KR20160101598A - 수지타법입력장치 - Google Patents

Abstract

수지타법입력장치는 알에프아이시(RF IC)와, 엠씨유(MCU)와, 입력부와, 통신부와, 멤스(MEMS)를 포함한다. 입력동작이 용이하고 입력정확도가 향상된다.

Description

수지타법입력장치 {Fingers tapping interface}

본 발명은 수지타법입력장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사용이 편리하고 입력정확도가 향상된 수지타법입력장치에 관한 것이다.

반도체 기술의 발달로 인하여 Processor는 점점 작고 빨라지고 네트웍 기술이 발달하여 PC시대를 거쳐 모바일 시대로, 다시 모바일 기술이 확장되어 향후 웨어러블 컴퓨터 시대로 진입하고 있다. 모바일이나 웨어러블 기기는 용이한 휴대성을 위하여 점점 소형화 또는 경량화 되고 있다. 점차 작아지는 Form Factor로 인하여 다양한 입출력 장치 개발이 시도되어 사람과 기기간 편리한 인터페이스를 위하여 많은 연구와 발전이 진행되고 있다. 현재 대부분의 모바일 기기가 채택하는 인터페이스는 자판을 화면에 보여주고 화면을 손가락으로 직접 터치하는 방식이다. 터치 방식은 PC 자판를 사용하는 경우와 달리 입력 속도가 느리고 입력 영역이 좁아 입력오류가 쉽게 발생한다. 또한 자판입력을 위해서는 반드시 기기를 붙잡거나 지지대에 고정해야 한다. 그러나 모바일 기기의 휴대성을 향상시켜 편리하게 사용하기 위해서는 기기를 붙잡지 않고 정확하고 빠르게 입력하기 위한 방법이 필요하며, 사람의 자연스러운 동작으로 입력장치를 대체하는 기술개발이 필요하다. 현재까지 개발되거나 시도되고 있는 동작인식 입력장치는 대부분 사용자의 동작을 사용자 외부 기기 또는 모바일기기에서 인식하여 모바일, 웨어러블 또는 기존의 컴퓨팅 기기의 AP, 또는 MCU, 또는 CPU 로 전달하는 방식을 사용하고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 사용이 편리하고 입력정확도가 향상된 수지타법입력장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 손가락의 자연스러운 동작, 즉 손가락으로 바닥/벽/신체일부/기타 물체등의 표면을 두드리는 방식으로 모바일과 웨어러블 기기 또는 기존의 컴퓨팅 기기(이하 기기)에 사용자의 의도를 전달하는 방법이다. 즉 외부에서 손가락의 위치를 인식하는 방법이 아닌 손가락에 위치한 입력장치가 스스로의 위치를 인식하여 그 위치 정보를 기기에 전달하는 방식이다. 따라서 공간과 시간의 제약을 거의 받지 않고 간편하게 기기를 구동할 수 있다. 본 발명의 구성은 손가락이 물체의 표면을 두드릴 때, 그 충격을 신호로 전환하는 센서들과 손가락의 위치이동을 감지하는 센서들, 위치 신호를 처리하며 위치이동을 계산하고 내부 회로를 통제하는 반도체 회로칩, 처리된 정보를 무선으로 내보내는 무선통신칩, 전력을 내부로 공급하고 외부로부터 전력을 공급받는 전력모듈, 그리고 모바일이나 웨어러블 기기와 신호를 주고 받으며 일정한 서비스 수행을 가능하게 하는 앱 또는 기존의 컴퓨팅 기기에 사용되는 컴퓨터 프로그램으로 구성되는 입력장치이다. 위치 정보 처리는 입력장치에 내장된 반도체 회로칩외에도 기기 내부의 AP(Application Processor), MCU 또는 CPU를 이용할 수도 있다. 이러한 입력장치는 소형경량화하여 손톱위나 손가락 아랫면에 장착하거나, 반지 또는 골무 또는 장갑과 같은 형태로 가능하다. 입력장치는 손가락에 장착시 1개 또는 복수개로 장착할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 사용이 편리하고 입력정확도가 향상된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수지타법 입력장치를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 수지타법입력장치의 입력신호를 나타내는 그래프이다.
도 3은 도 2에 도시된 그래프에 대응되는 수지타법입력장치의 동작을 나타내는 개념도다.
도 4는 도 1에 도시된 수지타법입력장치에 있어서 센서의 위치 인식 방법을 나타내는 개념도이다.
도 5는 도 4에 도시된 센서간 위치 인식 방법을 나타내는 그래프이다.

사람이 컴퓨터를 이용할 때 입력 수단은 키보드, 마우스 등의 장치를 주로 사용한다. 편리한 입력을 위하여 음성입력 장치가 개발되는 등 다양한 방법이 개발되었다. 현재 모바일 기기에서 가장 보편적인 입력 장치는 터치 스크린이다. 모니터에 나타난 자판을 손가락으로 터치하여 정전기나 압력을 인식하여 입력하는 방식이다. 하지만 최근에는 손과 손가락을 영상기기로 3차원 영상인식하여 이들의 위치와 그 의도를 연결하는 방식이 개발되었거나 개발되고 있으며. 손가락이나 손 또는 팔 근육의 움직임을 감지하여 기기에 명령하거나 입력하는 방식이다. 영상인식방식은 손의 자연스러운 움직임을 인식하여 입력한다는 장점이 있으나 모바일 기기 외에 다른 카메라 장치가 부수적으로 필요하다. 이는 책상과 같이 어떤 고정된 위치에서는 가능하지만 움직이는 자동차나 도보이동 중에는 사용이 어렵다. 근육 감지 방식은 사용자가 익숙하게 처리하는데 시간이 필요하고 이러한 기기를 개발하는데 있어서도 많은 연구가 필요하여 개발기간이 길어진다는 단점이 있다. 두 방식은 모두 여전히 정확도 향상이라는 과제를 안고 있는 실정이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수지타법 입력장치를 나타내는 개념도이다.

도 1을 참조하면, 간략한 작동원리는 다음과 같다. (이하 내용은 청구항으로 간주 가능)

입력장치가 장착된 손가락을 물체나 신체일부에 두드리면 입력장치에 내장된 센서가 그 충격을 감지하며 신호처리부에서 의미있는 충격신호인지 여부를 결정하여 입력 신호로 변환한다..

손가락의 위치와 이동을 감지하는 방법은 두 가지가 가능하다. 그 중 한 방법은 멤스 가속도센서 또는 자이로 센서의 신호를 받아 신호처리 칩에서 손가락의 3차원 속도 성분을 계산하고(가속도를 이동시간으로 적분) 다시 속도 성분을 이동시간으로 적분하여 위치정보를 추출할 수 있다. 이 때 자이로 센서는 각속도 정보를 제공하여 위치 및 이동량 계산을 용이하게 한다.

또다른 방법은 멤스 가속도 센서와 자이로 센서로 손가락의 이동 방향을 감지하고, RF 리시버가 기준점에서 보내주는 RF 신호의 세기를 읽어 손가락과 기준점 간의 거리를 계산하여 손가락 위치 정보를 추출.

신호처리부에서 계산한 입력 정보와 위치 정보를 무선통신칩으로 모바일기기 또는 웨어러블 기기로 송신한다.

각 기기는 그 신호를 받아 기기내 특정 작업(예, 메시지 입력, 아이콘 클릭, 화면 전환 등)을 진행한다.

입력장치를 복수로 사용하는 경우 한 입력장치는 마스터 나머지 입력장치는 슬레이브가 되어 슬레이브에서 나오는 신호들 모두 마스터가 받아 모바일 기기나 웨어러블 기기와 통신할 수 있다. 각 입력장치는 자신만의 고유한 ID를 가진다. 이 방식을 사용하는 경우 마스터와 슬레이브 간의 상대적 위치 차이를 파악하여 각 손가락의 위치를 규정할 수 있다.

입력장치를 복수로 사용하는 또 다른 경우는 기기가 입력장치들과 개별적으로 통신하게 할 수 있다. 이때 각 입력장치들의 절대적 위치를 파악한다.

도 2는 도 1에 도시된 수지타법입력장치의 입력신호를 나타내는 그래프이고도 3은 도 2에 도시된 그래프에 대응되는 수지타법입력장치의 동작을 나타내는 개념도다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 입력 신호의 오류를 감지하기 위해 sensor의 입력 신호를 누적으로 분석하여 입력 강도나 시간등이 정규 분포를 벗어날 경우 'error'로 처리한다. 사용자마다 손가락으로 바닥을 touch 하는 습관적인 강도의 차이가 날수 있으나 반복적인 입력 신호를 분석하여 user의 습관을 고려한 S/N 구분하는 Logic을 형성시킬 수 있다.

입력장치와 기기간 통신이 시작되면 모니터에는 자판위에 손가락 형상이 디스플레이되고 그중 터치동작이 인식되는 입력장치의 센서는 붉은색으로 표시된다.

통신장애나 기타 문제로 인해 위치 인식이 불가하거나 잘못 인식되는 경우에는 사용자가 일정한 패턴이나 동작을 약속하여 기준점 센서의 위치를 초기화 시킨다.

도 4는 도 1에 도시된 수지타법입력장치에 있어서 센서의 위치 인식 방법을 나타내는 개념도이다.

도 4를 참조하면, 각 입력장치 센서의 초기 인식 상태로부터 입력장치 센서간 상대적인 위치 인식을 통해 실시간 위치를 인식하도록 한다. 센서의 위치 정보는 가상 자판의 좌측 하단을 좌표값(0,0)으로 인식하고 상대적인 좌표값을 지속적으로 센서가 기기에 데이터를 전달한다. 각 센서의 초기 위치를 그림과 같이 설정하고나서 센서간 상대위치를 지속적으로 추적하여 각 센서의 실시간 위치정보를 기기에 전달한다.

도 5는 도 4에 도시된 센서간 위치 인식 방법을 나타내는 그래프이다.

도 5를 참조하면, RFIC 센서를 통하여 다른 센서와의 거리를 인식하고 가속도 센서 또는 자이로 센서의 방향 데이터를 통하여 각 점의 이동방향을 파악한다. 초기 좌표(x2,y2)를 인지한 상태에서 d1,d2의 거리와 이동 방향을 파악하면 (x2',y2')의 좌표를 알 수 있다.

수지타법 입력 장치는 손가락이 아니라도 어떤 장치에 위치한 센서의 위치와 동작을 스스로 인식하여 기기에 전달하는 입력장치로 활용 될 수 있으며 상기 동작원리를 기본으로 여러 종류의 입력신호를 기기에 전달할 수 있다.

입력 장치는 PC 자판 , 모바일 기기의 숫자 패드 , 피아노 건반 , 전자 드럼 등 화면으로 구현이 가능한 모든 터치 입력 장치이다.

개개인의 손의 크기나 동작범위, 행동 패턴을 고려하여 가상 입력 장치의 크기를 설정한다. 실제 입력 장치의 크기에서부터 더 크게 화면을 임의로 설정할 수 있다.

적정한 손의 크기를 설정하여 실제 동작이 원활하게 인식되도록 크기를 선택한다.

모바일 기기의 앱 또는 기존 컴퓨팅 기기의 소프트웨어에서 기본으로 설정된 손의 초기 위치를 화면상의 입력 장치에 위치시키기 위해 약속된 행위(ex : 최소 2개 이상의 센서를 동시에 2초 미만의 간격으로 터치하면 그 위치에서 가상 화면상에 손모양이 초기 위치로 이동)를 설정할 수 있다.

본 발명은 스마트폰, 스마트와치 등의 휴대용 스마트기기, 노트북, 퍼스널컴퓨터, 무인탐사기, 의료용 원격 가상수술장비, 화재나 방사능오염 등의 재난시 사용되는 구조용장비, 심해나 우주의 원격탐사장비, 악기연주 등의 입력장치로 사용될 수 있는 산업상 이용가능성을 갖는다.

센서
RF IC
MCU
입력
통신
MEMS

Claims (1)

1. 알에프아이시(RF IC)와, 엠씨유(MCU)와, 입력부와, 통신부와, 멤스(MEMS)를 포함하는 수지타법입력장치.

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