KR20150085298A

KR20150085298A - 비접촉 모션 인식 장치

Info

Publication number: KR20150085298A
Application number: KR1020140005015A
Authority: KR
Inventors: 유남준; 이진상; 홍용표
Original assignee: 엑센도 주식회사
Priority date: 2014-01-15
Filing date: 2014-01-15
Publication date: 2015-07-23
Also published as: KR101563627B1; WO2015108230A1

Abstract

본 발명은 물체의 비접촉 동작(모션)을 인식하는 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 광출력모듈에서 출력된 광을 집광하여 반사시키며, 반사된 광에 근거하여 일정거리에서 일정범위를 갖는 주사선 영역을 형성하는 주사선 반사경 및 주사선 영역으로부터 반사된 광을 수광하는 수광모듈을 포함하는 비접촉 모션 인식 장치에 관한 것이다.
이때 주사선 영역은 광출력모듈에서 출력된 광이 주사선 반사경을 통해 일정 방향을 갖으며 반사되도록 구성하여 상기 광에 근거하여 복수의 주사선 포인트를 형성하고, 주사선 포인트가 연결되어 형성된다.
또한 본 발명은 수광모듈에 수광되는 광에 근거하여 물체까지의 거리를 측정하되, 물체까지의 거리 측정은 광출력모듈에서 출력된 광이 수광모듈에 수광되기까지 소요되는 수광시간에 근거하여 측정되는 비접촉 모션 인식 장치에 관한 것이다.
또한 본 발명은 광이 출력되어서 수광되기까지의 시간에 대응되는 거리정보가 포함된 이미지 프레임을 생성하고, 생성된 이미지 프레임을 비교하여 물체의 동작을 인식할 수 있는 비접촉 모션 인식 장치에 관한 것이다.

Description

비접촉 모션 인식 장치{DEVICE FOR NON-CONTACT MOTION RECOGNITION}

본 발명은 물체의 비접촉 동작(모션)을 인식하는 장치에 관한 것이다.

더욱 구체적으로는, 광출력모듈에서 출력된 광을 집광하여 반사시키며, 반사된 광에 근거하여 일정거리에서 일정범위를 갖는 주사선 영역을 형성하는 주사선 반사경 및 주사선 영역으로부터 반사된 광을 수광하는 수광모듈을 포함하는 비접촉 모션 인식 장치에 관한 것이다.

본 발명은 주사선 영역으로부터 반사되어 수광모듈에 수광된 광에 근거하여 물체의 거리를 측정하며, 광이 출력되어 수광되기까지의 시간에 대응되는 거리정보를 포함하는 이미지 프레임을 생성하고, 생성된 이미지 프레임을 비교하여 물체의 동작을 인식하는 비접촉 모션 인식 장치에 관한 것이다.

최근에는 기술이 발달 됨에 따라 별도의 컬트롤러를 구비할 필요없이 터치만으로 전자기기를 조작할 수 있게 되었으며, 이러한 장치에는 AVN(Audio, Video, Navigation) 장치, 이동전화 단말기, 태블릿 PC 등이 있다.

그러나 터치를 통해 전자기기를 조작하는데에 있어서, 터치조작을 위해 손가락 또는 터치펜(Touch Pen)을 화면에 직접 접촉하여 전자기기를 조작하고 있는데, 이는 직접 접촉할 여건이 마련되지 않거나 직접 접촉하기 불편한 상태에 있는 경우에는 전자기기를 조작하기 어려운 문제가 있다.

위와 같은 문제를 해결하기 위하여 모바일 기기의 키버튼 또는 스크린을 직접 접촉하지 않고 조작을 위한 모션, 움직임, 동작 등(이하, '동작'으로 지칭)을 인식하여 전자기기의 조작을 제어할 수 있는 비접촉 인식 기술이 개발되고 있다.

이러한 비접촉 인식 기술은, 적외선 등의 광을 출력하는 출력소자와 광을 수광하는 수광소자를 배치하며, 물체 방향으로 출력되는 출력소자의 광이 물체에 의하여 반사되고, 반사된 광을 수광소자가 수광하도록 구성하고 있다.

이에 따라 수광소자가 광을 수광하면 이를 전기 에너지로 변환하여 전류를 발생시키고, 상기 전류에 근거하여 제어부에 의해 전자기기를 비접촉식으로 제어하는 것이다.

그러나 위와 같은 비접촉 인식 기술은 일반적으로 하나의 방향으로 출력되는 광이 물체에 반사되어 수광되는 것으로 물체 인식을 수행하기 때문에 인식범위 내에 위치하는 물체의 존재 여부를 인식하거나 물체의 동작을 인식한다고 하더라도 슬라이드 이동과 같은 단순한 동작만을 인식하는 등 동작 인식이 제한되는 불편함이 있다.

한편, 위의 불편함을 해소하기 위하여 광이 물체 방향으로 출력되되, 복수 개로 다방향에서 출력되며, 수광소자(포토 다이오드, 카메라 모듈 등)를 복수 개로 구비하여 다양한 동작을 인식할 수 있는 기술이 개발되고 있다.

이러한 기술과 관련하여 공개특허공보 제10-2013-0086727호에는 디스플레이용 터치센서모듈 및 이를 포함하는 광학장치가 기재되어 있다.

위에 기재된 기술은 입체 카메라를 채용함으로써 사용자의 이동의 자유도를 보장하는 광학장치에 관한 것이다.

개략적으로 보면, 디스플레이 일측에 설치되고 디스플레이의 스크린과 평행한 방향으로 광을 주사하는 광 주사부, 디스플레이의 일측에 설치되고 디스플레이의 스크린의 전방에 존재하는 피사체를 촬영하는 촬영부 및 광 주사부와 촬영부의 동작을 제어하되, 광 주사부에 의한 위치 결정 정보에 근거하여 좌표계산을 수행하고 촬영부로부터의 영상 정보를 기초로 깊이 정보를 획득하여 피사체의 특정 동작을 인식하는 제어부를 포함한다.

그러나 위에 기재된 기술은 XY축 외에도 Z축에 의해 다양한 위치 이동의 자유성을 보장할 수 있는 점에서는 긍정적이나, 광의 출력수단과 수광수단이 복수 개 씩 구성되기 때문에 소형화 제작이 어려운 문제점이 있다.

즉, 위에 기재된 기술은 장치를 스마트 단말기, 개인 단말기(노트북, 데스크탑) 등에 내장하여 적용하기에 적합하지 않다.

이에 따라 장치를 구성하는 모듈의 개수를 최소화하여 소형으로 제작 가능함과 동시에 다양한 동작을 인식할 수 있는 기술의 개발이 절실하다.

그런데 상술된 바와 같이 비접촉 인식 장치를 구성하는 모듈의 개수를 최소화하기 위해서 한 개씩의 광출력모듈과 수광모듈을 구비하는 경우에는 인식할 수 있는 동작이 제한되는 문제점이 있다.

부연하면, 한 개의 광출력모듈에서 출력되는 광으로 물체를 인식하는 것은, 수광모듈에 수광된 광의 양을 검출하는 것으로 이루어지는데, 이는 물체의 존재 여부를 감지하거나 물체가 근접해 있는 정도만을 인식할 수 있을 뿐이다.

한편, 입자 빔이 일정한 거리를 비행하여 검출기에 검출될 때까지의 시간에 근거하여 속도, 운동 에너지 혹은 거리를 측정할 수 있는 TOF(Time Of Flight) 방식이 있다.

이를 광학계에 적용하면, 광이 출력되어 수광모듈에 수광되기까지의 수광시간(비행시간)에 따른 거리를 측정하도록 구현할 수 있다.

이에 따라 TOF 방식을 통해 물체의 거리를 측정하여 물체가 근접한 정도를 인식할 수 있는데, 여전히 물체의 미세동작 등 다양한 동작을 인식하기에는 어려운 문제점이 존재한다.

그러나 위의 문제점은, 인식되는 물체를 소정의 범위로 구분할 수 있는 임의의 영역을 형성하고, 각 범위에 대응되는 거리를 측정하는 것으로 해결할 수 있다.

따라서 비접촉 인식 장치를 소형으로 제작할 수 있는 최소한 개수의 광출력모듈과 수광모듈을 구비하되, 광출력모듈에서 출력되는 광을 통해 물체를 소정의 범위로 구분할 수 있는 영역을 형성하고, 각 범위에 대응되는 거리를 측정하는 것으로 물체의 동작을 인식할 수 있는 기술의 개발이 요구된다.

공개특허공보 제10-2013-0086727호(2013.08.05.)

위와 같은 요구에 부응하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 물체의 비접촉 동작을 인식하는 장치에 있어서, 단일 개의 광출력모듈에서 출력된 광을 집광하여 반사시키며, 반사된 광에 근거하여 일정거리에서 일정범위를 갖는 주사선 영역을 형성하는 주사선 반사경 및 주사선 영역으로부터 반사된 광을 수광하는 수광모듈을 포함하는 비접촉 모션 인식 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 주사선 영역으로부터 반사되어 수광모듈에 수광된 광에 근거하여 물체의 거리를 측정하되, 광이 출력되어 수광되기까지의 시간에 대응되는 거리정보를 포함하는 이미지 프레임을 생성하고, 생성된 이미지 프레임을 비교하여 물체의 동작을 인식하는 비접촉 모션 인식 장치를 제공하는 데 있다.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 비접촉 모션 인식 장치는, 광출력모듈; 광출력모듈에서 출력된 광을 수광하여 반사시키며, 반사된 광이 일정거리에서 일정범위를 갖는 주사선 영역을 형성하도록 하는 주사선 반사경; 및 주사선 영역으로부터 반사된 광을 수광하는 수광모듈;을 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한 본 발명은 광출력모듈에서 출력된 광이 주사선 반사경을 통해 일정 방향을 갖으며 외부로 출력되는 주사선으로 변환하고, 주사선에 근거하여 주사선 포인트 및 주사선 영역을 형성하는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한 본 발명은 수광모듈에 수광되는 광에 근거하여 물체까지의 거리를 측정하는 측정 제어부;를 더 포함하되, 물체까지의 거리 측정은 광출력모듈에서 출력된 광이 수광모듈에 수광되기까지 소요되는 수광시간에 근거하여 측정되는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한 본 발명은 광이 출력되어서 수광되기까지의 시간에 대응되는 거리정보가 포함된 이미지 프레임을 생성하는 프레임 생성 모듈; 및 프레임 생성 모듈에서 생성된 이미지 프레임을 비교하여 동작을 검출하는 동작 검출 모듈;을 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

본 발명에 따른 비접촉 모션 인식 장치는, 물체의 비접촉 동작을 인식하기 위해서 단일의 광출력모듈 및 단일의 수광모듈을 구성하기 때문에 소형 제작이 용이한 효과를 보유한다.

또한 본 발명은 광출력모듈에서 출력되는 광을 통해 주사선 영역을 형성하며, 주사선 영역으로부터 반사된 광이 수광모듈에 수광되면, 광이 출력되어서 수광되기까지의 시간에 대응되는 거리정보가 포함된 이미지 프레임을 생성하고, 생성된 이미지 프레임을 비교하여 물체의 동작을 인식하되, 주사선 영역을 이루는 주사선 포인트 각각의 거리를 측정할 수 있어서, 물체의 다양한 동작(이동, 기울임, 미세동작 등)을 인식할 수 있는 현저한 효과를 보유한다.

이에 따라 본 발명은 다양한 디바이스에 적용가능함과 동시에 물체의 다양한 동작을 인식할 수 있는 현저한 효과를 보유한다.

도 1은 본 발명에 따른 비접촉 모션 인식 장치의 개략적인 구성을 나타낸 것이다.
도 1a는 본 발명에 따른 비접촉 모션 인식 장치의 조립도를 나타낸 것이다.
도 1b는 본 발명에 따른 비접촉 모션 인식 장치의 내부 구성의 블록도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 비접촉 모션 인식 장치에서 물체의 동작 인식을 위해 형성되는 주사선 영역을 나타낸 것이다.
도 2a는 본 발명에 따른 비접촉 모션 인식 장치의 주사선 영역을 상세하게 나타낸 것이다.
도 2b는 본 발명에 따른 비접촉 모션 인식 장치에서 주사선 영역에 근거하여 생성되는 이미지 프레임을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 비접촉 모션 인식 장치에서 물체의 동작에 따라 생성되는 이미지 프레임의 일예를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 비접촉 모션 인식 장치에서 물체의 동작에 따라 생성되는 이미지 프레임의 다른 일예를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 비접촉 모션 인식 장치가 제어 대상 장치에 적용되어 비접촉 모션을 인식하는 일예를 나타낸 것이다.
도 5a는 본 발명에 따른 비접촉 모션 인식 장치에서 물체가 고(高), 저(低) 방향으로 이동하는 것을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 비접촉 모션 인식 장치가 제어 대상 장치에 적용되어 비접촉 모션을 인식하는 다른 일예를 나타낸 것이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명의 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항, 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.

본 발명은 물체의 비접촉 동작(모션)을 인식하는 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 광출력모듈에서 출력된 광을 집광하여 반사시키며, 반사된 광에 근거하여 일정거리에서 일정범위를 갖는 주사선 영역을 형성하는 주사선 반사경 및 주사선 영역으로부터 반사된 광을 수광하는 수광모듈을 포함하는 비접촉 모션 인식 장치에 관한 것이다.

여기서 본 명세서에서 기재하는 물체의 동작은, 물체의 비접촉 모션 동작은 물론이며, 물체의 형상(존재 유무 상태)을 포함하는 의미일 수 있음을 미리 강조하는 바이다.

이하, 상기와 같은 본 발명에 따른 비접촉 모션 인식 장치의 구성을 첨부된 도면의 도 1 내지 도 1b를 통해 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 비접촉 모션 인식 장치의 개략적인 구성을 나타낸 것이며, 도 1a는 본 발명에 따른 비접촉 모션 인식 장치의 조립도를 나타낸 것이고, 도 1b는 본 발명에 따른 비접촉 모션 인식 장치의 내부 구성의 블록도를 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 인식장치(100)는 광출력모듈(110), 집광렌즈(120), 주사선 반사경(130), 수광모듈(140), 측정 제어부(150) 및 보상모듈(160)을 포함한다(도 1b 참조).

광출력모듈(110)은 광을 출력하는 것으로, 광이 인식장치(100)의 수평방향으로 출력되도록 설치되며, 단일 개로 구비된다. 설계 조건에 따라서 광출력모듈(110)은 두 개 이상으로 구비될 수도 있지만, 바람직하게는 한 개만 구비되도록 한다.

또한 광출력모듈(110)은 반도체 레이저(LD), 발광 다이오드(LED) 및 질화물 반도체 수직공동 표면 출력 레이저 다이오드(VCSEL LED) 등으로 구성될 수 있다.

이러한 광출력모듈(110)에서 출력되는 광은 집광렌즈(120)를 통해 주사선 반사경(130)에 입사된다.

즉, 집광렌즈(120)는 광출력모듈(110)에서 출력된 광을 주사선 반사경(130)에 집광시키는 것으로, 구체적으로는 주사선 반사경(130)의 반사경모듈(131)에 광을 집광시킨다(도 1a 참조).

주사선 반사경(130)은 광출력모듈(110)에서 출력된 광을 집광하여 반사시키되, 반사된 광을 일정거리에서 일정범위를 갖는 주사선 영역으로 형성하는 기능을 수행한다. 이러한 주사선 반사경(130)은 상술된 반사경모듈(131)과 주사선 제어모듈(132)을 포함한다.

반사경모듈(131)은 광출력모듈(110)로부터 입사된 광을 반사시키며, 주사선 제어모듈(132)은 반사경모듈(131)로부터 반사된 광이 주사선 영역을 형성하도록 반사경모듈(131)을 제어하는 기능을 수행한다.

여기서, 반사경모듈(131)은 축을 통해 인식장치(100)에 고정되도록 구성할 수 있는데, 이때 반사경모듈(131)은 축을 중심으로 주사선 제어모듈(132)의 제어에 따라 원주흔들림 되도록 구성할 수 있다.

또한 반사경모듈(131)은 MEMS(Micro Electro Mechanical System, 미세전자기계시스템) 기술을 통해 초박형으로 제작할 수 있다.

이러한 MEMS 기술은 실리콘, 수정 및 유리 등을 가공해 초고밀도 직접회로, 초박형 기어, 하드디스크 등의 초미세 기계 구조물을 만드는 기술을 의미한다.

또한 다른 설계 조건에 따라서는 Piezo 기술을 통해 반사경모듈(131)을 초박형으로 제작하고, 고정밀 제어할 수도 있다.

여기서, Piezo 기술은 세라믹 압전체와 내부 전극이 층상, 다층으로 형성된 구조로 이루어져 전압을 세라믹 압전체에 가하면 기계적 변형을 얻게되는 원리를 이용하는 기술로써, 나노미터(nm) 수준의 고정밀 제어가 가능하기 때문에, 본 발명에 Piezo 기술을 채용하는 경우, 반사경모듈(131)을 초박형으로 제작할 수 있다.

이러한 반사경모듈(131)에 의해 반사되는 광은 출력렌즈(133)를 통해 반사경모듈(131)이 유도하는 방향으로 투과되는데, 출력렌즈(133)는 반사경모듈(131)의 상부에 구비된다(도 1a 참조).

이때 출력렌즈(133)는 설계 조건에 따라서 에프-시터 렌즈(f-theta lens)로 구성할 수 있다. 이에 따라 반사경모듈(131)에서 출력된 광은 출력렌즈(133)를 투과하면서 왜곡수차를 발생하여 등속으로 주사될 수 있고, 이에 따라 형성되는 주사선 영역의 해상도를 더욱 일정(균일)하게 형성할 수 있다.

이와 같은 주사선 영역이 형성되는 일예를 첨부된 도면의 도 2 및 도 2a를 통해 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 비접촉 모션 인식 장치에서 물체의 동작 인식을 위해 형성되는 주사선 영역을 나타낸 것이다.

첨부된 도면의 도 2에 따르면, 반사경모듈(131)로부터 반사된 광은 반사경모듈(131)이 유도하는 방향으로 출력렌즈(133)를 통해 인식장치(100)의 외부로 출력된다.

이와 같이 본 명세서에서는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 반사경모듈(131)로부터 반사되어 외부로 출력되는 광을 주사선(SL, Scanning Line)으로 기재한다.

이때 주사선(SL)은, 주사선 제어모듈(132)에 의해 원주흔들림 제어되는 반사경모듈(131)이 유도하는 방향으로 출력된다.

예컨대, 주사선 제어모듈(132)은 반사경모듈(131)의 원주흔들림 제어에 대한 패턴 순서를 미리 저장하도록 구성하며, 광출력모듈(110)은 광을 지속적으로 출력하도록 구성할 수 있다.

이에 따라 광출력모듈(110)에서 출력되는 광은, 반사경모듈(131)로부터 반사되어 주사선(SL)으로 출력될 수 있으며 반사경모듈(131)이 유도하는 방향으로 출력되어 주사선 포인트(SP)를 형성하되, 상술된 패턴을 따라 출력되어 일정 영역에 주사선 영역(SA)을 형성할 수 있다.

여기서, 주사선 포인트(SP, Scanning Point)는, 주사선(SL)이 물체로부터 반사되는 영역, 즉 물체가 인식된 영역에 형성될 수 있다.

또한 주사선 영역(SA, Scanning Area)은, 각 주사선(SL)이 일정거리에 수평방향으로 형성된 영역인 것으로, 바람직하게는 광출력모듈(110)에서 출력되어 외부로 출력된 주사선(SL)이 이루는 광의 범위 내에 형성되는 것이다.

정리하면, 본 발명은 반사경모듈(131)에서 반사된 주사선(SL)이 이루는 광의 범위 내에 주사선 영역(SA)을 형성하되, 설정된 패턴을 따라 순차적으로 출력되는 주사선(SL)이 상기 주사선 영역(SA)에 접촉하는 부분이 주사선 포인트(SP)이다.

이러한 주사선 포인트(SP)는 주사선 영역(SA) 내에서 수직방향 또는 수평방향으로 상호 동기화되도록 구성할 수 있다.

또한 주사선 영역(SA)을 형성한 주사선(SL)은 주사선 영역(SA)에서 반사되어 수광모듈(140)에 수광되도록 구성된다.

이때 본 발명에서는 주사선(SL)이 주사선 영역(SA), 주사선 포인트(SP) 및 물체로부터 반사된다고 기재하고 있으나, 이는 상기에서 물체가 감지되는 영역에 형성되는 것을 주사선 영역(SA)이라 정의하며, 주사선(SL)이 주사선 영역(SA)에 접촉하는 부분을 주사선 포인트(SP)라 정의하는바, 결론적으로 물체로부터 반사됨을 명시적으로 기재하고 있다. 이에 따라 본 발명을 이해하는 데에 혼란이 없음을 미리 강조하는 바이다.

또한 본 발명을 설명하는데 있어서 주사선(SL)이 반사되는 대상(주사선 영역, 주사선 포인트 및 물체)을 구분하여 기재하지 않더라도 본 발명의 이해가 용이한 경우에는 주사선(SL)이 주사선 영역(SA)에서 반사되는 것으로 기재할 것임을 미리 밝힌다.

상술된 바와 같이 수광모듈(140)은 주사선 영역(SA)으로부터 반사된 광을 수광하는 기능을 수행한다. 이때 수광모듈(140)은 광출력모듈(110)의 개수에 따라 두 개 이상으로 구비될 수도 있지만, 바람직하게는 한 개만 구비하도록 한다.

이로써, 본 발명에 따른 인식장치(100)는 물체의 동작을 인식할 수 있는데, 이는 각 주사선 포인트(SP)에서 반사되는 주사선(SL)이 수광모듈(140)에 수광될 때마다 해당 주사선 포인트(SP)에 해당하는 거리를 측정하는 것으로 동작 인식을 수행할 수 있다.

수광모듈(140)의 상부에는 수광렌즈(141)가 구비된다.

수광렌즈(141)는 주사선 영역(SA)으로부터 반사된 광이 수광모듈(140)에 집광되도록 유도하는 기능을 수행한다.

또한 물체까지의 거리를 측정하는 것은, 주사선 영역(SA) 내에 위치하는 물체에 대응되는 각 주사선 포인트(SP)의 거리를 측정할 수 있는데, 상술된 거리 측정은 광출력모듈(110)에서 출력된 광이 수광모듈(140)에 수광되기까지의 시간(이하, '수광시간'이라 지칭)을 계산하고, 계산된 시간에 근거하여 거리를 측정한다.

이를 첨부된 도면의 도 2a를 통해 설명한다.

도 2a는 본 발명에 따른 비접촉 모션 인식 장치의 주사선 영역을 상세하게 나타낸 것으로, 예컨대 첨부된 도면의 도 2a와 같이 물체를 손이라고 가정하고, 손 모양을 도 2a와 같이하여 주사선 영역(SA) 내에 위치시키는 경우, 상기 손 모양에 대응되는 거리정보를 측정한다.

이때 도 2a는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 첨부된 것일 뿐, 본 발명을 실시하는데에 있어서는 주사선 영역(SA)에 측정된 거리 값이 표시되지 않을 수 있다.

즉, 도 2a에서의 주사선 영역(SA)에 표시된 원은 주사선 포인트(SP)를 나타낸 것이며, 원 내에 기재된 숫자는 각 주사선 포인트(SP)에서 측정된 거리를 의미한다. 또한 각 주사선 포인트(SP)에는 0 ~ 7까지의 숫자정보가 기재되어 있는데, 여기에 기재된 숫자정보는 거리정보를 의미한다.

이때 거리정보는 설명을 용이하게 하기 위해서 수광시간에 근거하여 측정된 시간의 역수 개념으로 도시하여 설명하고 있다.

예컨대, 도시된 숫자가 클수록 수광시간이 짧은 것을 의미하며, 이는 물체의 거리가 가까운 것을 의미한다.

또 다른 설계 조건에 따라서는 거리정보를 숫자 단위(예를 들어 0 ~ 5)로 기설정하고, 수광시간에 근거하여 수광시간이 짧을수록 낮은 숫자를 기재하도록 하거나 수광시간이 길수록 높은 숫자를 기재하도록 구성할 수 있다.

즉, 거리정보는 광의 수광시간에 근거하여 물체의 거리를 측정할 수 있으면 충분하다.

위와 같이 거리가 측정된 주사선 영역(SA)의 주사선 포인트(SP)에 근거하여 인식장치(100)는 거리정보를 포함하는 이미지 프레임을 생성하는데, 이를 위해 측정 제어부(150)를 포함한다.

측정 제어부(150)는 수광모듈(140)에 수광되는 광에 근거하여 물체까지의 거리를 측정하는 기능을 수행한다. 즉, 상술된 수광모듈(140)에 수광된 주사선(SL)에 근거하여 거리를 측정하는 것은 측정 제어부(150)를 통해 이루어진다.

이러한 측정 제어부(150)는 물체까지의 거리가 측정된 거리정보를 포함하는 이미지 프레임을 생성하는 프레임 생성 모듈과 프레임 생성 모듈에서 생성된 이미지 프레임을 비교하여 동작을 검출하는 동작 검출 모듈을 포함한다.

이때 프레임 생성 모듈은 초 단위로 복수의 이미지 프레임을 생성하는데, 바람직하게 초당 10 내지 30 프레임을 생성할 수 있다.

또한 이미지 프레임은, 측정된 거리정보를 포함하는 주사선 영역(SA)에 근거하여 생성되며, 거리정보를 포함하여 생성된다.

이를 첨부된 도면의 도 2b를 통해 설명한다.

도 2b는 본 발명에 따른 비접촉 모션 인식 장치에서 주사선 영역에 근거하여 생성되는 이미지 프레임을 나타낸 것이다.

첨부된 도면의 도 2b의 이미지 프레임(IF, Image Frame)은 초단위로 복수 개 생성되는 이미지 프레임(IF-1, IF-2, IF-3 .. IF-n)을 나타내고 있으며, 각 이미지 프레임(IF-1, IF-2, IF-3 .. IF-n)은, 도 2b에 따른 손 모양에 대응되는 거리정보를 포함하고 있다.

예컨대, 손 모양(물체)이 변화되면 이에 따라 이미지 프레임(IF)에 따른 거리정보가 달라질 수 있는데, 이때 달라지는 이미지 프레임(IF)을 비교하여 물체의 동작을 인식할 수 있다.

이하, 물체의 동작에 따라 달라지는 이미지 프레임(IF)의 일예를 첨부된 도면의 도 3 및 도 4를 통해 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 비접촉 모션 인식 장치에서 물체의 동작에 따라 생성되는 이미지 프레임의 일예를 나타낸 것이며, 도 4는 본 발명에 따른 비접촉 모션 인식 장치에서 물체의 동작에 따라 생성되는 이미지 프레임의 다른 일예를 나타낸 것이다.

첨부된 도면의 도 3은 물체(O, object)의 동작에 따라 달라지는 이미지 프레임(IF)에 포함된 거리정보의 일예를 나타낸 것이며, 물체의 움직임(a)과 물체의 움직임에 따른 이미지 프레임에 포함된 거리정보(b)를 나타내고 있다.

즉, 첨부된 도면의 도 3과 같이 물체(O)가 인식장치(100)를 기준으로 좌(左) 방향에서 우(右) 방향으로 이동하는 경우(a), 이미지 프레임(IF)에 포함된 거리정보는 도 3의 (b)와 같이 달라질 수 있다.

이때, 이미지 프레임(IF)의 비교는 전, 후 이미지 프레임(IF)을 순차적으로 비교하도록 구성될 수 있다. 부연하면, n-1 번째 이미지 프레임(IF)은 n번째 이미지 프레임(IF)과 비교하며, n번째 이미지 프레임(IF)은 n+1 번째 이미지 프레임(IF)과 비교하는 것이다.

반면, 이미지 프레임(IF)을 비교하였는데, 이미지 프레임(IF)에 포함된 거리정보가 달라지지 않으면 물체가 움직이지 않은 것으로 판단할 수 있다.

또한 첨부된 도면의 도 4는 검지 손가락만을 접는 비접촉 동작의 일예(a) 및 (a)의 동작에 따라 달라지는 이미지 프레임(IF)의 거리정보(b)를 나타내고 있다.

이러한 도 4와 같이, 본 발명은 물체(O)의 방향 이동에 따른 움직임뿐만 아니라, 물체(O)의 미세한 동작 또한 인식할 수 있다.

즉, 물체(O)를 손이라고 가정하였을 경우, 첨부된 도면의 도 4와 같이 검지 손가락만 접는 동작도 인식할 수 있다.

이때 첨부된 도면의 도 3 및 4는 본 발명이 인식할 수 있는 비접촉 동작을 설명하기 위한 일예를 나타내는 것일 뿐, 본 발명의 권리범위가 도면에 의해 한정되거나 축소될 수는 없는 것이므로, 본 발명이 도면에 도시된 비접촉 동작 외의 다양한 동작을 감지할 수 있음을 이해하여야 한다.

보상모듈(160)은 인식장치(100)의 주변조도에 따라 보상용 광을 출력한다.

이를 위해 조도센서(도면에 미표시)를 더 마련할 수 있는데, 조도센서는 인식장치(100) 외부에 마련될 수도 있고, 인식장치(100)에 내장될 수도 있다.

즉, 인식장치(100)의 광출력모듈(110)에서 출력되어 반사된 광이 수광모듈(140)에 수광되는 경우, 상기의 광과 인식장치(100) 주변의 주변광(자연광, 조명등 광 등)이 혼합되어 인식장치(100)의 동작에 기능 장애가 발생할 수 있다.

따라서, 보상모듈(160)에서 일정 광을 출력하는 것으로 수광모듈(140)에 수광되는 광을 보상할 수 있는데, 여기서 보상모듈(160)에서 출력되는 광은 광출력모듈(110)에서 출력하는 광과 180°위상차를 갖는 광이며, 이 광은 인식 장치(100)의 외부로는 누설되지 않는다.

이에 따라 인식장치(100)가 수광모듈(140)에 수광된 광에 근거하여 물체의 동작을 인식하는데에 있어서, 간섭작용을 최소화할 수 있다.

위와 같이 구성되어 다양한 동작을 인식할 수 있는 본 발명은, 물체의 상(up), 하(down), 좌(left), 우(right), 고(high), 저(low) 또는 대각선 이동과 같은 형태의 물체 동작을 인식할 수 있다.

또한 물체의 기울기 방향, 기울기 정도(각도), 기울기 속도와 같은 형태의 동작을 인식할 수 있으며, 물체의 형태 변환을 인식할 수도 있다.

또한, 위의 3가지 형태를 결합한 하나 이상의 형태를 인식할 수도 있다.

예를 들어, 물체의 이동 방향에 따라 제어 대상의 방향키를 이동시키고, 손의 고(high) 또는 저(low) 정도에 따라 제어 대상의 이동 속도를 제어할 수 있는데, 이를 첨부된 도면의 도 5 및 5a를 통해 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 비접촉 모션 인식 장치가 제어 대상 장치에 적용되어 비접촉 모션을 인식하는 일예를 나타낸 것이며, 도 5a는 본 발명에 따른 인식장치(100)에서 물체(O)가 고(高), 저(低) 방향으로 이동하는 것을 나타낸 것이다.

첨부된 도면의 도 5는 손(물체)을 좌(left) 방향에서 우(right) 방향으로 이동시킴에 따라 제어 대상의 방향키(PC의 화살표키)가 좌에서 우로 이동되는 것을 나타낸다.

나아가, 도 5와 같이 손(물체)의 방향을 이동하되, 인식장치(100)로부터의 고(high), 저(low) 정도를 다르게 함으로써, 이동되는 제어 대상의 방향키 속도를 제어할 수 있다(도 5a 참조).

예컨대, 물체(O)를 인식장치(100)로부터 저(low) 정도(h1, height 1)의 높이에서 동작하는 경우 제어 대상의 방향키 속도를 빠르게 제어하며, 물체(O)를 인식장치(100)로부터 고(high) 정도(h2, height 2)의 높이에서 동작하는 경우 제어 대상의 방향키 속도를 느리게 제어할 수 있다. 이때 설정에 따라서 반대로 제어되도록 구성할 수 있음은 물론이다.

다른 일예로, 손(물체)의 기울기 방향에 따라 제어 대상의 방향을 제어하면서 손의 기울기 정도(각도)에 따라 제어 대상의 방향 이동 속도를 조절할 수 있는데, 이를 첨부된 도면의 도 6을 통해 설명한다.

도 6은 본 발명에 따른 비접촉 모션 인식 장치가 제어 대상 장치에 적용되어 비접촉 모션을 인식하는 다른 일예를 나타낸 것이다.

첨부된 도면의 도 6에 따르면 손(물체, O)은 화살표 방향대로 전, 후, 좌, 우 방향으로 기울일 수 있으며, 기울임 방향에 따라 제어 대상의 방향키가 이동되도록 제어할 수 있다. 아울러 물체의 기울임 정도(각도)에 따라 제어 대상 방향키의 속도를 제어할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 비접촉 모션 인식 장치는, 다양한 비접촉 동작의 인식이 가능하기 때문에 다른 형태로 결합된 동작을 인식할 수 있다.

예를 들어, 손(물체)의 엄지와 검지 손가락을 통해 물건을 집는 동작을 취하고 좌에서 우 방향으로 이동시키면, 제어 대상에 디스플레이된 물건을 집어 좌에서 우 방향으로 이동하도록 제어할 수 있다.

다른 일예로, 손(물체)의 기울기 방향에 따라 제어 대상의 방향을 제어하되, 고(high) 또는 저(low) 정도에 따라 제어 대상의 방향 이동 속도를 조절할 수도 있다.

부연하면, 본 발명은 인식장치(100)가 적용되는 디바이스와 연동되도록 구성하고, 인식되는 동작에 따른 제어를 미리 설정 저장함으로써, 상술된 비접촉 동작 인식을 통해 제어 대상(디바이스)을 제어할 수 있다.

이에 따라 본 발명이 적용된 디바이스에서는, 종래의 광학장치보다 더욱 다양한 동작을 인식할 수 있고, 이에 다양한 비접촉 인터페이스를 수행할 수 있다.

예컨대, 다이얼(Dial), 깊이 조절, 확대 및 축소, 윈도우 제어, 슬라이드 제어, 뉴메릭(Numeric) 모션 등 다양한 비접촉 동작 인식을 수행할 수 있다.

또한 한 개씩의 출력소자 및 수광소자를 구비하기 때문에 소형으로 제작할 수 있어서 다양한 디바이스에 적용할 수 있는 이점이 있다.

위와 같이 구성되는 본 발명에 따른 비접촉 모션 인식 장치는, 물체의 비접촉 동작을 인식하기 위해서 단일의 광출력모듈 및 단일의 수광모듈을 구성하기 때문에 소형 제작이 용이하다.

또한 본 발명은 광출력모듈에서 출력되는 광을 통해 주사선 영역을 형성하며, 주사선 영역으로부터 반사된 광이 수광모듈에 수광되면, 광이 출력되어서 수광되기까지의 시간에 대응되는 거리정보가 포함된 이미지 프레임을 생성하고, 생성된 이미지 프레임을 비교하여 물체의 동작을 인식하되, 주사선 영역을 이루는 주사선 포인트 각각의 거리를 측정할 수 있어서, 물체의 다양한 동작(이동, 기울임, 미세동작 등)을 인식할 수 있다.

이에 따라 본 발명은 다양한 디바이스에 적용가능함과 동시에 물체의 다양한 동작을 인식할 수 있다.

한편, 상기에서 도 1 내지 도 6을 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 도 1 내지 도 6의 구성에 한정되는 것이 아님은 자명하다.

100 : 인식장치 110 : 광출력모듈
120 : 집광렌즈 130 : 주사선 반사경
131 : 반사경모듈 132 : 주사선 제어모듈
133 : 출력렌즈 140 : 수광모듈
141 : 수광렌즈 150 : 측정 제어부
160 : 보상모듈 SA : 주사선 영역
SL : 주사선 SP : 주사선 포인트
IF : 이미지 프레임

Claims

광출력모듈, 주사선 반사경 및 수광모듈을 포함하여 물체의 동작을 감지하는 인식장치에 있어서,
상기 광출력모듈은 상기 주사선 반사경으로 광을 입사시키고,
상기 주사선 반사경은 입사된 광을 반사하되, 상기 반사된 광에 근거하여 일정거리에서 일정범위를 갖는 주사선 영역을 형성하며,
상기 수광모듈은 상기 주사선 영역으로부터 반사된 광을 수광하는 것으로, 물체의 동작 또는 물체의 형상을 인식하는 것을 특징으로 하는 비접촉 모션 인식 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 주사선 영역은 상기 물체가 인식된 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 비접촉 모션 인식 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 인식장치는,
상기 수광모듈에 수광되는 광에 근거하여 상기 물체까지의 거리가 측정된 거리정보를 포함하는 이미지 프레임을 생성하고, 상기 생성된 이미지 프레임을 비교하여 상기 물체의 동작 인식이 이루어지는 것을 특징으로 하는 비접촉 모션 인식 장치.
청구항 1 및 3 중 선택된 어느 한 항에 있어서,
상기 물체까지의 거리 측정은,
상기 광출력모듈에서 출력된 광이 상기 수광모듈에 수광되기까지 소요되는 수광시간에 근거하여 측정되는 것을 특징으로 하는 비접촉 모션 인식 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 동작은,
1) 상기 물체의 상(up), 하(down), 좌(left), 우(right), 고(high), 저(low) 또는 대각선 이동에 따른 방향 및 속도, 2) 상기 물체의 기울기 방향, 기울기 정도(각도), 기울기 속도, 3) 상기 물체의 형태 변환 중 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 비접촉 모션 인식 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 물체의 기울기 방향에 근거하여 제어 대상의 이동방향을 결정하며, 상기 물체의 기울기 정도에 근거하여 제어 대상의 이동속도를 결정하는 것을 특징으로 하는 비접촉 모션 인식 장치.
광출력모듈;
상기 광출력모듈에서 출력된 광을 수광하여 반사시키며, 상기 반사된 광이 일정거리에서 일정범위를 갖는 주사선 영역을 형성하도록 하는 주사선 반사경; 및
상기 주사선 영역으로부터 반사된 광을 수광하는 수광모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉 모션 인식 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 수광모듈에 수광되는 광에 근거하여 물체까지의 거리를 측정하는 측정 제어부; 를 더 포함하되,
상기 물체까지의 거리 측정은,
상기 광출력모듈에서 출력된 광이 상기 수광모듈에 수광되기까지 소요되는 수광시간에 근거하여 측정되는 것을 특징으로 하는 비접촉 모션 인식 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 측정 제어부는,
상기 물체까지의 거리가 측정된 거리정보를 포함하는 이미지 프레임을 생성하는 프레임 생성 모듈; 및 상기 프레임 생성 모듈에서 생성된 이미지 프레임을 비교하여 상기 동작을 검출하는 동작 검출 모듈; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉 모션 인식 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 주사선 반사경은,
상기 광출력모듈에서 출력된 광을 반사시키는 반사경모듈; 및
상기 반사경모듈에서 반사되는 광이 일정거리에서 일정범위를 갖는 주사선 영역을 형성하도록 제어하는 주사선 제어모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉 모션 인식 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 광출력모듈에서 출력된 광을 상기 반사경모듈에 집광시키는 집광렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉 모션 인식 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 인식장치는,
주변조도에 따라 보상용 광을 출력하는 보상모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉 모션 인식 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 광출력모듈은 반도체 레이저(LD), 발광 다이오드(LED), 질화물 반도체 수직공동 표면 출력 레이저 다이오드(VCSEL LED) 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 비접촉 모션 인식 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 인식장치는,
상기 광출력모듈에서 출력되고 상기 주사선 반사경에서 반사된 광이 외부로 투과하도록 형성되는 출력렌즈; 및 상기 수광모듈의 상부에 구비되며, 상기 주사선 영역으로부터 반사된 광이 상기 수광모듈에 집광되도록 유도하는 수광렌즈; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉 모션 인식 장치.