KR101878480B1 - 유저 인터페이스 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유저 인터페이스 장치 및 방법에 관한 것으로, 적외선 신호와 초음파 신호를 송신하는 송신 장치; 상기 적외선 신호와 상기 초음파 신호를 수신하는 2 개 이상의 수신 장치들; 및 상기 적외선 신호가 수신될 때부터 상기 초음파 신호가 수신될 때까지의 시간을 카운트하여 상기 송신 장치와 상기 수신 장치들 각각의 거리를 측정하는 신호 처리부를 포함한다. 상기 수신 장치들과 상기 신호 처리부는 표시장치에 내장된다. 상기 신호 처리부는 상기 수신 장치들에 수신된 적외선 신호를 증폭하고 디지털 데이터로 변환하여 상기 적외선 신호가 수신될 때 하이 논리의 출력을 발생하는 적외선 신호 처리부; 상기 초음파 신호를 1차 증폭하고 밴드 패스 필터링한 후에 2차 증폭과 포락선 검파를 실시하고 포락선 검파 신호를 적분한 다음, 적분 신호를 소정의 문턱 전압과 비교하여 상기 적분 신호가 상기 문턱 전압 보다 낮아질 때 하이 논리의 출력을 발생하는 초음파 신호 처리부; 및 상기 적외선 신호 처리부로부터의 하이 논리의 신호가 스타트 단자에 입력될 때부터 카운트를 시작하여 상기 초음파 신호 처리부로부터의 하이 논리의 신호가 스톱 단자에 입력될 때까지 카운트하는 카운터를 포함한다.

Description

유저 인터페이스 장치 및 방법{USER INTERFACE APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 적외선 통신과 초음파 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 적용되기기 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 적외선 신호와 초음파 신호를 송신하는 송신 장치; 상기 적외선 신호와 상기 초음파 신호를 수신하는 2 개 이상의 수신 장치들; 및 상기 적외선 신호가 수신될 때부터 상기 초음파 신호가 수신될 때까지의 시간을 카운트하여 상기 송신 장치와 상기 수신 장치들 각각의 거리를 측정하는 신호 처리부를 포함한다. 상기 수신 장치들과 상기 신호 처리부는 표시장치에 내장된다.
상기 신호 처리부는 상기 수신 장치들에 수신된 적외선 신호를 증폭하고 디지털 데이터로 변환하여 상기 적외선 신호가 수신될 때 하이 논리의 출력을 발생하는 적외선 신호 처리부; 상기 초음파 신호를 1차 증폭하고 밴드 패스 필터링한 후에 2차 증폭과 포락선 검파(또는 2차 증폭과 정류 및 포락선 검파)를 실시하고 포락선 검파 신호를 적분한 다음, 적분 신호를 소정의 문턱 전압과 비교하여 상기 적분 신호가 상기 문턱 전압 보다 낮아질 때 하이 논리의 출력을 발생하는 초음파 신호 처리부; 및 상기 적외선 신호 처리부로부터의 하이 논리의 신호가 스타트 단자에 입력될 때부터 카운트를 시작하여 상기 초음파 신호 처리부로부터의 하이 논리의 신호가 스톱 단자에 입력될 때까지 카운트하는 카운터를 포함한다.
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본 발명의 유저 인터페이스 방법은 송신 장치를 이용하여 적외선 신호와 초음파 신호를 송신하는 단계; 2 개 이상의 수신 장치들에 상기 적외선 신호와 상기 초음파 신호를 수신하는 단계; 상기 수신 장치들에 수신된 적외선 신호를 증폭하고 디지털 데이터로 변환하여 상기 적외선 신호가 수신될 때 제1 하이 논리의 신호를 발생하는 단계; 상기 초음파 신호를 증폭하고 밴드 패스 필터링한 후에 포락선 검파하고 적분한 다음, 적분 신호를 소정의 문턱 전압과 비교하여 상기 적분 신호가 상기 문턱 전압 보다 낮아질 때 제2 하이 논리의 신호를 발생하는 단계; 상기 제1 하이 논리의 신호가 발생될 때부터 카운트를 시작하여 상기 제2 하이 논리의 신호가 발생될 때까지 카운트하는 단계; 및 상기 적외선 신호가 상기 수신 장치들에 수신될 때부터 상기 초음파 신호가 상기 수신 장치들에 수신될 때까지의 시간 카운트 결과를 바탕으로 상기 송신 장치와 상기 수신 장치들 각각의 거리를 측정하는 단계를 포함합니다.
본 발명은 수신 장치 각각에서 적외선 신호가 수신될 때 부터 초음파 신호가 수신될 때까지의 시간을 측정하여 수신 장치들과 하나의 송신 장치의 거리를 측정하여 송신 장치의 위치 변화를 반영하는 유저 인터페이스를 저비용으로 구현할 수 있다. 나아가, 본 발명은 초음파 신호를 증폭하고 포락선 검출한 후에 적분기를 이용하여 포락선 검출 신호를 적분한 다음, 적분 신호를 문턱 전압과 비교함으로써 초음파 신호 수신 시에 표준 편차를 줄여 초음파 수신 시점을 정확하고 정밀하게 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유저 인터페이스 장치를 보여 주는 도면이다.
도 2는 TOF(Time of flight)를 예시한 파형도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시된 초음파 신호 처리부를 상세히 보여 주는 블록도이다.
도 5는 적분기를 사용하지 않고 초음파 신호를 문턱 전압과 비교할 때 표준 편차를 예시한 도면이다.
도 6은 초음파 신호의 반파 정류와 전파 정류의 예를 보여 주는 파형도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 적분기를 상세히 보여 주는 회로도이다.
도 8은 적외선 신호, 포락선 검출기의 출력 및 적분기의 출력을 예시하는 파형도이다.
도 9는 적외선 신호, 포락선 검출기의 출력, 적분기의 출력 실험 결과를 보여 주는 파형도이다.
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 적외선 신호와 초음파 신호를 송신하는 하나의 송신 장치(200), 적외선 신호와 초음파 신호를 수신하는 2 개 이상의 수신 장치(110)를 내장한 표시장치(100)를 포함한다.
송신 장치(200)는 하나 이상의 버튼을 포함한 키패드, 버튼 신호에 응답하여 펄스를 코딩하는 인코더, 인코더의 출력에 따라 적외선 송신 신호를 송신하는 적외선 송신기, 인코더의 출력에 따라 초음파 신호를 송신하는 초음파 송신기를 포함한다. 송신 장치(200)는 적외선 신호와 초음파 신호를 동시에 송신할 수 있다. 또한, 송신 장치(200)는 초음파 신호를 적외선 신호보다 소정 시간 지연된 시점으로부터 송신할 수도 있다. 적외선 신호와 초음파 신호는 인코더로부터 소정 주기로 반복 출력되는 펄스 신호에 따라 소정 주기로 반복 송신된다. 송신 장치(200)에는 푸쉬 버튼 이외에 트랙볼, 조이스틱 등 다른 입력 장치가 더 설치될 수 있다. 송신 장치(200)로부터 송신되는 초음파 신호는 40 KHz 초음파 신호일 수 있다.
수신 장치(110) 각각은 적외선 신호를 전류로 변환하는 적외선 센서(또는 이미지 센서), 초음파 신호를 전류 신호로 변환하는 초음파 수신기를 포함한다. 광전 변환 소자는 포토 다이오드(Photo Diode) 또는 포토 트랜지스터(Photo Transistor)로 구현될 수 있다.
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, 도 8과 같은 직하형(direct type) 백라이트 유닛으로 구현될 수 있다. 이러한 표시장치(100)는 이미지를 표시하는 표시패널, 표시패널의 픽셀들에 비디오 데이터를 기입하는 표시패널 구동회로와, 적외선 신호와 초음파 신호를 수신하는 수신 장치들(110)을 포함한다.
표시장치(100)는 수신 장치(110)에 적외신 신호가 수신될 때부터 초음파 신호가 수신될 때까지의 시간을 카운트하고 그 시간 정보를 거리 정보로 환산한다. 이하에서, 수신 장치(110)에 적외신 신호가 수신될 때부터 초음파 신호가 수신될 때까지의 시간을 "TOF(Time of flight)"라 정의한다. 그리고 표시장치(100)는 2 이상의 수신 장치(110)와 송신 장치(200) 사이의 거리 정보들을 함수로 하는 좌표 추정 알고리즘을 이용하여 송신 장치(200)의 삼차원(XYZ) 좌표값을 계산한다. 도 2는 제1 수신 장치(110(RX1))와 제2 수신 장치(110(RX2)) 각각으로부터 얻어진 TOF(TOF1, TOF2)를 예시한 도면이다. 적외선 신호의 전파 속도는 빛의 속도이고 초음파 신호의 전파 속도는 음파 속도이다. 따라서, TOF는 송신 장치(200)와 수신 장치들(110)의 거리에 비례하여 길어진다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치(100)를 보여 주는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 표시장치는 표시패널(10), 표시패널 구동회로, 2 개 이상의 수신 장치들(110), 수신된 적외선 신호와 초음파 신호를 처리하는 신호 처리부, 좌표 추정부(130) 등을 포함한다. 수신 장치들(110) 각각은 광전 변환 소자(39)와 초음파 수신기(20)를 포함한다. 신호 처리부는 적외선 신호 처리부(112)와 초음파 신호 처리부(40)로 나뉘어진다.
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(120)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(120)으로부터 입력되는 타이밍 신호들을 기준으로 데이터 구동회로(12)와 스캔 구동회로(14)의 동작 타이밍을 제어한다.
호스트 시스템(120)은 입력 영상의 비디오 데이터, 포인터/커서 데이터 등의 데이터를 타이밍 콘트롤러(16)에 전송하고, 타이밍 신호를 타이밍 콘트롤러(16)에 전송한다. 호스트 시스템(120)으로부터 타이밍 콘트롤러(16)에 전송되는 타이밍 신호는 메인클럭, 수직 및 수평 동기신호, 데이터 인에이블신호 등을 포함한다. 호스트 시스템(120)은 송신 장치(200)의 좌표값 변화에 따라 표시화면 상에서 포인터/커서 데이터의 위치가 변하도록 송신 장치(200)의 좌표값에 따라 포인터/커서 데이터를 이동시키고, 본 발명의 유저 인터페이스 방법과 연동되는 어플리케이션을 실행한다.
적외선 신호 처리부(112) 각각은 적외선 신호(IR)가 수신되는 광전 변환 소자(39)의 아날로그 출력을 증폭하고 샘플링하여 디지털 데이터로 변환한다. 적외선 신호 처리부(112)의 디지털 출력은 초음파 신호 처리부(40)의 카운터 스타트 신호와 적분기 리셋 신호로서 초음파 신호 처리부(40)에 입력된다.
초음파 신호 처리부(40) 각각은 초음파 신호(US)를 증폭하고 적분한다. 초음파 신호 처리부(40)는 정류기를 이용하여 증폭기의 출력을 정류한 후에 적분할 수도 있다. 초음파 신호 처리부(40) 각각은 적외선 신호의 수신 시점부터 적분 신호가 소정의 문턱 전압(Vth) 이하가 될 때까지의 시간을 카운트하여 TOF(TOF1, TOF2, TOF3)를 측정한다.
좌표 추정부(130)는 수신 장치들(110) 각각으로부터 얻어진 시간 정보를 거리 정보로 환산하고 송신 장치(200)와 수신 장치들(110) 각각의 거리차에 따라 송신 장치(200)의 3차원 좌표값을 계산하여 호스트 시스템(120)에 전송한다. 이 좌표 추정부(130)는 TOF(TOF1, TOF2, TOF3)를 함수로 하여 송신 장치(200)의 좌표를 추정하는 공지의 삼각 측량법이나 좌표 추정 알고리즘을 실행하여 좌표값을 계산할 수 있다.
도 4는 초음파 신호 처리부(40)를 상세히 보여 주는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 초음파 신호 처리부(40)는 제1 증폭기(22), 밴드 패스 필터(Band Pass Filter, BPF)(24), 제2 증폭기(26), 정류기(28), 포락선 검출기(Envelope detector)(30), 적분기(32), 비교기(34), 카운터(36) 등을 포함한다. 여기서, 정류기(28)는 생략될 수 있다.
제1 증폭기(22)는 초음파 수신기(20)의 출력을 증폭하여 밴드 패스 필터(24)에 공급한다. 제1 증폭기(22)에 의해 초음파 신호(US)의 전압이 증폭되고 또한, 전송 채널 상에서 혼입된 고주파, 저주파 노이즈 역시 증폭된다. 밴드 패스 필터(24)는 초음파 신호 대역의 주파수 만을 통과시켜 고주파, 저주파 노이즈를 제거한다. 제2 증폭기(26)는 밴드 패스 필터(24)를 통과하는 초음파 신호(US)를 증폭한다.
포락선 검출기(30)는 제2 증폭기(26)의 출력 신호의 포락선을 검출하여 정류기(28) 또는 적분기(32)에 공급한다. 정류기(28)는 제2 증폭기(26)의 출력을 정류하는 회로로서 반파 정류기나 전파 정류기로 구현될 수 있다.
적분기(32)는 적외선 신호 처리부(112)의 출력이 하이 논리일 때 바이어스 전압(Vbias)으로 리셋된다. 적분기(32)는 포락선 검출기(30) 또는 정류기(28)로부터 유효한 초음파 신호가 입력될 때부터 적분하여 그 출력을 비교기(34)에 공급한다. 비교기(34)는 적분기(32)의 출력을 소정의 문턱전압(Vth)과 비교하고 적분기(32)의 출력이 문턱전압(Vth) 보다 낮을 때 하이 논리의 출력을 카운터(36)의 스톱(STOP) 단자에 공급한다.
카운터(36)의 스타트(START) 단자에는 적외선 신호 처리부(112)의 출력이 입력되고, 카운터(36)의 스톱(STOP) 단자에는 비교기(34)의 출력이 입력된다. 카운터(36)는 적외선 신호 처리부(112)의 입력이 하이 논리일 때부터 비교기(34)의 출력이 하이 논리로 반전될 때까지 카운트를 시작한다. 따라서, 카운터(36)는 적외선 신호(IR)의 수신 시점부터 초음파 신호(US) 신호가 수신될 때까지의 TOF를 측정하여 그 결과를 좌표 추정부(130)에 공급한다.
적분기(32)는 수신된 초음파 신호(US)와 문턱 전압(Vth)을 비교할 때 적분기(32)를 사용하지 않는 경우에 비하여 표준 편차(σ)를 줄이는 역할을 한다. 제2 증폭기(26)의 출력 또는 포락선 검출기(30)의 출력을 적분하지 않고 문턱 전압(Vth)과 비교하면, 도 5와 같이 초음파 전송 채널과 회로에서 발생된 노이즈 수준에 따라 40 KHz 초음파 신호의 1 주기인 25μsec 정도의 표준 편차(σ)를 갖는다. 이에 비하여, 제2 증폭기(26)의 출력을 포락선 검파하고 적분하면, 초음파 신호의 진폭 대신 면적 변화를 문턱전압(Vth)과 비교함으로써 표준 편차(σ)를 1μsec 이하로 줄일 수 있다.
적분기(32)를 이용할 경우, 표준 편차(σ)는 적분된 파형의 기울기에 따라 결정되며, 그 기울기가 클수록 표준 편차 수준(σ)을 줄일 수 있다. 적분기(32)를 사용할 때 제2 증폭기(26)의 출력을 정류하면 적분기(32)로부터 출력된 파형의 기울기를 줄일 수 있고, 반파 정류(도 6의 (a)) 보다 전파 정류(도 6의 (b))하면 그 기울기를 더 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명은 제2 증폭기(28)의 출력을 정류한 후에 포락선 검출한 다음, 적분한 초음파 신호를 문턱 전압(Vth)과 비교함으로써 초음파 수신 시점을 검출할 때의 표준 편차(σ)를 최소화하여 TOF 변화를 정밀하고 정확하게 측정할 수 있다. 도 5 및 도 6에서 가로 축(x 축)은 시간 축이고 세로 축(y 축)은 전압 축이다.
도 7은 적분기(32)를 상세히 보여 주는 회로도이다.
도 7을 참조하면, 적분기(32)는 연산 증폭기(operation amplifier, OP), 연산 증폭기(OP)의 반전 입력 단자에 접속된 제1 저항(R), 연산 증폭기(OP)의 반전 입력 단자와 출력 단자 사이에 병렬 접속된 커패시터(C) 및 제2 저항(Rs), 제2 저항(Rs)의 양단 사이에 접속된 스위치(SW)를 포함한다. 연산 증폭기(OP)의 비반전 입력 단자에는 문턱 전압(Vbias) 보다 높은 바이어스 전압(Vbias)이 입력된다.
적분기(32)에서, 입력 전압(V1)이 입력되면 제1 저항(R)을 통해 전류(i)가 흐르고 커패시터(C)에 입력 전압(V1)에 비례한 정전류(if)가 충전된다. 따라서, 적분기(32)는 수학식 1과 같이 적분된 출력 전압(Vo)을 출력한다.
Figure 112011040724485-pat00001
제2 저항(Rs)은 커패시터(C)와 병렬 접속된 션트(shunt) 저항으로서 초음파 신호(US)의 주파수가 낮은 영역에서 폐루프 게인(closed loop gain)을 제한하기 위하여 사용된다. 제2 저항(Rs)은 초음파 신호의 직류 옵셋(offset) 전압이 바이어스 전압(Vbias) 보다 조금만 높아도 연산 증폭기(OP)가 적분 동작하여 그 출력(Vo)이 빠르게 포화되는 것을 방지한다.
스위치(SW)는 제2 저항(Rs) 및 커패시터(C)와 병렬 접속되어 적외선 신호(IR)가 수신될 때 발생된 적외선 신호 처리부(112)의 출력에 응답하여 턴-온된다. 스위치(SW)가 턴-온될 때, 커패시터(C)의 전압은 바이어스 전압(Vbias)으로 초기화된다.
도 8은 적외선 신호 처리부(112)의 출력(IR), 포락선 검출기(30)의 출력(Env), 및 적분기(32)의 출력(INTGR)을 예시하는 파형도이다. 도 9는 적외선 신호 처리부(112)의 출력(IR), 포락선 검출기(30)의 출력(Env), 적분기(32)의 출력 실험 결과를 보여 주는 파형도이다. 도 8 및 도 9에서, 가로 축(x 축)은 시간 축이고 세로 축(y 축)은 전압 축이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 적분기(32)는 적외선 신호 처리부(112)의 출력(IR)이 하이 논리로 반전될 때 바이어스 전압(Vbias)으로 초기화되어 그 바이어스 전압(Vbias)을 출력한다. 그리고 적분기(32)는 초음파 신호(US)의 포락선 검파 신호(Env)를 적분하기 시작하여 바이어스 전압(Vbias)으로부터 낮아지는 전압을 출력한 후에 기저전압(GND)으로 포화된 출력을 발생한다. 비교기(34)는 적분기(32)의 출력에서 하향 기울기(또는 폴링 에지)의 전압을 문턱 전압(Vth)과 비교하여 적분기(32)의 출력이 문턱 전압(Vth) 보다 낮을 때 하이 논리의 출력을 발생한다.
본 발명의 유저 인터페이스 장치 및 방법은 로봇 분야에서 거리 측정 또는 자동차 분야에서 거리 측정 시에도 적용되어 그 분야에서도 거리 측정의 정확도를 높일 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 : 초음파 수신기
22 : 제1 증폭기 24 : 밴드 패스 필터(BPF)
26 : 제2 증폭기 28 : 정류기
30 : 포락선 검출기 32 : 적분기
34 : 비교기 36 : 카운터
39 : 광전 변환 소자 40 : 초음파 신호 처리부
100 : 표시장치 112 : 적외선 신호 처리부
110 : 수신 장치 130 : 좌표 추정부
200 : 송신 장치

Claims (12)

  1. 적외선 신호와 초음파 신호를 송신하는 송신 장치;
    상기 적외선 신호와 상기 초음파 신호를 수신하는 2 개 이상의 수신 장치들; 및
    상기 적외선 신호가 수신될 때부터 상기 초음파 신호가 수신될 때까지의 시간을 카운트하여 상기 송신 장치와 상기 수신 장치들 각각의 거리를 측정하는 신호 처리부를 포함하고,
    상기 신호 처리부는,
    상기 수신 장치들에 수신된 적외선 신호를 증폭하고 디지털 데이터로 변환하여 상기 적외선 신호가 수신될 때 하이 논리의 출력을 발생하는 적외선 신호 처리부;
    상기 초음파 신호를 1차 증폭하고 밴드 패스 필터링한 후에 2차 증폭과 포락선 검파를 실시하고 포락선 검파 신호를 적분한 다음, 적분 신호를 소정의 문턱 전압과 비교하여 상기 적분 신호가 상기 문턱 전압 보다 낮아질 때 하이 논리의 출력을 발생하는 초음파 신호 처리부; 및
    상기 적외선 신호 처리부로부터의 하이 논리의 신호가 스타트 단자에 입력될 때부터 카운트를 시작하여 상기 초음파 신호 처리부로부터의 하이 논리의 신호가 스톱 단자에 입력될 때까지 카운트하는 카운터를 포함하며,
    상기 수신 장치들과 상기 신호 처리부는 표시장치에 내장되는 것을 특징으로 하는 유저 인터페이스 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 신호 처리부는,
    초음파 신호를 수신하는 초음파 수신기의 출력을 증폭하는 제1 증폭기;
    상기 제1 증폭기의 출력을 밴드 패스 필터링하는 밴드 패스 필터;
    상기 밴드 패스 필터의 출력을 증폭하는 제2 증폭기;
    상기 제2 증폭기의 출력을 포락선 검파하는 포락선 검출기;
    상기 포락선 검출기의 출력을 적분하는 적분기; 및
    상기 적분기의 출력을 상기 문턱 전압과 비교하여 상기 적분기의 출력에서 하향 기울기 전압이 상기 문턱 전압 보다 낮을 때 상기 하이 논리의 출력을 발생하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유저 인터페이스 장치.
  4. 적외선 신호와 초음파 신호를 송신하는 송신 장치;
    상기 적외선 신호와 상기 초음파 신호를 수신하는 2 개 이상의 수신 장치들; 및
    상기 적외선 신호가 수신될 때부터 상기 초음파 신호가 수신될 때까지의 시간을 카운트하여 상기 송신 장치와 상기 수신 장치들 각각의 거리를 측정하는 신호 처리부를 포함하고,
    상기 신호 처리부는,
    상기 수신 장치들에 수신된 적외선 신호를 증폭하고 디지털 데이터로 변환하여 상기 적외선 신호가 수신될 때 하이 논리의 출력을 발생하는 적외선 신호 처리부;
    상기 초음파 신호를 1차 증폭하고 밴드 패스 필터링한 후에 2차 증폭과 정류 및 포락선 검파를 실시하고 포락선 검파 신호를 적분한 다음, 적분 신호를 소정의 문턱 전압과 비교하여 상기 적분 신호가 상기 문턱 전압 보다 낮아질 때 하이 논리의 출력을 발생하는 초음파 신호 처리부; 및
    상기 적외선 신호 처리부로부터의 하이 논리의 신호가 스타트 단자에 입력될 때부터 카운트를 시작하여 상기 초음파 신호 처리부로부터의 하이 논리의 신호가 스톱 단자에 입력될 때까지 카운트하는 카운터를 포함하며,
    상기 수신 장치들과 상기 신호 처리부는 표시장치에 내장되는 것을 특징으로 하는 유저 인터페이스 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 초음파 신호 처리부는,
    초음파 신호를 수신하는 초음파 수신기의 출력을 증폭하는 제1 증폭기;
    상기 제1 증폭기의 출력을 밴드 패스 필터링하는 밴드 패스 필터;
    상기 밴드 패스 필터의 출력을 증폭하는 제2 증폭기;
    상기 제2 증폭기의 출력을 정류하는 정류기;
    상기 정류기의 출력을 포락선 검파하는 포락선 검출기;
    상기 포락선 검출기의 출력을 적분하는 적분기; 및
    상기 적분기의 출력을 상기 문턱 전압과 비교하여 상기 적분기의 출력에서 하향 기울기 전압이 상기 문턱 전압 보다 낮을 때 상기 하이 논리의 출력을 발생하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유저 인터페이스 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 정류기는,
    반파 정류기와 전파 정류기 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유저 인터페이스 장치.
  7. 제 3 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 적분기는,
    제1 저항을 통해 상기 초음파 수신기의 출력이 입력되는 반전 입력 단자, 바이어스 전압이 공급되는 비반전 입력단자, 및 출력 전압을 출력하는 연산 증폭기; 및
    상기 연산 증폭기의 반전 입력 단자와 출력 단자 사이에 병렬 접속된 커패시터, 제2 저항 및 스위치를 포함하고,
    상기 스위치는 상기 적외선 신호 처리부에 응답하여 턴-온되는 것을 특징으로 하는 유저 인터페이스 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 표시장치는,
    상기 송신 장치와 상기 수신 장치들 각각의 거리 정보에 기초하여 상기 송신 장치의 좌표를 추정하는 좌표 추정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유저 인터페이스 장치.
  9. 송신 장치를 이용하여 적외선 신호와 초음파 신호를 송신하는 단계;
    2 개 이상의 수신 장치들에 상기 적외선 신호와 상기 초음파 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신 장치들에 수신된 적외선 신호를 증폭하고 디지털 데이터로 변환하여 상기 적외선 신호가 수신될 때 제1 하이 논리의 신호를 발생하는 단계;
    상기 초음파 신호를 증폭하고 밴드 패스 필터링한 후에 포락선 검파하고 적분한 다음, 적분 신호를 소정의 문턱 전압과 비교하여 상기 적분 신호가 상기 문턱 전압 보다 낮아질 때 제2 하이 논리의 신호를 발생하는 단계;
    상기 제1 하이 논리의 신호가 발생될 때부터 카운트를 시작하여 상기 제2 하이 논리의 신호가 발생될 때까지 카운트하는 단계; 및
    상기 적외선 신호가 상기 수신 장치들에 수신될 때부터 상기 초음파 신호가 상기 수신 장치들에 수신될 때까지의 시간 카운트 결과를 바탕으로 상기 송신 장치와 상기 수신 장치들 각각의 거리를 측정하는 단계를 포함하고,
    상기 수신 장치들과 신호 처리부는 표시장치에 내장되는 것을 특징으로 하는 유저 인터페이스 방법.
  10. 삭제
  11. 송신 장치를 이용하여 적외선 신호와 초음파 신호를 송신하는 단계;
    2 개 이상의 수신 장치들에 상기 적외선 신호와 상기 초음파 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신 장치들에 수신된 적외선 신호를 증폭하고 디지털 데이터로 변환하여 상기 적외선 신호가 수신될 때 제1 하이 논리의 신호를 발생하는 단계;
    상기 초음파 신호를 1차 증폭하고 밴드 패스 필터링한 후에 2차 증폭과 정류 및 포락선 검파를 실시하고 포락선 검파 신호를 적분한 다음, 적분 신호를 소정의 문턱 전압과 비교하여 상기 적분 신호가 상기 문턱 전압 보다 낮아질 때 제2 하이 논리의 신호를 발생하는 단계;
    상기 제1 하이 논리의 신호가 발생될 때부터 카운트를 시작하여 상기 제2 하이 논리의 신호가 발생될 때까지 카운트하는 단계; 및
    상기 적외선 신호가 상기 수신 장치들에 수신될 때부터 상기 초음파 신호가 상기 수신 장치들에 수신될 때까지의 시간 카운트 결과를 바탕으로 상기 송신 장치와 상기 수신 장치들 각각의 거리를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유저 인터페이스 방법.
  12. 제 9 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 송신 장치와 상기 수신 장치들 각각의 거리 정보에 기초하여 상기 송신 장치의 좌표를 추정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유저 인터페이스 방법.
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