KR101777942B1

KR101777942B1 - 헤드램프

Info

Publication number: KR101777942B1
Application number: KR1020160010003A
Authority: KR
Inventors: 김성민; 박용재
Original assignee: 동국대학교 산학협력단
Priority date: 2016-01-27
Filing date: 2016-01-27
Publication date: 2017-09-14
Also published as: WO2017131307A1; KR20170090000A

Abstract

본 발명은 사용자의 안면에 착용되는 본체; 상기 본체의 상부에 연결되어 구동력을 제공하는 구동수단; 상기 구동수단의 일측에 연결되는 위치 조절수단; 상기 위치 조절수단의 일측에 연결설치되어 위치 조절수단의 움직임에 따라 함께 움직이며 전단 일측으로 광을 조사하는 램프부; 상기 본체에 설치되어 눈의 위치를 촬영하는 촬영수단; 및 상기 구동수단 및 촬영수단에 연결설치되어 상기 촬영수단으로 촬영된 영상을 분석하여 눈 위치를 계산하고, 계산된 눈 위치에 따라 구동수단을 작동시키는 제어부;를 포함하되, 상기 본체의 내측에 레일이 설치되며, 상기 촬영수단은 상기 레일에 슬라이딩 이동가능하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 헤드램프에 관한 것이다.

Description

헤드램프 {Head lamp}

본 발명은 헤드램프에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 헤드램프의 직접적인 수동 조작 없이 착용자의 눈 위치에 따라 램프의 광 조사방향이 조절되어 원하는 방향으로 광이 조사될 수 있도록 하는 헤드램프에 관한 것이다.

일반적으로, 헤드램프는 광업, 의료용, 특히 외과술 등의 분야에서 머리띠(head band), 모자 또는 헬멧(helmet)에 부착되어 사용되고 있다.

이러한 헤드램프는 고정 투광조명(floodlight) 또는 휴대용 램프 없이도 그것을 착용한 사람이 실제로 보는 범위를 조명할 수 있다는 장점이 있다.

특히, 상기 헤드램프를 의료용으로 사용하는 경우, 의사가 환부를 살피거나 수술을 할 경우, 원하는 부위를 밝게 조명하여 보다 용이하게 의료행위를 할 수 있도록 한다.

하지만, 상기 의료용 헤드램프는 의사의 시선과는 상관없이 머리에 고정되어 있으므로 수술시 헤드램프의 위치를 조절할 경우, 환자의 오염을 방지하기 위해 집도의가 아닌 간호사가 의사의 머리에 장착된 헤드램프의 방향을 수동으로 조절한다.

여기서, 상기 의사가 자신의 머리에 장착된 헤드램프를 직접 조절하게 되면 보다 신속하고 정확하게 원하는 헤드램프의 위치를 설정할 수 있지만, 의사가 헤드램프를 직접 조절하면 수술장갑이 오염되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서 눈 위치를 추적하는 의료용 헤드램프(KR 등록 제10-1114993호)가 개발된 바 있다.

그러나, 상술한 의료용 헤드램프는 눈 위치를 추적하기 위한 촬영수단을 고정하기에 어려움이 있으며, 특히, 어두운 곳에서 동공을 촬영하여, 눈의 위치를 추적하는 것에 어려움이 발생하게 된다.

이에 더하여, 동공을 촬영할 때, 주위환경이 어두운 곳에서 밝은 곳으로 변화하거나, 밝은 곳에서 어두운 곳으로 변화하게 되는 경우 눈의 위치를 추적하는 것에 어려움이 발생하며, 눈 깜빡임 또는 눈 감음시 눈동자의 소실이 생기므로 눈의 위치를 추적하는 것에 어려움이 발생한다.

따라서, 눈의 위치를 추적하기 위한 촬영수단의 고정이 용이하며, 어두운 곳, 주위의 환경 변화가 발생하는 곳 또는 눈동자 소실이 있는 경우에 눈의 위치를 용이하게 추적할 수 있는 헤드램프가 필요한 실정이다.

KR 등록 제10-1114993호

본 발명은 촬영수단을 이용하여 사용자의 눈을 촬영하고, 촬영된 영상정보를 분석하여 눈 위치를 계산하며, 상기 계산된 눈 위치에 따라 헤드램프의 광 주사방향이 자동적으로 사용자의 시선에 대응되도록 한 헤드램프를 제공하고자 한다.

본 발명은 사용자의 안면에 착용되는 본체, 상기 본체의 상부에 연결되어 구동력을 제공하는 구동수단, 상기 구동수단의 일측에 연결되는 위치 조절수단, 상기 위치 조절수단의 일측에 연결설치되어 위치 조절수단의 움직임에 따라 함께 움직이며 전단 일측으로 광을 조사하는 램프부, 상기 본체에 설치되어 눈의 위치를 촬영하는 촬영수단 및 상기 구동수단 및 촬영수단에 연결설치되어 상기 촬영수단으로 촬영된 영상을 분석하여 눈 위치를 계산하고, 계산된 눈 위치에 따라 구동수단을 작동시키는 제어부를 포함하되, 상기 본체의 내측에 레일이 설치되며, 상기 촬영수단은 상기 레일에 슬라이딩 이동가능하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 헤드램프를 제공한다.

본 발명은 헤드램프를 이용하여, 상기 촬영수단에 의해 촬영되는 영상으로부터 사용자의 동공의 위치 좌표를 검출하고, 상기 동공의 중심 위치를 검출하는 동공 검출단계; 상기 동공 검출단계에서 검출된 동공의 위치 좌표를 기설정한 기준좌표에 맵핑시키고, 맵핑된 상기 동공의 위치에 따라 시선 추적 정보를 생성하는 시선 추적단계; 및 상기 동공 시선에 따라 헤드램프를 조사하는 단계;를 포함하는 눈 위치 추적 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 헤드램프는 사용자의 시선, 즉 눈 위치에 따라 자동적으로 헤드램프의 광 조사각이 사용자의 시선에 대응되도록 제어되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 헤드램프는 상기 본체의 내측에서 슬라이딩 이동가능 하도록 촬영수단이 설치되어 헤드램프를 사용하는 사용자에 따라 촬영수단의 위치를 변경하여 사용할 수 있다.

또한, 사용자의 눈 깜박임 또는 눈 감음과 주위 환경 변화에 따른 빛의 변화에도 자동적으로 헤드램프의 광 조사각이 사용자의 시선에 대응되도록 제어되는 효과가 있다.

이에 더하여, 본 발명에 따른 헤드램프는 두 손의 사용이 용이하고 집중이 필요한 산업의 기술자, 의료인 등 다방면에 사용이 가능하며, 특히, 의료인에게 적용되는 경우 수술시 헤드램프를 신속하고 정확하게 집도 부위에 비춰줄 수 있어 정교한 수술을 용이하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드램프의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 헤드램프의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 헤드램프의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 헤드램프의 정면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 헤드램프의 측면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 헤드램프의 램프부 및 위치 조절부를 나타내는 구성도이다.
도 7은 본 발명에 따른 헤드램프의 배면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 헤드램프의 제어부를 나타내는 블록도이다.
도 9는 본 발명에 따른 헤드램프의 동공의 위치 좌표를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 헤드램프의 동공의 위치 좌표와 기준좌표를 매핑하는 것을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 시선 추적수단을 이용하여, 동공의 중심 위치를 검출하여 동공의 위치좌표와 기준좌표를 매핑하는 것을 나타내는 도면이다.
도 12는 동공의 위치 좌표와 기준좌표를 보정하는 것을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명에 다른 헤드램프의 감지수단의 명령을 나타내는 순서도이다.
도 14는 본 발명에 따른 눈 위치 추적방법의 흐름도이다.

이에 더하여, 본 발명의 헤드램프는 사용자의 눈 깜빡임 및/또는 눈을 감았을 때에도 용이하게 사용자의 눈의 위치를 추적할 수 있다.

보다 구체적으로, 본 발명의 헤드램프는 사용자의 안면에 착용되는 본체, 상기 본체의 상부에 연결되어 구동력을 제공하는 구동수단, 상기 구동수단의 일측에 연결되는 위치 조절수단; 상기 위치 조절수단의 일측에 연결설치되어 위치 조절수단의 움직임에 따라 함께 움직이며 전단 일측으로 광을 조사하는 램프부, 상기 본체에 설치되어 눈의 위치를 촬영하는 촬영수단 및 상기 구동수단 및 촬영수단에 연결설치되어 상기 촬영수단으로 촬영된 영상을 분석하여 눈 위치를 계산하고, 계산된 눈 위치에 따라 구동수단을 작동시키는 제어부를 포함하되, 상기 본체의 내측에 레일이 설치되며, 상기 촬영수단은 상기 레일에 슬라이딩 이동가능 하도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

이에 더하여, 상기 본체는 상기 본체의 배면에 복수개의 적외선 LED(Light emitting diode) 가 배치된 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 적외선 LED는 750 내지 1000nm 의 파장을 갖는 것을 특징으로 한다.

이에 더하여, 상기 제어부는 상기 촬영수단에 의해 촬영되는 영상으로부터 사용자의 동공의 위치 좌표를 검출하고, 상기 동공의 중심 위치를 검출하는 동공 검출수단; 및 상기 동공 검출수단에 의해 검출된 동공의 위치 좌표를 기설정한 기준좌표에 맵핑시키고, 맵핑된 상기 동공의 위치에 따라 시선 추적 정보를 생성하는 시선 추적수단;을 포함할 수 있으며, 특정 양태로서, 상기 시선 추적수단은 상기 동공의 중심 위치와 상기 기설정한 기준좌표의 중심 위치가 일치하지 않을 경우에 상기 동공의 중심 위치와 기준좌표의 중심을 매핑할 수 있다.

다른 양태로서, 상기 시선 추적수단은 상기 동공의 위치 좌표와 상기 기설정한 기준좌표의 기울기와 상기 동공의 위치 좌표의 기울기가 일치되지 않을 경우 상기 기준좌표의 상기 위치 좌표의 기울기를 보정할 수 있다.

한편, 본 발명의 본체는 상기 본체의 전면에 설치되어 상기 기준좌표의 중심점을 조사하는 레이저 포인터를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 동공의 색화소 레벨을 감지하여, 상기 색화소 레벨의 변화에 따라 눈 감음을 감지하고, 동공의 이동 시간과 동공의 이동 후 동공이 머문시간을 감지하여, 동공의 머문시간에 따라 눈 깜빡임을 감지하여 이에 대응하는 명령을 수행하는 감지수단을 포함할 수 있다.

이에 더하여, 본 발명에 따른 눈 위치 추적 방법은 상술한 헤드램프를 이용하여, 상기 촬영수단에 의해 촬영되는 영상으로부터 사용자의 동공의 위치 좌표를 검출하고, 상기 동공의 중심 위치를 검출하는 동공 검출단계, 상기 동공 검출단계에서 검출된 동공의 위치 좌표를 기설정한 기준좌표에 맵핑시키고, 맵핑된 상기 동공의 위치에 따라 시선 추적 정보를 생성하는 시선 추적단계 및 상기 동공 시선에 따라 헤드램프를 조사하는 단계를 포함한다.

특히, 상기 시선 추적단계는 눈 깜빡임과 눈 감음을 감지하는 단계를 포함할 수 있으며, 특정 양태로서, 상기 눈 깜빡임을 감지하는 단계는 상기 촬영된 영상에서 동공의 이동이 발생하는 경우 동공의 이동시간과 동공이 이동한 후 동공의 머문시간을 산출하는 단계, 상기 동공이 이동한 후 동공의 머문시간이 미리 설정된 시간을 초과하면, 동공이 이동한 것으로 판단하는 단계 및 상기 동공이 이동한 후 동공의 머문시간이 미리 설정된 시간 미만으로 되면, 눈이 깜빡인 것으로 판단하는 단계를 포함하여, 상기 램프의 구동을 제어할 수 있다.

다른 양태로서, 상기 눈 감음을 감지하는 단계는 상기 촬영된 영상에서 동공 영역의 색화소 레벨을 산출하는 단계, 상기 색화소 레벨이 설정된 임계치 이상으로 초과하면, 눈이 감긴 것으로 판단하는 단계 및 상기 색화소 레벨이 설정된 임계치 미만으로 되면, 눈이 떠진 것으로 판단하는 단계를 포함하여, 상기 램프부의 구동을 제어하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드램프의 사시도, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 헤드램프의 사시도, 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 헤드램프의 사시도, 도 4는 본 발명에 따른 헤드램프의 정면도, 도 5는 본 발명에 따른 헤드램프의 측면도, 도 6은 본 발명에 따른 헤드램프의 램프부 및 위치 조절부를 나타내는 구성도, 도 7은 본 발명에 따른 헤드램프의 배면도, 도 8은 본 발명에 따른 헤드램프의 제어부를 나타내는 블록도, 도 9는 본 발명에 따른 헤드램프의 동공의 위치 좌표를 나타내는 도면, 도 10은 본 발명에 따른 헤드램프의 동공의 위치 좌표와 기준좌표를 매핑하는 것을 나타내는 도면, 도 11은 본 발명에 따른 시선 추적수단을 이용하여, 동공의 중심 위치를 검출하여 동공의 위치좌표와 기준좌표를 매핑하는 것을 나타내는 도면, 도 12는 동공의 위치 좌표와 기준좌표를 보정하는 것을 나타내는 도면, 도 13은 본 발명에 다른 헤드램프의 감지수단의 명령을 나타내는 순서도, 도 14는 본 발명에 따른 눈 위치 추적방법의 흐름도이다.

이하, 도 1 내지 도 14와 실시예를 통해 본 발명인 헤드램프 및 이에 따른 눈 위치 추적방법을 상세히 설명한다.

본 발명은 헤드램프 및 이를 이용한 눈 위치 추적 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 헤드램프의 직접적인 수동 조작 없이 착용자의 눈 위치에 따라 램프의 광 조사방향이 조절되어 원하는 방향으로 광이 조사될 수 있도록 하는 헤드램프 및 이를 이용한 눈 위치 추적 방법에 관한 것이다.

먼저, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 헤드램프(10)는 사용자의 안면에 착용되는 본체(100), 상기 본체(100)의 상부에 연결되어 구동력을 제공하는 구동수단(200), 상기 구동수단(200)의 일측에 연결되는 위치 조절수단(210), 상기 위치 조절수단(210)의 일측에 연결설치되어 위치 조절수단(210)의 움직임에 따라 함께 움직이며 전단 일측으로 광을 조사하는 램프부(300), 사용자의 정면 시야를 가리지 않도록 상기 본체(100)에 설치되어 눈의 위치를 촬영하는 촬영수단(400) 및 상기 구동수단(200) 및 촬영수단(400)에 연결설치되어 상기 촬영수단(400)으로 촬영된 영상을 분석하여 눈 위치를 계산하고, 계산된 눈 위치에 따라 구동수단(200)을 작동시키는 제어부(500)를 포함한다.

특정 양태로서, 본 발명에 따른 헤드램프(10)의 본체(100)는 안경형태로 구성되어 사용자의 얼굴에 착용할 수 있으며, 안경을 착용한 상태에서 사용자의 눈동자를 추적하여 헤드램프(10)를 제어할 수 있다.

여기서, 안경이라 함은 시력을 교정하거나 눈을 보호하기 위하여 눈 앞에 장비하는 렌즈를 의미하며, 안경테(110)와 안경다리(120)를 포함할 수 있으며, 렌즈는 사용자의 시력에 따라 도수를 조절하여 적용할 수 있다. 다른 양태로서, 도수가 없는 부재로 형성될 수 있다.

다른 양태로서, 본 발명에 따른 헤드램프(10)는 헬멧 타입 또는 헤드 마운트 타입으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 헬멧 타입은 도 2에 도시된 바와 같이, 헬멧에 구동수단(200)이 사용자의 머리에 착용되도록 설치될 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 헤드 마운트 타입일 경우 사람의 머리 크기에 맞게 착용가능하도록 조절수단이 포함될 수 있다.

이 외에도 헤어밴드, 머리띠 등을 사용할 수 있으며, 사람의 머리에 착용되는 것으로서, 이러한 목적을 갖는 당업계의 통상적인 장치라면 그 사용이 특별이 한정되지 않는다.

본 발명에 따른 구동수단(200)은 상기 본체(100)의 일측, 특정적으로 사람의 시선이 위치하는 안경테(110)의 전면에 연결설치되어 광을 조사하는 램프부(300)가 연결설치된 위치 조절수단(210)의 작동을 위한 구동력을 제공한다.

이때, 상기 구동수단(200)은 구동력을 제공하는 통상적인 장치라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 모터를 사용할 수 있다. 상기 모터는 서보 모터일 수 있다.

본 발명에 따른 위치 조절수단(210)은 상기 구동수단(200)의 일측에 설치되어 구동수단(200)의 작동에 따라 움직이며, 램프부(300)의 위치를 조절한다.

이에 더하여, 상기 위치 조절수단(210)은 상기 구동수단(200)의 작동에 따라 램프부(300)의 위치를 조절할 수 있도록 램프부(300)가 그 일측에 연결설치된다.

한편, 상기 램프부(300)의 위치를 자동으로 조절하기 위해서는 램프부(300)를 x 좌표로 이동시키는 구동수단(200) 및 y 좌표로 이동시키는 구동수단(200)으로 램프부(300)의 위치를 조절할 수 있다.

이를 위해, 본 발명에 따른 위치 조절수단(210)은 구동수단(200)의 구동축, 예를 들면 서보모터의 회전축이 위치 조절수단(210)에 위치하고, 상기 램프부(300)가 구동축과 연결되는 위치 조절수단(210)의 일측에 연결설치되어, 상기 구동수단(200)의 구동으로 인해 위치 조절수단(210)이 동작되어 램프부(300)의 위치를 상, 하, 좌, 우로 조절할 수 있다.

이때, 상기 위치 조절수단(210)은 상기 구동수단(200)에 연결될 수 있는 형태라면 특별히 한정하지 않는다.

본 발명에 따른 램프부(300)는 상기 위치 조절수단(210)에 연결설치되어 전단 일측으로 광을 조사함으로써 사용자에게 조명을 제공하기 위한 것으로서, 상기 램프부(300)는 고휘도 LED, LED, 할로겐 램프 등일 수 있으며, 이러한 목적을 갖는 당업계의 통상적인 램프부(300)라면 특별히 한정되지 않는다.

이때, 상기 램프부(300)는 상기 위치 조절수단(210)에 연결설치되어 구동수단(200)에 따라 움직이는 위치 조절수단(210)의 움직임에 따라 함께 움직이며 램프부(300)의 위치가 변화한다.

특정 양태로서, 본 발명에 따른 램프부(300)는 램프(320)의 외관을 제공하며, 내부에 홈이 형성되는 하우징(310), 상기 하우징(310)의 홈에 안착되는 램프(320) 및 상기 하우징(310)에 연결설치되어 상기 램프(320)를 부분적으로 둘러싸는 광량조절수단(330)을 포함하여 구성된다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 광량조절수단(330)은 상기 하우징(310)의 축을 중심으로 회전가능하며, 줌 인/줌 아웃되어, 상기 램프(320)가 노출되는 면적이 변화되도록 구성되어 상기 램프(320)의 광량을 조절할 수 있다.

여기서, 줌 인/줌 아웃이라 함은 상기 광량조절수단(330)이 상기 하우징(310)의 축을 중심으로 전/후 방향으로 이동되는 것을 의미한다.

일 예로, 상기 광량조절수단(330)을 후진시키는 경우, 상기 램프(320)가 노출되는 면적이 넓어져서 광 조사의 크기를 확장시켜 보다 넓은 범위로 광이 조사될 수 있으며, 반대로, 광량조절수단(330)을 전진시키는 경우, 상기 램프(320)가 노출되는 면적이 좁아져서 보다 좁은 범위로 광이 조사될 수 있게 한다. 특히, 좁은 범위에 광을 조사시키는 경우 광을 보다 집중적으로 조사할 수 있다.

이러한 광량 조절은 사용자가 사용양태에 따라 용이하게 조절할 수 있다.

본 발명에 따른 촬영수단(400)은 본체(100)의 일측에 연결설치되어 눈을 촬영하는 것으로, 이러한 목적을 갖는 당업계는 통상적인 촬영수단(400)이라면 특별히 한정되지 않는다.

이때, 촬영수단(400)은 카메라, 예를 들면 디지털 카메라, CCD 카메라 또는 CMOS 카메라를 사용할 수 있으며, 사용자의 시야를 가리지 않도록 설치될 수 있다.

보다 구체적으로, 본체(100)의 내측에 설치될 수 있으며, 본체(100)가 안경형태일 경우, 안경테(110)의 내측에 설치될 수 있으며, 특히, 안경테(110)에 인접하도록 설치될 수 있다.

특히, 본 발명의 촬영수단(400)은 사용자의 조절에 의해서 이동가능하며, 일 예로, 본체(100)의 내측에 레일이 설치되어, 상기 레일을 따라 슬라이딩 이동가능 하도록 상기 촬영수단(400)이 설치될 수 있다.

한편, 상기 본체가 안경형태일 경우, 안경테(110)의 내측에 레일이 설치되어, 상기 레일을 따라 슬라이딩 이동가능 하도록 상기 촬영수단(400)이 설치될 수 있다.

여기서, 레일이라 함은 상기 촬영수단(400)을 일정한 위치로 안전하게 유도하는 가이드 역할을 하는 부재일 수 있으며, 상기 레일은 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 사용자의 시선 아래에서 가로방향으로 설치하여 상기 촬영수단(400)을 좌/우로 이동시킬 수 있으며, 특정 양태로서, 상기 안경테(110)의 내측에서 안경다리(120)와 인접하도록 안경테(110)의 측면에 세로방향으로 설치하여 상기 촬영수단(400)을 상/하로 이동시킬 수 있다.

특히, 상기 촬영수단(400)을 이동시키는 것은 사람에 따라 눈과 눈 사이의 거리가 상이하여 눈동자의 위치가 변동될 수 있어, 본 발명의 헤드램프(10)를 사용하는 사용자에 따라 촬영수단(400)의 위치를 변경하여 사용하기 위함이다.

한편, 상기 촬영수단(400)은 필요에 따라 사용자의 좌/우 눈을 모두 촬영할 수 있도록 좌/우 눈과 인접하도록 두 개 구비될 수 있으며, 외부 가시광선 등을 차단하기 위한 근 적외선 투과 필터를 촬영수단(400) 렌즈 안에 구비할 수 있다. 후술하게 되는 적외선 LED(111)에 대응되는 필터를 사용하는 것이 바람직하다.

이에 더하여, 도 7에 도시된 바에 따르면 본 발명의 본체(100)의 배면에 복수개의 적외선 LED(111)가 배치될 수 있으며, 본체(100)가 안경형태일 경우, 안경테(110)의 배면에 복수개의 적외선 LED(111)가 배치될 수 있다.

여기서, 적외선 LED(111)는 750 내지 1000nm 파장의 근적외선 LED(111) 일 수 있다.

상기 적외선 LED(111)는 사용자의 눈에 적외선을 조사함으로써, 촬영수단(400)은 동공과 홍채의 경계가 구분된 눈 영상을 촬영할 수 있다.

한편, 본 발명의 헤드램프(10)를 밝은 곳에서 사용하는 경우 빛의 반사에 의해서 동공을 추적하는데 에러가 발생할 수 있으며, 어두운 곳에서 사용하는 경우 동공의 위치를 파악하기 어려워 눈동자의 위치를 추적할 때 에러가 발생할 수 있다. 따라서, 상술한 적외선 LED(111)는 이러한 문제점을 해결하기 위한 것이다.

보다 구체적으로, 상기 복수개의 적외선 LED(111)를 이용하며, 눈동자 및 동공을 추적하기 위하여 눈꺼풀과 눈 주위의 굴곡등의 반사 주위환경변화에 따른 눈동자 및 동공을 용이하게 추적하기 위함이다.

이에 더하여, 본 발명은 소리 감지수단(610)을 포함할 수 있으며, 이는 사용자의 소리를 감지하여, 제어부(500)를 제어할 수 있다.

특정 양태로서, 상기 소리 감지수단(610)은 제어부(500) 뿐만 아니라 구동수단(200) 및/또는 램프부(300)의 전원을 제어할 수 있다.

한편, 본 발명의 헤드램프(10)는 적외선 제어수단(600)을 포함할 수 있으며, 이는 사용자의 손의 모션을 감지하여, 구동수단(200), 램프부(300) 또는 제어부(500) 등을 제어할 수 있다.

이에 더하여, 본 발명에 따른 제어부(500)는 상기 구동수단(200)과 촬영수단(400)에 연결설치되어 촬영수단(400)으로 촬영된 영상을 분석하고 눈 위치를 계산하고, 계산된 눈 위치에 따라 구동수단(200)을 작동시켜 위치 조절수단(210)에 연결설치된 램프부(300)가 눈의 위치에 대응되도록 광을 조사할 수 있도록 방향을 조절한다.

상기 제어부(500)는 전술한 목적을 갖는 당업계의 통상적인 제어부(500)라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 인쇄회로기판을 사용할 수 있다. 또한, 상기 제어부(500)가 촬영수단(400)으로 촬영된 영상으로부터 눈 위치를 계산하는 방법은 특별히 한정하는 것은 아니다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 제어부(500)는 동공 검출수단(520), 시선 추적수단(530) 및 감지수단(540)을 포함하여 구성된다.

이에 더하여, 도 9와 도 10에 도시된 바에 따르면, 동공 검출수단(520)은 상술한 촬영수단(400)에 의해 촬영되는 영상으로부터 사용자의 동공의 위치 좌표(A)를 검출하여, 상기 동공의 중심 위치를 검출할 수 있으며, 상기 시선 추적수단(530)은 상기 동공 검출수단(520)에 의해 검출된 동공의 위치 좌표(A)를 기설정한 기준좌표(B)에 맵핑시키고, 맵핑된 상기 동공의 위치에 따라 시선 추적 정보를 생성하는 시선 추적수단(530)을 포함할 수 있다.

또한, 상기 시선 추적수단(530)은 헤드램프(10)의 사용도중 흔들림 등으로 인하여 동공의 위치 좌표(A)와 기준좌표(B)의 중심위치가 일치되지 않을 경우 동공의 중심위치와 기준좌표를 매팽시킬 수 있으며, 슬라이딩 이동되는 촬영수단(400)의 위치에 따라 동공의 위치 좌표(A)와 기준좌표(B)의 기울기를 보정할 수 있다.

한편, 본 발명의 본체(100)는 전면에 레이저 포인터(650)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 레이저 포인터(650)는 기준좌표(B)의 중심점을 향하여 조사할 수 있으며, 이는 헤드램프(10)의 자동 위치조절을 하기 위한 것이다. 즉, 동공의 위치 좌표(A)와 기준 좌표(B)를 용이하게 맵핑시키기 위한 것이다. 구체적인 작동기작은 후술하도록 한다.

이에 더하여, 본 발명은 스타트 스위치(700)를 포함할 수 있다. 이는 사용시 용이하도록 제어부의 일측에 설치될 수 있으며, 본 발명의 구성들과 전기적으로 연결되어 전원공급수단(510)에 의해서 전압이 인가되면, 본 발명의 구동수단(200), 램프부(300) 및/또는 제어부(500) 등의 작동을 실행할 수 있는 일종의 작동스위치일 수 있다.

특정 양태로서, 사용자가 헤드램프(10)에 전압을 인가하면, 본 발명의 헤드램프(10)는 기계적으로 초기화될 수 있다.

여기서, 기계적 초기화라 함은 전원공급수단(510)에 전압이 인가되고, 제어부(500)가 구동하기 전에 기 설정된 기준좌표(B)의 중앙위치(사용자의 시선방향 중앙)에 구동수단(200) 및 위치 조절수단(210) 일측에 연결된 램프(320)를 비추게됨을 의미한다.

이때, 상기 레이저 포인터(650)는 상기 기준좌표(B)의 중앙 위치에 빔을 조사할 수 있으며, 보다 구체적으로, 상술한 바와 같이 본 발명의 헤드램프(10)가 기계적 초기화될 때, 제어부(500)가 구동하기 전에 기 설정된 기준좌표(B)의 중앙위치에 레이저 포인터(650)의 빔이 조사되며, 상기 레이저 포인터(650)의 빔이 조사되는 곳에 구동수단(200)을 위치 조절하여 램프(320)의 광을 상기 레이저 포인터(650)의 빔이 조사되는 곳과 일치시킬 수 있다.

한편, 레이저 포인터(650)에서 조사되는 빔의 파장은 400 내지 800nm 일 수 있다. 일 예로, 상기 레이저 포인터에서 조사되는 빔은 400nm 의 보라색 파장, 532nm 의 녹색 파장 또는 650nm 의 붉은색 파장일 수 있다.

그리고, 기계적 초기화 이후, 상기 제어부(500)는 저장된 명령어에 따라 눈 영상으로부터 시선 방향을 산출하고, 시선 방향에 따라 램프부(300)를 구동할 수 있다.

특정 양태로서, 기계적 초기화 이후, 스타트 스위치(700)의 작동(ON)전에 레이저 포인터(650)에서 조사되는 빔이 가르키는 곳(기준좌표의 중앙)에 눈동자를 일치시킬 수 있다. 그 후에 스타트 스위치(700)를 작동(ON)시키면, 사용자의 시선 방향에 따라 램프부(300)를 구동시킬 수 있다.

다른 양태로서, 기계적 초기화 이후나 헤드램프(10)의 사용 중에 스타트 스위치(700)를 작동(ON) 시킬 수 있으며, 이때, 스타트 스위치(700)를 지속적으로 누르면 레이저 포인터(650)와 램프부(300)가 토글(Toggle)될 수 있다. 특히, 스타트 스위치(700)의 작동이 멈췄을 때, 레이저 포인터(650)가 작동되며, 이때, 기준좌표(B)의 중앙부분에 레이저 포인터(650)의 빔이 조사될 수 있다.

또한, 사용자가 스타트 스위치(700)를 작동시키는 경우 레이저 포인터(650)의 작동이 중단되며, 이후에 제어부(500)와 램프부(300)가 구동될 수 있다.

즉, 상기 스타트 스위치(700)의 작동이 멈췄을 때, 레이저 포인터(650)에는 전압이 인가될 수 있으며, 이때, 레이저 포인터(650)는 기준좌표(B)의 중앙부분에 빔이 조사된다. 그리고, 사용자는 레이저 포인터(650)의 빔이 조사된 부분에 눈동자를 일치시킨 상태에서 스타트 스위치(700)를 작동시키면 사용자의 눈동자(동공의 위치 좌표)와 기준좌표(B)의 x-y축 중앙에 눈동자가 일치하게 된다.

도 11을 참조하면, 제어부(500)의 동공 검출수단(520)은 사용자가 미리 지정된 영역에서 촬영수단(400)를 통해 눈 영상을 생성하고, 눈 영상에서 사용자의 동공의 위치 좌표(A)를 추출할 수 있다.

이때, 상술한 바와 같이 레이저 포인터(650)의 빔이 조사되는 곳에 눈동자를 일치시킨 상태에서 스타트 스위치(700)를 작동시키면 사용자의 눈과 기준좌표(B)의 x-y축 중앙에 눈동자가 위치하게 된다.

이하, 미리 지정된 사각형의 영역을 기준좌표(B)라 지칭한다.

한편, 상기 시선 추적수단(530)은 상기 동공의 위치좌표(A) 와 상기 기설정한 기준좌표(B)의 중심 위치가 헤드램프(10) 사용 도중에 흔들림 또는 충격 등으로 일치되지 않을 경우에도 상기 동공의 중심 위치를 매핑시킬수 있다.

도 12를 참조하면, 눈동자의 위치나 카메라의 위치가 a, b 만큼의 차를 보정하여 기준좌표(B)를 설정할 수 있다.

이에 더하여, 상기 제어부(500)는 감지수단(540)을 포함할 수 있으며, 보다 구체적으로, 상기 감지수단(540)은 눈 깜빡임과 눈 감음을 감지하여 이에 대한 명령을 수행할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 감지수단(540)은 동공의 이동이 발생되는 경우에 동공의 이동시간과 동공이 이동한 후 동공이 머문시간을 산출하여, 동공이 머문시간이 미리 설정된 시간을 초과하면, 동공이 이동한 것으로 판단하며, 상기 동공의 이동이 발생되어 동공이 머문시간이 설정된 시간 미만일 경우, 눈 깜빡임으로 판단하여 이에 대응하는 명령을 수행할 수 있다.

특정 양태로서, 상술한 감지수단(540)는 동공의 색화소 레벨을 감지하고, 상기 색화소 레벨의 변화에 따라 눈 감음을 감지하여, 상기 눈 감음과 대응하는 명령을 수행할 수 있다.

여기서, 색화소 레벨이라 함은 이진화된 색화소 레벨을 의미할 수 있으며, 일종의 색농도를 의미하는 명령어일 수 있다. 한편, 이진화된 색화소 레벨은 백색(W)일 경우 FFFF, 흑색(B)일 경우 0000, 녹색(G)일 경우 07E0, 적색(R)일 경우 F800, 청색(B)일 경우 001F의 색 레벨을 의미한다.

도 13을 참조하면, 상기 감지수단(540)는 촬영수단(400)으로 촬영하는 동공영역의 색화소 레벨이 미리 설정된 임계치 이상으로 초과하면, 눈이 감긴 것으로 판단할 수 있고, 색화소 레벨이 임계치 미만으로 되면, 눈이 떠진 것으로 판단하여 눈 깜빡임을 감지할 수 있다. 일 예로, 감지수단(540)은 본 발명의 눈동자를 0000의 색화소 레벨로 인식할 수 있다.

특정 양태로서, 동공의 위치 좌표(A)와 매핑된 기준좌표(B)에서 눈동자가 이동되어 머문시간이 0.7초 이내(미리 설정된 시간이 0.7초 이였을 경우)이면 눈 깜빡인것으로 판단되어 제어부(500)는 클리어(clear)되며, 눈동자가 이동되어 머문시간이 0.7초 이상일 경우 감지수단(540)은 눈동자가 이동한 것으로 판단하여 눈동자가 이동한 위치로 제어된다.

예를 들면, 상기 감지수단(540)은 시선위치, 눈동자 이동시간 및 눈동자가 이동한 후 머문시간, 색화소 레벨을 인식한 후, 눈 깜빡임, 눈 감음 등 명령을 인식하여 헤드램프(10)를 구동시킬 수 있다.

이에 더하여, 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상술한 헤드램프(10)를 이용한 눈 위치 추적방법에 관한 것으로, 상기 헤드램프(10)를 이용하여, 상기 촬영수단(400)에 의해 촬영되는 영상으로부터 사용자의 동공의 위치 좌표(A)를 검출하고, 상기 동공의 중심 위치를 검출하는 동공 검출단계, 상기 동공 검출단계에서 검출된 동공의 위치 좌표(A)를 기설정한 기준좌표(B)에 맵핑시키고, 맵핑된 상기 동공의 위치에 따라 시선 추적 정보를 생성하는 시선 추적단계 및 상기 동공 시선에 따라 헤드램프(10)를 조사하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 시선 추적단계는 눈 깜빡임과 눈 감음을 감지하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 눈 감음을 감지하는 단계는 상기 촬영된 영상에서 동공 영역의 색화소 레벨을 산출하는 단계, 상기 동공 영역의 색화소 레벨이 미리 설정된 임계치 이상으로 초과하면, 눈이 감긴 것으로 판단하는 단계 및 상기 색화소 레벨이 임계치 이하로 감소하게 되면, 눈이 떠진 것으로 판단하여 눈 감음 여부를 감지하여 램프부(300)의 구동을 제어할 수 있다.

한편, 상기 눈 깜빡임을 감지하는 단계는 상기 촬영된 이미지에서 동공의 이동이 발생 되었을 경우 동공의 이동시간과 동공이 이동한 후 동공이 머문시간을 산출하는 단계, 상기 동공 이동이 발생되어 동공 머문시간이 설정된 시간을 초과하면, 눈이 이동한 것으로 판단하며, 상기 동공 이동이 발생되어 동공 머문시간이 설정된 시간 미만이면 눈 깜박임으로 판단하여 상기 램프부(300)의 구동을 제어할 수 있다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 헤드램프(10)의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 사용자는 헤드램프(10)를 착용하게 된다.

그 다음, 헤드램프(10)에 구비된 전원공급수단(510)으로 전압을 공급하여, 상기 헤드램프(10)를 구동시킨다. 한편, 전원공급수단(510)을 작동시키게 되면, 제어부(500)는 기계적으로 초기화시키게 되어 사용자의 눈은 카메라의 초점과 일치시키게 된다.

여기서, 기계적으로 초기화시켰다 함은 구동수단(200)을 작동시켜, 기준좌표 x-y축의 중앙에 상기 구동수단(200)을 이동시켜 램프부(300)를 상기 기준좌표 x-y축 중앙에 위치시키는 것을 의미한다.

한편, 기계적인 초기화를 실행하고, 사용자의 눈의 시선을 레이저 포인터(650)에서 비추는 빔의 중앙으로 향하게 한 후, 스타트 스위치(700)를 작동(ON)시키면 사용자의 눈동자와 기준좌표(B) x-y축 중앙에 매핑시키게 된다.

그 다음, 촬영수단(400)에 의해 촬영된 영상정보는 제어부(500)로 제공되어 눈의 위치를 계산하고, 계산된 눈 위치에 따라 제어부(500)에 연결설치된 구동수단(200)을 작동시킨다.

그 다음, 상기 구동수단(200)의 작동에 따라 구동수단(200)에 순차적으로 연결설치된 위치 조절수단(210)과 램프부(300)가 움직이며 사용자의 시선을 따라 램프부(300)의 광이 조사되도록 한다.

한편, 눈 깜빡임과 눈 감음을 감지할 수 있는 감지수단(540)이 적용되어 헤드램프(10)가 제어될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모두 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모두 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 헤드램프
100: 본체 110: 안경테
111: 적외선 LED 120: 안경다리
160: 조절수단
200: 구동수단 210: 위치 조절수단
300: 램프부 310: 하우징
320: 램프 330: 광량조절수단
400: 촬영수단
500: 제어부 510: 전원공급수단
520: 동공 검출수단 530: 시선 추적수단
540: 감지수단
600: 적외선 제어수단
610: 소리 감지수단
650: 레이저 포인터
700: 스타트 스위치

Claims

사용자의 안면에 착용되는 본체;
상기 본체의 상부에 연결되어 구동력을 제공하는 구동수단;
상기 구동수단의 일측에 연결되는 위치 조절수단;
상기 위치 조절수단의 일측에 연결설치되어 위치 조절수단의 움직임에 따라 함께 움직이며 전단 일측으로 광을 조사하는 램프부;
상기 본체에 설치되어 눈의 위치를 촬영하는 촬영수단; 및
상기 구동수단 및 촬영수단에 연결설치되어 상기 촬영수단으로 촬영된 영상을 분석하여 눈 위치를 계산하고, 계산된 눈 위치에 따라 구동수단을 작동시키는 제어부;를 포함하되,
상기 본체의 내측에 레일이 설치되며, 상기 촬영수단은 상기 레일에 슬라이딩 이동가능하도록 설치되며,
상기 제어부는 상기 촬영수단에 의해 촬영되는 영상으로부터 사용자의 동공의 위치 좌표를 검출하여, 상기 동공의 중심 위치를 검출하는 동공 검출수단 및 상기 동공 검출수단에 의해 검출된 동공의 위치 좌표를 기설정한 기준좌표에 맵핑시키고, 맵핑된 상기 동공의 위치에 따라 시선 추적 정보를 생성하는 시선 추적수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드램프.
제1항에 있어서,
상기 본체는
상기 본체의 배면에 복수개의 적외선 LED(Light emitting diode) 가 배치된 것을 특징으로 하는 헤드램프.
제2항에 있어서,
상기 적외선 LED는
750 내지 1000nm 의 파장을 가지는 것을 특징으로 하는 헤드램프.
제1항에 있어서,
상기 램프부는
램프의 외관을 제공하며, 내부에 홈이 형성되는 하우징;
상기 하우징의 홈에 안착되는 램프; 및
상기 하우징에 연결설치되어, 상기 램프를 부분적으로 둘러싸는 광량조절수단; 을 포함하며,
상기 광량조절수단을 상기 램프를 기준으로 줌 인/줌 아웃으로 조정하여 광량을 조절하는 것을 특징으로 하는 헤드램프.
삭제
제1항에 있어서,
상기 시선 추적수단은
상기 동공의 중심 위치와 상기 기설정한 기준좌표의 중심 위치가 일치되지 않을 경우 상기 동공의 중심 위치와 기준좌표의 중심을 맵핑하는 것을 특징으로 하는 헤드램프.
제1항에 있어서,
상기 시선 추적수단은
상기 동공의 위치 좌표와 상기 기설정한 기준좌표의 기울기와 상기 동공의 위치 좌표의 기울기를 보정하는 것을 특징으로 하는 헤드램프.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 본체는
상기 본체의 전면에 설치되어 상기 기준좌표의 중심점을 조사하는 레이저 포인터를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드램프.
제1항에 있어서,
상기 제어부는
눈 깜빡임과 눈 감음을 감지하여 상기 눈 깜빡임과 눈 감음에 대응하는 명령을 수행하는 감지수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드램프.
제1항에 따른 헤드램프를 이용하여,
상기 촬영수단에 의해 촬영되는 영상으로부터 사용자의 동공의 위치 좌표를 검출하고, 상기 동공의 중심 위치를 검출하는 동공 검출단계;
상기 동공 검출단계에서 검출된 동공의 위치 좌표를 기설정한 기준좌표에 맵핑시키고, 맵핑된 상기 동공의 위치에 따라 시선 추적 정보를 생성하는 시선 추적단계; 및
상기 동공 시선에 따라 헤드램프를 조사하는 단계;를 포함하는 눈 위치 추적 방법.
제10항에 있어서,
상기 시선 추적단계는
눈 깜빡임과 눈 감음을 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 눈 위치 추적 방법.
제11항에 있어서,
상기 눈 깜빡임을 감지하는 단계는
상기 촬영된 영상에서 동공의 이동이 발생하는 경우 동공의 이동시간과 동공이 이동한 후 동공의 머문시간을 산출하는 단계;
상기 동공이 이동한 후 동공의 머문시간이 미리 설정된 시간을 초과하면, 동공이 이동한 것으로 판단하는 단계; 및
상기 동공이 이동한 후 동공의 머문시간이 미리 설정된 시간 미만으로 되면, 눈이 깜빡인 것으로 판단하는 단계;를 포함하여, 상기 램프의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 눈 위치 추적 방법.
제11항에 있어서,
상기 눈 감음을 감지하는 단계는
상기 촬영된 영상에서 동공 영역의 색화소 레벨을 산출하는 단계;
상기 색화소 레벨이 설정된 임계치 이상으로 초과하면, 눈이 감긴 것으로 판단하는 단계; 및
상기 색화소 레벨이 설정된 임계치 미만으로 되면, 눈이 떠진 것으로 판단하는 단계; 를 포함하여, 상기 램프부의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 눈 위치 추적 방법.