KR101469186B1 - 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소모전력이 낮고 동작인식을 위한 알고리즘이 빠르며, 제조비용이 낮으며, 동작인식 처리과정이 간단한 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스를 위하여, 광을 방출할 수 있는 발광부; 가로 및 세로로 어레이 배열된 복수개의 광센서들을 포함하며, 상기 발광부를 광원으로 하여 사용자 모션에 의해 반사되는 광을 수용하며, 상기 수용되는 광의 세기 및 각도에 대한 정보를 가지는 상기 사용자 모션에 대한 광학신호를 전기신호로 변환할 수 있는, 수광센서부; 상기 전기신호를 입력받아 상기 사용자 모션에 대한 공간좌표를 산출하고, 상기 공간좌표를 이용하여 상기 사용자 모션에 대한 제스쳐동작을 판별하고, 상기 제스쳐동작에 대응하는 기설정된 제어신호를 생성하는, 마이크로컨트롤유닛(MCU);을 구비하는 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스를 제공한다.

Description

비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스{Mouse having noncontact operating apparatus with recognition of gesture}

본 발명은 비접촉 제스쳐 조작장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 간단한 동작인식 처리과정을 통하여 사용자에게 새롭고 다양한 인터페이스를 제공할 수 있는 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스에 관한 것이다.

IT 기술의 급격한 변화에 따라 다양한 상황에서도 편리하게 사용할 수 있는 동작인식을 통한 제어방법이 많이 제시되고 있다. 동작인식은 이미지센서(카메라)를 이용하여 구현하고 있다. 이미지센서로 동작인식을 하기 위해서는 전원을 상시 연결해 놓아야 하기 때문에 많은 전력이 불필요하게 낭비되는 문제점이 있다. 또한, 이미지센서는 동작인식 과정 중에서 복수의 이미지를 추출하여 영상처리를 실시하기 위해 일련의 과정이 필요하기 때문에 프로세서의 부담이 크고 장치 구현 및 처리 알고리즘이 매우 복잡한 문제점이 있다. 따라서, 이미지센서로 동작인식을 구현하기 위해서는 제조비용이 상승하는 문제점도 수반된다.

특허공개번호 제10-2013-0025540호(2013.03.12)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 소모전력이 낮고 동작인식을 위한 알고리즘이 빠르며, 제조비용이 낮으며, 동작인식 처리과정이 간단한 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 관점에 의한 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스가 제공될 수 있다. 상기 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스는 광을 방출할 수 있는 발광부; 가로 및 세로로 어레이 배열된 복수개의 광센서들을 포함하며, 상기 발광부를 광원으로 하여 사용자 모션에 의해 반사되는 광을 수용하며, 상기 수용되는 광의 세기 및 각도에 대한 정보를 가지는 상기 사용자 모션에 대한 광학신호를 전기신호로 변환할 수 있는, 수광센서부; 상기 전기신호를 입력받아 상기 사용자 모션에 대한 공간좌표를 산출하고, 상기 공간좌표를 이용하여 상기 사용자 모션에 대한 제스쳐동작을 판별하고, 상기 제스쳐동작에 대응하는 기설정된 제어신호를 생성하는, 마이크로컨트롤유닛(MCU);을 구비한다.

상기 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스는 상기 제어신호를 전산장치에 송신하는 통신부;를 더 구비할 수 있다.

상기 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스에서, 상기 수광센서부는, 가로로 어레이 배열된 복수의 포토다이오드들로 구성된 제1수광센서부; 및 세로로 어레이 배열된 복수의 포토다이오드들로 구성된 제2수광센서부;를 포함하고, 상기 사용자 모션에 대한 광학신호는 상기 제1수광센서부에 의하여 검출된 사용자 모션의 가로성분에 대한 광학신호; 상기 제2수광센서부에 의하여 검출된 사용자 모션의 세로성분에 대한 광학신호; 및 상기 제1수광센서부 및 상기 제2수광센서부에 의하여 검출된 사용자 모션의 높이성분에 대한 광학신호;가 통합되어 구현될 수 있다.

상기 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스에서, 상기 전산장치는 컴퓨터, 노트북, 태블릿 피씨, 태블릿 이동통신기기, 스마트폰, 게임기기 및 가상체험장치 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스에서, 상기 제어신호는 상기 전산장치를 구성하는 하드웨어 또는 상기 전산장치에 설치된 소프트웨어를 제어할 수 있는 신호를 포함할 수 있다.

상기 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스에서, 상기 발광부는 적외선 발광 다이오드(IRED)를 포함하고, 상기 광센서는 포토다이오드를 포함할 수 있다.

상기 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스에서, 상기 발광부 및 상기 수광센서부는 모션센서모듈을 구성할 수 있다.

상기 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스에서, 상기 발광부 및 상기 수광센서부는 모듈화되지 않고 서로 이격되어 배치될 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 소모전력이 낮고 동작인식을 위한 알고리즘이 빠르며, 제조비용이 낮으며, 동작인식 처리과정이 간단한 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스를 제공할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스를 포함하는 구성을 도해하는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스를 도해하는 사시도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스에서 모션센서모듈을 도해하는 평면도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스에서 수광센서부가 사용자 모션의 가로성분에 대한 광학신호를 검출하는 개념을 도해하는 도면이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스에서 수광센서부가 사용자 모션의 세로성분에 대한 광학신호를 검출하는 개념을 도해하는 도면이다.
도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스에서 모션센서모듈이 사용자의 높이모션에 대한 광학신호를 검출하는 개념을 도해하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스에서 수광된 광학 신호를 나타내는 그래프이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스 상에 사용자 모션을 도해하는 도면들이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스를 포함하는 구성을 도해하는 구성도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 키보드를 포함하는 구성을 도해하는 구성도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 키보드를 도해하는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예의 변형례에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 키보드를 포함하는 구성을 도해하는 구성도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 모니터를 포함하는 구성을 도해하는 구성도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 모니터를 도해하는 사시도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예의 변형례에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 모니터를 포함하는 구성을 도해하는 구성도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의 및 명확성을 위하여, 도면에 도시된 구성 요소들은, 상호 간에 크기가 비례하지 않으면서, 적어도 일부가 과장 또는 축소될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)"라는 용어는 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스를 포함하는 구성을 도해하는 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스를 도해하는 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스에서 모션센서모듈을 도해하는 평면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스(1)는 발광부(10)와 수광센서부(20)를 포함하며, 사용자 모션에 대한 광학신호를 전기신호로 변환할 수 있는, 모션센서모듈(30)을 구비한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스(1)는 상기 전기신호를 입력받아 상기 사용자 모션에 대한 공간좌표를 산출하고, 상기 공간좌표를 이용하여 상기 사용자 모션에 대한 제스쳐동작을 판별하고, 상기 제스쳐동작에 대응하는 기설정된 제어신호를 생성하는, 마이크로컨트롤유닛(MCU, 40)을 구비한다.

여기에서, 사용자 모션이라 함은 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스(1)에서 소정거리 이내에 위치하는 사용자의 손가락동작, 손바닥동작, 손등동작, 손동작, 팔동작, 머리동작, 얼굴동작, 어깨동작, 몸통동작, 다리동작 및 발동작 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 나아가, 사용자 모션은 앞서 언급한 사용자 인체의 움직임뿐만 아니라 사용자에 의해 위치가 가변될 수 있는 도구, 기기, 기구 및/또는 장치의 움직임을 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광부(10)에서 제공되는 광이 반사될 수 있는 반지 또는 자체적으로 광을 방출할 수 있는 반지를 사용자가 손가락에 착용한 경우에, 상기 사용자 모션은 상기 반지의 움직임을 의미할 수 있다.

수광센서부(20)는 발광부(10)를 광원으로 하여 상기 사용자 모션에 따라 반사되는 광을 수용한다. 발광부(10)는 광을 조사할 수 있는 발광 다이오드(LED) 등의 발광 소자일 수 있고, 인체의 동작을 주로 감지하기 위해서 발광부(10)는 적외선 발광 다이오드(IRED)를 포함할 수 있다. 수광센서부(20)는 가로 및 세로로 어레이 배열된, 복수개의 광센서들을 포함할 수 있다. 상기 광센서는 광을 수용하여 광학신호 및 상기 광학신호에서 변환된 전기신호를 출력할 수 있는 수광 소자일 수 있으며, 예를 들어, 포토다이오드를 포함할 수 있다. 발광부(10)는 사용자의 선택에 따라 필요한 경우에만 광이 방출되도록 구성될 수도 있다. 이는 사용자가 사용하지 않는 휴지기간에도 계속 광이 방출됨으로써 전력이 불필요하게 소모되는 것을 방지하기 위함이다.

한편, 상기 광학신호란 넓은 의미에서 광과 관련된 모든 신호를 말하고, 좁은 의미에서 전압, 전류, 전력 등 계측이 가능한 각종 전기적인 신호로 변환될 수 있는 광학신호를 말한다. 나아가, 본 발명의 기술적 사상에 따르면, 상기 사용자 모션에 대한 광학신호는, 상기 사용자 모션에 대하여 복수의 이미지를 추출하고 영상처리를 수행함으로써 구현되는 신호가 아니라, 상기 사용자 모션에 의해 반사되어 수신되는 광의 세기 및/또는 광의 각도에 대한 정보를 가지는 신호를 의미할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스(1)는 마이크로컨트롤유닛(40)에서 생성된 상기 제어신호를 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스(1)와 별개인 전산장치(120)로 송신하는 통신부(56)를 구비한다. 나아가, 통신부(56)는 전산장치(120)와 정보데이타를 송수신할 수도 있다. 전산장치(120)는, 예를 들어, 개인용 컴퓨터, 서버용 컴퓨터, 슈퍼 컴퓨터, 노트북, 태블릿피씨, 태블릿 이동통신기기, 스마트폰, 핸드폰, 게임기기 및 가상체험장치 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 통신부(56)에 의해 전산장치(120)로 송신되는 상기 제어신호는, 예를 들어, 전산장치(120)를 구성하는 적어도 하나 이상의 하드웨어 또는 전산장치(120)에 설치된 소프트웨어를 제어할 수 있는 신호를 포함할 수 있다. 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스(1)는 바이어스 전압 및 과전류를 방지하기 위한 회로소자를 더 구비할 수 있다.

통신부(56)는, 예를 들어, 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스(1)와 전산장치(120)를 연결하는 유선케이블(112)을 지원하도록 구성될 수 있다. 유선케이블(112)은 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스(1)의 통신부(56)와 전산장치(120)를 연결할 수 있다. 유선케이블(112)은, 예를 들어, USB 케이블이나 연장케이블 등을 포함할 수 있다. USB 케이블은 단자의 사이즈에 따라 표준 USB 케이블, 미니 USB 케이블, 마이크로 USB 케이블 등을 포함할 수 있다.

한편, 통신부(56)는 무선통신부(미도시)를 포함할 수도 있다. 무선통신부는, 예를 들어, 블루투스(Bluetooth) 통신 또는 지그비(Zigbee) 통신을 이용할 수 있다. 한편, 무선통신부에 적용되는 통신방식은 블루투스 방식 또는 지그비 방식에 한정되지는 않으며, 예를 들어, RFID(Radio Frequency Identification), NFC(Near Field Communication), 공진유도, 자기유도 등의 다양한 통신방식도 적용될 수 있다.

블루투스는 정보를 교환하는 근거리 무선기술 표준 중의 하나로서, 예를 들어, 10미터 안팎의 초단거리에서 저전력 무선 연결이 필요할 때 사용된다. 블루투스의 무선 시스템은 산업, 과학, 의료용으로 할당된 ISM(Industrial Scientific and Medical) 주파수 대역인 2400~2483.5MHz를 사용한다. 전파 사용에 대해 허가를 받을 필요가 없어 저전력의 전파를 발산하는 개인 무선기기에 많이 사용된다. 지그비는 근거리 통신을 지원하는 IEEE 802.15.4 표준 중 하나를 의미한다. 가정이나 사무실 등의 무선 네트워킹 분야에서 10미터 내지 20미터 내외의 근거리 통신과 유비쿼터스 컴퓨팅을 위한 기술로서, 전력소모를 최소화할 수 있는 것이 특징이다.

블루투스 통신 또는 지그비 통신을 위해서는 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스(1) 및 전산장치(120) 상호간에 설정이 필요하다. 따라서, 전산장치(120)는 블루투스 통신 또는 지그비 통신을 지원하는 모듈을 포함할 수 있다. 만약, 전산장치(120)가 이러한 모듈을 가지지 않는 경우에는 별도의 중계기인 동글(dongle )이 전산장치(120)에 추가적으로 제공될 수 있다. 동글은, 예를 들어, 전산장치(120)의 USB 포트에 연결될 수 있는 USB 동글을 포함할 수 있으나, 전산장치(120)에 연결되는 형태에 한정되지는 않는다.

한편, 도면에 도시된 마우스 구성장치(82)는 마우스를 구성하는 일반적이고 통상적인 구성장치를 포함한다. 예를 들어, 마우스 구성장치(82)는 광센서, 압력센서, 컨트롤러, 내장배터리, 또는 기타 회로를 구성하는 보드부 등을 포함할 수 있다.

이하에서는, 발광부(10) 및 수광센서부(20)가 사용자의 모션에 대응하여 광학신호를 검출하는 개념을 설명한다. 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스에서 수광센서부가 사용자 모션의 가로성분 및 세로성분에 대한 광학신호를 검출하는 개념을 각각 도해하는 도면이고, 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스에서 모션센서모듈이 사용자의 높이모션에 대한 광학신호를 검출하는 개념을 도해하는 도면이다. 나아가, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스에서 수광된 광학 신호를 나타내는 그래프이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 수광센서부(20)는 발광부(10)를 광원으로 하여 사용자 모션에 따라 반사되는 광을 수용하며, 가로 및 세로로 어레이 배열된, 복수개의 광센서(25)들을 포함한다. 수광센서부(20)는, 예를 들어, 포토다이오드(25)가 가로축(x축)으로 어레이 배열된 제1수광센서부(20a)와 포토다이오드(25)가 세로축(y축)으로 어레이 배열된 제2수광센서부(20b)로 구성될 수 있다.

도 4a를 참조하면, 제1수광센서부(20a)에서는 가로축으로 어레이 배열된 복수의 포토다이오드(25)들에 의하여 사용자(S)의 가로모션(±x축 방향으로의 모션), 즉, 사용자(S) 모션의 가로성분(±x축 방향으로의 성분)에 대한 광학신호를 검출한다. 제1수광센서부(20a) 내의 임의로 특정된 하나의 포토다이오드(25)를 기준으로 할 때, 발광부(10)에서 제공된 광이 사용자(S)의 가로모션에 의하여 반사되어 상기 특정된 하나의 포토다이오드(25)에 수용되는 광학신호의 세기는 도 5와 같이 시간에 따라 변화한다. 따라서, 어레이 배열된 복수의 포토다이오드(25)의 각각에서 검출되는 광학신호의 세기와 각도를 모두 취합하면 사용자(S)의 가로모션에 대한 이동거리, 속도, 가속도, 움직임의 시점과 종점 등의 시간정보와 벡터정보를 파악할 수 있다.

도 4b를 참조하면, 제2수광센서부(20b)에서는 세로축으로 어레이 배열된 복수의 포토다이오드(25)들에 의하여 사용자(S)의 세로모션(±y축 방향으로의 모션), 즉, 사용자(S) 모션의 세로성분(±y축 방향으로의 성분)에 대한 광학신호를 검출한다. 제2수광센서부(20b) 내의 임의로 특정된 하나의 포토다이오드(25)를 기준으로 할 때, 발광부(10)에서 제공된 광이 사용자(S)의 세로방향 모션에 의하여 반사되어 상기 특정된 하나의 포토다이오드(25)에 수용되는 광학신호의 세기는 도 5와 같이 시간에 따라 변화한다. 따라서, 어레이 배열된 복수의 포토다이오드(25)의 각각에서 검출되는 광학신호의 세기와 각도를 모두 취합하면 사용자(S)의 세로모션에 대한 이동거리, 속도, 가속도, 움직임의 시점과 종점 등의 시간정보와 벡터정보를 파악할 수 있다.

도 4c를 참조하면, 제1수광센서부(20a) 및 제2수광센서부(20b)를 포함하는 수광센서부(20)에서는 가로축 및/또는 세로축으로 어레이 배열된 복수의 포토다이오드(25)들에 의하여 사용자(S)의 높이모션(±z축 방향으로의 모션), 즉, 사용자(S) 모션의 높이성분(±z축 방향으로의 성분)에 대한 광학신호를 검출한다. 수광센서부(20) 내의 임의로 특정된 하나의 포토다이오드(25)를 기준으로 할 때, 발광부(10)에서 제공된 광이 사용자(S)의 높이방향 모션에 의하여 반사되어 상기 특정된 하나의 포토다이오드(25)에 수용되는 광학신호의 세기는 도 5와 같이 시간에 따라 변화한다. 따라서, 어레이 배열된 복수의 포토다이오드(25)의 각각에서 검출되는 광학신호의 세기와 각도를 모두 취합하면 사용자(S)의 높이모션에 대한 이동거리, 속도, 가속도, 움직임의 시점과 종점 등의 시간정보와 벡터정보를 파악할 수 있다.

공간상에서 사용자(S)의 임의방향으로의 모션에 대한 광학신호(또는 광학신호에서 변환된 전기신호)는 도 4a 내지 도 4c에서 각각 도출된 광학신호(또는 광학신호에서 변환된 전기신호)를 통합하여 구현할 수 있다. 이러한 통합된 광학신호(또는 광학신호에서 변환된 전기신호)는 사용자(S)의 임의방향으로의 모션에 대한 이동거리, 속도, 가속도, 움직임의 시점과 종점 등의 시간정보와 벡터정보를 반영할 수 있다. 따라서, 발광부(10)와 수광센서부(20)를 포함하는 모션센서모듈(30)은, 이미지센서(카메라)를 이용하지 않고서도, 물체에 의해 반사되어 수신되는 광의 각도, 광의 세기를 이용하여 공간상에서 사용자(S) 모션의 정확한 궤적 움직임을 검출할 수 있다.

한편, 도 3과 도 4a 내지 도 4b에서는 사용자(S)의 가로모션 및 세로성분에 대한 광학신호 및 상기 광학신호를 변환한 전기신호를 검출하기 위하여, 복수의 포토다이오드(25)들이 가로축으로 어레이 배열된 제1수광센서부(20a)와 세로축으로 어레이 배열된 제2수광센서부(20b)를 구분한 수광센서부(20)를 설명하였다. 그러나, 본 발명의 변형된 실시예에서는 제1수광센서부(20a) 및 제2수광센서부(20b)가 서로 구분되고 이격되어 개별적으로 배치되는 것이 아니라, 서로 인접하여 배치될 수 있으며, 나아가, 서로 혼재되어 배치될 수도 있다.

마이크로컨트롤유닛(40)은 모션센서모듈(30)에서 검출된 사용자 모션의 정보 데이타를 입력받아 해당위치의 공간 위치좌표를 구현하는 알고리즘을 탑재하여 정확한 좌표 데이타를 출력할 수 있다. 나아가, 모션센서모듈(30)에서 검출된, 광학신호가 변환된, 전기신호를 마이크로컨트롤유닛(40)이 입력받아 사용자 모션에 대한 공간좌표를 산출하고, 상기 공간좌표를 이용하여 사용자 모션에 대한 제스쳐동작을 판별하고, 상기 제스쳐동작에 대응하는 기설정된 제어신호를 생성한다.

마이크로컨트롤유닛(40)은 사용자 모션에 대하여 산출된 공간좌표를 이용하여 사용자 모션에 대한 제스쳐동작을 판별하고, 상기 제스쳐동작에 대응하는 기설정된 제어신호를 생성하기 위하여, 제스쳐동작과 이에 대응하는 제어신호를 각각 저장한 데이타베이스부를 포함할 수 있다. 또한, 마이크로컨트롤유닛(40)은 사용자 모션의 공간좌표를 이용하여 사용자 모션에 대한 제스쳐동작을 판별하기 위하여 비교판단부를 포함할 수 있다.

예를 들어, 마이크로컨트롤유닛(40)은, 제스쳐동작이 시계방향의 원(circle)을 형성할 경우 이에 대응하는 제어신호가 전산장치(120)를 구성하는 적어도 하나의 하드웨어 또는 전산장치(120)에 설치된 소프트웨어의 사운드 볼륨(sound volume)을 크게 하는 제어신호로 설정되어 있는, 데이타베이스부를 포함할 수 있다. 이러한 데이타베이스부는 사용자가 임의로 설정할 수 있도록 구성될 수 있다. 또한, 마이크로컨트롤유닛(40)은 사용자의 실제 모션이 공간상에서 형성하는 형상이 시점과 종점이 정확하게 일치하지 않더라도 사용자 실제 모션의 가로성분, 세로성분 및 높이성분에 대한 이동거리, 속도, 가속도, 곡률, 움직임의 시점과 종점 등의 시간정보와 벡터정보를 고려할 때 상기 사용자의 모션은 시계방향의 원을 형성하는 제스쳐동작으로 판별할 수 있는 비교판단부를 포함할 수 있다. 비교판단부는 상기 사용자 모션과 상기 제스쳐동작 간의 오차를 산출하고, 소정의 오차범위 이내에서 상기 사용자 모션을 상기 데이타베이스부에 저장된 제스쳐동작으로 분류하고 판별할 수 있는 알고리즘을 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스(1)는 판별된 제스쳐동작을 사용자가 쉽게 알 수 있도록 LED 표시부(70)를 더 구비할 수 있다. 예를 들어, 판별된 제스쳐동작이 왼쪽에서 오른쪽으로 곧바로 수평하게 나아가는 동작인 경우, 오른쪽 화살표의 도형이 LED 표시부(70)에 표시될 수 있다.

도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스 상에 사용자 모션을 도해하는 도면들이다.

예를 들어, 도 6a를 참조하면, 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스(1) 상에서 사용자의 손(300)을 마우스와 접촉하지 않고 이격하여 좌측에서 우측으로 나아가는 경우, 비접촉 제스쳐 조작장치의 마이크로컨트롤유닛(40)에서 판별한 제스쳐동작은 우측으로 향하는 직선운동으로 구분될 수 있으며, 이에 따라 전산장치(120)에 송신하는 제어신호는 키보드의 우측 방향키에 대응하는 신호일 수 있다.

또한, 예를 들어, 도 6b를 참조하면, 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스(1) 상에서 사용자의 손(300)을 마우스와 접촉하지 않고 이격하여 하측에서 상측으로 나아가는 경우, 비접촉 제스쳐 조작장치의 마이크로컨트롤유닛(40)에서 판별한 제스쳐동작은 상측으로 향하는 직선운동으로 구분될 수 있으며, 이에 따라 전산장치(120)에 송신하는 제어신호는 키보드의 상측 방향키에 대응하는 신호일 수 있다.

또한, 예를 들어, 도 6c를 참조하면, 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스(1) 상에서 사용자의 손(300)을 마우스와 접촉하지 않고 이격하여 높은 지점에서 낮은 지점으로 나아가는 경우, 비접촉 제스쳐 조작장치의 마이크로컨트롤유닛(40)에서 판별한 제스쳐동작은 중력 방향으로 향하는 직선운동으로 구분될 수 있으며, 이에 따라 전산장치(120)에 송신하는 제어신호는 키보드의 엔터키나 마우스 버튼의 클릭에 대응하는 신호일 수 있다.

또한, 예를 들어, 도 6d를 참조하면, 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스(1) 상에서 사용자의 손(300)을 마우스와 접촉하지 않고 이격하여 책상면과 기울이도록 움직이는 경우, 전산장치(120)에 송신하는 제어신호는 조이스틱에서 사용자측으로 당기는 방향에 대응하는 신호일 수 있다.

물론, 앞에서 상술한 제스쳐동작과 이에 대응하는 제어신호 간의 관계는 마우스의 출고 시점에서 임의로 설정할 수 있으며, 나아가, 사용자가 임의로 변경하여 설정하는 것이 가능하다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스를 포함하는 구성을 도해하는 구성도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스(1)에서는, 도 1과 달리, 발광부(10)와 수광센서부(20)가 모션센서모듈(30)과 같은 모듈을 구성하지 않고 서로 이격되어 배치될 수 있다. 발광부(10)와 수광센서부(20)가 모듈을 구성하지 않으므로 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스(1) 내에서 발광부(10)와 수광센서부(20)는 독립적으로 자유롭게 배치될 수 있어, 배치 자유도가 높아지는 유리한 효과를 기대할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 마우스 겸용 비접촉 제스쳐 조작장치를 도해하는 도 2에서는 발광부(10)와 수광센서부(20)가 모듈로 구성된 모션센서모듈(30)이 마우스(1)의 상부면의 한 지점에만 배치되지만, 도 7에 도시된 구성을 적용할 경우, 마우스(1)의 상부면의 테두리에 복수의 발광부(10)들이 배치되고 마우스(1)의 상부면의 중앙부에 수광센서부(20)가 배치될 수 있다. 그 외의 나머지 구성에 대한 설명은, 도 1을 참조하여 이미 설명하였으므로, 여기에서는 생략한다.

본 발명의 실시예들에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스는 발광부와 수광센서부를 이용한 비접촉 제스쳐 조작장치를 기존의 마우스에 이식하여 전통적인 마우스의 기능에 제스쳐인식 기능을 이용한 것으로서, 손가락 등의 신체를 이용한 접촉 및 터치를 하지 않고 사용자의 동작을 감지하여 손쉽게 제어를 할 수 있기 때문에 다양한 분야에 적용할 수 있다. 예를 들어, 기존 게임에서 사용되는 조이스틱 기능을 본 발명의 실시예들에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스로 대체할 수 있는데, 기존 조이스틱과 대비하여 동급 또는 그 이상의 기능을 제공할 수 있는 반면에, 크기 및 인터페이스가 획기적으로 간소화될 수 있는 유리한 효과를 가진다. 기존의 마우스는 장치를 이용한 포인터 좌표의 획득과 획득된 좌표에서의 단순한 버튼 클릭에 대한 이벤트 처리를 통해서 사용자의 입력에 대한 처리를 수행한다. 기존의 마우스 인터페이스로는 키보드 상의 방향키(화살표) 기능이나 조이스틱과 같은 장치에서 사용되는 360도의 전방위에 대한 방향 표현이 불가능하다. 본 발명의 실시예들에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스는 기존 마우스 제품에 낮은 비용으로 모션-조이스틱 기능이 융합된 새로운 사용자 인터페이스 장치를 구현할 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예들에 따르면, 기존의 마우스와 융합된 모션-조이스틱 기능을 통해서 전통적인 마우스 기능으로 표현할 수 없었던 사용자 인터페이스 기능이 가능하다. 예를 들어, 게임, 프리젠테이션, 무비 플레이어(movie player) 등에서 사용자의 직관적인 인터페이싱이 가능해진다.

또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 기존의 마우스의 물리적 인터페이스를 그대로 이용하면서 모션센서모듈을 별도의 과도한 추가적인 비용 없이 탑재하여 조이스틱 기능을 제공할 수 있으며, 나아가, 기존의 조이스틱 이상의 사용자 인터페이스 기능을 제공할 수 있다.

이를 구현하기 위하여, 예를 들어, 적외선 발광 다이오드와 포토다이오드를 이용한 모션센서모듈; 동작인식을 검출하여 측정된 데이타를 분석하고 정확한 동작정보를 처리하는 마이크로컨트롤유닛; PC와 같은 전산장치와의 연결을 위한 통신부를 포함한다. 이에 따라, 본 발명의 실시예들에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스는 동작인식을 통하여 PC와 같은 전산장치 및 관련 소프트웨어를 제어할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예들에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스는 기존에 사용되는 이미지센서(카메라) 방식의 문제점을 개선하여, 저전력, 저비용이 가능한 동작 인식알고리즘을 통하여 사용자에게 새롭고 다양한 인터페이스를 제공할 수 있다. 기존에 사용되는 비접촉 제스쳐 동작인식 방식은 카메라 모듈방식으로 구현되었다. 카메라 모듈방식이란 CMOS 카메라로 사용자의 움직임을 촬영하고 센서IC가 촬영한 영상을 인식하는 방식이다. CMOS 카메라로 촬영한 영상을 센서IC로 전송하고 동작을 인식, 검출하는 시간은 상대적으로 많이 소요되고 인식감도는 많이 떨어지는 단점이 있다. 또한, 인식감도가 많이 떨어지기 때문에 다양한 동작을 동시에 처리하기기 매우 어려운 단점도 있다. 나아가, 동작을 인식하기 위해 카메라 모듈을 동작시켜야 하기 때문에 전력소모량이 많은 단점도 있다. 한편, 카메라 모듈을 사용하기 때문에 제조단가도 매우 높은 단점이 있다. 이에 반하여, 본 발명의 실시예들에서는 적외선 발광 다이오드(IRED), 포토다이오드 및 마이크로컨트롤유닛을 이용하여 동작인식을 하므로, 저전력, 빠른 동작인식 알고리즘, 낮은 단가, 간단한 동작인식 처리과정을 통하여 이러한 문제점들을 해결할 수 있다.

한편, 지금까지 상술한 본 발명의 기술적 사상은 이미지센서(카메라) 방식의 문제점을 개선하여, 저전력, 저비용이 가능한 동작 인식알고리즘을 통하여 사용자에게 새롭고 다양한 인터페이스를 제공한다는 점에서 마우스에만 국한되어 적용되지 않는다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 키보드를 포함하는 구성을 도해하는 구성도이고, 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 키보드를 도해하는 사시도이다.

도 8 및 도 9에 도시된 비접촉 제스쳐 조작장치는, 도 1 및 도 2에 도시된 비접촉 제스쳐 조작장치가 마우스에 적용된 것과는 달리, 키보드(2)에 적용되는 점에서 상이하다. 예를 들어, 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 키보드(2)에서 모션센서모듈(30)은 키보드의 자판(2a)을 둘러싸는 프레임(2b)에 배치되어 구성될 수 있다. 그 외의 다른 구성요소에 대한 설명은, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 부분과 동일하므로, 여기에서는 생략한다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예의 변형례에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 키보드를 포함하는 구성을 도해하는 구성도이다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 키보드(2)에서는, 도 8과 달리, 발광부(10)와 수광센서부(20)가 모션센서모듈(30)과 같은 모듈을 구성하지 않고 서로 이격되어 배치될 수 있다. 발광부(10)와 수광센서부(20)가 모듈을 구성하지 않으므로 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 키보드(2) 내에서 발광부(10)와 수광센서부(20)는 독립적으로 자유롭게 배치될 수 있어, 배치 자유도가 높아지는 유리한 효과를 기대할 수 있다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 모니터를 포함하는 구성을 도해하는 구성도이고, 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 모니터를 도해하는 사시도이다.

도 11 및 도 12에 도시된 비접촉 제스쳐 조작장치는, 도 1 및 도 2에 도시된 비접촉 제스쳐 조작장치가 마우스에 적용된 것과는 달리, 모티터(3)에 적용되는 점에서 상이하다. 예를 들어, 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 모티터(3)에서 모션센서모듈(30)은 모니터 받침대(3a), 모니터 기둥(3b), 모니터 프레임(3c) 및 모니터 화면(3d) 중에서 선택된 적어도 어느 하나에 배치되어 구성될 수 있다. 그 외의 다른 구성요소에 대한 설명은, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 부분과 동일하므로, 여기에서는 생략한다.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예의 변형례에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 모니터를 포함하는 구성을 도해하는 구성도이다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 모니터(3)에서는, 도 11과 달리, 발광부(10)와 수광센서부(20)가 모션센서모듈(30)과 같은 모듈을 구성하지 않고 서로 이격되어 배치될 수 있다. 발광부(10)와 수광센서부(20)가 모듈을 구성하지 않으므로 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 모니터(3) 내에서 발광부(10)와 수광센서부(20)는 독립적으로 자유롭게 배치될 수 있어, 배치 자유도가 높아지는 유리한 효과를 기대할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

1 : 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스
10 : 발광부
20 : 수광센서부
30 : 모션센서모듈
40 : 마이크로컨트롤유닛
56 : 통신부
120 : 전산장치

Claims (8)

1. 광을 방출할 수 있는 발광부;
   가로 및 세로로 어레이 배열된 복수개의 광센서들을 포함하며, 상기 발광부를 광원으로 하여 사용자 모션에 의해 반사되는 광을 수용하며, 상기 수용되는 광의 세기 및 각도에 대한 정보를 가지는 상기 사용자 모션에 대한 광학신호를 전기신호로 변환할 수 있는, 수광센서부; 및
   상기 전기신호를 입력받아 상기 사용자 모션에 대한 공간좌표를 산출하고, 상기 공간좌표를 이용하여 상기 사용자 모션에 대한 제스쳐동작을 판별하고, 상기 제스쳐동작에 대응하는 기설정된 제어신호를 생성하는, 마이크로컨트롤유닛(MCU);을 포함하고,
   상기 수광센서부는, 가로로 어레이 배열된 복수의 포토다이오드들로 구성된 제1수광센서부; 및 세로로 어레이 배열된 복수의 포토다이오드들로 구성된 제2수광센서부;를 포함하고,
   상기 제1수광센서부와 상기 제2수광센서부는 혼재되어 배치되지 않고 서로 구분되어 이격되면서 개별적으로 배치되고,
   상기 사용자 모션에 대한 광학신호는 상기 제1수광센서부에 의하여 검출된 사용자 모션의 가로성분에 대한 광학신호; 상기 제2수광센서부에 의하여 검출된 사용자 모션의 세로성분에 대한 광학신호; 및 상기 제1수광센서부 및 상기 제2수광센서부에 의하여 검출된 사용자 모션의 높이성분에 대한 광학신호;가 통합되어 구현되고,
   상기 높이성분에 대한 광학신호는, 상기 제1수광센서부에 포함된 상기 복수의 포토다이오드들 및 상기 제2수광센서부에 포함된 상기 복수의 포토다이오드들의 각각에서 검출되는 광학신호의 세기와 각도를 취합하여 취득하는, 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어신호를 전산장치에 송신하는 통신부;를 더 포함하는, 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스.
4. 제3항에 있어서,
   상기 전산장치는 컴퓨터, 노트북, 태블릿 피씨, 태블릿 이동통신기기, 스마트폰, 게임기기 및 가상체험장치 중 어느 하나를 포함하는, 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스.
5. 제3항에 있어서,
   상기 제어신호는 상기 전산장치를 구성하는 하드웨어 또는 상기 전산장치에 설치된 소프트웨어를 제어할 수 있는 신호를 포함하는, 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스.
6. 제1항에 있어서,
   상기 발광부는 적외선 발광 다이오드(IRED)를 포함하는, 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스.
7. 제1항에 있어서,
   상기 발광부 및 상기 수광센서부는 모션센서모듈을 구성하는, 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스.
8. 제1항에 있어서,
   상기 발광부 및 상기 수광센서부는 모듈화되지 않고 서로 이격되어 배치되는, 비접촉 제스쳐 조작장치를 가지는 마우스.
   

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