KR20020090203A - 적응 알고리즘을 이용한 자연필기정보 입력 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파신호를 이용한 위치정보 입력장치에 있어서 송신부의 이격거리에 따른 신호의 감쇄로 인해 발생하는 위상의 점프나 천이와 같은 위상에러를 적응적으로 방지하기 위한 초음파신호를 이용하여 송신부의 위치를 추적하는 시스템에 관한 것으로,

본 발명의 특징은, 송신부에서 송신되는 초음파신호를 수신하는 초음파 센서 수단; 수신된 초음파신호를 증폭하는 신호처리를 포함하는 신호처리 수단; 임계치를 이용하여 증폭된 초음파 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 비교기를 포함하는 디지털변환 수단; 디지털 변환된 파형에서 송신부의 이격 거리를 계산하는 카운터 수단; 계산된 카운터 값에 따라 거리 값으로 변환하는 거리생성 수단; 생성된 거리정보로부터 적용되어야하는 상수를 생성하는 적응상수생성 수단; 송신부에서 송신되는 적외선신호를 수신하여 송신부와의 동기신호를 생성하는 적외선 수광부 수단; 계산된 두 개 이상의 이격 거리로부터 수평 및 수직 좌표 값을 계산하는 좌표계산 수단을 포함하는데 있다.

이와 같이 본 발명은 초음파신호를 이용하는 위치정보 입력장치에 있어서, 이격 거리의 차이로 인해 발생되는 수신신호의 위상에러를 방지하기 위하여 송신부와 수신부의 이격 거리에 따라 디지털변환시 비교기에 입력되는 임계치 전압을 적응적으로 변환하거나, 디지털변환 수단인 비교기에 입력되는 아날로그신호의 증폭도를 적응적으로 변환하는 적응상수를 생성하여 제공함으로서 안정된 위치정보를 얻을 수 있게 하는 이점이 있다.

Description

적응 알고리즘을 이용한 자연필기정보 입력 장치{Apparatus for natural hand writing input device using adaptive signal algorithm}

본 발명은 펜의 위치인식을 이용한 입력장치에 있어서 이격 거리에 따른 위상에러를 방지하기 위한 것으로, 보다 상세하게는 수신신호의 이격 거리 정보로부터 이격 거리에 따라 적응적으로 디지털 변환시 임계치를 변경하거나 수신신호의 증폭도를 변경하여 이격 거리의 차이로 인한 위상의 점프 및 천이에러의 발생을 방지하기 위한 시스템에 관한 것이다.

압전 소자는 전압의 변화에 의해 진동을 발생하는 센서의 일종으로 소리가 공기중에 전달되는 속도가 일정하게 정하여짐을 이용, 초음파신호를 발생하여 1차원적인 이격 거리를 측정하거나 도 5와 같이 두 개 이상의 초음파 수신센서를 이용하여 다차원공간에서의 위치를 측정하는데 이용되어 왔다. 그런데, 이와 같은 입력장치에 있어서 수신된 신호는 송신부와의 이격 거리에 따라 그 크기가 일정하게 유지되지 않게 되고, 이는 거리정보의 위상 에러로 발생하였다.

종래에는 도 5와 같이 일정한 기준 임계치 전압을 비교기를 포함하는 디지털변환수단에서 수신신호와 비교하여 디지털 파형을 얻음으로서 위상의 점프나 천이와 같은 에러가 발생하였고, 발생된 에러를 정정하여 정확한 송신부의 위치를 파악하기 위하여 많은 복잡한 연산을 수행하여야만 하였다.

본 발명의 목적은 수신된 초음파 아날로그신호의 디지털 변환시 이용되는 임계치를 적응적으로 변환하거나, 초음파신호 증폭시 이격 거리에 따라 수신되는 신호의 증폭도를 적응적으로 변환하여 이격 거리에 따른 위상의 에러가 발생되지 않도록 함으로서 정확하게 송신부의 위치를 추적할 수 있게 하는 시스템을 제공하는데 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 위상에러를 최소화하기 위한 것으로서, 수신신호의 주파수정보로부터 이격 거리를 생성하고, 이격 거리가 가까울 때에는 임계치를 멀리하고 이격 거리가 멀때에는 임계치를 신호의 중앙으로부터 가깝게 함으로서 수신된 신호의 크기가 이격 거리에 따라 차이가 발생하더라도 디지털 변환된 신호는 일정한 위상을 유지하도록 하는데 그 목적이 있다. 또한 이격 거리에 따라 수신신호의 증폭도를 변경하더라도 동일한 효과를 얻을 수 있으며, 이격 거리가 아니라 에러의 발생 유무에 따라 에러가 발생한 때에만 임계치 전압이나 증폭도를 변경하더라도 이격 거리에 따른 위상의 에러를 방지하는 효과를 얻을 수 있게 한다.

도 1은 본 발명에 따른 적응적인 알고리즘을 이용한 위치정보 입력 시스템의 구성 도면,

도 2는 본 발명에 따른 에러검출을 통한 적응적인 알고리즘을 이용한 위치정보 입력 시스템의 구성 도면,

도 3은 적응적인 알고리즘을 이용한 상세 시스템 구현 도면,

도 4는 에러검출을 통해 적응적인 알고리즘을 이용한 상세 시스템 구현 도면,

도 5는 종래의 기술에 의한 위치정보 입력 시스템의 구성 도면,

도 6은 송신부와의 이격 거리가 멀리 멀어짐에 따라 발생하는 위상의 점프에러 파형 도면,

도 7은 송신부와의 이격 거리가 가까이 멀어짐에 따라 발생하는 위상의 천이에러 파형 도면,

도 8은 송신부와의 이격 거리에 따라 적응적으로 임계치를 변환시의 위상 점프에러가 방지된 수신 파형 도면,

도 9는 송신부와의 이격 거리에 따라 적응적으로 임계치를 변환시의 위상 천이에러가 방지된 수신 파형 도면,

도 10은 송신부와의 이격 거리에 따라 적응적으로 증폭도를 변환시의 위상 점프에러가 방지된 수신 파형 도면,

도 11은 송신부와의 이격 거리에 따라 적응적으로 증폭도를 변환시의 위상 천이에러가 방지된 수신 파형 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101 : 초음파 신호 수신 수단

102 : 증폭 신호 처리 수단

103 : 비교기를 포함하는 디지털변환 수단

104 : 카운터 수단

105 : 거리정보 생성 수단

106 : 점프에러 검출 수단

110 : 적응상수 생성 수단

111 : 펄스폭 결정 수단

112 : 펄스폭 변조 수단

113 : 아날로그전압변환 수단

114 : 임계치 전압생성 수단

115 : 증폭도 결정 수단

151 : 기준 수신신호 파형

152 : 기준 임계치 파형

153 : 디지털 변환된 초음파 파형

154 : 신규 임계치 파형

161 : 원거리에서의 수신신호 파형

163 : 원거리에서의 디지털 변환된 초음파 파형

171 : 근거리에서의 수신신호 파형

173 : 근거리에서의 디지털 변환된 초음파 파형

200 : 적외선신호 수신 수단

300 : 수평 및 수직 좌표계산 수단

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 초음파신호를 수신하기 위한 초음파센서수단; 적외선신호를 수신하기 위한 적외선수광부수단; 상기 초음파센서수단에서 수신된 신호 중에서 초음파신호만을 선택하도록 필터링하고 증폭하여 일정한 크기 이상으로 변환하는 신호처리수단; 상기 신호처리수단에서 출력되는 신호를 디지털신호로 변환하기 위한 비교기를 포함하는 디지털변환수단; 상기 적외선수광부수단에서 수신된 기준 동기신호와 상기 디지털변환수단에서 출력된 디지털신호의 이격 시간을 카운팅하는 카운터수단; 상기 카운터수단에서 계산된 타이밍정보로부터 송신부의 이격 거리를 계산하는 거리생성수단; 상기 거리생성수단에서 계산된 이격 거리 정보에 따라 적응적으로 반영되어야 하는 임계치 전압이나 증폭도와 관련된 상수를 생성하는 적응상수생성수단; 상기 두 개의 거리생성수단에서 계산된 두 개의 거리정보로부터 절대적인 수평 및 수직좌표를 계산하기 위한 좌표계산 수단을 포함함을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 초음파센서수단은 초음파 센서를 이용하여 입력되는 초음파신호를 전기신호로 변환함을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 적외선수광부수단은 적외선 센서를 이용하여 입력되는 적외선신호를 디지털 파형으로 변환함을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 신호처리수단은 차등증폭기나 트랜지스터를 이용한 증폭기와 같이 신호의 증폭기능을 하는 회로를 포함함을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 디지털변환수단은 임계치전압과 상기 신호처리 수단에서 증폭된 아날로그신호를 비교기를 통해 디지털신호로 변환함을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 카운터수단은 상기 적외선수광부수단에서 출력된 디지털 파형으로부터 상기 디지털변환수단에서 출력되는 디지털 파형까지의 시간을 카운터를 이용하여 계산함을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 거리생성수단은 상기 카운터수단에서 계산된 정보로부터 시간/거리변환에 의해 거리정보를 얻도록 구성되어짐을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 적응상수생성수단은 상기 거리생성수단에서 얻어진 이격거리정보로부터 상기 디지털변환수단에서 사용되는 임계치전압을 생성할수 있도록 하는 펄스폭결정수단을 포함하도록 구성되어짐을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 적응상수생성수단은 상기 펄스폭결정수단에서 결정된 펄스폭의 펄스를 반복하여 펄스열을 생성하는 펄스폭변조수단을 포함함을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 적응상수생성수단은 상기 펄스폭변조수단에서 입력되는 펄스열로부터 아날로그 임계치 전압을 얻을 수 있도록 하는 아날로그변환수단을 포함함을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 적응상수생성수단은 상기 아날로그변환수단에서 출력되는 아날로그 전압레벨을 상기 디지털변환수단에 입력하여 비교기의 비교전압으로 사용될 수 있도록 함을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 적응상수생성수단은 상기 거리생성수단에서 생성된 이격 거리 정보에 따라 증폭율 상수를 생성하도록 하는 증폭율생성수단을 더 포함함을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 적응상수생성수단은 상기 증폭율생성수단에서 결정된 증폭율상수를 상기 신호처리수단에 입력하여 증폭도를 변경하도록 함을 더 포함함을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 적응상수생성수단은 적응상수를 생성하기 위하여 아날로그/디지털변환기를 더 포함함을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 적응상수생성수단은 상기 거리생성수단으로부터 계산된 거리정보로부터 에러가 발생하였을 때에 적응상수를 생성하도록 하는 수단을 더 포함함을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 좌표계산 수단은 두 개의 초음파 수신신호로부터 계산된 두 개의 이격 거리 값으로부터 삼각함수에 의해 절대적인 수평 및 수직 좌표 값을 계산함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 초음파신호를 이용한 필기정보 입력장치의 시스템의 구성을 나타낸 도면이다. 초음파센서(101)에 도달하는 초음파신호는 신호처리수단(102)에서 그 수신신호가 증폭된다. 증폭된 수신신호는 임계치 전압과 비교기를 통하여 디지털변환수단(103)에서 비교되어 임계치 전압 이상이나 이하의 신호만이 출력되어 디지털파형의 형태로 변환된다. 적외선수광부수단(200)에서는 초음파신호와 달리 빛은 순식간에 전달되는 특성을 이용하여 초음파신호 발생시의 시간을 알 수 있게 하는 동기신호를 발생하게 하며, 발생된 적외선 파형으로부터 디지털변환수단(102)의 출력 초음파 파형을 카운터수단(104)를 통하여 카운팅함으로서 타이밍 정보를 추출한다. 이러한 타이밍정보로부터 음파가 공기중에서 전달되는 속도를 이용하여 이격 거리정보를 거리생성수단(105)에서 생성한다. 두 개의 거리생성수단(105)에서 추출된 이격 거리정보로부터 좌표계산수단(300)에서는 송신부의 수평 및 수직좌표가 계산된다.

도 6의 a)와 같은 기준수신신호(151)가 일정거리에서는 안정되게 수신되어 기준임계치 전압(152)과 디지털변환수단(103)에서 비교되어 디지털파형(153)을 만들더라도 이격 거리가 원거리로 멀어지면 도 6의 b)에서 원거리수신신호(161)와 같이 그 크기가 감소하게되고 이러한 신호에 도 6의 a)에서 사용된 동일한 기준임계치 전압(152)을 이용하여 디지털변환수단(103)에서 디지털신호로 변환되면 원거리 디지털파형(163)에는 원거리수신신호(161)의 한 주기에 해당되는 만큼의 잘못된 위상정보가 얻어지게 된다. 또한 도 7의 a)와 같이 송신부가 수신부로부터 근거리만큼 이격 되었을때에도 이 근거리수신신호(171)를 일정한 기준 임계치 전압(153)으로 디지털변환수단(103)을 통해 근거리디지털 파형(173)을 얻으면 약간의 위상천이가 발생된 잘못된 위상정보가 얻어지게 된다.

본 발명에서는 도 8과 같이 이격 거리가 멀어질 때에는 이에 따라 적응적으로 신규 임계치 전압으로 임계치를 변경함으로서 도 6의 b)와 같은 점프 위상에러 뿐 만 아니라 도 7의 b)와 같이 위상천이에러를 방지하게 한다. 도 9는 근거리 이격시 위상천이에러가 정정된 파형 도면이다. 물론 도 10과 같이 신호처리수단(102)에서의 증폭도를 적응적으로 변경하여 도 10의 b)나 도 11의 b)와 같이 위상에러를 방지하게 하는 수단을 제공한다.

도 4는 적응적으로 신호처리수단(102)의 증폭도를 변경함으로서 위상에러를 방지하게 하기 위한 시스템의 블록도이다. 거리생성수단(105)에서 얻어지는 이격 거리정보에 따라 증폭도 결정수단(115)에서는 적당한 증폭도를 결정하고 이는 신호처리수단(102)에 보내져서 수신신호의 증폭도를 조정하게 한다.

도 5는 종래의 기술에 의한 시스템 블록도이다. 종래에는 이러한 적응적인 신호처리 수단 없이 이격 거리를 거리생성수단(105)에서 생성 후 발생된 에러를 나중에 좌표계산수단(300)에서 정정하는 방식으로 구성되어 있다.

이와 같이, 본 발명은 수신된 초음파신호에 에러가 발생하기 이전에 송신부의 이격 거리정보로부터 에러의 발생가능성을 검출하고 적응적으로 임계치 전압을 변경하거나 신호 처리시 증폭도를 변경함으로서 위상 에러가 발생 하는것을 사전에 방지 하기 위한 것이다.

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

결국, 본 발명의 적응적인 알고리즘을 적용한 위치정보 입력장치를 이용하면 송신부의 이격 거리의 차이로부터 발생할 수 있는 위상의 점프에러뿐만 아니라 천이에러를 미리 방지하기 때문에 에러가 발생된 후에 사용하는 복잡한 연산이나 에러정정 알고리즘의 사용 없이 간단하게 에러 없는 시스템을 구현하여 더욱 정교한 위치정보를 입력할 수 있다.

Claims (14)

1. 한 개 이상의 적외선수광부와 두 개 이상의 초음파수신센서를 구비하여 송신부의 위치를 추적하는 입력장치에 있어서,

   상기 초음파수신센서에서 수신된 초음파신호를 증폭하는 신호처리수단;

   상기 신호처리수단에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 파형으로 변환하기 위하여 비교기를 내장하는 디지털변환수단;

   상기 적외선수광부에서 입력되는 적외선신호로부터 송신부와 동기된 디지털파형을 출력하는 적외선수광부수단;

   상기 적외선수광부수단에서 출력되는 디지털신호로부터 상기 디지털변환수단에서 출력되는 디지털 신호까지의 시간을 카운팅하여 측정하는 카운터수단;

   상기 카운터수단으로부터 측정된 타이밍정보로부터 송신부와의 이격 거리를 계산하는 거리생성수단;

   상기 거리생성수단에서 얻어지는 이격 거리정보로부터 펄스폭을 생성하는 펄스폭결정수단;

   상기 펄스폭결정수단에서 결정된 펄스폭을 반복하여 펄스열을 만드는 펄스폭변조수단;

   상기 펄스폭변조수단에서 입력되는 디지털 펄스열을 필터링하여 아날로그전압을 생성하는 아놀로그전압변환수단을 포함함을 특징으로 하는 초음파를 이용한 송신부의 위치추적 입력장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 카운터수단은 클록주파수를 사용하여 상기 적외선수광부수단에서 출력되는 동기신호로부터 상기 디지털변환수단에서 출력되는 초음파신호까지의 시간을 카운터를 이용하여 측정함을 특징으로 하는 송신부 위치추적 입력장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 거리생성수단은 상기 카운터수단에서 측정된 시간과 소리의 공기중에서의 시간당 이동거리 정보를 이용하여 송신부의 이격 거리정보를 생성함을 특징으로 하는 송신부 위치추적 입력장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 아날로그전압변환수단은 입력되는 펄스열을 적분하여 일정한 임계치의 전압레벨을 생성함을 특징으로 하는 송신부 위치추적 입력장치.
5. 한 개 이상의 적외선수광부와 두 개 이상의 초음파수신센서를 구비하여 송신부의 위치를 추적하는 입력장치에 있어서,

   상기 초음파수신센서에서 수신된 초음파신호를 증폭하는 신호처리수단;

   상기 신호처리수단에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 파형으로 변환하기 위하여 비교기를 내장하는 디지털변환수단;

   상기 적외선수광부에서 입력되는 적외선신호로부터 송신부와 동기된 디지털파형을 출력하는 적외선수광부수단;

   상기 적외선수광부수단에서 출력되는 디지털신호로부터 상기 디지털변환수단에서 출력되는 디지털 신호까지의 시간을 카운팅하여 측정하는 카운터수단;

   상기 카운터수단으로부터 측정된 타이밍정보로부터 송신부와의 이격 거리를 계산하는 거리생성수단;

   상기 거리생성수단에서 얻어지는 이격 거리정보로부터 점프에러를 검출하는 점프에러검출수단;

   상기 점프에러검출수단에서 에러가 검출되면 상기 거리생성수단에서 얻어지는 이격 거리정보로부터 펄스폭을 생성하는 펄스폭결정수단;

   상기 펄스폭결정수단에서 결정된 펄스폭을 반복하여 펄스열을 만드는 펄스폭변조수단;

   상기 펄스폭변조수단에서 입력되는 디지털 펄스열을 필터링하여 아날로그전압을 생성하는 아놀로그전압변환수단을 포함함을 특징으로 하는 초음파를 이용한 송신부의 위치추적 입력장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 카운터수단은 클록주파수를 사용하여 상기 적외선수광부수단에서 출력되는 동기신호로부터 상기 디지털변환수단에서 출력되는 초음파신호까지의 시간을 카운터를 이용하여 측정함을 특징으로 하는 송신부 위치추적 입력장치.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 거리생성수단은 상기 카운터수단에서 측정된 시간과 소리의 공기중에서의 시간당 이동거리 정보를 이용하여 송신부의 이격 거리정보를 생성함을 특징으로 하는 송신부 위치추적 입력장치.
8. 제 5 항에 있어서, 상기 점프에러검출수단은 현재 입력되는 이격거리정보와 이전에 입력된 이격거리정보가 일정값이상으로 차이가 발생하면 에러가 발생한 것으로 출력함을 특징으로 하는 송신부 위치추적 입력장치.
9. 제 5 항에 있어서, 상기 아날로그전압변환수단은 입력되는 펄스열을 적분하여 일정한 임계치의 전압레벨을 생성함을 특징으로 하는 송신부 위치추적 입력장치.
10. 한 개 이상의 적외선수광부와 두 개 이상의 초음파수신센서를 구비하여 송신부의 위치를 추적하는 입력장치에 있어서,

    상기 초음파수신센서에서 수신된 초음파신호를 증폭하는 신호처리수단;

    상기 신호처리수단에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 파형으로 변환하기 위하여 비교기를 내장하는 디지털변환수단;

    상기 적외선수광부에서 입력되는 적외선신호로부터 송신부와 동기된 디지털파형을 출력하는 적외선수광부수단;

    상기 적외선수광부수단에서 출력되는 디지털신호로부터 상기 디지털변환수단에서 출력되는 디지털 신호까지의 시간을 카운팅하여 측정하는 카운터수단;

    상기 카운터수단으로부터 측정된 타이밍정보로부터 송신부와의 이격 거리를 계산하는 거리생성수단;

    상기 거리생성수단에서 얻어지는 이격 거리정보로부터 상기 신호처리수단의 증폭도를 결정하는 증폭도결정수단을 포함함을 특징으로 하는 초음파를 이용한 송신부의 위치추적 입력장치.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 카운터수단은 클록주파수를 사용하여 상기 적외선수광부수단에서 출력되는 동기신호로부터 상기 디지털변환수단에서 출력되는 초음파신호까지의 시간을 카운터를 이용하여 측정함을 특징으로 하는 송신부 위치추적 입력장치.
12. 제 10 항에 있어서, 상기 거리생성수단은 상기 카운터수단에서 측정된 시간과 소리의 공기중에서의 시간당 이동거리 정보를 이용하여 송신부의 이격 거리정보를 생성함을 특징으로 하는 송신부 위치추적 입력장치.
13. 제 10 항에 있어서, 상기 아날로그전압변환수단은 입력되는 펄스열을 적분하여 일정한 임계치의 전압레벨을 생성함을 특징으로 하는 송신부 위치추적 입력장치.
14. 제 10 항에 있어서, 상기 증폭도결정수단은 상기 거리생성수단에서 생성된 이격거리정보가 가까운때에는 증폭도를 낮추고 멀리 떨어질때에는 증폭도를 높임을 특징으로 하는 송신부 위치추적 입력장치.