KR20220109098A - 웨어러블 장치 - Google Patents

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KR20220109098A
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KR1020210012365A
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김도환
이동훈
지상현
박정현
박재연
안병기
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 개시의 일 실시 예에 따른 웨어러블 장치는, 렌즈를 수용하는 림; 상기 림의 일부로부터 연장되는 템플; 및 상기 템플 내에 구비된 전고체 전지;를 포함할 수 있다.
또, 본 개시의 일 실시 예에 따른 웨어러블 장치는, 제1 방향을 향하는 렌즈를 수용하는 림; 상기 림의 일부로부터 연장되는 템플; 및 반사부재, 및 상기 제1방향과 교차하는 방향을 향하는 결상면을 가지는 이미지 센서를 포함하는 카메라;를 포함할 수 있다.

Description

웨어러블 장치{WEARABLE DEVICE}
본 발명은 웨어러블 장치에 관한 기술이다. 보다 상세하게는 웨어러블 장치에 채용되는 이차전지 및 카메라에 관한 기술이다.
집적회로기술, 디스플레이, 배터리 기술의 발전에 따라 단순히 전자장치를 휴대하는 것을 넘어, 액세서리처럼 착용할 수 있게 되었다. 예를 들어 스마트 워치, 스마트 글래스 등 전통적으로 패션이나 액세서리의 영역에 있던 물건들이 프로세서, 디스플레이, 다양한 센서들을 포함하도록 제작되고 있다.
다만, 착용자가 기본적으로 웨어러블 장치를 의복과 같이 항상 착용하더라도 일상생활을 하는데 불편함을 느끼지 않게 하는 것이 매우 중요하다. 예를 들어, 스마트 워치는 전통적인 손목시계처럼 심미적으로 우수하거나 가볍게 만들어지고 있는 추세이다. 웨어러블 장치가 무겁거나 외관이 투박하여 착용자가 그 사용을 꺼리게 되면 웨어러블 장치는 아무리 다양하고 편리한 기능을 제공하더라도 실질적인 효용성은 낮을 수밖에 없다.
한편, 웨어러블 장치는 스마트폰과 비교하여 크기가 작기 때문에 일반적인 배터리를 삽입하기에는 어렵다. 또, 액체 전해질을 이용하는 전지는 전해액 누출, 화재 및 폭발의 위험성이 높은 문제점이 있다. 특히 웨어러블 장치는 사용자의 신체에 밀착된 상태로 사용되는 경우가 많기 때문에, 액체 전해질 전지를 사용하는 경우 안전을 위한 장치들이 필수적으로 구비되어야 하고 이는 배터리의 소형화에 부정적인 영향을 준다.
또, 웨어러블 장치의 공간적인 한계로 인해 카메라를 장착할 공간이 부족하고, 카메라를 장착하더라도 외관을 해치게 되는 경우가 많다.
본 발명은 공간이 협소한 웨어러블 장치에 설치될 수 있는 다양한 장치의 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
구체적으로 웨어러블 장치에 구비되는 장치로서, 상기 목적을 달성하는데 적합한 배터리 또는 카메라를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 개시(disclosure)의 일 실시 예에 따른 웨어러블 장치는, 렌즈를 수용하는 림; 상기 림의 일부로부터 연장되는 템플; 및 상기 템플 내에 구비된 전고체 전지;를 포함할 수 있다. 또, 본 개시의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈은, 제1 방향을 향하는 렌즈를 수용하는 림; 상기 림의 일부로부터 연장되는 템플; 및 반사부재, 및 상기 제1방향과 교차하는 방향을 향하는 결상면을 가지는 이미지 센서를 포함하는 카메라;를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 웨어러블 장치는 협소한 공간에 다양한 장치를 용이하게 구비할 수 있다.
구체적으로 웨어러블 장치에 구비되는 장치로서 본 개시에 따른 배터리 또는 카메라는 웨어러블 장치의 사용성이나 외관을 개선하는데 기여할 수 있다.
도 1은 일 실시 예의 웨어러블 장치를 도시한 것이다.
도 2는 일 실시 예의 웨어러블 장치에 포함된 컴포넌트들을 블록도로 도시한 것이다.
도 3은 일 실시 예에서 템플 내부에 구비된 기판 및 기판에 실장된 전자부품들을 도시한 것이다.
도 4는 일 실시 예에서 복수의 전고체 전지들이 전자부품에 연결된 것을 도시한 것이다.
도 5는 일 실시 예에서 전고체 전지를 도시한 것이다.
도 6은 도 5의 I-I' 단면도이다.
도 7은 일 실시 예에서 전고체 전지를 활용한 전력관리를 블록도로 나타낸 것이다.
도 8은 일 실시 예에서 사용 장치에 따라 대응하는 전고체 전지를 방전하는 순서도이다.
도 9는 일 실시 예에서 충전률에 기반하여 전고체 전지를 충전하는 순서도이다.
도 10은 일 실시 예에서 프로세서의 동작상태에 따라 메인 배터리를 선택적으로 활용하는 순서도이다.
도 11은 일 실시 예에서 프로세서에 전원을 공급하는 회로를 도시한 것이다.
도 12는 일 실시 예에서 메인 배터리를 활용하여 전고체 전지를 보조하는 전력공급방식을 나타낸 순서도이다.
도 13은 일 실시 예의 웨어러블 장치에 장착된 카메라를 도시한 것이다.
도 14는 일 실시 예의 웨어러블 장치의 림과 템플을 연결하는 힌지를 도시한 것이다.
도 15a는 일 실시 예에서 렌즈의 일부가 반사부재로 기능하는 것을 도시한 것이다.
도 15b는 일 실시 예에서 렌즈의 일부가 반사부재로 기능하는 것을 도시한 것이다.
도 16a는 도 15a의 Ⅱ-Ⅱ' 단면도이다.
도 16b는 도 15b의 Ⅲ-Ⅲ' 단면도이다.
도 17은 일 실시 예에서 카메라가 림의 상부에 구비된 것을 도시한 것이다.
도 18은 일 실시 예에서 카메라가 웨어러블 장치의 브릿지에 구비된 것을 도시한 것이다.
도 19는 일 실시 예에서 2개의 카메라가 웨어러블 장치 브릿지에 구비된 것을 도시한 것이다.
도 20은 일 실시 예에서 도광 프리즘의 다양한 형태를 도시한다.
도 21은 일 실시 예에서 카메라의 반사부재 상에 추가적으로 구비된 렌즈를 도시한다.
도 22는 일 실시 예의 웨어러블 장치의 착용자의 후방에 있는 피사체를 디스플레이하는 것을 도시한 것이다.
도 23은 일 실시 예의 웨어러블 장치를 이용한 제스처 인식을 도시한 것이다.
도 24는 일 실시 예에서 서로 다른 장소에 있는 사용자들 사이에 각자의 시야를 상호 공유하는 것을 도시한 것이다.
도 25는 일 실시 예에서 착용자의 시선을 이용한 키보드 입력을 도시한 것이다.
도 26은 일 실시 예의 웨어러블 장치를 착용한 운전자 및 운전자의 시야를 도시한다.
이하, 구체적인 실시형태 및 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 이는 본 개시에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경 (modifications), 균등물 (equivalents), 및/또는 대체물 (alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조부호가 사용될 수 있다.
본 개시에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다", 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징 (예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 개시에서, "A 또는 B", "A 또는/및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
본 명세에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제1 배터리와 제2 배터리는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 장치를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 기재된 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
본 개시에서 어떤 구성요소 (예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소 (예: 제2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어 ((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어 (connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 또 다른 구성요소 (예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소 (예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소 (예: 제2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소 (예: 제3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 개시에서 사용된 표현 "~하도록 구성된 (또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한 (suitable for)", "~하는 능력을 가지는 (having the capacity to)", "~하도록 설계된 (designed to)", "~하도록 변경된 (adapted to)", "~하도록 만들어진 (made to)", 또는 "~를 할 수 있는 (capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된 (또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된 (specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된 (또는 설정된) 프로세서(181)"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(181) (예: 임베디드 프로세서(181)), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(181) (generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
본 개시에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥 상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전자장치는, 예를 들면, 스마트 폰 (smart phone), 태블릿 PC (tablet personal computer), 이동전화기 (mobile phone), 영상 전화기, 전자책 리더기 (e-book reader), 데스크탑 PC (desktop personal computer), 랩탑 PC (laptop personal computer), 넷북 컴퓨터 (netbook computer), 워크스테이션 (workstation), 서버, PDA (personal digital assistant), PMP (portable multimedia player), MP3 플레이어, 모바일 의료기기, 카메라 (camera), 또는 웨어러블 장치 (wearable device) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에 따르면, 웨어러블 장치는 액세서리형 (예: 시계, 반지, 팔찌, 발찌, 목걸이, 안경, 콘택트 렌즈, 또는 머리 착용형 장치 (head-mounted-device(HMD)), 직물 또는 의류 일체형 (예: 전자의복), 신체 부착형 (예: 스킨 패드(skin pad) 또는 문신), 또는 생체 이식형 (예: implantable circuit) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자장치에 대하여 상세히 설명한다.
Ψ 웨어러블 장치 전반
도 1은 일 실시 예의 웨어러블 장치(1)를 도시한 것이다. 도 2는 일 실시 예의 웨어러블 장치(1)에 포함된 컴포넌트들을 블록도로 도시한 것이다.
본 개시에서 설명되는 웨어러블 장치(1)는 스마트 글래스의 형태를 가지나 본 개시의 실시 예는 이에 한정되지 않으며, 다른 실시 예에서 다른 형태의 웨어러블 장치에도 본 개시에서 설명된 컴포넌트들이 일부 또는 전부 적용될 수 있다.
일 실시 예의 웨어러블 장치(1)는 렌즈(130)를 수용하는 림(rim)(110), 두개의 림들(110)을 연결하는 브릿지(bridge)(120)를 포함하는 프레임을 포함할 수 있다. 웨어러블 장치(1)는 림(110)에서 연장되어 착용자의 귀에 걸릴 수 있게 구성된 안경다리인 템플(temple)(140)을 포함할 수 있다.
본 개시에서 다른 설명이 없는 한, 웨어러블 장치의 전방은 착용자가 웨어러블 장치(1)를 착용했을 때 착용자의 시야가 향하는 방향(즉, -X 방향)을 의미하고, 후방은 그 반대방향(즉, +X 방향)을 의미한다. 또, 웨어러블 장치(1)의 측방은 좌측 또는 우측(즉, +/- Y 방향)을 의미한다.
일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 적어도 하나의 카메라(150, 160)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서 카메라(150, 160)는 광을 굴절시키는 적어도 하나의 렌즈(151) 및 이미지 센서(152, 162)를 포함한다. 일 실시 예에서 이미지 센서(152, 162)는 컬러 이미지 센서, 흑백 이미지 센서, 자외선 센서, 적외선 센서, 또는 열화상 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서 카메라(150, 160)는 렌즈 대신 이미지 센서(152, 162)를 광축에 수직인 방향 또는 광축 방향으로 이동시킴으로써 흔들림 보정 기능이나 자동 초점조절 기능을 제공할 수 있다. 이미지 센서(152, 162)를 움직이는 액추에이터는 예를 들어, 보이스 코일 모터, 형상기억합금 와이어, 압전소자 등을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 림(110)에 인접 배치된 제1 카메라(150)와 제2 카메라(160)를 포함할 수 있다. 제1 카메라(150)는 착용자의 머리를 따라 움직이면서 착용자의 전방에 있는 피사체를 촬영할 수 있다. 본 개시에서 제1 카메라(150)는 헤드 트래킹(head tracking) 카메라로 지칭될 수 있다. 일 실시 예에서 제2 카메라(160)는 착용자의 안구를 촬영하며, 웨어러블 장치(1)는 제2 카메라(160)를 이용하여 착용자의 시선이 어느 방향 또는 어느 지점을 향하는지 판단할 수 있다. 본 개시에서 제2 카메라(160)는 아이 트래킹(eye tracking) 카메라로 지칭될 수 있다.
일 실시 예에서 카메라(150, 160)는 반사부재(153, 163)를 포함할 수 있다. 반사부재(153, 163)는 광의 방향을 변환하도록 구성되며, 예를 들어, 프리즘, 거울 등으로 구현될 수 있다. 다른 예를 들어, 렌즈(130)의 일부분이 가공되어 반사면을 제공할 수 있고, 이 경우 렌즈(130)의 일부가 반사부재(153, 163)와 유사한 기능을 제공할 수 있다. 이와 관련하여는 도 15 및 도 16에서 상세히 설명한다.
카메라(150, 160)가 반사부재(153, 163)를 구비함으로써 이미지 센서(152, 162)는 촬영하고자 하는 방향을 향해 배치될 필요가 없다. 즉, 이미지 센서(152, 162)는 다양한 방향을 향하도록 배치될 수 있고, 이에 따라 웨어러블 장치(1)는 카메라의 설치 자유도를 충분히 확보할 수 있으므로 그 외관을 해치지 않으면서 우수한 성능의 카메라를 구비할 수 있다.
일 실시 예에서 제1 카메라(150)의 제1 반사부재(153)는 전방에서 착용자를 향해 입사되는 광을 제1 이미지 센서(152)로 반사할 수 있다. 이에 따라 제1 카메라(150)의 제1 이미지 센서(152)는 그 결상면(152a)이 반드시 웨어러블 장치(1)의 전방을 향할 필요가 없고 설계상의 편의에 따라 다양한 방향을 향하도록 구비될 수 있다. 예를 들어, 제1 반사부재(153)가 웨어러블 장치(1) 전방에서 입사하는 광을 측방으로 90도 전환하는 경우, 제1 이미지 센서(152)는 웨어러블 장치(1)의 측방을 향하도록 배치될 수 있다. 본 개시에서 다른 설명이 없는 한 제1 이미지 센서(152)가 향하는 방향이란 제1 이미지 센서(152)의 결상면(imaging surface)(152a)이 향하는 방향을 의미한다.
일 실시 예에서 제2 카메라(160)의 제2 반사부재(163)는 착용자의 안구에서 반사된 광의 방향을 제2 이미지 센서(162)를 향해 전환할 수 있다. 예를 들어, 제2 이미지 센서(162)는 그 결상면(162a)이 위쪽(즉, +Z 방향)을 향하도록 배치될 수 있다. 이에 따라 제2 카메라(160)의 제2 이미지 센서(162)의 결상면(162a)이 반드시 착용자의 안구를 향해 배치될 필요가 없어지고, 설계 상의 편의에 따라 다양한 방향을 향할 수 있다. 예를 들어, 제2 반사부재(163)가 림(110)의 후방에서 입사하는 광을 아래로 90도 전환하는 경우, 제2 이미지 센서(162)는 웨어러블 장치(1)의 위를 향하도록 배치될 수 있다.
일 실시 예에서 제1 카메라(150)와 제2 카메라(160)는 양측의 림들(110)에 하나씩 구비되나, 이는 예시에 지나지 않는다. 다른 실시 예에서 제1 카메라(150) 또는 제2 카메라(160)는 좌측 또는 우측에 하나만 구비될 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 장치(1)의 좌측에 제1 카메라(150)와 제2 카메라(160)가 구비되고, 우측에는 카메라가 배치되지 않을 수 있다.
또, 모든 실시예의 도시는 생략하지만, 제1 카메라(150)와 제2 카메라(160)가 배치된 위치 역시 도시된 실시 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 카메라(150)는 도 18 이나 도 19에서 도시된 바와 같이 웨어러블 장치(1)의 브릿지(120) 부분에 배치될 수 있다. 다른 예를 들어, 제1 카메라(150)가 림(110)의 위쪽에 배치되지 않고, 아래쪽에 배치될 수 있다.
일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 다양한 전자부품들(예: 프로세서(181), 메모리(182), 배터리(190) 등)을 포함할 수 있다. 전자부품들 중 일부는 웨어러블 장치(1)의 템플(140) 부분에 배치될 수 있다. 웨어러블 장치(1)의 템플(140)은 내부에 기판(141)을 수용하고, 기판(141)에 전자부품들이 실장될 수 있다.
프로세서(181)는, 예를 들면, 소프트웨어(예: 프로그램)를 실행하여 프로세서(181)에 연결된 웨어러블 장치(1)의 적어도 하나의 다른 구성요소(예: 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소)을 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 데이터 처리 또는 연산의 적어도 일부로서, 프로세서(181)는 다른 구성요소(예: 센서 모듈(184) 또는 통신 모듈(185))로부터 수신된 명령 또는 데이터를 메모리(182)에 로드하거나, 메모리(182)에 저장된 명령 또는 데이터를 처리하가나, 결과 데이터를 메모리(182)에 저장할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 프로세서(181)는 메인 프로세서(181a)(예: 중앙 처리 장치 또는 어플리케이션 프로세서), 및 이와는 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(181b)(예: 그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서)를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대체적으로, 보조 프로세서(181b)는 메인 프로세서(181a)보다 저전력을 사용하거나, 또는 지정된 기능에 특화되도록 설정될 수 있다. 보조 프로세서(181b)는 메인 프로세서(181a)와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
보조 프로세서(181b)는, 예를 들면, 메인 프로세서(181a)가 인액티브(예: 슬립) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(181a)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(181a)가 액티브(예: 어플리케이션 실행) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(181a)와 함께, 웨어러블 장치(1)의 구성요소들 중 적어도 하나의 구성요소(예: 표시 장치(170), 센서 모듈(184), 또는 통신 모듈(185))와 관련된 기능 또는 상태들의 적어도 일부를 제어할 수 있다. 일 실 시예에 따르면, 보조 프로세서(181b)(예: 이미지 시그널 프로세서(181) 또는 커뮤니케이션 프로세서(181))는 기능적으로 관련 있는 다른 구성 요소(예: 카메라 모듈(150, 160) 또는 통신 모듈(185))의 일부로서 구현될 수 있다.
메모리(182)는, 웨어러블 장치(1)의 적어도 하나의 구성요소(예: 프로세서(181) 또는 센서 모듈(184))에 의해 사용되는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(예: 프로그램) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(182)는, 휘발성 메모리 및/또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 프로그램은 메모리(182)에 소프트웨어로서 저장될 수 있으며, 예를 들면, 운영 체제, 미들 웨어 또는 어플리케이션을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 입력장치(183)를 포함할 수 있다. 입력장치(183)는 예를 들어, 터치 센서, 마이크, 카메라를 포함할 수 있다. 착용자는 웨어러블 장치(1)의 표면을 일부를 터치하여 그에 대응하는 기능을 실행시킬 수 있다. 예를 들어, 음악을 감상하는 경우, 터치 인터렉션을 통해 음악을 재생시키거나 정지시킬 수 있다. 착용자는 마이크를 통해 음성통화를 하거나 인공지능 비서에게 명령을 내릴 수 있다.
센서 모듈(184)은 웨어러블 장치(1)의 작동 상태(예: 전력 또는 온도), 또는 외부의 환경 상태(예: 착용자 상태)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 센서 모듈(184)은, 예를 들면, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서, IR(infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 조도 센서, 위치 센서, 또는 GPS 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
표시 장치(170)는 전자 장치의 외부(예: 착용자)로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 표시 장치(170)는, 예를 들면, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다.
디스플레이는 이미지, 동영상, 텍스트, 음악 등과 같은 다양한 컨텐츠, 다양한 컨텐츠를 포함하는 어플리케이션 실행 화면, GUI(Graphic User Interface) 화면 등을 표시하는 장치를 의미할 수 있다. 디스플레이는, 액정 디스플레이 (liquid crystal display (LCD)), 발광 다이오드 (light-emitting diode (LED)) 디스플레이, 유기 발광 다이오드 (organic light-emitting diode (OLED)) 디스플레이, LCoS(Liquid Crystal on Silicon), DLP(Digital Light Processing), QD(quantum dot) 디스플레이 패널, 마이크로 전자기계 시스템 (micro electromechanical systems (MEMS)) 디스플레이 또는 전자종이 (electronic paper) 디스플레이 등과 같은 다양한 형태로 구현될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 실시 예에 따르면, 디스플레이는 프로젝터 및 렌즈(130) 부분에 구비된 스크린으로 구비될 수 있다. 프로젝터에서 방출되는 화상은 스크린에 반사되어 착용자에게 시인될 수 있다. 일 실시 예에서 프로젝터와 스크린 사이에 프리즘이 구비될 수 있다. 프로젝터에서 나온 광은 프리즘 내부에서 반사되어 스크린까지 도달할 수 있다. 스크린은 투명한 소재로 이루어는 등 이미지가 표시되는지 여부에 관계 없이 전방의 시야를 가리지 않게 구비될 수 있다. 다른 실시 예에서 투명한 디스플레이가 직접 렌즈(130)의 일측에 구비될 수 있다. 예를 들어, OLED 패널은 별도의 광원을 요구하지 않기 때문에, 비교적 높은 투과율을 가지며, 따라서 웨어러블 장치(1)의 일측에 구비되기에 적절하다.
일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 통신 모듈(185)을 포함할 수 있다. 통신 모듈(185)은 웨어러블 장치(1)를 외부 기기와 연결하는 기능을 수행한다. 따라서 웨어러블 장치(1)는 통신 모듈(185)을 통해 웨어러블 장치(1)의 구동에 필요한 다양한 정보, 웨어러블 장치(1)의 업데이트를 위한 업데이트 정보 등을 수신할 수 있다. 통신 모듈(185)은 다양한 통신 방식에 따라 외부 장치와 통신을 수행할 수 있다. 이를 위해, 통신 모듈(185)은 근거리 무선 통신 모듈, 무선 통신 모듈 등과 같은 다양한 통신 모듈을 포함할 수 있다.
여기서, 근거리 무선 통신 모듈은 근거리에 위치한 외부 기기와 무선 통신을 수행하는 통신 모듈로써, 예를 들어, 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee) 등이 될 수 있다. 무선 통신 모듈은 와이파이(WiFi), IEEE 등과 같은 무선 통신 프로토콜에 따라 외부 네트워크에 연결되어 통신을 수행하는 모듈이다. 이 밖에 무선 통신 모듈은 3G(3rd Generation), 3GPP(3rd Generation Partnership Project), LTE(Long Term Evoloution), 5G(5th Generation) 등과 같은 다양한 이동 통신 규격에 따라 이동 통신 망에 접속하여 통신을 수행하는 이동 통신 모듈을 더 포함할 수도 있다.
인터페이스(189)는 웨어러블 장치(1)가 외부기기와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 인터페이스(189)는, 예를 들면, HDMI(high definition multimedia interface), USB(universal serial bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다. 인터페이스(189)는, 그를 통해서 웨어러블 장치(1)가 외부기기와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 연결 단자는, 예를 들면, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 또는 오디오 커넥터(예: 헤드폰 커넥터)를 포함할 수 있다.
오디오 모듈(187)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 오디오 모듈(187)은, 입력 장치(예: 마이크)를 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 장치, 또는 웨어러블 장치(1)와 직접 또는 무선으로 연결된 외부 웨어러블 장치(1)(예: 스피커 또는 헤드폰))를 통해 소리를 출력할 수 있다.
음향 출력 장치는 음향 신호를 웨어러블 장치(1)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 장치는, 예를 들면, 스피커 또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있고, 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 리시버는 스피커와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다. 일 실시 예에서 음향 출력 장치는 웨어러블 장치(1)의 템플(140) 부분에 구비되어 착용자가 웨어러블 장치(1)를 착용했을 때, 착용자의 귀에 가깝게 위치될 수 있다.
햅틱 모듈(188)은 전기적 신호를 착용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(예: 진동 또는 움직임) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 일 실시 에 따르면, 햅틱 모듈(188)은, 예를 들면, 모터, 압전 소자, 또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
Ψ 전고체 전지
일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 적어도 하나의 전고체 전지(191)를 포함할 수 있다. 전고체 전지(191)란, 고체 전해질이 적용된 이차 전지를 의미한다. 고체 전해질이 적용된 전지는 종래의 액체 전해질이 적용된 전지에 비해 여러가지 장점을 가진다.
스마트 기기에 주로 사용되는 리튬이온 전지는 양극, 음극, 및 전자가 양극과 음극 사이를 이동할 수 있는 매개체로서 액체 전해질을 포함한다. 또, 리튬이온 전지는 양극과 음극의 접촉을 방지하기 위해 양극과 음극 사이에 분리막을 추가적으로 포함한다. 이에 비해 전고체 전지(191)는 액체 전해질 대신 고체 전해질이 포함되면서 고체 전해질이 분리막의 역할까지 대신할 수 있다.
현재의 리튬이온 전지는 액체 전해질을 사용하기 때문에 온도 변화로 인한 배터리의 팽창이나 외부 충격에 의한 누액 등 배터리 손상 시의 위험성이 존재하고, 안전성을 높이기 위한 부품이나 장치들이 필요하다. 이에 반해 전해질이 고체인 전고체 배터리는 구조적으로 단단해 안정적이며, 전해질이 훼손되더라도 형태를 유지할 수 있기 때문에 더욱 안전성을 높일 수 있다.
또, 전고체 배터리는 기존의 리튬이온 배터리에 비해 에너지 밀도가 높다. 폭발이나 화재의 위험성이 사라지기 때문에 안전성과 관련된 부품들이 생략되고 그 자리에 배터리의 용량을 늘릴 수 있는 컴포넌트(예를 들어, 양극 활물질, 음극 활물질)가 채워질 수 있기 때문이다.
고체 전해질이 적용된 전지는 크기에 비해 출력이 높은 특성을 가지므로, 전고체 전지(191)는 작은 크기에도 우수한 출력 효율을 가질 수 있다. 따라서, 웨어러블 장치(1)에 대한 구조 설계의 자유도를 크게 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 장치와 같이 크기가 작은 웨어러블 장치(1)는, 전고체 전지(191)를 적용함으로써 기기의 성능이나 외관을 해치지 않으면서 충분한 용량의 배터리를 가질 수 있다.
전고체 전지(191)는 전자부품에 전원을 공급하거나 전원을 차단하는 순간 생기는 불안정한 과도 응답(transient response)를 제거할 수 있다. 일반적으로 단일 배터리에서 여러 전자부품들에 전원을 공급하고, 특정 전자부품에 전원을 공급하는 순간과 전원공급을 차단하는 순간에 전압이 강하하거나 상승할 수 있고, 이는 전자부품이나 배터리의 손상을 초래할 수 있다. 이에 비해, 일 실시 예에 따르면, 전고체 전지(191)는 순간적으로 발생하는 전압강하(또는 상승) 현상을 방지하거나 최소화할 수 있고, 이는 배터리나 전자부품의 수명을 늘리는데 기여할 수 있다.
일 실시 예에서 하나 또는 그 이상의 전고체 전지들(191)이 하나의 배터리 셀(예: 도 4의 배터리 셀(192))로 묶여져 특정 전자 부품에 전원을 공급할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 전고체 전지(191)들로 이루어진 배터리 셀은 전고체 전지(191)들의 연결 방식에 따라 다양한 출력 전압 또는 충전용량을 제공할 수 있다.
일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 다양한 전자부품들, 및 전자부품들을 각각 담당하는 복수의 배터리 셀들(예: 도 7의 배터리 셀들(192))을 포함할 수 있다. 배터리 셀들은 서로 다른 충전용량을 가질 수 있다. 본 개시에서 충전 용량은, 배터리 셀이 가질 수 있는 전기 용량 또는 전하량을 의미할 수 있으며, 섭씨 25도 및 1기압에서의 공칭 용량을 의미할 수 있다. 전력 소모가 높은 부품에 충전 용량이 큰 배터리 셀이 연결되도록 배치하여 전력 관리를 용이하게 할 수 있다.
일 실시 예에서 배터리 셀들은 서로 작동 전압이 상이할 수 있다. 본 개시에서 작동 전압은 상온 상압에서 방전된 경우의 평균 작동 전압을 의미할 수 있으며, 섭씨 25도 및 1기압에서의 공칭 전압을 의미할 수 있다. 예를 들어, 전고체 전지들의 조합 방식에 따라 웨어러블 장치(1)에 구비된 전자부품의 요구 전압에 대응하는 배터리 셀이 마련될 수 있고, 이는 전력 회로 등에서 소모되는 전력을 저감시킬 수 있다.
일 실시 예에서 배터리 셀들은 디스플레이 등 특정 부품의 사용 환경에 최적화된 작동 전압을 가지도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 응용 프로그램 프로세서(181)(AP)와 직접 연결된 배터리 셀은 상대적으로 높은 작동 전압을 가질 수 있으며, 메인 기판(141)과 연결되는 배터리 셀은 일반적인 작동 전압을 가지는 배터리 셀을 적용할 수 있다. 이 경우 웨어러블 장치(1)의 구조 설계의 자유도가 높아짐은 물론, 전압 변경 등의 과정을 최소화하여 전기 사용 효율을 극대화 할 수 있다.
배터리 셀들의 용량이나 작동 전압을 다르게 형성하는 것은, 예를 들어 각각의 배터리 셀 내부에 포함되는 전고체 전지들(191)의 개수를 다르게 하거나, 전고체 전지들(191)의 연결 형태를 다르게 함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 동일한 사양의 전고체 전지(191)들을 여러 개 직렬로 연결하면 출력 전압이 높아질 것이다. 다른 예를 들어, 연결되는 전지들의 개수가 많아질수록 셀 용량이 커질 것이다.
Ψ 전고체 전지 - 기판 실장
도 3은 일 실시 예에서 템플(140) 내부에 구비된 기판(141) 및 기판(141)에 실장된 전자부품들을 도시한 것이다.
도 3을 참고하면, 일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 템플(140) 내부에 기판(141)을 포함하고, 하나 이상의 전고체 전지(191)를 포함하는 배터리 셀(192)이 상기 기판(141)의 표면 및/또는 내부에 실장되어 있을 수 있다.
일 실시 예에서 전고체 전지는 기판의 어느 영역에든 배치될 수 있다. 예를 들어, 기판상에 프로세서(181)나, 안테나 모듈 등이 적절한 배치된 후, 남은 공간에 전고체 전지들이 배치될 수 있다. 전고체 전지들 각각은 그 크기가 비교적 작기 때문에 기판의 남는 공간 효율적으로 채울 수 있고, 이에 따라 템플의 크기를 비교적 얇게 유지하면서도 웨어러블 장치(1)는 전고체 전지들(191)로부터 그 구동(예: 카메라, 디스플레이, 오디오 기능 등)에 필요한 전력을 공급받을 수 있다.
일 실시 예에서 전고체 전지(191)는 자기가 담당하는 전자부품 주변에 배치될 수 있다. 예를 들어, 전고체 전지(191)들은 기판(141)의 표면 또는 내부에 실장되어 근처에 있는 전자부품에 전원을 공급할 수 있다.
일반적으로 하나의 배터리를 사용할 각 전자부품들과 회로기판(141), 전기적 배선 등이 하나로 연결되기 때문에 기생성분으로 인해 임피던스가 달라지고, 최종적으로 전자부품에 공급되는 전압이 감소할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 전자부품과 가까운 위치에 전고체 전지(191)가 배치되고, 이는 전기적 배선 등 기생성분으로 인한 전압 손실을 최소화할 수 있다.
도 4는 일 실시 예에서 복수의 전고체 전지들(191)이 전자부품에 연결된 것을 도시한 것이다.
도 4를 참고하면, 여러 전고체 전지(191)들이 직렬 및 병렬로 연결되어 하나의 배터리 셀(192)을 형성하고, 이 배터리 셀(192)이 프로세서(181)에 전력을 공급할 수 있다. 도시된 실시 예에서 8개의 전고체 전지들(191)이 직렬 및 병렬로 연결되어 프로세서(181)에 전원을 공급한다. 도시된 실시 예는 예시에 지나지 않고, 다른 실시 예에서 전고체 전지들(191)의 개수, 연결방식, 또는 전원공급대상은 다양하게 구비될 수 있다.
Ψ 전고체 전지 - 소결형
도 5는 일 실시 예에서 전고체 전지를 도시한 것이다. 도 6은 도 5의 I-I' 단면도이다. 도 5 및 도 6에 도시된 전고체 전지(300)는 도 1 내지 도 4에서 설명된 전고체 전지(191)의 예시이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 전고체 전지(300)는 고체 전해질층(311) 및 고체 전해질층(311)을 사이에 두고 배치되는 양극(321) 및 음극(322)을 포함하는 바디(310); 및 바디(310)의 일면 및 일면에 대향하는 타면에 배치되고 양극(321) 및 음극(322)과 각각 연결되는 제1 및 제2 외부 전극(331, 332);을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서 전고체 전지(300)는 납땜, 레이저 융착, 초음파 융착, 솔더 페이스트 등의 방식으로 기판(141) 상에 실장될 수 있다. 예를 들어, 제1 외부 전극 및 제2 외부 전극(331, 332)는 기판(141) 상에 구비된 도전성 패드(341)에 부착되도록 전고체 전지(300)가 기판(141)에 솔더링(342)될 수 있다.
본 발명의 일 예시에서, 양극(321)에 포함되는 양극 활물질은 충분한 용량을 확보할 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어 양극 활물질은 리튬코발트산화물, 리튬니켈코발트망간산화물, 리튬니켈코발트알루미늄산화물, 리튬철인산화물, 및 리튬망간산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 이용 가능한 모든 양극 활물질이 사용될 수 있다.
양극 활물질은 예를 들어 하기 화학식으로 표시되는 화합물일 수 있다: LiaAl-bMbD2 (식중, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5); LiaEl-bMbO2-cDc (식중 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05); LiE2-bMbO4-cDc (식중 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05); LiaNi1-b-cCobMcDα(식중 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α≤2); LiaNi1-b-cCobMcO2-αXα(식중 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2); LiaNi1-b-cCObMcO2-αX2 (식중 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2); LiaNi1-b-cMnbMcDα (식중 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α≤2); LiaNi1-b-cMnbMcO2-αXα (식중, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2); LiaNi1-b-cMnbMcO2-αX2 (식중, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2); LiaNibEcGdO2 (식중, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0.001≤d≤0.1); LiaNibCocMndGeO2 (식중,0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0≤d≤0.5, 0.001≤e≤0.1); LiaNiGbO2 (식중, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1); LiaCoGbO2 (식중, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1); LiaMnGbO2 (식중, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1); LiaMn2GbO4 (식중, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O2; LiRO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3 (0≤f≤2); Li(3-f)Fe2(PO4)3 (식중, 0≤f≤2); 및 LiFePO4, 화학식에서 A 는 Ni, Co, or Mn; M은 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 또는 희토류원소(rare-earth element); D는 O, F, S, or P; E 는 Co 또는 Mn; X 는 F, S, 또는 P; G 는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, or V; Q는 Ti, Mo 또는 Mn; R 은 Cr, V, Fe, Sc, 또는 Y; J 는 V, Cr, Mn, Co, Ni, 또는 Cu이다.
양극 활물질은 또한, LiCoO2, LiMnxO2x (식중, x =1 또는 2), LiNi1-xMnxO2x (식중, 0<x<1), LiNi1-x-yCoxMnyO2 (식중, 0≤x≤0.5, 0≤y≤0.5), LiFePO4, TiS2, FeS2, TiS3, 또는 FeS3일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 전고체 전지(191)의 양극은 도전제, 바인더 및 양극 집전체를 선택적으로 포함할 수 있다. 도전제로는 본 발명의 전고체 전지(191)에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본계 물질; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본; 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
도전제의 함량은 양극 활물질의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 10 중량부, 예를 들어 2 내지 5 중량부를 사용한다. 도전제의 함량이 범위일 때 최종적으로 얻어진 전극이 우수한 전도도 특성을 가질 수 있다.
바인더는, 활물질과 도전제 등의 결합력을 향상시키기 위해 사용할 수 있다. 바인더는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무, 불소 고무 및 다양한 공중합체 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바인더의 함량은 양극 활물질의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 50 중량부, 예를 들어 2 내지 5 중량부를 사용할 수 있다. 바인더의 함량이 범위를 만족할 때 활물질층이 높은 결합력을 가질 수 있다.
양극 집전체로는 망상 또는 메시 모양 등의 다공체를 사용할 수 있으며, 스테인레스강, 니켈, 알루미늄 등의 다공성 금속판을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 양극 집전체는 산화를 방지하기 위하여 내산화성의 금속 또는 합금 피막으로 피복될 수도 있다.
본 발명의 전고체 전지(191)에 적용되는 양극은, 양극 활물질을 포함하는 조성물이 구리 등의 금속을 포함하는 양극 집전체 상에 직접 코팅 및 건조되어 제조할 수 있다. 또는, 양극 활물질 조성물이 별도의 지지체 상에 캐스팅된 다음, 이를 경화하여 양극이 제조될 수 있으며, 이 경우 별도의 양극 집전체를 포함하지 않을 수 있다.
본 발명에 따른 전고체 전지(191)에 포함되는 음극은 통상적으로 사용되는 음극 활물질을 포함할 수 있다. 음극 활물질로는 탄소계 재료, 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘계 합금, 실리콘-탄소계 재료 복합체, 주석, 주석계 합금, 주석-탄소 복합체, 금속 산화물 또는 그 조합을 사용할 수 있으며, 리튬 금속 및/또는 리튬 금속 합금을 포함할 수 있다.
리튬 금속 합금은 리튬과, 리튬과 합금 가능한 금속/준금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 리튬과 합금 가능한 금속/준금속은 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb, Si-Y 합금(Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13 내지 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Si는 포함하지 않는다), Sn-Y 합금(Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 내지 16족 원소, 전이금속, 리튬티타늄옥사이드(Li4Ti5O12) 등의 전이금속 산화물, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Sn은 포함하지 않는다) 및 MnOx (0 < x ≤ 2) 등일 수 있다. 원소 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Tl, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 또는 이들의 조합일 수 있다.
또한, 리튬과 합금가능한 금속/준금속의 산화물은 리튬 티탄 산화물, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물, SnO2, SiOx(0<x<2) 등일 수 있다. 예를 들어, 음극 활물질은 원소 주기율표의 13족 내지 16족 원소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 음극 활물질은 Si, Ge 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다.
탄소계 재료는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 결정질 탄소는 무정형, 판상, 인편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연일 수 있다. 또한, 비정질 탄소는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치(mesophase pitch) 탄화물, 소성된 코크스, 그래핀, 카본블랙, 플러렌 수트(fullerene soot), 카본나노튜브, 및 탄소섬유로 등일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
실리콘은 Si, SiOx(0 <x <2, 예를 들어 0.5 내지 1.5), Sn, SnO2, 또는 실리콘 함유 금속 합금 및 이들이 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 실리콘 함유 금속 합금은 예를 들어 실리콘과, Al, Sn, Ag, Fe, Bi, Mg, Zn, in, Ge, Pb 및 Ti 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다.
음극은 상술한 양극 제조과정에서 양극 활물질 대신 음극 활물질을 사용한 것을 제외하고는 거의 동일한 방법에 따라 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 본 발명에 따른 고체 전해질층은 가넷계(Garnet-type), 나시콘계(Nasicon-type), 리시콘계(LISICON-type), 페로브스카이트계(perovskite-type) 및 리폰계(LiPON-type)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
가넷계 고체 전해질은 Li7La3Zr2O12 등 LiaLabZrcO12로 표시되는 리튬-란타늄-지르코늄-산화물(lithium lanthanum zirconium oxide, LLZO)을 의미할 수 있으며, 나시콘계 고체 전해질은 Li1+xAlxM2-x(PO4)3(LAMP) (0<x<2, M=Zr, Ti, Ge) 형 화합물에 Ti가 도입된 Li1+xAlxTi2-x(PO4)3 (0<x<1)의 리튬-알루미늄-티타늄-인산염(LATP), 과량의 리튬이 도입된 Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 등 Li1+xAlxGe2-x(PO4)3 (0<x<1)로 표시되는 리튬-알루미늄-게르마늄-인산염 (LAGP) 및/또는 LiZr2(PO4)3의 리튬-지르코늄-인산염 (LZP)을 의미할 수 있다.
또한, 리시콘계 고체 전해질은 또는 xLi3AO4-(1-x)Li4BO4 (A: P, As, V 등, B: Si, Ge, Ti 등)로 표시되며 Li4Zn(GeO4)4, Li10GeP2O12(LGPO), Li3.5Si0.5P0.5O4, Li10.42Si(Ge)1.5P1.5Cl0.08O11.92 등을 포함하는 고용체 산화물 및 Li4-xM1-yM'y'S4 (M= Si, Ge and M' = P, Al, Zn, Ga)로 표시되는 Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, Li2S-SiS2-P2S5, Li2S-GeS2 등을 포함하는 고용체 황화물을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 예시에서, 본 발명의 전고체 전지(191)에 적용되는 고체 전해질의 이온 전도도는 10-3 S/cm 이상일 수 있다. 이온 전도도는 25 ℃의 온도에서 측정한 값일 수 있다. 이온 전도도는 1 x 10-3 S/cm 이상, 2 x 10-3 S/cm 이상, 3 x 10-3 S/cm 이상, 4 x 10-3 S/cm 이상 또는 5 x 10-3 S/cm 이상일 수 있으며, 상한은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 1 x 100 S/cm 일 수 있다. 범위의 이온 전도도를 만족하는 고체 전해질을 사용하는 경우 본 발명에 따른 전고체 전지(191)가 높은 출력을 나타낼 수 있다.
본 발명에 따른 전고체 전지(191)는 커버부(미도시)를 포함할 수 있다. 커버부는 바디(310)의 외면 일부에 배치될 수 있다. 커버부는 절연 물질로 이루어질 수 있으며, 고분자 수지 등의 필름을 부착하거나, 또는 바디 상에 세라믹 물질을 도포한 후 소성하여 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 전고체 전지(191)는 바디의 제1 방향(X 방향)의 양면에 제1 외부 전극(331) 및 제2 외부 전극(332)이 배치될 수 있다. 제1 외부 전극(331)은 양극(321)과 연결되며, 제2 외부 전극(332)은 음극(322)과 연결될 수 있다.
제1 외부 전극(331) 및 제2 외부 전극(332)은 도전성 금속 및 글라스를 포함할 수 있다. 도전성 금속은 예를 들어 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 납(Pb) 및 이들의 합금 중 하나 이상의 도전성 금속일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 제1 외부 전극(331) 및 제2 외부 전극(332)에 포함되는 글라스 성분은 산화물들이 혼합된 조성일 수 있다. 글라스 성분은, 예를 들어 규소 산화물, 붕소 산화물, 알루미늄 산화물, 전이금속 산화물, 알칼리 금속 산화물 및 알칼리 토금속 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 전이금속은 아연(Zn), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 바나듐(V), 망간(Mn), 철(Fe) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군으로부터 선택되고, 알칼리 금속은 리튬(Li), 나트륨(Na) 및 칼륨(K)으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 알칼리 토금속은 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 및 바륨(Ba)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
제1 외부 전극(331) 및 제2 외부 전극(332)의 형성 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 도전성 금속 및 글라스를 포함하는 도전성 페이스트에 바디를 딥핑하여 형성하거나, 도전성 페이스트를 바디의 표면에 스크린 인쇄법 또는 그라비아 인쇄법 등으로 인쇄하여 형성할 수 있다. 또한, 도전성 페이스트를 바디의 표면에 도포하거나 또는 도전성 페이스트를 건조시킨 건조막을 바디 상에 전사하여 형성하는 등 다양한 방법을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 본 발명의 전고체 전지(191)는 양극(321) 및 음극(322)을 각각 2개 이상 포함하고, 복수의 양극들(321), 고체 전해질층 및 복수의 음극들(322)이 순차 적층되어 있을 수 있다. 도 6을 참조하면, 복수의 양극들(321) 및 음극들(322)이 고체 전해질층(311)을 사이에 두고 서로 대향하도록 배치될 수 있다. 양극(321)은 바디(310)의 제1면(S1)을 통해 노출될 수 있으며, 바디(310)의 제1면(S1)으로 노출되는 부분이 제1 외부 전극(331)과 연결될 수 있다. 또한, 음극(322)은 바디(310)의 제2면(S2)을 통해 노출될 수 있으며, 바디(310)의 제2면(S2)으로 노출되는 부분이 제2 외부 전극(332)과 연결될 수 있다. 상기와 같이 서로 대향하는 양극(321) 및 음극(322)이 복수개 포함되는 경우, 본 발명에 따른 전고체 전지(191)는 고용량, 높은 에너지 밀도 및/또는 대전류 구현이 가능할 수 있다.
Ψ 전고체 전지 - 전원 관리
도 7은 일 실시 예에서 전고체 전지(191)를 활용한 전력관리를 블록도로 나타낸 것이다.
일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 전력관리부(186), 배터리 셀들(192)을 포함할 수 있다.
전력관리부(186)(Power Management Unit: PMU)는 웨어러블 장치(1)의 동작을 위해 필요한 전원(Power)이 배터리에 충전/방전되도록 관리하며, 전원을 공급받는 경우 배터리에 공급하기에 적합하도록 전원을 변압할 수 있다. 이때 전력관리부(186)는 전원관리 집적회로(Power Management Integrated Circuit: PMIC)로 구현될 수 있으며, 전원 관리를 위한 동작들을 제어하는 프로세서(181)(Processor)나 전류 조절을 위한 저항 등을 포함할 수 있으나 이하 본 발명에서는 설명의 편의를 위하여 전력관리부(186)의 세부 구성요소들을 구분하지 않고 '전력관리부(186)'라 통칭한다.
웨어러블 장치(1)는 복수의 전고체 전지들(191)을 포함할 수 있고, 적어도 하나의 전고체 전지(191)는 특정 전자 부품에만 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전고체 전지들(191) 중 일부는 프로세서(181)에 전원을 공급하고, 다른 일부는 카메라 모듈에 전원을 공급하도록 구비될 수 있다.
여러 전자 부품들 각각에 독립적으로 전원을 공급하는 하나 또는 2 이상의 전고체 전지들을 마련함으로써, 웨어러블 장치(1)는 각 전자부품들에 안정적으로 전력을 공급할 수 있다. 일반적으로 웨어러블 장치(1)가 하나의 배터리를 사용할 때, 특정 전자부품의 동작으로 인해 다른 전자부품에 공급되는 전압이 달라지는 문제가 생길 수 있다. 활성화되는 전자부품들에 따라 배터리와 연결된 회로가 변경되고, 이는 회로 전체의 임피던스를 변경시키기 때문이다. 따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 별도의 회로가 필요하게 된다. 그러나 본 개시의 일 실시 예에 따르면 특정 전고체 전지(191)가 특정 전자부품에 독립적으로 전원을 공급하기 때문에, 다른 전자부품에 대한 전압공급 여부와 관계 없이 해당 전자부품에 대한 안정적인 전원 공급이 가능하다.
한편, 종래의 전자장치에 채용된 단일 배터리는 단일 출력(예들 들어, 단일 출력 전압)을 제공하기 때문에, 다양한 전자 부품들에 전원을 제공할 때, 각 전자 부품에 알맞은 전력을 제공하기 위해 배터리와 전자 부품 사이에 전원정류소자나 회로(LDO, 승압회로 등)가 필요하다. 반면, 적어도 하나의 전고체 전지(191)로 이루어진 배터리 셀들(192)이 전자부품들을 독립적으로 담당할 수 있기 때문에 배터리와 전자부품 사이에 전압 강하 등을 위한 소자가 요구되지 않는다. 예를 들면, 2.8V, 1.8V, 1.2V 전원을 사용하는 이미지 센서를 구동시키기 위해 일반적인 리튬이온 전지의 경우 저전압 정류회로를 추가적으로 구성해야하나, 전고체 전지(191)는 출력값에 맞춰 직렬 및/또는 병렬로 조합하여, 2.8V, 1.8V, 1.2V 전압을 정류회로 없이 이미지 센서에 직접 공급할 수 있다.
도 7을 참고하면, 일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 전자부품(예를 들어, 프로세서(181), 표시장치(170), 오디오(187), 메모리(182), 카메라(150,160) 등) 별로 할당된 배터리 셀들(192)을 포함할 수 있다. 웨어러블 장치(1)는 프로세서(181), 통신모듈(185), 표시장치(170), 오디오(187), 메모리(182), 및 카메라(150,160)에 각각 할당된 제1 배터리 셀(192-1), 제2 배터리 셀(192-2), 제3 배터리 셀(192-3), 제4 배터리 셀(192-4), 제5 배터리 셀(192-5), 및 제6 배터리 셀(192-6)을 포함할 수 있다.
배터리 셀(192)은 적어도 하나의 전고체 전지(191)를 포함할 수 있다. 배터리 셀(192)은 직렬 또는 병렬로 연결된 복수의 전고체 전지들(191)을 포함할 수 있다. 배터리 셀들(192) 각각은 담당하는 전자부품에 맞는 출력을 제공할 수 있게 구비될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(181)가 제1 전압을 요구하는 경우 제1 배터리 셀((192-1)을 구성하는 전고체 전지들은 제1 배터리 셀(192-1)이 제1 전압을 출력할 수 있도록 조합될 수 있다. 또, 카메라(150, 160)가 제2 전압을 요구하는 경우 제6 배터리 셀(192-6)을 구성하는 전고체 전지들은 제1 배터리 셀(192-1)과 다르게 조합되어 제2 전압을 제공할 수 있다.
일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 별도의 배터리를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 장치(1)는 리튬이온 전지(193)를 포함할 수 있다. 리튬이온 전지(193)는 전고체 전지들(191) 또는 배터리 셀들(192)을 보조하거나 대체하는 수단으로 이용될 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 셀(192-1)의 충전율이 부족할 경우 리튬이온 전지(193)는 제1 배터리 셀(192-1)와 함께 프로세서(181)에 전력을 공급할 수 있다. 다른 예를 들어, 제1 배터리 셀(192-1)이 거의 방전되었을 때, 제1 배터리 셀(192-1) 대신 리튬이온 전지(193)가 프로세서(181)에 전력을 공급할 수 있다.
일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 충전장치(194)를 포함한다. 리튬이온 전지(193)나 전고체 전지(191)는 충전장치(194)를 통해 충전될 수 있다. 충전장치(194)는 예를 들어, USB 포트를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서 전고체 전지(191)는 충전장치(194)로부터 직접 충전되지 않고, 전력관리부(186)를 통해 충전될 수 있다. 예를 들어, 전력관리부(186)는 리튬이온 전지(193)를 방전시켜 전고체 전지(191)를 충전할 수 있다. 일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 보조 충전 배터리(195)를 더 포함할 수 있다. 보조 충전 배터리(195)는 충전장치(194)로부터 충전될 수 있다.
도 8은 일 실시 예에서 사용 장치에 따라 대응하는 전고체 전지를 방전하는 순서도이다.
도 8을 참고하면, 전력관리부(186)는 특정 전자부품과 관련된 기능이 활성화된 것에 기반하여 해당 전자부품에 전력을 공급할 수 있다. 웨어러블 장치(1)는 동작 211에서 전력관리부(186)는 연결된 장치를 체크하고, 동작 213에서 장치가 사용되는 것으로 판단된 경우에는 해당 장치에 할당된 전고체 전지(191)를 방전시켜 해당 장치에 전원을 공급(동작 215)할 수 있다.
예를 들어, 카메라 기능이 실행된 경우, 전력관리부(186)는 카메라(150, 160)에 할당된 제6 배터리 셀(192-6)이 카메라를 구성하는 부품(예를 들어, 이미지 센서, AF 구동부, OIS 구동부 등)에 전원을 공급하도록 제어할 수 있다. 전력관리부(186)는 복수의 배터리 셀들(192)을 제어하여 활성화되지 않은 기능과 관련된 전자부품에 전원을 공급하지 않도록 제어할 수 있다. 예를 들어 도 7을 함께 참고하면, 카메라 기능이 비활성화 되고, 통신기능(예를 들어, 음성통화, 스트리밍 서비스)만 활성화 된 경우, 전력관리부(186)는 통신 모듈(185)과 연결된 제2 배터리 셀(192-2)은 전원을 공급하고 카메라(150, 160)에 연결된 제6 배터리 셀(192-6)은 전원을 공급하지 않도록 제어할 수 있다.
도 9는 일 실시 예에서 충전률에 기반하여 전고체 전지를 충전하는 순서도이다.
일 실시 예에서 배터리 셀들(192)은 개별적으로 충전 및 방전될 수 있다. 전력관리부(186)는 모든 배터리 셀들(192)을 일괄적으로 충전하거나, 배터리 셀들(192) 중 일부를 선택적으로 충전할 수 있다.
도 9를 참고하면, 동작 221에서 전력관리부(186)는 각 배터리 셀들(192)의 충전률을 체크하고, 방전된 장치를 발견한 경우(동작 223) 이에 기반하여 동작 225에서 충전률이 낮은 특정 배터리 셀 내의 전고체 전지들(191)을 충전할 수 있다. 다른 실시 예에서 전력관리부(186)는 특정 배터리 셀의 충전률이 지정된 수치보다 낮은 경우에 해당 배터리 셀를 충전할 수 있다.
일 실시 예에서 전력관리부(186)는 충전률이 낮은 배터리 셀(192)을 우선 충전할 수 있다. 예를 들어, 특정 시점에서 프로세서(181)를 담당하는 전고체 전지(191)는 30프로의 충전률을 가지고, 카메라(150, 160)를 담당하는 배터리 셀(192)은 80프로의 충전률을 가지고 있을 때, 전력관리부(186)는 AP를 담당하는 배터리 셀(192)을 우선적으로 충전할 수 있다. 충전을 필요로 하는 배터리 셀(192)을 우선적으로 충전함으로써 해당 배터리 셀(192)을 비교적 빠르게 충전할 수 있다.
도 10은 일 실시 예에서 프로세서(181)의 동작상태에 따라 메인 배터리를 선택적으로 활용하는 순서도이다.
일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 전고체 전지(191) 외에 메인 배터리(예: 도 2의 리튬이온 전지(193))를 더 포함할 수 있다. 메인 배터리는 배터리 셀(192)에 비해 높은 용량을 가지도록 구비될 수 있다. 예를 들어, 메인 배터리는 리튬이온 전지(193)를 포함할 수 있다. 다른 예를 들어, 메인 배터리는 비교적 많은 수의 전고체 전지들로 구성된 배터리 셀을 포함할 수 있다.
전력관리부(186)는 메인 배터리와 배터리 셀(192)을 동시에 또는 개별적으로 방전하여 웨어러블 장치(1)를 동작시킬 수 있다. 도 10을 참고하면, 동작 231 및 동작 233에서 전력관리부(186)는 프로세서(181)의 상태가 저전력 모드(예: 슬립모드, 또는 대기모드) 인지 일반적인 동작 모드인지 여부를 판단하고, 이에 기반하여 전자부품들에 전원을 공급할 배터리를 정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(181)가 대기모드 또는 슬립모드에 있을 때 전력관리부(186)는 전고체 전지(191)만 이용하여 각 전자부품들에 전원을 공급(동작 235)할 수 있다. 다른 예를 들어, 프로세서(181)가 일반적인 동작 모드에 있을 때, 전력관리부(186)는 메인 배터리를 이용하여 각 전자 부품들에 전원을 공급(동작 237)할 수 있다. 또 다른 예를 들어, 프로세서(181)가 일반적인 동작 모드에 있을 때, 전력관리부(186)는 메인 배터리와 전고체 전지(191)를 모두 이용하여 각 전자 부품들에 전원을 공급할 수 있다.
도 11은 일 실시 예에서 프로세서(181)에 전원을 공급하는 회로를 도시한 것이다.
도 11을 참고하면, 일 실시 예에서 프로세서(181)는 메인 프로세서(181a)와 보조 프로세서(181b)를 포함할 수 있다. 보조 프로세서(181b)는 메인 프로세서(181a)에 비해 전력을 적게 소모하며, 웨어러블 장치(1)가 대기모드나 슬립모드에 있는 경우에는 메인 프로세서(181a)는 비활성화되고, 보조 프로세서(181b)만 활성화될 수 있다. 웨어러블 장치(1)가 대기모드 또는 슬립모드에 있는 경우 전력관리부(186)는 배터리 셀(192)을 방전시켜 보조 프로세서(181b)에 전원을 공급할 수 있다. 웨어러블 장치(1)가 일반적인 동작 모드에 있는 경우 리튬이온 전지(193)와 전고체 전지(191) 모두가 메인 프로세서(181a)와 보조 프로세서(181b)에 전원을 공급할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 프로세서(181)의 동작모드에 따라 리튬이온 전지(193)와 전고체 전지(191)를 전환 사용함으로써 메인 배터리의 수명과 효율 높일 수 있다.
도 12는 일 실시 예에서 메인 배터리(예: 도 7의 리튬이온 전지(193))를 활용하여 전고체 전지를 보조하는 전력공급방식을 나타낸 순서도이다.
도 12를 참고하면, 일 실시 예에서 전력관리부(186)는 동작 241에서 특정 전자부품에 전력을 공급하고 있는 전고체 전지(191)의 전력 소모량을 체크하고, 이에 기반하여 동작 243에서 메인 배터리를 추가적으로 사용하여 해당 전자부품에 전력을 공급할지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(181)에 높지 않은 수준의 부하가 걸려 프로세서(181)를 담당하는 전고체 전지(191)(예: 도 7의 제1 배터리 셀(192-1) 내부의 전고체 전지(191))의 전력 소모량이 많지 않은 경우, 프로세서(181)를 담당하는 전고체 전지(191)만이 프로세서(181)에 전력을 공급(동작 247)할 수 있다. 다른 예를 들어, 웨어러블 장치(1)에서 다수의 기능들이 실행됨에 따라 프로세서(181)에 높은 수준의 부하가 걸리는 경우 메인 배터리가 전고체 전지(191)와 함께 프로세서(181)에 전력을 공급(동작 245)할 수 있다.
다른 실시 예에서 전력관리부(186)는 특정 전고체 전지(191)의 전력 소모량을 체크하고, 이에 기반하여 메인 배터리를 추가적으로 사용하여 해당 전고체 전지(191)를 충전할지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(181)에 높은 수준의 로드가 걸리는 경우 전고체 전지(191)가 프로세서(181)에 전력을 공급하는 동안 메인 배터리로부터 전력을 공급(즉, 충전)받을 수 있다.
일 실시 예에서 전력관리부(186)는 여러 배터리 셀들(192)의 충전률을 모니터링 함으로써, 방전되는 속도를 측정할 수 있고, 방전되는 속도가 해당 배터리 셀(192)에 대응하는 임계 값을 초과하는지 여부를 판단할 수 있다. 일 실시 예에서 전고체 전지(191)의 방전속도가 기준 값을 초과하는 것으로 판단된 경우, 전력관리부(186)는 메인 배터리를 방전시켜 해당 전고체 전지(191)를 충전하거나 전고체 전지(191)와 함께 특정 전자부품에 추가적인 전력을 공급할 수 있다.
일 실시 예에서 전력관리부(186)는 배터리 셀들(192)이 상호간에 충전 또는 방전되도록 할 수 있다. 예를 들어, 도 7을 참고하면, 프로세서(181)를 담당하는 제1 배터리 셀(192-1)과 카메라를 담당하는 제6 배터리 셀(192-6) 사이에 충전 또는 방전이 일어날 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 셀(192-1)의 충전률이 낮은 경우, 전력관리부(186)는 해당 배터리 셀(192-1)이 충전률이 높은 제6 배터리 셀(192-6)로부터 전력을 공급받도록 제어할 수 있다. 다른 예를 들어, 제1 배터리 셀(192-1)의 충전률이 높은 경우, 전력관리부(186)는 해당 배터리 셀(192)이 충전률이 낮은 제6 배터리 셀(192-6)을 충전하도록 제어할 수 있다.
Ψ 프리즘 카메라
이하에서는 도 13 내지 도 22를 참고하여, 웨어러블 장치(1)에 구비되는 카메라(150, 160)에 관하여 설명한다. 카메라가 웨어러블 장치(1)에 배치되는 경우, 카메라의 크기만큼 웨어러블 장치(1)의 림(110)이나 림(110)과 템플(140)을 이어주는 부분이 두꺼워지고, 이는 웨어러블 장치(1)의 외관을 해칠 수 있다.
특히 고해상도의 이미지를 획득할 수 있는 이미지 센서는 비교적 크기 때문에 센서의 결상면이 안경의 전방을 향하도록 카메라를 배치하는 경우, 웨어러블 장치(1)의 외관의 심미성이 더욱 낮아지고, 웨어러블 장치(1)의 상품성, 나아가 착용자로 하여금 웨어러블 장치(1)를 일상생활에서 꾸준히 사용하지 않게 할 수 있다.
도 13은 일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)에 장착된 카메라를 도시한 것이다. 도 13은 안경의 좌측(또는 일측)에 구비된 카메라와 전자부품들을 개략적으로 도시한 것으로서 안경의 우측(또는 타측) 부분도 동일 또는 유사한 구성요소를 포함할 수 있다.
도 13을 참고하면, 안경은 림(110)의 상부에 배치된 제1 카메라(150)를 포함할 수 있다. 제1 카메라(150)는 웨어러블 장치(1) 전방에 있는 피사체를 촬영하도록 구성될 수 있다. 즉, 제1 카메라(150)는 착용자의 안면이 향하는 방향에 있는 피사체를 촬영하도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에서 제1 카메라(150)는 반사부재(153), 적어도 하나의 렌즈(151), 및 이미지 센서(152)를 포함할 수 있다. 이미지 센서(152)는 기판(141)에 전기적으로 연결되며 커넥터(142)가 이미지 센서(152)와 기판(141) 사이를 전기적으로 연결한다. 이미지 센서(152)는 커넥터(142)를 통해 전력을 공급받고, 이미지 신호를 기판(141)에 실장된 다른 전자부품(예: 이미지 처리 프로세서)으로 전송할 수 있다.
일 실시 예에서 제1 카메라(150)의 반사부재(153)는 웨어러블 장치(1)의 전방에서 입사하는 광을 이미지 센서(152)의 결상면(152a)을 향해 전환할 수 있다. 예를 들어, 반사부재(153)는 웨어러블 장치(1) 전방에서 +X 방향으로 입사된 광을 이미지 센서(152)를 향해 +Y 방향으로 반사할 수 있다. 이에 따라 이미지 센서(152)는 그 결상면(152a)이 웨어러블 장치(1)의 측방(즉, Y방향)을 향하도록 배치될 수 있다.
일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 림(110) 하부에 배치된 제2 카메라(160)를 포함할 수 있다. 제2 카메라(160)는 착용자의 안구를 촬영하도록 구성될 수 있다. 착용자의 시선은 눈동자가 향하는 방향에 따라 달라지는데, 웨어러블 장치(1)는 제2 카메라(160)를 이용하여 착용자의 시선이 어느 방향 또는 어느 지점을 향하는지 판단할 수 있다.
일 실시 예에서 제2 카메라(160)는 반사부재(163), 및 이미지 센서(162)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 렌즈(미도시)가 반사부재(163)과 이미지 센서(162) 사이에 배치될 수 있다. 이미지 센서(162)는 기판(141)에 전기적으로 연결되며 커넥터가 이미지 센서(162)와 기판(141) 사이를 전기적으로 연결한다. 도시되지 않았으나, 커넥터는 웨어러블 장치(1)의 림(110) 내부에 수용되어 제2 카메라(160)와 기판(141)(또는 기판(141)상에 실장된 전자부품)을 전기적으로 연결할 수 있다.
일 실시 예에서 제2 카메라(160)의 반사부재(163)는 웨어러블 장치(1)의 후방에서 입사하는 광을 이미지 센서(162)를 향해 전환할 수 있다. 예를 들어, 반사부재(153)는 웨어러블 장치(1) 전방에서 -X 방향으로 입사된 광을 이미지 센서(152)를 향해 -Z 방향으로 반사할 수 있다. 이에 따라 이미지 센서(152)는 웨어러블 장치(1)의 상방(즉, +Z 방향)을 향하도록 배치될 수 있다.
일 실시 예에서 반사부재(153, 163)의 일부면은 불투명하게 처리 될 수 있다. 예를 들어, 반사부재(153, 163)에서, 입사면, 출사면, 및 반사면을 제외한 면(예를 들어, 도시된 실시 예에서 반사부재(153, 163)의 삼각형 측면)은 광을 통과시키지 못하도록 구비될 수 있다. 예를 들어, 프리즘의 측면은 불투명한 소재로 커버될 수 있다.
Ψ 프리즘 카메라 - 안경다리(템플) 힌지
도 14는 일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)의 림(110)과 템플(140)을 연결하는 힌지를 도시한 것이다.
도 14를 참고하면, 웨어러블 장치(1)의 템플(140)은 림(110)(또는 림(110)의 일측에서 연장된 부분(111))에 접힐 수 있게 결합될 수 있다. 템플(140)은 접힐 수 있게 구비되어, 보관이나 휴대를 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 템플(140)은 힌지(143)를 통해 림(110)에 연결될 수 있다.
일 실시 예에서 템플(140)이 접히고 펴짐에 따라 이미지 센서(152)와 기판(141)을 연결하는 전기적 경로 역시 접히거나 펴질 수 있다. 일 실시 예에서 이미지 센서(152)와 기판(141)을 연결하는 커넥터(142)는 템플(140)의 접힘 또는 펼침에 따라 파손되지 않도록 가요성 기판(142)으로 구성될 수 있다. 가요성 기판(142)은 템플(140)의 회전에 따라 자연스럽게 굽어지고, 이에 따라 이미지 센서(152)와 기판(141) 사이의 전기적 연결이 유지될 수 있다.
Ψ 프리즘 카메라 - 렌즈 프리즘 일체
도 15a는 일 실시 예에서 렌즈의 일부가 반사부재로 기능하는 것을 도시한 것이다. 도 15b는 일 실시 예에서 렌즈의 일부가 반사부재로 기능하는 것을 도시한 것이다. 도 16a는 도 15a의 Ⅱ-Ⅱ' 단면도이다. 도 16b는 도 15b의 Ⅲ-Ⅲ' 단면도이다.
도 15a 및 도 16a를 참고하면, 렌즈(130)가 반사면(131)을 제공할 수 있다. 렌즈(130)의 일부가 가공되어 반사면(131)을 제공할 수 있다. 웨어러블 장치(1) 전방에서 반사면(131)으로 입사한 광은 이미지 센서(152)를 향해 전환될 수 있다. 즉, 별도의 반사부재(예를 들어, 도 13의 반사부재(153, 163)) 없이도 전방에서 입사되는 광이 이미지 센서(152)를 향해 전환될 수 있다. 일 실시 예에서 렌즈(130)의 반사면(131)은 곡면 또는 평면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 렌즈(130)는 이미지 센서(152)의 결상면(152a)에 비스듬하게 대향하는 반사면(131)을 포함할 수 있다.
도 15b 및 도 16b를 참고하면, 렌즈(130)의 후면이 일부 가공되어 반사면(131)을 제공할 수 있다. 도 15a의 렌즈(130)는 전면에 리세스(132)가 구비되는 반면, 도 15b의 렌즈(130)는 후면에 리세스(132)가 구비된다.
도시된 실시 예에서는 반사면(131)은 렌즈(130)의 일부가 가공됨으로써 형성된다. 다른 실시 예에서 반사면(131)은 렌즈(130)와 별개의 반사부재(153, 163)에 의해 제공되되, 반사부재(153, 163)가 렌즈(130)에 안착될 수 있다. 예를 들어, 렌즈(130)가 프리즘에 대응하는 형태로 가공된 리세스(132)를 포함하고, 프리즘이 렌즈(130)에 구비된 리세스(132)에 안착될 수 있다.
Ψ 프리즘 카메라 - 눕혀진 이미지 센서
도 17은 일 실시 예에서 카메라(150)가 림(110)의 상부에 구비된 것을 도시한 것이다.
도 17을 참고하면, 카메라(150)는 결상면(152a)이 웨어러블 장치(1)의 측방을 향하는 이미지 센서(152)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서 이미지 센서(152)의 결상면(152a)은 1이 아닌 가로세로비를 가질 수 있고, 이 경우 웨어러블 장치(1)를 전방에서 바라볼 때 짧은 변(152c)이 이미지 센서(152)의 높이가 되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(152)는 결상면(152a)의 긴 변(152b)은 X방향으로 연장하고 짧은 변(152c)은 Z방향으로 연장하도록 배치될 수 있다.
이미지 센서(152)가 짧은 변(152c)을 높이로 해서 세워지는 경우, 전방에서 바라본 카메라(150)의 두께가 줄어들 수 있어 카메라(150)의 외관을 개선하는데 도움을 준다. 카메라(150)의 두께가 줄어들면 카메라(150)가 림(110)의 일부에 수용될 수 있다. 도 17을 참고하면, 일 실시 예에서 카메라(150)는 상부 림(110)에 일부 수용된다. 상부 림(110)은 카메라(150)를 수용하기 위한 공간을 포함할 수 있고, 해당 공간에 카메라(150)가 끼워질 수 있다.
카메라(150)가 상부 림(110)에 수용되는 경우 적어도 카메라(150)의 반사부재(153)는 림(110) 바깥으로 노출될 수 있다. 예를 들어, 림(110)은 반사부재(153)와 대응하는 위치에 전방을 향하는 개구부를 포함하고, 개구부를 통해 광이 카메라(150) 내부로 들어갈 수 있다. 일 실시 예에서 개구부 상에는 먼지의 유입을 방지하거나 외관을 향상시키기 위해 투명한 덮개 부재가 배치될 수 있다.
도시된 실시 예에서 카메라(150)는 림(110)에 배치되나, 렌즈(130)의 후방에 배치될 수 있다. 이 경우 렌즈(130)를 통해 카메라(150)의 일부가 웨어러블 장치(1) 전방에서 시인될 수 있다.
Ψ 프리즘 카메라 - 브릿지 부분에 배치된 카메라
도 18은 일 실시 예에서 카메라(150)가 웨어러블 장치(1)의 브릿지(120)에 구비된 것을 도시한 것이다. 도 19는 2개의 카메라(150)가 웨어러블 장치(1)의 브릿지(120)에 구비된 것을 도시한 것이다.
도 18을 참고하면, 카메라(150)는 웨어러블 장치(1)의 브릿지(120)의 후방에 적어도 일부 배치될 수 있다. 예를 들어, 카메라(150)의 반사부재(153)는 좌측 렌즈(130)의 후방에 배치되고, 이미지 센서(152)나 렌즈(151)는 브릿지(120)의 후방에 배치될 수 있다. 이미지 센서(152)는 측방을 향해 배치되고, 반사부재(153)는 전방에서 입사하는 광을 이미지 센서(152)를 향해 전환활 수 있다. 일 실시 예에서 이미지 센서(152)가 브릿지(120)에 구비됨에 따라, 이들을 템플(140)에 있는 기판(141)에 연결시키는 전기적 배선이 림(110) 내부에 구비될 수 있다.
도 19를 참고하면, 일 실시 예에서 2개의 카메라들(150L, 150R) 모두 브릿지(120) 부분에 배치될 수 있다. 두 개의 카메라들(150L, 150R)의 이미지 센서들(152L, 152R)은 서로 다른 방향을 향하도록 배치된다. 즉, 이미지 센서들(152L, 152R)의 결상면들은 서로 다른 방향을 향한다. 예를 들어, 좌측 이미지 센서(152L)의 결상면은 좌측을 향하고, 우측 이미지 센서(152R)는 결상면은 우측을 향할 수 있다.
일 실시 예에서 두 개의 카메라들(150L, 150R)은 이미지 센서들(152L, 152R)이 실장되는 기판(141)을 공유할 수 있다. 예를 들어, 기판(141)의 일면과 타면에 하나씩 총 두개의 이미지 센서들(152L, 152R)이 배치될 수 있다.
그리고, 하나의 기판(141)의 양면에 이미지 센서들(152L, 152R)이 배치되는 경우에는, 하나의 기판(141)을 광축에 수직인 방향으로 이동시킴으로써 양쪽의 카메라들(150L, 150R)의 흔들림 보정을 한꺼번에 구현할 수 있다.
일 실시 예에서 2개 카메라들(150L, 150R)에서 광을 최초로 받아들이는 반사부재들(153L, 153R)은 서로 이격 배치된다. 따라서 웨어러블 장치(1)는 2개 카메라들(150L, 150R)을 이용하여 웨어러블 장치(1)와 웨어러블 장치(1) 전방의 피사체 사이의 거리 정보를 획득할 수 있다. 도시된 실시 예에서 카메라들(150L, 150R)은 렌즈(130)를 통해 일부가 전방에서 시인되나, 다른 실시 예에서 카메라들(150L, 150R)은 림(110) 내부에 일부 수용될 수 있다.
또는, 카메라들(150L, 150R)의 외부를 형성하는 하우징이 양쪽의 림(110)들을 상호 연결하여, 하우징 자체가 브릿지(120)를 형성할 수 있다.
도 18 및 도 19에 도시된 카메라(150)에서 반사부재(153)는 도 16과 마찬가지로 렌즈(130)의 가공면에 의해 대체될 수 있다. 예를 들어, 도 18에서 반사부재(153)는 렌즈(130)의 일부로서 반사면(예를 들어, 도 16의 반사면(131))으로 대체될 수 있다. 도 19의 반사부재들(153L, 153R) 역시 마찬가지이다.
Ψ 프리즘 카메라 - 프리즘의 다양한 형태
도 20은 일 실시 예에서 도광 프리즘의 다양한 형태를 도시한다. 도 21은 일 실시 예에서 카메라(150)의 반사부재(153) 상에 추가적으로 구비된 렌즈를 도시한다.
도 20은 반사부재(153, 163)를 통과한 광이 이미지 센서(152)에 도달하기 전에 추가적으로 통과하는 도광 프리즘(154a, 154b, 154c, 154d)을 도시한다.
일 실시 예에서 도광 프리즘(154a, 154b, 154c, 154d)은 2개 이상의 반사면들을 포함할 수 있다. 반사부재(153)에서 반사된 광은 도광 프리즘(154a, 154b, 154c, 154d)은 내부의 반사면들에서 차례로 반사된 후 이미지 센서(152)로 도달할 수 있다. 일 실시 예에서 도광 프리즘(154a, 154b, 154c, 154d)은 광의 경로를 늘려줄 수 있다. 이에 따라 이미지 센서(152)가 배치될 수 있는 설계적 자유도가 더 높아질 수 있다. 예를 들어, 도광 프리즘(154a, 154b, 154c, 154d)을 이용하면 반사부재(153, 163)와 이미지 센서(152) 사이의 거리가 자유자재로 늘어날 수 있다.
일 실시 예에서 도광 프리즘(154a, 154b, 154c, 154d)을 활용함으로써, 이미지 센서(152)는 웨어러블 장치(1) 전방과 다양한 각도를 이루도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 실시 예 (a), (b), 및 (d)에서 이미지 센서(152)가 반사부재(153)의 반사면과 약 45도 각도로 배치되고, 웨어러블 장치(1)의 측방을 향하도록 배치된다. 반면 실시 예 (c)를 참고하면, 이미지 센서(152)는 웨어러블 장치(1)의 측방 및 전방에 모두 비스듬한 방향을 향하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(152)는 웨어러블 장치(1)의 전방과 대략 45도(또는 135도) 꺾인 방향을 향할 수 있다.
실시 예 (b)를 참고하면 일 실시 예에서 도광 프리즘(154a, 154b, 154c, 154d)과 반사부재(153) 사이에 추가적인 렌즈(151)가 구비될 수 있다. 도시된 실시 예에서 추가 렌즈(151)는 간단하게 도시되나, 2개 이상의 렌즈들이 반사부재(153)와 도광 프리즘(154) 사이에 배치될 수 있다.
실시 예 (d)를 참고하면, 일 실시 예에서 반사부재(153)의 상에 별도의 광각렌즈(155)가 결합될 수 있다. 반사부재(153) 전방에 광각렌즈(155)를 구비함으로써 카메라의 화각이 커질 수 있다.
한편, 도 20에 도시된 실시 예들은 예시에 지나지 않으며, 다른 실시 예에서 도광 프리즘(154a, 154b, 154c, 154d)의 형태나 추가되는 렌즈들(151, 155)의 형태는 다양하게 구비될 수 있다.
도 21을 참고하면, 일 실시 예에서 반사부재(153) 상에 별도의 렌즈(155)가 결합될 수 있다. 반사부재(153) 전방에 별도의 렌즈(155)를 구비함으로써 카메라의 화각이 커질 수 있다.
도 20과 도 21에서 설명된 도광 프리즘(154a, 154b, 154c, 154d) 또는 렌즈(155)는 도 13의 제2 카메라(160)에도 마찬가지로 적용될 수 있다.
Ψ 활용 예 1 - 사이드 미러
도 22는 일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)가 착용자의 후방에 있는 피사체를 디스플레이하는 것을 도시한 것이다.
도 22를 참고하면 웨어러블 장치(1)는 좌측과 우측에 각각 착용자의 후방을 촬영할 수 있는 2개의 카메라(150L, 150R)를 포함할 수 있다. 카메라(150L, 150R)는 반사부재(153L, 153R), 적어도 하나의 렌즈(151L, 151R), 및 이미지 센서(152L, 152R)를 포함한다. 이미지 센서(152L, 152R)는 웨어러블 장치(1)의 측면(즉, 좌측 또는 우측)을 향하도록 배치되며, 반사부재(153L, 153R)는 착용자의 후방에서 입사된 광을 이미지 센서(152L, 152R)를 향해 반사하도록 구성된다.
일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 카메라를 통해 촬영한 착용자 후방의 피사체(400, 500)를 디스플레이하여 착용자에게 보여줄 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 장치(1)는 웨어러블 장치(1) 렌즈(130)에 구비된 스크린(171)과 스크린(171)에 영상을 출력하는 프로젝터를 포함하고, 스크린(171)에 착용자의 후방 시야가 디스플레이될 수 있다. 다른 예를 들어, 투명 디스플레이가 웨어러블 장치(1) 렌즈에 구비되어, 투명 디스플레이에 직접 후방 시야가 출력될 수 있다.
일 실시 예에서 착용자가 길을 걷는 경우 웨어러블 장치(1)는 착용자의 후방에 어떤 물체가 있는지 착용자에게 알려줄 수 있다. 도 22를 참고하면, 좌측 카메라(150L)를 통해 착용자의 후방에 있는 차량(500) 및 보행자(400)가 촬영되고, 좌측의 스크린(171)에 차량(500'') 또는 보행자의 일부 또는 전부가 포함된 이미지(400'')가 표시될 수 있다. 일 실시 예에서 우측 카메라(150R)를 통해 착용자의 후방에 있는 차량(500) 및 보행자(400)가 촬영되고, 우측의 스크린(171)에 차량(500') 또는 보행자의 일부 또는 전부가 포함된 이미지(400')가 표시될 수 있다.
일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 2개의 카메라(150L, 150R)를 이용하여 착용자에게 후방에서 어떤 물체의 접근에 따른 위험성을 알릴 수 있다. 예를 들어, 착용자의 후방에서 착용자를 향해 차량(500)이 접근하는 경우 웨어러블 장치(1)는 후방 화면을 표시해줌으로써 사용자에게 위험을 알릴 수 있다. 웨어러블 장치(1)는 2개 카메라(150L, 150R)에서 각각 획득된 이미지를 분석하여 차량(500)과 착용자의 거리를 실시간으로 파악하고, 차량(500)에 의해 착용자가 위험에 처할 수 있다고 판단된 경우 이에 기반하여 착용자에게 위험 알림을 표시할 수 있다.
Ψ 활용 예 2 - 제스처 인식
도 23은 일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)를 이용한 제스처 인식을 도시한 것이다.
일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 카메라를 통해 착용자의 제스처를 인식하고, 인식된 제스처에 기반하여 대응하는 기능을 수행할 수 있다. 웨어러블 장치(1)는 착용자의 손의 제스처(G)를 기록하고, 해당 제스처(G)에 대응하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 착용자가 웨어러블 장치(1)를 통해 음악감상을 하는 동안 웨어러블 장치(1)는 카메라를 통해 착용자의 손이 아래 또는 위로 움직이는 제스처를 인식하고, 이에 응답하여 음악의 볼륨을 낮추거나 높일 수 있다.
일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 카메라를 통해 움직이는 물체(예: 착용자의 손)뿐만 아니라 정지된 화상을 인식할 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 장치(1)는 지정된 모양을 인식하여 대응하는 기능을 실행할 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 장치(1)는 착용자의 손가락 모양을 카메라를 이용하여 인식하고, 그에 대응하는 기능을 수행할 수 있다. 다른 예를 들어, 착용자가 큐알코드(QR code)를 주시하는 경우에 웨어러블 장치(1)는 카메라를 통해 큐알코드를 촬영하고, 큐알코드에 대응하는 기능을 실행할 수 있다.
다른 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 착용자가 착용한 다른 웨어러블 기기(3)로부터 입력 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 착용자가 스마트 워치를 착용한 경우에 착용자는 스마트 워치의 버튼이나 터치스크린을 이용하여 웨어러블 장치(1)의 기능을 제어할 수 있다.
Ψ 활용 예 3 - 시야 공유
도 24는 일 실시 예에서 서로 다른 장소에 있는 사용자들 사이에 각자의 시야를 상호 공유하는 것을 도시한 것이다.
일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)를 착용한 착용자들 사이에 시각정보가 공유될 수 있다. 일 실시 예에서 제1 사용자(A)가 제1 웨어러블 장치(1)를 착용한 상태에서 전방의 보행자(400)를 바라보고 있는 경우, 제1 웨어러블 장치(1)는 카메라를 통해 보행자(400)를 촬영하고 이를 제2 웨어러블 장치(2)로 전송할 수 있다.
예를 들어, 제1 웨어러블 장치(1)는 통신 회로(communication circuitry)를 통해 촬영된 영상을 실시간으로 스트리밍할 수 있다. 제2 웨어러블 장치(2)는 제1 웨어러블 장치(1)가 스트리밍하는 영상을 수신하여 제2 웨어러블 장치(2)의 스크린(271)에 보행자 이미지(400')를 디스플레이할 수 있다.
반대로 제2 웨어러블 장치(2) 역시 그의 전방에 있는 차량(500)을 촬영하고, 해당하는 영상정보를 제1 웨어러블 장치(1)로 전송할 수 있다. 제1 웨어러블 장치(1)는 스크린(171)에 제2 웨어러블 장치(2)에서 수신한 차량 이미지(500')를 표시할 수 있다. 이에 따라 제1 사용자(A)와 제2 사용자(B)는 서로 각자의 시야를 공유할 수 있다.
다른 예를 들어, 제1 사용자(A)가 야구 경기를 보고 있고, 제2 사용자(B)가 축구 경기를 보고 있는 경우, 제1 사용자(A)는 야구 경기를 보는 동안 웨어러블 장치(1)를 통해 제2 사용자(B)가 보고 있는 축구 경기를 볼 수 있고, 제2 사용자(B) 역시 축구 경기를 보는 동안 웨어러블 장치(1)를 통해 제1 사용자(A)가 보고 있는 야구 경기를 볼 수 있다.
Ψ 활용 예 4 - 시선으로 키보드 입력
도 25는 일 실시 예에서 착용자의 시선을 이용한 키보드 입력을 도시한 것이다.
일 실시 예에서 착용자는 시선만으로 웨어러블 장치(1)와 인터랙션할 수 있다. 일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 착용자의 안구를 트래킹하는 카메라를 포함하며, 이 카메라는 착용자의 안구가 향하는 방향을 측정할 수 있다.
웨어러블 장치(1)는 일측의 렌즈(130a)(또는 렌즈(130a)에 구비된 스크린)에 가상 키보드(510)를 출력할 수 있고, 웨어러블 장치(1)는 카메라(150)를 통해 착용자의 시선이 가상 키보드(510)의 어떤 키를 향하고 있는지 인식할 수 있다. 웨어러블 장치(1)는 착용자의 시선이 향하는 방향을 감지하고, 시선이 향하는 부분과 대응하는 키가 어떤 키인지 판단하고, 해당하는 키에 대응하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 장치(1)는 사용자가 'H'키를 주시한다는 판단에 기반하여 'H'키를 입력한다. 'H'키를 입력한 경우 웨어러블 장치(1)는 좌측의 렌즈(130b)(또는 좌측 렌즈(130b)에 구비된 스크린)을 통해 'H'키가 입력되었음을 표시할 수 있다.
일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 착용자의 눈 깜박임을 명령의 일종으로 인식할 수 있다. 웨어러블 장치(1)는 카메라(150)를 통해 착용자의 눈이 깜박이는지, 몇번 깜박이는지, 또는 얼마나 빨리 깜박이는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 장치(1)는 착용자의 시선이 특정 키에 고정된 상태에서 착용자의 눈이 빠르게 두번 깜박이면 클릭을 그렇지 않으면 아무 입력이 없는 것으로 인식할 수 있다.
Ψ 활용 예 5 - 네비게이션
도 26은 일 실시 예에서 웨어러블 장치(10)를 착용한 운전자 및 운전자의 시야를 도시한다.
일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 운전을 보조할 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 장치(1)는 목적지까지의 길을 안내하는 가이드하는 시각적 객체(710), 차량의 상태 정보(740)(예를 들어, 잔존 연료량, 잔존 배터리량, 속력, 가속도 등)를 디스플레이할 수 있다.
일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 운전자에게 실제로 시인되는 전방 시야에 덫붙여서 시각적 가이드(710)를 디스플레이할 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 장치(1)는 차량이 목적지에 도달하기 위해 따라가야 하는 경로 상에 시각적 가이드(710)가 겹쳐지도록 표시할 수 있다. 다른 예를 들어, 만약 목적지가 운전자의 시야에 있는 경우, 목적지 상에 시각적 객체를 겹치게 표시하여 운전자로 하여금 목적지가 어디에 있는지 직관적으로 파악할 수 있게 도울 수 있다.
일 실시 예에서 운전자가 웨어러블 장치(1)를 착용한 경우, 웨어러블 장치(1)는 운전자의 차량과 그 앞에 있는 차량(600) 사이의 거리를 측정할 수 있다. 웨어러블 장치(1)는 웨어러블 장치(1)의 전방을 향하는 2개의 카메라(예를 들어, 도 1에서 웨어러블 장치(1) 양측에 구비된 2개의 제1 카메라(150))를 포함할 수 있고, 2개의 카메라를 통해 웨어러블 장치(1)와 앞 차량(600)과의 거리를 측정할 수 있다. 일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 운전자의 차량과 다른 차량과의 거리 정보에 기반하여 운전자에게 다양한 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 앞 차량과 거리가 급속도로 가까워지는 경우 웨어러블 장치(1)는 충돌위험을 알리는 경고(730)를 표시할 수 있다.
일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 카메라(160)를 통해 운전자의 주의 정도를 측정하고, 이에 기반하여 운전자에게 알림을 줄 수 있다. 일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 카메라(160)를 통해 운전자의 눈이 깜박이는 주기나 패턴을 모니터할 수 있고, 이에 기반하여 운전자가 졸음 운전을 하는지 여부를 판단할 수 있다. 웨어러블 장치(1)는 운전자가 졸음운전을 한다고 판단된 경우에는 운전자에게 다양한 수단으로 알림을 줄 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 장치(1)에 구비된 음향 출력 장치로 경고음을 출력하거나, 햅틱 모듈을 이용하여 진동으로 운전자에게 피드백 해줄 수 있다.
일 실시 예에서 운전자가 전방을 주시하지 않는 경우에는 웨어러블 장치(1)는 운전자에게 전방을 주시할 것을 나타내는 알림을 줄 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 장치(1)는 지정된 시간 인터벌(interval) 동안 운전자의 시선이 전방을 향하는 시간이 차지하는 비율에 기반하여 운전자에게 주의를 줄 수 있다.
Ψ 활용 예 6 - 기타 활용 예
일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 착용자의 얼굴의 자세를 감지할 수 있다. 웨어러블 장치(1)는 헤드 트래킹 카메라(예: 도 1의 제1 카메라(150))를 통해 착용자의 머리의 움직임을 감지할 수 있다. 착용자가 머리를 움직이면 그에 따라 카메라로 획득되는 피사체의 각도도 달라지므로, 웨어러블 장치(1)는 이를 이용하여 착용자의 머리 움직임을 감지할 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 장치(1)는 사용자가 머리를 좌우로 돌리는 동작, 아래위로 끄덕이는 동작 등을 감지할 수 있다. 다른 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 가속도 센서, 자이로 센서 등 모션 센서를 통해 착용자의 고개가 어떻게 움직이는지 감지할 수 있다.
일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 사용자의 머리가 어떤 형태의 운동을 하는지 감지하여, 대응하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 장치(1)가 착용자에게 어떤 사항에 대한 동의 여부를 구하는 상황에서 사용자가 고개를 끄덕이는 경우 동의하는 것으로, 고개를 좌우로 돌리는 경우 동의하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 다른 예를 들어, 웨어러블 장치(1)는 머리의 움직임에 따라 디스플레이 메뉴를 조작하거나 머리의 각도에 따라 디스플레이 위치를 조정할 수 있다.
일 실시 예에서 웨어러블 장치(1)는 2개의 카메라를 이용하여 전방에 있는 물체의 뎁스를 측정할 수 있다. 인간의 2개 눈들이 서로 이격되어 배치되어 피사체의 원근을 판단할 수 있는 것과 같은 원리로, 웨어러블 장치(1) 2개의 이격된 카메라들을 이용하여 피사체의 뎁스와 관련된 정보를 획득할 수 있다.
일 실시 예에서 2개의 헤드 트래킹 카메라들(예: 도 1의 제1 카메라(150)) 중 하나는 RGB 센서를 탑재하고, 나머지 카메라는 흑백 센서를 탑재할 수 있다. 이경우 웨어러블 장치(1)는 두개 카메라들로 획득된 이미지들을 합성하여 이미지의 품질을 높일 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
1: 웨어러블 장치
110: 림(rim)
120: 브릿지(bridge)
130: 렌즈
140: 템플
150: 제1 카메라
160: 제2 카메라
151, 161: 카메라 렌즈
152, 162: 이미지 센서
153, 163: 반사부재

Claims (2)

  1. 렌즈를 수용하는 림;
    상기 림의 일부로부터 연장되는 템플; 및
    상기 템플 내에 구비된 전고체 전지;
    를 포함하는 스마트 웨어러블 장치.
  2. 제1 방향을 향하는 렌즈를 수용하는 림;
    상기 림의 일부로부터 연장되는 템플; 및
    반사부재, 및 상기 제1방향과 교차하는 방향을 향하는 결상면을 가지는 이미지 센서를 포함하는 카메라;
    를 포함하는 스마트 웨어러블 장치.

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