KR102472784B1 - 자이로 센서 기반의 광학식 전자펜의 호버링 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 일반적으로 광학식 전자펜에서 호버링을 구현하는 기술에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 디스플레이 패널 표면에서 펜팁을 이격 조작하는 호버링 기능을 자이로 센서를 이용하여 광학식 전자펜에서 정밀하게 구현할 수 있는 자이로 센서 기반의 광학식 전자펜의 호버링 처리 기술에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 광학식 전자펜에서 호버링 기능을 정확하게 구현할 수 있는 장점이 있다. 본 발명에 따르면 호버링 기능을 정확하게 구현하게 됨에 따라 광학식 전자펜을 태블릿 PC나 랩톱컴퓨터 등과 같은 전자기기의 디스플레이 패널과 함께 양호하게 사용할 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 일반적으로 광학식 전자펜에서 호버링을 구현하는 기술에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 디스플레이 패널 표면에서 펜팁을 이격 조작하는 호버링 기능을 자이로 센서를 이용하여 광학식 전자펜에서 정밀하게 구현할 수 있는 자이로 센서 기반의 광학식 전자펜의 호버링 처리 기술에 관한 것이다.
일반적으로 전자펜(스마트펜, 터치펜)은 사용자의 필기 내용을 전자기기(예: 랩톱컴퓨터, 스마트폰, 전자칠판 등)에 디스플레이하고 파일로 저장하는 용도로 사용되며, 도트 패턴(dot pattern)이 인쇄된 특수용지 위에서 사용자가 필기하면 그 궤적 정보를 전자펜이 읽어들여 전자기기로 무선 전송한다.
또한, 태블릿 PC나 랩톱컴퓨터 등의 프리미엄 제품에서 전자펜 기능이 적용되고 있고 노타빌리티(Notability), 굿노트(GoodNotes) 등과 같은 필기 앱도 발전하여 전자기기를 위한 전자펜 수요가 증가하고 있다.
전자펜 솔루션으로서 EMR(전자기공명 ElectroMagnetic Resonance) 방식의 스타일러스(stylus) 펜 기술과 정전 방식의 액티브 펜(active pen) 기술이 일반적으로 사용된다. 그런데, 이들 기술은 10인치 이상의 디스플레이에서는 성능 확보가 기술적으로 어렵고 2차원 센서 배열을 설치해야 하므로 디스플레이 사이즈 증가에 따라 제조비용이 크게 증가하며 폴딩, 롤링, 슬라이딩 등의 폼팩터 변화에 대응하기 곤란한 문제가 있다.
이러한 배경에서 광학식 전자펜(optical digital pen)이 전자기기용 펜 솔루션으로 개발되고 있다. 광 방식에서는 도트(dot) 패턴이 적용된 투명필름을 디스플레이에 부착하는 등에 의해 디스플레이 상에 위치코드만 형성하면 되므로 디스플레이 사이즈가 증가해도 펜 특성 열화나 제조비용 상승이 거의 없을 뿐만 아니라 폴딩, 롤링, 슬라이딩 등의 폼팩터 변화에도 대응할 수 있다.
[도 1]은 광학식 전자펜(10)의 장치 구성을 개념적으로 나타낸 도면이고, [도 2]는 광학식 전자펜(10)과 스마트 단말장치(30) 간의 협조동작을 나타내는 블록도이다.
펜바디(11)를 그립(grip)한 상태로 디스플레이 패널(200) 상에 필기하면 펜팁(12)이 디스플레이 패널(200)의 표면에 맞닿은 상태로 동작 궤적을 이루게 된다. 이때, 디스플레이 패널(200)은 다양한 재질로 이루어질 수 있는데, 일반적인 종이 재질로 이루어질 수도 있고 유리나 강화 플라스틱 재질의 액정(LCD) 또는 유기발광다이오드(OLED) 소자로 이루어질 수도 있다.
전자펜 제어부재(14)는 전자펜 펜팁(12)과 디스플레이 패널(200) 간의 접촉 이벤트를 압력센싱유닛(13)의 압력 감지를 통해 식별할 수 있으며 이를 통해 사용자가 필기하고 있는 사실을 인지한다. 압력센싱유닛(13)은 압력센서 지지유닛(13a)에 의해 후방 지지되므로 필기가 시작될 때 펜팁(12)에 인가된 압력을 감지할 수 있다. 전자펜 제어부재(14)는 필기 사실을 식별하면 IR 발광유닛(17)을 제어하여 펜팁(12)의 움직임을 따라 디스플레이 패널(200)의 외표면에 빛(예: 적외선(IR) 광)을 조사하도록 한다.
IR 발광유닛(17)이 조사한 빛은 디스플레이 패널(200)의 표면에서 반사되는데, IR 수광유닛(16)이 그 반사광을 수광한다. 디스플레이 패널(200)에는 위치코드(210)가 인쇄 또는 디스플레이 형성되어 있다. 위치코드(210)는 특수한 인코딩 규칙에 따라 이루어진 도트 패턴으로 구현될 수 있다. 디스플레이 패널(200)에 적외선 광원을 흡수하는 투명 도트 패턴이 적용된 투명필름을 부착하고, 그 위에서 IR 발광유닛(17)이 적외선을 조사하도록 구성될 수 있다.
IR 수광유닛(16)이 반사광(IR 반사광)을 수집하면 펜팁(12)의 이동궤적에 대응하는 위치코드(210) 정보도 함께 획득하게 된다. IR 수광유닛(16)은 IR 필터부(16a), CMOS 광학부(16b), IR 센서부(16c)로 구성될 수 있으며 렌즈 등을 더 구비할 수 있다.
전자펜 제어부재(14)의 좌표 계산부(14a)는 IR 수광유닛(16)이 획득한 위치코드(210)를 분석하여 펜팁(12)이 디스플레이 패널(200) 상에서 움직인 일련의 좌표정보를 획득한다. 좌표 계산부(14a)가 획득한 좌표정보는 무선통신유닛(18)을 통해 스마트 단말장치(30)의 단말 통신부(31)에 근거리 무선통신(예: 블루투스)으로 전송된다.
전자펜 제어부재(14)의 하드웨어 제어부(14b)는 광학식 전자펜(10)의 하드웨어를 전반적으로 제어한다. 특히, 압력센싱유닛(13)으로부터 전달되는 압력정보에 대응하여 IR 발광유닛(17)을 턴온(turn-on) 또는 턴오프(turn-off) 제어한다. 압력이 검출되면 IR 발광유닛(17)이 턴온되어 디스플레이 패널(200) 상에 빛의 조사가 시작되며, 그에 대응하여 IR 수광유닛(16)이 위치코드(210)를 획득하기 시작하고 좌표 계산부(14a)가 좌표정보를 획득하여 전자펜 제어부재(14)가 펜팁 이동에 따른 일련의 좌표정보를 스마트 단말장치(30)로 제공하기 시작한다. 압력이 미검출되면 IR 발광유닛(17)이 턴오프되어 빛의 조사가 중단되고, 그에 따라 전자펜 제어부재(14)가 좌표정보를 스마트 단말장치(30)로 제공하는 것도 중단된다.
스마트 단말장치(30) 측에서는 단말 통신부(31)를 통해 전자펜(10)으로부터 일련의 좌표정보를 수신하고, 단말 제어부(32)의 궤적 산출부(32a)가 일련의 좌표정보를 기초로 펜팁(12)의 이동궤적을 산출한다. 단말 제어부(32)의 궤적 표시부(32b)는 펜팁(12)의 이동궤적을 단말 패널부(33)에 표시한다. 이때, 단말 패널부(33)는 디스플레이 패널(200)에 대응하는 것이 일반적인데, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 목적은 일반적으로 광학식 전자펜에서 호버링을 구현하는 기술을 제공하는 것이다.
특히, 본 발명의 목적은 디스플레이 패널 표면에서 펜팁을 이격 조작하는 호버링 기능을 자이로 센서를 이용하여 광학식 전자펜에서 정밀하게 구현할 수 있는 자이로 센서 기반의 광학식 전자펜의 호버링 처리 방법을 제공하는 것이다.
한편, 본 발명의 해결 과제는 이들 사항에 제한되지 않으며 본 명세서의 기재로부터 다른 해결 과제가 이해될 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광학식 전자펜(100)에 대해 자이로 센서 기반으로 호버링 조작을 제공하는 자이로 센서 기반의 광학식 전자펜의 호버링 처리 시스템 및 방법을 제시한다.
본 발명에 따른 자이로 센서 기반의 광학식 전자펜의 호버링 처리 시스템은, 전자펜 펜팁(120)에 인가되는 압력을 감지하는 압력센서 부재(130); 전자펜 몸체(110) 내측에 설치되어 전자펜(100)의 움직임에 대한 3축 가속도 및 회전 각속도를 검출하는 자이로 센서(135); 위치코드(210)가 형성된 디스플레이 패널(200)에 광을 조사하는 IR 발광부재(140); 디스플레이 패널(200)에 의한 반사광을 수광하여 전자펜 펜팁(120)이 놓여진 지점의 위치코드(210)를 센싱하는 IR 수광부재(160); IR 수광부재(160)가 획득한 위치코드(210)를 분석하여 전자펜 펜팁(120)이 이동한 일련의 좌표정보를 획득하는 좌표 계산부(171)와 압력센서 부재(130)로부터 전달되는 압력정보에 대응하여 IR 발광부재(140)를 턴온 또는 턴오프 제어하는 하드웨어 제어부(172)를 구비하는 전자펜 제어부재(170); 전자펜 제어부재(170)로부터 좌표정보가 제공되기 시작하면 전자펜 노말 모드로 진입하고 좌표 계산부(171)가 획득한 일련의 좌표정보에 기초하여 디스플레이 패널(200) 상에서 전자펜 펜팁(120)의 이동궤적(이하, '제 1 이동궤적'이라 함)을 산출하는 궤적 산출부(321); 자이로 센서(135)가 검출하는 일련의 3축 가속도 및 회전 각속도 정보를 수집하는 무브먼트 수집부(322); 전자펜 노말 모드에서 무브먼트 수집부(322)가 수집한 일련의 3축 가속도 정보 및 회전 각속도 정보와 궤적 산출부(321)가 산출한 제 1 이동궤적을 대비함으로써 3축 가속도 정보 및 회전 각속도 정보와 디스플레이 패널(200) 상에서 전자펜 펜팁(120)의 이동궤적 간의 상관관계를 산출하는 무브먼트 매핑부(323); 3축 가속도 정보로부터 디스플레이 패널(200)에 대한 수직 방향으로의 움직임 감지에 대응하여 호버링 모드로 진입하고 자이로 센서(135)가 검출하는 3축 가속도 및 회전 각속도를 무브먼트 매핑부(323)가 산출한 상관관계에 산입하여 전자펜 펜팁(120)의 이동궤적(이하, '제 2 이동궤적'이라 함)을 산출하는 호버링 처리부(324); 전자펜 노말 모드에서 제 1 이동궤적을 단말 패널부(330)에 표시하고 호버링 모드에서 제 2 이동궤적을 단말 패널부(330)에 표시하는 궤적 표시부(325);를 포함하여 구성된다.
본 발명에서 궤적 표시부(325)는 전자펜 노말 모드에서 호버링 모드로 전환할 때 제 2 이동궤적의 초기 시작위치를 제 1 이동궤적의 최종위치로 설정하여 모드 전환 과정에서 전자펜 펜팁(120)의 이동궤적을 연결하도록 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 호버링 처리부(324)는 자이로 센서(135)가 검출하는 3축 가속도 및 회전 각속도를 무브먼트 매핑부(323)가 산출한 상관관계에 산입하여 얻은 결과 값과 좌표 계산부(171)가 획득하는 좌표정보의 조합으로부터 전자펜 펜팁(120)의 제 2 이동궤적을 산출하도록 구성될 수 있다.
본 발명에서 자이로 센서(135)는 전자펜 몸체(110)의 내측 하부에 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 자이로 센서 기반의 광학식 전자펜의 호버링 처리 방법은, 전자펜 제어부재(170)가 전자펜(100)의 디스플레이 패널(200)의 접촉 여부에 대응하여 IR 발광부재(140)를 턴온 또는 턴오프 제어하는 단계; IR 발광부재(140)가 턴온 제어에 대응하여 위치코드(210)가 형성된 디스플레이 패널(200)에 광을 조사하는 단계; IR 수광부재(160)가 디스플레이 패널(200)에 의한 반사광을 수광하여 전자펜 펜팁(120)이 놓여진 지점의 위치코드(210)를 센싱하는 단계; 좌표 계산부(171)가 IR 수광부재(160)가 획득한 위치코드(210)를 분석하여 전자펜 펜팁(120)이 이동한 일련의 좌표정보를 획득하는 단계; 궤적 산출부(321)가 좌표 계산부(171)로부터 좌표정보가 제공되기 시작하면 전자펜 노말 모드로 진입하는 단계; 궤적 산출부(321)가 좌표 계산부(171)가 획득한 일련의 좌표정보에 기초하여 디스플레이 패널(200) 상에서 전자펜 펜팁(120)의 이동궤적(이하, '제 1 이동궤적'이라 함)을 산출하는 단계; 궤적 표시부(325)가 전자펜 노말 모드에서 제 1 이동궤적을 단말 패널부(330)에 표시하는 단계; 자이로 센서(135)가 전자펜(100)의 움직임에 대한 3축 가속도 및 회전 각속도를 검출하는 단계; 무브먼트 수집부(322)가 자이로 센서(135)가 검출하는 일련의 3축 가속도 및 회전 각속도 정보를 수집하는 단계; 무브먼트 매핑부(323)가 전자펜 노말 모드에서 무브먼트 수집부(322)가 수집한 일련의 3축 가속도 정보 및 회전 각속도 정보와 궤적 산출부(321)가 산출한 제 1 이동궤적을 대비함으로써 3축 가속도 정보 및 회전 각속도 정보와 디스플레이 패널(200) 상에서 전자펜 펜팁(120)의 이동궤적 간의 상관관계를 산출하는 단계; 호버링 처리부(324)가 3축 가속도 정보로부터 디스플레이 패널(200)에 대한 수직 방향으로의 움직임 감지에 대응하여 호버링 모드로 진입하는 단계; 호버링 처리부(324)가 호버링 모드에서 자이로 센서(135)가 검출하는 3축 가속도 및 회전 각속도를 무브먼트 매핑부(323)가 산출한 상관관계에 산입하여 전자펜 펜팁(120)의 이동궤적(이하, '제 2 이동궤적'이라 함)을 산출하는 단계; 궤적 표시부(325)가 호버링 모드에서 제 2 이동궤적을 단말 패널부(330)에 표시하는 단계;를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 자이로 센서 기반의 광학식 전자펜의 호버링 처리 방법은, 궤적 표시부(325)가 전자펜 노말 모드에서 호버링 모드로 전환할 때 제 2 이동궤적의 초기 시작위치를 제 1 이동궤적의 최종위치로 설정하여 모드 전환 과정에서 전자펜 펜팁(120)의 이동궤적을 연결하는 단계;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 자이로 센서 기반의 광학식 전자펜의 호버링 처리 방법은, 호버링 처리부(324)가 호버링 모드에서 좌표 계산부(171)가 획득하는 좌표정보에 기초하여 제 2 이동궤적을 튜닝하는 단계;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면 광학식 전자펜에서 호버링 기능을 정확하게 구현할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따르면 호버링 기능을 정확하게 구현하게 됨에 따라 광학식 전자펜을 태블릿 PC나 랩톱컴퓨터 등과 같은 전자기기의 디스플레이 패널과 함께 양호하게 사용할 수 있는 장점이 있다.
[도 1]은 광학식 전자펜의 장치 구성을 나타내는 도면.
[도 2]는 광학식 전자펜과 스마트 단말장치 간의 협조동작을 나타내는 블록도.
[도 3]은 광학식 전자펜의 호버링 조작을 개념적으로 나타내는 도면.
[도 4]는 본 발명에 따른 광학식 전자펜의 장치 구성을 나타내는 도면.
[도 5]는 본 발명에 따른 광학식 전자펜의 호버링 처리 시스템의 전체 구성을 나타내는 블록도.
[도 6]은 본 발명에서 전자펜 노말 모드의 개념과 무브먼트 매핑부의 동작을 나타내는 도면.
[도 7]은 본 발명에서 호버링 모드의 개념과 호버링 처리부의 동작을 나타내는 도면.
[도 8]은 본 발명에 따른 자이로 센서 기반의 광학식 전자펜의 호버링 처리 방법을 나타내는 순서도.
[도 2]는 광학식 전자펜과 스마트 단말장치 간의 협조동작을 나타내는 블록도.
[도 3]은 광학식 전자펜의 호버링 조작을 개념적으로 나타내는 도면.
[도 4]는 본 발명에 따른 광학식 전자펜의 장치 구성을 나타내는 도면.
[도 5]는 본 발명에 따른 광학식 전자펜의 호버링 처리 시스템의 전체 구성을 나타내는 블록도.
[도 6]은 본 발명에서 전자펜 노말 모드의 개념과 무브먼트 매핑부의 동작을 나타내는 도면.
[도 7]은 본 발명에서 호버링 모드의 개념과 호버링 처리부의 동작을 나타내는 도면.
[도 8]은 본 발명에 따른 자이로 센서 기반의 광학식 전자펜의 호버링 처리 방법을 나타내는 순서도.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 광학식 전자펜 장치를 설명함에 있어서 종래기술과 중복되는 부분에 대해서는 자세한 설명을 생략할 수 있다.
[도 3]은 광학식 전자펜(10)의 호버링 조작을 개념적으로 나타내는 도면이다.
전자펜 분야에서 호버링(hovering)은 전자펜(10)의 펜팁(12)이 디스플레이 패널(200)을 물리적으로 비접촉한 상태에서 조작하는 것을 의미한다. [도 3] (a)와 같이 펜팁(12)이 디스플레이 패널(200)을 접촉한 상태가 아니라 [도 3] (b), (c)와 같이 펜팁(12)이 디스플레이 패널(200)로부터 약간 이격된 상태에서 사용자가 전자펜(10)을 조작하는 경우에 이를 접촉한 상태인 것처럼 처리하는 것을 의미한다.
이러한 호버링 조작은 전자기공명(EMR) 방식이나 정전 방식의 전자펜에서는 비교적 어렵지않게 구현 가능하다. 하지만, 광학식 전자펜에서는 호버링 기능의 구현에 기술적인 어려움이 있다.
[도 3] (a) 내지 (c)를 참조하면, 전자펜(10)이 디스플레이 패널(200)로부터 멀어질수록 IR 수광부재(16)가 커버하는 영역(w1 ~ w3)이 점차적으로 넓어지게 된다. 이는 이격거리(h)가 커질수록 위치코드(210)에 대한 광학 인식의 정확도가 저하되는 것을 의미한다. [도 3] (a)와 같이 펜팁(12)이 디스플레이 패널(200)을 접촉한 상태에서 광학식 전자펜(10)의 인식 영역은 일반적으로 3.048 mm x 3.048 mm 정도이다. 호버링 조작을 위해 전자펜(10)이 디스플레이 패널(200)로부터 예컨대 50 mm 이격되면 IR 수광부재(16)의 커버리지가 수백 배 넓어지게 되며, 이는 위치코드 인식 성능의 저하로 이어질 수밖에 없다. 이러한 위치코드 인식의 부정확성으로 인해 필기 궤적의 오류도 늘어나게 된다.
또한. 호버링 조작 중에 전자펜(10)과 디스플레이 패널(200) 간의 이격거리(h)가 일정하게 유지하는 것은 비현실적이며 오히려 그 이격거리(h)는 불규칙하게 변화하는 것이 자연스럽다. 따라서, 호버링 조작을 하는 도중에 광학 인식의 정확도가 불규칙하게 변동하게 되며, 이는 필기 궤적의 오류를 증가시키는 요인이 된다.
이처럼 광학식 전자펜(10)에 대해 호버링 기능을 고품질로 구현하는 것은 어려움이 있다.
[도 4]는 본 발명에 따른 광학식 전자펜(100)의 장치 구성을 나타내는 도면이고, [도 5]는 본 발명에 따른 광학식 전자펜의 호버링 처리 시스템의 전체 구성을 나타내는 블록도이다.
본 발명은 광학식 전자펜(100)에 대해 자이로 센서(135) 기반으로 호버링 조작을 제공하는 자이로 센서 기반의 광학식 전자펜의 호버링 처리 시스템이다.
[도 4]와 [도 5]를 참조하면, 본 발명에서 광학식 전자펜(100)은 펜바디 부재(110), 전자펜 펜팁(120), 압력센서 부재(130), 자이로 센서(135), IR 발광부재(140), IR 광산란 부재(150), IR 수광부재(160), 전자펜 제어부재(170), 무선통신부재(180)를 구비한다.
먼저, 펜바디 부재(110)는 광학식 전자펜(100)의 몸체를 형성하며 바람직하게는 사용자가 손으로 그립하기 편리하도록 바(bar) 형태로 길게 형성될 수 있다.
전자펜 펜팁(120)은 광학식 전자펜(100)의 펜팁을 형성하며 디스플레이 패널(200)과 만나는 펜바디 부재(110)의 일단부에 배치된다. 전자펜 펜팁(120)는 디스플레이 패널(200)의 상면에서 사용자의 조작에 따라 슬라이딩하도록 구성될 수 있다.
압력센서 부재(130)는 전자펜 펜팁(120)에 인가되는 압력을 감지하는 구성요소로서, 이를 통해 전자펜 펜팁(120)이 디스플레이 패널(200)에 물리적으로 접촉하는 이벤트를 검출한다. 압력센서 부재(130)의 후방에는 센서 지지부재(131)가 배치되어 압력센서 부재(130)를 후방 지지한다. 한편, 전자펜 펜팁(120)이 펜바디 부재(110)의 내외부를 안정적으로 출몰하도록 예컨대 용수철 등에 의해 전자펜 펜팁(120)에 복원력을 제공하는 텐션 부재(미도시)가 구비될 수 있다.
자이로 센서(135)는 전자펜(100)의 몸체(110) 내측에 설치되어 전자펜(100)의 움직임에 대한 3축 가속도 및 회전 각속도(angular velocity)를 검출하는 구성요소이다. 일반적으로 자이로 센서(gyro sensor, gyroscope)는 물체 회전의 각속도(angular velocity)를 검출하고 지구 자기장을 이용하여 방위(point of the compass) 정보와 중력 작용방향 정보를 검출하는 센서이다.
한편, 본 발명에서 자이로 센서(135)는 전자펜 펜팁(120)의 움직임(dynamics)을 추적하기 위해 구비되어 있는 구성이다. 이러한 점을 고려하여 자이로 센서(135)는 전자펜 몸체(110)의 내측 하부, 즉 전자펜 몸체(110)의 내측에서 전자펜 펜팁(120)과 가까운 지점에 설치되는 것이 바람직하다. 이러한 배치에 의하면 자이로 센서(135)가 전자펜 몸체(110)의 헤드 부분의 움직임 영향을 상대적으로 적게 받는 반면, 전자펜 펜팁(120)의 움직임 영향을 상대적으로 많이 받게 되어 전자펜 펜팁(120)의 움직임을 추적하기에 유리하다.
IR 발광부재(140)는 위치코드(210)가 형성된 디스플레이 패널(200)에 광(예: IR 광)을 조사(radiation)하는 구성요소이다.
IR 수광부재(160)는 자신의 유효 수광영역(Field of View, FOV) 내부로 들어오는 디스플레이 패널(200)에 의한 반사광을 수광하여 전자펜 펜팁(120)이 놓여진 지점의 위치코드(210)를 센싱하는 구성요소이다. 설명의 편의를 위해 IR 수광부재(160)의 FOV를 굵은 점선으로 표시하였다.
전자펜 제어부재(170)는 광학식 전자펜(100)의 동작을 전반적으로 제어하는 구성요소이다. 전자펜 제어부재(170)는 압력센서 부재(130)로부터 전달되는 압력정보에 기초하여 전자펜 펜팁(120)이 디스플레이 패널(200) 상에서 움직이고 있음을 인지할 수 있다. 이에 대응하여 전자펜 제어부재(170)는 IR 발광부재(140)를 턴온 제어하고, 이어서 IR 수광부재(160)를 통해 수광하는 반사광으로부터 전자펜 펜팁(120)이 디스플레이 패널(200) 상에서 이동한 일련의 좌표정보를 획득하고 무선통신부재(180)로 전달한다.
이를 위해, 전자펜 제어부재(170)는 좌표 계산부(171)와 하드웨어 제어부(172)를 구비한다. 좌표 계산부(171)는 IR 수광부재(160)가 획득한 위치코드(210)를 분석하여 전자펜 펜팁(120)이 이동한 일련의 좌표정보를 획득하는 구성요소이고, 하드웨어 제어부(172)는 압력센서 부재(130)로부터 전달되는 압력정보에 대응하여 IR 발광부재(140)를 턴온 또는 턴오프 제어하는 구성요소이다. 하드웨어 제어부(172)는 압력센서 부재(130)에 의해 압력이 검출되면 IR 발광부재(140)를 턴온 제어하고 압력센서 부재(130)에 의해 압력이 미검출되면 IR 발광부재(140)를 턴오프 제어하도록 구성될 수 있다.
무선통신부재(180)는 전자펜 제어부재(170)로부터 제공되는 좌표정보를 근거리 무선통신(예: 블루투스)으로 외부의 스마트 단말장치(300)에 전송하는 구성요소이다.
[도 5]를 참조하면, 본 발명에서 스마트 단말장치(300)는 단말 통신부(310), 단말 제어부(320), 단말 패널부(330)를 구비한다.
이중에서 단말 통신부(310)는 근거리 무선통신(예: 블루투스)을 수행하는 구성요소이다. 특히, 단말 통신부(310)는 근거리 무선통신(예: 블루투스)을 통해 광학식 전자펜(100)의 전자펜 제어부재(170)로부터 일련의 좌표정보를 수신한다.
또한, 단말 패널부(330)는 사용자에게 화면 표시를 제공하는 구성요소이다. 단말 패널부(330)는 디스플레이 패널(200)에 대응하는 것이 일반적인데, 이에 한정되는 것은 아니다.
단말 제어부(320)는 스마트 단말장치(300)의 동작을 전반적으로 제어하는 구성요소로서 궤적 산출부(321), 무브먼트 수집부(322), 무브먼트 매핑부(323), 호버링 처리부(324), 궤적 표시부(325)를 구비한다. [도 5]에는 궤적 산출부(321), 무브먼트 수집부(322), 무브먼트 매핑부(323), 호버링 처리부(324)가 스마트 단말장치(300)의 단말 제어부(320)에 구비된 것으로 도시되어 있는데, 이는 일 실시예로 제시된 것이다. 구현 예에 따라서는 이들 구성요소의 전부 혹은 일부가 광학식 전자펜(100)의 전자펜 제어부재(170)에 구비될 수도 있다.
먼저, 궤적 산출부(321)는 좌표 계산부(171)가 획득한 일련의 좌표정보에 기초하여 디스플레이 패널(200) 상에서 전자펜 펜팁(120)의 이동궤적을 산출하는 구성요소이다. 본 명세서에서 전자펜(100)이 위치코드(210)를 읽어 제공한 일련의 좌표정보로부터 산출하는 이동궤적을 편의상 '제 1 이동궤적'이라 부른다. 궤적 산출부(321)는 전자펜 제어부재(170)로부터 좌표정보가 제공되기 시작하면 전자펜(100)이 디스플레이 패널(200)에 접촉한 것으로 보고 전자펜 노말 모드(normal mode)로 진입한다.
무브먼트 수집부(322)는 광학식 전자펜(100)의 자이로 센서(135)가 검출하는 일련의 3축 가속도 및 회전 각속도 정보를 수집하는 구성요소이다.
무브먼트 매핑부(323)는 전자펜 노말 모드에서 무브먼트 수집부(322)가 수집한 일련의 3축 가속도 정보 및 회전 각속도 정보와 궤적 산출부(321)가 산출한 제 1 이동궤적을 대비함으로써 3축 가속도 정보 및 회전 각속도 정보와 디스플레이 패널(200) 상에서 전자펜 펜팁(120)의 이동궤적 간의 상관관계를 산출하는 구성요소이다.
[도 6]은 본 발명에서 전자펜 노말 모드의 개념과 무브먼트 매핑부(323)의 동작을 나타내는 도면이다.
[도 6]을 참조하면, 전자펜 노말 모드에서는 전자펜 펜팁(120)이 디스플레이 패널(200)에 물리적으로 접촉된 상태이다. 압력센서 부재(130)가 제공하는 압력정보에 기초하여 전자펜 제어부재(170)가 이러한 상태를 인식하고 IR 발광부재(140)를 턴온 제어하며 그에 따라 IR 수광부재(160)로 반사광이 들어오기 시작한다.
이 상태에서는 전자펜 제어부재(170)의 좌표 계산부(171)가 전자펜 펜팁(120)의 움직임에 따른 일련의 좌표정보를 획득하고, 궤적 산출부(321)는 일련의 좌표정보에 기초하여 디스플레이 패널(200) 상에서 전자펜 펜팁(120)의 이동궤적(제 1 이동궤적)을 산출한다.
한편, 사용자가 전자펜(100)을 조작함에 대응하여 자이로 센서(135)가 자이로 센서값(3축 가속도 정보, 회전 각속도 정보)를 출력하는데, 무브먼트 수집부(322)는 자이로 센서값을 수집한다.
궤적 산출부(321)가 산출하는 제 1 이동궤적(광학 정보의 변화)과 무브먼트 수집부(322)가 수집한 자이로 센서값(물리적인 움직임)은 전자펜(100)의 움직임에 기인한 것이므로 이들 간에 상관관계가 존재한다. 그에 따라, 무브먼트 매핑부(323)는 무브먼트 수집부(322)가 수집한 물리적인 움직임 정보(자이로 센서값)와 궤적 산출부(321)가 산출한 광학 정보의 변화(제 1 이동궤적)을 대비하여 이들 간의 상관관계를 산출한다. 이 상관관계에는 3축 가속도 정보 및 회전 각속도 정보와 전자펜 펜팁(120)의 이동궤적이 서로 어떠한 관계가 있는지에 관한 정보가 포함된다.
전자펜 노말 모드에서 좌표 계산부(171)가 획득하는 좌표정보는 정확도가 높기 때문에 무브먼트 매핑부(323)가 산출하는 상관관계를 신뢰할 수 있다.
호버링 처리부(324)는 전자펜(100)이 호버링 모드(hovering mode)에 들어감을 인식하고 자이로 센서(135)의 센서값을 활용하여 호버링 조작에서의 전자펜 펜팁(120)의 이동궤적을 산출하는 구성요소이다. 본 명세서에서 호버링 모드에서 산출하는 이동궤적을 편의상 '제 2 이동궤적'이라 부른다.
호버링 처리부(324)는 자이로 센서(135)가 출력하는 3축 가속도 정보로부터 디스플레이 패널(200)에 대한 수직 방향(예: z방향)으로의 움직임을 감지하면 호버링 모드로 진입한다. 이는 전자펜 펜팁(120)이 [도 3] (b), (c)와 같이 디스플레이 패널(200)로부터 이격됨을 의미하기 때문이다.
호버링 모드에서 호버링 처리부(324)는 자이로 센서(135)가 실시간으로 검출하는 3축 가속도 및 회전 각속도를 앞서 무브먼트 매핑부(323)가 산출한 상관관계에 산입하고, 이를 통해 전자펜 펜팁(120)의 이동궤적, 즉 제 2 이동궤적을 산출한다.
[도 7]은 본 발명에서 호버링 모드의 개념과 호버링 처리부(324)의 동작을 나타내는 도면이다.
[도 7]을 참조하면, 호버링 모드에서는 전자펜 펜팁(120)이 디스플레이 패널(200)로부터 이격되어 있다. 이 상태에서는 위치코드(210)에 대한 광학인식 결과를 신뢰하기 어려우며, 구현 예에 따라서는 IR 발광부재(140)가 턴오프 제어되어 위치코드(210)의 광학인식이 불가능하다.
[도 7]은 호버링 모드에서 호버링 처리부(324)가 제 2 이동궤적을 산출하는 2가지 실시예를 나타낸 것이다. [도 7] (a)는 자이로 센서(135)가 실시간으로 검출하는 3축 가속도 및 회전 각속도를 앞서 무브먼트 매핑부(323)가 산출한 상관관계에 산입하고, 이를 통해 제 2 이동궤적을 산출하는 실시예를 나타낸다. 그리고, [도 7] (b)는 자이로 센서(135)가 실시간으로 검출하는 3축 가속도 및 회전 각속도를 앞서 무브먼트 매핑부(323)가 산출한 상관관계에 산입하여 일차적으로 결과 값을 얻고, 이 결과 값과 좌표 계산부(171)가 획득한 좌표정보의 조합으로부터 제 2 이동궤적을 산출하는 실시예를 나타낸다.
[도 7] (a)의 실시예는 자이로 센서(135)의 센서값에만 기초하여 제 2 상관관계를 산출하는 구성이고, [도 7] (b)의 실시예는 자이로 센서(135)의 센서값 뿐만 아니라 IR 수광부재(160)가 센싱한 위치코드(210)의 값도 반영하여 제 2 상관관계를 산출하는 구성이다. 후자의 실시예는 호버링 조작의 정확도는 개선되는 반면, 압력센서 부재(130)에 의해 압력이 미검출되는 동안에도 IR 발광부재(140)에 대한 턴온 상태를 유지해야 하므로 전자펜(100)의 배터리 동작시간에는 불리한 단점이 있다.
궤적 표시부(325)는 전자펜 노말 모드에서 제 1 이동궤적을 단말 패널부(330)에 표시하고 호버링 모드에서 제 2 이동궤적을 단말 패널부(330)에 표시하는 구성요소이다. 이때, 궤적 표시부(325)는 전자펜 노말 모드에서 호버링 모드로 전환할 때에 제 2 이동궤적의 초기 시작위치를 제 1 이동궤적의 최종위치로 설정함으로써 모드 전환 과정(transient state)에서 전자펜 펜팁(120)의 이동궤적이 점프하지않고 부드럽게 연결하도록 구성되는 것이 바람직하다.
[도 8]은 본 발명에 따른 자이로 센서 기반의 광학식 전자펜의 호버링 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
[도 4] 내지 [도 7]을 참조하여 자이로 센서 기반의 광학식 전자펜의 호버링 처리 시스템의 작동 방식에 대해 상세하게 전술하였으므로, 이하에서는 [도 8]을 참조하면서 자이로 센서 기반의 광학식 전자펜의 호버링 처리 방법을 간단히 살펴본다.
단계 (S100) : 먼저, 전자펜 제어부재(170)가 전자펜(100)의 디스플레이 패널(200)의 접촉 여부에 대응하여 IR 발광부재(140)를 턴온 또는 턴오프 제어한다. 이를 구현하기 위한 일 실시예로서, 전자펜(100)의 압력센서 부재(130)가 전자펜 펜팁(120)에 인가되는 압력을 감지하면, 전자펜 제어부재(170)의 하드웨어 제어부(172)가 압력센서 부재(130)로부터 전달되는 압력정보에 대응하여 전자펜(100)의 IR 발광부재(140)를 턴온 또는 턴오프 제어하도록 구성될 수 있다.
단계 (S110, S120) : IR 발광부재(140)가 전자펜 제어부재(170)의 턴온 제어에 대응하여 위치코드(210)가 형성된 디스플레이 패널(200)에 광을 조사한다. IR 수광부재(160)가 디스플레이 패널(200)에 의한 반사광을 수광하여 전자펜 펜팁(120)이 놓여진 지점의 위치코드(210)를 센싱하며, 좌표 계산부(171)가 IR 수광부재(160)가 획득한 위치코드(210)를 분석하여 전자펜 펜팁(120)이 이동한 일련의 좌표정보를 획득한다.
단계 (S130, S140) : 궤적 산출부(321)가 좌표 계산부(171)로부터 좌표정보가 제공되기 시작하면 전자펜 노말 모드로 진입한다. 궤적 산출부(321)가 좌표 계산부(171)가 획득한 일련의 좌표정보에 기초하여 디스플레이 패널(200) 상에서 전자펜 펜팁(120)의 이동궤적, 즉 제 1 이동궤적을 산출하고, 궤적 표시부(325)는 제 1 이동궤적을 단말 패널부(330)에 표시한다.
단계 (S150 ~ S170) : 전자펜 노말 모드에서 자이로 센서(135)가 전자펜(100)의 움직임에 대한 3축 가속도 및 회전 각속도를 검출하고, 무브먼트 수집부(322)는 자이로 센서(135)가 검출하는 일련의 3축 가속도 및 회전 각속도 정보를 수집한다. 무브먼트 매핑부(323)가 무브먼트 수집부(322)가 수집한 일련의 3축 가속도 정보 및 회전 각속도 정보와 궤적 산출부(321)가 산출한 제 1 이동궤적을 대비함으로써 3축 가속도 정보 및 회전 각속도 정보와 디스플레이 패널(200) 상에서 전자펜 펜팁(120)의 이동궤적 간의 상관관계를 산출한다.
단계 (S180, S190) : 호버링 처리부(324)가 자이로 센서(135)가 제공하는 3축 가속도 정보로부터 디스플레이 패널(200)에 대한 수직 방향으로의 움직임을 감지하면 이에 대응하여 호버링 모드로 진입한다. 호버링 모드에서는 호버링 처리부(324)가 호버링 모드에서 자이로 센서(135)가 검출하는 3축 가속도 및 회전 각속도를 무브먼트 매핑부(323)가 산출한 상관관계에 산입하여 전자펜 펜팁(120)의 이동궤적, 즉 제 2 이동궤적을 산출한다.
[도 7] (b)를 참조하여 전술한 바와 같이, 구현 예에 따라서는 호버링 처리부(324)는 위 산출한 제 2 이동궤적을 좌표 계산부(171)가 획득하는 좌표정보에 기초하여 튜닝(미세조정)하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상관관계를 통해 일차로 산출한 제 2 이동궤적과 좌표 계산부(171)가 획득하는 좌표정보 간에 차이가 있는 경우에는 이들을 미리 설정된 비율에 따라 가중평균할 수 있다.
또한, 궤적 표시부(325)가 전자펜 노말 모드에서 호버링 모드로 전환할 때 제 2 이동궤적의 초기 시작위치를 제 1 이동궤적의 최종위치로 설정하여 모드 전환 과정에서 전자펜 펜팁(120)의 이동궤적을 연결하도록 구성되는 것이 바람직하다.
마지막으로, 궤적 표시부(325)가 제 2 이동궤적을 단말 패널부(330)에 표시한다.
한편, 본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 비휘발성 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드의 형태로 구현되는 것이 가능하다. 이러한 비휘발성 기록매체로는 다양한 형태의 스토리지 장치가 존재하는데 예컨대 하드디스크, SSD, CD-ROM, NAS, 자기테이프, 웹디스크, 클라우드 디스크 등이 있다.
100 : 광학식 전자펜
110 : 펜바디 부재
120 : 전자펜 펜팁
130 : 압력센서 부재
131 : 센서 지지부재
135 : 자이로 센서
140 : IR 발광부재
160 : IR 수광부재
170 : 전자펜 제어부재
171 : 좌표 계산부
172 : 하드웨어 제어부
180 : 무선통신부재
200 : 디스플레이 패널
210 : 위치코드
300 : 스마트 단말장치
310 : 단말 통신부
320 : 단말 제어부
321 : 궤적 산출부
322 : 무브먼트 수집부
323 : 무브먼트 매핑부
324 : 호버링 처리부
325 : 궤적 표시부
330 : 단말 패널부
110 : 펜바디 부재
120 : 전자펜 펜팁
130 : 압력센서 부재
131 : 센서 지지부재
135 : 자이로 센서
140 : IR 발광부재
160 : IR 수광부재
170 : 전자펜 제어부재
171 : 좌표 계산부
172 : 하드웨어 제어부
180 : 무선통신부재
200 : 디스플레이 패널
210 : 위치코드
300 : 스마트 단말장치
310 : 단말 통신부
320 : 단말 제어부
321 : 궤적 산출부
322 : 무브먼트 수집부
323 : 무브먼트 매핑부
324 : 호버링 처리부
325 : 궤적 표시부
330 : 단말 패널부
Claims (8)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 광학식 전자펜(100)에 대해 자이로 센서 기반으로 호버링 조작을 제공하기 위한 자이로 센서 기반의 광학식 전자펜의 호버링 처리 방법으로서,
전자펜 제어부재(170)가 전자펜(100)의 디스플레이 패널(200)의 접촉 여부에 대응하여 IR 발광부재(140)를 턴온 또는 턴오프 제어하는 단계;
IR 발광부재(140)가 상기 턴온 제어에 대응하여 위치코드(210)가 형성된 디스플레이 패널(200)에 광을 조사하는 단계;
IR 수광부재(160)가 디스플레이 패널(200)에 의한 반사광을 수광하여 전자펜 펜팁(120)이 놓여진 지점의 위치코드(210)를 센싱하는 단계;
좌표 계산부(171)가 상기 IR 수광부재(160)가 획득한 위치코드(210)를 분석하여 전자펜 펜팁(120)이 이동한 일련의 좌표정보를 획득하는 단계;
궤적 산출부(321)가 상기 좌표 계산부(171)로부터 디스플레이 패널(200) 상에서 전자펜 펜팁(120)이 놓여진 지점의 좌표정보가 위치코드(210) 기반으로 제공되기 시작하면 전자펜 노말 모드로 진입하는 단계;
상기 궤적 산출부(321)가 상기 좌표 계산부(171)가 위치코드(210) 기반으로 획득한 일련의 좌표정보에 기초하여 디스플레이 패널(200) 상에서 전자펜 펜팁(120)의 이동궤적(이하, '제 1 이동궤적'이라 함)을 산출하는 단계;
궤적 표시부(325)가 전자펜 노말 모드에서 상기 제 1 이동궤적을 단말 패널부(330)에 표시하는 단계;
자이로 센서(135)가 전자펜(100)의 움직임에 대한 3축 가속도 및 회전 각속도를 검출하는 단계;
무브먼트 수집부(322)가 상기 자이로 센서(135)가 검출하는 일련의 3축 가속도 및 회전 각속도 정보를 수집하는 단계;
무브먼트 매핑부(323)가 전자펜 노말 모드에서 상기 무브먼트 수집부(322)가 수집한 일련의 3축 가속도 정보 및 회전 각속도 정보와 상기 궤적 산출부(321)가 위치코드(210) 기반으로 산출한 상기 제 1 이동궤적을 대비함으로써 상기 3축 가속도 정보 및 회전 각속도 정보와 상기 제 1 이동궤적 사이의 상관관계를 산출하는 단계;
호버링 처리부(324)가 상기 3축 가속도 정보로부터 디스플레이 패널(200)에 대한 수직 방향으로의 움직임 감지에 대응하여 호버링 모드로 진입하는 단계;
상기 호버링 처리부(324)가 호버링 모드에서 상기 자이로 센서(135)가 검출하는 3축 가속도 및 회전 각속도를 상기 무브먼트 매핑부(323)가 산출한 상관관계에 산입하여 전자펜 펜팁(120)의 이동궤적(이하, '제 2 이동궤적'이라 함)을 산출하는 단계;
상기 궤적 표시부(325)가 호버링 모드에서 상기 제 2 이동궤적을 단말 패널부(330)에 표시하는 단계;
를 포함하여 구성되는 자이로 센서 기반의 광학식 전자펜의 호버링 처리 방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 궤적 표시부(325)가 전자펜 노말 모드에서 호버링 모드로 전환할 때 상기 제 2 이동궤적의 초기 시작위치를 상기 제 1 이동궤적의 최종위치로 설정하여 모드 전환 과정에서 전자펜 펜팁(120)의 이동궤적을 연결하는 단계;
를 더 포함하는 구성되는 것을 특징으로 하는 자이로 센서 기반의 광학식 전자펜의 호버링 처리 방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 호버링 처리부(324)가 호버링 모드에서 상기 좌표 계산부(171)가 획득한 좌표정보에 기초하여 상기 제 2 이동궤적을 튜닝하는 단계;
를 더 포함하는 구성되는 것을 특징으로 하는 자이로 센서 기반의 광학식 전자펜의 호버링 처리 방법.
- 컴퓨터에 청구항 5 내지 7 중 어느 하나의 항에 따른 자이로 센서 기반의 광학식 전자펜의 호버링 처리 방법을 실행시키기 위하여 저장매체에 저장된 컴퓨터프로그램.
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