KR200485653Y1 - 스타일러스 펜 - Google Patents

Abstract

본 고안은 펜에 가해지는 압력 즉 사용자의 필압(筆壓)에 따라 터치 패널에 표시되는 선의 굵기를 달리 출력되도록 하고, 펜의 기울임에 따른 자기장의 위치변화를 통해 실제 펜을 사용했을 때와 동일하게 펜 실리콘 팁의 길이 변화를 출력하도록 하여 전자 기기의 터치 패널에 추가적인 장치 없이 필압과 기울임의 측정이 가능토록 한 스타일러스 펜에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 고안은 케이스(10)와; 상기 케이스(10)의 선단에 위치하여 필압에 반응하며, 터치 패널(60)에 터치 입력신호를 주는 실리콘 팁(11)과; 상기 케이스(10)의 후단부에 형성되는 압전부(20)와; 상기 케이스(10) 내부에서 압전부(20)와 전선을 통해 연결되며, 압전부(20)에서 발생된 전기를 자기장으로 변화시키는 코일부(30)와; 상기 케이스(10) 내부에서 실리콘 팁(11)과 압전부(20) 사이에 연결되어 실리콘 팁(11)에 작용하는 필압을 압전부(20)에 전달하며, 코일부(30)를 통해 발생된 자기장을 증폭하고 내부를 지지하는 철심(40);으로 이루어진다.

Description

스타일러스 펜{Stylus pen}

본 고안은 스타일러스 펜에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 펜에 가해지는 압력 즉 사용자의 필압(筆壓)에 따라 터치 패널에 표시되는 선의 굵기가 달리 출력되도록 하고, 펜의 기울임에 따른 자기장의 위치 변화를 통해 실제 펜을 사용했을 때와 동일하게 펜 실리콘 팁의 길이 변화를 출력하도록 하여 전자기기의 터치 패널에 추가적인 장치 없이 필압과 기울임의 측정이 가능토록 한 스타일러스 펜에 관한 것이다.

최근 터치 패널이 장착되어 터치에 의해 위치를 지시할 수 있는 기능을 가지는 전자 장치가 널리 사용되고 있다. 특히 스마트폰 또는 태블릿 컴퓨터 등 모바일 전자 장치의 보급에 따라 터치 스크린 패널이 널리 사용되고 있는데, 이러한 스마트폰·태블릿 컴퓨터 등의 모바일 단말기들은 사용자의 손과 같은 신체 일부뿐만 아니라 스타일러스 펜과 같은 터치펜 등의 부속 도구가 접촉되는 경우 이를 감지해 내는 터치 기능이 결합된 형태의 것들이 각광받고 있다.

특히 모바일 단말기들의 소형화가 진행되면서 사용자가 보다 편리하게 입력을 할 수 있는 터치 패널 방식이 많이 사용되고 있다. 터치 패널 방식이란 패널을 통해 단말기에 직접 정보를 입력할 수 있는 방식으로서, 패널의 특정 위치에 사람의 손 또는 실리콘 팁(tip)을 구비한 터치펜 등의 접촉이 있으면 그 접촉 위치의 좌표를 파악하는 것을 구동원리로 한다.

이러한 터치 스크린 패널을 갖는 최근의 모바일 전자 장치에는 정전 용량의 변화를 통해 위치를 감지하는 정전용량 방식의 터치 패널이 주로 이용된다. 정전용량 방식은 터치점의 위치 인식을 위해 다수의 정전 감지 패턴들을 구비하여 위 패턴들로 하여금 전류 또는 전압의 변화를 감지하도록 하는 것을 특징으로 하며, 반응 속도가 빠르고 비교적 정확하다는 장점이 있는 반면 다수 개의 정전용량 감지패턴에 의해 정전용량의 변화가 생겨야만 터치를 인식할 수 있는바, 작은 면적, 예를 들어 터치펜의 실리콘 팁이 터치가 되는 경우 확실하게 터치 인식을 하지 못하는 문제점과 함께 터치의 필압 또는 기타 보조적인 신호를 감지하지 못한다는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 최근에는 터치펜에 배터리를 내장시켜 이를 통해 발생된 전기적 신호에 의해 양호한 터치 인식이 가능토록 한 터치 패널이 사용되었으나, 터치펜에 배터리를 내장시키는 경우 단말기의 소형화가 어려워지고, 배터리 용량에 따라 장시간 터치펜을 사용할 수 없게 되며, 배터리 수명이 다한 경우 이를 계속적으로 교체해 주어야 하는 불편함 등 많은 문제점이 발생하게 된다.

따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 정전식 터치 방식에서도 터치펜이 배터리 구비 없이도 구동을 할 수 있으며, 필압 및 보조적인 신호를 감지할 수 있도록 하게 하기 위한 펜의 필요성이 제기되었다.

한편 종래의 스타일러스 펜 중 자기력 감지 디지타이저의 경우 스타일러스 펜의 터치 위치를 측정할 수는 있으나 이러한 펜의 기울기 및 그 변화를 감지하지 못한다는 한계가 존재하였다.

따라서 스타일러스 펜의 움직임에 있어, 펜의 위치뿐 아니라 펜의 기울기 변화도 측정할 수 있는 기술이 필요하였다.

대한민국 등록특허공보 제10-1618370호(2016.04.28. 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-1598807호(2016.02.27. 등록)

이에 본 고안은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 펜에 가해지는 압력 즉 사용자의 필압(筆壓)에 따라 터치 패널에 표시되는 선의 굵기를 달리 출력되도록 하여 터치 패널이 있는 전자 기기의 터치 패널에 추가적인 장치 없이 필압의 측정이 가능토록 한 스타일러스 펜을 제공하는 데 있다.

본 고안의 다른 목적으로는 펜의 기울임에 따른 자기장의 위치변화를 통해 실제 펜을 사용했을 때와 동일하게 펜 실리콘 팁의 길이 변화를 출력하도록 하여 전자 기기의 터치 패널에 추가적인 장치 없이 기울임의 측정이 가능토록 한 스타일러스 펜을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 해결하기 위해 본 고안은,

케이스와;

상기 케이스의 선단에 위치하여 필압에 반응하며, 터치 패널에 터치 입력신호를 주는 실리콘 팁과;

상기 케이스의 후단부에 형성되는 압전부와;

상기 케이스 내부에서 압전부와 전선을 통해 연결되며, 압전부에서 발생된 전기를 자기장으로 변화시키는 코일부와;

상기 케이스 내부에서 실리콘 팁과 압전부에 연결되어 실리콘 팁에 작용하는 필압을 압전부에 전달하며, 코일부를 통해 발생된 자기장을 증폭하고 내부를 지지하는 철심;으로 이루어진다.

이때 상기 케이스에서 실리콘 팁의 내측에는 펜의 사용 시 실리콘 팁에 작용되는 압을 완충시키고, 실리콘 팁에 가해진 압력으로 인해 변형된 형태를 원래대로 복구시킬 수 있는 완충부를 더 포함한다.

이때 상기 압전부는 사용자가 필압을 주었을 때 압력을 보다 민감하게 인식할 수 있도록 복수 개의 층으로 이루어지며, 압전부에 사용되는 압전소자들은 전압의 크기를 일정하게 하면서 전류를 크게 생성시킬 수 있도록 모두 병렬로 연결토록 한다.

또 케이스 후단부의 압전부 외측에는 터치 패널에 입력된 내용을 지울 수 있는 지우개부를 더 형성할 수 있으며, 이때 케이스 후단부에 설치되는 지우개부는 케이스 선단에 설치되는 실리콘 팁과 동일한 실리콘 재질로 형성되며, 그 설치 위치는 코일부와의 거리가 멀수록 자기장의 세기가 약해짐을 이용할 수 있도록 지우개부와 케이스 내부의 코일부와의 거리가 코일부와 케이스 선단의 실리콘 팁과 거리보다 더 멀리 위치되도록 한다.

이상과 같이 본 고안을 적용하게 되면 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 펜에 가해지는 압력 즉 사용자의 필압(筆壓)에 따라 터치 패널에 표시되는 선의 굵기를 달리 출력할 수 있어 필압의 측정이 용이한 장점이 있다.

둘째, 펜의 기울임에 따른 자기장의 위치변화를 통해 실제 펜을 사용했을 때와 동일하게 펜 실리콘 팁의 길이 변화를 출력하도록 하여 전자 기기의 터치 패널에 추가적인 장치 없이 펜의 기울임 측정이 가능한 장점이 있다.

도 1은 본 고안에 따른 스타일러스 펜을 보인 종단면도.
도 2는 본 고안에 따른 스타일러스 펜의 필압을 인식하는 상태를 보인 작동 상태도로.
도 3은 본 고안에 따른 스타일러스 펜에서 지우개의 작동상태를 보인 작동 상태도
도 4는 본 고안에 따른 스타일러스 펜에서 기울임 상태를 보인 작동 상태도

본 고안의 바람직한 실시례를 첨부한 도면을 참조하여 보다 자세하게 설명한다.

본 고안은 도 1 및 도 4에 도시한 바와 같이, 먼저 케이스(10)를 구비한 다음, 케이스(10)의 선단에는 사용 시 터치 패널을 사용하는 전자기기에 터치 입력신호를 주며, 필압에 반응하는 실리콘 팁(11)을 설치하고, 케이스(10)의 후단부에는 실리콘 팁(11)에 반응하는 필압을 철심(40)을 통해 전달받아 전기를 발생하는 압전부(20)를 설치한다.

이때 상기 압전부(20)는 복수 개의 층으로 이루어지며, 압전부(20)에 사용되는 압전소자(20a, 20b, 20c, 20d)들은 전압의 크기를 일정하게 하면서 전류를 크게 생성시킬 수 있도록 모두 병렬로 연결하여 사용자가 필압을 주었을 때 압력을 보다 민감하게 인식할 수 있도록 한다.

이어 상기 케이스(10) 내부에는 실리콘 팁(11)과 연결되어 실리콘 팁(11)에 작용하는 필압을 케이스(10) 후단부의 압전부(20)에 전달하는 철심(40)을 설치한다.

또 상기 케이스(10) 내부에는 케이스(10) 후단부의 압전부(20)와 전선을 통해 연결되며, 압전부(20)에서 발생된 전기를 자기장으로 변화시키는 코일부(30)를 설치하여 이루어진다.

이때 상기 케이스(10)에서 실리콘 팁(11)의 내측에는 완충부(12)를 더 설치하여 펜의 사용 시 실리콘 팁(11)에 작용되는 압을 완충시키고, 실리콘 팁(11)에 가해진 압력으로 인해 변형된 형태를 원래대로 복구시킬 수 있도록 한다.

또 상기 케이스(10) 후단부의 압전부(20) 외측에는 터치 패널에 입력된 내용을 지울 수 있도록 케이스(10) 선단에 설치되는 실리콘 팁(11)과 동일한 실리콘 재질의 지우개부(50)를 더 형성하되, 지우개부(50)의 설치 위치는 코일부(30)와의 거리가 멀어질수록 자기장의 세기가 약해지는 현상을 이용하여 지우개부(50)와 케이스(10) 내부의 코일부(30)와의 거리가 코일부(30)와 케이스(10) 선단의 실리콘 팁(11)과 거리보다 더 멀리 위치되도록 한다.

이와 같은 구성의 본 고안에 따른 스타일러스 펜에 의하면,

먼저 스타일러스 펜(1)을 이용하고자 펜(1)을 터치 패널(60)에 올려놓게 되면, 케이스(10) 선단에 위치한 실리콘 팁(11)이 터치 패널에 닿게 되고, 실리콘 팁(11)이 닿을 때 발생한 압력이 실리콘 팁(11)과 연결된 철심(40)의 위치를 움직이면서 철심(40)의 압력을 압전부(20)에 전달되게 된다.

상기 작동을 통해 압전부(20)로 전달된 압력을 통해 압전부(20)에서 전기를 발생하게 되고, 압전부(20)에서 발생된 전기는 케이스(10) 후단부에 위치하여 압전부(20)와 연결된 전선을 통해 코일부(30)에 전달되면서 순간적으로 자기장을 생성하게 된다.

이때 터치 패널(60)의 지자기장 센서가 코일부(30)에서 순간적으로 생성된 자기장의 크기를 인식하여, 인식된 자기장의 크기에 따라 스타일러스 펜(1)의 실리콘 팁(11)이 맞닿은 위치를 기준으로 터치 패널에 서로 다른 굵기의 선을 출력한다. 즉 터치 패널(60)의 지자기장 센서에서 인식된 자기장의 크기가 크면(a) 기본으로 설정된 선보다 굵은 선을 출력하게 되고, 인식된 자기장의 크기가 작으면(b) 기본으로 설정된 선보다 얇은 선을 출력하게 된다.

상기 작동으로 스타일러스 펜(1)을 사용도중, 사용을 잠시 멈추고자 사용자가 실리콘 팁(11)을 터치 패널(60)에서 떼어내게 되면 수축된 상태의 완충부(12)가 원래 위치로 복구되면서 수축된 상태의 실리콘 팁(11)·압전부(20)·철심(40)이 원래 위치로 돌아오게 된다.

또한 사용자가 필기 중 스타일러스 펜(1)에 다른 압력을 주며 사용했을 경우, 압전부(20)의 압전소자(20a, 20b, 20c, 20d)가 달라진 압력을 인식하게 된다. 즉 압전부(20)에서 생산되는 전기는 압력의 크기에 비례하여 전기를 생산함에 따라 변화되는 압력에 의해 생성되는 전기의 크기가 달라지게 되며, 압전부(20)와 전선을 통해 연결된 코일부(30)에서 변화된 크기의 전기에 따른 자기장을 만들어내고, 터치 패널(60)의 지자기장 센서에서 변화된 크기의 자기장을 인식하여, 그에 따른 굵기의 변화를 출력해낸다.

이때 압전부(20)에 사용되는 압전소자(20a, 20b, 20c, 20d)들을 모두 병렬로 연결하게 되면, 전압의 크기를 일정하게 하면서 전류를 크게 생성시킬 수 있게 되는 것으로 전류의 크기가 커질수록 자기장의 세기가 커져 터치 패널(60)의 자기장 센서의 인식률이 높아지게 되어 정확한 압력의 크기를 측정할 수 있게 된다.

즉 변화되는 압전소자의 전압을 자기장으로 변화시킬 때 자기장 변화에 따른 신호 인식 변화를 계산하여 화면에 굵기가 다른 선으로 출력하도록 한다.

한편 케이스(10) 후단부의 압전부(20) 외측에는 터치 패널(60)에 입력된 내용을 지울 수 있는 지우개부(50)를 더 형성할 수 있다.

이때 케이스(10) 후단부에 설치되는 지우개부(50)는 케이스(10) 선단에 설치되는 실리콘 팁(11)과 동일한 실리콘 재질로 형성되며, 그 설치 위치는 거리가 멀수록 자기장의 세기가 약해짐을 이용할 수 있도록 케이스(10) 내부에서 자기장을 발생하는 코일부(30)와 지우개부(50)와의 거리를 케이스(10) 선단의 실리콘 팁(11)과의 거리보다 더 먼 거리에 위치되도록 한다.

즉 지우개부(50)의 작동은 코일부(30)에서 발생되는 자기장의 크기를 통해 판단하게 되는데, 필압을 인식할 때의 자기장의 크기보다 작은 자기장을 인식할 경우 지우개로 인식하게 되며,

이에 따라 자기장을 발생하는 코일부(30)의 위치가 케이스(10) 선단부의 실리콘 팁(11)과의 거리보다 케이스(10) 후단부에 위치한 지우개부(50)의 거리가 더 멀게 위치됨에 따라 지우개부(50)를 사용할 때의 코일부(30)에서 생성되는 자기장의 세기가 실리콘 팁(11)을 통해 필압을 인식할 때의 크기보다 작은 자기장을 발생하게 되며, 따라서 터치 패널(60)에서 실리콘 팁(11)의 자기장보다 작은 지우개부(50)의 자기장을 인식하고 지우개 명령을 실행시켜 터치 패널(60)에 입력된 선 또는 문자를 지울 수 있게 된다.

또 사용자가 스타일러스 펜(1)을 사용 중 스타일러스 펜(1)을 기울였을 경우, 자기장의 위치가 변화되게 되며, 이와 같은 자기장 위치 변화에 따라 터치 패널(60)의 지자기장 센서에서 인식하는 자기장의 위치 또한 변화되게 되며, 터치 패널(60)에 맞닿은 실리콘 팁(11)의 위치를 기준으로 자기장의 위치를 계산하여 터치 패널(60)에 표시되는 점의 크기가 자기장의 위치 쪽으로 길어지도록 표시되도록 한다.

이와 같은 펜의 기울임을 인식하는 경우에는 기울임 인식을 위한 별다른 구성 없이 펜(1)에서의 자기장의 위치 변화 및 이에 따른 터치 패널(60)에서의 지자기장의 위치 변화를 통해 펜(1)의 기울임을 인식할 수 있게 된다.

1 : 스타일러스 펜 10 ; 케이스
11 ; 실리콘 팁 12 ; 완충부
20 ; 압전부 30 ; 코일부
40 ; 철심 50 ; 지우개부
60 ; 터치 패널

Claims (7)

1. 케이스(10)와, 상기 케이스(10)의 선단에 위치하여 필압에 반응하며, 터치 패널(60)에 터치 입력신호를 주는 실리콘 팁(11)과, 상기 케이스(10)의 후단부에 형성되는 압전부(20)와, 상기 케이스(10) 내부에서 압전부(20)와 전선을 통해 연결되며, 압전부(20)에서 발생된 전기를 자기장으로 변화시키는 코일부(30)와, 상기 케이스(10) 내부에서 실리콘 팁(11)과 압전부(20) 사이에 연결되어 실리콘 팁(11)에 작용하는 필압을 압전부(20)에 전달하며, 코일부(30)를 통해 발생된 자기장을 증폭하고 내부를 지지하는 철심(40);으로 이루어지며, 펜에서의 자기장의 위치 변화 및 이에 따른 터치 패널(60)에서의 지자기장의 위치 변화를 통해 펜의 기울임을 인식할 수 있도록 한 스타일러스 펜에 있어서,
   상기 압전부(20)는 복수 개의 압전소자(20a, 20b, 20c, 20d)가 층을 형성하여 이루어지며, 복수 개의 압전소자(20a, 20b, 20c, 20d)는 전압의 크기를 일정하게 하면서 전류를 크게 생성시킬 수 있도록 모두 병렬로 연결되고,
   상기 케이스(10) 후단부의 압전부(20) 외측에는 터치 패널(60)에 입력된 내용을 지울 수 있는 지우개부(50)가 더 형성되며,
   상기 지우개부(50)의 작동은 코일부(30)에서 발생되는 자기장의 크기를 통해 판단하여 작동되도록 하되, 필압을 인식할 때의 자기장의 크기보다 작은 자기장을 인식할 경우 지우개로 인식할 수 있도록 자기장을 생성하는 코일부(30)와의 거리를 케이스(10) 선단에 위치한 실리콘 팁(11)과의 거리보다 더 멀리 떨어진 곳에 위치되도록 한 것을 특징으로 하는 스타일러스 펜.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 케이스(10)에서 실리콘 팁(11)의 내측에는 펜(1)의 사용 시 실리콘 팁(11)에 작용되는 압을 완충시키고, 실리콘 팁(11)에 가해진 압력으로 인해 변형된 형태를 원래대로 복원시킬 수 있는 완충부(12)를 더 포함한 것을 특징으로 하는 스타일러스 펜.
   
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