KR102301953B1 - 모션 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모션 디바이스에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 모션 디바이스는, 빔을 방사하기 위한 발광부; 대상물에서 반사되는 반사 빔을 검출하기 위한 수광부; 상부 케이스; 하부 케이스; 상기 발광부와 수광부 사이에 배치되는 차단막; 및 상기 발광부가 방사한 빔과 상기 반사 빔을 통과시키고 상기 발광부와 수광부를 보호하기 위한 것으로 상기 차단막을 경계로 제1 윈도우와 제2 윈도우로 분리되는 윈도우를 포함할 수 있다. 따라서, 수광부에 원하지 않는 빔이 들어가지 않게 하여 모션 검출 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

Description

모션 디바이스{MOTION DEVICE}

본 발명은 모션 디바이스에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전자유닛에서 발생된 열을 보다 효과적으로 발산할 수 있는 모션 디바이스에 관한 것이다.

개인용 컴퓨터, 노트북, 휴대폰 등과 같은 단말기(terminal)는 기능이 다양화되고 있다.

전통적으로 단말기는 키보드와 마우스를 이용하여 사용자로부터 입력을 받아왔으나 최근에는 다양한 입력 수단이 소개되고 있다. 예를 들어, 디스플레이에 사용자가 직접 터치하여 입력을 받는 터치 스크린이나 3차원으로 움직이는 사용자의 동작을 인지하기 위한 모션 센서 등이 소개되고 있다.

모션 센서는 대상물을 향해 빔을 방사하고 대상물에서 반사되는 빔을 검출하여 대상물과의 거리를 포함하여 대상물의 움직임을 검출할 수 있는데, 대상물을 향해 방사되어야 하는 빔이 수광부로 직접 또는 간접적으로 입력되어 센서의 성능을 저하시킬 수 있다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 발광부에서 방사된 빔이 곧바로 수광부로 유입되는 것을 차단하도록 하는 모션 센서를 제공하는 데 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 모션 디바이스는, 빔을 방사하기 위한 발광부; 대상물에서 반사되는 반사 빔을 검출하기 위한 수광부; 상부 케이스; 하부 케이스; 상기 발광부와 수광부 사이에 배치되는 차단막; 및 상기 발광부가 방사한 빔과 상기 반사 빔을 통과시키고 상기 발광부와 수광부를 보호하고 상기 차단막을 경계로 제1 윈도우와 제2 윈도우로 분리되는 윈도우를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 차단막은 상기 상부 케이스와 일체로 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 차단막은 적어도 상기 윈도우의 윗면과 같은 높이까지 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 차단막은 상기 윈도우의 아랫면보다 아래쪽으로 돌출되도록 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 발광부와 수광부는 각각 상기 차단막의 상단이 발광 시야각과 수광 시야각 범위 밖에 놓이도록 배치될 수 있다.

따라서, 윈도우의 윗면과 아랫면에서 일어나는 다중 반사로 인해 수광부에 원하지 않는 빔이 들어가는 현상을 방지할 수 있게 되고, 이에 따라 모션 검출 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 모션 디바이스의 사용예를 도시한 것이고,
도 2와 도 3은 윗면이 일체형 윈도우로 형성되는 종래 모션 디바이스의 사시도와 단면도를 도시한 것이고,
도 4는 모션 디바이스의 발광부에서 방사된 빔이 윈도우의 윗면과 아랫면에서 반사되어 수광부로 유입되는 현상을 도시한 것이고,
도 5와 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 모션 디바이스의 윈도우를 분리하고 발광부와 수광부 사이에 차단막을 형성하는 구조를 도시한 것이고,
도 7은 발광부와 수광부 사이에 차단막을 형성한 구조를 개략적으로 도시한 것이고,
도 8은 종래 모션 디바이스와 본 발명의 일 실시예에 따른 모션 디바이스의 수광부에 유입되는 빔을 비교한 결과이다.

본 발명의 상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다. 다만, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 원칙적으로 동일한 구성 요소들을 나타낸다. 또한, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구분하기 위한 식별 기호에 불과하다

이하, 본 발명과 관련된 모션 센서에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성 요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

도 1은 모션 디바이스의 사용예를 도시한 것이다.

모션 디바이스(100)는 사용자의 움직임을 감지할 수 있는데, 예를 들어, 사용자가 손 등을 이용하여 취한 제스처를 감지하여 그 결과를 컴퓨터나 단말기로 전달할 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 모션 디바이스(100)는, 퍼스널 컴퓨터, 노트북, TV, 이동 단말과 같은 컴퓨터 또는 단말기에 연결될 수 있는데, 컴퓨터나 단말기에는 콘텐츠를 재생하거나 사용자로부터 일정한 입력을 받아야 할 필요가 있는 전자 기기가 포함될 수 있다.

모션 디바이스(100)는 테이블 등에 놓여 그 위쪽 공간의 제스처를 감지할 수 있는데, 모션 디바이스(100)가 특정 위치에 정지하여 위쪽의 일정 공간을 모니터링 하며 모니터링 하던 일정 공간 내에 대상물이 진입하면 그 제스처를 감지할 수 있다.

모션 디바이스(100)는 휴대 가능할 수 있는 크기로, 사용자는 원하는 장소에서 손쉽게 모션 디바이스(100)를 사용하여 제스처를 입력할 수 있다.

모션 디바이스(100)를 통한 사용자의 제스처는, 사용자의 손가락 각각의 제스처를 포함할 수 있는데, 예를 들어, 왼손과 오른손 각각의 손가락의 3차원 공간 움직임을 감지할 수 있다. 따라서 사용자가 3차원 공간 상에서 키보드를 타이핑하는 듯한 제스처를 취하면 그에 대응된 타이핑 입력이 가능할 수 있다.

모션 디바이스(100)를 통한 사용자의 제스처는, 사용자 손의 제스처를 포함할 수 있다. 즉, 손 및/또는 팔의 움직임이라는 상대적으로 큰 움직임을 감지할 수 있다. 따라서 사용자가 3차원 공간에서 공을 치는 듯한 제스처를 취하면, 그에 대응되는 운동 경기 어플리케이션에 대한 입력이 가능할 수 있다.

모션 디바이스(100)에서 컴퓨터로 전달되는 데이터는, 3차원 공간상에서 사용자 손의 위치를 포함하는 초기 데이터 및/또는 초기 데이터를 가공한 데이터일 수 있다.

모션 디바이스(100)와 컴퓨터는, 유선 및/또는 무선을 통해서 연결될 수 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 모션 디바이스(100)와 컴퓨터가 유선으로 연결되어 모션 디바이스(100)와 컴퓨터 사이에 데이터가 교환될 수 있다. 또는, 모션 디바이스(100)에 포함된 무선 통신부를 통하여 컴퓨터와 무선으로 연결될 수도 있다.

도 2와 도 3은 윗면이 일체형 윈도우로 형성되는 종래 모션 디바이스의 사시도와 단면도를 도시한 것이다.

모션 디바이스는 발광부가 대상물을 검출하기 위한 빔을 방사하고 수광부가 발광부에서 방사되어 대상물에서 반사되는 반사 빔을 검출하는데, 방사 빔과 반사 빔이 통과할 수 있고 케이스 내에 포함된 전자 부품을 보호하기 위한 전방 창 또는 전방 윈도우(Front Window)가 마련될 수 있다.

전방 윈도우는 모션 디바이스 내부의 부품을 보호하고 내부 부품을 외부에서 볼 수 없도록 하고 빔이 통과할 수 있도록 가시 광선 영역이 통과하지 않고 적외선 영역만 통과하도록 코팅 처리된 플라스틱으로 형성될 수 있다.

종래 모션 디바이스는, 도 2와 도 3에 도시한 것과 같이, 심미성을 향상시키고 생산 또는 조립 단가를 낮추기 위하여, 빔이 방사되고 반사된 빔이 되돌아오는 통로 역할을 하는 전방 윈도우를 일체형으로 형성하여 발광부와 수광부가 배치된 영역을 보호한다.

발광부와 수광부는 발광부에서 방사되는 빔의 방사 각과 수광부가 수광할 수 있는 최대 수광 각이 모션 디바이스 외부에서 만나도록 서로 이격된 상태로 모션 디바이스 내부에 배치되어, 발광부에서 방사된 빔이 수광부로 직접 유입되는 것을 방지할 수 있다.

도 4는 모션 디바이스의 발광부에서 방사된 빔이 윈도우의 윗면과 아랫면에서 반사되어 수광부로 유입되는 현상을 도시한 것이다.

도 4에 도시한 것과 같이, 발광부에서 방사된 빔이 전방 윈도우에 입사할 때 전방 윈도우의 윗면과 아랫면에서 다중 반사가 발생할 수 있는데, 전방 윈도우 평면을 기준으로 최대 47도 각도로 입사될 때, 전방 윈도우의 아랫면에서 입사 빔의 5.52%가 1차 반사되어 모션 디바이스 내부로 향하고, 아랫면을 통과한 94.48%의 입사 빔 중에서 최초 입사 빔의 4.98%가 전방 윈도우의 윗면에서 반사되고 최초 입사 빔의 89.5%가 전방 윈도우의 윗면을 통과하여 대상물을 향한다.

하지만, 발광부에서 방사된 빔이 전방 윈도우의 윗면과 아랫면에서 반사되거나 통과하여 모션 디바이스의 외부로 방사되거나 모션 디바이스 내부로 유입되는데, 모션 디바이스 내부로 유입되는 빔이 수광부에서 직접 검출되는 문제가 발생할 수 있다. 많은 양은 아니지만, 도 4에서 3차 반사된 빔, 즉 입사 빔의 0.04%가 수광부에 유입되어 수광부의 성능을 저하시키는 실험 결과가 나오고 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 상황을 고려하여, 발광부와 수광부 사이에 차단막을 배치하고 차단막을 경계로 윈도우를 분리하여, 발광부에서 방사되어 전방 윈도우의 윗면과 아랫면에서 반사되어 수광부로 직접 유입되는 빔을 차단하도록 한다.

도 5와 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 모션 디바이스의 윈도우를 분리하고 발광부와 수광부 사이에 차단막을 형성하는 구조를 도시한 것이고,

본 발명의 일 실시예에서는, 종래 일체형으로 형성된 전방 윈도우를 2개의 윈도우로 분리하고, 그 사이에 차단막을 형성하여 발광부에서 방사되는 빔이 수광부로 입사되는 것을 막을 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모션 디바이스의 단면을 도시한 것으로, 일반적인 모션 디바이스(100)는, 모션 디바이스의 기능을 수행하기 위한 각종 전자 유닛을 수용하기 위한 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120), 대상물에 방사 빔을 방사하기 위한 발광부(130) 및 대상물에서 반사되는 반사 빔을 수신하기 위한 수광부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 모션 디바이스(100)는, 방사 빔과 반사 빔의 통로 역할을 하고 모션 디바이스의 각종 전자 유닛을 보호하기 위한 제1 윈도우(111)과 제2 윈도우(112) 및 발광부(130)와 수광부(140) 사이에 배치되어 발광부(130)에서 방사된 빔이 수광부(140)로 직접 유입되는 것을 차단하기 위한 차단막(115)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 모션 디바이스(100)는, 발광부(130)와 수광부(140)에 전원을 공급하기 위한 전원부, 컴퓨터와 데이터를 송수신하기 위한 통신부, 및 모션 디바이스의 전반적인 동작을 제어하기 위한 제어부 등을 더 포함할 수 있다.

발광부(130)는 모션 디바이스(100)의 외부를 향하여, 즉 검출 대상이 되는 대상물, 예를 들어 사용자의 손 등을 향하여 빔을 방출하는 전자 유닛으로, 방사되는 빔은 인간의 시각을 통하여 관측 가능한 가시 광 대역의 빔 또는 관측 불가능한 적외선 대역의 빔일 수 있다.

발광부(130)에서 송출되는 빔은 센싱 되는 영역을 사용자가 직관적으로 인지할 수 있도록 의도적으로 관측 가능한 가시 광 대역의 빔을 포함할 수 있는데, 예를 들어, 제스처를 감지할 때 사용되는 빔이 시각을 통하여 관측이 불가능한 파장일지라도 시각을 통하여 관측 가능한 파장의 빔을 함께 송출할 수 있음을 의미한다. 시각을 통하여 관측 가능한 파장의 빔이 함께 송출되면, 사용자는 직관적으로 제스처가 감지될 수 있는 3차원 영역의 범위를 인지할 수 있다. 따라서, 3차원 영역의 범위 내에서 제스처를 취하도록 유도할 수 있다. 아울러, 송출되는 파장에 따라서는 전파의 영역에 있을 수도 있으나, 이해의 편의를 위하여 빔으로 표현한다.

발광부(130)는 모션 디바이스(100)의 위쪽을 향하여 빔을 방사할 수 있다. 따라서 손 등을 사용한 사용자의 제스처도 그 영역에서 감지될 수 있다.

수광부(140)는, 발광부(130)에서 방사된 빔 중 제스처를 수행하는 대상물에 반사되는 반사 빔을 감지하는 전자 유닛일 수 있다. 발광부(130)에서 방사된 빔 중 사용자의 손과 같은 대상물에서 반사된 빔 중 적어도 일부는 수광부(140)를 통하여 감지될 수 있다.

제어부는 수광부(140)를 통해 수신되는 빔의 파장 변화, 도달 시간, 도달 각도 등의 다양한 정보에 기초하여 사용자 손의 현 상태를 감지할 수 있다. 특정 시각의 현재 상태인 손의 포스쳐(posture)를 시간의 흐름을 결합하여 배치함으로써 포스쳐의 변화인 제스처(gesture)를 생성할 수 있다.

상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)는, 서로 결합된 형태로 모션 디바이스(100)의 외관을 형성하고, 발광부(130), 수광부(140), 전원부, 통신부, 제어부 등 각종 전자 유닛을 수용한다.

상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)의 전부 또는 일부는 열전도성이 높은 재질로 구성될 수 있는데, 예를 들어, 알루미늄과 같은 금속 재질로 구성될 수 있음을 의미한다. 열전도성이 높은 케이스를 사용하여 케이스 내부에 수용된 전자 유닛에서 발생된 열의 방출을 촉진할 수 있고, 또한 전자 유닛에서 발생된 열이 상대적으로 면적이 넓은 케이스 표면으로 쉽게 전도될 수 있도록 할 수 있다.

도 7은 발광부와 수광부 사이에 차단막을 형성한 구조를 개략적으로 도시한 것이다.

차단막(115)은 발광부(130)와 수광부(140) 사이에 형성되는데, 도 7에서는 차단막(115)이 발광부(130)와 수광부(140)의 아래까지 형성되는 것으로 도시되어 있지만, 발광부(130)와 수광부(140)가 모션 디바이스의 상부를 향하기 때문에, 발광부(130)의 발광 시야 각(Emitting FOV(Field Of View))과 수광부(140)의 수신 시야 각(Receiving FOV)에서 먼 아래 위치까지 차단막(115)이 연장될 필요는 없다. 대신, 수광부(140)를 하부 케이스(120)에 고정하기 위한 고정 부재가 차단막 역할을 일부 수행할 수 있다.

또한, 차단막(115)은 적어도 제1 윈도우(111)와 제2 윈도우(112)의 윗면과 같거나 더 높은 위치까지 연장될 수 있는데, 이는 제1 윈도우(111)의 윗면에서 반사된 방사 빔이 수광부(140)에 유입되는 것을 막기 위함이다.

차단막(115)이 하부 케이스(120)에 가까운 위치까지 연장될 경우 모션 디바이스의 조립이나 부품 배치가 곤란하게 될 수 있기 때문에, 차단막(115)은 제1 윈도우(111)이나 제2 윈도우(112)의 아랫면보다 아래로 소정 거리 돌출되도록 연장될 수 있다.

차단막(115)는 상부 케이스(110)와 일체로 형성되어 상부 케이스(110)에 차단막(115)을 사이에 두고 2개의 개구를 형성할 수 있는데, 두 개구에 제1 윈도우(111)와 제2 윈도우(112)가 각각 안착할 수 있다.

또한, 발광부(130)와 수광부(140)는 각각 차단막(115)의 상단이 발광 시야 각과 수광 시야 각 범위 밖에 놓이도록 각각 차단막(115)로부터 소정 거리 떨어진 위치에 배치되어, 발광부(130)와 수광부(140)가 발광 시야 각과 수광 시야 각 내에서 충분히 빔을 방사하고 반사된 빔을 수신하여 최대한 모션 디바이스의 동작 범위를 확보하도록 할 수 있다.

도 8은 종래 모션 디바이스와 본 발명의 일 실시예에 따른 모션 디바이스의 수광부에 유입되는 빔을 비교한 결과이다.

종래 모션 디바이스의 수광부에는 발광부에 가까운 위치에 윈도우의 윗면과 아랫면에서 생기는 다중 반사로 인해 일부 빔이 유입되어 노이즈로 작용할 수 있는 것에 반해, 본 발명에 따른 모션 디바이스의 수광부에는 발광부로부터 직접 유입되는 노이즈 빔이 없는 것을 확인할 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100: 모션 디바이스 110: 상부 케이스
111: 제1 윈도우 112: 제2 윈도우
115: 차단막 120: 하부 케이스
130: 발광부 140: 수광부

Claims (5)

1. 빔을 방사하기 위한 발광부;
   대상물에서 반사되는 반사 빔을 검출하기 위한 수광부;
   상부 케이스;
   하부 케이스;
   상기 발광부와 수광부 사이에 배치되는 차단막;
   상기 수광부를 상기 하부 케이스에 고정하고 상기 발광부에서 방사된 빔이 직접 상기 수광부로 유입되는 것을 막는 고정 부재; 및
   상기 발광부가 방사한 빔과 상기 반사 빔을 통과시키고 상기 발광부와 수광부를 보호하기 위한 것으로 상기 차단막을 경계로 제1 윈도우와 제2 윈도우로 분리되는 윈도우를 포함하여 구성되고,
   상기 상부 케이스와 일체로 형성되는 차단막은 상기 윈도우의 아랫면보다 아래쪽으로 돌출하되 상기 하부 케이스까지 연장되지 않는 것을 특징으로 하는 모션 센서.
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서,
   상기 차단막은 적어도 상기 윈도우의 윗면과 같은 높이까지 형성되는 것을 특징으로 하는 모션 센서.
4. 삭제
5. 제1 항에 있어서,
   상기 발광부와 수광부는 각각 상기 차단막의 상단이 발광 시야 각과 수광 시야 각 범위 밖에 놓이도록 배치되는 것을 특징으로 하는 모션 센서.

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