KR101282361B1 - 3차원 입력 인터페이스 제공 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화상 정보를 출력하는 표시부와, 상기 표시부의 테두리에 위치하여, 3차원 중첩 필드를 형성하도록 소정 각도로 광신호를 조사하는 복수의 발광부들과, 상기 발광부들 각각에 의해 조사된 광신호의 피사체에 의한 반사광들 각각의 광량 정보를 수집하는 수광부와, 상기 광량 정보들에 따라 상기 피사체가 위치하는 상기 3차원 중첩 필드 상에 형성된 좌표값을 추출하는 제어부를 포함함을 특징으로 한다.

Description

3차원 입력 인터페이스 제공 장치 및 방법{Apparatus and Method for Providing 3D Input Interface}
본 발명은 휴대용 기기의 키 입력 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광센서를 이용한 키 입력 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근에는 휴대용 기기에서 종래의 기계적인 키입력부 뿐만 아니라 입출력이 동시에 가능한 터치 스크린(touch sreen)이 많이 이용되는 추세이다. 터치 스크린은 키입력부를 대신할 수 있기 때문에 상대적으로 큰 화면을 제공함과 동시에 단순하면서 슬림한 디자인이 가능하여, 최근 휴대용 기기에 다양하게 적용되고 있다.
한편, 최근의 휴대용 기기에서 사용되는 그래픽 사용자 인터페이스(User Interface)는 기존의 틀을 벗어나 터치 스크린을 이용한 3차원 사용자 인터페이스로 진화하고 있다. 따라서, 향후 3차원 디스플레이가 보편화될 시점에는 3차원 입력 인터페이스 제공 장치의 필요성도 크게 대두될 것이며, 모바일 장치에서도 3차원 입체 영상의 구현과 컨트롤에 대한 기술적 발달이 요구될 것으로 보인다.
본 발명은 휴대용 기기에서 광센서를 이용한 3차원 입력 인터페이스 제공 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 화상 정보를 출력하는 표시부와, 상기 표시부의 테두리에 위치하여, 3차원 중첩 필드를 형성하도록 소정 각도로 광신호를 조사하는 복수의 발광부들과, 상기 발광부들 각각에 의해 조사된 광신호의 피사체에 의한 반사광들 각각의 광량 정보를 수집하는 수광부와, 상기 광량 정보들에 따라 상기 피사체가 위치하는 상기 3차원 중첩 필드 상에 형성된 좌표값을 추출하는 제어부를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명은 3차원 입력 인터페이스 제공 방법으로 3차원 중첩 필드가 형성하도록 서로 상이한 위치에서 소정 각도로 복수의 광신호들을 조사하는 단계와, 복수의 광신호들의 피사체에 의한 반사광들 각각의 광량 정보를 수집하는 단계와, 상기 광량 정보들에 따라 상기 피사체가 위치하는 상기 3차원 중첩 필드 상에 형성된 좌표값을 추출하는 단계를 포함한다.
본 발명은 휴대용 기기 등의 소형 기기상에서 3차원 입력을 가능하게 한다. 즉, 기존의 거추장스런 장비를 부가한 사용한 3차원 입력을 대신하여 기구적인 콤팩트함을 살리고, 간단한 구성으로 소형 모바일 기기에도 적용 가능한 3차원 입력 인터페이스를 제공한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 3차원 입력 인터페이스 제공 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 휴대용 기기에 배치된 광센서를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 3차원 입력 인식 영역 형성 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 형성된 3차원 입력 인식 영역의 예시도이다.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 3차원 입력 인식 영역 내에 피사체가 위치한 지점의 좌표값 획득을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 3차원 입력 인식 영역 내에서 피사체의 이동을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 3차원 입력 인터페이스 제공 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.
본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시 예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
또한, 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어들은 본 발명 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 사용자 또는 운용자의 의도, 관례 등에 따라 충분히 변형될 수 있는 사항이므로, 이 용어들의 정의는 본 발명의 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 입력 인터페이스 제공 장치의 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 입력 인터페이스 제공 장치는 표시부(110), 광센서(120), 메모리(130) 및 제어부(140)를 포함한다. 본 발명의 3차원 입력 인터페이스 제공 장치는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), PDA(Personal digital assistants), 네비게이션 단말 등의 이동 통신 단말뿐만 아니라, 데스크 탑 컴퓨터, 노트북 등과 같은 개인용 컴퓨터를 포함하여, 사용자 신호 입력을 위한 인터페이스가 필요한 모든 장치에 적용될 수 있다.
표시부(110)는 외부로부터 입력되는 영상을 출력하는 수단으로, LCD와 같이 영상 또는 텍스트를 디스플레이할 수 있는 패널일 수 있다. 표시부(110)는 장치에서 처리되는 정보를 표시 출력하는데, 제어 동작과 관련된 UI(User Interface) 또는 GUI(Graphic User Interface)를 표시한다. 또한, 터치 동작을 감지하는 센서(이하, '터치 센서'라 함)가 상호 레이어 구조를 이루는 경우에 표시부(110)는 조작부로도 사용될 수 있다.
광센서(120)는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 사용자 입력을 위한 3차원 인터페이스를 형성하기 위한 것으로, 발광부와 수광부로 이루어진다. 발광부는 적외선(IR)을 조사하는 IR LED일 수 있다.
발광부가 한 개일 경우에는 피사체가 존재하는지의 여부인 1차원 인식만 가능하다. 그런데, 발광부가 두 개로 구성되어, 발광부에서 조사된 빔들이 중첩되는 영역을 입력 인식 영역으로 설정하면, 2차원 또는 3차원의 입력 인식 영역이 형성될 수 있다. 이와 같이 발광부에서 조사된 빔들의 중첩 영역에서 2차원 이상의 입력 인식 영역 형성이 가능하나, 입력 인식 영역이 표시부(110)에서 멀어진다는 문제가 발생된다. 즉, 두 빔이 교차되는 부분의 각이 좁아 표시부(110)에서 많이 멀어진다. 따라서, 현실적으로 기울기가 20°수준의 두 개의 발광부로는 원활하게 사용자 입력을 인식하기가 어렵다.
본 발명은 이러한 입력 인식의 문제점을 극복하고자, 발광부의 설치 각도를 조절하여 입력 인식 영역을 표시부(110) 상부에 가깝게 위치시킬 수 있다. 또한, 적어도 세 개의 발광부를 사용하여 3차원 입력 인식을 가능하게 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 휴대용 기기에 배치된 광센서를 설명하기 위한 예시도이다.
도 2를 참조하면, 표시부(110)의 테두리의 모서리에 적어도 세 개 이상의 발광부들(211, 212, 213, 214)이 설치되며, 표시부(110)의 모서리에 수광부(220)가 설치된다. 본 발명의 부가적인 실시 예에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이 발광부(211, 212, 213, 214)가 네 개일 경우, 네 개의 발광부 중 하나는 보조 발광부로 사용될 수 있다. 한편 광센서(120)는 도 2에 도시한 발광부 및 수광부의 갯수 및 설치 위치에 한정되지 않으며 상황에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
발광부들(211, 212, 213, 214) 각각에서 조사되는 광신호의 빔은 전술한 바와 같이 3차원 입력 인식 영역을 형성하는데, 이에 대해 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 3차원 입력 인식 영역 형성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a를 참조하면, 하나의 발광부(211)가 빔 형태의 광신호를 일정 각도의 방향으로 조사하는데, 세 개의 발광부들(211, 212, 213) 각각이 이러한 빔 형태의 광 신호를 표시부(110)를 향해 기울어진 각도로 조사하는 것이 도 3b에 도시되어 있다.
도 3b를 참조하면, 각각의 발광부들(211, 212, 213)에서 조사된 빔들의 중첩되는 영역이 형성된다. 이와 같이 형성된 중첩 영역만을 표시하면 도 3c에 도시된 바와 같다. 그런데, IR LED와 같이 발광부의 조사각에 따라 입력 인식 영역이 확장될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 확장된 3차원 입력 인식 영역의 예시도이다.
도 4a를 참조하면, 발광부의 조사각이 90도이고, 기울기가 45도 조절된 경우의 입력 인식 영역이 도시되어 있는데, 그 범위가 발광부 사이의 거리만큼 확장됨을 알 수 있다. 이럴 경우, 도 4b에 도시된 바와 같이 3차원 입력 인식 영역이 표시부(110)의 상부 전체로 확대될 수 있다.
한편, 수광부(220)는 발광부들(211, 212, 213)에서 출력된 광신호가 피사체에 의해 반사된 광신호를 수신한다. 도 5a에는 수광부(220)가 발광부들(211, 212, 213)으로부터 광신호가 반사되어 수신되는 일 예를 도시하고 있다. 그런데, 각각의 발광부(211, 212, 213, 214)에서 조사되는 광신호는 각각 상이한 특성을 가지므로, 수광부(220)는 피사체에 의해 반사된 광신호가 발광부들(211, 212, 213, 214) 중 어디에서 조사된 것인지를 구분할 수 있다. 즉, 수광부(220)는 입력되는 광신호의 색상과 파장의 변화를 측정하여 어떤 발광부로부터 출사된 광신호인지를 구별할 수 있다.
그리고, 반사되는 광신호는 피사체의 위치에 따라 그 광량이 각각 상이할 수가 있다. 따라서, 도 5b에 도시된 바와 같이 3차원 입력 인식 영역을 (x, y, z)로 구성되는 좌표값을 형성하면, 각각의 좌표값에 해당하는 지점에 위치한 피사체에 의해 반사된 광신호의 광량이 좌표값별로 상이하다. 예컨대, 3차원 입력 인식 영역의 좌표값이 (0, 0, 1)인 지점에 피사체가 존재할 경우 수광부(220)에 의해 수집된 발광부들 각각에 대응되는 광신호의 광량은 (a, b, c)일 수 있다. 본 발명에서는 3차원 입력 인식 영역에서 정의될 수 있는 모든 좌표값 각각에 대한 광량 정보를 미리 획득하고, 역으로 광량 정보에 따라 3차원 입력 인식 영역에서의 피사체의 위치가 추출되도록 한다.
그리고, 하기의 <표 1>과 같이 (x, y, z)로 정의되는 좌표값 각각에 매핑되는 광량 정보는 메모리(130)에 미리 저장되어 있을 수 있다.
좌표값 발광부 1 발광부 2 발광부 3 보조 발광부
(0, 0, 1) A b c d
(0, 0, 2) a b C d
즉, 상기 <표 1>에 나타난 바와 같이 각각의 좌표값에 대응하는 (발광부 1, 발광부 2, 발광부 3, 보조 발광부)로 정의되는 광량 정보의 쌍이 미리 정해져 메모리(130)에 저장된다.
다시 도 2를 참조하면, 광센서(120)는 발광부 및 수광부의 광신호 송수신에 대한 정보를 제어부(140)로 전달한다. 그러면, 제어부(110)는 광센서(120)로부터 전달받은 각 수광부(220)들의 광신호의 수신 여부, 수신 광량 정보 또는 광량의 변화 정도에 대한 정보를 이용하여 사용자 입력을 검출할 수 있다. 즉, 제어부(140)는 수광부(220)로부터 획득된 발광부들 각각의 광량 정보가 (a, b, c)일 경우, 미리 저장된 정보에 따라 상기 광량 정보에 매핑되는 좌표값을 추출한다. 한편, 인식 영역의 x-y축 즉, 2차원 좌표 형성은 어느 점이나 인식에 문제가 없어 보이지만 z축으로는 불 균일하고 뾰족한 형태의 입력 인식 영역을 갖는다. 이 불균일한 인식 영역 때문에 사용자가 가상의 보이지 않는 입력 인식 영역을 혼돈할 수 있다.
이러한 사용자의 인식 영역 혼돈 방지를 위해 x<(표시부의 가로길이), y<(표시부의 세로길이), Z<(일정 높이의 z축)라는 경계 조건으로 3차원 입력 인식 영역의 제한을 둘 수 있다.
이러한 제한을 통해 최대한 육면체에 근접한 3차원 입력 인식 영역을 제한해서 사용한다면 z축으로 균일하게 육면체 형태의 3차원 입력 인식 영역이 형성되므로, 사용자는 어느 정도 가상의 z방향 위치에 대해 예상할 수가 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 3차원 입력 인터페이스를 통한 입력 발생을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 사용자는 표시부(110)에 터치하지 않고, 허공에서 손가락의 움직임만으로도 페이지를 넘기거나 목록을 이동하거나 하는 등의 동작을 요청할 수 있다. 또한, 이러한 3차원 입력 인터페이스를 통한 입력에 따라 커서가 이동되는 게임, 웹서핑 등의 다양한 어플리케이션을 이용할 수 있다. 또한, 사용자는 상하좌우, 움직임이나 z축의 단순 움직임도 입력 가능하다. 터치 윈도우 표면에 터치 하지 않고도 스크롤 바를 움직이거나 페이지를 넘기는 등의 행동이 가능하며, 게임 등에서 컨트롤 인터페이스로 사용하면 화면 위의 가상의 공간에서 좌우로 움직이거나 펀치(z축 입력)나 push, pull 등의 입력 방법이 가능하다.
한편, 손가락처럼 부피를 갖는 물체의 경우 하나의 좌표로 나타내기 어려울 수 있다. 즉, 연속된 무한대의 좌표값이 도출될 수 있다. 이럴 경우, 제어부(140)는 입력 인식 영역 내에 진입된 피사체가 형성되는 모든 좌표값을 기반으로 그 중심점의 좌표값을 추출한다.
한편, 제어부(140)는 인식 가능한 3차원 중첩 필드의 위치를 사용자가 인식할 수 있도록 하여 편의성을 향상시킬 수 있다. 인식 가능한 공간에 피사체가 진입 여부를 표현할 수 있는 다양한 실시 예가 가능하다.
일 실시 예로, 제어부(140)는 피사체 위치를 표시부(110)상에 문자, 색상 또는 밝기 중 적어도 하나 이상을 변화시켜 나타낼 수도 있다. 다른 실시 예로, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 3차원 입력 인터페이스 제공 장치는 가청음을 출력하는 음향 출력부를 더 포함하고, 제어부(140)는 피사체 진입 여부를 상기 음향 출력부를 통해 음향 변화로 나타낼 수 있다. 또 다른 실시 예로, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 3차원 입력 인터페이스 제공 장치는 진동을 발생시키는 진동 발생부를 더 포함하고, 제어부(140)는 상기 피사체 진입 여부를 상기 진동 발생부를 통해 출력되는 진동 세기 변화로 나타낼 수 있다. 또 다른 실시 예로, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 가시광 LED와 같은 별도의 가시광을 출력하는 발광부를 구비하고, 제어부(140)는 피사체의 진입 여부를 상기 별도의 발광부의 색상이 변화되도록할 수도 있다. 한편, 도 2에 도시된 바와 같이 입력 인식의 정확도를 위해서 4개 이상의 발광부를 사용할 수도 있다. 세 개 이상의 발광부를 사용함으로써 안정된 형태의 입력 인식 영역 구성이 가능하며, 인식률의 정확도를 높일 수 있다. 예컨대, 발광부 중 하나가 손에 가려지는 등 기타 외부 환경에 의해 제 기능을 하지 못할 경우가 있을 수 있다. 이러한 오류 상황을 대비하여 3개 발광부들 이외의 추가된 발광부는 보조 발광부로 사용될 수 있다. 따라서, 발광부의 수가 증가할수록, 좌표값의 구하는 오류는 감소되며, 오류에 대한 유사값 입력 등의 소프트웨어적인 알고리즘 개발을 대체할 수 있다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 3차원 입력 인터페이스 제공 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도면에는 도시되어 있지 않지만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 다른 3차원 입력 인터페이스 제공 방법은 3차원 중첩 필드가 형성하도록 서로 상이한 위치에서 소정 각도로 복수의 광신호들을 조사하는 단계와, 복수의 광신호들의 피사체에 의한 반사광들 각각의 광량 정보를 수집하는 단계와, 상기 광량 정보들에 따라 상기 피사체가 위치하는 상기 3차원 중첩 필드 상에 형성된 좌표값을 추출하는 단계를 포함한다.
도 7을 참조하면, 제어부(140)는 710 단계에서 세 개 이상의 광신호가 수신되는지를 판단한다.
상기 710 단계의 판단 결과, 세 개 이상의 광신호가 수신되는 경우, 제어부(140)는 720 단계에서 각 광신호의 광량 정보를 검출한다. 이때, 제어부(140)는 수신되는 각각 파장 또는 색상이 상이한 세 개의 이상의 광신호가 어떤 발광부로부터 출사된 광신호인지를 인식하고, 각각의 광량 정보를 검출하게 된다.
그리고, 제어부(140)는 730 단계에서 검출된 광량 정보에 상응하는 좌표값을 검출한다. 즉, 제어부(140)는 수광부(220)로부터 획득된 발광부들 각각의 광량 정보가 (a, b, c)일 경우, 미리 저장된 정보에 따라 상기 광량 정보에 매핑되는 좌표값을 추출한다. 이때, 추출되는 좌표값이 복수개일 경우, 좌표값들의 중심 좌표값을 추출한다.
그리고, 제어부(140)는 740 단계에서 좌표값에 따라 사용자 입력 신호가 무엇인지를 추정하여, 그에 상응하는 프로세싱을 수행한다.

Claims (15)

  1. 화상 정보를 출력하는 표시부와,
    공간 상에 중첩된 영역을 형성하도록 소정 각도로 광 신호를 조사하는 복수의 발광부들과,
    상기 각 광신호가 피사체에 의해 반사된 반사광 신호를 수신하는 수광부와,
    상기 각 반사광 신호의 광량 정보에 따라 상기 피사체의 좌표값을 산출하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 3차원 입력 인터페이스 제공 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 발광부 각각에서 조사된 광신호들 각각은 파장 또는 색상이 상이함을 특징으로 하는 3차원 입력 인터페이스 제공 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 좌표값에 각각에 매핑되는 상기 반사광들 각각의 광량 정보를 저장하는 메모리를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 메모리를 검색하여, 상기 광량 정보에 매핑된 좌표값을 추출함을 특징으로 하는 3차원 입력 인터페이스 제공 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는
    좌표값이 복수개 검출될 경우, 좌표값들의 중심 좌표값을 추출함을 특징으로 하는 3차원 입력 인터페이스 제공 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 발광부는
    세 개 이상임을 특징으로 하는 3차원 입력 인터페이스 제공 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 발광부가 보조 발광부를 더 포함하고,
    제어부는
    발광부 각각의 광량에 오류 여부를 판단하여 오류가 발생했을 경우, 보조 발광부로부터의 광량을 사용하여 피사체의 좌표를 인식함을 특징으로 하는 3차원 입력 인터페이스 제공 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 3차원 중첩 필드에 피사체가 진입 여부를 문자, 색상 또는 밝기 변화 중 적어도 하나 이상을 변화시켜 상기 표시부에 출력함을 특징으로 하는 3차원 입력 인터페이스 제공 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    가청음을 출력하는 음향 출력부를 더 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 3차원 중첩 필드에 피사체가 진입 여부를 상기 음향 출력부를 통해 출력되는 음향 변화로 나타냄을 특징으로 하는 3차원 입력 인터페이스 제공 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    진동을 발생시키는 진동 발생부를 더 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 3차원 중첩 필드에 피사체가 진입 여부를 상기 진동 발생부를 통해 출력되는 진동 세기 변화로 나타냄을 특징으로 하는 3차원 입력 인터페이스 제공 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    가시광을 출력하는 발광부를 더 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 3차원 중첩 필드에 피사체가 진입 여부를 상기 발광부의 색상을 변화시켜 나타냄을 특징으로 하는 3차원 입력 인터페이스 제공 장치.
  11. 공간 상에 중첩된 영역을 형성하도록 소정 각도로 복수의 광 신호를 조사하는 단계와,
    상기 각 광 신호가 피사체에 의해 반사된 반사광 신호를 수신하는 단계와,
    상기 각 반사광 신호의 광량 정보에 따라 상기 피사체의 좌표값을 산출하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 3차원 입력 인터페이스 제공 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 복수의 광신호들 각각은 파장 또는 색상이 상이함을 특징으로 하는 3차원 입력 인터페이스 제공 방법.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 추출하는 단계는
    미리 저장된 상기 좌표값에 각각에 매핑되는 상기 반사광들 각각의 광량 정보를 검색하는 단계와,
    상기 광량 정보에 매핑된 좌표값을 추출하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 3차원 입력 인터페이스 제공 방법.
  14. 제 11항에 있어서, 상기 추출하는 단계는
    좌표값이 복수개 검출될 경우, 좌표값들의 중심 좌표값을 추출함을 특징으로 하는 3차원 입력 인터페이스 제공 방법.
  15. 제 11항에 있어서, 상기 광신호들은
    세 개 이상임을 특징으로 하는 3차원 입력 인터페이스 제공 방법.
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