KR20200135474A - 변환기 공진 주파수를 보상하기 위한 구동 파형 조정들 - Google Patents

변환기 공진 주파수를 보상하기 위한 구동 파형 조정들 Download PDF

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KR20200135474A
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Abstract

방법은 시간 조정 인자에 따라 기준 구동 파형의 시간 영역에서 기준 액추에이터와 연관된 기준 구동 파형을 신장 또는 압축함으로써 타겟 액추에이터와 연관된 전기 구동 파형을 생성하는 단계를 포함할 수 있고, 시간 조정 인자는 타겟 액추에이터의 공진 주파수와 기준 액추에이터의 공진 주파수 사이의 차이에 기초하여 결정된다. 같은 또는 다른 방법은 진폭 조정 인자에 따라 기준 액추에이터와 연관된 기준 구동 파형의 진폭을 증가 또는 감소시킴으로써 타겟 액추에이터와 연관된 전기 구동 파형을 생성하는 것을 포함할 수 있고, 진폭 조정 인자는 타겟 액추에이터의 공진 주파수와 기준 액추에이터의 공진 주파수 사이의 차이에 기초하여 결정된다.

Description

변환기 공진 주파수를 보상하기 위한 구동 파형 조정들
본 발명은 일반적으로 사용자 인터페이스들을 갖는 전자 장치들(예컨대, 모바일 장치들, 게임 제어기들, 계기판들, 등)에 관한 것으로, 특히, 모바일 장치 내의 기계 버튼 대체를 위한 시스템에서 사용하기 위한 햅틱 시스템(haptic system), 커패시티브 센서(capacitive sensor)들을 위한 햅틱 피드백(haptic feedback)에서 사용하기 위한 햅틱 시스템, 및/또는 다른 적합한 응용물들에 관한 것이다.
선형 공진 액추에이터(Linear resonant actuator; LRA)들 및 다른 진동 액추에이터들(예컨대, 회전 액추에이터들, 진동 모터들 등)이 모바일 장치들(예컨대, 모바일 폰들, 개인 휴대 단말기들, 비디오 게임 제어기들 등)과의 사용자 상호작용을 위한 진동 피드백을 생성하기 위해 이러한 장치들에서 점점 더 사용되고 있다. 전형적으로, 힘/압력 센서는 장치와의 사용자 상호작용(예컨대, 장치의 가상 버튼 상의 손가락 누르기)을 검출하고, 그에 응답하여, 선형 공진 액추에이터가 사용자에게 피드백을 제공하기 위해 진동한다. 예를 들어, 선형 공진 액추에이터는 사용자에게 기계 버튼 클릭의 느낌을 흉내내기 위해 힘에 응답하여 진동할 수 있다.
LRA는 매스(mass)에 힘을 가할 수 있는 전동 액추에이터를 갖는 질량-스프링 시스템(mass-spring system)을 포함할 수 있는데, 매스는 스프링 또는 스프링들의 쌍에 의해 정지 위치(rest position)의 중앙에 있다. 매스는 하나 이상의 영구 자석들을 내재하고 있을 수 있다. 하나 이상의 와이어 코일들이 자석들에 전자기력을 가하여, 매스를 움직인다. 하나 이상의 와이어 코일들에 제공된 전류는 매스가 그것의 하우징(housing)에 대해 움직이고, 그 안에서 진동하게 할 수 있다. 전형적인 사용에서, 교류 전압이 코일 단자들에 인가되어, 코일에 교류 전류가 야기되고, 이에 따라, 매스에 대해 교번하는 힘(alternating force)이 야기되어, 매스는 가해진 힘에 응답하여 움직인다. 하우징은 또한 구동력이 너무 클 때 익스커션(excursion)을 제한하고 손상을 방지하기 위한 스톱(stop)들 또는 다른 댐핑 구조물들(damping structures)을 포함할 수 있다. 하우징 내에서 매스가 진동함으로써, 스프링들 및 전동 구동에 의해 생성된 반동력들이 LRA 또는 LRA를 포함하는 모바일 장치를 들고 있는 사람에 의해 햅틱 감각들로서 느껴질 수 있다.
함께 취함으로써, LRA의 질량 및 스프링들은 기계 공진 시스템을 형성한다. 주어진 구동 전압에 대하여, 구동 오실레이션(oscillation) 주파수가 질량-스프링 성질 또는 공진 주파수와 동일할 때, 최대 질량 진동이 달성될 수 있다. 즉, 공진 동작은 에너지 입력 당 최고 진동 가속을 전달할 수 있다.
따라서, 구동 신호를 LRA 매스 움직임에 동기화시킴으로써 공진 떨림이 생성될 수 있다. 동기화된 구동의 이 방식은 시작 주파수로 구동 전압을 인가하고, 백-EMF(back-electromotive force)를 감지함으로써 매스의 움직임을 검출하고, 질량-스프링 성질 공진 주파수에 매칭되도록 구동 주파수를 조정함으로써 달성될 수 있다. LRA를 구동하는 이 방법은 폐쇄 루프 공진 구동으로 지칭된다. 폐쇄 루프 공진 구동으로 생성된 LRA 공진 주파수는 저장될 수 있고, LRA에 저장된 공진 주파수로 전압 파형을 전기적으로 구동하기 위한 시스템이 구성될 수 있다. LRA를 구동하는 이 대안적인 방법은 개방 루프 공진 구동으로 지칭될 수 있다.
LRA의 공진 주파수 f0는 다음과 같은 관계에 의해 주어진다:
Figure pct00001
여기서, f0는 공진 주파수이고, k는 단위 거리당 힘으로 표현되는 스프링 상수이고, m은 이동 매스의 질량(mass of the moving mass)이다.
LRA 제조 공정은 통상적으로 장치들 간에 최소 변화를 갖는 장치들을 생산하고자 할 것이지만, 소정의 변화는 불가피하다. 유닛들 사이의 스프링 상수 변화는 LRA들의 공진 주파수 f0의 변화의 전형적인 원인이다.
전형적인 LRA가 측정되어, 그것의 공진 주파수가 교정값으로서 사용되고, 교정값은 나중에 모든 유사한 유닛들에 적용될 수 있다. 이러한 해결방법은 단순하지만, 유닛-대-유닛 공진 주파수 변화를 수용하지는 않는다. 대안적으로, 각각의 개별적인 LRA의 공진 주파수가 측정되어, 각각에 대한 교정된 공진 주파수를 설정할 수 있다. 이 측정은 전용 교정 단계 동안 수행될 수 있거나, 공진 교정 측정이 LRA의 수명 동안 주기적으로 수행될 수 있다. 어느 쪽이든 교정이 수행되면, 특정 LRA에 대한 대표 공진 주파수가 설정되고, 이 주파수에 대한 지식은 각 LRA에 가장 적합한 공진 떨림형 전기 구동을 허용한다.
많은 고성능 햅틱 시스템들은 비-공진 모드에서 LRA를 구동시키고, 매스를 정지(rest) 상태로부터 최고 에너지로 빠르게 에너지화하고, 이어서, 매스를 빠르게 제동하여 스톱시킬 수 있다. 전체 기동(maneuver)은 총 몇 사이클뿐일 수 있고, 결코 정현파 안정 상태에 도달하지 않는다. 짧은 파형 구동의 이 유형은 "범프(bump)" 또는 "클릭(click)"으로 지칭될 수 있다. 종종, LRA의 제어 시스템이 햅틱 효과의 끝에 저장된 모든 LRA 기계 에너지를 제거하고자 하여 애프터-링잉(after-ringing)을 제거하거나 최소화하면, 햅틱 효과의 주관적 느낌이 최대화될 수 있다. 애프터-링잉의 억제는, 0 속도 및 0 변위에서, 중앙 위치의 LRA 매스로 종료시키기 위해, LRA 특성들에 대해 교정된 파형을 제공함으로써 달성될 수 있다. 이 방식에서 LRA에 매칭되는 파형은 최적이라고 설명될 수 있다. 최적 파형은 일반적으로 이론 및 실험의 조합으로부터 얻어진다.
트랜지언트(transient) LRA 구동 파형들은 일반적으로 허용가능한 익스커션 한계들 내에서 LRA 매스를 여기시키고 깔끔한 진동 종료를 보장한다는 일차 목표들을 갖고 튜닝(tunning)된다. 단일 최적 파형은 없을 수 있으며, 햅틱 효과의 세기 및 크리스프니스(crispness)와 같은 바람직한 햅틱 노출들을 유도하는 속성들 또는 속성들의 조합을 갖는 다수의 최적 파형들이 생성될 수 있다.
LRA 구동 파형은 에너지화, 지속, 및 제동 단계들로 분류될 수 있다. 에너지화 단계 동안, 에너지는 구동 증폭기로부터 LRA에 송신되고, 진동은 증가한다. 지속 단계 동안, LRA 질량 진동은 일정 수준으로 유지되며, 마찰 및 전기 저항으로 손실되는 에너지는 증폭기에 의해 대체되고, 진동 진폭은 변하지 않는다. 제동 단계 동안, 에너지는 구동 증폭기에 의해 이동 매스로부터 추출되고, 진동 진폭이 감소한다. 짧은 지속 시간 트랜지언트 파형은 에너지화 및 제동 단계들을 포함할 수 있지만, 단기간 동안만 지속적인 진동으로 동작하거나, 구동이 에너지화 단계로부터 제동 단계로 바로 전환되는 경우, 지속 상태로 전혀 진입하지 않을 수 있다.
트랜지언트 LRA 여기 동안, 매스의 진동 상태는 0 에너지로부터 최대 에너지로 그리고 다시 0으로 계속 변할 수 있다. 트랜지언트 구동 파형은 하나의 고정 주파수에서 생성되지 않을 수 있고, 그 대신 주파수는 파형 전체에 걸쳐 가변할 수 있다. 더욱이, 언제든지, 구동은 주파수들의 조합으로 이루어질 수 있으므로, 트랜지언트 파형은 특정 주파수를 갖는 것으로 특징지어질 수 없다.
최적 트랜지언트 구동 파형의 파 모양이 생성되고 LRA와 함께 조정되어 강한 햅틱 효과를 낼 수 있으며, 이어서, 파형의 끝에서 제동 및 완벽한 에너지 추출에 의해 애프터-링잉을 방지할 수 있다. 최적의 트랜지언트 구동 파형이 제1 LRA에 교정된 후, 상이한 공진 주파수를 갖는 제2 LRA에 적용되면, 전압 파형은 최적이 아닐 수 있으며, 전형적으로 구동 파형의 종료 시 잔류 애프터-링잉 진동이 LRA에 남아 있게 될 것이다. 이러한 상황은 바람직하지 않을 수 있다.
이상적으로 생산 라인 내의 각각의 LRA에 대해, 최적 트랜지언트 구동 파형이 그것과 매칭되도록 함께 생성될 것이다. 그러나, 이러한 파형 튜닝을 수행하기 위해서는, 정확한 진동 측정, 일반적으로 가속도계로 수행되는 측정이 필요하다. 가속도계 측정 절차 및 파형 튜닝 프로세스를 포함하는 것은 대규모 제조 라인에서 실용적이지 않을 수 있다.
본 발명의 교시에 따라, 모바일 장치의 햅틱 피드백과 연관된 단점들 및 문제점들이 감소하거나 제거될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따라, 방법은 시간 조정 인자에 따라 기준 구동 파형의 시간 영역에서 기준 액추에이터와 연관된 기준 구동 파형을 신장 또는 압축함으로써 타겟 액추에이터와 연관된 전기 구동 파형을 생성하는 것을 포함할 수 있는데, 여기서, 시간 조정 인자는 타겟 액추에이터의 공진 주파수와 기준 액추에이터의 공진 주파수 사이의 차이에 기초하여 결정된다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예들에 따라, 방법은 진폭 조정 인자에 따라 기준 액추에이터와 연관된 기준 구동 파형의 진폭을 증가 또는 감소시킴으로써 타겟 액추에이터와 연관된 전기 구동 파형을 생성하는 것을 포함할 수 있는데, 여기서, 진폭 조정 인자는 타겟 액추에이터의 공진 주파수와 기준 액추에이터의 공진 주파수 사이의 차이에 기초하여 결정된다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예들에 따라, 시스템은 시간 조정 인자에 따라 기준 구동 파형의 시간 영역에서 기준 액추에이터와 연관된 기준 구동 파형을 신장 또는 압축함으로써 타겟 액추에이터와 연관된 전기 구동 파형을 생성하도록 구성된 디지털 신호 프로세서를 포함할 수 있으며, 여기서, 시간 조정 인자는 타겟 액추에이터의 공진 주파수와 기준 액추에이터의 공진 주파수 사이의 차이에 기초하여 결정되며, 시스템은 디지털 신호 프로세서에 통신적으로 연결되고 전기 구동 파형에 따라 타겟 액추에이터를 구동시키도록 구성된 증폭기를 포함할 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예들에 따라, 시스템은 진폭 조정 인자에 따라 기준 액추에이터와 연관된 기준 구동 파형의 진폭을 증가 또는 감소시킴으로써 타겟 액추에이터와 연관된 전기 구동 파형을 생성하도록 구성된 디지털 신호 프로세서를 포함할 수 있으며, 여기서, 진폭 조정 인자는 타겟 액추에이터의 공진 주파수와 기준 액추에이터의 공진 주파수 사이의 차이에 기초하여 결정되며, 시스템은 디지털 신호 프로세서에 통신적으로 연결되고 전기 구동 파형에 따라 타겟 액추에이터를 구동시키도록 구성된 증폭기를 포함할 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예들에 따라, 제조물은 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체 및 이 컴퓨터-판독가능 매체상에 실려 있는 컴퓨터-실행가능 명령어들을 포함할 수 있으며, 명령어들은 프로세서에 의해 판독가능하고, 명령어들은, 판독 및 실행될 때, 프로세서가 시간 조정 인자에 따라 기준 구동 파형의 시간 영역에서 기준 액추에이터와 연관된 기준 구동 파형을 신장 또는 압축함으로써 타겟 액추에이터와 연관된 전기 구동 파형을 생성하게 하는데, 여기서, 시간 조정 인자는 타겟 액추에이터의 공진 주파수와 기준 액추에이터의 공진 주파수 사이의 차이에 기초하여 결정된다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예들에 따라, 제조물은 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체 및 이 컴퓨터-판독가능 매체상에 실려 있는 컴퓨터-실행가능 명령어들을 포함할 수 있으며, 명령어들은 프로세서에 의해 판독가능하고, 명령어들은, 판독 및 실행될 때, 프로세서가 진폭 조정 인자에 따라 기준 액추에이터와 연관된 기준 구동 파형의 진폭을 증가 또는 감소시킴으로써 타겟 액추에이터와 연관된 전기 구동 파형을 생성하게 하는데, 여기서, 진폭 조정 인자는 타겟 액추에이터의 공진 주파수와 기준 액추에이터의 공진 주파수 사이의 차이에 기초하여 결정된다.
본 발명의 기술적 이점들은 여기에 포함된 도면들, 설명, 및 특허 청구 범위로부터 당업자에게 용이하게 명확해질 수 있다. 실시예들의 목적들 및 이점들은 적어도 특허 청구 범위에서 구체적으로 지적된 요소들, 특징들, 조합들에 의해 실현 및 달성될 것이다.
앞의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 모두 예들 및 설명이며, 이 발명에서 언급된 특허 청구 범위를 제한하지 않는다는 것이 이해될 것이다.
첨부된 도면들과 함께 다음의 설명을 참조함으로써 본 실시예들 및 그것들의 이점들을 보다 완벽하게 이해할 수 있는데, 여기서, 유사한 도면 참조 부호들은 유사한 특징들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른, 예시적인 모바일 장치의 선택된 구성요소들의 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른, 예시적인 햅틱 구동 시스템의 선택된 구성요소들의 블록도.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른, 예시적인 모바일 장치(102)의 선택된 구성요소들의 블록도를 예시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 모바일 장치(102)는 인클로저(enclosure)(101), 제어기(103), 메모리(104), 힘 센서(105), 마이크로폰(106), 선형 공진 액추에이터(107), 무선 송신기/수신기(108), 스피커(110), 및 햅틱 구동 시스템(112)을 포함할 수 있다.
인클로저(101)는 모바일 장치(102)의 다양한 구성요소들을 하우징(housing)할 수 있는 임의의 적합한 하우징, 케이싱(casing), 또는 다른 엔클로저를 포함할 수 있다. 인클로저(101)는 플라스틱, 금속, 및/또는 임의의 다른 적합한 물질들로 구성될 수 있다. 추가적으로, 인클로저(101)는, 모바일 장치(102)가 모바일 장치(102)의 사용자 개인에게서 용이하게 이동되도록 (예컨데, 크기 및 모양이) 적응될 수 있다. 따라서, 모바일 장치(102)는 스마트 폰, 테블릿 컴퓨팅 장치, 핸드헬드 컴퓨팅 장치, 개인 휴대 단말기, 노트북 컴퓨터, 비디오 게임 제어기, 또는 모바일 장치(102)의 사용자 개인에게서 용이하게 이동될 수 있는 임의의 다른 장치를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
제어기(103)는 인클로저(101)에 하우징될 수 있으며, 프로그램 명령어들 및/또는 프로세스 데이터를 해석 및/또는 실행하도록 구성된 임의의 시스템, 장치, 또는 장치를 포함할 수 있으며, 제한 없이, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, DSP(digital signal processor), ASIC(application specific integrated circuit), 또는 프로그램 명령어들 및/또는 프로세스 데이터를 해석 및/또는 실행하도록 구성된 임의의 다른 디지털 또는 아날로그 회로부를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제어기(103)는 메모리(104) 및/또는 제어기(103)에 액세스 가능한 다른 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 프로그램 명령어들 및/또는 프로세스 데이터를 해석 및/또는 실행한다.
메모리(104)는 인클로저(101)에 하우징될 수 있고, 제어기(103)에 통신적으로 연결될 수 있고, 프로그램 명령어들 및/또는 데이터를 일정 기간 동안 유지하도록 구성된 임의의 시스템, 장치, 또는 장치(예컨대, 컴퓨터-판독가능 매체)를 포함할 수 있다. 메모리(104)는 RAM(random access memory), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PCMCIA(Personal Computer Memory Card International Association) 카드, 플래시 메모리, 자기 저장소, 광자기 저장소, 또는 모바일 장치(102)의 전력이 꺼진 후에도 데이터를 유지하는 휘발성 또는 비-휘발성 메모리의 임의의 적합한 선택물 및/또는 어레이를 포함할 수 있다.
마이크로폰(106)은 적어도 부분적으로 인클로저(101)에 하우징될 수 있고, 제어기(103)에 통신적으로 연결될 수 있고, 마이크로폰(106)에서 입사된 사운드를 제어기(103)에 의해 프로세싱될 수 있는 전기 신호로 변환하도록 구성된 임의의 시스템, 장치, 또는 장치를 포함할 수 있는데, 여기서, 이러한 사운드는 다이아프램(diaphragm) 또는 멤브레인(membrane)에서 수신된 음파 진동들에 기초하여 가변하는 전기 커패시턴스(capacitance)를 갖는 다이아프램 또는 멤브레인을 사용하여 전기 신호로 변환된다. 마이크로폰(106)은 정전 마이크로폰, 콘덴서 마이크로폰, 일렉트릿 마이크로폰(electret microphone), MEMs(microelectromechanical system) 마이크로폰, 또는 임의의 다른 적합한 커패시티브 마이크로폰을 포함할 수 있다.
무선 송신기/수신기(108)는 인클로저(101)에 하우징될 수 있고, 제어기(103)에 통신적으로 연결될 수 있고, 안테나의 도움으로, 무선-주파수 신호들을 생성하여 송신할 뿐만 아니라 무선-주파수 신호들을 수신하고, 이러한 수신된 신호들에 의해 전달된 정보를 제어기(103)에 의해 사용가능한 형태로 변환하도록 구성된 임의의 시스템, 장치, 또는 장치를 포함할 수 있다. 무선 송신기/수신기(108)는, 제한 없이, 셀룰러 통신들(예컨대, 2G, 3G, 4G, LTE 등), 단거리 무선 통신들(예컨대, 블루투스), 상용 무선 신호들, 텔레비전 신호들, 위성 무선 신호들(예컨데, GPS), 와이파이(Wireless Fidelity) 등을 포함하는 다양한 유형들의 무선-주파수 신호들을 송신 및/또는 수신하도록 구성될 수 있다.
스피커(110)는 적어도 부분적으로 인클로저(101)에 하우징될 수 있거나 인클로저(101) 외부에 있을 수 있고, 제어기(103)에 통신적으로 연결될 수 있고, 전기 오디오 신호 입력에 응답하여 사운드를 생성하도록 구성된 임의의 시스템, 장치, 또는 장치를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 스피커는 원통형 자기 간극을 통해 축방향으로 움직이도록 음성 코일을 구속하는 유연한 서스펜션(suspension)을 통해 강체 프레임에 기계적으로 연결된 경량 다이아프램을 사용하는 동적 확성기를 포함할 수 있다. 전기 신호가 음성 코일에 제공되면, 음성 코일의 전기 전류에 의해 자기장이 생성되어 가변 전자석이 된다. 코일 및 구동기의 자기 시스템이 상호작용하여, 코일(따라서, 부착된 원뿔)이 앞뒤로 움직이게 하는 기계적 힘이 생성되고, 그에 따라, 증폭기에서 나오는 제공된 전기 신호의 제어 하에서 사운드가 재생된다.
힘 센서(105)는 인클로저(101)에 하우징될 수 있고, 힘, 압력, 또는 터치(예컨대, 사람 손가락과의 상호작용)를 감지하고, 이러한 힘, 압력, 또는 터치에 응답하여 전기 또는 전자 신호를 생성하기 위한 임의의 적합한 시스템, 장치, 또는 장치를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 이러한 전기 또는 전자 신호는 힘 센서에 가해진 힘, 압력, 또는 터치의 크기의 함수일 수 있다. 이들 또는 다른 실시예들에서, 이러한 전자 또는 전기 신호는, 햅틱 피드백이 제공되는 입력 신호와 연관된 범용 입력/출력 신호(general purpose input/output signal; GPIO)(예컨대, 햅틱 피드백이 제공되는 커패시티브 터치 스크린 센서 또는 다른 커패시티브 센서)를 포함할 수 있다. 이 발명에서 명확성 및 설명을 위해, 여기서 사용된 "힘"이란 용어는 힘뿐만 아니라, 압력 및 터치와 같은 (그러나, 이에 제한되는 것은 아님) 힘 또는 힘과 유사한 것을 나타내는 물리적 양을 지칭할 수 있다.
선형 공진 액추에이터(107)는 인클로저(101)에 하우징될 수 있고, 단일 축에 걸쳐 오실레이팅하는 기계적 힘을 생성하기 위한 임의의 적합한 시스템, 장치, 또는 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 선형 공진 액추에이터(107)는 스프링에 연결된 이동 매스에 대해 눌린 음성 코일을 구동시키기 위해 교류 전압에 의존할 수 있다. 음성 코일이 스프링의 공진 주파수에서 구동되면, 선형 공진 액추에이터(107)는 감지가능한 힘으로 진동할 수 있다. 따라서, 선형 공진 액추에이터(107)는 햅틱 응용물들에서 특정 주파수 범위 내에서 유용할 수 있다. 명확성 및 설명을 위해, 이 발명은 선형 공진 액추에이터(107)의 사용에 관련하여 설명되었지만, 임의의 다른 유형 또는 유형들의 진동 액추에이터들(예컨대, 편심 회전 질량 액추에이터들)이 선형 공진 액추에이터(107) 대신에 또는 그에 추가하여 사용될 수 있는 것이 이해된다. 추가적으로, 다수의 축들에 걸쳐 오실레이팅하는 기계적 힘을 생성하도록 정렬된 액추에이터들이 선형 공진 액추에이터(107) 대신에 또는 그에 추가하여 사용될 수 있는 것이 또한 이해된다. 이 발명의 다른 부분에서 설명된 바와 같이, 햅틱 구동 시스템(112)으로부터 수신된 신호에 기초하여, 선형 공진 액추에이터(107)는 기계적 버튼 대체 및 커패시티브 센서 피드백 중 적어도 하나를 위해 모바일 장치(102)의 사용자에게 햅틱 피드백을 렌더링(rendering)할 수 있다.
햅틱 구동 시스템(112)은 인클로저(101)에 하우징될 수 있고, 힘 센서(105) 및 선형 공진 액추에이터(107)에 통신적으로 연결될 수 있고, 모바일 장치(102)에 가해진 힘(예컨대, 사람 손가락에 의해 모바일 장치(102)의 가상 버튼에 가해진 힘)을 나타내는 힘 센서(105)로부터의 신호를 수신하고 모바일 장치(102)에 가해진 힘에 응답하여 선형 공진 액추에이터(107)를 구동시키기 위한 전자 신호를 생성하도록 구성된 임의의 시스템, 장치, 또는 장치를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 예시적인 통합 햅틱 시스템의 세부사항은 도 2에 나타나 있다.
특정 예시적인 구성요소들이 앞서 도 1에서 모바일 장치(102)에 통합되어 있는 것으로 나타나있지만(예컨대, 제어기(103), 메모리(104), 사용자 인터페이스(105), 마이크로폰(106), 무선 송신기/수신기(108), 스피커(들)(110)), 이 발명에 따른 모바일 장치(102)는 앞에 구체적으로 열거되지 않은 하나 이상의 구성요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1은 특정 사용자 인터페이스 구성요소들을 나타내고 있지만, 모바일 장치(102)는 키패드, 터치 스크린, 및 디스플레이를 포함하는(그러나 이에 제한되는 것은 아님) 도1에 나타낸 것들 이외의 하나 이상의 다른 사용자 인터페이스 구성요소들을 포함할 수 있으며, 이에 따라, 사용자가 모바일 장치(102) 및 그것과 연관된 구성요소들과 상호작용하고/하거나 이와 달리 그것들을 조작할 수 있게 한다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른, 예시적인 햅틱 구동 시스템(112)의 선택된 구성요소들의 블록도를 예시한다. 몇몇 실시예들에서, 도 2의 햅틱 구동 시스템(112)은 도 1의 햅틱 구동 시스템(112)을 구현하는 데 사용될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 햅틱 구동 시스템(112)은 디지털 신호 프로세서(digital signal processor; DSP)(202), 메모리(204), 및 증폭기(206)를 포함할 수 있다.
DSP(202)는 프로그램 명령어들 및/또는 프로세스 데이터를 해석 및/또는 실행하도록 구성된 임의의 시스템, 장치, 또는 장치를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, DSP(202)는 메모리(204) 및/또는 DSP(202)에 액세스 가능한 다른 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 프로그램 명령어들 및/또는 프로세스 데이터를 해석 및/또는 실행할 수 있다.
메모리(204)는 DSP(202)에 통신적으로 연결될 수 있고, 프로그램 명령어들 및/또는 데이터를 일정 기간 동안 유지하도록 구성된 임의의 시스템, 장치, 또는 장치(예컨대, 컴퓨터-판독가능 매체)를 포함할 수 있다. 메모리(204)는 RAM, EEPROM, PCMCIA 카드, 플래시 메모리, 자기 저장소, 광자기 저장소, 또는 모바일 장치(102)의 전력이 꺼진 후에도 데이터를 유지하는 휘발성 또는 비-휘발성 메모리의 임의의 적합한 선택물 및/또는 어레이를 포함할 수 있다. 도 2는 햅틱 구동 시스템(112)을 그것에 메모리(204)가 통합되어 있는 것으로 나타내고 있지만, 몇몇 실시예들에서, 햅틱 구동 시스템(112)은 메모리를 포함하지 않을 수 있으며, 대신 메모리(104)와 같은 햅틱 구동 시스템(112) 외부의 메모리를 이용하여, 여기에 설명된 메모리(204)의 기능을 수행할 수 있다.
증폭기(206)는 DSP(202)에 전기적으로 연결될 수 있고, 출력 신호 VOUT를 생성하기 위해 입력 신호 VIN(예컨대, 시간-가변 전압 또는 전류)의 전력을 증가시키도록 구성된 임의의 적합한 전자 시스템, 장치, 또는 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 증폭기(206)는 신호의 진폭을 증가시키도록 전원(명시적으로 도시되어 있지 않음)으로부터의 전기 전력을 사용할 수 있다. 증폭기(206)는, 제한 없이, 클래스-디(Class-D) 증폭기를 포함하는 임의의 적합한 증폭기 클래스를 포함할 수 있다.
동작 시, 메모리(204)는 기준 구동 파형 vR(t)을 저장할 수 있다. 기준 구동 파형 vR(t)은 공진 주파수 f0_R를 갖는 기준 선형 공진 액추에이터와 함께 사용하도록 최적화된 구동 파형을 포함할 수 있는데, 공진 주파수 f0_R의 값은 또한 메모리(204)에 저장될 수 있다. 제조 또는 공정 편차들 및 허용 오차들로 인한 차이들을 제외하고, 이러한 기준 선형 공진 액추에이터는 모바일 장치(101)에 존재하는 선형 공진 액추에이터(107)와 모든 물질적 측면에서 유사할 수 있는데, 선형 공진 액추에이터(107)의 공진 주파수 F0_T(여기서 대상 공진 주파수로 지칭될 수 있음)는 이러한 공정 편차들 및 허용 오차들에 따라 기준 선형 공진 액추에이터의 공진 주파수 f0_R로부터 가변될 수 있다.
기준 구동 파형 vR(t)은 기준 선형 공진 액추에이터의 테스트 및 특징화를 포함하는 임의의 적합한 방식으로 유도될 수 있으며, 기준 공진 주파수 f0_R는 이러한 기준 공진 주파수 f0_R의 측정에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 기준 선형 공진 액추에이터는 공진 주파수 f0_R을 결정하고 구동 파형 vR(t)이 기준 선형 공진 액추에이터에 바람직한 햅틱 효과를 제공하도록 기준 구동 파형 vR(t)을 최적화도록 테스트 및 특징화되고, 그 후 기준 구동 파형 vR(t) 및 기준 공진 주파수 f0_R는 제조 또는 공정 편차들 및 허용 오차들로 인한 차이들 이외에 기준 공진 액추에이터와 모든 물질적 측면에서 유사한 선형 공진 액추에이터를 사용하는 모바일 장치들을 위한 햅틱 구동 시스템(112)의 메모리(204)에 저장될 수 있다.
동작 시, 디지털 신호 프로세서(202)는 힘 센서(105)로부터 적절한 트리거링(triggering) 신호 VSENSE를 수신한 것에 응답하여(예컨대, 힘 센서(105)는 힘 센서(105)와 사용자 상호작용을 검출함), 대상 구동 파형 vT(t)을 생성 및 출력하는데, 이 대상 구동 파형 vT(t)은 증폭기(206)에 의해 증폭되어 선형 공진 액추에이터(107)를 구동시키는 출력 구동 신호 VOUT를 생성할 수 있다. 더욱 상세히 후술된 바와 같이, 디지털 신호 프로세서(202)는 기준 구동 파형 vR(t)으로부터 대상 구동 파형 vT(t)을 유도할 수 있는데, 기준 공진 주파수 f0_R와 대상 공진 주파수 f0_T 사이의 차이에 기초하여 대상 구동 파형 vT(t)을 생성하도록 기준 구동 파형 vR(t)을 수정한다. 예를 들어, 디지털 신호 프로세서(202)는 대상 구동 파형 vT(t)을 생성하기 위해 기준 구동 파형 vR(t)에 시간 영역 보상 및 진폭 차원 보상 중 하나 또는 둘 모두를 적용할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 디지털 신호 프로세서(202)는 선형 공진 액추에이터(107)의 측정들에 기초하여 대상 공진 주파수 f0_T를 결정할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 디지털 신호 프로세서(202)는, 제한 없이, 온도를 포함하는 수많은 인자들로 인해 시간이 지남에 따라 가변할 수 있는 대상 공진 주파수 f0_T를 계속 또는 주기적으로 측정하고, 대상 공진 주파수 f0_T가 시간이 지남에 따라 가변하면서 대상 구동 파형 vT(t)을 적응시킬 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 대상 공진 주파수 f0_T는 메모리(204)에 기록된 대상 공진 주파수 f0_T의 값으로, 단순히 제조 동안 한번 또는 그것의 처음 시동 시에 측정되어 햅틱 구동 시스템(112) 및 선형 공진 액추에이터(107)의 수명 내내 대상 구동 파형 vT(t)의 생성을 위해 사용될 수 있다.
전술된 바와 같이, 디지털 신호 프로세서(202)는 기준 구동 파형 vR(t)에 시간 영역 보상을 적용함으로써 대상 구동 파형 vT(t)을 생성할 수 있다. 시간 영역 보상을 사용하여, 디지털 신호 프로세서(202)는 시간 조정 인자 AT에 따라 기준 구동 파형 vR(t)의 시간 영역에서 기준 구동 파형 vR(t)을 신장 또는 압축함으로써 대상 구동 파형 vT(t)을 생성할 수 있는데, 여기서, 시간 조정 인자 AT는 대상 공진 주파수 f0_T와 기준 공진 주파수 f0_R 사이의 차이에 기초하여 결정된다. 몇몇 실시예들에서, 시간 조정 인자 AT는 기준 공진 주파수 f0_R를 대상 공진 주파수 f0_T로 나눈 것과 동일한 산술 비와 동일할 수 있는데, 예컨대, 다음과 같다:
Figure pct00002
시간 조정 인자 AT는, 대상 구동 파형 vT(t)의 시간 영역이 기준 구동 파형 vR(t)에 비해 시간에 관련하여 조정되는 양을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 대상 구동 파형 vT(t)과 기준 구동 파형 vR(t) 사이의 관계는 다음과 같이 주어질 수 있다:
Figure pct00003
전술된 바와 같이, 디지털 신호 프로세서(202)는, 시간 영역 보상을 적용하는 것에 추가하여 또는 그 대신에, 기준 구동 파형 vR(t)에 진폭 차원 보상을 제공함으로써 대상 구동 파형 vT(t)을 생성할 수 있다. 진폭 차원 보상을 사용하여, 디지털 신호 프로세서(202)는 진폭 조정 인자 AA에 따라 기준 구동 파형 vR(t)의 진폭을 증가 또는 감소시킴으로써 대상 구동 파형 vT(t)을 생성할 수 있는데, 여기서, 진폭 조정 인자 AA는 대상 공진 주파수 f0_T와 기준 공진 주파수 f0_R 사이의 차이에 기초하여 결정된다. 몇몇 실시예들에서, 진폭 조정 인자 AA는 0과 1 사이의 지수 거듭제곱(exponential power)으로 올린 산술 비와 동일할 수 있는데, 여기서, 산술 비는 대상 공진 주파수 f0_T를 기준 공진 주파수 f0_R로 나눈 것과 동일하고, 예컨대, 다음과 같다:
Figure pct00004
여기서, 지수 a는 0 < a ≤ 1과 같은 거듭제곱 지수(power index)이다. 거듭제곱 지수는 공진 주파수 편차와 관련하여 필요로 되는 진폭 보정량을 나타낸다. 거듭제곱 지수 a의 값이 작을수록, 거듭제곱 지수 a의 값이 큰 경우 보다 주파수 편차를 보정하는 데 더 적은 보정이 필요로 될 수 있다. 거듭제곱 지수에 대한 값은 특징화를 위해 사용되는 선형 공진 액추에이터들의 세트에 걸친 최소 진동 수준 편차들을 이끄는, 거듭제곱 지수 a에 대한 최적 값을 선택하기 위해 교정/특징화 실험들이 수행됨으로써 결정될 수 있다.
진폭 조정 인자 AA는, 기준 구동 파형 vR(t)의 진폭 차원이 대상 구동 파형 vT(t)을 생성하기 위해 조정되는 양을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 대상 구동 파형 vT(t)과 기준 구동 파형 vR(t) 사이의 관계는 다음과 같이 주어질 수 있다:
Figure pct00005
전술된 바와 같이, 몇몇 실시예들에서, 시간 영역 및 진폭 차원 조정 모두가 대상 구동 파형 vT(t)을 생성하기 위해 기준 구동 파형 vR(t)에 적용될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 대상 구동 파형 vT(t)은 다음과 같이 주어질 수 있다:
Figure pct00006
여기서, vT'(t)는 다음과 같이 주어진 시간-차원 조정된 중간 대상 파형이다:
Figure pct00007
몇몇 사례들에서, 대상 구동 파형 vT(t)을 생성하기 위해 기준 구동 파형 vR(t)에 적용되는 계산된 진폭 조정은 선형 공진 액추에이터(107)의 매스의 오버익스커션(overexcursion)을 야기할 수 있다. 이러한 사례들에서, 디지털 신호 프로세서(202)는 선형 공진 액추에이터(107)의 매스의 오버익스커션을 방지하기 위해 기준 구동 파형의 진폭의 증가를 불가능하게 하거나 감소시킬 수 있다.
이 발명은 당업자가 이해할 수 있는 예시적인 실시예들에 대한 모든 변경들, 대체들, 변화들, 대안들, 및 수정들을 포함한다. 마찬가지로, 적절한 경우, 첨부된 청구항들은 당업자가 이해할 수 있는 예시적인 실시예들에 대한 모든 변경들, 대체들, 변화들, 대안들, 및 수정들을 포함한다. 게다가, 특정 기능을 수행하도록 적응된, 정렬된, 할 수 있는, 구성된, 가능한, 동작 가능한, 동작하는 장치나 시스템 또는 장치나 시스템의 구성요소에 대한 첨부된 청구항들 내에서의 참조는 그 장치, 시스템, 또는 구성요소가 그렇게 적응되거나, 정렬되거나, 할 수 있거나, 구성되거나, 가능하거나, 동작 가능하거나, 동작하는 한, 그것 또는 그 특정 기능이 활성화되었는지, 켜졌는지, 또는 잠금해제되었는지 여부에 관계없이, 그 장치, 시스템, 또는 구성요소를 포함한다.
여기서 언급된 모든 예들 및 조건 표현은 발명자가 기술을 발전시키기 위해 기여한 발명 및 개념들을 이해하는데 있어 독자를 돕는 교육학적 목적들을 위해 의도된 것이며, 그러한 구체적으로 언급된 예들 및 조건들에 제한되지 않는 것으로 해석된다. 본 발명의 실시예들이 상세하게 설명되어 있지만, 여러 변경들, 대체들, 및 대안들이 본 발명의 취지 및 영역으로부터 벗어나지 않으면서 여기에 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (22)

  1. 방법에 있어서,
    시간 조정 인자에 따라 기준 구동 파형의 시간 영역에서 기준 액추에이터와 연관된 상기 기준 구동 파형을 신장 또는 압축함으로써 타겟 액추에이터와 연관된 전기 구동 파형을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 시간 조정 인자는 상기 타겟 액추에이터의 공진 주파수와 상기 기준 액추에이터의 공진 주파수 사이의 차이에 기초하여 결정되는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 시간 조정 인자는 상기 기준 액추에이터의 상기 공진 주파수를 상기 타겟 액추에이터의 상기 공진 주파수로 나눈 것과 동일한 산술 비와 동일한, 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 타겟 액추에이터는 선형 공진 액추에이터인, 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 타겟 액추에이터와 연관된 상기 전기 구동 파형을 생성하는 단계는 진폭 조정 인자에 따라 상기 기준 액추에이터와 연관된 상기 기준 구동 파형의 진폭을 증가 또는 감소시키는 단계를 더 포함하고, 상기 진폭 조정 인자는 상기 타겟 액추에이터의 공진 주파수와 상기 기준 액추에이터의 공진 주파수 사이의 상기 차이에 기초하여 결정되는, 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 진폭 조정 인자는 0과 1 사이의 지수 거듭제곱(exponential power)으로 올린 산술 비의 역과 동일한, 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 타겟 액추에이터의 오버익스커션(overexcursion)을 방지하기 위해 상기 진폭 조정 인자에 의한 상기 기준 구동 파형의 상기 진폭으로의 증가를 불가능하게 하거나 감소시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  7. 방법에 있어서,
    진폭 조정 인자에 따라 기준 액추에이터와 연관된 기준 구동 파형의 진폭을 증가 또는 감소시킴으로써 타겟 액추에이터와 연관된 전기 구동 파형을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 진폭 조정 인자는 상기 타겟 액추에이터의 공진 주파수와 상기 기준 액추에이터의 공진 주파수 사이의 차이에 기초하여 결정되는, 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 진폭 조정 인자는 0과 1 사이의 지수 거듭제곱으로 올린 산술 비와 동일하고, 상기 산술 비는 상기 타겟 액추에이터의 상기 공진 주파수를 상기 기준 액추에이터의 상기 공진 주파수로 나눈 것과 동일한, 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 타겟 액추에이터의 오버익스커션을 방지하기 위해 상기 진폭 조정 인자에 의한 상기 기준 구동 파형의 상기 진폭으로의 증가를 불가능하게 하거나 감소시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 타겟 액추에이터는 선형 공진 액추에이터인, 방법.
  11. 시스템에 있어서,
    시간 조정 인자에 따라 기준 구동 파형의 시간 영역에서 기준 액추에이터와 연관된 상기 기준 구동 파형을 신장 또는 압축함으로써 타겟 액추에이터와 연관된 전기 구동 파형을 생성하도록 구성된 디지털 신호 프로세서로서, 상기 시간 조정 인자는 상기 타겟 액추에이터의 공진 주파수와 상기 기준 액추에이터의 공진 주파수 사이의 차이에 기초하여 결정되는, 상기 디지털 신호 프로세서; 및
    상기 디지털 신호 프로세서에 통신적으로 연결되고 상기 전기 구동 파형에 따라 상기 타겟 액추에이터를 구동시키도록 구성된 증폭기를 포함하는, 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 시간 조정 인자는 상기 기준 액추에이터의 상기 공진 주파수를 상기 타겟 액추에이터의 상기 공진 주파수로 나눈 것과 동일한 산술 비와 동일한, 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 타겟 액추에이터는 선형 공진 액추에이터인, 시스템.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 타겟 액추에이터와 연관된 상기 전기 구동 파형을 생성하는 것은 진폭 조정 인자에 따라 상기 기준 액추에이터와 연관된 상기 기준 구동 파형의 진폭을 증가 또는 감소시키는 것을 더 포함하고, 상기 진폭 조정 인자는 상기 타겟 액추에이터의 공진 주파수와 상기 기준 액추에이터의 공진 주파수 사이의 상기 차이에 기초하여 결정되는, 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 진폭 조정 인자는 0과 1 사이의 지수 거듭제곱으로 올린 산술 비의 역과 동일한, 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 타겟 액추에이터의 오버익스커션을 방지하기 위해 상기 진폭 조정 인자에 의한 상기 기준 구동 파형의 상기 진폭으로의 증가를 불가능하게 하거나 감소시키는 것을 더 포함하는, 시스템.
  17. 시스템에 있어서,
    진폭 조정 인자에 따라 기준 액추에이터와 연관된 기준 구동 파형의 진폭을 증가 또는 감소시킴으로써 타겟 액추에이터와 연관된 전기 구동 파형을 생성하도록 구성된 디지털 신호 프로세서로서, 상기 진폭 조정 인자는 상기 타겟 액추에이터의 공진 주파수와 상기 기준 액추에이터의 공진 주파수 사이의 차이에 기초하여 결정되는, 상기 디지털 신호 프로세서; 및
    상기 디지털 신호 프로세서에 통신적으로 연결되고 상기 전기 구동 파형에 따라 상기 타겟 액추에이터를 구동시키도록 구성된 증폭기를 포함하는, 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 진폭 조정 인자는 0과 1 사이의 지수 거듭제곱으로 올린 산술 비와 동일하고, 상기 산술 비는 상기 타겟 액추에이터의 상기 공진 주파수를 상기 기준 액추에이터의 상기 공진 주파수로 나눈 것과 동일한, 시스템.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 타겟 액추에이터의 오버익스커션을 방지하기 위해 상기 진폭 조정 인자에 의한 상기 기준 구동 파형의 상기 진폭으로의 증가를 불가능하게 하거나 감소시키는 것을 더 포함하는, 시스템.
  20. 제 17 항에 있어서, 상기 타겟 액추에이터는 선형 공진 액추에이터인, 시스템.
  21. 제품에 있어서,
    비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체; 및
    상기 컴퓨터-판독가능 매체상에 실린 컴퓨터-실행가능 명령어들로서, 상기 명령어들은 프로세서에 의해 판독가능하고, 상기 명령어들은, 판독 및 실행될 때, 상기 프로세서가 시간 조정 인자에 따라 기준 구동 파형의 시간 영역에서 기준 액추에이터와 연관된 상기 기준 구동 파형을 신장 또는 압축함으로써 타겟 액추에이터와 연관된 전기 구동 파형을 생성하게 하고, 상기 시간 조정 인자는 상기 타겟 액추에이터의 공진 주파수와 상기 기준 액추에이터의 공진 주파수 사이의 차이에 기초하여 결정되는, 상기 컴퓨터-실행가능 명령어들을 포함하는, 제품.
  22. 제품에 있어서,
    비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체; 및
    상기 컴퓨터-판독가능 매체상에 실린 컴퓨터-실행가능 명령어들로서, 상기 명령어들은 프로세서에 의해 판독가능하고, 상기 명령어들은, 판독 및 실행될 때, 상기 프로세서가 진폭 조정 인자에 따라 기준 액추에이터와 연관된 기준 구동 파형의 진폭을 증가 또는 감소시킴으로써 타겟 액추에이터와 연관된 전기 구동 파형을 생성하게 하고, 상기 진폭 조정 인자는 상기 타겟 액추에이터의 공진 주파수와 상기 기준 액추에이터의 공진 주파수 사이의 차이에 기초하여 결정되는, 상기 컴퓨터-실행가능 명령어들을 포함하는, 제품.
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