KR101773975B1 - 유저 인터페이스 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유저 인터페이스 장치 및 방법에 관한 것으로, 강 신호와 약신호가 연속되는 적외선 신호를 주기적으로 송신하는 적외선 송신 장치; 및 상기 적외선 신호가 각각 수신되는 2 개 이상의 적외선 수신 장치들, 상기 적외선 수신 장치들 각각의 출력을 증폭하는 적외선 신호 증폭기, 상기 적외선 신호 증폭기의 출력을 샘플링하여 디지털 데이터로 변환하는 아날로그-디지털 변환기, 및 상기 디지털 데이터를 분석하여 상기 적외선 송신 장치의 XYZ 좌표값을 계산하는 좌표 계산부를 포함하는 표시장치를 포함한다. 상기 좌표 계산부는 상기 강 신호의 디지털 데이터와 상기 약 신호의 디지털 데이터 차이를 산출하고 그 차이에 기초하여 상기 적외선 송신 장치와 상기 적외선 수신 장치들 간의 Z축 거리를 산출한 후에, 산출된 Z축 거리와 상기 적외선 수신 장치들 각각으로부터 얻어진 디지털 데이터를 분석하여 상기 적외선 송신 장치의 XY 좌표값을 산출한다.

Description

유저 인터페이스 장치 및 방법{USER INTERFACE APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 적외선 통신을 이용하여 사용자가 각종 기기를 제어할 수 있는 유저 인터페이스 장치 및 방법에 관한 것이다.
유저 인터페이스(User Interface, UI)는 사람(사용자)과 각종 전기, 전자 기기 등의 통신을 가능하게 하여 사용자가 기기를 쉽게 자신이 원하는 대로 제어할 수 있게 한다. 이러한 유저 인터페이스의 대표적인 예로는 키패드, 키보드, 마우스, 온스크린 디스플레이(On Screen Display, OSD), 적외선 통신 혹은 고주파(RF) 통신 기능을 갖는 원격 제어기(Remote controller) 등이 있다. 유저 인터페이스 기술은 사용자 감성과 조작 편의성을 높이는 방향으로 발전을 거듭하고 있다. 최근, 유전 인터페이스는 터치 UI, 음성 인식 UI, 3D UI 등으로 진화되고 있다.
현재 가장 많이 사용되는 버튼 타입의 원격 제어기로 표시기기를 제어할 때, 사용자는 표시기기에 내장된 트리 구조의 메뉴에 접근(access)하기 위하여 원격 제어기의 버튼을 반복 조작하여야 한다. 사용자가 버튼을 조작할 때마다 원격 제어기는 버튼 신호를 인코딩하여 적외선 광원을 통해 송출하면, 표시기기에 설치된 적외선 수신기에서 수광신호를 디코딩한다. 따라서, 기존의 원격 제어기를 이용한 원격 제어 방법은 버튼 조작을 반복하게 하여 사용자의 움직임을 반영하거나 직관적인 인터페이스 구현에 한계가 있다.
인터넷을 기반으로 하는 smart/IP(Internet Protocol) TV와 같이 쌍방향 대화형(interactive type)의 정보기기에서는 대화형 콘텐츠가 가능하고 나아가, 직관적인 제어가 가능한 유저 인터페이스 기술이 필요하다. 기존의 원격 제어기는 전술한 바와 같이 버튼 입력을 반복하여야 하므로 쌍방향 대화형 정보기기의 유저 인터페이스로 적용되기가 곤란하다.
고주파 통신 모듈이나 자이로 센서와 같은 동작 감지 센서를 원격 제어기에 내장하여 그 원격 제어기의 자세나 동작 변위로 게임기나 표시기기를 원격 제어하는 방법이 개발되고 있다. 그러나 이 방법은 고가의 고주파 통신 모듈이나 동작 감지 센서로 인하여 원격 제어기의 가격이 상승되며, 직관성이 떨어지는 단점들이 있다.
본 발명은 직관적인 원격 제어와 사용자의 동작을 반영하고 저 비용으로 구현 가능한 유저 인터페이스 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 유저 인터페이스 장치는 강 신호와 약신호가 연속되는 적외선 신호를 주기적으로 송신하는 적외선 송신 장치; 및 상기 적외선 신호가 각각 수신되는 2 개 이상의 적외선 수신 장치들, 상기 적외선 수신 장치들 각각의 출력을 증폭하는 적외선 신호 증폭기, 상기 적외선 신호 증폭기의 출력을 샘플링하여 디지털 데이터로 변환하는 아날로그-디지털 변환기, 및 상기 디지털 데이터를 분석하여 상기 적외선 송신 장치의 XYZ 좌표값을 계산하는 좌표 계산부를 포함하는 표시장치를 포함한다.
상기 좌표 계산부는 상기 강 신호의 디지털 데이터와 상기 약 신호의 디지털 데이터 차이를 산출하고 그 차이에 기초하여 상기 적외선 송신 장치와 상기 적외선 수신 장치들 간의 Z축 거리를 산출한 후에, 산출된 Z축 거리와 상기 적외선 수신 장치들 각각으로부터 얻어진 디지털 데이터를 분석하여 상기 적외선 송신 장치의 XY 좌표값을 산출한다.
상기 좌표 계산부는 상기 적외선 송신 장치와 상기 적외선 수신 장치들 중 어느 하나 사이의 거리인 Z 좌표값을 상기 적외선 신호의 강 신호와 약 신호의 차이에 반비례하는 값으로 결정한다.
상기 좌표 계산부는 제1 내지 제3 적외선 수신 장치를 각각 Rx1, Rx2, Rx3라 하고, 상기 Rx2는 X축 상에서 상기 Rx1으로부터 0.55m 만큼 이격되고, 상기 Rx3는 Y축 상에서 상기 Rx1으로부터 0.55m 만큼 이격될 때, 아래의 수학식에서 r1 - r2에 기초하여 상기 적외선 송신 장치의 X 좌표값을 산출하고 r1 - r3에 기초하여 상기 적외선 송신 장치의 Y 좌표값을 산출한다.
Figure 112011040723765-pat00001
,
Figure 112011040723765-pat00002
,
Figure 112011040723765-pat00003
여기서,
Figure 112011040723765-pat00004
이고,
Figure 112011040723765-pat00005
이고,
Figure 112011040723765-pat00006
,
Figure 112011040723765-pat00007
,
Figure 112011040723765-pat00008
및
Figure 112011040723765-pat00009
는 상수값이다. r1은 Rx1의 출력(Vout1)에 따라 결정되는 Rx1을 중심으로 한 반경으로서
Figure 112011040723765-pat00010
이고, r2는 Rx2의 출력(Vout2)에 따라 결정되는 Rx2을 중심으로 한 반경으로서
Figure 112011040723765-pat00011
이며, r3는 Rx3의 출력(Vout3)에 따라 결정되는 Rx3을 중심으로 한 반경으로서
Figure 112011040723765-pat00012
이다. 상기 Z는 적외선 송신 장치와 적외선 수신 장치의 거리이다.
상기 좌표 계산부는 2 개의 상기 적외선 수신 장치들의 출력과 삼각 측량법으로 상기 적외선 송신 장치의 XY 좌표값을 산출한다.
본 발명의 유저 인터페이스 방법은 적외선 송신 장치를 이용하여 강 신호와 약신호가 연속되는 적외선 신호를 주기적으로 송신하는 단계; 상기 적외선 신호가 각각 수신되는 2 개 이상의 적외선 수신 장치들의 출력을 증폭하는 단계; 상기 증폭된 출력을 샘플링하여 디지털 데이터로 변환하는 단계; 및 상기 디지털 데이터를 분석하여 상기 적외선 송신 장치의 XYZ 좌표값을 계산하는 단계를 포함한다.
본 발명은 적외선 송신 장치로부터 강 신호와 약 신호가 연속되는 적외선 신호를 송출하게 하고, 표시장치에 2 개 이상의 적외선 수신 장치들을 내장한다. 본 발명은 적외선 수신 장치들의 출력을 분석하여 적외선 송신 장치의 XYZ 좌표값을 소정 시간 주기로 반복 주정하여 직관적인 원격 제어와 사용자의 동작을 반영하는 유저 인터페이스를 구현할 수 있고 나아가, 그 유저 인터페이스를 저 비용으로 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유저 인터페이스 장치를 보여 주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 적외선 송신 장치와 액정표시장치를 보여 주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유저 인터페이스 장치의 적외선 통신에 이용되는 적외선 신호의 예를 보여 주는 파형도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 블록도이다.
도 5는 적외선 신호 증폭기를 보여 주는 회로도이다.
도 6은 적외선 신호 증폭기의 대역폭 특성을 보여 주는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유저 인터페이스 방법의 제어 수순을 단계적으로 보여 주는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 좌표 추정 알고리즘을 보여 주는 도면이다.
도 9는 도 8에서 Tx와 Rx의 거리 변화에 따른 적외선 신호 증폭기의 출력 전압 변화를 보여 주는 실험 결과의 그래프이다.
도 10은 3 개의 Rx들을 이용하여 Tx의 XY 좌표값을 추정하는 원리를 보여 주는 도면이다.
도 11은 0.55m×0.55m 크기의 정사각형 내에서 9 개의 점을 지정하고 그 점들 각각에 Tx가 위치(True)와 Vout1~Vout3을 수학식 7 내지 9에 대입한 시뮬레이션 결과(EST)를 보여 주는 그래프이다.
도 12는 2 개의 적외선 수신 장치의 출력과 삼각 측량법으로 적외선 송신 장치(200)의 XY 좌표값을 추정하는 원리를 보여 주는 도면이다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하도록 한다. 명세서 전처에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소를 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것으로, 실제 제품과는 상이할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 유저 인터페이스 장치는 하나의 적외선 송신 장치(200), 2 개 이상의 적외선 수신 장치(110)를 내장한 표시장치(100)를 포함한다.
적외선 송신 장치(200)는 하나 이상의 버튼을 포함한 키패드, 버튼 신호에 응답하여 펄스를 코딩하는 인코더, 인코더의 출력에 따라 적외선 송신 신호를 발신하는 적외선 광원 등을 포함할 수 있다. 적외선 송신 장치(200)에는 푸쉬 버튼 이외에 트랙볼, 조이스틱 등 다른 입력 장치가 더 설치될 수 있다. 이러한 적외선 송신 장치(200)는 소정의 펄스폭 기간 내에서 강 신호(31)와 약 신호(32)가 연속되는 적외선 신호를 적외선 파장의 빛으로 송신한다.
표시장치(100)는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 유기발광다이오드 표시소자(Organic Light Emitting Diode display device, OLED)와 같은 전계발광소자(Electroluminescence Device, EL), 전계방출 표시장치(Field Emission Display, FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP) 등과 같은 평판 표시장치로 구현될 수 있다. 액정표시장치는 투과형 액정표시장치, 반투과형 액정표시장치, 반사형 액정표시장치 등을 포함한다. 투과형 액정표장치와 반투과형 액정표시장치에서는 표시패널에 빛을 조사하기 위한 백라이트 유닛이 필요하다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 백라이트 유닛 또는, 직하형(direct type) 백라이트 유닛으로 구현될 수 있다. 이러한 표시장치(100)는 이미지를 표시하는 표시패널, 표시패널의 픽셀들에 비디오 데이터를 기입하는 표시패널 구동회로, 적외선 신호를 수신하는 적외선 수신 장치들(110)을 포함한다.
적외선 수신 장치(110)는 표시장치(100)의 디자인 및 심미적 설계에 악영향을 주지 않도록 표시장치(100)의 외부에 노출되지 않는 것이 바람직하다. 예를 들어, 적외선 수신 장치(110)는 표시장치(100)에서 외부에 노출되지 않고, 표시패널의 후방에 배치되거나 표시패널의 가장자리를 감싸는 외장 케이스 안쪽에 배치될 수 있다.
적외선 수신 장치(110) 각각은 적외선 센서, 또는 하나 이상의 이미지 센서로 구현될 수 있다. 적외센 센서는 적외선(IR) 파장의 빛을 전류로 변환하는 광전 변환 소자를 포함한다. 이미지 센서는 적외선(IR) 파장의 빛을 전류로 변환하는 다수의 광전 변환 소자들을 포함하여 적외선 이미지를 촬상한다. 광전 변환 소자는 포토 다이오드(Photo Diode) 또는 포토 트랜지스터(Photo Transistor)로 구현될 수 있다.
표시장치(100)는 도 2와 같이 표시패널(10), 표시패널(10)의 후방에 설치된 보텀 커버(Bottom cover, 30) 등을 포함한다. 표시장치(100)가 액정표시장치로 구현되는 경우에, 백라이트 유닛(20)은 표시패널(10)과 보텀 커버(30) 사이에 배치될 수 있된다. 적외선 수신 장치들(110)은 그 수광면이 백라이트 유닛(20)을 향하도록 보텀 커버(30) 상에 설치되거나, 그 중 하나 이상이 도 1과 같이 표시장치의 프론트 커버 안쪽에 설치될 수 있다. 적외선 송신 장치(200)로부터 발신되는 적외선 신호는 표시패널(10)과 백라이트 유닛(20)을 투과하여 적외선 수신 장치들(110)에 수신될 수 있다. 표시장치(100)가 반사형 액정표시장치와 자발광 표시장치로 구현될 수 있다. 이 경우에, 표시패널(10)과 보텀 커버(30) 사이에서 백라이트 유닛(20)이 필요 없다. 반사형 액정표시장치와 자발광 표시장치에서, 적외선 수신 장치(110)는 그 수광면이 표시패널(10)을 향하도록 보텀 커버(30) 상에 설치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유저 인터페이스 장치의 적외선 통신에서 이용되는 적외선 신호의 예를 보여 주는 파형도이다.
도 3을 참조하면, 적외선 송신 장치(200)는 버튼 종류에 따라 혹은 버튼 입력 유무에 따라 강 신호(31)와 약 신호(32)의 조합을 달리하여 적외선 신호(IR1, IR2)를 출력한다.
제1 적외선 신호(IR1)는 소정의 펄스폭 기간(t1) 내에서 먼저 발생되는 강 신호(31)와, 그 강 신호(31)에 이어서 발생되는 약 신호(32)를 포함한다. 약 신호(32)는 강 신호(31)에 비하여 적외선 세기(또는 진폭)이 작다. 제2 적외선 신호(IR2)는 제1 적외선 신호(IR1)의 역 위상 신호로 발생될 수 있다. 이 경우, 제2 적외선 신호(IR2)는 소정의 펄스폭 기간(t1) 내에서 먼저 발생되는 약 신호(32)와, 그 약 신호(32)에 이어서 발생되는 강 신호(31)를 포함한다. 제1 적외선 신호(IR1)는 제1 버튼이 사용자에 의해 눌려지거나 터치될 때 발생되는 제1 버튼 입력 신호일 수 있고, 제2 적외선 신호(IR2)는 제2 버튼이 사용자에 의해 눌려지거나 터치될 때 발생되는 제2 버튼 입력 신호일 수 있다. 다른 실시예로서, 제1 적외선 신호(IR1)는 제1 버튼(또는 제2 버튼)이 사용자에 의해 눌려지거나 터치될 때 발생되는 버튼 온(ON) 신호일 수 있고, 제2 적외선 신호(IR2)는 제1 버튼(또는 제2 버튼)이 사용자에 의해 선택되지 않은 버튼 오프(OFF) 신호일 수 있다.
강 신호(31)와 양 신호(32) 각각은 대략 1/2 t1에 해당하는 t2 동안 발생될 수 있다. t2는 대략 1~3 msec 사이의 시간으로 설정될 수 있다. 약 신호의 전류는 강 신호(31)의 전류에 비하여 1/2 정도 작게 설정될 수 있다. 예를 들어, 강 신호(31)의 전류는 대략 100mA로 설정될 수 있고, 약 신호의 전류는 대략 50mA로 설정될 수 있다. 도 3에서 "T"는 적외선 신호의 멀티 스탭(Multi-step) 펄스의 주기로서, 표시장치(100)의 1 프레임 기간으로 설정될 수 있다. 표시장치(200)의 입력 프레임 주파수는 PAL(Phase Alternate Line) 방식에서 50Hz이고 NTSC(National Television Standards Committee) 방식에서 60Hz이다. 따라서, 'T'는 PAL 방식에서 20 msec로 설정되고, NTSC 방식에서 대략 16.67 msec 로 설정될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 표시장치는 표시패널(10), 표시패널 구동회로, 2 개 이상의 적외선 수신 장치들(110), 적외선 신호 처리부 등을 포함한다.
표시패널(10)은 비디오 데이터전압이 공급되는 데이터라인들, 비디오 데이터전압에 동기되는 스캔펄스(또는 게이트펄스)가 공급되는 스캔라인들(또는 스캔라인들), 데이터라인들과 스캔라인들에 접속된 픽셀들을 포함한다. 데이터라인들과 스캔라인들의 교차부마다 박막트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)가 형성될 수 있다. TFT는 스캔라인으로부터의 스캔펄스에 응답하여 픽셀의 화소전극에 비디오 데이터전압을 공급한다.
표시패널 구동회로는 타이밍 콘트롤러(16)의 제어하여 입력 영상의 비디오 데이터를 표시패널(10)에 표시한다. 또한, 표시패널 구동회로는 적외선 신호 처리부로부터 출력되는 좌표값에 따라 위치가 변하는 포인터 또는 커서를 표시한다. 표시패널 구동회로는 데이터 구동회로(12), 스캔 구동회로(14), 타이밍 콘트롤러(16) 등을 포함한다. 데이터 구동회로(12)는 타이밍 콘트롤러(16)로부터 입력되는 데이터를 아날로그 비디오 데이터전압으로 변환하여 데이터라인들에 공급한다. 스캔 구동회로(14)는 비디오 데이터전압에 동기되는 스캔펄스를 스캔라인들에 순차적으로 공급한다.
타이밍 콘트롤러(16)는 호스트 시스템(118)으로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터를 표시패널(10)의 픽셀 어레이 배치에 맞게 정렬하여 데이터 구동회로(12)에 공급한다. 그리고 타이밍 콘트롤러(16)는 호스트 시스템(118)으로부터 입력되는 타이밍 신호들을 기준으로 데이터 구동회로(12)와 스캔 구동회로(14)의 동작 타이밍을 제어한다.
호스트 시스템(118)은 입력 영상의 비디오 데이터, 포인터/커서 데이터 등의 데이터를 타이밍 콘트롤러(16)에 전송하고, 타이밍 신호를 타이밍 콘트롤러(16)에 전송한다. 호스트 시스템(118)으로부터 타이밍 콘트롤러(16)에 전송되는 타이밍 신호는 메인클럭, 수직 및 수평 동기신호, 데이터 인에이블신호 등을 포함한다. 호스트 시스템(118)은 적외선 송신 장치(200)의 좌표값 변화에 따라 표시 화면 상에서 포인터/커서 데이터의 위치가 변하도록 적외선 송신 장치(200)의 좌표값에 따라 포인터/커서 데이터를 이동시키고, 본 발명의 유저 인터페이스 방법과 연동되는 어플리케이션을 실행한다.
적외선 수신 장치들(110) 각각은 도 3과 같은 적외선 신호를 포함한 적외선 빛을 수광하여 광전 변환하여 광 세기에 비례하는 전류를 출력한다.
적외선 신호 처리부는 적외선 수신 장치들(110) 각각으로부터 출력되는 전류를 전압으로 변환하여 증폭한 다음 디지털 데이터로 변환한다. 그리고 적외선 신호 처리부는 적외선 신호의 디지털 데이터를 분석하여 적외선 송신 장치(200)의 XYZ 좌표값을 출력한다.
적외선 신호 처리부는 적외선 신호 증폭기(112), 아날로그-디지털 변환기(Analog to Digital Convertor, ADC)(114), 좌표 계산부(116), 및 메모리(120)를 포함한다. 적외선 신호 증폭기(112)는 적외선 수신 장치들(110)로부터 입력되는 전류를 전압으로 변환하고 증폭한다. 아날로그-디지털 변환기(114)는 적외선 신호 증폭기(112)의 아날로그 출력을 샘플링하여 디지털 데이터로 변환한다.
좌표 계산부(116)는 이하에서 설명될 좌표 추정 알고리즘을 이용하여 적외선 송신 장치(200)의 위치를 추정하여 적외선 송신 장치(200)의 XYZ 좌표값을 계산한다. 좌표 계산부(116)는 강 신호(31)의 디지털 데이터와 약 신호(32)의 디지털 데이터의 차이를 산출하고 그 차이에 기초하여 적외선 송신 장치(200)와 적외선 수신 장치들(110) 중 하나 이상 간의 Z축 거리를 산출한 후에, 산출된 Z축 거리와 적외선 수신 장치들(110) 각각으로부터 얻어진 디지털 데이터를 분석하여 적외선 송신 장치(200)의 XY 좌표값을 산출한다. 좌표 계산부(116)는 마이크로 프로세서(Microprocessor)로 구현될 수 있다. 메모리(120)는 좌표 계산에 필요한 상수값들, 룩업 테이블 등을 저장한다.
도 5 및 도 6은 적외선 신호 증폭기(112)와 그 대역폭 특성을 보여 준다. 도 6에서, 세로 축(y 축)은 적외선 신호 증폭기(112)의 정규화된 게인(normalized gain)이고, 가로 축(x 축)은 적외선 신호 증폭기(112)의 출력 전압 대역폭(Bandwidth, BW)이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 적외선 신호 증폭기(112)의 반전 입력단자에는 적외선 수신 장치(110)의 광전 변환 소자가 접속되고, 적외선 신호 증폭기(112)의 비반전 입력단자에는 기저 전압원(GND)이 접속된다. 적외선 신호 증폭기(112)의 반전 입력단자와 출력단자 사이에는 저항(Rf)과 커패시터(Cf)가 병렬 접속된다.
수학식 1은 적외선 신호 증폭기(112)의 출력 전압(Vout)이다. 저항(Rf)은 수학식 1과 같이 적외선 신호 증폭기(112)의 트랜스 임피던스 게인(transimpedence gain)을 결정한다. 수학식 1에서 'I'는 저항(Rf)과 광전 변환 소자를 통해 흐르는 전류이다. 수학식 2는 적외선 신호 증폭기(112)의 출력 전압 대역폭이다. 커패시터(Cf)는 수학식 2와 같이 네가티브 피드백(Negative feedback)을 이용하는 적외선 신호 증폭기 회로의 안정성(stability)를 보장하고 로패스 필터와 유사한 대역폭을 결정한다. 커패시터(Cf)의 정전용량 값은 적외선 송신 장치(200)의 위치 변화에 따른 적외선 신호 증폭기 출력의 변화(반응 속도)에 영향을 준다. 커패시터(Cf)의 정전용량이 작을수록 적외선 신호 증폭기 출력의 반응속도가 빨라진다.
Figure 112011040723765-pat00013
Figure 112011040723765-pat00014
적외선 수신 장치(110)의 광전 변환 소자로부터 발생되는 전류는 적외선 송신 장치(200)와 적외선 수신 장치(110)의 거리가 멀어질수록 적외선 수광양이 작아지기 때문에 작아지고, 그 전류 세기에 비례하여 적외선 신호 증폭기(112)의 출력 전압(Vout)이 낮아진다.
적외선 송신 장치(200)와 적외선 수신 장치(110)의 거리가 어느 한계 거리 이상 멀어지면, 적외선 신호 증폭기(112)의 출력 전압(Vout)은 광전 변환 소자의 암전류(dark current, 暗電流)의 포화(saturation)로 인하여 일정하게 유지된다. Rf 값은 적외선 송신 장치(200)와 적외선 수신 장치(110)의 거리가 최대 거리 이상으로 멀어져서 적외선 신호 증폭기(112)의 출력 전압(Vout)이 포화되는 경우와, 적외선 송신 장치(200)와 적외선 수신 장치(110)의 거리가 최소 거리 이하로 가까워져서 Vout이 포화되는 경우를 고려하여 설정된다. Rf 값은 실제 사용 환경에서 적외선 송신 장치(200)와 표시장치(100)의 거리가 변하면 적외선 신호 증폭기(112)의 출력 전압(Vout)이 변하는 값으로 설정되어야 한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유저 인터페이스 방법의 제어 수순을 단계적으로 보여 주는 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 유저 인터페이스 방법은 적외선 수신 장치들(110)에 도 3과 같은 적외선 신호(IR1, IR2)가 수신되면, 그 적외선 신호(IR1, IR2)를 증폭하고 증폭기의 아날로그 출력 전압(Vout)을 샘플링하여 디지털 데이터로 변환한다.(S1~S3)
이어서, 본 발명의 유저 인터페이스 방법은 후술하는 좌표 추정 알고리즘을 이용하여 적외선 신호(IR1, IR2)의 강 신호(31)와 약 신호(32)의 차이를 계산하고, 그 차이에 기초하여 적외선 송신 장치(200)와 표시장치(100) 사이의 거리(도 2에서 Z축 거리)를 계산한 후에, 적외선 송신 장치(200)의 XY 좌표값을 계산한다.(S4 및 S6)
적외선 송신 장치(200)는 전술한 바와 같이 1 프레임 기간 주기로 강 신호(31)와 약 신호(32)가 연속되는 멀티 스텝 펄스를 출력한다. 따라서, 본 발명의 유저 인터페이스 방법은 S1 내지 S6 단계를 1 프레임 기간 주기로 반복하여 1 프레임 기간마다 적외선 송신 장치(200)의 XYZ축 좌표를 갱신(update)한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 좌표 추정 알고리즘을 보여 주는 도면이다.
도 8 내지 도 10에서, 'Tx'는 적외선 송신 장치(200)이며, 'Rx'는 표시장치(100)에 내장된 하나의 적외선 수신 장치(110)이다.
Tx와 Rx 사이의 거리가 도 8과 같이 3차원 좌표값(XYZ) 만큼 떨어져 있을 때, Rx의 출력(Vout)은 수학식 3 및 4와 같이 Z축 좌표 값에 반비례 관계로 변하고 수학식 5 및 6과 같이 XY축 좌표값에 따라 변한다.
Figure 112011040723765-pat00015
여기서, Vout은 적외선 신호 증폭기(112)의 출력을 디지털 데이터로 변환한 값이다.
Figure 112011040723765-pat00016
는 Tx와 Rx가 정면으로 마주볼 때 Z 거리(도 8에서 좌측 Z 거리)에 따라 Rx의 출력(Vout)이 변화하는 정도를 나타낸다.
Figure 112011040723765-pat00017
와
Figure 112011040723765-pat00018
는 Tx의 적외선 광원 특성, 그 적외선 광원에 인가되는 순방향 전류(Forward current), Rx의 광전 변환 소자 특성과 적외선 신호 증폭기(112)의 Rf 값을 고려하여 미리 설정된 상수 값이다.
Figure 112011040723765-pat00019
와
Figure 112011040723765-pat00020
는 실험을 통해 적외선 신호(IR1, IR2)에서 강 신호(31)의 세기를 분석하여 결정할 수 있다.
Figure 112011040723765-pat00021
와
Figure 112011040723765-pat00022
는 Tx를 Rx의 정면에 위치시킨 후에 Z를 가변하면서 Rx의 Vout을 측정하여 결정할 수 있다. 일반적으로, Rx에 수신되는 적외선 신호의 광 세기는 Tx와 Rx의 거리 제곱에 반비례하기 때문에
Figure 112011040723765-pat00023
는 2나 그와 가까운 값으로 측정된다.
수학식 3에서,
Figure 112011040723765-pat00024
는 Tx가 Rx의 정면(도 8에서 좌측 Z 거리)으로부터 수평 이동할 때(예, 도 8에서 우측 Z 거리로 이동할 때), Rx의 출력(Vout)이 감소되는 정도를 표현하고 또한, Z가 변할 때 Rx의 출력(Vout)이 감소되는 정도를 표현하는 함수이다.
Figure 112011040723765-pat00025
는 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112011040723765-pat00026
여기서,
Figure 112011040723765-pat00027
와
Figure 112011040723765-pat00028
는 Tx의 적외선 광원 특성, Rx의 광전 변환 소자 특성, 적외선 광원의 순방향 전류와 적외선 신호 증폭기(112)의 Rf 값을 고려하여 미리 설정되는 상수값이다.
Figure 112011040723765-pat00029
는 Rx의 정면으로부터 Tx가 멀어질수록 Rx의 출력 전압(Vout)이 감소되는 기울기로 정의될 수 있다.
Figure 112011040723765-pat00030
는 Z가 변할 때
Figure 112011040723765-pat00031
와 함께 Rx의 출력 전압(Vout)의 감소에 영향을 주는 상수값이다.
Figure 112011040723765-pat00032
와
Figure 112011040723765-pat00033
는 특정 Z 거리마다 Rx 대비 Tx를 수평 이동시키면서 Rx의 Vout에서 강 신호(31)의 세기 측정 실험을 통해 결정될 수 있다.
수학식 4를 수학식 3에 대입하면, 수학식 5와 같다. 수학식 5에서 빗변 길이 r은 도 8과 같이 X와 Y의 함수로서 수학식 6과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112011040723765-pat00034
Figure 112011040723765-pat00035
이하에서, 도 9를 결부하여 본 발명의 좌표 추정 알고리즘에서 Z 값을 구하는 방법에 대하여 설명하기로 한다. 적외선 송신 장치(200)로부터 도 3과 같이 강 신호(31)와 약 신호(32)를 적외선 빛으로 송신하면, 적외선 수신 장치(110)는 강 신호(31)와 약 신호(32)를 수신하고 증폭하여 강 신호(31)와 약 신호(32)의 차이를 계산한다.
본원 발명자들은 적외선 송신 장치(200)와 적외선 수신 장치(110)의 거리를 2m 로 설정하고 적외선 수신 장치(110)로부터 적외선 송신 장치(200)의 위치를 수평 이동할 때 그들 간의 거리차에 따라 변하는 적외선 신호 증폭기(112)의 출력 전압(Vout) 차이를 측정하였다. 그 결과는 도 9와 같다.
적외선 신호 증폭기(112)의 출력 전압(Vout)에서 적외선 신호(IR1, IR2)의 강 신호(31)와 약 신호(32)의 차이는 적외선 송신 장치(200)와 적외선 수신 장치(110)의 거리가 멀어질수록 작아진다. 다시 말하여, 적외선 수신 증폭기(112)에 수신되는 적외선 신호(IR1, IR2)의 강 신호(31)와 약 신호(32)의 차이는 적외선 송신 장치(200)와 적외선 수신 장치(110)의 거리에 반비례한다. 도 9의 설험 결과를 바탕으로 구해진 Z 거리에 따른 강 신호(31)와 약 신호(32)의 차이에 대하여 특성 곡선을 구하고 그 특성 곡선을 룩업 테이블에 설정할 수 있다. 이러한 룩업 테이블은 도 4에서 좌표 계산부(116)에 내장될 수 있다. 좌표 계산부(116)는 아날로그-디지털 변환기(114)로부터 입력되는 강 신호(31)의 디지털 값과 약 신호(32)의 디지털 값의 차이를 계산하고 그 차이 값을 룩업 테이블 롬(Look-up table ROM)의 리드 어드레스(Read address)로 입력한다. 룩업 테이블은 강 신호(31)와 약 신호(32)의 차이값을 입력받아 그 차이값이 지시하는 메모리 어드레스의 데이터를 Tx와 Rx 사이의 거리를 나타내는 Z 값으로 출력한다.
이하에서, 도 9를 결부하여 본 발명의 좌표 추정 알고리즘에서 XY를 구하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
먼저, XYZ 좌표값에서 XY 값은 2 개 또는 3 개의 적외선 수신 장치들(110)에 수신되는 적외선 신호(IR1, IR2)의 강 신호(31)를 분석하여 구해질 수 있다.
도 10은 3 개의 Rx들을 이용하여 Tx의 XY 좌표값을 추정하는 원리를 보여 주는 도면이다.
도 10을 참조하면, 0.55m×0.55m 크기의 정사각형 세 모서리에 세 개의 Rx들(Rx1, Rx2, Rx3)이 배치된다고 가정한다. 제1 및 제2 Rx들(Rx1, Rx2)은 X축 상에서 배치되고, 제1 및 제3 Rx들(Rx1, Rx3)은 Y축 상에서 배치된다. Rx들(Rx1, Rx2, Rx3) 각각의 적외선 신호 증폭기(112)는 적외선 신호(IR1, IR2)의 강 신호(31)를 수신하여 각각 출력(Vout1, Vout2, Vout3)을 출력한다. 앞서 구해진 Z와 Rx들의 출력(Vout1, Vout2, Vout3)을 수학식 3~6에 대입하면, 수학식 7 내지 9와 같은 원 방정식으로 계산될 수 있다. 수학식 7 내지 9에서,
Figure 112011040723765-pat00036
이고,
Figure 112011040723765-pat00037
이다.
Figure 112011040723765-pat00038
여기서,
Figure 112011040723765-pat00039
이다.
Figure 112011040723765-pat00040
여기서,
Figure 112011040723765-pat00041
이다.
Figure 112011040723765-pat00042
여기서,
Figure 112011040723765-pat00043
이다.
도 10에서, r1은 제1 Rx(Rx1)를 중심으로 하는 반경으로서 제1 Rx(Rx1)의 출력(Vout1)에 따라 정해진다. r2는 제2 Rx(Rx2)를 중심으로 하는 반경으로서 제2 Rx(Rx2)의 출력(Vout2)에 따라 정해진다. r3는 제3 Rx(Rx3)를 중심으로 하는 반경으로서 제3 Rx(Rx3)의 출력(Vout3)에 따라 정해진다. r1과 r2가 교차하는 점은 2 개이며 그 중에서 표시장치(100)의 안 쪽에서 교차되는 점이 Tx의 X 좌표값이며, r1과 r3가 교차하는 점은 2 개이며 그 중에서 표시장치(100)의 안 쪽에서 교차되는 점이 Tx의 Y 좌표값이다.
Tx의 X 좌표 값은 수학식 7에 수학식 8을 빼면(r1-r2), Y 값이 제거되므로 산출될 수 있다. Tx의 Y 좌표 값은 수학식 7에 수학식 9를 빼면(r1-r3), X 값이 제거되므로 산출될 수 있다.
도 11은 0.55m×0.55m 크기의 정사각형 내에서 9 개의 점을 지정하고 그 점들 각각에 Tx가 위치(True)와 Vout1~Vout3을 수학식 7 내지 9에 대입한 시뮬레이션 결과(EST)를 보여 주는 그래프이다. 도 11과 같이 Tx의 XY 좌표값의 이론치는 실제 Tx 위치와 거의 차이가 없다.
도 12는 2 개의 적외선 수신 장치(110)의 출력과 삼각 측량법으로 적외선 송신 장치(200)의 XY 좌표값을 추정하는 원리를 보여 주는 도면이다.
도 12에서 제1 및 제2 Rx들(Rx1, Rx2)은 X 축을 따라 배치되거나 또는 Y축을 따라 배치된 두 개의 적외선 수신 장치들(110)이다.
제1 및 제2 Rx들(Rx, Rx) 사이의 거리(c)는 이미 알고 있는 상수값이다. 또한, 각각의 Rx들(Rx1, Rx2)과 Tx 사이의 각도(A, B)는 강 신호와 약 신호의 차이에 따른 Vout 값으로 부터 미리 구해진 Z 값으로부터 구해질 수 있다. C는 C=180-A-B로 구해질 수 있다. 따라서, 본 발명은 도 12와 수학식 10과 같은 삼각 측량법으로 Tx의 XY 좌표값을 계산할 수 있다.
Figure 112011040723765-pat00044
본 발명의 유저 인터페이스 장치 및 방법은 각종 전기, 전자 기기의 유저 인터페이스로 적용 가능하며, 일 예로서, 데스크톱 컴퓨터, smart/IP(Internet Protocol) TV 등의 정보 단말기의 유저 인터페이스에 적용될 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아 니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10 : 표시패널 20 : 백라이트 유닛
30 : 보텀 커버 100 : 표시장치
110 : 적외선 수신기 200 : 적외선 송신 장치

Claims (8)

  1. 강 신호와 약신호가 연속되는 적외선 신호를 주기적으로 송신하는 적외선 송신 장치; 및
    상기 적외선 신호가 각각 수신되는 2 개 이상의 적외선 수신 장치들, 상기 적외선 수신 장치들 각각의 출력을 증폭하는 적외선 신호 증폭기, 상기 적외선 신호 증폭기의 출력을 샘플링하여 디지털 데이터로 변환하는 아날로그-디지털 변환기, 및 상기 디지털 데이터를 분석하여 상기 적외선 송신 장치의 XYZ 좌표값을 계산하는 좌표 계산부를 포함하는 표시장치를 포함하고,
    상기 좌표 계산부는 상기 강 신호의 디지털 데이터와 상기 약 신호의 디지털 데이터 차이를 산출하고 그 차이에 기초하여 상기 적외선 송신 장치와 상기 적외선 수신 장치들 간의 Z축 거리를 산출한 후에, 산출된 Z축 거리와 상기 적외선 수신 장치들 각각으로부터 얻어진 디지털 데이터를 분석하여 상기 적외선 송신 장치의 XY 좌표값을 산출하는 것을 특징으로 하는 유저 인터페이스 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 좌표 계산부는,
    상기 적외선 송신 장치와 상기 적외선 수신 장치들 중 어느 하나 사이의 거리인 Z 좌표값을 상기 적외선 신호의 강 신호와 약 신호의 차이에 반비례하는 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 유저 인터페이스 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 좌표 계산부는,
    제1 내지 제3 적외선 수신 장치를 각각 Rx1, Rx2, Rx3라 하고, 상기 Rx2는 X축 상에서 상기 Rx1으로부터 0.55m 만큼 이격되고, 상기 Rx3는 Y축 상에서 상기 Rx1으로부터 0.55m 만큼 이격될 때, 아래의 수학식에서 r1 - r2에 기초하여 상기 적외선 송신 장치의 X 좌표값을 산출하고 r1 - r3에 기초하여 상기 적외선 송신 장치의 Y 좌표값을 산출하는 것을 특징으로 하는 유저 인터페이스 장치.
    Figure 112017031902287-pat00045
    ,
    Figure 112017031902287-pat00046
    ,
    Figure 112017031902287-pat00047

    여기서,
    Figure 112017031902287-pat00048
    이고,
    Figure 112017031902287-pat00049
    이고,
    Figure 112017031902287-pat00050
    ,
    Figure 112017031902287-pat00051
    ,
    Figure 112017031902287-pat00052
    및
    Figure 112017031902287-pat00053
    는 상수값이다. r1은 Rx1의 출력(Vout1)에 따라 결정되는 Rx1을 중심으로 한 반경으로서
    Figure 112017031902287-pat00054
    이고, r2는 Rx2의 출력(Vout2)에 따라 결정되는 Rx2을 중심으로 한 반경으로서
    Figure 112017031902287-pat00055
    이며, r3는 Rx3의 출력(Vout3)에 따라 결정되는 Rx3을 중심으로 한 반경으로서
    Figure 112017031902287-pat00056
    이다. 상기 Z는 적외선 송신 장치와 적외선 수신 장치의 거리이다.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 좌표 계산부는,
    2 개의 상기 적외선 수신 장치들의 출력과 삼각 측량법으로 상기 적외선 송신 장치의 XY 좌표값을 산출하는 것을 특징으로 하는 유저 인터페이스 장치.
  5. [청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    적외선 송신 장치를 이용하여 강 신호와 약신호가 연속되는 적외선 신호를 주기적으로 송신하는 단계;
    상기 적외선 신호가 각각 수신되는 2 개 이상의 적외선 수신 장치들의 출력을 증폭하는 단계;
    상기 증폭된 출력을 샘플링하여 디지털 데이터로 변환하는 단계; 및
    상기 디지털 데이터를 분석하여 상기 적외선 송신 장치의 XYZ 좌표값을 계산하는 단계를 포함하고,
    상기 XYZ 좌표값을 계산하는 단계는,
    상기 강 신호의 디지털 데이터와 상기 약 신호의 디지털 데이터 차이를 산출하고 그 차이에 기초하여 상기 적외선 송신 장치와 상기 적외선 수신 장치들 간의 Z축 거리를 산출한 후에, 산출된 Z축 거리와 상기 적외선 수신 장치들 각각으로부터 얻어진 디지털 데이터를 분석하여 상기 적외선 송신 장치의 XY 좌표값을 산출하는 것을 특징으로 하는 유저 인터페이스 방법.
  6. [청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제 5 항에 있어서,
    상기 XYZ 좌표값을 계산하는 단계는,
    상기 적외선 송신 장치와 상기 적외선 수신 장치들 중 어느 하나 사이의 거리인 Z 좌표값을 상기 적외선 신호의 강 신호와 약 신호의 차이에 반비례하는 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 유저 인터페이스 방법.
  7. [청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 XYZ 좌표값을 계산하는 단계는,
    제1 내지 제3 적외선 수신 장치를 각각 Rx1, Rx2, Rx3라 하고, 상기 Rx2는 X축 상에서 상기 Rx1으로부터 0.55m 만큼 이격되고, 상기 Rx3는 Y축 상에서 상기 Rx1으로부터 0.55m 만큼 이격될 때, 아래의 수학식에서 r1 - r2에 기초하여 상기 적외선 송신 장치의 X 좌표값을 산출하고 r1 - r3에 기초하여 상기 적외선 송신 장치의 Y 좌표값을 산출하는 것을 특징으로 하는 유저 인터페이스 방법.
    Figure 112017031902287-pat00057
    ,
    Figure 112017031902287-pat00058
    ,
    Figure 112017031902287-pat00059

    여기서,
    Figure 112017031902287-pat00060
    이고,
    Figure 112017031902287-pat00061
    이고,
    Figure 112017031902287-pat00062
    ,
    Figure 112017031902287-pat00063
    ,
    Figure 112017031902287-pat00064
    및
    Figure 112017031902287-pat00065
    는 상수값이다. r1은 Rx1의 출력(Vout1)에 따라 결정되는 Rx1을 중심으로 한 반경으로서
    Figure 112017031902287-pat00066
    이고, r2는 Rx2의 출력(Vout2)에 따라 결정되는 Rx2을 중심으로 한 반경으로서
    Figure 112017031902287-pat00067
    이며, r3는 Rx3의 출력(Vout3)에 따라 결정되는 Rx3을 중심으로 한 반경으로서
    Figure 112017031902287-pat00068
    이다. 상기 Z는 적외선 송신 장치와 적외선 수신 장치의 거리이다.
  8. [청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 XYZ 좌표값을 계산하는 단계는,
    2 개의 상기 적외선 수신 장치들의 출력과 삼각 측량법으로 상기 적외선 송신 장치의 XY 좌표값을 산출하는 것을 특징으로 하는 유저 인터페이스 방법.
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KR100728798B1 (ko) 2006-08-08 2007-06-19 (주)골든칩스 저장장치가 접목된 원격 포인팅 방식의 원격제어장치를구비한 마우스

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