DE69722765T2

DE69722765T2 - Verfahren zur bestimmung der stiftgeschwindigkeit entlang einer graphischen tafel und für das ausführen des verfahrens adaptierte graphische tafel

Info

Publication number: DE69722765T2
Application number: DE69722765T
Authority: DE
Inventors: Afolabi Kofi MAKINWA
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1996-10-11
Filing date: 1997-09-08
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2017-09-09
Also published as: DE69722765D1; WO1998016898A1; EP0867013B1; JP2000502480A; US6271836B1; JP3984295B2; EP0867013A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen einer Geschwindigkeit eines Stiftes in einer Richtung über eine graphische Tafel, die mit einem regelmäßigen Muster von Leitern versehen ist, durch Messung eines elektromagnetischen Signals, hervorgerufen in dem Stift durch eine Reihenschaltung, wobei diese genannte Reihenschaltung eine Aufeinanderfolge von Elementen ist, wobei jedes Element aus aufeinander folgenden elektrischen Impulsen besteht, die in betreffenden Leitern erzeugt werden und wobei jedes Element der Reihenschaltung in dem Stift ein Stiftsignal erzeugt, das eine Kombination von Reaktionen auf die Impulse dieses Elementes ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine graphische Tafel mit einem Stift, einem regelmäßigen Muster von Leitern und einer ersten Betreibungseinheit zum Erzeugen einer ersten Reihenschaltung, wobei diese genannte erste Reihenschaltung eine Aufeinanderfolge von Elementen ist, wobei jedes Element aus aufeinander folgenden elektrischen Impulsen in den betreffenden Leitern besteht, wobei jedes Element der ersten Reihenschaltung in dem Stift ein betreffendes Stiftsignal verursacht, das eine Kombination von Reaktionen auf die Impulse dieses Elementes ist.
Graphische Tafeln werden allgemein als Dateneingabevorrichtungen verwendet. Dadurch, dass ein Zeigermittel (hier als Stift bezeichnet) in oder in die Nähe eines bestimmten Gebietes auf der Tafel gestellt wird, kann der Benutzer eine bestimme Aktion auf eine An und Weise auslösen, die als natürlich erfahren wird. Im Allgemeinen gesagt ist eine graphische Tafel mit einem LCD-Wiedergabeschirm integriert. Eine erste mögliche Verwendung einer derartigen Kombination ist Symbole am Wiedergabeschirm zu reproduzieren, die Benutzeroptionen darstellen, die der Benutzer mit Hilfe der graphischen Tafel dadurch selektieren kann, dass er den Stift in die Nähe eines derartigen Symbols bringt. Eine zweite mögliche Verwendung ist das Eingeben von Text, beispielsweise für eine Textverarbeitungsapplikation, wo Text dadurch eingegeben wird, dass mit Hilfe des Stiftes Text auf die Tafel geschrieben wird. Genaue Determinierung der Lage des Stiftes längs der Tafel ist für die beiden möglichen Einsätze wichtig.
Nach dem US Patent 5.229.551 wird nicht nur die Position sondern auch die Geschwindigkeit des Stiftes bestimmt. Der Grund ist, dass die Geschwindigkeitsinformation benutzt werden kann zum Erzielen einer genaueren Determinierung der Position. Weil die Positionen des Stiftes nacheinander in zwei Richtungen bestimmt werden, tritt eine An von Hystereseeffekt auf. Kompensation für diesen Effekt kann durch Verwendung eines Korrekturalgorithmus mit der Stiftgeschwindigkeit als einer der Parameter erreicht werden.
Aus dem genannten Patent geht hervor, dass die Position des Stiftes in erster Instanz dadurch bestimmt wird, dass eine Folge von Impulsen in Bezug auf Leiter, vorgesehen in einem Matrixmuster erzeugt werden, wobei die Position des Stiftes von einem Stiftsignal als Folge dieser Impulse hergeleitet wird. Die Geschwindigkeit des Stiftes in einer Richtung längs der Tafel wird daraufhin aus einer Anzahl aufeinander folgender Stiftpositionen ermittelt. Zum Schluss wird diese Geschwindigkeitsinformation benutzt zum Kompensieren des genannten Hystereseeffektes. Es ist ein Nachteil dieses indirekten Verfahrens zum Ermitteln der Geschwindigkeit, dass die Messungen nicht effizient benutzt werden.
Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der genannten An zu schaffen, wobei die Information, die sich in dem Stiftsignal befindet, auf mehr effiziente An und Weise benutzt wird. Dazu weist ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung das Kennzeichen auf, dass die Stiftgeschwindigkeit in der genannten Richtung aus der Form des Stiftsignals auf beiden Seiten eines örtlichen Maximalwertes in dem Stiftsignal hergeleitet wird. Es hat sich versuchsweise herausgestellt, dass die Form des Stiftsignals von der Geschwindigkeit abhängig ist.
Eine Graphiktafel nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass die graphische Tafel mit einer Detektionseinheit versehen ist zum Herleiten einer Stiftgeschwindigkeit in einer ersten Richtung über die Tafel, und zwar aus der Form des Stiftsignals auf beiden Seiten eines örtlichen Maximalwertes in dem Stiftsignal.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dargestellt in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, besteht darin, dass die zur Bestimmung der einen Position in der einen Richtung erzeugten Abtastwerte ausreichen zum Bestimmen der Geschwindigkeit in derselben Richtung. Deswegen erfordert die Bestimmung der Geschwindigkeit in der betreffenden Richtung nicht eine zweite Positionsbestimmung. Weiterhin wird die Information in dem Stiftsignal besser ausgenutzt und die Strecke des Stiftes längs der Tafel kann genau ermittelt werden, während weniger gemessene Stiftpositionen benutzt werden, durch Anwendung von Interpolation auf Basis der ebenfalls erhaltenen Geschwindigkeitsinformation. Die Geschwindigkeitsinformation kann auch benutzt werden zur aktiven, adaptiven Filterung des Stiftsignals vor der Extraktion der Stiftposition, damit das Rauschen unterdrückt wird. Diese Anwendung der Geschwindigkeitsinformation ist in dem US Patent 5.053.757 beschrieben worden. Information in Bezug auf die Stiftgeschwindigkeit kann auch nützlich sein für Aspekte, anders als die genaue Positionsbestimmung, beispielsweise zur Handschrifterkennung.
Weitere interessante Aspekte der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben worden. Relevanter Stand der Technik steht in dem US Patent 5.231.381 (PHN 13.100) und dem US Patent 5.402.151 (PHN 13.100) und in den Europäischen Patentanmeldungen EP-A 0 756 733 und EP-A 0 756 723, entsprechend den US Patentanmeldungen 08/602.547 (PHN 15.210) und 08/603.958 (PHN 15.209) auf den Namen der Anmelderin.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden Fall näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Darstellung einer Graphiktafel mit einem Stift, der einen Teil davon bildet,
2 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Tafel,
3 Detektionssignale, die in der bevorzugten Ausführungsform verwendet werden,
4 ein Beispiel eines Stiftsignals, assoziiert mit der bevorzugten Ausführungsform, und
5 den Effekt der Stiftgeschwindigkeit auf das Stiftsignal der bevorzugten Ausführungsform.
1 zeigt eine Ausführungsform einer Graphiktafel 100. Die Tafel ist über einen leitenden Draht 104 mit dem Stift 102 verbunden. Durch Manipulation des Stiftes 102 kann ein Benutzer Daten für eine (nicht Dargestellte) Datenverarbeitungseinheit eingeben, die mit der Tafel 100 verbunden oder darin integriert ist.
2 zeigt schematisch die Konstruktion der Graphiktafel, wobei eine bevorzugte Version des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die Tafek 200 umfasst einen LCD-Wiedergabeschirm 202, der mit einem Muster von Leitern versehen ist, wobei dieses Muster aus gegenüber einander isolierten Reihen 204 und Spalten 206 besteht, die sich senkrecht zueinander erstrecken. Entsprechend der VGA-Norm gibt es insgesamt 525 Reihen und 640 Spalten und die Pixelgröße ist etwa 0,3 mm. Dieses Muster von Leitern wird von einer ersten Treibereinheit oder von einem Reihentreiber 208 und einer zweiten Treibereinheit oder einem Spaltentreiber 210 angetrieben, die imstande sind, jede Reihe und jede Spalte mit Hilfe einer bestimmten Impulsform anzutreiben. Die Wirkungsweise des Reihentreibers 208 und des Spaltentreibers 210 geschieht unter Ansteuerung der Steuereinheit 216.
Das Muster von Leitern dient zunächst zum Erzeugen von Bildern auf dem LCD-Wiedergabeschirm mit einer Frequenz von 60 Hz. Es sind mehrere Prinzipien bekannt zum Erzeugen eines Bildes an einem LCD-Wiedergabeschirm, das mit einem Muster von Leitern versehen ist, wie in 2 dargestellt. Diese Prinzipien heben gemein, dass ein Bild dadurch erzeugt wird, dass die richtigen Signale in dem Muster von Leitern erzeugt werden.
Das Muster von Leitern ist ebenfalls geeignet zum Liefern von Detektionssignalen zum Ermitteln der Position des Stiftes 212. An dem einen Ende ist der Stift 212 mit einer leitenden Kugel versehen, in der durch kapazitive Kopplung von Spannungen in dem Muster von Leitern ein Stiftsignal entsteht, wobei die gewünschte Information mit Hilfe einer Positions- und Geschwindigkeitseinheit 214 aus dem genannten Stiftsignal hergeleitet wird. Das Stiftsignal ist nur dann stark genug, wenn das Ende mit der Kugel nahe genug an die Tafel gehalten wird. Die Lieferung der Detektionssignale und der Signale für die Wiedergabeschirmfunktion kann in Zeitmultiplex erfolgen (wie in US 4.686.332 beschrieben) oder teilweise simultan (wie in EP-A 0 622 754 beschrieben); in dem letzteren Fall wird die Position des Stiftes in der einen Richtung mit Hilfe derselben Signale ermittelt, wie erforderlich zum Erzeugen des Bildes. Es sei bemerkt, dass die spezifische Integration der Graphiktafel und der Wiedergabeschirmfunktion für die vorliegende Erfindung irrelevant ist.
Ein adaptives Tiefpassfilter 218 ist vorgesehen zum Filtern des Stiftsignals, wobei der Grad der Filterung eine Funktion der Stiftgeschwindigkeit durch die Detektionseinheit 214 ist.
Die Position und die Geschwindigkeit in der horizontalen Richtung, d. h. parallel zu den Reihen wird in dieser Ausführungsform dadurch bestimmt, dass der Spal tentreiber 210 nacheinander die Spalten x_l bis x_m mit einer Folge von Impulsen P betrieben wird, wie in 3 dargestellt. Eine derartige Folge von Impulsen in den betreffenden Leitern ist hier als Element bezeichnet. Aufeinanderfolgende Elemente bilden eine Reihe. Das Timing jedes Elementes wird durch die Steuereinheit 216 gesteuert. In einem festen Zeitintervall T_b werden alle Spalten betrieben, wobei die Zeitabhängigkeit der Impulse in den betreffenden Spalten genau bekannt ist. Für eine genaue Bestimmung der Position ist es erwünscht, dass im normalen Betrieb innerhalb des Zeitintervalls T_h der Stift nur über einen kleinen Abstand bewegen wird. In der Praxis bedeutet dies eine obere Grenze der T_h von etwa 20 ms.
Bei anderen Ausführungsformen kann das nicht Betreiben einiger Spalten oder das simultane Betreiben einiger benachbarter Spalten bevorzugt werden. Weiterhin brauchen aufeinander folgende Elemente einer Reihe nicht gleich zu sein. So ist es beispielsweise möglich, zunächst alle geradzahligen und danach alle ungeradzahligen Spalten zu betreiben, oder zunächst die Spalten x_l bis x_m und danach die Spalten x_m bis x_l zu betreiben. Andere Impulsformen sind durchaus möglich, insbesondere wenn die Impulse auch zum Erzeugen eines Bildes an dem LCD-Wiedergabeschirm verwendet wird und die Konstruktion des LCD-Wiedergabeschirms eine spezifische Impulsform voraussetzt.
4 gibt den Eindruck der Form des Stiftsignals 400, erzeugt in dem Stift durch kapazitive Kopplung durch die Impulse des Elementes in der bevorzugten Ausführungsform. Die Umhüllende 402 des Stiftsignals ist glockenförmig. Die bei der Zuführung der Impulse sehr nahe bei dem Stift liegenden Spalten liefern den größten Beitrag zu dem Stiftsignals. Der Zeitpunkt, zu dem die Umhüllende des Stiftsignals maximal ist, wird in der Detektionseinheit 214 nach 2 bestimmt, und zwar auf Basis einer erfolgreich gleichgerichteten, gefilterten und abgetasteten Version des Stiftsignals. Die Spalte, die bei der Zuführung der Impulse dem Stift am nächsten liegt, und folglich der Wert der Stiftposition in der horizontalen Richtung kann dann auf einfache Weise über die bekannte Zeitabhängigkeit der zugeführten Impulse hergeleitet werden.
5 zeigt den Effekt einer horizontalen Stiftbewegung während der Betreibung der Spalten durch die genannten Impulse. Die Kurve 500 ist das Stiftsignal, gemessen in dem Ruhezustand des Stiftes. Die Breite des glockenförmigen Teils der Umhüllenden des Stiftsignals variiert als eine Funktion der horizontalen Stiftgeschwindigkeit. Wenn der Stift sich in Richtung der Spalte x_m verlagert, werden die Spalten auf beiden Seiten der Spalte, die den größten Beitrag zu dem Stiftsignal liefert, zu dem Zeitpunkt, wo sie betrieben werden, näher bei dem Stift liegen. Sie liefern auf diese Weise einen relativ größeren Beitrag zu dem Stiftsignal als wenn der Stift sich in dem Ruhezustand befindet. Auf diese Weise wird die Glockenform verbreitert (Kurve 502). Genau die entgegengesetzte Situation tritt auf, wenn der Stift in Richtung der Spalte x_l verlagert wird. Die Spalten auf beiden Seiten der Spalt, die den größten Beitrag zu dem Stiftsignal liefert, wird dann weiter von dem Stift liegen, wenn sie betrieben werden. Auf diese Weise liefern sie einen relativ kleineren Beitrag zu dem Stiftsignal, als wenn der Stift sich in dem Ruhezustand befindet. Die Glockenform wird auf diese Weise verengt (Kurve 504). Eine Folge von Impulsen durch die betreffenden Spalten anders als die dieser bevorzugten Ausführungsform wird auch einen derartigen von der Geschwindigkeit abhängigen Effekt in dem Stiftsignal einführen. Die Detektionseinheit 214 nach 2 ermittelt die Breite der Glockenform aus den gleichen Abtastwerten wie für die Ermittlung der horizontalen Lage erhalten. Dazu bestimmt die Detektionseinheit 214 an der ansteigenden sowie an der abfallenden Flanke der Glockenform den Zeitpunkt, zu dem die Glockenform den halben Maximalwert erreicht. Der auf diese Weise gefundene Zeitabstand zwischen den beiden Abtastwerten ist ein Maß für die Breite der Glockenform. Daraufhin vergleicht die Detektionseinheit 214 den erhaltenen Wert mit einer Tabelle, aus der die Größe und die Richtung der horizontalen Geschwindigkeit folgen. Andere Verfahren zum Detektieren der horizontalen Geschwindigkeit aus der Breite sind möglich, beispielsweise mit Hilfe einer experimentell erhaltenen Formel.
In der bevorzugten Ausführungsform reicht das aus einem einzigen Element herrührende Stiftsignal zum Ermitteln der Position und der Geschwindigkeit in nur einer Richtung. Wiederholung dieses Prozesses führt zu einer Reihe dieser Elemente.
Es sei bemerkt, dass die Tatsache, dass die Tafel endliche Abmessungen hat, die Symmetrien der Glockenform beeinträchtigt. Diese Asymmetrie ist in der Zeichnung nicht dargestellt. In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung könnte diese Asymmetrie benutzt werden zum Ermitteln der Stiftgeschwindigkeit.
Die Position und die Geschwindigkeit des Stiftes in der vertikalen Richtung, d. h. parallel zu den Spalten wird mit Hilfe der Reihen y_l bis y_n und einer zweiten Reihe auf entsprechende Weise bestimmt. Die erhaltene Positions- und die Geschwindigkeitsinformation, in 2 durch die Bezugszeichen (x, y) bzw. (v_x, v_y) bezeichnet, können auf die oben beschriebene Art und Weise in einer Tafel benutzt werden oder sie können der oben genannten Datenverarbeitungseinheit zugeführt werden.

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Geschwindigkeit eines Stiftes in einer Richtung über eine graphische Tafel, die mit einem regelmäßigen Muster von Leitern versehen ist, durch Messung eines elektromagnetischen Signals, hervorgerufen in dem Stift durch eine Reihenschaltung, wobei diese genannte Reihenschaltung eine Aufeinanderfolge von Elementen ist, wobei jedes Element aus aufeinander folgenden elektrischen Impulsen besteht, die in betreffenden Leitern erzeugt werden und wobei jedes Element der Reihenschaltung in dem Stift ein Stiftsignal erzeugt, das eine Kombination von Reaktionen auf die Impulse dieses Elementes ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stiftgeschwindigkeit in der genannten Richtung aus der Form des Stiftsignals auf beiden Seiten eines örtlichen Maximalwertes in dem Stiftsignal hergeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stiftgeschwindigkeit in der genannten Richtung aus dem Abstand zwischen den zwei Flanken auf beiden Seiten des örtlichen Maximalwertes in dem Stiftsignal berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Position des Stiftes in der genannten Richtung aus der Stelle des örtlichen Maximalwertes des Stiftsignals hergeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stiftpositionen nacheinander in einer ersten und in einer zweiten Richtung bestimmt werden, zusammen mit zugehörigen Stiftgeschwindigkeiten, wobei die zweite Richtung sich quer zu der ersten Richtung erstreckt, wonach die ermittelte Stiftposition in der einen Richtung durch eine Schätzung der Stiftposition in dieser Richtung ersetzt wird, und zwar zu dem Zeitpunkt der Messung der anderen Stiftposition, wobei die genannte Schätzung auf Basis der ermittelten Stiftpositionen und Stiftgeschwindigkeiten gemacht wird, so dass zwei Stiftpositionen in zwei verschiedenen Richtungen erhalten werden, die mit demselben Zeitpunkt assoziiert sind.
Graphische Tafel mit einem Stift, einem regelmäßigen Muster von Leitern und einer ersten Betreibungseinheit zum Erzeugen einer ersten Reihenschaltung, wobei diese genannte erste Reihenschaltung eine Aufeinanderfolge von Elementen ist, wobei jedes Element aus aufeinander folgenden elektrischen Impulsen in den betreffenden Leitern besteht, wobei jedes Element der ersten Reihenschaltung in dem Stift ein betreffendes Stiftsignal verursacht, das eine Kombination von Reaktionen auf die Impulse dieses Elementes ist, dadurch gekennzeichnet, dass die graphische Tafel mit einer Detektionseinheit versehen ist zum Herleiten einer Stiftgeschwindigkeit in einer ersten Richtung über die Tafel, und zwar aus der Form des Stiftsignals auf beiden Seiten eines örtlichen Maximalwertes in dem Stiftsignal.
Graphische Tafel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit vorgesehen ist zum Ermitteln der Stiftgeschwindigkeit in der ersten Richtung aus dem Abstand zwischen den beiden Flanken auf beiden Seiten des örtlichen Maximalwertes in dem Stiftsignal.
Graphische Tafel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tafel und der Stift geeignet sind zur kapazitiven Übertragung elektrischer Spannungen in dem genannten Muster von Leitern zu dem Stift, was zu dem genannten Stiftsignal führt.
Graphische Tafel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Muster von Leitern einen ersten Satz paralleler gerader Leiter in einer Ebene aufweist, die sich parallel zu der Tafel erstreckt, wobei die Richtung der Leiter sich quer zu der ersten Richtung erstreckt, und dass die erste Betreibungseinheit zum Erzeugen der ersten Reihenschaltung in dem ersten Satz von Leitern vorgesehen ist.
Graphische Tafel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Muster von Leitern einen zweiten Satz paralleler Leiter aufweist, die sich quer zu dem ersten Satz erstrecken, dass die graphische Tafel eine zweite Betreibungseinheit aufweist zum Erzeugen einer zweiten Reihenschaltung in dem zweiten Satz von Leitern, und dass die Detektionsschaltung zum Ermitteln einer Stiftgeschwindigkeit in einer zweiten Richtung über die Tafel vorgesehen ist, und zwar in einer Art und Weise, entsprechend der Ermittlung der Stiftgeschwindigkeit in der ersten Richtung.
Graphische Tafel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit vorgesehen ist zum Herleiten einer Position des Stiftes in der ersten Richtung über die Tafel aus der Stelle eines örtlichen Maximalwertes des Stiftsignals, verursacht durch ein Element der ersten Reihenschaltung, und dass die Detektionseinheit vorgesehen ist zum Herleiten einer Position des Stiftes in der zweiten Richtung über die Tafel aus der Stelle eines örtlichen Maximalwertes eines Stiftsignals, verursacht durch ein Element der zweiten Reihenschaltung.
Graphische Tafel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit vorgesehen ist zum Ermitteln der Stiftpositionen und der Stiftgeschwindigkeiten in der ersten bzw. zweiten Richtung und zum nachfolgenden Ersetzen der ermittelten Stiftposition in der einen Richtung durch eine Schätzung der Stiftposition in dieser Richtung zu dem Zeitpunkt der Messung der Stiftposition in der anderen Richtung, so dass zwei Stiftpositionen in zwei verschiedenen Richtungen erhalten werden, die ein und demselben Zeitpunkt zugeordnet sind.
Graphische Tafel nach Anspruch 5, mit einem adaptiven Tiefpassfilter zum Filtern des Stiftsignals, wobei der Filtergrad eine Funktion der Stiftgeschwindigkeit ist.