KR102478738B1 - 광 산란 기반의 광학식 전자펜 - Google Patents

광 산란 기반의 광학식 전자펜 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일반적으로 광학식 전자펜 구조에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 매끈한 표면의 디스플레이 패널에서 광학식 전자펜이 기울어진 상태로 움직이는 경우에도 펜팁의 위치 정보를 원활하게 획득할 수 있는 광 산란 기반의 광학식 전자펜에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 유리나 투명 플라스틱과 같은 매끈한 표면의 패널에서 광학식 전자펜을 기울여서 사용하더라도 펜팁 위치정보 획득을 위한 반사광의 수광이 양호하게 이루어지는 장점이 있다. 또한, 광학식 전자펜을 태블릿 PC나 랩톱컴퓨터 등과 같은 전자기기의 디스플레이 패널과 함께 양호하게 사용할 수 있는 장점이 있다.

Description

광 산란 기반의 광학식 전자펜 {optical digital pen by use of light scattering}
본 발명은 일반적으로 광학식 전자펜 구조에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 매끈한 표면의 디스플레이 패널에서 광학식 전자펜이 기울어진 상태로 움직이는 경우에도 펜팁의 위치 정보를 원활하게 획득할 수 있는 광 산란 기반의 광학식 전자펜에 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 전송하는 것이다.
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 내부 구성과 작동 방식을 개념적으로 나타낸 도면이고, [도 2]는 광학식 전자펜(10)과 스마트 단말장치(300) 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 사용자가 필기하고 있는 사실을 압력센싱유닛(13)를 통해 식별한다. 압력센싱유닛(13)는 압력센서 지지유닛(13a)에 의해 후방 지지되므로 필기에 의해 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 조사하는 것이다.
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 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 위치정보를 획득한다. 좌표 계산부(14a)가 획득한 위치정보는 무선통신유닛(18)을 통해 스마트 단말장치(300)의 단말 통신부(310)에 근거리 무선통신(예: 블루투스)으로 전송된다.
전자펜 제어부재(14)의 하드웨어 제어부(14b)는 광학식 전자펜(10)의 하드웨어를 전반적으로 제어한다.
그리고, 스마트 단말장치(300)의 단말 제어부(320)가 단말 통신부(310)를 통해 수신한 일련의 위치정보를 기초로 펜팁(12)의 이동 궤적을 단말 패널부(330)에 표시한다. 단말 패널부(330)는 디스플레이 패널(200)에 대응하는 것이 일반적인데, 이에 한정되는 것은 아니다.
이처럼 사용자가 필기한 내용(궤적)을 스마트 단말장치(300)가 정확하게 표시하기 위해서는 광학식 전자펜(10)의 IR 수광유닛(16)이 디스플레이 패널(200)의 위치코드(210)를 획득할 수 있어야 하는데, 이를 위해서는 IR 발광유닛(17)에서 조사된 빛이 디스플레이 패널(200)에 반사된 후 IR 수광유닛(16)에 양호하게 전달되어야 한다.
[도 3]은 종래기술에서 패널 재질에 따른 광학식 전자펜(10)의 사용 상태를 대비하여 나타내는 예시도이다.
[도 3] (a)는 거친 표면의 재질, 예컨대 종이 재질의 패널(201)에 광학식 전자펜(10)을 사용하는 상태를 나타낸다. 종이 재질의 패널(201)에 사용하는 경우에는 광학식 전자펜(10)을 세우든 기울이든 IR 발광유닛(17)에서 조사된 빛이 패널(201)에서 반사된 후 IR 수광유닛(16)에 양호하게 전달될 수 있다. 거친 표면의 패널(201)이 IR 발광유닛(17)에서 조사된 빛을 난반사시키므로 그 반사광의 일부가 IR 수광유닛(16)으로 들어가는 것이다. 그로 인해, 종이 재질의 패널(201)에서는 광학식 전자펜(10)의 기울임 각도에 신경쓰지 않고 사용할 수 있다.
[도 3] (b)는 매끈한 표면의 재질, 예컨대 유리나 투명 플라스틱 재질의 패널(202)에 광학식 전자펜(10)을 사용하는 경우에 발생되는 상태를 나타낸다. 유리 또는 투명 플라스틱 재질의 패널(202)에 사용하는 경우에는 광학식 전자펜(10)을 일정 이상 기울이면 IR 발광유닛(17)에서 조사된 빛이 패널(202)에서 반사된 후 IR 수광유닛(16)에 제대로 전달되지 못한다. 매끈한 표면의 패널(202)은 IR 발광유닛(17)에서 조사된 빛을 입사각에 대칭으로 균일하게 반사시키므로 광학식 전자펜(10)을 기울이면 IR 수광유닛(16)으로 들어가는 반사광이 점점 감소한다.
이처럼 매끈한 표면의 패널 재질에서 광학식 전자펜(10)을 일정 이상 기울이면 IR 수광유닛(16)으로 들어가는 반사광의 양이 임계치 이하로 떨어져서 광학식 전자펜(10)이 정상적으로 작동할 수 없게 된다. 그에 따라, 광학식 전자펜(10)은 태블릿 PC나 랩톱컴퓨터 등과 같은 전자기기에는 적합하지 않다는 인식이 있었다.
대한민국 등록특허 10-0408518호(2003.11.24) "컴퓨터용 전자펜 데이타 입력장치 및 좌표 측정 방법" 대한민국 등록특허 10-0438846호(2004.06.24) "펜형 마우스 장치" 대한민국 등록특허 10-2109649호(2020.05.06) "전자 펜 좌표 보정 방법 및 이를 지원하는 휴대형 전자장치" 대한민국 등록특허 10-2213541호(2021.02.02) "패턴인쇄필름용 디지털펜을 이용한 인식율 향상 방법" 대한민국 등록실용신안 20-0485305호(2017.12.13) "도트패턴이 형성된 패턴필름 필기용 전자펜"
본 발명의 목적은 매끈한 표면의 디스플레이 패널에서 광학식 전자펜이 기울어진 상태로 움직이는 경우에도 펜팁의 위치 정보를 원활하게 획득할 수 있는 광 산란 기반의 광학식 전자펜를 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 발명에 따른 광 산란 기반의 광학식 전자펜는, 광학식 전자펜의 몸체를 형성하는 펜바디 부재(110); 펜바디 부재(110)의 일단부에 연결되어 광학식 전자펜의 펜팁을 형성하는 펜팁 부재(120); 펜팁 부재(120)가 디스플레이 패널(200)에 물리적으로 접촉하는 이벤트를 압력 감지를 통해 검출하는 압력센서 부재(130); 위치코드(210)가 형성된 디스플레이 패널(200)에 조사할 광을 생성하는 IR 발광부재(140); 펜팁 부재(120)에 근접하여 디스플레이 패널(200)을 지향하도록 배치되고 IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 디스플레이 패널(200)에 대해 여러 방향으로 산란시키는 측방 광산란 부재(151); 펜바디 부재(110)가 절곡되어 디스플레이 패널(200)을 대향하는 부위에 배치되고 IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 디스플레이 패널(200)에 대해 여러 방향으로 산란시키는 하방 광산란 부재(152, 153); 펜바디 부재(110)를 따라 길이 방향으로 배치되어 IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 측방 광산란 부재(151)로 가이드하는 측방 광파이버 부재(144); IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 하방 광산란 부재(152, 153)로 가이드하는 하방 광파이버 부재(145, 146); 디스플레이 패널(200)에 의한 반사광을 수광하여 디스플레이 패널(200)의 위치코드(210)를 센싱하는 IR 수광부재(160); 압력센서 부재(130)로부터 전달되는 압력정보에 기초하여 IR 발광부재(140)를 턴온 또는 턴오프 제어하고 IR 수광부재(160)를 통해 수광하는 반사광으로부터 펜팁 부재(120)가 디스플레이 패널(200) 상에서 이동한 일련의 위치정보를 획득하는 전자펜 제어부재(170); 전자펜 제어부재(170)가 획득한 일련의 위치정보를 외부의 스마트 단말장치(300)에 근거리 무선통신으로 전송하는 무선통신부재(180);를 포함하여 구성된다.
이때, 측방 광산란 부재(151)는 디스플레이 패널(200)을 지향하도록 비스듬히 기울어지게 배치되고, 하방 광산란 부재(152, 153)는 디스플레이 패널(200)을 정면으로 대향하도록 배치될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광 산란 기반의 광학식 전자펜는, 광학식 전자펜의 몸체를 형성하는 펜바디 부재(110); 펜바디 부재(110)의 일단부에 연결되어 광학식 전자펜의 펜팁을 형성하는 펜팁 부재(120); 펜팁 부재(120)가 디스플레이 패널(200)에 물리적으로 접촉하는 이벤트를 압력 감지를 통해 검출하는 압력센서 부재(130); 위치코드(210)가 형성된 디스플레이 패널(200)에 조사할 광을 생성하는 IR 발광부재(140); 펜팁 부재(120)에 근접하여 디스플레이 패널(200)을 지향하도록 배치되고 IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 디스플레이 패널(200)에 대해 여러 방향으로 산란시키는 측방 광산란 부재(151); 펜바디 부재(110)가 절곡되어 디스플레이 패널(200)을 대향하는 부위에 배치되고 IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 디스플레이 패널(200)을 향해 하방으로 조사하는 하방 광토출 부재(147, 148); 펜바디 부재(110)를 따라 길이 방향으로 배치되어 IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 측방 광산란 부재(151)로 가이드하는 측방 광파이버 부재(144); IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 하방 광토출 부재(147, 148)로 가이드하는 하방 광파이버 부재(145, 146); 디스플레이 패널(200)에 의한 반사광을 수광하여 디스플레이 패널(200)의 위치코드(210)를 센싱하는 IR 수광부재(160); 압력센서 부재(130)로부터 전달되는 압력정보에 기초하여 IR 발광부재(140)를 턴온 또는 턴오프 제어하고 IR 수광부재(160)를 통해 수광하는 반사광으로부터 펜팁 부재(120)가 디스플레이 패널(200) 상에서 이동한 일련의 위치정보를 획득하는 전자펜 제어부재(170); 전자펜 제어부재(170)가 획득한 일련의 위치정보를 외부의 스마트 단말장치(300)에 근거리 무선통신으로 전송하는 무선통신부재(180);를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 측방 광산란 부재(151)는 디스플레이 패널(200)을 지향하도록 비스듬히 기울어지게 배치되고, 하방 광토출 부재(147, 148)는 디스플레이 패널(200)을 정면으로 대향하도록 배치될 수 있다.
본 발명에서 측방 광산란 부재(151)는 펜팁 부재(120)의 측부에 대응하는 펜바디 부재(110)에 설치되고, IR 발광부재(140)와 전자펜 제어부재(170)는 펜바디 부재(110)에서 펜팁 부재(120)로부터 이격된 위치에 설치될 수 있다.
또한, 측방 광산란 부재(151)는 펜팁 부재(120)의 측부에 설치되어 펜팁 부재(120)와 측방 광산란 부재(151)가 단일 패키지 형태로 형성되어 일체로서 펜바디 부재(110)에 대해 직선 운동하도록 구성되고, IR 발광부재(140)와 전자펜 제어부재(170)는 펜바디 부재(110)에서 펜팁 부재(120)로부터 이격된 위치에 설치될 수 있다.
본 발명에서 펜팁 부재(120)의 후단부는 돌출 라운딩 형성되고 압력센서 부재(130)는 펜팁 부재(120)의 후단부에 맞닿는 부분이 함몰 라운딩 형성되어 압력센서 부재(130)가 펜팁 부재(120)의 후단부와 정합하면서 그립하는 형태로 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면 유리나 투명 플라스틱과 같은 매끈한 표면의 패널에서 광학식 전자펜을 기울여서 사용하더라도 펜팁 위치정보 획득을 위한 반사광의 수광이 양호하게 이루어지는 장점이 있다.
본 발명에 따르면 광학식 전자펜을 태블릿 PC나 랩톱컴퓨터 등과 같은 전자기기의 디스플레이 패널과 함께 양호하게 사용할 수 있는 장점이 있다.
[도 1]은 광학식 전자펜의 내부 구성과 작동 방식을 나타내는 블록도.
[도 2]는 광학식 전자펜과 스마트 단말장치 간의 협조동작을 나타내는 블록도.
[도 3]은 종래기술에서 패널 재질에 따른 광학식 전자펜의 사용 상태를 대비하여 나타내는 예시도.
[도 4]는 본 발명에 따른 광 산란 기반의 광학식 전자펜를 개념적으로 나타내는 예시도.
[도 5]는 본 발명에 따른 광 산란 기반의 광학식 전자펜의 제 1 실시예를 나타내는 블록도.
[도 6]은 본 발명에 따른 광 산란 기반의 광학식 전자펜의 제 2 실시예를 나타내는 블록도.
[도 7]은 본 발명에 따른 광 산란 기반의 광학식 전자펜의 제 3 실시예를 나타내는 블록도.
[도 8]은 본 발명에 따른 광 산란 기반의 광학식 전자펜의 제 4 실시예를 나타내는 블록도.
[도 9]는 본 발명에 따른 광 산란 기반의 광학식 전자펜의 제 5 실시예를 나타내는 블록도.
[도 10]은 본 발명에 따른 광 산란 기반의 광학식 전자펜의 제 6 실시예를 나타내는 블록도.
[도 11]은 본 발명에 따른 광 산란 기반의 광학식 전자펜의 제 7 실시예를 나타내는 블록도.
[도 12]는 본 발명에 따른 광 산란 기반의 광학식 전자펜의 제 8 실시예를 나타내는 블록도.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 광학식 전자펜(100)를 설명함에 있어서 종래기술의 광학식 전자펜(10)와 중복되는 부분에 대해서는 자세한 설명을 생략할 수 있다.
[도 4]는 본 발명에 따른 광 산란 기반의 광학식 전자펜(100)를 개념적으로 나타내는 블록도이고, [도 5]는 본 발명에 따른 광 산란 기반의 광학식 전자펜(100)의 제 1 실시예를 나타내는 블록도이다.
[도 4]와 [도 5]를 참조하면, 본 발명에 따른 광학식 전자펜(100)는 펜바디 부재(110), 펜팁 부재(120), 압력센서 부재(130), IR 발광부재(140), IR 광산란 부재(150), IR 수광부재(160), 전자펜 제어부재(170), 무선통신부재(180)를 구비한다. 이들 각 구성요소에 대해 살펴본다.
펜바디 부재(110)는 광학식 전자펜(100)의 몸체를 형성하며 바람직하게는 사용자가 손으로 그립하기 편리하도록 바(bar) 형태로 길게 형성될 수 있다.
펜팁 부재(120)는 광학식 전자펜(100)의 펜팁을 형성하며 펜바디 부재(110)의 일단부에 배치된다. 펜팁 부재(120)는 디스플레이 패널(200)의 상면에서 사용자의 조작에 따라 슬라이딩하도록 구성될 수 있다.
압력센서 부재(130)는 펜팁 부재(120)가 디스플레이 패널(200)에 물리적으로 접촉하는 이벤트를 압력 감지를 통해 검출하는 구성요소이다. 압력센서 부재(130)에서 펜팁 부재(120)의 후단부에 맞닿는 부분은 바람직하게는 함몰 라운딩 형성되어 펜팁 부재(120)의 부단부와 정합하면서 그립(grip)하는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 함몰 라운딩 처리에 의해, 사용자가 펜바디 부재(110)를 기울인 상태로 사용하는 경우에도 압력센서 부재(130)가 펜팁 부재(120)의 후단부와 양호하게 맞닿게 되고, 그로 인해 펜팁 부재(120)에 의한 압력이 압력센서 부재(130)에 양호하게 전달될 수 있다. 여기서, 압력센서 부재(130)의 함몰된 부분에 맞닿는 펜팁 부재(120)의 후단부도 둥글게 돌출 라운딩 형성됨이 바람직하다.
한편, 센서 지지부재(131)는 압력센서 부재(130)의 형상에 대응하여 그 압력센서 부재(130)가 펜바디 부재(110)에 양호하게 연결된 상태를 유지하도록 후방에서 지지하는 구성요소이다. 텐션 부재(132)는 펜팁 부재(120)가 펜바디 부재(110)의 내외부를 출몰하도록 펜팁 부재(120)에 대해 복원력을 제공하는 구성요소로서, 예컨대 용수철로 구성될 수 있다.
IR 발광부재(140)는 디스플레이 패널(200)에 조사(radiation)할 광(예: IR 광)을 생성하는 구성요소이다.
IR 광산란 부재(150)는 펜팁 부재(120)에 근접하여 디스플레이 패널(200)을 지향하도록 배치되며, IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 디스플레이 패널(200)에 대해 여러 방향으로 불규칙하게 산란(scattering)시키는 구성요소이다. [도 5]에서는 IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 통과시키면서 산란시키도록 도시되어 있는데, 구현 예에 따라서는 IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 반사시키면서 산란시키는 구성도 가능하다.
펜팁 부재(120)에 근접하여 디스플레이 패널(200)을 지향할 수 있도록 IR 광산란 부재(150)는 펜팁 부재(120)의 길이 방향에 대해 틸팅되게 배치될 수 있다. IR 광산란 부재(150)의 설치를 위해 펜팁 부재(120)의 단부가 [도 5]에서와 같이 절곡 형성될 수 있다.
그 결과, IR 광산란 부재(150)로부터 다양한 방향으로 광이 조사된다. 디스플레이 패널(200, 202)의 매끈한 표면은 입사각에 대칭으로 광을 반사시키므로 디스플레이 패널(200)로부터의 반사광도 다양한 방향으로 형성된다. 그에 따라, 그 반사광의 일정 분량이 [도 4]의 우측과 같이 IR 수광부재(160)를 향할 수 있다.
IR 수광부재(160)는 자신의 유효 수광영역(Field of View, FOV) 내부로 들어오는 반사광을 수광하여 디스플레이 패널(200)의 위치코드(210)를 센싱하는 구성요소이다. 설명의 편의를 위해 IR 수광부재(160)의 FOV를 명기하였다. IR 수광부재(160)는 IR 필터부재(161), CMOS 광학부재(162), IR 센서부재(163)를 구비할 수 있다.
전자펜 제어부재(170)는 압력센서 부재(130)로부터 전달되는 압력정보에 기초하여 펜팁 부재(120)가 디스플레이 패널(200) 상에서 움직이고 있음을 인지할 수 있다. 이에 대응하여 전자펜 제어부재(170)는 IR 발광부재(140)가 턴온 동작하도록 제어하고, 이어서 IR 수광부재(160)를 통해 수광하는 반사광으로부터 펜팁 부재(120)가 디스플레이 패널(200) 상에서 이동한 일련의 위치정보(좌표정보)를 획득하고 무선통신부재(180)에 전달한다.
무선통신부재(180)는 전자펜 제어부재(170)로부터 제공되는 위치정보를 근거리 무선통신(예: 블루투스)으로 외부의 스마트 단말장치(300)에 전송한다.
[도 5]를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광학식 전자펜(100)에서 IR 발광부재(140)와 전자펜 제어부재(170)를 IR 배선부재(141)에 의해 통전 연결한다.
IR 광산란 부재(150)는 펜팁 부재(120)에 근접하여 디스플레이 패널(200)을 지향하도록 배치되고, IR 발광부재(140)는 이러한 IR 광산란 부재(150)에 근접 배치된다. [도 5]에서 IR 발광부재(140)와 IR 광산란 부재(150)는 펜팁 부재(120)의 측부에 대응하는 펜바디 부재(110)에 설치되었다. 반면, 전자펜 제어부재(170)는 펜바디 부재(110)에서 펜팁 부재(120)로부터 이격된 위치, 예컨대 중간 지점에 설치된다.
제 1 실시예에서 IR 배선부재(141)는 펜바디 부재(110)를 따라 길이 방향으로 배치되어 전자펜 제어부재(170)와 IR 발광부재(140)를 전기적으로 연결하는 구성요소이다.
[도 6]은 본 발명에 따른 광 산란 기반의 광학식 전자펜(100)의 제 2 실시예를 나타내는 블록도이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 광학식 전자펜(100)는 IR 발광부재(140)와 IR 광산란 부재(150)가 상호 이격되어 설치되어 있고 이들(140, 150) 간에 광파이버 부재(142)를 설치하였다.
[도 6]을 참조하면, 전자펜 제어부재(170)와 IR 발광부재(140)는 펜팁 부재(120)와는 이격된 펜바디 부재(110)의 중간 부분에 설치되고 IR 광산란 부재(150)는 펜팁 부재(120)의 측부에 대응하는 펜바디 부재(110)에 설치되었다.
광학식 전자펜(100)을 슬림(slim)하게 설계하는 경우에는 펜바디 부재(110)의 끝부분에 펜팁 부재(120)와 IR 발광부재(140)와 IR 광산란 부재(150)를 모두 설치하는 것이 곤란하다. 또한, 슬림한 설계가 아니더라도 펜팁 부재(120)와 IR 발광부재(140)와 IR 광산란 부재(150)를 펜바디 부재(110)의 끝부분에 배치하는 것은 무게배분에 따른 조작성 측면에서도 바람직하지 않다.
그에 따라, 제 2 실시예에서는 IR 발광부재(140)를 펜팁 부재(120)와는 이격된 펜바디 부재(110)의 중간 부분에 배치하였다. 광파이버 부재(142)는 상호 이격 설치된 IR 발광부재(140)와 IR 광산란 부재(150) 사이에서 광을 가이드하는 구성요소이다. 즉, 광파이버 부재(142)는 펜바디 부재(110)를 따라 길이 방향으로 배치되어 IR 발광부재(140)가 생성한 광을 IR 광산란 부재(150)로 가이드한다.
[도 6]에서는 광파이버 부재(142)가 IR 광산란 부재(150)의 배면으로 광을 가이드하여 광이 IR 광산란 부재(150)를 통과하면서 산란하도록 도시되었다. 구현 예에 따라서는 광파이버 부재(142)가 IR 광산란 부재(150)의 정면으로 광을 가이드하여 광이 IR 광산란 부재(150)에서 반사되면서 산란되는 구성도 가능하다.
광커넥터 부재(143)는 IR 발광부재(140)와 광파이버 부재(142)를 광학적으로 접속시키는 구성요소이다. IR 발광부재(140)와 광파이버 부재(142) 간의 빛 전송 효율을 높이기 위해 광커넥터 부재(143)로서 미러 커넥터(mirror connector)를 채택하는 것이 바람직하다.
[도 7]은 본 발명에 따른 광 산란 기반의 광학식 전자펜(100)의 제 3 실시예를 나타내는 블록도이다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 광학식 전자펜(100)에서는 펜팁 부재(120)와 IR 발광부재(140)와 IR 광산란 부재(150)를 단일 패키지 형태로 형성하고 이들이 일체로서 펜바디 부재(110)에 대해 직선 운동하도록 구성된다.
IR 발광부재(140)와 IR 광산란 부재(150)는 펜팁 부재(120)의 측부에 설치되어 이들(120, 140, 150)이 일체로 형성되는 반면, 전자펜 제어부재(170)는 펜팁 부재(120)로부터 이격된 펜바디 부재(110)의 예컨대 중간 지점에 설치된다. 이처럼 IR 발광부재(140)와 전자펜 제어부재(170)가 펜바디 부재(110) 내에서 이격 배치되는데, 제 3 실시예에서 IR 배선부재(141)는 이들(140, 170)이 상호 통전되도록 전자펜 제어부재(170)와 IR 발광부재(140)를 전기적으로 연결하는 구성요소이다.
[도 8]은 본 발명에 따른 광 산란 기반의 광학식 전자펜(100)의 제 4 실시예를 나타내는 블록도이다.
본 발명의 제 4 실시예에 따른 광학식 전자펜(100)에서는 펜팁 부재(120)와 IR 광산란 부재(150)를 단일 패키지 형태로 형성하는 한편, IR 발광부재(140)와 IR 광산란 부재(150)가 상호 이격되어 설치되고 이들(140, 150) 간에 광파이버 부재(142)를 설치하였다.
[도 6]을 참조하여 전술한 바와 같이, IR 발광부재(140)를 펜팁 부재(120)와는 이격된 펜바디 부재(110)의 중간 부분에 배치하고 광파이버 부재(142)를 통해 이처럼 상호 이격 설치된 IR 발광부재(140)와 IR 광산란 부재(150) 사이에서 광을 가이드하도록 구성한다. 그리고, IR 발광부재(140)와 광파이버 부재(142)를 광학적으로 접속하기 위해 광커넥터 부재(143)가 구비된다. IR 발광부재(140)와 광파이버 부재(142) 간의 빛 전송 효율을 높이기 위해 광커넥터 부재(143)로서 미러 커넥터를 채택하는 것이 바람직하다.
또한, 펜팁 부재(120)와 IR 광산란 부재(150)를 단일 패키지 형태로 형성하고 이들이 일체로서 펜바디 부재(110)에 대해 직선 운동하도록 구성한다.
[도 9]와 [도 10]은 본 발명에 따른 광 산란 기반의 광학식 전자펜(100)의 제 5 실시예와 제 6 실시예를 각각 나타내는 블록도이다. [도 9]와 [도 10]의 제 5, 6 실시예는 [도 6]과 [도 8]의 제 2, 4 실시예를 각각 개량한 구성이다. 이하에서는 제 2, 4 실시예로부터 개량된 부분에 대해서 기술한다.
[도 9]와 [도 10]을 참조하면 제 5, 6 실시예에 따른 광학식 전자펜(100)는 IR 광산란 부재로서 측방 광산란 부재(151)와 하방 광산란 부재(152, 153)를 구비하고 광파이버 부재로서 측방 광파이버 부재(144)와 하방 광파이버 부재(145, 146)를 구비하는 점에서 제 2, 4 실시예와 차이점을 갖는다.
먼저, 측방 광산란 부재(151)는 펜팁 부재(120)에 근접하여 디스플레이 패널(200)을 지향하도록 배치되고 IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 디스플레이 패널(200)에 대해 여러 방향으로 산란시키는 구성요소이다. 측방 광산란 부재(151)는 제 5 실시예에서는 펜팁 부재(120)의 측부에 대응하는 펜바디 부재(110)에 설치되고 제 6 실시예에서는 펜팁 부재(120)와 단일 패키지 형태로 형성한다.
그리고, 하방 광산란 부재(152, 153)는 펜바디 부재(110)가 절곡되어 디스플레이 패널(200)을 대향하는 부위에 배치되어 있으며, IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 디스플레이 패널(200)에 대해 여러 방향으로 산란시키는 구성요소이다.
[도 9]와 [도 10]에 도시된 바와 같이 측방 광산란 부재(151)는 디스플레이 패널(200)을 지향하도록 비스듬히 기울어지게 배치되고, 하방 광산란 부재(152, 153)는 디스플레이 패널(200)을 정면으로 대향하도록 배치되는 구성을 바람직하게 갖는다.
측방 광산란 부재(151)는 사용자가 광학식 전자펜(100)을 매끈한 표면의 디스플레이 패널(200)에 비스듬히 기울여서 사용하는 경우에 IR 수광부재(160)의 FOV로 전달되는 반사광의 광량을 확보하기 위한 구성이다. 그런데, 측방 광산란 부재(151)를 통해서만 광 조사가 이루어지는 구성에서는 사용자가 매끈한 표면의 디스플레이 패널(200)에 광학식 전자펜(100)을 세워서 사용하는 경우에 IR 수광부재(160)의 FOV로 전달되는 반사광의 광량이 확보되기 어려운 단점이 있다.
이러한 점을 고려하여 제 5, 6 실시예에서는 하방 광산란 부재(152, 153)를 배치하여 사용자가 광학식 전자펜(100)을 매끈한 표면의 디스플레이 패널(200)에 세워서 사용하는 경우에 IR 수광부재(160)의 FOV로 전달되는 반사광의 광량을 확보할 수 있도록 구성하였다.
측방 광파이버 부재(144)는 IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 측방 광산란 부재(151)로 가이드하는 구성요소이다. 측방 광산란 부재(151)가 펜팁 부재(120)에 근접하여 배치됨에 따라 측방 광파이버 부재(144)는 IR 발광부재(140)로부터 펜바디 부재(110)를 따라 길이 방향으로 배치된다.
하방 광파이버 부재(145, 146)는 IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 하방 광산란 부재(152, 153)로 가이드하는 구성이다.
[도 11]과 [도 12]는 본 발명에 따른 광 산란 기반의 광학식 전자펜(100)의 제 7 실시예와 제 8 실시예를 각각 나타내는 블록도이다. [도 11]과 [도 12]의 제 7, 8 실시예는 [도 9]와 [도 10]의 제 5, 6 실시예를 각각 변형한 구성이다. 이하에서는 제 5, 6 실시예로부터 변형된 부분에 대해서 기술한다.
[도 11]과 [도 12]를 참조하면 제 7, 8 실시예에 따른 광학식 전자펜(100)는 하방 광산란 부재(152, 153) 대신 하방 광토출 부재(147, 148)를 구비한다. 하방 광토출 부재(147, 148)는 펜바디 부재(110)가 절곡되어 디스플레이 패널(200)을 대향하는 부위에 배치되고 IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 디스플레이 패널(200)을 향해 하방으로 조사하는 구성요소이다. 사용자가 매끈한 표면의 디스플레이 패널(200)에 광학식 전자펜(100)을 세워서 사용하는 경우에 광을 산란시키지 않고 그대로 조사하는 것이 인식율을 높일 수 있음을 고려한 것이다. 하방 광토출 부재(147, 148)는 광 토출공으로 구현될 수도 있고 투명 플라스틱으로 구현될 수도 있다.
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 있고 네트워크로 연결된 다수의 스토리지 장치에 코드가 분산 저장되고 실행되는 형태도 구현될 수 있다. 또한, 본 발명은 하드웨어와 결합되어 특정의 절차를 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터프로그램의 형태로 구현될 수도 있다.
100 : 광학식 전자펜
110 : 펜바디 부재
120 : 펜팁 부재
130 : 압력센서 부재
131 : 센서 지지부재
132 : 텐션 부재
140 : IR 발광부재
141 : IR 배선부재
142 : 광파이버 부재
143 : 광커넥터 부재
144 : 측방 광파이버 부재
145, 146 : 하방 광파이버 부재
147, 148 : 하방 광토출 부재
150 : IR 광산란 부재
151 : 측방 광산란 부재
152, 153 : 하방 광산란 부재
160 : IR 수광부재
161 : IR 필터부재
162 : CMOS 광학부재
163 : IR 센서부재
170 : 전자펜 제어부재
180 : 무선통신부재
190 : 배터리 부재
200 : 디스플레이 패널
210 : 위치코드
300 : 스마트 단말장치
310 : 단말 통신부
320 : 단말 제어부
330 : 단말 패널부

Claims (7)

  1. 광학식 전자펜의 몸체를 형성하는 펜바디 부재(110);
    상기 펜바디 부재(110)의 일단부에 연결되어 광학식 전자펜의 펜팁을 형성하는 펜팁 부재(120);
    상기 펜팁 부재(120)가 디스플레이 패널(200)에 물리적으로 접촉하는 이벤트를 압력 감지를 통해 검출하는 압력센서 부재(130);
    위치코드(210)가 형성된 디스플레이 패널(200)에 조사할 광을 생성하는 IR 발광부재(140);
    상기 IR 발광부재(140)와 디스플레이 패널(200) 사이에 상기 펜팁 부재(120)에 근접하여 디스플레이 패널(200)을 지향하도록 비스듬히 기울어지게 배치되고 상기 IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 통과 또는 반사시키는 과정에서 디스플레이 패널(200)에 대해 여러 방향으로 불규칙하게 산란시키는 측방 광산란 부재(151);
    상기 IR 발광부재(140)와 디스플레이 패널(200) 사이에 상기 펜바디 부재(110)가 절곡되어 디스플레이 패널(200)을 정면으로 대향하도록 배치되고 상기 IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 디스플레이 패널(200)에 대해 여러 방향으로 불규칙하게 산란시키는 하방 광산란 부재(152, 153);
    상기 펜바디 부재(110)를 따라 길이 방향으로 배치되어 상기 IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 상기 측방 광산란 부재(151)로 가이드하는 측방 광파이버 부재(144);
    상기 IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 상기 하방 광산란 부재(152, 153)로 가이드하는 하방 광파이버 부재(145, 146);
    디스플레이 패널(200)에 의한 반사광을 수광하여 디스플레이 패널(200)의 상기 위치코드(210)를 센싱하는 IR 수광부재(160);
    상기 압력센서 부재(130)로부터 전달되는 압력정보에 기초하여 상기 IR 발광부재(140)를 턴온 또는 턴오프 제어하고 상기 IR 수광부재(160)를 통해 수광하는 반사광으로부터 상기 펜팁 부재(120)가 디스플레이 패널(200) 상에서 이동한 일련의 위치정보를 획득하는 전자펜 제어부재(170);
    상기 전자펜 제어부재(170)가 획득한 상기 일련의 위치정보를 외부의 스마트 단말장치(300)에 근거리 무선통신으로 전송하는 무선통신부재(180);
    를 포함하여 구성되는 광 산란 기반의 광학식 전자펜.
  2. 삭제
  3. 광학식 전자펜의 몸체를 형성하는 펜바디 부재(110);
    상기 펜바디 부재(110)의 일단부에 연결되어 광학식 전자펜의 펜팁을 형성하는 펜팁 부재(120);
    상기 펜팁 부재(120)가 디스플레이 패널(200)에 물리적으로 접촉하는 이벤트를 압력 감지를 통해 검출하는 압력센서 부재(130);
    위치코드(210)가 형성된 디스플레이 패널(200)에 조사할 광을 생성하는 IR 발광부재(140);
    상기 IR 발광부재(140)와 디스플레이 패널(200) 사이에 상기 펜팁 부재(120)에 근접하여 디스플레이 패널(200)을 지향하도록 비스듬히 기울어지게 배치되고 상기 IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 통과 또는 반사시키는 과정에서 디스플레이 패널(200)에 대해 여러 방향으로 불규칙하게 산란시키는 측방 광산란 부재(151);
    상기 IR 발광부재(140)와 디스플레이 패널(200) 사이에 상기 펜바디 부재(110)가 절곡되어 디스플레이 패널(200)을 정면으로 대향하도록 배치되고 상기 IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 디스플레이 패널(200)을 향해 비산란 상태로 하방 조사하는 하방 광토출 부재(147, 148);
    상기 펜바디 부재(110)를 따라 길이 방향으로 배치되어 상기 IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 상기 측방 광산란 부재(151)로 가이드하는 측방 광파이버 부재(144);
    상기 IR 발광부재(140)에서 생성된 광을 상기 하방 광토출 부재(147, 148)로 가이드하는 하방 광파이버 부재(145, 146);
    디스플레이 패널(200)에 의한 반사광을 수광하여 디스플레이 패널(200)의 상기 위치코드(210)를 센싱하는 IR 수광부재(160);
    상기 압력센서 부재(130)로부터 전달되는 압력정보에 기초하여 상기 IR 발광부재(140)를 턴온 또는 턴오프 제어하고 상기 IR 수광부재(160)를 통해 수광하는 반사광으로부터 상기 펜팁 부재(120)가 디스플레이 패널(200) 상에서 이동한 일련의 위치정보를 획득하는 전자펜 제어부재(170);
    상기 전자펜 제어부재(170)가 획득한 상기 일련의 위치정보를 외부의 스마트 단말장치(300)에 근거리 무선통신으로 전송하는 무선통신부재(180);
    를 포함하여 구성되는 광 산란 기반의 광학식 전자펜.
  4. 삭제
  5. 청구항 1 또는 3에 있어서,
    상기 측방 광산란 부재(151)는 상기 펜팁 부재(120)의 측부에 대응하는 상기 펜바디 부재(110)에 설치되고,
    상기 IR 발광부재(140)와 상기 전자펜 제어부재(170)는 상기 펜바디 부재(110)에서 상기 펜팁 부재(120)로부터 이격된 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 광 산란 기반의 광학식 전자펜.
  6. 청구항 1 또는 3에 있어서,
    상기 측방 광산란 부재(151)는 상기 펜팁 부재(120)의 측부에 설치되어 상기 펜팁 부재(120)와 상기 측방 광산란 부재(151)가 단일 패키지 형태로 형성되어 일체로서 상기 펜바디 부재(110)에 대해 직선 운동하도록 구성되고,
    상기 IR 발광부재(140)와 상기 전자펜 제어부재(170)는 상기 펜바디 부재(110)에서 상기 펜팁 부재(120)로부터 이격된 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 광 산란 기반의 광학식 전자펜.
  7. 청구항 1 또는 3에 있어서,
    상기 펜팁 부재(120)의 후단부는 돌출 라운딩 형성되고 상기 압력센서 부재(130)는 상기 펜팁 부재(120)의 후단부에 맞닿는 부분이 함몰 라운딩 형성되어 상기 압력센서 부재(130)가 상기 펜팁 부재(120)의 후단부와 정합하면서 그립하는 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 광 산란 기반의 광학식 전자펜.
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