KR20220128368A - 타원 운동들을 발생시키는 초음파들을 이용하여 표면상에서 햅틱 감각들을 생성하는 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 한편으로는 인터페이스 표면 - 사용자에 의한 상기 표면 터치에 응답하여 햅틱 피드백 효과를 생성할 수 있음 - 을 포함하고, 다른 한편으로는 상기 인터페이스 표면 내에서 그 표면의 입자들이 상기 표면에 대한 접선 변위 성분 - ut(t)로 표시됨 - 및 상기 표면에 대한 법선 변위 성분 - un(t)로 표시됨 - 을 갖는 타원 운동을 하도록 유발할 수 있는 초음파 주파수를 갖는 적어도 하나의 파동을 발생시키도록 구성된 적어도 하나의 압전 액추에이터(2, 3)를 포함하는 터치 인터페이스에 관한 것으로서, 상기 초음파 주파수의 파동은 접선 성분(ut(t))의 진폭(Ut)과 법선 성분(un(t))의 진폭(Un)이 실질적으로 동일하도록 선택되는 것을 특징으로 한다.

Description

타원 운동들을 발생시키는 초음파들을 이용하여 표면상에서 햅틱 감각들을 생성하는 디바이스

본 발명은 초음파 주파수 대역에서 표면 내에서 전파하는 탄성파를 이용하여 사용자가 감지할 수 있는 햅틱 피드백을 생성할 수 있는 표면에 관한 것이다.

사용자에 의해 감지 가능한 햅틱 피드백 효과를 나타내는 터치 인터페이스는 점점 더 많은 수로 공지되고 있다. 그것들은 일반적으로 표면에 결합된 전기기계식 액추에이터를 사용하며, 그 표면에서 그 터치 인터페이스들이 사용자의 손가락이나 스타일러스가 감지할 수 있는 진동을 유발한다. 그것들은 액추에이터들의 급전 신호 주파수 또는 그것의 진폭 등 다수의 파라미터에 따라 구별된다.

그에 따라, 저주파 진동-터치 피드백이 있는 인터페이스와 소위 "스퀴즈 필름" 또는 초음파 윤활 효과에 의한 햅틱 피드백이 있는 인터페이스로 특히 구별된다.

저주파 진동-터치 피드백이 있는 인터페이스에서, 진동 액추에이터는 액추에이터 자극 주파수에서 손가락 살의 (일 밀리미터 단위의 크기의) 거시적 기계적 변형을 유발한다. 선택된 자극 주파수는 터치로 감지할 수 있는 주파수 대역(통상적으로 1 내지 1000Hz, 더욱 흔히 50Hz 내지 250Hz)에 있어야 하며 진동 진폭은 그 주파수에서 손가락이 감지할 수 있는 임계치를 초과해야 한다. 그러한 진동-터치 효과를 생성하기 위해, 작동되는 표면에 대하여 법선 또는 접선 방향으로 자극 주파수에서 변위하는 이동형 부품을 갖는 단일 액추에이터를 사용할 수 있다. 그러나 그러한 액추에이터들은 일반적으로 두껍고 예를 들어 문헌 FR3068840-A1에 기술된 바와 같이 탄성 부품에 의한 이동형 부품의 가이딩을 요한다.

진동터치 액추에이터들의 사용 예는 문헌 WO2019094440A1에서, 특히 조이스틱 또는 그와 동등한 것에 대한 적용에 관하여 기술되어 있다. 사용된 액추에이터들은 특히 그 문헌에서 목표하는 적용을 위하여 의도적으로 배제된 압전 액추에이터들과 비교하여 가격이 낮으므로 선택된 LRA(Linear Resonant Actuator) 또는 ERM(Eccentic Rotating Masses) 유형의 저주파 액추에이터들이다. 나아가, LRA 또는 ERM 액추에이터들은 또한 국부적으로, 즉 액추에이터 바로 위에서 직접적으로 접촉면에 국부적으로 전달되는 타원력을 생성하는 능력으로 인하여 선택된다. 그런데 그 타원 운동은 접촉 지점에서만 생성되므로 액추에이터 상부에서만 접촉 지점에서 직접적으로 사용자에 의해 감지된다. 그 결과 LRA 또는 ERM 유형의 그러한 저주파 액추에이터 유형은 햅틱 인터페이스의 다양한 지점에서 액추에이터와 이격되어 있는 경우라도 햅틱 피드백 효과를 생성할 수 있는 초음파 주파수를 갖는 진행파 생성에 적합하지 않다.

일반적으로 진동-터치 액추에이터들은 사용자 손가락의 기계적 수용체에 의해 직접 감지되는 주파수 대역에서 표면에 대해 실질적으로 수직인, 즉 평면을 벗어나는 손가락의 축 방향 변위를 생성한다.

저주파 진동-터치 피드백이 있는 인터페이스들은 표면상에서 이동하지 않고 수동적으로 놓인 손가락이 명확하게 인지할 수 있는 진폭을 갖는 햅틱 피드백을 가질 수 있다. 그러면 손가락은 "클릭" 효과 또는 균일한 진동을 감지할 수 있다. 반면에, 그러한 유형의 인터페이스는 표면을 스위핑(sweeping)하며 움직이는 손가락과 같은 능동 터치로 감지할 수 있는 질감 효과를 발생시키기에는 적합하지 않다.

나아가, 액추에이터들에 의해 사용되는 작동 주파수는 청취 가능하다는 점을 고려할 때, 저주파 진동-터치 피드백 인터페이스는 발생된 변위가 가청 주파수에 있으므로 소음을 생성한다.

그러한 단점은 소위 초음파 윤활 효과를 사용하여 초음파 주파수에서, 따라서 청취 불가한 주파수에서의 여기를 사용하는 햅틱 피드백이 있는 디바이스들에서 공지된 방식으로 해결된다. 그러한 디바이스는 특히 문헌 EP1956466-A1에 기술되어 있다. 그 경우 진동 전파 매체는 순전히 탄성적이거나 경미하게 점탄성인 얇은 플레이트이다. 플레이트는 그 두께가 나머지 두 치수 및 고려되는 탄성파의 파장에 비해 얇을 때 "얇다"고 한다.

공지된 방식으로, 플레이트는 모놀리식 또는 다층일 수 있고 직사각형 형상일 수 있다. 전기기계식 액추에이터들은 축방향 진동 모드로, 즉 진동 노드가 플레이트의 모서리 중 하나에 평행한 선을 따라 서로 정렬되게 여기되도록 플레이트 상에 배치된다.

두께가 액추에이터들에 의해 발생되는 진동 파장의 두 배를 초과하지 않는 플레이트에서는 저주파 근사에서 일반적으로 굽힘파로 통칭되는 AO Lamb 파(또는 두께가 비대칭인 다중 플레이트의 경우는 일반 Lamb 파)가 생성되고 액추에이터들의 정렬 라인에 평행한 두 경계상에서 반사된다.

작동 주파수가 적절히 조절되면 정상 모드가 여기되고 공진 효과에 의해 증폭기 역할을 하게 된다. 그와 같이 초음파 주파수에서 수득된 큰 변위 진폭은 사용자의 손가락 살 하부에 압축 공기쿠션을 생성한다. 손가락이 표면에 의해 반발되므로 마찰 계수가 감소하고 따라서 손가락이 움직일 때 햅틱 피드백 효과가 수득될 수 있다. 이것이 소위 초음파 윤활 효과이다.

상기 언급한 저주파 진동-터치 인터페이스와 비교하여, 햅틱 피드백이 있는 그 두 번째 유형의 인터페이스는 비 가청이라는 장점이 있다. 그 대신, 종래 기술에서 이 두 번째 유형의 햅틱 피드백 인터페이스는 표면상에서 이동하는 손가락의 능동 터치의 범주에서 사용자가 느끼는 가상 질감을 생성하는 것에는 한계가 있다. 반면에, 손가락이나 스타일러스가 부동하면 정상적인 사용 조건에서 어떤 햅틱 피드백도 감지되지 않는다.

본 발명은 상기 언급한 공지된 인터페이스의 전술한 단점들을 극복할 수 있는 햅틱 피드백 인터페이스를 제공하는 것을 전반적 목적으로 한다.

본 발명의 특정 목적은 현재까지는 상이하고 양립 불가한 구조들이 요구되었던 다수의 햅틱 효과를 하나의 동일한 하드웨어 구조로 생성할 수 있는 햅틱 피드백 인터페이스를 제안하는 것이다.

따라서 목표로 하는 단일 인터페이스는 마찰 계수의 실시간 제어를 기반으로 하고 표면을 탐색(능동 터치를 구성함)하는 동안 감지되는 인공 질감 효과뿐 아니라 피부 하부에 위치한 기계적 수용체를 그것의 대역폭(1Hz 내지 1000Hz)에서 직접 자극할 수 있는 저주파 진동효과까지 모두 발생시킬 수 있어야 한다.

특히, 목표로 하는 인터페이스는 표면상에서 이동하는 손가락에 응답하는 가상 질감 효과, 또는 접선방향 구동력 생성을 가정하는(예를 들어 어떤 글자 또는 형태의 윤곽을 느끼도록), 궤적을 따른 손가락 가이딩 효과, 또는 손가락의 이동 없는 수동 터치에 응답하는 클릭 또는 알림 효과를 발생 시킬 수 있어야 한다.

본 발명의 다른 목적은 사람의 귀가 청취 가능한 어떠한 소음도 발생하지 않는 햅틱 피드백 인터페이스를 제안하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 매우 콤팩트하고 인터페이스상에 통합되기 쉬운 액추에이터들을 갖는 햅틱 피드백 인터페이스를 제안하는 것이다.

원칙적으로, 본 발명은 다소 타원형인(즉, 가능한 한 원에 근접한) 궤적을 따라 인터페이스 표면의 입자들의 움직임을 유도하고 인터페이스 평면 내에서 우선적인 축을 따라 힘을 생성할 수 있는 초음파 주파수를 갖는 탄성파를 발생시키는 것으로 구성된다. 그러면 그 힘은 인터페이스 표면에 대한 사용자의 능동 터치 또는 수동 터치에 응답하여 원하는 햅틱 효과를 생성하도록 변조된다.

따라서 본 발명은, 한편으로는 인터페이스 표면-사용자가 상기 표면을 터치하는 것에 응답하여 햅틱 피드백 효과를 발생할 수 있는-을 포함하고, 다른 한편으로는, 그 표면 입자들이 상기 표면에 대한 접선 변위 성분(U_t(t)) 및 상기 표면에 대한 법선 변위 성분(U_n(t))을 갖는 타원 운동을 하도록 유발할 수 있는 초음파 주파수를 갖는 적어도 하나의 파동을 상기 인터페이스 표면 내에서 발생시키도록 구성된 적어도 하나의 압전 액추에이터를 포함하는 터치 인터페이스를 목적으로 하며, 상기 초음파 주파수의 파동은 접선 성분(U_t(t))의 진폭(U_t)과 법선 성분(U_n(t))의 진폭(U_n)이 실질적으로 동일하도록 선택되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 초음파 주파수를 갖는 파동들은, 접선 변위 성분 및 법선 변위 성분의 진폭의 비율(U_t/U_n)이 0.5 내지 1.5가 되도록 접선 성분(U_t(t)) 및 법선 성분(U_n(t))을 갖는 타원 운동을 발생시키도록 선택된다.

일 실시예에 따르면, 수득된 초음파들은 주파수가 동일하고 제어 신호는 90°위상차가 나는 2개의 정상파의 결합에 의해 수득된다.

일 실시예에 따르면, 상기 정상파들은 수득된 초음파가 진행파가 되도록 선택된다.

일 실시예에 따르면, 수득된 초음파는 2개의 굽힘파의 결합에 의해 수득된다.

일 실시예에 따르면, 압전 액추에이터들은 인터페이스 표면에 대하여 법선 방향 주성분을 갖는 굽힘파와 인터페이스 표면에 대하여 접선 방향 주성분을 갖는 압축-팽창파를 결합하는 파동을 발생시키도록 배치된다.

일 실시예에 따르면, 인터페이스 표면은 그 길이 및 폭에 비하여 두께의 치수가 작은 직사각형 플레이트의 형태를 가지며, 플레이트의 한 면상에는 그것의 에지들 중 하나를 따라 플레이트 내에서 굽힘파를 발생시키도록 배치된 제1 압전 액추에이터 세트를 포함하고, 상기 에지의 두께 상에는 플레이트 내에서 압축-팽창파를 발생시키도록 배치된 제2 압전 액추에이터 세트를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 인터페이스의 표면은 그 길이 및 폭에 비하여 두께의 치수가 작은 직사각형 플레이트의 형태를 가지며, 플레이트의 한 면상에는 그 에지들 중 하나를 따라 제1 압전 액추에이터 세트를 포함하고, 그 반대편 면상에는 상기 에지를 따라 제2 압전 액추에이터 세트를 포함하며, 그 두 세트의 액추에이터들은 플레이트 내에서 굽힘파 및 압축-팽창파를 발생시키도록 제어된다.

일 실시예에 따르면, 상기 플레이트는 디스플레이 스크린과 기계적으로 결합된 투명 인터페이스 표면을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 터치 인터페이스는 그 외에 인터페이스 표면상의 사용자 손가락의 가압력을 측정하는 접촉력 센서, 및 가압력이 소정의 임계치를 초과할 때 인터페이스 표면을 진동시키도록 제어하기 위한 수단을 더 포함한다.

터치 인터페이스는 또한 사용자의 손가락이 인터페이스의 표면과 접촉할 때 그 손가락 위치를 표시하는 위치 센서, 및 저장된 접촉 위치가 인터페이스 표면의 소정의 위치 또는 소정의 구역 내에 있을 때 그 표면을 진동시키도록 제어하기 위한 수단도 포함할 수 있다.

본 발명은 또한 손가락 또는 스타일러스와 접촉할 때 인터페이스 표면의 수동 터치에 응답하여 클릭 또는 알림 효과를 발생시키도록 구성된 전술한 터치 인터페이스의 사용을 목적으로 한다.

"수동 터치"는, 사용자가 인터페이스 표면의 평면에 대해 접선 방향으로 손가락을 움직이지 않고 표면상에 손가락을 위치시키는 상호작용 모드를 의미한다.

소위 햅틱 "클릭" 효과는, 사용자가 기계식 버튼을 누를 때 느끼는 것과 유사한 버튼 클릭감을 생성하는 것으로 구성된다. 그것은 사용자의 손가락이 가상 버튼을 작동하기 위해 표면을 누를 때 인터페이스 표면에서 생성되며 사용자의 손가락에 의해 감각된다. 햅틱 피드백은 실제 촉지 가능한 물리적 키보드의 터치 키나 버튼을 누르는 행동으로써 야기되는 감각과 비견되는 감각을 표출한다.

소위 "알림" 햅틱 효과는 진동 터치 유형의 효과에 해당하지만 인터페이스 디바이스 전체, 즉 하우징을 포함한 디바이스 전체를 진동시키는 공지된 진동-터치 인터페이스들과 달리 본 발명의 효과는 초음파 주파수의 파동을 이용하여 인터페이스 표면에 국부화되며, 사용자의 손가락이 인터페이스 표면과 접촉하게 될 때만 느껴진다. 햅틱 알림은 작업 종료, 명령 접수, 참고할 정보의 존재 등을 사용자에게 신호할 수 있게 한다.

일 사용예에 따르면, 클릭 효과와 유사한 임펄스 감각을 손가락 살의 아래에서 생성하기 위하여 타원 운동 중인 입자들의 회전 방향을 역전시키도록, 90도의 위상차를 갖는 2개의 정상파에 180° 위상 점프를 적용한다.

일 사용예에 따르면, 터치 인터페이스는 손가락 또는 스타일러스의 접촉시, 인터페이스 표면의 수동 터치에 응답하여 인터페이스 표면의 소정의 구역을 향하여 손가락 또는 스타일러스를 가이딩하는 효과를 생성하도록 구성된다.

일 사용예에 따르면, 터치 인터페이스는 손가락 또는 스타일러스의 접촉시, 인터페이스 표면의 능동 터치에 응답하여 초음파 윤활에 의한 가상 질감 효과를 발생시키도록 구성된다.

"능동 터치"란 사용자가 인터페이스 표면의 "스위핑"과 유사한 운동으로, 인터페이스 표면의 평면에 대해 접선 방향으로 인터페이스 표면상에서 손가락을 이동시키는 상호작용 모드를 의미한다.

본 발명은 첨부 도면을 이용하여 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 터치 인터페이스의 단면도 및 인터페이스 표면의 입자의 타원 운동을 각각 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 터치 인터페이스의 일 실시예의 하부 및 상부 사시도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 터치 인터페이스의 다른 일 실시예의 하부 사시도를 도시한다.

본 발명의 기본 원리는 도 1a 및 1b와 연관하여 설명된다. 그 원리는, 터치 인터페이스 표면의 입자들의 특정 타원형 운동을, 사용자의 손가락(또는 스타일러스)이 그 표면과 접촉하는 지점들 위치에서 그 접촉 지점들에 인가되는, 인터페이스 표면의 평면 내에 위치한 축을 따르는 접선력을 갖는 구동력을 생성하기 위해 사용하는 것으로 구성된다.

도 1a에 개략적으로 도시된 바와 같이, 예를 들어 터치 스크린의 표면 유리로 구성된 진동 플레이트(1)가 횡단면도로 도시되어 있다. 그 플레이트는 플레이트의 각 소립자에 타원 운동을 인가함으로써 플레이트(1)의 파동을 일으키는 초음파 주파수를 갖는 파동에 의해 진동된다. 그러면 플레이트(1)의 표면을 터치하는 손가락(5)은 접촉점에 해당하는 입자(4)의 타원 운동의 접선 성분의 방향에 해당하는 화살표(6)로 표시된 방향으로 구동된다.

플레이트 표면의 입자(4)의 타원 운동의 궤적(8)은 도 1b에서 확대도로 도시되었다. 그것은 각 순간에 대하여 플레이트의 평면에 평행한 변위에 해당하는 접선 성분(U_t)과 플레이트의 평면에 수직인 변위에 해당하는 법선 성분(U_n)으로 구성된다. 구동력의 성분(U_n)은 터치 인터페이스 표면 상부의 손가락 부양에 좌우되는 초음파 윤활 효과에 기여한다. 따라서, 본 발명의 범위에서, 법선 성분(U_n)에 해당하는 손가락 부양 효과는 타원 운동의 접선 성분(U_t)에 해당하는 손가락의 측방향 구동 효과와 결합된다.

그 접선 성분(U_t) 및 법선 성분(U_n)은 이하 방정식 [수학식 1] [수학식 2]로 제공된다:

[수학식 1]

[수학식 2]

여기서 U_t 및 U_n은 타원 운동의 축 길이에 해당하는 진폭, ω는 타원 운동의 각주파수, t는 시간을 나타낸다.

그러한 조건에서 손가락(5)이 그 타원 운동이 유발되고 있는 표면 입자(4)를 터치하면 그 입자는 그것의 속도를 손가락 살로 전달하는 경향이 있고, 그곳에서 구동력의 존재가 손가락에 적용되고 타원 회전 방향을 따라 배향된다. 그 운동이 진행파에서 기인한 경우 그것은 파동의 전파 방향과 관계없이 시계 방향 또는 반시계방향일 수 있다. 정상파들의 중첩인 경우, 정상파들의 상대적 위상 차이로써 두 파동의 상호 진폭에 의해 제어 가능한 타원 운동이 국부적으로 생성된다.

접선 방향 진폭 및 법선 방향 진폭이 U_t/U_n >> 1인 경우 입자(4)는 접촉 표면의 평면에 대하여 법선 방향으로는 이탈을 발생시키지 않으며 주로 접선 방향으로 왕복 운동(대 타원율)을 일으키고, 따라서 표면에 대한 손가락의 구동을 유발하게 되지 않는다. 2π/ω 주기 동안 생성된 평균력은 제로가 된다. 그러면 능동이든 수동이든 터치에 대한 반응으로 감지 가능한 햅틱 효과가 수득되지 않는다.

마찬가지로, 진폭이 U_t/U_n << 1인 경우, 입자(4)는 플레이트(1)의 접촉 표면의 평면에 대하여 주로 법선 방향의 운동을, 표면의 평면에 대한 접선 변위를 생성하지 않고 유발하고, 따라서 손가락에 적용되는 접선력은 제로이다. 그러한 조건에서는 가상 텍스처 효과만 수득할 수 있고 클릭 또는 알림 효과는 수득할 수 없다.

본 발명은 사용자의 능동 터치 또는 수동 터치에 응답하여 목표로 하는 다양한 햅틱 피드백 효과, 즉 초음파 윤활 효과, 또는 클릭 효과, 알림 효과, 또는 손가락이나 스타일러스 가이딩 효과의 수득을 가능하게 하기 위한, 표면 입자(4)들의 타원 운동을 생성하는 초음파 주파수를 갖는 파동의 접선 성분 및 법선 성분의 진폭(U_t 및 U_n)의 최적 비율 (U_t/U_n)이 존재함을 확인할 수 있게 하였다.

그 최적 비율은 정신 물리학 연구에 의해 결정되었으며 이상적으로는 1과 같으며 이는 원형 운동에 해당한다.

실제로, 타원율 U_t/U_n이 정신물리학 연구에 의해 결정된 바와 같이 0.5 내지 1.5 사이의 간격에 포함되는 한 매우 좋은 결과가 가능하다.

따라서 바람직하게는 이하 관계식 [수학식 3]을 충족하는 타원율 U_t/U_n이 있다:

[수학식 3]

그러한 조건에서 초음파 주파수의 탄성파에 의해 작동되는 인터페이스 표면의 어느 접촉 지점에서도, 손가락 하부에서 명확하게 지각할 수 있는 햅틱 감각을 생성하기에 충분한 진폭의 접선력이, 소위 수동 터치의 일환으로 손가락이 부동할 때를 포함하여, 수득된다.

일반적으로 햅틱 스크린 또는 햅틱 표면에 적용할 목적으로 사용되는 플레이트의 두께는 대체로 얇다. 그것들은 스마트폰의 OLED 스크린용의 수 10분의 1밀리미터 내지 산업용 제어 스크린 또는 두꺼운 플라스틱용의 수 밀리미터에 이른다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 표면 입자들(4)의 타원 운동을 생성하고 방정식(3)의 기준을 충족하는 파동을 수득하기 위한 한가지 유익한 수단은, 횡방향 주성분을 갖는 굽힘파를 종방향 주성분을 갖는 압축-팽창파와 같은 다른 유형의 진동과 결합시키는 것으로 구성된다.

그러한 접근법과 관련된 제1 실시예가 도 2에 개략적으로 도시되어 있다. 그것은 다양한 방식으로, 특히 작동시킬 표면(1)의 양측에 배치된 동일한 2개의 압전 액추에이터(3) 네트워크를 결합함으로써 수득될 수 있다. 동일한 2개의 압전 액추에이터(3) 네트워크는 작동시킬 플레이트(1)의 양쪽에 그것의 에지를 따라 배치된다. 두 작동 신호의 진폭 비율은 굽힘파와 압축-팽창파 사이의 비율을 제어할 수 있게 한다. 따라서 두 액추에이터 네트워크의 상대 진폭을 제어함으로써 관계식(3)을 만족하도록 굽힘파 및 압축-팽창파 각각의 가중치를 조절할 수 있다.

이러한 동일한 모드 중첩을 수득하기 위한 다른 실시예가 도 3에 도시되어 있으며, 상부의 액추에이터(3)들(도 2)을 박편 상에, 즉 작동시킬 플레이트(1)의 두께 내에 위치한 액추에이터(2)들로 교체하는 것으로 구성된다. 그 경우, 플레이트(1)의 하면 상에 위치한 액추에이터(3)들은 굽힘파 만을 발생시키기 위하여 사용되고, 플레이트의 박편 상에 위치한 액추에이터(2)들은 압축-팽창파 만을 작동시킨다.

다른 일 실시예(도시되지 않음)는 작동시킬 표면(1)의 동일한 면상에 그러나 반대편 에지 상에 배치된 동일한 압전 액추에이터(3)들의 2개의 네트워크를 이용하여 2개의 굽힘파를 발생시키는 것으로 구성된다.

다른 실시예들이 표면의 입자(4)들의 타원 운동을 생성하고 관계식(3)의 기준을 만족시키는 파동을 수득하도록 마련될 수 있다.

그 모든 경우에, 동일한 매우 단순한 하드웨어 아키텍처를 사용하여, 접선 방향 구동력을 생성(예를 들어 수동 터치의 일환으로 표면상에 놓인 사용자의 손가락에 대한 궤적 제안을 위하여)하는 것과 표면상에서 손가락을 스위핑하는 능동 터치의 일환으로 가상 텍스처 효과를 수득하기 위하여 마찰 계수를 제어하는 것이 동시에 가능해진다. 표면의 점들의 타원 궤적은 굽힘파의 위상을 압축-팽창파에 대하여 90° 이동시킴으로써 수득된다.

그러한 구성에서는 인터페이스 표면의 임의의 지점들에서, 심지어 압전 액추에이터들의 위치에서 이격된 지점들에서도, 사용자의 손가락(또는 스타일러스)의 정압 동안 진동 회전 방향을 갑자기 반전하여 햅틱 효과를 생성할 수 있다. 이는 두 제어 신호 중 하나에서 180° 위상 점프를 생성함으로써 구현된다. 그러면 예를 들어 클릭 효과와 유사한 임펄스 감각을 손가락 살 아래에서 감각할 것이다.

입자들의 타원 운동의 회전 방향 반전의 중복(다수의 연속적인 위상 점프로 인해 발생)은 손가락 살 아래에 국한된 햅틱 피드백의 인식에 해당하는 손가락 살의 진동을 유발할 수 있게 한다. 그것들은 또한 차별화된 클릭감을 생성할 수 있게 한다.

U_t/U_n 비율이 1에 가까운 초음파 주파수를 갖는 파동을 생성하면 손가락 살 아래에 구동력을 생성할 수 있게 하고, 이는 표면이나 스크린상에서 손가락의 궤적을 제안할 수 있게 하거나 두 구역 사이에서의 손가락 이동에 대항하는 힘을 생성하여 스크린의 두 구역 사이의 경계를 촉지가능하게 할 수 있다.

본 발명은 명시된 목적을 달성한다.

특히, 동일한 하드웨어 구조를 사용하여, 능동 터치에 의한 표면 탐색에 응답하여, 또는 수동 터치(사용자에 의한 손가락 이동이 없는)에 응답하여 다수의 햅틱 효과, 특히 인공 질감 효과, 또는 궤적에 따른 손가락 가이딩 효과, 또는 클릭이나 알림 효과를 수득 가능하게 한다.

그 외에, 본 발명에 따른 햅틱 인터페이스는 초음파 주파수에서 여기되며, 따라서 인간의 귀가 청취 가능한 잡음을 발생하지 않는다.

끝으로, 본 발명은 압전 액추에이터들을 사용함으로써 허용되는 콤팩트함 덕분에 햅틱 표면상에 구현되고 통합되기 용이하다.

Claims (15)

1. 터치 인터페이스로서,
   한편으로는, 인터페이스 표면 -사용자에 의한 상기 표면의 터치에 응답하여 햅틱 피드백 효과를 생성할 수 있음- 을 포함하고, 다른 한편으로는, 상기 표면에 대한 접선 변위 성분(U_t(t)) - U_t는 상기 접선 변위 성분의 진폭임 - 및 상기 표면에 대한 법선 변위 성분(U_n(t)) - U_n은 법선 변위 성분의 진폭임 - 을 갖는 그 표면의 입자들(4)의 타원 운동을 상기 인터페이스 표면의 모든 지점에서 유발할 수 있는 초음파 주파수를 갖는 적어도 하나의 파동을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 압전 액추에이터(2,3)를 포함하고,
   상기 적어도 하나의 압전 액추에이터(2,3)는 상기 인터페이스 표면의 적어도 하나의 지점에서 그 입자들(4)의 접선 변위의 진폭(U_t)이 그 입자들(4)의 법선 변위의 진폭(U_n)과 실질적으로 동일하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 터치 인터페이스.
2. 제1항에 있어서, 그 초음파 주파수의 파동들은, 접선 변위 성분과 법선 변위 성분의 진폭 비율(U_t/U_n)이 0.5 내지 1.5가 되는 접선 성분(U_t(t)) 및 법선 성분(U_n(t))을 갖는 타원 운동을 발생시키도록 선택되는 것을 특징으로 하는, 인터페이스.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 하나의 초음파 주파수의 파동은 동일한 주파수를 갖지만 90° 위상차를 갖는 제어 신호들을 갖는 2개의 정상파의 조합으로 수득되는 것을 특징으로 하는, 터치 인터페이스.
4. 제3항에 있어서, 상기 정상파들은 그 수득되는 초음파가 진행파가 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는, 터치 인터페이스.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 초음파 주파수의 파동은 2개의 굽힘파의 조합인 것을 특징으로 하는, 터치 인터페이스.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 그 압전 액추에이터(2,3)들은 인터페이스의 표면에 대하여 법선 방향 주성분을 갖는 굽힘파 및 인터페이스의 표면에 대하여 접선 방향 주성분을 갖는 압축-팽창파를 조합하는 한 파동을 생성하도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 터치 인터페이스.
7. 제6항에 있어서, 그 인터페이스의 표면은 그것의 길이와 너비에 비해 두께의 치수가 작은 직사각형 플레이트의 형태를 가지며, 그 플레이트의 한 면 상에서는 그것의 에지들 중 하나를 따라 플레이트 내에서 굽힘파를 발생시키도록 배치된 제1 압전 액추에이터 세트(3)를 포함하고, 상기 에지의 두께 상에는 그 플레이트 내에서 압축-팽창파를 발생시키도록 배치된 제2 압전 액추에이터 세트(2)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 터치 인터페이스.
8. 제6항에 있어서, 그 인터페이스의 표면은 그것의 길이와 너비에 비해 두께의 치수가 작은 직사각형 플레이트의 형태를 가지며, 그 플레이트의 한 면 상에서는 그것의 에지들 중 하나를 따라 제1 압전 액추에이터 세트(3)를 포함하고, 그 반대편의 면 상에는 상기 에지를 따라 제2 압전 액추에이터 세트(3)를 포함하고, 그 2개의 액추에이터 세트는 그 플레이트 내에서 굽힘파 및 압축-팽창파를 발생시키도록 제어되는 것을 특징으로 하는, 터치 인터페이스.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 플레이트는 디스플레이 스크린과 기계적으로 결합된 투명 인터페이스 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는, 터치 인터페이스.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 그 인터페이스 표면상의 사용자 손가락의 가압력을 측정하는 접촉력 센서 및 그 가압력이 미리결정된 임계치를 초과할 때 그 표면을 진동시키도록 제어하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 터치 인터페이스.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 사용자의 손가락이 그 인터페이스 표면과 접촉할 때 그 손가락의 위치를 표시하는 위치 센서 및 저장된 접촉 위치가 상기 표면의 미리정의된 위치 또는 미리정의된 구역 내에 있을 때 그 표면을 진동시키도록 제어하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 터치 인터페이스.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 터치 인터페이스의 용도로서, 그 터치 인터페이스는 손가락 또는 스타일러스의 접촉 시 그 인터페이스 표면의 수동 터치에 응답하여 클릭 효과 또는 알림 효과를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 용도.
13. 제12항에 있어서, 손가락 살 하부에서 햅틱 클릭 또는 알림 효과와 유사한 임펄스 감각을 생성하기 위하여, 타원 운동하고 있는 입자들의 회전 방향을 역전시키도록, 90도의 위상차를 갖는 2개의 정상파에 하나 이상의 180° 위상 점프를 적용하는 것을 특징으로 하는, 용도.
14. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 터치 인터페이스의 용도로서, 그 터치 인터페이스는 손가락 또는 스타일러스의 접촉시 그 표면의 수동 터치에 응답하여 그 손가락 또는 스타일러스를 그 인터페이스 표면의 미리결정된 구역을 향하여 가이딩 하는 효과를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 터치 인터페이스의 용도.
15. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 터치 인터페이스의 용도로서, 그 터치 인터페이스는 손가락 또는 스타일러스의 접촉시 그 인터페이스 표면의 능동 터치에 응답하여 초음파 윤활에 의한 가상 질감 효과를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 터치 인터페이스의 용도.

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