KR20180041663A

KR20180041663A - 근접 검출기

Info

Publication number: KR20180041663A
Application number: KR1020187002735A
Authority: KR
Inventors: 폴 지. 넛슨
Original assignee: 톰슨 라이센싱
Priority date: 2015-08-17
Filing date: 2016-08-10
Publication date: 2018-04-24
Also published as: WO2017030858A1; US20180217247A1; JP2018530192A; CN107925858A; EP3338467A1

Abstract

근접 검출기는 제1 무선 주파수(RF) 신호에 따라 전자기장을 생성하는 송신 안테나를 구비한다. 수신 안테나는 전자기장의 비산란 부분으로부터 제2 RF 신호의 제1 성분을 생성하고 전자기장에 노출된 사용자 신체에 의해 산란되는 전자기장의 산란 부분으로부터 제2 RF 신호의 제2 성분을 생성한다. 수신 안테나는 제2 성분의 크기와 제1 성분의 크기 사이의 비율을 증가시키는 방식으로 송신 안테나의 축에 대해 직교하게 배향되는 축을 갖는다. 신호 처리기는 제2 성분의 변화가 전자기장 산란체의 위치 변화를 나타낼 때 근접 검출 표시 신호를 생성한다. 근접 검출 표시 신호는 예컨대 태블릿에서 “웨이크-업” 처리를 자동적으로 개시한다.

Description

근접 검출기

관련 출원에 대한 교차 참조

본 출원은 2015년 8월 17일자로 출원된 "근접 검출기"라는 명칭의 미국 가특허 출원 제62/205933호에 대해 35 U.S.C. 119(e)에 의거하여 우선권을 청구한다. 가출원은 모든 목적을 위해 그 전체가 본 명세서에 참조로서 명확하게 포함된다.

본 개시는 무선 주파수(RF) 신호를 사용하는 근접 검출기에 관한 것이다.

핸드헬드 장치, 핸드헬드 컴퓨터 또는 간단하게 핸드헬드라고도 알려진 모바일 장치는 전형적으로 터치 입력 및/또는 소형 키보드가 구비된 디스플레이 스크린을 갖춘 소형 컴퓨팅 장치일 수 있다. 이러한 모바일 장치의 한 가지 유형은 스마트폰이다. 스마트폰은 전화를 걸 수 있는 장치로서 정의될 수 있지만, 개인용 디지털 보조기 또는 컴퓨터에서 발견할 수 있는 기능을 부가한다. 스마트폰은 또한 예를 들어 이메일을 송수신하고 오피스 문서를 편집하는 기능을 제공한다. 또 다른 모바일 장치는 태블릿 컴퓨터 또는 간단하게 태블릿이라 할 수 있다. 태블릿은 평판 터치 스크린에 통합되어 주로 스크린을 터치함에 의해 작동되는 휴대 전화보다 큰 완전한 개인용 모바일 컴퓨터이다. 이는 일반적으로 실제 키보드가 아닌 화면상의 가상 키보드 또는 디지털 펜을 사용한다.

모바일 장치 또는 개인용 컴퓨터(PC)의 디스플레이는 유휴 장치의 가장 높은 전력 소비 요소를 갖는다. 이는 총 시스템 유휴 전력의 30-50% 사이를 차지할 수 있다. 디스플레이 전력을 적극적으로 턴오프하면 장치의 배터리 수명을 크게 증가시킬 수 있다. 한 가지 접근법은 장치가 키보드 또는 마우스의 어떠한 입력을 수신하지 않을 때 디스플레이를 턴오프하고 소위 "슬립 모드(sleep mode)"로 작동하는 사용자 맞춤형 타이머 임계값이다. 타이머는 일반적으로 1 분에서 10 분 사이이다. 타이머의 저점(low-end) 설정은 문서를 볼 때 불편을 초래하고, 고점(high-end) 설정은 절전 기회를 축소시킨다. 사용자가 장치에 근접하게 있고 이로부터 장치를 사용할 가능성이 있는지를 결정하는 것이 유리할 수 있다. 사용자가 장치 근처에 존재하는 것으로 검출되면, 장치는 활성화되어 턴온되는데, 이는 소위 "웨이크-업(wake-up)" 모드라고 지칭한다.

린(Lin) 등의 미국 특허 제8,774,145호는 저전력 사용자 존재 검출 메커니즘을 제공하는 근접 검출의 사용과 이를 이용하여 디스플레이를 턴 온/오프하는 방법을 제안하고 있다. 이는 근접에 의해 호스트 PC를 활성화시키는 것을 제안한다.

본 개시의 제1 양태에 따른 근접 검출기는 제1 무선 주파수(RF) 신호의 소스와 송신 안테나를 포함한다. 송신기 출력 스테이지는 제1 RF 신호에 응답하고 송신 안테나에 결합되어, 제1 RF 신호에 따라 전자기장을 생성한다. 송신 안테나에 대해 실질적으로 직교하게 배향된 수신 안테나는 전자기장 산란체의 위치 변화가 수신 RF 신호의 변화를 생성하도록, 송신 안테나에 의해 생성된 전자기장의 난반사로부터 생성된 수신 RF 신호를 포착한다. 신호 처리기는 수신 RF 신호의 변화가 검출될 때 근접 검출 표시 신호를 생성하기 위해 수신 RF 신호에 응답한다.

본 개시의 제 2 양태에 따르면, 전자기장 산란체의 위치 변화를 검출하는 방법이 제안된다. 본 방법은 제1 무선 주파수(RF) 신호를 생성하는 단계, 제1 RF 신호를 송신 안테나에 인가하여 전자기장을 생성하는 단계, 상기 송신 안테나에 대해 실질적으로 직교하게 배향된 수신 안테나에서, 전자기장 산란체의 위치 변화가 수신 RF 신호에서의 상응하는 변화를 생성하도록 송신 안테나에 의해 생성된 전자기장의 난반사로부터 생성된 수신 RF 신호를 수신하는 단계, 및 전자기장 산란체의 위치 변화에 의해 생성된 수신 RF 신호의 변화가 검출될 때 근접 검출 표시 신호를 생성하는 단계를 포함한다.

도 1a 및 도 1b는 바람직한 근접 검출기를 도시하고; 및
도 2는 도 1a 및 도 1b의 근접 검출기와 관련된 바람직한 흐름도를 도시한다.

도 1a 및 도 1b는, 예를 들어, 도시되지 않은 태블릿에서 전력 소비를 제어하기 위해 근접 검출 정보를 제공하기 위한 바람직한 근접 검출기(100)의 대응 부분을 도시하고 있다. 도 2는 도 1a 및 도 1b의 근접 검출기와 관련된 흐름도를 도시하고 있다. 도 1a, 도 1b 및 도 2에서 유사한 기호 및 숫자는 유사한 항목 또는 기능을 나타낸다.

도 1a의 종래의 무선 주파수(RF) 신호 소스(60)는 도 2의 블록(150)에 도시된 바와 같이 RF 신호(61)를 생성한다. 도 1a의 RF 신호 소스(60)는 도시되지 않은 출력 스테이지를 갖추고 집적 회로를 형성하는 발진기 및 증폭기(발진기/증폭기)(60a)를 포함한다. 종래의 RF 신호 소스(60)에 포함되는 일부 구성요소가 도시되어 있지만 참조 부호로 표기되지는 않았고 일부는 도면을 단순화하기 위해 완전히 생략되었다.

RF 신호(61)는 비인가 산업, 과학 및 의학(industrial, scientific and medical, ISM) 무선 대역에서 선택된 주파수, 예를 들어 2.4 GHz 및 1 mW 출력일 수 있다. 근접 검출기(100)는 ISM 대역을 사용하기 때문에, 다른 ISM 장치로부터의 간섭을 허용할 필요가 있을 수 있다. 이러한 허용 오차를 달성하는 하나의 제안된 방법은 현재 사용되는 임의의 주파수를 동적으로 모니터링한 다음 다른 ISM 장치와의 충돌을 피하는 방식으로 송신을 위해 근접 검출기(100)에 의해 사용된 송신 주파수 및/또는 타임 슬롯을 동적으로 선택함으로써 달성된다.

RF 신호 소스(60)에 대한 바람직한 대안으로서, 이러한 태블릿에서 전형적으로 이미 생성된 Wi-Fi 신호가 RF 신호(61)의 생성을 위해 사용될 수 있다. 이러한 대안은 파선(91) 연결과 절단(92)으로 나타내었다.

RF 신호(61)는 종래의 RF 스플리터(62)의 인덕터(64)를 통해 도 2의 블록(151)에 나타낸 바와 같이 안테나(65)로부터 방사되는 전자기장을 생성하기 위한 송신기 또는 송신 안테나(65)의 입력 커넥터(69)에 결합된다. 도 1a의 스플리터(62)는 각각 공통 도체나 접지(G)에 결합되는 단자를 갖는 제 1 커패시터(66) 및 제 2 커패시터(68)를 포함한다. 커패시터(66, 68)의 제 1 단자 및 제 2 단자는 각각 인덕터(64)의 단자에 결합되어 역 U자형 네트워크를 형성한다.

일정한 진폭 및 위상을 갖는 RF 신호(61)는 또한 스플리터(62)의 인덕터(74)를 통해 그리고 인덕터(74)와 직렬로 결합된 결합 커패시터(75)를 통해 도 1b의 종래의 복조기/혼합기(80)의 입력(81)에 결합된다. 도 1a의 스플리터(62)는 접지(G)에 각각 결합된 제1 커패시터(76)와 제 2 커패시터(78)를 추가로 포함한다. 커패시터(76, 78)의 제 1 단자 및 제 2 단자는 각각 인덕터(74)의 단자에 결합되어 역 U자형 네트워크를 형성한다.

도 2의 블록(152)에 나타낸 바와 같이, 안테나(65)에 직교하는 수신기 안테나(85)의 출력 커넥터(89)는 도 2의 결합 커패시터(86)를 통해 도 1a의 복조기/혼합기(80)의 입력(83)에 결합된다. 도 1a의 인덕터(84)는 접지(G)와 수신기 안테나(85)의 출력 커넥터(89) 사이에 결합된다. 예를 들어 ISM 대역의 고주파 RF 전자기장은 송신 안테나(65)에 의해 생성된다. 이 RF 전자기장은 수신기 또는 수신 안테나(85)에서 픽업될 것이고, 그 결과 RF 신호는 도 2의 블록(153)에 나타낸 바와 같이 도 1b의 복조기/혼합기(80)의 입력(83)에서 전개(develope)될 것이다.

도 1b의 복조기/혼합기(80)의 입력(83)에서 전개되는 RF 신호는 도 1a의 안테나(85)에서 수신 RF 신호의 크기를 나타낸다. 도 1b의 입력(81)에서 전개되는 일정한 진폭을 갖는 기준 RF 신호와 복조기/혼합기(80)의 입력(83)에 인가된 RF 신호는 복조기/혼합기(80)에서 처리되거나 "혼합"된다. 복조기/혼합기(80)의 출력 신호(MOD-OUT)는 도 2의 블록(154)에 나타낸 바와 같이 저역-통과 필터(90)를 통해 결합되어 마이크로프로세서(55)의 입력 단자(55a)에서 전개되는 입력 신호(55b)를 생성한다. 도 1b의 저역-통과 필터(90)는 RF 신호(61)의 고주파와 이의 고조파를 포함하는 고주파수에서의 신호 성분들을 입력 신호(55b)로부터 제거한다. 한편, 입력 신호(55b)에 포함되는 저주파 신호 성분들은 제거되지 않는다. 후술하는 바와 같이, 입력 신호(55b)에 포함되는 천천히 변하는 또는 저주파수 신호 성분들은 도 1b의 복조기/혼합기(80)의 입력(83)에 인가되는 도 1a의 안테나(85)에서의 수신 RF 신호의 진폭과 위상의 변화를 나타낸다. 입력 신호(55b)에 포함되는 저주파 신호 성분들은 예를 들어 도 1a의 안테나(85) 부근에 있는 사용자의 신체 또는 신체 일부의 위치 또는 움직임의 변화를 나타낸다.

도 1b의 저역-통과 필터링된 입력 신호(55b)는 마이크로프로세서(55)에서 실행되는 프로그램을 사용하여 추가 처리된다. 초기에, 입력 신호(55b)는 마이크로프로세서(55) 블록 내부에 도시된 박스(56)로 도식적으로 표시된 입력 신호(55b)의 크기의 절대값 획득이 진행되어 신호(55b)의 크기를 측정하는 출력 신호(56a)를 생성한다. 박스(56)에서 생성된 출력 신호(56a)는 마이크로프로세서(55)의 블록 내부에 도시된 박스(57)로 개략적으로 표시된 신호(56a)를 미분하는 미분 과정으로 처리된다. 박스(57)로 도식적으로 나타낸 미분 과정의 결과적인 출력 신호(57a)는 저역-통과 필터링된 신호(55a)의 크기가 시간에 따라 변하는 정도를 나타낸다. 후술하는 바와 같이, 미분 박스(57)의 출력 신호(57a)는, 예를 들어, 도 1a의 안테나(85) 부근에 있는 사용자의 신체 또는 신체 일부의 위치 또는 움직임의 변화를 나타낸다.

미분 박스(57)의 결과적인 출력 신호(57a)는 마이크로프로세서(55)의 블록 내부에 도시된 박스(58)로 도식적으로 나타낸 비교 과정에서 비교된다. 이제 미분 박스(57)에서 생성된 출력 신호(57a)가 소정의 임계값을 초과하는 지가 결정된다. 미분 박스(57)에서 생성된 출력 신호(57a)가 소정의 임계값을 초과하는 경우, 마이크로프로세서(55)는 예를 들어 상세하게 도시되지 않은 모바일 장치의 도 1b의 전원 공급 장치(50)를 선택적으로 턴온하기 위한 제 1 논리 상태에서, 도 2의 블록(155)에 도시된 바와 같이 제어 신호(WAKE-UP/SLEEP)를 생성하여 동작 모드를 대기 모드에서 작동 모드 동작으로 변경한다.

안테나(85)에서의 수신 RF 신호의 변화는 태블릿과 같은 모바일 장치 부근에 있는 신체 위치의 상응하는 변화를 나타낸다. 이러한 변화는 "웨이크-업"으로 지칭되는 도 1b의 마이크로프로세서(55)에서의 프로그램 인터럽트를 개시하기 위해 근접 검출기(100)에 의해 바람직하게 사용된다. 그 결과, 예컨대 도시되지 않은 태블릿의 마이크로프로세서(55)는 전원 공급 장치(50)가 그 동작 모드를 대기 모드 동작으로부터 작동 모드 동작으로 변경하게 하는 신호(WAKE-UP/SLEEP)를 생성한다. 이러한 모드 동작의 변경은 사용자의 어떠한 실제적인 입력에 선행하여 그리고 그러한 입력 없이 발생한다. 신호(WAKE-UP/SLEEP)의 생성은 사용자가 실제로 태블릿을 터치하기 전에 태블릿이 자신의 사용자 인터페이스를 준비할 수 있도록 사용자가 근처에 있는 태블릿에 대해 사전 통지를 제공한다.

마이크로프로세서(55)는 소정 시간을 초과하는 간격 동안 모바일 장치의 사용자 활성화가 없거나 근접 검출기(100)에 의한 움직임 검출이 없을 때에 대기 모드 동작에서 동작하도록 전원 공급 장치(50)를 선택적으로 턴오프하기 위한 제2 논리 상태에서 제어 신호(WAKE-UP/SLEEP)를 생성한다. 대기 모드 동작은 사용자가 모바일 장치를 능동적으로 턴오프할 때 발생할 수도 있다.

예를 들어, 모바일 장치의 잠재적인 사용자의 신체가 모바일 장치의 도 1a의 수신기 안테나(85) 부근에서 움직일 때, 이는 수신기 안테나(85)에서 수신되고 도 1b의 복조기/혼합기(80)의 입력(83)에서 전개되는 RF 신호의 크기 변화를 유발한다. 도시되지 않은 이러한 잠재적인 사용자의 움직임은 RF 전자기장의 피크 및 널(null)이 위치를 변경하도록 함으로써, 때로는 도 1a의 수신기 안테나(85) 상에서 전개되는 RF 신호를 강화시키고 때로는 수신기 안테나(85)상의 수신 RF 신호를 약화시킨다.

도 1b의 복조기/혼합기(80)의 입력(83)에서 전개된 RF 신호의 도시되지 않은 제 1 성분은 도 1a의 안테나(65)로부터 방사되는 전자기장의 도시되지 않은 비산란 부분으로부터 생성된다. 반면에, 입력(83)에서 전개된 RF 신호의 도시되지 않는 제 2 성분은 전자기장에 노출된 도시되지 않은 신체에 의해 야기된 전자기장의 산란 부분으로부터 생성된다. 입력(83)에서 전개된 RF 신호의 도시되지 않은 제 2 성분과 입력(83)에서 전개된 RF 신호의 도시되지 않은 제 1 성분의 크기 비율을 증가시키는 것이 바람직할 수 있다. 이 특징은 송신 안테나(65)로부터 수신기 안테나(85)로의 제1 성분을 생성하는 직접적인 또는 비산란 경로는 움직임 관련 정보는 포함하지 않지만, 불리하게, 근처의 산란체(즉, 태블릿에 접근하는 사람)의 반사 및 흡수에 의해 야기되는 보다 작은 변화들을 묻어버리는 경향이 있기 때문에 유리하다. 도 1a의 안테나(65)는 예를 들어 도시되지 않은 모바일 장치의 사용자 기울임에 의해 변할 수 있는 임의의 또는 기준 방향인, "Z" 방향으로 배향된다.

바람직한 구성에서, 안테나(85)는 안테나(65) 및 안테나(85)가 바람직하게는 90도 또는 서로 직교하는 각도(101)로 배향되는 것을 나타내기 위해 "X" 또는 "Y" 방향으로 배향된다. 수신 안테나(85)의 "X" 또는 "Y" 축에 대해 90도와 같은 각 방향으로 송신 안테나(65)의 "Z" 축을 배치함으로써, 산란하는 전자기장에 의해 생성되는 안테나(85)에서의 RF 신호의 제 2 성분의 크기와 비산란 전자기장에 의해 생성되는 안테나(85)에서의 RF 신호의 제 1 성분의 크기 사이의 비율이 유리하게 증가된다. 이러한 특징은 안테나(85)에서 전개된 수신된 직접 신호에 대한 수신된 산란 신호 간의 비율을 적어도 10dB만큼 증가시키는 것으로 밝혀졌다.

Claims

제1 무선 주파수(RF) 신호의 소스;
송신 안테나;
상기 제1 RF 신호에 응답하고, 상기 송신 안테나에 결합되어 상기 제1 RF 신호에 따라 전자기장을 생성하는 송신기 출력 스테이지;
전자기장 산란체의 위치 변화가 상기 수신 RF 신호의 변화를 생성하도록, 상기 송신 안테나에 의해 생성된 상기 전자기장의 난반사로부터 생성된 수신 RF 신호를 포착하기 위해 상기 송신 안테나에 대해 실질적으로 직교하게 배향된 수신 안테나; 및
상기 수신 RF 신호의 상기 변화가 검출될 때 근접 검출 표시 신호를 생성하기 위해 상기 수신 RF 신호에 응답하는 신호 처리기;
를 포함하는 근접 검출기.
제1항에 있어서,
상기 근접 검출 표시 신호는 전원 공급 장치의 동작 모드를 대기 모드에서 작동 모드 동작으로 변경하기 위해 전자 장치의 전원 공급 장치에 공급되는 근접 검출기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 근접 검출기는 WiFi 통신 기능을 갖는 모바일 장치에 구비되고, 상기 제1 RF 신호는 WiFi 통신 기능을 추가적으로 제공하는 근접 검출기.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 신호 처리기는 상기 수신 RF 신호와 상기 제1 RF 신호에 응답하여 복조 신호를 생성하는 복조기를 포함하는 근접 검출기.
제4항에 있어서,
상기 복조 신호는 상기 복조 신호의 크기를 나타내는 출력 신호를 생성하는 스테이지에 결합되고, 상기 스테이지의 출력 신호는 상기 스테이지의 출력 신호의 변화율이 임계값을 초과할 때 상기 근접 검출 표시 신호를 생성하는 비교기에 결합되는 근접 검출기.
제1 무선 주파수(RF) 신호를 생성하는 단계;
상기 제1 RF 신호를 송신 안테나에 인가하여 전자기장을 생성하는 단계,
상기 송신 안테나에 대해 실질적으로 직교하게 배향된 수신 안테나에서, 전자기장 산란체의 위치 변화가 상기 수신 RF 신호에서의 상응하는 변화를 생성하도록 상기 송신 안테나에 의해 생성된 상기 전자기장의 난반사로부터 생성된 수신 RF 신호를 수신하는 단계;
상기 전자기장 산란체의 상기 위치 변화에 의해 생성된 상기 수신 RF 신호의 변화를 검출하는 단계; 및
상기 변화 검출에 응답하는 근접 검출 표시 신호를 생성하는 단계;
를 포함하는 전자기장 산란체의 위치 변화 검출 방법.
제6항에 있어서,
상기 근접 검출 표시 신호를 전자 장치의 전원 공급 장치에 인가하는 단계; 및
상기 근접 검출 표시 신호에 응답하여 상기 전원 공급 장치의 동작 모드를 대기 모드에서 작동 모드 동작으로 변경하는 단계;
를 더 포함하는 전자기장 산란체의 위치 변화 검출 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 검출하는 단계는 상기 수신 RF 신호와 상기 제1 RF 신호에 응답하는 복조 신호를 생성하는 단계를 포함하는 전자기장 산란체의 위치 변화 검출 방법.
제8항에 있어서,
상기 복조 신호의 크기를 나타내는 출력 신호를 생성하는 단계를 더 포함하고,
상기 근접 검출 표시 신호를 생성하는 단계는 상기 출력 신호를 상기 출력 신호의 변화율을 나타내는 값과 비교하는 단계를 포함하는 전자기장 산란체의 위치 변화 검출 방법.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 RF 신호를 사용하여 모바일 장치에 WiFi 통신 기능을 제공하는 단계를 더 포함하는 전자기장 산란체의 위치 변화 검출 방법.