JP5546582B2 - スタイラス、圧力検出システムおよびその駆動方法 - Google Patents

スタイラス、圧力検出システムおよびその駆動方法 Download PDF

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Description

本発明は、スタイラス、圧力検出システムおよびその駆動方法に関し、より詳細には、スタイラスから放出される信号の周波数を変化させなくても、スタイラスの筆圧を容易に検出することができるスタイラス、圧力検出システムおよびその駆動方法に関する。
最近、人の手または物体の接触した位置を直接検出することにより、キーボードおよびマウスのような既存の入力装置を代替可能なデジタイザ（digitizer）、タッチスクリーン（touch screen）などが幅広く活用されている。
これとともに、人の手より精巧な入力が可能なスタイラス（stylus）の活用も増加する傾向にある。
デジタイザなどに作用するスタイラスの筆圧に対応する多様な動作（スタイラスによって描かれる線の厚さ調整など）を行うために、スタイラスの筆圧を検出する必要性が台頭した。
このために、従来は、スタイラスの圧力変化に対応してスタイラスから放出される信号の周波数を変更させ、変更された周波数を検出してスタイラスの筆圧を感知する技術を採用していた。
しかし、前記のような従来技術を用いる場合、周波数の変化が継続的に行われるため、周波数検出動作（例えば、高速フーリエ変換（Fast Fourier Transformなど）の繰り返し実行による処理時間が長くなり、ハードウェア構成が複雑になるという問題があった。
上述した問題を解決するためになされた本発明の目的は、スタイラスから放出される信号の周波数を変化させなくても、スタイラスの筆圧を容易に検出することができるスタイラス、圧力検出システムおよびその駆動方法を提供するためのものである。
上記の目的を達成するための本発明の特徴によれば、本発明の一側面は、印加される圧力を検出する圧力検出部と、第１周波数の信号を生成する第１信号生成部と、第２周波数の信号を生成する第２信号生成部と、少なくとも１つの信号生成部を制御することにより、前記圧力検出部を介して検出された圧力に対応して前記第１周波数の信号と前記第２周波数の信号との振幅比を調整する制御部とを含む。
また、前記第１周波数と前記第２周波数は、互いに異なることを特徴とする。
また、前記第１信号生成部と前記第２信号生成部は、１つの信号放出部を介して前記第１周波数の信号と前記第２周波数の信号を外部に放出することを特徴とする。
さらに、前記第１信号生成部と前記第２信号生成部は、それぞれ異なる信号放出部を介して前記第１周波数の信号と前記第２周波数の信号を外部に放出することを特徴とする。
また、前記制御部は、前記第１周波数の信号および前記第２周波数の信号のいずれか１つの信号の振幅のみを変更し、前記両信号の振幅比を調整することを特徴とする。
さらに、前記制御部は、前記第１周波数の信号と前記第２周波数の信号の振幅をともに変更し、前記両信号の振幅比を調整することを特徴とする。
本発明の他の側面は、印加される圧力を検出する圧力検出部と、第１周波数の信号を生成する第１信号生成部と、第２周波数の信号を生成する第２信号生成部と、少なくとも１つの信号生成部を制御することにより、前記圧力検出部を介して検出された圧力に対応して前記第１周波数の信号と前記第２周波数の信号との振幅比を調整する制御部とを含むスタイラスと、前記スタイラスから受信した前記第１周波数の信号と前記第２周波数の信号との振幅比から前記圧力を検出する圧力検出装置とを含む。
また、前記第１周波数と前記第２周波数は、互いに異なることを特徴とする。
また、前記第１信号生成部と前記第２信号生成部は、１つの信号放出部を介して前記第１周波数の信号と前記第２周波数の信号を外部に放出することを特徴とする。
さらに、前記第１信号生成部と前記第２信号生成部は、それぞれ異なる信号放出部を介して前記第１周波数の信号と前記第２周波数の信号を外部に放出することを特徴とする。
また、前記制御部は、前記第１周波数の信号および前記第２周波数の信号のいずれか１つの信号の振幅のみを変更し、前記両信号の振幅比を調整することを特徴とする。
さらに、前記制御部は、前記第１周波数の信号と前記第２周波数の信号の振幅をともに変更し、前記両信号の振幅比を調整することを特徴とする。
本発明のさらに他の側面は、印加される圧力を検出するステップと、前記検出された圧力に対応して第１周波数の信号と第２周波数の信号との振幅比を調整するステップと、前記第１周波数の信号と前記第２周波数の信号を外部に放出するステップと、前記第１周波数の信号と前記第２周波数の信号とを受信し、前記第１周波数の信号と前記第２周波数の信号との振幅比を算出するステップと、前記算出された振幅比から前記圧力を算出するステップとを含む。
また、前記第１周波数と前記第２周波数は、互いに異なることを特徴とする。
また、前記振幅比を調整するステップは、前記第１周波数の信号および前記第２周波数の信号のいずれか１つの信号の振幅のみを変更し、前記両信号の振幅比を調整することを特徴とする。
さらに、前記振幅比を調整するステップは、前記第１周波数の信号と前記第２周波数の信号の振幅をともに変更し、前記両信号の振幅比を調整することを特徴とする。
以上のような本発明によれば、スタイラスから放出される信号の周波数を変化させなくても、スタイラスの筆圧を容易に検出することができるスタイラス、圧力検出システムおよびその駆動方法を提供することができる。
本発明の実施形態にかかる圧力検出システムを示す図である。 本発明の実施形態にかかる圧力検出システムの構成を示すブロック図である。 チップに印加される圧力に応じて２つの信号の振幅比を調整する動作を示すグラフである。 チップに印加される圧力に応じて２つの信号の振幅比を調整する動作を示すグラフである。 本発明の他の実施形態にかかるスタイラスを示す図である。 本発明の実施形態にかかる圧力検出システムの駆動方法を示すフローチャートである。
その他実施形態の具体的な事項は、詳細な説明および図面に含まれている。
本発明の利点および特徴、そして、それらを達成する方法は、添付した図面とともに詳細に後述する実施形態を参照すれば明確になるはずである。しかし、本発明は、以下に開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現可能であり、以下の説明において、ある部分が他の部分に連結されているとする時、これは、直接的に連結されている場合のみならず、その中間に別の素子を挟んで電気的に連結されている場合をも含む。また、図面において、本発明と関係のない部分は、本発明の説明を明確にするために省略し、明細書全体にわたり、類似の部分については同一の図面符号を付した。
以下、本発明の実施形態およびこれを説明するための図面を参照して、本発明の実施形態にかかるスタイラス、圧力検出システムおよびその駆動方法について説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる圧力検出システムを示す図である。
図１を参照すれば、本発明の実施形態にかかる圧力検出システム１は、スタイラス１００と、圧力検出装置２００とを含む。
スタイラス１００は、使用者の手の代わりに圧力検出装置２００に対する各種入力を行える器具である。
また、スタイラス１００は、圧力検出装置２００でスタイラス１００の筆圧を検出できるように、２つの信号間の振幅比を変化させる動作を行うことができる。
圧力検出装置２００は、スタイラス１００による所定の入力動作を認識することができるデジタイザ（digitizer）、タッチスクリーン（touch screen）で実現可能であり、抵抗膜方式、静電容量方式などを利用してスタイラス１００の接触位置を把握することができる。
これに加え、圧力検出装置２００は、スタイラス１００から放出される２つの信号間の振幅比からスタイラス１００の筆圧を検出することができる。
本発明の実施形態では、スタイラス１００の筆圧を感知する構成を特徴とするため、このためのスタイラス１００と圧力検出装置２００の詳細な構成を説明する。
図２は、本発明の実施形態にかかる圧力検出システムの構成を示すブロック図である。
図２を参照すれば、本発明の実施形態にかかるスタイラス１００は、圧力検出部１２０と、第１信号生成部１３０と、第２信号生成部１４０と、制御部１５０とを含むことができる。
圧力検出部１２０は、スタイラス１００に印加される圧力を検出することができる。
一例として、圧力検出部１２０は、使用者の筆記動作によりチップ１１０に印加される圧力を検出することができる。
このために、チップ１１０は、圧力検出部１２０に連結され、前記チップ１１０に発生する圧力を前記圧力検出部１２０に伝達することができる。
この時、チップ１１０は、圧力検出装置２００と接触可能な部分であって、スタイラス１００の一端から突出して位置することができる。
図２では、前記のように、圧力検出部１２０がチップ１１０に印加される圧力を検出する場合を示したが、圧力検出部１２０は、チップ１１０を介して印加される圧力以外にも、外部からスタイラス１００に印加される他の種類の圧力を検出できるように動作してもかまわない。
例えば、圧力検出部１２０は、スタイラス１００に印加される使用者の握力を検出することもできる。
したがって、使用者は、スタイラス１００を握っている手の握力を調整することにより、スタイラス１００の機能（線の厚さ調整、色の変化）を制御することができる。
この時、一例として、前記圧力検出部１２０は、スタイラス１００に印加される圧力により容量が変化する可変容量キャパシタを含んで構成できる。
また、圧力検出部１２０は、可変コイルまたは可変抵抗を含んで構成されてもよく、可変キャパシタ、可変コイルおよび可変抵抗の少なくとも１つを含む共振回路を含んで構成されてもよい。
第１信号生成部１３０は、第１周波数の信号Ｓ１を生成することができ、制御部１５０の制御により第１周波数の信号Ｓ１の振幅を変化させることができる。
第２信号生成部１４０は、第２周波数の信号Ｓ２を生成することができ、制御部１５０の制御により第２周波数の信号Ｓ２の振幅を変化させることができる。
この時、第１信号生成部１３０と第２信号生成部１４０は、固定された周波数を有する信号をそれぞれ生成することができ、１つの信号放出部１６０を介して第１周波数の信号Ｓ１と第２周波数の信号Ｓ２を外部に放出することができる。
したがって、第１信号生成部１３０と第２信号生成部１４０は、周波数を可変するための別の構成要素を省略することができる。
また、第１周波数と第２周波数は、互いに異なる周波数であることが好ましい。
制御部１５０は、第１信号生成部１３０および／または第２信号生成部１４０を制御することにより、圧力検出部１２０を介して検出された圧力に対応して第１周波数の信号Ｓ１と第２周波数の信号Ｓ２との振幅比を調整することができる。
このために、制御部１５０は、別のルックアップテーブルまたは数式などを参照して、圧力検出部１２０を介して検出された圧力に対応する振幅比を有するように、第１周波数の信号Ｓ１および／または第２周波数の信号Ｓ２の振幅を変化させることができる。
圧力検出装置２００は、スタイラス１００から放出される第１周波数の信号Ｓ１と第２周波数の信号Ｓ２とを受信し、前記両信号Ｓ１、Ｓ２間の振幅比から前記スタイラス１００に印加される圧力を算出することができる。
このために、圧力検出装置２００は、受信部２１０と、圧力算出部２２０とを含むことができる。
受信部２１０は、スタイラス１００の信号放出部１６０から放出される第１周波数の信号Ｓ１と第２周波数の信号Ｓ２とを受信することができる。
圧力算出部２２０は、受信部２１０により受信した第１周波数の信号Ｓ１と第２周波数の信号Ｓ２との振幅比を算出した後、算出された振幅比を逆変換してスタイラス１００に印加される圧力を算出することができる。
このために、圧力算出部２２０は、スタイラス１００の制御部１５０と同様に、ルックアップテーブルまたは数式などを参照することができる。
また、圧力算出部２２０は、受信部２１０により受信した信号を、第１周波数の信号Ｓ１と第２周波数の信号Ｓ２とに区分するために、第１周波数と第２周波数に最適化されたフィルタを含むことができる。
これにより、信号の周波数を変更させる複雑な過程を行う必要なく、固定周波数を有する信号Ｓ１、Ｓ２の振幅を変更するだけでも、スタイラス１００の筆圧を容易に感知することができる。
図３および図４は、チップに印加される圧力に応じて２つの信号の振幅比を調整する動作を示すグラフである。
特に、図３では、第１周波数の信号Ｓ１と第２周波数の信号Ｓ２の振幅をともに変更することにより、両信号Ｓ１、Ｓ２の振幅比を調整する動作を示し、図４では、第２周波数の信号Ｓ２の振幅は固定したまま、第１周波数の信号Ｓ１の振幅のみを変更することにより、両信号Ｓ１、Ｓ２の振幅比を調整する動作を示した。
図３（ａ）を参照すれば、スタイラス１００のチップ１１０に印加される圧力が「Pressure Ａ」と検出された場合、圧力「Pressure Ａ」を示す振幅比が「ａ１：ａ２」に設定されていれば、制御部１５０は、第１周波数の信号Ｓ１および第２周波数の信号Ｓ２の振幅（Amplitude)をそれぞれ「ｎａ１」（ｎは自然数）および「ｎａ２」に調整することができる。
したがって、「ｎａ１」の振幅を有する第１周波数の信号Ｓ１と、「ｎａ２」の振幅を有する第２周波数の信号Ｓ２とを受信した圧力検出装置２００は、前記両信号Ｓ１、Ｓ２の振幅比（「ａ１：ａ２」）を計算することができ、計算された振幅比からチップ１１０に印加される圧力（「Ａ」）を逆算出することができる。
また、図３（ｂ）を参照すれば、スタイラス１００のチップ１１０に印加される圧力が「Pressure Ａ」から「Pressure Ｂ」に変化した場合、圧力「Pressure Ｂ」を示す振幅比が「ｂ１：ｂ２」に設定されていれば、制御部１５０は、第１周波数の信号Ｓ１および第２周波数の信号Ｓ２の振幅（Amplitude)をそれぞれ「ｎｂ１」および「ｎｂ２」に変化させることができる。
したがって、「ｎｂ１」の振幅を有する第１周波数の信号Ｓ１と、「ｎｂ２」の振幅を有する第２周波数の信号Ｓ２とを受信した圧力検出装置２００は、前記両信号Ｓ１、Ｓ２の振幅比（「ｂ１：ｂ２」）を計算することができ、計算された振幅比からチップ１１０に印加される圧力（「Ｂ」）を逆算出することができる。
さらに、図３（ｃ）を参照すれば、スタイラス１００が圧力検出装置２００から離隔した状態、すなわち、ホバリング（hovering）状態の場合、制御部１５０は、第１周波数の信号Ｓ１の振幅を「０」に設定することができる。
すなわち、第１周波数の信号Ｓ１の生成を中断することにより、第２周波数の信号Ｓ２のみが圧力検出装置２００に送出されるため、第２周波数の信号Ｓ２のみを受信した圧力検出装置２００は、スタイラス１００がホバリング状態にあることを把握することができる。
図４（ａ）を参照すれば、スタイラス１００のチップ１１０に印加される圧力が「Pressure Ｃ」と検出された場合、圧力「Pressure Ｃ」を示す振幅比が「１：１」に設定されていれば、制御部１５０は、第１周波数の信号Ｓ１および第２周波数の信号Ｓ２の振幅(Amplitude)を同一に調整することができる。
この時、第２周波数の信号Ｓ２の振幅は「ｎｃ１」に固定されるため、第１周波数の信号Ｓ１の振幅のみを「ｎｃ１」に調整すればよい。
したがって、同一の「ｎｃ１」の振幅を有する第１周波数の信号Ｓ１と第２周波数の信号Ｓ２とを受信した圧力検出装置２００は、前記両信号Ｓ１、Ｓ２の振幅比（「１：１」）を計算することができ、計算された振幅比からチップ１１０に印加される圧力（「Pressure Ｃ」）を逆算出することができる。
図４（ｂ）を参照すれば、スタイラス１００のチップ１１０に印加される圧力が「Pressure Ｃ」から「Pressure Ｄ」に変化した場合、圧力「Pressure Ｄ」を示す振幅比が「ｄ１：ｃ１」に設定されていれば、第２周波数の信号Ｓ２の振幅(Amplitude)は「ｎｃ１」に固定されるため、制御部１５０は、第１周波数の信号Ｓ１の振幅のみを「ｎｄ１」に調整することができる。
したがって、「ｎｄ１」の振幅を有する第１周波数の信号Ｓ１と、「ｎｃ１」の振幅を有する第２周波数の信号Ｓ２とを受信した圧力検出装置２００は、前記両信号Ｓ１、Ｓ２の振幅比（「ｄ１：ｃ１」）を計算することができ、計算された振幅比からチップ１１０に印加される圧力（「Pressure Ｄ」）を逆算出することができる。
図４（ｃ）を参照すれば、スタイラス１００のチップ１１０に印加される圧力が「Pressure Ｃ」から「０」に変化した場合（すなわち、スタイラス１００がホバリング状態にある場合）、圧力「０」を示す振幅比が「ｅ１：ｃ１」に設定されていれば、第２周波数の信号Ｓ２の振幅は「ｎｃ１」に固定されるため、制御部１５０は、第１周波数の信号Ｓ１の振幅(Amplitude)のみを「ｎｅ１」に調整することができる。
したがって、「ｎｅ１」の振幅を有する第１周波数の信号Ｓ１と、「ｎｃ１」の振幅を有する第２周波数の信号Ｓ２とを受信した圧力検出装置２００は、前記両信号Ｓ１、Ｓ２の振幅比（「ｅ１：ｃ１」）を計算することができ、計算された振幅比からチップ１１０に印加される圧力（「０」）を逆算出することができる。
この場合、第１周波数の信号Ｓ１および第２周波数の信号Ｓ２のいずれか１つの信号の振幅のみを変更すればよいので、両信号Ｓ１、Ｓ２の振幅をともに変更する場合に比べてハードウェア構成が簡素化できる。
図５は、本発明の他の実施形態にかかるスタイラスを示す図である。
図５を参照すれば、本発明の他の実施形態にかかるスタイラス２００は、第１信号放出部１６１と、第２信号放出部１６２とを含むことができる。
これにより、第１信号生成部１３０と第２信号生成部１４０は、それぞれ異なる信号放出部１６１、１６２を介して第１周波数の信号Ｓ１と第２周波数の信号Ｓ２を外部に放出することができる。
例えば、第１信号生成部１３０は、第１信号放出部１６１を介して第１周波数の信号Ｓ１を外部に放出することができ、第２信号生成部１４０は、第２信号放出部１６２を介して第２周波数の信号Ｓ２を外部に放出することができる。
ここでは、上述した実施形態とは異なる構成についてのみ説明し、それ以外の構成は、上述した実施形態と同一であるので省略した。
図６は、本発明の実施形態にかかる圧力検出システムの駆動方法を示すフローチャートである。
図６を参照すれば、本発明の実施形態にかかる圧力検出システムの駆動方法は、圧力検出ステップＳ１００と、振幅比変化ステップＳ２００と、信号放出ステップＳ３００と、振幅比算出ステップＳ４００と、圧力算出ステップＳ５００とを含む。
圧力検出ステップＳ１００では、スタイラス１００に印加される圧力を検出する。
この時、スタイラス１００のチップ１１０に印加される圧力を検出したり、スタイラス１００を握っている手の握力によって印加される圧力を検出することもできる。
この時、スタイラス１００に印加される圧力は、可変キャパシタなどを含む圧力検出部１２０を介して算出できる。
振幅比変化ステップＳ２００では、圧力検出ステップＳ１００で検出された圧力に対応して第１周波数の信号Ｓ１と第２周波数の信号Ｓ２との振幅比を変化させる。
この時、両信号Ｓ１、Ｓ２の振幅比の調整は、いずれか１つの信号の振幅のみを変更して実現可能であり、両信号Ｓ１、Ｓ２の振幅をともに変更して実現されてもよい。
また、第１周波数と第２周波数は、互いに異なる周波数であることが好ましい。
信号放出ステップＳ３００では、第１周波数の信号Ｓ１と第２周波数の信号Ｓ２を外部に放出することができる。
この時、第１周波数の信号Ｓ１と第２周波数の信号Ｓ２は、図２に示すように、１つの信号放出部１６０を介して外部に放出されてもよく、図５に示すように、互いに異なる信号放出部１６１、１６２を介して外部に放出されてもよい。
振幅比算出ステップＳ４００では、圧力検出装置２００で受信した第１周波数の信号Ｓ１と第２周波数の信号Ｓ２との振幅比を算出することができる。
圧力算出ステップＳ５００では、振幅比算出ステップＳ４００で算出された振幅比を利用してスタイラス１００に印加された圧力を算出することができる。
本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更しなくても、他の具体的な形態で実施可能であることを理解することができる。そのため、以上で記述した実施形態はすべての面で例示的なものであって、限定的ではないと理解しなければならない。本発明の範囲は、上記の詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲の意味および範囲、そして、その均等の概念から導き出されるすべての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれると解釈されなければならない。
１：圧力検出システム
１００：スタイラス
１１０：チップ
１２０：圧力検出部
１３０：第１信号生成部
１４０：第２信号生成部
１５０：制御部
１６０：信号放出部
２００：圧力検出装置

Claims (10)

  1. 印加される圧力を検出する圧力検出部と、
    第１周波数の信号を生成する第１信号生成部と、
    第２周波数の信号を生成する第２信号生成部と、
    少なくとも１つの信号生成部を制御することにより、前記圧力検出部を介して検出された圧力に対応して前記第１周波数の信号と前記第２周波数の信号との振幅比を調整する制御部とを含み、
    前記制御部は、
    前記第１周波数の信号と前記第２周波数の信号の振幅をともに変更し、前記両信号の振幅比を調整することを特徴とするスタイラス。
  2. 前記第１周波数と前記第２周波数は、互いに異なることを特徴とする請求項１に記載のスタイラス。
  3. 前記第１信号生成部と前記第２信号生成部は、１つの信号放出部を介して前記第１周波数の信号と前記第２周波数の信号を外部に放出することを特徴とする請求項１に記載のスタイラス。
  4. 前記第１信号生成部と前記第２信号生成部は、それぞれ異なる信号放出部を介して前記第１周波数の信号と前記第２周波数の信号を外部に放出することを特徴とする請求項１に記載のスタイラス。
  5. 印加される圧力を検出する圧力検出部と、第１周波数の信号を生成する第１信号生成部と、第２周波数の信号を生成する第２信号生成部と、少なくとも１つの信号生成部を制御することにより、前記圧力検出部を介して検出された圧力に対応して前記第１周波数の信号と前記第２周波数の信号との振幅比を調整する制御部とを含むスタイラスと、
    前記スタイラスから受信した前記第１周波数の信号と前記第２周波数の信号との振幅比から前記圧力を検出する圧力検出装置とを含み、
    前記制御部は、
    前記第１周波数の信号と前記第２周波数の信号の振幅をともに変更し、前記両信号の振幅比を調整することを特徴とする圧力検出システム。
  6. 前記第１周波数と前記第２周波数は、互いに異なることを特徴とする請求項５に記載の圧力検出システム。
  7. 前記第１信号生成部と前記第２信号生成部は、１つの信号放出部を介して前記第１周波数の信号と前記第２周波数の信号を外部に放出することを特徴とする請求項５に記載の圧力検出システム。
  8. 前記第１信号生成部と前記第２信号生成部は、それぞれ異なる信号放出部を介して前記第１周波数の信号と前記第２周波数の信号を外部に放出することを特徴とする請求項５に記載の圧力検出システム。
  9. 印加される圧力を検出するステップと、
    前記検出された圧力に対応して第１周波数の信号と第２周波数の信号との振幅比を調整するステップと、
    前記第１周波数の信号と前記第２周波数の信号を外部に放出するステップと、
    前記第１周波数の信号と前記第２周波数の信号とを受信し、前記第１周波数の信号と前記第２周波数の信号との振幅比を算出するステップと、
    前記算出された振幅比から前記圧力を算出するステップとを含み、
    前記振幅比を調整するステップは、
    前記第１周波数の信号と前記第２周波数の信号の振幅をともに変更し、前記両信号の振幅比を調整することを特徴とする圧力検出システムの駆動方法。
  10. 前記第１周波数と前記第２周波数は、互いに異なることを特徴とする請求項９に記載の圧力検出システムの駆動方法。
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