KR100534590B1 - 초음파를 이용한 입력장치 및 위치인식방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입력장치에 관한 것으로, 특히 사용자가 직접 그리거나 쓴 것을 바로 인식하게 하는 입력장치 중, 초음파를 이용한 입력장치 및 위치인식방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 입력장치는 초음파신호를 발생하여 위치를 입력하는 입력수단과 상기 입력수단에서 발생된 초음파신호를 수신하는 수신부를 포함하되,
상기 입력수단은 :
입력수단의 움직임에 따라 초음파신호를 발생하는 초음파발생부와;
상기 입력수단이 향하는 방향을 측정하는 제1 방향측정부와;
상기 초음파발생부가 초음파신호를 발생하고, 상기 제1 방향측정부가 입력수단의 방향을 측정하도록 제어신호를 출력하는 제어부;를 포함하고,
상기 수신부는 :
상기 초음파발생부에서 발생된 초음파신호를 수신하는 초음파수신부와;
상기 수신부가 향하는 방향을 측정하는 제2 방향측정부와;
상기 제1 방향측정부와 상기 제2 방향측정부에서 측정된 각각의 방향으로부터 상기 입력수단과 상기 수신부의 상대적 방향벡터를 산출하는 방향산출부와;
상기 초음파수신부에서 수신된 초음파신호로 상기 입력수단의 위치를 추적하기 위해 페이즈센시티브크로스콜리레이션(Phase Sensitive Cross-Correlation) 방식으로 신호처리하는 신호처리부와;
상기 신호처리부에서 추적된 입력수단의 위치와, 상기 방향산출부에서 산출된 입력수단과 수신부의 상대적 방향벡터로 최종적인 입력수단의 위치를 추적하는 위치추적부;를 포함함을 특징으로 한다.

Description

초음파를 이용한 입력장치 및 위치인식방법{INPUT DEVICE AND POSITION RECOGNITION METHOD USING ULTRASOUND}
본 발명은 입력장치에 관한 것으로, 특히 사용자가 직접 그리거나 쓴 것을 바로 인식하게 하는 입력장치 중, 초음파를 이용한 입력장치 및 위치인식방법에 관한 것이다.
특히, 입력장치 중 컴퓨터 입력장치에 대해 살펴보면, 일반적으로 컴퓨터는 키보드나 마우스 등의 입력장치와, 모니터나 프린터 등의 출력장치와 연결되어 사용되고 있다. 또한, 컴퓨터는 이외에도 다양한 기능을 수행하는 많은 주변장치들과도 연결될 수 있다. 이러한 주변장치들을 예를 들면, 컴퓨터에서 소리를 들을 수 있도록 소리를 출력하는 스피커나 영화 또는 멀티미디어 데이타를 저장하고 있는 DVD 타이틀을 구동할 수 있는 DVD-ROM 드라이브 등이 있다.
이처럼 컴퓨터 주변장치는 그 목적에 맞게 다양한데, 입력장치도 키보드나 마우스뿐만 아니라, 사용자의 음성을 입력할 수 있는 마이크, 그림이나 사진을 컴퓨터로 읽어들일 수 있는 스캐너, 손으로 접촉하면 그 위치를 입력받도록 하는 터치스크린, 실제로 연필을 사용하는 것처럼 사용이 가능하여 CAD나 그래픽 디자인에 많이 쓰이는 디지타이져 등 다양하다.
이와 같이 컴퓨터 입력장치가 다양한 것은 사용자의 의도대로 데이타나 정보를 컴퓨터로 정확하게 입력하기 위함이다. 예를 들면, 키보드는 각각의 키에 문자, 숫자 또는 특수기호 등이 할당되어 있어서, 사용자가 해당키를 누르면 할당된 문자, 숫자 또는 특수기호가 입력되는 것이다.
그런데 이러한 키보드를 통해서는 사용자가 곡선모양 같은 임의형태의 데이타나 정보를 입력하기가 어렵고, 또한 모니터 화면상의 포인트를 원하는 곳으로 용이하게 이동하기도 어렵다는 문제점이 있었다. 그래서 이러한 문제점을 해결하기 위해 마우스라는 입력장치가 나오게 되었는데, 이러한 마우스도 임의형태의 데이타나 정보의 입력은 가능하지만 정밀한 입력이 어려우므로 이를 해결할 수 있는 디지타이져와 같은 입력장치가 나오게 된 것이다.
한편, 이러한 디지타이져와 비슷한 펜 형태의 컴퓨터 입력장치에는 펜의 움직임에 따라 초음파를 발생하여 위치를 인식하는 초음파를 이용한 컴퓨터 입력장치가 있는데, 이에 대해 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 초음파를 이용한 펜 형태의 컴퓨터 입력장치를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 도시된 바와 같이 사용자가 초음파센서(30, 40)들이 부착된 일정크기의 패널(20) 내에서 초음파발생수단(15)를 내장한 펜(10)을 이동시키면, 펜(10)의 움직임에 따라 초음파발생수단(15)에서 초음파가 발생되고, 이렇게 발생된 초음파를 패널(20)의 상단 양측에 부착된 좌우 측 초음파센서(30, 40)들이 감지하여 펜(10)의 위치를 추적하여 컴퓨터로 데이타나 정보를 입력하는 것이다.
그런데 이러한 종래의 초음파를 이용한 펜 형태의 컴퓨터 입력장치는 초음파를 발생하는 초음파발생부가 펜의 중간 부분에 위치하기 때문에 사용자의 의도와는 다른 펜의 위치가 컴퓨터로 입력되는 오차가 발생한다. 또한, 발생하는 초음파의 파장보다 작은 펜의 움직임에 대해서는 이를 감지할 수 없다는 문제점도 있었다.
이에 본 발명의 목적은 초음파를 이용하는 입력장치에 관성을 함께 이용하여 정확한 위치인식이 가능한 초음파를 이용한 입력장치 및 위치인식방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 초음파를 이용한 입력장치는 초음파신호를 발생하여 위치를 입력하는 입력수단과 상기 입력수단에서 발생된 초음파신호를 수신하는 수신부를 포함하되,
상기 입력수단은 :
입력수단의 움직임에 따라 초음파신호를 발생하는 초음파발생부와;
상기 초음파발생부가 초음파신호를 발생하도록 제어신호를 출력하는 제어부;를 포함하고,
상기 수신부는 :
상기 초음파발생부에서 발생된 초음파신호를 수신하는 초음파수신부와;
상기 초음파수신부에서 수신된 초음파신호로 상기 입력수단의 위치를 추적하기 위해 페이즈센시티브크로스콜리레이션(Phase Sensitive Cross-Correlation) 방식으로 신호처리하는 신호처리부;를 포함함을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 초음파를 이용한 입력장치는 페이즈센시티브크로스콜리레이션(Phase Sensitive Cross-Correlation) 방식으로 입력수단의 위치를 추적함으로서, 발생된 초음파신호의 파장보다 훨씬 작은 입력수단의 움직임도 감지할 수 있고, 노이즈에 의한 에러도 줄일 수 있게 된다. 또한 페이즈센시티브크로스콜리레이션(Phase Sensitive Cross-Correlation)을 통해 초음파신호의 주파수를 낮출 수가 있고, 이렇게 낮아진 주파수의 초음파신호는 공기중에서 손실이 작다는 장점을 갖는다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초음파를 이용한 입력장치는 초음파신호를 발생하여 위치를 입력하는 입력수단과 상기 입력수단에서 발생된 초음파신호를 수신하는 수신부를 포함하되,
상기 입력수단은 :
입력수단의 움직임에 따라 초음파신호를 발생하는 초음파발생부와;
상기 입력수단이 향하는 방향을 측정하는 제1 방향측정부와;
상기 초음파발생부가 초음파신호를 발생하고, 상기 제1 방향측정부가 입력수단의 방향을 측정하도록 제어신호를 출력하는 제어부;를 포함하고,
상기 수신부는 :
상기 초음파발생부에서 발생된 초음파신호를 수신하는 초음파수신부와;
상기 수신부가 향하는 방향을 측정하는 제2 방향측정부와;
상기 제1 방향측정부와 상기 제2 방향측정부에서 측정된 각각의 방향으로부터 상기 입력수단과 상기 수신부의 상대적 방향벡터를 산출하는 방향산출부와;
상기 초음파수신부에서 수신된 초음파신호로 상기 입력수단의 위치를 추적하기 위해 페이즈센시티브크로스콜리레이션(Phase Sensitive Cross-Correlation) 방식으로 신호처리하는 신호처리부와;
상기 신호처리부에서 추적된 입력수단의 위치와, 상기 방향산출부에서 산출된 입력수단과 수신부의 상대적 방향벡터로 최종적인 입력수단의 위치를 추적하는 위치추적부;를 포함함을 특징으로 한다.
이와 같이 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 초음파를 이용한 입력장치는 입력수단과 수신부의 방향까지 고려하여 입력수단의 위치를 추적함으로서, 발생된 초음파신호의 파장보다 훨씬 작은 입력수단의 움직임도 감지할 수 있고, 노이즈에 의한 에러도 줄일 수 있는 것은 물론, 정확한 입력수단의 위치를 추적하게 된다. 또한, 페이즈센시티브크로스콜리레이션(Phase Sensitive Cross-Correlation)을 통해 초음파신호의 주파수를 낮출 수가 있고, 이렇게 낮아진 주파수의 초음파신호는 공기중에서 손실이 작다는 장점을 갖는다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입력장치의 위치인식방법은, 초음파신호를 발생하여 위치를 입력하는 입력수단과 상기 입력수단에서 발생된 초음파신호를 수신하는 수신부를 포함하는 입력장치의 위치인식방법에 있어서,
상기 입력수단의 움직임에 따라 초음파신호를 발생하는 단계와;
발생된 초음파신호를 수신하는 단계와;
상기 입력수단의 방향과 상기 수신부의 방향을 각각 측정하여 이로부터 입력수단과 수신부의 상대적 방향벡터를 산출하는 단계와;
상기 초음파수신부에서 수신된 초음파신호로 입력수단의 위치를 추적하기 위해 페이즈센시티브크로스콜리레이션(Phase Sensitive Cross-Correlation)방식으로 신호처리하는 단계와;
상기 신호처리단계에서 추적된 입력수단의 위치와 상기 산출단계에서 산출된 입력수단과 수신부의 상대적 방향벡터로 최종적인 입력수단의 위치를 추적하는 단계;를 포함함을 특징으로 한다.
이러한 구성의 본 발명 역시 초음파를 이용한 입력장치는 입력수단과 수신부의 방향까지 고려하여 입력수단의 위치를 추적함으로서, 발생된 초음파신호의 파장보다 훨씬 작은 입력수단의 움직임도 감지할 수 있고, 노이즈에 의한 에러도 줄일 수 있는 것은 물론, 정확한 입력수단의 위치를 추적하게 된다. 또한 페이즈센시티브크로스콜리레이션(Phase Sensitive Cross-Correlation)을 통해 초음파신호의 주파수를 낮출 수가 있고, 이렇게 낮아진 주파수의 초음파신호는 공기중에서 손실이 작다는 장점을 갖는다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초음파를 이용한 컴퓨터 입력장치의 개략적인 구성도를 나타낸 것으로서, 입력수단이 펜 형태인 것을 가정하여 설명하기로 한다. 참고적으로 장갑형태의 입력수단인 경우, 손전체에 장갑을 끼우는 형태일 수도 있고, 손가락 하나 또는 몇개에만 부착하여 사용하는 핑거마우스(finger mouse) 형태일 수도 있다.
도 2를 참조하면, 도시된 바와 같이 초음파를 이용한 컴퓨터 입력장치는 크게 초음파신호를 발생하여 위치를 입력하는 입력수단(100)과 상기 입력수단(100)에서 발생된 초음파신호를 수신하는 수신부(200)를 포함한다.
상기 입력수단(100)은 초음파신호를 발생하는 초음파발생부(110)와 입력수단(100)이 향하는 방향을 측정하는 제1 방향측정부(120)를 포함하고, 상기 수신부(200)는 기존칠판(300)의 일정부분에 부착이 가능한 긴 막대형태로서, 초음파발생부(110)에서 발생된 초음파신호를 수신하는 초음파수신부(210)와 수신부(200)가 향하는 방향을 측정하는 제2 방향측정부(220)를 포함한다.
한편, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초음파를 이용한 컴퓨터 입력장치의 블럭 구성도를 도시한 것으로서, 도시된 바와 같이 상기 입력수단(100)은 초음파발생부(110)와 제1 방향측정부(120)와 동작버튼(130)과 기능버튼(140)과 센서부(150)와 제어부(160)와 제1 전송부(170)를 포함한다.
상기 초음파발생부(110)는 상기 입력수단(100)의 위치를 추적하기 위해 초음파신호를 발생하는 것으로, 사용자가 상기 동작버튼(130)에 압력을 가해 누름으로서 초음파신호가 발생하는 것이다.
상기 제1 방향측정부(120)는 입력수단(100)이 향하는 방향을 측정한다. 이러한 제1 방향측정부(120)는 상기 입력수단(100)이 향하는 방향을 측정하기 위해 3축 가속도계를 이용하는데, 이렇게 측정된 입력수단(100)의 방향벡터는 후술 되는 제2 방향측정부(220)에서 측정된 수신부(200)의 방향벡터와 함께 상기 입력수단(100)과 상기 수신부(200)의 상대적 방향벡터를 측정하는데 이용된다.
상기 동작버튼(130)은 입력수단(100)을 동작시키는 것으로서, 사용자의 압력에 의해 눌러지면 이를 상기 센서부(150)가 감지하여, 상기 입력수단(100)을 동작시킨다. 또한, 상기 동작버튼(130)은 눌러지는 압력의 세기에 따라 상기 입력수단(100)으로부터 입력되는 선의 굵기가 달라진다. 먼저, 사용자가 상기 입력수단(100)에 부착된 동작버튼(130)을 한번 누르면, 입력수단(100)이 동작을 시작하여 초음파신호가 발생되고 상기 입력수단(100)의 위치가 컴퓨터로 입력된다.
그리고 사용자가 압력을 가해 다시 한번 상기 동작버튼(130)을 누르면, 이때부터는 컴퓨터로 입력되는 선의 굵기가 지정된 단계별로 굵게 입력되는 것이다. 이러한 지정된 단계는 압력의 세기에 따라 두 단계 또는 세 단계 정도일 수가 있고, 이와 함께 상기 입력수단(100)의 동작을 중지시키는 단계도 포함한다.
상기 기능버튼(140)은 하나 또는 두 개의 버튼이 있어서 기존의 마우스의 왼쪽버튼 또는 오른쪽버튼의 기능과 같은 특정기능을 수행하도록 한 것으로서, 사용자가 상기 기능버튼(140)을 누르면, 이에 연결된 센서부(150)에 의해 기능버튼(140)이 눌러졌음을 감지하고, 감지결과에 따라 지정된 특정기능을 수행한다. 여기서 이용되는 센서부(150)는 압력센서 또는 열 감지 센서 등으로 구현가능하다.
상기 제어부(160)는 상기 초음파발생부(110)가 초음파신호를 발생하고, 상기 제1 방향측정부(120)가 상기 입력수단(100)이 향하는 방향을 측정하도록 제어신호를 출력한다.
상기 제1 전송부(170)는 상기 초음파발생부(110)에서 발생된 초음파신호를 상기 입력수단(100)의 외부로 전송하고, 제1 전송부(170)를 통해 외부로 전송된 초음파신호는 상기 수신부(200)의 초음파수신부(210)에 수신된다.
한편, 상기 수신부(200)는 상기 입력수단(100)에서 발생된 초음파신호를 수신하여 상기 입력수단(100)의 위치를 추적하고, 추적된 위치를 컴퓨터로 전송하는 것이다.
이러한 수신부(200)는 초음파수신부(210)와 제2 방향측정부(220)와 메모리(225)와 수신제어부(230)와 신호보정부(240)와 방향산출부(250)와 신호처리부(260)와 위치추적부(265)와 제2 전송부(270)를 포함한다.
상기 초음파수신부(210)는 상기 초음파발생부(110)에서 발생된 초음파신호를 수신한다. 이러한 초음파수신부(210)는 상기 수신부(200)내에 3개 이상을 포함하고 있어서, 상기 입력수단(100)의 공간적 위치를 추적하게 된다.
상기 제2 방향측정부(220)는 수신부(200)가 향하는 방향을 측정한다. 이러한 제2 방향측정부(220)는 상기 수신부(200)가 향하는 방향을 측정하기 위해 3축 가속도계를 이용하는데, 이렇게 측정된 수신부(100)의 방향벡터는 앞서 측정된 입력수단(100)의 방향벡터와 함께 상기 입력수단(100)과 상기 수신부(200)의 상대적 방향벡터를 측정하는데 이용된다.
이러한 상기 입력수단(100)과 상기 수신부(200)의 상대적 방향벡터를 측정하는 이유는 정확한 입력수단(100)의 위치를 추적하기 위함이다. 이것은 초음파신호를 발생하는 초음파발생부(110)가 상기 입력수단(100)의 끝에 위치하지 않기 때문에 상기 입력수단(100)의 위치를 추적하는데 있어서 사용자의 의도에 따른 실제위치가 입력되지 않는 오차가 발생한다.
그래서 이러한 오차를 수정하기 위해 앞서 측정된 상기 입력수단(100)과 상기 수신부(200)의 상대적 방향벡터와, 상기 입력수단(100)의 끝에서 일정거리만큼 떨어진 곳에 위치하는 상기 초음파발생부(110)까지의 거리 값으로 삼각도형법을 이용하여 계산하면 상기 입력수단(100) 끝의 위치를 정확하게 측정할 수 있다.
상기 수신제어부(230)는 상기 제2 방향측정부(220)가 수신부(200)의 방향을 측정하고, 상기 신호처리부(260)의 위치추적부(265)가 정확한 입력수단(100)의 위치를 추적하도록 하는 제어신호를 출력한다.
상기 신호보정부(240)는 수신된 초음파신호를 보정한다. 이러한 보정장치로서 시간이득제어 프리엠프(Time-Gain Control Pre Amplifier)를 이용하는데, 시간이득제어 프리엠프(Time-Gain Control Pre Amplifier)는 초음파수신부(210)에 수신되는 초음파신호의 수신시간에 따라 시간이득을 제어(Time-Gain Control)하여 초음파신호를 보정한다.
이렇게 초음파신호를 보정하는 이유는 초음파신호가 공기 중에서는 감쇠현상이 있어서 이를 보정하지 않으면 초음파수신부(210)가 초음파신호를 측정하기 어렵기 때문이다. 이때 시간이득(Time-Gain)은 공식의 형태 또는 룩업테이블(Lookup Table) 형태로 상기 메모리(225)에 저장될 수 있다.
상기 방향산출부(250)는 상기 제1 방향측정부(120)에서 측정된 입력수단(100)의 방향벡터와 상기 제2 방향측정부(220)에서 측정된 수신부(200)의 방향벡터로부터 상기 입력수단(100)과 상기 수신부(200)의 상대적 방향벡터를 산출한다.
상기 신호처리부(260)는 초음파수신부(210)에서 수신된 초음파신호로 상기 입력수단(100)의 위치(초음파발생부의 위치)를 추적하기 위해 페이즈센시티브크로스콜리레이션(Phase Sensitive Cross-Correlation) 방식으로 신호처리한다. 이러한 페이즈센시티브크로스콜리레이션(Phase Sensitive Cross-Correlation) 방식의 상세한 설명은 후술하기로 한다.
상기 위치추적부(265)는 상기 신호처리부(260)에서 추적된 입력수단(100)의 위치(초음파발생부의 위치)와, 상기 방향산출부(250)에서 산출된 입력수단(100)과 수신부(200)의 상대적 방향벡터로 최종적인 입력수단(100)의 위치(입력수단 끝의 위치)를 추적한다. 이때 최종적인 입력수단(100)의 위치는 삼각도형법에 의해 구해질 수 있다.
마지막으로 상기 제2 전송부(270)는 상기 위치추적부(265)에서 추적된 최종적인 입력수단(100)의 위치를 컴퓨터로 전송하는 것이다.
이하 상술한 구성을 가지는 초음파를 이용한 입력장치의 동작을 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 초음파를 이용한 컴퓨터 입력장치의 동작을 나타내는 흐름도를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 도시된 바와 같이 상기 제어부(160)는 사용자가 상기 동작버튼(130)을 통해 입력수단(100)을 동작시키려는 요구가 있는지를 검사(S11)한다. 검사결과 동작요구가 있으면, 상기 제어부(160)는 초음파발생부(110)가 초음파신호를 발생하고, 제1 방향측정부(120)가 입력수단(100)이 향하는 방향을 측정하여 입력수단(100)의 위치입력이 시작(S12) 되도록 한다. 이때, 상기 제1 방향측정부(120)는 3축 가속도계를 이용하여 방향을 측정한다.
그리고 초음파발생부(110)에서 발생된 초음파신호는 수신부(200)의 초음파수신부(210)에 수신(S13)되고, 수신된 초음파신호는 상기 신호보정부(240)에서 시간이득제어 프리엠프(Time-Gain Control Pre Amplifier)에 의해 보정(S14)된다. 이때 보정은 시간이득제어 프리엠프(Time-Gain Control Pre Amplifier)의 시간이득(Time-Gain)을 수신된 초음파신호의 수신시간에 따라 보정해 줌으로서 이루어진다.
이렇게 보정된 초음파신호는 디지털신호로 변환(S15)과정을 거쳐 상기 신호처리부(260)에서 페이즈센시티브크로스콜리레이션(Phase Sensitive Cross-Correlation) 방식을 통해 상기 입력수단(100)의 위치(초음파발생부의 위치)가 추적(S16)되는데 이용된다. 그리고 추적된 입력수단(100)의 위치(초음파발생부 위치)와, 상기 신호처리부(260)에서 상기 방향산출부(250)에서 산출된 입력수단(100)과 수신부(200)의 상대적 방향벡터로 삼각도형법에 의해 상기 위치추적부(265)에서 최종적인 입력수단(100)의 위치(입력수단 끝의 위치)가 추적(S17)된다.
그리고 앞서 추적된 최종적인 입력수단(100)의 위치(입력수단 끝의 위치)는 상기 제2 전송부(270)를 통해 컴퓨터로 전송(S18)된다. 이때 제2 전송부(270)와 컴퓨터의 연결은 USB(Universal Serial Bus) 통해 연결될 수가 있다.
마지막으로, 상기 수신제어부(230)는 입력수단(100)의 동작종료 요구가 있는지를 검사(S19)하여, 검사결과 동작종료 요구가 있으면, 종료하고, 그렇지 않으면 입력수단(100)의 위치입력을 계속 수행한다.
한편, 상기 신호처리부(260)의 페이즈센시티브크로스콜리레이션(Phase Sensitive Cross-Correlation) 방식에 대해서 첨부도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 페이즈센시티브크로스콜리레이션(Phase Sensitive Cross-Correlation)을 이용하여 입력수단의 위치를 추적하는 과정을 설명하기 위한 흐름도를 도시한 것으로서, 수신된 초음파신호에서 변환된 디지털신호가 상기 신호처리부(260)에 입력되어 최종적인 입력수단(100)의 위치를 추적하는 과정을 설명한 것이다.
도 5를 참조하면, 상기 수신제어부(230)는 변환된 디지털신호가 상기 신호처리부(260)로 입력(S21)되게 제어하고, 입력된 디지털신호로부터 최고출력채널을 결정(S22)한다. 그리고 결정된 최고출력채널과 기준신호를 크로스콜리레이션(Cross-Correlation)(S23)을 통해 비교하여 입력수단(100)의 위치를 추적하는데 사용되는 대략적인 최고 값(peak value)을 찾는다.
그리고 위상제로교차점(Phase Zero Crossing point)을 다시 찾아 위상제로교차(Phase Zero Crossing) 값을 추정(S24)하여 상기 입력수단(100)의 위치를 추적하는데 사용되는 정확한 최고 값(peak value)을 찾고 이를 통해 입력수단(100)의 위치(초음파발생부의 위치)를 추적(S25)한다. 즉, 페이즈센시티브크로스콜리레이션(Phase Sensitive Cross-Correlation)는 크로스콜리레이션(Cross-Correlation) 과정 후, 위상제로교차점(Phase Zero Crossing Point)을 다시 찾아 위치추적에 사용되는 정확한 최고 값(peak value)을 찾는 방식이다.
이러한 페이즈센시티브크로스콜리레이션(Phase Sensitive Cross-Correlation) 과정을 통해 추적된 입력수단(100)의 위치(초음파발생부의 위치)와, 상기 방향산출부(250)에서 산출한 입력수단(100)과 수신부(200)의 상대적 방향벡터를 삼각도형법을 이용하면 최종적인 입력수단(100) 위치(입력수단 끝의 위치)를 추적(S26)하게 된다.
그리고 추적된 최종적인 입력수단(100) 위치(입력수단 끝의 위치)를 다음 위치를 추적하기 위한 기준신호로서, 상기 메모리(225)에 저장(S27)한다.
부가적으로, 상기 입력수단(100)의 위치를 추적할 때, 종래의 크로스콜리레이션(Cross-Correlation) 과정만 거치게 되면, 상기 입력수단(100)의 위치를 추적하는데 사용되는 점인 최고 값(peak value)을 찾기 위해 인터폴레이션(Interpolation)을 통하여 샘플링 비(sampling rate)를 높여주어야 하는데, 이 경우 계산량도 증가하고, 이렇게 얻어진 값도 노이즈의 영향으로 에러요소를 포함하는 문제점이 있다.
그러나 상술한 것처럼 신호처리에 있어서, 페이즈센시티브크로스콜리레이션(Phase Sensitive Cross-Correlation) 방식을 이용하면, 추가적인 인터폴레이션(interpolation)이 필요 없고, 이에 따라 상대적인 계산량도 감소하여 반송파장(carrier wavelength)보다 훨씬 작은 입력수단의 움직임을 감지할 수 있으며, SNR(Signal to noise ration)이 증가한다는 장점이 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 초음파와 관성을 함께 이용하여 입력수단의 위치를 정확하게 추적함으로서, 초음파 하나만을 이용하여 입력수단의 위치를 추적하는 입력장치보다 정확하게 입력할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
도 1은 종래의 초음파를 이용한 펜 형태의 컴퓨터 입력장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초음파를 이용한 컴퓨터 입력장치의 개략적인 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초음파를 이용한 컴퓨터 입력장치의 블럭 구성도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 초음파를 이용한 컴퓨터 입력장치의 동작을 나타내는 흐름도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 페이즈센시티브크로스콜리레이션(Phase Sensitive Cross-Correlation)을 이용하여 입력수단의 위치를 추적하는 과정을 설명하기 위한 흐름도.

Claims (14)

  1. 초음파신호를 발생하여 위치를 입력하는 입력수단과 상기 입력수단에서 발생된 초음파신호를 수신하는 수신부를 포함하는 입력장치에 있어서,
    상기 입력수단은 :
    입력수단의 움직임에 따라 초음파신호를 발생하는 초음파발생부와;
    상기 초음파발생부가 초음파신호를 발생하도록 제어신호를 출력하는 제어부;를 포함하고,
    상기 수신부는 :
    상기 초음파발생부에서 발생된 초음파신호를 수신하는 초음파수신부와;
    상기 초음파수신부에서 수신된 초음파신호로 상기 입력수단의 위치를 추적하기 위해 페이즈센시티브크로스콜리레이션(Phase Sensitive Cross-Correlation) 방식으로 신호처리하는 신호처리부;를 포함함을 특징으로 하는 초음파를 이용한 입력장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 입력수단은 펜 또는 장갑형태로서,
    입력수단을 동작시키는 동작버튼 또는 특정기능을 수행하는 기능버튼을 더 포함함을 특징으로 하는 초음파를 이용한 입력장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 동작버튼은 사용자의 압력에 의해 동작되는 것으로서,
    압력의 세기에 따라 상기 입력수단으로부터 입력되는 선의 굵기가 달라지는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 입력장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 초음파수신부는 3개 이상을 포함하여 상기 입력수단의 공간적 위치를 추적하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 입력장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 수신부는,
    상기 초음파수신부에 수신된 초음파신호의 수신시간에 따라 시간이득을 제어(Time-Gain Control) 하여 초음파신호를 보정하는 신호보정부를 포함함을 특징으로 하는 초음파를 이용한 입력장치.
  6. 초음파신호를 발생하여 위치를 입력하는 입력수단과 상기 입력수단에서 발생된 초음파신호를 수신하는 수신부를 포함하는 입력장치에 있어서,
    상기 입력수단은 :
    입력수단의 움직임에 따라 초음파신호를 발생하는 초음파발생부와;
    상기 입력수단이 향하는 방향을 측정하는 제1 방향측정부;
    상기 초음파발생부가 초음파신호를 발생하고, 상기 제1 방향측정부가 입력수단의 방향을 측정하도록 제어신호를 출력하는 제어부;를 포함하고,
    상기 수신부는 :
    상기 초음파발생부에서 발생된 초음파신호를 수신하는 초음파수신부와;
    상기 수신부가 향하는 방향을 측정하는 제2 방향측정부와;
    상기 제1 방향측정부와 상기 제2 방향측정부에서 측정된 각각의 방향으로부터 상기 입력수단과 상기 수신부의 상대적 방향벡터를 산출하는 방향산출부와;
    상기 초음파수신부에서 수신된 초음파신호로 상기 입력수단의 위치를 추적하기 위해 페이즈센시티브크로스콜리레이션(Phase Sensitive Cross-Correlation) 방식으로 신호처리하는 신호처리부와;
    상기 신호처리부에서 추적된 입력수단의 위치와, 상기 방향산출부에서 산출된 입력수단과 수신부의 상대적 방향벡터로 최종적인 입력수단의 위치를 추적하는 위치추적부;를 포함함을 특징으로 하는 초음파를 이용한 입력장치.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 입력수단은 펜 또는 장갑형태로서,
    입력수단을 동작시키는 동작버튼 또는 특정기능을 수행하는 기능버튼을 더 포함함을 특징으로 하는 초음파를 이용한 입력장치.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 동작버튼은 사용자의 압력에 의해 동작되는 것으로서,
    압력의 세기에 따라 상기 입력수단으로부터 입력되는 선의 굵기가 달라지는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 입력장치.
  9. 청구항 6에 있어서, 상기 초음파수신부는 3개 이상을 포함하여 상기 입력수단의 공간적 위치를 추적하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 입력장치.
  10. 청구항 6에 있어서, 상기 수신부는,
    상기 초음파수신부에 수신된 초음파신호의 수신시간에 따라 시간이득을 제어(Time-Gain Control) 하여 초음파신호를 보정하는 신호보정부를 포함함을 특징으로 하는 초음파를 이용한 입력장치.
  11. 청구항 6에 있어서, 제1 방향측정부 및 제2 방향측정부는 3축 가속도계를 이용하여 방향을 측정하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 입력장치.
  12. 초음파신호를 발생하여 위치를 입력하는 입력수단과 상기 입력수단에서 발생된 초음파신호를 수신하는 수신부를 포함하는 입력장치의 위치인식방법에 있어서,
    상기 입력수단의 움직임에 따라 초음파신호를 발생하는 단계와;
    발생된 초음파신호를 수신하는 단계와;
    상기 입력수단의 방향과 상기 수신부의 방향을 각각 측정하여 이로부터 입력수단과 수신부의 상대적 방향벡터를 산출하는 단계와;
    상기 초음파수신부에서 수신된 초음파신호로 입력수단의 위치를 추적하기 위해 페이즈센시티브크로스콜리레이션(Phase Sensitive Cross-Correlation)방식으로 신호처리하는 단계;
    상기 신호처리단계에서 추적된 입력수단의 위치와 상기 산출단계에서 산출된 입력수단과 수신부의 상대적 방향벡터로 최종적인 입력수단의 위치를 추적하는 단계;
    를 포함함을 특징으로 하는 초음파를 이용한 입력장치의 위치인식방법.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 측정단계는 3축 가속도계를 이용하여 방향을 측정하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 입력장치의 위치인식방법.
  14. 청구항 12에 있어서, 상기 초음파수신부에 수신된 초음파신호의 수신시간에 따라 시간이득을 제어(Time-Gain Control)하여 초음파신호를 보정하는 단계;를 더 포함함을 특징으로 하는 초음파를 이용한 입력장치의 위치인식방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101037310B1 (ko) 2008-11-07 2011-05-26 (주)펜앤프리 초음파 신호를 이용한 정보 입력 방법 및 시스템

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140126216A1 (en) * 2011-07-01 2014-05-08 Koninklijke Philips N.V. Light guide
CN103861284B (zh) * 2012-12-14 2017-03-01 联想(北京)有限公司 一种确定相对位置的方法及装置
CN103810507A (zh) * 2014-02-13 2014-05-21 步步高教育电子有限公司 一种文字书写自动纠错设备和方法
CN104850279B (zh) 2015-05-29 2017-11-28 京东方科技集团股份有限公司 一种声波触控装置及电子设备
CN111102609A (zh) * 2019-12-10 2020-05-05 广东美的厨房电器制造有限公司 烹饪设备、食物重量检测方法、装置及存储介质
CN115825853A (zh) * 2023-02-14 2023-03-21 深圳时识科技有限公司 声源定向方法及其装置、声源分离及跟踪方法和芯片

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59101138A (ja) * 1982-11-29 1984-06-11 オリンパス光学工業株式会社 超音波診断装置の時間利得補償回路
JPS62139030A (ja) * 1985-12-13 1987-06-22 Toshiba Corp 座標入力装置
DE3751763T2 (de) * 1986-06-27 1996-11-14 Canon Kk Koordinateneingabegerät
JPH064209A (ja) * 1992-06-22 1994-01-14 Nec Corp ポインティングデバイス
JPH0683528A (ja) * 1992-09-03 1994-03-25 Fujitsu Ltd 座標入力装置
JPH09501247A (ja) * 1992-11-17 1997-02-04 レクトラ、システム グラフィック情報の収集処理法およびこの方法を実施する装置
IL108566A0 (en) * 1994-02-04 1994-05-30 Baron Research & Dev Company L Handwriting input apparatus using more than one sensing technique
JP3859248B2 (ja) * 1995-07-05 2006-12-20 富士通株式会社 超音波座標入力装置
JPH10133805A (ja) * 1996-10-31 1998-05-22 Wacom Co Ltd 位置指示器
US6414673B1 (en) * 1998-11-10 2002-07-02 Tidenet, Inc. Transmitter pen location system
JP2002236546A (ja) * 2001-02-08 2002-08-23 Canon Inc 座標入力装置及びその制御方法、コンピュータ可読メモリ
KR100846761B1 (ko) * 2001-09-11 2008-07-16 삼성전자주식회사 포인터 표시방법, 그 포인팅 장치, 및 그 호스트 장치
JP3889336B2 (ja) * 2002-08-02 2007-03-07 東芝テック株式会社 宿泊施設におけるフロント業務処理装置
US7489308B2 (en) * 2003-02-14 2009-02-10 Microsoft Corporation Determining the location of the tip of an electronic stylus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101037310B1 (ko) 2008-11-07 2011-05-26 (주)펜앤프리 초음파 신호를 이용한 정보 입력 방법 및 시스템

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