WO2022234967A1 - 햅틱피드백이 가능한 다기능 입출력 핸드헬드 장치 - Google Patents

햅틱피드백이 가능한 다기능 입출력 핸드헬드 장치 Download PDF

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WO2022234967A1
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haptic
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signal
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PCT/KR2022/005186
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김수영
김정훈
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김수영
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    • G06F2203/0384—Wireless input, i.e. hardware and software details of wireless interface arrangements for pointing devices

Definitions

  • the present invention relates to a hand held apparatus, and in particular, real-time haptic feedback to a user is possible, a remote control function such as a game controller, and an input/output function combined with a mobile device such as a smartphone. It relates to a multifunction input/output handheld device.
  • electronic devices are equipped with visual information delivery or auditory information delivery functions for rich sensory interfacing with users, as well as implementation means capable of delivering tactile information.
  • Haptic technology is a technology that realizes a variety of tactile sensations when applying force, vibration, and motion to the user. That is, it is a technology that allows the user to feel the force and movement to be provided to the user of an electronic device such as a computer or mobile device through tactile sense to the user's input device such as a keyboard, mouse, joystick, touch screen, game console controller, or VR headset.
  • Vibrotactile haptic effect by haptic technology is effective in notifying a user of a specific event or providing practical feedback for realizing higher sensory immersion in a simulated or virtual environment.
  • haptic actuators such as rotary vibration motors, linear resonant actuators (LRAs), and piezo actuators are mainly used to generate vibrotactile haptic feedback.
  • the haptic actuator is exclusively used only when a preset haptic effect pattern is stored in the mounted electronic device. For example, if a haptic actuator is mounted on a mobile device and a preset haptic effect pattern is stored, haptic feedback is generated only on the mobile device. Haptic feedback is only generated by the controller.
  • haptic feedback can be used not only in remote control devices such as game console controllers, but also in mobile devices such as smartphones. If it can be shared with the electronic device and provided to the user, it will be well received from the people involved.
  • haptic feedback can be provided to the user in real time without a pre-stored vibration pattern (haptic effect pattern) with sound synchronized to a moving picture displayed on an electronic device used by the user, a great response from related people will be obtained.
  • Another object of the present invention is to provide haptic feedback for remote control such as a game device controller.
  • Another object of the present invention is not only that haptic feedback can be shared for use of various functions, but also multi-function input/output handheld that enables users to feel haptic feedback in real time even if there is a pre-stored vibration pattern and without a pre-stored vibration pattern. to provide the device.
  • the present invention provides a multifunctional input/output handheld device capable of haptic feedback, comprising: a compatible handle unit having a built-in haptic output unit, a device mounting unit capable of mounting various types of devices, and a user handle unit;
  • the compatible handle unit In order to receive the haptic source, the signal wire/wireless connection part for signal wired/wireless connection with the device mounted on the device mounting part, and the frequency waveform of the sound signal inputted to the haptic source in real time through the signal wired/wireless connection part, is used as a signal suitable for haptic vibration.
  • a real-time haptic signal processing unit for converting, a haptic driving unit, a haptic output unit generating a haptic output by the haptic driving unit, a real-time haptic signal processing unit and a haptic driving unit It is characterized in that it consists of a haptic control unit that controls to be applied to one of them.
  • the device mounted on the device mounting unit is selected from among a mobile device having an input/output interface and a remote control head unit remotely connected to a host and having an input/output interface for remote control. characterized by being one.
  • the haptic source is a pre-stored vibration pattern and a real-time sound signal.
  • the haptic control unit applies the sound signal to the real-time haptic signal processing unit as the haptic source input through the signal wired/wireless connection unit is a real-time sound signal, and then processes it to the haptic driving unit. It is characterized in that it is controlled to be transmitted, and according to the input haptic source is a pre-stored vibration pattern, the pre-stored vibration pattern is directly transmitted to the haptic driving unit.
  • the compatible handle unit includes; It is characterized in that it further includes a battery unit, and a power output unit connected to the battery unit to transmit battery power to the device mounted on the device mounting unit.
  • the remote control head unit is characterized in that it is a modular product that can be mounted on a device mounting part and can be connected to a signal wired/wireless connection part of a compatible handle unit.
  • the real-time haptic signal processing unit includes a signal amplifying unit for amplifying an analog sound signal, and a relatively constant output level even when the input level of the amplified sound signal changes.
  • An automatic gain control unit that automatically adjusts the gain to maintain the value
  • a signal noise removal unit that removes various noises of the automatically gain-controlled acoustic signal
  • a user can share and receive haptic feedback for use of various functions such as a remote control head unit such as a game device controller or a mobile device such as a smartphone, and a pre-stored vibration pattern in implementing haptic feedback. It is possible to express real-time haptic feedback according to the method, and there is an advantage that it can be expressed as real-time haptic feedback by using the transmitted sound signal as it is without a pre-stored vibration pattern.
  • FIG. 1 is a perspective configuration diagram of a compatible handle unit having a haptic output unit as a component of a multi-function input/output handheld device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a multifunctional input/output handheld device according to an embodiment of the present invention when a mobile device such as a smartphone is mounted on a compatible handle unit;
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a multi-function input/output handheld device according to an embodiment of the present invention, when a head unit for remote control, such as for controlling a game device, is mounted on a compatible handle unit;
  • FIG. 4 is a circuit block diagram of a compatible handle unit of an input/output handheld device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a circuit block diagram in a state in which a heterogeneous unit is mounted on a compatible handle unit of the present invention
  • FIGS. 4 and 5 are detailed block diagrams of the real-time haptic signal processing unit of FIGS. 4 and 5;
  • FIG. 7 is an amplification characteristic curve diagram of an adaptive amplification unit for each frequency within the real-time haptic signal processing unit of FIG. 6;
  • FIG. 1 is a perspective configuration diagram of a compatible handle unit 2 having a haptic output unit 8 as a component of a multi-function input/output handheld device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. It is a circuit block diagram of the compatible handle unit (2) of the input/output handheld device.
  • the compatible handle unit 2 may be equipped with various types of devices, such as a remote control head unit such as a game device controller, or a mobile device such as a smartphone, and received a haptic source from each type. It is implemented so that the user can receive haptic feedback through the haptic output unit 8 built-in by post-processing.
  • a remote control head unit such as a game device controller
  • a mobile device such as a smartphone
  • FIG. 2 shows a case in which a mobile device 4 such as a smartphone is mounted on the device mounting unit 10 of the compatible handle unit 2, and in FIG. 3, a remote control such as a game device controller is mounted on the device mounting unit 10 A case in which the head unit 6 is mounted is shown.
  • a mobile device 4 such as a smartphone
  • a remote control such as a game device controller
  • the left and right handle units 12 are formed so that the user can comfortably hold them, and the haptic output unit 8 that provides vibrotactile sensation as haptic feedback is built-in.
  • the haptic output unit 8 may include a rotary vibration motor, a linear resonance actuator, a piezo actuator, and the like, and the most preferable example is to employ a piezo actuator.
  • the haptic output unit 8 built into the compatible handle unit 2 according to the present invention is driven by the haptic driving unit 26 under the control of the haptic control unit 22 . .
  • the compatible handle unit (2) of the present invention includes a battery unit (30), a charging input unit (28) for charging the battery unit (30), and the battery power of the battery unit (30) to the device mounting unit (10). It also includes a battery power output unit 34 for supplying to the mounted device.
  • a device mounting detection unit 36 for detecting mounting is also provided.
  • the compatible handle unit 2 of the present invention has a signal wired/wireless connection unit 20 for receiving a haptic source from a model device (such as a mobile device or a remote control head unit) mounted on the device mounting unit 10. .
  • a model device such as a mobile device or a remote control head unit
  • a USB input/output unit that can be connected to the USB input/output unit 20a1 of the mobile device 4 (20a) is provided on the compatible handle unit (2).
  • a contact connector (20b) that can be connected to (20b1) is provided in the compatible handle unit (2).
  • the magnet piece (21) for fixing in place is attached to the connection part of the compatible handle unit (2) and the head unit (6) for remote control. It is preferable to provide them together.
  • it may be configured to form a tangent projection on the connection part of the remote control head unit 6 and to form an insertion groove in the connection part of the compatible handle unit 2 . have.
  • the compatible handle unit 2 of the present invention is a mobile device 4 such as a smartphone of FIG. 2 or a remote control head unit 6 such as for a game device controller shown in FIG. 3 through a signal wired/wireless connection unit 20.
  • a haptic output is generated by receiving a haptic source, but the control is performed so that haptic feedback according to the type of the haptic source (pre-stored vibration pattern, sound signal) can be made.
  • the compatible handle unit 2 applies a pre-stored vibration pattern from the mobile device 4 or the remote control head unit 6 or a host remotely connected to the remote control head unit 6 through the signal wired/wireless connection unit 20. If it is, it is directly transmitted to the haptic driving unit 26 under the control of the haptic control unit 22, and the haptic output unit 8 controls so that a haptic output according to the pre-stored vibration pattern (haptic effect pattern) is generated.
  • the compatible handle unit (2) from the mobile device (4) or from the remote control head unit (6) or from the host remotely connected to the remote control head unit (6)
  • a sound signal is applied through the signal wired/wireless connection unit 20
  • the real-time haptic signal processing unit 24 under the control of the haptic control unit 22, it is transmitted to the haptic driving unit 26 and haptic output according to the real-time sound signal S1 by the haptic output unit 8 control to be created.
  • the real-time haptic signal processing unit 24 provided in the compatible handle unit 2 immediately analyzes the sound signal S1 received through the signal wired/wireless connection unit 20 of the compatible handle unit 2 even if there is no pre-stored vibration pattern, and Signal processing is performed so that a haptic output having a vibration wavelength close to sound is generated by the haptic output unit 8 at the same time as the user can easily feel it.
  • the signal amplifying unit 60 amplifies an analog sound signal, and the output level even when the input level of the amplified sound signal changes.
  • An automatic gain control (AGC) 62 that automatically adjusts the gain to maintain this relatively constant value, a signal noise remover 64 that removes various noises of the automatically gain-controlled acoustic signal;
  • the adaptive amplification unit 66 for each specific frequency band is configured to adaptively amplify and output the noise-removed sound signal for each specific frequency band within the tactile frequency band for human body sensation so that an effective haptic output can be generated.
  • the signal amplification unit 60 is directly transmit If the sound signals S1 are digitized signals, they are first converted into analog signals by a digital to analog converter (DAC) 58 and then transferred to the signal amplifier 60 .
  • DAC digital to analog converter
  • the sound signal of the analog component is amplified by the signal amplifying unit 60 and then automatically gain adjusted by the automatic gain adjusting unit 62, which means that the output level of the amplified sound signal is relatively high regardless of the change in the input level of the sound signal. This is to minimize signal distortion due to input signal fluctuations by maintaining a constant value.
  • the signal noise canceling unit 64 such as a differential amplifier.
  • the sound signal passing through the signal noise removing unit 64 is amplified once again within the tactile frequency band that the human skin can feel most sensitively, but is adaptively amplified differently for each detailed frequency band.
  • the tactile frequency band in which human skin can feel the most sensitive is 20 to 450 Hz according to the present invention.
  • each detailed frequency band such as 20 ⁇ 200Hz, 200 ⁇ 300Hz, 300 ⁇ 450Hz
  • adaptive amplification is implemented so that the sense of human body by touch is high.
  • the remote control head unit 6 of the present invention is implemented so that, for example, all of the key parts of the game device controller are provided as shown in FIG. 3, but unlike a normal game device controller, the device mounting part ( 10), configure a separately manufactured module with a size sufficient to be mounted on
  • the circuit portion of the remote control head unit 6 is the same as in FIG. 5 .
  • the circuit part of the remote control head unit 6 of FIG. 5 is shown in association with the circuit part of the compatible handle unit 2, and in FIG. 5, they are shown in a connected state.
  • the remote control head unit 6 includes a remote control unit 40 having a function operation module 40a such as a game machine operating system (OS), and includes various switches, buttons, and keys including a joystick. and a user interface unit 42 for interfacing with the user, and a wired/wireless communication unit 44 capable of communicating with a host by wire or wireless connection.
  • a function operation module 40a such as a game machine operating system (OS)
  • OS game machine operating system
  • a user interface unit 42 for interfacing with the user
  • a wired/wireless communication unit 44 capable of communicating with a host by wire or wireless connection.
  • the host is an object subject to remote control, and may be a game device, a desktop PC, a notebook computer, a tablet PC, a TV, various display panels (ATM, kiosk, touch panel, etc.), a robot, a cloud connected to the Internet, etc. .
  • the circuit part of the remote control head unit 6 is provided with a signal wired/wireless connection part 46 for signal connection with the compatible handle unit 2, and is electrically connected to the power output part 34 of the compatible handle unit 2
  • a power input unit 48 for supplying power to each part in the head unit 6, and a memory unit for mapping a pre-stored vibration pattern S2 as a haptic source or temporarily storing a pre-stored vibration pattern S2 received from a host ( 50) is provided.
  • the mobile device 4 such as a smart phone has a circuit configuration similar to that of the remote control head unit 6 shown in FIG.
  • a mobile device 4 such as a smartphone is connected to a cloud server when playing cloud games, which are popular these days, and the mobile device 4 in this case is also used for remote control.
  • the compatible handle unit 2 and the mobile device 4 are linked while connecting The handle unit 2 identifies the type of haptic source from the mobile device 4 .
  • the sound signal S1 synchronized with the moving picture displayed on the screen of the mobile device 4 is transmitted to the compatible handle unit 2, and the compatible handle unit 2 ) is processed in real time to enable generation of tactile vibration according to the corresponding sound using the internal real-time haptic signal processing unit 24 and then delivers haptic feedback to the user through the haptic output unit 8 . Therefore, the user can feel the haptic feedback with the tactile vibration corresponding to the sound recorded in the video through the compatible handle unit 2 while watching the movie with the mobile device 4 such as a smartphone.
  • the compatible handle unit 2 identifies the type of haptic source from the remote control head unit 6 .
  • the compatible handle unit 2 has a pre-stored vibration pattern with a haptic source. (S2) is identified.
  • the pre-stored vibration pattern (S2) is transmitted to the compatible handle unit (2), and the compatible handle unit (2) does not go through the internal real-time haptic signal processing unit (24) but from the signal wired/wireless connection unit (20) to the haptic control unit (22) is applied and directly transmitted to the haptic driving unit 26 so that the user can feel the vibration-related haptic feedback based on the pre-stored vibration pattern S2 through the haptic output unit 8 .

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Abstract

본 발명은 햅틱피드백이 가능한 다기능 입출력 핸드헬드 장치에 있어서, 다기종의 기기응 탑재하는 기기탑재부와 사용자 손잡이부를 갖는 호환 손잡이유니트를 구비하되, 게임 컨트롤러와 같은 원격제어 헤드유니트와, 아울러 스마트폰과 같은 모바일기기와 결합하여 입출력 기능이 가능한 다기능 입출력 핸드헬드 장치에 관한 것이며, 기저장된 진동패턴에 따른 햅틱 피드백의 발현도 가능하고 기저장된 진동패턴이 없이도 전달된 음향신호를 그대로 이용해서 실시간 햅틱 피드백으로 발현시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

햅틱피드백이 가능한 다기능 입출력 핸드헬드 장치
본 발명은 핸드헬드 장치(hand held apparatus)에 관한 것으로, 특히 사용자에게 실시간 햅틱 피드백(haptic feedback)이 가능하며 게임 컨트롤러와 같은 원격제어기능과 아울러 스마트폰과 같은 모바일기기와 결합된 입출력 기능이 가능한 다기능 입출력 핸드헬드 장치에 관한 것이다.
요즈음 전자 디바이스에는 사용자와의 풍성한 감각 인터페이싱을 위해 시각정보전달이나 청각 정보전달 기능이 기본적으로 탑재됨은 물론이고 촉각정보 전달기능까지 가능한 구현 수단들이 탑재되고 있다.
인간의 오감중 촉각을 이용하는 구현 수단은 주로 햅틱 기술을 바탕으로 한다. 햅틱 기술은 사용자에게 힘, 진동, 모션을 적용해 줌에 있어 다채로운 촉감을구현해주는 기술이다. 즉, 컴퓨터나 모바일 기기와 같은 전자 디바이스의 사용자에게 제공하고자 하는 힘과 운동감을 사용자의 입력장치 예컨대 키보드, 마우스, 조이스틱, 터치스크린, 게임기 컨트롤러, VR헤드셋 등에 촉각을 통해 느끼게 해주는기술이다.
햅틱 기술에 의한 진동촉감 햅택 효과는 사용자에게 특정 이벤트를 알리거나시뮬레이션된 환경이나 가상환경 내에서 더 높은 감각 몰입도(sensory immersion)를 실현하기 위한 실질적 피드백을 제공하는데에 효과적이다.
핸드헬드 디바이스에서는 진동촉감 햅틱 피드백을 발생하기 위해서 주로 회전형 진동모터, 선형 공진모터(Linear Resonant Actuator: LRA), 피에조 액추에이터(piezo actuator) 등과 같은 햅틱 액추에이터를 이용한다.
그런데 햅틱 액추에이터는 탑재된 해당 전자기기에 기설정된 햅틱효과패턴이저장되어 있어야만 전용적으로 사용된다. 예를 들면, 햅틱 액추에이터가 모바일기기에 탑재되고 기설정된 햅틱효과패턴이 저장되어 있다면 햅틱 피드백은 모바일 기기에만 발생이 되는 것이고, 게임기 컨트롤러에 햅틱 액추에이터가 탑재되고 기설정된 햅틱효과패턴이 저장되어 있다면 게임기 컨트롤러에만 햅틱 피드백이 발생되는 것이다.
그러므로 만일 햅틱 피드백이 햅틱 액추에이터 탑재유무나 기저장된 햅틱효과패턴의 저장유무에 상관없이 게임기 컨트롤러와 같은 원격제어용 기기 뿐만 아니라 스마트폰과 같은 모바일기기에서도 햅틱 피드백이 겸용될 수 있는 등으로 햅틱피드백이 여러 전자기기에 공유되어 사용자에게 제공될 수 있다면, 관련된 사람들로부터 큰 호응을 얻을 수 있을 것이다.
그리고 하기에 언급된 선행기술문헌으로 언급된 등록특허 제10-1512204호에개시된 햅틱 피드백은 미리 만들어져 기저장된 햅틱효과패턴을 읽어서 사용자에게제공하는 것인바, 기저장된 햅틱효과패턴이 없다면 햅틱피드백을 구현할 수 없는단점이 있다.
그러므로 만일 사용자가 사용하는 전자기기에 디스플레이되는 동영상에 동기화된 음향을 기저장된 진동패턴(햅틱효과패턴) 없이도 실시간으로 햅틱 피드백을사용자에게 제공할 수 있다면 관련된 사람들로부터 큰 호응을 얻을 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 목적은 햅틱 피드백이 다양한 기능에 공유될 수 있는 다기능 입출력 핸드헬드 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 햅틱 피드백이 게임기기 컨트롤러와 같은 원격제어용
기기뿐만 아니라 스마트폰과 같은 모바일기기에도 공유될 수 있는 다기능 입출력핸드헬드 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 햅틱 피드백이 다양한 기능 사용에 공유할 수 있음은 물론이고 기저장된 진동패턴이 있어도 가능하고 기저장된 진동패턴이 없어도실시간으로 햅틱 피드백을 사용자가 느낄 수 있도록 하는 다기능 입출력 핸드헬드장치를 제공함에 있다.
상기한 목적에 따른 본 발명은, 햅틱피드백이 가능한 다기능 입출력 핸드헬드 장치에 있어서, 햅틱출력부가 내장되며 다기종의 기기 탑재가 가능한 기기탑재부와 사용자 손잡이부를 갖는 호환 손잡이유니트를 구비하며;
상기 호환 손잡이유니트는; 햅틱소스를 수신하기 위해 기기탑재부에 탑재된기종 기기와의 신호 유무선 접속을 위한 신호 유무선 접속부와, 신호 유무선 접속부를 통해 햅틱소스로 실시간 입력되는 음향신호의 주파수 파형을 이용하여 햅틱진동에 적합한 신호로 변환하는 실시간 햅틱신호 처리부와, 햅틱구동부와, 햅틱구동부에 의해 햅틱출력을 생성하는 햅틱출력부와, 신호 유무선 접속부를 통해 입력되는 햅틱소스의 종류에 근거하여 햅틱소스를 실시간 햅틱신호 처리부 및 햅틱구동부중 하나로 인가되게 제어하는 햅틱제어부로 구성함을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 햅틱피드백이 가능한 다기능 입출력 핸드헬드 장치에 있어,기기탑재부에 탑재되는 기기는, 입출력 인터페이스를 갖는 모바일기기 및 호스트에원격 접속되며 원격제어를 위한 입출력 인터페이스를 갖는 원격제어 헤드유니트 중의 선택된 하나임을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 햅틱피드백이 가능한 다기능 입출력 핸드헬드 장치에 있어,햅틱소스는 기저장 진동패턴 및 실시간 음향신호임을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 햅틱피드백이 가능한 다기능 입출력 핸드헬드 장치에 있어,햅틱제어부는 신호 유무선 접속부를 통해 입력되는 햅틱소스가 실시간 음향신호임에 따라 음향신호를 실시간 햅틱신호 처리부로 인가하여 처리후 햅틱구동부로 전달되게 제어하고, 입력되는 햅틱소스가 기저장 진동패턴임에 따라 기저장 진동패턴을햅틱구동부로 바로 전달되게 제어함을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 햅틱피드백이 가능한 다기능 입출력 핸드헬드 장치에 있어,호환 손잡이유니트는; 배터리부와, 배터리부에 연결되며 기기탑재부에 탑재된 기기로의 배터리전원이 전달하기 위한 전원출력부를 더 구비함을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 햅틱피드백이 가능한 다기능 입출력 핸드헬드 장치에 있어,원격제어 헤드유니트는 기기탑재부에 탑재 가능하고 호환 손잡이유니트의 신호 유무선접속부에 신호접속 가능하게 제작된 모듈러임을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 햅틱피드백이 가능한 다기능 입출력 핸드헬드 장치에 있어,실시간 햅틱신호 처리부는, 아날로그형태의 음향신호를 증폭하는 신호증폭부와, 증폭된 음향신호의 입력레벨 변동에도 출력레벨이 상대적으로 일정한 값을 유지되도록 이득을 자동 조절하는 자동이득조절부와, 자동이득조절된 음향신호의 각종 잡음을 제거하는 신호잡음 제거부와, 효과적인 햅틱출력의 생성이 가능케 잡음 제거된 음향신호를 인체체감 촉각주파수대역내에서 세부 주파수대역별로 다르게 적응증폭하여 출력하는 세부 주파수대역별 적응 증폭부로 구성함을 특징으로 한다.
본 발명은 사용자가 햅틱 피드백을 게임기기 컨트롤러와 같은 원격제어 헤드유니트나 스마트폰과 같은 모바일기기 등과 같은 다양한 기능 사용에 공유하며 제공받을 수 있음을 뿐만 아니라, 햅틱 피드백을 구현함에 있어서도 기저장된 진동패턴에 따른 실시간 햅틱 피드백의 발현도 가능하고 또 기저장된 진동패턴이 없이도전달된 음향신호를 그대로 이용해서 실시간 햅틱 피드백으로 발현시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다기능 입출력 핸드헬드 장치의 일 구성요소로서 햅틱출력부를 갖는 호환 손잡이유니트의 사시 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다기능 입출력 핸드헬드 장치로서 호환 손잡이유니트에 스마트폰과 같은 모바일 기기가 탑재될 경우의 분리 사시 구성도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다기능 입출력 핸드헬드 장치로서 호환 손잡이유니트에 게임기기 제어용과 같은 원격제어용 헤드유니트가 탑재될 경우의 분리 사시 구성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 입출력 핸드헬드 장치의 호환 손잡이유니트의 회로블록 구성도,
도 5는 본 발명의 호환 손잡이유니트에 이기종 유니트가 탑재된 상태에서의회로블록 구성도,
도 6은 도 4 및 도 5의 실시간 햅틱신호 처리부의 구체 블록 구성도,
도 7은 도 6의 실시간 햅틱신호 처리부내 주파수별 적응 증폭부의 증폭 특성곡선도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다기능 입출력 핸드헬드 장치의 일 구성요소로서 햅틱출력부(8)를 갖는 호환 손잡이유니트(2)의 사시 구성도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 입출력 핸드헬드 장치의 호환 손잡이유니트(2)의 회로블록구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 호환 손잡이유니트(2)는 게임기기 컨트롤러와 같은 원격제어 헤드유니트나 스마트폰과 같은 모바일기기 등과 같은 다양한 기종의 기기가 탑재될 수 있으며, 각 기종으로부터 햅틱소스를 전달받은 후 처리하여 내장된 햅틱출력부(8)를 통해 사용자가 햅틱피드백을 받을 수 있도록 구현한 것이다.
도 1의 (a)와 (b)에서는 호환 손잡이유니트(2)의 기기 탑재부(10)에 스마트폰과 같은 모바일기기나 원격제어용으로서 형태 변형되게 제작된 모듈 등과 같이 여러 기종의 기기가 탑재될 수 있도록 탑재면적이 축소되거나 확대됨을 보여주고 있다.
도 2에서는 호환 손잡이유니트(2)의 기기 탑재부(10)에 스마트폰과 같은 모바일 기기(4)가 탑재되는 경우를 보여주고 있고, 도 3에서는 기기 탑재부(10)에 게임기기 컨트롤러와 같은 원격제어 헤드유니트(6)가 탑재되는 경우를 보여주고 있다.
호환 손잡이유니트(2)를 구성함에 있어, 좌우 손잡이부(12)는 사용자가 편하게 감싸 쥘 수 있도록 형성되며 햅틱피드백인 진동촉각을 제공하는 햅틱출력부(8)가 내장된다. 햅틱출력부(8)로는 회전형 진동모터, 선형공진 액추에이터, 피에조(piezo) 액추에이터 등이 포함될 수 있으며, 가장 바람직한 예시로는 피에조(piezo) 액추에이터를 채용하는 것이다.
본 발명에 따라 호환 손잡이유니트(2)에 내장된 햅틱출력부(8)는 도 4의 회로 블록 구성도에 도시된 바와 같이, 햅틱제어부(22)의 제어하에 햅틱구동부(26)에 의해 구동된다.
본 발명의 호환 손잡이유니트(2)는 배터리부(30)를 구비하며, 배터리부(30)를 충전시키기 위한 충전입력부(28)와, 배터리부(30)의 배터리전원이 기기 탑재부(10)에 탑재된 기기로 공급하기 위한 배터리전원 출력부(34)도 구비한다. 또 배터리부(30)의 충방전 상태를 검출하기 위한 배터리상태 검출부(32)와 햅틱제어부(22)의 제어 하에 배터리 상태를 표시하기 위한 배터리상태 표시부(38), 호환 손잡이유니트(2)상의 기기 탑재를 감지하기 위한 기기 탑재감지부(36)도 함께 구비한다.
또한 본 발명의 호환 손잡이유니트(2)는 기기 탑재부(10)에 탑재된 기종 기기(모바일기기나 원격제어용 헤드유니트 등)로부터 햅틱소스(source)를 수신하기 위한 신호 유무선 접속부(20)를 구비한다.
신호 유무선 접속부(20)의 구현 일예로서, 도 2에 도시된 스마트폰과 같은 모바일기기(4)가 탑재될 경우에는 모바일기기(4)의 USB입출력부(20a1)와 접속될 수 있는 USB입출력부(20a)를 호환 손잡이유니트(2)에 마련한다.
또 도 3에 도시된 게임기기 콘트롤러와 같은 원격제어용 헤드유니트(6)가 탑재될 경우에는 도 3에 점선원에 도시한 단면도에서와 같이 유선접속방식으로서 원격제어용 헤드유니트(6)의 탄지접속편(20b1)에 접속될 수 있는 접촉커넥터(20b)를 호환 손잡이유니트(2)에 마련한다. 도 3의 경우에는 탄지접속편(20b1)과 접촉커넥터(20b)의 확실한 접속을 위해서 정위치 고정용 자석편(21)을 호환 손잡이유니트(2)와 원격제어용 헤드유니트(6)의 접속부분에 함께 구비하는 것이 바람직하다.
도 3의 유선접속방식중 확실한 접속을 위한 또 다른 구성 일예로서는 원격제어용 헤드유니트(6)의 접속부분에 탄지돌기를 형성하고 호환 손잡이유니트(2)의 접속부분에 삽입요홈이 형성되게 구성할 수도 있다.
신호 유무선 접속부(20)의 구현 일예로서 도 1 내지 도 3에서는 유선 접속방식의 구성을 예시하였지만, NFC통신, 블루투스통신, 와이파이통신 등과 같은 근거리무선통신을 통한 무선접속방식으로도 가능한 것임을 이해하여야 한다.
더욱이 본 발명의 호환 손잡이유니트(2)는 신호 유무선 접속부(20)를 통해서 도 2의 스마트폰과 같은 모바일기기(4)나 도 3에 도시된 게임기기 컨트롤러용과 같은 원격제어용 헤드유니트(6)로부터 햅틱소스를 받아서 햅틱출력이 생성되도록 하되, 햅틱소스의 종류(기저장된 진동패턴, 음향신호)에 따른 햅틱피드백이 이루어질수 있도록 제어한다.
즉 호환 손잡이유니트(2)는 모바일기기(4)로부터나 원격제어용 헤드유니트(6) 또는 원격제어용 헤드유니트(6)에 원격으로 연결된 호스트로부터 기저장된 진동패턴이 신호 유무선 접속부(20)를 통해 인가되면, 햅틱제어부(22)의 제어하에 햅틱구동부(26)에 바로 전달하여서 햅틱출력부(8)에 의해서 기저장된 진동패턴(햅틱효과패턴)에 따른 햅틱출력이 생성되도록 제어한다.
또 호환 손잡이유니트(2)는 모바일기기(4)로부터나 원격제어용 헤드유니트(6) 또는 원격제어용 헤드유니트(6)에 원격으로 연결된 호스트로부터 음향신호가 신호 유무선 접속부(20)를 통해 인가되면, 햅틱제어부(22)의 제어 하에 상기 음향신호가 실시간 햅틱신호 처리부(24)에 의해서 처리되게 한후 햅틱구동부(26)로 전달하여서 햅틱출력부(8)에 의해서 실시간 음향신호(S1)에 따른 햅틱출력이 생성되도록 제어한다.
호환 손잡이유니트(2)에 구비된 실시간 햅틱신호 처리부(24)는 호환 손잡이유니트(2)의 신호 유무선 접속부(20)를 통해 수신된 음향신호(S1)를 기저장된 진동패턴이 없더라도 즉각적으로 분석하고 사용자가 손쉽게 느낄 수 있음과 동시에 음향에 가까운 진동파장을 갖는 햅틱출력이 햅틱출력부(8)에 의해 생성되도록 신호처리를 수행한다.
도 6은 도 4 및 도 5의 실시간 햅틱신호 처리부(24)의 구체 블록 구성도로 서, 아날로그형태의 음향신호를 증폭하는 신호증폭부(60)와, 증폭된 음향신호의 입력레벨 변동에도 출력레벨이 상대적으로 일정한 값을 유지되도록 이득을 자동 조절하는 자동이득조절부(AGC: Automatic Gain Control)(62)와, 자동이득조절된 음향신호의 각종 잡음을 제거하는 신호잡음 제거부(64)와, 효과적인 햅틱출력의 생성이 가능케 잡음 제거된 음향신호를 인체체감 촉각주파수대역내에서 세부 주파수대역별로 다르게 적응 증폭하여 출력하는 세부 주파수대역별 적응 증폭부(66)로 구성한다.
호환 손잡이유니트(2)의 신호 유무선 접속부(20)를 통해 실시간 햅틱신호처리부(24)에 음향신호(S1)가 수신되면, 먼저 음향신호(S1)가 아날로그신호이면 신호증폭부(60)로 바로 전달한다. 만일 음향신호(S1)가 디지털화된 신호(digitized signals)이면 디지털/아날로그 변환기(DAC: Digital to Analog Converter)(58)에 의해서 아날로그신호로 먼저 변환시킨 후 신호 증폭부(60)로 전달한다.
아날로그성분의 음향신호는 신호증폭부(60)에 의해서 소정 증폭된 후 자동이득조절부(62)에 의해서 자동이득조절되게 하는데, 이는 증폭된 음향신호의 입력레벨 변동에 상관없이 출력레벨이 상대적으로 일정한 값으로 유지되도록 함으로써 입력신호 변동에 따른 신호 일그러짐을 최소화시키기 위함이다.
이득조절된 음향신호는 차동증폭기와 같은 신호잡음 제거부(64)에 의해서 음향신호내에 섞여 있는 주변 잡음이 최소화되거나 제거되어진다.
신호잡음 제거부(64)를 통과한 음향신호는 사람의 피부가 가장 민감하게 느낄 수 있는 인체체감 촉각주파수대역내에서 다시 한번 증폭 과정을 수행하되, 세부주파수대역별로 다르게 적응적으로 증폭한다.
가청주파수대역인 20~20,000Hz 중에서 사람의 피부가 가장 민감하게 느낄 수 있는 인체체감 촉각주파수대역은 본 발명에 따라 20~450Hz이다.
그리고 세부 주파수대역별로 다르게 적응적으로 증폭하는 도 6의 주파수별 적응증폭부(66)에서는 도 7의 증폭 특성 곡선도에서와 같이, 20~200Hz, 200~300Hz, 300~450Hz와 같이 세부주파수대역별로 증폭율을 다르게 하여 적응증폭하여서 촉감에 의한 인체체감이 높도록 구현한다.
도 7에 도시된 바와 같이 20~200Hz의 세부주파수대역구간에서는 주파수가 낮아질수록(진동수가 줄어들수록) 증폭율을 점차 높아지게 하여서 진동에 의한 인체체감도를 높이며, 300~450Hz의 세부주파수대역구간에서는 주파수가 높아질수록(진동수가 너무 높아짐에 따라 체감력이 약해짐) 증폭을 점차 강화시켜주어서 진동에 의한 인체체감도를 높인다. 그리고 200~300Hz의 중간 세부주파수대역구간에서는 전후의 세부주파수대역구간보다는 증폭율을 상대적으로 낮게 한 것이다.
한편 본 발명의 원격제어용 헤드유니트(6)는 도 3에 도시된 바와 같이 예컨대 게임기기 컨트롤러의 핵심부품들이 모두 구비하도록 구현되지만 통상의 게임기기 컨트롤러와는 다르게 호환 손잡이유니트(2)의 기기 탑재부(10)에 충분히 탑재될 수 있을 만큼의 사이즈로 별도 제작된 모듈러를 구성한다.
원격제어용 헤드유니트(6)의 회로부는 도 5에서와 같다.
도 5의 원격제어용 헤드유니트(6)의 회로부는 호환 손잡이유니트(2)의 회로부와 함께 연관 도시되며, 도 5에서는 서로가 접속된 상태로 보여주고 있다.
도 5를 참조하면, 원격제어용 헤드유니트(6)는 게임기 동작체계(OS)와 같은 기능운용모듈(40a)을 갖는 원격제어부(40)를 구비하며, 조이스틱을 포함한 다양한 스위치나 버튼, 키들을 포함하여 사용자와 인터페이스하는 사용자 인터페이스부(42)를 구비하고, 호스트와의 유선이나 무선으로 접속되어서 통신할 수 있는 유무선 통신부(44)를 구비한다.
상기 호스트는 원격제어 대상이 되는 객체로서, 게임기기, 데스크탑PC, 노트북컴퓨터, 태블릿PC, 텔레비젼, 각종 디스플레이패널(ATM, 키오스크, 터치형 패널등), 로봇, 인터넷 접속되는 클라우드 등이 될 수 있다.
또한 원격제어용 헤드유니트(6)의 회로부는, 호환 손잡이유니트(2)와의 신호접속을 위한 신호 유무선 접속부(46)를 구비하고, 호환 손잡이유니트(2)의 전원출력부(34)와 전기연결되어서 헤드유니트(6)내 각부에 전원공급되도록 하는 전원입력부(48)와, 햅틱소스로서 기저장된 진동패턴(S2)을 맵핑하거나 호스트로부터 수신된 기저장된 진동패턴(S2)을 임시 저장하는 메모리부(50)를 구비한다.
스마트폰과 같은 모바일기기(4)는 도 5에 도시된 원격제어용 헤드유니트(6)와 유사한 회로구성을 갖는다. 스마트폰과 같은 모바일기기(4)는 요즈음 대세인 클라우드 게임을 할 경우 클라우드 서버에 접속하게 되는데, 이 경우의 모바일기기(4)는 원격제어용으로도 사용된다.
사용자가 호환 손잡이유니트(2)의 기기 탑재부(10)에 스마트폰과 같은 모바일기기(4)를 도 2에서와 같이 탑재하게 되면 호환 손잡이유니트(2)와 모바일기기(4)간이 링크접속하면서 호환 손잡이유니트(2)는 모바일기기(4)로부터의 햅틱소스의 종류를 식별하게 된다.
사용자가 모바일기기(4)를 이용해서 예컨대 영화를 본다면 모바일기기(4)의 화면상에 디스플레이되는 동영상에 동기화된 음향신호(S1)가 호환 손잡이유니트(2)로 전달되며, 호환 손잡이유니트(2)는 내부의 실시간 햅틱신호 처리부(24)를 이용해서 해당 음향에 따른 촉각진동의 생성이 가능하도록 실시간 처리한 후 햅틱출력부(8)를 통해 햅틱 피드백을 사용자에게 전달하게 된다. 그러므로 사용자는 스마트폰과 같은 모바일기기(4)로 영화를 시청하면서 호환 손잡이유니트(2)를 통해서는 동영상에 실린 음향에 상응하는 촉각진동이 있는 햅틱 피드백을 느낄 수 있다.
또 만일 사용자가 호환 손잡이유니트(2)의 기기 탑재부(10)에 호스트와 유무선으로 연결된 원격제어용 헤드유니트(6)를 도 3에서와 같이 탑재하게 되면 호환 손잡이유니트(2)와 원격제어용 헤드유니트(6)간이 링크접속하면서 호환 손잡이유니트(2)는 원격제어용 헤드유니트(6)로부터의 햅틱소스의 종류를 식별하게 된다.
예컨대 원격제어용 헤드유니트(6)가 게임기기용 원격제어기 용도이고 호스트나 원격제어용 헤드유니트(6)중의 하나에 게임에 관련된 기저장된 진동패턴이 있다면 호환 손잡이유니트(2)는 햅틱소스가 기저장된 진동패턴(S2)임을 식별하게 된다.
사용자가 호스트와 원격제어용 헤드유니트(6)를 이용해서 예컨대 온라인 게임을 한다면 호스트의 디스플레이부상 화면을 보고 원격제어용 헤드유니트(6)로 원격제어를 하면서 온라인 게임에 임할 것이고, 온라인 게임을 진행함에 따른 기저장된 진동패턴(S2)이 호환 손잡이유니트(2)로 전달되며, 호환 손잡이유니트(2)는 내부의 실시간 햅틱신호 처리부(24)는 경유하지 않고 신호유무선 접속부(20)로부터 햅틱제어부(22)로 인가되고 바로 햅틱구동부(26)로 전달되게 하여서 햅틱출력부(8)를 통해 기저장된 진동패턴(S2)에 의거한 진동관련 햅틱 피드백을 사용자가 느끼게 해준다.
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러가지 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.

Claims (8)

  1. 햅틱피드백이 가능한 다기능 입출력 핸드헬드 장치에 있어서,
    햅틱출력부가 내장되며 다기종의 기기 탑재가 가능한 기기탑재부와 사용자 손잡이부를 갖는 호환 손잡이유니트를 구비하며;
    상기 호환 손잡이유니트는;
    햅틱소스를 수신하기 위해 기기탑재부에 탑재된 기종 기기와의 신호 유무선접속을 위한 신호 유무선 접속부와,
    신호 유무선 접속부를 통해 햅틱소스로 실시간 입력되는 음향신호의 주파수파형을 이용하여 햅틱진동에 적합한 신호로 변환하는 실시간 햅틱신호 처리부와,
    햅틱구동부와,
    햅틱구동부에 의해 햅틱출력을 생성하는 햅틱출력부와,
    신호 유무선 접속부를 통해 입력되는 햅틱소스의 종류에 근거하여 햅틱소스를 실시간 햅틱신호 처리부 및 햅틱구동부중 하나로 인가되게 제어하는 햅틱제어부로 구성함을 특징으로 하는 햅틱피드백이 가능한 다기능 입출력 핸드헬드 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    기기탑재부에 탑재되는 기기는, 입출력 인터페이스를 갖는 모바일기기 및 호스트에 원격 접속되며 원격제어를 위한 입출력 인터페이스를 갖는 원격제어 헤드유니트 중의 선택된 하나임을 특징으로 하는 햅틱피드백이 가능한 다기능 입출력 핸드헬드 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    햅틱소스는 기저장 진동패턴 및 실시간 음향신호임을 특징으로 하는 햅틱피드백이 가능한 다기능 입출력 핸드헬드 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    햅틱제어부는 신호 유무선 접속부를 통해 입력되는 햅틱소스가 실시간 음향신호임에 따라 음향신호를 실시간 햅틱신호 처리부로 인가하여 처리후 햅틱구동부로 전달되게 제어하고, 입력되는 햅틱소스가 기저장된 진동패턴임에 따라 기저장 진동패턴을 햅틱구동부로 바로 전달되게 제어함을 특징으로 하는 햅틱피드백이 가능한 다기능 입출력 핸드헬드 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    호환 손잡이유니트는;
    배터리부와,
    배터리부에 연결되며 기기탑재부에 탑재된 기기로의 배터리전원이 전달하기 위한 전원출력부를 더 구비함을 특징으로 하는 햅틱피드백이 가능한 다기능 입출력 핸드헬드 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    원격제어 헤드유니트는 기기 탑재부에 탑재 가능하고 호환 손잡이유니트의 신호 유무선접속부에 신호접속 가능하게 제작된 모듈러임을 특징으로 하는 햅틱피드백이 가능한 다기능 입출력 핸드헬드 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    실시간 햅틱신호 처리부는,
    아날로그형태의 음향신호를 증폭하는 신호증폭부와,
    증폭된 음향신호의 입력레벨 변동에도 출력레벨이 상대적으로 일정한 값을 유지되도록 이득을 자동 조절하는 자동이득조절부와,
    자동이득조절된 음향신호의 각종 잡음을 제거하는 신호잡음 제거부와,
    효과적인 햅틱출력의 생성이 가능케 잡음 제거된 음향신호를 인체체감 촉각주파수대역내에서 세부 주파수대역별로 다르게 적응 증폭하여 출력하는 세부 주파수대역별 적응 증폭부로 구성함을 특징으로 하는 햅틱피드백이 가능한 다기능 입출력 핸드헬드 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    인체체감 촉각주파수대역은 20~450HZ임을 특징으로 하는 햅틱피드백이 가능한 다기능 입출력 핸드헬드 장치.
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