WO2020218702A1 - 사용자 입력을 전달하는 입력 장치 - Google Patents

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WO2020218702A1
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    • G06F3/046—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by electromagnetic means

Definitions

  • the touch contact is located at an opposite point across the pivot from the gripping part held by the user in the operation part, and the touch contact is distant from the center position according to the movement induced by the user.
  • the touch contact may be maintained in contact with the touch screen through an elastic member provided on the operation unit.
  • a first magnetic part is disposed at a point opposite to the pivot from the gripping part held by the user in the operation part, and the movement is controlled by magnetic force with the first magnetic part.
  • the magnetic part may be attached to the touch contact to transmit movement by the magnetic force to the touch contact.
  • An input device for an electronic device includes: a fixing unit fixed to the electronic device; An operation unit including a first magnetic unit that is pivotally connected to the fixing unit and has a movement induced by a user; And a second movement that is controlled by a magnetic force with the first magnetic unit, and transmits the movement by the magnetic force to a touch contact that provides a touch input according to the movement induced by the user to the touch screen of the electronic device.
  • a magnetic unit is included, and a movement of the operation unit is identified based on a movement of a touch input provided to the touch screen by the touch contact.
  • a low-cost accessory including only a simple appliance without an additional sensor, circuit, or communication module for a computing device having any one or more of a touch screen and a magnetic field measurement sensor, such as a smart phone or a tablet. Can be performed effectively.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an auto detect operation for an input device according to an exemplary embodiment.
  • the touch contact is made of a conductor having a relatively wide area, and in this case, there may be one touch contact. If there is only one touch contact, since the input device may not know the relative angle fixed to the electronic device, it may be difficult to know the exact location of the input device and/or the movable magnetic part only by the location where the touch contact touched the touch screen. In this case, the position of the movable magnetic part may be estimated using an assumption that the input device is inserted into the electronic device in a direction perpendicular to an edge of the electronic device. Alternatively, in the example shown in FIG.
  • the electronic device may determine that the input device is fixed to the electronic device. have. That is, when the input device is fixed to the electronic device, the relative position between the magnetic field sensor and the input device in the electronic device is also fixed, and the change in the magnetic field strength detected by the magnetic field sensor becomes smaller than the critical change.
  • the present invention is limited to various methods of recognizing touch inputs, such as can be applied to a static pressure display using pressure when touching, and can be applied to a capacitive display using a change in conductivity such as a user's hand or a stylus pen at the touch position. Can be applied without.
  • touch screen is a capacitive type.
  • the description below does not limit the embodiment of the touch screen, and may be applied to various touch screens such as a positive pressure type, an optical type, and a surface acoustic wave method without limitation.
  • the input device may be divided into a fixed part and an operation part.
  • the fixing part may be fixed by the input device on the touch screen of the electronic device.
  • it may be fixed to the electronic device by using a suction cup on the lower surface of the input device or the like.
  • it may be fixed through a structure fitted to the side of the electronic device.
  • the operation unit may be connected to the fixing unit through a ball joint.
  • the operation unit may be connected through various devices such as a device such as a gimbal or a stick that has come out through other holes.
  • a separate touch contact is provided on the fixed part of the input device, and when the input device is fixed on the touch screen of the electronic device, the corresponding separate touch contact touches the touch screen. You can have it provide input.
  • the electronic device may calculate a center position of the pivot of the input device using position information of a touch input provided from a separate touch contact.
  • a message instructing the user to fix the input device to a specific position of the electronic device may be provided, and the center position of the pivot of the input device may be determined in consideration of the specific position.
  • FIG. 15 an embodiment in which the touch contact is continuously in contact with the plane of the touch screen even when the operation unit rotates using a magnetic unit (eg, magnetism) is illustrated.
  • a magnetic part 1 which is a magnet or ferromagnetic
  • the magnet or ferromagnetic part 2 and the magnetic part 2 which are magnets or ferromagnetic, that move along the fixed part fixed to the electronic device while being attracted to the magnetic part 1 are in actual contact with the touch screen.
  • a touch contact may be provided.
  • the magnetic part 1 forms a motion trajectory on the spherical surface.
  • the magnetic part 2 has an attractive force of the magnetic part 1 and can move along the ceiling plane by a mechanical repulsive force with the ceiling plane of the fixed part. Accordingly, the touch contact fixed to the magnetic part 2 can always touch the touch screen of the electronic device.
  • the software can grasp the position of the gripping part from the touch position of the touch contact, and can reflect this to the state of the software.
  • the touch screen sensor Even if there is an air gap between the magnetic part 2 and the touch screen because a separate touch contact is not provided on the magnetic part 2, if the distance between the magnetic part 2 and the touch screen is sufficiently close, the touch screen sensor The center position of 2 may be received as a touch input. In this case, the center position of the magnetic unit 2 recognized as a touch input may be referred to as a touch contact. If the distance between the magnetic part 2 and the touch screen is not close enough, it is necessary to provide an elastic or easily deformable touch contact at the end of the touch part.
  • the lower part 160 is implemented as a curved surface such as a spherical surface, or a cube having a large number of surfaces, so that the user grips the upper part holding part 161 and tilts it at any angle.
  • a portion of a specific longitude and latitude among the lower part 160 comes into contact with the touch screen 230.
  • the driven part is mounted on the fixed part, the fixed part is fixed to the electronic device and the touch screen, and in this state, the driven part can be rotated in two degrees of freedom.
  • the driven part is perpendicular to the touch screen, the distance between the interlocking part and the end of the touch contact is minimized, and if the driven part is inclined at this angle, the distance between the end of the touch contact and the interlocking part must gradually increase to keep in contact with the touch screen. Can be maintained.
  • an elastic member such as a spring between the touch part and the linking part, so that the distance between the linking part and the touch contact is changed dynamically.
  • 46 to 55 are diagrams for explaining an input device corresponding to a touch joystick using two pivots and a link according to another embodiment.
  • magnetic portions may be arranged on the linkage portions of both sides of the driving portion and the driven portion as shown in FIG. 45 to pull each other, thereby causing the central regression. That is, the magnetic link can give a central regressive characteristic.

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Abstract

사용자 입력을 전달하는 입력 장치가 개시된다. 개시된 전자 장치에 대한 입력 장치는 전자 장치에 대해 고정되고, 전자 장치의 터치스크린에 터치 입력을 제공하는 터치접점을 포함하는 고정부 및 사용자에 의해 유발된 움직임에 의해 특정 위치를 벗어남으로써 전자 장치로 전달되는 자기장에 변화 패턴을 생성하는 이동형 자성부를 포함한다. 이동형 자성부의 움직임은 이동형 자성부에서 생성된 자기장의 변화 패턴을 감지한 전자 장치에 의해 식별된다.

Description

사용자 입력을 전달하는 입력 장치
아래의 설명은 사용자 입력을 전달하는 입력 장치에 관한 것이다.
최근 스마트 폰, 스마트 패드, 태블릿 컴퓨터 등의 휴대용 전자 장치들이 증가하면서 직관적으로 입/출력 가능한 방법에 대한 사용자의 요구가 증대하고 있다. 휴대용 전자 장치들의 경우 휴대의 용이성은 언제나 중요한 이슈였다. 전자 장치들의 휴대의 용이성을 위하여 그 크기가 제한되고 있으며, 결과적으로 정보를 표시하고 사용자로부터 터치 입력을 받는 터치스크린의 크기는 일반 TV, 모니터 등에 비하여 상대적으로 작은 특징이 있다. 터치스크린 크기의 제약으로 인해, 사용자는 전자 장치의 휴대의 용이성을 위해 전자 장치에 대한 입력의 불편함을 감수할 수 밖에 없는 실정이다.
일실시예에 따른 전자 장치에 대한 입력 장치는 상기 전자 장치에 대해 고정되고, 상기 전자 장치의 터치스크린에 터치 입력을 제공하는 터치접점을 포함하는 고정부; 및 사용자에 의해 유발된 움직임에 의해 상기 특정 위치를 벗어남으로써 상기 전자 장치로 전달되는 자기장에 변화 패턴을 생성하는 이동형 자성부를 포함하고 상기 이동형 자성부의 움직임은 상기 이동형 자성부에서 생성된 상기 자기장의 변화 패턴을 감지한 상기 전자 장치에 의해 식별될 수 있다.
일실시예에 따른 전자 장치에 대한 입력 장치에서 상기 터치접점에 의해 상기 터치스크린으로 제공되는 터치 입력의 위치에 기초하여 상기 고정부가 상기 전자 장치에 대해 완전히 고정되지 않은 것으로 판단되면, 상기 사용자로 미리 정해진 제1 메시지가 제공될 수 있다.
일실시예에 따른 전자 장치에 대한 입력 장치에서 상기 고정부는 복수의 터치접점들을 포함하고, 상기 이동형 자성부의 위치는 상기 복수의 터치접점들 및 상기 이동형 자성부에서 생성된 자기장에 기초하여 감지될 수 있다.
일실시예에 따른 전자 장치에 대한 입력 장치에서 상기 터치접점은 전도성을 가지고, 정전 방식의 상기 터치스크린으로 전기적 특성 변화로 인한 상기 터치 입력을 제공할 수 있다.
일실시예에 따른 전자 장치에 대한 입력 장치에서 상기 터치접점은 상기 고정부의 하단에서 돌출된 부분으로, 정압 방식의 상기 터치스크린으로 일정 크기의 압력에 의한 상기 터치 입력을 제공할 수 있다.
일실시예에 따른 전자 장치에 대한 입력 장치에서 상기 입력 장치가 상기 전자 장치에 접근함에 따라 상기 전자 장치에서 감지되는 자기장의 변화 패턴으로부터, 입력 장치가 전자장치에 접근했음이 인식될 수 있다.
일실시예에 따른 전자 장치에 대한 입력 장치에서 상기 입력 장치가 상기 전자 장치에 고정되어 상기 전자 장치에서 감지되는 자기장의 변화가 미리 정해진 제2 임계치 이하인 경우, 입력 장치가 전자 장치에 고정되었음이 인식될 수 있다.
일실시예에 따른 전자 장치에 대한 입력 장치는 전자 장치의 상기 터치스크린으로 터치 입력을 제공하는 터치접점을 포함하는 버튼부를 더 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 전자 장치에 대한 입력 장치는 상기 이동형 자성부는 상기 고정부의 미리 알려진 위치에 위치하려는 중앙 회귀적 특성을 가질 수 있다.
일실시예에 따른 전자 장치에 대한 입력 장치는 상기 전자 장치에 대해 고정되는 고정부; 상기 고정부와 피봇(pivot) 연결되어 사용자에 의해 유발된 움직임에 따른 터치 입력을 상기 전자 장치의 터치스크린으로 제공하는 터치접점의 움직임을 제어하는 동작부를 포함하고, 상기 동작부에서 상기 사용자에 의해 파지되는 파지부의 움직임은 상기 터치접점에 의해 상기 터치스크린에 제공된 터치 입력의 움직임과 반대로 식별된다.
일실시예에 따른 입력 장치에서 상기 터치접점은 상기 동작부에서 상기 사용자에 의해 파지되는 파지부로부터 피봇을 건너 반대 지점에 위치하고, 상기 사용자에 의해 유발된 움직임에 따라 상기 터치접점이 중심 위치에서 멀어지면 상기 동작부에 구비된 탄성부재를 통해 상기 터치접점이 상기 터치스크린에 접촉된 상태가 유지될 수 있다.
일실시예에 따른 입력 장치에서 상기 동작부에서 상기 사용자에 의해 파지되는 파지부로부터 피봇을 건너 반대 지점에 제1 자성부가 배치되고, 상기 제1 자성부와의 자력에 의해 움직임이 제어되는 제2 자성부는 상기 터치접점에 부착되어 상기 자력에 의한 움직임을 상기 터치접점으로 전달할 수 있다.
일실시예에 따른 입력 장치에서 상기 동작부는 상기 터치접점과 피봇 연결되어 상기 사용자에 의해 유발된 움직임을 상기 터치접점으로 전달할 수 있다.
일실시예에 따른 입력 장치에서 상기 동작부는 탄성부재로 상기 고정부와 연결되어 상기 고정부의 미리 알려진 위치에 위치하려는 중앙 회귀적 특성이 발생할 수 있다.
일실시예에 따른 입력 장치에서 상기 동작부에서 상기 사용자에 의해 파지되는 파지부의 위치는 상기 동작부의 중심 위치, 상기 터치 입력의 위치, 상기 동작부에서 상기 파지부의 길이, 상기 동작부에서 터치접점의 길이 중 적어도 하나에 기초하여 상기 전자 장치에 포함된 JSDK(joystick software development kit)에서 식별되어 상기 전자 장치에 포함된 어플리케이션으로 전달될 수 있다.
일실시예에 따른 입력 장치에서 상기 동작부의 중심 위치는 상기 고정부에 포함된 제2 터치접점을 통해 상기 터치스크린에 입력된 제2 터치 입력에 기초하여 결정되거나, 또는 상기 사용자로 상기 고정부를 상기 터치스크린의 특정 위치에 위치시키라는 안내 메시지를 제공함으로써 식별될 수 있다.
일실시예에 따른 전자 장치에 대한 입력 장치는 상기 전자 장치에 대해 고정되는 고정부; 상기 고정부와 피봇 연결되어 사용자에 의해 유발된 움직임을 갖는 제1 자성부를 포함하는 동작부; 및 상기 제1 자성부와의 자력에 의해 움직임이 제어되고, 상기 사용자에 의해 유발된 움직임에 따른 터치 입력을 상기 전자 장치의 터치스크린으로 제공하는 터치접점에 상기 자력에 의한 움직임을 전달하는 제2 자성부를 포함하고, 상기 동작부의 움직임은 상기 터치접점에 의해 상기 터치스크린에 제공된 터치 입력의 움직임에 기초하여 식별된다.
일실시예에 따른 입력 장치에서 상기 동작부가 상기 사용자에 의해 유발된 움직임에 의해 제1 방향으로 꺾이면서 상기 제1 자성부는 상기 제1 방향에서 상기 제2 자성부와 가장 인접하게 배치되고, 상기 제2 자성부가 상기 제1 자성부와의 자력에 의해 상기 제1 방향으로 이동됨으로써 상기 사용자에 의해 유발된 움직임에 따른 터치 입력이 상기 터치스크린에 제공될 수 있다.
일실시예에 따른 입력 장치에서 상기 동작부는 탄성부재로 상기 고정부와 연결되어 상기 고정부의 미리 알려진 위치에 위치하려는 중앙 회귀적 특성이 발생할 수 있다.
일실시예에 따른 입력 장치는 상기 제1 자성부 및 상기 제2 자성부 사이에 위치하여, 상기 제1 자성부 및 상기 제2 자성부 중 적어도 하나에 중앙 회귀적 특성을 부여하는 제3 자성부를 더 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 전자 장치에 대한 입력 장치는 상기 전자 장치에 대해 고정되는 고정부; 상기 고정부에 의해 지지되어 사용자에 의해 유발된 움직임에 가지는 구동부; 및 상기 고정부에 의해 지지되고, 상기 구 동부에 연동되어 상기 구동부와 대칭적인 움직임을 가지고, 상기 사용자에 의해 유발된 움직임에 따른 터치 입력을 상기 전자 장치의 터치스크린으로 제공하는 터치접점을 포함하는 피구동부를 포함하고, 상기 구동부의 움직임은 상기 터치접점에 의해 상기 터치스크린에 제공된 터치 입력의 움직임에 기초하여 식별될 수 있다.
일실시예에 따른 입력 장치에서 상기 사용자에 의해 유발된 움직임에 따라 상기 터치접점이 중심 위치에서 멀어지면 상기 피구동부에 구비된 탄성부재 또는 자력을 통해 상기 터치접점이 상기 터치스크린에 접촉된 상태가 유지될 수 있다.
일실시예에 따른 입력 장치에서 상기 구동부는 상기 피구동부에 인접한 부분에 제1 자성부를 포함하고, 상기 피구동부는 상기 구동부에 인접한 부분에 제2 자성부를 포함하고, 상기 제1 자성부와 상기 제2 자성부 간 자력에 의해 상기 고정부의 미리 알려진 위치에 위치하려는 중앙 회귀적 특성이 발생할 수 있다.
일실시예에 따른 입력 장치에서 상기 구동부와 상기 피구동부는 링크로 연결되고, 상기 구동부는 제1 피봇에 의해 움직임 자유도가 구속되고, 상기 피구동부는 제2 피봇에 의해 움직임 자유도가 구속되고, 상기 제1 피봇 및 상기 제2 피봇은 상기 고정부에 대해 고정될 수 있다.
일실시예에 따른 입력 장치에서 상기 구동부와 상기 피구동부는 각각 볼 조인트에 의해 서로 구속되어, 상기 구동부와 상기 피구동부는 대칭적인 움직임을 가질 수 있다.
일실시예에 따른 입력 장치에서 상기 고정부와 상기 피구동부 사이를 연결시키는 탄성부재가 대칭적으로 배치됨으로써, 상기 고정부의 미리 알려진 위치에 위치하려는 중앙 회귀적 특성이 발생할 수 있다.
일실시예에 따른 입력 장치에서 상기 고정부는 상기 피구동부에 인접한 부분에 제1 자성부를 포함하고, 상기 피구동부는 상기 고정부에 인접한 부분에 제2 자성부를 포함하고, 상기 제1 자성부 및 상기 제2 자성부 간 척력에 기반하여 상기 고정부의 미리 알려진 위치에 위치하려는 중앙 회귀적 특성이 발생할 수 있다.
일실시예에 따른 전자 장치에 대한 입력 장치는 상기 전자 장치의 후면에 대해 고정되는 고정형 자성부; 및 상기 전자 장치의 전면에 배치된 터치스크린 상에 배치되고, 고정형 자성부와의 자력에 기초하여 상기 고정부 자성부의 중심에 위치하려는 중앙 회귀적 특성을 가지고, 사용자에 의해 유발된 움직임에 따른 터치 입력을 상기 터치스크린으로 제공하는 이동형 자성부를 포함하고, 상기 이동형 자성부의 움직임은 상기 터치스크린에 제공된 터치 입력의 움직임에 기초하여 식별된다.
일실시예에 따른 입력 장치에서 상기 이동형 자성부는 상기 터치스크린에 접촉된 면에 터치 입력을 각각 제공하는 복수의 터치접점을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 입력 장치에서 상기 이동형 자성부는 원통형이고, 상기 사용자에 의해 유발된 움직임에 따라 상기 터치스크린 상에서 슬라이딩될 수 있다.
일실시예에 따른 전자 장치에 대한 다면체 형태의 입력 장치는 면(face)마다 상이한 개수의 터치접점을 포함하고, 상기 입력 장치가 상기 전자 장치의 터치스크린에 놓이면, 상기 입력 장치의 복수의 면들 중에서 상기 터치스크린에 접촉하는 면에 배치된 하나 이상의 터치접점을 통해 상기 터치스크린으로 터치 입력이 제공되고, 상기 입력 장치의 놓인 상태는 상기 하나 이상의 터치접점에 따른 터치 입력을 감지한 상기 전자 장치에 의해 식별된다.
일실시예에 따른 입력 장치에서 상기 하나 이상의 터치접점에 따른 터치 입력은 해당 면에 배치된 터치접점의 개수, 간격, 서로 간의 각도 중 적어도 하나에 기초하여 결정될 수 있다.
일실시예에 따르면, 스마트 폰이나 테블릿과 같이 터치스크린, 자기장 측정 센서 중 어느 하나 이상을 구비한 컴퓨팅 장치에 대해 추가의 센서, 회로, 통신 모듈 없이 단순한 기구물만 포함하는 저가의 액세서리를 이용한 입력을 효과적으로 수행할 수 있다.
일실시예에 따르면, 사용자가 특정 위치에 입력 장치를 고정시킬 필요가 없이 전자 장치에 포함된 자기장 센서에 자기장이 미칠 만한 위치면 제한 없이 입력 장치가 배치될 수 있으며, 사용자가 별도로 통보할 필요 없이 전자 장치가 입력 장치의 고정 여부를 파악할 수 있으며, 입력 장치가 고정된 위치도 자동으로 파악할 수 있다.
일실시예에 따르면, 사용 중 입력 장치가 밀려 고정 위치가 변경되더라도 입력 장치에 포함된 터치접점의 위치가 같이 변경되므로, 전자 장치는 터치스크린에 제공된 터치 입력의 위치로부터 입력 장치 및/또는 측정 대상이 되는 이동형 자성부를 포함한 파지부의 새로운 위치를 파악하게 되며, 측정된 자기장 값으로부터 파지부의 각도 및/또는 위치 변화를 정확하게 계산할 수 있다.
일실시예에 따르면, 휴대 컴퓨터에 모션 입력을 하기 위해 휴대 컴퓨터가 이미 구비한 자기장센서(magnetometer), 터치스크린 등을 쓰고, 액세서리에는 일체의 전자 센서, 회로, 전원장치 없이 단순한 자석이나 터치스크린 입력용 터치접점 등만을 구비하여 액세서리를 통해 다양한 사용자 입력인 직관적 모션을 컴퓨터 소프트웨어에 입력하여 소프트웨어 상의 객체의 상태를 바꾸어 그래픽 에디터, 모션 게임, 거리뷰나 google earth 등의 geospatial 응용을 편리하게 조작하게 한다.
일실시예에 따르면, 본 발명은 자기장을 통한 센싱으로, 제한된 공간에서 손가락 위주로 조작되는 휴대 컴퓨터에서 센싱을 위해 가시선을 확보할 필요를 효과적으로 극복한다. 또한, 본 발명은 자기장을 3차원 벡터로 센싱하는 자기장 센서의 한정된 입력만으로도 액세서리에서 필요한 모션 값들을 계산하여, 화면에 표시되는 컨텐츠의 동작, 색상 등을 변화시켜 사용자 입력에 대응하는 동작을 수행할 수 있다.
일실시예에 따르면, 두 가지 종류 이상의 센서들, 특히 휴대형 컴퓨터의 경우 터치스크린의 눌림 좌표와 3차원 자기장 센서에서 센싱되는 자기장 벡터 값을 동시에 참조함으로써 기존의 입력용 액세서리에 비해 저가, 소형으로 구현되면서 인식할 수 있는 입력의 자유도를 높혀 사용자가 편리하고 직관적으로 입력하도록 하는 사용자 편의성을 향상시킨다.
도 1 내지 도 5는 일실시예에 따른 입력 장치가 도시된다.
도 6 내지 도 9는 일실시예에 따른 자석 조이스틱에 해당하는 입력 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일실시예에 따른 입력 장치에 대한 자동 감지(auto detect) 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11 내지 도 16은 일실시예에 따른 터치 조이스틱에 해당하는 입력 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 일실시예에 따른 입력 장치에서 파지부와 터치접점이 피봇 연결된 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 18 및 도 20은 일실시예에 따른 JSDK(joystick software development kit)을 설명하기 위한 도면이다.
도 21은 일실시예에 따라 5개의 자유도를 동시에 입력할 수 있는 터치접점 기반의 입력 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 22는 일실시예에 따른 주사위의 6개의 면마다 모양이나 배치가 다른 터치접점을 통해 구현된 입력 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 23 내지 도 36은 일실시예에 따른 자성부를 이용한 터치 조이스틱에 해당하는 입력 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 37 내지 도 39는 일실시예에 따른 동작부로 구현된 입력 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 40 내지 도 45는 일실시예에 따른 기어를 이용한 터치 조이스틱에 해당하는 입력 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 46 내지 도 55는 다른 일실시예에 따른 기어를 이용한 터치 조이스틱에 해당하는 입력 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 56 내지 도 58은 일실시예에 따른 자성부를 이용한 슬라이딩 타입의 터치 조이스틱에 해당하는 입력 장치를 설명하기 위한 도면이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 아래의 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 실시예의 범위가 본문에 설명된 내용에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타내며, 공지된 기능 및 구조는 생략하도록 한다.
도 1 내지 도 5는 일실시예에 따른 입력 장치가 도시된다.
영구 자석을 사용한 트랙볼 또는 조이스틱에 해당하는 입력 장치는 스마트 폰 등 범용의(general purpose) 전자 장치에 부착되어 사용될 수 있다. 도 1는 입력 장치의 정면도를 나타내고, 도 2는 입력 장치의 측면도를 나타내고, 도 3은 입력 장치가 전자 장치에 부착된 상태의 측면도를 나타내며, 도 4는 입력 장치가 전자 장치에 부착된 상태의 평면도를 나타낸다. 입력 장치의 이동형 자성부가 사용자에 의해 유발된 움직임에 의해 미리 정해진 위치를 벗어남으로써 전자 장치로 전달되는 자기장에 변화 패턴이 생성되며, 전자 장치는 이러한 자기장의 변화 패턴을 감지하여 이동형 자성부의 움직임이 감지될 수 있다. 이때, 밑면은 비전도체로 구성될 수 있다.
다만, 이러한 입력 장치의 경우, 전자 장치의 자기장 센서 값으로부터 이동형 자성부의 각도 및/또는 위치를 계산하기 위해서, 입력 장치를 특정 위치에 고정시켜 전자 장치와 상대적인 움직임이 없도록 기구적으로 고정하든지, 도 5의 예시처럼 사용자에게 입력 장치를 지정된 위치에 놓고 움직이지 않고 사용하도록 전자 장치가 표시부(예컨대, 디스플레이, 터치스크린 등)를 통하여 안내하여야 한다. 사용자는 그에 따라야 하고, 도 5의 예시처럼 입력장치를 전자장치의 특정 위치에 고정되었음을 확인하는 버튼 "Connect"을 누르는 등을 통해 전자 장치에 따로 통보하여야 하며 전자 장치는 이러한 위치에 관련된 물리적 사전정보를 관리하여야 한다.
이 경우, 사용자에게 특정 위치에 고정시킬 것을 안내하는 화면을 표시해야 하고, 사용자는 특정 위치에 입력 장치가 고정되었음을 버튼 입력을 통해 통보해야 하며, 사용자가 입력 장치를 사용하다가 입력 장치가 밀려 위치가 바뀌게 되면 오동작이 발생하게 된다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 자석 조이스틱에 해당하는 입력 장치를 설명하기 위한 도면이다.
앞서 설명한 사항들은 아래의 기법을 통해 해결될 수 있다. 터치스크린을 갖춘 전자 장치의 경우에 입력 장치는 터치스크린을 터치하는 터치접점을 더 구비한다. 조이스틱이 전자장치에 부착되는 경우, 터치접점은 전자 장치의 터치스크린 위에서 충분한 압력이나 넓이로 터치스크린을 터치하게 되어 터치스크린의 특정 위치에서 터치 입력이 일어나게 한다. 예를 들어, 도 6과 같이 입력 장치의 아랫면에 터치접점을 두어 입력 장치가 도 8과 같이 전자 장치(예컨대, 스마트폰 등)에 끼워지면 터치접점이 전자 장치의 터치스크린을 터치하게 된다. 전자 장치는 터치스크린에 입력된 터치 위치로부터 입력 장치가 전자 장치에 대해 어느 위치에 고정되었는지를 파악할 수 있고, 이에 따라 이동형 자성부의 위치를 정확하게 파악할 수 있게 된다.
도 6의 터치접점은 입력 장치에 고정되어 있을 수도 있고, 도 7에 보인 바와 같이 물리적으로 누르는 버튼 스위치의 형태로 구성되어 사용자가 스위치를 누르면 터치스크린에 터치를 일으킬 수 있다. 특히 터치 접점은 종래의 'mobile game trigger button'처럼 터치스크린의 윗쪽이 아닌 옆이나 아랫방향으로 물리적 버튼을 누르면 기계적으로 눌리는 방향을 바꿔 터치스크린에 터치가 입력되는 물리적 버튼으로 구성될 수 있다. 예를 들면 도 7의 입력 장치는 전자 장치에 비스듬하게(oblique) 장착될 수 있게 되어 있다. 이는 전자 장치를 사용자의 눈 앞에 고정시켜 가상현실(VR; Virtual Reality)을 체험할 때, 전자 장치에 비스듬하게 장착된 입력 장치로 제어를 용이하게 하기 위함일 수 있다. 또한, 트리거 버튼(trigger button)도 비스듬하게 배치되어 이동형 자성부와 반대 방향으로 눌러지는 물리적 버튼으로 구현될 수 있다. 일실시예에서, 트리거 버튼은 버튼 자체가 터치접점으로 입력 장치(예컨대, 조이스틱 등)의 위치를 전자 장치로 알려주는 역할을 할 수 있다. 달리 표현하면, 트리거 버튼에 구비된 터치접점을 통해 터치스크린으로 입력되는 터치 입력에 기초하여 전자 장치는 입력 장치가 장착된 위치를 확인할 수 있다.
따라서, 도 5에 보인 바와 같이 사용자가 특정 위치에 입력 장치를 고정시킬 필요가 없이 전자 장치의 자기장 센서에 자기장이 도달 가능한 위치라면 제한 없이 고정시킬 수 있으며, 사용자가 'connect' 버튼을 누르는 등 별도로 통보할 필요 없이 전자 장치는 입력 장치가 고정된 여부를 파악할 수 있으며, 입력 장치가 고정된 위치도 자동으로 파악할 수 있게 되며, 사용 중 입력 장치가 밀려 위치가 바뀌더라도 입력 장치와 서로 고정된 터치접점의 위치가 같이 바뀌므로, 전자 장치는 터치스크린에 입력된 터치 위치로부터 입력 장치 및 측정의 대상이 되는 이동형 자성부의 새로운 위치를 파악하게 되어, 측정되는 자기장으로부터 이동형 자성부의 각도 및/또는 위치 변화를 정확하게 감지할 수 있다.
도 6 및 도 8에 도시된 예시는 정전 방식의 터치스크린을 포함한 전자 장치에 적용되는 경우로, 터치접점은 면적이 비교적 넓은 전도체로 구성되며, 이때 터치접점은 하나일 수 있다. 터치접점이 하나인 경우, 입력 장치가 전자 장치에 고정된 상대적인 각도를 알 수 없을 수 있으므로, 터치스크린에 터치접점이 터치한 위치만으로는 정확한 입력 장치 및/또는 이동형 자성부의 위치를 알기 어려울 수 있다. 이 경우, 입력 장치의 전자 장치에 대한 삽입이 전자 장치의 에지(edge)에 대해 수직인 방향으로 이루어졌다는 가정 등을 사용하여 이동형 자성부의 위치를 추정할 수 있다. 또는, 도 3에 도시된 예시에서 터치스크린 상의 터치접점 위치가, 입력 장치가 전자 장치 쪽으로 끝까지 밀려 고정된 것으로 판단되는 위치이면(즉, 전자 장치의 에지로부터 터치된 터치접점까지의 거리가 입력 장치의 터치접점이 위치할 수 있는 가능한 값 중 최대인 경우), 입력 장치가 전자 장치에 완전히 고정되었으며, 고정된 각도가 수직임을 알 수 있고, 이로부터 입력 장치의 정확한 위치가 계산될 수 있다. 즉, 전자 장치의 에지에서 터치접점의 위치까지의 거리가 입력 장치의 에지에 걸리는 턱에서부터 터치접점까지의 거리와 같은 경우, 입력 장치가 전자 장치의 에지에 완전히 밀려 고정되었다는 것을 알 수 있고, 이로부터 입력 장치의 이동형 자성부의 정확한 위치가 계산될 수 있다. 전자 장치의 에지로부터 터치접점까지의 거리가 입력 장치의 터치접점이 고정되어 위치할 수 있는 가능한 값 중 최대가 아닐 경우(즉, 완전히 고정되지 않은 경우), 전자 장치는 사용자에게 입력 장치를 끝까지 밀어 고정시키라는 메시지를 터치스크린에 표시하거나 음성 메시지를 출력함으로써 제공할 수 있다.
정리하면, 입력 장치는 고정부와 이동형 자성부를 포함한다. 여기서, 고정부는 전자 장치의 측면 또는 베젤에 대해 고정되고, 이동형 자성부는 고정부의 미리 알려진 위치에 위치하려는 중앙 회귀적 특성을 가지고, 사용자에 의해 유발된 움직임에 의해 고정부의 중심 축을 벗어나 고정부에 대한 각도가 변경됨으로써 전자 장치로 전달되는 자기장에 변화 패턴을 생성할 수 있다. 그리고, 이동형 자성부의 움직임은 이동형 자성부에서 생성된 자기장의 변화 패턴을 감지한 전자 장치에 의해 식별될 수 있다. 그런데, 이러한 이동부가 중립적 상태일때의 자석과 서로 고정되어 있는 터치접점을 써서 이동형 자성부의 위치를 파악하는 것이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 입력 장치는 복수의 터치접점들 p1, p2를 포함할 수 있다. p1, p2 및 이동형 자성부는 외부에서 유발된 움직임이 없는 중립적인 상태에서 서로 간에 고정되어 있다. 즉, 이동형 자성부의 중립적 위치는 p1, p2와 같은 3차원 좌표계 상에서 서로 고정되어 있으며, 3차원 상의 하나의 평면인 전자 장치의 터치스크린과 그 위에 알려진 좌표에 놓인 p1, p2로부터 이동형 자성부의 3차원 좌표계 상에서의 위치와 방향이 결정될 수 있다.
전자 장치의 터치스크린은 정전 방식 외에도 정압 방식 등으로 터치된 위치를 파악하는 터치센서가 차용될 수 있다. 이러한 다른 종류의 방식의 터치센서에 대해서도 터치접점은 해당 방식에 적절한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 정압 방식의 경우, 터치접점은 입력 장치의 밑면에서 기구적으로 튀어나온 작은 점으로 구현되어, 터치스크린에 일정 크기의 압력을 가할 수 있다.
이러한 터치접점은 적어도 전자 장치에 고정되어 사용자가 입력 장치를 사용 중일 때, 입력 장치에 알려진 위치 및/또는 각도로 서로 고정되어야 한다. 여기서, 알려진 위치 및/또는 각도라는 것은 해당 위치 및/또는 각도에 대한 정보가 전자 장치 또는 전자 장치에서 접근 가능한 메모리에 미리 저장되어 전자 장치가 해당 정보를 활용 가능한 것을 의미할 수 있다. 이러한 알려진 상대적인 위치를 전자 장치가 참조하여 측정 대상이 되는 이동형 자성부의 각도 및/또는 위치 등이 계산될 수 있어야 하기 때문이다. 보다 상세하게는, 터치접점은 터치 센서가 측정하는 대상인 이동형 자성부의 중립적 위치 및/또는 각도에 서로 고정되어야 한다. 여기서, 이동형 자성부는 사용자에 의해 유발된 움직임에 의해 미리 정해진 위치를 벗어남으로써 전자 장치의 자기장 센서로 전달되는 자기장에 변화 패턴을 생성한다. 이동형 자성부는 사용자에 의해 유발된 움직임에 따라 특정 방향으로 꺾이거나 회전할 수 있으며, 꺽이는 정도나 회전 정도는 사용자로부터 인가된 힘에 의해 결정될 수 있다.
터치접점은 투명하게 만들어져 투명 재질 아랫면에 배치되어 터치스크린을 터치하더라도, 시각적으로 터치스크린을 가리지 않을 수 있다. 정전 방식 터치스크린의 경우, 투명한 플라스틱(또는, 유리, 실리콘 등) 재질 아랫면에 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide) 필름과 같이 전도성의 투명 소재를 사용하여 터치접점이 구현될 수 있다. 정압 방식 터치스크린의 경우는 일반적인 재질로 터치스크린에 닿는 부분이 튀어나오게 하여 기계적인 터치 압력을 가할 수 있으며, 이 재질을 투명하게 하여 시각적으로 터치스크린이 가려지는 것을 막을 수 있다.
정전 방식 터치접점의 경우, 사람의 손과 전기적으로 연결되지 않더라도 항상 터치스크린에 터치 입력을 제공하기 위해 입력 장치 내에 말려서 수납되는 긴 전도체선에 연결되거나, 전자 장치에 고정되었을 때 그라운드 역할을 하는 전자 장치(예컨대, 스마트폰 등)의 뒷면과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 10은 일실시예에 따른 입력 장치에 대한 자동 감지(auto detect) 동작을 설명하기 위한 도면이다.
자성부를 포함한 입력 장치가 전자 장치에 가까이 접근하면, 전자 장치 내 자기장 센서에서 출력된 절대값이 일정 임계치를 초과하게 된다. 이를 통해, 전자 장치는 입력 장치가 가까이 접근했음을 판단하고 입력 장치를 고정시키라는 메시지를 터치스크린에 출력할 수 있다. 도 10의 예시에서는 "start" 말풍선을 통해 입력 장치를 고정시킬 위치를 안내할 수 있다.
입력 장치가 인접하여 전자 장치 내 자기장 센서의 출력값이 임계치를 초과하는 상태에서 자기장 센서에서 감지되는 값의 변화가 미리 정해진 임계변화보다 작아지면, 전자 장치는 입력 장치가 전자 장치에 고정되었다고 판단할 수 있다. 즉, 입력 장치가 전자 장치에 고정되면, 전자 장치 내 자기장 센서와 입력 장치 간 상대적인 위치도 고정되 자기장 센서에서 감지되는 자기장 세기의 변화도 임계변화보다 작아지게 된다.
도 11 내지 도 16은 일실시예에 따른 터치 조이스틱에 해당하는 입력 장치를 설명하기 위한 도면이다.
일실시예에 따르면, 터치스크린의 터치를 이용하되, 꺾는 방식의 조이스틱에 해당하는 입력 장치가 제안된다. 사용자의 스마트폰이나 테블릿 등 전자 기기는 정전식 또는 정압식 등 다양한 방식의 터치를 인식하는 터치스크린을 구비하여 그 위에 인식 대상이 접촉할 경우 해당 인식 대상에 의해 터치된 위치를 알 수 있다. 또한, 터치스크린에 입력된 각 터치 입력에 대해 사용자의 손가락 또는 스타일러스 펜 등이 터치되었는지를 알 수 있으며, 나아가 복수의 터치 입력을 감지할 수 있다. 본 발명은 터치할 때의 압력을 이용한 정압식 디스플레이에 적용될 수 있고, 터치하는 위치의 사용자 손이나 스타일러스 펜 등의 전도성 변화를 이용한 정전식 디스플레이에 적용될 수 있는 등 터치 입력을 인식하는 다양한 방식에 제한 없이 적용될 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 터치스크린이 정전 방식인 경우를 기준으로 설명한다. 그러나, 아래의 설명이 터치스크린의 실시예를 제한하지 않으며 정압식, 광학식, 표면 탄성파(surface acoustic wave) 방식 등 다양한 터치스크린에 제한 없이 적용될 수 있다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 입력 장치는 고정부와 동작부로 구분될 수 있다. 고정부는 입력 장치가 전자 기기의 터치스크린 상에 고정시킬 수 있다. 고정부를 전자 기기에 고정하는 방법은 다양하다. 예를 들어, 입력 장치의 아랫면 등에 흡입 컵(suction cup)을 사용하여 전자 기기에 고정될 수 있다. 또는, 전자 기기의 측면에 끼워 넣는 구조물을 통해 고정될 수도 있다. 도 11에 도시된 것처럼, 동작부는 볼 조인트(ball joint)를 통해 고정부와 연결될 수 있다. 또는, 도 13에 도시된 것처럼, 동작부는 짐벌(gimbal)과 같은 기구물이나 기타 구멍을 통해 빠져나온 스틱 등 다양한 기구물을 통해 연결될 수도 있다. 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해 볼 조인트, 짐벌, 기타 기구물 등을 '피봇'으로 지칭한다. 동작부는 고정부와 연결되어 사용자 손 등에 의한 외부 힘에 의해 (방위각, 경사각) = (phi, theta) 등의 2차원 움직임을 가질 수 있다.
동작부는 다시 파지부와 터치부로 나뉜다. 파지부는 사용자의 손이나 손가락에 의해 파지되거나, 밀려지는 부위이다. 터치부는 파지부와 서로 고정되어 파지부의 움직임에 의해 움직임으로써 전자 기기의 터치스크린을 터치하는 부분이다. 터치부의 끝에는 신축성이 있거나 쉽게 변형되는 터치접점이 배치될 수 있다. 정전식 터치스크린의 경우, 터치접점은 전도성 (실리콘) 고무, 전도성 패브릭(fabric), 전도성 브러시(brush) 등 다양한 형태로 구현될 수 있다. 도 11의 실시예에서 터치부는 파지부에 비해 볼 조인트의 반대 방향에 위치하여, 파지부의 움직임에 비례하여 움직이지만 움직이는 방향은 파지부와 반대가 된다. 터치부의 끝과 파지부 끝의 움직임 궤적은 구형의 곡면 상에 있다. 즉, 터치부의 끝의 움직임 궤적과 평면인 전자 기기의 터치스크린이 서로 일치되지 않아, 터치스크린과 동작부의 축이 직각인, 즉 theta=0인 한 점에서 터치부의 끝이나 터치접점이 터치스크린에 가장 가깝게 된다. 다만, 도 12에 도시된 바와 같이, 터치부의 딱딱한 끝이 터치스크린에서 다소 멀어지더라도, 변형이 쉽게 되는 터치접점은 항상 터치스크린에 닿아 있을 수 있다. 즉, 변형이 가능한 터치접점이 외부 힘을 받지 않았을 때 돌아가는 형태의 길이가 충분히 길어서 피봇에서의 동작부의 회전 각도가 가능한 최대 각도(max theta)에 이르렀을 때도 터치접점이 터치스크린을 터치하고 있다면, 동작부가 어떤 움직임을 가지더라도 터치부는 터치스크린을 지속적으로 터치하게 된다. 또는, 터치접점이 별도로 구비되지 않아 터치부가 터치스크린을 지속적으로 터치하지 않더라도, 터치부의 끝이 터치스크린과 충분히 가깝다면 터치스크린에 터치 입력이 유효하게 제공될 수도 있다.
전자 기기 등 컴퓨팅 장치의 소프트웨어는 터치스크린 상에서 터치접점이 터치되는 위치 좌표를 입력 받아, 해당 위치 좌표로부터 파지부의 끝이 어느 위치에 있는지(예컨대, 방위각, 경사각)를 계산할 수 있다. 그리고, 파지부의 위치, 즉 (방위각, 경사각) 등 정보를 이용하여 게임 캐릭터가 움직이는 방향 및/또는 속도를 제어하는 등 소프트웨어의 상태를 바꾸는데 이용된다. 이때, 파지부의 위치를 계산하기 위해서 피봇의 중심 위치에 대한 정보가 필요하며, 파지부의 길이, 터치부의 길이 등에 대한 정보도 필요할 수 있다. 실시예에 따라서는, 피봇의 중심 위치를 알기 위해, 입력 장치의 고정부에 별도의 터치접점이 구비되어, 입력 장치가 전자 장치의 터치스크린 상에 고정되면 해당 별도의 터치접점이 터치스크린에 터치 입력을 제공하게 할 수 있다. 전자 장치는 별도의 터치접점으로부터 제공된 터치 입력의 위치 정보를 이용하여 입력 장치의 피봇의 중심 위치를 계산할 수 있다. 또는, 사용자에게 입력 장치를 전자 기기의 특정 위치에 고정하라고 지시하는 메시지를 제공하고, 해당 특정 위치를 고려하여 입력 장치의 피봇의 중심 위치를 파악할 수 있다.
만일 피봇의 중심으로부터 터치부의 딱딱한 끝이 터치접점의 길이에 비해 상대적으로 길거나 최대 각도가 크면, 터치접점의 변형만으로는 지속적인 터치가 어려울 수 있다. 이때는 도 14에 도시된 것처럼 터치부의 중간에 스프링 등 탄성부재를 배치하여 피봇에서 회전 각도가 커져 터치부의 끝이 터치스크린으로부터 멀어졌을 때 터치부의 길이가 늘어나게 하여 지속적인 터치 입력을 유지할 수 있다.
도 15를 참조하면, 자성부(예컨대, 자성)을 사용하여 동작부의 회전이 발생하더라도 터치접점이 지속적으로 터치스크린의 평면과 접촉되게 하는 실시예가 도시된다. 터치부의 끝은 자석 또는 강자성체인 자성부 1가 배치되고, 자성부 1에 끌리면서 전자 기기에 고정된 고정부를 따라 움직이는 자석 또는 강자성체인 자성부 2와 자성부 2의 끝에 터치스크린과 실제 접촉하는 터치접점이 구비될 수 있다. 동작부가 회전함에 따라 자성부 1은 구면 위에서 움직임 궤적을 형성한다. 자성부 2는 자성부 1과의 인력을 가지고, 고정부의 천정 평면과의 기구적인 반발력에 의해 천정 평면을 따라 움직일 수 있다. 이에 따라, 자성부 2에 고정된 터치접점은 전자 장치의 터치스크린을 항상 터치할 수 있다. 소프트웨어는 터치접점의 터치 위치로부터 파지부의 위치를 파악할 수 있고, 이를 소프트웨어의 상태에 반영할 수 있다. 또는, 자성부 2에 별도의 터치접점이 구비되지 않아 자성부 2와 터치스크린 간에 에어 갭(air gap)이 존재하더라도, 자성부 2와 터치스크린 간 거리가 충분히 가깝다면, 터치스크린 센서는 자성부 2의 중심 위치를 터치 입력으로 수신할 수도 있다. 이 경우에는 터치 입력으로 인식되는 자성부 2의 중심 위치가 터치접점으로 지칭될 수 있다. 만약 자성부 2와 터치스크린 간 거리가 충분히 가깝지 않다면, 터치부 끝에는 신축성이 있거나 쉽게 변형되는 터치접점을 구비할 필요가 있다.
동작부 또는 필요에 따라 고정부나 고정부의 평면은 전부 또는 일부가 전도체로 이루어져 사용자의 손과 접촉되는 부분으로부터 터치 입력이 발생하는 부분까지 전도체로 연결되거나, 또는 자체적인 전기 특성에 의해 정전 방식의 터치스크린에 터치 입력을 제공할 수 있는 전도성(conductance) 또는 커패시턴스(capacitance)를 제공할 수 있다.
입력 장치는 파지부에 힘이 가해지지 않으면 각도 0으로 돌아와야 하고, 파지부가 꺾여 있으면 각도 0으로 돌아가는 힘을 사용자가 느낄 수 있게 해야 한다. 이러한 촉각 피드백(tactile feedback)을 가지기 위한 방법은 다양하며, 예를 들면, 도 16와 같이 파지부와 고정부를 탄성부재(예컨대, 고무, 스프링 등)로 연결하는 스킨을 씌우는 것 등이 있을 수 있다.
앞선 설명에서 입력 장치는 파지부의 각도를 꺾는 타입으로 설명되었다. 그러나, 실시예가 이에 제한되지 않으며 슬라이딩 방식의 입력 장치도 마찰력과 화면 가림을 최소화 하기 위해 아주 작게 구현될 수 있다. 이렇게 작게 구현되면 물리적인 입력 장치(예컨대, 터치스크린 위에서 슬라이딩 되며 터치를 유발시키는 물리적인 전도체)의 유격이 작아 사용자의 엄지손가락 크기를 기준으로 맞추어진 종래의 스마트폰용 게임에서 볼 수 있는 화면에 표시되는 고정(fixed) 또는 플로팅(floating) 조이스틱을 구동하기가 어렵다. 여기서, 고정 또는 플로팅 조이스틱은 터치스크린에 표시되는 가상 조이스틱일 수 있다. 고정 조이스틱은 터치스크린에서 고정된 위치에 표시되는 가상 조이스틱이고, 플로팅 조이스틱은 터치 입력이 시작된 지점을 가상 조이스틱의 중심으로 설정하고, 터치 입력이 드래그 된 방향으로 드래그 된 거리만큼 꺾인 것으로 처리되는 가장 조이스틱일 수 있다.
이때, 전술한 소프트웨어를 사용하여 전도체의 터치 위치로부터 사용자가 의도하는 방향이나 깊이(depth)(예컨대, 속도 등에 해당)를 산출하여 게임 캐릭터가 움직이는 방향이나 속도 등 소프트웨어의 상태를 바꾸는 데 이용될 수 있다.
도 17은 일실시예에 따른 입력 장치에서 파지부와 터치접점이 피봇 연결된 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 17에 도시된 것처럼, 동작부의 파지부는 터치접점과 피봇 연결(예컨대, 볼 조인트 또는 구멍을 통하는 막대기 등)되어 동작부가 꺾여 터치스크린과 직각이 아닌 각도로 기울어지더라도 터치접점이 터치스크린과 직각을 유지하여 유효한 터치 입력이 터치스크린으로 제공되게 할 수 있다.
도 18 및 도 20은 일실시예에 따른 JSDK(joystick software development kit)을 설명하기 위한 도면이다.
JSDK는 전자 장치 등 컴퓨팅 장치에서 입력 장치의 파지부 또는 이동형 자성부의 위치 및/또는 각도를 식별하는 동작을 수행할 수 있다. 도 18에 보인 바와 같이 JSDK는 터치스크린 상에서 터치접점이 터치하는 위치(또는, 위치 좌표)를 입력으로 받으며, 터치 위치로부터 사용자가 의도하는 조작을 방향과 크기 등(이하, 조작 벡터)으로 게임 등의 소프트웨어에 출력할 수 있다. 게임 등의 어플리케이션(app) 소프트웨어는 사용자의 조작에 의해 파지부의 끝이 어느 위치에 있는지(예컨대, 방위각, 경사각)등 조작 벡터를 필요로 하는데, JSDK는 터치접점의 터치 위치를 입력 받아 조작 벡터를 계산하여 출력할 수 있다. 게임 소프트웨어는 조작 벡터 등의 정보에 기반하여 게임 캐릭터의 움직임 방향과 속도를 바꾸는 등 소프트웨어의 상태를 바꾸는데 사용할 수 있다. 이때, 파지부의 구체적인 3차원 위치를 계산하기 위해서는 피봇 등 터치접점이 움직이는 중심 위치를 알 필요가 있으며, 바람직하게는 파지부의 길이, 터치부의 길이 등도 알고 있어야 파지부의 3차원 위치, 각도 등을 구체적으로 계산할 수 있다. 입력으로 들어온 터치접점은 2차원 좌표(또는, 좌표 벡터)이고, 사용자가 손가락으로 파지부를 꺾는 방향은 터치접점이 이동하는 방향과는 반대일 수 있다. 따라서, 파지부 끝의 구체적인 3차원 위치와 각도를 계산하지 않더라도, 동작부에 아무 힘이 가해지지 않을 때(즉, theta=0)의 터치접점의 위치 좌표를 'center'라고 할 때, 사용자가 의도한 조작 벡터(control vector)는 다음과 같이 결정될 수 있다.
Figure PCTKR2019017412-appb-img-000001
여기에, 스케일 팩터(scale factor)를 적용한 2차원 조작 벡터가 출력될 수도 있고, 조작 벡터에서 방위각 성분만을 추출하는 등으로 1차원 출력을 하는 등 다양한 변환을 한 후 출력될 수도 있다.
피봇 중심의 위치나 center를 알기 위해서 조이스틱의 고정부에 별도의 터치접점이 더 배치될 수 있다. 또는, 사용자에게 전자 장치의 특정 위치에 고정부를 고정시키라는 메시지를 터치스크린 등을 통해 제공할 수도 있다. Center를 구하는 또 다른 방법은 사용자가 손을 파지부에 접촉해서 동작부가 꺾이기 직전에 입력되는 터치 좌표를 center로 식별할 수도 있다. 이러한 위치 좌표는 터치스크린의 변두리나 또는 사용자가 입력 장치를 고정시킬 것으로 예상되는 영역에 터치 입력이 시작되는 좌표로 설정하거나, 이 시작되는 좌표가 몇 번 이상 동일하면 해당 위치가 입력 장치가 전자 장치에 고정되고 동작부의 theta가 0인 상태에서 사용자의 터치가 시작된 좌표, 즉 center라고 간주될 수 있다. 또는, 터치접점의 위치 좌표점을 모두 참조하여 컨벡스 헐(convex hall) 알고리즘을 적용하여 이들 좌표점들 중 최외곽에 해당하는 점들을 찾고, 이들 중 서로 가장 먼 두 점의 중점을 center로 설정될 수도 있다.
JSDK는 스마트폰이나 테블릿의 OS(operating system) 내부에 설치되어 전자 장치에 설치된 게임 등 다른 소프트웨어에 조작 벡터를 출력으로 내보낼 수도 있고, 게임 등의 어플리케이션에 라이브러리 형태로 구현되어 OS로부터 전달 받은 터치접점의 좌표로부터 조작 벡터를 계산하여 게임에 전달할 수도 있다. 전술한 바와 같이 JSDK의 출력은 사용자가 의도한 조작에 관련된 2차원 또는 1차원 벡터(방위각만 출력됨)가 될 수 있다. 터치 입력이 2차원에서 발생하는 만큼, 이를 해석하여 2차원 출력을 내보내는 것이 일반적일 수 있다. 예를 들어, 방위각과 함께 그 방위각 방향으로 얼마나 많이 또는 얼마나 빠르게 움직이는지를 나타내는 2차원 벡터가 출력될 수 있다. 또는, 게임이 1인칭 슈팅 게임이나 비행기 시뮬레이션 등 3차원 공간 상에서 움직이는 경우에는 비행기나 1인칭 게이머가 겨누는 총이 향하는 상하좌우 2차원 평면 상에서의 2차원 벡터값이 될 수도 있다. 또한, JSDK의 출력단은 블루투스 게임 컨트롤러(Bluetooth game controller)의 출력단을 에뮬레이션(emulation)하거나 터치스크린 위에 터치 입력이 일어나는 것을 에뮬레이션해서 종래의 블루투스 게임패드로 조작되거나, 터치스크린 상에 표시된 조이스틱으로 조작되는 게임을 본 발명에 의한 입력 장치로 조작할 수 있게 된다.
전자 장치(예컨대, 스마트폰)의 터치스크린 센서와 자기장 센서는 서로 일치하지 않는 시점에 샘플링을 수행할 수 있다. 게임과 같이 래그(Lag)가 작아야 하는 응용에서 좀 더 자주 조작 벡터를 측정하거나 입력장치의 터치부나 터치접점이 움직이는 영역이 터치스크린 위에 온전히 오지 않고 일부만 터치 스크린에 걸쳐 있는 경우에도 지속적으로 조작 벡터를 입력받기 위해, 도 20에 도시된 바와 같이, 입력 장치의 동작부에 자성부를 더 구비하고, JSDK 등 본 발명에 의한 제어 시스템이 전자 장치에 포함된 자기장 센서 값을 더 참조하여 조작 벡터를 결정할 수 있다. 특히, 자성부는 도 20에 도시된 것처럼 전자 장치와 최대한 멀어지도록 입력 장치의 파지부 상단에 설치될 수 있다.
입력 장치의 터치접점에 의해 마지막 터치 입력이 이루어진 시점(즉, 시점 t1)의 터치접점의 좌표로부터 터치접점과 고정된 자성부의 3차원 상의 위치 및/또는 각도 등이 계산될 수 있다. 예를 들어, center, 피벗의 높이, 파지부의 길이 등이 사전에 미리 입력될 수 있고, 터치접점의 위치로부터 해당 자성부의 3차원 위치 및/또는 각도는 전술한 바와 같이 계산될 수 있다.
이에 따라, 시점 t1에서 자석의 자기장 센서에 대한 3차원 위치 및/또는 각도가 식별되고, 이러한 자성부의 3차원 위치 및/또는 각도가 정해지면 입력 장치의 자성부가 주변에 미치는 자기장이 계산될 수 있으며, 특히 자기장 센서에 미쳐지는 입력 장치의 자성부에 의한 자기장 성분 M1가 구해질 수 있다. 이때 시점 t1에 감지된 자기장 센서 값을 S1이라 하자. 여기서, S1은 시점 t1에 가장 가까운 시점에서 감지된 자기장 센서 값이거나, 또는 시점 t1을 전후하여 감지된 전후 자기장 센서 값 2개를 보간(interpolation)한 값일 수 있다. 자기장 성분 값 M1과 자기장 센서 값 S1으로부터 시점 t1에 전자 장치의 자기장 센서에 미치는 지구 자기장, 전자 장치 내부의 자화, 전류 흐름 등에 의한 주변 자기장(또는, 환경 자기장) A1은 다음과 같이 결정될 수 있다.
Figure PCTKR2019017412-appb-img-000002
시점 t1보다 늦은 시점 t2에서의 주변 자기장 A2는 시점 t2와 시점 t1이 충분히 가깝다면, A1과 동일하다고 가정해도 큰 오차가 생기지 않는다. 따라서, 시점 t2에 감지된 자기장 센서 값을 S2라 할 때, 자기장 센서에 미치는 입력 장치의 자성부에 의한 자기장 값 M2는 다음과 같이 결정될 수 있다.
Figure PCTKR2019017412-appb-img-000003
수학식 2, 3으로부터 시점 t1에 입력된 자기장 센서 값 S1 및 터치접점의 위치 좌표를 알고 있으면, 시점 t2에는 별도의 터치접점 입력 없이도 자기장 센서 값 S2만 읽어서 M2가 계산될 수 있다. M2로부터 시점 t2에서의 동작부의 자성부의 위치 및/또는 각도가 계산될 수 있고, 이로부터 동작부 또는 파지부의 위치 및/또는 각도 정보가 구해질 수 있다. 이러한 방법으로 자기장 센서와 터치스크린 입력을 모두 사용하여 터치스크린의 입력 간격보다 훨씬 짧은 간격으로 입력 장치의 조작 벡터가 계산될 수 있다. 특히, 입력 장치의 터치접점이 움직이는 바닥 부분의 일부만이 터치스크린 위에 위치할 경우에도 이러한 알고리즘을 적용하여 입력 장치의 조작이 작은 래그로 측정될 수 있다.
또한, 실시예에 따라서는, 터치접점이 터치스크린으로 터치 입력 제공이 가능할 때에는 터치 입력에 기반하고, 터치 입력 제공이 불가능할 때에는 자기장 센서 값에 기반하여 입력 장치 및/또는 파지부의 위치 및/또는 각도가 식별될 수 있다.
앞선 설명들은 터치스크린에 대해 각도를 꺾는 타입으로 설명되었으나, 슬라이딩 조이스틱에 해당하는 입력 장치에도 마찬가지로 적용될 수 있다. 입력 장치가 슬라이딩 방식을 유지하면서 마찰력과 화면 가림을 최소화하기 위해 아주 작게 구현할 수 있다. 이렇게 작게 구현되면 물리적인 조이스틱(예컨대, 터치스크린 위에서 슬라이딩 되며 터치 입력을 유발시키는 물리적인 전도체)의 유격이 작아 사용자의 엄지손가락 크기를 기준으로 맞추어진 화면에 표시되는 고정 또는 플로팅 조이스틱을 구동하기가 어렵다. 이때, 전술한 JSDK와 같이 센서와 애플리케이션 사이의 소프트웨어를 사용하여 전도체의 터치 위치로부터 사용자가 의도하는 방향이나 깊이(예컨대, 속도 등에 해당)를 산출하여 게임 캐릭터가 움직이는 방향이나 속도 등 소프트웨어의 상태를 바꾸는 데 사용될 수 있다. 또한, 터치스크린 입력을 사용하는 꺾는 조이스틱이면서 파지부가 움직이는 방향과 터치접점의 터치 위치가 일치하는 조이스틱의 경우에도 JSDK가 이용되어, JSDK가 자기장 센서 값까지 참조하여 터치스크린 기반의 입력 장치가 달성하기 어려운 짧은 래그를 구현할 수 있거나 조이스틱의 일부만 터치 스크린에 올라와 중간에 조작 벡터 입력이 터치 스크린을 통해 이루어지지 않는 경우에도 조작 벡터가 지속적으로 입력되게 할 수 있다.
도 21은 일실시예에 따라 5개의 자유도를 동시에 입력할 수 있는 터치접점 기반의 입력 장치를 설명하기 위한 도면이다.
일실시예에 따른 입력 장치는 장난감 비행접시(1)로 구현될 수 있다. 기존의 테블릿 위에 놓인 장난감 차는 평면인 밑바닥에 복수의 터치접점을 두되, 이 복수의 터치접점 상호 간의 위치가 고정되어 있으므로, 터치스크린 위에서의 차의 중심 위치(x,y) 및 평면상의 각도(yaw)를 소프트웨어에 알릴 수 있다. 터치스크린을 통해 소프트웨어는 차의 위치를 파악하고, 터치스크린의 중심점에서 차가 어느 쪽에 위치했는지에 따라 그 방향으로 차가 진행하는 것처럼 화면을 패닝(panning)한다. 문제는 차의 속도가 빨라질수록 차가 진행하는 방향의 시야가 확보되야 하는데, 차를 진행 방향 쪽의 터치스크린 구석으로 위치 시켜야 하므로 오히려 시야가 좁아지고 직관적이지도 않다. 따라서, 본 발명에 의한 비행접시(1)의 경우 하단부(160)는 구면 등 곡면이나, 또는 많은 개수의 면을 가진 입방체로 구현되어 상단부의 파지부(161)를 사용자가 파지하고 어느 각도로 기울이느냐(420: roll, pitch)에 따라 하단부(160) 중 특정 경도, 위도의 부분이 터치스크린(230)과 접촉하게 된다. 하단부(160)는 전부 전도성은 아니며, 각 위치에 형성된 전도성 터치접점들(150, 도 21에 도시된 검은 점들 모두)에 의해 터치스크린과 닿은 부분이 하단부 내의 어느 경도, 위도에 해당하는 부분인지를 파악할 수 있으며, 사용자가 파지부(161)를 비트는 각도(440: yaw)도 터치스크린 상에 접촉되는 터치접점들의 공전 운동에 의해 측정될 수 있다. 전도성 터치접점들(150)은 탄성이 있고, 하단부 표면에서 도출되게 하여 복수의 터치접점이 동시에 터치스크린을 터치할 수 있다. 터치스크린에 닿아 있는 하단부의 경도, 위도에 따라 동시에 터치스크린을 터치한 터치접점들의 간격과 각도가 달라지도록 구성하면, 소프트웨어가 터치된 터치접점들의 간격과 각도에 기초하여 접촉 위치를 파악할 수 있다. 터치접점의 간격 및 각도를 모두 다르게 하지 않더라도, 소프트웨어가 터치스크린 상에서 이미 접해 있는 터치접점의 이동 및 새로 터치되거나, 또는 띄어지는 터치접점들의 위치로부터 이전 시간에 비해 상대적으로 어느 위치나 각도로 이동했는지 파악할 수 있고, 이로부터 입력 장치의 회전이나 기울임이 어느 방향으로 얼마나 되는지 파악될 수 있다.
하단부 곡면의 기저에 중력 추(162)를 두어, 비행접시(1)에 아무런 힘도 가해지지 않는 경우에 파지부(161)가 수직 방향으로 위치하게 할 수 있다. 이러한 포인팅 디바이스도 회전이나 기울임 각도뿐만 아니라 터치스크린 위의 (x, y) 평면상에서 끌리는(450) 2차원 변위를 입력할 수 있다. 따라서, (x, y, 경도, 위도, yaw)의 자유도 5의 입력이 가능하다. 이를 통해, 사용자는 비행접시(1)를 본인이 원하는 터치스크린 상의 임의의 위치(x,y)에 끌어 가져다 놓을 수 있고(450), 이와 독립적으로 기울이는 방향으로 비행접시가 날아가는 것처럼 화면을 패닝하여 2차원 상의 속도를 조절(420)을 하여 훨씬 직관적인 게임을 플레이할 수 있다. 물론 비트는 동작(440)으로 비행접시(1)의 앞, 뒤, 총의 발사 방향 등이 변경될 수 있다. 이와 같은 5자유도의 입력은 하단부(160)를 곡면으로 하고, 곡면 각 부분에 다른 구성의 터치접점을 배치함으로써 수행될 수 있다. 이와 같은 비행접시(1)의 본질은 포인팅 디바이스이며, 형상은 차, 보트, 입력 장치 등 다양한 형태로 구성될 수 있다. 또한, 정전식 터치스크린에 전도성 터치접점을 기준으로 전술한 사항은 정압식 터치스크린, 저항 감응식 터치스크린(resistive screen), 카메라로 터치를 인식하는 터치스크린, 일반 트랙패드 등에 마찬가지로 적용될 수 있도록 변형될 수 있다. 즉, 곡면상의 각 부분의 터치접점의 모양이나 개수, 배치를 바꾸는 대신, 각 부분의 색깔이 변경될 수도 있고 인쇄된 모양을 바꾸어 구분하는 등의 구분 방법이 터치스크린 센싱 방법마다 다르게 적용될 수 있다.
도 22는 일실시예에 따른 주사위의 6개의 면마다 모양이나 배치가 다른 터치접점을 통해 구현된 입력 장치를 설명하기 위한 도면이다.
주사위의 6개의 면마다 모양이나 배치가 다른 터치접점이 배치되고, 해당 주사위가 터치스크린 상에 놓이면 윗면을 자동으로 인식될 수 있다. 주사위의 6개의 각 면에 터치스크린에서 서로 구분이 되어 인식될 수 있게 상이한 개수, 간격, 서로 간의 각도를 가지는 하나 이상의 터치접점이 배치될 수 있다. 예를 들어, 6개 면 중 한 면에는 하나의 터치접점이 배치되고, 나머지 5면에 2개 이상의 터치접점들을 배치하되 6개의 각 면마다 터치접점들 간에 상대적 간격과 각도 등 배치를 다르게 할 수 있다. 이러한 정보를 전자 장치가 미리 가지고 있어서, 주사위가 정지한 후 터치스크린에 눌려지는 터치접점들의 상대적 거리와 각도로부터 6개면 중 어느 면이 터치스크린에 닿았는지를 판단하여 윗면의 숫자가 식별될 수 있다. 이러한 주사위는 좁은 터치스크린 위에 있어야 센싱이 가능한데, 던진 주사위가 터치스크린 밖에서 멈추더라도, 사용자가 손으로 집어 일부러 회전시키지 않고 터치스크린 위에 놓아 주사위의 나온 숫자를 컴퓨터가 인지할 수 있다. 이러한 방법은 정육면체에 국한되지 않고 다중 면 입방체 또는 곡면을 가진 물체의 각도가 다른 부분 중 어느 부분이 터치스크린에 접촉되었는지 검출하기 위한 방법으로 일반화될 수 있다.
도 23 내지 도 36는 일실시예에 따른 자성부를 이용한 터치 조이스틱에 해당하는 입력 장치를 설명하기 위한 도면이다.
입력 장치는 전자 장치에 대해 고정되는 고정부, 고정부와 피봇 연결되어 고정부의 미리 정해진 위치에 위치하려는 중앙 회귀적 특성을 가지고, 사용자에 의해 유발된 움직임을 갖는 제1 자성부를 포함하는 동작부, 제1 자성부와의 자력에 의해 움직임이 제어되고, 사용자에 의해 유발된 움직임에 따른 터치 입력을 전자 장치의 터치스크린으로 제공하는 터치접점에 자력에 의한 움직임을 전달하는 제2 자성부를 포함한다. 고정부는 전자 장치의 터치스크린 상에 고정될 수 있다. 동작부는 사용자의 손이나 손가락에 의해 잡혀 밀리거나 당겨지는 부위인 파지부를 포함할 수 있다. 제1 자성부는 파지부에 고정되어 있어서 파지부에 가해지는 힘에 의해 2~3자유도로 움직일 수 있다. 제1 자성부와 제2 자성부는 적어도 어느 한쪽이 자석으로 구성되고, 다른 한쪽은 자석 또는 강자성체로 이루어져서 자기장에 의해 서로 끌어당기도록 구성될 수 있다. 제2 자성부는 제1 자성부와의 자력(예컨대, 인력)에 의해 전자 장치의 터치스크린과 평행을 이루는 고정부의 천정에 부착될 수 있다. 제1 자성부가 파지부에 가해지는 힘 등에 의해 움직여 각도 및/또는 위치가 바뀌게 되면, 제2 자성부에 작용되는 자기장의 방향 및/또는 크기가 변경되고, 이에 따라 제2 자성부가 제1 자성부로부터 가장 센 끌림을 받게 되는 위치로 이동하게 된다. 도 23과 같이, 파지부가 고정부 및 터치스크린에 수직인 지점에 위치하면, 제2 자성부는 가운데 위치로 이동하게 될 수 있다. 만약 파지부가 오른쪽으로 꺾이면, 제2 자성부는 오른쪽으로 이동하게 되고, 반대로 파지부가 왼쪽으로 꺾이면 제2 자성부도 왼쪽으로 이동하게 될 수 있다.
제2 자성부는 전자 장치의 터치스크린과 대체적으로 평행하게 움직이므로, 제2 자성부의 바닥면이 터치스크린과 지속적으로 접촉하거나 가까운 거리에 있으면서 이동할 수 있다. 터치부의 끝에는 신축성이 있거나 쉽게 변형되는 터치 접점을 구비될 수 있다. 정전식 스크린의 경우, 터치 접점은 전도성 스펀지, 전도성 털(예컨대, 브러쉬) 전도성 패브릭이나 고무로 이루어진 컵 모양의 접점 등 다양하게 구현될 수 있다. 그리고, 파지부에서 천정에 이르는 구간과 제2 자성부는 적어도 표면을 전도체로 구성하여 정정 방식의 터치스크린에서 제2 자성부가 접촉하고 있는 위치에 커패시턴스(capacitance) 또는 전도성을 변화시켜 터치스크린에 터치 입력이 제공되게 할 수 있다. 고정부에서 터치스크린과 접촉하는 주변 부분인 비전도부는 비전도체로 구성되어 터치스크린에 접촉한 비전도체 부분에서는 터치 입력이 제공되지 않는다. 도 24는 입력 장치의 외부 모습을 예시적으로 나타낸다.
도 25에 도시된 것처럼, 제2 자성부는 파지부가 꺾이는 방향과 꺾이는 정도에 따라 파지부 끝의 바로 아래에 해당하는 터치스크린 위치로 이동하며 터치 입력을 일으킬 수 있다. 전자 장치 등 컴퓨팅 장치의 소프트웨어는 전술한 바와 같이 터치스크린 위에 고정 또는 플로팅 타입의 표시되는 가상의 조이스틱을 출력할 수 있다. 본 발명에 의한 물리적 조이스틱을 터치스크린 상에 표시된 가상의 고정 조이스틱 위에 올려 놓으면, 물리적 조이스틱을 꺾는 것에 따라 터치스크린 평면 위의 가상의 조이스틱이 제어될 수 있다. 특히, 방향과 함께 꺾인 정도(depth)입력까지 가능하다. 또한, 플로팅 조이스틱의 경우도 터치 입력이 중앙 위치로부터 꺾이는 방향으로 연속적으로 이동하므로 방위각과 경사각의 2차원 제어가 가능하다.
동작부와 고정부의 상단 및 천정은 전부 또는 일부가 전도체로 이루어져 사용자의 손과 접촉되는 부분부터 터치 입력이 제공되는 부분까지 전도체로 연결되거나, 또는 자체적인 전기 특성에 의해 정전 방식의 터치스크린에 터치 입력이 일어날 수 있는 커패시턴스를 제공할 수 있도록 구성될 수 있다.
입력 장치는 파지부에 힘이 가해지지 않으면 각도 theta=0으로 돌아와야 하고 파지부가 꺾여 있으면 각도 theta=0로 돌아가는 힘을 사용자가 느끼게 해 주어야 한다(이하, 이를 중앙 회귀(center returning)이라 지칭한다). 이러한 중앙 회귀와 촉감 피드백을 부여하기 위한 방법은 다양하게 구현될 수 있으며, 예를 들면 도 26와 같이 파지부와 고정부를 아우르는 영역을 덮는 탄성부재(예컨대, 고무 등) 스킨을 씌울 수 있다. 이때, 피봇이 동작부가 고정부에서 이탈할 수 있을 정도로 느슨하게 설정되어도 탄성부제가 동작부의 이탈을 막아줄 수 있다.
도 27은 고정부의 중앙에 제3 자성부를 배치하여 파지부의 각도 theta가 0에 가까워질 때 제2 자성부가 중앙으로 돌아가는 것을 용이하게 할 수 있다. 제1 자성부의 지름이 클 경우, 자석의 특성상 제1 자성부의 자력은 자성부의 외곽에 집중되기 때문에 파지부의 각도 theta가 0에 가까워지더라도 제2 자성부가 중앙으로 회귀하는 힘이 약할 수 있다. 이때 제2 자성부를 끌어주기 위해 제3 자성부가 배치될 수 있다. 다만, 제3 자성부의 힘이 너무 세면 파지부가 꺾여도 제2 자성부가 외곽으로 끌려나갈 수 없기 때문에, 제2 자성부의 중앙 회귀와 외곽으로 나가는 힘에 균형이 맞도록 제3 자성부의 세기나 크기 등이 조절되어야 한다. 제3 자성부는 점선으로 표시된 위치처럼 보다 제2 자성부에 가까운 고정부에 배치될 수도 있다.
도 28은 제3 자성부, 제4 자성부를 각각 고정부와 동작부에 부착시켜 파지부의 중앙 회귀와 함께 제2 자성부의 중앙 회귀를 구현할 수 있다. 즉 고정부에 고정된 제3 자성부에 의해 제2 자성부는 동작부의 theta가 0에 가까워지면 손쉽게 중앙 회귀를 하며, 제4 자성부가 제3 자성부를 끄는 인력에 의해 동작부가 중앙 회귀를 한다. 이를 통해 동작부는 별도의 기구물 없이 고정부 위에서 2차원 운동을 할 수 있다. 도 28에서 제1 자성부는 링자석으로 구성될 수 있다. 이렇게 반경이 넓고 납짝한 제1 자성부는 링자석 또는 링 형태의 강자성체로 구성될 수 있다. 또한, 동작부의 디스크 외곽에 고정되는 여러 개의 자석으로 구성될 수도 있을 것이다.
고정부의 천장은 곡면으로 구성되어도 터치접점의 신축성이 충분히 크다면 지속적으로 터치스크린에 접촉될 수 있다. 예를 들어, 도 29에 보인 바와 같이 천정이 돔 형태일 수 있다. 또한, 가상 조이스틱의 특성상 파지부에서 사용자가 손을 떼는 등 theta=0이 되는 상황에서는 터치 입력이 없어지는 것이 적절할 수 있다. 이때, 도 29과 같은 돔 형 천정을 구성하여 제2 자성부가 중앙으로 오면 터치스크린과 제2 자성부가 멀어져 더 이상 터치가 일어나지 않게 구성할 수도 있다. 또한, 천장에는 윤활제 등을 적용하여 천장과 제2 자성부 간 마찰력을 감소시켜 제2 자성부가 재빠르게 움직이며 사용자가 파지부를 꺾는데 너무 강한 힘을 들이지 않게 할 수 있다. 또한, 제2 자성부를 구슬 형태의 자석으로 구현하여 천장과 닿는 면적을 최소화함으로써, 마찰력이 감소될 수도 있다. 구슬 형태가 아닌 제2 자성부라면 실시예에 따라 천정에 구멍이 있을 수 있고, 또는 철망형으로 구성될 수도 있다.
도 30 내지 도 35는 제1 자성부가 파지부에 고정되는 입력 장치의 다른 예시를 나타낸다. 이 경우, 파지부와 고정부를 연결시키는 탄성부재(예컨대, 스프링)를 통해 파지부가 중앙 회귀적 특성을 가질 수 있다. 도 33은 다른 예시의 입력 장치의 외부 모습을 나타낸다.
특히 도 30 및 도 31에서는 일실시예에 따라 자성부를 이용한 터치 조이스틱의 입력 장치의 예시가 도시된다. 전술한 것과 비교하여 피봇이 볼 조인트가 아닌 구멍과 그를 통과하는 막대기로 형성될 수 있다. 제1 자성부가 피봇을 중심으로 볼 때 파지부 측이 아니라 파지부의 반대편에 형성될 수 있다. 이처럼 제 1자성부가 파지부와 반대편에 배치되어 움직임 측면에서는 파지부와 반대 방향으로 움직이지만, 제1 자성부의 각도가 변하면서 제1 자성부를 기준으로 제2 자성부까지의 거리는 파지부가 움직이는 방향에 해당하는 부분에서 더 가까워져, 제2 자성부가 파지부가 꺾이는 방향으로 움직이게 될 수 있다. 제1 자성부 아래의 반구형 구조물의 중심이 피봇이며, 해당 반구형 구조물로 인해 이동부가 피봇을 중심으로 쉽게 회전할 수 있다. 여기서 중요한 것은 제1 자성부가 파지부 쪽에 배치되어 파지부와 같은 방향으로 움직여서 제2 자성부를 끌 수도 있지만, 제1 자성부가 피봇을 포함하거나 도 30에 도시된 것처럼 피봇의 반대편에 배치되어 파지부가 움직인 방향 쪽으로 제2 자성부와 상대적인 거리가 가까워 지게 하여, 파지부 꺾임과 제2 자성부가 같은 방향으로 움직이게 할 수 있다는 것이다.
도 36은 입력 장치의 또 다른 실시예를 나타낸다. 도 36에서 고정부 및 동작부는 도 32에서 설명한 것과 동일할 수 있다. 다만, 제2 자성부가 제1 자성부에 이끌려 움직일 때, 고정부의 천정에 붙어 2차원적으로 움직이는 것이 아니라, 제2 자성부도 제2 피봇에 연결되어 제1 자성부에 이끌려 꺾이는 움직임을 갖는 것이 다르다. 제2 자성부의 끝에는 신축성이 뛰어난 터치접점이 구비되어, 도 36의 오른편 도면처럼 제2 자성부가 꺾여 움직이더라도 터치스크린에 접촉된 상태가 유지될 수 있다. 또한, 도 36에는 표시되지 않았지만 중앙 회귀를 원활하게 하기 위해 파지부와 고정부 간 탄성부재가 설치된 것처럼, 제2 탄성부재가 제2 자성부와 고정부 사이에 설치될 수 있다.
도 37 내지 도 39는 일실시예에 따른 동작부로 구현된 입력 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 37은 터치스크린 위에 올라가는 동작부 하나만으로 꺾이는 물리적 조이스틱을 구성하는 입력 장치를 나타낸다. 즉, 동작부의 하부는 터치스크린을 터치하는 터치부로서 구면이나 계란 형태 등 구면에 가까운 곡면으로 구성되며, 동작부의 상부는 파지부이며, 파지부의 형태는 다양하게 구현될 수 있다. 도 38에 도시된 바와 같이, 파지부를 사용자가 손으로 밀거나 꺾음에 따라 동작부가 터치스크린 위를 구르면서 파지부가 꺾이는 방향과 정도에 맞춰 그 아래의 터치스크린에 터치부에 의한 터치 입력이 제공되도록 하여, 가상 조이스틱을 조작할 수 있다. 터치부는 전도성이 있는 고무, 실리콘, 미끄럼 방지 패드(non-slip pad) 등의 재질로 구성하여 터치스크린 위에서 미끄러지지 않도록 한다. 도 39와 같이, 동작부의 터치부 가까운 위치에 자성부 1을 배치하여 전자 장치의 터치스크린에 올리고, 전자 장치의 터치스크린 반대면에 자성부 2를 배치하여 동작부와 터치스크린이 미끄러지지 않게 하고, 별도의 기구물 없이 동작부가 중앙 회귀할 수 있다. 또는, 동작부의 아랫부분에 무거운 추를 구비하여 전자 장치를 수평으로 놓았을 때, 동작부가 중앙 회귀할 수 있게 도울 수도 있다.
도 40 내지 도 45는 일실시예에 따른 기어를 이용한 터치 조이스틱에 해당하는 입력 장치를 설명하기 위한 도면이다.
입력 장치의 가장 기본적인 구성은 도 40에 보인 바와 같이 구동부와 피구동부일 수 있다. 구동부는 사용자의 손가락 등이 닿아 움직임이 제어되는 파지부 및 파지부에 고정되는 연동부를 포함할 수 있다. 즉, 구동부의 일단에 파지부가 포함되고, 타단에 연동부가 포함되어 있는 하나의 강체일 수 있다. 피구동부도 전자 장치의 터치스크린에 접촉되어 터치 입력을 유발하는 터치부 및 터치부에 고정되는 연동부를 포함할 수 있다. 구동부와 피구동부에 구비된 두 연동부는 도 40에서와 같이 서로 접촉되어 움직임이 연동될 수 있다.
두 연동부는 서로 닿았을 때 마찰력이 커서 도 41 및 도 42의 단면도에 도시된 바와 같이 구동부가 움직이면 피구동부도 대칭적으로 움직이게 하는 각각 구면으로 구성될 수 있다. 이에 따라 사용자 손에 의해 파지부가 전, 후, 좌, 우로 밀리면 터치부도 전, 후, 좌, 우로 밀리며 파지부와 밀린 방향과 같은 방향의 터치 입력을 터치스크린에 제공할 수 있다. 두 연동부는 위아래 구명이 좁아지는 원기둥 하우징에 구속되어 있어 항상 서로 닿게 될 수 있다. 양 구면의 중심이 구동부와 피구동부 각각이 회전하는 피봇이 되며, 양 구면의 경계를 지나가며 터치스크린에 평행한 대칭면에 대해 구동부와 피구동부가 대칭의 운동을 하게 되어 파지부가 움직이는 방향으로 터치스크린에 터치가 이루어질 수 있다.
실시예에 따라 터치스크린 위에 표시되어 사용자가 손가락으로 터치함으로써 표시 조이스틱이 제어될 수 있다. 도 40 내지 도 42에서와 같이 입력 장치의 터치부가 표시 조이스틱을 터치하도록 위치되고, 파지부로 입력 장치가 제어되면 표시 조이스틱 중 파지부가 밀리는 방향에 해당하는 표시 조이스틱의 위치에 터치 입력이 발생되어, 사용자가 의도하는 대로 표시 조이스틱, 즉 스마트폰 게임이 조작될 수 있다. 터치스크린이 정전식인 경우, 터치스크린에 터치 입력을 유발하기 위해 구동부와 피구동부가 모두 전도체로 구성될 수 있다.
앞서 설명한 구면의 연동부들은 마찰력이 충분한 구면 대신 구기어(sphere gear)로 구성될 수 있다. 이러한 구기어들은 1차원적인 회전을 전달하는 기어와는 달리, 서로 맞물려 2차원(또는, Trallfa gear의 경우 3차원)적인 움직임을 전달할 수 있다. 구동부와 피구동부는 연동부에 해당하는 양측의 구기어를 통해 서로 맞물려 앞서 설명한 바와 같이 대칭적인 움직임을 보이게 된다.
조이스틱의 구동부와 피구동부 양측의 연동부가 서로 접촉되도록(또는, 맞물려 있도록) 유지해주고, 입력 장치의 터치부가 전자 장치의 터치스크린 위에 위치하기 위해서 입력 장치에 고정부가 더 포함될 수 있다.
또는, 구동부와 피구동부는 각각 도 13에 예시된 바와 같은 x1, z1 및 x2, z2 두 축으로 회전할 수 있도록 즉, 2자유도를 지닌 채 서로 맞물려 고정부에 마운트(mount)될 수 있다. 이렇게 구동부와 피구동부가 2자유도를 가지면서 서로 연동부(이 경우 구기어)가 닿아 있는 구조에서는, 구동부의 움직임이 맞물려 있는 구 기어를 통해 비구동부에 움직임이 상시 전달되며, 이에 따라 비구동부는 구동부와 대칭적으로 움직이게 된다. 따라서, 터치부는 파지부가 움직이는 방향과 동일한 방향으로 움직이며 터치스크린에 터치 입력을 제공할 수 있다.
이외에도 도 41 및 도 42에 도시된 바와 같이 위아래의 구멍이 좁아지는 원기둥 통 내부에 구동부와 피구동부가 모두 배치됨으로써, 구동부와 피구동부가 연동부를 통해 항상 서로 맞닿아 있게 할 수도 있다.
고정부는 입력 장치가 전자 장치에 고정되게 할 수 있다. 입력 장치의 측면 등에 흡입 컵, 미끄럼 방지 패드 등을 사용하여 고정부는 전자 장치에 부착될 수 있다. 또는, 도 43에 도시된 것처럼, 전자 장치의 측면에 끼워 넣는 구조물을 통해 고정부가 전자 장치에 고정될 수도 있다.
이처럼, 피구동부가 고정부에 마운트되고, 고정부는 전자 장치 및 터치스크린에 고정되어 있으며, 이 상태에서 피구동부가 2자유도로 회전하게 될 수 있다. 피구동부가 터치스크린과 수직일 때 연동부와 터치접점 끝 간의 거리는 최소가 되며, 이 각도에서 피구동부가 기울어지면 터치접점 끝과 연동부 간의 거리가 점차 멀어져야 지속적으로 터치스크린에 접촉된 상태를 유지할 수 있다. 이렇게 회전에 따라 거리가 변하도록 하기위해 도 44에 도시된 것처럼 터치부와 연동부 사이에 스프링 등 탄성부재를 구비하여 연동부와 터치접점 간의 거리가 다이나믹하게 변할 필요가 있다. 물론, 고무 등 탄성부재로 이루어진 터치접점 자체도 탄력적으로 변형되므로, 작은 각도 변화나 연동부 및 터치접점 간 거리가 짧은 경우 터치접점의 변형에 의해서도 피구동부가 회전하더라도 터치 입력이 지속적으로 유지되게 할 수 있다. 터치 접점으로 스타일러스에 많이 쓰이는 전도성 고무 캡, 패브릭 캡 등이 사용될 수도 있고, 전도성 스펀지, 전도성 브러쉬 등이 사용될 수도 있다. 그러나, 각도 변화가 크거나 연동부 및 터치접점 간 거리가 긴 경우에는 도 44에 도시된 탄성부재가 요구될 수 있다.
입력 장치는 파지부에 힘이 가해지지 않으면 구동부 및 피구동부가 모두 터치스크린에 수직인 각도로 되돌아와야 하고, 파지부가 다른 위치로 밀리면 수직인 각도로 돌아가는 힘을 사용자가 느낄 수 있어야 한다. 다시 말해, 파지부는 중앙 회귀적 특성을 가져야 한다. 중앙 회귀적 특성과 이에 의한 촉각 피드백을 부여하기 위한 방법은 다양하며, 예를 들면 구동부(또는, 피구동부)와 고정부를 연결하는 스프링, 고무 등의 탄성부재가 사용될 수 있다.
또는, 도 45에 도시된 것과 같이, 중앙 회귀적 특성을 위해 구동부 및 피구동부 양측의 연동부에 자성부를 사용하여 서로를 끌어당기는 힘을 통해 중앙으로 되돌아오게 할 수도 있다. 이때, 자성부는 영구자석, 강자성체, 전자석 등으로 구성되어 적어도 어느 한쪽이 자기장을 발생시키고 다른 한쪽은 이에 끌리게 할 수 있다. 도 45에는 원기둥형 자성체를 예시하였으나 구형 등 다양한 자성체도 제한 없이 이용될 수 있다.
도 46 내지 도 55는 다른 일실시예에 따른 두개의 피봇과 링크를 이용한 터치 조이스틱에 해당하는 입력 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 46은 참조하면, 구동부와 피구동부에 구비된 두 연동부는 링크로 연결될 수 있다. 두 연동부는 도 49에 도시된 것처럼 고리와 같은 제3 물체를 링크로 삼아 연결될 수도 있다. 또는, 두 연동부는 물리적으로는 떨어져 있더라도 연동부 각각에 자성체가 구비되어 서로 간의 자력이 링크로 작용하도록 하여 항상 근접해 있도록 할 수 있다. 구동부와 피구동부는 각각 회전의 중심축인 피봇을 가진다. 즉, 피봇 1은 구동부의 움직임 자유도를 구속하여 구동부가 2자유도(2-DOF)로 움직이게 하며, 피봇 2는 피구부의 움직임 자유도를 구속하여 피구동부가 2자유도(2-DOF)로 움직이게 할 수 있다. 피봇 1과 피봇 2는 하나의 고정부에 고정될 수 있다.
도 49에 도시된 고리는 단단한 물체이거나 끈, 고무줄로 구성되어 구동부와 피구동부에 포함된 두 연동부를 연결시키는 링크 역할을 수행할 수 있다. 또한, 링크는 두 자성체들 간 인력으로 구현될 수도 있으며, 이 경우 어느 한쪽의 연동부는 자석이고 다른 쪽의 연동부는 자석이거나 강자성체로 구성될 수 있다. 또한, 두 연동부는 물리적으로 서로 닿아 있을 수 있다.
피봇 1, 2가 각각 고정된 위치에 안정적으로 배치되고, 입력 장치의 터치부가 전자 장치의 터치스크린 위에 놓이도록 하기 위해서, 입력 장치는 고정부를 더 구비할 수 있다. 고정부는 도 46에 도시된 것처럼 논슬립 패드 등으로 전자 장치에 고정될 수 있다.
도 47에 도시된 피봇 1, 2는 모두 단순한 구멍과 그를 통과하는 막대로 구현이 될 수 있다. 구동부, 피구동부의 막대가 대응하는 구멍을 통과하면서 구동부의 A 내지는 피구동부의 A'의 가느다란 막대 구간이 구멍에 걸치므로 2자유도의 회전을 하게 되는 것이다. 이러한 피봇들은 구멍과 막대 외에도, 2차원 짐벌 구조로도 구현될 수 있다. 즉, 구동부와 피구동부는 각각 x1, z1 및 x2, z2 두 축으로 회전할 수 있도록 즉, 2자유도를 지닌 채 고정부에 마운트될 수 있다. 이 때, x1, z1이 만나는 점이 피구동부의 피봇이 되고, x2, z2가 만나는 점이 구동부의 피봇이 될 수 있다. 피봇은 이외에도 볼 조인트 등 다양한 구조물로 구현될 수 있다.
도 46에 도시된 것처럼 구동부와 피구동부가 일직선상에 서면, 연동부에서 피봇까지의 거리는 최소화되며, 도 47에 도시된 것처럼 구동부, 피구동부가 기울어지게 되면, 링크의 길이가 일정 길이 이상 길어지게 될 수 있다. 도 47의 예시에서는 A 또는 A'의 구간이 비교적 길기 때문에 구동부나 피구동부가 피봇의 구멍을 통해 슬라이드 되어 피봇 1과 피봇 2사이의 공간으로 들어오기 때문에 이 길어지는 길이만큼을 보충하게 될 수 있다. 그런데, 이렇게 되면 사용자가 입력 장치를 꺾을 때 파지부의 각도가 꺾일뿐 아니라 파지부가 입력 장치 내부로 함몰되는 느낌까지 주게 되므로 사용성이 나쁠 수 있다. 더구나 피봇으로 앞선 짐볼 구조나 볼 조인트를 쓸 경우 연동부와 피봇 간의 거리가 변경될 수 없으므로, 링크의 길이가 변하지 않는다면(만약, 자성체 링크를 쓰면 링크 길이가 변하게 된다), 입력 장치로 동작할 수 있다. 이렇게 꺾임에 따라 피봇과 연동부 사이의 거리가 바뀌는 것에 대응하기 위해 도 50에 보인 구동부처럼 피봇과 연동부 사이에 단순한 슬라이드 구조를 넣어 거리가 변경되게 할 수 있다. 이러한 슬라이드 구조는 당연히 피구동부의 피봇과 연동부 사이에도 적용될 수 있다.
이러한 꺾임에 의해 거리가 변하는 부분이 또 있을 수 있다. 피구동부의 피봇 2와 터치스크린 간의 거리도 꺾여지는 정도가 커짐에 따라 멀어질 수 있다. 고무 등 탄성부재로 이루어진 터치접점이 탄력적으로 변형되므로, 작은 각도 변화나 피봇과 터치접점 간 거리가 짧은 경우 터치접점의 변형에 의해 피구동부가 회전하는 동안에도 터치 입력이 지속적으로 일어나게 할 수 있다. 터치 접점으로 스타일러스에 많이 쓰이는 전도성 고무 캡, 패브릭 캡 등이 사용될 수 있고, 전도성 스펀지, 전도성 브러쉬 등이 사용될 수도 있다. 그러나 각도 변화가 크거나 연동부와 터치접점 간 거리가 긴 경우에는 피봇2와 터치접점 간에 슬라이드 구조를 배치하고, 스프링 등 탄성부재를 넣어 지속적으로 터치접점이 터치스크린을 터치하게 할 수도 있다. 도 48은 입력 장치의 외부 모습을 예시적으로 나타낸다.
실시예에 따라서는, 중앙 회귀적 특성을 위해 구동부 및 피구동부 양측의 연동부에 도 45에서처럼 자성부를 배치하여 서로를 끌게 당기게 함으로써, 중앙 회기하게 할 수도 있다. 즉, 자성체 링크가 중앙 회귀적 특성을 부여할 수 있다.
도 51 및 도 52에 도시된 바와 같이, 구동부와 피구동부의 두 연동부 각각은 상, 하의 볼 조인트(피봇의 일종)에 구속되어 구동부와 피구동부의 구기어가 항상 서로 맞물려 있게 된다. 두 개의 연동부 구 기어는 모두 대체적인 구의 형상으로 구현될 수 있다. 그러나, 손가락으로 구동부의 파지부를 누르며 조이스틱을 조작할 경우, 볼조인트(하)의 아랫부분에 닿는 면적이 커서 심한 마찰이 생겨 원활이 동작하지 않을 수 있다.
따라서 도 53에서는 아래에 있는 피구동부의 연동부가 구기어의 상단만을 구현하고 구멍과 막대에 의해 피봇을 형성시켜 닿는 면적이 최소화될 수 있다.
중앙 회귀적 특성을 위해, 도 54에 도시된 바와 같이 스프링 등의 탄성부재가 사용되거나, 도 55에 도시된 바와 같이 자석이 사용될 수도 있다. 즉, 고정부와 피구동부(또는, 구동부) 간에 서로 반발하는 방향으로 자석의 쌍극자를 설치하되, 피구동부(또는, 구동부)가 수직으로 설 때 그 반발이 좌측이나 우측 중 어느 한쪽으로 치우치지 않도록 함으로써, 자석들이 왼쪽의 스프링과 같은 역할을 할 수 있다.
도 56 내지 도 58은 일실시예에 따른 자성부를 이용한 슬라이딩 타입의 터치 조이스틱에 해당하는 입력 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 56에 도시된 것처럼, 물리적 입력 장치는 동작부와 고정부를 포함할 수 있다. 동작부는 전자 장치의 터치스크린 위에 배치되고, 고정부는 터치스크린이 있는 반대면에서 전자 장치에 부착되어 전자 장치와 서로 고정될 수 있다. 고정부를 전자 장치에 부착하는 방법은 다양하다. 논슬립 패드로 전자 장치 표면에 부착될 수 있고, 석션컵, 끈끈이 등 충분한 세기로 부착이 되면서 깔끔하게 탈부착 할 수도 있다.
동작부와 고정부 모두 자성부를 포함할 수 있다. 이러한 복수의 자성부들은 적어도 어느 한쪽이 자석으로 이루어져 있고, 다른 한쪽은 자석 또는 강자성체로 이루어져서 자기장에 의해 서로 끌어당기도록 구성될 수 있다. 도 56의 예시에서 동작부와 고정부는 외장이 니켈로 도금된 수직 착자된 네오드뮴 자석으로 구성되는 자성부 자체이며, 원통형 자석일 수 있다. 이를 통해, 사용자가 손가락 등으로 동작부에 힘을 가하면 동작부는 터치 스크린 위에서 미끌어져 움직이며, 니켈에 의한 전도성으로 인해 정전식 터치스크린 상의 변해가는 좌표에 터치 입력을 유발하게 된다. 터치스크린에 표시되는 가상 조이스틱은 이렇게 유발된 터치 입력에 따라 전자 장치에서 실행 중인 소프트웨어의 상태를 바꾸게 될 수 있다. 특히, 표시된 가상 조이스틱 내의 터치 위치에 따라 캐릭터가 움직이는 방향과 속도가 조절될 수 있다.
동작부는 사용자의 손과 접촉되는 부분부터 터치스크린에 터치되는 부분까지 전도체로 연결되든지, 자체적인 전기 특성에 의해 정전 방식의 터치스크린에 터치 입력이 일어날 수 있는 커패시턴스를 제공할 수 있도록 구성될 수 있다.
전자 장치(예컨대, 스마트폰) 반대편의 고정부의 자성부와 동작부의 자성부 간에는 인력이 작용하므로, 사용자는 자신이 어느 방향으로 동작부를 밀었는지 촉각 피드백을 받게 되고, 동작부에 대한 힘이 줄어들면 동작부는 터치스크린 상의 자신의 원점으로 자동으로 돌아오게 된다.
이러한 조이스틱의 동작부는 미국 특허출원 15/618546의 도 13에 표시된 도면부호(1013)처럼 slingshot을 흉내내는 인터페이스로 사용될 수 있다. 즉, 터치스크린에서 떼어 공중에 띄워 slingshot의 장전된 돌처럼 움직일 수 있으며 해당 미국 특허출원 15/618546에 기술된 것처럼 전자 장치의 자기장 센서를 사용하여 동작부의 자성부(이 경우, 영구자석)가 떠 있는 위치를 확인하여 전자 장치 터치스크린에 표시되는 소프트웨어의 상태를 반영하는데 쓰일 수 있다.
도 57은 동작부가 자성부 외에도 터치스크린을 터치하는 부분에 복수의 터치접점들을 구비하는 구성을 더 갖춘 경우를 도시한다. 터치스크린을 터치하는 두 개 이상의 터치접점들을 구비하게 되면, 동작부의 터치스크린 상에서의 2차원 좌표 외에도 동작부가 터치스크린에서 어떤 방향을 바라보는지, 동작부의 자전각도(twist)까지 알 수 있다. 따라서 도 56에서 설명된 중앙 회귀를 포함하는 2차원 움직임과 함께, 동작부를 트위스트시키는 동작을 전자 장치가 인식할 수 있다. 예를 들면 동작부를 미는 동작에 의한 위치 변화로부터 게임 캐릭터나 드론을 전후좌우 2차원 상에서 움직이는 방향과 속도를 조절할 수 있고, 동작부를 트위스트시키는 방향에 따라 게임 캐릭터나 드론이 바라보는 방향을 바꿀 수 있다.
이와 같은 트위스트 동작은 도 56 및 도 57에서 보인 자성부를 사용한 터치 조이스틱이 아닌, 터치스크린 위에서 동작하는 물리적 조이스틱에도 마찬가지로 적용될 수 있다.
동작부의 가운데에 도 3과 같이 트위스트시킬 수 있는 회전부, 즉 그 주변과 분리되어 사용자의 손으로 돌려 트위스트할 수 있는 부분을 구비하고, 그 회전부의 아랫면 터치스크린에 터치 되는 부분에 2개의 터치접점을 구비할 수 있다. 이처럼 동작부에 자석을 사용하고, 전자 장치의 자기장 센서를 사용하여 트위스트 동작이 감지될 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
실시예들에서 설명된 구성요소들은 하나 이상의 DSP (Digital Signal Processor), 프로세서 (Processor), 컨트롤러 (Controller), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FPGA (Field Programmable Gate Array)와 같은 프로그래머블 논리 소자 (Programmable Logic Element), 다른 전자 기기들 및 이것들의 조합 중 하나 이상을 포함하는 하드웨어 구성 요소들(hardware components)에 의해 구현될 수 있다. 실시예들에서 설명된 기능들(functions) 또는 프로세스들(processes) 중 적어도 일부는 소프트웨어(software)에 의해 구현될 수 있고, 해당 소프트웨어는 기록 매체(recording medium)에 기록될 수 있다. 실시예들에서 설명된 구성요소들, 기능들 및 프로세스들은 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 구현될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (29)

  1. 전자 장치에 대한 입력 장치에 있어서,
    상기 전자 장치에 대해 고정되고, 상기 전자 장치의 터치스크린에 터치 입력을 제공하는 터치접점을 포함하는 고정부; 및
    사용자에 의해 유발된 움직임에 의해 상기 특정 위치를 벗어남으로써 상기 전자 장치로 전달되는 자기장에 변화 패턴을 생성하는 이동형 자성부
    를 포함하고
    상기 이동형 자성부의 움직임은 상기 이동형 자성부에서 생성된 상기 자기장의 변화 패턴을 감지한 상기 전자 장치에 의해 식별되는
    입력 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 터치접점에 의해 상기 터치스크린으로 제공되는 터치 입력의 위치에 기초하여 상기 고정부가 상기 전자 장치에 대해 완전히 고정되지 않은 것으로 판단되면, 상기 사용자로 미리 정해진 제1 메시지가 제공되는,
    입력 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고정부는 복수의 터치접점들을 포함하고,
    상기 이동형 자성부의 위치는 상기 복수의 터치접점들 및 상기 이동형 자성부에서 생성된 자기장에 기초하여 감지되는,
    입력 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 터치접점은 전도성을 가지고, 정전 방식의 상기 터치스크린으로 전기적 특성 변화로 인한 상기 터치 입력을 제공하는,
    입력 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 터치접점은 상기 고정부의 하단에서 돌출된 부분으로, 정압 방식의 상기 터치스크린으로 일정 크기의 압력에 의한 상기 터치 입력을 제공하는,
    입력 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 입력 장치가 상기 전자 장치에 접근함에 따라 상기 전자 장치에서 감지되는 자기장의 변화 패턴으로부터, 입력 장치가 전자장치에 접근했음이 인식되는,
    입력 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 입력 장치가 상기 전자 장치에 고정되어 상기 전자 장치에서 감지되는 자기장의 변화가 미리 정해진 제2 임계치 이하인 경우 입력 장치가 전자 장치에 고정되었음이 인식되는,
    입력 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전자 장치의 상기 터치스크린으로 터치 입력을 제공하는 터치접점을 포함하는 버튼부
    를 더 포함하는
    입력 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 이동형 자성부는 상기 고정부의 미리 알려진 위치에 위치하려는 중앙 회귀적 특성을 가지는,
    입력 장치.
  10. 전자 장치에 대한 입력 장치에 있어서,
    상기 전자 장치에 대해 고정되는 고정부;
    상기 고정부와 피봇(pivot) 연결되어 사용자에 의해 유발된 움직임에 따른 터치 입력을 상기 전자 장치의 터치스크린으로 제공하는 터치접점의 움직임을 제어하는 동작부
    를 포함하고,
    상기 동작부에서 상기 사용자에 의해 파지되는 파지부의 움직임은 상기 터치접점에 의해 상기 터치스크린에 제공된 터치 입력의 움직임과 반대로 식별되는,
    입력 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 터치접점은 상기 동작부에서 상기 사용자에 의해 파지되는 파지부로부터 피봇을 건너 반대 지점에 위치하고,
    상기 사용자에 의해 유발된 움직임에 따라 상기 터치접점이 중심 위치에서 멀어지면 상기 동작부에 구비된 탄성부재를 통해 상기 터치접점이 상기 터치스크린에 접촉된 상태가 유지되는,
    입력 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 동작부에서 상기 사용자에 의해 파지되는 파지부로부터 피봇을 건너 반대 지점에 제1 자성부가 배치되고,
    상기 제1 자성부와의 자력에 의해 움직임이 제어되는 제2 자성부는 상기 터치접점에 부착되어 상기 자력에 의한 움직임을 상기 터치접점으로 전달하는,
    입력 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 동작부는 상기 터치접점과 피봇 연결되어 상기 사용자에 의해 유발된 움직임을 상기 터치접점으로 전달하는,
    입력 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 동작부는 탄성부재로 상기 고정부와 연결되어 상기 고정부의 미리 알려진 위치에 위치하려는 중앙 회귀적 특성이 발생하는,
    입력 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 동작부에서 상기 사용자에 의해 파지되는 파지부의 위치는
    상기 동작부의 중심 위치 또는 상기 터치 입력의 위치에 기초하여 JSDK(joystick software development kit)에서 식별되어 어플리케이션으로 전달되는,
    입력 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 동작부의 중심 위치는
    상기 고정부에 포함된 제2 터치접점을 통해 상기 터치스크린에 입력된 제2 터치 입력에 기초하여 결정되거나, 또는 상기 사용자로 상기 고정부를 상기 터치스크린의 특정 위치에 위치시키라는 안내 메시지를 제공함으로써 식별되는,
    입력 장치.
  17. 전자 장치에 대한 입력 장치에 있어서,
    상기 전자 장치에 대해 고정되는 고정부;
    상기 고정부와 피봇 연결되어 사용자에 의해 유발된 움직임을 갖는 제1 자성부를 포함하는 동작부; 및
    상기 제1 자성부와의 자력에 의해 움직임이 제어되고, 상기 사용자에 의해 유발된 움직임에 따른 터치 입력을 상기 전자 장치의 터치스크린으로 제공하는 터치접점에 상기 자력에 의한 움직임을 전달하는 제2 자성부
    를 포함하고,
    상기 동작부의 움직임은 상기 터치접점에 의해 상기 터치스크린에 제공된 터치 입력의 움직임에 기초하여 식별되는,
    입력 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 동작부가 상기 사용자에 의해 유발된 움직임에 의해 제1 방향으로 꺾이면서 상기 제1 자성부는 상기 제1 방향에서 상기 제2 자성부와 가장 인접하게 배치되고,
    상기 제2 자성부가 상기 제1 자성부와의 자력에 의해 상기 제1 방향으로 이동됨으로써 상기 사용자에 의해 유발된 움직임에 따른 터치 입력이 상기 터치스크린에 제공되는,
    입력 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 동작부는 탄성부재로 상기 고정부와 연결되어 상기 고정부의 미리 알려진 위치에 위치하려는 중앙 회귀적 특성이 발생하는,
    입력 장치.
  20. 전자 장치에 대한 입력 장치에 있어서,
    상기 전자 장치에 대해 고정되는 고정부;
    상기 고정부에 의해 지지되어 사용자에 의해 유발된 움직임에 가지는 구동부; 및
    상기 고정부에 의해 지지되고, 상기 구 동부에 연동되어 상기 구동부와 대칭적인 움직임을 가지고, 상기 사용자에 의해 유발된 움직임에 따른 터치 입력을 상기 전자 장치의 터치스크린으로 제공하는 터치접점을 포함하는 피구동부
    를 포함하고,
    상기 구동부의 움직임은 상기 터치접점에 의해 상기 터치스크린에 제공된 터치 입력의 움직임에 기초하여 식별되는,
    입력 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 사용자에 의해 유발된 움직임에 따라 상기 터치접점이 중심 위치에서 멀어지면 상기 피구동부에 구비된 탄성부재 또는 자력을 통해 상기 터치접점이 상기 터치스크린에 접촉된 상태가 유지되는,
    입력 장치.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 구동부와 상기 피구동부는 링크로 연결되고,
    상기 구동부는 제1 피봇에 의해 움직임 자유도가 구속되고,
    상기 피구동부는 제2 피봇에 의해 움직임 자유도가 구속되고,
    상기 제1 피봇 및 상기 제2 피봇은 상기 고정부에 대해 고정되는,
    입력 장치.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 구동부와 상기 피구동부는 각각 볼 조인트에 의해 서로 구속되어, 상기 구동부와 상기 피구동부는 대칭적인 움직임을 갖는,
    입력 장치.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 고정부와 상기 피구동부 사이를 연결시키는 탄성부재가 대칭적으로 배치됨으로써, 상기 고정부의 미리 알려진 위치에 위치하려는 중앙 회귀적 특성이 발생하는,
    입력 장치.
  25. 제20항에 있어서,
    상기 고정부는 상기 피구동부에 인접한 부분에 제1 자성부를 포함하고,
    상기 피구동부는 상기 고정부에 인접한 부분에 제2 자성부를 포함하고,
    상기 제1 자성부 및 상기 제2 자성부 간 척력에 기반하여 상기 고정부의 미리 알려진 위치에 위치하려는 중앙 회귀적 특성이 발생하는,
    입력 장치.
  26. 전자 장치에 대한 입력 장치에 있어서,
    상기 전자 장치의 후면에 대해 고정되는 고정형 자성부; 및
    상기 전자 장치의 전면에 배치된 터치스크린 상에 배치되고, 사용자에 의해 유발된 움직임에 따른 터치 입력을 상기 터치스크린으로 제공하는 이동형 자성부
    를 포함하고,
    상기 이동형 자성부의 움직임은 상기 터치스크린에 제공된 터치 입력의 움직임에 기초하여 식별되는
    입력 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 이동형 자성부는
    상기 터치스크린에 접촉된 면에 터치 입력을 각각 제공하는 복수의 터치접점을 포함하는,
    입력 장치.
  28. 전자 장치에 대한 다면체 형태의 입력 장치에 있어서,
    면(face)마다 상이한 개수의 터치접점을 포함하고,
    상기 입력 장치가 상기 전자 장치의 터치스크린에 놓이면, 상기 입력 장치의 복수의 면들 중에서 상기 터치스크린에 접촉하는 면에 배치된 하나 이상의 터치접점을 통해 상기 터치스크린으로 터치 입력이 제공되고,
    상기 입력 장치의 놓인 상태는 상기 하나 이상의 터치접점에 따른 터치 입력을 감지한 상기 전자 장치에 의해 식별되는,
    입력 장치.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 하나 이상의 터치접점에 따른 터치 입력은 해당 면에 배치된 터치접점의 개수, 간격, 서로 간의 각도 중 적어도 하나에 기초하여 결정되는,
    입력 장치.
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