KR20240030025A

KR20240030025A - 미세 촉감자극 발생장치

Info

Publication number: KR20240030025A
Application number: KR1020220108527A
Authority: KR
Inventors: 정선향; 김정훈
Original assignee: 정선향
Priority date: 2022-08-29
Filing date: 2022-08-29
Publication date: 2024-03-07

Abstract

본 발명은 미세 촉감자극 발생장치로서, 인체 피부의 촉감수용체 분포부위 중의 일부로 5~500Hz 주파수대역 범위내의 음파를 출력하기 위한 음파진동 스피커와, 음파진동 스피커에 연통되며 인체피부의 촉감수용체 분포부위 중 일부에 가해지는 음파진동 에너지의 밀도를 높이는 촉감자극 음파집중로가 형성된 국소울림패드와, 외부의 촉감자극 제어요구에 따라 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz 주파수대역 범위내의 음파출력을 음파진동 스피커가 생성시키도록 오디오부를 제어하는 촉감자극 제시 제어부로 구성한 것으로, 사용자 인터페이스용 입출력 디바이스중 인체중 민감한 촉감수용체가 많은 부위(손끝 등등)에 실제 질감과 같은 미세 촉감자극을 직접 제시할 수 있다.

Description

미세 촉감자극 발생장치{APPARATUS FOR GENERATING FINE TACTILITY STIMULATION}

본 발명은 촉각자극 시스템에 관한 것으로, 특히 인체에 촉감을 실감있게 제시하며 인체피부에 미세한 촉감자극까지도 제시할 수 있는 미세 촉감자극 발생장치에 관한 것이다.

요즈음 가상현실 구현기술이 발달하면서 사용자는 가상현실을 통해 더욱 구체적이고 실감나는 정보를 원하게 되었다. 이를 충족시키기 위해 개발된 것 중의 하나로서 진동에 의해 사용자에게 촉각을 전달하는 햅틱(haptic) 기술이 있다. 단순한 햅틱 기술은 현재 휴대폰에 널리 쓰이는 진동수단을 이용한 여러 알림 기능을 들 수 있으며, 이밖에도 수술 시뮬레이터(Surgery Simulator)나 게임 기기 등 여러 분야에 폭넓게 햅틱기술이 응용되고 있다.

특히 앞으로는 AR(Augmented Reality), VR(Virtual Reality), 메타버스 등 가상공간에서 이루어지는 콘텐츠의 등장으로 인해 컴퓨팅 장치의 출력수단으로서 모니터, 스피커와 더불어 햅틱 디바이스도 기본 장착되어질 전망이다. 이는 휴대용 전자기기 내에 햅틱 디바이스를 설치함으로써 사용자의 촉감인식률이 높다는 점 그리고 IT기기와의 연동성이 우수하다는 장점이 있기 때문이다.

휴대용 전자기기내 햅틱 디바이스(모터, 액츄에이터 등)는 진동체에 무게 추를 달아서 회전방향이나 선형방향으로 중력 가속도에 의한 진동을 발생시킨다. 그런데 이러한 방식은 햅틱 디바이스가 장착된 휴대용 전자기기 전체를 요동시켜서 인체에 진동을 투박하게 전달하므로 인체에 촉감을 섬세하게 전달되지 못하게 하는 단점이 있다.

인체에 섬세한 촉감을 전달하는 종래기술의 일예는 하기에서 언급된 특허문헌[등록특허공보 제10-1580227호]으로서 절연 화면표면에 고압전기를 걸어서 손가락에 전기자극(통각)을 전달하는 방식이 있다. 하지만 이러한 종래기술의 전극자극 전달방식은 화면에 손가락을 터치해야하기에 화면이 반드시 필요하고 인체 위험성이 있어 상용화에 실패한 것으로 보인다.

그러므로 인체에 다양하고 실감 있는 촉감 자극을 필요한 부위에 섬세하게 제시할 수 있다면 관련 사람들에게 큰 호응을 얻을 수 있을 것이다.

등록특허공보 제10-1580227호 "감지 자극에 대한 장치 및 방법" 등록특허공보 제10-1708356호 "반도체 재료를 포함하는 복합 섹션을 갖는 촉각 자극 장치"

따라서 본 발명의 목적은 인체에 다양하고 실감 있는 촉감 자극을 특정부위에 섬세하게 직접 전달할 수 있고 미세한 촉감자극까지 제시할 수 있는 미세 촉감자극 발생장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 기계적 촉감자극방식중의 하나인 음파촉감, 바람파동, 압전진동을 사용하면서도 국부적이며 높고 정밀한 촉감자극과 미세한 촉감자극을 직접 전달할 수 있는 미세 촉감자극 발생장치를 제공함에 있다.

상기한 목적에 따른 본 발명의 제1 실시예로서, 미세 촉감자극 발생장치에 있어서, 인체 피부의 촉감수용체 분포부위 중의 일부로 가청주파수 대역중 5~500Hz 주파수대역 범위내의 음파를 출력하기 위한 음파진동 스피커와, 음파진동 스피커에 연통되며 인체피부의 촉감수용체 분포부위 중 일부에 가해지는 음파진동 에너지의 밀도를 높이는 촉감자극 음파집중로가 형성된 확산방지용 국소울림패드와, 외부의 촉감자극 제어요구에 따라 가청주파수 대역중 피부의 촉감 수용체가 민감하게 느낄 수 있는 5~500Hz 주파수대역 범위내의 음파출력을 음파진동 스피커가 생성시키도록 오디오부를 제어하는 촉감자극 제시 제어부로 구성함을 특징으로 한다.

본 발명의 제1 실시예에 있어, 촉감자극 제시 제어부는 외부입력신호인 음향정보의 주파수성분, 음량크기 성분, 시간데이터중에서 선택 이용하고 메모리부의 미세감각 변환 테이블에 근거한 변환값에 따라 음파진동 스피커의 음파출력을 제어함을 특징으로 한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 확산방지용 국소울림패드는 사용자인터페이스용 입출력 디바이스중 사용자 손이 접촉가능한 미세촉감 자극부에 장착되게 구성함을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 미세 촉감자극 발생장치는 제1 실시예에 부가되는 제1 부가 촉감자극 발생장치로서, 인체 피부의 촉감수용체 분포부위 중의 일부에 바람파동을 갖는 촉각자극 바람을 생성하는 바람파동 생성부와, 바람파동 생성부로부터의 촉각자극 바람을 인체피부의 촉감수용체 분포부위 중 일부에 배치되며 바람배출공을 갖는 근접패드와, 근접패드의 바람 배출공으로 가해지도록 유도하는 바람 유도관과, 외부의 촉감자극 제어요구에 따라 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 촉각자극 바람을 바람파동 생성부가 생성시키도록 제어하는 촉감자극 제시 제어부로 구성함을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 미세 촉감자극 발생장치에 있어, 촉감자극 제시 제어부는 외부입력신호인 환경정보가 입력됨에 따라 메모리에 저장된 미세감각 변환테이블에 근거해 변환하여 미세 촉감자극을 위한 풍량 출력이 제시되도록 바람파동 생성부를 제어함을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 제2 실시예의 미세 촉감자극 발생장치에 있어, 바람파동 생성부는 압전 블로워, 팬 블로워, 에어펌프 중 하나로 구성함을 특징으로 하며, 또 근접패드는 사용자인터페이스용 입출력 디바이스중 사용자 손이 접촉가능한 미세촉감 자극부에 장착되게 구성함을 특징으로 한다.

본 발명의 제1,제2 실시예에 따른 미세 촉감자극 발생장치에 있어, 사용자인터페이스용 입출력 디바이스는 촉감자극용 장갑, 컴퓨터 마우스, 스마트폰, 조이스틱, 게임 컨트롤러(게임패드), 웨어러블 제스처 컨트롤러 등등으로 구성할 수 있다.

더욱이 본 발명의 미세 촉감자극 발생장치는 제2 부가 촉감자극 발생장치를 더 구비할 수 있으며;

상기 제2 부가 촉감자극 발생장치는; 외부로의 제한된 진동노출이 전용 허락되는 진동노출 전용개구와 내부에 진동작동공간부를 제공하는 탄성케이스와, 전극판의 양측면중 하나 이상에 압전소자판을 일체로 형성하고 전극판의 외곽부가 탄성케이스에 지지되며 탄성케이스 내부의 진동작동 공간부에 위치된 압전진동체와, 압전진동체의 판 심부 양측면중 하나 이상의 측면에 연결목부가 고정되며 진동노출 전용개구를 통해 탄성케이스의 외부로 노출된 피부접촉 국소패드와, 외부의 촉감자극 제어요구에 따라 가청주파수대역중 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz의 주파수대역 범위내의 촉감 진동이 상기 압전진동체에 의해서 발생되도록 제어하는 촉감주파수 발생제어부로 구성함을 특징으로 한다.

상기 제2 부가 촉감자극 발생장치의 변형 구성으로서, 외부로의 제한된 진동노출이 전용 허락되는 진동노출 전용개구와 진동작동공간을 제공하는 탄성브라켓과, 전극판의 양측면중 하나 이상에 압전소자판을 일체로 형성하고 전극판의 외곽부가 탄성브라켓에 지지되는 압전진동체와, 탄성브라켓에 지지된 압전진동체를 내장하는 하드케이스와, 압전진동체의 판 심부 양측면중 하나 이상의 측면에 연결목부가 고정되며 진동노출 전용개구를 통해 외부로 노출된 피부접촉 국소패드와, 외부의 촉감자극 제어요구에 따라 가청주파수대역중 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz의 주파수대역 범위내의 촉감 진동주파수를 상기 압전진동체가 발생하도록 제어하는 촉감주파수 발생제어부로 구성함을 특징으로 한다.

본 발명은 음파 촉감자극 제시나 바람 촉감자극 제시가 가능한 미세 촉감자극 발생장치를 구현하여서 사용자 인터페이스용 입출력 디바이스중 인체중 민감한 촉감수용체가 많은 부위(손끝 등등)에 실제 질감과 같은 미세 촉감자극을 직접 제시할 수 있는 장점이 있고, 또 필요에 따라서는 인체에 국소적으로 다양하고 실감있는 촉감 자극을 압전진동체를 함께 이용해서 다양하고 섬세한 촉감을 제시할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 음파진동을 이용한 미세 촉감자극 발생장치의 개략 구성도,
도 2는 도 1의 미세 촉감자극 발생장치가 예시로 적용된 장갑 사시도,
도 3은 도 2의 "A"의 부분 단면 구성도,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 바람파동을 이용한 미세 촉감자극 발생장치의 개략 구성도,
도 5는 도 4의 미세 촉감자극 발생장치가 예시로 적용된 촉감자극용 장갑의 사시도,
도 6은 도 5의 "B"의 부분 단면 구성도,
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 바람파동을 이용한 미세 촉감자극 발생장치로서 촉감자극용 장갑에 블로워가 설치된 다양한 예시도,
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 압전진동을 이용한 미세 촉감자극 발생장치의 단면 구성 및 개략 구성도,
도 9는 도 8의 압진진동을 이용한 미세 촉감자극 발생장치의 사시 구성도,
도 10은 도 8의 분해 사시 구성도,
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 압전진동을 이용한 미세 촉감자극 발생장치의 변형 단면 구성도,
도 12는 제1 내지 제3 실시예에 따른 미세 촉감자극 발생장치들중의 하나 이상으로서 촉감자극용 장갑에 배치되는 미세촉감 자극부들의 위치 구성도,
도 13 내지 도 18은 본 발명의 실시예에 따라 다양한 종류의 사용자 인터페이스용 입출력디바이스에 미세 촉감자극 발생장치의 미세촉감 자극부가 배치될 수 있는 위치를 보여주는 예시도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

촉감은 가장 원초적인 감각이다. 촉감이란 외부 자극에 대해 반응하는 감각의 한 종류로서 어떤 물체를 만지거나 문지를 때 접촉에 의한 자극을 인지하는 것이다. 이 감각을 통하여 사물에 대한 가장 기본적인 정보를 획득하고 판단할 수 있다.

인체의 피부는 촉감 수용체를 통해서 질감과 무게, 밀도와 압력, 온도 등을 읽어낼 수 있다. 인체의 피부에 분포한 촉감 수용체는 주로 손가락 끝과 손바닥에 많이 분포하고 있다. 피부의 촉감 수용체는 20여종이 넘지만, 그 중에서도 대표적인 것으로 진피층에 있고 가벼운 촉감과 압력을 느끼며 느린 진동과 쓰다듬기, 질감변화를 감지하는 마이스너 소체(Meissner's corpuscle), 진피의 가장 깊은 곳에 있으며 강한 압력과 빠른 진동을 느끼는 파치니 소체(Pacini corpuscles), 일정한 압력과 질감을 감지하는 메르켈 소체(Merkel's disk), 표피 끝에 있으며 간지러운 느낌이나 가려운 느낌과 같은 가벼운 촉감을 느끼는 자유신경종말(Free nerve ending) 등이 있으며, 촉감수용체에 전달된 촉감 자극은 신경을 통해서 촉감을 담당하는 뇌부위로 전달된다.

본원 발명자는 마이스너 소체(압각, 촉각)가 5~100Hz 주파수대역의 압력에 반응하고(촉점 약 25개/㎠), 파치니 소체가 100~300Hz 주파수대역의 압력에 반응하며(압점 약 25~5개/㎠), 자유신경종말이 300Hz 이상의 주파수대역(대체로 300~500Hz)의 압력에 반응하는 것(통점 100~200개/㎠)을 인식하였다.

또 대부분의 사람의 피부에 분포한 촉감 수용체가 외부 정보를 수용하는 수감기능은 5~20,000Hz 대역인 가청주파수 대역이다. 그중 500~20,000Hz 대역은 사람이 못 느끼는 것은 아니며, 500~20,000Hz 범위내 주파수가 높을수록 수감기능이 점차 둔감해진다. 그리고 사람의 피부에 분포한 촉감 수용체는 가청주파수 대역인 5~20,000Hz 대역중 5~500Hz 대역의 자극에 가장 민감하게 반응함을 확인할 수 있었다.

그에 따라 본 발명에서는 음파진동과 압전진동을 사람의 피부에 분포한 촉감수용체에 아주 민감하게 전달하도록 함에 있어 5~500Hz의 주파수대역 범위의 미세 촉감자극 반응을 적극 활용한다.

즉 본 발명의 미세 촉감자극 발생장치는 가청주파수 대역중에서 피부의 촉감 수용체가 가장 민감하게 느낄 수 있는 5~500Hz의 주파수대역 범위내의 촉감 진동을 음파진동 스피커가 발생하도록 제어하며, 또 부가적으로 압전진동체가 5~500Hz의 주파수대역 범위내의 촉감 진동을 발생하도록 제어하고, 또 부가적으로 바람파동 생성부를 이용해서 미세 촉감자극을 발생하도록 제어한다. 그래서 음파진동이나 바람파동 또는 압전진동에 의한 미세 촉감자극이 인체의 특정부위 피부에 직접적으로 전달되게 해준다.

본 발명의 미세 촉감자극 발생장치는 음파진동(제1 실시예)을 이용하여 피부의 촉감 수용체에 5~500Hz의 미세 촉감자극을 제시하도록 구현하며, 또 바람파동(제2 실시예)을 이용하거나 압전효과(Piezo electric effect)에 의거한 압전진동(제3 실시예)을 함께 이용하여서 피부의 촉감 수용체에 미세 촉감자극을 제시하도록 구현한다. 이러한 본 발명의 미세 촉감자극 발생장치에서 제공되는 미세 촉감자극은 외부입력신호(동영상에 관련된 음향정보, 동영상에 관련된 환경정보)에 근거 및 추종하고 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 음파진동을 이용한 미세 촉감자극 발생장치의 개략 구성도이고, 도 2는 도 1의 음파진동을 이용하는 미세 촉감자극 발생장치가 예시로 적용된 촉감자극용 장갑(52)의 사시도이며, 도 3은 도 2의 "A"의 부분 단면 구성도이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 음파진동을 이용한 미세 촉감자극 발생장치는, 인체 피부의 촉감수용체 분포부위 중의 일부로 가청주파수 대역중 5~500Hz 주파수대역 범위내의 음파를 출력하기 위한 음파진동 스피커(42)와, 음파진동 스피커(42)에 연통되며 손가락(40) 끝과 같은 인체피부의 촉감수용체 분포부위 중 일부에 가해지는 음파진동 에너지의 확산을 방지함과 동시에 음파진동 에너지의 밀도를 높이도록 하는 촉감자극 음파집중로(44a)가 형성된 확산방지용 국소울림패드(44)와, 외부의 촉감자극 제어요구에 따라 가청주파수 대역중 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz 주파수대역 범위내의 음파출력을 음파진동 스피커(42)가 생성시키도록 오디오부(46)를 제어하는 촉감자극 제시 제어부(48)로 구성한다.

도 2에서는 도 1과 같은 음파진동을 이용한 미세 촉감자극 발생장치가 촉감자극용 장갑(52)에 적용된 예시를 보여주고 있으며, 도 2의 촉감자극용 장갑(52)중 장갑 손끝부(52a)에 접촉자 역할을 하는 손톱크기의 확산방지용 국소울림패드(44)를 도 3에서와 같이 설치하여서 촉감자극용 장갑(52)을 낀 사용자의 피부의 촉감수용체가 많이 분포된 손가락(40)의 지문부가 확산방지용 국소울림패드(44)의 음파집중로(44a)와 마주하도록 구성한 것이다.

촉감자극 음파집중로(44a)를 갖는 확산방지용 국소울림패드(44)는 수지재질로서 촉감자극 음파집중로(44a)의 개구면적이 10~15mm × 3~8mm 크기를 가지며, 촉감자극 음파집중로(44a)를 형성하는 확산방지용 국소울림패드(44)의 두께는 1~5mm로 구성한다.

본 발명의 제1 실시예에 따라 확산방지용 국소울림패드(44)의 음파집중로(44a)의 저부에는 음파진동 스피커(42)가 설치된다. 음파진동 스피커(42)는 납작한 형태의 라우드 스피커(loud speaker)가 바람직하다.

음파진동 스피커(42)는 피부의 촉감 수용체가 가장 민감하게 느낄 수 있는 5~500Hz 주파수대역 범위내의 음파진동을 출력하는데, 음파진동 스피커(42)와 인체피부중 촉감수용체가 많이 분포된 피부면 사이에 확산방지용 국소울림패드(44)의 음파집중로(44a)가 개재되어서 촉감자극 음파집중로(44a)의 폐쇄울림통 역할로 음파진동 스피커(42)에서의 5~500Hz 주파수대역 음파출력의 파동압력을 증가시킴으로써 음파진동이 피부의 촉감 수용체를 자극한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 촉감자극 제시 제어부(48)는 영상재생에 따른 외부입력신호인 음향정보를 메모리부(50)에 저장된 미세감각 변환테이블(51)에 근거해 변환함으로써 미세 촉감자극을 변경시킬 수 있다. 즉 촉감자극 제시 제어부(48)는 외부입력신호인 음향정보의 주파수성분, 음량크기 성분, 시간데이터 중에서 선택 이용하되 메모리부(50)의 미세감각 변환 테이블(51)에 근거한 변환값에 따라 음파진동 스피커(42)의 음파출력을 제어한다.

예컨대, 촉감자극 제시 제어부(48)는 동영상 재생에 따른 음향정보(외부입력신호)를 주파수 위주로만 검지하는 것이 아니라 음향정보의 음량 크기값으로도 검지하여서 입력되는 음향정보의 음량크기가 미리 설정된 기준 음량레벨값 이하이면 음파진동 스피커(42)의 음파출력이 일정 레벨 이상으로 올려지도록 제어할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 바람파동을 이용한 미세 촉감자극 발생장치의 개략 구성도이고, 도 5는 도 4의 바람파동을 이용한 미세 촉감자극 발생장치가 예시로 적용된 촉감자극용 장갑(53)의 사시도이며, 도 6은 도 5의 "B"의 부분 단면 구성도이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 바람파동을 이용한 미세 촉감자극 발생장치는, 제1 부가 촉감자극 발생장치(2)로서, 인체 피부의 촉감수용체 분포부위 중의 일부에 촉각자극 바람을 생성하는 바람파동 생성부(58)와, 바람파동 생성부(58)로부터의 촉각자극 바람을 인체피부의 촉감수용체 분포부위 중 일부에 배치되며 바람 배출공(54a)을 갖는 근접패드(54)와, 근접패드(54)의 바람 배출공(54a)으로 가해지도록 유도하는 바람 유도관(56)과, 외부의 촉감자극 제어요구에 따라 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 촉각자극 바람을 바람파동 생성부(58)가 생성시키도록 제어하는 촉감자극 제시 제어부(60)로 구성한다.

도 5에서는 도 4와 같은 바람파동을 이용한 미세 촉감자극 발생장치가 촉감자극용 장갑(53)에 적용된 예시를 보여주고 있으며, 도 5의 촉감자극용 장갑(53)중 장갑 손끝부에 접촉자 역할을 하는 손톱크기의 근접패드(54)를 도 6에서와 같이 설치하여서 촉감자극용 장갑(53)을 낀 사용자의 피부의 촉감수용체가 많이 분포된 손가락(40) 끝이 근접패드(54)의 바람 배출공(54a)과 마주하도록 구성한 것이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 바람파동 생성부(58)는 압전 블로워, 팬 블로워, 에어펌프 중의 하나로 구성할 수 있으며, 촉각자극 바람을 생성할 수 있는 그외의 균등물로도 대처할 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 촉감자극 제시 제어부(60)는 영상재생에 따른 외부입력신호인 바람, 눈보라, 폭풍우 등의 환경정보(압력데이터, 풍량데이터, 풍속데이터, 시간데이터)가 입력됨에 따라 메모리부(62)에 저장된 미세감각 변환테이블(63)에 근거해 변환함으로써 미세 촉감자극을 위한 풍량 출력이 제시되도록 제어할 수 있다. 즉 촉감자극 제시 제어부(48)는 외부입력신호인 바람, 눈보라, 폭풍우 등의 음향신호의 바람 관련 데이터가 입력되면 메모리부(62)의 미세감각 변환 테이블(63)에 근거한 변환값에 따라 바람파동 생성부(58)의 바람 출력을 제어한다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 바람파동을 이용하는 미세 촉감자극 발생장치로서 촉감자극용 장갑(53)에 바람파동 생성부(58)로서 블로워가 설치된 다양한 예시도이다.

도 7의 (a)에서와 같이 바람파동 생성부(58)는 촉감자극용 장갑(53)의 손등부에 블러워가 위치되고 바람유도관(56)을 매개로 바람배출공(54a)을 갖는 근접패드(54)로 바람 감각이 간접 전달되도록 설치할 수 있으며, 도 7의 (b)에서와 같이 바람파동 생성부(58)가 근접패드(54)나 바람유도관(56)이 없이도 바람 감각이 필요한 부위의 장갑((장갑 손등부나 장갑 손바닥부 등등)에 바로 설치되게 구성할 수도 있다. 그러면 바람파동 생성부(58)가 바람감각이 필요한 부위(손등이나 손바닥)에 바람을 직접적으로 제공하게 된다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 압전진동을 이용한 미세 촉감자극 발생장치의 단면 구성 및 개략 구성도이고, 도 9는 도 8의 압전진동을 이용한 미세 촉감자극 발생장치의 사시 구성도이며, 도 10은 도 8의 분해 사시 구성도이다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 촉감자극 발생장치는 제1 및 제2 실시예에 따른 촉감자극 발생장치와 병행 설치 가능한 부가 촉감자극 발생장치로서 압전효과(Piezo electric effect)를 이용하여 촉감 진동을 발생시키는 촉감 진동수단이다.

예컨대, 본 발명에서는 음파촉감(제1 실시예) 및 바람파동 촉감(제2 실시예)은 손가락 위치에 설치되게 하고 압전진동 촉감(제3 실시예)은 손바닥이나 손등부에 설치되게 할 수 있는 것이다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 촉감자극 발생장치[제2 부가 촉감자극 발생장치(3)]는 성인 엄지나 검지 손톱크기만한 사이즈를 가지며, 내부 압전진동체(10)에 연결된 피부접촉 국소패드(20)를 진동노출 전용개구(5)를 통해 외부에 노출되게 구비하되 본체가 다소 납작한 원통형태로 구성할 수 있고, 필요에 따라 납작한 사각통형 형태 또는 납작한 밴더형태로도 구성할 수 있다.

즉 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세 촉감자극 발생장치는 제2 부가 촉감자극 발생장치(3)로서, 외부로의 제한된 진동노출이 전용 허락되는 진동노출 전용개구(5)와 내부에 진동작동공간부(7)를 제공하는 탄성케이스(4)와, 전극판(12)의 양측면중 하나 이상에 압전소자판(14)을 일체로 형성하고 전극판(12)의 외곽부가 탄성케이스(4)에 지지되며 탄성케이스(4) 내부의 진동작동 공간부(7)에 위치된 압전진동체(10)와, 압전진동체(10)의 판체 심부 양측면중 하나 이상의 측면에 연결목부(20a)가 접착제(26)를 매개로 고정되며 진동노출 전용개구(5)를 통해 탄성케이스(4)의 외부로 노출된 피부접촉 국소패드(20)와, 외부의 촉감자극 제어요구에 따라 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz의 주파수대역 범위내의 촉감 진동이 압전진동체(10)에 의해서 발생되도록 제어하는 촉감주파수 발생제어부(30)로 구성한 것이다. 촉감주파수 발생제어부(30)는 촉감주파수대역에 대응된 (-)/(+)나 (+)/(-)의 구동전압을 전선(16)을 통해서 압전진동체(10)에 인가한다.

촉감주파수 발생제어부(30)는, 예컨대 외부의 촉감자극 제어요구에 따라 촉감자극 진동에 관련된 전반적인 제어를 수행하는 전용 제어기와, 촉감 진동신호로 변환하기 위한 아날로그 또는 디지털형태의 음향을 입력받는 음향신호입력부와, 입력된 음향신호를 증폭시켜 촉감 진동에 가장 적합한 신호로 변환하는 음향처리기와, 음향처리를 통해 변환된 촉감 진동신호를 이용하여 압전진동체(10)를 구동시키는 구동회로를 포함할 수 있으며, 구동회로를 통해서 압전진동체(10)가 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz의 주파수대역 범위내의 촉감자극 진동을 발생하도록 구동전압이 생성되는 것이다.

본 발명의 압전진동체(10)는 2㎳ 이하의 빠른 응답시간을 갖는 압전소자 작동방식의 엑츄에이터이다. 더욱이 본 발명 압전진동체(10)의 압전소자 작동방식은 가청주파수대역인 20~20,000Hz에 대응하는 진동작동을 허락하지만, 압전진동체(10)가 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz의 주파수대역 범위내의 촉감자극 진동에 최적화되게 구성한 것이다.

피부접촉 국소패드(20)는 인체의 피부중 촉감 수용체가 많이 분포된 손가락 끝이나 손바닥의 특정 부분에 촉감진동을 직접 그리고 민감하게 전달할 수 있는데 적합한 국소 사이즈 즉 손톱크기나 손가락 한두마디 크기로 정해지는 것이 바람직하다. 피부접촉 국소패드(20)는 경질플라스틱이나 알루미늄과 같은 가벼운 경량 비철소재로 구성하는 것이 바람직하다. 그리고, 본 발명의 제3 실시예에 따른 촉감자극 발생장치는 피부접촉 국소패드(20)의 연결목부(20a) 주변을 감싸는 완충부재(18)를 구비한다. 완충부재(18)는 연결목부(20a) 보다 넓은 피부접촉 국소패드(20)를 받침해주어서 피부접촉 국소패드(20)가 사용중 균형감을 갖도록 해주며 쿠션감도 부여한다.

또한 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세 촉감자극 발생장치는 제2 부가 촉감자극 발생장치(3)의 변형 구성으로서, 도 11에 도시된 바와 같다.

도 11에 도시된 본 발명의 제3 실시예에 따른 제2 부가 촉감자극 발생장치(3)는,

외부로의 제한된 진동노출이 전용 허락되는 진동노출 전용개구(5)와 진동작동공간(7)을 제공하는 탄성브라켓(8)과,

전극판(12)의 양측면중 하나 이상에 압전소자판(14)을 일체로 형성하고 전극판(12)의 외곽부가 탄성브라켓(8)에 지지되는 압전진동체(10)와,

탄성브라켓(8)에 지지된 압전진동체(10)를 내장하는 하드케이스(24)와,

압전진동체(10)의 판 심부 양측면중 하나 이상의 측면에 연결목부(20a)가 고정되며 진동노출 전용개구(5)를 통해 외부로 노출된 피부접촉 국소패드(20)와,

외부의 촉감자극 제어요구에 따라 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz의 주파수대역 범위내의 촉감 진동주파수를 압전진동체(10)가 발생하도록 제어하는 촉감주파수 발생제어부(30)로 구성한 것이다.

본 발명의 제1 내지 제3 실시예들에 따른 미세 촉감자극 발생장치는 AR(Augmented Reality), VR(Virtual Reality), 메타버스 등과 같은 가상공간에서 이루어지는 콘텐츠에서 요구하는 헤드셋, 글로브(장갑), 슈트(옷), 신발 등에 하나 또는 다수개로 선택되어서 필요한 곳(감지영역)에 필요한 개수로 장착되어서 사용자가 섬세한 촉각을 직접 느낄 수 있도록 해준다.

도 12는 제1 내지 제3 실시예에 따른 미세 촉감자극 발생장치들중의 하나 이상이 촉감자극용 장갑(52)(53)에 배치된 미세촉감 자극부(64)의 위치 구성도로서, 미세 촉감자극 발생장치의 미세촉감 자극부(64)가 촉감자극용 장갑(52)(53)의 내피중 손부위 촉감수용체가 많이 몰려 있는 위치(손가락 끝 또는 손바닥 중간 등)에 분포되도록 구성한 것이다. 예컨대, 본 발명의 제1,제2 실시예에 따른 미세 촉감자극 발생장치는 장갑 손가락 끝에 함께 설치되고, 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세 촉감자극 발생장치는 장갑 손바닥에 설치되게 하는 것이다.

본 발명의 미세 촉감자극 발생장치는 예컨대, VR장갑과 같은 촉감자극용 장갑, 컴퓨터 마우스, 스마트폰, 조이스틱, 게임 컨트롤러(게임패드), 웨어러블 제스처 컨트롤러, 노트북PC 등등과 같이 직접 손으로 잡고 사용자 인터페이스를 수행하는 사용자 인터페이스용 입출력 디바이스에 설치하되 사용자인터페이스용 입출력 디바이스중 피부의 촉감수용부가 많은 위치에 미세 촉감자극 발생장치의 미세촉감 자극부(64)를 장착할 수 있다.

본 발명의 미세 촉감자극 발생장치의 미세촉감 자극부(64)는, 본 발명의 제1 실시예에 따르면 촉감자극 음파집중로(44a)가 있는 확산방지용 국소울림패드(44)가 될 수 있고, 본 발명의 제2 실시예에 따르면 바람배출공(54a)가 있는 근접패드(54)가 될 수 있으며, 본 발명의 제3 실시예에 따르면 피부접촉 국소패드(20)가 될 수 있다.

도 13 내지 도 18에서는 본 발명의 미세 촉감자극 발생장치의 미세촉감 자극부(64)를 사용자 인터페이스용 입출력 디바이스에 설치한 예시를 보여주고 있다.

도 13에서는 미세 촉감자극 발생장치의 미세촉감 자극부(64)를 유무선 마우스(66)에 적용한 일예를 보여주고 있으며, 사용자의 손바닥이나 엄지손가락과 접촉되는 컴퓨터 마우스(66)의 대응 위치에 미세촉감 자극부(64)가 형성된다.

도 14에서는 미세 촉감자극 발생장치의 미세촉감 자극부(64)를 스마트폰(68)에 적용한 일예를 보여주고 있으며, 스마트폰(68)을 사용중일 때 사용자의 손가락이 쉽게 접촉되는 스마트폰(68)의 배면 위치에 미세촉감 자극부(64)가 형성된다.

도 15에서는 미세 촉감자극 발생장치의 미세촉감 자극부(64)를 조이스틱(70)에 적용한 일예를 보여주고 있으며, 조이스틱(70)을 사용중일 때 사용자의 손가락이 쉽게 접촉되는 조이스틱(70)의 핸들(70a)중 사용자 손가락과 접촉되는 위치에 미세촉감 자극부(64)가 형성된다.

도 16에서는 미세 촉감자극 발생장치의 미세촉감 자극부(64)를 게임 컨트롤러(72)에 적용한 일예를 보여주고 있으며, 게임 컨트롤러(72)를 사용중일 때 사용자의 손가락들이 쉽게 접촉되는 게임 컨트롤러(72)의 전면중 사용자 엄지 손가락과 접촉되는 위치나 게임 컨트롤러(72)의 후면중 사용자 검지 및 중지 접촉위치에 각기 미세촉감 자극부(64)가 형성된다.

도 17에서는 미세 촉감자극 발생장치의 미세촉감 자극부(64)를 웨어러블 제스처 컨트롤러(74)에 적용한 일예를 보여주고 있으며, 웨어러블 제스처 컨트롤러(74)를 손으로 잡고 사용중일 때 사용자가 민감하게 느낄 수 있는 웨어러블 제스처 컨트롤러(74)의 터치면에 각기 미세촉감 자극부(64)가 형성된 것이다.

도 18에서는 미세 촉감자극 발생장치의 미세촉감 자극부(64)를 노트북PC(76)에 적용한 일예를 보여주고 있으며, 노트북PC(76)을 사용중일 때 사용자의 손가락이 쉽게 접촉되는 트랙패드(78)내의 좌우측 위치나 트랙패드(78)를 기준한 좌측편의 여유영역이나 우측편의 여유영역에 미세촉감 자극부(64)가 각각 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 미세 촉감자극 발생장치는 음파진동이나 바람파동을 이용하여 생성된 미세 촉각은 피부의 촉감수용체에 기계적 진동이나 전기자극과는 다른 미세 촉감을 제시할 수 있다. 또한 본 발명에서는 촉감 감지영역을 필요한 곳에 설정할 수 있으며, 섬유, 종이, 바람 등의 섬세한 질감을 사용자에게 제시할 수 있다.

본 발명의 미세 촉감자극 발생장치를 사용자 인터페이스용 입출력 디바이스에 장착하게 되면, 홈쇼핑 등 인터넷을 통한 상품을 구매시에 그 물건의 촉감을 전달하기 위해 적절한 바람파동이나 음파진동을 통한 미세 촉감을 사용자(구매자)에게 제시할 수 있다.

또한 섬유재질의 질감과 같은 세밀한 촉감이나 모래의 촉감 등을 주로 손끝과 같은 예민한 부분이나 손바닥의 특정 부위에 제시하기 위해서 본 발명의 미세 촉감자극 발생장치를 사용자 인터페이스용 입출력 디바이스에 장착하면 그 햅틱효과를 발현할 수 있다.

다가오는 미래에는 VR이나 메타버스가 일상화되면서 상대방과 카드게임을 하거나 아바타끼리 농구도 할 수 있다. 이때 동영상 화면이나 3D그래픽, 스테레오 음향에 버금갈 만큼 중요해지는 것이 사용자에게 제시할 수 있는 것이 촉각이다. 본 발명의 미세 촉감자극 발생장치는 사용자가 원하는 촉감들중에서 미세 촉감까지도 제시할 수 있다.

특히 사람이 물체의 감각을 확인할 때에 촉각과 시각을 동시에 사용하는데, 화면으로 시청하는 영상과 함께 본 발명의 미세 촉감자극 발생장치를 VR장갑과 같은 사용자인터페이스용 입출력 디바이스에 장착해서 미세 촉감을 사용자가 느낄 수 있도록 해줌으로써 물건을 시각적으로 보면서 물건의 경도, 조직, 거칠기 등의 유사 질감을 사용자가 촉감적으로 인식할 수 있게 해준다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위 및 그 청구범위와 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.

본 발명은 햅틱기술로서 의료분야, 군사 분야, 가상훈련을 위한 시뮬레이션 분야, 게임산업 분야, 모바일기기 분야, 웨어러블장치 분야, 가전제품 분야, 선박항공차량 분야, 로봇산업 분야 등등에 사용될 수 있다.

(2)(3)-- 제1,제2 부가 촉감자극 발생장치 (4)-- 탄성케이스
(5)-- 진동노출 전용개구 (6)-- 끼움홈선
(7)-- 진동작동공간부 (8)-- 탄성브라켓
(10)-- 압전진동체 (12)-- 전극판
(14)-- 압전소자판 (16)-- 전선
(18)-- 완충부재 (20)-- 피부접촉 국소패드
(20a)-- 연결목부 (24)-- 하드케이스
(26)-- 접착제 (30)-- 촉감주파수 발생제어부
(40)-- 손가락 (42)-- 음파진동 스피커
(44)-- 국소울림패드 (44a)-- 촉감자극 음파집중로
(46)-- 오디오부 (48)(60)-- 촉감자극 제시 제어부
(50)(62)-- 메모리 (51)(63)-- 미세감각 변환테이블
(52)(53)-- 촉감자극용 장갑 (52a)-- 장갑 손끝부
(54)-- 근접패드 (54a)-- 바람 배출공
(56)-- 바람 유도관 (58)-- 바람 생성부
(64)-- 미세촉감 자극부 (66)-- 마우스
(68)-- 스마트 폰 (70)-- 조이스틱
(70a)-- 조이스택 핸들 (72)-- 게임 컨트롤러
(74)--웨어러블 제스처 컨트롤러 (76)-- 노트북PC
(78)-- 트랙패드

Claims

미세 촉감자극 발생장치에 있어서,
인체 피부의 촉감수용체 분포부위 중의 일부로 가청주파수 대역중 5~500Hz 주파수대역 범위내의 음파를 출력하기 위한 음파진동 스피커와,
음파진동 스피커에 연통되며 인체피부의 촉감수용체 분포부위 중 일부에 가해지는 음파진동 에너지의 밀도를 높이는 촉감자극 음파집중로가 형성된 국소울림패드와,
외부의 촉감자극 제어요구에 따라 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz 주파수대역 범위내의 음파출력을 음파진동 스피커가 생성시키도록 오디오부를 제어하는 촉감자극 제시 제어부로 구성함을 특징으로 하는 미세 촉감자극 발생장치.
제1항에 있어서, 촉감자극 제시 제어부는 외부입력신호인 음향정보의 주파수성분, 음량크기 성분, 시간데이터중에서 선택 이용하고 메모리부의 미세감각 변환 테이블에 근거한 변환값에 따라 음파진동 스피커의 음파출력을 제어함을 특징으로 하는 미세 촉감자극 발생장치.
제1항에 있어서, 국소울림패드는 사용자인터페이스용 입출력 디바이스중 사용자 손이 접촉가능한 미세촉감 자극부에 장착되게 구성함을 특징으로 하는 미세 촉감자극 발생장치.
제1항에 있어서, 제1 부가 촉감자극 발생장치를 더 구비하며;
상기 제1 부가 촉감자극 발생장치는,
인체 피부의 촉감수용체 분포부위 중의 일부에 촉각자극 바람을 생성하는 바람파동 생성부와,
바람파동 생성부로부터의 촉각자극 바람을 인체피부의 촉감수용체 분포부위 중 일부에 배치되며 바람배출공을 갖는 근접패드와,
상기 근접패드의 바람 배출공으로 가해지도록 촉각자극 바람을 유도하는 바람 유도관과,
외부의 촉감자극 제어요구에 따라 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 촉각자극 바람을 바람파동 생성부가 생성시키도록 제어하는 촉감자극 제시 제어부로 구성함을 특징으로 하는 미세 촉감자극 발생장치.
제4항에 있어서, 촉감자극 제시 제어부는 외부입력신호인 환경정보가 입력됨에 따라 메모리에 저장된 미세감각 변환테이블에 근거해 변환하여 미세 촉감자극을 위한 풍량 출력이 제시되도록 바람파동 생성부를 제어함을 특징으로 하는 미세 촉감자극 발생장치.
제4항 또는 제5항에 있어서, 바람파동 생성부는 압전 블로워, 팬 블로워, 에어펌프 중 하나로 구성함을 특징으로 하는 미세 촉감자극 발생장치.
제4항에 있어서, 근접패드는 사용자인터페이스용 입출력 디바이스중 사용자 손이 접촉가능한 미세촉감 자극부에 장착되게 구성함을 특징으로 하는 미세 촉감자극 발생장치.
제1항에 있어서, 제1 부가 촉감자극 발생장치를 더 구비하며;
상기 제1 부가 촉감자극 발생장치는,
인체 피부의 촉감수용체 분포부위 중의 일부에 바로 설치되어서 촉각자극 바람을 생성하여 인체 피부의 촉감수용 분포부위 중의 일부로 직접적으로 제공하는 바람파동 생성부와,
외부의 촉감자극 제어요구에 따라 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 촉각자극 바람을 바람파동 생성부가 생성시키도록 제어하는 촉감자극 제시 제어부로 구성함을 특징으로 하는 미세 촉감자극 발생장치.
제3항 또는 제7항에 있어서, 사용자인터페이스용 입출력 디바이스는 촉감자극용 장갑, 컴퓨터 마우스, 스마트폰, 조이스틱, 게임 컨트롤러(게임패드), 웨어러블 제스처 컨트롤러, 노트북PC 중 하나임을 특징으로 하는 미세 촉감자극 발생장치.
제1항에 있어서, 제2 부가 촉감자극 발생장치를 더 구비하며;
상기 제2 부가 촉감자극 발생장치는;
외부로의 제한된 진동노출이 전용 허락되는 진동노출 전용개구와 내부에 진동작동공간부를 제공하는 탄성케이스와,
전극판의 양측면중 하나 이상에 압전소자판을 일체로 형성하고 전극판의 외곽부가 탄성케이스에 지지되며 탄성케이스 내부의 진동작동 공간부에 위치된 압전진동체와,
압전진동체의 판 심부 양측면중 하나 이상의 측면에 연결목부가 고정되며 진동노출 전용개구를 통해 탄성케이스의 외부로 노출된 피부접촉 국소패드와, 외부의 촉감자극 제어요구에 따라 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz의 주파수대역 범위내의 촉감 진동이 상기 압전진동체에 의해서 발생되도록 제어하는 촉감주파수 발생제어부로 구성함을 특징으로 하는 미세 촉감자극 발생장치.
제1항에 있어서, 제2 부가 촉감자극 발생장치를 더 구비하며;
상기 제2 부가 촉감자극 발생장치는;
외부로의 제한된 진동노출이 전용 허락되는 진동노출 전용개구와 진동작동공간을 제공하는 탄성브라켓과,
전극판의 양측면중 하나 이상에 압전소자판을 일체로 형성하고 전극판의 외곽부가 탄성브라켓에 지지되는 압전진동체와,
탄성브라켓에 지지된 압전진동체를 내장하는 하드케이스와,
압전진동체의 판 심부 양측면중 하나 이상의 측면에 연결목부가 고정되며 진동노출 전용개구를 통해 외부로 노출된 피부접촉 국소패드와,
외부의 촉감자극 제어요구에 따라 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz의 주파수대역 범위내의 촉감 진동주파수를 상기 압전진동체가 발생하도록 제어하는 촉감주파수 발생제어부로 구성함을 특징으로 하는 촉감자극 발생장치.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 피부접촉 국소패드는 사용자인터페이스용 입출력 디바이스중 사용자 손이 접촉가능한 미세촉감 자극부에 장착되게 구성함을 특징으로 하는 미세 촉감자극 발생장치.
제12항에 있어서, 상기 사용자인터페이스용 입출력 디바이스는 촉감자극용 장갑, 컴퓨터 마우스, 스마트폰, 조이스틱, 게임 컨트롤러(게임패드), 웨어러블 제스처 컨트롤러, 노트북PC 중 하나임을 특징으로 하는 미세 촉감자극 발생장치.