KR101982098B1 - 광섬유 모션 센서 및 이를 포함하는 가상/증강현실 시스템 - Google Patents

광섬유 모션 센서 및 이를 포함하는 가상/증강현실 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 사용자의 이동은 물론 무게중심의 이동까지 검출할 수 있는 광섬유 모션 센서, 및 이를 포함하는 가상/증강현실 시스템이 제공된다. 본 발명에 따른 광섬유 모션 센서는, 펄스형 광신호를 서로 동일하게 둘로 분기하여 하나의 연속된 광선로 양단에 인가하고, 상기 광선로 양단으로 회귀한 두 개의 광신호를 결합하여 분석신호를 생성하고, 상기 분석신호를 수광하여 전기적 신호를 제공하는 광센서 모듈; 상기 하나의 연속된 광선로 패턴을 형성하는 적어도 하나의 광섬유; 및 상기 광섬유가 일정한 광선로 패턴을 유지하도록 지지하고, 외력에 의해 유연성 있게 탄력적으로 변형되어, 상기 외력이 작용한 부분에 배치된 상기 광섬유의 일부 구간이 상기 외력의 세기에 따라 구부러지도록 하는, 유연성 지지체를 포함하여 구성된다.

Description

광섬유 모션 센서 및 이를 포함하는 가상/증강현실 시스템 {Motion Sensor With Optical Fiber And Virtual/Augmented Reality System}
본 발명은 사용자의 모션을 검출하는 수단으로 광섬유를 이용한 광섬유 모션 센서와 이를 포함하는 가상현실(VR) 또는 증강현실(AR) 시스템에 관한 것이다.
광섬유를 이용한 광반사 측정방식의 센서는 보안 시스템 등의 분야에서 비상상황 모니터링 등의 목적으로 이용되어 왔다. 광반사 측정방식의 센서에는 광섬유로 이루어진 광선로에 펄스 형태의 광신호를 인가하고, 그 종단에서 반사되어 돌아오는 광의 세기를 측정하면서 광섬유의 어느 지점에 외력이 가해지는 이벤트가 발생한 경우 그에 따른 반사광의 세기 변화를 측정하여 이벤트의 발생 여부와 해당 지점까지의 거리 등을 검출하는 기술이 사용된다.
보안 시스템 분야의 다른 기술의 예로서, 대한민국등록특허 제10-1861821호의 '듀얼 펄스를 이용한 비상상황 모니터링 시스템'에서는 광섬유로 이루어진 광선로를 형성하고, 상기 광선로의 양단에 파장과 위상이 서로 동일한 제1 및 제2의 광신호를 인가하며, 상기 광선로의 양단에서 출력되는 광신호를 결합하여 분석함으로써 광경로 상의 이벤트 발생 여부 및 그 위치 등을 판별하는 기술이 제안된 바 있다.
한편, 가상현실(Virtual Reality: VR)과 증강현실(Augmented Reality: AR)은 최근 인간의 경험을 공유하고 확장하는 도구로서 주목받고 있다. 가상현실(VR)은 배경과 객체로 구성된 가상의 이미지로 가상의 공간을 만들어내고, 증강현실(AR)은 현실의 객체나 배경에 가상의 객체나 정보 등의 이미지를 부가하여 제공한다는 점에서 차이가 있다. 하지만, 가상현실과 증강현실 모두 가상의 객체가 사용자의 동작에 반응하는, 상호작용을 통해 현실감과 몰입감을 제공할 수 있다는 점에서 공통점이 있다.
사용자의 동작이나 힘 등을 정확하게 추적하고 측정하기 위해서 다양한 센서나 알고리즘 등이 연구되고 있다. 카메라나 관성센서를 이용한 모션 센싱 기술이 그러한 예인데, 움직임의 범위가 비교적 넓은 동작이나, 속도 혹은 가속도가 발생하는 실질적인 모션에 대해서는 높은 정확도를 나타낸다. 그러나 측정하고자 하는 움직임의 자유도가 높아질수록 많은 수의 센서가 요구되어 센서 비용 부담과 신호 처리의 복잡성이 가중되는 문제가 있고, 사람의 무게 중심 이동과 같이 실질적인 움직임을 수반하지 않는 사용자의 입력 행위를 정확히 검출하기 어렵다는 기술적인 문제가 있다. 카본나노튜브(CNT) 센서는 압력 감지의 측면에서 로봇의 촉각 센서로 이용될 만큼 민감하고 정확하지만, 대형화하기 어렵고, 비용의 부담이 커서 보편적으로 활용되기 어렵다는 문제가 있다.
대한민국등록특허 제10-1861821호
본 발명은 전술한 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 광섬유로 이루어진 광선로 양단에 파장 및 위상이 동일한 광신호를 인가하고, 상기 광선로 양단으로부터 출력된 광신호를 결합하여 분석하는 기술을 이용하여, 사용자의 이동은 물론 무게중심의 이동까지 검출할 수 있는, 광섬유 모션 센서를 제공하고, 이를 포함하는 가상/증강현실 시스템을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 광섬유로 구성된 하나의 연속적인 광선로에서 상기 광선로의 길이 구간별로 변형을 검출함으로써, 상기 광선로의 길이를 길게 하는 것으로 손쉽게 대형화할 수 있고, 상기 광섬유를 지지하는 유연성 지지체의 형태에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있어, 경제적이면서도 우수한 확장성과 다양성을 제공하는 광섬유 모션 센서 및 이를 포함하는 가상/증강현실 시스템을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
전술한 과제의 해결을 위하여, 본 발명의 한 측면에 따른 광섬유 모션 센서는, 펄스형 광신호를 서로 동일하게 둘로 분기하여 하나의 연속된 광선로 양단에 인가하고, 상기 광선로 양단으로 회귀한 두 개의 광신호를 결합하여 분석신호를 생성하고, 상기 분석신호를 수광하여 전기적 신호를 제공하는 광센서 모듈; 상기 하나의 연속된 광선로 패턴을 형성하는 적어도 하나의 광섬유; 및 상기 광섬유가 일정한 광선로 패턴을 유지하도록 지지하고, 외력에 의해 유연성 있게 탄력적으로 변형되어, 상기 외력이 작용한 부분에 배치된 상기 광섬유의 일부 구간이 상기 외력의 세기에 따라 구부러지도록 하는, 유연성 지지체를 포함하여 구성된다.
상기 유연성 지지체는, 상기 광섬유 모션 센서의 외관을 형성하는 섬유 또는 필름 재질의 유연성 부재; 및 상기 광섬유의 적어도 일부를 지지하며 상기 외력의 세기에 따라 탄성적으로 변형되는 탄성 패드를 포함할 수 있다.
상기 유연성 지지체는 패드 또는 글러브 형상으로 형성될 수 있다.
상기 광섬유 모션 센서는, 다수의 영역으로 구획되고, 상기 광섬유는 소정의 길이 단위로 구분되는 다수의 길이 구간을 포함하며, 상기 다수의 길이 구간이 상기 다수의 영역 중 어디에 대응되는지를 미리 정의하는 매핑 테이블을 더 포함할 수 있다.
상기 매핑 테이블은 상기 광센서 모듈의 내장 메모리에 미리 저장될 수 있다.
전술한 과제의 해결을 위하여, 본 발명의 한 측면에 따른 가상/증강현실 시스템은, 광섬유 모션 센서를 통한 사용자 입력 신호를 이용하여 가상현실 또는 증강현실 콘텐츠를 실행하는 본체부; 및 상기 콘텐츠의 실행 상태를 사용자의 감각기관을 통해 지각될 수 있게 출력하는 출력부를 포함하고, 상기 광섬유 모션 센서는, 펄스형 광신호를 서로 동일하게 둘로 분기하여 하나의 연속된 광선로 양단에 인가하고, 상기 광선로 양단으로 회귀한 두 개의 광신호를 결합하여 분석신호를 생성하고, 상기 분석신호를 수광하여 전기적 신호를 제공하는 광센서 모듈; 상기 하나의 연속된 광선로 패턴을 형성하는 적어도 하나의 광섬유; 및 상기 광섬유가 일정한 광선로 패턴을 유지하도록 지지하고, 외력에 의해 유연성 있게 탄력적으로 변형되어, 상기 외력이 작용한 부분에 배치된 상기 광섬유의 일부 구간이 상기 외력의 세기에 따라 구부러지도록 하는, 유연성 지지체를 포함하여 구성된다.
상기 유연성 지지체는, 패드 또는 글러브 형태로 상기 광섬유 모션 센서의 외관을 형성하는 섬유 또는 필름 재질의 유연성 부재; 및 상기 광섬유의 적어도 일부를 지지하며 상기 외력의 세기에 따라 탄성적으로 변형되는 탄성 패드를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 광섬유 모션 센서는, 다수의 영역으로 구획되고, 상기 광섬유는 소정의 길이 단위로 구분되는 다수의 길이 구간을 포함하며, 상기 다수의 길이 구간이 상기 다수의 영역 중 어디에 대응되는지를 미리 정의하는 매핑 테이블을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 매핑 테이블은 상기 광센서 모듈의 내장 메모리에 미리 저장될 수 있다.
상기 매핑 테이블은 상기 본체부에 미리 저장될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 사용자의 이동은 물론 무게중심의 이동까지 검출할 수 있는 광섬유 모션 센서, 및 이를 포함하는 가상/증강현실 시스템이 제공된다. 본 발명에 따른 광섬유 모션 센서 및 가상/증강현실 시스템은, 광섬유로 구성된 하나의 연속적인 광선로에서 상기 광선로의 길이 구간별로 변형을 검출함으로써, 상기 광선로의 길이를 길게 하는 것으로 손쉽게 대형화될 수 있고, 상기 광섬유를 지지하는 유연성 지지체의 형태에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있어, 경제적이면서도 우수한 확장성과 다양성을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 가상/증강현실 시스템의 구성을 개략적으로 보인다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 패드형 광섬유 센서의 한 사용 상태를 예시한다.
도 3은 상기 도 2의 패드형 광섬유 센서 내부의 광섬유 배치 형태를 예시한다.
도 4는 상기 도 2의 패드형 광섬유 센서에서 상기 사용 상태에 따라 검출된 광섬유 길이 구간별 신호 및 이를 입력신호로 변환하기 위한 매핑 테이블을 예시한다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 패드형 광섬유 센서 내부의 광섬유 배치 형태를 예시한다.
도 6은 다수의 패드형 광섬유 센서가 병렬적으로 연결된 광섬유 모션 센서의 예를 보인다.
도 7은 다수의 패드형 광섬유 센서가 직렬적으로 연결된 광섬유 모션 센서의 예를 보인다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 글러브형 광섬유 센서의 예를 보인다.
도 9는 상기 도 8의 실시예에 따른 글러브형 광섬유 센서의 매핑 테이블을 예시한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 설명한다. 실시예를 통해 본 발명의 기술적 사상이 좀 더 명확하게 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명은 이하에 설명된 실시예에 한정되는 것이 아니라 그 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 가상/증강현실 시스템의 구성을 개략적으로 보인다.
본 실시예에 따른 가상/증강현실(VR/AR) 시스템은 광섬유 모션 센서(10), 본체부(20), 및 출력부(25)로 구성된다. 본체부(20)는 컴퓨터, 태블릿PC, 또는 스마트폰 등 정보 및 그래픽 처리가 가능한 기기로 구성될 수 있다. 출력부(25)는 가상 혹은 현실과 가상이 결합된, 배경과 객체를 가시화하는 모니터 등의 화상 출력 수단과, 음향 출력 수단, 또는 모션 시뮬레이터를 포함하여 구성될 수 있다. 출력부(25)의 한 예로 헤드 마운티드 디스플레이(Head Mounted Display: HMD)를 들 수 있는데, 컴퓨터와의 연결 없이 독립적으로 활용되는 독립형 HMD의 경우에는, 상기 본체부(20)와 상기 출력부(25)가 하나의 기기에 통합된 것으로 볼 수 있다. 이와 같이, 상기 광섬유 모션 센서(10), 본체부(20), 및 출력부(25)는 기능에 따라 구분한 것으로서, 실제 시스템에서는 둘 이상의 구성요소들이 다양한 조합으로 서로 결합된 형태로 제공될 수도 있다.
상기 광섬유 모션 센서(10)는 광센서 모듈(100)과 광섬유 센서(200)를 포함하여 구성되는데, 이들 역시 서로 결합하여 하나의 제품으로 제공될 수 있다. 일 예로 상기 광센서 모듈(100)은, 상기 광섬유 센서(200)의 외관을 형성하는 유연성 지지체(210)의 내부에 수납될 수도 있다. 상기 유연성 지지체(210)는 그 내부에 상기 광섬유(230)가 일정한 선로 패턴을 유지하며 배치되도록 지지하고, 외력에 의해 유연성 있게 탄력적으로 변형되어, 그 변형이 일어난 부분에 배치된 상기 광섬유(230)의 일부가 상기 외력의 세기에 따라 구부러지도록 한다.
상기 광섬유 센서(200)는 하나의 연속된 광 선로 패턴을 형성하는 광섬유(230)를 포함하고, 상기 광섬유(230)의 양단은 광케이블(130)을 통해 상기 광센서 모듈(100)과 연결된다. 상기 광섬유(230)와 상기 광케이블(130)은 일체로 이어진 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 광케이블(130)과 상기 광섬유(230)는 상기 광센서 모듈(100)에 구비된 한 쌍의 커플러 사이를 연결하는 하나의 연속된 광 선로를 형성한다. 한편, 상기 광센서 모듈(100)은 전술한 본체부(20)와 이더넷 등의 데이터 선로를 통해 전기적으로 연결된다.
상기 광센서 모듈(100)에는 소정 파장 및 소정의 주파수를 갖는 펄스형 광신호를 생성하는 발광부(110)와, 상기 펄스형 광신호를 주파수와 위상이 서로 동일한 제1 및 제2의 광신호로 분기하여 상기 한 쌍의 커플러를 통해 상기 광 선로의 양단에 각각 인가하는 분광기(120)가 구비된다. 또한, 상기 광센서 모듈(100)에는 상기 광 선로 측에서 상기 한 쌍의 커플러로 들어온 두 개의 광신호를 결합하여 분석신호를 생성하는 결합기(150)와, 상기 분석신호를 수광하는 수광부(160)가 구비된다. 일 예로 상기 발광부(110)는 레이저 광원을, 상기 수광부(160)는 포토 디텍터(Photo Detector)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 광센서 모듈(100)의 좀 더 구체적인 구성 및 각 구성 요소들의 작용에 관한 사항은 선행특허문헌으로 인용된 대한민국등록특허 제10-1861821호에 기재된 발명의 상세한 설명을 통해 이해될 수 있을 것이므로, 여기서는 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 패드형 광섬유 센서의 한 사용 상태를 예시한다.
좀 더 구체적으로, 본 도면은 전술한 광섬유 센서(200)의 한 예로서 패드형 광섬유 센서(201)를 보이고, 사용자가 상기 패드형 광섬유 센서(201)를 이용하여 스노우보딩 또는 서핑 게임을 즐기는 모습을 보인다. 패드형 광섬유 센서(201)는 사용자 입력 수단으로서, 소프트웨어에 의해 설정된 다수의 영역(Z1~Z4)을 제공할 수 있다. 또한, 상기 패드형 광섬유 센서(201)는 빨간색 화살표의 크기로 표현된 바와 같이, 사용자의 무게중심 이동에 따라 두 발에 실리는 하중의 차이를 검출할 수 있다.
도 3은 상기 도 2의 패드형 광섬유 센서 내부의 광섬유 배치 형태를 예시한다.
도시된 바와 같이, 패드형 광섬유 센서(201) 내에서 광섬유(230)는 유연성 지지체(210) 내에서 일정한 선로 패턴을 형성하도록 배치될 수 있다. 이때, 상기 유연성 지지체(210)는 상기 광섬유(230)를 일정한 형태로 지지하며 그 외부를 둘러싸서 패드 형태의 외관을 형성하는 섬유 또는 필름 등의 유연성 부재뿐만 아니라, 상기 광섬유(230)의 하부 또는 상부와 하부를 지지하며 상기 광섬유(230)에 작용하는 외력의 세기에 따라 탄성적으로 변형되는 탄성 패드를 더 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 광섬유(230)는 본 도면의 위쪽에서부터 a, b, c, d, ... ,k,l과 같이 다수의 길이 구간으로 나뉠 수 있다. 상기 다수의 길이 구간은 예컨대 일정한 길이 단위로 나뉠 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서는 설명의 편의를 위해 다수의 길이 구간을 상기 광섬유(230)의 일단으로부터의 거리 순서에 따라 알파벳으로 인덱싱(Indexing)하였다. 상기 패드형 광섬유 센서(201)는 전술한 바와 같이 여러 개의 영역(zone)으로 구획될 수 있다. 본 도면은 상기 패드형 광섬유 센서(201)가 네 개의 영역(Z1~Z4)으로 구획된 예를 보인다. 이 경우, 도시된 것처럼 각각 a, d, l로 인덱싱된 길이 구간은 제1 영역(Z1)에 대응되고, 이와 마찬가지로 b, c, e 구간은 제2 영역(Z2)에 대응되고, g, j, k 구간은 제3 영역(Z3)에 대응되며, f, h, i 구간은 제4 영역(Z4)에 각각 대응된다.
본 발명에 따른 광섬유 모션 센서 및 가상/증강현실 시스템은 이와 같이, 광섬유 센서를 다수의 영역으로 구획하고, 상기 광섬유 센서 내에 일정한 선로 패턴을 이루며 배치된 광섬유의 다수의 길이 구간을 각각 상기 다수의 영역에 매핑(mapping)시키는 도표, 이른바 매핑 테이블를 포함하여 구성될 수 있다.
도 4는 상기 도 2의 패드형 광섬유 센서에서 상기 사용 상태에 따라 검출된 광섬유 길이 구간별 신호 및 이를 입력신호로 변환하기 위한 매핑 테이블를 예시한다.
도 1 내지 도 4를 함께 참조하여 상기 패드형 광섬유 센서(201) 위에서의 사용자 동작, 예컨대 무게중심을 이동한 행위가 입력신호로서 상기 본체부(20)로 전달되는 경로를 따라 각 구성요소의 작용을 설명하면 다음과 같다. 사용자의 발이 상기 패드형 광섬유 센서(201)의 일부분을 누르면, 유연성 지지체(210)에서 발의 위치에 대응되는 부분에 변형이 일어나면서, 그 위치에 있는 광섬유(230)의 일부 길이 구간(a,d,h,i)에도 굽힘 변형이 일어난다. 일부 길이 구간(a,d,h,i)에서의 굽힘 변형은 그 변형 정도에 따라 상기 광섬유(230)를 통해 양방향으로 전송되는 제1 광신호 및 제2 광신호의 굴절 및 반사에 영향을 주어 결과적으로 상기 수광부(160)에 수신되는 분석신호를 통해 검출된다.
상기 도 4의 아래쪽 부분은 상기 분석신호를 통해 검출되는 광섬유(230)의 길이 구간(a~l)별로 굽힘 변형의 정도에 따른 신호(S)의 세기를 시각적인 그래프로 표현한 것이다. 참고로, 광센서 모듈에서 이와 같은 파형의 전기적 신호가 직접적으로 출력되는 것으로 한정되지는 않는다. 도시된 것처럼 사용자의 무게가 더 많이 실린 오른쪽 발에 대응되는 광섬유(230)의 h 및 i 구간에 대해서 상대적으로 더 높은 레벨의 신호가 검출되는 것을 볼 수 있다.
한편, 상기 도 4의 위쪽 부분은 상기 광섬유(230)의 길이 구간(a~l)을 그 위치에 따라 네 개의 영역(Z1~Z4)에 대응시키는 매핑 테이블을 나타낸다. 이러한 매핑 테이블을 통해 상기 본체부(20)는 최종적으로 패드형 광섬유 센서(201)의 제1 영역(Z1)과 제4 영역(Z4)에 사용자의 하중이 작용하고 있다는 점, 각 영역에 작용하는 하중의 크기에 대한 정보를 소정의 시간 간격으로 획득할 수 있다. 상기 본체부(20)는 이를 통해 사용자의 무게중심이 어디에서 어디로, 어느 정도 이동하는지를 파악하고, 이를 진행중인 게임 혹은 시뮬레이션 등에 반영하여 그 결과를 출력부(25)를 통해 사용자에게 제공할 수 있다.
이러한 매핑 테이블은 일종의 룩업테이블(look-up table)로서 임베디드 소프트웨어(Embedded Software)의 일부로 광섬유 모션 센서(10) 내에 구비될 수 있다. 일 예로 상기 매핑 테이블은 전술한 광센서 모듈(100)의 내장 메모리에 미리 저장될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않는다. 다른 예로 상기 매핑 테이블은 상기 광섬유 모션 센서(10)의 구동에 사용되는 드라이버(Driver)에 포함되어 상기 본체부(20)에 저장될 수도 있다. 상기의 예들 중 어떤 경우든 매핑 테이블은 저장 매체에 기록된 소프트웨어의 일부분으로서 존재하며, 소프트웨어를 통해 변경되거나 다른 것으로 대체될 수 있다. 또한, 광섬유 모션 센서(10)의 감도 조정을 위해 길이 구간을 구분하는 단위 길이를 조정할 수도 있다. 예컨대 둘 이상의 단위 길이 구간을 하나의 길이 구간으로 묶어 해상도를 낮추고 감도를 향상시키는 등의 조정도 가능하다.
이러한 구성은 유리한 효과를 제공한다. 예를 들어, 필요에 따라 매핑 테이블을 바꾸는 것만으로 동일한 패드형 광섬유 센서를 두 개 또는 네 개 등, 적은 수의 영역으로 구획하여 사용할 수도 있고, 수 십개의 영역으로 구획하여 사용할 수도 있으며, 다수 영역의 면적이 균등하게 배분될 필요도 없다. 필요에 따라 광섬유 센서의 다수의 길이 구간 각각이 어느 영역에 대응될 것인지를 미리 정하는 매핑 테이블을 달리할 수 있기 때문이다. 본 발명에 따른 가상/증강현실 시스템은 광섬유 모션 센서(10)의 기본 용도에 대응되는 기본 매핑 테이블을 제공하고, 사용자가 용도에 따라 다른 매핑 테이블을 선택하거나 매핑 테이블을 편집할 수 있도록 하는 도구를 소프트웨어의 형태로 함께 제공할 수도 있다. 이러한 도구에는 그래픽 사용자 인터페이스가 활용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 패드형 광섬유 센서 내부의 광섬유 배치 형태를 예시한다.
본 실시예에 따른 패드형 광섬유 센서(202)는 유연성 지지체(210) 내에 광섬유(231)가 격자 형태의 연속된 광 선로 패턴을 이루도록 배치된 점에서 전술한 도 3의 실시예에 따른 패드형 광섬유 센서(201)와 차이가 있다. 이와 같이 광섬유 센서 내에서 전술한 광 선로 패턴은 다양한 형태로 제공될 수 있다.
도 6은 다수의 패드형 광섬유 센서가 병렬적으로 연결된 광섬유 모션 센서의 예를 보인다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가상/증강현실 시스템은 다수의 광섬유 센서(200)를 포함할 수 있고, 이들은 광 선로를 구성하는 광섬유의 양단이 각각의 광센서 모듈(100)에 연결되어 본체부(미도시)에 입력 신호를 병렬적으로 제공할 수 있다. 이 경우, 다수의 광센서 모듈(100)은 각각 한 쌍의 광 커플러 포트를 가지며, 하나의 통합 모듈(100G)을 이룰 수 있다.
도 7은 다수의 패드형 광섬유 센서가 직렬적으로 연결된 광섬유 모션 센서의 예를 보인다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광섬유 모션 센서 및 가상/증강현실 시스템은 하나의 광센서 모듈(100)에 직렬적으로 연결된 다수의 광섬유 센서(203)를 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 다수의 광섬유 센서(203)는 광센서 모듈(100) 또는 인접한 광섬유 센서(203)와 각각 연결되는 제1 커넥터부(224)와 제2 커넥터부(225)를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 다수의 광섬유 센서(203)는 두 개의 광선로를 각각 구성하는 광섬유(232, 233)를 가지고, 이들은 상기 제1 또는 제2 커넥터부(224, 225)를 통해 인접한 광섬유 센서(203)의 광섬유(232, 233)와 각각 광학적으로 연결된다. 또한, 상기 광센서 모듈(100)에서 가장 멀리 배치된 광섬유 센서(203)의 제2 커넥터부 측에는 상기 두 광섬유(232,233)의 단자를 광학적으로 서로 연결해주는, 광선로 연결부재(204)가 구비된다. 상기 광선로 연결부재(204)에는 그 입력단과 출력단을 연결하는 하나의 광섬유(234) 또는 이와 같은 기능을 수행하는 도광체 등의 광학 소자가 구비될 수 있다. 한편, 상기 광선로 연결부재(204)는 직렬적으로 연결되는 다수의 광섬유 센서(203)들 중에서 상기 광센서 모듈(100)에서 가장 멀리 배치되는 센서에 내재 될 수도 있다.
위와 같은 구성을 통해, 직렬적으로 연결된 다수의 광섬유 센서(203)들은 상기 도 1 내지 도 5의 실시예와 마찬가지로 상기 광센서 모듈(100)의 한 쌍의 광 커플러(미도시) 사이를 광학적으로 연결하는, 연속된 하나의 광선로를 제공하게 된다. 따라서, 광센서 모듈(100)은 전술한 도 1 내지 도 5의 실시예와 같은 방식으로 사용자의 동작에 따른 이벤트를 검출하여 입력 신호를 제공할 수 있다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 글러브형 광섬유 센서의 예를 보인다.
본 실시예에 따른 글러브형 광섬유 센서(205)는 전술한 도 3의 패드형 광섬유 센서(201)와 마찬가지로 광센서 모듈(100)을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 글러브형 광섬유 센서(205)는 유연성 지지체(215) 내에 하나의 연속된 광선로를 이루도록 배치된 광섬유(235)를 포함한다. 광센서 모듈(100)의 구성은 전술한 것과 같으므로 여기서는 설명을 생략하기로 한다. 상기 글러브형 광섬유 센서(205)가 전술한 패드형 광섬유 센서(201)와 다른 점은, 상기 유연성 지지체(215)가 사용자의 손을 수용하는 장갑 형태로 형성된다는 점과, 그에 따라 상기 광섬유(235)는 점선으로 표시된 다수의 손가락 관절 부분들을 가로질러 통과하도록 배치된다는 점이다.
본 도면에서 F1~F5는 엄지부터 새끼손가락까지 다섯 손가락을 나타내고, F11, F12는 엄지의 두 관절을, F21, F22, F23은 검지의 세 관절을 나타낸다. 한편, a, b, c, ~, m, n과 같은 알파벳 소문자는 상기 다수의 관절들을 지나는 광섬유(235)의 길이 구간들을 인덱싱한 것이다. 본 도면의 예를 기준으로 할 때, 각각의 관절마다 상기 광섬유(235)가 이를 지나는 길이 구간은 두 개씩 대응된다. 여기서는 편의상 손가락 길이 방향으로 관절을 통과하는 각 관절당 두 개씩의 길이 구간들 중 왼쪽의 구간만 인덱싱하였다.
도 9는 상기 도 8의 실시예에 따른 글러브형 광섬유 센서의 매핑 테이블을 예시한다.
본 도면은 좀 더 구체적으로 전술한 글러브형 광섬유 센서(205)에 대하여 미리 설정된 매핑 테이블에 각각의 광섬유 길이 구간에 대응되는 신호 레벨을 표시한 도표를 예시한 것이다. 여기서는 신호 레벨을 0과 1의 두 레벨로 이진화하였으나, 본 발명이 이에 한정되지 않음은 물론이다. 상기 신호 레벨은 각 길이 구간에서 광섬유가 구부러진 정도를 나타내는 신호의 세기를 미리 정해진 기준에 따라 단계적으로 표현한 것이다.
상기 도 8의 실시예에 따른 글러브형 광섬유 센서(205)를 착용한 사용자가 가위 바위 보를 하며 가위를 낸 경우를 가정하면, 사용자는 F1, F4, F5 손가락을 접고, F2, F3 손가락을 펴는 동작을 하게 된다. 이때, 예를 들어 엄지(F1)의 두 관절(F11, F12)에 대응되는 광섬유(235)의 길이 구간 a, b와 약지(F4)의 관절에 대응되는 길이 구간 i, j 등에는 굽힘을 나타내는 신호 레벨이 검출될 것이다.
이와 같은 글러브형 광섬유 센서(205)를 이용하면, 본 발명에 따른 가상/증강현실 시스템은 사용자의 손동작을 여러 관절의 굽힘에 따른 신호를 이용하여 검출할 수 있다. 이런 기능은 예를 들어, 수화 입력에 활용될 수도 있다. 또 다른 예로, 광섬유(235)를 손바닥 쪽에 배치한다면 사용자가 물체를 움켜쥐는 힘에 따른 전기적 신호를 얻을 수도 있다.
10: 광섬유 모션 센서
20: 본체부 25: 출력부
100: 광센서 모듈 200: 광섬유 센서
201, 202, 203: 패드형 광섬유 센서
204: 광선로 연결부재
205: 글러브형 광섬유 센서
210, 215: 유연성 지지체
230, 231, 232, 233, 235: 광섬유

Claims (15)

  1. 펄스형 광신호를 서로 동일하게 둘로 분기하여 하나의 연속된 광선로 양단에 인가하고, 상기 하나의 연속된 광선로 양단으로 회귀한 두 개의 광신호를 결합하여 분석신호를 생성하고, 상기 분석신호를 수광하여 전기적 신호를 제공하는 광센서 모듈;
    상기 하나의 연속된 광선로를 구성하는 소정의 광선로 패턴을 형성하는 적어도 하나의 광섬유; 및
    상기 광섬유가 상기 소정의 광선로 패턴을 유지하도록 지지하고, 외력에 의해 유연성 있게 탄력적으로 변형되어, 상기 외력이 작용한 부분에 배치된 상기 광섬유의 일부 구간이 상기 외력의 세기에 따라 구부러지도록 하는, 유연성 지지체를 포함하는,
    광섬유 모션 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유연성 지지체는, 상기 광섬유 모션 센서의 외관을 형성하는 섬유 또는 필름 재질의 유연성 부재; 및
    상기 광섬유의 적어도 일부를 지지하며 상기 외력의 세기에 따라 탄성적으로 변형되는 탄성 패드를 포함하는,
    광섬유 모션 센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유연성 지지체는 패드 또는 글러브 형상으로 형성된,
    광섬유 모션 센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광섬유 모션 센서는 다수의 영역으로 구획되고, 상기 광섬유는 소정의 길이 단위로 구분되는 다수의 길이 구간을 포함하며,
    상기 다수의 길이 구간이 상기 다수의 영역 중 어디에 대응되는지를 미리 정의하는 매핑 테이블을 더 포함하는,
    광섬유 모션 센서.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 매핑 테이블은 상기 광센서 모듈의 내장 메모리에 미리 저장된,
    광섬유 모션 센서.
  6. 광섬유 모션 센서를 통한 사용자 입력 신호를 이용하여 가상현실 콘텐츠를 실행하는 본체부; 및
    상기 콘텐츠의 실행 상태를 사용자의 감각기관을 통해 지각될 수 있게 출력하는 출력부를 포함하고,
    상기 광섬유 모션 센서는,
    펄스형 광신호를 서로 동일하게 둘로 분기하여 하나의 연속된 광선로 양단에 인가하고, 상기 하나의 연속된 광선로 양단으로 회귀한 두 개의 광신호를 결합하여 분석신호를 생성하고, 상기 분석신호를 수광하여 전기적 신호를 제공하는 광센서 모듈;
    상기 하나의 연속된 광선로를 구성하는 소정의 광선로 패턴을 형성하는 적어도 하나의 광섬유; 및
    상기 광섬유가 상기 소정의 광선로 패턴을 유지하도록 지지하고, 외력에 의해 유연성 있게 탄력적으로 변형되어, 상기 외력이 작용한 부분에 배치된 상기 광섬유의 일부 구간이 상기 외력의 세기에 따라 구부러지도록 하는, 유연성 지지체를 포함하는,
    가상현실 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 유연성 지지체는, 패드 또는 글러브 형태로 상기 광섬유 모션 센서의 외관을 형성하는 섬유 또는 필름 재질의 유연성 부재; 및
    상기 광섬유의 적어도 일부를 지지하며 상기 외력의 세기에 따라 탄성적으로 변형되는 탄성 패드를 포함하는,
    가상현실 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 광섬유 모션 센서는 다수의 영역으로 구획되고, 상기 광섬유는 소정의 길이 단위로 구분되는 다수의 길이 구간을 포함하며,
    상기 다수의 길이 구간이 상기 다수의 영역 중 어디에 대응되는지를 미리 정의하는 매핑 테이블을 더 포함하는,
    가상현실 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 매핑 테이블은 상기 광센서 모듈의 내장 메모리에 미리 저장된,
    가상현실 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 매핑 테이블은 상기 본체부에 미리 저장된,
    가상현실 시스템.
  11. 광섬유 모션 센서를 통한 사용자 입력 신호를 이용하여 증강현실 콘텐츠를 실행하는 본체부; 및
    상기 콘텐츠의 실행 상태를 사용자의 감각기관을 통해 지각될 수 있게 출력하는 출력부를 포함하고,
    상기 광섬유 모션 센서는,
    펄스형 광신호를 서로 동일하게 둘로 분기하여 하나의 연속된 광선로 양단에 인가하고, 상기 하나의 연속된 광선로 양단으로 회귀한 두 개의 광신호를 결합하여 분석신호를 생성하고, 상기 분석신호를 수광하여 전기적 신호를 제공하는 광센서 모듈;
    상기 하나의 연속된 광선로를 구성하는 소정의 광선로 패턴을 형성하는 적어도 하나의 광섬유; 및
    상기 광섬유가 상기 소정의 광선로 패턴을 유지하도록 지지하고, 외력에 의해 유연성 있게 탄력적으로 변형되어, 상기 외력이 작용한 부분에 배치된 상기 광섬유의 일부 구간이 상기 외력의 세기에 따라 구부러지도록 하는, 유연성 지지체를 포함하는,
    증강현실 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 유연성 지지체는, 패드 또는 글러브 형태로 상기 광섬유 모션 센서의 외관을 형성하는 섬유 또는 필름 재질의 유연성 부재; 및
    상기 광섬유의 적어도 일부를 지지하며 상기 외력의 세기에 따라 탄성적으로 변형되는 탄성 패드를 포함하는,
    증강현실 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 광섬유 모션 센서는 다수의 영역으로 구획되고, 상기 광섬유는 소정의 길이 단위로 구분되는 다수의 길이 구간을 포함하며,
    상기 다수의 길이 구간이 상기 다수의 영역 중 어디에 대응되는지를 미리 정의하는 매핑 테이블을 더 포함하는,
    증강현실 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 매핑 테이블은 상기 광센서 모듈의 내장 메모리에 미리 저장된,
    증강현실 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 매핑 테이블은 상기 본체부에 미리 저장된,
    증강현실 시스템.
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