KR102486202B1 - optical digital pen by use of pen tip of light scattering material - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 일반적으로 광학식 전자펜 구조에 관한 것이다. The present invention generally relates to an optical electronic pen structure.
특히, 본 발명은 광학식 전자펜에 광 산란제를 적용한 펜팁 부재를 채택함으로써 다양한 조사각의 광을 일정하고 균일한 광량으로 디스플레이 패널에 조사할 수 있도록 하여 태블릿 PC나 랩톱컴퓨터 등과 같은 전자기기에 광학식 전자펜을 양호하게 사용할 수 있을 뿐만 아니라 광 산란을 위한 별도의 구조물(예: 광 산란판, 도광판, 광 확산판 등)이 필요가 없어 광학식 전자펜을 슬림하게 제작할 수 있도록 구성한 광 산란제 펜팁을 구비한 광학식 전자펜에 관한 것이다. In particular, the present invention adopts a pen tip member to which a light scattering agent is applied to an optical electronic pen so that light of various irradiation angles can be irradiated to the display panel in a constant and uniform light amount, so that optical devices such as tablet PCs or laptop computers can be applied. The light scattering agent pen tip is configured so that the electronic pen can be used satisfactorily and a separate structure for light scattering (e.g., light scattering plate, light guide plate, light diffusion plate, etc.) is not required, so that the optical electronic pen can be manufactured slimly. It relates to an optical electronic pen provided.
일반적으로 전자펜(스마트펜, 터치펜)은 사용자의 필기 내용을 전자기기(예: 랩톱컴퓨터, 스마트폰, 전자칠판 등)에 디스플레이하고 파일로 저장하는 용도로 사용되며, 이를 위해 도트 패턴(dot pattern)이 인쇄된 특수용지 위에서 사용자가 필기하면 그 궤적 정보를 전자펜이 읽어들여 전자기기로 무선 전송한다. In general, electronic pens (smart pens, touch pens) are used for displaying user's writing contents on electronic devices (e.g., laptop computers, smartphones, electronic blackboards, etc.) and saving them as files. When a user writes on special paper printed with a pattern, the electronic pen reads the trajectory information and transmits it wirelessly to the electronic device.
태블릿 PC나 랩톱컴퓨터 등의 프리미엄 제품에서 전자펜 기능이 적용되고 있고 노타빌리티(Notability), 굿노트(GoodNotes) 등과 같은 필기 앱도 발전하고 있어 전자기기용 전자펜에 대한 관심이 커지고 있다. As electronic pen functions are being applied to premium products such as tablet PCs and laptop computers, and note-taking apps such as Notability and GoodNotes are also developing, interest in electronic pens for electronic devices is growing.
전자펜 솔루션으로서 EMR(전자기공명 ElectroMagnetic Resonance) 방식의 스타일러스 펜(stylus pen) 기술과 정전 방식의 액티브 펜(active pen) 기술이 일반적으로 사용된다. 그런데, 이들 기술은 10인치 이상의 디스플레이에서는 성능 확보가 기술적으로 어려울 뿐만 아니라, 디스플레이 패널에 2차원 센서 배열을 설치해야 하므로 디스플레이 사이즈 증가에 따라 제조비용이 크게 증가하고 폼팩터 변화(예: 폴딩, 롤링, 슬라이딩 등)에 대응하기 곤란한 단점이 있다. As an electronic pen solution, an EMR (ElectroMagnetic Resonance) type stylus pen technology and an electrostatic type active pen technology are generally used. However, these technologies are not only technically difficult to secure performance in displays of 10 inches or larger, but also require a two-dimensional sensor array to be installed on the display panel, which greatly increases manufacturing cost and changes form factor (e.g., folding, rolling, sliding, etc.) is difficult to cope with.
광학식 전자펜(optical digital pen)이 전자기기용 펜 솔루션으로 개발되고 있다. 광학 방식에서는 도트 패턴이 적용된 투명필름을 디스플레이 패널에 부착하는 등에 의해 디스플레이 상에 위치코드만 형성하면 되므로 디스플레이 사이즈가 증가해도 전자펜 성능 저하나 제조비용 상승이 거의 없고 폼팩터 변화에도 효과적으로 대응할 수 있다. An optical digital pen is being developed as a pen solution for electronic devices. In the optical method, since only the position code needs to be formed on the display by attaching a transparent film with a dot pattern to the display panel, etc., even if the display size increases, there is little decrease in electronic pen performance or increase in manufacturing cost, and it can effectively respond to change in form factor.
[도 1]은 광학식 전자펜(10)의 내부 구성과 작동 방식을 개념적으로 나타낸 도면이고, [도 2]는 광학식 전자펜(10)과 스마트 단말장치(400) 간의 협조동작을 나타내는 블록도이다. [FIG. 1] is a diagram conceptually showing the internal configuration and operation method of the optical
펜바디(11)를 그립(grip)한 상태로 디스플레이 패널(200) 상에 필기하면 펜팁(12)이 디스플레이 패널(200)의 표면에 맞닿은 상태로 동작 궤적을 이루게 된다. 이때, 디스플레이 패널(200)은 다양한 재질로 이루어질 수 있는데, 일반적인 종이 재질로 이루어질 수도 있고 유리나 강화 플라스틱 재질의 액정(LCD) 또는 유기발광다이오드(OLED) 소자로 이루어질 수도 있다. When writing on the
전자펜 제어부재(14)는 사용자가 필기하고 있는 사실을 압력센싱유닛(13)을 통해 식별한다. 압력센싱유닛(13)은 압력센서 지지유닛(13a)에 의해 후방 지지되므로 필기에 의해 펜팁(12)에 인가된 압력을 감지할 수 있다. 일반적으로 전자펜 제어부재(14)는 필기 사실을 식별하면 IR 발광유닛(17)을 제어하여 펜팁(12)의 움직임을 따라 디스플레이 패널(200)의 외표면에 빛(예: 적외선(IR) 광)을 조사하도록 한다. The
IR 발광유닛(17)이 조사한 빛은 디스플레이 패널(200)의 표면에서 반사되는데, IR 수광유닛(16)이 그 반사광을 수광한다. 디스플레이 패널(200)에는 위치코드(210)가 인쇄 또는 디스플레이 형성되어 있다. 위치코드(210)는 특수한 인코딩 규칙에 따라 이루어진 도트 패턴으로 구현될 수 있다. 예를 들어 프탈로시아닌계 화합물, 나프탈로시아닌계 화합물, 아미늄계 화합물 등을 재료로 하는 적외선 흡수 잉크로 도트 패턴이 인쇄되어 있는 투명필름을 디스플레이 패널(200)에 부착하고, 그 위에서 IR 발광유닛(17)이 적외선을 조사하는 것이다. IR 수광유닛(16)이 반사광(IR 반사광)을 수집하면 펜팁(12)의 이동궤적에 대응하는 위치코드(210) 정보도 함께 획득하게 된다. IR 수광유닛(16)은 IR 필터부(16a), CMOS 광학부(16b), IR 센서부(16c)로 구성될 수 있다. The light emitted by the IR
전자펜 제어부재(14)의 좌표 계산부(14a)는 IR 수광유닛(16)이 획득한 위치코드(210)를 분석하여 펜팁(12)이 디스플레이 패널(200) 상에서 움직인 일련의 위치정보를 획득한다. 좌표 계산부(14a)가 획득한 위치정보는 무선통신유닛(18)을 통해 스마트 단말장치(400)의 단말 통신부(410)에 근거리 무선통신(예: 블루투스)으로 전송된다. The
전자펜 제어부재(14)의 하드웨어 제어부(14b)는 광학식 전자펜(10)의 하드웨어를 전반적으로 제어한다. 예를 들면, 하드웨어 제어부(14b)는 압력센싱유닛(13)으로부터 압력감지 정보를 수신하고, IR 발광유닛(17)을 턴온 제어 또는 턴오프 제어하며, IR 수광유닛(16)의 동작을 제어한다. The
그리고, 스마트 단말장치(400)의 단말 제어부(420)가 단말 통신부(410)를 통해 수신한 일련의 위치정보를 기초로 펜팁(12)의 이동 궤적을 단말 패널부(430)에 표시한다. 단말 패널부(430)는 디스플레이 패널(200)에 대응하는 것이 일반적인데, 이에 한정되는 것은 아니다. Then, the
이처럼 사용자가 필기한 내용(궤적)을 스마트 단말장치(400)가 정확하게 표시하기 위해서는 광학식 전자펜(10)의 IR 수광유닛(16)이 디스플레이 패널(200)의 위치코드(210)를 획득할 수 있어야 하는데, 이를 위해서는 IR 발광유닛(17)에서 조사된 빛이 디스플레이 패널(200)에 반사된 후 IR 수광유닛(16)에 양호하게 전달되어야 한다. In this way, in order for the
[도 3]은 종래기술에서 패널 재질에 따른 광학식 전자펜(10)의 사용 상태를 대비하여 나타내는 예시도이다. [Fig. 3] is an exemplary diagram showing the use state of the optical
[도 3] (a)는 거친 표면의 재질, 예컨대 종이 재질의 패널(201)에 광학식 전자펜(10)을 사용하는 상태를 나타낸다. 종이 재질의 패널(201)에 사용하는 경우에는 광학식 전자펜(10)을 세우든 기울이든 IR 발광유닛(17)에서 조사된 빛이 패널(201)에서 반사된 후 IR 수광유닛(16)에 양호하게 전달될 수 있다. 거친 표면의 패널(201)이 IR 발광유닛(17)에서 조사된 빛을 난반사시키므로 그 반사광의 일부가 IR 수광유닛(16)으로 들어가게 되고 위치코드(211)를 판독할 수 있는 것이다. 그로 인해, 종이 재질의 패널(201)에서는 광학식 전자펜(10)의 기울임 각도에 신경쓰지 않고 사용할 수 있다. [Fig. 3] (a) shows a state in which the optical
[도 3] (b)는 매끈한 표면의 재질, 예컨대 유리나 투명 플라스틱 재질의 패널(202)에 광학식 전자펜(10)을 사용하는 경우에 발생되는 상태를 나타낸다. 유리 또는 투명 플라스틱 재질의 패널(202)에 사용하는 경우에는 광학식 전자펜(10)을 일정 이상 기울이면 IR 발광유닛(17)에서 조사된 빛이 패널(202)에서 반사된 후 IR 수광유닛(16)에 충분히 전달되지 않아 위치코드(212)의 판독이 곤란해진다. 매끈한 표면의 패널(202)은 IR 발광유닛(17)에서 조사된 빛을 입사각에 대칭으로 균일하게 반사시키므로 광학식 전자펜(10)을 기울이면 IR 수광유닛(16)으로 들어가는 반사광이 점점 감소하게 되며, 임계 각도를 넘어가면 위치코드(212)를 판독할 수 없게 되는 것이다.[Fig. 3] (b) shows a state that occurs when the optical
이처럼 매끈한 표면의 패널 재질에서 광학식 전자펜(10)을 일정 이상 기울이면 IR 수광유닛(16)으로 들어가는 반사광의 양이 임계치 이하로 떨어져서 광학식 전자펜(10)이 정상적으로 작동할 수 없게 된다. 그에 따라, 광학식 전자펜(10)은 태블릿 PC나 랩톱컴퓨터 등과 같은 전자기기에는 적합하지 않다는 인식이 있었다.If the optical
본 발명의 목적은 일반적으로 광학식 전자펜 기술을 제공하는 것이다. An object of the present invention is generally to provide an optical electronic pen technology.
특히, 본 발명의 목적은 광학식 전자펜에 광 산란제를 적용한 펜팁 부재를 채택함으로써 다양한 조사각의 광을 일정하고 균일한 광량으로 디스플레이 패널에 조사할 수 있도록 하여 태블릿 PC나 랩톱컴퓨터 등과 같은 전자기기에 광학식 전자펜을 양호하게 사용할 수 있을 뿐만 아니라 광 산란을 위한 별도의 구조물(예: 광 산란판, 도광판, 광 확산판 등)이 필요가 없어 광학식 전자펜을 슬림하게 제작할 수 있도록 구성한 광 산란제 펜팁을 구비한 광학식 전자펜을 제공하는 것이다. In particular, an object of the present invention is to radiate light of various irradiation angles to a display panel with a constant and uniform amount of light by adopting a pen tip member to which a light scattering agent is applied to an optical electronic pen, thereby enabling electronic devices such as tablet PCs or laptop computers. A light scattering agent configured so that an optical electronic pen can be used satisfactorily and a separate structure for light scattering (e.g., a light scattering plate, a light guide plate, a light diffusion plate, etc.) is not required, so that an optical electronic pen can be manufactured slim. An optical electronic pen having a pen tip is provided.
한편, 본 발명의 해결 과제는 이들 사항에 제한되지 않으며 본 명세서의 기재로부터 다른 해결 과제가 이해될 수 있다. On the other hand, the problem of the present invention is not limited to these matters, and other problems can be understood from the description of this specification.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광 산란제 펜팁을 구비한 광학식 전자펜은, 광학식 전자펜의 몸체를 형성하는 펜바디 부재(310); 펜바디 부재(310)의 일단부에 연결되어 광학식 전자펜의 펜팁을 형성하고 광 산란제가 적어도 일부에 형성되어 있는 광 산란제 펜팁 부재(320); 외부의 디스플레이 패널(200)에 조사할 광을 생성하는 IR 발광부재(340); IR 발광부재(340)에서 생성된 광을 광 산란제 펜팁 부재(320)로 가이드하는 광파이버 부재(342); IR 발광부재(340)와 광파이버 부재(342)를 광학적으로 접속시키는 광커넥터 부재(343); 디스플레이 패널(200)에 의한 반사광을 수광하여 위치코드(210)를 센싱하는 IR 수광부재(360); IR 발광부재(340)를 턴온 또는 턴오프 제어하고 IR 수광부재(360)를 통해 수광하는 반사광으로부터 광 산란제 펜팁 부재(320)가 디스플레이 패널(200) 상에서 이동한 일련의 위치정보를 획득하는 전자펜 제어부재(370); 일련의 위치정보를 외부의 스마트 단말장치(400)에 근거리 무선통신으로 전송하는 무선통신부재(380);를 포함하여 구성될 수 있다. In order to achieve the above object, an optical electronic pen having a light scattering agent pen tip according to the present invention includes a
이때, 본 발명에 따른 광 산란제 펜팁을 구비한 광학식 전자펜은, 펜바디 부재(310)가 절곡되어 디스플레이 패널(200)을 대향하는 부위에 배치되고 IR 발광부재(340)에서 생성된 광을 디스플레이 패널(200)에 대해 여러 방향으로 산란시키는 하방 광산란 부재(352, 353); IR 발광부재(340)에서 생성된 광을 하방 광산란 부재(352, 353)로 가이드하는 하방 광파이버 부재(345, 346);를 더 포함하여 구성될 수 있다. At this time, in the optical electronic pen equipped with a light scattering agent pen tip according to the present invention, the
또한, 본 발명에 따른 광 산란제 펜팁을 구비한 광학식 전자펜은, 펜바디 부재(310)가 절곡되어 디스플레이 패널(200)을 대향하는 부위에 배치되고 IR 발광부재(340)에서 생성된 광을 디스플레이 패널(200)을 향해 하방으로 조사하는 하방 광토출 부재(347, 348); IR 발광부재(340)에서 생성된 광을 하방 광토출 부재(347, 348)로 가이드하는 하방 광파이버 부재(345, 346);를 더 포함하여 구성될 수 있다. In addition, in the optical electronic pen equipped with a light scattering agent pen tip according to the present invention, the
한편, 본 발명에 따른 광 산란제 펜팁을 구비한 광학식 전자펜은, 광학식 전자펜의 몸체를 형성하는 펜바디 부재(310); 펜바디 부재(310)의 일단부에 연결되어 광학식 전자펜의 펜팁을 형성하고 광 산란제가 적어도 일부에 형성되어 있는 광 산란제 펜팁 부재(320); 광 산란제 펜팁 부재(320)의 내부로 함입 배치되어 외부의 디스플레이 패널(200)에 조사할 광을 생성하는 IR 발광부재(340); 디스플레이 패널(200)에 의한 반사광을 수광하여 위치코드(210)를 센싱하는 IR 수광부재(360); IR 발광부재(340)를 턴온 또는 턴오프 제어하고 IR 수광부재(360)를 통해 수광하는 반사광으로부터 광 산란제 펜팁 부재(320)가 디스플레이 패널(200) 상에서 이동한 일련의 위치정보를 획득하는 전자펜 제어부재(370); 일련의 위치정보를 외부의 스마트 단말장치(400)에 근거리 무선통신으로 전송하는 무선통신부재(380);를 포함하여 구성될 수 있다. Meanwhile, the optical electronic pen having the light scattering agent pen tip according to the present invention includes a
한편, 본 발명에서 광 산란제 펜팁 부재(320)는 광 산란 물질을 혼합하여 펜팁 구조체를 형성하여 구성될 수도 있고, 펜팁 부재에 광 산란 필름을 부착하여 구성될 수도 있고, 펜팁 부재에 광 산란 물질을 코팅하여 구성될 수도 있다. Meanwhile, in the present invention, the light scattering agent
본 발명에 따르면 광학식 전자펜을 태블릿 PC나 랩톱컴퓨터 등과 같은 매끈한 표면의 디스플레이 패널과 함께 양호하게 사용할 수 있는 장점이 있다. According to the present invention, there is an advantage in that the optical electronic pen can be used well with a display panel having a smooth surface such as a tablet PC or a laptop computer.
특히, 본 발명에 따르면 광학식 전자펜을 슬림하게 제작할 수 있는 장점이 있다. In particular, according to the present invention, there is an advantage in that an optical electronic pen can be made slim.
[도 1]은 일반적인 광학식 전자펜의 내부 구성과 작동 방식을 나타내는 블록도.
[도 2]는 일반적인 광학식 전자펜과 스마트 단말장치 간의 협조동작을 나타내는 블록도.
[도 3]은 종래기술에서 패널 재질에 따른 광학식 전자펜의 사용 상태를 대비하여 나타내는 예시도.
[도 4]는 본 발명에서 광학식 전자펜에 광 산란을 활용하는 개념도.
[도 5]는 광 산란을 활용한 광학식 전자펜의 제 1 실시예를 나타내는 도면.
[도 6]은 광 산란을 활용한 광학식 전자펜의 제 2 실시예를 나타내는 도면.
[도 7]은 광 산란을 활용한 광학식 전자펜의 제 3 실시예를 나타내는 도면.
[도 8]은 본 발명에 따른 광 산란제 펜팁을 구비한 광학식 전자펜의 제 1 실시예를 나타내는 도면.
[도 9]는 본 발명에 따른 광 산란제 펜팁을 구비한 광학식 전자펜의 제 2 실시예를 나타내는 도면.
[도 10]은 본 발명에 따른 광 산란제 펜팁을 구비한 광학식 전자펜의 제 3 실시예를 나타내는 도면.
[도 11]은 본 발명에 따른 광 산란제 펜팁을 구비한 광학식 전자펜의 제 4 실시예를 나타내는 도면.
[도 12]는 본 발명에서 LED 광원과 VCSEL 광원을 비교하여 나타내는 도면.
[도 13]은 본 발명에서 광원과 광파이버를 광학적으로 접속시키는 구성을 나타내는 도면.[Figure 1] is a block diagram showing the internal configuration and operation method of a general optical electronic pen.
[Figure 2] is a block diagram showing cooperative operation between a general optical electronic pen and a smart terminal device.
[Fig. 3] is an exemplary diagram showing the use state of the optical electronic pen according to the panel material in the prior art.
[Figure 4] is a conceptual diagram of utilizing light scattering in an optical electronic pen in the present invention.
[Fig. 5] is a view showing a first embodiment of an optical electronic pen utilizing light scattering.
[Fig. 6] is a view showing a second embodiment of an optical electronic pen utilizing light scattering.
[Fig. 7] is a view showing a third embodiment of an optical electronic pen utilizing light scattering.
[Fig. 8] is a view showing a first embodiment of an optical electronic pen equipped with a light scattering agent pen tip according to the present invention.
[Fig. 9] is a view showing a second embodiment of an optical electronic pen equipped with a light scattering agent pen tip according to the present invention.
[Fig. 10] is a view showing a third embodiment of an optical electronic pen equipped with a light scattering agent pen tip according to the present invention.
[Fig. 11] is a view showing a fourth embodiment of an optical electronic pen equipped with a light scattering agent pen tip according to the present invention.
[Fig. 12] is a view showing a comparison between an LED light source and a VCSEL light source in the present invention.
[Fig. 13] is a diagram showing a configuration for optically connecting a light source and an optical fiber in the present invention.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 발명을 설명함에 있어서 종래기술의 광학식 전자펜(10)과 중복되는 부분에 대해서는 자세한 설명을 생략할 수 있다. In describing the present invention, detailed descriptions of portions overlapping with those of the prior art optical
[도 4]는 본 발명에서 광학식 전자펜에 광 산란(light scattering)을 활용하는 개념도이다. [도 4]를 참조하면, 광학식 전자펜(100)은 펜팁 부재(120), IR 발광부재(140), IR 광산란 부재(150), IR 수광부재(160)를 구비한다. 4 is a conceptual diagram of utilizing light scattering in an optical electronic pen in the present invention. Referring to FIG. 4 , the optical
IR 광산란 부재(150)는 IR 발광부재(140)가 조사(radiation)하는 광(예: IR 광)을 디스플레이 패널(202)에 대해 여러 방향으로 불규칙하게 산란(scattering)시킨다. 디스플레이 패널(202)의 매끈한 표면은 입사각에 대칭으로 광을 반사시키므로 반사광도 다양한 방향으로 형성된다. The IR
디스플레이 패널(202)로부터의 반사광이 다양한 방향으로 형성됨에 따라 광학식 전자펜(100)을 세워서 사용하든 기울여서 사용하든 반사광의 일정 분량이 IR 수광부재(160)의 유효 수광영역(Field of View, FOV) 내로 입사하게 되므로 디스플레이 패널(202)의 위치코드(212)의 판독이 항상 가능하다. As the reflected light from the
이 특허출원의 출원인은 광학식 전자펜에 광 산란을 활용하는 발명을 대한민국 특허출원 10-2022-0067914호(출원일 2022. 6. 3)에서 제안하였는데, 이중 세 가지 실시예를 [도 5] 내지 [도 7]에 제시한다. The applicant of this patent application proposed an invention utilizing light scattering in an optical electronic pen in Korean Patent Application No. 10-2022-0067914 (filing date: 2022. 6. 3), three examples of which are presented in [Figs. 7].
[도 5]는 광 산란을 이용하기 위하여 출원인이 이전에 제시한 광학식 전자펜(100)의 제 1 실시예를 나타내는 도면이다. 5 is a view showing a first embodiment of an optical
[도 5]를 참조하면, 본 발명에 따른 광학식 전자펜(100)은 펜바디 부재(110), 펜팁 부재(120), 압력센서 부재(130), IR 발광부재(140), 광파이버 부재(142), 광커넥터 부재(143), IR 광산란 부재(150), IR 수광부재(160), 전자펜 제어부재(170), 무선통신부재(180)를 구비한다. 이들 각 구성요소에 대해 살펴본다. Referring to FIG. 5, the optical
펜바디 부재(110)는 광학식 전자펜(100)의 몸체를 형성하며 바람직하게는 사용자가 손으로 그립하기 편리하도록 바(bar) 형태로 길게 형성될 수 있다. The
펜팁 부재(120)는 광학식 전자펜(100)의 펜팁을 형성하며 펜바디 부재(110)의 일단부에 배치된다. 펜팁 부재(120)는 디스플레이 패널(200)의 상면에서 사용자의 조작에 따라 슬라이딩하도록 구성될 수 있다. The
압력센서 부재(130)는 펜팁 부재(120)가 디스플레이 패널(200)에 물리적으로 접촉하는 이벤트를 압력 감지를 통해 검출하는 구성요소이다. 압력센서 부재(130)에서 펜팁 부재(120)의 후단부에 맞닿는 부분은 바람직하게는 함몰 라운딩 형성되어 펜팁 부재(120)의 후단부와 정합하면서 그립(grip)하는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 함몰 라운딩 처리에 의해 사용자가 펜바디 부재(110)를 기울인 상태로 사용하는 경우에도 압력센서 부재(130)가 펜팁 부재(120)의 후단부와 양호하게 맞닿게 되고, 그로 인해 펜팁 부재(120)에 의한 압력이 압력센서 부재(130)에 양호하게 전달될 수 있다. 여기서, 압력센서 부재(130)의 함몰된 부분에 맞닿는 펜팁 부재(120)의 후단부도 둥글게 돌출 라운딩 형성됨이 바람직하다. 센서 지지부재(131)는 압력센서 부재(130)의 형상에 대응하여 그 압력센서 부재(130)가 펜바디 부재(110)에 양호하게 연결된 상태를 유지하도록 후방에서 지지하는 구성요소이다. 텐션 부재(132)는 펜팁 부재(120)가 펜바디 부재(110)의 내외부를 출몰하도록 펜팁 부재(120)에 대해 복원력을 제공하는 구성요소로서, 예컨대 용수철로 구성될 수 있다. The
IR 발광부재(140)는 디스플레이 패널(200)에 조사할 광(예: IR 광)을 생성하는 구성요소이다. The IR
광파이버 부재(142)는 펜바디 부재(110)를 따라 길이 방향으로 배치되고 IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 IR 광산란 부재(150)까지 가이드하는 구성요소이다. The
광커넥터 부재(143)는 IR 발광부재(140)와 광파이버 부재(142)를 광학적으로 접속시키는 구성요소이다. The
IR 광산란 부재(150)는 IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 디스플레이 패널(200)에 대해 여러 방향으로 불규칙하게 산란시키는 구성요소이다. IR 광산란 부재(150)는 디스플레이 패널(200)을 지향하도록 배치되어 펜팁 부재(120)와 단일 패키지 형태로 형성되어 일체로서 상하 운동한다. 이때, 광파이버 부재(142)가 IR 광산란 부재(150)의 배면으로 광을 가이드하여 광이 IR 광산란 부재(150)를 통과하면서 산란되는 구성도 가능하고, 광파이버 부재(142)가 IR 광산란 부재(150)의 정면으로 광을 가이드하여 광이 IR 광산란 부재(150)에서 반사되면서 산란되는 구성도 가능하다. IR 광산란 부재(150)는 펜팁 부재(120)의 길이 방향에 대해 비스듬하게 기울어져 배치되는 것이 바람직하다. IR 광산란 부재(150)의 설치를 위해 펜팁 부재(120)의 단부가 [도 5]에서와 같이 절곡 형성될 수 있다. The IR
IR 수광부재(160)는 자신의 유효 수광영역(Field of View, FOV) 내부로 들어오는 반사광을 수광하여 디스플레이 패널(200)의 위치코드(210)를 센싱하는 구성요소이다. IR 수광부재(160)는 IR 필터부재(161), CMOS 광학부재(162), IR 센서부재(163)를 구비할 수 있다. [도 4]를 참조하여 전술한 바와 같이 전자펜(100)을 세워서 사용하든 기울여서 사용하든 디스플레이 패널(200)로부터의 반사광이 IR 수광부재(160)의 FOV 안으로 입사하게 되며, 그에 따라 위치코드(210)의 판독이 가능하다. The IR
전자펜 제어부재(170)는 본 발명에서 광학식 전자펜(100)에 대한 전반적인 동작 제어를 수행한다. 예를 들어, 압력센서 부재(130)로부터 전달되는 압력정보에 기초하여 펜팁 부재(120)가 디스플레이 패널(200) 상에서 움직이고 있음을 인지할 수 있다. 또한, 전자펜 제어부재(170)는 압력정보에 기초하여 혹은 다른 판단기준에 의해 IR 발광부재(140)를 턴온 제어한다. 그리고, 전자펜 제어부재(170)는 IR 수광부재(160)가 판독한 위치코드(212)에 기초하여 펜팁 부재(120)가 디스플레이 패널(200) 상에서 이동한 일련의 위치정보(좌표정보)를 획득하고 무선통신부재(180)에 전달한다. The
무선통신부재(180)는 전자펜 제어부재(170)로부터 제공되는 위치정보를 근거리 무선통신(예: 블루투스)으로 외부의 스마트 단말장치(400)에 전송한다. The
[도 6]은 광 산란을 이용하기 위하여 출원인이 이전에 제시한 광학식 전자펜(100)의 제 2 실시예를 나타내는 도면이다. [도 5]의 제 1 실시예와 비교하면 [도 6]의 제 2 실시예에서는 광학식 전자펜(100)이 IR 광산란 부재로서 측방 광산란 부재(151)와 하방 광산란 부재(152, 153)를 구비하고 광파이버 부재로서 측방 광파이버 부재(144)와 하방 광파이버 부재(145, 146)를 구비한다. 6 is a view showing a second embodiment of an optical
측방 광산란 부재(151)는 펜팁 부재(120)와 단일 패키지 형태로 형성되어 디스플레이 패널(200)을 지향하도록 배치되고 IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 디스플레이 패널(200)에 대해 여러 방향으로 산란시키는 구성요소이다. 하방 광산란 부재(152, 153)는 펜바디 부재(110)가 절곡되어 디스플레이 패널(200)을 대향하는 부위에 배치되어 있으며, IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 디스플레이 패널(200)에 대해 여러 방향으로 산란시키는 구성요소이다. The side
이때, 측방 광산란 부재(151)는 디스플레이 패널(200)을 지향하도록 비스듬히 기울어지게 배치되고, 하방 광산란 부재(152, 153)는 디스플레이 패널(200)을 정면으로 대향하도록 배치되는 구성을 바람직하게 갖는다. At this time, the side light-scattering
측방 광산란 부재(151)는 사용자가 광학식 전자펜(100)을 매끈한 표면의 디스플레이 패널(200)에 비스듬히 기울여서 사용하는 경우에 IR 수광부재(160)의 FOV로 전달되는 반사광의 광량을 확보하기 위한 구성이다. 그런데, [도 5]에서와 같이 측방 광산란 부재(151)를 통해서만 광 조사가 이루어지는 구성에서는 사용자가 매끈한 표면의 디스플레이 패널(200)에 광학식 전자펜(100)을 세워서 사용하는 경우에 IR 수광부재(160)의 FOV로 전달되는 반사광의 광량이 확보되기 어려운 단점이 있다. 이러한 점을 고려하여 제 2 실시예에서는 하방 광산란 부재(152, 153)를 배치하여 사용자가 광학식 전자펜(100)을 매끈한 표면의 디스플레이 패널(200)에 세워서 사용하는 경우에 IR 수광부재(160)의 FOV로 전달되는 반사광의 광량을 확보할 수 있도록 구성하였다. The side
측방 광파이버 부재(144)와 하방 광파이버 부재(145, 146)는 IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 측방 광산란 부재(151)와 하방 광산란 부재(152, 153)로 각각 가이드하는 구성요소이다. The side
광커넥터 부재(143)는 IR 발광부재(140)와 측방 광파이버 부재(144) 및 하방 광파이버 부재(145, 146)를 광학적으로 접속하는 구성요소이다. The
[도 7]은 광 산란을 이용하기 위하여 출원인이 이전에 제시한 광학식 전자펜(100)의 제 3 실시예를 나타내는 도면이다. [도 6]의 제 2 실시예와 비교하면 [도 7]의 제 3 실시예에서는 광학식 전자펜(100)이 하방 광산란 부재(152, 153) 대신 하방 광토출 부재(147, 148)를 구비한다. 7 is a view showing a third embodiment of an optical
하방 광토출 부재(147, 148)는 펜바디 부재(110)가 절곡되어 디스플레이 패널(200)을 대향하는 부위에 배치되고 IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 디스플레이 패널(200)을 향해 하방으로 조사하는 구성요소이다. 사용자가 매끈한 표면의 디스플레이 패널(200)에 광학식 전자펜(100)을 세워서 사용하는 경우에 광을 산란시키지 않고 그대로 조사하는 것이 인식율을 높일 수 있음을 고려한 것이다. 이때, 하방 광토출 부재(147, 148)는 광 토출공으로 구현될 수도 있고 투명 플라스틱으로 구현될 수도 있다. The lower
이상에서 [도 5] 내지 [도 7]을 참조하여 이 특허출원의 출원인이 대한민국 특허출원 10-2022-0067914호를 통해 제안한 세 가지 실시예를 기술하였다. Referring to [Fig. 5] to [Fig. 7] above, three embodiments proposed by the applicant of this patent application through Republic of Korea Patent Application No. 10-2022-0067914 have been described.
이들 실시예에서는 광산란 부재(150)로서 IR 발광부재(140)에서 생성된 IR 광을 산란시키는 구조물을 펜팁 부재(120)의 측면에 추가하였다. 광산란 부재(150)로는 광 산란판(light scattering plate), 도광판(light guide plate), 광 확산판(light diffusion plate) 등을 생각할 수 있는데, 이들 구조물을 펜팁 부재(120)의 측면에 부착하면 전자펜의 크기가 커지는 단점이 있다. 특히, 전자펜이 두꺼워져서 그립하기가 나빠진다. In these embodiments, as the
그에 따라, 본 발명에서는 광학식 전자펜(100)을 슬림하게 유지하면서 광 산란 방식을 이용할 수 있는 구조를 제안한다. 본 발명을 기술함에 있어서 [도 5] 내지 [도 7]과 공통되는 부분에 관해서는 설명을 생략할 수 있다. Accordingly, the present invention proposes a structure capable of using a light scattering method while keeping the optical
[도 8]은 본 발명에 따른 광 산란제 펜팁을 구비한 광학식 전자펜의 제 1 실시예를 나타내는 도면이다. 8 is a view showing a first embodiment of an optical electronic pen having a light scattering agent pen tip according to the present invention.
본 발명에서는 광학식 전자펜(300)의 펜팁 부재(320)에 광 산란제를 적용하고 이 펜팁 부재(320)에 IR 광원을 조사하는 구성을 제시한다. 이를 통해, 광 산란을 위한 별도의 구조물(예: 광 산란판, 도광판, 광 확산판 등)을 설치하지 않고서도 광학식 전자펜(300)에 광 산란을 활용할 수 있게 된다. In the present invention, a light scattering agent is applied to the
이처럼 펜팁 부재(320)에 광 산란제를 적용함으로써 디스플레이 패널(200) 상에 일정하고 균일한 광량으로 광이 조사되는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 펜팁 부재(320)에 광 산란제를 적용함으로써 광 산란을 위한 별도의 구조물을 설치할 필요가 없으므로 광학식 전자펜(300)을 슬림하게 제작할 수 있고 펜팁 부재(320)의 형상을 자유롭게 설계할 수 있다. [도 5] 내지 [도 7]에 나타낸 이전의 구성에서는 IR 광산란 부재(150)를 설치하기에 적합한 형상으로 펜팁 부재(120)를 설계해야 하는 제한이 있었다. By applying the light scattering agent to the
광 산란제 펜팁 부재(320)에는 광 산란제가 적어도 일부에 형성되어 있는데, 광 산란제가 형성되는 방식은 다양하게 가능하다. 바람직하게는 광 산란 물질을 혼합하여 펜팁 구조체를 형성할 수도 있고, 펜팁 부재에 광 산란 필름을 부착할 수도 있으며, 펜팁 부재에 광 산란 물질을 코팅하여 구성할 수도 있다. The light scattering agent
광 산란제는 적외선(IR) 광을 유효하게 산란시킬 수 있는 물질, 바람직하게는 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리메틸 실세스옥세인(polymethyl silsesquioxane) 등을 포함하여 구성될 수 있다. The light scattering agent may include a material capable of effectively scattering infrared (IR) light, preferably polymethyl methacrylate, polymethyl silsesquioxane, and the like.
[도 9] 내지 [도 11]은 본 발명에 따른 광 산란제 펜팁을 구비한 광학식 전자펜의 제 2 내지 제 4 실시예를 나타내는 도면이다. 9 to 11 are diagrams showing second to fourth embodiments of optical electronic pens equipped with light scattering agent pen tips according to the present invention.
[도 9]는 [도 8]의 제 1 실시예에서 IR 발광부재(340)를 광 산란제 펜팁 부재(320)의 내부로 함입 배치하고, 그에 따라 광파이버 부재(342)와 광커넥터 부재(343)를 제거한 형태이다. [도 9]의 구성에 의하면 펜팁 부재(320) 자체가 광원처럼 역할할 수 있다. [Figure 9] shows that in the first embodiment of [Figure 8], the IR
[도 10]은 [도 8]의 제 1 실시예에서 IR 광산란을 위해 하방 광산란 부재(352, 353)를 더 구비하고 광 가이드를 위해 하방 광파이버 부재(345, 346)를 더 구비한 형태이다. [도 10]의 설계 의도는 [도 6]을 참조하여 전술한 바와 같다. 10 is a form in which lower
[도 11]은 [도 10]의 제 3 실시예에서 하방 광산란 부재(352, 353) 대신 하방 광토출 부재(347, 348)를 구비한 형태이다. [도 11]의 설계 의도는 [도 7]을 참조하여 전술한 바와 같다. [Fig. 11] shows a form in which lower
이하에서는 [도 12]와 [도 13]을 참조하여 IR 발광부재(340)와 광커넥터 부재(343)에 대해 기술한다. 광커넥터 부재(343)는 IR 발광부재(340)와 광파이버 부재(342, 344, 345, 346)를 광학적으로 접속시키는 요소이다. Hereinafter, the IR
[도 12]는 본 발명에서 IR 발광부재(340)로서 채택 가능한 LED 광원(340a)과 VCSEL 광원(340b)을 비교하여 나타내는 도면이다.12 is a view showing a comparison between an
[도 12] (a)는 IR 발광부재(340)로서 LED 발광부재(340a)를 사용하는 예시도인데, IR LED 광원(340a)은 조사각이 넓게 퍼져있어 광파이버 부재(342)로 광을 전달하는 과정에서 광량 손실이 발생한다. [Fig. 12] (a) is an exemplary view of using the LED
[도 12] (b)는 IR 발광부재(340)로서 VCSEL 발광부재(340b)를 사용하는 예시도이다. VCSEL(수직캐비티 표면광방출 레이저, Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)는 상부 표면에 수직한 방향으로 레이저를 방출하는 반도체 레이저 다이오드 소자이다. VCSEL 광원(340b)은 조사각이 집중되어 있어 광파이버 부재(342)의 광파이버 코어 내부로 광을 집속시킬 수 있다. [Fig. 12] (b) is an exemplary view using a VCSEL
[도 13]은 본 발명에서 광커넥터 부재(343)를 통해 IR 발광부재(340)와 광파이버 부재(342, 344, 345, 346)를 광학적으로 접속시키는 구성을 나타내는 도면이다. [Figure 13] is a view showing a configuration for optically connecting the IR
[도 13] (a)는 미러 커넥터(mirror connector)(343a)에 의해 LED 발광부재(340a)와 광파이버 부재(342)를 접속시키는 예시도이다. LED 광원(340a)은 조사각이 넓게 퍼져있어 LED 광(340c)이 광파이버 부재(342)보다 넓게 형성된다. 그에 따라, LED 발광부재(340a)와 광파이버 부재(342)를 인클로징(enclosing)하는 형태로 미러 커넥터(343a)를 형성하여 광이 광파이버 부재(342)로 전달될 수 있도록 구성한다. [Fig. 13] (a) is an exemplary view of connecting an LED
[도 13] (b)는 광융착 부재(343b)에 의해 VCSEL 발광부재(340b)와 광파이버 부재(342)를 접속시키는 예시도이다. VCSEL 광원(340b)은 직진성이 양호하여 조사각이 집중 형성되므로 VCSEL 광(340d)을 광파이버 부재(342)의 광파이버 코어 내부로 집속 조사할 수 있다. 여기에, VCSEL 발광부재(340b)와 광파이버 부재(342)를 중간 연결부재 없이 광 융착에 의해 직접 연결하였다. 광 융착(fusion splicing)은 아크방전 열을 사용하여 두 개의 광 소재를 결합하는 기술이며, 광 융착에 의한 광량 손실률은 0.1 dB 이하이다. [Fig. 13] (b) is an exemplary view of connecting the VCSEL
[도 13] (a)의 미러 커넥터(343a) 방식에서는 결합 구조에 따라 에어 갭(air gap)이 형성되어 반사 노이즈(reflection noise)가 발생하게 되며, 이로 인해 광량 손실이 어느 정도 불가피하다. 반면, [도 13] (b)에서는 VCSEL 광원(340b)이 광(340d)을 광파이버 부재(342)의 광파이버 코어 내부로 집속 조사하고 광융착 부재(343b)에 의해 VCSEL 광원(340b)과 광파이버 부재(342)를 직접 결합시킴으로써 광량 손실이 매우 적다. In the
[도 13] (c)는 광융착 부재(343b)에 의해 VCSEL 발광부재(340b)와 복수 개의 광파이버 부재(342, 344, 345, 346)를 접속시키는 예시도이다. 이 경우에는 광융착 부재(343b)에 의해 IR 발광부재(340)의 복수의 광(340d)을 개별적으로 측방 광파이버 부재(344)와 하방 광파이버 부재(345, 346)의 해당 광파이버 코어 내부로 각각 함입시켜 IR 발광부재(340)와 광파이버 부재(342)를 광학적으로 접속시키도록 구성될 수 있다. 다만, [도 13] (c)는 예시적으로 제시된 것이고 다른 형태의 실시예도 가능하다. 광학식 전자펜(100)의 성능을 위해서는 IR 발광부재(340)에서 생성된 광이 중간 과정에서 손실되지 않는 것이 중요하다. [Fig. 13] (c) is an exemplary view of connecting a VCSEL
본 발명은 이러한 여러가지 광원(예: LED 광원, VCSEL 광원, 마이크로 LED 광원, Chip LED 광원 등)에 적용할 수 있으며, 광원과 광파이버를 접속하는 여러가지 방식(예: 미러 커넥터, 광융착 등)에 적용할 수 있다. The present invention can be applied to such various light sources (eg LED light source, VCSEL light source, micro LED light source, Chip LED light source, etc.), and is applied to various methods (eg mirror connector, optical fusion, etc.) connecting light sources and optical fibers. can do.
한편, 본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 비휘발성 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드의 형태로 구현되는 것이 가능하다. 이러한 비휘발성 기록매체로는 다양한 형태의 스토리지 장치가 존재하는데 예컨대 하드디스크, SSD, CD-ROM, NAS, 자기테이프, 웹디스크, 클라우드 디스크 등이 있다. 또한, 본 발명은 네트워크로 연결된 다수의 스토리지 장치에 코드가 분산 저장되고 실행되는 형태로도 구현될 수 있다. 또한, 본 발명은 하드웨어와 결합되어 특정의 절차를 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터프로그램의 형태로 구현될 수도 있다. On the other hand, the present invention can be implemented in the form of computer readable codes on a computer readable non-volatile recording medium. Various types of storage devices exist as such non-volatile recording media, such as hard disks, SSDs, CD-ROMs, NAS, magnetic tapes, web disks, cloud disks, and the like. Also, the present invention may be implemented in a form in which codes are distributedly stored and executed in a plurality of storage devices connected through a network. In addition, the present invention may be implemented in the form of a computer program stored in a medium in order to execute a specific procedure in combination with hardware.
Claims (7)
외부의 디스플레이 패널(200)에 조사할 IR 광을 생성하는 IR 발광부재(340);
상기 펜바디 부재(310)의 일단부에 연결되어 광학식 전자펜의 펜팁을 형성하고 적외선(IR) 광을 산란시키는 광 산란 물질을 혼합하여 펜팁 구조체를 형성하여 구성되고 상기 IR 발광부재(340)를 내부에 함입 구성함으로써 상기 IR 발광부재(340)가 생성하는 IR 광을 여러 방향으로 불규칙하게 산란시켜 디스플레이 패널(200)로 조사하도록 구성된 광 산란제 펜팁 부재(320);
디스플레이 패널(200)에 의한 반사광을 수광하여 위치코드(210)를 센싱하는 IR 수광부재(360);
상기 IR 발광부재(340)를 턴온 또는 턴오프 제어하고 상기 IR 수광부재(360)를 통해 수광하는 반사광으로부터 상기 광 산란제 펜팁 부재(320)가 디스플레이 패널(200) 상에서 이동한 일련의 위치정보를 획득하는 전자펜 제어부재(370);
상기 일련의 위치정보를 외부의 스마트 단말장치(400)에 근거리 무선통신으로 전송하는 무선통신부재(380);
를 포함하여 구성되는 광 산란제 펜팁을 구비한 광학식 전자펜.
a pen body member 310 forming a body of an optical electronic pen;
an IR light emitting member 340 generating IR light to be irradiated to the external display panel 200;
It is connected to one end of the pen body member 310 to form a pen tip of an optical electronic pen, and is configured by mixing a light scattering material that scatters infrared (IR) light to form a pen tip structure, and the IR light emitting member 340 A light scattering agent pen tip member 320 configured to irregularly scatter IR light generated by the IR light emitting member 340 in various directions by embedding it into the display panel 200;
an IR light receiving member 360 that senses the location code 210 by receiving reflected light from the display panel 200;
Turning on or off the IR light emitting member 340 and controlling a series of location information of the movement of the light scattering agent pen tip member 320 on the display panel 200 from the reflected light received through the IR light receiving member 360 Acquiring electronic pen control element 370;
A wireless communication member 380 that transmits the series of location information to an external smart terminal device 400 through short-range wireless communication;
An optical electronic pen having a light scattering agent pen tip comprising:
상기 광 산란 물질은 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리메틸 실세스옥세인(polymethyl silsesquioxane) 중의 적어도 일부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광 산란제 펜팁을 구비한 광학식 전자펜. The method of claim 4,
The optical electronic pen with a light scattering agent pen tip, characterized in that the light scattering material comprises at least a part of polymethyl methacrylate and polymethyl silsesquioxane.
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