KR20050108850A - 디지털 펜이 내장된 위치 입력 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 RF통신과 초음파를 사용하여 펜의 위치 정보와 동작정보를 생성하고 활용하게 하는 위치입력장치에 관한 것이다. 특히 펜의 위치 인식 장치의 구조물 내부에 펜의 수납 공간을 마련하여 평상시에는 펜을 수납하고 있다가, 사용시에 펜을 분리하여 사용할 수 있는 구조를 특징으로하고 있다. 또한 펜에서 펜팁의 누르는 힘의 정도를 디지털화하여 RF통신에 의하여 위치인식장치에 전달함으로써, 펜의 굵기를 실시간으로 조절하는 기능 등이 가능하게 하는 위치입력장치에 관한 것이다.

Description

디지털 펜이 내장된 위치 입력 장치{position input instrument including digital pen}

본 발명은 펜을 이용한 위치입력장치에 관한 것이다. 2차원의 위치 변화를 검출하는 방법으로는 가속도계를 사용하는 방법과 초음파를 사용하는 방법과 이미지 센서를 사용하는 방법과 볼의 회전을 사용하는 방법이 있다.

기준점에 대한 펜의 위치를 측정하는 방식으로는 3각 측량방식(미국특허 제 5,166,668호)과 전자파 방식(미국특허 제5,977,958호)과 초음파 방식(미국특허 제4,478,674호)가 제시되어져왔다.

초음파 방식의 경우 미국의 Intel사와 MSI사에 의하여 디지타이저로의 가능성때문에 많은 연구가 이루어졌고, 특히 MSI사의 PVDF필름을 이용한 80MHz의 초음파 송수신기는 초음파 신호의 지향성과 송신강도의 우수성때문에 초음파 디지타이저의 상품화가 가능하게 해주었다.

이와같은 MSI사의 PVDF필름을 이용한 80MHz의 초음파 송수신기를 이용하여 국내의 나비시스(주)에서는 나비노트라는 디지털펜을 상품화하였다. 이 상품화에는 많은 관련 특허(대한민국특허 출원번호 10-2002-0024650, 등록번호 20-0315179 등등)가 기반이 되어 있다.

초음파 송수신기를 이용하는 디지털펜의 경우, 동기신호와 초음파 신호를 송신하는 펜과, 그 신호들을 수신하여 펜의 위치를 인식하는 장치로 구성이 되어있다. 이와같은 구조적인 결함때문에 휴대하기가 불편하게 되고, 관리가 어려운 문제점이 있어왔다.

본 발명의 목적은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 위치인식장치에 펜의 수납공간을 만들어 일체화시켜 휴대가 편하고, 관리가 편리한 펜을 이용한 위치입력장치를 만드는데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 펜에 근접센서를 부가하여 표면에 근접하여 움직이는 펜의 움직임을 실시간으로 표시하여 사용이 편리하게 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 펜에 붙어있는 버튼에 피에조필름을 적용시킴으로써 펜을 잡을때의 방향성을 없애고, 버튼을 적용시킬 때 발생했던 버튼의 눌림에 대한 불안감에서 해방되게 하는데 있다.

본 발명은 디지털펜(100)과 위치인식장치(200)로 구성된 위치입력장치에 괸한 것이다. 본 발명의 구성을 첨부된 도면에 의해 상세히 설명한다.

도 1은 디지털펜의 외부 구성에 관한 것으로써 본 발명에서 구현할려는 것 가운데 하나로 피에조필름(150, 151, 152)의 특성을 이용하는 것에 관한 것이다. 펜팁 부분에 콘형으로 부착된 콘형 피에조필름(150)은 볼펜심(120)이 눌려질때나, 볼펜심(120)이 없는 상태에서 표면에 직접 접촉하는 경우에나 관계없이 접촉신호를 발생시킨다. 이것은 컴퓨터의 마우스용으로 사용하는 경우에 왼쪽 마우스버튼으로 사용할 수 있게 해준다. 환형 피에조필름1(151)과 환형 피에조필름2(152)는 펜몸체(101)에 필름형태로 부착되어지고, 사람이 디지털펜(100)을 잡고 손가락으로 두드릴때 소리의 크기에 반응하여 버튼이 눌려졌다고 판단하게 해준다. 일반적으로 디지털펜(100)을 잡을때의 힘에는 반응하지 않는다. 이것은 일반적인 스위치를 사용할때는 스위치의 위치에 따라 디지털펜(100)의 잡는 위치가 고정이 되는 것에 반해서 어떤 방향으로든 잡을수 있게 해주고, 스위치의 원치 않는 눌림에 대한 불안감을 줄일 수 있게 해준다. 환형 피에조필름1(151)은 컴퓨터의 마우스용으로 사용하는 경우에 오른쪽 마우스버튼의 역할로 사용할 수 있다. 환형 피에조필름2(152)는 컴퓨터의 마우스용으로 사용하는 경우에 중앙 마우스버튼의 역할로 사용할 수 있다. 펜몸체(101)에는 충전용 전극1(130)과 충전용 전극2(131)이 부착되어서 내장된 밧데리(110)에 충전용전원을 공급하여준다.

도 2는 디지털펜(100)의 내부 구성도를 나타낸 것으로써 중앙에는 볼펜심(120)이 관통할 수 있게 구성되어있다. 근접센서(190)는 디지털펜(100)이 표면에 근접할 경우에 근접했다는 신호를 발생시키고, CPU1(160)은 초음파 신호를 출력한다는 정보를 RF칩1(170)과 RF안테나1(171)을 사용하여 위치인식장치(200)에 보낸다. 정보에는 RF신호 수수후 일정시간후부터 일정간격으로 초음파펄스를 보낸다는 내용이 들어있다. CPU1(160)에서는 초음파송신기(180)를 펄스상으로 구동한다. 모드전환 스위치(140)이 눌려지면 볼펜심(150)은 콘형피에조필름(150)을 자극하게되어서 글씨를 쓸 수 있는 펜모드가 준비되어졌음을 CPU1(160)가 알게 되고, RF통신에 의하여 위치인식장치(200)에 통보를 하게된다. 이 상태에서 볼펜심(120)이 표면에 닿아서 글씨를 쓰면 펜다운 정보가 RF통신에 의하여 위치인식장치(200)에 통보되고, 글씨로 번역이 되게 된다. 볼펜심(120)이 표면에서 떨어지면 펜업 정보가 RF통신에 의하여 위치인식장치(200)에 통보되고, 근접된 상태에서는 위치만 이동하게 된다. 볼펜심(120)의 눌림 강도는 디지털 데이터화 되어 전송되어서 그림모드의 경우에 붓의 굵기 데이터로 활용될 수 있다.

도 3은 디지털펜(100)의 내부 구성도를 나타낸 것으로써 모드전환 스위치(140)의 작동예를 보였다. 모드전환 스위치(140)를 OFF시킴으로써 볼펜심(120)을 펜팁 내부에 집어넣고 콘형피에조필름(150)이 표면에 직접 접촉함으로써 버튼의 눌림효과를 주게 한다. 관련 정보는 RF통신에 의하여 위치인식장치(200)에 통보된다.

도 4는 USB 접속용 위치인식장치의 구성도를 나타내었다. CPU2(220)는 디지털펜(100)에서 보내온 정보를 RF칩(230)과 RF안테나2(231)를 통하여 받게되고, 초음파 신호가 개시된다는 정보에 의하여 초음파수신기1(210)과 초음파수신기2(211)를 작동시키고 수신된 신호로 부터 디지털펜(100)의 위치를 기지의 수학적 공식을 통하여 알아내게 된다. 펜다운, 펜업, 환형피에조필름 정보, 콘형피에조필름정보, 근접상태 등의 추가 정보를 수수하고, 위치정보와 함께 USB통신을 이용하여 컴퓨터로 보내게 된다.

도 5는 BLUETOOTH 통신부를 내장한 위치인식장치의 구성도를 나타내었다. 이 구성에서는 구동용 전원으로 충전용 밧데리(270)를 사용하고 컴퓨터와의 통신으로 블루투스를 사용한다. 물론 RF나 Wi-Fi를 사용하여 구성할 수도 있다. 휴대용의 메모리펜으로 사용하기 위해서 플래시메모리(260)를 내장하고 있다.

도 6은 디지털펜과 위치인식장치의 결합상태를 보인 예시도로써 위치인식장치(200)에 디지털펜(100)을 수납할 수 있는 펜수납부(201)가 생성되어 있다. 평소에 디지털펜(100)은 펜수납부(201)에 결합되어 있고, 수납부 내부에 마련된 총전용 단자를 통해서 충전용 전원을 공급받아서 충전되어 있다. 또한 결합된 상태에서 캘리브레이션용 초음파 송수신을 함으로써 공기중의 소리의 속도 데이터 보정 팩터를 생성하여 정확한 위치정보를 생성하는데 도움을 주게 된다.

도 7은 디지털펜과 위치인식장치의 분리상태를 보인 예시도로써 위치인식장치(200)를 고정시키고 디지털펜(100)을 분리시킨다음에 사용을 하게한다. 사용 후에는 다시 디지털펜(100)을 펜수납부(201)에 결합시켜서 충전이 되게하고, 쉽게 휴대가 가능하게 한다. 플래시메모리(260)를 내장하게 하여서 컴퓨터가 없는 곳에서도 쉽게 기록을하고 저장을 한 다음에 컴퓨터에 연결하여 내장된 데이터를 사용하게 한다.

본 발명의 결과로 디지털 펜과 디지털 펜의 위치 인식장치를 일체형으로 구성하여 일반적인 펜과 같이 휴대를 할 수 있다. 절대 좌표를 정밀하게 입력할 수 있어서 디지타이저로 사용을 할 수 있고, 위치 인식장치를 모니터 위에 부착하여 터치스크린으로 사용할 수 있고, 필기체 인식 기술과 같이 사용하여 키보드를 대체하는 문자 입력기로 사용할 수 있고, 기존의 마우스를 대체하는 입력장치로 활용이 가능하다. 또한 컴퓨터와 독립적으로 사용할 경우, 내부의 불휘발성 메모리를 이용하여 글자와 이미지를 저장한 후, 필요시에 컴퓨터로 보내는 메모리 펜으로의 활용이 가능하다.

도 1은 디지털펜의 외부 구성도

도 2는 디지털펜의 내부 구성도

도 3은 디지털펜의 내부 구성도로 모드전환 스위치(140)의 작동예시도

도 4는 USB 접속용 위치인식장치의 구성도

도 5는 BLUETOOTH 통신부를 내장한 위치인식장치의 구성도

도 6은 디지털펜과 위치인식장치의 결합상태를 보인 예시도

도 7은 디지털펜과 위치인식장치의 분리상태를 보인 예시도

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

100 : 디지털펜 110 : 밧데리

120 : 볼펜심 130,131 : 충전용전극

140 : 모드전환 스위치 150,151,152 : 피에조필름

180 : 초음파송신기 190 : 근접센서

200 : 위치인식장치 201 : 펜수납부

210,211 : 초음파수신기 260 : 플래시메모리

Claims (2)

1. 펜과 펜의 위치를 추적하는 장치로 구성된 펜의 위치입력장치에 있어서,

   펜심에 가해진 힘을 측정하기 위해 펜팁에 콘형으로 부착된 피에조필름센서, 버튼 누름의 효과를 소리의 크기로 읽어들이기 위해 펜의 외부에 환형으로 부착된 피에조필름센서, 펜의 외부에 환형으로 부착된 충전용 전원 단자, RF신호 송신부, 초음파 신호 송신부, 표면과의 근접상태를 조사하는 근접센서부, 상기 구성부의 제어를 위한 제어부, 펜의 동작을 위한 전원을 공급하는 밧데리를 포함하여 구성된 디지털 펜;

   상기 펜에서 송신된 RF신호를 수신하는 RF수신부, 상기 펜에서 송신된 초음파 신호를 수신하는 2개 이상의 초음파 센서로 구성된 초음파 수신부, 수신된 RF신호로 부터 동기신호를 생성하고 수신된 초음파 신호로 부터 펜의 위치 정보를 추출하고 제어를 담당하는 제어부, 상기 위치정보와 압력정보를 유무선으로 외부기기로 출력하는 외부기기인터페이스, 장치의 동작을 위한 전원부로 구성된 디지털 펜의 위치인식장치;

   상기 위치 인식 장치와 디지털 펜으로 구성된 위치입력장치
2. 1항에 있어서 위치인식장치 구조물 내부에 디지털 펜을 수납할 수 있는 공간을 마련하고, 평소에 수납하고 있다가 사용시에 분리시켜주는 수단을 포함하여 구성된 위치입력장치