KR20210080237A - 감지 및 3차원 햅틱 장치 - Google Patents
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Abstract
변환기는 프레임의 공동에 의해 둘러싸이도록 구성된 하나 이상의 액추에이터 구성요소들을 포함하며, 여기서 하나 이상의 액추에이터 구성요소들은 프레임에 대한 면-내 및 면-외 이동을 허용하도록 구성되고, 프레임에 대한 면-내 또는 면-외 이동의 햅틱 피드백을 생성하도록 구성된다. 변환기는 또한 프레임에서 변위의 변화들을 검출하도록 구성된 하나 이상의 감지 층들을 포함하며, 감지 층은 하나 이상의 액추에이터 구성요소들에 연결된다.
Description
본 개시는 버튼 교체 및/또는 다른 애플리케이션들을 위한 감지 및 3D 햅틱 피드백을 생성하는 기술에 관한 것이다.
일반적인 스마트폰은 프레임 외벽상에 3개의 누름 버튼들을 구비하여 전화기를 켜고 끌 수 있을 뿐만 아니라 오디오 볼륨을 제어할 수 있다.
이러한 버튼들은 버튼들의 기계적 존재로 인한 디자인 제한, OEM을 위한 추가 비용들을 필요로 하는 전화기 프레임의 밀링(milling) 및/또는 드릴링, 전화기의 감소된 방수(및/또는 방진) 및 흥미롭고 다양한 햅틱 피드백의 부족과 같은 단점들을 갖는다.
일 실시예에 따르면, 변환기는 프레임의 공동에 의해 둘러싸이도록 구성된 하나 이상의 액추에이터 구성요소들을 포함하며, 여기서 하나 이상의 액추에이터 구성요소들은 프레임에 대한 면-내(in-plane) 및 면-외(out-of-plane) 이동을 허용하도록 구성되고, 프레임에 대한 면-내 및 면-외 이동에서 햅틱 피드백을 생성하도록 구성된다. 변환기는 또한 프레임에서 변위의 변화들을 검출하도록 구성된 하나 이상의 감지 층들을 포함하고, 그 감지 층들은 하나 이상의 액추에이터 구성요소들에 연결된다.
제 2 실시예에 따르면, 모바일 장치는 전화기의 외부 에지를 한정하는 프레임을 포함하고, 프레임은 공동, 그 프레임의 공동에 의해 둘러싸이도록 구성된 하나 이상의 액추에이터 구성요소들서, 프레임에 대해 면-내 및 면-외 이동을 허용하도록 구성되고 프레임에서의 입력에 응답하여 프레임에 대한 면-내 또는 면-외 이동의 햅틱 피드백을 생성하도록 구성되는, 하나 이상의 액추에이터 구성요소들, 및 프레임에서 변위의 변화들을 검출하도록 구성된 하나 이상의 감지 층으로서, 하나 이상의 액추에이터 구성요소들에 연결되는, 하나 이상의 감지 층들을 포함한다.
제 3 실시예에 따르면, 변환기는 프레임의 공동 내로 돌출하도록 구성된 하나 이상의 액추에이터 구성요소들로서, 프레임에 대한 면-내 및 면-외 이동을 허용하도록 구성되고 프레임에 대한 입력에 응답하여 프레임에 대한 면-내 또는 면-외 이동의 햅틱 피드백을 생성하도록 구성되는, 하나 이상의 액추에이터 구성요소들, 프레임에서 변위의 변화들을 검출하도록 구성된 감지 층으로서, 하나 이상의 액추에이터 구성요소들에 연결되는, 감지 층, 및 감지 층을 통해 하나 이상의 액추에이터 구성요소들에 연결되고, 프레임에서 변위의 변화들을 검출하는 감지 층에 응답하여 신호를 개시하도록 구성된 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함한다.
도 1a는 모바일 장치에서 3 차원 햅틱 피드백을 갖는 변환기를 갖춘 모바일 장치의 측면도.
도 1b는 변환기(103)를 포함하는 모바일 장치의 확대된 측면도.
도 2a는 대안적인 실시예에서 변환기를 갖는 모바일 장치의 측면도.
도 2b는 변환기 내의 액추에이터의 포스트 부분(post portion)의 제 1 대안적인 실시예를 도시하는 도면.
도 2c는 변환기에서 액추에이터의 포스트 부분의 제 2 대안적인 실시예를 도시하는 도면.
도 2d는 변환기 내의 액추에이터 포스트 부분의 제 3 대안적인 실시예를 도시하는 도면.
도 3a는 유니모프 압전 작동 방법(unimorph piezoelectric actuation method)을 포함하는 대안적인 실시예에서 변환기를 갖는 모바일 장치의 측면도.
도 3b는 유니모프 압전 작동 방법의 확대된 프로파일의 예를 도시하는 도면.
도 3c는 작동 도중 유니모프 압전의 예를 도시하는 도면.
도 4a는 유니모프 및 바이모프(bimorph) 압전 작동 방법을 포함하는 대안적인 실시예에서 변환기를 갖는 모바일 장치의 측면도.
도 4b는 유니모프 압전 작동 방법을 도시하는 도면.
도 4c는 작동 도중 바이모프 압전 작동 방법을 도시하는 도면.
도 5는 다른 대안적인 실시예에서 변환기를 갖는 모바일 장치의 측면도.
도 6은 다양한 위치들에서 감지 층들을 갖는 또 다른 대안적 실시예에서 변환기를 갖는 모바일 장치의 측면도.
도 7a는 모바일 장치(701)의 절단 측면의 예를 도시한 도면.
도 7b는 가요성 마운트에 의해 결합된 모바일 장치의 제 1 프레임 부분 및 제 2 프레임 부분의 확대된 도면.
도 1b는 변환기(103)를 포함하는 모바일 장치의 확대된 측면도.
도 2a는 대안적인 실시예에서 변환기를 갖는 모바일 장치의 측면도.
도 2b는 변환기 내의 액추에이터의 포스트 부분(post portion)의 제 1 대안적인 실시예를 도시하는 도면.
도 2c는 변환기에서 액추에이터의 포스트 부분의 제 2 대안적인 실시예를 도시하는 도면.
도 2d는 변환기 내의 액추에이터 포스트 부분의 제 3 대안적인 실시예를 도시하는 도면.
도 3a는 유니모프 압전 작동 방법(unimorph piezoelectric actuation method)을 포함하는 대안적인 실시예에서 변환기를 갖는 모바일 장치의 측면도.
도 3b는 유니모프 압전 작동 방법의 확대된 프로파일의 예를 도시하는 도면.
도 3c는 작동 도중 유니모프 압전의 예를 도시하는 도면.
도 4a는 유니모프 및 바이모프(bimorph) 압전 작동 방법을 포함하는 대안적인 실시예에서 변환기를 갖는 모바일 장치의 측면도.
도 4b는 유니모프 압전 작동 방법을 도시하는 도면.
도 4c는 작동 도중 바이모프 압전 작동 방법을 도시하는 도면.
도 5는 다른 대안적인 실시예에서 변환기를 갖는 모바일 장치의 측면도.
도 6은 다양한 위치들에서 감지 층들을 갖는 또 다른 대안적 실시예에서 변환기를 갖는 모바일 장치의 측면도.
도 7a는 모바일 장치(701)의 절단 측면의 예를 도시한 도면.
도 7b는 가요성 마운트에 의해 결합된 모바일 장치의 제 1 프레임 부분 및 제 2 프레임 부분의 확대된 도면.
본 개시의 실시예들이 여기에 설명된다. 그러나, 개시된 실시예들은 단지 예일뿐이며 다른 실시예들이 다양하고 대안적인 형태를 취할 수 있음을 이해해야 한다. 도면들은 반드시 축적에 맞춰진 것은 아니다; 일부 특징부들은 특정 구성요소들의 세부사항들을 보여주기 위해 과장되거나 최소화될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 특정 구조적 및 기능적 세부사항들은 제한적인 것으로 해석되어서는 안되며, 단지 당업자에게 실시예들을 다양하게 사용하도록 가르치기 위한 대표적인 기초로서 해석되어야 한다. 당업자가 이해하는 바와 같이, 도면들 중 임의의 하나를 참조하여 예시되고 설명된 다양한 특징들은 하나 이상의 다른 도면들에 예시된 특징들과 결합되어 명시적으로 예시되거나 설명되지 않은 실시예들을 생성할 수 있다. 예시된 특징들의 조합들은 전형적인 애플리케이션들을 위한 대표적인 실시예들을 제공한다. 그러나, 본 개시의 교시와 일치하는 특징들의 다양한 조합들 및 수정들이 특정 애플리케이션들 또는 구현들을 위해 바람직할 수 있다.
본 개시는 버튼 교체 및/또는 다른 유사한 애플리케이션들을 위한 감지 및 3D 햅틱 피드백을 생성하기 위한 기술 사용을 논의했다. 버튼 교체의 한 가지 예는 스마트폰 또는 차량의 멀티미디어 시스템과 같은 전자 장치들의 기계식 버튼들의 교체일 수 있다. 이 기술은 햅틱 피드백을 위해 변위/진동을 통해 눌러졌을 때 피부/손가락에 면-내 및 면-외 감각을 생성할 수 있다. 따라서 감지 기능은 또한 동일한 디자인에 통합되어, 버튼이 눌렸을 때를 검출할 수 있다. 감지 및 작동 요소는 독립형이거나 판독 칩과 통합될 수 있다.
3D 햅틱 경험은 단순한 감지 기술에 덧붙여 추가될 수 있다. 3D 햅틱 경험은 면-외 변위/진동에 덧붙여 면-내 진동을 통해 생성될 수 있다. 기존의 푸시 버튼은 면-외 햅틱을 갖지만, 면-내 햅틱은 부족하다. 작동은 압전 작동뿐만 아니라 전자기, 정전기, 형상-기억 합금 및 모든 방향으로 충분한 진동들을 생성할 수 있는 다른 유사한 방법들(예 : 면-내 및 면-외 이동)에 의한 작동을 포함할 수 있다. 또한 푸시 버튼 교체 외의 다른 애플리케이션들은 임의의 인간 기계 인터페이스(HMI) 장치들을 포함할 수 있다.
3D 햅틱 경험은 면-외 변위/진동들에 추가하여 면-내 진동들을 통해 생성될 수 있다. 기존의 푸시 버튼은 면-외 햅틱을 갖지만, 면-내 햅틱은 부족하다. 본 개시는 (1) 면-내 진동, (2) 면-외 진동, 및 (3) 감지의 3개의 주요 부분들로 분할될 수 있다. 아래에 설명된 바와 같이, 변환기들의 다수의 구성들이 존재할 수 있다.
도 1a는 모바일 장치(100) 상의 3D 햅틱 애플리케이션의 측면 뷰를 도시한다. 도 1b는 변환기(103)를 보여주는 모바일 장치(100)의 확대된 측면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 사용자는 한 영역을 작동시키기 위해 버튼 자체보다는 프레임(101)을 누를 수 있다. 확대도에 도시된 바와 같이, 전화기 프레임은 변환기(103)의 일부를 둘러싸는 공동을 포함할 수 있다. 프레임(101)은 임의의 유형의 금속 또는 플라스틱 프레임, 또는 디스플레이 패널 또는 유리 패널과 같은 임의의 다른 유형의 표면을 포함할 수 있다. 프레임은 액추에이터 구성요소(105)와 같은 변환기(103)의 일부를 수용할 수 있는 공동을 포함할 수 있다. 액추에이터 구성요소(105)는 면-내 및 면-외 진동을 모두 포함하는 3D 햅틱 피드백을 허용하는 면-내 및 면-외 이동 모두를 허용하는 다양한 부분들을 포함할 수 있다. 면-외(예컨대, 프레임의 위 아래) 변위/진동에 추가하여 면-내 진동(예컨대, 프레임에 대한 평행 방향 이동)은 기존의 면-외만의 진동보다 다른 햅틱 피드백들을 생성할 수 있다. 프레임(101) 내의 오목부 또는 공동은 돌출 구조(예를 들어, 액추에이터 구성요소(103))에 맞도록 만들어질 수 있다. 따라서, 오목부 또는 공동은 액추에이터 구성요소(105)의 돌출 구조와 형상이 유사할 수 있다. 액추에이터 구성요소의 돌출 구조는 공동 외부 및 프레임 아래에 놓이는 액추에이터 구성요소(105)의 베이스에 연결될 수 있다.
면-내 진동은, 사용자의 피부와 버튼 또는 장치 표면 사이의 마찰력의 변화들을 통해 다른 유형의 햅틱 피드백을 생성하는데 사용될 수 있기 때문에 이점들을 갖는다. 따라서, 면-내 진동에 의해 생성된 가로 진동은 장치 프레임과 함께 면-내 방향으로 변환기 구조에 의한 "두드림(banging)"일 수 있다. 일 예에서, 변환기(103)는 면-내 이동만을 포함할 수 있고, 면-외 이동을 포함하지 않을 수 있다.
프레임(101) 내의 공동은 면-내 진동에 대한 추가된 진동 결합 및 피드백을 허용할 수 있다. 프레임(101)은 공동와 액추에이터 구성요소 사이의 개방 공간에 의해 한정되는 간격을 포함할 수 있다. 프레임(101)과 공동 사이의 간격은 또한 마모로부터 보호하기 위한 재료들로 채워질 수 있지만, 양호한 기계적 결합을 허용한다. 따라서, 이러한 재료는 예를 들어 중합체 재료 또는 접착 재료일 수 있다. 다른 실시예들에서, 공동의 간격은 단순히 공기로 채워질 수 있다.
일 예에서, 용량성 감지 기능을 갖는 감지 전극의 위치는 금속 프레임의 변위 변화들을 감지할 수 있다. 금속 프레임은 전기 기계 액추에이터 주위를 둘러싸는 공동을 포함할 수 있다. 특히, 공동은 변환기의 액추에이터 구성요소(103)의 포스트를 둘러쌀 수 있다. 바람직한 실시예들이 압전 작동을 포함할 수 있지만, 작동 방법은, 모든 방향으로 충분한 진동을 생성하여 면-내 및 면-외 햅틱 피드백을 생성할 수 있는 한, 전자기, 정전기, 형상-기억 합금 등과 같은 다른 방법들로도 구현될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 가상 버튼이 위치하는 프레임 영역에 더 강한 진동 피드백을 달성하기 위해 액추에이터 구성요소(103) 또는 변환기에 추가 질량체가 추가될 수 있다. 예를 들어 속도를 유지하면서 질량체가 증가하면, 진동 위치에서 더 강한 햅틱 피드백들이 느껴질 수 있다.
도 2a는 대안적인 실시예에서 변환기를 갖는 모바일 장치의 측면도를 도시한다. 프레임(101)은 다양한 공동 세트들 및 포스트 구성들과 함께 도시된다. 일 예에서, 프레임(101) 또는 터치 패널은 포스트가 차지하도록 허용되는 단일 공동을 포함할 수 있다. 액추에이터 구성요소(104)의 "포스트"(105) 또는 돌출부(105)는 프레임 내에 위치하여 입력의 작동을 허용하는 액추에이터의 물리적 부분일 수 있다. (예를 들어, 공동를 통해) 프레임에 접촉할 수 있는 변환기(예 : 센서 및 액추에이터)의 구조는 프레임의 오목부와 맞물리는 단일 포스트 또는 다수의 포스트들로 이루어질 수 있다. 이것은 좋은 기계적 결합을 허용할 뿐만 아니라, 다른 국부적인 햅틱 피드백들을 제공할 수 있다. 기계적 강도가 가장 약한 프레임의 구조는 가장 높은 진동을 느끼고, 그 반대도 마찬가지이다. 이를 통해 구조의 다양한 디자인들은 상이한 햅틱 피드백 패턴들을 생성하기 위하여 사용될 수 있다. 변환기와 프레임 사이의 중첩되는 접촉 표면이 클수록, 기계적 결합은 더 양호해진다.
도 2b는 9개의 개별 포스트들을 갖는 포스트 구성을 포함하는 전기 기계식 액추에이터의 실시예이다. 9개의 개별 포스트들(105)은 각각 모바일 전화기의 프레임 또는 패널의 개별 공동(예를 들어, 9개의 공동들), 모든 포스트들을 포함하는 하나의 큰 공동, 또는 임의의 다른 공동들 그룹 내에 있을 수 있다. 개별 포스트들의 수를 늘림으로써 피드백은 고객의 입력에 응답하여 추가적인 정확한 정확도를 허용할 수 있다.
도 2c는 4개의 개별 포스트들(예를 들어, 액추에이터의 돌출 부분들)을 갖는 포스트 구성을 포함하는 전기 기계식 액추에이터의 실시예이다. 4개의 개별 포스트들(105)은 각각 모바일 전화기의 프레임 또는 패널의 개별 공동(예를 들어, 4개의 공동들), 모든 포스트들을 포함하는 하나의 큰 공동, 또는 임의의 다른 공동들 그룹 내에 있을 수 있다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 포스트들은 공동 또는 공동들의 외부를 둘러싸는 2세트의 평행한 포스트들을 갖도록 변위될 수 있으며, 중간 섹션은 비어 있다. 개별 포스트들의 수를 늘림으로써, 피드백은 고객의 입력에 응답하여 추가적인 정확한 정확도를 허용할 수 있다.
도 2d는 7개의 개별 포스트들을 갖는 포스트 구성을 포함하는 전기 기계식 액추에이터의 실시예이다. 7개의 포스트들(105)은 크기에서 유사한 도 2b 내지 도 2c의 포스트들과는 반대로 다른 모양 및 크기일 수 있다. 도 2c의 평행한 포스트들은 중간 섹션을 비어있는 것으로 분류할 수 있지만, 도 2d의 실시예는 3개의 추가적인 포스트들이 중간 섹션에 배치되도록 할 수 있다. 물론, 하나 또는 두개의 포스트들이 일 실시예에서 해당 섹션에 배치될 수 있다. 개별 포스트들의 수를 늘림으로써, 피드백은 특히 공동 레이아웃의 중간 섹션에서 고객의 입력에 응답하여 추가적인 정확한 정확도를 허용할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 유니모프 압전 작동 방법을 사용하는 변환기의 일 예이다. 도면들에 도시된 바와 같이, 이러한 실시예에서 전화기 프레임 내에 3개의 공동들 또는 오목부들이 있을 수 있다. 그러나, 임의의 수의 공동들이 이용될 수 있다. 유니모프 작동을 통해 시스템은 면-내 피드백에서 한 방향으로 피드백을 제공할 수 있다. 작동은 정전기, 압전, 전자석 등일 수 있다. 이러한 시나리오에서, 포스트 또는 돌출 구성요소는 구부러질 수 있는 실리콘 조각 또는 비-가단(non-malleable) 구조물에 의해 생성될 수 있다. 따라서 피드백은 다른 전기 기계식 작동 방법들과 다를 수 있다. 비-가단 구조물(302)(예를 들어, 감지 층(301) 힘에 기초하여 구부러질 수 있는 실리콘 구조물)은 감지 층(301)(예를 들어, 압전, 정전기, 등일 수 있는)에 인접할 수 있다. 비-가단 구조물은 프레임의 공동 내에 있을 수 있고 액추에이터 구성요소의 304의 돌출 구성요소 내의 감지 층(301)에 인접할 수 있다. 따라서, 비-가단 재료(302)는 프레임의 측면들(공동를 통해)과 접촉할 수 있지만, 감지 층(301)은 프레임에서의 입력(예: 손가락 압력)에 응답하도록 프레임의 공동의 상부와 접촉한다. 따라서, 햅틱 피드백은 면-내 진동을 위해 프레임의 공동의 측면들에 제공될 수 있다. 도 3의 분해도 부분에 도시된 바와 같이, 힘이 면-외 방향으로 변환기에 가해질 때(또는 다른 예에서 피드백을 수용하기 위한 입력의 활성화), 햅틱 피드백은 면-내 이동에서 발생할 수 있고, 비-가단 재료(302)를 구부러지게 한다. 따라서, 비-가단 구조물(302)은 돌출 구성요소에 위치될 수 있고, 프레임의 공동에 전체적으로 또는 부분적으로 위치될 수 있다. 이와 같이, 액추에이터 구성요소의 비-가단 재료(302)는 굽힘을 유발할 수 있다. 일 실시예에서, 액추에이터 구성요소 베이스(305)는 일 실시예에서 감지 층(303) 아래에 있을 수 있다. 면-외 작동은 액추에이터 내의 임의의 위치에 있을 수 있어 유니모프 면-외 작동을 수행할 수 있다. 도 3c에서, 좌측 가장 얇은 층(예를 들어, 비-가단 재료(302))은 여분이 될 수 있거나, 또는 예를 들어 접지 또는 음 전압을 인가하기 위한 전극으로서 사용될 수 있다. 고레벨에서, 중간의 얇은 층(308)은 또한 접지 또는 음 전압일 수 있고, 가장 우측 층은 양 전압에 적용될 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 바이모프 압전 작동 방법의 일 예이다. 바이모프 작동을 통해, 2개의 활성층들을 포함할 수 있는 작동 또는 감지를 위해 캔틸레버(cantilever)가 사용될 수 있다. 또한 2개의 활성층들 사이에 수동층을 가질 수 있다. 반대로, 압전 유니모프는 하나의 활성(즉, 압전) 층과 하나의 수동(즉, 비-압전) 층만 가질 수 있다. 이와 같이, 면-내 이동의 상이한 유형들이 상이한 햅틱 피드백을 위해 이용될 수 있다. 작동은 정전기, 압전, 전자석 등일 수 있다. 포스트는 감지 층(401)뿐만 아니라 강성 또는 비-가단 비-감지 재료(402)를 포함할 수 있다. 일 예에서, 액추에이터의 포스트 또는 돌출 부분은 구부러질 수 있는 실리콘 조각 또는 비-가단 구조물에 의해 생성될 수 있다. 일 예에서, 모바일 장치의 프레임에 대해 바이모프 면-내 작동이 있을 수 있다. 따라서, 프레임에 대해 면-내 이동 화살표들은 압전의 분극 축을 지칭할 수 있다. 그러나 프레임에 대해 면-외인 화살표들은 구부러질 수 있는 비-가단 구조물의 팽창 또는 수축 운동일 수 있다. 확대된 부분에 도시된 바와 같이, 바이모프 면-내 작동은 복수의 감지 층들을 포함할 수 있다.
면-외 액추에이터(401)가 프레임의 공동 내에 존재할 수 있는 반면, 면-내 액추에이터(403)는 면-내 햅틱 피드백을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 도 4에 도시된 이러한 디자인은 액추에이터의 다양한 수와 모양을 가질 수 있지만, 본 예에서 변환기의 상단 부분(즉, 면-외 액추에이터(401)과 비-압전 층(402)의 조합)을 좌우로 움직이게 할 2개의 면-내 액추에이터만이 도시된다. 면-외 액추에이터는 예를 들어, 유니모프 면-외 작동을 포함할 수 있다.
변환기는 또한 도 4a에 도시된 일 예로서 임피던스 감지(예를 들어, 용량성, 유도성)를 포함하는 하나 이상의 감지 구성요소들(405)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 감지 구성요소들(405)은 또한 전자기 센서, 압전 센서 등일 수 있다. 압전 감지는 또한 동일한 변환기 구성요소(401)를 이용하여 수행될 수 있다. 유사한 원리를 통해, 변환기(401)의 변위를 생성하도록 전압이 인가될 수 있다. 동시에 변환기의 임의의 변위는 버튼의 "누름"을 결정하는 입력으로서 감지될 수 있는 전압을 생성할 수 있다. 감지 층에 대한 다른 가능한 위치들이 이용될 수 있다(도 6에 도시된 바와 같이). 감지 전극의 임의의 다른 유형의 위치도 이용될 수 있다. 구성요소(402)는 또한 401의 구조적 무결성을 향상시키거나 질량을 증가시킬 목적으로 더미 재료 대신의 감지 층일 수 있다. 구성요소(402)는 예를 들어 커패시턴스를 사용하여 금속 프레임에서 변위의 변화를 감지할 수 있다. 감지 구성요소(402)는 액추에이터 구성요소 베이스(405) 상에 위치될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 액추에이터 구성요소 베이스(405)는 예를 들어 집적된 판독 칩일 수 있다.
액추에이터 구성요소 베이스(407) 또는 임의의 다른 부분은 PCB(409)에 직접 또는 간접적으로 연결될 수 있다. 예컨대, PCB는 엑추에이터 구성요소에 (예: 베이스(407)를 통해) 납땜될 수 있거나, 유선 연결(예 : 리본 전기 케이블)에 의해 연결될 수 있다. PCB(409)를 사용하는 대신 시스템은 또한 마이크로컨트롤러 또는 임의의 다른 유형의 프로세서 또는 마이크로프로세서, ASIC 컨트롤러, 등을 포함할 수 있다. 면-외 진동은 3D 햅틱을 생성하기 위하여 동시에 면-내 진동에 통합될 수 있다. 면-외 액추에이터(예를 들어, 압전 액추에이터)의 위치는 면-내 액추에이터(403), 감지 구성요소(405) 및 판독 회로(예를 들어, PCB(409))와의 끊김없는 통합을 허용하기 위해 전략적으로 배치될 수 있다.
도 4c는 바이모프 압전 작동 방법을 도시한다. 도 4c와 관련하여, 구조는 바이모프 작동일 수 있다. 이러한 실시예에서, 압전 층(411)은 변환기에 포함될 수 있다. 압전 층(411)은 다른 전압이 인가될 때 다르게 작용하는 한, 다른 층들과 동일한 압전 재료일 수 있다. 압전 층(411)은 양의 전압이 인가되면 팽창할 수 있고, 음의 전압이 인가되면 수축한다. 압전 층 내의 제 1 압전 층(401)에 표시된 작은 화살표들은 층들의 극성을 나타낸다. 일 실시예에서, 바이모프 작동이 작동하도록 하기 위해, 2개의 압전 층들을 사이에 삽입하는 3 개의 전극들이 존재할 수 있는데, 이는 외부 2개의 더 얇은 층들(413, 415)과 중간 더 얇은 층(412)이 전극임을 의미한다. 전극들의 극성에 따라, 전극들 사이의 압전 층이 팽창하거나 수축된다. 예를 들어, 가장 왼쪽 전극은 양의 전압에 연결되고, 반면 중간 전극은 접지에 연결되고, 가장 오른쪽 전극은 음의 전극에 연결될 수 있다. 상이한 극성 구성들을 통해, 압전 층은 팽창하거나 수축된다. 수직 화살표들은 압전 재료의 팽창 또는 수축을 나타낸다.
도 5는 변환기의 대안적인 일 실시예의 예이다. 모바일 전화기의 프레임(501)은 공동들(502)을 포함할 수 있다. 공동들(502)은 모바일 전화기에서 사용자 입력(예를 들어, 프레임)으로부터 피드백을 수신하는데 이용될 수 있는 "포스트들" 또는 질량체(503)의 다른 부분을 포함할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 공동들(502)은 프레임 내에 하나 이상의 공동들을 포함할 수 있다. 또한, 공동들(502)은 모든 공동들, 또는 공동들의 일부의 프레임 내에 변환기의 돌출 부분을 포함할 수 있다. 질량체(503)는 고무 재료 또는 비-가단 재료와 같은 임의의 다른 재료일 수 있다. 전기 기계식 액추에이터는 감지 층(505)을 포함할 수 있다. 또한, 3D 액추에이터 또는 센서(507)를 포함할 수 있다. 3D 액추에이터 또는 센서(507)는 개별 액추에이터, 센서가 될 수 있거나, 또는 결합될 수 있다. 3D 액추에이터 또는 센서(507)는 전화기의 프레임에 대해 면-내, 면-외 또는 양방향으로 햅틱 피드백을 제공할 수 있다. 3D 액추에이터는 전체 3개 축(면-내 및 면-외)에서 변위를 생성할 수 있는 압전, 형상 기억 합금, 정전기, 전자석 등을 포함할 수 있다. 따라서, 3D 액추에이터(507)는(프레임(501)에 대해) 면-내 또는 면-외 이동에서 추가적인 햅틱 피드백 또는 진동을 제공할 수 있다. 3D 액추에이터 및 센서는 전화기의 뒷면에 장착될 수 있다. 3D 액추에이터는 면-외 진동을 위한 결합된 D33 압전 액추에이터, 및 면-내 진동을 위한 압전, 정전기 또는 전자기 액추에이터를 포함하는 것으로 도 5에 개략적으로 도시될 수 있다. PCB(509)는 또한 전화기의 뒷면에 장착될 수 있고, 따라서 변환기는 전화기의 프레임(501)의 표면 및 뒷면 모두에 진동을 제공할 수 있다. PCB(509)는 납땜, 접착제 또는 임의의 다른 방법을 통해 전화기 프레임의 뒷면에 장착될 수 있다.
도 6은 변환기의 다른 대안적인 실시예의 일 예이다. 이러한 실시예에서, 예시는 감지 층들(603)이 프레임(601)의 공동 섹션 내의 위의 비-가단 재료(605)와 같이, 변환기의 거의 모든 위치에서 발견될 수 있음을 보여준다. 또 다른 실시예에서, 감지 층은 질량체(605)(예, 비-가단 재료)와 3D 액추에이터(607) 사이에 존재할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 감지 층(603)은 3D 액추에이터(607)와 전화기 프레임(609)의 바닥 사이에 존재할 수 있다. 감지 층이 프레임에 가까울수록, 감도는 더 높아질 수 있다. 감지 층은 맞물리는 구조들의 상단, 액추에이터와 돌출된 질량체 사이, 또는 액추에이터와 마운트 사이에 있을 수 있다. 하나의 감지 층이 사용될 수 있거나, 여러 개의 더 작은 분리된 층들이 사용될 수 있다. 분리된 층들은 로커 스위치와 같이 사용자로부터 더 기울어 진 작동을 검출하는데 이점을 가질 수 있다. 감지 층(603)은 임의의 유형의 감지 층(압전, 전자기, 정전기, 등) 일 수 있고, 변환기 상의 임의의 위치(예를 들어, 프레임의 상단 근처 또는 전화기 프레임(609)의 하단)에 위치할 수 있다. 그러나 감지 층(603)이 힘이 가해지는 위치에 가까울수록, 변환기에 의해 더 큰 신호가 개시될 수 있다. 감지 층(603)이 힘에서 더 멀어지면(예를 들어, 힘이 공동 또는 그 근처에 가해질 때 공동에 대해 전화기 프레임의 하단 근처), 신호는 덜 강해진다.
도 7a는 모바일 장치(701)의 절단 측면도의 일 예이다. 도 7b는 가요성 장착 재료에 의해 결합된 모바일 장치의 제 1 프레임 부분 및 제 2 프레임 부분의 확대도이다. 모바일 장치(701)는 제 1 프레임 부분(705) 및 제 2 프레임 부분(707)을 포함하는 프레임을 포함할 수 있다. 제 1 프레임 부분(705)은 전기 기계식 액추에이터들(703) 또는 변환기들을 둘러싸는 공동을 포함할 수 있다. 제 1 프레임 부분은 디스플레이 패널 또는 터치 디스플레이 패널을 포함하는 표면 부분을 포함할 수 있다. 제 1 프레임 부분(705)은 또한 상부 부분(708) 및 바닥 부분(709)을 포함할 수 있다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 제 1 프레임 부분(705)은 후방 부분 또는 하나의 균일한 프레임 조각을 통해 직접 연결되지 않은 상부 부분(708) 및 바닥 부분(709)을 가질 수 있다. 대신에, 제 2 프레임 부분(707)은 가요성 장착부(713)를 사용하여 제 2 프레임의 상부 부분(706) 및 하부 부분(711)을 통해 제 1 프레임 부분(705)에 연결될 수 있다. 가요성 장착 재료(713)는 제 1 프레임 부분과 제 2 프레임 부분(707) 사이의 연결을 유지하면서 이러한 연결을 통한 가로 및 세로 이동을 허용하는 임의의 가요성 재료, 중합체, 또는 접착제일 수 있다. 표면의 가요성 장착(713)은 이러한 연결을 통한 가로 및 세로 이동을 허용할 수 있다. 이와 같이 버튼이 상부 부분 상에서 활성화될 때, 전화기의 한 부분(예 : 프레임의 측면)이 움직일 수 있다. 703 부근의 버튼이 작동되면, 제 1 프레임 부분(705)만이 진동할 수 있다. 그리고 유사하게 프레임의 반대편에 버튼이 있으면, 제 2 프레임 부분만이 진동할 수 있다. 브릿징 재료로서 가요성 재료(713)와 프레임의 분리는 전체 장치에 구조적 무결성을 제공하지만, 프레임(705)의 단지 한 쪽에만 개별적으로 진동을 생성할 수 있는 능력을 갖기 위한 것이다. 따라서, 가요성 장착 부분은 제 1 프레임 부분의 바닥 부분을 제 2 프레임 부분의 바닥 부분과 연결할 수 있다. 따라서 기계식 액추에이터를 사용하는 (예: 기능 또는 명령을 활성화하기 위해 버튼이나 화면을 터치하는) 고객을 통해 입력이 수신될 때, 햅틱 피드백은 액추에이터 근처에 인가될 뿐만 아니라, 전화기의 가장자리의 한 측면이 진동할 수 있다.
본 명세서에 개시된 프로세스들, 방법들 또는 알고리즘들은 임의의 기존의 프로그래밍 가능한 전자 제어 유닛 또는 전용 전자 제어 유닛을 포함할 수 있는 처리 장치, 컨트롤러 또는 컴퓨터에 의해 전달/구현될 수 있다. 유사하게, 프로세스들, 방법들 또는 알고리즘들은 ROM 장치들과 같은 기록-불가능한 저장 매체에 영구적으로 저장된 정보, 및 플로피 디스크들, 자기 테이프들, CD들, RAM 장치들 및 다른 자기 및 광학 매체와 같은 기록-가능한 저장 매체에 이미 저장된 정보를 포함하되 이에 국한되지 않는 많은 형태들로, 컨트롤러 또는 컴퓨터에 의해 실행 가능한 데이터 및 명령으로 저장될 수 있다. 프로세스들, 방법들 또는 알고리즘들은 소프트웨어 실행 가능 개체에서 구현될 수도 있다. 대안적으로, 프로세스들, 방법들 또는 알고리즘들은, 주문형 집적회로들(ASICs), 필드-프로그램 가능 게이트 어레이들(FPGAs), 상태 기계들, 컨트롤러들 또는 다른 하드웨어 구성요소들 또는 장치들과 같은 적절한 하드웨어 구성요소들, 또는 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 구성요소들의 조합을 사용하여 전체적으로 또는 부분적으로 구현될 수 있다.
예시적인 실시예들이 위에서 설명되었지만, 이러한 실시예들은 청구 범위에 포함되는 모든 가능한 형태들을 설명하려는 것은 아니다. 본 명세서에서 사용된 단어들은 제한이 아닌 설명을 위한 단어들이며, 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경들이 가능함을 이해된다. 전술한 바와 같이, 다양한 실시예들의 특징들은 명시적으로 기술되거나 예시되지 않을 수 있는 본 발명의 추가 실시예들을 형성하기 위해 결합될 수 있다. 다양한 실시예들이 하나 이상의 원하는 특성들과 관련하여 이점들을 제공하거나, 다른 실시예들 또는 종래기술 구현들보다 선호되는 것으로 설명될 수 있지만, 당업자들은 하나 이상의 특징들 또는 특성들이 특정 애플리케이션 및 구현에 의존하는 원하는 전체 시스템 속성들을 달성하기 위해 절충될 수 있음을 인식한다. 이러한 속성들은 비용, 강도, 내구성, 수명주기 비용, 시장성, 외관, 포장, 크기, 서비스 가능성, 무게, 제조 가능성, 조립 용이성 등을 포함할 수 있지만 이에 국한되지는 않는다. 이와 같이, 임의의 실시예들이 하나 이상의 특성들과 관련하여 다른 실시예들 또는 종래기술 구현들보다 덜 바람직하다고 설명되는 한, 이러한 실시예들은 본 개시의 범위를 벗어나지 않으며 특정 애플리케이션들에 바람직할 수 있다.
Claims (20)
- 변환기에 있어서,
프레임의 공동에 의해 둘러싸이도록 구성된 하나 이상의 액추에이터 구성요소들로서, 상기 프레임에 대해 면-내(in-plane) 및 면-외(out-of-plane) 이동을 허용하도록 구성되고, 상기 프레임에 대한 면-내 또는 면-외 이동의 햅틱 피드백을 생성하도록 구성되는, 상기 하나 이상의 액추에이터 구성요소들; 및
상기 프레임에서 변위의 변화들을 검출하도록 구성된 하나 이상의 감지 층들로서, 상기 하나 이상의 액추에이터 구성요소들에 연결된, 상기 하나 이상의 감지 층들을 포함하는, 변환기. - 제 1 항에 있어서, 상기 하나 이상의 액추에이터 구성요소들은 압전 액추에이터인, 변환기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 하나 이상의 액추에이터 구성요소들은 전자기 액추에이터 또는 정전기 액추에이터인, 변환기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전기 기계식 액추에이터는 상기 감지에 인접하게 장착된 3차원 액추에이터를 포함하는, 변환기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 하나 이상의 액추에이터 구성요소들은 상기 프레임의 상기 공동에 위치된 비-가단(non-malleable) 재료를 포함하는, 변환기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 하나 이상의 액추에이터 구성요소들은 상부 측면에 의해 연결된 제 1 측면 및 제 2 측면을 포함하고, 상기 프레임의 상기 공동에 위치된 상기 비-가단 재료는 상기 제 1 측면과 제 2 측면 사이에 있는, 변환기.
- 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 측면 및 제 2 측면은 일반적으로 서로 평행한, 전자 기계식 액추에이터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 변환기는 상기 공동과 상기 액추에이터 구성요소 사이의 개방 공간에 의해 한정되는 간격을 포함하는, 변환기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 공동은 적어도 부분적으로 또는 완전히 중합체 재료 또는 접착 재료에 의해 채워지는, 변환기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 변환기는 상기 감지 층을 통해 상기 하나 이상의 액추에이터 구성요소들에 연결된 인쇄 회로 기판에 연결되고, 상기 인쇄 회로 기판은 상기 프레임에서 변위의 변화를 검출하는 상기 감지 층에 응답하여 신호를 개시하도록 구성되는, 변환기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 변환기는 상기 감지 층을 통해 상기 하나 이상의 액추에이터 구성요소들에 연결된 마이크로컨트롤러에 연결되고, 상기 마이크로컨트롤러는 상기 프레임에서 변위의 변화를 검출하고 상기 변환기의 진동을 개시하는 상기 감지 층에 응답하여 신호를 개시하도록 구성되는, 변환기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 하나 이상의 액추에이터 구성요소들은 프레임에 대한 면-내 또는 면-외 이동의 햅틱 피드백을 생성하도록 구성되는, 변환기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 프레임은 터치 패널을 포함하는, 변환기.
- 모바일 장치에 있어서,
전화기의 외부 에지를 한정하는 프레임으로서, 공동을 포함하는, 상기 프레임;
상기 프레임의 상기 공동에 의해 둘러싸이도록 구성된 하나 이상의 액추에이터 구성요소들로서, 상기 프레임에 대해 면-내 및 면-외 이동을 허용하도록 구성되고 상기 프레임에서의 입력에 응답하여 상기 프레임에 대한 상기 면-내 또는 면-외 이동의 햅틱 피드백을 생성하도록 구성되는, 상기 하나 이상의 액추에이터 구성요소들; 및
상기 프레임에서 변위의 변화들을 검출하도록 구성된 하나 이상의 감지 층들로서, 상기 하나 이상의 액추에이터 구성요소들에 연결되는, 상기 하나 이상의 감지 층들을 포함하는, 모바일 장치. - 제 14 항에 있어서, 상기 하나 이상의 액추에이터 구성요소들은 전자기 액추에이터인, 모바일 장치.
- 제 14 항에 있어서, 상기 전기 기계식 액추에이터는 상기 감지 층과 상기 인쇄 회로 기판 사이에 장착된 3차원 액추에이터를 포함하는, 모바일 장치.
- 제 14 항에 있어서, 상기 프레임은 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하고, 상기 제 1 부분은 상기 공동을 포함하고, 상기 제 2 부분은 가요성 재료를 통해 상기 제 2 부분에 연결되는, 모바일 장치.
- 제 14 항에 있어서, 상기 하나 이상의 액추에이터 구성요소들은 상기 모바일 전화기의 마이크로컨트롤러에 의해 개시되는 신호에 응답하여 상기 프레임에 대한 면-내 또는 면-외 이동의 햅틱 피드백을 생성하도록 구성되는, 모바일 장치.
- 변환기에 있어서,
프레임의 공동 내로 돌출하도록 구성된 하나 이상의 액추에이터 구성요소들로서, 상기 프레임에 대해 면-내 및 면-외 이동을 허용하도록 구성되고, 상기 프레임에서의 입력에 응답하여 상기 프레임에 대한 면-내 또는 면-외 이동의 햅틱 피드백을 생성하도록 구성되는, 상기 하나 이상의 액추에이터 구성요소들;
상기 프레임에서 변위의 변화들를 검출하도록 구성된 감지 층으로서, 상기 하나 이상의 액추에이터 구성요소들에 연결되는, 상기 감지 층; 및
상기 감지 층을 통해 하나 이상의 액추에이터 구성요소들에 연결된 인쇄 회로 기판(PCB)으로서, 상기 프레임에서의 변위의 변화를 검출하는 상기 감지 층에 응답하여 신호를 개시하도록 구성되는, 상기 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함하는, 변환기. - 제 18 항에 있어서, 상기 변환기는 상기 감지 층과 상기 PCB 사이에 장착된 3 차원 액추에이터를 포함하는, 변환기.
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