KR20190029728A - 브러시리스 이차원 햅틱 작동기 - Google Patents

브러시리스 이차원 햅틱 작동기 Download PDF

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Abstract

편심성 자석(400)은, 회전 진동에 의해 햅틱 출력을 생성하기 위해, 자석을 둘러싸는 회전 코일(410)에 의해 생성된 전기장의 영향하에서, 스풀(402) 주위에서 회전한다. 스풀의 말단은 스프링(414, 416)에 연결되고, 선형 작동 코일(406, 408)은 스풀의 각각의 말단 부근에 배치되어서, 스풀을, 따라서 스풀 주위에서 회전하는 자석을 왕복운동하도록 야기하여, 왕복운동하는 모션의 진동으로부터 추가적인 햅틱 출력을 생성한다.

Description

브러시리스 이차원 햅틱 작동기
본 출원은 일반적으로 브러시리스 이차원 햅틱 작동기에 관한 것이다.
특히 컴퓨터 게임에서 경험하는 가상 현실(VR)을 제공하기 위한 햅틱 피드백의 사용이 증가한다. 본원에서 이해되는 바와 같이, 컴퓨터 게임이 더욱 정교해짐에 따라, 복수의 차원에서의 햅틱 피드백이 요구될 수 있다.
따라서, 디바이스는 자석과, 자석 주위에 있고, 자석의 회전을 유도하기 위해 에너지 공급가능한 회전 코일과, 및 자석의 선형 모션을 유도하기 위해, 자석의 제1 말단에 인접하여 배치된 적어도 제1 선형 작동 코일을 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 자석이 회전함에 따라 진동을 유도하기 위해, 상기 자석은 편심성이다.
일부 실시예에서, 상기 디바이스는 자석 내부에 스풀을 포함한다. 제1 스프링은 상기 스풀을 선형으로 이동하도록 하기 위해, 스풀의 제1 말단에 배치될 수 있다. 제1 선형 액션 코일은 제1 스프링에 인접하여 배치될 수 있다. 또한, 제2 스프링은 상기 스풀을 선형으로 이동하도록 하기 위해, 스풀의 제2 말단에 배치될 수 있고, 제2 선형 작동 코일은 제2 스프링에 인접하여 배치될 수 있다.
상기 디바이스는 자석이 스풀에 선형으로 이동하도록, 상기 자석을 상기 스풀에 연결하는 구조물을 포함할 수 있다. 구조물은 가령, 스풀 내의 원주형 칼라와 맞물리는, 가령 자석 내의 원주형 그루브를 포함할 수 있다.
또 다른 양태에서, 회로는 햅틱 출력을 생성하기 위해 코일이 에너지 공급받을 때, 자석을 이동시키도록 구성된 적어도 하나의 코일을 포함한다. 상기 코일은 제1 및 제2 단자를 포함한다. 적어도 하나의 마이크로컨트롤러는 코일의 에너지 공급을 제어한다. 상기 마이크로컨트롤러는 적어도 제1 및 제2 출력을 가진다. 제1 전력 공급부는 상기 마이크로컨트롤러의 제1 출력부에 연결되고, 코일의 제1 단자에도 연결된다. 제1 전력 공급부는 마이크로컨트롤러의 제1 출력부로부터 수신된 신호에 따라 에너지 공급될 수 있다. 또한, 제2 전력 공급부는 상기 마이크로컨트롤러의 제2 출력부에 연결되고, 코일의 제2 단자에도 연결된다. 제2 전력 공급부는 마이크로컨트롤러의 제2 출력부로부터 수신된 신호에 따라 에너지 공급될 수 있다.
또 다른 양태에서, 햅틱 신호 생성기(HSG)는 스풀 주위에서의 회전을 위해, 적어도 하나의 스풀 주위에 배치된 적어도 하나의 자석을 포함한다. 상기 자석은 스풀에 기계적으로 연결되어서, 스풀이 선형으로 이동함에 따라, 상기 자석은 회전하는 동안에 선형으로 이동한다. 적어도 하나의 회전 코일은 스풀 주위에 자석의 회전을 유도하기 위해 구성되고, 적어도 하나의 제1 선형 작동 코일은 자석이 회전함에 따라 자석의 선형 모션을 유도하기 위해 구성된다.
본 발명의 구조와 동작 모두에 대한 세부사항은, 유사한 참조 번호가 유사한 부분을 말하는 첨부 도면을 참조하면 가장 잘 이해될 수 있다.
도 1은 본 원리에 따른 예시를 포함하는 예시적인 시스템의 블록도이다.
도 2는 햅틱 생성기를 사용할 수 있는 구성요소의 예시로서 사용되는 게임 컨트롤러의 사시도이다.
도 3은 도 2에서 라인 3-3을 따라 취해진 단면도이다.
도 4는 자석이 회전하고, 스러스트 브러싱이 스프링을 스풀과 맞물리게 하는데 사용되는, 햅틱 생성기의 제1 실시예의 측면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 작동기의 트랜스버스 뷰이다.
도 6은 예시적인 코일 액티베이션 회로의 전기적 다이어그램이다.
본 개시물은 일반적으로, 컴퓨터 게임 네트워크에 제한되지 않지만, 가전(CE) 디바이스 네트워크의 양태를 포함하는 컴퓨터 에코시스템에 관한 것이다. 본원에서의 시스템은 서버 구성요소 및 클라이언트 구성요소를 포함할 수 있는데, 이들의 하나 이상은 본원에서 개시된 것과 같은 햅틱 신호 생성기와 관련될 수 있고, 이는 네트워크를 통해 연결될 수 있어서, 데이터가 클라이언트 구성요소와 서버 구성요소 간에 교환될 수 있다. 클라이언트 구성요소는 Sony PlayStation®와 같은 게임 콘솔 또는 Microsoft 또는 Nintendo 또는 다른 제조자에 의해 제조된 게임 콘솔을 포함하는 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스, 가상 현실(VR) 헤드세트, 증강 현실(AR) 헤드세트, 휴대용 텔레비젼(가령, 스마트 TV, 인터넷-인에이블된 TV), 랩탑 컴퓨터와 태블릿 컴퓨터와 같은 휴대용 -컴퓨터 및 스마트폰과 이하에서 논의되는 추가적인 예시를 포함하는 다른 모바일 디바이스를 포함할 수 있다. 이들 클라이언트 디바이스는 다양한 운영 환경으로 작동할 수 있다. 예를 들어, 일부 클라이언트 컴퓨터는 예시로서, Linux 운영 시스템, Microsoft로부터의 운영 시스템 또는 Unix 운영 시스템 또는 Apple Computer이나 Google에 의해 생산된 운영 시스템을 사용할 수 있다. 이들 운영 환경은 Microsoft 또는 Google 또는 Mozilla에 의해 제조된 브라우져와 같은 하나 이상의 브라우징 프로그램 또는 이하에서 논의되는 인터넷 서버에 의해 호스팅되는 웹사이트에 접근할 수 있는 다른 브라우져 프로그램을 실행하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 원리에 따른 운영 환경은 하나 이상의 컴퓨터 게임 프로그램을 실행하는데 사용될 수 있다.
서버 및/또는 게이트웨이는, 인터넷과 같은 네트워크를 통해 데이터를 수신하고 송신하도록 서버를 구성하도록 명령어를 실행하는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 또는, 클라이언트와 서버는 로컬 인트라넷이나 가상 사적 네트워크를 통해 연결될 수 있다. 서버나 컨트롤러는 Sony PlayStation®와 같은 게임 콘솔, 개인용 컴퓨터 등에 의해 예시화될 수 있다.
정보는 클라이언트와 서버 사이에, 네트워크를 통해 교환될 수 있다. 이를 위해, 그리고 보안상, 서버 및/또는 클라이언트는 방화벽, 로컬 밸런서, 일시적 저장소 및 프록시 및 신뢰성과 보안성을 위한 다른 네트워크 인프라구조를 포함할 수 있다. 하나 이상의 서버는 온라인 소셜 웹사이트와 같은 보안 커뮤니티를 네트워크 멤버에게 제공하는 방법을 실행하는 장비를 형성할 수 있다.
프로세서는, 어드레스 라인, 데이터 라인 및 제어 라인과 같은 다양한 라인 및 레지스터와 시프트 레지스터에 의해, 로직을 실행할 수 있는 임의의 전형적인 범용 싱글- 또는 멀티-칩 프로세서일 수 있다.
하나의 실시예에 포함되는 구성요소는 임의의 적절한 조합으로 다른 실시예에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 본원에서 기술된, 및/또는 도면에 도시된 임의의 다양한 구성요소는 다른 실시예와 조합되거나, 상호 교환되거나 배제될 수 있다.
"A, B 및 C 중 적어도 하나를 가진 시스템" (마찬가지로, "A, B 또는 C 중 적어도 하나를 가진 시스템" 및 "A, B, C 중 적어도 하나를 가진 시스템")은 A 단독, B 단독, C 단독, A와 B 함께, A와 C 함께, B와 C 함께, 및/또는 A, B 및 C 함께 등을 가지는 시스템을 포함한다.
이제 특히 도 1을 참조하면, 예시적인 시스템(10)이 도시되는데, 이는 본 원리에 따라 상기에 언급되고, 하기에 더욱 기술될 하나 이상의 예시적인 디바이스를 포함할 수 있다. 시스템(10)에 포함되는 첫 번째 예시적인 디바이스는, TV 조절기(등가적으로, TV를 제어하는 셋톱 박스)를 가진 인터넷-인에이블되는 TV를 포함하지만, 이에 제한되지 않는 오디오 비디오 디바이스(AVD)(12)와 같은 가전(CE) 디바이스이다. 그러나, 대안적으로, AVD(12)는 가령, 컴퓨터화된 인터넷 인에이블되는 냉장고, 세탁기 또는 건조기와 같은 장비 또는 가정용품일 수 있다. 대안적으로, AVD(12)는 또한, 컴퓨터화된 인터넷 인에이블되는("스마트") 텔레폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 컴퓨터화된 인터넷-인에이블된 시계와 같은 웨어러블 컴퓨터화된 디바이스, 컴퓨터화된 인터넷-인에이블된 팔찌, 다른 컴퓨터화된 인터넷-인에이블된 디바이스, 컴퓨터화된 인터넷-인에이블된 음악 플레이어, 컴퓨터화된 인터넷-인에이블된 헤드폰, 이식 가능한 피부 디바이스와 컴퓨터화된 인터넷-인에이블된 이식 가능한 디바이스 등일 수도 있다. 무관하게도, AVD(12)는 본 원리를 착수하도록 (가령, 본 원리를 착수하기 위해 다른 CE 디바이스와 통신하고, 본원에서 기술된 로직을 실행하며, 그리고 본원에서 기술된 임의의 다른 기능 및/또는 동작을 수행함) 구성된다는 것을 이해해야 한다.
그러므로, 이러한 원리에 착수하기 위해, AVD(12)는 도 1에 도시된 구성요소의 일부나 전부에 의해 구성될 수 있다. 예를 들어, AVD(12)는, 고화질 또는 울트라 고화질 "4K"나 더 고화질인 플랫 스크린에 의해 실행될 수 있고, 디스플레이 상의 터치를 통해 사용자 입력 신호를 수신하기 위해 터치-인에이블될 수 있는 하나 이상의 디스플레이(14)를 포함할 수 있다. AVD(12)는 본 원리에 따라 오디오를 출력하기 위한 하나 이상의 스피커(16) 및 AVD(12)를 제어하기 위해, 가청 커맨드를 AVD(12)로 가령 입력시키기 위한 오디오 수신기/마이크로폰과 같은 적어도 하나의 추가적인 입력 디바이스를 포함할 수 있다. 또한, 예시적인 AVD(12)는 하나 이상의 프로세서(24)의 제어 하에서, 인터넷, WAN, LAN 등과 같은 적어도 하나의 네트워크(22)를 통해 통신을 위한 하나 이상의 네트워크 인터페이스(20)를 포함할 수 있다. 또한, 그래픽 프로세서(24A)도 포함될 수 있다. 그러므로, 인터페이스(20)는 메시 네트워크 트랜시버와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 무선 컴퓨터 네트워크 인터페이스의 예시인 Wi-Fi 트랜시버일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 프로세서(24)는, 가령, 이미지를 제시하기 위한 디스플레이(14)를 제어하고 그로부터의 입력을 수신하는 것과 같은, 본원에서 기술된 AVD(12)의 다른 요소를 포함하는 본 원리에 착수하기 위해 AVD(12)를 제어하는 것이 이해되어야 한다. 더구나, 네트워크 인터페이스(20)는 가령, 유선 또는 무선 모뎀이나 라우터 또는 가령, 무선 텔레포니 트랜시버와 같은 다른 적절한 인터페이스 또는 상기 언급된 Wi-Fi 트랜시버 등일 수 있다는 것에 주목한다.
상기 내용에 추가하여, 또한, AVD(12)는, (가령, 유선 연결을 사용하여) 또 다른 CE 디바이스에 물리적으로 연결하기 위한, 가령, 고화질 멀티미디어 인터페이스(HDMI) 포트나 USB 포트 및/또는 헤드폰을 통해 AVD(12)로부터의 오디오를 사용자에게 나타내기 위해 AVD(12)에 헤드폰을 연결하기 위한 헤드폰 포트와 같은 하나 이상의 입력 포트(26)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 입력 포트(26)는 오디오 비디오 콘텐츠의 케이블 또는 위성 소스(26a)에 유선이나 무선으로 연결될 수 있다. 그러므로, 소스(26a)는 가령, 별도의 또는 통합된 셋톱 박스 또는 위성 수신기일 수 있다. 또는 소스(26a)는 게임 콘솔 또는 이하에 추가로 기술되는 채널 할당 목적을 위하여, 사용자에 의해 즐겨찾기로 여겨질 수 있는 디스크 플레이어일 수 있다. 게임 콘솔로 실행될 때의 소스(26a)는 CE 디바이스(44)와 관련하여 아래에 기술되는 구성요소의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.
AVD(12)는 일시적 신호가 아닌 디스크-기반 또는 고체 상태 저장소와 같은 하나 이상의 컴퓨터 메모리(28)를 더 포함할 수 있는데, AV 프로그램을 재생하기 위해 AVD의 새시 내부 또는 외부에 있거나, 착탈식 메모리 미디어인 스탠드어론 디바이스 또는 개인용 비디오 레코딩 디바이스(PVR) 또는 비디오 디스크 플레이어로서, AVD의 새시 내에 구현된다. 또한, 일부 실시예에서, AVD(12)는 셀폰 수신기, GPS 수신기 및/또는 고도계(altimeter, 30)와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 포지션 또는 위치 수신기를 포함할 수 있는데, 상기 고도계는 가령, 적어도 하나의 위성이나 셀폰 타워로부터 지리학적 위치 정보를 수신하고, 그 정보를 프로세서(24)로 제공하거나, 및/또는 AVD(12)가 프로세서(24)와 함께 배치된 고도를 결정하도록 구성된다. 그러나, 셀폰 수신기, GPS 수신기 및/또는 고도계 이외의 또 다른 적절한 위치 수신기가, 가령, 모든 3차원에서, 가령, AVD(12)의 위치를 결정하기 위해, 본 원리에 따라 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
AVD(12)의 설명을 이어가면, 일부 실시예에서, AVD(12)는, 가령, 열 이미징 카메라, 웹캠과 같은 디지털 카메라 및/또는 AVD(12) 내로 통합되는 카메라일 수 있고, 본 원리에 따라 사진/이미지 및/또는 비디오를 모으기 위해 프로세서(24)에 의해 제어가능한 하나 이상의 카메라(32)를 포함할 수 있다. 또한, 다른 디바이스와 통신하기 위해, 블루투스 및/또는 NFC 기술을 각각 사용하는 블루투스 트랜시버(34)와 그 밖의 근거리 통신(NFC) 요소(36)가 AVD(12)에 포함될 수 있다. 예시적인 NFC 요소는 라디오 주파수 식별(RFID) 요소일 수 있다.
또한 여전히, AVD(12)는, 입력을 프로세서(24)에 제공하는 (가령, 가속도계, 자이로스코프, 사이클로미터와 같은 모션 센서 또는 자기 센서, 적외선(IR) 센서, 광학 센서, 속도 및/또는 카덴스 센서, 제스쳐 센서(가령, 제스쳐 커맨드를 센싱하기 위한) 등) 하나 이상의 보조 센서(37)를 포함할 수 있다. AVD(12)는 입력을 프로세서(24)에 제공하는 OTA TV 방송을 수신하기 위한 방송(over-the-air) TV 방송 포트(38)를 포함할 수 있다. 상기 내용에 더하여, AVD(12)는 또한, 적외선(IR) 송신기 및/또는 IR 수신기 및/또는 IR 데이터 관련(IRDA) 디바이스와 같은 IR 트랜시버(42)를 포함할 수 있다는 것에 주목해야 한다. 배터리(미도시)는 AVD(12)에 전력 공급하기 위해 제공될 수 있고, 배터리를 충전하고, 및/또는 AVD(12)에 전력 공급하기 위해, 운동 에너지를 전력으로 전환할 수 있는 운동 에너지 수확기일 수 있다.
여전히 도 1을 참조하면, AVD(12)에 추가하여, 시스템(10)은 하나 이상의 다른 CE 디바이스 타입을 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 제1 CE 디바이스(44)는, AVD(12)로 직접 전송된 커맨드를 통해, 및/또는 이하에 기술된 서버를 통해 컴퓨터 게임 오디오 및 비디오를 AVD(12)로 전송하는데 사용될 수 있는데, 제2 CE 디바이스(46)는 제1 CE 디바이스(44)와 유사한 구성요소를 포함할 수 있다. 도시된 예시에서, 제2 CE 디바이스(46)는 플레이어에 의해 조작되는 컴퓨터 게임 컨트롤러로 구성될 수 있다. 도시된 예시에서, 단지 두 개의 CE 디바이스(44, 46)가 도시되지만, 더 적거나 더 많은 디바이스가 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도시된 예시에서, 본 원리를 나타내기 위해, 3개의 모든 디바이스(12, 44, 46)가, 가령, 집에서, 또는 집과 같은 위치에서 적어도 서로 근접한 엔터테인먼트 네트워크의 멤버라고 가정한다. 그러나, 본 원리는 명시적으로 다르게 청구하지 않는 한, 점선(48)에 의해 표시된 특정한 위치로 제한되지 않는다.
비제한적이고 예시적인 제1 CE 디바이스(44)는, 가령, 휴대용 무선 랩탑 컴퓨터나 노트북 컴퓨터나 게이밍 컴퓨터("콘솔"이라고도 함)와 같은 상기-언급된 디바이스 중 임의의 것에 의해 구성될 수 있고, 따라서, 아래에 기술된 하나 이상의 구성요소를 가질 수 있다. 제1 CE 디바이스(44)는 가령, AV 플레이를 송출하고, AVD(12)로의 커맨드를 정지시키기 위한 원격 제어(RC)일 수 있고, 또는 태블릿 컴퓨터, AVD(12)와 유선 또는 무선 링크를 통해 통신하는 게임 컨트롤러, 개인용 컴퓨터, VR 헤드세트, 무선 텔레폰 등일 좀 더 정교한 디바이스일 수 있다.
그러므로, 제1 CE 디바이스(44)는 디스플레이 상의 터치를 통해 사용자 입력 신호를 수신하기 위한 터치-인에이블될 수 있는 하나 이상의 디스플레이(50)를 포함할 수 있다. 제1 CE 디바이스(44)는 본 원리에 따라 오디오를 출력하기 위한 하나 이상의 스피커(52) 및 디바이스(44)를 제어하기 위해 제1 CE 디바이스(44)로 가령, 가청 커맨드를 입력시키기 위한 오디오 수신기/마이크로폰과 같은 추가적인 입력 디바이스(54)를 포함할 수 있다. 또한, 예시적인 제1 CE 디바이스(44)는, 하나 이상의 CE 디바이스 프로세서(58)의 제어 하에서, 네트워크(22)를 통한 통신을 위해, 하나 이상의 네트워크 인터페이스(56)를 포함할 수 있다. 또한, 그래픽 프로세서(58A)도 포함될 수 있다. 그러므로, 인터페이스(56)는, 메시 네트워크 트랜시버를 포함하는 무선 컴퓨터 네트워크 인터페이스의 예시인, Wi-Fi 트랜시버일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 프로세서(58)는, 가령, 이미지를 제시하기 위한 디스플레이(50)를 제어하고 그로부터의 입력을 수신하는 것과 같은, 본원에서 기술된 제1 CE 디바이스(44)의 다른 요소를 포함하는 본 원리에 착수하기 위해 제1 CE 디바이스(44)를 제어하는 것이 이해되어야 한다. 더구나, 네트워크 인터페이스(56)는 가령, 유선 또는 무선 모뎀이나 라우터 또는 가령, 무선 텔레포니 트랜시버와 같은 다른 적절한 인터페이스 또는 상기 언급된 Wi-Fi 트랜시버 등일 수 있다는 것에 주목한다.
상기 내용에 추가하여, 또한, 제1 CE 디바이스(44)는, (가령, 유선 연결을 사용하여) 또 다른 CE 디바이스에 물리적으로 연결하기 위한, 가령, HDMI 포트나 USB 포트 및/또는 헤드폰을 통해 제1 CE 디바이스(44)로부터의 오디오를 사용자에게 나타내기 위해 제1 CE 디바이스(44)에 헤드폰을 연결하기 위한 헤드폰 포트와 같은 하나 이상의 입력 포트(60)를 포함할 수 있다. 제1 CE 디바이스(44)는 디스크-기반 또는 고체 상태 저장소와 같은 하나 이상의 유형의 컴퓨터 판독가능한 저장 매체를 더 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 제1 CE 디바이스(44)는 셀폰 및/또는 GPS 수신기 및/또는 고도계(64)와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 포지션 또는 위치 수신기를 포함할 수 있는데, 상기 고도계는 가령, 적어도 하나의 위성 및/또는 셀폰 타워로부터 지리학적 위치 정보를 수신하고, 삼각법을 사용하여, 그 정보를 CE 디바이스 프로세서(58)로 제공하거나, 및/또는 CE 디바이스(44)가 CE 디바이스 프로세서(58)와 함께 배치된 고도를 결정하도록 구성된다. 그러나, 셀폰 및/또는 GPS 수신기 및/또는 고도계 이외의 또 다른 적절한 위치 수신기가, 가령, 모든 3차원에서, 가령, 제1 CE 디바이스(44)의 위치를 결정하기 위해, 본 원리에 따라 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
제1 CE 디바이스(44)의 설명을 이어가면, 일부 실시예에서, 제1 CE 디바이스(44)는, 가령, 열 이미징 카메라, 웹캠과 같은 디지털 카메라 및/또는 제1 CE 디바이스(44) 내로 통합되는 카메라일 수 있고, 본 원리에 따라 사진/이미지 및/또는 비디오를 모으기 위해 CE 디바이스 프로세서(58)에 의해 제어가능한 하나 이상의 카메라(66)를 포함할 수 있다. 또한, 다른 디바이스와 통신하기 위해, 블루투스 및/또는 NFC 기술을 각각 사용하는 블루투스 트랜시버(68)와 그 밖의 근거리 통신(NFC) 요소(70)가 제1 CE 디바이스(44)에 포함될 수 있다. 예시적인 NFC 요소는 라디오 주파수 식별(RFID) 요소일 수 있다.
또한 여전히, 제1 CE 디바이스(44)는, 입력을 CE 디바이스 프로세서(58)에 제공하는 (가령, 가속도계, 자이로스코프, 사이클로미터와 같은 모션 센서 또는 자기 센서, 적외선(IR) 센서, 광학 센서, 속도 및/또는 카덴스 센서, 제스쳐 센서(가령, 제스쳐 커맨드를 센싱하기 위한), 압력 센서 등) 하나 이상의 보조 센서(72)를 포함할 수 있다. 제1 CE 디바이스(44)는 가령, 하나 이상의 기후 센서(74)(가령, 기압계, 습도 센서, 바람 센서, 광 센서, 온도 센서 등) 및/또는 입력을 CE 디바이스 프로세서(58)에 제공하는 하나 이상의 생체 인증 센서(76)와 같은 다른 센서를 여전히 포함할 수 있다. 상기 내용에 더하여, 제1 CE 디바이스(44)는 또한, 적외선(IR) 송신기 및/또는 IR 수신기 및/또는 IR 데이터 관련(IRDA) 디바이스와 같은 IR 트랜시버(78)를 포함할 수 있다는 것에 주목해야 한다. 배터리(미도시)는 제1 CE 디바이스(44)에 전력 공급하기 위해 제공될 수 있다. CE 디바이스(44)는 상기 기술된 통신 모드와 이와 관련된 구성요소의 임의의 것을 통해 AVD(12)와 통신할 수 있다.
제2 CE 디바이스(46)는 CE 디바이스(44)에 대해 도시된 구성요소의 일부나 전부를 포함할 수 있다. 하나 또는 둘 다의 CE 디바이스는 하나 이상의 배터리에 의해 전력 공급될 수 있다.
이제 상기 언급된 적어도 하나의 서버(80)를 참조하면, 그것은 적어도 하나의 서버 프로세서(82), 디스크-기반 또는 고체 상태 저장소와 같은 적어도 하나의 유형의 컴퓨터 판독가능한 저장 매체(84), 및 서버 프로세서(82)의 제어 하에서, 네트워크(22)를 통해 도 1의 다른 디바이스와 통신 하도록 하고, 본 원리에 따라 서버와 클라이언트 디바이스 간의 통신을 가능하게 할 수 있는 적어도 하나의 네트워크 인터페이스(86)를 포함한다. 네트워크 인터페이스(86)는 가령, 유선이나 무선 모뎀 또는 라우터, Wi-Fi 트랜시버나 가령, 무선 텔레포니 트랜시버와 같은 다른 적절한 인터페이스일 수 있다는 것에 주목해야 한다.
그러므로, 일 실시예에서, 서버(80)는 인터넷 서버 또는 전체 서버 "팜(farm)"일 수 있고, "클라우드(cloud)" 기능을 포함하고 수행할 수 있어서, 시스템(10)의 디바이스가 서버(80)를 통해, 가령, 네트워크 게임 응용예에 대한 예시적인 실시예에서, "클라우드" 환경에 액세스할 수 있도록 한다. 또는, 서버(80)는 하나 이상의 게임 콘솔이나 도 1에 도시된 다른 디바이스와 동일한 방이나 근처의 다른 컴퓨터에 의해 실행될 수 있다.
도 2 및 3은 밑에 증폭된 바와 같이, 상기 기술된 제2 CE 디바이스(46)의 적절한 구성요소를 포함할 수 있는 게임 컨트롤러(200)를 나타낸다. 컨트롤러(200)는 PlayStation® 게임 컨트롤러나 XBox® 게임 컨트롤러 또는 유선(202)이나 무선을 통해 가령 기술된 제1 CE 디바이스(44)로부터의 적절한 구성요소를 실행할 수 있는 게임 콘솔에 연결되는 그 밖의 게임 컨트롤러일 수 있다.
도 3은 하나 이상의 햅틱 피드백 생성기(300)가 게임 컨트롤러(200)에 장착될 수 있다는 것을 가장 잘 나타낸다. 햅틱 피드백 생성기는 이하에서 더욱 개시된 햅틱 생성기에 의해 실행될 수 있다. 햅틱 생성기는 본원에서 논의된 임의의 컴퓨터 디바이스와 같이 사용될 수 있다.
도 2 및 3이 본원에서 기술된 햅틱 생성기를 포함할 수 있는 구성요소의 예시로서 게임 컨트롤러를 나타내지만, 게임 컨트롤러는 하나의 예시이고, 본원에서 개시된 햅틱 생성기는, 시뮬레이트된 스티어링 휠, 시뮬레이트된 자동차 시트 및 그 밖의 다른 시뮬레이트된 자동차 구성요소는 물론 손목시계 등과 같이 상기에 언급된 웨어러블 기술과 같은, 가령 컴퓨터 게임 콘솔 구성요소를 포함하여 본원에서 논의된 임의의 구성요소 내에 통합될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 4 및 5는 희토 자석과 같은 자석(400)이, 본원에서 "스풀"이라고 하는 회전가능한 샤프트(402)와 같이 회전하는 햅틱 신호 생성기의 실시예를 나타낸다. 도시된 예시에서, 자석(400)은 이하에 기술된 회전 코일과 연결된 회전자의 마주보는 자기화된 부분들(403) 사이에 샌드위치될 수 있어서, 자석이 회전자와 함께 회전하도록 한다.
도 4 및 5의 구성요소는 속이 빈 가벼운 플라스틱이나 금속 하우징(404) 내에 포함될 수 있다. 왼쪽과 오른쪽 선형 작동 코일(406, 408)은 하우징(404) 내에 배치될 수 있다. 코일(406, 408)은, 가령, 이하에 기술된 도 6의 예시 회로를 사용하여, 이들의 단자("T")를 통해 교호적으로 에너지 공급받을 수 있는 필드 코일(field coil)이다.
도 4 및 5에 대한 단면-기준에 도시된 바와 같이, 선형 작동 코일에 더하여 하우징(404) 내에는, 하나 이상의 속이 빈 회전 코일(410)이 있는데, 이는 각각 극 쌍을 구성한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 3개의 이러한 코일이 사용될 수 있다. 도 4 및 5에서, 이러한 3개의 코일, 6개의 "극" 어레인지먼트는 제1 코일 "A1" 및 "A2"를 라벨링함에 의해 표시되고, 이들 두 개의 극은 제2 코일 "B1" 및 "B2"로 라벨링하여 표시하며, 제3 코일 "C1" 및 "C2"를 라벨링한다.
코일(410)이 "회전적"이라고 말하지만, 코일(410)이 회전하지 않고, 그 보다는 자석(400)에 스며드는 회전하는 자기장을 생성하기 위해, 직류(DC) 펄스에 의해 순차적으로 에너지 공급받아서, 자석을 회전하도록 한다는 것을 이해해야 한다. 이하에 더욱 논의될 바와 같이, 회전 코일(410)은 순차적으로 에너지 공급받아서, 자석을 회전시켜서, 편심성 회전 모션으로부터 햅틱 피드백을 생성한다.
도 4 및 5에 도시된 예시에서, 반경 베어링이라고도 할 수 있는 하나 이상의 슬라이드 베어링(412)은, 도시된 바와 같이, 모터 샤프트(402)와 회전자(403) 사이에 배치된다. 도 4의 예시에서, 왼쪽과 오른쪽 슬라이드 베어링(412)은 자석의 왼쪽과 오른쪽에서, 슬라이드 베어링에 의재 지지되는 회전자(403)의 각각의 부분에 대해 사용된다.
도 4에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 샤프트(402)는 회전자(403)와 슬라이드 베어링(412)을 넘어 측방향으로 연장되고, 하우징(404) 상에 지지되는 선형 작동 코일(406)을 통과하여 연장될 수 있다. 왼쪽 및 오른쪽 코일 스프링(414, 416)은 각각의 선형 작동 코일(406)과 회전자(403)의 왼쪽 및 오른쪽 부분 사이의 샤프트(402) 주위에 배치되고, 도시된 바와 같이, 회전자(403) 상의 각각의 왼쪽 및 오른쪽 스러스트 브러싱(418, 420)에 접촉할 수 있다. 이러한 어레인지먼트로, 스프링(414, 416)은 스러스트 브러싱(418, 420)를 각각 가압하여, 회전자(403)를 오른쪽과 왼쪽(도 4에서 아래를 볼 때)으로 재촉한다. 결과적으로, 왼쪽 및 오른쪽 선형 작동 코일(406)이 가령, 펄스된 DC 전류에 의해, 한 번에 하나씩 순차적으로 에너지 공급됨에 따라, 스프링(414, 416)과 선형 작동 코일(406)에 의해 생성된 교호하는 자기장 사이의 상호작동이, 회전자(403)를, 따라서 자석(400)을 선형으로 왕복운동하게 한다(도 4에 아래로 볼 때, 왼쪽과 오른쪽). 이러한 방식으로, 선형 응답 모터(LRM)에 의해 생성된 타입의 햅틱 피드백이 생성된다.
상기에서 언급된 바와 같이, LRM-타입 햅틱 피드백에 추가하여, 본원에서 논의되는 햅틱 피드백 생성기는 또한, 편심성 회전 모션에 의해 야기되는 타입의 햅틱 피드백을 생성한다. 이를 위해, 도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 매스(mass, 422)는, 자석 어셈블리가 그 축에 대하여 비대칭이나 편심성이 되는 방식으로 자석(400)에 연결될 수 있다. 이는 도 5에 가장 잘 나타나 있는데, 매스(422)가 자석(400)의 한 측면에 연결되도록 도시된다. 매스(422)는, 자석(400)에 철 매스 또는 자기적으로 연결되는 자기적 매스일 수 있고, 및/또는 자석(400)에 접착적으로 본딩되거나, 솔더링되거나 용접되거나 아니면 맞물린 매스일 수 있다.
도 6은 코일에 에너지 공급을 위해, 본원에서 기술된 임의의 코일의 단자에 연결될 수 있는 구동 회로(600)를 나타낸다. 마이크로컨트롤러(604)의 제1 범용 입력 출력(GPIO) 핀(602)은 제1 전력 공급부(606)에 연결되어서, 전력 공급의 작동을 제어할 수 있다. 마이크로컨트롤러(604)는 본원에서 기술된 임의의 프로세서/컨트롤러에 의해 실행될 수 있다.
도시된 예시에서, 비제한적인 전력 공급부(606)는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)이고, 그것의 소스 "S"는 마이크로컨트롤러(604)에 연결되고, 그것의 베이스 "B"가 코일의 제1 단자에 연결되고, 그것의 콜렉터 "C"는 접지에 연결된다. 마찬가지로, 마이크로컨트롤러(604)의 제2 GPIO 핀(608)은 제2 전력 공급부(610)에 연결되어서, 전력 공급의 작동을 제어할 수 있다. 도시된 예시에서, 비제한적인 전력 공급부(610)는 MOSFET이고, 그것의 베이스 "B"는 코일의 제2 단자에 연결되고, 제1 단자는 제1 MOSFET(606)에 연결되고, 그것의 콜렉터 "C"는 접지에 연결된다.
3개의 회전 코일(410)이 사용될 때, 실제로, 3개의 펄스된 극이 구성되어서 자석(400) 주위에 회전하는 장을 생성하여, 자석이 회전하도록 한다. 에너지 공급되지 않은 극은 전압에 대해 모니터링될 수 있으며, 햅틱 피드백의 선형 작동이나 회전 작동을 위해 다른 코일을 펄스할 때, 마이크로컨트롤러에 의한 표시로 사용된다.
이제 도 7로 넘어가면, 교호하는 브러시리스 이차원 햅틱 작동기(700)가 도시된다. 도 7의 구성요소는 속이 비고 가벼운 플라스틱이나 금속 외부 하우징(702) 내에 포함될 수 있는데, 이는 결국 플라스틱이나 그 밖의 적절한 재료로 제조될 수 있는 속이 빈 내부 하우징(704)를 감싼다. 코일(706, 708)이 원하는 대로 내부 하우징(704) 내부에 배치될 수 있고, 외부 하우징이 생략되는 경우라 하여도, 왼쪽 및 오른쪽 선형 작동 코일(706, 708)은 내부 하우징(704)의 외부에 있는 외부 하우징(702) 내에 배치될 수 있다. 임의의 경우, 코일(706, 708)은 이들의 단자 "T"를 통해, 가령, 상기 기술된 도 6의 예시 회로를 사용하여, 교호적으로 에너지 공급받을 수 있다.
내부 하우징(704) 내에 속이 빈 회전 코일(710)이 있고, 희토 자석과 같은 영구 자석(712)이 회전 및 선형 모션을 위해 그 안에 배치된다. 코일(710)이 "회전적"이라고 하지만, 코일(710) 그 자체는 회전하지 않고, 그 보다는 에너지 공급받아서 자석(712)의 회전을 야기한다는 것을 이해해야 한다.
도시된 예시에서, 자석(712)은 원통형(아래에 기술된 편심성을 예외로 하고)이고, 속이 비어 있을 수 있고, 자석의 내부 채널과 스풀 사이에 배치된 하나 이사의 반경 베어링 상에서, 회전적으로 정적인 길쭉한 샤프트나 스풀(714)에 대해 회전할 수 있다. 스풀은 아래에 더욱 기술되고, 화살표(716)에 의해 표시된 바와 같이, 왼쪽과 오른쪽으로 왕복운동할 수 있다.
자석(712)은, 그 축에 대해 대칭이 아니라는 점에서, 편심성이다. 이러한 방식으로, 자석이 회전함에 따라, 그것이 진동할 것이고, 회전 차원으로 햅틱 출력을 생성한다. 도시된 예시에서, 회전 편심성을 구성하기 위한 다른 구조물이 사용될 수 있어도, 길쭉한 리브(718)가 자석(712)에 형성되고, 이에 부착되고, 자석의 축에 일반적으로 평행하게 배향된다.
스풀(714)의 말단(720)은 플랜지(flanged)될 수 있다. 각각의 코일 스프링(722)은 각각의 말단에 인접할 수 있고, 도시된 바와 같이, 그것의 말단(720)과 내부 하우징(704)의 각각의 벽 사이에 배치될 수 있다. 이러한 구조로, 선형 작업 코일이 전류로 교호적으로 펄스됨에 따라, 자석(712)은 코일 중 하나에 교호적으로 끌어 당기고, 스프링(722)에 의해 그러한 끌어 당김에 대해 바이어스되어서, 자석의 축을 따라 화살표(716)에 의해 표시된 바와 같이, 자석을 왕복운동하도록 한다. 이는 편심성 자석(712)을 회전함에 의해 생성된 햅틱 출력에 더하여, 선형 차원으로의 햅틱 출력을 생성하고, 본질적으로 생성기(700)가 회전 햅틱 생성기와 선형 응답 모터 햅틱 생성기가 되도록 한다.
자석(712)은 선형 모션을 위해 스풀(714)에 고정될 수 있는 한편, 스풀(712)에 대해 자유롭게 회전할 수 있다. 예시적이고 비제한적인 중요한 구조가 도 8에 도시되는데, 자석(712)은 스풀(714) 상에 형성된 원주형 칼라(802)를 수용하는 원주형 그루브(800)로 형성된다. 그루브는 스풀 상에, 그리고 원하면 자석의 외주 내부상의 칼라 상에 형성될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 임의의 경우에, 칼라(802)는 자석(712)이 스풀(714)에 대해 회전함에 따라 그루브(800) 내에서 라이드하는 반면, 화살표(716)에 의해 표시된 방향으로 스풀(714)과 저석(712)이 함께 선형으로 이동하도록 인터락킹된다.
도 9는 회전가능한 자석과 스풀 간의 예시적인 인터락킹 구조물을 나타낸다. 도 9에서, 스풀(902)의 원통형 샤프트(900)는 자석(712)의 내부 채널(904)을 통해 연장된다. 자석(712)은 샤프트(900)에 대해 자유롭게 회전할 수 있다. 샤프트(900)의 각각의 말단 상에 반경방향으로 확장된 디스크-형상의 플랜지(706)가 도시된 바와 같이 형성되고, 채널(904)보다 반경방향으로 더 커서, 샤프트(900)의 축방향 차원으로 플랜지(906)에 대해 가해진 임의의 선형 힘은(상기에서 논의된 스프링에 의해서와 같이) 플랜지(906)가 자석(712)의 측면에 대해 재촉하여, 선형 모션을 자석에게 전달할 것이다.
일부 실시예에서, 도시된 선형 작동 코일의 하나 또는 둘 다를 사용하여, 오직 하나의 스프링이 사용된다. 일부 실시예에서, 도시된 스프링의 하나 또는 둘 다를 사용하여, 오직 하나의 선형 작동 코일이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나의 스프링이 하나의 선형 작동 코일과 동일한 스풀의 말단에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 하나의 스프링이 하나의 선형 작동 코일과 반대인 스풀의 말단에 배치될 수 있다.
본 원리가 일부 예시적인 실시예를 참조하여 기술되었지만, 이들은 제한하려는 의도가 아니고, 다양하고 대안적인 어레인지먼트가 본원에서 청구된 주제를 실행하는데 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.

Claims (20)

  1. 디바이스에 있어서, 상기 디바이스는,
    자석과,
    자석 주위에 있고, 자석의 회전을 유도하기 위해 에너지 공급가능한 회전 코일과, 및
    자석의 선형 모션을 유도하기 위해, 자석의 제1 말단에 인접하여 배치된 적어도 제1 선형 작동 코일을 포함하는, 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 자석이 회전함에 따라 진동을 유도하기 위해, 상기 자석은 편심성인, 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서, 자석 내에 자석의 회전축에 위치된 스풀(spool)을 포함하는, 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 스풀을 선형으로 이동하도록 하기 위해, 스풀의 제1 말단에 배치된 적어도 제1 스프링을 포함하는, 디바이스.
  5. 제 4 항에 있어서, 제1 선형 액션 코일은 상기 제1 스프링에 인접하여 배치되는, 디바이스.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 스풀을 선형으로 이동하도록 하기 위해, 스풀의 제2 말단에 배치된 적어도 제2 스프링을 포함하는, 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제2 스프링에 인접하여 배치된 제2 선형 작동 코일을 포함하는, 디바이스.
  8. 제 3 항에 있어서, 자석이 스풀에 선형으로 이동하도록, 상기 자석을 상기 스풀에 연결하는 구조물을 포함하는, 디바이스.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 구조물은 원주형 칼라와 맞물리는 원주형 그루브를 포함하는, 디바이스.
  10. 회로에 있어서, 상기 회로는,
    햅틱 출력을 생성하기 위해 코일이 에너지 공급받을 때, 자석을 이동시키도록 구성된 적어도 하나의 코일 - 상기 코일은 제1 및 제2 단자를 포함함 - 과,
    코일의 에너지 공급을 제어하기 위한 적어도 하나의 마이크로컨트롤러 - 상기 마이크로컨트롤러는 적어도 제1 및 제2 출력을 가짐 - 와,
    상기 마이크로컨트롤러의 제1 출력부에 연결된 제1 전력 공급부 - 상기 제1 전력 공급부는 코일의 제1 단자에도 연결되고, 마이크로컨트롤러의 제1 출력부로부터 수신된 신호에 따라 에너지 공급가능함 - 와,
    상기 마이크로컨트롤러의 제2 출력부에 연결된 제2 전력 공급부 - 상기 제2 전력 공급부는 코일의 제2 단자에도 연결되고, 마이크로컨트롤러의 제2 출력부로부터 수신된 신호에 따라 에너지 공급가능함 - 를 포함하는, 회로.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 마이크로컨트롤러는 컴퓨터 게임 시스템에서 실행되는, 회로.
  12. 제 11 항에 있어서, 마이크로컨트롤러로부터의 신호는 컴퓨터 게임에 의해 요구되는 햅틱 생성 신호인, 회로.
  13. 제 10 항에 있어서, 적어도 제1 전력 공급부는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)에 의해 실행되는, 회로.
  14. 햅틱 신호 생성기(HSG)에 있어서, 상기 햅틱 신호 생성기는,
    스풀 주위에서의 회전을 위해, 적어도 하나의 스풀 주위에 배치된 적어도 하나의 자석 - 스풀이 선형으로 이동함에 따라, 상기 자석은 회전하는 동안에 선형으로 이동함 - 과,
    자석의 회전을 유도하기 위해 구성된 적어도 하나의 회전 코일과, 및
    자석이 회전함에 따라 자석의 선형 모션을 유도하기 위해 구성된 적어도 제1 선형 작동 코일을 포함하는, 햅틱 신호 생성기.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 자석이 회전함에 따라 진동을 유도하기 위해, 상기 자석은 편심성인, 햅틱 신호 생성기.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 스풀을 선형으로 이동하도록 하기 위해, 스풀의 제1 말단에 배치된 적어도 제1 스프링을 포함하는, 햅틱 신호 생성기.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 제1 선형 액션 코일은 상기 제1 스프링에 인접하여 배치되는, 햅틱 신호 생성기.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 스풀을 선형으로 이동하도록 하기 위해, 스풀의 제2 말단에 배치된 적어도 제2 스프링을 포함하는, 햅틱 신호 생성기.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 제2 선형 작동 코일은 상기 제2 스프링에 인접하여 배치되는, 햅틱 신호 생성기.
  20. 제 14 항에 있어서, 상기 자석은 상기 스풀에 기계적으로 연결되는, 햅틱 신호 생성기.
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