KR20220139207A

KR20220139207A - Telehaptic device

Info

Publication number: KR20220139207A
Application number: KR1020210100006A
Authority: KR
Inventors: 진한빛; 김윤정; 김혜진; 염우섭; 홍찬화
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2021-04-07
Filing date: 2021-07-29
Publication date: 2022-10-14

Abstract

According to the present invention, a telehaptic device comprises: a piezoelectric sensor module and a piezoelectric actuator module which are separated and apart from each other. The piezoelectric sensor module includes: a first flexible substrate; a first support substrate connected to the first flexible substrate; a piezoelectric sensor array on the first flexible substrate; and a transmitter on the first support substrate. The piezoelectric actuator module includes: a second flexible substrate; a second support substrate connected to the second flexible substrate; a piezoelectric actuator array on the second flexible substrate; and a receiver on the second support substrate. The piezoelectric sensor array includes a plurality of piezoelectric sensors. The piezoelectric sensors are arranged to be apart from each other in accordance with a first pitch. The piezoelectric acutator array includes a plurality of piezoelectric actuators. The piezoelectric actuators are arranged to be apart from each other in accordance with a second pitch. The first pitch and the second pitch are (substantially) the same. The present invention is able to realize tactile information with a high resolution.

Description

Telehaptic device

본 발명은 텔레햅틱 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a telehaptic device.

전자 장치 제조회사들은 사용자를 위한 풍부한 인터페이스를 제조하려고 노력한다. 종래의 전자 장치들은 종종 사용자들에게 정보를 전달하기 위해 시각적 및/또는 청각적 피드백을 제공한다. 몇몇 경우에, 사용자 경험을 증진하기 위해 사용자에게 (액티브 및 저항력 피드백과 같은) 운동감각 피드백(kinesthetic feedback) 및/또는 (진동, 텍스처, 및 열과 같은) 촉각 피드백(tactile feedback)이 또한 제공될 수 있다. 일반적으로, 운동감각 피드백 및 촉각 피드백은 집합적으로 "햅틱 피드백" 또는 "햅틱 효과"로 알려져 있다. 햅틱 피드백은 사용자에게 특정한 이벤트에 대해 경고하기 위한 단서를 제공하거나 또는 더 큰 감각 경험을 일으키는 실제적인 피드백 감각을 제공하기에 유용할 수 있다. 햅틱 피드백은 통상의 전자 장치들과 함께 및 시뮬레이션된 또는 가상의 환경을 생성하기 위해 사용되는 장치들과도 함께 사용될 수 있다.Electronic device manufacturers strive to create rich interfaces for users. Conventional electronic devices often provide visual and/or audible feedback to convey information to users. In some cases, the user may also be provided with kinesthetic feedback (such as active and resistive feedback) and/or tactile feedback (such as vibration, texture, and heat) to enhance the user experience. have. In general, kinesthetic feedback and tactile feedback are collectively known as “haptic feedback” or “haptic effect”. Haptic feedback can be useful to provide clues to warn the user about a particular event, or to provide a real feedback sensation that evokes a greater sensory experience. Haptic feedback can be used with conventional electronic devices and also with devices used to create simulated or virtual environments.

터치 스크린과 같은 터치 감응(touch sensitive) 장치들에 진동촉각 햅틱 피드백을 제공하기 위해 과거에 다양한 햅틱 액추에이션 기술들이 사용되었다.Various haptic actuation techniques have been used in the past to provide vibrotactile haptic feedback to touch sensitive devices such as touch screens.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고해상도로 촉각 정보를 획득하고, 상기 촉각 정보를 무선으로 송신하는 압전 센서 모듈 및 상기 촉각 정보를 실시간으로 수신한 뒤에, 상기 촉각 정보를 고해상도로 재현하는 엑추에이터 모듈을 포함하는 텔레햅틱 장치를 구현함에 있다.The problem to be solved by the present invention includes a piezoelectric sensor module that acquires tactile information in high resolution and wirelessly transmits the tactile information, and an actuator module that reproduces the tactile information in high resolution after receiving the tactile information in real time to implement a telehaptic device that

본 발명의 일 실시예에 따른 텔레햅틱 장치는 서로 분리되어 이격하는 압전 센서 모듈 및 압전 엑추에이터 모듈을 포함하고, 상기 압전 센서 모듈은: 제1 유연 기판, 상기 제1 유연 기판과 연결되는 제1 지지 기판, 상기 제1 유연 기판 상의 압전 센서 어레이, 및 상기 제1 지지 기판 상의 송신기를 포함하고, 상기 압전 엑추에이터 모듈은 제2 유연 기판, 상기 제2 유연 기판과 연결되는 제2 지지 기판, 상기 제2 유연 기판 상의 압전 엑추에이터 어레이, 및 상기 제2 지지 기판 상의 수신기를 포함하고, 상기 압전 센서 어레이는 복수개의 압전 센서들을 포함하고, 상기 압전 센서들은 제1 피치(pitch)에 따라서 이격하게 배열되고, 상기 압전 엑추에이터 어레이는 복수개의 압전 엑추에이터들을 포함하고, 상기 압전 엑추에이터들은 제2 피치에 따라서 이격하게 배열되고, 상기 제1 피치 및 상기 제2 피치는 (실질적으로) 동일할 수 있다.A telehaptic device according to an embodiment of the present invention includes a piezoelectric sensor module and a piezoelectric actuator module that are separated and spaced apart from each other, and the piezoelectric sensor module includes: a first flexible substrate, a first support connected to the first flexible substrate a substrate, a piezoelectric sensor array on the first flexible substrate, and a transmitter on the first supporting substrate, wherein the piezoelectric actuator module includes a second flexible substrate, a second supporting substrate connected to the second flexible substrate, and the second a piezoelectric actuator array on a flexible substrate, and a receiver on the second support substrate, wherein the piezoelectric sensor array includes a plurality of piezoelectric sensors, the piezoelectric sensors being spaced apart along a first pitch, and The piezoelectric actuator array may include a plurality of piezoelectric actuators, wherein the piezoelectric actuators are spaced apart according to a second pitch, and the first pitch and the second pitch may be (substantially) the same.

일부 실시예들에 따르면, 상기 압전 센서들의 개수는 상기 압전 엑추에이터들의 개수와 동일할 수 있다.According to some embodiments, the number of the piezoelectric sensors may be the same as the number of the piezoelectric actuators.

일부 실시예들에 따르면, 상기 제1 피치 및 상기 제2 피치는 0.5mm 초과 2mm 이내일 수 있다.According to some embodiments, the first pitch and the second pitch may be greater than 0.5 mm and within 2 mm.

일부 실시예들에 따르면, 상기 압전 센서들의 각각은 제1 전극, 제2 전극 및 이들 사이의 압전 폴리머 층을 포함하고, 상기 압전 엑추에이터들의 각각은 제3 전극, 제4 전극 및 이들 사이의 압전 세라믹 층을 포함할 수 있다.According to some embodiments, each of the piezoelectric sensors includes a first electrode, a second electrode and a piezoelectric polymer layer therebetween, and each of the piezoelectric actuators includes a third electrode, a fourth electrode and a piezoelectric ceramic layer therebetween layers may be included.

일부 실시예들에 따르면, 상기 제1 유연 기판은 상기 압전 센서 어레이가 제공되는 제1 영역 및 상기 제1 영역과 상기 제1 지지 기판을 연결하는 제2 영역을 포함하고, 상기 제2 유연 기판은 상기 압전 엑추에이터 어레이가 제공되는 제3 영역 및 상기 제3 영역과 상기 제2 지지 기판을 연결하는 제4 영역을 포함하고, 상기 제2 영역에 제공되는 제1 금속배선들 및 상기 제4 영역에 제공되는 제2 금속 배선들을 더 포함할 수 있다.According to some embodiments, the first flexible substrate includes a first region in which the piezoelectric sensor array is provided and a second region connecting the first region and the first support substrate, and the second flexible substrate includes: and a third region in which the piezoelectric actuator array is provided and a fourth region connecting the third region and the second support substrate, wherein the first metal wires are provided in the second region and the fourth region is provided in the fourth region It may further include second metal wirings.

일부 실시예들에 따르면, 상기 제1 금속 배선들은 제1 신호 배선들 및 제2 신호 배선들을 포함하고, 상기 제1 신호 배선들의 각각은 제1 전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 신호 배선들의 각각은 제2 전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 금속 배선들은 제3 신호 배선들 및 제4 신호 배선들을 포함하고, 상기 제3 신호 배선들의 각각은 제3 전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제4 신호 배선들의 각각은 제4 전극과 전기적으로 연결될 수 있다In some embodiments, the first metal wires include first signal wires and second signal wires, and each of the first signal wires is electrically connected to a first electrode, and Each is electrically connected to a second electrode, the second metal wires include third signal wires and fourth signal wires, each of the third signal wires is electrically connected to a third electrode, and the second metal wires include third signal wires and fourth signal wires. Each of the 4 signal wires may be electrically connected to the fourth electrode

일부 실시예들에 따르면, 상기 압전 센서들의 배열 형태 및 상기 압전 엑추에이터들의 배열 형태는 동일할 수 있다.According to some embodiments, the arrangement form of the piezoelectric sensors and the arrangement form of the piezoelectric actuators may be the same.

일부 실시예들에 따르면, 상기 압전 센서들 및 상기 압전 엑추에이터들은 상기 제1 방향(D1)을 따라서 지그재그(zigzag) 형태로 배열될 수 있다.According to some embodiments, the piezoelectric sensors and the piezoelectric actuators may be arranged in a zigzag shape along the first direction D1 .

일부 실시예들에 따르면, 상기 압전 센서 모듈은 상기 제1 유연 기판 상에 제공되는 압저항 센서 어레이를 더 포함하고, 상기 압저항 센서 어레이는 복수개의 압저항 센서들을 포함하고, 상기 압저항 센서들은 상기 압전 센서들의 사이에 각각 제공될 수 있다.According to some embodiments, the piezoelectric sensor module further includes a piezoresistive sensor array provided on the first flexible substrate, wherein the piezoresistive sensor array includes a plurality of piezoresistive sensors, wherein the piezoresistive sensors are Each of the piezoelectric sensors may be provided.

일부 실시예들에 따르면, 상기 압저항 센서들의 각각은 상기 제1 유연 기판에 평행한 제1 방향을 따라서 이격하는 제1 전극과 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 제2 전극 상에 제공되고, 압력에 따라서 저항이 변화하는 도전 구조체를 포함할 수 있다.According to some embodiments, each of the piezoresistive sensors is provided on a first electrode and a second electrode spaced apart along a first direction parallel to the first flexible substrate, and the first electrode and the second electrode, , may include a conductive structure whose resistance changes according to pressure.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 텔레햅틱 장치는 제1 사용자가 착용하도록 구성된 압전 센서 모듈 및 제2 사용자가 착용하도록 구성된 압전 엑추에이터 모듈을 포함하고, 상기 압전 센서 모듈은: 제1 기판, 상기 제1 기판 상의 압전 센서 어레이, 제1 구동 회로, 및 송신기를 포함하고, 상기 압전 엑추에이터 모듈은: 제2 기판, 상기 제2 기판 상의 압전 엑추에이터 어레이, 및 수신기를 포함하고, 상기 압전 센서 어레이는 제1 압전 센서 및 제2 압전 센서를 포함하고, 상기 압전 엑추에이터 어레이는 제1 압전 엑추에이터 및 제2 압전 엑추에이터를 포함하고, 상기 제1 압전 센서는 제1 압력을 감지하고, 제1 전기적인 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 제2 압전 센서는 제2 압력을 감지하고, 제2 전기적인 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 송신기는 제1 및 제2 전기적인 신호들을 상기 수신기로 전달하도록 구성되고, 상기 제2 구동 회로는 상기 제1 전기적인 신호에 대응되는 제3 전기적인 신호를 생성하고, 그리고 상기 제2 전기적인 신호를 복원한 제4 전기적인 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 제1 압전 엑추에이터는 상기 제3 전기적인 신호에 기초하여, 상기 제1 압력에 대응하는 제1 진동을 발생시키도록 구성되고, 상기 제2 압전 엑추에이터는 상기 제4 전기적인 신호에 기초하여, 상기 제2 압력에 대응되는 제2 진동을 발생시키도록 구성된다.A telehaptic device according to another embodiment of the present invention includes a piezoelectric sensor module configured to be worn by a first user and a piezoelectric actuator module configured to be worn by a second user, wherein the piezoelectric sensor module includes: a first substrate; a piezoelectric sensor array on a first substrate, a first driving circuit, and a transmitter, wherein the piezoelectric actuator module includes: a second substrate, a piezoelectric actuator array on the second substrate, and a receiver, wherein the piezoelectric sensor array comprises a first a piezoelectric sensor and a second piezoelectric sensor, wherein the piezoelectric actuator array includes a first piezoelectric actuator and a second piezoelectric actuator, wherein the first piezoelectric sensor senses a first pressure and generates a first electrical signal wherein the second piezoelectric sensor is configured to sense a second pressure and generate a second electrical signal, the transmitter configured to communicate first and second electrical signals to the receiver, and wherein the second The driving circuit is configured to generate a third electrical signal corresponding to the first electrical signal and generate a fourth electrical signal obtained by restoring the second electrical signal, wherein the first piezoelectric actuator is configured to 3 based on an electrical signal, configured to generate a first vibration corresponding to the first pressure, and the second piezoelectric actuator is configured to generate a second vibration corresponding to the second pressure based on the fourth electrical signal. configured to generate vibration.

일부 실시예들에 따르면, 상기 제1 전기적인 신호의 주파수는 상기 제3 전기적인 신호의 주파수와 동일하고, 그리고 상기 제2 전기적인 신호의 주파수는 상기 제4 전기적인 신호의 주파수와 동일할 수 있다.According to some embodiments, the frequency of the first electrical signal may be the same as the frequency of the third electrical signal, and the frequency of the second electrical signal may be the same as the frequency of the fourth electrical signal. have.

일부 실시예들에 따르면, 상기 제1 전기적인 신호의 진폭은 상기 제2 전기적인 신호의 진폭보다 크고, 상기 제3 전기적인 신호의 진폭은 상기 제4 전기적인 신호의 진폭보다 클 수 있다.In some embodiments, the amplitude of the first electrical signal may be greater than the amplitude of the second electrical signal, and the amplitude of the third electrical signal may be greater than the amplitude of the fourth electrical signal.

본 발명의 개념에 따른 텔레햅틱 장치는 압전 센서 및 압전 엑추에이터를 초소형으로 구현하고, 이를 미세한 피치에 따라 복수개로 배열함으로써, 고해상도로 촉감 정보를 구현하고 이를 재현할 수 있다. The telehaptic device according to the concept of the present invention implements a piezoelectric sensor and a piezoelectric actuator in an ultra-small size and arranges a plurality of them according to a fine pitch, thereby realizing and reproducing tactile information with high resolution.

본 발명의 개념에 따른 텔레햅틱 장치는 본 발명의 개념에 따른 텔레햅틱 장치는 압전 센서 어레이와 동일한 구조의 고해상도 액추에이터 어레이를 통해서, 각각의 압전 센서들이 감지하는 촉감 정보를 1:1매칭 또는 1:N, N:1으로 각각의 압전 엑추에이터들에게 실시간으로 전달하고 재현할 수 있다.In the telehaptic device according to the concept of the present invention, the telehaptic device according to the concept of the present invention uses a high-resolution actuator array having the same structure as the piezoelectric sensor array, 1:1 matching or 1: It can be transmitted and reproduced in real time to each piezoelectric actuator by N, N:1.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 텔레햅틱 장치를 나타내는 개념도이다.
도 2a는 도 1의 센싱부와 진동부의 확대도이다.
도 2b는 도2a의 I-I'에 따른 단면 및 II-II'에 따른 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 개념에 따른 텔레햅틱 장치의 작동을 나타내는 개념도이다.
도 4는 압전 센서가 감지하는 전기적 신호 및 압전 엑추에이터가 인가받는 전기적 신호의 대응관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 2a의 센싱부의 촉감 정보 획득 및 진동부의 촉감 정보 재현의 개념도이다.
도 6은 일부 실시예들에 따른 센싱부와 진동부의 확대도이다.
도 7a는 일부 실시예들에 따른 센싱부와 진동부의 확대도이다.
도 7b는 도 7a의 III-III'에 따른 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a conceptual diagram illustrating a telehaptic device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2A is an enlarged view of a sensing unit and a vibrating unit of FIG. 1 .
FIG. 2B is a diagram schematically illustrating a cross-section taken along I-I' and a cross-section taken along II-II' of FIG. 2A.
3 is a conceptual diagram illustrating an operation of a telehaptic device according to the concept of the present invention.
4 is a graph illustrating a correspondence relationship between an electrical signal sensed by a piezoelectric sensor and an electrical signal applied by a piezoelectric actuator.
5 is a conceptual diagram illustrating acquisition of tactile information by the sensing unit and reproduction of tactile information by the vibrating unit of FIG. 2A .
6 is an enlarged view of a sensing unit and a vibrating unit according to some embodiments.
7A is an enlarged view of a sensing unit and a vibrating unit according to some embodiments.
7B is a view schematically showing a cross-section taken along III-III' of FIG. 7A.

본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.In order to fully understand the configuration and effect of the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and may be embodied in various forms and various modifications may be made. However, it is provided so that the disclosure of the present invention is complete through the description of the present embodiments, and to fully inform those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, the scope of the invention. In the accompanying drawings, the components are enlarged in size than the actual size for convenience of description, and the ratio of each component may be exaggerated or reduced.

본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다. 이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.Unless otherwise defined, terms used in the embodiments of the present invention may be interpreted as meanings commonly known to those of ordinary skill in the art. Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing exemplary embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 텔레햅틱 장치를 나타내는 개념도이다. 1 is a conceptual diagram illustrating a telehaptic device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 텔레햅틱 장치(1)는 압전 센서 모듈(100) 및 압전 엑추에이터 모듈(200)을 포함할 수 있다. 압전 센서 모듈(100) 및 압전 엑추에이터 모듈(200)은 별개의 독립적인 장치로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1 , the telehaptic device 1 may include a piezoelectric sensor module 100 and a piezoelectric actuator module 200 . The piezoelectric sensor module 100 and the piezoelectric actuator module 200 may be configured as separate and independent devices.

압전 센서 모듈(100)은 센싱부(101), 제1 신호 처리부(103) 및 이들을 연결하는 제1 연결부(102)를 포함할 수 있다. The piezoelectric sensor module 100 may include a sensing unit 101 , a first signal processing unit 103 , and a first connection unit 102 connecting them.

센싱부(101) 및 제1 연결부(102)는 제1 유연 기판(110)을 포함할 수 있다. 제1 유연 기판(110)은 일 예로 F-PCB(Flexible Printed Circuit Board)일 수 있다. 제1 유연 기판(110)은 다른 일 예로, 최소 4 마이크로 이상의 두께를 가지는 폴리이미드 기반의 기판을 포함할 수 있다. 제1 신호 처리부(103)는 제1 지지 기판(120)을 포함할 수 있고, 제1 지지 기판(120)은 PCB(Printed Circuit Board)를 포함할 수 있고, 제1 유연 기판(110)의 유연성(flexibility)은 제1 지지 기판(120)보다 클 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 제1 지지 기판(120)은 F-PCB일 수 있고, 제1 유연 기판(110) 및 제1 지지 기판(120)은 하나의 통일된 기판을 공유할 수 있다.The sensing unit 101 and the first connection unit 102 may include a first flexible substrate 110 . The first flexible substrate 110 may be, for example, a flexible printed circuit board (F-PCB). As another example, the first flexible substrate 110 may include a polyimide-based substrate having a thickness of at least 4 micrometers. The first signal processing unit 103 may include a first support substrate 120 , the first support substrate 120 may include a printed circuit board (PCB), and flexibility of the first flexible substrate 110 . (Flexibility) may be greater than that of the first support substrate 120 . According to some embodiments, the first supporting substrate 120 may be an F-PCB, and the first flexible substrate 110 and the first supporting substrate 120 may share a single unified substrate.

센싱부(101) 상에는 압전 센서 어레이(SDA)가 제공될 수 있다. 압전 센서 어레이(SDA)는 복수개의 압전 센서들(SD)을 포함할 수 있다. 제1 연결부(102) 상에는 복수개의 금속 배선들(ML)이 제공될 수 있다. 금속 배선들(ML)은 제1 신호 배선들(ML1) 및 제2 신호 배선들(ML2)을 포함할 수 있다. 제1 신호 배선(ML1)은 후술할 바와 같이, 압전 센서(SD)의 제1 전극(EL1)과 연결될 수 있다. 제2 신호 배선(ML2)은 압전 센서(SD)의 제2 전극(EL2)과 연결될 수 있다(도 2b 참조).A piezoelectric sensor array SDA may be provided on the sensing unit 101 . The piezoelectric sensor array SDA may include a plurality of piezoelectric sensors SD. A plurality of metal wires ML may be provided on the first connection part 102 . The metal lines ML may include first signal lines ML1 and second signal lines ML2 . The first signal line ML1 may be connected to the first electrode EL1 of the piezoelectric sensor SD, as will be described later. The second signal line ML2 may be connected to the second electrode EL2 of the piezoelectric sensor SD (refer to FIG. 2B ).

제1 신호 처리부(103) 상에는 제1 구동 회로(121), 제1 증폭 회로(122), 송신기(123), 제1 전원 회로(124) 및 신호 필터 회로(125)를 포함할 수 있다. 송신기(123)는 제1 무선 통신 회로(123)로도 지칭될 수 있다. 제1 구동 회로(121)는 각각의 압전 센서들(SD)과금속 배선들(ML)을 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. A first driving circuit 121 , a first amplifying circuit 122 , a transmitter 123 , a first power circuit 124 , and a signal filter circuit 125 may be included on the first signal processing unit 103 . The transmitter 123 may also be referred to as a first wireless communication circuit 123 . The first driving circuit 121 may be electrically connected to each of the piezoelectric sensors SD through metal wires ML.

제1 구동 회로(121)는 압전 센서(SD)들이 감지하는 촉각정보(ex: 압력의 세기, 변화)를 제1 전기적 신호로 변환시킬 수 있다. 제1 증폭 회로(122)는 상기 제1 전기적 신호의 진폭을 증가시킬 수 있다. 신호 필터 회로(125)는 제1 전기적 신호의 노이즈를 제거할 수 있다. 송신기(123)는 제1 전기적 신호를 수신기(223)로 전달할 수 있다. 제1 전원 회로(124)는 제1 구동 회로(121), 제1 증폭 회로(122), 송신기(123), 및 신호 필터 회로(125)에 전원을 공급할 수 있다.The first driving circuit 121 may convert tactile information (eg, pressure intensity, change) sensed by the piezoelectric sensors SD into a first electrical signal. The first amplification circuit 122 may increase the amplitude of the first electrical signal. The signal filter circuit 125 may remove noise of the first electrical signal. The transmitter 123 may transmit the first electrical signal to the receiver 223 . The first power circuit 124 may supply power to the first driving circuit 121 , the first amplifier circuit 122 , the transmitter 123 , and the signal filter circuit 125 .

압전 엑추에이터 모듈(200)은 진동부(201), 제2 신호 처리부(203) 및 이들을 연결하는 제2 연결부(202)를 포함할 수 있다. The piezoelectric actuator module 200 may include a vibrating unit 201 , a second signal processing unit 203 , and a second connection unit 202 connecting them.

진동부(201) 및 제2 연결부(202)는 제2 유연 기판(210)을 포함할 수 있다. 제2 유연 기판(210)은 일 예로 F-PCB일 수 있다. 제2 유연 기판(210)은 다른 일 예로, 최소 4 마이크로 이상의 두께를 가지는 폴리이미드 기반의 기판을 포함할 수 있다. 제2 신호 처리부(203)는 제2 지지 기판(220)을 포함할 수 있고, 제2 지지 기판(220)은 일 예로 PCB를 포함할 수 있고, 제2 유연 기판(210)의 유연성은 제2 지지 기판(220)보다 클 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 제2 지지 기판(220)은 F-PCB일 수 있고, 제2 유연 기판(210) 및 제2 지지 기판(220)은 하나의 통일된 기판을 공유할 수 있다.The vibrating unit 201 and the second connecting unit 202 may include a second flexible substrate 210 . The second flexible substrate 210 may be, for example, an F-PCB. As another example, the second flexible substrate 210 may include a polyimide-based substrate having a thickness of at least 4 micrometers. The second signal processing unit 203 may include a second support substrate 220 , the second support substrate 220 may include, for example, a PCB, and the flexibility of the second flexible substrate 210 is the second It may be larger than the support substrate 220 . According to some embodiments, the second supporting substrate 220 may be an F-PCB, and the second flexible substrate 210 and the second supporting substrate 220 may share a single unified substrate.

진동부(201) 상에는 압전 엑추에이터 어레이(ADA)가 제공될 수 있다. 압전 엑추에이터 어레이(ADA)는 복수개의 압전 엑추에이터들(AD)을 포함할 수 있다. A piezoelectric actuator array ADA may be provided on the vibrating unit 201 . The piezoelectric actuator array ADA may include a plurality of piezoelectric actuators AD.

제2 연결부(202) 상에는 복수개의 금속 배선들(ML)이 제공될 수 있다. 금속 배선들(ML)은 제1 신호 배선(ML1) 및 제2 신호 배선(ML2)을 포함할 수 있다. 제1 신호 배선(ML1)은 후술할 바와 같이, 압전 엑추에이터(AD)의 제1 전극(EL1)과 연결될 수 있다. 제2 신호 배선(ML2)은 압전 엑추에이터(AD)의 제2 전극(EL2)과 연결될 수 있다(도2b 참조).A plurality of metal wires ML may be provided on the second connection part 202 . The metal lines ML may include a first signal line ML1 and a second signal line ML2 . The first signal line ML1 may be connected to the first electrode EL1 of the piezoelectric actuator AD, as will be described later. The second signal line ML2 may be connected to the second electrode EL2 of the piezoelectric actuator AD (refer to FIG. 2B ).

제2 신호 처리부(203) 상에는 제2 구동 회로(221), 제2 증폭 회로(222), 수신기(223), 제2 전원 회로(224)를 포함할 수 있다. 수신기(223)는 제2 무선 통신 회로(223)로도 지칭될 수 있다.A second driving circuit 221 , a second amplifying circuit 222 , a receiver 223 , and a second power circuit 224 may be included on the second signal processing unit 203 . The receiver 223 may also be referred to as a second wireless communication circuit 223 .

수신기(223)는 제1 전기적 신호를 전달받은 후에, 제1 전기적 신호를 제2 구동 회로(221)로 전달할 수 있다. 제2 구동 회로(221)는 제1 전기적 신호에 대응하는 제2 전기적 신호를 생성할 수 있다. 제2 구동 회로(221)는 각각의 압전 엑추에이터들(AD)과 금속 배선들(ML)을 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 구동 회로(221)는 압전 엑추에이터(AD)에 제2 전기적 신호를 인가할 수 있다. 제2 증폭 회로(222)는 제2 전기적 신호의 진폭을 증가시킬 수 있다. 제2 전원 회로(224)는 제2 구동 회로(221), 제2 증폭 회로(222), 및 수신기(223)에 전원을 공급할 수 있다.After receiving the first electrical signal, the receiver 223 may transmit the first electrical signal to the second driving circuit 221 . The second driving circuit 221 may generate a second electrical signal corresponding to the first electrical signal. The second driving circuit 221 may be electrically connected to each of the piezoelectric actuators AD through metal wires ML. The second driving circuit 221 may apply a second electrical signal to the piezoelectric actuator AD. The second amplification circuit 222 may increase the amplitude of the second electrical signal. The second power circuit 224 may supply power to the second driving circuit 221 , the second amplifying circuit 222 , and the receiver 223 .

도 2a는 도 1의 센싱부(101)와 진동부(201)의 확대도이다. 도 2b는 도2a의 I-I'에 따른 단면 및 II-II'에 따른 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다. 구성을 보다 명확히 나타내기 위하여, 도 1의 압전 센서들(SD) 및 압전 엑추에이터들(AD)에 연결된 제1 신호 배선들(ML1), 및 제2 신호 배선들(ML2)은 도 2에서 생략하여 도시하였다. FIG. 2A is an enlarged view of the sensing unit 101 and the vibrating unit 201 of FIG. 1 . FIG. 2B is a diagram schematically illustrating a cross-section taken along I-I' and a cross-section taken along II-II' of FIG. 2A. In order to show the configuration more clearly, the first signal wires ML1 and the second signal wires ML2 connected to the piezoelectric sensors SD and the piezoelectric actuators AD of FIG. 1 are omitted from FIG. 2 . shown.

도 2a를 참조하면, 압전 센서들(SD)은 제1 유연 기판(110)의 상면에 평행한 제1 방향(D1) 및 제1 유연 기판(110)의 상면에 평행하고, 제1 방향(D1)과 교차하는 제2 방향(D2)을 따라서 이격하게 배열될 수 있다. Referring to FIG. 2a , the piezoelectric sensors SD are parallel to the upper surface of the first flexible substrate 110 and in a first direction D1 parallel to the upper surface of the first flexible substrate 110 and in the first direction D1 ) and may be arranged to be spaced apart along the second direction D2 intersecting it.

일 예로 압전 센서들(SD)은 도시된 바와 같이 5개의 행 및 6개의 열에 맞추어서 지그재그(zigzag) 형태로 배열될 수 있다. 지그재그 형태로 배열됨에 따라서, (5x6)/2인 총 15개의 압전 센서들(SD)이 배열될 수 있다. 다른 일 예로, 8개의 행, 및 8개의 열에 맞추어서 지그재그 형태로 배열되고, (8x8)/2인 총 32개의 압전 센서들(SD)이 배열될 수 있다. 상기 서술된 행의 개수, 열의 개수, 및 지그재그 배열 형태는 임의적으로 나타낸 것일 뿐, 행의 개수 및 열의 개수, 배열 형태는 다양하게 디자인될 수 있다.As an example, the piezoelectric sensors SD may be arranged in a zigzag shape in alignment with 5 rows and 6 columns as illustrated. As they are arranged in a zigzag form, a total of 15 piezoelectric sensors SD of (5x6)/2 may be arranged. As another example, a total of 32 piezoelectric sensors SD of (8x8)/2 may be arranged in a zigzag form according to 8 rows and 8 columns. The number of rows, the number of columns, and the zigzag arrangement described above are merely arbitrary, and the number of rows, the number of columns, and the arrangement may be variously designed.

압전 센서들(SD)은 대각선 방향을 따라서, 제1 피치(PS)(pitch)에 따라서 배열될 수 있다. 대각선 방향은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)과 0° 초과 및 90° 미만의 각을 이루는 방향을 의미한다. 압전 센서들(SD)의 평면적 형상이 정사각형 또는 정사각형에 가까운 경우, 대각선 방향은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)과 45° 또는 45°와 가까운 각을 이루는 방향을 의미한다. The piezoelectric sensors SD may be arranged along a diagonal direction and according to a first pitch PS. The diagonal direction means a direction forming an angle greater than 0° and less than 90° with the first direction D1 and the second direction D2. When the planar shape of the piezoelectric sensors SD is square or close to a square, the diagonal direction means a direction forming an angle close to 45° or 45° with the first direction D1 and the second direction D2.

본 명세서에서 피치(pitch)는 인접한 압전 소자들(압전 센서들, 압전 엑추에이터들) 사이의 최단 거리 및 각 상기 최단 거리의 방향에 따른 압전 소자의 폭을 의미한다. 도 2a와 같이, 압전 센서들(SD)이 지그재그로 배열되는 경우, 평면적 관점에서 제1 피치(PS)는 압전 센서(SD)의 상면의 대각선의 길이 및 대각선 방향으로의 이격거리의 합을 의미한다. 제1 피치(PS)는 0.5mm 초과 2mm 이하일 수 있다.In the present specification, a pitch means the shortest distance between adjacent piezoelectric elements (piezoelectric sensors, piezoelectric actuators) and the width of the piezoelectric element along the direction of each of the shortest distances. As shown in FIG. 2A , when the piezoelectric sensors SD are arranged in a zigzag manner, the first pitch PS in a plan view means the sum of the diagonal length of the upper surface of the piezoelectric sensor SD and the separation distance in the diagonal direction. do. The first pitch PS may be greater than 0.5 mm and less than or equal to 2 mm.

압전 엑추에이터들(AD)은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)을 따라서 배열될 수 있다. 압전 엑추에이터들(AD)의 배열 형태 및 총 개수는 압전 센서들(SD)의 배열 형태 및 개수와 동일할 수 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이 15개의 압전 엑추에이터들(AD)은 5개의 행 및 6개의 열에 맞추어 지그재그 형태로 배열될 수 있다.The piezoelectric actuators AD may be arranged along the first direction D1 and the second direction D2 . The arrangement form and total number of the piezoelectric actuators AD may be the same as the arrangement form and number of the piezoelectric sensors SD. As shown in FIG. 2A , the fifteen piezoelectric actuators AD may be arranged in a zigzag form to fit five rows and six columns.

압전 엑추에이터들(AD)은 대각선 방향을 따라서, 제2 피치(PA)(pitch)에 따라서 배열될 수 있다. 제2 피치(PA)는 제1 피치(PS)와 실질적으로 동일할 수 있다.The piezoelectric actuators AD may be arranged according to a second pitch PA along a diagonal direction. The second pitch PA may be substantially the same as the first pitch PS.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 압전 센서들(SD1)의 각각은 제1 방향(D1)에 따른 제1 폭(WS1)을 가질 수 있고, 제2 방향(D2)에 따른 제2 폭(WS2)을 가질 수 있다. 압전 엑추에이터들(AD)의 각각은 제1 방향(D1)에 따른 제3 폭(WA1) 및 제2 방향(D2)에 따른 제4 폭(WA2)을 가질 수 있다. 제1 폭(WS1)은 실질적으로 제3 폭(WA1)과 동일할 수 있고, 제2 폭(WS2)은 제4 폭(WA2)과 실질적으로 동일할 수 있다.2A and 2B , each of the piezoelectric sensors SD1 may have a first width WS1 in the first direction D1 and a second width WS2 in the second direction D2. ) can have Each of the piezoelectric actuators AD may have a third width WA1 in the first direction D1 and a fourth width WA2 in the second direction D2. The first width WS1 may be substantially equal to the third width WA1 , and the second width WS2 may be substantially equal to the fourth width WA2 .

압전 센서(SD)는 제1 전극(EL1), 제2 전극(EL2) 및 이들 사이에 개재된 압전 고분자 층(PL)(piezoelectric polymer)을 포함할 수 있다. 압전 고분자 층(PL)은 일 예로 PVDF(poly vinylidene fluoride) 및 P(VDF-TrFE)(poly vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The piezoelectric sensor SD may include a first electrode EL1 , a second electrode EL2 , and a piezoelectric polymer (PL) interposed therebetween. The piezoelectric polymer layer PL may include, for example, at least one of poly vinylidene fluoride (PVDF) and poly vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene (P) (VDF-TrFE).

압전 센서들(SD)의 각 전극들(EL1, EL2)에는 각각 제1 신호 배선(ML1) 및 제2 신호 배선(ML2)이 연결될 수 있다. A first signal line ML1 and a second signal line ML2 may be connected to each of the electrodes EL1 and EL2 of the piezoelectric sensors SD, respectively.

압전 엑추에이터(AD)는 제1 전극(EL1), 제2 전극(EL2) 및 이들 사이에 개재된 압전 세라믹 층(PC)을 포함할 수 있다. 압전 세라믹 층(PC)은 일 예로 PZT(PbZr_xT_i(1-x)O₃)를 포함할 수 있다. 압전 세라믹 층(PC)은 복수개로 적층될 수 있고, 이들 사이에는 제1 전극(EL1) 및 제2 전극(EL2)이 교대로 개재될 수 있다. 제2 전극(EL2)은 압전 세라믹 층(PC)보다 제1 방향(D1)으로 더 연장되어 돌출될 수 있고, 제1 전극(EL1)은 압전 세라믹 층(PC)보다 제1 방향(D1)의 반대 방향으로 더 연장되어 돌출될 수 있다. 제1 전극들(EL1)의 각각의 돌출된 부분은 제1 공통 도전 패턴(CP1)에 덮이고, 제2 전극들(EL2)의 각각의 돌출된 부분은 제2 공통 도전 패턴(CP2)에 덮일 수 있다. 제1 공통 도전 패턴(CP1) 및 제2 공통 도전 패턴(CP2)에는 각각 제1 신호 배선(ML1) 및 제2 신호 배선(ML2)이 연결될 수 있다. The piezoelectric actuator AD may include a first electrode EL1 , a second electrode EL2 , and a piezoelectric ceramic layer PC interposed therebetween. The piezoelectric ceramic layer PC may include, for example, PZT (PbZr _x Ti _(1-x) O ₃ ). A plurality of piezoelectric ceramic layers PC may be stacked, and a first electrode EL1 and a second electrode EL2 may be alternately interposed therebetween. The second electrode EL2 may protrude further in the first direction D1 than the piezoelectric ceramic layer PC, and the first electrode EL1 may extend more in the first direction D1 than the piezoelectric ceramic layer PC. It may protrude further extending in the opposite direction. Each of the protruding portions of the first electrodes EL1 may be covered by the first common conductive pattern CP1 , and each of the protruding portions of the second electrodes EL2 may be covered by the second common conductive pattern CP2 . have. A first signal line ML1 and a second signal line ML2 may be connected to the first common conductive pattern CP1 and the second common conductive pattern CP2 , respectively.

압전 센서(SD)는 제1 높이(HS)를 가질 수 있고, 압전 엑추에이터(AD)는 제2 높이(HA)를 가질 수 있다. 제2 높이(HA)는 제1 높이(HS)보다 클 수 있다. The piezoelectric sensor SD may have a first height HS, and the piezoelectric actuator AD may have a second height HA. The second height HA may be greater than the first height HS.

일 예로, 압전 센서(SD)는 제1 폭(WS1), 제2 폭(WS2), 및 제1 높이(HS)로 1mm, 1mm, 3μm 를 가질 수 있고, 압전 엑추에이터(AD)는 제3 폭(WA1), 제4 폭(WA2), 및 제2 높이(HA)로 1mm, 1mm, 0.8mm를 가질 수 있다. 위와 같이, 압전 센서 및 압전 엑추에이터를 초소형으로 구현하고, 이를 미세한 피치에 따라 복수개로 배열함으로써, 고해상도로 촉감 정보를 구현하고 이를 재현할 수 있다. For example, the piezoelectric sensor SD may have a first width WS1 , a second width WS2 , and a first height HS of 1 mm, 1 mm, and 3 μm, and the piezoelectric actuator AD has a third width The WA1, the fourth width WA2, and the second height HA may have 1 mm, 1 mm, and 0.8 mm. As described above, by implementing the piezoelectric sensor and the piezoelectric actuator in a miniature and arranging a plurality of them according to a fine pitch, it is possible to implement and reproduce tactile information with high resolution.

도 3은 본 발명의 개념에 따른 텔레햅틱 장치의 작동을 나타내는 개념도이다. 3 is a conceptual diagram illustrating an operation of a telehaptic device according to the concept of the present invention.

도 3을 참조하면, 제1 사용자는 제1 지역(A1)에 있고, 제2 사용자는 제2 지역(A2)에 위치할 수 있다. 텔레햅틱 장치(1)가 작동하기 위한, 제1 지역(A1)의 위치 및 제2 지역(A2)의 위치는 무선 통신 종류에 따라 다르며, 일 예로 블루투스(Bluetooth)와 같은 근거리 무선 통신을 이용하는 경우 25m 이내의 거리에서 작동할 수 있다. Referring to FIG. 3 , a first user may be located in a first area A1 , and a second user may be located in a second area A2 . The location of the first area A1 and the location of the second area A2 for the telehaptic device 1 to operate are different depending on the type of wireless communication. For example, when short-range wireless communication such as Bluetooth is used. It can operate within a distance of 25 m.

제1 사용자는 압전 센서 모듈(100)을 신체(ex: 손)에 부착시킬 수 있다. 센싱부(101)는 손가락(finger)의 끝부분에 접착 테이프(TP)를 통해서 감길 수 있다. 도시되지는 않았으나, 제1 신호 처리부(130)는 손등 또는 신체의 다른 부위에 제공될 수 있고, 제1 연결부(102)는 센싱부(101) 및 제1 신호 처리부(130)를 연결할 수 있다. The first user may attach the piezoelectric sensor module 100 to a body (ex: hand). The sensing unit 101 may be wound around the tip of a finger through an adhesive tape TP. Although not shown, the first signal processing unit 130 may be provided on the back of the hand or other part of the body, and the first connection unit 102 may connect the sensing unit 101 and the first signal processing unit 130 .

제2 사용자 또한 압전 엑추에이터 모듈(200)을 신체(ex: 손)에 부착시킬 수 있다. 진동부(201)는 손가락(finger)의 끝부분에 접착 테이프(TP)를 통해서 감길 수 있다. 도시되지는 않았으나, 제2 신호 처리부(230)는 손등 또는 신체의 다른 부위에 제공될 수 있고, 제2 연결부(202)는 진동부(201) 및 제2 신호 처리부(230)를 연결할 수 있다. A second user may also attach the piezoelectric actuator module 200 to a body (ex: hand). The vibrator 201 may be wound around the tip of a finger through an adhesive tape TP. Although not shown, the second signal processing unit 230 may be provided on the back of the hand or other body part, and the second connection unit 202 may connect the vibrator 201 and the second signal processing unit 230 .

센싱부(101)는 대상(TG)의 제1 영역(R1)의 표면에 접촉할 수 있고, 화살표 방향을 따라서, 대상(TG)의 제2 영역(R2)의 표면으로 이동할 수 있다. 대상(TG)의 제1 영역(R1)의 거칠기 및 대상(TG)의 제2 영역(R2)의 거칠기는 다를 수 있다. 즉, 제1 사용자가 대상(TG)의 제1 영역(R1)에서 감지하는 촉감정보와 대상(TG)의 제2 영역(R2)에서 감지하는 촉감 정보는 다를 수 있다. The sensing unit 101 may contact the surface of the first region R1 of the target TG and may move to the surface of the second region R2 of the target TG in the direction of the arrow. The roughness of the first region R1 of the object TG may be different from the roughness of the second region R2 of the object TG. That is, tactile information sensed by the first user in the first region R1 of the target TG and tactile information sensed in the second region R2 of the target TG may be different.

일 예로, 센싱부(101)가 화살표 방향을 따라서, 일정 힘 및 일정 속도로 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)을 차례로 접촉하는 경우, 압전 센서들(SD)은 제1 영역(R1)에서는 제1 전기적 신호를 생성하고, 제2 영역(R2)에서는 제2 전기적 신호를 생성할 수 있다. 제1 전기적 신호 및 제2 전기적 신호의 진폭 및 주파수는 다를 수 있다.As an example, when the sensing unit 101 sequentially contacts the first region R1 and the second region R2 with a constant force and a constant speed along the direction of the arrow, the piezoelectric sensors SD are connected to the first region ( A first electrical signal may be generated in R1 , and a second electrical signal may be generated in the second region R2 . The amplitude and frequency of the first electrical signal and the second electrical signal may be different.

센싱부(101)가 대상(TG)의 제1 영역(R1)의 표면과 접촉하면서 이동하는 동안, 제2 신호 처리부(203)는 실시간으로 또는 다소 시간이 지연된 뒤에, 무선 통신(wireless communication)을 통하여 제1 전기적 신호를 수신받을 수 있다. 제1 전기적 신호는 압전 엑추에이터(AD)를 진동시킴으로써, 제2 사용자는 진동부(201)를 통하여, 대상(TG)의 제1 영역(R1)의 표면과 접촉하지 않고도, 제1 영역(R1)의 표면의 거칠기를 느낄 수 있다. 또한 제2 전기적 신호를 수신받는 경우에는 대상(TG)의 제2 영역(R2)의 표면과 접촉하지 않고도, 제2 영역(R2)의 표면의 거칠기를 느낄 수 있다.While the sensing unit 101 moves while in contact with the surface of the first region R1 of the target TG, the second signal processing unit 203 performs wireless communication in real time or after a slight delay. Through the first electrical signal may be received. The first electrical signal vibrates the piezoelectric actuator AD, so that the second user through the vibrating unit 201, without contacting the surface of the first region R1 of the target TG, the first region R1 You can feel the roughness of the surface. Also, when the second electrical signal is received, the roughness of the surface of the second region R2 of the target TG may be felt without contact with the surface of the second region R2 of the target TG.

도 4는 압전 센서가 감지하는 전기적 신호 및 압전 엑추에이터가 인가받는 전기적 신호의 대응관계를 나타내는 그래프이다.4 is a graph illustrating a correspondence relationship between an electrical signal sensed by a piezoelectric sensor and an electrical signal applied by a piezoelectric actuator.

도 4를 참조하면, 압전 센서가 감지하는 전기적 신호가 압전 엑추에이터가 인가받는 전기적 신호에 대응됨을 알 수 있다. 구체적으로, 실시간으로 압전 센서가 감지하는 전기적 신호가 전달되어 압전 엑추에이터에 인가됨을 알 수 있다. 또한, 압전 센서가 감지하는 전기적 신호의 주파수는 압전 엑추에이터에 인가되는 전기적 신호의 주파수와 동일함을 알 수 있다. Referring to FIG. 4 , it can be seen that the electrical signal sensed by the piezoelectric sensor corresponds to the electrical signal applied to the piezoelectric actuator. Specifically, it can be seen that the electrical signal sensed by the piezoelectric sensor is transmitted in real time and applied to the piezoelectric actuator. In addition, it can be seen that the frequency of the electrical signal detected by the piezoelectric sensor is the same as the frequency of the electrical signal applied to the piezoelectric actuator.

도 5는 도 2a의 센싱부의 촉감 정보 획득 및 진동부의 촉감 정보 재현의 개념도이다.5 is a conceptual diagram illustrating acquisition of tactile information by the sensing unit and reproduction of tactile information by the vibrating unit of FIG. 2A .

앞서 설명한 바와 같이, 압전 엑추에이터들(AD)의 배열 및 개수는 압전 센서들(SD)의 배열, 및 개수와 동일할 수 있다. As described above, the arrangement and number of piezoelectric actuators AD may be the same as the arrangement and number of piezoelectric sensors SD.

압전 엑추에이터 어레이(ADA)서 일정 행 및 열에 위치하는 압전 엑추에이터는 압전 센서 어레이(SDA)에서 상기 행 및 상기 열에 위치하는 압전 센서와 대응될 수 있다. 일 예로, 1행 및 1열에 배치된 압전 센서(S11)가 인식하는 촉감 정보는 1행 및 1열에 배치되는 압전 엑추에이터(A11)를 통해서 구현될 수 있다.The piezoelectric actuators positioned in certain rows and columns in the piezoelectric actuator array ADA may correspond to the piezoelectric sensors positioned in the rows and columns in the piezoelectric sensor array SDA. For example, tactile information recognized by the piezoelectric sensor S11 disposed in the first row and first column may be implemented through the piezoelectric actuator A11 disposed in the first row and first column.

도 5와 같이, 일 예로, "L" 형태의 대상(target, TG)이 센싱부(101) 상에 올려질 수 있다. As shown in FIG. 5 , for example, an “L”-shaped target (TG) may be mounted on the sensing unit 101 .

상기 대상(TG)과 접촉하는 일부의 압전 센서들(S11, S31, S51, S53, S55)(이하 접촉 압전 센서들)에 압력이 가해질 수 있다. Pressure may be applied to some of the piezoelectric sensors S11 , S31 , S51 , S53 , and S55 (hereinafter, referred to as contact piezoelectric sensors) in contact with the target TG.

접촉 압전 센서들(S11, S31, S51, S53, S55)은 각각에 가해지는 시간에 따른 압력의 세기를 감지하고, 각각의 전기적 신호를 생성할 수 있다. 각각의 전기적 신호들은 도 1의 제1 구동 회로(111) 및 송신기(114)를 통하여, 압전 엑추에이터 모듈(200)의 수신기(214)로 전달될 수 있다.The contact piezoelectric sensors S11 , S31 , S51 , S53 , and S55 may sense the intensity of pressure over time applied to each and generate respective electrical signals. Each of the electrical signals may be transmitted to the receiver 214 of the piezoelectric actuator module 200 through the first driving circuit 111 and the transmitter 114 of FIG. 1 .

수신기(214) 및 제2 구동 회로(211)는 각각의 전기적 신호를 압전 센서들(SD)의 각각에 대응되는 압전 엑추에이터들(AD)의 각각에 전달할 수 있다. 접촉 압전 센서들(S11, S31, S51, S53, S55)에 대응되는 각각의 대응 압전 엑추에이터들(A11, A31, A51, A53, A55)은 가해진 각각의 전기적 신호에 따라서 진동할 수 있다. The receiver 214 and the second driving circuit 211 may transmit respective electrical signals to each of the piezoelectric actuators AD corresponding to each of the piezoelectric sensors SD. Each of the corresponding piezoelectric actuators A11 , A31 , A51 , A53 , and A55 corresponding to the contact piezoelectric sensors S11 , S31 , S51 , S53 , and S55 may vibrate according to each applied electrical signal.

다른 일 예로, 제1 접촉 압전 센서(S11)에 제1 압력이 가해질 수 있고, 제2 접촉 압전 센서(S51)에 제2 압력이 가해질 수 있고, 제1 압력은 제2 압력보다 클 수 있고, 제1 압력은 제1 접촉 압전 센서(S11)에 제1 주기에 따라서 일정하게 가해질 수 있고, 제2 압력은 제2 주기에 따라서 일정하게 가해질 수 있고, 제1 주기는 제2 주기보다 클 수 있다. As another example, a first pressure may be applied to the first contact piezoelectric sensor S11, a second pressure may be applied to the second contact piezoelectric sensor S51, and the first pressure may be greater than the second pressure, The first pressure may be constantly applied to the first contact piezoelectric sensor S11 according to a first period, the second pressure may be constantly applied according to a second period, and the first period may be greater than the second period. .

이에 제1 접촉 압전 센서(S11)에서 생성되는 제1 전기적 신호는 제2 접촉 압전 센서(S51)에서 발생되는 제2 전기적 신호와 다를 수 있다. 구체적으로 제1 전기적 신호는 제2 전기적 신호보다 진폭은 작고, 주파수는 클 수 있다.Accordingly, the first electrical signal generated by the first contact piezoelectric sensor S11 may be different from the second electrical signal generated by the second contact piezoelectric sensor S51 . Specifically, the first electrical signal may have a smaller amplitude and a larger frequency than the second electrical signal.

제1 전기적 신호 및 제2 전기적 신호는 무선 통신을 통하여, 동시에 수신기(214)로 수신될 수 있다. 수신기(214) 및 제2 구동 회로(211)를 통해서, 제1 전기적 신호는 제3 전기적 신호가 될 수 있고, 제2 전기적 신호는 제4 전기적 신호가 될 수 있다.The first electrical signal and the second electrical signal may be simultaneously received by the receiver 214 through wireless communication. Through the receiver 214 and the second driving circuit 211 , the first electrical signal may be a third electrical signal, and the second electrical signal may be a fourth electrical signal.

제1 접촉 압전 센서(S11)에 대응되는 제1 대응 압전 엑추에이터(A11)는 제3 전기적 신호를 받아서 진동할 수 있고, 제2 접촉 압전 센서(S51)에 대응되는 제2 대응 압전 엑추에이터(A51)는 제4 전기적 신호를 받아서 진동할 수 있다. 제3 전기적 신호는 제1 전기적 신호와 동일 주파수를 가질 수 있고, 제4 전기적 신호는 제2 전기적 신호와 동일 주파수를 가질 수 있다. 따라서, 제3 전기적 신호의 주파수는 제4 전기적 신호의 주파수보다 작을 수 있다. 제3 전기적 신호의 진폭은 제4 전기적 신호의 진폭보다 클 수 있다. The first corresponding piezoelectric actuator A11 corresponding to the first contact piezoelectric sensor S11 may vibrate by receiving a third electrical signal, and the second corresponding piezoelectric actuator A51 corresponding to the second contact piezoelectric sensor S51 may vibrate by receiving the fourth electrical signal. The third electrical signal may have the same frequency as the first electrical signal, and the fourth electrical signal may have the same frequency as the second electrical signal. Accordingly, the frequency of the third electrical signal may be smaller than the frequency of the fourth electrical signal. An amplitude of the third electrical signal may be greater than an amplitude of the fourth electrical signal.

본 발명의 개념에 따른 텔레햅틱 장치는 압전 센서 어레이와 동일한 구조의 고해상도 액추에이터 어레이를 통해서, 각각의 압전 센서들이 감지하는 촉감 정보를 1:1 매칭으로 각각의 압전 엑추에이터들에게 실시간으로 전달하고 재현할 수 있다.The telehaptic device according to the concept of the present invention transmits and reproduces the tactile information sensed by each piezoelectric sensor to each piezoelectric actuator in real time through 1:1 matching through a high-resolution actuator array having the same structure as the piezoelectric sensor array. can

일부 실시예들에 따르면, 각각의 압전 센서들이 감지하는 촉감 정보를 N:1 매칭 또는 1:N 매칭으로 각각의 압전 엑추에이터들에게 실시간으로 전달하고 재현할 수 있다. 일 예로, 제1 접촉 압전 센서(S11)는 더 미세하게 패턴화되어, 복수개(N개)로 제공될 수 있다. 복수개의 제1 접촉 압전 센서들(S11)은 제1 대응 압전 엑추에이터(A11)와 N:1 매칭될 수 있다.도 6은 일부 실시예들에 따른, 압전 센서 어레이 및 압전 엑추에이터 어레이의 확대도이다.According to some embodiments, tactile information sensed by each of the piezoelectric sensors may be transmitted and reproduced in real time to the respective piezoelectric actuators by N:1 matching or 1:N matching. For example, the first contact piezoelectric sensor S11 may be patterned more finely and provided in plurality (N). The plurality of first contact piezoelectric sensors S11 may match the first corresponding piezoelectric actuator A11 N:1. FIG. 6 is an enlarged view of a piezoelectric sensor array and a piezoelectric actuator array, according to some embodiments. .

도 6을 참조하면, 압전 센서들(SD)은 행 및 열에 따라서 차례대로 배열될 수 있다. 압전 센서들(SD)은 일 예로 6행 및 5열을 따라서 배열될 수 있고, 총 30개의 압전 소자들이 배열될 수 있다. 압전 센서들(SD)은 제1 피치(PS)에 따라서 배열될 수 있고, 제1 피치(PS)는 압전 센서(SD)의 제1 방향(D1)에 따른 제1 폭(W1)과 인접한 압전 센서들(SD) 사이의 제1 방향(D1)에 따른 이격거리의 합일 수 있다. 압전 엑추에이터들(AD)은 압전 센서들(SD)과 동일한 배열 형태 및 개수를 가지고 배열될 수 있다. 압전 엑추에이터들(AD)은 제2 피치(PA)에 따라서 배열될 수 있고, 제2 피치(PA)는 제1 피치(PS)와 실질적으로 동일할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the piezoelectric sensors SD may be sequentially arranged according to rows and columns. For example, the piezoelectric sensors SD may be arranged along 6th row and 5th column, and a total of 30 piezoelectric elements may be arranged. The piezoelectric sensors SD may be arranged according to a first pitch PS, and the first pitch PS is a piezoelectric sensor adjacent to the first width W1 in the first direction D1 of the piezoelectric sensor SD. It may be the sum of the separation distances in the first direction D1 between the sensors SD. The piezoelectric actuators AD may be arranged to have the same arrangement shape and number as the piezoelectric sensors SD. The piezoelectric actuators AD may be arranged according to the second pitch PA, and the second pitch PA may be substantially the same as the first pitch PS.

도 7a는 일부 실시예들에 따른, 압전 센서 어레이 및 압전 엑추에이터 어레이의 확대도이다. 도 7b는 도 7a의 III-III'에 따른 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.7A is an enlarged view of a piezoelectric sensor array and a piezoelectric actuator array, in accordance with some embodiments. 7B is a view schematically showing a cross-section taken along III-III' of FIG. 7A.

도 7a를 참조하면, 센싱부(101)는 압저항형(piezo-resistive) 센서 어레이를 더 포함할 수 있다. 압저항형 센서 어레이는 복수개의 압저항형 센서들(RD)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7A , the sensing unit 101 may further include a piezo-resistive sensor array. The piezoresistive sensor array may include a plurality of piezoresistive sensors RD.

압전 센서들(SD)은 지그재그로 배열될 수 있고, 압전 센서들(SD)은 제1 방향(D1)을 따라서 하나의 열을 건너뛰고 배치될 수 있다. 압전 센서들(SD)은 제2 방향(D2)을 따라서 하나의 행을 건너뛰고 배치될 수 있다. 이렇게 압전 센서들(SD)이 배치되지 않는 공간들에 압저항형 센서들(RD)이 배치될 수 있다. 압저항형 센서들(RD)은 일 예로 6행 및 5열을 따라서 배열될 수 있고, 지그 재그로 배열될 수 있다. 압저항형 센서들(RD)은 제3 피치(PR)에 따라 배열될 수 있고, 제3 피치(PR)는 제1 피치(PS)와 실질적으로 동일할 수 있다. 압저항형 센서들(RD)의 각각의 제1 방향(D1)에 따른 폭 및 제2 방향(D2)에 따른 폭은 각각 압전 센서들(SD)의 제1 폭(W1) 및 제2 폭(W2)과 실질적으로 동일할 수 있다.The piezoelectric sensors SD may be arranged in a zigzag, and the piezoelectric sensors SD may be arranged in a single row in the first direction D1 . The piezoelectric sensors SD may be disposed while skipping one row along the second direction D2 . In this way, the piezoresistive sensors RD may be disposed in spaces where the piezoelectric sensors SD are not disposed. For example, the piezoresistive sensors RD may be arranged along 6th row and 5th column, and may be arranged in a zigzag manner. The piezoresistive sensors RD may be arranged according to the third pitch PR, and the third pitch PR may be substantially the same as the first pitch PS. The width along the first direction D1 and the width along the second direction D2 of each of the piezoresistive sensors RD are the first width W1 and the second width (W1) of the piezoelectric sensors SD, respectively. W2) may be substantially the same.

도 7b를 참조하면, 압저항형 센서(RD)는 제1 전극(EL1), 제2 전극(EL2), 및 도전 구조체(CL)를 포함할 수 있다. 제1 전극(EL1) 및 제2 전극(EL2)이 제1 방향(D1)을 따라서 이격할 수 있다. 제1 전극(EL1) 및 제2 전극(EL2) 상에 접촉면에 굴곡이 있는 도전 구조체(CL)가 제공될 수 있다. 도전 구조체(CL) 상에 압력이 가해지는 경우, 상기 접촉면의 면적이 변화하고, 도전 구조체(CL)의 저항이 변화할 수 있다. 압저항형 센서(RD)는 압력의 세기에 따라서 저항이 달라질 수 있다. Referring to FIG. 7B , the piezoresistive sensor RD may include a first electrode EL1 , a second electrode EL2 , and a conductive structure CL. The first electrode EL1 and the second electrode EL2 may be spaced apart from each other in the first direction D1 . A conductive structure CL having a curved contact surface may be provided on the first electrode EL1 and the second electrode EL2 . When a pressure is applied on the conductive structure CL, the area of the contact surface may change and the resistance of the conductive structure CL may change. The resistance of the piezoresistive sensor RD may vary according to the strength of the pressure.

압전 센서(SD)는 동압형(dynamic pressure) 센서이고, 압저항형 센서(RD)는 정압형(static pressure)센서로 정의될 수 있다. 즉, 압전 센서(SD) 및 압저항형 센서(RD)는 각각 압력을 측정하는 것은 동일하나, 압전 센서(SD)는 압력이 변화하는 경우, 주파수를 측정하는데 강점이 있고, 압저항형 센서(RD)의 경우 일정한 세기의 압력의 진폭을 측정하는 것에 강점이 있다.The piezoelectric sensor SD may be a dynamic pressure sensor, and the piezoresistive sensor RD may be defined as a static pressure sensor. That is, the piezoelectric sensor SD and the piezoresistive sensor RD each measure the same pressure, but the piezoelectric sensor SD has strength in measuring the frequency when the pressure changes, and the piezoresistive sensor ( RD) has an advantage in measuring the amplitude of a constant intensity of pressure.

압저항형 센서(RD)는 인접한 압전 센서(SD)와 하나의 세트를 구성하여, 촉감 정보를 전달할 수 있다. 일 예로 제1행 및 제2 열에 위치한 압저항 센서(R12)는 제1 행 및 제1 열에 위치한 압전 센서(S11)와 하나의 세트를 구성할 수 있다. 하나의 압전 센서(S11) 및 인접한 압저항 센서(R12)는 촉감 정보를 대응하는 압전 엑추에이터(A11)에 전달하여 재생할 수 있다. The piezoresistive sensor RD may form a set with the adjacent piezoelectric sensor SD to transmit tactile information. For example, the piezoresistive sensor R12 positioned in the first row and the second column may constitute a set with the piezoelectric sensor S11 positioned in the first row and the first column. One piezoelectric sensor S11 and the adjacent piezoresistive sensor R12 may reproduce tactile information by transmitting the tactile information to the corresponding piezoelectric actuator A11.

이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명은 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수도 있다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.As described above, embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

SDA: 압전 센서 어레이
SD: 압전 센서
ADA: 압전 엑추에이터 어레이
AD:압전 엑추에이터SDA: Piezoelectric Sensor Array
SD: piezoelectric sensor
ADA: Piezo Actuator Array
AD: piezo actuator

Claims

It includes a piezoelectric sensor module and a piezoelectric actuator module that are separated and spaced apart from each other,
The piezoelectric sensor module includes:
a first flexible substrate;
a first support substrate connected to the first flexible substrate;
a piezoelectric sensor array on the first flexible substrate; and
a first wireless communication circuit on the first support substrate;
The piezoelectric actuator module comprises:
a second flexible substrate;
a second support substrate connected to the second flexible substrate;
a piezoelectric actuator array on the second flexible substrate; and
a second wireless communication circuit on the second support substrate;
The piezoelectric sensor array includes a plurality of piezoelectric sensors, the piezoelectric sensors are arranged to be spaced apart according to a first pitch,
The piezoelectric actuator array includes a plurality of piezoelectric actuators, wherein the piezoelectric actuators are spaced apart from each other according to a second pitch,
The first pitch and the second pitch are the same telehaptic device.

According to claim 1,
The number of the piezoelectric sensors is the same as the number of the piezoelectric actuators.

According to claim 1,
The first pitch and the second pitch are greater than 0.5 mm and within 2 mm telehaptic device.

According to claim 1,
each of the piezoelectric sensors comprises a first electrode, a second electrode and a piezoelectric polymer layer therebetween,
each of the piezoelectric actuators comprises a third electrode, a fourth electrode and a piezoelectric ceramic layer therebetween.

5. The method of claim 4,
The first flexible substrate includes a first region in which the piezoelectric sensor array is provided and a second region connecting the first region and the first support substrate,
The second flexible substrate includes a third region in which the piezoelectric actuator array is provided and a fourth region connecting the third region and the second support substrate,
The telehaptic device further comprising first metal wires provided in the second area and second metal wires provided in the fourth area.

6. The method of claim 5,
The first metal wires include first signal wires and second signal wires, each of the first signal wires is electrically connected to a first electrode, and each of the second signal wires is electrically connected to a second electrode. connected to,
the second metal wirings include third signal wirings and fourth signal wirings;
Each of the third signal wires is electrically connected to a third electrode, and each of the fourth signal wires is electrically connected to a fourth electrode.

According to claim 1,
The arrangement form of the piezoelectric sensors and the arrangement form of the piezoelectric actuators are the same.

8. The method of claim 7,
The piezoelectric sensors and the piezoelectric actuators are arranged in a zigzag form along a first direction parallel to the first flexible substrate.

9. The method of claim 8,
The piezoelectric sensor module includes:
Further comprising a piezoresistive sensor array provided on the first flexible substrate,
The piezoresistive sensor array includes a plurality of piezoresistive sensors,
The piezoresistive sensors are respectively provided between the piezoelectric sensors.

10. The method of claim 9,
Each of the piezoresistive sensors is:
a first electrode and a second electrode spaced apart along the first direction; and
A telehaptic device comprising a conductive structure provided on the first electrode and the second electrode, the resistance of which changes according to pressure.

a piezoelectric sensor module configured to be worn by a first user and a piezoelectric actuator module configured to be worn by a second user;
The piezoelectric sensor module includes:
a first substrate;
a piezoelectric sensor array on the first substrate, a first driving circuit, and a transmitter;
The piezoelectric actuator module comprises:
a second substrate;
a piezoelectric actuator array on the second substrate, a second driving circuit, and a receiver;
The piezoelectric sensor array includes a first piezoelectric sensor and a second piezoelectric sensor,
The piezoelectric actuator array includes a first piezoelectric actuator and a second piezoelectric actuator,
the first piezoelectric sensor is configured to sense a first pressure and generate a first electrical signal;
the second piezoelectric sensor is configured to sense a second pressure and generate a second electrical signal;
the transmitter is configured to deliver first and second electrical signals to the receiver;
the second driving circuit is configured to generate a third electrical signal corresponding to the first electrical signal, and to generate a fourth electrical signal corresponding to the second electrical signal,
the first piezoelectric actuator is configured to generate a first vibration corresponding to the first pressure based on the third electrical signal;
The second piezoelectric actuator is configured to generate a second vibration corresponding to the second pressure based on the fourth electrical signal.

12. The method of claim 11,
The frequency of the first electrical signal is the same as the frequency of the third electrical signal, and
The frequency of the second electrical signal is the same as the frequency of the fourth electrical signal.

12. The method of claim 11,
The amplitude of the first electrical signal is greater than the amplitude of the second electrical signal,
An amplitude of the third electrical signal is greater than an amplitude of the fourth electrical signal.