KR100545534B1 - Interactive electronic system by using ultrasonic phase difference and doppler shift - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초음파 위상차와 도플러 쉬프트를 이용한 인터랙티브 전자시스템에 관한 것으로, 특히 본 발명의 시스템은 호스트장치에서 지시장치의 지향성 IR 신호에 의해 활성화되면 연속적인 초음파를 보내기 시작하고, 지시장치에 초음파 신호가 도달하면 IR 비콘 신호를 꺼지게 한다. 이에 지시장치는 수신된 초음파 신호의 위상차, 지시장치의 전후 움직임, 버튼의 상태 정보를 IR 데이터 패킷 형태로 비지향성 IR 송신부를 통하여 호스트 장치로 전송하며, 호스트 장치는 이에 따라 GUI 커서를 조절한다. 호스트장치는 지시장치로의 초음파 위상차에 불연속성이 감지되면 비활성 상태로 돌아가서 초음파 송신을 정지시킨다.The present invention relates to an interactive electronic system using an ultrasonic phase difference and a Doppler shift. In particular, the system of the present invention starts to send a continuous ultrasonic wave when the host device is activated by a directional IR signal of an indicator device. On reaching, turns off the IR beacon signal. Accordingly, the indicating device transmits the phase difference of the received ultrasonic signal, the forward and backward movement of the indicating device, and the state of the button to the host device through the non-directional IR transmitter in the form of an IR data packet, and the host device adjusts the GUI cursor accordingly. When the host device detects a discontinuity in the ultrasonic phase difference to the indicator, the host device returns to an inactive state and stops ultrasonic transmission.
인터랙티브 텔레비전, 초음파 위상차, 도플러 쉬프트Interactive Television, Ultrasonic Phase Difference, Doppler Shift
Description
도 1은 본 발명에 따른 초음파 위상차와 도플러 쉬프트를 이용한 인터랙티브 전자시스템의 개략적 구성도,1 is a schematic configuration diagram of an interactive electronic system using ultrasonic phase difference and Doppler shift according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 시스템 내 호스트장치의 개략적 구성도,2 is a schematic structural diagram of a host apparatus in a system according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 시스템 내 지시장치의 개략적 구성도,3 is a schematic structural diagram of an indicator in a system according to the present invention;
도 4는 도 3에 도시된 지시장치의 위상차 검출부의 구성도,4 is a configuration diagram of a phase difference detection unit of the indicating device shown in FIG. 3;
도 5는 도 3에 도시된 지시장치의 도플러 쉬프트 검출부의 구성도,5 is a configuration diagram of a Doppler shift detector of the indicating device shown in FIG. 3;
도 6은 본 발명에서 초음파 신호의 위상차와 센서간의 기울기 관계를 나타내는 도면,6 is a view showing the relationship between the phase difference of the ultrasonic signal and the sensor in the present invention,
도 7은 본 발명의 호스트장치의 활성/비활성 상태 제어를 설명하기 위하여, IR 신호의 수신 영역에 의해 결정되는 활성화 경계선과 초음파 위상차 신호의 불연속점에 의해 결정되는 비활성화 경계선을 나타낸 도면,FIG. 7 is a view illustrating an activation boundary determined by a reception area of an IR signal and an inactivation boundary determined by a discontinuity point of an ultrasonic phase difference signal in order to explain active / inactive state control of a host device of the present invention; FIG.
도 8은 본 발명의 호스트장치의 활성/비활성 상태 제어를 설명하기 위한 상태 전이도,8 is a state transition diagram for explaining the active / inactive state control of the host device of the present invention,
도 9는 본 발명의 실시 예에 이용된 인터랙티브 전자시스템의 디스플레이상 의 GUI를 나타낸 도면.9 illustrates a GUI on a display of an interactive electronic system used in an embodiment of the invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the code | symbol about the principal part of drawing>
10 : 호스트장치 11 : 초음파 송신부10
12 : IR 수신부 13 : 지시상태 판단부12: IR receiver 13: indication status determination unit
14 : 패킷 처리부 15 : 신호 처리부14: packet processing unit 15: signal processing unit
16 : TV GUI 20 : 지시장치16: TV GUI 20: indicating device
21 : 초음파 수신부 22 : 지향성 IR 송신부21: ultrasonic receiver 22: directional IR transmitter
23 : 비지향성 IR 송신부 24 : 위상차 검출부23
25 : 도플러 쉬프트 검출부 26 : 제어부25 Doppler
27 : 입력부(버튼)27: input unit (button)
본 발명은 원격 지시장치에 의해 작동되는 인터랙티브 전자시스템에 관한 것으로서, 특히 초음파 센서를 이용하여 텔레비전 디스플레이의 GUI(Graphical User Interface) 커서를 조작함으로써 메뉴 및 시스템 구동을 손쉽게 원격 조정할 수 있는 초음파 위상차와 도플러 쉬프트를 이용한 인터랙티브 전자시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
종래 아날로그 방식의 전자시스템 경우에는 시스템 구동을 위하여 버튼, 다이얼, 리모컨 등의 간단한 입력 조작만 필요했던 반면에, 앞으로 보편화될 인터랙 티브 방식의 전자시스템 경우에는 호스트장치와 지시장치 사이에 양방향 통신으로 호스트장치의 원격 제어와 고기능화가 가능하도록 새로운 입력 방식이 요구되고 있다. 하지만 인터랙티브 전자시스템으로서 잘 알려진 텔레비전의 경우에는 지시장치의 입력 메커니즘에 대한 표준화가 현재까지 이루어지지 않은 상태로 다양한 원격 지시장치들이 소개되고만 있다.In the case of the conventional analog type electronic system, only a simple input operation such as a button, a dial, a remote controller, etc. was required to operate the system, whereas in the case of the interactive type electronic system, which is to be universalized in the future, the host device and the indicating device are connected by bidirectional communication New input methods are required to enable remote control and high functionality of the device. However, in the case of a television which is well known as an interactive electronic system, various remote indicating devices have only been introduced without standardization of input device input mechanisms.
예를 들어, 인터랙티브 텔레비전의 지시장치로는 트랙볼이나 조이스틱, 자이로스코프 등과 같은 컴퓨터용 입력 장치를 리모콘에 내장하여 사용하는 방법이 제시되고 있으나, 컴퓨터와 달리 텔레비전은 지시장치와의 거리가 멀기 때문에 정확한 포인팅으로 원격 제어하는 것이 어렵다. 따라서 새로운 인터랙티브 전자시스템의 지시장치가 요구되고 있는 실정이다.For example, there is a method of using an input device for a computer such as a trackball, a joystick, a gyroscope, etc. in a remote controller as an indication device of an interactive television. However, unlike a computer, a television is far from the indication device. It is difficult to remotely control by pointing. Therefore, there is a demand for a pointing device for a new interactive electronic system.
한편, 초음파 센서는 오래 전부터 물체의 위치 파악, 거리 측정하는데 이용되어져 왔다. 초음파 센서를 이용한 방법은 크게 2가지로 구분되고 있다.Ultrasonic sensors have long been used to locate and measure objects. There are two types of methods using ultrasonic sensors.
첫 번째인 펄스 에코 방법(pulse-echo method)은 초음파 센서에서 초음파를 발신하여 대상 물체에 반사되어 온 파를 수신하여 발신에서부터 수신되기까지의 시간을 측정하여 물체까지의 거리를 구하는 것이다. The first pulse-echo method is to obtain the distance from the object by measuring the time from the transmission to the reception by receiving the wave reflected by the ultrasonic wave from the ultrasonic sensor.
두 번째 위상차 방법은 초음파 센서에서 초음파를 발신하여 대상 물체에 반사되어 온 파를 센서로 수신하여 송신파와 수신파 간의 위상차(phase difference)를 이용하여 물체까지의 거리를 구하는 것이다. 이 위상차 방식의 거리 측정은 펄스 에코 방식보다 더 정확하며 노이즈에 강하다는 장점이 있다.In the second phase difference method, an ultrasonic sensor sends an ultrasonic wave to receive a wave reflected by a target object by a sensor and calculates a distance to the object using a phase difference between a transmitting wave and a receiving wave. This retardation distance measurement is more accurate than the pulse echo method and has the advantage of being noise resistant.
초음파신호의 위상차를 이용한 지시장치의 예는 미국 특허번호 5,999,167호 에 개시된 커서 제어장치가 있다. 이 장치는 3차원 공간에서 커서를 제어하는 장치로 초음파 센서와 적외선 신호(IR)를 이용해 텔레비전 디스플레이의 커서를 원격 제어하는 것으로서, 지시장치의 위치 각도를 파악하기 위해 초음파 센서를 사용하고 마우스, 키 명령을 텔레비전에 송신하기 위하여 적외선 신호를 이용한 장치이다.An example of the indicating device using the phase difference of the ultrasonic signal is a cursor control device disclosed in US Pat. No. 5,999,167. This is a device that controls the cursor in a three-dimensional space. It uses an ultrasonic sensor and an infrared signal (IR) to remotely control the cursor on the television display. A device using an infrared signal to send a command to a television.
그런데, 두 초음파 센서의 수신 신호간의 위상차가 다름을 이용하여 지시장치의 위치를 파악하는 방법에서 가장 큰 문제점은 지시장치의 기울기 정도에 따라 초음파 센서 간 위상차가 증가하다가 한 파장(2π) 이상일 경우 위상차가 결국 같아지는 문제점, 즉 위상차 모호성(phase ambiguity)이다.However, the biggest problem in the method of determining the position of the pointing device by using the difference in phase difference between the received signals of the two ultrasonic sensors is that the phase difference between the ultrasonic sensors increases according to the degree of inclination of the pointing device, and the phase difference is higher than one wavelength (2π). Is the problem that eventually becomes equal, namely phase ambiguity.
또한, 마우스처럼 표면위에서 작동시키는 지시장치와 달리 들고 작동시키는 지시장치의 경우는 버튼을 누를 수 있는 손가락이 엄지에 국한되며, 이러한 경우 마우스와 같이 두개의 버튼을 가지는 것은 바람직하지 않다.In addition, in the case of the indicator device to operate on the surface unlike the mouse to operate on the surface like a mouse, the finger that can press the button is limited to the thumb, in this case it is not preferable to have two buttons like the mouse.
본 발명의 목적은 상기한 위상차 모호성을 해결하기 위하여, 지시장치 내 초음파 센서 배열을 이용하여 지시장치의 위상차를 검출하여 위치를 파악함으로써 호스트장치를 원격 제어하되, IR 신호와 검출된 위상차의 불연속에 따라 원격 제어를 활성화 또는 비활성화하여 초음파 센서의 위상차 모호성을 극복할 수 있는 인터랙티브 전자시스템을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to remotely control the host device by detecting the position by detecting the phase difference of the indicator using the ultrasonic sensor array in the indicator to solve the above phase difference ambiguity, the IR signal and the detected phase difference Accordingly, the present invention provides an interactive electronic system capable of overcoming a phase difference ambiguity of an ultrasonic sensor by activating or deactivating a remote control.
본 발명의 다른 목적은 지시장치인 마우스의 두 버튼 문제점을 해결하기 위하여 초음파 신호의 도플러 쉬프트를 측정하며 그 값으로부터 지시장치의 전후 움 직임 정보인 마우스 우측 버튼 역할을 지시하도록 하고 지시장치의 버튼 입력값으로 마우스 좌측 버튼 역할을 지시하는 원격 지시장치를 가진 인터랙티브 전자시스템을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to measure the Doppler shift of the ultrasonic signal in order to solve the problem of two buttons of the mouse as the pointing device and to indicate the right mouse button, which is the front and rear movement information of the pointing device, from the value and the button input of the pointing device. It is to provide an interactive electronic system with a remote indicator that indicates the left mouse button by value.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 양방향 통신하는 호스트장치와 지시장치를 갖는 인터랙티브 전자시스템에 있어서, 호스트장치는 지시장치의 IR 비콘 신호를 수신받는 IR 수신부와, IR 비콘 신호에 응답하여 초음파 신호를 발산하는 초음파 송신부와, 초음파 신호에 응답하여 지시장치에서 송신된 IR 데이터 패킷을 수신받아 초음파 위상차를 검출하는 패킷 처리부와, 패킷 처리부의 초음파 위상차의 연속성/비연속성에 따라 디스플레이상의 커서가 원격 제어되는 활성 상태 또는 그렇지 않은 비활성 상태로 판단하는 지시상태 판단부와, 지시상태 판단부가 활성 상태인 경우 패킷 처리부의 초음파 위상차를 디스플레이상의 GUI 커서 좌표로 변환하는 신호처리부를 포함한다. 본 발명의 지시장치는 호스트장치에 IR 비콘 신호 및 IR 데이터 패킷을 송신하는 IR 송신부와, 호스트장치로부터 송신된 초음파 신호를 수신받는 초음파 수신부와, 초음파 신호로부터 X축 및 Y축에 대한 위상차를 검출하는 위상차 검출부와, 위상차 검출부의 초음파 위상차를 IR 데이터 패킷으로 지시장치로 송신하도록 제어하는 제어부를 포함한다. 본 발명의 호스트장치는, 패킷 처리부를 통해 IR 데이터 패킷으로부터 지시장치의 버튼 상태 변화 또는 전후 움직임 정보를 검출하고 검출된 신호에 따라 디스플레이상의 GUI 커서를 원격 제어한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an interactive electronic system having a host device and an indicator device for bidirectional communication, wherein the host device includes an IR receiver configured to receive an IR beacon signal of the indicator device, and an ultrasonic signal in response to the IR beacon signal. The cursor on the display is remotely controlled according to the continuity / discontinuity of the ultrasonic wave transmitting part, the ultrasonic wave receiving signal from the indicating device in response to the ultrasonic signal, and the ultrasonic wave phase difference. An instruction state determination unit that determines whether the active state is inactive or not, and a signal processor that converts the ultrasonic phase difference of the packet processing unit into GUI cursor coordinates on the display when the instruction state determination unit is active. The indicating device of the present invention includes an IR transmitter for transmitting an IR beacon signal and an IR data packet to a host device, an ultrasound receiver for receiving an ultrasound signal transmitted from the host device, and a phase difference between the X and Y axes from the ultrasound signal. And a control unit which controls to transmit the ultrasonic phase difference of the phase difference detection unit to the indicating device as an IR data packet. The host apparatus of the present invention detects button state change or forward and backward motion information of the indicating apparatus from the IR data packet through the packet processing section, and remotely controls the GUI cursor on the display according to the detected signal.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 초음파 위상차와 도플러 쉬프트를 이용한 인터랙티브 전자시스템의 개략적 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 시스템은 크게 원격 제어대상의 호스트장치(10)와 그 지시장치(20)로 구성되는데, 본 발명의 실시예에서는 호스트장치(10)를 인터랙티브 텔레비전으로 한정한다. 호스트장치(10)는 지시장치(20)와 양방향 통신 인터페이스를 갖는 전자장치, 예를 들어 냉장고, DVD 플레이어, 에어컨 등으로 모두 호환이 가능하다.1 is a schematic configuration diagram of an interactive electronic system using ultrasonic phase difference and Doppler shift according to the present invention. Referring to Fig. 1, the system of the present invention is largely composed of a remote control
본 발명의 호스트장치(10)는 지시장치(20)의 지향성 IR 송신부(22)를 통해 IR 비콘(beacon) 신호가 수신되면 초음파 송신부(11)를 통해 초음파신호(예컨대 40kHz)를 원격지의 지시장치(20)로 송신한다. 지시장치(20)는 초음파 수신부인 3개의 초음파 센서들(21a, 21b, 21c)을 포함하는데, 3개의 초음파 센서들(21a, 21b, 21c)의 X축 수평 배열(좌/우) 또는 Y축 수직 배열(상/하)을 통해서 측정된 신호(Vh, Vc, Vv)를 이용하여 호스트장치(10)에 대한 지시장치(20)의 기울기를 구하고, 초음파 신호(Vc)의 도플러 쉬프트를 측정하고 이로부터 지시장치(20)의 전후 움직임을 검출한다. 지시장치(20)는 X 및 Y 위상차, 전후 움직임 정보, 버튼의 상태 변화를 IR 데이터 패킷으로 변환하여 비지향성 IR 송신부(23)를 통해 호스트장치(10)로 송신한다. 호스트장치(10)는 IR 수신부(12)를 통해 IR 데이터 패킷을 수신받아 IR 패킷의 X 및 Y 위상차를 X 및 Y 좌표로 변환하고, 좌표 위치와 버튼의 상태 변화, 지시장치의 전후 움직임 정보를 이용하여 디스플레이 상의 해당 GUI 커서를 조작한다.When the
도 2는 본 발명에 따른 시스템 내 호스트장치의 개략적 구성도로서, 본 발명의 호스트장치(10)는 초음파 송신부(11)와, IR 수신부(12)와, 지시상태 판단부(13) 와, 패킷 처리부(14)와, 신호처리부(15)와, TV GUI(16)로 구성된다.2 is a schematic configuration diagram of a host apparatus in a system according to the present invention. The
초음파 송신부(11)는 초음파 신호를 발생하여 지시장치(10)로 송신한다. IR 수신부(12)는 지시장치로부터의 IR 비콘 신호를 수신받아 지시상태 판단부(13) 및 패킷 처리부(14)에 전달한다. 지시상태 판단부(13)는 IR 수신부(12)로부터의 IR 비콘 신호 유/무 정보와 패킷 처리부(14)로부터의 초음파 위상차 정보로부터 지시장치의 원격 제어가 되는 활성 상태와 그렇지 않은 비활성 상태를 판단하여 초음파 송신부(11)를 온(On)/오프(Off)하는 신호를 보낸다. 이와 동시에 지시상태 판단부(13)는 TV GUI(16)에 메시지를 보내어 원격 제어를 위한 패널을 보이거나 숨기게 한다. TV GUI(16)는 통상적으로 알려진 바와 같이, 호스트장치의 프로그램 조작을 위한 그래픽 메뉴, 아이콘 등과 이들을 포인팅 및 클릭하기 위한 커서 등이 표시된 입력 인터페이스이다. 패킷 처리부(14)는 IR 데이터 패킷에서 버튼 입력 정보를 독출하여 지시장치의 입력 버튼이 눌러졌는지 안 눌러졌는지에 대한 정보를 TV GUI(16)로 보낸다. 그리고 패킷 처리부(14)는 IR 데이터 패킷에서 초음파 신호의 도플러 쉬프트 정보를 독출하여 지시장치의 전후 움직임(전진/후진) 정보를 TV GUI(16)로 보낸다. 신호 처리부(15)는 패킷 처리부(14)로부터의 초음파 위상차()를 변환, 필터링하여 X 및 Y 좌표(X, Y)로 만들어 TV GUI(16)로 보내어 GUI 커서의 위치를 조정한다.The
도 3은 본 발명에 따른 시스템 내 지시장치의 개략적 구성도로서, 본 발명의 지시장치(20)는 초음파 수신부(21)와, 지향성 IR 송신부(22)와, 비지향성 IR 송신부(23)와, 위상차 검출부(24)와, 도플러 쉬프트 검출부(25)와, 제어부(26)와, 입력 부(27)로 구성된다.3 is a schematic configuration diagram of an indicator in the system according to the present invention, in which the
초음파 수신부(21)는 도 1에 도시된 3개의 초음파 센서들(21a, 21b, 21c)의 X축 수평 배열 또는 Y축 수직 배열을 통해서 각각 측정된 초음파 신호들(Vh, Vc, Vv)을 수신 받아 위상차 검출부(24)에 전달한다. 위상차 검출부(24)는 수신된 초음파 신호들(Vh, Vc, Vv)로부터 X축 및 Y축에 대한 위상차()를 검출한다. 도플러 쉬프트 검출부(25)는 수신된 초음파 신호들중에서 어느 하나(Vc)에서 초음파 신호의 도플러 쉬프트(Vd)를 검출한다. 그리고 제어부(26)는 지시장치의 입력부(27)인 버튼 상태의 변화(눌림/안눌림)를 감지하고, 도플러 쉬프트(Vd)가 일정치 이상/이하임으로부터 지시장치의 전후 움직임을 감지하여 초음파 위상차 정보와, 버튼 상태 정보와, 전후 움직임 정보를 IR 데이터 패킷으로 만들어 비지향성 IR 송신부(23)로 전달한다. 또한 제어부(26)는 일정한 시간간격으로 지향성 IR 송신부(22)를 통해 IR 비콘 신호를 송신하도록 제어한다. 여기서 IR 비콘 신호는 호스트장치내의 지시장치 판단부로 전달되어 원격 제어의 비활성화 상태를 활성상태로 전이시키는 역할을 한다. 이에 대한 상세한 설명은 도 7과 도 8을 참조하여 후술하기로 한다.The
도 2 및 도 3을 참조하면, 지시장치(20)의 위상차 검출부(24)에서 검출된 X축의 위상차()는 다음 수학식과 같다.2 and 3, the phase difference of the X-axis detected by the
그리고 Y축의 위상차( )는 다음과 같다. And the phase difference of the Y axis ( ) Is as follows.
수학식 1, 2에서 d는 초음파 센서 사이의 거리이며 λ는 초음파 센서의 파장이다. 위의 수학식 1,2에서 X 및 Y 위상차()는 3개 초음파 센서들의 X축, Y축으로 기울어진 각도인 θX, θY에 각각 비례하고 또한 초음파 센서간의 거리 d에 비례함을 알 수 있다.In
이러한 X 및 Y 위상차()는 호스트장치의 신호 처리부(15)에서 변환, 노이즈 필터링 등의 과정을 거쳐 X 및 Y 좌표(X, Y)로 구해지는데 그 값은 다음과 같다.These X and Y phase differences ( ) Is obtained by X and Y coordinates (X, Y) through a process such as conversion and noise filtering in the
여기서 α는 이득 계수이다.Where α is the gain factor.
수학식 3을 참조하면, 호스트장치의 디스플레이상 GUI 커서 위치는 호스트장치에 대한 지시장치의 X 및 Y축 기울기 각도(θX, θY)에 따라 X 및 Y축 방향으로 이동하게 된다. 즉, 지시장치의 기울기 각도(θX, θY)에 따라 커서의 X 및 Y축 이동 거리 및 방향이 변한다.Referring to Equation 3, the GUI cursor position on the display of the host device is moved in the X and Y axis directions according to the X and Y axis tilt angles θ X and θ Y of the indicating device with respect to the host device. That is, the X and Y axis movement distance and direction of the cursor change according to the inclination angles θ X and θ Y of the pointing device.
도 4는 도 3에 도시된 지시장치의 위상차 검출부의 구성도이다. 도 4를 참조하면, 위상차 검출부(24)는 도 1에 도시된 3개의 초음파 센서들(21a, 21b, 21c)중에서 두 개의 초음파 센서(21a, 21b)(21b, 21c)에서 각각 입력된 신호(Vh, Vc)(Vc, Vv)를 연산하는 한 쌍의 플립플롭(242)(243)과, 플립플롭(242)(243)의 출력(Q, )을 감산하여 X 또는 Y 위상차 신호인 전압(Vx, Vy)으로 출력하는 한 쌍의 감산부(244)(245)와, 감산부(244)(245)에서 출력된 신호(Vx, Vy)의 노이즈를 제거하는 한 쌍의 필터(246)(247)로 구성된다. 이때 플립플롭(242,243)은 RS 플립플롭, 필터(246, 247)는 저역통과필터가 사용될 수 있으나 이 위상차 검출부의 회로 구성은 당업자에 의해 변경이 가능하다.FIG. 4 is a configuration diagram illustrating a phase difference detector of the indicating device shown in FIG. 3. Referring to FIG. 4, the phase
본 발명의 위상차 검출부(24)의 출력(Vx, Vy)은 X 및 Y 위상차( 또는 )가 0일 때 0, π일 때 최대값, -π 일 때 최소값을 갖는다. 그 외의 범위에서는 도 7의 그래프에 도시된 바와 같은 주기적인 특성을 갖는다.The outputs Vx and Vy of the
도 5는 도 3에 도시된 지시장치의 도플러 쉬프트 검출부의 구성도로서, 통상적인 도플러 쉬프트 검출에 이용되는 회로이다. 도 5를 참조하면, 도플러 쉬프트 검출부(25)는 기준 신호(사각파)를 발생하는 전압 제어 발진부(VCO: Voltage Controlling Osillator)(255)와, 초음파 신호(Vc)와 기준 신호를 연산하는 RS 플립플롭(252)과, RS 플립플롭(252)의 출력 신호(Q, )를 감산하는 감산부(253)와, 감산부(253)의 신호를 필터링하는 저역통과 필터(254)를 포함한다. FIG. 5 is a configuration diagram of a Doppler shift detection unit of the indicating device shown in FIG. 3 and is a circuit used for normal Doppler shift detection. Referring to FIG. 5, the Doppler
도플러 쉬프트 검출부(25)는 초음파 센서(21b)에서 전달된 초음파 신호(Vc) 를 이용하는데, 이 초음파 신호(Vc)와 기준 신호(사각파)와의 위상차 신호(Vd)를 구하고 이 신호(Vd)가 전압 제어 발진부(VCO)(255)로 피드백(Vin)되어 PLL(Phase Locked Loop)를 형성한다. 피드백된 Vd 신호에 의해 전압 제어 발진부(VCO)(255)의 신호 주파수는 초음파 신호(Vc)의 주파수에 맞추어진다. 이때 피드백된 위상차 신호(Vd)는 전압 제어 발진부(VCO)(255)의 중심 주파수 (fo)와의 어긋남에 비례하는 값을 가지게 됨에 따라 도플러 쉬프트에 비례하는 신호가 된다. 이러한 도플러 쉬프트 검출부(25)를 통해 출력되는 도플러 쉬프트 신호(Vd)는 지시장치의 전후 움직임 정보로 사용된다.The Doppler
한편 지시장치의 초음파 센서들에서 측정된 X 및 Y 위상차를 이용해서 지시장치의 위치를 측정할 경우,X 및 Y 위상차( )가 한 파장(2π) 이상이면 X 위상차()와 Y 위상차( )가 같아져 위상차 모호성이 발생하게 된다. 즉 지시장치를 정확히 호스트장치의 디스플레이에 정면 겨냥할 경우 X축 및 Y축 방향의 초음파 센서들간 X 및 Y 위상차신호(Vx, Vy)는 0이 된다. 도 6에서 지시장치를 X축(좌/우)으로 움직일 경우 좌우로 기울어진 각도를 θ라고 할 때 기울어진 각도 θ에 따라서 X축 초음파 센서간의 X 위상차신호(Vx)가 증가하게 된다. 그런데, 위상차가 π를 넘으면 위상차 신호(Vx)는 최대값에서 최소값으로 점프하게 된다. 따라서 지시장치가 정면을 향하고 있을 경우()와 2π만큼 점프된 위상차에 해당하는 각도 θ만큼 기울어져 있는 경우를 호스트장치는 구분하지 못하는 위상차 모호성이 있다.On the other hand, when measuring the position of the indicator using the X and Y phase difference measured by the ultrasonic sensors of the indicator, ) Is more than one wavelength (2π), the X phase difference ( ) And the Y phase difference ( ) Are equal, resulting in phase ambiguity. That is, when the pointing device is exactly aimed directly at the display of the host device, the X and Y phase difference signals Vx and Vy between the ultrasonic sensors in the X and Y axis directions are zero. In FIG. 6, when the indicating device is moved on the X axis (left / right), when the angle tilted left and right is θ, the X phase difference signal Vx between the X axis ultrasonic sensors increases according to the tilt angle θ. However, when the phase difference exceeds π, the phase difference signal Vx jumps from the maximum value to the minimum value. So if the pointing device is facing straight ( ) And the phase difference ambiguity which the host apparatus cannot distinguish between the case where the angle is inclined by an angle θ corresponding to the phase difference jumped by 2π.
이에 본 발명의 인터랙티브 전자시스템은 도 7에 나타낸 바와 같이 호스트 장치에서 두 개의 활성 상태와 비활성 상태의 원격 제어 모드를 가지도록 한다. 호스트장치에서 IR 비콘 신호가 검출되었을 때 활성화 상태로 전이하고, 수신된 초음파 위상차신호(Vx, Vy)에서 갑작스런 변화, 비연속성이 감지되었을 때 비활성화 상태로 전이하게 함으로써 위상차 모호성을 극복하였다. 즉 X 및 Y축 위상차()가 -π와 π 사이에 있을 경우에만 호스트장치의 원격 제어가 활성화된다.Thus, the interactive electronic system of the present invention allows the host device to have two active and inactive remote control modes as shown in FIG. The phase difference ambiguity is overcome by transitioning to an active state when an IR beacon signal is detected in the host device and transitioning to an inactive state when a sudden change or discontinuity is detected in the received ultrasonic phase difference signals Vx and Vy. That is, the X and Y-axis phase Remote control of the host device is only active if) is between -π and π.
이러한 제어 방식은 IR 비콘 신호의 지향성에 의존하여 지시장치의 각도를 제한하는 단순한 방식과는 분명히 구분된다. 단순히 IR의 지향성에 의존하는 방식은 IR LED의 세기가 각도뿐 아니라 거리에 따라서도 달라진다는 점, IR LED에 의한 조도 분포가 원형이어서 일반적인 사각 디스플레이 영역과 부합하지 않는다는 점을 고려할 때 신뢰성 있는 방식이 아니다.This control scheme is clearly distinct from the simple approach of limiting the angle of the indicator depending on the directivity of the IR beacon signal. Simply relying on the directivity of the IR is a reliable method considering that the intensity of the IR LED depends not only on the angle, but also on the distance, and because the illuminance distribution by the IR LED is circular and does not match the typical rectangular display area. no.
도 7은 본 발명의 호스트장치의 활성/비활성 상태 제어를 설명하기 위한 상태 전이도이다. 도 8을 참조하면, 호스트장치의 디스플레이 영역(b) 안에 점선으로 나타낸 활성화 경계선(a)은 지시장치의 지향성 IR 송신부로부터의 IR 비콘 신호를 호스트장치의 IR 수신부가 수신할 수 있는 범위를 나타낸다. 초기에 호스트장치가 비활성 상태일 때 지시장치의 각도가 이 영역 안에 들어가면 IR 비콘 신호가 수신되어 호스트 장치는 활성 상태로 전이된다. 도 8의 모든 경계선은 위상차() 좌표계에서 표현되었다. 도 8의 TV 디스플레이 영역의 하단과 좌단에 나타낸 두 그래프는 각각 위상차 와 그 신호 Vx간의 관계, 위상차 와 그 신호 Vy간의 관계를 보여주고 있다. 디스플레이 영역(b) 밖으로 점선으로 된 비활성화 경계선(a)은 X 및 Y 위상차 신호(Vx, Vy)의 비연속점들에 의해서 결정된다. 호스트장치가 활성화된 상태에서 지시장치가 비활성화 경계선(c)을 넘게 되면 위상차 신호에 점프가 발견되고 호스트장치는 비활성화 상태로 전이된다. 여기서 필요조건으로 활성화 경계선이 비활성화 경계선 안에 들어가야 하며, 이 조건을 만족시키기 위하여 지향성 IR 송신부의 적절한 지향성 선택이 필요하다.Figure 7 is a state transition diagram for explaining the active / inactive state control of the host device of the present invention. Referring to FIG. 8, the activation boundary a shown by a dotted line in the display area b of the host device indicates a range in which the IR receiver of the host device can receive an IR beacon signal from the directional IR transmitter of the indicator. Initially, when the angle of the indicator falls within this area when the host device is inactive, an IR beacon signal is received and the host device transitions to the active state. All boundary lines in FIG. 8 have a phase difference ( ) Is expressed in the coordinate system. The two graphs shown at the bottom and left ends of the TV display area of Fig. 8 are respectively phase difference. And the phase difference between the signal and its signal Vx Shows the relationship between the signal and Vy. The inactive border line a dotted line out of the display area b is determined by the discontinuous points of the X and Y phase difference signals Vx and Vy. When the indicator device crosses the deactivation boundary c while the host device is activated, a jump is detected in the phase difference signal and the host device is transitioned to the deactivated state. As a requirement, the activation boundary must be within the inactivation boundary, and an appropriate orientation selection of the directional IR transmitter is required to satisfy this condition.
도 9는 본 발명의 실시 예에 이용된 인터랙티브 전자시스템의 디스플레이상의 GUI를 나타낸 도면이다. 이 GUI는 본 발명의 지시장치의 사용 편의성 테스트를 위해 간략하게 나타낸 것이다.9 illustrates a GUI on a display of an interactive electronic system used in an embodiment of the invention. This GUI is simplified for ease of use testing of the pointing device of the present invention.
디스플레이상의 GUI 메뉴는 텔레비전 조작을 위한 채널 노브, 볼륨 노브, 밝기 노브, 전원 온(On)/오프(Off) 등으로 구성된다. 호스트장치가 비활성화 상태에서는 도 9의 GUI가 숨겨진다. 이 상태에서 사용자가 지시장치를 들고 디스플레이를 향해 겨냥하면, 호스트장치는 활성화 상태로 전이되고 도 9의 GUI가 디스플레이 상에 표시되며, 지시장치의 X 및 Y 방향으로의 위상차에 비례하는 위치에 커서가 위치하게 된다. 사용자가 원격지에서 지시장치를 디스플레이 상의 원하는 노브 위치에 겨냥하면 노브가 하이라이트되고, 사용자가 마치 노브를 잡고 돌리는 것과 같이 지시장치의 입력부인 버튼을 누른 상태에서 원을 그리며 지시장치를 움직이면, 노브가 회전되고, 채널변경, 볼륨조절, 밝기조정 등의 제어를 할 수 있다. 또는 노브가 하이라이트된 상태에서 지시장치를 앞으로 밀었다 당기면(전후 움직임) 위상 차의 도플러 쉬프트가 검출되고, 이 신호는 상기한 일련의 과정을 거쳐서 TV GUI로 전후 움직임 메시지로 전달되어 노브와 관련된 서브 메뉴, 즉 채널메뉴, 음질메뉴, 색상메뉴 등이 표시된다.The GUI menu on the display is composed of channel knobs, volume knobs, brightness knobs, power on / off, and the like for television operation. The GUI of FIG. 9 is hidden when the host device is inactive. In this state, when the user picks up the pointing device and aims toward the display, the host device transitions to the active state and the GUI of FIG. 9 is shown on the display, and the cursor is positioned at a position proportional to the phase difference in the X and Y directions of the pointing device. Will be located. When the user remotely points the pointer to the desired knob position on the display, the knob is highlighted, and when the user moves the indicator in a circle while holding down a button that is the input of the indicator, as if the knob was turned and turned, the knob rotates. It can control channel change, volume control, brightness control, etc. Alternatively, if the indicator is pushed forward and pulled (forward and backward movement) with the knob highlighted, a Doppler shift in phase difference is detected, and this signal is transmitted to the TV GUI as a forward and backward motion message through the above-described sequence of steps, and the sub associated with the knob Menus, that is, channel menus, sound quality menus, and color menus are displayed.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 지시장치 내 초음파 센서 배열을 이용하여 지시장치의 위상차를 검출하여 위치를 파악함으로써 호스트장치를 원격 제어하되, IR 신호와 검출된 위상의 불연속에 따라 원격 제어를 활성화 또는 비활성화 하여 기존의 초음파기반 지시장치의 문제점인 위상차 모호성을 극복하였다. As described above, the present invention is to remotely control the host device by detecting the position by detecting the phase difference of the pointing device by using the ultrasonic sensor array in the pointing device, and activates the remote control according to the discontinuity of the IR signal and the detected phase. Deactivation overcomes the phase ambiguity, which is a problem of the conventional ultrasonic-based indicator.
또한, 본 발명은 지시장치에서 초음파 신호의 도플러 쉬프트를 측정하여 도플러 쉬프트가 일정치 이상/이하임으로부터 지시장치의 전후 움직임 제스처를 인식하여 마우스 오른쪽 버튼의 기능을 하도록 한다. 이는 여러 개의 버튼을 이용하여 메뉴를 제어하는 방법보다 하나의 버튼만으로 디스플레이상의 메뉴를 조작함으로써 간편하게 조작할 수 있어 사용자의 사용성을 향상시킨다.In addition, the present invention measures the Doppler shift of the ultrasonic signal in the pointing device to recognize the forward and backward movement gesture of the pointing device from the above or below a certain value to function as a right mouse button. This improves the user's usability by easily operating the menu on the display with only one button, rather than controlling the menu using multiple buttons.
한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주 내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다. Meanwhile, the present invention is not limited to the above-described embodiments, but various modifications are possible by those skilled in the art within the spirit and scope of the present invention described in the claims below.
Claims (16)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR20030036474A KR100545534B1 (en) | 2003-06-05 | 2003-06-05 | Interactive electronic system by using ultrasonic phase difference and doppler shift |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR20030036474A KR100545534B1 (en) | 2003-06-05 | 2003-06-05 | Interactive electronic system by using ultrasonic phase difference and doppler shift |
Publications (2)
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KR20030059766A KR20030059766A (en) | 2003-07-10 |
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ID=32226662
Family Applications (1)
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KR20030036474A KR100545534B1 (en) | 2003-06-05 | 2003-06-05 | Interactive electronic system by using ultrasonic phase difference and doppler shift |
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-
2003
- 2003-06-05 KR KR20030036474A patent/KR100545534B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
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KR20030059766A (en) | 2003-07-10 |
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