제1도는 본 발명에 따른 3차원 무선포인팅 장치의 배열구조의 제1실시예를 나타낸 사시도.1 is a perspective view showing a first embodiment of the arrangement of the three-dimensional wireless pointing device according to the present invention.
제2도(a),(b)는 본 발명에 의한 초음파 발생부와 적외선 발광부의 배열 형태를 보인 정면도 및 측면도.Figure 2 (a), (b) is a front view and a side view showing the arrangement of the ultrasonic generator and the infrared light emitting unit according to the present invention.
제3도(a),(b)는 본 발명에 의한 초음파 발생부와 적외선 발광부의 비임분포형태를 보인 평면도 및 측면도.Figure 3 (a), (b) is a plan view and a side view showing a beam distribution form of the ultrasonic generator and the infrared light emitting portion according to the present invention.
제4도는 본 발명에 따른 3차원 무선포인팅 장치에서 위치 지시수단의 블록도.Figure 4 is a block diagram of the position indicating means in the three-dimensional wireless pointing device according to the present invention.
제5도는 본 발명에 따른 3차원 무선포인팅 장치에서 수신수단의 블록도.5 is a block diagram of a receiving means in the three-dimensional wireless pointing device according to the present invention.
제6도는 본 발명에 따른 3차원 무선 포인팅장치의 배열구조의 제2실시예를 나타낸 사시도.Figure 6 is a perspective view showing a second embodiment of the arrangement of the three-dimensional wireless pointing device according to the present invention.
제7도는 본 발명에 따른 3차원 무선 포인팅장치의 배열구조의 제3실시예를 나타낸 사시도.7 is a perspective view showing a third embodiment of the arrangement of the three-dimensional wireless pointing device according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
30 : 위치지시수단 31a,31b : 초음파 발생부30: position indicating means 31a, 31b: ultrasonic generator
32 : 적외선 발광부 33 : 키 입력부32: infrared light emitting unit 33: key input unit
34 : 주기펄스 발생부 35 : 송신 출력부34: periodic pulse generator 35: transmit output unit
36 : 캐리어 발생부 40 : 수신수단36: carrier generating unit 40: receiving means
41a~42c : 적외선 수신센서 43 : 초음파 수신센서41a ~ 42c: Infrared receiving sensor 43: Ultrasonic receiving sensor
44-1~44-4 : 증폭 및 필터부 45-1~45-4 : 엔벨로프 검출부44-1 to 44-4: Amplification and Filter Section 45-1 to 45-4: Envelope Detection Section
50 : 공간위치해석수단 51 : 아날로그/디지탈 컨버터50: spatial position analysis means 51: analog / digital converter
52,53 : 비교기 54 : 위상차 검출기52,53: comparator 54: phase difference detector
55 : 클럭발생기 60 : 마이콤55: clock generator 60: micom
70 : 위치 제어수단70: position control means
본 발명은 3차원 무선포인팅 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 송신측에 초음파 발생부와 적외선 발광부중 어느 한쪽은 복수개로, 나머지 다른 한쪽은 단일로 구비하고 수신측에 이를 수신할 수 있는 적외선 수신 센서와 초음파 수신센서 중 어느 한쪽은 복수개로 나머지 다른 한쪽은 단일로 되게 하여 상기 송신측의 초음파 발생부 및 적외선 발광부와 직각 교차하도록 배열하여 3차원 공간상에서의 좌표의 산출 및 커서의 위치를 제어하는 3차원 무선포인팅 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional wireless pointing device, and more particularly, one of a plurality of ultrasonic generators and an infrared light emitting unit on the transmitting side, the other one is provided with a single infrared receiving that can receive it at the receiving side One of the sensor and the ultrasonic receiving sensor are plural and the other is made single, and arranged so as to cross at right angles with the ultrasonic generator and the infrared light emitting unit on the transmitting side to calculate the coordinates and control the position of the cursor in the three-dimensional space. It relates to a three-dimensional wireless pointing device.
일반적으로 무선포인팅 장치에는 송신측과 수신측에 복수개의 초음파 발생부와 초음파 수신센서를 직각 교차하도록 배열하고 이때 지향 위치에 따라서 발생하는 초음파 신호의 상대적인 위상차이를 이용하여 좌표를 산출하는 초음파를 이용한 무선포인팅 장치와, 송신측과 수신측에 복수개의 적외선 발광부와 적외선 수신센서를 직각 교차하도록 배열하고 이때 지향 위치에 따라서 발생하는 적외선 신호의 상대적인 세기를 이용하여 좌표를 산출하는 적외선을 이용한 무선포인팅 장치가 있다.In general, a wireless pointing device uses ultrasonic waves arranged at right angles to cross a plurality of ultrasonic wave generators and an ultrasonic wave sensor on a transmitting side and a receiving side, and calculates coordinates by using a relative phase difference of ultrasonic signals generated according to a direction. A wireless pointing device and a wireless pointing device using an infrared ray arranged at right angles to a plurality of infrared light emitting units and an infrared ray receiving sensor at a transmitting side and a receiving side, and calculating coordinates by using a relative intensity of an infrared signal generated according to a directed position. There is a device.
상기 초음파를 이용한 무선포인팅 장치는 동출원인에 의해 출원(국내 특허출원 제 95-7968)된 바 있고, 적외선을 이용한 무선포인팅 장치도 동출원인에 의해 출원(국내 특허출원 제 95-20670호)된 바 있다.The wireless pointing device using ultrasonic waves has been filed by the same applicant (Domestic Patent Application No. 95-7968), and the wireless pointing device using infrared rays has been filed by the same applicant (Domestic Patent Application No. 95-20670) have.
그러나, 상기된 초음파 및 적외선을 이용한 무선포인팅 장치는 모두 2차원 평면상에서의 좌표의 산출 및 커서를 제어하는 장치로서, 홀로그램과 같은 입체표시장치의 표시공간상에서의 3차원 공간위치를 지정하지 못하는 문제점이 있었다.However, the above-mentioned wireless pointing device using ultrasonic waves and infrared rays is a device for calculating coordinates and cursors on a two-dimensional plane, and it is not possible to designate a three-dimensional spatial position in the display space of a stereoscopic display device such as a hologram. There was this.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 송신측에는 소정축으로 초음파 발생부와 적외선 발광부 중 어느 한쪽은 복수개로, 나머지 다른 한쪽은 단일로 되게 구비하고 수신측에는 이를 수신할 수 있는 적외선 수신센서와 초음파 수신센서 중 어느 한쪽은 복수개로, 나머지 다른 한쪽은 단일로 되게 상기 송신측의 초음파 발생부 및 적외선 발광부와 직각 교차하도록 배열하여 입체표시 장치의 3차원 공간상에서의 좌표의 산출 및 커서의 위치를 제어하는 3차원 무선포인팅 장치를 제공함에 있다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a plurality of one of the ultrasonic generator and the infrared light emitting unit with a predetermined axis on the transmitting side, the other one to be a single receiving and receiving the same One of a plurality of infrared receiving sensors and an ultrasonic receiving sensor may be arranged so that one of the plurality of infrared receiving sensors and the other of the ultrasonic receiving sensors are united so as to cross at right angles with the ultrasonic generating unit and the infrared emitting unit on the transmitting side. It is to provide a three-dimensional wireless pointing device for controlling the calculation of the coordinates and the position of the cursor.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 3차원 무선포인팅 장치의 특징은, 3차원 좌표를 검출하기 위하여 일정한 각도를 갖게 소정 축 방향으로 적외선 발광부와 초음파 발생부가 배치되어 적외선 신호 및 초음파 신호를 송출하는 위치지시수단과, 상기 위치지시수단에서 송출되는 초음파 및 적외선 신호를 수신하여 엔벨로프신호를 검출하는 검출수단과, 상기 검출된 적외선 신호 및 초음파 신호의 검출강도를 측정하여 제1좌표치를 구하고, 적외선 수신센서에서 적외선이 검출되는 시점을 기준으로 초음파 수신센서에서 수신되는 다른 초음파의 강도를 측정하여 제2좌표치를 구하고, 적외선 수신센서에서 적외선이 검출되는 시점을 기준으로 초음파의 평균 도달시간을 산출하여 제3좌표치를 구하여 상기 위치지시수단과 검출 수단의 상대적 위치를 3차원으로 결정하는 좌표산출수단과, 상기 좌표산출 수단에서 구한 위치로 현재의 피제어 대상의 위치를 제어하는 위치제어수단을 포함하여 구성되는 점에 있다.A feature of the three-dimensional wireless pointing device according to the present invention for achieving the above object is that the infrared light emitting unit and the ultrasonic generator are arranged in a predetermined axial direction to have a predetermined angle to detect the three-dimensional coordinates infrared signal and ultrasonic signal And a first coordinate value by measuring a detection intensity of the detected infrared signal and an ultrasonic signal by receiving a position indicating means for transmitting a signal, receiving ultrasonic and infrared signals transmitted from the position indicating means, and an envelope signal. The second coordinate value is obtained by measuring the intensity of the other ultrasonic wave received by the ultrasonic wave receiving sensor based on the point at which the infrared ray is detected by the infrared ray receiving sensor, and the average arrival time of the ultrasonic wave is determined based on the point of time when the infrared ray is detected by the infrared ray receiving sensor. Calculate and obtain a third coordinate value to determine the relative position between the position indicating means and the detecting means. And coordinate control means for determining the position in three dimensions, and position control means for controlling the position of the current controlled object by the position obtained by the coordinate calculation means.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1도는 본 발명에 따른 3차원 무선포인팅 장치의 배열 구조를 보인 사시도로서, 포인팅 대상이 되는 전자기기본체와 포인팅을 지정하는 위치 지시수단으로 구성되며, 상기 전자기기본체는 텔레비젼, 모니터와 같은 디스플레이 장치, 마이크로 컴퓨터, 워드프로세서, 웍스테이션, 로봇 또는 대형 전자계산기의 단말장치 등의 전자기기를 총칭하며, 본 발명에서는 디스플레이 장치를 일실시예로 설명한다. 또한, 위치지시수단은 리모콘, 손가락에 장착하는 링, 마우스, 스타일러스(Stylus) 펜 등으로 이루어지며, 전자기기본체로는 무선으로 신호를 송신한다.1 is a perspective view showing the arrangement of the three-dimensional wireless pointing device according to the present invention, comprising an electromagnetic base to be pointed and a position indicating means for designating a pointing, the electromagnetic base is a display such as a television, a monitor Electronic devices such as a device, a microcomputer, a word processor, a workstation, a robot, or a terminal device of a large electronic calculator are collectively described. In the present invention, a display device is described as an embodiment. In addition, the position indicating means is composed of a remote control, a ring mounted on the finger, a mouse, a stylus (Stylus) pen, and the like, the electromagnetic basic body to transmit a signal wirelessly.
즉, 제1도를 보면, 디스플레이 장치(41)의 하단부(또는 상단부)에 X축 방향으로 일정한 거리를 두고 양측 가장자리에는 적외선 수신센서(42A,42B)가 부착되어 있고 중앙에는 적외선 수신센서(42C)와 초음파 수신센서(43)가 부착되어 있다.That is, referring to FIG. 1, infrared receiver sensors 42A and 42B are attached to both edges of the display device 41 at the lower end (or upper end) of the display device 41 at a predetermined distance in the X-axis direction, and an infrared receiver 42C at the center thereof. ) And an ultrasonic receiving sensor 43 are attached.
제2도 (a),(b)는 상기 제1도의 위치지시수단의 초음파 발생부(Transducer)(31A,31B)와 적외선 발광부(32)의 배열 형태를 보인 정면 및 측면도로서, Y축 방향으로 일정한 각도(α)를 갖도록 초음파 발생부(31A,32B)가 배치되고 상기 초음파 발생부(31A,31B) 사이에 적외선 발광부(32)가 배치된다.2 (a) and 2 (b) are front and side views showing the arrangement of the ultrasonic transducers 31A and 31B and the infrared light emitting unit 32 of the position indicating means of FIG. The ultrasonic generators 31A and 32B are arranged to have a constant angle α, and the infrared light emitter 32 is disposed between the ultrasonic generators 31A and 31B.
이때, 위치지시수단과 수신 수단이 지향하는 축 방향이 직각 교차(Orthogonal) 하도록 구성된다.At this time, the axial direction directed by the position indicating means and the receiving means is configured to be orthogonal.
이때의 초음파 및 적외선 비임(Beam)의 분포 형태를 제3도 (a),(b)에서 보이고 있다.The distribution form of the ultrasonic wave and the infrared beam (Beam) at this time is shown in Figure 3 (a), (b).
제4도는 본 발명의 따른 3차원 무선포인팅 장치에서 위치 지시수단의 블록도로서, 커서 움직임, 선택 명령, 동작 명령 등의 키가 구비된 키 입력부(33), 상기 키입력부(33)의 키 신호를 입력받아 코드식별파형 및 동기식별파형의 주기 펄스를 발생시키는 주기펄스발생부(34)와, 상기 주기펄스발생부(34)에서 발생한 주기펄스신호를 특성이 다른 초음파(P1,P2) 및 적외선 신호(P3)로 변환하여 캐리어 신호(fc1,fc2)와 중첩시키는 송신 출력부(35), 초음파 및 적외선 신호 송출시 신호의 왜란이나 간섭을 막기 위해서 초음파 캐리어 신호(fc1) 및 적외선 캐리어 신호(fc2)를 발생시켜 상기 송신 출력부(35)로 출력하는 캐리어 발생부(36)와, 상기 송신 출력부(35)에서 출력되는 초음파 신호(P1+fc1, P2+fc1) 및 적외선 신호(P3+fc2)를 공간상으로 송출하는 다수개의 신호 발생부인 초음파 발생부(31A,31B)와 적외선 발광부(32)는 일정한 각도(α)를 갖게 Y축 방향으로 배열된다.4 is a block diagram of the position indicating means in the three-dimensional wireless pointing device according to the present invention, the key input unit 33 is provided with keys such as cursor movement, selection command, operation command, key signal of the key input unit 33 A periodic pulse generator 34 for generating a periodic pulse of a code identification waveform and a synchronous identification waveform, and ultrasonic waves P1 and P2 having different characteristics from the periodic pulse signal generated by the periodic pulse generator 34. Transmitting output unit 35, which is converted to signal P3 and overlaps with carrier signals fc1 and fc2, and ultrasonic carrier signal fc1 and infrared carrier signal fc2 in order to prevent disturbance or interference of signals when transmitting ultrasonic and infrared signals. ) Generates a carrier output unit 36 for outputting to the transmission output unit 35, and ultrasonic signals (P1 + fc1, P2 + fc1) and infrared signals (P3 + fc2) output from the transmission output unit 35 Seconds, which are a plurality of signal generators that transmit Wave generation section (31A, 31B) and the infrared light emitting section 32 has a constant angle (α) are arranged in the Y-axis direction.
제5도는 본 발명에 따른 3차원 무선 포인팅장치의 수신수단의 블록도로서, 상기 위치 지시수단(30)의 초음파 발생부(31A,31B) 및 적외선 발광부(32)와 직각 교차되게 X축 방향으로 적외선 수신 센서(42A,42B,42C) 및 초음파 수신 센서(43)가 일정한 거리를 두고 디스플레이 장치(41)에 장착되어 초음파 발생 및 적외선 발광을 검출하는 검출 수단(40), 상기 검출 수단(40)에서 검출된 적외선 신호를 디지털 신호로 변환하고 적외선이 검출되는 시점을 기준으로 초음파 신호의 상대적인 위상차를 검출하는 공간위치 해석수단(50), 상기 공간위치해석수단(50)에서 디지털로 변환된 적외선 신호의 세기와 초음파 신호의 위상을 이용하여 X, Y, Z 좌표를 구하여 상기 위치 지시수단(30)과 검출수단(40)간의 상대적 위치를 3차원으로 결정하는 마이콘(60), 및 상기 위치 지시수단(30)과 검출수단(40)의 상대적 위치 이동에 따른 현재의 위치를 상기 마이콤(60)에 의해 결정된 3차원 위치로서 커서 또는 메뉴와 같은 피제어대상을 제어하는 위치 제어수단(70)으로 구성된다.5 is a block diagram of the receiving means of the three-dimensional wireless pointing device according to the present invention, the X-axis direction perpendicular to the ultrasonic generator 31A, 31B and the infrared light emitting portion 32 of the position indicating means 30 The detection means 40 and the detection means 40 which are mounted on the display device 41 at a predetermined distance so that the infrared reception sensors 42A, 42B, 42C and the ultrasonic reception sensor 43 are detected. Spatial position analyzing means 50 for converting the infrared signal detected by the digital signal to the digital signal and detecting the relative phase difference of the ultrasonic signal on the basis of the point of time when the infrared ray is detected, the infrared ray digitally converted by the spatial position analyzing means 50 The micon 60 determines three-dimensionally the relative position between the position indicating means 30 and the detecting means 40 by obtaining X, Y, and Z coordinates using the signal intensity and the phase of the ultrasonic signal, and the position indication. Sudan (30) As a three-dimensional position is determined by the current position according to the relative positioning of the detection means 40 in the microcomputer 60 consists of a position control means for controlling a cursor or the controlled object, such as a menu (70).
이때, 상기 검출수단(40)은 상기 위치 지시수단(30)에서 송출된 적외선 신호를 수신하는 적외선 수신센서(42A,42B,42C), 상기 적외선 수신센서(42A,42B,42C)로 수신된 미약한 적외선 신호를 각각 증폭하고 캐리어 주파수 대역만 통과시키는 증폭 및 필터부(44-1,44-2,44-4), 상기 증폭 및 필터부(44-1,44-2,44-4)M이 출력에서 캐리어 신호를 제거하고 각각의 적외선 수신센서(42A,42B,42C)로 입력된 빛의 세기에 해당하는 레벨을 검출하는 각각의 엔벨로프 검출기(45-1,45-2,45-4), 상기 위치 지시수단(30)에서 송출된 초음파 신호를 수신하는 초음파 수신센서(43), 상기 초음파 수신센서(43)로 수신된 미약한 초음파 신호를 증폭하고 캐리어 주파수 대역만 통과시키는 증폭 및 필터부(44-3), 및 상기 증폭 및 필터부(44-3)의 출력에서 캐리어 신호를 제거하고 초음파 수신센서(43)로 입력된 초음파의 위상에 해당하는 레벨을 검출하는 엔벨로프 검출기(45-3)로 구성된다.At this time, the detecting means 40 is weak received by the infrared receiving sensors 42A, 42B, 42C and the infrared receiving sensors 42A, 42B, 42C for receiving the infrared signal transmitted from the position indicating means 30. Amplification and filter sections 44-1, 44-2, 44-4, which amplify one infrared signal and pass only a carrier frequency band, and the amplification and filter sections 44-1, 44-2, 44-4 M Each envelope detector 45-1, 45-2, 45-4 which removes the carrier signal from this output and detects the level corresponding to the intensity of the light input to the respective infrared receiver sensors 42A, 42B, 42C. Ultrasonic receiving sensor 43 for receiving the ultrasonic signal transmitted from the position indicating means 30, amplification and filter unit for amplifying the weak ultrasonic signal received by the ultrasonic receiving sensor 43 and passing only the carrier frequency band (44-3), and the second to remove the carrier signal from the output of the amplification and filter section 44-3 and input to the ultrasonic receiving sensor 43 It consists of an envelope detector 45-3 which detects the level corresponding to the phase of a sound wave.
그리고, 상기공간위치 해석수단(50)은, 각각의 적외선 수신센서(42A,42B,42C)로 수신된 적외선 신호의 세기에 해당하는 레벨을 검출하는 적외선용 엔벨로프 검출기(45-1,45-2,45-4)의 각 출력을 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 컨버터(Analog/Digital Converter : ADC)(51), 좌표 산출 및 코드해석의 기준신호로 삼기 위하여 상기 엔벨로프 검출기(45-2)에서 출력되는 적외선 신호를 내부의 기준신호와 비교하여 구형파 즉, 타이밍 신호로 변환하는 비교기(52), 상기 초음파용 엔벨로프 검출기(45-3)에서 출력되는 초음파 신호를 내부의 기준신호와 비교하여 타이밍 신호로 변환하는 비교기(53), 상기 비교기(52)에서 출력되는 적외선이 검출되는 시점을 기준으로 상기 비교기(53)에서 출력되는 초음파 신호의 상대적인 위상차이를 검출하는 위상차 검출기(54), 및 상기 위상차 검출기(54)로 클럭을 발생시키는 클럭 발생기(55)로 구성된다.The spatial position analyzing means 50 is an infrared envelope detector 45-1, 45-2 for detecting a level corresponding to the intensity of the infrared signal received by each of the infrared ray receiving sensors 42A, 42B, 42C. 45-4), an analog / digital converter (ADC) 51 for converting each output of the digital signal into a digital signal, and the envelope detector 45-2 to serve as a reference signal for coordinate calculation and code analysis. Comparing unit 52 for converting the infrared signal output to the internal reference signal to a square wave, that is, a timing signal, the ultrasonic signal output from the ultrasonic envelope detector 45-3 and the internal signal is compared with the timing signal A comparator 53 for converting to a phase, a phase difference detector 54 for detecting a relative phase difference between the ultrasonic signals output from the comparator 53 on the basis of the point of time when the infrared light output from the comparator 52 is detected, and the phase And a clock generator 55 for generating a clock with the difference detector 54.
이와 같이 구성된 본 발명에서 위치지시수단(30)의 키입력부(33)를 통해 다양한 형태의 키 신호(예컨대, 커서 움직임, 선택 명령, 동작 명령 등)가 입력되면, 주기펄스 발생부(34)는 입력된 키 신호에 따라 코드 식별 파형의 주기펄스를 발생시키고, 커서 움직임 명령 키 신호에 대해서는 추가로 동기식별 파형의 주기펄스를 발생시킨 후 특성이 다른 초음파 신호(P1,P2) 및 적외선 신호(P3)로 변환하여 송신 출력부(35)로 출력한다.In the present invention configured as described above, when various types of key signals (for example, cursor movement, selection command, operation command, etc.) are input through the key input unit 33 of the position indicating means 30, the periodic pulse generator 34 Generates a periodic pulse of the code identification waveform according to the input key signal, and generates a periodic pulse of the synchronous identification waveform for the cursor movement command key signal, and then generates ultrasonic signals P1 and P2 and infrared signals P3 having different characteristics. ) Is output to the transmission output section 35.
이때, 캐리어 발생부(36)는 초음파 및 적외선 신호 송출시 신호의 왜란이나 간섭을 막기 위해서 초음파 캐리어 신호(fc1) 및 적외선 캐리어 신호(fc2)를 발생시켜 상기 송신 출력부(35)로 출력한다.At this time, the carrier generator 36 generates an ultrasonic carrier signal fc1 and an infrared carrier signal fc2 and outputs the ultrasonic wave carrier signal fc1 and the infrared carrier signal fc2 to prevent disturbance or interference of the ultrasonic wave and the infrared signal.
따라서, 상기 송신출력부(35)는 캐리어 발생부(36)에서 발생된 초음파 캐리어 신호(fc1) 및 적외선 캐리어 신호(fc2)와 상기 주기펄스발생부(34)에서 발생된 특성이 다른 초음파(P1,P2) 및 적외선 신호(P3)를 중첩하고, 중첩된 초음파(P1+fc1, P2+fc1)는 초음파 발생부(31A,31B)를 통해, 적외선(P3+fc2)은 적외선 발광부(32)를 통해 공간상으로 송출한다.Accordingly, the transmission output unit 35 includes ultrasonic waves P1 having different characteristics generated from the ultrasonic carrier signal fc1 and the infrared carrier signal fc2 generated from the carrier generator 36 and the periodic pulse generator 34. , P2 and the infrared signal P3 are superimposed, and the supersonic waves P1 + fc1 and P2 + fc1 are superseded by the ultrasonic generators 31A and 31B, and the infrared rays P3 + fc2 are the infrared light emitters 32. It is sent to space through.
여기서, 상기 주기펄스발생부(34)에서 발생된 주기펄스는 대개 적외선 신호에 실린다.Here, the periodic pulses generated by the periodic pulse generator 34 are usually loaded on the infrared signal.
이때, 상기 초음파 발생부(31A,31B) 및 적외선 발광부(32)를 통해 공간상으로 송출되는 초음파 및 적외선 비임의 분포 형태는 제3도에 도시된 바와 같다.In this case, the distribution form of the ultrasonic wave and the infrared beam transmitted to the space through the ultrasonic generators 31A and 31B and the infrared light emitting unit 32 is shown in FIG. 3.
한편, 디스플레이 장치(41)의 하단부에 X축 방향으로 일정한 거리를 두고 양측 가장자리 및 중앙에 부착된 검출수단(40)의 적외선 수신센서(42A,42B,42C)는 상기 위치 지시수단(30)에서 송출된 적외선 신호를 수신하여 각각의 적외선 수신센서(42A,42B,42C)에 연결된 증폭 및 필터(44-1,44-2,44-4)로 인가한다.On the other hand, the infrared receiving sensors 42A, 42B, 42C of the detection means 40 attached to both edges and the center at a constant distance in the X-axis direction at the lower end of the display device 41 are located at the position indicating means 30. The transmitted infrared signal is received and applied to the amplification and filters 44-1, 44-2, and 44-4 connected to the respective infrared receiver sensors 42A, 42B, and 42C.
그리고, 상기 디스플레이 장치(41)의 하단부의 X축 방향의 중앙에 부착된 적외선 수신센서(42C)와 소정 거리를 두고 부착된 초음파 수신 센서(43)는 상기 위치지시수단(30)에서 송출된 초음파 신호를 수신하여 증폭 및 필터부(44-3)로 인가한다.In addition, the ultrasonic receiving sensor 43 attached at a predetermined distance from the infrared receiving sensor 42C attached to the center of the X-axis direction of the lower end of the display device 41 is the ultrasonic wave transmitted from the position indicating means 30. The signal is received and applied to the amplification and filter unit 44-3.
따라서, 상기 증폭 및 필터부(44-1)는 적외선 수신센서(42A)에서 수신된 적외선 신호를 증폭한 후 캐리어 주파수 대역만 엔벨로프 검출기(45-1)로 출력하고, 상기 엔벨로프 검출기(45-1)는 상기 증폭 및 필터부(44-1)의 출력에서 캐리어 주파수를 제거하여 상기 적외선 수신센서(42A)로 입력된 빛의 세기에 해당하는 레벨을 검출한다.Accordingly, the amplification and filter unit 44-1 amplifies the infrared signal received by the infrared receiver sensor 42A, and outputs only the carrier frequency band to the envelope detector 45-1, and the envelope detector 45-1. ) Detects a level corresponding to the intensity of light input to the infrared receiver 42A by removing the carrier frequency from the output of the amplifier 44-1.
상기 증폭 및 필터부(44-2)는 적외선 수신센서(42C)에서 수신된 적외선 신호를 증폭한 후 캐리어 주파수 대역만 엔벨로프 검출기(45-2)로 출력하고, 상기 엔벨로프 검출기(45-2)는 상기 증폭 필터부(44-2)의 출력에서 캐리어 주파수를 제거하여 상기 적외선 수신센서(42C)로 입력된 빛의 세기에 해당하는 레벨을 검출한다.The amplification and filter unit 44-2 amplifies the infrared signal received from the infrared reception sensor 42C, and then outputs only the carrier frequency band to the envelope detector 45-2, and the envelope detector 45-2 is The carrier frequency is removed from the output of the amplifying filter 44-2 to detect a level corresponding to the intensity of light input to the infrared receiver 42C.
상기 증폭 및 필터부(44-3)는 초음파 수신센서(43)에서 수신된 초음파 신호를 증폭한 후 캐리어 주파수 대역만 엔벨로프 검출기(45-3)로 출력하고, 상기 엔벨로프 검출기(45-3)는 상기 증폭 및 필터부(44-3)의 출력에서 캐리어 주파수를 제거하여 상기 초음파 수신센서(43)로 입력된 음의 세기에 해당하는 레벨을 검출한다.The amplification and filter unit 44-3 amplifies the ultrasonic signal received by the ultrasonic receiving sensor 43 and outputs only the carrier frequency band to the envelope detector 45-3, and the envelope detector 45-3 is The carrier frequency is removed from the output of the amplification and filtering unit 44-3 to detect a level corresponding to the sound intensity input to the ultrasonic receiving sensor 43.
상기 증폭 및 필터부(44-4)는 적외선 수신센서(42B)에서 수신된 적오선 신호를 증폭한 후 캐리어 주파수 대역만 엔벨로프 검출기(45-4)로 출력하고, 상기 엔벨로프 검출기(45-4)는 상기 증폭 및 필터부(44-4)의 출력에서 캐리어 주파수를 제거한 상기 적외선 수신센서(42B)로 입력된 빛의 세기에 해당하는 레벨을 검출한다.The amplification and filter unit 44-4 amplifies the red meridian signal received by the infrared ray receiving sensor 42B, and then outputs only the carrier frequency band to the envelope detector 45-4, and the envelope detector 45-4. Detects a level corresponding to the intensity of light input to the infrared receiver 42B from which the carrier frequency is removed from the output of the amplification and filtering unit 44-4.
그리고, 상기 적외선용 엔벨로프 검출기(45-1,45-2,45-4)의 출력은 ADC(51)로 입력되어 각각에 해당하는 디지털 신호로 변환된 후 마이콤(60)으로 입력된다.In addition, the outputs of the infrared envelope detectors 45-1, 45-2, and 45-4 are inputted to the ADC 51, converted into corresponding digital signals, and then input to the microcomputer 60.
또한, 상기 적외선용 엔벨로프 검출기(45-2)의 출력은 코드 해석 및 좌표 산출의 기준으로 삼기 위하여 비교기(52)에서 내부 기준신호와 비교되어 시간 간격 해석이 가능한 타이밍 신호로 변환되고, 초음파용 엔벨로프 검출기(45-3)의 출력은 비교기(53)에서 내부 기준 신호와 비교되어 그에 해당하는 타이밍 신호로 변환된다.In addition, the output of the infrared envelope detector 45-2 is converted into a timing signal that can be analyzed in time intervals by comparing with the internal reference signal in the comparator 52, as a reference for code analysis and coordinate calculation. The output of the detector 45-3 is compared with the internal reference signal in the comparator 53 and converted into a corresponding timing signal.
이때, 상기 비교기(52)의 출력은 코드 해석을 위해 마이콤(60)으로 입력됨과 동시에 좌표 산출을 위해 위상차 검출기(54)로 입력된다.At this time, the output of the comparator 52 is input to the microcomputer 60 for code interpretation and to the phase difference detector 54 for coordinate calculation.
상기 위상차 검출기(54)는 상기 비교기(52)에서 출력되는 적외선 신호를 기준으로 비교기(53)에서 출력되는 초음파 신호의 위상차를 검출하여 상기 마이콤(60)으로 출력한다.The phase difference detector 54 detects the phase difference of the ultrasonic signal output from the comparator 53 based on the infrared signal output from the comparator 52 and outputs the phase difference to the microcomputer 60.
상기 마이콤(60)은 상기 비교기(52)에서 출력되는 타이밍 신호의 시간 간격을 통하여 코드식별파형 및 동기식별파형을 해석하고, 식별된 코드가 커서를 움직이지 않는 명령 코드라면 일반적인 처리를 수행하고, 커서 움직임 명령 코드라면 상기 공간위치 해석수단(50)에서의 데이터들을 이용하여 X, Y, Z축의 좌표를 산출한다.The microcomputer 60 interprets the code identification waveform and the synchronous identification waveform through the time interval of the timing signal output from the comparator 52, and performs general processing if the identified code is a command code that does not move the cursor. If the cursor movement command code, the coordinates of the X, Y, and Z axes are calculated using the data in the spatial position analyzing means 50.
따라서, 식별된 코드가 커서 움직임 명령 코드라면 상기 마이콤(60)은 적외선 발광부(32)에서 송출하는 적외선 신호의 세기의 레벨이 적외선 수신센서(42A,42B)에 X축으로 지향하는 각도에 따라서 상대적 차이가 생기게 되므로 이러한 현상을 이용하여 X축 좌표값을 계산한다. 즉, 위치지시수단(30)을 통해 적외선 신호가 송출되면, 적외선 수신센서(42A,42B) 또는 (42A,42B,42C)에서 검출되는 각각의 적외선 신호의 세기의 레벨 차이를 산출하여 X 좌표를 구한다.Accordingly, if the identified code is a cursor movement command code, the microcomputer 60 may change the level of the intensity of the infrared signal transmitted from the infrared light emitting unit 32 according to the angle at which the X-axis is directed to the infrared receiving sensors 42A and 42B. Since there is a relative difference, the X-axis coordinate value is calculated using this phenomenon. That is, when the infrared signal is transmitted through the position indicating means 30, the X coordinate is calculated by calculating the level difference of the intensity of each infrared signal detected by the infrared receiving sensors 42A, 42B or 42A, 42B, 42C. Obtain
그리고, 초음파 발생부(31A)가 송출하는 초음파 세기의 레벨과 초음파 발생부(31B)가 송출하는 초음파 세기의 레벨이 초음파 수신 센서(43)에 Y축으로 지향하는 각도에 따라서 상대적 차이가 생기게 되므로 이러한 현상을 이용하여 Y축 좌표값을 계산한다. 즉, 상기 비교기(52)에서 출력되는 적외선 신호의 검출시점을 기준으로 초음파 발생부(31A)에서 송출된 초음파가 초음파 수신센서(43)에 도달하는 시간 차이와 초음파 발생부(31B)에서 송출된 초음파가 초음파 수신센서(43)에 도달하는 시간 차이를 구하고, 다시 두 시간차이의 상대적인 차이를 구하여 Y 좌표값을 계산한다.Since the level of the ultrasonic intensity transmitted by the ultrasonic wave generator 31A and the level of the ultrasonic intensity transmitted by the ultrasonic wave generator 31B are caused to be relatively different depending on the angle directed to the ultrasonic receiving sensor 43 in the Y-axis, Using this phenomenon, the Y-axis coordinate value is calculated. That is, based on the detection time of the infrared signal output from the comparator 52, the time difference between the ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic generator 31A reaching the ultrasonic receiver sensor 43 and the ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic generator 31B is transmitted. The time difference at which the ultrasonic wave reaches the ultrasonic receiving sensor 43 is obtained, and the relative difference between the two time differences is obtained, and the Y coordinate value is calculated.
이것은 적외선은 빛이고 초음파는 음파이므로 수신수단으로의 적외선 도달 시간이 초음파 도달시간보다 빠르기 때문에 가능하다.This is possible because the infrared rays are light and the ultrasonic waves are sound waves, so the infrared arrival time to the receiving means is faster than the ultrasonic arrival time.
또한, 상기 비교기(52)에서 출력되는 적외선 신호의 검출시점을 기준으로 초음파 발생부(31A)에서 송출되는 초음파가 초음파 수신센서(43)에 도달하는 시간 차이와 초음파 발생부(31B)에서 송출되는 초음파가 초음파 수신센서(43)에 도달하는 시간 차이를 구하고, 다시 두 시간차이의 평균값을 취하여 Z 좌표값을 구한다.In addition, based on the detection time of the infrared signal output from the comparator 52, the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic generator 31A is transmitted by the ultrasonic generator 31B and the time difference between reaching the ultrasonic receiver sensor 43. The time difference at which the ultrasonic wave reaches the ultrasonic receiving sensor 43 is obtained, and the Z coordinate value is obtained by taking the average value of the two time differences again.
이와 같이 상기 마이콤(60)은 X, Y, Z 좌표를 구하여 상기 위치지시수단(30)과 검출수단(40)간의 위치를 3차원으로 결정하고, 위치 제어수단(70)은 상기 위치 지시수단(30)과 검출수단(40)의 상대적 위치 이동에 따른 현재의 커서 위치를 상기 마이콤(60)에서 결정된 3차원 위치로 이동시킨다.As described above, the micom 60 obtains X, Y, and Z coordinates to determine the position between the position indicating means 30 and the detection means 40 in three dimensions, and the position control means 70 determines the position indicating means ( 30) and the current cursor position according to the relative position movement of the detection means 40 is moved to the three-dimensional position determined by the microcomputer 60.
한편, 제6도는 본 발명에 따른 3차원 무선포인팅 장치의 배열 구조의 다른 실시예를 나타낸 것으로서, 일정한 주기의 초음파 및 적외선 신호를 송출하는 위치지시수단(30)은 X축으로 일정한 각도를 갖도록 배열된 적외선 발광부(31A,31B) 및 적외선 발광부(31A,31B) 사이에 초음파 발생부(32)를 배열하고, 송신된 초음파 및 적외선 신호를 수신하는 검출수단(40)은 디스플레이 장치(41)의 좌측 또는 우측의 상단부와 하단부에 Y축으로 일정한 거리를 두고 초음파 수신센서(42A,42B)를 배열하고 중앙에 초음파 수신센서(42C) 및 적외선 수신센서(43)를 배열하여 포인트 위치의 좌표값 계산을 위에서 설명한 것과는 반대로 수행한다.On the other hand, Figure 6 shows another embodiment of the arrangement structure of the three-dimensional wireless pointing device according to the present invention, the position indicating means 30 for transmitting ultrasonic and infrared signals of a certain period is arranged to have a constant angle on the X axis The ultrasonic generator 32 is arranged between the infrared light emitting units 31A and 31B and the infrared light emitting units 31A and 31B, and the detection means 40 for receiving the transmitted ultrasonic and infrared signals is displayed in the display device 41. The ultrasonic receiving sensors 42A and 42B are arranged at a constant distance along the Y axis at the upper and lower ends of the left side or the right side, and the ultrasonic receiving sensor 42C and the infrared receiving sensor 43 are arranged at the center of the coordinate value of the point position. Perform the calculation in the opposite way as described above.
제7도는 본 발명에 따른 3차원 무선포인팅 장치의 배열구조의 또 다른 실시예로서, 위치지시수단(30)에서 송출된 적외선 및 초음파 신호를 수신하는 적외선 수신센서(42A,42B,42C) 및 초음파 수신 센서(43)를 디스플레이 장치(41)에 장착하지 않고 별도의 센서 부착 장치(70)를 구비하여 디스플레이 장치(41) 외부에 부착하고, 상기 센서 부착 장치(70)에 상기 적외선 수신센서(42A,42B,42C) 및 초음파 수신 센서(43)를 부착하여 외장형 수신부(80)를 구성한 후 타기기에 접속되게 함으로서, 아답터 형태로 구성할 수 있게 한다.7 is another embodiment of the arrangement of the three-dimensional wireless pointing device according to the present invention, the infrared receiving sensor (42A, 42B, 42C) and the ultrasonic wave receiving infrared and ultrasonic signals transmitted from the position indicating means 30 Rather than attaching the reception sensor 43 to the display device 41, a separate sensor attachment device 70 is provided and attached to the outside of the display device 41, and the infrared ray reception sensor 42A is attached to the sensor attachment device 70. , 42B, 42C) and the ultrasonic receiving sensor 43 are attached to form an external receiving unit 80 and then connected to other devices, thereby enabling an adapter form.
한편, 본 발명의 위치지시수단(30)은 상기와 같이 동일한 캐리어 주파수를 갖는 초음파를 서로 다른 타이밍으로 송출하거나, 또는 서로 다른 캐리어 주파수를 갖는 초음파를 동시에 발생할 수도 있다.Meanwhile, the position indicating means 30 of the present invention may transmit ultrasonic waves having the same carrier frequency at different timings as described above, or generate ultrasonic waves having different carrier frequencies at the same time.
상술한 실시예에서는 송신축에는 단일의 초음파 발생부(32)와 복수개 적외선 발광부(31A,31B)를 배치로 하고 수신측에서는 단일의 초음파 수신센서(43)와 복수개의 적외선 수신센서(42A,42B,42C)를 배치하는 구조에 대한 경우이나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어, 송신측에서는 복수개의 초음파 발생부(31A,31B)와 단일의 적외선 발광부(32)를 배치하고 수신측에서는 단일의 적외선 수신센서(43)와 복수개의 초음파 수신센서(42A,42B,42C)를 배치하는 구조나, 또는 송신측에는 복수개의 적외선 발광부(31A,31B)와 단일의 초음파 발생부(32)를 배치하고 수신측에는 복수개의 초음파 수신센서(43)와 단일의 적외선 수신센서(42A,42B,42C)를 배치하는 구조나 또는 송신측에서는 단일 적외선 발광부(32)와 복수개의 초음파 발생부(31A,31B)를, 그리고 수신측에서는 단일의 초음파 발생부(43)와, 복수개의 적외선 발광부(42A,42B,42C)를 각 배치하는 구조 중 어느 것을 사용하여도 된다.In the above-described embodiment, a single ultrasonic wave generator 32 and a plurality of infrared light emitting units 31A and 31B are arranged on the transmission axis, and a single ultrasonic wave receiver 43 and a plurality of infrared ray receivers 42A and 42B are arranged on the receiving side. And the present invention is not limited thereto. For example, a plurality of ultrasonic wave generators 31A and 31B and a single infrared light emitting unit 32 are arranged on the transmitting side, and the receiving side is arranged on the receiving side. A single infrared receiving sensor 43 and a plurality of ultrasonic receiving sensors 42A, 42B and 42C are arranged, or a plurality of infrared light emitting units 31A and 31B and a single ultrasonic generator 32 are provided on the transmitting side. Arrangement and a plurality of ultrasonic receiving sensors 43 and a single infrared receiving sensor 42A, 42B, 42C on the receiving side, or a single infrared light emitting unit 32 and a plurality of ultrasonic generating units 31A, 31B on the transmitting side. ) And on the receiving end And of the ultrasonic generator 43, a plurality of infrared light emitting portion (42A, 42B, 42C) may be used any of a structure in which each batch.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 3차원 무선포인팅 장치에 의하면, 송신측에는 소정축으로 일정 각도를 갖게 복수개의 초음파 발생부와 단일의 적외선 발광부를 배치하고 수신측에는 이를 수신할 수 있는 복수개의 적외선 수신센서와 단일의 초음파 수신센서를 상기 송신측의 초음파 발생부 및 적외선 발광부와 직각 교차하도록 배치함으로써, 지향위치에 따라서 발생하는 적외선 및 초음파 신호의 강도를 측정하고 적외선 도달시간과 초음파 도달시간의 상대적인 시간차이를 산출하여 입체표시장치의 3차원 공간상에서의 좌표값을 구하고 구해진 좌표값으로 피제어대상인 커서 또는 메뉴 등의 위치를 제어하는 효과가 있다.As described above, according to the 3D wireless pointing device according to the present invention, a plurality of infrared ray receiving sensors capable of receiving a plurality of ultrasonic wave generation units and a single infrared light emitting unit having a predetermined angle on a transmitting side and receiving the same on the transmitting side are provided. And a single ultrasonic receiver arranged at right angles to the ultrasonic generator and infrared emitter on the transmitting side, thereby measuring the intensity of the infrared and ultrasonic signals generated according to the directing position, and the relative time between the infrared arrival time and the ultrasonic arrival time. By calculating the difference, it is possible to obtain coordinate values in the three-dimensional space of the stereoscopic display device and to control the position of a cursor or a menu to be controlled using the obtained coordinate values.
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