WO2019139238A1 - 상대 위치 검출 장치 및 방법 - Google Patents

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WO2019139238A1
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김재성
김상호
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삼성전자주식회사
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    • G01S5/14—Determining absolute distances from a plurality of spaced points of known location

Definitions

  • the present invention relates to a relative position detecting apparatus and method, and more particularly, to a relative position detecting apparatus and method for detecting a relative position of a portable device located in the vicinity of an electronic apparatus.
  • Electronic devices often need to detect the position or direction of a user's location or object in an adjacent space for interaction with a user or surrounding environment.
  • a mounted electronic device transmits a signal and a portable device senses the relative position and attitude of the portable device
  • a method in which a portable device that senses a signal transmitted from an electronic device sends a response signal and an electronic device uses a time of arrival of a response signal to determine the distance between the devices uses a time of arrival of a response signal to determine the distance between the devices.
  • a first aspect of the present invention provides a relative position detecting apparatus and method for detecting a relative position between an electronic device and a portable device by detecting a signal transmitted from the portable device in the electronic device.
  • a relative position detecting device includes: first and second receiving units for receiving signals transmitted from a portable device; A processor for determining a position where the portable device is located and a direction indicated by the portable device based on the intensity of the first signal received by the first receiver and the intensity of the second signal received by the second receiver, .
  • the processor determines a position at which the portable device is located based on a sum of the intensity of the first signal and the intensity of the second signal and determines a difference between the intensity of the first signal and the intensity of the second signal It is possible to determine the direction indicated by the portable device on the basis of the position information.
  • the processor may determine the intensity of each of the first signal and the second signal using a maximum value of an envelope of each of the first signal and the second signal.
  • the processor may determine the strength of each of the first signal and the second signal using a Goertzel algorithm.
  • the processor determines a distance between the relative position detection device and the portable device based on the sum of the intensity of the first signal and the intensity of the second signal and the distance between the first receiver and the second receiver .
  • the processor may determine a direction indicated by the portable device based on a difference between the distance between the relative position detecting device and the portable device, the intensity of the first signal, and the intensity of the second signal.
  • the processor can determine the relative position of the portable device with respect to the relative position detecting device based on the distance between the relative position detecting device and the portable device and the direction indicated by the portable device.
  • the processor may determine a direction indicated by the portable device based on a pattern of the intensity of the signal transmitted from the portable device and an intensity of the signal received by the first and second receiving portions.
  • the intensity of the signal transmitted from the portable device may have a maximum intensity in a direction indicated by the portable device and the intensity of the signal transmitted from the portable device may decrease as the distance from the direction indicated by the portable device .
  • Each of the first and second receiving units may receive light emitted from the portable device or may receive a radio frequency (RF) signal transmitted from the portable device.
  • RF radio frequency
  • a relative position detecting method includes: receiving signals transmitted from a portable device via first and second receiving units; Determine a location of the portable device based on a sum of the intensity of the first signal received by the first receiver and the intensity of the second signal received by the second receiver; And determining a direction indicated by the portable device based on a difference between the intensity of the first signal and the intensity of the second signal.
  • the relative position detection method may further include determining a strength of each of the first signal and the second signal using a Goetzel algorithm.
  • the relative position detecting method further comprises a step of detecting a distance between the relative position detecting device and the portable device based on the sum of the intensity of the first signal and the intensity of the second signal, and the distance between the first receiver and the second receiver, May be detected.
  • the relative position detecting method further includes detecting a direction indicated by the portable device based on a difference between the distance between the relative position detecting device and the portable device and the intensity of the first signal and the intensity of the second signal .
  • the relative position detecting method may further include detecting a relative position of the portable device with respect to the relative position detecting device based on a distance between the relative position detecting device and the portable device and a direction indicated by the portable device have.
  • the relative position detection method may further comprise detecting a direction indicated by the portable device based on a pattern of the intensity of the signal transmitted from the portable device and an intensity of the signal received by the first and second receiving portions have.
  • the intensity of the signal transmitted from the portable device may have a maximum intensity in a direction indicated by the portable device and the intensity of the signal transmitted from the portable device may decrease as the distance from the direction indicated by the portable device .
  • Each of the first and second receiving units may receive light emitted from the portable device or may receive a radio frequency (RF) signal transmitted from the portable device.
  • RF radio frequency
  • a relative position detecting device includes: first and second receiving units; A processor; Wherein the processor determines a position at which the portable device is located based on an intensity of a first signal received from the portable device by the first receiver and an intensity of a second signal received from the portable device by the second receiver, And a memory for storing instructions for determining the direction indicated by the device.
  • the processor is further configured to cause the processor to determine whether the relative position of the portable device and the relative position detection device based on the sum of the intensity of the first signal and the intensity of the second signal and the distance between the first receiver and the second receiver. Determines a direction indicated by the portable device based on a distance between the relative position detecting device and the portable device, a difference between the intensity of the first signal and the intensity of the second signal,
  • the portable device may further store instructions for determining a relative position of the portable device with respect to the relative position detecting device based on a distance between the detecting device and the portable device and a direction indicated by the portable device.
  • a relative position detecting apparatus and method for detecting a relative position between an electronic apparatus and a portable apparatus by detecting a signal transmitted from the portable apparatus in the electronic apparatus is provided.
  • FIG. 1 is a view showing an example of using a position detecting device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a control block diagram of a transmission module provided in a portable device.
  • 3A is a diagram showing an example of a structure of an RF antenna and a radiation pattern of an RF signal.
  • FIG. 3B is a view showing the radiation characteristics of the light emitting diodes according to the types.
  • FIG. 4 is a control block diagram of a relative position detecting apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a trans-impedance amplifier.
  • FIG. 6 is a view showing an example of envelope detection detected through an envelope detector.
  • FIG. 8 is a diagram showing a system configuration in which four receiving modules are mounted on an electronic device.
  • FIG. 9 is a diagram showing the signal flow and operation principle of the transmission module of the portable device and the relative position detection device in the system of FIG.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of generating an optical signal of the signal generator.
  • FIG. 11 is a view showing an example of generating an optical signal of a signal generator considering power consumption.
  • 13 is a diagram showing an example of an output signal of the filter and amplifying unit.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an Goetzel algorithm for signal strength detection.
  • FIG. 15 is a diagram showing the calculation results of the Goetzel algorithm.
  • FIG. 16 is a diagram showing a system model for the X direction of the system shown in FIG.
  • 17 is a graph showing the relationship between the distance and the measured signal intensity.
  • module, module, member used in the specification may be embodied in software or hardware, and a plurality of 'modules, members, and blocks' may be embodied as one component, Quot ;, " part, module, member " includes a plurality of components.
  • connection when a part is referred to as being "connected" to another part, it includes not only the case directly connected but also the case where the connection is indirectly connected, and the indirect connection includes connection through the wireless communication network do.
  • the present invention relates to an apparatus and method for detecting a relative position, and more particularly, to a relative position detecting apparatus and method for detecting a relative position of a portable apparatus located in the vicinity of an electronic apparatus.
  • a second method of detecting the relative position of the electromagnetic period when a signal is transmitted from an electronic device, a portable device that transmits the response signal transmits a response signal, and an electronic device obtains a distance between the devices by using the arrival time of a response signal .
  • Such a method has a limitation in application to device-to-device interaction, because it is used for positioning the indoor position of a mobile robot because of its large position detection error.
  • a third method for detecting the relative position of the electromagnetic period is to transmit a signal at a moment when the position and orientation of the portable device are required to be sensed and to detect the relative position and position of the portable device based on the signal sensed by the electronic device It has been proposed.
  • This method has advantages such as preventing unnecessary power consumption, but it can detect only the position on the screen indicated by the portable device, so that the available user interaction is limited, and the function of detecting the touchscreen function and the direction indicated by the portable device Is performed through the same optical sensor, it is difficult to apply the direction sensing function when a different type of touch screen is used depending on the situation.
  • the disclosed invention is intended to address such a problem.
  • an apparatus and a method for detecting a relative position according to the disclosed invention will be described, briefly explaining an example in which the relative position detecting device according to the disclosed invention is applied, .
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of using a relative position detecting device according to an embodiment.
  • the relative position detecting apparatus 200 provides a user interaction using a portable device 100 such as an electronic pen in an electronic device 10 such as a TV or a copyboard Can be applied to the process.
  • the relative position detecting device 200 detects signals transmitted from the portable device 100 installed inside the electronic device 10, and calculates a relative position and direction between the devices based on the sensed signal .
  • the electronic device 10 can receive the calculation result of the portable device 100 with respect to the electronic device 10 and provide the user interaction using the portable device 100 in the electronic device 10.
  • the electronic device 10 may be provided in various forms and is not limited in its installed position.
  • the electronic device 10 may be provided as a wall-mountable type that is fixed to a wall as shown in FIG. 1, and may be provided in a standing manner according to an embodiment.
  • the electronic device 10 may be implemented as a TV, a computer monitor, a video wall, an electronic board, a signage, etc. provided in at least one display panel, and a plurality of display panels may be arranged in a matrix To form a large-screen screen.
  • the electronic device 10 can be provided to operate as an electronic blackboard through execution of an embedded application.
  • the electronic device 10 can be operated as a copyboard when a preset mode is performed or an application stored in the memory is activated.
  • a plurality of graphic objects may be displayed on a display panel provided on the front surface of the electronic device 10.
  • a graphics object may include all content that can be visually displayed on a display panel, such as a video, a picture, a photo, as well as an application launch window.
  • the electronic device 10 may be provided to receive a touch command from a user on a display panel or to receive a touch command from a portable device 100 such as an electronic pen.
  • the electronic device 10 when the electronic device 10 receives a touch command to the display panel from the portable device 100, the electronic device 10 continuously detects the electromagnetic field generated from the front end of the portable device 100, It is possible to continuously calculate the coordinates on the electronic device 10 and display a preset image or graphic on the calculated coordinates of the display panel.
  • the user can input characters 11a such as A, B and C, input a line 11b, or display a figure 11c such as a circle by touching the portable device 100 on the display panel Can be input.
  • the user can input various commands by touching the portable device 100 to the display panel.
  • the electronic device 10 may be provided to receive a pointing command of the portable device 100 performed on the front surface of the display panel.
  • the pointing command refers to a command input by an operation of pointing a specific point of the display panel using the portable device 100 such as an electronic pen.
  • the relative position detecting device 200 provided in the electronic device 10 detects the relative position of the display device 100 on the basis of the signal transmitted from the portable device 100.
  • the relative position and direction of the portable device 100 can be calculated.
  • the calculation of the relative position and direction of the portable device 100 in this specification means calculating the position and direction of the reference point of the portable device 100.
  • the reference point of the portable device 100 may mean the position and direction of the transmission module, more specifically, the signal transmission point and direction of the signal transmitter included in the transmission module, but is not limited thereto.
  • the relative position detecting device 200 can calculate the coordinates of a point at which the portable device 100 points among the various points of the display panel. As a result, the electronic device 10 can detect the position of the relative position detecting device 200, The preset image or graphic can be displayed in the coordinates of the newly displayed display panel.
  • a user may input a pointing mark P around a character 11a such as A, B, and C by pointing the display panel with the portable device 100 at a position spaced a predetermined distance from the front of the display panel can do.
  • the user can input the pointing mark P at a desired point by pointing the desired point on the display panel with the portable device 100.
  • the electronic device 10 can display various graphics on the display panel by functioning as an electronic blackboard, display various graphic objects corresponding to the touch input of the portable device 100, And can perform various functions corresponding to the touch input of the portable device 100 according to the embodiment.
  • the relative position detecting device 200 is arranged to detect a relative position of the portable device 100 with respect to the electronic device 10 based on a signal transmitted from a transmitting module provided in the portable device 100. [ Therefore, for better understanding, the control structure of the transmission module provided in the portable device 100 will be described first, and the control structure of the relative position detection device 200 will be described.
  • the transmission module of the portable device 100 is distinguished from the relative position detecting device 200 in the following description and the related description, Elements may be included as elements.
  • FIG. 2 is a control block diagram of a transmission module provided in a portable device.
  • the portable device 100 includes a transmission module 110 configured to transmit a signal for sensing a relative position and a direction of the portable device 100 with respect to the electronic device 10.
  • the transmission module 110 includes a signal generator 140 for generating a signal unique to the system, a transceiver 150 for converting a signal generated according to the applied signal into an electrical signal, a signal transmitter 160 for transmitting the converted electrical signal, And a control unit 130 for controlling the overall operation of the transmission module 110.
  • the control unit 130 may further include a sensor unit 120 for sensing a user's intention to use the device.
  • the control unit 130 of the transmission module 110 is referred to as a first control unit 130 in order to distinguish it from the control structure of the relative position detection device 200 described later.
  • the signal generator 140 generates a signal unique to the system under the control of the first controller 130 and transmits the generated signal to the transceiver 150.
  • the signal generator 140 may generate an RF signal or an optical signal under the control of the first controller 130 and may transmit the generated signal to the transceiver 150.
  • the signal transmitting unit 160 may be a concept including a pattern signal transmitter configured to transmit a signal in a specific pattern.
  • the specific pattern may have a maximum intensity in the direction indicated by the portable device 100, and may mean a pattern in which the signal intensity decreases as the angle increases.
  • At least one of a directional radio frequency (RF) antenna and a light emitting diode (LED) may be used as the type of the signal transmitter.
  • RF radio frequency
  • LED light emitting diode
  • 3A is a diagram showing an example of a structure of an RF antenna and a radiation pattern of an RF signal.
  • the RF antenna transmits the largest signal at 0 °
  • an RF antenna may be used in which the signal intensity and the signal intensity decrease are both monotonically decreasing with increasing angle.
  • a 4x4 patch array antenna is shown as an example of an RF antenna for the sake of convenience of description. However, it is needless to say that other kinds of RF antennas having a beam pattern with monotonic decreasing may be used.
  • the transceiver 150 may be implemented as an RF transceiver that drives the RF antenna.
  • FIG. 3B is a view showing the radiation characteristics of the light emitting diodes according to the types.
  • the first controller 130 controls the overall operation of the transmission module 110 and the signal flow between the internal components of the transmission module 110 and processes the data.
  • the first controller 130 includes a processor and a ROM for storing a control program for controlling the transmitter module 110 and a controller for storing signals or data input from the outside of the transmitter module 110, (RAM) used as a storage area corresponding to various operations to be performed.
  • a control program for controlling the transmitter module 110
  • a controller for storing signals or data input from the outside of the transmitter module 110, (RAM) used as a storage area corresponding to various operations to be performed.
  • the first controller 130 may output a control signal to activate or deactivate the signal generator 140 when the predetermined condition is satisfied or at predetermined time intervals.
  • the first controller 130 may sense a user's intention based on sensor value information received from the sensor unit 120, and may output a control signal to activate or deactivate the signal generator 140.
  • the sensor unit 120 may be provided with at least one of a touch sensor, a motion sensor, and a gripping sensor. The operation principle of each sensor will be described below.
  • the touch sensor receives a user's touch input to generate a sensor value, and outputs the generated sensor value to the first controller 130.
  • the first control unit 130 may output a control signal to activate the signal generator 140 based on the sensor value information received from the touch sensor.
  • the grip detection sensor is configured to detect the grip state of the user when the user holds the portable device 100 in order to use the portable device.
  • the gripping sensor may be implemented by a capacitive sensor or a plurality of touch sensors installed in the grip portion of the portable device 100.
  • the gripping sensor senses the user's grip and generates a sensor value, and outputs the generated sensor value to the first controller 130.
  • the first controller 130 may output a control signal to activate the signal generator 140 based on the sensor value information received from the gripping sensor.
  • FIG. 4 is a control block diagram of a relative position detecting apparatus according to an embodiment.
  • the relative position detecting device 200 is adapted to detect the relative position and direction between the devices, such as the electronic device 10, which is applied to an object serving as a reference for relative position detection of the portable device 100.
  • the relative position detecting apparatus 200 includes a receiving module 220 configured to receive a signal transmitted from the transmitting module 110, and a receiving module 220 configured to receive an overall operation of the relative position detecting device 200 And a control unit 260 for controlling the control unit 260.
  • the control unit 260 of the relative position detection device 200 is referred to as a second control unit 260 in order to distinguish it from the control structure of the transmission module 110 described above.
  • the receiving module 220 may include a signal receiving unit 230 including a plurality of receiving units, a filter and amplifying unit 240, and a signal intensity detecting unit 250.
  • the signal receiving unit 230 includes a plurality of receiving units 230-1, 230-2, ..., 230-n, n for detecting a signal transmitted from the transmitting module 110.
  • the plurality of receiving units 230-1, 230-2, ..., and 230-n include a first receiving unit 230-1, a second receiving unit 230-2, And a n-th receiving unit 230-n.
  • the second control unit 260 detects the relative position and direction of the portable device 100 based on the signal information received from one signal receiving unit pair.
  • the signal receiving unit 230 may be arranged in the X-axis direction or the Y-axis direction with respect to the reference plane, in which the first receiving unit 230-1 and the second receiving unit 230-2 are paired,
  • the third receiving unit and the fourth receiving unit form a pair and can be arranged in the X-axis direction or the Y-axis direction with respect to the reference plane.
  • the second control unit 260 includes first and second receiving units 230-1 and 230-2 , The relative position and direction of the portable device 100 can be detected with respect to the mounting positions of the first and second receiving units 230-1 and 230-2.
  • the relative position detecting apparatus 200 forms a sensing area for the portable device 100 around the signal receiving unit 230 and accordingly the plurality of receiving units 230-1 and 230-2 , ..., 230-n.
  • the signal receiving unit 230 may be provided in a structure corresponding to the type of the transmission structure applied to the signal transmitting unit 160. For example, when an RF signal is used for signal transmission, an RF antenna may be applied to the signal receiving unit 230. When an optical signal is used for signal transmission, an optical sensor such as a photodiode may be used for the signal receiving unit 230 .
  • the filter and amplification unit 240 is provided to remove noise and amplify the signal to recover the signal received from the signal reception unit 230. [ Since the output of the signal receiving unit 230 may be attenuated in size and mixed with noise, a filter and an amplifier 240 for removing noise and amplifying a signal for signal restoration may be used.
  • the type of the filter and amplifying unit 240 may be provided in a structure corresponding to the type of signal applied.
  • the filter and amplification unit 240 can be configured as a transimpedance amplifier as shown in FIG. Referring to FIG. 5, a transimpedance amplifier is provided to convert the photocurrent of the photodiode into a voltage.
  • the signal strength detector 250 is provided to measure the strength of the received signal. Such a signal strength detector may be provided with an envelope detector.
  • FIG. 6 is a view showing an example of envelope detection detected through an envelope detector.
  • the signal strength can be detected through the maximum value of the envelope detected through the envelope detector as shown in FIG. 6
  • a Goertzel algorithm can be used.
  • the Goetzel algorithm is for analyzing one selectable frequency component from a discrete signal, and has a numerical efficiency characteristic in measuring the size of some specific frequency components rather than the entire frequency components.
  • the second controller 260 controls the overall operation of the relative position detecting device 200 and the signal flow between the internal components of the relative position detecting device 200 and processes the data.
  • the second control unit 260 may include a ROM for storing a control program for controlling the relative position detecting apparatus 200 and a ROM for storing a signal or data input from the outside of the relative position detecting apparatus 200, (RAM) used as a storage area corresponding to various operations performed by the relative position detecting apparatus 200, a processor (not shown) for performing an operation for performing an operation of the relative position detecting apparatus 200 according to a program and data stored in a ROM and a RAM . ≪ / RTI >
  • the control structure of the portable device 100 and the relative position detecting device 200 according to the embodiment has been described above.
  • the receiving module 220 and the second controller 260 are included as the components of the relative position detecting device 200.
  • the detection device 200 may be combined with the transmission module 110 installed in the portable device 100 to perform a function.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a relative position detection system according to an embodiment.
  • the relative position detection system may be provided with four receiving units mounted on upper, lower, right, and left corners of the electronic device 10.
  • the first receiving unit 230-1 and the second receiving unit 230-2 may be installed on the left and right corners of the electronic device 10 in the X axis direction of the electronic device 10
  • the third receiving unit 230-3 and the fourth receiving unit 230-4 may be installed on the upper and lower corners of the electronic device 10 in the Y-axis direction of the first receiving unit 230-2.
  • the first and second receiving units 230-1 and 230-2 constitute a pair of receiving units and can be a position detection reference of the portable device 100.
  • the third and fourth receiving units 230-3 and 230-4 And can be a position detection reference of the portable device 100.
  • the arrangement of the receiving unit pairs is not limited to that shown in FIG. 8, and the number of the receiving units disposed at the upper and lower, The detection accuracy can be improved.
  • FIG. 9 is a view showing a flow of a relative position detecting method of the portable device 100 with respect to a reference plane according to an embodiment.
  • a method of detecting a relative position of a portable device 100 includes a step 310 of transmitting a signal from the transmission module 110, a step of transmitting a signal from the first and second reception units 230 And the first and second receiving units 230-1 and 230-2 based on the signals received from the first and second receiving units 230-1 and 230-2. 2) of the portable device 100 with respect to the mounting position of the portable device 100 (step 330).
  • the transmission module 110 outputs a control signal for controlling the operation of the signal generator 140 through the first controller 130 and the signal generator 140 generates an optical signal unique to the system according to the received control signal So that the optical transceiver can be driven.
  • the signal generator 140 generates a signal of a frequency band that does not naturally exist in order to distinguish the noise of the infrared band existing in the surrounding environment from the signal transmitted from the transmitting module 110 and drives the optical transceiver can do.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of generating an optical signal of the signal generator.
  • the signal generator 140 may generate a signal of a 20 kHz frequency band that does not naturally exist and drive the optical transceiver.
  • the frequency of the signal generated by the signal generator 140 is not limited to the example described above.
  • the frequency of the signal generated by the signal generator 140 may be varied within a target range for distinguishing the noise of the infrared band existing in the surrounding environment from the signal transmitted from the signal transmitter 160 It is of course possible to generate a signal of a band.
  • the signal generator 140 may adjust the duty of the generated signal in consideration of power consumption. For example, when the transmitter module 110 is mounted on the portable device 100 and driven by a battery, it is necessary to reduce power consumption as much as possible. In this case, the signal generator 140 considers power consumption in the following manner So that an optical signal can be generated.
  • FIG. 11 is a view showing an example of generating an optical signal of a signal generator considering power consumption.
  • the signal generator 140 may reduce the duty to 10% and reduce the power consumption to 1/5 by performing pulse width modulation (PWM) on the driving signal of the signal transmitter as shown in FIG. 11 .
  • PWM pulse width modulation
  • power consumption can be reduced by lowering the calculation period of the relative position and direction detection result. For example, if the relative position and orientation detection result cycle is reduced to 15 ms, the power consumption can be reduced to about 5% or less.
  • the optical transceiver may cause a current to flow or cut off to the light emitting diode of the signal transmitter 160 according to an off / off signal transmitted from the signal generator 140. At this time, the optical transceiver can drive the light emitting diode of the signal transmitter 160 so that the maximum output of the signal becomes 1 mW / cm ⁇ 2, which is a level satisfying the safety standard.
  • the signal transmitter 160 may be provided with a light emitting diode to transmit an optical signal.
  • the light emitting diode has a characteristic of generating light proportional to the intensity of the current flowing through the diode.
  • the maximum light quantity of the light emitting diode, the signal intensity according to the angle of view and angle can be designed differently according to the use environment.
  • the size of the copyboard in the X-axis direction in the lateral direction and the Y-axis direction in the longitudinal direction can be set to 1430 mm and 826 mm, respectively have.
  • the electronic blackboard since the touch interaction using the portable device 100 such as a finger or an electronic pen is used at a distance close to the screen of the electronic blackboard, a region distant from the screen by a certain distance is selected as a utilization area of the disclosed invention.
  • a light emitting diode having a radiation characteristic as shown in FIG. 12 may be applied to the signal transmitter 160.
  • the signal generated in the light emitting diode is attenuated in inverse proportion to the square of the relative distance to the signal receiving unit 230, is monotonously decreased in a direction relative to the signal receiving unit 230, (230).
  • a step of receiving signals from the first and second reception units 230-1 and 230-2 of the reception module 220 is performed (320).
  • the optical signal arriving at the receiving module 220 is detected by the signal receiving unit 230 and then provided to the second controller 260 through the filter and amplifying unit 240 and the signal intensity detecting unit 250.
  • the signal receiving unit 230 may be provided with a photodiode to receive the optical signal.
  • the photodiode has various characteristics such as size, spectral responsivity and relative radiant sensitivity.
  • the photodiode has a wide sensitivity characteristic for each angle in order to expand the sensing area of the receiving module 220, It is desirable to use a photodiode having a high spectral responsiveness in order to improve the power efficiency of the photodiode.
  • the photodiode converts the received optical signal into a photocurrent signal, and the converted photocurrent signal is transmitted to the filter and amplification unit 240.
  • the filter and amplifying unit 240 converts the optical current signal into a voltage signal and amplifies the magnitude of the signal.
  • a band-pass filter may be added to the amplifier to remove unnecessary noise included in the optical signal.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of an output signal of the filter and amplifying unit 240.
  • FIG. 13 shows an example of a signal converted to 200 ksps (samples per second) by applying a band-pass filter to an analog-to-digital converter.
  • the band-pass filter is applied to the analog-to-digital converter, the frequency of the photocurrent signal can be variously changed.
  • the photocurrent signal amplified through the filter and amplifying unit 240 is transmitted to the signal intensity detector 250.
  • the signal strength detector 250 may measure the strength of the signal received through the envelope detector and may transmit the measurement result to the second controller 260.
  • the signal strength detector 250 extracts the signal strength of the individual signal components from the composite signal, Can be applied.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a Goetzel algorithm for signal strength detection
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a calculation result of the Goetzel algorithm.
  • the signal strength detector 250 can extract the intensity of the individual signal components with respect to the composite signal through the above process.
  • a step of detecting the relative position and direction of the portable device 100 is performed (330).
  • the detection result of the signal strength detection unit 250 is a process of detecting the relative position and direction of the portable device 100 with respect to the installation position of the first and second reception units 230-1 and 230-2 in the second control unit 260 .
  • the second control unit 260 determines the relative position of the portable device 100 mounted with the transmission module 110 from the plurality of signal strength information detected from the signals sensed by the first and second reception units 230-1 and 230-2 And direction can be detected.
  • FIG. 16 is a diagram showing a system model for the X direction of the system shown in FIG.
  • L denotes a distance between the first receiving unit 230-1 and the second receiving unit 230-2
  • ⁇ denotes a relative angle of the portable device 100
  • d1 denotes a relative angle of the first receiving unit 230
  • D2 denotes a distance from the second receiving unit 230-2 to the portable device 100
  • d denotes a distance from the first receiving unit 230-2 to the portable device 100.
  • ⁇ 1 and ⁇ 2 denote the first distance
  • Represents the angle of incidence of the optical signal with respect to the first receiver 230-1 and? 2 denotes the angle of incidence of the optical signal with respect to the second receiver 230 (230-1) -2) of the optical signal.
  • a signal transmitted from the transmission module 110 of the portable device 100 is received through the first and second reception units 230-1 and 230-2 of the relative position detection device 200, May be provided to the relative position detection process for the first and second receiving units 230-1 and 230-2 of the base station 100.
  • the second control unit 260 connects the first and second reception units 230-1 and 230-2 of the portable device 100 based on the signals received by the first and second reception units 230-1 and 230-2 Of the first and second receiving units 230-1 and 230-2 including the vertical distance d to the imaginary line of the portable device 100 and the relative angle of the portable device 100, It is possible to detect the relative position and direction of the display device 100.
  • the second control unit 260 calculates the vertical distance to the virtual line connecting the first and second receiving units 230-1 and 230-2 of the portable device 100 from the following equation (1) .
  • Equation 1 s1 is the intensity of the signal detected by the first receiver 230-1, s2 is the intensity of the signal detected by the second receiver 230-2, k is the amplitude of the signal detected by the amplifier and the analog- And? And? Are coefficients determined from the installation intervals of the first and second reception units 230-1 and 230-2, respectively.
  • the second control unit 260 can calculate the relative angle psi of the portable device 100 as shown in the following equation (2).
  • Equation 2 s1 is the intensity of the signal detected by the first receiver 230-1, s2 is the intensity of the signal detected by the second receiver 230-2, and ⁇ is the intensity of the signal detected by the first and second receiver 230- 1 and 230-2.
  • the second controller 260 controls the first and second receiving units 230-1 and 230-2 based on the vertical distance d and the relative angle psi of the portable device 100, , 230-2) of the portable device 100 with respect to the reference surface of the electronic device 10 based on the midpoint of the imaginary line connecting the portable device 100, 230-2.
  • Equation (4) a distance d1 from the first receiving unit 230-1 to the portable device 100 and a distance d2 from the second receiving unit 230-2 to the portable device 100 are expressed by the following equations (3) and And the incident angle ⁇ 1 of the optical signal to the first receiver 230-1 and the incident angle ⁇ 2 of the optical signal to the second receiver 230-2 are given by Equation (4) below.
  • Relative angles rho 1 and rho 2 of the portable device 100 with respect to the first receiving portion 230-1 and the second receiving portion 230-2 are given by Equation (5) and Equation (6) below.
  • the sensing signal by the portable device 100 located at the relative distance d and relative angle ⁇ can be expressed by the following Equation (6).
  • Equations (1) and (2) are derived from Equation (6).
  • the simulation was performed using the radiation characteristics T ( ⁇ ) of the light emitting diode and the sensitivity characteristics R ( ⁇ 1) and R ( ⁇ 2) of Vishay's VBPW34FAS photodiode.
  • FIG. 17 is a graph showing the relationship between the distance and the measured signal intensity. The graph of FIG.
  • the relative angle? Of the portable device 100 shows a relationship as shown in Fig. 18 with the relative distance d and the detected signal intensities s1 and s2.
  • FIG. 18 is a graph showing the relationship between the relative angle and the measured signal intensity with respect to the vertical distance. More specifically, FIG. 18 shows the relationship between the relative angle and the measured signal intensity when the vertical distances d are 3m, 5m, and 7m. Expressing the graph of FIG. 18 by the equation, it is possible to derive the equation (2).
  • the relative position detection method of a portable device includes detecting the relative position of the first and second receiving units 230-1 and 230-2 based on the relative distance d and the relative angle? Calculating coordinates of a point indicated by the portable device on the basis of the coordinates of the point.
  • the reference plane means the reference plane of the electronic device 10
  • the electronic device 10 can display a preset image in the calculated coordinates, and a description overlapping with the above description will be omitted.

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Abstract

상대 위치 검출 장치는, 포터블 기기로부터 발신된 신호를 수신하는 제1 및 제2 수신부; 제1 수신부에 의하여 수신된 제1 신호의 세기와 제2 수신부에 의하여 수신된 제2 신호의 세기에 기초하여 포터블 기기가 위치하는 위치 및 포터블 기기가 지시하는 방향을 판단하는 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서는 제1 신호의 세기와 제2 신호의 세기 사이의 합에 기초하여 포터블 기기가 위치하는 위치를 판단하고, 제1 신호의 세기와 제2 신호의 세기 사이의 차이에 기초하여 포터블 기기가 지시하는 방향을 판단할 수 있다.

Description

상대 위치 검출 장치 및 방법
상대 위치 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 전자 기기 주변에 위치하는 포터블 기기의 상대적인 위치를 검출하도록 마련된 상대 위치 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
전자 기기는 종종 사용자나 주변 환경과의 인터렉션을 위해 인접한 공간 내에 존재하는 사용자의 위치나 사물의 위치 또는 방향을 검출할 필요가 있다.
종래 일반 사물의 위치와 자세를 감지하는 방법 중 하나로 RGB 카메라와 함께 적외선을 투사하고 주변 사물에서 반사되는 적외선 영상을 바탕으로 깊이(Depth) 정보를 감지하는 센서를 활용하는 방법이 제안 된 바 있다.
한편, 일반 사물이 아닌 원격 제어 장치나 사용자 단말과 같은 포터블 기기의 상대적인 위치와 자세를 감지하는 방법으로는 거치된 전자 기기는 신호를 송출하며 포터블 기기가 이를 센싱하여 상대적인 위치와 자세를 감지하는 방법과, 전자 기기에서 신호를 송출하면 이를 감지한 포터블 기기가 응답 신호를 송출하고 전자기기는 응답 신호의 도착 시간을 이용해 기기간의 거리를 알아내는 방법 등이 제안된 바 있다.
일 측면은 포터블 기기에서 송출하는 신호를 전자기기에서 감지하여 전자 기기와 포터블 기기의 상대적인 위치를 검출하도록 마련된 상대 위치 검출 장치 및 방법을 제공한다.
일 측면에 따른 상대 위치 검출 장치는, 포터블 기기로부터 발신된 신호를 수신하는 제1 및 제2 수신부; 상기 제1 수신부에 의하여 수신된 제1 신호의 세기와 상기 제2 수신부에 의하여 수신된 제2 신호의 세기에 기초하여 상기 포터블 기기가 위치하는 위치 및 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 판단하는 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기 사이의 합에 기초하여 상기 포터블 기기가 위치하는 위치를 판단하고, 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기 사이의 차이에 기초하여 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 판단할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 각각의 포락선의 최대값을 이용하여 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 각각의 세기를 판단할 수 있다.
상기 프로세서는 괴첼 알고리즘(Goertzel algorithm)을 이용하여 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 각각의 세기를 판단할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기 사이의 합과 상기 제1 수신부와 상기 제2 수신부 사이의 거리에 기초하여 상기 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리를 판단할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리와 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기의 차이에 기초하여 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 판단할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리와 상기 포터블 기기가 지시하는 방향에 기초하여 상기 상대 위치 검출 장치에 대한 상기 포터블 기기의 상대적인 위치를 판단할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 포터블 기기로부터 발신된 신호의 세기의 패턴과 상기 제1 및 제2 수신부에 의하여 수신된 신호의 세기에 기초하여 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 판단할 수 있다.
상기 포터블 기기로부터 발신된 신호의 세기는 상기 포터블 기기가 지시하는 방향에서 최대의 세기를 가지며, 상기 상기 포터블 기기가 지시하는 방향으로부터 멀어질수록 상기 포터블 기기로부터 발신된 신호의 세기는 감소할 수 있다.
상기 제1 및 제2 수신부 각각은 상기 포터블 기기로부터 발신된 광을 수신하거나 상기 포터블 기기로부터 발신된 RF (Radio Frequency) 신호를 수신할 수 있다.
일 측면에 따른 상대 위치 검출 방법은, 제1 및 제2 수신부를 통하여 포터블 기기로부터 발신된 신호를 수신하고; 상기 제1 수신부에 의하여 수신된 제1 신호의 세기와 상기 제2 수신부에 의하여 수신된 제2 신호의 세기 사이의 합에 기초하여 상기 포터블 기기가 위치하는 위치를 판단하고; 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기 사이의 차이에 기초하여 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 판단하는 것을 포함할 수 있다.
상기 상대 위치 검출 방법은 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 각각의 포락선의 최대값을 이용하여 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 각각의 세기를 판단하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 상대 위치 검출 방법은 괴첼 알고리즘(Goertzel algorithm)을 이용하여 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 각각의 세기를 판단하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 상대 위치 검출 방법은 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기 사이의 합과 상기 제1 수신부와 상기 제2 수신부 사이의 거리에 기초하여 상기 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리를 검출하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 상대 위치 검출 방법은 상기 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리와 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기 사이의 차이에 기초하여 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 검출하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 상대 위치 검출 방법은 상기 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리와 상기 포터블 기기가 지시하는 방향에 기초하여 상기 상대 위치 검출 장치에 대한 상기 포터블 기기의 상대적인 위치를 검출하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 상대 위치 검출 방법은 상기 포터블 기기로부터 발신된 신호의 세기의 패턴과 상기 제1 및 제2 수신부에 의하여 수신된 신호의 세기에 기초하여 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 검출하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 포터블 기기로부터 발신된 신호의 세기는 상기 포터블 기기가 지시하는 방향에서 최대의 세기를 가지며, 상기 상기 포터블 기기가 지시하는 방향으로부터 멀어질수록 상기 포터블 기기로부터 발신된 신호의 세기는 감소할 수 있다.
상기 제1 및 제2 수신부 각각은 상기 포터블 기기로부터 발신된 광을 수신하거나 상기 포터블 기기로부터 발신된 RF (Radio Frequency) 신호를 수신할 수 있다.
일 측면에 따른 상대 위치 검출 장치는, 제1 및 제2 수신부; 프로세서; 상기 프로세서가 상기 제1 수신부에 의하여 포터블 기기로부터 수신된 제1 신호의 세기와 상기 제2 수신부에 의하여 상기 포터블 기기로부터 수신된 제2 신호의 세기에 기초하여 상기 포터블 기기가 위치하는 위치 및 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 판단하기 위한 명령어들을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다.
상기 메모리는, 상기 프로세서가 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기 사이의 합과 상기 제1 수신부와 상기 제2 수신부 사이의 거리에 기초하여 상기 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리를 판단하고, 상기 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리와 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기의 차이에 기초하여 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 판단하고, 상기 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리와 상기 포터블 기기가 지시하는 방향에 기초하여 상기 상대 위치 검출 장치에 대한 상기 포터블 기기의 상대적인 위치를 판단하기 위한 명령어들을 더 저장할 수 있다.
일 측면에 따르면, 포터블 기기에서 송출하는 신호를 전자기기에서 감지하여 전자 기기와 포터블 기기의 상대적인 위치를 검출하도록 마련된 상대 위치 검출 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 위치 검출 장치의 사용 예를 도시한 도면이다.
도 2는 포터블 기기에 마련된 송신 모듈의 제어 블록도 이다.
도 3a는 RF 안테나의 구조 및 RF 신호의 방사 패턴의 예를 도시한 도면이다.
도 3b는 발광 다이오드의 종류별 방사 특성을 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 상대 위치 검출 장치의 제어 블록도 이다.
도 5는 트랜스 임피던스 증폭기의 구성 예를 도시한 도면이다.
도 6은 포락선 검출기를 통해 검출한 포락선 검출 예를 도시한 도면이다.
도 7은 괴첼 알고리즘(Goertzel algorithm)의 개념도 이다.
도 8은 전자 기기에 네 개의 수신 모듈을 장착한 시스템 구성을 도시한 도면이다.
도 9는 도 8의 시스템에서 포터블 기기의 송신 모듈 및 상대 위치 검출 장치의 신호 흐름 및 동작 원리를 도시한 도면 이다.
도 10은 신호 생성기의 광 신호 생성 예를 도시한 도면이다.
도 11은 전력 소모를 고려한 신호 생성기의 광 신호 생성 예를 도시한 도면이다.
도 12는 적외선 발광 다이오드의 방사 특성의 일 예를 도시한 것이다.
도 13은 필터 및 증폭부의 출력 신호 예를 도시한 도면이다.
도 14는 신호 세기 검출을 위한 괴첼 알고리즘을 나타낸 도면이다.
도 15는 괴첼 알고리즘의 연산 결과를 도시한 도면이다.
도 16은 도 8에 도시된 시스템의 X 방향에 대한 시스템 모델을 도시한 도면이다.
도 17은 거리와 측정 신호 세기의 관계를 도시한 그래프이다.
도 18은 수직 거리에 대해 상대 각도와 측정 신호 세기 간 관계를 도시한 그래프 이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시 예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시 예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 ‘부, 모듈, 부재’라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시 예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재'가 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
개시된 발명은 상대 위치 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 전자 기기 주변에 위치하는 포터블 기기의 상대적인 위치를 검출하도록 마련된 상대 위치 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
전자 기기 주변에 위치하는 포터블 기기의 상대적인 위치를 감지하는 방법은 크게 세 가지로 나뉘는데, 먼저, 거치된 전자 기기는 신호를 송출하고 포터블 기기가 이를 센싱하여 상대적인 위치와 자세를 감지하는 방법이 제안된 바 있다. 이와 같은 방법은 배터리로 구동되는 포터블 기기가 상시적으로 신호를 기다려야 하기 때문에 전력 소모가 많아 기기의 사용 시간을 단축시키고, 감지된 결과를 다시 전자기기로 송신해야 하기 때문에 추가적인 통신 방법이 필요할 뿐 아니라, 감지 결과를 인터랙션에 활용할 경우 지연 시간이 발생한다는 문제가 있다.
전자기기간의 상대 위치를 감지하는 두 번째 방법으로, 전자 기기에서 신호를 송출하면 이를 감지한 포터블 기기가 응답 신호를 송출하고 전자 기기는 응답 신호의 도착 시간을 이용해 기기간의 거리를 알아내는 방법이 제안된 바 있다. 이와 같은 방법은 실제 위치 감지 오차가 크기때문에 이동 로봇의 실내 위치 측위 등에 사용될 뿐 기기간 인터랙션에 적용하기에는 한계가 있다.
전자기기간의 상대 위치를 감지하는 세 번째 방법으로, 포터블 기기에서 위치 및 자세 감지가 필요한 순간에 신호를 송출하고, 전자 기기에서 감지한 신호를 바탕으로 포터블 기기의 위치와 상대적인 자세를 감지하는 방법이 제안된 바 있다. 이와 같은 방법은 불필요한 전력 소모를 예방하는 등의 장점을 가지는 반면, 포터블 기기가 가리키는 화면 상의 위치만 감지 가능하므로 사용 가능한 사용자 인터랙션이 제한적이며, 터치스커린 기능과 포터블 기기가 가리키는 방향을 감지하는 기능이 동일한 광 센서를 통해 이루어지므로 상황에 따라 다른 방식의 터치 스크린이 적용될 경우 방향감지 기능의 적용이 어렵다는 한계가 있다.
개시된 발명은 이러한 문제에 대응하기 위한 것으로, 이하, 이해를 돕기 위해 개시된 발명에 따른 상대 위치 검출 장치가 적용되는 예에 대해 간단하게 설명한 후 개시된 발명에 따른 상대 위치 검출 장치 및 방법에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 상대 위치 검출 장치의 사용 예를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일 실시 예에 따른 상대 위치 검출 장치(200)는 TV나 전자 칠판과 같은 전자 기기(10)에서 전자 펜과 같은 포터블 기기(100)를 활용한 사용자 인터렉션을 제공하는 과정에 적용될 수 있다.
보다 상세하게, 상대 위치 검출 장치(200)는 전자 기기(10) 내부에 설치되어 포터블 기기(100)로부터 송신된 신호를 감지하고, 감지된 신호에 기초하여 기기들 간의 상대적인 위치 및 방향을 산출하도록 마련될 수 있다. 전자 기기(10)는 포터블 기기(100)의 전자 기기(10)에 대한 산출 결과를 수신하여 전자 기기(10)에서 포터블 기기(100)를 활용한 사용자 인터렉션을 제공할 수 있다.
전자 기기(10)는 다양한 형태로 마련될 수 있고, 설치되는 위치에 제한을 받지 않는다. 예를 들어, 전자 기기(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 벽에 고정 가능한 벽걸이 형태로 마련될 수 있으며, 실시 예에 따라 스탠딩 형태로 마련될 수 있다.
전자 기기(10)는 적어도 하나의 디스플레이 패널로 마련된 TV, 컴퓨터 모니터, 비디오 월(video wall), 전자 칠판, 싸이니지 등으로 구현될 수 있으며, 실시 예에 따라 복수의 디스플레이 패널이 매트릭스 형태로 배치됨으로써 대 화면의 스크린을 형성하는 방식으로 구현될 수도 있다.
전자 기기(10)는 내장된 어플리케이션의 실행을 통해 전자 칠판으로 동작하도록 마련될 수 있다. 실시 예에 따라 전자 기기(10)가 TV로 구현되는 경우 전자 기기(10)는 미리 설정된 모드가 수행되거나 또는 메모리에 저장된 애플리케이션이 활성화된 경우 전자 칠판으로서 동작될 수 있다.
전자 기기(10)의 전면에 마련된 디스플레이 패널에는 복수의 그래픽 오브젝트가 표시될 수 있다. 그래픽 오브젝트는 동영상, 그림, 사진뿐만 아니라 애플리케이션 실행 창과 같이 디스플레이 패널에 시각적으로 표시될 수 있는 모든 컨텐츠를 포함할 수 있다.
전자 기기(10)는 사용자로부터 디스플레이 패널에 터치 명령을 입력 받거나 전자 펜과 같은 포터블 기기(100)로부터 터치 명령을 입력 받도록 마련될 수 있다.
보다 상세하게, 전자 기기(10)는 포터블 기기(100)로부터 디스플레이 패널에 대한 터치 명령이 수신되면, 포터블 기기(100)의 선단으로부터 발생하는 전자기장을 연속적으로 감지함으로써 포터블 기기(100)에 의해 터치된 전자 기기(10) 상의 좌표를 연속적으로 산출할 수 있으며, 디스플레이 패널의 산출된 좌표에 미리 설정된 영상 또는 그래픽을 표시할 수 있다.
예를 들어, 사용자는 포터블 기기(100)를 디스플레이 패널에 터치하는 방식으로 A, B, C와 같은 문자(11a)를 입력하거나, 선(11b)을 입력하거나, 동그라미와 같은 도형(11c)을 입력할 수 있다. 이외에도 사용자는 포터블 기기(100)를 디스플레이 패널에 터치하는 방식으로 다양한 명령을 입력할 수 있다.
전자 기기(10)는 디스플레이 패널의 전면에서 행해지는 포터블 기기(100)의 포인팅 명령을 입력 받도록 마련될 수 있다. 여기서 포인팅 명령이란 전자 펜과 같은 포터블 기기(100)를 활용하여 디스플레이 패널의 특정 지점을 가리키는 동작에 의해 입력되는 명령을 의미한다.
보다 상세하게, 포터블 기기(100)가 디스플레이 패널의 특정 지점을 가리키는 경우, 전자 기기(10)에 설치된 상대 위치 검출 장치(200)는 포터블 기기(100)로부터 송신되는 신호에 기초하여 디스플레이 패널에 대한 포터블 기기(100)의 상대 위치 및 방향을 산출할 수 있다. 이하, 본 명세서에서 포터블 기기(100)의 상대 위치 및 방향을 산출한다는 뜻은, 포터블 기기(100)의 기준 점의 위치 및 방향을 산출하는 것을 의미한다. 여기서, 포터블 기기(100)의 기준점은 송신 모듈의 위치 및 방향, 보다 구체적으로 송신 모듈에 포함된 신호 송신기의 신호 송신 지점 및 방향을 의미할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
이어서, 상대 위치 검출 장치(200)는, 디스플레이 패널의 여러 지점들 중 포터블 기기(100)가 포인팅하는 지점의 좌표를 산출할 수 있으며, 결과적으로 전자 기기(10)는 상대 위치 검출 장치(200)의 신출된 디스플레이 패널의 좌표에 미리 설정된 영상 또는 그래픽을 표시할 수 있다.
예를 들어, 사용자는 디스플레이 패널의 전면으로부터 일정 거리 이격된 지점에서 포터블 기기(100)로 디스플레이 패널을 포인팅하는 방식으로 A, B, C와 같은 문자(11a) 주위에 포인팅 마크(P)를 입력할 수 있다. 이외에도 사용자는 포터블 기기(100)로 디스플레이 패널의 원하는 지점을 포인팅하는 방식으로 원하는 지점에 포인팅 마크(P)를 입력할 수 있다.
이와 같이, 전자 기기(10)는 전자 칠판으로 기능함으로써 디스플레이 패널에 다양한 그래픽을 표시할 수 있고, 포터블 기기(100)의 터치 입력에 대응하는 다양한 그래픽 오브젝트를 표시할 수 있고, 포터블 기기(100)의 포인팅 위치를 표시할 수 있으며, 실시 예에 따라 포터블 기기(100)의 터치 입력에 대응하는 다양한 기능을 수행할 수 있다.
이하, 포터블 기기(100)의 전자 기기(10)에 대한 상대 위치 검출이 가능하도록 마련된 상대 위치 검출 장치 및 방법에 대해 보다 상세하게 설명하도록 한다.
개시된 발명에 따른 상대 위치 검출 장치 및 방법은 포터블 기기(100)의 전자 기기(10)에 대한 상대 위치 검출이 가능하도록 마련된 장치 및 방법 뿐만 아니라, 상대 위치 검출 장치(200)의 구성 요소 중 하나인 수신부의 설치 위치에 따라 포터블 기기(100)의 미리 설정된 기준 면에 대한 상대 위치 검출이 가능하도록 마련된 장치 및 방법을 포함하는 개념일 수 있다. 여기서, 기준 면은 포터블 기기의 상대 위치 검출의 기준이 되도록 임의로 설정된 가상의 면을 의미한다. 예를 들어, 후술하는 바와 같이 제 1, 2 수신부의 설치 위치에 대해 포터블 기기의 상대 위치를 검출하는 경우, 기준 면은 제 1, 2 수신부 사이에 임의로 설정된 가상의 면을 의미할 수 있다.
이하, 이해를 돕기 위해 개시된 발명에 따른 상대 위치 검출 장치(200)가 포터블 기기(100)의 전자 기기(10)에 대한 상대 위치를 검출하도록 마련된 경우를 전제로 발명의 실시 예를 설명하도록 한다.
개시된 발명에 따른 상대 위치 검출 장치(200)는 포터블 기기(100)에 설치된 송신 모듈로부터 송신된 신호에 기초하여 포터블 기기(100)의 전자 기기(10)에 대한 상대 위치를 검출하도록 마련된다. 따라서, 이해를 돕기 위해 포터블 기기(100)에 마련된 송신 모듈의 제어 구성에 대해 먼저 설명하고, 상대 위치 검출 장치(200)의 제어 구성에 대해 설명하도록 한다.
후술하는 도면 및 관련 설명 부분에서는 포터블 기기(100)의 송신 모듈이 상대 위치 검출 장치(200)와 구별되도록 도시 및 설명 하였으나 이는 설명의 편의를 위한 것으로 송신 모듈이 상대 위치 검출 장치(200)의 구성 요소로서 포함될 수 있음은 물론이다.
도 2는 포터블 기기에 마련된 송신 모듈의 제어 블록도 이다.
도 2에 도시된 바를 참조하면, 포터블 기기(100)는 포터블 기기(100)의 전자 기기(10)에 대한 상대 위치 및 방향을 감지하기 위한 신호를 송신하도록 마련된 송신 모듈(110)을 포함한다.
송신 모듈(110)은 시스템 고유의 신호를 생성하는 신호 생성기(140), 적용된 신호의 종류에 따라 생성된 신호를 전기적 신호로 변환하는 트랜시버(150), 변환된 전기적 신호를 송신하는 신호 송신부(160) 및 송신 모듈(110)의 전반적인 동작을 제어하는 제어부(130)를 포함할 수 있으며, 실시 예에 따라 사용자의 사용 의도를 감지하기 위한 센서부(120)를 더 포함할 수 있다. 이하, 후술하는 상대 위치 검출 장치(200)의 제어 구성과의 구별을 위해 송신 모듈(110)의 제어부(130)를 제 1 제어부(130)로 지칭하도록 한다.
신호 생성기(140)는 제 1 제어부(130)의 제어에 따라 시스템 고유의 신호를 생성하고, 생성된 신호를 트랜시버(150)로 전송한다. 신호 생성기(140)는 제 1 제어부(130)의 제어에 따라 RF 신호 또는 광 신호를 생성하고, 생성된 신호를 트랜시버(150)로 전송할 수 있다.
트랜시버(150)는 신호 생성기(140)로부터 전달 받은 신호를 전기적 신호로 변환하도록 마련된다. 트랜시버(150)는 적용된 신호의 종류에 따라 RF 트랜시버, 광 트랜시버 등으로 구현될 수 있다.
신호 송신부(160)는 특정 패턴으로 신호를 송신하도록 마련된 패턴 신호 송신기를 포함하는 개념일 수 있다. 여기서, 특정한 패턴이란 포터블 기기(100)가 가리키는 방향으로 최대의 세기를 가지며, 각도가 증가함에 따라 신호 세기가 감소하는 패턴을 의미할 수 있다.
이러한 신호 송신기의 종류로는 지향성 라디오 주파수(RF) 안테나 및 발광 다이오드(LED; Light Emitting Diode; LED) 중 적어도 하나가 사용될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 각각의 신호 송신기의 특성에 대해 살펴보도록 한다.
도 3a는 RF 안테나의 구조 및 RF 신호의 방사 패턴의 예를 도시한 도면이다.
도 3a를 참조하면, RF 안테나는 0°에서 가장 큰 신호가 송신되며, 각도 증가에 따라 신호 세기와 신호 세기 감소분이 모두 단조 감소(monotonically decreasing)하도록 마련된 RF 안테나를 사용할 수 있다. 도 3a에서는 설명의 편의상 RF 안테나의 예로 4x4 패치 어레이 안테나를 도시하였으나, RF 안테나의 종류가 이에 제한되는 것은 아니며 단조 감소하는 빔 패턴을 갖는 다른 종류의 RF 안테나가 사용될 수 있음은 물론이다. RF 안테나가 신호 송신기로 사용될 경우 트랜시버(150)는 RF 안테나를 구동하는 RF 트랜시버로 구현할 수 있다.
도 3b는 발광 다이오드의 종류별 방사 특성을 도시한 도면이다.
개시된 발명에서는 0°에서 가장 큰 신호가 송신되며, 각도 증가에 따라 신호 세기와 신호 세기 감소분이 모두 단조 감소(monotonically decreasing)하도록 마련된 신호 송신기를 사용하도록 할 수 있다. 도 3b에서는 이러한 빔 패턴을 갖는 신호 송신기의 예로 평면형 발광 다이오드(Planer LED), 반구형 발광 다이오드(Semispherical LED) 및 포물선형 발광 다이오드 (Parabokic LED)를 도시하였으나, 신호 송신기의 예가 도 3b의 예에 제한되는 것은 아니며 단조 감소하는 빔 패턴을 갖는 다른 종류의 신호 송신기가 사용될 수 있음은 물론이다. 발광 다이오드가 신호 송신기로 사용될 경우 트랜시버(150)는 발광 다이오드를 구동하는 광 트랜시버로 구현할 수 있다.
제 1 제어부(130)는 송신 모듈(110)의 전반적인 동작 및 송신 모듈(110)의 내부 구성요소들 사이의 신호 흐름을 제어하고 데이터를 처리하는 기능을 수행한다.
제 1 제어부(130)는 프로세서, 송신 모듈(110)의 제어를 위한 제어 프로그램이 저장된 롬(ROM) 및 송신 모듈(110)의 외부에서부터 입력되는 신호 또는 데이터를 저장하거나 송신 모듈(110)에서 수행되는 다양한 작업에 대응되는 저장 영역으로 사용되는 램(RAM)을 포함할 수 있다.
제 1 제어부(130)는 일정 시간 간격 또는 미리 설정된 조건을 만족하는 경우 신호 생성기(140)를 활성화하거나 비활성화하도록 제어 신호를 출력할 수 있다.
예를 들어, 제 1 제어부(130)는 센서부(120)로부터 수신된 센서 값 정보에 기초하여 사용자의 의도를 감지하고 신호 생성기(140)를 활성화하거나 비활성화 하도록 제어 신호를 출력할 수 있다.
센서부(120)는 터치 센서, 모션 센서 및 파지 감지 센서 중 적어도 하나로 마련될 수 있으며, 각각의 센서들의 동작 원리를 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 터치 센서는 사용자의 터치 입력을 수신하여 센서 값을 생성하고, 생성된 센서 값을 제 1 제어부(130)로 출력한다. 제 1 제어부(130)는 터치 센서로부터 수신된 센서 값 정보에 기초해 신호 생성기(140)를 활성화하도록 제어 신호를 출력할 수 있다.
모션 센서는 포터블 기기(100)의 움직임을 감지하여 센서 값을 생성하고, 생성된 센서 값을 제 1 제어부(130)로 출력한다. 제 1 제어부(130)는 모션 센서로부터 수신된 센서 값 정보에 기초해 신호 생성기(140)를 활성화하도록 제어 신호를 출력할 수 있다.
파지 감지 센서는 사용자가 포터블 기기(100)를 사용하기 위해 포터블 기기(100)를 파지하는 경우 사용자의 파지 상태를 감지하도록 마련된다. 파지 감지 센서는 포터블 기기(100)의 파지부에 설치된 정전 용량 센서 또는 복수 개의 터치 센서로 구현될 수 있다. 파지 감지 센서는 사용자의 파지를 감지하여 센서 값을 생성하고, 생성된 센서 값을 제 1 제어부(130)로 출력한다. 제 1 제어부(130)는 파지 감지 센서로부터 수신된 센서 값 정보에 기초해 신호 생성기(140)를 활성화하도록 제어 신호를 출력할 수 있다.
한편, 센서부(120)에 마련된 센서의 종류가 전술한 예에 제한되는 것은 아니며, 사용자의 의도를 감지할 수 있도록 마련된 모든 종류의 센서를 포함하는 개념으로 넓게 이해되어야 할 것이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 상대 위치 검출 장치의 제어 블록도 이다.
상대 위치 검출 장치(200)는 전자 기기(10)와 같이 포터블 기기(100)의 상대 위치 검출의 기준이 되는 대상에 적용되어 기기간 상대 위치 및 방향을 검출하도록 마련된다.
도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 상대 위치 검출 장치(200)는 송신 모듈(110)로부터 전송된 신호를 수신하도록 마련된 수신 모듈(220)과, 상대 위치 검출 장치(200)의 전반적인 동작을 제어하는 제어부(260)를 포함할 수 있다. 이하, 전술한 송신 모듈(110)의 제어 구성과의 구별을 위해 상대 위치 검출 장치(200)의 제어부(260)를 제 2 제어부(260)로 지칭하도록 한다.
수신 모듈(220)은 복수의 수신부를 포함하는 신호 수신부(230)와, 필터 및 증폭부(240)와, 신호 세기 검출부(250)를 포함할 수 있다.
신호 수신부(230)는 송신 모듈(110)로부터 송신된 신호를 감지하도록 마련된 복수의 수신부(230-1, 230-2, …, 230-n, n은 3 이상의 정수이다.)를 포함한다. 복수의 수신부(230-1, 230-2, …, 230-n)는 제 1 수신부(230-1), 제 2 수신부(230-2), …, 및 제 n 수신부(230-n)를 포함할 수 있다. 각각의 수신부는 두 개씩 쌍을 이루며 배치되며, 제 2 제어부(260)는 하나의 신호 수신부 쌍으로부터 수신된 신호 정보에 기초해 포터블 기기(100)의 상대 위치 및 방향을 검출한다.
예를 들어, 신호 수신부(230)는 제 1 수신부(230-1)와 제 2 수신부(230-2)가 쌍을 이루며 기준 면에 대해 X축 방향 또는 Y축 방향으로 배치될 수 있으며, 도시 하지는 않았지만 제 3 수신부와 제 4 수신부가 쌍을 이루며 기준 면에 대해 X축 방향 또는 Y축 방향으로 배치될 수 있다. 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)가 쌍을 이루며 기준 면에 대해 X축 방향으로 배치된 경우, 제 2 제어부(260)는 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)에서 수신한 신호에 기초하여 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)의 설치 위치에 대해 포터블 기기(100)의 상대 위치 및 방향을 검출할 수 있다.
개시된 발명에 따른 상대 위치 검출 장치(200)는 신호 수신부(230) 주위에 포터블 기기(100)에 대한 감지 영역을 형성하므로, 구현하고자 하는 감지 영역에 따라 복수의 수신부(230-1, 230-2, …, 230-n)의 위치를 결정할 수 있다.
신호 수신부(230)는 신호 송신부(160)에 적용된 송신 구조의 종류에 따라 이에 대응되는 구조로 마련될 수 있다. 예를 들어, 신호 송신 시 RF 신호가 사용될 경우 신호 수신부(230)에는 RF 안테나가 적용될 수 있으며, 신호 송신 시 광 신호가 사용될 경우 신호 수신부(230)에는 광 다이오드(photodiode)와 같은 광 센서가 사용될 수 있다.
필터 및 증폭부(240)는 신호 수신부(230)로부터 수신된 신호를 복원하기 위해 노이즈를 제거하고 신호를 증폭하도록 마련된다. 신호 수신부(230)의 출력은 경우에 따라 크기가 감쇄되고 노이즈가 섞일 수 있으므로 신호 복원을 위해 노이즈를 제거하고 신호를 증폭하는 필터 및 증폭부(240)가 사용될 수 있다.
필터 및 증폭부(240)의 종류 역시 적용되는 신호의 종류에 따라 이에 대응되는 구조로 마련될 수 있다. 예를 들어, 신호 송신 시 광 신호가 사용될 경우 필터 및 증폭부(240)는 도 5에 도시된 바와 같은 트랜스 임피던스 증폭기(transimpedance amplifier)로 구성 가능하다. 도 5에 도시된 바를 참조하면, 트랜스 임피던스 증폭기는 광 다이오드의 광 전류를 전압으로 변환 가능하도록 마련된다.
실시 예에 따라 변조된 신호가 사용되거나 서로 다른 주파수를 갖는 다수의 송신 모듈(110)이 사용되는 경우, 신호 복원부가 추가적으로 사용되어 각 송신 모듈(110)의 신호 생성기(140)의 신호를 복원하도록 마련될 수도 있다.
신호 세기 검출부(250)는 수신한 신호의 세기를 측정하도록 마련된다. 이러한 신호 세기 검출기는 포락선 검출기로 마련될 수 있다.
도 6은 포락선 검출기를 통해 검출한 포락선 검출 예를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 송신 신호가 하나의 주기적인 신호로 구성되어 있는 경우, 도 6에 도시된 바와 같이 포락선 검출기를 통해 검출된 포락선의 최대 값을 통해 신호 세기를 감지할 수 있다.
실시 예에 따라 서로 다른 주파수를 갖는 다수의 송신 모듈(110)이 사용되어 하나 이상의 주파수를 갖는 신호들이 복합적으로 감지되는 경우, 원하는 주파수 신호의 크기를 감지하기 위해 디지털 변환 신호에 괴첼 알고리즘(Goertzel algorithm)을 사용할 수 있다.
도 7은 괴첼 알고리즘(Goertzel algorithm)의 개념도 이다.
도 7을 참조하면, 괴첼 알고리즘은 이산 신호로부터 하나의 선택 가능한 주파수 성분을 분석하기 위한 것으로, 전체 주파수 성분이 아닌 몇몇 특정 주파수 성분의 크기 측정에 있어 수치 효율적인 특성을 갖는다.
제 2 제어부(260)는 상대 위치 검출 장치(200)의 전반적인 동작 및 상대 위치 검출 장치(200)의 내부 구성요소들 사이의 신호 흐름을 제어하고 데이터를 처리하는 기능을 수행한다.
제 2 제어부(260)는 상대 위치 검출 장치(200)의 제어를 위한 제어 프로그램이 저장된 롬(ROM)과, 상대 위치 검출 장치(200)의 외부에서부터 입력되는 신호 또는 데이터를 저장하거나 상대 위치 검출 장치(200)에서 수행되는 다양한 작업에 대응되는 저장 영역으로 사용되는 램(RAM)과, 롬 및 램에 저장된 프로그램 및 데이터에 따라 상대 위치 검출 장치(200)의 동작을 수행하기 위한 연산을 수행하는 프로세서를 포함할 수 있다.
구체적으로, 제 2 제어부(260)는 수신 모듈(220)로부터 신호를 수신하면, 수신 모듈(220)에서 수신한 신호에 기초하여 수신 모듈(220)의 설치 위치에 대해 포터블 기기(100)의 상대 위치 및 방향을 검출할 수 있다. 구체적으로, 제 2 제어부(260)는 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)에서 수신한 신호에 기초하여 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)의 설치 위치에 대해 포터블 기기(100)의 상대 위치 및 방향을 검출할 수 있다.
이상으로, 일 실시 예에 따른 포터블 기기(100)와 상대 위치 검출 장치(200)의 제어 구성에 대해 설명하였다. 앞서 설명한 제어 구성에서는 상대 위치 검출 장치(200)의 구성 요소로 수신 모듈(220)과 제 2 제어부(260)가 포함되는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 이는 이해를 돕기 위한 것으로 개시된 발명에 따른 상대 위치 검출 장치(200)는 포터블 기기(100)에 설치된 송신 모듈(110)과 유기적으로 결합되어 기능이 수행될 수 있다.
이하, 개시된 발명에 따른 상대 위치 검출 장치(200) 및 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 8은 일 실시 예에 따른 상대 위치 검출 시스템 구성을 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 일 실시 예에 따른 상대 위치 검출 시스템은 전자 기기(10)의 상하 좌우 모서리에 네 개의 수신부가 장착된 형태로 마련될 수 있다. 예를 들어, 전자 기기(10)의 X축 방향으로 전자 기기(10)의 좌우 모서리에 각각 제 1 수신부(230-1)와 제 2 수신부(230-2)가 설치될 수 있으며, 전자 기기(10)의 Y축 방향으로 전자 기기(10)의 상하 모서리에 각각 제 3 수신부(230-3)와 제 4 수신부(230-4)가 설치될 수 있다. 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)는 하나의 수신부 쌍을 이루며 포터블 기기(100)의 위치 검출 기준이 될 수 있으며, 제 3, 4 수신부(230-3, 230-4)는 하나의 수신부 쌍을 이루며 포터블 기기(100)의 위치 검출 기준이 될 수 있다.
도 8은 수신부 쌍에 대한 배치 형태의 일 예를 도시한 것으로 수신부 쌍의 배치 형태가 도 8에 의해 제한되는 것은 아니며 상하 좌우 모서리에 배치되는 수신부의 개수가 증가할수록 상대 위치 검출 장치(200)의 검출 정확도가 개선될 수 있을 것이다.
도 8의 시스템에서 사용되는 신호의 종류는 시스템이 적용된 환경에 따른 노이즈 요인, 송수신 모듈(110, 220)의 크기 및 거치 방법, 신호 송신기의 소모 전력 등 다양한 요인을 고려하여 선정될 수 있다. 예를 들어, 앞서 설명한 바와 같이 RF 신호, 광 신호 등이 사용될 수 있다. 이하 광 신호를 대상으로 송수신부의 회로가 구성된 경우를 예로 들어 개시된 발명에 따른 상대 위치 검출 장치의 동작 원리 및 상대 위치 검출 방법에 대해 설명하도록 한다.
도 9는 일 실시 예에 따른 기준 면에 대한 포터블 기기(100)의 상대 위치 검출 방법의 흐름을 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 일 실시 예에 따른 포터블 기기(100)의 상대 위치 검출 방법은 송신 모듈(110)로부터 신호가 송신되는 단계(310), 수신 모듈(220)의 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)에서 신호를 수신하는 단계(320) 및 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)에서 수신된 신호에 기초하여 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)의 설치 위치에 대해 포터블 기기(100)의 상대 위치 및 방향을 검출하는 단계(330)를 포함한다.
먼저, 포터블 기기(100)의 송신 모듈(110)에서 광 신호를 생성하는 과정에 대해 설명하면 다음과 같다(310).
송신 모듈(110)은 제 1 제어부(130)를 통해 신호 생성기(140)의 동작을 제어하는 제어 신호를 출력하고, 신호 생성기(140)는 수신한 제어 신호에 따라 시스템에 고유의 광 신호를 생성하여 광 트랜시버를 구동할 수 있다.
일 예에 따르면, 신호 생성기(140)는 주변 환경에 존재하는 적외선 대역의 노이즈와 송신 모듈(110)에서 송신되는 신호를 구별하기 위해 자연적으로 존재하지 않는 주파수 대역의 신호를 생성하여 광 트랜시버를 구동할 수 있다.
도 10은 신호 생성기의 광 신호 생성 예를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 신호 생성기(140)는 자연적으로 존재하지 않는 20 kHz 주파수 대역의 신호를 생성하여 광 트랜시버를 구동할 수 있다. 신호 생성기(140)에서 생성되는 신호의 주파수 예가 전술한 예에 의해 제한되는 것은 아니며 주변 환경에 존재하는 적외선 대역의 노이즈와 신호 송신부(160)로부터 송신되는 신호를 구별하기 위한 목적 범위 내에서 다양한 주파수 대역의 신호를 생성할 수 있음은 물론이다.
실시 예에 따라, 신호 생성기(140)는 전력 소모를 고려하여 생성되는 신호의 듀티를 조절할 수 있다. 예를 들어, 송신 모듈(110)이 포터블 기기(100)에 장착되어 배터리로 구동되는 경우, 전력 소모를 최대한 줄일 필요가 있으며, 이 경우 신호 생성기(140)는 아래의 방법으로 전력 소모를 고려하여 광 신호를 생성할 수 있다.
도 11은 전력 소모를 고려한 신호 생성기의 광 신호 생성 예를 도시한 도면이다.
일 실시 예에 신호 생성기(140)는 도 11에 도시된 바와 같이 신호 송신기의 구동 신호를 펄스 폭 변조(PWM; Pulse Width Modulation)하여 듀티를 10%로 낮추고 전력 소모를 1/5로 줄일 수 있다. 또한, 상대 위치 및 방향 감지 결과 산출 주기를 낮추는 방법으로 전력 소모를 줄일 수 있다. 예를 들어, 상대 위치 및 방향 감지 결과 산출 주기를 15 ms으로 낮출 경우 전력 소모를 약 5% 이하로 줄일 수 있다.
광 트랜시버는 신호 생성기(140)로부터 전달되는 오/오프 신호에 따라 신호 송신부(160)의 발광 다이오드에 전류를 흐르게 하거나 차단하도록 할 수 있다. 이 때, 광 트랜시버는 신호의 최대 출력이 안전 기준을 만족하는 수준인 1 mW/cm^2가 되도록 신호 송신부(160)의 발광 다이오드를 구동할 수 있다.
신호 송신부(160)는 광 신호를 송신하도록 발광 다이오드로 마련될 수 있다. 발광 다이오드는 다이오드를 통해 흐르는 전류의 세기에 비례하는 광을 발생하는 특성을 가지는데, 발광 다이오드의 최대 광량, 화각 및 각도별 신호 세기 등은 사용 환경에 따라 다르게 설계될 수 있다.
예를 들어, 대상 전자 기기(10)를 65인치 크기의 전자 칠판으로 가정하면, 전자 칠판의 가로 방향인 X축 방향의 크기와 세로 방향인 Y축 방향의 크기는 각각 1430mm 및 826mm로 마련될 수 있다. 전자 칠판의 경우 전자 칠판의 화면과 가까운 거리에서는 주로 손가락이나 전자 펜과 같은 포터블 기기(100)를 이용한 터치 인터렉션을 사용하므로 화면으로부터 일정 거리 이상 떨어진 영역을 개시된 발명의 활용 영역으로 선정하도록 한다.
제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)의 설치 위치를 도 8에 도시된 바와 같이 전자 기기(10)의 가장자리로 가정할 경우 전자 칠판의 화면과 정면으로 d=1m 떨어진 위치에서 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2) 간의 간격은 최대가 되며, 이 때의 화각(2tan^(-1)(L/2))은 71.1°가 된다. 따라서, 위와 같은 환경의 경우 신호 송신부(160)에는 광각(half angle)이 ±45°인 발광 다이오드를 적용함이 바람직하다.
예를 들어, 신호 송신부(160)에는 도 12에 도시된 바와 같은 방사 특성을 가지는 발광 다이오드가 적용될 수 있다.
도 12는 적외선 발광 다이오드의 방사 특성의 일 예를 도시한 것이다. 도 12을 참조하면, 발광 다이오드에서 생성된 신호는 신호 수신부(230)와의 상대 거리의 제곱에 반비례하여 감쇄되며, 신호 수신부(230)와의 상대적인 방향에 따라 단조 감소하여 수신 모듈(220)의 신호 수신부(230)에 도달하게 된다.
송신 모듈(110)에서 신호를 송신하면, 이어서 수신 모듈(220)의 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)에서 신호를 수신하는 단계가 수행된다(320).
수신 모듈(220)에 도달한 광 신호는 신호 수신부(230)에서 감지된 후 필터 및 증폭부(240) 및 신호 세기 검출부(250)를 거쳐 제 2 제어부(260)의 제어 과정에 제공되게 된다.
신호 수신부(230)는 광 신호를 수신하도록 광 다이오드로 마련될 수 있다. 광 다이오드는 크기, 분광 응답도(spectral responsivity), 각도별 민감도(relative radiant sensitivity) 등 다양한 특성을 갖는데, 수신 모듈(220)의 감지 영역 확대를 위해 각도별 민감도가 넓은 특성을 가지며, 신호 송신부(160)의 전력 효율 향상을 위해 분광 응답도가 높은 특성을 가지는 광 다이오드를 사용하는 것이 바람직 하다.
광 다이오드는 수신된 광 신호를 광 전류 신호로 전환하고, 전환된 광 전류 신호는 필터 및 증폭부(240)로 전달된다.
필터 및 증폭부(240)는 광 전류 신호를 전압 신호로 변환한 후 신호의 크기를 증폭한다. 이 경우 광 신호에 포함된 불필요한 잡음을 제거하기 위해 증폭기에 대역 필터(band-pass filter)를 추가할 수 있다.
도 13은 필터 및 증폭부(240)의 출력 신호 예를 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 13은 아날로그 디지털 변환기(analog-to-digital converter)에 대역 필터(band-pass filter)를 적용하여 200ksps(samples per second)로 변환된 신호의 예를 도시한 것이다. 이와 같이 아날로그 디지털 변환기에 대역 필터를 적용할 경우 광 전류 신호의 주파수를 다양하게 변환하도록 할 수 있다.
필터 및 증폭부(240)를 통해 증폭된 광 전류 신호는 신호 세기 검출부(250)로 전달된다.
신호 세기 검출부(250)는 전술한 포락선 검출기를 통해 수신한 신호의 세기를 측정하고, 측정 결과를 제 2 제어부(260)로 전달할 수 있다.
실시 예에 따라 신호 수신부(230)를 통해 서로 다른 주파수 대역의 광 신호들을 포함하는 복합 신호가 수신될 경우, 신호 세기 검출부(250)는 복합 신호로부터 개별 신호 성분의 신호 세기를 추출하기 위해 괴첼 알고리즘을 적용할 수 있다.
도 14는 신호 세기 검출을 위한 괴첼 알고리즘을 나타낸 도면이고, 도 15는 괴첼 알고리즘의 연산 결과를 도시한 도면이다.
샘플링 주파수 fs=200 kHz, f0=20 kHz, N=512개의 샘플 데이터, k=[f0/fs*N]=51를 도 14에 도시된 바에 따른 괴첼 알고리즘에 적용하면, 도 15에 도시된 바와 같은 연산 결과를 도출할 수 있다.
신호 세기 검출부(250)는 위와 같은 과정을 통해 복합 신호에 대해 개별 신호 성분의 세기를 추출할 수 있다.
신호 세기 검출부(250)로부터 신호 성분의 세기가 추출되면, 이어서 포터블 기기(100)의 상대 위치 및 방향을 검출하는 단계가 수행된다(330).
신호 세기 검출부(250)의 검출 결과는 제 2 제어부(260)에서 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)의 설치 위치에 대해 포터블 기기(100)의 상대 위치 및 방향을 검출하는 과정에 제공된다.
제 2 제어부(260)는 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)에서 감지된 신호로부터 검출된 복수의 신호 세기 정보로부터 송신 모듈(110)이 장착된 포터블 기기(100)의 상대 위치 및 방향을 검출할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 제 2 제어부(260)에서 포터블 기기(100)의 상대 위치 및 방향을 검출하는 방법을 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 16은 도 8에 도시된 시스템의 X 방향에 대한 시스템 모델을 도시한 도면이다.
도 16에서 L은 제 1 수신부(230-1)와 제 2 수신부(230-2) 사이의 거리를 의미하고, Ψ는 포터블 기기(100)의 상대 각도를 의미하고, d1은 제 1 수신부(230-1)로부터 포터블 기기(100)까지의 거리를 의미하고, d2는 제 2 수신부(230-2)로부터 포터블 기기(100)까지의 거리를 의미하고, d는 포터블 기기(100)의 상기 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)를 연결하는 가상의 선에 대한 수직 거리(이하, 수직 거리 d로 지칭할 수 있다)를 의미하고, ρ1 및 ρ2는 포터블 기기(100)의 제 1 수신부(230-1)와 제 2 수신부(230-2)에 대한 상대 각도를 의미하고, θ1은 제 1 수신부(230-1)에 대한 광 신호의 입사각을 의미하고, θ2는 제 2 수신부(230-2)에 대한 광 신호의 입사각을 의미한다.
도 16을 참조하면, 포터블 기기(100)의 송신 모듈(110)로부터 송신된 신호는 상대 위치 검출 장치(200)의 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)를 통해 수신되어 포터블 기기(100)의 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)에 대한 상대 위치 검출 과정에 제공될 수 있다.
제 2 제어부(260)는 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)에서 수신한 신호에 기초하여 포터블 기기(100)의 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)를 연결하는 가상의 선에 대한 수직 거리(d) 및 상기 포터블 기기(100)의 상대 각도(Ψ)를 포함하는 상기 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)의 설치 위치에 대한 상기 포터블 기기(100)의 상대 위치 및 방향을 검출할 수 있다.
보다 상세하게, 제 2 제어부(260)는 포터블 기기(100)의 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)를 연결하는 가상에 선에 대한 수직 거리를 아래의 수학식 1로부터 산출할 수 있다.
수학식 1
Figure PCTKR2018013576-appb-I000001
수학식 1에서 s1은 제 1 수신부(230-1)에서 감지된 신호의 세기이고, s2는 제 2 수신부(230-2)에서 감지된 신호의 세기이고, k는 증폭기와 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 거쳐 도출한 신호의 디지털 값의 단위를 환산하기 위한 계수이며, α 및 β는 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)의 설치 간격으로부터 결정된 계수 이다.
또한, 제 2 제어부(260)는, 포터블 기기(100)의 상대 각도(ψ)를 아래의 수학식 2와 같이 산출할 수 있다.
수학식 2
Figure PCTKR2018013576-appb-I000002
수학식 2에서 s1은 제 1 수신부(230-1)에서 감지된 신호의 세기이고, s2는 제 2 수신부(230-2)에서 감지된 신호의 세기이고, γ는 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)의 설치 간격으로부터 결정된 계수이다.
실시 예에 따라 제 2 제어부(260)는 수학식 1, 2를 통해 도출된 수직 거리(d) 및 포터블 기기(100)의 상대 각도(ψ) 정보에 기초하여 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)를 연결하는 가상의 선의 중간 지점을 기준으로 포터블 기기(100)가 전자 기기(10)의 기준 면에 대해 가리키는 지점의 좌표를 산출할 수 있다.
이하, 이해를 돕기 위해 제 2 제어부(260)에서 이용하는 수학식 1, 2의 산출 과정을 설명하도록 한다.
도 16을 참조하면 제 1 수신부(230-1)로부터 포터블 기기(100)까지의 거리 d1과, 제 2 수신부(230-2)로부터 포터블 기기(100)까지의 거리 d2는 아래의 수학식 3과 같이 주어지고, 제 1 수신부(230-1)에 대한 광 신호의 입사각 θ1과, 제 2 수신부(230-2)에 대한 광 신호의 입사각 θ2는 아래의 수학식 4와 같이 주어진다.
수학식 3
Figure PCTKR2018013576-appb-I000003
수학식 4
Figure PCTKR2018013576-appb-I000004
또한, 포터블 기기(100)의 제 1 수신부(230-1)와 제 2 수신부(230-2)에 대한 상대 각도 ρ1 및 ρ2는 아래의 수학식 5 및 수학식 6과 같이 주어진다.
수학식 5
Figure PCTKR2018013576-appb-I000005
,
Figure PCTKR2018013576-appb-I000006
포터블 기기(100)의 방사 특성을 T(ψ)라 하고, 신호 수신부(230)의 감도 특성을 R(ψ)라 하면 상대 거리 d 및 상대 각도 ψ에 위치한 포터블 기기(100)에 의한 감지 신호는 아래의 수학식 6과 같이 표현할 수 있다.
수학식 6
Figure PCTKR2018013576-appb-I000007
,
Figure PCTKR2018013576-appb-I000008
수학식 1, 2는 각각 수학식 6으로부터 도출된 것이다.
일 예로, 발광 다이오드의 방사 특성 T(ψ)와, Vishay의 VBPW34FAS 광 다이오드의 감도 특성 R(θ1), R(θ2)를 이용하여 시뮬레이션을 수행하였다.
시뮬레이션 결과 감지된 신호 세기의 합의 제곱근의 역수는 거리에 따라 이하 도 17에 도시된 바와 같은 관계를 보임을 확인할 수 있었다.
도 17은 거리와 측정 신호 세기의 관계를 도시한 그래프로, 도 17의 그래프를 수식으로 표현하면 수학식 1의 도출이 가능하다.
또한, 포터블 기기(100)의 상대 각도 Ψ는 상대 거리 d 및 감지된 신호 세기 s1 및 s2와 도 18에 도시된 바와 같은 관계를 보임을 확인할 수 있었다.
도 18은 수직 거리에 대해 상대 각도와 측정 신호 세기 간 관계를 도시한 그래프로, 보다 상세하게 수직 거리 d가 3m, 5m, 7m인 경우에 대해 상대 각도와 측정 신호 세기 간 관계를 도시한 것이다. 도 18의 그래프를 수식으로 표현하면 수학식 2의 도출이 가능하다.
한편, 실시 예에 따라 포터블 기기의 상대 위치 검출 방법은 상대 거리 d 및 포터블 기기의 상대 각도 Ψ 정보에 기초하여 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2)를 연결하는 가상의 선의 중간 지점을 기준으로 포터블 기기가 가리키는 지점의 좌표를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 기준면은 전자 기기(10)의 기준 면을 의미하며, 전자 기기(10)는 산출된 좌표에 미리 설정된 영상을 표시할 수 있으며, 이하 앞서 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
이상으로, 도 8의 X축 방향을 기준으로 제 1, 2 수신부(230-1, 230-2) 쌍에 의해 수직 거리 d 및 포터블 기기(100)의 상대 각도 Ψ 를 산출하는 방법을 설명하였다. 위와 같은 과정은 X축 방향을 기준으로 설치된 다른 수신부들에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다. 뿐만 아니라, 도 8의 Y축 방향을 기준 설치된 다른 수신부들에 대해서도 동일한 방법이 적용될 수 있으며, 결과적으로 전자 기기(10)의 기준 면에 대해 포터블 기기(100)가 포인팅하는 지점의 좌표를 산출할 수 있다.
이상으로, 상대 위치 검출 장치 및 방법에 대해 설명하였다. 발명의 기술적 사상이 전술한 실시 예에 의해 제한되는 것은 아니며 당해 업계에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 생각할 수 있는 범위 내의 변경을 포함하는 개념으로 넓게 이해되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 포터블 기기로부터 발신된 신호를 수신하는 제1 및 제2 수신부;
    상기 제1 수신부에 의하여 수신된 제1 신호의 세기와 상기 제2 수신부에 의하여 수신된 제2 신호의 세기에 기초하여 상기 포터블 기기가 위치하는 위치 및 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 판단하는 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기 사이의 합에 기초하여 상기 포터블 기기가 위치하는 위치를 판단하고, 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기 사이의 차이에 기초하여 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 판단하는 상대 위치 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 각각의 포락선의 최대값을 이용하여 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 각각의 세기를 판단하는 상대 위치 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 괴첼 알고리즘(Goertzel algorithm)을 이용하여 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 각각의 세기를 판단하는 상대 위치 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기 사이의 합과 상기 제1 수신부와 상기 제2 수신부 사이의 거리에 기초하여 상기 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리를 판단하는 상대 위치 검출 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리와 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기의 차이에 기초하여 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 판단하는 상대 위치 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리와 상기 포터블 기기가 지시하는 방향에 기초하여 상기 상대 위치 검출 장치에 대한 상기 포터블 기기의 상대적인 위치를 판단하는 상대 위치 검출 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 포터블 기기로부터 발신된 신호의 세기의 패턴과 상기 제1 및 제2 수신부에 의하여 수신된 신호의 세기에 기초하여 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 판단하는 상대 위치 검출 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 포터블 기기로부터 발신된 신호의 세기는 상기 포터블 기기가 지시하는 방향에서 최대의 세기를 가지며, 상기 상기 포터블 기기가 지시하는 방향으로부터 멀어질수록 상기 포터블 기기로부터 발신된 신호의 세기는 감소하는 상대 위치 검출 장치.
  9. 제1 및 제2 수신부를 통하여 포터블 기기로부터 발신된 신호를 수신하고;
    상기 제1 수신부에 의하여 수신된 제1 신호의 세기와 상기 제2 수신부에 의하여 수신된 제2 신호의 세기 사이의 합에 기초하여 상기 포터블 기기가 위치하는 위치를 판단하고;
    상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기 사이의 차이에 기초하여 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 판단하는 것을 포함하는 상대 위치 검출 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 신호와 상기 제2 신호 각각의 포락선의 최대값을 이용하여 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 각각의 세기를 판단하는 것을 더 포함하는 상대 위치 검출 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    괴첼 알고리즘(Goertzel algorithm)을 이용하여 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 각각의 세기를 판단하는 것을 더 포함하는 상대 위치 검출 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기 사이의 합과 상기 제1 수신부와 상기 제2 수신부 사이의 거리에 기초하여 상기 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리를 검출하는 것을 더 포함하는 상대 위치 검출 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리와 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기 사이의 차이에 기초하여 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 검출하는 것을 더 포함하는 상대 위치 검출 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 상대 위치 검출 장치와 상기 포터블 기기 사이의 거리와 상기 포터블 기기가 지시하는 방향에 기초하여 상기 상대 위치 검출 장치에 대한 상기 포터블 기기의 상대적인 위치를 검출하는 것을 더 포함하는 상대 위치 검출 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 포터블 기기로부터 발신된 신호의 세기의 패턴과 상기 제1 및 제2 수신부에 의하여 수신된 신호의 세기에 기초하여 상기 포터블 기기가 지시하는 방향을 검출하는 것을 더 포함하고,
    상기 포터블 기기로부터 발신된 신호의 세기는 상기 포터블 기기가 지시하는 방향에서 최대의 세기를 가지며, 상기 상기 포터블 기기가 지시하는 방향으로부터 멀어질수록 상기 포터블 기기로부터 발신된 신호의 세기는 감소하는 상대 위치 검출 방법.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008224584A (ja) * 2007-03-15 2008-09-25 Seiko Epson Corp リモコン位置通知システム
KR20100113251A (ko) * 2009-04-13 2010-10-21 엘지전자 주식회사 디스플레이장치 및 그의 제어 방법
KR101088019B1 (ko) * 2009-07-22 2011-11-30 한국과학기술원 원격 데이터 입력 시스템 및 그에 따른 데이터 입력 방법
KR101222173B1 (ko) * 2011-10-07 2013-01-17 (주)펜앤프리 이동통신 단말기 케이스 및 태블릿 피씨 케이스
KR20140114225A (ko) * 2013-03-18 2014-09-26 주식회사 피엔에프 초음파 신호를 이용한 정보 입력 장치 및 정보 입력 방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100326756B1 (ko) * 1999-04-29 2002-03-12 이호균 초음파를 이용한 위치 및 제어신호 입력 시스템
US7053965B1 (en) * 2003-06-10 2006-05-30 Fan Nong-Qiang Remote control for controlling a computer using a screen of a television
JP4107287B2 (ja) * 2004-12-09 2008-06-25 セイコーエプソン株式会社 制御システム及びこのシステムに適合する被制御装置並びに制御装置
US9858712B2 (en) * 2007-04-09 2018-01-02 Sam Stathis System and method capable of navigating and/or mapping any multi-dimensional space

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008224584A (ja) * 2007-03-15 2008-09-25 Seiko Epson Corp リモコン位置通知システム
KR20100113251A (ko) * 2009-04-13 2010-10-21 엘지전자 주식회사 디스플레이장치 및 그의 제어 방법
KR101088019B1 (ko) * 2009-07-22 2011-11-30 한국과학기술원 원격 데이터 입력 시스템 및 그에 따른 데이터 입력 방법
KR101222173B1 (ko) * 2011-10-07 2013-01-17 (주)펜앤프리 이동통신 단말기 케이스 및 태블릿 피씨 케이스
KR20140114225A (ko) * 2013-03-18 2014-09-26 주식회사 피엔에프 초음파 신호를 이용한 정보 입력 장치 및 정보 입력 방법

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