KR102819675B1 - 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정보처리단말에 관련된 부가 입력장치인 트랙패드를 통해 촉감을 제공하기 위한 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치로서, 트랙패드의 터치입력면층 하부에 사람촉감 제시 햅틱 액츄에이터를 다수개 장착된 햅틱보드층을 구성하되, 사람촉감 제시 햅틱 액츄에이터는, 트랙패드 쪽으로만 제한된 진동노출이 전용 허락되는 진동노출 전용개구와 내부에 진동작동공간부를 제공하는 탄성케이스와, 전극판의 양측면중 하나 이상에 압전소자판을 일체로 형성하고 전극판의 외곽부가 탄성케이스에 지지되며 탄성케이스 내부의 진동작동 공간부에 위치된 압전진동체와, 압전진동체의 판 일측심부와 트랙패드의 터치입력면층 저면 간을 진동노출 전용개구를 통과해 외부로 돌출된 연결목부를 매개로 접착 접속하는 진동전달 다리부와, 외부입력신호에 따라 트랙패드에 접촉되는 사용자 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz의 주파수대역 범위내의 촉감 진동이 압전진동체에 의해서 발생되도록 제어하는 사람촉감 발생제어부로 구성한 것이다.

Description

트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치{ULTRA-REALISTIC TACTILE STIMUATION GENERATOR FOR TRACK PADS}

본 발명은 촉각자극 시스템에 관한 것으로, 특히 노트북 컴퓨터와 같은 정보처리단말의 부가 입력장치로 사용되는 트랙패드를 통해 정보처리단말과 같은 외부의 출력영상이나 출력오디오에 걸맞는 촉감을 실제처럼 느끼게 해주거나 트랙패드의 입력에 따른 햅틱 피드백도 발생시킬 수 있도록 하는 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치에 관한 것이다.

일반적으로 트랙패드는 노트북 컴퓨터의 키보드 부근에 장착되거나 개인용 컴퓨터(PC)의 마우스를 대신할 수 있는 부가 입력장치로서 조그마한 패드를 손가락으로 만져서 조작하는 포인팅 디바이스이다.

이러한 트랙패드는 브랜드에 따라 명칭을 달리하며 '터치패드'나 '슬라이드 패드'로도 일컬어진다. 트랙패드는 휴대성을 중요시 하는 노트북 컴퓨터 등이 차량을 통해 이동중이거나 또는 책상이 좁은 등 마우스를 쓸 수 없는 상황 등에서 요긴하게 사용될 수 있다. 또 트랙패드를 유용하게 사용하기 위한 지속적인 기능 보강(제스처 인식 등) 덕분에 노트북 컴퓨터는 물론이고, 랩톱, 휴대용 미디어 플레이어 및 기타 디지털 개인비서(Digital Personal Assistant)에 주로 포함되고 있으며 데스크탑 컴퓨터에도 적용이 되고, 보급률 또한 높다.

트랙 패드는 손가락 접촉을 감지 할 수 있는 특수한 평평한 표면을 가진 입력 포인팅 장치이다. 표면은 사용자의 손가락의 위치 및 움직임을 입력 포인팅 장치의 스크린상의 상대 위치로 변환 할 수 있다.

한편 다가오는 미래는 VR(Virtual Reality)이나 메타버스가 일상화되면서 상대방과 카드게임을 하거나 아바타끼리 농구도 할 수 있다. 이때 동영상 화면이나 3D그래픽, 스테레오 음향에 버금갈 만큼 중요해지는 것이 사용자에게 제시할 수 있는 것이 촉각이다.

그러므로 보급률이 높고 쓰임새가 좋아지고 있는 트랙패드가 부가 입력장치의 역할을 수행함은 물론이고 촉각을 제공하는 출력장치 역할까지 겸해서 담당할 수 있도록 구현하되, 택트 스위치(tact switch)의 '딸각'하는 느낌 정도의 단순한 촉각 제공정도가 아니라 트랙패드의 외부입력정보에 근거한 현장감 있는 촉각을 제공할 수 있다면 관련된 사람들로부터 큰 호응을 얻을 수 있을 것이다.

예를 들면, 노트북 컴퓨터의 디스플레이부 상에 재생되는 동영상(예컨대 게임 등등)에 실린 음향에 상응되는 현장감 있는 촉각을 실시간으로 트랙패드에 제공할 수 있다면 큰 호응을 얻을 수 있을 것이다. 또 사용자가 트랙패드로 입력한 명령에 상응하는 현실감 있는 다양한 촉각(햅틱 피드백)을 트랙패드를 통해 사용자 손끝으로 전달할 수 있다면 관련된 사람들로부터 큰 호응을 얻을 수 있을 것이다.

등록특허공보 제10-0981269호 "촉각센서를 이용한 촉감피드백용 터치패드장치"

따라서 본 발명의 목적은 노트북 컴퓨터와 같은 정보처리단말의 부가 입력장치로 사용되는 트랙패드를 통해 정보처리단말에서의 출력영상이나 출력오디오에 상응하는 다양하고 실감나는 섬세한 촉감을 제시하여 사용자가 현장감이나 현실감을 느끼게 해줄 수 있는 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 트랙패드의 입력에 대응된 초실감형 촉각이 햅틱 피드백으로 트랙패드에 전달될 수 있도록 해주는 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치를 제공함에 있다.

상기한 목적에 따른 본 발명은, 정보처리단말에 관련된 부가 입력장치인 트랙패드를 통해 촉감을 제공하기 위한 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치에 있어서, 트랙패드의 터치입력면층 하부에 사람촉감 제시 햅틱 액츄에이터를 다수개 장착된 햅틱보드층을 구성하되,

사람촉감 제시 햅틱 액츄에이터는, 트랙패드쪽으로의 진동노출이 전용 허락되는 진동노출 전용개구와 내부에 진동작동공간부를 제공하는 탄성케이스와, 전극판의 양측면중 하나 이상에 압전소자판을 일체로 형성하고 전극판의 외곽부가 탄성케이스에 지지되며 탄성케이스 내부의 진동작동 공간부에 위치된 압전진동체와, 압전진동체의 판 일측심부와 터치입력면층 저면 간을 진동노출 전용개구를 통과해 탄성케이스 외부로 돌출된 연결목부를 매개로 접속하는 진동전달 다리부와, 외부입력신호에 따라 트랙패드에 접촉되는 사용자 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz의 주파수대역 범위내의 외부입력신호에 상응하는 촉감 진동이 상기 압전진동체에 의해서 발생되도록 제어하여서 트랙패드로 실감형 촉감진동을 제공하는 사람촉감 발생제어부로 구성함을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 다른 견지로는, 정보처리단말에 관련된 부가 입력장치인 트랙패드를 통해 촉감을 제공하기 위한 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치에 있어서, 트랙패드의 터치입력면층 하부에 사람촉감 제시 햅틱 액츄에이터가 다수개 장착된 햅틱보드층을 구성하되,

사람촉감 제시 햅틱 액츄에이터는, 트랙패드쪽으로의 진동노출이 전용 허락되는 진동노출 전용개구와 진동작동공간을 제공하는 탄성브라켓과, 전극판의 양측면중 하나 이상에 압전소자판을 일체로 형성하고 전극판의 외곽부가 탄성브라켓에 지지되는 압전진동체와, 탄성브라켓에 지지된 압전진동체를 내장하는 케이스와, 압전진동체의 판 일측심부와 터치입력면층 저면 간을 진동노출 전용개구를 통과해 케이스 외부로 돌출된 연결목부를 매개로 접속하는 진동전달 다리부와, 외부입력신호에 따라 트랙패드에 접촉되는 사용자 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz의 주파수대역 범위내의 외부입력신호에 상응하는 촉감 진동주파수를 상기 압전진동체가 발생하도록 제어하여서 트랙패드로 실감형 촉감진동을 제공하는 사람촉감 발생제어부로 구성함을 특징으로 한다.

또 본 발명의 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치는, 사람촉감 제시 햅틱 액츄에이터 상에 형성되며, 손가락터치의 압력정보나 시간정보를 센싱하는 손가락 피드백용 터치센서를 더 구비함을 특징으로 하며,

사람촉감 발생제어부는 손가락 피드백용 터치센서에서의 센싱된 압력정보나 시간정보에 근거하여 트랙패드에 접촉되는 사용자 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz의 주파수대역 범위내에서의 상기 센싱된 압력정보 및 시간정보에 상응하는 촉감 진동주파수로 실시간 변환하여 햅틱 액츄에이터의 압전진동체가 실시간으로 촉감진동을 발생하도록 제공함을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치에 있어, 외부입력신호는 동영상에 관련된 음향신호나 정보처리단말에 기저장된 진동패턴, 정보처리단말로부터의 환경정보가 포함됨을 특징으로 한다.

또 본 발명의 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치에 있어, 외부입력신호는 손가락 피드백용 터치센서에서의 센싱된 압력정보 및 시간정보를 더 포함함을 특징으로 한다.

또 본 발명의 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치에 있어, 압전진동체의 판 일측심부와 진동전달 다리부의 연결목부간, 진동전달 다리부의 연결목부와 터치입력면층 저면 간은 각기 접착제로 접착 고정되게 구성함을 특징으로 하며,

압전진동체의 전극판에 면접촉되는 진동전달 다리부의 연결목부의 상단부에는 터치입력면층과의 접합 강화를 위해 확장접편을 구비함을 특징으로 한다.

또 본 발명에서, 사람촉감 제시 햅틱 액츄에이터는 본체가 납작한 원통형태, 납작한 사각통형 형태, 납작한 밴더형태중의 하나로 구성함을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 견지로서, 정보처리단말에 관련된 부가 입력장치인 트랙패드를 통해 촉감을 제공하기 위한 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치에 있어서, 트랙패드를 구성하며 손가락의 위치와 개수를 인식케 하는 터치입력면층과, 트랙패드의 터치입력면층 하부에 배치되며 내장된 압전진동체를 이용하여 사용자 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz 주파수대역 범위내의 촉감주파수에 상응하는 촉감진동을 출력하되 트랙패드 쪽 전용으로 전달케 하는 둘 이상의 사람촉감 제시 햅틱 액츄에이터와, 정보처리단말로 출력되는 동영상에 관련된 음향신호나 정보처리단말에 기저장된 진동패턴, 정보처리단말로부터의 환경정보중의 하나 이상의 외부입력신호에 근거하여 트랙패드에 접촉되는 사용자 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz의 주파수대역 범위내의 외부입력신호에 상응하는 촉감 진동주파수로 실시간 변환하여 햅틱 액츄에이터의 압전진동체가 실시간으로 촉감진동을 발생하도록 제어하는 사람촉감 발생제어부로 구성함을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 견지로서, 정보처리단말에 관련된 부가 입력장치인 트랙패드를 통해 촉감을 제공하기 위한 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치에 있어서, 트랙패드를 구성하며, 손가락의 위치와 개수를 인식케 하는 터치입력면층과, 트랙패드의 터치입력면층 하부에 배치되며 내장된 압전진동체를 이용하여 사용자 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz 주파수대역 범위내의 촉감주파수에 상응하는 촉감진동을 출력하되 트랙패드 쪽 전용으로 전달케 하는 둘 이상의 사람촉감 제시 햅틱 액츄에이터와, 사람촉감 제시 햅틱 액츄에이터 상에 형성되며, 손가락터치의 압력정보나 시간정보를 센싱하는 손가락 피드백용 터치센서와, 정보처리단말로 출력되는 동영상에 관련된 음향신호나 정보처리단말에 기저장된 진동패턴, 정보처리단말로부터의 환경정보, 손가락 피드백용 터치센서에서의 센싱된 압력정보나 시간정보 중의 하나 이상의 외부입력신호에 근거하여 트랙패드에 접촉되는 사용자 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz의 주파수대역 범위내의 외부입력신호에 상응하는 촉감 진동주파수로 실시간 변환하여 햅틱 액츄에이터의 압전진동체가 실시간으로 촉감진동을 발생하도록 제어하는 사람촉감 발생제어부로 구성함을 특징으로 하는 사람촉감 발생제어부로 구성함을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 견지에 따른 초실감형 촉감자극 발생장치에 있어, 사람촉감 발생제어부는, 외부입력신호의 음향신호중에서는 음향신호의 주파수성분 및 음량크기성분중에서 선택 이용하고 내부 메모리부의 실감형 감각변환 테이블에 근거해 변환하여 실감형 촉감진동이 발생되도록 제어함을 특징으로 한다.

또 본 발명의 사람촉감 발생제어부는, 외부입력신호의 환경정보중에서는 압력데이터 및 충격데이터, 포스(force) 데이터 중에서 선택 이용하고 내부 메모리부의 실감형 감각변환 테이블에 근거해 변환하여 실감형 촉감진동이 발생되도록 제어함을 특징으로 하고,

또 본 발명의 사람촉감 발생제어부는, 손가락 피드백용 터치센서에서의 센싱된 압력정보나 시간정보중 하나 이상을 선택 이용하고 내부 메모리부의 진동강도 실감형 감각변환 테이블에 근거하여 실감 진동강도로 변환하고 터치 지속기간(duration)동안 실감 진동강도의 촉감진동이 발생되도록 제어함을 특징으로 하는 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치.

또 본 발명의 사람촉감 발생제어부는, 정보처리단말의 동영상 재생에 따라 외부입력신호로 입력되는 음향신호를 실시간 변환처리하여서 실감형 촉감진동이 발생되도록 제어함을 특징으로 한다.

본 발명은 노트북 컴퓨터와 같은 정보처리단말의 부가 입력장치로 사용되는 트랙패드에 접촉된 사용자 촉감수용체가 많은 부위(손끝 등)에 출력영상이나 출력오디오와 같은 외부입력신호에 상응하면서 실감있는 촉감을 제시하여 트랙패드를 통해 사용자가 현장감이나 현실감을 느끼게 해줄 수 있는 장점이 있으며, 또 트랙패드의 입력에 대응된 초실감형 촉감도 햅틱 피드백으로서 트랙패드에 전달될 수 있도록 해주는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치가 구비된 트랙패드를 갖는 정보처리단말의 일예인 노트북 컴퓨터의 사시 구성도,
도 2는 본 발명의 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치가 구비된 분리형 트랙패드의 사시 구성도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치가 구비된 트랙패드의 분리 구성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치가 구비된 트랙패드의 햅틱 액츄에이터가 포함된 요부 결합 구성도,
도 5는 도 4의 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치에서 압진진동을 이용하는 햅틱 액츄에이터의 사시 구성도,
도 6은 도 5의 분해 사시 구성도,
도 7은 본 발명의 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치에서 햅틱 액츄에이터의 다른 예시에 따른 단면 구성도,
도 8은 도 7의 분해 사시도,
도 9는 본 발명의 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치에서 햅틱 액츄에이터의 또 다른 예시에 따른 단면 구성도,
도 10은 도 9의 사시 구성도,
도 11은 도 10의 분해 사시 구성도,
도 12는 본 발명의 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치의 햅틱 액츄에이터의 다양한 예시 외관 구성도,
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치의 회로블록 구성도,
도 14는 도 13의 사람촉감 발생제어부 내의 실시간 햅틱신호 처리부의 구체 블록 구성도,
도 15는 도 14의 실시간 햅틱신호 처리부내 주파수별 적응 증폭부의 증폭 특성 곡선도,
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치가 구비된 트랙패드의 햅틱 액츄에이터가 포함된 요부 결합 구성도,
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치의 회로블록 구성도.

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

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

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

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

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

그에 따라 본 발명에서는 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치를 압전진동방식으로 구현하되 사람의 피부에 분포한 촉감수용체에 아주 민감하게 전달하도록 함에 있어 5~500Hz의 주파수대역 범위의 촉감자극 반응을 적극 활용한다.

즉 본 발명의 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치는 가청주파수 대역중에서 피부의 촉감 수용체가 가장 민감하게 느낄 수 있는 5~500Hz의 주파수대역 범위내의 촉감 진동을 부가입력장치인 트랙패드에 부착된 압전진동체에서 발생하도록 제어한다. 그래서 압전진동에 의한 촉감자극이 트랙패드에 접촉된 인체의 특정부위 피부(손끝 등)에 효과적이고 직접적으로 전달되게 해준다.

본 발명의 촉감자극 발생장치는 압전효과(Piezo electric effect)에 의거한 압전진동을 이용하여서 트랙패드에 접촉된 피부의 촉감 수용체(손끝 등)에 섬세한 촉감자극을 제시하도록 구현한다.

이러한 본 발명의 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치에서 제공되는 실감형 촉감자극은 외부입력신호(동영상에 관련된 음향정보, 동영상에 관련된 환경정보, 기저장된 진동패턴)에 근거 및 추종하고 있다. 또한 본 발명의 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치에서 제공되는 실감형 촉감자극은 트랙패드의 입력(압력정보와 시간정보)에 대응된 초실감형 촉각이 햅틱 피드백으로 트랙패드에 전달될 수 있도록 하는 것도 가능하다.

도 1은 본 발명의 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치가 구비된 트랙패드를 갖는 정보처리단말의 일예인 노트북 컴퓨터(50)의 사시 구성도로서, 키보드(52)의 아랫쪽에 부가 입력장치인 트랙패드(54)가 구비되어 있다.

도 2는 본 발명의 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치가 구비된 분리형 트랙패드(56)의 사시 구성 일예도로서, 분리형 트랙패드(56)는 데스크탑 컴퓨터 등의 정보처리단말의 본체와 유선 연결되거나 무선 연결된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치(2)가 구비된 트랙패드(54)(56)의 분리 구성도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치(2)가 구비된 트랙패드(54)(56)의 햅틱 액츄에이터(66)가 포함된 요부 결합 구성도이다.

도 3을 참조하면, 트랙패드(54)(56)는, 주로 유리재질로 된 외면층(60)과, 외면층(60)의 하부에 배치되며 손가락 접촉을 감지하는 터치입력면층(62)과, 터치입력면층(62)의 하부에 배치되며 본 발명의 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치(2)의 사람촉감 제시 햅틱 액츄에이터(66)가 다수개로 장착된 햅틱보드층(64)을 구비하며, 바닥부에는 트랙패드(54)(56)를 조립하기 위한 브라켓(68)이 구비된다.

트랙패드(54)(56)의 터치 입력수단인 터치입력면층(62)과 본 발명에 따른 햅틱보드층(64)은 PCBA(printed circuit board assembly)로 구성하는 것이 바람직하다.

도 4에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치(2)는, 터치입력면층(62)과 사람촉감 제시 햅틱 액츄에이터(66), 및 사람촉감(human haptic) 발생제어부(30)로 구성한다.

터치입력면층(62)은 트랙패드(54)(56)의 일 구성요소로서 손가락의 위치와 개수를 인식케 하여 정보처리장치로 터치입력신호를 제공한다.

사람촉감 제시 햅틱 액츄에이터(66)는 트랙패드(54)(56)의 터치입력면층(62) 하부에 배치되며, 내장된 압전진동체(10)를 이용하여 사용자 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz 주파수대역 범위내의 외부입력신호에 상응하는 촉감진동을 출력하되 트랙패드(54)(56)쪽으로만 전달케 하는 구조를 갖는다.

사람촉감 발생제어부(30)는 노트북 컴퓨터(50)와 같은 정보처리단말로 출력되는 동영상에 관련된 음향신호나 정보처리단말에 기저장된 진동패턴, 정보처리단말로부터의 환경정보에 근거하여 트랙패드(54)(56)에 접촉되는 사용자 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz의 주파수대역 범위내의 대응 촉감 진동주파수로 실시간 변환하여 햅틱 액츄에이터(66)의 압전진동체(10)가 실시간으로 촉감진동을 발생하도록 제어하는 수단이다.

도 4의 요부 결합 구성도에 도시된 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치(2)중 사람촉감 발생제어부(30)는 햅틱보드층(64)의 회로부에 포함되게 구성하는 것이 바람직하며, 구체 회로블록 구성은 도 13과 같다.

또 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치(2)중 사람촉감 제시 햅틱 액츄에이터(66)는 도 3에서와 같이 2개 내지 8개로 배치 구성되며, 노트북 컴퓨터(50) 등의 트랙패드(54)나 분리형 트랙패드(56)에 대응된 햅택보드층(64)상에 장착되게 구성한다.

도 12에서는 본 발명의 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치(2)에 포함된 햅틱 액츄에이터(66)의 다양한 예시 외관 구성을 보여주고 있다.

트랙패드(54)(56)에 설치되는 사람촉감 제시 햅틱 액츄에이터(66)의 본체는 도 12에서와 같이, 다소 납작한 원통형태(a), 다소 납작한 사각통형 형태(b), 다소 납작한 밴더형태(c)등으로 구성할 수 있다.

도 4 내지 도 8에서는 본 발명에 적용된 햅틱 액츄에이터(66)의 본체가 다소 납작한 원통형태[도 12의 (a)] 구조를 갖는 예시 도면들이고, 도 9 내지 도 11에서는 본 발명에 적용된 햅틱 액츄에이터(66)의 본체가 다소 납작한 밴더형태[도 12의 (c)] 구조를 갖는 예시 도면들이다.

도 12에 도시된 다양한 예시와 같은 본 발명의 실시예에 따른 트랙패드용 촉감자극 발생장치(2)에서의 햅틱 액츄에이터(66)는 본체가 성인 엄지나 검지 손톱크기만한 작은 사이즈를 가진다.

본 발명의 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치(2)는 도 4에서와 같은 구성에 손가락 피드백용 터치센서(40)를 햅틱 액츄에이터(66)상에 더 구비되게 하여서 도 16 및 도 17에서와 같은 다른 실시예를 구성할 수 있다.

도 16 및 도 17에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치(2)는 본 발명의 실시예에 따른 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치(2)에 손가락 피드백용 터치센서(40)를 더 구비한 구성이다.

즉 도 16 및 도 17에 도시된 손가락 피드백용 터치센서(40)는 사람촉감 제시 햅틱 액츄에이터(66) 상에 형성되며, 손가락터치의 압력정보나 시간정보를 센싱하여 사람촉감 발생제어부(30)로 출력한다.

손가락 피드백용 터치센서(40)를 구비한 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치(2)의 사람촉감 발생제어부(30)는, 도 16 및 도 17에서와 같이, 정보처리단말로 출력되는 동영상에 관련된 음향신호나 정보처리단말에 동영상 관련하여 기저장된 진동패턴, 정보처리단말로부터의 환경정보, 손가락 피드백용 터치센서(40)에서의 센싱된 압력정보나 시간정보중 하나 이상에 근거하여 트랙패드(54)(56)에 접촉되는 사용자 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz의 주파수대역 범위내의 대응 촉감 진동주파수로 변환하여 햅틱 액츄에이터(66)의 압전진동체(10)가 실시간으로 촉감진동을 발생하도록 제어한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치(2)에서의 구체적인 동작은 본 발명의 실시예가 먼저 설명된 이후에 도 16 및 도 17이 참조되어 상세히 설명될 것이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치(2)내 도 4에 관련된 햅틱 액츄에이터(66)의 사시 구성도이고, 도 6은 도 5의 분해 사시 구성도이다. 그리고, 도 7 및 도 8은 본 발명의 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치(2)내 햅틱 액츄에이터(66)의 다른 예시도이고, 도 9 내지 도 11은 본 발명의 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치(2)내 햅틱 액츄에이터(66)의 또 다른 예시도이다.

본 발명의 햅틱 액츄에이터(66)는 압전진동체(10)에서의 초실감형 촉감진동이 트랙패드(54)(56)쪽 방향으로만 온전하고 정확하게 전달될 수 있도록 하는 구조를 갖는다. 본 발명의 햅틱 액츄에이터(66)는 내부 압전진동체(10)의 판체 심부에 연결된 진동전달 다리부(20)의 연결목부(20a)가 진동노출 전용개구(5)를 통해 외부로 돌출되어 터치입력면층(62)의 저면과 연결되어진 구성이다.

도 4 내지 도 6에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치(2)의 햅틱 액츄에이터(66)는, 트랙패드(54)(56)쪽으로만 제한된 진동노출이 전용 허락되는 진동노출 전용개구(5)와 내부에 진동작동공간부(7)를 제공하는 탄성케이스(4)와, 전극판(12)의 양측면중 하나 이상에 압전소자판(14)을 일체로 형성하고 전극판(12)의 외곽부가 탄성케이스(4)에 지지되며 탄성케이스(4) 내부의 진동작동 공간부(7)에 위치된 압전진동체(10)와, 압전진동체(10)의 판 일측심부와 터치입력면층(62) 저면 간을 진동노출 전용개구(5)를 통과해 외부로 돌출된 연결목부(20a)를 매개로 접속하는 진동전달 다리부(20)를 구성한다.

도 4의 사람촉감 발생제어부(30)는 외부입력신호에 따라 트랙패드(54)(56)에 접촉되는 사용자 피부(예컨대 손끝 등)의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz의 주파수대역 범위내의 촉감 진동이 압전진동체(10)에 의해서 발생되도록 제어하며, 5~500Hz의 촉감 주파수대역에 대응된 (-)/(+)나 (+)/(-)의 구동전압을 인쇄회로패턴 등으로 마련되는 전선(16)을 통해서 압전진동체(10)에 인가한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 구성은 도 4 내지 도 6에서는 원통형태로 예시하였지만, 도 12에 도시된 다소 납작한 사각통형 형태(b)나 다소 납작한 밴더형태(c)에도 적용할 수 있음을 이해하여야 한다.

사람촉감 발생제어부(30)는, 도 13에서 구체 회로 블록도에서와 같이, 외부입력신호에 따라 촉감자극 진동에 관련된 전반적인 제어를 수행하는 햅틱 제어부(72)와, 외부입력신호(음향신호 S1, 기저장된 패턴 S2, 환경정보 S3 등)에 대응하여 트랙패드(54)(56)의 접촉되는 손가락의 촉감수용체가 실감할 수 있는 변환값이 맵핑된 실감형 감각변환 테이블(79)을 갖는 메모리부(78)와, 촉감 진동신호로 변환하기 위한 아날로그 또는 디지털형태의 외부입력신호를 입력받는 신호접속부(70)와, 입력된 외부입력신호중 동영상에 실린 음향신호를 증폭시켜 촉감 진동에 가장 적합한 신호로 실시간 변환하는 실시간 햅틱 처리부(74)와, 실시간 햅틱 처리부(74)에 의한 음향처리나 햅틱제어부(72)에 의해 변환된 촉감 진동신호를 이용하여 압전진동체(10)를 구동시키는 햅틱구동부(76)를 포함한다.

햅틱구동부(76)의 구동전압에 의해서 햅틱 액츄에이터(66)의 압전진동체(10)는 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz의 주파수대역 범위내의 외부입력신호에 상응하는 실감형 촉감자극 진동을 발생하는 것이다.

본 발명의 햅틱 액츄에이터(66)의 본체에 내장된 압전진동체(10)는 2㎳ 이하의 빠른 응답시간을 갖는 압전소자 작동방식의 엑츄에이터이다. 더욱이 본 발명 압전진동체(10)의 압전소자 작동방식은 5~20,000Hz에 대응하는 진동작동을 허락하지만, 트랙패드(54)(56)에 접촉되는 피부(손끝 등)의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz의 주파수대역 범위내의 초실감형 촉감자극 진동 전달에 최적화되도록 햅틱 액츄에이터(66)를 구성한 것이다.

압전진동체(10)와 트랙패드(54)(56)의 터치입력면층(62)간을 연결하는 진동전달 다리부(20)는 트랙패드(54)(56)에 접촉되는 인체의 피부(손끝 등)의 촉감 수용체에만 압전진동체(10)의 촉감진동이 민감하게 전달될 수 있도록 허락하는 연결목부(20a)를 구비한다. 또 진동전달 다리부(20)를 구성하는 연결목부(20a)의 상단부에는 연결목부(20a)가 터치입력면층(62)의 저면부와의 접착제(26)를 매개로 한 접합 강화가 온전히 이루어질 수 있도록 바람직하게는 확장접편(20b)이 구비된다.

또 본 발명의 햅틱 액츄에이터(66)에서는 진동전달 다리부(20)의 연결목부(20a) 주변을 감싸는 완충부재(18)를 구비한다. 완충부재(18)는 진동전달 다리부(20)에서의 사용중 균형감과 쿠션감을 부여한다.

도 7 및 도 8에 도시된 본 발명의 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치(2)내 햅틱 액츄에이터(66)의 다른 예시 구성은 도 4 내지 도 6에 도시된 햅틱 액츄에이터(66)의 구성에서 변형된 것으로서, 케이스(24)를 더 구비한다.

한편, 도 7 및 도 8에 도시된 본 발명의 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치에서 다른 예시의 햅틱 액츄에이터(66)는, 트랙패드(54)(56) 방향으로만 제한된 진동노출이 전용 허락되는 진동노출 전용개구(5)와 진동작동공간(7)을 제공하는 탄성브라켓(8)과, 전극판(12)의 양측면중 하나 이상에 압전소자판(14)을 일체로 형성하고 전극판(12)의 외곽부가 탄성브라켓(8)에 지지되는 압전진동체(10)와, 탄성브라켓(8)에 지지된 압전진동체(10)를 내장하는 케이스(24)와, 압전진동체(10)의 판 일측심부와 터치입력면층(62) 저면 간을 진동노출 전용개구(5)를 통과해 케이스(24) 외부로 돌출된 연결목부(20a)를 매개로 접속하는 진동전달 다리부(20)와, 외부입력신호에 따라 트랙패드(54)(56)에 접촉되는 사용자 피부(예컨대 손끝 등)의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz의 주파수대역 범위내의 촉감 진동주파수를 압전진동체(10)가 발생하도록 제어하는 사람촉감 발생제어부(30)로 구성한 것이다.

본 발명의 햅틱 액츄에이터(66)중 다른 예시에 따른 케이스(24)의 구조는, 통째로 구성되거나 도 7에서와 같이 상하케이스(24a)(24b)로 구성될 수 있다.

다른 한편, 도 9 내지 도 11에 도시된 본 발명의 트랙패드용 촉감자극 발생장치(2)의 또 다른 예시의 햅틱 액츄에이터(66)는 도 12의 (c)에서와 같은 밴더형태이다.

도 9 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 트랙패드용 촉감자극 발생장치(2)의 또 다른 예시 형태의 햅틱 액츄에이터(66)는, 길쭉한 장방형의 납작한 탄성케이스(34)를 구비하며 길쭉한 장방형 압전진동체(10)의 전극판(12)의 좌우 양단이 탄성케이스(34)의 양단 끼움홈(6)에 걸림 지지되는 구성이다.

탄성케이스(34)의 일측은 닫힌 구조이고 타측에는 개구가 형성되며, 탄성케이스(34)의 타측 개구에는 압전진동체(10)와 함께 끼움홈선(6)을 형성된 마개부(34a)가 끼움결합되어서 압전진동체(10)가 탄성케이스(34)의 양단에 걸림고정되게 구성한다.

도 9 내지 도 11에 도시된 또 다른 예시에서와 같이 햅틱 액츄에이터(66)중 진동전달 다리부(20)의 연결목부(20a)는 피부접촉 국소패드(20)의 저부면중 중심점 인근에 좌우로 대칭시킨 2개가 디딤돌 형태로 구성될 수 있다. 그러면 밴더형태의 햅틱 액츄에이터(66)가 완충부재(18)의 사용 없이도 구성 가능하다.

한편, 본 발명에서 출력장치로도 활용되는 트랙패드(54)(56)는 기존의 마우스나 조이스틱 등과는 달리 시각정보로 제공되는 물체를 문지르거나 쓰다듬을 때와 같은 질감을 사용자에게 손끝 등을 통해 전달할 수 있는 최적화된 도구이다.

본 발명의 촉감주파수 발생 제어부(30)는 트랙패드(54)(56)가 입력장치로 활용될 뿐만 아니라 초실감형 촉감자극용 압전진동을 출력하는 출력장치로도 활용될 수 있도록 실감형 촉감자극을 위한 외부입력신호를 이용하는데, 외부입력신호로는 음향신호(주파수성분, 음량크기성분), 환경정보(압력데이터, 충격데이터, 포스(force)데이터), 시간정보(터치지속시간 등)가 있다.

본 발명에서는 외부입력신호(음향신호, 환경정보, 시간정보, 터치센싱정보 등)를 이용해서 트랙패드(54)(56)로 다양한 질감 피드백이나 힘 피드백을 세밀하게 느낄 수 있다.

질감 피드백은 트랙패드(54)(56)에 접촉된 손가락 등의 피부 촉감수용체가 외부입력신호에 대응하여 시각 디스플레이로 제공되는 물체의 형태나 질감(물체의 거칠고 매끄러운 정도 등) 등을 세밀하게 느낄 수 있게 해준다.

그리고, 힘 피드백은 인체의 근감각 수용기가 받아들이며 본 발명의 햅틱 액츄에이터(66)의 압전진동체(10)가 갖는 압전소자판(14)의 최대변위에 따른 가용 힘(force)(예컨대 0.05mN ~ 0.7N)의 차이를 이용하며 5~500Hz의 주파수 대역내 동작으로 트랙패드(54)(56)에 접촉된 손끝에 힘 자극(물체 질량, 물체의 딱딱하고 무른 정도, 물체의 외형 등을 파악 시)을 느낄 수 있게 해준다.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치(2)의 회로블록 구성도로서, 트랙패드용 햅틱보드층(64)에 구비된 사람촉감 발생제어부(30)는, 신호접속부(70), 햅틱제어부(72), 메모리부(78), 실시간 햅틱신호처리부(74), 햅틱구동부(76), 및 트랙패드용 햅틱보드층(64)의 상부로 돌출된 다수의 햅틱 액츄에이터(66)를 포함한다.

도 13에 도시된 사람촉감 발생제어부(30)는 외부입력신호(음향신호, 환경정보, 시간정보)에 근거해서 트랙패드(54)(56)로 다양한 질감 피드백이나 힘 피드백을 세밀하게 느낄 수 있도록 해준다.

외부입력신호중 음향신호(S1)나 기저장된 진동패턴(S2)의 경우에는 정보처리장치의 동영상 재생에 따른 음향신호를 실시간 처리하여서 트랙패드(54)(56)상에 사용자가 실감형으로 느낄 수 있는 촉감자극으로 변환해줄 수 있고, 사람촉감 발생제어부(66)는 메모리부(78)에 미리 저장된 실감형 감각변환 테이블(79)에 근거하여서 음향신호를 변환 처리하되 음향신호의 주파수성분 및 음량크기성분중에서 선택 이용하여서 음향신호를 처리하여서 트랙패드(54)(56)상에 사용자가 실감형으로 느낄 수 있는 촉감자극으로 변환한다. 이 경우에는 사용자 인터페이스를 통한 정보처리장치에서의 모드제어신호 온오프에 따라 둘중 하나의 기능이 선택된다.

외부입력신호중 환경정보(S3)인 경우에는 사람촉감 발생제어부(66)의 내부 메모리부(78)에 압력데이터 및 충격데이터에 관련된 실감형 감각변환 테이블(79)이 맵핑되어 있으며, 사람촉감 발생제어부(66)는 외부입력신호내 환경정보의 압력데이터나 충격데이터 중에서 선택하고 실감형 감각변환 테이블(79)에 근거하여 환경정보를 처리하여서 트랙패드(54)(56)상에 사용자가 실감형으로 느낄 수 있는 촉감자극으로 변환해준다.

도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치(2)의 회로블록 구성도로서, 트랙패드용 햅틱보드층(64)에 구비된 사람촉감 발생제어부(30)는, 신호접속부(70), 햅틱제어부(72), 메모리부(78), 실시간 햅틱신호처리부(74), 햅틱구동부(76), 트랙패드용 햅틱보드층(64)의 상부로 돌출된 다수의 햅틱 액츄에이터(66)와 아울러, 햅틱 액츄에이터(66) 상에 장치된 손가락 피드백용 터치센서(40)를 더 구비한다.

손가락 피드백용 터치센서(40)는 정전식이나 저항식 감지방식 등으로 구현할 수 있으며, 로드셀(load cell) 등도 포함될 수 있다.

도 17에 따른 외부입력신호중 손가락 피드백용 터치센싱정보(S4)인 경우에는 사람촉감 발생제어부(66)의 내부 메모리부(78)에는 손가락 터치시의 압력정보나 시간정보에 관련된 진동강도 실감형 감각변환 테이블(79)이 맵핑되어 있다.

손가락 피드백용 터치센서(40)에서는 손가락 등이 트랙패드(54)(56)에 물리적으로 접촉할 때 터처패드(54)(56)에 접촉되는 손가락 터치의 압력 및 터치시간을 감지함에 따른 터치센싱정보(S4)를 사람촉감 발생제어부(30)로 제공한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 촉감자극 발생장치(2)의 사람촉감 발생제어부(30)는 손가락 피드백용 터치센서(40)에서의 터치감지에 따라 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz의 주파수대역 범위내의 촉감 진동이 압전진동체(10)에 의해서 발생되도록 제어한다.

즉 본 발명의 다른 실시예에 따른 사람촉감 발생제어부(30)는 손가락 피드백용 터치센서(40)로부터 센싱된 터치의 압력정보나 시간정보를 이용하여 내부 메모리부(78)의 진동강도 실감형 감각변환 테이블(79)에 근거하여 실감 진동강도로 변환하고 터치 지속기간(duration)동안 실감 진동강도의 촉감진동이 트랙패드(54)(56)상에 사용자 손가락이 실감형으로 느낄 수 있는 촉감자극으로 변환해준다.

구체적인 예시로서, 사람촉감 발생제어부(30)의 제어하에 터치센서(40)에 가해지는 손가락 압력에 비례하여 묵직한 느낌의 촉감진동이 눌려진 지속기간에 맞추어 햅틱 액츄에이터(66)의 압전진동체(10)에서 발생되게 하여 트랙패드(54)(56)로 즉시로 전달되게 함으로써 사용자의 접촉 손가락이 본인이 눌렀던 힘의 강도와 지속기간을 촉각적으로 느낄 수 있게 된다.

다시 도 13을 참조하면, 영상재생에 따른 외부입력신호로서 디스플레이 동영상 재생에 따른 음향신호(S1)가 입력됨에 따라 음향신호(S1)를 실시간으로 변환하여 촉감사용자가 실감형으로 느낄 수 있는 촉감자극으로 변경시키는 구체적인 예시를 설명하면 하기와 같다.

예컨대, 촉감주파수 발생 제어부(30)는 정보처리단말의 동영상 재생에 따른 음향정보(외부입력신호)를 주파수 위주로만 검지하는 것이 아니라 음향정보의 음량 크기값으로도 검지하여서 입력되는 음향신호의 음량크기에 근거한 변경으로 초실감형 촉감자극을 출력할 수 있다는 것이다.

사람촉감 발생제어부(30)내 신호 접속부(70)는 햅틱보드층(64) 외부와 유선을 통해서 접속될 수 있고, NFC통신, 블루투스통신, 와이파이통신 등과 같은 근거리무선 통신방식으로도 접속할 수 있게 한다.

만일 노트북 컴퓨터와 같은 정보처리장치의 본체로부터 예컨대 기저장된 진동패턴(S2)이 신호 접속부(70)를 통해 인가되면 사람촉감 발생제어부(30)내의 햅틱제어부(72)의 제어 하에 햅틱구동부(76)에 바로 전달되게 하고, 햅틱 구동부(76)에 의해 햅틱 액츄에이터(66)에서는 기저장된 진동패턴(햅틱효과패턴)에 따른 5~500Hz의 주파수대역 범위내의 촉감 진동주파수를 출력한다.

또 노트북 컴퓨터(50)와 같은 정보처리장치의 본체로부터 예컨대 영상신호에 동기화된 음향신호(S1)(외부입력신호)가 신호 접속부(70)를 통해 인가되면, 사람촉감 발생제어부(30)내의 햅틱제어부(72)의 제어 하에 음향신호(S1)는 실시간 햅틱신호 처리부(24)로 인가되며, 실시간 햅틱신호 처리부(74)에 의해 처리된후 햅틱구동부(76)로 전달함으로써 햅틱구동부(76)에 의해 햅틱 액츄에이터(66)에서는 실시간 음향신호(S1)에 따른 5~500Hz의 주파수대역 범위내의 촉감 진동주파수를 출력한다.

실시간 햅틱신호 처리부(74)는 신호 접속부(70)를 통해 수신된 음향신호(S1)를 즉각적으로 분석하고 사용자가 손쉽게 느낄 수 있음과 동시에 영상신호에 동기화된 음향에 가까운 진동파장을 갖는 햅틱출력이 햅틱 액츄에이터(66)에 의해 생성되도록 신호 처리를 수행한다.

도 14는 도 13의 실시간 햅틱신호 처리부(74)의 구체 블록 구성도로서, 아날로그형태의 음향신호를 증폭하는 신호증폭부(80)와, 증폭된 음향신호의 입력레벨 변동에도 출력레벨이 상대적으로 일정한 값을 유지되도록 이득을 자동 조절하는 자동이득조절부(AGC: Automatic Gain Control)(82)와, 자동이득조절된 음향신호의 각종 잡음을 제거하는 신호잡음 제거부(84)와, 효과적인 햅틱출력의 생성이 가능케 잡음 제거된 음향신호를 인체체감 촉각주파수대역내에서 세부 주파수대역별로 다르게 적응 증폭하여 출력하는 세부 주파수대역별 적응 증폭부(86)로 구성한다.

신호 접속부(70)를 통해 실시간 햅틱신호처리부(74)에 동영상신호에 실린(동기화된) 음향신호(S1)가 수신되면, 먼저 음향신호(S1)가 아날로그신호이면 신호증폭부(80)로 바로 전달한다. 만일 음향신호(S1)가 디지털화된 신호(digitized signals)이면 디지털/아날로그 변환기(DAC: Digital to Analog Converter)(78)에 의해서 아날로그신호로 먼저 변환시킨 후 신호 증폭부(80)로 전달한다.

아날로그성분의 음향신호는 신호증폭부(80)에 의해서 소정 증폭된 후 자동이득조절부(82)에 의해서 자동이득조절되게 하는데, 이는 증폭된 음향신호의 입력레벨 변동에 상관없이 출력레벨을 상대적으로 일정한 값을 유지되도록 함으로써 입력신호 변동에 따른 신호 일그러짐을 최소화시키기 위함이다.

이득조절된 음향신호는 차동증폭기와 같은 신호잡음 제거부(84)에 의해서 음향신호내에 섞여 있는 주변 잡음이 최소화되거나 제거되어진다.

신호잡음 제거부(84)를 통과한 음향신호는 사람의 피부가 가장 민감하게 느낄 수 있는 인체체감 촉각주파수대역내에서 다시 한번 증폭 과정을 수행하되, 사람의 피부가 가장 민감하게 느낄 수 있는 5~500Hz 대역내에서도 세부 주파수대역별로 다르게 적응적으로 증폭한다.

그리고 세부 주파수대역별로 다르게 적응적으로 증폭하는 도 14의 주파수별 적응 증폭부(86)에서는 도 14의 증폭 특성 곡선도에서와 같이, 5~200Hz, 200~300Hz, 300~500Hz와 같이 세부주파수대역별로 증폭율을 다르게 하여 적응증폭하여서 촉감에 의한 인체체감이 높도록 구현한다.

도 15에 도시된 바와 같이 5~200Hz의 세부주파수대역구간에서는 주파수가 낮아질수록(진동수가 줄어들수록) 증폭율을 점차 높아지게 하여서 진동에 의한 인체체감율을 높이며, 300~500Hz의 세부주파수 대역구간에서는 주파수가 높아질수록(진동수가 너무 높아짐에 따라 체감력이 약해짐) 증폭을 점차 강화시켜주어서 진동에 의한 인체체감율을 높인다. 그리고 200~300Hz의 중간 세부주파수대역구간에서는 전후의 세부 주파수 대역구간보다는 증폭율을 상대적으로 낮게 한 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명의 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치(2)는 신호 접속부(70)를 통해서 노트북 컴퓨터와 같은 정보처리단말로부터 외부입력신호를 받아서 햅틱제어부(72) 하에 트랙패드(54)(56)에 내장된 햅틱 액츄에이터(66)가 햅틱출력을 생성하되, 외부입력신호[음향신호(S1), 기저장된 진동패턴(S2), 환경정보(S3)]에 따른 트랙패드(54)(56)에 접촉되는 사용자 피부의 촉감수용체에 5~500Hz의 주파수대역 범위내에서의 실감형 촉감 진동을 갖는 햅틱피드백이 이루어진다.

본 발명의 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치의 트랙패드(54)(56)로는 현재 메타버스의 한계를 극복할 수 있는 초실감 기술, 즉 촉각과 힘, 운동감 등을 실제처럼 느끼게 해줄 수 있어 게이머 등의 사용자에게 지속적인 몰입감을 부여하며, 현재 메타버스의 한계를 보완하는 데 도움을 줄 수 있다.

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

특히 사람이 디스플레이상 물체의 감각을 확인할 때에 촉각과 시각을 동시에 사용하는데, 화면으로 시청하는 영상과 함께 본 발명의 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치(2)가 구비된 트랙패드(54)(56)에 물건을 시각적으로 보면서 물건의 경도, 조직, 거칠기 등의 유사 질감을 사용자의 손끝으로 느낄 수 있다.

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

(2)-- 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치
(4)-- 탄성케이스
(5)-- 진동노출 전용개구 (6)-- 끼움홈선
(7)-- 진동작동공간부 (8)-- 탄성브라켓
(10)-- 압전진동체 (12)-- 전극판
(14)-- 압전소자판 (16)-- 전선
(18)-- 완충부재 (20)-- 진동전달 다리부
(20a)-- 연결목부 (20b)-- 확장접편
(24)-- 케이스 (24a)(24b)-- 상하케이스
(26)-- 접착제 (30)-- 사람촉감 발생제어부
(50)-- 노트북 컴퓨터 (52)-- 키패드
(54)(56)-- 트랙패드 (60)-- 외면층
(62)-- 터치입력면층 (64)-- 햅틱보드층
(66)-- 햅틱 액츄에이터 (68)-- 브라켓
(70)-- 신호 접속부 (72)-- 햅틱제어부
(74)-- 실시간 햅틱신호 처리부 (76)-- 햅틱구동부

Claims (15)

1. 정보처리단말에 관련된 부가 입력장치인 트랙패드를 통해 촉감을 제공하기 위한 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치에 있어서,
   트랙패드의 터치입력면층 하부에 사람촉감 제시 햅틱 액츄에이터를 다수개 장착된 햅틱보드층을 구성하되,
   사람촉감 제시 햅틱 액츄에이터는,
   트랙패드쪽으로의 진동노출이 전용 허락되는 진동노출 전용개구와 내부에 진동작동공간부를 제공하는 탄성케이스와,
   전극판의 양측면중 하나 이상에 압전소자판을 일체로 형성하고 전극판의 외곽부가 탄성케이스에 지지되며 탄성케이스 내부의 진동작동 공간부에 위치된 압전진동체와,
   압전진동체의 판 일측심부와 트랙패드의 터치입력면층 저면 간을 진동노출 전용개구를 통과해 탄성케이스 외부로 돌출된 연결목부를 매개로 접착 접속하는 진동전달 다리부와,
   외부입력신호에 따라 트랙패드에 접촉되는 사용자 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz의 주파수대역 범위내의 외부입력신호에 상응하는 촉감 진동이 상기 압전진동체에 의해서 발생되도록 제어하여서 트랙패드로 실감형 촉감진동을 제공하는 사람촉감 발생제어부로 구성함을 특징으로 하는 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치.
   
2. 정보처리단말에 관련된 부가 입력장치인 트랙패드를 통해 촉감을 제공하기 위한 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치에 있어서,
   트랙패드의 터치입력면층 하부에 사람촉감 제시 햅틱 액츄에이터가 다수개 장착된 햅틱보드층을 구성하되,
   사람촉감 제시 햅틱 액츄에이터는,
   트랙패드쪽으로의 진동노출이 전용 허락되는 진동노출 전용개구와 진동작동공간을 제공하는 탄성브라켓과,
   전극판의 양측면중 하나 이상에 압전소자판을 일체로 형성하고 전극판의 외곽부가 탄성브라켓에 지지되는 압전진동체와,
   탄성브라켓에 지지된 압전진동체를 내장하는 케이스와,
   압전진동체의 판 일측심부와 트랙패드의 터치입력면층 저면 간을 진동노출 전용개구를 통과해 케이스 외부로 돌출된 연결목부를 매개로 접착 접속하는 진동전달 다리부와,
   외부입력신호에 따라 트랙패드에 접촉되는 사용자 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz의 주파수대역 범위내의 외부입력신호에 상응하는 촉감 진동주파수를 상기 압전진동체가 발생하도록 제어하여서 트랙패드로 실감형 촉감진동을 제공하는 사람촉감 발생제어부로 구성함을 특징으로 하는 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 사람촉감 제시 햅틱 액츄에이터 상에 형성되며, 손가락터치의 압력정보나 시간정보를 센싱하는 손가락 피드백용 터치센서를 더 구비함을 특징으로 하는 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치.
   
4. 제3항에 있어서, 사람촉감 발생제어부는 손가락 피드백용 터치센서에서의 센싱된 압력정보나 시간정보에 근거하여 트랙패드에 접촉되는 사용자 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz의 주파수대역 범위내에서의 상기 센싱된 압력정보 및 시간정보에 상응하는 촉감 진동주파수로 실시간 변환하여 햅틱 액츄에이터의 압전진동체가 실시간으로 촉감진동을 발생하도록 제공함을 특징으로 하는 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치.
   
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 외부입력신호는 동영상에 관련된 음향신호나 정보처리단말에 기저장된 진동패턴, 정보처리단말로부터의 환경정보가 포함됨을 특징으로 하는 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치.
   
6. 제4항에 있어서, 외부입력신호는 손가락 피드백용 터치센서에서의 센싱된 압력정보 및 시간정보를 더 포함함을 특징으로 하는 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치.
   
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 압전진동체의 판 일측심부와 진동전달 다리부의 연결목부간, 진동전달 다리부의 연결목부와 터치입력면층 저면 간은 각기 접착제로 접착 고정되게 구성함을 특징으로 하는 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치.
   
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 압전진동체의 전극판에 면접촉되는 진동전달 다리부의 연결목부의 상단부에는 터치입력면층과의 접합 강화를 위해 확장접편을 구비함을 특징으로 하는 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치.
   
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 사람촉감 제시 햅틱 액츄에이터는 본체가 납작한 원통형태, 납작한 사각통형 형태, 납작한 밴더형태중의 하나로 구성함을 특징으로 하는 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치.
   
10. 정보처리단말에 관련된 부가 입력장치인 트랙패드를 통해 촉감을 제공하기 위한 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치에 있어서,
    트랙패드를 구성하며 손가락의 위치와 개수를 인식케 하는 터치입력면층과,
    트랙패드의 터치입력면층 하부에 사람촉감 제시 햅틱 액츄에이터를 다수개 장착된 햅틱보드층을 구성하되,
    사람촉감 제시 햅틱 액츄에이터는,
    트랙패드쪽으로의 진동노출이 전용 허락되는 진동노출 전용개구와 내부에 진동작동공간부를 제공하는 탄성케이스와,
    전극판의 양측면중 하나 이상에 압전소자판을 일체로 형성하고 전극판의 외곽부가 탄성케이스에 지지되며 탄성케이스 내부의 진동작동 공간부에 위치된 압전진동체와,
    압전진동체의 판 일측심부와 트랙패드의 터치입력면층 저면 간을 진동노출 전용개구를 통과해 탄성케이스 외부로 돌출된 연결목부를 매개로 접착 접속하는 진동전달 다리부와,
    정보처리단말로 출력되는 동영상에 관련된 음향신호나 정보처리단말에 기저장된 진동패턴, 정보처리단말로부터의 환경정보중의 하나 이상의 외부입력신호에 근거하여 트랙패드에 접촉되는 사용자 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz의 주파수대역 범위내의 외부입력신호에 상응하는 촉감 진동주파수로 실시간 변환하여 햅틱 액츄에이터의 압전진동체가 실시간으로 촉감진동을 발생하도록 제어하는 사람촉감 발생제어부로 구성함을 특징으로 하는 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치.
    
11. 정보처리단말에 관련된 부가 입력장치인 트랙패드를 통해 촉감을 제공하기 위한 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치에 있어서,
    트랙패드를 구성하며, 손가락의 위치와 개수를 인식케 하는 터치입력면층과,
    트랙패드의 터치입력면층 하부에 사람촉감 제시 햅틱 액츄에이터를 다수개 장착된 햅틱보드층을 구성하되,
    사람촉감 제시 햅틱 액츄에이터는,
    트랙패드쪽으로의 진동노출이 전용 허락되는 진동노출 전용개구와 내부에 진동작동공간부를 제공하는 탄성케이스와,
    전극판의 양측면중 하나 이상에 압전소자판을 일체로 형성하고 전극판의 외곽부가 탄성케이스에 지지되며 탄성케이스 내부의 진동작동 공간부에 위치된 압전진동체와,
    압전진동체의 판 일측심부와 트랙패드의 터치입력면층 저면 간을 진동노출 전용개구를 통과해 탄성케이스 외부로 돌출된 연결목부를 매개로 접착 접속하는 진동전달 다리부와,
    사람촉감 제시 햅틱 액츄에이터 상에 형성되며, 손가락터치의 압력정보나 시간정보를 센싱하는 손가락 피드백용 터치센서와,
    정보처리단말로 출력되는 동영상에 관련된 음향신호나 정보처리단말에 기저장된 진동패턴, 정보처리단말로부터의 환경정보, 손가락 피드백용 터치센서에서의 센싱된 압력정보나 시간정보 중의 하나 이상의 외부입력신호에 근거하여 트랙패드에 접촉되는 사용자 피부의 촉감 수용체가 느낄 수 있는 5~500Hz의 주파수대역 범위내의 외부입력신호에 상응하는 촉감 진동주파수로 실시간 변환하여 햅틱 액츄에이터의 압전진동체가 실시간으로 촉감진동을 발생하도록 제어하는 사람촉감 발생제어부로 구성함을 특징으로 하는 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치.
    
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 사람촉감 발생제어부는,
    외부입력신호의 음향신호중에서는 음향신호의 주파수성분 및 음량크기성분중에서 선택 이용하고 내부 메모리부의 실감형 감각변환 테이블에 근거해 변환하여 실감형 촉감진동이 발생되도록 제어함을 특징으로 하는 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치.
    
13. 제10항 또는 제11항에 있어서, 사람촉감 발생제어부는,
    외부입력신호의 환경정보중에서는 압력데이터 및 충격데이터, 포스데이터 중에서 선택 이용하고 내부 메모리부의 실감형 감각변환 테이블에 근거해 변환하여 실감형 촉감진동이 발생되도록 제어함을 특징으로 하는 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치.
    
14. 제11항에 있어서, 사람촉감 발생제어부는,
    손가락 피드백용 터치센서에서의 센싱된 압력정보나 시간정보중 하나 이상을 선택 이용하고 내부 메모리부의 진동강도 실감형 감각변환 테이블에 근거하여 실감 진동강도로 변환하고 터치 지속기간(duration)동안 실감 진동강도의 촉감진동이 발생되도록 제어함을 특징으로 하는 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치.
    
15. 제10항 또는 제11항에 있어서, 사람촉감 발생제어부는, 정보처리단말의 동영상 재생에 따라 외부입력신호로 입력되는 음향신호를 실시간 변환처리하여서 실감형 촉감진동이 발생되도록 제어함을 특징으로 하는 트랙패드용 초실감형 촉감자극 발생장치.

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