KR20200118497A - 비접촉 홀-효과 조이스틱 - Google Patents

비접촉 홀-효과 조이스틱 Download PDF

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KR20200118497A
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페리 웰만
유겐 보고스
브랜든 카운슬
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Abstract

조이스틱은 축, 조종 부분, 및 그에 장착된 자석을 갖는 감지 단부를 갖는 샤프트를 포함할 수 있다. 조이스틱은 샤프트의 조종 부분이 샤프트의 축에 대해 3차원적으로 이동되게 하도록 구성된 운동 기구를 더 포함할 수 있다. 조종 부분의 운동은 자석에 대해 위치된 자기 센서에 의해 비접촉 방식으로 감지될 수 있는 자석의 대응하는 운동을 초래한다.

Description

비접촉 홀-효과 조이스틱
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 발명의 명칭을 "비접촉 홀-효과 조이스틱(NON-CONTACT HALL-EFFECT JOYSTICK)"으로 하여 2018년 2월 28일자로 출원되었으며 그 개시내용은 전체가 본원에 참조로서 명시적으로 통합된, 미국 가출원 번호 62/636,822에 대한 우선권을 주장한다.
본 개시내용은 조이스틱과 같은 제어 장치에 관한 것이다.
많은 제어 애플리케이션에서, 조이스틱과 같은 장치는 사용자의 제어 운동이 제어 신호로 변환되게 할 수 있다. 이후, 그러한 제어 신호는 제어 운동에 대응하는 효과를 발생시키기 위해 이용될 수 있다. 그러한 제어 애플리케이션의 예는, 게이밍, 기계 제어, 차량 제어, 등과 연계된 사용자 입력을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 본 개시내용은 바닥부를 갖는 내부 체적을 형성하는 하우징, 개방부를 가지며 하우징의 내부 체적 위에 위치되는 피벗 커버, 및 바닥부 상에 위치된 제1 단부를 가지며 제2 단부에서 피벗 커버를 향해 스프링력을 제공하도록 구성된 스프링을 포함하는 조이스틱 장치에 관한 것이다. 조이스틱 장치는 제1 부분, 제2 부분 및 제3 부분을 갖는 볼을 구비한 볼-샤프트 조립체를 추가로 포함한다. 제1 부분은, 볼의 제1 부분이 피벗 커버의 외부로 연장하도록 샤프트에 부착되고, 볼의 제2 부분은 피벗 커버와 이동 가능하게 맞물리고, 제3 부분은 스프링력을 수용하여, 볼은 샤프트의 동작을 허용한 상태로 피벗 커버 및 스프링에 의해서 포획된다. 조이스틱 장치는 샤프트가 이동할 때 볼과 함께 이동하도록 볼의 제3 부분 내에 적어도 부분적으로 위치된 자석을 더 포함한다. 조이스틱 장치는 자석에 대해 위치되고 샤프트의 동작과 연계된 자석의 동작을 감지하도록 구성되는 센서를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 조이스틱 장치는 하우징의 적어도 일부를 덮는 커버 구조를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 커버 구조 및 피벗 커버가 단일 부재(single piece)로 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 적어도 볼의 제2 부분은 구 형상을 가질 수 있다. 피벗 커버의 개방부는 원 형상을 가질 수 있고, 볼의 제3 부분은 자석을 수용하도록 치수 설정된 리세스를 형성할 수 있다.
일부 실시예에서, 조이스틱 장치는 제1 측 및 제2 측을 갖는 스프링 캐리어를 더 포함할 수 있고, 제1 측은 볼의 제3 부분과 자석 중 어느 하나 또는 양자 모두와 맞물리도록 구성되고, 제2 측은 스프링에 의해 제공된 힘이 스프링 캐리어를 통해 볼로 전달되도록 스프링의 제2 단부를 포획하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 자석은 디스크 형상을 가질 수 있고, 볼의 제3 부분의 리세스는 볼의 제3 부분 및 자석 양자 모두가 스프링 캐리어의 제1 측과 맞물리도록 깊이 치수를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 스프링은 코일 스프링일 수 있다. 일부 실시예에서, 스프링 캐리어의 제2 측은 스프링의 제2 단부를 포획하도록 치수 설정된 홈을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 조이스틱 장치는, 스프링 캐리어와 하우징의 바닥부 사이에 구현되고 샤프트가 하우징의 바닥부를 향해 가압될 때를 클릭 소음 및/또는 느낌을 변형 및 제공하도록 구성되는 돔 구조를 더 포함할 수 있다. 스프링 캐리어는 돔 구조의 변형을 용이하게 하기 위해 스프링 캐리어의 제2 측 상에 구현된 범프 구조(bump structure)를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 센서는 하우징의 바닥부에 적어도 부분적으로 매립될 수 있다. 샤프트의 동작은 X 방향, Y 방향, 및 Z 방향과 평행한 하나 이상의 성분을 갖는 방향 내에 존재할 수 있는데, Z 방향은 샤프트의 종방향 축과 평행하고, X, Y 및 Z 방향은 서로에 대해 직교한다.
일부 실시예에서, 샤프트의 동작은 샤프트의 종방향 축을 중심으로 하는 샤프트의 회전을 포함할 수 있다. 자석은 직경방향으로 자화된 디스크 자석으로서 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 센서는 자석의 동작을 감지하도록 배열된 다수의 홀-효과(Hall-effect) 감지 요소를 포함할 수 있다. 자석 및 센서는 비접촉 배열체일 수 있다. 센서는 스프링이 센서와 자석 사이에 있도록 구현될 수 있다.
일부 구현예에서, 본 개시내용은, 바닥부를 갖는 내부 체적을 형성하는 하우징, 개방부를 가지며 하우징의 내부 체적 위에 위치되는 피벗 커버, 및 바닥부 상에 위치된 제1 단부를 가지며 피벗 커버를 향해서 제2 단부에서 스프링력을 제공하도록 구성된 스프링을 포함하는 조이스틱을 구비한 사용자 입력 시스템에 관한 것이다. 조이스틱은 제1 부분, 제2 부분 및 제3 부분을 갖는 볼을 구비한 볼-샤프트 조립체를 더 포함하는데, 제1 부분은 볼의 제1 부분이 피벗 커버로부터 연장하도록 샤프트에 부착되고, 볼의 제2 부분은 피벗 커버와 이동 가능하게 맞물리고, 제3 부분은 스프링력을 수용하여, 볼은 샤프트의 동작을 허용하는 상태에서 피벗 커버 및 스프링에 의해 포획된다. 조이스틱은 샤프트가 이동할 때 볼과 함께 이동하도록 볼의 제3 부분 내에 적어도 부분적으로 위치된 자석 및 자석에 대해 위치되고 샤프트의 동작과 연계된 자석의 동작을 감지하도록 구성된 센서를 더 포함한다. 사용자 입력 시스템은 자석의 감지된 동작을 기초로 샤프트의 동작을 나타내는 출력 신호를 발생시키도록 구성된 전자 회로를 더 포함한다.
일부 구현예에서, 본 개시내용은 축, 조종 부분, 및 감지 단부를 갖는 샤프트를 포함하는 제어 입력 장치에 관한 것이다. 제어 입력 장치는 샤프트의 감지 단부 상에 장착된 자석, 및 샤프트의 조종 부분이 샤프트의 축에 대해 3차원적으로 이동될 수 있게 하도록 구성된 운동 기구를 추가로 포함한다. 조종 부분의 운동은 자석의 대응하는 운동을 초래한다. 제어 입력 장치는 자석에 대해 위치되고 자석의 동작을 비접촉 방식으로 감지하도록 구성된 자기 센서를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 운동 기구는 샤프트의 조종 부분이 축 주위로 회전될 수 있게 하도록 추가로 구성될 수 있다.
본 개시내용을 요약하기 위해, 본 발명의 특정 양태, 장점 및 신규의 특징이 본원에 기술되어 있다. 이러한 장점 모두가 꼭 본 발명의 임의의 특정 실시예에 따라 반드시 달성될 수 있다는 것은 아니라는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명은, 본원에 교시 또는 제안되어 있을 수 있는 다른 장점을 반드시 달성할 필요 없이, 본원에 교시된 하나의 장점 또는 그룹의 장점을 달성하거나 최적화하는 방식으로 구체화 또는 수행될 수 있다.
도 1은 예시적인 조이스틱 장치의 사시도를 도시한다.
도 2는 도 1의 예시적인 조이스틱 장치의 절취도를 도시한다.
도 3은 돔 구조가 없는 상태에서 도 2의 예와 유사한 조이스틱 장치의 측단면도를 도시한다.
도 4는 도 2의 예와 유사한 조이스틱 장치의 측단면도를 도시한다.
도 5는 조이스틱 샤프트가 X 방향을 따라서 가압되는 예시적인 조이스틱 작동을 도시한다.
도 6은 도 5의 조이스틱 샤프트가 Y 방향을 따라 가압되는 예시적인 조이스틱 작동을 도시한다.
도 7은 도 5의 조이스틱 샤프트가 Z 방향을 따라 가압되는 예시적인 조이스틱 작동을 도시한다.
도 8은 도 5의 조이스틱 샤프트가 Z 방향을 중심으로 회전되는 예시적인 조이스틱 작동을 도시한다.
도 9는 일부 실시예에서 자석 및 센서가 도 2 내지 도 8의 제어 예의 일부 또는 전부를 지지하기 위해 이용될 수 있다는 것을 도시한다.
도 10은 도 9의 예의 자석/센서 배열체의 측면도를 도시한다.
도 11은 일부 실시예에서, 도 9 및 도 10의 센서가 다수의 홀-효과 감지 요소를 갖는 센서일 수 있음을 도시한다.
본원에 제공된 서두는, 만약 있다면, 단지 편의를 위한 것이며, 반드시 청구된 발명의 범위 또는 의미에 영향을 미치는 것은 아니다.
도 1은 조이스틱 장치(100)의 사시도를 도시하며, 도 2는 동일한 조이스틱 장치의 절취도를 도시한다. 일부 실시예에서, 이러한 조이스틱은 볼(104)에 부착된 샤프트(102)를 포함하여, 볼(104)은 피벗 커버(105)에 의해 보유된 상태에서 샤프트(102)와 함께 회전될 수 있다. 피벗 커버(105)는 샤프트/볼 조립체의 피벗 동작을 수용하기 위해 개방부(예를 들어, 원형 개방부)를 형성할 수 있다. 피벗 커버(105)의 내부 표면은 전술한 보유 및 피벗 기능성을 제공하기 위해 볼(104)의 곡률과 대체로 일치할 수 있다.
도 1 및 도 2의 예에서, 피벗 커버(105)는 하우징(108) 주위를 부분적으로 또는 완전히 감싸는 커버 구조(106)의 부분일 수 있다. 피벗 커버(105) 및 커버 구조(106)의 이러한 조립체는 단일 부재(예를 들어, 금속 시트로부터 형성되거나 스탬핑 가공됨)로 구현될 수 있거나, 개별 부재로부터 조립될 수 있다. 일부 실시예에서, 커버 구조(106)는 플랫폼 구조, 회로 보드, 등의 상에 조이스틱 장치(100)의 장착을 허용하도록 구성된 복수의 장착 특징부(110)를 포함할 수 있다.
도 2의 절취도를 참조하면, 하우징(108)은 볼(104)의 일부를 수용하도록 치수 설정된 내부 체적(124), 내부에 자석(114)을 갖는 자석 홀더(112), 스프링 캐리어(116), 및 스프링(118)을 형성하도록 도시되어 있다. 도 2의 예에서, 내부 체적(124)은 직사각형(예를 들어, 정사각형) 형상의 풋프린트를 가질 수 있고, 스프링 캐리어(116) 및 스프링(118)은 각각 원 형상의 풋프린트를 가질 수 있다. 예를 들어, 그리고 내부 체적(124)이 정사각형 형상의 풋프린트를 갖는 것으로 가정하면, 스프링 캐리어(116)는 정사각형의 측면 치수와 대략 동일하거나 그보다 약간 작은 직경을 갖는 원 형상을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 내부 체적(124)은 둥근(예를 들어, 원) 형상의 풋프린트를 가질 수 있고, 스프링 캐리어(116) 및 스프링(118)은 각각 원 형상의 풋프린트를 가질 수 있다. 예를 들어, 스프링 캐리어(116)는 내부 체적(1124)의 원 형상의 풋프린트의 직경과 대략 동일하거나 그보다 약간 작은 직경을 갖는 원 형상을 가질 수 있다.
도 2의 절취도를 참조하면, 스프링(118)은, 내부 체적(124)의 바닥부에 안착되는 일 단부와, 스프링 캐리어(116)의 대응 측 상의 원형 홈 안에 수용되는 타 단부를 갖도록 구성된 코일 스프링일 수 있다. 따라서, 스프링(118)은 자석(114) 및 자석 홀더(112)의 조립체에 대해 스프링 캐리어(116)를 가압한다. 이후, 자석(114) 및 자석 홀더(112)의 조립체는 볼(104)을 피벗 커버(105)의 내부 측에 대해 가압하여, 샤프트/볼 조립체의 피벗 동작을 허용하면서 샤프트/볼 조립체가 스프링 장전 방식으로 보유되게 한다. 본원에 기술된 바와 같이, 이러한 피벗 동작은 X 및 Y 방향에서의 조이스틱 제어 기능성을 제공할 수 있다. 이러한 X 및 Y 제어 기능성의 예가 여기에서 더욱 상세하게 기술된다.
본원에 기술된 바와 같이, 조이스틱 장치(100)의 전술한 구성은 샤프트/볼 조립체가 Z 방향을 따라 이동되게 할 수도 있다. 예를 들어, 샤프트(102)가 하우징(108)의 바닥부를 향해 가압되면, 샤프트/볼 조립체 및 자석(114)은 바닥부를 향해 이동한다. 가압력이 제거되거나 스프링(118)의 복원력보다 작은 수준으로 감소되면, 샤프트/볼 조립체 및 자석(114)은 볼(104)이 피벗 커버(105)의 내부 측과 맞물릴 때까지 바닥부로부터 멀어지는 방향으로 이동한다. 이러한 Z 제어 기능성의 일 예가 여기에서 더욱 상세하게 기술된다.
본원에 기술된 바와 같이, 조이스틱 장치(100)의 전술한 구성은 샤프트/볼 조립체가 회전되게 할 수도 있다. 예를 들어, 샤프트(102)는 샤프트(102)의 축을 중심으로 회전될 수 있고, 이러한 회전은 볼(104)과 피벗 커버(105)의 맞물림에 의해 용이해질 수 있다. 일부 실시예에서, 자석(114)/홀더(112) 조립체와 스프링 캐리어(116) 사이의 맞물림은 샤프트/볼 조립체의 전술한 회전을 허용하도록(예를 들어, 맞물림 표면들 사이의 상대 운동을 허용하도록) 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 자석(114)/홀더(112) 조립체와 스프링 캐리어(116) 사이의 맞물림이 맞물림 표면들 사이의 이러한 상대 운동을 제공하지 않는 경우에도, 스프링(118)과 내부 체적(124)의 바닥부 사이의 맞물림이 샤프트/볼 조립체의 전술한 회전을 허용하도록(예를 들어, 맞물림 표면들 사이의 상대 운동을 허용하도록) 구성될 수 있다. 이러한 회전 제어 기능성의 일 예가 여기에서 더욱 상세하게 기술된다.
도 2의 절취도를 참조하면, 조이스틱 장치(100)는 예를 들어 주문형 집적 회로(application-specific integrated circuit)(ASIC)로서 구현되는 센서(122)를 더 포함할 수 있다. 이러한 센서는 Z 축을 따라 위치될 수 있고(예를 들어, 하우징(108) 내에 적어도 부분적으로 매립될 수 있고), 샤프트/볼 조립체 및 자석(114)의 전술한 X, Y, Z 및 회전 동작과 연계된 자기 감지 기능성을 제공하도록 구성될 수 있다. 본원에 기재된 바와 같이, 이러한 자기 감지 기능성은 비접촉 방식으로 달성될 수 있다. 이러한 센서에 관련된 예가 여기에서 더욱 상세히 기술된다.
도 2는 일부 실시예에서 조이스틱 장치(100)가 스프링 캐리어(116)와 하우징(108)의 바닥부 사이에 구현된 변형 가능한 돔 구조(120)를 포함할 수 있다는 것을 도시한다. 이러한 돔 구조는 샤프트/볼 조립체가 Z 축에 평행한 성분을 갖는 방향으로 가압될 때 클릭 소음 및/또는 느낌을 변형 및 제공하도록 구성될 수 있다. 이러한 클릭 기능성은 본원에 기술된 바와 같은 하나 이상의 특징부를 갖는 조이스틱 장치에서 구현되거나 구현되지 않을 수 있다는 것이 이해될 것이다.
예를 들어, 도 3 및 도 4는 각각의 조이스틱 장치(100)의 측단면도를 도시하는데, 도 3의 조이스틱 장치(100)는 돔 구조를 포함하지 않고, 도 4의 조이스틱 장치(100)는 돔 구조(120)를 포함한다. 도 5 내지 도 8은 (돔 구조(120)를 갖는) 도 4의 조이스틱 장치(100)와 관련한 다양한 조이스틱 동작의 예를 도시한다. 그러나, 유사한 조이스틱 동작이 (돔 구조가 없는) 도 3의 조이스틱 장치(100)에 의해 수행될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 3은 돔 구조(도 2의 120)가 없지만 도 2의 예와 유사한 조이스틱 장치(100)의 측단면도를 도시한다. 도 4는 도 2의 예와 본질적으로 동일한 조이스틱 장치(100)의 측단면도를 도시한다. 따라서, 도 3 및 도 4와 연계된 다양한 부분의 대부분이 도 2를 참조하여 전술된다.
도 4의 예를 참조하면, 일부 실시예에서, 범프 구조(128)가 스프링 캐리어(116)의 표면에 제공될 수 있다는 것을 알 수 있다. 이러한 범프 구조는 돔 구조(120)의 변형을 용이하게 하도록 돔 구조(120)에 대해 치수 설정되고 위치될 수 있다. 돔 구조(120)의 이러한 변형의 일 예가 여기에서 더 상세하게 기술된다.
도 5 및 도 6은 X 및 Y 조이스틱 동작을 수용 및 감지하는 조이스틱 장치(100)의 예를 도시한다. 이러한 X 및 Y 성분에 기초하여, XY 평면 내의 조이스틱 동작이 수용 및 감지될 수 있다.
도 5는 샤프트(102)가 X 방향을 따라 가압되는 예시적인 조이스틱 작동을 도시한다. 볼(104)이 피벗 커버(105)에 의해 보유되고 스프링(118)에 의해 피벗 커버(105)에 대해 가압된 상태에서, 샤프트(102)의 이러한 가압은 샤프트/볼/자석 조립체를 Y축을 중심으로 회전하게 한다. 경사진 배향으로부터 기인하는 자기장은 센서(122)에 의해 검출될 수 있다.
도 5의 예에서, 자석(114) 및 자석 홀더의 일부(도 4의 112)는 스프링 캐리어(116)의 일 측과 맞물리도록 도시되어 있고, 스프링 캐리어(116)의 맞물린 부분은 사실상 그 구조를 유지하도록 도시되어 있는 반면에, 스프링 캐리어(116)의 에지 부분은 샤프트/볼/자석 조립체의 경사진 배향을 수용하도록 복원 가능한 방식으로 변형된다. 도 5에서, 스프링(118)의 우측은 예시적인 경사 배향을 수용하도록 압축된 것으로 도시된다. 따라서, 샤프트(102)가 경사진 배향에서 해방될 때, 스프링(118)은 그의 휴지 위치로 복원될 수 있다(예를 들어, 샤프트(102)가 Z 축을 따르고, 볼(104)은 피벗 커버(105)에 대해 가압된다).
도 6은 샤프트(102)가 Y 방향을 따라 가압되는 예시적인 조이스틱 작동을 도시한다. 볼(104)이 피벗 커버(105)에 의해 보유되고 스프링(118)에 의해 피벗 커버(105)에 대해 가압된 상태에서, 샤프트(102)의 이러한 가압은 샤프트/볼/자석 조립체를 X축을 중심으로 회전하게 한다. 경사진 배향으로부터 기인하는 자기장은 센서(122)에 의해 검출될 수 있다.
도 6의 예에서, 자석(114) 및 자석 홀더의 일부(도 4의 112)는 스프링 캐리어(116)의 일 측과 맞물리도록 도시되어 있고, 스프링 캐리어(116)의 맞물린 부분은 사실상 그 구조를 유지하도록 도시되어 있는 반면에, 스프링 캐리어(116)의 에지 부분은 샤프트/볼/자석 조립체의 경사진 배향을 수용하도록 복원 가능한 방식으로 변형된다. 도 6에서, 스프링(118)의 우측은 예시적인 경사 배향을 수용하도록 압축된 것으로 도시된다. 따라서, 샤프트(102)가 경사진 배향에서 해방될 때, 스프링(118)은 그의 휴지 위치로 복원될 수 있다(예를 들어, 샤프트(102)가 Z 축을 따르고, 볼(104)은 피벗 커버(105)에 대해 가압된다).
도 7은 자석(114)이 센서(122)를 향해 이동하도록 샤프트(102)가 Z 방향을 따라 가압되는 예시적인 조이스틱 작동을 도시한다. 샤프트(102)의 이러한 가압은 범프 구조(128)가 돔 구조(120)를 가압 및 변형시키게 하여 클릭 기능성을 제공한다. Z-방향으로 가압된 배향에서 기인하는 자기장은 센서(122)에 의해 검출될 수 있다.
도 7의 예에서, 자석(114) 및 자석 홀더의 일부(도 4의 112)는 스프링 캐리어(116)의 일 측과 맞물리도록 도시되고, 스프링 캐리어(116)의 맞물린 부분은 사실상 그 구조를 유지하는 것으로 도시된다. 도 7에서, 스프링(118)은 예시적인 가압 배향을 수용하기 위해 대략 균일하게 압축된 것으로 도시된다. 따라서, 샤프트(102)가 가압 배향에서 해방될 때, 스프링(118)은 그 휴지 위치로 복원될 수 있다(예를 들어, 샤프트(102)는 Z 축을 따르고, 볼(104)은 피벗 커버(105)에 대해 가압된다).
도 8은 샤프트(102)가 Z 방향을 중심으로 회전되어(화살표 130), 자석(114)이 센서(122)에 대해 회전하는 예시적인 조이스틱 작동을 도시한다. 상기 회전에서 기인하는 자기장은 센서(122)에 의해 검출될 수 있다.
도 8의 예에서, 자석(114) 및 자석 홀더의 일부(도 4의 112)는 스프링 캐리어(116)의 일 측과 맞물리도록 도시되고, 스프링 캐리어(116)의 맞물린 부분은 사실상 그 구조를 유지하는 것으로 도시된다. 도 8에서, 스프링 캐리어(116)는 자석(114)과 함께 회전할 수 있거나, 자석(114)과 함께 부분적으로 회전할 수 있거나, 대체로 고정된 회전 방향을 유지할 수 있다. 유사하게, 스프링(118)은 자석(114)과 함께 회전할 수 있거나, 자석(114)과 함께 부분적으로 회전할 수 있거나, 또는 대체로 고정된 회전 방향을 유지할 수 있다. 도 8에서, 스프링(118)은 압축과 관련하여 그 휴지 위치에 유지될 수 있다. 일부 실시예에서, 스프링(118)은 샤프트의 회전이 발생할 때 회전된 배향이 새로운 휴지 위치가 되도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 스프링(118)은, 샤프트의 회전이 발생할 때, 스프링(118)이 복원 가능한 방식으로 비틀리도록 구성될 수 있고, 그에 따라 샤프트가 해방될 때, 샤프트는 대체로 (비틀리지 않은 스프링에 의해서) 원래의 휴지 위치로 복귀한다.
도 2 내지 도 8을 참조하여 본원에 기술된 예에서, 대체로 스프링 캐리어(116)의 에지 부분은 X/Y 조이스틱 동작을 수용하도록 변형 가능한 것으로 상정된다. 이러한 예에서, 스프링 캐리어(116)에 대한 자석/자석 홀더의 맞물림은 에지 부분의 이러한 변형 중에 대체로 유지된다. 이러한 구성은 일 예이며, 스프링 캐리어(116) 및 자석/자석 홀더에 대한 스프링 캐리어의 맞물림의 다른 구성도 구현될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
예를 들어, 스프링 캐리어는 X/Y 조이스틱 동작 중에 전혀 변형되지 않도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 구성은 스프링 캐리어가 적절한 전체 측방향 치수를 갖도록 구현될 수 있어서, 스프링 캐리어의 에지는 경사 조이스틱 동작과 간섭하지 않는다.
다른 예에서, 스프링 캐리어는 X/Y 조이스틱 동작 중에 반드시 자석/자석 홀더 조립체와 완전히 맞물려서 유지될 필요가 없다. 일 예로서, 자석/자석 홀더 조립체의 일부는 스프링 캐리어와 맞물린 상태로 유지될 수 있고, 자석/자석 홀더 조립체의 다른 부분은 경사진 조이스틱 배향 중에 스프링 캐리어로부터 맞물림 해제된다.
도 5 내지 도 8의 다양한 예에서, X, Y, Z 및 회전 조이스틱 동작이 명료함을 위해 개별적으로 도시되고 기술된다. 본원에 기술된 바와 같은 하나 이상의 특징부를 갖는 조이스틱 장치는 이런 조이스틱 동작의 일부 또는 전부를 동시에 수용하고 감지할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 9는 일부 실시예에서, 도 2 내지 도 8의 예의 자석(114)이 대응 센서(122)에 대해 위치된 직경방향으로 자화된 디스크 자석(114) 일 수 있다는 것을 도시한다. 도 9에서, 자석(114)은 자석 홀더 없이 도시되고, 센서(122)는 하우징 없이 도시되어 있다. 그러나, 자석(114) 및 센서(122)의 상대적 배향은 본원에 기술된 바와 같이 자석 홀더 및 하우징에 의해 용이해질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 10은 도 9의 예의 자석/센서 배열체의 측면도를 도시한다. 또한, 도 10은 X, Y 및 Z 방향이 자석(114) 및 센서(122)에 대해 규정될 수 있는 방법의 일 예를 도시한다. 예를 들어, 자석(114)의 직경방향 분할 평면은 ZY 평면과 대략적으로 평행할 수 있다. 이러한 구성에서, 센서(122)는 전체적으로 XY 평면과 대략적으로 평행한 평면을 형성할 수 있다.
도 11은 일부 실시예에서, 도 2 내지 도 10의 예의 센서(122)가 다수의 홀-효과 감지 요소를 갖는 센서(122)일 수 있다는 것을 도시한다. 도 11에서, 이러한 센서는 Z 축을 따라 조망되는 것으로 도시되어 있어서, 다양한 홀-효과 감지 요소는 센서(122)의 XY 평면 상에 위치된다.
도 11의 예에서, X-방향 조이스틱 동작(예를 들어, 도 5와 같은 동작)에서 기인하는 자석(도 10의 114)의 경사는 홀-효과 감지 요소(X1, X2 및 X3)에 의해 검출될 수 있다. 이러한 홀-효과 감지 요소 각각은 그 법선면(normal face)이 개별 화살표에 의해 지시된 방향(예를 들어, 도 11에서 우측)을 향하도록 배향될 수 있다. 유사하게, Y-방향 조이스틱 동작(예를 들어, 도 6과 같은 동작)에서 기인한 자석의 경사는 홀-효과 감지 요소(Y1, Y2 및 Y3)에 의해 검출될 수 있다. 이러한 홀-효과 감지 요소 각각은 그 법선면이 개별 화살표에 의해 지시된 방향(예를 들어, 도 11에서 저부)를 향하도록 배향될 수 있다.
도 11의 예에서, Z-방향 조이스틱 동작(예를 들어, 도 7과 같은 동작)에서 기인한 분리 거리(도 10의 자석(114)과 센서(122) 사이)의 변화는 Z로 집합적으로 지시된 하나 이상의 홀-효과 감지 요소에 의해 검출될 수 있다. 이러한 Z 감지 요소(들)는 Z 축을 따르는 방향을 향하는 법선면을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, Z 감지 요소는 또한 회전 조이스틱 동작(예를 들어, 도 8과 같은 동작)을 감지하도록 구성될 수 있다. 특히, 직경방향으로 자화된 디스크 자석의 각도 위치의 이러한 감지와 관련된 예는 발명의 명칭이 고해상도 비접촉 다중-턴 감지 시스템 및 방법(HIGH-RESOLUTION NON-CONTACTING MULTI-TURN SENSING SYSTEMS AND METHODS)이며 전체가 참조로서 명시적으로 포함되었으며 그 개시내용은 본 출원의 상세한 설명의 일부로서 간주되는 미국 특허 번호 9,593,967에서 발견될 수 있다.
일부 실시예에서, 본원에 기술된 바와 같은 하나 이상의 특징부를 갖는 센서(예를 들어, 도 11의 122)는 Allegro MicroSystems, LLC로부터 입수가능한 3-D 선형 홀-효과 센서(예를 들어, 모델 ALS31300)를 포함할 수 있다.
본 개시내용은 다양한 특징부를 기술하며, 그러한 특징 중 하나가 본원에서 기술된 이점에 대해 단독으로 책임을 지지 않는다. 본원에서 기술된 다양한 특징은, 관련 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백한 것으로서, 조합, 수정 또는 생략될 수 있음이 이해될 것이다. 본원에서 구체적으로 기술된 것과 다른 조합 또는 부수적인 조합이 관련 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이며, 그것은 본 개시내용의 일부를 형성하는 것으로 의도된다. 본원에서 다양한 방법은 다양한 흐름도 단계 및/또는 국면(phase)들과 함께 기술된다. 많은 경우에 있어서, 소정의 단계 및/또는 국면은, 흐름도에 도시된 다수의 단계 및/또는 국면이 단일의 단계 및/또는 국면으로서 수행될 수 있도록, 함께 조합될 수 있음이 이해될 것이다. 또한, 소정의 단계 및/또는 국면은 별도로 수행될 추가적인 부수적 컴포넌트로 분할될 수 있다. 일부 경우에 있어서, 단계 및/또는 국면의 순서는 재배열될 수 있으며, 특정한 단계 및/또는 국면은 전부 생략될 수 있다. 또한, 또한, 본원에서 기술된 방법은 조정 가능(open-ended)한 것으로 이해되므로, 본원에 도시되고 기술된 것에 대해 추가적인 단계 및/또는 국면이 수행될 수 있다
본원에서 기술된 시스템 및 방법의 일부 양태는, 예를 들어, 컴퓨터 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어, 또는 컴퓨터 소프트웨어, 하드웨어 및 펌웨어의 임의의 조합을 이용하여 바람직하게 구현될 수 있다. 컴퓨터 소프트웨어는, 실행될 때, 본원에 기술된 기능을 수행하는, 컴퓨터 판독 가능 매체(예를 들어, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체)에 저장된 컴퓨터 실행 가능 코드를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 컴퓨터 실행 가능 코드는 하나 이상의 범용 컴퓨터 프로세서에 의해 실행된다. 관련 기술 분야의 통상의 기술자는, 이러한 개시내용의 관점에서, 범용 컴퓨터 상에서 실행되도록 소프트웨어를 이용하여 구현될 수 있는 임의의 특징 또는 기능이 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어의 상이한 조합을 이용하여 구현될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 이러한 모듈은 집적 회로의 조합을 이용하여 전적으로 하드웨어로 구현될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 그러한 특징 또는 기능은 범용 컴퓨터에 의해서 라기보다는 오히려 본원에서 기술된 특정한 기능을 수행하도록 설계된 전문화된 컴퓨터를 이용하여 전적으로 또는 부분적으로 구현될 수 있다.
다수의 분산형 컴퓨팅 장치가, 본원에서 기술된 임의의 하나의 컴퓨팅 장치에 대해 대체될 수 있다. 이러한 분산형 실시예에서, 하나의 컴퓨팅 장치의 기능은, 일부 기능이 분산형 컴퓨팅 장치 각각에서 수행되도록(예를 들면, 네트워크를 통해) 분산된다.
일부 실시예는, 수학식, 알고리즘, 및/또는 흐름도 예시를 참조하여 기술될 수 있다. 이러한 방법은 하나 이상의 컴퓨터 상에서 실행 가능한 컴퓨터 프로그램 명령을 사용하여 구현될 수 있다. 또한, 이러한 방법은, 별도로, 또는 장치나 시스템의 컴포넌트로서, 컴퓨터 프로그램 제품으로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 각각의 수학식, 알고리즘, 블록, 또는 흐름도의 단계, 및 이의 조합이, 하드웨어, 펌웨어, 및/또는 컴퓨터 판독 가능 프로그램 코드 로직으로 구현되는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 명령을 포함하는 소프트웨어에 의해 구현될 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 임의의 이러한 컴퓨터 프로그램 명령은, 제한적인 것은 아니지만, 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 포함하는 하나 이상의 컴퓨터, 또는 기계를 생산하기 위한 다른 프로그래밍 가능한 처리 기기 상에 로딩되어, 컴퓨터(들) 또는 다른 프로그래밍 가능한 처리 장치(들) 상에서 실행되는 컴퓨터 프로그램 명령이 수학식, 알고리즘 및/또는 흐름도에서 특정되는 기능을 구현할 수 있다. 또한, 각각의 수학식, 알고리즘, 및/또는 흐름도 예시에서의 블록, 및 이의 조합은, 특정된 기능 또는 단계를 수행하는 특수 목적 하드웨어 기반 컴퓨터 시스템, 또는 특수 목적 하드웨어와 컴퓨터 판독 가능 프로그램 코드 로직 수단의 조합에 의해 구현될 수 있음이 이해될 것이다.
더욱이, 컴퓨터 판독 가능 프로그램 코드 로직에 내장된 것과 같은 컴퓨터 프로그램 명령은 컴퓨터 판독 가능 메모리(예를 들어, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체)에 저장될 수 있으며, 하나 이상의 컴퓨터 또는 다른 프로그래밍 가능한 처리 장치로 하여금 특정한 방식으로 기능하여, 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 명령이 흐름도(들)의 블록(들)에서 특정된 기능(들)을 구현하도록 할 수 있다. 또한, 컴퓨터 프로그램 명령은 하나 이상의 컴퓨터 또는 다른 프로그래밍 가능한 컴퓨팅 장치 상에 로딩되어, 일련의 작동 단계가 하나 이상의 컴퓨터 또는 다른 프로그래밍 가능한 컴퓨팅 장치 상에서 수행되어, 컴퓨터 구현 프로세스를 생성하게 함으로써, 컴퓨터 또는 다른 프로그래밍 가능한 처리 기기 상에서 실행되는 명령이 수학식(들), 알고리즘(들), 및/또는 흐름도(들)의 블록(들)에서 특정된 기능을 구현하기 위한 단계를 제공하도록 할 수 있다.
본원에서 기술된 방법 및 작업 중 일부 또는 전부는 컴퓨터 시스템에 의해 수행되고, 컴퓨터 시스템에 의해 완전히 자동화될 수 있다. 컴퓨터 시스템은, 일부 경우에 있어서, 기술된 기능을 수행하기 위해 네트워크를 통해 통신 및 상호 작용하는 다수의 개별적인 컴퓨터 또는 컴퓨팅 장치(예를 들어, 물리적 서버, 워크스테이션, 저장 어레이 등)를 포함할 수 있다. 전형적으로, 각각의 이러한 컴퓨팅 장치는 메모리 또는 다른 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 또는 장치에 저장된 프로그램 명령 또는 모듈을 실행하는 프로세서(또는 다수의 프로세서)를 포함한다. 본원에 개시된 다양한 기능은, 비록 개시된 기능 중 일부 또는 전부가 컴퓨터 시스템의 주문형 회로(예를 들어, ASIC 또는 FPGA)에서 대안적으로 구현될 수 있지만, 그러한 프로그램 명령에서 구현될 수 있다. 컴퓨터 시스템이 다수의 컴퓨팅 장치를 포함하는 경우, 이러한 장치는, 필요한 것은 아니지만, 같은 장소에 위치될 수 있다. 개시된 방법 및 작업의 결과는, 고체 상태 메모리 칩 및/또는 자기 디스크와 같은 물리적 스토리지 장치를 상이한 상태로 변환함으로써 지속적으로 저장될 수 있다.
문맥이 명확하게 달리 요구하지 않는 한, 상세한 기술 및 청구범위 전체에 걸쳐, 단어 "포함하다", "포함하는" 등은 배타적이거나 완전한 의미와 대조적으로 포괄적인(inclusive) 의미, 즉 비제한적으로 포함하는 의미로 해석되어야 한다. 본원에 일반적으로 사용된 단어 "커플링된"은 직접적으로 연결될 수 있거나 또는 하나 이상의 중간 요소에 의해 연결될 수 있는 2개 이상의 요소를 의미한다. 그에 부가하여, "여기에서, "위에서", "아래에서"와 같은 단어 및 유사한 의미의 단어는, 본원에서 사용될 때, 본원의 임의의 특정의 부분이 아니라 본원 전체를 지칭할 것이다. 문맥상 허용된다면, 단수 또는 복수를 이용한 상기 상세한 기술의 단어는 또한, 각각 복수 또는 단수를 포함할 수 있다. 2개 이상의 항목의 리스트와 관련하여 단어 "또는"은 모든 다음과 같은 단어의 해석: 리스트 내의 임의의 항목, 리스트 내의 모든 항목, 및 리스트 내의 항목의 임의의 조합을 커버한다. 본원에서 "예시적"라는 단어는 전적으로, "예, 사례, 또는 예시로서 기능하는"을 의미하는 것으로 사용된다. 본원에서 "예시적"으로 기술된 임의의 구현예가 반드시 다른 구현예보다 양호하거나 유리한 것으로 간주될 필요는 없다.
본 개시내용은 본원에서 도시된 구현예로 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 본 개시내용에서 기술되는 구현예에 대한 다양한 변형예는 관련 기술 분야의 통상의 기술자에게는 용이하게 명백할 것이며, 본원에서 정의되는 일반 원리는 본 개시내용의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 다른 구현예에 적용될 수 있다. 본원에서 제공되는 본 발명의 교시내용은 다른 방법 및 시스템에 적용될 수 있고, 상술된 방법 및 시스템으로 제한되지 않으며, 상술된 다양한 실시예의 요소 및 작동은 추가의 실시예를 제공하기 위해 조합될 수 있다. 따라서, 본원에서 기술된 신규한 방법 및 시스템은 다양한 다른 형태로 구현될 수 있고; 또한, 본원에 기술된 방법 및 시스템의 형태의 다양한 생략, 치환 및 변화가 본 개시내용의 사상을 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 첨부된 청구항 및 그 등가물은 본 개시내용의 범위 및 사상 내에 있는 이러한 형태 또는 수정을 커버하는 것으로 의도된다.

Claims (22)

  1. 조이스틱 장치이며,
    바닥부를 갖는 내부 체적을 형성하는 하우징,
    개방부를 가지며 하우징의 내부 체적 위에 위치되는 피벗 커버,
    바닥부 상에 위치되는 제1 단부를 가지며 제2 단부에서 피벗 커버를 향해서 스프링력을 제공하도록 구성된 스프링,
    제1 부분, 제2 부분 및 제3 부분을 갖는 볼을 구비한 볼-샤프트 조립체로서, 볼의 제1 부분이 피벗 커버로부터 연장하도록 제1 부분이 샤프트에 부착되고, 볼의 제2 부분은 피벗 커버와 이동 가능하게 맞물리고, 제3 부분은 스프링력을 수용하여, 볼은 샤프트의 동작을 허용하는 상태에서 피벗 커버 및 스프링에 의해 포획되는, 볼-샤프트 조립체,
    샤프트가 이동할 때 볼과 함께 이동하도록 볼의 제3 부분 내에 적어도 부분적으로 위치되는 자석, 및
    자석에 대해 위치되고 샤프트의 동작과 연계된 자석의 동작을 감지하도록 구성되는 센서를 포함하는, 조이스틱 장치.
  2. 제1항에 있어서, 하우징의 적어도 일부를 덮는 커버 구조를 더 포함하는, 조이스틱 장치.
  3. 제2항에 있어서, 커버 구조 및 피벗 커버는 단일 부재로 형성되는, 조이스틱 장치.
  4. 제1항에 있어서, 적어도 볼의 제2 부분은 구 형상을 갖는, 조이스틱 장치.
  5. 제4항에 있어서, 피벗 커버의 개방부는 원 형상을 갖는, 조이스틱 장치.
  6. 제4항에 있어서, 볼의 제3 부분은 자석을 수용하도록 치수 설정된 리세스를 형성하는, 조이스틱 장치.
  7. 제6항에 있어서, 제1 측 및 제2 측을 갖는 스프링 캐리어를 더 포함하고, 제1 측은 자석 및 볼의 제3 부분 중 어느 하나 또는 양자 모두와 맞물리도록 구성되고, 제2 측은 스프링에 의해 제공되는 힘이 스프링 캐리어를 통해 볼로 전달되도록 스프링의 제2 단부를 포획하게 구성되는, 조이스틱 장치.
  8. 제7항에 있어서, 자석은 디스크 형상을 갖고, 볼의 제3 부분의 리세스는 자석 및 볼의 제3 부분 양자 모두가 스프링 캐리어의 제1 측과 맞물리도록 깊이 치수를 갖는, 조이스틱 장치.
  9. 제7항에 있어서, 스프링은 코일 스프링인, 조이스틱 장치.
  10. 제9항에 있어서, 스프링 캐리어의 제2 측은 스프링의 제2 단부를 포획하도록 치수 설정된 홈을 포함하는, 조이스틱 장치.
  11. 제6항에 있어서, 스프링 캐리어와 하우징의 바닥부 사이에 구현되고 샤프트가 하우징의 바닥부를 향해 가압될 때 클릭 소음 및/또는 느낌을 변형 및 제공하도록 구성되는 돔 구조를 더 포함하는, 조이스틱 장치.
  12. 제11항에 있어서, 스프링 캐리어는 돔 구조의 변형을 용이하게 하도록 그 제2 측 상에 구현되는 범프 구조를 포함하는, 조이스틱 장치.
  13. 제1항에 있어서, 센서는 하우징의 바닥부에 적어도 부분적으로 매립되는, 조이스틱 장치.
  14. 제1항에 있어서, 샤프트의 동작은 X 방향, Y 방향, 및 Z 방향과 평행한 하나 이상의 성분을 갖는 방향 내에 존재하고, Z 방향은 샤프트의 종방향 축과 평행하고, X, Y 및 Z 방향은 서로에 대해 직교하는, 조이스틱 장치.
  15. 제1항에 있어서, 샤프트의 동작은 샤프트의 종방향 축을 중심으로 하는 샤프트의 회전을 포함하는, 조이스틱 장치.
  16. 제15항에 있어서, 자석은 직경방향으로 자화된 디스크 자석으로 구성되는, 조이스틱 장치.
  17. 제1항에 있어서, 센서는 자석의 동작을 감지하도록 배열된 다수의 홀-효과 감지 요소를 포함하는, 조이스틱 장치.
  18. 제1항에 있어서, 자석 및 센서는 비접촉 배열체인, 조이스틱 장치.
  19. 제1항에 있어서, 센서는 스프링이 센서와 자석 사이에 존재하도록 구현되는, 조이스틱 장치.
  20. 사용자 입력 시스템이며,
    바닥부를 갖는 내부 체적을 형성하는 하우징, 개방부를 가지며 하우징의 내부 체적 위에 위치되는 피벗 커버, 및 바닥부 상에 위치되는 제1 단부를 가지며 제2 단부에서 피벗 커버를 향해서 스프링력을 제공하도록 구성된 스프링을 포함하는 조이스틱으로서, 상기 조이스틱은, 제1 부분, 제2 부분 및 제3 부분을 갖는 볼을 구비한 볼-샤프트 조립체로서, 볼의 제1 부분이 피벗 커버로부터 연장하도록 제1 부분이 샤프트에 부착되고, 볼의 제2 부분은 피벗 커버와 이동 가능하게 맞물리고, 제3 부분은 스프링력을 수용하여, 볼은 샤프트의 동작을 허용하는 상태에서 피벗 커버 및 스프링에 의해 포획되는, 볼-샤프트 조립체를 더 포함하고, 상기 조이스틱은 샤프트가 이동할 때 볼과 함께 이동하도록 볼의 제3 부분 내에 적어도 부분적으로 위치되는 자석, 및 자석에 대해 위치되고 샤프트의 동작과 연계된 자석의 동작을 감지하도록 구성되는 센서를 더 포함하는, 조이스틱 장치, 및
    자석의 감지된 동작에 기초하여 샤프트의 동작을 나타내는 출력 신호를 발생시키도록 구성된 전자 회로를 포함하는, 사용자 입력 시스템.
  21. 제어 입력 장치이며,
    축, 조종 부분, 및 감지 단부를 갖는 샤프트,
    샤프트의 감지 단부 상에 장착된 자석,
    샤프트의 조종 부분이 샤프트의 축에 대해 3차원적으로 이동될 수 있게 하도록 구성된 운동 기구로서, 조종 부분의 운동은 자석의 대응하는 운동을 초래하는 운동 기구, 및
    자석에 대해 위치되고 자석의 동작을 비접촉 방식으로 감지하도록 구성된 자기 센서를 포함하는, 제어 입력 장치.
  22. 제21항에 있어서, 운동 기구는 샤프트의 조종 부분이 축 주위로 회전될 수 있게 하도록 추가로 구성되는, 제어 입력 장치.
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