KR20230103812A - 촉각 키보드 및 촉각 입력 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 촉각 키보드 및 촉각 입력 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 촉각 키보드는, 복수의 키를 포함하는 촉각 키보드로서, 상기 복수의 키가 배치되는 영역을 제공하는 베이스부를 포함하고, 적어도 어느 하나의 키는, 상기 베이스부 상에 배치되는 자기장 생성부; 사용자가 접촉하여 외력을 인가할 수 있는 일면을 제공하는 캡부; 상기 베이스부와 상기 캡부 사이에 배치되고 상기 캡부를 탄성 지지하는 탄성부; 상기 캡부에 적어도 일부가 연결되고 자성입자가 매트릭스에 분산된 형태의 탄성 소재를 포함하는 모션부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

촉각 키보드 및 촉각 입력 장치 {Tactile Keyboard and Tactile Input Device}
본 발명은 촉각 키보드 및 촉각 입력 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 사용자가 키보드, 입력 장치와 접촉하여 촉각을 전달받을 수 있는 촉각 키보드 및 촉각 입력 장치에 관한 것이다.
컴퓨터 기술이 발전함에 따라 사용자에게 편리한 인터페이스를 제공할 수 있도록 터치 패드(touch pad) 또는 음성 인식에 의한 입력 방식이 증가하고 있다. 그럼에도 여전히 입력 장치로서 키보드와 마우스는 가장 많이 사용되는 수단이다.
이 중 키보드는 사용자와 컴퓨터 간의 통신 과정에서 사용자가 가장 오랜 시간 접촉하고 있는 수단이지만, 키보드를 사용한 입력에 대한 피드백은 화면 상의 표시, 사운드 정도에 국한되는 실정이다. 다시 말해, 시각, 청각을 통한 피드백에만 국한되는 실정이며, 촉각을 피드백하거나, 키보드 자체에서 촉각을 사용자에게 제공하는 기술은 드문 실정이다.
키보드 종류에 따라 살펴보면, 멤브레인 키보드는 가장 대중적인 방식이고 제조 방식도 간단하여 저렴한 이점이 있으나, 키감이 좋지 않은 단점이 있다. 러버돔의 탄력성이 뛰어나지 않으므로 키를 눌리는 느낌 외에 특유의 촉각은 전달하기 어렵다.
기계식 키보드는 경쾌한 타격감을 줄 수 있고, 간단히 스위치(축)을 교체하는 것으로 다른 키감을 구현할 수 있는 이점이 있으나, 스위치(축)을 교체하지 않는 한 다양한 촉각을 전달하기에는 한계가 있다.
펜타그래프 키보드는 멤브레인 키보드 방식에 X자형 지지대인 펜타그래프 구조물이 결합된 형태의 키보드로서, 주로 노트북에 사용되며 키보드 중 가장 조용한 소음치를 가지고 두께가 얇으며 가벼운 힘으로 키를 누를 수 있는 이점이 있으나, 멤브레인 키보드와 마찬가지로 키감이 좋지 않고 파손 가능성이 큰 한계가 있다.
본 발명은 사용자에게 촉각을 제공할 수 있고, 촉각 형태를 다양하게 제공할 수 있는 촉각 키보드 및 촉각 입력 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 크기를 작고 얇게 구성할 수 있으며, 적은 에너지로 구동이 가능한 촉각 키보드 및 촉각 입력 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 상기의 목적은, 복수의 키를 포함하는 촉각 키보드로서, 상기 복수의 키가 배치되는 영역을 제공하는 베이스부를 포함하고, 적어도 어느 하나의 키는, 상기 베이스부 상에 배치되는 자기장 생성부; 사용자가 접촉하여 외력을 인가할 수 있는 일면을 제공하는 캡부; 상기 베이스부와 상기 캡부 사이에 배치되고 상기 캡부를 탄성 지지하는 탄성부; 상기 캡부에 적어도 일부가 연결되고 자성입자가 매트릭스에 분산된 형태의 탄성 소재를 포함하는 모션부;를 포함하는, 촉각 키보드에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자기장 생성부는 솔레노이드 코일을 포함하고, 상기 자기장 생성부에서 상기 모션부로 자기장을 인가할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자기장 생성부로부터 인가된 자기장에 상기 자성입자가 반응함에 따라 상기 모션부에서 발생한 힘이 상기 캡부에 전달되어 사용자에게 촉각을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 캡부는 사용자가 접촉하여 외력을 인가하는 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하고 상기 모션부가 배치되는 제2 면을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 면에는 수용홈이 형성되고, 상기 수용홈에 상기 모션부가 수용 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 캡부는 상기 수용홈을 포함하는 경질 소재층 및 상기 수용홈에 수용되는 연질 소재층이 이중 사출구조로 형성된 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 캡부는 사용자가 접촉하여 외력을 인가하는 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함하고, 상기 모션부는 상기 제1 면 상의 적어도 일부에 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모션부 및 상기 캡부는, 자성입자가 매트릭스에 분산된 형태의 탄성 소재가 필름부에 커버되고, 상기 필름부와 상기 캡부가 필름 인써트 인몰드(Film Insert in Mold) 구조로 형성된 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탄성부는 러버돔, 스프링, 펜타그래프 형태의 폴리머 지지대 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탄성부는 수직 방향으로 형성된 축 및 상기 축에 끼워진 스프링을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 일부 키는 상기 캡부, 상기 탄성부만 포함하고, 특정 키는 상기 자기장 생성부, 상기 캡부, 상기 탄성부 및 상기 모션부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 특정 키는 면적이 상기 복수의 키의 평균 면적보다 넓은 키일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자기장 생성부에 신호를 전달하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 사용자가 키를 누르는 시간이 미리 설정된 시간을 초과하면 해당 키의 자기장 생성부에 신호를 전달할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 미리 설정된 키에서 특정 촉감을 제공하도록 저장된 패턴 데이터를 포함하고, 상기 패턴 데이터에 기초하여 상기 자기장 생성부에 신호를 전달할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 디스플레이 등 이벤트의 효과에 대응되는 이벤트 패턴 데이터, 오디오 신호에 대응하는 오디오 패턴 데이터 중 적어도 어느 하나에 기초하여 상기 자기장 생성부에 신호를 전달할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기능 키를 더 포함하고, 상기 기능 키는 상기 모션부에 인가하는 자기장을 On/Off 하거나, 모션부에 인가하는 자기장의 세기, 주파수를 조절하거나, 모션부에 미리 저장된 패턴의 신호를 상기 자기장 생성부에 전달하는 키일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모션부는 탄성 지지부와 연결되고 상기 탄성 지지부의 적어도 일부가 상기 캡부에 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 모션부는 각각 상이한 극성을 가지는 복수의 영역으로 구획될 수 있다.
그리고, 본 발명의 상기의 목적은, 적어도 하나의 버튼을 포함하는 촉각 입력 장치로서, 상기 버튼이 배치되는 영역을 제공하는 베이스부를 포함하고, 적어도 어느 하나의 버튼은, 상기 베이스부 상에 배치되는 자기장 생성부; 사용자가 접촉하여 외력을 인가할 수 있는 일면을 제공하는 캡부; 상기 베이스부와 상기 캡부 사이에 배치되고 상기 캡부를 탄성 지지하는 탄성부; 상기 캡부에 적어도 일부가 연결되고 자성입자가 매트릭스에 분산된 형태의 탄성 소재를 포함하는 모션부;를 포함하는, 촉각 입력 장치에 의해 달성된다.
그리고, 본 발명의 상기의 목적은, 복수의 키 및 제어부를 포함하는 촉각 키보드에서 사용자에게 촉각을 제공하는 방법으로서, 적어도 어느 하나의 키는, 사용자가 접촉하여 외력을 인가할 수 있는 일면을 제공하는 캡부; 상기 캡부에 적어도 일부가 연결되고 자성입자가 매트릭스에 분산된 형태의 탄성 소재를 포함하는 모션부; 및 상기 모션부에 인가하는 자기장을 생성하는 자기장 생성부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 자기장 생성부에 자기장 인가에 대한 신호를 전달하는, 촉각 제공 방법에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 사용자가 키를 누르는 시간이 미리 설정된 시간을 초과하면 해당 키의 자기장 생성부에 신호를 전달할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 미리 설정된 키에서 특정 촉감을 제공하도록 저장된 패턴 데이터를 포함하고, 상기 패턴 데이터에 기초하여 상기 자기장 생성부에 신호를 전달할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 디스플레이 등 이벤트의 효과에 대응되는 이벤트 패턴 데이터, 오디오 신호에 대응하는 오디오 패턴 데이터 중 적어도 어느 하나에 기초하여 상기 자기장 생성부에 신호를 전달할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 사용자가 상기 키를 통해 글자, 기호 등을 입력하거나 상기 키를 누르고 있는 중에 상기 자기장 생성부에 신호를 전달할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 사용자가 상기 키를 통해 글자, 기호 등의 입력한 후 상기 자기장 생성부에 신호를 전달할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 사용자가 단어 또는 문장의 입력을 완료하는지 판단하고, 입력 완료라고 판단한 경우, 적어도 하나의 상기 키에 대응하는 상기 자기장 생성부에 신호를 전달할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 사용자가 단어 또는 문장의 입력을 완료하는지 판단하고, 오타가 발생한 경우, 상기 입력 완료 시에 전달한 신호와는 상이한 신호를 적어도 하나의 상기 키에 대응하는 상기 자기장 생성부에 전달할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 촉각 키보드의 설정 소프트웨어에서 전달받은 키 그룹의 설정 데이터에 기초하여 해당 키 그룹에 대응하는 상기 자기장 생성부에 신호를 전달할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 촉각 키보드의 설정 소프트웨어에서 전달받은 촉각 패턴 데이터, 촉각 세기 데이터, 촉각 제공 시간 데이터 중 적어도 어느 하나에 기초하여 상기 자기장 생성부에 신호를 전달할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 사용자에게 촉각을 제공할 수 있고, 촉각 형태를 다양하게 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 크기를 작고 얇게 구성할 수 있으며, 적은 에너지로 구동이 가능한 효과가 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 선형 공진 액츄에이터(Linear Resonant Actuator, LRA)의 개략도이다.
도 2는 (a) 멤브레인 키보드, (b) 기계식 키보드의 개략 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 키보드의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 사출구조로 형성된 캡부를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 필름 인써트 인몰드 구조로 형성된 캡부를 나타내는 개략도이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 여러 실시예에 따른 키를 나타내는 개략 측단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 설정 화면의 개략도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 키보드의 촉각 구현 형태를 나타내는 개략도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 키를 나타내는 개략 측단면도 및 키보드의 촉각 구현 형태를 나타내는 개략도이다.
실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
촉각 제공 기술, 햅틱 기술을 위한 액츄에이터(Actuator)로서 자기유변탄성체(Magneto-Rheological Elastomer, MRE) 액츄에이터, 관성형 액츄에이터, 압전 액츄에이터, 전기활성 폴리머 액츄에이터(Electro Active Polymer, EAP), 정전기력 액츄에이터 등이 사용될 수 있다.
자기유변탄성체 액츄에이터는 자성 입자, 매트릭스 소재 및 자기장 생성부로 구성되어 자기장의 세기, 방향, 주파수에 따라 다양한 촉각을 제공하는 소자이다. 관성형 액츄에이터는 모터가 회전할 때 발생하는 편심력으로 진동하는 편심 모터, 공진주파수를 이용하여 진동의 세기를 최대화시키는 선형 공진 액츄에이터(Linear Resonant Actuator, LRA)가 있다. 압전 액츄에이터는 빔(Beam) 형태나 디스크(Disk) 형태를 가지고, 전기장에 의해 순간적으로 크기나 모양이 변하는 압전 소자를 이용해 구동한다. 전기활성 폴리머 액츄에이터는 전기활성 폴리머 필름 위에 질량체를 붙여 질량체의 반복된 움직임에 의해 진동을 생성한다. 정전기력 액츄에이터는 서로 다른 전하가 충전된 두 장의 유리면 사이에서 발생하는 인력과 동일한 종류의 전하가 충전될 때 발생하는 척력을 이용하여 구동한다. 이 외에 형상기억합금, 매크로-컴포짓 파이버, 전기 촉각, 정전기 마찰, 초음파, 음향 방사 압력 등을 이용한 제공 장치들이 개발되고 있다.
도 1은 선형 공진 액츄에이터(Linear Resonant Actuator, LRA; 1)의 개략도이다. 일반적인 선형 공진 액츄에이터(1) 또는 리니어 진동 모터는 마그넷(2), 코일(3), 서스펜션(Suspension; 4), 기타 구조물을 포함한다. 리니어 진동 모터(1)는 진동력이 우수하지만, 구조적으로 여러 부품들로 구성되므로 높이를 낮추는데 한계가 있다. 또한, 모터를 감싸거나 모터 주변에 위치하는 구조물 전체에 진동력을 전달하므로 국부적인 진동력을 요구하는 제품에는 적용이 어렵다.
도 2는 (a) 멤브레인 키보드(5: 5a), (b) 기계식 키보드(5: 5b)의 개략 측단면도이다.
도 2 (a)의 멤브레인 키보드(5: 5a)는 키캡(6), 스위치(7), 러버돔(8a), 접점(9: 9a, 9b)을 포함한다. 사용자가 키캡(6)을 누르면 키캡(6)과 연결된 스위치(7)가 러버돔(8a)의 상부를 압착하고, 한 쌍의 접점(9: 9a, 9b)이 상호 접촉하며 입력 신호가 전달되는 구조이다. 사용자가 키캡(6)에 외력 인가를 해제하면 러버돔(8a)의 탄성에 의해 키캡(6)은 상부 위치로 복귀될 수 있다. 도 2 (b)의 기계식 키보드(5: 5b)는 키캡(6), 스위치(7), 스프링(8b), 접점(9)을 포함한다. 사용자가 키캡(6)을 누르면 키캡(6)과 연결된 스위치(7)가 스프링(8b)을 압착하고 내려가면서 접점(9)이 휘어지며 접촉하여 입력 신호가 전달되는 구조이다. 사용자가 키캡(6)에 외력 인가를 해제하면 스프링(8b)의 탄성에 의해 키캡(6)은 상부 위치로 복귀될 수 있다. 이 외에, 펜타그래프 키보드, 플런저 키보드 등이 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 키보드(100)의 구성을 나타내는 개략도이다. 본 발명의 실시예에 따른 촉각 키보드(100)는 도 2에서 상술한 멤브레인 키보드, 기계식 키보드 등에 MRE 등 자성입자가 매트릭스에 분산된 형태의 탄성 소재를 적용하여 사용자에게 촉각을 제공하는 것을 특징으로 한다.
촉각 키보드(100)는 복수의 키(10)를 포함할 수 있다. 복수의 키(10)들은 베이스부(110) 상에 배치될 수 있다. 베이스부(110)는 촉각 키보드(100)의 밑판으로 하우징 역할을 할 수 있다. 101 키보드, 104 키보드 등 키(10)의 개수에 대해서 제한은 없다. 또한, 입력 키(10)들과는 별도로 본 발명의 촉각 구현에 관련된 기능 키(20)들이 베이스부(110) 상에 더 배치될 수 있다. 입력 키(10)와 기능 키(20)의 구조는 동일할 수 있다. 입력 키(10)뿐만 아니라 기능 키(20)에도 촉각 제공을 위한 MRE 등 자성입자가 매트릭스에 분산된 형태의 탄성 소재가 적용될 수 있다.
촉각 키보드(100)는 제어부(130), 통신부(150)를 포함할 수 있다. 제어부(130), 통신부(150)는 촉각 키보드(100)에 내장되거나, 촉각 키보드(100)에서부터 외부로 연장되는 배선 형태로 제공될 수 있다.
제어부(130)는 촉각 키보드(100)의 제어에 관한 일련의 동작을 수행한다. 제어부(130)는 입력 키(10)에 입력된 신호를 입력 대상 장치(일 예로, 컴퓨터)에서 사용할 수 있는 신호로 변환할 수 있다. 또한, 기능 키(20)에 입력된 신호를 촉각 키보드(100)의 촉각 구현 형태를 제어하는 신호로 변환할 수 있다. 또한, 입력 대상 장치, 외부의 장치 등으로부터 수신한 데이터에 기초하여 사용자에게 다양한 패턴의 촉각을 전달하는 신호를 생성할 수 있다. 또한, 전력공급부(미도시)에서 공급된 전력을 키(10, 20), 자기장 생성부(15)에 전달할 수 있다.
통신부(150)는 입력 대상 장치, 외부의 장치 등과 데이터를 송수신 할 수 있다. 통신부(150)는 유선, 무선으로 데이터를 송수신 할 수 있는 수단을 제한없이 사용할 수 있다.
도 3의 확대 부분을 참조하면, 복수의 키(10) 중 적어도 어느 하나의 키는 촉각을 전달하기 위한 구성을 채용할 수 있다. 키(10)는 캡부(12), 탄성부(13), 모션부(14), 자기장 생성부(15)를 포함할 수 있다. 또한, 베이스부(110)와 전기적으로 접촉할 수 있는 수단인 접점(미도시)을 더 포함할 수 있다.
캡부(12)는 키(10)의 커버 역할을 수행한다. 캡부(12)의 상부 표면(12a)은 사용자가 외력을 인가할 수 있는 크기로 형성된다. 캡부(12)는 키(10)의 구성들을 커버할 수 있도록 평판 또는 뒤집어진 보올(bowl) 형태일 수 있다.
캡부(12)는 사용자(사용자의 손가락)와 접촉하여 외력을 인가받는 제1 면(12a) 및 제1 면(12a)에 대향하는 제2 면(12b)을 포함한다. 제2 면(12b) 상에는 모션부(14)가 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 모션부(14)가 안정적으로 캡부(12)에 고정지지 될 수 있도록 제2 면(12b) 상에 수용홈(12c)이 형성될 수 있다. 수용홈(12c)은 모션부(14)에 대응하는 형상인 것이 바람직하나, 모션부(14)가 삽입되는 형상이라면 제한은 없다. 모션부(14)는 수용홈(12c)에 수용되어 캡부(12)의 제2 면(12b)에 고정지지 될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 사출구조로 형성된 캡부를 나타내는 개략도이다.
일 실시예에 따르면, 캡부(12)는 연질 소재층(12d) 및 경질 소재층(12e)이 이중 사출구조로 형성된 것일 수 있다. 도 4의 왼쪽 도면을 참조하면, 연질 소재층(12d)은 캡부(12)의 제1 면(12a)을 제공하고, 경질 소재층(12e)은 캡부(12)의 제2 면(12b)을 제공할 수 있다. 또한, 이중 사출구조에서 경질 소재층은 홀(12f)을 포함하도록 형성된 것일 수 있다. 홀(12f)에 모션부(14)가 삽입 배치될 수 있다. 연질 소재층(12d)은 수용홈(12c)을 포함하고, 수용홈(12c) 내에 경질 소재층(12e) 및 모션부(14)가 수용된 형태일 수 있다. 연질 소재층(12d)은 TPU(Thermoplastic Polyurethane), TPE(Thermoplastic Elastomer) 등의 연질 소재, 경질 소재층(12e)은 PC(Polycarbonate)와 같은 경질 소재를 포함할 수 있다.
상부층인 연질 소재층(12d)의 제1 면(12a)이 사용자와 접촉하므로, 모션부(14)에서 발생한 진동 등의 힘을 상부로 보다 잘 전달할 수 있다. 또한, 하부층인 경질 소재층(12e)의 중앙 부분이 홀(12f) 형태로 비어있으므로, 바깥 부분보다 중앙 부분에서 모션부(14)에 의한 국부적인 힘을 발생할 수 있다. 국부적인 힘은 상부층인 연질 소재층(12d)을 통해 상부로 전달될 수 있다.
도 4의 오른쪽 도면을 참조하면, 반대로, 경질 소재층(12e)은 캡부(12)의 제1 면(12a)을 제공하고, 연질 소재층(12d)은 캡부(12)의 제2 면(12b)을 제공할 수 있다. 또한, 이중 사출구조에서 경질 소재층은 홀(12f)을 포함하도록 형성된 것일 수 있다. 홀(12f)에 모션부(14)가 삽입 배치될 수 있다. 경질 소재층(12e)은 수용홈(12c)을 포함하고, 수용홈(12c) 내에 연질 소재층(12d)이 수용된 형태일 수 있다.
상부층인 경질 소재층(12e)의 제1 면(12a)이 사용자와 접촉하고, 경질 소재층(12e)의 홀(12f)에 모션부(14)가 삽입 배치되므로, 모션부(14)에서 발생한 진동 등의 힘이 사용자에게 직접 전달될 수 있다. 또한, 경질 소재층(12e)의 바깥 부분보다 중앙 부분에서 모션부(14)에 의한 국부적인 힘이 전달될 수 있다. 연질 소재층(12d)은 캡부(12)에 가해지는 외력으로부터 캡부(12) 및 캡부(12) 하부에 배치되는 구성을 보호할 수 있다.
탄성부(13)는 베이스부(110)와 캡부(12) 사이에 배치될 수 있다. 탄성부(13)는 캡부(12)를 지지할 수 있다. 탄성부(13)는 사용자가 캡부(12)에 외력을 인가할 때 저항력에 의한 키감을 제공하고, 사용자의 외력 인가가 해제되면 캡부(12)를 상부 위치로 복귀시킬 수 있다.
모션부(14)는 자성입자가 매트릭스에 분산된 형태의 탄성 소재를 포함할 수 있다. 일 예로, 모션부(14)는 자기유변탄성체(MRE; Magneto-Rheological Elastomer)를 포함할 수 있고, 그 자체가 자기유변탄성체로 구성될 수도 있다.
일 예로, 자성입자는 철, 카보닐철(Carbonyl iron), 철 합금체, 산화철, 질화철, 카바이드철, 저탄소강, 니켈, 코발트 및 이들의 혼합물 또는 이들의 합금에서 적어도 하나 선택된 것일 수 있다. 또한, 자성입자는 무코팅 자성입자 또는 유기수지로 코팅시킨 자성입자일 수 있다. 매트릭스 소재는 천연고무, 합성고무 등 폴리머류에서 어느 하나일 수 있다.
종래의 자기유변탄성체 액츄에이터는 솔레노이드 코일에서 발생하는 자기장의 극성 N과 S극이 주파수에 의해 교번하면서 인력 또는 척력의 힘에 의하여 자기유변탄성체의 형태 변화에 따라 햅틱을 구현한다. 자기유변탄성체 액츄에이터는 구성이 간단하여 두께를 얇게 하고 소형화가 용이하며, 자기유변탄성체 소재의 형상 변경을 통해 다양한 적용이 가능하며 국부적인 진동력을 제공할 수 있다. 본 발명은 모션부(14)에 자기유변탄성체를 적용하여 촉각 키보드, 촉각 입력 장치에서 햅틱 촉감을 제공할 수 있다. 여기서, 촉감은 진동, 두드림, 뒤틀림 뿐만 아니라, 패턴, 리듬감, 방향성 등을 가지는 촉감을 포함한다.
키(10)의 높이를 얇게 구성할 수 있도록 모션부(14)도 얇고 평평한 형태를 가지는 것이 바람직하나, 촉각 패턴을 다양하게 하기 위해 그 형상에는 제한이 없다. 모션부(14)는 인가된 자기장에 의해 모션부(14)의 자성입자가 반응함에 따라 힘을 발생시킬 수 있다. 모션부(14)의 형상이나 위치가 변화하면서 촉각을 제공하는 힘을 발생할 수 있다. 뿐만 아니라, 모션부(14)의 자기장 인가에 따른 유연성, 강성도 등의 변화에 의해 촉각을 제공하는 힘을 발생할 수 있다. 일 예로, 모션부(14)는 자기 극성에 따라 자기장 생성부(15)로부터 인가받는 자기장에 의해 인력과 척력으로 상하 구동할 수 있다. 모션부(14)는 상하 구동하며 캡부(12)의 제1 면(12a) 또는 제2 면(12b)을 두드리는 방식으로 촉각을 전달할 수 있다. 또는, 일 예로, 모션부(14)에 자기장이 인가되어, 모션부(14)가 형상을 변화하거나, 적어도 일부분의 위치가 변화하면, 그 변화된 움직임이 캡부(12)에 전달되어 캡부(12)와 접촉한 사용자에게 촉각을 전달할 수 있다. 또는, 일 예로, 모션부(14)에 자기장이 인가되어 강성도가 변하면, 키(10)와 접촉하는 사용자에게 변화된 강성도로서 촉각을 전달할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 모션부(14)는 캡부(12)에 적어도 일부가 연결될 수 있다. 따라서, 모션부(14)에 자기장이 인가되어 모션부(14)의 자성입자가 반응하면, 모션부(14)에서 진동 등의 힘이 발생하고, 캡부(12)에 연결된 부분을 통해서 힘이 전달되며, 캡부(12)에 접촉한 사용자에게 촉각이 전달될 수 있다.
또한, 일 실시예에 따르면, 모션부(14)는 캡부(12)의 제2 면(12b) 상에 밀착될 수 있다. 제2 면(12b)에 전달된 힘은 제1 면(12a) 상에 접촉한 사용자에게 촉각으로 제공될 수 있다. 또한, 모션부(14)가 캡부(12)와 밀착되므로, 미세한 형상, 위치, 유연성, 강성도 등의 변화에 의해서도 캡부(12)의 표면(12a, 12b)에서 사용자가 감지할 수 있는 촉각을 발생시킬 수 있다.
또한, 일 실시예에 따르면, 모션부(14)는 캡부(12)의 제2 면(12b)에 대응하는 형태로 형성될 수 있다. 모션부(14)는 단지 평평한 형태로 형성되지 않고, 제2 면(12b)의 수용홈(12c)에 대응하는 뒤집어진 보울(bowl) 형태로 형성될 수도 있다. 이에 따라, 캡부(12)와 모션부(14)가 더 넓은 표면적으로 밀착되므로 더 강한 세기의 촉각을 전달할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 필름 인써트 인몰드 구조로 형성된 캡부를 나타내는 개략도이다.
모션부(14)는 캡부(12)의 제1 면(12a) 상에 형성될 수 있다. 모션부(14)는 캡부(12) 상에 밀착되도록 형성되거나, 일체로 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 모션부(14)는 필름 인써트 인몰드 구조로 캡부(12)와 연결될 수 있다. 필름 인써트 인몰드 공정에 의한 캡부(12)/모션부(14)의 형성 방법은 아래와 같다.
자성입자가 매트릭스에 분산된 형태의 탄성 소재(14a)의 적어도 일부를 필름부(14b)로 커버할 수 있다. 필름부(14b)는 탄성 소재(14a)의 양면을 커버할 수 있지만, 일면만 커버할 수도 있다. 그리고, 탄성 소재(14a)를 커버한 필름부(14b)를 몰드에 위치시킬 수 있다. 예비 가열 공정을 더 수행할 수도 있다. 탄성 소재(14a)를 커버한 필름부(14b)를 몰드에서 가압한 상태에서 캡부(12)를 형성하는 물질을 몰드 내에 주입할 수 있다. 이에 따라 모션부(14)와 캡부(12)가 일체로 형성된 구조체의 제조가 완료될 수 있다.
모션부(14)의 상부면이 사용자와 직접 접촉하므로, 모션부(14)에서 발생한 힘이 사용자에게 즉각적으로 전달될 수 있다. 또한, 탄성 소재(14a)가 필름부(14b)에 의해 커버되므로, 사용자와 반복적인 접촉에 의해서도 탄성 소재(14a)가 보호될 수 있다. 또한, 모션부(14)의 두께가 얇게 형성되므로, 키(10)의 두께에 크게 영향을 주지 않게 된다. 또한, 적은 자기장의 인가에 따른 모션부(14)의 미세한 변화에 의해서도 직접 모션부(14)와 접촉하는 사용자가 쉽게 촉각을 감지할 수 있는 효과가 있다.
자기장 생성부(15)는 베이스부(110) 상에 배치될 수 있다. 자기장 생성부(15)는 제어부(130)로부터 전달받은 전력으로 자기장을 생성할 수 있다. 자기장 생성부(15)는 자기장의 방향을 제어할 수 있는 수단을 사용할 수 있다. 바람직하게는 자기장 생성부(15)는 솔레노이드 코일을 포함하여 흐르는 전류의 방향을 제어함에 따라 자기장의 방향을 변화시킬 수 있다.
자기장 생성부(15)는 모션부(14)의 하부에 배치될 수 있고, 바람직하게는 모션부(14)의 직하부 중심 부분에 배치될 수 있다. 자기장 생성부(15)는 자기장을 모션부(14)의 하부에서부터 상부로 인가할 수 있도록 배치될 수 있다. 자기장 생성부(15)에서 상부에 이격 배치된 모션부(14)에 자기장을 인가하여 모션부(14)가 상하 운동할 수 있다. 한편, 자기장 생성부(15)는 모션부(14)와 대각 방향으로 배치되거나, 엇갈리게 배치되어 자기장이 인가되는 형태를 변경할 수도 있다. 이 경우, 모션부(14)의 운동 형태가 변경될 수 있다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 여러 실시예에 따른 키(10: 10a~10d)를 나타내는 개략 측단면도이다.
도 6에는 멤브레인 키보드 방식에 모션부(14)를 적용한 키(10a)가 도시된다. 탄성부(13')는 멤브레인 키보드에 사용하는 러버돔을 사용할 수 있다. 캡부(12)의 제2 면(12b) 상에는 모션부(14)가 연결되고, 러버돔 상부 또는 주변에 자기장 생성부(15)를 배치하여 모션부(14)에 자기장을 인가할 수 있다. 러버돔 대신 스프링, 기타 탄성 수단을 탄성부(13')로 적용할 수도 있다.
도 7에는 기계식 키보드 방식에 모션부(14)를 적용한 키(10b)가 도시된다. 탄성부(13")는 멤브레인 키보드에 사용하는 수직 방향으로 형성된 축 및 축에 끼워진 스프링을 포함할 수 있다. 캡부(12)의 제2 면(12b) 상에는 모션부(14)가 연결되고, 스프링 주변, 축 주변에 자기장 생성부(15)를 배치하여 모션부(14)에 자기장을 인가할 수 있다.
도 8에는 펜타그래프 키보드 방식에 모션부(14)를 적용한 키(10c)가 도시된다. 탄성부(13"')는 펜타그래프 키보드에 사용하는 펜타그래프 형태의 폴리머 지지대를 사용할 수 있다. 캡부(12)의 제2 면(12b) 상에는 모션부(14)가 연결되고, 지지대 주변에 자기장 생성부(15)를 배치하여 모션부(14)에 자기장을 인가할 수 있다.
물론, 도 5처럼 도 6 내지 도 8의 실시예에서 캡부(12)의 제1 면(12a) 상에 모션부(14)가 연결될 수도 있다.
도 9 (a)에는 모션부(14)가 탄성 지지부(16)와 연결되고, 탄성 지지부(16)의 적어도 일부가 캡부(12)에 연결되는 실시예가 도시된다.
도 9 (b), (c)를 참조하면, 탄성 지지부(16)는 테두리부(16a)와 연결부(16b)를 포함할 수 있다. 테두리부(16a), 연결부(16b)는 일체일 수 있고 각 부분이 별개의 요소로서 연결될 수도 있다. 테두리부(16a)는 탄성 지지부(16)의 외형 테두리 틀을 구성하며, 테두리부(16a)의 적어도 일부가 캡부(12)에 연결될 수 있다. 도 9 (a)에는 모션부(14) 및 탄성 지지부(16)가 캡부(12)의 수용홈(12c)에 수용되면서 테두리부(16a)의 바깥 테두리가 캡부(12)에 연결된 형태가 도시된다. 연결부(16b)는 테두리부(16a)와 모션부(14)를 연결할 수 있다. 도 9 (b)에는 4개의 연결부(16b)가 도시되나, 테두리부(16a)와 모션부(14)를 연결하는 목적의 범위라면 하나 이상일 수 있다.
연결부(16b)는 테두리부(16a)에 지지되어 모션부(14)가 상하 운동할 수 있도록 스프링 탄성을 제공할 수 있다. 이를 위해, 연결부(16b)는 테두리부(16a)로부터 모션부(14)까지의 직선거리보다 길게 형성되는 것이 바람직하다. 테두리부(16a)로부터 모션부(14)까지의 직선거리와 동일한 길이라면 상하 운동이 어려워질 수 있다. 도 9 (b)처럼, 연결부(16b)는 곡선 형상이거나 복수의 곡률을 가지는 형상인 것이 바람직하다. 또는, 도 9 (c)처럼 연결부(16b)가 신축가능한 재질로 구성되면, 테두리부(16a)의 각 측으로부터 직선 형상으로 연장되어 모션부(14)에 연결될 수도 있다. 이 외에도, 탄성 지지부(16)는 그 스프링 텐션으로 모션부(14)를 상하 구동시키는 구조라면 도 9의 형태, 재질에 제한되지 않는다.
도 9의 실시예에 따르면, 모션부(14)와 자기장 인가에 대한 진동과 탄성 지지부(16)의 스프링 텐션이 더해져서 촉각을 구현할 수 있다. 모션부(14)가 상하 운동할 수 있는 에너지보다 적은 에너지만 인가하여도 탄성 지지부(16)의 스프링 탄성에 의해 운동량이 더 증가될 수 있는 이점이 있다. 또한, 모션부(14)의 MRE 등 자성입자가 매트릭스에 분산된 형태의 탄성 소재도 자기장에 따라 미세 변형을 일으키며 구동하고, 탄성 지지부(16)의 스프링 운동과 MRE 등 자성입자가 매트릭스에 분산된 형태의 탄성 소재의 자기장 인가에 따른 변형력의 합으로 진동을 구현하므로, 단순 진동을 넘어서 촉감 패턴을 가지는 진동을 구현할 수 있다.
제어부(130)는 입력 대상 장치(일 예로, 컴퓨터), 외부의 장치 등으로부터 수신한 데이터에 기초하여 사용자에게 다양한 패턴의 촉각을 전달하는 신호를 생성할 수 있다. 입력 대상 장치의 디스플레이에서 생성되는 이벤트, 또는 오디오에 기초하여 촉각 키보드의 키의 동작을 제어하기 위한 신호를 생성할 수 있다. 제어부(130)는 이벤트의 효과에 대응되는 이벤트 패턴 데이터, 오디오의 신호에 대응하는 오디오 패턴 데이터에 기초한 모션부(14)의 제어 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이에서 대상체가 이동하는 이벤트가 수행되는 과정에서 대상체의 이동에 대응하도록 키보드의 상하좌우 방향 키에 촉각이 구현될 수 있다. 다른 예를 들어, 게임에서 배경음악이나, 효과음이 발생하는 과정에서 게임에 사용하는 키에 촉각이 구현될 수 있다. 제어 신호는 모션부(14)의 동작 주파수, 세기, 파형 등을 제어하여 일정한 진동 촉각 외에 다양한 패턴을 가지는 촉각이 구현될 수 있다.
한편, 일 실시예에 따르면, 모든 키(10)가 캡부(12), 탄성부(13), 모션부(14), 자기장 생성부(15)를 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따르면 일부 키(10)는 도 2에서 상술한 바와 같은 구조로 캡부(12), 탄성부(13)를 포함하고 특정 키(10)들만 캡부(12), 탄성부(13), 모션부(14), 자기장 생성부(15)를 포함할 수 있다.
상기 특정 키(10)는 면적이 다른 키의 평균 면적보다 넓은 키일 수 있다. 예를 들어, 104 키보드에서 숫자 0~9, 알파벳 A~Z 등의 키보다 면적이 넓게 형성된 Enter, Shift, Ctrl, Alt, Space 등의 키들이 특정 키로서 지정될 수 있다. 상대적으로 넓은 면적의 특정 키에는 그만큼 모션부(14)가 크게 연결될 수 있어 보다 사용자가 인식하기 좋은 세기의 촉각을 구현하기 용이하다. 또한, 숫자 0~9, 알파벳 A~Z 등의 키는 누르는 시간(사용자와 접촉 시간)이 짧은 반면, 상기 특정 키들은 누르는 시간(사용자와 접촉 시간)이 더 길 수 있기 때문에 촉각을 전달하기 용이하다.
일 예로, Shift, Ctrl, Alt의 경우는 단독으로 쓰이지 않고 대부분 다른 키들과 조합되어 눌러 지기 때문에 누르는 시간이 길어질 수 있다. 또 다른 예로, 게임을 하는 경우, 사용자는 키보드의 모든 키를 사용하지 않고, 상하좌우 방향 키 및 Enter, Shift, Ctrl, Alt, Space와 같은 동작 키들만 사용할 수 있다. 이때 사용자의 손가락은 대부분 방향 키, 동작 키 상에 접촉한 상태이기 때문에 접촉 시간이 길어져 촉각을 효과적으로 전달하기 용이해진다.
또한, 키보드에서 사용자의 손가락의 기준이 되는 키들이 특정 키로 지정될 수 있다. 일 예로, F(ㄹ), J(ㅓ), 숫자 키패드의 5와 같은 키는 사용자가 키보드를 보지 않고도 손을 올려 놓았을 때 기준 위치를 알리기 쉽도록 돌기가 형성되어 있다. 이를 대체하여, 상기 키들에서 주기적으로 진동이 발생하면, 사용자는 촉각을 전달받아 쉽게 기준 위치를 인식할 수 있게 된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 설정 화면(200)의 개략도이다.
본 발명의 촉각 키보드(100)는 설정 소프트웨어를 실행하여 조절창에서 촉각 구현 형태를 설정할 수 있다. 또는, 촉각 키보드 장치에서 제공되는 기능키, 조절 버튼 등을 이용하여 촉각 구현 형태를 설정할 수 있다. 일 예로, 특정 프로그램(PR)의 실행시에만 촉각을 구현하거나, 프로그램마다 각각 옵션(PS) 별로 촉각을 구현하도록 설정할 수 있다. 다른 예로, 소정의 키 그룹[방향키 그룹(G1), 0~9 숫자 그룹(G2), Shift/Ctrl/Alt 그룹(G3), WASD 그룹(G4), F1~F12 그룹(G5) 등]마다 촉각 패턴을 별도로 설정할 수 있다. 또 다른 예로, 특정한 키에서 촉각을 구현할 수 있는 조건(키를 누르는 임계 시간, 이벤트/오디오 신호의 임계 세기 등)의 설정도 가능하다. 또 다른 예로, 키에서 구현되는 촉각의 시간(TR), 촉각의 세기(IR)의 설정도 가능하다.
일 실시예에 따르면, 촉각이 구현되는 최소의 키 누름 시간을 설정할 수 있다. 제어부(130)는 사용자가 키를 누르는 시간이 미리 설정된 시간을 초과하면 자기장 생성부(15)에 동작에 관한 신호를 전달할 수 있다. 사용자가 빠른 시간내 키를 누르고 떼면 촉각을 전달받을 시간을 확보하기 어렵다. 이에, 촉각 전달이 충분히 가능할 만큼 사용자가 키와 접촉하는지 판단하여 모션부(14)를 동작할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제어부(130)는 설정 소프트웨어를 통해 미리 설정된 키에서 특정 촉감을 제공하도록 저장된 패턴 데이터를 포함할 수 있다. 그리고 패턴 데이터에 기초하여 자기장 생성부(15)에 신호를 전달하여 모션부(14)를 동작할 수 있다.
기능 키(20: 21~25)는 촉각 키보드(100)에서 구현하는 촉각을 즉시 제어할 수 있도록 제공될 수 있다. 예를 들어, 기능 키(21)는 모션부(14)에 자기장이 인가되는 것을 On/Off 함에 따라 촉각 키보드(100)에서 촉각이 발생하는 것을 On/Off 할 수 있다. 기능 키(22~23)는 촉각의 세기를 커지게 하거나 작아지게 할 수 있다. 기능키(24~25)는 촉각의 주기를 빠르거나 느려지게 할 수 있다. 또한, 기능 키(20)는 미리 저장된 패턴의 신호를 자기장 생성부(15)에 전달하는 키일 수도 있다. 이 외에도, 상기 설정 소프트웨어에서 기능 키(20)들에 대한 기능(FR)을 미리 설정하는 것도 가능하다.
한편, 제어부(130)는 사용자가 키보드를 사용하여 입력하는 글자에 대한 피드백으로서 촉각을 제공하도록 자기장 생성부(15)에 동작에 관한 신호를 전달할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 사용자가 글자, 기호 등을 입력 중이거나 특정 키를 누르고 있는 것에 대한 촉각을 전달받을 수 있다. 사용자가 키(10)를 타이핑하거나 누르고 있는 중에 즉각적으로 촉각을 전달받을 수 있다. 피드백 촉각은 어느 하나의 키(10) 또는 복수의 키(10)에 대한 동작으로서 전달받을 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 사용자가, 글자, 기호 등을 입력한 후, 입력 완료에 대한 피드백으로서 촉각을 전달받을 수 있다. 사용자가 키(10)의 타이핑 후 촉각을 전달받을 수 있다. 피드백 촉각은 어느 하나의 키(10) 또는 복수의 키(10)에 대한 동작으로서 전달받을 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 사용자가 단어 또는 문장의 입력을 완료하면 입력 완료에 대한 촉각을 전달받을 수 있다. 제어부(130)는 단어, 문장 등에 대한 데이터를 포함하거나 상기 설정 소프트웨어에 저장된 데이터에 액세스하여 입력 완료에 대한 검증 과정을 수행할 수 있다. 그리고, 입력 완료라고 판단할 경우, 제어부(130)는 하나 또는 복수의 키(10)에 대한 동작을 수행하여 피드백 촉각을 생성할 수 있다. 사용자의 입력 중이거나 입력을 완료한 후에 단어 또는 문장의 오타가 있는 경우, 즉, 제어부(130)에서 입력 완료라고 판단하지 못한 경우에는 입력 완료의 피드백 촉각과 구분되는 오타에 대한 피드백 촉각을 생성할 수 있다.
또 한편, 제어부(130)는 자기장 생성부(15)가 고주파 자기장을 모션부(14)에 인가하도록 제어할 수 있다. 모션부(14)가 고주파로 진동되어 가청음(audible sound)을 형성할 수 있다. 이러한 가청음은 사용자가 키(10)를 타이핑하는 것과 대응되어 발생할 수 있다. 가청음을 형성하는 키(10)는 반드시 사용자가 타이핑하는 해당 키가 아닌 촉각 키보드(100)의 하나 또는 복수의 키(10) 일 수 있다. 가청음을 형성하는 키(10)들의 수에 따라 가청음의 크기도 조절될 수 있다. 일 예로, 촉각 키보드(100)가 가청음을 발생함에 따라 사용자는 기계식 키보드 구조가 아니더라도 기계식 키보드와 같은 타닥타닥 소리를 제공받을 수 있다. 동시에, 모션부(14)의 형상, 위치, 유연성, 강성도 등의 변화에 따라 키(10)를 입력하는 과정에서의 키감도 변화될 수 있어 더욱 기계식 키보드와 같은 사용자 경험을 제공받을 수 있다. 다른 예로, 촉각 키보드(100)는 실행하는 소프트웨어에서 이벤트 효과 또는 오디오 신호에 대응하는 촉각 전달 외에도, 이벤트 효과 또는 오디오 신호에 대응하는 가청음을 발생할 수 있다. 또 다른 예로, 촉각 키보드(100)는 가청음을 발생시키는 가청음 스피커부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 키보드의 촉각 구현 형태를 나타내는 개략도이다.
도 11은 레이싱 게임을 실행한 경우 키보드의 촉각 구현 형태를 나타내는 예시이다. 일반적으로 게임을 할 때는 모든 키를 사용하지 않고 몇개의 키만 사용한다. 예를 들어, 레이싱 게임에서 Ctrl은 아이템 사용, Alt는 부스터, Shift는 브레이크의 기능으로 사용할 수 있다. 사용자는 왼손의 세 손가락을 Ctrl, Alt, Shift에 올려두고, 오른손의 손가락을 상하좌우 방향키에 올려둔 채로 게임을 할 수 있다. 다시 말해, 사용자의 왼손의 세 손가락은 Ctrl, Alt, Shift에 접촉을 유지하는 상태이다.
도 11 (a)와 같이 직진으로 가속하는 경우, Ctrl 위치에서 지속적으로 모션부(14)가 동작하여 촉각이 발생될 수 있다. 사용자는 Ctrl을 누르거나, 누르지 않고도 Ctrl 위치에서 촉각을 인식하여 차가 가속 중인 상태를 촉각으로 느낄 수 있다. 도 11 (b)와 같이 부스터를 사용하여 더욱 빨라지는 경우, Ctrl 위치와, Alt 위치에서 모션부(14)가 동작하여 촉각이 발생될 수 있다. 사용자는 Alt를 눌러 부스터를 사용하면서 동시에 Ctrl, Alt 위치에서 촉각을 인식하여 차가 더욱 빨라지는 상태를 촉각으로 느낄 수 있다. 도 11 (c)와 같이 회전을 하는 경우, Shift 위치에서 모션부(14)가 동작하여 촉각이 발생될 수 있다. 사용자는 Shift를 눌러 속도를 줄이면서 회전함과 동시에 Shift 위치에서 촉각을 인식하여 차가 감속하고 회전하는 상태를 촉각으로 느낄 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 키를 나타내는 개략 측단면도 및 키보드의 촉각 구현 형태를 나타내는 개략도이다.
도 12 (a), (b)를 참조하면, 모션부(14)가 각각 상이한 극성을 가지는 복수의 영역(14a, 14b)으로 구획될 수 있다. 도 12 (a)처럼, 동일한 자기장 인가에 따라서 영역(14a)는 상부 방향으로 운동하는 반면, 영역(14b)는 하부 방향으로 운동할 수 있다. 도 12 (b)처럼, 반대 방향의 자기장 인가에 따라서 영역(14a)는 하부 방향으로 운동하는 반면, 영역(14b)는 상부 방향으로 운동할 수 있다. 예를 들어, 도 12 (a)처럼 동작하면 도 12 (c)처럼 Space 키의 캡부(12) 왼쪽 부분에 촉각이 전달될 수 있다. 반대로, 도 12 (b)처럼 동작하면 도 12 (d)처럼 Space 키의 캡부(12) 오른쪽 부분에 촉각이 전달될 수 있다.
이에 따라, 모션부(14)가 뒤틀리거나 지그재그 상하 운동을 할 수 있기 때문에, 키(10)의 위치 별로 다양한 촉감을 제공할 수 있게 된다.
또한, 모션부(14)에 자기장이 인가되는 방향을 계속적으로 변화시키면서 캡부(12)의 각 영역에 촉각을 전달할 수 있다. 이를 위해, 하나의 키(10)에 자기장 생성부(15)를 복수 배치할 수도 있다. 캡부(12) 상에서 촉각 발생 위치를 이동하면서 사용자에게 촉각을 전달할 수 있다. 일 예로, 컴퓨터의 디스플레이 화면에서 커서가 이동하거나, 대상체가 이동하는 경우, 해당 방향에 대응하도록 키(10)에서 촉각이 이동할 수 있게 된다. 복수의 키 그룹 내에서 특정 키에서 인접하는 키로 촉각이 이동할 수도 있음은 물론이다.
위에서는 촉각 키보드(100)를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 촉각 구현을 위한 키(10)의 구성은 마우스, 택트 스위치(tact switch) 등에도 적용 가능하다. 이때, 키(10)는 버튼 형태로 대체될 수 있다. 버튼은 하나 이상 포함할 수 있다. 그리하여, 본 발명은 촉각 키보드를 포함하여 노트북, 데스크탑, 전화기, 기타 IT 기기, 자동차, 가전 등의 버튼을 구비한 기기에서 사용자에게 촉각을 전달하는 일련의 촉각 입력 장치로서 제공될 수 있다.
위와 같이 본 발명에 따른 촉각 키보드, 촉각 입력 장치는 사용자에게 촉각을 제공할 수 있고, 촉각 형태를 다양하게 제공할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 MRE 자성입자가 매트릭스에 분산된 형태의 탄성 소재를 사용함에 따라 도 1에 도시한 종전의 LRA 등과 비교하면 크기가 작고, 얇은 촉각 전달 키를 구현할 수 있고, 적은 에너지로도 구동이 가능한 이점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
10: 키
12: 캡부
13: 탄성부
14: 모션부
15: 자기장 생성부
16: 탄성 지지부
20: 기능 키
100: 촉각 키보드, 촉각 입력 장치
110: 베이스부
130: 제어부
150: 통신부

Claims (30)

  1. 복수의 키를 포함하는 촉각 키보드로서, 상기 복수의 키가 배치되는 영역을 제공하는 베이스부를 포함하고,
    적어도 어느 하나의 키는,
    상기 베이스부 상에 배치되는 자기장 생성부;
    사용자가 접촉하여 외력을 인가할 수 있는 일면을 제공하는 캡부;
    상기 베이스부와 상기 캡부 사이에 배치되고 상기 캡부를 지지하는 탄성부;
    상기 캡부에 적어도 일부가 연결되고 자성입자가 매트릭스에 분산된 형태의 탄성 소재를 포함하는 모션부;
    를 포함하는, 촉각 키보드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자기장 생성부는 솔레노이드 코일을 포함하고, 상기 자기장 생성부에서 상기 모션부로 자기장을 인가하는, 촉각 키보드
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자기장 생성부로부터 인가된 자기장에 상기 자성입자가 반응함에 따라 상기 모션부에서 발생한 힘이 상기 캡부에 전달되어 사용자에게 촉각을 제공하는, 촉각 키보드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 캡부는 사용자가 접촉하여 외력을 인가하는 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하고 상기 모션부가 배치되는 제2 면을 포함하는, 촉각 키보드.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 면에는 수용홈이 형성되고, 상기 수용홈에 상기 모션부가 수용 배치되는, 촉각 키보드.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 캡부는 상기 수용홈을 포함하는 경질 소재층 및 상기 수용홈에 수용되는 연질 소재층이 이중 사출구조로 형성된 것인, 촉각 키보드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 캡부는 사용자가 접촉하여 외력을 인가하는 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함하고,
    상기 모션부는 상기 제1 면 상의 적어도 일부에 배치되는, 촉각 키보드.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 모션부 및 상기 캡부는,
    자성입자가 매트릭스에 분산된 형태의 탄성 소재가 필름부에 커버되고, 상기 필름부와 상기 캡부가 필름 인써트 인몰드(film insert inmold) 구조로 형성된 것인, 촉각 키보드.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 탄성부는 러버돔, 스프링, 펜타그래프 형태의 폴리머 지지대 중 어느 하나를 포함하는, 촉각 키보드.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 탄성부는 수직 방향으로 형성된 축 및 상기 축에 끼워진 스프링을 포함하는, 촉각 키보드.
  11. 제1항에 있어서,
    일부 키는 상기 캡부, 상기 탄성부만 포함하고, 특정 키는 상기 자기장 생성부, 상기 캡부, 상기 탄성부 및 상기 모션부를 포함하는, 촉각 키보드.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 특정 키는 면적이 상기 복수의 키의 평균 면적보다 넓은 키인, 촉각 키보드.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 자기장 생성부에 신호를 전달하는 제어부를 더 포함하는, 촉각 키보드.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는 사용자가 키를 누르는 시간이 미리 설정된 시간을 초과하면 해당 키의 자기장 생성부에 신호를 전달하는, 촉각 키보드.
  15. 제13항에 있어서
    상기 제어부는 미리 설정된 키에서 특정 촉감을 제공하도록 저장된 패턴 데이터를 포함하고, 상기 패턴 데이터에 기초하여 상기 자기장 생성부에 신호를 전달하는, 촉각 키보드.
  16. 제13항에 있어서
    상기 제어부는 이벤트의 효과에 대응되는 이벤트 패턴 데이터, 오디오 신호에 대응하는 오디오 패턴 데이터 중 적어도 어느 하나에 기초하여 상기 자기장 생성부에 신호를 전달하는, 촉각 키보드.
  17. 제1항에 있어서,
    기능 키를 더 포함하고,
    상기 기능 키는 상기 모션부에 인가하는 자기장을 On/Off 하거나, 모션부에 인가하는 자기장의 세기, 주파수를 조절하거나, 모션부에 미리 저장된 패턴의 신호를 상기 자기장 생성부에 전달하는 키인, 촉각 키보드.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 모션부는 탄성 지지부와 연결되고 상기 탄성 지지부의 적어도 일부가 상기 캡부에 연결되는, 촉각 키보드.
  19. 제1항에 있어서,
    모션부는 각각 상이한 극성을 가지는 복수의 영역으로 구획되는, 촉각 키보드.
  20. 적어도 하나의 버튼을 포함하는 촉각 입력 장치로서, 상기 버튼이 배치되는 영역을 제공하는 베이스부를 포함하고,
    적어도 어느 하나의 버튼은,
    상기 베이스부 상에 배치되는 자기장 생성부;
    사용자가 접촉하여 외력을 인가할 수 있는 일면을 제공하는 캡부;
    상기 베이스부와 상기 캡부 사이에 배치되고 상기 캡부를 탄성 지지하는 탄성부;
    상기 캡부에 적어도 일부가 연결되고 자성입자가 매트릭스에 분산된 형태의 탄성 소재를 포함하는 모션부;
    를 포함하는, 촉각 입력 장치.
  21. 복수의 키 및 제어부를 포함하는 촉각 키보드에서 사용자에게 촉각을 제공하는 방법으로서,
    적어도 어느 하나의 키는, 사용자가 접촉하여 외력을 인가할 수 있는 일면을 제공하는 캡부; 상기 캡부에 적어도 일부가 연결되고 자성입자가 매트릭스에 분산된 형태의 탄성 소재를 포함하는 모션부; 및 상기 모션부에 인가하는 자기장을 생성하는 자기장 생성부;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 자기장 생성부에 자기장 인가에 대한 신호를 전달하는, 촉각 제공 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제어부는 사용자가 키를 누르는 시간이 미리 설정된 시간을 초과하면 해당 키의 자기장 생성부에 신호를 전달하는, 촉각 제공 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 제어부는 미리 설정된 키에서 특정 촉감을 제공하도록 저장된 패턴 데이터를 포함하고, 상기 패턴 데이터에 기초하여 상기 자기장 생성부에 신호를 전달하는, 촉각 제공 방법.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 제어부는 이벤트의 효과에 대응되는 이벤트 패턴 데이터, 오디오 신호에 대응하는 오디오 패턴 데이터 중 적어도 어느 하나에 기초하여 상기 자기장 생성부에 신호를 전달하는, 촉각 제공 방법.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 제어부는 사용자가 상기 키를 통해 글자 또는 기호를 입력하거나 상기 키를 누르고 있는 중에 상기 자기장 생성부에 신호를 전달하는, 촉각 제공 방법.
  26. 제21항에 있어서,
    상기 제어부는 사용자가 상기 키를 통해 글자 또는 기호를 입력한 후 상기 자기장 생성부에 신호를 전달하는, 촉각 제공 방법.
  27. 제21항에 있어서,
    상기 제어부는 사용자가 단어 또는 문장의 입력을 완료하는지 판단하고, 입력 완료라고 판단한 경우, 적어도 하나의 상기 키에 대응하는 상기 자기장 생성부에 신호를 전달하는, 촉각 제공 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 제어부는 사용자가 단어 또는 문장의 입력을 완료하는지 판단하고, 오타가 발생한 경우, 상기 입력 완료 시에 전달한 신호와는 상이한 신호를 적어도 하나의 상기 키에 대응하는 상기 자기장 생성부에 전달하는, 촉각 제공 방법.
  29. 제21항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 촉각 키보드의 설정 소프트웨어에서 전달받은 키 그룹의 설정 데이터에 기초하여 해당 키 그룹에 대응하는 상기 자기장 생성부에 신호를 전달하는, 촉각 제공 방법.
  30. 제21항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 촉각 키보드의 설정 소프트웨어에서 전달받은 촉각 패턴 데이터, 촉각 세기 데이터, 촉각 제공 시간 데이터 중 적어도 어느 하나에 기초하여 상기 자기장 생성부에 신호를 전달하는, 촉각 제공 방법.
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