KR20070121413A - 맨손을 이용한 3차원 입력장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 맨손을 이용한 3차원 입력장치에 관한 것으로, 3차원 공간에서 맨손의 근접에 따른 유도 전류의 변화를 감지하여 맨손의 움직임에 대한 아날로그 감지신호를 출력하는 근접도 감지모듈과, 상기 근접도 감지모듈로부터 출력된 맨손의 움직임에 대한 아날로그 감지신호를 조정하여 디지털 정보신호로 변환하는 신호처리모듈과, 상기 신호처리모듈로부터 변환된 맨손의 움직임에 대한 디지털 정보신호를 분석하여 맨손의 위치와 모양에 대한 정보데이터를 획득하여 3차원 영상을 생성하는 영상처리모듈과, 상기 영상처리모듈로부터 생성된 3차원 영상을 화면에 디스플레이하는 3차원 영상출력모듈을 포함함으로써, 사용자가 3차원 영상을 보면서 맨손으로 영상에서 보여지는 가상의 물체와 직관적으로 만지거나 움직이는 등의 동작을 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.
3차원 입력장치, 근접도, 유도 전류, 송신선, 수신선, 패러데이 법칙

Description

맨손을 이용한 3차원 입력장치{INPUT APPARATUS OF THREE DIMENSIONS USING HANDS}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 맨손을 이용한 3차원 입력장치를 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.
도 2a는 도 1의 근접도 감지모듈을 구체적으로 설명하기 위한 사시도이고, 도 2b는 도 1의 근접도 감지모듈을 구체적으로 설명하기 위한 정면도이며, 도 2c는 도 1의 근접도 감지모듈의 센싱 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 도 1의 신호처리모듈을 구체적으로 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 4는 도 1의 3차원 영상출력모듈을 개략적으로 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 적용된 근접도 감지모듈의 동작원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 맨손을 이용한 3차원 입력장치를 이용하여 맨손의 근접에 따라 변화되는 수신 값의 크기를 나타낸 도면이다.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 ***
100 : 근접도 감지모듈, 110 : 투명판,
120 : 송신선, 130 : 수신선,
200 : 신호처리모듈, 210 : 송신신호발생부,
220 : 송신디코더부, 230 : 수신신호처리부,
231 : 필터, 233 : 증폭기,
235 : 정류기, 240 : 수신디코더부,
250 : 제어부, 300 : 영상처리모듈,
400 : 3차원 영상출력모듈, 410a 및 410b : 빔 프로젝터,
420 : 편광필터, 430 : 반사경,
440 : 스크린
본 발명은 맨손을 이용한 3차원 입력장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3차원 공간에서 맨손의 근접에 따른 유도 전류의 변화를 감지하여 맨손의 움직임에 대한 3차원 영상을 화면에 디스플레이 함으로써, 사용자가 3차원 영상을 보면서 맨손으로 영상에서 보여지는 가상의 물체와 직관적으로 만지거나 움직이는 등의 동작을 용이하게 할 수 있는 맨손을 이용한 3차원 입력장치에 관한 것이다.
일반적으로, 컴퓨터의 발달은 사람들의 생활을 다양하게 변화시키고 있다. 또한, 컴퓨터 사용에 대한 인식이 높아지면서 컴퓨터의 초기 계산목적에서 서류작성이나 저장, 검색, 엔터테인먼트 및 게임 등 점차 그 활용범위가 확대되고 있다.
특히, 가상현실의 구현은 게임, 교육 및 훈련 등에서 획기적인 성과를 거두 고 있다. 가상현실을 통해 저렴한 비용으로 실제 상황과 동일한 체험을 할 수 있고 효율적이고 안전하게 교육 및 훈련이 가능하다. 이미 해저탐험, 비행훈련 및 기관차 운전 등 여러 분야에서 사용되고 있다.
이러한 가상현실(Virtual Reality) 기술은 1980년대 이후 빠른 속도로 발전해왔다. 특히, 대형스크린을 이용한 프로젝션(Projection) 타입의 가상환경을 구축하는 것은 가상현실의 기본적인 기능인 완전 몰입성(Immersion), 상호작용(Interactivity), 원격지와의 협업(Collaboration) 및 인터페이스(Interface)를 통한 증강현실 구현 등의 장점으로 인해 많은 분야에서 활용되고 있다.
또한, 가상현실은 그 응용분야로 건축, 의료공학, 자동차 등 각종 디자인, 문화 콘텐츠 복원 및 개발, 생명공학, 지구환경 시뮬레이션 구현 등으로 매우 다양하다. 즉, 가상현실은 실제의 환경에서 사람들이 쉽게 접하지 못하는 환경을 가상으로 만들어 줄 수 있고, 또 복잡한 실제 환경을 사람들의 수준에 맞게 조정해 주어 실제의 자연 환경을 보완한 교육 환경을 구축하는데 효과적이다.
실제로 최근 많은 연구에서 다양한 시뮬레이션 구축이 가능한 가상현실 환경을 과학이나 수학 교육에 사용하였다. 그 예로 뉴턴의 물리역학을 쉽게 배울 수 있도록 해주는 뉴턴의 세계, 고릴라의 습성과 행동거지 및 서식지에 대해 공부할 수 있도록 도와주는 가상 고릴라(The Virtual Gorilla Project), 그리고 "지구는 둥글다"라는 개념을 가르치도록 도와주는 둥근 지구 프로젝트(The Round Earth), 초등학생들의 과학적 관찰력과 탐구능력을 키워주는 가상 주변환경(The Virtual Ambients), 오염이나 홍수 등 환경요인이 어떻게 해양에 영향을 미치는지를 관찰 하고 측정할 수 있는 가상 푸젯 해협(The Virtual Puget Sound) 등이 있다.
그 외에도 가상현실 기술을 사용하여 문화유적지 혹은 문화재를 그대로 복원하거나 관람자들로 하여금 역사 속의 과거 시대로 돌아가 체험할 수 있도록 도와주는 가상현실 문화유산 환경연구도 많이 진행되고 있다. 가상현실 문화유산 환경은 실제로 현존하고 있는 유적지나 지금은 많이 손상되었거나 아예 자취조차 남아있지 않는 문화유산을 가상현실로 복원 또는 재현한다. 서라벌 프로젝트는 통일신라의 도성 신라왕경인 서라벌 복원을 통하여 대표적 불교유적지인 석굴암, 불국사, 황룡사, 남산 불상군 등을 가상현실 기술로 제작하여 마치 당시 화려한 문화를 구가했던 신라왕경의 시공간으로 돌아간 느낌을 주었다.
전술한 바와 같은 가상현실 즉, 3차원 애플리케이션(Application)에서 사용되는 인터페이스는 지금까지 여러 가지 장치들이 제시되어왔다. 이러한 인터페이스 장치는 3차원 공간상에서의 위치정보를 얻는 것이 중요한데, 보통의 경우에 사람의 몸에 센서를 달거나 센서가 부착된 도구들을 사용한다. 그러나, 이러한 종래의 인터페이스 장치들은 사람에게 자연스런 움직임을 보장해주지 못하며 또한 사용하기에 앞서 학습이 필요하다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 3차원 공간에서 맨손의 근접에 따른 유도 전류의 변화를 감지하여 맨손의 움직임에 대한 3차원 영상을 화면에 디스플레이 함으로써, 사용자가 3차원 영상을 보면서 맨손으로 영상에서 보여지는 가상의 물체와 직관적으로 만지거나 움직이는 등의 동작을 용이하게 할 수 있도록 한 맨손을 이용한 3차원 입력장치를 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면은, 3차원 공간에서 맨손의 근접에 따른 유도 전류의 변화를 감지하여 맨손의 움직임에 대한 아날로그 감지신호를 출력하는 근접도 감지모듈; 상기 근접도 감지모듈로부터 출력된 맨손의 움직임에 대한 아날로그 감지신호를 조정하여 디지털 정보신호로 변환하는 신호처리모듈; 상기 신호처리모듈로부터 변환된 맨손의 움직임에 대한 디지털 정보신호를 분석하여 맨손의 위치와 모양에 대한 정보데이터를 획득하여 3차원 영상을 생성하는 영상처리모듈; 및 상기 영상처리모듈로부터 생성된 3차원 영상을 화면에 디스플레이하는 3차원 영상출력모듈을 포함하는 맨손을 이용한 3차원 입력장치를 제공하는 것이다.
여기서, 상기 근접도 감지모듈은, 일정한 면적을 갖는 투명판; 일단이 접지되고 타단이 상기 신호처리모듈의 송신채널들에 각각 연결되어 폐회로를 형성하며, 상기 투명판에 일정간격으로 배열된 다수개의 송신선; 및 일단이 접지되고 타단이 상기 신호처리모듈의 수신채널들에 각각 연결되어 폐회로를 형성하며, 상기 투명판에 일정간격으로 각각의 송신선에 직교하게 배열된 다수개의 수신선을 포함하며, 상기 신호처리모듈로부터 발생된 일정크기의 교류 송신신호가 상기 송신채널들에 인가되면, 각 송신선의 주위에 전자기장이 형성되고, 패러데이의 법칙에 의하여 각각의 송신선을 교차하는 수신선에 유도 기전력이 발생하여 각각의 수신 선에 유도전류가 흐르며, 각각의 송/수신선이 교차하는 지점에 맨손이 근접함에 따라 맨손을 통해서 상기 유도 기전력이 누설되어 상기 수신선을 통해 흐르는 유도 전류의 변화를 측정하여 맨손의 움직임에 대한 아날로그 감지신호를 상기 수신채널들로 출력함이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 송/수신선은 각각 'ㄷ'자 형태로 상기 투명판을 감싸도록 설치된다.
바람직하게는, 상기 송/수신선의 일단은 상기 신호처리모듈의 접지와 연결된다.
바람직하게는, 상기 교류 송신신호는 상기 신호처리모듈에 의해 각각의 송신채널에 순차적으로 하나씩 전송된다.
바람직하게는, 상기 신호처리모듈은, 상기 근접도 감지모듈로 전송하기 위한 일정크기의 교류 송신신호를 발생하는 송신신호발생부; 상기 송신신호발생부로부터 발생된 교류 송신신호를 제공받아 다수개의 송신채널에 순차적으로 전송하는 송신디코더부; 상기 근접도 감지모듈로부터 출력된 맨손의 움직임에 대한 아날로그 감지신호를 다수개의 수신채널을 통해 수신 받아 A/D 변환에 적합한 신호로 조정하는 수신신호처리부; 상기 수신신호처리부로부터 조정된 신호를 제공받아 순차적으로 하나씩 출력하는 수신디코더부; 및 상기 수신디코더부로부터 순차적으로 하나씩 출력된 신호를 제공받아 디지털 정보신호로 변환하여 상기 영상처리모듈로 전송하며, 상기 송신디코더부의 어드레스 조합에 따라 상기 송신채널들을 선택하도록 상기 송신디코더부를 제어하는 제어부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 수신신호처리부는, 상기 근접도 감지모듈로부터 출력된 맨손의 움직임에 대한 아날로그 감지신호를 수신 받아 특정의 주파수 성분을 필터링하기 위하여 노이즈를 제거하는 필터; 상기 필터로부터 필터링된 신호를 증폭하는 증폭기; 및 상기 증폭기로부터 증폭된 신호를 직류형태로 변환하는 정류기를 포함한다.
바람직하게는, 상기 3차원 영상출력모듈은 상기 근접도 감지모듈의 하측에 위치하며, 양안시차(Stereoscopic) 방식을 이용하여 3차원 영상을 볼 수 있도록 화면에 디스플레이한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 맨손을 이용한 3차원 입력장치를 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이고, 도 2a는 도 1의 근접도 감지모듈을 구체적으로 설명하기 위한 사시도이고, 도 2b는 도 1의 근접도 감지모듈을 구체적으로 설명하기 위한 정면도이고, 도 2c는 도 1의 근접도 감지모듈의 센싱 과정을 설명하기 위한 개념도이고, 도 3은 도 1의 신호처리모듈을 구체적으로 설명하기 위한 블록 구성도이고, 도 4는 도 1의 3차원 영상출력모듈을 개략적으로 설명하기 위한 개념도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 맨손을 이용한 3차원 입력장치는, 크게 근접도 감지모듈(100), 신호처리모듈(200), 영상처리모듈(300) 및 3차원 영상출력모듈(400)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 근접도 감지모듈(100)은 3차원 공간에서 맨손의 근접에 따른 유도 전류의 변화를 감지하여 맨손의 움직임에 대한 아날로그 감지신호를 출력하는 기능을 수행한다.
이러한 근접도 감지모듈(100)은 일정한 면적을 가지는 투명판(110)에 다수개의 송신선(120)과 수신선(130)이 그물망(mesh)처럼 직교하게 배열되어 구성된다.
즉, 각각의 송신선(120)은 투명판(110)에 일정한 간격으로 배열되어 설치되는 바, 그 일단은 접지(ground)되어 있으며, 타단은 신호처리모듈(200)에 구비된 다수개의 송신채널(T)에 각각 연결되어 폐회로(closed circuit)를 형성하고 있다.
각각의 수신선(130)은 투명판(110)에 일정한 간격으로 각각의 송신선(120)에 직교하게 배열되어 설치되는 바, 그 일단은 접지(ground)되어 있으며, 타단은 신호처리모듈(200)에 구비된 다수개의 수신채널(R)에 각각 연결되어 폐회로(closed circuit)를 형성하고 있다.
이때, 각각의 송신선(120)과 수신선(130)은 'ㄷ'자 형태로 투명판(110)의 상/하부면을 감싸도록 설치됨이 바람직하며, 그 일단은 신호처리모듈(200)의 접지와 연결됨이 바람직하다.
이와 같이 구성된 근접도 감지모듈(100)의 동작을 구체적으로 살펴보면, 먼저, 각각의 송신선(120)에 연결된 송신채널(T)에 신호처리모듈(200)로부터 발생된 일정크기의 교류 송신신호를 순차적으로 하나씩 전송할 경우에 각 송신선(120)의 주위에 전자기장(electromagnetic field)이 형성되고, 패러데이의 법칙(Faraday's law)에 의하여 각각의 송신선(120)을 교차하는 수신선(130)에 유도 기전력(誘導起電力)이 발생하여 각각의 수신선(130)에 유도 전류(誘導電流)가 흐르게 된다.
이때, 각각의 송신선(120)과 수신선(130)이 교차하는 지점에 사람의 맨손이 근접하게 되면, 맨손을 통해서 상기 유도 기전력이 누설(leakage)되므로 각각의 수신선(130)을 통해 흐르는 유도 전류의 변화를 측정하여 맨손의 움직임에 대한 아날로그 감지신호를 각각의 수신채널(R)로 출력함으로써, 맨손의 위치나 모양을 용이하게 인식할 수 있게 된다.
신호처리모듈(200)은 근접도 감지모듈(100)로부터 출력된 맨손의 움직임에 대한 아날로그 감지신호를 제공받아 이를 A/D 변환에 적합하게 조정하여 디지털 정보신호로 변환하는 기능을 수행한다.
이러한 신호처리모듈(200)은, 송신신호발생부(210), 송신디코더부(220), 수신신호처리부(230), 수신디코더부(240) 및 제어부(250)를 포함하여 구성되어 있다.
송신신호발생부(210)는 근접도 감지모듈(100)로 전송하기 위한 일정크기의 교류 송신신호(예컨대, 400KHz/15Vpp의 사인파 또는 700KHz/15Vpp의 사인파 등)를 발생하는 기능을 수행한다.
송신디코더부(220)는 예컨대, 아날로그 먹스(Analog MUX)로서, 송신신호발생부(210)로부터 발생된 교류 송신신호를 제공받아 다수개의 송신채널(T)을 통해서 각각의 송신선(120)에 순차적으로 하나씩 전송하는 기능을 수행한다.
수신신호처리부(230)는 근접도 감지모듈(100)로부터 출력된 맨손의 움직임에 대한 아날로그 감지신호를 다수개의 수신채널(R)을 통해서 수신 받아 A/D 변환에 적합한 신호로 조정하는 기능을 수행한다.
이러한 수신신호처리부(230)는 근접도 감지모듈(100)로부터 출력된 맨손의 움직임에 대한 아날로그 감지신호를 수신 받아 특정의 주파수 성분(예컨대, 400KHz)을 필터링하기 위하여 노이즈(noise)를 제거하기 위한 필터(231)와, 필터(231)로부터 필터링 된 미약한 신호를 증폭하기 위한 증폭기(233)와, 증폭기(233)로부터 증폭된 신호를 직류형태로 변환하기 위한 정류기(235)로 이루어진다. 여기서, 필터(231)는 하이 패스 필터(High Pass Filter)로 이루어짐이 바람직하다.
수신디코더부(240)는 예컨대, 아날로그 먹스(Analog MUX)로서, 수신신호처리부(230)로부터 최종적으로 조정된 신호를 제공받아 순차적으로 하나씩 제어부(250)에 내장된 A/D 컨버터(converter)(미도시)에 하나씩 출력하는 기능을 수행한다.
제어부(250)는 통상의 마이크로 컨트롤러(Micro Controller)로 구현되는 바, 수신디코더부(240)로부터 순차적으로 하나씩 출력된 신호를 제공받아 내장된 A/D 컨버터를 통해 디지털 정보신호로 변환하여 영상처리모듈(300)로 전송하는 기 능을 수행한다.
또한, 제어부(250)는 다수개의 입/출력포트(input/output port) 및 송신디코더부(220)의 어드레스선의 값을 조합하여 각각의 송신채널(T)을 선택하도록 송신디코더부(220)를 제어하는 기능을 수행한다.
예컨대, 4개의 입/출력포트, 4개의 어드레스선(A0~A3), 12개의 수신채널(R0~R11) 및 16개의 송신채널(T0~T15)을 사용할 경우, 하기의 표 1과 같이 송신디코더부(220)의 어드레스 조합에 따라 송신채널(T0~T15)을 선택할 수 있다. 이때, '1'은 '온(ON)'을 나타내고, '0'은 '오프(OFF)'를 나타낸다. 또한, 어드레스를 바꿈으로써 송신채널(T)을 변경할 수 있다.
즉, 16개의 송신채널(T0~T15) 중에서 한번에 하나의 채널만이 열리게 되므로, 수신채널에서는 한 채널에 대하여 12개의 수신 값을 얻게 되고 모두 16개의 송신채널(T0~T15)이므로, 결국 한 프레임(frame)에 대해서 192개의 수신 값을 얻게 되는 것이다. 그런데, 송신 신호원은 하나이기 때문에, 송신디코더부(220)를 사용하여 16개의 송신채널(T0~T15)을 하나씩 차례대로 열고 닫게 한다.
A3 A2 A1 A0 T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 T13 T14 T15
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도 2c에 도시된 바와 같이, T0의 송신채널이 온(On)되고 나머지 송신채널이 오프(OFF)일 때, 12개의 수신채널에서 측정되는 수신 값을 차례대로 읽게 되고 이어서 이번에는 T1의 송신채널만 열고 나머지는 닫아서 T1에 대한 12개의 수신 값을 읽게 된다. 이런 식으로 하게 되면 하나의 프레임(frame)에 대해서 모두 192개의 수신 값을 얻게 된다.
그리고, 영상처리모듈(300)은 신호처리모듈(200)로부터 변환된 맨손의 움직임에 대한 디지털 정보신호를 분석하여 맨손의 위치와 모양에 대한 정보데이터를 획득하여 통상의 3차원 영상처리(예컨대, 이미지 매핑 등)를 거쳐 3차원 영상을 생성하는 기능을 수행한다.
이러한 영상처리모듈(300)은 통상의 컴퓨터(Computer)로 구현됨이 바람직하며, 근접도 감지모듈(100) 및 신호처리모듈(200)을 통해 예컨대, 16개의 송신선(120)과 12개의 수신선(130)이 교차하여 만드는 192개의 교차점에서 맨손의 움직임에 따른 근접 정도(디지털 감지신호)를 측정하게 되는 바, 맨손이 가까이 접근할 수록 그 값이 커지게 되고 멀어질수록 그 값이 작아지게 되는데, 이를 분석하여 3차원 공간에서의 맨손의 위치와 간단한 손 모양을 인식할 수 있다. 또한, 이를 통해서 컴퓨터 등과 같은 각종 장치들을 제어할 수 있게 된다.
마지막으로, 3차원 영상출력모듈(400)은 영상처리모듈(300)로부터 생성된 3차원 영상을 화면에 디스플레이(display)하는 기능을 수행한다.
이러한 3차원 영상출력모듈(400)은 근접도 감지모듈(100)의 하측에 위치하며, 통상의 양안시차(Stereoscopic) 방식을 이용하여 3차원 영상을 볼 수 있도록 화면에 디스플레이(display)함이 바람직하다.
예컨대, 3차원 영상출력모듈(400)은 영상처리모듈(300)로부터 생성된 3차원 영상을 좌/우측 영상으로 분리하여 투사하기 위한 두 대의 빔 프로젝터(Beam Projector)(410a 및 410b)와, 빔 프로젝터(410a 및 410b)로부터 투사된 좌/우측 영상을 일정한 방향으로 편광하기 위한 편광필터(420)와, 편광필터(420)로부터 편광된 좌/우측 영상을 특정의 각도로 반사하기 위한 반사경(430)과, 근접도 감지모듈(100)의 투명판(110) 하측에 위치하며, 반사경(430)을 통해 반사된 좌/우측 영상을 입체적으로 디스플레이(display)하는 스크린(screen)(440)과, 편광안경(미도시) 등을 포함하여 구성된 패시브 양안시차(Passive-stereoscopic) 방식으로 구현될 수 있다.
한편, 본 발명에 적용된 3차원 영상출력모듈(400)은 양안시차 방식으로 구현함이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 3차원 영상을 출력하는 다양한 방식 예컨대, 부피표현(Volumetric) 또는 홀로그래픽(Holography) 등의 방식으로 구현될 수도 있다.
전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 맨손을 이용한 3차원 입력장치를 통해서 2차원 또는 3차원 입체 영상 환경 하에서 컴퓨터 등과 같은 각종 장치들을 용이하게 제어할 수 있게 된다.
이하에는 전술한 구성을 가지는 본 발명의 맨손을 이용한 3차원 입력장치에 적용된 근접감지모듈의 동작원리에 대해서 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 적용된 근접도 감지모듈의 동작원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 적용된 근접도 감지모듈(100, 도 2a 및 도 2b 참조)은 맨손의 움직임을 감지하기 위해서 패러데이의 법칙(Faraday's law)을 이용한 것이다.
상기 패러데이의 법칙이란 전류가 흐르고 있지 않은 코일에 외부에서 자기장의 변화를 생기게 해주면, 코일에는 그 변화량에 반대하는 유도 전류가 흐르게 된다는 것으로 이 때의 유도 전류는 자기장의 변화, 자기선속의 시간적 변화율에 비례하고 코일의 감긴 횟수에 비례한다. 그리고, 유도 전류를 흐르게 하는 원인을 유도 기전력(ε)이라고 하는데 하기의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112006044240341-PAT00001
여기서, ε는 유도 기전력이고, φB는 자기장의 변화를 나타내며, t는 시간을 나타낸다.
예컨대, 송신선(120)에 700KHz/15Vpp의 사인파 신호(v)가 흐르게 되면, 송신선(120)의 주위에는 전자기장(
Figure 112006044240341-PAT00002
)이 형성되는데 그 크기는 송신선(120)에 흐르는 전류(
Figure 112006044240341-PAT00003
)의 크기에 비례하고, 송신선(120)으로부터 떨어진 거리에 반비례하게 된다.
그리고, 상기 패러데이의 법칙에 의해서 송신선(120)을 교차하여 지나는 수신선(130)에는 상기의 수학식 1과 같이 유도 기전력(ε)이 발생하게 되는데 그 크기는 자기장의 크기에 비례하게 된다. 이때의 유도 기전력(ε)은 수신선(130)에 유도전류(iRX)가 흐르게 하는데 그 크기는 유도 기전력(ε)에 비례하게 된다.
그런데, 송/수신선(120)(130)이 교차하는 지점에 맨손이 다가감에 따라 맨손을 통해서 유도 기전력(
Figure 112006044240341-PAT00004
)이 누설되므로 맨손이 가까이 갈수록 맨손을 통해 대지로 누설되는 양만큼 수신선(130)에 유도되는 유도 기전력(ε1=ε-ε2)의 크기가 감소하게 되고 유도 전류(
Figure 112006044240341-PAT00005
) 또한 작아지게 된다. 그러므로, 맨손의 근접에 따른 유도 전류의 변화를 측정하여 맨손의 위치나 모양을 인식할 수 있다.
한편, 송신선(120)은 폐회로(closed circuit)를 형성하고 있기 때문에, 송신선(120)에 흐르는 전류는 송신전압에 따라 항상 일정하다. 이 방식은 송신선(120)과 수신선(130)이 개방된 경우에 비해서 동작이 안정적이며, 송신신호의 크기를 자유롭게 조절할 수 있기 때문에 맨손의 움직임을 감지할 수 있는 거리를 늘릴 수 있는 효과가 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 맨손을 이용한 3차원 입력장치를 이용하여 맨손의 근접에 따라 변화되는 수신 값의 크기를 나타낸 도면으로서, 도 6의 (a)와 (b)는 스크린(440, 도 4 참조) 위에 위치한 맨손의 모습을 나타낸 것이고, 빨간색으로 x표시가 된 곳에서 맨손의 위치를 가리키게 되며, 도 6의 (c)와 (d)는 각각 도 6의 (a)와 (c)에 대해서 수신 값 즉, 근접(proximity) 값을 측정한 결과를 나타낸 그래프로 맨손의 위치를 나타내는 지점에서 근접(proximity) 값이 최대가 되는 것을 알 수 있다.
도 6을 참조하면, 맨손의 근접에 따라 그 아래의 송/수신선(120/130, 도 2a 및 도 2b 참조)의 교차점에서의 수신 값의 크기가 어떻게 달라지는지를 나타낸 것으로서, 이를 통해서 가장 큰 값을 갖는 지점이 맨손의 2차원 위치가 되며 그때의 값은 맨손의 높이에 따라 비례하게 되므로 이를 통해서 3차원 공간에서의 맨손의 위치를 알 수 있게 되는 것이다.
또한, 맨손의 모양에 따라서 맨손 아래의 교차점(crossing node)에서의 값이 달라지기 때문에, 이를 통해서 간단한 맨손의 모양을 구분할 수 있는데, 본 발명의 일 실시예에서는 편손과 주먹 쥔 손 그리고 손날 모양을 구분할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 입력장치는 3차원 환경에서 적용하였지만, 이에 국한하지 않으며, 2차원 환경에서도 적용할 수도 있다.
전술한 본 발명에 따른 맨손을 이용한 3차원 입력장치에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 맨손을 이용한 3차원 입력장치에 따르면, 3차원 공간에서 맨손의 근접에 따른 유도 전류의 변화를 감지하여 맨손의 움직임에 대한 3차원 영상을 화면에 디스플레이 함으로써, 간단하고 저렴하게 구현할 수 있으며, 사람에게 장비의 숙련을 요구하지 않고 일상에서의 자연스런 움직임에 따라 반응하기 때문에 사람과 컴퓨터와의 자연스러운 상호작용을 나타낼 수 있을 뿐만 아니라 사용자가 3차원 영상을 보면서 맨손으로 영상에서 보여지는 가상의 물체와 직관적으로 만지거나 움직이는 등의 동작을 용이하게 할 수 있는 이점이 있다.

Claims (8)

  1. 3차원 공간에서 맨손의 근접에 따른 유도 전류의 변화를 감지하여 맨손의 움직임에 대한 아날로그 감지신호를 출력하는 근접도 감지모듈;
    상기 근접도 감지모듈로부터 출력된 맨손의 움직임에 대한 아날로그 감지신호를 조정하여 디지털 정보신호로 변환하는 신호처리모듈;
    상기 신호처리모듈로부터 변환된 맨손의 움직임에 대한 디지털 정보신호를 분석하여 맨손의 위치와 모양에 대한 정보데이터를 획득하여 3차원 영상을 생성하는 영상처리모듈; 및
    상기 영상처리모듈로부터 생성된 3차원 영상을 화면에 디스플레이하는 3차원 영상출력모듈을 포함하는 맨손을 이용한 3차원 입력장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 근접도 감지모듈은,
    일정한 면적을 갖는 투명판;
    일단이 접지되고 타단이 상기 신호처리모듈의 송신채널들에 각각 연결되어 폐회로를 형성하며, 상기 투명판에 일정간격으로 배열된 다수개의 송신선; 및
    일단이 접지되고 타단이 상기 신호처리모듈의 수신채널들에 각각 연결되어 폐회로를 형성하며, 상기 투명판에 일정간격으로 각각의 송신선에 직교하게 배열된 다수개의 수신선을 포함하며,
    상기 신호처리모듈로부터 발생된 일정크기의 교류 송신신호가 상기 송신채 널들에 인가되면, 각 송신선의 주위에 전자기장이 형성되고, 패러데이의 법칙에 의하여 각각의 송신선을 교차하는 수신선에 유도 기전력이 발생하여 각각의 수신선에 유도전류가 흐르며, 각각의 송/수신선이 교차하는 지점에 맨손이 근접함에 따라 맨손을 통해서 상기 유도 기전력이 누설되어 상기 수신선을 통해 흐르는 유도 전류의 변화를 측정하여 맨손의 움직임에 대한 아날로그 감지신호를 상기 수신채널들로 출력하는 것을 특징으로 하는 맨손을 이용한 3차원 입력장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 송/수신선은 각각 'ㄷ'자 형태로 상기 투명판을 감싸도록 설치되는 것을 특징으로 하는 맨손을 이용한 3차원 입력장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 송/수신선의 일단은 상기 신호처리모듈의 접지와 연결되는 것을 특징으로 하는 맨손을 이용한 3차원 입력장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 교류 송신신호는 상기 신호처리모듈에 의해 각각의 송신채널에 순차적으로 하나씩 전송되는 것을 특징으로 하는 맨손을 이용한 3차원 입력장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 신호처리모듈은,
    상기 근접도 감지모듈로 전송하기 위한 일정크기의 교류 송신신호를 발생하는 송신신호발생부;
    상기 송신신호발생부로부터 발생된 교류 송신신호를 제공받아 다수개의 송신채널에 순차적으로 전송하는 송신디코더부;
    상기 근접도 감지모듈로부터 출력된 맨손의 움직임에 대한 아날로그 감지신호를 다수개의 수신채널을 통해 수신 받아 A/D 변환에 적합한 신호로 조정하는 수신신호처리부;
    상기 수신신호처리부로부터 조정된 신호를 제공받아 순차적으로 하나씩 출력하는 수신디코더부; 및
    상기 수신디코더부로부터 순차적으로 하나씩 출력된 신호를 제공받아 디지털 정보신호로 변환하여 상기 영상처리모듈로 전송하며, 상기 송신디코더부의 어드레스 조합에 따라 상기 송신채널들을 선택하도록 상기 송신디코더부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 맨손을 이용한 3차원 입력장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 수신신호처리부는,
    상기 근접도 감지모듈로부터 출력된 맨손의 움직임에 대한 아날로그 감지신호를 수신 받아 특정의 주파수 성분을 필터링하기 위하여 노이즈를 제거하는 필터;
    상기 필터로부터 필터링된 신호를 증폭하는 증폭기; 및
    상기 증폭기로부터 증폭된 신호를 직류형태로 변환하는 정류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 맨손을 이용한 3차원 입력장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 3차원 영상출력모듈은 상기 근접도 감지모듈의 하측에 위치하며, 양안시차(Stereoscopic) 방식을 이용하여 3차원 영상을 볼 수 있도록 화면에 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 맨손을 이용한 3차원 입력장치.
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