KR20070042644A - 휴대 단말기용 무선 음성 입출력 장치 및 그 시스템 - Google Patents

휴대 단말기용 무선 음성 입출력 장치 및 그 시스템 Download PDF

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KR20070042644A
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Abstract

본 발명은 무선 음성 입출력 장치에 있어서, 특히 골전도 방식 및 음압 진동으로 입출력되는 음성 신호를 무선 통신 방식을 이용하여 휴대 단말기와 송수신하며, 더블어 사용자의 귀속 체온을 제공할 수 있도록 한 휴대 단말기용 무선 음성 입출력 장치 및 그 시스템에 관한 것이다.
본 발명 실시 예에 따른 휴대 단말기용 무선 음성 입출력 장치는, 사용자의 귀속 외이도 내에 장착되어 음성 입출력을 위한 장치에 있어서, 사용자의 입력 음성 신호를 전기적인 신호로 변환하는 골 전도 방식의 마이크로 폰과; 수신되는 음성 신호를 음압으로 변환하여 사용자의 청각에 전달하는 스피커와; 고주파로 송수신되는 상기 음성 신호의 처리 및 무선 통신을 수행하기 위한 무선 통신 및 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
휴대 단말기, 무선 이어 마이크, 골전도

Description

휴대 단말기용 무선 음성 입출력 장치 및 그 시스템{Apparatus and system for audio input and output of wireless using mobile terminal}
도 1은 본 발명에 따른 휴대 단말기용 무선 음성 입출력 시스템을 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 무선 음성 입출력 장치의 측 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 무선 음성 입출력 시스템의 상세 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100...무선 음성 입출력 장치 101...내부본체
102...외부본체 103...이어 마이크 본체
104...충진제 110...마이크로 폰
111...골전도 진동 전달부 120...스피커
121...음압전달도파관 130...온도센서
140...무선통신 및 제어모듈 150...안테나
160...배터리 170...인쇄회로기판
180...접속수단 190...기능조절버튼
본 발명은 휴대 이동 통신용 단말기(이하 "휴대 단말기"라 약칭함)의 음성 입출력 장치에 있어서, 특히 골전도 방식 및 음압 진동으로 입출력되는 음성 신호를 무선 통신 방식을 이용하여 휴대 단말기와 송수신하며, 더블어 사용자의 귀속 체온을 제공할 수 있도록 한 휴대 단말기용 무선 음성 입출력 장치 및 그 시스템에 관한 것이다.
최근의 휴대 단말기는 기본적으로 통화 및 데이터 통신을 수행하며, 또한 다양한 부가 기능이 부가되어 있다. 부가 기능으로는 카메라 기능, 휴대형 음악 재생 기능, 게임 기능 등의 멀티미디어 기능과 휴대형 금융 거래 인증 기능 등을 포함하고 있다.
이러한 휴대 단말기 본체의 다 기능화에 수반하여 사용자의 편의를 증진시킬 수 있는 주변 장치의 발전 또한 빠르게 진전되고 있다. 특히, 휴대 단말기의 주요 기능인 음성 통화 및 오디오 신호 입출력 장치로서 단말기에 장착된 마이크로폰(microphone) 및 스피커(speaker)와는 별도로 이어폰(earphone) 또는 헤드 셋(headset) 등의 형태로 유선 음성 입출력 주변 장치가 일반화되고 있다.
최근, 근거리 무선 통신 방식의 발전과 무선 통신 모듈의 소형화 및 저 전력 구동 기술, 마이크로 컨트롤러 및 이산 신호 처리(discrete signal processing) 회로 등 특정 응용 집적 회로(application specific integrated circuit; ASIC) 등의 저 전력화, 집적도 증가에 따른 소형화 및 저가격화 등에 힘입어, 상기 유선 방식 으로 구현되던 휴대 단말기의 주변 장치가 고주파 통신 방식에 기반 한 무선 주변 기기로의 대체가 실용적으로 가능해 지고 있다.
무선 음향 송수신 주변 장치로는 적외선(infrared light; IR)을 통신 매체(media)로 이용하는 방식, 자계(magnetic field)를 변조하여 통신하는 방식 등이 소개되어 있으나, 전자의 경우 송수신 단이 서로 광학적인 방사 각(line of sight) 내에 위치할 때에만 통신이 가능하며, 후자의 경우 통신 도달 거리가 대체로 1m 내외의 극히 짧은 단점이 있어, 특수용도 이외의 적용 분야에 한계가 있다.
또한, 최근 블루투스(Bluetooth) 무선 통신 규약에 기반 하는 오디오 신호 입출력 장치로서 무선 헤드세트(headset)가 상용화되어 휴대 단말기의 주변 기기로 적용되는 예가 있으나, 상기 무선 통신 방식은 상대적으로 음성 신호 패킷(packet)에 대한 신호 처리 및 연산에 대한 부담으로 전력 소모가 크며, 이에 상응하여 배터리의 용적이 크고, 입력 음성 픽업(pick-up)을 음압(sound pressure)에 의한 마이크로폰에 의존함으로써 사용자의 귀 외곽으로부터 돌출되어 사용자 입과 근접하도록 마이크로폰 부분이 구성됨으로써 헤드세트의 부피 및 무게가 커지게 되어, 사용자가 장시간 상기 헤드세트를 착용하고 사용하는데 불편한 점이 대두되고 있다.
또한, 상기 외부 돌출형 마이크로폰의 경우 사용자 음성 신호 외에도 주변의 오디오 잡음(noise) 등을 그대로 받아들이게 됨으로써 휴대 단말기 자체를 통한 음성 통화 보다 통화 품질을 저하시킬 우려가 있고, 이를 해결하기 위해 두 개의 마이크로폰을 상기 헤드세트에 병설하여 주변 잡음을 회로적으로 제거(cancellation) 하는 등의 부가 장치가 필요하게 되어 장치의 복잡도, 크기, 가격 등을 높이는 원 인이 된다.
본 발명의 제1목적은 휴대 단말기와 음성 입출력과 함께 사용자의 체온 정보를 제공할 수 있도록 한 휴대 단말기용 무선 음성 입출력 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 제2목적은 음성 입력을 위한 마이크로폰과 음성 출력을 위한 스피커가 하나의 외피에 집적된 휴대 단말기용 무선 음성 입출력 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 제3목적은 골전도 방식의 마이크로 폰 및 가청 범위의 음압을 발생하는 스피커를 포함하는 휴대 단말기용 무선 음성 입출력 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 제4목적은 사용자의 체온 정보를 검출하여 단말기에 제공할 수 있는 휴대 단말기용 무선 음성 입출력 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 제5목적은 귀속 외이도 내에 장착된 이어 마이크 본체와 고주파 무선 통신이 가능하도록 한 단말기를 포함하는 휴대 단말기용 무선 음성 입출력 시스템을 제공함에 있다.
상기한 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 휴대 단말기용 무선 음성 입출력 장치는,
사용자의 귀속 외이도 내에 장착되어 음성 입출력을 위한 장치에 있어서,
사용자의 입력 음성 신호를 전기적인 신호로 변환하는 골 전도 방식의 마이 크로 폰과;
수신되는 음성 신호를 음압으로 변환하여 사용자의 청각에 전달하는 스피커와;
고주파로 송수신되는 상기 음성 신호의 처리 및 무선 통신을 수행하기 위한 무선 통신 및 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 마이크로 폰에는 골전도 방식으로 사용자의 음성 신호 진동을 상기 마이크로 폰으로 전달하는 골전도 진동 전달부이 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 골전도 진동 전달부는 사용자의 귀속 외이도의 상단 또는 하단에 접촉되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 스피커에는 귀속 외이도 내에서 스피커의 출력 음성에 대해 음압으로 변환하여 청각에 전달하는 음압 전달 도파관이 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 사용자의 귀속 외이도 내에서 사용자의 체온을 비 접촉식으로 감지하는 온도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 휴대 단말기용 무선 음성 입출력 장치는,
사용자의 귀속 외이도 내에 장착된 음성 신호의 입출력 장치에 있어서,
수신 음성을 음압으로 변환하여 청각에 전달하는 스피커 및 사용자 음성을 전기적인 신호로 변환하는 마이크로 폰을 포함하는 내부 본체와;
음성 신호의 처리 및 무선 통신을 제어하기 위한 무선 통신 및 제어모듈, 안테나, 상기 무선 통신 모듈 및 안테나, 그리고 배터리가 장착된 기판을 포함하는 외부 본체, 로 구분된 이어 마이크 본체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 내부 본체에는 상기 마이크로 폰 및 스피커 사이의 진동에 의한 상호 간섭을 저감시키기 위해 충진제가 충진된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 내부 본체에는 사용자의 체온을 감지하는 온도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 내부 본체의 측단에는 상기 마이크로 폰으로 사용자의 음성 신호를 골전도 방식의 진동으로 전달하기 위한 골전도 진동 전달부이 형성되고, 상기 내부 본체의 전단에는 상기 스피커로부터 출력되는 음성 신호를 음압으로 변환하여 청각으로 전달하기 위한 음압 전달 도파관이 더 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 외부 본체에는 수직하게 설치된 기판의 내면으로 무선 통신 및 제어 모듈과 안테나가 결합되며, 기판의 외면으로 배터리가 결합되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 외부 본체의 외측에는 이어 마이크 본체에서의 음성 입출력 상태 제어를 위한 사용자 인터페이스를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 내부 본체의 마이크로 폰 및 스피커와, 외부 본체의 기판 사이를 전기적으로 접속해 주는 접속 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 접속 수단은 연성 인쇄회로기판(FPBC) 또는 저온동시소성 세라믹(LTCC) 기판인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 휴대 단말기용 무선 음성 입출력 시스템은,
골 전도 방식의 마이크로 폰 및 음성 신호를 음압으로 변환하여 사용자의 청각에 전달하는 스피커, 고주파로 송수신되는 상기 음성 신호의 처리 및 무선 통신을 수행하기 위한 무선 통신 및 제어모듈을 포함하는 무선 음성 입출력장치와;
상기 무선 음성 입출력 장치와 음성 신호 또는 데이터 신호를 송수신하기 위한 무선 통신 및 제어모듈을 포함하는 휴대 단말기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 무선 통신 방식은 IEEE 802. 15.4의 고주파 무선 통신을 이용하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 무선 통신 및 제어 모듈에는 음성 신호를 디지털 음성 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환기와, 음성 신호를 아날로그 음성 신호로 변환하기 위한 디지털/아날로그 변환기와, 상기 디지털 음성 신호를 압축 또는 복원하기 위한 보이스 코덱과; 상기 음성 신호의 압축 또는 복원 제어 및 무선 통신 제어를 위한 메인 제어 유닛과; 송수신 채널 설정 및 전환을 위한 매체접근제어부와, 안테나로 송수신되는 음성신호의 변조 또는 복조를 위한 고주파 송수신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 무선 음성 입출력 장치에는 사용자의 귀속 외이도 온도를 단말기의 요청 또는 주기적으로 감지하여 단말기에게 제공해 주기 위한 온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 휴대 단말기용 무선 입출력 시스템을 나타낸 구성도이며, 도 2는 본 발명에 따른 무선 음성 입출력 장치의 상세 구성도이다.
도 1을 참조하면, 휴대 단말기(200)와 양 방향으로 음성 신호를 무선 송수신할 수 있는 외이도(external auditory carnal; 外耳導) 매입형 무선 음성 입출력 장치(100)를 포함한다. 상기 무선 음성 입출력 장치(100)는 휴대 단말기(200)의 무선 음성신호 및 데이터 신호의 입출력 주변 장치로서, 무선 이어 마이크 세트로 기능하게 된다.
상기 무선 음성 입출력 장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 음성 입출력 및 체온 감지를 위한 내부 본체(101)와, 음성 처리 및 데이터 송수신을 위한 외부 본체(102)를 포함하는 이어 마이크 본체(103)로 구성된다.
상기 내부 본체(101)에는 귓속 외이도에 매입이 용이하도록 사다리꼴 형상으로 형성되며, 하단에 골전도 진동 전달부(111)를 갖고 사용자 음성 신호를 검출하는 골전도 방식의 마이크로 폰(110)과, 전단에 음압 전달 도파관(121)을 갖고 음성 신호를 귓속으로 출력하는 스피커(120)와, 전단에 귓속 외이도에 근접하여 사용자의 체온을 감지하는 온도센서(130)를 포함하는 구성이다.
상기 외부 본체(102)에는 수직하게 설치된 인쇄회로기판(170)의 내면에 집적되며 보이스 코덱, 고주파 송수신부 등을 포함하는 무선 통신 및 제어 모듈(140)과, 안테나(150)와, 상기 인쇄 회로 기판(170)의 외면에 배치된 배터리(160)와, 외 측에 사용자 인터페이스를 위한 기능 조절 버튼(190)을 포함하는 구성이다.
상기 내부 본체(101)의 각 구성요소와 내부 본체(102)의 인쇄회로기판(170) 사이를 전기적으로 연결시켜 주는 접속 수단(180)을 포함하는 구성이다. 상기 접속수단(180)은 도선 배열이나 연성인쇄회로기판을 포함한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 휴대 단말기용 무선 음성 입출력 장치 및 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저 도 1을 참조하면, 무선 음성 입출력장치(100)는 사용자의 귀속 외이도 부분에 삽입 장착되며, 내부에 구성되는 고주파 송수신부 및 안테나를 통해 단말기(200)에 내장된 안테나 및 고주파 송수신부 간에 무선 통신을 수행하여, 무선으로 음성 및 소정의 데이터를 입출력하게 된다. 여기서, 무선 통신 방식은 예를 들면, IEEE 802.15.4 등의 소정의 무선 통신 규약에 준하여 음성 신호 또는 소정의 데이터의 양방향 통신이 이루어진다. 이러한 IEEE 802.15.4 무선 통신 방식은 전력 소모가 적은 ISM(industrial, scientific, and medical) 주파수 밴드를 매체로 이용하고 있다.
이와 같이, 무선 음성 입출력 장치(100)는 음성 신호 또는 데이터에 대해 무선으로 양 방향 전송을 수행하므로, 기존 유선 방식를 사용하는 음성 입출력 장치의 착용에 따른 불편함, 또 단말기와 주변 장치의 제한된 사용 거리, 유선에 의한 사용자의 행동 제약 등의 사용상의 불편을 해결할 수 있다. 또한 기존의 핸즈프리(hands free) 장치에서와 같이 음성 통화 및 오디오 신호 청취와 운전, 사무작업 또는 여타 양손으로 수행해야 하는 작업들을 병행할 수 있는 자유도를 사용자에게 제공하게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 무선 음성 입출력 장치의 상세 구성도이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 무선 음성 입출력 장치(100)는 외이도 매입형 이어 마이크 본체(103)의 내/외부에 크게 내부 본체(101)와 외부 본체(103)로 구성된다. 여기서, 상기 이어 마이크 본체(103)의 내부본체(101)는 외이도 매입 부분의 외피로서 편의상 간략하게 도시하였으며, 골전도 음성 신호 픽업에 적합하도록 외이도에 밀착되는 구조로 성형되는 것이 바람직하다.
상기 내부 본체(101)는 사용자의 귀속 외이도에 근접하여 음성 입출력을 위해 전방에 배치되며, 외부 본체(102)는 사용자 및 단말기와의 통신 인터페이스를 위해 외부에 배치된다. 상기 내부 및 외부 본체(101,102)는 서로 격벽으로 영역이 분리되며, 서로 간에 전기적으로 연결된다. 여기서, 본 발명은 이어 마이크 본체(103)를 내부 및 외부 본체로 분할 구성하지 않고 단일 구조체로 할 수도 있다.
상기 내부 본체(102)에는 마이크로 폰(110), 스피커(120), 온도센서(130)를 포함하며, 외부 본체(102)에는 무선 통신 및 제어 모듈(140), 안테나(150), 배터리(160), 인쇄회로기판(170)를 포함한다.
상기 마이크로 폰(110)은 사용자 음성의 입력장치로서, 내부 본체 하단에 음성을 전달받기 위해 골전도 진동 전달부(111)를 구비하고 골전도(bone conduction) 원리를 이용하여 사용자 음성을 입력받게 된다. 즉, 사용자의 입력 음성신호는 골전도 진동 전달부(111)를 통해 마이크로 폰(110)에 전달되어 상기 입력 음성 신호에 대응되는 아날로그 전기 신호로 변환된다. 이러한 골전도 진동 전달부(111)는 내부 본체의 내부 상단 또는 하단에 구비되는 것이 바람직하다.
여기서, 골전도 원리는 뼈를 진동시켜 음을 듣는 장치로서, 통상 고막이 비정상인 사람들은 고막이 음파에 제대로 진동하지 못하여 음이 청신경에 전달되지 못하므로 잘 듣지 못하는데 고막과 청신경사이의 음성전달용 망치뼈 등이 붙어있는 귀 근처의 머리뼈를 진동시켜 고막대신 진동을 뼈를 통하여 감지하게 된다. 이에 따라 골 전도 방식은 골전도 진동 전달부(111)가 귀속 즉, 뼈에 접촉되어 뼈의 진동을 통해 전달되는 음성을 마이크로 폰(110)에 전기적인 신호로 검출된다.
이러한 골전도 방식의 마이크로폰(110)을 음성 입력 픽업(pickup) 소자로 적용하여 오디오 입출력 소자간의 간섭을 최소화하고, 외부 오디오 잡음을 방지하며, 사용자의 속삭이는(whisper) 수준의 음성 입력까지 픽업할 수 있다.
상기 스피커(120)는 전기적인 음성 신호를 가청 범위의 음압(sound pressure)으로 변환하여 사용자의 청각에 전달하게 된다. 이를 위해 상기 스피커(120)의 출력측에는 음압 전달 도파관(121)을 구비하고 있으며, 상기 스피커(120)를 통해 출력되는 음성신호가 음압 전달 도파관(121)을 통해 출력된다. 이러한 음압 전달 도파관(121)은 귀속 외이도에 가장 근접한 위치에 배치되는 것이 바람직하다.
또한 상기 골전도 방식의 마이크로폰(110)과 스피커(120)를 이용하여 음성 입출력 소자 사이에 발생되는 하울링(howling) 및 에코(echo) 발생을 저감할 수 있다.
그리고, 온도 센서(temperature sensor)(130)는 사용자의 귀속 체온을 비 접 촉식으로 측정하게 된다. 상기 온도 센서(130)는 내부 본체(101)의 전단에 배치됨으로써, 매입형 무선 이어 마이크 본체(103)에 의해 폐쇄된 귀 내부 영역의 온도가 사용자의 체온 온도와 거의 동일하므로, 비 접촉식으로 사용자의 귀속 체온 온도를 감지할 수 있게 된다. 다른 예로서, 온도 센서는 내부 본체의 상단 또는 하단에 접촉식으로 구성하여 사용자의 온도를 감지할 수도 있다.
또한 상기 내부 본체(101)에는 내부에 상기 구성요소들을 지지 및 고정하기 위한 완충제(예: Soft mold)(104)가 채워진다. 즉, 완충제(104)는 상기 마이크로폰(110)과 스피커(120)의 장착에 따른 상호 간섭(cross-talk)을 저감하기 위해 내부 본체(101)에 충진된다.
그리고, 외부 본체(102)에는 내부 본체(101)와 단말기 사이의 통신, 사용자와의 통신을 위한 구성 요소들이 포함되는데, 무선 통신 및 제어 모듈(140), 안테나(150), 배터리(160), 인쇄회로기판(170)을 포함하게 된다.
상기 인쇄 회로 기판(170)은 PCB(Printed Circuit Board) 또는 LTCC(Low Temperature Cofired Ceramics) 등의 기판으로서, 외이도측 내면에 무선 통신 및 제어 모듈(140)과 안테나(150)가 집적되며, 외면에 소정 간격을 두고 전기적으로 연결된 배터리(160)가 부착된다. 상기 무선 통신 및 제어 모듈(140)은 고주파 송수신부(RF transceiver), 메인 제어 유닛, 보이스 코덱 등을 포함하는 구성으로서, 단말기와의 무선 통신 수행, 음성 신호 및 데이터 처리를 수행하게 된다.
안테나(150)는 고주파 송수신부로부터 출력되는 신호를 단말기 외부에 방사하고, 외부에서 이어 마이크 본체(103)로 수신되는 고주파 신호를 수신하게 된다.
상기 배터리(160)는 전원공급을 위한 충전식 배터리(rechargeable battery)로서, 휴대폰 또는 충전용 잭을 통해 연결되어 필요한 전원을 공급받아 충전시키며, 이어 마이크 본체(103)의 각 구성 요소에 필요한 전원을 공급하게 된다. 상기 배터리(160)는 외이도 장착에 적합한 외피(ear-mold)에 격납되어 구성된다.
또한 내부 본체(101)와 외부 본체(103) 사이에 전기적으로 연결시켜 주는 접속수단(180)이 포함되는데, 상기 접속수단(180)은 연성 인쇄회로기판(FPBC) 또는 도선 배열을 포함하며, 내부 본체(101)의 구성 요소들과 상기 인쇄회로기판(170)을 전기적으로 연결해 주어 전기적인 바이어스 및 입출력 신호 전송을 수행하게 된다.
상기 외부 본체(102)의 외측에는 상기 인쇄회로기판(101)에 전기적으로 연결된 기능 조절 버튼(190)을 포함하며, 상기 기능 조절 버튼(190)은 외부 소정 위치에서 돌출 구성되며, 상기 이어 마이크 본체(101)의 전원을 켜거나 끄고, 상기 스피커의 볼륨 등을 조절하거나 음 소거(mute) 기능 등을 변경할 수 있다. 예를 들면, 기능 조절 버튼(190)은 하나 이상 구성할 수도 있으며 단일 개로 구성할 경우 누르는 시간 또는/및 누르는 압력 정도에 따라 복수의 기능을 부가할 수도 있다. 또한 복수개 구성할 경우 하나는 볼륨 증가키이고, 다른 하나는 볼륨 감소키로 구성할 수 있으며, 이 중에서 어느 한 키의 누르는 정도에 의해 뮤트 키 등을 추가적으로 구성할 수도 있다.
도 3은 본 발명에 따른 무선 음성 입출력 장치와 휴대 단말기의 통신을 위한 상세 구성도이다. 즉, 무선 통신 및 제어 모듈의 상세 구성도이다.
도 3을 참조하면, 무선 음성 입출력 장치(100)에 구비된 무선 통신 및 제어 모듈(130)에는 아날로그/디지털 변환기(ADC)(141,147), 디지털/아날로그 변환기(DAC)(142), 보이스 코덱(Voice codec), 메인제어유닛(144), 매체접근제어부(145), 고주파 송수신부(RF transceiver)(146)를 포함한다.
마찬가지로 휴대 단말기의 무선 통신 및 제어 모듈(220)에는 무선 음성 입출력 장치(100)의 무선 통신 및 제어 모듈(130)과 거의 동일한 구성으로서, 고주파 송수신부(221), 매체접근제어부(222), 메인제어유닛(223), 보이스 코덱(224), 디지털/아날로그 변환기(225), 아날로그/디지털 변환기(ADC)(226)를 포함한다.
여기서, 보이스 코덱(143,224)은 입출력 음성신호를 통신 규약 및 출력 소자인 스피커 성능에 맞게 압축 또는 복원하게 되며, 상기 매체 접근 제어부(145,222)는 송수신 채널 검색 및 유지/전환 등을 수행하게 된다. 상기 메인 제어 유닛(144,223)은 입출력되는 음성 또는 데이터의 송수신을 제어하며, 사용자 선택 기능에 따라 각 구성 요소를 제어하게 된다.
상기 고주파 송수신부(146,221)는 송신되는 음성신호의 변조를 수행하고, 수신되는 음성 신호의 복조를 수행하게 된다. 또한 IEEE802.15.4 등의 고주파 무선 통신 방식을 이용하므로, 소모전력이 적기 때문에 음성 송수신에 대한 연속 사용 시간 및 대기 시간을 증가시키거나, 보다 소형화된 배터리 및 전원 공급량으로 구동할 수도 있다.
이러한 무선 음성 입출력장치(100)의 무선 통신 및 제어모듈(140)은 무선으로 수신되는 음성 신호를 처리하여 스피커(120)로 출력하게 되며, 사용자의 입력 음성을 마이크로 폰(110)으로 전달받아 디지털 처리한 후 무선 전송하게 된다.
또한 무선 통신 및 제어모듈(140)의 메인 제어 유닛(144)은 온도센서(130)의 전원 차단 또는 공급을 제어하고, 온도 센서(130)로부터 감지된 온도 데이터를 아날로그/디지털 변환기(147)를 통해 디지털 데이터로 입력받아 단말기에 무선 전송하게 된다.
단말기(200)에는 상기의 무선 통신 및 제어모듈(220)의 제어를 위한 메인 처리 유닛(230)을 포함하는데, 상기 메인 처리 유닛(230)은 음성 입출력을 제어하는 한편, 메인제어유닛(223)을 통해 온도 데이터를 요청하고, 요청된 결과에 해당되는 온도 데이터를 전달받아 사용자에게 제공한다.
이러한 무선 음성 입출력 시스템의 동작에 대해 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
사용자의 음성은 골전도에 의한 진동으로 외이도에 장착된 이어 마이크 본체(101)의 골전도 진동 전달부(111)를 통해 마이크로폰(110)에 전달되어 음성 신호에 대응되는 아날로그 전기 신호로 변환된다.
상기 아날로그 전기 신호는 무선 통신 및 제어 모듈(140)에 집적된 아날로그/디지털 변환기(analog-to-digital converter)(141)를 통하여 디지털 신호로 변환된 후 음성 코덱(voice CODEC)으로 입력되어 압축되며, 압축된 음성 신호는 메인제어유닛(144)을 거쳐 IEEE 802.15.4 등의 적용된 고주파 무선 통신 규약에 맞게 패킷 신호로 추가적으로 연산 및 가공되어, 매체 접근 제어부(MAC)(145)를 통해 선정된 통신 채널에 맞게 고주파 송수신부(146)에서 변조된 후 초소형 안테나(150)를 통해 외부로 송출된다.
상기 송출된 무선 신호는 단말기 측의 안테나(210)에 수신되어 단말기측의 무선 통신 및 제어 모듈(120) 내에 구성된 매체접근제어부(MAC)(222)로 선정된 채널의 고주파 송수신부(221)를 통하여 복조된 후, 메인제어유닛(223)으로 전달되고, 메인제어유닛(223)에서 패킷 신호 중 음성 신호에 해당하는 데이터를 보이스 코덱(voice CODEC)(224)으로 보내어 디지털 음성 신호로 복원한 후, 디지털/아날로그 변환기(digital-to-analog converter)(225)를 통하여 아날로그 음성 신호로 재생한 후, 이를 휴대 단말기의 메인 처리 유닛(230)의 음성 입력부(미도시)에 입력함으로써 음성 통화 입력이 완료된다.
반대로, 휴대 단말기에서 출력되는 통화 상대방의 음성 등을 포함하는 음성 신호 또는 단말기에서 재생(playback)되는 음성 신호는 상기 단말기 측에 내장된 무선 통신 및 제어 모듈(220)에 집적된 아날로그/디지털 변환기(226)를 통하여 디지털 신호로 변환된 후 보이스 코덱(voice CODEC)(224)으로 입력되어 압축된다.
상기 압축된 음성 신호는 메인제어유닛(223)를 거쳐 IEEE 802.15.4 등의 적용된 고주파 무선 통신 규약에 맞게 패킷 신호로 추가적으로 연산 및 가공되어 매체접근제어부(222)를 통해 선정된 통신 채널에 맞게 고주파 송수신부(221)에서 변조된 후 초소형 안테나(2210)를 통해 외부로 송출된다.
상기 송출된 무선 신호는 사용자 외이도에 매입된 이어 마이크 본체(103)의 안테나(150)에 수신되어 매체접근제어부(145)로 선정된 채널의 고주파 송수신부(146)를 통하여 복조 된 후, 메인제어유닛(144)로 전달되고, 메인제어유닛(144)에서 패킷 신호 중 음성 또는 오디오 신호에 해당하는 데이터를 음성 코덱(143)으로 보내어 디지털 음성 신호로 복원한 후, 디지털/아날로그 변환기(142)를 통하여 아날로그 음성 신호로 재생한 후, 이를 이어 마이크 본체(103)에 내장된 스피커(120)에 입력함으로써 사용자에게 음성 신호를 제공하게 된다.
한편, 온도 센서(130)에 의한 체온 검지는, 사용자가 자신의 체온을 측정하고자 할 경우 휴대 단말기(200)에서 체온 데이터를 요청하게 된다. 이때, 메인 처리유닛(230)에서 온도 데이터를 요청하면, 상기 단말기 측에 내장된 무선 통신 및 제어 모듈(220)의 메인제어유닛(223), 매체접근제어부(222), 고주파 송수신부(221)를 통해 안테나(210)를 거쳐 송출함으로써, 체온 데이터를 무선 음성 입출력 장치(100)에 무선으로 요청(Temp. request)하고, 수신된 체온 데이터 요청에 상응하여 무선 음성 입출력 장치(100)의 메인제어유닛(144)을 통하여 상기 온도 센서(130)에 구동 전원을 공급하고, 체온에 해당하는 온도 데이터(Temp. data)를 디지털 변환하여 읽어 들인 후, 이 데이터를 패킷에 포함하여 다시 고주파 송수신부(146) 및 안테나(150)를 거쳐 외부에 송출하게 된다.
그러면, 단말기(200) 측의 고주파 송수신부(221)를 거쳐 수신되는 상기 패킷 중에서 온도 정보에 해당하는 부분을 메인제어유닛(223)을 통하여 메인 처리 유닛(230)에 체온 데이터(Temp. data)로 제공함으로써, 단말기에서 사용자의 체온 정보를 시각적으로 디스플레이 하거나, 음성 신호로 정보를 제공하거나, 향후 체온 데이터의 활용을 위하여 단말기의 저장매체 등에 측정 정보와 함께 저장하여 보관 할 수 있도록 할 수 있다.
또한 무선 음성 입출력 장치를 이용한 사용자 체온 제공 방법의 일 예로서, 사용자 체온의 임계 값(threshold value)을 단말기(200)를 통하여 무선 음성 입출력장치(100)에 미리 설정할 수 있도록 하여, 상기 임계 범위를 벗어나는 체온이 상기 무선 음성 입출력 장치(100)의 온도 센서(130)에 검지 되는 경우(event)에는 상기 체온 값과 경고 정보를 단말기 측에 송신하여 사용자에게 체온의 이상 상태를 고지하고, 이 값을 측정 일자 및 시간 등의 정보와 함께 저장할 수 있도록 하는 제공할 수도 있다.
또한 다른 예로서, 무선 음성 입출력장치(100)의 온도 센서를 이용하여 일정한 주기로 체온을 검지 하도록 설정하여, 주기마다 감지된 사용자 체온을 휴대 단말기에 제공할 수도 있다.
그리고, 상기와 같이 온도 센서를 이용할 때, 사용자의 체온을 요청하거나, 임계값을 두거나, 주기적으로 요청하는 것들을 옵션으로 선택할 수 있도록 함으로써, 세 가지 경우를 사용자가 직접 절환 하여 선택 사용할 수 있도록 사용자 인터페이스를 제공함으로써 유용한 무선 체온 측정 기능을 제공할 수 있다.
또한, 배터리의 잔량을 검출하는 배터리 잔량 검출부(미도시)를 더 구비하고 상기 검출된 배터리 잔량의 결과를 단말기에 제공할 때, 상기와 같이 단말기 측에서 요청하거나, 임계값을 두어 일정 임계값 이하일 때 보고하거나, 일정한 주기로 보고하는 등의 옵션을 선택할 수 있도록 함으로써, 이어 마이크 본체의 전원 관리를 효율적으로 수행할 수도 있다.
이러한 이어 마이크 본체와 휴대 단말기(mobile phone) 이외의 PDA, 자동차 AV(audio & video) 기기, 무전기, PTT(push-to-talk) 단말기 등의 본체에 무선 통신 및 제어모듈을 탑재하여 양방향 무선 데이터 통신을 가능케 한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시 예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 따른 휴대 단말기용 무선 음성 입출력 장치에 의하면, 무선 통신 방식을 이용하여 휴대 단말기와 음성 신호를 양방향으로 송수신하며, 이어 마이크로폰 및 스피커가 집적되어 외이도 내에 착장되도록 함으로써 소형화 된 무선 이어 마이크를 제공하여 장시간 착용에 적합한 음성 입출력 주변 장치를 구현할 수 있다.
또한, 이어 마이크 본체에는 귓속 체온을 비접촉식으로 검지 할 수 있는 온도 센서가 외이도 장착부의 소정의 위치에 집적/내장되어 체온 정보를 휴대 단말기에 무선 전송하여 사용자의 체온 이상 유무를 사용자가 모니터링 하거나 정상 수준 범위를 벗어난 이상 체온 검지 시에는 사용자에게 체온 이상을 경보(alert)할 수 있는 기능을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 무선 이어 마이크 세트는 ISM(industrial, scientific, and medical) 주파수 밴드 등을 통신 매체(media)로 이용하는 전력 소모가 적은 무선 통신 규약을 적용하여 이어 마이크 세트의 연속 사용 시간 및 대기 시간을 증가시킬 수 있고, 기존의 무선 통신 방식에 비해 구성이 간단하므로 무선 이어 마이크 세트의 가격을 저렴하게 할 수 있다.
또한 본 발명은 이어 마이크 본체에 대해 기능적으로 내부 본체와 외부 본체를 분할시키고, 서로 간에 전기적으로 연결함으로써, 소형화 및 서로 다른 소자간의 간섭을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 마이크로 폰과 스피커가 구성되는 내부 본체에 대해 완충제를 충진하여 줌으로써, 마이크로 폰과 스피커 사이의 상호 간섭을 저감시켜 줄 수 있는 효과가 있다.

Claims (17)

  1. 사용자의 귀속 외이도 내에 장착되는 음성 입출력 장치에 있어서,
    사용자의 입력 음성 신호를 전기적인 신호로 변환하는 골 전도 방식의 마이크로 폰과;
    수신되는 음성 신호를 음압으로 변환하여 사용자의 청각에 전달하는 스피커와;
    고주파로 송수신되는 상기 음성 신호의 처리 및 무선 통신을 수행하기 위한 무선 통신 및 제어모듈;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기용 무선 음성 입출력장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로 폰에는 골전도 방식으로 사용자의 음성 신호 진동을 상기 마이크로 폰으로 전달하는 골전도 진동 전달부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기용 무선 음성 입출력장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 골전도 진동 전달부는 사용자의 귀속 외이도의 상단 또는 하단에 접촉되는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기용 무선 음성 입출력장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 스피커에는 귀속 외이도 내에서 스피커의 출력 음성에 대해 음압으로 변환하여 청각에 전달하는 음압 전달 도파관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기용 무선 음성 입출력장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 사용자의 귀속 외이도 내에서 사용자의 체온을 비 접촉식으로 감지하는 온도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기용 무선 음성 입출력장치.
  6. 사용자의 귀속 외이도 내에 장착된 음성 신호의 입출력 장치에 있어서,
    수신 음성을 음압으로 변환하여 청각에 전달하는 스피커 및 사용자 음성을 전기적인 신호로 변환하는 마이크로 폰을 포함하는 내부 본체와;
    음성 신호의 처리 및 무선 통신을 제어하기 위한 무선 통신 및 제어모듈, 안테나, 상기 무선 통신 모듈 및 안테나, 그리고 배터리가 장착된 기판을 포함하는 외부 본체, 로 구분된 이어 마이크 본체;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기용 무선 음성 입출력장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 내부 본체에는 상기 마이크로 폰 및 스피커 사이의 진동에 의한 상호 간섭을 저감시키기 위해 충진제가 충진된 것을 특징으로 하는 휴대 단말기용 무선 음성 입출력장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 내부 본체에는 사용자의 체온을 감지하는 온도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기용 무선 음성 입출력장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 내부 본체의 측단에는 상기 마이크로 폰으로 사용자의 음성 신호를 골전도 방식의 진동으로 전달하기 위한 골전도 진동 전달부이 형성되고,
    상기 내부 본체의 전단에는 상기 스피커로부터 출력되는 음성 신호를 음압으로 변환하여 청각으로 전달하기 위한 음압 전달 도파관이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기용 무선 음성 입출력장치.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 외부 본체에는 수직하게 설치된 기판의 내면으로 무선 통신 및 제어 모듈과 안테나가 결합되며, 기판의 외면으로 배터리가 결합되는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기용 무선 음성 입출력장치.
  11. 제 6항에 있어서,
    상기 외부 본체의 외측에는 이어 마이크 본체에서의 음성 입출력 상태 제어를 위한 사용자 인터페이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기용 무선 음성 입출력장치.
  12. 제 6항에 있어서,
    상기 내부 본체의 마이크로 폰 및 스피커와, 외부 본체의 기판 사이를 전기적으로 접속해 주는 접속 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기용 무선 음성 입출력장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 접속 수단은 연성 인쇄회로기판(FPBC) 또는 저온동시소성세라믹(LTCC) 기판인 것을 특징으로 하는 휴대 단말기용 무선 음성 입출력장치.
  14. 골 전도 방식의 마이크로 폰 및 음성 신호를 음압으로 변환하여 사용자의 청각에 전달하는 스피커, 고주파로 송수신되는 상기 음성 신호의 처리 및 무선 통신을 수행하기 위한 무선 통신 및 제어모듈을 포함하는 무선 음성 입출력장치와;
    상기 무선 음성 입출력 장치와 음성 신호 또는 데이터 신호를 송수신하기 위한 무선 통신 및 제어모듈을 포함하는 휴대 단말기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기용 무선 음성 입출력 시스템.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 무선 통신 방식은 IEEE 802. 15.4의 고주파 무선 통신을 이용하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기용 무선 음성 입출력 시스템.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 무선 통신 및 제어 모듈에는 음성 신호를 디지털 음성 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환기와, 음성 신호를 아날로그 음성 신호로 변환하기 위한 디지털/아날로그 변환기와, 상기 디지털 음성 신호를 압축 또는 복원하기 위한 보이스 코덱과; 상기 음성 신호의 압축 또는 복원 제어 및 무선 통신 제어를 위한 메인 제어 유닛과; 송수신 채널 설정 및 전환을 위한 매체접근제어부와, 안테나로 송수신되는 음성신호의 변조 또는 복조를 위한 고주파 송수신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기용 무선 음성 입출력 시스템.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 무선 음성 입출력 장치에는 사용자의 귀속 외이도 온도를 단말기의 요청 또는 주기적으로 감지하여 단말기에게 제공해 주기 위한 온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기용 무선 음성 입출력 시스템.
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