WO2013147501A1

WO2013147501A1 - 모션 제스처 센싱 모듈 및 모션 제스처 센싱 방법

Info

Publication number: WO2013147501A1
Application number: PCT/KR2013/002512
Authority: WO
Inventors: 김석기; 김용신; 박호영; 이광재
Original assignee: Silicon Communications Tech Co Ltd
Current assignee: Silicon Communications Tech Co Ltd
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2013-10-03
Anticipated expiration: 2014-09-26
Also published as: KR20140139515A; US20150049062A1; CN104220966A

Description

모션 제스처 센싱 모듈 및 모션 제스처 센싱 방법

본 발명은 광원을 통해 빛을 방사하고 피사체에 반사된 빛을 검출하여 피사체와 센싱모듈의 상대적인 움직임을 센싱하는 모션 제스처 센싱 모듈 및 모션 제스처 센싱 방법에 관한 것이다.

최근 스마트폰, 테블릿PC, 미디어플레이어, 전자리더 등 휴대 장치의 보급률이 급속히 증대되고 있으며, 이러한 휴대 장치들은 이제 현대인의 생활필수품으로 자리매김하게 되었다. 휴대 장치의 인기가 급속하게 성장함에 따라 인간-기계 인터페이스(human-machine interfaces, HMIs) 기술도 다양하게 발전하고 있다.

종래의 HMIs는 휴대 장치에 구비된 키패드를 통해 이루어지는 것이 일반적이었으나, 최근 터치 센서를 이용한 사용자 인터페이스 기술이 개발되어 널리 사용되고 있으며 또한 사용자의 동작을 센싱하는 모션 센서를 이용한 사용자 인터페이스 기술이 개발되고 있다. 모션 센서가 구비된 휴대 단말기에서는 사용자가 휴대 단말기에 동작을 가하면, 휴대 단말기는 사용자의 동작을 센싱하고 이에 대응하는 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.

이들 인간-기계 인터페이스는 터치 기반 시스템, 모션 기반 시스템, 비전 기반 시스템 그리고 근접 기반 시스템으로 분류될 수 있다.

터치 기반 시스템은 터치패널에 손가락이나 펜을 접촉시켜 사용하는 방식이다. 하지만 손에 장갑을 착용하거나 손에 물이나 먼지가 묻어 있을 경우 터치가 제대로 이루어지지 않는 문제점을 가지고 있다. 그리고 비전 기반 시스템은 내장 카메라와 이미지 프로세싱을 통해 사용자가 장치를 터치하지 않고 인터페이싱에 대한 기본 동작을 할 수 있도록 한다. 하지만 이 같은 비전 기반 시스템은 높은 소비 전력을 필요로 한다는 중대한 결점을 가지고 있다.

이 같은 종래 인터페이스 시스템의 문제점을 극복하기 위해 최근 근접 기반의 모션 제스처 센서(Motion gesture sensor, MGS) 시스템이 연구되고 있다. 최근 연구되고 있는 근접 기반의 모션 제스쳐 감지 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 두 개의 LED 및 하나의 적외선 포토다이오드(IR photodiode)를 휴대 장치에 설치해 구성될 수 있다.

상기 모션 제스쳐 센서 시스템은 낮은 전력소모로 비접촉 동작 센싱이 가능할 수 있다. 반사된 빛의 강도는 피사체와 광원들 사이의 거리와 각도에 따라 변화될 것이며 제스쳐 센싱 알고리즘을 사용함으로써 간단한 제스쳐들을 센싱할 수 있을 것이다. 이러한 모션 제스쳐 센서 시스템은 높이(h)에 대하여는 유연한 특성을 가지지만 센서 시스템의 최소 간격(w)은 두 광원 사이의 거리에 의해 제한되게 된다(도 2 참고). 감지 시스템의 경계 팩터(boundary factor)로 폼 팩터(form factor, FF)를 정의하게 되면, 이러한 센서 시스템은 광원들과 근접 센서를 위해 세 개의 개별 위치가 요구되며, 그 결과 휴대 장치의 디자인을 제약하게 될 큰 폼 팩터를 야기하게 될 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 저비용의 광원과 광 검출기를 이용해 모션 제스처 센싱 모듈을 구성하고 이를 통해 저전력으로 정확한 모션 제스처 센싱이 가능하도록 하는 모션 제스처 센싱 모듈 및 모션 제스처 센싱 방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 모션 제스처 센싱 모듈은, 빛을 방출하는 광원 및 피사체로부터 반사된 반사광을 감지하는 적어도 두 개 이상의 광 검출기가 구비되는 광 센서부를 포함하여 이루어지며, 상기 광 센서부의 각 광 검출기가 가지는 검출가능영역이 별개로 분리되어 이루어지게 된다.

이때, 모션 제스처 센싱 모듈은, 상기 광 센서부에 대한 수광경로에 개재되어 각 광 검출기의 검출가능영역을 분리하는 광학 블록을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

이러한 상기 광학 블록은, 상기 각 광 검출기의 검출가능영역은 커지고, 각 광 검출기의 검출각이 중첩되는 그레이영역은 작아지도록 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 광학 블록은, 상기 각 광 검출기 사이에 설치되는 내벽식 광학 블록으로 이루어질 수 있는데, 상기 내벽식 광학 블록은, 직립된 일자형으로 이루어거나 그 상부에 수평방향으로 절곡된 연장부를 가지는 형태 또는 상부로 갈수록 수평 단면적이 커지는 사선형으로 이루어질 수도 있다. 또한, 상기 내벽식 광학 블록은 그 하단이 상기 광 센서부의 상단으로부터 이격되어 형성될 수도 있다.

한편, 상기 광학 블록은 상기 광 검출기의 외곽에 설치되는 외벽식 광학 블록으로 이루어질 수도 있는데, 상기 외벽식 광학 블록은 직립된 형태의 일자형으로 이루어지거나, 그 상부에 수평방향으로 내측으로 절곡된 연장부를 가지는 형태 또는 상부로 갈수록 내측으로 수평 단면적이 커지는 사선형으로 이루어질 수도 있다.

본 발명에 따른 모션 제스처 센싱 모듈은, 상기 광 센서부는 적어도 세 개 이상의 광 검출기로 이루어지고, 적어도 두 개의 광 검출기가 수평방향 및 수직방향으로 배치되어 다축 방향으로 피사체의 상대적인 움직임을 감지할 수도 있다. 이러한 모션 제스처 센싱 모듈은, 상기 광 센서부에 대한 수광경로에 개재되어 각 광 검출기의 검출가능영역을 분리할 수 있는 광학 블록을 포함하여, 이러한 상기 광학 블록은, 상기 각 광 검출기 사이에 설치되는 내벽식 광학 블록이거나 상기 광 검출기의 외곽에 설치되는 외벽식 광학 블록으로 이루어 질 수 있으며, 또는 내벽식 광학블록과 외벽식 광학블록이 함께 이루어질 수도 있다. 또한, 상기 외벽식 광학 블록은, 그 상부에 수평방향으로 내측으로 절곡된 연장부를 가지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 모션 제스처 센싱 모듈은, 상기 광원과 상기 광 센서부는 격벽에 의해 구획된 패키지 내에 설치되며, 상기 광 센서부 상에서 상기 광 검출기의 사이에는 내벽식 광학 블록이 설치되어 이루어질 수도 있다. 상기 내벽식 광학 블록은, 직립된 일자형으로 이루어지거나 그 상부에 수평방향으로 절곡된 연장부를 가지는 형태 또는 상부로 갈수록 수평 단면적이 커지는 사선형으로 이루어질 수도 있다. 이러한 상기 광 센서부는 적어도 두 개 이상의 광 검출기를 포함하는 광 센서 칩으로 이루어지는 것이 일반적이다.

본 발명에 따른 모션 제스처 센싱 모듈에서 상기 광학 블록은 상기 광 센서부를 안착시키는 패키지의 격벽으로 이루어질 수도 있다. 이러한 상기 격벽은 상기 광 센서부의 외곽에 직립된 형태로 이루어지거나 그 상부가 내측으로 절곡된 연장부를 가지는 형태 또는 상부로 갈수록 내측으로 수평 단면적이 커지는 사선형으로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 모션 제스처 센싱 모듈은, 광 센서부가 패키지 내에 안착되고, 상기 패키지는 상기 광 센서부의 외곽을 둘러싸는 격벽과 상기 격벽과 연결되고 적어도 하나 이상의 광 수용홀이 형성된 커버가 광학블록으로서 광 센서부를 덮는 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 이때, 상기 커버는 상기 격벽의 상부가 내측으로 절곡되어 연장된 연장부로 이루어질 수도 있다.

이때, 상기 광학블록은 각 광 검출기의 검출가능영역은 커지고 각 광 검출기의 검출각이 중첩되는 그레이영역은 작아지도록 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 적어도 하나 이상의 광 수용홀이 형성된 커버는 각 광 검출기의 일부는 덮히고 일부는 광 수용홀에 의해 노출되는 형태로 이루어지는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 상기 광 수용홀의 경계가 각 광 검출기의 중앙에 위치하여 이루어지는 것이 좋다.

이러한 상기 광 센서부는 적어도 두 개 이상의 광 검출기를 포함하는 광 센서 칩으로 이루어지는 것이 일반적이다.

상기 광 센서부는, 적어도 세 개 이상의 광 검출기로 이루어지고, 적어도 두 개의 광 검출기가 수평방향 및 수직방향으로 배치되어 다축 방향으로 피사체의 상대적인 움직임을 감지할 수 있도록 구성될 수도 있음은 물론이다.

본 발명에 따른 모션 제스처 센싱 모듈은, 폐쇄된 두 개의 수용 공간을 가지는 패키지, 상기 패키지의 수용 공간에 각각 안착되는 광 센서부와 광원, 상기 패키지는 상기 광 센서부의 외곽을 둘러싸는 격벽과 상기 격벽과 연결되고 적어도 하나 이상의 광 수용홀이 형성된 커버가 광학블록으로서 광 센서부를 덮는 형태로 이루어질 수도 있다. 이때, 상기 광 센서부는 적어도 두 개 이상의 광 검출기를 포함하는 광 센서 칩으로 이루어지는 것이 일반적이다. 이때, 상기 커버는 상기 격벽의 상부가 내측으로 절곡되어 연장된 연장부로 이루어질 수도 있다. 이러한 상기 광학블록은 각 광 검출기의 검출가능영역은 커지고 각 광 검출기의 검출각이 중첩되는 그레이영역은 작아지도록 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 적어도 하나 이상의 광 수용홀이 형성된 커버는 각 광 검출기의 일부는 덮히고 일부는 광 수용홀에 의해 노출되는 형태로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 광 수용홀의 경계는 각 광 검출기의 중앙에 위치하여 이루어지는 것이 보다 바람직하다.

또한, 상기 광 센서부는, 적어도 세 개 이상의 광 검출기로 이루어지고, 적어도 두 개의 광 검출기가 수평방향 및 수직방향으로 배치되어 다축 방향으로 피사체의 상대적인 움직임을 감지할 수 있도록 구성될 수 있음은 물론이다.

본 발명에 따른 모션 제스처 센싱 모듈은, 빛을 방출하는 광원 및 피사체로부터 반사된 반사광을 감지하는 적어도 두 개 이상의 광 검출기가 구비되는 광 센서부를 포함하여 이루어지며, 각 광 검출기 위에는 다수의 구획식 광학 블록이 설치되어 해당 구획식 광학 블록에 의해 각 광 검출기의 검출가능영역이 별개로 분리되도록 구성될 수도 있다. 이때, 상기 구획식 광학 블록의 형태에 따라 검출각의 방향이 설정되거나 상기 구획식 광학 블록들의 배치 형태에 따라 검출각의 방향이 설정될 수 있다.

본 발명에 따른 모션 제스처 센싱 모듈은, 빛을 방출하는 광원, 피사체로부터 반사된 반사광을 감지하는 적어도 두 개 이상의 광 검출기가 구비되는 광 센서부, 상기 광 센서부의 출력을 모션 판독부로 전달하는 센서 처리부를 포함하며, 상기 센서 처리부는 증폭기 및 비교기를 포함하여 이루어지고, 상기 증폭기를 미분회로로 구성하여 미분형 파형을 비교기로 전달하고 상기 비교기는 전달된 미분형 파형을 비교하여 출력하도록 이루어지는 것이 바람직하다. 이때, 상기 비교기는 히스테리시스 비교기로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 모션 제스처 센싱 방법은, 광원으로부터 빛이 방출되고 피사체에 의해 반사된 빛이 적어도 두 개 이상의 광 검출기를 통해 수광되며, 각 광 검출기의 출력값을 비교하여 피사체의 움직임을 판독하는 비접촉의 동작 센싱 방법으로서, 상기 광 검출기의 검출가능영역을 별개로 분리하여 피사체로부터 반사된 빛을 수광하여 피사체의 움직임을 감지하는 방법으로 이루어진다. 이때, 상기 광 검출기에 대한 수광경로에 개재된 광학블록을 이용하여 각 광 검출기의 검출가능영역을 별개로 분리하는 것이 바람직하며, 상기 각 광 검출기의 검출가능영역은 커지고, 각 광 검출기의 검출각이 중첩되는 그레이영역은 작아지도록 광학블록을 배치하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명에 따르면, 저비용의 광원과 광 검출기를 이용해 모션 제스처 센싱 모듈을 구성하여 저비용, 저전력, 초소형의 모션 제스처 센싱 모듈을 제공할 수 있게 된다.

또한, 피사체에 의한 광량 변화에 따라 정확한 모션 제스처 센싱이 이루어지는 모션 제스처 센싱 방법을 제공할 수 있다.

특히, 본 발명은 적어도 두 개 이상의 광검출기와 수광경로에 개재된 광학 블록이 각 광검출기의 검출가능영역을 별개로 분리할 수 있게 구성되어 피사체와 모듈 사이에서 일어나는 상대적인 움직임에 따른 광량 변화를 정확하게 측정하여 피사체와 모듈 사이의 상대적인 모션이나 제스처를 센싱할 수 있다. 또한, 광 검출기의 검출각이 중첩되는 그레이 영역을 감소시키고 반대로 검출가능 영역을 증가시켜서 정확하고 민감한 모션 및 제스처 센싱이 가능하게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 모션 제스처 센싱 모듈 및 센싱 방법은 피사체의 상대적인 모션 또는 제스처를 감지할 수 있음은 물론, 마치 마우스의 클릭동작과 같은 공간터치 기능을 감지할 수도 있으며, 피사체의 근접여부를 판별할 수 있어서 기존의 근접센서가 가지는 기능(근접센싱, 리딩모드, 절전기능 등)을 모두 수행할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 모션 제스처 센싱 모듈은 휴대폰, 테브릿PC 등 모바일기기에서 다양한 기능을 수행할 수 있는 입력수단으로써 활용될 수 있다.

도 1 및 2는 종래 기술에 따른 모션 제스처 센싱 모듈을 나타내는 도면.

도 3은 종래 기술에 따른 모션 제스처 센싱 모듈의 시간마진을 나타내는 도면.

도 4 내지 도 8은 본 발명에 따른 모션 제스처 센싱 모듈의 동작 원리를 설명하기 위한 도면.

도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 모션 제스처 센싱 모듈의 다양한 실시형태를 나타내는 도면.

도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 모션 제스처 센싱 모듈의 다양한 실시형태를 나타내는 도면.

도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 모션 제스처 센싱 모듈의 다양한 실시형태를 나타내는 도면.

도 12 및 도 13는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 모션 제스처 센싱 모듈의 다양한 실시형태를 나타내는 도면.

도 14 내지 도 17는 본 발명에 따른 광학 블록 및 광 센서 칩의 구조를 설명하기 위한 도면.

도 18은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 모션 제스처 센싱 모듈의 분해 사시도.

도 19는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 절단 사시도.

도 20은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 평면도.

도 21은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 모션 제스처 센싱 모듈의 광 센서 칩과 광 수용홀을 설명하기 위한 평면 투시도.

도 22 및 도 23는 본 발명의 광학 블록의 원리에 따라 구현된 다른 형태의 광 센서 칩을 설명하기 위한 도면.

도 24 및 도 26은 본 발명에 따른 센서 처리부 구성을 설명하기 위한 도면.

이하 본 발명에 따른 모션 제스처 센싱 모듈 및 모션 제스처 센싱 방법에 대한 실시 예를 첨부한 도면을 참고하여 더 상세히 설명한다.

본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 발명은 새로운 개념의 저비용, 저전력, 초소형의 모션 제스처 센싱 모듈 및 센싱 방법을 제공하고자 한다. 본 발명의 모션 제스처 센싱 모듈은 하나의 광원과 복수개(적어도 두 개)의 광 검출기로 이루어진다. 광원으로부터 방사된 빛은 피사체에 반사되어 광 검출기가 수신하게 되며, 각 광 검출기가 센싱한 결과를 연산하여 피사체의 모션 또는 제스처를 알아내게 된다(본 발명에서 피사체의 모션 또는 제스처는 센싱 모듈과 피사체의 상대적인 움직임을 포함한다. 즉, 정지된 피사체를 상대로 센싱 모듈이 움직여 센싱 모듈을 기준으로 피사체가 상대적으로 움직이는 것도 포함하는 것이다.)

본 발명의 모션 제스처 센싱 모듈 및 방법은 빛을 방사하고 피사체에 반사된 빛을 수광하는 방식으로 구성된다. 빛은 광원을 통하여 방사되고 광 검출기를 통하여 검출될 수 있다. 사용되는 빛은 주로 적외선(infrared ray)이 사용될 수 있으며, 본 원리를 적용할 수 있다면 적외선 외에 자외선(ultraviolet rays), 가시광선(visible light), X-선 등 다양한 파장의 빛이 사용될 수 있음은 물론이다.

본 발명에서, 광 검출기는 일반적으로 포토다이오드(PD)가 사용될 수 있으며, 그 외 빛을 감지할 수 있는 다양한 수단이 사용될 수 있음은 물론이다. 또한, 광원은 일반적으로 LED가 사용될 수 있는데, 그 외 빛을 발생할 수 있는 수단이라면 어떠한 것도 본 발명에 사용될 수 있다.

모션 제스처 센싱 모듈이 피사체의 모션 또는 제스처를 연산해 내기 위해서는 피사체의 모션 또는 제스처에 따라 센싱되는 각 광 검출기의 출력값(빛의 강도 등)에 차이가 있어야 한다. 이를 위하여 본 발명에서는, 복수개(적어도 두 개)의 각 광 검출기가 빛을 수신할 수 있는 검출가능영역(detectable zone)이 분리될 수 있도록 하는 수단 및 방법을 이용할 것이다. 검출가능영역(detectable zone)이란 각 광 검출기가 피사체로부터 반사된 빛을 수신할 수 있는 각도 또는 영역을 의미한다. 각 광 검출기의 검출가능영역을 분리한다는 것은 각 광 검출기가 피사체로부터 반사된 빛을 센싱할 수 있는 검출가능영역이 각각 별개로 존재할 수 있는 것을 의미한다. 예를 들어, 광 검출기 A와 광 검출기 B가 존재하는 경우 광 검출기 A만으로 검출가능한 영역과 광 검출기 B만으로 검출 가능한 영역이 각각 분리하여 존재한다는 것을 의미한다. 이렇게 복수개의 광 검출기의 검출가능영역이 분리됨으로써, 모션 제스처 센싱 모듈과 피사체 사이에서 상대적인 움직임이 일어나는 경우 움직임에 따라 각 광검출기의 출력값이 달라지게 되며, 이를 연산하면 피사체의 모션이나 제스처를 감지할 수 있게 된다.

본 발명에서는, 복수개의 광 검출기의 검출가능영역이 분리될 수 있도록 하는 수단 및 방법이 제공될 것이다. 그 수단 및 방법은 다양하게 제공될 수 있을 것이며, 본 발명의 권리범위에 포함 될 수 있을 것이다.

본 발명의 일실시예에 의한 모션 제스처 센싱 모듈은, 복수개의 광 검출기의 검출가능영역을 분리할 수 있는 수단의 한 예로써 광학블록을 적용할 것이다.

본 발명에서 광학블록은 복수개의 각 광 검출기가 피사체로부터 반사된 빛을 센싱할 수 있는 영역인 검출가능영역을 각각 분리하는 역할을 하게 된다.

본 발명의 일실시예 의한 모션 제스처 센싱 모듈은 복수의(적어도 두 개 이상의) 포토다이오드(PD)와 하나의 발광다이오드(LED) 그리고 광학 블록을 포함하여 이루어진다. 복수개의 각 포토다이오드(PD)가 갖는 검출가능영역이 분리될 수 있도록 광학 블록을 구성하고, 피사체로부터 반사된 적외선을 각각 수광하도록 함으로써 피사체와의 상대적 움직임을 센싱하도록 하는 방식이다. 이 같은 구조는 도 1의 (b)와 달리 물체의 동작 센싱을 위한 두 포토 다이오드 사이의 거리에 상관없이 모듈을 제작할 수 있다.

이제 도 3 내지 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 광학 블록의 배치 원리에 대하여 살펴본다.

본 발명에서는 두 개의 광 검출기로 구성되며 오프칩 광원을 가진 단일칩 상에 임베디드되는 새로운 방식의 근접 기반의 모션 제스처 센서에 대하여 기술할 것이다. 종래 기술에서는 피사체가 움직이면 광원들로부터 수신광의 시간 딜레이가 검출되어, 최소 검출 마진을 위해서는 두 광원 사이의 일정 거리를 필요로 하게 된다. 하지만 본 발명에 따른 광학 블록은 피사체에 의해 반사된 빛에 대하여 두 광 검출기의 검출가능영역들을 분리할 수 있기 때문에 단지 하나의 광원만을 필요로 하게 된다. 여기에서 종래 시스템의 두 광원 간 거리가 40mm라면, 본 발명에 따른 센싱 시스템에서 단일 광원과 근접센서의 거리는 4mm일 것이며, 폼 팩터는 1/10로 감소될 것이다.

기본적으로 근접 기반의 모션 제스처 센서 시스템에서 모션 제스쳐는 근접 센서의 출력 데이터로부터 추출된다. 근접 센서의 출력 데이터의 일예가 도 3에 예시되어 있다. 사용자의 모션 제스쳐에 따라, 출력 데이터는 차이 패턴(different patterns)과 시간 마진(time margine, TM)을 나타내며, 이는 다양한 모션 제스쳐를 추출하는데 사용될 수 있다. 수평 스윕(horizontal swipes)과 푸쉬/풀 제스쳐(push/pull gestures)에 대하여, 출력전압의 기울기와 타임마진이 각각 사용될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 의한 모션 제스처 센싱 모듈은, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 두 개의 광 검출기와 하나의 광원을 갖는 근접 센서로 구성될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 의한 모션 제스처 센싱 모듈은 폼 팩터(FF)가 두 개의 광원을 갖는 종래에 비해 아주 작기 때문에 폼 팩터에 의한 디자인 제약에서 자유로워질 수 있을 것이다. 제안된 본 발명의 일실시예에 의한 모션 제스처 센싱 모듈은 종래의 근접 기반의 모션 제스처 센서 시스템과 마찬가지로 피사체로부터 반사된 적외선 광의 강도를 검출하게 될 것이다. 하지만 타임마진(TM)은 제안된 광학 블록을 사용해 두 개의 광 검출기의 검출가능영역들을 분리함으로써 증가될 것이다.

본 발명에서, 광학블록은 센서칩을 패키징하는 패키징 격벽 자체가 그 역할을 할 수도 있으며, 도 5에서와 같이 추가적인 광학블록을 구성하여 이루어질 수도 있다.

본 발명의 일시시예 의한 모션 제스처 센싱 모듈의 기본적인 배치 형태를 살펴보면, 단일 패키지 상에 있는 두 개의 광 검출기를 포함하며, 광 검출기들의 검출각(field of view, FOV)은 도 6에서와 같이 피사체로부터 반사된 광을 수신할 수 있는 각도로서 정의된다. 도 6에서 θ는 광 검출기의 검출각(FOV)이다. 검출가능 영역 R(채널 R)과 L(채널 L) 그리고 그레이존(gray zone)은 두 광 검출기의 검출각(FOV)에 의해 결정된다. 본 발명의 일실시예에 의한 모션 제스처 센싱 모듈로서, 도 6에서 도시된 것은 두 광 검출기의 검출가능영역 R(채널 R)과 L(채널 L)이 패키지 격벽에 의해 분리되는 경우이다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 검출가능영역 R(채널 R)과 L(채널 L)이 좌우로 분리되어 있음을 알 수 있다.

여기에서 그레이존은 두 광 검출기의 검출각(FOV)이 중첩되는 영역이다. 피사체가 R 영역의 좌측에서 L 영역의 우측으로 움직일 때, 검출은 역 검출(reversed detection)로 불리는 도 3에 보여진 근접 센서 데이터와 반대로 작동한다. 검출가능 영역의 길이(L_D)는 다음의 수학식 1과 같이 정의될 수 있다.

수학식 1

여기에서 h_o는 피사체와 패키지 상단 사이의 높이이고, h_pc는 패키지 상단과 칩 상단 사이의 높이이고, θ_PN은 가까운 패키지 격벽에 의해 제한된 뷰 앵글이고, θ_PF 는 먼 패키지 격벽에 의해 제한된 뷰 앵글이며, L_d는 두 광 검출기 사이의 거리이다. θ_PF와 θ_PN 은 패키지의 크기에 의해 결정되는 상관변수이기 때문에 L_D는 θ_PF를 배제하고 다음의 수학식 2와 같이 재정의될 수 있다.

수학식 2

여기에서 L_PD는 광 검출기와 가까운 패키지 격벽 사이의 거리이다. 피사체의 좌우 스윕(left/right swipe)과 푸쉬/풀 제스쳐(push/pull gesture)가 그레이존 내에서 발생하면 그러한 제스쳐는 검출될 수 없을 것이다. 여기에서 그레이존의 길이 L_GZ는 다음의 수학식 3에 의해 결정될 수 있다.

수학식 3

검출가능 거리 L_D는 피사체가 칩으로부터 멀어질수록 증가하게 되지만, L_D가 수학식 2와 수학식 3으로부터 L_d/L_PD<2에 기인하기 때문에 L_GZ는 증가할 것이다. 피사체가 v_O의 속도로 움직일 때 타임마진(TM)은 다음의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.

수학식 4

두 개의 광원을 채용하는 종래 방식에서, 타임마진(TM)은 두 LED 사이의 거리(통상 수 센티미터)에 비례하게 된다. 제안된 광학 블록을 고려하지 않는다면, 제안된 단일 광원 방식의 타임마진(TM)은 두 개의 광 검출기 사이의 공간(수백 마이크로미터 보다 작은)에서의 방정식으로 산출될 것이며, 종래 모션 제스처 센서 시스템과 비교하여 크게 감소될 것이다.

제안된 배치 형태를 살펴보면, 상술한 기본 배치 형태의 타임마진(TM)을 증가시키기 위하여, 도 7에 도시된 바와 같은 광학 블록이 제안된다. 두 광 검출기의 검출각(FOV)은 광학 블록에 의해 조정되어 검출가능 영역은 증가시키는데 반해 그레이존은 감소시킬 것이다. 이 제안된 배치 형태에서 L_D는 다음의 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.

수학식 5

여기에서 θ_OB는 제안된 광학 블록에 의해 제한된 뷰 앵글이고, θ_PN과 θ_OB는 패키지와 제안된 광학 블록의 높이와 길이에 의해 조절될 수 있다. 그레이존의 길이 L_GZ는 다음의 수학식 6을 통해 얻을 수 있다.

수학식 6

수학식 5로부터 θ_PN과 θ_OB가 서로 독립적이기 때문에, 제안된 구조는 간단히 θ_OB를 증가시킴으로써 L_GZ가 감소하는 동안 L_D를 증가시킬 것이다. 그 결과 두 광 검출기 사이의 작은 공간을 이용해 타임마진을 높이게 된다. 최대 θ_OB는 광학 블록의 높이와 길이의 실제 치수에 의해 제한된다.

적절한 모션 감지를 위해, 최소 θ_OB는 피사체의 최대 허용가능한 높이 h_Omax에서 L_GZ에 의해 결정될 필요가 있다. 이것은 피사체의 길이 보다 작고 다음의 수학식 7과 같이 움직일 것이다.

수학식 7

여기에서 L_O와 ΔL_O는 피사체의 길이와 그것의 움직임을 나타낸다. 수학식 6과 수학식 7로부터 θ_OB의 최소 근사치는 다음의 수학식 8과 같이 추출될 것이다.

수학식 8

제안된 광학 블록의 디자인은 도 8에 묘사되었다. 상기 광학 블록은 패키지 상단 상의 탑프레임(top frame)으로서 형성될 수 있다. 실현가능한 디자인에서는 광학 블록과 보호용 다이의 사이에 갭이 존재할 것이다. 이 갭은 기생 검출각(θ′)을 야기하고 그 결과 영역의 다른 측으로부터 반사된 적외선 광을 받아들일 것이다. 이 기생 검출각을 제거하기 위해 광학 블록의 바닥에 의해 제한된 광 검출기의 뷰 앵글(θ_B)은 먼 패키지 격벽에 의해 제한된 뷰 앵글에 비해 작아야한다. 이 같은 조건은 다음의 수학식 9로 표현될 수 있다.

수학식 9

만약 위 조건이 충족되지 않는다면, 논의된 역 검출은 미리 타임마진(TM)을 감소시킬 수도 있을 것이다.

이하에서는 하나의 광원에서 빛을 방사하고 피사체에서 반사된 빛을 복수의 광 검출기가 수광하도록 하는 방식을 기본으로 하여 본 발명에 따른 모션 제스처 센싱 모듈의 구조에 관한 다양한 실시예들을 다룰 것이다.

특히 본 발명에서는 피사체에 반사되어 광 검출기로 수신되는 빛을 광학 블록을 통해 일부 차단하는 다양한 구조, 다시 말해 광 검출기의 검출각(Field of view, FOV)을 제한하여 각 광 검출기의 검출가능영역을 분리하는 다양한 광학 블록의 구조에 대하여 다양한 실시예들을 설명하게 될 것이다.

먼저 본 발명에 따른 모션 제스처 센싱 모듈은, 빛에너지를 발생시키는 하나의 광원과, 상기 광원으로부터 발생된 빛에너지를 수신해 전기에너지로 변환하는 적어도 두 개 이상의 광 검출기들을 포함하는 광 센서부와, 상기 광 센서부에 대한 수광경로에 개재되어 각 광 검출기의 검출가능영역을 분리할 수 있는 광학 블록을 포함하여 이루어질 수 있다.

여기에서 상기 광학 블록은 피사체에 의해 반사되어 광 검출기에 수광되는 빛을 일부분 차단할 수 있도록 설치되는 구조물로, 결과적으로 각 광 검출기의 검출각(Field of view, FOV)을 제한하여 검출가능영역을 분리하는 역할을 수행할 것이다. 이 광학 블록은 이하의 일부 실시예들에서 설명되는 바와 같이 광 검출기의 수광경로에 설치되어 오직 검출각을 제한하는 용도로만 사용되는 별도의 구조물 형태일 수 있으며, 또한 다른 일부 실시예들에서 설명되는 바와 같이 광 센서부를 내장하고 보호하기 위한 패키지의 일부가 광학 블록의 기능을 수행할 수도 있다. 이들 다양한 실시예들에 대하여는 구체적인 도면과 함께 설명될 것이다.

본 발명의 일실시예에 의한 모션 제스처 센싱 모듈은 광원에서 방사된 빛이 피사체에 반사되어 광 검출기에 수신되는 방식으로 기능하며, 여기에 사용되는 빛은 적외선(infrared ray)인 것이 바람직하다. 하지만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 적외선 외에 자외선(ultraviolet rays), 가시광선(visible light) 등의 빛과 라디오파, 마이크로파, X-선, 음파, 초음파 등도 본 발명의 원리에 따라 채택될 수 있음은 물론이다. 이하의 설명에서는 빛을 적외선으로 하여 설명할 것이나 본 발명이 이에 제한되는 것이 아님은 충분히 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 모션 제스처 센싱 모듈은 피사체에서 반사된 빛을 각각 수광하도록 함으로써 피사체와 모듈 사이의 상대적 움직임을 검출하게 되는데, 이 원리에 따라 모션 제스처 센싱 모듈이 설치된 기기가 움직임을 가지지 않고 피사체에 움직임이 있는 경우와 피사체가 움직임을 가지지 않고 모션 제스처 센싱 모듈이 설치된 기기가 움직임이 있는 경우 모두 상대적 움직임으로서 센싱이 가능하게 될 것이다.

상기 광원은 전기에너지를 빛에너지로 전환하여 발산하는 것으로, 근접하는 피사체를 향하여 빛에너지를 발산할 수 있게 된다.

여기에서 광원은 전류에 의해 빛을 발하는 LED로 구성될 수 있다. 특히 본 발명에서는 해당 LED가 적외선 LED일 수 있으며, 이 경우 적외선 파장대는 840nm 또는 940nm 가 사용될 수 있다. 하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서는 다양한 파장의 빛이 사용될 수 있다.

상기 광 센서부는 빛에너지를 전기에너지로 변환하는 것으로, 상기 광원에서 발산되고 피사체에 의해 반사된 빛에너지를 수광해 전기에너지로 변환하게 된다. 이러한 광 센서부는 적어도 두개 이상의 광 검출기를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 광 검출기는 빛에너지를 전기에너지로 변환하는 포토다이오드로 구성될 수 있다. 특히 본 발명에서는 해당 포토다이오드가 적외선 검출에 적합한 포토다이오드일 수 있다.

상기 광학 블록은 광 검출기의 수광경로에 개재되게 되는데, 광 센서부의 주변에 설치되어 빛의 경로를 일부 차단하는 기능을 수행한다.

특히 광 센서부의 주변에 상기 광학 블록이 설치되는 경우, 해당 광학 블록은 광 센서부 내 광 검출기의 검출각(FOV)을 제한하여 각 광 검출기의 검출가능영역을 분리하는 작용을 할 것이며, 나아가 각 광 검출기의 검출각이 중첩되는 그레이 영역을 감소시키고 반대로 검출가능 영역을 증가시켜서 정확하고 민감한 모션 제스처 센싱이 가능하도록 할 것이다. 다시 말해, 광학 블록은 피사체를 통해 반사되어 광 검출기로 수광되는 빛의 수광경로 중 일부를 차단하는 기능을 한다. 즉, 상기 광학 블록은 각 광 검출기의 일부 수광경로를 차단하도록 설치될 것이다.

또한 광원의 주변에 상기 광학 블록(70)이 설치되는 경우, 해당 광학 블록은 광원의 방사각을 제한하도록 작용할 수도 있다. 다시 말해, 광학 블록은 광원으로부터 방사되는 빛을 일부 차단하는 구조물이 될 수도 있다.

이하에서는 각각의 실시예를 통해 상기 광원, 광 센서부 및 광학 블록의 다양한 구조를 상세하게 설명할 것이다.

각 실시예를 나타내는 도면에서 동일한 사상의 범위 내에서 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.

도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 모션 제스처 센싱 모듈을 도시한 개략 단면도이다.

본 발명에 따른 모션 제스처 센싱 모듈의 제 1 실시예는 단일의 광원(11)이 구비되고, 광 센서부(20)가 두 개 이상의 광 검출기(21)로 구성되며, 이 광 검출기(21)들의 사이에 내벽식 광학 블록(71)이 설치되는 구조를 가진다.

도 9에서는 두 개의 광 검출기(21)와 이들 사이의 하나의 내벽식 광학 블록(71)을 갖는 구성으로 도시되어 단축(Single axis) 방향 움직임 검출에 관한 구성만이 개략적으로 묘사되었지만, 본 발명의 원리가 이에 제한되는 것은 아닌 바, 세 개 이상의 광 검출기(21)와 이들 사이에 설치되는 내벽식 광학 블록(71)을 갖는 구성으로 다축(Multi-Axes) 방향 움직임 검출도 가능함은 물론이다.

여기에서 상기 내벽식 광학 블록(71)은 형태에 따라 일자형 광학 블록(71a), 절곡형 광학 블록(71b) 및 사선형 광학 블록(71c)으로 구성될 수 있다.

먼저 도 9의 (a)를 참조하면, 두 개의 광 검출기(21)들의 사이에는 직립된 형태의 일자형 광학 블록(71a)이 설치된다.

상기 일자형 광학 블록(71a)의 상단 높이는 두 개의 광 검출기(21)에 비해 높게 형성되어 해당 광 검출기(21)의 검출각(FOV, θ)의 일부를 제한하도록 작용할 것이다. 그 결과 두 개의 광 검출기(21)의 검출가능영역을 각각 분리하게 되며, 나아가 각 광 검출기(21)의 검출각(FOV, θ)이 중첩되는 그레이영역은 감소시키고 검출가능영역은 증가하게 될 것이다.

도면을 참조하면, 이 구조하에서 각각의 광 검출기(21)는 빛을 검출할 수 있는 고유의 검출각(θ)을 가지게 되는데, 이들 검출각(θ)의 일측은 상기 일자형 광학 블록(71a)에 의해 제한될 것이다. 따라서 이 같은 일자형 광학 블록(71a)이 없는 경우에 비하여, 양측 광 검출기(21)의 검출각(θ)이 중첩되는 그레이 영역(Gray zone)은 감소하게 되고 반대로 검출가능영역(Detectable zone)은 증가하게 될 것이다. 결국 광 검출기(21)들 사이에 해당 일자형 광학 블록(71a)을 설치함으로써 양측 광 검출기(21)의 검출가능영역을 완전히 분리시키고 그레이 영역(Gray zone)을 감소시킬 수 있어 민감한 움직임도 효과적으로 검출할 수 있게 된다.

여기에서 상기 일자형 광학 블록(71a)의 상단 높이는 그 높이가 높을수록 그레이 영역(Gray zone)을 더 줄일 수 있지만, 해당 모션 제스처 센싱 모듈이 설치될 기반 기기와의 연결구조 및 디자인형태를 고려하여 제한될 수 있을 것이다. 이러한 광학 블록(71a)는 도 8에서와 같이 그 하단이 상기 광 센서부의 상단으로부터 이격되어 형성될 수도 있다.

다음으로 도 9의 (b)를 참조하면, 두 개의 광 검출기(21)의 사이에는 상부에 절곡된 연장부를 가지는 직립된 형태의 절곡형 광학 블록(71b)이 설치된다.

상기 절곡형 광학 블록(71b)은 두 개의 광 검출기(21)의 사이에 설치된 일자형의 베이스에서 상단부가 각각 광 검출기(21)의 방향으로 절곡된 형태를 가지게 되며, 이 절곡된 연장부 부위는 두 개의 광 검출기(21)에 비해 높게 형성되어 해당 광 검출기(21)의 검출각(θ)을 제한하도록 작용할 것이다. 바람직하게는 상기 절곡형 광학 블록(71b)의 상단부에 있는 절곡된 연장부 부위의 말단은 상기 광 검출기(21)의 중심 위치와 대응되게 형성되는 것이 바람직하다.

도면을 참조하면, 이 구조하에서 각각의 광 검출기(21)는 빛을 검출할 수 있는 고유의 검출각(θ)을 가지게 되는데, 이들 검출각(θ)의 일측은 상기 절곡형 광학 블록(71b)에 의해 제한될 것이며, 이로써 각 광 검출기이 검출가능영역을 분리할 수 있게 된다. 또한 검출각(θ)이 중첩되는 그레이 영역(Gray zone)을 절곡형 광학 블록(71b)의 연장부 길이를 조절하여 상당 부분 줄이거나 완전히 없앨 수도 있을 것이다. 따라서 이 같은 절곡형 광학 블록(71b)에 의하여, 양측 광 검출기(21)의 검출각(θ)이 중첩되는 그레이 영역(Gray zone)은 상당 부분 줄어들거나 없어지고 반대로 검출가능 영역(Detectable zone)은 개별적으로 뚜렷하게 나타날 것이다. 결국 광 검출기(21)들 사이에 해당 절곡형 광학 블록(71b)을 설치함으로써 양측 광 검출기(21)의 검출가능영역을 완전히 분리시키고 그레이영역은 감소시키게 되어 민감한 움직임도 효과적으로 검출할 수 있게 된다.

여기에서 상기 절곡형 광학 블록(71b)의 상단에 있는 절곡된 연장부 부위의 길이는 길수록 각각의 검출각(θ)을 더 제한할 수 있지만 검출가능 영역(Detectable zone)이 줄어들게 되므로 해당 모션 제스처 센싱 모듈의 용도나 모션 제스처 센싱 모듈이 설치될 기반 기기의 디자인을 고려하여 제한될 수 있을 것이다.

다음으로 도 9의 (c)를 참조하면, 두 개의 광 검출기(21)의 사이에는 상부로 갈수록 수평 단면적이 커지는 형태의 사선형 광학 블록(71c)이 설치된다.

상기 사선형 광학 블록(71c)은 두 개의 광 검출기(21)의 사이에 설치되며, 상부로 갈수록 수평 단면적이 커져서 양측 광 검출기(21)를 향하는 측면이 상부로 갈수록 넓어져 사선형의 측면을 형성하게 된다. 따라서 이 측면 부위는 해당 광 검출기(21)의 검출각(θ)을 제한하도록 작용할 것이다. 여기에서 상기 사선형 광학 블록(71c)의 상단 높이는 두 개의 광 검출기(21)에 비해 높게 형성되어 해당 광 검출기(21)의 검출각(θ)을 제한하도록 작용할 것이다. 바람직하게는 상기 사선형 광학 블록(71c)의 상단부에 있는 가장 넓은 부위의 말단은 상기 광 검출기(21)의 검출 중심 위치와 대응되게 형성될 수 있다.

도면을 참조하면, 이 구조하에서 각각의 광 검출기(21)는 빛을 검출할 수 있는 고유의 검출각(θ)을 가지게 되는데, 이들 검출각(θ)의 일측은 상기 사선형 광학 블록(71c)에 의해 제한될 것이며, 이들 검출각(θ)이 중첩되는 그레이 영역(Gray zone)을 사선형 광학 블록(71c)의 너비를 조절하여 상당 부분 줄이거나 완전히 없앨 수도 있을 것이다. 따라서 이 같은 사선형 광학 블록(71c)이 없을 경우에 비하여, 양측 광 검출기(21)의 검출각(θ)이 중첩되는 그레이 영역(Gray zone)은 상당 부분 줄어들거나 없어지고 반대로 검출가능 영역(Detectable zone)은 분리되고 증가되어 개별적으로 뚜렷하게 나타날 것이다. 결국 광 검출기(21)들 사이에 해당 사선형 광학 블록(71c)을 설치함으로써 양측 광 검출기(21)의 검출가능영역을 완전히 분리시키고 그레이 영역(Gray zone)을 효과적으로 감소시킬 수 있어 때문에 민감한 움직임 검출이 가능해 진다.

여기에서 상기 사선형 광학 블록(71c)의 상단부에 있는 가장 넓은 부위는 돌출될수록 각각의 검출각(θ)을 더 제한할 수 있지만 검출가능 영역(Detectable zone)이 줄어들게 되므로 해당 모션 제스처 센싱 모듈의 용도나 모션 제스처 센싱 모듈이 설치될 기반 기기의 디자인을 고려하여 제한될 수 있을 것이다.

도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 모션 제스처 센싱 모듈을 도시한 개략 단면도이다.

본 발명에 따른 모션 제스처 센싱 모듈의 제 2 실시예는 단일의 광원(11)이 구비되고, 광 센서부(20)가 두 개 이상의 광 검출기(21)로 구성되며, 이 광 검출기(21)들의 외곽에 각각 외벽식 광학 블록(72)이 설치되는 구조를 가진다.

도 10에서는 두 개의 광 검출기(21)와 이들의 좌우 설치된 외벽식 광학 블록(72)의 구성으로 도시되어 단축(Single axis) 방향 움직임 검출에 관한 구성만이 개략적으로 묘사되었지만, 본 발명의 원리가 이에 제한되는 것은 아닌 바, 세 개 이상의 광 검출기(21)와 이들의 외곽에 설치되는 외벽식 광학 블록(72)을 갖는 구성으로 다축(Multi-Axes) 방향 움직임 검출도 가능함은 물론이다.

여기에서 상기 외벽식 광학 블록(72)은 형태에 따라 일자형 광학 블록(72a), 절곡형 광학 블록(72b) 및 사선형 광학 블록(72c)로 구분될 수 있다.

먼저 도 10의 (a)를 참조하면, 두 개의 광 검출기(21)의 좌우측에는 직립된 형태의 일자형 광학 블록(72a)이 각각 설치된다.

양측 일자형 광학 블록(72a)의 상단 높이는 두 개의 광 검출기(21)에 비해 높게 형성되어 해당 광 검출기(21)의 검출각(θ)을 제한하도록 작용할 것이다.

도면을 참조하면, 좌측(L)의 광 검출기(21)와 우측(R)의 광 검출기(21)는 각각 인접한 일자형 광학 블록(72a)에 의해 제한되는 고유의 검출각(θ)을 가지게 된다. 따라서 양측 광 검출기(21)의 검출각(θ)이 중첩된 부분은 그레이 영역(Gray zone)이 될 것이고, 각 광 검출기(21)는 자신의 위치의 반대편에 자신의 검출가능 영역(Detectable zone)을 갖게 될 것이다. 예컨데, 좌측(L)의 광 검출기(21)는 우측(R)의 광 검출기(21) 측에 자신의 검출가능 영역(Detectable zone(L))을 갖게 되며, 우측(R)의 광 검출기(21)는 좌측(R)의 광 검출기(21) 측에 자신의 검출가능 영역(Detectable zone(R))을 갖게 되는 구조이다.

그 결과 이 같은 좌우측의 일자형 광학 블록(72a)이 없는 경우에 비하여, 양측 광 검출기(21)의 검출각(θ)이 중첩되는 그레이 영역(Gray zone)은 감소하게 되고 반대로 검출가능 영역(Detectable zone)이 분리되어 증가하게 될 것이다. 결국 광 검출기(21)들의 좌우측에 각각 일자형 광학 블록(72a)을 설치함으로써 양측 광 검출기(21)의 검출가능영역이 분리되고 그레이영역이 감소되어 민감한 움직임도 효과적으로 검출해 낼 수 있게 된다.

여기에서 상기 일자형 광학 블록(72a)의 상단 높이는 그 높이가 높을수록 그레이 영역(Gray zone)을 더 줄일 수 있지만 검출가능영역도 줄어들게 되어, 해당 모션 제스처 센싱 모듈이 설치될 기반 기기와의 연결구조 및 디자인형태를 고려하여 제한될 수 있을 것이다.

다음으로 도 10의 (b)를 참조하면, 두 개의 광 검출기(21)의 좌우측에는 상부에 절곡된 연장부를 가지는 직립된 형태의 절곡형 광학 블록(72b)이 각각 설치된다.

양측 절곡형 광학 블록(72b)은 일자형의 베이스에서 상단부가 각각 내측(광 검출기측)의 방향으로 절곡된 형태를 가지게 되며, 이 절곡된 연장부 부위는 두 개의 광 검출기(21)에 비해 높게 형성되어 해당 광 검출기(21)의 검출각(θ)을 제한하도록 작용할 것이다. 바람직하게는 상기 절곡형 광학 블록(72b)의 상단부에 있는 절곡된 연장부 부위의 말단은 인접한 광 검출기(21)의 검출 중심 위치와 대응되게 형성되는 것이 바람직하다.

도면을 참조하면, 좌측(L)의 광 검출기(21)와 우측(R)의 광 검출기(21)는 각각 인접한 절곡형 광학 블록(72b)에 의해 제한되는 고유의 검출각(θ)을 가지게 된다. 따라서 양측 광 검출기(21)의 검출각(θ)이 중첩된 부분은 그레이 영역(Gray zone)이 될 것이고, 각 광 검출기(21)는 자신의 상대적 위치의 반대편에 자신의 검출가능 영역(Detectable zone)을 갖게 될 것이다. 예컨데, 좌측(L)의 광 검출기(21)는 우측(R)의 광 검출기(21) 측에 자신의 검출가능 영역(Detectable zone(L))을 갖게 되며, 우측(R)의 광 검출기(21)는 좌측(R)의 광 검출기(21) 측에 자신의 검출가능 영역(Detectable zone(R))을 갖게 되는 구조이다.

그 결과 이 같은 좌우측의 절곡형 광학 블록(72b)이 없는 경우에 비하여, 양측 광 검출기(21)의 검출각(θ)이 중첩되는 그레이 영역(Gray zone)은 감소하게 되고 반대로 검출가능 영역(Detectable zone)은 분리되어 증가하게 될 것이다. 결국 광 검출기(21)들의 좌우측에 각각 절곡형 광학 블록(72b)을 설치함으로써 양측 광 검출기(21)의 검출가능영역이 분리되고 그레이영역이 감소되어 민감한 움직임도 효과적으로 검출해 낼 수 있게 된다.

여기에서 상기 절곡형 광학 블록(72b)의 상단에 있는 절곡된 연장부 부위의 길이는 길수록 그레이영역(Gray zone)은 감소할 수 있지만 검출가능 영역(Detectable zone)이 줄어들게 되므로 해당 모션 제스처 센싱 모듈의 용도나 모션 제스처 센싱 모듈이 설치될 기반 기기의 디자인을 고려하여 제한될 수 있을 것이다.

다음으로 도 10의 (c)를 참조하면, 두 개의 광 검출기(21)의 좌우측에는 상부로 갈수록 수평 단면적이 커지는 형태의 사선형 광학 블록(72c)이 각각 설치된다.

양측 사선형 광학 블록(72c)은 상부로 갈수록 수평 단면적이 커져서 내측(광 검출기측)의 방향으로 향하는 측면이 상부로 갈수록 넓어져 사선형의 측면을 형성하게 된다. 따라서 이 측면 부위는 해당 광 검출기(21)의 검출각(θ)을 제한하도록 작용할 것이다. 바람직하게는 상기 사선형 광학 블록(72c)의 상단부에 있는 가장 넓은 부위는 상기 광 검출기(21)의 중심 위치와 대응되게 형성되는 것이 바람직하다.

도면을 참조하면, 좌측(L)의 광 검출기(21)와 우측(R)의 광 검출기(21)는 각각 인접한 사선형 광학 블록(72c)에 의해 제한되는 고유의 검출각(θ)을 가지게 된다. 따라서 양측 광 검출기(21)의 검출각(θ)이 중첩된 부분은 그레이 영역(Gray zone)이 될 것이고, 각 광 검출기(21)는 자신의 상대적 위치의 반대편에 자신의 검출가능 영역(Detectable zone)을 갖게 될 것이다. 예컨데, 좌측(L)의 광 검출기(21)는 우측(R)의 광 검출기(21) 측에 자신의 검출가능 영역(Detectable zone(L))을 갖게 되며, 우측(R)의 광 검출기(21)는 좌측(R)의 광 검출기(21) 측에 자신의 검출가능 영역(Detectable zone(R))을 갖게 되는 구조이다.

그 결과 이 같은 좌우측의 사선형 광학 블록(72c)이 없는 경우에 비하여, 양측 광 검출기(21)의 검출각(θ)이 중첩되는 그레이 영역(Gray zone)은 감소하게 되고 반대로 검출가능 영역(Detectable zone)은 분리되어 증가하게 될 것이다. 결국 광 검출기(21)들의 좌우측에 각각 사선형 광학 블록(72c)을 설치함으로써 양측 광 검출기(21)의 검출가능영역이 분리되고 그레이영역이 감소되어 민감한 움직임도 효과적으로 검출해 낼 수 있게 된다.

여기에서 상기 사선형 광학 블록(72c)의 상단부에 있는 가장 넓은 부위는 돌출될수록 그레이영역(Gray zone)은 감소될 수 있지만 검출가능 영역(Detectable zone)이 줄어들게 되므로 해당 모션 제스처 센싱 모듈의 용도나 모션 제스처 센싱 모듈이 설치될 기반 기기의 디자인을 고려하여 제한될 수 있을 것이다.

도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 모션 제스처 센싱 모듈을 도시한 개략 단면도이다.

본 발명에 따른 모션 제스처 센싱 모듈의 제 3 실시예는 단일의 광원(11)이 구비되고, 광 센서부(20)가 두 개 이상의 광 검출기(21)를 구비한 하나의 광 센서 칩(22)으로 구성되며, 이 광 센서 칩(22)에서 광 검출기(21)들 사이에 내벽식 광학 블록(71)이 설치되는 구조를 가진다. 그리고 상기 광원(11)과 광 센서 칩(22)은 패키징되어 패키지 격벽에 의해 구획되게 된다.

여기에서 상기 패키지(80)는 상기 광원(11)과 광 센서 칩(22)이 안착되는 바닥부(81)와, 상기 광 센서 칩(22)의 설치영역을 구획하기 위해 광 센서 칩(22)의 외곽에 각각 돌출되는 센서 구획 격벽(82)과, 상기 광원(11)의 설치영역을 구획하기 위해 돌출되는 광원 구획 격벽(83)으로 구성될 수 있다.

도 11에서는 두 개의 광 검출기(21)와 이들 사이의 하나의 내벽식 광학 블록(71) 그리고 광원 및 광 센서부를 실장하기 위한 패키지(80)로 도시되어 단축(Single axis) 방향 움직임 검출에 관한 구성만이 개략적으로 묘사되었지만, 본 발명의 원리가 이에 제한되는 것은 아닌 바, 세 개 이상의 광 검출기(21)와 이들 사이에 설치되는 내벽식 광학 블록(71) 그리고 이들을 구획하기 위한 패키지(80)로 구성되어 다축(Multi-Axes) 방향 움직임 검출도 가능함은 물론이다.

여기에서 상기 내벽식 광학 블록(71)은 형태에 따라 일자형 광학 블록(71a), 절곡형 광학 블록(71b) 및 사선형 광학 블록(71c)로 구분될 수 있다.

먼저 도 11의 (a)를 참조하면, 격벽(82)에 의해 구획된 패키지(80)의 바닥부(81)에는 광 센서 칩(22)이 안착되고, 격벽(83)에 의해 구획된 패키지(80)의 바닥부(81)에는 광원(11)이 안착되며, 상기 광 센서 칩(22) 상에서 두 개의 광 검출기(21)들 사이에는 한 개의 일자형 광학 블록(71a)이 설치된다.

상기 일자형 광학 블록(71a)의 상단 높이는 광 센서 칩(22)의 두 개의 광 검출기(21)에 비해 높게 형성되어 해당 광 검출기(21)의 검출각(θ)을 제한하도록 작용할 것이다.

도면을 참조하면, 이 구조하에서 광 센서 칩(22)의 각각의 광 검출기(21)는 빛을 검출할 수 있는 고유의 검출각(θ)을 가지게 되는데, 이들 검출각(θ)의 일측은 상기 일자형 광학 블록(71a)에 의해 제한될 것이다. 따라서 이 같은 일자형 광학 블록(71a)이 없는 경우에 비하여, 양측 광 검출기(21)의 검출각(θ)이 중첩되는 그레이 영역(Gray zone)은 감소하게 되고 반대로 검출가능 영역(Detectable zone)은 증가하게 될 것이다. 결국 광 검출기(21)들 사이에 해당 일자형 광학 블록(71a)을 설치함으로써 양측 광 검출기(21)의 검출가능영역이 분리되고 증가되며 반대로 그레이영역은 감소되어 민감한 움직임도 효과적으로 검출될 수 있게 된다.

여기에서 상기 일자형 광학 블록(71a)의 상단 높이는 그 높이가 높을수록 그레이 영역(Gray zone)을 더 줄일 수 있지만, 해당 모션 제스처 센싱 모듈이 설치될 기기와의 연결구조 및 디자인형태를 고려하여 제한될 수 있을 것이다. 바람직하게는 일자형 광학 블록(71a)의 상단 높이는 상기 센서 구획 격벽(82)의 상단 높이와 맞추어지는 것이 바람직하다.

다음으로 도 11의 (b)를 참조하면, 격벽(82)에 의해 구획된 패키지(80)의 바닥부(81)에는 광 센서 칩(22)이 안착되고, 격벽(83)에 의해 구획된 패키지(80)의 바닥부(81)에는 광원(11)이 안착되며, 상기 광 센서 칩(22) 상에서 두 개의 광 검출기(21)들 사이에는 한 개의 절곡형 광학 블록(71b)이 설치된다.

상기 절곡형 광학 블록(71b)은 광 센서 칩(22)의 두 개의 광 검출기(21)의 사이에 설치된 일자형의 베이스에서 상단부가 각각 광 검출기(21)의 방향으로 절곡된 형태를 가지게 되며, 이 절곡된 연장부 부위는 두 개의 광 검출기(21)에 비해 높게 형성되어 해당 광 검출기(21)의 검출각(θ)을 제한하도록 작용할 것이다. 바람직하게는 상기 절곡형 광학 블록(71b)의 상단부에 있는 절곡된 연장부 부위의 말단은 상기 광 검출기(21)의 중심 위치와 대응되게 형성될 수 있다.

도면을 참조하면, 이 구조하에서 각각의 광 검출기(21)는 빛을 검출할 수 있는 고유의 검출각(θ)을 가지게 되는데, 이들 검출각(θ)의 일측은 상기 절곡형 광학 블록(71b)에 의해 제한될 것이며, 이들 검출각(θ)이 중첩되는 그레이 영역(Gray zone)을 절곡형 광학 블록(71b)의 연장부 길이를 조절하여 상당 부분 줄이거나 완전히 없앨 수도 있을 것이다. 따라서 이 같은 절곡형 광학 블록(71b)이 없을 경우에 비하여, 양측 광 검출기(21)의 검출각(θ)이 중첩되는 그레이 영역(Gray zone)은 상당 부분 줄어들거나 없어지고 반대로 검출가능 영역(Detectable zone)은 분리되어 증가하게 될 것이다. 결국 광 센서 칩(22)의 광 검출기(21)들 사이에 해당 절곡형 광학 블록(71b)을 설치함으로써 양측 광 검출기(21)의 검출가능영역을 완전히 분리시키기고 그레이영역은 감소시키게 되어 민감한 움직임도 효과적으로 검출할 수 있게 된다.

여기에서 상기 절곡형 광학 블록(71b)의 상단에 있는 절곡된 연장부 부위의 길이는 길수록 각각의 검출각(θ)을 더 제한할 수 있지만 검출가능 영역(Detectable zone)이 줄어들게 되므로 해당 모션 제스처 센싱 모듈의 용도나 모션 제스처 센싱 모듈이 설치될 기반 기기의 디자인을 고려하여 제한될 수 있을 것이다. 바람직하게는 절곡형 광학 블록(71b)의 상단 높이는 상기 센서 구획 격벽(82)의 상단 높이와 맞추어지는 것이 좋다.

다음으로 도 11의 (c)를 참조하면, 격벽(82)에 의해 구획된 패키지(80)의 바닥부(81)에는 광 센서 칩(22)이 안착되고, 격벽(83)에 의해 구획된 패키지(80)의 바닥부(81)에는 광원(11)이 안착되며, 상기 광 센서 칩(22) 상에서 두 개의 광 검출기(21)들 사이에는 한 개의 사선형 광학 블록(71c)이 설치된다.

상기 사선형 광학 블록(71c)은 광 센서 칩(22)의 두 개의 광 검출기(21)의 사이에 설치되며, 상부로 갈수록 수평 단면적이 커져서 양측 광 검출기(21)를 향하는 측면이 상부로 갈수록 돌출되어 사선형의 측면을 형성하게 된다. 따라서 이 측면 부위는 해당 광 검출기(21)의 검출각(θ)을 제한하도록 작용할 것이다. 바람직하게는 상기 사선형 광학 블록(71c)의 상단부에 있는 가장 돌출된 부위는 광 센서 칩(22)의 상기 광 검출기(21)의 중심 위치와 대응되게 형성될 수 있다.

도면을 참조하면, 이 구조하에서 각각의 광 검출기(21)는 빛을 검출할 수 있는 고유의 검출각(θ)을 가지게 되는데, 이들 검출각(θ)의 일측은 상기 사선형 광학 블록(71c)에 의해 제한될 것이며, 이들 검출각(θ)이 중첩되는 그레이 영역(Gray zone)을 사선형 광학 블록(71c)의 너비를 조절하여 상당 부분 줄이거나 완전히 없앨 수도 있을 것이다. 따라서 이 같은 사선형 광학 블록(71c)이 없을 경우에 비하여, 양측 광 검출기(21)의 검출각(θ)이 중첩되는 그레이 영역(Gray zone)은 상당 부분 줄어들거나 없어지고 반대로 검출가능 영역(Detectable zone)은 분리되어 증가하게 된다. 결국 광 센서 칩(22)의 광 검출기(21)들 사이에 해당 사선형 광학 블록(71c)을 설치함으로써 양측 광 검출기(21)의 검출가능영역을 완전히 분리시키기고 그레이영역은 감소시키게 되어 민감한 움직임도 효과적으로 검출할 수 있게 된다.

여기에서 상기 사선형 광학 블록(71c)의 상단부에 있는 가장 넓은 부위는 돌출될수록 각각의 검출각(θ)을 더 제한할 수 있지만 검출가능 영역(Detectable zone)이 줄어들게 되므로 해당 모션 제스처 센싱 모듈의 용도나 모션 제스처 센싱 모듈이 설치될 기반 기기의 디자인을 고려하여 제한될 수 있을 것이다. 바람직하게는 사선형 광학 블록(71c)의 상단 높이는 상기 센서 구획 격벽(82)의 상단 높이와 맞추어지는 것이 좋다.

도 12 및 도 13는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 모션 제스처 센싱 모듈을 도시한 개략 단면도이다.

본 발명에 따른 모션 제스처 센싱 모듈의 제 4 실시예는 단일의 광원(11)으로 구비되고, 광 센서부(20)가 두 개 이상의 광 검출기(21)를 구비한 하나의 광 센서 칩(22)으로 구성되며, 상기 광원(11)과 광 센서 칩(22)이 안착되는 패키지(80)는 그 자체가 광 검출기(21)의 검출각(θ)을 제한하도록 작용하게 된다.

즉, 상기 패키지(80)는 상기 광원(11)과 광 센서 칩(22)이 안착되는 바닥부(81)와, 상기 광 센서 칩(22)의 설치영역을 구획하기 위해 광 센서 칩(22)의 외곽에 각각 돌출되며 광 검출기(21)의 검출각(FOV, θ)을 제한하는 센서 구획 격벽(82)과, 상기 광원(11)의 설치영역을 구획하기 위해 돌출되는 광원 구획 격벽(83)으로 구성될 수 있다.

도 12 및 도 13에서는 두 개의 광 검출기(21)가 구비된 광 센서 칩(22)과 이를 구획하기 위한 패키지(80)의 구성으로 도시되어 단축(Single axis) 방향 움직임 검출 구성만이 개략적으로 묘사되었지만, 본 발명의 원리가 이에 제한되는 것은 아닌 바, 세 개 이상의 광 검출기(21)가 구비된 광 센서 칩(22)과 이를 구획하기 위한 패키지(80)로 구성되어 다축(Multi-Axes) 방향 움직임 검출도 가능함은 물론이다.

여기에서 상기 센서 구획 격벽(82)은 형태에 따라 일자형 격벽(82a), 절곡형 격벽(82b), 사선형 격벽(82c) 및 상부 격벽(82d)로 구분될 수 있다.

먼저 도 12의 (a)를 참조하면, 일자형 격벽(82a)에 의해 구획된 패키지(80)의 바닥부(81)에는 광 센서 칩(22)이 안착되고, 광원 구획 격벽(83)에 의해 구획된 패키지(80)의 바닥부(81)에는 광원(11)이 안착되며, 상기 광 센서 칩(22)에는 두 개의 광 검출기(21)들이 구비된다.

상기 일자형 격벽(82a)의 상단 높이는 광 센서 칩(22)의 두 개의 광 검출기(21)에 비해 높게 형성되어 해당 광 검출기(21)의 검출각(FOV, θ)을 제한하도록 작용할 것이다.

도면을 참조하면, 좌측(L)의 광 검출기(21)와 우측(R)의 광 검출기(21)는 각각 인접한 일자형 격벽(82a)에 의해 제한되는 고유의 검출각(θ)을 가지게 된다. 따라서 양측 광 검출기(21)의 검출각(θ)이 중첩된 부분은 그레이 영역(Gray zone)이 될 것이고, 각 광 검출기(21)는 자신의 상대적 위치의 반대편에 자신의 검출가능 영역(Detectable zone)을 갖게 될 것이다. 예컨데, 좌측(L)의 광 검출기(21)는 우측(R)의 광 검출기(21) 측에 자신의 검출가능 영역(Detectable zone(L))을 갖게 되며, 우측(R)의 광 검출기(21)는 좌측(R)의 광 검출기(21) 측에 자신의 검출가능 영역(Detectable zone(R))을 갖게 되는 구조이다.

그 결과 이 같은 좌우측의 일자형 격벽(82a)이 없는 경우에 비하여, 양측 광 검출기(21)의 검출각(θ)이 중첩되는 그레이 영역(Gray zone)은 감소하게 되고 반대로 검출가능 영역(Detectable zone)은 분리되어 증가하게 될 것이다. 결국 광 센서 칩(22)의 광 검출기(21)들의 좌우측에 각각 일자형 격벽(82a)을 위치시킴으로써 양측 광 검출기(21)의 검출가능영역이 분리되기 때문에 효과적인 움직임 검출이 가능해 진다.

여기에서 상기 일자형 격벽(82a)의 상단 높이는 그 높이가 높을수록 그레이 영역(Gray zone)을 더 줄일 수 있지만 검출가능영역(detectable zone)도 줄어들게 되어 해당 모션 제스처 센싱 모듈이 설치될 기반 기기와의 연결구조 및 디자인형태를 고려하여 제한될 수 있을 것이다.

그리고 별도의 광학 블록을 따로 설치하지 않고 일자형 격벽(82a)을 구비한 패키지 구조만으로 광 검출기의 검출각(θ)을 조절할 수 있어서 전체적인 견고성이 뛰어나고 제작비용이 감소되며 소형화가 가능하게 되는 효과도 거둘 수 있게 된다.

다음으로 도 12의 (b)를 참조하면, 절곡형 격벽(82b)에 의해 구획된 패키지(80)의 바닥부(81)에는 광 센서 칩(22)이 안착되고, 광원 구획 격벽(83)에 의해 구획된 패키지(80)의 바닥부(81)에는 광원(11)이 안착되며, 상기 광 센서 칩(22)에는 두 개의 광 검출기(21)들이 구비된다.

양측 절곡형 격벽(82b)은 일자형의 베이스에서 상단부가 각각 내측(광 검출기측)의 방향으로 절곡된 형태를 가지게 되며, 이 절곡된 연장부 부위는 광 센서 칩(22)의 두 개의 광 검출기(21)에 비해 높게 형성되어 해당 광 검출기(21)의 검출각(θ)을 제한하도록 작용할 것이다. 바람직하게는 상기 절곡형 격벽(82b)의 상단부에 있는 절곡된 연장부 부위의 말단은 인접한 광 검출기(21)의 중심 위치와 대응되게 형성될 수 있다.

도면을 참조하면, 좌측(L)의 광 검출기(21)와 우측(R)의 광 검출기(21)는 각각 인접한 절곡형 격벽(82b)에 의해 제한되는 고유의 검출각(θ)을 가지게 된다. 따라서 양측 광 검출기(21)의 검출각(θ)이 중첩된 부분은 그레이 영역(Gray zone)이 될 것이고, 각 광 검출기(21)는 자신의 상대적 위치의 반대편에 자신의 검출가능 영역(Detectable zone)을 갖게 될 것이다. 예컨데, 좌측(L)의 광 검출기(21)는 우측(R)의 광 검출기(21) 측에 자신의 검출가능 영역(Detectable zone(L))을 갖게 되며, 우측(R)의 광 검출기(21)는 좌측(R)의 광 검출기(21) 측에 자신의 검출가능 영역(Detectable zone(R))을 갖게 되는 구조이다.

그 결과 이 같은 좌우측의 절곡형 격벽(82b)이 없는 경우에 비하여, 양측 광 검출기(21)의 검출각(θ)이 중첩되는 그레이 영역(Gray zone)은 감소하게 되고 반대로 검출가능 영역(Detectable zone)은 증가하게 될 것이다. 결국 광 검출기(21)들의 좌우측에 각각 절곡형 격벽(82b)을 위치시킴으로써 양측 광 검출기(21)의 검출가능영역이 증가되고 그레이영역이 감소되어 민감한 움직임도 효과적으로 검출할 수 있게 된다.

여기에서 상기 절곡형 격벽(82b)의 상단에 있는 절곡된 연장부 부위의 길이는 길수록 그레이영역(Gray zone)은 감소되지만 검출가능 영역(Detectable zone)도 줄어들게 되므로 해당 모션 제스처 센싱 모듈의 용도나 모션 제스처 센싱 모듈이 설치될 기반 기기의 디자인을 고려하여 제한될 수 있을 것이다.

그리고 별도의 광학 블록을 따로 설치하지 않고 절곡형 격벽(82b)을 구비한 패키지 구조만으로 광 검출기의 검출각(θ)을 조절할 수 있어서 전체적인 견고성이 뛰어나고 제작비용이 감소되며 소형화가 가능하게 되는 효과도 거둘 수 있게 된다.

다음으로 도 13의 (c)를 참조하면, 사선형 격벽(82c)에 의해 구획된 패키지(80)의 바닥부(81)에는 광 센서 칩(22)이 안착되고, 광원 구획 격벽(83)에 의해 구획된 패키지(80)의 바닥부(81)에는 광원(11)이 안착되며, 상기 광 센서 칩(22)에는 두 개의 광 검출기(21)들이 구비된다.

양측 사선형 격벽(82c)은 상부로 갈수록 수평 단면적이 커져서 내측(광 검출기측)의 방향으로 향하는 측면이 상부로 갈수록 넓어져 사선형의 측면을 형성하게 된다. 따라서 이 측면 부위는 해당 광 검출기(21)의 검출각(θ)을 제한하도록 작용할 것이다. 바람직하게는 상기 사선형 격벽(82c)의 상단부에 있는 가장 넓은 부위는 상기 광 검출기(21)의 중심 위치와 대응되게 형성될 수 있다.

도면을 참조하면, 좌측(L)의 광 검출기(21)와 우측(R)의 광 검출기(21)는 각각 인접한 사선형 격벽(82c)에 의해 제한되는 고유의 검출각(θ)을 가지게 된다. 따라서 양측 광 검출기(21)의 검출각(θ)이 중첩된 부분은 그레이 영역(Gray zone)이 될 것이고, 각 광 검출기(21)는 자신의 상대적 위치의 반대편에 자신의 검출가능 영역(Detectable zone)을 갖게 될 것이다. 예컨데, 좌측(L)의 광 검출기(21)는 우측(R)의 광 검출기(21) 측에 자신의 검출가능 영역(Detectable zone(L))을 갖게 되며, 우측(R)의 광 검출기(21)는 좌측(R)의 광 검출기(21) 측에 자신의 검출가능 영역(Detectable zone(R))을 갖게 되는 구조이다.

그 결과 이 같은 좌우측의 사선형 격벽(82c)이 없는 경우에 비하여, 양측 광 검출기(21)의 검출각(θ)이 중첩되는 그레이 영역(Gray zone)은 감소하게 되고 반대로 검출가능 영역(Detectable zone)은 증가하게 될 것이다. 결국 광 검출기(21)들의 좌우측에 각각 사선형 격벽(82c)을 위치시킴으로써 양측 광 검출기(21)의 검출가능영역이 증가되고 그레이영역이 감소되어 민감한 움직임도 효과적으로 검출할 수 있게 된다.

여기에서 상기 사선형 격벽(82c)의 상단부에 있는 가장 넓은 부위는 돌출될수록 그레이영역(Gray zone)을 감소시킬 수 있지만 검출가능 영역(Detectable zone)도 줄어들게 되므로 해당 모션 제스처 센싱 모듈의 용도나 모션 제스처 센싱 모듈이 설치될 기반 기기의 디자인을 고려하여 제한될 수 있을 것이다.

그리고 별도의 광학 블록을 따로 설치하지 않고 사선형 격벽(82c)을 구비한 패키지 구조만으로 광 검출기의 검출각(θ)을 조절할 수 있어서 전체적인 견고성이 뛰어나고 제작비용이 감소되며 소형화가 가능하게 되는 효과도 거둘 수 있게 된다.

다음으로 도 13의 (d)를 참조하면, 일자형 격벽(82a)에 의해 구획된 패키지(80)의 바닥부(81)에는 광 센서 칩(22)이 안착되고, 광원 구획 격벽(83)에 의해 구획된 패키지(80)의 바닥부(81)에는 광원(11)이 안착되며, 상기 광 센서 칩(22)에는 두 개의 광 검출기(21)들이 구비된다. 그리고 이 패키지(80)에서 광 센서 칩(22)이 안착되는 영역의 상부는 광 수용홀을 가지는 상부 격벽(82d)에 의해 폐쇄되게 된다.

여기에서 상기 상부 격벽(82d)은 광 센서 칩(22)이 내장된 상태에서 광 센서 칩(22)의 상부를 폐쇄하는 구성으로, 광 센서 칩(22)의 위치와 대응되는 부분에 광 수용홀(82e)이 형성된다.

여기에서 상부 격벽(82d)은 해당 광 센서 칩(22) 내 광 검출기(21)들의 검출각(θ)을 제한하도록 작용할 것이다.

도면을 참조하면, 좌측(L)의 광 검출기(21)와 우측(R)의 광 검출기(21)는 각각 상부 격벽(82d)에 의해 제한되는 고유의 검출각(θ)을 가지게 된다. 이들 검출각(θ)이 중첩되는 그레이 영역(Gray zone)은 상부 격벽(82d)의 크기를 조절하여 상당 부분 줄이거나 완전히 없앨 수도 있을 것이다. 따라서 이 같은 상부 격벽(82d)이 없을 경우에 비하여, 양측 광 검출기(21)의 검출각(θ)이 중첩되는 그레이 영역(Gray zone)은 상당 부분 줄어들거나 없어지고 반대로 검출가능 영역(Detectable zone)은 분리되어 증가하게 될 것이다. 결국 광 센서 칩(22)의 광 검출기(21)들 위에 해당 상부 격벽(82d)을 설치함으로써 양측 광 검출기(21)의 검출가능영역이 증가되고 그레이영역이 감소되어 민감한 움직임도 효과적으로 검출할 수 있게 된다.

이러한 구조는 별도의 광학 블록을 따로 설치하지 않고 상부 격벽(82d)을 구비한 패키지 구조만으로 광 검출기의 검출각(θ)을 조절할 수 있어서 전체적인 견고성이 뛰어나고 제작비용이 감소되며 소형화가 가능하게 되는 효과도 거둘 수 있게 된다.

한편 전술한 실시예에서는 두 개의 광 검출기(21)들을 통해 단축(Single axis) 방향으로 이동하는 피사체의 모션 제스쳐를 감지하는 구성이 도시되고 설명되었으나, 이미 언급한 바와 같이 본 발명의 원리에 따르면 적어도 세 개 이상의 광 검출기(21)들을 배치하여 다축(Multi-Axes) 방향의 움직임을 검출할 수 있음은 물론이다.

먼저 상술한 제 1 실시예(도 9 참조) 및 제 3 실시예(도 11 참조)와 같이 광 검출기(21)의 사이에 내벽식 광학 블록(71)이 설치되는 경우 도 14의 (a)나 도 14의 (b)와 같이 해당 내벽식 광학 블록(71)을 십자형(cross-shaped)으로 형성하여 광 검출기(21)들을 구획시키는 형태를 취할 수 있다.

도 14을 참조하면, 대략 사각형의 형상을 가진 광 센서 칩(22)에서 4분면의 3군데 또는 4군데 위치에 각각 광 검출기(21)를 설치하게 되며, 십자형으로 형성된 내벽식 광학 블록(71)은 해당 광 센서 칩(22)을 4 등분하게 배치하게 된다.

십자형으로 형성된 내벽식 광학 블록(71)의 상단 높이는 광 센서 칩(22)의 광 검출기(21)에 비해 높게 형성되어 각 광 검출기(21)의 검출각(θ)을 제한하도록 작용할 것이다.

이러한 구조에서 도 14의 (a)와 같이 세 개의 광 검출기가 구성되는 경우, 제 1 광 검출기(21a)는 십자형으로 형성된 내벽식 광학 블록(71)에 의해 검출각(θ)이 좌하측으로 조정되며 이에 따라 모션 제스처 센싱 모듈의 좌측 및 하측 공간에 대하여 이동하는 피사체의 모션 제스쳐를 감지할 수 있게 된다. 그리고 제 2 광 검출기(21b)는 십자형으로 형성된 내벽식 광학 블록(71)에 의해 검출각(θ)이 우하측 으로 조정되며 이에 따라 모션 제스처 센싱 모듈의 우측 및 하측 공간에 대하여 이동하는 피사체의 모션 제스쳐를 감지할 수 있게 된다. 그리고 제 3 광 검출기(21c)는 십자형으로 형성된 내벽식 광학 블록(71)에 의해 검출각(θ)이 우상측으로 조정되며 이에 따라 모션 제스처 센싱 모듈의 우측 및 상측 공간에 대하여 이동하는 피사체의 모션 제스쳐를 감지할 수 있게 된다.

전체적으로, 상기 제 1 광 검출기(21a)와 제 2 광 검출기(21b)를 통해 피사체의 좌우 움직임을 감지할 수 있으며, 상기 제 3 광 검출기(21c)와 제 2 광 검출기(21b)를 통해 피사체의 상하 움직임을 감지할 수 있어, 결국 다축(Multi-Axes) 방향으로 이동하는 피사체의 모션 제스쳐를 모두 구분하여 감지할 수 있게 되는 것이다. 특히 십자형으로 형성된 내벽식 광학 블록(71)에 의해 각 광 검출기의 검출가능영역이 분리되고 그레이영역이 감소되어 보다 민감한 모션 제스쳐 감지가 가능하게 된다.

또한 도 14의 (b)와 같이 4 개의 광 검출기가 구성되는 경우, 좌우로 나란한 두 개의 검출기(예컨데, 21a 와 21b, 21c 와 21d)를 통해 좌우 공간에 대하여 이동하는 피사체의 모션 제스쳐를 감지하게 할 수 있다. 또한 상하로 나란한 두 개의 검출기(예컨데, 21a 와 21c, 21b 와 21d)를 통해 상하 공간에 대하여 이동하는 피사체의 모션 제스쳐를 감지하게 할 수 있을 것이다.

여기에서 도 14에서는 상술한 십자형으로 형성된 내벽식 광학 블록(71)이 일자형 광학 블록(71a)의 형태로 도시되었지만, 전술한 절곡형 광학 블록(71b) 및 사선형 광학 블록(71c)의 형태도 가능함은 물론이다.

한편 도 15는 도 12의 (d)를 통해 설명한 상부 격벽(82d) 및 광 수용홀(82e)의 다양한 형태와 이에 따른 광 검출기의 배치 예를 설명하기 위한 도면이다. 이때 상부 격벽(82d)는 광 검출기(21a, 21b, 21c)로 이루어진 광 센서부의 외곽을 둘러싸는 격벽과 연결되어 광 센서부를 덮는 커버가 될 수도 있다. 이때 상기 커버는 적어도 하나 이상의 광 수용홀이 형성되게 된다. 광 수용홀이 형성된 커버는 각 광 검출기의 일부는 덮히고 일부는 광 수용홀에 의해 노출되는 형태로 이루어지는 것이 바람직하며, 도 15에서와 같이 광 수용홀의 경계는 각 광 검출기(21a, 21b, 21c, 21d)의 중앙에 위치하도록 이루어지는 것이 보다 바람직하다.

먼저 도 15의 (a)를 참조하면 광 검출기는 세 개의 광 검출기(21a, 21b, 21c)로 구성되어 있으며, 상부 격벽(82d)에는 세 개의 광 수용홀(82e)이 형성되어 있다. 여기에서 세 개의 광 수용홀(82e)은 제 1 광 검출기(21a)의 좌하측 부위와, 제 2 광 검출기(21b)의 우하측 부위와, 제 3 광 검출기(21b)의 우상측 부위를 개방시켜 해당 광 검출기들이 개방된 부위를 통해 빛을 검출할 수 있도록 구성된다.

따라서 상기 제 1 광 검출기(21a)와 제 2 광 검출기(21b)를 통해 좌우 공간에 대하여 이동하는 피사체의 모션 제스쳐를 감지하게 할 수 있게 되고, 제 3 광 검출기(21c)와 제 2 광 검출기(21b)를 통해 상하 공간에 대하여 이동하는 피사체의 모션 제스쳐를 감지하게 할 수 있다.

다음으로 도 15의 (b)를 참조하면 광 검출기는 4 개의 광 검출기(21a, 21b, 21c, 21d)로 구성되어 있으며, 상부 격벽(82d)에는 세 개의 광 수용홀(82e)이 형성되어 있다. 여기에서 세 개의 광 수용홀(82e)은 제 1 광 검출기(21a)의 좌측 부위와, 제 2 광 검출기(21b)의 우측 부위와, 제 3 광 검출기(21b)의 상측 부위와, 제 4 광 검출기(21d)의 하측 부위를 개방시켜 해당 광 검출기들이 개방된 부위를 통해 빛을 검출할 수 있도록 구성된다.

따라서 상기 제 1 광 검출기(21a)와 제 2 광 검출기(21b)를 통해 좌우 공간에 대하여 이동하는 피사체의 모션 제스쳐를 감지하게 할 수 있게 되고, 제 3 광 검출기(21c)와 제 4 광 검출기(21d)를 통해 상하 공간에 대하여 이동하는 피사체의 모션 제스쳐를 감지하게 할 수 있다.

다음으로 도 15의 (c)를 참조하면 광 검출기는 4 개의 광 검출기(21a, 21b, 21c, 21d)로 구성되어 있으며, 상부 격벽(82d)에는 4 개의 광 수용홀(82e)이 형성되어 있다. 여기에서 4 개의 광 수용홀(82e)은 제 1 광 검출기(21a)의 좌측 부위와, 제 2 광 검출기(21b)의 우측 부위와, 제 3 광 검출기(21b)의 상측 부위와, 제 4 광 검출기(21d)의 하측 부위를 개방시켜 해당 광 검출기들이 개방된 부위를 통해 빛을 검출할 수 있도록 만든다.

다음으로 도 15의 (d)를 참조하면 광 검출기는 4 개의 광 검출기(21a, 21b, 21c, 21d)로 구성되어 있으며, 상부 격벽(82d)에는 두 개의 광 수용홀(82e)이 형성되어 있다. 여기에서 두 개의 광 수용홀(82e)은 제 1 광 검출기(21a)의 좌측 부위와, 제 2 광 검출기(21b)의 우측 부위와, 제 3 광 검출기(21b)의 상측 부위와, 제 4 광 검출기(21d)의 하측 부위를 개방시켜 해당 광 검출기들이 개방된 부위를 통해 빛을 검출할 수 있도록 만든다.

이러한 광 검출기의 배치와 광 수용홀의 형태는 도 15를 통해 설명된 방식 외에도 다양하게 변형될 수 있으며, 이 변형 예 역시 본 발명의 범위에 속함은 이해될 수 있을 것이다.

다음으로 도 16 및 도 17과 같이 4 개의 광 검출기(21)들을 배치하여 다축(multi-axis) 방향으로 이동하는 피사체의 모션 제스쳐를 감지할 수 있다.

도 16를 참조하면, 광 센서부는 네 개의 광 검출기(21a, 21b, 21c, 21d)로 이루어지고, 네 개의 광 검출기(21a, 21b, 21c, 21d)는 상하좌우에 대칭형으로 배치된다. 광 센서부는 일반적으로 광 센서 칩(22)으로 이루어진다. 대략 사각형의 형상을 가진 광 센서칩(22)에서 4분면의 4군데 위치에 각각 광 검출기(21a, 21b, 21c, 21d)를 배치하게 된다. 도 17은 각 광 검출기(21a, 21b, 21c, 21d)들의 말단이 서로 접하게 되는 다른 형태를 예시하고 있다.

이러한 구조에서 제 1 광 검출기(21a)는 검출각(θ)이 좌측으로 편중되며 이에 따라 모션 제스처 센싱 모듈의 좌측 공간에 대하여 이동하는 피사체의 모션 제스쳐를 감지할 수 있게 된다.

그리고 제 2 광 검출기(21b)는 검출각(FOV, θ)이 우측으로 편중되며 이에 따라 모션 제스처 센싱 모듈의 우측 공간에 대하여 이동하는 피사체의 모션 제스쳐를 감지할 수 있게 된다.

그리고 제 3 광 검출기(21c)는 검출각(FOV, θ)이 상측으로 편중되며 이에 따라 모션 제스처 센싱 모듈의 상측 공간에 대하여 이동하는 피사체의 모션 제스쳐를 감지할 수 있게 된다.

그리고 제 4 광 검출기(21d)는 검출각(FOV, θ)이 하측으로 편중되며 이에 따라 모션 제스처 센싱 모듈의 하측 공간에 대하여 이동하는 피사체의 모션 제스쳐를 감지할 수 있게 된다.

전체적으로, 상기 제 1 광 검출기(21a)와 제 2 광 검출기(21b)를 통해 피사체의 좌우 움직임을 감지할 수 있으며, 상기 제 3 광 검출기(21c)와 제 4 광 검출기(21d)를 통해 피사체의 상하 움직임을 감지할 수 있어, 결국 다축(Multi-Axes) 방향으로 이동하는 피사체의 모션 제스쳐를 모두 구분하여 감지할 수 있게 되는 것이다. 이러한 원리는 도 17의 예에서도 동일하다.

이제 상술한 본 발명의 원리에 따른 모션 제스처 센싱 모듈의 최적 실시예로서 제 5 실시예를 도 18 내지 도 21을 참조하여 설명한다.

먼저 도 18 내지 도 21를 참조하면, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 모션 제스처 센싱 모듈은 상부가 개방된 두 개의 수용 공간을 가지는 패키지(80)와, 상기 패키지(80)의 수용 공간에 안착되는 광 센서 칩(22) 및 광원(11)과, 상기 패키지(80)의 상부를 폐쇄하는 커버(87)를 포함하여 구성될 수 있다. 커버(87)는 패키지 격벽의 상부가 내측으로 절곡되어 연장된 연장부로 이루어질 수도 있다.

상기 패키지(80)는 상부가 개방되며 상기 광 센서 칩(22)이 수용되어 안착될 수 있는 공간으로 형성된 센서칩 수용부(85)와 상부가 개방되며 상기 광원(11)이 수용되어 안착될 수 있는 공간으로 형성된 광원 수용부(86)가 형성된다.

여기에서 상기 센서칩 수용부(85)와 광원 수용부(86)는 각각 광 센서 칩(22) 및 광원(11)을 내장할 수 있는 공간으로 형성되며, 바람직하게는 각각 광 센서 칩(22) 및 광원(11)의 수평 크기에 비해 큰 수평 공간을 가지게 형성되는 것이 좋다.

상기 광 센서 칩(22)에는 단축(Single axis) 방향으로 이동하는 피사체의 모션 제스쳐를 감지할 수 있도록 두 개의 광 검출기가 구비되거나, 다축(Multi-Axes) 방향으로 이동하는 피사체의 모션 제스쳐를 감지할 수 있도록 세 개 이상의 광 검출기가 구비될 수 있다.

상기 커버(87)는 광 센서 칩(22) 및 광원(11)이 내장된 상태에서 상기 패키지(80)의 상부를 폐쇄하는 구성으로, 광원(11)의 위치와 대응되는 부분에 광 방사홀(87a)이 형성되고 또한 광 센서 칩(22)의 위치와 대응되는 부분에 광 수용홀(87b)이 형성된다.

여기에서 상기 광 방사홀(87a)은 원형으로 형성되어 해당 광원(11)으로부터 방사되는 빛을 패키지(80)의 외부로 방사하는 통로로서 작용한다. 바람직하게는 상기 광 방사홀(87a)의 구멍 직경은 상기 광원(11) 보다 커서 광원(11)으로부터 방사되는 빛이 원활하게 패키지(80)의 밖으로 방사될 수 있게 한다. 그리고 이 광 방사홀(87a)의 구멍 직경의 조절을 통해 광원(11)의 방사각을 조정할 수 있게 되며, 이를 통해 모션 제스처 센싱 모듈의 동작 범위를 조정할 수 있게 될 것이다.

그리고 상기 광 수용홀(87b)은 사각형으로 형성되고 광 수용홀(87b) 주위에 커버(87)는 광학블록으로 기능하여 광 센서 칩(22) 내 광 검출기(21)들의 검출각(θ)을 제한하도록 작용할 것이다. 광 수용홀(87b)이 형성된 커버(87)는 각 광 검출기의 일부는 덮히고 일부는 광 수용홀(87b)에 의해 노출되는 형태로 이루어지는 것이 바람직하며, 도 21에서와 같이 광 수용홀의 경계는 각 광 검출기(21a, 21b, 21c, 21d)의 중앙에 위치하도록 이루어지는 것이 보다 바람직하다.

상기 광 수용홀(87b)은 광 센서 칩(22)의 크기 보다 작은 구멍 크기를 가지는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 광 센서 칩(22) 내 각각의 광 검출기(21)들의 위치에 비해 내측(중심측)으로 형성되도록 광 수용홀(87b)의 크기가 결정될 것이다.

이러한 구조에 대하여 도 21을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 21은 일 예로서 광 센서 칩(22)에 4 개의 광 검출기가 구비된 구조이지만, 이 같은 커버(87)의 광 수용홀(87b)에 대한 직경 조절을 통한 검출각(FOV) 제한의 원리는 세 개의 광 검출기가 구비된 구조나 두 개의 광 검출기가 구비된 구조에서도 동일하게 적용 가능함은 후술하는 설명을 통해 이해될 수 있을 것이다.

도 21에서 광 센서 칩(22)에는 4 개의 광 검출기(21a, 21b, 21c, 21d)가 광 센서 칩(22)의 4분면의 4군데 위치에 각각 배치된다. 그리고 커버(87)의 광 수용홀(87b)은 상측에서 볼 때 광 수용홀(87b)의 상하좌우의 외측 모서리가 4 개의 광 검출기(21a, 21b, 21c, 21d)의 중앙에 위치하도록 구성되는 것이 바람직하다.

따라서 커버(87)는 도 12의 (b)에 설명된 절곡형 격벽(82b)의 절곡된 상단부와 같은 작용을 하게 되며, 이에 따라 광 수용홀(87b) 주위의 커버(87)는 4 개의 광 검출기(21a, 21b, 21c, 21d)의 검출각(θ)을 제한하도록 작용할 것이다.

결과적으로 각각의 광 검출기(21a, 21b, 21c, 21d)들은 마주하는 광 검출기 측에 검출가능 영역(Detectable zone)을 갖게 될 것이며, 해당 광 수용홀(87b)의 상부는 검출각(θ)이 중첩되어 그레이 영역(Gray zone)이 될 것이다.

그 결과 이 같은 4 개의 광 검출기(21a, 21b, 21c, 21d)의 검출각(θ)이 중첩되는 그레이 영역(Gray zone)은 아주 작은 영역(광 수용홀의 상부)으로 감소될 것이며, 반대로 검출가능 영역(Detectable zone)은 증가하게 될 것이다.

이 구조에 따르면 별도의 광학 블록을 따로 설치하지 않고 패키지(80)와 커버(87)만으로 광 검출기의 검출각(θ)을 조절할 수 있어서 전체적인 견고성이 뛰어나고 제작비용이 감소되며 소형화가 가능하게 되는 효과도 거둘 수 있게 된다.

도 22 및 도 23는 본 발명의 광학 블록의 원리에 따라 구현된 다른 형태의 광 센서 칩을 설명하기 위한 도면이다. 도 22은 광 센서 칩의 단면도이고, 도 23는 광 센서 칩의 평면도이다.

여기에서는 광 센서부(20)가 적어도 둘 이상의 광 검출기(21)를 구비한 하나의 광 센서 칩(22)으로 구성되는데, 이 광 검출기(21) 위에는 다수의 구획식 광학 블록(73)이 설치되는 구조를 가진다.

이 구조는 도 23에 도시된 바와 같이 하나의 광 검출기(21)의 위에 평행한 다수개의 구획식 광학 블록(73)이 배치되는 구조를 가지게 되며, 각각의 구획식 광학 블록(73)은 해당 광 검출기(21)의 검출각(FOV, θ)을 제한하도록 작용할 것이며, 보다 정확하게는 광 검출기(21)의 검출가능영역을 분할할 것이다.

특히 도 22에 도시된 바와 같이 각 구획식 광학 블록(73)은 각각 상부로 갈수록 수평 단면적이 커지는 사선형으로 형성되기 때문에 그 단면의 형태에 따라 검출각을 특정 방향으로 설정할 수 있게 될 것이다.

즉 도 22에서 좌측(L)의 광 검출기(21)는 우측을 향하는 측면이 상부로 갈수록 돌출되어 사선형의 측면을 형성하게 된다. 또한 우측(R)의 광 검출기(21)는 좌측을 향하는 측면이 상부로 갈수록 돌출되어 사선형의 측면을 형성하게 된다. 따라서 광 검출기(21)는 다수로 분할된 검출가능 영역(Detectable zone)을 갖게 될 것이고, 좌측(L)의 광 검출기(21)와 우측(R)의 광 검출기(21)는 서로 다른 방향에 검출가능 영역(Detectable zone)을 갖게 될 것이다.

여기에서 각 광 검출기(21)의 검출가능영역 및 검출방향은 구획식 광학 블록(73)의 단면 형상을 변화시키거나 구획식 광학 블록(73)의 배열 방향을 변화(도 23 참조)시킴으로써 다양하게 설정할 수 있다.

이 같은 구조에서는 굳이 높은 높이를 갖는 별도의 광학 블록을 설치하지 않고 비교적 낮은 높이를 갖는 구획식 광학 블록을 사용하기 때문에 모션 제스처 센싱 모듈의 소형화에 아주 유리하며, 피사체에 대한 보다 민감한 움직임 검출이 가능하게 된다.

도 22에서는 두 개의 광 검출기(21)에 서로 다른 방향(좌측 방향, 우측 방향)으로 검출가능 영역을 설정하는 구획식 광학 블록(73)을 예시하였지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아닌 바, 구획식 광학 블록(73)의 단면 형태에 따라 둘 이상의 광학 검출기(21)에 대하여 둘 이상의 방향(좌측 방향, 우측 방향, 상측 방향, 하측 방향 등)으로 검출 가능 영역을 설정하는 구획식 광학 블록(73)을 설치하는 방식이라면 모두 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다.

또한 구획식 광학 블록(73)들의 배치 형태(가로 배치, 세로 배치, 대각 배치 등)에 따라 둘 이상의 광학 검출기(21)에 대하여 둘 이상의 방향(좌측 방향, 우측 방향, 대각 방향, 천정 방향 등)으로 검출 가능 영역을 다양하게 설정할 수 있다.

한편 본 발명의 기본적인 원리는 각 광 검출기가 피사체의 위치에 따라 서로 다른 수광량을 가지도록 하는 것에 있다. 각각의 광 검출기들은 피사체에서 반사된 빛에너지를 수광하여 수광된 양만큼의 전기에너지를 발생시키게 된다. 그리고 광 검출기에 구비된 센서 처리부에서는 도 24에 도시된 바와 같이 담당하는 광 검출기(PD)의 아날로그 전기에너지 값을 전달받아 증폭기(AMP)를 통해 증폭하고 아날로그-디지탈 변환기(ADC)를 통해 디지털 데이터으로 변환하며 이를 판독부로 전달하게 될 것이다. 그리고 상기 판독부는 각각의 광 검출기(PD)에서의 수광량을 비교하여 피사체의 현재 위치 또는 움직임을 판독하게 되며, 이렇게 판독된 위치정보 또는 움직임 정보를 기반 기기로 전달하게 될 것이다.

따라서 판독부는 각각의 광 검출기에서의 수광량을 비교하여 피사체의 상하, 좌우의 구체적 움직임을 파악할 수 있으며 이러한 피사체의 움직임을 통해 피사체의 회전 방향(시계방향, 반시계방향)이나 공간 터치(클릭)도 센싱할 수 있게 된다.

여기에서 본 발명의 모션 제스처 센싱 모듈을 휴대형 기기에 적용하는 경우 상술한 방식의 센서 처리부 구성은 보다 적은 전력 소모를 위해 개선될 필요가 있다. 또한 광원을 LED(light emitting diode)로 구성하는 경우 해당 LED의 구동에 의해 수십 mA에서 수백 mA의 구동전원이 소비되기 때문에 전원 노이즈(Power noise)와 그라운드 노이즈(Ground noise)가 발생하게 될 것이며, 이를 극복하기 위해 센서 처리부의 구성을 도 25와 같이 개선할 수 있을 것이다.

도 25를 참조하면, 광 검출기에 구비된 센서 처리부는 광 검출기(PD)의 아날로그 전기에너지 값을 전달받아 증폭기(AMP)를 통해 증폭하되, 콘덴서(도시 않음)를 이용해 해당 증폭기(AMP)를 미분회로(differential circuit)로 만들어 미분형 파형을 비교기(compatator)로 전달하게 될 것이다. 그리고 상기 비교기는 전달된 미분형 파형을 비교하여 입력의 크기에 따라 논리레벨의 비교기 출력(output)을 하게 될 것이며, 이렇게 출력되는 비교기 출력은 방향판단의 근거로서 기반 기기 또는 별도의 판독부로 전달되게 될 것이다. 여기에서 상기 비교기는 노이즈에 대한 출력불안을 해결할 수 있는 히스테리시스 비교기(hysteresis comparator)인 것이 바람직하다.

도 25의 센서 처리부를 통한 출력 파형의 일예가 도 26에 도시되어 있다. 도 26은 일축(예컨데 X 축)에 대한 정방향 움직임(a)과 역방향 움직임(b)을 각각 도시하고 있다.

도 26의 (a)에서 피사체는 광 검출기 A(PD A)의 검출가능 영역에서 광 검출기 B(PD B)의 검출가능 영역으로 이동하는 것으로 가정한다.

도 26의 (a)를 참조하면 광 검출기 A(PD A)의 검출가능 영역(PD A Detectable Zone)에서는, 먼저 광 검출기 A(PD A)가 자신의 검출각(FOV)에서 움직임을 감지할 것이고 광 검출기 B(PD B)는 움직임을 감지하지 못할 것이다. 이에 따라 비교기의 출력(output)은 입력 신호 A(input A)의 존재를 해당 구간에서 출력하게 될 것이다. 다음으로 광 검출기 A(PD A)와 광 검출기 B(PD B)가 함께 피사체를 검출하는 그레이 영역(Gray zone)에서는, 광 검출기 A(PD A)와 광 검출기 B(PD B)가 자신의 검출각(FOV)에서 움직임을 감지할 것이다. 이에 따라 비교기의 출력(output)은 입력 신호 A(input A)와 입력 신호 B(input B)가 동시에 존재하므로 해당 구간에서 출력값을 보내지 않게 될 것이다. 마지막으로 광 검출기 B(PD B)의 검출가능 영역(PD B Detectable Zone)에서는, 광 검출기 B(PD B)가 자신의 검출각(FOV)에서 움직임을 감지할 것이고 광 검출기 A(PD A)는 움직임을 감지하지 못할 것이다. 이에 따라 비교기의 출력(output)은 입력 신호 B(input B)의 존재를 해당 구간에서 출력하게 될 것이다.

한편, 도 26의 (b)는 상술한 도 26의 (a)와 반대 방향의 움직임을 광 검출기 A(PD A)와 광 검출기 B(PD B)가 감지하고 이에 따른 비교기의 출력(output)을 나타낸 것이다.

따라서 도 25의 센서 처리부 구성의 경우 도 24와 비교하여 아날로그-디지탈 변환기를 사용하지 않고 간단한 비교기만을 적용하기 때문에 저전력으로 구동하는 모션 제스처 센싱 모듈의 구성이 가능하며, 전원 노이즈와 그라운드 노이즈에 대한 내성(immunity)을 획기적으로 향상시킬 수 있게 된다. 더불어 동작센싱 거리 역시 더 늘어날 수 있을 것이다.

한편, 이러한 모션 제스처 센싱 모듈에는 조도 센서가 포함될 수 있다.

상기 조도 센서는 해당 모션 제스처 센싱 모듈 주변의 밝기나 광량을 측정하여 조도값을 생성하게 되며, 이러한 주변 조도값을 일정 기준치와 비교하여 모션 제스처 센싱 모듈의 구동 여부나 홀드 여부가 자동적으로 제어되도록 할 수 있다.

이러한 조도 센서는 포토 다이오드를 포함하는 수광소자를 이용하여 주변의 광량을 측정하게 되며, 측정된 조도값을 전달받은 상기 판독부 또는 기기의 제어부가 이러한 모션 제스처 센싱 모듈의 구동 여부나 홀드 여부를 판별하여 제어할 수 있도록 구성된다.

상술한 실시예들에 따른 본 발명의 모션 제스처 센싱 모듈은 사용자의 직접적인 터치 방식이 아닌 공간상의 움직임을 비접촉식으로 센싱함으로써 사용자의 동작에 따른 제어신호의 입력이 가능하게 되기 때문에, 최근 각광을 받고 있는 스마트(Smart) 폰이나 휴대폰 등과 같은 통신 휴대 기기, PDA(Personal Digital Assistant), 핸드 헬드 PC(Hand-Held PC), 노트북 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 와이브로(WiBro) 단말기, MP3 플레이어, MD 플레이어 등과 같은 휴대 정보 단말기 등에서 새로운 방식의 입력 인터페이스로서 최적화될 수 있다.

특히 본 발명의 모션 제스처 센싱 모듈은 스마트폰과 같은 디스플레이 기기에 적용되었을 때 해당 기기의 사용자 사용 여부를 감시하여 디스플레이의 표시 상태를 결정하게 하는 리딩 모드를 구현할 수 있을 것이다.

여기에서 리딩 모드는 사용자가 디스플레이 기기의 화면을 보고 있을 때 사용자가 화면을 주시하고 있는지 여부를 파악해 화면의 표시 상태 즉 화면 구동 상태를 유지하는 것을 의미한다.

기본적으로 사용자가 디스플레이 기기의 화면을 주시하고 있는 상태에서는 화면과 사용자 간의 거리가 가깝고, 주시 상태에서 갑작스러운 사용자의 움직임은 일어나지 않을 것이다.

따라서 본 발명에 따른 모션 제스처 센싱 모듈은 적어도 하나의 광원에서 빛을 방사하고 피사체에서 반사된 빛을 적어도 하나의 광 검출기가 수광하도록 하는 구조에서 수광되는 빛의 강도에 따라 리딩 모드를 유지하여 화면 구동이 계속적으로 이루어지게 만들 수 있을 것이다. 이는 사용자가 디스플레이 기기의 화면을 주시하고 있는 상태에서는 기기(보다 정확하게는 모션 제스처 센싱 모듈)와 사용자 간의 거리가 가까워 비교적 강한 강도의 빛을 광 검출기가 수신할 수 있기 때문이다.

또한 본 발명에 따른 모션 제스처 센싱 모듈은 적어도 하나의 광원에서 빛을 방사하고 피사체에서 반사된 빛을 적어도 하나의 광 검출기가 수광하도록 하는 구조에서 피사체의 상대적 움직임 변화가 없을 경우 리딩 모드를 유지하여 화면 구동이 계속적으로 이루어지게 만들 수 있을 것이다. 이는 사용자가 디스플레이 기기의 화면을 주시하고 있는 상태에서는 갑작스러운 사용자의 움직임이 일어나지 않기 때문이다.

이상과 같이 도면과 명세서에서 최적 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

빛을 방출하는 광원 및

피사체로부터 반사된 반사광을 감지하는 적어도 두 개 이상의 광 검출기가 구비되는 광 센서부

를 포함하여 이루어지며,

상기 광 센서부의 각 광 검출기가 가지는 검출가능영역이 별개로 분리되어 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 1항에 있어서,

상기 모션 제스처 센싱 모듈은,

상기 광 센서부에 대한 수광경로에 개재되어 각 광 검출기의 검출가능영역을 분리하는 광학 블록

을 포함하여 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 2항에 있어서,

상기 광학 블록은,

상기 각 광 검출기의 검출가능영역은 커지고, 각 광 검출기의 검출각이 중첩되는 그레이영역은 작아지도록 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 2항에 있어서,

상기 광학 블록은,

상기 각 광 검출기 사이에 설치되는 내벽식 광학 블록으로 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 4항에 있어서,

상기 내벽식 광학 블록은, 직립된 일자형으로 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 4항에 있어서,

상기 내벽식 광학 블록은, 그 상부에 수평방향으로 절곡된 연장부를 가지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 4항에 있어서,

상기 내벽식 광학 블록은, 상부로 갈수록 수평 단면적이 커지는 사선형으로 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 4항에 있어서,

상기 내벽식 광학 블록은, 그 하단이 상기 광 센서부의 상단으로부터 이격되어 형성되는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 2항에 있어서,

상기 광학 블록은,

상기 광 검출기의 외곽에 설치되는 외벽식 광학 블록으로 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 9항에 있어서,

상기 외벽식 광학 블록은, 직립된 형태의 일자형으로 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 9항에 있어서,

상기 외벽식 광학 블록은, 그 상부에 수평방향으로 내측으로 절곡된 연장부를 가지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 9항에 있어서,

상기 외벽식 광학 블록은, 상부로 갈수록 내측으로 수평 단면적이 커지는 사선형으로 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 1항에 있어서,

상기 광 센서부는,

적어도 세 개 이상의 광 검출기로 이루어지고, 적어도 두 개의 광 검출기가 수평방향 및 수직방향으로 배치되어 다축 방향으로 피사체의 상대적인 움직임을 감지할 수 있는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 13항에 있어서,

상기 광 센서부는, 네 개의 광 검출기로 이루어지고, 상기 네 개의 광 검출기는 상하좌우에 대칭형으로 배치되어 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 14항에 있어서,

상기 네 개의 광 검출기는 각 말단이 서로 접하게 배치되어 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 13항에 있어서,

상기 모션 제스처 센싱 모듈은,

상기 광 센서부에 대한 수광경로에 개재되어 각 광 검출기의 검출가능영역을 분리할 수 있는 광학 블록

을 포함하여 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 16항에 있어서,

상기 광학 블록은,

상기 각 광 검출기 사이에 설치되는 내벽식 광학 블록으로 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 16항에 있어서,

상기 광학 블록은,

상기 광 검출기의 외곽에 설치되는 외벽식 광학 블록으로 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 18항에 있어서,

상기 외벽식 광학 블록은,

그 상부에 수평방향으로 내측으로 절곡된 연장부를 가지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 2항에 있어서,

상기 광원과 상기 광 센서부는 격벽에 의해 구획된 패키지 내에 설치되며,

상기 광 센서부 상에서 상기 광 검출기의 사이에는 내벽식 광학 블록이 설치되는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 20항에 있어서,

상기 내벽식 광학 블록은, 직립된 일자형으로 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 20항에 있어서,

상기 내벽식 광학 블록은, 그 상부에 수평방향으로 절곡된 연장부를 가지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 20항에 있어서,

상기 내벽식 광학 블록은, 상부로 갈수록 수평 단면적이 커지는 사선형으로 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 20항에서,

상기 광 센서부는 적어도 두 개 이상의 광 검출기를 포함하는 광 센서 칩으로 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 2항에 있어서,

상기 광학 블록은 상기 광 센서부를 안착시키는 패키지의 격벽으로 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 25항에 있어서,

상기 격벽은 상기 광 센서부의 외곽에 직립된 형태로 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 25항에 있어서,

상기 격벽은 상기 광 센서부의 외곽에 직립된 형태로 이루어지고 그 상부가 내측으로 절곡된 연장부를 가지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 25항에 있어서,

상기 격벽은 광 센서부의 외곽에 형성되고 상부로 갈수록 내측으로 수평 단면적이 커지는 사선형으로 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 2항에 있어서,

상기 광 센서부는 패키지 내에 안착되고,

상기 패키지는 상기 광 센서부의 외곽을 둘러싸는 격벽과 상기 격벽과 연결되고 적어도 하나 이상의 광 수용홀이 형성된 커버가 광학블록으로서 광 센서부를 덮는 형태로 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 29항에 있어서,

상기 커버는 상기 격벽의 상부가 내측으로 절곡되어 연장된 연장부로 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 29항에 있어서,

상기 광학블록은 각 광 검출기의 검출가능영역은 커지고 각 광 검출기의 검출각이 중첩되는 그레이영역은 작아지도록 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 29항에 있어서,

상기 적어도 하나 이상의 광 수용홀이 형성된 커버는 각 광 검출기의 일부는 덮히고 일부는 광 수용홀에 의해 노출되는 형태로 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 32항에 있어서,

상기 광 수용홀의 경계는 각 광 검출기의 중앙에 위치하여 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈
제 25 또는 제 29항에서,

상기 광 센서부는 적어도 두 개 이상의 광 검출기를 포함하는 광 센서 칩으로 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 29항에 있어서,

상기 광 센서부는,

적어도 세 개 이상의 광 검출기로 이루어지고, 적어도 두 개의 광 검출기가 수평방향 및 수직방향으로 배치되어 다축 방향으로 피사체의 상대적인 움직임을 감지할 수 있는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 2항에 있어서,

상기 모션 제스처 센싱 모듈은,

폐쇄된 두 개의 수용 공간을 가지는 패키지,

상기 패키지의 수용 공간에 각각 안착되는 광 센서부와 광원,

상기 패키지는 상기 광 센서부의 외곽을 둘러싸는 격벽과 상기 격벽과 연결되고 적어도 하나 이상의 광 수용홀이 형성된 커버가 광학블록으로서 광 센서부를 덮는 형태로 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 36항에서,

상기 광 센서부는 적어도 두 개 이상의 광 검출기를 포함하는 광 센서 칩으로 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 36항에 있어서,

상기 커버는 상기 격벽의 상부가 내측으로 절곡되어 연장된 연장부로 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 36항에 있어서,

상기 광학블록은 각 광 검출기의 검출가능영역은 커지고 각 광 검출기의 검출각이 중첩되는 그레이영역은 작아지도록 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 36항에 있어서,

상기 적어도 하나 이상의 광 수용홀이 형성된 커버는 각 광 검출기의 일부는 덮히고 일부는 광 수용홀에 의해 노출되는 형태로 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 36항에 있어서,

상기 광 수용홀의 경계는 각 광 검출기의 중앙에 위치하여 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 36항에 있어서,

상기 광 센서부는,

적어도 세 개 이상의 광 검출기로 이루어지고, 적어도 두 개의 광 검출기가 수평방향 및 수직방향으로 배치되어 다축 방향으로 피사체의 상대적인 움직임을 감지할 수 있는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 2항에 있어서,

각 광 검출기 위에는 다수의 구획식 광학 블록이 설치되어 해당 구획식 광학 블록에 의해 각 광 검출기의 검출가능영역이 별개로 분리되는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 43항에 있어서,

상기 구획식 광학 블록의 형태에 따라 검출각의 방향이 설정되는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 43항에 있어서,

상기 구획식 광학 블록들의 배치 형태에 따라 검출각의 방향이 설정되는 모션 제스처 센싱 모듈.
빛을 방출하는 광원,

피사체로부터 반사된 반사광을 감지하는 적어도 두 개 이상의 광 검출기가 구비되는 광 센서부,

상기 광 센서부의 출력을 모션 판독부로 전달하는 센서 처리부를 포함하며,

상기 센서 처리부는 증폭기 및 비교기를 포함하여 이루어지고, 상기 증폭기를 미분회로로 구성하여 미분형 파형을 비교기로 전달하고 상기 비교기는 전달된 미분형 파형을 비교하여 출력하도록 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
제 46항에 있어서,

상기 비교기는 히스테리시스 비교기로 이루어지는 모션 제스처 센싱 모듈.
광원으로부터 빛이 방출되고 피사체에 의해 반사된 빛이 적어도 두 개 이상의 광 검출기를 통해 수광되며, 각 광 검출기의 출력값을 비교하여 피사체의 움직임을 판독하는 비접촉의 동작 센싱 방법으로서,

상기 광 검출기의 검출가능영역을 별개로 분리하여 피사체로부터 반사된 빛을 수광하여 피사체의 움직임을 감지하는 모션 제스처 센싱 방법.
제 48항에 있어서,

상기 광 검출기에 대한 수광경로에 개재된 광학블록을 이용하여 각 광 검출기의 검출가능영역을 별개로 분리하는 모션 제스처 센싱 방법.
제 48항에 있어서,

상기 각 광 검출기의 검출가능영역은 커지고, 각 광 검출기의 검출각이 중첩되는 그레이영역은 작아지도록 광학블록을 배치하여 이루어지는 모션 제스처 센싱방법.