KR101146209B1 - 정보 입력 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 신호 발생 장치의 위치를 측정하여 위치 정보를 입력하는 정보 입력 시스템 및 정보 입력 방법에 관한 것이다. 본 발명의 신호 발생 장치는, 정보 입력 장치에서 발생된 전자기파로부터 유도된 전원을 이용하여 신호 발생 장치를 구동하고 초음파 신호를 발생시킴으로써, 별도의 개별 전원이 필요없는 무전원 신호 발생 장치를 구현할 수 있다. 따라서, 본 발명은 전원 교체비용을 절약할 수 있어 저렴하고, 회로 구성이 간단한 정보 입력 시스템을 제공할 수 있다. 또한,
본 발명은 정보 입력 장치에서 전자기파의 위상을 변조하여 동기신호를 신호 발생 장치로 전송하고, 신호 발생 장치에서 위상이 변조된 전자기파에 대응되도록 유도된 유도 전압 신호에서 위상 변조를 검출함으로써 동기신호를 검출하여 신호 발생 장치와 정보 입력 장치를 동기화시킨다. 따라서, 외부 환경에 민감한 적외선 신호를 이용하지 않게 되어, 보다 신뢰성있는 정보 입력이 가능하다.

Description

정보 입력 시스템 및 방법{System and method for inputting information}
본 발명은 정보 입력 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전자기 유도와 초음파 신호를 이용한 정보 입력 시스템 및 방법에 관한 것이다.
개인용 컴퓨터와 휴대용 정보기기 및 통신기기에서는 사용자가 직감적으로 기기를 사용할 수 있도록 하기 위해서 다양한 인터페이스에 대한 연구를 수행하였고, 관련된 제품이 개발되었다. 이러한 새로운 인터페이스 기술을 통해서, 단순하게 텍스트를 입력하는 키보드와 메뉴를 선택하는 마우스 기능보다도 훨씬 간단하게 조작이 가능하고 정보를 입력할 수 있는 기술들의 보급이 확대되고 있다.
이러한 기술에는 스페이서에 의해 격리되고 압력에 의해 서로 접촉될 수 있도록 배치된 두 개의 저항성분의 시트를 합쳐 구성한 저항막(Resistive)방식, 유도되는 용량값의 변화되는 위치를 감지하는 정전용량(Capacitive)방식, 펜에서 유도되는 신호로부터 펜의 위치를 검출하는 전자기유도(Electromagnetic)방식, 및 소리와 빛의 속도차이를 이용하여 소리가 발생되는 위치의 변화를 검출하는 초음파(Ultrasonic)방식 등이 있다.
상기 저항막방식은 직류전압을 인가한 상태에서 눌려지는 압력에 의해 발생 되는 전류량의 변화를 감지하고, 정전용량방식은 교류전압을 인가한 상태에서 캐패시턴스 커플링(Capacitance Coupling)을 이용하여 위치를 감지한다. 또한, 전자기유도방식은 자계를 인가한 상태에서, 선택되는 위치를 유도전압으로 공진되는 공진주파수를 검출하여 감지한다. 전자기유도방식은 펜에서 공진되는 주파수에 따라 직교 배열된 두 세트의 안테나 코일에 유도되는 신호로 펜의 위치를 판단하도록 한다. 초음파방식은 속도가 매우 빠른 적외선신호와 전달속도가 느린 초음파신호를 전자펜에서 동시에 발생시키고, 수신회로에서 수신된 적외선신호로부터 어느 정도 늦게 초음파신호가 도달되는지를 계산하여 펜의 이격거리와 두 개 이상의 이격거리로부터 좌표를 계산하여 펜의 실시간 위치추적이 가능하도록 하였다.
각각의 방식에 따라 사용자가 사용하는 방식과 편리성, 해상도나 가격 및 용도에 따라 각각 상이한 제품에서 사용되고 있으나, 전자유도방식이나 초음파방식의 경우에는 해상도가 높고 어느 정도의 높이에서도 동작되는 호버링 기능으로 인해서 태블릿PC등에 일반적으로 활용되었다. 이러한 호버링 기능은 일반 종이위에서도 필기가 가능하게 하였으며, 이것을 이용하여 외부기기와 연결하지 않고도 종이에 필기한 정보를 저장하도록 하는 기기도 등장하였다.
그러나, 전자유도방식은 직교하는 형태의 코일이 형성되어 있는 특별한 패드 위의 일정한 높이에서만 동작하고, 주변의 전자파에 의해 지터나 오류가 발생되는 단점이 있다. 또한, 전자유도를 달성하기 위하여 패드위에 회로나 금속물질이 실장 되어 있으면 오류가 발생하고, 다른 타블렛이나 전자기기와의 간섭을 방지하기 위한 쉴드플레이트가 패드뒷면에 필요한 단점이 있다.
초음파방식은 공기중에서 동작이 가능하므로 특별한 패드가 불필요하나, 적외선과 초음파신호를 발생시키기 위한 전원이 별도로 펜에서 요구되고, 여기에서 사용하는 적외선신호는 외부 형광등과 같은 빛으로부터의 간섭이 발생되어 동작오류나 지터가 발생하는 단점이 있다. 또한, 상기의 적외선신호는 두 대 이상의 초음파방식을 적용하는 기기가 인접해 있으면 기기간에 상호 간섭을 발생시키는 단점이 있다.
이하, 일반적인 초음파방식의 정보 입력 장치의 구성과 동작은 다음과 같다.
초음파 방식의 정보 입력 장치(이하, "타블렛"과 동일한 의미로 지칭됨)는 빛과 소리의 전달시간 차이를 이용함으로써, 초음파신호 발생부로부터 초음파신호 수신부까지의 시간으로부터 거리를 계산하여 위치를 파악한다.
빛은 순식간에 수신부에 도달하지만 소리는 1초에 약 340m정도의 전달시간 지연을 가지며, 이것을 계산하여 초음파신호 발생장치로부터 수신부까지의 초음파신호의 전달시간을 알면, 이것을 이용하여 수신부에서 초음파신호 발생부까지의 거리를 알 수 있는 원리이다. 다만, 빛으로는 눈에 보이지 않는 적외선을 사용하고 소리로는 귀에 들리지 않는 초음파신호를 사용하게 된다.
이러한 초음파방식 타블렛의 전자펜은 기준신호의 역할을 하는 적외선신호를 발생시키는 회로와 상기 적외선과 함께 초음파신호를 발생시키기 위한 회로를 포함하도록 구성된다.
이하, 종래 기술에 의한 초음파방식 타블렛의 구동원리를 도면을 참조하여 설명한다.
종래의 초음파 신호를 이용한 입력 장치의 구성을 도 1에 도시하였다. 도 1을 참조하면, 종래의 정보 입력 장치에 이용되는 신호 발생 장치(10)는 펜 형태로 구현되며, 펜(10)에 전원을 공급하는 전원부(18), 기준신호인 적외선신호를 발생시키는 적외선신호 발생부(16), 및 초음파 신호를 발생시키는 초음파신호 발생부(15), 마이크로 컨트롤러를 내장하여 적외선신호 발생부(16)와 초음파신호 발생부(15)를 제어하는 제어부(17) 및 적외선발광센서(13)와 초음파발생센서(12), 스타일러스 펜팁이나 잉크펜팁으로 구성된 펜심부(11)를 포함하여 구성된다.
초음파발생센서(12)는 펜심부(11)의 외주면을 둘러싸도록 설치되어 실린더형태의 공간을 확보해야 펜심이 유동될 수 있도록 하면서도 초음파신호발생부(15)로부터 인가된 전기 에너지를 진동으로 변환하여 초음파를 발생시켜야 하므로 피에조 필름과 같은 압전 소자로서 구현되는 것이 바람직하다.
전원부(18)는 초음파신호발생부(15)와 적외선신호발생부(16) 및 제어부(17)에 전원을 공급한다. 제어부(17)에서는 소정의 시간 주기마다 주기적으로 초음파신호와 적외선신호를 발생시키도록 하는 제어신호를 생성한다. 이 생성된 제어신호에 의해서 초음파신호발생부(15)에서는 초음파발생센서(12)를 구동하기 위한 신호를, 적외선신호발생부(16)에서는 적외선발광센서(13)를 구동하는 신호를 발생하게 된다. 동시에 발생된 초음파신호와 적외선신호는 도 2의 수신회로(30)에 포함된 초음파수신센서(31,32)와 적외선수신센서(33)에서 수신되지만, 초음파신호는 펜(10)으로부터의 이격거리에 따라서 시간이 지연되어 수신된다.
도 2 는 종래의 초음파방식 타블렛에서 펜(10)의 위치를 측정하기 위한 개념을 나타내는 수신회로의 구성도면이다.
수신부(30)는 적외선신호를 수신하는 적외선신호수신센서(33)와 초음파 신호를 수신하는 복수의 초음파신호수신센서(31,32)를 구비한다. 이 때, 초음파신호 수신센서(31,32)들은 소정의 거리만큼 이격되어 설치되며, 두 개의 초음파신호수신센서간의 이격거리를 c로 표기하여 설명한다.
도 3은 수신부(30)에 포함된 적외선신호수신센서(33)과 초음파신호수신센서(31,32)에서 수신되는 신호의 상관관계를 나타내는 타이밍도이다.
펜(10)에서 동시에 발생되는 적외선신호와 초음파신호는 수신부(30)에 포함된 적외선신호수신센서(33)과 초음파신호수신센서(31,32)에서 그 신호들이 수신되며, 이것의 시간상에서의 파형은 도 3과 같다. 하나의 초음파신호수신센서(31)에서 수신되는 초음파신호는 수신된 적외선신호로부터 시간 Ta 이후에 수신되고, c만큼의 거리가 이격된 다른 초음파신호수신센서(32)에서 수신되는 초음파신호는 수신된 적외선신호로부터 시간 Tb 이후에 수신된다. 펜(10)의 움직임에 따라서 Ta와 Tb 값은 변하지만 소리의 전달시간으로부터 실시간으로 그 거리값은 검출이 가능하다. 이렇게 검출된 거리 a 및 b 값과 사전에 정의된 초음파신호수신센서(31,32)간의 거리값인 c 를 이용하여 펜(10)의 (x,y) 좌표를 다음의 수학식 1을 이용하여 구할 수 있다.
a2=x2+y2
b2=(c-x)2+y2
상기 수학식 1에서 기준 신호인 적외선신호가 빛의 속도로 진행하므로 펜(10)에서 생성됨과 동시에 적외선신호수신센서(33)에 수신된다고 간주하여, 거리 a 및 b 는 적외선신호가 수신된 시간과 초음파 신호가 좌측 초음파신호수신센서(31)와 우측 초음파신호수신센서(32)에 각각 수신된 시간간의 차이에 음속을 곱하여 구할 수 있고, 거리 c 는 사전에 설정된 값이므로, a, b, 및 c 값을 수학식에 적용하여 (x,y) 좌표를 구할 수 있고, 펜(10)이 움직이는 이러한 좌표값들을 이용하여 문자와 같은 사용자가 필기를 수행한 내용도 입력할 수 있다.
상기와 같은 초음파방식 타블렛은 기준신호인 적외선과 초음파신호를 동시에 발생시키는 전자펜과 상기 신호를 수신하는 센서가 있으면 어떤 표면이나 공간에서도 펜의 위치를 실시간으로 측정하여 타블렛 기능을 구현하는 것이 가능하게 하는 장점이 있다.
그러나, 이러한 종래의 신호 발생 장치는 초음파신호와 적외선 기준신호를 발생시키기 위한 전원이 별도로 필요하므로, 주기적으로 전원을 교체하거나 충전해야하는 불편함이 따르고, 적외선 기준신호는 외부 빛으로부터의 간섭과 외부 다른 타블렛과의 혼선을 발생시키는 원인을 제공하였다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는, 별도의 전원을 포함하지 않고 초음파 신호를 발생시킬 수 있는 무전원의 신호 발생 장치 및 이를 이용하는 정보 입력 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 신호 발생 장치에서 간섭과 오동작의 원인이 되는 기준신호를 별도로 발생시키지 않고, 초음파신호만을 발생시켜 정보를 입력할 수 있는 정보 입력 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 정보 입력 시스템은, 내부에 공진회로를 포함하고, 상기 공진회로에서 발생된 유도 전압 신호를 이용하여 초음파 신호를 발생시키는 신호 발생 장치; 및 상기 공진회로에서 유도 전압 신호가 발생되도록 전자기파를 발생시켜 상기 신호 발생 장치로 전송하고, 상기 초음파 신호를 수신하여 상기 신호 발생 장치의 위치를 측정하여 위치 정보를 생성하는 정보 입력 장치를 포함한다.
또한, 상기 정보 입력 장치는 일정한 시간 간격 또는 임의의 시간 간격으로 동기신호가 포함된 상기 전자기파를 발생시키고, 상기 신호 발생 장치는 상기 전자기파로부터 상기 동기신호를 검출하여 상기 동기신호가 검출된 시점에 초음파 신호를 발생시킬 수 있다.
또한, 상기 정보 입력 장치는 일정한 시간 간격 또는 임의의 시간 간격으로 상기 전자기파의 위상을 변조하여 발생시키고, 상기 신호 발생 장치는 상기 전자기파에 의해서 유도된 상기 유도 전압 신호의 위상을 조사하여, 상기 전자기파의 위상이 변조된 시점에 대응되도록 초음파 신호를 발생시킬 수 있다.
또한, 상기 정보 입력 장치는 일정한 시간 간격 또는 임의의 시간 간격으로 동기신호를 생성하여, 상기 동기신호가 포함된 전자기파를 발생시키고, 상기 동기신호를 발생시킨 시간과 초음파 신호가 수신된 시간을 이용하여 상기 신호 발생 장치의 위치를 측정할 수 있다.
또한, 상기 정보 입력 장치는 일정한 시간 간격 또는 임의의 시간 간격으로 전자기파의 위상을 변조하여 발생시키고, 상기 위상을 변조시킨 시간과 초음파 신호가 수신된 시간을 이용하여 상기 신호 발생 장치의 위치를 측정할 수 있다.
또한, 상기 신호 발생 장치는, 전자기파를 이용하여 유도 전압 신호를 발생시키는 공진 회로; 상기 유도 전압 신호의 위상을 조사하여, 전자기파의 위상이 변조된 시점에 대응되는 동기 신호를 검출하는 동기신호 발생기; 상기 동기신호 발생기로부터 상기 동기 신호가 입력되면 초음파 신호를 발생시키는 초음파신호 발생기; 및 상기 유도 전압 신호를 정류하여 상기 동기신호 발생기 및 상기 초음파신호 발생기로 전원을 공급하는 정류기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 동기신호 발생기는 상기 유도 전압 신호에 대해서 저대역필터링을 수행하여 상기 동기신호를 검출할 수 있다.
또한, 상기 정보 입력 장치는, 상기 전자기파를 발생시키는 안테나코일부;
동기신호를 발생시키는 동기신호 발생부; 상기 동기신호 발생부로부터 동기신호가 입력되면, 상기 안테나코일부에서 발생된 전자기파의 위상을 변조시키는 안테나코일 드라이버; 서로 이격되어 상기 초음파 신호를 수신하는 두 개 이상의 초음파 센서; 및 상기 동기신호가 발생된 시간과 초음파 신호가 상기 초음파 센서에서 각각 수신된 시간을 이용하여 상기 신호 발생 장치의 위치를 측정하는 위치 측정부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 안테나코일부는 상기 신호 발생 장치의 위치가 측정되는 영역의 둘레에 설치되거나, 상기 신호 발생 장치의 위치가 측정되는 영역의 내부 혹은 주변에 복수개로 설치될 수 있다.
또한, 상기 신호 발생 장치는 상기 공진회로를 이용하여 동기신호가 포함된 전자기파를 상기 초음파 신호와 함께 발생시키고, 상기 정보 입력 장치는 상기 공진회로에서 발생된 전자기파에서 상기 동기신호를 검출하고, 상기 동기신호가 검출된 시간과 초음파 신호가 수신된 시간을 이용하여 상기 신호 발생 장치의 위치를 측정할 수 있다.
한편, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 정보 입력 방법은, (a) 위치 정보 입력 장치가 전자기파를 발생시키는 단계; (b) 신호 발생 장치가 상기 전자기파를 이용하여 유도 전압 신호를 발생시켜 구동되어 초음파 신호를 발생시키는 단계; 및 (c) 상기 위치 정보 입력 장치가 초음파신호를 수신하여 상기 신호 발생 장치의 위치를 측정하여 위치 정보를 생성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 (a) 단계에서, 상기 위치 정보 입력 장치는 일정한 시간 간격 또 는 임의의 시간 간격으로 동기 신호가 포함된 상기 전자기파를 발생시키고, 상기 (b) 단계에서, 상기 신호 발생 장치는 상기 유도 전압 신호로부터 상기 동기 신호를 검출하고, 상기 동기 신호가 검출된 시점에 대응되도록 초음파 신호를 발생시키며, 상기 (c) 단계에서, 상기 위치 정보 입력 장치는 상기 동기신호가 포함된 상기 전자기파가 발생된 시간과 초음파 신호가 수신된 시간을 이용하여 상기 신호 발생 장치의 위치를 측정하여 상기 위치 정보를 생성할 수 있다.
또한, 상기 (a) 단계에서, 상기 위치 정보 입력 장치는 일정한 시간 간격 또는 임의의 시간 간격으로 위상이 변조된 상기 전자기파를 발생시키고, 상기 (b) 단계에서, 상기 신호 발생 장치는 상기 유도 전압 신호의 위상을 조사하여 상기 전자기파의 위상이 변조된 시점에 대응되도록 초음파 신호를 발생시키며, 상기 (c) 단계에서, 상기 위치 정보 입력 장치는 상기 전자기파의 위상이 변조된 시간과 초음파 신호가 수신된 시간을 이용하여 상기 신호 발생 장치의 위치를 측정하여 상기 위치 정보를 생성할 수 있다.
또한, 상기 (b) 단계에서, 상기 신호 발생 장치는 일정한 시간 간격 또는 임의의 시간 간격으로 동기신호가 포함된 전자기파를 상기 초음파신호와 함께 발생시키고, 상기 (c) 단계에서, 상기 정보 입력 장치는 상기 신호 발생 장치에서 발생된 전자기파에서 상기 동기신호를 검출하고, 상기 동기신호가 검출된 시간과 상기 초음파 신호가 수신된 시간을 이용하여 상기 신호 발생 장치의 위치를 측정하여 상기 위치 정보를 생성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 신호 발생 장치는, 정보 입력 장치에서 발생된 전자기파로부터 유도된 전원을 이용하여 신호 발생 장치를 구동하고 초음파 신호를 발생시킴으로써, 별도의 개별 전원이 필요없는 무전원 신호 발생 장치를 구현할 수 있다. 따라서, 본 발명은 전원 교체비용을 절약할 수 있어 저렴하고, 회로 구성이 간단한 정보 입력 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 정보 입력 장치에서 전자기파의 위상을 변조하여 동기신호를 신호 발생 장치로 전송하고, 신호 발생 장치에서 위상이 변조된 전자기파에 대응되도록 유도된 유도 전압 신호에서 위상 변조를 검출함으로써 동기신호를 검출하여 신호 발생 장치와 정보 입력 장치를 동기화시킨다. 따라서, 외부 환경에 민감한 적외선 신호를 이용하지 않게 되어, 보다 신뢰성있는 정보 입력이 가능하다.
또한, 본 발명을 일반적인 디스플레이 장치에 적용하는 경우에, 디스플레이 외곽에 안테나 코일을 설치하고, 신호 발생 장치가 안테나 코일에서 발생된 전자기파를 이용하여 전원 및 동기신호를 공급받고, 초음파 신호를 발생시킴으로써 디스플레이 내부 영역에서 정보 입력이 가능하다. 따라서, 본 발명은 일반적인 터치스크린이나 타블렛 PC의 경우에 필요한 직교형태로 이루어진 다수의 직교코일의 패턴이 포함된 패드 없이도 디스플레이상에 정보를 입력할 수 있어, 저 비용으로 화면의 투과율 저하, 화면의 밝기나 컨트라스트의 저하가 전혀 없이, 타블렛 방식의 정보 입력이 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 정보 입력 시스템의 전체 구성과 정보 입력 장치의 세부 구성을 도시하는 도면이고, 도 5 는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 신호 발생 장치의 구성을 도시하는 도면이며, 도 6 은 정보 입력 시스템에서 주기적으로 발생되는 각 신호의 파형과, 한 주기내의 초음파 신호의 발생 및 수신 타이밍을 도시하는 도면이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 본 발명의 정보 입력 시스템은 초음파 신호를 발생시키는 신호 발생 장치(20)와 초음파 신호를 이용하여 신호 발생 장치(20)의 위치를 측정하여 위치 정보를 생성하고, 생성된 위치 정보를 입력하는 정보 입력 장치(50)를 포함하여 구성된다.
먼저, 정보 입력 장치(50)의 구성을 살펴보면, 정보 입력 장치(50)는 안테나코일부(51), 안테나코일 드라이버(52), 아날로그신호 증폭부(54), 디지털신호 변환부(55), 위치 측정부(56), 동기신호 발생부(53), 외부 인터페이스부(57), 및 서로 일정거리 만큼 이격되어 설치된 두 개 이상의 초음파 센서(58a,58b)를 포함하여 구성된다. 위치 측정부(56), 동기신호 발생부(53), 및 외부 인터페이스부(57)는 개인용 컴퓨터에 설치된 소프트웨어로 구현될 수 있고, 전용 반도체칩으로 구현될 수도 있다.
동기신호 발생부(53)는 주기적으로 위상이 변하는 도 6의 (a)에 도시된 바와 같은 펄스열을 생성하여 안테나코일 드라이버(52)와 위치 측정부(56)로 출력한다. 특히, 동기신호 발생부(53)는 도 6의 (a)의 610 과 같이 일정한 시간 주기로 동일한 주기내의 다른 펄스보다 폭이 넓은 펄스를 발생시켜 동기신호를 생성한다. 동 기신호 발생부(53)는 펄스열을 발생시키는 시간 간격을 임의로 변경하도록 구현될 수도 있다.
안테나코일 드라이버(52)는 동기신호 발생부(53)로부터 입력된 도 6의 (a)와 같은 펄스열을 도 6의 (b)에 도시된 바와 같은 아날로그 신호로 변환하여 안테나코일부(51)를 통해서 출력한다. 이 때, 안테나코일 드라이버(52)는 동기신호가 생성된 영역(610)에 대응되는 시점(620)에 아날로그 신호의 위상을 변조하여 신호 발생 장치(20)로 동기신호를 전송한다.
안테나코일부(51)는 신호 발생 장치(20)의 위치를 측정하는 영역, 즉, 위치 정보를 입력하는 영역의 외곽 둘레나, 인접한 주변에 설치되어 전자기파를 발생시킨다. 예컨대, 일반적인 노트북 컴퓨터를 타블렛 PC로서 이용하고자 하는 경우에, 안테나코일부(51)는 노트북 컴퓨터의 디스플레이 둘레에 설치되고, 사용자는 노트북 컴퓨터의 디스플레이 내부 영역에서 신호 발생 장치(20)를 이동시키면서 타블렛 PC와 동일한 방식으로 위치 정보를 입력할 수 있다. 또한, 사용자는 일반적인 모니터의 외곽 프레임 영역에 안테나코일부(51)를 설치하여 모니터의 화면 내부 영역에서 신호 발생 장치(20)를 이동시키면서 위치 정보를 입력할 수 있다. 또한, 신호 발생 장치(20)가 이용하는 영역이 넓은 경우에는, 해당 영역에 복수개의 안테나코일부(51)가 설치될 수도 있다.
안테나코일부(51)를 통해서 출력된 도 6의 (b)의 파형의 전자기파에 의해서, 신호 발생 장치(20)의 공진 회로부(21)에서, 도 6의 (c)와 같은 파형의 유도 전압 신호가 발생된다. 도 6의 (b)의 파형에 대응되는 유도 전압 신호의 위상 역시 정보 입력 장치(50)에서 동기신호가 발생된 시점에 위상 변조가 발생함을 알 수 있다.
따라서, 정보 입력 장치(50)는 전자기파의 위상을 변조하여 동기신호를 전송하고, 신호 발생 장치(20)는 유도 전압 신호에서 위상 변조를 조사함으로써 정보 입력 장치(50)에서 발생된 동기신호를 검출하고, 동기신호가 검출되는 즉시 또는 일정한 시간차를 갖고 초음파신호를 발생시킨다.
구체적으로, 신호 발생 장치(20)는 유도된 전압 신호를 정류하여 도 6의 (d)와 같은 파형을 얻고, 이를 저대역필터링하여 도 6의 (e)와 같은 파형을 얻으며, 도 6의 (e) 파형에서 위상 변조 시점에 대응되는 하강 에지를 검출하여 도 6의 (f)와 같이 초음파 신호를 발생시킨다. 이 때, 도 6의 (e)에 도시된 하강 에지는 정보 입력 장치(50)에서 발생된 동기신호와 동기화된 시간에 검출되므로, 신호 발생 장치(20)와 정보 입력 장치(50)는 서로 동기화될 수 있다.
한편, 두 개 이상의 초음파 센서(58a,58b)는 서로 일정거리 이격되도록 설치되어 도 6의 (g) 및 (f)에 도시된 바와 같이, 각각 초음파 신호를 수신하여 아날로그신호 증폭부(54)로 출력하고, 아날로그 증폭부(54)는 수신된 초음파 신호를 증폭하여 디지털신호 변환부(55)로 출력하며, 디지털신호 변환부(55)는 아날로그 신호인 초음파 신호를 디지털 신호로 변환하여 위치 측정부(56)로 출력한다.
위치 측정부(56)는 디지털신호 변환부(55)로부터 입력된 디지털 신호로부터 초음파 신호가 각 초음파 센서에 수신된 시간을 검출하고, 동기신호가 발생된 시간과 초음파 신호가 각 초음파 센서(58a,58b)에 수신된 시간간의 시간차(A,B)를 이용하여 신호 발생 장치(20)와 각 초음파 센서(58a,58b)간의 거리를 측정하여 상술한 수학식 1과 동일한 방식으로 신호 발생 장치(20)의 위치를 측정하여 위치 정보를 생성한다.
외부 인터페이스부(57)는 위치 정보를 이용하여 본 발명의 정보 입력 시스템이 구현된 컴퓨터의 응용 프로그램으로 위치 정보를 출력하거나, 본 발명의 정보 입력 시스템과 연결된 외부 회로나 전자기기로 위치 정보를 출력한다.
한편, 도 5를 참조하여 신호 발생 장치(20)의 구성을 설명하면, 신호 발생 장치(20)는 안테나코일부(51)에 의해 발생한 전자기파에 의해 공진하여 유도 전압 신호를 발생하는 공진회로부(21), 공진회로부(21)에서 발생하는 유도 전압 신호를 정류하여 신호 발생 장치(20)의 각 구성 요소들로 동작 전원을 공급하는 정류기(22), 공진회로부(21)에서 발생되는 유도 전압 신호를 필터링하여 동기신호를 검출하고, 초음파신호 발생부(15)로 동기신호를 출력하여 초음파 신호의 발생을 지시하는 동기신호발생기(23), 동기신호발생기(23)에서 생성된 동기신호에 의해 초음파신호를 발생시키는 초음파신호발생부(15) 및 초음파신호발생부(15)로부터 입력된 구동신호에 의해 초음파신호를 발생시키는 초음파신호발생센서(12)를 포함한다. 또한, 사용자가 종이에 직접 글을 쓸수 있도록 스타일러스펜팁이나 잉크펜팁을 포함하는 펜심부(11)를 더 포함할 수 도 있다.
도 7은 도 5에 도시된 공진회로부(21)와 동기신호발생기(23) 및 정류기(22)의 구성을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하여 설명하면, 안테나코일부(51)에 의해 발생된 전자기파에 의해서 공진회로부(21)에서는 도 6의 (c)와 같은 유도 전압 신호가 발생되어 동기신 호 발생기(23) 및 정류기(22)로 각각 입력된다. 공진회로부(21)는 기본적으로 콘덴서와 코일을 포함하여 구성되고, 그 밖의 유도 전원을 발생시키기 위한 구성은 변경이 가능하므로 구체적인 도시는 생략하였다.
동기신호발생기(23)는 다이오드(23-1)를 이용하여 유도된 전압 신호를 정류하여 도 6의 (d)와 같은 신호를 얻고, 이 신호를 저대역필터(23-2)에서 저대역필터링하여 도 6의 (e)와 같은 신호를 얻으며, 하강 에지를 검출하여 동기신호를 발생시켜 초음파신호발생부(15)로 출력한다.
또한, 정류기(22)는 유도 전압 신호를 정류하여 전원을 신호 발생 장치(20)내의 각 구성요소들로 공급한다.
한편 상술한 실시예에서는, 정보 입력 장치(50)가 전자기파의 위상을 변조하여 신호 발생 장치로 동기신호를 전송하는 예만을 설명하였으나, 동기신호 이외의 정보를 전송하는 것도 가능하다. 또한, 일반적인 무선 주파수 인식 방식과 동일한 방식으로, 신호 발생 장치(20)가 내부에서 발생된 정보(예컨대, 버튼 정보, 필기 압력 정보 등)를 정보 입력 장치(50)로 전송할 수도 있다. 또한, 동기신호와 같은 정보를 전자기파에 포함시켜 전송하는 방식의 일예로 위상 변조 방식을 설명하였으나, 그 밖의 통신분야에서 이용되는 다양한 방식을 적용하여 정보를 전송할 수도 있음은 물론이다.
지금까지 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 정보 입력 시스템을 설명하였다. 이하, 도 8 및 도 9를 참조하여 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 정보 입력 시스템을 설명한다. 제 2 실시예에 따른 정보 입력 시스템은 동기 신호 를 신호 발생 장치에서 발생시켜 정보 입력 장치로 전송한다는 점에서 제 1 실시예와 차이가 있다. 이러한 차이점을 중심으로 제 2 실시예를 설명한다.
도 8 은 제 2 실시예에 따른 신호 발생 장치의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 8 에 도시된 기능 블록들은 도 5와 마찬가지로 펜타입 또는 다양한 형태의 신호 발생 장치 내부에 구현되고, 도 8 에서는 설명의 편의를 위해서 기능 블록으로 표시하였다.
제 2 실시예의 신호 발생 장치(800)는 공진회로부(810), 동기신호 발생기(830), 초음파신호 발생부(840), 및 정류기(820)를 포함하여 구성된다.
먼저, 공진회로부(810)는 제 1 실시예와 마찬가지로 정보 입력 장치(900)에서 발생되는 전자기파를 이용하여 교류 전원을 발생시켜 정류기(820)로 제공하고, 동기신호 발생기(830)의 제어에 따라서 전자기파를 발생시켜 정보 입력 장치(900)로 전송한다. 이 때, 공진회로부(810)는 동기신호 발생기(830)로부터 동기신호가 입력되면 동기신호가 포함된 전자기파를 발생시킨다.
정류기(820)는 공진회로부(810)로부터 입력된 교류 전원을 정류하여 동기신호 발생기(830) 및 초음파신호 발생부(840) 등으로 전원을 공급한다.
동기신호 발생기(830)는 정류기(820)로부터 전원을 공급받고, 일정한 시간 간격으로 또는 임의의 시간 간격으로 동기신호를 생성하여 초음파신호 발생부(840) 및 공진회로부(810)로 출력하고, 초음파신호 발생부(840)는 동기신호가 입력되면 초음파 신호를 발생시킨다.
제 1 실시예의 경우에는 동기신호 발생기(23)가 정보 입력 장치(50)로부터 수신된 전자기파에 포함된 동기신호를 검출하여 신호 발생 장치(20)에서 이용할 동기신호를 발생시켰으나, 제 2 실시예의 경우에는 스스로 동기신호를 발생시키는 점에 차이가 있다. 여기서, 동기신호는 신호 발생 장치의 식별 정보일 수도 있고, 단순히 초음파신호가 발생된 시점만을 나타내기 위한 제어신호일 수 있다. 전자의 경우에 공진회로부(810)는 식별 정보를 전자기파에 포함시켜 발생시키고, 후자의 경우에는 특정 주파수의 전자기파를 발생시키는 것으로 충분하다.
그 밖에, 신호 발생 장치(800)는 제 1 실시예와 마찬가지로 펜심을 내부에 포함할 수도 있고, 펜압을 측정하는 압력 측정 센서 및 버튼 등을 포함하여, 압력 정보 및 버튼 정보를, 상술한 동기신호를 전자기파에 포함시켜 전송하는 것과 동일한 방식으로 전자기파에 포함시켜 정보 입력 장치(900)로 전송할 수 있다.
도 9는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 정보 입력 장치의 구성을 도시한 블록도이다. 도 9를 참조하면, 제 2 실시예에 따른 정보 입력 장치(900)는 서로 이격되어 설치된 두 개 이상의 초음파 센서(958), 아날로그 증폭부(954), 디지털신호 변환부(955), 안테나 코일부(951), 안테나코일 드라이버(952), 신호 검출부(959), 위치 측정부(956), 제어부(953), 및 외부 인터페이스부(957)를 포함한다.
초음파 센서(958), 아날로그 증폭부(954), 및 디지털신호 변환부(955)는 제 1 실시예와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
안테나코일 드라이버(952)는 제어부(953)로부터 입력되는 일련의 펄스열을 아날로그 신호로 변환하여 안테나 코일부(951)를 통해서 출력한다.
안테나 코일부(951)는 안테나코일 드라이버(952)로부터 입력되는 아날로그 신호에 대응되는 전자기파를 발생시켜 신호 발생 장치(800)로 전원을 공급하고, 공진회로부(810)에서 발생된 전자기파를 수신하여 신호 검출부(959)로 출력한다.
신호 검출부(959)는 신호 발생 장치(800)로부터 수신된 전자기파에서 동기신호를 검출하여 제어부(953)로 출력한다. 본 발명의 동기신호는 초음파 신호가 발생된 시간을 정보 입력 장치(900)가 알 수 있도록 하기 위한 것이므로, 신호 발생 장치(800)에서 특별한 정보의 전달없이 단지 소정의 주파수로 전자기파를 발생시켜 정보 입력 장치(900)로 초음파신호의 발생 시간만을 알리는 경우에, 신호 검출부(959)는 해당 주파수의 전자기파만을 감지하고, 해당 주파수의 전자기파가 수신된 사실을 제어부(953)로 출력함으로써 동기신호를 검출할 수 있다.
또한, 신호 발생 장치(800)에서 자신의 식별 정보와 같은 특정 정보(필기압 정보, 버튼 정보 등)를 포함하는 전자기파를 발생시킨 경우에, 신호 검출부(959)는 신호 발생 장치(800)에서 이용된 변조방법에 따라서 전자기파를 복조하여 정보를 검출하고 검출된 정보를 제어부(953)로 출력할 수 있다. 정보를 검출하는 방식은 신호 발생 장치에서 신호가 변조된 방식에 따라서 다양하게 적용될 수 있으며, 제 1 실시예와 마찬가지로 위상 변조를 검출하여 검출할 수도 있다.
제어부(953)는 정보 입력 장치(900)에 포함된 구성 요소들의 기능을 전반적으로 제어하고, 특히, 안테나코일 드라이버(952)를 제어하여 전자기파를 발생시킴으로써 신호 발생 장치(800)로 전원을 공급하고, 신호 검출부(959)로부터 입력되는 동기신호 또는 동기신호가 검출된 시간 정보를 위치 측정부(956)로 출력한다.
위치 측정부(956)는 제어부(953)로부터 동기신호 또는 동기신호가 수신된 시 간정보를 입력받고, 이들 정보가 입력된 시간과 디지털신호 변환부(955)에서 입력되는 각 초음파 센서(958)에서 초음파신호가 수신된 시간간의 시간차를 이용하여 신호 발생 장치(800)의 위치를 측정한다. 신호 발생 장치(800)의 위치를 측정하여 위치 정보를 생성하는 방식은 제 1 실시예와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 종래의 초음파 신호를 이용한 입력 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 초음파방식 타블렛에서 펜의 위치를 측정하기 위한 개념을 나타내는 수신회로의 구성도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 수신부에 포함된 적외선신호수신센서(33)과 초음파신호수신센서(31,32)에서 수신되는 신호의 상관관계를 나타내는 타이밍도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 정보 입력 시스템의 전체 구성과 정보 입력 장치의 세부 구성을 도시하는 도면이다.
도 5 는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 신호 발생 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 6 은 정보 입력 시스템에서 주기적으로 발생되는 각 신호의 파형과, 한 주기내의 초음파 신호의 발생 및 수신 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 7은 도 5에 도시된 공진회로부와 동기신호발생기 및 정류기의 구성을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 8 은 제 2 실시예에 따른 신호 발생 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 정보 입력 장치의 구성을 도시한 블록도이다.

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 내부에 공진회로를 포함하고, 상기 공진회로에서 발생된 유도 전압 신호를 이용하여 초음파 신호를 발생시키는 신호 발생 장치; 및
    상기 공진회로에서 유도 전압 신호가 발생되도록 일정한 시간 간격 또는 임의의 시간 간격으로 동기신호가 포함된 전자기파를 발생시켜 상기 신호 발생 장치로 전송하고, 상기 초음파 신호를 수신하여 상기 신호 발생 장치의 위치를 측정하여 위치 정보를 생성하는 정보 입력 장치를 포함하고,
    상기 신호 발생 장치는 상기 전자기파로부터 상기 동기신호를 검출하여 상기 동기신호가 검출된 시점에 초음파 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 정보 입력 시스템.
  3. 내부에 공진회로를 포함하고, 상기 공진회로에서 발생된 유도 전압 신호를 이용하여 초음파 신호를 발생시키는 신호 발생 장치; 및
    상기 공진회로에서 유도 전압 신호가 발생되도록 일정한 시간 간격 또는 임의의 시간 간격으로 위상을 변조하여 전자기파를 발생시켜 상기 신호 발생 장치로 전송하고, 상기 초음파 신호를 수신하여 상기 신호 발생 장치의 위치를 측정하여 위치 정보를 생성하는 정보 입력 장치를 포함하고,
    상기 신호 발생 장치는 상기 전자기파에 의해서 유도된 상기 유도 전압 신호의 위상을 조사하여, 상기 전자기파의 위상이 변조된 시점에 대응되도록 초음파 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 정보 입력 시스템.
  4. 내부에 공진회로를 포함하고, 상기 공진회로에서 발생된 유도 전압 신호를 이용하여 초음파 신호를 발생시키는 신호 발생 장치; 및
    상기 공진회로에서 유도 전압 신호가 발생되도록 전자기파를 발생시켜 상기 신호 발생 장치로 전송하고, 상기 초음파 신호를 수신하여 상기 신호 발생 장치의 위치를 측정하여 위치 정보를 생성하는 정보 입력 장치를 포함하고,
    상기 정보 입력 장치는 일정한 시간 간격 또는 임의의 시간 간격으로 동기신호를 생성하여, 상기 동기신호가 포함된 전자기파를 발생시키고, 상기 동기신호를 발생시킨 시간과 초음파 신호가 수신된 시간을 이용하여 상기 신호 발생 장치의 위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 정보 입력 시스템.
  5. 내부에 공진회로를 포함하고, 상기 공진회로에서 발생된 유도 전압 신호를 이용하여 초음파 신호를 발생시키는 신호 발생 장치; 및
    상기 공진회로에서 유도 전압 신호가 발생되도록 전자기파를 발생시켜 상기 신호 발생 장치로 전송하고, 상기 초음파 신호를 수신하여 상기 신호 발생 장치의 위치를 측정하여 위치 정보를 생성하는 정보 입력 장치를 포함하고,
    상기 정보 입력 장치는 일정한 시간 간격 또는 임의의 시간 간격으로 전자기파의 위상을 변조하여 발생시키고, 상기 위상을 변조시킨 시간과 초음파 신호가 수신된 시간을 이용하여 상기 신호 발생 장치의 위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 정보 입력 시스템.
  6. 내부에 공진회로를 포함하고, 상기 공진회로에서 발생된 유도 전압 신호를 이용하여 초음파 신호를 발생시키는 신호 발생 장치; 및
    상기 공진회로에서 유도 전압 신호가 발생되도록 전자기파를 발생시켜 상기 신호 발생 장치로 전송하고, 상기 초음파 신호를 수신하여 상기 신호 발생 장치의 위치를 측정하여 위치 정보를 생성하는 정보 입력 장치를 포함하고,
    상기 신호 발생 장치는
    전자기파를 이용하여 유도 전압 신호를 발생시키는 공진 회로;
    상기 유도 전압 신호의 위상을 조사하여, 전자기파의 위상이 변조된 시점에 대응되는 동기 신호를 검출하는 동기신호 발생기;
    상기 동기신호 발생기로부터 상기 동기 신호가 입력되면 초음파 신호를 발생시키는 초음파신호 발생기; 및
    상기 유도 전압 신호를 정류하여 상기 동기신호 발생기 및 상기 초음파신호 발생기로 전원을 공급하는 정류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 입력 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 동기신호 발생기는 상기 유도 전압 신호에 대해서 저대역필터링을 수행하여 상기 동기신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 정보 입력 시스템.
  8. 내부에 공진회로를 포함하고, 상기 공진회로에서 발생된 유도 전압 신호를 이용하여 초음파 신호를 발생시키는 신호 발생 장치; 및
    상기 공진회로에서 유도 전압 신호가 발생되도록 전자기파를 발생시켜 상기 신호 발생 장치로 전송하고, 상기 초음파 신호를 수신하여 상기 신호 발생 장치의 위치를 측정하여 위치 정보를 생성하는 정보 입력 장치를 포함하고,
    상기 정보 입력 장치는
    상기 전자기파를 발생시키는 안테나코일부;
    동기신호를 발생시키는 동기신호 발생부;
    상기 동기신호 발생부로부터 동기신호가 입력되면, 상기 안테나코일부에서 발생된 전자기파의 위상을 변조시키는 안테나코일 드라이버;
    서로 이격되어 상기 초음파 신호를 수신하는 두 개 이상의 초음파 센서; 및
    상기 동기신호가 발생된 시간과 초음파 신호가 상기 초음파 센서에서 각각 수신된 시간을 이용하여 상기 신호 발생 장치의 위치를 측정하는 위치 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 입력 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 안테나코일부는 상기 신호 발생 장치의 위치가 측정되는 영역의 둘레에 설치되거나, 상기 신호 발생 장치의 위치가 측정되는 영역의 내부 혹은 주변에 복수개로 설치되는 것을 특징으로 하는 정보 입력 시스템.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. (a) 위치 정보 입력 장치가 일정한 시간 간격 또는 임의의 시간 간격으로 동기 신호가 포함된 전자기파를 발생시키는 단계;
    (b) 신호 발생 장치가 상기 전자기파를 이용하여 유도 전압 신호를 발생시켜 구동되고, 상기 유도 전압 신호로부터 상기 동기 신호를 검출하고, 상기 동기 신호가 검출된 시점에 대응되도록 초음파 신호를 발생시키는 단계; 및
    (c) 상기 위치 정보 입력 장치가 초음파신호를 수신하고, 상기 동기신호가 포함된 전자기파가 발생된 시간과 초음파 신호가 수신된 시간을 이용하여 상기 신호 발생 장치의 위치를 측정하여 위치 정보를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 입력 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서, 상기 위치 정보 입력 장치는 일정한 시간 간격 또는 임의의 시간 간격으로 위상이 변조된 상기 전자기파를 발생시키고,
    상기 (b) 단계에서, 상기 신호 발생 장치는 상기 유도 전압 신호의 위상을 조사하여 상기 전자기파의 위상이 변조된 시점에 대응되도록 초음파 신호를 발생시키며,
    상기 (c) 단계에서, 상기 위치 정보 입력 장치는 상기 전자기파의 위상이 변조된 시간과 초음파 신호가 수신된 시간을 이용하여 상기 신호 발생 장치의 위치를 측정하여 상기 위치 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 정보 입력 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서, 상기 신호 발생 장치는 일정한 시간 간격 또는 임의의 시간 간격으로 동기신호가 포함된 전자기파를 상기 초음파신호와 함께 발생시키고,
    상기 (c) 단계에서, 상기 정보 입력 장치는 상기 신호 발생 장치에서 발생된 전자기파에서 상기 동기신호를 검출하고, 상기 동기신호가 검출된 시간과 상기 초음파 신호가 수신된 시간을 이용하여 상기 신호 발생 장치의 위치를 측정하여 상기 위치 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 정보 입력 방법.
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