KR20120005903A - 복합 감지 장치 및 이를 구비한 전자 기기 - Google Patents

복합 감지 장치 및 이를 구비한 전자 기기 Download PDF

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KR20120005903A
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Abstract

복합 감지 장치 및 이를 구비한 전자 기기가 개시된다. 복합 감지 장치는 복수의 평면형 겹눈, 복수의 입체형 겹눈, 및 영상 신호 처리부를 포함한다. 복수의 평면형 겹눈 각각은 사용자 접촉면을 주시(view)하도록 낱눈 구조체들이 부채꼴 형상으로 배치되어 있다. 그리고 복수의 입체형 겹눈 각각은 사용자 접촉면의 전방을 주시하도록 낱눈 구조체들이 어레이로 배치되어 있다. 그리고 영상 신호 처리부는 복수의 평면형 겹눈 각각으로부터 전달받은 영상 신호들을 이용하여 사용자 접촉면에 대한 터치 위치를 계산하고 또한 복수의 입체형 겹눈 각각으로부터 전달받은 영상 신호들을 이용하여 사용자 접촉면의 전방에서의 피사체의 움직임을 식별한다.

Description

복합 감지 장치 및 이를 구비한 전자 기기{Multipurpose sensing device and electronic equipment including the same}
전자 기기를 위한 감지 장치에 관한 것이다.
감지 장치는 감지하는 객체가 무엇인지에 따라 여러 가지로 분류할 수 있다. 예를 들어, 움직임(motion) 감지 장치는 움직임 여부를 감시하거나 또는 움직이는 물체의 거리, 이동속도, 이동 경로나 움직임 궤적 등을 인식한다. 그리고 터치 패널(touch panel) 등과 같은 터치 감지 장치는 터치 여부는 물론 터치 위치를 인식할 수 있으며, 최근에는 멀티 터치도 인식할 수가 있다. 이러한 움직임 감지 장치나 터치 감지 장치는 여러 가지 분야에서 이용되고 있는데, 그 중의 하나가 전자 기기를 위한 사용자 인터페이스(user interface)이다.
움직임 감지 장치를 사용자 인터페이스로 갖는 대표적인 전자 기기로 최근 유행하고 있는 거치형 콘솔 게임기(예컨대, 닌텐도®의 Wii®)가 있다. 이 게임기는 관성 센서나 자이로 센서(gyro sensor) 등과 같은 복수의 센서가 내장된 보조 기구를 사용자가 쥐고 움직이도록 함으로써 사용자의 움직임을 감지한다. 그리고 움직임 감지 장치의 다른 예로, 입체 카메라(3D camera)를 이용하여 사용자의 상하, 좌우 동작을 전체적으로 인식하거나, 적외선 프로젝터(IR projector)와 적외선 디텍터(IR detector)를 이용하여 사용자의 움직임을 인식하는 모션 캡쳐링 인식 방식 등이 있다.
그리고 터치 감지 장치를 사용자 인터페이스로 갖는 대표적인 전자 기기로는 터치 스크린을 구비한 모바일 기기가 있다. 터치 스크린은 모바일 전자 기기 이외에도 가정용의 대형 전자 기기나 현금 입출금기, 티켓 발매기, 관광이나 교통 안내용 전자 기기 등에도 널리 사용되고 있다. 터치 스크린은 터치를 감지하는 방법에 따라서 정전 용량 방식(capactive type), 저항막 방식(resistive film type), 소우 방식(saw type), 적외선 방식(infrared type) 등으로 구분될 수 있다. 최근에는 멀티 터치를 감지할 수 있는 터치 스크린이 큰 주목을 받고 있으며, 이를 구비한 전자 기기(예컨대, 스마트 폰이나 태블릿 컴퓨터 등)의 종류도 점점 증가하고 있다.
최근에는 전자 기기에 채용된 이러한 사용자 인터페이스가 전자 기기의 경쟁력을 좌우할 수 있는 중요한 요소가 되고 있다. 특히, 거치형 콘솔 게임기에 채용된 움직임 감지 장치나 모바일 기기에 채용된 멀티 터치 감지 장치는 사용자에게 새로운 편의성을 제공함으로써, 이들 전자 기기가 큰 인기를 끄는 주요한 원인이 되고 있다. 이와 같이 새로운 사용자 인터페이스의 중심에 가정용 기기에서의 움직임 감지 장치와 모바일 기기에서의 터치 감지 장치가 있다. 하지만, 전술한 전자 기기의 사용자 인터페이스는 움직임 감지와 멀티 터치 감지를 동시에 지원하지는 못하며, 특히 기존의 움직임 감지 장치는 관성 센서나 자이로 센서가 내장된 별도의 보조 기구가 필요하거나 상대적으로 크기가 큰 카메라를 이용하고 있다.
움직임 감지와 멀티 터치 감지를 모두 지원할 수 있는 복합 감지 장치 및 이를 구비한 전자 기기를 제공한다.
소형 및 얇은 두께로 제조가 가능한 복합 감지 장치 및 이를 구비한 전자 기기를 제공한다.
일 실시예에 따른 복합 감지 장치는 사용자로부터의 터치와 사용자의 움직임을 모두 감지할 수 있다. 이를 위하여 복합 감지 장치는 복수의 평면형 겹눈, 복수의 입체형 겹눈, 및 영상 신호 처리부를 포함한다. 복수의 평면형 겹눈 각각은 사용자 접촉면을 주시(view)하도록 낱눈 구조체들이 부채꼴 형상으로 배치되어 있다. 그리고 복수의 입체형 겹눈 각각은 사용자 접촉면의 전방을 주시하도록 낱눈 구조체들이 어레이로 배치되어 있다. 그리고 영상 신호 처리부는 복수의 평면형 겹눈 각각으로부터 전달받은 영상 신호들을 이용하여 사용자 접촉면에 대한 터치 위치를 계산하고 또한 복수의 입체형 겹눈 각각으로부터 전달받은 영상 신호들을 이용하여 사용자 접촉면의 전방에서의 피사체의 움직임을 식별한다.
일 실시예에 따른 전자 기기는 사용자로부터의 터치와 사용자의 움직임을 모두 감지할 수 있는 복합 감지 장치를 사용자 인터페이스로 구비한다. 이를 위하여, 전자 기기는 하우징, 복수의 평면형 겹눈, 복수의 입체형 겹눈, 영상 신호 처리부, 및 입력 판정부를 구비한다. 하우징은 적어도 하나의 디스플레이면을 갖는다. 복수의 평면형 겹눈은 각각 디스플레이면을 주시(view)하도록 낱눈 구조체들이 부채꼴 형상으로 하우징에 설치되어 있다. 복수의 입체형 겹눈 각각은 디스플레이면의 전방을 주시하도록 낱눈 구조체들이 어레이로 하우징에 설치되어 있다. 영상 신호 처리부는 복수의 평면형 겹눈 각각으로부터 전달받은 영상 신호들을 이용하여 디스플레이면에 대한 터치 위치를 계산하고 또한 복수의 입체형 겹눈 각각으로부터 전달받은 영상 신호들을 이용하여 디스플레이면의 전방에서의 피사체의 움직임을 식별한다. 그리고 입력 판정부는 영상 신호 처리부에서 계산한 터치 위치와 식별한 피사체의 움직임 중에서 적어도 하나를 이용하여 사용자로부터의 입력을 판정한다.
복합 감지 장치는 생체모방 겹눈을 이용하여 사용자 접촉면에 대한 터치를 감지하고 사용자 접촉면의 전방에서의 움직임을 식별한다. 따라서 복합 감지 장치는 사용자의 움직임 감지와 멀티 터치 감지를 모두 지원할 수 있다. 그리고 소형 및 얇은 두께로 제조가 가능할 뿐만 아니라 경제성도 우수하다.
도 1은 일 실시예에 따른 복합 감지 장치를 구비하는 전자 기기의 구성을 보여 주는 블록도이다.
도 2a는 도 1의 복합 감지 장치에 포함되는 평면형 겹눈의 구조의 일례를 보여 주는 사시도이다.
도 2b는 도 1의 복합 감지 장치에 포함되는 입체형 겹눈의 구조의 일례를 보여 주는 사시도이다.
도 3은 낱눈 구조체의 구조의 일례를 보여 주는 도면이다.
도 4는 디스플레이면의 중간 높이에 배치되어 있는 두 개의 평면형 겹눈에서 터치 지점을 계산하는 과정을 보여 주는 도면이다.
도 5는 쌍안경을 채용한 겹눈 구조를 보여 주는 도면이다.
도 6a는 다른 실시예에 따른 복합 감지 장치를 구비한 전자 기기의 구성을 보여 주는 블록도이다.
도 6b는 도 6a의 전자 기기의 평면형 겹눈의 구조의 일례를 보여 주는 도면이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 복합 감지 장치를 구비한 전자 기기의 구성을 보여 주는 블록도이다.
도 8은 반구형 겹눈의 구조의 일례를 보여 주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 사용되는 용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 후술하는 실시예들에서 사용된 용어의 의미는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 복합 감지 장치를 구비하는 전자 기기의 구성을 보여 주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 전자 기기(100)는 하우징(110), 복수의 평면형 겹눈(120, 참조 번호 120은 참조 번호 120a와 120b를 함께 가리킨다), 복수의 입체형 겹눈(130, 참조 번호 130은 참조 번호 130a와 130b를 함께 가리킨다), 영상 신호 처리부(140), 및 입력 판정부(150)를 포함한다.
하우징(110)은 전자 기기(100)의 케이스로서, 그 내부 및/또는 외면에는 전자 기기(100)의 동작 등을 위하여 필요한 여러 가지 부품이 포함되어 있을 수 있다. 하우징(110)에 포함되는 부품의 종류는 전자 기기(100)의 종류에 따라서 달라질 수 있는데, 이에 대한 제한은 없다. 하우징(110)의 형상이나 크기, 재질 등에 대해서도 제한이 없으며, 하우징(110)의 형상 등은 전자 기기(100)의 종류에 따라서 달라질 수 있다. 예를 들어, 동일한 종류의 전자 기기라도 하우징의 형상 등은 달라질 수 있으며, 반대로 다른 종류의 전자 기기라도 하우징은 같은 형상 등일 수 있다.
하우징(110)은 적어도 하나의 사용자 접촉면(user contact surface) 또는 디스플레이면(display surface, 112)을 가질 수 있다. 여기서, '사용자 접촉면'이란 전자 기기(100)에 소정의 명령, 정보, 또는 데이터 등을 입력하기 위하여 사용자가 직접 또는 스타일러스 펜 등과 같은 보조 기구를 이용하여 터치를 하는 사용자의 인터페이싱면(user's interfacing surface)을 가리킨다. 그리고 '디스플레이면'이란 전자 기기(100)에 구비되어 있는 디스플레이 패널의 외면으로서 사용자에게 디스플레이 화상을 제공하는 면을 가리키는데, 이 디스플레이면은 전술한 사용자 접촉면으로서의 기능도 함께 수행한다. 따라서 '디스플레이면'은 '사용자 접촉면'을 포함하는 개념이지만, 반대의 경우는 성립되지 않는다. 이러한 사용자 접촉면 또는 디스플레이면(112, (112, 이하 단순히 '디스플레이면(112)'으로 칭하기로 한다)은 하우징(110)의 외부에 추가로 부착되거나 또는 하우징(110)에 형성되어 있는 빈 공간에 끼워져서 하우징(110)과 함께 전자 기기(100)의 외면을 형성할 수 있다.
전자 기기(100)는 복수, 즉 둘 이상의 평면형 겹눈(120)을 포함한다. 도 1에서는 단지 평면형 겹눈(120)의 위치만 블록으로 도시되어 있는데, 이것은 단지 도면 작성의 편의를 위한 것이다. 도 1을 참조하면, 복수의 평면형 겹눈(120)은 디스플레이면(112)의 바깥쪽(예컨대, 디스플레이면(112)의 양쪽 사이드의 바깥쪽)에 서로 대향하도록 배치되어 있는 두 개의 평면형 겹눈(120a, 120b)을 포함하는데, 후술하는 바와 같이 이것은 단지 예시적인 것이다.
평면형 겹눈(120)의 구조를 보여 주는 일례는 도 2a에 도시되어 있다. 도 2a를 참조하면, 평면형 겹눈(120)은 다수의 낱눈 구조체(facet, 10, 이에 대해서는 도 3을 참조하여 후술한다)들이 동일한 평면에 누워져서 배치되어 있는 겹눈(compound eye)을 가리킨다. 도 2a에는 낱눈 구조체(10)들이 약 10개 정도가 포함되는 것으로 도시되어 있는데, 이것은 단지 도면 작성의 편의를 위한 것으로 실제로는 수십 또는 수백 개 또는 그 이상의 낱눈 구조체(10)들이 포함될 수 있다(도 2b 참조). 낱눈 구조체(10)들은 디스플레이면(112)과 평행한 평면에 배치되어 있을 수 있지만, 여기에 한정되는 것은 아니다.
평면형 겹눈(120)을 구성하는 다수의 낱눈 구조체(10)들 각각은 하나의 평면, 예컨대 디스플레이면(112)의 일 영역을 주시하고 있다. 낱눈 구조체(10)가 주시하는 영역은 전체 평면에서 낱눈 구조체(10)의 렌즈(12, 도 3 참조)가 향하고 있는 방향의 영역이다. 그리고 낱눈 구조체(10)들의 집합인 평면형 겹눈(120)이 주시하는 영역은 낱눈 구조체(10)들이 주시하는 평면 상의 영역들을 합친 영역이다. 하나의 평면형 겹눈(120)은 디스플레이면(112)의 전부를 주시할 수 있다. 또는, 하나의 평면형 겹눈(120)은 디스플레이면(112)의 일부를 주시할 수 있는데, 이 경우에 전자 기기(100)에 구비되어 있는 복수의 평면형 겹눈(120)이 주시하는 영역은 디스플레이면(112) 전체를 커버할 수 있다. 왜냐하면, 평면형 겹눈(120)이 획득하는 영상 신호는 디스플레이면(112)에 대한 터치를 인식하는데 이용되기 때문이다.
전자 기기(100)는 또한 복수, 즉 둘 이상의 입체형 겹눈(130)을 포함한다. 도 1에서는 단지 입체형 겹눈(130)도 그 위치만 블록으로 도시되어 있는데, 이것은 단지 도면 작성의 편의를 위한 것이다. 도 1을 참조하면, 복수의 입체형 겹눈(130)은 디스플레이면(112)의 바깥쪽(예컨대, 디스플레이면(112)의 양쪽 사이드의 바깥쪽)에 서로 대향하도록 배치되어 있는 두 개의 입체형 겹눈(130a, 130b)을 포함하는데, 후술하는 바와 같이 이것은 단지 예시적인 것이다.
그리고 입체형 겹눈(130)의 개수는 평면형 겹눈(120)의 개수와 동일하고, 또한 복수의 입체형 겹눈(130a, 130b) 각각은 복수의 평면형 겹눈(120a, 120b) 각각과 일대일로 서로 짝을 이루어서 인접하게 배치될 수 있다. 이 경우에, 평면형 겹눈(120)의 광 감지기(18)와 입체형 겹눈(130)의 광 감지기(18)는 하나의 이미지 센서를 분할하여 사용할 수 있다. 즉, 평면형 겹눈(120)의 광 감지기(18)와 입체형 겹눈(130)의 광 감지기(18)는 일체로 형성될 수 있다.
입체형 겹눈(130)의 구조를 보여 주는 일례는 도 2b에 도시되어 있다. 도 2b를 참조하면, 입체형 겹눈(130)은 다수의 낱눈 구조체(facet, 10, 마찬가지로 이에 대해서는 도 3을 참조하여 후술한다)들이 광 감지기(18)들의 집합인 이미지 센서 상에 어레이로 배열되어 있는 겹눈(compound eye)을 가리킨다. 도 2b에는 낱눈 구조체(10)들은 가로와 세로가 각각 약 20개 정도와 10개 정도가 되도록 어레이 형태로 배치되어 있는 것으로 도시되어 있는데, 이것은 단지 도면 작성의 편의를 위한 것으로 실제로는 가로와 세로가 각각 수십 또는 수백 개인 어레이 형태일 수도 있다.
입체형 겹눈(130)을 구성하는 다수의 낱눈 구조체(10)들 각각은 일 방향, 예컨대 디스플레이면(112)의 전방을 주시하고 있다. 낱눈 구조체(10)가 주시하는 영역은 디스플레이면(112)의 전방 공간에서 낱눈 구조체(10)의 렌즈(12, 도 3 참조)가 향하고 있는 방향의 공간이다. 그리고 낱눈 구조체(10)들의 집합인 입체형 겹눈(130)이 주시하는 공간은 낱눈 구조체(10)들이 주시하는 전방의 공간들을 합친 공간이다. 하나의 입체형 겹눈(130)은 디스플레이면(112)의 전방 전체를 주시할 수 있다. 또는, 하나의 입체형 겹눈(130)은 디스플레이면(112)의 전방 중에서 일부만을 주시할 수 있는데, 이 경우에 전자 기기(100)에 구비되어 있는 복수의 입체형 겹눈(130)이 주시하는 영역은 디스플레이면(112)의 전방 전체를 커버하거나 또는 미리 설정된 소정의 공간을 커버할 수 있어야 한다. 왜냐하면, 입체형 겹눈(130)이 획득하는 영상 신호는 디스플레이면(112)의 전방에서의 움직임을 인식하는데 이용되기 때문이다.
도 3은 평면형 겹눈(120)과 입체형 겹눈(130)을 구성하는 낱눈 구조체(10)의 구조의 일례를 보여 주는 도면이다. 도 3에 도시된 낱눈 구조체(10)는 오마티디아(ommatidia)라고 불리는 구조체일 수 있다. 도 3을 참조하면, 낱눈 구조체(10)는 미세 광학 렌즈(micro optical lens, 12), 콘 구조체(cone structure, 14), 광도파로(optical waveguide, 16), 및 광감지기(photo detector, 18)를 포함한다. 피사체로부터 반사된 광은 미세 광학 렌즈(12)를 통과한 다음, 콘 구조체(14)를 통과하면서 수렴된다. 그리고 수렴된 광 신호는 광도파로(16)를 통해 안내되어서 광 감지기(18)로 전달된다. 광 감지기(18)는 수광 소자로서, 씨씨디(Charge Coupled Device, CCD)나 씨모스 이미지 센서(Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor) 등과 같은 이미지 센서를 구성하는 단위 픽셀에 해당되거나 또는 소정 크기(MxM)의 픽셀에 해당될 수 있다.
도 2a에서는 평면형 겹눈(120)을 구성하는 복수의 낱눈 구조체(10)들의 광 감지기(18)들의 집합이 하나의 띠 형상인 것으로 도시되어 있다. 띠는 평면형이거나 또는 곡면형일 수 있다. 이러한 띠 형상은 평면형 겹눈(120)을 구성하는 광 감지기(18)들의 집합이 소정 크기의 이미지 센서를 구성하는 하나의 픽셀 열에 해당되거나 또는 복수의 픽셀 열에 해당될 수 있다는 것을 보여 주기 위한 것이다. 특히, 평면형 겹눈(120)과 입체형 겹눈(130)이 서로 짝을 이루어서 인접하게 배치되어 있는 경우에, 이 픽셀 열은 도 2b에 도시된 것과 같은 입체형 겹눈(130)을 구성하는 곡면형 이미지 센서와 일체를 이룰 수가 있다. 예를 들어, 하나의 곡면형 이미지 센서에서 한쪽 사이드의 최외각 픽셀 어레이의 몇 줄은 평면형 겹눈(120)을 구성하는 광 감지기(18)로 이용하고, 나머지 줄들의 픽셀 어레이들은 입체형 겹눈(130)을 구성하는 광 감지기(18)로 이용할 수 있다.
전술한 실시예의 다른 측면에 의하면, 평면형 겹눈(120)과 입체형 겹눈(130)은 일체로 형성될 수 있다. 즉, 하나의 구조물로 형성된 겹눈에서 디스플레이면(112)을 주시하도록 배치된 일부 낱눈들은 평면형 겹눈(120)으로서 기능하지만, 디스플레이면(112)의 전방을 주시하도록 배치된 나머지 낱눈들은 입체형 겹눈(130)으로 기능할 수 있다.
이러한 구조를 갖는 일체형 겹눈(120+130)의 일례는 도 8에 도시되어 있다. 도 8을 참조하면, 일체형 겹눈(120+130)은 미세 광학 렌즈(12)와 광 감지기(18)를 포함하는 다수의 낱눈 구조체들이 전체적으로 반구형 형상으로 배치되어 있다. 이 중에서 디스플레이면에 실질적으로 평행하게 배치되어 있는 낱눈 구조체들(즉, 반구형의 최외각에 원형으로 배치되어 있는 하나 또는 2??3열의 낱눈 구조체들)은 평면형 겹눈(120)으로서 기능하고, 나머지 낱눈 구조체들(즉, 반구형의 중심에 배치되어 있는 낱눈 구조체들)은 입체형 겹눈(130)으로서 기능할 수 있다. 이 경우에 광 감지기(18)들의 집합인 이미지 센서는 일체형으로 형성될 수 있는데, 여기에만 한정되는 것은 아니다. 이와는 달리, 도 8에 도시된 것과 같은 반구형 형상의 겹눈은 입체형 겹눈으로서만 기능할 수도 있다.
계속해서 도 1, 도 2a, 및 도 2b를 참조하면, 평면형 겹눈(120)을 구성하는 다수의 낱눈 구조체(10)들의 개수나 배치 형상(반원 형상인지 또는 1/4원 형상인지)은, 디스플레이면(112)에 대하여 각각의 평면형 겹눈(120)이 어디에 배치되는지 또는 각각의 평면형 겹눈(120)이 주시하여 커버하는 범위가 디스플레이면(112)의 전부인지 또는 일부인지 등에 따라서 달라질 수 있다. 마찬가지로, 입체형 겹눈(130)을 구성하는 다수의 낱눈 구조체(10)들의 개수나 배치 형상 등도 디스플레이면(112)에 대하여 각각의 평면형 겹눈(120)이 어디에 배치되는지 또는 각각의 입체형 겹눈(130)이 주시하여 커버하는 범위가 디스플레이면(112)의 전방 전체인지 또는 일부인지 등에 따라서 달라질 수 있다.
예를 들어, 평면형 겹눈(120)이 쌍으로 디스플레이면(112)의 바깥쪽에 배치된다고 가정하자. 즉, 전자 기기(100)는 디스플레이면(112)의 바깥쪽 테두리를 구성하는 하우징(110)에 배치되어 있는 두 개의 평면형 겹눈(120)을 포함한다고 하자. 이 경우에, 두 개의 평면형 겹눈(120)은 디스플레이면(112)에 대하여 서로 대향하는 위치에 배치될 수 있다. 만일, 도시된 바와 같이 디스플레이면(112)이 가로 길이가 세로 길이보다 더 긴 직사각형 형상인 경우라면, 두 개의 평면형 겹눈(120)은 각각 직사각형의 세로변의 중심, 즉 디스플레이면(112)의 중간 높이에 배치될 수 있다. 이와는 달리, 두 개의 평면형 겹눈은 각각 직사각형의 가로변의 중심, 즉 디스플레이면(112)의 좌우 중간 지점에 디스플레이면(112)의 아래 위로 배치되거나 또는 디스플레이면(122)의 모서리에 배치될 수도 있다(도 6a 참조).
두 개의 평면형 겹눈(120a, 120b)이 디스플레이면(112)의 중간 높이에 배치되는 경우에, 각 평면형 겹눈(120a, 120b)을 구성하는 낱눈 구조체(10)들은 반원 형상으로 배치될 수 있다. 반원 형상으로 배치된 낱눈 구조체(10)들을 포함하는 평면형 겹눈(120a, 120b) 각각은 디스플레이면(112) 전체를 주시하여 커버할 수 있다. 이 경우에, 사용자에 의하여 디스플레이면(112)에 터치되는 지점은 터치 지점과 두 개의 평면형 겹눈(120a, 120b) 각각이 이루는 각도를 이용하여 구할 수 있다. 그리고 터치 지점과 두 개의 평면형 겹눈(120a, 120b) 각각이 이루는 각도는 각 평면형 겹눈(120a, 120b)을 구성하는 낱눈 구조체(10) 들에서 광학 신호가 수신되는 낱눈 구조체(10)의 배치 각도로부터 알 수 있는데, 여기에만 한정되는 것은 아니다.
도 4는 디스플레이면(112)의 중간 높이에 배치되어 있는 두 개의 평면형 겹눈(120a, 120b)에서 터치 지점을 계산하는 과정을 예시적으로 보여 주는 도면이다. 이러한 터치 지점의 계산 과정은 전자 기기(100)의 영상 신호 처리부(140)에서 수행될 수 있다. 도 4를 참조하면, 좌측의 평면형 겹눈(120a)과 터치 지점이 이루는 각도가 α이고 또한 우측의 평면형 겹눈(120b)가 터치 지점이 이루는 각도가 β이므로, 수평선을 기준으로 각 평면형 겹눈(120a, 120b)으로부터 측정된 각도로 연장되는 두 사선의 교점을 터치 지점으로 판단할 수 있다.
도 5는 평면형 겹눈(120)과 입체형 겹눈(130)의 구조의 다른 예를 보여 주는 도면이다. 도 5에 도시되어 있는 평면형 겹눈(120) 또는 입체형 겹눈(130)의 구조는 하나의 겹눈에 관한 것으로서, 각각의 겹눈이 쌍안경(binocular system)으로 설계되어 있다는 점에서 전술한 평면형 겹눈(120) 및 입체형 겹눈(130)과 차이가 있다. 그리고 도 5에는 쌍안경으로 설계된 겹눈을 이용하여 두 개의 피사체(object1, object2)에 대하여 위치 및 거리를 측정하는 과정이 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 제1 및 제2 피사체(object1, object2) 각각의 대하여 광 신호가 수신되는 낱눈 구조체 사이의 거리(w1, w2) 및 낱눈 구조체의 대향 각도(θ1, θ2, θ3, θ4)를 이용하여, 제1 및 제2 피사체 각각에 대한 거리(d1, d2)를 구할 수 있다. 즉, 쌍안경으로 설계된 겹눈(120, 130)은 데드 존(dead zone)을 극소화할 수 있고, 또한 삼각함수법으로 거리 및 깊이를 이미지 기반으로 계산할 수 있다. 따라서 대형 스크린 상에서 터치 위치 및 움직임 센싱에 유리하다.
이와는 달리, 두 개의 평면형 겹눈은 디스플레이면의 모서리에 배치될 수도 있다. 도 6a는 다른 실시예에 따른 전자 기기(200)의 구성을 보여 주는 블록도로서, 영상 신호 처리부와 입력 판정부에 대한 도시는 생략하였다. 도 6a를 참조하면, 전자 기기(200)는 하우징(210), 한 쌍의 평면형 겹눈(220a, 220b), 및 한 쌍의 입체형 겹눈(230a, 230b)을 포함한다는 점에서, 도 1에 도시된 전자 기기(100)와 구성이 동일하다. 다만, 도 6a에 도시된 전자 기기(200)에서는 한 쌍의 평면형 겹눈(220a, 220b)과 한 쌍의 입체형 겹눈(230a, 230b)이 디스플레이면(212)의 상측 가장자리에 위치한다는 점에서, 도 1에 도시된 전자 기기(100)의 구성과는 차이가 있다.
이와 같이, 한 쌍의 평면형 겹눈(220a, 220b)이 디스플레이면(212)의 상측 가장자리에 배치되어 있는 경우에, 각 평면형 겹눈(220a, 220b)을 구성하는 낱눈 구조체(10)들은 도 6b에 도시된 바와 같이 1/4원 형상으로 배치될 수 있다. 이와 같이, 1/4원 형상으로 배치된 낱눈 구조체(10)들을 포함하는 평면형 겹눈(220a, 220b) 각각은 디스플레이면(212) 전체를 주시하여 커버할 수 있다. 이 경우에도 사용자에 의하여 디스플레이면(212)에 터치되는 지점은 터치 지점과 두 개의 평면형 겹눈(220a, 220b) 각각이 이루는 각도를 이용하여 구할 수 있다. 그리고 터치 지점과 두 개의 평면형 겹눈(220a, 220b) 각각이 이루는 각도는 각 평면형 겹눈(220a, 220b)을 구성하는 낱눈 구조체(10) 들에서 광학 신호가 수신되는 낱눈 구조체(10)의 배치 각도로부터 알 수 있는데, 여기에만 한정되는 것은 아니다.
계속해서 도 1 및 도 2b를 참조하면, 입체형 겹눈(130)도 쌍으로 디스플레이면(112)의 바깥쪽에 배치된다고 가정하자. 즉, 전자 기기(100)는 디스플레이면(112)의 바깥쪽 테두리를 구성하는 하우징(110)에 배치되어 있는 두 개의 입체형 겹눈(130)을 포함한다고 하자. 이 경우에, 두 개의 입체형 겹눈(130)은 디스플레이면(112)에 대하여 서로 대향하는 위치에 배치될 수 있다. 만일, 도시된 바와 같이 디스플레이면(112)이 가로 길이가 세로 길이보다 더 긴 직사각형 형상인 경우라면, 두 개의 입체형 겹눈(130)은 각각 직사각형의 세로변의 중심, 즉 디스플레이면(112)의 중간 높이에 배치될 수 있다. 이와는 달리, 두 개의 입체형 겹눈은 각각 직사각형의 가로변의 중심, 즉 디스플레이면(112)의 좌우 중간 지점에 디스플레이면(112)의 아래 위로 배치되거나 또는 디스플레이면(122)의 모서리에 배치될 수도 있다(도 6a 참조).
두 개의 입체형 겹눈(130a, 130b)이 디스플레이면(112)의 중간 높이에 배치되거나 또는 좌우 모서리에 배치되는 경우에, 각 입체형 겹눈(130a, 130b)을 구성하는 낱눈 구조체(10)들은 반원통형으로 배치될 수 있다. 반원통형으로 배치된 낱눈 구조체(10)들을 포함하는 입체형 겹눈(130a, 130b) 각각은 디스플레이면(112)의 전방(디스플레이면(112)의 정면 공간은 물론 측면 공간도 포함될 수 있다)을 주시하여 커버할 수 있다. 입체형 겹눈(130a, 130b)으로 커버할 수 있는 공간의 범위는 낱눈 구조체(10)들의 개수나 배치 형태 등으로 조절할 수 있으며, 또한 각 낱눈 구조체(10)를 구성하는 광학 소자들, 즉 미세 광학 렌즈, 콘 구조체, 및 광도파로의 광학 설계치를 조절함으로써 조정이 가능하다. 이 경우에, 두 개의 입체형 겹눈(130a, 130b)을 통해 수신되는 영상 신호를 분석하여 사용자의 움직임을 식별할 수 있다. 이러한 영상 분석을 통한 움직임의 식별 과정은 전자 기기(100)의 영상 신호 처리부(140)에서 수행될 수 있다.
두 개의 입체형 겹눈이 디스플레이면의 중간 높이에 배치되거나 또는 좌우 모서리에 배치되는 경우에, 각 입체형 겹눈을 구성하는 낱눈 구조체들은 반구형(도 8 참조)으로 배치될 수도 있다. 반구형으로 배치된 낱눈 구조체들을 포함하는 입체형 겹눈 각각은 디스플레이면의 전방은 물론 아래, 위쪽 방향의 공간과 측면 공간도 주시하여 커버할 수 있다. 입체형 겹눈으로 커버할 수 있는 공간의 범위는 낱눈 구조체들의 개수나 배치 형태 등으로 조절할 수 있으며, 또한 각 낱눈 구조체를 구성하는 광학 소자들, 즉 미세 광학 렌즈, 콘 구조체, 및 광도파로의 광학 설계치를 조절함으로써 조정이 가능하다. 이 경우에도 두 개의 입체형 겹눈을 통해 수신되는 영상 신호를 분석하여 사용자의 움직임을 식별할 수 있다.
도 8을 참조하여 전술한 바와 같이, 반구형 겹눈은 전술한 바와 같이 입체형 겹눈만으로 이용될 수 있는 것은 물론 일체화된 평면형 겹눈과 입체형 겹눈으로 이용될 수도 있다. 보다 구체적으로, 반구형 겹눈의 가장 외곽쪽에 배치되어 있는 낱눈 구조체들, 즉 동일 평면 상에 배치되어 있는 낱눈 구조체들로부터 수신된 영상 신호는 디스플레이면에 대한 터치 여부를 계산하는데 이용되고, 나머지 낱눈 구조체들로부터 수신된 영상 신호는 움직임을 식별하는데 이용될 수 있다. 이 경우에, 반구형 겹눈의 가장 외곽쪽에 배치되어 있는 낱눈 구조체들은 평면형 겹눈(원형으로 배열되어 있는 평면형 겹눈)으로서 기능한다.
영상 신호 처리부(140)와 입력 판정부(150)는 각각 소정의 전기 회로를 이용하여 구성되거나 또는 소프트웨어 등으로 구현될 수 있다. 도면에서는 영상 신호 처리부(140)와 입력 판정부(150)를 별도의 블록으로 도시하였지만, 이것은 단지 기능에 따른 논리적인 구분이며 설명의 편의를 위한 것이다. 영상 신호 처리부(140)와 입력 판정부(150)는 물리적으로 일체로 구성되거나 또는 개별적으로 구성될 수 있다.
영상 신호 처리부(140)는 복수의 평면형 겹눈(120a, 120b) 각각으로부터 전달받은 영상 신호들을 이용하여 디스플레이면(112)에 대한 터치 위치를 계산한다. 예를 들어, 각 평면형 겹눈(120a, 120b)을 통해 수신되는 광 신호의 각도를 이용하여 터치 위치를 계산할 수 있다는 점은 전술한 바와 같다. 그리고 영상 신호 처리부(140)는 복수의 입체형 겹눈(130a, 130b) 각각으로부터 전달받은 영상 신호들을 이용하여 디스플레이면(112) 전방에서의 사용자의 움직임을 인식한다. 영상 신호 처리부(140)에서 영상 신호들을 분석하는 방법이나 분석된 영상 신호들로부터 움직임을 식별하는 구체적인 방법에 대해서는 특별한 제한이 없으며, 공지된 어떤한 방법이나 알고리즘에 사용될 수 있다.
입력 판정부(150)는 영상 신호 처리부(140)에서 계산된 터치 위치를 이용하여 사용자로부터 해당 지점에서 터치 입력이 있었던 것으로 판정한다. 그리고 입력 판정부(150)는 영상 신호 처리부(140)에서 식별된 움직임을 이용하여 사용자로부터 소정 형태의 움직임 입력이 있었던 것으로 판정한다. 움직임 유형에 관한 정보는 전자 기기(100)에 미리 저장되어 있을 수 있으며, 입력 판정부(150)는 계산된 터치 위치 및/또는 인식된 움직임에 기초하여, 소정의 입력이 있었다는 신호를 해당 전자 기기(100)의 제어기 등으로 송신한다.
도 7은 다른 실시예에 따른 전자 기기(300)의 구성을 보여 주는 블록도로서, 영상 신호 처리부와 입력 판정부에 대한 도시는 생략하였다. 도 7을 참조하면, 전자 기기(300)는 하우징(310), 세 개의 평면형 겹눈(320a, 320b, 320c), 및 세 개의 입체형 겹눈(330a, 330b, 330c)를 포함한다. 도 7에 도시된 전자 기기(300)는 디스플레이면(312)의 바깥쪽 상측 중앙에 배치되어 있는 평면형 겹눈(320c)과 입체형 겹눈(330c)을 더 포함한다는 점에서, 도 1에 도시된 전자 기기(100)와 구성이 차이가 있다. 추가로 포함되어 있는 평면형 겹눈(320c)과 입체형 겹눈(330c)은 각각 디스플레이면(312)에 대한 터치 지점과 디스플레이면(312)의 전방에서의 움직임을 주시한다. 그리고 이들로부터 획득된 영상 신호는 디스플레이면의 외측부에 배치되어 있는 한 쌍의 평면형 겹눈(320a, 320b)과 한 쌍의 입체형 겹눈(330a, 330b)에서 획득되는 영상 신호와 함께 터치 지점을 계산하고 움직임을 식별하는데 이용된다.
이상의 설명은 본 발명의 실시예에 불과할 뿐, 이 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 기술 사상은 특허청구범위에 기재된 발명에 의해서만 특정되어야 한다. 따라서 본 발명의 기술 사상을 벗어나지 않는 범위에서 전술한 실시예는 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다.
110, 210, 310 : 하우징
112, 212, 312 : 디스플레이면
120, 220, 320 : 평면형 겹눈
130, 230, 330 : 입체형 겹눈

Claims (20)

  1. 각각 사용자 접촉면을 주시(view)하도록 낱눈 구조체들이 부채꼴 형상으로 배치되어 있는 복수의 평면형 겹눈;
    각각 상기 사용자 접촉면의 전방을 주시하도록 낱눈 구조체들이 어레이로 배치되어 있는 복수의 입체형 겹눈; 및
    상기 복수의 평면형 겹눈 각각으로부터 전달받은 영상 신호들을 이용하여 상기 사용자 접촉면에 대한 터치 위치를 계산하고 또한 상기 복수의 입체형 겹눈 각각으로부터 전달받은 영상 신호들을 이용하여 상기 사용자 접촉면의 전방에서의 피사체의 움직임을 식별하는 영상 신호 처리부를 포함하는 복합 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 평면형 겹눈은 상기 사용자 접촉면의 외측부에 서로 대향하도록 배치되어 있는 두 개의 평면형 겹눈을 포함하는 복합 감지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 부채꼴 형상은 반원 형상이고, 상기 사용자 접촉면의 중간 높이에 배치되어 있는 복합 감지 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 부채꼴 형상은 1/4원 형상이고, 사각형 형상을 갖는 상기 사용자 접촉면의 모서리에 인접하게 배치되어 있는 복합 감지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 입체형 겹눈은 상기 사용자 접촉면의 외측부에 대칭이 되도록 배치되어 있는 두 개의 입체형 겹눈을 포함하는 복합 감지 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 입체형 겹눈 각각은 반원통 형상 또는 반구형 형상이면서 상기 사용자 접촉면의 중간 높이에 배치되어 있는 복합 감지 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 평면형 겹눈과 상기 복수의 입체형 겹눈의 개수는 동일하고, 평면형 겹눈과 입체형 겹눈이 일대일로 서로 짝을 이루어서 인접하게 배치되어 있는 복합 감지 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    일대일로 서로 짝을 이루고 있는 평면형 겹눈의 광 감지기와 입체형 겹눈의 광 감지기는 일체로 형성된 복합 감지 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    일대일로 서로 짝을 이루고 있는 평면형 겹눈과 입체형 겹눈은 반구형 형상인 복합 감지 장치.
  10. 적어도 하나의 디스플레이면을 갖는 하우징;
    각각 상기 디스플레이면을 주시(view)하도록 낱눈 구조체들이 부채꼴 형상으로 상기 하우징에 설치되어 있는 복수의 평면형 겹눈;
    각각 상기 디스플레이면의 전방을 주시하도록 낱눈 구조체들이 어레이로 상기 하우징에 설치되어 있는 복수의 입체형 겹눈;
    상기 복수의 평면형 겹눈 각각으로부터 전달받은 영상 신호들을 이용하여 상기 디스플레이면에 대한 터치 위치를 계산하고 또한 상기 복수의 입체형 겹눈 각각으로부터 전달받은 영상 신호들을 이용하여 상기 디스플레이면의 전방에서의 피사체의 움직임을 식별하는 영상 신호 처리부; 및
    상기 영상 신호 처리부에서 계산한 터치 위치와 식별한 피사체의 움직임 중에서 적어도 하나를 이용하여 사용자로부터의 입력을 판정하는 입력 판정부를 포함하는 전자 기기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 평면형 겹눈은 상기 디스플레이면을 가로 질러 서로 대향하는 위치의 상기 하우징에 배치되어 있는 두 개의 평면형 겹눈을 포함하는 전자 기기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 부채꼴 형상은 반원 형상이고, 상기 디스플레이면의 중간 높이에 배치되어 있는 전자 기기.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 부채꼴 형상은 1/4원 형상이고, 사각형 형상을 갖는 상기 디스플레이면의 모서리에 인접하게 배치되어 있는 전자 기기.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 입체형 겹눈은 상기 디스플레이면의 외측부에 대칭이 되도록 배치되어 있는 두 개의 입체형 겹눈을 포함하는 전자 기기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 입체형 겹눈 각각은 반원통 형상 또는 반구형 형상이면서 상기 디스플레이면의 중간 높이에 배치되어 있는 전자 기기.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 평면형 겹눈과 상기 복수의 입체형 겹눈의 개수는 동일하고, 평면형 겹눈과 입체형 겹눈이 일대일로 서로 짝을 이루어서 인접하게 배치되어 있는 전자 기기.
  17. 제16항에 있어서,
    일대일로 서로 짝을 이루고 있는 평면형 겹눈의 광 감지기와 입체형 겹눈의 광 감지기는 일체로 형성된 전자 기기.
  18. 제16항에 있어서,
    일대일로 서로 짝을 이루고 있는 평면형 겹눈과 입체형 겹눈은 반구형 형상인 전자 기기.
  19. 사용자로부터의 입력을 판정하기 위한 전자 기기의 감지 장치에 있어서,
    상기 전자 기기는 하우징의 적어도 일면에 사용자 접촉면이 구비되어 있으며,
    생체모방 겹눈을 이용하여 상기 사용자 접촉면에 대한 상기 사용자의 터치와 상기 사용자 접촉면의 전방에서의 상기 사용자의 움직임을 감지하는 감지 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 생체모방 겹눈은
    각각 상기 사용자 접촉면을 주시(view)하도록 낱눈 구조체들이 부채꼴 형상으로 배치되어 있는 복수의 평면형 겹눈; 및
    각각 상기 사용자 접촉면의 전방을 주시하도록 낱눈 구조체들이 어레이로 배치되어 있는 복수의 입체형 겹눈을 포함하는 감지 장치.
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