KR100813998B1 - 3차원 위치 추적 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 3차원 위치 추적 방법 및 장치를 개시한다. 본 발명의 3차원 위치 추적 방법 및 장치는 신호 발생부에서 초음파 신호가 발생된 시간과 초음파 신호가 소정 거리만큼 이격 설치되어 초음파 신호를 수신하는 초음파 신호 수신부에 수신된 시간간의 시간차로부터 계산된 신호 발생부와 초음파 신호 수신부간의 거리와, 초음파 신호 수신부간의 거리를 이용하여 신호 발생부의 3차원 위치를 측정한다. 이로 인해 본 발명은 과다한 비용 소비 없이 3차원 공간상에서 이동하는 객체의 3차원 위치를 실시간으로 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있으며, 본 발명의 3차원 위치 추적 방법 및 장치는 3차원 마우스, 3D 포인터, 3D 비디오 게임용 입력 장치등에 적용될 수 있다.

Description

3차원 위치 추적 방법 및 장치{Method and apparatus for tracking 3-dimensional position of the object}
도 1 은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 다른 3차원 위치 추적 장치의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2 는 도 1 의 신호 발생부의 세부 구성을 도시한 상세 블록도이다.
도 3a 내지 도 3d 는 도 1 의 위치 측정부가 신호 발생부의 좌표값을 계산하는 방식을 설명하는 도면이다.
도 4 는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따라서 스틱모양으로 구현된 신호 발생부의 구성을 도시하는 도면이다.
도 5 는 제 2 실시예에 따라서 생성되는 기준 신호와 제 1 및 제 2 초음파신호의 발생 시간 관계를 도시하는 타이밍도이다.
도 6 은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 3차원 위치 추적 방법 및 장치를 3차원 시뮬레이션 게임에 적용한 예를 도시한 도면이다.
도 7 은 4개의 초음파 신호 수신부를 설치한 3차원 위치 추적 장치의 구성예를 도시한 도면이다.
도 8 은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 3차원 위치 추적 방법 및 장치를 설명하는 도면이다.
본 발명은 위치 추적 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히, 초음파를 이용하여 3차원 공간에서 움직이는 객체의 3차원 위치를 추적하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
종래에 객체의 3차원 위치를 추적하는 방법과 이를 이용한 응용 기기들이 다수 공지되어 있다. 공지된 3차원 위치 측정 장치의 일예로 객체의 내부에 자이로 센서를 장착하고, 객체가 3차원 공간상에서 움직임에 따라서 측정되는 자이로 센서값들을 이용하여 객체의 3차원 좌표를 계산함으로써 3차원 위치를 측정하는 장치들이 공개되어 있다.
그러나, 자이로 센서를 이용한 장치의 경우에는, 객체의 3차원 위치 측정의 정확도가 자이로 센서의 정밀도에 크게 의존하므로, 정확한 측정을 위해서는 정밀도가 높은 고가의 자이로 센서를 이용하여야 하므로, 3차원 공간상에서 작동되는 마우스나 3차원 비디오 게임의 입력장치로 이용되는 입력수단과 같이 일반 사용자들이 이용하는 장치들에는 적용되기 어려운 문제점이 있다.
또한, 객체의 3차원 위치를 측정하는 다른 방법으로는, 움직이는 객체에 서로 구별되는 복수의 마커를 장착하고 움직이는 객체를 촬영하여, 촬영된 영상에서 마커의 위치를 측정함으로써 객체의 위치를 측정하는 방법이 공개되어 있다. 그러나, 이러한 방법은 실시간으로 객체를 촬영하여 데이터 처리량이 많은 영상처리를 수행하여야 하므로 그 반응속도가 느려서 객체의 3차원 위치를 실시간으로 측정하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 과다한 비용 소비 없이 3차원 공간상에서 이동하는 객체의 3차원 위치를 실시간으로 측정할 수 있는 3차원 위치 추적 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상술한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 3차원 위치 추적 장치는, 초음파 신호를 발생시키는 신호 발생부; 초음파 신호를 수신하는 3이상의 초음파 신호 수신부를 포함하는 신호 수신부; 및 초음파 신호가 발생된 시간과 초음파 신호가 신호 수신부에 수신된 시간간의 시간차를 이용하여 신호 발생부의 3차원 공간상의 위치를 측정하는 위치 측정부를 포함한다.
또한, 상술한 신호 발생부는 초음파 신호와 동시에 기준신호를 발생시키고, 상술한 위치 측정부는 기준신호가 신호 수신부에 수신된 시간을 초음파 신호가 발생된 시간으로 설정하여 신호 발생부의 3차원 공간상의 위치를 측정할 수 있다.
또한, 상술한 신호 발생부는 복수의 초음파 신호 발생부를 포함하고, 복수의 초음파 신호 발생부는 자신에게 할당된 타임 슬롯에 대응되는 기준 시간에 초음파 신호를 발생시키며, 상술한 위치 측정부는 각 타임 슬롯의 기준 시간과 각 타임 슬롯에서 발생된 초음파 신호가 수신된 시간간의 시간차를 이용하여 각 타임 슬롯이 할당된 초음파 신호 발생부의 위치를 측정하여 신호 발생부의 3차원 공간상의 위치 를 측정할 수 있다.
또한, 상술한 신호 발생부는 초음파 신호와 동시에 기준신호를 발생시키고, 위치 측정부는 기준신호가 신호 수신부에 수신된 시간을 복수의 타임 슬롯들 중 첫 번째 타임 슬롯의 기준시간으로 설정하여 각 타임 슬롯의 기준 시간을 설정할 수 있다.
또한, 상술한 신호 발생부는 위치 측정부로부터 초음파 신호의 발생을 지시하는 제어신호를 수신하면 초음파 신호를 발생시키고, 위치 측정부는 제어 신호를 신호 발생부로 출력하고, 제어 신호가 출력된 시간과 초음파 신호가 수신된 시간간의 시간차를 이용하여 신호 발생부의 3차원 공간상의 위치를 측정할 수 있다.
한편, 상술한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 3차원 위치 추적 방법은, (a) 소정의 신호 발생부가 초음파 신호를 발생시키는 단계; (b) 소정 거리만큼 이격되어 설치된 3이상의 초음파 신호 수신부를 포함하는 신호 수신부가 초음파 신호를 수신하는 단계; (c) 위치 측정부가 초음파 신호가 발생된 시간과 초음파 신호가 신호 수신부에 수신된 시간간의 시간차를 이용하여 신호 발생부의 3차원 공간상의 위치를 측정하는 단계를 포함한다.
또한, 상술한 (a) 단계에서, 신호 발생부는 초음파 신호와 동시에 기준신호를 발생시키고, 상술한 (c) 단계에서, 위치 측정부는 기준신호가 신호 수신부에 수신된 시간을 초음파 신호가 발생된 시간으로 설정하여 신호 발생부의 3차원 공간상의 위치를 측정할 수 있다.
또한, 상술한 (a) 단계에서 신호 발생부에 포함된 복수의 초음파 신호 발생 부가 자신에게 할당된 타임 슬롯에 대응되는 기준 시간에 초음파 신호를 발생시키며, 상술한 (c) 단계에서, 위치 측정부는 각 타임 슬롯의 기준 시간과 각 타임 슬롯에서 발생된 초음파 신호가 수신된 시간간의 시간차를 이용하여 각 타임 슬롯이 할당된 초음파 신호 발생부의 위치를 측정하여 신호 발생부의 3차원 공간상의 위치를 측정할 수 있다.
또한, 상술한 (a) 단계이전에 위치 측정부가 초음파 신호의 발생을 지시하는 제어 신호를 신호 발생부로 출력하는 단계를 더 포함하고, (a) 단계에서, 상기 신호 발생부는 제어신호를 수신하여 초음파 신호를 발생시키고, (c) 단계에서, 위치 측정부는 제어 신호가 출력된 시간과 초음파 신호가 수신된 시간간의 시간차를 이용하여 신호 발생부의 3차원 공간상의 위치를 측정할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 다른 3차원 위치 추적 장치의 구성을 설명하는 도면이다. 도 1 을 참조하면 본 발명의 3차원 위치 추적 장치는 소정의 시간 주기로 초음파 신호와 기준 신호를 발생시키는 신호 발생부(20), 신호 발생부에서 발생된 기준 신호와 초음파 신호를 수신하는 신호 수신부(10), 및 기준 신호가 신호 수신부(10)에 수신된 시간과 초음파 신호가 신호 수신부(10)에 수신된 시간차를 이용하여 3차원 공간상의 신호 발생부의 위치를 측정하는 위치 측정부(30)를 포함한다.
먼저, 신호 발생부(20)의 세부 구성을 도시한 블록도인 도 2 를 더 참조하여 신호 발생부(20)를 설명한다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 신호 발생부는 그 내부에 기준신호 발생부(22), 초음파 신호 발생부(24), 제어부(26), 및 전원 공급부(28)를 포함하여 구성되고, 그 외형은 펜타입 등 다양하게 구현될 수 있다.
제어부(28)는 소정의 시간 주기(예컨대, 1/50초)마다 기준 신호 및 초음파 신호를 발생시키도록 지시하는 제어신호를 동시에 생성하여 기준신호 발생부(22) 및 초음파 신호 발생부(24)로 각각 출력한다.
기준 신호 발생부(22)는 제어부(28)로부터 입력되는 제어 신호에 따라서 적외선 신호 또는 RF 신호로 구현되는 기준 신호를 발생시키고, 동시에 초음파 신호 발생부(24)는 제어부(28)로부터 입력되는 제어 신호에 따라서 초음파 신호를 발생시킨다.
전원 공급부(26)는 상술한 기준신호 발생부, 초음파 신호 발생부, 및 제어부로 소정의 전력을 공급한다. 전원 공급부(26)는 소정의 배터리로 구현되는 것이 바람직하다.
한편, 신호 수신부는 기준신호 수신부(10-1) 및 3 이상의 초음파 신호 수신부(10-2)를 포함한다. 먼저, 기준신호 수신부(10-1)는 신호 발생부가 발생시킨 적외선 신호 또는 RF 신호를 수신하여 이를 위치 측정부로 출력하거나 기준 신호 수신 사실을 통지한다. 기준신호 수신부(10-1)는 임의의 위치에 설치될 수 있다.
3이상의 초음파 신호 수신부(10-2) 각각은 신호 발생부(20)가 발생시킨 초음파 신호를 수신하여 위치 측정부(30)로 출력하거나 초음파 신호 수신 사실을 통지한다. 초음파 신호 수신부(10-2)는 후술하는 바와 같이 초음파 신호 수신부(10-2)간의 거리를 이용하여 신호 발생부(20)의 위치를 측정할 수 있도록 소정 거리만큼 상호 이격되어 설치되어야 한다.
도 1에서 3개의 초음파 신호 수신부(10-2)가 컴퓨터의 모니터 주변에 설치된 것으로 도시하였으나, 초음파 신호 수신부(10-2) 상호간에 소정 거리만 유지된다면 도시된 것과 다른 위치에도 설치될 수도 있다. 또한, 초음파 신호 수신부들(10-2)간의 거리를 정확하게 측정하여 위치 측정부(30)에 입력할 수 있다면, 각 초음파 신호 수신부(10-2)간의 거리가 소정 거리일 필요가 없다.
위치 측정부(30)는 기준신호 수신부(10-1)와 각각의 초음파 신호 수신부(10-2)로부터 기준신호 및 초음파 신호를 수신하거나, 이들 신호가 수신된 사실을 수신하면, 기준 신호가 수신된 시간을 신호 발생부(20)에서 초음파 신호가 발생된 시간으로 간주하여, 기준신호와 초음파 신호가 수신된 시간간의 시간차를 이용하여 신호 발생부(20)와 각각의 초음파 신호 수신부(10-2)간의 거리를 계산한다.
그리고, 신호 발생부(20)와 각 초음파 신호 수신부(10-2)간의 거리와 사전에 저장되거나 외부로부터 입력된 각 초음파 신호 수신부(10-2)간의 거리를 이용하여 다음의 수학식 1 에 따라서 3차원 공간상의 신호 발생부(20)의 좌표값을 생성함으로써 신호 발생부(20)의 3차원 공간상의 위치를 측정한다. 도 3a 내지 도 3c 위치 측정부(20)가 신호 발생부(20)의 좌표값을 계산하는 방식을 설명하는 도면이다.
도 3a 내지 도 3d 를 참조하여 신호 발생부(20)의 좌표값을 계산하는 방식의 일 예를 설명하면, 먼저, 도 3a 에 도시된 바와 같이 초음파 신호 수신부(10-2)를 구현하는 3개의 센서 각각을 S1, S2, 및 S3 라 하고, 각각의 센서는 도 3a 에 도시된 바와 같이 동일 평면에서 서로 직각으로 설치되며, 각각의 좌표를 편의상 (0,0,0), (Lx,0,0), 및 (Lx,Ly,0)이라 설정하고, 신호 발생부(20)의 3차원 공간상 의 위치(P)의 좌표를 (x,y,z)라 한다.
이 때, S1 과 S2 간의 거리 Lx, 및 센서 S2 와 S3간의 Ly 는 사전에 알려진 값이고, 신호 발생부(20)와 S1 간의 거리 L1, 신호 발생부(20)와 S2 간의 거리 L2,및 신호 발생부(20)와 S3 간의 거리 L3 는 기준 신호와 초음파 신호간의 수신 시간 차를 이용하여 구할 수 있음은 상술한 바와 같다.
이 때, 신호 발생부(20)의 x 좌표를 도 3b 에 도시된 바와 같이, 길이 L1, L2, 및 Lx 를 각각 삼각형의 한변으로 하는 삼각형을 설정하여 구하면 다음의 수학식 1 이 성립되고, 수학식 1 을 x 에 대해서 풀면 다음의 수학식 2 와 같이 x 좌표값을 구할 수 있다.
Figure 112006074942129-pat00001
Figure 112006074942129-pat00002
한편, 신호 발생부(20)의 y 좌표를 도 3c 에 도시된 바와 같이, 길이 L2, L3, 및 Ly 를 각각 삼각형의 한변으로 하는 삼각형을 설정하여 상술한 수학식 1 과 동일한 방식으로 구하면 다음의 수학식 3 과 같이 y 좌표값을 구할 수 있다.
Figure 112006074942129-pat00003
또한, 도 3a에서 A 방향으로 바라보면, 도 3d 에 도시된 바와 같이, 삼각형의 한 변의 길이가 각각 L4, y, z 인 삼각형을 설정할 수 있고, 이를 이용하여 다음의 수학식 4 와 같이, z 값을 구할 수 있다.
Figure 112006074942129-pat00004
상술한 바와 같이, 수학식 1 내지 수학식 4 에 따라서 신호 발생부(20)의 3차원 공간상에서의 좌표값을 구할 수 있다. 또한, 상술한 수학식1 내지 수학식 4 와 관련하여 설명한 방식 이외에 다양한 방식으로 신호 발생부(20)의 위치 좌표를 측정할 수 있음은 물론이다.
위치 측정부(30)는 데스크탑 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, PDA, 이동통신 단말기 등과 같은 전자 기기에서 소프트웨어로 구현될 수 있고, 상술한 바와 같은 과정을 통해서 측정된 신호 발생부(20)의 3차원 좌표값을 상기 전자 기기에서 구동되는 비디오 게임등과 같은 각종 프로그램에 입력값으로서 제공할 수 있다. 예컨대, 신호 발생부(20)는 3차원 공간상에서 동작되는 마우스 또는 3D 포인터에 적용될 수 있고, 비디오 게임에서의 마우스 또는 조이스틱과 같은 입력 수단으로서 이용될 수 있다.
지금까지 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 대해서 설명하였다. 상술한 제 1 실시예는 신호 발생부(20)에 단일한 초음파 신호 발생부(24)를 포함하도록 구현하였으나, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예는 신호 발생부(20)가 2 이상의 초음파 신호 발생부를 포함한다는 점에서 제 1 실시예와 차이가 있다. 따라서, 제 1 실시예와의 차이점을 중심으로 제 2 실시예를 설명한다.
도 4 는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따라서 스틱모양으로 구현된 신호 발생부의 구성을 도시하는 도면이다. 도 4 를 참조하면, 제 2 실시예의 신호 발생부는 제 1 초음파 신호 발생부(24-1) 및 제 2 초음파 신호 발생부(24-2)를 포함한다. 또한, 제 1 실시예와 마찬가지로, 기준신호를 발생하는 기준신호 발생부(22), 제어부(28), 및 전원 공급부(26)를 포함한다.
전원 공급부(26)는 제 1 및 제 2 초음파 신호 발생부(24-1,24-2), 기준 신호 발생부(22), 및 제어부(28)로 전력을 공급하는 기능을 수행하고, 기준 신호 발생부(22)는 제어부(28)로부터 입력되는 제어 신호에 따라서 적외선 또는 RF 신호를 기준신호로서 발생시킨다.
한편, 제어부(28)는 소정의 시간 주기(예컨대, 1/50초)로 기준 신호의 발생을 지시하는 제어신호를 생성하여 기준신호 발생부(22)로 출력한다.
또한, 제어부(28)는 기준 신호를 발생시키는 시간주기를 신호 발생부(20)에 설치된 초음파 신호 발생부의 수로 나누어 각 초음파 신호 발생부에 대해서 타임 슬롯을 할당하고, 각 타임 슬롯에 해당되는 시간에 타임 슬롯이 할당된 초음파 신호 발생부로 초음파 신호의 발생을 지시하는 제어 신호를 출력한다.
도 4 에 도시된 예에서는, 신호 발생부(20)에 2개의 초음파 신호 발생부(24-1,24-2)가 설치되었다. 따라서, 제어부(28)는 시간 주기를 2개로 나누어 제 1 초음파 신호 발생부(24-1) 및 제 2 초음파 신호 발생부(24-2)에 타임 슬롯을 할당하고, 기준 신호 발생과 동시에 초음파 신호의 발생을 지시하는 제어신호를 제 1 초음파 신호 발생부(24-1)로 출력하며, 기준신호가 발생된 후 반주기에 해당되는 시간이 경과하면 제 2 초음파 신호 발생부(24-2)로 초음파 신호의 발생을 지시하는 제어신호를 출력한다.
제 1 초음파 신호 발생부(24-1) 및 제 2 초음파 신호 발생부(24-2)는 제어부(28)로부터 입력되는 제어 신호에 따라서 각각 초음파 신호를 발생시킨다.
도 5 는 제 2 실시예에 따라서 생성되는 기준 신호와 제 1 및 제 2 초음파신호의 발생 시간 관계를 도시하는 타이밍도이다. 도 5 에 도시된 바와 같이, 시간 주기는 2개의 타임 슬롯으로 분할되고, 첫 번째 타임 슬롯에서 기준신호의 발생과 동시에 제 1 초음파 신호가 생성되고, 반주기 경과후의 두 번째 타임 슬롯에서 제 2 초음파 신호가 발생된다. 이 때, 각 타임 슬롯에서 생성된 초음파 신호가 동일한 타임 슬롯내에서 초음파 신호 수신부에 수신되도록 기준신호를 생성하는 시간 주기가 선택되어야 한다.
한편, 신호 발생부(20)에서 발생된 기준 신호와 제 1 및 제 2 초음파 신호는 기준신호 수신부(10-1)와 초음파 신호 수신부(10-2)에 각각 수신되고, 위치 측정부(30)로 출력된다.
위치 측정부(30)는 사전에 초음파 신호 발생부의 수에 대한 정보를 제공받았 으므로, 기준 신호가 수신된 시간으로부터 각 타임 슬롯의 기준 시간을 설정하고, 각 타임 슬롯의 기준 시간과 초음파 신호가 수신된 시간간의 시간차를 이용하여 해당 타임 슬롯이 할당된 초음파 신호 발생부의 위치를 측정한다.
도 5 에 도시된 예에서, 시간 주기동안 2개의 타임 슬롯이 할당되었고, 기준 신호가 수신된 시간(이하,"제 1 기준시간"이라 칭함)과 제 1 기준시간으로부터 반주기에 해당되는 시간(이하,"제 2 기준시간"이라 칭함)내에 제 1 초음파 신호가 수신된 시간간의 시간차를 이용하여 상술한 수학식 1 에 따라서 제 1 초음파 신호 발생부(24-1)의 위치를 측정한다.
또한, 위치 측정부(30)는 제 2 기준시간과 제 2 초음파 신호가 수신된 시간간의 시간차를 이용하여 상술한 수학식 1 에 따라서 제 2 초음파 신호 발생부(24-2)의 위치를 측정한다.
만약, 제 1 초음파 신호 발생부(24-1)와 제 2 초음파 신호 발생부(24-2)가 소정 거리만큼 길이 방향으로 상호 이격되어 있다는 것이 사전에 설정되어 있다면, 위치 측정부(30)는 제 1 및 제 2 초음파 신호 발생부(24-1,24-2)의 위치 좌표를 이용하여 신호 발생부(20)의 공간상의 움직임을 그대로 재현할 수 있다.
도 6 은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 3차원 위치 추적 방법 및 장치를 3차원 시뮬레이션 게임에 적용한 예를 도시한 도면이다. 도 6 을 참조하면, 본 발명의 3차원 위치 추적 장치는 게임의 입력 수단으로서 이용되고, 사용자가 움직이는 신호 발생부(20)는 게임 캐릭터가 파지한 칼(60)과 대응된다.
사용자가 스틱 형태로 구현된 신호 발생부(20)의 일단을 잡고 공간상에서 움 직이면, 위치 측정부(30)가 측정한 제 1 초음파 신호 발생부(24-1)의 위치는 게임상 칼의 상단의 위치(60-1)로서 입력되고, 제 2 초음파 신호 발생부(24-2)의 위치는 게임상 칼의 하단의 위치(60-2)로서 입력되어, 사용자는 신호 발생부(20)를 움직임으로써 게임상의 칼의 위치 및 방향을 자신이 의도하는 대로 움직일 수 있게 된다.
한편, 지금까지 본 발명의 바람직한 제 1 및 제 2 실시예를 설명하기 위해서 참조한 도 1 에서는 신호 수신부(10)가 3개의 초음파 신호 수신부(10-2)를 포함하는 것으로 도시하였으나, 그 이상의 초음파 신호 수신부를 포함하는 것도 가능하고, 초음파 신호 수신부의 숫자가 증가할수록 보다 정교한 측정이 가능하다.
예컨대, 도 1 에 도시된 바와 같이 3개의 초음파 신호 수신부(10-2)가 설치되고, 3개중 어느 하나의 초음파 신호 수신부(10-2)와 신호 발생부(20) 사이에 장애물이 위치하는 경우에 정확한 위치 측정이 어려운 문제점이 존재한다. 그러나, 도 7에 도시된 바와 같이, 모니터 주변에 또는 초음파 신호 수신부간에 소정의 거리가 확보된 임의의 위치에 4개의 초음파 신호 수신부(10-2)를 설치하는 경우에는, 4개 중 어느 하나의 초음파 신호 수신부(10-2)와 신호 발생부(20) 사이에 장애물이 위치하는 경우에도 나머지 3개의 초음파 신호 수신부(10-2)를 이용하여 신호 발생부(20)의 정확한 위치 측정이 가능하다.
도 8 은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 3차원 위치 추적 방법 및 장치를 설명하는 도면이다. 도 8 에 도시된 제 3 실시예와 상술한 제 1 및 제 2 실시예와의 차이점은 신호 발생부(20)와 위치 측정부(30)가 유선으로 상호 연결되 어, 초음파 신호를 발생시키기 위한 제어 신호 및 전원 공급이 위치 측정부(30)로부터 신호 발생부(20)로 제공되고, 위치 측정부(30)가 초음파 신호가 발생된 시간을 정확하게 알 수 있으므로 별도의 기준 신호를 발생시킬 필요가 없다는 점이다.
도 8 을 참조하여, 본 발명의 바람직한 제 3 실시예를 구체적으로 설명하면, 제 3 실시예에 따른 3차원 위치 추적 장치는 신호 발생부(20-3), 신호 수신부(10-3), 및 위치 측정부(30-3)를 포함한다.
먼저, 신호 발생부(20-3)는 위치 측정부(30-3)와 유선으로 연결되어, 위치 측정부(30-3)로부터 초음파 신호 발생에 필요한 전력과 초음파 신호 발생을 지시하는 제어 신호를 수신하여 초음파 신호를 발생시킨다. 신호 발생부(20-3)는 상술한 제 1 실시예와 같이 단일한 초음파 신호 발생부를 포함할 수 있고, 상술한 제 2 실시예와 같이 복수의 초음파 신호 발생부를 포함할 수도 있다.
신호 수신부(10-3)는 3개 이상의 초음파 신호 수신부로 구성되고, 각각의 초음파 신호 수신부는 초음파 신호를 수신하면 수신된 초음파 신호를 위치 측정부(30-3)로 출력하거나, 초음파 수신 사실을 위치 측정부(30-3)로 출력한다. 다만, 제 3 실시예에 따른 신호 수신부(10-3)는 제 1 및 제 2 실시예와 달리 기준신호 수신부를 포함하지 않음을 주의하여야 한다.
위치 측정부(30-3)는 소정의 시간 주기로 초음파 신호의 발생을 지시하는 제어신호를 생성하여 신호 발생부(20-3)로 출력하고, 제어신호를 출력한 기준 시간과 신호 수신부(10-3)에 초음파 신호가 수신된 시간과의 시간차를 이용하여 신호 발생부(20-3)의 위치를 측정한다.
또한, 상술한 제 2 실시예와 같이, 신호 발생부(20-3)에 복수의 초음파 신호 발생부가 포함되는 경우에, 위치 측정부(30-3)는 초음파 신호를 발생시키는 시간 주기를 나누어 신호 발생부(20-3)에 설치된 초음파 신호 발생부 각각에 타임 슬롯을 할당하고, 각각의 타임 슬롯에 해당되는 기준시간과 초음파 신호 수신 시간간의 시간차를 이용하여 상술한 수학식 1 에 따라서 해당 타임 슬롯이 할당된 초음파 신호 발생부(20-3)의 위치를 측정한다.
본 발명의 3차원 위치 측정 방법은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플라피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 신호 발생부에서 초음파 신호가 발생된 시간과 초음파 신호가 소정 거리만큼 이격 설치되어 초음파 신호를 수신하는 초음파 신호 수신부에 수신된 시간간의 시간차로부터 계산된 신호 발생부와 초음파 신호 수신부간의 거리와, 초음파 신호 수신부간의 거리를 이용하여 신호 발생부의 3차원 위치를 측정한다. 이로 인해 본 발명은 과다한 비용 소비 없이 3차원 공간상에서 이동하는 객체의 3차원 위치를 실시간으로 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있으며, 본 발명의 3차원 위치 추적 방법 및 장치는 3차원 마우스, 3D 포인터, 3D 비디오 게임용 입력 장치등에 적용될 수 있다.

Claims (9)

  1. 초음파 신호를 발생시키는 신호 발생부;
    상기 초음파 신호를 수신하는 3이상의 초음파 신호 수신부를 포함하는 신호 수신부; 및
    상기 초음파 신호가 발생된 시간과 상기 초음파 신호가 상기 신호 수신부에 수신된 시간간의 시간차를 이용하여 상기 신호 발생부의 3차원 공간상의 위치를 측정하는 위치 측정부를 포함하고,
    상기 신호 발생부는 복수의 초음파 신호 발생부를 포함하고, 상기 복수의 초음파 신호 발생부는 자신에게 할당된 타임 슬롯에 대응되는 기준 시간에 초음파 신호를 발생시키며,
    상기 위치 측정부는 상기 각 타임 슬롯의 기준 시간과 상기 각 타임 슬롯에서 발생된 초음파 신호가 수신된 시간간의 시간차를 이용하여 상기 각 타임 슬롯이 할당된 초음파 신호 발생부의 위치를 측정하여 상기 신호 발생부의 3차원 공간상의 위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 3차원 위치 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 발생부는 상기 초음파 신호와 동시에 기준신호를 발생시키고,
    상기 위치 측정부는 상기 기준신호가 상기 신호 수신부에 수신된 시간을 상기 복수의 타임 슬롯들 중 첫 번째 타임 슬롯의 기준시간으로 설정하여 상기 각 타임 슬롯의 기준 시간을 설정하는 것을 특징으로 하는 3차원 위치 측정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 발생부는 상기 위치 측정부로부터 초음파 신호의 발생을 지시하는 제어신호를 수신하면 상기 초음파 신호를 발생시키고,
    상기 위치 측정부는 상기 제어 신호를 상기 신호 발생부로 출력하고, 상기 제어 신호가 출력된 시간과 상기 초음파 신호가 수신된 시간간의 시간차를 이용하여 상기 신호 발생부의 3차원 공간상의 위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 3차원 위치 측정 장치.
  6. (a) 신호 발생부가 초음파 신호를 발생시키는 단계;
    (b) 서로 이격되어 설치된 3이상의 초음파 신호 수신부를 포함하는 신호 수신부가 상기 초음파 신호를 수신하는 단계;
    (c) 위치 측정부가 상기 초음파 신호가 발생된 시간과 상기 초음파 신호가 상기 신호 수신부에 수신된 시간간의 시간차를 이용하여 상기 신호 발생부의 3차원 공간상의 위치를 측정하는 단계를 포함하고,
    상기 (a) 단계에서 상기 신호 발생부에 포함된 복수의 초음파 신호 발생부가 자신에게 할당된 타임 슬롯에 대응되는 기준 시간에 초음파 신호를 발생시키며,
    상기 (c) 단계에서, 상기 위치 측정부는 상기 각 타임 슬롯의 기준 시간과 상기 각 타임 슬롯에서 발생된 초음파 신호가 수신된 시간간의 시간차를 이용하여 상기 각 타임 슬롯이 할당된 초음파 신호 발생부의 위치를 측정하여 상기 신호 발생부의 3차원 공간상의 위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 3차원 위치 측정 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 (a) 단계이전에 상기 위치 측정부가 초음파 신호의 발생을 지시하는 제어 신호를 상기 신호 발생부로 출력하는 단계를 더 포함하고,
    상기 (a) 단계에서, 상기 상기 신호 발생부는 상기 제어신호를 수신하여 상기 초음파 신호를 발생시키고,
    상기 (c) 단계에서, 상기 위치 측정부는 상기 제어 신호가 출력된 시간과 상기 초음파 신호가 수신된 시간간의 시간차를 이용하여 상기 신호 발생부의 3차원 공간상의 위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 3차원 위치 측정 방법.
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