KR101699331B1 - Motion recognition system using flexible micromachined ultrasonic transducer array - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유연성을 구비한 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용하여 사용자의 동작을 인식하는 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일면에 따른 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용한 동작 인식 장치는 플렉서블 기판 상에 배치되어 초음파 신호를 송신하고, 사물에 반사되어 돌아오는 에코 초음파 신호를 수신하는 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이 및 에코 초음파 신호에 따라 사용자의 동작 상태를 감지하고, 이에 따른 기설정된 명령 신호를 송신하는 실행부를 포함한다. The present invention relates to a system for recognizing a user's operation using an ultrasonic transducer array having flexibility.
A motion recognition device using a flexible MEMS ultrasonic transducer array according to an aspect of the present invention includes a flexible MEMS ultrasonic transducer array arranged on a flexible substrate for transmitting an ultrasonic signal and receiving an echo ultrasonic signal reflected on an object, And an execution unit for detecting an operation state of the user according to the ultrasonic signal and transmitting a predetermined command signal accordingly.
Description
본 발명은 유연성을 구비한 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용하여 사용자의 동작을 인식하는 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
초음파 센서(ultrasonic sensor)는 사람의 귀에 들리지 않을 정도로 높은 주파수(약 20KHz 이상)의 소리인 초음파를 이용한 센서이다. An ultrasonic sensor is an ultrasonic sensor which is a sound of a high frequency (about 20 KHz or more) that can not be heard by the human ear.
초음파 센서는 주파수가 높고 파장이 짧은 초음파의 특징을 이용하여 속도 측정, 거리 측정, 농도 측정 등에 사용된다. Ultrasonic sensors are used for speed measurement, distance measurement and concentration measurement by using characteristics of high frequency and short wavelength ultrasonic waves.
초음파 거리 센서의 제작에 있어서는 일반적으로 초음파 송신부 및 수신부가 필요하며, 초음파 송신 및 수신이 모두 가능한 소자를 초음파 트랜스듀서(ultrasonic transducer)라고 한다. Ultrasonic distance sensors generally require an ultrasonic transmitter and a receiver. Ultrasonic transducers are called ultrasonic transducers.
초음파 거리 센서는 발생시킨 초음파가 대상 물체에 반사되어 돌아오는 데 소요되는 시간을 측정하고 이에 음파의 속도를 곱하여 거리를 계산하여, 이격된 두 지점 간의 거리를 측정하며, 이러한 감지 거리는 일반적으로 수 센티미터 내지 수 미터 정도이다. The ultrasonic distance sensor measures the time required for the generated ultrasonic waves to reflect back to the object and then calculates the distance by multiplying the speed of the ultrasonic wave by the speed of the sound wave to measure the distance between the two separated points. To several meters.
통상적으로 거리를 측정하는 센서는 이격된 두 지점 중 한 지점에만 장착하는 방식 및 두 지점 모두 장착하는 방식이 있는데, 초음파 거리 센서는 두 가지 방식 모두에 적용이 가능하다. Typically, the distance measuring sensor is mounted on only one of the two spaced points, or both points are mounted. The ultrasonic distance sensor can be applied to both methods.
종래의 사용자 동작 인식 시스템은 주로 카메라, 레이저 또는 적외선(IR, Infrared Ray) 센서를 이용하는데, 이러한 사용자 동작 인식 시스템은 초음파 센서를 이용하는 경우에 비하여 동작 인식성이 정밀하지 못한 문제점과 에너지 소모량이 많으며, 동작인식을 위한 알고리즘이 복잡한 단점이 있다.Conventionally, a user's motion recognition system uses a camera, a laser, or an infrared (IR) sensor. Such a user's motion recognition system has a problem of insufficient motion recognizability and energy consumption in comparison with the case of using an ultrasonic sensor , And an algorithm for motion recognition is complicated.
전력의 소모를 적게 하면서도 사물의 거리 및 방향을 감지하기 위하여는 초음파 센서를 이용하는 것이 유리하다. It is advantageous to use an ultrasonic sensor to sense the distance and direction of objects while consuming less power.
그런데, 종래 기술에 따른 초음파 트랜스듀서의 경우, 벌크 세라믹을 가공하여 제작되며, 이러한 경우에는 신호 처리 회로 및 초음파 트랜스듀서 어레이를 포함하는 단일칩(SOC, System On a Chip)의 구현이 용이하지 않으므로, 소형의 동작 인식 시스템을 구현하기는 어려운 문제점이 있다. However, in the case of the ultrasonic transducer according to the related art, it is manufactured by machining bulk ceramics. In this case, it is not easy to implement a single chip (SOC) including a signal processing circuit and an ultrasonic transducer array , It is difficult to implement a small-sized motion recognition system.
종래 기술에 따른 초음파를 이용한 저전력 3D 동작 인식 칩은 벌크 세라믹 가공에 의한 문제점을 해결하고자 미세가공 기법(MEMS, Micro Electro Mechanical Systems)으로 제작되나, 초음파 트랜스듀서의 개수가 제한적이므로 사용자의 미세한 움직임을 인식하기는 어려운 문제점이 있다. The low-power 3D motion recognition chip using ultrasonic waves according to the related art is manufactured by MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) in order to solve problems caused by bulk ceramic processing. However, since the number of ultrasonic transducers is limited, There is a difficult problem to recognize.
또한, 종래의 MEMS 기술을 이용하여 제작한 초음파 트랜스듀서는 유연성(flexibility)을 확보하지 못하여 곡면을 가진 표면에 부착하기는 어려우므로, 최근 급격하게 수요가 증가하고 있는 웨어러블 디바이스(wearable device)에는 적용할 수 없는 문제점이 있다.
In addition, since the ultrasonic transducer manufactured using the conventional MEMS technology can not secure the flexibility and is difficult to adhere to the curved surface, it is applied to a wearable device, which is rapidly increasing in demand in recent years. There is a problem that can not be done.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 유연성을 구비한 멤스(MEMS) 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용하여 사용자의 동작을 실시간으로 인식함으로써, 저전력으로 높은 동작 인식 해상도로 사용자의 동작을 인식하여 이에 따른 명령 신호를 송신하는 것이 가능한 초소형 유연 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용한 사용자 동작 인식 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and an object of the present invention is to provide a MEMS ultrasonic transducer array capable of realizing a user's operation in real time, And an ultrasonic transducer array for recognizing the ultrasonic transducer in the ultrasonic transducer array.
본 발명의 일면에 따른 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용한 동작 인식 장치는 플렉서블 기판 상에 배치되어 초음파 신호를 송신하고, 사물에 반사되어 돌아오는 에코 초음파 신호를 수신하는 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이 및 에코 초음파 신호에 따라 사용자의 동작 상태를 감지하고, 이에 따른 기설정된 명령 신호를 송신하는 실행부를 포함하는 것을 특징으로 한다. A motion recognition device using a flexible MEMS ultrasonic transducer array according to an aspect of the present invention includes a flexible MEMS ultrasonic transducer array arranged on a flexible substrate for transmitting an ultrasonic signal and receiving an echo ultrasonic signal reflected on an object, And an execution unit for detecting an operation state of the user according to the ultrasonic signal and transmitting a predetermined command signal according to the operation state.
본 발명의 다른 면에 따른 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용한 동작 인식 시스템은 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이가 수신한 에코 초음파 신호에 따라 기설정된 명령 신호를 송신하는 제1 디바이스 및 명령 신호를 수신하고, 이에 대응하여 기설정된 동작을 실행하는 제2 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a motion recognition system using a flexible MEMS transducer array, comprising: a first device for transmitting a predetermined command signal according to an echo ultrasonic signal received by a flexible MEMS ultrasonic transducer array; And a second device that executes a predetermined operation corresponding to the second device.
본 발명에 따르면 미세가공 기술로 집속한 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용하여, 높은 동작 인식 해상도로 사용자의 미세한 동작을 인식하는 것이 가능한 효과가 있다. According to the present invention, it is possible to recognize a fine operation of a user at a high motion recognition resolution by using a flexible MEMS ultrasonic transducer array focused by a micromachining technique.
또한, 본 발명에 따른 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이는 플렉서블 기판 상에 배치할 수 있어, 스마트 워치와 같은 웨어러블 디바이스에 적용되어 사용자의 동작을 인식하는 것이 가능하다.Further, the flexible MEMS ultrasonic transducer array according to the present invention can be disposed on a flexible substrate, and can be applied to a wearable device such as a smart watch to recognize the operation of the user.
본 발명에 따르면 초음파 신호를 송수신하여 사용자 동작을 인식함으로써, 소모되는 전력이 적고, 외부의 노이즈로부터 강건한 동작 인식이 가능하며, 사용자는 물리적 접촉(터치) 없이 기설정된 동작을 통하여 명령 신호를 전달하는 것이 가능한 효과가 있다. According to the present invention, by transmitting / receiving an ultrasonic signal and recognizing a user's operation, power consumed is small, robust motion recognition from external noise is possible, and a user transmits a command signal through a predetermined operation without touching There is a possible effect.
또한, 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이의 송신 및 수신 신호를 분리하고, 크로스 커플링 노이즈(cross coupling noise)를 제거하는 것이 가능한 효과가 있다. In addition, there is an effect that the transmission and reception signals of the flexible MEMS ultrasonic transducer array can be separated and cross coupling noise can be eliminated.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이를 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이의 각 셀마다 선이 연결되어 있는(fully-wired) 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 로우 컬럼 어드레스(row-column addressing) 방식에서 발생되는 크로스 커플링 노이즈(cross coupling noise)를 나타내는 예시도이다.
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용한 동작 인식 장치를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전송 신호 및 수신 신호를 분리하기 위하여 적용되는 타이밍 다이어그램을 나타내는 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용한 동작 인식 장치의 동작 인식 과정을 나타내는 예시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용한 동작 인식 시스템을 나타내는 예시도이다. 1A and 1B are perspective views showing a flexible MEMS ultrasonic transducer array according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a fully-wired structure for each cell of the flexible MEMS ultrasonic transducer array according to the embodiment of the present invention.
3 is an exemplary diagram illustrating cross coupling noise generated in a row-column addressing scheme.
4 is a view showing an operation recognition apparatus using a flexible MEMS ultrasonic transducer array according to an embodiment of the present invention.
5 is an exemplary diagram illustrating a timing diagram applied to separate a transmission signal and a reception signal according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating an operation recognition process of the motion recognition apparatus using the flexible MEMS ultrasonic transducer array according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an exemplary view illustrating an operation recognition system using a flexible MEMS ultrasonic transducer array according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. And the present invention is defined by the description of the claims. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that " comprises, " or "comprising," as used herein, means the presence or absence of one or more other components, steps, operations, and / Do not exclude the addition.
이하에서는 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 발명의 실시예에 따른 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용한 동작 인식 장치는 초음파 신호를 송신하고, 사물에 반사되어 돌아오는 에코 초음파 신호를 수신하는 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이 및 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이가 수신한 에코 초음파 신호에 따라 사용자의 동작 상태를 감지하고, 이에 따른 기설정된 명령 신호를 송신하는 실행부를 포함한다. The motion recognition apparatus using the flexible MEMS ultrasonic transducer array according to the embodiment of the present invention includes a flexible MEMS ultrasonic transducer array and a flexible MEMS ultrasonic transducer array that receive ultrasonic signals and receive echo ultrasonic signals reflected on objects, And an execution unit for detecting the operation state of the user according to the echo ultrasound signal received by the user and transmitting a predetermined command signal accordingly.
도 1a및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이를 도시하는 사시도이다. 1A and 1B are perspective views showing a flexible MEMS ultrasonic transducer array according to an embodiment of the present invention.
도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이(100)는 2-D 어레이로써, 플렉서블 기판(110) 상에 배치되어 초음파 신호를 송신하고, 주변 사물에 반사되어 돌아오는 에코 초음파 신호를 수신한다.1A and 1B, a flexible MEMS
본 발명의 실시예에 따른 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이(100)는 미세가공 기법(MEMS)를 사용하여 제작되며, 이를 구성하는 초음파 트랜스듀서 셀(120)은 복수의 압전 물질 사이에 배치되는 유연 물질을 포함하여 구성된다. 이 때, 유연 물질은 폴리다이메틸실록세인(Polydimethylsiloxane)인 것이 바람직하다. The flexible
본 발명의 실시예에 따른 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이(100)는 종래의 벌크 세라믹 가공법으로 제작된 경우와 비교하여 볼 때, 작은 면적에 보다 많은 트랜스듀서 셀이 집속되므로, 사용자 동작 인식 해상도가 높아지는 효과가 있다. The flexible MEMS
또한, 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이(100)는 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이 플렉서블 기판(110) 상에 배치되고, 횡방향 및 종방향 모두 휘어지는 것이 가능한 형태이다. Further, the flexible MEMS
즉, 도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이(100)가 횡방향 및 종방향으로 휘어진 상태를 각각 나타내는 사시도이나, 본 발명의 실시예에 따른 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이(100)는 양방향(횡방향 및 종방향)으로 동시에 모두 휘어지는 것이 가능하므로, 본 발명의 실시예에 따른 동작 인식 장치는 스마트 워치 등 웨어러블 디바이스에 적용되어, 사용자의 동작을 인식하는 것이 가능하다. That is, Figs. 1A and 1B are perspective views respectively showing a state in which the flexible MEMS
유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이(100)는 초음파를 발생시켜 송신하며, 주변 사물에 반사되어 오는 에코 초음파를 순차적으로 수신하므로, 본 발명의 실시예에 따른 동작 인식 장치는 미세가공 기법으로 제작된 유연 2D 초음파 트랜스듀서 어레이(100)를 이용하여 실시간으로 사용자의 3D 동작을 인식하는 것이 가능하다.
Since the flexible MEMS
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이의 각 셀마다 선이 연결되어 있는(fully-wired) 구조를 도시한 도면이고, 도 3은 로우- 컬럼 어드레싱(row-column addressing) 방식에 따른 구조의 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이를 도시한 도면이다. FIG. 2 is a diagram illustrating a fully-wired structure for each cell of a flexible MEMS transducer array according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 illustrates a structure of a row- Fig. 3 is a view showing a flexible MEMS ultrasonic transducer array having a structure according to a method.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 2-D 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이는 도 2에 도시한 바와 같이 각 셀마다 선이 연결되어 있는 구조이거나, 도 3에 도시한 바와 같이 로우-컬럼 어드레싱 방식에 따른 구조인 것이 모두 가능하며, 본 발명의 실시예에 따른 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용한 동작 인식 장치 및 시스템은 크로스 커플링 노이즈(cross coupling noise)를 제거하는 구성을 포함한다. That is, the 2-D flexible MEMS ultrasonic transducer array according to the embodiment of the present invention may have a structure in which lines are connected to each cell as shown in FIG. 2, or a structure in which a row- And the motion recognition apparatus and system using the flexible MEMS ultrasonic transducer array according to the embodiment of the present invention include a configuration for eliminating cross coupling noise.
도 3에 도시된 바와 같이, 로우-컬럼 어드레싱 방식에 따른 2D 초음파 트랜스듀서에서는, 임의의 n번째 상부 전극(top electrode)에 인가되는 펄스 신호와, 임의의 n번째 하부전극(bottom electrode)에 인가되는 접지(그라운드, ground) 신호에 의하여, 크로스 커플링 노이즈가 발생하게 된다. As shown in FIG. 3, in the 2D ultrasonic transducer according to the row-column addressing scheme, a pulse signal applied to an arbitrary n-th top electrode and a pulse signal applied to an n-th bottom electrode A cross coupling noise is generated by a ground (ground) signal.
본 발명의 실시예에 따른 유연 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용한 동작 인식 장치는 송신 및 수신 신호를 분리하고, 크로스 커플링 노이즈를 제거하는 구성을 포함하며, 이에 대하여는 아래 도 4 및 도 5에 대한 설명에서 상세히 서술한다.
The motion recognition apparatus using the flexible ultrasonic transducer array according to the embodiment of the present invention includes a configuration for separating transmission and reception signals and eliminating cross coupling noise, Will be described in detail.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유연 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용한 동작 인식 장치를 나타내는 도면이다. 4 is a view illustrating an operation recognition apparatus using a flexible ultrasonic transducer array according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 유연 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용한 동작 인식 장치는 플렉서블 기판 상에 배치되어 초음파 신호를 송신하고, 에코 초음파 신호를 수신하는 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이(100)와, 에코 초음파 신호에 따라 사용자의 동작 상태를 감지하고, 이에 따른 기설정된 명령 신호를 송신하는 실행부(500) 및 플렉서블 기판 상에 배치되고, 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이(100)의 송신 신호 및 수신 신호를 분리하는 신호 분리부(200)를 포함한다. The motion recognition device using the flexible ultrasonic transducer array according to the embodiment of the present invention includes a flexible MEMS
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 신호 분리부(200)는 N형 금속 산화막 전계효과 트랜지스터 소스 팔로어(source follower) 및 P형 금속 산화막 전계효과 트랜지스터 소스 팔로어 회로를 포함하여 구성되어, 송신 신호 및 수신 신호를 분리한다. 4, the
본 발명의 실시예에 따른 신호 분리부(200)의 N 형 및 P 형 금속 산화막 전계효과 트랜지스터는 도 5에 도시된 바와 같이, 송신(Transmission) 구간 및 수신(Reception) 구간을 분리하는 기설정된 타이밍 다이어그램에 따라 동작 되어, 송신 신호 및 수신 신호를 분리한다. 이 때, 송신 및 수신 구간에 대한 정보를 포함하는 타이밍 다이어그램은 별도의 제어 회로에 의하여 설정된다. As shown in FIG. 5, the N-type and P-type metal oxide field effect transistors of the
본 발명의 실시예에 따른 신호 분리부(200)는 도 5에 도시된 바와 같이, 타이밍 다이어그램에 따라 분리된 송신 구간 및 수신 구간 별로 기설정된 전압을 P형 및 N형 금속 산화막 전계효과 트랜지스터에 인가하여, 송신 신호 및 수신 신호를 분리한다. As shown in FIG. 5, the
본 발명의 실시예에 따른 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용한 동작 인식 장치는 신호분리부(200)가 포함하는 차동 증폭부(210, Differential amplifier)와 연결되는 상관 이중 샘플링부(300)를 포함하고, 상관 이중 샘플링부(300)는 신호 분리부(200)를 거쳐 분리된 수신 신호를 상관 이중 샘플링하여 크로스 커플링 노이즈를 제거한다. The motion recognition apparatus using the flexible MEMS ultrasonic transducer array according to the embodiment of the present invention includes a correlated
본 발명의 실시예에 따른 상관 이중 샘플링부(300)는 CDS(correlated double sampling) 회로로 구성되어, 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이(100)의 가로축(x축)으로 입력되는 No signal및 세로축(y축)으로 입력되는 접지 신호에 의하여 크로스 커플링된 신호(CC 매트릭스)인 레퍼런스 신호와, 신호 분리부(200)의 출력단으로부터 실제 획득한 신호를 이중 샘플링하여, 크로스 커플링 노이즈를 제거한다. The correlated
즉, 본 발명의 실시예에 따른 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용한 동작 인식 장치는 신호 분리부(200) 및 상관 이중 샘플링부(300)를 포함하므로, 로우-컬럼 어드레싱 방식을 이용할 시 발생되는 크로스 커플링 노이즈를 제거하는 효과가 있다. That is, since the motion recognition apparatus using the flexible MEMS ultrasonic transducer array according to the embodiment of the present invention includes the
본 발명의 실시예에 따른 실행부(500)는 크로스 커플링 노이즈가 제거된 수신 신호에 따라 사용자의 동작 상태를 감지하고, 이에 대응하여 기설정된 명령 신호를 송신한다. The
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용한 동작 인식 장치는 사용자의 움직임에 따라 수신되는 에코 초음파 신호를 이용하여 사용자의 동작 상태를 감지하고, 이에 대응하여 기설정된 명령 신호를 송신함으로써, 초음파가 발생되는 경우 사용자가 특정 움직임을 취하면, 물리적 접촉 없이 기설정된 명령 신호를 송신하여, 사용자가 원하는 특정 기능을 수행할 수 있다.
Therefore, the motion recognition apparatus using the flexible MEMS transducer array according to the embodiment of the present invention detects the operation state of the user by using the echo ultrasonic signal received according to the movement of the user, By transmitting the ultrasonic wave, when a user takes a specific movement when ultrasonic waves are generated, a predetermined command signal can be transmitted without physical contact to perform a specific function desired by the user.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용한 동작 인식 장치의 동작 인식 과정을 나타내는 예시도로써, 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용한 동작 인식 장치를 디바이스(10, 스마트 워치를 예로 들어 도시함)에 적용하면, 사용자는 특정 움직임(예: 스마트 워치를 착용한 팔을 기설정 범위 이상으로 들어올리는 움직임)을 통하여, 스마트 워치로 걸려오는 전화를 수신하는 기능을 수행할 수 있다. FIG. 6 is a view illustrating an operation recognition process of the motion recognition device using the flexible MEMS ultrasonic transducer array according to the embodiment of the present invention. For example, when the flexible MEMS ultrasonic transducer array according to the embodiment of the present invention is used When the motion recognition device is applied to the device 10 (shown as an example of a smart watch), the user is caught by the smart watch through a certain movement (for example, a movement of raising the arm wearing the smart watch above a predetermined range) It is possible to perform a function of receiving an incoming call.
도 6에 도시한 바에 따르면, 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용한 동작 인식 장치는 초음파를 송신하고, 송신된 초음파가 주변 사물에 부딪혀 발생되는 에코 초음파 신호를 수신하여, 기설정된 기능을 실행시킨다. 6, the motion recognition apparatus using the flexible MEMS ultrasonic transducer array transmits an ultrasonic wave, receives an echo ultrasonic signal generated by a transmitted ultrasonic wave against a surrounding object, and executes a preset function.
이 때, 본 발명의 실시예에 따른 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용한 동작 인식 장치가 적용된 스마트 워치는 초음파 신호를 이용하므로 소모되는 전력이 적고, 동작 인식 해상도가 높고, 주변의 외부 환경으로부터 강건한 신호 송수신이 가능하고, 거리, 방향 및 움직임을 감지하는 것이 가능하며, 사용자는 별도의 터치 신호 입력 없이 움직임을 취하는 것 만으로도 원하는 기능을 실행시킬 수 있다.
In this case, the smart watch employing the motion recognition device using the flexible MEMS ultrasonic transducer array according to the embodiment of the present invention uses an ultrasonic signal, thereby consuming less power, having high motion recognition resolution, It is possible to transmit and receive, and it is possible to detect the distance, direction and motion, and the user can execute a desired function by simply taking a motion without inputting a touch signal.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용한 동작 인식 시스템을 나타내는 예시도이다. FIG. 7 is an exemplary view illustrating an operation recognition system using a flexible MEMS ultrasonic transducer array according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
본 발명의 실시예에 따른 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용한 동작 인식 시스템은 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이가 수신한 에코 초음파 신호에 따라 기설정된 명령 신호를 송신하는 제1 디바이스(10) 및 제1 디바이스(10)로부터 명령 신호를 수신하고, 이에 대응하여 기설정된 동작을 실행하는 제2 디바이스(20)를 포함하여 구성된다. The operation recognition system using the flexible MEMS transducer array according to the embodiment of the present invention includes a
이 때, 제1 디바이스(10)는 플렉서블 기판 상에 배치되는 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이가 수신한 에코 초음파 신호에 따라 사용자의 동작 상태를 감지하고, 감지한 사용자의 동작 상태에 대응하여 기설정된 명령 신호를 송신하는 웨어러블 디바이스이다. At this time, the
일례로, 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 제1 디바이스(10)는 스마트 워치로서, 사용자가 손목에 착용하고 초음파가 발생되는 상황에서 특정 움직임을 취하면, 제1 디바이스(10)는 송수신하는 초음파 신호에 따라 사용자의 움직임 상태를 감지하여, 이에 대응하는 기설정된 명령 신호를 송신한다. For example, as shown in FIG. 7, the
즉, 본 발명의 실시예에 따른 제1 디바이스(10) 및 제2 디바이스(20)는 명령 신호를 송신 및 수신하고, 제2 디바이스(20)는 제1 디바이스(10)가 감지한 사용자의 동작 상태에 따라 약속된 특정 기능을 수행하게 된다. That is, the
예를 들어, 도 7에 도시한 바와 같이, 스마트 워치인 제1 디바이스(10)에 포함되는 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이가 초음파를 발생시키는 경우, 사용자가 제1 디바이스(10)를 착용한 팔을 들어올리게 되면, 제1 디바이스(10)는 이러한 움직임 상태를 감지하여 이에 대응되는 기설정된 명령 신호를 송신하고, 명령 신호를 수신한 제2 디바이스(20, 예: 스마트 TV)는 기설정된 동작(예: 채널 변경, 음량 조절 등)을 수행하게 된다. For example, as shown in FIG. 7, when the flexible MEMS ultrasonic transducer array included in the
이 때, 본 발명의 실시예에 따른 제1 디바이스(10)는 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이와 이격되어 플렉서블 기판 상에 배치되고, N형 및 P형 금속 산화막 전계효과 트랜지스터로 이루어진 소스 팔로어 회로를 포함한다. 소스 팔로어 회로는 신호의 송신 구간 및 신호의 수신 구간을 구분하는 기설정된 타이밍 다이어그램에 따라 동작되어, 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이가 송신하는 신호 및 수신하는 신호를 분리한다. 즉, 소스 팔로어 회로는 송신 구간 및 수신 구간 별로 기설정된 전압을 P형 및 N형 금속 산화막 전계효과 트랜지스터에 인가하여, 송신 신호 및 수신 신호를 분리한다. At this time, the
또한, 본 발명의 실시예에 따른 제1 디바이스(10)는 분리된 수신 신호 및 크로스 커플링된 레퍼런스 신호(CC매트릭스)를 상관 이중 샘플링(correlated double sampling)하여 크로스 커플링 노이즈 신호(cross-coupling noise)를 제거하고, 이러한 크로스 커플링 노이즈가 제거된 수신 신호에 대응하는 명령 신호를 제2 디바이스(20)로 송신한다. In addition, the
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 제1 디바이스(10)는 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이를 포함하므로 웨어러블 디바이스에 적용되는 것이 가능하며, 초음파 신호의 송수신을 분리하고, 크로스 커플링 노이즈를 제거하며, 사용자의 동작 상태에 대한 동작 해상도를 높이는 효과가 있다. Therefore, since the
즉, 본 발명의 실시예에 따른 제1 디바이스(10)는 사용자 동작 인식의 해상도를 높여, 사용자가 제2 디바이스(20)를 조정하고자 취한 움직임에 대하여 정확히 인식하여, 이에 따른 명령 신호를 제2 디바이스(20)로 전달한다.
That is, the
이제까지 본 발명의 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
The embodiments of the present invention have been described above. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.
10: 제1 디바이스 20: 제2 디바이스
100: 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이 110: 기판
120: 초음파 트랜스듀서 셀 200: 신호 분리부
210: 차동 증폭부 300: 상관 이중 샘플링부 400: 신호 수신부 500: 실행부 10: first device 20: second device
100: flexible MEMS ultrasonic transducer array 110: substrate
120: Ultrasonic transducer cell 200: Signal separation unit
210: differential amplification unit 300: correlation double sampling unit 400: signal reception unit 500:
Claims (13)
상기 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이가 수신한 에코 초음파 신호에 따라 사용자의 동작 상태를 감지하고, 이에 따른 기설정된 명령 신호를 송신하는 실행부;
상기 플렉서블 기판 상에 배치되고, 상기 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이의 송신 신호 및 수신 신호를 분리하는 신호 분리부; 및
상기 신호 분리부로부터 분리된 수신 신호를 입력 받고, 크로스 커플링된 레퍼런스 신호와 상기 신호 분리부의 출력단으로부터 획득한 신호를 더블 샘플링하여, 상기 수신 신호에 포함된 크로스 커플링 노이즈를 제거하는 상관 이중 샘플링부
를 포함하는 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용한 동작 인식 장치.
And a flexible material disposed between the plurality of piezoelectric materials. The flexible substrate is fabricated using a microfabrication technique. The flexible substrate is disposed on the flexible substrate and is bent in both the transverse direction and the longitudinal direction. A flexible MEMS ultrasonic transducer array having a structure according to a low-column addressing scheme for transmitting an ultrasonic signal and receiving an echo ultrasonic signal reflected on an object;
An execution unit for detecting an operation state of the user according to the echo ultrasound signal received by the flexible MEMS transducer array and transmitting a predetermined command signal according to the echo ultrasound signal;
A signal separator disposed on the flexible substrate for separating a transmission signal and a reception signal of the flexible MEMS ultrasonic transducer array; And
A correlated double sampling unit for receiving the received signal separated from the signal separating unit and double sampling the cross-coupled reference signal and the signal obtained from the output terminal of the signal separating unit to remove the cross coupling noise included in the received signal, part
Wherein the motion recognition device comprises a flexible MEMS ultrasonic transducer array.
상기 신호 분리부는 P 형 및 N형 금속 산화막 전계효과 트랜지스터의 드레인이 접지된 소스 팔로어 회로를 포함하는 것
인 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용한 동작 인식 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the signal separator includes a source follower circuit in which the drains of the P-type and N-type metal oxide film field effect transistors are grounded
A motion recognition device using a flexible MEMS ultrasonic transducer array.
상기 신호 분리부는 신호의 송신 구간 및 수신 구간을 구분하는 기설정된 타이밍 다이어그램에 따라 상기 P형 및 N형 금속 산화막 전계효과 트랜지스터를 동작 시켜 상기 송신 신호 및 수신 신호를 분리하는 것
인 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용한 동작 인식 장치.
5. The method of claim 4,
The signal separating unit separates the transmission signal and the reception signal by operating the P-type and N-type metal oxide film field effect transistors according to a predetermined timing diagram for distinguishing a transmission period and a reception period of the signal
A motion recognition device using a flexible MEMS ultrasonic transducer array.
상기 신호 분리부는 상기 타이밍 다이어그램에 따라 분리된 송신 구간 및 수신 구간 별로 기설정된 전압을 상기 P형 및 N형 금속 산화막 전계효과 트랜지스터에 인가하여, 상기 송신 신호 및 수신 신호를 분리하는 것
인 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용한 동작 인식 장치.
6. The method of claim 5,
The signal separator applies a predetermined voltage to the P-type and N-type metal oxide film field effect transistors for the transmission period and the reception period separated according to the timing diagram, and separates the transmission signal and the reception signal
A motion recognition device using a flexible MEMS ultrasonic transducer array.
상기 제1 디바이스로부터 명령 신호를 수신하고, 이에 대응하여 기설정된 동작을 실행하는 제2 디바이스를 포함하고,
상기 제1 디바이스는 상기 플렉서블 기판 상에 상기 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이와 이격되어 배치되는 소스 팔로어 회로를 포함하되, 상기 소스 팔로어 회로는 상기 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이의 신호 송신 구간 및 신호 수신 구간에 대하여 정의된 기설정 타이밍 다이어그램에 따라 동작하여 상기 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이의 송신 신호 및 수신 신호를 분리하고, 상기 수신 신호를 상관 이중 샘플링하여 크로스 커플링 노이즈를 제거하고, 상기 크로스 커플링 노이즈가 제거된 신호에 대응되는 명령 신호를 송신하는 것
인 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용한 동작 인식 시스템.
And a flexible material disposed between the plurality of piezoelectric materials. The flexible substrate is fabricated using a microfabrication technique. The flexible substrate is disposed on the flexible substrate and is bent in both the transverse direction and the longitudinal direction. A first device that is a mobile / wearable device that includes a flexible MEMS ultrasound transducer array that transmits ultrasound signals and receives echo ultrasound signals that are reflected back to the object; And
And a second device for receiving a command signal from the first device and executing a predetermined operation corresponding to the command signal,
The first device includes a source follower circuit disposed on the flexible substrate and spaced apart from the flexible MEMS ultrasonic transducer array, wherein the source follower circuit is connected to the flexible MEMS transducer array in a signal transmission period and a signal reception period of the flexible MEMS ultrasonic transducer array And the cross-coupling noise is removed by correlated double sampling the received signal, and the cross-coupling noise is reduced to a value of < RTI ID = 0.0 > Transmitting a command signal corresponding to the removed signal
Motion Recognition System Using Flexible MEMS Ultrasonic Transducer Array.
상기 소스 팔로어 회로는 상기 타이밍 다이어그램에 따라 분리된 신호 송신 구간 및 신호 수신 구간 별로 기설정된 전압을 P형 및 N형 금속 산화막 전계효과 트랜지스터에 인가하여, 상기 송신 신호와 수신 신호를 분리하는 것
인 유연 멤스 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용한 동작 인식 시스템. 10. The method of claim 9,
The source follower circuit applies a predetermined voltage to the P-type and N-type metal oxide film field effect transistors for the signal transmission period and the signal reception period separated according to the timing diagram, and separates the transmission signal and the reception signal
Motion Recognition System Using Flexible MEMS Ultrasonic Transducer Array.
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| KR1020140101683A KR101699331B1 (en) | 2014-08-07 | 2014-08-07 | Motion recognition system using flexible micromachined ultrasonic transducer array |
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|---|---|---|---|---|
| WO2020176830A1 (en) * | 2019-02-28 | 2020-09-03 | The Regents Of The University Of California | Integrated wearable ultrasonic phased arrays for monitoring |
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| US20130159939A1 (en) * | 2011-10-12 | 2013-06-20 | Qualcomm Incorporated | Authenticated gesture recognition |
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