KR102557932B1 - 상대 위치 검출 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

상대 위치 검출 장치는, 포터블 기기로부터 발신된 신호를 수신하는 제1 및 제2 수신부; 제1 수신부에 의하여 수신된 제1 신호의 세기와 제2 수신부에 의하여 수신된 제2 신호의 세기에 기초하여 포터블 기기가 위치하는 위치 및 포터블 기기가 지시하는 방향을 판단하는 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서는 제1 신호의 세기와 제2 신호의 세기 사이의 합에 기초하여 포터블 기기가 위치하는 위치를 판단하고, 제1 신호의 세기와 제2 신호의 세기 사이의 차이에 기초하여 포터블 기기가 지시하는 방향을 판단할 수 있다.

Description

상대 위치 검출 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING RELATIVE POSITION}
상대 위치 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 전자 기기 주변에 위치하는 포터블 기기의 상대적인 위치를 검출하도록 마련된 상대 위치 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
전자 기기는 종종 사용자나 주변 환경과의 인터렉션을 위해 인접한 공간 내에 존재하는 사용자의 위치나 사물의 위치 또는 방향을 검출할 필요가 있다.
종래 일반 사물의 위치와 자세를 감지하는 방법 중 하나로 RGB 카메라와 함께 적외선을 투사하고 주변 사물에서 반사되는 적외선 영상을 바탕으로 깊이(Depth) 정보를 감지하는 센서를 활용하는 방법이 제안 된 바 있다.
한편, 일반 사물이 아닌 원격 제어 장치나 사용자 단말과 같은 포터블 기기의 상대적인 위치와 자세를 감지하는 방법으로는 거치된 전자 기기는 신호를 송출하며 포터블 기기가 이를 센싱하여 상대적인 위치와 자세를 감지하는 방법과, 전자 기기에서 신호를 송출하면 이를 감지한 포터블 기기가 응답 신호를 송출하고 전자기기는 응답 신호의 도착 시간을 이용해 기기간의 거리를 알아내는 방법 등이 제안된 바 있다.
일 측면은 포터블 기기에서 송출하는 신호를 전자기기에서 감지하여 전자 기기와 포터블 기기의 상대적인 위치를 검출하도록 마련된 상대 위치 검출 장치 및 방법을 제공한다.
일 측면에 따른 상대 위치 검출 장치는, 포터블 기기로부터 발신된 신호를 수신하는 제1 및 제2 수신부; 상기 제1 수신부에 의하여 수신된 제1 신호의 세기와 상기 제2 수신부에 의하여 수신된 제2 신호의 세기에 기초하여 상기 포터블 기기가 위치하는 위치 및 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 판단하는 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기 사이의 합에 기초하여 상기 포터블 기기가 위치하는 위치를 판단하고, 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기 사이의 차이에 기초하여 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 판단할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 각각의 포락선의 최대값을 이용하여 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 각각의 세기를 판단할 수 있다.
상기 프로세서는 괴첼 알고리즘(Goertzel algorithm)을 이용하여 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 각각의 세기를 판단할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기 사이의 합과 상기 제1 수신부와 상기 제2 수신부 사이의 거리에 기초하여 상기 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리를 판단할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리와 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기의 차이에 기초하여 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 판단할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리와 상기 포터블 기기가 지시하는 방향에 기초하여 상기 상대 위치 검출 장치에 대한 상기 포터블 기기의 상대적인 위치를 판단할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 포터블 기기로부터 발신된 신호의 세기의 패턴과 상기 제1 및 제2 수신부에 의하여 수신된 신호의 세기에 기초하여 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 판단할 수 있다.
상기 포터블 기기로부터 발신된 신호의 세기는 상기 포터블 기기가 지시하는 방향에서 최대의 세기를 가지며, 상기 상기 포터블 기기가 지시하는 방향으로부터 멀어질수록 상기 포터블 기기로부터 발신된 신호의 세기는 감소할 수 있다.
상기 제1 및 제2 수신부 각각은 상기 포터블 기기로부터 발신된 광을 수신하거나 상기 포터블 기기로부터 발신된 RF (Radio Frequency) 신호를 수신할 수 있다.
일 측면에 따른 상대 위치 검출 방법은, 제1 및 제2 수신부를 통하여 포터블 기기로부터 발신된 신호를 수신하고; 상기 제1 수신부에 의하여 수신된 제1 신호의 세기와 상기 제2 수신부에 의하여 수신된 제2 신호의 세기 사이의 합에 기초하여 상기 포터블 기기가 위치하는 위치를 판단하고; 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기 사이의 차이에 기초하여 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 판단하는 것을 포함할 수 있다.
상기 상대 위치 검출 방법은 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 각각의 포락선의 최대값을 이용하여 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 각각의 세기를 판단하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 상대 위치 검출 방법은 괴첼 알고리즘(Goertzel algorithm)을 이용하여 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 각각의 세기를 판단하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 상대 위치 검출 방법은 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기 사이의 합과 상기 제1 수신부와 상기 제2 수신부 사이의 거리에 기초하여 상기 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리를 검출하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 상대 위치 검출 방법은 상기 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리와 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기 사이의 차이에 기초하여 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 검출하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 상대 위치 검출 방법은 상기 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리와 상기 포터블 기기가 지시하는 방향에 기초하여 상기 상대 위치 검출 장치에 대한 상기 포터블 기기의 상대적인 위치를 검출하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 상대 위치 검출 방법은 상기 포터블 기기로부터 발신된 신호의 세기의 패턴과 상기 제1 및 제2 수신부에 의하여 수신된 신호의 세기에 기초하여 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 검출하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 포터블 기기로부터 발신된 신호의 세기는 상기 포터블 기기가 지시하는 방향에서 최대의 세기를 가지며, 상기 상기 포터블 기기가 지시하는 방향으로부터 멀어질수록 상기 포터블 기기로부터 발신된 신호의 세기는 감소할 수 있다.
상기 제1 및 제2 수신부 각각은 상기 포터블 기기로부터 발신된 광을 수신하거나 상기 포터블 기기로부터 발신된 RF (Radio Frequency) 신호를 수신할 수 있다.
일 측면에 따른 상대 위치 검출 장치는, 제1 및 제2 수신부; 프로세서; 상기 프로세서가 상기 제1 수신부에 의하여 포터블 기기로부터 수신된 제1 신호의 세기와 상기 제2 수신부에 의하여 상기 포터블 기기로부터 수신된 제2 신호의 세기에 기초하여 상기 포터블 기기가 위치하는 위치 및 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 판단하기 위한 명령어들을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다.
상기 메모리는, 상기 프로세서가 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기 사이의 합과 상기 제1 수신부와 상기 제2 수신부 사이의 거리에 기초하여 상기 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리를 판단하고, 상기 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리와 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기의 차이에 기초하여 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 판단하고, 상기 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리와 상기 포터블 기기가 지시하는 방향에 기초하여 상기 상대 위치 검출 장치에 대한 상기 포터블 기기의 상대적인 위치를 판단하기 위한 명령어들을 더 저장할 수 있다.
일 측면에 따르면, 포터블 기기에서 송출하는 신호를 전자기기에서 감지하여 전자 기기와 포터블 기기의 상대적인 위치를 검출하도록 마련된 상대 위치 검출 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 위치 검출 장치의 사용 예를 도시한 도면이다.
도 2는 포터블 기기에 마련된 송신 모듈의 제어 블록도 이다.
도 3a는 RF 안테나의 구조 및 RF 신호의 방사 패턴의 예를 도시한 도면이다.
도 3b는 발광 다이오드의 종류별 방사 특성을 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 상대 위치 검출 장치의 제어 블록도 이다.
도 5는 트랜스 임피던스 증폭기의 구성 예를 도시한 도면이다.
도 6은 포락선 검출기를 통해 검출한 포락선 검출 예를 도시한 도면이다.
도 7은 괴첼 알고리즘(Goertzel algorithm)의 개념도 이다.
도 8은 전자 기기에 네 개의 수신 모듈을 장착한 시스템 구성을 도시한 도면이다.
도 9는 도 8의 시스템에서 포터블 기기의 송신 모듈 및 상대 위치 검출 장치의 신호 흐름 및 동작 원리를 도시한 도면 이다.
도 10은 신호 생성기의 광 신호 생성 예를 도시한 도면이다.
도 11은 전력 소모를 고려한 신호 생성기의 광 신호 생성 예를 도시한 도면이다.
도 12는 적외선 발광 다이오드의 방사 특성의 일 예를 도시한 것이다.
도 13은 필터 및 증폭부의 출력 신호 예를 도시한 도면이다.
도 14는 신호 세기 검출을 위한 괴첼 알고리즘을 나타낸 도면이다.
도 15는 괴첼 알고리즘의 연산 결과를 도시한 도면이다.
도 16은 도 8에 도시된 시스템의 X 방향에 대한 시스템 모델을 도시한 도면이다.
도 17은 거리와 측정 신호 세기의 관계를 도시한 그래프이다.
도 18은 수직 거리에 대해 상대 각도와 측정 신호 세기 간 관계를 도시한 그래프 이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시 예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시 예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재'라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시 예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재'가 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
개시된 발명은 상대 위치 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 전자 기기 주변에 위치하는 포터블 기기의 상대적인 위치를 검출하도록 마련된 상대 위치 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
전자 기기 주변에 위치하는 포터블 기기의 상대적인 위치를 감지하는 방법은 크게 세 가지로 나뉘는데, 먼저, 거치된 전자 기기는 신호를 송출하고 포터블 기기가 이를 센싱하여 상대적인 위치와 자세를 감지하는 방법이 제안된 바 있다. 이와 같은 방법은 배터리로 구동되는 포터블 기기가 상시적으로 신호를 기다려야 하기 때문에 전력 소모가 많아 기기의 사용 시간을 단축시키고, 감지된 결과를 다시 전자기기로 송신해야 하기 때문에 추가적인 통신 방법이 필요할 뿐 아니라, 감지 결과를 인터랙션에 활용할 경우 지연 시간이 발생한다는 문제가 있다.
전자기기간의 상대 위치를 감지하는 두 번째 방법으로, 전자 기기에서 신호를 송출하면 이를 감지한 포터블 기기가 응답 신호를 송출하고 전자 기기는 응답 신호의 도착 시간을 이용해 기기간의 거리를 알아내는 방법이 제안된 바 있다. 이와 같은 방법은 실제 위치 감지 오차가 크기때문에 이동 로봇의 실내 위치 측위 등에 사용될 뿐 기기간 인터랙션에 적용하기에는 한계가 있다.
전자기기간의 상대 위치를 감지하는 세 번째 방법으로, 포터블 기기에서 위치 및 자세 감지가 필요한 순간에 신호를 송출하고, 전자 기기에서 감지한 신호를 바탕으로 포터블 기기의 위치와 상대적인 자세를 감지하는 방법이 제안된 바 있다. 이와 같은 방법은 불필요한 전력 소모를 예방하는 등의 장점을 가지는 반면, 포터블 기기가 가리키는 화면 상의 위치만 감지 가능하므로 사용 가능한 사용자 인터랙션이 제한적이며, 터치스커린 기능과 포터블 기기가 가리키는 방향을 감지하는 기능이 동일한 광 센서를 통해 이루어지므로 상황에 따라 다른 방식의 터치 스크린이 적용될 경우 방향감지 기능의 적용이 어렵다는 한계가 있다.
개시된 발명은 이러한 문제에 대응하기 위한 것으로, 이하, 이해를 돕기 위해 개시된 발명에 따른 상대 위치 검출 장치가 적용되는 예에 대해 간단하게 설명한 후 개시된 발명에 따른 상대 위치 검출 장치 및 방법에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 상대 위치 검출 장치의 사용 예를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일 실시 예에 따른 상대 위치 검출 장치(200)는 TV나 전자 칠판과 같은 전자 기기(10)에서 전자 펜과 같은 포터블 기기(100)를 활용한 사용자 인터렉션을 제공하는 과정에 적용될 수 있다.
보다 상세하게, 상대 위치 검출 장치(200)는 전자 기기(10) 내부에 설치되어 포터블 기기(100)로부터 송신된 신호를 감지하고, 감지된 신호에 기초하여 기기들 간의 상대적인 위치 및 방향을 산출하도록 마련될 수 있다. 전자 기기(10)는 포터블 기기(100)의 전자 기기(10)에 대한 산출 결과를 수신하여 전자 기기(10)에서 포터블 기기(100)를 활용한 사용자 인터렉션을 제공할 수 있다.
전자 기기(10)는 다양한 형태로 마련될 수 있고, 설치되는 위치에 제한을 받지 않는다. 예를 들어, 전자 기기(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 벽에 고정 가능한 벽걸이 형태로 마련될 수 있으며, 실시 예에 따라 스탠딩 형태로 마련될 수 있다.
전자 기기(10)는 적어도 하나의 디스플레이 패널로 마련된 TV, 컴퓨터 모니터, 비디오 월(video wall), 전자 칠판, 싸이니지 등으로 구현될 수 있으며, 실시 예에 따라 복수의 디스플레이 패널이 매트릭스 형태로 배치됨으로써 대 화면의 스크린을 형성하는 방식으로 구현될 수도 있다.
전자 기기(10)는 내장된 어플리케이션의 실행을 통해 전자 칠판으로 동작하도록 마련될 수 있다. 실시 예에 따라 전자 기기(10)가 TV로 구현되는 경우 전자 기기(10)는 미리 설정된 모드가 수행되거나 또는 메모리에 저장된 애플리케이션이 활성화된 경우 전자 칠판으로서 동작될 수 있다.
전자 기기(10)의 전면에 마련된 디스플레이 패널에는 복수의 그래픽 오브젝트가 표시될 수 있다. 그래픽 오브젝트는 동영상, 그림, 사진뿐만 아니라 애플리케이션 실행 창과 같이 디스플레이 패널에 시각적으로 표시될 수 있는 모든 컨텐츠를 포함할 수 있다.
전자 기기(10)는 사용자로부터 디스플레이 패널에 터치 명령을 입력 받거나 전자 펜과 같은 포터블 기기(100)로부터 터치 명령을 입력 받도록 마련될 수 있다.
보다 상세하게, 전자 기기(10)는 포터블 기기(100)로부터 디스플레이 패널에 대한 터치 명령이 수신되면, 포터블 기기(100)의 선단으로부터 발생하는 전자기장을 연속적으로 감지함으로써 포터블 기기(100)에 의해 터치된 전자 기기(10) 상의 좌표를 연속적으로 산출할 수 있으며, 디스플레이 패널의 산출된 좌표에 미리 설정된 영상 또는 그래픽을 표시할 수 있다.
예를 들어, 사용자는 포터블 기기(100)를 디스플레이 패널에 터치하는 방식으로 A, B, C와 같은 문자(11a)를 입력하거나, 선(11b)을 입력하거나, 동그라미와 같은 도형(11c)을 입력할 수 있다. 이외에도 사용자는 포터블 기기(100)를 디스플레이 패널에 터치하는 방식으로 다양한 명령을 입력할 수 있다.
전자 기기(10)는 디스플레이 패널의 전면에서 행해지는 포터블 기기(100)의 포인팅 명령을 입력 받도록 마련될 수 있다. 여기서 포인팅 명령이란 전자 펜과 같은 포터블 기기(100)를 활용하여 디스플레이 패널의 특정 지점을 가리키는 동작에 의해 입력되는 명령을 의미한다.
보다 상세하게, 포터블 기기(100)가 디스플레이 패널의 특정 지점을 가리키는 경우, 전자 기기(10)에 설치된 상대 위치 검출 장치(200)는 포터블 기기(100)로부터 송신되는 신호에 기초하여 디스플레이 패널에 대한 포터블 기기(100)의 상대 위치 및 방향을 산출할 수 있다. 이하, 본 명세서에서 포터블 기기(100)의 상대 위치 및 방향을 산출한다는 뜻은, 포터블 기기(100)의 기준 점의 위치 및 방향을 산출하는 것을 의미한다. 여기서, 포터블 기기(100)의 기준점은 송신 모듈의 위치 및 방향, 보다 구체적으로 송신 모듈에 포함된 신호 송신기의 신호 송신 지점 및 방향을 의미할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
이어서, 상대 위치 검출 장치(200)는, 디스플레이 패널의 여러 지점들 중 포터블 기기(100)가 포인팅하는 지점의 좌표를 산출할 수 있으며, 결과적으로 전자 기기(10)는 상대 위치 검출 장치(200)의 신출된 디스플레이 패널의 좌표에 미리 설정된 영상 또는 그래픽을 표시할 수 있다.
예를 들어, 사용자는 디스플레이 패널의 전면으로부터 일정 거리 이격된 지점에서 포터블 기기(100)로 디스플레이 패널을 포인팅하는 방식으로 A, B, C와 같은 문자(11a) 주위에 포인팅 마크(P)를 입력할 수 있다. 이외에도 사용자는 포터블 기기(100)로 디스플레이 패널의 원하는 지점을 포인팅하는 방식으로 원하는 지점에 포인팅 마크(P)를 입력할 수 있다.
이와 같이, 전자 기기(10)는 전자 칠판으로 기능함으로써 디스플레이 패널에 다양한 그래픽을 표시할 수 있고, 포터블 기기(100)의 터치 입력에 대응하는 다양한 그래픽 오브젝트를 표시할 수 있고, 포터블 기기(100)의 포인팅 위치를 표시할 수 있으며, 실시 예에 따라 포터블 기기(100)의 터치 입력에 대응하는 다양한 기능을 수행할 수 있다.
이하, 포터블 기기(100)의 전자 기기(10)에 대한 상대 위치 검출이 가능하도록 마련된 상대 위치 검출 장치 및 방법에 대해 보다 상세하게 설명하도록 한다.
개시된 발명에 따른 상대 위치 검출 장치 및 방법은 포터블 기기(100)의 전자 기기(10)에 대한 상대 위치 검출이 가능하도록 마련된 장치 및 방법 뿐만 아니라, 상대 위치 검출 장치(200)의 구성 요소 중 하나인 수신부의 설치 위치에 따라 포터블 기기(100)의 미리 설정된 기준 면에 대한 상대 위치 검출이 가능하도록 마련된 장치 및 방법을 포함하는 개념일 수 있다. 여기서, 기준 면은 포터블 기기의 상대 위치 검출의 기준이 되도록 임의로 설정된 가상의 면을 의미한다. 예를 들어, 후술하는 바와 같이 제 1, 2 수신부의 설치 위치에 대해 포터블 기기의 상대 위치를 검출하는 경우, 기준 면은 제 1, 2 수신부 사이에 임의로 설정된 가상의 면을 의미할 수 있다.
이하, 이해를 돕기 위해 개시된 발명에 따른 상대 위치 검출 장치(200)가 포터블 기기(100)의 전자 기기(10)에 대한 상대 위치를 검출하도록 마련된 경우를 전제로 발명의 실시 예를 설명하도록 한다.
개시된 발명에 따른 상대 위치 검출 장치(200)는 포터블 기기(100)에 설치된 송신 모듈로부터 송신된 신호에 기초하여 포터블 기기(100)의 전자 기기(10)에 대한 상대 위치를 검출하도록 마련된다. 따라서, 이해를 돕기 위해 포터블 기기(100)에 마련된 송신 모듈의 제어 구성에 대해 먼저 설명하고, 상대 위치 검출 장치(200)의 제어 구성에 대해 설명하도록 한다.
후술하는 도면 및 관련 설명 부분에서는 포터블 기기(100)의 송신 모듈이 상대 위치 검출 장치(200)와 구별되도록 도시 및 설명 하였으나 이는 설명의 편의를 위한 것으로 송신 모듈이 상대 위치 검출 장치(200)의 구성 요소로서 포함될 수 있음은 물론이다.
도 2는 포터블 기기에 마련된 송신 모듈의 제어 블록도 이다.
도 2에 도시된 바를 참조하면, 포터블 기기(100)는 포터블 기기(100)의 전자 기기(10)에 대한 상대 위치 및 방향을 감지하기 위한 신호를 송신하도록 마련된 송신 모듈(110)을 포함한다.
송신 모듈(110)은 시스템 고유의 신호를 생성하는 신호 생성기(140), 적용된 신호의 종류에 따라 생성된 신호를 전기적 신호로 변환하는 트랜시버(150), 변환된 전기적 신호를 송신하는 신호 송신부(160) 및 송신 모듈(110)의 전반적인 동작을 제어하는 제어부(130)를 포함할 수 있으며, 실시 예에 따라 사용자의 사용 의도를 감지하기 위한 센서부(120)를 더 포함할 수 있다. 이하, 후술하는 상대 위치 검출 장치(200)의 제어 구성과의 구별을 위해 송신 모듈(110)의 제어부(130)를 제 1 제어부(130)로 지칭하도록 한다.
신호 생성기(140)는 제 1 제어부(130)의 제어에 따라 시스템 고유의 신호를 생성하고, 생성된 신호를 트랜시버(150)로 전송한다. 신호 생성기(140)는 제 1 제어부(130)의 제어에 따라 RF 신호 또는 광 신호를 생성하고, 생성된 신호를 트랜시버(150)로 전송할 수 있다.
트랜시버(150)는 신호 생성기(140)로부터 전달 받은 신호를 전기적 신호로 변환하도록 마련된다. 트랜시버(150)는 적용된 신호의 종류에 따라 RF 트랜시버, 광 트랜시버 등으로 구현될 수 있다.
신호 송신부(160)는 특정 패턴으로 신호를 송신하도록 마련된 패턴 신호 송신기를 포함하는 개념일 수 있다. 여기서, 특정한 패턴이란 포터블 기기(100)가 가리키는 방향으로 최대의 세기를 가지며, 각도가 증가함에 따라 신호 세기가 감소하는 패턴을 의미할 수 있다.
이러한 신호 송신기의 종류로는 지향성 라디오 주파수(RF) 안테나 및 발광 다이오드(LED; Light Emitting Diode; LED) 중 적어도 하나가 사용될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 각각의 신호 송신기의 특성에 대해 살펴보도록 한다.
도 3a는 RF 안테나의 구조 및 RF 신호의 방사 패턴의 예를 도시한 도면이다.
도 3a를 참조하면, RF 안테나는 0ㅀ에서 가장 큰 신호가 송신되며, 각도 증가에 따라 신호 세기와 신호 세기 감소분이 모두 단조 감소(monotonically decreasing)하도록 마련된 RF 안테나를 사용할 수 있다. 도 3a에서는 설명의 편의상 RF 안테나의 예로 4x4 패치 어레이 안테나를 도시하였으나, RF 안테나의 종류가 이에 제한되는 것은 아니며 단조 감소하는 빔 패턴을 갖는 다른 종류의 RF 안테나가 사용될 수 있음은 물론이다. RF 안테나가 신호 송신기로 사용될 경우 트랜시버(150)는 RF 안테나를 구동하는 RF 트랜시버로 구현할 수 있다.
도 3b는 발광 다이오드의 종류별 방사 특성을 도시한 도면이다.
개시된 발명에서는 0ㅀ에서 가장 큰 신호가 송신되며, 각도 증가에 따라 신호 세기와 신호 세기 감소분이 모두 단조 감소(monotonically decreasing)하도록 마련된 신호 송신기를 사용하도록 할 수 있다. 도 3b에서는 이러한 빔 패턴을 갖는 신호 송신기의 예로 평면형 발광 다이오드(Planer LED), 반구형 발광 다이오드(Semispherical LED) 및 포물선형 발광 다이오드 (Parabokic LED)를 도시하였으나, 신호 송신기의 예가 도 3b의 예에 제한되는 것은 아니며 단조 감소하는 빔 패턴을 갖는 다른 종류의 신호 송신기가 사용될 수 있음은 물론이다. 발광 다이오드가 신호 송신기로 사용될 경우 트랜시버(150)는 발광 다이오드를 구동하는 광 트랜시버로 구현할 수 있다.
제 1 제어부(130)는 송신 모듈(110)의 전반적인 동작 및 송신 모듈(110)의 내부 구성요소들 사이의 신호 흐름을 제어하고 데이터를 처리하는 기능을 수행한다.
제 1 제어부(130)는 프로세서, 송신 모듈(110)의 제어를 위한 제어 프로그램이 저장된 롬(ROM) 및 송신 모듈(110)의 외부에서부터 입력되는 신호 또는 데이터를 저장하거나 송신 모듈(110)에서 수행되는 다양한 작업에 대응되는 저장 영역으로 사용되는 램(RAM)을 포함할 수 있다.
제 1 제어부(130)는 일정 시간 간격 또는 미리 설정된 조건을 만족하는 경우 신호 생성기(140)를 활성화하거나 비활성화하도록 제어 신호를 출력할 수 있다.
예를 들어, 제 1 제어부(130)는 센서부(120)로부터 수신된 센서 값 정보에 기초하여 사용자의 의도를 감지하고 신호 생성기(140)를 활성화하거나 비활성화 하도록 제어 신호를 출력할 수 있다.
센서부(120)는 터치 센서, 모션 센서 및 파지 감지 센서 중 적어도 하나로 마련될 수 있으며, 각각의 센서들의 동작 원리를 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 터치 센서는 사용자의 터치 입력을 수신하여 센서 값을 생성하고, 생성된 센서 값을 제 1 제어부(130)로 출력한다. 제 1 제어부(130)는 터치 센서로부터 수신된 센서 값 정보에 기초해 신호 생성기(140)를 활성화하도록 제어 신호를 출력할 수 있다.
모션 센서는 포터블 기기(100)의 움직임을 감지하여 센서 값을 생성하고, 생성된 센서 값을 제 1 제어부(130)로 출력한다. 제 1 제어부(130)는 모션 센서로부터 수신된 센서 값 정보에 기초해 신호 생성기(140)를 활성화하도록 제어 신호를 출력할 수 있다.
파지 감지 센서는 사용자가 포터블 기기(100)를 사용하기 위해 포터블 기기(100)를 파지하는 경우 사용자의 파지 상태를 감지하도록 마련된다. 파지 감지 센서는 포터블 기기(100)의 파지부에 설치된 정전 용량 센서 또는 복수 개의 터치 센서로 구현될 수 있다. 파지 감지 센서는 사용자의 파지를 감지하여 센서 값을 생성하고, 생성된 센서 값을 제 1 제어부(130)로 출력한다. 제 1 제어부(130)는 파지 감지 센서로부터 수신된 센서 값 정보에 기초해 신호 생성기(140)를 활성화하도록 제어 신호를 출력할 수 있다.
한편, 센서부(120)에 마련된 센서의 종류가 전술한 예에 제한되는 것은 아니며, 사용자의 의도를 감지할 수 있도록 마련된 모든 종류의 센서를 포함하는 개념으로 넓게 이해되어야 할 것이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 상대 위치 검출 장치의 제어 블록도 이다.
상대 위치 검출 장치(200)는 전자 기기(10)와 같이 포터블 기기(100)의 상대 위치 검출의 기준이 되는 대상에 적용되어 기기간 상대 위치 및 방향을 검출하도록 마련된다.
도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 상대 위치 검출 장치(200)는 송신 모듈(110)로부터 전송된 신호를 수신하도록 마련된 수신 모듈(220)과, 상대 위치 검출 장치(200)의 전반적인 동작을 제어하는 제어부(260)를 포함할 수 있다. 이하, 전술한 송신 모듈(110)의 제어 구성과의 구별을 위해 상대 위치 검출 장치(200)의 제어부(260)를 제 2 제어부(260)로 지칭하도록 한다.
수신 모듈(220)은 복수의 수신부를 포함하는 신호 수신부(230)와, 필터 및 증폭부(240)와, 신호 세기 검출부(250)를 포함할 수 있다.
신호 수신부(230)는 송신 모듈(110)로부터 송신된 신호를 감지하도록 마련된 복수의 수신부(230-1, 230-2, ??, 230-n, n은 3 이상의 정수이다.)를 포함한다. 복수의 수신부(230-1, 230-2, ??, 230-n)는 제 1 수신부(230-1), 제 2 수신부(230-2), ??, 및 제 n 수신부(230-n)를 포함할 수 있다. 각각의 수신부는 두 개씩 쌍을 이루며 배치되며, 제 2 제어부(260)는 하나의 신호 수신부 쌍으로부터 수신된 신호 정보에 기초해 포터블 기기(100)의 상대 위치 및 방향을 검출한다.
예를 들어, 신호 수신부(230)는 제 1 수신부(230-1)와 제 2 수신부(230-2)가 쌍을 이루며 기준 면에 대해 X축 방향 또는 Y축 방향으로 배치될 수 있으며, 도시 하지는 않았지만 제 3 수신부와 제 4 수신부가 쌍을 이루며 기준 면에 대해 X축 방향 또는 Y축 방향으로 배치될 수 있다. 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)가 쌍을 이루며 기준 면에 대해 X축 방향으로 배치된 경우, 제 2 제어부(260)는 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)에서 수신한 신호에 기초하여 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)의 설치 위치에 대해 포터블 기기(100)의 상대 위치 및 방향을 검출할 수 있다.
개시된 발명에 따른 상대 위치 검출 장치(200)는 신호 수신부(230) 주위에 포터블 기기(100)에 대한 감지 영역을 형성하므로, 구현하고자 하는 감지 영역에 따라 복수의 수신부(230-1, 230-2, ??, 230-n)의 위치를 결정할 수 있다.
신호 수신부(230)는 신호 송신부(160)에 적용된 송신 구조의 종류에 따라 이에 대응되는 구조로 마련될 수 있다. 예를 들어, 신호 송신 시 RF 신호가 사용될 경우 신호 수신부(230)에는 RF 안테나가 적용될 수 있으며, 신호 송신 시 광 신호가 사용될 경우 신호 수신부(230)에는 광 다이오드(photodiode)와 같은 광 센서가 사용될 수 있다.
필터 및 증폭부(240)는 신호 수신부(230)로부터 수신된 신호를 복원하기 위해 노이즈를 제거하고 신호를 증폭하도록 마련된다. 신호 수신부(230)의 출력은 경우에 따라 크기가 감쇄되고 노이즈가 섞일 수 있으므로 신호 복원을 위해 노이즈를 제거하고 신호를 증폭하는 필터 및 증폭부(240)가 사용될 수 있다.
필터 및 증폭부(240)의 종류 역시 적용되는 신호의 종류에 따라 이에 대응되는 구조로 마련될 수 있다. 예를 들어, 신호 송신 시 광 신호가 사용될 경우 필터 및 증폭부(240)는 도 5에 도시된 바와 같은 트랜스 임피던스 증폭기(transimpedance amplifier)로 구성 가능하다. 도 5에 도시된 바를 참조하면, 트랜스 임피던스 증폭기는 광 다이오드의 광 전류를 전압으로 변환 가능하도록 마련된다.
실시 예에 따라 변조된 신호가 사용되거나 서로 다른 주파수를 갖는 다수의 송신 모듈(110)이 사용되는 경우, 신호 복원부가 추가적으로 사용되어 각 송신 모듈(110)의 신호 생성기(140)의 신호를 복원하도록 마련될 수도 있다.
신호 세기 검출부(250)는 수신한 신호의 세기를 측정하도록 마련된다. 이러한 신호 세기 검출기는 포락선 검출기로 마련될 수 있다.
도 6은 포락선 검출기를 통해 검출한 포락선 검출 예를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 송신 신호가 하나의 주기적인 신호로 구성되어 있는 경우, 도 6에 도시된 바와 같이 포락선 검출기를 통해 검출된 포락선의 최대 값을 통해 신호 세기를 감지할 수 있다.
실시 예에 따라 서로 다른 주파수를 갖는 다수의 송신 모듈(110)이 사용되어 하나 이상의 주파수를 갖는 신호들이 복합적으로 감지되는 경우, 원하는 주파수 신호의 크기를 감지하기 위해 디지털 변환 신호에 괴첼 알고리즘(Goertzel algorithm)을 사용할 수 있다.
도 7은 괴첼 알고리즘(Goertzel algorithm)의 개념도 이다.
도 7을 참조하면, 괴첼 알고리즘은 이산 신호로부터 하나의 선택 가능한 주파수 성분을 분석하기 위한 것으로, 전체 주파수 성분이 아닌 몇몇 특정 주파수 성분의 크기 측정에 있어 수치 효율적인 특성을 갖는다.
제 2 제어부(260)는 상대 위치 검출 장치(200)의 전반적인 동작 및 상대 위치 검출 장치(200)의 내부 구성요소들 사이의 신호 흐름을 제어하고 데이터를 처리하는 기능을 수행한다.
제 2 제어부(260)는 상대 위치 검출 장치(200)의 제어를 위한 제어 프로그램이 저장된 롬(ROM)과, 상대 위치 검출 장치(200)의 외부에서부터 입력되는 신호 또는 데이터를 저장하거나 상대 위치 검출 장치(200)에서 수행되는 다양한 작업에 대응되는 저장 영역으로 사용되는 램(RAM)과, 롬 및 램에 저장된 프로그램 및 데이터에 따라 상대 위치 검출 장치(200)의 동작을 수행하기 위한 연산을 수행하는 프로세서를 포함할 수 있다.
구체적으로, 제 2 제어부(260)는 수신 모듈(220)로부터 신호를 수신하면, 수신 모듈(220)에서 수신한 신호에 기초하여 수신 모듈(220)의 설치 위치에 대해 포터블 기기(100)의 상대 위치 및 방향을 검출할 수 있다. 구체적으로, 제 2 제어부(260)는 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)에서 수신한 신호에 기초하여 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)의 설치 위치에 대해 포터블 기기(100)의 상대 위치 및 방향을 검출할 수 있다.
이상으로, 일 실시 예에 따른 포터블 기기(100)와 상대 위치 검출 장치(200)의 제어 구성에 대해 설명하였다. 앞서 설명한 제어 구성에서는 상대 위치 검출 장치(200)의 구성 요소로 수신 모듈(220)과 제 2 제어부(260)가 포함되는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 이는 이해를 돕기 위한 것으로 개시된 발명에 따른 상대 위치 검출 장치(200)는 포터블 기기(100)에 설치된 송신 모듈(110)과 유기적으로 결합되어 기능이 수행될 수 있다.
이하, 개시된 발명에 따른 상대 위치 검출 장치(200) 및 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 8은 일 실시 예에 따른 상대 위치 검출 시스템 구성을 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 일 실시 예에 따른 상대 위치 검출 시스템은 전자 기기(10)의 상하 좌우 모서리에 네 개의 수신부가 장착된 형태로 마련될 수 있다. 예를 들어, 전자 기기(10)의 X축 방향으로 전자 기기(10)의 좌우 모서리에 각각 제 1 수신부(230-1)와 제 2 수신부(230-2)가 설치될 수 있으며, 전자 기기(10)의 Y축 방향으로 전자 기기(10)의 상하 모서리에 각각 제 3 수신부(230-3)와 제 4 수신부(230-4)가 설치될 수 있다. 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)는 하나의 수신부 쌍을 이루며 포터블 기기(100)의 위치 검출 기준이 될 수 있으며, 제 3, 4 수신부(230-3, 230-4)는 하나의 수신부 쌍을 이루며 포터블 기기(100)의 위치 검출 기준이 될 수 있다.
도 8은 수신부 쌍에 대한 배치 형태의 일 예를 도시한 것으로 수신부 쌍의 배치 형태가 도 8에 의해 제한되는 것은 아니며 상하 좌우 모서리에 배치되는 수신부의 개수가 증가할수록 상대 위치 검출 장치(200)의 검출 정확도가 개선될 수 있을 것이다.
도 8의 시스템에서 사용되는 신호의 종류는 시스템이 적용된 환경에 따른 노이즈 요인, 송수신 모듈(110, 220)의 크기 및 거치 방법, 신호 송신기의 소모 전력 등 다양한 요인을 고려하여 선정될 수 있다. 예를 들어, 앞서 설명한 바와 같이 RF 신호, 광 신호 등이 사용될 수 있다. 이하 광 신호를 대상으로 송수신부의 회로가 구성된 경우를 예로 들어 개시된 발명에 따른 상대 위치 검출 장치의 동작 원리 및 상대 위치 검출 방법에 대해 설명하도록 한다.
도 9는 일 실시 예에 따른 기준 면에 대한 포터블 기기(100)의 상대 위치 검출 방법의 흐름을 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 일 실시 예에 따른 포터블 기기(100)의 상대 위치 검출 방법은 송신 모듈(110)로부터 신호가 송신되는 단계(310), 수신 모듈(220)의 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)에서 신호를 수신하는 단계(320) 및 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)에서 수신된 신호에 기초하여 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)의 설치 위치에 대해 포터블 기기(100)의 상대 위치 및 방향을 검출하는 단계(330)를 포함한다.
먼저, 포터블 기기(100)의 송신 모듈(110)에서 광 신호를 생성하는 과정에 대해 설명하면 다음과 같다(310).
송신 모듈(110)은 제 1 제어부(130)를 통해 신호 생성기(140)의 동작을 제어하는 제어 신호를 출력하고, 신호 생성기(140)는 수신한 제어 신호에 따라 시스템에 고유의 광 신호를 생성하여 광 트랜시버를 구동할 수 있다.
일 예에 따르면, 신호 생성기(140)는 주변 환경에 존재하는 적외선 대역의 노이즈와 송신 모듈(110)에서 송신되는 신호를 구별하기 위해 자연적으로 존재하지 않는 주파수 대역의 신호를 생성하여 광 트랜시버를 구동할 수 있다.
도 10은 신호 생성기의 광 신호 생성 예를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 신호 생성기(140)는 자연적으로 존재하지 않는 20 kHz 주파수 대역의 신호를 생성하여 광 트랜시버를 구동할 수 있다. 신호 생성기(140)에서 생성되는 신호의 주파수 예가 전술한 예에 의해 제한되는 것은 아니며 주변 환경에 존재하는 적외선 대역의 노이즈와 신호 송신부(160)로부터 송신되는 신호를 구별하기 위한 목적 범위 내에서 다양한 주파수 대역의 신호를 생성할 수 있음은 물론이다.
실시 예에 따라, 신호 생성기(140)는 전력 소모를 고려하여 생성되는 신호의 듀티를 조절할 수 있다. 예를 들어, 송신 모듈(110)이 포터블 기기(100)에 장착되어 배터리로 구동되는 경우, 전력 소모를 최대한 줄일 필요가 있으며, 이 경우 신호 생성기(140)는 아래의 방법으로 전력 소모를 고려하여 광 신호를 생성할 수 있다.
도 11은 전력 소모를 고려한 신호 생성기의 광 신호 생성 예를 도시한 도면이다.
일 실시 예에 신호 생성기(140)는 도 11에 도시된 바와 같이 신호 송신기의 구동 신호를 펄스 폭 변조(PWM; Pulse Width Modulation)하여 듀티를 10%로 낮추고 전력 소모를 1/5로 줄일 수 있다. 또한, 상대 위치 및 방향 감지 결과 산출 주기를 낮추는 방법으로 전력 소모를 줄일 수 있다. 예를 들어, 상대 위치 및 방향 감지 결과 산출 주기를 15 ms으로 낮출 경우 전력 소모를 약 5% 이하로 줄일 수 있다.
광 트랜시버는 신호 생성기(140)로부터 전달되는 오/오프 신호에 따라 신호 송신부(160)의 발광 다이오드에 전류를 흐르게 하거나 차단하도록 할 수 있다. 이 때, 광 트랜시버는 신호의 최대 출력이 안전 기준을 만족하는 수준인 1 mW/cm^2가 되도록 신호 송신부(160)의 발광 다이오드를 구동할 수 있다.
신호 송신부(160)는 광 신호를 송신하도록 발광 다이오드로 마련될 수 있다. 발광 다이오드는 다이오드를 통해 흐르는 전류의 세기에 비례하는 광을 발생하는 특성을 가지는데, 발광 다이오드의 최대 광량, 화각 및 각도별 신호 세기 등은 사용 환경에 따라 다르게 설계될 수 있다.
예를 들어, 대상 전자 기기(10)를 65인치 크기의 전자 칠판으로 가정하면, 전자 칠판의 가로 방향인 X축 방향의 크기와 세로 방향인 Y축 방향의 크기는 각각 1430mm 및 826mm로 마련될 수 있다. 전자 칠판의 경우 전자 칠판의 화면과 가까운 거리에서는 주로 손가락이나 전자 펜과 같은 포터블 기기(100)를 이용한 터치 인터렉션을 사용하므로 화면으로부터 일정 거리 이상 떨어진 영역을 개시된 발명의 활용 영역으로 선정하도록 한다.
제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)의 설치 위치를 도 8에 도시된 바와 같이 전자 기기(10)의 가장자리로 가정할 경우 전자 칠판의 화면과 정면으로 d=1m 떨어진 위치에서 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2) 간의 간격은 최대가 되며, 이 때의 화각(2tan^(-1)(L/2))은 71.1ㅀ가 된다. 따라서, 위와 같은 환경의 경우 신호 송신부(160)에는 광각(half angle)이 ㅁ45ㅀ인 발광 다이오드를 적용함이 바람직하다.
예를 들어, 신호 송신부(160)에는 도 12에 도시된 바와 같은 방사 특성을 가지는 발광 다이오드가 적용될 수 있다.
도 12는 적외선 발광 다이오드의 방사 특성의 일 예를 도시한 것이다. 도 12을 참조하면, 발광 다이오드에서 생성된 신호는 신호 수신부(230)와의 상대 거리의 제곱에 반비례하여 감쇄되며, 신호 수신부(230)와의 상대적인 방향에 따라 단조 감소하여 수신 모듈(220)의 신호 수신부(230)에 도달하게 된다.
송신 모듈(110)에서 신호를 송신하면, 이어서 수신 모듈(220)의 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)에서 신호를 수신하는 단계가 수행된다(320).
수신 모듈(220)에 도달한 광 신호는 신호 수신부(230)에서 감지된 후 필터 및 증폭부(240) 및 신호 세기 검출부(250)를 거쳐 제 2 제어부(260)의 제어 과정에 제공되게 된다.
신호 수신부(230)는 광 신호를 수신하도록 광 다이오드로 마련될 수 있다. 광 다이오드는 크기, 분광 응답도(spectral responsivity), 각도별 민감도(relative radiant sensitivity) 등 다양한 특성을 갖는데, 수신 모듈(220)의 감지 영역 확대를 위해 각도별 민감도가 넓은 특성을 가지며, 신호 송신부(160)의 전력 효율 향상을 위해 분광 응답도가 높은 특성을 가지는 광 다이오드를 사용하는 것이 바람직 하다.
광 다이오드는 수신된 광 신호를 광 전류 신호로 전환하고, 전환된 광 전류 신호는 필터 및 증폭부(240)로 전달된다.
필터 및 증폭부(240)는 광 전류 신호를 전압 신호로 변환한 후 신호의 크기를 증폭한다. 이 경우 광 신호에 포함된 불필요한 잡음을 제거하기 위해 증폭기에 대역 필터(band-pass filter)를 추가할 수 있다.
도 13은 필터 및 증폭부(240)의 출력 신호 예를 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 13은 아날로그 디지털 변환기(analog-to-digital converter)에 대역 필터(band-pass filter)를 적용하여 200ksps(samples per second)로 변환된 신호의 예를 도시한 것이다. 이와 같이 아날로그 디지털 변환기에 대역 필터를 적용할 경우 광 전류 신호의 주파수를 다양하게 변환하도록 할 수 있다.
필터 및 증폭부(240)를 통해 증폭된 광 전류 신호는 신호 세기 검출부(250)로 전달된다.
신호 세기 검출부(250)는 전술한 포락선 검출기를 통해 수신한 신호의 세기를 측정하고, 측정 결과를 제 2 제어부(260)로 전달할 수 있다.
실시 예에 따라 신호 수신부(230)를 통해 서로 다른 주파수 대역의 광 신호들을 포함하는 복합 신호가 수신될 경우, 신호 세기 검출부(250)는 복합 신호로부터 개별 신호 성분의 신호 세기를 추출하기 위해 괴첼 알고리즘을 적용할 수 있다.
도 14는 신호 세기 검출을 위한 괴첼 알고리즘을 나타낸 도면이고, 도 15는 괴첼 알고리즘의 연산 결과를 도시한 도면이다.
샘플링 주파수 fs=200 kHz, f0=20 kHz, N=512개의 샘플 데이터, k=[f0/fs*N]=51를 도 14에 도시된 바에 따른 괴첼 알고리즘에 적용하면, 도 15에 도시된 바와 같은 연산 결과를 도출할 수 있다.
신호 세기 검출부(250)는 위와 같은 과정을 통해 복합 신호에 대해 개별 신호 성분의 세기를 추출할 수 있다.
신호 세기 검출부(250)로부터 신호 성분의 세기가 추출되면, 이어서 포터블 기기(100)의 상대 위치 및 방향을 검출하는 단계가 수행된다(330).
신호 세기 검출부(250)의 검출 결과는 제 2 제어부(260)에서 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)의 설치 위치에 대해 포터블 기기(100)의 상대 위치 및 방향을 검출하는 과정에 제공된다.
제 2 제어부(260)는 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)에서 감지된 신호로부터 검출된 복수의 신호 세기 정보로부터 송신 모듈(110)이 장착된 포터블 기기(100)의 상대 위치 및 방향을 검출할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 제 2 제어부(260)에서 포터블 기기(100)의 상대 위치 및 방향을 검출하는 방법을 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 16은 도 8에 도시된 시스템의 X 방향에 대한 시스템 모델을 도시한 도면이다.
도 16에서 L은 제 1 수신부(230-1)와 제 2 수신부(230-2) 사이의 거리를 의미하고, Ψ는 포터블 기기(100)의 상대 각도를 의미하고, d1은 제 1 수신부(230-1)로부터 포터블 기기(100)까지의 거리를 의미하고, d2는 제 2 수신부(230-2)로부터 포터블 기기(100)까지의 거리를 의미하고, d는 포터블 기기(100)의 상기 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)를 연결하는 가상의 선에 대한 수직 거리(이하, 수직 거리 d로 지칭할 수 있다)를 의미하고, ρ1 및 ρ2는 포터블 기기(100)의 제 1 수신부(230-1)와 제 2 수신부(230-2)에 대한 상대 각도를 의미하고, θ1은 제 1 수신부(230-1)에 대한 광 신호의 입사각을 의미하고, θ2는 제 2 수신부(230-2)에 대한 광 신호의 입사각을 의미한다.
도 16을 참조하면, 포터블 기기(100)의 송신 모듈(110)로부터 송신된 신호는 상대 위치 검출 장치(200)의 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)를 통해 수신되어 포터블 기기(100)의 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)에 대한 상대 위치 검출 과정에 제공될 수 있다.
제 2 제어부(260)는 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)에서 수신한 신호에 기초하여 포터블 기기(100)의 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)를 연결하는 가상의 선에 대한 수직 거리(d) 및 상기 포터블 기기(100)의 상대 각도(Ψ)를 포함하는 상기 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)의 설치 위치에 대한 상기 포터블 기기(100)의 상대 위치 및 방향을 검출할 수 있다.
보다 상세하게, 제 2 제어부(260)는 포터블 기기(100)의 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)를 연결하는 가상에 선에 대한 수직 거리를 아래의 수학식 1로부터 산출할 수 있다.
수학식 1
수학식 1에서 s1은 제 1 수신부(230-1)에서 감지된 신호의 세기이고, s2는 제 2 수신부(230-2)에서 감지된 신호의 세기이고, k는 증폭기와 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 거쳐 도출한 신호의 디지털 값의 단위를 환산하기 위한 계수이며, α 및 β는 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)의 설치 간격으로부터 결정된 계수 이다.
또한, 제 2 제어부(260)는, 포터블 기기(100)의 상대 각도(ψ)를 아래의 수학식 2와 같이 산출할 수 있다.
수학식 2
수학식 2에서 s1은 제 1 수신부(230-1)에서 감지된 신호의 세기이고, s2는 제 2 수신부(230-2)에서 감지된 신호의 세기이고, γ는 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)의 설치 간격으로부터 결정된 계수이다.
실시 예에 따라 제 2 제어부(260)는 수학식 1, 2를 통해 도출된 수직 거리(d) 및 포터블 기기(100)의 상대 각도(ψ) 정보에 기초하여 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)를 연결하는 가상의 선의 중간 지점을 기준으로 포터블 기기(100)가 전자 기기(10)의 기준 면에 대해 가리키는 지점의 좌표를 산출할 수 있다.
이하, 이해를 돕기 위해 제 2 제어부(260)에서 이용하는 수학식 1, 2의 산출 과정을 설명하도록 한다.
도 16을 참조하면 제 1 수신부(230-1)로부터 포터블 기기(100)까지의 거리 d1과, 제 2 수신부(230-2)로부터 포터블 기기(100)까지의 거리 d2는 아래의 수학식 3과 같이 주어지고, 제 1 수신부(230-1)에 대한 광 신호의 입사각 θ1과, 제 2 수신부(230-2)에 대한 광 신호의 입사각 θ2는 아래의 수학식 4와 같이 주어진다.
수학식 3
수학식 4
또한, 포터블 기기(100)의 제 1 수신부(230-1)와 제 2 수신부(230-2)에 대한 상대 각도 ρ1 및 ρ2는 아래의 수학식 5 및 수학식 6과 같이 주어진다.
수학식 5
ρ1 = 90 - θ1 ?? ψ, ρ2 = 90 - θ1 + ψ
포터블 기기(100)의 방사 특성을 T(ψ)라 하고, 신호 수신부(230)의 감도 특성을 R(ψ)라 하면 상대 거리 d 및 상대 각도 ψ에 위치한 포터블 기기(100)에 의한 감지 신호는 아래의 수학식 6과 같이 표현할 수 있다.
수학식 6
수학식 1, 2는 각각 수학식 6으로부터 도출된 것이다.
일 예로, 발광 다이오드의 방사 특성 T(ψ)와, Vishay의 VBPW34FAS 광 다이오드의 감도 특성 R(θ1), R(θ2)를 이용하여 시뮬레이션을 수행하였다.
시뮬레이션 결과 감지된 신호 세기의 합의 제곱근의 역수는 거리에 따라 이하 도 17에 도시된 바와 같은 관계를 보임을 확인할 수 있었다.
도 17은 거리와 측정 신호 세기의 관계를 도시한 그래프로, 도 17의 그래프를 수식으로 표현하면 수학식 1의 도출이 가능하다.
또한, 포터블 기기(100)의 상대 각도 Ψ는 상대 거리 d 및 감지된 신호 세기 s1 및 s2와 도 18에 도시된 바와 같은 관계를 보임을 확인할 수 있었다.
도 18은 수직 거리에 대해 상대 각도와 측정 신호 세기 간 관계를 도시한 그래프로, 보다 상세하게 수직 거리 d가 3m, 5m, 7m인 경우에 대해 상대 각도와 측정 신호 세기 간 관계를 도시한 것이다. 도 18의 그래프를 수식으로 표현하면 수학식 2의 도출이 가능하다.
한편, 실시 예에 따라 포터블 기기의 상대 위치 검출 방법은 상대 거리 d 및 포터블 기기의 상대 각도 Ψ 정보에 기초하여 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)를 연결하는 가상의 선의 중간 지점을 기준으로 포터블 기기가 가리키는 지점의 좌표를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 기준면은 전자 기기(10)의 기준 면을 의미하며, 전자 기기(10)는 산출된 좌표에 미리 설정된 영상을 표시할 수 있으며, 이하 앞서 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
이상으로, 도 8의 X축 방향을 기준으로 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2) 쌍에 의해 수직 거리 d 및 포터블 기기(100)의 상대 각도 Ψ 를 산출하는 방법을 설명하였다. 위와 같은 과정은 X축 방향을 기준으로 설치된 다른 수신부들에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다. 뿐만 아니라, 도 8의 Y축 방향을 기준 설치된 다른 수신부들에 대해서도 동일한 방법이 적용될 수 있으며, 결과적으로 전자 기기(10)의 기준 면에 대해 포터블 기기(100)가 포인팅하는 지점의 좌표를 산출할 수 있다.
이상으로, 상대 위치 검출 장치 및 방법에 대해 설명하였다. 발명의 기술적 사상이 전술한 실시 예에 의해 제한되는 것은 아니며 당해 업계에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 생각할 수 있는 범위 내의 변경을 포함하는 개념으로 넓게 이해되어야 할 것이다.
10: 전자 기기 100: 포터블 기기
110: 송신 모듈 120: 센서부
130: 제 1 제어부 140: 신호 생성기
150: 트랜시버 160: 신호 송신부
200: 상대 위치 검출 장치 220: 수신 모듈
230: 신호 수신부 240: 필터 및 증폭부
250: 신호 세기 검출부 260: 제 2 제어부

Claims (20)

  1. 포터블 기기로부터 발신된 신호를 수신하는 제1 및 제2 수신부;
    상기 제1 수신부에 의하여 수신된 제1 신호의 세기와 상기 제2 수신부에 의하여 수신된 제2 신호의 세기에 기초하여 상기 포터블 기기가 위치하는 위치 및 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 판단하는 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기 사이의 합에 기초하여 상기 포터블 기기가 위치하는 위치를 판단하고, 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기 사이의 차이에 기초하여 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 판단하고,
    상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기 사이의 합과 상기 제1 수신부와 상기 제2 수신부 사이의 거리에 기초하여 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리를 판단하는 상대 위치 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 각각의 포락선의 최대값을 이용하여 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 각각의 세기를 판단하는 상대 위치 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 괴첼 알고리즘(Goertzel algorithm)을 이용하여 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 각각의 세기를 판단하는 상대 위치 검출 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리와 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기의 차이에 기초하여 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 판단하는 상대 위치 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리와 상기 포터블 기기가 지시하는 방향에 기초하여 상기 상대 위치 검출 장치에 대한 상기 포터블 기기의 상대적인 위치를 판단하는 상대 위치 검출 장치.
  7. ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 포터블 기기로부터 발신된 신호의 세기의 패턴과 상기 제1 및 제2 수신부에 의하여 수신된 신호의 세기에 기초하여 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 판단하는 상대 위치 검출 장치.
  8. ◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제7항에 있어서,
    상기 포터블 기기로부터 발신된 신호의 세기는 상기 포터블 기기가 지시하는 방향에서 최대의 세기를 가지며, 상기 포터블 기기가 지시하는 방향으로부터 멀어질수록 상기 포터블 기기로부터 발신된 신호의 세기는 감소하는 상대 위치 검출 장치.
  9. ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 수신부 각각은 상기 포터블 기기로부터 발신된 광을 수신하거나 상기 포터블 기기로부터 발신된 RF (Radio Frequency) 신호를 수신하는 상대 위치 검출 장치.
  10. 제1 및 제2 수신부를 통하여 포터블 기기로부터 발신된 신호를 수신하고;
    상기 제1 수신부에 의하여 수신된 제1 신호의 세기와 상기 제2 수신부에 의하여 수신된 제2 신호의 세기 사이의 합에 기초하여 상기 포터블 기기가 위치하는 위치를 판단하고;
    상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기 사이의 차이에 기초하여 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 판단하고;
    상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기 사이의 합과 상기 제1 수신부와 상기 제2 수신부 사이의 거리에 기초하여 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리를 검출하는 것;을 포함하는 상대 위치 검출 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 신호와 상기 제2 신호 각각의 포락선의 최대값을 이용하여 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 각각의 세기를 판단하는 것을 더 포함하는 상대 위치 검출 방법.
  12. ◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제10항에 있어서,
    괴첼 알고리즘(Goertzel algorithm)을 이용하여 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 각각의 세기를 판단하는 것을 더 포함하는 상대 위치 검출 방법.
  13. 삭제
  14. 제10항에 있어서,
    상기 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리와 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기 사이의 차이에 기초하여 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 검출하는 것을 더 포함하는 상대 위치 검출 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리와 상기 포터블 기기가 지시하는 방향에 기초하여 상기 상대 위치 검출 장치에 대한 상기 포터블 기기의 상대적인 위치를 검출하는 것을 더 포함하는 상대 위치 검출 방법.
  16. ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제10항에 있어서,
    상기 포터블 기기로부터 발신된 신호의 세기의 패턴과 상기 제1 및 제2 수신부에 의하여 수신된 신호의 세기에 기초하여 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 검출하는 것을 더 포함하는 상대 위치 검출 방법.
  17. ◈청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제16항에 있어서,
    상기 포터블 기기로부터 발신된 신호의 세기는 상기 포터블 기기가 지시하는 방향에서 최대의 세기를 가지며, 상기 포터블 기기가 지시하는 방향으로부터 멀어질수록 상기 포터블 기기로부터 발신된 신호의 세기는 감소하는 상대 위치 검출 방법.
  18. ◈청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제10항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 수신부 각각은 상기 포터블 기기로부터 발신된 광을 수신하거나 상기 포터블 기기로부터 발신된 RF (Radio Frequency) 신호를 수신하는 상대 위치 검출 방법.
  19. 제1 및 제2 수신부;
    프로세서;
    상기 프로세서가 상기 제1 수신부에 의하여 포터블 기기로부터 수신된 제1 신호의 세기와 상기 제2 수신부에 의하여 상기 포터블 기기로부터 수신된 제2 신호의 세기에 기초하여 상기 포터블 기기가 위치하는 위치 및 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 판단하기 위한 명령어들을 저장하는 메모리를 포함하고,
    상기 메모리는, 상기 프로세서가 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기 사이의 합과 상기 제1 수신부와 상기 제2 수신부 사이의 거리에 기초하여 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리를 판단하기 위한 명령어를 더 저장하는 상대 위치 검출 장치.
  20. 삭제
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