KR101113247B1 - 휴대용 정보 입력 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일반적으로 사용자가 휴대하는 다이어리의 일면에 스마트폰과 같은 전자기기를 거치할 수 있는 거치대와 디지털 정보 입력이 가능한 구성 요소들을 설치하고, 다이어리의 다른 일면에서 전자펜을 이용하여 종이위에 필기를 수행하면, 전자펜의 위치를 실시간으로 거치대에 거치한 전자기기에 입력한다. 따라서, 사용자는 본 발명의 휴대용 정보 입력 장치를 이용하면, 다이어리 및 스파트폰과 같은 휴대용 전자기기를 일체로 간편하게 정리할 수 있고, 별도의 디지털 정보 입력 장치를 구매하거나 휴대하지 않고서도, 다이어리에 수행하는 자신의 필기를 실시간으로 디지털 입력할 수 있다.

Description

휴대용 정보 입력 장치{Portable information input device}
본 발명은 휴대용 정보 입력 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 스마트폰과 같은 휴대용 외부 전자기기와 연동하여 정보 입력이 가능한 휴대용 정보 입력 장치에 관한 것이다.
IT 기술의 발전과 함께 다양한 정보 입력 방식이 개발되고 있으며, 이에 따라서, 종래의 컴퓨터 키보드를 이용해서 문자를 입력하거나 마우스를 이용하여 사용자의 필기를 컴퓨터에 입력하는 방식에서 벗어나, 사용자가 직접 종이위에 필기를 수행하면서 동시에 필기를 컴퓨터에 입력할 수 있는 입력 장치들이 개발되었다.
그러나, 지금까지 개발된, 사용자의 필기를 디지털로 입력할 수 있는 장치들은 크게 대중화되지 못하고 있다. 그 주요한 원인은 사용자가 친근하게 기록을 위해서 휴대하는 다이어리 등과는 별도로 디지털 입력을 위해서 입력 장치를 휴대해야 하기 때문이다. 즉, 사용자는 디지털 정보 입력을 위해서, 기존에 이용하던 기록용 다이어리 이외에 정보 입력 장치를 추가로 휴대해야 하고, 특히, 사용자가 다이어리, 스마트폰, PMP 등의 휴대용품이 많은 경우에는 디지털 입력을 위한 입력 장치를 추가로 휴대하는 것은 사용자에게 많은 번거러움을 초래하였다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 사용자가 휴대하기 간편하면서도 사용자의 필기 등을 디지털로 입력할 수 있는 휴대용 정보 입력 장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 휴대용 정보 입력 장치는, 기준신호 및 초음파신호를 발생시키는 전자펜; 상기 기준신호 및 상기 초음파신호를 이용하여 상기 전자펜의 위치를 측정하여 위치정보를 생성하고, 외부 전자기기가 상기 위치정보를 입력할 수 있도록 상기 위치정보를 상기 외부 전자기기로 전송하는 위치정보 생성모듈; 상기 위치정보 생성모듈이 설치되는 제 1 지지부재; 및 상기 제 1 지지부재와 결합되는 제 2 지지부재를 포함한다.
또한, 위치정보 생성모듈은, 서로 이격되어 상기 초음파신호를 수신하는 복수의 초음파 수신부; 상기 기준신호를 수신하는 기준신호 수신부; 상기 초음파신호가 상기 복수의 초음파 수신부에 각각 수신된 시간과, 상기 기준신호가 상기 기준신호 수신부에 수신된 시간간의 시간차를 이용하여 상기 전자펜의 위치를 측정하여 위치 정보를 생성하는 위치정보 생성부; 및 상기 위치정보를 상기 외부 전자기기에서 처리가능한 데이터 형식으로 변환하여 출력하는 인터페이스부를 포함한다.
한편, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다른 휴대용 정보 입력 장치는, 전자기파에 의해서 발생된 유도전력을 이용하여 초음파신호를 발생시키는 전자펜; 상기 초음파신호를 이용하여 상기 전자펜의 위치를 측정하여 위치정보를 생성하고, 외부 전자기기가 상기 위치정보를 입력할 수 있도록 상기 위치정보를 상기 외부 전자기기로 전송하는 위치정보 생성모듈; 상기 위치정보 생성모듈이 설치되는 제 1 지지부재; 및 상기 제 1 지지부재와 결합되고, 상기 위치정보 생성모듈로부터 입력되는 안테나 구동 신호에 따라서, 내부의 둘레에 설치된 코일 안테나를 통해서 전자기파를 발생시켜 상기 전자펜에 유도전력을 발생시키는 제 2 지지부재를 포함한다.
또한, 상기 위치정보 생성모듈은, 서로 이격되어 상기 초음파신호를 수신하는 복수의 초음파 수신부; 상기 코일 안테나로 동기신호가 포함된 상기 안테나 구동 신호를 출력하여 상기 전자기파를 발생시킨 시간과 상기 초음파신호가 상기 복수의 초음파 수신부에 각각 수신된 시간간의 시간차를 이용하여 상기 전자펜의 위치정보를 생성하는 위치정보 생성부; 및 상기 위치정보를 상기 외부 전자기기에서 처리가능한 데이터 형식으로 변환하여 출력하는 인터페이스부를 포함할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 휴대용 정보 입력 장치는, 제 1 전자기파에 의해서 발생된 유도전력을 이용하여 제 2 전자기파를 발생시키는 전자펜; 위치정보 생성모듈이 설치되는 제 1 지지부재; 상기 제 1 지지부재와 결합되고, 상기 위치정보 생성모듈에서 발생된 제어신호에 따라서 상기 제 1 전자기파를 발생시키고, 상기 전자펜에서 발생된 제 2 전자기파를 수신하여 출력하는 루프 코일 어레이가 내부에 설치된 제 2 지지부재; 상기 제어신호를 발생시키고, 상기 제 2 전자기파가 수신된 상기 코일 어레이의 위치를 확인하여 상기 전자펜의 위치정보를 생성하는 상기 위치정보 생성모듈을 포함한다.
또한, 상술한 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 휴대용 정보 입력 장치들의 상기 제 1 지지부재에는 상기 외부 전자기기가 거치되는 거치부가 설치될 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 휴대용 정보 입력 장치들의 상기 거치부는 상기 외부 전자기기가 거치된 상태에서, 상기 위치정보 생성모듈과 상기 외부 전자기기를 연결하는 커넥터를 포함할 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 휴대용 정보 입력 장치들의 상기 외부 전자기기는 위치정보 생성모듈과 무선통신을 수행하여, 상기 위치정보 생성모듈로부터 위치정보를 수신할 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 휴대용 정보 입력 장치들의 상기 제 1 지지부재와 상기 제 2 지지부재는, 연결부에 의해서 서로 접을수 있도록 연결될 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 휴대용 정보 입력 장치들의 상기 전자펜은 내부에 잉크를 방출하는 펜심부를 더 포함하고, 상기 제 2 지지부재는 상기 전자펜을 이용하여 필기를 수행할 수 있도록 종이를 지지하는 종이 지지부를 포함하며, 상기 위치정보 생성모듈은 사용자가 상기 전자펜을 이용하여, 상기 종이 지지부에 배치된 종이위에 필기를 수행하는 동안, 상기 전자펜의 필기 궤적에 대응되는 위치정보를 상기 외부 전자기기로 전송할 수 있다.
본 발명은 일반적으로 사용자가 휴대하는 다이어리의 일면에 스마트폰과 같은 전자기기를 거치할 수 있는 거치대와 디지털 정보 입력이 가능한 구성 요소들을 설치하고, 다이어리의 다른 일면에서 전자펜을 이용하여 종이위에 필기를 수행하면, 전자펜의 위치를 실시간으로 거치대에 거치한 전자기기에 입력한다.
따라서, 사용자는 본 발명의 휴대용 정보 입력 장치를 이용하면, 다이어리 및 스파트폰과 같은 휴대용 전자기기를 일체로 간편하게 정리하여 휴대할 수 있고, 별도의 디지털 정보 입력 장치를 구매하거나 휴대하지 않고서도, 다이어리에 수행하는 자신의 필기를 실시간으로 디지털 입력할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 휴대용 정보 입력 장치의 전체 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1 에 도시된 위치정보 생성모듈 및 전자펜의 구성을 상세하게 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 휴대용 정보 입력 장치의 전체 구성을 도시하는 도면이다.
도 4는 도 3 에 도시된 위치정보 생성모듈 및 전자펜의 구성을 상세하게 도시하는 도면이다.
도 5는 위치정보 생성모듈에서 주기적으로 발생되는 각 신호의 파형과, 한 주기내의 초음파 신호의 발생 및 수신 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 6은 도 4에 도시된 공진회로부와 동기신호발생기 및 정류기의 구성을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 휴대용 정보 입력 장치의 전체 구성을 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 위치정보 생성모듈의 구성을 상세하게 도시하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 휴대용 정보 입력 장치의 전체 구성을 도시하는 도면이고, 도 2는 도 1 에 도시된 위치정보 생성모듈(130) 및 전자펜(140)의 구성을 상세하게 도시하는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 휴대용 정보 입력 장치는, 전자펜(140), 제 1 지지부재(110), 제 2 지지부재(120), 및 위치정보 생성모듈(130)을 포함하여 구성된다.
먼저, 전자펜(140)은 내부에 포함된 배터리와 같은 1차전지 또는 2차전지로 구동되어 일정한 시간 주기로 기준신호 및 초음파신호를 발생시킨다. 또한, 전자펜(140) 내부에는 잉크가 채워진 펜심부(145)가 삽입되어, 사용자는 제 2 지지부재(120) 위에 배치된 종이위에 직접 필기를 수행할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 전자펜(140)은 1차전지 또는 2차전지로 구현되어 전자펜(140) 내부에 전력을 공급하는 전원부(144), 제어신호를 수신하여 초음파 신호를 발생시키는 초음파 발생부(141), 제어신호를 수신하여 기준신호를 발생시키는 기준신호 발생부(142), 미리 설정된 시간 주기로 제어신호를 출력하여 기준신호와 초음파신호를 발생시키는 제어부(143), 전자펜(140)의 내부에 삽입되고 외부로 펜팁이 돌출되어 내부에 충진된 잉크를 펜팁으로 방출하여 지면에 필기를 수행할 수 있도록 하는 펜심부(145), 및 초음파신호가 방출될 수 있는 방출부가 형성되고 상술한 전자펜(140)의 구성요소들을 내부에 수용하는 하우징(149)으로 구성된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는, 기준신호로서 빛의 속도로 전송되는 RF 신호 또는 적외선 신호 등이 이용될 수 있다. 또한, 기준신호 발생부(142)는 제어부(143)의 제어에 따라서 전자펜의 각종 버튼 정보 및 필압 정보 등을 기준신호에 포함시켜 전송할 수 있다.
한편, 제 1 지지부재(110)와 제 2 지지부재(120)는 일반적으로 시중에서 판매되는 다이어리 제품의 외피로 구현될 수 있다. 예컨대, 제 1 지지부재(110)와 제 2 지지부재(120)는 두꺼운 가죽을 서로 박음질하여 구성되거나, 내부에 두꺼운 골판지 또는 플라스틱을 포함하고, 그 외부를 천연가죽(또는 인조가죽) 또는 연성 플라스틱 등으로 감싸서 형성할 수 있다.
또한, 제 1 지지부재(110)와 제 2 지지부재(120)는 서로 결합되는데, 사용자가 휴대하기 편하도록 제 1 지지부재(110)와 제 2 지지부재(120)는 연결부(700)에 의해서 연결되고, 연결부(700)는 제 1 지지부재(110)와 제 2 지지부재(120)가 서로 접히도록 연결할 수 있다.
이 경우, 제 1 지지부재(110)와 제 2 지지부재(120)는 하나의 두꺼운 천연가죽으로 일체로 형성될 수 있다. 또한, 제 1 지지부재(110)와 제 2 지지부재(120)가 별도로 형성된 후, 연성을 갖는 가죽 등으로 구현되는 연결부(700)가 제 1 지지부재(110) 및 제 2 지지부재(120)와 함께 연결되어 서로 접힐 수 있도록 구성될 수 있다. 상술한 방식 이외에도, 제 1 지지부재(110)와 제 2 지지부재(120)는 휴대의 편의를 위서 서로 접힐 수 있는 구성이라면 어떤 방식으로도 서로 연결할 수 있다.
한편, 제 1 지지부재(110)에는 위치정보 생성모듈(130)이 수용되는 케이스(112)과, 스마트폰 또는 PDA와 같은 휴대용 외부 전자기기(800)를 거치할 수 있는 거치부(111)가 설치되어 있다.
거치부(111)는 제 1 지지부재(110)를 구성하는 것과 동일한 재질의 가죽 등으로 주머니 형상으로 구현될 수 있을뿐만 아니라, 외부 전자기기(800)의 크기에 따라서 사전에 제조된 플라스틱 케이스 형태로 제 1 지지부재(110)에 고정되도록 설치될 수 있으며, 플라스틱 케이스를 착탈식으로 제 1 지지부재(110)에 설치할 수도 있다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 거치부(111)는 플라스틱 재질로 제 1 지지부재(110)에 고정되도록 설치된다.
제 2 지지부재(120)에는 사용자가 직접 전자펜(140)에 포함된 잉크를 이용하여 필기를 수행할 수 있도록, 종이가 이탈하는 것을 방지하는 종이 지지부(121)가 설치된다. 종이 지지부(121)는 도 1에 도시된 바와 같이, 여러 장의 종이가 제 2 지지부재(120)로부터 이탈하는 것을 방지하는 링 또는 클립 등으로 구현될 수 있다.
도 2를 참조하면, 위치정보 생성모듈(130)은 전자펜(140)에서 발생되는 기준신호 및 초음파신호를 수신하여 전자펜(140)의 위치를 측정하고, 위치정보를 외부 전자기기(800)에서 처리할 수 있는 데이터 형식으로 변환하여 외부 전자기기(800)로 전송한다.
위치정보 생성모듈(130)은 서로 사전에 설정된 거리만큼 이격 설치되어 전자펜(140)에서 발생시킨 초음파신호를 수신하는 2개 이상의 초음파 수신부(132), 전자펜(140)에서 발생시킨 기준신호를 수신하는 기준신호 수신부(131), 초음파신호가 상기 복수의 초음파 수신부(132)에 각각 수신된 시간과, 기준신호가 기준신호 수신부(131)에 수신된 시간간의 시간차를 이용하여 전자펜(140)의 위치를 측정하여 위치 정보를 생성하는 위치정보 생성부(133), 및 위치정보를 외부 전자기기(800)에서 처리가능한 데이터 형식으로 변환하여 출력하는 인터페이스부(134)를 포함한다.
또한, 인터페이스부(134)는 외부 전자기기(800)와 케이블 또는 커넥터(113) 등으로 연결될 수 있다. 커넥터(113)는 거치부(111)에 설치될 수 있는데, 이 경우에 사용자가 스마트폰 등(800)을 거치부(111)에 거치하면 자동으로 커넥터(113)와 연결되어 위치정보 생성모듈(130)과 연동될 수 있다.
외부 전자기기(800)와 위치정보 생성모듈(130)을 연결하는 방식은, 상술한 케이블 또는 커넥터(113) 이외에 블루투스, 지그비, 적외선 통신 등과 같은 무선 통신 방식이 채택될 수 있다. 이 경우, 인터페이스부(134)는 위치정보 생성부(133)로부터 입력된 위치정보를 변환한 후, 무선으로 외부 전자기기(800)로 전송한다.
도 1을 다시 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 휴대용 정보 입력 장치를 이용하여 정보를 입력하는 방법을 설명한다.
사용자는 스마트폰(800)을 제 1 지지부재(110)에 설치된 거치부(111)에 거치하고, 제 1 지지부재(110)와 제 2 지지부재(120)를 접은 상태에서, 일반적인 다이어리와 같이 본 발명의 휴대용 정보 입력 장치를 소지하다가, 정보 입력이 필요한 경우에 접혀있던 제 1 지지부재(110)와 제 2 지지부재(120)를 펼친다.
그러면, 도 1 에 도시된 바와 같이, 제 1 지지부재(110)는 왼쪽에 제 2 지지부재(120)는 오른쪽에 위치되고, 제 1 지지부재(110)에는 스마트폰(800)이 거치부(111)에 거치되어 있고, 그 아래쪽에는 케이스(112) 내부에 위치청보 생성모듈(130)이 수용되어 있다.
또한, 제 1 지지부재(110)의 제 2 지지부재(120)와 접하는 일측면에는 초음파 수신부(132)가 서로 이격되어 설치되어 있고, 임의의 위치에 기준신호 수신부(131)가 설치되어 있다.
제 2 지지부재(120)에는 일반적인 다이어리와 마찬가지로 가운데 종이 지지부(121)로서 링이 설치되어, 다수의 종이가 링에 꽂혀저서 고정되어 있다.
한편, 사용자는 필기를 수행하기 위해서 전자펜(140)을 펜심부(145)의 펜팁이 외부로 돌출되도록 조작하여 종이위에 필기를 수행할 수 있고, 본 발명의 특징인 사용자가 수행하는 필기 내용을 스마트폰(800)에 실시간으로 입력하기 위해서는 전자펜(140)의 전원 스위치를 ON 시킨후 제 2 지지부재(120)위에 배치된 종이에 필기를 수행한다.
전원 스위치가 ON되면, 제어부(143), 기준신호 발생부(142) 및 초음파 발생부(141)로 전원이 공급되어, 전자펜(140)은 미리 설정된 시간 주기로 기준신호와 초음파신호를 발생시킨다.
전자펜(140)에서 발생된 기준신호는 기준신호 수신부(131)에 수신되고, 초음파 신호는 서로 이격된 각각의 초음파 수신부(132)에 수신되며, 위치정보 생성부(133)는 기준신호가 수신된 시간과, 초음파 신호가 각 초음파 수신부(132)에서 수신된 시간의 시간차를 이용하여 전자펜(140)과 각 초음파 수신부(132)간의 거리(a 및 b)를 측정한다.
기준신호는 적외선 또는 RF 신호이므로 빛의 속도로 진행하므로, 발생과 동시에 기준신호 수신부(131)에 수신된다고 가정하면 기준신호의 수신시간을 이용하여 초음파신호가 발생된 시간을 추정할 수 있다. 초음파 신호는 음속으로 대기중을 340m/s의 속도로 진행하므로, 기준신호가 수신된 시간(초음파 신호가 발생된 시간)과 초음파 신호가 수신된 시간간의 차이에 음속을 곱하면 전자펜(140)과 해당 초음파 수신부(132)간의 거리를 구할 수 있다.
또한, 이렇게 계산된 전자펜(140)과 초음파 수신부(132)간의 거리를 다음의 수학식 1에 대입하여 전자펜(140)의 좌표(x,y)를 측정한다. 이 때, c 는 초음파 수신부(132)간의 거리로서 사전에 설정된 값이다.
Figure 112010017893610-pat00001
위치정보 생성부(133)는 실시간으로 전자펜(140)의 위치정보를 생성하여 인터페이스부(134)로 출력하고, 인터페이스부(134)는 데이터를 변환하여 케이블 또는 커넥터(113)를 통해서 스마트폰(800)으로 전송하거나, 무선 통신 방식으로 위치정보를 스마트폰(800)으로 전송한다.
스마트폰(800)은 케이블 및 커넥터(113) 등을 유선방식으로 수신되거나 무선으로 수신된 전자펜(140)의 위치정보를 저장한다. 또한, 스마트폰(800)은 저장된 위치정보를 연결하여 전자펜(140)이 움직인 궤적을 이용하여 사용자가 전자펜(140)을 이용하여 종이에 기록한 필기를 그대로 저장할 수 있다.
지금까지 도 1 및 도 2를 참조하여 상술한 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에서는 전자펜(140)이 내부에 1차전지 또는 2차전지를 포함하여 전원을 공급하였다. 이 경우, 전자펜(140)이 무거워져 필기감이 저해되고, 전자펜(140)의 전원을 자주 교체해줘야하는 불편함이 초래된다. 이러한 불편함을 해소한 본 발명의 바람직한 제 2 실시예를 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 휴대용 정보 입력 장치의 구성을 도시하는 도면이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 위치정보 생성모듈(230) 및 전자펜(240)의 세부 구성을 도시하는 블록도이다.
또한, 도 5는 위치정보 생성모듈(230)에서 주기적으로 발생되는 각 신호의 파형과, 한 주기내의 초음파 신호의 발생 및 수신 타이밍을 도시하는 도면이고, 도 6은 도 4에 도시된 공진회로부(245)와 동기신호발생기 및 정류기(243)의 구성을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 휴대용 정보 입력 장치는 제 2 지지부재(220) 내부의 둘레에 코일 안테나(224)가 설치되고 안테나(224)를 통해서 미리 설정된 주파수의 전자기파가 발생되며, 제 2 지지부재(220) 위에 위치한 전자펜(240) 내부에 설치된 공진회로부(245)에서 안테나(224)에서 발생된 전자기파에 의해서 공진되어 유도 기전력을 발생시켜 전자펜(240) 내부의 구성요소들로 전력을 공급하는 것이 제 1 실시예와 차별화되는 차이점이고, 그 이외의 구성, 예컨대, 제 1 지지부재(210)와 제 2 지지부재(220)의 재질 및 연결부(700)에 의해서 연결되는 구성, 외부 전자기기가 제 1 지지부재(210)에 설치된 거치부(211)에 거치될 수 있는 구성 및 위치정보 생성모듈(230)이 외부 전자기기(800)로 케이블, 커넥터(213), 근거리 무선 통신 등의 방식으로 위치정보를 전송할 수 있는 구성 등은 동일하다. 따라서, 제 1 실시예와의 차이점을 중심으로 제 2 실시예를 설명한다.
제 2 실시예에 따른 휴대용 정보 입력 장치는 제 1 실시예와 마찬가지로, 전자펜(240), 제 1 지지부재(210), 제 2 지지부재(220), 및 위치정보 생성모듈(230)을 포함하여 구성되고, 제 2 지지부재(220)의 내부의 둘레에는 도시된 바와 같이 코일 안테나(224)가 설치된다.
먼저, 위치정보 생성모듈(230)의 구성을 살펴보면, 위치정보 생성모듈(230)은 코일 안테나(224), 코일 안테나 드라이버(235), 초음파 수신부(232), 위치정보 생성부(233), 및 인터페이스부(234)를 포함하여 구성되고, 위치정보 생성부(233)는 위치 측정부(233-1) 및 동기신호 발생부(233-2)를 포함하여 구성된다.
동기신호 발생부(233-2)는 주기적으로 위상이 변하는 도 5의 (a)에 도시된 바와 같은 펄스열을 생성하여 코일 안테나 드라이버(235)와 위치 측정부(233-1)로 출력한다. 특히, 동기신호 발생부(233-2)는 도 5의 (a)의 510 과 같이 일정한 시간 주기로 동일한 주기내의 다른 펄스보다 폭이 넓은 펄스를 발생시켜 동기신호를 생성한다. 동기신호 발생부(233-2)는 펄스열을 발생시키는 시간 간격을 임의로 변경하도록 구현될 수도 있다.
코일 안테나 드라이버(235)는 제 2 지지부재(220)에 설치된 코일 안테나(224)와 연결되어, 동기신호 발생부(233-2)로부터 입력된 도 5의 (a)와 같은 펄스열을 도 5의 (b)에 도시된 바와 같은 아날로그 신호로 변환하여 코일 안테나(224)를 통해서 출력한다. 이 때, 코일 안테나 드라이버(235)는 동기신호가 생성된 영역(510)에 대응되는 시점(520)에 아날로그 신호의 위상을 변조하여 전자펜(240)로 동기신호를 전송한다.
코일 안테나(224)는 전자펜(240)의 위치를 측정하는 영역, 즉, 제 2 지지부재(220)의 내부 둘레에 설치되어, 코일 안테나 드라이버(235)로부터 입력되는 신호(안테나 구동 신호라 칭함)에 따라서 전자기파를 발생시킨다. 코일 안테나(224)를 통해서 출력된 도 5의 (b)의 파형의 전자기파에 의해서, 전자펜(240)의 공진회로부(245)에서, 도 5의 (c)와 같은 파형의 유도 전압 신호가 발생된다. 도 5의 (b)의 파형에 대응되는 유도 전압 신호의 위상 역시 위치정보 생성모듈(230)에서 동기신호가 발생된 시점에 위상 변조가 발생함을 알 수 있다.
따라서, 위치정보 생성모듈(230)은 전자기파의 위상을 변조하여 동기신호를 전송하고, 전자펜(240)는 유도 전압 신호에서 위상 변조를 조사함으로써 위치정보 생성모듈(230)에서 발생된 동기신호를 검출하고, 동기신호가 검출되는 즉시 또는 일정한 시간차를 갖고 초음파신호를 발생시킨다.
구체적으로, 전자펜(240)은 유도된 전압 신호를 정류하여 도 5의 (d)와 같은 파형을 얻고, 이를 저대역필터링하여 도 5의 (e)와 같은 파형을 얻으며, 도 5의 (e) 파형에서 위상 변조 시점에 대응되는 하강 에지를 검출하여 도 5의 (f)와 같이 초음파 신호를 발생시킨다. 이 때, 도 5의 (e)에 도시된 하강 에지는 위치정보 생성모듈(230)에서 발생된 동기신호와 동기화된 시간에 검출되므로, 전자펜(240)와 위치정보 생성모듈(230)은 서로 동기화될 수 있다.
한편, 복수의 초음파 수신부(232)는 서로 일정거리 이격되도록 설치되어 도 5의 (g) 및 (f)에 도시된 바와 같이, 각각 초음파 신호를 수신하여 위치 측정부(233-1)로 출력하고, 위치 측정부(233-1)는 초음파 수신부(232)로부터 입력된 아날로그 신호를 증폭하고 디지털로 변환하여, 초음파 신호가 각 초음파 수신부(232)에 수신된 시간을 검출하고, 동기신호가 발생된 시간과 초음파 신호가 각 초음파 수신부(232)에 수신된 시간간의 시간차를 이용하여 전자펜(240)과 각 초음파 센서(241)간의 거리를 측정하여 상술한 수학식 1과 동일한 방식으로 전자펜(240)의 위치를 측정하여 위치 정보를 생성한다.
인터페이스부(234)는 제 1 실시예와 동일하게, 위치정보를 유선, 커넥터, 무선 통신 방식 등으로 전자기기(800)로 전송한다.
한편, 전자펜(240)의 구성을 설명하면, 전자펜(240)은 코일 안테나(224)에 의해 발생한 전자기파에 의해 공진하여 유도 전압 신호를 발생하는 공진회로부(245), 공진회로부(245)에서 발생하는 유도 전압 신호를 정류하여 전자펜(240)의 각 구성 요소들로 동작 전원을 공급하는 정류기(243), 공진회로부(245)에서 발생되는 유도 전압 신호를 필터링하여 동기신호를 검출하고, 초음파신호 발생부(242)로 동기신호를 출력하여 초음파 신호의 발생을 지시하는 동기신호 발생기(244), 동기신호발생기(244)에서 생성된 동기신호에 의해 초음파신호를 발생시키는 초음파신호 발생부(242) 및 초음파신호 발생부(242)로부터 입력된 구동신호에 의해 초음파신호를 발생시키는 초음파신호발생센서(241)를 포함한다. 또한, 사용자가 제 2 지지부재(220)에 배치된 종이에 직접 필기를 수행할 수 있도록 펜심부(246)를 더 포함할 수 있다.
도 6을 더 참조하여 전자펜(240)의 구성을 설명하면, 코일 안테나(224)에 의해 발생된 전자기파에 의해서 공진회로부(245)에서는 도 5의 (c)와 같은 유도 전압 신호가 발생되어 동기신호 발생기(244) 및 정류기(243)로 각각 입력된다. 공진회로부(245)는 기본적으로 콘덴서와 코일을 포함하여 구성되고, 그 밖의 유도 전원을 발생시키기 위한 구성은 변경이 가능하므로 구체적인 도시는 생략하였다.
동기신호발생기(244)는 다이오드(244-1)를 이용하여 유도된 전압 신호를 정류하여 도 5의 (d)와 같은 신호를 얻고, 이 신호를 저대역필터(244-2)에서 저대역필터링하여 도 5의 (e)와 같은 신호를 얻으며, 하강 에지를 검출하여 동기신호를 발생시켜 초음파신호 발생부(242)로 출력한다.
또한, 정류기(243)는 유도 전압 신호를 정류하여 전원을 전자펜(240)내의 각 구성요소들로 공급한다.
한편 상술한 실시예에서는, 위치정보 생성모듈(230)이 전자기파의 위상을 변조하여 전자펜(240)으로 동기신호를 전송하는 예만을 설명하였으나, 동기신호 이외의 정보를 전송하는 것도 가능하다. 또한, 일반적인 무선 주파수 인식 방식과 동일한 방식으로, 전자펜(240)이 내부에서 발생된 정보(예컨대, 버튼 정보, 필기 압력 정보 등)를 위치정보 생성모듈(230)로 전송할 수도 있다. 또한, 동기신호와 같은 정보를 전자기파에 포함시켜 전송하는 방식의 일예로 위상 변조 방식을 설명하였으나, 그 밖의 통신분야에서 이용되는 다양한 방식을 적용하여 정보를 전송할 수도 있음은 물론이다.
지금까지 초음파 신호를 이용하여 정보를 입력하는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예 및 제 2 실시예를 설명하였다. 후술하는 제 3 실시예는 초음파 신호를 이용하지 않고, 전자기 유도 방식을 이용하여 전자펜(240)의 위치를 측정한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 휴대용 정보 입력 장치의 전체 구성을 도시하는 도면이고, 도 8은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 위치정보 생성모듈(330)의 구성을 상세하게 도시하는 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 제 3 실시예에 따른 휴대용 정보 입력 장치는 제 1 및 제 2 실시예에서 초음파 신호를 이용하여 전자펜(340)의 위치를 측정하여 위치정보를 생성하는 것과 달리, 전자유도 방식을 이용하여 전자펜(340)의 위치를 측정하여 위치정보를 생성한다.
이를 위해서, 제 3 실시예에서는, 사용자가 정보를 입력할 수 있는 공간인 제 2 지지부재(320) 내부에 복수의 루프 코일이 서로 직교된 루프 코일 어레이(336)가 설치되고, 루프 코일 어레이(336)에서 전자기파를 발생시키면, 전자펜(340)에 설치된 공진회로에서 다시 전자기파를 발생시키고, 전자펜(340)에서 발생시킨 전자기파에 의해서 루프 코일 어레이(336)에 유도된 전압을 이용하여 전자펜(340)의 위치를 측정한다.
제 3 실시예에 따른 휴대용 정보 입력 장치는 제 1 지지부재(310), 제 2 지지부재(320), 위치정보 생성모듈(330), 및 전자펜(340)을 포함하여 구성된다.
제 1 지지부재(310)와 제 2 지지부재(320)는 제 1 및 제 2 실시예와 동일한 재질로 구성될 수 있고, 연결부(700)에 의해서 서로 접을수 있도록 연결된다.
제 1 지지부재(310)는 기본적으로 제 1 및 제 2 실시예와 동일하게, 외부 전자기기(800)를 거치할 수 있는 거치부(311)가 설치되고, 위치정보 생성모듈(330)이 수용될 수 있는 케이스(312)가 설치된다. 또한, 위치정보 생성모듈(330)과 외부 전자기기(800)는 케이블, 커넥터(313), 및 무선 통신 방식으로 서로 연결될 수 있다.
제 2 지지부재(320)는 제 1 및 제 2 실시예와 마찬가지로 구현되고, 종이 지지부(321)를 포함하여 내부에 종이가 배치된다. 다만, 제 3 실시예의 경우에는 제 2 지지부재(320)의 내부에 도시된 바와 같이, 복수의 루프 코일들이 서로 직교하도록 배치된 루프코일 어레이(336)가 설치된다.
인터페이스부(337)는 상술한 제 1 실시예 및 제 2 실시예의 인터페이스부와 동일한 기능을 수행하므로 구체적인 설명은 생략한다.
전자펜(340)은 내부에 코일과 커패시터로 구성되는 공진회로를 포함하여, 루프 코일 어레이(336)로부터 전자기파가 수신되면, 공진되어 유도전력을 발생시키고, 발생된 유도 전력을 이용하여 전자기파를 발생시켜 루프 코일 어레이(336)로 전송한다.
도 8을 참조하면, 제 3 실시예에 따른 위치정보 생성모듈(330)은 루프 코일 어레이(336), 위치정보 생성부(333), 및 인터페이스부(337)를 포함하여 구성된다.
전자 유도 방식에 따라서 전자펜(340)의 위치를 측정하는 방식은 미국특허 제 4,878,553 호, 제 5,028,745 호, 제 5,793,360 호 등에 공지되어 있으므로 자세한 설명은 생략하고 간략하게만 설명한다.
루프 코일 어레이(336)는 복수의 루프 코일이 X축 방향으로 배치된 X축 어레이 및 복수의 루프 코일이 Y축 방향으로 배치된 Y축 어레이(336-1)와, 위치정보 생성부(333)의 제어부(333-8)로부터 입력되는 제어신호(X 어드레스 신호 및 Y 어드레스 신호)에 따라서 X축 어레이의 루프 코일과 Y축 어레이의 루프 코일을 각각 선택하는 코일 선택부(336-2)를 포함하여 구성된다. 이 때, 코일 선택부(336-2)는 멀티플렉서 회로로 구현될 수 있다.
루프 코일 어레이(336)의 구성은 복수의 코일이 플랙서블 PCB 평면위에 겹쳐서 배열되어 있는 형태로서, 각 코일은 X, Y축에 대하여 각각 알맞게 배열되어 있으며 각축의 코일들은 일측은 접지전압과 연결되어 있으며, 다른 한 측은 코일 선택부(336-2)와 연결된다.
위치정보 생성부(333)는 오실레이터(333-1), 송수신 전환부(333-2), 증폭기(335-3), 검파기(335-4), 로우 패스 필터(335-5), 샘플 앤 홀드부(335-6), 아날로그-디지털 변환부(335-7), 및 제어부(333-8)를 포함하여 구성된다.
먼저, 송수신 전환부(333-2)는 제어부(333-8)로부터 입력되는 제어신호에 따라서 루프 코일 어레이(336)로부터 전자펜(340)으로 전자기파를 전송하는 전송주기 동안에는 루프 코일 어레이(336)와 오실레이터(333-1)를 연결하여 오실레이터(333-1)에서 발생된 신호를 루프 코일을 통해서 전자펜(340)으로 전송하고, 전자펜(340)에서 발생된 전자기파를 수신하는 수신주기 동안에는 루프 코일 어레이(336)와 증폭기(335-3)를 연결한다.
코일 선택부(336-2)는 제어부(333-8)로부터 입력되는 제어신호에 따라서 코일 어레이(336)에 배치된 X축 및 Y축 코일들을 순차적으로 하나씩 선택하여 송수신 전환부(333-2)와 연결시킨다.
또한, 코일 선택부(336-2)에서 선택된 루프 코일에 대해서는 전자기파의 송수신이 수행된다. 즉, 코일이 선택된 상태에서 송수신 전환부(333-2)가 송수신 전환을 미리 설정된 회수만큼 반복하여, 선택된 코일을 통해서 전자기파를 전자펜(340)으로 전송하고, 선택된 코일을 통해서 전자펜(340)에서 발생된 전자기파가 수신되기를 미리 설정된 회수만큼 반복된다. 그 후, 이러한 과정은 코일 선택부(336-2)에서 선택된 다른 코일들에 대해서도 동일한 방식으로 수행된다.
한편, 전자펜(340)의 공진회로에서 발생된 전자기파는, 루프 코일 어레이(336)에서 순차적으로 선택된 X축 코일 및 Y축 코일로부터 증폭기(335-3)로 출력되고, 증폭기(335-3)의 출력은 검파기(335-4)와, 로우 패스 필터(LPF)(335-5) 및 샘플 앤드 홀드(sample and hold : S/H)부(335-6)를 통해, 아날로그-디지탈 변환부(Analog-Digital Converter)(335-7)에 공급된다. 상기 아날로그-디지털 변환부(335-7)는 아날로그 신호의 크기와 극성을 디지털 포맷(digital format)으로 변환하여 제어부(333-8)에 입력한다. 상기 샘플 앤 홀드부(335-6)는 한 코일의 측정치를 상기 아날로그-디지털 변환부(335-7)가 디지털화하는 동안 유지(hold)되도록 하며, 그 동안 앞의 회로에서는 두 번째의 후속 코일 측정이 개시된다.
사용자가 전자펜(340)을 제 2 지지부재(320) 위에 배치하고 종이위에 필기를 수행하면, 오실레이터(333-1)에서 발생하는 사인파 전류가 코일 어레이(336)에서 선택된 코일로 출력되어 전자기파가 발생되고, 전자기파에 의해서 전압이 유도된 전자펜(340)은 다시 전자기파를 발생시키며, 전자펜(340)에서 발생된 전자기파는 선택된 루프 코일에 수신되어 전압이 발생하고 발생된 전압은 종국적으로 제어부(333-8)로 입력된다.
이 때, 코일 선택부(336-2)는 고속으로 루프 어레이(336)에 포함된 코일들을 선택하고, 전자펜(340)의 위치에 따라서 서로 다른 크기의 유도 전압이 제어부(333-8)로 입력된다. 즉, 전자펜(340)과 근접합 루프코일일수록 더 높은 전압을 출력하고, 전자펜(340)과 원거리에 위치한 코일일수록 낮은 전압을 출력한다. 따라서, 제어부(333-8)는 각 루프 코일에서 출력된 전압을 조사하여 전자펜(340)의 위치 정보를 생성한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
110, 210, 310 제 1 지지부재
120, 220, 320 제 2 지지부재
130, 230, 330 위치정보 생성모듈
140, 240, 340 전자펜
111, 211, 311 거치부
112, 212, 312 케이스
113, 213, 313 커넥터
121, 221, 321 종이 지지부
145, 245 펜심부
131 기준신호 수신부
132, 232 초음파 수신부
133, 233, 333 위치정보 생성부
134, 234, 337 인터페이스부
224 코일 안테나 235 코일 안테나 드라이버
233-1 위치 측정부 233-2 동기신호 발생부
245 공진회로부 244 동기신호 발생기
243 정류기
141, 241 초음파신호 발생부
336 루프 코일 어레이 336-2 코일 선택부
333-2 송수신 전환부

Claims (10)

  1. 기준신호 및 초음파신호를 발생시키는 전자펜;
    상기 기준신호 및 상기 초음파신호를 이용하여 상기 전자펜의 위치를 측정하여 위치정보를 생성하고, 외부 전자기기가 상기 위치정보를 입력할 수 있도록 상기 위치정보를 상기 외부 전자기기로 전송하는 위치정보 생성모듈;
    상기 위치정보 생성모듈이 설치되는 제 1 지지부재; 및
    상기 제 1 지지부재와 결합되는 제 2 지지부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 정보 입력 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 위치정보 생성모듈은
    서로 이격되어 상기 초음파신호를 수신하는 복수의 초음파 수신부;
    상기 기준신호를 수신하는 기준신호 수신부;
    상기 초음파신호가 상기 복수의 초음파 수신부에 각각 수신된 시간과, 상기 기준신호가 상기 기준신호 수신부에 수신된 시간간의 시간차를 이용하여 상기 전자펜의 위치를 측정하여 위치 정보를 생성하는 위치정보 생성부; 및
    상기 위치정보를 상기 외부 전자기기에서 처리가능한 데이터 형식으로 변환하여 출력하는 인터페이스부를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 정보 입력 장치.
  3. 전자기파에 의해서 발생된 유도전력을 이용하여 초음파신호를 발생시키는 전자펜;
    상기 초음파신호를 이용하여 상기 전자펜의 위치를 측정하여 위치정보를 생성하고, 외부 전자기기가 상기 위치정보를 입력할 수 있도록 상기 위치정보를 상기 외부 전자기기로 전송하는 위치정보 생성모듈;
    상기 위치정보 생성모듈이 설치되는 제 1 지지부재; 및
    상기 제 1 지지부재와 결합되고, 상기 위치정보 생성모듈로부터 입력되는 안테나 구동 신호에 따라서, 내부의 둘레에 설치된 코일 안테나를 통해서 전자기파를 발생시켜 상기 전자펜에 유도전력을 발생시키는 제 2 지지부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 정보 입력 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 위치정보 생성모듈은
    서로 이격되어 상기 초음파신호를 수신하는 복수의 초음파 수신부;
    상기 코일 안테나로 동기신호가 포함된 상기 안테나 구동 신호를 출력하여 상기 전자기파를 발생시킨 시간과 상기 초음파신호가 상기 복수의 초음파 수신부에 각각 수신된 시간간의 시간차를 이용하여 상기 전자펜의 위치정보를 생성하는 위치정보 생성부; 및
    상기 위치정보를 상기 외부 전자기기에서 처리가능한 데이터 형식으로 변환하여 출력하는 인터페이스부를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 정보 입력 장치.
  5. 제 1 전자기파에 의해서 발생된 유도전력을 이용하여 제 2 전자기파를 발생시키는 전자펜;
    위치정보 생성모듈이 설치되는 제 1 지지부재;
    상기 제 1 지지부재와 결합되고, 상기 위치정보 생성모듈에서 발생된 제어신호에 따라서 상기 제 1 전자기파를 발생시키고, 상기 전자펜에서 발생된 제 2 전자기파를 수신하여 출력하는 루프 코일 어레이가 내부에 설치된 제 2 지지부재;
    상기 제어신호를 발생시키고, 상기 제 2 전자기파가 수신된 상기 코일 어레이의 위치를 확인하여 상기 전자펜의 위치정보를 생성하고, 외부 전자기기로 전송하는 상기 위치정보 생성모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 정보 입력 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 지지부재에는 상기 외부 전자기기가 거치되는 거치부가 설치된 것을 특징으로 하는 휴대용 정보 입력 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 거치부는 상기 외부 전자기기가 거치된 상태에서, 상기 위치정보 생성모듈과 상기 외부 전자기기를 연결하는 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 정보 입력 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 전자기기는 위치정보 생성모듈과 무선통신을 수행하여, 상기 위치정보 생성모듈로부터 위치정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 휴대용 정보 입력 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 지지부재와 상기 제 2 지지부재는, 연결부에 의해서 서로 접을수 있도록 연결되는 것을 특징으로 하는 휴대용 정보 입력 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자펜은 내부에 잉크를 방출하는 펜심부를 더 포함하고,
    상기 제 2 지지부재는 상기 전자펜을 이용하여 필기를 수행할 수 있도록 종이를 지지하는 종이 지지부를 포함하며,
    상기 위치정보 생성모듈은 사용자가 상기 전자펜을 이용하여, 상기 종이 지지부에 배치된 종이위에 필기를 수행하는 동안, 상기 전자펜의 필기 궤적에 대응되는 위치정보를 상기 외부 전자기기로 전송하는 것을 특징으로 하는 휴대용 정보 입력 장치.
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