KR20050056207A - 회전하는 가시 표면상의 정보 시각화 장치 - Google Patents

회전하는 가시 표면상의 정보 시각화 장치 Download PDF

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KR20050056207A
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스테판 네드코브 시바로브
조셉 엘딘 슈란스
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스테판 네드코브 시바로브
조셉 엘딘 슈란스
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Abstract

본 장치는 기계, 부속품, 장치, 운송수단, 환풍기 및 그 밖의 다른 것들의 회전하는 가시 표면에 사용될 수 있다.
다수의 광원인 N 발광다이오드(LED : Light Emitting Diode)(1)가 회로기판(2)에 열을 이루며 고르게 배열되고, 독립적인 전원(5)을 갖는 마이크로컨트롤러(4)에 드라이버(3)로 연결되어 구성된다. 상기 마이크로컨트롤러(4)는 상기 회로기판(2)에 설치되어 구성된다. 동기화센서(synchronization sensor)(6)는 상기 마이크로컨트롤러(4)에 연결되어 구성된다. 상기 LED는 단색 또는 3가지 색(RGB)이고, 상기 회로기판(2)은 구부러지기 쉬운 유연한 재질로 구성되며, 상기 동기화센서(6)는 회전축이 지표면에 수직하지 않은 회전체의 표면에 설치되었을때 중력에 의해 반응하고, 만일 상기 회전축이 지표면에 수직하면 상기 동기화센서는 주어진 고정점에 관련된 위치에서 작동한다. 광센서(7)는 제어패널(8)에 연결된 상기 마이크로컨트롤러(4)에 연결된다. 상기 두 센서(6과 7)와 제어패널은 상기 회로기판(2)에 배열된다. 상기 마이크로컨트롤러(4)는 직렬인터페이스(9)가 구비되어 구성된다.

Description

회전하는 가시 표면상의 정보 시각화 장치{DEVICE FOR VISUALIZATION OF INFORMATION ON A ROTATING VISIBLE SURFACE}
본 발명은 기계, 장치, 운송수단, 환풍기 및 그 밖의 다른 것들의 회전하는 가시 표면에 사용되는 정보 시각화 장치에 관한 것이다.
종래의 정보 시각화 장치는 단단하고 편평한 회로기판상에 정렬되어 고르게 배치되며, 그 입력이 독립전원에 의해 동력을 공급 받는 제어회로에 연결되고 회로기판에 고정되어 있는 단색발광다이오드(LEDs)로 이루어진 N 광원으로 구성된다. 상기 회로기판 그 자체는 자전거 바퀴의 이웃하는 두 개의 살간에 방사상으로 배치된다. 상기 제어회로는 원심력으로 제어되는 스위치로 구성되며, 상기 스위치는 첫 번째 출력이 가시 패턴 선별기의 입력에 연결되고 두 번째 출력이 지연시간을 셋팅하는 제어기에 연결된 시간 지연 제어기의 입력에 연결되는 출력을 갖는다. 가시 패턴 선별기와 시간 지연 제어기의 출력은 광 제어기에 출력이 연결된 제어가능한 전원장치의 입력과 연결된다. 자전거 바퀴가 회전할 때, 원심력으로 제어되는 스위치가 트리거(trigger) 되고 가시 패턴 선별기가 스위칭 되게 된다. 이러한 스위칭 결과에 의해 발생되는 패턴은 선별기에 저장되는 패턴의 컬렉션으로부터 미리 선택되게 된다. 지연시간을 셋팅하는 제어기는 이격된 각 다이오드에 서로 다른 발광시간을 할당한다. 상기 발광다이오드들이 서로 다른 시간에 발광하는 것은 변천하는 시야에 의해 강화된 2차원의 단색 이미지를 표출하는 유사측정영역(quasimetric field)을 발생시키게 된다 [US5800039].
상기 장치의 문제점은 바퀴의 회전속도가 동조화되지 않기 때문에 결과적으로 표출되는 이미지가 계속적으로 흔들리게 된다는 것이다. 게다가, 이것은 단지 2차원의 단색 이미지들을 발생시키는 사실 때문에 낮은 정보 제공 능력을 갖는다는 것이다. 상기 장치의 다른 문제점은 주위환경의 빛의 강도에 개의치 않고 바퀴가 회전하는 한 작동한다는 것이다. 이것들은 특히 일광 또는 밝은 측면광 상에서 이미지의 인지능력을 감소시키는 결과를 초래한다. 이러한 불필요한 작동은 독립 전원의 빠른 고갈을 초래하게 되고, 따라서 빈번한 교체를 요구하게 된다. 상기 장치의 또 다른 문제점은 그것이 단지 자전거에만 적용가능하기 때문에 범위가 한정되고 단지 자전거 살들간의 특정한 장소에 설치될 때만 기능하게 된다는 것이다.
종래 기술분야로부터 알려진 또 다른 정보 시각화 장치는 특별히 운송 수단을 위해 설계되었다. 상기 정보 시각화 장치는, 고르게 정렬되어 배치되고, 각각이 N 발광다이오드를 포함하는 M 그룹의 광원중의 하나로 구성된다. 상기 LED의 각 그룹은 단단하고 편평한 회로기판에 분리되어 설치된다. 회로기판상의 모든 다이오드들은 같은 색을 갖는다. 상기 다이오드들은 독립 전원을 갖는 각 제어 회로에 연결된다. 상기 회로기판은 예를 들면, 자전거 바퀴 같이 회전하는 각각의 물체로부터 고른 각거리를 갖으며 방사상으로 배치된다. 분리된 그룹의 제어 회로들은 중앙 마이크로컨트롤러의 직렬 출력 버스(serial output bus)에 연결된다. 그것은 독립전원, 제어패널(control panel) 및 메모리를 갖는 마이크로컨트롤러로 구성된다. 상기 중앙 마이크로컨트롤러는 상기 회로기판들 중의 하나에 설치될 수 있고, 따라서 회로기판상의 발광 다이오드들의 그룹과 함께 공통된 전원을 갖도록 구성될 수도 있다. 자석은 자전거의 앞의 분기점과 같이 기계의 움직이지 않는 부분에 고정된다. 동기화 센서(synchronization sensor)는 바퀴 같은 운송수단의 회전 부분상의 적당한 위치에 안전하게 고정되고, 자석이 지나갈 때마다 트리거된다. 이러한 탐지기의 출력은 마이크로프로세서의 정보 입력포트에 연결된다. 가시화될 이미지의 패턴은 제어패널에 의해 먼저 선택된다. 자전거 바퀴가 회전할 때, 마이크로프로세서는 탐지기에 의해 활성화되고 각 다이오드 그룹으로 제어신호를 전송하기 시작한다. 동시에, 상기 마이크로프로세서는 바퀴의 회전 속도를 설정하고, 그것에 기초하여 동일면에 이미지를 형성하기 위해 다이오드가 발광되어야 할 시기를 결정한다. 그러므로, 변천하는 시야에 기인하여, 발광다이오드들이 서로 다른 시기에 발산하는 불빛이 서로 다른 색을 갖는 M 그룹의 2차원의 단색 이미지들이 표출되는 유사측정영역을 발생시킨다[PCT/US00/25098].
상기 장치의 문제점은 2차원의 단색 이미지만을 발생시키기 때문에 이미지 인식 능력이 감소된다는 것이다. 상기 장치의 다른 문제점은 고정되지 않은 철선에 의해 상호 연결된 복수개의 독립된 구성요소들로 구성되기 때문에 기계장치가 다소 복잡하다는 것이다. 자석과 탐지기가 서로 연결되는 것과 같은 것은 신뢰도를 감소시킨다.
상기 장치의 또 다른 문제점은 불변하는 작동모드가 에너지 손실을 야기시키는 것이다. 상기 장치의 또 다른 문제점은 고품질의 이미지를 생성하기 위해서는 운송수단의 회전부분상에 설치되는 분리된 발광원의 매우 정확한 위치 지정이 요구된다는 것이다.
본 발명의 목적은 발생되는 높은 질의 발생되는 형상, 신뢰성 및 강한 정보제공능력을 제공하는 회전가시 표면상의 정보 시각화 장치를 구현하는데 있다.
첨부된 도면에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 의해, 상기 장치를 상세히 설명한다:
도 1은 본 장치의 블록도이다;
도 2는 일렬로 배열된 LED가 구비된 본 장치의 사시도이다;
도 3은 3열로 고르게 배열된 LED가 구비된 본 장치의 사시도이다;
도 4는 체크무늬 패턴으로 배열된 3열의 LED가 구비된 본 장치의 사시도이다;
도 5는 3열이 사선으로 배열된 LED가 구비된 본 장치의 사시도이다;
도 6은 일렬로 배열된 RGB LED가 구비된 본 장치의 사시도이다;
도 7은 3열이 사선으로 배열되고, 각각이 회로 기판으로부터 다른 거리에 설치된 LED가 구비된 본 장치의 사시도이다;
도 8은 미리 정해진 프로파일을 갖춘 단단한 회로기판(2)가 구비된 본 장치의 사시도이다;
도 9는 회전하는 표면, 즉 휠 림(wheel rim)(13)의 외부표면에 설치된 본 장치의 사시도이다;
도 10 내지 도 13은 본 장치에 의해 생성된 유사측정영역에 나타나는 이미지의 실시예를 나타내는 예시도이다;
도 14는 회전하는 표면, 즉 실린더(14)의 외부표면에 설치된 본 장치의 사시도이다;
상술한 본원발명의 목적은 독립전원을 갖는 마이크로컨트롤러에 드라이버(driver)에 의해 연결되고 회로기판에 고르게 배열된 발광다이오드와 같은 다수의 광원으로 구성되며, 그 광원에 의해 표출되는 이미지를 조절할 수 있는 정보 시각화 장치를 제공함으로써 충족된다.
상기 마이크로컨트롤러는 상기 회로기판에 설치되어 구성된다. 동기화센서는 상기 마이크로컨트롤러에 연결되어 구성된다. 상기 LED는 단색 또는 3가지 색(RGB)이고, 상기 회로기판은 구부러지기 쉬운 유연한 재질로 구성된다. 상기 동기화센서는 회전축이 지표면에 수직하지 않은 회전체의 표면에 설치되었을 때, 중력에 의해 반응하고, 만일 상기 회전축이 지표면에 수직하면 상기 동기화센서는 주어진 고정점에 관련된 위치에서 작동한다. 광센서는 제어패널에 연결된 상기 마이크로컨트롤러에 연결된다. 상기 두 센서들과 제어패널은 상기 회로기판에 안전하게 설치된다. 상기 마이크로컨트롤러에는 직렬인터페이스(serial interface)가 구비된다.
상기 회로기판은 동일하거나 다른 색 또는 RGB인 동일하거나 상이한 개수의 LED를 포함하는 P 그룹의 LED를 더 포함하여 구성될 수도 있다. 상기 LED 그룹은 상기 회로기판상에 체크무늬 패턴을 이루며 배열되거나, 또는 미리 설치된 패턴에 따라 상기 회로기판의 동일면이나 상기 회로기판으로부터 다양한 거리 이격된 위치에 설치될 수 있다.
또한, 상기 회로기판 (2)의 저면은 접착력이 있는 금속박판(foil)으로 덮이도록 구성될 수 있다.
또한 상기 회로기판 2는 단단하고 미리 정해진 프로파일(profile)을 갖도록 구성될 수 있다.
상기 정보 시각화 장치의 장점은 신뢰성 있으면서 정보제공능력이 강화된 고품질의 이미지를 생성하여 제공할 수 있는 것이다.
표출되는 이미지를 조절하여 정보를 가시화하는 장치는 다수의 광원인 N 발광다이오드(LED : Light Emitting Diode)(1)가 회로기판(2)에 열을 이루며 고르게 배열되고, 독립적인 전원(5)을 갖는 마이크로컨트롤러(4)에 드라이버(3)로 연결되어 구성된다. 상기 마이크로컨트롤러(4)는 상기 회로기판(2)에 설치되어 구성된다. 동기화센서(synchronization sensor)(6)는 상기 마이크로컨트롤러(4)에 연결되어 구성된다. 상기 LED는 단색 또는 3가지 색(RGB)이고, 상기 회로기판(2)은 구부러지기 쉬운 유연한 재질로 구성되며, 상기 동기화센서(6)는 회전축이 지표면에 수직하지 않은 회전체의 표면에 설치되었을때 중력에 의해 반응하고, 만일 상기 회전축이 지표면에 수직하면 상기 동기화센서는 주어진 고정점에 관련된 위치에서 작동한다. 광센서(7)는 제어패널(8)에 연결된 상기 마이크로컨트롤러(4)에 연결된다. 상기 두 센서(6과 7)와 제어패널은 상기 회로기판(2)에 배열된다. 상기 마이크로컨트롤러(4)는 직렬인터페이스(9)가 구비되어 구성된다.
도 2, 3, 4, 5 및 7에 도시된 바와 같이, 상기 회로기판에 동일하거나 상이한 개수의 LED들로 이루어진 P 그룹의 LED를 더 포함하여 구성될 수도 있다. 이때, 상기 발광다이오드그룹을 이루는 발광다이오드는 같거나 다른 색으로 이루어진 단색 발광다이오드, 또는 도 6에 도시된 바와 같이 RGB 발광다이오드로 구성된다. 상기 발광다이오드그룹은 상기 회로기판상에 일렬로 열지어 배열되거나, 체크무늬 패턴을 이루며 배열되거나, 또는 미리 설치된 패턴에 따라 상기 회로기판의 동일면이나 상기 회로기판(2)으로부터 다양한 거리에 이격된 위치에 설치된다.
또한, 도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 회로기판(2)의 저면은 접착력이 있는 금속박판(10)으로 덮이도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 회로기판(2)은 도 8에 도시된 바와 같이, 단단하고 미리 정해진 프로파일(profile)을 갖도록 구성될 수 있다.
상기 전원을 이루는 배터리는 착탈가능한 상부커버(12)가 봉인되어 밀폐된 하우징케이스(11)에 수납된다. 또한, 상기 하우징케이스(11)는 상기 회로기판에 설치된다.
상기 정보 시각화 장치의 전자적 구성요소들은 상기 회로기판의 넓은 부분의 적절한 위치에 배열된다.
상기 정보 시각화 장치는 도 9에 도시된 바와 같이, 휠 림(wheel rim)(13)에 설치될 수도 있다.
도 10 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 유사측정영역(quasimatrix)에 나타나는 이미지는 본 장치가 설치된 물체가 회전하는 동안 본 장치에 의해 생성된다.
또한, 도 14에 도시된 바와 같이, 본 장치는 회전하는 물체(15)의 외부표면에 설치될 수도 있다.
상기 마이크로컨트롤러(4)는 이미지, 텍스트, 발광효과 또는 이러한 세 가지가 결합된 형태와 같이 다양한 표시 패턴이 다수개 저장된 라이브러리(library)가 상기 마이크로컨트롤러의 생산 전에 내장 메모리에 저장되어 구성된다. 인터페이스(9)와 외부소스(external source)(도면에는 미도시)는 상기 장치를 사용하는 동안 마이크로컨트롤러의 메모리에 패턴들이 저장된 부가적인 라이브러리를 추가할 수 있게 한다. 상기 외부소스는 퍼스널컴퓨터나, 랩톱(laptop)컴퓨터나, 노트북, 또는 소프트웨어가 구비되고 입력과 정보처리 뿐만 아니라 상기 장치의 통신 프로토콜을 지원하는 특수한 장치로 구성될 수 있다. 이러한 외부소스는 조작자의 선호도, 온라인 등에 의해 즉석에서 상기 장치를 반복적으로 재프로그래밍할 수 있게 한다.
상기 정보 시각화 장치는 물체의 회전부분, 예를 들어 접착력이 있는 금속박판(10)에 의해 휠림(13)에 고정되어 배열된다. 이때, 회전축과 관련하여 방사상으로 배열되는 것이 바람직하다. 상기 배터리는 착탈 가능한 상부덮개(12)가 밀폐되고 봉인되어 하우징케이스(11)에 저장된다. 예를 들면, 배터리를 안전하게 보존하기 위해 나사로 조여져서 밀봉된다. 상기 배터리의 전원이 모두 소모되었을 때의 배터리 교체 상기의 역순으로 진행된다.
상기 장치는 하우징케이스에 배터리가 넣어진 후 작동상태에 놓이고, 마이크로컨트롤러(4)는 배터리의 수명을 연장하기 위해 낮은 전력의 준비모드에서 작동하기 시작한다. 모션센서(6)가 신호를 받을 때, 상기 마이크로컨트롤러(4)는 "활성화(wakes up)"되고 광센서(7)를 체크한다. 밝은 낮에는 에너지를 절약하기 위해 상기 마이크로컨트롤러(4)가 저전력 소비모드로 스위칭 변환한다. 어두운 시간 동안 즉, 야간 조건에는 상기 마이크로컨트롤러(4)가 미리 설정된 시간 동안 고유의 타이머를 활성화시키고, 그 동안 상기 발광다이오드(1)로 신호를 보낸다.
타이머가 작동하는 동안, 상기 마이크로컨트롤러(4)에서 LED(1)로의 신호전송은 모션센서(6)에 의해 제어된다. 휠림(13)이나 회전체(15)가 한바퀴 회전할 때마다 센서는 짧은 임펄스(impulse)를 상기 마이크로컨트롤러(4)로 보낸다. 상기 마이크로컨트롤러(4)는 상기 센서가 다음에 활성화할 때까지 시간을 기록하고, 유사측정영역(quasi matrix)을 이루는 유사 열(quasi rows)과 유사 행(quasi columns)으로부터 가시적인 패턴을 생성하기 위해, 적절한 연속성을 갖고 일정한 시간 동안 LED(1)를 점등한다. 이러한 발광다이오드의 점등은 멀리 떨어진 관측자가 신호전송에서의 스트로보스코프 효과(stroboscopic effect)에 의해 보이는 형태에 의해 적절하게 상기 유사측정영역(14)으로부터 정보를 적절하게 인식할 수 있게 하기 위하여 일정한 각속도를 갖고 실행된다. 관측자의 눈은 영화촬영법, 텔레비전, 스트로보스코피(stroboscopy) 등과 같은 다른 기술적인 분야에서 널리 사용되는 인간의 변천하는 시력으로 인해 결론적으로 보이는 결과를 인식하게 된다. 상기 유사측정영역(14)에 의해 생성된 이미지의 데이터는 상기 마이크로컨트롤러(4)에 저장된다. 이러한 데이터가 상기 마이크로컨트롤러의 메모리에 기록될 수 있는 방법에는 다음과 같은 두 가지가 있다:
첫 번째 방법: 상기 데이터를 상기 마이크로컨트롤러의 메모리에 미리 저장하고, 나중에 수정할 수 없게 한다.
두 번째 방법: 상기 마이크로컨트롤러(4)가 외부소스(도면에는 미도시)로부터 데이터를 얻기 위해 직렬 인터페이스(9)를 사용한다. 상기 마이크로컨트롤러(4)는 이 데이터를 내장된 비휘발성 메모리에 저장하고 상술한 것과 같은 방법으로 복구한다. 상기 외부소스는 퍼스널컴퓨터나, 랩탑(laptop) 컴퓨터나, 노트북, 또는 필요한 소프트웨어가 구비되고 입력과 정보처리 뿐만 아니라 상기 장치의 통신프로토콜을 지원하는 특수한 장치로 구성될 수 있다. 이러한 외부소스는 조작자의 선호도에 따라 즉시("on the spot") 상기 장치를 반복적으로 재프로그래밍할 수 있게 한다.
상기 마이크로컨트롤러(4)의 타이머는 상기 타이머가 광선세(7)가 빛이 없음을 감지할 때에 상기 모션센서(6)로부터 신호를 받는 시간마다 그 값을 재설정한다. 그리고, 차량이 우연히 빛을 받게 되거나(다른 교통차량의 전조등, 광고판, 가로등에 의해), 또는 상기 모션센서(6)가 신호를 발산하지 않을 경우(예를 들어, 운송장치가 교차로에서 멈출때), 상기 발광다이오드(1)가 짧은 시간 동안 활성화상태를 유지하도록 충분한 작동시간을 준다. 이러한 것은 상기 차량이 불 켜진 지역을 지나갈 때 그 효과가 명확하다. 더욱이, 상기 정보 시각화 장치의 이러한 특징은 관측자가 일련의 빛의 배열을 볼 수 있을 것이기 때문에, 멈춰 있는 차량을 더 잘 살필 수 있게 한다. 이러한 일련의 빛의 배열은 차량의 존재를 다른 운전자에게 경고하며 알리기 위해 점멸할 수도 있다. 그러므로, 이러한 특징은 어두운 시간 동안 교통안전을 제공한다. 상기 타이머의 사용과 관련된 상기 정보 시각화 장치의 또 다른 기능은 차량이 멈추었을 때 배터리 잔량(레벨)을 모니터할 수 있는 것이다. 자동차가 멈춘 후 상기 발광다이오드가 발광을 계속한다면 배터리가 전력을 잃지 않게 된다.
오랫동안 사용하거나 밝은 환경에 있는 동안에는, 상기 타이머는 재설정되지 않을 것이다. 그러므로, 상기 마이크로컨트롤러(4)는 상기 발광다이오드의 전원공급을 차단하는 신호를 보낼 것이고, 상기 정보 시각화 장치가 다음에 활성화될 때까지 저 전력 준비모드로 스위칭 변환될 것이다.

Claims (4)

  1. 회로기판에 열을 이루며 고르게 배열되고 독립전원이 구비되어 상기 회로기판에 설치된 마이크로컨트롤러에 드라이버에 의해 연결된 N 발광다이오드인 광원과, 상기 마이크로컨트롤러에 연결된 동기화센서로 이루어진 정보 시각화 장치에 있어서,
    LED(1)는 단색 또는 3색(RGB)이고, 상기 회로기판은 유연하며, 상기 동기화센서는 회전축이 지표면에 수직하지 않은 회전체의 표면에 설치되었을 경우 중력에 의해 반응하거나, 상기 회전축이 지표면에 수직한 경우 상기 동기화센서(6)가 주어진 고정점에 관련된 위치에서 작동하며,
    광센서(7)는 제어패널(8)에 번갈아 연결되는 마이크로컨트롤러(4)에 연결되고, 상기 동기화센서(6) 및 광센서(7)와 제어데크(controlling deck)(8)가 상기 회로기판(2)에 설치되고, 상기 마이크로컨트롤러(4)에 직렬인터페이스(9)가 구비된 것을 특징으로 하는 정보 시각화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회로기판은,
    동일하거나 상이한 색 또는 RGB로 이루어진 동일하거나 상이한 개수의 LED를 포함하는 P 그룹의 LED가 추가로 설치되고, 상기 그룹의 LED가 회로기판과 동일한 면이나 회로기판으로부터 다양한 거리에 일렬로 배열되거나, 체크무늬 패턴을 이루며 배열되거나, 또는 미리 정해진 패턴에 따라 설치되는 것을 특징으로 하는 정보 시각화 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회로기판(2)은,
    단단하고 미리 정해진 프로파일(profile)인 것을 특징으로 하는 정보 시각화 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회로기판의 저면은,
    접착력 있는 금속박판(10)으로 덮여진 것을 특징으로 하는 정보 시각화 장치.
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