KR102298560B1 - Stylus pen and control method thereof - Google Patents

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Abstract

별도의 RF 소자없이 펜의 구동주파수만으로 펜의 위치, 압력 등을 감지할 수 있도록 구현된 스타일러스 펜 및 이의 제어 방법이 개시된다. 다중 주파수 구동, 다중 주파수 수신 및 FFT를 통해 터치 위치를 판별하고 필압을 감지하는 터치 센싱 시스템에 채용되는 스타일러스 펜은, 터치 패널에 접촉 가능한 도전성 팁; 터치 패널에 가해지는 도전성 팁의 압력을 측정하여 필압신호를 출력하는 필압 센서; 스타일러스 펜의 위치를 감지하기 위해 설정된 위치전송주파수를 생성하고, 필압신호를 근거로 압력전송주파수를 생성하는 주파수 신호 생성기; 및 위치전송주파수와 압력전송주파수를 믹싱하여 믹싱신호를 도전성 팁을 경유하여 터치패널의 표면에 송신하는 믹서를 포함하되, 주파수 신호 생성기는, (i) 제1 압력기준주파수와 제2 압력기준주파수의 간격을 델타로 정의하고, (ii) 감지하고자 하는 압력을 압력분해능으로 제산하여 스텝 단위로 세분화하고, (iii) 압력이 감지됨에 따라 감지되는 압력을 세분화된 압력 스텝에 매핑하여 압력단계 주파수를 설정하고, (iv) 압력단계 주파수와 델타를 승산한 후 제1 압력기준주파수에 합산하여 압력전송주파수를 설정하는 것을 특징으로 한다. Disclosed are a stylus pen implemented to detect a position, pressure, etc. of a pen only with a driving frequency of the pen without a separate RF element and a control method thereof. A stylus pen employed in a touch sensing system that determines a touch position and senses pen pressure through multi-frequency driving, multi-frequency reception, and FFT includes a conductive tip capable of contacting a touch panel; a pen pressure sensor that measures the pressure of the conductive tip applied to the touch panel and outputs a pen pressure signal; a frequency signal generator for generating a position transmission frequency set to detect the position of the stylus pen, and generating a pressure transmission frequency based on the pen pressure signal; and a mixer for mixing the position transmission frequency and the pressure transmission frequency to transmit the mixing signal to the surface of the touch panel via the conductive tip, wherein the frequency signal generator comprises: (i) the first pressure reference frequency and the second pressure reference frequency Define the interval as delta, (ii) divide the pressure to be sensed by the pressure resolution and subdivide it into step units, (iii) map the pressure detected as pressure is sensed to the subdivided pressure step to determine the pressure step frequency. and (iv) multiplying the pressure step frequency and delta, and then summing it to the first pressure reference frequency to set the pressure transmission frequency.

Description

스타일러스 펜 및 이의 제어 방법{STYLUS PEN AND CONTROL METHOD THEREOF}STYLUS PEN AND CONTROL METHOD THEREOF

본 발명은 스타일러스 펜 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 별도의 RF 소자없이 펜의 구동주파수만으로 펜의 위치, 압력 등을 감지할 수 있도록 구현된 스타일러스 펜 및 이의 제어 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a stylus pen and a control method thereof, and more particularly, to a stylus pen implemented to sense a position, pressure, etc. of a pen only with a driving frequency of the pen without a separate RF element and a control method thereof.

터치 스크린 인터페이스와 스타일러스의 사용은 널리 확립되어 있다. 터치 스크린 설계들은 저항성, 용량성, 유도성, 및 무선 주파수 감지 어레이들을 포함하는 다수의 상이한 기술들을 통합한다. 예를들어, 저항성 터치 스크린들은 수동 스타일러스와의 사용에 매우 적합한 수동 디바이스들이다. The use of touch screen interfaces and styluses is well established. Touch screen designs incorporate a number of different technologies including resistive, capacitive, inductive, and radio frequency sensing arrays. For example, resistive touch screens are passive devices well suited for use with a passive stylus.

저항성 터치 스크린들이 가까운 임의의 오브젝트로부터의 압력을 감지할 수 있더라도, 멀티-터치는 일반적으로 지원되지 않는다. 멀티-터치 애플리케이션의 예는 2개 이상의 핑거들을 터치 스크린에 적용하는 것일 수도 있다. 다른 예는 동시 팜(palm) 및 스타일러스 입력 신호들을 포함하는 서명을 입력하는 것일 수도 있다. 이들 및 다른 다수의 단점들로 인해, 용량성 터치 스크린들이 고객 시장에서 저항성 터치 스크린을 점점 더 대체하고 있다. Although resistive touch screens can sense pressure from any nearby object, multi-touch is generally not supported. An example of a multi-touch application may be applying two or more fingers to a touch screen. Another example may be inputting a signature including simultaneous palm and stylus input signals. Because of these and many other shortcomings, capacitive touch screens are increasingly replacing resistive touch screens in the customer market.

종래의 주파수 전송 방식에서, 포인트 정보는 주파수 f0, 틸트 정보는 주파수 f1, 필압 정보는 주파수 f2~f10(9개의 주파수를 마치 8비트 데이터 전송하듯이 압력의 정보를 전송했던 방식), 버튼 정보(3개의 버튼을 구현할 경우 3개의 주파수)는 주파수 f11~f13, 기타 기능 정보는 주파수 f14~ 등과 같이 할당하였다. In the conventional frequency transmission method, point information is frequency f0, tilt information is frequency f1, pen pressure information is frequency f2~f10 (a method that transmits 9 frequencies as if 8-bit data was transmitted), button information ( If 3 buttons are implemented, 3 frequencies) are assigned as frequencies f11~f13, and other function information is assigned as frequencies f14~.

즉, 스타일러스 펜 1개당 15개 이상의 주파수를 할당하여 액티브 스타일러스 펜 기능을 구현하였다. 이때 스타일러스 펜이 2개 또는 4개인 경우, 주파수를 각각의 주파수 세트의 2배~4배의 주파수를 구동하여야 하는 번거로움과 주파수가 낭비되는 문제가 있었고, 펜 주파수의 개수 증가로 인한 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)의 감소로 인해 상업성을 갖추기 어려웠다. That is, the active stylus pen function was implemented by allocating 15 or more frequencies per stylus pen. At this time, in the case of two or four stylus pens, there was a problem of having to drive a frequency 2 to 4 times the frequency of each frequency set and wasting the frequency, and PAPR (Peak) due to the increase in the number of pen frequencies. -to-Average Power Ratio), it was difficult to achieve commercial feasibility.

한편, 종래에는 스타일러스 펜의 압력 정보를 지그비나 블루투스 등의 RF 소자를 통해 호스트 시스템(예를 들어, 터치 패널이나 터치 패널에 배치되는 리드아웃 회로 등)에 전송하였다. 하지만, RF 소자를 사용하게 되면 원가가 높아지고, 스타일러스 펜을 여러 개 사용하는데 제약이 있었고, 소비전력이 높아지는 문제가 있었다. 또한 RF 소자를 채용한 스타일러스 펜을 글로벌하게 판매를 위해서는 국가별 전자파 인증을 받아야 하는 번거로움이 있었다. Meanwhile, conventionally, pressure information of the stylus pen is transmitted to a host system (eg, a touch panel or a readout circuit disposed on the touch panel, etc.) through an RF device such as ZigBee or Bluetooth. However, when the RF device is used, the cost increases, there is a limitation in using several stylus pens, and there are problems in that power consumption increases. In addition, in order to globally sell stylus pens employing RF devices, there was a hassle to obtain electromagnetic wave certification for each country.

한국공개특허 제2012-0095376호 (명칭: 다수의 구동 주파수 및 최대 우도 추정을 갖는 멀티-터치 터치 디바이스)(2012. 08. 28. 자 공개)Korean Patent Application Laid-Open No. 2012-0095376 (Title: Multi-touch touch device with multiple driving frequencies and maximum likelihood estimation) (published on August 28, 2012) 한국공개특허 제2011-0134886호 (명칭: 커런트 컨베이어를 갖는 다중 기능 커패시턴스 센싱 회로)(2011. 12. 15. 자 공개)Korean Patent Application Laid-Open No. 2011-0134886 (Name: Multi-Function Capacitance Sensing Circuit with Current Conveyor) (published on December 15, 2011)

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 정전용량 방식의 터치 기술인 다중 주파수 송수신 기법을 활용하여 위치전송주파수 및 압력전송주파수를 전송하여 별도의 RF 소자없이 펜의 구동주파수만으로 펜의 위치, 압력 등을 감지할 수 있도록 구현된 스타일러스 펜을 제공하는 것이다. Accordingly, the technical task of the present invention is based on this point, and an object of the present invention is to transmit a position transmission frequency and a pressure transmission frequency using a multi-frequency transmission/reception technique, which is a capacitive touch technology, to drive a pen without a separate RF device. An object of the present invention is to provide a stylus pen embodied to detect the position, pressure, etc. of the pen only by frequency.

본 발명의 다른 목적은 상기한 스타일러스 펜의 제어 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for controlling the above-described stylus pen.

본 발명의 또 다른 목적은 상기한 스타일러스 펜을 포함하는 터치 센싱 시스템을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a touch sensing system including the above-described stylus pen.

본 발명의 또 다른 목적은 상기한 터치 센싱 시스템을 이용한 터치 센싱 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a touch sensing method using the above-described touch sensing system.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따르면, 다중 주파수 구동, 다중 주파수 수신 및 FFT를 통해 터치 위치를 판별하고 필압을 감지하는 터치 센싱 시스템에 채용되는 스타일러스 펜은, 터치 패널에 접촉 가능한 도전성 팁; 상기 터치 패널에 가해지는 상기 도전성 팁의 압력을 측정하여 필압신호를 출력하는 필압 센서; 상기 스타일러스 펜의 위치를 감지하기 위해 설정된 위치전송주파수를 생성하고, 상기 필압신호를 근거로 압력전송주파수를 생성하는 주파수 신호 생성기; 및 상기 위치전송주파수와 상기 압력전송주파수를 믹싱하여 믹싱신호를 상기 도전성 팁을 경유하여 터치패널의 표면에 송신하는 믹서를 포함하되, 상기 주파수 신호 생성기는, (i) 제1 압력기준주파수와 제2 압력기준주파수의 간격을 델타로 정의하고, (ii) 감지하고자 하는 압력을 압력분해능으로 제산하여 스텝 단위로 세분화하고, (iii) 압력이 감지됨에 따라 감지되는 압력을 상기 세분화된 압력 스텝에 매핑하여 압력단계 주파수를 설정하고, (iv) 상기 압력단계 주파수와 상기 델타를 승산한 후 상기 제1 압력기준주파수에 합산하여 압력전송주파수를 설정하되, 상기 델타는 FFT 처리로부터 구할 수 있는 주파수 분해능 보다 월등히 큰 분해능을 얻기 위하여 인접한 FFT 주파수의 크기(Magnitude)의 사이드 로브(side lobe)의 비율을 연산하여 압력 감지에 필요한 소정의 분해능을 얻기 위한 미세 분해능인 것을 특징으로 한다. According to one embodiment in order to realize the object of the present invention, a stylus pen employed in a touch sensing system for determining a touch position and sensing pen pressure through multi-frequency driving, multi-frequency reception, and FFT is in contact with the touch panel. possible conductive tips; a pen pressure sensor measuring the pressure of the conductive tip applied to the touch panel and outputting a pen pressure signal; a frequency signal generator for generating a position transmission frequency set to detect the position of the stylus pen, and generating a pressure transmission frequency based on the pen pressure signal; and a mixer for mixing the position transmission frequency and the pressure transmission frequency to transmit a mixing signal to the surface of the touch panel via the conductive tip, wherein the frequency signal generator comprises: (i) a first pressure reference frequency and a second pressure reference frequency; 2 Define the interval of the pressure reference frequency as delta, (ii) divide the pressure to be sensed by the pressure resolution and subdivide it into step units, (iii) map the pressure sensed as pressure is sensed to the subdivided pressure step to set the pressure step frequency, (iv) multiply the pressure step frequency and the delta, and then add to the first pressure reference frequency to set the pressure transmission frequency, wherein the delta is higher than the frequency resolution obtainable from the FFT process It is characterized in that it is a fine resolution for obtaining a predetermined resolution required for pressure sensing by calculating the ratio of side lobes of the magnitude of the adjacent FFT frequency in order to obtain an extremely large resolution.

일실시예에서, 상기 압력분해능의 기준이 되는 델타는,

Figure 112020011891321-pat00001
에 의해 산출될 수 있다. In one embodiment, the delta that is the basis of the pressure resolution is,
Figure 112020011891321-pat00001
can be calculated by

일실시예에서, 필압 감지를 위해 상기 제1 압력기준주파수 및 상기 제2 압력기준주파수가 할당되고, 압력의 구분은 상기 제1 압력기준주파수 및 상기 제2 압력기준주파수 간의 간격이 복수 개로 분할되어 설정되고, 각각의 압력단계는 상기 제1 압력기준주파수에 상기 압력의 구분을 승산하여 결정될 수 있다. In one embodiment, the first pressure reference frequency and the second pressure reference frequency are allocated for pen pressure sensing, and the separation of pressure is divided into a plurality of intervals between the first pressure reference frequency and the second pressure reference frequency. is set, and each pressure step may be determined by multiplying the first pressure reference frequency by the division of the pressure.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따르면, 다중 주파수 구동, 다중 주파수 수신 및 FFT를 통해 터치 좌표를 판별하는 터치 센싱 시스템에 채용되는 스타일러스 펜의 제어 방법은, 델타로 정의되는 제1 압력기준주파수와 제2 압력기준주파수의 간격을 압력분해능으로 제산하는 단계; 감지하고자 하는 압력을 스텝 단위로 세분화하는 단계; 압력이 감지됨에 따라 감지되는 압력을 상기 세분화된 압력 스텝에 매핑하여 압력단계 주파수를 설정하는 단계; 상기 압력단계 주파수와 상기 델타를 승산한 후 상기 제1 압력기준주파수에 합산하여 압력전송주파수를 설정하는 단계; 및 상기 압력전송주파수를 터치패널의 표면에 송신하는 단계를 포함하되, 상기 델타는 FFT 처리로부터 구할 수 있는 주파수 분해능 보다 월등히 큰 분해능을 얻기 위하여 인접한 FFT 주파수의 크기(Magnitude)의 사이드 로브(side lobe)의 비율을 연산하여 압력 감지에 필요한 소정의 분해능을 얻기 위한 미세 분해능인 것을 특징으로 한다. According to an embodiment, in order to realize another object of the present invention, a control method of a stylus pen employed in a touch sensing system for determining touch coordinates through multi-frequency driving, multi-frequency reception, and FFT is defined as delta. dividing the interval between the first pressure reference frequency and the second pressure reference frequency by the pressure resolution; subdividing the pressure to be sensed in steps; setting a pressure step frequency by mapping the sensed pressure to the subdivided pressure step as the pressure is sensed; setting a pressure transmission frequency by multiplying the pressure step frequency by the delta and adding the multiplication to the first pressure reference frequency; and transmitting the pressure transmission frequency to the surface of the touch panel, wherein the delta is a side lobe of the magnitude of the adjacent FFT frequency in order to obtain a resolution significantly greater than the frequency resolution obtained from the FFT process. ), it is characterized in that it is a fine resolution for obtaining a predetermined resolution required for pressure sensing by calculating the ratio.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따르면, 다중 주파수 구동, 다중 주파수 수신 및 FFT를 통해 터치 위치를 판별하고 필압을 감지하는 터치 센싱 시스템은, 펜 구동신호를 전달하는 구동전극과 상기 구동전극에서 유기되는 센싱신호를 전달하는 센싱전극을 포함하는 터치 패널; (i) 제1 압력기준주파수와 제2 압력기준주파수의 간격을 델타로 정의하고, (ii) 감지하고자 하는 압력을 압력분해능으로 제산하여 스텝 단위로 세분화하고, (iii) 압력이 감지됨에 따라 감지되는 압력을 상기 세분화된 압력 스텝에 매핑하여 압력단계 주파수를 설정하고, (iv) 상기 압력단계 주파수와 상기 델타를 승산한 후 상기 제1 압력기준주파수에 합산하여 압력전송주파수를 설정하고, (v) 상기 압력전송주파수를 상기 터치 패널의 표면에 송신하는 스타일러스 펜; 및 상기 구동전극들 및 상기 센싱전극들 각각의 위치에 대한 가중치 위치 계산과 디스플레이 해상도의 관계 계산을 통해 상기 스타일러스 펜의 위치 정보와 상기 스타일러스 펜의 압력 정보를 검출하는 리드아웃 회로를 포함하되, 상기 델타는 FFT 처리로부터 구할 수 있는 주파수 분해능 보다 월등히 큰 분해능을 얻기 위하여 인접한 FFT 주파수의 크기(Magnitude)의 사이드 로브(side lobe)의 비율을 연산하여 압력 감지에 필요한 소정의 분해능을 얻기 위한 미세 분해능인 것을 특징으로 한다. According to one embodiment, in order to realize another object of the present invention, a touch sensing system for determining a touch position and sensing a pen pressure through multi-frequency driving, multi-frequency reception, and FFT is a driving electrode that transmits a pen driving signal. and a touch panel including a sensing electrode transmitting a sensing signal induced by the driving electrode; (i) The interval between the first pressure reference frequency and the second pressure reference frequency is defined as delta, (ii) the pressure to be sensed is divided by the pressure resolution and subdivided into step units, (iii) detected as pressure is sensed Setting the pressure step frequency by mapping the applied pressure to the subdivided pressure step, (iv) multiplying the pressure step frequency and the delta, and adding the first pressure reference frequency to the first pressure reference frequency to set the pressure transmission frequency, (v) ) a stylus pen for transmitting the pressure transmission frequency to the surface of the touch panel; and a readout circuit configured to detect position information of the stylus pen and pressure information of the stylus pen through calculation of a weight position for each position of the driving electrodes and the sensing electrodes and a relation between display resolution, and Delta calculates the ratio of the side lobes of the magnitude of the adjacent FFT frequency in order to obtain a much larger resolution than the frequency resolution that can be obtained from FFT processing. characterized in that

일실시예에서, 상기 리드아웃회로는 가상의 터치 좌표를 산출하되, X축 상의 터치 위치는,

Figure 112020011891321-pat00002
(Psum(x)는 X축 가중치 합이고,
Figure 112020011891321-pat00003
는 센싱전극들의 터치 변화값의 합)에 서로 인접하는 센싱전극의 분해능을 승산하여 산출되고, Y축 상의 터치 위치는,
Figure 112020011891321-pat00004
(Psum(y)는 Y축 가중치 합이고,
Figure 112020011891321-pat00005
는 구동전극들의 터치 변화값의 합)에 서로 인접하는 구동전극의 분해능을 승산하여 산출될 수 있다. In one embodiment, the readout circuit calculates virtual touch coordinates, the touch position on the X-axis,
Figure 112020011891321-pat00002
(Psum(x) is the X-axis weighted sum,
Figure 112020011891321-pat00003
is calculated by multiplying the sum of the touch change values of the sensing electrodes by the resolution of the sensing electrodes adjacent to each other, and the touch position on the Y-axis is,
Figure 112020011891321-pat00004
(Psum(y) is the Y-axis weighted sum,
Figure 112020011891321-pat00005
may be calculated by multiplying the sum of touch change values of the driving electrodes) by the resolution of the driving electrodes adjacent to each other.

일실시예에서, 상기 리드아웃회로는 상기 가상의 터치 좌표에서 가중치로 설정된 옵셋값들을 차감할 수 있다. In an embodiment, the readout circuit may subtract offset values set as weights from the virtual touch coordinates.

일실시예에서, 수신되는 압력값은,

Figure 112020011891321-pat00006
(여기서, f20mag는 제1 압력기준주파수(f20)의 크기이고, f21mag는 제2 압력기준주파수(f21)의 크기이고, offset1은 f20의 가중치이고, offset2는 f21의 가중치인 것)에 의해 복원될 수 있다. In one embodiment, the received pressure value is
Figure 112020011891321-pat00006
(here, f20mag is the size of the first pressure reference frequency f20, f21mag is the size of the second pressure reference frequency f21, offset1 is the weight of f20, and offset2 is the weight of f21) can

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따르면, 다중 주파수 구동, 다중 주파수 수신 및 FFT를 통해 터치 위치를 판별하는 터치 센싱 시스템을 이용한 터치 센싱 방법은, 펜압력 신호 전달을 위한 압력전송주파수를 결정하는 단계; 결정된 압력전송주파수를 터치패널의 표면에 송신하는 단계; 상기 터치패널의 표면을 통해 센싱 주파수를 수신하는 단계; 상기 센싱 주파수를 근거로 펜의 터치 위치를 산출하는 단계; 및 상기 센싱 주파수를 근거로 펜의 필압을 산출하는 단계를 포함하되, 상기 압력전송주파수를 결정하는 단계는, 델타로 정의되는 제1 압력기준주파수와 제2 압력기준주파수의 간격을 압력분해능으로 제산하는 단계; 감지하고자 하는 압력을 스텝 단위로 세분화하는 단계; 압력이 감지됨에 따라 감지되는 압력을 상기 세분화된 압력 스텝에 매핑하여 압력단계 주파수를 설정하는 단계; 및 상기 압력단계 주파수와 상기 델타를 승산한 후 상기 제1 압력기준주파수에 합산하여 압력전송주파수를 설정하는 단계를 포함하고, 상기 델타는 FFT 처리로부터 구할 수 있는 주파수 분해능 보다 월등히 큰 분해능을 얻기 위하여 인접한 FFT 주파수의 크기(Magnitude)의 사이드 로브(side lobe)의 비율을 연산하여 압력 감지에 필요한 소정의 분해능을 얻기 위한 미세 분해능인 것을 특징으로 한다. According to one embodiment, in order to realize another object of the present invention, a touch sensing method using a touch sensing system for determining a touch position through multi-frequency driving, multi-frequency reception, and FFT is a pressure for transmitting a pen pressure signal. determining a transmission frequency; transmitting the determined pressure transmission frequency to the surface of the touch panel; receiving a sensing frequency through a surface of the touch panel; calculating a touch position of the pen based on the sensing frequency; and calculating the pen pressure of the pen based on the sensing frequency, wherein the determining of the pressure transmission frequency comprises dividing the interval between the first pressure reference frequency and the second pressure reference frequency defined by delta by the pressure resolution. to do; subdividing the pressure to be sensed in steps; setting a pressure step frequency by mapping the sensed pressure to the subdivided pressure step as the pressure is sensed; and setting the pressure transmission frequency by multiplying the pressure step frequency by the delta and then summing it to the first pressure reference frequency, wherein the delta is significantly greater than the frequency resolution obtainable from the FFT process. It is characterized in that it is a fine resolution for obtaining a predetermined resolution required for pressure sensing by calculating the ratio of side lobes of the magnitude of the adjacent FFT frequencies.

삭제delete

일실시예에서, 수신되는 압력값은,

Figure 112020011891321-pat00007
(여기서, f20mag는 제1 압력기준주파수(f20)의 크기이고, f21mag는 제2 압력기준주파수(f21)의 크기이고, offset1은 f20의 가중치이고, offset2는 f21의 가중치인 것)에 의해 복원될 수 있다. In one embodiment, the received pressure value is
Figure 112020011891321-pat00007
(here, f20mag is the size of the first pressure reference frequency f20, f21mag is the size of the second pressure reference frequency f21, offset1 is the weight of f20, and offset2 is the weight of f21) can

이러한 스타일러스 펜 및 이의 제어 방법에 의하면, 정전용량 방식의 터치 기술인 다중 주파수 송수신 기법을 활용하여 위치전송주파수 및 압력전송주파수를 전송하여 별도의 RF 소자없이 펜의 구동주파수만으로 펜의 위치, 압력 등을 감지할 수 있다. 또한 실제 디스플레이 패널의 해상도보다 현저하게 적은 수의 터치 센서들을 이용하더라도, 터치 센서들 각각의 위치에 대한 가중치 위치 계산과 디스플레이 해상도의 관계 계산을 통해 스타일러스 펜의 정밀한 위치 정보뿐만 아니라 스타일러스 펜의 압력 정보를 검출할 수 있다. According to this stylus pen and its control method, the position and pressure transmission frequency are transmitted using the multi-frequency transmission/reception technique, which is a capacitive touch technology, so that the position, pressure, etc. of the pen can be controlled only with the driving frequency of the pen without a separate RF element. can detect In addition, even if a significantly smaller number of touch sensors than the resolution of the actual display panel are used, not only the precise position information of the stylus pen but also the pressure information of the stylus pen through the calculation of the weight position for each position of the touch sensors and the calculation of the relationship between the display resolution can be detected.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스타일러스 펜이 채용된 터치 센싱 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 터치 센싱 장치에 의한 터치 좌표 판별을 설명하기 위한 구성도이다.
도 3a는 도 1에 도시된 스타일러스 펜의 외관을 설명하기 위한 개략도이고, 도 3b는 도 4에 도시된 스타일러스 펜을 개략적으로 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는 도 1에 도시된 스타일러스 펜을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 5는 터치스크린의 위치 감지 및 좌표 계산을 설명하기 위한 평면도이다.
도 6은 터치 위치를 간단하게 계산하기 위한 영역의 좌표계를 설명하기 위한 평면도이다.
도 7은 터치 감도 획득과 터치 좌표 연산에 의해 산출된 최종 터치 좌표를 도시한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 필압 감지 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 9는 압력값과 압력전송주파수에 대한 분해능 결정 기울기를 설명하기 위한 그래프이다.
도 10a는 압력이 0.25인 경우 압력전송주파수를 설명하기 위한 도면이고, 도 10b는 압력이 0.5인 경우 압력전송주파수를 설명하기 위한 도면이고, 도 10c는 압력이 0.75인 경우 압력전송주파수를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 전송 압력값에 따른 펜 수신 주파수의 FFT 값(크기)을 설명하기 위한 그래프이다.
1 is a schematic diagram illustrating a touch sensing system employing a stylus pen according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram for explaining touch coordinate determination by the touch sensing device shown in FIG. 1 .
FIG. 3A is a schematic diagram for explaining the appearance of the stylus pen illustrated in FIG. 1 , and FIG. 3B is a configuration diagram schematically illustrating the stylus pen illustrated in FIG. 4 .
FIG. 4 is a block diagram illustrating the stylus pen shown in FIG. 1 .
5 is a plan view for explaining position detection and coordinate calculation of a touch screen.
6 is a plan view for explaining a coordinate system of a region for simply calculating a touch position.
7 is a plan view illustrating final touch coordinates calculated by acquiring touch sensitivity and calculating touch coordinates.
8 is a plan view for explaining a pen pressure sensing method according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph for explaining the resolution determination slope with respect to the pressure value and the pressure transmission frequency.
Figure 10a is a diagram for explaining the pressure transmission frequency when the pressure is 0.25, Figure 10b is a diagram for explaining the pressure transmission frequency when the pressure is 0.5, Figure 10c is a diagram for explaining the pressure transmission frequency when the pressure is 0.75 is a drawing for
11 is a graph for explaining an FFT value (magnitude) of a pen reception frequency according to a transmission pressure value.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described in more detail. Since the present invention can have various changes and can have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. In describing each figure, like reference numerals have been used for like elements. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are enlarged than the actual size for clarity of the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It is to be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. In addition, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

본 발명은 스타일러스 펜(특히 액티브 스타일러스 펜)이 터치스크린 표면으로 전송해야 하는 정보인 포인트 정보, 틸트 정보, 필압 정보, 버튼 정보 등을 전송하기 위해서 사용하는 새로운 주파수 운용에 관한 내용이다. 여기서, 버튼 정보는 마우스 버튼과 같은 클릭 또는 포워드(forward), 백워드(backward), 특수 기능(예를 들어, 지우개, 기타 사용자 정의된 명령)을 포함한다. The present invention relates to a new frequency operation used by a stylus pen (especially an active stylus pen) to transmit point information, tilt information, pen pressure information, button information, etc., which are information to be transmitted to a touch screen surface. Here, the button information includes a click, such as a mouse button, forward, backward, and special functions (eg, eraser, other user-defined commands).

도 1는 본 발명의 일실시예에 따른 스타일러스 펜이 채용된 터치 센싱 시스템을 설명하기 위한 개략도이다. 1 is a schematic diagram illustrating a touch sensing system employing a stylus pen according to an embodiment of the present invention.

도 1를 참조하면, 터치 센싱 시스템은 터치 센싱 장치(100) 및 스타일러스 펜(200)을 포함하고, 스타일러스 펜(200)의 터치 동작(펜의 위치 정보 및 펜의 압력 정보)을 인식한다. 터치 센싱 장치(100)는 스타일러스 펜(200)의 위치를 검출하여 스타일러스 펜(200)의 터치좌표를 판별한다. 또한 터치 센싱 장치(100)는 스타일러스 펜(200)의 압력을 검출한다. Referring to FIG. 1 , the touch sensing system includes a touch sensing device 100 and a stylus pen 200 , and recognizes a touch operation (position information of the pen and pressure information of the pen) of the stylus pen 200 . The touch sensing apparatus 100 detects the position of the stylus pen 200 to determine the touch coordinates of the stylus pen 200 . Also, the touch sensing device 100 detects the pressure of the stylus pen 200 .

본 실시예에서, 실제 디스플레이 패널의 해상도(예를 들어, 400×400)보다 현저하게 적은 수의 터치 센서들(예를 들어, 4×4)을 이용하더라도, 터치 센서들 각각의 위치에 대한 가중치 위치 계산과 디스플레이 해상도의 관계 계산을 통해 스타일러스 펜의 정밀한 위치 정보뿐만 아니라 스타일러스 펜의 압력 정보를 검출할 수 있는 터치 센싱 시스템을 제공한다. In the present embodiment, even when using a significantly smaller number of touch sensors (eg, 4×4) than the resolution (eg, 400×400) of the actual display panel, the weight for each position of the touch sensors A touch sensing system capable of detecting not only precise position information of the stylus pen but also pressure information of the stylus pen is provided by calculating the relationship between the position calculation and the display resolution.

도 2는 도 1에 도시된 터치 센싱 장치(100)에 의한 터치 좌표 판별을 설명하기 위한 구성도이다. FIG. 2 is a configuration diagram for explaining touch coordinate determination by the touch sensing device 100 shown in FIG. 1 .

도 1 및 도 2를 참조하면, 복수의 구동신호들은 터치 패널에 구비되는 서로 다른 구동전극들에 인가된다. 구동신호들 각각은 서로 다른 주파수성분을 갖는다. 이하에서, 설명의 편의를 위해 제1 구동신호(TX0), 제2 구동신호(TX1), 제3 구동신호(TX2) 및 제4 구동신호(TX3)가 터치 패널에 인가되는 것을 예로 설명한다. 여기서, 제1 구동신호(TX0)는 제1 주파수성분(f0)를 갖고, 제2 구동신호(TX1)는 제2 주파수성분(f1)를 갖고, 제3 구동신호(TX2)는 제3 주파수성분(f2)를 갖고, 제4 구동신호(TX3)는 제4 주파수성분(f3)를 갖는다. 제1 내지 제4 주파수성분들(f0, f1, f2, f3) 각각은 서로 다르다. 1 and 2 , a plurality of driving signals are applied to different driving electrodes provided in the touch panel. Each of the driving signals has different frequency components. Hereinafter, for convenience of description, an example in which the first driving signal TX0, the second driving signal TX1, the third driving signal TX2, and the fourth driving signal TX3 are applied to the touch panel will be described as an example. Here, the first driving signal TX0 has a first frequency component f0, the second driving signal TX1 has a second frequency component f1, and the third driving signal TX2 has a third frequency component. (f2), and the fourth driving signal TX3 has a fourth frequency component f3. Each of the first to fourth frequency components f0, f1, f2, and f3 is different from each other.

상기 터치 패널의 센싱전극(RX)에는 제1 내지 제4 구동신호들(TX0, TX1, TX2, TX3)에 대응하여 센싱된 센싱신호(SRX)가 수신된다. 상기 터치 패널에 의해 센싱신호는 믹싱되지만 진폭은 제1 내지 제4 구동신호들(TX0, TX1, TX2, TX3)에 비해 감쇄된다. The sensing electrode RX of the touch panel receives the sensing signal SRX sensed in response to the first to fourth driving signals TX0, TX1, TX2, and TX3. Although the sensing signal is mixed by the touch panel, the amplitude is attenuated compared to the first to fourth driving signals TX0, TX1, TX2, and TX3.

센싱신호(SRX)는 증폭기에 의해 증폭된 후 FFT 처리 블럭에 제공된다. FFT 처리된 센싱신호들은 분해 및 해석되어 어느 위치에서 터치가 발생되었는지 좌표가 도출된다. 상기 증폭기나 FFT 처리 블럭은 터치 센싱 장치(100)에 구비되는 터치 센싱 콘트롤러에 구비될 수 있다. The sensing signal SRX is amplified by an amplifier and then provided to the FFT processing block. The FFT-processed sensing signals are decomposed and analyzed to derive the coordinates of where the touch occurred. The amplifier or the FFT processing block may be provided in a touch sensing controller provided in the touch sensing apparatus 100 .

도 3a는 도 1에 도시된 스타일러스 펜(200)의 외관을 설명하기 위한 개략도이고, 도 3b는 도 1에 도시된 스타일러스 펜(200)을 개략적으로 설명하기 위한 구성도이다. FIG. 3A is a schematic diagram for explaining the appearance of the stylus pen 200 illustrated in FIG. 1 , and FIG. 3B is a configuration diagram for schematically explaining the stylus pen 200 illustrated in FIG. 1 .

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 스타일러스 펜(200)은 연필 형상의 도전성 케이스(202), 도전성 케이스(202)의 일측에 연결된 도전성 팁(204), 도전성 케이스(202)와 도전성 팁(204) 사이에 배치된 필압 센서(206), 주파수 신호 생성기(208) 및 믹서(210)를 포함한다. Referring to FIGS. 3A and 3B , the stylus pen 200 includes a pencil-shaped conductive case 202 , a conductive tip 204 connected to one side of the conductive case 202 , a conductive case 202 and a conductive tip 204 . It includes a pen pressure sensor 206 , a frequency signal generator 208 and a mixer 210 disposed therebetween.

도전성 팁(204)은 터치 패널에 접촉 가능한 형태를 갖는다. The conductive tip 204 has a shape capable of contacting the touch panel.

필압 센서(206)는 상기 터치 패널에 가해지는 도전성 팁(204)의 압력을 측정하여 필압신호를 출력한다. 즉, 필압 센서(206)는 스타일러스 펜 본체의 단부에 돌출된 도전성 팁(204)에 가해지는 압력에 따라 전기신호를 발생시킨다. 예를들어, 필압 센서(206)는 사용자의 필기 동작에 의해 도전성 팁(204)에 가해지는 압력에 따라 전기신호를 발생시킨다. 이를 위하여, 도전성 팁(204)은 필압 센서(206)와 연결되어 도전성 팁(204)에 발생되는 압력을 필압 센서(206)로 전달할 수 있다. The pen pressure sensor 206 outputs a pen pressure signal by measuring the pressure of the conductive tip 204 applied to the touch panel. That is, the pen pressure sensor 206 generates an electric signal according to the pressure applied to the conductive tip 204 protruding from the end of the stylus pen body. For example, the pen pressure sensor 206 generates an electrical signal according to the pressure applied to the conductive tip 204 by the user's writing operation. To this end, the conductive tip 204 may be connected to the pen pressure sensor 206 to transmit the pressure generated in the conductive tip 204 to the pen pressure sensor 206 .

주파수 신호 생성기(208)는 스타일러스 펜(200)의 위치를 감지하기 위해 설정된 펜 위치 측정용 주파수 신호(이하, 위치전송주파수)(SPO)를 생성하고, 상기 필압신호를 근거로 스타일러스 펜의 필압을 측정하기 위해 설정된 필압 측정용 주파수 신호(이하, 압력전송주파수)(SPR)를 생성한다. 이하, 본 명세서에서 설명의 편의를 위해 터치 패널에는 4개의 구동전극들과 4개의 센싱전극들이 배치된 예가 설명된다. 이때, 상기 구동전극들 각각에는 제1 구동신호(TX0), 제2 구동신호(TX1), 제3 구동신호(TX2) 및 제4 구동신호(TX3)가 인가된다. 이에 따라, 제1 구동신호(TX0)는 제1 주파수성분(f0)를 갖고, 제2 구동신호(TX1)는 제2 주파수성분(f1)를 갖고, 제3 구동신호(TX2)는 제3 주파수성분(f2)를 갖고, 제4 구동신호(TX3)는 제4 주파수성분(f3)를 갖는다. 제1 내지 제4 주파수성분들(f0, f1, f2, f3) 각각은 서로 다르다. 또한, 위치전송주파수(SPO)의 제5 주파수성분(f4)과 압력전송주파수(SPR)의 제6 주파수성분(f5)은 제1 내지 제4 주파수성분들(f0, f1, f2, f3) 각각과 다르다. The frequency signal generator 208 generates a frequency signal (hereinafter, referred to as a position transmission frequency) (SPO) for measuring the pen position set to detect the position of the stylus pen 200, and determines the pen pressure of the stylus pen based on the pen pressure signal. A frequency signal for measuring pen pressure (hereinafter referred to as pressure transmission frequency) (SPR) set for measurement is generated. Hereinafter, for convenience of description in the present specification, an example in which four driving electrodes and four sensing electrodes are disposed on the touch panel will be described. At this time, a first driving signal TX0, a second driving signal TX1, a third driving signal TX2, and a fourth driving signal TX3 are applied to each of the driving electrodes. Accordingly, the first driving signal TX0 has a first frequency component f0, the second driving signal TX1 has a second frequency component f1, and the third driving signal TX2 has a third frequency component f2, and the fourth driving signal TX3 has a fourth frequency component f3. Each of the first to fourth frequency components f0, f1, f2, and f3 is different from each other. In addition, the fifth frequency component (f4) of the position transfer frequency (SPO) and the sixth frequency component (f5) of the pressure transfer frequency (SPR) are first to fourth frequency components (f0, f1, f2, f3), respectively different from

본 실시예에서, 주파수 신호 생성기(208)는 제1 압력기준주파수와 제2 압력기준주파수의 간격을 델타로 정의하고, 감지하고자 하는 압력을 압력분해능으로 제산하여 스텝 단위로 세분화하고, 필압 센서(206)에 의해 압력이 감지됨에 따라 감지되는 압력을 세분화된 압력 스텝에 매핑하여 압력단계 주파수를 설정하고, 상기 압력단계 주파수와 상기 델타를 승산한 후 상기 제1 압력기준주파수에 합산하여 상기 압력전송주파수를 설정한다. In this embodiment, the frequency signal generator 208 defines the interval between the first pressure reference frequency and the second pressure reference frequency as delta, divides the pressure to be sensed by the pressure resolution, and subdivides it into step units, and the pen pressure sensor ( 206) sets the pressure step frequency by mapping the sensed pressure to the subdivided pressure step, multiplies the pressure step frequency by the delta, and adds the pressure to the first pressure reference frequency to transmit the pressure Set the frequency.

믹서(210)는 위치전송주파수(SPO)와 압력전송주파수(SPR)를 믹싱하여 믹싱신호를 도전성 팁(204)에 출력한다. 도전성 팁(204)에 출력된 믹싱신호는 터치 패널에 구비되는 터치 센서에서 정전용량 방식으로 감지된다. The mixer 210 mixes the position transfer frequency (SPO) and the pressure transfer frequency (SPR) and outputs a mixing signal to the conductive tip 204 . The mixing signal output to the conductive tip 204 is sensed in a capacitive manner by a touch sensor provided in the touch panel.

이상에서 설명된 바와 같이, 터치 패널에 인가되는 구동신호의 주파수와는 다르게 스타일러스 펜의 위치와 스타일러스 펜압력을 감지하기 위해 펜 주파수 신호의 주파수를 설정하여 상기 터치 패널에 인가하도록 스타일러스 펜을 설계하므로써, 복수의 스타일러스 펜을 하나의 터치 패널에서 사용할 수 있다. As described above, different from the frequency of the driving signal applied to the touch panel, by designing the stylus pen to set the frequency of the pen frequency signal to detect the position of the stylus pen and the stylus pen pressure and apply it to the touch panel. , a plurality of stylus pens can be used on one touch panel.

도 4은 도 1에 도시된 스타일러스 펜(200)을 설명하기 위한 블럭도이다. FIG. 4 is a block diagram illustrating the stylus pen 200 shown in FIG. 1 .

도 4을 참조하면, 스타일러스 펜(200)은 버튼들(250), 버튼 처리부(252), 펜 제어부(260), 필압 센서(206), 필압 처리부(207), 펜 제어부(260), 전원 관리부(270), 배터리(272), 파형 발생부(280) 및 파형 구동부(290)를 포함한다. Referring to FIG. 4 , the stylus pen 200 includes buttons 250 , a button processing unit 252 , a pen control unit 260 , a pen pressure sensor 206 , a pen pressure processing unit 207 , a pen control unit 260 , and a power management unit. 270 , a battery 272 , a waveform generator 280 , and a waveform driver 290 .

버튼들(250)은 사용자의 조작에 따라 가변되어 버튼신호를 버튼 처리부(252)에 제공한다. 버튼들(250)은 기계식 버튼일 수도 있고, 정전식 버튼일 수도 있다. 버튼들(250)은 컴퓨터 마우스의 기능과 유사한, "좌측 클릭" 및 "우측 클릭" 기능들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 추가의 기능을 제공할 수도 있다. 스타일러스 펜(200)의 버튼들(250)은 펜 제어부(CPU)(260)에 커플링될 수 있다. 버튼들(250)은 당업자에게 공지되어 있는 기계적, 전기적, 용량성, 또는 다른 타입들일 수도 있다.The buttons 250 are varied according to a user's manipulation and provide a button signal to the button processing unit 252 . The buttons 250 may be mechanical buttons or capacitive buttons. Buttons 250 may provide additional functionality, including but not limited to "left click" and "right click" functions, similar to that of a computer mouse. The buttons 250 of the stylus pen 200 may be coupled to a pen control unit (CPU) 260 . Buttons 250 may be mechanical, electrical, capacitive, or other types known to those skilled in the art.

버튼 처리부(252)는 버튼들(250)에서 제공되는 버튼신호를 디지털 변환하여 펜 제어부(260)에 제공한다. The button processing unit 252 digitally converts the button signal provided from the buttons 250 and provides it to the pen control unit 260 .

필압 센서(206)는 스타일러스 펜(200)이 터치 패널에 가해지는 압력을 센싱하고 센싱된 압력신호를 필압 처리부(207)에 제공한다. The pen pressure sensor 206 senses the pressure applied by the stylus pen 200 to the touch panel and provides the sensed pressure signal to the pen pressure processing unit 207 .

필압 처리부(207)는 필압 센서(206)에서 제공되는 압력신호를 파형 발생부(280)에 제공한다. The pen pressure processing unit 207 provides the pressure signal provided from the pen pressure sensor 206 to the waveform generating unit 280 .

펜 제어부(260)는 스타일러스 펜(200)에 구비되는 구성요소들의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 펜 제어부(260)는 필압 센서(206)에서 감지되고 필압 처리부(207)에서 처리된 압력값에 대응하여 전송할 필압 주파수를 결정하여 파형 발생부(280)(또는 3b에 도시된 주파수 신호 생성기(208))로 주파수 제어신호를 제공한다. The pen controller 260 may control operations of components included in the stylus pen 200 . For example, the pen control unit 260 determines the pen pressure frequency to be transmitted in response to the pressure value sensed by the pen pressure sensor 206 and processed by the pen pressure processing unit 207 , and the frequency shown in the waveform generating unit 280 (or 3b). A signal generator 208 provides a frequency control signal.

전원 관리부(270)는 배터리(272)의 전원을 각 구성요소들에 공급한다. 필요에 따라 전원을 승압 처리하고, 승압된 전원을 각 구성요소들에 공급한다. 통상적으로 스타일러스 펜은 배터리의 유무에 따라 능동형(active type) 또는 수동형(passive type)의 스타일러스 펜으로 구분할 수 있다. 본 발명에 따르면, 배터리(272)가 스타일러스 펜(200)에 구비되므로, 본 발명에 따른 스타일러스 펜은 액티브 스타일러스 펜이다. The power management unit 270 supplies power from the battery 272 to each component. The power is boosted as necessary, and the boosted power is supplied to each component. In general, a stylus pen may be classified into an active type or a passive type stylus pen depending on the presence or absence of a battery. According to the present invention, since the battery 272 is provided in the stylus pen 200, the stylus pen according to the present invention is an active stylus pen.

파형 발생부(280)는 펜 제어부(260)의 제어에 응답하여 위치전송주파수(SPO)를 생성하기 위한 제1 파형 또는 압력전송주파수(SPR)를 생성하기 위한 제2 파형을 파형 구동부(290)에 제공한다. 상기 제1 파형이나 제2 파형은 사인파일 수 있다. The waveform generating unit 280 generates a first waveform for generating a position transmission frequency (SPO) or a second waveform for generating a pressure transmission frequency (SPR) in response to the control of the pen control unit 260, the waveform driving unit 290 provided to The first waveform or the second waveform may be a sine wave.

파형 구동부(290)는 파형 발생부(280)에 의해 생성된 제1 파형이나 제2 파형을 각각 증폭하고 증폭된 파형들을 믹싱하여 믹싱신호를 출력한다. 본 실시예에서, 필압 처리부(207), 파형 발생부(280) 및 파형 구동부(290)는 도 3에 도시된 주파수 신호 생성기(208)를 정의할 수 있다. The waveform driver 290 amplifies the first waveform or the second waveform generated by the waveform generator 280, respectively, and mixes the amplified waveforms to output a mixing signal. In this embodiment, the pen pressure processing unit 207 , the waveform generating unit 280 , and the waveform driving unit 290 may define the frequency signal generator 208 shown in FIG. 3 .

도 5은 터치스크린의 위치 감지 및 좌표 계산을 설명하기 위한 평면도이다. 5 is a plan view for explaining position detection and coordinate calculation of a touch screen.

도 5을 참조하면, 터치 패널은 X축 방향으로 연장되고 Y축을 따라 배치된 복수의 Tx 센서들(Tx0, Tx1, Tx2, Tx3)과, Y축 방향으로 연장되고 X축을 따라 배치된 복수의 Rx 센서들(Rx0, Rx1, Rx2, Rx3)을 포함한다. 본 실시예에서, Tx 센서들(Tx0, Tx1, Tx2, Tx3) 및 Rx 센서들(Rx0, Rx1, Rx2, Rx3)은 터치 센서들을 정의한다. 즉, Tx 센서들(Tx0, Tx1, Tx2, Tx3)은 펜 구동신호를 전달하는 구동전극이고, Rx 센서들(Rx0, Rx1, Rx2, Rx3)은 상기 구동전극에서 유기되는 센싱신호를 전달하는 센싱전극이다. 도 5를 참조하는 설명은 핑거 좌표를 검출하는 예가 설명된다. Referring to FIG. 5 , the touch panel includes a plurality of Tx sensors (Tx0, Tx1, Tx2, Tx3) extending in the X-axis direction and disposed along the Y-axis, and a plurality of Rx extending in the Y-axis direction and disposed along the X-axis. It includes sensors Rx0, Rx1, Rx2, Rx3. In this embodiment, Tx sensors Tx0, Tx1, Tx2, Tx3 and Rx sensors Rx0, Rx1, Rx2, Rx3 define touch sensors. That is, the Tx sensors Tx0, Tx1, Tx2, and Tx3 are driving electrodes that transmit a pen driving signal, and the Rx sensors Rx0, Rx1, Rx2, and Rx3 are sensing units that transmit a sensing signal induced by the driving electrode. electrode. In the description with reference to FIG. 5, an example of detecting finger coordinates is described.

터치 패널 상에서 Tx1의 중심보다 약간 아래 및 Rx0과 Rx1 사이의 중간 영역에 1 포인트가 핑거를 통해 터치된 경우를 가정하여 위치 감지 및 좌표 계산을 설명한다, Position detection and coordinate calculation will be described on the assumption that one point is touched through a finger on the touch panel slightly below the center of Tx1 and in the middle area between Rx0 and Rx1.

Tx0 센서, Tx1 센서, Tx2 센서 및 Tx3 센서 각각에는 주파수 f1, f2, f3 및 f3이 할당되어 구동 신호가 인가되는 것을 가정한다. 이때, 각 Rx 센서들을 통해 감지되는 센싱 신호는 FFT 처리된다. FFT 처리된 센싱 신호의 주파수 변화량을 계산하여 그 결과를 표현할 때, 터치로 인하여 발생한 터치 값의 변화량을 2차원 표로 환산하면 다음과 같이 터치 감도표로 표현된다. It is assumed that frequencies f1, f2, f3, and f3 are allocated to each of the Tx0 sensor, the Tx1 sensor, the Tx2 sensor, and the Tx3 sensor to apply a driving signal. In this case, the sensing signal sensed through each Rx sensor is subjected to FFT processing. When the frequency change of the FFT-processed sensing signal is calculated and the result is expressed, the amount of change in the touch value caused by the touch is converted into a two-dimensional table, and the touch sensitivity table is expressed as follows.

[표 1][Table 1]

Figure 112020011891321-pat00008
Figure 112020011891321-pat00008

다중 주파수 구동 방식에서, f0는 Tx0에 할당되고, f1은 Tx1에 할당되고, f2는 Tx2에 할당되고, f3은 Tx3에 할당된다. 이때 터치 포인트의 세로축 좌표는 터치가 발생한 세로축의 합을 이용하여 위치를 판별한다. In the multi-frequency driving scheme, f0 is assigned to Tx0, f1 is assigned to Tx1, f2 is assigned to Tx2, and f3 is assigned to Tx3. In this case, the coordinates of the vertical axis of the touch point are determined by using the sum of the vertical axes where the touch occurs.

계산을 간단하게 하기 위하여 내부영역의 좌표계는 아래와 같다. To simplify the calculation, the coordinate system of the inner region is as follows.

즉, Tx0을 가상의 기준좌표 1, Tx1을 가상의 기준좌표 2, Tx2를 가상의 기준좌표 3, Tx3을 가상의 기준좌표 4로 하여 세로축의 좌표계를 정의하고, Rx0을 가상의 기준좌표 1, Rx1을 가상의 기준좌표 2, Rx2를 가상의 기준좌표 3, Rx3을 가상의 기준좌표 4로 하여 가로축의 좌표계를 정의하면, 실제 터치가 보고되는 2차원 좌표계는 아래와 같이 표현된다. That is, the coordinate system of the vertical axis is defined with Tx0 as virtual reference coordinate 1, Tx1 as virtual reference coordinate 2, Tx2 as virtual reference coordinate 3 and Tx3 as virtual reference coordinate 4, Rx0 is virtual reference coordinate 1, If the horizontal axis coordinate system is defined with Rx1 as virtual reference coordinate 2, Rx2 as virtual reference coordinate 3 and Rx3 as virtual reference coordinate 4, the two-dimensional coordinate system in which the actual touch is reported is expressed as follows.

도 6은 터치 위치를 간단하게 계산하기 위한 영역의 좌표계를 설명하기 위한 평면도이다. 6 is a plan view for explaining a coordinate system of a region for simply calculating a touch position.

도 6에 도시된 바와 같이, 외부영역의 가로축 및 세로축 모두 내부영역 밖으로 상하좌우 각각 0.5씩을 확장하여 사용한다. As shown in FIG. 6 , both the horizontal axis and the vertical axis of the outer area are extended by 0.5 each outside the inner area.

외부영역의 좌표 계산은 통상적으로 별도의 방식으로 하고 내부영역의 좌표계는 통상적인 가중치 평균의 값으로 계산을 한다. The coordinates of the outer area are usually calculated in a separate way, and the coordinate system of the inner area is calculated using the normal weighted average value.

내부영역의 좌표를 (가로, 세로)의 형태로 4개의 꼭지점으로 표현하면 (1,1)-(1,4)-(4,1)-(4,4)와 같이 형성된다. If the coordinates of the inner region are expressed as four vertices in the form of (horizontal, vertical), it is formed as (1,1)-(1,4)-(4,1)-(4,4).

표 1의 터치 감도표에서 터치 값이 변화된 영역의 각각 세로축과 가로축의 합을 구해 보면 아래의 표 2와 같다. In the touch sensitivity table of Table 1, the sum of the vertical and horizontal axes of each area in which the touch value is changed is calculated as shown in Table 2 below.

[표 2][Table 2]

Figure 112020011891321-pat00009
Figure 112020011891321-pat00009

표 2를 참조하여 가로축(X축)의 위치는 아래와 같이 계산을 한다.With reference to Table 2, the position of the horizontal axis (X axis) is calculated as follows.

원래는 표 2에서 값의 변화가 있는 부분만 계산에 참여시켜야 하나, 본 실시예에서 나머지 값이 <0>인 부분을 참여시켜도 결과에 큰 차이가 없으므로 설명의 편의를 위해서 모든 값을 계산에 참여시켜서 설명한다. 아래에서 Psum(x)는 X축 가중치 합이고, Psum(y)는 Y축 가중치 합이다. Originally, only the part with the change of value in Table 2 should be involved in the calculation, but in this embodiment, even if the part with the remaining value <0> is included, there is no significant difference in the result, so all values are included in the calculation for convenience of explanation explain it by Below, Psum(x) is the X-axis weighted sum, and Psum(y) is the Y-axis weighted sum.

Figure 112020011891321-pat00010
수식(1)
Figure 112020011891321-pat00010
Formula (1)

Figure 112020011891321-pat00011
수식(2)
Figure 112020011891321-pat00011
Formula (2)

Figure 112020011891321-pat00012
수식(3)
Figure 112020011891321-pat00012
Formula (3)

Figure 112020011891321-pat00013
수식(4)
Figure 112020011891321-pat00013
Formula (4)

수식(1)에 표 2의 실제 값을 반영하면 아래와 같다. When the actual values of Table 2 are reflected in Equation (1), it is as follows.

Figure 112020011891321-pat00014
수식(5)
Figure 112020011891321-pat00014
Formula (5)

수식(2)에 표 2의 실제 값을 반영하면 아래와 같다. When the actual values of Table 2 are reflected in Equation (2), it is as follows.

Figure 112020011891321-pat00015
수식(6)
Figure 112020011891321-pat00015
Formula (6)

수식(3)에 표 2의 실제 값을 반영하면 아래와 같다.When the actual values of Table 2 are reflected in Equation (3), it is as follows.

Figure 112020011891321-pat00016
수식(7)
Figure 112020011891321-pat00016
Formula (7)

수식(4)에 표 2의 실제 값을 반영하면 아래와 같다. When the actual values of Table 2 are reflected in Equation (4), it is as follows.

Figure 112020011891321-pat00017
수식(8)
Figure 112020011891321-pat00017
Formula (8)

터치 포인트의 실제 터치 위치 계산은 다음과 같다. The calculation of the actual touch position of the touch point is as follows.

X축 상의 터치 위치 계산은 아래와 같다. The calculation of the touch position on the X-axis is as follows.

Figure 112020011891321-pat00018
수식(9)
Figure 112020011891321-pat00018
Formula (9)

Figure 112020011891321-pat00019
수식(10)
Figure 112020011891321-pat00019
Formula (10)

Figure 112020011891321-pat00020
수식(11)
Figure 112020011891321-pat00020
Formula (11)

Y축 상의 터치 위치 계산은 아래와 같다. The calculation of the touch position on the Y-axis is as follows.

Figure 112020011891321-pat00021
수식(12)
Figure 112020011891321-pat00021
Formula (12)

Figure 112020011891321-pat00022
수식(13)
Figure 112020011891321-pat00022
Formula (13)

Figure 112020011891321-pat00023
수식(14)
Figure 112020011891321-pat00023
Formula (14)

결국 터치 감도 획득과 터치 좌표 연산으로부터 산출된 가상의 터치 좌표는 아래와 같다. In the end, the virtual touch coordinates calculated from the touch sensitivity acquisition and touch coordinate calculation are as follows.

Figure 112020011891321-pat00024
수식(15)
Figure 112020011891321-pat00024
Formula (15)

수식 15에 나타낸 바와 같이, 가상의 터치 좌표에서 offset값들을 차감하는 것이 바람직하다. As shown in Equation 15, it is preferable to subtract offset values from the virtual touch coordinates.

위의 연산에 의해 구해진 가상의 터치 좌표를 도식화하면 도 7과 같다. A schematic diagram of the virtual touch coordinates obtained by the above operation is shown in FIG. 7 .

도 7은 터치 감도 획득과 터치 좌표 연산에 의해 산출된 최종 터치 좌표를 도시한 평면도이다. 7 is a plan view illustrating final touch coordinates calculated by acquiring touch sensitivity and calculating touch coordinates.

X축의 가상 좌표 0.5~4.5와 Y축의 가상 좌표 0.5~4.5이 400×400 픽셀을 갖는 실제 디스플레이 패널에 대응하도록 변환하고, 상기한 실제 디스플레이 패널 위에 4개의 Tx 센서와 4개의 Rx 센서로 구성된 2차원 터치 패널을 배치하여 터치 센싱 시스템을 구현한다. X-axis virtual coordinates 0.5 to 4.5 and Y axis virtual coordinates 0.5 to 4.5 are converted to correspond to a real display panel having 400×400 pixels, and a two-dimensional structure composed of 4 Tx sensors and 4 Rx sensors on the actual display panel. A touch sensing system is implemented by arranging a touch panel.

여기서, 각 센서 채널 간의 해상도는 Tx-Tx간 100 픽셀, Rx-Rx간 100 픽셀을 담당한다. 상술된 수식들에서 구해진 가상 터치 좌표에 100을 승산하여 표현하면, X, Y 각각의 디스플레이 해상도에 따른 위치 표현이 정확하게 일치한다. 즉, X-좌표값은 1.593×100=159.3이고, Y-좌표값은 2.186×100=218.6인 터치 좌표를 갖는다. Here, the resolution between each sensor channel is in charge of 100 pixels between Tx-Tx and 100 pixels between Rx-Rx. When expressed by multiplying the virtual touch coordinates obtained in the above-mentioned equations by 100, the position expression according to each display resolution of X and Y exactly matches. That is, the X-coordinate value is 1.593×100=159.3, and the Y-coordinate value has touch coordinates of 2.186×100=218.6.

위와 같은 계산을 통해서 실제 디스플레이 패널의 해상도(예를 들어, 400×400) 보다 현저하게 적은 수의 터치 센서들(예를 들어, 4×4)을 갖고서도 Tx 센서 및 Rx 센서 각각의 위치에 대한 가중치 위치 계산과 디스플레이 해상도의 관계 계산을 사용하여 정밀한 위치를 찾아 낼 수 있다. Through the above calculation, even with a significantly smaller number of touch sensors (eg, 4 × 4) than the resolution (eg, 400 × 400) of the actual display panel, the Tx sensor and the Rx sensor for each position Precise position can be found using weight position calculation and relationship calculation of display resolution.

본 발명에서는 이러한 점에 착안하여 스타일러스 펜의 위치 정보와 압력 정보(즉, 필압 정보)를 전송하는 방법을 제안한다. The present invention proposes a method of transmitting position information and pressure information (ie, pen pressure information) of a stylus pen in consideration of this point.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 필압 감지 방법을 설명하기 위한 평면도이다. 8 is a plan view for explaining a pen pressure sensing method according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 스타일러스 펜에서 f10는 터치 좌표 감지를 위해 할당된 위치주파수로 사용하고, f20 및 f21는 필압 감지를 위해 할당된 제1 및 제2 압력주파수로 사용하는 것을 가정한다. 본 실시예에서, 압력전송주파수는 f20과 f21 사이의 주파수를 세분화하여 사용한다. 이하의 설명에서, 하나의 스타일러스 펜에 제1 및 제2 압력주파수로서 f20 및 f21을 할당하고 그 사이를 세분화하여 압력전송주파수로 활용하는 예를 설명한다. 하지만, f20 및 f21를 제1 스타일러스 펜에 할당하고, f31 및 f32를 제2 스타일러스 펜에 할당하고, f41 및 f42를 제3 스타일러스 펜에 할당하는 방식으로 복수개의 스타일러스 펜으로 확장할 수도 있다. Referring to FIG. 8 , in the stylus pen, it is assumed that f10 is used as a position frequency allocated for sensing touch coordinates, and f20 and f21 are used as first and second pressure frequencies allocated for sensing pen pressure. In this embodiment, the pressure transmission frequency is used by subdividing the frequency between f20 and f21. In the following description, an example of allocating f20 and f21 as the first and second pressure frequencies to one stylus pen and subdividing between them and utilizing them as the pressure transmission frequency will be described. However, it is also possible to extend to a plurality of stylus pens by allocating f20 and f21 to the first stylus pen, allocating f31 and f32 to the second stylus pen, and allocating f41 and f42 to the third stylus pen.

FFT 처리시 아날로그-디지털 변환기(ADC)의 샘플링 주파수를 3.072㎒, FFT 포인트 개수를 1,024로 정의할 경우, FFT 수행의 결과로 얻어지는 FFT의 주파수 분해능은 아래의 수식에 따라 3㎑ 간격이 된다. In the case of FFT processing, when the sampling frequency of the analog-to-digital converter (ADC) is defined as 3.072 MHz and the number of FFT points is 1,024, the frequency resolution of the FFT obtained as a result of the FFT is 3 kHz intervals according to the following equation.

Figure 112020011891321-pat00025
수식(16)
Figure 112020011891321-pat00025
Formula (16)

이때 FFT를 수행할 때 사용하는 FFT 창함수(window function)는 통상적으로 주파수 분해의 목적에 따라 Rectangular Window, Hanning (Hann) Window, Hamming Window, Blackman Window, Gaussian Window, Kaiser-Bessel Window 등의 함수가 사용될 수 있다. 본 실시예에서, FFT 창함수로서 사각 함수(Rectangular function)를 사용한다. 통상적으로 다른 창함수를 사용하여도 유사한 결과를 얻을 수 있다. 하지만, 창함수의 정의(Equation)와 실험적 결과를 통해 계산을 해 보면 사각 윈도우(rectangular window)가 적합하다. In this case, the FFT window function used when performing the FFT is usually a function such as a Rectangular Window, Hanning (Hann) Window, Hamming Window, Blackman Window, Gaussian Window, Kaiser-Bessel Window, depending on the purpose of frequency decomposition. can be used In this embodiment, a rectangular function is used as the FFT window function. In general, similar results can be obtained by using other window functions. However, a rectangular window is suitable for calculations based on the definition of the window function (Equation) and experimental results.

수신된 신호 중에 주파수 분해 범위에 있는 주파수(3㎑~1536㎑) 내의 신호를 처리하기 위해, 사각 윈도우를 사용하면, FFT의 분해 주파수(resolution frequency)(3㎑~1536㎑ 사이의 3㎑의 스텝을 갖는 512개의 주파수 중의 하나)와 일치하는 입력 신호의 주파수는 해당 FFT 주파수로 표현이 되고, 주변 주파수(side lobe)는 적어도 -40dB 내지 -60dB의 감쇄율을 갖는 이상적인 결과로 연산이 된다. To process the signals within the frequency resolution range (3 kHz to 1536 kHz) among the received signals, using a rectangular window, the resolution frequency of the FFT (steps of 3 kHz between 3 kHz to 1536 kHz) The frequency of the input signal that matches one of the 512 frequencies with

FFT의 분해 주파수 외의 주파수가 수신될 경우, 수신된 주파수에 가장 가까운 하측 분해 주파수와 상측의 분해 주파수에는 해당 수신 주파수와의 편차에 반비례하는 주파수 성분이 포함되어 측정된다. 이는 사각 윈도우의 특징이다. When a frequency other than the decomposition frequency of the FFT is received, the lower decomposition frequency and the upper decomposition frequency closest to the received frequency include a frequency component inversely proportional to the deviation from the received frequency and are measured. This is characteristic of rectangular windows.

예를 들어, 인접한 FFT 주파수 f20을 300㎑(100번째 FFT 주파수), f21을 303㎑(101번째 FFT 주파수)로 할당할 때, FFT 주파수 간의 간격(즉, 분해 주파수)은 3㎑이다. 상기한 3㎑는 FFT 주파수 간격(또는 델타)으로 정의하여 이하에서 설명한다. For example, when an adjacent FFT frequency f20 is assigned to 300 kHz (100th FFT frequency) and f21 is assigned to 303 kHz (101st FFT frequency), the interval between FFT frequencies (that is, the decomposition frequency) is 3 kHz. The above 3 kHz is defined as an FFT frequency interval (or delta) and will be described below.

FFT의 분해능은, 수식(16)에 나타낸 바와 같이, 샘플링 주파수와 FFT 포인트 개수에 의해서 결정된다. The resolution of the FFT is determined by the sampling frequency and the number of FFT points, as shown in Equation (16).

샘플링 주파수 및 FFT 포인트 개수가 3.072㎒ 및 1,024로 각각 설정되면, FFT 주파수 간격(또는 분해 주파수, 델타)은 3㎑가 되고, 샘플링 주파수의 1/2인 범위이고, 낮은 주파수 쪽이 반주기인 3㎐~1536㎑의 주파수 대역의 각각의 주파수 512개의 특성을 검출해 낼 수 있게 된다. When the sampling frequency and the number of FFT points are set to 3.072 MHz and 1,024, respectively, the FFT frequency interval (or decomposition frequency, delta) becomes 3 kHz, a range that is 1/2 of the sampling frequency, and 3 Hz where the lower frequency is a half period It is possible to detect 512 characteristics of each frequency in the frequency band of ~1536 kHz.

이때 f20을 300㎑로 할당하고(100번째 FFT 주파수), f21을 303㎑로 할당하고(101번째 주파수), 압력의 정보를 펜에서 300㎑~303㎑의 주파수(100번째 FFT 주파수와 101번째 FFT 주파수 사이의 주파수)로 전송하기로 하고, 압력의 구분을 100단계로 설정했다면, 각각의 압력단계는 기본 주파수 f20에 각각 30㎐의 값을 승산하여 결정된다. At this time, f20 is assigned as 300 kHz (100th FFT frequency), f21 is assigned as 303 kHz (101st frequency), and the information of pressure is transferred from the pen to the frequency of 300 kHz to 303 kHz (100th FFT frequency and 101st FFT). frequency between frequencies), and if the division of pressure is set to 100 steps, each pressure step is determined by multiplying the basic frequency f20 by a value of 30 Hz, respectively.

예를 들어, 압력단계1은 30㎐×1, 압력단계2는 30㎐×2, 압력단계3은 30㎐×3, ..., 압력단계100은 30㎐×100으로 나타낼 수 있다. For example, the pressure stage 1 may be represented by 30Hz×1, the pressure step 2 as 30Hz×2, the pressure step 3 as 30Hz×3, ..., the pressure step 100 may be represented by 30Hz×100.

Figure 112020011891321-pat00026
수식(17)
Figure 112020011891321-pat00026
Formula (17)

Figure 112020011891321-pat00027
수식(18)
Figure 112020011891321-pat00027
Formula (18)

상기와 같은 식으로 압력을 표현하는 압력전송주파수를 스타일러스 펜에서 생성하여 터치 패널의 표면으로 전송한다. As described above, a pressure transmission frequency expressing pressure is generated by the stylus pen and transmitted to the surface of the touch panel.

결국 펜압력이 최초로 나타나는 시점인 압력단계1은 f20+f(압력단계1)=f20+30㎐=300.03㎑와 같이 산출되고, 압력단계2는 f20+f(압력단계2)=300㎑+60㎐=300.06㎑와 같이 산출되고, 압력단계3은 f20+f(압력단계3)=300㎑+90㎐=300.09㎑와 같이 산출된다, 이러한 방식으로 압력단계100은 f20+f(압력단계100)=300㎑+3㎑=303㎑와 같이 산출된다. 여기서, 압력단계100은 f21에 대응한다. In the end, pressure stage 1, which is the point at which pen pressure first appears, is calculated as f20+f (pressure stage 1)=f20+30Hz=300.03kHz, and pressure stage 2 is f20+f (pressure stage 2)=300kHz+60 Hz = 300.06 kHz, and the pressure stage 3 is calculated as f20 + f (pressure stage 3) = 300 kHz + 90 Hz = 300.09 kHz. In this way, the pressure stage 100 is f20 + f (pressure stage 100) =300 kHz + 3 kHz = 303 kHz. Here, the pressure step 100 corresponds to f21.

이러한 방식으로 펜압력값과 스타일러스 펜의 압력전송주파수의 관계는 도 9에 도시된 그래프와 같다. In this way, the relationship between the pen pressure value and the pressure transmission frequency of the stylus pen is the same as the graph shown in FIG. 9 .

도 9는 압력값과 압력전송주파수에 대한 분해능 결정 기울기를 설명하기 위한 그래프이다. 9 is a graph for explaining the resolution determination slope with respect to the pressure value and the pressure transmission frequency.

도 9를 참조하면, 스타일러스 펜의 압력 감지 센서에서 감지 가능한 범위가 0~1로 정의되어 도시된다. 실제로 8bit 분해능일 경우 감지 가능한 범위가 0~255, 10bit 분해능일 경우 감지 가능한 범위가 0~1023, 12bit 분해능일 경우 감지 가능한 범위가 0~4095 등과 같으나, 설명의 편의를 위해서 이를 0~1로 정형화하여 표현한다. Referring to FIG. 9 , a range detectable by the pressure sensor of the stylus pen is defined as 0 to 1 and is illustrated. In fact, for 8-bit resolution, the detectable range is 0 to 255, for 10-bit resolution, the detectable range is 0 to 1023, and for 12-bit resolution, the detectable range is 0 to 4095. to express

f20을 제1 펜압력 <0>에 대응하고, f21을 제2 펜압력 <1>에 대응하는 스타일러스 펜의 압력전송주파수로 정의한다. F20 corresponds to the first pen pressure <0>, and f21 is defined as a pressure transmission frequency of the stylus pen corresponding to the second pen pressure <1>.

본 실시예에서, f20은 300㎑이고, f21은 303㎑이고, 델타는 3㎑인 경우를 설명한다. 또한, FFT를 위한 샘플링 주파수는 3.072㎒이고, FFT 포인트 개수는 1,024을 기준으로 설명한다. In this embodiment, the case where f20 is 300 kHz, f21 is 303 kHz, and delta is 3 kHz is described. In addition, the sampling frequency for the FFT is 3.072 MHz, and the number of FFT points is described based on 1,024.

압력분해능(resolution)을 10으로 설정하면, f20~f21은 10 단계로 나눌 수 있고, 감지된 압력(즉, 펜압력)은 0.1 스텝 단위로 측정하여 압력전송주파수로 계산한다. 압력분해능을 50으로 설정하면, f20~f21은 50 단계로 나눌 수 있고, 감지된 압력은 0.02 스텝 단위로 측정하여 압력전송주파수로 계산한다. 압력분해능을 100으로 설정하면, f20~f21은 100 단계로 나눌 수 있고, 감지된 압력은 0.01 스텝 단위로 측정하여 압력전송주파수로 계산한다. If the pressure resolution is set to 10, f20~f21 can be divided into 10 steps, and the sensed pressure (ie, pen pressure) is measured in units of 0.1 step and calculated as the pressure transmission frequency. If the pressure resolution is set to 50, f20~f21 can be divided into 50 steps, and the sensed pressure is measured in 0.02 steps and calculated as the pressure transmission frequency. If the pressure resolution is set to 100, f20~f21 can be divided into 100 steps, and the sensed pressure is measured in 0.01 step units and calculated as the pressure transmission frequency.

압력 감지 센서에서 감지된 압력이 0.25인 경우, 스타일러스 펜은 f20+(0.25×델타)로 정의되는 압력전송주파수(f(펜압력))를 전송한다. When the pressure sensed by the pressure sensor is 0.25, the stylus pen transmits a pressure transmission frequency (f (pen pressure)) defined as f20+(0.25×delta).

압력 감지 센서에서 감지된 압력이 0.5인 경우, 스타일러스 펜은 f20+(0.5×델타)로 정의되는 압력전송주파수(f(펜압력))를 전송한다. When the pressure sensed by the pressure sensor is 0.5, the stylus pen transmits a pressure transmission frequency (f (pen pressure)) defined as f20+(0.5×delta).

압력 감지 센서에서 감지된 압력이 0.75인 경우, 스타일러스 펜은 f20+(0.75×델타)로 정의되는 압력전송주파수(f(펜압력))를 전송한다. When the pressure detected by the pressure sensor is 0.75, the stylus pen transmits a pressure transmission frequency (f (pen pressure)) defined as f20+(0.75×delta).

결국, 압력전송주파수(f(펜압력))는 아래와 같이 정의된다. After all, the pressure transmission frequency f (pen pressure) is defined as follows.

Figure 112020011891321-pat00028
수식(19)
Figure 112020011891321-pat00028
Formula (19)

이를 도식화하면 도 10a, 도 10b 및 도 10c와 같다. This is schematically shown in FIGS. 10A, 10B and 10C.

도 10a는 압력이 0.25인 경우 압력전송주파수를 설명하기 위한 도면이고, 도 10b는 압력이 0.5인 경우 압력전송주파수를 설명하기 위한 도면이고, 도 10c는 압력이 0.75인 경우 압력전송주파수를 설명하기 위한 도면이다. Figure 10a is a diagram for explaining the pressure transmission frequency when the pressure is 0.25, Figure 10b is a diagram for explaining the pressure transmission frequency when the pressure is 0.5, Figure 10c is a diagram for explaining the pressure transmission frequency when the pressure is 0.75 is a drawing for

도 10a에 도시된 바와 같이, f20+(0.25×델타)로 정의되는 압력전송주파수(f(펜압력))는 사각 윈도우 함수를 사용하여 FFT 처리되면 f20에는 75%의 크기를 갖는 사이드 로브(side lobe)가 나타나고, f21에는 25%의 크기를 갖는 사이드 로브가 나타난다. 여기서, 압력분해능이 10이라면, 압력값은 ((0.75×1+0.25×2)/(0.75+0.25))×10-10=2.5와 같다. 압력분해능이 50이라면, 압력값은 ((0.75×1+0.25×2)/(0.75+0.25))×50-50=12.5와 같다. 압력분해능이 100이라면, 압력값은 ((0.75×1+0.25×2)/(0.75+0.25))×100-100=25와 같다.As shown in Fig. 10a, when the pressure transmission frequency (f (pen pressure)) defined as f20 + (0.25 × delta) is FFT-processed using a square window function, a side lobe having a size of 75% at f20 ), and a side lobe with a size of 25% appears at f21. Here, if the pressure resolution is 10, the pressure value is equal to ((0.75×1+0.25×2)/(0.75+0.25))×10-10=2.5. If the pressure resolution is 50, the pressure value is equal to ((0.75×1+0.25×2)/(0.75+0.25))×50-50=12.5. If the pressure resolution is 100, the pressure value is equal to ((0.75×1+0.25×2)/(0.75+0.25))×100-100=25.

도 10b에 도시된 바와 같이, f20+(0.5×델타)로 정의되는 압력전송주파수(f(펜압력))는 사각 윈도우 함수를 사용하여 FFT 처리되면 f20에는 50%의 크기를 갖는 사이드 로브(side lobe)가 나타나고, f21에는 50%의 크기를 갖는 사이드 로브가 나타난다. 여기서, 압력분해능이 10이라면, 압력값은 ((0.5×1+0.5×2)/(0.5+0.5))×10-10=2.5와 같다. 압력분해능이 50이라면, 압력값은 ((0.5×1+0.5×2)/(0.5+0.5))×50-50=25와 같다. 압력분해능이 100이라면, 압력값은 ((0.5×1+0.5×2)/(0.5+0.5))×100-100=50과 같다.As shown in FIG. 10B, when the pressure transfer frequency (f (pen pressure)) defined as f20+(0.5×delta) is FFT-processed using a square window function, a side lobe having a size of 50% at f20 ), and a side lobe with a size of 50% appears at f21. Here, if the pressure resolution is 10, the pressure value is equal to ((0.5×1+0.5×2)/(0.5+0.5))×10-10=2.5. If the pressure resolution is 50, the pressure value is equal to ((0.5×1+0.5×2)/(0.5+0.5))×50-50=25. If the pressure resolution is 100, the pressure value is equal to ((0.5×1+0.5×2)/(0.5+0.5))×100-100=50.

도 10c에 도시된 바와 같이, f20+(0.75×델타)로 정의되는 압력전송주파수(f(펜압력))는 사각 윈도우 함수를 사용하여 FFT 처리되면 f20에는 25%의 크기를 갖는 사이드 로브(side lobe)가 나타나고, f21에는 75%의 크기를 갖는 사이드 로브가 나타난다. 여기서, 압력분해능이 10이라면, 압력값은 ((0.25×1+0.75×2)/(0.25+0.75))×10-10=7.5와 같다. 압력분해능이 50이라면, 압력값은 ((0.25×1+0.75×2)/(0.25+0.75))×50-50=37.5와 같다. 압력분해능이 100이라면, 압력값은 ((0.25×1+0.75×2)/(0.25+0.75))×100-100=75과 같다.As shown in Fig. 10c, when the pressure transfer frequency (f (pen pressure)) defined as f20 + (0.75 × delta) is FFT-processed using a rectangular window function, a side lobe having a size of 25% at f20 ), and a side lobe with a size of 75% appears at f21. Here, if the pressure resolution is 10, the pressure value is equal to ((0.25×1+0.75×2)/(0.25+0.75))×10-10=7.5. If the pressure resolution is 50, the pressure value is equal to ((0.25×1+0.75×2)/(0.25+0.75))×50-50=37.5. If the pressure resolution is 100, the pressure value is equal to ((0.25×1+0.75×2)/(0.25+0.75))×100-100=75.

이상에서는 스타일러스 펜이 압력을 감지하고 감지된 압력에 대응하는 압력전송주파수(f(펜압력))를 송신하는 것을 설명하였다. In the above, it has been described that the stylus pen senses the pressure and transmits the pressure transmission frequency f (pen pressure) corresponding to the sensed pressure.

그러면, 이하에서, 터치스크린 수신측에서 압력을 구하는 일련의 과정에 대해서 설명한다. Then, a series of processes for obtaining the pressure on the touch screen receiving side will be described below.

터치스크린 수신측에서는 상술된 좌표를 구하는 과정과 유사하게 펜의 압력분해능에 따라 압력을 구하는 과정의 가중치를 통해 연산한다. Similar to the process of obtaining the above-mentioned coordinates, the touch screen receiving side calculates the weight through the weight of the process of finding the pressure according to the pressure resolution of the pen.

압력전송주파수에 따라 f20 크기와 f21 크기는 아래와 같은 관계식으로 FFT 결과가 나타난다. 즉, FFT 이론과 사각 윈도우 함수(rectangular window function)의 정의에 따라 수신된 주파수는 인접 주파수에 동일한 비율로 분리되어 크기가 형성된다. According to the pressure transmission frequency, the size of f20 and the size of f21 are represented by the following relational expressions. That is, according to the FFT theory and the definition of a rectangular window function, a received frequency is divided into an adjacent frequency by the same ratio to form a magnitude.

예를 들어, 압력전송주파수가 f20+(0.25×델타)이면, f20에는 75%의 크기를 갖는 사이드 로브(side lobe)가 나타나며, f21에는 25%의 크기를 갖는 사이드 로브가 나타난다. For example, if the pressure transmission frequency is f20+ (0.25×delta), a side lobe having a size of 75% appears at f20, and a side lobe having a size of 25% appears at f21.

이는 압력전송주파수(f20+(0.25×델타))는 그대로 수신되어 FFT가 사각 윈도우 함수로 진행되며, f20과 f21의 주파수 편차(1.0 델타)에 대해서 f20 내지 f21의 주파수 상의 위치는 1:3의 비율이고, 이를 10의 분해능을 본다면, f20은 수신 에너지의 75% 성분이 크기(magnitude)로 나타나고, f21은 25% 성분이 크기로 나타난다. 이를 그래프로 나타내면 도 11과 같다. This means that the pressure transmission frequency (f20+(0.25×delta)) is received as it is, and the FFT proceeds as a square window function, and for the frequency deviation (1.0 delta) of f20 and f21, the position on the frequency of f20 to f21 has a ratio of 1:3. , and looking at the resolution of 10, in f20, 75% of the received energy appears as a magnitude, and in f21, 25% of the component appears as a magnitude. 11 is a graph showing this.

도 11은 전송 압력값에 따른 펜 수신 주파수의 FFT 값(크기)을 설명하기 위한 그래프이다. 11 is a graph for explaining an FFT value (magnitude) of a pen reception frequency according to a transmission pressure value.

도 11에 도시된 주파수 f20 및 f21의 크기를 정형화된(normalize) 수식으로 나타내면 아래와 같다. The magnitudes of the frequencies f20 and f21 shown in FIG. 11 are expressed as a normalized equation as follows.

Figure 112020011891321-pat00029
수식(20)
Figure 112020011891321-pat00029
Formula (20)

Figure 112020011891321-pat00030
수식(21)
Figure 112020011891321-pat00030
Formula (21)

여기서, f20mag는 주파수 f20의 크기이고, f21mag는 주파수 f21의 크기이다. Here, f20mag is the magnitude of the frequency f20, and f21mag is the magnitude of the frequency f21.

수신 주파수의 분포를 통해 압력 정보를 계산하기 위하여, f20은 가중치로 offset1를 부여하고, f21은 가중치로 offset2를 부여하여 연산을 수행한다. 예를 들어, 0.25×델타 전송시, 수신된 f20의 크기는 0.75이고, 수신된 f21의 크기는 0.25이다. In order to calculate the pressure information through the distribution of the reception frequency, f20 assigns an offset1 as a weight, and f21 assigns an offset2 as a weight to perform an operation. For example, in 0.25×delta transmission, the magnitude of the received f20 is 0.75, and the magnitude of the received f21 is 0.25.

압력분해능 10으로 전송된 경우, 수신되는 압력값은 다음의 연산을 통해 복원된다. When transmitted with a pressure resolution of 10, the received pressure value is restored through the following operation.

[관계식 1][Relational Expression 1]

Figure 112020011891321-pat00031
Figure 112020011891321-pat00031

즉, 10개의 레벨 중 2.5의 압력이 감지된 것으로 연산되며, 전체 표현 가능한 압력의 25%가 감지된 것이다. That is, it is calculated that a pressure of 2.5 out of 10 levels is sensed, and 25% of the total expressible pressure is sensed.

압력분해능 50으로 전송된 경우, 수신된 압력값은 다음의 연산을 통해 복원된다. When transmitted with a pressure resolution of 50, the received pressure value is restored through the following operation.

[관계식 2][Relational Expression 2]

Figure 112020011891321-pat00032
Figure 112020011891321-pat00032

즉, 50개의 레벨 중 12.5의 압력이 감지된 것으로 연산되며, 전체 표현 가능한 압력의 25%가 감지된 것이다. That is, it is calculated that pressure of 12.5 out of 50 levels is sensed, and 25% of the total expressible pressure is sensed.

압력분해능 100으로 전송된 경우, 수신된 압력값은 다음의 연산을 통해 복원된다. When transmitted with a pressure resolution of 100, the received pressure value is restored through the following operation.

[관계식 3][Relational Expression 3]

Figure 112020011891321-pat00033
Figure 112020011891321-pat00033

즉, 100개의 레벨 중 25의 압력이 감지된 것으로 연산되며, 전체 표현 가능한 압력의 25%가 감지된 것이다. That is, it is calculated that pressure of 25 out of 100 levels is sensed, and 25% of the total expressible pressure is sensed.

위의 관계식 1, 2 및 3에서와 같이, 압력분해능(예를 들어, 10, 50, 100)을 정의하면 압력값이 그대로 수신측에 동일한 비율(모두 25%)의 값으로 감지된다. 따라서, 위의 관계식 1, 2 및 3은 압력분해능에 대한 변수만 정의하면 동일한 방식으로 다양한 압력분해능으로 응용이 가능하다. As in Relations 1, 2, and 3 above, if the pressure resolution (eg, 10, 50, 100) is defined, the pressure value is sensed as it is at the receiving end at the same ratio (25% in all). Therefore, the above Relations 1, 2, and 3 can be applied to various pressure resolutions in the same way as long as variables for pressure resolution are defined.

한편, 0.5×델타 전송시, 수신된 f20의 크기는 0.5이고, 수신된 f21의 크기는 0.5이다. Meanwhile, in 0.5×delta transmission, the size of the received f20 is 0.5, and the size of the received f21 is 0.5.

압력분해능 10으로 전송된 경우, 수신되는 압력값은 다음의 연산을 통해 복원된다. When transmitted with a pressure resolution of 10, the received pressure value is restored through the following operation.

[관계식 4][Relational Expression 4]

Figure 112020011891321-pat00034
Figure 112020011891321-pat00034

압력분해능 50으로 전송된 경우, 이와 유사한 방식의 계산을 통해 복원된 압력값은 25이다. 압력분해능 100으로 전송된 경우, 이와 유사한 방식의 계산을 통해 복원된 압력값은 50이다. In the case of transmission with a pressure resolution of 50, the restored pressure value through a similar calculation is 25. In the case of transmission with a pressure resolution of 100, the restored pressure value through a similar calculation is 50.

이러한 0.5×델타의 전송도 모두 수신 에너지의 압력분해능 비율은 50%로 동일하다. In both of these 0.5×delta transmissions, the ratio of the pressure resolution of the received energy is the same as 50%.

한편, 0.75×델타 전송시, 수신된 f20의 크기는 0.25이고, 수신된 f21의 크기는 0.75이다. Meanwhile, in 0.75×delta transmission, the size of the received f20 is 0.25, and the size of the received f21 is 0.75.

압력분해능 10의 수신 압력값은 7.5이고, 압력분해능 50의 수신 압력값은 37.5이고, 압력분해능 100의 수신 압력값은 75이다. The reception pressure value of the pressure resolution 10 is 7.5, the reception pressure value of the pressure resolution 50 is 37.5, and the reception pressure value of the pressure resolution 100 is 75.

이러한 0.75×델타의 전송도 모두 수신 에너지의 압력분해능 비율은 75%로 동일하다. In both of these 0.75×delta transmissions, the ratio of the pressure resolution of the received energy is the same as 75%.

상술된 방법과 유사한 방법으로 3개의 압력전송주파수 대역, 즉, f20, f21 및 f22를 사용한다면, 델타 분해능이 10인 경우는 전체 20의 압력분해능을 가질 수 있고, 델타 분해능이 50인 경우는 전체 100의 압력분해능을 가질 수 있으며, 델타 분해능이 100인 경우는 전체 200의 압력분해능을 가질 수 있다. If three pressure transmission frequency bands, ie, f20, f21, and f22, are used in a method similar to the above-mentioned method, when the delta resolution is 10, it can have a total pressure resolution of 20, and when the delta resolution is 50, the entire It may have a pressure resolution of 100, and when the delta resolution is 100, it may have a total pressure resolution of 200.

따라서, 압력전송주파수의 범위를 확장하면 동일한 델타 분해능에서 보다 더 큰 압력분해능을 얻을 수 있다. Therefore, if the range of the pressure transmission frequency is extended, a higher pressure resolution can be obtained than at the same delta resolution.

동일한 방법으로 f20 및 f21을 사용하는 (1-델타) 구조에서, 분해능을 1,000으로 확장할 경우, 압력분해능도 1,000으로 확장된다. 이에 따라, 정교한 펜압력을 큰 압력분해능으로 펜에서 송신하고, 이를 수신하는 방법은 다양하게 응용이 될 수 있다. In the (1-delta) structure using f20 and f21 in the same way, if the resolution is expanded to 1,000, the pressure resolution is also expanded to 1,000. Accordingly, a method for transmitting and receiving sophisticated pen pressure from the pen with high pressure resolution can be applied in various ways.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 정전용량 방식의 터치 기술인 다중 주파수 송수신 기법을 활용하여 위치전송주파수 및 압력전송주파수를 전송하여 별도의 RF 소자없이 펜의 구동주파수만으로 펜의 위치, 압력 등을 감지할 수 있다. 또한 실제 디스플레이 패널의 해상도보다 현저하게 적은 수의 터치 센서들을 이용하더라도, 터치 센서들 각각의 위치에 대한 가중치 위치 계산과 디스플레이 해상도의 관계 계산을 통해 스타일러스 펜의 위치 정보뿐만 아니라 스타일러스 펜의 압력 정보를 검출할 수 있다. As described above, according to the present invention, the position and pressure of the pen are transmitted using the multi-frequency transmission/reception technique, which is a capacitive touch technology, to transmit the position transmission frequency and the pressure transmission frequency, so that only the driving frequency of the pen without a separate RF element is required. back can be detected. In addition, even if a significantly smaller number of touch sensors than the resolution of the actual display panel are used, not only the position information of the stylus pen but also the pressure information of the stylus pen is obtained through the calculation of the weight position for each position of the touch sensors and the calculation of the relationship between the display resolution. can be detected.

이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although the above has been described with reference to the embodiments, those skilled in the art can variously modify and change the present invention within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below You will understand.

100 : 터치 센싱 장치 200 : 스타일러스 펜
202 : 도전성 케이스 204 : 도전성 팁
206 : 필압 센서 207 : 필압 처리부
208 : 주파수 신호 생성기 210 : 믹서
250 : 버튼들 252 : 버튼 처리부
260 : 펜 제어부 270 : 전원 관리부
272 : 배터리 280 : 파형 발생부
290 : 파형 구동부
100: touch sensing device 200: stylus pen
202: conductive case 204: conductive tip
206: pen pressure sensor 207: pen pressure processing unit
208: frequency signal generator 210: mixer
250: buttons 252: button processing unit
260: pen control unit 270: power management unit
272: battery 280: waveform generator
290: waveform driver

Claims (15)

다중 주파수 구동, 다중 주파수 수신 및 FFT를 통해 터치 위치를 판별하고 필압을 감지하는 터치 센싱 시스템에 채용되는 스타일러스 펜에서,
터치 패널에 접촉 가능한 도전성 팁;
상기 터치 패널에 가해지는 상기 도전성 팁의 압력을 측정하여 필압신호를 출력하는 필압 센서;
상기 스타일러스 펜의 위치를 감지하기 위해 설정된 위치전송주파수를 생성하고, 상기 필압신호를 근거로 압력전송주파수를 생성하는 주파수 신호 생성기; 및
상기 위치전송주파수와 상기 압력전송주파수를 믹싱하여 믹싱신호를 상기 도전성 팁을 경유하여 터치패널의 표면에 송신하는 믹서를 포함하되,
상기 주파수 신호 생성기는, (i) 제1 압력기준주파수와 제2 압력기준주파수의 간격을 델타로 정의하고, (ii) 감지하고자 하는 압력을 압력분해능으로 제산하여 스텝 단위로 세분화하고, (iii) 압력이 감지됨에 따라 감지되는 압력을 상기 세분화된 압력 스텝에 매핑하여 압력단계 주파수를 설정하고, (iv) 상기 압력단계 주파수와 상기 델타를 승산한 후 상기 제1 압력기준주파수에 합산하여 압력전송주파수를 설정하되,
상기 델타는 FFT 처리로부터 구할 수 있는 주파수 분해능 보다 월등히 큰 분해능을 얻기 위하여 인접한 FFT 주파수의 크기(Magnitude)의 사이드 로브(side lobe)의 비율을 연산하여 압력 감지에 필요한 소정의 분해능을 얻기 위한 미세 분해능인 것을 특징으로 하는 스타일러스 펜.
In the stylus pen employed in the touch sensing system that determines the touch position and detects the pen pressure through multi-frequency driving, multi-frequency reception and FFT,
a conductive tip capable of contacting the touch panel;
a pen pressure sensor measuring the pressure of the conductive tip applied to the touch panel and outputting a pen pressure signal;
a frequency signal generator for generating a position transmission frequency set to detect the position of the stylus pen, and generating a pressure transmission frequency based on the pen pressure signal; and
A mixer for mixing the position transmission frequency and the pressure transmission frequency to transmit a mixing signal to the surface of the touch panel via the conductive tip,
The frequency signal generator (i) defines the interval between the first pressure reference frequency and the second pressure reference frequency as delta, (ii) divides the pressure to be sensed by the pressure resolution and subdivides it into steps, (iii) When the pressure is sensed, the pressure sensed is mapped to the subdivided pressure step to set the pressure step frequency, (iv) multiplied by the pressure step frequency and the delta, and then summed to the first pressure reference frequency to the pressure transmission frequency set, but
The delta calculates the ratio of the side lobes of the magnitude of the adjacent FFT frequency in order to obtain a much higher resolution than the frequency resolution obtainable from the FFT processing. A stylus pen, characterized in that.
제1항에 있어서, 상기 압력분해능의 기준이 되는 델타는,
Figure 112020011891321-pat00035
에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 스타일러스 펜.
The method of claim 1, wherein the delta, which is a criterion for the pressure resolution,
Figure 112020011891321-pat00035
Stylus pen, characterized in that calculated by.
제1항에 있어서, 필압 감지를 위해 상기 제1 압력기준주파수 및 상기 제2 압력기준주파수가 할당되고, 압력의 구분은 상기 제1 압력기준주파수 및 상기 제2 압력기준주파수 간의 간격이 복수 개로 분할되어 설정되고,
각각의 압력단계는 상기 제1 압력기준주파수에 상기 압력의 구분을 승산하여 결정되는 것을 특징으로 하는 스타일러스 펜.
The method of claim 1, wherein the first pressure reference frequency and the second pressure reference frequency are allocated for pen pressure sensing, and the separation of the pressure is divided into a plurality of intervals between the first pressure reference frequency and the second pressure reference frequency. is set,
Each pressure step is a stylus pen, characterized in that determined by multiplying the division of the pressure by the first pressure reference frequency.
다중 주파수 구동, 다중 주파수 수신 및 FFT를 통해 터치 위치를 판별하고 필압을 감지하는 터치 센싱 시스템에 채용되는 스타일러스 펜의 제어 방법에서,
델타로 정의되는 제1 압력기준주파수와 제2 압력기준주파수의 간격을 압력분해능으로 제산하는 단계;
감지하고자 하는 압력을 스텝 단위로 세분화하는 단계;
압력이 감지됨에 따라 감지되는 압력을 상기 세분화된 압력 스텝에 매핑하여 압력단계 주파수를 설정하는 단계;
상기 압력단계 주파수와 상기 델타를 승산한 후 상기 제1 압력기준주파수에 합산하여 압력전송주파수를 설정하는 단계; 및
상기 압력전송주파수를 터치패널의 표면에 송신하는 단계를 포함하되,
상기 델타는 FFT 처리로부터 구할 수 있는 주파수 분해능 보다 월등히 큰 분해능을 얻기 위하여 인접한 FFT 주파수의 크기(Magnitude)의 사이드 로브(side lobe)의 비율을 연산하여 압력 감지에 필요한 소정의 분해능을 얻기 위한 미세 분해능인 것을 특징으로 하는 스타일러스 펜의 제어 방법.
In a control method of a stylus pen employed in a touch sensing system that determines a touch position and detects pen pressure through multi-frequency driving, multi-frequency reception, and FFT,
dividing an interval between the first pressure reference frequency and the second pressure reference frequency defined by delta by the pressure resolution;
subdividing the pressure to be sensed in steps;
setting a pressure step frequency by mapping the sensed pressure to the subdivided pressure step as the pressure is sensed;
setting a pressure transmission frequency by multiplying the pressure step frequency by the delta and adding the multiplication to the first pressure reference frequency; and
Comprising the step of transmitting the pressure transmission frequency to the surface of the touch panel,
The delta calculates the ratio of the side lobes of the magnitude of the adjacent FFT frequency in order to obtain a much higher resolution than the frequency resolution obtainable from the FFT processing. Control method of the stylus pen, characterized in that.
제4항에 있어서,
X축 상의 터치 위치는,
Figure 112020011891321-pat00036
(Psum(x)는 X축 가중치 합이고,
Figure 112020011891321-pat00037
는 센싱전극들의 터치 변화값의 합)에 서로 인접하는 센싱전극의 분해능을 승산하여 산출되고,
Y축 상의 터치 위치는,
Figure 112020011891321-pat00038
(Psum(y)는 Y축 가중치 합이고,
Figure 112020011891321-pat00039
는 구동전극들의 터치 변화값의 합)에 서로 인접하는 구동전극의 분해능을 승산하여 산출되는 것을 특징으로 하는 스타일러스 펜의 제어 방법.
5. The method of claim 4,
The touch position on the X-axis is,
Figure 112020011891321-pat00036
(Psum(x) is the X-axis weighted sum,
Figure 112020011891321-pat00037
is calculated by multiplying the sum of touch change values of the sensing electrodes) by the resolution of the sensing electrodes adjacent to each other,
The touch position on the Y-axis is
Figure 112020011891321-pat00038
(Psum(y) is the Y-axis weighted sum,
Figure 112020011891321-pat00039
is calculated by multiplying the sum of touch change values of the driving electrodes) by the resolution of the driving electrodes adjacent to each other.
제4항에 있어서, 수신되는 압력값은,
Figure 112020011891321-pat00040

(여기서, f20mag는 제1 압력기준주파수(f20)의 크기이고, f21mag는 제2 압력기준주파수(f21)의 크기이고, offset1은 f20의 가중치이고, offset2는 f21의 가중치인 것)에 의해 복원되는 것을 특징으로 하는 스타일러스 펜의 제어 방법.
5. The method of claim 4, wherein the received pressure value is
Figure 112020011891321-pat00040

(here, f20mag is the size of the first pressure reference frequency (f20), f21mag is the size of the second pressure reference frequency (f21), offset1 is the weight of f20, and offset2 is the weight of f21) Control method of the stylus pen, characterized in that.
제4항에 있어서,
필압 감지를 위해 상기 제1 압력기준주파수 및 상기 제2 압력기준주파수가 할당되고, 압력의 구분은 상기 제1 압력기준주파수 및 상기 제2 압력기준주파수 간의 간격이 복수 개로 분할되어 설정되고,
각각의 압력단계는 상기 제1 압력기준주파수에 상기 압력의 구분을 승산하여 결정되는 것을 스타일러스 펜의 제어 방법.
5. The method of claim 4,
For pen pressure sensing, the first pressure reference frequency and the second pressure reference frequency are allocated, and the division of pressure is set by dividing the interval between the first pressure reference frequency and the second pressure reference frequency into a plurality,
The control method of the stylus pen that each pressure step is determined by multiplying the first pressure reference frequency by the division of the pressure.
다중 주파수 구동, 다중 주파수 수신 및 FFT를 통해 터치 위치를 판별하고 필압을 감지하는 터치 센싱 시스템에서,
펜 구동신호를 전달하는 구동전극과 상기 구동전극에서 유기되는 센싱신호를 전달하는 센싱전극을 포함하는 터치 패널;
(i) 제1 압력기준주파수와 제2 압력기준주파수의 간격을 델타로 정의하고, (ii) 감지하고자 하는 압력을 압력분해능으로 제산하여 스텝 단위로 세분화하고, (iii) 압력이 감지됨에 따라 감지되는 압력을 상기 세분화된 압력 스텝에 매핑하여 압력단계 주파수를 설정하고, (iv) 상기 압력단계 주파수와 상기 델타를 승산한 후 상기 제1 압력기준주파수에 합산하여 압력전송주파수를 설정하고, (v) 상기 압력전송주파수를 상기 터치 패널의 표면에 송신하는 스타일러스 펜; 및
상기 구동전극들 및 상기 센싱전극들 각각의 위치에 대한 가중치 위치 계산과 디스플레이 해상도의 관계 계산을 통해 상기 스타일러스 펜의 위치 정보와 상기 스타일러스 펜의 압력 정보를 검출하는 리드아웃 회로를 포함하되,
상기 델타는 FFT 처리로부터 구할 수 있는 주파수 분해능 보다 월등히 큰 분해능을 얻기 위하여 인접한 FFT 주파수의 크기(Magnitude)의 사이드 로브(side lobe)의 비율을 연산하여 압력 감지에 필요한 소정의 분해능을 얻기 위한 미세 분해능인 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
In a touch sensing system that determines the touch position and detects pen pressure through multi-frequency driving, multi-frequency reception and FFT,
a touch panel including a driving electrode transmitting a pen driving signal and a sensing electrode transmitting a sensing signal induced from the driving electrode;
(i) The interval between the first pressure reference frequency and the second pressure reference frequency is defined as delta, (ii) the pressure to be sensed is divided by the pressure resolution and subdivided into step units, (iii) detected as pressure is sensed Setting the pressure step frequency by mapping the applied pressure to the subdivided pressure step, (iv) multiplying the pressure step frequency and the delta, and adding the first pressure reference frequency to the first pressure reference frequency to set the pressure transmission frequency, (v) ) a stylus pen for transmitting the pressure transmission frequency to the surface of the touch panel; and
a readout circuit for detecting the position information of the stylus pen and the pressure information of the stylus pen through calculation of a weight position for each position of the driving electrodes and the sensing electrodes and a relation between display resolution;
The delta calculates the ratio of the side lobes of the magnitude of the adjacent FFT frequency in order to obtain a much higher resolution than the frequency resolution obtainable from the FFT processing. A touch sensing system, characterized in that
제8항에 있어서, 상기 터치 패널의 해상도는 디스플레이 패널의 해상도보다 낮은 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템. The touch sensing system of claim 8 , wherein a resolution of the touch panel is lower than a resolution of the display panel. 제8항에 있어서, 상기 리드아웃회로는 가상의 터치 좌표를 산출하되,
X축 상의 터치 위치는,
Figure 112020011891321-pat00041
(Psum(x)는 X축 가중치 합이고,
Figure 112020011891321-pat00042
는 센싱전극들의 터치 변화값의 합)에 서로 인접하는 센싱전극의 분해능을 승산하여 산출되고,
Y축 상의 터치 위치는,
Figure 112020011891321-pat00043
(Psum(y)는 Y축 가중치 합이고,
Figure 112020011891321-pat00044
는 구동전극들의 터치 변화값의 합)에 서로 인접하는 구동전극의 분해능을 승산하여 산출되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
The method of claim 8, wherein the readout circuit calculates virtual touch coordinates,
The touch position on the X-axis is,
Figure 112020011891321-pat00041
(Psum(x) is the X-axis weighted sum,
Figure 112020011891321-pat00042
is calculated by multiplying the sum of touch change values of the sensing electrodes) by the resolution of the sensing electrodes adjacent to each other,
The touch position on the Y-axis is
Figure 112020011891321-pat00043
(Psum(y) is the Y-axis weighted sum,
Figure 112020011891321-pat00044
is calculated by multiplying the sum of touch change values of the driving electrodes) by the resolution of the driving electrodes adjacent to each other.
제10항에 있어서, 상기 리드아웃회로는 상기 가상의 터치 좌표에서 가중치로 설정된 옵셋값들을 차감하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템. The touch sensing system of claim 10 , wherein the readout circuit subtracts offset values set as weights from the virtual touch coordinates. 제8항에 있어서, 수신되는 압력값은,
Figure 112020011891321-pat00045

(여기서, f20mag는 제1 압력기준주파수(f20)의 크기이고, f21mag는 제2 압력기준주파수(f21)의 크기이고, offset1은 f20의 가중치이고, offset2는 f21의 가중치인 것)에 의해 복원되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
9. The method of claim 8, wherein the received pressure value is
Figure 112020011891321-pat00045

(here, f20mag is the size of the first pressure reference frequency (f20), f21mag is the size of the second pressure reference frequency (f21), offset1 is the weight of f20, and offset2 is the weight of f21) A touch sensing system, characterized in that.
다중 주파수 구동, 다중 주파수 수신 및 FFT를 통해 터치 위치를 판별하는 터치 센싱 시스템을 이용한 터치 센싱 방법에서,
펜압력 신호 전달을 위한 압력전송주파수를 결정하는 단계;
결정된 압력전송주파수를 터치패널의 표면에 송신하는 단계;
상기 터치패널의 표면을 통해 센싱 주파수를 수신하는 단계;
상기 센싱 주파수를 근거로 펜의 터치 위치를 산출하는 단계; 및
상기 센싱 주파수를 근거로 펜의 필압을 산출하는 단계를 포함하되, 상기 압력전송주파수를 결정하는 단계는,
델타로 정의되는 제1 압력기준주파수와 제2 압력기준주파수의 간격을 압력분해능으로 제산하는 단계;
감지하고자 하는 압력을 스텝 단위로 세분화하는 단계;
압력이 감지됨에 따라 감지되는 압력을 상기 세분화된 압력 스텝에 매핑하여 압력단계 주파수를 설정하는 단계; 및
상기 압력단계 주파수와 상기 델타를 승산한 후 상기 제1 압력기준주파수에 합산하여 압력전송주파수를 설정하는 단계를 포함하고,
상기 델타는 FFT 처리로부터 구할 수 있는 주파수 분해능 보다 월등히 큰 분해능을 얻기 위하여 인접한 FFT 주파수의 크기(Magnitude)의 사이드 로브(side lobe)의 비율을 연산하여 압력 감지에 필요한 소정의 분해능을 얻기 위한 미세 분해능인 것을 특징으로 하는 터치 센싱 방법.
In a touch sensing method using a touch sensing system that determines a touch position through multi-frequency driving, multi-frequency reception, and FFT,
determining a pressure transmission frequency for transmitting the pen pressure signal;
transmitting the determined pressure transmission frequency to the surface of the touch panel;
receiving a sensing frequency through a surface of the touch panel;
calculating a touch position of the pen based on the sensing frequency; and
Comprising the step of calculating the pen pressure of the pen based on the sensing frequency, the step of determining the pressure transmission frequency,
dividing the interval between the first pressure reference frequency and the second pressure reference frequency defined by delta by the pressure resolution;
subdividing the pressure to be sensed in step units;
setting a pressure step frequency by mapping the sensed pressure to the subdivided pressure step as the pressure is sensed; and
and setting the pressure transmission frequency by multiplying the pressure step frequency by the delta and then summing it to the first pressure reference frequency,
The delta calculates the ratio of the side lobes of the magnitude of the adjacent FFT frequency in order to obtain a much higher resolution than the frequency resolution obtainable from the FFT processing. A touch sensing method, characterized in that
삭제delete 제13항에 있어서, 수신되는 압력값은,
Figure 112020011891321-pat00046

(여기서, f20mag는 제1 압력기준주파수(f20)의 크기이고, f21mag는 제2 압력기준주파수(f21)의 크기이고, offset1은 f20의 가중치이고, offset2는 f21의 가중치인 것)에 의해 복원되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 방법.
14. The method of claim 13, wherein the received pressure value is:
Figure 112020011891321-pat00046

(here, f20mag is the size of the first pressure reference frequency (f20), f21mag is the size of the second pressure reference frequency (f21), offset1 is the weight of f20, and offset2 is the weight of f21) A touch sensing method, characterized in that.
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