KR20220165529A - 자기장 데이터를 보정하는 장치 및 방법 - Google Patents

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엄기훈
김태근
문신헌
민기홍
오세정
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삼성전자주식회사
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Abstract

전자 장치는 베젤 파트에 대해 회전 가능하게 결합되어 복수의 자석들을 포함하는 회전체, 복수의 자석들의 자력에 의한 자기장을 센싱하는 한 쌍의 홀 센서들, 내부 공간에 배치되는 자기 센서, 제2 자기장 데이터를 제1 자기장 데이터에 기초하여 산출된 오프셋을 이용하여 보정하는 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

자기장 데이터를 보정하는 장치 및 방법{METHOD AND DEVICE TO CALIBRATE MAGNETIC FIELD DATA}
아래의 개시에 따른 다양한 실시예는 자기장 데이터를 보정하는 기술에 관한 것이다.
베젤을 가지는 스마트 워치와 같은 전자장치는 베젤의 회전을 인식하기 위해 베젤 하부에 배치된 자력을 측정하는 홀 센서를 포함할 수 있다. 베젤의 회전 시 자석 이동에 따라 발생되는 자력의 변화를 측정하여, 회전 각도가 인식될 수 있다. 전술한 자력을 측정하는 홀 센서는 홀 효과(Hall effect)를 이용하여 자계를 감지할 수 있다. '홀 효과'란 전류가 흐르는 어떠한 도체에 자기장이 가해지면 일정한 방향으로 힘(예: 로렌츠의 힘)이 발생하고, 이 힘에 의해서 전류의 흐름이 변경되며, 이 전류의 흐름 변경에 의해 두 검출단에서의 전압의 차이(이하, '홀 전압'이라 함)가 발생하는 것을 말한다.
전술한 홀 효과를 이용하기 위해 베젤에 자석이 배치되고, 베젤이 회전 할 때마다 전자 장치 내의 자력이 변하기 때문에, 자장 왜란이 발생할 수 있다. 자장 왜란으로 인하여 지자기 센싱 값에 베젤의 회전 변화량에 따라 변동하는 오프셋이 발생할 수 있다. 오프셋이 보상되지 않은 지자기 데이터를 이용하여 방위각을 산출할 경우, 산출된 방위각이 오차를 내포할 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 장치는, 상기 전자 장치의 베젤 파트에 대해 회전축을 기준으로 회전 가능하게 결합되고, 복수의 자석들을 포함하는 회전체(rotating body); 상기 베젤 파트 내에 배치되고, 상기 복수의 자석들의 자력에 의한 자기장을 센싱하는 한 쌍의 홀 센서들; 상기 회전체의 내주(inner circumference)에 의해 정의되는 내부 공간에 배치되는 자기 센서; 상기 한 쌍의 홀 센서들 및 상기 자기 센서와 전기적으로 연결되고, 상기 한 쌍의 홀 센서들의 센싱을 통해 생성된 제1 자기장 데이터에 기초하여 상기 자기 센서의 센싱을 통해 생성된 제2 자기장 데이터를 보정하는 프로세서; 및 상기 프로세서와 전기적으로 연결된 메모리를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 장치에 의해 수행되는 방법은, 상기 전자 장치의 베젤 파트에 배치된 한 쌍의 홀 센서들의 센싱을 통해, 상기 베젤 파트에 대해 회전축을 기준으로 회전 가능하게 결합된 회전체에 포함된 복수의 자석들에 의한 자기장에 관한 제1 자기장 데이터를 생성하는 동작; 상기 회전체의 내주에 의해 정의되는 내부 공간에 배치된 자기 센서를 통해, 제2 자기장 데이터를 생성하는 동작; 상기 회전체의 각도 위치 및 상기 제1 자기장 데이터에 기초하여 보상된 오프셋 값을 산출하는 동작; 및 상기 보상된 오프셋 값을 이용하여 상기 제2 자기장 데이터를 보정하는 동작을 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예들에 따른 네트워크 환경 내의 전자 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는 일 실시예에 따른 전자 장치의 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 전자 장치의 분해 사시도이다.
도 4a 내지 도 4c는 일 실시예에 따른 전자 장치에서 한 쌍의 홀 센서들 및 자기 센서의 배치를 설명하는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 자기장 데이터를 보정하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 한 쌍의 홀 센서들에 의해 수집되는 제1 자기장 데이터의 예시를 설명하는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 자기 센서에 의해 수집되는 제2 자기장 데이터의 획득을 설명하는 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 제2 자기장 데이터를 보정하기 위한 오프셋을 보상하는 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 복수의 자석들의 자력 편차를 설명하는 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 전자 장치에서 회전체의 회전으로 인한 자석의 이동에 의해 유발되는 자력 변화를 설명하는 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 전자 장치가 제2 자기장 데이터를 보정하는 동작을 설명하는 도면이다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1 은, 다양한 실시예들에 따른, 네트워크 환경(100) 내의 전자 장치(101)의 블록도이다. 도 2a 및 도 2b는 일 실시예에 따른 전자 장치의 사시도이다. 도 3은 일 실시예에 따른 전자 장치의 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 네트워크 환경(100)에서 전자 장치(101)는 제 1 네트워크(198)(예: 근거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(102)와 통신하거나, 또는 제 2 네트워크(199)(예: 원거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(104) 또는 서버(108) 중 적어도 하나와 통신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 서버(108)를 통하여 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 프로세서(120), 메모리(130), 입력 모듈(150), 음향 출력 모듈(155), 디스플레이 모듈(160), 오디오 모듈(170), 센서 모듈(176), 인터페이스(177), 연결 단자(178), 햅틱 모듈(179), 카메라 모듈(180), 전력 관리 모듈(188), 배터리(189), 통신 모듈(190), 가입자 식별 모듈(196), 또는 안테나 모듈(197)을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 전자 장치(101)에는, 이 구성요소들 중 적어도 하나(예: 연결 단자(178))가 생략되거나, 하나 이상의 다른 구성요소가 추가될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 이 구성요소들 중 일부들(예: 센서 모듈(176), 카메라 모듈(180), 또는 안테나 모듈(197))은 하나의 구성요소(예: 디스플레이 모듈(160))로 통합될 수 있다.
프로세서(120)는, 예를 들면, 소프트웨어(예: 프로그램(140))를 실행하여 프로세서(120)에 연결된 전자 장치(101)의 적어도 하나의 다른 구성요소(예: 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소)를 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 일실시예에 따르면, 데이터 처리 또는 연산의 적어도 일부로서, 프로세서(120)는 다른 구성요소(예: 센서 모듈(176) 또는 통신 모듈(190))로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리(132)에 저장하고, 휘발성 메모리(132)에 저장된 명령 또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(134)에 저장할 수 있다. 일실시예에 따르면, 프로세서(120)는 메인 프로세서(121)(예: 중앙 처리 장치 또는 어플리케이션 프로세서) 또는 이와는 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(123)(예: 그래픽 처리 장치, 신경망 처리 장치(NPU: neural processing unit), 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(101)가 메인 프로세서(121) 및 보조 프로세서(123)를 포함하는 경우, 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)보다 저전력을 사용하거나, 지정된 기능에 특화되도록 설정될 수 있다. 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
보조 프로세서(123)는, 예를 들면, 메인 프로세서(121)가 인액티브(예: 슬립) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(121)가 액티브(예: 어플리케이션 실행) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)와 함께, 전자 장치(101)의 구성요소들 중 적어도 하나의 구성요소(예: 디스플레이 모듈(160), 센서 모듈(176), 또는 통신 모듈(190))와 관련된 기능 또는 상태들의 적어도 일부를 제어할 수 있다. 일실시예에 따르면, 보조 프로세서(123)(예: 이미지 시그널 프로세서 또는 커뮤니케이션 프로세서)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성요소(예: 카메라 모듈(180) 또는 통신 모듈(190))의 일부로서 구현될 수 있다. 일실시예에 따르면, 보조 프로세서(123)(예: 신경망 처리 장치)는 인공지능 모델의 처리에 특화된 하드웨어 구조를 포함할 수 있다. 인공지능 모델은 기계 학습을 통해 생성될 수 있다. 이러한 학습은, 예를 들어, 인공지능 모델이 수행되는 전자 장치(101) 자체에서 수행될 수 있고, 별도의 서버(예: 서버(108))를 통해 수행될 수도 있다. 학습 알고리즘은, 예를 들어, 지도형 학습(supervised learning), 비지도형 학습(unsupervised learning), 준지도형 학습(semi-supervised learning) 또는 강화 학습(reinforcement learning)을 포함할 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않는다. 인공지능 모델은, 복수의 인공 신경망 레이어들을 포함할 수 있다. 인공 신경망은 심층 신경망(DNN: deep neural network), CNN(convolutional neural network), RNN(recurrent neural network), RBM(restricted boltzmann machine), DBN(deep belief network), BRDNN(bidirectional recurrent deep neural network), 심층 Q-네트워크(deep Q-networks) 또는 상기 중 둘 이상의 조합 중 하나일 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않는다. 인공지능 모델은 하드웨어 구조 이외에, 추가적으로 또는 대체적으로, 소프트웨어 구조를 포함할 수 있다.
메모리(130)는, 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성요소(예: 프로세서(120) 또는 센서 모듈(176))에 의해 사용되는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(예: 프로그램(140)) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(130)는, 휘발성 메모리(132) 또는 비휘발성 메모리(134)를 포함할 수 있다.
프로그램(140)은 메모리(130)에 소프트웨어로서 저장될 수 있으며, 예를 들면, 운영 체제(142), 미들 웨어(144) 또는 어플리케이션(146)을 포함할 수 있다.
입력 모듈(150)은, 전자 장치(101)의 구성요소(예: 프로세서(120))에 사용될 명령 또는 데이터를 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로부터 수신할 수 있다. 입력 모듈(150)은, 예를 들면, 마이크, 마우스, 키보드, 키(예: 버튼), 또는 디지털 펜(예: 스타일러스 펜)을 포함할 수 있다.
음향 출력 모듈(155)은 음향 신호를 전자 장치(101)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 모듈(155)은, 예를 들면, 스피커 또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있다. 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 일실시예에 따르면, 리시버는 스피커와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
디스플레이 모듈(160)은 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 디스플레이 모듈(160)은, 예를 들면, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 디스플레이 모듈(160)은 터치를 감지하도록 설정된 터치 센서, 또는 상기 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 압력 센서를 포함할 수 있다.
오디오 모듈(170)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 일실시예에 따르면, 오디오 모듈(170)은, 입력 모듈(150)을 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 모듈(155), 또는 전자 장치(101)와 직접 또는 무선으로 연결된 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))(예: 스피커 또는 헤드폰)를 통해 소리를 출력할 수 있다.
센서 모듈(176)은 전자 장치(101)의 작동 상태(예: 전력 또는 온도), 또는 외부의 환경 상태(예: 사용자 상태)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 일실시예에 따르면, 센서 모듈(176)은, 예를 들면, 광학 센서, 모션 센서, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서, IR(infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 또는 조도 센서를 포함할 수 있다. 또한, 센서 모듈(176)은 한 쌍의 홀 센서들 및 자기 센서를 포함할 수 있다. 한 쌍의 홀 센서들은 도 4a 내지 도 4c에서 후술하는 자석의 위치 변화에 따른 자력을 센싱할 수 있고, 자기 센서는 외부 자력(예를 들어, 지자기)을 센싱할 수 있다.
인터페이스(177)는 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 일실시예에 따르면, 인터페이스(177)는, 예를 들면, HDMI(high definition multimedia interface), USB(universal serial bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.
연결 단자(178)는, 그를 통해서 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 연결 단자(178)는, 예를 들면, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 또는 오디오 커넥터(예: 헤드폰 커넥터)를 포함할 수 있다.
햅틱 모듈(179)은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(예: 진동 또는 움직임) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 일실시예에 따르면, 햅틱 모듈(179)은, 예를 들면, 모터, 압전 소자, 또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
카메라 모듈(180)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 일실시예에 따르면, 카메라 모듈(180)은 하나 이상의 렌즈들, 이미지 센서들, 이미지 시그널 프로세서들, 또는 플래시들을 포함할 수 있다.
전력 관리 모듈(188)은 전자 장치(101)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전력 관리 모듈(188)은, 예를 들면, PMIC(power management integrated circuit)의 적어도 일부로서 구현될 수 있다.
배터리(189)는 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성요소에 전력을 공급할 수 있다. 일실시예에 따르면, 배터리(189)는, 예를 들면, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 또는 연료 전지를 포함할 수 있다.
통신 모듈(190)은 전자 장치(101)와 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102), 전자 장치(104), 또는 서버(108)) 간의 직접(예: 유선) 통신 채널 또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(190)은 프로세서(120)(예: 어플리케이션 프로세서)와 독립적으로 운영되고, 직접(예: 유선) 통신 또는 무선 통신을 지원하는 하나 이상의 커뮤니케이션 프로세서를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 통신 모듈(190)은 무선 통신 모듈(192)(예: 셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, 또는 GNSS(global navigation satellite system) 통신 모듈) 또는 유선 통신 모듈(194)(예: LAN(local area network) 통신 모듈, 또는 전력선 통신 모듈)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제 1 네트워크(198)(예: 블루투스, WiFi(wireless fidelity) direct 또는 IrDA(infrared data association)와 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제 2 네트워크(199)(예: 레거시 셀룰러 네트워크, 5G 네트워크, 차세대 통신 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 외부의 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성요소(예: 단일 칩)로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성요소들(예: 복수 칩들)로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 가입자 식별 모듈(196)에 저장된 가입자 정보(예: 국제 모바일 가입자 식별자(IMSI))를 이용하여 제 1 네트워크(198) 또는 제 2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(101)를 확인 또는 인증할 수 있다.
무선 통신 모듈(192)은 4G 네트워크 이후의 5G 네트워크 및 차세대 통신 기술, 예를 들어, NR 접속 기술(new radio access technology)을 지원할 수 있다. NR 접속 기술은 고용량 데이터의 고속 전송(eMBB(enhanced mobile broadband)), 단말 전력 최소화와 다수 단말의 접속(mMTC(massive machine type communications)), 또는 고신뢰도와 저지연(URLLC(ultra-reliable and low-latency communications))을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은, 예를 들어, 높은 데이터 전송률 달성을 위해, 고주파 대역(예: mmWave 대역)을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 고주파 대역에서의 성능 확보를 위한 다양한 기술들, 예를 들어, 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO(multiple-input and multiple-output)), 전차원 다중입출력(FD-MIMO: full dimensional MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 또는 대규모 안테나(large scale antenna)와 같은 기술들을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 전자 장치(101), 외부 전자 장치(예: 전자 장치(104)) 또는 네트워크 시스템(예: 제 2 네트워크(199))에 규정되는 다양한 요구사항을 지원할 수 있다. 일실시예에 따르면, 무선 통신 모듈(192)은 eMBB 실현을 위한 Peak data rate(예: 20Gbps 이상), mMTC 실현을 위한 손실 Coverage(예: 164dB 이하), 또는 URLLC 실현을 위한 U-plane latency(예: 다운링크(DL) 및 업링크(UL) 각각 0.5ms 이하, 또는 라운드 트립 1ms 이하)를 지원할 수 있다.
안테나 모듈(197)은 신호 또는 전력을 외부(예: 외부의 전자 장치)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 서브스트레이트(예: PCB) 위에 형성된 도전체 또는 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함하는 안테나를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 복수의 안테나들(예: 어레이 안테나)을 포함할 수 있다. 이런 경우, 제 1 네트워크(198) 또는 제 2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 적어도 하나의 안테나가, 예를 들면, 통신 모듈(190)에 의하여 상기 복수의 안테나들로부터 선택될 수 있다. 신호 또는 전력은 상기 선택된 적어도 하나의 안테나를 통하여 통신 모듈(190)과 외부의 전자 장치 간에 송신되거나 수신될 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 방사체 이외에 다른 부품(예: RFIC(radio frequency integrated circuit))이 추가로 안테나 모듈(197)의 일부로 형성될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 mmWave 안테나 모듈을 형성할 수 있다. 일실시예에 따르면, mmWave 안테나 모듈은 인쇄 회로 기판, 상기 인쇄 회로 기판의 제 1 면(예: 아래 면)에 또는 그에 인접하여 배치되고 지정된 고주파 대역(예: mmWave 대역)을 지원할 수 있는 RFIC, 및 상기 인쇄 회로 기판의 제 2 면(예: 윗 면 또는 측 면)에 또는 그에 인접하여 배치되고 상기 지정된 고주파 대역의 신호를 송신 또는 수신할 수 있는 복수의 안테나들(예: 어레이 안테나)을 포함할 수 있다.
상기 구성요소들 중 적어도 일부는 주변 기기들간 통신 방식(예: 버스, GPIO(general purpose input and output), SPI(serial peripheral interface), 또는 MIPI(mobile industry processor interface))을 통해 서로 연결되고 신호(예: 명령 또는 데이터)를 상호간에 교환할 수 있다.
일실시예에 따르면, 명령 또는 데이터는 제 2 네트워크(199)에 연결된 서버(108)를 통해서 전자 장치(101)와 외부의 전자 장치(104)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 외부의 전자 장치(102, 또는 104) 각각은 전자 장치(101)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(101)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 외부의 전자 장치들(102, 104, 또는 108) 중 하나 이상의 외부의 전자 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)가 어떤 기능이나 서비스를 자동으로, 또는 사용자 또는 다른 장치로부터의 요청에 반응하여 수행해야 할 경우에, 전자 장치(101)는 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 또는 추가적으로, 하나 이상의 외부의 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 적어도 일부를 수행하라고 요청할 수 있다. 상기 요청을 수신한 하나 이상의 외부의 전자 장치들은 요청된 기능 또는 서비스의 적어도 일부, 또는 상기 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 전자 장치(101)로 전달할 수 있다. 전자 장치(101)는 상기 결과를, 그대로 또는 추가적으로 처리하여, 상기 요청에 대한 응답의 적어도 일부로서 제공할 수 있다. 이를 위하여, 예를 들면, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 모바일 에지 컴퓨팅(MEC: mobile edge computing), 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다. 전자 장치(101)는, 예를 들어, 분산 컴퓨팅 또는 모바일 에지 컴퓨팅을 이용하여 초저지연 서비스를 제공할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 외부의 전자 장치(104)는 IoT(internet of things) 기기를 포함할 수 있다. 서버(108)는 기계 학습 및/또는 신경망을 이용한 지능형 서버일 수 있다. 일실시예에 따르면, 외부의 전자 장치(104) 또는 서버(108)는 제 2 네트워크(199) 내에 포함될 수 있다. 전자 장치(101)는 5G 통신 기술 및 IoT 관련 기술을 기반으로 지능형 서비스(예: 스마트 홈, 스마트 시티, 스마트 카, 또는 헬스 케어)에 적용될 수 있다.
도 2a 및 2b를 참조하면, 일 실시예에 따른 전자 장치(200)(예: 도 1의 전자 장치(101))는, 제1 면(또는 전면)(210A), 제2 면(또는 후면)(210B), 및 제1 면(210A) 및 제2 면(210B) 사이의 공간을 둘러싸는 측면(210C)을 포함하는 하우징(210)과, 상기 하우징(210)의 적어도 일부에 연결되고 상기 전자 장치(200)를 사용자의 신체 일부(예: 손목, 발목 등)에 탈착 가능하게 결착하도록 구성된 결착 부재(250, 260)를 포함할 수 있다. 다른 실시예(미도시)에서는, 하우징은, 도 2a 및 2b의 제1 면(210A), 제2 면(210B) 및 측면(210C)들 중 일부를 형성하는 구조를 지칭할 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 면(210A)은 적어도 일부분이 실질적으로 투명한 전면 플레이트(201)(예: 다양한 코팅 레이어들을 포함하는 글라스 플레이트, 또는 폴리머 플레이트)에 의하여 형성될 수 있다. 제2 면(210B)은 실질적으로 불투명한 후면 플레이트(207)에 의하여 형성될 수 있다. 상기 후면 플레이트(207)는, 예를 들어, 코팅 또는 착색된 유리, 세라믹, 폴리머, 금속(예: 알루미늄, 스테인레스 스틸(STS), 또는 마그네슘), 또는 상기 물질들 중 적어도 둘의 조합에 의하여 형성될 수 있다. 상기 측면(210C)은, 전면 플레이트(201) 및 후면 플레이트(207)와 결합하며, 금속 및/또는 폴리머를 포함하는 측면 베젤 구조 (또는 “측면 부재” 또는 "베젤 파트")(206)에 의하여 형성될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 후면 플레이트(207) 및 측면 베젤 구조(206)는 일체로 형성되고 동일한 물질(예: 알루미늄과 같은 금속 물질)을 포함할 수 있다. 상기 결착 부재(250, 260)는 다양한 재질 및 형태로 형성될 수 있다. 직조물, 가죽, 러버, 우레탄, 금속, 세라믹, 또는 상기 물질들 중 적어도 둘의 조합에 의하여 일체형 및 복수의 단위 링크가 서로 유동 가능하도록 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전자 장치(200)는, 디스플레이(220, 도 3 참조), 오디오 모듈(205, 208), 센서 모듈(211), 키 입력 장치(202, 203, 204) 및 커넥터 홀(209) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 전자 장치(200)는, 구성요소들 중 적어도 하나(예: 키 입력 장치(202, 203, 204), 커넥터 홀(209), 또는 센서 모듈(211))를 생략하거나 다른 구성요소를 추가적으로 포함할 수 있다.
디스플레이(220)는, 예를 들어, 전면 플레이트(201)의 상당 부분을 통하여 시각적으로 노출될 수 있다. 디스플레이(220)의 형태는, 상기 전면 플레이트(201)의 형태에 대응하는 형태일 수 있으며, 원형, 타원형, 또는 다각형과 같이 다양한 형태일 수 있다. 디스플레이(220)는, 터치 감지 회로, 터치의 세기(압력)를 측정할 수 있는 압력 센서, 및/또는 지문 센서와 결합되거나 인접하여 배치될 수 있다.
오디오 모듈(205, 208)은, 마이크 홀(205) 및 스피커 홀(208)을 포함할 수 있다. 마이크 홀(205)은 외부의 소리를 획득하기 위한 마이크가 내부에 배치될 수 있고, 어떤 실시예에서는 소리의 방향을 감지할 수 있도록 복수개의 마이크가 배치될 수 있다. 스피커 홀(208)은, 외부 스피커 및 통화용 리시버로 사용할 수 있다. 어떤 실시예에서는 스피커 홀(208)과 마이크 홀(205)이 하나의 홀로 구현 되거나, 스피커 홀(208) 없이 스피커가 포함될 수 있다(예: 피에조 스피커).
센서 모듈(211)은, 전자 장치(200)의 내부의 작동 상태, 또는 외부의 환경 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 센서 모듈(211)은, 예를 들어, 상기 하우징(210)의 제2 면(210B)에 배치된 생체 센서 모듈(211)(예: HRM 센서)을 포함할 수 있다. 전자 장치(200)는, 도시되지 않은 센서 모듈, 예를 들어, 광학 센서, 모션 센서(예를 들어, 자이로 센서, 가속도 센서, 속도 센서 등), 제스처 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 그립 센서, 컬러 센서, IR(infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 또는 조도 센서 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
센서 모듈(211)은 전자 장치(200)의 표면의 일부를 형성하는 전극 영역(213, 214) 및 전극 영역(213, 214)과 전기적으로 연결되는 생체 신호 검출 회로(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극 영역(213, 214)은 하우징(210)의 제2 면(210B)에 배치되는 제1 전극 영역(213)과 제2 전극 영역(214)을 포함할 수 있다. 센서 모듈(211)은 전극 영역(213, 214)이 사용자의 신체 일부로부터 전기 신호를 획득하고, 생체 신호 검출 회로가 상기 전기 신호에 기반하여 사용자의 생체 정보를 검출하도록 구성될 수 있다.
키 입력 장치(202, 203, 204)는, 하우징(210)의 제1 면(210A)에 배치되고 적어도 하나의 방향으로 회전 가능한 휠 키(202), 및/또는 하우징(210)의 측면(210C)에 배치된 사이드 키 버튼(203, 204)을 포함할 수 있다. 휠 키는 전면 플레이트(201)의 형태에 대응하는 형태일 수 있다. 다른 실시예에서는, 전자 장치(200)는 상기 언급된 키 입력 장치(202, 203, 204)들 중 일부 또는 전부를 포함하지 않을 수 있고 포함 되지 않은 키 입력 장치(202, 203, 204)는 디스플레이(220) 상에 소프트 키 등 다른 형태로 구현될 수 있다. 커넥터 홀(209)은, 외부 전자 장치와 전력 및/또는 데이터를 송수신하기 위한 커넥터(예를 들어, USB 커넥터)를 수용할 수 있고 외부 전자 장치와 오디오 신호를 송수신하기 위한 커넥터를 수용할 수 있는 다른 커넥터 홀(미도시))을 포함할 수 있다. 전자 장치(200)는, 예를 들면, 커넥터 홀(209)의 적어도 일부를 덮고, 커넥터 홀에 대한 외부 이물질의 유입을 차단하는 커넥터 커버(미도시)를 더 포함할 수 있다.
결착 부재(250, 260)는 락킹 부재(251, 261)를 이용하여 하우징(210)의 적어도 일부 영역에 탈착 가능하도록 결착될 수 있다. 결착 부재(250, 260)는 고정 부재(252), 고정 부재 체결 홀(253), 밴드 가이드 부재(254), 밴드 고정 고리(255) 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
고정 부재(252)는 하우징(210)과 결착 부재(250, 260)를 사용자의 신체 일부(예: 손목, 발목 등)에 고정시키도록 구성될 수 있다. 고정 부재 체결 홀(253)은 고정 부재(252)에 대응하여 하우징(210)과 결착 부재(250, 260)를 사용자의 신체 일부에 고정시킬 수 있다. 밴드 가이드 부재(254)는 고정 부재(252)가 고정 부재 체결 홀(253)과 체결 시 고정 부재(252)의 움직임 범위를 제한하도록 구성됨으로써, 결착 부재(250, 260)가 사용자의 신체 일부에 밀착하여 결착되도록 할 수 있다. 밴드 고정 고리(255)는 고정 부재(252)와 고정 부재 체결 홀(253)이 체결된 상태에서, 결착 부재(250,260)의 움직임 범위를 제한할 수 있다.
도 3을 참조하면, 전자 장치(300)(예: 도 1의 전자 장치(101) 또는 도 2의 전자 장치(200))는 측면 베젤 구조(또는 "베젤 파트")(310), 휠 키("또는 회전체(rotating body)")(320), 전면 플레이트(201), 디스플레이(220), 제1 안테나(350), 제2 안테나(355), 지지 부재(360)(예: 브라켓), 배터리(370), 인쇄 회로 기판(380), 실링 부재(390), 후면 플레이트(393), 및 결착 부재(395, 397)를 포함할 수 있다. 전자 장치(300)의 구성요소들 중 적어도 하나는, 도 1의 전자 장치(101) 또는 도 2의 전자 장치(200)의 구성요소들 중 적어도 하나와 동일, 또는 유사할 수 있으며, 중복되는 설명은 이하 생략한다. 지지 부재(360)는, 전자 장치(300) 내부에 배치되어 측면 베젤 구조(310)와 연결될 수 있거나, 상기 측면 베젤 구조(310)와 일체로 형성될 수 있다. 지지 부재(360)는, 예를 들어, 금속 재질 및/또는 비금속 (예: 폴리머) 재질로 형성될 수 있다. 지지 부재(360)는, 일면에 디스플레이(220)가 결합되고 타면에 인쇄 회로 기판(380)이 결합될 수 있다. 인쇄 회로 기판(380)에는, 프로세서, 메모리, 및/또는 인터페이스가 장착될 수 있다. 프로세서는, 예를 들어, 중앙처리장치, GPU(graphic processing unit), 어플리케이션 프로세서 센서 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
메모리는, 예를 들어, 휘발성 메모리 또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 인터페이스는, 예를 들어, HDMI(high definition multimedia interface), USB(universal serial bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 및/또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다. 인터페이스는, 예를 들어, 전자 장치(300)를 외부 전자 장치와 전기적 또는 물리적으로 연결시킬 수 있으며, USB 커넥터, SD 카드/MMC 커넥터, 또는 오디오 커넥터를 포함할 수 있다.
배터리(370)는, 전자 장치(300)의 적어도 하나의 구성 요소에 전력을 공급하기 위한 장치로서, 예를 들면, 재충전 불가능한 1차 전지, 또는 재충전 가능한 2차 전지, 또는 연료 전지를 포함할 수 있다. 배터리(370)의 적어도 일부는, 예를 들어, 인쇄 회로 기판(380)과 실질적으로 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 배터리(370)는 전자 장치(200) 내부에 일체로 배치될 수 있고, 전자 장치(200)와 탈부착 가능하게 배치될 수도 있다.
제 1 안테나(350)는 디스플레이(220)와 지지부재(360) 사이에 배치될 수 있다. 제 1 안테나(350)는, 예를 들어, NFC(near field communication) 안테나, 무선 충전 안테나, 및/또는 MST(magnetic secure transmission) 안테나를 포함할 수 있다. 제 1 안테나(350)는, 예를 들어, 외부 장치와 근거리 통신을 하거나, 충전에 필요한 전력을 무선으로 송수신 할 수 있고, 근거리 통신 신호 또는 결제 데이터를 포함하는 자기-기반 신호를 송출할 수 있다. 다른 실시예에서는, 측면 베젤 구조(310) 및/또는 상기 지지부재(360)의 일부 또는 그 조합에 의하여 안테나 구조가 형성될 수 있다.
제 2 안테나(355)는 인쇄 회로 기판(380)과 후면 플레이트(393) 사이에 배치될 수 있다. 제 2 안테나(355)는, 예를 들어, NFC(near field communication) 안테나, 무선 충전 안테나, 및/또는 MST(magnetic secure transmission) 안테나를 포함할 수 있다. 제 2 안테나(355)는, 예를 들어, 외부 장치와 근거리 통신을 하거나, 충전에 필요한 전력을 무선으로 송수신 할 수 있고, 근거리 통신 신호 또는 결제 데이터를 포함하는 자기-기반 신호를 송출할 수 있다. 다른 실시예에서는, 측면 베젤 구조(310) 및/또는 상기 후면 플레이트(393)의 일부 또는 그 조합에 의하여 안테나 구조가 형성될 수 있다.
실링 부재(390)는 측면 베젤 구조(310)와 후면 플레이트(393) 사이에 위치할 수 있다. 실링 부재(390)는, 외부로부터 측면 베젤 구조(310)와 후면 플레이트(393)에 의해 둘러싸인 공간으로 유입되는 습기와 이물을 차단하도록 구성될 수 있다.
본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치(예: 스마트폰), 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서의 다양한 실시예들에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로와 같은 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 전자 장치(101)) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 내장 메모리(136) 또는 외장 메모리(138))에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램(140))로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기(예: 전자 장치(101))의 프로세서(예: 프로세서(120))는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장 매체는, 비일시적(non-transitory) 저장 매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, ‘비일시적’은 저장 매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장 매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
일실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory(CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두 개의 사용자 장치들(예: 스마트 폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있으며, 복수의 개체 중 일부는 다른 구성요소에 분리 배치될 수도 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 일 실시예에 따른 전자 장치에서 한 쌍의 홀 센서들 및 자기 센서의 배치를 설명하는 도면이다.
도 4a는 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101), 도 2의 전자 장치(200), 도 3의 전자 장치(300))의 탑 뷰(top view)(400a), 도 4b는 사이드 뷰(side view)(400b), 도 4c는 퍼스펙티브 뷰(perspective view)(400c)를 도시한다. 도 4a 내지 도 4c에서는 전자 장치의 구성요소들 중 베젤 파트(450), 회전체(410), 한 쌍의 홀 센서들(431, 432), 및 자기 센서(440)를 주로 설명한다. 전자 장치의 구성요소들 중 적어도 하나는, 도 1의 전자 장치(101), 도 2의 전자 장치(200), 또는 전자 장치(300)의 구성요소들 중 적어도 하나와 동일, 또는 유사할 수 있으며, 중복되는 설명은 이하 생략한다.
회전체(410)(rotating body)(예를 들어, 도 3의 휠 키(320))는 전자 장치의 베젤 파트(450)에 대해 회전축(490)을 기준으로 회전 가능하게 결합될 수 있다. 회전체(410)는 회전축(490)을 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전 가능할 수 있다. 도 4a 내지 도 4c에서 회전축(490)은 z축으로 도시된다. 회전체(410)는 회전축(490)을 기준으로 하는 원주(circumference)를 따르는 고리 형태(ring shape)를 가질 수 있다. 고리 형태의 회전체(410)의 내주(inner circumference) 안의 영역에서 디스플레이(예: 도3의 디스플레이(220))가 배치 및 노출될 수 있다.
회전체(410)는 복수의 자석들(420)을 포함할 수 있다. 복수의 자석들(420)은 회전체(410)의 고리 형태를 따라 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 자석들(420)은 회전체(410)의 고리(ring) 형태에 대응하는 원주 (circumference)를 따라 동일한 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다. 복수의 자석들(420)은 회전축(490)을 중심점으로 하는 배치되는 원주를 따라 배치될 수 있다. 본 명세서에서 복수의 자석들(420)은 8개인 예시를 주로 설명한다. 다만, 복수의 자석들(420)의 개수를 전술한 바로 한정하는 것은 아니다. 복수의 자석들(420)이 n개이고, n은 2이상의 정수일 수 있다.
도 4a 내지 도 4c에서 도시된 예시에서, 복수의 자석들(420)의 개수는 8개일 수 있다. 회전축(490)을 기준으로 서로 인접한 자석들(420) 간에 형성되는 각도는 45도일 수 있다. 다시 말해, 복수의 자석들(420) 중 서로 인접한 두 자석들(420)로부터 회전축(490)을 향하는 직선들(482) 간의 각도는 45도일 수 있다. 회전체(410)가 n개의 자석들(420)을 포함하는 경우, 회전축(490)을 기준으로 서로 인접한 자석들(420) 간에 형성되는 각도는 360/n도일 수 있다.
참고로, 본 명세서에서 회전축(490)을 기준으로 두 구성요소들 간에 형성되는 각도는, 회전축(490)과 한 구성요소를 포함하는 한 평면 및 회전축(490)과 다른 구성요소를 포함하는 다른 평면 간에 형성되는 각도를 나타낼 수 있다. 다시 말해, 회전축(490)을 기준으로 제1 구성요소 및 제2 구성요소 간에 형성되는 각도는 회전축(490)으로부터 제1 구성요소를 향하는 가상의 제1 직선(예를 들어, 회전축(490)에 수직한 수직선) 및 회전축(490)으로부터 제2 구성요소를 향하는 가상의 제2 직선(예를 들어, 회전축(490)에 수직한 수직선) 간의 각도일 수 있다. 예를 들어, 회전축(490)을 기준으로 두 구성요소들 간에 형성되는 각도는, 회전체(410)에 대응하는 평면에 수직한 방향으로 볼 때, 해당 평면에서 회전축(490)으로부터 구성요소들로 향하는 직선들 간의 각도일 수 있다.
복수의 자석들(420)은 회전체(410) 내에 수용될 수 있다. 다만, 이로 한정하는 것은 아니고, 예를 들어, 복수의 자석들(420)은 회전체(410)의 일면(예: 베젤 파트(450)와 마주하는 면 또는 그 반대면) 상에 부착 및/또는 장착될 수도 있다.
한 쌍의 홀 센서들(431, 432)은 복수의 자석들(420)에 의한 자기장을 센싱할 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 홀 센서들(431, 432)은 홀 효과(hall-effect)에 따른 변화하는 자기장에 대응하는 신호(예를 들어, 전압 신호)를 자기장 데이터로서 생성할 수 있다. 한 쌍의 홀 센서들(431, 432)은 회전체(410)의 회전에 따른 복수의 자석들(420)의 이동에 의해 유발되는 자기장 세기 변화를 센싱할 수 있다. 본 명세서에서는, 한 쌍의 홀 센서들(431, 432)의 각각에 의해 센싱되는 자기장을 나타내는 자기장 데이터를 제1 자기장 데이터로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 홀 센서들(431, 432)은 베젤 파트(450) 내에 배치되고, 복수의 자석들(420)의 자력에 의한 자기장을 센싱할 수 있다. 전자 장치의 프로세서는 한 쌍의 홀 센서들(431, 432)의 각각의 자기장 센싱에 기초하여, 각 홀 센서에서 센싱된 자기장 세기 값을 지시하는 제1 자기장 데이터를 생성할 수 있다. 제1 자기장 데이터는 전자 장치에 배치된 자석(예: 복수의 자석들(420))에 의한 자기장 성분(예: 내부 자기장 성분)을 주로 포함할 수 있다. 다만, 제1 자기장 데이터는 전자 장치에 배치된 자석에 의한 자기장 성분 외에 외부 요인(예: 지자기)에 의한 자기장 성분(예: 외부 자기장 성분)도 포함할 수 있다. 제1 자기장 데이터는 전술한 내부 자기장 성분 및 외부 자기장 성분이 복합적으로 혼합된 값을 포함하며, 제1 자기장 데이터에서 전자 장치에 배치된 자석에 의한 자기장 성분이 외부 요인에 의한 자기장 성분보다 큰 크기(magnitude)를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면 회전축(490)을 기준으로 홀 센서들(431, 432) 간에 형성되는 각도가 회전축(490)을 기준으로 복수의 자석들(420) 중 서로 인접한 두 자석들(420) 간에 형성되는 각도보다 작을 수 있다. 예를 들어, 회전축(490)으로부터 각 홀 센서로 향하는 두 가상의 수직선들(483) 간의 각도가 회전축(490)으로부터 복수의 자석들(420) 중 서로 인접한 두 자석들(420)로 향하는 두 가상의 수직선들(482) 간의 각도보다 작게, 한 쌍의 홀 센서들(431, 432)이 배치될 수 있다. 회전체(410)에 대응하는 평면에 수직한 방향(예를 들어, 회전축(490))으로 볼 때, 평면에서 한 쌍의 홀 센서들(431, 432)에 대응하는 지점들로부터 회전축(490)을 향하는 가상의 직선들(483) 간의 각도(예: 22.5도)는, 서로 인접한 두 자석들(420)로부터 회전축(490)을 향하는 가상의 직선들(482) 간의 각도(예: 45도)의 절반일 수 있다. 전술한 바와 같이, 복수의 자석들(420)이 8개인 경우, 회전축(490)을 기준으로 하는 인접한 자석들(420) 간의 각도가 45도이므로, 한 쌍의 홀 센서들(431, 432)로부터 회전축(490)을 향하는 가상의 직선들(483) 간의 각도는 22.5도일 수 있다. 회전체(410)가 n개의 자석들(420)을 포함하는 경우, 회전축(490)을 기준으로 한 쌍의 홀 센서들(431, 432) 간에 형성되는 각도는 360/2n도일 수 있다. 따라서, 회전체(410)의 회전에 의해 복수의 자석들(420)의 위치가 변하더라도, 한 쌍의 홀 센서들(431, 432) 사이에 대응하는 공간에 1개 이하의 자석만 위치될 수 있다. 프로세서(예: 도 1의 프로세서(120))는 도 6에서 후술하는 자력 변화 패턴에 기초하여 회전체(410)의 회전 변화량(예: 회전 각도)을 추정할 수 있다.
자기 센서(440)는 자기장을 센싱할 수 있다. 예를 들어, 자기 센서(440)는 회전체(410)의 내주(inner circumference)에 의해 정의되는 내부 공간(470)에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면 자기 센서(440)는, 내부 공간 중 한 쌍의 홀 센서들(431, 432) 및 회전축(490) 사이의 공간(471) 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 자기 센서(440)는, 한 쌍의 홀 센서들(431, 432) 및 회전축(490) 사이의 공간(471) 중 내부 자석(460)이 배치된 영역과 다른 영역(472)에 배치될 수 있다. 도 4a 내지 도 4c에서 내부 자석(460)은 회전축(490)을 포함하는 중심 영역에 배치되는 것으로 도시되었다. 내부 자석(460)은 예시적으로 후면 플레이트(예: 도 3의 후면 플레이트(393)) 및 인쇄회로기판(예: 도 3의 인쇄 회로 기판(380)) 사이에서 회전축(490)에 대응하는 중심 영역에 배치될 수 있으나, 이로 한정하는 것은 아니다. 자기 센서(440)는 내부 자석(460)과 다른 영역(472)에 배치되므로, 자기 센서(440)에 대한 내부 자석(460)의 영향이 감소될 수 있다. 전자 장치의 프로세서는 자기 센서(440)의 자기장 센싱을 통해, 자기 센서(440)에서 센싱된 자기장 세기 값을 지시하는 제2 자기장 데이터를 생성할 수 있다. 제2 자기장 데이터는 외부 자기장(예: 지자기)에 의한 자기장 성분(예: 외부 자기장 성분)에 관한 데이터일 수 있다. 제2 자기장 데이터는 전술한 내부 자기장 성분 및 외부 자기장 성분이 복합적으로 혼합된 값을 포함하며, 제2 자기장 데이터에서는 전자 장치에 배치된 자석에 의한 자기장 성분이 전술한 기하학적 배치로 인해 억제되어 외부 요인에 의한 자기장 성분이 보다 강조될 수 있다.
예시적으로 제2 자기장 데이터는 각 축에서 센싱된 자기장을 지시하는 자기장 세기 값들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 자기장 데이터는 3축(예: x축, y축, 및 z축)에서 센싱된 지자기 세기를 지시하는 지자기 값들을 포함할 수 있다. 후술하겠으나, 프로세서는 자기 센서(440)의 센싱에 의해 생성된 원시 데이터(raw data)로부터 전자 장치에 포함된 자석들(420)(예를 들어, 복수의 자석들(420) 및 내부 자석(460))에 의한 영향을 제거하는 보정을 수행함으로써, 제2 자기장 데이터를 생성할 수 있다. 참고로, 자기 센서(440)는 인쇄회로기판에 배치될 수 있다.
예시적으로, 자기 센서(440)로부터 한 쌍의 홀 센서들(431, 432)의 각각에 대한 거리는 동일할 수 있다. 회전체(410)에 대응하는 평면에 수직한 방향으로 볼 때, 자기 센서(440)로부터 회전축(490)을 향하는 가상의 직선(484)과 한 쌍의 홀 센서들(431, 432) 중 한 홀 센서로부터 회전축(490)을 향하는 가상의 직선(483) 간의 각도(예: 11.25도)는, 자기 센서(440)로부터 회전축(490)을 향하는 가상의 직선(484)과 한 쌍의 홀 센서들(431, 432) 중 다른 홀 센서로부터 회전축(490)을 향하는 가상의 직선(483) 간의 각도(예: 11.25도)와 동일할 수 있다. 다만, 자기 센서(440)의 위치를 이로 한정하는 것은 아니다.
자기 센서(440)는, 회전체(410)에서 복수의 자석들(420)이 배치된 평면(419)으로부터 이격되어 배치될 수 있다. 자기 센서(440)는 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 베젤 파트(450) 중 복수의 자석들(420)이 배치된 평면(419)의 하단에 배치될 수 있다.
한 쌍의 홀 센서들(431, 432) 및 자기 센서(440)는 자기장을 측정하는 센서일 수 있다. 한 쌍의 홀 센서들(431, 432)의 측정 해상도(resolution)는 자기 센서(440)의 측정 해상도보다 작을 수 있다. 측정 해상도가 클수록 정밀한 측정 능력을 나타낼 수 있다. 한 쌍의 홀 센서들(431, 432)의 측정 가능 자력 범위는 자기 센서(440)의 측정 가능 자력 범위보다 넓을 수 있다. 다시 말해, 한 쌍의 홀 센서들(431, 432)은 넓은 범위를 낮은 해상도로 코어스(coarse)하게 센싱하고, 자기 센서(440)는 좁은 범위를 높은 해상도로 정밀하게 센싱할 수 있다.
프로세서(예: 도 1의 프로세서(120))는 한 쌍의 홀 센서들(431, 432) 및 자기 센서(440)와 전기적으로 연결될 수 있다. 프로세서는 자기 센서(440)의 센싱을 통해 생성된 제2 자기장 데이터를 제1 자기장 데이터에 기초하여 보정할 수 있다. 프로세서의 동작은 하기 도 5 내지 도 11에서 상세히 설명한다. 메모리(예: 도 1의 메모리(130))는 전술한 프로세서와 전기적으로 연결될 수 있다. 프로세서 및 메모리는 베젤 파트(450)(예: 도 3의 측면 베젤 구조(310))와 결합 및/또는 연결되는 인쇄회로기판에 배치될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 자기장 데이터를 보정하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
동작(510)에서 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101), 도 2의 전자 장치(200), 도 3의 전자 장치(300))는 홀 센서의 센싱을 통해 제1 자기장 데이터를 생성할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 전자 장치의 베젤 파트에 배치된 한 쌍의 홀 센서들(예: 도 4a 내지 도 4c의 한 쌍의 홀 센서들(431, 432))에 의해, 베젤 파트에 대해 회전축을 기준으로 회전 가능하게 결합된 회전체(예: 도 4a 내지 도 4c의 회전체(410))에 포함된 복수의 자석들(예: 도 4a 내지 도 4c의 자석들(420))에 의한 제1 자기장 데이터를 생성할 수 있다.
동작(520)에서 전자 장치는 회전체가 회전했는지 여부를 판별할 수 있다. 일 실시예에 따르면 전자 장치는 회전체의 회전이 발생할 때마다 후술하는 보정 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 이전에 보정 동작을 수행한 시점(예: 이전 보정 시점)의 회전체 위치를 기준으로, 회전체가 회전하는지 여부를 판별할 수 있다. 전자 장치는 동작(510)에 따라 제1 자기장 데이터를 모니터링하는 도중에 회전체의 회전으로 인해 유발되는 내부 자기장의 변화를 검출할 수 있다. 전자 장치는 한 쌍의 홀 센서들의 센싱에 기초한 제1 자기장 데이터에서 변화가 발생하는 경우에 응답하여 회전체가 회전한 것으로 결정할 수 있다. 전자 장치는 회전체의 회전이 검출되기 전까지, 자기 센서(예: 도 4a 내지 도 4c의 자기 센서(440))의 센싱 데이터에 대한 보정을 홀드할 수 있다. 전자 장치는 회전체의 회전을 검출하는 경우에 응답하여, 자기 센서의 제2 자기장 데이터에 대한 보정을 개시할 수 있다.
동작(530)에서 전자 장치는 자기 센서의 센싱을 통해 제2 자기장 데이터를 생성할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 회전체의 내주에 의해 정의되는 내부 공간에 배치된 자기 센서의 센싱을 통해, 제2 자기장 데이터를 생성할 수 있다. 전자 장치의 프로세서는 자기 센서를 통해 생성된 원시 데이터에 하기 도 7에서 후술하는 보정 계수를 적용함으로써 제2 자기장 데이터를 생성할 수 있다.
동작(540)에서 전자 장치는 회전체의 회전 변화량을 추정할 수 있다. 전자 장치는 회전체의 회전으로 인해 유발되는 제1 자기장 데이터에서의 자기 변화 패턴에 기초하여, 이전 보정 시점의 이전 각도 위치(previous angular position)로부터 대상 시점(예: 현재 시점)의 대상 각도 위치(target angular position)까지 변화된 회전 각도 변위(rotation angular displacement)를 회전 변화량으로서 추정할 수 있다. 전자 장치의 프로세서는 한 쌍의 홀 센서들로부터 수집된 제1 자기장 데이터의 차이인 자기장 차이 데이터를 생성할 수 있고, 자기장 차이 데이터 및 자기 변화 패턴에 기초하여 회전 변화량을 추정할 수 있다. 회전 변화량의 추정은 하기 도 6에서 설명한다.
동작(550)에서 전자 장치는 회전체의 회전 변화량 및 제1 자기장 데이터에 기초하여 보상된 오프셋 값(compensated offset value)을 산출할 수 있다. 자기장 오프셋 값은, 제2 자기장 데이터에서 지자기 성분 외에 다른 성분을 제거하기 위한 오프셋 값을 나타낼 수 있다. 보상된 오프셋 값은, 자기장 오프셋 값을 보상함으로써 생성된 오프셋 값으로서, 자기장 오프셋 값보다 정확한 오프셋 값일 수 있다. 오프셋 값의 산출은 하기 도 8 및 도 9에서 설명한다.
동작(560)에서 전자 장치는 보상된 오프셋 값을 이용하여 제2 자기장 데이터를 보정할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 제2 자기장 데이터에 보상된 오프셋 값을 적용(예: 가산 또는 감산)함으로써 보정된 제2 자기장 데이터를 산출할 수 있다. 전자 장치는 보정된 제2 자기장 데이터를 이용하여 방위각(예: 자북 방위각)을 결정할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 결정된 방위각을 디스플레이(예: 도 1의 디스플레이 모듈(160))로 출력할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 한 쌍의 홀 센서들에 의해 수집되는 제1 자기장 데이터의 예시를 설명하는 도면이다.
일 실시예에 따른 전자 장치(예: 도 3의 전자 장치(300))는 도 5의 동작(540)에서 전술한 바와 같이 회전체의 회전 변화량을 추정할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 한 쌍의 홀 센서들(예: 도 4a 내지 도 4c의 한 쌍의 홀 센서들(431, 432))로부터 수집된 자력 차이 패턴(600)에 기초하여 회전체(예: 도 4a 내지 도 4c의 회전체(410))의 회전 변화량을 결정할 수 있다.
도 6에 도시된 자력 차이 패턴(600)은, 회전체가 전체 회전 범위(예: 0도부터 360도)까지 회전하는 동안, 한 쌍의 홀 센서들(예: 제1 홀 센서 및 제2 홀 센서) 의 센싱을 통해 생성된 제1 자기장 데이터의 차이 값의 곡선을 나타낼 수 있다. 제1 자기장 데이터의 차이 값은, 제1 홀 센서의 센싱을 통해 생성된 제1 자기장 데이터 및 제2 홀 센서의 센싱을 통해 생성된 제1 자기장 데이터 간의 차이로서, 자기장 차이 데이터라고도 나타낼 수 있다. 도 6에 도시된 자력 차이 패턴(600)의 세로 축은 차이 값의 크기로서 단위는 mT(milli Tesla)이고, 가로 축은 회전체가 기준 각도 위치(예: 0도로 설정된 각도 위치)로부터 회전된 각도로서 단위는 도(degree)일 수 있다. 자력 차이 패턴(600)은 각 축(예: x축, y축, z축)에서 센싱되는 자기장 차이 값들의 곡선들(631, 632, 633)을 포함할 수 있다.
회전체의 전체 회전 범위는 복수의 자석들(예: 도 4a 내지 도 4c의 자석들(420))의 개수에 따라 구분될 수 있다. 회전 구간은 전체 회전 범위를 자석 개수로 분할한 각도 구간(angular interval)을 나타낼 수 있다. 도 4a 내지 도 4c에서 설명한 바와 같이, 복수의 자석들 중 서로 인접한 두 자석들은 회전축에 대해 동일한 각도를 형성하므로, 개별 회전 구간은 전체 회전 범위를 복수의 자석들의 개수로 등분한 각도 구간일 수 있다. 본 명세서에서는 8개의 자석들이 회전체에 배치되므로, 전체 회전 범위가 8개의 회전 구간으로 분할될 수 있다. 예시적으로 전체 회전 범위는 제1 회전 구간 내지 제8 회전 구간으로 구분될 수 있다. 제1 회전 구간은 기준 각도 위치(reference angular position)를 기준으로 0도부터 45까지의 각도 구간, 제2 회전 구간은 45도부터 90도까지의 각도 구간, 제3 회전 구간은 기준으로 90도부터 135도까지의 각도 구간, 제4 회전 구간은 135도부터 180도까지의 각도 구간, 제5 회전 구간은 180도부터 225도까지의 각도 구간, 제6 회전 구간은 225도부터 270도까지의 각도 구간, 제7 회전 구간은 270도부터 315도까지의 각도 구간, 및 제8 회전 구간은 315도부터 360도까지의 각도 구간을 나타낼 수 있다. 한 회전 구간에 대응하는 각도 범위는 회전체가 서로 인접한 두 자석들 간에 형성되는 각도일 수 있다.
전술한 바와 같이, 회전체가 회전함에 따라 복수의 자석들에 대한 한 쌍의 홀 센서들 간의 상대적인 위치가 달라지므로, 한 쌍의 홀 센서들의 각각으로부터 획득되는 자기장 세기 값들이 변화할 수 있다. 자기장 세기 값들 간의 차이도 회전체의 회전에 따라 변화할 수 있다. 자기장 세기 값들 간의 차이를 나타낸 차이 데이터는, 회전체가 한 회전 구간에 대응하는 각도 범위(예: 45도)만큼 회전할 때마다, 동일 또는 유사한 패턴을 반복적으로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 도 4a 내지 도 4c 및 도 6에서 복수의 자석들의 개수는 8개이고, 인접한 두 자석들 간의 간격은 45도인 바, 각 축(예: x축, y축, z축)에서 자기장 차이 값이 변화하는 양상이 회전체가 45도 회전할 때마다 반복될 수 있다. 다시 말해, 각 회전 구간에서 제1 축에 대한 자기장 차이 값의 곡선(631)의 피크들(peaks), 제2 축에 대한 자기장 차이 값의 곡선(632)의 피크들, 제3 축에 대한 자기장 차이 값의 곡선(633)의 피크들은 다른 회전 구간에서 피크들이 나타나는 각도 위치와 동일 또는 유사한 각도 위치에서 나타날 수 있다. 다만, 자기장 차이 데이터의 회전 구간 별 패턴의 예시로서 피크의 각도 위치를 설명하였으나, 패턴을 이로 한정하는 것은 아니다.
일 실시예에 따르면 전자 장치는 자력 차이 패턴(600)에 기초하여 이전 보정 시점 대비 각도 변위(angular displacement)를 결정할 수 있다. 참고로, 도 6에서는 전체 회전 범위에 대한 자력 차이 패턴(600)이 도시되었으나, 이로 한정하는 것은 아니다. 전자 장치는 일부 회전 구간(예: 0도부터 45도까지의 한 회전 구간)에 대한 자력 차이 패턴(600)을 이용하여 이전 보정 시점 대비 각도 변위를 결정할 수도 있다. 예를 들어, 전자 장치는 이전 보정 시점에서 기록된 각도 위치(예: 이전 각도 위치), 자력 차이 패턴(600), 및 대상 시점에서 생성된 자기장 차이 데이터에 기초하여 이전 보정 시점으로부터 대상 시점까지 회전체가 회전된 회전 변화량(예: 회전 각도 변위)을 추정할 수 있다. 전자 장치는 자력 차이 패턴(600)을 참조하여 자기장 차이 데이터를 이전 보정 시점 대비 회전체가 회전된 회전 각도 변위로 환산할 수 있다.
전자 장치는 이전 각도 위치 및 환산된 회전 각도 변위에 기초하여 최종 각도 위치를 결정할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 이전 보정 시점 이후 검출된 자기장 차이 데이터로부터 자력 차이 패턴(600)을 참조하여 환산된 회전 각도 변위를 이전 각도 위치에 누적할 수 있다. 전자 장치는 이적 각도 위치에 누적된 회전 각도 변위를 부가함으로써 최종 각도 위치를 결정할 수 있다. 또한, 전자 장치는 한 회전 구간에 대응하는 각도 범위까지 각도 변화를 누적할 수 있다. 전자 장치는 이전 보정 시점의 각도 위치와 이전 보정 시점부터 대상 시점까지 누적된 각도 변위의 합이, 해당 회전 구간에 대응하는 각도 범위를 벗어나는 경우, 각도 변위의 누적을 초기화할 수 있다. 전자 장치는 인접한 회전 구간의 각도 범위에 기초하여 다시 각도 변위를 누적하여 가산(또는 감산)할 수 있다. 예를 들어, 회전체가 이전 보정 시점의 30도부터 대상 보정 시점의 60도까지 회전한 경우, 전자 장치는 제1 회전 구간에 속하는 30도부터 45도까지 회전 변화량을 누적하여 산출하고, 45도에 도달한 시점부터는 그 전에 누적된 회전 변화량을 리셋함으로써 무시할 수 있다. 전자 장치는 제2 회전 구간에 속하는 45도에 도달한 시점부터는 제2 회전 구간의 경계 값인 45도에 45도부터 60도까지의 회전 변위를 가산함으로써 최종 각도 위치인 60도를 산출할 수 있다. 각 회전 구간에서 나타나는 자력 차이 패턴(600)이 다른 회전 구간의 자력 차이 패턴(600)과 동일 또는 유사하므로, 전자 장치는 전술한 바와 같이 회전 구간 단위로 회전 변위 누적을 리셋할 수 있다.
참고로, 도 6에 도시된 자력 차이 패턴(600)은, 복수의 자석들의 자력 간에 편차가 있는 경우의 패턴으로서, 45도 마다 반복되는 패턴에서 개별 자석의 자력 편차로 인해 피크 값이 약간 다르게 나타날 수 있다. 개별 자석의 자력 편차가 0이라고 가정할 경우 45도마다 완전히 동일한 형태, 크기의 패턴이 반복될 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 자기 센서에 의해 수집되는 제2 자기장 데이터의 획득을 설명하는 도면이다.
일 실시예에 따른 전자 장치(예: 도 3의 전자 장치(300))의 자기 센서(예: 도 4a 내지 도 4c의 자기 센서(440))는 외부 자력을 측정할 수 있다. 자기 센서는 예를 들어, 지자기를 3축(예: x축, y축, z축)으로 측정하여 3축 각각에 대응하는 지자기 값을 출력할 수 있고, 전자 장치는 자기 센서에 의해 측정된 지자기 값들을 이용하여 지도 상의 자북 방향을 결정할 수 있다. 임의의 한 지리적 위치를 기준으로 하는 원형 궤적을 따라, 전자 장치를 한 방향으로 회전시키면서 센싱된 자기 값들로부터 방위각(예: 자북 방위각)의 궤적이 계산될 수 있다.
전자 장치의 내부 배치 구조(예: 중심 자석, 회전체의 자석들 위치)에 따라 자기 센서에서 센싱되는 자기장에 왜곡이 발생할 수 있다. 자기 센서를 통해 센싱 및 출력되는 지자기 값에 포함된 왜곡으로 인해 방위각(예: 자북 방위각)을 계산시 오차가 발생할 수 있다. 도 7에서 자기 센서의 원시 데이터(742)에 기초하여 계산된 방위각 궤적(710)은 도시된 바와 같이 전술한 오차에 의해 타원형으로 나타날 수 있다. 원시 데이터(742)는 자기 센서를 통해 생성된 3축에 대한 자기 값들로서, 보정 전 데이터를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 장치의 프로세서(예: 프로세서(120))는, 자기 센서를 통해 생성된 원시 데이터(742)(raw data)에 보정 계수를 적용함으로써 제2 자기장 데이터(741)를 획득할 수 있다. 보정 계수는 도 7에 도시된 바와 같이 3Х3 벡터(790)로 표현될 수 있다. 전자 장치는 원시 데이터(742)에 보정 계수를 곱함으로써 제2 자기장 데이터(741)를 획득할 수 있다. 제2 자기장 데이터(741)에 기초하여 계산된 방위각 궤적(720)은 도시된 바와 같이 원형으로 나타날 수 있다. 원형으로 된 방위각 궤적(720)은 제2 자기장 데이터(741)에서 왜곡의 감소를 나타내고, 전자 장치는 제2 자기장 데이터(741)를 이용하여 감소된 오차로 방위각을 계산할 수 있다..
도 8은 일 실시예에 따른 제2 자기장 데이터를 보정하기 위한 오프셋을 보상하는 동작을 설명하는 흐름도이다.
전술한 동작(550)에서 전자 장치(예: 도 3의 전자 장치(300))는 기준 테이블들을 이용하여 대상 시점의 각도 위치에 대응하는 오프셋을 결정할 수 있다. 대상 시점의 각도 위치는 도 6에서 전술한 바와 같이, 이전 시점의 각도 위치로부터 회전체의 회전 변화량에 대응하여 누적된 각도 변위가 가산(또는 감산)된 위치일 수 있다. 기준 테이블들은, 전술한 바와 같이 각 회전 구간의 각도 범위 단위마다 자력 차이 패턴이 반복되는 특성으로 인해, 한 각도 범위 단위에 대해서만 준비될 수 있다. 기준 테이블은 회전체에 배치되는 복수의 자석들의 전형적인 값(typical value)(910)을 가정한 시뮬레이션을 통해 미리 생성될 수 있다. 기준 테이블에는 배치된 자석의 자력 편차에 따른 오차가 고려되지 않았는데, 이 오차는 후술하는 동작을 통해 보상될 수 있다.
예를 들어, 동작(851)에서 전자 장치는 홀 센서 기준 테이블로부터 각도 위치(또는 회전 변화량)에 대응하여 추출된 홀 기준 값 및 자기장 차이 데이터로부터, 자력 편차(900)에 따른 자력 오차를 산출할 수 있다. 전자 장치는 홀 센서 기준 테이블로부터 회전체의 각도 위치에 대응하는 홀 기준 값을 추출할 수 있다. 홀 센서 기준 테이블은 대상 시점에 대해 결정된 각도 위치에서 자력 편차(900)가 0%인 자석에 의한 자력이 홀 센서들을 통해 생성되는 값들을 나타낼 수 있으며, 예시적으로 하기 표 1과 같이 생성될 수 있다. 다만, 홀 센서 기준 테이블의 데이터 포맷을 아래 표 1로 한정하는 바는 아니다.
Figure pat00001
전술한 표 1은 한 회전 구간 단위에 대응하는 각도 범위 내에서, 임의의 각도 위치
Figure pat00002
에 대응하는 홀 기준 값들(hall reference values)로서, x축에 대한 홀 기준 값
Figure pat00003
, y축에 대한 홀 기준 값
Figure pat00004
, z축에 대한 홀 기준 값
Figure pat00005
를 포함할 수 있다. 각도 위치
Figure pat00006
의 예시로 0도 내지 45도로 도시되었으나, 각도를 정수로 한정하는 것은 아니고, 설계에 따라 실수일 수도 있다. 참고로, 전술한 표 1에서 홀 센서 기준 테이블의 자력 차이 값의 단위는
Figure pat00007
(micro tesla)일 수 있다. 아울러, 도(degree)가 아니라 라디안(radian)으로 단위가 치환될 수도 있다.전자 장치는 전술한 동작(510)에서 생성된 제1 자기장 데이터에 기초하여 자기장 차이 데이터를 하기 수학식 1과 같이 생성할 수 있다. 자기장 차이 데이터는 전술한 바와 같이, 제1 홀 센서 및 제2 홀 센서를 통해 생성된 제1 자기장 데이터 간의 차이를 나타낼 수 있다.
Figure pat00008
전술한 수학식 1에서, hall_X1, hall_Y1, hall_Z1은 제1 홀 센서를 통해 생성된 x축, y축, 및 z축에 대한 자기 값들이고, hall_X2, hall_Y2, hall_Z2은 제2 홀 센서를 통해 생성된 x축, y축, 및 z축에 대한 자기 값들일 수 있다. hall_DiffX, hall_DiffY, hall_DiffZ는 x축, y축, 및 z 축에 대한 자력 차이 값들을 나타낼 수 있다.
전자 장치는 추출된 홀 기준 값 및 자기장 차이 데이터로부터, 회전체에 배치된 자석들의 자력 편차(900)에 따른 자력 오차를 산출할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 추출된 홀 기준 값에 전술한 자기장 차이 데이터를 하기 수학식 2와 같이 적용할 수 있다.
Figure pat00009
전술한 수학식 2에서 ErrX, ErrY, ErrZ는 각각 x축, y축, 및 z 축에서 자력 편차(900)에 따른 자력 오차를 나타낼 수 있다. 참고로, 도 9는 일 실시예에 따른 복수의 자석들의 자력 편차(900)를 설명하는 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 자석의 양산 시 공정 오차에 따른 자력의 분포는 ±25% 범위 이내일 수 있다. 전자 장치(예: 도 3의 전자 장치(300))는 이 편차로 인한 미지의 오차를 결정하기 위해 전술한 수학식 2에 따라 홀 기준 값 및 자기장 차이 데이터를 이용하여 자력 오차를 산출할 수 있다. 다시 말해, 홀 센서들에서 센싱되는 자력이 자력 편차(900)값이 0인 자석으로부터 유발된 것일 경우, 전술한 수학식 2에 따른 오차는 0일 수 있다.
도 4a 내지 도 4c에서 도시된 바와 같이 자기 센서가 한 쌍의 홀 센서들 사이에 배치되므로, 홀 센서들에 의해 감지된 자력 편차(900)가 자기 센서의 오프셋 결정에 활용될 수 있다. 여기서, 자기 센서로부터 각 홀 센서까지의 거리 간의 차이가 작을수록, 다시 말해 자기 센서가 홀 센서들 사이의 중간 지점에 위치될수록 보다 정확한 오프셋이 결정될 수 있다.
동작(852)에서 전자 장치는 오프셋 기준 테이블로부터 각도 위치(또는 회전 변화량)에 대응하여 추출된 자기장 오프셋 값에 자력 오차를 보상할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 오프셋 기준 테이블로부터 회전체의 각도 위치에 대응하는 자기장 오프셋 값을 추출할 수 있다.
오프셋 기준 테이블은, 자력 편차(900)가 0%인 자석의 자력이 홀 센서 및 자기 센서에 영향을 미치는 상황에서, 지자기 성분 외에 나머지 성분, 예를 들어 전자 장치에 배치된 자석들에 의한 지자기 왜곡을 보상하기 위한 오프셋 값들을 나타낼 수 있다. 하기 표 2는 오프셋 기준 테이블의 예시를 설명한다. 하기 표 2의 오프셋 값들에는 자력 편차(900)에 의한 자력 오차가 반영되지 않았다.
Figure pat00010
전술한 표 2는 한 회전 구간 단위에 대응하는 각도 범위 내에서, 임의의 각도 위치
Figure pat00011
에 대응하는 자기장 오프셋 값들로서, x축에 대한 자기장 오프셋 값
Figure pat00012
, y축에 대한 자기장 오프셋 값
Figure pat00013
, z축에 대한 자기장 오프셋 값
Figure pat00014
를 포함할 수 있다.전자 장치는 자력 편차(900)에 의한 왜곡까지 반영된 보다 정확한 오프셋 값을 획득하기 위해, 자기장 오프셋 값들을 전술한 자력 오차를 통해 보상할 수 있다. 전자 장치는 추출된 자기장 오프셋 값에 자기장 차이 데이터에 기초하여 산출된 자력 오차를 하기 수학식 3과 같이 보상함으로써 보상된 오프셋 값을 산출할 수 있다.
Figure pat00015
전술한 수학식 3에서, cal_refX, cal_refY, cal_refZ는 각각 x축, y축, 및 z축에 대해 보상된 오프셋 값들을 나타낼 수 있다. 따라서 전자 장치는 한 쌍의 홀 센서들을 통해 생성된 자력 차이 데이터를 기초로, 해당하는 각도 위치에서의 자력 편차(900)에 따른 오차를 오프셋에 보상함으로써 보다 정확한 오프셋을 산출할 수 있다.
하기 도 10은 동작(852)에서 보상된 오프셋 값을 이용하여 자기 센서의 정보(예: 제2 자기장 데이터)를 보정하는 동작을 설명한다.
도 10은 일 실시예에 따른 전자 장치에서 회전체의 회전으로 인한 자석의 이동에 의해 유발되는 자력 변화를 설명하는 도면이다.
일 실시예에 따른 전자 장치는 보상된 오프셋 값을 이용하여 자기 센서를 통해 생성된 제2 자기장 데이터를 보정할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 3개의 축들 중 각 축에 대응하는 보상된 오프셋 값을 해당 축에 대응하는 외부 자기장 세기 값(예: 지자기 값)에 하기 수학식 4와 같이 적용(예: 가산 또는 감산)할 수 있다.
Figure pat00016
전술한 수학식 4에서 extX, extY, extZ는 각각 제2 자기장 데이터의 x축에 따른 자기장 세기 값, y축에 따른 자기장 세기 값, 및 z축에 따른 자기장 세기 값을 나타낼 수 있다. cal_extX, cal_extY, cal_extZ는 각각 보정된 제2 자기장 데이터의 x축에 따른 자기장 세기 값, y축에 따른 자기장 세기 값, z축에 따른 자기장 세기 값을 나타낼 수 있다. 전술한 바와 같이, 보상된 오프셋 값들 cal_refX, cal_refY, cal_refZ는 배치된 자석들의 배치 뿐만 아니라 자석들의 자력 편차까지도 반영된 오프셋 값들이므로, 제2 자기장 데이터가 보다 정확하게 보정될 수 있다. 다시 말해, 보상된 오프셋 값을 이용한 보정을 통해, 자기 센서의 각 축에서 센싱되어야 하는 이상적인 지자기 값과 실제 측정된 지자기 값 간의 차이를 줄일 수 있다.
예를 들어, 회전체의 각도 위치가 이전 보정 시점(1010)으로부터 시간에 따라 변하면, 회전체에 배치된 자석의 위치 이동 시간(1020) 동안 자기 센서에서 센싱되는 자력에 왜곡이 발생할 수 있다. 도 10은 시간에 따른 회전체의 회전에 따른 자석의 위치 이동시, 각 시점에서 자기 센서의 각 축에서 센싱되어야 하는 이상적인 값과 실제 값 간의 차이(1000)를 나타낼 수 있다. 이런 왜곡된 자장이 방위각으로 계산되었을 때 방위각 오차를 만들며 대략 1 uT당 1도의 오차를 가질 수 있다. 전자 장치는 도 1 내지 도 9에서 전술한 바와 같이 산출된 보상된 오프셋 값을 제2 자기장 데이터에 보정함으로써, 도 10에 도시된 이러한 차이(1000)를 제거할 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 전자 장치가 제2 자기장 데이터를 보정하는 동작을 설명하는 도면이다.
도 11은 임의의 한 지리적 위치를 기준으로 하는 원형 궤적을 따라, 전자 장치(예: 도 3의 전자 장치(300))를 한 방향으로 회전시키면서 자기 센서를 통해 생성된 자기 값들로부터 계산된 방위각(예: 자북 방위각)의 궤적을 나타낼 수 있다. 전자 장치는 도 10에서 전술한 바와 같이, 제2 자기장 데이터에 보상된 오프셋 값을 보정하는 동작(1110)을 통해, 자북 방위각의 궤적의 중심점을 원점에 위치시킬 수 있다.
전자 장치는 보정된 제2 자기장 데이터를 이용하여 정확한 방위각을 결정하고, 결정된 방위각을 출력할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 보정된 제2 자기장 데이터의 각 축에의 보정된 지자기 값들로부터, 전자 장치에 가해지는 지자기의 방향 및 세기를 결정할 수 있다. 전자 장치는 결정된 지자기 값들로부터 전자 장치의 기준 축이 향하는 방위각(예: 자북 방위각)을 결정할 수 있다.

Claims (20)

  1. 전자 장치에 있어서,
    상기 전자 장치의 베젤 파트에 대해 회전축을 기준으로 회전 가능하게 결합되고, 복수의 자석들을 포함하는 회전체(rotating body);
    상기 베젤 파트 내에 배치되고, 상기 복수의 자석들의 자력에 의한 자기장을 센싱하는 한 쌍의 홀 센서들;
    상기 회전체의 내주(inner circumference)에 의해 정의되는 내부 공간에 배치되는 자기 센서;
    상기 한 쌍의 홀 센서들 및 상기 자기 센서와 전기적으로 연결되고, 상기 한 쌍의 홀 센서들의 센싱을 통해 생성된 제1 자기장 데이터에 기초하여 상기 자기 센서의 센싱을 통해 생성된 제2 자기장 데이터를 보정하는 프로세서; 및
    상기 프로세서와 전기적으로 연결된 메모리
    를 포함하는 전자 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전축을 기준으로 홀 센서들 간에 형성되는 각도가 상기 회전축을 기준으로 상기 복수의 자석들 중 서로 인접한 두 자석들 간에 형성되는 각도보다 작은,
    전자 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전체에 대응하는 평면에 수직한 방향으로 볼 때, 상기 평면에서 상기 한 쌍의 홀 센서들에 대응하는 지점들로부터 상기 회전축을 향하는 가상의 직선들 간의 각도는, 상기 서로 인접한 두 자석들로부터 상기 회전축을 향하는 가상의 직선들 간의 각도의 절반인,
    전자 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 자석들은,
    상기 회전체 내에 수용되고, 상기 회전체의 고리(ring) 형태에 대응하는 원주(circumference)를 따라 동일한 거리만큼 이격되어 배치되는,
    전자 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 자석들의 개수는 8개이고,
    상기 복수의 자석들 중 서로 인접한 두 자석들로부터 상기 회전축을 향하는 직선들 간의 각도는 45도인,
    전자 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 한 쌍의 홀 센서들로부터 상기 회전축을 향하는 가상의 직선들 간의 각도는 22.5도인,
    전자 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 자기 센서는,
    상기 내부 공간 중 상기 한 쌍의 홀 센서들 및 상기 회전축 사이의 공간 내에 배치되는,
    전자 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 자기 센서는,
    상기 한 쌍의 홀 센서들 및 상기 회전축 사이의 공간 중 내부 자석이 배치된 영역과 다른 영역에 배치되는,
    전자 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 자기 센서는,
    상기 회전체에서 상기 복수의 자석들이 배치된 평면으로부터 이격되어 배치되는,
    전자 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 자기 센서로부터 상기 한 쌍의 홀 센서들의 각각에 대한 거리는 동일한,
    전자 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 회전체에 대응하는 평면에 수직한 방향으로 볼 때, 상기 자기 센서로부터 상기 회전축을 향하는 가상의 직선과 상기 한 쌍의 홀 센서들 중 한 홀 센서로부터 상기 회전축을 향하는 가상의 직선 간의 각도는, 상기 자기 센서로부터 상기 회전축을 향하는 가상의 직선과 상기 한 쌍의 홀 센서들 중 다른 홀 센서로부터 상기 회전축을 향하는 가상의 직선 간의 각도와 동일한,
    전자 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 한 쌍의 홀 센서들로부터 수집된 자력 차이 패턴에 기초하여 상기 회전체의 회전 변화량을 결정하는,
    전자 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 자기 센서의 센싱을 통해 생성된 원시 데이터(raw data)에 보정 계수를 적용함으로써 상기 제2 자기장 데이터를 획득하는,
    전자 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 한 쌍의 홀 센서들로부터 수집된 제1 자기장 데이터의 차이인 자기장 차이 데이터를 생성하는,
    전자 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    홀 센서 기준 테이블로부터 상기 회전체의 각도 위치에 대응하는 홀 기준 값을 추출하고,
    상기 추출된 홀 기준 값 및 상기 자기장 차이 데이터로부터, 상기 회전체에 배치된 자석들의 자력 편차에 따른 자력 오차를 산출하는,
    전자 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    오프셋 기준 테이블로부터 상기 회전체의 각도 위치에 대응하는 자기장 오프셋 값을 추출하고,
    상기 추출된 자기장 오프셋 값에 상기 자기장 차이 데이터에 기초하여 산출된 자력 오차를 보상함으로써 보상된 오프셋 값을 산출하는,
    전자 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 보상된 오프셋 값을 이용하여 상기 자기 센서의 센싱을 통해 생성된 상기 제2 자기장 데이터를 보정하는,
    전자 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 회전체의 회전을 검출하는 경우에 응답하여, 상기 자기 센서의 제2 자기장 데이터에 대한 보정을 개시하는,
    전자 장치.
  19. 전자 장치에 의해 수행되는 방법에 있어서,
    상기 전자 장치의 베젤 파트에 배치된 한 쌍의 홀 센서들의 센싱을 통해, 상기 베젤 파트에 대해 회전축을 기준으로 회전 가능하게 결합된 회전체에 포함된 복수의 자석들에 의한 자기장에 관한 제1 자기장 데이터를 생성하는 동작;
    상기 회전체의 내주에 의해 정의되는 내부 공간에 배치된 자기 센서를 통해, 제2 자기장 데이터를 생성하는 동작;
    상기 회전체의 각도 위치 및 상기 제1 자기장 데이터에 기초하여 보상된 오프셋 값을 산출하는 동작; 및
    상기 보상된 오프셋 값을 이용하여 상기 제2 자기장 데이터를 보정하는 동작
    을 포함하는 방법.
  20. 제19항의 방법을 수행하기 위한 명령을 포함하는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.

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