KR20130003241A - 비접촉식 입력장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 사용자가 가상 공간 내에 손가락과 같은 입력 장치를 이용하여 터치 또는 서명을 하면 마치 실제 키패드를 터치하거나 서명한 것으로 인식함으로써, 접촉으로 인한 질병 전염 방지 및 지문과 같은 개인 정보 노출을 방지할 수 있도록 하는 비접촉식 입력장치에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명에 따른 비접촉식 입력장치는, 물리적 패드, 물리적 패드의 일측에 설치되며 비가시성의 가상 패드 영역이 형성된 프레임, 가상 패드 영역을 향하도록 프레임 내에 설치되어 상기 가상 공간 내에 광을 조사하는 발광부와 발광부로부터 조사되어 가상 패드 공간 내에서 입력 수단에 의해 반사되는 광을 수광하는 수광부로 이루어진 적어도 둘 이상의 광센서, 물리적 패드의 좌표 정보, 가상 패드 영역에 관한 정보, 수광부의 응답 특성에 따른 가상 패드 영역 내 입력 수단의 좌표 정보 및 가상 패드 영역의 좌표 정보를 상기 물리적 패드의 좌표 정보로 변환하기 위한 변환 정보를 저장하는 저장부, 각 수광부에 입력된 응답 특성 값을 매칭시켜 입력 수단의 위치 정보를 산출하는 제어부를 포함한다.

Description

비접촉식 입력장치{CONTACTLESS INPUT DEVICE}
본 발명은 비접촉식 입력 장치에 관한 것으로서, 특히 사용자가 가상 공간 내에 손가락과 같은 입력 장치를 이용하여 터치 또는 서명을 하면 마치 실제 키패드를 터치하거나 서명한 것으로 인식함으로써, 접촉으로 인한 질병 전염 방지 및 지문과 같은 개인 정보 노출을 방지할 수 있도록 하는 비접촉식 입력장치에 관한 것이다.
통상적으로 디지털 도어락 (Digital Door Lock), ATM (Automatic Teller Machine), 전자 결제 수단에는 사용자 인증이나 정보 입력을 위한 터치 패드가 적용되고 있다.
터치 패드는 사용자의 손가락이나 터치펜이 물리적으로 접촉하여 정보 또는 사인이 입력되도록 하는 것으로서, 병원, 은행, 마트, 레스토랑 등 이동 고객이 많은 장소에서 간접 접촉에 의한 질병(병균)을 전달하는 매체 역할을 하고, 빈번한 기계적 접촉에 의한 마모에 의해 비밀번호 등의 정보가 노출되거나 기기의 수명이 단축되며, 사용자의 지문 등의 정보가 입력 장치에 남아 개인정보 노출의 위험이 있다는 문제점이 있다.
이러한 접촉식 터치 패드의 단점을 해소하기 위한 비접촉식 터치 패드에 관련하여, 본 출원인의 등록출원인 특허 제1036452호에는 스테레오 카메라를 사용하여 구성한 가상 키패드를 이용하여 비접촉식으로 사용자 입력이 가능하게 하는 기술이 개시되어 있으며, 도 1 및 도 2에 상기 등록특허의 구성도가 개시되어 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 등록특허에 따른 비접촉식 키패드는 물리적 키패드 (100), 스테레오 카메라(200), 인터페이스부(300), 영상처리부(400), 저장부(500), 출력부(600) 및 제어부(700)를 포함하여 구성된다.
물리적 키패드(100)는 시각적으로 키패드 형상을 보여주기 위한 것이고, 스테레오 카메라(200)는 물리적 키패드(100)의 부근 상부에 설치되어 물리적 키패드(100) 상부의 영상을 촬영하는 것이다.
인터페이스부(300)는 키패드 장치와 연결된 서버(미도시)와의 연결을 위한 것이고, 영상처리부(400)는 스테레오 카메라(200)에 의해 촬영된 스테레오 영상으로부터 사용자 손가락 등의 터치수단의 위치를 검출하고, 검출된 터치수단의 위치를 후술하는 가상 키패드 영역(800) 상에서 터치수단의 위치에 대응되는 키(810)를 결정하는 기능을 수행한다.
저장부(500)는 물리적 키패드(100)의 크기 및 각 키(110)들에 관한 정보, 물리적 키패드(100) 상부의 일정 영역에 위치하는 가상 키패드(800)와 가상 키패드 영역(800) 내의 키(810)의 위치 정보 및 스테레오 카메라(200)에서 촬영된 가상 키패드 영역을 실제 가상 키패드 영역(800)으로 변환하기 위한 정보를 저장한다.
여기서, 가상 키패드 영역(800)은 가상으로 정의된 영역으로서 사용자의 눈에 보이지 않는 부분이며, 출력부(600)는 영상처리부(500)에 의해 가상 키패드 영역(800) 상의 터치된 키(810)가 결정되는 경우 키 터치감을 부여하기 위해 사운드 또는 빛을 발생시키는 것이다.
제어부(700)는 본 발명에 따른 스테레오 카메라를 이용한 비접촉식 키패드 장치의 전반적인 제어를 담당하는 부분이다.
상기 등록특허는 비접촉식 키패드를 제공하여 기계적인 키 입력장치가 필요없어 접촉식 터치 패드의 단점을 해소할 수는 있으나, 고가의 스테레오 카메라를 이용함에 따라 비용 부담이 크고, 촬영된 스테레오 영상 처리를 통해 위치를 검출함에 따라 복잡한 영상 처리 과정을 거쳐야 하는 단점이 있다.
배경기술의 단점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은, 가상 패드 공간 둘레에 복수의 광센서를 배치하고, 각 광센서에 수신되는 광에 대한 응답 특성을 상호 매칭시켜 가상 패드 영역 내에서의 터치 위치를 산출함으로써, 비접촉식으로 사용자의 터치 인식이 가능하도록 하는 비접촉식 입력 장치를 제공함에 있다.
과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 비접촉식 입력장치는, 물리적 패드, 물리적 패드의 일측에 설치되며 비가시성의 가상 패드 영역이 형성된 프레임, 가상 패드 영역을 향하도록 프레임 내에 설치되어 상기 가상 공간 내에 광을 조사하는 발광부와 발광부로부터 조사되어 가상 패드 공간 내에서 입력 수단에 의해 반사되는 광을 수광하는 수광부로 이루어진 적어도 둘 이상의 광센서, 물리적 패드의 좌표 정보, 가상 패드 영역에 관한 정보, 수광부의 응답 특성에 따른 가상 패드 영역 내 입력 수단의 좌표 정보 및 가상 패드 영역의 좌표 정보를 상기 물리적 패드의 좌표 정보로 변환하기 위한 변환 정보를 저장하는 저장부, 각 수광부에 입력된 응답 특성 값을 매칭시켜 입력 수단의 위치 정보를 산출하는 제어부를 포함한다.
또한, 저장부에는 수광부로 수신되는 광의 세기에 따른 전압 크기에 대응하는 좌표 정보가 각 광센서별로 미리 저장되고, 제어부는 각 수광부에 수신된 광의 세기에 대응되는 좌표 정보들 중 공통되는 좌표를 터치 위치로 인식할 수 있다.
또한, 저장부에는 수광부로 수신되는 광의 응답 시간에 대응하는 좌표 정보가 각 광센서별로 미리 저장되고, 제어부는 각 수광부에 수신된 광의 응답 시간에 대응되는 좌표 정보들 중 공통되는 좌표를 터치 위치로 인식할 수 있다.
또한, 프레임에는 물리적 패드에 대향하는 위치에 발광부로부터의 광이 외부로 출사되는 것을 방지하기 위한 광차단 수단이 더 구비될 수 있다.
또한, 가상 패드 영역의 특정 위치에 입력 수단을 위치시킨 상태에서 광센서에 의해 감지되는 응답 신호를 검출하고, 검출된 응답 신호에 대응하는 좌표 맵을 생성하며, 가상 패드 영역의 좌표 맵을 이용하여 물리적 패드로의 변환 정보를 생성 및 저장하여 산출될 수 있다.
또한, 과제를 해결하기 위한 본 발명의 비접촉식 입력장치는 물리적 패드, 물리적 패드의 일측에 설치되며 비가시성의 가상 패드 영역이 형성된 프레임, 가상 패드 영역에 적외선이 격자 형태로 지나도록 상기 물리적 패드 둘레의 프레임 내에 서로 대향하도록 설치되는 발광부와 수광부로 이루어지는 복수의 광센서, 가상 패드 영역의 적외선 격자에 대응되는 좌표 정보 및 가상 패드 영역의 좌표 정보를 물리적 패드의 좌표 정보로 변환하기 위한 변환 정보를 저장하는 저장부, 가상 패드 영역 내 입력 수단의 좌표 정보를 기 설정된 상기 적외선 격자 위치에 매칭시켜 입력 수단의 위치 정보를 산출하는 제어부를 포함한다.
본 발명은 입력 장치와 물리적인 접촉없이 비접촉식으로 사용자의 터치를 감지함으로써 병원, 은행, 마트 등과 같이 이동 고객이 많은 장소에서 간접 접촉에 의한 질병 전염 문제를 해결할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 물리적인 접촉이 없음으로서 접촉식보다 기계적인 마모가 없어 수명이 길어지는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 지문 등과 같은 사용자 정보가 입력장치에 남지 않으므로 정보 유출의 문제를 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 고가의 카메라를 사용하지 않으므로 비용을 절감할 수 있으며, 복잡한 영상 처리 과정을 거치지 않으므로 정보 처리를 용이하게 할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 비접촉식 입력장치 블록도.
도 2는 종래기술에 따른 비접촉식 입력장치 개략적인 사시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 입력장치의 구성 블록도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 입력장치의 개략적인 구성을 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 입력장치를 이용한 좌표 맵 설정 예시도.
도 6은 본 발명에 따른 비접촉식 입력장치를 이용하여 정보 입력을 검출하는 방법이 수행하는 과정을 도시한 흐름도.
도 7은 본 발명에 따른 비접촉식 입력장치의 좌표 인식 방법을 설명하기 위한 예시도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명은 적어도 2 이상의 광센서를 적용한 비접촉식 입력장치에 관한 것으로서, 설명의 편의를 위해서 2개의 광센서를 적용한 것으로 도시 및 설명하였으나 본 발명의 권리가 여기에 한정되지는 않는다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 입력장치의 구성 블록도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 입력장치의 개략적인 구성을 나타낸 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 입력장치를 이용한 좌표 맵 설정 예시도다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 비접촉식 입력 장치는 크게 비가시성의 가상 패드 영역(S)을 통해 키입력 또는 서명 입력 등의 입력이 이루어지도록 하는 비접촉식 입력부(1)와, 키패드 또는 입력된 서명을 물리적 패드(21)의 표출 영역에 대응되는 위치 좌표료 변환하여 시각적으로 표시하는 디스플레이부(2)로 구성된다.
물리적 패드(21)는 키입력 장치로 이용될 경우에는 시각적으로 키패드의 형상을 보여주고, 사인 패드로 이용될 경우에는 서명 패턴을 표출하는 것으로서 LCD일 수 있다.
비접촉식 입력부(1)는 비가시성의 가상 패드 영역(S)이 형성된 프레임(10)과, 프레임(10) 내에 설치되는 둘 이상의 광센서(11)와, 터치 인식시에 터치감을 부여하기 위한 사운드 또는 빛을 발생시키는 출력부(12)를 포함한다.
광센서(11)는 프레임(10) 내에 설치되어 가상 패드 영역(S)에 광을 조사하는 발광부(11a)와 발광부(11a)로부터 조사된 후 가상 패드 공간 내에서 입력 수단에 의해 반사되는 광을 수광하는 수광부(11b)로 이루어진다. 이때, 광센서(11)는 수광부(11b)에 수광된 광의 세기에 따른 전압을 검출하거나, 발광부(11a)에서 조사후 수광부(11b)에 수광되는 시간을 검출한다. 여기서, 발광부(11a)는 직진성을 가지는 발광 소자가 아닌 소정 각도 내에서 빛을 조사하는 발광 소자가 이용되어야 함은 자명하며, 복수의 광센서(11) 각각은 검출되는 전압 또는 시간에 대응하는 공통 좌표 정보가 하나만 되도록 배치되어야 한다.
출력부(12)는 가상 패드 영역에 입력수단의 진입이 감지되는 경우 입력 수단의 감지를 빛으로 표출하는 램프(12a) 또는 이를 사운드로 출력하는 스피커(12b)를 포함한다.
또한, 저장부(30)는 물리적 패드(21)의 크기, 키 정보 또는 좌표 정보, 수광부의 응답 특성에 따른 가상 패드 영역(S) 내 입력 수단의 좌표 정보 및 가상 패드 영역의 좌표 정보를 물리적 패드(21)의 좌표 정보로 변환하기 위한 변환 정보를 저장한다. 이때, 가상 패드 영역 정보와 변환 정보는 가상 패드 영역의 특정 위치에 입력 수단을 위치시킨 상태에서 광센서에 의해 감지되는 응답 신호를 검출하고, 검출된 응답 신호에 대응하는 좌표 맵을 생성하며, 가상 패드 영역(S)의 좌표 맵을 이용하여 물리적 패드로의 변환 정보를 생성 및 저장하여 산출될 수 있다. 여기서, 가상 패드 영역(S) 내 입력 수단의 좌표 정보는 도 5에 도시된 바와 같이 각 수광부(11b)로 수신되는 광의 세기에 따른 전압 크기에 대응되거나, 각 수광부(11b)에 수신되는 광의 응답 시간에 대응된다.
제어부(40)는 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 입력 장치 전반의 제어를 담당하는 부분으로서, 각 수광부(11b)에 입력된 응답 특성 값을 매칭시켜 입력 수단의 위치 정보를 산출한다. 구체적으로, 제어부(40)는 각 수광부에 수신된 광의 세기에 대응되는 좌표 정보들 중 공통되는 좌표를 터치 위치로 인식하거나, 각 수광부에 수신된 광의 응답 시간에 대응되는 좌표 정보들 중 공통되는 좌표를 터치 위치로 인식할 수 있다.
또한, 본 발명은 프레임(10)의 내부에 설치되고, 제어부에서 산출한 각 위치 좌표를 물리적 패드(21) 상의 투명 위치 좌표로 변환한 서명패턴 데이터를 생성하는 영상처리부(50)를 더 포함할 수 있다.
또한, 발광부(11a)에서 조사된 광은 평면 상에서 소정 각도 내에서 조사될 뿐만 아니라, 수직 방향으로도 소정 각도 내에서 방출되므로, 발광부(11a)에서 조사된 광에 의해 물리적 패드(21)에서 표출되는 영상에 간섭을 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명은 물리적 패드(21)와 광센서(11) 상부의 프레임(10)에 발광부(11a)로부터의 광이 외부로 출사되는 것을 방지하기 위한 투명 재질의 광차단 수단(60)이 구비될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 비접촉식 입력장치를 이용하여 정보 입력을 검출하는 방법이 수행하는 과정을 도시한 흐름도이고, 도 7은 본 발명에 따른 비접촉식 입력장치의 좌표 인식 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
우선, 각 발광부(11a)를 발광시켜 가상 패드 영역(S) 내에 광이 조사되도록 하고(S100), 각 수광부(11b)에서의 응답 특성을 검출한다(S110). 이때, 응답 특성은 수광되는 광의 세기 또는 응답 시간일 수 있다.
그리고, 각 수광부(11b)에서의 응답 특성에 따라 입력수단이 가상 패드 영역(S) 내에 진입하였는지 판단한다(S120).
이때, 가상 패드 영역(S) 내에 입력 수단의 진입이 감지되면 응답 신호를 분석하여, 도 7에 도시된 바와 같이 각 광센서별로 설정된 좌표맵에서 응답 신호에 해당하는 좌표를 탐색한다(S130). 도 7은 검출되는 전압에 따라 좌표 탐색을 하기 위한 방법을 보인 것으로서, 가상 패드 영역(S) 내에 진입된 입력 수단으로부터 반사된 광에 의해 각 수광부(11b)에서 3V의 전압이 검출된 결과를 나타낸다. 따라서, 각 수광부(11b)에서 3V의 전압이 검출되면 각 광센서별로 생성된 좌표맵에서 3V에 대응되는 좌표를 탐색한다.
이어서, 각 광센서 간에 탐색된 3V의 좌표를 상호 매칭시켜(S140) 공통되는 좌표가 있는지 판단(S150)하고, 공통되는 좌표가 있을 경우 해당 좌표를 터치 좌표로 인식한다(S160). 본 발명의 예시에서는, 도 7 A와 같이 공통되는 좌표를 터치 좌표로 인식한다.
다음으로, 인식된 터치 좌표를 물리적 패드(21)의 좌표로 변환한다(S170).
이후, 도시되지는 않았으나 물리적 패드(21)가 키패드로 이용될 경우에는 변환된 물리적 패드(21) 좌표에 해당하는 키가 시각적으로 표시되도록 하거나, 물리적 패드(21)가 서명 패드로 이용될 경우 사용자의 터치를 연속적으로 감지하여 물리적 패드(21)에 서명 패턴이 시각적으로 표시되도록 한다. 여기서, 서명 패턴 인식 및 이에 대한 시각적인 표시 처리에 관한 기술은 이미 공지된 기술이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
또한, 도시되지는 않았으나 터치가 인식되면 빛이나 사운드를 발생시켜 사용자에게 터치감을 부여할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 비접촉식 입력장치의 구성 블록도이고, 도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 비접촉식 입력장치의 개략적인 사시도로서, 본 발명의 제 2 실시예는 물리적 패드(70), 물리적 패드(70)의 일측에 설치되며 비가시성의 가상 패드 영역(S)이 형성된 프레임(71), 복수의 광센서(72), 저장부(미도시함) 및 제어부(미도시함)를 포함한다.
여기서, 복수의 광센서(72)는 가상 패드 영역(S)에 적외선이 격자 형태로 지나도록 하는 것으로서, 물리적 패드(70)의 상부 둘레의 프레임(71) 내에 서로 대향하도록 설치되는 발광부(72a)와 수광부(72b)로 이루어진다.
저장부(73)는 가상 패드 영역(S)의 적외선 격자에 대응되는 좌표 정보 및 가상 패드 영역(S)의 좌표 정보를 물리적 패드(70)의 좌표 정보로 변환하기 위한 변환 정보를 저장한다.
제어부(74)는 가상 패드 영역(S) 내 입력 수단의 좌표 정보를 기 설정된 적외선 격자 위치에 매칭시켜 입력 수단의 위치 정보를 산출한다. 이때, 제어부(74)는 복수의 발광부(72a)를 구동시켜 광을 조사시키고, 광이 입사되지 않는 수광부(72b)를 검출하고, 광이 입사되지 않은 수광부(72b)에 연장된 격자 위치를 입력수단이 터치한 위치로 판단한다.
아울러, 본 발명의 제 2 실시예에 따라 감지된 터치 위치를 물리적 패드(70)에 시각적으로 표현하는 방법은 상술한 본 발명의 제 1 실시예와 동일하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
S : 가상 패드 영역 1 : 비접촉식 입력부
10 : 프레임 11 : 광센서
12 : 출력부 13 :
2 : 디스플레이부 21 : 물리적 패드
30 : 저장부 40 : 제어부
50 : 영상처리부 60 : 광차단 수단

Claims (6)

  1. 물리적 패드;
    상기 물리적 패드의 일측에 설치되며 비가시성의 가상 패드 영역이 형성된 프레임;
    상기 가상 패드 영역을 향하도록 상기 프레임 내에 설치되어 상기 가상 공간 내에 광을 조사하는 발광부와 상기 발광부로부터 조사되어 가상 패드 공간 내에서 입력 수단에 의해 반사되는 광을 수광하는 수광부로 이루어진 적어도 둘 이상의 광센서;
    상기 물리적 패드의 좌표 정보, 상기 가상 패드 영역에 관한 정보, 상기 수광부의 응답 특성에 따른 가상 패드 영역 내 입력 수단의 좌표 정보 및 상기 가상 패드 영역의 좌표 정보를 상기 물리적 패드의 좌표 정보로 변환하기 위한 변환 정보를 저장하는 저장부; 및
    상기 각 수광부에 입력된 응답 특성 값을 매칭시켜 입력 수단의 위치 정보를 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 입력장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 저장부에는 상기 수광부로 수신되는 광의 세기에 따른 전압 크기에 대응하는 좌표 정보가 각 광센서별로 미리 저장되고,
    상기 제어부는 각 수광부에 수신된 광의 세기에 대응되는 좌표 정보들 중 공통되는 좌표를 터치 위치로 인식하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 입력장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 저장부에는 상기 수광부로 수신되는 광의 응답 시간에 대응하는 좌표 정보가 각 광센서별로 미리 저장되고,
    상기 제어부는 각 수광부에 수신된 광의 응답 시간에 대응되는 좌표 정보들 중 공통되는 좌표를 터치 위치로 인식하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 입력장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 프레임에는 물리적 패드에 대향하는 위치에 상기 발광부로부터의 광이 외부로 출사되는 것을 방지하기 위한 광차단 수단이 더 구비됨을 특징으로 하는 비접촉식 입력장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 가상 패드 영역 및 변환 정보는
    상기 가상 패드 영역의 특정 위치에 입력 수단을 위치시킨 상태에서 광센서에 의해 감지되는 응답 신호를 검출하고, 검출된 응답 신호에 대응하는 좌표 맵을 생성하며, 가상 패드 영역의 좌표 맵을 이용하여 물리적 패드로의 변환 정보를 생성 및 저장하여 산출되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 입력장치.
  6. 물리적 패드;
    상기 물리적 패드의 일측에 설치되며 비가시성의 가상 패드 영역이 형성된 프레임;
    상기 가상 패드 영역에 적외선이 격자 형태로 지나도록 상기 물리적 패드 둘레의 상기 프레임 내에 서로 대향하도록 설치되는 발광부와 수광부로 이루어지는 복수의 광센서;
    상기 가상 패드 영역의 적외선 격자에 대응되는 좌표 정보 및 상기 가상 패드 영역의 좌표 정보를 상기 물리적 패드의 좌표 정보로 변환하기 위한 변환 정보를 저장하는 저장부; 및
    상기 가상 패드 영역 내 입력 수단의 좌표 정보를 기 설정된 상기 적외선 격자 위치에 매칭시켜 입력 수단의 위치 정보를 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 입력장치.
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