KR100615554B1 - 초소형 정보기기용 촉각형 정보 입력 시스템 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사용자 손가락이 터치패드 역할을 하고, 촉각형 정보 입력 장치가 정보 입력을 위한 펜 역할을 하는 초소형 정보기기용 촉각형 정보 입력 시스템 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 촉각형 정보 입력 장치는, 사용자 손가락의 끝 부분에 용이하게 접촉하기 위한 소형 돌기를 구비하며, 손가락의 촉감으로 사용자의 정보 입력 피드백을 인식하기 위한 플레이트; 플레이트 하부에 형성되며, 플레이트에서 인식한 이미지를 모아주는 렌즈; 렌즈 하부에 형성되며, 렌즈를 통과한 손가락의 현재 이미지 및 모션 벡터 정보를 생성하는 이미지 검출 소자; 및 사용자가 명령 처리를 위해 손가락으로 눌러서 정보를 전달하기 위한 스위치 버튼을 포함하되, 사용자 손가락이 상기 플레이트 상에 형성된 돌기를 누르거나 떼는 동작에 의해 정보가 입력되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 손가락의 촉감을 통해서 입력이 사용자에게 피드백되기 때문에 정밀한 정보 입력을 조작할 수 있고, 또한, 눈이나 화면에서 동작을 보지 않고도 손가락의 정상적인 움직임을 인식할 수 있으며, 또한, 작은 돌기 부분이 입력 장치가 되므로, 평면이 아닌 곡면이나 모서리 같은 곳에도 장착이 가능하므로 공간 활용이 유용하게 된다.

정보 입력 장치, 촉각형, 초소형, CMOS 이미지 센서, 지문인식 센서

Description

초소형 정보기기용 촉각형 정보 입력 시스템 및 장치 {A tactile input system and device for very small information device}

도 1은 종래의 기술에 따른 광 마우스 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 2는 종래의 기술에 따른 포인팅 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 도 2에 도시된 종래의 기술에 따른 포인팅 장치가 탑재된 휴대 단말기기를 설명하기 위한 도면

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 초소형 정보기기용 촉각형 정보 입력 시스템의 개략적인 구성도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서를 이용한 초소형 정보기기용 촉각형 정보 입력 장치의 내부 구성도이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서를 이용한 초소형 정보기기용 촉각형 정보 입력 장치를 활용하는 것을 나타내는 도면이다.

도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서 및 그 내부 회로를 설명하기 위한 도면이다.

도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 지문인식 방식 및 구체적인 지문인식 열감지형 센서의 구성을 예시하는 도면이다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 지문인식 열감지형 센서를 이용한 초소형 정보기기용 촉각형 정보 입력 장치의 내부 구성도이다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 지문인식 열감지형 센서를 이용한 초소형 정보기기용 촉각형 정보 입력 장치를 활용하는 것을 나타내는 도면이다.

본 발명은 초소형 정보기기용 촉각형 정보 입력 시스템 및 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 사용자 손가락이 터치패드 역할을 하고, 촉각형 정보 입력 장치가 정보 입력을 위한 펜 역할을 하는 초소형 정보기기용 촉각형 정보 입력 시스템 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 정보 입력기기(input device)는 컴퓨터에 문자, 소리, 그림, 영상 등을 정보를 입력하는 장치이다. 특히, 컴퓨터용 입력장치는 디지털 신호를 사용하거나 디지털 신호로 변환하여 입력된다.

이러한 컴퓨터용 입력장치의 종류는, 1) 일반적인 입력 장치인 키보드, 2) 선택이나 지시를 위한 마우스, 3) 이미지 형태로 정보를 입력하는 스캐너, 4) 특수 연필을 이용해서 마크를 광적으로 판독하여 그 정보를 입력하는 광학 마크 판독기, 5) 바코드를 판독하여 컴퓨터 내부로 입력하는 장치인 바코드 판독기, 6) 수직이나 수평으로 막대를 움직여서 정보를 입력하는 조이스틱, 7) 판 위에 대고 정보를 입력하는 디지타이저(digitizer), 및 8) 손으로 눌러서 정보를 입력하는 터치 스크린 (touch screen) 등이 있다.

이하, 종래 기술에 따른 입력장치로서, 광 마우스 및 터치 스크린에 대해 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 기술에 따른 광 마우스 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 기술에 따른 광 마우스 장치는 CMOS 이미지 센서(CMOS image sensor)로 구성된 2차원 광센서 어레이(11)를 가지고 있으며 이에 렌즈와 같은 광학 장치(12)를 부가하여 바닥 표면 위에서 움직이는 광 마우스 장치의 움직임을 통해 바닥 표면(18)의 영상을 취득한다. 즉, 광 마우스 장치가 움직이지 않으면 취득되는 영상은 변화하지 않고, 광 마우스 장치가 움직이면 취득되는 영상은 변화한다.

이처럼 광 마우스 장치는 취득되는 영상의 변화를 이용하여 위치 연산 수단(15)을 통해 광 마우스 장치의 이동량을 계산한다. 이때 영상으로부터 움직임의 정도를 파악하는 데는 통상 운동 추적(Motion estimation; 14) 방식이 사용한다. 광 마우스 장치는 장치의 외부를 덮는 케이스(16)의 바닥면에 형성된 홀(17)을 통해 광 마우스 장치가 놓여져 움직이는 바닥 표면(18)에 빛을 발산한다. 이때, 빛을 발산하기 위한 광원으로는 발광 다이오드(13)가 주로 많이 사용되고 있다. 그리고 광 마우스 장치에는 바닥 표면(18)으로부터 직접 거울 반사된 빛에 의해 유발되는 오류를 최소화하기 위한 구조가 채택된다.

한편, 종래 기술로서, 대한민국 특허출원번호 제2003-22936호(2003년 4월 11 일 출원)에는 "손가락 표면을 이용한 소형 포인팅 장치"라는 명칭의 발명이 개시되어 있는 바, 종래의 마우스 장치의 경우, 마우스 장치를 움직이기 위한 넓은 평면이 필요하게 되지만, 특허출원번호 제2003-22936호의 구조에서는 영상을 획득하는 영상면의 크기를 최소화함으로써 좁은 공간 내에 포인팅 장치를 구현할 수 있는 것을 개시하고 있다. 이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 특허출원번호 제2003-22936호의 구조에 대해 설명하기로 한다.

도 2는 종래의 기술에 따른 포인팅 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 종래의 기술에 따른 포인팅 장치는, 발광 수단(22)으로부터 이동하고자 하는 포인터를 제어하는 접촉 대상(21)으로 발산된 빛에 의해 생성된 이미지를 취득하고 그것을 분석함으로써 이동하고자 하는 거리와 방향을 계산하는 방식을 사용한다. 이러한 방식은 광 마우스가 고정되어 있는 책상 바닥 표면 또는 평평한 바닥 표면 위를 이동하는 경우와 유사한 결과를 나타낸다. 여기서, 포인터(Pointer)는 디스플레이 장치의 화면상에서 마우스 등의 포인팅 장치에 의해 움직이는 지시자를 말한다.

도 2에 도시한 구조를 예를 들어 휴대 단말기기 내에 고정하고, 그 고정된 상태로 변화되는 영상을 취득하도록 이루어진다. 구체적으로, 예를 들어 휴대 단말기기의 화면상에 표시된 포인터(Pointer)를 움직이는 경우, 사용의 편리성을 위하여 손가락의 표면으로 포인터를 제어하도록 이루어진 구조를 갖는다. 이처럼 손가락의 움직임은 영상이 취득되는 표면상에 영상의 변화를 유발하도록 이루어진다. 따라서 손가락의 움직임에 의해 생성된 영상의 움직임을 분석함으로써 포인터의 이 동하고자 하는 방향 및 거리를 구할 수 있다.

도 2를 다시 참조하면, 종래 기술에 따른 포인팅 장치는 발광 수단(22), 집광 수단(23), 수광 수단(24), 움직임 검출수단(25) 및 위치 연산 수단(26)을 포함하며, 도면부호 27은 포인팅 장치의 케이스 또는 상기 포인팅 장치가 탑재된 휴대 단말기기의 케이스이고, 도면부호 28은 상기 케이스에 형성된 홀을 나타낸다. 이러한 홀을 통해 발광 수단(22)으로부터 발산된 빛이 손가락 표면에서 반사된다.

한편, 도 3은 도 2에 도시된 종래의 기술에 따른 포인팅 장치가 탑재된 휴대 단말기기를 설명하기 위한 도면으로서, 종래 기술에 따른 포인팅 장치가 탑재된 휴대 단말기기(31)는 포인팅 장치(32)는 표면에 노출되지 않고, 단지 포인터 장치(32)의 위치 또는 손가락 등을 올려놓고 포인터를 제어할 위치를 표시하기 위해 표면에 인쇄된 십자 모양의 표시자(33)만이 표시될 수 있다. 또한 휴대 단말기기(31)는 포인팅 장치(32)와 결합된 적어도 하나의 선택 버튼(34)을 더 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 선택 버튼(34)은 포인팅 장치(32)에 의해 이동된 포인터를 이용하여 대상을 선택하거나 실행 명령을 입력하기 위해 사용된다.

그런데, 도 2의 도면부호 A 및 도 3의 도면부호 B로 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 특허출원번호 제2003-22936호에서는 손가락과 접하는 디바이스의 형상에 대해서는 평면을 가정하고 있으며, 상기 손가락을 떼는 것을 감지하기 위해서 터치센서를 사용하고 있다.

한편, 상기 터치스크린(touch screen)은 손으로 접촉(touch)하면 그 위치를 입력받도록 하는 특수한 입력장치를 장착한 화면을 말하며, 키보드를 사용하지 않 고 화면(스크린)에 나타난 문자나 특정 위치에 사람의 손 또는 물체가 닿으면, 그 위치를 파악하여 저장된 소프트웨어에 의해 특정 처리를 할 수 있도록, 화면에서 직접 입력자료를 받을 수 있게 한 화면을 말한다.

상기 터치스크린은 일반 모니터의 화면에 터치 패널(touch panel)이라는 장치를 덧붙여서 기능을 발휘하는 것으로, 터치 패널은 좌우상하로 눈에 보이지 않는 적외선이 흐르게 하여 화면에 수많은 사각형 격자가 생기도록 함으로써, 손끝이나 기타 물체로 이 격자에 접촉하면 그 위치를 파악할 수 있도록 하는 기능을 가지고 있다. 따라서 이러한 터치 패널을 장착한 화면에 미리 나타낸 문자나 그림 정보를 손으로 접촉하면, 접촉한 화면의 위치에 따라 사용자가 선택한 사항이 무엇인지를 파악하고 이에 대응하는 명령을 컴퓨터로 처리하도록 하여, 아주 쉽게 자신이 원하는 정보를 얻을 수 있도록 할 수 있다.

그런데, 최근 정보 단말기기, 예를 들어, 휴대형 정보 단말이 소형화됨에 따라, 이러한 소형화에 대응하기 위한 정보 입력 장치가 요구되고 있지만, 아직까지 획기적인 장치가 없는 상태이다.

또한, 퍼스널 컴퓨터에서 발전한 소형 키보드, 키패드 또는 마우스 등과 같은 형태의 조작 장치가 폭넓게 채용되고 있는데, 일반적인 사용자가 부담 없이 수용하기에는 여러 가지 문제점을 내포하고 있다. 예를 들어, 종래 기술에 따른 터치패드인 경우, 정보 입력 장치로 이용하기 위해서는 평면인 곳에서 사용을 해야 하므로 많은 영역이 필요하다는 문제점이 있다.

또한, 종래 기술에 따른 특허출원번호 제2003-22936호는 손가락과 접하는 디 바이스의 형상에 대해서는 평면을 가정하고 있고, 상기 손가락을 떼는 것을 감지하기 위해서 터치센서를 사용하고 있기 때문이다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 사용자의 손가락 끝 부분이 패드가 되어 손가락의 촉감을 통해서 사람에게 피드백함으로써, 보다 정밀한 정보 입력을 조작할 수 있는 초소형 정보기기용 촉각형 정보 입력 시스템 및 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 사용자의 손가락을 움직이는 동안 자신의 손 움직임을 촉감을 통해서 정확하게 인지할 수 있으므로, 눈이나 화면에서 동작을 보지 않고도 손가락의 정상적인 움직임을 인식할 수 있는 초소형 정보기기용 촉각형 정보 입력 시스템 및 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 작은 돌기 부분을 입력 장치로 사용함으로써, 평면이 아닌 곡면이나 모서리 같은 곳에도 장착이 가능한 초소형 정보기기용 촉각형 정보 입력 시스템 및 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 촉각형 정보 입력 장치는, 정보기기용 정보 입력 장치에 있어서,

사용자 손가락의 끝 부분에 용이하게 접촉하기 위한 소형 돌기를 구비하며, 상기 손가락의 촉감으로 사용자의 정보 입력 피드백을 인식하기 위한 플레이트;

상기 플레이트 하부에 형성되며, 상기 플레이트에서 인식한 이미지를 모아주 는 렌즈;

상기 렌즈 하부에 형성되며, 상기 렌즈를 통과한 상기 손가락의 현재 이미지 및 모션 벡터 정보를 생성하는 이미지 검출 소자; 및

상기 사용자가 명령 처리를 위해 손가락으로 눌러서 정보를 전달하기 위한 스위치 버튼

을 포함하되,

상기 사용자 손가락이 상기 플레이트 상에 형성된 돌기를 누르거나 떼는 동작에 의해 정보가 입력되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 플레이트는 상기 이미지 검출 소자가 상기 손가락의 영상을 입력받도록 투명한 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 플레이트 상에 형성된 돌기의 크기는 변경이 가능한 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 이미지 검출 소자가 상기 사용자 손가락에 대한 초점이 상기 렌즈에 형성되는 것을 감지함으로써 상기 사용자 손가락의 누름 및 떼는 동작을 검출하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 이미지 검출 소자는 상기 사용자 손가락의 움직임에 따른 이동 변위를 전달받는 CMOS 이미지 센서인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 모션 벡터 정보는 상기 손가락의 움직임에 대한 상대적인 위치를 인식하기 위한 움직임 정보인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 손가락의 현재 이미지 및 모션 벡터 정보에 따라 소정 화면의 커서를 움직이고 지시하거나, 또는 문자를 입력할 수 있는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 이미지 검출 소자는 상기 사용자 손가락의 지문에 따라 사용자의 본인 여부를 판단하고, 상기 손가락의 움직임에 따른 이동 변위를 전달받는 지문인식 열감지형 센서인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 지문인식 열감지형 센서는, 사용자의 손가락의 지문을 스캔하여, 컴퓨터에서 정보 처리가 가능하도록 사용자 지문의 특징을 추출하는 지문 스캔부; 상기 스캔된 손가락의 지문을 그레이 스케일 이미지로 변환하는 그레이스케일 이미지 변환부; 상기 그레이 스케일 이미지를 바이너리 이미지로 변환하는 바이너리 이미지 변환부; 이미 등록돼 있는 사용자 손가락에 대한 지문 정보를 기저장하고 있는 바이오메트릭 템플렛; 상기 바이너리 이미지와 상기 이미 등록돼 있는 지문 정보를 서로 비교하는 비교부; 및 상기 비교된 이미지에 따라 상기 사용자의 본인 여부를 판단하는 판단부를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 지문인식 열감지형 센서는, 상기 판단부의 본인여부 판단에 따라 보안 위반 사항이 합법적으로 그리고 허가를 받지 않고 발생했는지 여부를 추적하기 위한 감사 추적부(Audit Trail)를 추가로 포함할 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 촉각형 정보 입력 시스템은,

정보기기용 정보 입력 시스템에 있어서,

소형 돌기를 구비한 투명 플레이트를 통해 사용자 손가락의 촉감에 따른 사용자의 정보 입력을 인식하고, 이미지 검출 소자를 이용하여 상기 사용자 손가락의 현재 이미지 및 모션 벡터 정보를 획득하여, 이에 대응하는 정보를 입력하는 촉각형 정보 입력기기; 및

상기 촉각형 정보 입력기기로부터 전달된 정보에 대응하는 소정의 명령을 처리하는 제어부를 포함하되,

상기 사용자 손가락이 패드 역할을 하고, 상기 촉각형 정보 입력 기기가 정보 입력을 위한 펜 역할을 하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 촉각형 정보 입력기기는 곡면이나 모서리 부분에 공간적으로 장착되는 것이 가능하다는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 촉각형 정보 입력기기는, 사용자 손가락의 촉감으로 사용자의 정보 입력 피드백을 인식하기 위한 투명한 플레이트; 상기 투명 플레이트 하부에 형성되며, 상기 투명 플레이트에서 인식한 이미지를 모아주는 렌즈; 상기 렌즈 하부에 형성되며, 상기 렌즈를 통과한 상기 손가락의 현재 이미지 및 모션 벡터 정보를 생성하여, 상기 제어부로 전달하는 이미지 검출 소자; 및 상기 사용자가 명령 처리를 위해 손가락으로 눌러서 정보를 전달하는 스위치 버튼을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 이미지 검출 소자는 상기 사용자 손가락의 움직임에 따른 이동 변위를 전달받는 CMOS 이미지 센서이거나, 또는 상기 사용자 손가락의 지문에 따라 사용자의 본인 여부를 판단하고, 상기 손가락의 움직임에 따른 이동 변위를 전달받는 지문인식 열감지형 센서인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 손가락 끝 부분이 패드가 되어 손가락의 촉감을 통해서 사람에게 피드백되기 때문에 보다 정밀한 정보 입력을 조작할 수 있고, 또한, 손가 락을 움직이는 동안 자신의 손 움직임을 촉감을 통해서 정확하게 인지할 수 있으므로, 눈이나 화면에서 동작을 보지 않고도 손가락의 정상적인 움직임을 인식할 수 있으며, 또한, 소형의 돌기 부분이 입력 장치가 되므로, 평면이 아닌 곡면이나 모서리 같은 곳에도 장착이 가능하므로 공간 활용이 유용하게 된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 초소형 정보기기용 촉각형 정보 입력 시스템 및 장치의 구성 및 동작을 설명한다.

본 발명의 실시예는 소형 정보 단말기기의 소형화에 부응하여 최소한의 공간을 활용하면서 텍스트 입력, 마우스 포인트 등 입력 정보를 받을 수 있는 초소형 정보기기용 촉각형 정보 입력 시스템 및 장치를 개시한다.

종래에는 터치패드가 입력 장치로 많이 이용되는데, 상기 터치패드는 많은 공간을 차지하고 있다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따른 초소형 정보기기용 촉각형 정보 입력 장치는 상기 터치패드와 펜과의 관계를 뒤집은 개념을 도입하여, 손이 패드가 되고, 작은 입력 장치가 펜이 되게 함으로써 공간을 최소화하게 된다.

즉, 본 발명의 실시예는 변위에 대한 정보를 사용자 손가락의 촉각을 통해 피드백 받는다. 이렇게 펜과 패드의 관계를 뒤집으면 소형 정보 단말기 부분에는 아주 작은 돌기 부분만 있으면 된다. 또한, 상당히 작은 소형화가 가능하므로, 평면이 아닌 볼펜 끝 부분이나 곡면 부분에도 활용할 수 있다.

한편, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 초소형 정보기기용 촉각형 정보 입력 시스템의 개략적인 구성도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초소형 정보기기용 촉각형 정보 입력 시스템(110)은, CMOS 이미지 센서(111a) 또는 지문인식 열감지형 센서(111b), 스위치 버튼(112) 및 제어부(113)를 포함하는데, CMOS 이미지 센서(111a) 또는 지문인식 열감지형 센서(111b)는 사용자 손가락의 촉감에 따른 정보 입력을 인식하기 위한 것이고, 상기 스위치 버튼(112)은 사용자 명령 처리를 수행하기 위한 것이다. 또한, 제어부(113)는 상기 입력된 정보를 처리하여 PC(130)로 전달하거나, LED 조명(120)을 켜는 역할을 수행하게 된다. 여기서, 상기 스위치 버튼(112)은 푸시버튼으로 사용되는 택트 스위치인 것이 바람직하다.

예를 들어, 휴대용 단말기에 사용되는 CMOS 이미지 센서(111a) 또는 지문인식 열감지형 센서(111b)에서 사용자 손가락의 이미지를 받거나, 또는, 스위치 버튼(112)에서 사용자의 누름을 이용하여 입력을 받아, 상기 제어부(113)에서 이를 통해서 LED 조명(120)을 켜고, 다시 상기 제어부(113)는 컴퓨터(130) 쪽으로 상기 정보를 전송하게 된다.

구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 초소형 정보기기용 촉각형 정보 입력 장치는, 외부적으로는 볼펜 볼처럼 아주 작은 팁 부분이 사람의 손가락으로 통해 인식하는 인식 장치가 된다. 또한, 내부적으로는, CMOS 이미지 센서(111a) 또는 지문인식 열감지형 센서(111b)를 이용하여 손가락의 이미지와 모션 벡터의 정보를 얻어서 움직임에 대한 상대적인 위치를 통해 정보 입력 장치로 이용된다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 초소형 정보기기용 촉각형 정보 입력 장치는, 문자 입력이나 마우스 움직임 기능을 모두 다 수행할 수 있다.

예를 들면, 문자입력의 경우, 핸드폰의 버튼을 누르는 것처럼 손가락에 핸드 폰 버튼과 같은 버튼 문자 입력 맵이라고 하면, 사용자 손가락의 상대적인 위치 움직임에 의해 손가락의 해당영역 부분으로 이동하여 클릭하면, 문자 입력이 가능하게 된다.

또는, 상기 CMOS 이미지 센서(111a)가 이미지와 움직임의 대한 벡터 정보를 생성하기 때문에 손가락의 상대적인 움직임으로 마우스 포인터처럼 사용할 수 있다.

또는, 스위치 버튼(112)이 상기 촉각형 정보 입력 장치(110) 내부에 장착이 되어 있으므로, 마우스처럼 클릭이나 드래그 기능을 수행할 수 있고, 이에 따라 스크롤도 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 초소형 정보기기용 촉각형 정보 입력 장치는, 소형의 돌기부분을 손가락의 촉각을 통해서 피드백 받기 때문에 아주 세밀한 조작이 가능하다.

한편, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서를 이용한 초소형 정보기기용 촉각형 정보 입력 장치(210)의 내부 구성도로서, 소형 돌기(212)를 구비한 투명한 플레이트(211), 렌즈(213), CMOS 이미지 센서(214) 및 스위치 버튼(215)을 포함할 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서를 이용한 초소형 정보기기용 촉각형 정보 입력 장치는, 손가락의 촉감으로 사람의 입력 피드백으로 느껴지게 하기 위한 투명 플레이트(transparent plate: 211)가 있다. 이 부분은 손가락의 끝 부분에서 잘 느껴질 수 있도록 작은 돌기(212)를 구비한다. 그리 고 이 부분은 투명해야만 한다. 왜냐하면, CMOS 이미지 센서(214) 부분에서 손가락의 영상을 입력받기 위해서는 투명 플레이트(211)는 재질이 투명해야만 한다.

상기 렌즈(213)는 상기 투명 플레이트(211) 하부에 형성되며, 상기 투명 플레이트(211)에서 인식한 이미지를 모아주는 역할을 한다. 상기 투명 플레이트(211) 부분에서 느껴지는 받아들여지는 영상을 모아줌으로써, 상기 CMOS 이미지 센서(214)에서 제대로 이미지를 인식할 수 있다.

상기 CMOS 이미지 센서(214)는 상기 렌즈(213) 하부에 형성되며, 상기 렌즈를 통과한 상기 손가락의 현재 이미지 및 모션 벡터 정보를 생성하여 전달하게 되며, 상기 정보를 받아서 컴퓨터 쪽으로 그 정보를 넘겨주게 된다.

마지막으로, 가장 아래 부분에 클릭을 입력을 위한 스위치 버튼(215)이 있다. 상기 스위치 버튼(215)은 상기 사용자가 명령 처리를 위해 손가락으로 눌러서 정보를 전달하게 된다.

한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서를 이용한 초소형 정보기기용 촉각형 정보 입력 장치를 활용하는 것을 나타내는 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초소형 정보기기용 촉각형 정보 입력 장치를 "FeelTip"이라고 칭한다.

상기 촉각형 정보 입력 장치인 FeelTip의 투명 플레이트(211)에 외부로 드러나는 부분이 아주 작은 돌기(212)가 구비되어 있기 때문에, 사람의 손가락으로 FeelTip(210)의 돌기(212)를 인식할 수 있고, 또한, 손가락(300)을 움직임에 따라 그 정보를 피드백 받을 수 있다.

구체적으로, 상기 FeelTip은 디바이스의 접촉 부분이 면이 아니고 작은 돌기이며, 실제로 돌기 형태의 감지 장치이기 때문에 손가락에 위치에 대한 피드백을 줄 수 있다. 예를 들어, 상기 FeelTip을 누르는 동작 및 FeelTip에서 떼는 동작에 의해 선택 입력이 이루어지며, 이때, 상기 FeelTip에서는 센서가 초점을 잃는 것을 감지함으로써 손가락을 떼는 동작을 감지할 수 있다.

따라서, 전술한 바와 같이, 상기 피드백된 정보를 이용해서 스크롤이나 마우스 같이 화면의 커서를 움직이고 지시하거나, 문자를 입력할 수 있다. 또한, 이러한 FeelTip의 크기는 달라질 수 있으며, 이와 같이 크기를 달리함으로써 그 사용 용도가 달라질 수 있다.

한편, 도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서 및 그 내부 회로를 설명하기 위한 도면이다.

구체적으로, 도 4a 및 도 4b를 참조하여, 상기 CMOS 이미지 센서의 픽셀 구조 및 동작원리를 설명한다.

도 7a를 참조하면, 상기 CMOS 이미지 센서는 픽셀이 들어있는 칩들로 구성되어 있으며, 하나의 칩 내에 증폭기, 아날로그/디지털 변환기(A/D converter), 내부 전압 발생기(internal voltage generator), 타이밍 발생기(timing generator) 및 디지털 논리회로(digital logic) 등이 결합되기도 하는데, 이는 공간과 전력 그리고 비용 절감에 큰 장점을 갖고 있다.

일반적으로, 전하결합소자(CCD)가 전문 공정을 통하여 만들어지므로 가격이 비싸다는 점에 반해, 상기 CMOS 이미지 센서는 CCD 보다 가격이 저렴한 웨이퍼 공 정을 통하여 대량생산이 가능하여, 스케일의 경제성에서도 장점이 있다.

따라서, 상기 CMOS 이미지 센서는 디지털 카메라, 스마트 폰, PDA, 노트북, 보안카메라, 바코드 탐지기, HDTV 해상도 카메라, 완구용품 등으로 널리 확장되고 있다.

이러한 CMOS 이미지 센서의 장점은 (1) 낮은 전력 기능, 단독 전압전류, 낮은 전력소비, (2) 통합된 CMOS 회로와의 양립성, (3) 영상 데이터의 랜덤 액세스, 및 (4) 표준 CMOS 기술의 이용함으로써 비용감소 등이 있다.

구체적으로, CMOS 이미지 센서는 웨이퍼 공정회사 또는 반도체 회사에서 제조되며, 실리콘 칩 위에 회로 및 장치들이 새겨진 것으로서, 보다 많은 반도체 공장들은 몇 백만의 컴퓨터 프로세서와 메모리 칩을 만들기 위해 Complementary Metal Oxide Semiconductor(CMOS)라고 불리는, 전하결합소자(CCD)와 전혀 다른 방법을 사용하고 있다.

도 7b를 참조하면, 예를 들어, 1-트랜지스터 구조의 CMOS 이미지 센서의 경우, 1 픽셀을 구성하는 요소가 MOSFET 1개, 포토 다이오드(Photo Diode) 1개로 구성되므로 매우 간단한 구조로 구성될 수 있다.

상기 1-트랜지스터 구조의 CMOS 이미지 센서 동작은, 수광부에 빛이 입사하게 되면 이에 따라 EHP(Electron-Hole Pair)가 생성되고, 이렇게 생성된 신호 전하는 트랜지스터의 게이트 바이어스(gate bias)에 따라 출력단으로 전달되는 방식으로 되어 있다.

한편, 도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 지문인식 방식 및 구 체적인 지문인식 열감지형 센서의 구성을 예시하는 도면으로서, 지문인식기에 사용되는 센서를 전술한 FeelTip에도 그대로 적용할 수 있다.

구체적으로, 도 8a 및 도 8b를 참조하여, 상기 지문인식 방식의 동작 원리 및 지문인식 열감지형 센서의 구성을 설명한다.

일반적으로, 바이오메트릭스(Biometrics), 즉, 생체인식기술이란 인간의 생체적 특성상 개개인만의 독특한 특징을 본인확인을 위한 측정단위로 활용하는 기술을 말하며, 인간의 생체적 특징을 자동화된 장치를 거쳐 본인 확인을 하는 것이다.

이러한 바이오메트릭스에 활용되는 생체부분은 지문, 망막, 홍채, 얼굴, 손, 정맥, 목소리, 필체, 몸 냄새, DNA 등이 있으나, 현재 기술 개발 수준에서 가장 정확하고도 사용하기 편리한 것은 지문을 이용한 바이오메트릭스이다. 여기서, 지문 인식은 땀샘이 융기되어 일정한 흐름을 형성한 것으로, 그 형태가 각 각의 고유성을 띄고 있으므로, 상기 지문은 평생동안 변하지 않는 특성을 가지므로 안정도에 있어서 망막, 홍채, 정맥, 얼굴형태 인식 등의 수단보다 높아서 효율적인 본인 확인 수단으로 이용되고 있다.

구체적으로, 상기 지문인식 방식은 여러 방법으로 캡쳐를 한다. 현재 사용되고 있는 지문인식기 방식에는 광학방식(Frustrated Total Internal Reflection)과 실리콘 칩(Silicon Chip Sensing) 또는 반도체 방식이라는 2가지가 있다. 최근 기술의 추세는 광학방식을 포함하여, 초음파나 반도체 칩에 기초한 기술이 있으며, 상기 광학방식은 CCD와 CMOS 센서가 있고, 지문감식의 초기 기술이고 보편적으로 사용되고 있다.

먼저, 광학기를 이용한 방식은 가장 보편적으로 널리 사용되고 있는 방식으로, 강한 빛을 플래이튼(platen)에 쏘아 플래이튼에 얹혀진 손끝의 지문 형태를 반사하게 되고 이 반사된 지문 이미지는 고굴절 렌즈를 통과하여 CCD(고체 촬상소자)에 입력된다. 또한 플래이튼에 놓인 손가락의 지문에서 반사되어져 나온 이미지를 홀로그램막에 투영하여 이미지를 획득하는 방법도 있다. 그리고 이와 같이 입력된 지문 이미지는 특수한 알고리즘에 의하여 디지털화된다. 또한, 지문의 모양을 보다 정밀하게 이미지화 함에 있어 특수한 방식이 따로 있는 것이 아니라 지문 자체에 있는 수분이나 기름 성분이 굴절률을 변화시켜 지문 이미지를 정밀하게 CCD에 맺히게 하는 것이다

또한, 도 8a를 참조하면, 실리콘 칩(반도체)을 이용한 방식은 피부의 전기 전도 특성을 이용하여 실리콘 칩 표면에 직접적으로 손끝을 접촉시키면 칩 표면에 접촉된 지문의 특수한 모양을 전기적 신호로 읽어 들이는 것이다. 칩 표면에 놓여지는 손가락의 압력과 열에 따른 센서 어레이에 전하량의 변화를 읽어서 지문정보를 얻는 방법과 전기장 또는 초음파를 사용하여 얻은 지문이미지를 전기적 신호로 변환하여 지문을 획득하는 방법이다.

달리 말하면, 생체학적 특성(Biometrics)을 그대로 이용한 것이라 할 수 있다. 이 반도체 칩 방식은, 알고리즘이 제조회사마다 상이하겠지만 기본 구조는 단순하기 때문에 가장 안정적이라고 할 수 있다.

한편, 도 8b를 참조하면, 상기 지문인식 열감지형 센서는, 지문 스캔부(510), 그레이스케일 이미지 변환부(520), 바이너리 이미지 변환부(530), 바이오메 트릭 템플렛(540), 비교부(550), 판단부(560) 및 감사 추적부(Audit Trail: 570)를 포함한다.

상기 지문 스캔부(510)는 사용자의 손가락의 지문을 스캔하여, 컴퓨터에서 정보 처리가 가능하도록 사용자 지문의 특징을 추출하게 된다.

상기 그레이스케일 이미지 변환부(520)는 상기 스캔된 손가락의 지문을 그레이 스케일 이미지로 변환하고, 상기 바이너리 이미지 변환부(530)는 상기 그레이 스케일 이미지를 바이너리 이미지로 변환하게 된다.

상기 바이오메트릭 템플렛(540)은 이미 등록돼 있는 사용자 손가락에 대한 지문 정보를 기저장하고 있으며,

상기 비교부(550)는 상기 바이너리 이미지와 상기 이미 등록돼 있는 지문 정보를 서로 비교하고, 상기 판단부(560)는 상기 비교된 이미지에 따라 상기 사용자의 본인 여부를 판단하게 된다.

상기 감사 추적부(570)는 상기 판단부(560)의 본인여부 판단에 따라 보안 위반 사항이 합법적으로 그리고 허가를 받지 않고 발생했는지 여부를 추적하게 되다. 여기서, 감사 추적(Audit Trail)은 컴퓨터 보안 시스템에서 시스템 자원 사용에 대해 시간 순서에 따라 기록된 사용 내역을 말한다. 이 기록에는 사용자 로그인, 파일 접근, 기타 다양한 활동 내역, 그리고 실질적 또는 시도된 보안 위반 사항이 합법적으로 그리고 허가를 받지 않고 발생했는지 여부가 포함된다. 따라서, 감사 추적은 사용자 행위를 추적하여 보안 사건들이 특정 개인의 행위와 관련되었는지는 밝힐 수 있는 자료가 되므로, 안전한 시스템을 위해 필요한 책임 추적성의 기초 요 구 사항이다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 지문인식 방식은, 전술한 FeelTip의 지문 입력부를 통하여 지문정보를 얻어 컴퓨터에서 정보 처리를 가능토록 하기 위하여 지문의 특징을 추출하고, 이를 이미 등록돼 있는 지문 정보와 비교하여 본인여부를 판단하게 된다.

한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 지문인식 열감지형 센서를 이용한 초소형 정보기기용 촉각형 정보 입력 장치의 내부 구성도이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 지문인식 열감지형 센서를 이용한 초소형 정보기기용 촉각형 정보 입력 장치를 활용하는 것을 나타내는 도면이다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 지문인식 열감지형 센서를 이용한 초소형 정보기기용 촉각형 정보 입력 장치(600)는, 전술한 도 5 및 도 6에 도시된 CMOS 이미지 소자가 내부 렌즈 부분이 필요하지만, 지문인식에 사용되는 센서는 렌즈와 다이오드가 필요없게 된다. 따라서, 도 9에 도시된 바와 같이, 푸시버튼 스위치(610)와 단지 지문인식 열감지형 센서(620)만 있으면 된다.

또한, 도 5에 도시된 CMOS 이미지 센서는 LED 조명이 필요하지만, 지문인식에 사용되는 반도체를 사용하면, 상기 LED 조명 부분이 필요하지 않게 된다. 또한, 상기 촉각형 정보 입력 장치인 FeelTip(600)의 지문인식 열감지형 센서(620)가 작은 돌기 역할을 하며, 사람의 손가락(300)으로 FeelTip(600)의 돌기를 인식할 수 있고, 또한, 손가락(300)을 움직임에 따라 그 정보를 피드백 받을 수 있다.

결국, 본 발명의 실시예에 따른 FeelTip의 개념은 터치 패드와 손의 역할을 바꾼 것으로서, 손가락이 패드의 역할을 하고 작은 디바이스가 펜의 역할을 한다. 이러한 개념을 구현하기 위해서, 소형 CCD 이미지 센서를 이용하여 디바이스에 접한 손가락 면의 이동량을 감지하게 되고, 또한, FeelTip은 작은 돌기 형태를 구비함으로써, 손가락이 움직일 때의 변위량이 사용자 손가락의 촉각으로 피드백되어, 상기 손가락이 움직이는 동안 그 움직임과 위치를 보다 정확히 인지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 촉각형 정보 입력 장치는 초소형(3mmㅧ3mm)의 입력 장치로 구현할 수 있고, 종래의 터치패드에서 펜과 패드의 역할을 서로 뒤바꾼 것이기 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 촉각형 정보 입력 장치로서 펜 역할을 하는 부분만 장착되어 있으면, 초소형의 입력 장치를 만들 수 있다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명에 따르면, 손가락 끝 부분이 패드가 되어 손가락의 촉감을 통해서 사람에게 피드백되기 때문에 보다 정밀한 정보 입력을 조작할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 손가락을 움직이는 동안 자신의 손 움직임을 촉감을 통해서 정확하게 인지할 수 있으므로, 눈이나 화면에서 동작을 보지 않고도 손가락의 정상적인 움직임을 인식할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 작은 돌기 부분이 입력 장치가 되므로, 평면이 아 닌 곡면이나 모서리 같은 곳에도 장착이 가능하므로 공간 활용이 유용하게 된다.

Claims (18)

1. 정보기기용 정보 입력 장치에 있어서,

   사용자 손가락의 끝 부분에 용이하게 접촉하기 위한 소형 돌기를 구비하며, 상기 손가락의 촉감으로 사용자의 정보 입력 피드백을 인식하기 위한 플레이트;

   상기 플레이트 하부에 형성되며, 상기 플레이트에서 인식한 이미지를 모아주는 렌즈;

   상기 렌즈 하부에 형성되며, 상기 렌즈를 통과한 상기 손가락의 현재 이미지 및 모션 벡터 정보를 생성하는 이미지 검출 소자; 및

   상기 사용자가 명령 처리를 위해 손가락으로 눌러서 정보를 전달하기 위한 스위치 버튼

   을 포함하되,

   상기 사용자 손가락이 상기 플레이트 상에 형성된 돌기를 누르거나 떼는 동작에 의해 정보가 입력되는 것을 특징으로 하는 촉각형 정보 입력 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 플레이트는 상기 이미지 검출 소자가 상기 손가락의 영상을 입력받도록 투명한 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 촉각형 정보 입력 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 플레이트 상에 형성된 돌기의 크기는 변경이 가능한 것을 특징으로 하는 촉각형 정보 입력 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 이미지 검출 소자가 상기 사용자 손가락에 대한 초점이 상기 렌즈에 형성되는 것을 감지함으로써 상기 사용자 손가락의 누름 및 떼는 동작을 검출하는 것을 특징으로 하는 촉각형 정보 입력 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 이미지 검출 소자는 상기 사용자 손가락의 움직임에 따른 이동 변위를 전달받는 CMOS 이미지 센서인 것을 특징으로 하는 촉각형 정보 입력 장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 모션 벡터 정보는 상기 손가락의 움직임에 대한 상대적인 위치를 인식하기 위한 움직임 정보인 것을 특징으로 하는 촉각형 정보 입력 장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 손가락의 현재 이미지 및 모션 벡터 정보에 따라 소정 화면의 커서를 움직이고 지시할 수 있는 것을 특징으로 하는 촉각형 정보 입력 장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 손가락의 현재 이미지 및 모션 벡터 정보에 따라 문자를 입력할 수 있는 것을 특징으로 하는 촉각형 정보 입력 장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 이미지 검출 소자는 상기 사용자 손가락의 지문에 따라 사용자의 본인 여부를 판단하고, 상기 손가락의 움직임에 따른 이동 변위를 전달받는 지문인식 열감지형 센서인 것을 특징으로 하는 촉각형 정보 입력 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 지문인식 열감지형 센서는,

    사용자의 손가락의 지문을 스캔하여, 컴퓨터에서 정보 처리가 가능하도록 사용자 지문의 특징을 추출하는 지문 스캔부;

    상기 스캔된 손가락의 지문을 그레이 스케일 이미지로 변환하는 그레이스케일 이미지 변환부;

    상기 그레이 스케일 이미지를 바이너리 이미지로 변환하는 바이너리 이미지 변환부;

    이미 등록돼 있는 사용자 손가락에 대한 지문 정보를 기저장하고 있는 바이오메트릭 템플렛;

    상기 바이너리 이미지와 상기 이미 등록돼 있는 지문 정보를 서로 비교하는 비교부; 및

    상기 비교된 이미지에 따라 상기 사용자의 본인 여부를 판단하는 판단부

    를 포함하는 촉각형 정보 입력 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 지문인식 열감지형 센서는,

    상기 판단부의 본인여부 판단에 따라 보안 위반 사항이 합법적으로 그리고 허가를 받지 않고 발생했는지 여부를 추적하기 위한 감사 추적부(Audit Trail)를 추가로 포함하는 촉각형 정보 입력 장치.
12. 정보기기용 정보 입력 시스템에 있어서,

    소형 돌기를 구비한 투명 플레이트를 통해 사용자 손가락의 촉감에 따른 사용자의 정보 입력을 인식하고, 이미지 검출 소자를 이용하여 상기 사용자 손가락의 현재 이미지 및 모션 벡터 정보를 획득하여, 이에 대응하는 정보를 입력하는 촉각형 정보 입력기기; 및

    상기 촉각형 정보 입력기기로부터 전달된 정보에 대응하는 소정의 명령을 처리하는 제어부

    를 포함하되,

    상기 사용자 손가락이 패드 역할을 하고, 상기 촉각형 정보 입력 기기가 정보 입력을 위한 펜 역할을 하는 것을 특징으로 하는 촉각형 정보 입력 시스템.
13. 제12항에 있어서,

    상기 촉각형 정보 입력기기는 곡면이나 모서리 부분에 공간적으로 장착되는 것을 특징으로 하는 촉각형 정보 입력 시스템.
14. 제12항에 있어서, 상기 촉각형 정보 입력기기는,

    사용자 손가락의 촉감으로 사용자의 정보 입력 피드백을 인식하기 위한 투명한 플레이트;

    상기 투명 플레이트 하부에 형성되며, 상기 투명 플레이트에서 인식한 이미지를 모아주는 렌즈;

    상기 렌즈 하부에 형성되며, 상기 렌즈를 통과한 상기 손가락의 현재 이미지 및 모션 벡터 정보를 생성하여, 상기 제어부로 전달하는 이미지 검출 소자; 및

    상기 사용자가 명령 처리를 위해 손가락으로 눌러서 정보를 전달하는 스위치 버튼

    을 포함하는 촉각형 정보 입력 시스템.
15. 제14항에 있어서,

    상기 이미지 검출 소자는 상기 사용자 손가락의 움직임에 따른 이동 변위를 전달받는 CMOS 이미지 센서인 것을 특징으로 하는 촉각형 정보 입력 시스템.
16. 제14항에 있어서,

    상기 이미지 검출 소자는 상기 사용자 손가락의 지문에 따라 사용자의 본인 여부를 판단하고, 상기 손가락의 움직임에 따른 이동 변위를 전달받는 지문인식 열감지형 센서인 것을 특징으로 하는 촉각형 정보 입력 시스템.
17. 제12항에 있어서,

    상기 손가락의 현재 이미지 및 모션 벡터 정보에 따라 소정 화면의 커서를 움직이고 지시할 수 있는 것을 특징으로 하는 촉각형 정보 입력 시스템.
18. 제12항에 있어서,

    상기 손가락의 현재 이미지 및 모션 벡터 정보에 따라 문자를 입력할 수 있는 것을 특징으로 하는 촉각형 정보 입력 시스템.

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