KR840002277B1 - 접촉 위치 감지 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

접촉 위치 감지 장치

제1도는 본 장치에 의하여 덮여진 음극선관(CRT) 스크린의 사시도.

제2도는 접촉되지 않은 상태의 덮개장치를 도시한 단면도.

제3도는 접촉된 덮개장치를 도시한 단면도.

제4도는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 단면도.

제5도 및 제6도는 본 발명의 일정 원리를 도시한 도면.

본 발명은 접촉면의 위치를 결정하기 위한 장치에 관한 것이며, 특히 음극선관(CRT)과 같은 동기된 신호원과 함께 사용하기 위한 접촉감지장치에 관한 것이다.

CRT스크린에 표시된 정보에 대한 귀환정보를 제공하는 것이 필요한 경우가 많이 있었다. 예를들어 사용자가 스크린으로부터 선택하도록 스크린상에 한 선택을 표시하는 컴퓨터들을 사용하는 것이 일반적인 실시였다. 사용자는 통상적으로 가능한 선택들의 목록으로부터 선택하도록 건반 또는 이와 유사한 장치 위에 있는 특정키들을 작동시킨다. 선택된 키를 작동시키는 사용자에 응답하여 목록이 변화하며 새로운 선택이 사용자에게 주어지고 다시 특정키를 작동시키므로써 선택이 제공된다. 사용자가 먼저 스크린을 보아야 하며 그후에 적당한 키를 찾도록 분리된 건반으로 가야 하므로 이러한 장치는 지겨운 것이다. 이것은 시간을 소비하며 가격이 비싼 분리장치를 요구한다.

이 문제들을 해결할 몇가지 시도가 행하여졌으며 이중의 하나는 필요한 응답과 일치하는 CRT스크린상의 점들에 걸쳐서 광선펜을 사용하는 것이다. 그후에 CRT레스터로부터의 광선은 펜으로 들어가며 래스터의 위치는 신호가 나타나는 시간에서 펜으로부터의 신호출력과 래스터 비임의 위치를 비교하므로써 결정된다. 이 장치는 광선펜을 사용해야 하는 불편이 있다.

교차선들, 교차된 적외선비임들, 표면탄성파의 반사, 전류판들의 전류분할, 힘균형이 사용된 다른 접촉감지 스크린들도 유사하다. CRT 표시가 사용될 때 앞서 언급한 방법들은 접촉스크린의 점들과 표시점들 사이가 일치되도록 용의주도한 조정이 필요하다. 특정변환기들에 대한 필요 즉 많은 전기적접속은 복잡성을 크게하며 가격이 비싸진다.

그러므로 쉽게 결정되는 접촉위치와 함께 동적으로 변화하는 근본상의 어떤 위치에서 가시적인 표시가 직접 접촉되도록 하는 방법으로 이 문제들을 해결하는 것이 바람직하다.

CRT와 같은 가변신호원들이 예를들어 래스터 주사전자비임과 같은 동기된 신호를 발생시키며 전자비임의 위치가 적당한 시간에서 어떠한 위치에 있는가를 알 수 있다는 이점이 있다. CRT스크린은 평행표면을 갖는 유리판과 같은 장치로 덮어지며 래스터에 의하여 발생된 광선이 이 유리판을 통하여 사용자에게 보여진다. 장치의 연부들은 출력을 제공하기 위하여 평행표면들 사이에 갇혀진 광선들에 응답하는 광전다이오드들이 장치되어 있다.

한 점에서 장치의 상부표면을 접촉하므로써 (즉, 표면경계의 매질을 변화시키므로써) CRT 스크린표면으로 부터의 광선은 이 점에서 장치로 다시 들어가며 내부전반사에 의하여 장치내에 갇혀지게 된다. 그 후에 이러한 갇혀진 광선은 장치의 측면들로 이동되며 여기에서 광전다이오드들은 갇혀짐을 검출한다. 변화된 광전다이오드출력과 CRT 래스터비임 위치를 비료하므로써 정확한 접촉위치 표면이 결정된다. 일실시예에 있어서, 장치가 잡음 입력신호들에 덜 반응하도록 하기 위하여 유리판은 일정한 간격이 유지된 관계로 투명막에 의하여 덮여 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하겠다.

제1도에 도시된 바와같이, CRT20은 전자총(도시되지 않음)으로 부터의 전자들의 CRT의 형광면에 상부에서 하부까지 선에서 선의 연속적인 형태로 충돌하는 공지된 방법으로 작동된다. 전자들이 형광면을 때릴 때 형광면은 빛난다. 전자비임의 제어에 따라 형광영상들이 형광면에 형성된다.

본 발명을 이용하므로써 사용자가 형광면상의 어떤 위치를 접촉하거나 접촉위치를 전자석으로 결정할 수 있다. 이것을 달성하기 위하여 CRT 화면은 예를들어 평행표면들을 갖는 유리판 10과 같은 장치로 덮어지며 이 유리판을 통하여 형광면으로 부터의 빛이 통과한다.

CRT 화면이 사용자응답을 요구하는 영상을 주사할 때 판 10의 선택된 위치에 (예를 들어 제1도의 번호 6) 손가락 또는 다른 장치가 놓여진다. 이후에 설명될 것이지만 손가락 또는 다른 장치가 판 10의 선택된 위치에 놓여질 때 빛은 판 10내에 갇혀진다. 이 갇혀진 빛은 판의 연부까지 전달되며 광전다이오드를 101에 의하여 검출되어 접촉위치를 결정하는데 유용한 출력신호를 제공하게 된다. 출력신호의 시간에서 CRT 래스터(raster) 비임의 위치를 결정하므로써 접촉위치가 실제로 결정된다. 이것을 실시하기 위한 장치가 공지되어 있다. 본 발명에 대한 본 실시예에 있어서 신호출력은 광 펄스 (또는 펄스)이므로 광펜을 사용하는 공지된 방법이 사용될 수 있다.

제2도를 참조하면, CRT20의 전면에 부딪치는 CRT래스터비임 13이 도시되었으며 래스터비임 13은 형광면으로부터 평행면으로부터 평행표면들 14 및 15들 통하여 판 10의 밖으로 통과하는 광선 21을 포함한다. 대부분의 광선이 밖으로 전달되지만 얼마간의 광선은 CRT 화면을 향해 다시 반사된다. 하부표면 15와 CRT의 전면 사이에 있는 공기가 있는 간격으로 인하여 반사된 광선들(토의될 것임)은 내부전반사에 필요한 임계각보다 큰 굴절각을 가지므로 이들 반사된 광선판 10내에 갇혀지지 않는다. 판 10의 접촉에 응답하여 발생된 것이 아닌 이들 반사된 광선들은 판표면들 14 및 15 그리고 CRT 앞판 사이에서 이리저리 반사되어 광전다이오드들 101로 향하는 불필요한 "잡음" 즉 잘못된 신호원들이다. 그러나, 이들 잡음광선들이 판 10의 표면들을 여러차례 통과하여 판 10내에 갇혀지지 않으므로 이들은 예를들어 판 10의 연부들 근처에 배치된 검은 플라스틱 스트립들 102와 같은 광선흡수재를 사용하므로써 제거될 수 있다.

장치 10의 상부표면 14의 한점을 누르는 손가락이 제3도에 도시되었다. 이후에 설명될 바와같이 접점에서의 중간변화율 뿐만 아니라 손가락의 반사율은 내부 전반사에 의하여 화면 10의 표면들 14와 15 사이에 얼마간의 광선이 갇혀지도록 한다.

그후에 이들 갇혀진 광선은 판 10내에서 전달되어 광전다이오드 101에 부딪힌다. 이들 광선들이 표면들 14와 15를 통과하지 않기 때문에 광선흡수재들 102는 광선을 흡수하지 않는다. 그러므로 광전다이오드 101에 부딪히는 광선들이 출력신호를 발생시킨다는 것을 주시하라.

광전다이오드 101은 가시적인 신호들 또는 다른 신호들을 전기적 에너지로 변환시키는 어떤 형태의 변환장치 또는 단일장치일 수 있으며 몇 개의 제각기의 장치들을 포함할 수 있다는 것을 주시해야 한다. 어떤 경우에 있어서 한 표면에 한개의 변환기를 제공하는 것만으로도 충분하며 다른 경우에 있어서는 장치 10의 모든 면을 단일출력 또는 다수의 출력을 갖는 이러한 변환기로 둘러싸는 것이 유익하다. 어떤 경우에 있어서, 변환기는 적합한 광선도관을 통하여 판 10의 연부와 연관될 수 있으므로 이들 변환기는 어떠한 편리한 위치에 물리적으로 배치될 수 있다.

검출기응답을 균일하게 하기 위하여 검출기와 마주하지 않는 판의 연부들 (평행표면들 14와 15 사이)은 흰색으로 피복될 수 있거나 광택 또는 은도금이 될 수 있다.

또한, 2색 반응검출기들(적색감지 및 청색감지)을 사용하므로써 바람직하지 않은 분산효과들이 감소될 수 있다. 다른 스펙트럼 감도들을 갖는 2개의 광검출기들의 출력들은 무색체들(예를들어 대부분 판 10의 표면결합들 및 그리스들)로 부터 분산된 빛에 의하여 발생된 신호들이 완전히 없어지는 이러한 방법으로 혼합될 수 있다. 이것이 실시되었을 때도 대부분이 색이 있는 물체들 (예를들어 사람의 손)은 여전히 실제적인 출력신호를 발생시킬 것이다.

몇개의 예에 있어서, 공간적인 문제를 개선하기 위하여 표시하면 20과 판 10사이에 소형칭들 또는 바향적으로 투명한 다른 재질을 삽입하는 것이 필요할 수 있다. 이것은 CRT상의 판 10과 접하는 재질이 극단적으로 낮은 굴절율을 갖지 않을때 특히 유용하다.

비록, 본 실시예에 있어서 화살표들이 특정전달 방향을 지시하기 위해 권선들로서 도시되었지만 광선통로들은 항상 바뀔 수 있으며 여기서 설명된 2중 장치는 광검출기를 광방출기로 대치하고 주사된 표시화면을 주사된 광검출기배열로 대치하므로써 구성될 수 있다.

광검출기들로부터의 출력을 전기적으로 간섭하는 것을 방지하기 위하여 매우 용의주도한 전기적 보호물이 요구된다.

이 장치가 음극선관과 함께 사용된다면 사용자의 안전을 위해 매우 용의주도한 전기적 보호물이 제공되어야 한다. 특히 CRT와 광검출기들 사이에 접지판을 삽입하는 것이 매우 유용하다. 또한 막이 판 10의 표면 14와 접촉하도록 한다. 일실시예에 있어서, 막 11은 증가된 반사율을 갖도록 그리고 광선들을 분산시키도록 반색조의 흰점들로 만들어진 표면 12로 피복되어 있다.

막이 눌려지므로써 눌려진 부분 근처의 CRT20의 표면에서 발생된 광선은 판 10을 통과하여 막 11내로 진행하며 그후에 판 10내로 다시 반사된다. 이후에 토의될 것이지만 이들 반사된 광선들의 얼마는 내부 전반사에 의하여 판 10의 표면들 14와 15사이에 갇혀지며 결국 광전다이오드 101에 도달한다.

본 장치를 더욱 유용하게 하기 위하여 CRT로부터 멀리 위치된 흰점들의 면들은 검은 무광택재질로 되어야 한다. 이것은 사용자에게 보여지는 CRT영상의 대조를 증가시키며 매우 빠른 최초 감소의 인들을 갖는 CRT들이 가장 잘 작동한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 판 10은 예를 들어 실리콘고무로 된 유연하고 투명한 막(膜) 11로 덮여질 수 있다.

막 11은 예를 들어 지지물들 또는 마루, 돌출부에 대해 갇혀진 물체 또는 표면에 대해 분산된 유연탭들 사이를 잡아당기는 몇개의 장치중 어떤 하나에 의하여 판 10의 상부표면으로부터 분리된다. 이 구조는 사용자에게 보여지도록 CRT 화면으로부터의 광선이 막을 통과하도록 되어 있다. CRT 화면이 사용자 응답을 요구하는 영상을 주사할 때 선정된 위치에서 손가락 또는 다른 장치가 막의 외부표면에 배치된다.

막 11의 상부표면의 한점을 누르는 손가락이 제4도에 도시되었으며 이 누름에 의하여 이렇게 하지 않을 경우 대조는 점들로부터의 둘러싸인 광선의 반사에 의하여 감소된다. 예를들어 노출된 표면들을 산화시키므로써 즉 희고 검을 재질로 구성된 층으로부터 점들을 광부식시키는 여러 방법에 의하여 어두워질 수 있다.

굴절률 N₁과 N₂의 매질 사이의 단일표면에서의 굴절이 제5도에 도시되었다. 광선 A는 경계에 수직이며 굴절되지 않는다. 광선 B는 각도 θ₁으로 경계로 들어가며 다음과 같이 표시되는 스넬의 법칙에 따라 굴절한다.

N₁sinθ₁=N₂sinθ₂...........................(1)

광선 C는 내부 전반사에 대한 임계각 (θ₂=90˚)인 각도 θ_C로 경계에 접근한다. 이 임계각은 다음 공식으로 표시된다.

sinθ_c=N₂/N₁=1/N₁) N₂=1일때 (공기)............(2)

내부 전반사는 θ₁이 예를 들어 θ_D로 도시된 것과 같은 임계각보다 클 때 발생한다. θ₁의 sin이 1보다 크지 않기 때문에 내부전반사가 일어나기 위하여는 N₂가 N₁보다 작아야 한다.

이제 제6도를 참조하면, 내부전반사에 대한 상태는 장치 예를들어 장치의 표면들에서 공기의 굴절율 N(굴절율=1)에 대하여 고찰된다. 광선 A가 공기로부터 장치 10으로 들여갈 때 장치 10의 표면에서의 굴절율이 광선을 내부전반사에 필요한 임계각보다 작은 내부각 θ₁로 휘게 하므로 내부전반사가 일어나지 않는다 이것은

sinθ₁-sinθ₂=sinθ₀/N..............(3)

이므로 기하학의 사용 및 스넬의 법칙에 따른다.

이 내부전반사에 대한 임계각보다 작기 때문에 (3)식은 90˚이외의 θ₀의 모든 각들에 대하여 1/N보다 작다.

판 10위에 있는 공기간격이 제거될 때 판 10을 접촉하거나 판 10에 대하여 막 11을 누르므로써 접촉 매질판의 굴절을 N₀가 1보다 크게 되므로 판 10 내에 광선이 갇혀진다. 판 10의 표면의 극지적인 접촉에 의하여 경계매질판의 굴절을 n이 N₀로 변화하는 광선 B의 경우가 제6도에 도시되었다. 들어오는 광선이 판 10 내의 임계각보다 작은 각으로 휘지 않기 때문에 광선의 내부전반사가 일어날 수 있다. 이것은 다음과 같은 사실에 기인한다.

sinθ₁-sinθ₂=(N₀/N)sinθ

이것은 다음과 같을 때 임계각 1/N보다 크다.

N₀sinθ₀〉1..................(5)

유사하게, 판 10의 표면과 접촉한 확산적으로 반사하는 몸체 (N〉1)은 제6도에 C로 도시된 바와 같이 광선이 내부전반사에 의하여 갇혀지는 이러한 방향으로 광선을 분산시킬 수 있다.

설명의 촛점이 CRT형 광신호에 대한 것이었지만 본 발명은 한 부품을 특정위치에 배치하는 것이 필요한 경우에도 사용될 수 있다. 이러한 장치에 있어서 고정된 광원이 필요한 위치와 기계적으로 이동된 부분에 사용될 수 있으며 그렇지 않으면 유연막과 접촉한다. 광선이 촛점되는 곳에 접촉될 때 내부전반사가 일어난다. 이 내부전반사는 장치를 관찰하는 사람에게 보여질 수 있다. 그러므로 본 장치는 화면 또는 다른 장치의 표면상태를 결정하는데 유용할 수 있다. 본 발명의 장치는 유연막에 접속된 광전다이오드들과 함께 유연막 만으로 구성될 수 있다. 이 막이 공기간격에 의하여 분리되어 CRT 표면 가까이에 배치된다면 CRT로 부터의 광선은 다이오드들에 도달하지 않고 이 막을 통과한다. 그러나 막이 한점에서 CRT 표면과 접촉하도록 휜다면 CRT로 부터의 어느 정도의 광선들은 갇혀지게 될 것이며 광전다이오드에 부딪히며 그리하여 앞서와 같이 위치결정을 위해 사용될 수 있다. 이 장치를 개선하기 위하여 보다 작은 굴절율을 가지며 부분적으로 광선흡수재를 갖는 제2막이 제1막 위에 덮여질 수 있다. 광선이 제1막 내에 여전히 갇혀질 것이지만 장치의 외부표면상의 기름 및 다른 오염물들의 효과는 감소될 것이다.

신호들은 광선이나 전자들이 발표된 물리적 현상을 따르는 한 광선 또는 전자적 신호일 수 있다. 물론 본 분야에서 숙달된 사람들은 본 발명을 이용하는 많은 응용들 및 수정들을 만들 수 있으며 본 발명은 현존하는 CRT와 짝을 이루는 분리장치로 제조되거나 내파화면 자체의 일부분으로서 제조될 수 있다. 또한 갇혀진 광선은 예를들어 섬유광학체 즉 광선파이프들과 같은 어떠한 광선이용장치에 의하여 장치로부터 제거될 수 있다.

본 발명을 도식산법으로 이용하고 많은 위치를 검출될 수 있다는 사실의 이점을 취하므로써 사용자는 2개의 위치를 접촉시키고 이들을 주위로 서로서로 회전시키므로써 형태를 회전시킬 수 있다. 사용자는 유니판의 단부점들의 위치를 동시에 정하므로써 선을 위치시킬 수 있다. 즉 2차곡선을 따라 3개의 점들을 지시하므로써 2차곡선을 기입할 수 있다. 이점들을 접촉하므로써 면적들이 색을 띄거나 어두워질 수 있으며 이들 특성들을 지시하는 패드들이 동시에 접촉된다.

다음 단계에 있어서, 다시 이름을 붙일 수 있는 키들을 갖는 유리판은 다른 키들과 함께 동시에 눌려질 수 있는 이동단추를 제공할 수 있다. 본문 편집자는 커어서(cursor) 제어 및 접촉감지단추들을 같은 스크린 상에서 결합시킬 수 있으며 단추들이 접촉될 수 있으며 커어서가 이동된다. (예를들어 본문 기름통을 변화시키도록).

본 발명은 다른 힘의 레벨을 판별하도록 만들어질 수 있다. 도식산법에 있어서 이러한 힘의 판별을 음영의 정도를 지시할 수 있거나 선형 또는 회전속도로 변화될 수 있다.

힘판별은 시차효과를 제거하는데 사용될 수 있다. 즉 사용자가 손가락을 표시면에 걸쳐서 이동시킬 때 커어서 위치가 지시될 수 있으며 필요한 위치가 얻여질 때 사용자는 단순히 더욱 세게 누룰 수 있다.

유연한 반투명체로 덮는 것이 유익할 수 있으며 텔레비젼 주사에 의하여 뒤로부터 반투명체에 영상을 집속시키는 것이 또한 바람직할 수 있다. 이것은 넓은 영역 표시를 제공하며 집속은 공간문제를 해결한다.

앞서 토의된 바와같이, 본 발명의 시스템은 사용자에 의하여 접촉된 CRT상의 위치에서 발생된 광선을 검출하므로 광선펜들을 사용하는 시스템들과 유사한 장치들이 접촉위기를 결정하는데 사용될 수 있다. 그러나 접촉을 하지 않더라도 스크린표면의 결함들 먼지, 기름들 그리고 기하학적인 결합들 모두가 모든 시간에서 내부전반사가 일어나도록 하는데 문제가 있다. 결국 광검출기들은 래스터비임이 CRT스크린상에서 밝은 영역들을 만드는 모든 순간에서 적합한 출력을 발생시킨다.

래스터의 제각기의 주기에 대하여 이들 문제가 복합적으로 일어나며 주. 진 점에 대하여 출력파형은 일정하지 않은 값을 갖으며 이것은 접촉하지 않을 때의 진폭이 접촉할 때의 신호출력부분의 것보다 클 수 있는 신호를 유발한다. 그러므로 접촉신호를 검출하기 위하어 광전다이오드 출력의 신호레벨을 단순히 측정하는 것이 항상 실제적일 수 없다. 이 문제들을 해결하기 위한 한가지 방법은 CRT 스크린표면에 형성된 형태에 따라 한 세트의 특정접촉위치들 중의 하나에서만 접촉을 하는 것으로 알려진 샘플점 시스템을 요구하는 장치에 의하여 실시된다. 그러므로 CRT스크린은 접촉영역들에 나타난 비영구적 위치들과 비접촉위치들로 분할된다. 영역들은 요구에 따라 변화하며 적시에 어떤 위치에서 단일 접촉점으로 구성될 수 있고 또는 몇개의 접촉점들 즉 스크린 주위에 일정한 간격이 유지된 영역들이 있을 수 있다. 접촉영역들의 동등위치들이 메모리에 기억되며 레스터비임이 정해진 접촉영역들 내에 있는 동안 발생된 단일 신호들은 샘플점 시스템에 의하여 고찰된다.

래스터비임이 정해진 접촉영역 내에 있는 동안 샘플점 시스템은 정해진 근본시간에서 광전다이오드들로부터의 출력들을 샘플한다. 제각기 정해진 시간위치에서의 신호값들은 메모리에 기억된다. 샘플링과 기억은 래스터비임에 시간이 맞춰지므로 비데오 영상의 표유는 문제를 야기하지 않는다.

샘플점 시스템은 래스터비임이 정해진 접촉영역들 내에 있는 CRT위치들을 통과하는 모든 시간동안 광전다이오드신호를 샘플하도록 작동한다. 이러한 샘플은 몇개의 연속적인 래스터주기들 동안 실시되며 제각기의 래스터위치에 대하여 평균된 결과는 분리메모리 위치에 기억된다. 이것은 제1접촉이 발생하기 전에 모든 샘플들이 완료되도록 하는 충분히 빠른 속도로 일어난다. 이후에 모든 시간에서 래스터비임에 의하여 CRT면에 형상이 나타나며 제각기의 접촉위기에 대응하는 광전 다이오드출력이 샘플되며 제각기의 시간에 대한 샘플은 앞서의 시간동안 미리 기억된 비접촉평균샘플과 비교된다. 비교된 샘플들중의 하나가 미리 기억된 샘플에 대하여 진폭이 증가했다는 것을 나타낼 때(비정함) 접촉신호가 발생한다. 메모리내의 비정합위치가 CRT스크린상의 공지된 위치에 대응하기 때문에 스크린상의 접촉위치가 정확히 알려진다.

Claims (1)

1. 신호원(CRT)에 연관하여 사용하기 위한 접촉감지 장치에 있어서,

   상기 신호원으로 부터 신호가 표면(14,15) 사이에 들어오도록 일정한 간격을 두고 배치된 표면을 갖는 수단(10)이상기 표면중 매질 경계면(14)의 변화로 상기 신호가 내부 전반사에 의하여 상기 표면사이에 갇혀지게 하여 상기 경계면 변화를 나타내는 출력을 공급하는 것을 특징으로 하는 접촉위치 감지장치.

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