JP2016527621A - 電磁気誘導方式の位置感知と静電容量方式の位置感知とを行うタブレット - Google Patents

Abstract

本発明は、電磁気誘導方式の位置感知と静電容量方式の位置感知とを行うタブレットに関するものであって、電子ペンから放出される電磁波を感知する感知領域を取り囲む閉ループ状のループアンテナと、複数の第１導電性パターンを備え、複数の第１導電性パターンの各両端が何れか一辺に位置する第１ラインアンテナと、感知領域で複数の第１導電性パターンと互いに交差する複数の第２導電性パターンを備え、複数の第２導電性パターンの各両端が、複数の第１導電性パターンの各両端が位置した辺に位置する第２ラインアンテナと、複数の第１導電性パターン及び複数の第２導電性パターンの連結関係を制御することによって、電磁気誘導方式または静電容量方式で位置感知を行う制御回路を含むことによって、電子ペンの操作と指先のタッチとを同じアンテナパターンによって選択的に認識することができる。

Description

本発明は、電磁気誘導方式の位置感知と静電容量方式の位置感知とを行うタブレットに係り、より詳細には、別途のアンテナパターンを備えず、同じアンテナパターンを用いて、電子ペンから放出される電磁波と指による静電容量の変化とを同時に感知することができるタブレットに関する。

最近、共振回路を内蔵して所定周波数の電磁波を放出する電子ペンの位置を感知するタブレットが、例えば、特許文献１に公知されている。

図１は、特許文献１に開示された技術の概要を説明する図面である。図１を見れば、タブレットは、閉ループを構成するループアンテナ１０と、一端がループアンテナ１０と電気的に連結され、ループアンテナ１０を横切る方式で互いに平行に配列されたくし状の複数個のラインアンテナ２０と、それぞれのラインアンテナ２０でループアンテナ１０と連結されていない他端が入力側に連結され、複数個の入力側のうち何れか１つを出力側として選択することができるマルチプレクサ３０と、１つの入力はループアンテナ１０に連結され、他の１つの入力はマルチプレクサ３０の出力側に連結されて、ループアンテナ１０の電位とマルチプレクサ３０から選択されたラインアンテナ２０での電位の差分を出力する差動増幅器４０と、を含む。

このような構成で、電磁波を放出する電子ペンが、ループアンテナ１０の閉ループの内部（すなわち、仮想に設定される電子ペン感知領域）のうち、任意の位置に接近すれば、あらゆるラインアンテナ２０では、電磁気誘導効果によって誘導電圧が発生する。この際、発生する誘導電圧は、ループアンテナ１０の電位を基準に、各ラインアンテナで大きさ及び位相が異なるように表われるが、特許文献１は、このような現象を用いて電子ペンの位置を測定するタブレットを開示している。

一方、指によるタッチ有無及びタッチ位置を感知するためのタッチパネルを具現する方式で、図２に示したような技術が開示されている。まず、Ｘ軸及びＹ軸の格子に配列された複数のラインアンテナを構成する。この際、Ｘ軸ラインアンテナ２１とＹ軸ラインアンテナ２２は、互いに電気的に連結されないように絶縁されているか、基板の互いに異なる面に配置される。

Ｘ軸ラインアンテナ２１の一側端には、ＴＸ回路５１と選択的に連結されるようにＸ軸アナログスイッチ３７が配される。Ｘ軸ラインアンテナ２１の他側端は開放されている。また、Ｙ軸ラインアンテナ２２は、一側端をＹ軸アナログスイッチ３８を通じてＲＸ回路５２に連結する。Ｙ軸ラインアンテナ２２の他側端は開放されている。

このような構成で、ＴＸ回路５１で任意の電圧（または、電流）と波形を有する駆動信号を何れか１つのＸ軸ラインアンテナに連結し、この状態で、Ｙ軸アナログスイッチ３８によって１つずつのＹ軸ラインアンテナを選択し、ＲＸ回路５２を通じて感知される信号（駆動信号による電圧または電流）を測定する。引き続き、さらに他のＸ軸ラインアンテナに駆動信号を連結し、この状態で、Ｙ軸ラインアンテナを１つずつ選択し、各選択されたＹ軸ラインアンテナで表われる信号をＲＸ回路５２を通じて感知するスキャン動作を行う。このようなスキャン動作で感知される信号を用いて、指が接触または接近した地点を通るＸ軸ラインアンテナとＹ軸ラインアンテナとを探し出すことができる。このように探し出したＸ軸ラインアンテナとＹ軸ラインアンテナとを用いて、指が接触した座標を獲得させうる。

一方、前記のようなタブレット装置またはタッチパネルは、ディスプレイ手段の前面に配され、この場合、感知領域に形成されるアンテナパターンは、可能な限り透明に設計されることが望ましい。

また、ユーザの多様な要求が表われながら、ディスプレイ手段に対して電子ペンによる精密な操作入力と指先によるタッチ入力とを同時に行える装置が要求されている実情である。

また、アンテナパターンが配される感知領域を取り囲む部分として、アンテナパターンを駆動させるための回路素子が配されるフレーム部分の幅を最小化しようとする要求が急増している。

韓国登録特許１０−９１０３４８号

前述した問題点を解決するために、本発明は、電子ペンの操作と指先のタッチとを同じアンテナパターンによって選択的に認識することができるタブレットを提供することを目的とする。

また、本発明は、感知領域のフレーム部分に形成されるアンテナパターンの形態を改善して、アンテナパターンを駆動するための回路素子の配置構造を調整することによって、感知領域の外側フレーム部分であるベゼル領域の幅を最小化させて、タブレット装置の大きさを増加させずとも、相対的にディスプレイ手段の大きさを最大化することを目的とする。

前述した目的を果たすための本発明による電磁気誘導方式の位置感知と静電容量方式の位置感知とを行うタブレットは、電子ペンから放出される電磁波を感知する所定の感知領域の少なくとも一部を取り囲むループアンテナと、前記感知領域に配される複数の第１導電性パターンを有する第１ラインアンテナと、前記感知領域で前記複数の第１導電性パターンと互いに交差する複数の第２導電性パターンを有する第２ラインアンテナと、前記複数の第１導電性パターンのそれぞれの一端及び他端を制御するスイッチ素子と、前記複数の第２導電性パターンのそれぞれの一端及び他端を制御するスイッチ素子と、を含み、前記スイッチ素子を制御して、前記複数の第１導電性パターン及び前記複数の第２導電性パターンのそれぞれの両端に対する連結を制御することによって、電磁気誘導方式または静電容量方式で位置感知を行う制御回路と、を含む。

また、静電容量方式で位置感知を行う場合、前記制御回路は、前記複数の第１導電性パターンのそれぞれの一端と他端とに連結された前記スイッチ素子を制御して、前記複数の第１導電性パターンのそれぞれの他端を開放するか、一端に帰還連結し、前記複数の第２導電性パターンのそれぞれの一端と他端とに連結された前記スイッチ素子を制御して、前記複数の第２導電性パターンのそれぞれの他端を開放するか、一端に帰還連結することを特徴とする。

また、任意の波形からなる駆動信号を送信する送信回路と、前記送信回路の駆動信号によって転移された感知信号を受信する受信回路と、をさらに含み、静電容量方式で位置感知を行う場合、前記制御回路は、前記複数の第１導電性パターンのうち少なくとも１つのパターンの一端に前記送信回路の駆動信号が供給されるように、前記第１導電性パターンのそれぞれの一端と他端とに連結された前記スイッチ素子を制御し、前記受信回路が、前記送信回路の駆動信号によって、前記第２導電性パターンに転移された感知信号を受信するように、前記第２導電性パターンのそれぞれの一端と他端とに連結された前記スイッチ素子を制御することを特徴とする。

また、前記制御回路は、電磁気誘導方式で位置感知を行う場合、前記複数の第１導電性パターンのそれぞれの一端と他端とに連結された前記スイッチ素子を制御して、前記複数の第１導電性パターンの他端を前記ループアンテナに連結し、前記複数の第２導電性パターンのそれぞれの一端と他端とに連結された前記スイッチ素子を制御して、前記複数の第２導電性パターンの他端を前記ループアンテナに連結することを特徴とする。

また、前記電子ペンによって、前記第１ラインアンテナ及び前記第２ラインアンテナに電磁気誘導された誘導信号と前記ループアンテナとの電位差を出力するための差動増幅器をさらに含み、前記制御回路は、電磁気誘導方式で位置感知を行う場合、前記電子ペンによって、前記第１ラインアンテナ及び前記第２ラインアンテナに電磁気誘導された誘導信号が、前記差動増幅器に提供されるように、前記複数の第１導電性パターン及び前記複数の第２導電性パターンのそれぞれの一端と他端とに連結された前記スイッチ素子を制御することを特徴とする。

また、電磁気誘導方式で位置感知を行う場合に、前記ループアンテナを接地または共通電位に連結するか、前記ループアンテナの閉ループを開放させるための選択器をさらに含むことを特徴とする。

また、前記複数の第１導電性パターン及び前記複数の第２導電性パターンが形成された基板と、前記スイッチ素子を含む前記制御回路は、互いに異なる基板に形成されることを特徴とする。

また、前記複数の第１導電性パターン及び前記複数の第２導電性パターンは、１つの基板の一面に絶縁された状態で形成されるか、１つの基板の一面と他面とにそれぞれ形成されるか、それぞれ異なる基板に形成されることを特徴とする。

また、前記ループアンテナは、前記第１基板及び前記第２基板のうち何れか１つの基板または別途の第３基板に形成されることを特徴とする。

また、前記電子ペンに対して電磁気力を放射するパワーコイルが、前記第１ないし第３基板のうち何れか１つの基板または別途の第４基板に形成されることを特徴とする。

また、前記パワーコイルは、横方向または縦方向、または横及び縦方向に所定の区間を分けて配された複数のコイルパターンからなることを特徴とする。

前述した構成によって、本発明は、電子ペンの操作と指先のタッチとを同じアンテナパターンによって選択的に認識することができるタブレットを具現させうる。

また、本発明は、１つのアンテナパターンで複数の機能を行うことができて、アンテナパターンを多層に形成しなくてもよいために、アンテナパターンの透明度を向上させうる。

また、本発明は、感知領域のフレーム部分に形成されるアンテナパターンの形態を改善して、アンテナパターンを駆動するための回路素子の配置構造を調整することによって、感知領域の外側フレーム部分であるベゼル領域の幅を最小化させ、これにより、タブレット装置の大きさを増加させずとも、制限された装置の大きさ内でディスプレイの大きさを最大化することができる。

従来技術による電子ペン感知回路を説明する図面である。 従来技術による指タッチ感知回路を説明する図面である。 本発明の一実施形態による電子ペンと指とを同じアンテナパターンで感知することができるタブレットの構造を説明する図面である。 本発明のさらに他の実施形態によるアンテナパターンを説明する図面であって、ＴＸ回路がラインアンテナの両端に同時に駆動信号を印加するように構成された構造を示す図面である。 本発明の多様な実施形態によるＸ軸ラインアンテナが形成された透明基板及び／またはＹ軸ラインアンテナが形成された透明基板、そして、Ｘ軸ラインアンテナのパターン形態及びＹ軸ラインアンテナのパターン形態を示す図面である。 本発明によるタブレットを電子ペン感知モードとタッチ感知モードとで動作させる時、コネクタ部に各回路素子が如何に連結されるかを示す図面である。 図１に示された電子ペン感知のためのアンテナパターンと図５に示されたダブルルーティングアンテナパターンとを組み合わせた場合のラインアンテナの形態を示す図面である。

以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態による電磁気誘導方式の位置感知と静電容量方式の位置感知とを同じアンテナパターン構造で行えるタブレットをさらに詳細に説明する。

まず、本発明の基本原理となる共振回路を搭載した電子ペンの操作と指先のタッチとを同時に感知することができるタブレット装置の構成について説明する。

図３は、感知領域内で互いに交差するラインアンテナパターンを用いて、電子ペンと指との位置をいずれも測定することができる本発明によるタブレットの構成原理を簡略に図示した図面である。本実施形態で、電子ペンの位置を感知する原理は、図１に示された原理を利用し、指先のタッチ位置を感知する原理は、図２に示された原理を利用する。

図３を参照すれば、感知領域Ａを取り囲むように閉ループ状にループアンテナ１０が構成されている。この際、ループアンテナ１０は、共通電位または接地電位であり得る。ループアンテナ１０の内部（すなわち、感知領域Ａを含む部分）には、格子にＸ軸ラインアンテナ２１（または、第１ラインアンテナ）及びＹ軸ラインアンテナ２２（または、第２ラインアンテナ）が配列されている。

Ｘ軸ラインアンテナ２１の一側端は、第１アナログスイッチ３１の一側に連結されている。第１アナログスイッチ３１は、制御回路７０の制御によって、一回に１個ずつまたは同時にあらゆる一側を選択して他側に連結することができる。第１アナログスイッチ３１の他側は、指先による静電容量の感知のための駆動信号を出力することができるＴＸ回路５１に連結されうる。ＴＸ回路５１は、第１アナログスイッチ３１の他側と制御回路７０との間に配され、差動増幅器６１と択一的に動作するように構成される。

図３では、第１アナログスイッチ３１が４個の一側と２個の他側とを備えて、他側がＴＸ回路５１と差動増幅器６１への連結を選択できると図示したが、このような構造は、別途のスイッチを追加するなどの多様な方式で具現されうる。

一方、Ｘ軸ラインアンテナ２１の他側端は、第２アナログスイッチ３２の各入力側に連結されうるが、第２アナログスイッチ３２は、あらゆる入力側を同時に出力側と連結させるか、同時に連結を遮断させるように動作することができる。もちろん、任意の１つまたは複数の入力側を出力側として選択して連結させる動作も具現可能である。

差動増幅器６１は、感知領域で電磁気誘導現象を用いて電子ペンの位置を感知するために利用される構成であって、少なくとも２個の入力側を有し、１つの入力側は、第１アナログスイッチ３１の他側及び第３アナログスイッチ３３の出力側と連結され、他の１つの入力側は、ループアンテナ１０に連結されうる。このような差動増幅器６１は、２個の入力側、すなわち、第１アナログスイッチ３１で選択した何れか１つのＸ軸ラインアンテナの一側端または第３アナログスイッチ３３で選択した何れか１つのＹ軸ラインアンテナの一側端とループアンテナ１０との間の電位差を出力する機能を行う。差動増幅器６１の出力側は、制御回路７０に連結される。この際、第１アナログスイッチ３１と第３アナログスイッチ３３とが互いに重畳されない時間に合わせて、それぞれのラインアンテナを選択することによって、差動増幅器６１の入力には、Ｘ軸ラインアンテナのうち何れか１つまたはＹ軸ラインアンテナのうち何れか１つのみが連結されるように具現される。

ＴＸ回路５１は、制御回路の制御によって、任意の電圧／電流及び波形を有する駆動信号を出力するように具現される。ＴＸ回路５１は、差動増幅器６１とは択一的に動作するように具現される。

ＲＸ回路５２は、制御回路７０の制御によって、第３アナログスイッチ３３で選択した何れか１つのＹ軸ラインアンテナの電位を制御回路７０に連結する。これにより、指がＸ軸ラインアンテナとＹ軸ラインアンテナとの任意の交点に接近すれば、当該交点を交差するＸ軸ラインアンテナに印加された駆動信号が交点に接近した指の静電容量によって、前記交点を交差するＹ軸ラインアンテナに転移され、第３アナログスイッチ３３によって転移された駆動信号が、ＲＸ回路５２を通じて制御回路７０に感知信号として表われる。

制御回路７０は、あらゆる１つずつのＸ軸ラインアンテナに対してあらゆるＹ軸ラインアンテナを順次に１つずつスキャンして感知信号を検査することによって、指先のタッチ地点を識別することができる。

本発明のタブレットは、電子ペン感知モードで動作する時には、第２アナログスイッチ３２及び第４アナログスイッチ３４をオンさせて、Ｘ軸ラインアンテナの一端部とＹ軸ラインアンテナの一端部とがループアンテナ１０に連結されるようにする。そして、第１アナログスイッチ３１と第３アナログスイッチ３３とで１つずつのラインアンテナを順次に選択させ、また差動増幅器６１を動作させて、電子ペンの接近による誘導電圧を感知して電子ペン位置を感知する。

一方、タブレットがタッチ感知モードで動作する時には、第２アナログスイッチ３２及び第４アナログスイッチ３４をいずれもオフにして、Ｘ軸ラインアンテナの一端部とＹ軸ラインアンテナの一端部とがいずれもオフされた状態にする。差動増幅器６１と第１アナログスイッチ３１及び第３アナログスイッチ３３との連結を解除する。そして、第１アナログスイッチ３１は、何れか１つのＸ軸ラインアンテナを選択し、ＴＸ回路５１を通じて印加される駆動信号を選択したＸ軸ラインアンテナに印加する。この状態で、第３アナログスイッチ３３が１つずつのＹ軸ラインアンテナを選択させ、制御回路７０は、各選択されたＹ軸ラインアンテナで感知信号を検査する。１つのＸ軸ラインアンテナが選択された状態であらゆるＹ軸ラインアンテナを順次に選択する動作を完了すれば、さらに他の１つのＸ軸ラインアンテナを選択し、あらゆるＹ軸ラインアンテナを１つずつ検査する動作を繰り返す。あらゆる検査動作が完了すれば、感知信号の大きさを検査してタッチ位置を判定させうる。

このような、図３によるアンテナ構成によって動作するタブレットは、感知領域には、単にＸ軸ラインアンテナ２１とＹ軸ラインアンテナ２２のみ形成すれば良いので、感知領域に配列されるアンテナの個数が少ない。

また、ラインアンテナのパターン（少なくとも図３の感知領域Ａに該当する部分を形成するためのパターン）を透明基板に透明導電性物質を印刷する方式で構成することができるために、アンテナ用基板を製造することが簡単かつ安価である。

または、Ｘ軸ラインアンテナ２１を透明基板２１Ｂに単層で印刷して形成し、Ｙ軸ラインアンテナ２２を透明基板２２Ｂに単層で印刷して形成し、各基板２１Ｂ、２２Ｂを重畳させるだけで、Ｘ軸ラインアンテナとＹ軸ラインアンテナとが絶縁された状態で交差する感知領域Ａを構成させうる。これにより、感知領域Ａが、透明電極が印刷されたただ２枚の透明基板で具現されうるので、感知領域の透明度を向上させうるという長所を有する。

一方、図３に示したような構成では、感知領域Ａの外側フレーム部分には、各アナログスイッチが配され、また、各アンテナのパターンをアナログスイッチで連結するために、多数のアンテナパターンを密集して配する必要があるので、フレーム部分の幅を厚くしなければならない。

最近のタブレットは、ディスプレイ手段の前側表面に重畳されて配される場合が多い。この際、感知領域は、ディスプレイ手段の表示領域に対応し、感知領域のフレーム幅は、ディスプレイ手段のベゼル領域に対応する。この場合、タブレットのフレーム幅の大きさに合わせてディスプレイ手段のベゼル領域の幅を広くすることはできないので、タブレットで感知領域Ａの外側フレーム幅を最小化しなければならない必要がある。

したがって、以下、図４を参照して、感知領域Ａの外側フレーム領域の幅を最小化することができる方案を提示する。

すなわち、ループアンテナ１０の形態、各ラインアンテナ２１、２２の形態、アナログスイッチ３１ないし３４を含む各回路素子の配置位置を改善することによって、感知領域Ａの大きさを最大化し、ベゼル領域の大きさ（幅）を最小化させる。

図４は、本発明のさらに他の実施形態によるアンテナパターンを説明する図面であって、ＴＸ回路が、ラインアンテナの両端に同時に駆動信号を印加するように構成された構造を示す図面である。図４では、およそ４角形からなる感知領域Ａの何れか一辺の外側に第１ないし第４アナログスイッチ３１ないし３４を互いに隣接するように平行に配置し、Ｘ軸ラインアンテナ２１及びＹ軸ラインアンテナ２２のパターンをフレーム領域に沿って流れる形態で延長させて、各アナログスイッチに連結させた構成を示す。

一方、第１ないし第４アナログスイッチ３１ないし３４は、図４のように平行に配置してもよいが、それぞれ異なる位置に配置してもよい。しかし、本実施形態では、感知領域の一辺にコネクタを形成し、コネクタを通じてあらゆるラインアンテナ（ループアンテナとパワーコイルの一部をさらに含みうる）を引き出すように、各アナログスイッチを隣接するように平行に配置するものと説明する。

このように、各アナログスイッチ３１ないし３４を平行に隣接するように配置することによって、ラインアンテナ２１、２２のパターンが、各アナログスイッチ３１ないし３４に向けて一辺に集中されて流れるように構成すれば、透明基板は、単にアンテナパターンのみ形成されれば良く、さらに他の基板（例えば、ＰＣＢ）に各種回路素子を別途に構成することができる。この際、透明基板には、各パターンの電気的接続のためのコネクタ部（参照符号‘Ｃ’で表示する）が何れか一辺に構成され、ＰＣＢには、コネクタ部に対応する電極が形成されうる（図５以下の図面参照；図５以下の図面では、透明基板のパターン形態を示す）。

すなわち、図４で点線で表示された“コネクタ部分”を境界にして、アンテナパターンが形成される透明基板と各種回路素子が配されるＰＣＢとを区分して形成しうる。

一方、透明基板には、ラインアンテナとループアンテナになる導電性物質（例えば、ＩＴＯ）のパターンを形成するために、導電性物質を印刷する方式が適用可能である。印刷方式を用いる場合、１個の基板表面上には、単に１層のパターンのみを形成しうる。したがって、互いに絶縁を保持しなければならないＸ軸ラインアンテナ２１とＹ軸ラインアンテナ２２とを同時に同じ面に印刷することはできない。それを解決するために、Ｘ軸ラインアンテナ２１とＹ軸ラインアンテナ２２は、１枚の透明基板の両測面にそれぞれ印刷されるか、Ｘ軸ラインアンテナ２１のパターンのみが印刷された第１透明基板２１ＢとＹ軸ラインアンテナ２２のパターンのみが印刷された第２透明基板２２Ｂとを互いに重畳させる方式で形成されうる（図９参照）。

一方、本実施形態で、ループアンテナ１０は、閉ループの一部が選択的にオープンされるか、クローズされるように構成される。そのために、少なくとも２個の入力を有する選択器１５を準備し、ループアンテナ１０の閉ループの一側を切断し、形成された両端を選択器１５の入力で連結する。選択器１５は、制御回路７０の制御によって、ループアンテナ１０の両端を互いに連結させるか（閉ループが完成される）、切断された状態で保持する（閉ループが開放される）。

一方、ループアンテナ１０は、共通電位に保持されるか、接地に連結されることが望ましい。そのために、ループアンテナ１０は、一側が共通電位または接地と連結されうる。本発明では、選択器１５が３個の入力を有するようにし、第３の入力に接地（または、共通電位）を連結させる方式で具現した。そして、制御回路７０の制御によって、３個の入力を全部連結させるか（ループアンテナが閉ループを構成すると共に接地に連結される）、３個の入力を全部開放させるように構成することができる（ループアンテナの閉ループが開放され、同時にループアンテナと接地との連結が解除される）。

このように構成された選択器１５は、電子ペン感知モードでは、あらゆる入力側を連結させるように動作し、タッチ感知モードでは、あらゆる入力側を開放させるように動作する。

このような選択器１５を追加した理由は、電子ペン感知モードで閉ループを構成したループアンテナ１０がタッチ感知モードでも閉ループをそのまま保持している場合には、閉ループ構造によって指が感知領域にタッチする時、静電容量がラインアンテナ２１、２２で十分によく感知されないこともあるためである。

ループアンテナ１０のパターンは、Ｘ軸ラインアンテナ２１が印刷された透明基板２１ＢまたはＹ軸ラインアンテナ２２が印刷された回路基板２２Ｂのうち何れか１つに共に印刷されて形成されても、個別的な透明基板１０Ｂに形成されても良い。また、ループアンテナ１０は、感知領域Ａの外側に配される場合には、不透明な基板に構成されても良い。

この際、図４に示されたタブレットの実施形態における注目すべき点は、図３に示された構成とは異なって、ＴＸ回路５１がＸ軸ラインアンテナの両端に同時に連結されるように構成されているということである。

すなわち、第１アナログスイッチ３１で何れか１つのＸ軸ラインアンテナの一側端を選択したならば、第２アナログスイッチ３２では、第１アナログスイッチによって選択されたラインアンテナの他側端を選択するように制御される。このように同じラインアンテナが選択された状態で、ＴＸ回路５１で駆動信号を印加すれば、駆動信号は、第１アナログスイッチ３１と第２アナログスイッチ３１とに同時に印加される。

このような構造を適用する理由は、次の通りである。

もし、図３に示したように、ラインアンテナの一端部は開放させ、反対側端部で駆動信号を印加すれば、感知領域内のラインアンテナの各部で駆動信号の大きさが異なるように表われる。すなわち、ラインアンテナのパターンを形成する導電性物質は、例えば、ＩＴＯであり得るが、このような物質は、固有抵抗が大きくて、導電性パターンが大きな大きさの感知領域に適用された場合には、一端部で印加された駆動信号が他側端部では、導電性物質の電気抵抗によって微小な大きさに減衰されて表われる。このように駆動信号が減衰されれば、指先のタッチを正確に感知するのに難点がある。

したがって、ラインアンテナの両端部で同時に駆動信号を印加すれば、感知領域が大きな場合（すなわち、ラインアンテナが長い場合）にも、感知領域のあらゆる部分で十分に大きな駆動信号が表われる。

以下の図５ないし図９は、本発明の多様な実施形態によるＸ軸ラインアンテナが形成された透明基板及び／またはＹ軸ラインアンテナが形成された透明基板、そして、Ｘ軸ラインアンテナのパターン形態及びＹ軸ラインアンテナのパターン形態を示す図面である。

図５は、Ｘ軸方向に延びたＸ軸ラインアンテナのパターンが形成された透明基板を示す図面である。Ｘ軸ラインアンテナ２１は、一側端及び他側端がそれぞれ感知領域Ａの左右側に沿って流れるように構成される。

Ｘ軸ラインアンテナ２１のパターンは、透明基板２１Ｂの一側（例えば、上側辺）に設けられたコネクタ部２１Ｃを通じて流れるように形成される。コネクタ部２１Ｃは、アンテナパターンを他の回路基板（すなわち、アナログスイッチ及び／またはその他の回路部品が搭載された別途の回路基板であり得る）の対応する接点に連結させるために備えられた部分である。

図６は、縦軸方向に延びたＹ軸ラインアンテナ２２のパターンであって、感知領域Ａに対応する内側部分では、各ラインアンテナが垂直方向に平行に配列されているが、フレーム部分では、互いに最大限密集して流れていて、上側辺のコネクタ部２２Ｃを通じて外側に引き出される形態で構成された。

一方、図６のパターン形態では、左側半分のＹ軸ラインアンテナ２２は、透明基板２２Ｂの左側フレームに沿ってコネクタ部２２Ｃに向けて流れ、右側半分のＹ軸ラインアンテナ２２は、透明基板２２Ｂの右側フレームに沿ってコネクタ部２２Ｃに向けて流れるように構成されている。

このように、Ｙ軸ラインアンテナ２２のパターンを区分して一部ずつ左右分割して流れるように設計することによって、透明基板の外側フレーム部分の幅をさらに最小化することができる。

図７は、前記のように、Ｘ軸ラインアンテナが印刷された透明基板２１ＢとＹ軸ラインアンテナ２２が印刷された透明基板２２Ｂとを重畳させた時に見られるラインアンテナの形態を示す図面である。ここで、Ｘ軸ラインアンテナ２１のパターンとＹ軸ラインアンテナ２２のパターンは、互いに交差するか、重畳されたものと見られるが、各ラインアンテナのパターンは、個別的な透明基板２１Ｂ、２２Ｂに印刷された状態で各基板を重畳させたものなので、各ラインアンテナは、実際には絶縁された状態である。

図８Ａ及び図８Ｂは、ループアンテナが配されたさらに他の基板を示す図面である。この際、一例として、ループアンテナ１０は、パワーコイル１２のパターンと同時に形成されうる。パワーコイル１２は、共振回路を有する電子ペンに対して電磁気力を放射するための構成であって、その動作については、前述した特許文献１などを参照して理解することができる。

本発明では、共振回路を有する無電源電子ペンに対して電磁気力を提供するための目的としてパワーコイル１２を備えるものと説明する。しかし、電子ペンが自体でバッテリなどを内蔵し、内蔵されたバッテリからエネルギーを供給されて共振回路を通じて電磁波を放出することができるならば、パワーコイルの構成は省略される。

また、図８Ａ及び図８Ｂで、ループアンテナ１０は、基板１０Ｂ内で完全な閉ループをなされず、開放された状態でコネクタ１０Ｃを通じて流れて行くことを確認することができる。ループアンテナ１０は、さらに他の回路基板に搭載された選択器１５を通じて閉ループを完成することができる。

図８Ａは、基板１０Ｂにループアンテナ１０と単一のパワーコイル１２のパターンが同時に配された例を図示している。しかし、タブレットが大きな場合には、単一パワーコイル１２のみで電子ペンにエネルギーを供給すれば、エネルギー供給効率が落ちて誤動作の原因となる。

図８Ｂは、基板１０Ｂにループアンテナ１０と複数のパワーコイル１２’のパターンが同時に配された例を図示している。電子ペンに複数のパワーコイル１２の動作は、電子ペンの位置によって電子ペンが位置した当該パワーコイルのみ動作させることができる。複数のパワーコイル１２’は、図８Ｂのように、横方向に区間を分けて配置し、また縦方向に区間を分けて配置することができる。また、複数のパワーコイル１２’は、横方向及び縦方向のそれぞれに対して区間を分けて配置することができる。

図９は、図５に示したように、Ｘ軸ラインアンテナ２１のパターンが形成された透明基板２１Ｂと、図６に示したように、Ｙ軸ラインアンテナ２２のパターンが形成された透明基板２２Ｂと、図８Ａ及び図８Ｂに示したように、ループアンテナ１０のパターンが形成された基板１０Ｂを個別的に形成した後、各基板を互いに重畳させることによって、感知領域Ａを具現することができるということを示す図面である。

図１０ないし図１２は、本発明によるタブレットを電子ペン感知モードとタッチ感知モードとで動作させる時、ラインアンテナ及びループアンテナに対してなされる制御を説明するものであって、コネクタ部２１Ｃ、２２Ｃ、１０Ｃに各回路素子が如何に連結されるかを説明する。

図１０は、Ｘ軸及びＹ軸ラインアンテナ２１、２２が印刷された各透明基板２１Ｂ、２２Ｂとループアンテナ１０及びパワーコイル１２が形成された基板１０Ｂとを重畳した状態でのコネクタ部２１Ｃ、２２Ｃと基板１０Ｂのコネクタ部１０Ｃとが重畳された部分を、１つのコネクタ部Ｃであると見なして説明する。

図１１は、タブレットを電子ペン感知モードで動作させる場合において、電子ペンのＸＹ座標を獲得するための、各アンテナパターンの連結関係について説明する図面である。

タブレットが電子ペン感知モードで動作する時には、Ｘ軸ラインアンテナ２１及びＹ軸ラインアンテナ２２の他端側は、いずれもループアンテナ１０に連結されねばならない。そのために、第２アナログスイッチ３２及び第４アナログスイッチ３４は、あらゆる入力側が出力側に連結される。他の具現例による電子ペン感知モードでは、第２アナログスイッチ３２及び／または第４アナログスイッチ３４は、第１アナログスイッチ３１が選択したＸ軸ラインアンテナ２１と第３アナログスイッチ３３が選択したＹ軸ラインアンテナ２２のみを１つずつループアンテナに連結させるように構成することもできる。このようにして、第１アナログスイッチ３１が何れか１個のＸ軸ラインアンテナ２１を選択し、第３アナログスイッチ３３が何れか１個のＹ軸ラインアンテナ２２を選択すれば、少なくとも選択されたラインアンテナは、ループアンテナ１０と連結された状態である。

一方、ループアンテナ１０は、選択器１５によって接地に連結される。

パワーコイル１２が構成されているならば、このパワーコイル１２には、電子ペンに対して任意の周波数を有する電磁波を供給するための目的として特定の周波数を有する電圧パルスが印加されうる。

第１アナログスイッチ３１及び第３アナログスイッチ３３の出力側は、それぞれ差動増幅器６１に連結される。差動増幅器６１は、制御回路に連結されて電子ペンの位置感知に活用される。

図１２は、タブレットをタッチ感知モードで動作させる場合において、各アンテナパターンの連結関係について説明する図面である。

タブレットがタッチ感知モードで動作する時には、Ｘ軸ラインアンテナの両端部に同時にＴＸ回路５１を用いて駆動信号を印加する。Ｙ軸ラインアンテナの一端部は、第４アナログスイッチ３４をオフにすることによって、ループアンテナとオフさせる。そして、第３アナログスイッチ３３を１つずつ選択してＲＸ回路５２と連結させることによって、制御回路７０で指タッチの位置を感知する。

タッチ感知モードでパワーコイル１２は動作しない。また、選択器１５をオフさせてループアンテナを開放させることが望ましい。

図１３は、図１に示された電子ペン感知のためのアンテナパターンと図５に示されたダブルルーティングアンテナパターンとを組み合わせた場合のラインアンテナの形態を示す図面である。

Ｘ軸ラインアンテナとＹ軸ラインアンテナのうち１つは、図１に示された電子ペン感知のためのアンテナパターンからなる。すなわち、閉ループを構成するループアンテナ１０と、一端がループアンテナ１０と電気的に連結され、互いに平行に配列されたくし状の複数のラインアンテナパターンからなるＸ軸ラインアンテナ２１からなる。

また、Ｘ軸ラインアンテナとＹ軸ラインアンテナのうち１つは、図５に示されたダブルルーティングアンテナパターンで構成される。すなわち、Ｙ軸ラインアンテナ２１は、ダブルルーティングアンテナパターンは感知領域Ａでループ状に近く形成され、その一側端及び他側端は、一辺に位置されるように構成される。

この場合、電子ペン感知と関連した既存のアンテナパターンは、図１に示された原理を用いて測定する。したがって、図１に示された電子ペン感知のためのアンテナパターンが、Ｘ軸ラインアンテナ２１に具現された場合には、ループアンテナ１０にＸ軸ラインアンテナ２１の他側端を連結する第２アナログスイッチ３２がない場合であり、Ｙ軸ラインアンテナ２２に具現された場合には、ループアンテナ１０にＹ軸ラインアンテナ２１の他側端を連結する第４アナログスイッチ３４がない場合である。したがって、図１３は、図１に示された電子ペン感知のためのアンテナパターンと図５に示されたダブルルーティングアンテナパターンとを組み合わせた場合の動作は、前述した図３及び図４の説明を通じて十分に理解することができる。

図１３のこのような構成は、電子ペンにバッテリが備えられてパワーコイルが必要ではない場合、図９に示されたループアンテナ１０のパターンが形成された基板１０Ｂを除去して、２個のアンテナ層で構成することができる。

前述したような、本発明によるタブレットのアンテナ構造によれば、印刷方式で印刷された導電性パターンによってＸ軸ラインアンテナとＹ軸ラインアンテナとをそれぞれ形成しうる。また、感知領域を直交するように重畳された２種のパターンのみでも電子ペンの位置及び指先の位置を選択的に感知することができるので、感知領域を単に２枚の透明回路基板で具現させうる。または、１枚の透明回路基板の両測面にそれぞれＸ軸ラインアンテナのパターンとＹ軸ラインアンテナのパターンとを形成しうる。したがって、回路基板の数が少なく、互いに交差または重畳するアンテナの数が少なくて、感知領域の透明度が向上する。

また、前述したようなラインアンテナ構造によれば、ラインアンテナのパターンを感知領域の外側フレーム部分で屈折させて、任意の位置に配されたアナログスイッチに向けて流れるようにすることによって、フレーム領域の幅を最大限減らしうる。さらに、回路素子を任意の位置に配置することができるので、回路設計の自由度が増加する。

以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎないものであって、当業者ならば、本発明の本質的な特性から外れない範囲で多様な修正及び変形が可能であろう。したがって、本発明に開示された実施形態は、本発明の技術思想を限定するためのものではなく、説明するためのものであり、このような実施形態によって、本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は、下記の特許請求の範囲によって解釈されねばならず、それと同等な範囲内にあるあらゆる技術思想は、本発明の権利範囲に含まれると解釈されねばならない。

本発明は、電磁気誘導方式の位置感知と静電容量方式の位置感知とを行うタブレット関連の技術分野に適用可能である。

Claims (11)

1. 電磁気誘導方式の位置感知と静電容量方式の位置感知とを行うタブレットであって、
   電子ペンから放出される電磁波を感知する所定の感知領域の少なくとも一部を取り囲むループアンテナと、
   前記感知領域に配される複数の第１導電性パターンを有する第１ラインアンテナと、
   前記感知領域で前記複数の第１導電性パターンと互いに交差する複数の第２導電性パターンを有する第２ラインアンテナと、
   前記複数の第１導電性パターンのそれぞれの一端及び他端を制御するスイッチ素子と、前記複数の第２導電性パターンのそれぞれの一端及び他端を制御するスイッチ素子と、を含み、前記スイッチ素子を制御して、前記複数の第１導電性パターン及び前記複数の第２導電性パターンのそれぞれの両端に対する連結を制御することによって、電磁気誘導方式または静電容量方式で位置感知を行う制御回路と、を含むことを特徴とするタブレット。
2. 静電容量方式で位置感知を行う場合、前記制御回路は、前記複数の第１導電性パターンのそれぞれの一端と他端とに連結された前記スイッチ素子を制御して、前記複数の第１導電性パターンのそれぞれの他端を開放するか、一端に帰還連結し、前記複数の第２導電性パターンのそれぞれの一端と他端とに連結された前記スイッチ素子を制御して、前記複数の第２導電性パターンのそれぞれの他端を開放するか、一端に帰還連結することを特徴とする請求項１に記載のタブレット。
3. 任意の波形からなる駆動信号を送信する送信回路と、
   前記送信回路の駆動信号によって転移された感知信号を受信する受信回路と、をさらに含み、
   静電容量方式で位置感知を行う場合、前記制御回路は、前記複数の第１導電性パターンのうち少なくとも１つのパターンの一端に前記送信回路の駆動信号が供給されるように、前記第１導電性パターンのそれぞれの一端と他端とに連結された前記スイッチ素子を制御し、前記受信回路が、前記送信回路の駆動信号によって、前記第２導電性パターンに転移された感知信号を受信するように、前記第２導電性パターンのそれぞれの一端と他端とに連結された前記スイッチ素子を制御することを特徴とする請求項１または２に記載のタブレット。
4. 前記制御回路は、電磁気誘導方式で位置感知を行う場合、前記複数の第１導電性パターンのそれぞれの一端と他端とに連結された前記スイッチ素子を制御して、前記複数の第１導電性パターンの他端を前記ループアンテナに連結し、前記複数の第２導電性パターンのそれぞれの一端と他端とに連結された前記スイッチ素子を制御して、前記複数の第２導電性パターンの他端を前記ループアンテナに連結することを特徴とする請求項１に記載のタブレット。
5. 前記電子ペンによって、前記第１ラインアンテナ及び前記第２ラインアンテナに電磁気誘導された誘導信号と前記ループアンテナとの電位差を出力するための差動増幅器をさらに含み、
   前記制御回路は、電磁気誘導方式で位置感知を行う場合、前記電子ペンによって、前記第１ラインアンテナ及び前記第２ラインアンテナに電磁気誘導された誘導信号が、前記差動増幅器に提供されるように、前記複数の第１導電性パターン及び前記複数の第２導電性パターンのそれぞれの一端と他端とに連結された前記スイッチ素子を制御することを特徴とする請求項１または４に記載のタブレット。
6. 電磁気誘導方式で位置感知を行う場合に、前記ループアンテナを接続または共通電位に連結するか、前記ループアンテナの閉ループを開放させるための選択器をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のタブレット。
7. 前記複数の第１導電性パターン及び前記複数の第２導電性パターンが形成された基板と、前記スイッチ素子を含む前記制御回路は、互いに異なる基板に形成されることを特徴とする請求項１に記載のタブレット。
8. 前記複数の第１導電性パターン及び前記複数の第２導電性パターンは、１つの基板の一面に絶縁された状態で形成されるか、１つの基板の一面と他面とにそれぞれ形成されるか、それぞれ異なる基板に形成されることを特徴とする請求項１に記載のタブレット。
9. 前記ループアンテナは、前記第１基板及び前記第２基板のうち何れか１つの基板または別途の第３基板に形成されることを特徴とする請求項１に記載のタブレット。
10. 前記電子ペンに対して電磁気力を放射するパワーコイルが、前記第１ないし第３基板のうち何れか１つの基板または別途の第４基板に形成されることを特徴とする請求項９に記載のタブレット。
11. 前記パワーコイルは、横方向または縦方向、または横及び縦方向に所定の区間を分けて配された複数のコイルパターンからなることを特徴とする請求項１０に記載のタブレット。

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