专利名称：产生用于位置跟踪的信号的装置及包括该装置的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种位置i^信号产生装置以及一种输入系统，该输入系 统包括用于通过跟踪该位置跟踪信号产生装置的位置来输入信息的位置 i^J宗输入装置。
背景技术：
在位置,输入装置中，用户辨别正在移动的位置跟踪信号产生装置 的位置并输入与该信号产生装置的位置及轨迹有关的信息。目前，位置跟 踪输入装置以及用输入笔实现的位置跟踪信号产生装置体现为自然手写 输入系统。为了便于描述，主要基于由位置跟踪信号产生装置和位置i^ 输入装置构成的自然手写输入系统的例子来描述本发明。与在手写板个人计算机(PC )上实现的自然手写识别系统不同的是，自然手写输入系统通过基于在该自然手写输入系统接收参考信号的时间 点与接M声波信号(由输入笔产生的)的时间点之间的时间间隔来计算 距离，从而识别输入笔的坐标。此外，自然手写输入系统通过连接输入笔 的移动坐标来识别输入笔的轨迹。自然手写输入系统输入所识别的输入笔的坐标以及轨迹。在自然手写输入系统中，可以使用红外线(IR)信号或 无线电频率(RF)信号作为参考信号。图l是示出传统的位置跟踪信号产生装置的结构的视图。参考图l， 所述位置跟踪信号产生装置被具体化为笔的样式。输入笔的主体包括用于 供电的电源单元、用于产生参考信号的参考信号产生单元、用于产生超声 波信号的超声波信号产生单元以及用于控制所述参考信号产生单元和超 声波信号产生单元的控制器。此外，输入笔进一步包括充有墨水用于在纸上实际记录的笔尖。替选 地，输入笔可以包括穿过主体中心以改善手写的独特感觉的笔尖。所述笔 尖穿过圆柱状的超声波产生单元。包围所述超声波产生单元及笔尖的外壳 与主体耦合。此外，如图1中所示，所述夕卜壳具有形成在该外壳周缘、用以发射由 超声波信号产生单元产生的超声波的穿透部分。图2是示出传统位置,信号产生装置的使用的视图。参考图2，用 户通过使笔尖接触在纸上或平的表面上来写下要输入的文字。然而，在用户手写的过程中，尽管将输入笔的笔尖定位在同一点上， 但是，由于输入笔相对于纸表面的方向以及斜度，超声波信号产生单元的 位置可以移动到位置P1、位置P2和位置P3。在这种情况下，如图2所示，尽管从输入笔的笔尖到超声波接收单元 的距离是相同的，但是，由于输入笔的方向和斜度，位置,输入装置会 识别出输入笔的不同距离。更具体地，当将输入笔定位在位置Pl、 P2、 或P3上时，由位置跟踪输入装置识别的输入笔的距离分别是L1、 L2或 L3。这些距离误差导致了不准确的输入值。尤其是，当用户在手写过程中快速改变输入笔的倾斜方向时，超声波 产生单元和位置,输入装置之间的距离也会决速变化。因此，由位置跟 踪输入装置识别的输入笔的位置同样快速变化。这样，会出现与用户意图 无关而产生不正确的输入值的问题。
发明内容
技术问题本发明的一个方面提供了一种能够准确地输入关于位置跟踪的信息 而与用户对位置跟踪信号产生装置的^f吏用无关的位置跟踪信号产生装置 以及一种^吏用该装置的位置躍J宗输入系统。技术方案根据本发明的第一个方面，提供了一种位置跟踪信号产生装置，该位 置跟踪信号产生装置包括具有用于产生超声波信号的超声波信号产生单 元的主体；以及与主体耦合并容纳超声波信号产生单元以便使超声波信号 产生单元产生的超声波信号沿一个方向发射出去的导向部分。超声波信号产生单元包括用于产生超声波的多个超声波产生部件，并 且所述多个超声波产生部件产生超声波，使得能够通过所述超声波产生部 件产生的超声波的叠加来放大超声波信号。可以将多个超声波产生部件配置为彼此间隔预定距离，并且所i^声波产生部件可以以预定的时间间隔、顺序地产生超声波，使得能够通过所述超声波产生部件产生的超声波的叠加iMt;^声波信号。发射超声波信号的所述一个方向是纸表面方向。优选地，导向部分包括用于沿一个方向发射超声波信号的超声》M射 部分，并且由所i^声波信号产生单元产生的超声波信号沿着形成在所述 导向部分的内表面与容纳在所述导向部分中的超声波信号产生单元之间 的导向5^传播，以从所^声^LiC射部分发射出去。有益效果如上所述，根据本发明的位置跟踪信号产生装置通过仅在纸表面方向 上通过形成在导向部分和超声波信号产生单元之间的导向路径发射超声 波信号，能够准确地输入关于位置跟踪的信息，而与用户对位置跟踪信号 产生装置的使用无关。此外，根据本发明的位置跟踪信号产生装置，在超声波信号产生单元 中具有多个超声波产生部件，并且每一个超声波产生部件以根据多个超声 波产生部件之间的间隔距离计算的预定时间间隔、顺序地产生超声波，使得能够通过多个超声波产生部件产生的超声波的叠加iMt大超声波信号。 相应地，本发明的位置跟踪信号产生装置还能够将超声波信号稳定地发送到配置在i^巨离处的超声波信号接收传感器。
图1是示出传统位置,信号产生装置的结构的视图；图2是示出图1的传统位置跟踪信号产生装置的使用的视图；图3是示出根据本发明第一实施例的位置跟踪信号产生装置的结构 的视图；图4是示出根据本发明第一实施例的与主体耦合的导向部分的截面 视图；图5是用于解释根据本发明第一实施例的输入方法的视图；图6是用于解释根据本发明第二实施例的位置跟踪信号输入装置的 结构和^Nt的视图；图7是用于解释与传统位置跟踪信号产生装置相比根据本发明的第一和第二实施例的位置,的误差的视图；以及图8是用于解释根据本发明第三实施例的位置跟踪信号产生装置的 结构和^Mt的视图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。图3是示出根据本发明第一实施例的位置跟踪信号产生装置的结构 的视图。参考图3，所述位置跟踪信号产生装置包括主体200以及与主体 200耦合的导向部分300。主体200包括电源单元230、超声波信号产生单元240、参考信号产 生单元220、控制器210以及笔尖250。电源单元230为超声波信号产生 单元240、参考信号产生单元220以及控制器210供电。通电的参考信号 产生单元220根据从控制器210输入的控制信号来产生参考信号。在本发 明中，可以使用IR信号或RF信号作为参考信号。控制器210以预定的时间间隔将控制信号输出到超声波信号产生单 元240和参考信号产生单元220,使得超声波信号产生单元240和参考信 号产生单元220分别产生超声波信号和参考信号。笔尖250可以形成在超声波信号产生单元240的末端，以便提膝奢通 笔手写时的独特感觉。替选地，为了提供真实手写，可以将充有墨水的笔 尖250插入主体200中、穿it^声波信号产生单元240。另夕卜，超声波信号产生单元240包括笔芯242、超声波产生部件244、 超声波阻挡部件246以及支撑部件248，用于根据从控制器210输入的控 制信号来产生超声波信号。在超声波信号产生单元240中的笔芯242的中心形成柱形空间，以容 纳笔尖250。超声波阻挡部件246被形成为从笔芯242周缘突出预定的高 度。因此，由于超声波阻挡部件246紧紧地粘附于后面将描述的导向部分 300的内表面，因此超声波信号仅沿一个方向发射。超声波产生单元244被形成为围绕笔芯242。替选地，超声波产生部 件244设置在笔芯242周缘的预定区域中。超声波产生单元244根据控制 信号、通过将电源单元230提供的电能转换为振动能量来产生超声波。优 选地，将超声波产生部件244构造为诸如压电膜等的压电元件。支撑部件248紧紧地粘附于导向部分300的内表面，从而具有将超声 波信号产生单元240的位置固定在导向部分300内的功能。如图3所示，当用户用输入笔书写时，优选地将超声波信号产生单元 240定位于靠近纸表面(例如，在输入笔的较低端)。控制器210、参考信 号产生单元220以及电源单元230的位置可以在主体220中任意设置。另外，导向部分300与主体200耦合，以包围超声波信号产生单元 240，使得沿着笔尖250与纸或平的表面接触的方向(在下文中，称作纸 表面方向)发射由超声波信号产生单元240产生的超声波信号。导向部分300被形成为具有用于容纳超声波信号产生单元240的空 间。通常，导向部分300形成为玉米的形状。此外，在导向部分300的一 端上形成插入部分或螺紋，从而通过插入连接、螺紋连接或粘附连接将导 向部分与主体200耦合。此外，在导向部分300的另一端上形成超声波发 射部分310，以便发射超声波信号。图4是示出根据本发明第一实施例的与主体200耦合的导向部分300 的截面图。参考图4，当超声波信号产生单元240插入导向部分300中时， 笔尖250穿it^声idL^射部分310突出于夕卜。这时，超声波信号产生单元 240的超声波阻挡部件246与导向部分300的内表面接触，从而能够阻挡 由超声波产生部件244产生的超声波，使其不沿着与纸表面方向相对的方 向发射出去。此外，在超声波信号产生单元240插入导向部分300中的状态下，在 超声波信号产生单元240的笔芯242与导向部分300的内部表面之间形成 预定的空间(在下文中，称作导向路径340)。由超声波产生部件244b产 生的超声波沿着导向路径340传播，以从超声波发射部分310发射出去。图5是用于解释根据本发明第一实施例的输入方法的视图。现在，将参考图5来描述根据本发明第一实施例的输入系统的操作。 通过将导向部分300与主体200耦合，构成了输入笔400。输入笔400的 控制器210产生控制信号，并将所述控制信号输出到超声波信号产生单元 240和参考信号产生单元220，该控制信号用于指示超声波信号产生单元 240和参考信号产生单元220以预定的时间间隔来产生参考信号和超声波 信号。当从控制器210输入控制信号时，参考信号产生单元220产生参考信 号，并且超声波产生部件244通过将电源单元230提供的电能转换为振动能量来产生超声波。所产生的超声波沿着导向路径340传播以M声波发 射部分310发射出去。位置,输入装置450包括用于接收参考信号的参考信号接收传感 器40以及用于接收超声波信号的多个超声波信号接收传感器30a和30b。 这时，超声波信号接收传感器30a和30b被配置为彼此间隔预定距离。通iW下面关于x和y的方程式求解，可以获得输入笔400的坐标(x，y)。[方程式1在方程式1中，由于用作参考信号的IR或RF信号以光速传播，因 此可以认为，在输入笔400中产生IR或RT信号的同时，该IR或RF信 号即被参考信号接收传感器40接收。为此，通过将在由左侧和右侧超声 波信号接收传感器30a和30b接收参考信号的接收时间点以及接^声波 信号的接收时间点之间的时间间隔乘以声速，即可获得距离a和b。由于 距离c是预定值，通过将距离a、 b、 c的值应用到方程式l，可以获得坐 标(x， y)。因此可以基于输入笔400的移动坐标来输入诸如文字等的用 户手写内容。然而，根据本发明第一实施例，当由超声波信号产生单元240产生的 超声波信号进入到构成导向路径340的导向部分300的内表面时，超声波 信号的强度会衰减。因此，与由超声波信号产生单元240产生的初始超声 波信号相比，从超声波发射部分发射出的超声波信号的强度也会显著衰 减。因此，在某些用户环境下当输入笔400与超声波信号接收传感器30a 和30b之间距离远时，可能会发生下面的问题。也就是说，超声波接收传 感器30a和30b不能准确地接收衰减的超声波信号，从而不能准确地跟踪 输入笔400的位置。与本发明的第一实施例相比，本发明的第二实施例提供了 一种改善的 位置跟踪信号产生装置。除了超声波信号产生单元240之外，根据本发明 第二实施例的位置跟踪信号输入装置具有与本发明的第一实施例相同的 结构。因此，下文仅仅描i^声波信号产生单元的结构。图6是用于解释根据本发明第二实施例的位置跟踪信号输入装置的 结构和操作的视图。根据第二实施例，超声波信号产生单元240包括多个超声波产生部件244-2a和244-2b,以替代单个超声波产生部件244。参 考图6，在超声波信号产生单元240中，两个超声波产生部件244-2a和 244-2b的中心彼此间隔预定距离L4。当从控制器210输入控制信号到超声波信号产生单元240时，位于离 超声波发射部分310最i^巨离处的第一超声波产生部件244-2a产生超声 波。更具体地，如附图标记501所示，由第一超声波产生部件244-2a产 生的超声波(a)朝着超声波发射部分310传播。当如附图标记502所示 超声波(a)传播了预定距离L4时，位于离超声波发射部分310最形巨 离处的第二超声波产生部件244-2b如附图标记503所示产生超声波(b )。此时，附图标记502的超声波(a)与附图标记503的超声波(b)相 互叠加，从而可以产生如附图标记504所示的放大的超声波信号U + b )。 所i^故大的超声波信号通it^声波发射部分310发射出去，并由超声波信 号接收传感器接收。尽管图6中示出了两个超声波产生部件244-2a和244-2b，但是可以 设置彼此间隔预定距离的三个或更多个超声波产生部件。此外，可以通过 根据间隔的距离、以预定的时间间隔顺序地产生的超声波来产生放大的超 声波信号。图7是用于解释与传统位置跟踪信号产生装置相比、根据本发明的第 一和第二实施例的位置跟踪信号产生装置进行位置跟踪的误差的视图。参考图7，基于图2中示出的传统超声波产生部件的中心而计算的距离误差 大约是L6。然而，在根据本发明的位置跟踪信号产生装置的情况下，由 于仅通过靠近纸表面的超声波发射部分310来发射超声波信号，因此，根 据输入笔相对于笔尖250与纸表面接触的同一位置的方向和斜度，距离误 差大约是L7。可以直观地看出，与传统的距离误差L6相比，根据本发明 的距离误差L7显著地减小了 。图8是用于解释根据本发明第三实施例的位置跟踪信号产生装置的 结构和^Mt的视图。除了从位置跟踪信号产生装置400中省略了控制器210和参考信号产 生单元220之外，根据第三实施例的位置跟踪信号产生装置具有与第一和 第二实施例相同的结构。除了不包括控制器210和参考信号产生单元220之外，根据本发明第 三实施例的位置跟踪信号产生装置的结构与第一和第二实施例的结构的相同之处在于在主体200中包括电源单元230、超声波信号产生单元240 以及笔尖250、且容纳超声波信号产生单元240的导向部分300与主体200 耦合。然而，根据第三实施例的位置跟踪信号产生装置的结构与第一和第 二实施例的不同之处在于通过电缆从位置跟踪输入装置450输入用于超 声波信号产生单元240产生超声波的控制信号。因此，下文仅描述与本发 明第一和第二实施例不同的结构和^Mt。参考图8，根据本发明第三实施例的位置跟踪信号产生装置400通过 电缆与位置,输入装置450耦合。位置跟踪输入装置450产生控制信号 并将所述控制信号输出到位置跟踪信号产生装置400 (在下文中，称作输 入笔)，该控制信号指示输入笔400以预定的时间间隔产生超声波信号。接收输入控制信号的输入笔400产生超声波信号，并通过超声波发射 部分310发射超声波信号。所述超声波信号通过设置在位置,输入装置 450中的多个超声波信号接收传感器来接收。位置，输入装置450设置将控制信号输出到输入笔400的时间作为 参考时间，该控制信号用于指示产生超声波信号。位置跟踪输入装置450 以与第 一和第二实施例相同的方式、通过使用从参考时间到多个超声波信 号接收传感器接收超声波信号的接收时间点的时间间隔来测量输入笔 400的位置。尽管已参考本发明的示例性实施例具体地示出和描述了本发明，本领 域的技术人员将会理解，在形式和细节上所作的各种变化不脱离所附权利 要求定义的精神和范围。应当认为，该示例性实施例仅仅是描述性的，而 不是用于限制的目的。因此，本发明的范围不是通过本发明的详细说明来 定义的，而是通过所附权利要求来定义的，并且在该范围内的所有区别应 视为包括在本发明中。
权利要求
1.一种位置跟踪信号产生装置，包括具有用于产生超声波信号的超声波信号产生单元的主体；以及与主体耦合并容纳所述超声波信号产生单元使得由所述超声波信号产生单元产生的超声波信号沿一个方向发射出去的导向部分。
2. 根据权利要求1所述的位置 信号产生装置，其中，所^声波信号产生单元包括用于产生超声波的多个超声波产 生部件，以及其中，所述多个超声波产生部件产生超声波，使得能够通过所述多个 超声波产生部件产生的超声波的叠加iMt大所^l声波信号。
3. 根据权利要求2所述的位置g信号产生装置，其中，将所述多个超声波产生部件配置为彼此间隔预定距离，以及其中，所述多个超声波产生部件以预定的时间间隔顺序地产生超声 波，使得能够通过所i^声波产生部件产生的超声波的叠加M大所iUl 声波信号。
4. 根据权利要求1所述的位置跟踪信号产生装置，其中，发射所^1声波信号的所述一个方向是纸表面方向。
5. 根据权利要求1所述的位置,信号产生装置，其中，所述导向部分包括用于沿所述一个方向发射所^声波信号的 超声波发射部分，以及其中，由所i^声波信号产生单元产生的超声波信号沿着形成在所述 导向部分的内表面与容纳在所述导向部分中的超声波信号产生单元之间 的导向路径传播，以从所i^适声波发射部分发射出去。
全文摘要
本发明公开了一种位置跟踪信号产生装置以及一种输入系统，该输入系统包括用于通过跟踪该位置跟踪信号产生装置的位置来输入信息的位置跟踪输入装置。所述位置跟踪信号产生装置能够通过仅沿纸表面方向通过形成在导向部分与超声波信号产生单元之间的导向路径发射超声波信号来准确地输入关于位置跟踪的信息，而与用户对位置跟踪信号产生装置的使用无关。此外，根据本发明的位置跟踪信号产生装置，在超声波信号产生单元中具有多个超声波产生部件，并且该超声波产生部件以基于多个超声波产生部件之间的间隔距离而计算的预定时间间隔、顺序地产生超声波，以便能够通过超声波产生部件产生的超声波的叠加来放大超声波信号。因此，该位置跟踪信号产生装置同样能够将超声波信号稳定地发送到设置在远距离处的超声波信号接收传感器。
文档编号G06F3/0354GK101405686SQ200780009619
公开日2009年4月8日 申请日期2007年8月8日 优先权日2006年8月10日
发明者李在俊, 高悼英 申请人:Pnf株式会社