KR102425576B1 - 웨어러블 디바이스 및 그 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스는, 사용자 신체와 접촉하는 제1 전극, 코로나 방전이 일어나는 뾰족한 형상의 제2 전극, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 연결되어 전원을 인가하는 전원공급부, 상기 제2 전극으로 누설되는 누설 전류(leak current)를 측정하기 위한 전류측정부 및 상기 코로나 방전을 유도하기 위해 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 전원을 인가하도록 상기 전원공급부를 제어하고, 상기 전류측정부를 통해 상기 코로나 방전으로 인한 누설 전류를 측정하며, 상기 측정한 상기 누설 전류를 바탕으로 터치 이벤트를 감지하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

웨어러블 디바이스 및 그 동작 방법{WEARABLE DEVICE AND THE OPERATION METHOD THEREOF}
본 발명은 웨어러블 디바이스 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
최근 웨어러블 디바이스 관련 기술의 발전에 따라 다양한 종류의 웨어러블 디바이스가 출시되고 있고, 그에 따라 웨어러블 디바이스를 활용하기 위한 기술들이 함께 개발되고 있다. 최근에는, 사용자가 다양한 웨어러블 기기와 보다 쉽고 편하게 상호작용할 수 있도록, 즉, 사용자가 웨어러블 기기를 보다 편리하게 사용할 수 있게 하는 휴먼-컴퓨터 인터렉션(Human-Computer Interaction. HCI) 관련 기술에 관심이 집중되고 있다. 특히, 웨어러블 디바이스를 착용한 사용자가 신체의 일부를 이용하여 다른 사물이나 사람을 접촉(touch)하는 경우, 이를 감지하는 기술에 대한 관심이 높다.
이러한, 웨어러블 기기에서 휴먼-컴퓨터 인터렉션의 예로는, 웨어러블 기기끼리의 접촉, 웨어러블 기기와 접촉을 위한 인터페이스가 있는 디바이스와의 접촉 등과 같이 휴먼-컴퓨터 인터렉션을 위한 인터페이스가 양쪽 기기에 모두 존재하는 경우가 있을 수 있다. 이 경우, 접촉하려는 사물에 휴먼-컴퓨터 인터렉션을 위한 인터페이스가 존재하지 않는 경우, 해당 사물을 인지할 수 없고, 나아가, 다른 사람을 인지하는 것은 불가능하다.
웨어러블 기기에 탑재된 휴먼-컴퓨터 인터렉션을 위한 인터페이스만으로도 다른 사물을 인지하는 기술이 있기는 하나, 그러한 기술을 구현하기 위하여 복잡하고 불편한 추가 구성, 예를 들어, 센서 등이 필요하고, 다른 사람을 인지하는 것은 불가능하다는 등 특정 제한 조건이 있는 경우가 많다.
일 실시예는 코로나 방전(corona discharge)을 이용하여 사용자가 접촉하는 물체를 감지할 수 있는 웨어러블 디바이스 및 그 동작 방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스는, 사용자 신체와 접촉하는 제1 전극, 코로나 방전이 일어나는 뾰족한 형상의 제2 전극, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 연결되어 전원을 인가하는 전원공급부, 상기 제2 전극으로 누설되는 누설 전류(leak current)를 측정하기 위한 전류측정부 및 상기 코로나 방전을 유도하기 위해 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 전원을 인가하도록 상기 전원공급부를 제어하고, 상기 전류측정부를 통해 상기 코로나 방전으로 인한 누설 전류를 측정하며, 상기 측정한 상기 누설 전류를 바탕으로 터치 이벤트를 감지하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 동작 방법은, 코로나 방전을 유도하기 위해 제1 전극 및 제2 전극에 전원을 인가하는 단계, 상기 코로나 방전 발생 시, 상기 코로나 방전으로 인한 누설 전류를 측정하는 단계 및 상기 측정한 누설 전류를 바탕으로 터치 이벤트를 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1(a) 및 도 1(b)는 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스를 사용하는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 내부 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스를 보다 상세히 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 파라미터들에 대한 타이밍도를 나타내는 도면이다.
도 5(a) 내지 도 5(d)는 일 실시예에 따라 사용자 신체의 전위가 다른 경우, 웨어러블 디바이스의 파라미터들에 대한 타이밍도를 비교하는 도면이다.
도 6(a) 내지 도 6(e)는 일 실시예에 따라 사용자 전위에 따라 양의 전원을 인가하는 타이밍도를 나타내는 도면이다.
도 7(a) 및 도 7(b)는 일 실시예에 따라 터치 이벤트 이후 사용자의 전위 변화를 나타내는 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예들은 여러 가지 상이한 형태로 변형되어 실시될 수도 있다. 실시예들의 특징을 보다 명확히 설명하기 위하여 이하의 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는 사항들에 관해서 자세한 설명은 생략한다.
한편, 본 명세서에서 어떤 구성이 다른 구성과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐 아니라, '그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성이 다른 구성을 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 그 외 다른 구성을 제외하는 것이 아니라 다른 구성들 더 포함할 수도 있다는 것을 의미한다.
도 1(a) 및 도 1(b)는 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스를 사용하는 일 예를 나타내는 도면이다.
먼저, 도 1(a)를 참조하면, 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스(11)는 스마트 와치일 수도 있고, 스마트 와치와 같이 손목에 착용하는 형태를 갖는 다른 디바이스일 수도 있다. 예를 들어, 웨어러블 디바이스(11)는 스마트 밴드가 될 수도 있다. 또한, 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스(11)는 코로나 방전을 위한 뾰족한 형상의 전극(12)을 포함한다.
일 실시예에서, 웨어러블 디바이스(11)를 착용한 사용자(10)의 신체 일부가 냉장고(20)와 같은 물체, 특히, 도전성 물체와 접촉하는 경우, 웨어러블 디바이스(11)는 사용자의 신체 일부가 물체와 접촉했다는 터치 이벤트가 발생하였음을 감지할 수 있다. 나아가, 웨어러블 디바이스(11)는 사전 학습 과정을 통하여 또는 저장된 데이터를 이용하여 사용자가 접촉한 물체가 무엇인지 식별할 수도 있다.
도 2(b)를 참조하면, 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스(31, 41)는 헤드-마운티드 디스플레이(head-mounted display)일 수도 있고, 헤드-마운티드 디스플레이와 같이 머리에 착용하는 형태를 갖는 다른 디바이스일 수도 있다. . 예를 들어, 웨어러블 디바이스(31, 41)는 VR 헬멧(Virtual Reality Helmet)이 될 수도 있다. 또한, 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스(31, 41)는 코로나 방전을 위한 뾰족한 형상의 전극(12)을 포함한다.
일 실시예에서, 웨어러블 디바이스(31)를 착용한 사용자(30)의 신체 일부가 다른 사람(40)과 접촉하는 경우, 웨어러블 디바이스(31)는 사용자의 신체 일부가 다른 사람(40)과 접촉했다는 터치 이벤트가 발생하였음을 감지할 수 있다. 나아가, 웨어러블 디바이스(31)는 사전 학습 과정을 통하여 또는 저장된 데이터를 이용하여 다른 사람(40)이 누구인지 식별할 수도 있다.
또한, 다른 사람(40) 역시 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스(41)를 착용하고 있는 경우, 웨어러블 디바이스(31)는 다른 웨어러블 디바이스(41)와 상호작용을 할 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 디바이스(31)는 터치 이벤트를 감지하여 다른 사람(40) 및/또는 다른 사람(40)이 착용하고 있는 다른 웨어러블 디바이스(41)를 식별하고, 다른 웨어러블 디바이스(41)와의 무선 통신을 통해 데이터를 주고 받거나 사용자(30)와 다른 사람(40)이 같이 게임을 하도록 지원할 수도 있다.
도 1(b)에서 설명하는 웨어러블 디바이스(31, 41)는 그 형태만 다를 뿐, 도 1(a)에서 설명하는 웨어러블 디바이스(11)와 동일한 기능을 수행할 수 있다.
아래에서 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스 및 그 동작 방법을 보다 구체적으로 살펴보도록 한다.
도 2는 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 내부 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스(200)는 제1 전극(210), 제2 전극(220), 전원공급부(230), 전류측정부(240), 메모리(250) 및 제어부(260)를 포함할 수 있다.
제1 전극(210)은 사용자의 신체와 접촉하는 전극이다. 일 실시예에서, 웨어러블 디바이스(200) 제1 전극(210)을 이용하여 사용자의 신체와 전기적 연결을 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 전극(210)을 통해 코로나 방전으로 인한 누설 전류가 웨어러블 디바이스(200)에서 사용자로 또는 사용자에서 웨어러블 디바이스(200)로 흐르게 된다.
일 실시예에서 제1 전극(210)은 신체와 접촉하는 것을 고려하여 도전성 고무로 형성될 수 있다.
제2 전극(220)은 코로나 방전이 일어나는 뾰족한 형상의 전극이다. 코로나 방전은 전계가 집중된 부위에서 일어나는 현상인 바, 제2 전극(220)은 코로나 방전을 위하여 뾰족한 형상으로 형성된다. 일 실시예에서 제2 전극(220)은 원뿔, 바늘 등 첨두 형태를 가질 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 제2 전극(220)에서 코로나 방전으로 인하여 발생되는 누설 전류는 주변 공기(ambient air)를 이용하여 폐회로(closed circuit) 구성할 수 있다.
일 실시예에서 제2 전극(220)은 뾰족한 형상이므로 안전을 고려하여 부드러운 재질로 형성될 수 있다.
전원공급부(230)는 제1 전극(210) 및 제2 전극(220) 사이에 연결되어 전원을 인가한다. 일 실시예에서 전원공급부는 코로나 방전을 유도하기 위하여 제1 전극(210)과 제2 전극(220)에 전원을 인가한다. 보다 구체적으로, 제1 전극(220)과 제2 전극(220) 사이의 전위가 커지는 방향으로 전원을 인가한다. 일 실시예에서 전원공급부(230)는 교류 전원일 수도 있고, 직류 전원일 수도 있다.
전류측정부(240)는 제2 전극과 연결되어 제2 전극(220)으로 누설되는 누설 전류(leak current)를 측정한다. 일 실시예에서, 제2 전극에서 코로나 방전이 일어나면, 제2 전극을 통해 누설 전류가 흐르게 되는데, 전류측정부(240)는 이러한 누설 전류를 측정한다. 일 실시예에서 전류측정부(240)는 전류계를 포함할 수 있다.
메모리(250) 에는 어플리케이션과 같은 프로그램 및 파일 등과 같은 다양한 종류의 데이터가 설치 및 저장될 수 있다. 제어부(260)는 메모리(250)에 저장된 데이터에 접근하여 이를 이용하거나, 또는 새로운 데이터를 메모리(250)에 저장할 수도 있다. 또한, 제어부(260)는 메모리(250)에 설치된 프로그램을 실행할 수도 있다.
일 실시예에서 메모리(250)는 터치 이벤트를 감지하기 위한 프로그램 및 데이터를 저장할 수 있다.
제어부(260)는 웨어러블 디바이스(200)의 전반적인 동작을 제어하며, 특히, 웨어러블 디바이스(200)를 이용하여 사용자가 접촉하는 물체를 인지하는 과정을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(260)는 웨어러블 디바이스(200)의 외부에서부터 입력되는 신호 또는 데이터를 저장하거나, 웨어러블 디바이스(200)에서 수행되는 다양한 작업에 대응되는 저장 영역으로 사용되는 램, 주변기기의 제어를 위한 제어 프로그램이 저장된 롬(ROM) 및 프로세서(Processor)를 포함할 수 있다. 프로세서는 코어(core)와 GPU를 통합한 SoC(System On Chip)로 구현될 수 있다. 또한, 프로세서는 복수의 프로세서를 포함할 수 있다.
일 실시예에서 제어부(260)는 코로나 방전을 유도하기 위해 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)에 전원을 인가하도록 전원공급부(230)를 제어하고, 전류측정부(240)를 통해 코로나 방전으로 인한 누설 전류를 측정하며, 측정한 누설 전류를 바탕으로 터치 이벤트를 감지한다. 또한, 제어부(260)는 누설 전류의 변화를 감지하여 사용자 신체의 전위가 변경되었음을 판단하고, 사용자 신체의 전위가 변경된 경우, 터치 이벤트가 발생한 것으로 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(260)가 전원공급부(230)를 제어하여 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)에 전원을 인가하여, 코로나 방전을 위한 임계값 이상으로 전원이 공급되는 경우, 제2 전극(220)에서 코로나 방전이 일어난다. 코로나 방전 발생 시, 주변 공기(ambient air)를 통해 누설 전류가 발생되고, 이러한 누설 전류는 주변 공기, 그라운드(ground), 사용자 신체로 구성되는 하나의 폐회로에 흐르게 된다. 일 실시예에 따르면, 이러한 폐회로를 따라 흐르는 누설 전류를 측정하고, 모니터링 하여, 누설 전류의 변화를 감지할 수 있다.
사용자 신체의 일부가 도전성 물체에 접촉하는 경우, 사용자 신체의 전위가 변경된다. 보다 구체적으로 사용자 신체의 전위와 접촉한 도전성 물체의 전위가 같은 값을 같도록 변경된다. 따라서, 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스는 사용자 신체 전위가 변경되는 경우, 터치 이벤트가 발생하였음을 감지할 수 있다. 사용자의 신체 전위가 변경되면, 누설 전류의 크기가 변경되므로, 누설 전류에 변화가 있는 경우, 사용자 신체의 전위가 변경되었다고 판단할 수 있다. 일 실시예에서는 이와 같이 누설 전류를 이용하여 사용자 신체의 전위의 변경 여부를 판단하고, 이를 통해 터치 이벤트 발생여부를 결정할 수 있다. 도 3 내지 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 디바이스를 보다 상세히 나타내는 도면이다. 중복되는 설명을 피하기 위하여 일부 구성은 생략하였다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 디바이스(200)는 저장 캐패시터(270)와 영전위 검출회로(280)를 더 포함할 수 있다.
저장 캐패시터(270)는 제1 전극(210)과 제2 전극(220) 사이에 연결되며, 전원공급부(230)에서 인가되는 전원을 저장한다. 저장 캐패시터(270)의 극성은 전원공급부(230)에서 공급하는 전원의 극성에 따라 결정될 수 있다.
영전위 검출회로(280)는 저장 캐패시터(270)와 병렬로 연결되어 저장 캐패시터(270)에 인가되는 전압의 극성이 양(+)에서 음(-)으로, 또는 음(-)에서 양(+)으로 변화하는 지점을 검출할 수 있다.
일 실시예에서, 전원공급부(230)는 교류 전원을 공급하며, 제어부9260)의 제어에 따라 양의 전류 전원(232) 또는 음의 전류 전원(231) 중 하나의 전원을 턴-온(turn-on) 시킨다. 양의 전류 전원(232)과 음의 전류 전원(231)은 동시에 동작하지 않으며, 반드시 둘 중 하나만 동작한다. 예를 들어, 양의 전류 전원(232)가 턴-온 된 경우, 저장 캐패시터(270)는 양의 전압으로 충전되고, 저장 캐패시터(270)와 연결된 제2 전극(220)의 전위도 높아지게 된다. 도 4를 함께 참고하여 웨어러블 디바이스(200)의 동작을 보다 구체적으로 살펴보도록 한다.
도 4(a) 내지 도 4(d)는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 파라미터들에 대한 타이밍도를 나타내는 도면이다.
도 4(a)는 전류측정부(240)에서 측정되는 전류를 나타낸다. 도 4(b)는 양의 전류 전원(232)의 동작을 나타내고, 도 4(c)는 음의 전류 전원(231)의 동작을 나타낸다. 위에서 설명한 것과 같이 양의 전류 전원(232)과 음의 전류 전원(231)은 동시에 동작하지 않음을 알 수 있다. 도 4(d)는 제2 전극(220)의 전압을 나타낸다. 또한, 도 4(a) 내지 도 4(d)는 사용자 신체의 전위가 0인 경우의 타이밍도를 나타낸다.
도 4(a) 내지 도 4(d)를 참조하면, 양의 전류 전원(232)이 인가됨에 따라 제2 전극(220)의 전압이 높아지게 되고, T1 시점에서 제2 전극(220)의 전압이 코로나 방전을 위한 임계값 이상으로 커지는 경우, 제2 전극(220)에서 양의 코로나 방전이 일어나면서 주변 공기를 통해 누설 전류가 흐르게 된다.
일 실시예에서, 제어부(260)는 전류측정부(240)를 통해 누설 전류를 모니터링 하여, 누설 전류가 기 설정된 값 이상으로 변화하는지 여부를 판단한다. 제어부(260)는 누설 전류가 기 설정된 값 이상으로 변화하는 경우, 해당 시점을 코로나 방전의 발화점이라고 판단할 수 있다. 따라서, 제어부(260)는 코로나 방전으로 인해 누설 전류가 발생하는 T1 시점을 코로나 방전의 발화점이라고 판단할 수 있다. 나아가 일 실시예에 따르면, 제어부(260)는 코로나 방전의 발화점을 기준으로 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)에 인가하는 전원의 극성을 변경하도록 전원공급부(230)를 제어할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제어부(260)가 코로나 방전의 발화점인 T1 시점을 기준으로 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)에 인가하는 전원의 극성을 변경하도록 전원공급부(230)를 제어함으로써, T1 시점에서 양의 전류 전원(232)이 턴-오프 되고, 음의 전류 전원(231)이 턴-온 된다. 음의 전류 전원(231)이 턴-온 됨에 따라, 제2 전극(220)의 전압은 감소하게 되고, T1 이후 일 시점에서 양(+)에서 음(-)으로 극성이 바뀌게 된다.
일 실시예에서, 제어부(260)는 영전위 검출회로(280)를 통해 제2 전극(220)의 극성이 양(+)에서 음(-)으로 바뀌는 시점을 검출할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 전극(220)에 계속해서 음의 전류 전원(231)이 인가되면, 제2 전극(220) 의 전압은 계속해서 낮아지게 된다. T2 시점에서 제2 전극(220)의 전압이 코로나 방전을 위한 임계값 이상으로 작아지는 경우, 제2 전극(220)에서 음의 코로나 방전이 일어나면서 주변 공기를 통해 누설 전류가 흐르게 된다. 도 4를 참조하면, 이와 같은 과정이 반복된다.
사용자 신체가 다른 물체에 접촉하는 터치 이벤트가 발생하기 전까지 사용자 신체의 전위는 그대로 유지되는 바, 코로나 방전으로 인한 누설 전류도 동일한 값을 유지하게 된다.
사용자 신체의 전위, 저장 캐패시터(270)(또는 전원공급부(230)))의 전위 및 코로나 방전이 일어나는 코로나 방전의 발화점 전위(firing point voltage)는 다음과 같은 관계를 갖는다. 제1 전극(210)은 사용자 신체와 접촉하므로, 사용자 신체와 동일한 전위를 갖는다. 제1 전극(210) 및 제2 전극(220) 사이에는 저장 캐패시터(270)가 연결되므로, 제2 전극(220)의 전위는 제1 전극(210)의 전위에 저장 캐패시터(270)의 전위를 더한 값을 갖는다. 따라서, 코로나 방전의 발화점의 전위는 사용자 신체의 전위에 코로나 방전이 일어난 시점의 저장 캐패시터(270)의 전위를 더한 값을 갖게 된다. 도 5를 참조하여 사용자 신체의 전위가 0 이 아닌 경우, 웨어러블 디바이스(200)의 동작을 살펴보도록 한다.
도 5(a) 내지 도 5(d)는 본 발명의 일 실시예에 따라 사용자 신체의 전위가 다른 경우, 웨어러블 디바이스의 파라미터들에 대한 타이밍도를 비교하는 도면이다.
도 5(a) 및 도(b)는 도 4에서 살펴본 건과 같이 사용자 신체의 전위가 0 인 경우에 웨어러블 디바이스(200)의 파라미터들에 대한 타이밍도를 나타내고, 도 5(c) 및 도 5(d)는 사용자 신체의 전위가 음인 경우의 웨어러블 디바이스(200)의 파라미터들에 대한 타이밍도를 나타낸다.
도 5(a) 및 도 5(c)는 저장 캐패시터(270)의 전압을 나타내는 도면이다. 도 5(a)에서는 사용자 신체의 전위가 0 이므로, 저장 캐패시터(270)의 전압이 제2 전극(220)의 전압과 동일하나, 도 5(c)에서는 사용자 신체의 전위가 음이므로, 제2 전극(220)의 전압은 저장 캐패시터(270)의 전압과 일치하지 않아, 저장 캐패시터(270)의 전압을 표시하였다. 도 5(b) 및 도 5(d)는 전류측정부(240)에서 측정되는 전류를 나타내는 도면이다.
도 5(a) 및 도(b)와 도 5(c) 및 도 5(d)를 비교하면, 영전위가 발생하는 시점에 차이가 있다. 사용자 신체의 전위가 음인 경우, 동일한 전위에 도달하기 위하여 사용자의 전위가 0인 경우보다 많은 전원을 공급해야 한다. 따라서, 사용자 신체의 전위가 음인 경우, 사용자의 전위가 0인 경우보다 영전위로부터 양의 코로나 방전이 발생할 수 있는 전압까지 전원을 공급하는데 시간이 더 오래 걸린다. 이와 비교하여, 사용자 신체의 전위가 이미 음이므로, 사용자의 전위가 0인 경우보다 영전위로부터 음의 코로나 방전이 발생할 수 있는 전압까지 음의 전원을 공급하는 데는 시간이 더 적게 걸린다.
도 5(c) 및 도 5(d)에서 영전위 시점인 A 시점과 양의 코로나 방전이 발생하는 B 시점 사이의 시간이 도 5(a) 및 도 5(b)에서 영전위 시점인 A 시점과 양의 코로나 방전이 발생하는 B 시점 사이의 시간보다 긴 것을 알 수 있다. 또한, 도 5(c) 및 도 5(d)에서 영전위 시점인 C 시점과 음의 코로나 방전이 발생하는 D 시점 사이의 시간이 도 5(a) 및 도 5(b)에서 영전위 시점인 C 시점과 음의 코로나 방전이 발생하는 D 시점 사이의 시간보다 작은 것을 알 수 있다.
즉, 일 실시예에서, 사용자 신체의 전위에 따라 저장 캐패시터(270)가 양의 전압으로 대전되어 있는 시간 또는 음의 전압으로 대전되어 있는 시간에 차이가 발생한다. 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6(a) 내지 도 6(e)는 본 발명의 일 실시예에 따라 사용자 전위에 따라 양의 전원을 인가하는 타이밍도를 나타내는 도면이다.
도 6(a) 내지 도 6(e)에서, T는 저장 캐패시터(270)에 양의 전원이 인가되는 시간을 의미하고, T0는 코로나 방전의 발화점 사이의 시간 간격을 의미한다.
도 6(c)는 사용자 신체의 전위가 0인 경우에 저장 캐패시터(270)에 양의 전원이 인가되는 시간을 나타내는 타이밍도 이다. 이와 비교하여 도 6(a) 및 도 6(b)는 사용자 신체의 전위가 양인 경우에 저장 캐패시터(270)에 양의 전원이 인가되는 시간을 나타내는 타이밍도 이다. 도 6(a) 는 도 6(b) 보다 사용자 신체의 전위가 더 높은 경우이다. 더 높은 양의 전위를 가질수록 양의 전원이 인가되는 시간이 짧아질 수 있다.
도 6(d) 및 도 6(e)는 사용자 신체의 전위가 음인 경우에 저장 캐패시터(270)에 양의 전원이 인가되는 시간을 나타내는 타이밍도 이다. 도 6(e) 는 도 6(d) 보다 사용자 신체의 전위가 더 낮은 경우이다. 더 낮은 음의 전위를 가질수록 양의 전원이 인가되는 시간이 길어질 수 있다.
다시 도 3의 설명으로 돌아가면,
위에서 설명한 것과 같이, 사용자 신체의 전위에 따라 제2 전극(220)의 극성이 양(+)에서 음(-)으로 바뀌는 시점이 달라질 수 있다.
일 실시예에서는 이러한 점을 이용하여, 코로나 방전의 발화점 사이의 시간 간격, 저장 캐패시터(270)가 양의 전압으로 대전된 시간 또는 음의 전압으로 대전된 시간, 양의 코로나 방전의 발화 전압 및 음의 코로나 방전의 발화 전압을 바탕으로 사용자 신체의 전위를 계산할 수 있다.
보다 구체적으로, 일 실시예에서, 제어부(260)는, 수학식(1)을 통해 사용자 신체의 전위를 계산할 수 있다.
Figure 112016089672362-pat00001
수학식(1)
Uuser: 사용자 신체의 전위
T: 코로나 방전의 발화점 사이의 시간 간격
T0: 저장 캐패시터가 양의 전압으로 대전된 시간
UP: 양의 코로나 방전의 발화 전압
UN: 음의 코로나 방전의 발화 전압
여기서, 코로나 방전의 발화점 사이의 시간 간격 T는 전류측정부(240)에서 측정되는 누설 전류를 측정함으로써 알 수 있고, 저장 캐패시터(270)가 양의 전압으로 대전된 시간 T0는 영전위 검출회로에서 변경되는 극성을 통해 알 수 있다. 또한, 양의 코로나 방전의 발화 전압(UP)과 음의 코로나 방전의 발화 전압(UN)은 주변 환경에 따라 결정되는 값일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제어부(260)는 사용자 신체의 전위를 계산하여, 사용자 신체의 전위가 변경된 경우, 터치 이벤트가 발생한 것으로 결정할 수 있다.
도 7(a) 및 도 7(b)는 터치 이벤트 이후 사용자의 전위 변화를 나타내는 도면이다.
도 7(a) 및 도 7(b)을 참조하면, 웨어러블 디바이스(31)를 착용한 사용자(30)는 양의 전위를 가지고, 웨어러블 디바이스(41)를 착용한 사용자(40)는 음의 전위를 갖는다. 이는 하나의 예시에 불과하며, 이에 한정되지 않고 다양한 실시예가 있을 수 있다. 예를 들어, 사용자(30)과 사용자(40)가 모두 양의 전위를 갖는 실시예도 가능하다. 또한, 사용자 간에 터치 이벤트뿐 아니라, 사용자가 도전성 물체를 접촉하는 실시예도 가능하다.
두 사용자(30, 40)가 악수를 하는 경우(710), 두 사용자(30, 40)는 통전 상태가 되므로, 동일한 전위(720)를 갖는다. 이때, 두 사용자(30, 40)의 전위가 변경되는 바, 각 웨어러블 디바이스(31, 41)에서 코로나 방전 시 발생되는 누설 전류 역시 변경된다. 따라서, 각 웨어러블 디바이스(31, 41)는 누설 전류를 측정하고 누설 전류의 변화를 감지하여, 사용자 신체의 전위가 변경되었음을 판단하고, 터치 이벤트가 발생한 것으로 결정할 수 있다.
다시 도 2의 설명으로 돌아가면,
일 실시예에서, 제어부(260)는 코로나 방전으로 인한 누설 전류에 따른 터치 이벤트의 발생 대상을 학습하고, 터치 이벤트 발생 시, 터치 이벤트의 발생 대상을 식별할 수 있다. 동일한 조건에서 동일한 물체나 사람에 대한 접촉이 발생하는 경우, 사용자의 전위 변화가 동일하여, 코로나 방전으로 인한 누설 전류의 변화량이 동일할 것이다. 일 실시예에 따르면, 제어부(260)는 이러한 특성을 이용하여 터치 이벤트의 발생 대상을 식별할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(260)는 특정 대상체에 대한 접촉 발생 시, 사용자의 전위 변화 또는 누설 전류 변화량을 저장할 수 있다. 그 후, 터치 이벤트 발생시, 사용자의 전위 변화 또는 누설 전류 변화량을 저장된 데이터와 비교하여 터치 이벤트의 발생 대상을 식별할 수 있다. 일 실시예에서, 이와 같은 학습 과정은 머신 러닝과 같은 인공 지능 기반의 학습으로 구현될 수도 있고, 사용자의 입력을 통해 구현될 수도 있다. 예를 들어, 동일한 대상을 반복적으로 접촉하는 경우, 제어부(260)는 해당 대상에 대한 많은 데이터를 확보할 수 있어, 식별 정확도를 높일 수 있다. 또는, 사용자가 터치 이벤트 발생 후, 이벤트의 발생 대상에 대한 식별 정보를 입력하면, 제어부(260)는 입력된 정보를 저장하여 향후 터치 이벤트 발생 시 대상체를 식별할 수도 있다.
나아가, 일 실시예에서, 웨어러블 디바이스(200)는 통신부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 통신부는 다른 디바이스 또는 네트워크와 유무선 통신을 수행할 수 있다. 이를 위해, 통신부는 다양한 유무선 통신 방법 중 적어도 하나를 지원하는 통신 모듈을 포함할 수 있다. 일 실시예에서 통신부는 유무선 통신부 일 수 있다. 무선 통신부는, 예를 들어, Wi-Fi(Wireless Fidelity), Wi-Fi Direct, 블루투스(Bluetooth), UWB(Ultra Wide Band) 또는 NFC(Near Field Communication) 중 적어도 하나의 모듈을 포함할 수 있다. 유선 통신부는, 예를 들어, USB 또는 HDMI(High Definition Multimedia Interface) 중 적어도 하나의 모듈을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(260)는 터치 이벤트를 감지하는 경우, 통신부를 통해서 터치 이벤트의 발생 대상이 되는 외부 장치와 통신할 수 있다. 이러한 외부 장치와의 통신을 통하여 다양한 서비스를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 터치 이벤트 발생 대상이 다른 전자 디바이스인 경우, 해당 디바이스 속성에 따른 서비스를 제공할 수 있다. 예를 들어, 터치 이벤트 발생 대상이 세탁기, 전자레인지와 같은 가전 제품인 경우, 터치 이벤트를 통해 해당 제품을 식별하고 웨어러블 디바이스(200)를 통해 해당 제품에 접속하여 해당 제품을 조작할 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 터치 이벤트 발생 대상이 다른 사람이고, 발생 대상인 사람 역시 터치 이벤트 감지 가능한 웨어러블 디바이스를 착용한 상태라면 서로 상대방을 식별하는 것이 가능하다. 이러한 점을 이용하여, 동일한 게임을 플레이 하면서 터치 이벤트를 통해 게임 상의 캐릭터를 소환하고, 메시지를 주고 받으며, 동일한 동영상을 함께 시청하는 등의 서비스를 제공할 수 있다. 나아가, 터치 이벤트를 인증 수단으로 사용하여 결제를 하거나 데이터 공유 서비스를 제공하는 것도 가능하다.
지금까지는 웨어러블 디바이스(200)의 구성에 대해서 설명하였다. 아래에서는 웨어러블 디바이스(200)의 동작 방법에 대해서 설명하도록 한다. 아래에서는 웨어러블 디바이스(200)의 구성에서 설명한 내용과 동일한 내용은 간략히 설명하도록 한다.
도 8은 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
먼저, 810 단계에서, 웨어러블 디바이스(200)는 코로나 방전을 유도하기 위해 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)에 전원을 인가한다. 일 실시예에서, 웨어러블 디바이스(200)는 전원 인가 시, 교류 전원을 인가할 수 있다.
그 후, 820 단계에서, 웨어러블 디바이스(200)는 코로나 방전 발생 시, 코로나 방전으로 인한 누설 전류를 측정한다.
마지막으로, 830 단계에서, 웨어러블 디바이스(200)는 측정한 누설 전류를 바탕으로 터치 이벤트를 감지한다. 일 실시예에서, 웨어러블 디바이스(200)는 터치 이벤트 감지 시, 누설 전류의 변화를 감지하여 사용자 신체의 전위가 변경되었음을 판단하고, 사용자 신체의 전위가 변경된 경우, 터치 이벤트가 발생한 것으로 결정할 수 있다. 이때, 웨어러블 디바이스(200)는 누설 전류를 바탕으로 상기 코로나 방전의 발화점 사이의 시간 간격을 측정하고, 영전위 검출회로를 이용하여 저장 캐패시터가 양의 전압으로 대전된 시간 또는 음의 전압으로 대전된 시간을 측정하며, 코로나 방전의 발화점 사이의 시간 간격, 저장 캐패시터가 양의 전압으로 대전된 시간 또는 음의 전압으로 대전된 시간, 양의 코로나 방전의 발화 전압 및 음의 코로나 방전의 발화 전압을 바탕으로 사용자 신체의 전위를 계산할 수 있다.
일 실시예에서, 웨어러블 디바이스(200)는 수학식(1)을 통해 사용자 신체의 전위를 계산할 수 있다.
Figure 112016089672362-pat00002
수학식(1)
Uuser: 사용자 신체의 전위
T: 코로나 방전의 발화점 사이의 시간 간격
T0: 저장 캐패시터가 양의 전압으로 대전된 시간
UP: 양의 코로나 방전의 발화 전압
UN: 음의 코로나 방전의 발화 전압
여기서, 코로나 방전의 발화점 사이의 시간 간격 T는 전류측정부(240)에서 측정되는 누설 전류를 측정함으로써 알 수 있고, 저장 캐패시터(270)가 양의 전압으로 대전된 시간 T0는 영전위 검출회로에서 변경되는 극성을 통해 알 수 있다. 또한, 양의 코로나 방전의 발화 전압(UP)과 음의 코로나 방전의 발화 전압(UN)은 주변 환경에 따라 결정되는 값일 수 있다.
일 실시예에서, 웨어러블 디바이스(200)는 누설 전류의 변화를 감지하여 사용자 신체의 전위가 변경되었음을 판단 시, 코로나 방전의 발화점을 기준으로, 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)에 인가하는 전원의 극성을 변경할 수 있다. 이때, 전류측정부(240)를 통해 누설 전류를 모니터링 하여 누설 전류가 기 설정된 값 이상으로 변화하는지 여부를 판단하고, 누설 전류가 기 설정된 값 이상으로 변화하는 경우, 해당 시점을 코로나 방전의 발화점이라고 판단할 수 있다.
일 실시예에서, 웨어러블 디바이스(200)는 코로나 방전으로 인한 누설 전류에 따른 상기 터치 이벤트의 발생 대상을 학습할 수 있고, 터치 이벤트 발생 시, 터치 이벤트의 발생 대상을 식별할 수도 있다.
일 실시예에서, 웨어러블 디바이스(200)는 터치 이벤트를 감지하는 경우, 터치 이벤트의 발생 대상이 되는 외부 장치와 통신할 수 있다.
한편, 상술된 실시예들은 컴퓨터에 의하여 실행 가능한 명령어 및 데이터를 저장하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체의 형태로 구현될 수 있다. 상기 명령어 및 데이터 중 적어도 하나는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 소정의 프로그램 모듈을 생성하여 소정의 동작을 수행할 수 있다.
컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체란, 예를 들어 하드디스크 등과 같은 마그네틱 저장매체, CD 및 DVD 등과 같은 광학적 판독매체 등을 의미할 수 있으며, 네트워크를 통해 접근 가능한 서버에 포함되는 메모리를 의미할 수도 있다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 헤드 마운티드 디스플레이의 메모리가 될 수도 있으며, 또는, 헤드 마운티드 디스플레이와 네트워크를 통하여 연결된 단말, 서버 등에 포함되는 메모리가 될 수도 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 설명하였지만, 일 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 일 실시예가 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
200: 웨어러블 디바이스
210: 제1 전극
220: 제2 전극
230: 전원공급부
240: 전류측정부
250: 메모리
260: 제어부

Claims (16)

  1. 사용자 신체와 접촉하는 제1 전극;
    코로나 방전이 일어나는 뾰족한 형상의 제2 전극;
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 연결되어 전원을 인가하는 전원공급부;
    상기 제2 전극으로 누설되는 누설 전류(leak current)를 측정하기 위한 전류측정부;
    터치 이벤트를 감지하기 위한 프로그램을 저장하는 메모리; 및
    상기 코로나 방전을 유도하기 위해 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 전원을 인가하도록 상기 전원공급부를 제어하고, 상기 전류측정부를 통해 상기 코로나 방전으로 인한 누설 전류를 측정하며, 상기 측정한 상기 누설 전류를 바탕으로 상기 터치 이벤트를 감지하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 누설 전류의 변화를 감지하여 상기 사용자 신체의 전위가 변경되었음을 판단하고, 상기 사용자 신체의 전위가 변경된 경우, 상기 터치 이벤트가 발생한 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 저장 캐패시터(reservoir capacitor) 및 상기 저장 캐패시터와 병렬로 연결되는 영전위 검출회로를 더 포함하고,
    상기 전원공급부는,
    교류 전원을 공급하며,
    상기 제어부는,
    상기 누설 전류를 바탕으로 상기 코로나 방전의 발화점(firing point) 사이의 시간 간격를 측정하고,
    상기 영전위 검출회로를 이용하여, 상기 저장 캐패시터가 양의 전압으로 대전된 시간 또는 음의 전압으로 대전된 시간을 측정하며,
    상기 코로나 방전의 발화점(firing point) 사이의 시간 간격, 상기 저장 캐패시터가 양의 전압으로 대전된 시간 또는 음의 전압으로 대전된 시간, 양의 코로나 방전의 발화 전압(positive firing point voltage) 및 음의 코로나 방전의 발화 전압(negative firing point voltage)을 바탕으로 상기 사용자 신체의 전위를 계산하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    아래 수학식(1)을 통해 사용자 신체의 전위를 계산하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스.
    수학식(1)
    Figure 112016089672362-pat00003

    Uuser: 사용자 신체의 전위
    T: 코로나 방전의 발화점 사이의 시간 간격
    T0: 저장 캐패시터가 양의 전압으로 대전된 시간
    UP: 양의 코로나 방전의 발화 전압
    UN: 음의 코로나 방전의 발화 전압
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 코로나 방전의 발화점을 기준으로, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 인가하는 전원의 극성을 변경하도록 상기 전원공급부를 제어하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전류측정부를 통해 상기 누설 전류를 모니터링 하여 상기 누설 전류가 기 설정된 값 이상으로 변화하는지 여부를 판단하고, 상기 누설 전류가 기 설정된 값 이상으로 변화하는 경우, 해당 시점을 상기 코로나 방전의 발화점이라고 판단하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 코로나 방전으로 인한 누설 전류에 따른 상기 터치 이벤트의 발생 대상을 학습하고,
    상기 터치 이벤트 발생 시, 상기 터치 이벤트의 발생 대상을 식별하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스.
  8. 제1항에 있어서,
    통신부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 터치 이벤트를 감지하는 경우, 상기 통신부를 통해서 상기 터치 이벤트의 발생 대상이 되는 외부 장치와 통신하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스.
  9. 전원공급부, 전류측정부, 및 제어부를 포함하는 웨어러블 디바이스의 동작 방법으로서,
    상기 전원공급부에 의해, 코로나 방전을 유도하기 위해 제1 전극 및 제2 전극에 전원을 인가하는 단계;
    상기 전류측정부에 의해, 상기 코로나 방전 발생 시, 상기 코로나 방전으로 인한 누설 전류를 측정하는 단계; 및
    상기 제어부에 의해, 상기 측정한 누설 전류를 바탕으로 터치 이벤트를 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스의 동작 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 측정한 누설 전류를 바탕으로 터치 이벤트를 감지하는 단계는,
    상기 누설 전류의 변화를 감지하여 사용자 신체의 전위가 변경되었음을 판단하는 단계; 및
    상기 사용자 신체의 전위가 변경된 경우, 상기 터치 이벤트가 발생한 것으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스의 동작 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    코로나 방전을 유도하기 위해 제1 전극 및 제2 전극에 전원을 인가하는 단계는,
    교류 전원을 인가하는 단계를 포함하고,
    상기 누설 전류의 변화를 감지하여 상기 사용자 신체의 전위가 변경되었음을 판단하는 단계는,
    상기 누설 전류를 바탕으로 상기 코로나 방전의 발화점 사이의 시간 간격를 측정하는 단계;
    영전위 검출회로를 이용하여, 저장 캐패시터가 양의 전압으로 대전된 시간 또는 음의 전압으로 대전된 시간을 측정하는 단계;
    상기 코로나 방전의 발화점 사이의 시간 간격, 상기 저장 캐패시터가 양의 전압으로 대전된 시간 또는 음의 전압으로 대전된 시간, 양의 코로나 방전의 발화 전압 및 음의 코로나 방전의 발화 전압을 바탕으로 상기 사용자 신체의 전위를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스의 동작 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 사용자 신체의 전위를 계산하는 단계는,
    아래 수학식(1)을 통해 사용자 신체의 전위를 계산하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스의 동작 방법.
    수학식(1)
    Figure 112016089672362-pat00004

    Uuser: 사용자 신체의 전위
    T: 코로나 방전의 발화점 사이의 시간 간격
    T0: 저장 캐패시터가 양의 전압으로 대전된 시간
    UP: 양의 코로나 방전의 발화 전압
    UN: 음의 코로나 방전의 발화 전압
  13. 제11항에 있어서,
    상기 누설 전류의 변화를 감지하여 상기 사용자 신체의 전위가 변경되었음을 판단하는 단계는,
    상기 코로나 방전의 발화점을 기준으로, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 인가하는 전원의 극성을 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스의 동작 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 코로나 방전의 발화점을 기준으로, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 인가하는 전원의 극성을 변경하는 단계는,
    상기 전류측정부를 통해 상기 누설 전류를 모니터링 하여 상기 누설 전류가 기 설정된 값 이상으로 변화하는지 여부를 판단하는 단계; 및,
    상기 누설 전류가 기 설정된 값 이상으로 변화하는 경우, 해당 시점을 상기 코로나 방전의 발화점이라고 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스의 동작 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 코로나 방전으로 인한 누설 전류에 따른 상기 터치 이벤트의 발생 대상을 학습하는 단계를 더 포함하고,
    상기 측정한 누설 전류를 바탕으로 터치 이벤트를 감지하는 단계는,
    상기 터치 이벤트 발생 시, 상기 터치 이벤트의 발생 대상을 식별하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스의 동작 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 터치 이벤트를 감지하는 경우, 상기 터치 이벤트의 발생 대상이 되는 외부 장치와 통신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스의 동작 방법.
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