KR101872246B1 - 컴퓨팅 시스템과 복수의 이동 요소를 실시간으로 인터페이싱하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 주제는 특히 복수의 이동 요소를 컴퓨팅 시스템과 실시간으로 인터페이싱시키는 것이다. 이동 요소에 통합된 적어도 하나의 위치측정 모듈을 선택한 후에, 상기 적어도 하나의 위치측정 모듈이 순차적으로 작동된다. 그 다음, 적어도 하나의 신호가 상기 작동된 적어도 하나의 위치측정 모듈로부터 수신되고, 상기 작동된 적어도 하나의 위치측정 모듈을 포함하는 상기 이동 요소의 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목이 상기 수신된 적어도 하나의 신호에 기초하여 실시간으로 계산된다. 주어진 순간에 단일 위치측정 모듈이 작동될 수 있다.

Description

컴퓨팅 시스템과 복수의 이동 요소를 실시간으로 인터페이싱하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICES FOR INTERFACING IN REAL TIME A PLURALITY OF MOBILE ELEMENTS WITH A COMPUTING SYSTEM}

본 발명은, 특히 게임 분야에서 사용자와 컴퓨터 시스템 사이의 인터페이스에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 컴퓨터 시스템과 복수의 이동 요소(mobile elements)를 인터페이싱하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

많은 상황에서, 컴퓨터 시스템이 이동 요소들의 위치 및/또는 배향을 검출하여 컴퓨터 시스템이 그에 따라 반응하도록 허용하는 것이 필요하다. 따라서, 예를 들어, 사용자가 컴퓨터 시스템에 의해 시뮬레이팅된 가상 플레이어에 맞서 플레이하는 것을 허용하는 체스 게임에서, 컴퓨터 시스템 상에 구현된 애플리케이션은 이동을 계산하기 위하여, 체스판 상의 모든 피스들, 특히 사용자에 의해 이동되는 피스들의 위치를 알아야 한다.

게임판 상의 실제 물체들의 위치 및/또는 배향을 검출하여 이들 물체를 컴퓨터 시스템에 대한 인터페이스로서 이용하는 것을 가능하게 하는 솔루션이 있다.

따라서, 예를 들어, 충분한 압력이 가해질 때 펜과 같은 물체의 위치를 검출하기 위하여 저항성 타입의 터치 스크린이 게임판으로서 이용될 수 있다. 그러나, 이러한 스크린 타입은 일반적으로 단일 접촉만을 지원하며 위치를 결정하기 위해 사용자에 의한 일정한 압력을 요구한다. 즉, 사용자에 의해 가해지는 압력이 제거되면 펜의 위치를 검출하는 것이 가능하지 않다.

도전체를 통한 전류 누설의 원리에 기초한 용량성 타입의 터치 스크린을 사용하는 것도 가능하다. 그러나, 접지된 도전성 물체만이 그들의 위치 검출을 허용한다. 따라서, 예를 들어, 이러한 스크린을 이용하여 플라스틱이나 나무로 된 물체의 위치는 결정될 수 없다.

게다가, 일반적으로, 터치 스크린이나 터치 필름에 기초한 솔루션은 제한된 개수의 동시 또는 준-동시 접촉만을 지원하며, 많은 수의 물체의 결정을 허용하지 않는다.

다른 솔루션들은, 특히 테이블 형태의 적외선 기반의 기술을 구현한다. 따라서, 예를 들어, Surface(Surface는 Microsoft의 상표임), mTouch(mTouch는 Merel Technologies의 상표임), 및 Entertaible(Entertaible은 Philips의 상표임)란 이름으로 알려진 제품들은 테이블의 두께 내에 배열된 적외선 카메라를 이용한다. 그러나, 이들 테이블의 요구되는 두께는 이들 제품을 부피를 크게 하고 이동성을 저하시키며 소정의 견고성을 부과한다. 또한, 이들의 가격은 실제로 가정용을 허용하지 않는다.

마지막으로, 이들 솔루션들은, 이동 및/또는 배향이 검출되는 이동 요소들의, 미리결정된 기준에 관한, 높이의 검출을 허용하지 않는다.

본 발명은 전술된 문제점들 중 적어도 하나를 해결하는 것을 가능케 한다.

따라서, 본 발명의 목적은, 컴퓨터 시스템과 복수의 이동 요소를 실시간으로 인터페이싱하기 위한 방법이며, 이 방법은 다음과 같은 단계들을 포함한다:

- 상기 복수의 이동 요소 중 적어도 하나의 이동 요소에 통합된 적어도 하나의 위치측정 모듈(localisation module)로의 작동 신호의 전송;

- 상기 적어도 하나의 위치측정 모듈의 순차적 작동, 상기 작동은 상기 적어도 하나의 위치측정 모듈로부터 방사 요소를 여기(excite)시키는 스위칭 단계를 포함함;

- 상기 작동된 적어도 하나의 위치측정 모듈로부터 적어도 하나의 신호의 수신;

- 상기 수신된 적어도 하나의 신호에 기초하여, 상기 작동된 적어도 하나의 위치측정 모듈을 포함하는 상기 이동 요소의 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목의 계산,

주어진 순간에 단일의 위치측정 모듈이 작동될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 프로세스는, 컴퓨터 시스템이, 컴퓨터 시스템과 상호작용하는데 이용될 수 있는 많은 수의 이동 요소들의 위치를, 간단하고, 효율적이며, 실시간으로 결정하는 것을 가능케 한다.

특정 실시예에 따르면, 상기 작동 신호는, 단일 위치측정 모듈을 선택적으로 작동시키기 위하여 위치측정 모듈을 식별하는 것을 가능하게 하는 데이터 항목을 포함한다. 따라서 작동 시퀀스는 컴퓨터 시스템에 의해 결정되고, 위치측정 모듈의 로직 유닛은, 본질적으로 수신된 식별자를 미리결정된 식별자와 비교하는 것으로 구성된다는 점에서 간단하다.

또 다른 특정 실시예에 따르면, 상기 작동 신호는 복수의 위치측정 모듈의 작동의 공통 제어를 위한 공통 작동 신호(common activation signal)이다. 이 실시예에 따르면, 작동 시퀀스는 컴퓨터 시스템과 조합한 위치측정 모듈의 로직 유닛에 의해 결정된다. 이 실시예에 따르면, 컴퓨터 시스템은 위치측정 모듈의 사전 지식을 필요로 하지 않는다.

역시 특정 실시예에 따르면, 이 방법은, 상기 복수의 위치측정 모듈의 각 위치측정 모듈에 대한 시간 지연 값을 계산하는 단계를 더 포함하고, 각 시간 지연값은 작동 신호의 수신과 위치측정 모듈의 작동 사이의 시간 간격(time interval)을 나타낸다. 따라서, 위치측정 모듈의 작동 시퀀스는 그 연관된 시간 지연값에 의해 정의된다.

각 시간 지연값은, 예를 들어, 위치측정 모듈의 식별 데이터 항목에 따라 결정된다.

시간 지연값은 동적으로 결정될 수 있음으로써, 재구성할 필요없이 새로운 이동 요소를 인터페이싱시키거나 및/또는 인터페이스로부터 이동 요소를 제거하는 것을 가능케 한다. 이러한 동적 결정은 특히 시분할 다중 액세스 알고리즘의 이용에 기초할 수 있다.

상기 공통 작동 신호는 상기 프로세스와는 독립적으로 사용되는 신호에 의해 유도될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 이용 중인 스크린의 동기화 프레임에 의해 유도된 신호를 포함할 수 있다. 따라서, 이 경우에는 특정 신호를 생성하는 것이 필요하지 않다.

특정 실시예에 따르면, 이 방법은 상기 이동 요소의 배향에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 계산하는 단계를 더 포함하고, 상기 이동 요소는 적어도 2개의 위치측정 모듈을 포함한다.

역시 특정 실시예에 따르면, 이 방법은 상기 적어도 하나의 위치측정 모듈로부터의 적어도 하나의 데이터 항목을 상기 컴퓨터 시스템에 전송하는 단계를 더 포함한다. 상기 적어도 하나의 데이터 항목은 특히 상기 적어도 하나의 위치측정 모듈의 식별자를 나타낼 수 있다. 이 경우, 이것은 컴퓨터 시스템이 위치를 위치측정 모듈과 연관시키는 것을 허용한다. 이것은 또한, 위치측정 모듈의 상태 또는 그와 연관된 기능을 나타낼 수 있다.

역시 특정 실시예에 따르면, 이 방법은 상기 적어도 하나의 위치측정 모듈의 유효성을 검사하는 단계를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 위치측정 모듈의 순차적 작동의 상기 단계는 상기 유효성 검사 단계에 응답하여 수행된다. 따라서, 컴퓨터 시스템과 인터페이싱하는데 있어서 능동적 역할을 하는 이동 요소의 위치 및/또는 배향만이 결정된다.

이 방법은 바람직하게는 상기 적어도 하나의 위치측정 모듈에 유효 또는 무효 상태를 할당하는 단계를 더 포함하고, 상기 유효 또는 무효 상태는 상기 적어도 하나의 위치 정보 항목에 따라 결정된다.

역시 특정 실시예에 따르면, 적어도 하나의 신호를 수신하는 상기 단계는 복수의 수신기를 순차적으로 선택하는 단계를 포함하고, 상기 적어도 하나의 신호는 상기 복수의 수신기로부터 선택된 적어도 하나의 수신기에 의해 수신된다. 따라서, 수신된 신호의 특성 및 선택된 수신기에 따라 위치측정 모듈의 위치를 결정하는 것이 가능하다.

본 발명의 추가 목적은 컴퓨터 시스템과 복수의 이동 요소를 인터페이싱하기 위한 장치에 대한 이동 요소이며, 상기 이동 요소는 적어도 하나의 위치측정 모듈을 포함하고, 상기 위치측정 모듈은 이하의 수단들을 포함한다:

- 상기 위치측정 모듈의 위치를 계산하는 것을 가능하게 하는 신호를 방출하기 위한 수단;

- 상기 신호를 방출하기 위한 수단의 여기 신호를 생성하기 위한 수단;

- 상기 신호를 방출하기 위한 수단으로의 상기 여기 신호의 전송을 제어하기 위한 스위칭 수단, 및

- 작동 신호를 수신하고, 상기 작동 신호의 적어도 하나의 정보 항목에 따라, 상기 스위칭 수단을 작동하여 상기 위치측정 모듈의 위치를 계산하는데 이용될 수 있는 신호의 방출을 인에이블하기 위한 수단.

따라서, 본 발명에 따른 이동 요소는, 컴퓨터 시스템이, 컴퓨터 시스템과 상호작용하는데 이용될 수 있는 많은 수의 이동 요소들의 위치를, 간단하고, 효율적이며, 실시간으로 결정하는 것을 가능케 한다.

특정 실시예에 따르면, 작동 신호를 수신하기 위한 상기 수단은 시간 지연값을 계산하기 위한 수단을 포함하고, 상기 시간 지연값은 작동 신호의 수신과 상기 스위칭 수단의 작동 사이의 시간 간격을 나타낸다.

따라서, 위치측정 모듈의 작동 시퀀스는 그 연관된 시간 지연값에 의해 정의된다.

역시 특정 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 위치측정 모듈은, 상기 적어도 하나의 위치측정 모듈의 컴포넌트들에 전력을 공급하기 위한, 유도에 의해 여기될 수 있는 적어도 하나의 솔레노이드를 포함한다.

본 발명의 추가 목적은, 컴퓨터 시스템과 복수의 이동 요소를 인터페이싱하기 위한 장치이며, 이 장치는 전술된 방법의 각 단계를 구현하기에 적합한 수단을 포함한다. 이러한 장치의 이점은 앞서 언급한 것들과 유사하다.

본 발명의 다른 이점, 목적 및 특징들은, 첨부된 도면에 비추어 비제한적 예로서 주어지는 이하의 상세한 설명으로부터 명백할 것이다:
- 도 1은 본 발명을 구현하는 아키텍쳐의 예를 도식으로 도시한다;
- 도 2는 제1 실시예에 따른 본 발명에 따른 검출면 및 그 연관된 로직 유닛의 예를 도시한다;
- 도 3은 솔레노이드와 검출면의 도전성 루프 사이의 유도 결합의 물리적 원리를 도식으로 도시한다;
- 도 4는, 도 2를 참조하여 설명된 것과 같은 시스템에 의해 얻어진 측정에 기초하여, 주어진 축을 따라, 검출면 상에 놓인 솔레노이드의 위치를 계산하는 것을 가능하게 하는 보간 메커니즘(interpolation mechanism)을 도식으로 도시한다;
- 도 5 및 도 6은 각각 제2 실시예 및 제3 실시예에 따른 본 발명에 따른 검출면 및 그 연관된 로직 유닛의 예를 도시한다;
- 도 7은, 도 2, 도 5, 및 도 6에 도시된 것과 같은 시스템에 기초하여 그 위치 및/또는 배향이 결정될 수 있는 이동 요소의 위치측정 모듈의 로직 블록을 도식으로 도시한다;
- 도 8은, 위치 및/또는 배향이 결정될 수 있는 이동 모듈의 위치측정 모듈에 관하여 도 7을 참조하여 설명된 로직도의 전자적 구현의 예를 도시한다;
- 도 9a 및 도 9b를 포함하는 도 9는, 위치가 결정될 수 있고, 위치와 배향이 결정될 수 있는 이동 요소의 2개 예를 도식으로 각각 나타낸다;
- 도 10 및 도 11은, 한 세트의 위치측정 모듈을 순차적으로 작동시키고, 대응하는 이동 요소의 위치 및/또는 배향을 계산하는데 사용될 수 있는 알고리즘의 예를 도시한다;
- 도 12는 공통 작동 신호의 함수로서 위치측정 모듈의 작동을 위한 타이밍 차트의 예를 도시한다;
도 13a 및 도 13b를 포함하는 도 13은 공통 작동 신호에 의해 한 세트의 위치측정 모듈들을 순차적으로 작동시키는데 사용될 수 있는 알고리즘의 제3 예를 도시한다;
- 도 14는 위치측정 모듈의 동적 작동을 위한 시스템에 대한 타이밍 차트를 도시한다.

본 발명은 대체로, 표면 상에 배열되고 함께 사용되는 이동 요소들 또는 피스들의 위치(횡축, 종축 및/또는 높이) 및/또는 배향(헤딩, 피치 및/또는 롤)을 결정하는 것에 관한 것이다. 이들 목적을 위해, 본 발명은 이동 요소의 검출을 위한 표면을 구현하고, 이동 요소들 각각에는 적어도 하나의 위치측정 모듈과 작동 모듈이 제공되어, 각 이동 요소의 위치와, 바람직하게는 배향을 순차적으로 결정하는 것을 가능케 한다. 위치는 1개 평면에서의 2차원 위치이거나, 높이(또는 고도)를 포함하는 3차원 위치일 수 있다. 따라서, 본 발명은, 사용자와, 수 개의 이동 요소들의 위치 및 배향과 연관된 컴퓨터 시스템 사이의 신규한 인터페이스에 관한 것이다. 검출면은, 예를 들어, 장식 요소 또는 정보를 제공하기 위해 스크린과 결합될 수 있다.

예시로서, 이동 요소의 3차원 위치는 전자기장에 의해 포착될 수 있다. 이 목적을 위해, 라인/열 타입의 전자기 포착 메쉬로 구성된 이동 요소의 위치의 검출면이 이용된다. 이것은 디멀티플렉싱에 의해 전자기장을 방출하는 위치측정 모듈의 위치를 계산할 수 있는 전자 모듈과 결합된다.

따라서, 각 위치측정 모듈은, 예를 들어 자신의 고유 식별자에 따라 순차적으로 선택되어, 전자기장을 방출한다. 이 목적을 위해, 각 위치측정 모듈은, 작동될 때 검출면에 의해 포착될 수 있는 전자기장을 방출하도록 하는 작동 메커니즘을 포함한다.

위치 검출 제어 모듈은, 제어 신호를 통해 위치측정 모듈들의 전자기 방출을 순차적으로 작동시키거나 이러한 순차적 작동을 제어하기 위하여 검출면과 연관된다. 이 모듈과 위치측정 모듈 사이의 제어 신호는, 유선 접속을 통해, 또는 바람직하게는, 무선 접속, 예를 들어, HF(High Frequency) 무선 신호 또는 Wi-Fi, ZigBee, 또는 Bluetooth 표준(Wi-Fi, Bluetooth 및 ZigBee는 상표임)과 호환되는 신호를 통해 전송될 수 있다.

위치 검출면은, 예를 들어, 전자기 수신을 위한 PCB(Printed Circuit Board) 타입의, 가요성 또는 경성의, 카드이다. 이것은 또한, 가요성 또는 경성의, 접촉식 또는 비접촉식의, 스크린, 예를 들어, LCD(Liquid Crystal Display) 또는 OLED(Organic Light - Emitting Diode) 타입 스크린과 결합되어, 대화형의 시각적 표면 상에서 이동 요소들을 이동시키는 것을 가능케 할 수 있다. 검출면은 또한 자화된 표면과 결합되어, 위치 검출을 변경하지 않고, 경사면, 수직면 또는 거꾸로된 면(위아래가 반전된) 또는 충격에 노출된 면 상에서 이동 요소를 이동시키는 것을 가능케 할 수 있다.

도 1은 본 발명을 구현하는 아키텍쳐(100)의 예를 도식으로 도시한다.

여기서 아키텍쳐(100)는, 보드(105), 예를 들어, 이동 요소(110)가 배열되어 있는 게임 보드를 포함하며, 이동 요소(110)를 이동시킴으로써 사용자가 보드와 결합된 컴퓨터 시스템과 상호작용할 수 있게 한다. 여기서는 단지 5개의 이동 요소가 도시되어 있지만, 수십개 또는 심지어 수백개를 이용하는 것도 가능하다. 보드(105)는 사용되는 이동 요소들의 위치 및/또는 배향 검출 구역을 정의한다.

여기서 보드(105)는 스크린(120) 및 자화된 표면(125)에 결합된 검출면(115)을 포함한다(검출면(115), 스크린(120), 및 자화된 표면(125)은 여기서 실질적으로 평행하다). 보드는 또한, 사용자와 상호작용하는 하나 이상의 애플리케이션을 구현할 뿐만 아니라, 이동 요소(110)의 위치와, 필요하다면, 배향을 검출하는 하드웨어 모듈(130)(또는 중앙 처리 시스템)을 포함한다. 하드웨어 모듈(130)은, 특히, 이동 요소의 위치 및/또는 배향의 검출을 관리하는 것, 즉, 위치측정 모듈을 하나씩 식별하고, 이들 각각이 차례로 전자기장을 방출하도록 이들을 작동시키며, 그들의 위치를 평가하는 것을 책임진다.

하드웨어 모듈(130)은 바람직하게는 보드(105)의 다른 요소들과 함께 케이스 내에 삽입된다. 대안으로서, 이것은, 예를 들어, 컴퓨터 또는 게임 콘솔에 통합되는 원격 모듈일 수 있다. 이것은 충전가능한 배터리에 의해 또는 메인 어댑터를 통해 전원 공급될 수 있으며, 한 세트의 표준 접속(135), 특히, 스크린이 검출 구역과 결합된다면, 적절하게는, 예를 들어, 메인 어댑터용 전기 소켓, USB, Ethernet, VGA(Video Graphics Array) 및/또는 HDMI(High Definition Multimedia) 포트를 제공한다. 이것은 또한, 바람직하게는, 무선 통신 모듈, 예를 들어, WiFi 또는 Bluetooth 타입 무선 통신 모듈을 포함하여, 통신 네트워크를 통해 또 다른 컴퓨터 시스템과 상호작용하고 및/또는 데이터에 액세스하는 것을 가능케 한다.

하드웨어 모듈(130)은 전형적으로, 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, 계산 모듈과, 위치 검출 및 포착용 제어 모듈을 포함한다. 계산 모듈은 여기서는, 예를 들어, 칩셋 형태의 오디오 처리 모듈 뿐만 아니라, 중앙 처리 유닛(CPU), 그래픽 처리 유닛(GPU), 및 본 발명의 구현에 필요한 프로그램과 변수를 저장하는 메모리 컴포넌트(랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 및/또는 플래시 타입 메모리)를 구비한다.

위치 검출 및 포착용 제어 모듈은, 바람직하게는 무선에 의해, 그 위치가 결정될 각각의 위치측정 모듈을 순차적으로 작동시키고, 이러한 순차적 작동을 제어한다. 작동 후에, 각 위치측정 모듈은, 여기서는, 검출면에 의해 포착된 전자기장을 방출한다. 그 다음, 위치측정 모듈은, 위치 검출 및 포착용 모듈에, 예를 들어, (x, y, z) 타입의, 위치측정 모듈의 위치를 계산하는 것을 가능하게 하는 정보를 전송한다. 후술되는 바와 같이, 수 개의 위치측정 모듈들이 단일의 이동 요소 내에 결합될 때, 이들 위치측정 모듈들의 위치에 기초하여, 예를 들어, 각도의 형태로 이동 요소의 배향 파라미터를 결정하는 것이 가능하다. 그 다음, 그 위치 및/또는 배향이 결정될 모든 이동 요소들의 위치 및/또는 배향이 계산 모듈로 송신되고, 계산 모듈은 이들을 이용하여 문제의 애플리케이션과의 상호작용을 관리한다.

도 2는 제1 실시예에 따른 검출면 및 그 연관된 로직 유닛의 예를 나타낸다.

검출면(115)은 도전성 격자(grid)를 형성하는 라인과 열의 형태로 된 메쉬(mesh)로 구성된다. 메쉬는 2개의 직교축을 따른 한 세트의 도전성 루프를 포함한다. 각 루프는 개별 센서이며, 방사 요소(radiating element), 전형적으로는 검출면 상에 놓인 위치 및/또는 배향을 계산할 이동 요소에 속하는 솔레노이드에 의해 유도된 전류나 전압의 강도를 측정하는 것을 가능케 한다.

예시로서, 여기서는, 솔레노이드는, 위치(200), 즉, 한 쪽 끝은 접지되고 다른 쪽 끝은 위치를 계산하는데 이용되는 전자 컴포넌트에 접속된 루프(205 및 210)의 교차부에 놓여 있다고 가정한다. 위치(200)에 놓인 솔레노이드에 전력이 공급될 때, 솔레노이드는 루프(205 및 210)에 유도 전류를 생성하며 이 유도 전류는 분석되어 다른 루프에 유도된 전류와 비교될 수 있다. 따라서, 솔레노이드와 격자 사이의 유도성 결합에 의해, 그리고 유도된 전류를 측정함으로써, 솔레노이드의 위치를 결정하는 것이 가능하다.

멀티플렉서(215 및 220)는 격자의 2개 축들 각각의 각 루프에, 즉, 이 경우에는 수직 및 수평 루프 각각에 각각 접속된다. 멀티플렉서(215 및 220)로부터의 출력은, 하드웨어 모듈(130)의, 여기서는 130-1로 참조된 위치 검출 및 포착용 제어 모듈의 자동 이득 제어기(AGC)(225 및 230)에 각각 접속된다. 자동 이득 제어기(225 및 230)로부터의 출력 신호는 먼저 복조기(235 및 240)에서 각각 모두 복조된다. 복조는, 솔레노이드에 의해 방출된 고정된 주파수의 복수의 교류(AC) 성분에 의해 보충된 원래의 정현파(sine wave)에 비례하는 직류(DC) 신호를 생성한다.

흔히 이용되는 구성에 따르면, 하드웨어 모듈(130)의, 여기서는 130-2로 참조된 계산 모듈은, 루프를 순차적으로 작동시키기 위하여, 즉, 루프 n 후에 루프 n+1을 작동시키기 위하여, 멀티플렉서(215 및 220)를 제어한다. 마지막 루프에 도달하면, 프로세서는 새로운 사이클을 개시하고 첫 번째 루프의 작동을 제어한다.

전자기 배경 잡음 뿐만 아니라 복조된 신호의 원치않는 조화파를 억제하기 위해 각 복조기(235 및 240)에서 유익하게도 저역-통과 필터가 이용된다. 이 필터링은, 복조된 다음 아날로그/디지털 변환기(ADC)(245 및 250)에서 각각 디지털화되는, 자동 이득 제어기(225 및 230)로부터 발생하는 신호의 측정을 개선하는 것을 가능케 한다.

얻어진 디지털 값은 계산 모듈(130-2)의 중앙 처리 유닛(CPU)(255)에 전송되어 저장된다. 도시된 바와 같이, 중앙 처리 유닛(255)은 복조기(235 및 240)를 제어한다.

값들이 저장된 후에, 중앙 처리 유닛은 후속 루프로부터 발생하는 신호의 디지털화를 진행하기 위하여 멀티플렉서들의 주소를 증가시킨다. 마지막 루프에 도달하면, 중앙 처리 유닛은 문제의 축의 첫 번째 루프의 값에 대응하는 멀티플렉서의 주소를 재초기화한다.

사이클의 끝에서, 중앙 처리 유닛은, 각 축에 대하여, 솔레노이드의 위치 부근의 인접 루프들과 동일한 개수의 디지털 값을 저장한다. 이들 값에 기초하여, 중앙 처리 유닛은 후술되는 바와 같이 보간에 의해 솔레노이드의 위치를 계산한다.

루프들을 전자기 간섭으로부터 보호하기 위하여 루프들은 상이한 루프들 사이에 배치된 금속 스트립에 의해 접지될 수 있다는 점에 주목한다. 대안은, 도전성 격자 아래에 균일한 접지 평면을 배치하는 것으로 구성된다.

또한, 위치 검출 및 포착용 제어 모듈(130-1)은 여기서는 계산 모듈(130-2)의 중앙 처리 유닛(255)에 의해 제어되는 라디오 방출기(260)를 포함하여, 이동 요소의 위치측정 모듈을 작동시키는 것을 가능케 한다. 예시로서, 중앙 처리 유닛(255)은 작동될 위치측정 모듈의 식별자를 라디오 방출기(260)에 전송한다. 이 식별자는 인코딩된 다음 디지털이나 아날로그 무선 신호의 형태로 전송된다. 그 다음, 이 신호를 수신하는 각각의 위치측정 모듈은 수신된 식별자와 그 자신의 식별자를 비교하여 식별자들이 일치하면 자신을 작동시킬 수 있다.

따라서, 한 세트의 위치측정 모듈의 위치를 추정하기 위하여, 각 위치측정 모듈에 사이클을 수행하는 것이 필요하고, 이들 사이클 각각에 대해, 여기서 설명된 실시예에 따라, 각 루프 세트에 사이클을 수행하는 것이 필요하다.

수 개의 검출면이 서로 결합될 수 있고, 결과적인 검출면의 표면적은 결합된 검출면들의 표면적의 합이다. 이 목적을 위해, 하나의 검출면은 마스터(master)이고, 다른 검출면은 슬레이브(slave)로 간주된다. 이동 요소들의 순차적 작동은 마스터 검출면에 의해 관리되고, 마스터 검출면은, 바람직하게는 각 슬레이브 검출면과 연관된 하드웨어 모듈에 의해 계산된 위치들을 수신하고, 위치측정 모듈들의 좌표와 자유도를 포함하는 테이블을 생성함으로써 이들을 통합한다.

도 3은 솔레노이드와 검출면의 도전성 루프 사이의 유도 결합의 물리적 원리를 도식으로 도시한다.

본 발명에 따르면, 위치 및/또는 배향이 계산되는 각 이동 요소는, 바람직하게는 그 축이 검출면을 향하는 적어도 하나의 솔레노이드를 포함한다.

교류 전류가 솔레노이드(300)를 통과하고, 솔레노이드는, 검출면, 특히, 이 예에서는 루프(210)를 향해 전파되는 전자기장을 방출한다. 솔레노이드(300)로부터 발생하는 전자기장을 수신하는 루프(210)는, 솔레노이드(300)와 결합된다. 305로 참조되는 이 루프의 단자에서 교류 전류 신호를 측정하는 것이 가능하다.

솔레노이드(300)와 루프(210) 사이의 결합은 다음과 같은 등식의 형태로 표현될 수 있다.

여기서,

E는 솔레노이드(300)의 단자에서의 전압을 나타내고, R은 수신 루프(210)의 단자(305)에서 수신되는 신호의 전압을 나타내며, D는 솔레노이드(300)와 수신 루프(210) 사이의 거리이고, k는 솔레노이드와 수신 루프를 포함하는 시스템에 고유한 인자, 특히, 솔레노이드의 권선수 및 루프의 크기와 연관된 상수이다.

도 4는, 도 2를 참조하여 설명된 것과 같은 시스템에 의해 얻어진 측정에 기초하여, 주어진 축을 따라, 검출면 상에 놓인 솔레노이드의 위치를 계산하는 것을 가능하게 하는 보간 메커니즘을 도식으로 도시한다.

솔레노이드는 횡좌표 X3, X4 및 X5에 위치한 수직 루프 B3, B4 및 B5에 가까이 위치하고, 이들 루프의 단자들에서 측정된 전압들은 각각 V3, V4 및 V5로 표시된다고 가정된다. 솔레노이드는, 여기서는, XS로 표기된 x-축 상의 위치에 있다.

좌표들 X3, X4 및 X5는 대응하는 루프의 식별자에 기초하여 중앙 처리 유닛에 의해 얻어질 수 있다(이들 값들은 검출면의 라우팅 구성에 따라 미리정의되며, 바람직하게는, 비휘발성 메모리에 저장된다).

도 4에 도시된 곡선(400)의 일부는, 루프 B3, B4, 및 B5에 의해 측정된 값들로부터 추론된, 솔레노이드와 결합된 루프의 위치에 따른 솔레노이드 위치 XS에 대한 전압의 편차를 도시한다. 이것은 포물선 타입의 2차 함수에 비견될 수 있다. 이 국부적 근사화는, 사실상, 솔레노이드와 도전성 격자의 루프 사이의 전자기 결합의 현상에 대응한다.

다음과 같은 관계가 이 속성을 나타낸다.

여기서, a 및 b는 상수이고, a는 0보다 작은 상수이다(a < 0).

게다가, 2차 함수를 가정하면, 횡좌표 X3, X4, 및 X5 사이의 관계는 다음과 같은 형태로 표현될 수 있다:

(ΔX는 횡축 X3과 X4 사이, 및 횡축 X4와 X5 사이의 거리를 나타낸다).

따라서, 이하의 공식에 따라 솔레노이드의 위치를 보간하는 것이 가능하다:

또한, 동일한 논리에 따라, y-축을 따른 솔레노이드의 위치를 결정하는 것이 가능하다.

또한, 솔레노이드와 루프 사이의 거리(즉, 검출면에 대한 솔레노이드의 높이)는 다음과 같은 관계에 의해 정의될 수 있다:

따라서, 거리 D는 검출면의 관련 루프의 단자에서의 전압을 나타내는 값 R의 함수이다. 이것은 행해진 측정으로부터 추론될 수 있다. 거리 계산의 정확도는 특히 솔레노이드에 의해 방출된 신호 E의 안정성과 관련되어 있고, 그 값은 시간에 걸쳐 가능한 한 일정해야 하며, 이것은 위치측정 모듈에서 안정된 전원을 요구하며, 배터리 방전에 따라 강하되지 않아야 한다는 점에 유의해야 한다. 이것은 위치결정 모듈의 전압 레귤레이터(voltage regulator)에 의해 보장될 수 있다.

도 5는 제2 실시예에 따른 검출면 및 그 연관된 로직 유닛의 예를 나타낸다.

도 2 및 도 5에 도시된 검출면 및 그 연관된 로직 유닛들 사이의 본질적 차이는 추가의 멀티플렉서와 차동 증폭기의 사용에 있다.

전술된 검출면(115)과 마찬가지로, 검출면(115')은 여기서, 직교하는 2개의 축들을 따른 한 세트의 루프를 포함하는 도전성 격자를 구성하는 라인과 열들의 형태로 된 메쉬로 구성된다. 마찬가지로, 각 루프는 개별 센서이며, 검출면 상에 놓인 (위치 및/또는 배향이 검출되는 이동 요소에 속하는) 솔레노이드에 의해 유도된 전류나 전압의 강도를 측정하는 것을 가능케 한다.

여기서는 2개의 멀티플렉서가 루프의 각 세트(수직 및 수평)와 연결되어 있다. 따라서, 2차원 격자 각각에 대해, 제1 멀티플렉서는 매 2개의 루프 중 하나에 교대로 접속되는 반면 제2 멀티플렉서는 나머지 루프에 접속된다. 멀티플렉서(215'-1)는 여기서는 홀수의 수직 루프에 접속되는 반면, 멀티플렉서(215'-2)는 짝수의 수직 루프에 접속된다. 마찬가지로, 멀티플렉서(220'-1)는 여기서는 홀수의 수평 루프에 접속되는 반면, 멀티플렉서(220'-2)는 짝수의 수평 루프에 접속된다.

수직 루프에 접속된 멀티플렉서(215'-1 및 215'-2)의 출력은 차동 증폭기(500)에 접속되는 반면, 수평 루프에 접속된 멀티플렉서(220'-1 및 220'-2)의 출력은 차동 증폭기(505)에 접속된다.

따라서, 멀티플렉서와 차동 증폭기는, 검출면 격자의 각 축에 대해, 2개의 인접한 루프에 의해 수신된 신호들 사이의 즉각적 비교를 생성한다. 즉, 각 차동 증폭기로부터의 출력 신호는 차분 신호(differential signal)이다.

그 다음, 도 2를 참조하여 설명된 것과 유사한 처리가 차분 신호에 적용된다. 그러나, 여기서 필터링은, 공통 잡음 및 복조와 연관된 잡음을 억제하기 위하여 적응성 필터링(및 저역 통과 필터링이 아님)이므로, 신호 대 잡음비를 증가시킨다. 이 실시예는 더 큰 증폭, 및 결과적으로, 위치 계산의 더 양호한 정확성을 허용한다. 계산 모듈의 중앙 유닛은, 측정의 각 사이클의 끝 이후에 바람직하게는 제로로 리셋되도록 적응성 필터를 제어한다.

각 차동 증폭기(500 및 505)로부터의 출력은, 여기서는 130'-1로 참조된 위치 검출 및 포착용 제어 모듈의 자동 이득 제어기(AGC)(225' 및 230')에 각각 접속된다. 자동 이득 제어기(225 및 230)로부터의 출력은, 솔레노이드에 의해 방출된 고정된 주파수의 복수의 교류 전류 성분에 의해 보충된 원래의 정현파에 비례하는 직류 전류 신호를 얻기 위하여, 먼저 복조기(235' 및 240')에서 각각 모두 복조된다.

다시 한번, 여기서는 130'-2로 참조된 계산 모듈은, 루프를 순차적으로 작동시키기 위하여, 즉, 루프 n 후에 루프 n+1을 작동시키기 위하여, 멀티플렉서(215'-1, 215'-2, 220'-1 및 220'-2)를 제어한다. 마지막 루프에 도달하면, 프로세서는 새로운 사이클을 개시하고 첫 번째 루프의 작동을 제어한다.

앞서 나타낸 바와 같이, 복조된 신호의 원치않는 조화파 및 배경 전자기 잡음을 억제하기 위하여 유익하게도 각 복조기(235' 및 240')에서 적응성 필터가 이용된다. 이 필터링은, 복조된 다음 아날로그/디지털 변환기(ADC)(245' 및 250')에서 각각 디지털화되는, 자동 이득 제어기(225' 및 230')로부터 발생하는 신호의 측정을 개선하는 것을 가능케 한다.

얻어진 디지털 값은 계산 모듈(130'-2)의 중앙 처리 유닛(255')에 전송되어 저장된다. 도시된 바와 같이, 중앙 처리 유닛(255')은 복조기(235' 및 240')를 제어한다.

다시 한번, 값들이 저장된 후에, 중앙 처리 유닛은 후속 루프로부터 발생하는 신호의 디지털화를 진행하기 위하여 멀티플렉서들의 주소를 증가시킨다. 마지막 루프에 도달하면, 중앙 처리 유닛은 문제의 축의 첫 번째 루프의 값에 대응하는 멀티플렉서의 주소를 재초기화한다.

사이클의 끝에서, 중앙 처리 유닛은, 각 축에 대하여, 솔레노이드의 위치 부근의 인접 루프들과 동일한 개수의 디지털 값을 저장한다. 이들 값에 기초하여, 중앙 처리 유닛은 전술된 바와 같이 보간에 의해 솔레노이드의 위치를 계산한다.

또한, 여기서는 전자기 간섭으로부터 보호하기 위하여 루프들은 다양한 루프들 사이에 배치된 금속 스트립에 의해 접지될 수 있으며, 대안은, 도전성 격자 아래에 균일한 접지면을 배치하는 것으로 구성된다.

도 2를 참조하여 설명된 위치 검출 및 포착용 제어 모듈(130-1)과 마찬가지로, 위치 검출 및 포착용 제어 모듈(130'-1)은 여기서는 계산 모듈(130'-2)의 중앙 처리 유닛(255')에 의해 제어되는 라디오 방출기(260')를 포함하여, 위치측정 모듈을 작동시키는 것을 가능케 한다.

도 6은 제3 실시예에 따른 검출면 및 그 연관된 로직 유닛의 예를 나타낸다.

이 실시예는 도 2를 참조하여 설명된 것에 기초한다. 이 실시예는 또한, 2개의 고정-이득 증폭기, 저역 통과 필터링 및 도전성 격자의 축마다의 아날로그/디지털 변환을 갖춘 2개의 복조 체인을 포함한다. 이 실시예는 검출판 위에 위치한 이동 요소들의 높이의 정확한 계산을 허용한다.

높이 계산은 (x축 및 y축을 따른 위치에 대해 가능한 것과 같은 상대적인 것이 아닌) 절대적 위치 데이터의 사용을 요구한다는 점에 주목해야 한다.

이 목적을 위해, 제2 위치 포착 체인이 구현되고, 여기서 자동 이득 제어기는 일정 이득 증폭기로 대체된다. 자동 이득 제어기의 생략으로부터 발생하는 정확도 손실은 절대적 측정을 제공하는 일정 이득 증폭기의 능력으로 대체된다.

검출면(115")은 다시 한번 2개의 직교하는 축을 따른 한 세트의 루프를 포함하는 도전성 격자를 구성하는 라인과 열의 형태의 메쉬로 구성되고, 각 루프는 별개의 센서를 형성하여, 검출면 상에 놓인 (위치 및/또는 배향이 검출되는 이동 요소에 속하는) 솔레노이드에 의해 유도된 전류나 전압의 강도를 측정하는 것을 가능하게 한다.

멀티플렉서(215" 및 220")는 격자의 2개 축들 각각의 각 루프에, 즉, 이 경우에는 수직 및 수평 루프 각각에 각각 접속된다. 멀티플렉서(215 및 220)의 출력은, 여기서는 130"-1로 참조된 위치 검출 및 포착용 제어 모듈의 고정-이득 증폭기(600 및 605) 뿐만 아니라 자동 이득 제어기(AGC)(225" 및 230")에 각각 접속된다.

자동 이득 제어기(225" 및 230")의 출력 신호는 먼저 복조기(235" 및 240")에서 각각 모두 복조된다. 복조는, 솔레노이드에 의해 방출된 고정된 주파수의 복수의 교류 전류 성분에 의해 보충된 원래의 정현파에 비례하는 직류 전류 신호를 생성한다.

마찬가지로, 고정-이득 증폭기(600 및 605)의 출력 신호는 먼저 복조기(610 및 615)에서 각각 복조된다.

다시 한번, 여기서는 130"-2로 참조된 계산 모듈은, 루프를 순차적으로 작동시키기 위하여, 즉, 루프 n 후에 루프 n+1을 작동시키기 위하여, 멀티플렉서(215" 및 220")를 제어한다. 최종 루프에 도달하면, 프로세서는 새로운 사이클을 개시하고 첫 번째 루프의 작동을 제어한다.

배경 전자기 잡음 뿐만 아니라 복조된 신호의 원치않는 조화파를 억제하기 위해 각 복조기(235", 240", 610 및 615)에서 유익하게도 저역-통과 필터가 구현된다. 이 필터링은 특히, 복조 후, 자동 이득 제어기(225" 및 230")로부터 발생하는 신호의 측정을 개선하는 것을 가능케 한다.

그 다음, 복조기(235", 240", 610 및 615)의 출력 신호는 각각 아날로그/디지털 변환기(ADC)(245", 250", 620 및 625)에서 디지털화된다.

얻어진 디지털 값은 계산 모듈(130-2")의 중앙 처리 유닛(255")에 전송되어 저장된다. 도시된 바와 같이, 중앙 처리 유닛(255")은 복조기(235", 240", 610 및 615)를 제어한다.

값들이 저장된 후에, CPU는 후속 루프로부터 발생하는 신호의 디지털화를 진행하기 위하여 멀티플렉서들의 주소를 증가시킨다. 마지막 루프에 도달하면, 중앙 처리 유닛은 문제의 축의 첫 번째 루프의 값에 대응하는 멀티플렉서의 주소를 재초기화한다.

사이클의 끝에서, 중앙 처리 유닛은, 각 축에 대하여, 솔레노이드의 위치 부근의 인접 루프들과 동일한 개수의 수치 값을 저장한다. 이들 값에 기초하여, 중앙 처리 유닛은 전술된 바와 같이 보간에 의해 솔레노이드의 위치를 계산한다.

루프들을 전자기 간섭으로부터 보호하기 위하여 루프들은 상이한 루프들 사이에 배치된 금속 스트립에 의해 접지될 수 있다는 점에 주목한다. 대안은, 도전성 그리드 아래에 균일한 접지면을 배치하는 것으로 구성된다.

또한, 위치 검출 및 포착용 제어 모듈(130"-1)은 여기서는 계산 모듈(130"-2)의 중앙 처리 유닛(255")에 의해 제어되는 라디오 전송기(260")를 포함하여, 위치측정 모듈을 작동시키는 것을 가능케 한다.

위치 및/또는 배향이 결정되는 이동 요소들은, 작동 수신기를 통합한 적어도 하나의 위치측정 모듈, 바람직하게는 무선의, 예를 들어, HF, Wi-Fi, ZigBee 또는 Bluetooth 무선 통신 모듈을 포함하여, 그들의 전자기 방출을 작동시킬 명령을 수신하는 것을 가능케 한다. 각 위치측정 모듈은, 위치 검출 및 포착용 제어 모듈에 의해 방출된, 수신된 작동 명령이 자신에게 어드레싱된 것인지의 여부를 판정할 수 있다. 작동될 위치측정 모듈 상의 식별 정보 항목은 아날로그나 디지털 형태로 전송될 수 있다.

도 7은, 전술된 바와 같은 시스템을 기초로 위치 및/또는 배향이 결정될 수 있는 이동 요소를 위한 위치측정 모듈의 로직 블록을 도식으로 도시한다.

이러한 이동 요소는, 바람직하게는, 그 전기 전원과 전자기 방출 명령 신호의 수신 둘 다에 관하여 독립적이다.

따라서, 위치측정 모듈(700)은, 위치측정 모듈의 모든 컴포넌트들에 전압을 공급하는 전기 전원 모듈(705) 뿐만 아니라, 수신된 신호가 위치측정 모듈을 작동시키도록 의도된 것인지를 판정하기 위하여 위치 검출 및 포착용 외부 제어 모듈에 의해 방출된 신호, 예를 들어, HF 신호를 수신하고 복조하는 명령 수신 및 검출 모듈(710)을 포함한다. 전술된 바와 같이, 이러한 검출은 수신된 식별자를 앞서 저장된 식별자와 비교함으로써 수행될 수 있다.

위치측정 모듈(700)은 또한, 명령 수신 및 검출 모듈(710)에 의해 제어되는 스위치(715) 뿐만 아니라, 스위치(715)에 의해 제어되는 선택적 증폭기(720)를 포함한다. 마지막으로, 위치측정 모듈(700)은, 사각 타입의 주파수, 바람직하게는 고정되고 안정적인 주파수를 생성하는 국부 발진기(725)와 솔레노이드(730)를 포함한다.

선택적 증폭기(720)는, 스위치(715)의 위치에 따라, 그리고 국부 발진기(725)로부터 발생하는 신호에 기초하여, 솔레노이드(730)의 단자에서 정현파 전압을 생성하여, 솔레노이드(730)가 거의 즉각적으로(즉, 실시간으로) 충분한 방사 전력(radiation power)을 생성하는 것을 허용한다. 선택적 증폭기의 거의 즉각적인 발진 턴온 및 컷오프 시간은, 국부 발진기(725)와 선택적 증폭기(720)에 의해 형성된 쌍에 의해 얻어진다.

이 목적을 위해, 국부 발진기(725)와 선택적 증폭기(720)는, 제1 실시예에 따라, 위치측정 모듈에 전원이 공급될 때 항상 활성이다(이들은 위치측정 모듈의 작동의 함수로서 정지되지 않는다). 그 다음, 스위치(715)는 국부 발진기(725)로부터의 신호를 선택적 증폭기(720)의 입력으로 라우팅할지의 여부를 결정하는데 이용된다. 따라서, 국부 발진기(725)가 선택적 증폭기(720)로 스위칭될 때, 선택적 증폭기(720)는 매우 짧은 시간에, 전형적으로는 수 마이크로초(문제의 RLC 타입의 표준 발진기는 실시간과 비호환되는 수 밀리초의 턴온 시간을 요구함)만에, 그 특정의 발진 주파수에 도달한다. 선택적 증폭기(720)로부터 국부 발진기(725)를 접속해제하는 선택적 증폭기(720)의 컷-오프는, 동일한 이유로, 거의 즉각적(마이크로초 정도)이다.

또 다른 실시예에 따르면, 국부 발진기(725)는, 위치측정 모듈이 전원공급될 때 항상 활성(위치측정 모듈의 작동의 함수로서 정지되지 않음)인 반면, 선택적 증폭기(720)는 위치측정 모듈이 활성화될 때에만 전원공급된다. 그 다음, 스위치(715)의 목적은 선택적 증폭기(720)의 전기 전원을 제어하는 것이다. 선택적 증폭기의 턴온 및 컷오프 시간은 제1 실시예와 유사하다.

위치측정 모듈에 대해 몇 가지 타입의 전기 전원이 이용될 수 있다. 전원은 충전가능한 배터리 및 표준 제어 회로로부터 얻어질 수 있다. 이것은 또한, 배터리 및 전압 레귤레이터로부터 얻어질 수 있어 배터리의 사용 범위에 걸쳐 일정한 전압을 얻는 것을 가능케 한다. 이 해결책은 특히, 시스템이 구현된 이동 요소들의 높이를 계산해야 할 때 유익하다.

전력은 또한 원격 공급처에 의해 간접으로 공급될 수 있다. 이 실시예에 따르면, 전용 방사 솔레노이드의 층이 검출면 아래에 놓인다. 정현파 신호가 이들 솔레노이드를 통과하고 각 솔레노이드에 의해 방출된 전력은, 그 위에 위치한 위치측정 모듈에 대한 원격 전원에 대해 충분하다. 위치측정 모듈에는 또한, 검출면 아래에 존재하는 솔레노이드에 의해 방출된 신호의, 유도에 의한, 수신을 위한 솔레노이드가 장착된다.

원격 전원은 또한, 위치측정 모듈의 솔레노이드로부터 충전되는 고용량 커패시터의 사용과 결합될 수 있다. 그러면, 이 커패시터는 전력을 다른 모듈들에 공급하는 전압 소스로서 이용된다. 대안으로서, 원격 전원에는, 이동 요소에 존재하는 배터리, 예를 들어, 리튬 배터리의 사용과 결합될 수 있다. 그러면, 위치측정 모듈의 솔레노이드는, 유도된 전류가 자신을 통해 흐르자마자 이 배터리를 지속적으로 충전한다. 배터리가 그 허용가능한 전압 범위 내에 머무르도록 유익하게도 충전/방전 보호 회로가 배터리와 연관된다. 앞서 나타낸 바와 같이, 이동 요소들의 높이가 평가되어야 한다면, 전압 소스는 바람직하게는 조절되어 이 전압 소스의 사용 동안에, 즉, 이동 요소의 위치 및/또는 배향의 평가 동안에, 전원 전압이 일정하게 되도록 한다.

검출면 상에 배치되고 함께 사용되는 이동 요소들은 상이한 타입의 전원을 이용할 수 있다.

또한, 이동 요소가 하나보다 많은 위치측정 모듈을 포함하면, 소정 컴포넌트, 특히 전원은 위치측정 모듈들의 일부 또는 전부에 대해 공통일 수 있다.

도 8은, 위치 및/또는 배향이 결정될 수 있는 이동 모듈의 위치측정 모듈에 관하여 도 7을 참조하여 설명된 로직 유닛 구성의 전자적 구현의 예를 도시한다.

도 8에 도시된 전자적 구성은, 위치 검출 및 포착용 제어 모듈에 의한 N개 캐리어의 송신을 동반하는 아날로그 모드에 관한 것으로, N은 시스템에 의해 그 위치를 계산할 수 있는 위치측정 모듈의 최대 개수를 나타낸다.

명령 수신 및 검출 모듈(710)의 목적은, 여기서는, 문제의 위치측정 모듈과 연관된 캐리어의 주파수를 검출하는 것이다. 이것은, 이 구현 예에서는, 수신 안테나(800)와, 위치 검출 및 포착용 제어 모듈의 방출 주파수에 동조된 커패시터(802) 및 인덕터(804)를 포함하는 LC 네트워크를 포함한다. 이것은 또한, 신호의 네거티브 성분을 억제하는 다이오드(806)와, 캐리어를 억제하는 저항기(808) 및 커패시터(810)를 포함하는 저역-통과 RC 필터를 포함한다. 만일 캐리어가 존재한다면, 필터로부터의 출력에는 신호가 존재하는 반면, 만일 캐리어가 문제의 위치측정 모듈에 대응하지 않는다면, 필터로부터의 출력에서 신호는 제로이다. 명령 수신 및 검출 모듈(710)은 또한 스위칭 트랜지스터(812)를 포함하고, 스위칭 트랜지스터(812)는 저항기(814)를 통해 스위치(715)를 제어하여 선택적 증폭기(720)를 작동시키는 것을 가능케 한다. 스위칭 트랜지스터(812)는 여기서는 저항기(816)를 통해 RC 회로에 접속된다.

이러한 구현은 진폭-변조된 작동 신호의 수신에 관한 것이다. 그러나, 주파수-변조된 수신 또는 위상-변조된 수신과 같은 다른 모드들이 구현될 수 있다.

사용되는 스위치는, 예를 들어, Texas Instruments HC 4066 스위치이다. 이 스위치는 선택적 증폭기를 거의 즉각적으로(실시간으로) 작동시키거나 작동해제시키는데 사용될 수 있다. 작동은, 스위치가 개방일 때, 즉, 선택적 증폭기가 전원에 접속될 때, 달성된다.

전술된 바와 같이, 국부 발진기(725)는, 바람직하게는, 그 주파수가 검출면의 도전성 루프들(이들 루프들은 특정 주파수를 수신하도록 크기조정됨)과 호환되는 사각파 신호를 생성한다. 여기서, 국부 발진기(725)는, 검출면 루프에 의해 검출된 주파수와 호환되는 250 kHz의 발진 주파수를 정의하기 위해, 여기서는 4kOhm의 값을 갖는 저항기(820)에 결합된, 발진기(818), 예를 들어, Linear Technology Company LTC 1799 발진기를 포함한다.

선택적 증폭기(720)는 국부 발진기(725)에 의해 생성된 사각파 신호를 정현파 신호로 변환하는 것을 가능케 한다. 이것은 또한, 국부 발진기의 주파수에서 최적의 이득을 보장하며 솔레노이드(730)를 통과하는 정현파 신호의 요구되는 강도, 및 그에 따라, 사용되는 검출면을 향한 최적의 전자기 방사를 얻는 것을 가능케 한다.

선택적 증폭기는 여기서는 스위칭 트랜지스터(824), 커패시터(826 및 828), 및 저항기(830 내지 838)의 네트워크에 기초하여 구현된다. 커패시터(828)는, 예를 들어, 33 μF의 값을 갖는 반면, 저항기(830)는 2kOhm의 값을 가지며, 저항기(832, 834, 836 및 838)는 1kOhm을, 저항기(838)는 100kOhm을 가진다. 따라서, 선택적 증폭기(720)의 턴온 및 컷오프 시간은 가능한한 짧다.

명령 수신 및 검출 모듈(710)은 전술된 것이 아닌 변형에 따라 구현될 수 있다. 특히, 위치 검출 및 포착용 제어 모듈에 의한 N개 캐리어의 송신을 동반하는 아날로그 모드 외에도, 위치측정 모듈의 작동을 위한 원하는 신호를 포함하는 단일 캐리어를 이용하여 아날로그 모드를 구현하는 것이 가능하다. 이 변형에 따르면, 위치측정 모듈을 작동하기 위해 검출되어야 하는 주파수를 갖는 원하는 신호는 저역-통과 RC 필터로부터의 출력에서 이용가능하다. 이 신호는, 예를 들어, 문제의 위치측정 모듈의 특정 작동 주파수에 동조된 공진 주파수를 갖는 대역 통과 필터에서 필터링될 수 있다. 그 다음, 이 대역-통과 필터로부터의 출력은 선택적 증폭기의 작동을 허용하는 아날로그 스위치를 작동시키는 스위칭 트랜지스터에 전송된다.

대안으로서, 위치측정 모듈의 작동을 위한 원하는 디지털 신호를 포함하는 단일 캐리어의 전송을 동반하는 디지털 모드가 이용될 수 있다. 이 변형에 따르면, 원하는 신호는 저역-통과 RC 필터로부터의 출력에서 이용가능하다. 이 신호는 전형적으로는, 복수의 위치측정 모듈의 작동을 허용하는 수 개의 비트들 상에 인코딩된 디지털 정보 항목을 포함하는 사각파 신호이다. 각 위치측정 모듈에는 마이크로컨트롤러가 장착되고, 이 마이크로컨트롤러는 이 신호를 인코딩된 값과 미리결정된 값의 함수로서 디코딩하고, 아날로그 스위치 및 그에 따른 선택적 증폭기를 작동시킨다.

작동 명령을 전송하기 위해 Wi-Fi, Bluetooth, 또는 ZigBee와 같은 다른 통신 프로토콜들이 이용될 수 있다.

국부 발진기와 선택적 증폭기에 의해 형성된 쌍은 소정 이점을 제공한다. 특히, 국부 발진기는 항상 활성이므로, 국부 발진기를 작동 및 작동해제하는 것이 필요하지 않다. 또한, 사용되는 선택적 증폭기는 스위칭에 의해 동작하는 소자이다(아날로그 스위치의 위치에 따라 전력을 공급받거나 공급받지 않음). 따라서, 이러한 구현은 선택적 증폭기에 대해 매우 짧은 작동 및 작동해제 시간을 인가하여 스위칭 시간 및 그에 따라 전체 사이클(위치측정 모듈 세트의 작동/작동해제에 대응하는 사이클) 시간을 최적화하는 것을 가능케 한다.

그러나, 전형적으로는 Colpitts 또는 Clapp 타입 어셈블리라는 이름으로 알려진 어셈블리인, 국부 발진기와 선택적 증폭기 쌍을 대체할 수 있는 발진기들의 더 간단한 변형을 구현하는 것이 가능하다.

전술된 바와 같이, 작동될 위치측정 모듈은 아날로그 또는 디지털 방식으로 식별될 수 있다. 위치측정 모듈의 아날로그 식별은, 수 개의 모드에 따라, 특히 각 위치측정 모듈 특유의 캐리어 주파수에 따라, 전용 주파수를 전송함으로써 수행될 수 있다(이 주파수는 작동되는 위치측정 모듈을 식별케 함). 따라서 온보드 전자회로들은 그에 대응하는 특정 캐리어에 반응한다. 대안으로서, 모든 위치측정 모듈에 대해 단일 캐리어 주파수가 이용될 수 있다. 이 주파수는 각 위치측정 모듈에 의해 수신되는 원하는 신호를 변조한다. 이것은, 검출될 위치측정 모듈을 식별하는 것을 가능하게 하는 이 원하는 신호의 변조된 주파수의 값이다. 각 위치측정 모듈에 대한 작동 주파수는, 예를 들어, 조립 동안에 공장에서 정의되고, 소프트웨어에 의해 위치 검출 및 포착용 제어 모듈에서 구성된다.

위치측정 모듈의 디지털 식별은, 작동 메시지에서 전형적으로는 수 개의 비트들에 걸쳐, 코드를 전송함으로써 수행된다. 이 식별 메커니즘은 더 큰 사용 융통성을 허용하는데, 이것은 각 위치측정 모듈의 식별의 프로그래밍(및 그에 따라 수정)을 허용하기 때문이다.

도 9a 및 도 9b를 포함하는 도 9는, 위치가 결정될 수 있고, 위치와 배향이 결정될 수 있는 이동 요소의 2개 예를 각각 도식으로 나타낸다.

도 9a에 도시된 이동 요소(110)는 한 개의 위치측정 모듈(700)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 솔레노이드의 반경방향 축은 유익하게도 검출면의 평면에 수직하므로 솔레노이드로부터의 전자기 방사는 이 표면을 향하여 최적으로 전파된다.

한 개의 솔레노이드를 포함하는 이동 요소(110)의 3차원 위치는, 전술된 바와 같이, 본 발명에 따라 계산될 수 있다. 사실상, 위치측정 모듈(700)의 솔레노이드의 계산된 위치와 이동 요소(110)에서의 이 모듈의 위치를 아는 것에 기초하여, 그로부터 이동 요소(110)의 위치, 즉, 이 이동 요소의 기준점의 위치를 추론하는 것이 가능하다. 검출면 상에 수 개의 이동 요소들이 존재할 때, 각 이동 요소의 위치는 순차적으로 결정된다.

도 9b에 도시된 이동 요소(110')는 2개의 독립된 위치측정 모듈(700-1 및 700-2)을 포함한다. 다시 한번, 도시된 바와 같이, 솔레노이드의 반경방향 축은 유익하게도 검출면의 평면에 수직하므로 솔레노이드로부터의 전자기 방사는 이 표면을 향하여 최적으로 전파된다.

이동 요소(110')의 각 솔레노이드(700-1 및 700-2)는 서로 독립적으로 순차적 방식으로 작동될 수 있다. 따라서, 위치측정 모듈(700-1 및 700-2)의 각 솔레노이드의 위치를 결정하고 이동 요소(110')에서의 그들의 위치를 아는 것에 의해 이동 요소(110')의 위치를 결정하는 것이 가능하다. 마찬가지로, 위치측정 모듈(700-1 및 700-2)의 솔레노이드들의 상대적 위치와 이동 요소(110')에서의 그들의 위치에 기초하여 이 이동 요소의 배향을 아는 것이 가능하다. 검출면의 평면에서의 위치측정 모듈(700-1 및 700-2)의 솔레노이드의 좌표의 이용은 이 평면에서의 이동 요소(110')의 배향을 결정하는 것을 가능하게 하는 반면, 위치측정 모듈(700-1 및 700-2)의 솔레노이드의 높이의 이용은 이동 요소(110')의 피치를 계산하는데 이용될 수 있다는 점에 주목해야 한다.

위치 검출 및 포착용 제어 모듈이 각 솔레노이드를 서로 독립적으로 (직접 또는 간접적으로) 작동시킬 수 있다고 가정하면, 한 개의 솔레노이드를 포함하는 이동 요소와 2개의 솔레노이드를 포함하는 이동 요소는 검출면 상에서 함께 이용될 수 있다는 점에 주목해야 한다.

따라서 이동 요소들의 배향의 포착은 각 이동 요소에 (검출면에 수직한 방향을 따라 정렬되지 않은) 적어도 2개의 위치측정 모듈을 제공하고 이들 위치측정 모듈들을 식별하기 위한 규칙을 정의함으로써 얻어질 수 있다.

이동 요소의 롤(roll)은 이동 요소에 2개의 추가적인 위치측정 모듈(그렇게 되면 4개의 위치측정 모듈이 이용됨)을 제공하고, 이들 4개의 위치측정 모듈들에 대한 식별자들을 이동 요소와 연관시키기 위해 이들 모듈들에 대한 식별 규칙을 보충함으로써 결정될 수 있다.

이동 요소의 4개의 위치측정 모듈들에 대한 3차원 위치에 기초하여, 그 6개의 자유도를 계산하는 것이 가능하다.

또한, 3개의 위치측정 모듈들을 이동 요소와 연관시키고 등변 삼각형을 형성함으로써, 그 6개 자유도를 근사적으로 계산하는 것이 가능하다.

위치 검출 및 포착용 제어 모듈에 의한 위치측정 모듈들의 순차적 작동은, 이러한 위치측정 모듈을 갖춘 복수의 이동 요소들의 위치 및/또는 배향을 추정하는 것을 가능케 한다.

위치측정 모듈이 그 전용의 작동 명령을 수신하면, 그것은 전자기 방출을 트리거한다. 그러면, 방출하는 위치측정 모듈의 신원을 아는 검출 시스템은, 계산된 위치 정보 항목을 위치측정 모듈의 식별자에 연계시킬 수 있다.

따라서, 위치 검출 및 포착용 제어 모듈은 여기서는, 이동 요소의 위치 및/또는 배향을 식별자와 연관시키기 위하여, 한 세트의 위치를 하나씩 회복하기 위해 위치측정 모듈마다의 전자기 방출을 순차적으로 작동시키고, 필요하다면 배향을 계산하기 위해 위치측정 모듈의 식별자와 이동 요소의 식별자 사이의 관계를 알 책임이 있다. 따라서 제어 모듈은, 각 이동 요소에 대해, 식별자, 횡축, 종축, 및 바람직하게는, 검출면 기준에서의 높이 뿐만 아니라, 필요하다면, 요(yaw), 피치(pitch), 및 롤(roll) 값을 포함하는 테이블을 구성한다.

검출 모듈로부터의 전자기 방출의 순차적 작동은 시스템에 의해 관리되는 한 세트의 이동 요소들에 대한 단일의 방출 주파수의 사용을 허용한다. 위치 검출 및 포착용 제어 모듈에 의해 상이한 작동 알고리즘이 사용될 수 있다. 따라서, 모든 위치측정 모듈들을 체계적으로 작동시켜, 예를 들어 계산 모듈을 통한 프로그래밍에 의해 정의되는 서브셋의 위치측정 모듈을 작동시키거나(이러한 구현은 특히 모듈들에 대한 전체 작동 시퀀스의 전체 지속기간을 감소시킬 수 있음), 상황에 따라 위치측정 모듈을 작동시키는 것이 가능하다. 후자의 해결책은, 특히, 소정 이동 요소들은 검출면을 떠날 수 있고 그들의 위치 및/또는 배향이 더 이상이 계산될 필요가 없다는 사실을 관리하는 것을 가능케 한다. 그러나, 2차 루프는 바람직하게는 검출면 상의 그들의 가능한 복귀를 모니터링하고 그 결과 다시 한번 그들의 위치 및/또는 배향을 포착할 필요가 있다. 이 모드는, 작동될 한 세트의 모듈들에 대한 작동 시퀀스의 전체 지속기간을 최적화하는 것을 가능케 한다.

도 10은 한 세트의 위치측정 모듈을 순차적으로 작동하고 대응하는 이동 요소의 위치 및/또는 배향을 계산하는데 사용될 수 있는 알고리즘의 제1 예를 도시한다.

제1 단계는 여기서는 위치측정 모듈 상의 인덱스를 나타내는 변수 i를 값 0으로 초기화하는 것으로 구성된다(단계 1000). 다음 단계(단계 1005)에서, 변수 i의 값은, 시스템에 의해 지원되는 위치측정 모듈들의 개수를 나타내는 상수 M의 값과 비교된다. 전형적으로, 상수 M의 크기는 백단위이다. 변수 i의 값이 상수 M의 값보다 크거나 같다면, 변수 i는 재초기화된다(단계 1000).

반면, 변수 i의 값이 상수 M의 값보다 작다면, 인덱스 i를 갖는 위치측정 모듈이 사용되는지를, 즉, 인덱스 i를 갖는 위치측정 모듈이 유효한지를 판정하기 위해 테스트가 수행된다(단계 1010). 이들 위치측정 모듈의 유효성은 테이블에 저장될 수 있으며, 테이블은 이들 위치측정 모듈을 포함하는 이동 요소와 이들 모듈을 위치파악하기 위한 시스템에 의해 형성된 인터페이스를 이용하여 애플리케이션에 의해 업데이트될 수 있다. 점선을 사용하여 도시된 바와 같이, 이 단계는 선택사항이다.

만일 인덱스 i에 대응하는 위치측정 모듈이 유효하다면, 그 모듈은 작동된다(단계 1015). 전술된 바와 같이, 인덱스 i를 갖는 위치측정 모듈의 작동은, 예를 들어, 이 위치측정 모듈의 식별자의 특징이 되는 주파수를 갖는 캐리어의 신호를 방출하는 것으로 구성된다.

인덱스 i를 갖는 위치측정 모듈이 작동되면, 이 모듈은 전자기장을 방출하여 앞서 나타낸 바와 같이 검출면의 루프에 유도된 전압을 측정함으로써 위치파악될 수 있게 한다.

그러면 위치 검출 및 포착용 제어 모듈은, 작동된 위치측정 모듈의 위치를 계산할 수 있다(단계 1020).

이들 정보 항목은 계산 모듈에 의해 이용되기 위해 저장된다(단계 1025). 이들은 특히 위치측정 모듈의 위치의 테이블로 저장될 수 있으며, 이 테이블에 기초하여 이들 위치측정 모듈들을 포함하는 이동 요소들의 위치 및/또는 배향이 추정될 수 있다.

그 다음, 변수 i가 1만큼 증가하고(단계 1030), 모든 위치측정 모듈들(또는 유효한 위치측정 모듈들)의 위치가 결정될 때까지 이전 단계들(단계 1005 내지 1030)이 반복된다.

마찬가지로, 인덱스 i에 대응하는 위치측정 모듈이 유효하지 않다면(단계 1010), 변수 i가 1만큼 증가하고(단계 1030), 모든 위치측정 모듈들(또는 유효한 위치측정 모듈들)의 위치가 결정될 때까지 이전 단계들(단계 1005 내지 1030)이 반복된다.

각 이동 요소의 위치 및/또는 배향은 위치측정 모듈의 위치에 기초하여 계산된다. 이 계산은 모든 유효한 위치측정 모듈들의 위치가 계산되었을 때 수행되거나, 동일한 이동 요소에 속하는 모든 유효한 위치측정 모듈들의 위치가 계산되었을 때, 이동 요소별로 계산될 수 있다.

위치측정 모듈의 유효성은 특히, 이들 위치측정 모듈을 포함하는 이동 요소와 이들 모듈을 위치파악하기 위한 시스템에 의해 형성된 인터페이스를 이용하여 애플리케이션의 로직 유닛에 링크될 수 있다. 예시로서, 게임의 경우, 무효한 위치측정 모듈은 게임에서 사용되지 않는 피스, 예를 들어, 체스 게임에서 빼놓거나 주어진 게임 시나리오에서 사용되지 않는 피스를 나타내는 이동 요소에 대응할 수 있다.

도 11은 한 세트의 위치측정 모듈을 순차적으로 작동시키고 대응하는 이동 요소의 위치 및/또는 배향을 계산하는데 사용될 수 있는 알고리즘의 제2 예를 도시한다.

이 알고리즘은 특히, 소정 이동 요소들은 이동 구역(즉, 여기서는 검출면)을 떠날 수 있고 대응하는 이동 요소들의 위치 및/또는 배향이 더 이상이 추정될 필요가 없다는 사실을 관리하는 것을 가능케 한다. 그러나, 2차 소프트웨어 루프는 검출면 상의 그들의 가능한 복귀를 모니터링하고 그 결과 다시 한번 그들의 위치 및/또는 배향을 추정할 필요가 있다. 이 알고리즘은, 도 10을 참조하여 설명된 알고리즘에 비해, 그들의 유효성을 동적으로 관리함으로써 한 세트의 위치측정 모듈들에 대한 작동 시퀀스의 전체 지속기간을 줄이는 것을 가능케 한다.

이 알고리즘에서, 상수 M은 시스템에 의해 지원되는 위치측정 모듈의 최대 개수에 대응하고, 변수 i는 위치측정 모듈의 인덱스를 나타내며, 테이블 P는 위치측정 모듈들의 위치 테이블에 대응하고, 테이블 V는 위치측정 모듈들의 유효성 테이블에 대응하며, 변수 C는 사용되는 위치측정 모듈들의 총 개수에 대응하는 전역 변수이고, K는 검출면 바깥의 위치측정 모듈에 대한 검색의 최대 반복 회수에 대응하는 미리결정된 상수이며(K에 대한 전형적인 값은 약 10 정도), A는 전역 사이클에 대한 검출면 바깥의 위치측정 모듈들에 대한 검색의 반복 카운트다운 인덱스를 나타내는 변수이다.

제1 단계의 목적은 변수 i와 C를 제로로 초기화하는 것이다(단계 1100). 다음 단계에서, 변수 i의 값은 상수 M의 값과 비교된다(단계 1102). 변수 i의 값이 상수 M의 값보다 작으면, 위치측정 모듈의 유효성 테이블이 업데이트되어 인덱스 i에 대응하는 위치측정 모듈은 유효한 것으로 간주된다(단계 1104). 그 다음 변수 i는 1만큼 증가되고(단계 1106), 변수 i의 새로운 값은 상수 M의 값과 비교된다(단계 1102). 단계(1102 내지 1106)는 위치측정 모듈의 유효성 테이블을 초기화하는데 이용된다.

반면, 변수 i의 값이 상수 M의 값보다 크거나 같다면, 변수 i는 제로로 재초기화된다(단계 1108). 다음 단계에서, 변수 i의 값은 다시 한번 상수 M의 값과 비교된다(단계 1110). 변수 i의 값이 상수 M의 값보다 작으면, 인덱스 i에 대응하는 위치측정 모듈이 유효한지를 판정하기 위해 테스트가 수행된다(단계 1112).

인덱스 i에 대응하는 위치측정 모듈이 유효하면, 그 모듈은 작동되어(단계 1114) 전자기장을 방출하여 검출면의 루프에 유도된 전압을 측정함으로써 위치파악될 수 있게 한다.

그러면 위치 검출 및 포착용 제어 모듈은, 작동된 위치측정 모듈의 위치와, 필요하다면, 배향을 계산할 수 있다(단계 1116).

그 다음 위치측정 모듈에 대해 얻어진 좌표에 관해 테스트가 수행된다(단계 1118). 이들 좌표가 제로이면, 위치측정 모듈에 대한 유효성 테이블이 업데이트되어 인덱스 i에 대응하는 위치측정 모듈은 무효한 것으로 간주된다(단계 1120). 그렇지 않고, 이들 좌표가 제로가 아니라면, 이들 좌표는 계산 모듈에 의해 이용되기 위해 저장된다(단계 1122). 이들은 특히 위치측정 모듈 위치의 테이블에 저장될 수 있으며, 전술된 바와 같이, 이 테이블에 기초하여 이들 위치측정 모듈들을 포함하는 이동 요소들의 위치 및/또는 배향이 추정될 수 있다.

그 다음 변수 i는 1만큼 증가되고(단계 1124), 그 값은 다시 한번 상수 M의 값과 비교된다(단계 1110).

마찬가지로, 인덱스 i에 대응하는 위치측정 모듈이 유효하지 않다면(단계 1112), 변수 i는 1만큼 증가하고(단계 1124), 그 값은 다시 한번 상수 M의 값과 비교된다(단계 1110).

변수 i의 값이 상수 M의 값보다 크거나 같다면(단계 1110), 변수 A의 값은 제로의 값으로 초기화된다(단계 1126). 그 다음, 변수 A의 값을 상수 K의 값과 비교하기 위해 테스트가 수행된다(단계 1128). 상수 K의 값이 변수 A의 값보다 작거나 같다면, 변수 i의 값은 제로로 재초기화되고(단계 1108), 전술된 단계들이 반복된다.

그렇지 않다면, 그 값이 C와 동등한 인덱스에 대응하는 위치측정 모듈이 무효한지를 판정하기 위해 테스트가 수행된다(단계 1130).

만일 그렇다면, 이 모듈은 작동되고(단계 1132) 전자기장을 방출하여, 예를 들어 검출면 루프에 유도된 전압을 측정함으로써 위치파악되는 것을 가능케 한다.

그러면 위치 검출 및 포착용 제어 모듈은, 작동된 위치측정 모듈의 위치를 계산할 수 있다(단계 1134).

그 다음 위치측정 모듈에 대해 얻어진 좌표에 관해 테스트가 수행된다(단계 1136). 이들 좌표가 제로이면, 위치측정 모듈에 대한 유효성 테이블은, 그 값이 변수 C의 값과 동등한 인덱스에 대응하는 위치측정 모듈이 무효한 것으로 간주되도록 업데이트된다(단계 1138). 그렇지 않다면, 위치측정 모듈에 대한 유효성 테이블은, 그 값이 변수 C의 값과 동등한 인덱스에 대응하는 위치측정 모듈이 유효한 것으로 간주되도록 업데이트된다(단계 1140).

변수 A와 C의 값들은 1만큼씩 증가된다(단계 1142). 마찬가지로, 그 값이 변수 C의 값과 동등한 인덱스에 대응하는 위치측정 모듈이 무효하지 않다면(단계 1130), 변수 A와 C의 값들은 1만큼씩 증가된다(단계 1142).

그 다음, 변수 C의 값을 상수 M의 값과 비교하기 위해 테스트가 수행된다(단계 1144). 변수 C의 값이 상수 M의 값보다 작다면, 변수 A와 상수 K의 값들이 비교되고(단계 1128), 전술된 단계들이 반복된다.

변수 C의 값이 상수 M의 값보다 크거나 같다면, 변수 C의 값은 값 제로로 재초기화된다(단계 1146). 그 다음 변수 A와 상수 K의 값들은 비교되고(단계 1128), 전술된 단계들은 반복된다.

한 세트의 위치측정 모듈을 순차적으로 활성화시키고 대응하는 이동 요소들의 위치 및/또는 배향을 계산하는데 이용될 수 있는 알고리즘의 제3 예에 따르면, 모든 위치측정 모듈들의 작동은 중앙 처리 시스템(위치 검출 및 포착용 제어 모듈)에 의해 공통 작동 신호로 초기화되고, 각 위치측정 모듈은 공통 작동 신호의 함수로서 그 작동을 독립적으로 결정한다. 각 위치측정 모듈과 연관된 시간 지연값들, 즉, 여기서는 공통 작동 신호(또는 설명의 나머지 부분에서 작동 "명령"이라 불리는 특성들 중 하나)의 검출과 위치측정 모듈의 작동 사이의 지연은, 예를 들어 계산 키와 같은 위치측정 모듈에 저장된 식별자를 이용함으로써 통계적으로 또는 동적으로 정의될 수 있다.

도 12는 공통 작동 신호의 함수로서 위치측정 모듈의 작동의 타이밍 차트의 예를 도시한다.

도시된 바와 같이, sync로 표기된 공통 작동 신호는 여기서는, 주기 P1 및 지속기간 P2의 주기적 펄스를 포함한다. 작동 "명령"을 나타내는 sync 신호의 각 펄스의 목적은, (모든 또는 이전에 선택된) 위치측정 모듈의 순차적 작동이다. P2는 관련된 모든 위치측정 모듈들에 의한 공통 신호의 검출을 보장하는 최소 지속기간에 대응한다.

sync 신호의 작동 "명령"의 수신시에 각 위치측정 모듈은 시간 지연 값을 계산하거나 결정하고, 그 시간 지연의 끝에서 위치측정 모듈은 작동되어야 한다, 즉, 통상 그 순간에 스위치(715)는 선택적 증폭기(720)에게 솔레노이드(730)의 단자에서 정현파 전압을 생성할 것을 명령하여, 솔레노이드가 충분한 방사 전력을 생성하는 것을 허용한다. 스위치(715)는, 예를 들어, 이 예에 따르면, 2개의 단안정 트리거 회로(하나는 카운터로서 사용되고 다른 하나는 스위치로서 사용됨)를 포함하는 회로이거나 마이크로컨트롤러이다.

각 위치측정 모듈 i의 작동이 도 12에 Activ. Mi 신호로 도시되어 있다. 따라서, 시점 t1+P2와 t1+P2+P3 사이에서 위치측정 모듈 0이 작동되고, 여기서 P3는 Activ. M0 신호로 표시된 바와 같은 각 위치측정 모듈의 작동의 지속기간에 대응한다(여기서 P3은 P1=P2+nxP3로서 정의되고, n은 기간 P1 동안에 작동될 위치측정 모듈의 개수를 나타낸다). 마찬가지로, 위치측정 모듈 1은, Activ. M1 신호로 표시된 바와 같이, 시간 t1 + P2 + P3 과 t1 + P2 +2 xP3 사이에서 작동된다. 더 일반적으로는, 위치측정 모듈 i는 시점 t+ P2 + ixP3 과 t+ P2 +(i+1) xP3 사이에서 작동되고, 여기서 t는 공통 작동 신호로부터의 작동 "명령"의 수신 시점을 나타낸다.

도 13a 및 도 13b를 포함하는 도 13은 공통 작동 신호에 의해 한 세트의 위치측정 모듈들을 순차적으로 작동시키는데 사용될 수 있는 알고리즘의 제3 예를 도시한다. 도 13a는 중앙 처리 시스템에서 구현되는 소정 단계들을 도시하는 반면 도 13b는 각 위치측정 모듈에서 구현되는 소정 단계들을 도시한다.

도 13a에 도시된 바와 같이, 제1 단계(단계 1300)는, 예를 들어, GetTime() 함수를 이용하여 현재 시점을 나타내는 값을 얻는 것으로 구성되며, 이 값은 시간 변수에 저장된다. 그 다음, 공통 작동 신호 sync, 또는 더 정확히는 작동 "명령"이 시간 간격 P2 동안에 방출되고(단계 1305), 위치측정 모듈 인덱스를 나타내는 변수 i는 제로로 초기화된다(단계 1310).

다음 단계에서, 작동된 위치측정 모듈의 위치(2차원 또는 3차원)가 얻어진다(단계 1315). 이 위치는 특히 중앙 처리 유닛(255, 255', 또는 255")을 이용하여 전술된 바와 같이 얻어질 수 있다. 얻어진 위치는 위치측정 모듈 i와 연관되고(단계 1320), 변수 i의 값은 1만큼 증가된다(단계 1325).

그 다음, 변수 i의 값이 기간 P1 동안에 그 위치가 추정되는 위치측정 모듈의 개수 n보다 작은지를 판정하기 위해 테스트가 수행된다. 만일 그렇지 않다면, 즉, 기간 P1 동안에 그 위치가 추정되는 각 위치측정 모듈의 위치를 얻은 후에, 알고리즘은 단계(1300)로 되돌아가서 위치를 얻는 새로운 사이클을 시작한다.

반면, 변수 i의 값이, 기간 P1 동안에 그 위치가 추정되는 위치측정 모듈들의 개수 n보다 작다면, 현재의 시점은, 기간 P2가 더해지고, 필요하다면, 인덱스 i의 값으로 곱해진 기간 P3가 더해진, 이전에 저장된 시점(시간), 즉, time + P2 + P3 + i x P3와 비교된다(단계 1335).

현재의 시점을 나타내는 값이 값 time + P2 + P3 + i x P3보다 작다면, 알고리즘은 단계(1335)로 되돌아간다(위치가 얻어진 위치측정 모듈이 여전이 작동중이므로, 또 다른 위치측정 모듈의 위치는 얻어질 수 없다). 반면, 현재의 시점을 나타내는 값이 값 time + P2 + i x P3보다 작지 않다면, 알고리즘은 단계(1315)로 되돌아가서 인덱스 i(이 값은 이전에 이미 증가되었다)를 갖는 위치측정 모듈의 위치를 얻는다.

도 13a를 참조하여 설명된 단계들과 병렬로, 위치가 구해져야 하는 각 위치측정 모듈은 도 13b에 도시된 것과 같은 단계들을 실행한다.

전형적으로는 sync 신호의 펄스인 작동 "명령"을 수신한 후에(단계 1340), 시간 지연값 P(i)가 이하의 수식에 따라 계산되며(단계 1345), 여기서 i는 (각 위치측정 모듈에 대해 상이하며, 제로와 위치측정 모듈수-1 사이의 값으로 구성되는) 위치측정 모듈 인덱스를 나타낸다.

P(i) = P2 + i x P3

따라서, P(i)는 공통 작동 신호의 작동 "명령"의 개시와 인덱스 i를 갖는 위치측정 모듈의 작동 개시 사이의 지속기간을 나타낸다.

그 다음 현재 시점을 나타내는 값이, 예를 들어, GetTime () 함수를 이용하여 얻어지고, 변수 t와 timer에 할당된다(단계 1350).

그 다음, 변수 t의 값으로부터 timer 변수의 값을 빼고, 그 결과는 앞서 계산된 시간 지연값 P(i) 와 비교된다(단계 1355).

변수 t와 timer 사이의 차이가 시간 지연값 P(i) 보다 작지 않다면, 현재 시점을 나타내는 값이 다시 한번 얻어지고 변수 t에 할당되며(단계 1360), 알고리즘은 단계(1355)로 되돌아간다. 반면, 변수 t와 timer 사이의 차이가 시간 지연값 P(i) 보다 작다면, 인덱스 i를 갖는 위치측정 모듈이 시간 간격 P3 동안에 작동되어(단계 1365) 그 위치가 얻어질 수 있다.

위치측정 모듈들의 작동 순서는 미리결정될 수 있고 그 인덱스(또는 유사한 데이터 항목)에 대응하지만, 도 14를 참조하여 이하에서 설명되는 바와 같은 위치측정 모듈의 작동의 동적 시스템을 이용하는 것도 가능하다. 이러한 시스템은, 특히, 시분할 다중 액세스 알고리즘(시분할 다중 액세스 기술은 특히, GSM(Global System for Mobile communication)과 같은 2세대 이동 전화망에 의해 운용되고, 타임슬롯의 개수가 동적으로 예약될 수 있는 변형들이 Bluetooth 표준(Bluetooth는 상표임)과 같은 표준에서 존재함)에 기초할 수 있다.

이러한 실시예는 위치측정 모듈의 작동 순서에서 미리정의된 위치를 요구하지 않는다는 이점을 가진다. 게다가, 이러한 동적 관리는, 계산되거나 미리정의된 동일한 시간 지연값을 갖는 위치측정 모듈들 사이의 충돌을 해결하는 것을 가능케 한다.

특정 실시예에 따르면, 공통 작동 신호의 2개의 작동 "명령" 사이의 지속기간은, TS0 및 TSn으로 참조된, 고정된 및 미리결정된 지속기간의, n+1개의 타임슬롯으로 분할된다. 따라서 공통 작동 사이클은 n+1개의 타임슬롯을 포함한다.

제1 타임슬롯 TS0은, 공통 작동 신호의 작동 "명령"의 방출 순간에 개시된다. 이것은 새로운 위치측정 모듈의 도달에 대해 특정적이며 예약되어 있다.

타임슬롯 TS0의 지속기간 동안에, 할당된 타임슬롯을 아직 갖지 않는 위치측정 모듈은 그들의 솔레노이드를 통해 방출한다. 중앙 처리 시스템이 타임슬롯 TS0의 기간 동안에 위치측정 모듈로부터 신호를 수신하면, 중앙 처리 시스템은 각각의 미할당된 타임슬롯의 끝에서 2차 작동 신호를 방출한다. 이 2차 작동 신호는, 예를 들어, 특정의 톤(tone) 변조 FM 신호일 수 있다. 그 다음, 위치측정 모듈은 자유로운 타임슬롯 모두를 통보받는다.

각 위치측정 모듈은, 다음 사이클 동안에 방출하게 되는 기간인 자유로운 타임슬롯을 결정하기 위해 무작위 선택을 수행한다.

각 사이클에서, 및 각 자유로운 타임슬롯 동안에, 다음과 같은 3개의 가능성이 존재한다:

- 타임슬롯이 자유로이 남아 있다: 아무런 위치측정 모듈도 타임슬롯을 선택하지 않았다. 따라서 중앙 처리 시스템은 타임슬롯의 끝에서 2차 작동 신호를 방출함으로써, 타임슬롯이 자유롭다는 것을 계속 표시한다.

- 타임슬롯이, 이 타임슬롯 기간 동안에 방출하는 하나의 위치측정 모듈에 의해 선택되었다: 그 다음, 중앙 처리 시스템은 이 타임슬롯의 끝에서 2차 작동 신호의 방출을 중지한다. 2차 작동 신호의 소멸은 위치측정 모듈에게 그 타임슬롯 할당이 발효중임을 통보한다.

- 타임슬롯이, 이 타임슬롯의 기간 동안에 방출하는 수 개의 위치측정 모듈에 의해 선택되었다: 중앙 처리 시스템은 신호의 충돌을 검출하고 타임슬롯의 끝에서 2차 작동 신호를 방출함으로써 타임슬롯이 자유롭다는 것을 계속 나타낸다.

충돌의 경우는, 예를 들어, IEEE 802.3 Ethernet 표준의 "Collision backoff and retransmission "이라는 제목의 섹션에서 언급되어 있는 알고리즘에 의해 해결된다.

타임슬롯의 릴리스는 위치측정 모듈에 의한 방출의 부재의 검출에 의해 관리된다. 그 다음 시간 지연이 트리거된다. 전체 시간 지연 동안에, 중앙 처리 시스템이 위치측정 모듈로부터의 방출을 수신하지 않으면, 대응하는 타임슬롯은 릴리스된 것으로 간주된다.

도 14의 타이밍 차트는, 각 사이클의 시작시에 중앙 처리 시스템이 (공통 작동 신호에서) 작동 "명령"을 방출하는 25 ms의 작동 사이클을 도시하며, 각 사이클은 TS0 내지 TS4로 참조된 5개의 타임슬롯으로 분할된다.

타이밍 차트 상의 크로스(cross) 표시는 위치측정 모듈들로의 타임슬롯의 할당 동안의 충돌을 나타낸다.

가상적으로, 타이밍 차트의 첫 번째 사이클 동안에, 타임슬롯 TS1은 여기서는 방출중인 위치측정 모듈에 이미 할당되었다.

타이밍 차트의 단계 E1 내지 E6은 문제의 검출면 상에 나타나는 위치측정 모듈로의 타임슬롯의 할당을 도시한다.

- 단계 E1: (할당된 타임슬롯을 갖지 않는) 새로운 위치측정 모듈이 타임슬롯 TS0 상에서 디폴트로 방출. 응답하여, 중앙 처리 시스템은 자유로운 타임슬롯(여기서는 타임슬롯 TS2, TS3, 및 TS4)의 끝에서 2차 작동 신호를 방출한다. 새로운 위치측정 모듈이 자유로운 타임슬롯에 기초하여 타임슬롯을 할당하기 위하여 무작위 선택을 수행한다. 이들 중 2번째는 타임슬롯 TS2를 선택하고, 세번째는 타임슬롯 TS3를 선택한다;

- 단계 E2: 타임슬롯 TS2 상에는 충돌이 있다. 중앙 처리 시스템은, 타임슬롯의 끝에서 2차 작동 신호의 방출을 유지함으로써 이것을 시그널링하여, 할당을 기다리는 위치측정 모듈에게 타임슬롯 TS2가 여전히 자유롭다는 것을 나타낸다. 위치측정 모듈은 새로운 무작위 선택을 수행한다;

- 단계 E2a: 타임슬롯 TS3 상에는 어떠한 충돌도 없고, 할당 요청이 수락된다. 중앙 처리 시스템은, 타임슬롯 TS3의 끝에서 2차 작동 신호의 방출을 차단함으로써 이것을 시그널링한다. 이 타임슬롯이 이제 할당된다;

- 단계 E3: 아무런 위치측정 모듈도 타임슬롯 TS2를 선택하지 않았다. 중앙 처리 시스템은, 타임슬롯 TS2의 끝에서 2차 작동 신호를 방출함으로써 그것이 여전히 이용가능함을 시그널링한다.

- 단계 E4: 타임슬롯 TS4 상에는 충돌이 있다. 이 타임슬롯의 끝에서 2차 작동 신호가 유지되어 TS4가 아직 할당되지 않았음을 나타낸다.

- 단계 E5: 2개의 미할당된 위치측정 모듈이 타임슬롯 TS2 및 TS4를 선택하였다. 충돌은 없으며 할당이 수락된다. 중앙 처리 시스템은 이들 타임슬롯들의 끝에서 2차 작동 신호의 방출을 중단하여 이들이 할당되었음을 나타낸다.

- 단계 E6: 안정 모드(steady mode), 각 위치측정 모듈은 타임슬롯을 할당받았다.

여기서 설명된 예에서는, 위치측정 모듈의 최종 개수가 작동 사이클당 타임슬롯의 개수와 동등하지만, 작동 메커니즘은 이러한 제약을 부과하지 않는다.

공통 작동 신호를 복조하고 이것을 위치측정 모듈과 연관된 시간 지연을 계산하는 책임을 지는 마이크로컨트롤러에게 전송하는 고주파 수신기에 의해 각 위치측정 모듈에서 공통 작동 신호가 검출될 수 있다. 시간 지연이 경과하면, 위치측정 모듈은, 기간 P3 동안에 그 솔레노이드에 접속된 선택적 증폭기의 공진 주파수에서 예를 들어 사각파 신호를 생성함으로써 그 솔레노이드에 의해 위치파악 신호를 방출한다.

대안으로서, 위치측정 모듈의 고주파 수신기에서, 특정 상태, 예를 들어, 하이 상태(high state)로의 공통 작동 신호의 전환의 검출은 위치측정 모듈에 할당된 시간 지연 기간 P(i) 이후에 펄스를 생성하도록 구성된 제1 단안정 트리거 회로를 트리거할 수 있다. 시간 지연이 경과하면, 제1 단안정 트리거 회로의 하강 엣지는, 기간 P3 동안에 솔레노이드에 접속된 선택적 증폭기에 국부 발진기를 링크하는 제2 단안정 트리거 회로를 개시한다. 이 실시예에서, 단안정 트리거 회로는, 2진 카운터 또는 RC 회로의 충전 시간을 이용하는 회로를 이용하여 구현될 수 있다. 국부 발진기는 2진 카운터의 클록 신호로서 사용될 수 있다.

공통 작동 신호는 특정 신호이거나 기존 신호일 수 있다. 따라서, 예를 들어, 사용되는 스크린의 동기 프레임에 의해 유도된 신호를 공통 작동 신호로서 사용하는 것이 가능하므로, 이동 요소 내의 고주파 수신기를 생략하는 것을 가능케 한다. 이 경우, 고주파 수신기는 여기서는 스크린의 리프레시 레이트(refresh rate)에 동조된 유도 루프로 대체된다. 이 유도 루프는, 위치측정 모듈과 연관된 시간 지연을 계산하는 책임을 지는 마이크로컨트롤러의 아날로그/디지털 변환기의 입력에 접속된 스크린 특유의 주파수 상의 공진 RLC 어셈블리를 구성한다.

마찬가지로, 고주파 수신기는 위치측정 모듈을 위한 원격 전원의 주파수에 동조된 유도 루프로 대체될 수 있다(원격 전원의 주파수의 방출은 공통 작동 신호를 제공하기 위하여 주기적으로 차단된다).

위치측정 모듈의 원격 전원 신호로서의 공통 작동 신호는, 예를 들어, 주파수 변조 인코딩을 이용하여 위치측정 모듈에 데이터를 전송하는데 이용될 수 있다는 것을 주목해야 한다.

마찬가지로, 위치측정 모듈에 의해 방출된 위치파악 신호는, 위치측정 모듈에 의해, 데이터, 예를 들어, 문제의 위치측정 모듈의 식별자 및/또는 스위치의 상태를 중앙 처리 시스템으로 어드레싱하는 데 이용될 수 있다.

특정 실시예에 따르면, 이동 위치측정 모듈의 마이크로컨트롤러는 가변 주파수의 사각파 신호를 생성한다. 이 주파수 변조는 전송될 데이터에 대응하는 비트 스트림을, 로우 상태에 대응하는 주파수 F1과 하이 상태에 대응하는 주파수 F2로 인코딩하는 것을 가능케 한다. 주파수 F1 및 F2는, 바람직하게는, 선택적 증폭기 이득이 하이(high)가 되도록 위치측정 모듈의 선택적 증폭기의 주파수에 가깝다.

역시 특정 실시예에 따르면, 위치측정 모듈들은 그들에게 할당된 타임슬롯 동안에만 방출하므로, 중앙 처리 시스템은 수신된 데이터가 어느 위치측정 모듈로부터 유래된 것인지를 식별할 수 있다.

또 다른 특정 실시예에 따르면, 이동 요소에 위치한 국부 발진기는 가변 주파수 신호를 생성한다. 이 주파수 변조는, 예를 들어, 국부 발진기의 입력에서의 임피던스 변화에 의해 유도된 외부 분극에 의해 구현된다. 다시 한번, 이 주파수 변조는 전송될 데이터에 대응하는 비트 스트림을 인코딩하는 것을 가능케 한다. 중앙 처리 시스템에 의해 수신된 변조된 신호는, 변환되고 저장되기 위하여 이 시스템의 아날로그 입력에 의해 처리될 수 있다.

대안으로서, 중앙 처리 시스템에 의해 수신된 신호는, 기저대역 신호를 재건하기 위하여 아날로그 복조 회로에 의해 복조된다. 또 다른 대안에 따르면, 수신된 신호는 증폭되어 내부 카운터의 클록 입력에 전송되는 한편 제2 내부 카운터는 내부 시간 기준으로서 작용한다. 이 제2 카운터는 증폭된 신호의 상승 엣지의 수신시에 트리거된 다음, 제1 카운터가 미리정의된 값에 도달할 때 정지된다. 제2 카운터가 정지될 때 얻어진 값은 변조된 신호의 주파수를 판별하는데 이용된다. 제1 카운터에 의해 도달된 값이 더 높을수록, 그리고 변조된 신호의 주파수에 관하여 제2 카운터의 클록 주파수가 더 높을수록, 변조된 신호의 주파수는 더욱 판별되기 쉽다. 일반적으로, 레이트는 작동 사이클당 log ₂ (판별될 주파수의 개수)가 될 것이다.

위치측정 모듈로의 또는 위치측정 모듈로부터의 데이터 전송은, 표준 방식으로, 예를 들어, RSA 타입의 공개키 및 사설키로 암호화될 수 있다.

위치측정 모듈의 작동의 지속기간은 또한, 후자에 의해 전송될 데이터 항목, 특히 그 신원의 특징이 될 수 있다.

위치측정 모듈들의 위치를 결정하는데 이용되는 방사 요소(솔레노이드 또는 그 유사물)를 공급하기 위해 위치측정 모듈에서의 스위치의 사용은, 이들 모듈들을 실시간으로 위치파악하는 것을 가능케 하고, 결과적으로 많은 수의 위치측정 모듈이 관리되는 것을 허용한다는 점에 주목해야 한다. 사실상, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 위치측정 모듈 내의 솔레노이드의 여기 신호는 항상 이용가능하며, 솔레노이드로의 이 신호의 전송 여부는 (특히, 마이크로컨트롤러 또는 단안정 트리거 회로를 포함할 수 있는) 스위치(715)의 위치에 의존하며, 여기서는 스위칭 시간은 무시가능하다.

예시로서, 위치측정 모듈의 위치를 얻기 위한 사이클이 50 Hz이고 50개의 위치측정 모듈들이 사용된다고 가정하면, 각 위치측정 모듈의 작동 시간은 약 0.4 ms이다. 턴온 및 정지 시간이 작동 지속기간의 1% 정도라면, 이것은 40㎲ 정도여야 한다.

특정 실시예에 따르면, 위치측정 모듈의 솔레노이드의 방출 주파수는 100 kHz에 가까운 범위 내로 설정된다. 이 주파수에서, 위치측정 모듈과 검출면 루프 사이의 전자기 결합은 주로 자기 질서이다.

주파수의 이러한 선택은, 위치측정 모듈과 검출면 사이의 전자기 결합(스크린으로부터의 방사는 본질적으로 주로 전기적임)에 관한 (검출면과 위치측정 모듈 사이에 위치한) 스크린에 의해 유도된 간섭을 제한하는 것을 가능케 한다. 따라서, 시스템의 최적 동작을 유지하면서 검출면과 위치측정 모듈을 스크린의 어느 한편에 배치하는 것이 가능하다.

솔레노이드에 의해 생성된 자기장의 강도는 이하의 공식으로 주어진다는 점을 상기한다:

여기서, c는 상수이고, I는 솔레노이드를 통과하는 전류의 세기이며, N은 솔레노이드의 권선수이고, L은 솔레노이드의 길이이다.

솔레노이드의 크기는, 위치측정 모듈의 크기가 축소되고 통상 물체 내로의 통합을 허용하도록 제약되며, L은 전형적으로 수 밀리미터 정도이고, N은 충분한 자기장 강도를 얻도록 크기조정된다.

또한, 스크린의 표면을 가로질러 정확한 결합을 허용하기 위하여, 솔레노이드를 통과하는 전류의 값은 최적화되어야 한다. 이것은 방사성 선택적 증폭기에 결합된 국부 발진기의 구현을 제공한다. 국부 발진기는 방사성 선택적 증폭기의 정확한 공진 주파수를 생성한다. 작동시, 방사성 선택적 증폭기는 그 정확한 공진 주파수에서 동작하고 솔레노이드를 통과하는 전류가 최대가 되는 것을 보장한다.

의도한 응용에 따라, 시스템의 동작을 가용 위치측정 모듈들의 서브셋으로 제한하거나, 특정 기능을 소정 위치측정 모듈과 연관시키는 것이 필요할 수 있다. 따라서, 시스템의 초기 단계에서, 그 위치가 계산될 필요가 없는 위치측정 모듈들(이들의 전자기 방출은 작동 모듈에 의해 작동되지 않는다)의 목록을 정의하는 것이 필요하다. 이 목록은 시간에 따라 변할 수 있으며, 초기 단계 동안에 정의된 초기값과 상이할 수 있다. 또한, 초기 단계 동안에, 위치측정 모듈이나 이동 요소에 특정 기능이나 역할을 할당하는 것이 가능하다. 따라서, 예를 들어, 미리정의된 위치측정 모듈과 연관된 이동 요소는, 이 이동 요소가 체스 프로그램에서 사용된다면 King의 역할을 할 수 있고, 또한 제도 응용에서는 지우개나 펠트 펜(felt-tip pen)의 역할을 할 수도 있고 심지어 운전 연습 프로그램에서는 자동차의 역할을 할 수도 있다.

예로서, 위치결정 모듈과 기능 사이의 연관은, 검출면의 특정 부분상에서 이들 위치측정 모듈들을 포함하는 이동 요소들을 정렬하고 기록을 트리거링함으로써 이루어질 수 있다. 그 다음 위치 검출 및 포착용 제어 모듈은 전체 작동 시퀀스를 수행하고, 이동 요소들의 각 위치에 따라 역할이 연관된다(예를 들어, 팀 A의 피스 대 팀 B의 피스).

검출면 상에 스크린이 중첩되면, 각 이동 요소의 위치 부근에 메뉴를 디스플레이하고 상이한 가능한 역할들을 제공함으로써 각 이동 요소에 대한 정황적 메뉴에서 역할을 선택하는 것이 가능하다.

본 발명의 특정한 응용은, 보드 게임의 유쾌한 양태와, 실제 피스나 형상물을 취급하는 즐거움과, 비디오 게임의 상호작용 및 역동성의 혜택을 유지하는 것을 가능하게 하는 보드 게임에 관한 것이다. 이 응용 분야에서, 큰 터치 스크린이 바람직하게는 피스들의 검출을 위한 표면 상에 중첩된다.

위치측정 모듈들은 유익하게도 게임에 이용되는 형상물에 기초하여 배치되므로, 게임에서 형상물들의 위치의 검출을 보장한다.

터치 스크린은, 형상물들이 이동하는 게임 플레이 영역을 디스플레이할 수 있으므로, 동적인 시각적 지원을 제공한다. 전형적으로, 스크린은 형상물들에 대한 애니메이트되고 현실적인 환경(공상 과학 게임에서 전함의 복도, "Risk" 타입의 게임의 경우 지리적 구역, 형상물들이 체스 피스인 경우 체스보드 등)을 디스플레이한다.

게임의 론칭시, 시스템은, 프로그램이 하나 이상의 검출 모듈들의 식별자와 이 이동 요소에 의해 표현되는 형상물 사이의 관계를 형성하는 것을 가능케 하기 위하여, 이동 요소들에 기능을 할당할 것을 제안한다. 이것은, 보드 상에 놓인 각 형상물의 위치 부근의 스크린 상에서 역할을 선택하기 위한 특정 메뉴를 디스플레이함으로써 이루어질 수 있다.

피스들이 기록되면, 즉, 역할이 그들에게 할당되면, 피스들은 게임 내의 진짜 인터페이스가 된다. 그 다음, 시스템은, 형상물들의 이동이 게임의 규칙에 의해 부과된 이동에 관한 제약을 적절히 준수하고 있음을, 게임 내의 그들의 역할을 고려하여 지속적으로 검증할 수 있다(예를 들어 체스 게임에 대해 적절한 이동을 준수하면서 복도에서 스퀘어에서 스퀘어로 이동하는 것 등). 시스템은 또한, 전투 게임에서 2개의 형상물들 사이의 시선을 계산하고 스크린 상에 디스플레이하거나, 체스에서 가능한 포획을 자동으로 계산하고 디스플레이할 수 있다. 이것은 또한, 형상물 아래에 또는 형상물로부터 정황적인 시각적 애니메이션을 트리거할 수 있다. 따라서, 형상물에 대한 메뉴에서의 단발 무기를 선택하는 것은 총기 부근에 특정한 조명을 생성하고 2개 형상물들 사이에 트레이서 샷(tracer shot)을 디스플레이할 수 있다. 마찬가지로, 2개 형상물의 상대적 위치가 허용한다면 정황적 오디오 애니메이션을 트리거하는 것이 가능하다. 예를 들어, 만일 형상물을 이동시킬 때, 시스템은, 다른 형상물과의 시선의 존재를 판정하고, 오디오 "시선내 목표물" 경고가 시스템에 의해 트리거될 수 있다.

마찬가지로, 형상물의 위치에 따라 정황적 메뉴(2개의 상대방 형상물이 최소 거리로 떨어져 있다면 백병전의 결과를 계산하는 메뉴)를 디스플레이하고, 플레이어가 자신의 형상물에 대해 금지된 이동을 행할 때 자동적인 온라인 도움을 제공하며, 플레이어가 형상물을 회전시킬 때 스크린 상에서 디스플레이를 변경하는 것이 가능하다.

또한, 특정한 특성(연필을 나타내는 이동 요소에 대한 색상, 지우개 또는 라인 두께 기능)이 상이한 이동 요소들과 연관될 수 있다. 이들은, 전술된 바와 같이, 위치측정 모듈에 의해 (바로 또는 연관된 시간 지연값의 함수로서) 전송될 수 있다. 기능이나 색상의 선택은, 예를 들어, 전용의 광 다이오드(LED) 디스플레이에 의해 문제의 위치측정 모듈을 포함하는 물체 상에 디스플레이될 수 있다.

동일한 이동 요소에 대해, 사용자 행위(예를 들어, 링, 썸휠, 또는 펜 상의 스위치)시에 이들 파라미터들 중 하나를 수정함으로써 그 특성을 변경하는 것이 또한 가능하다. 이들 기계적 개입에 기초하여, 위치측정 모듈에 존재하는 마이크로컨트롤러는 연관된 시간 지연값을 수정하거나 특히 비트 스트림의 형태로 데이터를 전송하여 새로운 기능이 선택되었다는 것을 나타낼 수 있다.

본 발명의 다른 특정 응용은, 자동차, 보트, 헬리콥터, 및 비행기와 같은 독립적인 물체의 제어에 관한 것이다. 따라서, 예를 들어, 자동차 경주의 경우, 본 발명은 플레이어에 의해 제어되는 차량에 대한 운전 보조를 제공하고 시스템에 의해 운전되는 다른 차량을 제어할 수 있다. 차량에 2개의 위치측정 모듈이 장착된다면, 계산된 궤도를 평활화하는 것이 가능하다.

마찬가지로, 헬리콥터 비행 응용의 경우, 본 발명은, 헬리콥터 내의 온보드 전자회로들의 간소화 혜택(예를 들어, 통상 이용되는 자이로스코프는 불필요하게 된다)을 받으면서, 특히 이륙이나 착륙 단계 동안에 비행에 도움을 제공할 수 있다. 공중 이동 물체가 3개의 위치측정 모듈을 가진다면, 제어는 3차원으로 달성될 수 있는데, 이것은 중앙 처리 시스템이 실시간으로 6개의 자유도(x-축, y-축, 높이, 피치, 롤, 및 헤딩)를 갖기 때문이다.

당연히, 구체적인 요건을 제공하기 위하여, 당업자라면 상기 설명에 수정을 가할 수 있다.

Claims (17)

1. 컴퓨터 시스템과 복수의 이동 요소(mobile elements; 110, 110')를 실시간으로 인터페이싱하기 위한 방법으로서,
   - 상기 복수의 이동 요소 중 적어도 하나의 이동 요소에 통합된 적어도 하나의 위치측정 모듈(localisation module; 700, 700-1, 700-2)에 작동 신호를 송신하는 단계(1015, 1114, 1305);
   - 상기 적어도 하나의 위치측정 모듈을 순차적으로 작동시키는 단계 - 상기 작동시키는 단계는 상기 적어도 하나의 위치측정 모듈의 방사 요소(radiating element)를 여기(excite)시키는 스위칭 단계를 포함함 -;
   - 상기 작동된 적어도 하나의 위치측정 모듈로부터 적어도 하나의 신호를 수신하는 단계; 및
   - 상기 수신된 적어도 하나의 신호에 기초하여, 상기 작동된 적어도 하나의 위치측정 모듈을 포함하는 상기 이동 요소의 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 계산하는 단계(1020, 1116)
   를 포함하고,
   상기 작동 신호는 복수의 위치측정 모듈의 작동의 공통 제어를 위한 공통 작동 신호(common activation signal)이고, 주어진 순간에 단일 위치측정 모듈이 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 위치측정 모듈의 각 위치측정 모듈에 대해 시간 지연값을 계산하는 단계를 더 포함하고, 상기 시간 지연값은 작동 신호의 수신과 상기 위치측정 모듈의 작동 사이의 시간 간격(time interval)을 나타내는 방법.
3. 제2항에 있어서, 각 시간 지연값은 위치측정 모듈 식별 데이터 항목에 따라 결정되는 방법.
4. 제2항에 있어서, 각 시간 지연값은 동적으로 결정되는 방법.
5. 제4항에 있어서, 각 시간 지연값은 시분할 다중 액세스 알고리즘에 따라 결정되는 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공통 작동 신호는 상기 방법과는 독립적으로 사용되는 신호에 의해 유도되는 방법.
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이동 요소의 배향에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 계산하는 단계를 더 포함하고, 상기 이동 요소는 적어도 2개의 위치측정 모듈을 포함하는 방법.
8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 위치측정 모듈로부터의 적어도 하나의 데이터 항목을 상기 컴퓨터 시스템에 송신하는 단계를 더 포함하는 방법.
9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 위치측정 모듈의 유효성을 검사하는 단계(1010, 1112)를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 위치측정 모듈을 순차적으로 작동시키는 단계는 상기 유효성을 검사하는 단계에 응답하여 수행되는 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 위치측정 모듈에 유효 또는 무효 상태를 할당하는 단계(1138, 1140)를 더 포함하고, 상기 유효 또는 무효 상태는 상기 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목에 따라 결정되는 방법.
11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 신호를 수신하는 단계는 복수의 수신기를 순차적으로 선택하는 단계를 포함하고, 상기 적어도 하나의 신호는 상기 복수의 수신기로부터 선택된 적어도 하나의 수신기에 의해 수신되는 방법.
12. 컴퓨터 시스템과 복수의 이동 요소를 인터페이싱하기 위한 장치를 위한 이동 요소(100, 110')로서,
    적어도 하나의 위치측정 모듈(700, 700-1, 700-2)
    을 포함하고,
    상기 위치측정 모듈은,
    - 상기 위치측정 모듈의 위치를 계산하는 것을 가능하게 하는 신호를 방출하기 위한 수단(730);
    - 상기 신호를 방출하기 위한 수단의 여기 신호를 생성하기 위한 수단(720, 725);
    - 상기 신호를 방출하기 위한 수단으로의 상기 여기 신호의 송신을 제어하기 위한 스위칭 수단(715); 및
    - 작동 신호를 수신하고, 상기 작동 신호의 적어도 하나의 정보 항목에 따라, 상기 스위칭 수단을 작동시켜 상기 위치측정 모듈의 위치를 계산하는데 이용될 수 있는 신호의 방출을 인에이블하기 위한 수단(710)
    을 포함하고,
    상기 작동 신호를 수신하기 위한 수단은 시간 지연값을 계산하기 위한 수단을 포함하고, 상기 시간 지연값은 작동 신호의 수신과 상기 스위칭 수단의 작동 사이의 시간 간격을 나타내는 이동 요소.
13. 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 위치측정 모듈은, 유도에 의해 여기될 수 있으며 상기 적어도 하나의 위치측정 모듈의 컴포넌트들에 전력을 공급하기 위한 적어도 하나의 솔레노이드를 포함하는 이동 요소.
14. 컴퓨터 시스템과 복수의 이동 요소(110, 110')를 인터페이싱하기 위한 장치로서,
    제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 방법의 각 단계를 수행하기 위해 구성된 수단을 포함하는 장치.
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