KR101989408B1

KR101989408B1 - 지연 소자를 이용한 전자 펜 및 그의 터치 입력 방법과 터치 입력 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101989408B1
Application number: KR1020120118947A
Authority: KR
Inventors: 이봉재
Original assignee: 삼성전자 주식회사
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2019-06-14
Also published as: EP2725459B1; AU2013248253A1; CN103777786B; JP2014086094A; EP2725459A2; AU2013248253B2; TWI621970B; KR20140052623A; EP2725459A3; TW201416923A; CN103777786A; JP6262987B2; US9285900B2; US20140118308A1; CA2831129A1; BR102013027606A2; IN2013CH04807A; WO2014065625A1

Abstract

본 발명은 지연 소자를 이용한 전자 펜 및 그의 터치 입력 방법과 터치 입력 시스템 및 방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명에 따른 지연 소자를 이용한 전자펜은 바디에 실장되며, 휴대 단말기로부터 무선 신호를 수신하는 안테나; 및 상기 안테나를 통해 수신된 무선 신호를 입력받고, 일정 시간 경과 후 상기 입력된 무선 신호에 대한 반사 신호를 상기 안테나로 출력하는 지연 소자를 포함하되, 상기 안테나는 상기 반사 신호를 상기 휴대 단말기로 송신하는 것을 특징으로 한다.

Description

지연 소자를 이용한 전자 펜 및 그의 터치 입력 방법과 터치 입력 시스템 및 방법{TOUCH INPUT APPARATUS USING DELAY COMPONENT AND TOUCH INPUT METHOD THEREOF AND TOUCH INPUT SYSTEM AND METHOD}

본 발명은 전자 펜 및 그의 터치 입력 방법과 터치 입력 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 지연 소자를 이용한 전자 펜 및 그의 터치 입력 방법과 터치 입력 시스템 및 방법에 관한 것이다.

최근에는 입력의 편의성 및 슬림화 추세로 인하여 터치스크린을 사용하는 휴대 단말기들이 증가하고 있다. 상기 터치스크린은 입력 및 출력 기능을 제공할 수 있다. 이를 위하여, 상기 터치스크린은 표시 패널 및 터치 패널을 포함한다. 즉, 상기 터치스크린은 표시 패널을 통해 출력 기능을 제공하고, 터치 패널을 통해 입력 기능을 제공한다.

한편, 상기 터치스크린을 지원하는 휴대 단말기는 손의 터치를 인식할 뿐만 아니라 정교한 터치 입력을 제공하기 위하여, 스타일러스나 전자 펜과 같은 터치 입력 장치를 지원하고 있다. 상기 전자 펜은 전원을 필요로 하는 액티브형(Active-type)과 무전원의 패시브형(Passive-type)으로 구분된다.

상기 액티브형 전자 펜은 배터리(battery)와 같은 전원을 포함하고 있다. 즉, 상기 액티브형 전자 펜은 상기 전원을 통해 인덕터(Inductor : L) 및 캐패시터(Capacitor : C)로 구성되는 LC 공진 회로를 구동한다. 이때, 상기 휴대 단말기는 상기 전자 펜의 LC 공진 회로에서 발생하는 무선 신호를 상기 휴대 단말기 내부의 어레이 형태의 안테나로 수신하고, 각 안테나별 수신 강도를 이용하여 전자 펜의 위치를 인식한다.

상기 패시브형 전자 펜은 별도의 전원을 포함하지 않고, 전자기 유도 현상을 이용하여 휴대 단말기로부터 전원을 공급받아 동작한다. 예를 들어, 전자기 유도 현상을 이용하는 상기 패시브형 전자 펜은 LC 공진 회로를 이용한 전자기공진(EMR) 방식을 주로 사용하고 있다. 이와 같은, 상기 LC 공진 회로를 이용한 전자기공진(EMR) 방식의 패시브형 전자 펜은 LC 공진 회로를 통해 상기 휴대 단말기로부터 무선 신호를 수신하고, 수신된 무선 신호에 대한 반사 신호를 휴대 단말기로 송신한다. 이때, 상기 휴대 단말기는 전자 펜의 LC 공진 회로에서 송신된 반사 신호를 내부의 어레이 형태의 안테나로 수신하고, 각 안테나별 수신 강도를 측정하여 전자 펜의 위치를 인식한다.

한편, 상기 LC 공진 회로를 이용한 전자기공진(EMR) 방식의 전자 펜은 필기 압력(필압)과 버튼 입력 등과 같은 상태 정보를 상기 반사 신호의 공진 주파수 변화 통해 제공하고 있다. 이를 위하여, 종래의 LC 공진 회로를 이용한 전자기 공진 방식의 전자 펜은 필기 압력이나 버튼의 입력에 따라 LC 공진 회로의 공진 주파수를 변화시키기 위한 캐패시터, 인덕터, 가변 인덕터(Variable Inductor), 가변 캐패시터(Variable Capacitor) 등을 포함할 수 있다.

하지만, 상술한 종래의 LC공진 회로를 이용한 전자기공진 방식의 전자 펜은 공진 주파수의 변경만을 통해 필압, 버튼 입력 등과 같은 상태 정보를 휴대 단말기에 제공하도록 하고 있다. 이로 인하여, 종래의 LC 공진 회로를 이용한 전자기공진 방식의 전자 펜은 휴대 단말기에 제공할 수 있는 상태 정보의 종류에 한계가 있다. 또한, 종래의 LC 공진 회로를 이용한 전자기공진 방식의 전자 펜에 사용되는 인덕터(L), 캐패시터(C), 가변 인덕터(Variable Inductor), 가변 캐패시터(Variable Capacitor)는 소자의 특성 상 오차가 클 뿐만 아니라, 온도와 같은 환경 변화에도 민감하다. 따라서, 종래의 LC 공진을 이용한 전자기공진 방식의 전자 펜은 환경 변화에 따른 오차를 보정할 수 있는 보정 회로의 추가가 요구되는 문제점이 존재한다.

따라서 본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 지연 소자를 이용한 전자 펜 및 그의 터치 입력 방법과 터치 입력 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 주파수 변화 및 시간차를 통해 필압, 버튼 입력, 아이디 정보, 센서 정보 등과 같은 다양한 전자 펜의 상태 정보를 휴대 단말기에 제공할 수 있는 지연 소자를 이용한 전자 펜 및 그의 터치 입력 방법과 터치 입력 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 위치 정보 인식을 위한 주파수와 상태 정보 인식을 위한 주파수를 별도로 제공하는 지연 소자를 이용한 전자 펜 및 그의 터치 입력 방법과 터치 입력 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 다중 주파수를 지원하는 지연 소자를 이용한 전자 펜 및 그의 터치 입력 방법과 터치 입력 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 터치 스크린을 다수의 영역으로 분할하고, 분할된 다수의 영역들을 서로 다른 주파수로 동시에 인식할 수 있는 지연 소자를 이용한 전자 펜 및 그의 터치 입력 방법과 터치 입력 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지연 소자를 이용한 전자 펜은 바디에 실장되며, 휴대 단말기로부터 무선 신호를 수신하는 안테나; 및 상기 안테나를 통해 수신된 무선 신호를 입력받고 일정 시간 경과 후 상기 입력된 무선 신호에 대한 반사 신호를 상기 안테나로 출력하는 지연 소자를 포함하고, 상기 안테나는 상기 반사 신호를 상기 휴대 단말기로 송신하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 터치 입력 시스템은 안테나 및 상기 안테나를 통해 무선 신호를 수신하고, 일정 시간 경과 후 상기 수신된 무선 신호에 대한 반사 신호를 생성하여 상기 안테나로 출력하는 지연 소자를 포함하는 전자 펜; 및 상기 전자 펜에 상기 무선 신호를 송신하고, 상기 지연 소자에 의해 생성된 반사 신호를 수신하여 상기 전자 펜의 위치 정보 및 상태 정보를 인식하는 휴대 단말기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 터치 입력 방법은 휴대 단말기가 전자 펜의 위치 정보 및 상태 정보 인식을 위한 무선 신호를 송신하는 단계; 상기 전자 펜이 안테나를 통해 상기 휴대 단말기가 송신한 무선 신호를 수신하는 단계; 상기 전자 펜의 지연 소자가 상기 안테나로부터 무선 신호를 입력받고, 일정 시간 경과 후 상기 수신된 무선 신호에 대한 반사 신호를 상기 안테나로 출력하는 단계; 상기 전자 펜의 안테나를 통해 상기 반사 신호를 상기 휴대 단말기에 송신하는 단계; 상기 휴대 단말기가 상기 반사 신호를 수신하는 단계; 및 상기 휴대 단말기가 상기 수신된 반사 신호를 분석하여 상기 전자 펜의 위치 정보 및 상태 정보를 인식하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전자 펜의 터치 입력 방법은 안테나를 통해 무선 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 무선 신호를 지연 소자를 이용하여 기 설정된 시간만큼 지연시키고, 상기 수신된 무선 신호에 대한 반사 신호를 상기 안테나로 출력하는 단계; 상기 안테나를 통해 상기 반사 신호를 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 지연 소자를 이용한 전자 펜 및 그의 터치 입력 방법과 터치 입력 시스템 및 방법은 주파수 변화 이외에 지연 소자를 이용한 시간 차를 통해 상태 정보를 제공할 수 있어, 종래의LC공진 회로를 이용한 전자기 공진 방식의 전자 펜에 비하여 보다 많은 상태 정보를 휴대 단말기에 제공할 수 있다. 이와 같이 보다 많은 상태 정보를 휴대 단말기에 제공할 수 있어, 본 발명은 전자 펜의 활용도를 증가시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 전자 펜은 온도와 같은 환경 요인에 민감한 LC 공진 회로를 대신하여, 지연 소자를 이용함에 따라 환경 요인에 따른 오차를 줄일 수 있다. 또한, 본 발명의 전자 펜은 지연 소자를 이용하여 일정 시간 지연 후 반사 신호를 휴대 단말기에 제공한다. 이로 인하여, 본 발명은 주변 반사파에 의한 노이즈가 사라진 후 상기 휴대 단말기가 전자 펜의 반사 신호를 수신하기 때문에 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio : SNR)가 개선되는 효과가 있다. 즉, 본 발명은 터치 오류를 줄일 수 있다. 또한, 본 발명은 부품 편차가 큰 캐패시터 및 인덕터를 사용하지 않고, 부품 편차가 적은 지연 소자를 이용함에 따라 생산 효율을 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 전자 펜의 위치 정보 인식을 위한 주파수와 상태 정보 인식을 위한 주파수를 별도로 제공함에 따라 터치 인식 속도를 증가시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 다중 주파수를 지원하고, 신호대잡음비가 높은 주파수를 이용하도록 제어할 수 있다. 이로 인하여, 본 발명은 터치 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 터치 스크린의 크기 및 고해상도로 인하여 터치 인식이 어려운 경우 터치스크린을 다수의 영역으로 분할하고, 서로 다른 주파수의 무선 신호를 이용하여 다수의 분할된 영역에 대한 터치 인식을 동시에 수행할 수 있어, 빠른 터치 인식이 가능하다.

도 1a는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 입력 시스템을 도시한 도면이다.
도 1b는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 입력 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 전자 펜의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1실시 예에 따른 전자 펜의 등가 회로를 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 제1실시 예에 따른 전자 펜의 구성 중 지연 소자의 다양한 구조를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2실시 예에 따른 전자 펜의 등가 회로를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2실시 예에 따른 전자 펜으로부터 수신되는 무선 신호를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 휴대 단말기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 터치스크린의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제1실시 예에 따른 전자 펜의 위치 정보 및 상태 정보를 인식하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 제2실시 예에 따른 전자 펜의 위치 정보 및 상태 정보를 인식하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 제3실시 예에 따른 전자 펜의 위치 정보 및 상태 정보를 센싱하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 주파수를 이용한 터치 성능 향상 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 주파수를 지원하는 전자 펜을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 주파수를 이용하여 전자 펜의 위치 정보를 센싱하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

상세한 설명에 앞서, "지연 소자"는 입력 신호가 입력되고 일정 시간이 경과한 후 출력 신호를 출력하는 소자를 의미한다. 이러한 지연 소자는 SAW(Surface Acoustic Wave) 디바이스, SAW 공진기(Resonator), BAW(Bulk Acoustic Wave), FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator), 글래스 딜레이 라인(Glass Delay Line) 등을 포함한다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, SAW 디바이스를 예로 하여 설명하기로 한다.

도 1a는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 입력 시스템을 도시한 도면이다.

상기 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 터치 입력 시스템은 전자 펜(200) 및 휴대 단말기(100)를 포함한다.

상기 전자 펜(200)은 펜 형태의 입력 도구이다. 하지만 본 발명이 펜 형태의 전자 펜(200)에 적용되는 것으로 한정되지 않으며, 다양한 형태(예컨대 지우개)의 입력 도구에 적용될 수 있음은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명할 것이다. 특히 본 발명에 따른 전자 펜(200)은 지연 소자(예컨대 SAW 디바이스)를 이용한 패시브 방식(Passive-type)으로 형성될 수 있다. 상기 패시브 방식의 전자 펜(200)은 안테나를 통해 휴대 단말기(100)로부터 무선(Radio Frequency : RF) 신호를 수신하고, 지연 소자를 통해 일정 시간 지연 후 상기 수신된 무선 신호에 대한 반사 신호를 휴대 단말기(100)로 송신할 수 있다. 이때, 상기 전자 펜(200)은 수신된 무선 신호와 동일한 주파수를 가지는 반사 신호를 안테나를 통해 휴대 단말기(100)에 송신하거나, 주파수, 진폭 및 위상 중 적어도 하나가 변화된 반사 신호를 안테나를 통해 휴대 단말기(100)에 송신할 수 있다. 상기 전자 펜(200)은 주파수, 진폭 및 위상의 변화를 통해 펜 촉(270)에 가해지는 압력(필압), 버튼 입력 등의 상태 정보를 휴대 단말기(100)에 제공할 수 있다.

한편, 상기 전자 펜(200)은 지연 소자를 통한 시간 차를 이용하여 상태 정보를 제공할 수 있다. 상세하게는, 상기 전자 펜(200)의 지연 소자는 지연되는 시간이 다르게 설정된 다수의 IDT(Inter-Digital Transducer)를 포함하고, 각 IDT별로 상태 정보를 제공하도록 할 수 있다. 예를 들어, 상기 전자 펜(200)은 제1지연 시간을 가지는 제1 IDT를 통해 필압 정보를 제공하고, 제2지연 시간을 가지는 제2 IDT를 통해 버튼 입력 정보를 제공하며, 제3지연 시간을 가지는 제3 IDT를 통해 전자 펜(200)의 아이디 정보를 제공할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 전자 펜(200)은 주파수 변화 이외에 시간 차를 이용하여 상태 정보를 제공할 수 있어, 종래의 LC 공진 회로를 이용한 전자기공진 방식의 전자 펜에 비하여 다양한 상태 정보를 제공할 수 있다.

한편, 상기 전자 펜(200)은 위치 정보 제공을 위한 주파수와 상태 정보 제공을 위한 주파수를 별도로 제공할 수 있다. 또한, 상기 전자 펜(200)은 위치 정보 제공을 위한 주파수와 상태 정보 제공을 위한 주파수에 대하여 다중 주파수를 지원할 수 있다. 이와 같은 전자 펜(200)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

상기 휴대 단말기(100)는 터치스크린(130)을 포함한다. 상기 휴대 단말기(100)의 터치스크린(130)은 사용자의 손가락, 스타일러스 등에 의한 일반 터치 입력 또는 근접 터치 입력을 인식하기 위한 제1터치 패널과 전자 펜(200)에 의한 터치 입력 또는 근접 터치 입력을 인식하기 위한 제2터치 패널이 결합되어 형성될 수 있다. 또는 상기 제1터치 패널 및 제2터치 패널은 일체형으로 형성될 수도 있다. 상기 제1터치 패널은 정전 용량 방식, 저항막 방식, 초음파 방식, 적외선 방식 등으로 형성될 수 있다. 상기 제2터치 패널은 전자기 유도 방식의 터치 패널로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 터치 입력은 입력 도구(전자 펜(200), 손가락, 스타일러스 등)와 터치스크린(130)의 접촉을 인식하는 입력을 의미하고, 상기 근접 터치 입력은 입력 도구가 터치스크린(130)과 일정 거리(예컨대 1 ~ 2 cm) 이내로 접근하는지 즉, 호버링(Hovering) 상태를 인식하는 입력을 의미한다. 상술한 다양한 방식의 터치 패널은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.

상기 휴대 단말기(100)는 상기 전자 펜(200)의 위치 정보 및 상기 전자 펜(200)이 제공하는 필압, 버튼 입력, 아이디(ID) 등과 같은 다양한 상태 정보를 인식할 수 있다. 이를 위하여, 상기 휴대 단말기(100)는 무선 신호를 전자 펜(20)에 송신하고, 무선 신호에 대한 반사 신호를 상기 전자 펜(200)으로부터 수신할 수 있다. 이때, 상기 휴대 단말기(100)는 수신된 반사 신호의 주파수, 진폭 및 위상 중 적어도 하나의 변화를 통해 상기 상태 정보를 인식할 수 있다. 또한, 상기 휴대 단말기(100)는 시간 차를 가지고 순차적으로 수신되는 다수의 반사 신호를 통해 전자 펜(200)이 제공하는 상태 정보를 인식할 수 있다.

한편, 상기 휴대 단말기(100)는 위치 정보 인식을 위한 주파수(이하 제1주파수, fp)의 무선 신호와 상태 정보 인식을 위한 주파수(이하 제1주파수, fd)를 다르게 설정할 수 있다. 예를 들어, 상기 휴대 단말기(100)는 제1주파수의 무선 신호를 송신하여 전자 펜(200)의 위치 정보를 인식한 후, 제2주파수의 무선 신호를 송신하여 전자 펜(200)의 상태 정보를 인식할 수 있다.

또한, 상기 전자 펜(200)이 다중 주파수를 지원하는 경우 상기 휴대 단말기(100)는 상기 전자 펜이 지원하는 다중 주파수 대역에 대하여 노이즈 레벨을 측정하고, 다중 주파수들 중 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio : SNR)가 가장 좋은 주파수를 사용하도록 제어할 수 있다. 또한, 위치 정보 인식을 위한 제1주파수(fp) 및 상태 정보 인식을 위한 제2주파수(fd)에 대하여 다중 주파수를 지원하는 경우 상기 휴대 단말기(100)는 노이즈 레벨을 측정하고, 신호대잡음비가 가장 좋은 제1주파수(fp)와 제2주파수(fd)를 각각 선택할 수 있다.

또한, 상기 휴대 단말기(100)는 터치스크린(130)을 다수의 영역으로 구분하고, 서로 다른 주파수의 무선 신호를 통해 다수의 영역을 동시에 스캔할 수 있다. 이와 같이 본 발명은 다수의 주파수를 이용하여 다수의 영역 각각에 대하여 동시에 스캔할 수 있어 스캔 속도를 향상시킬 수 있다. 이와 같이 다수의 주파수로 다수의 영역을 동시에 스캔하여 전자 펜(200)을 인식하는 방법은 화면 크기 증가 또는 해상도 증가로 인하여 가로 및 세로 축의 센싱 라인 수가 증가하는 경우 유용하다. 이러한, 상기 휴대 단말기(100)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

도 1b는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 입력 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

상기 도 1b를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 휴대 단말기(100)는 101 단계에서 전자 펜(200) 인식을 위한 무선 신호(이하에서는 설명의 편의를 위하여 무선 신호로 명칭)를 전자 펜(200)에 송신할 수 있다. 이때, 상기 휴대 단말기(100)는 터치 인식이 요구되는 상황에서만 상기 무선 신호를 송신할 수 있다. 예를 들어, 상기 휴대 단말기(100)는 터치스크린(130)이 온(ON)된 상태에서만 상기 무선 신호를 송신할 수 있다.

상기 전자 펜(200)의 안테나는 103 단계에서 상기 휴대 단말기(100)가 송신한 무선 신호를 수신한다. 이후, 상기 전자 펜(200)의 지연 소자는 105 단계에서 상기 수신된 무선 신호를 입력받으며, 일정 시간 경과 후 상기 수신된 무선 신호에 대한 반사 신호를 상기 안테나로 출력한다. 상세하게는, 상기 지연 소자의 입력 IDT는 안테나로부터 입력된 전기적 신호를 기계적 진동 신호인 표면 탄성파로 변환하여 출력 IDT에 전달하며, 상기 출력 IDT는 상기 변환된 표면 탄성파를 전기적 신호로 재변환한다. 이후, 상기 출력 IDT는 재변환된 전기적 신호에 대한 반사 신호를 생성하고, 생성된 반사 신호(전기적 신호)를 표면 탄성파로 변환하여 상기 입력 IDT로 전송하며, 상기 입력 IDT는 전송된 표면 탄성파를 전기적 신호로 재변환하여 상기 안테나로 출력한다. 이때, 상기 표면 탄성파는 약 3*10³m/s의 전송 속도를 가지며, 상기 무선 신호는 약 3*10⁸m/s의 전송 속도를 가진다. 이와 같이 상기 전기적 신호를 상대적으로 속도가 약 100,000배 느린 표면 탄성파로 변환하기 때문에, 본 발명은 시간 지연이 발생한다.

다음으로, 상기 전자 펜(200)의 안테나는 107 단계에서 상기 반사 신호를 휴대 단말기(100)로 송신한다. 상기 반사 신호를 수신한 휴대 단말기(100)는 109 단계에서 전자 펜(200)의 위치 정보 및 상태 정보 등을 인식한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전자 펜의 구조를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전자 펜의 등가 회로를 도시한 도면이다.

상기 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 전자 펜(200)은 바디(210), 임피던스 소자(220), 버튼(230), 지연소자(240), 압력 센서(250), 안테나(260) 및 펜 촉(270)을 포함할 수 있다.

상기 바디(210)는 전자 펜(200)의 외부 케이스이다. 상기 바디(210)는 펜 형태를 가질 수 있다. 상기 안테나(260)는 휴대 단말기(100)와 무선(RF) 신호를 송수신한다. 상세하게는, 상기 안테나(260)는 휴대 단말기(100)로부터 무선 신호를 수신하여 상기 지연 소자(240)에 제공하고, 상기 지연 소자(240)로부터 출력되는 상기 무선 신호에 대한 반사 신호를 상기 휴대 단말기(100)에 송신할 수 있다.

상기 지연 소자(240)는 입력된 신호를 일정 시간 지연시킨 후 출력하는 소자이다. 이러한 지연 소자(240)는 SAW(Surface Acoustic Wave), SAW 공진기(Resonator), BAW(Bulk Acoustic Wave), FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator), 글래스 딜레이 라인(Glass Delay Line) 등으로 형성될 수 있다. 특히 본 발명에 따른 상기 지연 소자(240)는 안테나(260)와 연결되어, 상기 안테나(260)를 통해 휴대 단말기(100)가 제공하는 무선 신호를 입력받을 수 있다. 상기 휴대 단말기(100)가 제공하는 무선 신호를 입력받은 상기 지연 소자(240)는 일정 시간이 경과한 후 동일한 주파수를 가지는 반사 신호를 안테나(260)로 출력하거나, 주파수, 진폭 및 위상 중 적어도 하나가 변경된 반사 신호를 안테나(260)로 출력할 수 있다. 상기 반사 신호의 주파수, 진폭 및 위상은 버튼(23) 입력 시 상기 지연 소자(240)와 연결되는 임피던스 소자(220) 또는 압력 센서(250)에 의해 감지되는 필압에 따라 변화된다. 한편, 상기 지연 소자(240)에 의해 지연되는 시간은 조절 가능하다. 또한, 상기 지연 소자(240)가 다수의 IDT를 포함하는 경우 상기 지연 시간은 IDT별로 다르게 설정될 수 있다. 이러한 지연 소자(240)에 대한 상세한 구조는 도 4 내지 도 8을 참조하여 후술하기로 한다.

상기 임피던스 소자(220)는 상기 버튼(230)의 입력을 인식하도록 하기 위한 소자이다. 상기 버튼(230)이 눌리는 경우 상기 도 3에 도시된 바와 같이 상기 임피던스 소자(220)는 상기 지연 소자(240) 및 압력 센서(250)와 병렬로 연결된다. 즉, 상기 버튼(230)이 눌리는 경우 상기 전자 펜(200)의 임피던스 변화가 발생한다. 이러한 임피던스 변화는 상기 전자 펜(200)로부터 상기 휴대 단말기(100)로 출력되는 반사 신호의 주파수, 진폭, 위상 중 적어도 하나를 변화시킨다. 이와 같이 반사 신호의 주파수, 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 변화시킴으로써, 상기 전자 펜(200)은 버튼(230) 입력 정보를 휴대 단말기(100)에 제공할 수 있다. 한편, 상기 임피던스 소자(220)는 저항(Resistor), 인덕터(Inductor), 캐패시터(Capacitor) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.

상기 버튼(230)은 스위치로 형성될 수 있다. 하지만, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 상기 버튼(230)은 전자 펜(200)을 통해 휴대 단말기(100)의 특정 기능(예컨대 메모, 뒤로 가기, 앞으로 가기, 화면 캡쳐, 모드 변환 등)을 용이하게 실행하기 위한 장치이다. 즉, 상기 버튼(230)이 눌리지 않은 경우 상기 휴대 단말기(100)는 터치 입력에 대응하여 제1기능을 수행하고, 상기 버튼(230)이 눌린 경우 상기 휴대 단말기(100)는 터치 입력에 대응하여 제2기능을 수행한다. 예를 들어, 웹 페이지 화면에서 상기 버튼(230)을 누르지 않은 상태로 전자 펜(200)를 우에서 좌로 이동하는 드래그가 인식되는 경우 상기 휴대 단말기(100)는 웹 페이지 화면의 이동 기능을 수행할 수 있다. 반면에, 상기 버튼(230)을 누른 상태에서 전자 펜(200)를 우에서 좌로 이동하는 드래그가 인식되는 경우 상기 휴대 단말기(100)는 이전 페이지로 이동하는 뒤로 가기 기능을 수행할 수 있다.

상기 압력 센서(250)는 전자 펜(200)의 펜 촉(270)에 가해지는 압력(이하 필압)에 따라 임피던스가 변화된다. 이를 위하여, 상기 압력 센서(250)는 가변 저항, 가변 인덕터, 가변 캐패시터 등으로 형성될 수 있다. 상기 압력 센서(250)는 상기 지연 소자(240) 및 임피던스 소자(220)와 병렬로 연결될 수 있다.

상기 펜 촉(270)은 터치스크린(130)에 접촉되는 부위로, 뽀족한 형상을 가질 수 있다. 상기 펜 촉(270)은 사용자의 누르는 힘에 의해 이동되어, 상기 압력 센서(250)를 가압하고, 사용자의 누르는 힘이 제거되는 경우 디폴트 위치로 이동된다.

한편, 상기 도 3을 참조하여, 종래의 LC 공진 회로를 이용하는 전자기 공진 방식의 전자 펜(20)과 본 발명에 따른 전자 펜(200)을 비교하여 설명하면, 종래의 LC 공진 회로를 이용하는 전자기 공진 방식의 전자 펜(20)은 LC 공진회로(21), 가변 캐패시터(25), 캐패시터(22) 및 버튼(23)을 포함할 수 있다. 이러한 구성을 가지는 종래의 전자 펜(20)은 LC 공진 회로(21)를 통해 휴대 단말기로부터 무선 신호를 수신한다. 이후, 상기 종래의 전자 펜(20)의 LC 공진 회로(21)는 수신된 무선 신호에 대한 반사 신호를 휴대 단말기로 송신한다. 이때, 종래의 전자 펜(20)의 펜 촉이 눌려 상기 가변 캐패시터(25)의 값이 변하거나, 버튼(23)이 눌려 캐패시터(22)가 LC 공진 회로(21)와 병렬 연결되는 경우 상기 반사 신호의 공진 주파수는 변경된다. 즉, 종래의 LC 공진회로(21)를 이용한 전자기 공진 방식의 전자 펜(20)은 LC 공진회로(21)를 통해 휴대 단말기로부터 무선 신호를 수신하고, 수신된 무선 신호에 대한 반사 신호를 송신하며, 상기 반사 신호의 공진 주파수 변화를 통해 필압 또는 버튼 입력과 같은 상태 정보를 휴대 단말기에 제공한다.

이에 반하여, 상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 전자 펜(200)은 안테나(260)를 통해 휴대 단말기(100)로부터 무선 신호를 수신한다. 이후, 상기 안테나(260)을 통해 수신된 무선 신호는 상기 지연 소자(240)에 의해 일정 시간(예컨대 수 마이크로 세컨드(usec))이 지연된 후 안테나(260)를 통해 휴대 단말기(100)로 반사된다. 이때, 상기 압력 센서(250)를 통해 필압이 감지되거나, 버튼(230)이 입력되는 경우 상기 반사 신호는 주파수, 진폭, 위상 중 적어도 하나가 변한다. 이와 같이 본 발명에 따른 전자 펜(200)은 주파수, 진폭, 위상 중 적어도 하나의 변화를 통해 상태 정보를 휴대 단말기에 제공할 수 있다.

한편, 상기 도 2 및 도 3에서는 상기 지연 소자(240) 및 압력 센서(250)를 별도의 구성으로 도시하였지만, 상기 지연 소자(240) 및 압력 센서(250)는 일체형으로 제작될 수도 있다. 또한, 상기 도 2 및 도 3에서 상기 버튼(230)이 임피던스 소자(220)와 직렬로 연결되고, 압력 센서(250)와 병렬로 연결되는 것으로 도시하였지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 다른 예에서는 상기 버튼(230)과 상기 임피던스 소자(220)를 병렬로 연결하고, 상기 압력 센서(250)와 임피던스 소자(220)를 직렬로 연결할 수도 있다. 또한, 이상에서는 상기 전자 펜(200)이 하나의 버튼(230)을 포함하는 것으로 도시하였지만, 상기 전자 펜(200)은 다수의 버튼을 포함할 수도 있다.

도 4 내지 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 전자 펜의 구성 중 지연 소자의 다양한 구조를 도시한 도면이다.

먼저, 상기 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 지연 소자(240)는 입력 IDT(Inter-Digital Transducer, 241) 및 출력 IDT(242)를 포함할 수 있다. 상기 입력 IDT(241) 및 상기 출력 IDT(242)는 일정 거리 이격되어 위치될 수 있다.

상기 입력 IDT(241) 및 상기 출력 IDT(242)는 압전 탄성 재질(Piezoelectric Material)의 기판에 패터닝(Patterning)되어 형성될 수 있다. 상기 입력 IDT(241) 및 상기 출력 IDT(242)는 일반적으로 상기 도 4에 도시된 바와 같이 핑거(Finger) 구조를 가질 수 있으며, 각 핑거의 폭과 핑거 사이의 거리에 따라 동작 주파수가 결정된다. 또한, 상기 입력 IDT(241) 및 상기 출력 IDT(242)는 30 MHz ~ 3GHz의 동작 주파수를 가질 수 있으며, 높은 큐 팩터(High Q Factor)를 가진다. 이때, 상기 휴대 단말기(100)가 송신하는 무선 신호는 빛의 속도(약 3*10⁸m/s)로 전파되고, 상기 표면 탄성파는 약 3*10³m/s의 속도로 전파된다. 즉, 상기 지연 소자(240)는 약 100,000배 정도의 속도 저하를 초래한다. 따라서, 본 발명의 휴대 단말기(100)는 외부 요인에 의한 반사파가 제거된 후 전자 펜(200)으로부터 반사 신호를 수신한다. 이로 인하여, 본 발명은 신호대잡음비를 증가시킬 수 있으며, 터치 성능을 향상 시킬 수 있다.

한편, 상기 도 4에 도시하지는 않았으나, 상기 입력 IDT(241)는 안테나(260)와 연결된다. 상기 출력 IDT(242)는 필요에 따라 압력 센서(250), 버튼(230) 등과 연결될 수 있다.

상기 입력 IDT(241)는 외부에서 인가된 전기적 신호를 표면 탄성파(Surface Acoustic Wave : SAW)로 변환한다. 상기 출력 IDT(242)는 입력 IDT(241)로부터 전달된 표면 탄성파를 전기적 신호로 재변환 한다. 이후, 상기 출력 IDT(242)는 전기적 신호를 표면 탄성파로 변환하여 상기 입력 IDT(241)에 전달한다. 이때, 입력 IDT(241)는 표면 탄성파를 전기적 신호로 변환하여 안테나(260)로 출력한다.

다음으로, 상기 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 상기 지연 소자(240)는 입력 IDT(241) 및 출력 IDT(242)를 포함하고, 상기 출력 IDT(242)는 압력 센서(250), 임피던스 소자(220), 버튼(230)과 연결될 수 있다.

상기 휴대 단말기(100)에 의해 특정 주파수의 무선 신호(이하 발신 신호, 10)가 송신되는 경우 상기 전자 펜(200)은 안테나(260)를 통해 상기 발신 신호를 수신한다. 이때, 상기 수신된 발신 신호는 전기적 신호로 변환되어 상기 입력 IDT(241)에 입력되고, 상기 입력 IDT(241)는 상기 입력된 전기적 신호를 표면 탄성파(15)로 변환하며, 상기 표면 탄성파(15)는 출력 IDT(242)로 전송된다. 상기 출력 IDT(242)는 표면 탄성파(15)를 전기적 신호로 재변환 한다. 이때, 상기 재변환된 전기적 신호는 상기 압력 센서(250)의 임피던스 변화 또는 버튼(230)의 입력에 따른 출력 IDT(242)의 부하 임피던스 변화에 따라 진폭, 위상, 주파수 중 적어도 하나가 변조될 수 있다.

상기 도 6을 참조하면, 상기 출력 IDT(242)는 전기적 신호를 표면 탄성파(17)로 변환하여 입력 IDT(241)로 재전송한다. 이때, 상기 입력 IDT(241)는 상기 재전송된 표면 탄성파(17)를 전기적 신호로 변환하여 안테나(260)로 출력한다. 상기 안테나(260)는 전기적 신호를 휴대 단말기(100)로 송신한다. 상기 휴대 단말기(100)는 송신된 무선 신호에 대한 반사 신호(이하 수신 신호, 20)를 수신한다. 한편, 상기 도 6의 신호 파형도를 참조하면, 상기 휴대 단말기(100)는 발신 신호를 전자 펜(200)에 송신하고, 일정 시간이 경과된 후 전자 펜(200)으로부터 수신 신호(20)를 수신하였음을 알 수 있다. 상기 발신 신호(10)의 파형과 수신 신호(20)의 파형을 비교하면, 상기 수신 신호(20)의 진폭이 감소되었음을 알 수 있다. 상기 진폭의 감소 정도를 통해 상기 휴대 단말기(100)는 필압 및 버튼(230)의 입력 여부 등을 인식할 수 있다. 상기 수신 신호(20)의 진폭 감소량은 압력 센서(240) 및 임피던스 소자(220)에 의한 상기 출력 IDT(242)의 부하 임피던스의 변화에 따라 달라진다.

이와 같이 무선 신호를 발신하고, 일정 시간 경과 후 수신 신호가 수신됨에 따라 본 발명은 무선 신호를 발신한 직후 환경적인 요인에 의해 발생하는 반사파(16)가 수신 신호(20)에 섞이지 않는다. 이에 반하여, 종래의 LC 공진 회로를 이용하는 전자 펜을 사용하는 경우 상기 휴대 단말기(100)는 무선 신호의 발신 후 매우 짧은 시간(거의 0초에 가까운 시간)내에 수신 신호를 수신하게 되어 상기 반사파(16)가 상기 수신 신호에 포함된다. 즉, 본 발명은 종래의 LC 공진 회로를 이용하는 전자기공진 방식의 전자 펜에 비하여 신호대잡음비가 개선되는 효과를 가진다.

한편, 상기 도 6에서는 수신 신호(20)의 진폭이 변화되는 경우를 예로 하여 도시하였지만, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 즉, 상기 수신 신호(20)는 주파수 및 위상 등이 변화될 수도 있다.

상기 도 7의 (a)를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 지연 소자(240)는 입력 IDT(241), 출력 IDT(242), 기준 IDT(243) 및 ID 정보를 제공하기 위한 반사판(244)을 포함하고, 상기 출력 IDT(242)는 압력 센서(250), 임피던스 소자(220), 버튼(230)과 연결될 수 있다.

상기 기준 IDT(243)는 온도와 같은 외부 환경에 따른 오차를 보상하기 위한 장치이다. 즉, 상기 기준 IDT(243)에 의한 수신 신호와 출력 IDT(242)에 의한 수신 신호 사이의 차값, 상기 기준 IDT(243)에 의한 수신 신호와 반사판(244)에 의한 수신 신호 사이의 차값을 이용하여 본 발명은 온도 및 압력의 변화와 같은 환경 요인에 의한 오차 발생을 방지할 수 있다. 다시말해, 상기 기준 IDT(243)에 의한 수신 신호, 출력 IDT(242)에 의한 수신 신호 및 반사판(244)에 의한 수신 신호가 동일하게 온도에 영향을 받으므로, 차값을 이용하는 경우 온도에 따른 오차 발생을 방지할 수 있다.

상기 반사판(Reflector, 244)은 전자 펜(200)의 아이디(ID) 정보를 제공할 수 있다. 즉, 본 발명은 반사판(244)을 이용하여 RFID 기능을 제공할 수 있다. 상기 반사판(244)은 다수로 구성되고, 상기 다수의 반사판의 배치는 전자 펜(200)의 고유 아이디에 따라 달라진다. 상세하게는, 반사판들 사이의 거리를 다르게 하거나, 반사 계수가 다른 반사판들을 배치할 수 있다. 즉, 상기 전자 펜(200)의 아이디가 "1"과 "0"으로 구성되는 경우 "1"에 대응하는 반사 계수를 가지는 반사판과 "0"에 대응하는 반사 계수를 가지는 반사판을 전자 펜(200)의 아이디에 따라 적절하게 배치할 수 있다. 예를 들어, 상기 전자 펜(200)의 아이디가 "1001"인 경우 "1"에 대응하는 반사 계수를 가지는 반사판, "0"에 대응하는 반사 계수를 가지는 반사판, "0"에 대응하는 반사 계수를 가지는 반사판 및 "1"에 대응하는 반사 계수를 가지는 반사판을 일렬로 배치할 수 있다. 이때, 상기 휴대 단말기(100)는 일렬로 배치된 반사판들에 의한 반사 신호를 분석하여 전자 펜(200)의 아이디 정보를 인식할 수 있다.

상기 도 7의 (b)를 참조하면, 상기 휴대 단말기(100)는 무선 신호를 발신한 후에 일정 시간이 경과한 후에 상기 기준 IDT(243)에 의한 기준 신호(1)를 가장 먼저 수신하고, 그 후에 상기 출력 IDT(242)에 의한 위치 신호(2)를 수신하며, 마지막으로 상기 반사판(244)에 의한 ID 신호(3)를 수신한다. 상기 위치 신호(2)는 전자 펜(200)의 위치 인식을 위하여 사용된다. 또한, 상기 위치 신호(2)의 주파수, 진폭 및 위상의 변화는 필압 정보 또는 버튼 입력 정보 인식을 위하여 사용된다. 상기 ID 신호(3)는 반사판의 수에 따라 4개의 파형을 가진다. 이와 같이, 본 발명은 상기 지연 소자(240)가 다수의 IDT 및 반사판을 포함하는 경우 다수의 IDT 및 반사판에 의한 지연 시간을 다르게 설정하여 상태 정보가 시간차를 가지고 제공되도록 할 수 있다. 즉, 본 발명의 전자 펜(200)은 주파수, 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 변화시켜 상태 정보를 제공할 뿐만 아니라, 시간 지연을 통해 상태 정보를 휴대 단말기(100)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 전자 펜(200)이 상기 도 7의 (a)와 같은 구성을 가지는 경우 상기 휴대 단말기(100)는 시간차를 가지고 순차적으로 수신되는 기준 신호(1), 위치 신호(2) 및 ID 신호(3)를 통해 위치 정보 및 ID 정보를 인식하고, 상기 위치 신호(2)의 주파수, 진폭 및 위상 중 적어도 하나의 변화를 통해 필압 정보 및/또는 버튼(230) 입력 정보를 인식할 수 있다. 이와 같이 본 발명은 주파수 변화만을 이용하여 상태 정보를 제공하는 종래의 LC 공진 회로를 이용한 전자기공진 방식의 전자 펜에 비하여 보다 다양한 상태 정보를 제공할 수 있다.

한편, 상기 도 7의 (b)에 도시된 신호의 수신 순서로 본 발명이 한정되지 않는다. 즉, 상기 기준 IDT(243), 출력 IDT(242) 및 반사판(244)의 배치 또는 상기 기준 IDT(243), 출력 IDT(242) 및 반사판(244)의 시간 지연 값에 따라 기준 신호(1), 상태 신호(2) 및 ID 신호(3)의 수신 순서는 달라질 수 있다.

상기 도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 지연 소자(240)는 입력 IDT(241), 제1센서 IDT(245), 제2센서 IDT(246), 기준 IDT(243)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 도 8에 도시된 전자 펜(200)의 지연 소자(240)는 다수의 센서 IDT를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 제1센서 IDT(245) 및 제2센서 IDT(246)는 다양한 센서(221, 222)와 각각 연결되어, 상기 다양한 센서(221, 222)를 통해 수집된 센서 정보를 휴대 단말기(100)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1센서 IDT(245)는 압력 센서와 연결되고, 상기 제2센서 IDT(246)는 스위치와 연결될 수 있다. 이와 같이 상기 도 8에 도시된 본 발명의 전자 펜(200)은 필압, 버튼 입력 등과 같은 상태 정보를 이전의 실시 예와 같이 하나의 출력 IDT를 이용하여 휴대 단말기(100)에 제공하지 않고, 다수의 출력 IDT를 이용하여 각각 제공할 수 있다. 또한, 상기 도 8의 전자 펜(200)은 상기 도 7에서 설명한 바와 같이 전자 펜(200)의 아이디 정보를 제공하기 위한 반사판을 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 도 8의 다른 구성들은 상기 도 4 내지 도 7에서 상술하였으므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.

한편, 설명의 편의를 위하여 상기 도 7과 도 8에서 상기 IDT들(기준 IDT(243), 출력 IDT(242),반사판(244), 제1센서 IDT(245), 제2센서 IDT(246) 등)이 다열로 배치되어 있지만, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 상기 IDT들은 일렬로 배치될 수도 있다. 즉, 상기 IDT들은 일반적으로 SAW Device 제작에 사용되는 다양한 방법이 사용될 수 있다.

도 9는 본 발명의 제2실시 예에 따른 전자 펜의 등가 회로를 도시한 도면이다.

상기 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전자 펜(300)은 안테나(360), 지연 소자(340), 압력 센서(350), 임피던스 소자(320) 및 버튼(330)를 포함할 수 있다.

이러한 구성을 가지는 본 발명의 제2실시 예에 따른 전자 펜(300)은 위치 정보를 인식하는 제1주파수(fp)와 상태 정보를 인식하는 제2주파수(fd)를 분리하는 것을 특징으로 한다. 이는 전자 펜(300)의 위치 검출의 정확성을 높이기 위함이다. 상세하게는, 일반적으로 상기 휴대 단말기(100)는 터치 오인식을 줄이기 위하여 기 설정된 스캔 시간내에 다수 번의 스캔을 수행한다. 하지만, 본 발명의 제1실시 예에 따른 전자 펜(200)과 같이 하나의 주파수를 이용하여 위치 정보 및 상태 정보를 제공하는 경우 수신 신호의 주기가 길어지게 된다. 이와 같이 수신 신호의 주기가 길어지는 경우 상기 스캔 시간 동안의 스캔 횟수는 감소될 수 밖에 없으며, 상기 스캔 횟수의 감소는 터치 위치를 정확하게 인식하지 못하는 문제를 초래할 수 있다. 한편, 동일한 스캔 횟수를 유지하기 위하여 스캔 시간을 증가시키는 경우 터치 반응 속도의 저하를 초래할 수 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 상기 지연 소자(340)는 위치 정보를 제공하는 위치 정보 제공부(41)와 상태 정보를 제공하는 상태 정보 제공부(42)를 포함할 수 있다. 상기 위치 정보 제공부(41)는 제1주파수(fp)로 동작하는 제1입력 IDT(341)와 제1출력 IDT(342)로 구성된다.

상기 상태 정보 제공부(42)는 제2주파수(fd)로 동작하는 제2입력 IDT(343), 제2출력 IDT(344), 제3출력 IDT(345) 및 반사판(346)을 포함할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 제2실시 예에 따른 전자 펜(300)은 위치 정보를 제공하기 위한 제1주파수(fp)와 상태 정보를 제공하기 위한 제2주파수(fd)를 지원한다는 차이점을 제외하고는 제1실시 예에 따른 전자 펜(200)과 유사하게 동작한다. 따라서, 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 10은 본 발명의 제2실시 예에 따른 전자 펜의 위치 정보와 상태 정보 인식 방법을 설명하기 위한 도면이다.

상기 도 10의 (a)를 참조하면, 상기 휴대 단말기(100)는 기 설정된 주기(T)에 따라 기 설정된 횟수만큼 제1주파수(fp)의 무선 신호(1010)를 송신한다. 이 후, 상기 휴대 단말기(100)는 환경 요인에 의한 반사파(1020) 및 전자 펜(300)에 의한 반사 신호(1030)를 수신한다. 특히, 상기 반사 신호(1030)는 환경 반사파(1020)가 사라진 후 수신됨을 알 수 있다. 이로 인하여, 본 발명은 신호대잡음비가 개선되어 터치 오류를 방지할 수 있다.

상기 제1주파수(fp)의 송신이 완료되면, 상기 도 10의 (b)와 같이 상기 휴대 단말기(100)는 제2주파수(fd)의 무선 신호(1040)를 송신하고, 환경 요인에 의한 반사파(1050) 및 상기 제2주파수(fd)의 무선 신호(1040)에 대한 반사 신호(1060)를 수신한다. 예를 들어, 상기 반사 신호(1060)는 제2출력 IDT(344), 제3출력 IDT(345) 및 반사판(346)에 의해 시간차를 가지는 다수의 신호를 포함한다. 이와 같이 본 발명은 시간 차를 이용하여 전자 펜(300)의 상태 정보를 제공할 수 있다. 즉, 본 발명은 주파수 변화만을 이용하여 상태 정보를 제공하는 종래의 LC 공진회로를 이용한 전자기 공진 방식의 전자 펜에 비하여 다양한 상태 정보를 제공할 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이 본 발명의 제2실시 예는 위치 정보 제공을 위한 제1주파수(fp)를 이용하여 위치 정보를 제공하고, 제2주파수(fd)를 이용하여 상태 정보를 제공함에 따라 상기 제1실시 예에 비하여 위치 정보를 빠르게 제공할 수 있으며, 인식 오류를 방지할 수 있다.

도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 휴대 단말기의 구성을 도시한 블록도이다.

상기 도 11을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 휴대 단말기(100)는 무선 통신부(150), 터치스크린(130), 저장부(120) 및 제어부(110)의 구성을 포함할 수 있다.

상기 무선 통신부(150)는 휴대 단말기(100)의 무선 통신 기능을 지원하며, 휴대 단말기(100)가 이동 통신 기능을 지원하는 경우 이동 통신 모듈로서 구성될 수 있다. 이때, 상기 무선 통신부(150)는 송신되는 무선 신호의 주파수를 상승 변환 및 증폭하는 RF(Radio Frequency) 송신부 및 수신되는 무선 신호를 저잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하는 RF 수신부 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 휴대 단말기(100)가 와이파이 통신, 블루투스 통신, NFC(Near Field Commuication) 통신 등과 같은 근거리 무선 통신 기능을 지원하는 경우 상기 무선 통신부(150)는 와이파이 통신 모듈, 블루투스 통신 모듈, NFC 통신 모듈 등으로 구성될 수 있다. 한편, 상기 휴대 단말기(100)가 무선 통신 기능을 제공하지 않는 경우 상기 무선 통신부(150)는 생략될 수도 있다.

상기 터치스크린(130)은 출력 기능 및 입력 기능을 제공할 수 있다. 이를 위하여, 상기 터치스크린(130)은 표시 패널과 터치 패널을 포함할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 터치스크린(130)은 사용자의 손가락에 의한 일반 터치와 전자 펜의 터치를 인식할 수 있다. 이를 위하여, 상기 터치스크린(130)은 상기 일반 터치 입력을 인식하기 위한 제1터치 패널과 상기 전자 펜(200)에 의한 터치 입력 및/또는 상태 정보 입력을 인식하기 위한 제2터치 패널이 결합되어 형성될 수 있다. 또는, 상기 제1터치 패널 및 제2터치 패널은 일체형으로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 상기 제1터치 패널은 정전 용량 방식, 저항막 방식, 초음파 방식, 적외선 방식 등으로 형성될 수 있고, 상기 제2터치 패널은 전자기 유도 방식의 터치 패널로 형성될 수 있다. 이러한 터치스크린(130)에 대한 상세한 설명은 도 12를 참조하여 후술하기로 한다.

상기 저장부(120)는 휴대 단말기(100)의 운영체제(OS, Operating System)를 비롯하여, 기타 옵션(options) 기능 예컨대, 소리 재생 기능, 이미지 또는 동영상 재생 기능, 방송 재생 기능 등에 필요한 응용 프로그램을 비롯하여, 사용자 데이터 및 통신 시 송수신되는 데이터 등을 저장할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 상기 저장부(120)는 전자 펜(200)에 의한 터치 입력을 인식하기 위한 터치 인식 프로그램을 저장할 수 있다. 상기 터치 인식 프로그램은 전자 펜(200)에 무선 신호를 송신하고, 상기 전자 펜(200)로부터 수신되는 반사 신호를 통해 전자 펜(200)에 의한 터치 입력 및/또는 상태 정보 입력을 인식할 수 있다. 상세하게는, 상기 터치 인식 프로그램은 상기 전자 펜(200)로부터 수신되는 적어도 하나의 반사 신호를 분석하여, 전자 펜(200)의 터치 좌표, 필압 정보, 버튼 입력 정보, 아이디 정보 등을 인식할 수 있다. 예를 들어, 상기 전자 펜(200)의 지연 소자가 하나의 출력 IDT와 반사판을 포함하고, 상기 출력 IDT에 압력 센서와 버튼이 병렬로 연결된 경우 상기 터치 인식 프로그램은 출력 IDT에 의한 제1반사 신호를 통해 위치 정보를 인식하고, 상기 제1반사 신호의 주파수, 진폭, 위상의 변화를 통해 필압 정보, 버튼 입력 정보를 인식하며, 상기 반사판에 의해 발생하며 상기 제1반사 신호와 시간차를 가지고 수신되는 제2반사 신호를 분석하여 전자 펜의 아이디 정보를 인식할 수 있다.

상기 제어부(110)는 휴대 단말기(100)의 전반적인 동작 및 휴대 단말기(100)의 내부 블록들 간 신호 흐름을 제어하고, 데이터를 처리하는 데이터 처리 기능을 수행할 수 있다. 이러한 상기 제어부(110)는 중앙 처리 장치(Central Processing Unit : CPU), 어플리케이션 프로세서(Application Processor) 등이 될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 제어부(110)는 손가락 등에 의한 일반 터치 입력과 전자 펜(200)에 의한 터치 입력의 인식을 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부(110)는 전자 펜(200)로부터 제공되는 아이디 정보, 필압 정보, 버튼 입력 정보, 센서 정보 등의 인식을 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부(110)는 제1주파수(fp)의 무선 신호를 이용한 전자 펜의 위치 정보 인식 및 제2주파수(fd)의 무선 신호를 이용한 전자 펜의 상태 정보 인식을 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부(110)는 다중 주파수를 이용한 전자 펜 인식을 제어할 수 있다.

한편, 상기 도 11에 도시하지 않았지만 상기 휴대 단말기(100)는 동영상 또는 정지 영상 촬영을 위한 카메라 모듈, 방송 수신을 위한 방송 수신 모듈, MP3 모듈과 같은 디지털 음원 재생 모듈 및 휴대 단말기(100)의 움직임을 감지하는 모션 센서 모듈 등의 부가 기능을 갖는 구성 요소들을 선택적으로 더 포함할 수 있다. 이러한 구성 요소들은 디지털 기기의 컨버전스(convergence) 추세에 따라 변형이 매우 다양하여 모두 열거할 수는 없으나, 본 발명에 따른 휴대 단말기(100)는 상기 언급된 구성 요소들과 동등한 수준의 구성 요소들을 더 포함할 수 있다.

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 터치스크린의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 상기 도 12의 (a)를 참조하면, 상기 터치스크린(130)은 보호 윈도우(131), 제1터치 패널(132), 표시 패널(133) 및 제2터치 패널(134)을 포함할 수 있다.

상기 보호 윈도우(131)는 제1터치 패널(132), 제2터치 패널(134) 및 표시 패널(133) 등의 손상을 보호할 수 있다. 이를 위하여, 상기 보호 윈도우(131)는 강화 유리로 형성될 수 있다. 상기 표시 패널(133)은 휴대 단말기(100)의 각종 메뉴를 비롯하여 사용자가 입력한 정보 또는 사용자에게 제공되는 정보를 표시한다. 예를 들어, 상기 표시 패널(133)은 휴대 단말기(100) 이용에 따른 다양한 화면 예를 들면, 잠금 이미지, 메인 메뉴 화면, 홈 화면, 어플리케이션 화면 등을 제공할 수 있다. 이러한 표시 패널(133)은 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitted Diode) 등으로 형성될 수 있다.

상기 제1터치 패널(132)은 손가락 등에 의한 터치 입력(이하 일반 터치)을 인식하기 위한 터치 패널이다. 이러한 상기 제1터치 패널(132)은 정전 용량 방식, 저항막 방식, 초음파 방식, 적외선 방식 등의 터치 패널이 사용될 수 있다. 상기 제2터치 패널(134)은 전자 펜(200)에 의한 터치 입력 및/또는 상태 정보 입력을 인식하기 위한 터치 패널이다. 이러한 제2터치 패널(134)은 전자기 유도 방식의 터치 패널이 사용될 수 있다. 상기 제2터치 패널(134)은 상기 전자 펜(200)에 무선 신호를 송신하고, 상기 전자 펜(200)으로 부터 반사 신호를 수신하기 위한 안테나 어레이(미도시)를 포함할 수 있다.

다음으로, 상기 도 12의 (b)를 참조하면, 상기 터치스크린(130)은 보호 윈도우(131), 터치 패널(132), 표시 패널(133), 전자 펜용 안테나(135) 및 상기 표시 패널(133)이 실장되는 브라켓(Bracket, 136)을 포함할 수 있다. 이러한 구성을 가지는 터치스크린(130)은 전자 펜에 의한 터치 입력을 인식하기 위한 터치 패널을 별도로 구비하지 않고, 일반 터치 입력을 인식하기 위한 터치 패널을 공통으로 사용하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 터치스크린(130)은 전자 펜용 안테나(135)를 상기 터치 패널(132)의 외곽에 추가할 수 있다. 이는 상기 터치 패널(132)이 일반 터치를 인식하도록 구동되고 있는 경우 상기 터치 패널(132)의 패턴들이 안테나로 동작하지 않거나, 안테나로 동작하더라도 상기 터치 패널(132)의 패턴으로 사용되는 투명 전극의 높은 저항 성분으로 인하여 수신 감도가 저하되어 전자 펜의 접근을 인식하지 못하는 문제점을 방지하기 위함이다. 즉, 상기 휴대 단말기(100)는 상기 전자 펜용 안테나(135)를 통해 전자 펜의 접근을 감지하고, 상기 터치 패널(132)의 패턴들을 안테나로 구동시켜 전자 펜의 터치 입력을 인식할 수 있다. 상기 전자 펜용 안테나(135)는 도 12의 (b)에 도시된 바와 같이 화면이 표시되지 않는 BM(Black Mark) 영역에 실장될 수 있다.

도 13은 본 발명의 제1실시 예에 따른 전자 펜의 위치 정보 및 상태 정보를 인식하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

상기 도 13을 참조하면, 터치 패널(132)은 X축(또는 가로축) 좌표를 인식하기 위한 다수의 센싱 전극(R0, R1, R2, R3, R4, R5, R6) 및 Y축(또는 세로축) 좌표를 인식하기 위한 다수의 센싱 전극(C0, C1, C2, C3, C4, C5, C6)을 포함할 수 있다. 상기 다수의 센싱 전극들은 투명 전극으로 형성된다. 또한, 상기 다수의 센싱 전극들은 제1스위치(SW1) 또는 제2스위치(SW2)에 연결된다.

상기 제1스위치(SW1)는 일반 터치 입력을 감지하기 위한 TSP 송신기(138b)와 연결되는 입력 단자와 상기 다수의 센싱 전극들과 각각 연결되는 다수의 출력 단자들을 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 상기 제2스위치(SW2)는 일반 터치 입력을 감지하기 위한 TSP 수신기(138a)와 연결되는 입력 단자와 상기 다수의 센싱 전극들과 각각 연결되는 다수의 출력 단자들을 포함할 수 있다. 상기 제2스위치(SW2)의 입력 단자는 제4스위치(SW4)의 일측에 연결된다.

상기 제3스위치(SW3)는 전자 펜의 터치 입력을 인식하기 위한 펜 송신기(137a) 및 전자 펜용 안테나(135)와 연결된다. 즉, 상기 제3스위치(SW3)는 전자 펜용 안테나(135)가 펜 송신기(137a)와 연결되거나, 상기 전자 펜용 안테나(135)가 제4스위치(SW4)를 통해 전자 펜의 터치 입력을 인식하기 위한 펜 수신기(137b)와 연결되도록 스위칭된다. 상기 제4스위치(SW4)는 펜 수신기(137b)가 제3스위치(SW3)를 통해 전자 펜용 안테나(135)와 연결되거나, 펜 수신기(137b)가 제2스위치(SW2)와 연결되도록 스위칭된다.

상술한 구조를 가지는 터치스크린(130)을 통해 전자 펜에 의한 터치 입력을 센싱하는 방법에 대하여 좀 더 상세히 설명하면, 상기 휴대 단말기(100)의 제어부(110)는 주기적으로 제3스위치(SW3)를 온하여 상기 전자 펜용 안테나(135)를 통해 무선 신호를 방사한 후, 상기 제3스위치(SW3)를 오프하고 상기 전자 펜용 안테나(135)와 펜 수신기(137b)가 연결되도록 상기 제4스위치(SW4)를 제어하여 전자 펜(200)으로부터 입력되는 반사 신호를 수신함으로써, 전자 펜의 사용을 감지할 수 있다.

상기 전자 펜의 사용이 감지되지 않으면, 상기 제어부(110)는 터치 패널(132)을 통해 일반 터치 입력을 인식할 수 있다. 상세하게는, 상기 제어부(110)는 TSP 수신기(138a) 및 TSP 송신기(138b)를 이용하여 일반 터치 입력을 인식할 수 있다. 한편, 상기 전자 펜의 사용이 감지되면, 상기 제어부(110)는 터치 패널(132)의 센싱 전극들을 이용하여 전자 펜에 의한 터치 입력을 인식할 수 있다. 상세하게는, 상기 휴대 단말기(100)의 제어부(110)는 펜 수신기(137b)와 제2스위치(SW2)의 입력단자가 연결되도록 제4스위치(SW4)를 제어하고, 제2스위치(SW2)를 통해 X축 전극 및 Y축 전극들을 센싱하며, 상기 센싱 결과를 통해 전자 펜의 위치를 검출할 수 있다. 이후, 상기 전자 펜이 미감지되는 경우 상기 제어부(110)는 펜 수신기(137b)가 제3스위치(SW3)를 통해 전자 펜용 안테나(135)와 연결되도록 제4스위치(SW4)를 제어할 수 있다.

한편, 이상에서는 전자 펜이 감지되는 경우 터치패널(132)의 센싱 전극을 통해 전자 펜의 위치를 인식하는 것으로 설명하였다. 하지만 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 즉, 본 발명의 다른 예에서는 전자 펜용 안테나(135)를 통해 전자 펜 사용 여부 및 전자 펜의 상태 정보(필압, ID 정보, 버튼 입력 정보 등)를 파악하고, 상태 변화(예컨대 필압 변화)가 감지되는 경우 터치 패널(132)의 센싱 전극을 통해 전자 펜의 위치를 인식하도록 제어할 수도 있다.

도 14 는 본 발명의 제2실시 예에 따른 전자 펜의 위치 정보 및 상태 정보를 인식하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

상기 도 14를 참조하면, 본 발명의 제2실시 예에 따른 휴대 단말기는 전자 펜(200)의 위치 정보 인식을 위한 제1주파수(fp)와 상태 정보 인식을 위한 제2주파수(fd)의 무선 신호를 송신하는 송신기(1410), 상기 송신기(1410)의 출력 신호를 제2터치 패널(134)의 송신 라인들(Tx0, Tx1, Tx2, Tx3, Tx4, Tx5, Tx6)들에 공급하는 제1다중화기(Multiplexer, 1420), 상기 제1주파수(fp) 및 제2주파수(fd)에 대한 반사 신호를 수신하는 수신기(1430) 및 상기 제2터치 패널(134)의 다수의 수신 라인들((Rx0, Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Rx5, Rx6)로부터 수신되는 신호를 상기 수신기(1430)로 출력하는 제2다중화기(1440)를 포함할 수 있다.

상술한 구성을 가지는 휴대 단말기는 송신기(1410)를 통해 제1주파수(fp)의 무선 신호를 송신한다. 이때, 상기 제1다중화기(1420)는 제1송신 라인(Tx0) 내지 제7송신 라인(Tx6)에 순차적으로 상기 제1주파수(fp)의 무선 신호를 공급한다. 상기 제2다중화기(1440)는 상기 제1수신 라인(Rx0) 내지 제7수신 라인(Rx6)으로부터 입력되는 상기 제1주파수(fp)에 대한 반사 신호들을 수신기(1430)로 전송한다. 상세하게는, 제1송신 라인(Tx0)을 통해 제1주파수(fp)의 무선 신호를 송신하고, 상기 제1내지 제7 수신 라인(Rx0 Rx6)에 대하여 반사 신호가 수신되는지 확인한다. 이때, 제2 내지 제4수신 라인(Rx1, Rx2, Rx3)에서 반사 신호가 수신되고, 제3수신 라인(Rx2)에서 신호의 세기가 가장큰 경우 상기 휴대 단말기는 전자 펜이 좌표 (1, 3)에 위치하는 것으로 판단할 수 있다. 이러한 과정은 제2 내지 제7송신 라인(Tx2 Tx6)에 대하여, 순차적으로 수행된다. 한편, 상기 도 14와 같은 구성을 가지는 경우 상기 휴대 단말기는 싱글 터치 및 멀티 터치 인식이 가능하며, 멀티 터치 인식을 위하여 49 (= 송신 전극 수(7) * 수신 전극 수(7))번의 스캔을 필요로 한다. 이를 통해, 본 발명은 싱글 터치 및 멀티 터치를 인식할 수 있다. 한편, 다수 번의 측정을 통해 터치 인식의 정확성을 증가시키기 위하여, 상기 휴대 단말기는 기 설정된 주기에 따라 기 설정된 횟수만큼 무선 신호를 송신할 수 있다.

상술한 바와 같이 제1주파수(fp)를 이용하여 전자 펜의 위치 정보 인식이 완료되면, 상기 휴대 단말기는 제1송신기(1410)를 통해 제2주파수(fd)를 송신한다. 이때, 상기 제1다중화기(1420)는 상기 인식된 위치 정보를 기반으로 전자 펜이 위치하는 주변의 송신 라인들에만 제2주파수(fd)의 무선 신호를 송신하고, 주변의 수신 라인들을 통해 제2주파수(fd)의 무선 신호에 대한 반사 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 상기 전자 펜인 좌표 (3, 4)에 위치하는 것으로 인식된 경우 상기 송신기(1410)는 제2내지 제4 송신 라인(Tx1 Tx3)을 통해 제2주파수(fd)의 무선 신호를 송신하고, 제3내지 제5 수신 라인(Rx2 Tx4)을 통해 제2주파수(fd)의 무선 신호에 대한 반사 신호를 수신할 수 있다.

도 15는 본 발명의 제3실시 예에 따른 전자 펜의 위치 정보 및 상태 정보를 센싱하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

상기 도 15를 참조하면, 상기 휴대 단말기는 송신기(1510), 다중화기(1520), 수신기(1530) 및 스위치(1540)을 포함할 수 있다. 이러한 구성을 가지는 휴대 단말기는 송신기(1510)를 통해 제1주파수(fp)의 무선 신호를 송신한다. 이를 위하여, 상기 스위치(1540)는 송신기(1510)와 다중화기(1520)를 연결하고 있다. 상기 다중화기(1520)는 제1 송신 전극(R0) 내지 제7 송신 전극(R6)에 상기 제1주파수(fp)의 무선 신호를 공급 상기 제1수신 전극(C0) 내지 제7수신 전극(C6)을 통해 상기 제1주파수(fp)에 대한 반사 신호들을 입력받아 수신기(1530)로 전송한다. 이를 위하여 상기 스위치(1540)는 다중화기(1520)와 수신기(1530)가 연결되도록 스위칭된다. 한편, 상기 도 15와 같은 구성을 가지는 경우 상기 휴대 단말기는 싱글 터치만 인식 가능하며, 싱글 터치 인식을 위하여 14 (= 송신 전극 수(7) + 수신 전극 수(7))번의 스캔을 필요로 한다. 한편, 다수 번의 측정을 통해 정확성을 증가시키기 위하여, 상기 송신기(1510)는 기 설정된 주기에 따라 기 설정된 횟수만큼 무선 신호를 송신할 수 있다.

상술한 바와 같이 제1주파수(fp)를 이용하여 전자 펜의 위치 정보 인식이 완료되면, 상기 휴대 단말기는 제1송신기(1510)를 통해 제2주파수(fd)를 송신한다. 이때, 상기 다중화기(1520)는 상기 인식된 위치 정보를 기반으로 전자 펜이 위치하는 주변의 송신 전극들을 이용하여 제2주파수(fd)의 무선 신호를 송신하고, 주변의 수신 전극들을 통해 제2주파수(fd)의 무선 신호에 대한 반사 신호를 수신할 수 있다.

도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 주파수를 이용한 터치 성능 향상 방법을 설명하기 위한 도면이다.

상기 도 16을 참조하면, 상기 휴대 단말기는 다양한 노이즈 신호를 포함하고 있다. 예를 들어, 상기 노이즈 신호는 도 16의 노이즈 곡선(1610)과 같이 매우 넓은 주파수 대역에 존재하며, 주파수 대역에 따라 레벨이 상이하다. 이러한 노이즈 신호는 휴대 단말기에 따라 다른 형태를 가지며, 전자 펜 인식의 오류를 초래할 수 있다. 따라서, 상기 전자 펜 인식을 위한 무선 신호는 상기 노이즈 레벨이 작은 대역의 주파수를 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 도 16에 도시된 바와 같이 상기 전자 펜이 위치 정보 검출을 위한 3개의 주파수(fp1, fp2, fp3)와 상태 정보 검출을 위한 3개의 주파수(fd1, fd2, fd3)를 지원하는 경우 노이즈 레벨이 가장 작은 즉, 신호대잡음비가 우수한 주파수(fd1 및 fp2)를 이용하는 것이 바람직하다.

이를 위하여, 상기 휴대 단말기는 상기 전자 펜이 지원하는 다중 주파수에 대하여 노이즈 레벨을 측정하고, 지원하는 다중 주파수 중 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio : SNR)가 가장 좋은 주파수를 선택하여 전자 펜에 무선 신호를 송신할 수 있다. 이때, 상기 도 16과 같이 위치 정보 인식을 위한 제1주파수(fp) 및 상태 정보 인식을 위한 제2주파수(fd) 모두가 다중 주파수를 지원하는 경우 상기 휴대 단말기(100)는 위치 정보 인식을 위한 주파수와 상태 정보 인식을 위한 주파수를 독립적으로 선택할 수 있다.

도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 주파수를 지원하는 전자 펜을 개략적으로 도시한 도면이다.

상기 도 17을 참조하면, 다중 주파수를 지원하는 전자 펜은 안테나(1760), 지연소자(1740), 압력 센서(1750), 버튼(1730)을 포함할 수 있다.

상기 안테나(1760)는 휴대 단말기와 다중 주파수를 송수신할 수 있다. 예를 들어 상기 안테나(1760)는 위치 정보 인식을 위한 2개의 주파수(fp1, fp2)의 무선 신호와 상태 정보 인식을 위한 2개의 주파수(fd1, fd2)의 무선 신호를 휴대 단말기로부터 수신할 수 있다. 또는, 상기 안테나(1760)는 위치 정보 인식을 위한 2개의 주파수(fp1, fp2)의 무선 신호에 대한 반사 신호와 상기 상태 정보 인식을 위한 2개의 주파수(fd1, fd2)의 무선 신호에 대한 반사 신호를 휴대 단말기로 송신할 수 있다.

상기 지연 소자(1740)는 다중 주파수 지원을 위하여 다수의 IDT 블록을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 지연 소자(1740)는 위치 정보 제공을 위한 제1IDT 블록(1741) 및 제2IDT 블록(1742)과 상태 정보 제공을 위한 제3IDT 블록(1743) 및 제4IDT 블록(1744)을 포함할 수 있다.

상기 압력 센서(1750) 및 상기 버튼(1730)은 상태 정보 제공을 위한 제3IDT 블록(1743) 및 제4IDT 블록(1744)의 필압 정보 및 버튼 입력 정보를 제공하기 위한 출력 IDT들에 각각 연결된다.

상기 다중 주파수를 지원하는 전자 펜은 상기 도 16에서 설명한 바 같은 방법을 통해 선택된 주파수의 무선 신호를 휴대 단말기로부터 수신하고, 해당 주파수를 지원하는 위치 정보 및 상태 정보 제공을 위한IDT 블록들을 통해 상기 무선 신호에 대한 반사 신호를 휴대 단말기로 송신할 수 있다.

도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 주파수를 이용하여 전자 펜의 위치 정보를 센싱하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

상기 도 18을 참조하면, 본 발명의 제4실시 예는 터치스크린을 다수의 영역으로 분할하고, 각 분할 영역을 서로 다른 주파수로 동시에 스캔하는 것을 특징으로 한다. 이는 터치스크린이 대형화되거나, 고해상도가 되어 가로축 및 세로축의 라인 수가 증가하는 경우 스캔 시간이 증가하는 문제를 해결하기 위함이다. 즉, 가로축 및 세로축의 라인 수의 증가에 따라 스캔 횟수는 증가하여 스캔 시간이 증가할 수밖에 없다. 이는 터치 반응 속도의 저하로 초래하게 된다.

예를 들어, 상기 도 18에 도시된 바와 같이 터치스크린(130)을 제1영역(31) 및 제2영역(32)으로 분할할 수 있다. 이후, 상기 휴대 단말기는 제1주파수(fp1)의 무선 신호를 이용하여 제1영역(31)을 스캔하고, 제2주파수(fp2)의 무선 신호를 이용하여 제2영역(32)을 스캔할 수 있다. 상기 휴대 단말기는 상기 도 15에서 상술한 제3실시 예에 따른 센싱 방법을 이용하여 제1영역(31) 및 제2영역(32)을 스캔할 수 있다. 한편, 상기 휴대 단말기는 상기 도 14에서 상술한 제2실시 예에 따른 센싱 방법을 이용하여 제1영역(31) 및 제2영역(32)을 스캔할 수도 있다.

이상에서는 본 발명의 실시 예에 따른 지연 소자를 이용한 전자 펜 및 그의 터치 입력 방법과 터치 입력 시스템 및 방법에 대하여 본 명세서 및 도면을 통해 바람직한 실시 예들에 대하여 설명하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위해 일반적인 의미에서 사용된 것일 뿐, 본 발명이 전술한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다양한 실시 예가 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

100 : 휴대 단말기 110 : 제어부
120 : 저장부 130 : 터치스크린
150 : 무선 통신부
200 : 전자 펜 210 : 바디
220 : 임피던스 소자 230 : 버튼
240 : 지연 소자 250 : 압력 센서
260 : 안테나 270 : 펜 촉

Claims

전자 펜에 있어서,
바디;
상기 바디에 실장되며, 휴대 단말기로부터 적어도 하나의 무선 신호를 수신하는 안테나; 및
상기 안테나를 통해 상기 적어도 하나의 무선 신호를 입력받고, 일정 시간 경과 후 상기 적어도 하나의 무선 신호 각각에 대응하는 적어도 하나의 반사 신호를 상기 안테나로 출력하는 지연 소자를 포함하고,
상기 안테나는 상기 적어도 하나의 반사 신호를 상기 휴대 단말기로 송신하고,
상기 지연소자는 상기 전자 펜의 위치 정보를 인식하기 위해서 상기 적어도 하나의 무선 신호 중 제 1 주파수의 무선 신호를 수신하고, 상기 제 1 주파수의 무선 신호에 대응하는 반사 신호를 출력하는 위치 정보 제공부 및 상기 전자 펜의 상태 정보를 인식하기 위해서 상기 적어도 하나의 무선 신호 중 제 2 주파수의 무선 신호를 수신하고, 상기 제 2 주파수의 무선 신호에 대응하는 반사 신호를 출력하는 상태 정보 제공부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지연 소자를 이용한 전자 펜.
제1항에 있어서,
상기 지연 소자는
상기 적어도 하나의 무선 신호에 대응하는 전기적 신호를 상기 안테나로부터 입력받고, 상기 입력된 전기적 신호를 표면 탄성파로 변환하여 출력하는 입력 IDT; 및
상기 변환된 표면 탄성파를 입력받고, 상기 입력된 표면 탄성파를 전기적 신호로 변환하고, 상기 변환된 전기적 신호에 대한 반사 신호를 생성하며, 상기 생성된 반사 신호를 표면 탄성파로 재변환하여 상기 입력 IDT로 재전송하는 출력 IDT를 포함하고,
상기 입력 IDT는
상기 출력 IDT로부터 재전송된 표면 탄성파를 입력받아 전기적 신호로 변환하여 상기 안테나로 출력하는 것을 특징으로 하는 지연 소자를 이용한 전자 펜.
제2항에 있어서,
상기 적어도 하나의 반사 신호는
상기 출력 IDT의 부하 임피던스의 변화에 따라 상기 적어도 하나의 무선 신호의 주파수, 위상 및 진폭 중 적어도 하나가 변화된 신호인 것을 특징으로 하는 지연 소자를 이용한 전자 펜.
제1항에 있어서,
상기 지연 소자는
기준 신호를 생성하는 기준 IDT; 및
상기 전자 펜의 아이디 정보를 제공하기 위한 반사판 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지연 소자를 이용한 전자 펜.
제1항에 있어서,
정보 수집을 위한 적어도 하나의 센서를 더 포함하고,
상기 지연 소자는
상기 적어도 하나의 센서와 각각 연결되고, 상기 적어도 하나의 센서를 통해 수집된 센서 정보를 제공하기 위한 적어도 하나의 센서 IDT를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지연 소자를 이용한 전자 펜.
제1항에 있어서,
이동 가능하도록 상기 바디에 실장되는 펜 촉;
상기 지연 소자와 직렬 또는 병렬로 연결되며, 상기 펜 촉에 의해 가해지는 압력에 따라 임피던스가 변하는 압력 센서;
상기 바디의 일측에 실장되는 버튼; 및
상기 버튼과 직렬로 연결되는 임피던스 소자를 더 포함하되,
상기 버튼 및 상기 임피던스 소자는
상기 지연 소자와 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 지연 소자를 이용한 전자 펜.
삭제
제1항에 있어서,
상기 전자 펜의 상태 정보는 상기 전자 펜의 필압 정보, 버튼 입력 정보, 아이디 정보 및 센서 정보 중 적어도 하나를 포함하고,
각 상태 정보는 서로 다른 시간 지연 값을 가지고 상기 제 2 주파수의 무선 신호에 대응하는 반사 신호에 포함되는 것을 특징으로 하는 지연 소자를 이용한 전자 펜.
제1항에 있어서,
상기 지연 소자는
다중 주파수를 지원하기 위하여 다수의 IDT 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 지연 소자를 이용한 전자 펜.
터치 입력 시스템에 있어서,
안테나 및 상기 안테나를 통해 적어도 하나의 무선 신호를 수신하고, 일정 시간 경과 후 상기 적어도 하나의 무선 신호 각각에 대응하는 적어도 하나의 반사 신호를 생성하며, 상기 생성된 적어도 하나의 반사 신호를 상기 안테나를 통해 송신하는 지연 소자를 포함하는 전자 펜; 및
상기 전자 펜에 상기 적어도 하나의 무선 신호를 송신하고, 상기 지연 소자에 의해 생성된 적어도 하나의 반사 신호를 수신하여 상기 전자 펜의 위치 정보 및 상태 정보를 인식하는 휴대 단말기를 포함하고,
상기 지연소자는,
상기 전자 펜의 위치 정보를 인식하기 위해서 상기 적어도 하나의 무선 신호 중 제 1 주파수의 무선 신호를 수신하고, 상기 제 1 주파수의 무선 신호에 대응하는 반사 신호를 출력하는 위치 정보 제공부 및 상기 전자 펜의 상태 정보를 인식하기 위해서 상기 적어도 하나의 무선 신호 중 제 2 주파수의 무선 신호를 수신하고, 상기 제 2 주파수의 무선 신호에 대응하는 반사 신호를 출력하는 상태 정보 제공부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 입력 시스템.
제10항에 있어서,
상기 전자 펜의 상태 정보는
상기 전자 펜의 필압 정보, 버튼 입력 정보, 아이디 정보 및 센서 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 입력 시스템.
제10항에 있어서,
상기 휴대 단말기는
상기 지연 소자의 부하 임피던스 변화에 따라 변하는 상기 적어도 하나의 반사 신호의 주파수, 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 통해 상기 전자 펜의 상태 정보를 인식하는 것을 특징으로 하는 터치 입력 시스템.
제10항에 있어서,
상기 전자 펜은 상기 적어도 하나의 무선 신호에 대한 다수의 반사 신호를 시간 차를 가지고 상기 휴대 단말기로 송신하며,
상기 휴대 단말기는 상기 시간 차를 가지고 송신된 다수의 반사 신호를 통해 상기 전자 펜의 상태 정보를 인식하는 것을 특징으로 하는 터치 입력 시스템.
제10항에 있어서,
상기 휴대 단말기는 터치 입력을 수신하는 터치스크린을 포함하고,
상기 터치스크린은
보호 윈도우;
상기 보호 윈도우 하단에 위치하며, 다수의 센싱 전극을 포함하는 터치 패널;
상기 터치 패널의 외곽을 따라 실장되는 전자 펜용 안테나;
화면 표시를 위한 표시 패널; 및
상기 표시 패널을 실장하는 브라켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 입력 시스템.
제14항에 있어서,
상기 휴대 단말기는
상기 전자 펜용 안테나를 통해 상기 전자 펜의 접근을 감지하고, 상기 전자 펜의 접근 감지 시 상기 터치 패널의 다수의 센싱 전극을 통해 상기 전자 펜의 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 터치 입력 시스템.
제14항에 있어서,
상기 휴대 단말기는
상기 전자 펜용 안테나를 통해 상기 전자 펜의 상태 정보를 인식하는 것을 특징으로 하는 터치 입력 시스템.
제14항에 있어서,
상기 휴대 단말기는
상기 전자 펜용 안테나를 통해 상기 전자 펜의 필압 변화가 감지되는 경우 상기 터치 패널의 다수의 센싱 전극을 통해 상기 전자 펜의 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 터치 입력 시스템.
삭제
제10항에 있어서,
상기 적어도 하나의 무선 신호는 다중 주파수이고,
상기 휴대 단말기는 상기 다중 주파수 중 신호대잡음비가 가장 좋은 주파수를 선택하여 상기 전자 펜에 송신하는 것을 특징으로 하는 터치 입력 시스템.
제10항에 있어서,
상기 휴대 단말기는
터치스크린을 다수의 영역으로 분할하고, 상기 분할된 다수의 영역을 서로 다른 주파수를 이용하여 동시에 스캔하여 상기 전자 펜의 위치를 인식하는 것을 특징으로 하는 터치 입력 시스템.
터치 입력 방법에 있어서,
휴대 단말기가 전자 펜의 위치 정보 및 상태 정보 인식을 위한 적어도 하나의 무선 신호를 송신하는 단계;
상기 전자 펜이 안테나를 통해 상기 휴대 단말기가 송신한 적어도 하나의 무선 신호를 수신하는 단계;
상기 전자 펜의 지연 소자가 상기 안테나로부터 적어도 하나의 무선 신호를 입력받고, 일정 시간 경과 후 상기 적어도 하나의 무선 신호 각각에 대응하는 적어도 하나의 반사 신호를 상기 안테나로 출력하는 단계;
상기 전자 펜의 안테나를 통해 상기 적어도 하나의 반사 신호를 상기 휴대 단말기에 송신하는 단계;
상기 휴대 단말기가 상기 적어도 하나의 반사 신호를 수신하는 단계; 및
상기 휴대 단말기가 상기 적어도 하나의 반사 신호를 분석하여 상기 전자 펜의 위치 정보 및 상태 정보를 인식하는 단계를 포함하고,
상기 적어도 하나의 무선 신호를 송신하는 단계는,
상기 전자 펜의 위치 정보 인식을 위한 제 1 주파수의 무선 신호를 송신하는 단계, 및
상기 전자 펜의 상태 정보 인식을 위한 제 2 주파수의 무선 신호를 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 입력 방법.
제21항에 있어서,
상기 적어도 하나의 반사 신호를 상기 안테나로 출력하는 단계는
전기적 신호를 표면 탄성파로 변환하고, 상기 변환된 표면 탄성파를 전기적 신호로 재 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 입력 방법.
삭제
제21항에 있어서,
상기 전자 펜의 상태 정보를 인식하는 단계는
상기 적어도 하나의 반사 신호의 주파수, 진폭 및 위상 중 적어도 하나의 변화를 통해 인식하는 단계; 및
시간 차를 가지고 수신되는 다수의 반사 신호를 통해 인식하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 입력 방법.
제21항에 있어서,
상기 적어도 하나의 무선 신호를 송신하는 단계는
상기 전자 펜이 다중 주파수를 지원하는 경우 각 주파수별 신호대잡음비를 측정하는 단계;
상기 측정 결과를 기반으로 신호대잡음비가 가장 좋은 주파수의 무선 신호를 선택하는 단계; 및
상기 선택된 주파수의 무선 신호를 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 입력 방법.
제21항에 있어서,
상기 전자 펜이 다중 주파수를 지원하는 경우 상기 휴대 단말기의 터치스크린을 다수의 영역으로 분할하고, 분할된 각 영역에 다중 주파수 중 어느 하나를 각각 할당하는 단계를 더 포함하되,
상기 적어도 하나의 무선 신호를 송신하는 단계는
상기 전자 펜이 지원하는 다중 주파수를 모두 송신하는 단계를 포함하고,
상기 적어도 하나의 반사 신호를 수신하는 단계는
상기 다중 주파수에 대한 각 반사 신호를 상기 터치스크린의 할당된 분할 영역으로부터 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 입력 방법.
전자 펜의 터치 입력 방법에 있어서,
안테나를 통해 적어도 하나의 무선 신호를 수신하는 단계;
상기 적어도 하나의 무선 신호를 지연 소자를 이용하여 기 설정된 시간만큼 지연시키고, 상기 적어도 하나의 무선 신호에 대응하는 적어도 하나의 반사 신호를 상기 안테나로 출력하는 단계;
상기 안테나를 통해 상기 적어도 하나의 반사 신호를 송신하는 단계를 포함하고,
상기 적어도 하나의 무선 신호를 수신하는 단계는,
상기 전자 펜의 위치 정보 인식을 위한 제 1 주파수의 무선 신호를 수신하는 단계, 및
상기 전자 펜의 상태 정보 인식을 위한 제 2 주파수의 무선 신호를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 펜의 터치 입력 방법.
제27항에 있어서,
상기 적어도 하나의 반사 신호는
전자 펜의 위치 정보 및 상태 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 펜의 터치 입력 방법.
제28항에 있어서,
상기 상태 정보는
상기 전자 펜의 필압 정보, 버튼 입력 정보, 아이디 정보 및 센서 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 펜의 터치 입력 방법.
제29항에 있어서,
상기 상태 정보가 다수인 경우 각 상태 정보는 서로 다른 시간 지연값을 가지는 것을 특징으로 하는 전자 펜의 터치 입력 방법.
제27항에 있어서,
상기 적어도 하나의 반사 신호는
상기 지연 소자의 부하 임피던스의 변화에 따라 주파수, 진폭 및 위상 중 적어도 하나가 변화된 신호인 것을 특징으로 하는 전자 펜의 터치 입력 방법.
삭제