KR102307692B1 - 펜 입력장치, 그 입력 좌표 보정방법 및 이를 제공하는 전자장치 - Google Patents

펜 입력장치, 그 입력 좌표 보정방법 및 이를 제공하는 전자장치 Download PDF

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Abstract

전자장치는 전자기유도와 정전식 펜 기능이 지원되는 펜 입력장치; 디지타이저 패드와, 상기 디지타이저 패드 상부에 배치되는 정전용량 터치 패널과, 상기 디지타이저 패드로부터 전자기 유도로 구해지는 인식 좌표를 검출하는 디지타이저 패드 컨트롤러 및 상기 터치 패널로부터 정전용량 변화에 대한 입력 좌표를 검출하는 터치 패널 컨트롤러를 포함하는 터치 스크린 장치; 및 상기 펜 입력장치의 필압과 상기 디지타이저 패드 컨트롤러가 제공하는 인식 좌표 정보와, 상기 정전용량 터치 패널 컨트롤러가 제공하는 입력 좌표 정보를 사용하여 경사 정보의 생성과 좌표의 보정을 수행하는 프로세서를 포함한다.

Description

펜 입력장치, 그 입력 좌표 보정방법 및 이를 제공하는 전자장치{PEN INPUT DEVICE, METHOD FOR CORRECTION INPUT COORDINATE THEREOF AND ELECTRONIC DEVICE FOR SUPPOTING THE SAME}
본 발명은 펜 입력장치, 그 입력 좌표 보정방법 및 이를 제공하는 전자장치에 관한 것이다.
최근 휴대용 전자장치는 디스플레이의 크기와 해상도가 경쟁적으로 늘어나면서, 필기 입력이나 그림 메모 등의 기능에 대한 요구도 따라서 커지고 있다. 예컨대, 지도에 목적지를 표시해 둔다거나 사진에 메시지를 써넣고 전송하는 등의 기능 등이 주요 마케팅 포인트가 되고 있다.
이에 따라, 특정 기능에 대한 사용자의 입력을 감지하고, 감지된 사용자의 입력에 대응하는 기능을 수행하고 있다.
사용자의 입력 방식으로 사용자가 손가락으로 디스플레이에 표시된 사용자 인터페이스(user interface)를 터치하는 방식이 있지만, 한자를 쓰는 일본이나 중국에서처럼 필기 입력이 필요한 경우, 손가락이 아닌 스타일러스 펜(Stylus Pen, 터치용 펜)을 이용하게 되면, 그림이나 필기 입력이 용이할 뿐만 아니라, 그 정확도를 높일 수 있으므로 스타일러스 펜을 이용한 터치 기능이 하드웨어 차별화에 중요한 요인으로 부각되고 있다.
스타일러스 펜을 이용한 터치 기술은 크게 감압식, 정전식, 패시브(Passive), 액티브(Active), 및 전자기 공명 또는 유도(EMR: Electromagnetic Resonance) 방식으로 나눌 수 있다.
감압식 펜은 뾰족한 팁(tip)을 이용하여 감압식 터치 스크린에 압력을 가하여 터치 또는 필기 입력을 행하는 것이지만, 터치 스크린 자체의 사용성이 떨어지며, 필기 압력(필압)의 전달 방법이 없다.
또한 정전식 펜은 탄성이 있는 도체(유전체)를 팁에 구비하여, 정전식 터치 스크린에 정전 반응을 일으켜 터치 및 필기 입력을 행하는 것이므로, 필압을 전달할 방법이 없다.
그리고 패시브와 액티브 방식의 펜은 펜이 단순히 손가락 역할을 대신하는 것으로, 손가락과 펜의 터치를 구분할 수 없는 바, 근접 감지(porximity sensing) 및 팜 리젝션(palm rejection) 기능이 불가능하여 별도의 디지타이저(digitizer)를 사용하지 않으면 기존의 터치 스크린 장치를 그대로 사용할 수 없다.
또한 패시브 방식의 펜은 별도의 건전지나 코일을 사용하지 않고 손가락에서 발생하는 정전용량과 유사하게 만들기 위해 5mm이상의 두꺼운 팁(tip)을 사용하는 반면, 액티브 방식의 펜은 건전지나 코일이 내장되어 있어 팁을 작게(2mm)해도 손가락과 유사한 정전용량을 만들수 있다.
한편 EMR 방식의 펜은 단말이 능동부(Active)이고, 펜이 수동부(Passive)로 구성되어 단말과 펜의 전자기 유도부를 이용한 전자기 유도반응을 통해 입력할 수 있는 것으로, 별도의 입력 수단으로서 디지타이저를 터치 스크린 장치에 내장하는 것이 필요하고, 이에 의해 손가락과 펜의 터치를 구분할 수 있어 근접감지 및 팜 리젝션 기능이 가능하다. 또한 여러 단계의 터치 압력을 구분할 수 있어 펜을 작은 사이즈로 구현할 수 있는 점이 최대 장점이지만, 복수의 좌표 인식을 위한 입력 수단을 필요로 한다.
EMR 방식의 스타일러스 펜 입력장치는 하드웨어적으로 두개의 코일을 사용하여 경사각과 경사 방향을 검출할 수 있다.
반면, 하나의 코일을 사용하는 EMR 방식의 스타일러스 펜 입력장치는 경사각과 경사 방향을 측정하지 못하므로, 이를 사용한 스타일러스 펜이나 붓 효과를 다양하게 사용하지 못하는 제약이 존재하였다.
더구나 스타일러스 펜의 팁과 코일의 위치가 어긋남에 따라 좌표의 오차가 발생하였다.
이 경우, 하나의 코일을 사용하는 EMR 방식의 종래의 스타일러스 펜 입력장치에서는 좌수, 우수의 설정에 따른 구분과 G 센서(중력 센서: Gravity sensor)를 이용하여 화면의 회전(ROTATION) 정보를 확인하고, 이를 통해 코일 어레이(coil array)를 가지는 기본적인 EMR 시트 특성에 따른 좌표 영역별 옵셋 테이블(offset table)에 추가적인 보정을 가하여 경사각을 보정해야만 하였다.
좌수, 우수의 설정과 화면 회전에 따라 총 8개의 테이블이 존재하며, 테이블을 구성하는 값은 EMR 시트에 의해 발생하는 틀어짐을 보정하기 위해 나누어 놓은 각각의 좌표 영역에 각각 좌수/우수로 표준 그립하였을 때 발생하는 경사각의 값에 추가로 보정된 값으로 이루어 진다.
그렇지만, 경사 오차를 보정함에 있어서, 터치 스크린 장치가 지면과 수평방향으로 놓여 있어 회전(rotation) 정보가 틀리거나 회전과 일치하지 않는 방향에서 펜의 입력이 이루어지는 경우, 경사에 의한 오차에 보정값이 더해진 값이 좌표 오차로서 발생하는 문제점이 있다.
이에 후술하는 본 발명의 다양한 실시예는 상기와 같은 문제점을 해소하고자, EMR 펜 기능과 패시브(passive) 정전형 스타일러스(터치펜) 기능을 동시에 지원하는 펜 입력장치를 제공하고, 이를 이용하여 펜의 경사각 및 경사 방향을 구하며, 또한 경사에 의한 오차를 개선할 수 있는 펜 입력장치의 입력 좌표 보정방법 및 이를 제공하는 전자장치를 제공하는 것이 목적이다.
이상의 목적을 구현하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르는 전자장치는 전자기유도와 정전식 펜 기능이 지원되는 펜 입력장치; 디지타이저 패드와, 상기 디지타이저 패드 상부에 배치되는 정전용량 터치 패널과, 상기 디지타이저 패드로부터 전자기유도로 구해지는 인식 좌표를 검출하는 디지타이저 패드 컨트롤러 및 상기 터치 패널로부터 정전용량 변화에 대한 입력 좌표를 검출하는 터치 패널 컨트롤러를 포함하는 터치 스크린 장치; 및 상기 펜 입력장치의 필압과 상기 디지타이저 패드 컨트롤러가 제공하는 인식 좌표 정보와, 상기 정전용량 터치 패널 컨트롤러가 제공하는 입력 좌표 정보를 사용하여 상기 펜 입력 장치의 경사 정보의 생성과 좌표의 보정을 수행하는 프로세서를 포함한다.
본 발명의 다른 관점에 따르는 전자장치의 입력 좌표 보정방법은 상기 펜 입력장치가 상기 전자장치의 터치 스크린 장치에 터치되어 정전용량이 변화됨에 따라 상기 펜 입력장치의 입력 좌표를 검출하고, 상기 펜 입력장치가 상기 터치 스크린 장치에 접근함에 따라 인식 좌표가 전자기유도로 구해지며, 상기 펜 입력장치의 필압과 상기 인식 좌표와 상기 입력 좌표를 이용하여 상기 펜 입력장치의 경사 정보를 생성하여 좌표를 보정한다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르는 펜 입력장치는 막대 형태로 일단이 개구되고, 사용자가 손으로 잡는 그립부에 띠형상의 유전체 도포부를 형성하여 수용 공간을 형성하는 하우징; 상기 하우징 내부에 수용되는 공진회로부; 상기 하우징의 개구된 일단에서 외부로 돌출되게 설치되어 압력이 가해지는 접촉부를 유전체로 구성하거나 유전체로 감싸지도록 접합하여 구성하고, 상기 하우징의 길이 방향으로 일정 범위 이동 가능한 팁; 및 상기 팁의 접촉부와 하우징 그립부의 유전체 도포부를 연결하는 채널을 포함하여, 전자기유도와 정전식 펜 기능이 지원될 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르는 펜 입력장치의 입력 좌표 보정방법은 상기 펜 입력장치가 터치 스크린 장치에 터치되어 정전용량이 변화됨에 따라 상기 펜 입력장치의 입력 좌표를 검출하고, 상기 펜 입력장치가 상기 터치 스크린 장치에 접근함에 따라 인식 좌표가 전자기유도로 구해지며, 상기 펜 입력장치의 필압과 상기 인식 좌표와 상기 입력 좌표를 이용하여 상기 펜 입력장치의 경사 정보를 생성하여 좌표를 보정한다.
본 발명의 실시예들에 따르면 하나의 코일을 사용하여 EMR 펜 기능과 패시브(passive) 정전식 스타일러스(터치 펜) 기능을 동시에 지원하며, 이를 이용하여 경사각 및 경사 방향을 구하고, 경사에 의한 오차를 개선할 수 있으므로 더 정확한 좌표 정보를 제공할 수 있는 이점을 가진다.
또한 펜의 팁과 하우징 그립부의 선상을 유전체로 구성함에 따라 터치 스크린 패널로부터 손(ground)으로의 전하 이동도를 높여서 SNR(Signal to Noise Ratio: 신호대잡음비)을 향상시키고, 유전체의 면적을 크게 넓히지 않고도 더욱 정확한 정전식 터치 좌표를 얻을 수 있고, 이렇게 얻은 정전식 터치 좌표를 최종 입력 좌표로 사용할 수 있는 효과를 가진다.
더구나, 본 발명에 의하면, 필압과 EMR 좌표를 이용하여 입력 방향과 관계없이 경사 오차를 개선하고, 경사각과 경사 방향을 제공할 수 있으므로 더 정확한 좌표 정보를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 펜 입력장치의 구성 및 동작을 나타내는 개략도이다.
도 2는 도 1하우징에 실장되는 공진회로부의 구성 및 동작을 나타내는 개략도이다.
도 3은 도 1 펜 입력장치를 이용하는 전자장치를 나타내는 개략도이다.
도 4는 디지타이저 패드 컨트롤러를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 펜 입력장치의 정전식 좌표 인식 동작을 설명하는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 펜 입력장치의 위치를 이용한 팜 리젝트 기능을 설명하는 개략도이다.
도 7은본 발명의 일 실시예에 따라 경사방향(방위각)을 구하는 방법을 설명하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면들에서 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. 하기의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자장치는, 통신 기능이 포함된 장치일 수 있다. 예를 들면, 전자장치는 스마트 폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동 전화기(mobile phone), 화상 전화기, 전자북 리더기(e-book reader), 데스크탑 PC(desktop personal computer), 랩탑 PC(laptop personal computer), 넷북 컴퓨터(netbook computer), PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 모바일 의료기기, 카메라(camera), 또는 웨어러블 장치(wearable device)(예: 전자 안경과 같은 head-mounted-device(HMD), 전자 의복, 전자 팔찌, 전자 목걸이, 전자 앱세서리(appcessory), 전자 문신, 또는 스마트 와치(smart watch)) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 펜 입력장치의 구성 및 동작을 나타내고 있고, 도 2는 도 1 하우징의 수용공간에 실장되는 공진회로부의 구성을 나타내고 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 펜 입력장치(100)는 전도성 팁(110)을 가지는 전자기유도와 정전식의 하이브리드 스타일러스 펜 (Hybrid Stylus Pen)으로서, 일단이 개구되고, 내부에 펜심(120)을 수용하는 수용공간을 형성하는 하우징(140)을 포함한다.
전도성 팁(110)은 하우징(140)의 개구된 일측에서 외부로 돌출되게 설치되고, 하우징(140)의 일측에 대향하는 타측의 길이 방향 수용공간으로 일정 범위 이동가능하며, 셀프 센터링(self- centering)이 가능할 수 있다. 여기서, 셀프 센터링이란 객체가 변형 시 자동으로 원래의 위치로 복귀하는 것을 가리킬 수 있다.
전도성 팁(110)은 전도성 고무(conductive rubber) 또는 금속 물질로 구성된 유전체로 구성하거나, 또는 유전체가 플라스틱 팁에 실장, 장착, 부착, 접합 또는 융착되어 감싸지도록 구성할 수 있다. 예를 들어, 양면 테이프 또는 접착제 등과 같은 방법에 의하여 플라스틱 팁에 접합하여 감쌀 수 있다.
하우징(140)은 페라이트 코어(Ferrite Core)(142), 전자기 유도부의 코일(144), 탄성체(146), 지지부(148), 및 가변 커패시터(149) 및 인쇄회로 기판(200)을 포함할 수 있다.
하우징(140)에는 누름 버튼키(150)를 더 포함할 수 있고, 누름 버튼키(150)는 통상 사용자가 펜 입력장치(100)을 잡게 되는 하우징(140)의 그립부에 위치될 수 있다.
탄성체(146)는 팁(110)의 이동에 대응하는 기능을 수행하도록 실장될 수 있고, 예들 들어, 펜 입력장치(100)가 입력을 수행(예: 디스플레이에 터치 입력 이벤트, 드래그 입력 이벤트 등)할 때, 팁(110)이 하우징(140)의 수용공간으로 이동한 거리에 대응하는 길이만큼 이동할 수 있는 스프링 등을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 하우징(140)의 수용공간에는 공진회로부(250)가 실장될 수 있다.
실장된 공진회로부(250)는 등가회로로서, 전자기 유도공진 동작을 위한 전자기유도부의 코일(144)과, 가변 커패시터(VC: Variable Capacitor)(149)와, 커패시터(C1, C2) 및 스위치(SW)를 포함할 수 있고, 전원이 필요없다.
코일(144)은 인덕터(L:Inductor) 코일이고, 커패시터(C1)는 공진회로부(250)의 메인 커패시턴스이고, 가변 커패시터(VC)(149)는 펜 입력장치(100)의 필압, 즉 팁(110)에 가해지는 압력에 따라 커패시턴스가 바뀌며, 이에 공진 주파수가 변하게 되고, 이를 통해 화살표의 방향으로 필압을 단말에 전달할 수 있다.
스위치(SW)는 펜 입력장치(100)의 누름 버튼키(150)로서, 누름 버튼키(150)를 누르게 되면 커패시터(C2)와 연결되어 공진 주파수가 변하게 되고, 이를 통해 버튼 눌림을 단말에 전달할 수 있다.
공진회로부(250)는 필기 시 가해지는 압력에 따라 임피던스가 변경되는 소자를 포함할 수 있다.
임피던스의 변경에 따라 펜 입력장치(100)의 공진 주파수가 변경되고, 또한 펜 입력장치(100)의 전자기유도 주파수도 변경되므로, 다시 디지타이저에 되돌리는 자기신호의 주파수도 변경될 수 있다.
이를 통해 디지타이저는 필기 압력을 감지할 수 있다. 임피던스 변경 소자는 인덕턴스가 변경되거나 가변 커패시턴스(VC)가 변경될 수 있다.
한편, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 펜 입력장치(100)는 사용자가 손으로 잡는 하우징(140) 측부의 그립부에 띠형상의 유전체 도포부(160)를 형성할 수 있다.
또한 유전체 또는 유전체가 감싸지도록 접합된 팁(110)의 접촉부와 하우징(140) 그립부의 유전체 도포부(160)를 연결하는 전도성 파이버(conductive fiber)의 도선으로 이루어진 단일 안테나의 채널(180)을 더 포함할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 펜 입력장치(100)는 전도성 파이버의 도선으로 이루어진 단일 안테나 채널(180)의 구조에 의해 펜 입력장치(100)의 팁(110)과 그립부의 유전체 도포부(160)를 연결함으로써, 정전식 터치 스크린 패널을 통하여 좌표 입력을 행할 수 있는 정전식 펜 기능이 부가된 것이다.
펜 입력장치(100)의 전자기유도부와 전도성 파이버의 일부가 페라이트 코어(142) 내부에 실장되거나 관통됨에 따라 페라이트 코어(142) 외부에 실장된 전자기유도 코일(144)과 전기적으로 격리(Isolation)되어 간섭을 최소화할 수 있다.
또한 전도성 파이버의 단일 안테나 채널(180)은 펜 입력장치(100)의 인쇄회로기판(200)와 연결될 수 있다. 이에 의해 정전용량을 상승시킴에 따라, 정전식 터치 스크린패널로 좌표인식을 할 수 있는 수준의 충분한 전기적 커플링(coupling)을 발생시킬 수 있다.
사용자가 하우징(140)의 그립부를 쥐었을 때, 터치 스크린 패널로부터 손(ground)으로의 전하 이동도가 높아지며, 그 결과 유전체 도포면(160)의 면적을 넓히지 않고도 정전식 터치 좌표를 얻을 수 있다.
이와 같이 본 발명의 펜 입력장치(100)는 전자기유도와 정전식의 하이브리드 스타일러스 펜의 형태로서, 단말이 능동부(Active)이고, 펜이 수동부(Passive)로 구성되므로, 단말과 펜의 전자기유도부를 이용한 전자기유도 반응을 통한 입력을 실행할 수 있다.
즉 본 발명 펜 입력장치(100)의 공진회로부(250)가 인덕터(L) 코일(144)과 커패시터(C1, C2)를 병렬로 연결하여 구성됨에 따라, 펜 입력 장치(100)가 터치 스크린 장치에 접근하게 되면 전자기 유도 현상이 발생한다.
이에 따라 단말의 디지타이저에서 전자기 필드(EM: Electro Magnetic field)가 발생하게 되고, 발생된 전자기 필드가 펜 입력장치(100)의 공진회로부(250)에 수신되어 전류가 발생된다. 펜 입력장치(100)에 발생된 전류로 자기장을 형성할 수 있다.
이를 단말의 디지타이저는 스캔(scan)하여 신호(signal)의 강도 차이로 펜 입력장치(100)의 좌표를 판단할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 도 1의 펜 입력장치를 이용하는 전자장치(500)의 구성을 나타내고 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자장치(500)는 상술한 바와 같은 전자기유도와 정전식의 하이브리드 스타일러스 펜의 펜 입력장치(100)와, 터치 스크린 장치(300) 및 호스트 장치(400)를 포함할 수 있다.
터치 스크린 장치(300)는 전자장치(500)와 사용자 간의 입력 및 출력 인터페이스를 제공함으로서 데이터의 입,출력 기능을 동시에 수행할 뿐만 아니라, 터치 감지 기술을 적용하여 감지한 사용자의 터치 입력을 호스트 장치(400)로 전달하고, 호스트 장치(400)로부터 제공되는 시각 정보, 예컨대, 텍스트, 그래픽, 비디오 등을 사용자에게 보여줄 수 있다.
터치 스크린 장치(300)는 스크린 윈도우(310), 정전용량 터치 패널(320), 정전용량 터치 패널 컨트롤러(330), 디스플레이 패널(340), 디지타이저 패드(350) 및 디지타이저 패드 컨트롤러(360)가 차례로 적층된 구성을 포함할 수 있다.
스크린 윈도우(310)는 외부의 입력, 예컨데 외부의 펜 입력장치(100)에 의한 터치 입력, 전도체(예: 인체의 손가락, 손바닥 등에 의한 터치 입력 등)이 접촉하는 영역일 수 있다. 예를 들어, 스크린 윈도우(310)는 강화코팅 또는 올레포빅 코팅(oleophobic coating)으로 처리된 유리(glass)일 수 있고, 또한 알루미나(alumina), 실리카(silica) 및 사파이어(sapphire) 재질 중 적어도 어느 하나를 이용하여 형성될 수 있다.
일 실시예에 따라 스크린 윈도우(310)는 투명한 재질로서 정전용량 터치 패널(320)에 접착제를 사용하여 부착되거나 전자장치(500)의 외관을 형성하는 몸체에 고정될 수 있다.
접착제로서는 광학 탄성 수지(super view resin) 또는 광학 투명 테이프(optically clear adhesive) 등이 사용될 수 있다.
정전용량 터치 패널(320)은 다수의 전극들을 포함하는 전극 라인들이 교호하고 평행하게 형성되고, 정전용량 터치 패널 컨트롤러(330)로부터 전압을 인가받아, 터치 감지를 위한 전기장을 형성시키며, 펜 입력장치(100)의 팁(110)의 접촉부와 하우징(140)의 그립부에 포함된 유전체 도포부(160)의 접촉 또는 접근에 의해 정전용량의 변화를 일으킨다.
정전용량 터치 패널(320)로부터의 정전용량 변화를 통해 터치 스크린 장치(300)는 펜 입력장치(100)의 팁(110)의 터치 위치를 최종 입력 좌표로서 검출한다.
정전용량 터치 패널 컨트롤러(330)는 스크린 윈도우(310)의 일 측에 적층된 정전용량 터치 패널(320)에 전압을 공급하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에 따라, 정전용량 터치 패널 컨트롤러(330)는 펜 입력장치(100)의 일 측에 실장된 전도성 팁(110)이 스크린 윈도우(310)로부터 임계 거리 값 이내로 근접함에 따라 정전용량 터치 패널(320)의 수신 전극(도시하지 않음)은 스크린 윈도우(310)에 대한 펜 입력장치(100) 또는 전도성을 가지는 객체(예: 인체의 손가락)의 접근 또는 접촉에 따라 달라지는 전하량을 획득할 수 있다.
정전용량 터치 패널 컨트롤러(330)는 수신 전극에서 획득한 전하량을 기반으로 펜 입력장치(100)의 전도성 팁(110)이 감지하는 위치를 호스트 장치(400)로 제공하고, 호스트 장치(400)의 프로세서(440)는 이에 따른 동작을 수행할 수 있다. 즉 디스플레이 패널(340)을 제어하여 사용자 인터페이스를 표시한다.
또한 정전용량 터치 패널 컨트롤러(330)는 패시브 스타일러스인지의 여부를 포함하는 좌표 정보를 제공할 수 있다.
디지타이저 패드(350)는 X축과 Y축 배열의 방향으로 중첩된 다수의 루프 안테나 코일을 포함하는 FPCB를 포함할 수 있고, 디지타이저 패드 컨트롤러(360)로 교류 전류를 제공하고, 전자기장을 발생시킨다.
또한 디지타이저 패드(350)의 후면에는 노이즈를 차폐하기 위한 차폐 재료(Shield Plate)를 포함할 수 있다.
디지타이저 패드 컨트롤러(360)는 펜 입력장치(100)의 필압과 좌표 정보를 제공할 수 있다.
펜 입력장치(100)가 디지타이저 패드(350)의 전자기장에 접촉 또는 접근하게 되면 펜 입력장치(100)의 공진회로부(250)는 전류를 발생시키고, 이 전류에 의해 공진회로부(250)에는 자기장을 형성할 수 있다.
디지타이저 패드 컨트롤러(360)는 펜 입력장치(100)로부터 디지타이저 패드(350)로 인가되는 자기장의 강도를 전 영역에 걸쳐 스캔하여 위치를 검출하고, 그 검출 위치를 인식 좌표로서 호스트 장치(400)에 제공하고, 호스트 장치(400)의 프로세서(440)는 이에 대한 동작, 예컨대, 텍스트, 그래픽, 비디오 등의 영상 정보를 디스플레이 패널(340)로 출력한다.
디스플레이 패널(340)은 좌표 정보, 펜 입력장치(100)의 필압, 경사각 및 경사방향을 이용하여 생성된 화면을 출력한다.
한편, 스타일러스 펜(100)의 필압과 패시브 정전용량식 스타일러스 좌표가 동시에 입력되면, 패시브 정전용량식 스타일러스 좌표를 우선하여 사용한다.
호스트 장치(400)는 내부 메모리(420)와, 하나 이상의 프로세서(440) 및 인터페이스(460)를 포함할 수 있으며, 각각이 별개의 구성 요소일수도 있고, 하나 이상의 집적화된 회로로 구성될 수도 있다.
내부 메모리(420)에는 좌표를 보정하기 위한 변환 테이블을 포함할 수 있다.
프로세서(440)는 여러 가지 소프트웨어 프로그램을 실행하여 전자장치(500)의 음성, 영상 및 데이터 통신을 위한 처리 및 제어를 수행할 수 있다. 또한 내부 메모리(420) 및/또는 외부 메모리(도시하지 않음)에 저장되어 있는 특정한 소프트웨어 모듈(명령어 세트)을 실행하여 본 발명의 실시 예의 방법을 수행할 수 있다.
인터페이스(460)는 전자장치(500)의 기타 여러 장치(480)들과 호스트 장치(4020)를 연결시킬 수 있다. 기타 여러 장치(480)는 외부 메모리, 카메라 장치, 센서 장치, 무선 통신 장치, 오디오 장치, 외부 포트 장치 등을 예로 들 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 전자장치에 따르면, 정전용량 터치 패널 컨트롤러(330)가 검출한 팁(110)의 터치 위치를 입력 좌표로 하고, 디지타이저 패드 컨트롤러(360)가 검출한 위치를 인식 좌표로 하는 좌표 정보가 호스트 장치(400)로 제공되므로, 호스트 장치(400)는 이러한 좌표 정보를 사용하여 펜의 경사 정보를 생성하고, 내부 메모리(420)에 포함된 변환 테이블을 이용하여 좌표의 보정을 수행할 수 있다.
도 4는 디지타이저 패드 컨트롤러를 나타내고 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 디지타이저 패널 컨트롤러(360)는 코일 스위칭부(370)에 의해 디지타이저 패드(350)에 포함된 루프 안테나 코일(372) 중 하나를 선택하여 변화하는 전류를 방전할 수 있다.
그 결과 루프 안테나에서 마그네틱 필드를 발생할 수 있으며, 펜 입력장치(100)에 의해 누르는 힘(예: 단위 면적당 가해지는 힘, 스크린 윈도우(310)의 일정 영역에 가해지는 필기 압력 등)에 대응하는 전자기장의 공진 주파수 변화를 감지할 수 있다.
즉 디지타이저 패드 컨트롤러(360)는 감지된 전자기장의 공진 주파수 변화를 기반으로 펜 입력장치(100)의 압력 데이터를 결정할 수 있다. 예를 들어, 스크린 윈도우(310)에 대한 펜 입력장치(100)의 압력 세기가 소정의 단계에 해당할 경우, 감지된 압력 데이터를 소정 단계에 대응하는 데이터로 결정할 수 있고, 결정된 압력 데이터는 호스트 장치(400)의 프로세서(440)로 전달할 수 있다.
프로세서(440)는 터치 스크린 장치(300)에서 전달받은 압력 데이터를 기반으로 압력 데이터에 대응하는 굵기를 사용자 인터페이스(460)에 표시되도록 제어할 수 있다.
또한 디지타이저 패드 컨트롤러(360)는 감지된 전자기장의 변화를 기반으로, 펜 입력장치(100)가 스크린 윈도우(310)로부터 임계 거리 값 이내에 있는지의 여부를 판단할 수 있다.
판단 결과에 따라, 펜 입력장치(100)가 스크린 윈도우(310)에서 감지되는 위치 영역을 확인할 수 있고, 감지된 위치 영역에 대한 정보를 프로세서(440)에 전달할 수 있다.
프로세서(440)는 펜 입력장치(100)가 감지되지 않는 위치 영역, 즉 임계 거리 값 이상의 위치 영역에서 터치 입력 이벤트가 감지되는 경우, 감지된 터치 입력 이벤트에 대응하는 기능을 비활성화하도록 제어할 수 있다.
펜 입력장치(100)가 생성된 마그네틱 필드를 지나가게 되면, 펜 입력장치(100)는 전자기유도를 통해 에너지를 펜 입력장치(100)의 공진회로부(250)에 저장할 수 있다.
디지타이저 패드 컨트롤러(360)는 스캔(scan)을 통해 펜 입력장치(100)의 대략적인 위치를 감지한다. 이 후, 펜 입력장치(100) 주변의 도 4b에 도시된 바와 같이, 여러 루프 안테나 코일(도면 상 센서 보드(sensor board)을 스캔하여 펜 입력장치(100)의 정확한 좌표를 계산하기 위한 정보로 사용할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 펜 입력장치(100)는 전자기유도를 사용함에 따라 디지타이저 패드(350)에 접촉하지 않아도 펜 입력장치(100)의 좌표를 검출할 수 있다.
도 5는 펜 입력장치(100)의 좌표 인식 수단으로서 사용된 정전용량 터치 패널(C-TSP)의 구성을 나타내고 있다.
정전용량 터치 패널(C-TSP)(320)은 터치 입력 수단으로서, 기존에는 일정 크기(손가락 터치 면적 정도)의 도체/유전체가 터치되어야 터치 좌표의 인식이 가능하였으나, 본 실시예에 사용되는 정전용량 터치 패널(320)은 1mm정도 두께의 도체/유전체의 터치 좌표도 인식할 수 있다.
즉 본 발명 펜 입력장치(100)의 팁(110)의 두께를 얇게 할 수 있고, 이러한 팁(110)에 가해지는 압력에 의해 임피던스가 변경되는 가변 임피던스에 압력이 전달되어 임피던스가 변경되고, 또한 임피던스의 변경에 의해 펜 입력장치(100)의 전자기유도부의 공진 주파수가 변경되고, 공진 주파수의 변경에 따라 전자기유도로 펜 입력장치(100)에 의해 발생되는 자기장의 주파수가 변경될 수 있다.
또한 자기장의 주파수 변경을 인식할 수 있음에 따라 누름 버튼키(150)의 버튼(SW) 눌림도 인식할 수 있다.
누름 버튼키(150)가 눌리면 C2가 연결되어 펜 입력장치(100)의 공진 주파수가 변경될 수 있다.
또한 일반적인 정전식 펜의 동작과 마찬가지로, 전도성 파이버의 채널(180)로 트랜스미터에서 송신되는 펄스 신호 중 일부가 유도되어 리시버의 커플링 전압이 변경될 수 있고, 이를 통해 펜 입력장치(100)의 좌표를 인식할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 펜 입력장치의 위치를 이용한 팜 리젝트 기능을 나타내고 있다.
디지타이저 패드(350)가 펜 입력장치(100)의 호버링(hovering)을 감지하면, 도 6a에 도시된 바와 같이, 호버링이 이격될 때까지 정전 용량 터치 패널 콘터롤러(330)에서 인식된 모든 좌표는 리젝션(rejection)될 수 있다.
또한, 펜 입력장치(100)의 필압이 존재할 때, 도 6b에 도시된 바와 같이, EMR 좌표로부터 지정된 거리내의 패시브 스타일러스 좌표, 예컨대 별도로 인식가능한 경우, 혹은 터치좌표가 동시에 인식되면 스타일러스 좌표로 사용되며, EMR 좌표는 경사 방향과 경사각을 구하기 위해 사용될 수 있다. 이때 범위밖의 패시브 스타일러스 좌표와 터치좌표는 리젝션될 수 있다.
필압 인식에 의해 필기 입력이 시작되면, 정전용량 터치 패널(320)로 펜 입력장치(100)의 좌표를 인식하고, 필기 압력은 디지타이저 패드(350)로 인식할 수 있다.
인식된 펜 입력장치(100)의 좌표의 위치에 인식된 필기 압력에 해당하는 출력을 스크린 윈도우(310)에 출력할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 펜 입력장치의 경사각과 경사방향 측정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 펜 입력장치(100)의 경사각은 다음 식 (1)에 의해 측정할 수 있다.
[식 1]
T = arccos(√((Xb-Xa)2 + (Yb-Ya)2 /d)
여기서, T는 경사각이고, a는 펜 입력장치(100)로서 패시브 정전식 스타일러스 펜의 팁(110)으로 터치되어 입력된 입력 좌표이고, b는 전자기 유도로 구한 인식 좌표이고, d는 펜 입력장치(100)의 팁(110)과 전자기 유도부의 코일 중심부와의 거리이며, f는 펜 입력장치(100)의 필압을 나타낸다. 이때 거리(d)는 필압(f)에 따라 변화되므로, 테이블 변환(혹은 연산)으로 변환하여 구할 수 있다.
이와 같이, 프로세서(440)는 정전용량 터치 패드 컨트롤러(330)와 디지타이저 패드 컨트롤러(360)가 제공하는 좌표 정보를 사용하여 식 (1)을 연산한 후, 아크코사인(arccosine)의 테이블 변환(혹은 연산)을 통해 경사 정보의 생성, 즉 경사각(T)을 구할 수 있다.
또한 펜 입력장치(100)의 경사방향(방위각)의 단위벡터 V는 다음 식 (2)에 의해 측정할 수 있다.
[식 2]
V = ((Xb-Xa)/ (√((Xb-Xa)2 + (Yb-Ya)2 )? (Yb-Ya)/ (√((Xb-Xa)2 + (Yb-Ya)2)
이상과 같이 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자장치(5400)의 프로세서(440)는 정전용량 터치 패드 컨트롤러(330)와 디지타이저 패드 컨트롤러(360)가 제공하는 좌표 정보를 사용하여 식 (2)를 통한 연산을 수행하여 경사방향의 단위벡터(V)를 구할 수 있고, 이를 내부 메모리(420)에 저장된 테이블 변환(혹은 연산)을 이용하여 방위각을 구함으로서 좌표의 보정을 행할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 펜 입력장치는 EMR 펜 기능과 패시브(passive) 정전형 스타일러스(터치펜) 기능을 동시에 지원하는 하나의 코일을 사용하는 하이브리드 스타일러스 펜이며, 이러한 펜 입력장치에 의해 전자기유도 방식으로 발생되는 자기장의 주파수 변경을 단일 채널 디지타이저로 인식하여 펜 입력장치의 필압을 인식하고, 이를 이용하여 경사각 및 경사방향을 구하며, 경사에 의한 오차를 개선할 수 있다.
본 발명과 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 실시예에 따른 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 실시예의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
따라서 본 발명의 다양한 실시예의 범위는 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 다양한 실시예의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 다양한 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 펜 입력장치 110 : 팁
120 : 펜심 140 : 하우징
142 : 페라이트 코어 144 : 코일
146 : 탄성체 148 : 지지부
149 : 가변 커패시터 150 : 누름 버튼키
160 : 유전체 도포부 180 : 채널
200 : 인쇄회로기판 250 : 공진회로부
300 : 터치 스크린 장치 310 : 스크린 윈도우
320 : 정전용량 터치 패널 330 : 정전용량 터치 패널 컨트롤러
340 : 디스플레이 패널 350 : 디지타이저 패드
360 : 디지타이저 패드 컨트롤러 370 : 코일 스위칭부
400 : 호스트 장치 420 : 내부 메모리
440 : 프로세서 460 : 인터페이스
480 : 외부 입력장치 500 : 전자장치

Claims (20)

  1. 전자기유도와 정전식 펜 기능이 지원되는 펜 입력장치;
    디지타이저 패드와, 상기 디지타이저 패드 상부에 배치되는 정전용량 터치 패널과, 상기 디지타이저 패드로부터 전자기유도로 구해지는 인식 좌표를 검출하는 디지타이저 패드 컨트롤러 및 상기 터치 패널로부터 정전용량 변화에 대한 입력 좌표를 검출하는 터치 패널 컨트롤러를 포함하는 터치 스크린 장치; 및
    상기 펜 입력장치의 필압과 상기 디지타이저 패드 컨트롤러가 제공하는 인식 좌표 정보와, 상기 정전용량 터치 패널 컨트롤러가 제공하는 입력 좌표 정보를 사용하여 상기 펜 입력 장치의 경사 정보의 생성과 좌표의 보정을 수행하는 프로세서를 포함하는 전자장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 좌표의 보정을 수행하는 변환 테이블을 포함하는 내부 메모리를 더 포함하는 전자장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 펜 입력장치의 경사각을 다음 식에 의해 측정하는 전자장치.
    T = arccos(√((Xb-Xa)2 + (Yb-Ya)2 /d)
    여기서, T는 경사각이고, a는 상기 펜 입력장치의 팁으로 터치되어 입력된 입력 좌표이고, b는 전자기 유도로 구한 인식 좌표이고, d는 상기 펜 입력장치의 팁과 전자기유도부의 코일의 중심부와의 거리이며, f는 상기 펜 입력장치의 필압을 나타낸다.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 거리(d)는 상기 펜 입력장치의 필압(f)에 따라 변화되므로, 테이블 변환(혹은 연산)으로 변환하여 구하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 펜 입력장치의 경사방향(방위각)의 단위벡터 V를 다음 식을 통한 연산을 수행하여 측정하고 이를 테이블 변환(혹은 연산)하여 구하는 전자장치.
    V = ((Xb-Xa)/ (√((Xb-Xa)2 + (Yb-Ya)2)(Yb-Ya)/ (√((Xb-Xa)2 + (Yb-Ya)2)
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치 스크린 장치는 상기 정전용량 터치 패널로 부터의 정전용량 변화를 통해 상기 펜 입력장치의 팁의 터치 위치를 최종 입력 좌표로서 검출하는 전자장치.
  7. 펜 입력장치를 가지는 전자장치의 입력 좌표 보정방법에 있어서,
    상기 펜 입력장치가 상기 전자장치의 터치 스크린 장치에 터치되어 정전용량이 변화됨에 따라 상기 펜 입력장치의 입력 좌표를 검출하고,
    상기 펜 입력장치가 상기 터치 스크린 장치에 접근함에 따라 인식 좌표가 전자기유도로 구해지며,
    상기 펜 입력장치의 필압과 상기 인식 좌표와 상기 입력 좌표를 이용하여 상기 펜 입력장치의 경사 정보를 생성하여 좌표를 보정하는 전자장치의 입력 좌표 보정방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 터치 스크린 장치의 터치 패널 컨트롤러에 의해 상기 터치 스크린 장치의 정전용량 터치 패널로부터의 정전용량 변화에 대해 상기 입력 좌표가 검출되는 전자장치의 입력 좌표 보정방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 터치 스크린 장치의 디지타이저 패드 컨트롤러에 의해 상기 터치 스크린 장치의 디지타이저 패드로부터 전자기 유도로 구해지는 인식 좌표가 검출되는 전자장치의 입력 좌표 보정방법
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 좌표의 보정은 상기 전자장치의 내부 메모리에 포함된 변환테이블에 의해 수행되는 전자장치의 입력 좌표 보정방법.
  11. 막대 형태로 일단이 개구되고, 사용자가 손으로 잡는 그립부에 띠형상의 유전체 도포부를 형성하여 수용 공간을 형성하는 하우징;
    상기 하우징 내부에 수용되는 공진회로부;
    상기 하우징의 개구된 일단에서 외부로 돌출되게 설치되어 압력이 가해지는 접촉부를 유전체로 구성하거나 유전체로 감싸지도록 접합하여 구성하고, 상기 하우징의 길이 방향으로 일정 범위 이동 가능한 팁; 및
    상기 팁의 접촉부와 하우징 그립부의 유전체 도포부를 연결하는 채널을 포함하여, 전자기유도와 정전식 펜 기능이 지원되는 펜 입력장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 공진회로부는,
    전자기유도부의 코일과, 가변 커패시터(VC: Variable Capacitor)와, 커패시터(C1, C2) 및 스위치(SW)를 포함하며,
    상기 팁에 가해지는 압력에 따라 상기 펜 입력장치의 필압을 단말에 전달하는 펜 입력장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 하우징의 그립부에는 누름 버튼키를 더 포함하며, 버튼 눌림을 단말에 전달하는 펜 입력장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 하우징은
    상기 공진회로부의 전자기유도부와 상기 채널의 일부가 내부에 실장되거나 관통되는 페라이트 코어(Ferrite Core)와, 상기 팁의 이동에 대응하여 이동가능한 탄성체 및 인쇄회로 기판을 포함하는 펜 입력장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전자기유도부의 코일은 상기 페라이트 코어 외부에 실장되어 전기적으로 격리(Isolation)되는 펜 입력장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 채널은 상기 인쇄회로 기판과 연결되는 펜 입력장치.
  17. 펜 입력장치의 입력 좌표 보정방법에 있어서,
    상기 펜 입력장치가 터치 스크린 장치에 터치되어 정전용량이 변화됨에 따라 상기 펜 입력장치의 입력 좌표를 검출하고,
    상기 펜 입력장치가 상기 터치 스크린 장치에 접근함에 따라 인식 좌표가 전자기유도로 구해지며,
    상기 펜 입력장치의 필압과 상기 인식 좌표와 상기 입력 좌표를 이용하여 상기 펜 입력장치의 경사 정보를 생성하여 좌표를 보정하는 펜 입력장치의 입력 좌표 보정방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 입력 좌표의 검출은 상기 터치 스크린 장치의 터치 패널 컨트롤러에 의해 상기 터치 스크린 장치의 정전용량 터치 패널로부터의 정전용량 변화에 대해 검출되는 펜 입력장치의 입력 좌표 보정방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 인식 좌표의 검출은 상기 터치 스크린 장치의 디지타이저 패드 컨트롤러에 의해 상기 터치 스크린 장치의 디지타이저 패드로부터 전자기 유도로 구해지는 펜 입력장치의 입력 좌표 보정방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 좌표의 보정은 변환테이블에 의해 수행되는 펜 입력장치의 입력 좌표 보정방법.
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