KR20080078088A - 손가락의 변위을 이용한 포인터 제어 방식과 손가락 좌표에의한 포인터 제어 방식을 모두 이용하는 터치패드포인팅장치를 갖는 휴대용 소형 디지털 기기 - Google Patents

Abstract

두개의 포인팅장치와 그에 수반되는 기능버튼을 인체공학적인 위치에 배열하여 두개의 커서를 이용하는 사용자 그래픽 유저 인터페이스(GUI- Graphic User Interface)를 구현하여 용이한 문자입력 및 멀티윈도우 시스템이 가능하게 된 핸드폰, 전자사전 등 휴대용 소형 디지털기기

복수 터치패드, 포인팅장치, 복수 포인터, GUI 핸드폰

Description

손가락의 변위을 이용한 포인터 제어 방식과 손가락 좌표에 의한 포인터 제어 방식을 모두 이용하는 터치패드 포인팅장치를 갖는 휴대용 소형 디지털 기기 { Portable Digital Device having touchpad with two pointing modes of displacement control and coordinate control}

도 1은 일반적인 핸드폰(도 1a)과 키패드를 대체하는 터치패드(104)를 장착한 핸드폰(도 1b)의 예로서 101은 전원스위치, 102(GUI/Phone mode 변환 버튼), 103(마우스의 오른쪽버튼), 105(문자입력모드전환 버튼), 106(마우스의 왼쪽버튼)은 기능버튼을 나타내는데 통상적으로 컴퓨터에 사용되는 투 버튼 마우스(two-button mouse)의 실행버튼과 메뉴확장버튼 및 기타 핸드폰 사용에 따른 기능을 담당하게 되는데 버튼의 개수는 도 1b에 나타나는 바와 같이 4개에 제한될 필요는 없다.

도 2는 도 1b의 포인팅장치를 갖는 핸드폰을 파지한 모양으로 한 손으로(도 2a) 작동할 경우와 두 손으로(도 2b) 작동할 경우를 나타내고 있으며 터치패드(202) 위에서 손가락을 움직여 화면상의 가상 키패드(201)의 번호 4에 포인터를 위치시킨 다음 실행버튼(203)을 누름으로써 번호를 입력하게 된다.

도 3은 도 1(b)의 포인팅장치를 입력장치로 하는 핸드폰을 한 손으로 작동하는 경 우 '47'을 입력하기 위한 과정을 나타내고 있다. 도 3a는 화면상의 가상키패드(301)의 번호 '4'에 포인터를 위치시킨 상태이며 도 3b는 실행버튼(303)를 누름으로써 화면상에 4를 입력하는 상황을 보여주고 있다. 도 3c는이미 '4'를 입력한 상태에서 추가로 '7'을 입력하기 위해 화면상에서 포인터를 번호'7' 위로 옮기기 위해 엄지가 터치패드(302)에서 아래로 이동하는 과정을 보여주며 도 3d는 '7'을 입력하기 위한 명령을 실행하기 위해 엄지가 터치패드에서 실행버튼으로 옮겨지고 누르는 동작을 보여준다.

도 4는 도 1b에서 보여 준 핸드폰의 경우 터치패드가 기능버튼(실행 버튼)의 기능을 갖게 되면 기존의 버튼 배열의 핸드폰과 동일한 작동원리로 동작하게 되어 핸드폰 작동 시에 키패드를 갖는 핸드폰(도 4c, 4d)과 손가락의 움직임이 동일함을 보여주고 있다. 즉 포인팅장치를 눌러줄 경우 실행버튼의 기능을 가지고 되는 바, 47을 입력하는 과정을 도 3과 비교하여 보면 도 3b와 도 3d에서 이루어지는 기능버튼을 눌러주는 동작이 필요 없어지고 대신 4a에서 보여주는 바와 같이 터치패드에서 손가락을 움직여 화면상의 '4'를 선택하고 이어서 같은 위치에서 누름 동작이 이어져 '4'가 입력되는데 이는 도 4c에 나타난 기존의 핸드폰의 입력과 동일한 과정을 갖게 된다. 마찬가지로 '7'을 입력하는 경우도 '7'을 선택하기 위한 손가락의 움직임과 누름 동작(도 4b)이 기존의 핸드폰의 경우(도 4d)와 동일함을 보여주고 있다.

도 5는 기능버튼의 기능을 동시에 담당하는 터치패드의 일예를 도식적인 구조로서 보여준다. 501은 터치패드 본체이며, 502는 버튼스위치를 나타내는데 도 5a는 터치패드 본체가 눌리기 전의 상태를 도 5b는 터치패드 본체가 눌렸을 때의 상태를 나타낸다. 도 5c와 5d는 버튼스위치가 터치패드 본체의 옆에 위치하여 포인팅장치가 눌릴 때에 스위치가 옆 방향으로 작동되도록 하는 구조이다.

도 6는 기능버튼의 기능을 갖는 터치패드 뭉치와 버튼기능을 작동시키기 위해 터치패드 뭉치를 눌렀을 때(도 6b)의 모양을 나타낸다. 통상적인 터치패드의 경우 실행버튼 기능과 동일한 기능을 터치패드를 손가락으로 한 번 두드림(탭핑)으로서 담당하게 되는데 이럴 경우 손가락을 터치패드로부터 떼어지는 순간 포인터가 이동하여 실행하여야 할 명령이 이행되지 못하는 에러가 발생할 수도 있고 더 나아가 이러한 추가적인 손가락이 상하 움직임이 기존의 키패드 타입의 핸드폰에 비해 더 많은 에너지와 시간이 요구되어 번호 입력의 효율성을 떨어지게 되는 것이다.

도 7은 돔 스위치(703)를 터치패드(701)의 밑면 쪽에 적용한 것으로 돔스위치가 터치패드의 밑면에 닿는 부분에 배열되는 전극과 기타 전자소자 및 전기회로를 보호하기 위해 절연막(702)을 씌우고 탄성체 스페이서(705)로서 터치패드를 감싸 터치패드의 상하 움직임을 가능하게 하는 동시에 터치패드가 손가락으로 눌려지더라도 터치패드가 핸드폰에 닿는 부분에 틈새가 벌어지지 않게 한다. 바닥면(704)은 터치패드가 눌려질 때 돔 스위치를 고정시켜 on/off 기능이 작동하도록 하게 한다. 도 7a는 눌려지지 않았을 때의 상태를 보여주며 도 7b는 손가락이 터치패드를 눌러서 돔 스위치가 on 상태를 유지함을 보여 준다. 그림에서 돔 스위치의 위치는 터치패드의 가장자리 뿐만 아니라 중심부에 배열하여도 무관하며 단지 사용자가 터치패드를 작동 시에 무리한 힘을 주지 않을 정도로 돔 스위치의 개수와 위치를 정하면 된다.

도 8은 Querty Phone의 두 종류를 보여주는데 도 8a는 LG에서 생산 판매되는 모델 LG9200 Qwerty Phone으로 키보드가 슬라이드형태로 제공되며 도 8b는 Blackberry 8700 모델인데 키보드가 핸드폰의 전면에 제공되고 있다.

도 9는 본 발명이 제공하는 터치패드 두개(906L, 906R)를 사용한 핸드폰을 나타내고 있다. 두 개의 터치패드는 문자입력방식에서 두 개의 커서에 각각 연동되어 동작되며, 각각의 커서는 가상키보드의 영역을 반분하여 좌우 영역을 담당하게 된다. 그리고 네 개의 기능버튼(902~905)을 갖는데 이는 핸드폰의 사용 시에 각기 다른 기능을 수행하게 되며 이러한 기능버튼의 배열은 양 손 혹은 한 손으로도 포인팅장치의 기능을 충분히 수행할 수 있도록 한다. 그리고 문자입력의 편리성을 위해 일반적인 키보드의 자판(9a)을 그대로 사용할 수도 있고 3개의 자판 열을 갖는 단축 키보드(9b)을 사용할 수도 있다.

도 10은 본 발명에 의한 터치패드를 갖는 핸드폰의 예(도 10a, 10b)를 보여 주고 있는 바, 도 10c는 현재 삼성전자의 SPH-B3100 모델로서 화면의 가로보기와 세로보 기가 가능하도록 double hinge를 사용한 기종이다. 이러한 가로보기와 세로보기가 가능한 대표적인 핸드폰 모델이 도 10f(SonyErrison Bravaio Phone W44S) ~ 도 10i(Motorola MPX)에 보여 지고 있다. 마찬가지로 본 발명의 포인팅 장치의 배열은 이메일이나 멀티미디어 플레이어 기능과 같이 가로보기가 유리한 경우와 단순히 전화기능 만을 위한 세로보기 경우 모두에 적용될 수 있으며 도 9에 나타난 바와 같이 키보드 입력장치의 기능을 갖는 QWERTY폰의 구조면에서는 도 8에 나타난 기존의 QWERTY폰에 비해 작은 공간에 키보드를 내장시킨 것뿐만 아니라 그래픽 유저 인터페이스(GUI - Graphical User Interface)를 제공할 수 있다는 점에서 그 장점을 살펴 볼 수 있다.

도 11은 본 발명이 제공하는 핸드폰을 세로보기 사용 시의 모습이며 한 손으로 사용이 가능하여 전화기능으로 간편한 다이얼링을 할 수 있으며 나아가서 송수화 기능을 가능하게 하는 bar-type의 구조를 제공한다.

도 12는 본 발명이 제공하는 핸드폰을 가로보기 사용 시의 모습이며 이 경우 양손을 사용할 수 있어서 문자입력과 GUI시스템의 원활한 운용이 가능하도록 한다.

도 13은 세로보기 모드에서 GUI 시스템을 이용한 방법으로 전화 통화를 기존의 핸드폰과 동일하게 할 수 있음을 보여주고 있다. 도 13a는 핸드폰을 on 시켰을 경우 나타나는 초기화면으로 포인터(커서)를 전화통화 프로그램 아이콘 위에 위치시킨 다음 더블클릭(터치패드를 두 번 눌러 준다)하여 도 13b에 나타나는 가상 키패드를 연 다음 011-813-9715를 걸기 위해서는 '0'부터 '5'까지(도 13c) 기존의 핸드폰과 동일하게 원하는 번호에 커서를 옮겨서 차례로 눌러주면(터치패드를 눌러 준다) 번호가 화면상에 입력되고 마지막으로 도 13d와 같이 가상키패드의 '통화'버튼에 커서를 옮겨서 눌러주면(터치패드를 눌러준다) 통화가 되며 전화 통화가 끝내려면 '종료'버튼을 눌러주면 된다. 기존의 핸드폰과 달리 전화번호를 잘못 입력하여도 다 지울 필요 없이 잘못 입력된 번호만 선택하여 '취소'버튼을 눌러 삭제한 다음 새로 번호를 입력하면 된다. 이러한 입력방법은 컴퓨터에서 마우스를 이용하여 문자를 수정하는 방법과 동일하다. 기존의 핸드폰이 갖는 기능의 구현도 프로그램을 통하여 가능한 것이 본 발명이 제공하는 핸드폰의 장점이다. 따라서 기존의 핸드폰의 키패드를 이용한 통화방법이 익숙한 경우에도 그대로 사용할 수 있는 인터페이스를 제공한다. 예를 들면 마지막 번호 9715만 입력하더라도 그에 해당하는 전화번호(011-813-9715)가 화면에 나타나 '통화'버튼을 눌러주면 된다. 또 기존 핸드폰의 단축키 기능과 같이 '1'번을 오래 누르고 있을 경우(터치패드를 오래 누르고 있는 경우) 이미 입력된 전화번호로의 연결 등도 가능하게 된다. 그리고 초기화면인 GUI시스템으로 돌아가려면 숨어있는 메뉴를 불러서 '메인화면' 메뉴에 커서를 옮긴 다음 버튼(터치패드)을 눌러주면 된다.(도 13e)

도 14는 본 발명이 제공하는 포인팅장치를 갖는 핸드폰에서 가로보기 모드로 기존 컴퓨터의 GUI시스템에서와 같이 이메일 프로그램이 사용되는 것을 나타내고 있다. 도 14a는 핸드폰을 on 시켰을 때 메인 화면을 보여주고 있으며 이메일 프로그램 아이콘에 포인터(커서)를 위치시킨 다음 더블 클릭하면(터치패드를 빠르게 두 번 눌러준다) 도 14b와 같은 이메일 프로그램이 열리고 다시 포인터를 송신편지함에 위치시키고 선택기능버튼(904L)을 더블 클릭하면 도 14c와 같은 송신편지 목록이 나타난다. 같은 방법으로 이메일 목록의 하나를 선택하고 더블클릭하면 이메일의 내용을 열게 되어 도 14d와 같이 새로운 입력이나 수정을 할 수 있는 상태가 된다. 이 때 문자입력모드를 작동시키기 위해 포인터를 문자를 입력하고자 하는 곳에 위치시킨 다음 선택기능버튼(904L)을 눌러주면 문자입력 위치 커서를 표시된다. 이 때 Text/GUI mode 전환버튼(901L)을 눌러주면 화면 하단에 가상키보드가 나타나고 가상키보드 바로 위에 문자를 입력하고자 하는 부분이 위치하게 되어 입력이 가능하게 된다(도 14e). 그리고 문자 입력이 끝나고 다시 도 14f에 나타난 것과 같이 제목 입력이 끝나고 Text/GUI mode 전환버튼(901L)을 눌러주면 다시 입력하고자 하는 위치를 선택할 수 있게 되며 이 때 본문입력 영역에 커서를 옮겨 선택버튼을 더블클릭하면 입력위치커서가 화면에 나타난다.(도 14f) 그리고 Text/GUI mode 전환버튼(901L)을 눌러주면 가상키보드를 사용할 수 있는 환경이 만들어진다.(도 14g) 문자입력모드에서 본문 입력이 끝나면(도 14h) Text/GUI mode 전환버튼(901L)을 눌러주어 UI모드로 전환하여 다음 단계로 이행하게 된다. 예를 들면 포인터를 메뉴판의 파일로 옮겨 선택버튼을 눌러 다운메뉴를 펼쳐 '저장', '보내기' 혹은 '끝내기'를 실행할 수 있다. 만약 '끝내기'를 실행하면 메인화면(도 14a)으로 돌아오게 된다.

도 15는 가상키보드의 모습을 나타내는데 도 15a는 문자입력모드가 시작될 때 가상키보드가 화면에 나타나는 모습으로 좌우포인터는 'f'와 'j'에 위치하게 된다. 이 때 가상키보드의 좌우측에 두 개의 포인터(커서)가 나타나고 각각의 포인터는 키보드의 가운데 선을 경계선으로 하여 넘어가지 못하고 키보드의 좌측영역(1501)과 우측영역(1502)에서만 작동하게 된다. 이는 키보드와 동일하게 좌측은 왼쪽 엄지가 우측은 오른쪽 엄지가 담당하여 문자입력의 효율성을 배가시키고자 하는 고안이다. 즉 두 개의 포인터가 서로 교차하는 일도 없어지고 터치패드를 아무리 조작한다고 하여도 포인터는 좌우측에 위치가 고정되어 양손가락(엄지손가락)의 움직임이 한층 자유롭게 되고 그에 따른 문자 입력이 QWERTY 키보드와 같은 입력의 효율성을 가져오게 된다. 그리고 도 14g와 같은 문자 입력모드에서 자주 사용하게 되는 'Enter', '한/영 변환' 및 'Cap(영어의 대문자 변환기능)'의 기능을 터치패드 주변의 기능버튼이 담당하게 하여 고정된 위치에서 쉽게 조작이 가능하게 하여 문자입력의 효율성을 보다 증가시킨 것을 보여주고 있다. 실제로 'Cap' 기능버튼을 눌러주면 가상키보드의 키가 대문자모드로 변하게 된다.(도 15b)

도 16은 문자입력과정에서 "... I am fine."에서 "... I am"까지 입력되어 다음에 스페이스를 그리고 'fine'을 입력하는 과정이다. 도 16a는 '... am"까지 입력된 상태이고 도 16b는 스페이스를 입력하려고 오른쪽 엄지를 터치패드의 우측하단으로 움직여 눌러주면 스페이스 기능을 담당하게 한다. 스페이스 입력이 끝나고 'fine' 을 입력하기 위해서는 커서를 'f'와 'i'에 위치시키고 차례로 좌측과 우측 터치패드를 눌러주면 된다.(도 16c) 하지만 문자입력모드에서 그 어느 것보다 많이 사용하는 것이 '스페이스'이므로 이를 간편하게 입력할 수 있는 방법이 가상키보드의 가장 아래쪽 오른쪽 구석에 위치시키는 방법과 터치패드를 누르지 않고 단지 손가락을 좌우로 이동하여 입력시키는 방법을 이용할 수 있는데 이는 도 36에 설명되어 있다.

도 17은 본 발명이 제공하는 두개의 터치패드와 다수의 기능버튼을 갖는 핸드폰의 경우 마우스와 같이 GUI 시스템상의 작업이 용이함을 보여주고 있다. 도 17a는 문서를 휴지통에 삭제하는 과정 중 우측 터치패드와 좌측 명령실행 버튼(좌측 터치패드의 아래쪽에 위치한 기능버튼)을 이용하여 문서를 선택하는 것이고 도 17b는 명령실행버튼을 누른 상태에서 우측터치패드를 이용하여 문서를 휴지통까지 옮기는 과정이다. 포인터가 하나이고 포인팅장치가 두 개인 경우는 포인팅장치가 각기 독립적으로 작동하므로 좌우손잡이 모두에게 손의 동작이 용이한 대로 사용할 수 있는 장점이 있어서 마우스와 같은 작업의 편리성을 보장한다. 도 17에 나타난 바와 같이 오른손잡이의 경우는 우측터치패드를 사용하고 왼손잡이의 경우는 좌측터치패드를 사용하면 된다. 그리고 좌우측 기능버튼(904L, 904R)은 마우스에서와 같이 상호 변환되어 사용될 수 있게 하면 오른손잡이의 동작을 보여주는 도 17b의 작동이 왼손잡이에게도 적용되는 것이다.

도 18은 두개의 터치패드를 가로보기(18c) 세로보기(18b) 모드가 모두 가능하도록 한 더블 슬라이딩 구조를 갖는 핸드폰을 보여 주고 있다. 이러한 구조의 핸드폰과 도 8a에 나타난 핸드폰을 비교하면 본 발명에 제공하는 핸드폰의 경우 도 8a의 핸드폰의 몸체의 키패드 길이만큼 화면을 크게 확장할 수 있는 공간을 제공하여 화면을 보다 넓게 사용할 수 있게 하거나, 만약 화면의 크기가 같을 경우라면 핸드폰의 크기가 도 8a의 핸드폰이 갖는 몸체의 키패드 길이만큼 작아질 수 있음을 보여주고 있다. 따라서 기존의 키패드를 이용하는 QWERTY폰에 비해 공간상으로 훨씬 효율적이며 GUI 구현이 가능하다는 점에서 보다 다양한 기능이 가능해진다.

도 19는 두 개의 터치패드를 갖는 전자사전(도 19b, 19c)을 기존의 키패드 입력장치를 갖는 전자사전(도 19a)과 나열한 것으로 본 발명이 제공하는 터치패드를 갖는 전자사전의 경우 GUI시스템을 기초로 운용되기 때문에 내장된 각각의 사전을 컴퓨터의 응용프로그램과 동일하게 사용할 수 있게 하며 양손을 이용하여 전자사전을 들고 사용할 경우는 도 12a에 나타난 바와 같이 사용하고 한 손만을 사용할 경우는 사전을 바닥에 놓고 도 2b에 나타난 바와 같이 한 손만으로 터치패드를 이용하면 된다. 그리고 기존의 전자사전이 메뉴를 step down 방식이어서 단지 하나의 창을 보여주는데 반해 본 발명이 제공하는 전자사전은 도 19c에 나타난 바와 같이 multi windows 방식이 가능하여 동시에 여러 개의 사전을 사용할 수 있게 하여 준다. 즉 화면에서 "일한..."으로 표시된 하단의 radio button을 클릭하면 현재 화면에 보이는 영한사전과 동일하게 일한사전을 이용할 수 있게 된다.

도 20은 터치패드 위에 둘 이상의 기준점을 만들어 이들 기준점을 가상키보드의 두 개 이상의 키에 연계시킴으로써 가상키보드를 이용한 문자입력이 보다 용이하게 하기위한 구조를 도 20a가 보여주고 있다. 좌우 터치패드 위에 각각 4개의 기준점(2001-L1, L2, L3, L4, R1, R2, R3, R4)이 있어서 이들 기준점을 가상키보드의 s, e, f, c와 j, i, l, m과 연계시킬 경우 손가락이 느끼는 이들 기준점으로부터의 상대적인 위치로부터 입력되는 문자를 화면을 보지 않고도 알 수 있게 하는 원리이다. 예를 들면 가상키보드가 시작될 때에 포인터가 가상키보드의 f와 j에 자동으로 위치하게 하고 도 20b에 나타난 바와 같이 터치패드위의 손가락이 기준점 2001-L1과 R1에 놓고 포인터를 움직이기 위한 움직임을 시작할 경우 좌측 터치패드 위의 손가락은 2001-L1에서 L3로 움직이고 그에 따라 포인터도 화면상에서 'j'에서 's'로 움직이게 된다. 그 상태에서 터치패드를 눌러주면 's'가 입력되게 되는 것이다. 즉 기준점을 이용한 상대적인 위치 감각의 인지는 터치패드를 이용하여도 키보드를 사용하는 경우와 같이 손가락을 어느 방향으로 얼마만큼 움직여야 할지를 이미 결정할 수 있게 하기 때문에 화면을 계속 쳐다보면서 포인터의 위치를 맞추려고 노력하지 않아도 되는 것이다. 결과적으로 포인터를 이용한 입력방법에서도 키보드와 같은 절대적인 위치 설정이 가능하게 되어 가상키보드가 실제 키보드와 똑 같은 편리성을 갖게 된다. 다만 실제 키보드가 다섯 손가락을 모두 이용하는 반면에 터치패드를 이용한 가상키보드는 한 손가락만을 이용한다는 점이 다를 뿐이다. 도 20b와 20c는 손이 터치패드위의 기준점에 놓이는 위치와 가상키보드에서의 기준점에 해당하는 키의 위치를 보여주고 있다.

도 21은 터치패드위에 손가락이 놓이는 기준점을 조그만 돌기가 아닌 가로세로 퍼즐의 모양을 갖는 패턴의 돌기를 배열함으로서 보다 용이하게 자판의 위치를 파악할 수 있게 한 구조이다. 이러한 가로세로무늬의 형태의 장점은 터치패드 위에서 손가락의 움직임이 직선운동을 할 수 있는 안내역할을 하여 자판의 위치 뿐만 아니라 위치를 쉽게 찾게 해주는 역할을 해준다. 진한 색으로 표시된 정사각형 영역(2101, 2102)이 각각 가상키보드의 자판 'a'와 'm'의 위치에 해당한다. 이러한 사각형 형태의 돌기부의 요철 형태는 도 21b의 단면도에 나타나 있다. 터치패드는 주의보다 5mm이내에서 낮게하여 가장자리 모서리부분이 손가락의 안내 역할을 담당하고, 돌기부분(2101, 2102)은 1mm이내에서 돌출되어 손가락의 움직임에 지장을 주지 않는 범위에서 위치를 인지할 수 있게 해준다. 하지만 터치패드의 정전용량의 변화에 영향을 주지 않기 위해서는 0.5mm이하 더욱 바람직하게는 0.1mm내외의 돌기부분(2101, 2102)을 이루는 것이 좋으며 핸드폰의 경우 터치패드에 의해 두께가 두꺼워지는 것이 바람직하지 않기 때문에 터치패드를 주위와의 높이 차이를 가능한 한 줄이는 것이 이상적이며 그 차이가 1mm 이내여도 본 발명이 추구하는 손가락의 안내역할을 담당할 수 있다.

도 22는 터치패드에 수반되는 기능버튼의 배열과 터치패드(2400L, 2400R)의 단면구 조를 보여주고 있다. 도 22a에 나타난 구조는 기능버튼으로 일반적인 돔 스위치(dome switch - 2201, 2202, 2203)와 터치패드의 밑에도 돔 스위치(2205)를 적용한 것이고 도 22b는 기계적 버튼 대신 터치패드의 가장자리((S)1, (S)2, (S)3, (S)4, (S)5, (S)6)를 두드려서(tapping) 터치패드의 정전용량 변화를 가져와 스위치 기능이 작동되도록 한 것이다. 이러한 두드림 동작은 터치패드 주변영역이((S)1, (S)2, (S)3, (S)4, (S)5, (S)6) 장치 케이스(case)로 막혀있기 때문에 터치패드 영역(2208L, 2208R) 상하 움직임을 통한 돔 스위치의 작동을 유발시키지 않는다. 특히 도 21의 형태와 차이점은 터치패드의 위치를 손가락이 쉽게 파악할 수 있도록 요철형태(2207L, 2207R)를 제공하고 있다. 즉 x방향으로만 굴곡이 있고 y방향으로는 굴곡이 없어서 보다 쉽게 x위치를 파악할 수 있게 하고 y방향 위치 감각은 가장자리(2208L, 2208R) 이용하게 된다.

도 23은 도 22b의 구조에서 터치패드(2301L, 2301R) 밑에 돔 스위치가 적용되지 않은 구조로서 돔 스위치의 기능을 전화기의 뒷면(23b-(B)) 상, 하단부 양쪽에 위치한 스위치(2303L, 2030L', 2303R, 2303R')로 대신하는 구조이다. 이들 스위치는 'L'자형 형태의 레버와 돔 스위치(2304L, 2304R)로 구성되어 밑면, 모서리 혹은 뒷면 어느 쪽에서도 힘을 가해 작동하며 실제 이를 작동시키는 손의 모양이 도 23c에 나타나 있다. 경우에 따라서는 전화기 뒷면 상단에 있는 스위치(2303L', 2303R')를 생략하거나 혹은 소프트웨어로 이들 스위치의 기능이 작동하지 않게 하여 단지 하단부의 스위치만 작동하게 할 수도 있다. 도 23b-(A)는 가로모드(문자입력모드)를 23b-(B)는 세로모드(핸드폰모드)에서 오른손잡이의 경우 손가락의 위치를 보여준다. 이들 손가락의 위치는 엄지가 자유롭게 움직이면서도 스위치(2303L, 2303R)의 작동이 용이하여 터치패드 밑면에 스위치를 배치한 경우와 동일한 스위치 작동의 용이성을 제공한다. 더욱이 도 33에 설명되어 있듯이 터치패드를 손가락으로 눌렀을 때 발생하는 정전용량 변화를 이용하는 방법도 함께 적용하는 방법도 가능하여 이들 스위치와 병용할 수 있으며 더 나아가서는 핸드폰의 구조를 간단하게 하기 위해 이들 스위치(2303L, 2303R)를 아예 생략하고 터치패드의 정전용량변화만을 이용하여 스위치 기능이 작동하도록 할 수도 있다.

도 24는 본 발명에서 두 개의 터치패드를 이용하여 문자를 입력하는 방법에 대하여 설명한다. 도 24a와 도 24b는 각각 터치패드의 좌표계와 가상키보드의 좌표계를 보여주고 있는데 이는 도 24c에서 설명하게 될 터치패드의 작동원리의 기본이 된다. 터치패드 좌표는 좌우가 분리되어 독립적으로 작동하므로 좌표가 각각 L, R로 구분되는데 반해 가상키보드의 좌표계는 좌우가 분리되어 있지 않고 이어져 있기 때문에 x축의 범위는 -x₅에서 +x₅까지로 표시되어 있다. 가상키보드 좌표계의 특징은

x₁ =

x₂ =

x₃ =

x₄ =

x₅ 이고

y₁ =

y₂ =

y₃이다. 마찬가지로 터치패드의 좌표계도

X₁ =

X₂ =

X₃ =

X₄ =

X₅ 이고

Y₁ =

Y₂ =

Y₃ 이다. 본 발명에서 고안된 좌우분리 터치패드의 작동원리가 기존의 터치패드의 작동원리와 상이하다. 즉 일반적인 UI(UI - user interface)에서 커서의 움직임을 결정하는 것은 포인터 입력장치인 터치패드 혹은 마우스로부터 발생되는 신호(

X,

Y-finger's diplacement)로부터 커서의 x, y 방향으로의 이동거리(

x,

y - cursor's displacement)에 해당하는 데이터를 받아들여 커서의 새로운 위치를 선정하는데 반해 본 발명의 문자입력모드에서의 커서 작동은 터치패드의 절대좌표에 의해 결정되는데 함수과계로 설명하면 터치패드의 한 점은 가상키보드의 한 점에 대응된다는 점이다. 말하자면 포인터 입력장치인 터치패드로부터 발생되는 신호(X, Y - 손가락의 위치 좌표)로부터 커서의 좌표(x,y)를 계산하여 그 좌표에 해당하는 위치에 커서를 위치시키는 것이다. 문자 입력 시에는 두개의 커서를 독립적으로 한정된 영역(좌측 커서의 경우 -x₅ ≤ x ≤ x₅, y₀ ≤ y ≤ y₃ ; 우측커서의 경우 -x₅ ≤ x ≤ x₅, y₀ ≤ y ≤ y₃ )에서 손가락의 위치좌표(X,Y)에 해당하는 커서의 좌표(x,y)에 의해 위치가 선정되며 이러한 방식에 의한 커서의 좌표 계산식(X ->x, Y->y)은 도 24c에 나타나 있다. 예를 들면 문자입력모드에서 오른쪽 엄지가 도 24a의 우측 터치패드의 문자 'p'가 표시된 위치에 닿은 상태에서 'y'로 이동하는 경우와 손가락이 'p'로부터 떨어져서 'y'로 이동하는 경우에 차이가 없다는 점이다. 이점이 일반적인 터치패드의 작동원리와 본 발명의 문자입력모드에서 터치패드를 이용하는 원리와의 차이점이다. 그리고 문자입력이 아닌 일반적인 UI 모드에서는 터치패드 위에서의 손가락의 움직인 거리(

X,

Y)를 커서의 움직이는 거리(

x,

y)로 환산하여 적용하게 되며 사용자의 편리성에 따라 손가락의 이동 거리(

X)에 해당하는 커서의 움직이는 거리(

x)의 비는 임의로 조정될 수 있다. 이러한 커서 작동 원리가 도 24c에 나타나 있다. 따라서 본 발명의 두 개의 터치패드를 이용하여 화면상의 커서를 제어하는 경우 일반적으로 쓰이는 이동거리 신호방식과 절대좌표 신호방식이 혼용된다.

도 25은 터치패드의 좌표계와 커서 좌표계의 대응이 비선형적인 경우이다. 이는 터치패드를 작동하는 손가락의 움직임이 관절에 의해 원운동을 하기 때문에 실질적으로 직선운동이 용이하지 않아서 손가락이 좌에서 우 혹은 우에서 좌로 이동할 때 필연적으로 상하 이동이 수반되게 된다. 특히 도 25c의 'A'에서 나타난 바와 같이 손가락이 터치패드의 중앙에서 움직일 경우를

Y₁과

Y₃영역에서는 터치패드의 가장자리 모서리를 기준으로 삼아 손가락이 움직이며 상하 이동 폭이 적은데 반해

Y₂ 영역에서는 상대적으로 상하 운동 폭이 심하게 되어

Y₁ 혹은

Y₃ 영역('i'에 해당하는 부분)을 선택하게도 되는 것이다. 이를 보완하기 위해

Y₂ 영역을 크게 함으로서(도 25c 의 'B'의 경우) 동일한 손가락의 움직임에도 실제 가상키보드에서는

y₂ 영역을 선택하여 보다 안정적으로

y₂ 영역에 있는 a, s, d, f, g, h, k, l, ?을 쉽게 선택하고 입력할 수 있게 해 준다. 가상키보드 화면상에서 각 열의 높이(

y₁,

y₂,

y₃)는 동일하더라도 이들 각 열에 해당하는 터치패드의 상, 중, 하 세 개의 영역의 상하 폭이 다르게 했을 때(

Y₁ =

Y₃ <

Y₂ ), 커서의 움직임과 손가락의 터치패드 상에서의 움직임이 연계하는 관계식이 도 25b에 도식적으로 표현되어 있다. Y -> y 변환이 직선적이지 않고

Y₁ (Y₀ ≤ Y ≤ Y₁)과

Y₃ (Y₂ ≤ Y ≤ Y₃)영역에서는

Y₁(=

Y₃)->

y₁(=

y₂=

y₃)으로 대응되고

Y₂ (Y₁ ≤ Y ≤ Y₂)영역에서는

Y₂->

y₂으로 대응된다. 이러한 대응 관계를 이용한 장점이 도 25c에 나타나 있다. 즉 손가락의 움직임이 동일하더라도 각 열이 동일한 폭(

Y₁ =

Y₂ =

Y₃)을 갖는 (A)의 경우 커서가 'a' -> 'i' ->'?'의 경로를 가지게 되나, 가운데 열이 넓은 폭을 갖는 (B)의 경우 커서가 동일한 'a' -> 'k' ->'?'의 경로로 동일한 열을 지나가게 된다. 실질적으로 손가락의 움직임에 여유가 생겨 손가락의 관절운동에 의해 상하로 움직임이 폭이 커지더라도 커서의 움직임은 동일한 열에서 이루어지게 하는 장점을 갖게 된다.

도 26은 도 24에 나타나 있는 구조의 터치패드를 세로모드에서 전화모드를 작동하는 원리를 설명한다. 도 26a는 세로로 전화기를 들고 있는 손의 모습이며 도 26b는 이미 전화입력모드로 변환된 상태를 보여주고 있다. 도 26과 도 13을 비교하면 도 13a는 세로모드에서 전역(whole area)모드인 UI(User Interface)모드로 작동되고 있고, 도 13b는 전화모드로 변환된 상태이다. 전화모드에서 초기는 전역모드로 시작하되 도 26b의 (A), (C)에 나타나 있는 것처럼 전역터치패드(2603)에 손가락이 닿을 경우는 전역모드로 작동하여 전역커서(2602)을 화면에 표시하며 문자입력모드는 손가락이 문자입력 터치패드(2606)에 닿을 경우 작동하며 커서는 문자입력커서(2605)로 변화된다. 이들 커서의 작동 영역은 도 26c에 나타나 있는 바와 같이 전 체영역(2601)과 키패드영역(2604)으로 된다. 도 26b는 활성상태를 보여주기 위해 비활성커서는 생략되어 있으며 전역커서의 경우 26c-(A)에 표시된 위치에서 문자입력 커서를 보여주는 26c-(B)에서와 같이 전역커서를 이동하여 '5'를 선택하고 눌러줘도 작동하게 된다. 즉 전역커서는 문자입력도 가능하다. 다만 전역커서를 동작시키는 터치패드는 좌표 변화량(

x,

y)에 해당하는 신호를 제공하는 점이 문자입력 커서를 제어하는 터치패드와 다른 점이다. 따라서 본 발명의 휴대전화기의 전화모드에서는 실질적으로 두 개의 커서가 존재하지만 하나만을 화면에 나타내거나 두 개를 모두 나타내되 활성과 비활성을 구분하여 작동하게 하는 semi-dual cursor 시스템을 적용할 수도 있다. 그리고 각각의 커서는 그것을 움직이게 하는 터치패드와 작동 영역이 다를 뿐이지 근본적으로 각각의 포인터로서의 기능은 동일 한 것이다. 화면상에서 활성상태에 따라 밝기의 조절이나 색깔의 차이를 주는 방법 혹은 비활성 커서를 화면상에서 사라지게 하는 것은 단지 사용자의 혼동을 막기 위한 것이며 두 개의 커서를 동시에 사용하게 된다. 이상은 두 개의 터치패드를 갖는 경우이고 실제로 세로모드에서 하나의 터치패드만을 사용하여야 하는 경우(도 1b, 도 23c-(C))는 전역모드와 문자입력모드를 변환시켜주는 기능을 갖는 버튼을 이용하여 동일한 터치패드로 두 가지 모드(도 26b-(A), (C))를 상호 전환하여 사용할 수 있다.

도 27은 도 25에 나타나 있는 터치패드를 세로모드로 사용하게 될 때의 터치패드의 좌표계(도 27a)와 이 따르는 커서좌표 산출방식에 대한 흐름도(도 27b)를 나타내고 있으며 이를 이용할 경우 손가락의 움직임에 따른 커서의 움직임(도 27c)에 보여주 고 있다. 가로모드와 달리 세로모드에서는 손가락의 좌우 움직임보다는 상하 이동시에 좌우로 치우치는 것이 문제가 되므로 이를 보정하기 위해

X₂ 영역을

X₁과

X₃영역보다 크게 하는 것이다. 이렇게 할 경우 손가락의 상하이동중에 좌우로의 움직임이 있더라도 실제 커서의 움직임은

x₂의 영역 안에 한정되어 안정적인 입력이 가능하게 된다.

도 28은 본 발명에서 두 개의 터치패드로부터의 신호를 이용하여 화면에 커서를 표시하는 과정을 도식적으로 나타낸 것이다. 각각의 터치패드는 (X, Y)좌표 데이터를 생성하여 데이터처리 장치에 제공하고 데이터처리 장치는 이를 화면상에 전역커서와 문자입력커서를 제어하기 위해서 전역모드에서는 일반적인 커서의 화면 좌표변화량(

x,

y)을 산출하여 커서를 움직이고, 문자입력모드에서는 커서의 화면 좌표(x, y)를 산출하여 문자입력커서를 움직이게 한다. 다만 가로모드의 문자입력모드에서는 두 개의 문자입력커서를 움직이기 위해 두 개의 커서 좌표, (x₁, y₁), (x₂, y₂)를 산출하는데 반해 세로 모드에서는 문자입력모드일 경우 문자입력커서 하나만이 표시되게 된다. 그리고 우측 점선으로 표시된 사각형 내의 내용은 터치패드가 하나만일 때에 UI(User Interface)를 구현하는 방법을 보여주고 있다. 즉 도 1b에 보여지는 단일 터치패드 시스템을 위한 UI 구현 방법이다.

도 29는 터치패드에 있는 기준점에 손가락이 놓일 경우 손가락이 터치패드와 접촉하는 면적의 중심이 기준점과 일치하지 않는 것을 보정하기 위한 방법을 도식적으로 설명하고 있다. 도 29a에 나타난 바와 같이 자판 'k'에 해당하는 점(P_k)에 손가락(엄지)이 놓인다고 해도 터치패드가 산출하는 접촉점 P_k,cal는 (X', Y')로 실제 기준점 P_k의 좌표(X, Y)와 차이를 가지게 된다. 이는 도 29b에 자세히 나타나 있다. 따라서 도 24a에 나타나 있는 터치패드 좌표계를 이용하여 도 24c에 따른 방법으로 커서의 좌표를 산출하면 도 29c에 나타난 바와 같이 커서를 실제로는 'i' 'o' 'k' 'l'이 중첩되는 지점에 위치시키게 되는 것이다. 따라서 P_k,cal가 실제로 'k'의 중심위치로 보정하기 위해서는 도 29b에 보여지는 실제 P_k와 P_k,cal의 차이(DX_k, DY_k)만큼 터치패드 좌표계를 이동하여 새로운 좌표계(X'-Y')를 설정하면 P_k,cal가 'k'를 나타내는 영역의 중심에 위치하게 된다. 이렇게 설정된 새로운 터치패드 좌표계(X'-Y')를 이용하여 커서의 좌표를 가로모드와 세로모드(전화모드)에서 산출하는 방법이 각각 도 29d와 29e에 나타나 있다.

도 30은 터치패드로 포인팅기능외의 다른 기능을 가질 때 손가락에 의한 압력 변화를 보여주고 있다. 터치패드가 압력의 변화를 산출하는 원리는 손가락이 터치패드에 압력을 가할 때에 손가락이 터치패드에 닿는 면적이 증가하여 정전용량의 변화가 발생하기 때문이며 이러한 정전용량의 변화로부터 압력의 변화를 계산하게 된 다. 따라서 일반적으로 포인팅 기능을 위해서 손가락이 터치패드 위에서 움직일 때는 도 30a에 나타난 것처럼 작은 압력변화를 가져오지만 포인팅작업과 달리 압력을 가해 누르면 도 30b에 나타난 것처럼 압력이 Z_t,max(pressure at touch)보다 증가한 Z_p,max(pressure at pressing)을 보여준다. 이와 같은 압력의 차이를 이용하여 실제 터치패드에 손가락이 가하는 압력이 누름기준압력(Z^o _pr)보다 큰 경우에 스위치 기능을 부여하게 되면 도 5와 도 7에 나타난 누름기능을 담당하는 스위치 장치를 따로 설치하지 않아도 된다. 여기서 누름기준압력은 실제 사용자가 터치패드를 눌러 줄 때 생기는 최소 압력(Z_p,min)과 터치압력사이에 임의로 사용자가 설정하게 되는 압력이다. 이렇게 설정하는 목적은 터치패드를 눌러주었을 때 나타나는 가장 작은 압력(Z_p,min)도 스위치기능을 항상 작동할 수 있게 하려는 것이다. 이와 더불어 또 하나의 설정 상수 즉 누름문턱압력(Z_pr,th - threshold pressure of pressing)이 있는데 이는 누름압력으로 스위치 기능을 발휘하고자 할 때 스위치가 작동되는 시작압력이다. 이는 또 도 32에서 설명하는 문자입력 오류를 수정하는데 이용되어 자세한 설명은 도 32에서 이루어진다. 그리고 도 30c에 나타난 것처럼 터치영역(회색으로 나타난 부분) 지속시간-

t_tap,1,

t_tap,2-의 단락이 연속으로 이어질 경우 또 다른 스위치 기능을 부여할 수 있다. 이는 이미 기존의 포인팅장치로 쓰이는 터치패드의 탭핑을 통한 기능버튼으로의 활용 방법이다. 다만 Z_tap가 Z_p,max나 Z_p,max에 비해 크거나 작을 수 있지만 이는 문제가 되지 않으며 중요한 것은 우연히 터치패드에 닿았다 떨어지는 경우와 구별할 수 있는 단락시간의 크기와 변화이다. 즉

t_tap,1,

t_off,1,

t_tap,2의 범위 설정에 의해 스위치 기능을 부여하게 된다. 이렇게 정전용량의 시간적인 변화를 이용한 탭핑기능의 활용은 도 22a의 기능버튼(2201, 2202, 2203)을 제거하여 도 22b와 나타난 바와 같이 터치패드만으로 이들 기능버튼의 기능을 담당하게 된다. 따라서 도 22b의 (S)1~(S)6의 영역에 각기 다른 기능을 부여하면 된다.

도 31은 도 30에서 설명한 기능버튼을 대체한 탭핑이 가능한 터치패드(3101)의 영역을 보여주고 있다. 실제로 도 30에서 설명한 바와 같이 탭핑과 누름기능이 터치의 단락시간에 의해 구분되지만 누름영역(3102)과 탭핑영역(터치패드의 영역에서 누름영역을 제외한 영역 : (S)1~(S)6)을 이를 기계적으로 보다 명확하게 구분한 것을 도 31-(A)에 보여주고 있으며 도 31-(B)의 우측 터치패드는 이러한 영역구분을 제거하여 문자입력모드에서 각각의 문자키에 해당하는 영역을 증가시킨 경우를 보여주고 있다. 이렇게 문자키의 영역이 증가되더라도 탭핑영역((S)'2, (S)'4, (S)'6)은 그대로 유지시킬 수 있다.

도 32는 터치패드의 누름압력변화를 이용한 버튼기능부여에 따르는 에러발생을 과정을 설명하고 있다. 예를 들면 문자 'k'를 입력하기 위해 손가락을 터치패드의 'k'영역에 위치한 다음 누르는 과정이다. 이를 설명하기 위해 터치패드의 위치를 X1.5~X3.5로 구분하고(도 32a) 손가락이 'j'영역에서 'l'영역까지 움직이는 과정에 'k'의 위치에서 터치패드를 누르는 과정이다. 이 과정에서 압력의 변화가 도 32b에 나타나 있는데, 가장 이상적인 압력의 변화가 도 32b-(A)이지만 실제는 도 32b-(B)~(D)까지 가능하다. 문제는 도 32b-(D)에서 보여주는 경우인데 이는 압력을 가하는 시점은 손가락이 문자 'k'영역 안에 있을 때에 이루어지지만 최대 압력에 이르는 시점은 손가락이 'l'영역 안에 이르렀을 때이어서 사용자가 입력하고자 원하는 문자와 실제 입력된 문자는 다르게 되는 에러가 발생한다. 이를 수정하기 위해 본 발명에서 도입된 개념이 누름문턱압력(Z_pr,th : pressure of threshold)이다. 이는 사용자가 터치패드를 누르는 습관에 따라 정할 수 있는 압력 변수로서 누름기준압력(Z^o _pr : pressure of pressing)과 Z_tch(pressure of touch) 사이의 값으로 정하면 된다. 도 32b에는 누름과정에서 일어날 수 있는 4가지의 경우를 도시한 것으로 압력의 변화를 X좌표를 가로축으로 하여 나타내고 있으며 이중 도 32b-(A)는 해당하는 가장 이상적인 입력과정을 좀 더 자세히 도 32c에 X좌표((A))와 시간((B))에 따른 압력의 변화로 나타내고 있다. 터치패드에 손가락이 닿은 상태에서 압력을 가하면 도 32c-(A)에 나타난 것처럼 X2.5에서 하나의 피크로서만 나타나서 압력변화를 자세히 볼 수 없지만 이를 시간에 대해 표시하면 시간 t(X_2.5-)에서 누름이 시작하여 t(X_pr)에서 최고압력에 이르고 다시 t(X_2.5+)에 정상적인 터치압력(Z_tch)에 이르게 된다. 즉 최고 압력 전후에 문턱압력에 해당하는 시점이 존재하게 되는데 본 발명에 서는 이를 이용하여 입력과정에서 발생할 수 있는 에러를 보정하게 된다. 이상적인 누름과정에서는 문턱압력(Z_pr,th)에 해당하는 두 지점 X_pr,th-(X_pr직전의 문턱압력 지점)와 X_pr,th+(X_pr직후의 문턱압력 지점)이 모두 문자 'k'의 영역 안에(X₂<X<X₃)에 머물러 있다. 하지만 도 32a-(C)에 해당하는 누름과정에서는 X_pr,th-은 문자 'k'의 영역 안에 X_pr,th+은 문자 'l'의 영역 안에 머물게 되며 더구나 입력을 실행을 결정하는 X_pr도 문자 'l'의 영역 안에 머물게 된다. 따라서 도 32b-(C)와 도 32b-(D)에 해당하는 누름과정은 문자 'k'가 아닌 'l'를 입력하는 에러를 발생시키는 누름과정이다. 이러한 오류를 발생시키는 것을 방지하는 방법은 실제로 입력되는 문자가 X_pr에 해당하는 것이 아니고 X_pr,th-에 해당하는 문자를 입력하면 되는 것이다.

도 33은 도 32에서 설명한 터치패드의 압력변화를 이용한 스위치기능을 부여함에 있어서 발생할 수 있는 오류를 보정하는 흐름도를 나타내고 있다. 문자입력모드가 시작되면 도 28에 나타난 데이터처리장치는 커서좌표의 산출 뿐만 아니라 압력의 변화에 따른 문턱압력에 해당하는 좌표를 지속적으로 저장 및 업데이트하여 누름압력(Z_pr) 직전의 문턱압력(Z_{pr,th- :} 모식도에서는 P^-1)과 누름압력을 비교하여 이들에 해당하는 문자-V(Z_pr)-가 동일하지 않으면 실제로 입력되는 문자는 V(Z_pr,th-)에 의해서 실행하게 하는 모식도이다.

도 34는 터치압력과 누름압력의 차이를 극대화하기 위해 터치패드(3401)위에 손가락과 접촉하는 절연막(3402)을 탄성체를 이용하는 방법을 도식적으로 나타내고 있다. 일반적인 터치패드는 절연체가 비탄성체로(3402U) 이루어져서 터치되었을 때와 압력을 가해 눌려졌을 때에 두께의 차이가 없어서 터치패드가 산출하는 압력의 변화는 단지 손가락(3403)이 터치패드에 닿는 면적의 변화(

A = A_p-A_t)에 근거한 것인데 반해 본 발명의 터치패드 위의 절연체(3402)는 탄성체여서 눌려졌을 때에 면적의 변화만을 가져오는 것이 아니라 두께의 변화(

d1)를 가져와서 누름압력과 터치압력의 차이를 훨씬 크게 하고 그에 따라 감도가 증가하여 큰 힘을 가해주지 않아도 누름입력이 가능하게 하여 도 33에 나타난 바와 같이 많은 힘을 가하기 위해 손가락이 움직이는 오류도 방지할 수 있게 해준다. 그리고 도 21과 도 22에 보여 지는 터치패드위에 위치하는 절연체(3402)막의 요철구조는 터치패드의 정전용량의 변화를 가져오는 요인이 될 수도 있으므로 이럴 경우 터치압력, 누름압력, 문턱압력의 위치에 따른 변화를 가져오게 되어 이를 보정하기 위한 방법으로 도 34(A)에 보여 지는 칸막이형의 절연체를 사용할 수 있다.

도 35은 문자입력모드에서 가장 많이 사용하게 되는 스페이스(space)와 백스페이스(back space)를 스위치기능을 이용하여 가상키보드상의 스페이스를 선택하여 입력할 수도 있지만 터치패드 위에서 손가락이 터치패드와 평행하게 좌우로 이동하기만 하면 입력이 수행되도록 하는 방식을 보여주고 있다. 즉 문자입력을 위해 손가락이 좌우로 이동하는 것은 일반적이지만 도 35a에 보여주는 바와 같이 터치패드의 좌에서 우로 혹은 우에서 좌로 빠르게 왕복하는 것은 본 발명에서와 같이 특수 문자 혹은 기능을 수행하기 위해 의도적으로 움직이는 경우가 아니면 실제 문자입력을 위해서는 일어나지 않는다. 따라서 왼쪽 터치패드를 작동하는 엄지는 주로 오른쪽에 치우쳐 있으므로 우->좌->우의 움직임이 편리하고 오른쪽 터치패드를 작동하는 엄지는 왼쪽에 치우쳐 있으므로 좌->우->좌의 움직임이 편리하므로 이러한 움직임에 각각 back space와 space 기능을 부여하면 문자입력이 한결 수월해지게 된다. 이러한 작동을 위해 도 28의 데이터처리장치는 손가락의 기준 좌표(X₁, X₂, X₃, X₄, X₅)를 지나치는 지점의 시간을 저장하여 이들이 그리는 궤적이 도 35c와 도 35d의 에 해당할 경우 스페이스 혹은 백스페이스를 실행하게 되는 것이다. 다만 실제 문자입력을 위해 ①, ②, ③에 해당하는 궤적을 그리는 경우도 생길 수 있지만 그 경우 그러한 궤적을 그리는 시간(

t₁,

t₂,

t₃)이 설정된 시간(

t_space)보다 적은 경우에만 실행하면 스페이스와 백스페이스를 입력하고자 손가락을 의도적으로 움직이는 경우와 구별되게 된다. 이러한 기준으로 사용되는

t₁,

t₂,

t₃의 경우 사용자의 습관 혹은 편리성에 따라 하나를 선택하면 된다.

도 36는 처치패드를 이용하여 기능버튼에 해당하는 기능을 수행하기 위해 필요한 초기화과정을 나타내고 있다. 가정 먼저 터치패드에 의해 설정되는 압력산출은 손 가락이 터치패드에 닿는 면적에 의해 결정되기 때문에 사용자마다 손가락의 크기가 달라 이를 보정하는 단계이며 다음으로 누름압력과 문턱압력의 설정이다. 이 과정이 끝나면 탭핑에 의한 기능버튼의 기능을 수행하기 위한 터치 단락시간의 설정과 마지막으로 도 29에서 설명된 터치패드 좌표계의 설정을 가로모드와 세로모드에서 실행하여 새로운 좌표(X'-Y')로 변환하여 이후 문자입력모드에서 커서좌표 산출에 이용된다.

컴퓨터가 GUI(graphic user interface)시스템으로 전환되게 한 것은 컴퓨터 모니터에서 실행 명령의 내용과 위치를 지정하여 주는 포인터를 움직일 수 있게 하는 장치로 마우스가 등장하고 나서부터이다. 그 이후로 컴퓨터가 휴대용으로 크기가 작아짐에 따라 사용상의 편리성을 더하기 위해 마우스를 대체할 수 있는 내장형 포인팅장치로 터치패드 및 포인팅스틱이 개발되어 사용되게 되었다. 마찬가지로 현재의 휴대용 디지털 기기인 PDA, PMP 심지어 핸드폰에 이르기까지 그 내용은 컴퓨터에 가까워지고 있다. 하지만 이들 디지털기기에 포인팅장치를 설치하기에는 이들 기기가 너무 소형이어서 화면을 터치스크린 방식으로 하여 컴퓨터에 가까운 UI(User Interface)시스템을 구성하거나 그렇지 않은 경우 일반적인 핸드폰에는 적어도 문자입력을 가능하게 하는 키패드를 사용하여 운영하게 된다. 따라서 포인팅장치를 내장형으로 갖춘 노트북 PC와 같이 UI를 완벽하게 갖춘 휴대용 디지털기기는 그 크기의 제한으로 인해 구현은 지금까지 불가능하였던 것이다. 특히 핸드폰의 경우 숫자 입력이 주된 기능이어서 터치패드, 포인팅스틱, 트랙볼 등의 포인팅장치를 설치할 경우 이들 장치가 차지할 공간의 여유도 없을뿐더러 주 기능인 숫자입력을 보조하는 정도에 그치게 되어 근본적인 키패드 중심의 형태를 유지하게 되는 것이다. 이에 본 발명은 포인팅장치인 터치패드를 이용하여 핸드폰의 키패드의 문자입력 기능과 본래의 포인팅 기능을 동시에 수행하는 구조를 제공하고자 한다.

반도체 기술의 발전에 힘입어 20세기 중반에 이루어진 진공관을 기반으로 한 컴퓨터가 이제는 손안에 들어올 수 있을 정도로 소형화 및 집적화가 이루어져서 더 이상 컴퓨터가 일정 공간에 갇혀져서 사용되는 기기가 아니며 데스크탑(desktop), 랩탑(laptop)컴퓨터를 거쳐 PDA까지 일상화가 이미 이루어진 상태이다. 더 나아가 핸드폰, MP3, PDP 등 예전에는 컴퓨터와는 무관하게 사용되던 기기들이 컴퓨터와 같은 기능을 추가적으로 담당하거나 아예 휴대용 팜탑(Palmtop)컴퓨터에 이들 기능이 포함되는 융합의 시대를 맞이하고 있다. 이러한 추세에서 컴퓨터의 GUI(graphical user interface)시스템을 이들 소형 전자기기에도 도입할 시기가 도래하고 있다. 하지만 컴퓨터의 GUI(graphical user interface)시스템에 필수적으로 요구되는 포인팅장치를 이들 소형 전자기기들의 경우 장착 시킬 수 있는 공간상의 제약과 사용상의 문제점 때문에 적용 되지 못하고 있다. GUI(graphical user interface)시스템 을 사용하기 위해 포인팅장치가 적용되려면 이미 노트북컴퓨터 등에서 내장형으로 사용되고 있는 터치패드 혹은 포인팅스틱의 크기 축소 및 이들 포인팅장치와 함께 쓰이는 기능버튼의 구조 및 크기에도 변화가 있어야 할 것이다. 이러한 점을 극복하고자 고안된 것이 터치스크린과 입력펜으로 현재 팜탑 컴퓨터 혹은 PDA에 적용되고 있지만 핸드폰과 같이 한 손으로 작동시켜야 할 정도의 크기에는 이들 터치스크린이나 입력 펜의 적용이 쉽지 않은 것이다. 따라서 마우스와 같이 포인팅기능이 용이하고, 문자입력도 일반적인 핸드폰의 키패드보다 용이하게 하는 터치패드를 이용한 입력장치를 제공하는 것이 본 발명의 기술적 과제이다. 더욱이 경우에 따라서는 한 손으로도 작동시킬 수 있는 구조를 제공하여 기존 핸드폰과 동일하게 사용할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 구성은 간단히 말해 모든 입력은 터치패드로 이루어지게 하는 입력장치를 갖는 휴대용 디지털 기기의 고안인 것이다. 즉 컴퓨터의 키보드와 마우스를 터치패드로 통합하는 것이다. 도 1b에 나타나 있듯이 터치패드를 키패드 대신에 사용하는 경우 포인팅 기능은 수월해 지지만 문자의 입력은 용이하지 않게 되는 단점을 유발한다. 따라서 본 발명의 핵심적인 구성 내용은 이러한 단점을 극복하는 것에 있으며 이는 바로 문자입력을 키패드를 이용할 때와 동일하거나 더 용이할 정도의 편리성을 제공하는 터치패드의 구조를 제공하는 것이다.

일반적으로 터치패드는 포인팅기능을 실행하기 위해서 부가적인 기능버튼을 터치패 드 주위에 배열하게 된다. 이들 기능버튼의 기능은 도 2b에 보이는 바와 같이 손이 놓이는 위치에 맞게 다양하게 변화될 수 있지만 도 2a의 경우와 같이 터치패드를 한 손가락을 작동하는 경우에는 기능버튼을 작동하는 동작이 사용상에 불편함을 초래하는 요인이 된다. 두 손가락을 사용한다고 하여도 기능버튼을 작동시키는 동작이 키패드를 누르는 동작에 비해 불편하게 마련이다. 더욱이 일반적으로 터치패드의 실행버튼 기능을 터치패드를 두드림 동작으로 대체하는 경우라 할지라도 이 두드림 동작이 부가적인 손가락의 움직임을 수반하므로 불편함을 해소하지는 못하는 것이다. 따라서 이러한 터치패드의 기능버튼을 이용한 명령실행 혹은 문자입력에 수반되는 부수적인 손가락의 움직임을 생략할 수 있도록 도 5에 보여지는 바와 같이 터치패드 자체가 버튼 기능을 담당하게 한 것이 본 발명의 첫 번째 구성이다. 이러한 터치패드의 버튼 기능의 유무에 따른 차이를 도 3(버튼 기능이 없는 경우)과 도 4(버튼 기능이 있는 경우)에서 보여주고 있다. 즉 버튼기능이 있는 터치패드의 경우는 문자입력이 키패드를 이용하는 경우와 동일한 손동작으로 이루어진다. 이러한 누름버튼 기능을 터치패드가 갖는 경우 레버 형태의 움직임에 의한 스위치 작동과(도 5, 6)과 스위치를 터치패드 아래에 설치하여 누름동작에 의한 스위치 작동(도 7)등 기계적인 방법과 아예 스위치를 터치패드와 별개로 작동이 편리한 위치에 설치하는 방법(도 23)도 있으며 더욱 간단하게 터치패드의 압력인식 기능을 이용하여 스위치기능을 부가하는 방법(도 23a, 30, 32) 등이 있다.

본 발명의 두 번째 구성은 터치패드를 두 개를 설치하여(도 9) 문자입력 방법이 키보드를 통한 방법(도 8)과 동일하도록 한 것이다. 실제로 두 개의 터치패드를 사용 하는 방법이 가능한 핸드폰의 구조는 폴더 방식(도 10, 11, 12)과 슬라이더 방식(도 18)이 가능하여 문자입력에는 양손을 사용하고 전화통화에는 한 손 만을 사용할 수 있게 한다. 따라서 핸드폰 고유기능과 디지털기기로서의 입력기능 모두 용이하게 수행하도록 한다.

본 발명의 세 번째 구성은 터치패드를 이용하여 문자를 입력하는 경우 터치패드위의 좌표와 화면상의 포인터의 위치를 1대 1로 대응시키는 방식을 이용하게 된다. 즉 터치패드의 일반적인 작동 원리는 터치패드 위에 손가락이 초기에 어디에 놓이는 가는 중요하지 않고 단지 처음의 위치(X_i, Y_i)와 마지막의 위치(X_f, Y_f)의 차이(

X,

Y)에 해당하는 변위의 크기에 비례하여 화면상의 포인터의 변위(

x,

y)가 이루어지게 된다. 이에 반해 본 발명에서는 이러한 일반적인 터치패드의 변위에 의한 작동방식과 더불어서 터치패드의 한 점(X, Y)이 화면상의 한 점(x, y)에 대응하는 1대1 대응방식에 의한 작동 원리를 동시에 가진다. 특히 이러한 1대1 대응방식에 의한 작동원리는 문자입력을 위한 포인팅 기능에 적용되어 핸드폰의 키패드를 작동시키거나 컴퓨터의 키보드를 작동시키는 것과 같이 터치패드의 일정한 영역이 특정한 문자 혹은 숫자를 대표하게 한다. 이 점이 기존의 터치패드를 작동하게 하는 방식과 다른 점이다. 도 28이 본 구성에 따르는 두 개의 터치패드를 이용한 입력 방식의 흐름도를 보여주고 있다. 문자입력을 위해서는 화면상의 포인터를 좌표 1대1 대응방식으로 제어하고 그 외의 포인팅작업에 필요한 포인터의 움직임에는 변위를 이용한 대응방식이 적용되고 있다. 다만 도 14, 15, 16에서 보여지는 가로모 드에서는 문자입력을 위해 온전한 키보드가 사용되어 두 개의 터치패드를 동시에 이용되며 세로모드에서는 키패드의 모양을 갖는 간이키보드를 이용하게 되어 하나의 터치패드만을 사용하게 된다.

본 발명의 네 번째 구성은 터치패드를 마우스와 키보드를 동시에 대체하는 입력장치로 사용함으로서 휴대용 디지털기기에서의 실질적인 UI 구현이다. 이미 PDA에서는 UI 구현이 터치스크린 방식으로 이루어지고 있지만 이보다 더 작은 핸드폰에는 UI의 구현이 어렵게 되어 핸드폰이 PDA와 유사한 크기의 화면을 가지지 않는 작은 핸드폰에도 본 발명의 터치패드는 UI의 구현이 가능하게 해 주는 것이다. 이의 예가 도 13, 14, 15, 16, 17에 보여지고 있다. 더욱이 본 발명의 구성은 단지 전자사전, PMP, PDA의 입력장치로 적용 가능한 것이며 도 19는 전자사전에 적용된 예를 보여주고 있다.

본 발명의 다섯 번째 구성은 터치패드의 표면에 돌기, 홈, 혹은 요철형태의 기준점을 만들어 터치패드와 화면의 1대1 대응방식에서 손가락의 위치를 보다 용이하게 파악할 수 있도록 한 점이다. 이는 도 20에 보여지는 바와 같이 점 형태를 가질 수 있고 혹은 도 21, 22에 나타나 있는 바와 같이 격자 형태의 요철 형태를 가질 수도 있다. 이러한 기준점이 가져오는 장점은 손가락의 터치패드위에서의 위치를 쉽게 파악하게 하여 문자입력시에 화면을 보지 않고도 입력하고자 하는 문자 혹은 숫자에 대응되는 위치에 손가락을 이동시킬 수 있게 해주며 더욱이 이러한 이동시에 상대적인 위치를 더 용이하게 파악하게 해 주는 이점이 있다. 이들 터치패드상의 요철 외에도 터치패드가 주변과 이루는 경계면 모서리도 동일하게 기준점으로 서의 기능을 담당할 수 있다. 터치패드 경계면 모서리의 장점을 살리는 방안의 하나가 터치패드의 영역을 상, 중, 하 삼단계로 구분하여 상, 하 영역은 터치패드의 모서리부분이 기준점으로 작동하고 중간영역은 모서리로부터 이격되어 있는 부분으로서 인지되어 쉽게 위치 파악할 수 있게 해 준다. 이 점을 활용한 것이 바로 3개의 열을 갖는 가상키보드를 활용하는 방법이다. 즉 도 9a가 보여주는 5개의 열을 갖는 가상키보드는 화면상에 많은 문자를 선택할 수 있도록 하여 도 9b의 가상키보드보다 선택의 용이성이 있지만 실제 터치패드 상에서 이들 문자에 해당하는 위치를 얼마나 용이하게 파악할 수 있게 해주는가 하는 점에서는 도 9b가 보여주는 3개의 열을 가지는 가상키보드가 유리하고 더욱이 두 개의 터치패드를 사용하는 장점을 가장 잘 활용할 수 있게 해주는 방법이다.

본 발명의 여섯 번째 구성은 문자 입력시에 이용되는 터치패드 좌표계와 화면좌표계의 1대1 대응관계식의 설정이다. 가장 전형적인 관계가 각 문자 혹은 숫자를 대표하는 영역이 일정하게 설정되는 경우로서 도 24에 나타나 있다. 즉 터치패드 좌표계의 경우 각 문자를 대표하는 영역의 가로 폭이 동일하고 (

X₁ =

X₂ =

X₃ =

X₄ =

X₅) 마찬가지로 세로폭도 동일하며(

Y₁ =

Y₂ =

Y₃) 화면 좌표계의 경우 더 정확하게는 화면의 가상키보드의 좌표계의 경우도 가로 폭과 세로 폭이 각각 동일한 크기를 갖는다.(

x₁=

x₂=

x₃=

x₄=

x₅,

y₁=

y₂=

y₃) 따라서 도 24b에 나타나 있는 바와 같이 문자입력 포인터(십자형 커서)가 화면상에서 다음과 같은 좌표계 영역에 있을 경우

x_L2 < x ≤ x_L3

y₂ < y ≤ y₃

실행버튼(도 5, 도 7, 도 22, 도 23a의 경우 터치패드 누름스위치; 도 23b의 경우는 별개의 누름스위치에 해당)을 누르면 문자 'd'가 입력되게 되는 것이다. 이를 위해 터치패드위의 손가락의 위치는 동일한 방법으로 터치패드 좌표계 상에서 다음과 같은 위치에 있어야 한다.

X_L2 < X ≤ X_L3

Y₂ < Y ≤ Y₃

이러한 터치패드상의 손가락의 좌표와 화면상의 문자입력 포인터(커서)의 좌표의 대응관계식이 도 24c에 좌우측 손가락의 X, Y좌표 각각에 대해 나타나 있다. 도 24c는 단지 입력 실행과정을 위한 좌표 대응 방식만을 위한 흐름도를 나타내고 있다. 도 14를 예를 들어 설명하면 도 14a는 가로모드의 초기화면으로 포인터(화살표 커서)가 하나이고 이 포인터가 움직일 수 있는 영역은 화면 전체여서 '전역(all area covering) 커서'라 명명된다. 이 전역커서를 제어하는 방식은 기존의 터치패드에 의한 포인팅 방식과 동일하게 손가락의 변위(위치 변화량 :

X,

Y)를 포인터의 변위(위치 변화량 :

x,

y)에 대응시키는 방식이다. 다만 변위의 대응 비례상수 즉

x=Q

X 를 결정하는 상수 Q는 사용자의 편리성에 의해 제어될 수 있다. 도 14a의 '전역 1커서 시스템'에서 도 14g와 같이 문자입력을 위한 문자(Text) 입력모 드로 전환하면 '한정영역 2 커서 시스템'으로 작동하게 되며 이 때에 포인터는 좌우 두개로 가상키보드의 좌,우측에 배치되고 이 영역 안에서만 작동하게 되는 것이다. 더 나아가서 터치패드의 좌표계를 도 25a와 같이 조정할 경우 문자입력이 한결 수월해지는데 이는 터치패드를 작동하게 되는 손가락(엄지)이 자연스러운 관절운동에 의해 만들어내는 궤적은 직선이 아니라 곡선형태를 가지게 되기 때문이다. 말하자면 도 25c에 보여 지는 바와 같이 각 문자에 해당하는 터치패드의 영역이 모두 동일하다면 문자열 'h j k l ;'에 해당하는 가운데 영역을 가로지를 때 손가락이 가운데 영역에서 벗어나 위쪽으로 치우쳐져서 'k'대신에 'i'를 입력하는 경우가 발생할 수 있는 것이다. 이러한 문제를 수정하는 방안이 터치패드 좌표 영역에서 가상키보드의 가운데 영역(

Y₂)를 아래쪽(

Y₁)과 위쪽(

Y₃) 영역보다 상대적으로 크게 만드는 방법이다. 이렇게 영역의 폭이 달라져서 화면좌표계가 산출되는 변환식도 도 25b에 나타난 바와 같이 각 영역이 다르게 된다.

본 발명의 일곱 번째 구성은 터치패드의 X-Y좌표 축의 변환으로 핸드폰의 가로, 세로모드 변환을 가능하게 하는 것이다. 실제로 핸드폰을 통화를 위해 사용할 때는 도 26과 같은 형태로 파지하게 되고 화면도 온전한 가상키보드를 배치하기에는 좁아져서 대신 기존의 핸드폰이 가지는 12개의 숫자 키패드 외에 통화, 취소, 종료에 해당하는 추가 키패드를 포함하는 가상키패드를 화면에 구성하여 문자입력 모드를 제공하게 되는 것이다. 그리고 가로모드를 사용할 때와 마찬가지로 세로모드로 사용하는 경우에도 가운데 영역의 폭이 넓을 경우 문자입력의 용이하게 이루 어질 수 있음을 보여준다. 도 28은 본 발명의 일곱 번째 구성에 따르는 터치패드 신호 변환방식의 변화를 도표로서 보여주고 있다. 즉 기존의 변위에 의한 포인터 제어방식에서 좌표 값(x,y)에 의한 제어방식의 추가와 동시에 두 개의 포인터(커서)를 제어할 수 있게 하는 방식의 도입이다.

본 발명의 여덟 번째 구성은 터치패드가 인식하는 사용자의 손가락의 중심은 실제 사용자가 터치패드의 기준점을 인식하는 점과 다를 수 있다는 점을 보정하기 위한 방법을 제공하는 것이다. 도 29a에 나타난 바와 같이 문자 'k'에 해당하는 부분에 손가락이 닿았을 때 터치패드는 사용자 자신이 손가락의 중심이라고 느끼는 부분을 손가락의 중심으로 지정하지 않는다는 점이 본 구성을 고안하게 된 이유이다. 사람은 각자 다른 손가락의 모양을 가지게 되며 손가락의 크기와 형태에 따라 터치패드에 닿는 면의 형태가 달라지게 된다. 실제 정전용량을 이용하는 터치패드의 경우 점촉점(면이 아니라 점)을 산출하는 방식은 손가락이 터치패드와 이루는 X축 Y축 방향의 정전용량 분포곡선으로부터 X, Y축 각각에 대한 centeroid를 계산하여 이들 X_centroid, Y_centroid를 손가락의 접촉점으로 정의하는 것이며, 이러한 centroid를 산출하기 위해서 터치패드는 요철이 있는 영역(X₀<X<X₅, Y₀<Y<Y₃)보다 더 크게(도 29c의 굵은 점선 영역 - 2901) 분포하여야 한다. 그리고 실제로 핸드폰을 사용할 때 손가락이 터치패드를 닿게 되는 면은 각 사람마다 다를지는 몰라도 동일한 사람의 경우 핸드폰을 파지하는 방법이 동일하므로 일정한 접촉 패턴을 만들게 된다. 이러한 패턴으로부터 산출된 터치패드의 손가락 중심점(P_calc)이 실제의 사용자가 느 끼는 중심점(P)과 일치하지 않을 경우 도 24c, 도 25b, 도 26e, 도 27b에 의한 좌표변화는 문제점을 일으킨다. 즉 도 29c에서와 같이 실제 손가락은 터치패드의 'k'에 해당하는 영역에 위치해도 실제 터치패드가 산출하는 손가락의 중심점(P_k,calc.)은 문자 'i', 'o', 'k', 'l'이 중첩되는 영역에 위치하게 되어 사용자의 의도와는 달리 'k'를 입력하지 않게 되는 것이다. 이를 보정하는 방법은 손가락을 'h', 'j', 'k', 'l', ';'에 위치한 다음 산출된 각각의 중심점 의 좌표를 저장한 다음 이들 중심점의 좌표로부터 도 29c에 보이는 X'_R1, X'_R2, X'_R3, X'_R4을 산출하고 이어서 X'_R1과 X'_R4로부터 X'_R0와 X'_R5를 산출하는 것이다. 마찬가지로 Y축 방향으로의 보정은 'i', ','에 대한 P_k,calc.의 좌표를 산출하여 Y'₁과 Y'₂을 산출하고 이들로부터 다시 Y'₀와 Y'₃를 산출하여 전체 좌표계의 보정이 이루어지는 것이다. 이렇게 새롭게 보정된 '실질좌표계'(X'-Y')가 실제 문자입력 포인터의 위치 산출에 이용되며 이것이 도 29d와 도 29e에 나타나 있다. 도 29d와 도 29e에서 '입력좌표계 변경'이라고 표시된 부분이 바로 위에서 설명한 도 29a의 '명목상 좌표계'(X-Y)를 도 29c의 '실질 좌표계'(X'-Y')로의 전환 과정을 의미한다.

본 발명의 아홉 번째 구성은 터치패드의 압력센싱(pressure sensing) 기능을 이용한 기능버튼의 기능 수행이다. 터치패드를 손가락으로 접촉하는 경우 압력변화의 3가지 유형이 도 30에 보여지고 있다. 도 30a가 일반적인 포인팅작업 중의 압력의 변화이고 도 30b는 누름동작을 가할 때에 압력의 변화 그리고 마지막으로 도 30c는 탭핑 동작 중에 발생하는 압력의 변화이다. 압력의 크기로 볼 때 가장 큰 압력이 발생하는 것은 누름동작 수행 중에 일어나며 이때의 압력을 누름압력(Z_pr)이라고 하면 일반적으로 누름압력은 터치패드에 손가락이 닿아 있는 동안에 발생하므로 누름동작에 따르는 압력의 변화는 낙타 등과 같은 형태를 갖게 된다. 따라서 터치압력보다 누름압력이 크게 되어 누름압력이 시작하는 점, t(p)_1,i 혹은 t(p)_2,i은 스위치 on에 해당하고 누름압력이 끝나는 점, t(p)_1,f 혹은 t(p)_2,f는 스위치 off에 해당한다. 하지만 이러한 누름압력의 시작점을 실질적으로 정하는 것은 어렵기 때문에 이를 극복하기 위해 터치압력(Z_t,max)보다 약간 큰 압력을 누름문턱압력(Z_pr,th - Threshold pressure of pressing)으로 정의한다. 그리고 누름동작이 시작하여 누름압력이 누름문턱압력에 이르는 시점(t_pr,th-)을 스위치 on에 해당하는 것으로 하고 누름기준압력(Z^o _pr)을 지나 다시 누름문턱압력에 다다르는 시점(t_pr,th+)은 스위치 off에 해당한다. 이 두 누름문턱압력 시점의 시간차이가 실질적인 누름유지시간(

t_pr)으로 정의될 수 있다. 이렇게 누름기준압력(Z^o _pr)을 정의하는 이유는 터치압력(Z_t,max)이 누름동작이 아닌 터치동작에서 생기는 경우에 우연하게도 누름문턱압력을 넘어서는 경우가 있을 수 있는데 이러한 경우 그 누르는 압력이 누름기준압력보다 일반적으로 작으므로 누름동작으로 오인하는 경우를 방지하기 위한 상수이다. 통상적으로 이 누름기준압력은 최소 누름압력보다 약간 작게 하여 우연하게 높은 압력을 수반 하는 터치 동작으로 인해 누름스위치가 작동하지 않도록 하며 또 의도한 누름동작은 도 30b에 보이는 것과 같이 최대, 최소 누름압력이 누름기준압력보다 높게 되므로 사용자의 의도적인 누름동작이 스위치 기능으로 작동하게 하여주는 기준 상수인 것이다. 일반적으로 노트북에 쓰이는 터치패드는 탭핑에 의한 기능버튼 수행을 이미 사용하고 있다. 도 30c는 터치패드를 탭핑할 경우에 발생되는 압력의 변화를 보여주고 있는데 이 때 발생하는 압력의 최대치를 탭핑압력(Z_tap)이라고 하면 실제로 탭핑압력이 터치압력 혹은 누름압력과 동일한 경우가 발생할 수도 있다. 하지만 탭핑을 인식하는 것은 탭핑압력보다는 터치의 단락이 이뤄지는 시간이다. 즉 도 30c에 보여지는 것처럼 터치지속시간

t_tap과 touch-off 시간

t_off가 일정한 시간 내에서(

t(t)₁<

t^o _tap,

t(o)₁<

t^o _tap : 여기서

t^o _tap는 사용자가 정할 수 있는 탭핑 기준시간) 연속으로 이뤄지면 탭핑 기능을 실행하게 된다. 이러한 조건은 우연히 손가락이 터치패드에 닿을 경우(도 30c의

t_tap,2에 해당) 터치지속시간이 탭핑기준시간(

t^o _tap)보다 길거나(

t_tap,2>

t^o _tap) 터치 단락시간이 탭핑기준시간(

t_off,2>

t^o _tap )보다 길어져서 우연한 터치가 탭핑 기능으로 잘못 작동하는 것을 막아주게 되는 것이다. 이러한 탭핑기능을 담당하는 영역은 핸드폰의 몸체로 터치패드(3101)가 둘러싸여 있는 영역(도 31의 (S)1, (S)2, (S)3, (S)4, (S)5, (S)6 영역)으로 정하는 것이 탭핑하는 동안 터치패드가 눌려지는 것을 막아주므로 탭핑을 자유롭게 하여 준다. 원리상으로 탭핑에 의한 압력의 변화로 기능버튼의 기능을 수행할 때와 누름동 작에 의한 압력변화로 기능버튼의 기능을 수행할 때 압력이 지속되는 시간의 패턴이 구분 되므로 굳이 탭핑영역((S)1, (S)2, (S)3, (S)4, (S)5, (S)6)과 누름영역(3102)을 구분할 필요가 없이 도 31B의 우측터치패드와 같이 요철부분을 실질적인 터치패드의 가장자리까지 확장하고 탭핑영역과 중첩되어 각각의 문자 혹은 숫자를 대표하는 영역을 더 넓게 하는 방안도 가능하다. 이 경우 손가락이 각각의 영역을 쉽게 파악하게 하여 문자입력이 쉽게 이루어지도록 할 수 있다.

본 발명의 열 번째 구성은 핸드폰에 설치된 터치패드에 할당된 각각의 문자의 영역이 크지 않아 문자입력을 위한 누름동작 중에 손가락의 위치가 변하여 원하지 않는 문자의 입력이 발생할 수도 있는 문제를 보완하는 방법이다. 즉 누름스위치(도 5, 도 7)를 누르거나 혹은 터치패드에 압력변화를 발생시키기 위해 터치패드를 누르거나 도 23b에 보이는 바와 같은 별개의 스위치를 누르는 동작을 할 때에 손가락의 관절운동으로 인해 손가락의 접촉면이 변하더라도 압력이 가해지는 시점의 손가락의 위치가 대표하는 문자를 입력하도록 하는 방안이다. 이러한 본 발명의 구성에 대한 설명이 도 32에 잘 나타나 있다. 예를 들면 문자 'jkl'를 입력하는 과정 중에서 문자 'k'를 입력하기 전후만의 압력변화를 살펴보면, 손가락이 문자 'j'에 해당하는 영역의 중심 위치(X=X_1.5)로부터 오른쪽으로 움직여서 문자 'k'를 나타내는 영역의 중심위치(X=X_2.5)로 옮겨져서 'k'를 입력하고 다시 오른쪽으로 문자'l'을 입력하기 위해 문자'l'을 나타내는 영역의 중심 위치(X=X_3.5)로 이동하는 과정 중에 변화압력을 도 32b가 보여주고 있다. 가상 이상적인 입력과정이 도 32b-(A)이 다. 손가락이 터치상태를 유지하며 X=X_2.5인 위치에 도달하여 손가락의 움직임이 없이 압력을 가하여 누름기준압력(Z^o _pr)에 도달한 다음 터치상태를 회복하고 문자'l'을 나타내는 영역으로 이동함을 보여준다. 하지만 실제로는 도 32b-(B), (C), (D)에 보여지는 형태의 압력변화가 일어날 수 있는데 이 중에서 도 32b-(D)의 경우 누름압력이 누름기준압력(Z^o _pr)에 도달하여 문자입력이 일어나는 시점에서의 문자는 의도하였던 'k'가 아니고 'l'로 변하여 다시 입력하여야 하는 문제가 발생한다. 이를 보완하기 위한 본 발명의 구성이 누름문턱압력(Z_pr,th - threshold pressure of pressing)의 활용이다. 도 32b에서 보는 바와 같이 누름문턱압력(Z_pr,th)은 누름기준압력(Z^o _pr)과 터치기준압력(Z_tch) 사이에서 사용자의 편리성에 따라 다음식에 의해 결정되는 변수이고 사용자는 상수 를 결정하면 된다.

Z_pr,th = Q_pr,th (Z^o _pr - Z_tch)

여기서 Q_pr,th는 사용자가 지정하는 비례상수로서 대략 0.5 < Q < 0.9의 범위에서 결정되며, Z^o _pr와 Z_tch는 터치패드의 초기화 과정에서 이루어지게 되는데 Z_tch는 사용자가 통상적으로 자신이 늘 사용하는 방식대로 손가락을 터치패드 위를 움직일 때 터치압력의 최대치에 해당하는 값이다. 그리고 Z^o _pr는 지정된 영역을 사용자가 일상적 으로 사용 시처럼 누름으로서 얻어지는 누름압력 중에 최소치(Z_p,min)의 90%에 해당하는 값이며 이 역시 사용자가 임의로 결정할 수 있지만 Z_pr,th보다는 큰 값이어야 한다. 이렇게 누름문턱압력(Z_pr,th)을 정하여 실제로는 누름압력(Z_pr)이 누름기준압력(Z^o _pr)에 이르렀을 때(t(X_pr,th-))에 누름문턱압력(Z_pr,th-)이 대표하는 문자- V (X(Z_pr,th-))-와 누름기준압력이 대표하는 문자, -V(Z^o _pr)-를 비교하여 이들이 동일하면 V(Z^o _pr)을 다를 경우에는 V(X(Z_pr,th-))를 입력하게 하는 보정방법이 본 발명의 구성이다. 즉 어느 경우에도 입력문자는 V(X(Z_pr,th-))이 되므로 항상 V(X(Z_pr,th-))을 입력하는 것이 본 발명의 구성이다. 따라서 도 32b-(D)와 같은 압력변화과정에서도 사용자가 의도한 문자를 입력하게 된다. 다만 우려되는 부분은 실질적으로 누름기준압력이 낮아지는 효과를 가져와 우연히 터치압력(Z_tch)이 커져서 누름문턱압력(Z_pr,th)에 이르는 경우이다. 만약 이렇다고 하더라도 실제로 사용자가 입력을 의도하지 않는 경우는 터치압력(Z_tch)이 누름기준압력(Z^o _pr)에까지는 이르지 않게 되어 문자입력이 되지 않는다. 따라서 누름문턱압력의 설정은 문자입력압력을 낮추어서 터치과정 중에 입력을 하게 되는 오류를 발생시키지 않고 다만 사용자의 의도대로 문자가 입력되도록 타이핑의 정확성을 올려주는 효과만을 가져오게 된다. 이러한 본 발명의 문자입력 오류 보정방법 구성에 부가적으로 가상키보드 상에서 문자입력포인터가 움직임에 따라 포인터가 위치한 곳을 대표하는 문자를 나타내는 영역의 배경을 밝기가 다르거나 색깔을 달리하는 방법을 제공하면 사용자가 현재 포인터가 위치한 곳을 쉽게 인지할 수 있고, 문자입력이 한결 쉽게 되며 더 나아가 문자입력을 실행할 때 입력문자에 해당하는 영역의 배경이 또 다른 색으로 변화를 가져오면 실제 문자입력에 있어서의 오류를 더욱 쉽게 인식할 수 있도록 해 준다. 이렇게 문자입력의 정확성을 위해 도입된 누름문턱압력은 또 다른 기능을 수행하는데 이용된다. 다름 아닌 키보드에서의 shift키의 기능과의 연관성이다. 도 32c-(B)는 가상 이상적인 누름압력변화과정을 가로축을 좌표변화에 따른 압력변화와 시간 변화에 따른 압력의 변화를 보여주고 있다. 특히 시간변화에 따른 압력변화는 누름과정을 좀 더 정확히 압력변화를 보여주는데 문자입력이 실제로 일어나는 시점을 누름압력이 누름기준압력에 다다랐을 때가 아니고 누름압력이 누름기준압력보다 작아져서 다시 누름문턱압력에 이르렀을 때(X=X_pr,th+)에 문자의 입력이 이루어지게 된다. 이렇게 하는 이유는 누름기준압력을 유지하는 시간 즉 누름유지시간 (

t_pr=t(X_pr,th+)-t(X_pr,th-))이 정해진 누름기준시간(

t^o _pr)보다 길어질 경우 키보드의 shift를 눌러주는 효과를 가져오게 하기 위함이다. 이를테면 도 15b에 나타난 바와 같이 영문자의 경우 대문자 소문자를 구별하여 입력하기 위해 기능버튼을 추가로 눌러줘야 하는데 이를 누름기준시간을 설정함으로서 누름압력의 지속으로 동일한 효과를 가져오게 할 수 있는 것이다. 따라서 본 구성의 Z_pr,th-는 switch-on 기능을 Z_pr,th+는 switch-off 기능을 담당하는 것이다. 다만 본 구성과 같이 누름지속시간에 따른 shift 기능을 부여할 경우는 굳이 기능버튼을 눌러 shift키의 효과를 수행할 필요가 없게 된다. 다만 지속적으로 second key set(영문자의 경우 대문자에 해당)을 이용하여야 할 경우는 기능버튼을 이용하여 cap-lock 기능을 작동하는 것이 편리하다. 따라서 본 발명에서는 이러한 shift key의 유지를 위한 기능버튼의 기능도 도 31에 보여지는 터치패드의 외곽((S)1, (S)2, (S)3, (S)4, (S)5, (S)6)영역을 탭핑 함으로서 구현될 수 있다. 따라서 영어의 대문자와 같이 second key set의 연속적이 사용이 필요한 경우는 기능버튼을 이용하여 shift 기능을 유지하고, 문장의 첫머리에 대문자로 쓰여야 하는 영문자와 같이 가끔 쓰이는 shift 기능은 누름압력 지속에 의해 구현하는 것이 본 발명의 구성이다. 이러한 누름압력의 지속을 이용한 구성 원리가 도 32c-(B)와 도 32d-(B)에 나타나 있다. 도 32c-(B)는 문자 'K'를 입력하는 예를 도 32d-(B)는 'k'를 입력하는 예를 보여주는데 가로축이 X좌표를 표현하는 경우 도 32d가 더 오랫동안 누름동작이 유지되는 것으로 착각할 수 있지만 중요한 것은 시간에 따른 압력변화도표에서 누름시간(

t_pr)이 누름기준시간(

t^o _pr)보다 오랫동안 유지하느냐의 여부이다. 따라서 누름지속시간은 오히려 도 32c가 더 길다. 즉 도 32c-(B)와 도 32d-(B)에서 누름기준시간(

t^o _pr)은 흐린 영역으로 표시되어 있는데 도 32c-(B)의 경우는 누름시간이 그 기준시간보다 긴 경우(

t_pr >

t^o _pr)이고, 32d-(B)의 경우는 누름시 간이 그 기준시간보다 짧은 경우(

t_pr<

t^o _pr)여서 전자는 'K'를 후자는 초기누름문턱압력(Z_pr,th-)에서의 대표문자인 'k'를 입력하게 된다. 이러한 본 구성의 문자 보정과정을 흐름도로서 나타낸 것이 도 33이다. 이상은 터치패드의 압력에 의한 문자입력스위치 기능을 설명한 것이지만 도 5, 도 7 및 도 23b의 기계적인 스위치를 이용하여 문자입력을 실행하는 경우에도 적용될 수 있다. 즉, 도 32에 표시된 t(X_pr,th-)와 t(X_pr,th+)는 각각 이들 스위치의 작동시점(t_on)과 종료시점(t_off)에 상응하여 동일한 원리로서 입력문자를 보정하는데, 기계적 스위치가 작동하는 시점이 대표하는 문자-V(t_on)-가 스위치의 작동 종료시점이 대표하는 문자-V(t_off)-와 동일하면 V(t_off)을 동일하지 않으면 V(t_on)을 입력하는 것이다. 그리고 이와같이 기계적인 입력스위치(도 5, 도 7, 도 23b)를 이용하는 경우에도 누름압력에 의한 입력문자 보정방법을 같이 적용할 수 있는데 그 이유는 이들 기계적 스위치를 작동할 때 터치패드에 누름압력이 작동하게 되고 보통의 경우 스위치작동 시점(t_on)보다 누름문턱압력 시점(t(X_pr,th-))이 빠르게 되므로 V(t_off)와 V(t(X_pr,th-))이 동일하면 V(t_off)을 입력하고 다를 경우는 V(t(X_pr,th-))을 입력하는 방법이다. 이는 사용자가 선택할 수 있는 선택사양으로 제공되면 사용자의 누름동작 패턴에 가장 적합한 상황을 이룰 수 있게한다.

본 발명의 열한 번째 구성은 누름압력과 터치압력의 차이를 크게하는 방안이 다. 정전용량 방식을 이용한 터치패드의 경우 터치패드가 압력을 계산하는 방식은 손가락이 터치패드를 누를 때에 손가락(3403)이 터치패드에 닿는 면적의 변화(

A=A_p-A_t)를 이용하여 계산하는 것이다. 하지만 이는 터치패드를 손가락으로부터 보호하는 절연체(3402)가 비탄성체인 경우(도 34(D))이고 만약 도 34(C)에 보여지는 것처럼 절연체가 탄성체인 경우는 손가락이 터치패드를 눌러 줄 때에 터치패드위의 전극과 손가락의 거리가

d1만큼 짧아져서 아래의 정전용량 계산식에서 보는 바와 같이 면적의 변화만을 가져올 때보다 더 큰 정전용량의 변화를 가져오게 된다.

C = eA/d (1)

여기서 C는 정전용량, e는 비례상수로 전극을 채우는 물질의 유전상수, A는 전극의 면적, d는 전극간의 거리이다.

결과적으로 터치패드의 압력 산출에 면적과 함께 거리도 영향을 미치게 되어 누름압력과 터치압력의 차이가 더 커지게 되어 압력변화에 따른 문자입력 방식이 더 정확하여 지는 것이다.

본 발명의 열두 번째 구성은 문자입력시에 가장 많이 사용하는 스페이스와 오류수정을 위한 backspace의 실행을 가상키보드 상의 해당 키키를 눌러주는 대신에 도 35에 보이는 바와 같이 손가락의 좌우이동만으로 손쉽게 실행할 수 있게 해 주는 방법이다. 이러한 방법은 문자키에 해당하는 위치를 찾을 필요가 없이 단지 좌우로 손가락을 움직여 주면 되어 용이하게 실행할 수 있는 것이다. 그리고 좌우 터치패드를 활용하는 방안으로 우측터치패드가 스페이스를 좌측터치패드가 backspace를 담당하게 하는 방안은 좌우 터치패드위에 자연스럽게 손가락(엄지)이 놓이는 위치가 우측 손가락의 경우 터치패드의 좌측에 자연히 놓이게 되고 더욱이 관절 운동도 좌->우->좌로 이동하는 경우가 편리하기 때문이다. 하지만 굳이 이렇게 스페이스를 우측 손가락이 back space를 좌측 손가락이 담당하도록 고정할 필요는 없고 사용자 각자가 편하게 설정할 수 있도록 하면 된다. 말하자면 우측 손가락으로 시작지점이 좌측이냐 우측이냐에 따라 스페이스, back space 모두 실행하게 할 수도 있는 것이다.

이상의 본 발명의 구성을 정리하면 터치패드의 기본 기능인 포인팅기능, 누름스위치 기능, 탭핑에 의한 기능버튼 기능을 이용하여 문자입력을 보다 용이하게 하고자 하는 것이며 이를 위해서는 사용자마다의 특성을 맞추어 문자입력의 용이성을 최대화하고자 초기화가 필요한데 이 과정이 도 36에 나타나 있다. 이러한 초기화 과정이 필요한 이유는 계산식(1)에 표시된 바와 같이 사용자 각자가 터치패드를 눌러주는 손가락의 크기가 다르고, 손가락이 터치패드에 닿는 방향에 따라 그 면적이 달라지기 때문에 이를 보정하는 과정이 두 번째 압력입력 단계이며 마지막으로 터치패드를 닿는 손가락의 모양이 원이 아니기 때문에 이에 대한 보정이 입력좌표계 설정단계이다. 입력 좌표계 설정단계에서 문자입력모드에서 X'좌표계 설정을 위해서 터치패드의 중앙열을 차례로 'a, s, d, f, g, h, j, k, l, ;'을 눌러주고 Y'좌표계 설정을 위해서는 'e d c i k ,'을 차례로 눌러주면 되는데 필요하다면 모든 키를 눌러줘서 보다 정확히 X'-Y'좌표계를 설정할 수도 있다. 그리고 두 번째 단계 인 압력입력단계를 마지막 단계와 동시에 진행할 수도 있다.

본 발명은 휴대용 전자기기 특히 핸드폰의 문자입력을 용이하게 하기 위해 두개의 터치패드을 이용하기 때문에 양손으로 작동하는 키보드를 내장한 효과를 가져와서 포인팅장치와 함께 키보드를 내장하는 효과를 가져와 핸드폰에 진정한 의미의 UI를 구현시킬 수 있게 하여준다. 따라서 핸드폰이 더 이상 단순한 통화기기가 아니라 손안의 컴퓨터 즉 Palmtop 컴퓨터인 PDA를 한 단계 업그레이드한 fingertop 컴퓨터 세대를 열게 되는 것이다. 이런 변화는 핸드폰이 Ubiquitous 시대에 부응하여 언제든지 컴퓨터를 몸에 지니는 효과를 가져오는 디지털기기의 등장을 의미하는 것이다. 그리고 본 발명의 터치패드를 이용한 입력장치는 휴대용 디지털 전자기기 뿐만 아니라 기존의 TV, VCR, DVD 등에 사용되는 문자입력이 가능한 리모트콘트롤러(Remote Controller)로서도 사용 가능하다. 즉 단순한 포인팅장치로서만이 아니라 실질적으로 키보드의 기능이 탑재된 만능 포인팅장치의 기능을 제공하여 모니터를 갖는 전자기기에 GUI(Graphical User Interface)의 구현을 가능하게 한다. 궁극적으로 본 발명의 입력장치는 전자기기의 컴퓨터화를 그리고 모든 기기간의 네트워킹을 가능하게 하는 진정한 의미의 손안의(Hand-In) Ubiquitous Input Device가 될 것이다.

Claims (18)

1. 터치패드를 이용하여 손가락의 변위(

   

   X,

   

   Y)에 의한 포인터 위치변화를 제어하는 방식과 포인터의 위치를 터치패드위의 손가락의 위치좌표(X, Y)에 의해 결정하는 포인터 제어 방식이 모두 사용되는 터치패드 포인팅장치 및 이를 이용하는 휴대폰, 전자사전, PDA 등 휴대용 소형 디지털 기기
2. 청구항 1에서 누름스위치를 터치패드의 아래쪽에 배치하여 명령실행 버튼의 기능을 담당하게 한 터치패드 입력장치
3. 청구항 2에서 터치패드에 가해지는 압력의 변화를 누름스위치로 이용하여 누름스위치의 기능을 대신하게 한 입력장치
4. 청구항 2에서 터치패드 밑에 위치하는 누름스위치를 대신할 별개의 스위치를 디지털기기의 뒷면 가로방향 모서리에 배치한 입력장치
5. 청구항 1에서 문자입력을 위해 가상키보드 프로그램을 갖고 터치패드 좌표계와 1:1 대응 관계의 가상키보드 좌표계를 갖는 디지털기기
6. 청구항 5에서 터치패드 표면에 손가락이 인식할 수 있는 적어도 하나 이상의 소형 돌기나 홈 혹은 격자형 요철 표면 등의 기준점을 갖고 가상키보드의 특정 위치와 연계시키는 터치패드 입력장치
7. 청구항 6에서 기준점과 가상키보드의 특정 위치를 연계시키기 위해 터치패드 좌표계의 보정 프로그램을 갖는 터치패드 입력장치
8. 청구항 1에서 포인팅 장치로 두 개의 터치패드를 갖는 휴대용 소형 디지털 기기
9. 청구항 8의 디지털기기에서 문자입력을 위한 가상키보드가 좌우창으로 나누어져 각각의 창에 문자입력 포인터가 배치되고, 이들 문자입력포인터가 좌우 터치패드에 의해 독립적으로 운용되는 휴대용 소형 디지털기기
10. 청구항 2에서 누름스위치 작동 시 손가락의 위치가 표적 지점으로부터의 이탈하는 경우 이를 보정하기 위해 누름문턱압력을 이용한 문자입력오류 수정프로그램
11. 청구항 9에서 상중하 3개 열을 갖는 가상키보드를 이용하는 휴대용 소형 디지탈기기
12. 청구항 1에서 한 손으로 파지한 상태에서 파지하고 있는 손만으로도 작동이 가능하게 하도록 하는 소형 디지털 전자기기
13. 청구항 12의 소형전자기기가 핸드폰인 경우에 핸드폰이 세로보기 모드로 작동될 경우 자동으로 가상키패드를 화면에 띄워 전화통화기능이 우선적으로 가동되도록 하는 기능을 갖는 GUI시스템
14. 청구항 3에서 누름압력의 크기를 확대하기 위해 터치패드의 손가락이 닿는 부분의 절연체를 탄성체로 하여 정전용량의 변화를 확대한 입력장치
15. 청구항 1에서 터치패드의 기능버튼을 터치패드의 탭핑에 의한 기능버튼 기능을 이용하는 휴대용 소형 디지털기기
16. 청구항 5에서 가상키보드가 3개의 열을 가지고 각 열에 해당하는 가상키보드 좌표계와 대응하는 터치패드 좌표계의 면적이 동일하지 않은 비선형적 대응관계를 갖는 디지털기기
17. 청구항 5에서 가상키보드를 이용한 문자입력과정에 스페이스와 백스페이스를 가상키보드의 키를 이용하지 않고 손가락의 터치패드 위에서의 좌우 움직임으로 대신하는 방법
18. 청구항 1에서 휴대용 소형 디지탈기기와 일체형이 아닌 분리된 형태를 갖는 유선형 및 무선형 터치패드 포인팅장치

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