발생한 영역을 사용자의 피부가 접촉한 촉감 제공막의 영역으로 검출할 수 있다.
제어부(430)는 사용자의 피부가 접촉한 촉감 제공막(420)의 영역 아래에 위치한 초음파 셀들 중에서, 초음파를 방사할 초음파 셀을 결정할 수 있다. 초음파를 방사할 초음파 셀의 개수에 따라서, 사용자가 느끼는 촉감의 정도가 달라질 수 있으며, 제어부(430)는 초음파를 방사할 초음파 셀의 개수를 조절함으로써, 촉감의 정도를 조절할 수 있다.
도 5를 참조하면, 예를 들어, 제어부(430)는 초음파 셀(531 내지 536) 모두 또는 그 중 일부가 초음파를 방사하도록 제어함으로써, 사용자가 느끼는 촉감의 정도를 조절할 수 있다.
결국, 본 발명에 따르면, 정상파를 이용하여 촉감을 제공함으로써, 초음파 셀당 초음파 에너지의 운동 에너지 변환 효율을 증가시킬 수 있으므로, 초음파 셀이 방사하는 초음파의 초점이 하나로 형성되도록 초음파 셀의 위상 제어하지 않더라도, 효율적으로 사용자에게 촉감을 제공할 수 있다.
한편, 도 4에서는 복수의 초음파 셀을 포함하는 촉감 디스플레이 장치가 일실시예로서 설명되었는데, 촉감 디스플레이 장치는 하나의 초음파 셀을 포함하는 형태로 사용될 수도 있으며, 이 경우, 도 1에서 설명된 촉감 제공 장치가 촉감 디스플레이 장치로 활용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 초음파를 이용하는 촉감 제공 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 촉감 제공 방법은 도 1 내지 도 5에서 설명된 촉감 제공 장치 및 촉감 디스플레이 장치에서 수행될 수 있으며, 이하에서는 촉감 제공 장치의 촉감 제공 방법이 일실시예로서 설명된다.
본 발명에 따른 촉감 제공 장치는 초음파 송신부를 이용하여 촉감 제공막으로 초음파를 방사(S610)하고, 사용자가 접촉하는 촉감 제공막의 일면에 의해 반사된 초음파를 수신(S620)한다.
그리고 촉감 제공 장치는 반사된 초음파를 이용하여, 방사되는 초음파의 주파수를 조절한다. 이 때, 촉감 제공 장치는 촉감 제공막 내부에서 정상파가 형성되도록 방사되는 초음파의 주파수를 조절(S630)한다.
일실시예로서, 본 발명에 따른 촉감 제공 장치는 초음파 송신부와 일면 사이의 거리에 따라서 초음파의 주파수를 조절할 수 있다. 즉, 촉감 제공 장치는 수신된 초음파를 이용하여, 초음파 송신부와 일면 사이의 거리를 판단하고, 판단된 거리에 따라서, 초음파의 주파수를 조절할 수 있다.
또는 본 발명에 따른 촉감 제공 장치는 다른 실시예로서, 수신된 초음파의 파워를 이용하여 초음파의 주파수를 조절할 수 있다. 단계 S610에서 촉감 제공 장치는 정상파 주파수 결정을 위해 기 설정된 간격으로 주파수가 조절된 초음파를 순차적으로 방사할 수 있으며, 단계 S630에서 촉감 제공 장치는 수신된 초음파 중, 최대 파워를 나타내는 초음파의 주파수를, 정상파 형성을 위한 주파수로 결정할 수 있다.
앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (15)

  1. 초음파를 방사하는 초음파 송신부;
    상기 초음파에 의해 진동하여, 일면에 접촉하는 사용자에게 촉감을 제공하는 촉감 제공막; 및
    상기 촉감 제공막 내부에서 정상파가 형성되도록, 상기 초음파의 주파수를 조절하는 제어부
    를 포함하는 초음파를 이용하는 촉감 제공 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 사용자가 상기 촉감 제공막에 접촉할 때 발생하는 상기 촉감 제공막의 일면의 변위에 따라서, 상기 주파수를 조절하는
    초음파를 이용하는 촉감 제공 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 초음파 송신부와 상기 일면의 거리에 따라서, 상기 주파수를 조절하는
    초음파를 이용하는 촉감 제공 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    반사되는 초음파를 수신하는 초음파 수신부를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 수신된 초음파를 이용하여, 상기 거리를 판단하는
    초음파를 이용하는 촉감 제공 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는
    반사되는 초음파의 파워에 따라서, 상기 주파수를 조절하는
    초음파를 이용하는 촉감 제공 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    반사되는 초음파를 수신하는 초음파 수신부를 더 포함하며,
    상기 초음파 송신부는, 기 설정된 간격으로 주파수가 조절된 초음파를 순차적으로 방사하며,
    상기 제어부는 수신된 초음파 중, 최대 파워를 나타내는 초음파의 주파수를, 상기 정상파 형성을 위한 주파수로 결정하는
    초음파를 이용하는 촉감 제공 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 촉감 제공막은
    상기 초음파 송신부와 결합되어, 상기 초음파의 방사 방향에 위치하는
    초음파를 이용하는 촉감 제공 장치.
  8. 초음파를 방사 또는 수신하는 초음파 셀 어레이;
    상기 초음파 셀 어레이 상에 형성되며, 상기 초음파에 의해 진동하여, 일면에 접촉하는 사용자에게 촉감을 제공하는 촉감 제공막; 및
    상기 촉감 제공막 내부에서 정상파가 형성되도록, 상기 초음파의 주파수를 조절하는 제어부
    를 포함하는 초음파를 이용하는 촉감 디스플레이 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 초음파 셀 중 적어도 하나는
    상기 초음파를 방사하는 초음파 송신부; 및
    반사되는 초음파를 수신하는 초음파 수신부
    를 포함하는 초음파를 이용하는 촉감 디스플레이 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 사용자의 피부가 접촉한 상기 촉감 제공막의 영역 아래에 위치한 초음파 셀들 중에서, 상기 초음파를 방사할 초음파 셀을 결정하는
    초음파를 이용하는 촉감 디스플레이 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 반사되는 초음파를 이용하여, 상기 사용자의 피부가 접촉한 상기 촉감 제공막의 영역을 검출하는
    초음파를 이용하는 촉감 디스플레이 장치.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 초음파 셀 중 적어도 하나는
    기 설정된 간격으로 주파수가 조절된 초음파를 순차적으로 방사하는
    초음파를 이용하는 촉감 디스플레이 장치.
  13. 초음파 송신부를 이용하여 촉감 제공막으로 초음파를 방사하는 단계;
    사용자가 접촉하는 상기 촉감 제공막의 일면에 의해 반사된 초음파를 수신하는 단계; 및
    상기 반사된 초음파를 이용하여, 상기 촉감 제공막 내부에서 정상파가 형성되도록 방사되는 초음파의 주파수를 조절하는 단계
    를 포함하는 초음파를 이용하는 촉감 제공 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 초음파의 주파수를 조절하는 단계는
    상기 수신된 초음파를 이용하여, 상기 초음파 송신부와 상기 일면 사이의 거리를 판단하는 단계; 및
    상기 거리에 따라서, 상기 초음파의 주파수를 조절하는 단계
    를 포함하는 초음파를 이용하는 촉감 제공 방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 초음파를 방사하는 단계는
    기 설정된 간격으로 주파수가 조절된 초음파를 순차적으로 방사하며,
    상기 초음파의 주파수를 조절하는 단계는
    상기 수신된 초음파 중, 최대 파워를 나타내는 초음파의 주파수를, 상기 정상파 형성을 위한 주파수로 결정하는
    초음파를 이용하는 촉감 제공 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11428807B2 (en) * 2018-12-28 2022-08-30 Samsung Display Co., Ltd. Display device

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