KR100226640B1 - 좌표 입력 장치 및 그 방법 - Google Patents

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마사끼 도끼오까
하지메 사또
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미따라이 하지메
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Abstract

2개의 진동 센서에 의해 정밀하게 좌표를 계산할 수 있는 좌표 입력 장치 및 방법이 제공된다. 입력 펜의 진동 발생은 적어도 2종류의 형태로 제어된다. 각각이 입력 펜으로부터 진동을 검출하는 적어도 2개의 진동 센서가 제공된다. 각 형태의 진동이 진동 센서마다에 도달할 때까지의 시간에 기초하여 입력 펜의 입력 위치로부터 거리는 각각의 형태의 진동마다 계산된다. 계산되는 각각의 형태의 진동마다 계산되는 거리들 사이의 차이는 진동 센서마다 계산된다.

Description

좌표 입력 장치 및 그 방법
제1도는 종래의 좌표 입력 장치의 구성예를 도시한 블록도.
제2도는 평면파의 f ·d 곡선을 도시한 도면.
제3도는 본 발명에 따른 신호 파형 검출기의 종래예를 도시한 블록도.
제4도는 신호 파형 검출기의 동작을 설명하는 파형도.
제5도는 제어기의 종래예를 도시한 블록도.
제6도는 전달 시간의 측정 루틴의 프로세스의 흐름을 도시한 플로우차트.
제7도는 좌표값의 계산 루틴의 프로세스의 흐름을 도시한 플로우차트.
제8도는 차분 표의 개념적인 구성을 도시한 도면.
제9도는 피크 오차를 정정하여 좌표값을 계산하는 루틴의 프로세스의 흐름을 도시한 플로우차트.
제10도는 오차 발생을 판단하는 종래 방법의 예를 도시한 도면.
제11a도는 2 펄스 구동에 의한 구동 파형 및 2 펄스 구동에서 각각의 진동센서(6a 내지 6b)가 검출할 때의 검출된 파형을 도시한 도면.
제11b도는 3 펄스 구동에 의한 구동 파형 및 3 펄스 구동에서 각각의 진동센서(6a 내지 6b)가 검출할 때의 검출된 파형을 도시한 도면.
제12a도는 1 펄스 구동에 의한 구동 파형이 진동 파형 검출기(9)에 입력될 때의 타이밍차트.
제12b도는 2 펄스 구동에 의한 구동 파형이 진동 파형 검출기(9)에 입력될 때의 타이밍차트.
제13도는 본 실시예의 구동 파형의 발생 회수와 거리 오차 사이의 관계를 도시한 도면.
제14도는 본 실시예에 따른 프로세싱 흐름을 도시한 도면.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 제어기 2 : 진동차 구동기
3 : 진동 입력 펜 4 : 진동자
5 : 펜 팁 6a~6b : 진동 센서
7 : 댐핑재 8 : 진동 전달판
9 : 신호 파형 검출기 10 : 디스플레이 구동기
11 : 디스플레이
[발명의 목적]
[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]
본 발명은 진동 전달판에 입력 펜으로부터 진동을 제공함으로써 좌표를 입력하는 좌표 입력 장치 및 방법에 관한 것이다.
진동 입력 펜으로부터 발생되는 초음파 등의 진동을 검출하고 진동 입력 펜에 의해 지시되는 좌표 위치를 계산하는 좌표 입력 장치에 따르면, 입력 표면으로서 작용하는 태블릿(tablet) 상에 전달되는 진동의 지연 시간에 기초하여 계산된다. 이러한 좌표 입력 장치의 경우에, 이러한 매트릭스형 와이어와 같은 디바이스가 태블릿 상에 설치되지 않기 때문에, 저렴한 장치를 제공할 수 있다. 또한, 투명판 유리가 태블릿으로서 사용되기 때문에, 다른 시스템과 비교하여 투명성이 우수한 좌표 입력장치를 구성할 수 있다.
상기 좌표 입력 장치의 예로서 일본 특허 공보 제 5-62771호가 있다. 이러한 좌표 입력 장치에 따르면, 진동 전달판 상에 전달되는 평면파의 군 지연 시간 및 위상 지연 시간을 측정하고, 진동을 제공하는 위치와 진동을 검출하는 각 센서 사이의 거리를 계산하여 진동을 제공하는 위치(좌표)를 구할 수 있다. 거리를 계산할 때, 위상 지연 시간이 불연속이라는 사실을 고려하여 위상 지연 시간에 기초한 거리를 계산하면 정밀도가 양호하지만, 군 지연 시간으로부터 먼저 개략적인 거리를 계산하고, 그 거리 계산 결과를 이용하여 위상 지연 시간이 연속성을 갖는 영역을 특정하여 거리를 계산한다.
이제 도 2를 참조하여 좌표를 검출하는 절차를 개략적으로 설명하겠다.
참조 번호(1)은 전체 좌표 입력 장치를 제어하는 마이크로컴퓨터; 내부 카운터(도시되지 않음); 동작 수순 등의 프로그램이 기억되는 ROM(도시되지 않음); 데이터의 일시 대피, 작업 영역 등에 사용되는 RAM; 정수 등을 기억하는 비휘발성 메모리 등을 포함하는 제어기를 표시하고 있다.
제어기(1)은 진동 입력 펜(3)에 의해 지시되는 좌표(위치 정보)에 기초하여 디스플레이 구동기(10)을 구동하여 디스플레이(11)에 의해 좌표 표시를 제어하고, 또는 라인에 접속되는 외부 장치에 라인(도시되지 않음)을 통해 좌표를 출력한다. 또한 스타트 신호가 입력될 때, 시간 카운팅 동작이 카운터에 의해 시작되고, 진동 센서(6a 내지 6d)에 의해 진동 검출 타이밍이 동기되며 진동 센서(6a 내지 6d)에 의해 진동이 검출될 때까지 지연 시간이 측정된다.
참조 번호(2)는 진동 펜(3)의 펜 팁을 진동하는 진동자 구동기이다. 참조 번호(8)은 아크릴 판, 유리판 등으로 제조된 진동 전달판을 표시하고 있다. 진동 입력 펜(3)에 의한 좌표 입력 동작은 진동 전달판(8)을 접촉함으로써 행해진다. 또한, 실제로 좌표 입력 동작은 도면에서 실선으로 도시된 영역 A(이하, 유효 영역이라 함)의 점을 진동 입력 펜(3)으로 지정하는 방식으로 행해진다. 진동 전달판(8)의 외주에는 반사 진동이 중심부로 복귀하는 것을 방지(감소)시키는 댐핑재(방진재; 7)이 설치되어 있다. 그들 사이의 코너 경계에 기계적 진동을 전기 신호로 변환하기 위한 압전 소자와 같은 진동 센서(6a 내지 6d)가 고정되어 있다.
참조 번호(9)는 각각의 진동 센서(6a 내지 6d)에 의한 진동을 검출함으로써 얻어진 신호를 전기 신호로 변환하여 제어기(1)에 출력하는 신호 파형 검출기를 표시하고 있다. 신호 파형 검출기(9)는 대역 통과 필터(도시되지 않음), 엔벨로프 검출기(도시되지 않음), 2 회 미분기(도시되지 않음), 전치 증폭기(도시되지 않음)으로 구성된다. 참조 번호(11)은 도트 단위표시가 가능한 액정 디스플레이 등을 포함하는 디스플레이를 도시하고 있다. 디스플레이(11)은 진동 전달판(8) 뒤에 배치되어 있다. 참조 번호(10)은 진동 입력 펜(3)에 의해 입력되는 위치로서의 도트 위치를 디스플레이(1) 상에 표시하는 디스플레이 구동기를 도시하고 있다. 디스플레이상에 표시되는 점은 진동 전달판(8)을 통해 볼 수 있다.
진동 입력 펜(3)에 내장된 진동자(4)는 진동자 구동기(2)에 의해 구동된다. 전동자(4)의 구동 신호는 제어기(1)로부터의 저레벨에서 펄스 신호로서 공급되고 선정된 이득에 의해 진동자 구동기(2)에 의해 증폭된다. 그 후, 신호를 진동자(4)에 공급한다.
전기 구동 신호는 진동자(4)에 의해 기계적 초음파 진동으로 변환되고 펜 팁(5)을 통해 진동 전달판(8)로 전달된다.
진동자(4)의 진동 주파수는 유리 등과 같은 진동 전달판(8)에 판파(platewave)를 발생할 수 있는 값으로 선택된다. 진동자(4)가 구동될 때, 진동 전달판(8)에 수직 진동이 전달되는 모드가 선택된다. 진동자(4)의 진동 주파수를 펜 팁(5)를 포함한 공진 주파수로 설정하여 유효하게 진동 변환을 행할 수 있다. 또한, 진동전달판(8)에 전달되는 탄성파가 판파이고, 표면 음성파 등에 비해 진동 전달판의 표면의 상처, 장애물 등의 영향을 받기 어렵다는 이점이 있다.
상술한 바와 같이 구성된 좌표 입력 장치를 이용하여 진동 입력 펜(3)으로부터의 진동이 진동 전달판(8)을 통해 진동 센서(6a 내지 6d)에 도달할 때까지 요구되는 진동 도달 시간을 계산하는 원칙이 설명되어 있다.
진동 입력 펜(3)으로부터 각각의 진동 센서(6a 내지 6b)까지 전달하는 진동의 속도에 대하여는 램파(Lamb wave; 이하, 이러한 속도를 vg라 함)로서 전달하는 진동군의 속도(이하, 이러한 속도를 vp라 함)와 위상의 진행 속도는 다르다. 예를 들어, 진동 입력 펜(3)으로부터의 진동이 속도(vg, vp)에서 진동 센서(6g)에 도달하는데 요구되는 시간을 각각 tg 및 tp로 하면, 진동 센서(6g)까지의 거리 d는 다음과 같다.
d = vg ·tg ……… (1)
상기 식이 진동 센서(6a 내지 6b)에 관련되었지만, 다른 3개의 진동 센서(6a 내지 6b)와 진동 입력 펜(3) 사이의 거리를 동일한 식으로 유사하게 표시할 수 있다.
또한, 위상 속도를 방향에 기초하는 프로세스가 고정밀도로 좌표를 결정하도록 실행되는 경우에, 진동 센서(6g)와 진동 입력 펜(3) 사이의 거리의 거리 d는 다음과 같다.
d = n ·λp + vp ·tp ……… (2)
여기에서 λp는 탄성파의 파장 및 n은 정수이다.
식 (1) 및 (2)로부터 정수 n을 다음과 같이 표시할 수 있다.
n = INT[(vg ·tg - vp ·tp)/λp + 1/N] ……(3)
여기에서, N은 “0 ”이외의 실수이고 적당한 값을 사용한다. 예를 들어, N=2이면, ±1/2 파장 내의 tg 등의 변화가 있다면 n을 결정할 수 있다.
상술한 바와 같이 구해진 “n ”을 식 (2)에 대입하면, 진동 입력 펜(3)과 진동 센서(6g) 사이의 거리가 불연속이더라도 고정밀도의 위상 지연 시간 tp를 이용하여 정확히 측정할 수 있다.
그러나, 상기 식 (3)의 “n ”의 계산시 오차가 발생하고(이하,“n ”을 오차라함), “n ”의 틀린 값을 가지는 경우, 거리 계산에 있어서 파장의 정수배 만큼의 오차가 발생한다. 일본 공개 공보 제 63-015989호에 있어서는 이러한 오차 발생은 진동 센서의 배치에 기초하여 도 10 에 도시된 기하학적 계산을 이용하여 검출된다.
도 10은 일본 특허 공개 제 63-015989호에 기술된 오차 검출 방법을 설명하는 도면이다.
이 도면에 도시된 바와 같이, 좌표의 원점이 0 으로 설정되고 진동 센서(6a 및 6b)사이의 거리는 X로 설정되며 진동 센서(6a 및 6c) 사이의 거리는 Y로 설정된다.
이제 진동 센서(6a 및 6b)에 각각 검출되는 tp 및 tg에 기초하여 타겟 좌표를 P(X, Y)로 설정한다고 가정하면, 식 (1) 및 (2)를 응용하고 좌표 P와 진동 센서(6a 및 6d) 사이의 거리를 da 및 db로 설정할 때, x 좌표는 3 제곱 정리에 의해 다음과 같이 구해진다.
x = (da2- db2)/2x ………(4)
한편, 식 (1) 및 (2)를 응용하여 진동 센서(6a 및 6d)에 의해 각각 검출된 tp 및 tg에 기초하여 좌표 P와 진동 센서(6a 및 6c) 사이의 거리를 da 및 dc로 설정하면, y 좌표는 3 제곱 정리에 의해 다음과 같이 구해진다.
y = (da2- dc2)/2y ………(5)
각각의 진동 센서(6a 및 6d)의 거리는 계산된 좌표에 의해 계산되고 식(2)에 의해 얻어진 진동 센서(6a 및 6d)의 각각의 거리와 비교된다. 그들 사이의 차이는 소정값을 초과하지 않으면 게산된 좌표가 출력된다. 예를 들어 도 2에서, 그들 사이의 차이가 소정값을 초과하면, 도 2의 진동 센서(6a 및 6c)에 의해 계산된 y 좌표인 y'의 오차가 포함되어 있고, 진동 센서(6a 및 6d)에 의해 계산된 x 좌표는 도면에 도시된 바와 같이 x와 동일할 때, 좌표 P' ( x, y')가 좌표 위치로써 계산된다. 그러므로, 이 경우에, 좌표의 출력이 중지된다.
그러나, 예를 들면 좌표가 2개의 센서를 이용하여 계산되는 경우에 오차 판단을 행할 수 없다. 경우에 따라 오차를 포함한 좌표를 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 고려하여 이루어진 것이고 2개의 진동 센서에 의해 좌표 위치를 정확히 계산할 수 있는 좌표 입력 장치 및 방법을 제공하려는 것을 목적으로 하고 있다.
상술한 바와 같이 3개 이상의 진동 센서가 제공되는 경우, 여유 진동 센서(항상 필요하지 않음) 존재하므로 상술한 바와 같이 오차의 발생을 판단할 수 있다. 그러나, 2개만의 센서가 제공될 때[예를 들어, 진동 센서(6a 및 6d)만을 사용하는 경우에] 상술한 바와 같이 오차 발생에 대한 판단을 행할 수 없어 오차를 포함하는 좌표값이 그대로 출력되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 고려하여 이루어진 것으로 본 발명의 목적은 오차를 페칭(fetching)을 억압할 수 있는 좌표 입력 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적에 수반하여, 본 발명의 목적은 여유 진동 센서없이 사용하는 경우에도 오차의 발생을 검출할 수 있는 좌표 입력 장치 및 방법을 제공하려는 것이다.
상기 목적에 수반하여, 본 발명의 목적은 오차의 발생을 검출하는 경우 오차를 정정할 수 있는 좌표 입력 장치 및 방법에 관한 것이다.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
본 발명이 실시예에 따르면, 상기 입력 펜의 진동 발생을 적어도 2종류의 형태로 제어하는 구동 제어 수단; 상기 입력 펜으로부터의 진동을 검출하는 적어도 2개의 검출 수단; 상기 검출 수단마다 각 형태의 진동이 도달하는 시간에 기초하여 상기 입력 펜의 입력 위치로부터 거리를 각 형태의 진동마다 계산하는 제 1 계산수단; 및 상기 제 1 계산 수단에 의해 계산되는 각 형태의 진동마다 계산된 거리들 사이의 차이를 각 검출 수단마다 계산하는 제 2 계산 수단을 포함하는 입력 펜으로부터의 진동을 진동 전달판 상에 제공하여 좌표를 입력하는 좌표 입력 장치를 제공하는 것이다.
[발명의 구성 및 작용]
[제1 실시예 ]
본 발명의 제 1 실시예를 도면을 참조하여 이하에 설명하겠다. 본 실시예에 사용되는 좌표 입력 장치의구조는 도 1 의 것과 유사하다. 도 1에서, 제어기(1)은 선정된 주기마다 진동자 구동기(2)에 펄스 신호를 공급한다. 진동자 구동기(2)는 소정의 증폭율로 펄스 신호를 증폭하고, 구동 신호를 진동 입력 펜(3)의 진동자(4)에 공급한다. 진동자(4)는 구동 신호를 기계적 초음파 진동으로 변환한다. 이 예에서 구동 신호가 제어되어 진동자(4)는 분리하여 검출할 수 있는 2 종류의 주파수 성분을 포함하는 초음파 진동을 발생한다.
진동 전달판(8)은 진동 센서(6a 내지 6b)에 입력된 초음파 진동을 전달하기 위한 진동 전달판이고 아크릴 판, 유리판 등과 같은 투명 부재로 이루어진다. 진동 입력 펜(3)에 의한 초음파 진동의 입력이 진동자(4)에 의해 진동하는 펜 팁(5)를 진동 전달판(8)의 입력 영역 A 내의 소망의 위치에 접촉함으로써 행해진다.
입력된 초음파 진동은 초음파로서 전달하고 전달 거리에 따라 지연되며 진동 센서(6a 내지 6d)의 각각에 도달한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 초음파 진동의 전달 속도른 진동 전달판(8)의 진동 주파수 f 및 판두께 d의 적에 의존한다. 그러므로, 판 두께 d가 일정할 때, 전달 속도(군 속도 vg, 위상 속도 vp)는 주파수 f에 의존한다. 이 실시예에서 이러한 성질에 착안하여 2개의 주파수( f0 및 f1)에서의 초음파 진동이 검출되고 각각의 진동의 군 지연 시간 및 위상 지연 시간이 측정되어 오차 발생을 판단할 수 있다.
신호 파형 검출기(9)는 2 종류의 주파수의 초음파 진동의 도달을 검출하고 이후에 설명되는 프로세서를 실행하여 초음파 진동의 도달 타이밍을 가르키는 타이밍 신호(Tg, Tp)를 제어기(1)에 출력한다. 타이밍 신호(Tg, Tp)는 4개의 진동 센서(6a 내지 6d)의 각각에 대하여 발생된다.
제어기(1)은 타이머 회로를 내장하고 전술한 펄스 신호(소정의 주기마다 발생함)를 진동자 구동기(2)에 출력하는 타이밍에서 타이머 회로를 기동한다. 제어기(1)은 초음파 진동이 진동 센서(6a 내지 6d)에 도달하는 것을 가르키는 각 타이밍 신호[Tg 및 Tp에 대하여 (4센서×2주파수)분]를 검출하여서 카운터 값으로부터 4개의 진동 센서(6a 내지 6d)에 있어서, 2 종류의 주파수에 대하여 군 지연 시간 tg 및 위상 지연 시간 tp를 얻을 수 있다. 제어기(1)는 각 주파수에서 측정되고 계산되는 진동의 입력 좌표로부터 각각의 진동 센서(6a 내지 6d) 까지의 거리(이하, 적당한 전달 거리)를 비교하여 오차의 존재 여부를 확인한다. 판단 결과에 따라, 오차가 허용 가능한 범위 안에 있으면, 진동의 입력 좌표가 계산되어 출력된다. 본 실시예에 따라 좌표의 출력 형태가 결정된다. 예를 들면, 좌표는 디스플레이 구동기(10) 또는 메모리 디바이스(도시되지 않음)로 출력될 수 있고 또한 좌표 데이터도 그들에 출력될 수 있다.
디스플레이 구동기(10)은 입력된 좌표 데이터에 기초하여 대응하는 위치 등에 예를 들어 도트의 표시를 행하는 등 디스플레이(11)을 구동하며 제어한다.
반사된 초음파 진동이 중앙부로 복귀되는 것을 억제하는 댐핑재(7)은 진동 전달판(8)의 외주에 설치된다. 각각이 기계적 진동을 전기 신호로 변환시키는 압전 소자 등과 같은 진동 센서(6a 내지 6d)가 진동 전달판(8) 및 댐핑재(7) 사이의 주변에 배치되어 있다.
[신호 파형 검출기의 구성예]
도 3 은 본 발명에 따른 신호 파형 검출기의 구성예를 도시한 블록도이다. 이 도면에서, 참조 번호(9')는 각각의 진동 센서(6)(6a-6d)에 대응하여 제공되는 신호를 검출하는 회로로 표시하고 있다. 신호 파형 검출기(9)는 다수의 진동 센서분의 회로(9')를 포함하고 있다. 예를 들어, 본 실시예에서 4개의 진동 센서(6a 내지 6d)가 있으므로 신호 파형 검출기(9)는 진동 센서(6a 내지 6d)에 대응하는 4개의 회로(9')를 갖고 있다.
신호 파형 검출기(9)의 동작을 도 4에 도시된 신호 파형을 참조하여 설명하겠다. 진동 입력 펜(3)은 진동자 구동기(2)로부터 구동 신호(510)(주파수 f0 및 f1의 진동을 입력할 수 있는 신호)에 의해 진동 전달판(8) 상의 임의의 위치에 진동을 입력할 수 있다. 진동 센서(6)은 진동 전달판(8) 상에 전달되는 진동을 전기 신호로 변환하고, 전치 증폭기(301)에 공급한다. 전치 증폭기(301)은 선정된 증폭율에 의해 진동 센서(6)의 출력 신호를 증폭하고 f0(신호) 검출기(310) 및 f1(신호) 검출기(320)에 공급한다.
f0 검출기(310)은 주파수 f0의 입력 진동에 관한 진동의 도달을 가르키는 타이밍 신호(Tg0, Tp0)를 발생하는 회로이다. 한편, f1 검출기(320)은 주파수 f1 입력 진동에 관한 진동의 도달을 가르키는 타이밍 신호(Tg1, Tp1)를 발생하는 회로이다. 양 검출기(310 및 320)은 주파수가 상이한 것을 제외하고는 동일한 기능을 한다.
대역 통과 필터(311)은 주파수 f0의 입력 진동에 관한 성분으로서 신호(511)을 분리하여 엔벨로프 검출기(312)에 공급한다. 대역 통과 필터(311)은 여분의 주파수 성분을 신호(511)로부터 제거한 신호(514)를 트리거 발생기(315)에 공급한다.
엔벨로프 검출기(312)는 절대값 회로, 저역 통과 필터 등으로 구성되고, 신호(511)로부터 엔벨로프 신호(512)를 추출하며, 2회 미분기(313)에 공급한다. 2회 미분기(313)은 예를 들면 2단의 미분기로 이루어지고, 엔벨로프 신호(512)를 2 회 미분하여 얻어진 신호(513)을 Tg(신호) 검출기(314)에 출력한다.
단안정 멀티바이브레이터 등으로 구성된 Tg 검출기(314)는 소정의 시간 폭을 갖는 게이트 신호(519)를 형성하고, 게이트 신호(519)가 저(L) 레벨에 있는 기간 동안 신호(513)의 제로 크로스 점(zero-cross point)으로 엔벨로프의 피크를 검출하여, 검출 신호로서 신호 Tg[신호(520)]을 발생한다. 상술한 바와 같이, 제어기(1)은 진동자 구동기(2)에 펄스 신호를 제공하는 타이밍[구동 신호(510)의 타이밍]에 내장 타이머를 기동시키고, 신호 Tg가 검출되었을 때의 타이밍에 내부 타이머의 카운트 값으로부터 군 지연 시간 tg0(주파수 f0의 성분에 관한 군 지연 시간 tg)을 얻을 수 있다.
트리거 발생기(315)는 신호(514)가 소정 레벨에서 임계 신호(515)를 초과하는 부분의 펄스 신호(516)을 형성하고, 단안정 멀티바이브레이터(316)에 제공한다. 단안정 멀티바이브레이터(316)은 펄스 신호(516)의 제 1 선행 연부에 응답하여 트리거 되는 소정의 시간 폭의 게이트 신호(517)을 형성하여 Tp(신호) 발생기(327)에 공급한다. Tp 신호 발생기(327)은 게이트 신호(517)이 L레벨 상태에 있는 기간 동안 신호(514)를 펄스 변환하고 펄스 신호의 검출 신호로서 신호 Tp0[신호(5250]를 발생한다. 상술한 바와 같이, 제어기(1)은 펄스 신호를 진동자 구동기(2)에 제공하는 타이밍[구동 신호(510)의 타이밍]에 내장 타이머(510)을 기동하여 신호 Tp0가 검출되는 타이밍에서 내부 타이머의 카운트 값으로부터 위상 지연 시간 tp0(주파수 f0의 성분에 관한 위상 지연 시간 tp를 얻을 수 있다.
f1 검출기(320)은 프로세서 주파수가 상기와 상이한 것을 제외하고는 f0 검출기(310)의 것과 기능이 동일하기 때문에 설명을 생략하였다. 신호(521, 522, 523, 524, 525, 527 및 528)은 신호(514, 515, 516, 517, 518, 513 및 520) 각각에 대응한다 [신호(511 및 5120에 대응하는 신호는 도시되지 않음].
[제어기 구성예]
도 5는 제어기(1)의 종래예를 도시한 블록도이다. 이 도면에서, RAM(501)은 CPU(505)의 위크 메모리로서 기능하는 랜덤 억세스 메모리이다. ROM(502)는 CPU(505)에 공급되는 기동 프로그램 및 제어 프로그램(이후에 설명하겠다)을 기억하는 메모리이다. I/O 포토(503)은 진동자 구동기(2)를 제어하기 위한 입력/출력 포트이다. I/O 포토(504)는 디스플레이 구동기(10) 및 외부 장치(예를 들어, 컴퓨터)(도시하지 않음)를 제어하기 위한 입력/출력 포트이다.
CPU(505)는 ROM(502) 내에 기억된 여러 가지 프로그램을 판독하고 전체 좌표 입력 장치를 제어하는 마이크로컴퓨터이다. 제어기(506)은 진동자 구동기(2)를 통해 진동 입력 펜(3)을 구동하는 타이밍에서 기동된다(예를 들어, 기동 명령에 의해). 카운트 값은 카운트 판독기(507)에 출력된다.
카운트 판독기(507)은 신호 파형 검출기(9)로부터 공급되는 타이밍 신호에 기초하여 카운트 값을 래치하는 회로이다. 4개의 진동 센서(6a 내지 6d)에 관한 신호 Tg0, Tp0, Tg1 및 Tp1(총 16 개의 신호)가 타이밍 신호로서 카운트 판독기(507)에 입력되기 때문에, 카운트 판독기(507)은 이들 신호에 대응하여 카운트 값을 래치 하기 위해 16개의 래치(507A)를 갖고 있다. 카운트 판독기(507)은 모든 타이밍 신호를 검출하고 카운트 값을 래치하는 경우에, 카운트 판독기는 예를 들어 CPU(505)에 인터럽션 요구를 발생하여 이러한 사실을 통지한다. 인터럽션 요구에 기초하여, CPU(505)는 16 개의 래치(507A)에 의해 래치된 카운트 값을 판독하여서 2개의 주파수 f0 및 f1 각각에서 진동 센서까지의 진동 전달 시간을 측정할 수 있다.
[진동 전달 시간의 측정예]
도 6 은 전달 시간의 측정 루틴의 프로세스의 흐름을 도시한 플로우차트이다. 이러한 전달 시간의 측정 루틴의 제어 프로그램이 상술한 바와 같이 ROM(502) 내에 기억된다. 먼저 스텝(S601)에서 카운터(506)은 리설정된다. 스텝(S602)에서, 진동 입력 펜(3)은 진동자 구동기(2)에 의해 구동되고 또한 카운터(506)은 기동된다. 이러한 구동 및 기동을 동시에 행하는 것이 반드시 필요한 것이다. 구동과 기동 사이의 차이에 많은 시간이 있으면, 진동 전달 시간을 카운트 값으로부터 계산하는 경우에 이러한 차이를 충분히 정정할 수 있다. 스텝(S603)에서 래치 회로(507A)에 의한 카운트 값의 래치 동작은 상술한 바와 같이 인터럽트 요청에 의해 확인한다. 스텝(S604)에서, 카운트 값은 판독기(507)로부터 판독되고 RAM(501) 내에 기억된다.
잡음 등의 영향에 의해 모든 타이밍 신호가 적절히 발생되지 않는 경우를 또한 고려하기 때문에 워치 독 타이머 등을 구비한다. 인터럽션 요구 등이 소정 시간 경과 후에도 발생되지 않기 때문에, 적당한 오차 프로세스를 행하는데 바람직하다.
[파장 오차의 검출예]
파장 오차의 검출 원리를 먼저 설명하겠다. 이제, 2 개의 주파수에서 위상 지연 시간을 tp0 및 tp1으로 설정하고 파장을 λ0 및 λ1로 설정하며 위상 속도를 vp1 및 vp2로 설정하면, 이를 주파수를 이용하여 측정되는 거리 L0 및 L1은 다음식 (6) 및 (7)에 의해 구해진다.
L0 = n0 ·λ0 + vp0 ·tp0 ………(6)
L0 = n1 ·λ1 + vp1 ·tp1 ………(7)
n0와 n1이 정정되면, L0 및 L1은 동일하다. 그러나, n0 및 n1 중 적어도 하나가 오차를 포함하면, L0≠L1이고 오차를 포함하는 거리는 파장만에 의해 다른 값을 갖는다. 예를 들어, n1이 + 1 의 오차를 포함하는 경우에, 오차를 포함하는 L1′로 설정된다고 가정하면,
L1′- L0 = λ1 …………(8)
L1은 λ1의 값만에 의해 더 큰 값을 갖는다.
n0 및 n1 모두가 오차를 포함하고 있는 경우에, n0의 오차가 △n0으로 설정되고 n1의 오차가 △n1로 설정되고 오차를 포함하는 L0가 L0′로 설정되면,
L0′ = (n0 + △n0)·λ0 + vp0 ·tp0 ………(9)
L1′ = (n1 + △n1)·λ1 + vp1 ·tp1 ………(10)
L0′- L1′ = △n0 ·λ0 - △n1 ·λ1 ………(11)
예를 들면, n0 및 n1이 + 1 의 오차를 포함할 때, 그들의 파장이 상이하므로, L0'≠ L1'이다. 그러므로, f0 및 f1에서 구해진 거리가 상이할 때, 파장 오차의 발생을 검출할 수 있다. 그들 모두가 동일한 조건을 다음의 식 (12)로 주어진다.
△n0 ·λ0 = △n1 ·λ1 ………(12)
주파수 f0 및 f1에서의 파장 비가 1.5배라고 하면, △n0/△n1 = 1.5 일 때, 오차 발생을 판정할 수 없다. 그러나, △n이 정수로 주어지기 때문에, 1.5배일 때의 최소 조합은 3:2로 설정되고, 즉 그들이 3 개의 파장 오차와 2 개의 파장 오차를 포함할 때, 오차 발생을 판정할 수 없다.
통상의 사용시에, 약 ±1 파장의 파장 오차가 있기 때문에, 정수의 값으로 파장비를 설정하지 않는 다수의 주파수를 설정함으로써 L0 및 L1의 오차(파장 오차)를 판정할 수 있다.
상기 원리에 기초하여 진동의 입력 위치와 센서(6a 내지 6d) 사이의 거리의 측정 오차 존재 여부를 판단하는 동안 진동의 입력 좌표를 계산하는 프로세스에 대해 설명하겠다. 도 7은 좌표값의 계산 루틴의 프로세스의 흐름을 도시한 플로우차트이다. 이러한 계산 루틴은 제어 프로그램은 상술한 바와 같이 ROM(502) 내에 기억된다.
먼저, n(n0, n1)은 4개의 진동 센서(6a 내지 6d) 중 1개의 데이터(Tg0, Tp1)에 관하여 식 (3)을 이용하여 주파수( f0, f1)에 관하여 계산된다. 스텝(S702)에서, 거리(L0, L1)은 식 (2)를 이용하여 계산된다. 스텝(S703)에서 거리 L0 및 L1 사이의 차이 △L이 계산된다.
단계(S704)에서는 △L의 절대값이 소정의 임계값 Lth 보다 작은지를 보기 위해 검사된다. 실제로는 거리 오차가 0이 되는 드문 경우가 있으므로 시스템에서의 오차의 내용량 또는 그 부류에 기초하여 Lth를 적절하게 충분히 결정한다. 예를 들면, 양 주파수의 파장 간의 차와 같거나 작은 값으로 Lth를 설정함으로써 이러한 결정을 수행할 수 있다. 이 결정 결과, 이들 두 값이 거의 같을 때(임계값 Lth 차만이 다소 존재할 때) 프로세스 루틴은 단계(S705)로 나아간다. △L의 절대값이 임계값을 넘는 오차가 발생할 때, 프로세스 루틴은 완료되고 진동 전달 시간은 다시 측정된다.
단계(S705)에서는 모든 데이타[센서(6a 내지 6d)와 관련된 데이터)]에 대해 거리 계산이 완료되었는지를 보기 위해 검사한다. 아직 계산되지 않은 데이터의 존재시 프로세스 루틴은 단계(S701)로 되돌아가고 상기 프로세스가 반복된다. 모든 데이터에 대한 계산의 완료 후, 단계(S706)으로 진행한다. 모든 데이터에 대한 거리 계산이 완료된 것으로 판정될 때, 진동의 입력 좌표가 단계(S706)에서 계산된다. 단계(S707)에서 좌표값은 I/O 포토(504)를 통해 디스플레이 구동기(10) 또는 외부 장치(예컨대, 컴퓨터)(도시하지 않음)로 공급된다.
상술한 바와 같이, 2개 또는 다수의 주파수의 진동이 주어져서 거리가 각각 측정된 지연 시간에 의해 계산되고 이들 거리값이 거의 같을 때, 파장 오차가 없는 것으로 판단되어 그 좌표 계산이 수행된다. 각 거리가 소정의 임계값과 같거나 큰 차이를 가질 때, 파장 오차가 포함된 것으로 판단되어서 좌표 계산이 수행되지 않는다. 이 방법에 의해 좌표의 입력시에는 파장 오차 같은 큰 오차가 페치되지 않는다.
여유 진동 센서가 제공되고 이 센서를 사용하여 측정된 거리들이 조합되며 오차가 거리에 포함되는지의 여부가 판정되는 경우와는 달리, 본 실시예에 따르면 오차의 발생은 매 센서마다 판정될 수 있고 진동 센서의 배치에 관한 한정이 완화되며 설계 상의 자유도가 높아지는 것이다. 예를 들면, 본 실시예에 따르면 파장 오차는 2 센서 시스템에서도 검출될 수 있다.
상기 실시예가 다른 주파수의 신호 검출이 두 신호 Tg 및 Tp에 대해 수행되는 예에 대해 도시되고 설명되었어도 일례로 Tg에 대해 동일 주파수를 사용하도록 Tp에 대해서만 상이한 주파수의 신호를 검출하는 것이 가능하다. 이러한 경우에 신호 파형 검출기 및 제어기는 간략화될 수 있다.
상기 실시예는 주파수 성분이 다수의 대역 통과 필터(311. 321)를 사용하여 분리되는 예에 대해 도시 및 설명되었다. 그러나, 여러 종류(주파수)의 신호가 전동 입력 펜(3)의 구동 신호로서 사용되어 매 소정 주기 및 거리마다 구동 신호의 주파수 스위칭이 다수의 시간 주기에 대해 측정되는 동안 진동 입력 펜(3)이 구동되도록 하는 방식으로 구성될 수 있다. 이러한 경우에 동일 주기에 다수의 주파수 성분에 대해 거리를 측정할 필요가 없으므로 신호 파형 검출기(9)를 단순하게 구성할 수 있다. 예를 들면, f1 검출기(320)을 생략하고 f0을 검출기(310)의 대역 통과 필터(311)의 대역 통과 폭을 넓게 함으로써 신호 파형 검출기(9)의 성분 소자의 수는 약 1/2로 감축될 수 있다.
[ 제 2 실시예 ]
상기 제 1 실시예가 좌표값이 계산될지의 여부가 파장 오차의 판정 결과에 기초하여 결정되는 예에 대해 도시 및 설명되었지만, 본 실시예에 따르면 두 주파수에 의해 측정된 거리 간의 차에 기초하여 측정 거리가 정정됨으로써 올바른 좌표값을 계산하게 된다.
[파장 오차의 정정 원리]
일반적으로, 파장 오차의 생성을 ±1 파장으로 한정하여 ±1 파장 범위 내에서 파장 오차가 발생하기 때문에, 이러한 경우를 고려함으로써 f0 및 f1이 주파수 성분을 사용하여 측정된 거리 간의 차이는 λ0와 λ1을 사용하여 도 8 에 도시된 미분표(800)에 나타낸 것과 같다. λ0와 λ1의 값이 다르므로 거리차(예컨데, λ0 - λ1, - λ1 등)는 다른 값을 갖는다. 따라서,주파수 f0 및 f1을 사용하여 측정된 거리 간의 차가 미분표(800)에서 나타낸 차의 어떤 것과 일치할 때, 오차는 미분표(800)에서 나타낸 차의 어떤것과 일치할 때, 오차는 미분표(800)에 기초하여 정정되어 올바른 입력 좌표가 계산될 수 있다.
[파장 오차의 정정예]
상기 원리에 기초하여 파장 오차를 정정하는 프로세스의 예가 후술된다. 도 9 는 파장 오차를 정정하여 좌표값을 계산하기 위해 루틴용의 프로세스의 흐름을 도시하는 흐름도이다. 이러한 계산 루틴과 미분표(800)에 대한 제어 프로그램은 ROM(502)에 저장되어 있다.
먼저, 단계(S901)에서 n(n0, n1)은 4 개의 진동 센서(6a 내지 6d) 중의 하나의 데이터(Tg0, Tp0, Tg1, Tp1)에 대한 식(3)을 사용하여 주파수(f0, f1)에 대한 계산된다. 단계(S902)에서, 거리(L0, L1)는 식(2)을 사용하여 계산된다. 단계(S903)에서는 거리(L0, L1) 간의 차 △L이 계산된다.
단계(S904)에서는 △L의 절대값이 소정의 임계값 Lth보다 작은지를 알기 위해 검사된다. 거리 오차가 0과 같은 경우는 실제로 흔하지 않으므로 시스템에서의 오차의 내용량 또는 그 부류에 기초해서 Lth를 적절하게 결정하는 것이 충분하다. 예를 들면, 두 주파수에서 파장차와 같거나 작은 값으로 Lth를 설정함으로써 이러한 판정이 수행될 수 있다. 이 판정 결과, 이들이 거의 같을 때(임계값 Lth나 그 미만의 차이만이 존재할 때), 프로세스 루틴은 단계(S909)로 나아간다. 오차가 임계값 Lth를 넘을 때, 파장 오차가 포함되는지를 판정해서 단계(S905)로 나아간다.
단계(S905)에서 계산된 거리 간의 차 △L이 미분표(800)의 내용과 비교되어 일치하는 조합(예컨대, λ0-λ1)을 추출한다. 여기서 “일치”는 엄격한 의미에서의 일치를 의미하는 것은 아니지만, 판정은 허용 가능한 소정 오차 내에서 이루어진다. 단계(S906)에서 △L과 일치하는 어떤 조합이 미분표(800)에 존재하는지를 보기 위해 검사된다. 예이면, 단계(S907)로 나아간다. 아니오이면, 프로세스 루틴은 종료되고 진동 전달 시간은 다시 측정된다.
단계(S907)에서, 정정량은 앞서의 일치 조합에 기초하여 결정된다. 예를 들면, 이러한 조합이 (λ0-λ1)일 때, 주파수 f0를 사용하여 측정된 거리는 +λ0의 오차를 가지며 주파수 f1을 사용하여 측정된 거리는 +λ1의 오차를 갖는다. 정정될 정정량은 이들에 기초하여 결정될 수 있다. 단계(S908)에서의 정정은 결정된 정정량에 따라 수행된다. 파장 오차는 계산에 사용된 거리(예로, L0)만으로 정정되거나 거리(L0, L1) 모두에 의해 정정될 수도 있고 그 평균값이 사용될 수도 있다. 본 실시예에서는 고주파수에서 값이 반사 또는 이와 비슷한 것에 의해 영향받기가 더욱 어려워지도록 하는 경향이 있으므로 고주파에서 거리의 계산 결과를 사용함으로써 좌표 계산의 정밀도는 향상된다. 거리 중의 하나가 파장 오차를 포함하지 않을 때, 이러한 거리는 사용될 수 있다.
단계(S909)에서는 모든 데이터[센서(6a 내지 6d)와 관련된 데이터]에 대해 거리의 계산이 완료되었는지를 보기 위해 검사된다. 아직 계산되지 않은 어떤 데이터가 있을 때, 프로세스 루틴은 단계(S901)로 복귀되어 상기 프로세스가 반복된다. 모든 데이터에 대한 계산의 완료 후 단계(S910)가 계속된다.
단계(S910)에서 진동이 입력되는 좌표값은 계산된 거리를 사용하여 식(4) 및 (5)로부터 계산된다. 단계(S911)에서 계산된 좌표값은 I/O 포트(504)를 통해 디스플레이 구동기(10) 또는 외부 장치(예컨대, 컴퓨터)(도시되지 않음)로 공급된다.
상술된 본 실시예에 따르면, 상이한 주파수의 초음파 진동을 사용하여 계산된 거리가 비교되어 오차가 이 비교 결과에 기초하여 정정될 수 있으며, 오차의 발생에 의한 좌표에 샘플링 효율의 열화가 억제되어 좌표는 고속으로 입력될 수 있다.
상기 실시예에서는 거리 계산에 이어서 파장 오차가 검출 및 정정된다. 그러나, 계산 속도가 너무 빠르거나 이와 유사하면, 좌표 계산 후 파장 오차의 존재 유무가 판정될 수도 있다. 예를 들면, 좌표는 주파수에서 측정된 거리를 사용하여 계산되고 이들 둘다가 비교된다. 이들이 같은 좌표값을 가질 때는 오차가 없는 것으로 판정된다. 이들이 다를 때는 오차가 있는 것으로 판정되어 상술된 프로세스가 수행된다.
상술한 실시예가 ±1 파장의 파장 오차가 포함되어 있다는 가정 하에 이루어졌을지라도, 본 발명은 미분표, 정정량 결정 프로세스(단계 S907) 및 이와 유사한 것을 적절하게 변경함으로써 ±1 파장을 초과하는 파장 오차를 포함하는 경우에도 적용될 수 있다.
본 발명은 다수의 장치에 의해 구성된 시스템에 적용할 수 있으며 단일 장치에도 적용할 수 있다. 본 발명은 시스템 또는 장치에 프로그램을 제공함으로써 구체화되는 경우에도 적용할 수 있다는 것을 명백히 이해할 것이다. 이러한 경우에, 본 발명에 관해 프로그램이 저장된 기억 매체가 본 발명을 구성하게 된다. 기억 매체로부터 프로그램을 판독하여 시스템 또는 장치에 공급함으로써 시스템 또는 장치는 소정 방식에 따라 동작하게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 거리가 다수의 상이한 주파수의 초음파 진동을 사용하여 계산되고 오차의 발생이 거리 계산의 결과에 기초하여 검출될 수 있으며 오차의 페칭이 감소될 수 있다는 효과가 있다.
여분의 진동 센서를 제공하지 않는 경우에 조차 오차의 발생은 검출될 수 있다는 효과가 있다.
또, 다수의 상이한 주파수의 초음파 진동을 사용하여 계산된 거리가 비교되어 오차가 이 비교 결과에 기초하여 정정될 수 있으며 좌표는 고속으로 입력될 수 있다는 효과도 있다.
[ 제 3 실시예 ]
제 1 실시예에서 설명된 회로 구성이 제 3 실시예에 사용되어도 기능은 간단히 다시 설명될 것이다.
[제어기의 설명]
제 1 실시예에서 제어기(1)는 매 소정 주기마다 진동자 구동기(2)를 통해 진동 입력 펜(3)에서 진동자(4)를 구동시키기 위해 신호를 생성하고 내부 타이머(카운터로 구성)에 의해 시간 계수 동작을 시작한다. 진동 입력 펜(3)에 의해 생성된 진동은 진동 센서(6a 내지 6d)까지 거리에 따라 지연되어 각각 진동 센서(6a 내지 6d)에 도달한다. 진동을 평면파로서 전달하고, 진동의 군이 나아가는 속도(이하, 이러한 속도는 군 속도라고 함)의 두 속도와 진동의 위상이 나아가는 속도(이하, 이러한 속도를 위상 속도라고 함)가 존재한다.
파형 검출기(9)는 신호를 진동 센서(6a 내지 6d)로부터 검출하고 파형 검출 프로세스(후술됨)에 의해 각 진동 센서에 대해 진동 도달 시간을 나타내는 신호를 형성하여 제어기(1)로 공급한다. 입력된 신호에 기초하여 제어기(1)는 진동 입력 펜(3)에 의해 지시된 위치로부터 진동 센서(6a 내지 6d)로의 진동 도달 시간을 검출함으로써 진동 입력 펜의 좌표 위치를 계산한다.
예를 들어, 도 11a 및 11b는 진동자(4)로 입력된 구동 파형 및 진동자(4)로 부터 발생된 진동이 진동 전달판(8) 상에 전달되어 진동 센서(6a 내지 6d)에 의해 검출될 때의 검출 파형을 도시한다.
진동자 구동기(2)로부터 진동자(4)로 입력된 구동 파형의 주파수는 진동 입력 펜(3)으로부터 진동이 효율적으로 발생되는 주파수로 설정된다. 복수의 펄스를 포함하는 구동 파형을 입력함으로써, 진동자(4)로부터 발생되는 진동으로서 협대역 근처, 즉 단일 주파수 성분 근처의 진동이 발생된다. 특히, 구동 파형의 주파수에 따라 전달 속도가 변하는 전달판에서, 다수의 펄스를 포함하는 구동 파형을 형성하여 구동시킬 필요가 있다.
도 11a 는 2 펄스 구동에 의한 구동 파형 및 2 펄스 구동에서 각각의 진동 센서(6a 내지 6d)에 의해 검출되는 검출 파형을 도시한다. 도 11b 는 3 펄스 구동에 의한 구동 파형 및 3 펄스 구동에서 각각의 진동 센서에 의해 검출되는 검출 파형을 도시한다.
구동 파형을 x회(x는 0 이상의 정수) 형성할 때의 구동 파형을 이후 n 펄스 구동의 구동 파형이라 칭한다.
도면에 도시된 바와 같이, 구동 파형 수가 증가되면 도 11a 에 도시된 피크 및 변곡점에 대응하는 도 11b 의 3 펄스 구동에서 시간 △t2이 도면에서 도 11a 의 2 펄스 구동에서 검출된 파형의 소정의 변곡점과 소정 피크 사이의 시간 △t1보다 길다고 간주된다. 즉, 검출된 파형의 시간축 상의 폭이 증가하는 경향 때문에, 파형의 엔벨로프로부터 변곡점, 피크 등과 같은 특이점이 검출될 때 시간 분해능이 저하된다. 진동 전달판(8)의 단면으로부터의 불필요한 반사 파형은 약간의 시간 지연을 가지고 중복되기 때문에 검출 파형의 시간 폭이 증가함에 따라 검출점은 반사파에 의해 영향을 받는다.
그러므로, 구동 파형을 약 3회까지 형성할 필요가 있으며, 대역 통과 필터를 사용하여 검출 파형을 필터링하여 단일 주파수 성분만을 추출함으로써 시간 폭을 감소시키도록 장치를 설계한다. 그러나, 구동 파형이 일단 형성되면, 높은 Q(Quality factor)의 대역 통과 필터가 사용되더라도 검출 파형으로부터 단일 주파수 성분만이 추출될 수 없다. 이것은 단일 주파수 성분이 단지 잘못 추출되기 때문으로, 특히 구동 파형이 1 펄스 구동에서 형성되면, 대역 통과 필터와 같은 전기 필터의 입력 응답 특성이 필터링 전의 검출 파형의 주파수 분포에 의해 쉽게 영향을 받기 때문이다.
그러므로, 본 실시예의 제어기(1)은 진동자 구동기(2)에 의해 형성된 상이한 회수의 다수의 펄스들을 포함하는 구동 파형에 의해 각 진동을 검출하며, 각각 검출된 검출 파형을 사용함으로써 각 검출 파형에 대한 좌표를 계산한다.
[진동 전달 시간 검출의 설명]
이후, 진동 센서까지의 진동 도달 시간을 측정하는 원리를 설명하겠다.
도 12a 는 1 펄스 구동에 의한 구동 파형이 파형 검출기(9)에 입력될 때의 흐름도를 도시한다. 도 12b 는 2 펄스 구동에 의한 구동 파형이 파형 검출기(9)에 입력될 때의 타이밍차트를 도시한다.
진동 센서(6a)의 경우가 후술되겠지만, 다른 진동 센서(6b, 6c 및 6d) 경우도 동일하게 적용된다.
진동자 구동기(2)로의 개시 신호의 출력과 동시에 진동 센서(6a)의 진동 전달 시간의 측정이 개시된다. 먼저, 1 펄스 구동의 경우, 구동신호(510)은 진동자 구동기(2)로부터 진동자(4)로 인가된다. 2 펄스 구동의 경우, 구동 신호(521)이 인가된다. 구동 신호(510 및 521)에 의해 진동 입력 펜(3)으로부터 진동 전달판(8)로 전달된 초음파 진동은 진동 센서(6a)와의 거리에 대응하는 시간을 가진 주파수에 따른 전달 속도로 진행된다. 그 후, 진동 센서(6a)에 의해 진동이 검출된다.
진동 센서(6a)까지의 진동 전달 시간의 측정은 구동 신호(510)의 선행 에지에 응답하여 개시한다. 제어기(1)은 진동 입력 펜(3)의 진동자 구동기(2)로부터 진동자(4)로 구동 신호를 발생한다. 구동 신호에 의해, 구동 입력 펜(3)은 진동한다. 진동 입력 펜(3)으로부터의 진동은 진동 전달판(8)을 통해 진동 센서(6a)와의 거리에 대응하는 시간만큼 지연되며 진동 센서(6a)에 의해 검출된다.
도 12a에서, 도면 부호(511)에 나타난 신호(위상 파형 신호)는 진동 센서(6a)에 의해 검출된 신호 파형을 나타낸다. 이 경우의 진동은 판파이기 때문에, 진동 전달판(8) 내의 전달 거리에 대한 엔벨로프 검출기를 통해 검출된 파형을 전달함으로써 얻어진 위상 파형 신호(511)과 엔벨로프(512) 간의 관계는 전달 거리에 따라 진동 전달 중에 변한다. 2회 미분 파형(513)은 2회 미분기를 통해 엔벨로프(512)를 2회 미분함으로써 얻어진다. 소정 레벨 이상의 엔벨로프(512) 후 일정 기간을 제공하는 윈도우 신호(519)가 생성되어 2회 미분 파형(513)이 마스크된다. 소정 레벨 이상의 엔벨로프(512) 후 2회 미분 파형(513)의 제로 크로스점이 검출되어 지연 시간 검출 신호로서 신호(520)을 형성한다. 신호(510)의 선행 에지로부터 신호(520)의 선행 에지까지의 시간은 tg0로 설정되었다고 가정한다.
보다 고정밀도로 좌표를 결정하기 위해, 위상 파형 신호(511)의 검출에 기초하여 프로세스가 행해진다. 위상 파형 신호(511)에서 여분 주파수 성분을 대역 통과 필터를 사용하여 제거함으로써 신호(514)가 얻어진다. 신호(514)가 소정 레벨의 임계값(515) 이상인 부분의 펄스 신호(516)이 생성되어 펄스 신호(516)의 제 1 펄스가 개시점으로 설정되는 소정 폭을 가진 윈도우 신호(517)에 의해 마스크되고 펄스 변환되어 신호(518)을 생성한다. 신호(510)의 선행 에지로부터 신호(518)의 선행 에지까지의 시간은 tp0로 설정된다.
유사하게, 도 12b 에서, 구동 신호(521)의 선행 에지로부터 신호(528)의 선행 에지까지의 시간 tg1 및 구동 신호(521)의 선행 에지로부터 신호(525)의 선행 에지까지의 시간 tp1이 얻어진다.
제어기(1)은 얻어진 구동 파형(510 및 521)에 대응하는 시간 tg0, tp0, tg1 및 tp1을 사용하여 상기 계산식(1) 및 (2)에 의해 구동 파형(510 및 521)로부터 얻어진 거리를 계산한다. 이 계산 결과로부터, 2종류의 구동 신호에 의해 얻어진 거리 값들을 각각 비교하여 상술된 식(3)에 의해 “n”의 거리 계산 오차가 큰지의 여부를 판정한다.
거리 계산시, 소정 거리(예를 들어, 입력 펜(3)이 입력면의 중심에 위치될 때)에서 tg 및 tp 값은 tginit 및 tpinit로 설정되며, 미리 제어기(1)에 보유된다. 미분 거리는 tginit 및 tpinit와, 진동 입력 펜(3)으로부터의 입력 시간에서 tg 및 tp 값 사이의 차이로부터 얻어지며 좌표를 계산한다(일본 특허 공보 제 5-62771호에 상세히 개시됨).
발생될 구동 펄스의 수가 상이하면, 동일한 거리에서도 [진동 입력 펜(3)과 진동 센서(6) 사이의 거리] 검출된 tg 및 tp 값이 변한다. 그러므로, 각각 tginit 및 tpinit 값을 발생될 구동 펄스 수마다 보유할 필요가 있다.
하나의 거리를 계산하기 위해서는, 2종류의 구동 신호에 의해 구동 동작이 순차적으로 실행되어야 한다. 그러나, 고속 제어기(1)의 경우, 좌표 입력 장치의 샘플링 레이트가 문제를 야기하지 않는다.
[발생될 구동 펄스 수의 성능간의 차이 설명]
이후, 구동 파형의 발생의 회수 및 구동 파형의 특성을 설명하겠다. 특히, 1 펄스 구동 및 2 펄스 구동의 경우에 대해 설명하겠다.
도 13은 구동 파형의 발생 회수와 거리 오차 간의 관계를 보여주는 도면이다.
구동 파형의 발생 회수가 감소되면, 발생될 진동은 광대역 진동이다. 그러므로, tp 검출점의 전체 파형으로부터의 상대 위치가 측정 거리에 따라 이동하면, 검출점 근처의 주파수의 변화량은 증가한다. 즉, 가까운 거리에서, 저주파수의 진동 형태(위상 지연 시간)가 검출된다. 먼 거리에서는, 고주파수의 진동 형태가 검출된다. 그러므로, 소정의 음속치를 사용하여 계산할 때, 도면에서와 같은 오차가 포함된다. 1 펄스 구동에서의 대역이 2 펄스 구동에서의 대역보다 광대역이기 때문에 측정된 거리 오차가 크다.
그러나, 상술된 바와 같이, 구동 파형의 발생 회수가 보다 작은 경우의 진동 센서의 검출 파형의 시간폭은 짧고 시간 분해능이 크다. 그러므로, tg의 변동(오차 변동)의 절대치가 작다. 반면에, 반사 파형의 중첩에 의해 영향을 덜 받으므로 “n ”이 오류적으로 계산될 가능성이 작아진다. 즉, 도 13에 도시된 바와 같이, “n ”이 정확히 계산될 때 계산 거리 오차가 크다 하더라도, “n ”의 계산 오차에 기인한 큰 “n ”오차를 발생하지 않는다는 이점이 있다.
반면에, 2 펄스 구동에서 발생될 진동 대역은 협대역이며 측정된 거리 오차가 감소된다. 그러나, 진동 센서의 검출 파형의 시간폭은 길다. 1 펄스 구동의 경우보다 반사 파형의 중첩에 의해 보다 영향을 받기 때문에, “n ”이 오류적으로 계산될 가능성은 증가한다.
그러므로, 본 실시예에서 “n ”오차가 판정되면, “n ”은 1 펄스 구동에서의 데이터를 사용하여 계산되며 2 펄스 구동에서의 데이터는 실제로 계산될 거리의 값에 대해 사용된다. 진동 입력 펜(3)이 진동 전달판(8)에 접촉되면 진동자 구동기(2)는 1 펄스 구동에 의해 구동 파형을 발생한 후, 2 펄스 구동에 의해 구동 파형을 발생하도록 제어된다고 가정한다.
이후, 도 14의 흐름도를 참조하여 본 실시예의 프로세스 흐름을 설명하겠다.
도 14는 본 실시예의 프로세스 흐름을 보여주는 흐름도이다.
좌표 위치가 계산될 때 시간 검출 프로세스에 대한 상세한 설명은 상기 프로세스와 유사하기 때문에 생략하기로 한다.
단계(S11)에서, 1 펄스 구동에서의 구동 파형에 의한 진동 입력 펜(3)으로부터의 진동이 진동 센서(6a 내지 6d)에 의해 검출될 때까지 각 시간 데이터를 구하여 각 진동 센서(6a 내지 6d)와 진동 압력 펜 사이의 거리 D1을 계산한다. 단계(S12)에서, 2 펄스 구동에서의 구동 파형에 의한 진동 입력 펜(3)으로부터의 진동이 각 진동 센서(6a 내지 6d)에 의해 검출될 때까지 각 시간 데이터를 구하여 진동 센서(6a 내지 6d)와 진동 입력 펜 사이의 거리 D2를 계산한다.
단계(S13)에서, 1 펄스 구동 및 2 펄스 구동에서 구한 계산된 거리들 간의 차이가 진동 센서(6a 내지 6d)마다 얻어진다. 계산된 거리들 D1과 D2 사이의 차가 소정 임계값 Th보다 큰지의 여부가 판정된다. “n ”이 오류적으로 계산되지 않는 한 차이가 존재하지 않도록 소정 임계값 Th는 충분히 큰 값(약 수 mm)으로 설정된다.
진동 센서(6a 내지 6d) 중 소정의 하나에서 “n ” 오차가 존재하면, 즉 계산된 거리들 간의 차이가 소정 임계값보다 크면[단계(S13)에서 “예 ”], 단계(S16)으로 진행된다. 각각의 진동 센서(6a 내지 6d)에 대응하는 계산 거리들 간의 차이가 소정 임계값 이하이면[단계(S13)에서 “아니오 ”], 단계(S14)로 진행된다.
단계(S14)에서, 진동 입력 펜(3)의 근사 위치를 판단하는 프로세스를 실행시킨다. 근사 위치의 판단시에, 진동 전달판(8)을 크게 분할시켜 얻어진 영역에 대해 좌표들이 분할 영역 중 임의의 한 영역에 위치되어 있는지를 판단한다. 좌표가 위치되어 있는 영역이 판별되면, 단계(S15)로 진행된다. 단계(S15)에서, 진동 센서(6a 내지 6d) 중 이와 같이 판별된 영역에 대해 좌표 계산 오차가 가장 작게 되는 인접한 센서의 조합을 선택한다. 선택 방법으로서는, 일본 특허원 제 4-233298호(일본 공개 특허 공보 제 6-83520호)에서 기재된 바와 같이 예를 들어 진동 전달판(8)의 에지면으로부터 반사된 파에 의한 영향이 적은 진동 센서(6a 내지 6d)의 조합을 선택한다.
단계(S16)에서 “n ”오차없는 진동 센서(6a 내지 6d) 중 인접한 센서의 조합을 선택한다. 단계(S17)에서, 이러한 조합을 선택할 수 있는지를 조사한다. “n ” 오차없는 인접한 진동 센서의 조합을 선택하면[단계(S18)에서 “예 ”], 단계(S17)로 진행한다. “n ”오차없는 인접한 진동 센서의 조합을 선택하지 않으면, [단계(S18)에서 “아니오 ”], 단계(S19)로 진행한다. 단계(S19)에서, 진동 입력 펜(3)에 의해 지시된 좌표의 출력이 중지된다. 경험적으로, “n ”오차를 갖는 진동 센서가 하나나 또는 기껏해야 2 개 존재하며, 좌표 계산에 필요한 센서의 갯수수를 얻을 수 없으며 “n ”오차를 갖는 진동 센서의 수가 크기 때문에 좌표의 출력이 중지되는 상황은 거의 드문 경우로 알려져 있다.
단계(S17)에서, 선택된 인접한 진동 센서의 2 펄스 구동에 의한 거리 정보에 따라 진동 입력 펜(3)에 의해 지정된 좌표 위치가 계산되어 좌표가 출력된다.
선택되어야 할 인접한 진동 센서의 조합수는 1에만 한정되지 않는다. 인접한 2개의 진동 센서 중 적어도 한 설정이 존재하는 한 [예를 들어, 도 1의 진동 센서(6a 내지 6b)], 진동 입력 펜(3)으로 지시된 좌표는 계산될 수 있다. 그러나, 인접한 진동 센서가 2 설정 또는 그 이상의 설정이 존재하면, 각 설정에서의 좌표 계산시의 정확도는 보다 양호해진다. 이러한 경우, 따라서 좌표는 모든 설정이 계산되는 좌표를 사용함으로써 정확도가 보다 높은 좌표를 계산할 수 있다.
상술된 실시예에 따르면, 진동 센서에 의해 1 펄스 구동 및 2 펄스 구동의 구동 파형에 의한 진동을 검출함으로써 1 펄스 구동 및 2 펄스 구동의 모든 진동 센서에서 계산된 거리 간의 차이를 얻을 수 있다. 각 진동 센서에 의해 계산된 거리 간의 차이가 소정의 임계값이거나 작으면, “n ”오차는 없는 것으로 판단된다. 최저 거리 차이를 갖는 인접한 진동 센서 중 적어도 한 설정을 선택하여 좌표를 출력시킨다. 따라서, 인접한 진동 센서 중 적어도 한 설정에 의해 좌표 위치를 고정밀도로 출력시킬 수 있다. 반면에, 진동 센서에 의해 계산된 거리 차이 중 임의의 것이 소정의 임계값보다 크면, 거리 차이가 소정의 임계값보다 크고 좌표가 출력되는 진동 센서를 제외한 진동 센서로부터 최소 거리를 갖는 인접한 진동 센서 중 적어도 한 설정을 선택하여 좌표 위치를 고정밀도로 출력시킬 수 있다.
다수의 진동 센서 중 적어도 3개 또는 그 이상의 센서에 대한 거리 정보를 조합하여 좌표 위치를 계산하는 종래 방법과는 다르게, 인접한 진동 센서 중 적어도 한 설정을 사용하여 좌표 위치를 계산할 수 있다. 그러므로, 진동 센서의 구성에 대한 제한이 완화되며 장치를 자유도가 높게 설계할 수 있다.
비록 상기 실시예에서는 4개의 진동 센서를 가졌지만, 4개 대신 2개의 진동 센서를 사용할 수 있다. 2개의 진동 센서를 사용할 경우, “n ”오차가 발생하면 좌표의 출력도 또한 중지될 수 있다.
본 발명은 “호스트 컴퓨터, 인터페이스, 프린터 등 ”과 같은 각종 장비로 구성된 시스템이나, 하나의 장비로 구성된 장치에도 적용시킬 수 있다. 프로그램을 시스템 또는 장치에 공급하여 본 발명을 구체화시킨 경우에도 본 발명을 적용시킬 수 있음은 물론이다. 이러한 경우, 본 발명에 따른 프로그램이 기억되어진 기억 매체가 본 발명을 구성한다. 기억 매체로부터 프로그램을 판독해내어 시스템 또는 장치에 공급함으로써, 시스템 또는 장치는 소정의 방법으로 동작한다.
상술한 바로 부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 2개의 진동 센서를 이용하여 좌표 위치를 정확하게 계산할 수 있는 좌표 입력 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

Claims (14)

  1. 입력 펜으로부터의 진동을 진동 전달판으로 제공함으로써 좌표를 입력시키는 좌표 입력 장치에 있어서, 상기 입력 펜의 진동을 적어도 2 종류의 형태로 제어하는 구동 제어 수단과, 상기 입력 펜으로부터의 진동을 검출하는 적어도 2개의 검출 수단과, 상기 각 형태의 진동이 상기 모든 검출 수단에 도달할 때까지의 시간에 따라 상기 입력 펜의 각 형태의 모든 진동의 입력 위치로부터 거리를 계산하는 제 1 계산 수단과, 상기 제 1 계산 수단에 의해 계산되는 상기 각 형태의 상기 진동마다 계산되는 거리 간의 차이를 상기 모든 검출 수단에서 계산하는 제 2 계산 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 좌표 입력 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제 2 계산 수단에서 계산된 상기 모든 검출 수단의 거리 간의 차이에 따라 상기 검출 수단 중 어느 하나를 선택하는 선택 수단과, 상기 선택 수단에 의해 선택된 검출 수단에서 계산된 거리에 따라 상기 입력 위치의 좌표를 구하는 획득 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 좌표 입력 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 각 검출 수단에서의 상기 차이가 소정의 임계값이거나 또는 작은 경우, 상기 선택 수단은 상기 검출 수단에서의 좌표값 간의 차이가 최소로 되는 한 세트의 검출 수단을 선택하는 것을 특징으로 하는 좌표 입력 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 검출 수단 중 임의의 하나에서의 상기 차이가 소정의 임계값보다 클 경우, 상기 선택 수단은 차이가 상기 소정의 임계값이거나 또는 작은 검출 수단으로부터 좌표와의 차이가 최소가 되어지는 한 세트의 검출 수단을 선택하는 것을 특징으로 하는 좌표 입력 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 선택 수단은 상기 각 검출 수단에서의 상기 차이가 소정의 임계값보다 클 경우 상기 입력 위치의 좌표 출력을 중지시키는 중지 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 좌표 입력 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 형태는 펄스 신호인 것을 특징으로 하는 좌표 입력 장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 한 세트의 검출 수단은 상기 진동 전달판의 좌표 입력 영역의 경계 상의 한 측에 배열된 한 세트의 검출 수단인 것을 특징으로 하는 좌표 입력 장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 한 세트의 검출 수단은 상기 진동 전달판의 좌표 입력 영역의 경계 상의 한 측에 배열된 한 세트의 검출 수단인 것을 특징으로 하는 좌표 입력 장치.
  9. 입력 펜으로부터의 진동을 진동 전달판으로 제공함으로써 좌표를 입력시키는 좌표 입력 방법에 있어서, 상기 입력 펜의 진동 발생을 적어도 2 종류의 형태로 제어하는 구동 제어 단계와, 상기 입력 펜으로부터의 진동을 검출하는 적어도 두 검출 단계와, 상기 각 형태의 진동이 상기 모든 검출 단계에 도달할 때까지의 시간에 따라 상기 각 형태의 진동마다 상기 입력 펜의 입력 위치로부터 거리를 계산하는 제 1 계산 단계와, 상기 제 1 계산 단계에 의해 계산되는 상기 각 형태의 상기 진동마다 계산되는 거리 간의 차이를 상기 모든 검출 단계에서 계산하는 제 2 계산 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 좌표 입력 장치.
  10. 진동을 진동 전달판으로 제공함으로써 좌표를 입력시키는 좌표 입력 장치에 있어서, 상기 진동 전달판 상에서 별도로 검출할 수 있는 적어도 2개의 주파수 성분을 포함한 진동을 입력시키는 진동 입력 수단과, 상기 진동 전달판 상에 전달되는 각각의 주파수 진동을 검출하는 다수의 센서 각각이 소정의 위치에 배열되어지는 진동 검출 수단과, 진동 입력으로부터 상기 다수의 센서에 의한 각각의 주파수의 진동 검출까지의 상기 각 진동 전달 시간으로부터 진동 전달 거리를 각각 계산하는 진동 전달 거리 계산 수단과, 상기 각각의 주파수의 진동에 대해 계산된 진동 전달 거리에 따라 진동 입력 위치로부터 상기 다수의 센서까지의 거리를 각각 결정하는 거리 결정 수단과, 상기 결정된 거리 각각으로부터 상기 진동 입력 위치를 계산하는 입력 위치 계산 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 좌표 입력 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 각각의 주파수의 진동에 대해 계산된 각각의 진동 전달 거리가 일치할 때, 상기 거리 결정 수단은 상기 진동 전달 거리를 상기 입력 위치로부터 상기 센서까지의 거리로 설정하는 것을 특징으로 하는 좌표 입력 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 거리 결정 수단은 상기 각각의 주파수의 진동에 대해 계산된 각각의 진동 전달 거리가 일치하지 않을 때의 비교 결과에 따라 상기 진동 전달 거리를 정정하여 상기 정정된 진동 전달 거리를 상기 입력 위치로부터 상기 센서가지의 거리로 설정하는 진동 전달 거리 정정 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 좌표 입력 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 진동 전달 거리 정정 수단은 상기 각각의 주파수의 진동에 대해 계산된 진동 전달 거리 간의 차이에 따라 상기 진동 전달 거리에 포함된 파장에 대한 오차를 정정하는 것을 특징으로 하는 좌표 입력 장치.
  14. 진동을 진동 전달판으로 제공함으로써 좌표를 입력시키는 좌표 입력 방법에 있어서, 상기 진동 전달판 상에서 별도로 검출할 수 있는 적어도 2개의 주파수 성분을 포함한 진동을 입력시키는 단계와, 상기 진동 전달판 상에 전달되는 각각의 주파수 진동을 다수의 센서에 의해 각각 검출하는 단계와, 진동 입력으로부터 상기 센서에 의한 각각의 주파수의 진동 검출까지의 진동 전달 시간에 의해 진동 전달 거리를 각각 계산하는 단계와, 상기 각각의 주파수의 진동에 대해 계산된 각각의 진동 전달 거리에 따라 진동의 입력 위치로부터 상기 다수의 센서까지의 거리를 각각 결정하는 단계와, 상기 결정된 거리 각각으로부터 상기 진동 입력 위치를 계산하는 입력 위치 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 좌표 입력 방법.
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