KR20190135886A - 버튼형 액추에이터, 이를 포함하는 버튼형 액추에이터 피드백 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터는, 케이스; 사용자로부터 가압되어 적어도 일부가 상기 케이스에 대해 이동하는 버튼부; 상기 버튼부에 연결되고 자성체를 구비하는 진동자; 및 상기 진동자에 자기장을 형성하는 코일을 포함할 수 있다.

Description

버튼형 액추에이터, 이를 포함하는 버튼형 액추에이터 피드백 시스템 및 그 제어 방법{ACTIVE BUTTON ACTUATOR, ACTIVE BUTTON ACTUATOR FEEDBACK SYSTEM COMPRISING THEREOF AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
아래의 설명은 버튼형 액추에이터, 이를 포함하는 버튼형 액추에이터 피드백 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적인 리니어 공진 액추에이터(Linear Resonant Actuator, LRA)의 경우, 진동자에서 발생한 진동이 진동자에 연결된 탄성체인 스프링에 인가되고 스프링은 외부케이스에 연결되어 있어서 결국 진동이 스프링을 통해 외부 케이스에 전달되어 사용자에게 제공될 수 있는 구조로 형성된다.
일반적인 리니어 공진 액추에이터는, 생성되는 진동력을 사용자에게 전달하기 위한 출력 장치로써 기능할 뿐이며, 입력 장치로서의 기능을 수행하지 못한다는 한계점이 존재하였다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시 예의 목적은 버튼형 액추에이터, 이를 포함하는 버튼형 액추에이터 피드백 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터는, 케이스; 사용자로부터 가압되어 적어도 일부가 상기 케이스에 대해 이동하는 버튼부; 상기 버튼부에 연결되고 자성체를 구비하는 진동자; 및 상기 진동자에 자기장을 형성하는 코일을 포함할 수 있다.
상기 버튼부는, 탄성이 있는 판막 형상으로 형성되어 상기 케이스의 상면의 적어도 일부를 덮도록 설치될 수 있다.
일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터는, 상기 케이스 및 진동자 사이에 설치되어 상기 진동자의 탄성 운동을 지지하는 탄성 지지부를 더 포함할 수 있다.
상기 진동자는 상기 버튼부의 하면에 부착되어 휘어질 수 있는 유연한 소재로 형성되고, 상기 자성체는 상기 진동자 내의 적어도 일부에 고르게 함유되어 있는 자성 입자일 수 있다.
일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터 피드백 시스템은, 전술한 버튼형 액추에이터; 및 상기 버튼부가 사용자에 의해 가압 또는 감압됨에 따라 형성되는 유도 기전력의 크기 또는 방향에 기초하여 상기 코일에 전류를 인가하여 상기 진동자를 운동시키는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 버튼부가 가압될 경우 형성되는 유도 기전력의 크기가 설정 전압 크기 이상일 경우, 상기 진동자를 운동시킬 수 있다.
상기 제어부는, 상기 버튼부가 가압된 상태에서 감압되기 시작하여 유도 기전력의 방향이 바뀌는 경우, 상기 진동자를 운동시킬 수 있다.
상기 제어부는, 상기 버튼부가 가압 또는 감압될 경우 상기 코일에 발생되는 유도 기전력을 감지하는 입력 감지부; 및 상기 입력 감지부에서 감지된 유도 기전력의 정보에 기초하여 상기 진동자를 운동시킬 시점을 결정하는 신호 제어부를 포함할 수 있다.
상기 신호 제어부는, 상기 유도 기전력의 전압 값이 양의 값에서 음의 값으로 변화하는 시점, 또는 음의 값에서 양의 값으로 변화하는 시점에 상기 진동자를 운동시킬 수 있다.
케이스와, 사용자로부터 가압되어 적어도 일부가 상기 케이스에 대해 이동하는 버튼부와, 상기 버튼부에 연결되고 자성체를 구비하는 진동자와, 상기 진동자에 자기장을 형성하는 코일을 포함하는 버튼형 액추에이터를 구비하는 일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터 시스템의 제어 방법은, 상기 버튼부가 눌러질 경우 상기 코일에 형성되는 유도 기전력을 감지하는 입력 감지 단계; 및 상기 감지된 유도 기전력에 기초하여 상기 진동자를 운동시키는 액추에이터 구동 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터 시스템의 제어 방법은, 상기 유도 기전력의 크기 또는 방향에 기초하여 상기 진동자를 운동시키기 위한 입력 신호의 생성 여부를 결정하는 입력 확인 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 입력 확인 단계는, 상기 입력 감지 단계에서 감지되는 유도 기전력의 전압 크기가 설정 전압 크기 이상일 경우에 입력 피드백 신호를 생성할 수 있다.
상기 액추에이터 구동 단계는, 상기 유도 기전력의 방향이 바뀌는 시점에서 수행될 수 있다.
일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터 시스템의 제어 방법은, 상기 유도 기전력의 형성 시점, 크기 또는 지속 시간에 기초하여 상기 진동자의 운동 패턴 정보를 생성하는 운동 패턴 생성 단계를 더 포함할 수 있다.
운동 패턴 생성 단계는, 상기 버튼부가 눌러질 경우 형성되는 유도 기전력의 크기 또는 지속 시간에 기초하여 운동 패턴의 종류를 설정하는 운동 패턴 설정 단계를 포함할 수 있다.
상기 운동 패턴 생성 단계는, 상기 버튼부가 눌러질 경우 형성되는 유도 기전력의 지속 시간 또는 전압 크기에 기초하여 상기 진동자의 운동 시간을 결정하는 운동 시간 설정 단계; 및 상기 버튼부가 눌러질 경우 형성되는 유도 기전력의 전압 크기에 기초하여 상기 진동자의 운동 강도를 결정하는 운동 강도 설정 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 입력 확인 단계는, 상기 입력 감지 단계에서 측정되는 유도 기전력의 전압 크기의 단계 별로 상이한 입력 신호를 상기 코일에 인가할 수 있다.
상기 입력 확인 단계에서, 상기 유도 기전력의 전압의 크기가 제 1 설정 전압 크기보다 크고 제 2 설정 전압 크기보다 작을 경우, 상기 버튼부가 사용자에 의해 접촉된 것으로 판단하여 상기 버튼형 액추에이터에 접촉 피드백 신호를 인가할 수 있고, 상기 유도 기전력의 전압의 크기가 상기 제 1 설정 전압 크기 및 제 2 설정 전압 크기 이상이라고 판단될 경우, 상기 버튼부가 사용자에 의해 가압된 것으로 판단하여 상기 버튼형 액추에이터에 입력 피드백 신호를 인가할 수 있다.
상기 입력 확인 단계에서, (i) 상기 버튼부가 접촉된 시점으로부터 설정 입력 시간 이내에 상기 버튼부가 가압된 것으로 판단될 경우, 상기 접촉 피드백 신호는 출력되지 않고, (ii) 상기 버튼부가 접촉된 시점으로부터 설정 입력 시간 이내에 상기 버튼부가 가압되지 않은 것으로 판단될 경우, 상기 접촉 피드백 신호가 출력될 수 있다.
상기 접촉 피드백 신호 또는 상기 입력 피드백 신호는, 상기 진동자를 상기 케이스에 대해 운동시켜 가청음을 형성할 수 있다.
일 실시 예의 입출력을 갖는 버튼형 액추에이터 피드백 시스템 및 그 제어 방법에 의하면, 진동을 발생만 시키는 출력 장치로서의 액추에이터에 입력 장치의 역할을 추가하여 이들을 하나의 액추에이터 장치로 통합시킬 수 있다.
일 실시 예의 입출력을 갖는 버튼형 액추에이터 피드백 시스템 및 그 제어 방법에 의하면, 입력에 따른 다양한 햅틱 피드백을 제공할 수 있고 간접적인 진동력 전달로 느껴지는 촉감이 아니라 직접적으로 바로 느낄 수 있도록 고안되어 있기 때문에 보다 다양한 햅틱 피드백을 전달할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터 피드백 시스템의 블록도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터의 단면도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터 피드백 시스템을 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터 피드백 시스템을 나타내는 도면이다.
도 5은 일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터의 단면도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터의 단면도이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터 피드백 시스템의 제어 방법의 순서도이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 입력 확인 단계의 순서도이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 접촉 신호 인가 단계의 순서도이다.
도 10은 일 실시 예에 따른 운동 패턴 생성 단계의 순서도이다.
도 11은 일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터 피드백 시스템을 나타내는 도면이다.
도 12는 일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터 피드백 시스템을 나타내는 도면이다.
도 13은 일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터 피드백 시스템의 제어 방법의 순서도이다.
도 14는 일 실시 예에 따른 접촉 피드백 신호 인가 단계를 나타내는 순서도이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터 피드백 시스템의 블록도이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터의 단면도이고, 도 3은 일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터 피드백 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터 피드백 시스템(1)은 사용자에게 햅틱 피드백을 제공할 수 있는 출력 장치의 역할을 수행하는 버튼형 액추에이터(11)가 사용자로부터의 가압을 감지하는 입력 장치로서의 역할도 동시에 수행하도록 구성되는 시스템이다.
예를 들어, 버튼형 액추에이터 피드백 시스템(1)은, 버튼형 액추에이터(11) 및 제어부(12)를 포함할 수 있다.
버튼형 액추에이터(11)는, 공진 주파수를 이용하여 운동을 전달하는 선형 공진 액추에이터(Linear Resonant Actuator, LRA) 일 수 있다.
예를 들어, 버튼형 액추에이터(11)는 케이스(111), 버튼부(112), 코일(116) 및 진동자(114)를 포함할 수 있다.
케이스(111)는, 버튼형 액추에이터(11)의 외형을 형성할 수 있고, 상면의 적어도 일부가 개방된 형상을 가질 수 있다.
버튼부(112)는 적어도 일부가 케이스(111)의 상면에 상하 방향으로 이동 가능하게 설치될 수 있다. 예를 들어, 버튼부(112)는 사용자로부터 가압될 경우, 적어도 일부가 케이스(111)의 내부 공간을 향해 하측으로 이동될 수 있다.
버튼부(112)는 버튼형 액추에이터(11)에서 형성된 햅틱 피드백 효과를 사용자에게 전달할 수 있다. 또한, 버튼부(112)는 사용자로부터 가압되어 형성되는 입력 신호를 제어부(12)에 전달하기 위한 접촉 단부로 기능할 수 있다.
예를 들어, 버튼부(112)는 케이스(111)의 상면의 적어도 일부를 덮도록 설치되는 유연한 판막형 부재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 사용자에 의해 상측으로부터 버튼부(112)가 가압될 경우, 버튼부(112)의 적어도 일부는 하측으로 만곡되도록 탄성 변형될 수 있고, 가압이 해제될 경우, 초기의 위치로 복귀될 수 있다.
진동자(114)는 케이스(111)의 내부 공간에 수용되고 버튼부(112)의 하측에 연결될 수 있다. 예를 들어, 진동자(114)는 자성체(1141)를 포함할 수 있다.
자성체(1141)는 진동자(114)에 설치될 수 있다. 예를 들어, 자성체(1141)는 도 2와 같이, 진동자(114)의 하측에 설치되는 영구 자석일 수 있다. 다만, 자성체(1141)는 자성을 갖는 원소를 함유하는 스틸(Steel), 가루(Powder), 합금(Alloy), 합금 가루(Alloy powder), 합성체(Composites) 및 나노 구조물(Nano structure) 중 적어도 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
다른 예로, 자성체(1141)는 진동자(114)의 내부에 형성되거나, 진동자(114)와 일체로 형성될 수도 있음을 밝혀둔다.
코일(116)은 케이스(111)의 내부 공간의 하측에 설치되어 제어부(12)로부터 전류를 인가받아 자기장을 형성할 수 있다.
예를 들어, 코일(116)은, 원형 또는 다각형 모양의 평면 코일 또는 솔레노이드 코일을 포함할 수 있다. 다른 예로, 코일(116)은, 연성인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board)에 형성된 회로일 수 있다.
위의 구조에 의하면, 제어부(12)로부터 코일(116)에 인가되는 전압의 크기, 방향 또는 주기 등의 주파수 특성을 조절함에 따라서, 코일(116)에서 형성되는 자기장이 자성체(1141)를 비롯한 진동자(114)를 상하 방향으로 빠르게 운동시킬 수 있다.
결과적으로, 사용자의 신체의 일부가 버튼부(112)와 접촉되어 있을 경우, 사용자는 진동자(114)의 운동에 의해 형성되는 햅틱 피드백 효과를 케이스(111)에 대해 상대적으로 움직이는 버튼부(112)를 통해 전달받을 수 있다.
한편, 버튼부(112)가 사용자에 의해 하측으로 가압되어 진동자(114)가 코일(116)에 대해서 이동할 경우, 전자기 유도현상에 의해, 코일(116)에 연결된 전선을 따라서 유도 기전력이 발생할 수 있다.
제어부(12)는, 버튼형 액추에이터(11)의 코일(116)에 전류를 인가하여 진동자(114)로부터 버튼부(112)로 전달되는 햅틱 피드백을 생성할 수 있다.
또한, 제어부(12)는, 버튼부(112)가 가압될 경우 형성되는 유도 기전력을 감지하여, 이를 버튼형 액추에이터(11)를 구동하기 위한 입력 신호로 인식할 수 있다.
예를 들어, 제어부(12)는, 코일(116)로 인가되는 전류의 크기, 방향 또는 주기 등의 주파수의 특성을 조절함으로써, 다양한 종류의 햅틱 피드백을 사용자에게 전달할 수 있다.
예를 들어, 제어부(12)는 입력 감지부(121), 신호 제어부(122) 및 햅틱 구동부(123)를 포함할 수 있다.
입력 감지부(121)는, 버튼부(112)가 가압될 경우 형성되는 유도 기전력을 감지할 수 있다. 예를 들어, 입력 감지부(121)는 코일(116) 및 제어부(12) 사이에 연결된 회로의 적어도 일측으로부터 연결되어 코일(116)에서 형성되는 유도 기전력을 인가받을 수 있다.
예를 들어, 입력 감지부(121)는, 버튼부(112)가 가압되는 세기 및 시간에 따라 형성되는 유도 기전력이 생성하는 전압의 크기 및 방향을 측정할 수 있다.
신호 제어부(122)는, 입력 감지부(121)에 인가되는 유도 기전력의 크기 또는 방향에 기초하여 버튼형 액추에이터(11)의 구동 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 신호 제어부(122)는 유도 기전력의 전압의 크기에 기초하여 버튼부(112)가 사용자에 의해 가압되는 정도를 측정할 수 있다.
예를 들어, 신호 제어부(122)는, 버튼부(112)가 가압될 경우 형성되는 유도 기전력의 전압의 크기가 "제 1 설정 전압" 크기 이상일 경우, 버튼형 액추에이터(11)를 구동시키기 위한 "입력 신호"를 햅틱 구동부(123)에 전달할 수 있다.
예를 들어, 신호 제어부(122)는, 유도 기전력의 전압의 크기의 단계 별로 상이한 입력 신호를 생성할 수 있다. 이에 따라, 버튼형 액추에이터(11)는 사용자가 버튼부(112)를 가압하는 크기의 단계 별로 상이한 햅틱 피드백 효과를 형성할 수 있다.
예를 들어, 신호 제어부(122)는, 유도 기전력의 전압의 크기가 제 1 설정 전압 크기보다 크되 "제 2 설정 전압 크기"보다 작다고 판단할 경우, 상기 버튼부(112)가 가볍게 접촉된 것으로 판단하여 햅틱 구동부(123)에 "접촉 신호"를 전달할 수 있다.
다른 한편, 신호 제어부(122)는, 유도 기전력의 전압의 크기가 제 1 설정 전압 크기 및 제 2 설정 전압 크기 이상이라고 판단할 경우, 버튼부(112)가 가압된 것으로 판단하여 햅틱 구동부(123)에 입력 신호를 전달할 수 있다.
다시 말하면, 신호 제어부(122)는, 유도 기전력의 전압의 크기에 따라서, "접촉 신호" 및 "입력 신호" 등으로 서로 구별되는 복수 개의 신호 중 어느 하나의 신호를 햅틱 구동부(123)에 전달할 수 있다.
예를 들어, 신호 제어부(122)는, 유도 기전력의 전압의 크기가 제 1 설정 전압 크기보다 작다고 판단할 경우, 햅틱 구동부(123)를 휴면 모드(sleep mode)로 유지하여, 전력의 손실을 줄일 수도 있다.
예를 들어, 신호 제어부(122)는, 입력 감지부(121)에서 인가되는 유도 기전력의 전압을 증폭시키는 증폭기(amplifier) 및/또는 신호의 노이즈 성분을 감쇠하기 위한 노이즈 필터(noise filter)를 포함할 수 있다.
햅틱 구동부(123)는, 버튼형 액추에이터(11)를 구동시키기 위해 코일(116)에 전류를 인가할 수 있다.
예를 들어, 햅틱 구동부(123)가 접촉 신호를 인가받을 경우, 코일(116)에 접촉 피드백 신호를 인가할 수 있고, 입력 신호를 인가받을 경우, 코일(116)에 입력 피드백 신호를 인가할 수 있다.
여기서, "접촉 피드백 신호" 및 "입력 피드백 신호"는, 햅틱 구동부(123)가 코일(116)에 인가하는 전압 파형의 신호일 수 있다. 예를 들면, 접촉 피드백 신호 및 입력 피드백 신호는 진동자를 케이스에 대해 운동시킴으로서 햅틱 피드백 효과를 제공할 수 있다. 접촉 피드백 신호 및 입력 피드백 신호는 진동자를 케이스에 대해 고주파로 진동시킴으로서, 가청음(audible sound)을 형성할 수도 있다. 접촉 피드백 신호 및 입력 피드백 신호는 서로 상이한 햅틱 피드백 효과를 형성할 수 있다. 한편, 이와 달리, "접촉 피드백 신호" 및 "입력 피드백 신호"가 서로 동일할 수도 있음을 밝혀 둔다.
다른 예로, 접촉 피드백 신호 또는 입력 피드백 신호는, 별도로 구비되는 부저(buzzer)와 같은 사운드 출력 장치(미도시)를 구동하여 사용자로 하여금 가청음을 인지하도록 할 수 있다.
햅틱 구동부(123)는 신호 제어부(122)로부터 전달받은 유도 기전력의 크기 및/또는 지속 시간에 기초하여 코일(116)에 인가하는 전압 파형의 주파수 특성을 조절함으로써 다양한 햅틱 피드백 효과를 형성할 수 있다.
구체적으로, 진동자(114)의 운동 패턴의 종류, 운동 시간 및 운동 강도 등의 운동 패턴 특성을 설정할 수 있고, 이에 상응하는 입력 피드백 신호 또는 접촉 피드백 신호를 버튼형 액추에이터(11)에 인가할 수 있다.
예를 들어, 햅틱 구동부(123)는 버튼부(112)가 가압될 경우 형성되는 유도 기전력의 크기 및/또는 지속 시간에 기초하여 운동 패턴의 종류를 설정할 수 있다. 예를 들어, 햅틱 구동부(123)는 버튼부(112)가 가압될 경우 형성되는 유도 기전력의 지속 시간에 기초하여 운동 패턴의 운동 지속 시간을 결정할 수 있다. 예를 들어, 햅틱 구동부(123)는 버튼부(112)가 가압될 경우 형성되는 유도 기전력의 크기에 기초하여 운동 패턴의 운동 강도를 결정할 수 있다.
일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터 피드백 시스템(1)에 의하면, 사용자로부터 버튼형 액추에이터(11)의 버튼부(112)에 가해진 압력이 버튼형 액추에이터(11)의 구동을 제어하는 햅틱 구동부(123)의 입력 신호로 기능할 수 있다. 또한, 버튼부(112)에 가해지는 압력의 세기에 따라 버튼형 액추에이터(11)의 운동의 강도가 능동적으로 조절될 수 있다.
일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터 피드백 시스템(1)에 의하면, 햅틱 피드백의 크기, 종류, 지속 시간 및/또는 발생 시점 등의 특성은, 사용자가 버튼부(112)를 가압하는 세기, 시간 또는 시점에 따라 다양하게 설정될 수 있으며, 그러한 햅틱 피드백의 반응 특성은 버튼형 액추에이터(11)가 사용되는 목적에 따라 자유롭게 설정될 수 있다.
도 4는 일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터 피드백 시스템을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터 피드백 시스템(2)은, 도 1 내지 도 3에 개시된 실시 예의 버튼형 액추에이터 피드백 시스템(1)의 입력 감지부(121)와 다른 입력 감지부(221)의 구성을 포함할 수 있다.
예를 들어, 버튼형 액추에이터 피드백 시스템(2)은 버튼형 액추에이터(21) 및 제어부(22)를 포함할 수 있다.
버튼형 액추에이터(21)는 도 1 내지 도 3에 도시된 버튼부(112)를 구비하는 버튼형 액추에이터(11)와 같이 입력 및 출력을 동시에 수행할 수 있는 액추에이터일 수 있다.
제어부(22)는, 버튼형 액추에이터(21)의 코일에 전류를 인가하여 햅틱 피드백을 생성할 수 있다.
예를 들어, 제어부(22)는 입력 감지부(221), 신호 제어부(222) 및 햅틱 구동부(223)를 포함할 수 있다.
입력 감지부(221)는, 버튼형 액추에이터(21)의 코일의 양단에 연결된 회로에 각각 연결되어 버튼형 액추에이터(21)가 가압되었을 경우, 형성되는 유도 기전력을 감지할 수 있다. 예를 들어, 입력 감지부(221)는, 코일의 양단 사이에 연결된 저항 소자(R1)에 인가되는 전압을 감지할 수 있다. 이와 같이 입력 감지부(221)는, 저항 소자(R1)의 양단의 상대적인 전위차, 또는 그 변화량 등에 기초하여, 입력 신호 또는 접촉 신호를 생성할 수 있다.
예를 들어, 버튼형 액추에이터(21)의 버튼부가 사용자로부터 가압되어 진동자가 코일에 대해 하측으로 이동하는 경우, 코일 및 제어부(22) 사이의 회로에서 일 방향으로 형성되는 유도 기전력을 측정할 수 있다.
예를 들어, 입력 감지부(221)는 버튼형 액추에이터(21)의 코일 양단으로 연결된 전선으로부터 각각 분지되는 전선으로 연결되는 제 1 측정부(2211) 및 제 2 측정부(2212)를 포함할 수 있다. 각각의 제 1 측정부(2211) 및 제 2 측정부(2212)는, 일단이 그라운드(미도시)에 연결되고, 타단이 저항 소자(R1)의 양단에 각각 연결되어, 저항 소자(R1)의 양단에서 측정되는 절대적인 전압을 감지할 수 있다.
예를 들어, 사용자가 버튼부가 누르는 경우, 제 1 측정부(2211) 및 제 2 측정부(2212) 중 어느 하나의 측정부는 버튼부가 하측 방향으로 가압됨에 따라 형성되는 일 방향으로 형성되는 유도 기전력의 전압의 크기를 측정할 수 있다.
이후, 버튼부가 가압된 상태가 해제되어 진동자가 코일에 대해 상측 방향으로 이동하는 경우, 나머지 하나의 측정부는 상기 일 방향의 반대 방향으로 형성되는 유도 기전력의 전압의 크기를 측정할 수 있다.
신호 제어부(222)는, 입력 감지부(221)에서 측정되는 전압의 크기의 비교를 통해서, 버튼형 액추에이터(21)에서 형성되는 유도 기전력의 방향을 판단할 수 있고, 이를 통해, 버튼형 액추에이터(21)의 구동 여부를 결정할 수 있다.
예를 들어, 신호 제어부(222)는, 입력 감지부(221)에서 측정되는 유도 기전력의 전압의 크기 차이에 기초하여 버튼형 액추에이터(21)를 구동시키기 위한 입력 신호를 햅틱 구동부(223)에 전달할 수 있다.
예를 들어, 신호 제어부(222)는, 입력 감지부(221)에서 측정되는 유도 기전력의 전압의 차이가 미리 설정된 값에 도달하는 시점에 입력 신호를 햅틱 구동부(223)에 전달할 수 있다.
예를 들어, 신호 제어부(222)는, 입력 감지부(221)에서 측정되는 유도 기전력의 값이 양의 값에서 음의 값, 또는 음의 값에서 양의 값으로 변화하는 시점에 입력 신호를 햅틱 구동부(223)에 전달할 수 있다.
위 구조에 의하면, 제어부(22)는, 사용자가 버튼형 액추에이터(21)의 버튼부를 가압하여 누른 상태에서 가압을 해제하는 시점에 햅틱 피드백 효과를 전달할 수 있다.
이는, 사용자가 버튼형 액추에이터(21)를 가압하고 있는 상황에서는 햅틱 피드백을 효과적으로 감지하지 못 할 수 있다는 점을 감안했을 때, 버튼부에 가해지는 사용자의 힘이 해제되는 시점에 햅틱 피드백을 제공함으로써, 사용자로 하여금 햅틱 피드백을 효과적으로 감지하도록 할 수 있다.
햅틱 구동부(223)는 신호 제어부(222)에서 인가되는 입력 신호에 따라 버튼형 액추에이터(21)의 운동 특성을 설정하고, 이에 대응하는 입력 피드백 신호를 버튼형 액추에이터(21)에 인가함으로써, 햅틱 피드백 효과를 형성할 수 있다.
도 5은 일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 도 2에 도시된 버튼형 액추에이터(21)와 상이한 구성을 포함하는 버튼형 액추에이터(31)의 구조를 확인할 수 있다.
예를 들어, 버튼형 액추에이터(31)는, 케이스(311), 버튼부(312), 진동자(314), 탄성 지지부(313) 및 코일(316)을 포함할 수 있다.
케이스(311)는, 버튼형 액추에이터(31)의 외형을 형성할 수 있고, 상면의 적어도 일부가 개방된 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 버튼부(312)는 도 2에 도시된 버튼부(312)와 달리 강성한 소재로 형성되고 케이스(311)의 상면에서 상하 방향으로 이동 가능하게 설치될 수 있다. 예를 들어, 버튼부(312)는 하측으로 진동자(314)와 연결될 수 있다.
예를 들어, 버튼부(312)와 진동자(314)는 탄성체 및 스프링 등과 같은 별도의 탄성 구조물로 연결될 수 있다. 예를 들어, 버튼부(312) 및 진동자(314)는 일체로 형성될 수도 있다.
예를 들어, 버튼부(312)는, 케이스(311)의 상면에 형성된 홈에 형합된 상태에서 사용자로부터 가압되어 케이스(311)의 내부 공간을 향해 하측으로 이동될 수 있다.
예를 들어, 버튼부(312) 및 케이스(311) 사이에 별도의 탄성체가 연결될 수 있어서, 케이스(311)에 대한 버튼부(312)의 상하 방향의 이동이 지지될 수 있다.
탄성 지지부(313)는, 케이스(311)의 내부 공간 및 진동자(314) 사이에 연결되는 탄성체일 수 있다. 탄성 지지부(313)는 버튼부(312) 및 진동자(314)의 상하 방향의 탄성 운동을 지지할 수 있다. 한편, 도 5에는 탄성 지지부(313)가 진동자(314) 및 케이스(311)를 상하 방향으로 지지하는 것으로 도시하였으나, 이와 달리, 진동자(314)의 측면 및 케이스(311)의 내측벽 사이를 연결하는 것도 가능하다. 탄성 지지부(313)는, 케이스(311)에 대하여 진동자(314)가 특정한 위치로 되돌아가도록 탄성 복원력을 제공할 수 있는 구성이면 충분하다.
도 6은 일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터의 단면도이다.
도 6을 참조하면, 도 2 및 도 5에 도시된 버튼형 액추에이터(11, 31)와 상이한 구성을 포함하는 버튼형 액추에이터(41)의 구조를 확인할 수 있다.
일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터(41)는, 케이스(411), 버튼부(412), 진동자(414) 및 코일(416)을 포함할 수 있다.
케이스(411)는, 버튼형 액추에이터(41)의 외형을 형성할 수 있다. 예를 들어, 케이스(411)는 유연한 소재로 형성될 수 있다.
버튼부(412)는, 케이스(411)의 상면을 형성하고, 하측으로 진동자(414)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 버튼부(412)는 유연한 소재로 형성될 수 있어서 사용자로부터 가압될 경우 케이스(411)에 대해 하측으로 만곡될 수 있다. 예를 들어, 버튼부(412)는 케이스(411)와 일체로 형성될 수 있다.
진동자(414)는 버튼부(412)의 하측에 연결될 수 있고, 케이스(411)의 하측에 설치되는 코일(416)에서 형성되는 자기장에 의해 운동할 수 있다. 예를 들어, 진동자(414)는 버튼부(412)가 만곡됨에 따라 유연하게 휘어질 수 있는 유연한 소재로 형성될 수 있다.
예를 들어, 진동자(414)는 외부 자기장에 의해 자화될 수 있는 자성 입자(4141)를 포함하는 자기유변탄성체(Magneto Rheological Elastomer, MRE)로 형성될 수 있다.
도 7은 일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터 피드백 시스템의 제어 방법의 순서도이고, 도 8은 일 실시 예에 따른 운동 패턴 생성 단계를 나타내는 순서도이고, 도 9는 일 실시 예에 따른 접촉 신호 인가 단계의 순서도이고, 도 10은 일 실시 예에 따른 운동 패턴 생성 단계의 순서도이다.
도 7 내지 도 10을 참조하면, 일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터 피드백 시스템의 제어 방법에 대하여 설명하기로 한다.
설명의 편의상 도 1 내지 도 3에 도시된 버튼형 액추에이터 피드백 시스템(1)을 통해 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터 피드백 시스템의 제어 방법을 예시적으로 설명할 것이지만, 상기 제어 방법에 사용되는 버튼형 액추에이터 및 버튼형 액추에이터 피드백 시스템의 구성이 이에 제한되지 않는다는 점을 밝혀둔다.
예를 들어, 버튼형 액추에이터 피드백 시스템의 제어 방법은, 입력 감지 단계(61), 입력 확인 단계(62), 운동 패턴 생성 단계(63) 및 액추에이터 구동 단계(64)를 포함할 수 있다.
입력 감지 단계(61)는, 버튼형 액추에이터(11)의 버튼부(112)가 사용자로부터 눌러지는 경우 형성되는 유도 기전력을 제어부(12)를 통해 감지하는 단계일 수 있다.
예를 들어, 입력 감지 단계(61)에서, 입력 감지부(121)는 버튼부(112)가 가압될 경우, 진동자(114) 및 코일(116)의 상대적인 이동에 따라 형성되는 유도 기전력을 인가받을 수 있다. 예를 들어, 입력 감지부(121)는 형성되는 유도 기전력의 전압 크기 또는 전압 파형의 신호를 신호 제어부(122)에 전달할 수 있다.
다른 예로, 입력 감지 단계(61)는 후술하는 입력 확인 단계(62) 및 운동 패턴 생성 단계(63)를 거치지 않고, 버튼형 액추에이터(11)로부터 형성되는 유도 기전력을 상기 버튼형 액추에이터(11)를 구동시키는 출력 전원으로 사용할 수도 있다. 이 경우, 제어부(12)는, 유도 기전력의 전압을 증폭시키는 증폭기 및/또는 유도 기전력의 노이즈 성분을 감쇠하기 위한 노이즈 필터를 포함할 수 있다.
입력 확인 단계(62)는, 제어부(12)가 입력 감지 단계(61)에서 입력된 유도 기전력의 크기 또는 방향에 기초하여 버튼형 액추에이터(11)의 구동 여부를 결정하는 단계일 수 있다.
예를 들어, 입력 확인 단계(62)에서 신호 제어부(122)는, 입력 감지 단계(61)에서 감지되는 유도 기전력의 전압 크기가 제 2 설정 전압 크기 이상일 경우, 버튼형 액추에이터(11)를 구동시키기 위한 입력 신호를 햅틱 구동부(123)에 전달할 수 있다.
예를 들어, 신호 제어부(122)는, 입력 감지 단계(61)에서 버튼부(112)가 가압되었다가 감압되는 시점, 다시 말하면, 유도 기전력의 전류의 방향이 바뀌는 시점에 입력 신호를 생성하여 햅틱 구동부(123)에 전달할 수 있다.
예를 들어, 신호 제어부(122)는, 버튼부(112)가 가압될 경우 일 방향으로 형성되는 유도 기전력의 전압의 크기 및 버튼부(112)가 감압될 경우 반대 방향으로 형성되는 유도 기전력의 전압의 크기를 각각 측정하고 비교함으로써, 입력 신호의 생성 시점 및 생성 여부를 판단할 수 있다.
예를 들어, 입력 확인 단계(62)는 제 1 설정 전압 비교 단계(621), 제 2 설정 전압 비교 단계(622), 접촉 신호 인가 단계(624) 및 입력 신호 인가 단계(623)를 포함할 수 있다.
제 1 설정 전압 비교 단계(621)는, 신호 제어부(122)에서 감지되는 유도 기전력의 전압 크기가 제 1 설정 전압 이상인지 여부를 판단하는 단계일 수 있다.
예를 들어, 제 1 설정 전압 비교 단계(621)에서, 신호 제어부(122)에서 감지되는 유도 기전력의 크기가 제 1 설정 전압 미만일 경우, 신호 제어부(122)는 버튼부(112)에 사용자로부터 의도된 접촉 및/또는 가압이 발생하지 않은 것으로 판단하여 버튼형 액추에이터(11)를 구동시키기 위한 접촉 신호 및 입력 신호를 생성하지 않을 수 있다. 예를 들면, 유도 기전력의 크기가 제 1 설정 전압 미만일 경우, 햅틱 구동부(123)를 휴면 상태로 유지함으로써, 전력을 손실을 줄일 수 있다.
한편, 신호 제어부(122)에서 감지되는 유도 기전력의 크기가 제 1 설정 전압 이상일 경우, 신호 제어부(122)는 버튼부(112)에 사용자로부터 접촉이 발생한 것으로 판단하여 버튼형 액추에이터(11)를 구동시키기 위한 접촉 신호 또는 입력 신호를 생성할 수 있다.
제 2 설정 전압 비교 단계(622)는, 신호 제어부(122)에서 감지되는 유도 기전력의 전압 크기가 제 2 설정 전압 이상인지 여부를 판단하는 단계일 수 있다.
예를 들어, 제 2 설정 전압 비교 단계(622)에서, 신호 제어부(122)에서 감지되는 유도 기전력의 크기가 제 2 설정 전압 미만일 경우, 신호 제어부(122)는 버튼부(112)에 사용자로부터 가압에 따른 입력이 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다. 다시 말하면, 신호 제어부(122)는 버튼부(112)가 사용자로부터 가압되지 않고 가볍게 접촉된 것으로 판단하여 접촉 신호 인가 단계(624)를 수행할 수 있다.
한편, 신호 제어부(122)에서 감지되는 유도 기전력의 크기가 제 2 설정 전압 이상일 경우, 신호 제어부(122)는 버튼부(112)에 사용자로부터 가압된 것으로 판단하여 입력 신호 인가 단계(623)를 수행할 수 있다.
입력 신호 인가 단계(623)는, 버튼부(112)가 사용자로부터 가압될 경우 신호 제어부(122)가 입력 신호를 생성하여 햅틱 구동부(123)에 전달하는 단계일 수 있다.
접촉 신호 인가 단계(624)는, 버튼부(112)가 사용자로부터 가볍게 접촉되는 시점에 접촉 신호를 생성하여 햅틱 구동부(123)에 인가할 수 있다. 여기서, 접촉 신호는 입력 신호에 의해 형성되는 입력 피드백 신호와 상이한 접촉 피드백 신호를 형성할 수 있다.
예를 들어, 접촉 피드백 신호는 버튼부(112) 및 진동자(114)를 케이스(111)에 대해 고주파로 진동시킴으로서, 가청음(audible sound)을 형성할 수 있다.
다른 예로, 접촉 피드백 신호는 별도로 구비된 부저(buzzer)와 같은 사운드 출력 장치(미도시)를 구동하여 사용자로 하여금 가청음을 인지하도록 할 수 있다.
접촉 신호 인가 단계(624)에 의하면, 버튼부(112)가 사용자에 의해 가볍게 접촉되는 경우, 해당 접촉 상황에 따른 고유한 햅틱 피드백 효과를 생성함으로써, 사용자로 하여금 버튼형 액추에이터(11)의 버튼부(112)가 가압되지 않고, 가볍게 접촉된 상황을 인지하도록 할 수 있다.
이를 통해, 사용자는 버튼형 액추에이터(11)의 접촉에 따른 햅틱 피드백 효과를 전달받음으로써, 버튼형 액추에이터(11)의 버튼부(112)의 위치를 직접 보고 있지 않더라도 용이하게 탐색할 수 있다.
예를 들어, 접촉 신호 인가 단계(624)는, 후속 입력 확인 단계(6241) 및 접촉 신호 출력 단계(6242)를 포함할 수 있다.
후속 입력 확인 단계(6241)는, 신호 제어부(122)가 버튼부(112)가 접촉되었다고 판단한 시점으로부터 "설정 입력 시간" 이내에 상기 버튼부(112)가 가압되었는지 여부를 판단하여 접촉 신호를 햅틱 구동부(123)에 출력하는 접촉 신호 출력 단계(6242)의 수행 여부를 결정하는 단계일 수 있다.
예를 들어, 신호 제어부(122)가 버튼부(112)가 접촉되었다고 판단한 시점으로부터 설정 입력 시간 이내에 버튼부(112)가 가압되었다고 판단하는 경우, 접촉 신호 출력 단계(6242)를 수행하지 않을 수 있다. 예를 들어, 버튼부(112)가 가압되었는지 여부는, 제 2 설정 전압 비교 단계(622)와 마찬가지로, 신호 제어부(122)에서 감지되는 유도 기전력의 크기가 제 2 설정 전압 이상인지 여부에 기초하여 판단할 수 있다.
반대로, 신호 제어부(122)가 버튼부(112)가 접촉되었다고 판단한 시점으로부터 설정 입력 시간 이내에 버튼부(112)가 가압되지 않았다고 판단하는 경우, 접촉 신호 출력 단계(6242)를 수행할 수 있다.
위의 구조에 의하면, 사용자가 버튼부(112)에 접촉하고 버튼부(112)의 위치를 인지한 상태에서 곧바로, 즉, 설정 입력 시간 이내에 버튼부(112)를 가압하는 경우, 접촉 피드백 신호 및 입력 피드백 신호에 따른 각각의 햅틱 피드백 효과가 서로 중첩되어 사용자에게 혼동을 야기하는 상황을 방지할 수 있다.
다시 말하면, 제어부(12)는 사용자가 버튼형 액추에이터(11)의 위치를 정확히 인지한 상태에서 단번에 버튼부(112)를 가압하는 상황을 감지함으로써 접촉에 따른 햅틱 피드백 효과를 생략하고 입력에 따른 햅틱 피드백 효과만을 발생시킬 수 있다.
운동 패턴 생성 단계(63)는, 유도 기전력의 형성 시점, 크기 및/또는 지속 시간에 기초하여 버튼형 액추에이터(11)의 운동 패턴의 종류, 운동 시간 및 운동 강도 등의 운동 패턴 특성을 설정하는 단계일 수 있다. 예를 들어, 운동 패턴 생성 단계(63)는 햅틱 구동부(123)에 입력 신호 또는 접촉 신호가 인가되는 시점에 수행될 수 있다.
예를 들어, 운동 패턴 생성 단계(63)는, 운동 패턴 종류 설정 단계(631), 운동 시간 설정 단계(632) 및 운동 강도 설정 단계(633)를 포함할 수 있다.
운동 패턴 종류 설정 단계(631)는, 버튼형 액추에이터(11)의 진동자(114) 및 버튼부(112)의 운동 패턴의 종류를 설정하는 단계일 수 있다.
예를 들어, 햅틱 구동부(123)는, 버튼형 액추에이터(11)로부터 형성되는 유도 기전력의 특성에 기초하여 코일(116)에 인가하는 전압 파형의 형태, 진폭, 주기 및/또는 위상 등의 주파수 특성을 조절함으로써, 운동 패턴의 종류를 다양하게 설정할 수 있다.
예를 들어, 햅틱 구동부(123)는, 신호 제어부(122)로부터 인가받은 입력 신호 또는 접촉 신호 종류에 따라 상이한 운동 패턴을 설정할 수 있다.
운동 시간 설정 단계(632)는, 버튼부(112)가 눌러질 경우 형성되는 유도 기전력의 지속 시간 또는 전압의 크기에 기초하여 진동자(114)의 운동 시간을 설정하는 단계일 수 있다.
예를 들어, 햅틱 구동부(123)는, 신호 제어부(122)로부터 인가받은 입력 신호 또는 접촉 신호의 종류에 따라 운동 패턴의 운동 시간을 상이하게 설정할 수 있다.
운동 강도 설정 단계(633)는, 햅틱 구동부(123)가 버튼부(112)가 눌러질 경우 형성되는 유도 기전력의 전압 크기에 기초하여 진동자(114)의 운동 강도를 설정하는 단계일 수 있다.
예를 들어, 햅틱 구동부(123)는, 신호 제어부(122)로부터 인가받은 입력 신호 또는 접촉 신호의 종류에 따라 운동 패턴의 운동 크기를 상이하게 설정할 수 있다.
액추에이터 구동 단계(64)는, 버튼부(112)가 가압될 경우 형성되는 유도 기전력에 기초하여 진동자(114)를 운동시키는 단계일 수 있다.
예를 들어, 액추에이터 구동 단계(64)에서, 햅틱 구동부(123)는 설정된 운동 패턴의 종류, 운동 시간 및/또는 운동 크기에 상응하는 전압 파형 신호를 코일(116)에 인가함으로써, 버튼부(112)에 접촉된 사용자에 햅틱 피드백 효과를 전달할 수 있다.
예를 들어, 액추에이터 구동 단계(64)에서, 햅틱 구동부(123)는 신호 제어부(122)로부터 접촉 신호를 인가받았을 경우, 코일(116)에 미리 설정된 접촉 피드백 신호를 인가할 수 있다. 다른 한편, 신호 제어부(122)로부터 입력 신호를 인가받았을 경우, 코일(116)에 미리 설정된 입력 피드백 신호를 인가할 수 있다.
도 11은 일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터 피드백 시스템을 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터 피드백 시스템(7)은, 버튼형 액추에이터(71), 터치 패널(73) 및 제어부(72)를 포함할 수 있다.
버튼형 액추에이터(71)는, 케이스(711), 버튼부(712), 코일(716) 및 진동자(714)를 포함할 수 있다. 이하 버튼형 액추에이터(71)는, 도 2에 도시된 실시 예를 기준으로 설명하기로 하지만, 반대되는 기재가 없는 이상 이하의 설명은 도 5 또는 도 6에 도시된 실시 예에도 적용될 수 있음을 밝혀 둔다.
예를 들어, 버튼부(712)는 케이스(711)의 상면의 적어도 일부를 덮도록 설치되고, 적어도 일부가 케이스(711)에 대해 상하 방향으로 휘어질 수 있는 유연한 부재로 형성될 수 있다.
진동자(714)는 버튼부(712)의 하측에 연결되어 코일(716)에 대해 상하 방향으로 이동될 수 있다.
터치 패널(73)은, 버튼부(712)의 상면의 적어도 일부를 덮도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 터치 패널(73)은, 사용자로부터 접촉되는 경우, 전기적인 신호를 형성하여 제어부(72)에 전달할 수 있다.
예를 들어, 터치 패널(73)은, 인체의 정전 용량을 이용하는 정전식 터치 패널 또는 감압식 터치 패널일 수 있다. 예를 들어, 터치 패널(73)은 버튼부(712)와 일체로 형성될 수도 있다는 점을 밝혀둔다.
제어부(72)는, 버튼형 액추에이터(71)의 상측에 연결된 터치 패널(73)의 접촉을 감지할 경우, 버튼형 액추에이터(71)에 접촉 피드백 신호를 인가할 수 있다. 또한, 제어부(72)는, 버튼형 액추에이터(71)의 버튼부(712)의 가압을 감지할 경우, 버튼형 액추에이터(71)에 입력 피드백 신호를 인가할 수 있다.
예를 들어, 제어부(72)는, 터치 감지부(724), 입력 감지부(721), 신호 제어부(722) 및 햅틱 구동부(723)를 포함할 수 있다.
터치 감지부(724)는, 터치 패널(73)의 상면이 사용자로부터 접촉되었을 경우, 정전 용량의 변화에 따른 전류의 변화를 측정함으로써 접촉 여부를 판단할 수 있다.
입력 감지부(721)는, 버튼형 액추에이터(71)의 코일의 양단에 연결된 회로에 연결되어 버튼형 액추에이터(71)가 가압되었을 경우 형성되는 유도 기전력을 감지할 수 있다.
신호 제어부(722)는, 터치 패널(73)의 접촉 여부와 입력 감지부(721)에 인가되는 유도 기전력의 크기 또는 방향에 기초하여 버튼형 액추에이터(71)의 구동 여부를 결정할 수 있다.
예를 들어, 신호 제어부(722)는, 터치 패널(73)의 상면이 사용자로부터 접촉되는 시점에 접촉 신호를 생성하여 이를 햅틱 구동부(723)에 인가할 수 있다. 예를 들어, 신호 제어부(722)는, 버튼부(712)가 사용자에게 가압되어 형성되는 유도 기전력의 크기 또는 방향이 설정된 입력 조건에 해당되는 시점, 즉, 버튼부(712)가 사용자에 의해 가압되었다고 판단하는 시점에 입력 신호를 생성하여 이를 햅틱 구동부(723)에 인가할 수 있다.
예를 들어, 신호 제어부(722)는, 터치 패널(73)이 접촉되지 않은 상태에서, 버튼부(712)가 가압된 것으로 파악하는 경우, 입력 신호를 생성하지 않을 수 있다.
위의 구조에 의하면, 버튼부(712)가 사용자의 피부가 아닌 외부의 물체에 의해 의도치 않게 눌러진 경우를 감지함으로써, 의도치 않은 오동작을 방지할 수 있다.
예를 들어, 신호 제어부(722)는 터치 패널(73)의 상면이 사용자로부터 접촉되는 시점으로부터 설정 입력 시간 이내에 버튼부(712)가 가압되었는지 여부를 판단하여 접촉 신호의 생성 여부를 결정할 수 있다.
예를 들어, 신호 제어부(722)가 버튼부(712)가 접촉되었다고 판단한 시점으로부터 설정 입력 시간 이내에 버튼부(712)가 입력되지 않았다고 판단하는 경우, 접촉 신호가 햅틱 구동부(723)에 인가될 수 있다. 이를 통해, 햅틱 구동부(723)는 버튼형 액추에이터(71)에 접촉 피드백 신호를 인가함으로써, 사용자에게 접촉에 따른 햅틱 피드백 효과를 전달할 수 있다.
예를 들어, 접촉 피드백 신호는 버튼부(712) 및 진동자(714)를 케이스(711)에 대해 고주파로 운동시킴으로서, 가청음을 형성할 수 있다. 다른 예로, 접촉 피드백 신호는 별도로 구비된 부저와 같은 사운드 출력 장치(미도시)를 구동하여 사용자로 하여금 가청음을 인지하도록 할 수 있다.
다른 한편, 신호 제어부(722)가 터치 패널(73)이 접촉되었다고 판단한 시점으로부터 설정 입력 시간 이내에 버튼부(712)가 가압되었다고 판단하는 경우, 접촉 신호를 형성하지 않을 수 있고, 버튼부(712)의 가압에 따른 입력 신호만을 형성하여 이를 햅틱 구동부(723)에 전달할 수 있다. 이에 따라, 햅틱 구동부(723)는, 접촉에 따른 햅틱 피드백 효과를 생략하고 버튼부(712)의 입력에 따른 햅틱 피드백 효과만을 버튼형 액추에이터(71)에 인가할 수 있다.
햅틱 구동부(723)는, 신호 제어부(722)로부터 인가받은 입력 신호 또는 접촉 신호 각각에 따라 상이한 운동 패턴을 설정할 수 있다.
예를 들어, 햅틱 구동부(723)는, 버튼형 액추에이터(71)로부터 형성되는 유도 기전력의 형성 시점, 크기 및/또는 지속 시간에 기초하여 진동자(714)의 운동 패턴의 종류, 운동 시간 및 운동 강도 등의 운동 패턴 특성을 결정할 수 있고, 해당 운동 패턴에 상응하는 접촉 피드백 신호 또는 햅틱 피드백 신호를 코일(716)에 인가할 수 있다.
제어부(92)는, 버튼형 액추에이터(71)의 상측에 연결된 터치 패널(73)의 접촉을 감지할 경우, 버튼형 액추에이터(71)에 접촉 피드백 신호를 인가할 수 있다. 다른 한편, 제어부(72)는, 버튼형 액추에이터(71)의 버튼부(712)의 가압을 감지할 경우, 버튼형 액추에이터(71)에 입력 피드백 신호를 인가할 수 있다.
도 12는 일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터 피드백 시스템을 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터 피드백 시스템(9)은, 버튼형 액추에이터(91), 터치 패널(93) 및 제어부(92)를 포함할 수 있다.
버튼형 액추에이터(91)는 도 1 내지 도 11에 도시된 버튼형 액추에이터와 같이 케이스에 대해 상항 방향으로 이동되는 버튼부 및 진동자를 구비하고 입력 및 출력을 동시에 수행할 수 있는 액추에이터 장치일 수 있다.
터치 패널(93)은, 버튼형 액추에이터(91)의 버튼부의 상면을 덮도록 형성될 수 있다. 하나의 터치 패널(93)의 하면에 복수개의 버튼형 액추에이터(91)가 서로 이격되어 설치될 수 있다.
제어부(92)는, 터치 패널(93)의 부분 중 어느 하나의 버튼형 액추에이터(91)의 상측에 연결된 터치 패널(93) 부분의 접촉을 감지할 경우, 상기 버튼형 액추에이터(91)에 접촉 피드백 신호를 인가할 수 있다.
또한, 제어부(92)는, 버튼형 액추에이터(91)의 가압을 감지할 경우, 상기 버튼형 액추에이터(91)에 입력 피드백 신호를 인가할 수 있다.
예를 들어, 제어부(92)는, 복수개의 버튼형 액추에이터(91)마다 상이한 접촉 피드백 신호 또는 입력 피드백 신호를 인가함으로써, 상기 복수개의 버튼형 액추에이터(91)마다 상이한 햅틱 피드백 효과를 생성하도록 할 수 있다.
예를 들어, 제어부(92)는, 터치 패널(93)의 부분 중 어느 하나의 버튼형 액추에이터(91)의 상측에 연결된 터치 패널(93) 부분의 접촉을 감지하는 시점으로부터 "설정 접촉 시간" 이내에 상기 버튼형 액추에이터(91)에 인접한 다른 버튼형 액추에이터(91)의 상측에 연결된 터치 패널(93) 부분이 접촉된 것으로 판단할 경우, 먼저 접촉한 터치 패널(93) 부분에 위치한 버튼형 액추에이터(91)에 접촉 피드백 신호를 인가하지 않을 수 있다.
위의 구조에 의하면, 사용자가 입력하기를 희망하는 버튼형 액추에이터(91)의 위치를 탐색하기 위해, 터치 패널(93)의 여러 부분을 빠르게 접촉하거나 쓸어내는 경우, 초기 또는 중간 과정에서 빠르게 접촉되고 지나간 터치 패널(93) 부분의 버튼형 액추에이터(91)에 접촉 피드백 신호를 인가하지 않음으로써, 접촉에 따른 복수개의 버튼형 액추에이터(91)의 햅틱 피드백 효과가 중첩되어 사용자에게 혼동을 야기하는 상황을 방지할 수 있다.
도 13은 일 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터 피드백 시스템의 제어 방법의 순서도이고, 도 14는 일 실시 예에 따른 접촉 피드백 신호 인가 단계를 나타내는 순서도이다.
도 13 및 도 14를 참조하여, 도 11 및 도 12에 도시된 실시 예에 따른 버튼형 액추에이터 피드백 시스템(7, 9)을 통해 사용자의 입력에 기초하여 햅틱 피드백 효과를 생성하는 제어 방법을 설명하기로 한다.
예를 들어, 버튼형 액추에이터 피드백 시스템의 제어 방법은, 접촉 확인 단계(81), 입력 확인 단계(82), 접촉 피드백 신호 인가 단계(83) 및 입력 피드백 신호 인가 단계(84)를 포함할 수 있다.
접촉 확인 단계(81)는, 버튼형 액추에이터(91)의 버튼부의 상면에 부착된 터치 패널(93)이 사용자로부터 접촉되었는지 여부를 파악하는 단계일 수 있다.
예를 들어, 터치 패널(93)에 대해 버튼형 액추에이터(91)가 복수개로 마련되는 경우, 제어부(92)는 사용자로부터 접촉되는 터치 패널(93) 부분의 위치에 기초하여 복수개의 버튼형 액추에이터(91) 중 상기 접촉된 터치 패널(93) 부분의 하측에 위치한 버튼형 액추에이터(91)가 접촉되었다고 판단할 수 있다.
예를 들어, 접촉 확인 단계(81)에서, 제어부(92)가 터치 패널(93)로부터 사용자의 접촉을 감지하였을 경우, 입력 확인 단계(82)가 수행될 수 있다.
다른 예로, 접촉 확인 단계(81)에서, 제어부(92)가 터치 패널(93)로부터 사용자의 접촉을 감지하였을 경우, 입력 확인 단계(82)의 수행 여부와 상관없이 접촉 피드백 신호 인가 단계(83)가 수행될 수 있다.
입력 확인 단계(82)는, 버튼형 액추에이터(91)가 사용자로부터 가압되어 눌러졌는지 여부를 파악하는 단계일 수 있다.
예를 들어, 제어부(92)는, 버튼형 액추에이터(91)의 버튼부가 사용자에게 가압되어 형성되는 유도 기전력의 크기 또는 방향이 설정된 입력 조건에 해당될 경우, 버튼형 액추에이터(91)가 가압된 것으로 판단할 수 있다.
예를 들어, 입력 확인 단계(82)에서, 제어부(92)가 버튼형 액추에이터(91)의 버튼부가 사용자에 의해 가압되었다고 판단할 경우, 입력 피드백 신호 인가 단계(84)가 수행될 수 있다.
예를 들어, 입력 확인 단계(82)에서, 제어부(92)가 접촉 확인 단계(81)에서 터치 패널(93)이 접촉되었다고 감지한 시점으로부터 설정 입력 시간 이내에 접촉이 감지된 터치 패널(93) 부분의 하측에 연결된 버튼형 액추에이터(91)의 버튼부가 가압된 것으로 판단할 경우, 접촉 피드백 신호 인가 단계(83)를 수행하지 않고, 입력 피드백 신호 인가 단계(84)를 수행할 수 있다.
위와 달리, 설정 입력 시간 이내에 버튼형 액추에이터(91)의 버튼부의 가압이 이루어지지 않았다고 판단할 경우, 제어부(92)는, 접촉 피드백 신호 인가 단계(83)를 수행할 수 있다.
입력 피드백 신호 인가 단계(84)는, 제어부(92)가 입력이 감지된 버튼형 액추에이터(91)에 접촉 피드백 신호를 인가하는 단계일 수 있다. 예를 들어, 입력 피드백 신호 인가 단계(84)에서, 제어부(92)는, 복수개의 버튼형 액추에이터(91)마다 상이한 입력 피드백 신호를 인가할 수 있다.
접촉 피드백 신호 인가 단계(83)는, 제어부(92)가 접촉이 감지된 터치 패널(93) 부분의 하측에 위치한 버튼형 액추에이터(91)에 접촉 피드백 신호를 인가하는 단계일 수 있다. 예를 들어, 접촉 피드백 신호 인가 단계(83)에서, 제어부(92)는, 복수개의 버튼형 액추에이터(91)마다 상이한 접촉 피드백 신호를 인가할 수 있다.
예를 들어, 접촉 피드백 신호 인가 단계(83)는, 후속 접촉 확인 단계(831) 및 접촉 피드백 신호 출력 단계(832)를 포함할 수 있다.
후속 접촉 확인 단계(831)는, 터치 패널(93)의 부분 중 어느 하나의 버튼형 액추에이터(91)의 상측에 연결된 터치 패널(93) 부분의 접촉을 감지하는 시점으로부터 설정 접촉 시간 이내에 상기 버튼형 액추에이터(91)에 인접한 다른 버튼형 액추에이터(91)의 상측에 연결된 터치 패널(93) 부분이 접촉되었는지 여부를 판단하는 단계일 수 있다.
예를 들어, 후속 접촉 확인 단계(831)에서, 제어부(92)가 어느 하나의 버튼형 액추에이터(91)가 접촉되었다고 판단한 시점으로부터 설정 접촉 시간 이내에 상기 버튼형 액추에이터(91)에 인접한 다른 버튼형 액추에이터(91)가 접촉된 것으로 판단할 경우, 앞서 접촉한 버튼형 액추에이터(91)의 접촉 피드백 신호를 인가하기 위한 접촉 피드백 신호 출력 단계(832)를 수행하지 않을 수 있다.
이와 달리, 제어부(92)가 어느 하나의 버튼형 액추에이터(91)가 접촉되었다고 판단한 시점으로부터 설정 접촉 시간 이내에 상기 버튼형 액추에이터(91)에 인접한 다른 버튼형 액추에이터(91)의 접촉이 감지되지 않은 것으로 판단할 경우, 접촉 피드백 신호 출력 단계(832)가 수행될 수 있다.
접촉 피드백 신호 출력 단계(832)는, 접촉이 감지된 버튼형 액추에이터(91)에 접촉 피드백 신호를 출력하는 단계일 수 있다. 접촉 피드백 신호는 접촉이 감지된 버튼형 액추에이터(91)의 진동자를 운동시켜 햅틱 피드백 효과를 전달할 수 있다. 접촉 피드백 신호는 진동자를 고주파로 진동시킴으로서, 가청음을 형성할 수 있다. 접촉 피드백 신호는 별도로 구비된 사운드 출력 장치(미도시)를 구동하여 사용자로 하여금 가청음을 인지하도록 할 수 있다. 여기서 "가청음"이란, 단순한 알림음 뿐만 아니라, 접촉이 감지된 버튼형 액추에이터(91)가 수행하는 기능을 안내하는 안내 메시지 등도 포함하는 개념으로 이해할 수 있다. 예를 들어, 접촉 피드백 신호는, 접촉이 감지된 버튼형 액추에이터(91)가 무엇인지 식별할 수 있도록, 복수 개의 버튼형 액추에이터(91) 마다 상이하게 설정될 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (20)

  1. 케이스;
    사용자로부터 가압되어 적어도 일부가 상기 케이스에 대해 이동하는 버튼부;
    상기 버튼부에 연결되고 자성체를 구비하는 진동자; 및
    상기 진동자에 자기장을 형성하는 코일을 포함하는 버튼형 액추에이터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 버튼부는,
    탄성이 있는 판막 형상으로 형성되어 상기 케이스의 상면의 적어도 일부를 덮도록 설치되는 버튼형 액추에이터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 버튼형 액추에이터는,
    상기 케이스 및 진동자 사이에 설치되어 상기 진동자의 탄성 운동을 지지하는 탄성 지지부를 더 포함하는 버튼형 액추에이터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동자는 상기 버튼부의 하면에 부착되어 휘어질 수 있는 유연한 소재로 형성되고, 상기 자성체는 상기 진동자 내에 고르게 함유되어 있는 자성 입자인 것을 특징으로 하는 버튼형 액추에이터.
  5. 제 1 항에 기재된 버튼형 액추에이터; 및
    상기 버튼부가 사용자에 의해 가압 또는 감압됨에 따라 형성되는 유도 기전력의 크기 또는 방향에 기초하여 상기 코일에 전류를 인가하여 상기 진동자를 운동시키는 제어부를 포함하는 버튼형 액추에이터 피드백 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 버튼부가 가압될 경우 형성되는 유도 기전력의 크기가 설정 전압 크기 이상일 경우, 상기 진동자를 운동시키는 버튼형 액추에이터 피드백 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 버튼부가 가압된 상태에서 감압되기 시작하여 유도 기전력의 방향이 바뀌는 경우, 상기 진동자를 운동시키는 버튼형 액추에이터 피드백 시스템.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 버튼부가 가압 또는 감압될 경우 상기 코일에 발생되는 유도 기전력을 감지하는 입력 감지부; 및
    상기 입력 감지부에서 감지된 유도 기전력의 정보에 기초하여 상기 진동자를 운동시킬 시점을 결정하는 신호 제어부를 포함하는 버튼형 액추에이터 피드백 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 신호 제어부는,
    상기 유도 기전력의 전압 값이 양의 값에서 음의 값으로 변화하는 시점, 또는 음의 값에서 양의 값으로 변화하는 시점에 상기 진동자를 운동시키는 것을 특징으로 하는 버튼형 액추에이터 피드백 시스템.
  10. 케이스와, 사용자로부터 가압되어 적어도 일부가 상기 케이스에 대해 이동하는 버튼부와, 상기 버튼부에 연결되고 자성체를 구비하는 진동자와, 상기 진동자에 자기장을 형성하는 코일을 포함하는 버튼형 액추에이터를 구비하는 버튼형 액추에이터 시스템의 제어 방법에 있어서,
    상기 버튼부가 눌러질 경우 상기 코일에 형성되는 유도 기전력을 감지하는 입력 감지 단계; 및
    상기 감지된 유도 기전력에 기초하여 상기 진동자를 운동시키는 액추에이터 구동 단계를 포함하는 버튼형 액추에이터 피드백 시스템의 제어 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 유도 기전력의 크기 또는 방향에 기초하여 상기 진동자를 운동시키기 위한 입력 신호의 생성 여부를 결정하는 입력 확인 단계를 더 포함하는 버튼형 액추에이터 피드백 시스템의 제어 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 입력 확인 단계는,
    상기 입력 감지 단계에서 감지되는 유도 기전력의 전압 크기가 설정 전압 크기 이상일 경우에 입력 피드백 신호를 생성하는 버튼형 액추에이터 피드백 시스템의 제어 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 액추에이터 구동 단계는,
    상기 유도 기전력의 방향이 바뀌는 시점에서 수행되는 버튼형 액추에이터 피드백 시스템의 제어 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 유도 기전력의 형성 시점, 크기 또는 지속 시간에 기초하여 상기 진동자의 운동 패턴 정보를 생성하는 운동 패턴 생성 단계를 더 포함하는 버튼형 액추에이터 피드백 시스템의 제어 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    운동 패턴 생성 단계는,
    상기 버튼부가 눌러질 경우 형성되는 유도 기전력의 크기 또는 지속 시간에 기초하여 운동 패턴의 종류를 설정하는 운동 패턴 설정 단계를 포함하는 버튼형 액추에이터 피드백 시스템의 제어 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 운동 패턴 생성 단계는,
    상기 버튼부가 눌러질 경우 형성되는 유도 기전력의 지속 시간 또는 전압 크기에 기초하여 상기 진동자의 운동 시간을 결정하는 운동 시간 설정 단계; 및
    상기 버튼부가 눌러질 경우 형성되는 유도 기전력의 전압 크기에 기초하여 상기 진동자의 운동 강도를 결정하는 운동 강도 설정 단계를 더 포함하는 버튼형 액추에이터 피드백 시스템의 제어 방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 입력 확인 단계는,
    상기 입력 감지 단계에서 측정되는 유도 기전력의 전압 크기의 단계 별로 상이한 입력 신호를 상기 코일에 인가하는 버튼형 액추에이터 피드백 시스템의 제어 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 입력 확인 단계에서,
    상기 유도 기전력의 전압의 크기가 제 1 설정 전압 크기보다 크고 제 2 설정 전압 크기보다 작을 경우, 상기 버튼부가 사용자에 의해 접촉된 것으로 판단하여 상기 버튼형 액추에이터에 접촉 피드백 신호를 인가하고,
    상기 유도 기전력의 전압의 크기가 상기 제 1 설정 전압 크기 및 제 2 설정 전압 크기 이상이라고 판단될 경우, 상기 버튼부가 사용자에 의해 가압된 것으로 판단하여 상기 버튼형 액추에이터에 입력 피드백 신호를 인가하는 버튼형 액추에이터 피드백 시스템의 제어 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 입력 확인 단계에서,
    (i) 상기 버튼부가 접촉된 시점으로부터 설정 입력 시간 이내에 상기 버튼부가 가압된 것으로 판단될 경우, 상기 접촉 피드백 신호는 출력되지 않고,
    (ii) 상기 버튼부가 접촉된 시점으로부터 설정 입력 시간 이내에 상기 버튼부가 가압되지 않은 것으로 판단될 경우, 상기 접촉 피드백 신호가 출력되는 것을 특징으로 하는 버튼형 액추에이터 피드백 시스템의 제어 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 접촉 피드백 신호 또는 상기 입력 피드백 신호는,
    상기 진동자를 상기 케이스에 대해 진동시켜 가청음을 형성하는 것을 특징으로 하는 버튼형 액추에이터 피드백 시스템의 제어 방법.
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