KR20120030147A - 이차원 위치 감지 시스템 및 그를 위한 센서 - Google Patents

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KR20120030147A
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아바닌드라 우투쿠리
조나단 클라크
스티븐 맥퍼딘
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바안토 인터내셔널 엘티디.
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Abstract

2차원 위치 감지 시스템 및 그러한 시스템에서 사용되는 센서들이 개시된다. 센서들은 센서 소자들을 가지는 선형 어레이 센서 및 개구판을 포함한다. 일 부 실시예들은 복사를 센서 소자들의 일부 위로 향하게 하는 복사 소스를 포함한다. 다른 실시예들은 복사가 센서 소자들의 일부에 도달하는 것을 차단하는 복사 차단 물체를 포함한다. 복사 소스 또는 복사 차단 물체의 방향 또는 위치는 센서 소자들에 입사하는 복사로부터 추정된다.

Description

이차원 위치 감지 시스템 및 그를 위한 센서{TWO-DIMENSIONAL POSITION SENSING SYSTEMS AND SENSORS THEREFOR}
기술된 실시예들은 이차원에서의 복사 소스(radiation source) 또는 복사 차단 물체(radiation blocking object)의 위치를 감지하기 위한 시스템 및 방법에 관련된다. 실시예들은 또한 그러한 시스템 및 방법에서 사용하기 위한 센서들에 관련된다.
본 발명의 일부 실시예들은 센서에 대한 물체의 방향을 추정하기 위한 센서들을 제공한다. 복사 소스는 발생된 또는 반사된 복사(radiation)를 센서를 향해 방출한다. 센서는 개구판(aperture plate) 뒤에 선형의 광학 센서 어레이를 갖는다. 센서 어레이는 선형으로 배열된 복수의 센서 소자를 갖는다. 개구판은 시스템이 사용중인 경우 복사 소스로부터의 복사가 센서 소자들의 일부에만 도달하도록 허용하는 개구를 갖는다. 센서로부터의 강도 신호(intensity signal)는 복사가 입사되는 센서 소자들을 식별하도록 구성된 프로세서에 결합된다. 조명되는 센서 소자들 중에서 중앙 센서 소자가 선택되어 센서에 대한 복사 소스의 방향을 추정하기 위하여 사용된다.
다른 실시예들은 선형 어레이 센서를 갖는 센서를 제공한다. 복수의 복사 소스가 제공되어 선형 어레이 센서의 일정 범위의 센서 소자들을 조명한다. 각각의 복사 소스로부터의 복사는 개구판의 개구를 통과하여 센서 소자들의 일부만을 조명한다. 복사 차단 소자는 복사 소스들 중 일부로부터의 복사가 센서 소자들의 일부에 도달하는 것을 차단하는데 사용된다. 센서 소자들에 도달하는 복사가 없다는 것이 측정되어, 센서에 대한 복사 차단 소자의 방향을 추정하는데 사용된다.
다른 양태에서, 한 쌍의 센서가 제공된다. 센서들은 서로 알려진 간격만큼 이격되어 배치된다. 각각의 센서는 센서에 대한 (일부 실시예들에서) 복사 소스 또는 (다른 실시예들에서) 복사 차단 물체의 방향을 결정한다. 복사 소스 또는 복사 차단 물체의 위치는 각각의 센서로부터의 소스 또는 물체의 방향 및 센서들의 알려진 상대적인 배치에 기초하여 추정된다.
다른 양태는 감지 영역에 배치된 복사 소스의 방향을 추정하는 방법을 제공하며, 본 방법은 복사 센서를 제공하는 단계와 - 복사 센서는, 감지 영역을 마주 보는 복수의 센서 소자들을 갖는 선형 어레이 센서, 선형 어레이 센서와 감지 영역 사이에 배치되어 감지 영역으로부터의 복사가 선형 어레이 센서에 도달하는 것을 차단하는 개구판, 및 개구판에 형성되어 복사 소스로부터의 복사가 센서 소자들의 일부에 도달하는 것을 허용하는 개구를 포함함 -, 선형 어레이 센서로부터의 강도 신호를 수신하는 단계와 - 강도 신호는 개구를 통해 센서 소자들에 입사하는 복사에 대응하는 강도 값들을 포함함 -, 강도 신호에 기초하여 방향을 결정하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 복사 강도 신호는 임계값을 초과하는 적어도 하나의 고(high) 강도 값을 포함하고, 방향은 적어도 하나의 고 강도 값에 기초하여 결정된다.
일부 실시예들에서, 복사 강도 신호는 임계값을 초과하는 일정 범위의 고 강도 값들을 포함하고, 방향을 결정하는 단계는 일정 범위의 고 강도 값들에 기초하여 중심 센서 소자를 선택하는 단계와, 중심 센서 소자에 기초하여 방향을 결정하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 복사 강도 신호는 임계값 미만의 적어도 하나의 저(low) 강도 값을 포함하고, 방향은 적어도 하나의 저 강도 값에 기초하여 결정된다.
일부 실시예들에서, 복사 강도 신호는 임계값 미만의 일정 범위의 저 강도 값들을 포함하고, 방향을 결정하는 단계는 일정 범위의 저 강도 값들에 기초하여 중심 센서 소자를 선택하는 단계와, 중심 센서 소자에 기초하여 방향을 결정하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 복사 강도 신호는 아날로그 신호이고, 방향을 결정하는 단계는 아날로그 복사 강도 신호를 대응하는 최종 복사 강도로 변환하는 단계와, 최종 복사 강도 신호에 기초하여 방향을 결정하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 복사 강도 신호는 센서 소자들의 각각에 대응하는 높은 값 또는 낮은 값 중 하나를 갖는 디지털 신호이고, 방향을 결정하는 단계는, 일정 범위의 고 강도 값들에 기초하여 중심 센서 소자를 선택하는 단계와, 중심 센서 소자에 기초하여 방향을 결정하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 복사 강도 신호는 센서 소자들의 각각에 대응하는 높은 값 또는 낮은 값 중 하나를 갖는 디지털 신호이고, 방향을 결정하는 단계는, 일정 범위의 저 강도 값들에 기초하여 중심 센서 소자를 선택하는 단계와, 중심 센서 소자에 기초하여 방향을 결정하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 복사 강도 신호는 방향을 결정하기 전에 불요 값들(spurious values)을 제거하기 위해 필터링될 수 있다.
일부 실시예들에서, 방향을 결정하는 단계는 룩업(lookup) 테이블에서 각도를 검색하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 방향을 결정하는 단계는 각도를 계산하는 단계를 포함한다.
다른 양태는 감지 영역에 대한 복사 소스의 위치를 추정하는 방법을 제공하며, 본 방법은 감지 영역에 대한 제1 위치에 제1 위치 센서를 배치하는 단계와, 평면에 대한 제2 위치에 제2 위치 센서를 배치하는 단계와 - 제1 위치 센서와 제2 위치 센서는 일정 거리만큼 이격됨 -, 제1 위치 센서에 대한 제1 광선을 결정하는 단계와, 제2 위치 센서에 대한 제2 광선을 결정하는 단계와, 복사 소스의 위치를 제1 광선과 제2 광선의 교차점에 있다고 추정하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 감지 영역은 디스플레이 스크린의 표면이다.
일부 실시예들에서, 감지 영역은 기입 표면의 표면이다.
일부 실시예들에서, 복사 소스는 제1 위치 센서 및 제2 위치 센서에 의해 검출가능한 복사를 방출하는 액티브 복사 소스이다.
일부 실시예들에서, 복사 소스는 패시브 반사 복사(passive reflective radiation)이고, 고정된 위치에 하나 이상의 액티브 복사 소스를 제공하는 단계를 더 포함하며, 패시브 복사 소스는 액티브 복사 소스들로부터의 복사를 제1 위치 센서 및 제2 위치 센서에 반사한다.
일부 실시예들에서, 감지 영역은 디스플레이 스크린의 표면이다.
일부 실시예들에서, 감지 영역은 기입 표면의 표면이다.
다른 양태는 감지 영역에 대한 복사 소스의 위치를 추정하는 방법을 제공하며, 본 방법은 감지 영역에 인접한 복수의 액티브 복사 소스들을 제공하는 단계와, 감지 영역에 대한 제1 위치에 제1 위치 센서를 배치하는 단계와 - 복사 소스들 중 적어도 일부에 의해 방출된 복사는 제1 복사 센서에 입사됨 -, 평면에 대한 제2 위치에 제2 위치 센서를 배치하는 단계와 - 복사 소스들 중 적어도 일부에 의해 방출된 복사는 제2 복사 센서에 입사되고, 제1 위치 센서 및 제2 위치 센서는 일정 거리만큼 이격됨 -, 제1 위치 센서에 대한 제1 광선을 결정하는 단계와, 제2 위치 센서에 대한 제2 광선을 결정하는 단계와, 복사 소스의 위치를 제1 광선과 제2 광선의 교차점에 있다고 추정하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 제1 그룹의 액티브 복사 소스들로부터의 복사는 제1 위치 센서에 도달하는 것이 차단되고, 제2 그룹의 복사 소스들로부터의 복사는 제2 복사 센서에 도달하는 것이 차단되며, 제1 광선은 제1 그룹에 대응하고 제2 광선은 제2 그룹에 대응한다.
다른 양태는, 감지 영역을 마주 보는 선형으로 배열된 복수의 센서 소자들을 갖는 선형 어레이 센서와, 선형 어레이 센서와 감지 영역 사이에 배치되어 감지 영역으로부터의 복사가 선형 어레이 센서에 도달하는 것을 차단하는 개구판과, 개구판에 형성되어 감지 영역으로부터의 복사가 센서 소자들의 일부에 도달하는 것을 허용하는 개구를 포함하는 위치 센서를 제공한다.
일부 실시예들에서, 센서는 선형 어레이 센서에 결합되어 선형 어레이 센서로부터의 복사 강도 신호를 수신하는 프로세서를 포함하며, 복사 강도 신호는 개구를 통해 일정 범위의 센서 소자들에 입사하는 복사의 강도에 대응한다.
일부 실시예들에서, 센서는 센서 소자들에 도달하는 복사를 필터링하는 광학 필터를 포함한다.
일부 실시예들에서, 센서 소자들은 감지 영역에 있는 복사 소스에 의해 방출된 복사에 민감하며, 광학 필터는 복사 소스에 의해 방출된 복사가 센서 소자들에 도달하는 것을 허용하도록 선택된다.
일부 실시예들에서, 감지 영역은 대체로 평면이고, 센서 소자들은 감지 영역에 대체로 평행하게 선형으로 배열된다.
일부 실시예들에서, 프로세서는 복사 강도 신호에 응답하여 위치 센서에 대한 방향을 추정하도록 구성된다.
본 발명의 이들 및 다른 양태들은 본 발명의 일부 예시적인 실시예들이 설명에서 이하에 기술된다.
본 발명의 다양한 실시예들이 이제 다음 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 센서를 도시하는 도면.
도 2는 도 1의 센서의 부분 절단 전면도.
도 3은 도 1의 센서의 횡단면 상면도.
도 4는 도 1의 센서로부터의 강도 신호를 도시하는 도면.
도 5 및 도 6은 다른 예시적인 강도 신호들을 도시하는 도면.
도 7은 도 4의 신호에 기초하는 최종 강도 신호를 도시하는 도면.
도 8은 복사 소스의 위치를 추정하는 시스템을 도시하는 도면.
도 9는 본 발명에 따른 제1 화이트보드 시스템을 도시하는 도면.
도 10은 도 9의 화이트보드 시스템과 함께 사용하기 위한 복사 소스를 도시하는 도면.
도 11은 본 발명에 따른 제2 화이트보드 시스템을 도시하는 도면.
도 12는 본 발명에서 사용하기 위한 반사 복사 소스를 도시하는 도면.
도 13은 본 발명에 따른 제3 화이트보드 시스템을 도시하는 도면.
도 14는 도 13의 화이트보드 시스템의 센서로부터의 강도 신호를 도시하는 도면.
도 15는 도 14의 신호에 기초하는 최종 강도 신호를 도시하는 도면.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예의 강도 신호들을 예시하는 도면.
도면들은 예시적인 것일 뿐이고, 비례대로 그려지지 않았다.
본원에 개시된 예시적인 실시예들은 복사 소스 또는 복사 차단 물체의 위치를 결정하기 위한 광 센서 시스템들 및 방법들에 관한 상세를 제공한다. 그 외의 예시적인 실시예들은 화이트보드(whiteboard) 표면 상의 펜 또는 기타 물체의 움직임을 추적하기 위한 화이트보드 시스템의 상세를 개시한다. 복사 소스는 복사 소스에 의해 생성된 복사를 방출할 수 있거나 또는 다른 소스들로부터의 복사를 반사할 수 있다. 복사는 가시광 스펙트럼 영역에 있거나, 또는 자외선 또는 적외선 스펙트럼 영역들과 같은 다른 복사 스펙트럼 영역들에 있을 수 있다. 본원에 개시된 실시예들은 예시적인 것일 뿐이고 광 센서들의 다른 구현들 및 구성들이 또한 가능하다.
위치 센서(100) 및 복사 소스(110)를 예시하는 도면 1, 2 및 3을 먼저 참조한다. 복사 소스(110)는 센서(100)에 입사하는 복사(112)를 방출한다. 본원에서는, 복사 소스가 또 다른 복사 소스에 의해 생성된 복사를 단순히 반사하는지 또는 복사 소스 자체가 복사를 생성하여 복사 소스로부터 멀리 전파하는지에 관계없이 복사 소스가 복사를 방출하는 것으로서 기술된다. 일부 실시예들에서, 복사 소스(110)는 최초에 다른 복사 소스에 의해 생성된 복사를 반사하는 패시브 소스일 수 있다. 예를 들면, 복사 소스는 센서(100)를 향해 단순히 복사를 반사하는 반사 소스일 수 있다. 일부 실시예들에서, 복사 소스(110)는 LED, 전구 또는 그외의 소스와 같은 액티브 복사 소스일 수 있다.
센서(100)는 선형 센서 어레이(114), 개구판(118) 및 프로세서(120)를 포함한다. 선형 센서 어레이(114)는 센서 지지대(128)에 장착되며, 센서 지지대(128)는 베이스 플레이트(base plate)(126)에 장착된다. 개구판(118)은 또한 베이스 플레이트(126)에 장착된다.
센서 어레이(114)는 선형으로 배열된 복수의 센서 소자(116)를 갖는다. 센서 소자들(116) 각각은 복사 소스(110)에 의해 방출된 복사에 민감하다. 예를 들면, 센서 어레이(114)는 복사 소스(110)에 의해 방출된 가시광 또는 적외선에 민감한 선형 CMOS 센서일 수 있다. 센서 어레이(114)는 프로세서(120)에 연결된다. 센서 어레이(114)는 강도 신호(122)를 프로세서(120)에 제공한다.
개구판(118)은 개구판 내에 형성된 개구(124)를 가져서, 복사 소스(110)에 의해 방출된 복사가 센서 소자들(116) 중 일부에만 입사하게 한다. 이 실시예에서, 개구(124)는 슬릿이어서, 복사 소스(110)가 개구(124)를 통해 센서(100)에 복사를 계속 방출하면서 z 차원에서 이동되게 한다. 다른 실시예에서, 개구는 구멍이거나 또는 다른 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 개구의 (크기를 포함하는) 형상은 센서 소자들(116)의 민감도, 형상 및 간격에 기초하여 선택될 수 있다.
감지 영역(111)은, 개구(124)를 통해 센서 소자(116) 상에 입사하게 될 복사를 복사 소스(110)가 방출할 수 있는 일정 범위의 공간이다. 센서 소자들(116)은 대체로 감지 영역(111)의 평면에 평행하게 배열된다. 복사 소스(110)는 센서(100)에 대해 x 또는 y 차원으로 이동하며, 복사 소스(110)에 의해 방출된 복사는 개구(124)를 통과하고 상이한 센서 소자들(116) 상에 입사한다.
일부 실시예들에서, 광학 필터는 센서 어레이(114)에 입사하는 복사의 주파수 대역을 제한하기 위해 이용될 수 있다. 도 2 및 3을 참조하면, 광학 필터는 센서 소자(116)에 도달하는 관련없는 복사의 양을 감소시키기 위해 (도 2에 도시된 바와 같이) 개구(124)의 앞쪽에, 또는 개구(124)와 센서 어레이(114) 사이에 위치할 수 있다. 예를 들면, 필터는 복사 소스(110)에 의해 방출된 복사에 대응하는 주파수 범위 내의 복사만이 센서 소자(116)에 도달하도록 허용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광학 노치 필터(optical notch filter)는 바람직하지 않은 복사가 센서 소자(116)에 도달하는 것을 차단하기 위해 이용될 수 있다. 광학 필터를 사용하는 것은, 예를 들면, 강도 신호의 신호 대 잡음 비를 증가시킴으로써 센서(100)의 동작을 개선할 수 있다.
도 4는 예시적인 강도 신호(122)를 예시한다. 강도 신호(122)는 센서 어레이(114)에 의해 제공되는 아날로그 신호이다. 강도 신호(122)는 일반적으로 복사 소스(110)으로부터의 복사가 약간 입사하거나 전혀 입사하지 않는 대부분의 센서 소자들(116)에 대응하는 낮은 강도 레벨을 갖는다. 강도 신호(122)는 복사 소스(110)으로부터의 복사가 입사하는 센서 소자(116)에 대응하는 비교적 높은 강도 레벨을 갖는다.
다양한 실시예들에서, 센서 소자들(116) 및 개구(124)는, 하나 또는 몇 개의 센서 소자들(116)만이 그들 상에 입사하는 복사 소스(110)으로부터의 복사를 갖도록 하는 치수 및 간격을 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 개구(124)는 복사 소스(110)으로부터의 복사가 다수의 센서 소자에 입사되게 하는 형상을 가질 수 있다.
다양한 실시예들에서, 강도 신호(122)는 아날로그 신호 또는 디지털 신호(또는 양자의 조합)일 수 있다. 강도 신호가 디지털 신호인 실시예들에서, 특정 어레이 소자들에 대응하는 강도 레벨들은 두 개 이상의 값을 가질 수 있다. 예를 들면, 도 5는, 각 센서 소자 상에 입사하는 복사가 임계치 미만인지 또는 초과인지에 따라 강도 레벨들이 하이 레벨 또는 로우 레벨 중 어느 하나인 강도 신호(122)를 예시한다. 다른 실시예들에서, 각 센서 소자 상에 입사하는 복사의 강도는 일정 범위의 값들 이내의 강도 레벨로서 보고될 수 있다. 예를 들면, 도 6은, 로우 값과 하이 값 사이의 강도 레벨이 각 센서 소자에 제공되는 강도 신호를 예시한다. 각 센서 소자의 강도 레벨을 보고하기 위해 8 비트가 제공되는 경우, 로우 값은 0일 수 있고 하이 값은 255일 수 있다.
도 4를 다시 참조하면, 이 실시예에서, 강도 신호(122)는 프로세서(120)에 의해 최종 강도 신호(136)로 변환되는 미처리(raw) 강도 신호이다. 이 실시예에서, 프로세서(120)는 하기의 방식으로 그렇게 하도록 구성된다. 프로세서(120)는 먼저 배경 복사 레벨과 복사 소스(110)으로부터 방출되는 높은 복사 레벨들을 구별하기 위해 임계값을 추정한다. 이것은, 예를 들면, 최다 공통 강도 레벨(최빈(modal) 값)을 식별하고, 임계치를 최빈 강도 레벨과 미처리 강도 신호의 피크 레벨들 사이의 레벨에 설정함으로써 행해질 수 있다. 미처리 강도 신호(122)는 이중 최빈값(bi-modal) 신호일 수 있고, 임계치는 두 개의 최빈값들 사이의 레벨에 설정될 수 있다. 다른 실시예들에서, 이것은, 일반적으로 배경 복사 레벨과 복사 소스(110)에 의해 방출되는 복사 레벨 사이에 있는 평균 강도 레벨(평균값)을 산출함으로써 행해질 수 있다. 다른 실시예들에서, 임계 레벨은 또 다른 방식으로 선택될 수 있다. 임계 레벨(134)은 이 예에서, 하기와 같이 산출된다:
임계 레벨(134) = (피크 강도 레벨 - 평균 강도 레벨) * 30% + 평균 강도 레벨
도 4 및 7을 참조하면, 최종 강도 신호(136)는, 미처리 강도 신호에서 임계치(134)를 초과하는 강도 레벨을 가졌던 센서 소자들에 대해서는 높은 강도, 그리고 미처리 강도 신호에서 임계치 이하의 강도 레벨을 가졌던 센서 소자에 대해서는 낮은 강도 레벨을 갖는다.
일반적으로, 최종 강도 신호(136)는, 복사 소스(110)로부터의 복사가 개구판(118)을 통해 입사하는 센서 소자들에 대응하여서는 하이 레벨에서 일정 범위의 강도 레벨을 가질 것이다. 이 실시예에서, 프로세서는 그 후 최종 강도 신호(136)가 하이 레벨을 갖는 일정 범위의 센서 소자들의 중간에서 중심 센서 소자를 식별한다. 도 4 및 7의 예에서, 센서 어레이는 4096 개의 센서 소자를 가지며, 센서 소자들(2883 내지 2905)에 대한 강도 레벨은 최종 강도 신호(136)에서 하이이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 센서 소자(2894)가 중심 소자이다.
일부 실시예들에서, 중심 소자는 미처리 강도 신호로부터 직접 산출될 수 있다. 최종 강도 신호(136)로부터 중심 소자를 선택하는 프로세스는 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 두 개의 값들만을 갖는 디지털 강도 신호로부터 중심 소자를 직접 산출하는 데에도 이용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 중심 소자는 다른 방식들로 산출될 수 있다. 예를 들면, 센서가 도 4 및 6에 도시된 바와 같은 일정 범위의 강도 레벨을 제공한다고 하면, 프로세서는 가장 높은 센서 강도 레벨을 갖는 센서 소자를 선택하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세서는 미처리 또는 최종 강도 신호를 필터링하여 불요(spurious) 값들을 제거할 수 있다. 예를 들면, 강도 신호를 필터링하여 낮은 강도 레벨들에 의해 둘러싸여 있는 하나의 센서 소자 또는 적은 수의 센서 소자들에 대한 높은 강도 레벨들을 제거할 수 있다. 개구판 및 센서 어레이(118)의 기하학적 배열은 복사 소스(110)로부터의 복사가 센서 소자들의 그룹을 비추게 하도록 배열될 수 있다. 복사 소스에 의해 비추어져야만 하는 것보다는 더 적은, 작은 그룹의 소자들이 높은 강도 레벨을 가지며 낮은 강도 레벨을 갖는 센서 소자들에 의해 둘러싸여 있는 경우에는, 그 그룹의 소자들은 낮은 강도 레벨을 갖는 것으로서 다루어질 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 센서(100)는 x-y 평면에 대하여 미리 결정된 각도에 위치한다. 이 실시예에서, 센서(100)는 x 및 y 차원에 대해 45도의 각도로 위치한다. 프로세서(120)는 강도 신호(122)를 수신하고, 복사 소스(110)으로부터의 복사가 센서(100) 상에 입사하는 각도 θ(도 1)를 결정한다.
프로세서(120)는 중심 센서 소자에 기초하여 각도 θ를 결정한다. 이는, 다양한 기하학 또는 컴퓨팅 기법들 또는 이 기법들의 조합을 이용하여 행해질 수 있다.
도 3에 기하학적 기법이 예시된다. 프로세서(120)는, 통상적으로 센서(100)의 디멘션들 내에 있는 기준점에 대한 각도 θ를 결정한다. 일부 실시예들에서, 기준점은 센서(100)의 디멘션들 밖에 있을 수 있다. 본 실시예에서, 각도 θ는 개구(124)의 중심에 있는 기준점(130)에 대해 결정된다. 센서 어레이는 개구판으로부터 거리 h 만큼 떨어진 곳에 센서 어레이의 중심(140)을 기준점(130) 바로 뒤에 두고 위치한다. 중심 센서 소자(2894)는 센서 어레이의 중심(140)으로부터 거리 d만큼 간격을 둔다. 각도 θ는 다음과 같이 산출될 수 있다:
Figure pct00001
일부 실시예들에서, 룩업 테이블(lookup table)이 각도 θ를 결정하는데 이용될 수 있다. 각도 θ는 센서 어레이(114) 내의 모든 센서 소자(116)에 대해 미리 산출될 수 있고, 그 결과는 프로세서(120)가 액세스할 수 있는 룩업 테이블에 저장될 수 있다. 프로세서(120)는 그 후 중심 소자가 식별된 후에 각도 θ를 검색할 수 있다.
공동으로 기준점(130)과 각도 θ는 복사 소스(110)가 센서(100)에 대해 위치된 광선(ray)(132)을 정의한다.
다음으로, x-y 평면에 대한 복사 소스(210)의 위치를 추정하는 시스템(200)을 예시하는 도 8을 참조한다. 시스템(200)은 센서(100)와 유사한 한 쌍의 센서(202 및 204)를 포함한다. 센서(202)는 기준 포인트(230)를 갖는다. 광선(232)은 기준 포인트(230)를 통과하고 y 방향으로부터 각도 θ만큼 기울어져 있다. 센서(204)는 기준 포인트(236)를 갖는다. 광선(246)은 기준 포인트(236)를 지나고 y 방향에 대해 각도
Figure pct00002
를 갖는다. 복사 소스(210)는 광선들(232, 246)의 교차점에 위치한다. 센서들(202, 204)은 그들 각각의 센서 어레이들(214, 248)이 프로세서(220)에 강도 신호를 제공하도록 프로세서(220)를 공유할 수 있다. 프로세서(220)는 광선(132) 및 도 3과 관련하여 상기에 기재된 바와 같이 광선들(232, 246)을 계산한다. 프로세서(220)는 상기한 룩업 테이블 기법을 포함하여, 임의의 방식으로 광선들을 계산할 수 있다.
광선들(232, 246)은 x-y 평면 상에 위치한다. 프로세서(220)는 광선들(232, 246)이 교차하는 교차 포인트(250)를 계산한다. 교차 포인트(250)는 복사 소스(210)의 추정 위치이다.
다음으로 도 9를 참조하여, 화이트보드 시스템(300)을 설명한다. 화이트보드 시스템(300)은 한쌍의 센서(302, 304)를 갖는 화이트보드(352)를 포함한다. 센서들(302, 304)은 시스템(200)의 센서들(202, 204)과 유사하며, 동일한 방식으로 동작한다. 센서(302)는 센서(302)에 입사하는 주위 복사(ambient radiation)의 양을 감소시키는 복사 쉴드(radiation shield)(354)의 뒤에 장착된다. 유사하게, 센서(304)는 복사 쉴드(356) 뒤에 장착된다. 감지 영역(311)은 화이트보드(352)의 표면 상에 있다. 복사 소스(310)는 감지 영역(311) 내에 위치한다. 도 9의 실시예는 터치스크린 또는 전자 화이트보드를 형성하는데에 디스플레이 스크린과 동등하게 사용될 수 있다. 감지 영역(311)은 디스플레이 스크린의 코너들에 인접하게 센서들(302, 304)을 장착한 디스플레이 스크린의 표면 상에 있을 수 있다. 다른 실시예들에서, 감지 영역은 또다른 기입 표면 또는 디스플레이 표면 상에 있을 수 있다.
도 10을 참조한다. 복사 소스(310)는 복사 소스로부터 모든 방향으로 복사를 생성하고 방출한다. 복사 소스(310)는 화이트보드(352) 상에 기입하는데 사용되는 건식 삭제 펜(358)에 장착된 링(370)이다. 링(370)은 배터리(도시되지 않음)로 전력을 공급받는 복수의 LED(372)를 포함한다. 링(370)은 다른 건식 삭제 펜에 장착되도록 선택적으로 착탈가능할 수 있다. LED들(372)은 센서들(302, 304)에 의해 검출되는 복사를 방출한다.
도 9를 다시 참조하면, 센서들(302, 304)은 기준 포인트(330, 336)를 갖는다. 센서들(302, 304)은 x 방향으로 거리 d 만큼 떨어져 있다. 기준 포인트(336)는 x-y 평면의 원점(즉 포인트(0,0))에 위치한다. 기준 포인트(330)는 포인트(d,0)에 위치한다. 복사 소스(310)는 포인트(xp, yp)에 위치한다.
프로세서(320)는 센서들(302, 304)에 연결된다. 프로세서(320)는 상기한 각도들 θ 및
Figure pct00003
를 계산한다. 복사 소스(310)의 위치는 다음과 같이 계산된다.
Figure pct00004
프로세서(320)는 반복적으로 복사 소스(310)의 위치를 추정하도록 구성된다. 사용자가 화이트보드(352)에 펜(358)으로 기입할 때, 복사 소스(310)는 펜과 함께 움직인다. 프로세서(320)는 x-y 평면내의 복사 소스의 움직임을 추적한다. 각각의 계산된 위치가 기록되어 화이트보드 상에 사용자에 의해 기입되는 정보의 기록을 제공한다.
복사 소스(310)는 스스로 복사를 생성하고 방출하는 액티브 복사 소스이다. 방출된 복사는 가시광이거나, 센서들(302, 304)이 방출된 복사를 감지하는 한 가시 스펙트럼의 외부에 위치할 수 있다.
다음으로 도 11을 참조하여, 구조 및 동작 면에서 화이트보드 시스템(300)과 유사한 화이트보드 시스템(400)을 설명한다. 대응하는 구성요소들은 유사한 참조 번호들로 식별된다. 화이트보드 시스템(400)은 화이트보드 시스템(300)과 복사 소스(410)의 관점에서 상이하다. 복사 소스(410)는 패시브 반사 복사 소스이다. 한쌍의 액티브 고정 위치 복사 소스들(462, 464)이 화이트보드(452)의 베젤(bezel)(466)에 장착된다. 각각의 복사 소스는 화이트보드의 기입 표면(468)의 전부 또는 대부분에 걸쳐 복사를 방출한다.
도 12를 참조한다. 복사 소스(410)는 건식 삭제 펜(458) 상에 장착된 반사 링(470)이다. 반사 링(470)은 다른 건식-삭제 펜 상에 장착하도록 착탈가능할 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사 링(470)은 반사 테이프로 커버되는 외부 표면을 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 외부 표면은 연마된 금속 표면일 수 있다.
도 10을 다시 참조하면, 액티브 복사 소스(462)에 의해 방출되는 복사는 라인(474)을 따라 복사 소스(410) 상에 입사되고 라인(432)을 따라 센서(402)로 반사된다. 액티브 복사 소스(464)에 의해 방출되는 복사는 라인(478)을 따라 복사 소스(410) 상에 입사되고 라인(446)을 따라 센서(404)로 반사된다. 프로세서(420)는 센서들(402, 404)에 연결되고 화이트보드 시스템(300)과 관련하여 상기한 바와 같이 복사 소스(410)의 위치를 추정한다. 화이트보드 시스템(400)은 펜에 장착된 액티브 복사 소스를 제공하지 않고 펜(458)의 움직임을 추적할 수 있다. 선택적으로, 베젤(466)은 액티브 복사 소스들(462, 464)로부터 센서들(402, 404) 상으로의 복사의 반사를 감소시키도록 컬러링됨으로써, 센서들의 센서 소자들에 의해 측정되는 복사의 기초 레벨을 감소시키고, 복사 소스(410)에 의해 센서들 상으로 반사되는 복사의 강도와 다른 소스들로부터의 백그라운드 또는 기초 레벨 복사의 강도를 비교했을 때의 차이를 증가시킬 수 있다.
다음으로 도 13을 참조하여, 또다른 화이트보드 시스템(500)을 설명한다. 화이트보드 시스템(500)은 화이트보드 시스템들(300, 400)과 구조 및 동작면에서 유사하고 대응 구성요소들은 대응하는 참조 번호들로 식별된다.
화이트보드 시스템(500)은 화이트보드(552)의 베젤(566) 내의 고정 위치에 장착된 복수의 액티브 복사 방출기(562)를 갖는다. 복사 방출기들(562)은 센서들(502, 504) 상에 입사되는 복사를 방출한다. 센서(502)는, (도 3의) 센서와 같은 복수의 센서 소자, 및 복사 방출기들(562)의 각각으로부터의 복사가 센서 소자들의 오직 하나 또는 몇몇 상에만 입사되도록 하는 개구판을 갖는다. 이 실시예에서, (i) 개구판(518)의 개구(524)(도시되지 않음)의 모양 및 (ii) 액티브 복사 소스들(562)의 간격 및 강도와 액티브 복사 소스들에 의해 방출되는 복사의 발산(또는 시준)이 센서 소자들 상에 입사되는 복사가 대략 동일하게 되도록 선택될 수 있다. 복사 소스들의 간격, 강도 및 발산 또는 시준은 베젤(566) 주변에서 상이하다. 다른 실시예들에서, 간격, 강도 또는 발산 또는 시준, 또는 이러한 양상들의 몇몇은 복사 소스들의 일부 또는 전부에 대해 동일할 수 있다.
펜(또는 다른 복사 차단 물체)(510)은 화이트보드(552)의 기입 표면(568) 주위에서 움직인다. 펜은 복사 소스들(562)의 일부로부터의 복사가 센서 소자들의 일부에 도달하는 것을 차단한다. 복사 차단 물체(510)는 액티브 복사 소스(562a)로부터의 복사가 센서(502)에 도달하는 것과 액티브 복사 소스(562b)로부터의 복사가 센서(504)에 도달하는 것을 차단한다.
도 14를 참조하여, 센서(502)의 센서 어레이(514)(도시되지 않음)로부터의 미처리(raw) 강도 신호(522)를 설명한다. 미처리 강도 신호(522)는 복사 소스들(562)로부터의 복사가 도달하는 센서 소자들에 대해 상대적으로 높은 강도 레벨을 갖고 펜(558)에 의해 복사 소스로부터의 복사가 차단된 센서 소자들에 대해서는 상대적으로 낮은 강도 레벨을 갖는다. 센서들(502, 504)은 프로세서(520)에 연결된다. 도 15를 참조하여, 센서(502)가 임계 레벨(534)을 결정하고 미처리 강도 신호(522)를 임계 레벨(534)과 비교하여 최종 강도 신호(536)를 생성한다. 도 15에서, 임계 레벨보다 낮은 복사를 수신한 센서 소자들은 최종 강도 신호에서 높은 강도 값을 갖는다. 그 후 프로세서(520)는 최종 강도 신호(136) 및 도 7과 관련하여 상기한 방식으로 최종 강도 신호가 높은 값을 갖는 일정 범위의 센서 소자들에 기초하여 중앙 센서 소자를 식별한다. 그 후 프로세서(520)는 중앙 센서 소자에 기초하여 각도 θ를 결정한다. 유사하게, 프로세서(520)는 각도
Figure pct00005
를 결정하고 센서들(502, 504) 사이의 거리 d 및 각도들 θ,
Figure pct00006
에 기초하여 펜(558)의 위치를 추정한다.
도 1 내지 3을 참조하면, 센서(100)는 상이한 센서 소자들(116) 상의 높은 복사 레벨로부터 낮은 복사 레벨로의 전이에 의존한다. 유사하게, 센서들(502, 504)(도 13)은 상이한 센서 소자들(516)(도시되지 않음) 상의 높은 복사 레벨로부터 낮은 복사 레벨로의 전이에 의존한다. 센서(100)의 베이스라인 또는 백그라운드 복사 강도 레벨은 낮은 반면, 센서(502)에서는 높지만, 양 센서들은 복사 소스 또는 복사 차단기가 위치한 것에 따라 광선을 결정하는 데에 유사한 원칙들을 사용하여 동작한다.
화이트보드 시스템(500)은 복사 소스들(562)로부터의 복사가 센서들(502, 504)에 도달하지 못하게 하는 펜 또는 다른 디바이스와 함께 사용되어, 화이트보드 표면(568) 상의 표준 펜, 손가락 또는 다른 물체의 움직임 및 위치가 추정되고 추적되게 할 수 있다.
도 13 및 14를 다시 참조하면, 화이트보드 시스템(500)은 복사 차단 디바이스가 하나도 없으면 센서들(502, 504)의 센서 소자들의 각각의 복사 강도가 대략 동일하도록 구성된다.
다른 실시예들에서, 복사 소스들(562)로부터 센서 소자들(516)에 도달하는 복사의 강도는 매우 달라질 수 있다. 도 16은 센서 소자들의 복사 강도 레벨이 균형잡히지 않은 실시예에서 센서로부터의 일부 미처리 강도 신호들을 도시한다. 강도 신호(622a)는 펜과 같은 복사 차단 물체가 하나도 없을 때 상이한 센서 소자들 상에 입사되는 복사의 상대적으로 높은 다양성을 도시한다. 강도 신호(622b)는 복사 소스(562)로부터의 복사가 센서 소자들의 일부에 도달하지 못하도록 차단하는 복사 차단 물체를 사용하는 것의 효과를 도시한다. 이 실시예에서, 프로세서는 화이트보드 시스템의 시작 단계 동안 강도 신호(622a)를 기록하고 기록된 강도 신호를 베이스라인으로 이용한다. 계속되는 동작 동안, 센서 어레이로부터 수신한, 강도 신호(622b)와 같은 강도 신호는 기록된 베이스라인 강도 신호와 비교되어 강도 신호의 변화를 식별한다. 베이스라인 강도 신호(622a)와 강도 신호(622b)의 차이가 차동 강도 신호(622c)로 도시되었다. 차동 강도 신호(622c)는 중앙 센서 소자를 식별하고 임계 레벨을 결정하기 위한 미처리 강도 신호로서 사용된다.
본 발명은 여기서 예시의 방법으로만 기재되었다. 다양한 수정 및 변형이 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 이러한 예시적인 실시예들에 행해질 수 있다.

Claims (26)

  1. 감지 영역에 배치된 복사 소스의 방향을 추정하는 방법으로서,
    복사 센서를 제공하는 단계 - 상기 복사 센서는, 상기 감지 영역을 마주 보는 복수의 센서 소자들을 갖는 선형 어레이 센서, 상기 선형 어레이 센서와 상기 감지 영역 사이에 배치되어 상기 감지 영역으로부터의 복사가 상기 선형 어레이 센서에 도달하는 것을 차단하는 개구판, 및 상기 개구판에 형성되어 상기 복사 소스로부터의 복사가 상기 센서 소자들의 일부에 도달하는 것을 허용하는 개구를 포함함 -;
    상기 선형 어레이 센서로부터의 강도 신호를 수신하는 단계 - 상기 강도 신호는 상기 개구를 통해 상기 센서 소자들에 입사하는 복사에 대응하는 강도 값들을 포함함 -; 및
    상기 강도 신호에 기초하여 상기 방향을 결정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복사 강도 신호는 임계값을 초과하는 적어도 하나의 고(high) 강도 값을 포함하고, 상기 방향은 상기 적어도 하나의 고 강도 값에 기초하여 결정되는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복사 강도 신호는 임계값을 초과하는 일정 범위의 고 강도 값들을 포함하고, 상기 방향을 결정하는 단계는
    상기 일정 범위의 고 강도 값들에 기초하여 중심 센서 소자를 선택하는 단계; 및
    상기 중심 센서 소자에 기초하여 방향을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복사 강도 신호는 임계값 미만의 적어도 하나의 저(low) 강도 값을 포함하고, 상기 방향은 상기 적어도 하나의 저 강도 값에 기초하여 결정되는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복사 강도 신호는 임계값 미만의 일정 범위의 저 강도 값들을 포함하고, 상기 방향을 결정하는 단계는
    상기 일정 범위의 저 강도 값들에 기초하여 중심 센서 소자를 선택하는 단계; 및
    상기 중심 센서 소자에 기초하여 방향을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 복사 강도 신호는 아날로그 신호이고, 상기 방향을 결정하는 단계는
    상기 아날로그 복사 강도 신호를 대응하는 최종 복사 강도로 변환하는 단계; 및
    상기 최종 복사 강도 신호에 기초하여 방향을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 복사 강도 신호는 상기 센서 소자들의 각각에 대응하는 높은 값 또는 낮은 값 중 하나를 갖는 디지털 신호이고, 상기 방향을 결정하는 단계는
    일정 범위의 고 강도 값들에 기초하여 중심 센서 소자를 선택하는 단계; 및
    상기 중심 센서 소자에 기초하여 방향을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 복사 강도 신호는 상기 센서 소자들의 각각에 대응하는 높은 값 또는 낮은 값 중 하나를 갖는 디지털 신호이고, 상기 방향을 결정하는 단계는
    일정 범위의 저 강도 값들에 기초하여 중심 센서 소자를 선택하는 단계; 및
    상기 중심 센서 소자에 기초하여 방향을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방향을 결정하는 단계 전에 불요 값들(spurious values)을 제거하기 위해 상기 복사 강도 신호를 필터링하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방향을 결정하는 단계는 룩업(lookup) 테이블에서 각도를 검색하는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방향을 결정하는 단계는 각도를 계산하는 단계를 포함하는 방법.
  12. 감지 영역에 대한 복사 소스의 위치를 추정하는 방법으로서,
    상기 감지 영역에 대한 제1 위치에 제1 위치 센서를 배치하는 단계;
    평면에 대한 제2 위치에 제2 위치 센서를 배치하는 단계 - 상기 제1 위치 센서와 상기 제2 위치 센서는 일정 거리만큼 이격됨 -;
    상기 제1 위치 센서에 대한 제1 광선을 결정하는 단계;
    상기 제2 위치 센서에 대한 제2 광선을 결정하는 단계; 및
    상기 복사 소스의 위치를 상기 제1 광선과 상기 제2 광선의 교차점에 있다고 추정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 감지 영역은 디스플레이 스크린의 표면인 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 감지 영역은 기입 표면의 표면인 방법.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복사 소스는 상기 제1 위치 센서 및 상기 제2 위치 센서에 의해 검출가능한 복사를 방출하는 액티브 복사 소스인 방법.
  16. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복사 소스는 패시브 반사 복사(passive reflective radiation)이고,
    고정된 위치에 하나 이상의 액티브 복사 소스를 제공하는 단계를 더 포함하며,
    상기 패시브 복사 소스는 상기 액티브 복사 소스들로부터의 복사를 상기 제1 위치 센서 및 상기 제2 위치 센서에 반사하는 방법.
  17. 제12항에 있어서, 상기 감지 영역은 디스플레이 스크린의 표면인 방법.
  18. 제12항에 있어서, 상기 감지 영역은 기입 표면의 표면인 방법.
  19. 감지 영역에 대한 복사 소스의 위치를 추정하는 방법으로서,
    상기 감지 영역에 인접한 복수의 액티브 복사 소스들을 제공하는 단계;
    상기 감지 영역에 대한 제1 위치에 제1 위치 센서를 배치하는 단계 - 상기 복사 소스들 중 적어도 일부에 의해 방출된 복사는 상기 제1 복사 센서에 입사됨 -;
    평면에 대한 제2 위치에 제2 위치 센서를 배치하는 단계 - 상기 복사 소스들 중 적어도 일부에 의해 방출된 복사는 상기 제2 복사 센서에 입사되고, 상기 제1 위치 센서 및 상기 제2 위치 센서는 일정 거리만큼 이격됨 -;
    상기 제1 위치 센서에 대한 제1 광선을 결정하는 단계;
    상기 제2 위치 센서에 대한 제2 광선을 결정하는 단계; 및
    상기 복사 소스의 위치를 상기 제1 광선과 상기 제2 광선의 교차점에 있다고 추정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 제1 그룹의 액티브 복사 소스들로부터의 복사는 상기 제1 위치 센서에 도달하는 것이 차단되고, 제2 그룹의 복사 소스들로부터의 복사는 상기 제2 복사 센서에 도달하는 것이 차단되며, 상기 제1 광선은 상기 제1 그룹에 대응하고 상기 제2 광선은 상기 제2 그룹에 대응하는 방법.
  21. 감지 영역을 마주 보는 선형으로 배열된 복수의 센서 소자들을 갖는 선형 어레이 센서;
    상기 선형 어레이 센서와 상기 감지 영역 사이에 배치되어 상기 감지 영역으로부터의 복사가 상기 선형 어레이 센서에 도달하는 것을 차단하는 개구판; 및
    상기 개구판에 형성되어, 상기 감지 영역으로부터의 복사가 상기 센서 소자들의 일부에 도달하는 것을 허용하는 개구
    를 포함하는 위치 센서.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 선형 어레이 센서에 결합되어 상기 선형 어레이 센서로부터의 복사 강도 신호를 수신하는 프로세서를 더 포함하며,
    상기 복사 강도 신호는 상기 개구를 통해 일정 범위의 센서 소자들에 입사하는 복사의 강도에 대응하는 위치 센서.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 센서 소자들에 도달하는 복사를 필터링하는 광학 필터를 더 포함하는 위치 센서.
  24. 제23항에 있어서, 상기 센서 소자들은 상기 감지 영역에 있는 복사 소스에 의해 방출된 복사에 민감하며, 상기 광학 필터는 상기 복사 소스에 의해 방출된 복사가 상기 센서 소자들에 도달하는 것을 허용하도록 선택되는 위치 센서.
  25. 제21항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감지 영역은 대체로 평면이고, 상기 센서 소자들은 상기 감지 영역에 대체로 평행하게 선형으로 배열되는 위치 센서.
  26. 제21항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 복사 강도 신호에 응답하여 상기 위치 센서에 대한 방향을 추정하도록 구성되는 위치 센서.
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