KR20120011057A - 소형 개구 음향 센서를 이용하는 디지털 전사 시스템 - Google Patents
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Abstract
펜 전사 시스템 및 펜 전사 시스템을 사용하는 방법이 개시된다. 펜 전사 시스템은 평면형 기저부 상에 장착되는 제 1 음향 센서 및 제 2 음향 센서를 갖고 서로 분리되는 수신기, EM 검출기 및 제어기를 포함한다. 제 1 음향 센서 및 제 2 음향 센서는 이동 가능한 신호원에 의해 방출되는 제 1 파장의 음향 신호를 검출한다. EM 검출기는 상기 음향 신호와 동기화되는 EM 신호를 검출한다. 제어기는 EM 신호와 상기 제 1 음향 센서 및 제 2 음향 센서에 의해 검출되는 음향 신호 간의 검출 시간의 차이를 측정한다. 음향 센서는 검출기 및 상기 검출기를 둘러싸는 하우징을 포함하고, 상기 하우징은 개구를 갖되, 상기 개구의 최대 크기는 상기 제 1 파장을 6.28로 나눈 것보다 작다.
Description
본 발명은 소형 개구 음향 센서를 이용하는 디지털 전사 시스템에 관한 것이다.
음향 기반 거리 측정 시스템은 때로는 필기 영역에서 데이터 입력 물체의 위치를 계산하기 위해 사용되어 왔다. 예컨대, 화이트 보드 상에서 펜의 위치를 추적 및 기록하는 구성이 상업적으로 이용 가능하다. 사용자가 화이트 보드 상에 필기함에 따라, 전사 시스템은 화이트 보드 상의 펜의 위치를 결정하고, 이후의 사용을 위해 위치를 기록한다.
그러한 시스템에서, 화이트 보드와 함께 사용되는 유형의 종래의 마킹 펜은 음향 전송기 및 적외선 전송기를 포함하는 하우징 내에 삽입된다. 사용자가 종래의 방식으로 화이트 보드 상에 필기를 함에 따라 전송기는 음향 펄스 및 적외선 펄스의 조합을 송신한다. 공간상 분리된 두 개의 수신기는 하우징에 의해 생성되는 신호를 수신한다. 각각의 수신기는 그러한 수신기로부터 하우징의 거리를 결정하도록, 적외선 펄스와 음향 펄스 간의 도달 시간의 시간차를 측정한다. 이러한 거리 측정은 그 후 수신기에 대한 하우징의 거리를 결정하도록 결합된다.
적외선은 사용되는 영역 내의 배경 광을 갖는 문제를 방지하도록 광 신호로 사용된다. 음향 신호는 신호가 인간의 가청 범위 밖에 있도록, 일반적으로 초음파 영역 내에 있다. 게다가, 더 높은 주파수는 더 양호한 공간 분해능을 제공한다. 각각의 음향 수신기는 일반적으로 마이크로폰, 예컨대, 세라믹 압전(ceramic piezo) 마이크로폰, PVDF 필름, 콘덴서 마이크로폰, 일렉트릿 콘덴서 마이크로폰(electret condenser microphones, ECMs), 가동 코일 마이크로폰(moving coil microphones) 등으로 구성된다.
유감스럽게도, 종래의 시스템에서 이용되는 이러한 장치의 민감성은 초음파 주파수에서 완전히 모든 방향성을 갖지는 않는다. 표면 상에서 펜의 위치의 범위에 걸친 각각의 센서에 대한 각의 변화는 상대적으로 클 수 있다. 따라서, 초음파 수신기의 이득(gain)에서 각의 변화는 노이즈로 인한 증가된 에러 및 각의 함수로서 초음파 펄스의 트리거 포인트의 변화를 야기할 수 있다. 초음파 펄스의 트리거 포인트의 변화에 해당하는 에러 유형은 초음파 신호의 감지된 지연 시간에 대한 에러를 초래하고, 따라서, 센서로부터 펜까지의 계산된 거리의 에러를 초래한다. 심각한 경우, 마이크로폰은 큰 필기면의 일부 영역에서 펜을 검출하기에 불충분한 이득을 가질 수 있다. 이러한 이득 문제는 전사될 수 있는 작업면의 사이즈를 제한할 수 있다.
전방향성(omni-directional) 검출 프로파일 이외에, 센서의 주파수 응답 또한 중요하다. 초음파 주파수에서조차, 펜으로부터 초음파 펄스의 수신을 방해할 수 있는 좁은 대역 배경 초음파 소스가 존재한다. 예컨대, 일부 동작 검출기는 동작 검출기의 시야각(field of view) 내에서 이동하는 물체를 검출하도록 초음파 신호를 이용한다. 이러한 좁은 대역 소스는 전사 시스템 내의 펜으로부터 초음파 신호를 방해하기에 충분한 신호 강도를 가질 수 있다. 전사 시스템 펜은 일반적으로 배터리로 전력을 공급받고, 따라서 AC 전력원으로부터 전력을 공급받는 동작 검출기와 경쟁할 수 없고, 신호가 이동하는 물체로부터 반사된 후, 신호의 주파수 변화를 검출하기에 충분한 진폭을 갖는 신호를 생성한다.
본 발명은 소형 개구 음향 센서를 이용하는 디지털 전사 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 펜 전사 시스템 및 그것을 사용하는 방법을 포함한다. 펜 전사 시스템은 수신기를 포함하되, 상기 수신기는, 평면형 기저부 상에 장착되고 서로 분리되는 제 1 음향 센서 및 제 2 음향 센서, EM 검출기 및 제어기를 포함한다. 제 1 음향 센서 및 제 2 음향 센서는 이동 가능한 신호원에 의해 방출되는 제 1 파장의 음향 신호를 검출한다. EM 검출기는 음향 신호와 동기화되는 EM 신호를 검출한다. 제어기는 EM 신호와 제 1 음향 센서 및 제 2 음향 센서에 의해 검출되는 음향 신호 간의 검출 시간의 차이를 측정한다. 제 1 음향 센서 및 제 2 음향 센서는 각각 제 1 파장의 음향 신호에 응답하여 전기 신호를 생성하는 검출기 및 검출기를 둘러싸며 축에 의해 정의되는 개구를 갖는 하우징을 포함하며, 하우징은 개구를 갖되, 상기 개구의 최대 크기는 제 1 파장을 6.28로 나눈 것보다 작다.
본 발명의 일 양태에서, 개구는 축에 의해 정의되는 평면을 갖고, 음향 센서는 축에 대해 대칭적인 수신 함수를 갖는다. 축은 구현되는 특정 실시예에 따라 기저면에 실질적으로 평행이거나, 실질적으로 수직일 수 있다. 제어기는 이동 가능한 신호원에 대한 위치를 결정한다.
본 발명의 일 양태에서, 수신기는 이동 가능한 신호원이 이동하는 작업면에 대해 고정된다. 수신기는 작업면의 가장자리 또는 작업면 내에 위치하여, 수신기는 수신기의 모든 측 상에서 이동 가능한 신호원의 위치의 신호를 검출할 수 있다. 수신기는 또한 이동 가능한 신호원이 위치하는 제 1 음향 센서 및 제 2 음향 센서를 연결하는 라인의 측을 결정하도록 제어기에 의해 이용되는 검출기를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 양태에서, 검출기는 방향에 민감한 EM 검출기이다. 본 발명의 또 다른 양태에서, 검출기는 제 3 음향 센서이되, 상기 제 3 음향 센서는 제 1 음향 센서 및 제 2 음향 센서로부터 이격되고, 제 1 검출기 및 제 2 검출기를 연결하는 라인으로부터 이격되어 위치한다. 또한, 제 3 음향 센서는 작업면 위의 이동 가능한 신호원의 높이를 측정하도록 이용될 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 방향에 민감한 EM 검출기는 작업면의 서로 다른 위치를 확인하는 두 개의 EM 검출기를 포함한다. 또한, 두 개의 EM 검출기로부터의 신호는 두 개의 검출기에 공통적인 배경 EM 노이즈의 보정을 위해 결합된다.
본 발명의 여전히 추가적인 양태에서, 제 1 음향 센서 및 제 2 음향 센서 중 하나는 청각 음향 대역 내의 음향 에너지에 비례하는 신호를 생성하고, 제어기는 청각 음향 대역 내의 음향 에너지에 비례하는 신호에 대한 신호를 출력한다. 이러한 신호는 작업면 상에 만들어진 표시의 보다 완벽한 기록을 제공하도록, 이동 가능한 신호원의 위치와 함께 수신기 인근에서의 통화(conversation)를 기록하도록 이용될 수 있다.
도 1은 종래의 펜 전사 시스템을 도시한다.
도 2는 펜 전사 시스템에서 이용될 수 있는 음향 센서(30)의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 양태를 이용하는 음향 센서를 도시한다.
도 4는 D < λ/(2π)에서 음향 센서의 수신 패턴을 도시한다.
도 5는 펜이 작업면 상의 서로 다른 위치를 이동함에 따라, 펜을 모니터링하는 음향 센서를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 수직으로 장착된 음향 센서가 개선된 수신 함수를 제공하는 방식을 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 펜 전사 시스템의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 펜 전사 시스템의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 일 양태를 이용하는 수신기(90)를 도시한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 양태를 이용하는 수신기(100)를 도시한다.
도 2는 펜 전사 시스템에서 이용될 수 있는 음향 센서(30)의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 양태를 이용하는 음향 센서를 도시한다.
도 4는 D < λ/(2π)에서 음향 센서의 수신 패턴을 도시한다.
도 5는 펜이 작업면 상의 서로 다른 위치를 이동함에 따라, 펜을 모니터링하는 음향 센서를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 수직으로 장착된 음향 센서가 개선된 수신 함수를 제공하는 방식을 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 펜 전사 시스템의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 펜 전사 시스템의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 일 양태를 이용하는 수신기(90)를 도시한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 양태를 이용하는 수신기(100)를 도시한다.
본 발명이 제공하는 장점은 종래의 펜 전사 시스템을 도시한 도 1을 참조하여 보다 용이하게 이해될 수 있다. 펜 전사 시스템(20)은 작업면(21) 상에 필기하기 위한 표준적인 마킹 펜을 수용하는 하우징을 갖는 입력 장치(22), 예컨대 화이트 보드와 함께 작동한다. 펜 전사 시스템(20)은 작업면(21)의 일 가장자리에 부착된다. 입력 장치(22)는 사용자가 입력 상치 상의 스위치를 맞물리게 하는 것에 응답하여, 전자기(electromagnetic, EM) 신호 및 음향 신호 둘 모두를 방출한다. 음향 신호는 일반적으로 30 내지 80 KHz의 초음파 주파수 범위 내에 있다. 펜 전사 시스템(20)은 EM 수신기(26) 및 두 개의 음향 수신기(24 및 25)를 포함한다. 제어기(27)는 수신기에 의해 수신되는 음향 신호 및 EM 신호 간의 도달 시간의 차이를 측정함으로써, 입력 장치(22)로부터 각각의 음향 수신기까지의 거리를 계산한다. 계산된 위치는 작업면 상에 필기된 내용을 기록하기 위해 사용되는 컴퓨터와 같은 클라이언트 장치(28)로 전송된다.
이제 펜 전사 시스템에서 사용될 수 있는 음향 센서(30)의 단면도를 도시한 도 2를 참조한다. 음향 센서(30)는 마이크로폰(32)이 내부에 위치하는 하우징(31)을 포함한다. 하우징(31)은 직경 D를 갖는 개구(33)를 갖는다. 음향 센서(30)를 위한 수신 패턴은 검출되는 음향 신호의 파장, λ와 D의 관계에 의존한다. D >> λ/(2π)인 경우에 대한 수신 패턴은 34로 도시된다. 패턴은 34로 도시되는 주 로드 및 부 로드(35)를 가짐을 유념해야 한다. 공기 중에서 30 kHz의 초음파 신호에 대해, D >> λ/(2π)는 대략 1.4 mm이다. 종래 기술은 D가 이러한 값보다 더 큰 음향 센서를 이용하며, 따라서, 도 2에 도시된 것과 유사한 수신(및 전송) 패턴을 갖는다.
이러한 개구의 선택은 캐비티로 유입되는 에너지를 증가시킴으로써 전체적인 사운드 검출을 개선시킬 수 있지만; 이러한 선택의 패널티는 각의 함수로서 매우 큰 가변성을 갖는 수신 패턴이다. 개구(33)에 대한 수직 방향을 음향 신호에 수직인 방향으로 정의한다. 이러한 방향은 도 2에 36으로 도시된 화살표에 의해 지시된다. 종래의 펜 전사 시스템은 상기 수직 방향이 작업면과 평행한 음향 센서를 이용한다. 따라서, 음향 신호의 민감도는 상기 수직 방향에 대한 음향 신호의 방향의 함수로서 크게 달라질 수 있다. 예컨대, 펜이 위치(37)에 위치하는 경우, 이득은 펜이 위치(38)에 있는 경우 인식되는 이득보다 더 낮은 크기의 차수일 수 있다. 이것은 펜의 위치가 신뢰성 있게 결정될 수 없는, 구체적으로, 배경 초음파원이 존재하는 필기면(writing surface)의 영역을 발생시킬 수 있다.
또한, D >> λ/(2π)인 경우, 캐비티의 규모는 초음파 신호의 파장보다 훨씬 더 클 것이다. 그 결과, 캐비티는 관심 주파수(frequencies of interest) 근처의 주파수에서 다수의 근접하게 이격된 공진 모드를 가질 수 있다. 이러한 모드들은 캐비티의 특정 형상에 의존할 것이다. 고진 모드는 캐비티의 주파수 응답을 변경시키고, 다라서 센서의 주파수 응답은 초음파 신호의 주파수의 함수에 따라 상당히 달라질 수 있다. 그러한 변경은 좁은 대역 배경 노이즈를 방지하도록 광대역 신호에 의존하는 계획(scheme)을 방해할 수 있다. 게다가, 활성화되는 특정 진동 모드는 법선(36)에 대한 펜으로부터의 신호의 입사각에 따라 달라질 수 있으며, 이러한 입사각은 작업면 상의 펜 위치의 함수로서 주파수 응답의 추가적인 변화를 초래할 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 도 3은 본 발명의 일 양태를 이용하는 음향 센서(40)를 도시한다. 본 발명의 이러한 양태에 따른 음향 센서에서 D < λ/(2π)이다. 이러한 경우, 민감도 함수는 41로 도시된 바와 같은 측 로브를 갖지 않는 전방향성이다. 음향 센서(40)는 실질적으로 압력 센서인 음향 센서(42)를 이용하고, 따라서 수신 함수는 외부 엔클로저(enclosure), 및 개구(33)의 사이즈 및 두께에 의해 형성되는 형상 및 부피에 의해 제어될 수 있다. 그 결과, D 보다 훨씬 더 큰 사이즈를 갖는 센서는 전방향성 수신 패턴을 유지하면서 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 음향 센서에 대한 또 다른 중요한 양태는 음향 센서의 수신 함수의 대역폭이다. 전사 시스템이 동작하는 환경은 초음파 범위 내의 좁은 대역 음향 소스를 종종 포함한다. 예컨대, 일부 동작 검출기가 초음파 소스를 이용한다. 이러한 배경 소스로부터의 신호 강도는 전사 시스템 내의 펜으로부터의 신호보다 상당히 더 클 수 있고, 따라서, 일부 전략은 펜으로부터의 신호와 이러한 배경 소스로부터의 신호를 구별하는 것이 요구된다.
일 계획은 차이를 만들기 위해 검출된 신호의 대역폭을 이용한다. 동작 검출 전송기는 매우 좁은 대역 신호를 이용하고; 따라서 대역폭 신호를 필요로 하는 검출 계획은 배경 신호와 펜으로부터의 신호 간의 구별을 하도록 이용될 수 있다. 본 발명의 이러한 양태에서, 펜은 대역폭을 갖는 신호를 생성하고, 펜 전사 시스템은 좁은 대역 신호를 제외하는 기계장치를 포함한다. 예컨대, 초음파 신호는 두 개의 측 대역을 생성하도록 변조될 수 있다. 검출 시스템은 둘 모두의 측 대역을 검출하는 것에 의존하고, 따라서, 펜으로부터의 초음파 신호와 동작 검출기로부터의 신호 또는 다른 좁은 대역 신호 간에 구별할 수 있다.
이러한 계획은 펜의 변환기에 의해 생성되는 주파수 대역만큼 넓은 주파수의 대역에 걸쳐 실질적으로 고른 음향 센서의 수신에 의존한다. 엔클로저(43)의 기계장치 공진에 의해 생성되는 음향 센서의 주파수 응답에서 피크의 존재는 이러한 검출 계획의 타입을 방해할 수 있다. 본 발명의 일 양태에서, 음향 센서는 엔클로저(43) 또는 음향 센서(42)에 의해 도입되는 공명을 감쇠시키도록 기계적, 전기적 또는 소프트웨어 필터를 이용한다. 예컨대, 기계적인 1/4 파장 트랩(44) 또는 다른 배플(baffle)은 엔클로저(43)에 도입될 수 있다. 마찬가지로, 아날로그 필터(45)는 음향 센서(42)의 출력부로 도입될 수 있거나, 전사 시스템은 음향 센서로부터의 신호를 디지털화하고, 바람직하지 않은 공진을 감쇠시키도록 적절한 디지털 필터를 적용할 수 있다.
또한, 엔클로저(43)에서 바람직하지 않은 기계적인 공진은 또한 조사 내의 공진 주파수의 파장의 진정수(integral number)인 경로 길이를 갖는 폐쇄된 경로를 제거하도록 엔클로저(43)의 형상을 변경함으로써 감소되거나 제거될 수 있다. 예컨대, 캐비티는 캐비티의 대향하는 벽이 서로 평행하지 않도록 설계될 수 있다.
D < λ/(2π)인 경우, 음향 센서의 수신 함수는 전방향성일 것이고 수직 방향에 대해 모든 각에서 동일한 민감도를 가질 것이다. 따라서, 엔클로저 내의 개구의 사이즈를 감소시키는 것은 음향 센서의 법선에 대한 음향 신호의 입사각의 함수로서 보다 균일한 이득을 제공한다. 하지만, 센서(42)에 결합되는 신호 에너지의 양 또한 D가 감소되는 경우 감소된다. 따라서, 입사각의 함수로서 이득의 균일성과 신호 강도 간에 교환(tradeoff)이 있다. 작업면 상에서 모든 관심 각에 걸쳐 적절한 수신을 갖는 이득 함수를 제공하면서, 더 높은 전체 이득을 획득하기 위해, 각의 함수로서 이득의 일부 변화를 갖는 단일 로브 수신 함수에 의해 특징지워지는 D 값이 필요할 수 있다. 이제 도 4를 참조하면, 도 4는 음향 센서에서의 수신 패턴을 도시하며, 하우징(53) 내의 개구는 최대 크기 D < λ/(2π)를 갖고, 수신 패턴은 일부 비-균일성 범위를 갖는다. 음향 센서(50)에 대한 수신 패턴은 51로 도시된다. 이득은 입사 신호의 각의 함수에 따라 달라진다. 예컨대, 각 55로 입사하는 신호는 각 56으로 입사하는 각보다 더 높은 이득을 갖는다. 각의 함수로서 수신 이득의 이러한 변화가 음향 센서의 신호 강도를 변경하는 범위는 작업면에 대한 음향 신호의 배향에 의존한다. 이제 도 5를 참조하면, 도 5는 펜이 작업면(60) 상의 서로 다른 위치를 이동함에 따라 펜(62)을 모니터링하는 음향 센서(61)를 도시한다. 이러한 예에서, 음향 센서(61)에 대한 법선은 작업면(60)의 표면에 평행하다. 따라서, 펜(62)이 위치(63)로부터 위치(64)로, 위치(65)로 이동함에 따라, 음향 센서(61)의 이득은 음향 센서(61)의 이득의 각의 변화로 인해 감소한다.
본 발명의 일 양태는 단지 음향 센서에 대한 법선과 전송기 간의 각의 함수인 수신 함수를 관찰하는 것을 기반으로 하고; 따라서, 음향 센서가 음향 센서에 대한 법선이 작업면에 직각이 되도록 장착되는 경우, 비-균일한 끊임없는 수신 함수로부터 초래되는 수신 이득의 변화는 실질적으로 감소될 수 있다. 이제 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 수직으로 장착되는 음향 센서가 개선된 수신 함수를 제공하는 방식을 도시한다. 도 6a는 작업면(60) 상의 음향 센서(61)의 평면도이고, 도 6b는 작업면(60) 상의 음향 센서(61)의 측면도이다. 도 6b를 참조하면, 일정하지 않은 이득 함수는 각의 함수인 음향 센서(61)의 이득을 초래하지만; 이득은 여전히 일정하며, 임의의 정해진 각(67)의 값에 대해 각(66)과 독립적일 것이다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 배치에서, 각(67)은 펜(62)에서의 음향 전송기(68)의 높이 및 음향 센서(61)와 펜(62) 간의 거리에 의해 설정된다. 전송기(68)의 높이가 펜의 물리적인 크기에 의해 설정되기 때문에, 각(67)은 주로 음향 센서(61)로부터 펜까지의 거리의 함수이다. 또한, 작업면 상에서 다양한 위치에 대한 각(67)의 변화는, 음향 센서가 작업면에 평행한 법선(69)을 갖도록 장착되는 경우의 작업면 상에서의 각(67)의 변화보다 훨씬 작다.
이제 도 7을 참조하면, 도 7은 수직으로 장착된 음향 센서를 이용하는 본 발명에 따른 펜 전사 시스템의 평면도를 도시한다. 펜 전사 시스템(70)은 전술한 것과 유사한 방식으로 작업면(71) 상의 펜(72)의 위치를 추적한다. 펜(72)은 한 쌍의 펄스, 즉 음향 펄스와 함께 적외선 펄스 내의 전자기 펄스를 방출한다. 펄스 쌍은 주기적으로, 또는 사용자가 펜 상의 버튼을 누르거나, 펜이 작업면(71)과 접촉하는 경우에 응답하여 방출될 수 있다. 펄스 쌍은 제 1 음향 센서(74) 및 제 2 음향 센서(75)를 포함하는 수신기(73)에 의해 검출되고, 상기 제 1 음향 센서(74) 및 제 2 음향 센서(75)는 기결정된 거리만큼 분리되고, 음향 센서의 법선이 작업면(71)에 수직이도록 장착된다. 작업면(71)의 사이즈를 최소화하기 위해, 수신기(73)는 일반적으로 작업면(71)의 일 가장자리의 중심 위치에 작업면의 측을 따라 배치되어, 음향 센서(74)로부터 음향 센서(75)까지의 라인은 그 가장자리에 평행하다.
또한 수신기(73)는 적외선 수신기(76)를 포함한다. 수신기(73)는 각각의 음향 센서에 의해 수신되는 음향 펄스와 적외선 펄스의 도달 시간을 비교함으로써, 음향 센서 각각으로부터 펜(72)까지의 거리를 결정한다. 펜(72)의 위치 또는 계산될 수 있는 위치로부터의 정보는 수신기(73)에 의해 컴퓨터로 출력되고, 상기 컴퓨터는 일반적으로 정보를 저장하고 작업면(71) 상에서 펜(72)에 의해 그려지는 장면을 재생성하거나, 위치 이동 측정값을 기반으로 다른 작동을 수행한다.
수신기에 하나 이상의 적외선 센서 및 음향 센서를 추가함으로써, 제 2 작업 영역을 갖는 펜 전사 시스템이 구성될 수 있다. 이제 도 8을 참조하면, 도 8는 본 발명의 이러한 양태를 이용하는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 펜 전사 시스템의 평면도를 도시한다. 펜 전사 시스템(80)이 각각 제 1 음향 센서 및 제 2 음향 센서(87 및 88)를 갖는 수신기(85)를 포함하며, 각각의 음향 센서에 대한 법선이 작업면(81)에 수직이도록 각각 장착되는 점에서, 펜 전사 시스템(80)은 전술한 펜 전사 시스템(70)과 유사하다. 수신기(85)는 작업면(81)의 중심에 장착되고, 따라서, 수신기(85)는 수신기(85)의 양 측으로부터 신호를 수신할 수 있고, 그에 따라 작업면(71)과 비교하여 작업면(81)의 사이즈를 효과적으로 두 배로 만든다. 수신기(85)는 두 개의 적외선 수신기(82 및 83)를 포함한다. 각각의 적외선 수신기가 신호를 수신할 수 있는 방향은 배리어(84)에 의해 제한되어, 각각의 적외선 수신기는 단지 작업면의 절반으로부터 신호를 수신할 수 있다. 따라서, 펜이 위치하는 수신기의 측이 결정될 수 있다.
도 8에 도시된 배치에서, 거리 계산은 두 개의 음향 센서 및 신호를 수신하는 적외선 수신기 중 하나를 사용하여 수행된다. 하지만, 하나의 적외선 검출기가 거리 계산에 사용되고, 분리된 방향성 적외선 수신기가 펜이 위치하는 수신기의 측 상에서 결정을 위해 사용되는 배치를 구성할 수도 있다. 이제 도 9을 참조하면, 도 9은 본 발명의 이러한 양태를 이용하는 수신기(90)를 도시한다. 수신기(90)는 펄스 쌍이 수신되는 경우 펜으로부터 음향 센서 각각까지의 거리를 계산하기 위해 사용되는 음향 센서(91 및 92) 및 적외선 수신기(93)를 포함한다. 적외선 수신기(93)는 수신기(93)의 양 측으로부터 신호를 수신할 수 있다. 분리된 방향을 향하는 특정 적외선 검출기(94)는 수신기(90)에 대한 펜의 위치를 결정하기 위해 사용된다. 도 9에 도시된 실시예에서, 검출기(94)는 두 개의 적외선 검출기(95 및 96)를 포함하며, 상기 두 개의 적외선 검출기(95 및 96)는 각각의 적외선 검출기의 시야각을 수신기(90)가 배치된 작업면의 절반으로 제한하는 배리어에 의해 분리된다.
두 개의 검출기 중 하나가 임의의 정해진 시간에 펜으로부터의 적외선 신호를 수신하도록 배치되는 두 개의 적외선 검출기를 포함하는 실시예에서, 다른 수신기로부터의 신호는 배경 적외선 노이즈의 측정값을 제공함으로써 적외선 신호 검출을 강화시키기 위해 사용될 수 있다. 주변 적외선 노이즈는 조명, 및 무선 제어 및 다양한 디지털 장치들 간에 데이터를 전송하기 위해 사용되는 적외선 통신 링크와 같은 적외선 신호법을 사용하는 다른 장치에 의해 도입된다. 이러한 소스(source)는 보통 작업면으로부터 이격되고, 적외선 검출기로부터 이격된 일부 거리에 위치한다. 따라서, 각각의 적외선 검출기는 다른 적외선 검출기에 의해 수신되는 것과 동일한 배경 신호를 수신한다.
본 발명의 일 양태에서, 각각의 적외선 검출기로부터의 신호는 공통 배경 노이즈를 위해 보정되는 검출기에 대한 신호를 제공하도록 다른 적외선 검출기로부터의 신호와 결합된다. 예컨대, 도 8에 도시된 실시예에서 제어기는 검출기(83)로부터의 신호로부터 검출기(82)로부터의 신호를 감산함으로써 제 1 신호 차이, 및 검출기(82)로부터의 신호로부터 검출기(83)로부터의 신호를 감산함으로써 제 2 신호 차이를 형성할 수 있다. 신호 차이 중 하나는 펜에 의해 전송되는 적외선 펄스에 대응하여 양의(positive) 값의 신호를 포함할 것이고, 다른 하나는 대응하는 음의(negative) 값의 신호를 포함할 것이다. 신호 차이를 검사함으로써, 제어기는 펜이 위치하는 수신기의 측을 결정한다.
전술한 실시예는 적외선 신호가 향하는 방향이 펜이 위치하는 수신기의 측을 결정하도록 활용되는 배치를 활용한다. 하지만, 이러한 정보를 제공하도록 추가적인 음향 센서를 활용하는 실시에 또한 구성될 수 있다. 이제 도 10을 참조하면, 도 10은 본 발명의 이러한 양태를 활용하는 수신기(100)를 도시한다. 수신기(100)는 음향 센서(91, 92 및 101) 및 적외선 수신기(93)를 포함한다. 펜으로부터 음향 센서 각각까지의 거리는 적외선 신호와 음향 센서 각각에 대한 음향 센서로부터의 음향 신호의 도달 시간의 차이를 사용하여 계산된다. 음향 센서(101)가 음향 센서(91 및 92)와 공동-선형이 아니기 때문에, 음향 센서로부터 펜까지의 거리 및 수신기(100)에 대한 펜의 위치는 세 개의 거리 측정값으로부터 독특하게 결정될 수 있다.
또한, 전사 시스템이 3차원에서 펜의 위치를 결정할 수 있도록 제 3 음향 검출기를 가짐을 주목해야 한다. 즉, 작업면 상의 펜의 높이가 결정될 수 있다. 높이 정보는 펜이 작업면과 접촉하거나 작업면 위에 배치되는 경우, 결정을 위해 사용될 수 있다. 따라서, 제어기는 사용자가 작업면 상에 실제로 그림을 그리는 경우, 즉, 펜은 작업면과 접촉하거나 표면으로부터 일부 기결정된 거리 내에 있는 경우에만 전사를 활성화시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 펜 내의 음향 전송기는 초음파 주파수로 작동한다. 정확한 주파수는 인자(factor)의 수에 의존한다. 상기 주파수는 펜이 작동하는 경우 펜의 주파수 범위 내일 수 있는 인간 및 가축의 청각 범위 이상이어야 한다. 게다가, 주파수는 영역 내의 다른 초음파 변환기의 주파수와 상이해야 한다. 그러한 변환기는 종종 광선 및 도난 경보기를 제어하는 움직임 센싱 장치로 사용된다. 마지막으로, 펜 내의 임의의 정해진 파워 레벨에 대해, 더 높은 주파수 변환기는 더 짧은 범위를 갖는 경향이 있다. 따라서, 바람직하게는 넓은 영역의 작업면에 걸쳐 위치를 측정해야만하는 펜 전사 시스템은 작은 영역의 표면에 걸쳐 작동하도록 요구되는 펜보다 더 낮은 주파수를 이용한다. 본 발명의 일 양태에서, 펜은 30 내지 80 KHz, 보다 구체적으로 40 내지 90 KHz 사이의 주파수를 갖는 초음파 변환기를 포함한다.
전술한 바와 같이, 바람직하게는 초음파 주파수는 움직임 검출기에서 사용되는 것과 같은 배경 초음파 소스를 방지하도록 선택된다. 본 발명의 일 양태에서, 제어기는 초음파 소스 간에 경쟁이 있는 경우 결정을 위해, 펜이 없을 때 수신기에 의해 수신되는 음향 스펙트럼을 측정한다. 그러한 실시예에서, 펜 내의 초음파 변환기의 주파수는 연속적으로 또는 불연속적으로 일부 기결정된 주파수의 범위에서 달라질 수 있다. 하나 이상의 배경 소스가 검출되는 경우, 펜은 문제에서 배경 소스와 중첩되지 않는 주파수로 설정된다. 주파수 선택은 도 1에 도시된 클라이언트 장치에 의해 또는 수신기 상에 분리된 주파수 표시기에 의해 사용자에게 전달될 수 있다. 예컨대, 도 10에 도시된 수신기(100)는 펜이 이용되는 주파수 채널을 디스플레이하는 디스플레이부(110)를 포함할 수 있다. 사용자는 그 후 그에 따라 펜 주파수를 설정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 음향 센서 중 적어도 하나는 청각 주파수 범위, 즉 50 내지 2000 Hz 내의 소리에 민감하다. 제어기는 시간의 함수로서 펜의 위치와 함께 전사 기록 내에 포함될 수 있는 이러한 음향 센서의 범위 내에서 개별적으로 만들어지는 코멘트를 기록하기 위해, 신호를 제공하도록 이러한 검출기를 이용한다. 필터는 함수를 기록하기 위해 사용되는 이러한 주파수 범위 또는 서브-범위의 바깥쪽의 소리를 제거하도록 하드웨어 또는 소프트웨어에 구현될 수 있다.
본 발명의 전술한 실시예는 광학 스펙트럼의 가시광선 또는 적외선 영역 내의 광을 이용한다. 하지만, 다른 파장의 전자기 복사를 방출하는 소스는 방출된 복사 패턴에 방향성을 제공하도록 이용될 수 있다. 따라서, 용어 "광(light)"은 파장의 더 넓은 특정 범위를 나타내지 않더라도 임의의 방향성 전자기 복사를 포함하도록 정의될 것이다.
본 발명의 전술한 실시예는 본 발명의 다양한 양태를 도시하도록 제공되고 있다. 하지만, 서로 다른 특정 실시예로 도시된 본 발명의 서로 다른 양태들은 본 발명의 다른 실시예를 제공하도록 결합될 수 있음이 이해된다. 또한, 본 발명의 다양한 수정은 명세서 및 첨부된 도면으로부터 통상의 기술자에게 명백해질 것이다. 따라서, 본 발명은 아래의 청구항의 범위에 의해서만 제한된다.
Claims (27)
- 수신기를 포함하는 장치에 있어서,
평면형 기저면을 갖는 기저부;
이동 가능한 신호원에 의해 방출되는 제 1 파장의 음향 신호를 검출하고, 상기 기저부에 장착되고, 서로 분리되는 제 1 음향 센서 및 제 2 음향 센서;
상기 음향 신호와 동기화되는 EM 신호를 검출하는 제 1 EM 검출기; 및
상기 EM 신호와 상기 제 1 음향 센서 및 제 2 음향 센서에 의해 검출되는 음향 신호 간의 검출 시간 차이를 측정하는 제어기를 포함하고,
상기 제 1 음향 센서 및 제 2 음향 센서 각각은:
상기 제 1 파장의 음향 신호에 응답하여 전기 신호를 생성하는 검출기; 및
상기 검출기를 둘러싸며, 개구를 갖는 하우징을 포함하고,
상기 개구의 최대 크기는 상기 제 1 파장을 6.28로 나눈 것보다 작은 것을 특징으로 하는 수신기를 포함하는 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 개구는 축에 의해 정의되고,
상기 음향 센서는 상기 축에 대해 대칭적인 수신 함수를 갖는 것을 특징으로 하는 수신기를 포함하는 장치. - 제 2항에 있어서,
상기 축은 상기 기저면에 실질적으로 수직인 것을 특징으로 하는 수신기를 포함하는 장치. - 제 2항에 있어서,
상기 축은 상기 기저면에 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 수신기를 포함하는 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 제어기는 상기 이동 가능한 신호원이 없는 경우 기결정된 주파수 범위 내의 주파수의 함수로서 음향 에너지의 측정을 기반으로 상기 이동 가능한 신호원에 의해 이용되도록 상기 기결정된 주파수 범위 내의 주파수를 결정하는 것을 특징으로 하는 수신기를 포함하는 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 제어기는 상기 이동 가능한 신호원에 대한 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 수신기를 포함하는 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 수신기는 상기 이동가능한 신호원이 이동하는 작업면에 대해 고정되는 것을 특징으로 하는 수신기를 포함하는 장치. - 제 7항에 있어서,
상기 수신기는 상기 작업면의 가장자리 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 수신기를 포함하는 장치. - 제 7항에 있어서,
사기 수신기는 상기 작업면의 안쪽 지점에 위치하고,
상기 이동 가능한 신호원은 상기 제 1 음향 센서 및 제 2 음향 센서를 연결하는 라인의 측 중 하나 상에 위치하고
상기 수신기는 상기 이동 가능한 신호원이 위치하는 상기 제 1 음향 센서 및 제 2 음향 센서를 연결하는 라인의 측을 결정하기 위해, 상기 제어기에 의해 이용되는 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신기를 포함하는 장치. - 제 9항에 있어서,
상기 검출기는 제 2 EM 검출기인 것을 특징으로 하는 수신기를 포함하는 장치. - 제 10항에 있어서,
상기 제어기는 상기 제 1 EM 검출기 및 제 2 EM 검출기 둘 모두에 공통적인 배경 EM 노이즈에 대해 보정되는 타이밍 신호를 생성하도록, 상기 제 1 EM 검출기 및 제 2 EM 검출기로부터의 신호를 결합하는 것을 특징으로 하는 수신기를 포함하는 장치. - 제 9항에 있어서,
상기 검출기는, 상기 제 1 음향 센서 및 제 2 음향 센서로부터 분리되고, 상기 제 1 음향 센서 및 제 2 음향 센서를 연결하는 라인으로부터 이격되어 위치하는 제 3 음향 센서인 것을 특징으로 하는 수신기를 포함하는 장치. - 제 12항에 있어서,
상기 제어기는 상기 작업면 위의 이동 가능한 신호원의 높이를 결정하는 것을 특징으로 하는 수신기를 포함하는 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1 음향 센서 및 제 2 음향 센서 중 하나는 청각 음향 대역 내의 음향 에너지에 비례하는 신호를 생성하고,
상기 제어기는 상기 청각 음역 대역 내의 음향 에너지에 비례하는 신호에 대한 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 수신기를 포함하는 장치. - 작업면 상의 이동 가능한 신호원의 위치를 결정하는 방법에 있어서,
상기 작업면 상의 고정된 위치에 수신기를 제공하는 단계로서, 상기 수신기는 제 1 음향 센서 및 제 2 음향 센서, 및 제 1 EM 검출기를 포함하되, 상기 제 1 음향 센서 및 제 2 음향 센서는 이동 가능한 신호원에 의해 방출되는 제 1 파장의 음향 신호를 검출하고 상기 작업면 상에 장착되며 서로 분리되고, 상기 제 1 EM 검출기는 상기 음향 신호와 동기화되는 EM 신호를 검출하는 수신기 제공 단계;
상기 EM 신호와 상기 제 1 음향 센서 및 제 2 음향 센서에 의해 검출되는 음향 신호 간의 검출 시간의 차이를 측정하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 음향 센서 및 제 2 음향 센서 각각은:
기결정된 주파수 범위 내의 음향 신호에 응답하여 전기 신호를 생성하는 검출기; 및
상기 검출기를 둘러싸고, 개구를 갖는 하우징을 포함하고,
상기 개구의 최대 크기는 상기 제 1 파장을 6.28로 나눈 것보다 작은 것을 특징으로 하는 이동 가능한 신호원의 위치 결정 방법. - 제 15항에 있어서,
상기 개구는 축에 의해 정의되고,
상기 음향 센서는 상기 축에 대해 대칭적인 수신 함수를 갖는 것을 특징으로 하는 이동 가능한 신호원의 위치 결정 방법. - 제 16항에 있어서,
상기 축은 기저면에 실질적으로 수직인 것을 특징으로 하는 이동 가능한 신호원의 위치 결정 방법. - 제 16항에 있어서,
상기 축은 기저면에 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 이동 가능한 신호원의 위치 결정 방법. - 제 15항에 있어서,
상기 이동 가능한 신호원이 없을 경우 상기 기결정된 주파수 범위 내의 음향 에너지를 측정하는 단계; 및
상기 에너지 측정을 기반으로 하는 상기 음향 신호를 전송하도록 상기 이동 가능한 신호원에 상기 기결정된 주파수 범위 내의 주파수를 전달하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 가능한 신호원의 위치 결정 방법. - 제 15항에 있어서,
상기 작업면 상의 상기 이동 가능한 신호원에 대한 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 가능한 신호원의 위치 결정 방법. - 제 15항에 있어서,
상기 수신기는 상기 작업면의 가장자리 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 이동 가능한 신호원의 위치 결정 방법. - 제 15항에 있어서,
상기 수신기는 상기 작업면의 안쪽 지점에 위치하고,
상기 이동 가능한 신호원은 상기 제 1 신호 센서 및 제 2 신호 센서를 연결하는 라인의 측 중 하나 상에 위치하고,
상기 위치를 결정하는 단계는, 상기 이동 가능한 신호원이 위치하는 상기 제 1 음향 센서 및 제 2 음향 센서를 연결하는 라인의 측을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 가능한 신호원의 위치 결정 방법. - 제 22항에 있어서,
상기 이동 가능한 신호원이 위치하는 라인의 측을 결정하는 단계는, 상기 이동 가능한 신호원이 상기 라인의 서로 다른 측 상에 위치하는 경우, 제 2 EM 검출기에서 상이한 신호로 제공되는 EM 신호를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 가능한 신호원의 위치 결정 방법. - 제 23항에 있어서,
상기 제 1 EM 검출기 및 제 2 EM 검출기 둘 모두에 공통적인 배경 EM 노이즈에 대해 보정되는 보정 EM 신호를 생성하도록, 상기 제 1 EM 검출기 및 제 2 EM 검출기로부터의 신호를 결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 가능한 신호원의 위치 결정 방법. - 제 22항에 있어서,
상기 이동 가능한 신호원이 위치하는 라인의 측을 결정하는 단계는, 제 3 음향 센서에서 상기 음향 신호를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 가능한 신호원의 위치 결정 방법. - 제 25항에 있어서,
상기 작업면 위의 상기 이동 가능한 신호원의 높이를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 가능한 신호원의 위치 결정 방법. - 제 15항에 있어서,
청각 주파수 대역 내의 상기 음향 센서 중 하나의 출력에 대한 신호를 기록하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 가능한 신호원의 위치 결정 방법.
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