KR102519345B1 - 오브젝트의 위치 및 종류 식별 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 오브젝트의 위치 및 종류 식별 장치는: 도선이 동심다회권취된 형태의 송수신코일; 상기 송수신코일의 도선의 일단부를 제1회로측단 및 제2회로측단 중 하나에 선택적으로 결합시키는 선택회로; 상기 제1회로측단에 제1주파수의 교류전류를 인가하도록 구성된 출력회로; 상기 제2회로측단에 걸리는 유도전압을 수신하는 수신회로; 및 송신모드에서는 상기 출력회로를 상기 송수신코일의 상기 일단부에 결합시키고 수신모드에서는 상기 수신회로를 상기 송수신코일의 상기 일단부에 결합시키도록 상기 선택회로의 동작을 제어하고, 상기 송신모드에서는 상기 제1주파수의 교류전류를 상기 제1회로측단에 인가하게끔 상기 출력회로를 제어하고, 상기 수신모드에서는 상기 수신회로가 수신하는 상기 유도전압의 피크 또는 세기를 분석함으로써, 소정의 공진회로가 상기 송수신코일의 근방에 접근하였는지를 판단하는 제어회로를 포함한다.

Description

오브젝트의 위치 및 종류 식별 장치{APPARATUS FOR DISTINGUISHING AND DETERMINING LOCATION OF OBJECT}
본 발명은, 송수신코일에 대한 오브젝트의 접근을 검출하고 상기 오브젝트를 구별할 수 있는 장치에 관한 것이다.
오브젝트, 특히, 오브젝트에 포함된 공진회로를 검출하는 다양한 방식이 존재하는데, 예를 들면, 공개특허 제2016-0088655호(2016.07.26.)(명칭: 스타일러스 펜, 터치 패널 및 이를 구비한 좌표 측정 시스템)(이하, 종래기술이라 함)를 들 수 있다.
상기 종래기술은, 도 1에 도시한 바와 같이, 1회조차 완전하게 권취되지 않은, 긴 막대형태로 둘러쳐진 개방된 형태의 안테나 패턴을 복수 개 구비하고, 각각의 안테나 패턴마다 전자펜으로부터 방출되는 전자기파에 의해 생성되는 유도전압의 세기를 측정함으로써, 전자펜과 가장 가까이에 있는 안테나를 결정하는 방식으로 전자펜의 위치를 식별한다.
하지만, 막대형태의 안테나 패턴을 이용하는 종래기술에서는, 2차원 좌표계내에서 전자펜의 위치를 검출하기 위해서는, 제1축 방향으로 배열된 안테나 패턴과 제2축 방향으로 배열된 안테나 패턴을 구비해야 한다.
또한, 1회조차 완전하게 권취되지 않은 안테나 패턴을 이용하기 때문에, 충분한 유도전압이 생성되지 않기 때문에, 전자펜의 검출 정확도나 정밀도가 높지 않다. 또한, 여러 개의 전자펜을 동시에 검출하기 어렵다.
본 발명은, 송수신코일에 대한 오브젝트의 접근 여부 및 위치를 정확하고 정밀하게 검출할 수 있고 또한 서로 다른 오브젝트를 정확하게 구별할 수 있는 장치를 제공하고자 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 오브젝트의 위치 및 종류 식별 장치는: 도선이 평면 소용돌이 형태로 동심다회권취된 형태의 동일한 크기 및 형태를 가지며, 기판의 제1면에 단층으로 가로 방향 및 세로 방향으로 격자형태로 배열된 복수의 송수신코일들; 상기 복수의 상기 송수신코일들의 일단부들이 연결된 코일측단과 제1 및 제2 회로측단을 구비하며, 상기 복수의 송수신코일들의 상기 일단부들을 하나씩 또는 복수 개씩 선택하여 상기 제1회로측단 및 상기 제2회로측단 중 하나에 선택적으로 결합시키는 선택회로; 상기 제1회로측단에 제1주파수의 교류전류를 인가하도록 구성된 출력회로; 상기 제2회로측단에 걸리는 유도전압을 수신하는 수신회로; 및 송신모드에서는 상기 출력회로를 상기 복수의 송수신코일들 중 적어도 하나의 상기 일단부들에 결합시키고 그리고 수신모드에서는 상기 수신회로를 상기 복수의 송수신코일들 중 적어도 하나의 상기 일단부들에 결합시키도록 상기 선택회로의 동작을 제어하고, 상기 송신모드에서는 상기 제1주파수의 교류전류를 상기 제1회로측단에 인가하게끔 상기 출력회로를 제어하고, 상기 수신모드에서는 상기 수신회로가 수신하는 상기 유도전압의 피크 또는 세기를 각각의 송수신코일들마다 분석함으로써, 적어도 하나의 공진회로들을 구비한 오브젝트 - 각각의 상기 공진회로는, 상기 송신모드에서는 상기 송수신코일에서 송출되는 상기 제1주파수의 전자기파에 공진하여 에너지를 생성하고 그리고 상기 수신모드에서 상기 제1주파수의 전자기파의 송출이 중단되면 상기 생성된 에너지에 의해 자체의 공진주파수를 갖는 전자기파를 송출하도록 구성됨 - 의 각각의 상기 공진회로들이 상기 복수의 송수신코일들 중 어느 것의 근방에 접근하였는지를 판단하는 제어회로를 포함한다.
여기서, 상기 오브젝트는, 공진주파수가 상기 제1주파수와 동일하게끔 설계된, 적어도 하나의 제1공진코일과 적어도 하나의 제1공진커패시터를 포함하는 제1공진회로; 및 공진주파수가 상기 제1주파수와 다르게끔 설계된, 적어도 하나의 제2공진코일과 적어도 하나의 제2공진커패시터를 포함하는 제2공진회로를 포함할 수 있다 - 상기 제1공진회로와 상기 제2공진회로는 상기 오브젝트 내에 미리설정된 배열로 배치되어 있음 -. 그리고 상기 제어회로는, 상기 복수의 송수신코일의 하나씩으로부터 상기 제1주파수 또는 상기 제2주파수를 식별한 결과들을 분석하여, 상기 제1공진회로와 상기 제2공진회로의 위치들을 판단하고, 상기 복수의 송수신코일들의 격자형태의 배열에서의 상기 제1공진회로와 상기 제2공진회로의 배치에 근거하여 상기 오브젝트의 종류를 식별할 수 있다.
삭제
또한, 상기 복수의 송수신코일의 타단부들은 공통전압에 결합될 수 있다.
또한, 상기 복수의 송수신코일들은, 상기 기판의 제1면에 가로 및 세로 방향으로 격자형태로 배열된 제1층의 송수신코일들과, 상기 기판의 제2면에 가로 및 세로 방향으로 격자형태로 배열된 제2층의 송수신코일들을 구비하고, 상기 제1층의 송수신코일들과 상기 제2층의 송수신코일들은 중심들이 서로 어긋나게 중첩되도록 배열될 수 있다.
또한, 상기 제어회로는, 상기 송신모드에서, 상기 복수의 송수신코일들의 전부를 동시에 상기 출력회로에 결합시킴으로써, 상기 복수의 송수신코일들의 전부에서 동시에 상기 제1주파수의 전자기파를 송출하도록 하고, 상기 수신모드에서, 상기 복수의 송수신코일들 중 서로 인접하지 않은 적어도 2개의 송수신코일들을 동시에 선택하여 각각의 유도전압들을 분석할 수 있다.
또한, 상기 제1공진회로 및 상기 제2공진회로 중 적어도 하나의 상기 공진커패시터는, 외부로부터 작용하는 물리력에 의해 커패시턴스가 변경되는 가변커패시터, 또는, 상기 물리력에 의해 스위칭되어 상기 공진커패시터에 직렬 또는 병렬로 연결되는 추가 커패시터를 더 포함할 수 있다.
삭제
또한, 상기 제어회로는, 상기 복수의 송수신코일들 중 적어도 하나에 대하여, 상기 송신모드와 상기 수신모드를 복수 회 반복하도록 구성되고, 매 반복시마다, 상기 송신모드에서 상기 출력회로에서 서로 다른 주파수의 교류 전류를 출력하게 하여 상기 복수의 송수신코일들 중 적어도 하나로부터 서로 다른 주파수의 전자기파가 송출되도록 하고, 상기 수신모드에서 수신되는 유도전압의 피크 또는 세기를 분석하여, 상기 적어도 하나의 송수신코일에 접근한 상기 공진회로의 공진주파수를 상기 교류전류의 서로 다른 주파수 중에서 결정함으로써, 상기 공진회로를 식별할 수 있다.
상기한 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 오브젝트의 위치 및 종류 식별 장치에 의하면, 어느 하나의 송수신코일에 대해 오브젝트의 접근 여부를 정확하고 검출할 수 있으며, 또한 서로 다른 공진회로를 정확하게 구별할 수 있다.
또한, 복수의 송수신코일을 이용함으로써, 또한, 송수신코일을 최적의 방식으로 배치함으로써, 오브젝트의 위치 및 종류 식별의 정확도가 높으며 정밀도(해상도)가 높다.
또한, 공진회로의 공진주파수를 사용자가 임의로 변경시킬 수 있게 구현함으로써, 공진회로를 탑재한 오브젝트를 이용하여 다양한 용도로 활용할 수 있게 된다.
도 1은, 종래 기술에 따른 터치 패널 및 좌표 측정 시스템의 원리를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는, 본 발명에 따른 오브젝트의 위치 및 종류 식별 장치의 개략적인 구성 및 동작 원리를 보여주는 도면이다.
도 3은, 송수신코일을 구현할 수 있는 다양한 형태를 보여주는 도면이다.
도 4는, 송수신코일을 이용하여 공진회로를 식별하는 원리를 설명한다.
도 5는 송수신코일을 이용하여 서로 다른 공진주파수를 갖는 공진회로를 식별할 수 있는 원리를 설명한다.
도 6은, 서로 다른 공진주파수를 갖는 공진회로에 의해 송출된 전자기파를 수신하는 경우에 생성되는 유도전압의 세기를 보여준다.
도 7은, 본 발명에 따른 오브젝트의 위치 및 종류 식별 장치에 있어서, 송수신코일에서 생성되는 유도전압의 신호처리 과정을 상세하게 설명한다.
도 8은, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 복수 개의 송수신코일을 이용하는 방식의 오브젝트의 위치 및 종류 식별 장치를 도시하는 도면이다.
도 9는, 복수의 송수신코일을 배치하는 예를 보여주는 도면이다.
도 10은, 도 9에 따른 2개 층으로 배열된 복수의 송수신코일을 이용하여 공진회로의 위치를 식별하는 원리를 설명하는 도면이다.
도 11은 하나 또는 복수의 공진회로를 구비한 오브젝트의 예시를 도시한다.
도 12는 복수의 공진회로를 구비한 오브젝트의 또 하나의 예시를 도시한다.
도 13은 누름 스위치를 구비한 오브젝트의 예시를 도시한다.
도 14는 전자펜 형태로 구현된 오브젝트의 예시를 도시한다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 오브젝트의 위치 및 종류 식별 장치에 다양한 오브젝트를 배열하여 활용하는 예를 도시한다.
도 16은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 오브젝트의 위치 및 종류 식별 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 오브젝트의 위치 및 종류 식별 장치의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 본 발명의 각 구성 요소를 지칭하는 용어들은 그 기능을 고려하여 예시적으로 명명된 것이므로, 용어 자체에 의하여 본 발명의 기술 내용을 예측하고 한정하여 이해해서는 안될 것이다.
더욱, 이하에서 설명되어질 본 발명의 다양한 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여주기 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형을 설계할 수 있을 것이므로, 본 발명의 권리범위는 본 발명과 균등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상을 포괄하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
먼저, 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 오브젝트의 위치 및 종류 식별 장치의 개략적인 원리를 설명한다. 도면을 참조하면, 본 발명의 오브젝트의 위치 및 종류 식별 장치(100)는 기본적으로 송수신코일(20)과 출력회로(40)와 수신회로(50)와 선택회로(60)와 제어회로(80)를 구비한다. 물론, 위치 및 종류 감지의 대상인 공진회로(R)가 더 필요하다.
송수신코일(20)은 적어도 1선의 도선이 동심다회권취된 형태로 이루어질 수 있다. 이러한 코일의 형태는, 도 3에서와 같이, (a) 동일 크기의 원형으로 동심으로 수직 배치된 원형 코일 형태, (b) 동일크기의 임의의 다각형 형태로 동심으로 수직 배치된 다각 코일 형태, (c) 소용돌이 형태로 평면상에 배치된 팬케이크 형태, (d) 변화하는 크기로 동심으로 수직 이동하며 권취하는 방식의 헬리컬 형태 등이 고려될 수 있다. 하지만, 코일을 기판에 간단하게 형성하기 위해서는, (c) 형태의 코일이 가장 바람직하다.
송수신코일(20)을 구성하는 도선의 한쪽 끝부분(이하, '타단부'라고 함)은 그라운드 또는 공통전압에 결합될 수 있다. 송수신코일(20)을 구성하는 도선의 다른쪽 끝부분(이하, '일단부'라고 함)은 선택회로(60)에 결합될 수 있다.
선택회로(60)는 2개의 회로측단과 1개의 코일측단을 가질 수 있다. 상기한 송수신코일(20)의 일단부는 선택회로(60)의 코일측단에 결합될 수 있다. 선택회로(60)의 제1회로측단에는 출력회로(40)의 출력부가 결합되고, 제2회로측단에는 수신회로(50)의 입력부가 결합될 수 있다. 선택회로(60)는 제어회로(80)의 제어에 따라서, 코일측단을 제1회로측단 및 제2회로측단 중 어느 하나에 연결시키도록 동작한다.
출력회로(40)는, (예를 들면, 송신 모드에서, 선택회로가 제1회로측단을 선택한 경우에) 입력되는 전원을 이용하여 소정 주파수(즉, 제1주파수)의 교류 전류를 생성하고, 생성한 제1주파수의 교류전류를 출력부를 통해 송수신코일(20)에 인가하게 된다. 이로써, 송수신코일(20)은 인가되는 교류전류에 의해 제1주파수에 대응하는 제1주파수의 전자기파를 공중으로 송출한다.
수신회로(50)는, (예를 들면, 수신모드에서, 선택회로가 제2회로측단을 선택한 경우에) 제2회로측단에 인가되는 즉 송수신코일(20)이 공진하여 생성한 유도전압을 수신하고, 수신되는 유도전압을 출력부에 연결된 제어회로(80) 측으로 전송한다.
제어회로(80)는, 선택회로(60)의 선택동작을 제어하고, 출력회로(40)의 교류전류 출력 동작을 제어하고, 수신회로(50)에서 제공하는 유도전압을 분석하도록 구성된다. 제어회로(80)는 송신모드와 수신모드로 동작할 수 있다.
먼저, 제어회로(80)는, 송신모드에서는, 출력회로(40)에서 출력하는 교류전류가 송수신코일(20)에 인가될 수 있도록(코일측단과 제1회로측단이 연결되도록) 선택회로(60)의 동작을 제어한다. 그리고 출력회로(40)를 제어하여 제1주파수의 교류전류를 생성하여 출력하게끔 한다.
또한, 제어회로(80)는, 수신모드에서는, 수신회로(50)가 송수신코일(20)의 유도전압을 수신할 수 있도록(코일측단과 제2회로측단이 연결되도록) 선택회로(60)의 동작을 제어한다. 그리고 수신회로(50)의 입력부에 수신되는 유도전압을 제공받아서, 상기 유도전압의 피크, 세기 및/또는 주파수 등을 분석함으로써, 소정의 공진회로(R)가 상기 송수신코일(20)의 근방에 접근하였는지를 판단한다.
여기서, 상기 공진회로(R)는, 공진주파수가 상기 제1주파수에 대응하게끔 설계된, 적어도 하나의 공진코일(L)과 적어도 하나의 공진커패시터(C)를 포함할 수 있다. 여기서, 공진회로(R)의 공진주파수는 상기 제1주파수와 완전히 일치하거나, 어느 정도 차이를 가질 수도 있다. 이 차이는, 송신모드에서 제1주파수의 전자기파에 의해 공진할 수 있어서, 수신모드에서 송수신코일(20)을 공진시킬 수 있을 정도의 충분한 에너지를 생성할 수 있는 범위로 설계될 수 있다.
또한, 공진회로(R)는, 상기 공진주파수를 변경하기 위해, 상기 공진커패시터(C)에 직렬 또는 병렬로 연결된 적어도 하나의 추가커패시터(C2, C3)를 포함할 수 있다. 여기서, 이때 공진주파수의 변경할 수 있는 범위는, 전술한 바와 같이, 송신모드에서 공진회로(R)가 충분한 에너지를 생성할 수 있을 정도이면서, 수신모드에서 공진회로(R)에서 송출하는 전자기파의 피크, 세기 및/또는 공진주파수의 변동이 송수신코일(20)에서 충분히 감지될 수 있을 정도 내에서 설계될 수 있다.
한편, 상기 추가커패시터(C2, C3)는, 예를 들면, 외부로부터 작용하는 물리력(예를 들면, 사용자가 누르거나 비트는 힘)에 의해 커패시턴스가 변경되는 가변커패시터, 또는, 상기 물리력에 의해 스위칭되어 상기 추가 커패시터와 상기 공진커패시터와의 직렬 또는 병렬 연결을 온오프하는 스위치를 포함할 수 있다.
공진회로(R)는 기본적으로 제1주파수에 해당하는 공진주파수를 가지고 있기 때문에, 송수신코일(20)에서 송출하는 제1주파수의 전자기파에 의해 공진하여 유도전압을 생성할 수 있다. 공진주파수와 제1주파수가 일치할수록, 유도전압의 피크 및 세기는 클 것이다. 하지만, 공진회로(R)는 공진주파수가 상기 제1주파수와 정확히 일치하지 않더라도 (공진주파수가 제1주파수로부터 소정 범위 내의 주파수인 경우) 비록 최적의 효율은 아니더라도 여전히 제1주파수로 공진할 수 있으며 제1주파수로 진동하는 유도전압을 생성할 수 있다. 다만, 생성되는 유도전압의 피크 및 세기가 작게 되어, 생성되는 에너지의 양은 적어질 것이다.
한편, 공진주파수가 제1주파수와 다르게 설계된 공진회로에서는, 송수신코일(20)에서 송출되는 제1주파수의 전자기파가 중단되어(즉, 수신모드로 전환된 경우), 공진회로가 자체에서 생성되어 저장된 에너지에 의해 전자기파를 송출하게 될 때, 제1주파수가 아니라 자체의 공진주파수에 해당하는 전자기파를 송출하게 된다.
한편, 송수신코일(20)은, 상기 공진회로에서 송출하는 공진주파수의 전자기파를 수신하게 되고, 공진주파수에 해당하는 유도전압이 생성될 것이다. 그리고 이 공진주파수를 갖는 유도전압은 제어회로(80)로 전송되고, 제어회로(80)는 전송된 유도전압의 피크, 세기 및/또는 공진주파수를 분석하여, 상기 공진회로의 접근 거리, 위치 및/또는 종류를 식별할 수 있게 되는 것이다.
이러한 동작을 도 4 내지 7을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 4는, 송수신코일을 이용하여 공진회로를 식별하는 기본 원리를 설명한다.
송신모드에서, 선택회로가 출력회로를 송수신코일에 연결시키고, 출력회로는 도 4(a)와 같은 제1주파수(또는, '가진 주파수'라고도 지칭함)의 교류전류(도 2의 ⓐ 지점에서 측정될 수 있음)를 송수신코일에 인가한다. 송수신코일은, 인가되는 교류전류에 의해, 도 4(b)와 같은 제1주파수의 전자기파(도 2의 ⓑ 지점에서 측정될 수 있음)를 송출한다. 공진회로는, 송출되는 제1주파수의 전자기파에 의해 공진하여, 도 4(c)의 좌측부와 같이 유도 전압이 생성된다(생성되는 유도전압은 제1주파수의 교류 전압으로 나타남).
송신모드가 종료하고 수신모드가 되면, 선택회로는 수신회로를 송수신코일에 연결시키게 된다. 선택회로는 출력회로와 수신회로 중 하나만 선택하도록 구성되었기 때문에, 출력회로에서 출력하는 교류전류는 송수신코일에 도달할 수 없다. 따라서, 송수신코일로부터의 제1주파수의 전자기파의 송출은 중단된다. 이때, 공진회로는 공진커패시터에 저장된 에너지에 의해 스스로 발진하여 전자기파를 송출하게 된다. 이때, 공진회로는, 도 4(c)의 우측부와 같이 자체의 공진주파수에 대응하는 전자기파를 공진코일을 통해 송출하게 될 것이다(도 2의 ⓒ 지점에서 측정될 수 있음).
송수신코일은 공진회로에서 송출하는 공진주파수의 전자기파에 의해 공진하여, 도 4(d)와 같이 유도전압을 생성하게 되고(도 2의 ⓓ 지점에서 측정될 수 있음), 유도 전압은 제어회로에 입력될 수 있다. 이때 생성되는 유도전압은, 송수신코일과 공진회로 사이의 거리 및 마주하는 방향, 및 제1주파수와 공진주파수와의 차이와 관련있는 피크 및 세기를 나타내며, 공진주파수에 대응하는 주파수(또는, '응답 주파수'라고도 지칭함)를 가질 수 있다.
이러한 원리로, 제어회로는 송수신코일에 공진회로의 접근 여부 및/또는 접근한 거리 등을 판단할 수 있으며, 공진회로의 공진주파수도 식별할 수 있다.
도 5는 송수신코일을 이용하여 공진주파수를 식별함으로써, 서로 다른 공진회로를 구별하는 원리를 설명한다.
공진회로는, 적어도 하나의 코일(공진코일(L))과 적어도 하나의 커패시터(공진커패시터(C1))를 포함할 수 있다. 이때, 커패시터(C1)의 특성을 조절하여 공진회로의 공진주파수를 제1주파수와 일치하게 설정할 수 있다.
이렇게 공진주파수가 제1주파수와 일치하는 공진회로가 송수신코일(20)에 근접하게 되면, 송신모드에서 출력회로(40)에서 인가하는 교류전류의 제1주파수(f1)에 의해 공진한 공진회로는, 수신모드에서 공진커패시터(C1)에 저장된 에너지에 의해 제1주파수(f1)와 일치하는 공진주파수(f1)의 전자기파를 송출하게 되고, 수신회로(50)는 제1주파수(f1)의 유도전압을 수신하게 된다. 관찰되는 신호 파형은 도 5(a)와 같이 도시될 수 있다.
한편, 공진회로에 임의의 커패시터(즉, 추가커패시터(C2))가 추가될 수 있다. 이로써, 공진회로의 공진주파수가 변경된다. 변경된 공진주파수는 f2로 표시된다. 추가커패시터(C2)는 도시된 바와 같이 공진커패시터(C1)에 직렬 또는 병렬로 고정결합되거나, 소정의 스위칭소자를 통해 결합될 수도 있다.
이러한 공진회로가 송수신코일(20)에 근접하게 되면, 송신모드에서, 공진회로는, 송수신코일(20)에서 송출되는 제1주파수(f1)의 전자기파에 의해, 최대의 효율은 아니지만, 약간 저하된 효율로 제1주파수(f1)로 공진하여 유도전압을 생성하게 된다. 한편, 수신모드에서는, 공진회로는 송신모드 동안에 커패시터들(C1, C2)에 축적된 에너지를 이용하여 자체의 공진주파수(f2)로 발진하여 전자기파를 송출하게 될 것이고, 송수신코일(20)은 공진주파수(f2)를 갖는 교류 유도전압을 생성할 것이고, 생성된 유도전압은 수신회로(50)에 의해 수신될 것이다. 관찰되는 신호 파형은 도 5(b)와 같이 도시될 수 있다. 수신회로(50)에서 수신한 유도전압의 주파수가 도 5(a)에서의 수신된 파형의 주파수에 비해 달라졌음을 확인할 수 있다.
더욱, 공진회로에 또 하나의 추가커패시터(C3)가 추가되면, 공진주파수는 제1주파수로부터 더욱 변경된다. 변경된 공진주파수는 f3로 표시된다. 공진회로는, 송신모드에서 제1주파수(f1)의 전자기파에 의해 이전보다 더 낮은 효율로 공진하고, 수신모드에서는 송신모드 동안에 커패시터들(C1, C2, C3)에 축적된 이전보다 더 적은 에너지를 이용하여 자체의 공진주파수(f3)에 대응하는 전자기파를 송출할 것이다. 송수신코일(20)은 공진주파수(f3)에 대응하는 유도전압을 생성하게 된다. 관찰되는 신호 파형은 도 5(c)와 같이 도시될 수 있다. 수신회로(50)에서 수신한 유도전압의 주파수가 도 5(a) 및 5(b)에서 수신된 유도전압의 주파수보다 더 크게 달라졌음을 확인할 수 있다.
도 6은, 서로 다른 공진주파수를 갖는 공진회로에 의해 송출된 전자기파를 수신하는 경우에 생성되는 유도전압의 세기 분포를 보여준다. 상기 유도전압은, 수신회로에서(예를 들면, 도 2의 ⓓ 지점에서) 측정될 수 있다.
도 6(a)는, 도 5(a)와 같이, 공진회로의 공진주파수가 제1주파수와 일치하는 경우에 송수신코일에서 생성되는 유도전압의 세기 분포를 보여준다. 공진주파수와 제1주파수가 일치하기 때문에, 공진회로가 최대의 효율로 공진할 수 있으므로, 제1주파수(f1)에서 날카롭고 확실한 피크를 나타낸다. 따라서, 이 경우에는, 피크를 쉽고 정확하게 판별할 수 있다.
도 6(b)는, 도 5(b)와 같이, 공진회로의 공진주파수가 제1주파수에서 약간 차이를 갖는 경우에 송수신코일에서 생성되는 유도전압의 세기 분포를 보여준다. 공진주파수와 제1주파수가 어느 정도 차이가 있기 때문에, 공진회로의 공진효율이 낮아지게 되고, 이로써, 제1주파수를 벗어난 제2주파수(f2)에서 뭉툭한 피크를 나타낸다. 하지만, 이 경우에도, 여전히 피크는 존재하며, 그 피크를 통해서 제2주파수(f2)를 특정할 수 있다.
도 6(c)는, 도 5(c)와 같이, 공진회로의 공진주파수가 제1주파수에서 상당한 정도로 벗어난 경우에 송수신코일에서 생성되는 유도전압의 세기 분포를 보여준다. 공진주파수와 제1주파수가 상당히 차이가 있기 때문에, 공진회로의 공진효율이 더 낮아지게 되고, 이로써, 제1주파수를 벗어난 제3주파수(f3)에서 더 뭉툭한 피크를 나타낸다. 하지만, 이 경우에도, 여전히 피크를 특정하는 것이 가능하기 때문에 (특히, 피크의 위치가 제1주파수(f1) 또는 제2주파수(f2)와 다른 위치라는 것을 식별하는 것은 가능하기 때문에), 그 피크를 통해서 제3주파수(f3)를 특정하는 것은 가능하다. (이러한 식별이 가능한 것은, 실제로는, 피크를 식별할 수 있는 정도의 범위에서 제3주파수가 결정될 것이기 때문이다.)
이러한 구성에 의하면, 서로 다른 공진주파수를 갖는 공진회로를 구비하는 오브젝트들이 있을 때, 분석되는 공진주파수의 값에 근거하여, 어느 오브젝트가 송수신코일에 접근하였는지를 식별할 수 있다.
도 7은, 본 발명에 따른 오브젝트의 위치 및 종류 식별 장치에 있어서, 송수신코일에서 생성한 유도전압의 신호처리 과정의 예시를 설명한다.
수신모드에서 송수신회로에 생성되는 유도전압은 도 7(a)와 같이 생성될 수 있다. 이때 생성되는 유도전압은 매우 작은 크기일 수 있으므로, 도 7(b)와 같이 증폭될 수 있다. 또한, 이때, 유도전압 이외의 전압파형은 필터링될 수 있다.
증폭되고 필터링된 유도전압에 대해 2가지 신호처리가 수행될 수 있다.
하나는, 생성된 유도전압의 세기를 측정하기 위한 신호처리이다. 이를 위하여, 도 7(c)와 같이, 유도전압을 반파정류(또는, 전파정류)한 후에, 정류된 신호를 적분할 수 있다. 도 7(d)와 같이 적분된 신호의 총합 또는 특정 시점의 합을 이용하여 유도전압의 신호 세기를 판정할 수 있다.
한편, 신호처리의 다른 하나는, 생성된 유도전압의 주파수를 측정하기 위한 신호처리이다. 이를 위하여, 수신회로에 입력되는 유도전압은, 도 7(e)와 같이, 신호의 파형에 대응하는 신호폭을 갖는 디지털 신호로 변환될 수 있다. 그리고 도 7(f)와 같이, 특정 시점까지 계수된 디지털 변환된 신호의 파형의 개수를 관련된 시간으로 나누어 응답 주파수(Fresponse)를 계산할 수 있다.
Fresponse = n/Tx
추가로, 이러한 본 발명의 오브젝트의 위치 및 종류 식별 장치를 이용한 응용예로서, 송수신코일을 복수 개 구비하고, 각각의 송수신코일에서 감지되는 유도전압의 세기들에 근거하여, 공진회로와 가장 가까이에 있는 송수신코일을 식별함으로써, 송수신코일의 위치를 기준으로 공진회로의 위치를 식별하는 장치를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 오브젝트의 위치 및 종류 식별 장치를 이용한 다른 응용예로서, 위와 같이 송수신코일을 복수 개 구비하고 또한 서로 다른 공진주파수의 공진회로를 서로 다른 위치에 배치한 오브젝트를 준비하고, 각각의 송수신코일에서 감지되는 유도전압의 주파수들에 근거하여, 상기 오브젝트의 종류, 자세, 방향 등을 식별하는 장치를 구현할 수 있다.
도 8은, 상기한 응용예를 구현할 수 있는 실시예로서, 복수 개의 송수신코일을 이용하는 방식의 오브젝트의 위치 및 종류 식별 장치를 도시하는 도면이다.
본 실시예에서는, 복수 개의 송수신코일(20)이, 예를 들면, 도선이 동심다회권취된 형태로, 동일한 크기/형태를 갖도록 구현되며, 이러한 복수 개의 송수신코일(20)이 임의의 구역(이하, '감지 구역(A)'이라 함) 내에서 인접하게 서로 나란히 배열된다. 물론, 각 송수신코일(20)은 서로 다른 크기/형태일 수도 있으며, 서로 다른 간격을 두고 다양한 위치에 배치될 수도 있다.
각 송수신코일(20)의 일단부들은 선택회로(60)에 구비된 복수 개의 코일측단들에 하나씩에 결합되고, 각 송수신코일(20)의 타단부들은 공통으로 그라운드 또는 공통전압에 결합될 수 있다.
여기서, 선택회로(60)는, 가능하면, 송수신코일(20)의 일단부들의 개수에 해당하는 코일측단들을 구비하고, 출력회로(40)와 수신회로(50)를 위한 2개의 회로측단들을 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 선택회로(60)는, 제어회로(80)의 제어에 의해, 임의의 하나 또는 임의의 복수 개 또는 모든 코일측단(들)을 선택하고, 선택한 코일측단(들)을 어느 하나의 회로측단에 연결시키도록 구성될 수 있다.
한편, 제어회로(80)는, 송신모드에서, 선택회로(60)로 하여금 임의의 하나의, 또는 인접하거나 인접하지 않은 복수 개의, 또는 전체의 코일측단(들)을 선택하게 하고, 출력회로(40)를 제어하여 선택된 코일측단에 연결된 송수신코일(20)에서 제1주파수의 전자기파가 송출되게 한다.
이후에, 제어회로(80)는, 수신모드에서, 선택회로(60)로 하여금 임의의 하나(예를 들면, 상기 송신모드에서 선택된 하나)의, 또는 인접하거나 인접하지 않은 복수 개의(예를 들면, 상기 송신모드에서 선택된 복수 개의), 또는 전체의 코일측단(들)을 선택하게 하고, 선택된 코일측단에 연결된 송수신코일(20)로부터 생성되는 유도전압을 수신하고, 수신한 유도전압의 피크, 세기 및/또는 주파수를 분석하여, 해당 송수신코일(20)에 공진회로(R)가 어떻게 접근했는지 및/또는 접근한 공진회로(R)의 종류가 무엇인지를 식별한다.
한편, 복수의 송수신코일을 선택할 수 있는 회로 구성의 변형예로서, 복수의 송수신코일의 타단부들이 공통단을 구성하고, 제1선택회로(이 선택회로는 1개의 코일측단과 2개의 회로측단을 구비함)의 코일측단에 상기 공통단을 결합시키고, 제1선택회로의 각 회로측단에 출력회로와 수신회로를 결합시키고, 제2선택회로(이 선택회로는 송수신코일의 개수에 해당하는 복수의 코일측단을 구비하고, 1개의 회로측단을 구비함)의 상기 복수의 코일측단에 각각의 송수신코일의 일단부들을 결합시키고, 제2선택소자의 코일측단에 그라운드 또는 공통전압을 결합시킬 수도 있다.
도 9는, 복수의 송수신코일을 구비하는 경우에, 송수신코일들을 평면 상에 배치하는 예를 보여주는 도면이다. 복수의 송수신코일(20)을 구비하는 경우에는, 각 송수신코일의 위치에 대응하여 공진회로의 위치를 식별할 수 있기 때문에, 가능하면 송수신코일을 소형화하고 밀집배치하는 것이 바람직할 것이다. 이를 위하여, 본 예에서는, 소정 기판의 임의의 영역을 감지구역(A)으로 설정하고, 설정된 감지구역(A)을 구성하는 기판의 한쪽면에, 평면 팬케이크 형태로 다회 권취된 동일한 형태/크기의 송수신코일들을 밀집하게 배치하여 제1층의 송수신코일(21)을 구성하고 (도면에서는 좌측 상단으로부터 배치된 파란색 코일들에 해당함), 상기 기판의 다른쪽면 또는 또 하나의 기판의 한쪽면에 상기 송수신코일과 동일한 형태/크기의 송수신코일을 밀집하게 배치하여 제2층의 송수신코일(22)을 구성할 수 있다. 이때, 제2층의 송수신코일(22)은, 제1층에 배치된 송수신코일(21)들 사이의 빈 공간에 해당하는 위치에 배치되는 것이 바람직하다 (도면에서는 빨간색 코일로 표시됨).
이처럼 제1층의 송수신코일(21)과 제2층의 송수신코일(22)이, 권취된 중심이 서로 어긋나는 위치에 배치됨으로써, 공진회로의 위치를 검출하는 정확도 및 정밀도가 향상될 수 있다.
여기서, 송수신코일의 모양을 원형 팬케이크 형태인 것으로 도시하고 설명하였지만, 송수신코일은 도 3을 통해 언급한 바와 같이, 사각형 등의 다른 형태 또한 가능하다. 또한, 제1층의 송수신코일과 제2층의 송수신코일의 모양/배치밀도 등이 서로 다르게 구현되는 것도 가능하다.
도 10은 도 9와 같이 서로 어긋나게 배치된 제1층의 송수신코일 및 제2층의 송수신코일을 이용하여 공진회로의 위치를 검출하는 방식을 설명하는 도면이다. 송수신코일에 공진회로가 접근할 때에는, (송수신코일의 권취된 형태의 중심과 공진회로의 공진코일의 권취된 형태의 중심이 서로 동축으로 일치할 때 최대의 효율로 전자기유도가 발생할 것이므로,) 공진코일의 중심선으로부터 중심선이 가장 가까운 송수신코일에서 가장 큰 유도전압이 생성될 것이다.
도면에서는, 공진코일(L)의 중심과 제2층의 송수신코일 중 하나의 중심선이 가장 가까운 것을 보여주고 있다. 따라서, 해당하는 제2층의 송수신코일에서 측정되는 유도전압의 세기가 가장 크게 나타나고, 그 주변이 되는 다른 송수신코일들에서는 유도전압의 크기가 거리가 멀어질수록 작아지고 있다.
이러한 방식으로, 제1층의 송수신코일과 제2층의 송수신코일 중에서 유도전압의 세기가 가장 큰 송수신코일을 검출하고, 해당 송수신코일의 중심의 위치를 공진회로의 위치로 결정할 수 있을 것이다.
다른 방식으로, 서로 인접한 송수신코일들에서 측정되는 유도전압의 크기들의 크기 분포를 분석하여, 상기 인접한 송수신코일들의 중심들의 위치로 구성되는 공간의 내부의 임의의 지점을 공진회로의 위치로 결정할 수도 있을 것이다.
도 11 내지 도 14는, 공진회로를 포함하는 오브젝트를 구현하는 다양한 예를 보여준다. 복수의 송수신코일(20)이 형성된 기판이 보드의 형태로 제공되고, 이 보드의 표면은 오브젝트(OB)가 놓일 수 있도록 구현되며 감지구역(A)이 된다.
도 11(a)은 단일의 공진회로를 구비한 동전 형태의 마커(OB)를 도시한다. 원형으로 공진코일(L)이 배치되고, 공진회로(R1)의 형태를 단순화하기 위하여 공진코일(L)의 내측에 공진커패시터(C1)가 배치된 회로 형태를 볼 수 있다.
도 11(b)은 평판 형태의 오브젝트(OB)에 2개의 공진회로(R1, R2)가 배치될 수 있음을 보여준다. 공진회로들(R1 및 R2)은 동일한 공진주파수를 갖거나 서로 다른 공진주파수를 가질 수 있다.
도 12(a)는 판상의 육면체 형태의 오브젝트(OB)에 있어서 제1면과 그에 마주하는 제2면에 각각 다수 개의, 예를 들면, 6개씩의 공진회로(R)가 배열된 기판이 부착될 수 있음을 보여준다. 각 기판에 배열된 6개의 공진회로들은 모두 동일한 공진주파수를 갖거나 일부가 또는 전부가 서로 다른 공진주파수를 가질 수 있다. 이때, 제1면에 부착되는 기판의 공진회로들의 공진주파수와 제2면에 부착되는 기판의 공진회로들의 공진주파수는 서로 다른 배치를 가지는 것이 바람직하다. 이로써, 제어회로(80)는, 상기 오브젝트(OB)가 감지구역(A)의 어디에 놓여있고 또한 어느쪽 면이 바닥에 닿게 놓였는지를 식별할 수 있게 된다.
도 12(b)는 정육면체 형상의 오브젝트(OB)의 각 면에, 서로 다른 공진주파수를 갖는 공진회로를 배치하는 구조를 보여준다. 이러한 구조의 정육면체가 감지구역(A)에 놓이면, 제어회로(80)는 바닥에 닿은 면을 식별할 수 있으므로, 상기 정육면체는 주사위로 활용될 수 있다. 공진회로(R)를 배치하는 다른 방식으로, 한 면에 2개 이상의 공진회로를 서로 다른 배열로 배치함으로써, 제어회로(80)는 감지되는 공진회로의 개수 및 배열을 이용하여 각 면을 구별하는 구성 또한 가능할 것이다.
도 13은, 오브젝트에 누름 스위치를 구성하고, 누름 스위치의 조작여부를 식별할 수 있는 구조를 도시한다. 오브젝트(OB)의 바닥에는 임의의 공진회로(R)가 배치될 수 있으며, 사용자가 조작할 수 있는 누름 스위치는 추가커패시터(C2)를 공진회로(R)에 결합시킬 수 있는 스위칭소자로서 기능한다. 이러한 구조에서, 사용자가 오브젝트(OB)를 감지구역(A)에 놓으면, 제어회로(80)는, 감지구역(A)에 놓여진 오브젝트(OB)의 종류 및 위치를 식별하고, 추가로 사용자가 누름 스위치를 조작하면 그 조작을 감지할 수 있으므로, 오브젝트(OB)를 이용하는 추가 기능을 제공할 수 있게 한다.
이러한 오브젝트(OB)는, 예를 들면, 유아 교육용 블록일 수 있으며, 유아가 소정 형태를 갖는 블록을 여러 개를 동시에 감지구역(A)의 정해진 위치에 내려놓도록 하고, 특정의 블록을 선택하여 누름 스위치를 누르도록 안내하고, 안내된 블록이 정확하게 조작되었는지를 판단하여 교육용 게임을 진행하는 용도로 사용될 수 있을 것이다.
도 14는 오브젝트를 전자펜의 형태로 구현한 예를 보여준다. 전자펜의 팁 근방에 공진회로(R)의 공진코일(L)을 배치하고, 팁에 작용하는 필압에 의해 커패시턴스가 변하도록 가변커패시터(C2)를 배치하고, 전자펜을 사용하면서 사용자가 조작할 수 있는 누름 스위치에 또 하나의 추가커패시터(C3)를 연결한다. 이러한 구조에서는, 공진회로(R)의 기본적인 커패시터(C1)에 의해 전자펜의 위치가 식별될 수 있으며, 가변커패시터(C2)에 의해 변경되는 공진주파수에 의해 필압이 판정되고, 또 하나의 추가커패시터(C3)에 의해 변경되는 공진주파수에 의해 누름 스위치의 조작이 식별될 수 있게 된다.
도 15는 제1층 및 제2층으로 구성된 다수의 송수신코일을 구비한 감지 구역에 배치하고, 다양한 오브젝트를 식별하는 예를 보여주는 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이 서로 어긋나게 배치된 제1층 및 제2층의 송수신코일(21, 22)을 구비한 감지구역(A) 내에서, 다양한 방식으로 공진회로가 배열된 다양한 형태의 오브젝트(OB)가 감지될 수 있다.
본 발명에 따른 오브젝트의 위치 및 종류 식별 장치(100)는, 개별적인 송수신코일 단위로 공진회로를 검출할 수 있으므로, 동시에 복수 개의 송수신코일(20)에서 동시에 각각의 오브젝트(OB)를 검출하는 것이 가능하다 (단, 수신회로의 개수만큼의 동시 검출이 가능할 것이다).
추가로, 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 오브젝트의 위치 및 종류 식별 장치에 관하여, 특히 동작 원리를 도 16을 참조하여 설명한다. 여기서 설명하는 오브젝트의 위치 및 종류 식별 장치(100)는, 도 2 및/또는 도 8에 도시된 구성과 실질적으로 동일한데, 다만, 출력회로(40)에서 출력하는 교류전류의 주파수가 임의로 제어될 수 있다는 점 및 제어회로(80)가 수신된 유도전압의 주파수를 식별하지 않아도 된다는 점에서만 다르다. 여기서, 제어회로(80)는, 유도전압의 주파수를 식별하지 않는 대신에, 유도전압을 적분하는 기능 또는 유도전압의 피크를 검출할 수 있는 기능을 포함해야 한다.
본 실시예에서, 제어회로(80)는, 하나의 송수신코일(20)에 대하여, 송신모드와 수신모드를 2회 이상 반복할 수 있다. 이때, 반복되는 송신모드마다에서, 출력회로(40)를 통해 출력하는 교류전류의 주파수가 변경된다. 예를 들면, 첫번째 송신모드에서는 제1주파수(f1)의 교류전류를 출력하도록 하고, 이어서 첫번째 수신모드로 동작하고, 이후의 두번째 송신모드에서 제2주파수(f2)의 교류전류를 출력하도록 하고, 이어서 두번째 수신모드로 동작하고, 이후의 세번째 송신모드에서 제3주파수(f3)의 교류전류를 출력하도록 하고, 이어서 세번째 수신모드로 동작한다.
제어회로(80)는, 각 수신모드에서, 수신되는 유도전압의 피크 또는 세기를 측정할 수 있다. 바람직하게는, 유도전압을 소정 시간 동안 또는 수신모드 동안 적분하여 적분출력을 생성할 수 있다.
복수 회의 송신모드-수신모드로 동작한 후, 각 수신모드에서 수신된 유도 전압의 피크 또는 세기 또는 적분출력이 가장 큰 경우를 판정하고, 그 때의 교류전류의 주파수를 알아내고, 결정된 주파수를 지금 송수신코일에 접근한 공진회로의 주파수라고 결정할 수 있다.
도 16은, 공진회로의 공진주파수가 제2주파수(f2)와 동일하거나 거의 동일한 경우를 가정하여, 상기한 방식으로 공진주파수를 검출하는 방법을 설명한다.
도 16(a)에서, 송신모드에서, 제1주파수(f1)의 교류전류가 인가되면, 송수신코일(20)로부터 제1주파수(f1)의 전자기파가 송출된다. 오브젝트의 공진회로(R)는 제1주파수(f1)에 대응하여 공진한다.
수신모드에서 교류전류의 출력이 중단되면, 오브젝트의 공진회로(R)는 자체의 공진주파수(여기서는, 제2주파수(f2)일 수 있음)에 해당하는 전자기파를 송출하게 되고, 송수신코일(20)에서는 제2주파수(f2)의 유도전압이 생성된다.
생성된 유도전압은 적분되어 맨 아래 그래프와 같은 낮은 적분출력을 나타낸다.
도 16(b)에서, 송신모드에서, 출력회로(40)를 통해 제2주파수(f2)의 교류전류가 출력되면, 송수신코일(20)로부터 제2주파수(f2)의 전자기파가 공중으로 송출되고, 공진회로(R)는 제2주파수(f2)로 공진한다.
수신모드에서, 공진회로(R)는 역시 제2주파수(f2)의 전자기파를 송출하게 되며, 송출된 제2주파수(f2)의 전자기파에 의해 송수신코일(20)에서는 제2주파수(f2)의 유도전압이 생성된다.
생성된 유도전압은 적분되어 맨 아래 그래프와 같은 상당히 높은 적분출력을 나타낸다.
도 16(c)에서, 송신모드에서, 출력회로(40)를 통해 제3주파수(f3)의 교류전류가 출력되면, 송수신코일(20)로부터 제3주파수(f3)의 전자기파가 공중으로 송출되고, 공진회로(R)는 제3주파수(f3)로 공진한다.
수신모드에서, 공진회로(R)는 자체의 공진수파수인 제2주파수(f2)를 갖는 전자기파를 송출하게 될 것이다. 송출된 제2주파수(f2)의 전자기파에 의해, 송수신코일(20)에서도 제2주파수(f2)의 유도전압이 생성될 것이다.
생성된 유도전압은 적분되어 맨 아래 그래프와 같은 비교적 낮은 적분출력을 나타낸다.
이렇게 3회의 송신모드-수신모드로 동작한 후에는, 적분출력이 가장 큰 경우를 알아낼 수 있다. 도 16을 참조하면, 제2주파수(f2)의 교류전류를 출력한 경우에 가장 큰 적분출력을 얻을 수 있었으므로, 지금 송수신코일에 접근한 오브젝트의 공진회로는 공진주파수가 제2주파수(f2)라고 간주될 수 있다.
만일, 공진주파수가 제1주파수(f1)와 같거나 가까운 경우에는, 제1주파수(f1)의 교류전류를 출력한 경우에 최대의 적분출력이 나타날 것이다.
이러한 방식으로, 지금 송수신코일에 접근한 오브젝트의 공진주파수를 식별함으로써, 해당 오브젝트를 구별할 수 있다.
또한, 도 8과 같이, 복수 개의 송수신코일을 적용한 경우에도, 각 송수신코일마다 송신모드-수신모드로 복수 회 반복시킴으로써, 각 송수신코일마다 어떤 공진회로가 접근하였는지 알 수 있으며, 이로써, 전술한 바와 같은 다양한 응용이 가능할 것이다.
본 실시예의 다른 방식으로서, 하나의 송수신코일에서 복수 회의 송신모드-수신모드 반복을 수행하지 않고, 단 1회 또는 최소 반복으로 공진회로를 구별하는 방식도 고려할 수 있다.
즉, 임의의 주파수를 갖는 교류전류를 이용하여 전자기파를 송출하고, 수신되는 전자기파에 의해 생성된 유도전압으로부터 적분 출력을 생성하고, 생성된 적분출력이 소정의 기준값 이상인 경우에, 상기 임의의 주파수가 공진회로의 공진주파수와 일치하였다고 판정하는 방식이 고려될 수 있다.
또한, 다른 방식으로서, 일정한 제1주파수의 전자기파를 송출한 후 수신되는 전자기파의 주파수를 분석하여 오브젝트를 구별하는 방법과, 송출하는 전자기파의 주파수를 변경하여 수신되는 전자기파의 세기를 분석하여 오브젝트를 구별하는 방법을 서로 조합하는 것도 고려될 수 있다.

Claims (9)

  1. 도선이 평면 소용돌이 형태로 동심다회권취된 형태의 동일한 크기 및 형태를 가지며, 기판의 제1면에 단층으로 가로 방향 및 세로 방향으로 격자형태로 배열된 복수의 송수신코일들;
    상기 복수의 상기 송수신코일들의 일단부들이 연결된 코일측단과 제1 및 제2 회로측단을 구비하며, 상기 복수의 송수신코일들의 상기 일단부들을 하나씩 또는 복수 개씩 선택하여 상기 제1회로측단 및 상기 제2회로측단 중 하나에 선택적으로 결합시키는 선택회로;
    상기 제1회로측단에 제1주파수의 교류전류를 인가하도록 구성된 출력회로;
    상기 제2회로측단에 걸리는 유도전압을 수신하는 수신회로; 및
    송신모드에서는 상기 출력회로를 상기 복수의 송수신코일들 중 적어도 하나의 상기 일단부들에 결합시키고 그리고 수신모드에서는 상기 수신회로를 상기 복수의 송수신코일들 중 적어도 하나의 상기 일단부들에 결합시키도록 상기 선택회로의 동작을 제어하고, 상기 송신모드에서는 상기 제1주파수의 교류전류를 상기 제1회로측단에 인가하게끔 상기 출력회로를 제어하고, 상기 수신모드에서는 상기 수신회로가 수신하는 상기 유도전압의 피크 또는 세기를 각각의 송수신코일들마다 분석함으로써, 적어도 하나의 공진회로들을 구비한 오브젝트 - 각각의 상기 공진회로는, 상기 송신모드에서는 상기 송수신코일에서 송출되는 상기 제1주파수의 전자기파에 공진하여 에너지를 생성하고 그리고 상기 수신모드에서 상기 제1주파수의 전자기파의 송출이 중단되면 상기 생성된 에너지에 의해 자체의 공진주파수를 갖는 전자기파를 송출하도록 구성됨 - 의 각각의 상기 공진회로들이 상기 복수의 송수신코일들 중 어느 것의 근방에 접근하였는지를 판단하는 제어회로를 포함하는, 오브젝트의 위치 및 종류 식별 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 오브젝트는,
    공진주파수가 상기 제1주파수와 동일하게끔 설계된, 적어도 하나의 제1공진코일과 적어도 하나의 제1공진커패시터를 포함하는 제1공진회로; 및
    공진주파수가 상기 제1주파수와는 다른 제2주파수로 설계된, 적어도 하나의 제2공진코일과 적어도 하나의 제2공진커패시터를 포함하는 제2공진회로를 포함하고 - 상기 제1공진회로와 상기 제2공진회로는 상기 오브젝트 내에 미리설정된 배열로 배치되어 있음 -,
    상기 제어회로는,
    상기 복수의 송수신코일의 하나씩으로부터 수신되는 유도전압의 피크 또는 세기를 분석한 결과로부터 상기 제1주파수 또는 상기 제2주파수를 식별한 결과들을 분석하여, 상기 제1공진회로와 상기 제2공진회로의 위치들을 판단하고,
    상기 복수의 송수신코일들의 격자형태의 배열에서의 상기 제1공진회로와 상기 제2공진회로의 배치에 근거하여 상기 오브젝트의 종류를 식별하는 것을 특징으로 하는, 오브젝트의 위치 및 종류 식별 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 송수신코일들 각각의 타단부들은 공통전압에 결합되는 것을 특징으로 하는, 오브젝트의 위치 및 종류 식별 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 송수신코일들은, 상기 기판의 제1면에 가로 및 세로 방향으로 격자형태로 배열된 제1층의 송수신코일들과, 상기 기판의 제2면에 가로 및 세로 방향으로 격자형태로 배열된 제2층의 송수신코일들을 구비하고,
    상기 제1층의 송수신코일들과 상기 제2층의 송수신코일들은 중심들이 서로 어긋나게 중첩되도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 오브젝트의 위치 및 종류 식별 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어회로는,
    상기 송신모드에서, 상기 복수의 송수신코일들의 전부를 동시에 상기 출력회로에 결합시킴으로써, 상기 복수의 송수신코일들의 전부에서 동시에 상기 제1주파수의 전자기파를 송출하도록 하고,
    상기 수신모드에서, 상기 복수의 송수신코일들 중 서로 인접하지 않은 적어도 2개의 송수신코일들을 동시에 선택하여 각각의 유도전압들을 분석하는 것을 특징으로 하는, 오브젝트의 위치 및 종류 식별 장치.
  7. 삭제
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1공진회로 및 상기 제2공진회로 중 적어도 하나의 상기 공진커패시터는,
    외부로부터 작용하는 물리력에 의해 커패시턴스가 변경되는 가변커패시터, 또는, 상기 물리력에 의해 스위칭되어 상기 공진커패시터에 직렬 또는 병렬로 연결되는 추가 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 오브젝트의 위치 및 종류 식별 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어회로는, 상기 복수의 송수신코일들 중 적어도 하나에 대하여, 상기 송신모드와 상기 수신모드를 복수 회 반복하도록 구성되고,
    매 반복시마다, 상기 송신모드에서 상기 출력회로에서 서로 다른 주파수의 교류 전류를 출력하게 하여 상기 복수의 송수신코일들 중 적어도 하나로부터 서로 다른 주파수의 전자기파가 송출되도록 하고, 상기 수신모드에서 수신되는 유도전압의 피크 또는 세기를 분석하여, 상기 적어도 하나의 송수신코일에 접근한 상기 공진회로의 공진주파수를 상기 교류전류의 서로 다른 주파수 중에서 결정함으로써, 상기 공진회로를 식별하는 것을 특징으로 하는, 오브젝트의 위치 및 종류 식별 장치.
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