KR960001648B1 - 좌표입력장치 및 그 입력펜 - Google Patents

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KR960001648B1
KR960001648B1 KR1019880010735A KR880010735A KR960001648B1 KR 960001648 B1 KR960001648 B1 KR 960001648B1 KR 1019880010735 A KR1019880010735 A KR 1019880010735A KR 880010735 A KR880010735 A KR 880010735A KR 960001648 B1 KR960001648 B1 KR 960001648B1
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아즈마 무라까미
쯔구야 야마나미
다까히꼬 후나하시
도시아끼 센다
도시히데 지까미
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가부시기가이샤 와꼬무
후루다 모또오
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Abstract

내용 없음.

Description

좌표입력장치 및 그 입력펜
제1도는 본 발명의 좌표입력장치의 일실시예를 나타낸 구성도.
제2도는 타블릿의 X방향 및 Y방향의 루프코일군의 상세한 구성도.
제3도는 입력펜의 단면도.
제4도는 제1도의 각부의 신호 파형도.
제5도는 제어회로에 있어서의 처리의 흐름도.
제6a도, 제6b도, 제6c도는 제어회로에 있어서의 기본적인 좌표검출동작을 나타낸 타이밍도.
제7도는 제1회째의 좌표 검출동작시에 각 루프 코일로부터 얻어지는 검출 전압을 나타낸 도.
제8도는 제2회째 이후의 좌표검출 동작 및 위상검출동작을 나타낸 타이밍도.
제9도는 호스트 컴퓨터에 있어서의 처리의 흐름도.
제10도는 필압(筆壓)을 변화시키면서 입력펜을 이동시켰을 경우의 화상을 나타낸 도.
제11a도, 제11b도는 출력결과의 일예를 나타낸 도.
제12도는 본 발명의 입력펜의 다른 실시예를 나타낸 단면도.
제13a도, 제13b도는 페라이트 칩과 코일과의 위치 관계를 나타낸 도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 타블릿 11 : X방향 루프코일군
12 : Y방향 루프코일군 20 : 입력펜
21 : 펜축 22 : 코어체
23 : 페라이트 칩 24 : 코일
25 : 페라이트 코어 26 : 코어 홀더
27 : 스프링 28 : 콘덴서
47, 48 : 증폭기 49 : 호스트 컴퓨터
29 : 동조회로 30 : 제어회로
31 : 신호발생 수단(회로) 32, 33 : XY방향 선택수단(회로)
34, 35 : 송수절환회로 36 : XY 절환회로
37 : 수신 타이밍 절환회로 50 : 표시장치
38, 40 : 저역필터(LPF) 39 : 검파기
41, 42 : 위상검파기(PSD) 51 : 출력장치
43, 44 : 저역필터(LPF) 45, 46 : 구동회로
본 발명은 입력펜에 가해지는 필압(筆壓)에 따라 입력좌표에 있어서의 좌표점의 크기를 변화시키는 정보 등의 각 정보를 얻는 좌표입력장치 및 그 입력펜에 관한 것이다.
종래의 이 종류의 좌표입력장치에서는 타블릿의 좌표입력범위 전체 또는 입력펜에 감압센서를 설치하여 입력펜에 가해지는 필압을 검출하고, 이에 따라 좌표점의 크기를 변화시키도록 되어 있었다.
그러나, 타블릿의 좌표입력범위에 감압센서를 설치하는 것에서는 그 범위 전체에 있어서의 감압센서의 특성을 균일하게 하는 것이 곤란하고, 따라서 입력펜에 가해지는 필압을 상기 모든 범위에 있어서 정확하게 검출하는 것이 곤란하고, 또 입력펜에 감압센서를 설치하는 것에서는 그 입력펜으로부터 감압 정보를 취출하기 위한 케이블 등이 필요 불가결하게 되고, 따라서 입력 작업시의 조작성이 좋지 않다는 문제점이 있었다.
본 발명의 제1의 목적은, 입력펜에 케이블등을 접속할 필요가 없고, 또한 필압에 따라 좌표점의 크기를 정확하게 변화시키는 정보등을 각종 정보가 얻어지는 좌표입력장치를 제공하는데 있다. 이 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 다수의 루프코일을 X방향으로 병설한 X방향의 루프코일군 및 다수의 루프코일을 X방향으로 병설한 Y방향의 루프코일군으로 이루어진 타블릿과, 적어도 코일과 콘덴서를 포함하고, 필압에 따라 동조 주파수가 소정의 주파수를 중심으로 하여 변화하는 동조회로를 가지는 입력펜과, 상기 타블릿의 X방향의 루프코일군으로부터 하나의 루프코일을 순차 선택하는 X방향의 선택수단과, 상기 타블릿의 Y방향의 루프코일군으로부터 하나의 루프코일을 순차 선택하는 Y방향의 선택수단과, 상기 소정의 주파수의 교류신호를 발생하는 신호발생수단과, 상기 소정의 주파수의 교류신호를 검출하는 신호검출수단과, 상기 X방향 및 Y방향의 선택수단에 의하여 선택된 X방향 및 Y방향의 각 루프코일에 순차, 상기 신호발생수단 및 신호검출수단을 교대로 접속하는 접속절환수단과, 상기 X방향 및 Y방향의 각 루프코일으로부터 상기 신호검출수단에 의하여 검출되는 교류신호에 의거하여, 상기 입력펜에 의한 X방향 및 Y방향의 입력좌표를 구하는 좌표 검출수단과, 상기 X방향 또는 Y방향의 하나의 루프코일으로부터 상기 신호 검출수단에 의하여 검출되는 교류 신호에 의거하여, 상기 입력펜에 동조회로에 있어서의 동조주파수의 변화를 상기 소정의 주파수에 대한 위상의 변화로서 검출하는 위상 검출수단과, 상기 위상의 변화에 의거하여 상기 입력펜에 있어서의 필압에 비례한 좌표점의 퍼짐(넓어짐)정보등의 정보를 산출하는 정보산출수단으로 이루어진 좌표입력장치로 하였다.
본 발명에 의하면, 타블릿의 X방향의 루프코일군으로부터 X방향의 선택수단에 의하여 선택된 하나의 루프코일에 접속절환수단을 거쳐 신호발생수단이 접속되고, 소정의 주파수의 교류신호가 가해지면, 그 하나의 루프코일로부터 전파가 발생하고, 그 전파는 타블릿상의 입력펜의 동조회로의 코일을 여진하고, 그 동조회로에 상기 소정의 주파수의 유도전압을 발생시킨다. 그 다음 접속절환수단에 의하여 상기 하나의 루프코일로부터 신호발생수단이 잘라내어지고(cut off), 대신 신호검출수단이 접속되면, 그 하나의 루프코일로부터 전파는 발생하지 않게 되나, 대신 상기 동조회로에 발생한 우도전압에 의거하여 그 동조회로의 코일로부터 전파가 발생하고, 그 전파는 상기 하나의 루프코일을 역으로 여진하여 교류신호, 즉 유도전압을 발생시킨다.
상기 전파의 송수신은 X방향, 및 Y방향의 선택수단과 접속절환수단에 의하여, X방향, Y방향의 모든 루프코일에 대하여 행해지고, 각각에 대응하는 상기 유도전압이 신호검출수단에 의하여 검출되나, 그 유도전압의 전압치는 각 루우프코일과 동조회로의 코일, 즉 입력펜과의 거리에 의존한 값이 되기 때문에 이들에 의거하여 좌표검출수단에의하여 입력펜에 의한 X방향 및 Y방향 입력좌표가 산출된다.
또, 이때의 유도전압은 입력펜의 필압에 따른 주파수 및 위상의 어긋남을 수반하고 있으나, 이것이 위상검출수단에 의하여 위상의 변화로서 검출되고, 또 정보산출수단에 의하여 입력펜에 있어서의 필압에 비례한 퍼짐정보등의 각종 정보로서 산출된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 입력펜에 대한 필압을 변화시키기만 하면 예를들면 좌표점의 크기를 변화시킬 수가 있어, 타블릿상에서 입력펜을 통상의 붓을 사용하는 것 같은 감각으로 조작하기만 하면 붓을 사용했을 경우와 동일한 화상이 얻어지는 것은 원래, 입력펜의 동조회로에 있어서의 동조주파수의 변화를 이용하여, 필압을 검출하고 있기 때문에 종래와 같이 좌표입력범위 전체에 감압센서를 설치할 필요가 없고, 또한 그 좌표입력범위의 어떤 부위에 있어서도 필압에 따라 정확하게 좌표점의 크기를 변화시킬 수가 있고, 또 그 동조회로는 코일과 콘덴서를 주요한 구성요소로 하는 것이므로, 케이블등이 불필요하고, 또 전지나 자석등의 중량이 있는 부품이 불필요하고, 따라서, 입력시의 조작성이 좋다. 또, 타블릿에는 특별한 부품이 필요치 않기 때문에, 대형화할 수 있고, 또 얻어진 유도전압에 대한 연산처리의 정밀도를 높임으로써 좌표검출 정밀도를 높일 수 있다는 등의 이점이 있다.
본 발명의 제2의 목적은, 케이블을 필요로 하지 않고, 또한 필압에 정확하게 대응한 정보가 얻어지는 좌표입력장치의 입력펜을 제공하는데 있다. 이 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 펜축방향으로 약간 변위 및 복구 자유롭게 유지된 코어체와 그 코어체를 그 내부에 섭등 자유롭게 수용할 수 있는 코일과, 그 코일에 접속된 콘덴서를 가지고, 상기 코어체중의 상기 코일의 단부에 대응하는 위치에 페라이트칩을 설치한 좌표입력장치의 입력펜으로 하였다.
본 발명에 의하여, 펜에 필압이 가해지면, 코어체가 펜축 방향으로 변위하고, 이때, 페라이트칩이 코일의 단부에서 변위하고, 그 변위량에 따라 코일의 투자율이 변화하여 그 인덕턴스가 변화하기 때문에, 그 코일 및 콘덴서에 의하여 구성되는 동조회로의 동조주파수가 약간 변화하고, 이것이 좌표입력장치측으로부터 발신되는 전파에 의거한 유도 전압의 위상 및 주파수를 변화시키고, 그 변화후의 유도전압에 의거하여 코일로부터 발생되는 전파로부터 좌표입력장치측에서 상기 변위량 즉 필압에 대응하는 정보가 취출된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 코어체의 변위에 따라 코일의 인덕턴스가 변화하고, 이에의하여 그 코일과 콘덴서로 구성되는 동조회로의 동조주파수가 변화하기 때문에, 타블릿으로부터 전파를 송수신함으로써 위치검출을 행하는 좌표입력장치에 사용하여, 상기 동조주파수의 변화, 즉 필압에 대응하는 정보를 취출할 수가 있고, 따라서 좌표입력장치와의 사이에 케이블이 불필요하게 되고, 또 상기 동조주파수의 변화는 코어체의 변위량에만 의존하므로, 타블릿의 어떤 부위에 있어서도 필압에 따른 정확한 정보를 얻을 수가 있고, 또한, 코일, 콘덴서, 페라이트 칩 등의 소형이고 경량인 부품만으로 구성되기 때문에, 상기한 케이블이 불필요함과 동시에 입력시의 조작성이 대단히 좋다는 등의 이점이 있다.
본 발명의 제3의 목적은, 케이블도 필요없고, 또한 필압에 정확하게 대응한 정보가 얻어짐과 동시에, 위상이 변화 범위를 더 한층 크게할 수 있는 좌표입력장치의 입력펜을 제공하는데 있다.
이 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 펜축 방향으로 약간 변위 및 복구 자유롭게 유지된 코어체와, 그 코어체를 그 내부에 섭동 자유롭게 수용할 수 있는 코일과, 그 코일에 접속된 콘덴서를 가지고, 상기 코어체중의 상기 코일의 양단부에 대응하는 위치에 페라이트칩을 설치한 좌표입력장치의 입력펜으로 하였다.
본 발명에 의하면, 펜에 필압이 가해지면, 코어체가 펜축방향으로 변위하고, 이때 페라이트칩이 코일의 양단부에서 변위하고, 그 변위량에 따라 코일의 투자율이 변화하여 그 인덕턴스가 변화하기 때문에, 그 코일 및 콘덴서에 의하여 구성되는 동조회로의 동조주파수가 약간 변화하고, 이것이 좌표입력장치측으로부터 발신되는 전파에 의거한 그 유도전압의 위상 및 주파수를 변화시키고, 그 변화후의 유도전압에 의거하여 코일로부터 발신되는 전파로부터 좌표입력장치측에서 상기 변위량, 즉 필압에 대응하는 정보가 취출된다.
이때, 페라이트칩을 코일의 양단부에 각각 배치하였기 때문에, 한쪽에 배치한 것에 비하여 필압에 대응하는 정보의 변화량을 더욱 크게할 수가 있다.
상기한 이외의 목적, 구성, 효과에 대해서는 이하의 설명에 있어서, 명백해질 것이다.
제1도는 본 발명의 좌표입력장치의 일실시예를 나타낸 것으로 도면에 있어서, 10은 타블릿, 20은 입력펜, 30은 제어회로, 31은 신호발생수단(회로), 32 및 33은 X방향 및 Y방향의 선택수단(회로)이다. 또 34, 35는 송수절환회로, 36은 XY절환회로, 37은 수신타이밍 절환회로이고, 이들은 접속 절환수단을 구성한다. 또 38은 대역필터(BPF)이고, 이것은 신호 검출수단을 구성한다. 또 39는 검파기, 40은 저역필터(LPF)이고, 이들은 후술하는 제어회로(30)에 있어서의 처리를 포함하여 좌표검출수단을 구성한다. 또, 41, 42는 위상검파기(PSD), 43, 44는 저역필터(LPF)이고, 이것들은 후술하는 제어회로(30)에 있어서의 처리를 포함하여 위상검출수단을 구성한다.
또 45, 46은 구동회로, 47, 48은 증폭기, 49는 후술하는 퍼짐 정보산출수단을 포함하는 호스트 컴퓨터, 50은 표시장치, 51은 출력장치이다. 제2도는 타블릿(10)을 구성하는 X방향의 루프코일군(11) 및 Y방향의 루프코일군(12)의 상세를 나타낸 것이다. X방향의 루프코일군(11)은 X방향에 따라 서로 평행하고 또 중압되도록 배치된 다수, 예를 들면 48본의 루프코일(11-1, 12-2, …11-48)로 이루어지고, 또 Y방향의 루프코일군(12)은 Y방향에 따라 서로 평행이고 또 중합되도록 배치된 다수, 마찬가지로 48본의 루프코일(12-1, 12-2, …12-48)로 이루어지고, 그 X방향의 루프코일군(11)과 Y방향의 루프코일군(12)과 서로 밀접시켜 중합되고, (단 ; 도면에서는 이해하기 쉽도록 양자를 떨어지게 그리고 있고), 또한 도시하지 않은 비금속 소재로 이루어진 케이스에 수용되어 있다. 또한 여기서는 각 루프코일을 1티언으로 구성했으나, 필요에 따라 다수 터언으로 해도 좋다.
제3도는 입력펜(20)의 구체적인 구조를 나타낸 것으로, 합성수지등의 비금속 소재로 이루어진 펜축(21)과, 페라이트칩(23)을 구비한 코어체(22)와, 코어체(22)를 그 내부에 섭등 자유롭게 수용할 수 있는 관통구멍을 구비한 페라이트코어(25)에 감겨진 코일(24)과, 코어체(22)의 후단을 지지하는 코어홀더(26)와, 코어홀더(26)를 펜축(21)에 대하여 약간 변위 가능하게 지지하는 스프링(27)과, 콘덴서(28)로 이루어져 있다.
상기 코일(24)과 콘덴서(28)는 제1도에도 나타낸 바와 같이 서로 직렬로 접속되어 공지의 동조회로(29)를 구성하도록 되어 있고, 그 코일(24)의 인덕턴스 및 콘덴서(28)의 용량치는 그 동조(공진)주파수가 대략 소정의 주파수(f0)가 되는 값으로 설정되어 있다. 여기서, 코어체(22)가 코어홀더(26)에 유지된 상태에서, 페라이트칩(23)은 코일(24)의 단부에 위치하도록 되어 있다. 타블릿(10)상에서 입력펜(20)을 조작하면, 그때의 필압에 따라 코어체(22)즉, 페라이트칩(23)이 이동하고, 이에 의하여 코일(24)의 인덕턴스가 변화하여 상기한 동조회로(29)에 있어서의 동조주파수가 약간 변화하도록 되어 있다.
다음에 상기 장치의 동작을 그 구성과 함께 설명하나, 먼저 타블릿(10)과 펜(20)과의 사이에서 전파가 송수신되는 상태 및 이때 얻어지는 신호에 대하여, 제4도에 따라 설명한다.
상기 제어회로(30)은 공지의 마이크로 프로세서 등에 의하여 구성되고, 신호 발생회로(31)를 제어함과 동시에 제5도에 나타낸 플로우챠트에 따라 선택회로(32, 33)를 거쳐 타블릿(10)의 각 루우프 코일의 절환을 제어하고, 또, XY 절환회로(36) 및 수신 타이및 절환회로(37)에 대하여 좌표검출방향의 절환을 제어하고, 또 저역필터(40, 43, 44)로부터의 출력치를 아날로그·디지탈(A/D) 변화하고, 후술하는 연산처리를 실행하여 입력펜(20)에 의한 입력좌표를 구하고, 다시 수신신호의 위상을 검출하고, 이것을 호스트 컴퓨터(49)에 송출한다.
선택회로(32)는 상기 X방향의 루프코일군(11)으로부터 하나의 루프코일을 순차 선택하게 하고, 또 선택회로(33)는 상기 Y방향의 루프코일군(12)으로부터 하나의 루프코일을 순차선택하는 것으로, 각각 제어회로(30)로부터의 정보에 따라 동작한다.
송수절환회로(34)는 상기 선택된 X방향의 하나의 루프코일을 구동회로(45) 및 증폭기(47)에 교대로 접속하게 되고, 또 송수 절환회로(35)는 상기 선택된 Y방향의 하나의 루프코일을 구동회로(46) 및 증폭기(48)에 교대로 접속하게 되며 이들은 후술하는 송수 절환신호에 따라 동작한다.
신호발생신호(31)은 소정의 주파수(f0), 예를 들면 500㎑의 구형파신호(A), 그 구형파신호(A)의 위상을 90°지연시킨 신호(B), 소정의 주파수(fk), 예를 들면 15,625㎑의 송수절환신호(C) 및 수신 타이밍신호(D)를 발생한다. 상기 구형파신호(A)는 그대로 위상 검파기(41)에 송출됨과 동시에, 도시하지 않은 저역필터에 의하여 정현파 신호(E)로 변환되고, 다시 XY절환회로(36)를 거쳐 구동회로 45 또는 46의 어느 한쪽에 송출되고, 또 구형파신호(B), 위상검파기(42)에 송출되고, 또 송수절환신호(C)는 송수절환회로 34 및 35에 송출되고, 또한 수신타이밍신호(D)는 수신타이밍 절환회로(37)에 송출된다.
지금, 제어회로(30)로부터 X방향을 선택하는 정보가 XY절환회로(36) 및 수신타이밍 절환회로(37)에 입력되고 있다고 하면, 상기 정현파신호(E)는 구동회로(45)에 송출되어 평형신호로 변환되고, 다시 송수절환회로(34)에 송출되나, 그 송수절환회로(34)는 송수절환회로(C)에 의거하여 구동회로(45) 또는 증폭기(47)중 어느 한쪽을 절환 접속하기 때문에 송수절환회로(34)로부터 선택회로(32)에 출력되는 신호는 시간(T)(=1/2 fK), 여기서는 32μsec마다 500㎐의 신호를 출력하거나 출력하지 않거나 하는 신호(F)가 된다.
상기 신호(F)는 선택회로(32)를 거쳐 타블릿(10)의 X방향의 하나의 루프코일(11-i)(i=1, 2, …, 48)에 송출되나, 그 루프코일(11-i)은 상기 신호(F)에 의거한 전파를 발생한다.
이때, 타블릿(10)상에서 입력펜(20)이 대략 직립상태, 즉 사용상태에 유지되어 있으면, 그 전파는 입력펜(20)의 코일(24)을 여진하고, 그 동조회로(29)에 상기 신호(F)에 동기된 유도전압(G)을 발생시킨다.
그후, 신호(F)에 있어서 신호가 없는 기간, 즉 수신기간에 들어감과 동시에 루프코일(11-i)이 증폭기(47)측으로 절환되면, 그 루프코일(11-i)로부터의 전파는 즉시 소멸되나, 상기 유도전압(G)은 동조회로(29)내의 손실에 따라 서서히 감쇄한다.
한편, 상기 유도전압(G)에 의거하여 동조회로(29)를 흐르는 전류는 코일(24)로부터 전파를 발신시킨다. 이 전파는 증폭기(47)에 접속된 루프코일(11-i)을 역으로 여지시키기 때문에, 이 루프코일(11-i)에는 코일(24)로부터의 전파에 의한 유도전압이 발생한다. 이 유도전압은 수신기간 동안만 송수절환회로(34)로부터 증폭기(47)에 송출되고 증폭되어 수신신호(H)가 되고, 다시 수신타이밍 절환회로(37)에 송출된다.
수신타이밍 절환회로(37)에는 X방향 또는 Y방향의 선택정보중 어느 한쪽, 여기서는 X방향의 선택 정보와, 실질적으로 송수절환신호(C)의 반전신호인 수신타이밍신호(D)가 입력되어 있고, 그 신호(D)가 하이(H)레벨의 기간은 수신신호(H)를 출력하고, 로우(L)레벨의 기간은 아무것도 출력하지 않기 때문에, 그 출력에는 신호(I)(실질적으로 수신신호 H와 동일)가 얻어진다.
상기 신호(I)는 저역필터(38)에 송출되나, 이 저역필터(38)는 주파수(f0)를 고유의 진동수로 하는 세라믹 필터이고, 상기 신호(I)중의 주파수(f0) 성분의 에너지에 대응하는 진폭을 가지는 신호(J)(엄밀하게는 수개의 신호(I)가 대역필터(38)에 입력되어 수속(收束)된 상태에 있어서)를 검파기(39) 및 위상검파기(41, 42)에 송출한다.
상기 검파기(39)에 입력된 신호(J)는 검파·정류되어 신호(K)가 된 후, 차단주파수가 충분히 낮은 저역필터(40)에서 상기 진폭의 대략 1/2에 대응하는 전압치, 예를 들면 VX를 가지는 직류신호(L)로 변화되어 제어회로(30)에 송출된다.
상기 회로(L)의 전압치(VX)는 입력핀(20)과 루프코일(11-i)과의 사이의 거리에 의존한 값, 여기서는 대략 거리의 4승에 반비례한 값을 나타내고, 루프코일(11-i)이 절환되면 변화하기 때문에, 제어회로(30)에 있어서, 각 루프코일마다 얻어지는 전압치(VX)를 디지탈치로 변환하고, 이것들에 후술하는 연산처리를 실행함으로써 입력팬(20)에 의한 X방향의 입력좌표가 구해진다. 또한, 입력팬(20)에 의한 Y방향의 입력좌표에 대해서도 동일하게 구해진다.
한편, 위상검파기 41 및 42에는 상기 구형파신호(A) 및 (B)가 검파신호로서 입력되어 있고, 이때 신호(J)의 위상이 구형파신호(A)의 위상과 대략 일치하고 있다고 하면, 위상검파기(41)는 마치 신호(J)를 정(+)측으로 반전한 신호(M1)(실질적으로 신호 K와 동일)를 출력하고, 또, 위상검파기(42)는 저측 및 부측에 대칭인 파형을 가지는 신호(M2)를 출력한다.
상기 신호(M1)는 상기와 동일한 저역필터(43)에서 신호(J)의 진폭의 대략1/2에 대응하는 전압치, 즉 VX를 가지는 직류신호(N1)(실질적으로 신호 L과 동일)로 변화되어 제어회로(30)에 송출되고, 또 신호(M2)는 마찬가지의 저역필터(44)에서 직류신호(N2)로 변화되어 제어회로(30)에 송출되나, 여기서는 위상검사파기(42)의 신호(M2)에 있어서 정측 및 부측의 성분이 동일하기 때문에, 저역필터(44)의 출력의 전압치는 0[V]가 된다.
제어회로(30)에서는 저역필터(43 및 44)의 출력치, 여기서는 신호 N1 및 N2를 디지탈치로 변환하고, 다시 이 디지탈치를 사용하여 하기(1)식의 연산처리를 행하여, 위상검파기41 및 42에 인가된 신호, 여기서는 J와 구형파신호(A)와의 위상차(θ)를 구한다.
θ=-tan-1(VQ/VP) …………………………………………………… (1)
단, VP는 저역필터(43)의 출력에 대응하는 디지탈치를 또 VQ는 저역필터(44)의 출력에 대응하는 디지탈치를 나타낸다. 예를 들면, 상기한 신호(J)의 경우, 신호(N1)의 전압치를 VX이나, 신호(N2)의 전압치는 0[V], 즉 VQ=0이므로 위상차는 θ=0°가 된다.
그러나, 상기 신호(J)의 위상은 입력펜(20)의 동조회로(29)에 있어서의 동조주파수에 대응하여 변화한다.
즉, 동조회로(29)에 있어서의 동조주파수가 소정의 주파수(f0)와 일치하고 있는 경우, 동조회로(29)에는 신호의 송신기간 및 수신기간 모두 주파수(f0)의 유도전압이 발생하고, 또 이것에 동기된 유도전류가 흐르기 때문에, 상기 수신신호(H)(또는 I)의 주파수 및 위상은 구형파신호(A)와 일치하게 되어 상기 신호(J)의 위상도 구형파신호(A)와 일치한다.
한편, 동조회로(29)에 있어서의 동조주파수가 소정의 주파수(f0)와 일치하고 있지 않은 예를 들면 주파수(f0)보다 약간 낮은 주파수, 예를들면 f1인 경우, 신호의 송신기간에 있어서, 동조회로(29)에는 주파수(f0)의 유도전압이 발생하나, 그때 그 동조회로(29)에는 위상지연을 수반하는 유도전류가 흐르고, 또 신호의 수신기간에 있어서는 대략 주파수 f1인 유도전압 및 이것에 동기한 유도전류가 흐르기 때문에, 상기 수신신호(H)(또는 I)의 주파수는 구형파신호(A)의 주파수보다 약간 낮고, 또 그 위상도 약간 지연된 것이 된다. 상기한 바와같이 대역필터(38)는 주파수(f0)만을 진동수로 하는 것이므로 그 입력신호가 낮은 쪽으로의 주파수의 어긋남은 위상지연으로서 출력되게 되고, 따라서, 상기 신호(J)의 위상은 수신신호(H)(또는 I)보다 더 지연된 것이 된다.
또 반대로, 동조회로(29)에 있어서의 동조주파수가 소정의 주파수(f0)보다 약간 높은 주파수, 예를 들면 f2인 경우, 신호의 송신기간에 있어서, 동조회로(29)에는 주파수(f0)의 유도전압이 발생하나, 그때, 그 동조회로(29)에는 위상진상을 수반하는 유도전류가 흐르고, 또 신호의 수신기간에 있어서는 대략 주파수(f2)의 유도전압 및 이것에 등기한 유도전류가 흐르기 때문에, 상기 수신신호(H)(또는 I)의 주파수는 구형파신호(A)의 주파수보다 약간 높고, 또 그 위상도 약간 진상의 것이 된다. 대역필터(38)에 있어서, 그 입력신호의 높은 쪽으로의 주파수의 어긋남은 상기한 경우와는 반대로 위상이 지상이 되어 출력하게 되고, 따라서, 상기신호(J)의 위상은 수신신호(H)(또는 I)보다 더욱 진상이 된 것이 된다.
상기한 바와 같이 동조회로(29)의 동조주파수는 입력펜(20)에 가해지는 필압에 따라 변화하기 때문에, 상기(1)식에 의하여 구해지는 위상차(θ)도 그 필압에 대응하여 변화한다.
본 실시예에서는 입력펜(20)에 필압이 전혀 가해지지 않은 상태에서 상기 위상차(θ)가 -60°정도가 되고, 가장 필압이 많이 가해진 상태에 60°정도가 되도록 미리 설정되어 있다.
상기 구해진 위상차(θ)는 40°가산되어 -20°∼100°의 범위의 값의 위상정보로 변환된 다음 X방향 및 Y방향의 좌표치와 함께 호스트 컴퓨터(49)에 송출된다(또한, 상기한 40°의 가산은 호스트 컴퓨터(49)측에서 행해도 좋다).
다음에 제5도 내지 제9도에 따라, 좌표 검출동작 및 위상검출동작과 함께 위상정보를 좌표점의 퍼짐(넓어짐)으로 변환하는 상태에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 장치전체의 전원이 투입되고, 측정개시 상태가 되면, 제어회로(30)는 X방향을 선택하는 정보를 XY절환회로(36) 및 수신타이밍 절환회로(37)에 송출함과 동시에, 타블릿(10)의 X방향의 루프코일(11-1∼11-48)중 최초의 루프코일(11-1)을 선택하는 정보를 선택회로(32)에 보내고, 그 루프코일(11-1)을 송수절환회로(34)에 접속한다.
송수절환회로(34)는 상기한 송수절환신호(C)에 의거하여, 루프코일(11-1)을 구동회로(45) 및 증폭기(47)에 교대로 접속하나, 이때 구동회로(45)는 32μsec의 송신기간에 있어서, 제6a도에 나타낸 바와같이 500㎑인 16개의 정현파신호를 그 루프코일(11-1)에 보낸다(또한, 제4에서는 도면의 형판상, 그중 5개만을 표시하고 있다).
상기 송신 및 수신의 절환은 제6b도에 나타낸 바와같이 하나의 루프코일, 여기서는 11-1에 대하여 7회 반복된다.
이 7회의 송신 및 수신의 반복기간이, 하나의 루프코일의 선택기간(448μsec)에 상당한다.
이때, 증폭기(47)의 출력에는 하나의 루프코일에 대하여 7회의 수신기간마다 유도전압이 얻어지나, 이 유도전압은 상기한 바와 같이 수신타이밍 절환회로(37)를 거쳐 대역필터(38)에 송출되어 평균화되고, 검파기(39), 위상검파기(41, 42) 및 저역필터(40, 43, 44)를 거쳐 제어회로(30)에 송출된다.
제어회로(30)는 상기 저역필터(40)의 출력치를 A/D 변환하여 입력하고, 입력펜(20)과 루프코일(11-1)과의 거리에 의존한 검출전압, 예를 들면 V×1으로하여 일시 기억한다.
다음에, 제어회로(30)는 루프코일(11-2)을 선택하는 정보를 선택회로(32)에 보내고 그 루프코일(11-2)을 송수절환회로(34)에 접속하며, 입력펜(20)과 루프코일(11-2)과의 거리에 의존한 검출전압(V×2)을 얻어 이것을 기억하고, 이후 마찬가지로 루프코일(11-3∼11-48)을 순차, 송수절환회로(34)에 접속하여, 제6c도에 나타내는 바와같은 각 루프코일 마다의 입력펜(20)과의 X방향의 거리에 의존한 검출전압(V×1∼V×48)(단, 제6c도에는 그 일부만을 아날로그적인 표현으로 나타냄)을 기억한다.
실제의 검출전압은 제7도에 나타낸 바와같이 입력펜(20)이 놓여진 위치(XP)를 중심으로 하여 그 전후의 수본의 루프코일만에 얻어진다.
제어회로(30)는 상기 기억한 검출전압의 전압치가 일정한 검출레벨 이상인가의 여부를 체크하고, 일정한 검출레벨 이하이면, 다시 X방향의 각 루프코일의 선택 및 전압검출을 반복하고, 또 일정한 검출레벨 이상이면 다음의 처리로 진행한다.
다음에, 제어회로(30)는 XY 절환회로(36) 및 수신타이밍 절환회로(37)에 Y방향의 선택정보를 송출하여 상기와 동일하게 선택회로(33) 및 송수절환회로(35)를 절환하여, 전파를 송수신 했을때의 저역필터(40)의 출력치를 A/D 변환하여 얻어지는 입력펜(20)과 Y방향의 각 루프코일(12-1∼12-48)과의 거리에 의존한 검출전압을 일시 기억한다. 그후 상기와 마찬가지로 레벨체크를 행하여, 일정한 검출레벨 이하이면, 다시 X방향의 각 루프코일의 선택 및 전압검출로 되돌아가고, 또 일정한 검출레벨 이상이면 상기 기억한 전압치로부터 후술하는 바와같이 하여, 입력펜(20)의 X방향 및 Y방향의 좌표치를 산출한다.
다음에, 제어회로(30)는 상기 X방향의 루프코일(11-1∼11-48)(또는 Y방향의 루프코일 12-1∼12-48)중, 최대의 검출전압이 얻어진 루프코일(피이크 코일)을 선택하는 정보를 선택회로(32)(또는 33에)에 송출하고, 상기 전파의 송수신을 복수회, 예를 들면 7회 반복시키고, 그때 저역필터(43) 및 (44)로부터 얻어진 출력치를 A/D 변환하여, 상기한 바와 같이 하여 위상차(θ)를 산출한다.
상기 위상차(θ)는 40°가산되고 위상정보로 변환되어 상기한 입력펜(20)의 X방향 및 Y방향의 좌표치와 함께 호스트 컴퓨터(49)에 전송된다.
이와 같이 하여 제1회째의 좌표 검출동작 및 위상 검출동작이 종료되면, 제어회로(30)는 제8도에 나타낸 바와같이 제2회째 이후의 좌표 검출동작으로서, 상기 X방향의 루프코일(11-1∼11-48)중, 최대의 검출전압이 얻어진 루프코일을 중심으로 하여 그 전후의 일정수, 예를 들면 10본의 루프코일만을 선택하는 정보를 선택회로(32)에 송출하고, 또 Y방향의 루프코일(12-1∼12-48)중, 최대의 검출전압이 얻어진 루프코일을 중심으로 하여, 그 전후의 일정수, 마찬가지로 10본의 루프코일만을 선택하는 정보를 선택회로(33)에 송출하고, 상기와 마찬가지로 하여 출력치를 얻어 입력펜(20)에 대한 X방향 및 Y방향의 좌표 검출동작 및 위상 검출동작을 행하고 얻어진 좌표치 및 위상정보를 호스트 컴퓨터(49)에 전송하고, 이하 이것을 반복한다.
또한, 상기 한 레벨 체크를 상세하게 설명하면, 검출전압의 최대치가 검출레벨에 달하고 있는가의 여부 및 최대치의 검출전압을 가지는 루프코일이 어느 코일인가를 체크하고, 검출레벨에 달하고 있지 않으면 이후의 좌표계산등을 정지하고, 또 다음회의 좌표 검출동작 및 검출동작에 있어서 선택하는 루프코일의 중심을 설정하는 처리를 한다.
X방향 또는 Y방향의 좌표치, 예를 들면 상기 좌표치(XP)를 구하는 산출 방법의 하나로서, 상기 검출전압(V×1∼V×48)의 극대치 부근의 파형을 적당한 함수로 근사시키고, 그 함수의 극대치의 좌표를 구하는 방법이 있다.
예를 들면 제6c도에 있어서, 최대치의 검출전압(V×3)과, 그 양측의 검출전압 V×2 및 V×4를 2차 함수로 근사시키면, 다음과 같이하여 산출할 수가 있다(단, 각 루프코일 11-1∼11-48의 중심위치의 좌표치를 ×1∼×48로 하고, 그 간격을 △×로 한다). 먼저 각 전압과 좌표치로부터
V×2=a(×2-×p)2÷b (2)
V×3=a(×3-×p)2+b (3)
V×4=a(×4-×p)2÷b (4)
가 된다. 여기서 a, b는 정수(a＜0)이다. 또
×3-×2=△× (5)
△4-×2=2△× (6)
이 된다. (5), (6)식을 (3), (4)식에 대입하여 정리하면,
XP=X2+△×/2{(3V×2-4V×3÷V×4)/(V×2-2V×3+V×4)}… (7)
가 된다.
따라서 각 검출전압(V×1∼ V×48)으로부터 상기 레벨 체크시에 구해진 최대치의 검출전압 및 그 전후의 검출전압을 추출하고, 이들고 최대치의 검출전압이 얻어진 루프코일의 하나 앞의 루프코일의 좌표치(기지)로부터 상기한 (7)식에 상당하는 연산을 행함으로써, 입력펜(20)의 좌표치(×p)를 산출할 수 있다.
한편, 호스트 컴퓨터(49)는 제9도에 나타낸 플로우챠트에 따라, 제어회로(30)로부터 송출된 데이터중, 상기 위상 정보가 1°이상인 데이터 만을 유효 데이터로 기억하고, 다시 그 위상 정보를 좌표점의 퍼짐(넓어짐)정보, 예를 들면 그 좌표 정보에 비례하는 원의 직경으로 변환하고, 도시하지 않은 화상메모리 중의 상기 X방향 및 Y방향의 좌표치에 의거한 좌표 위치에 상기 직경을 가지는 원의 화상을 그리고, 이것을 표시장치(50)상에 표시시킨다.
상기 처리는 제어회로(30)로부터 데이터가 전송되고 있는 동안 반복되기 때문에, 필압을 변화시키면서 입력펜(20)을 이동시키면, 제10도에 나타낸 바와같이 좌표점의 궤적(60)에 따라 직경이 다른 원의 화상(61)이 연속적으로 정열되어 붓을 사용한 경우와 같은 화상이 얻어진다. 또한 얻어진 화상은 필요에 따라 출력장치(51)로부터 하드 코피화 할 수도 있고, 제11a도에 그 출력 결과의 일예를 나타낸다.
또 상기 원의 내부를 칠해버리는 처리를 행하면, 제11b도에 나타낸 바와같이, 더욱 자연스럽게 출력 결과가 얻어진다.
제12도 및 제13도는 본 발명의 입력펜(20)의 다른 실시예를 나타낸 것이다. 도면중 상기한 실시예와 동일구성부분은 동일 부호로 나타낸다. 즉 제12도에 있어서, 21은 합성수지 등의 비금속 소재로 이루어진 펜축, 22는 페라이트칩(23, 23')을 구비한 코어체, 24는 코어체(22)를 그 내부에 섭등 자유롭게 수용할 수 있는 관통구멍을 구비한 페라이트 코어(25)에 감겨진 코일, 26은 코어체(22)의 후단을 지지하는 코어홀더, 27은 코어홀더(26)를 펜축(21)에 대하여 약간 변위 가능하게 지지하는 스프링, 28은 콘덴서이다.
상기 코일(24)과 콘덴서(28)는 서로 직렬로 접속되어, 공지의 동조회로(29)를 구성하도록 되어 있고, 이 코일(24)의 인덕턴스 및 콘덴서(28)의 용량치는 그 동조(공진) 주파수가 대략 소정의 주파수(f0)가 되는 값으로 설정되어 있다. 여기서, 코어체(22)가 코어 홀더(26)에 지지된 상태에 있어서, 페라이트칩(23, 23')은 코일(24)의 양단부에 위치하도록 되어 있어, 상기한 타블릿(10)상에서 그 입력펜(20)을 조작하면 그때의 필압에 따라 코어체(22) 즉 페라이트칩(23, 23')이 이동하고, 이에 의하여 코일(24)의 인덕턴스가 변화하여, 상기한 동조회로(29)에 있어서의 동조주파수가 약간 변화하도록 되어 있다.
제13도는 페라이트칩(23, 23')와 코일(24)과의 위치 관계를 상세하게 나타낸 것이다. 제13a도는 코어체(22)를 전혀 압압하지 않았을때의 상태를 나타낸 것으로, 페라이트칩(23)은 그 전체의 2/3정도가 코일(24)(실제로는 페라이트 코어(25)내에 수납되어, 1/3정도가 코일(24)밖으로 돌출하도록 배치되고, 또 페라이트 칩(23')은 그 일단이 코일(24)의 단부에 닿고 전체가 코일(24)밖이 되도록 배치된다.제13b도는 코어체(22)를 가장 크게 슬라이드시킨(압압한)때의 상태를 나타낸 것으로, 페라이트칩(23)은 그 전체가 코일(24)내에 수납되고, 또 페라이트칩(23')은 그 일단이 코일(24)의 단부로부터 상기 슬라이드 량 만큼 떨어져 전체가 코일(24)밖이 되도록 배치된다. 또한, 도면중에 기재되어 있는 수치는 일예이고, 이것에 한정되지 않음은 말할 것도 없다.
또, 페라이트칩을 2개 설치한 것은 코어체(24)의 슬라이드량에 대한 코일의 인덕턴스의 변화량을 더욱 크게 하기 위한 것으로서, 1개의 페라이트칩, 예를 들면 코더(23)만을 구비한 것과 비교하여, 상기한 위상의 변화범위를 1.5∼2배 정도 넓힐 수가 있다.
또한, 실시예중의 루프코일의 본수 및 그 정렬방법은 일예이고, 이것에 한정되지 않음은 말할 것도 없다.
또 상기한 실시예에서는 필압의 변화를 좌표점의 퍼짐으로 변환했으나, 호스트 컴퓨터측의 프로그램을 바꿈으로써 임의의 정보를 변환할 수가 있어, 예를 들면 좌표점 또는 그 좌표점으로 지정한 소정의 영역의 색상 및 명도를 필압에 따라 변화시킬 수도 있어, 각종의 디자인 등에의 응용을 도모할 수가 있다.

Claims (6)

  1. 다수의 루프코일을 X방향으로 병설시킨 X방향의 루프코일군 및 다수의 루프코일을 Y방향으로 병설시킨 Y방향의 루프코일군으로 이루어진 타블릿과, 필압에 따라 동조 주파수가 소정의 주파수를 중심으로 하여 변화하는 동조회로를 가지는 입력펜과, 상기 타블릿의 X방향의 루프코일군으로부터 하나의 루프코일을 순착선택하는 X방향의 선택수단과, 상기 타블릿의 Y방향의 루프코일군으로부터 하나의 루프코일을 순차선택하는 Y방향의 선택수단과, 상기 소정의 주파수의 교류신호를 발생하는 신호 발생 수단과, 상기 소정의 주파수의 교류신호를 검출하는 신호 검출수단과, 상기 X방향 및 Y방향의 선택 수단에 의하여 선택된 X방향 및 Y방향의 각 루프 코일에 순차 상기 신호 발생수단 및 신호 검출수단을 교대로 접속하는 접속절환 수단과, 상기 X방향 및 Y방향의 각 루프코일로부터 상기 신호 검출수단에 의하여 검출되는 교류신호에 의거하여, 상기 입력펜에 의한 X방향 및 Y방향의 입력 좌표를 구하는 좌표 검출수단과, 상기 X방향 또는 Y방향의 하나의 루프코일로부터 상기 신호 검출수단에 의하여 검출되는 교류신호에 의거하여 상기 입력펜의 동조회로에 있어서의 동조 주파수의 변화를 상기 소정의 주파수에 대한 위상의 변화로서 검출하는 위상 검출수단과, 상기 위상의 변화에 의거하여 상기 입력펜에 있어서의 필압에 비례한 좌표점에 관한 정보를 산출하는 정보 산출 수단으로 이루어진 좌표 입력장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 좌표점에 관한 정보가 좌표점의 퍼짐 정보인 것을 특징으로 하는 좌표 입력장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 좌표점에 관한 정보가 좌표면 또는 좌표점으로 지정한 소정의 영역의 색상 및 명도인 것을 특징으로 하는 좌표 입력장치.
  4. 적어도 코일과 콘덴서를 포함하고, 필압에 따라 동조 주파수가 소정의 주파수를 중심으로 하여 변화하는 동조회로를 가지는 것을 특징으로 하는 좌표 입력장치의 입력펜.
  5. 펜축 방향으로 약간 변위 및 복구 자유롭게 유지된 코어체와, 그 코어체의 그 내부에 섭동 자유롭게 수용할 수 있는 코일과, 그 코일에 접속된 콘덴서를 가지고, 상기 코어체중의 상기 코일의 단부에 대응하는 위치에 페라이트칩을 설치한 것을 특징으로 하는 좌표 입력장치의 입력펜.
  6. 펜 축방향으로 약간 변위 및 복수 자유롭게 지지된 코어체와, 그 코어체를 그 내부에 섭동 자유롭게 수용할 수 있는 코일과, 그 코일에 접속된 콘덴서를 가지고, 상기 코어체중의 상기 코일의 양단부에 대응하는 위치에 페라이트칩을 설치한 것을 특징으로 하는 좌표 입력장치의 입력펜.
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