KR100980855B1

KR100980855B1 - 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기 및 그제공방법

Info

Publication number: KR100980855B1
Application number: KR1020080108203A
Authority: KR
Inventors: 양태헌; 권동수; 김승찬; 한병길; 김재근; 신은정; 정성호; 김창도
Original assignee: (주) 태양기전; 한국과학기술원
Priority date: 2008-11-03
Filing date: 2008-11-03
Publication date: 2010-09-10
Also published as: KR20100049154A

Abstract

본 발명은 다양한 형태의 햅틱을 사용자에게 전달해 줄 수 있는 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기 및 그 제공방법에 관한 것이다. 이를 위해, 사용자로부터 위치정보를 입력받는 위치입력수단; 위치입력수단의 일면에 구비되는 표면파 발생필름(300); 위치입력수단 또는 표면파 발생필름(300)의 일측에 구비되고, 인가되는 전기를 자기장으로 변환시켜 자기 반력을 발생시키는 제 1 액츄에이터 수단(10); 위치입력수단 또는 표면파 발생필름(300)의 다른 일측에 구비되고, 인가되는 전기를 기계적 진동으로 변환시켜 진동 반력을 발생시키는 제 2 액츄에이터 수단(400); 및 위치입력수단의 위치정보에 기초하여 제 1 액츄에이터 수단(10)과 제 2 액츄에이터 수단(400)에 인가되는 전기를 제어하는 제어부(250);를 구비하여 자기반력과 진동반력중 적어도 하나를 표면파 발생필름(300)을 통해 햅틱 피드백으로 제공하는 것을 특징으로 하는 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기가 제공된다.

햅틱, 피드백, 이종, 액츄에이터, 영구자석, 자력, 코일, 휴대기기

Description

이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기 및 그 제공방법{Handheld providing haptic feedback with hybrid actuator and providing method thereof}

본 발명은 햅틱 피드백 제공장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다양한 형태의 햅틱을 사용자에게 전달해 줄 수 있는 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기 및 그 제공방법에 관한 것이다.

햅틱 피드백(haptic feedback)이란 물체를 만질때, 사람의 핑커팁(손가락 끝 또는 스타일러스 펜)으로 느낄 수 있는 촉각적 감각으로서, 피부가 물체 표면에 닿아서 느끼는 촉감 피드백(Tactile feedback)과 관절과 근육의 움직임이 방해될 때 느껴지는 근감각 힘 피드백(Kinesthetic force feedback)을 포괄하는 개념이다. 본 명세서에서 "햅틱 피드백"이란 이러한 포괄적 개념으로 사용된다.

햅틱을 이용한 햅틱 장치는 가상의 물체(예를 들어, 윈도우 화면의 버튼 표시)를 사람이 만졌을 때, 실제의 물체(실제의 버튼)를 만지는 것과 같은 응답성으로 동적 특성(버튼을 누를 때 손가락으로 전달되는 진동, 촉감과 동작음 등)을 재생할 수 있는 것이 가장 이상적이라 할 수 있다. 이러한 햅틱 장치의 성능 향상을 위하여 지금까지는 모터와 링크 메카니즘을 이용한 메카트로닉스 장비 등이 사용되었다.

그리고, 최근에 개발되고 있는 햅틱 장치들은 모두 한가지 유형의 액츄에이터로만 구성되어 있다. 예를 들어, 진동모터만을 사용하거나 피에조 액츄에이터만을 사용하는 방식이었다. 이와 같이 한가지 유형의 액츄에이터만 장착된 경우에는 좁은 대역폭의 주파수만을 주로 사용하게 된다. 따라서, 다양한 형태의 햅틱을 제공할 수 없고, 단편적인 몇가지 형태의 햅틱을 제공할 수 있을 뿐이었다. 이러한 한계는 콘텐츠의 다양화(예를 들어, 게임, 운영 소프트웨어, 통신 프로그램 등)에 부합하지 못하는 것이기도 하다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 서로 다른 유형의 액츄에이터를 설치하여 이들의 조합 구동을 통해 다양한 형태의 햅틱을 피드백으로 제공할 수 있는 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기 및 그 제공방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부 도면들과 관련되어 설명되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명확해질 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 본 발명의 제 1 실시예로서, 사용자로부터 위치정보를 입력받는 위치입력수단;

위치입력수단의 일면에 구비되는 표면파 발생필름(300);

위치입력수단 또는 표면파 발생필름(300)의 일측에 구비되고, 인가되는 전기를 자기장으로 변환시켜 자기 반력을 발생시키는 제 1 액츄에이터 수단(10);

위치입력수단 또는 표면파 발생필름(300)의 다른 일측에 구비되고, 인가되는 전기를 기계적 진동으로 변환시켜 진동 반력을 발생시키는 제 2 액츄에이터 수단(400); 및

위치입력수단의 위치정보에 기초하여 제 1 액츄에이터 수단(10)과 제 2 액츄에이터 수단(400)에 인가되는 전기를 제어하는 제어부(250);를 구비하여 자기반력 과 진동반력중 적어도 하나를 표면파 발생필름(300)을 통해 햅틱 피드백으로 제공하는 것을 특징으로 하는 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기에 의해 달성될 수 있다.

그리고, 위치입력수단은 터치스크린(200) 또는 터치 패드(280)일 수 있다.

아울러, 제 1 액츄에이터 수단(10)은, 위치입력수단 또는 표면파 발생필름(300)의 일면 가장자리에 설치되는 제 1 자력발생수단; 및 제 1 자력발생수단에 자기적으로 인접하게 설치되는 제 2 자력발생수단;으로 이루어질 수 있다.

또한, 제 1 자력발생수단은 영구자석(100)이고, 제 2 자력발생수단은 코일부(140)인 것이 바람직하다.

아울러, 위치입력수단과 제 1 자력발생수단 또는 표면파 발생필름(300)과 제 1 자력발생수단 사이에는 판스프링(340)이 더 구비될 수 있다.

뿐만 아니라 제 2 액츄에이터 수단(400)은, 위치입력수단 또는 표면파 발생필름(300)의 일측에 구비되는 압전층(440); 및 압전층(440)에 전원을 인가하기 위한 전극(420)이다.

그리고, 압전층(440)의 일면에는 금속판(430)이 더 구비되고, 금속판(430)과 위치입력수단 사이에는 진동을 증폭하기 위하여 제 1 판스프링(410)이 더 구비될 수 있다.

또한, 제 1 판스프링(410)은 단면이 ㄷ-자 형상이다.

표면파 발생필름(300)과 위치입력수단 사이의 간격을 일정하게 유지하기 위한 간격자(320)가 더 구비될 수도 있다.

그리고, 위치입력수단은 터치스크린(200)이고, 터치스크린(200)의 일면에는 디스플레이(220)가 더 구비될 수 있다.

그 밖에, 위치입력수단은 터치 패드(280)이고, 터치 패드(280)와 제 1 자력발생수단 또는 표면파 발생필름(300)과 제 1 자력발생수단 사이에는 판스프링(340)이 더 구비될 수 있다.

아울러, 제 1 액츄에이터 수단(10)의 외측에는 하우징(120)이 더 구비되고,

제 2 자력발생수단이 설치되는 기판(180)을 더 포함하고, 그리고 코일부(140)는 기판(180)에 배선될 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 본 발명의 다른 실시예로서, 사용자로부터 위치정보를 입력받는 터치스크린(200);

터치스크린(200)의 일면에 구비되는 디스플레이(220);

터치스크린(200)의 일면중 일측 가장자리에 구비되고, 인가되는 전기를 자기장으로 변환시켜 자기 반력을 발생시키는 제 1 액츄에이터 수단(10);

터치스크린(200)의 일면중 타측 가장자리에 구비되고, 인가되는 전기를 기계적 진동으로 변환시켜 진동 반력을 발생시키는 제 2 액츄에이터 수단(400);

터치스크린(200)과 제 1 액츄에이터 수단(10) 사이 및 터치스크린(200)과 제 2 액츄에이터 수단(400) 사이중 적어도 하나에 구비되는 판스프링(340, 410); 및

터치스크린(200)의 위치정보에 기초하여 제 1 액츄에이터 수단(10)과 제 2 액츄에이터 수단(400)에 인가되는 전기를 제어하는 제어부(250);를 구비하여 자기반력과 진동반력중 적어도 하나를 터치스크린(200)을 통해 햅틱 피드백으로 제공하 는 것을 특징으로 하는 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기에 의해서도 달성될 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 또 다른 실시예로서, 사용자로부터 위치정보를 입력받는 터치패드(280);

터치패드(280)의 일면중 일측 가장자리에 구비되고, 인가되는 전기를 자기장으로 변환시켜 자기 반력을 발생시키는 제 1 액츄에이터 수단(10);

터치패드(280)의 일면중 타측 가장자리에 구비되고, 인가되는 전기를 기계적 진동으로 변환시켜 진동 반력을 발생시키는 제 2 액츄에이터 수단(400);

터치패드(280)와 제 1 액츄에이터 수단(10) 사이 및 터치패드(280)와 제 2 액츄에이터 수단(400) 사이중 적어도 하나에 구비되는 판스프링(340, 410); 및

터치패드(280)의 위치정보에 기초하여 제 1 액츄에이터 수단(10)과 제 2 액츄에이터 수단(400)에 인가되는 전기를 제어하는 제어부(250);를 구비하여 자기반력과 진동반력중 적어도 하나를 터치패드(280)를 통해 햅틱 피드백으로 제공하는 것을 특징으로 하는 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기에 의해서도 달성될 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 또 다른 카테고리로서, 위치입력수단의 일면에 구비된 표면파 발생필름(300)이 눌려짐으로써 위치입력수단이 눌려져고 이로써 위치입력수단이 사용자로부터 위치정보를 입력받는 단계(S100);

제어부(250)가 위치정보에 기초하여 제 1 액츄에이터 수단(10)과 제 2 액츄에이터 수단(400)중 적어도 하나에 인가될 전기를 출력하는 단계(S200);

제 1 액츄에이터 수단(10)이 인가되는 전기를 자기장으로 변환시켜 자기 반력을 발생시키는 단계(S310)와 제 2 액츄에이터 수단(400)이 인가되는 전기를 기계적 진동으로 변환시켜 진동 반력을 발생시키는 단계(S320)중 적어도 하나가 실행되는 단계(S300);

자기반력과 진동반력중 적어도 하나가 위치입력수단과 표면파 발생필름(300)을 통해 햅틱 피드백으로 제공되는 단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기의 제공방법에 의해서도 달성될 수 있다.

그리고, 전기출력단계(S200)는, 제어부(250)가 위치정보와 미리 링크된 응용 프로그램의 실행을 명령하는 단계(S250)를 더 포함할 수 있다.

또한, 제어부(250)는 제 1 액츄에이터 수단(10)에 제 1 주파수(f1)의 신호를 인가하고, 제어부(250)는 제 2 액츄에이터 수단(400)에 제 1 주파수(f1) 보다 높은 제 2 주파수(f2)의 신호를 인가하여 진동을 발생시킬 수 있다.

따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 의하면, 서로 다른 2가지 유형의 액츄에이터로부터 이들의 반력을 단독으로 구현하거나 조합하여 구현함으로써 다양한 햅틱을 피드백으로 제공할 수 있다.

따라서, 게임인 경우 더욱 실감나는 햅틱을 사용자에게 전달할 수 있고, 운영 프로그램인 경우에도 운영(예 : 확인 버튼, 취소버튼, 이동, 열기, 복사 등)에 따른 다양한 햅틱 반응을 전달할 수 있다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로 부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.

우선, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기의 구성에 관하여 설명하도록 한다.

(제 1 액츄에이터 수단의 제 1 실시예)

도 5는 제 1 액츄에이터 수단(10)의 제 1 실시예에 따른 단면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 제 1 액츄에이터 수단(10)의 분해 사시도이다. 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 액츄에이터 수단(10)은 대략 영구자석(100), 하우징(120), 코일부(140)로 구성된다.

영구자석(100)은 제 1 자력발생수단으로서, 원통형상이고, 일면이 제 2 판스프링(340)에 고정된다.

코일부(140)는 제 2 자력발생수단으로서, 전자석 기능을 한다. 이를 위해, 코일부(140)는 중공 원통 형상으로 권취되고, 중심으로는 영구자석(100)이 자유롭게 드나들 수 있도록 구성된다.

하우징(120)은 코일부(140)의 측면과 상면을 둘러싸고, 상면에는 영구자석(100)이 드나들 수 있도록 구멍이 형성되어 있다.

바닥커버(160)는 코일부(140)의 하부에 위치하며, 하우징(120)의 하단과 형 상맞춤을 통해 코일부(140)를 둘러싸도록 구성한다. 하우징(120)과 바닥커버(160)는 같은 재질(예, 금속류)로 형성하고, 용접, 본딩 등을 통해 결합할 수 있다.

기판(180)의 상면에는 바닥커버(160)가 설치된다. 또한, 기판(180)에서 바닥커버(160)를 통해 코일부(140)로 연결되는 배선이 형성되어 있다.

제 2 판스프링(340)은 터치스크린(200)과 영구자석(100) 사이에 게재되어 있다. 판스프링(340)의 단면 형상은 ㄷ-자이고, 굽힘 탄성이 좋은 금속재(강재) 혹은 합성수지재로 제작된다. 이러한 제 2 판스프링(340)은 제 1 액츄에이터 수단(10)에서 발생하는 반력이나 진동을 더욱 크게 증폭하여 터치스크린(200)에서 더 큰 진폭의 표면파가 발생하도록 한다. 특히 제 2 판스프링(340)의 공진주파수와 같도록 제 1 액츄에이터 수단(10)에서 진동을 발생시키면 작은 진동으로도 큰 햅틱 피드백을 제공할 수 있다. 이는 결국 사용자에게 더 실감나는 햅틱 피드백으로 느껴지는 역할을 한다. 이러한 제 2 판스프링(340)은 각 제 1 액츄에이터 수단(10) 마다 설치될 수도 있고, 일부 제 1 액츄에이터 수단(10)에만 설치할 수도 있다. 또한, 제 2 판스프링(340)을 제 1 액츄에이터 수단(10)과 기판(180) 사이에 설치할 수도 있고, 제 1 액츄에이터 수단(10) 내부에 내장시킬 수도 있다. 그리고 제 2 판스프링(340)을 생략할 수도 있다.

(제 2 액츄에이터 수단의 구성)

도 4는 본 발명의 일실시예인 제 2 액츄에이터 수단(400)의 사시도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 터치스크린(200)의 하면 일측에는 제 1 판스프링(410)이 부착되어 있다. 제 1 판스프링(410)은 압전층(440)과 금속판(430)의 진동을 증폭하여 터치스크린(200)으로 전달하는 역할을 한다. 제 1 판스프링(410)의 구체적인 형상이나 재질 등은 앞서 설명한 제 2 판스프링(340)과 유사하므로 구체적인 구성 설명은 생략하기로 한다.

압전층(440)은 얇은 띠 형상으로 피에조, Pb(ZrTi)O₃와 같은 물질로 이루어져 있다. 따라서, 외부로부터 전기가 가해지면 진동이 발생하게 된다. 이를 위해 압전층(440)의 양단에는 전극(420)이 연결되어 있다.

금속판(430)은 압전층(440)과 제 1 판스프링(410) 사이에 구비된다. 금속판(430)은 압전층(440) 보다는 조금 큰 크기로 제작하여 압전층(440)의 형태를 유지시켜 주고, 발생하는 진동을 제 1 판스프링(410)에 전달하는 기능을 한다. 이를 위해 금속판(430)은 탄력이 있고, 복원성이 좋은 강재, 스테인레스 등으로 얇게 제작한다.

(휴대기기의 구성)

도 1은 본 발명의 일실시예로서, 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기의 상방향 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 휴대기기의 하방향 분해 사시도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 휴대기기(240)의 일면에는 위치를 입력하기 위한 터치스크린(200)이 구비된다. 이러한 휴대기기(240)는 휴대폰, 노트북, PMP, PDA, 스마트폰, 네비게이션 장치 등이 될 수 있다.

터치스크린(200)의 상부에는 표면파 발생필름(300)이 위치한다. 표면파 발생필름(300)은 아크릴 재질의 보호필름과 같은 것으로서 두께는 약 0.3 mm 정도이다. 표면파 발생필름(300)은 손가락이나 스타일러스 펜의 누름을 터치스크린(200)에 전달하면서, 햅틱 피드백 제공모듈(10)의 반력(혹은 진동)을 표면파로 전달하는 구성부재이다. 이러한 표면파 발생필름(300)은 투명하기 때문에 터치스크린(200)이 그대로 투영되어 보이고 디스플레이(220)가 그대로 투영되어 보인다. 특히, 표면파 발생필름(300)의 폭은 터치스크린(200)과 동일하거나 거의 같고, 길이는 터치스크린(200) 보다 다소 길게 형성된다. 이는 표면파 발생필름(300)의 가장자리에 제 1, 2 액츄에이터 수단(10, 400)을 설치하기 위함이다.

터치스크린(200)은 표면파 발생필름(300)의 하면에 평행하게 위치하고 약 0.2 mm 정도의 간격으로 띄어져 있다. 이러한 간격은 표면파 발생필름(300)의 누름을 터치스크린(200)으로 용이하게 전달하면서 동시에 표면파 발생필름(300)의 표면파가 터치스크린(200)으로는 전달되지 않도록 하기 위함이다. 이러한 간격은 0.1 mm ~ 0.5 mm 정도가 바람직하다. 만약 0.1 mm 미만의 간격이라면 표면파 발생필름(300)의 반력이나 진동이 터치스크린(200)으로 전달되어 위치입력으로 오인될 가능성이 있고, 0.5 mm 보다 더 큰 간격이라면 표면파 발생필름(300)이 눌려졌을 때 변형량이 커서 필름의 변형이나 찢어짐이 일어날 수 있다.

제 1 액츄에이터 수단(10)은 터치스크린(200)의 하면 일측에 2개가 설치되고, 제 2 액츄에이터 수단(400)은 터치스크린(200)의 하면 타측에 1개가 설치된다. 액츄에이터 수단(10, 400)의 설치 갯수와 위치는 설계와 제품에 따라 가감 및 조정될 수 있다.

LCD 혹은 OLED와 같은 디스플레이(220)는 터치스크린(200) 하면측에 구비된 다. 그리고, 디스플레이(220)의 하면에는 배선과 전원 공급 등을 위한 기판(180)이 구비된다. 따라서, 제 1, 2 액츄에이터 수단(10, 400)은 터치스크린(200)과 기판(180) 사이에 구비된다.

간격자(320)는 표면파 발생필름(300)의 둘레중 임의의 위치에 끼워지는 것으로서 표면파 발생필름(300)과 터치스크린(200)의 간격을 일정하게 유지하는 기능을 한다. 간격자(320)는 표면파 발생필름(300)의 둘레를 따라 2개 ~ 8개 등이 대칭적으로 설치되는 것이 바람직하다.

도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 휴대기기(240)의 개략적인 블럭도이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 표면파 발생필름(300)과 터치스크린(200)의 눌려짐에 따른 위치 데이터(예: x,y 좌표값)는 제어부(250)로 전송된다. 제어부(250)는 휴대기기(240)의 마이컴이나 CPU 혹은 전용 구동칩이 될 수 있다. 제어부(250)는 내장된 프로그램에 따라 거리를 산출하거나 미리 지정된 프로그램을 실행하고, 적절한 햅틱 구동 신호(예 : PWM)를 생성한다. 제어부(250)의 출력은 제 1 액츄에이터(10)와 제 2 액츄에이터(400)로 각각 병렬 전송되도록 구성되어 있다.

(제 1 액츄에이터 수단의 제 2 실시예)

도 7은 제 1 액츄에이터 수단(10)의 제 2 실시예에 따른 단면도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 필요에 따라 제 2 판스프링(340)이 생략된 채, 영구자석(100)의 일면이 직접 터치스크린(200)에 고정될 수 있다. 이 경우, 영구자석(100)의 자기반력은 터치스크린(200)으로 직접 전달되는 구성이다. 도 7의 그 밖의 구성은 제 1 액츄에이터 수단의 제 1 실시예(도 5와 도 6 참조)와 유사하므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

(제 1 액츄에이터 수단의 제 3 실시예)

도 8은 제 1 액츄에이터 수단(10)의 제 3 실시예에 따른 단면도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 터치스크린(200) 대신에 터치패드(280)가 구비되어 있다. 따라서, 표면파 발생필름(300)은 간격자(320)를 통해 터치패드(280)와 소정간격만큼 이격된채 설치된다. 그리고, 표면파 발생필름(300)의 눌려짐은 미세한 간격을 통해 터치패드(280)로 전달되어 위치 정보로 변환된다. 이러한 터치패드(280)는 노트북 컴퓨터나 전자사전에서 모니터 화면(미도시)을 보면서 위치정보를 입력하거나 소정의 프로그램을 실행하거나 모니터 화면(미도시)을 스크롤 하는데 사용된다. 따라서, 사용자는 모니터 화면(미도시)을 보면서 표면파 발생필름(300)을 누르면 햅틱 피드백을 제공받을 수 있다.

(제 1 액츄에이터 수단의 제 4 실시예)

도 9는 제 1 액츄에이터 수단(10)의 제 4 실시예에 따른 단면도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제 1 액츄에이터 수단(10)의 영구자석(100)은 환형인 코일부(140) 내부로 삽입되는 것이 아니라 코일부(140)와 소정간격으로 이격된 채 대면하게 된다. 하우징(120) 역시 상부가 개방된 원통 형상으로서 영구자석(100)의 이동을 안내하면서 자기장의 외부 유출을 방지하게 된다. 도 9와 같은 제 4 실시예에서도, 코일부(140)의 축선방향 자기장과 영구자석(100) 사이의 극성 변화로 인력 혹은 척력이 발생하여 충분한 전자기 반력이 발생된다.

(제 1 액츄에이터 수단의 제 5 실시예)

도 10은 제 1 액츄에이터 수단(10)의 제 5 실시예에 따른 단면도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 제 1 액츄에이터 수단(10)은 표면파 발생필름(300)과 기판(180) 사이에 설치된다. 특히, 영구자석(100)의 일면은 제 2 판스프링(340) 없이 표면파 발생필름(300)의 가장자리 일측에 직접 고정된다. 그리고, 터치 스크린(200)의 하면에는 디스플레이(220)가 설치된다. 이 경우, 영구자석(100)의 전자기 반력이나 진동떨림이 표면파 발생필름(300)으로 직접 전달될 수 있다.

(제 1 액츄에이터 수단의 제 6 실시예)

도 11은 제 1 액츄에이터 수단(10)의 제 6 실시예에 따른 단면도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 표면파 발생필름(300) 없이 터치패드(280)의 하면과 기판(180) 사이에 제 2 판스프링(340)과 제 1 액츄에이터 수단(10)을 직접 설치할 수 있다. 이 경우, 제 1 액츄에이터 수단(10)의 반력(혹은 진동)은 제 2 판스프링(340)에 의해 진폭이 증폭되어 터치패드(280)의 떨림이나 반력으로 제공된다. 따라서, 위치를 지정하기 위해 터치패드(280)의 표면을 누르던 사용자는 제 1 액츄에이터 수단(10)과 제 2 판스프링(340)을 통해 전해지는 반력이나 진동을 느낄 수 있다.

(제 1 액츄에이터 수단의 제 7 실시예)

도 12는 제 1 액츄에이터 수단(10)의 제 7 실시예에 따른 단면도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 표면파 발생필름(300) 없이 터치스크린(200)의 하면과 기판(180) 사이에 판스프링(340)과 제 1 액츄에이터 수단(10)을 직접 설치할 수 있다. 그리고 디스플레이(220)는 터치스크린(200)의 하면에 일체로 설치된다. 이 경 우, 제 1 액츄에이터 수단(10)의 반력(혹은 진동)은 제 2 판스프링(340)에 의해 진폭이 증폭되어 터치스크린(200)의 떨림이나 반력으로 제공된다. 따라서, 위치를 지정하기 위해 터치스크린(200)의 표면을 누르던 사용자는 제 1 액츄에이터 수단(10)과 제 2 판스프링(340)을 통해 전해지는 반력이나 진동을 느낄 수 있다.

(햅틱 피드백의 제공방법)

이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기의 햅틱 피드백 제공방법에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 햅틱 피드백 제공방법의 흐름도이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 우선 사용자가 표면파 발생필름(300)을 누른다. 그러면, 그 바로 아래에서 간격자(320)에 의해 이격되어 있던 터치스크린(200)이 눌려진다. 따라서, 터치스크린(200)은 사용자로부터 위치정보를 입력받는다(S100). 즉, 사용자는 손가락이나 스타일러스펜을 이용하여 표면파 발생필름(300)을 상면 일부를 누르게 되고, 눌려진 점에 해당하는 터치스크린(200)의 위치값(x좌표값, y좌표값)이 위치정보로서 출력된다.

그 다음, 제어부(250)는 눌려진 위치정보에 기초하여 제 1, 2 액츄에이터 수단(10, 400)과의 거리를 각각 산출한다(S210).

그 다음, 제어부(250)는 산출된 거리에 비례 또는 반비례하여 제 1,2 액츄에이터 수단(10, 400)에 각각의 전기(구동신호)를 인가한다(S220). 그러면, 제 1 액츄에이터 수단(10)의 코일부(140)에 전류가 인가되어 자기력이 발생된다(S300). 그리고, 제 2 액츄에이터 수단(400)의 전극(420)에 전원이 인가되어 압전층(440)이 진동한다(S300).

이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 코일부(140)에 전원이 인가되면, 코일부(140)가 전자석으로 바뀌면서 영구자석(100)에 대해 인력 또는 척력을 유발한다. 따라서, 영구자석(100)은 코일부(140) 내부로 진입하거나 외부로 빠져나가려 한다. 이 때, 영구자석(100)에 고정된 제 2 판스프링(340)(도 5 해당)과 터치 스크린(200)이 함께 움직이면서 표면파 발생필름(300)도 연동하게 된다. 따라서, 누르고 있던 사용자의 손가락 끝이나 스타일러스 펜에 햅틱 피드백이 전달된다(S400). 즉, 영구자석(100)과 코일부(140) 사이의 자기 반력은 제 2 판스프링(340), 터치 스크린(200) 및 표면파 발생필름(300)을 통해 사용자에게 전달되는 것이다.

한편, 전극(420)에 인가된 전압으로 인해 압전층(440)은 기계적 진동을 일으키게 된다(S300). 이때, 압전층(440)에 접착되어 있는 금속판(430)이 함께 진동하게 된다. 이렇게 발생된 진동은 제 1 판스프링(410)을 거치면서 증폭된 후 터치스크린(200)으로 전달된다. 즉, 제 1 판스프링(410), 터치 스크린(200) 및 표면파 발생필름(300)이 함께 움직이면서 누르고 있던 사용자의 손가락 끝이나 스타일러스 펜에 햅틱 피드백이 전달된다(S400).

도 3은 이종 액츄에이터에 의해 조합되는 2가지 주파수(f1, f2)의 일예를 나타낸 파형도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 액츄에이터 수단(10)은 전자기 반력을 이용하는 것이므로 제 1 주파수(f1)는 1 Hz ~ 150 Hz의 저주파수이고, 비교적 큰 힘(큰 진폭)의 특성을 나타내게 된다. 그리고, 제 2 액츄에이터 수단(400)은 압전의 진동반력을 이용하는 것이므로 제 2 주파수(f2)는 1 Hz ~ 500 Hz의 범위내 에서 제 1 주파수(f1) 보다 높은 고주파수이고, 비교적 작은 힘(작은 진폭)의 특성을 나타내게 된다. 따라서, 본 발명과 같이, 제 1, 2 액츄에이터 수단(10, 400)이 동시에 작동할 경우 각각의 반력 특성이 합쳐지면서 도 3과 같은 파형의 햅틱 피드백이 제공된다. 즉, 저주파의 큰 힘인 햅틱 피드백이 느껴지면서도 동시에 미세한 힘의 고주파 햅틱 피드백도 함께 느낄 수 있는 것이다.

다양한 동작 방법으로는 제 1 액츄에이터 수단(10)을 가동시키면서 제 2 액츄에이터 수단(400)을 선택적 혹은 간헐적으로 가동시킬 수도 있고, 제 2 액츄에이터 수단(400)을 가동시키면서 제 1 액츄에이터 수단(10)을 선택적 혹은 간헐적으로 가동시킬 수도 있다. 물론, 제 1 액츄에이터 수단(10)만을 가동시키거나 제 2 액츄에이터 수단(400)만을 가동시킬 수도 있다. 특히, 인가되는 전류의 고저는 다양한 방법이 있을 수 있으며, 예를 들어, 진동을 느끼게 하고자 할 때에는 PWM 방식의 전류를 인가한다.

본 발명의 또 다른 동작방법은 도 14의 S250 단계와 같이 터치스크린(200)과 디스플레이(220)가 있는 휴대기기(240)에서 사용자가 디스플레이(220)를 보면서 응용프로그램의 아이콘을 누르는 경우에도 적용될 수 있다. 즉, 사용자가 디스플레이(220)에 표시된 여러 아이콘들중 하나를 누른다. 그러면, 제어부(250)가 입력된 위치정보와 미리 링크된 응용 프로그램의 실행을 명령한다(S250).

그리고, 제어부(250)가 제 1, 2 액츄에이터 수단(10, 400)에 전원을 인가하여 반력을 발생시킨다. 인가되는 전원에 PWM 신호를 포함시켜 손끝으로 진동을 느끼게 할 수 있다. 따라서, 사용자는 햅틱 피드백을 통해 아이콘 누름에 대한 확신 을 가질 수 있다.

(변형실시예)

본 발명은 휴대기기를 중심으로 설명하였으나 거치형 전자제품(컴퓨터 등)에도 적용될 수 있음은 물론이다.

본 발명에 적용될 수 있는 이종 액츄에이터는 반드시 자기 반력과 진동 반력을 일으키는 것에 한정되지 않는다. 즉, 형상기억합금을 이용한 액츄에이터, 전기활성 폴리머를 이용한 액츄에이터, 초음파 액츄에이터, 모터 액츄에이터 등 여러가지 형태의 액츄에이터를 다양한 형태로 조합하여 이종 액츄에이터를 형성할 수 있고, 휴대기기에 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예로서, 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기의 상방향 분해 사시도,

도 2는 도 1에 도시된 휴대기기의 하방향 분해 사시도,

도 3은 이종 액츄에이터에 의해 조합되는 2가지 주파수(f1, f2)의 일예를 나타낸 파형도,

도 4는 본 발명에 따른 제 2 액츄에이터 수단(400)의 사시도,

도 5는 제 1 액츄에이터 수단(10)의 제 1 실시예에 따른 단면도,

도 6은 도 5에 도시된 제 1 액츄에이터 수단(10)의 분해 사시도,

도 7은 제 1 액츄에이터 수단(10)의 제 2 실시예에 따른 단면도,

도 8은 제 1 액츄에이터 수단(10)의 제 3 실시예에 따른 단면도,

도 9는 제 1 액츄에이터 수단(10)의 제 4 실시예에 따른 단면도,

도 10은 제 1 액츄에이터 수단(10)의 제 5 실시예에 따른 단면도,

도 11은 제 1 액츄에이터 수단(10)의 제 6 실시예에 따른 단면도,

도 12는 제 1 액츄에이터 수단(10)의 제 7 실시예에 따른 단면도,

도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 휴대기기의 개략적인 블럭도,

도 14은 본 발명의 일실시예에 따른 햅틱 제공방법의 흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 제 1 액츄에이터 수단,

100 : 영구자석,

120 : 하우징,

140 : 코일부,

160 : 바닥커버,

180 : 기판,

200 : 터치 스크린,

220 : 디스플레이,

240 : 휴대기기,

250 : 제어부,

280 : 터치 패드,

300 : 표면파 발생필름,

320 : 간격자,

340 : 제 2 판스프링,

400 : 제 2 액츄에이터 수단,

410 : 제 1 판스프링,

420 : 전극,

430 : 금속판,

440 : 압전층,

f1 : 제 1 주파수,

f2 : 제 2 주파수.

Claims

사용자로부터 위치정보를 입력받는 위치입력수단;

상기 위치입력수단의 일면에 구비되는 표면파 발생필름(300);

상기 위치입력수단 또는 상기 표면파 발생필름(300)의 일측에 구비되고, 인가되는 전기를 자기장으로 변환시켜 자기 반력을 발생시키는 제 1 액츄에이터 수단(10);

상기 위치입력수단 또는 상기 표면파 발생필름(300)의 다른 일측에 구비되고, 인가되는 전기를 기계적 진동으로 변환시켜 진동 반력을 발생시키는 제 2 액츄에이터 수단(400); 및

상기 위치입력수단의 위치정보에 기초하여 상기 제 1 액츄에이터 수단(10)과 상기 제 2 액츄에이터 수단(400)에 인가되는 전기를 제어하는 제어부(250);를 구비하여 상기 자기반력과 상기 진동반력중 적어도 하나를 상기 표면파 발생필름(300)을 통해 햅틱 피드백으로 제공하는 것을 특징으로 하는 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기.
제 1 항에 있어서,

상기 위치입력수단은 터치스크린(200) 또는 터치 패드(280)인 것을 특징으로 하는 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 액츄에이터 수단(10)은,

상기 위치입력수단 또는 상기 표면파 발생필름(300)의 일면 가장자리에 설치되는 제 1 자력발생수단; 및

상기 제 1 자력발생수단에 자기적으로 인접하게 설치되는 제 2 자력발생수단;으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기.
제 3 항에 있어서,

상기 제 1 자력발생수단은 영구자석(100)인 것을 특징으로 하는 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

상기 제 2 자력발생수단은 코일부(140)인 것을 특징으로 하는 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기.
제 3 항에 있어서,

상기 위치입력수단과 상기 제 1 자력발생수단 또는 상기 표면파 발생필름(300)과 상기 제 1 자력발생수단 사이에는 판스프링(340)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 액츄에이터 수단(400)은,

상기 위치입력수단 또는 상기 표면파 발생필름(300)의 일측에 구비되는 압전층(440); 및

상기 압전층(440)에 전원을 인가하기 위한 전극(420)인 것을 특징으로 하는 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기.
제 7 항에 있어서,

상기 압전층(440)의 일면에는 금속판(430)이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기.
제 8 항에 있어서,

상기 금속판(430)과 상기 위치입력수단 사이에는 진동을 증폭하기 위하여 제 1 판스프링(410)이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기.
제 9 항에 있어서,

상기 제 1 판스프링(410)은 단면이 ㄷ-자 형상인 것을 특징으로 하는 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기.
제 1 항에 있어서,

상기 표면파 발생필름(300)과 상기 위치입력수단 사이의 간격을 일정하게 유지하기 위한 간격자(320)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기.
제 1 항에 있어서,

상기 위치입력수단은 터치스크린(200)이고,

상기 터치스크린(200)의 일면에는 디스플레이(220)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기.
제 3 항에 있어서,

상기 위치입력수단은 터치 패드(280)이고,

상기 터치 패드(280)와 상기 제 1 자력발생수단 또는 상기 표면파 발생필름(300)과 상기 제 1 자력발생수단 사이에는 판스프링(340)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 액츄에이터 수단(10)의 외측에는 하우징(120)이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기.
제 5 항에 있어서,

상기 제 2 자력발생수단이 설치되는 기판(180)을 더 포함하고, 그리고

상기 코일부(140)는 상기 기판(180)에 배선되어 있는 것을 특징으로 하는 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기.
사용자로부터 위치정보를 입력받는 터치스크린(200);

상기 터치스크린(200)의 일면에 구비되는 디스플레이(220);

상기 터치스크린(200)의 일면중 일측 가장자리에 구비되고, 인가되는 전기를 자기장으로 변환시켜 자기 반력을 발생시키는 제 1 액츄에이터 수단(10);

상기 터치스크린(200)의 일면중 타측 가장자리에 구비되고, 인가되는 전기를 기계적 진동으로 변환시켜 진동 반력을 발생시키는 제 2 액츄에이터 수단(400);

상기 터치스크린(200)과 상기 제 1 액츄에이터 수단(10) 사이 및 상기 터치스크린(200)과 상기 제 2 액츄에이터 수단(400) 사이중 적어도 하나에 구비되는 판스프링(340, 410); 및

상기 터치스크린(200)의 위치정보에 기초하여 상기 제 1 액츄에이터 수단(10)과 상기 제 2 액츄에이터 수단(400)에 인가되는 전기를 제어하는 제어부(250);를 구비하여 상기 자기반력과 상기 진동반력중 적어도 하나를 상기 터치스크린(200)을 통해 햅틱 피드백으로 제공하는 것을 특징으로 하는 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기.
사용자로부터 위치정보를 입력받는 터치패드(280);

상기 터치패드(280)의 일면중 일측 가장자리에 구비되고, 인가되는 전기를 자기장으로 변환시켜 자기 반력을 발생시키는 제 1 액츄에이터 수단(10);

상기 터치패드(280)의 일면중 타측 가장자리에 구비되고, 인가되는 전기를 기계적 진동으로 변환시켜 진동 반력을 발생시키는 제 2 액츄에이터 수단(400);

상기 터치패드(280)와 상기 제 1 액츄에이터 수단(10) 사이 및 상기 터치패드(280)와 상기 제 2 액츄에이터 수단(400) 사이중 적어도 하나에 구비되는 판스프링(340, 410); 및

상기 터치패드(280)의 위치정보에 기초하여 상기 제 1 액츄에이터 수단(10)과 상기 제 2 액츄에이터 수단(400)에 인가되는 전기를 제어하는 제어부(250);를 구비하여 상기 자기반력과 상기 진동반력중 적어도 하나를 상기 터치패드(280)를 통해 햅틱 피드백으로 제공하는 것을 특징으로 하는 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기.
위치입력수단의 일면에 구비된 표면파 발생필름(300)이 눌려짐으로써 상기 위치입력수단이 눌려져고 이로써 상기 위치입력수단이 사용자로부터 위치정보를 입력받는 단계(S100);

제어부(250)가 상기 위치정보에 기초하여 제 1 액츄에이터 수단(10)과 제 2 액츄에이터 수단(400)중 적어도 하나에 인가될 전기를 출력하는 단계(S200);

상기 제 1 액츄에이터 수단(10)이 인가되는 상기 전기를 자기장으로 변환시켜 자기 반력을 발생시키는 단계(S310)와 상기 제 2 액츄에이터 수단(400)이 인가되는 전기를 기계적 진동으로 변환시켜 진동 반력을 발생시키는 단계(S320)중 적어도 하나가 실행되는 단계(S300);

상기 자기반력과 상기 진동반력중 적어도 하나가 상기 위치입력수단과 상기 표면파 발생필름(300)을 통해 햅틱 피드백으로 제공되는 단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기의 햅틱 피드백 제공방법.
제 18 항에 있어서,

상기 전기출력단계(S200)는,

상기 제어부(250)가 상기 위치정보와 미리 링크된 응용 프로그램의 실행을 명령하는 단계(S250)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기의 햅틱 피드백 제공방법.
제 18 항에 있어서,

상기 제어부(250)는 상기 제 1 액츄에이터 수단(10)에 제 1 주파수(f1)의 신호를 인가하고,

상기 제어부(250)는 상기 제 2 액츄에이터 수단(400)에 상기 제 1 주파수(f1) 보다 높은 제 2 주파수(f2)의 신호를 인가하여 진동을 발생시키는 것을 특징으로 하는 이종 액츄에이터로 햅틱 피드백을 제공하는 휴대기기의 햅틱 피드백 제공방법.