KR20130061958A - 전자펜의 필압 측정장치 - Google Patents

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KR20130061958A
KR20130061958A KR1020110128294A KR20110128294A KR20130061958A KR 20130061958 A KR20130061958 A KR 20130061958A KR 1020110128294 A KR1020110128294 A KR 1020110128294A KR 20110128294 A KR20110128294 A KR 20110128294A KR 20130061958 A KR20130061958 A KR 20130061958A
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이상석
안성덕
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한국전자통신연구원
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Abstract

정전용량 변화를 이용하여 펜의 필기 압력을 측정할 수 있는 전자펜의 필압 측정장치가 개시된다. 본 발명에 따른 필압 측정장치는, 제1,2 고정판과 함께 정전용량 센서를 구성하며, 상기 제1,2 고정판 사이에서 필압의 변화에 따라 이동되는 이동판을 가진다. 그리고, 이동판에 연장적으로 부착되어 필압을 생성하는 팁과, 상기 이동판이 상기 제1,2 고정판 사이에서 제1방향으로 이동되었을 때 상기 이동판을 원래의 위치로 복귀시키기 위한 탄성부를 구비함에 의해, 보다 저가의 신뢰성이 있는 전자펜이 제공될 수 있다.

Description

전자펜의 필압 측정장치{DEVICE FOR CALIBRATING WRITING PRESSURE IN ELECTRONIC PEN}
본 발명은 전자펜에 관한 것으로, 보다 구체적으로 정전용량 변화를 이용하여 펜의 필기 압력을 측정할 수 있는 전자펜의 필압 측정장치에 관한 것이다.
오늘날 컴퓨터에서 가장 대표적인 입력장치는 마우스를 손 꼽을 수 있다. 그리고 가장 오래된 입력장치라 할 수 있는 전자적 필기구가 있다. 태블릿의 펜을 마우스와 같이 사용하기 위해서는 버튼기능은 반드시 필요하다.
그리고 필기구는 필기구에 작용하는 힘에 따라 필기구에서 표현되는 색의 진하기와 굵기 등이 변화하는 것을 알 수 있다. 필기구에 작용하는 힘을 필압이라 하는데, 태블릿에 실제 펜과 같은 느낌을 주기 위해서 필압 기능의 측정이 필요하다.
전자펜의 필압 측정을 위한 종래 기술의 종류를 설명하면 다음과 같다.
첫째로, FSR(Force Sensing Resistor)센서를 이용한 필압 측정 방법이 있다.
종래의 장치에서는 필압을 표현하기 위해서 힘에 의해서 저항이 바뀌는 FSR센서를 이용한다. 즉, 가해지는 힘에 따라 저항이 변하는 FSR의 특성을 이용하는 것이다. 전자펜의 터치 부위에 센서를 설치하면 필압을 구할 수 있다. 그러나 이 센서는 힘을 가하다가 펜을 떼면 힘이 0으로 순간적으로 없어지기 어렵다. 즉, 고속의 반복동작에서도 펜에 필압이 존재하지 않으면 힘은 언제나 0으로 측정되어야만 펜은 정상적인 신뢰성을 가지게 된다.
또한 종래의 필압 측정 장치는 일정 힘으로 누르고 있는 경우에도 계속 힘이 증가하는 것처럼 보이는 구조적 문제를 가질 수 있다. 즉, 상기 FSR 센서는 크리프(creep)특성이 좋지 않은 문제로 인해 고정밀 힘 센서로서는 사용되기 어렵다.
둘째로, 정전용량센서를 이용하여 필압을 측정하는 방법이 있다.
두 전극 사이의 간격이 변화되면, 두 전극 사이에 정전용량(C)의 변화가 발생하며, 정전용량 변화는 다음의 식과 같다.
Figure pat00001
여기서
Figure pat00002
:진공의 유전율,
Figure pat00003
:비유전율, S:전극 면적, d:전극 간격이다. 이러한 원리를 이용하여 전자펜의 압력 측정부위에 정전용량센서를 후술되는 바와 같은 도 1과 같은 구조로써 채용하면, 실시간으로 변화되는 필압을 측정할 수 있다.
이러한 두번째의 방법은 힘의 변화에 따라 두 전극의 간격(d)이 변하고, 이 변한 간격으로 인한 정전용량 변화를 측정함으로써 필압을 측정하는 원리를 갖는다. 그러나 이 방법을 구현하기 위해서는 두 전극 사이에 탄성체를 갖는 물체를 삽입해야 하고 크리프(creep)특성이 없어야 하는 전제 조건이 뒤따른다.
그러나 정전용량센서를 이용하여 필압을 측정하는 방법에서 이러한 특성을 갖는 탄성체를 이용하거나 구현하기가 힘든 단점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 두 전극 사이에 탄성체를 위치시킬 필요가 없고 크리프(creep)특성을 갖지 않는 개선된 전자펜의 필압 측정장치을 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 간단한 구조이면서 저가이고 양산성을 갖는 고정밀의 전자펜 필압 측정 방법 및 전자펜을 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예의 일 양상에 따른 전자펜의 필압 측정장치는,
제1,2 고정판;
상기 제1,2 고정판과 함께 정전용량 센서를 구성하며, 상기 제1,2 고정판 사이에서 필압의 변화에 따라 이동되는 이동판;
상기 이동판에 연장적으로 부착되어 필압을 생성하는 팁; 및
상기 이동판이 상기 제1,2 고정판 사이에서 제1방향으로 이동되었을 때 상기 이동판을 원래의 위치로 복귀시키기 위한 탄성부를 구비한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 제1,2 고정판 사이에 위치되어 상기 이동판을 보다 원활히 이동시키기 위한 스페이서를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 탄성부는 상기 제1,2 고정판 사이에는 위치됨이 없이 상기 이동판의 일측부에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 탄성부는 고유 탄성계수를 갖는 스프링일 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 정전용량 센서의 정전용량은 RC 공진을 이용함에 의해 측정되도록 구성되거나, LC 공진을 이용함에 의해 측정되도록 구성될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예의 일 양상에 따라, 전자펜의 필압 측정 방법은,
상기 제1,2 고정판과 함께 정전용량 센서를 구성하며, 상기 제1,2 고정핀 사이에서 필압의 변화에 따라 이동되는 이동판을 준비하는 단계;
상기 이동판에 연장적으로 부착된 팁을 통해 필압을 생성하는 단계; 및
상기 이동판이 상기 제1,2 고정판 사이에서 제1 방향으로 이동되었을 때 그에 대응된 이동량에 따른 정전용량의 변화를 측정하는 단계를 구비한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 이동판이 상기 제1방향으로 이동될 때 상기 팁을 통한 필압이 더 이상 없을 경우에 상기 이동판을 원래의 위치로 복귀시키는 단계를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 이동판은 상기 제1,2 고정판 사이에 삽입된 스페이서를 통해 이동되는 것일 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 이동판의 복귀는 상기 제1,2 고정판 사이에는 위치됨이 없이 상기 이동판의 일측부에 형성되는 탄성부를 통해 수행될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 탄성부는 고유 탄성계수를 갖는 강철 스프링일 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 정전용량 변화의 측정은 RC 공진을 이용함에 의해 수행되는 것일 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 정전용량 변화의 측정은 LC 공진을 이용함에 의해 수행되는 것일 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예의 다른 양상에 따른 전자펜의 필압 측정장치는,
대체로 사각형의 제1,2 고정판;
상기 제1,2 고정판과 함께 정전용량 센서를 구성하며, 상기 제1,2 고정판 사이에서 필압의 변화에 따라 슬라이딩되는 이동판;
상기 이동판에 연장적으로 부착되어 필압을 생성하는 도전성 팁; 및
상기 도전성 팁의 이동에 따라 상기 이동판이 상기 제1,2 고정판 사이에서 제1방향으로 이동되었을 때 상기 이동판을 원래의 위치로 복귀시키기 위한 탄성력을 갖도록 하는 탄성부를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 제1,2 고정판 사이에 위치되어 상기 이동판을 보다 원활히 이동시키기 위한 절연성 스페이서를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 탄성부는 상기 제1,2 고정판 사이에는 위치됨이 없이 상기 이동판의 일측부에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 탄성부는 고유 탄성계수를 갖는 스테인레스 스틸 스프링일 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 정전용량 센서의 정전용량은 RC 공진을 이용함에 의해 측정되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 정전용량 센서의 정전용량은 LC 공진을 이용함에 의해 측정되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 전자펜은 태블릿 퍼스널 컴퓨터의 입력 펜으로서 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예적인 구성에 따르면, 간단한 구조이면서 저가이고 양산성을 갖는 고정밀의 전자펜 필압 측정 장치가 제작될 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 전자펜의 구조도,
도 2는 본 발명의 기술적 동작 원리에 따른 정전용량의 변화측정을 보인 예시도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전자펜의 필압 측정장치의 구조 및 전자 펜을 보인 도면, 및
도 4는 도 3에 따른 전자펜의 정전용량 측정을 설명하기 위해 제시된 도면.
위와 같은 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시 예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은, 이해의 편의를 제공할 의도 이외에는 다른 의도 없이, 개시된 내용이 보다 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 소자 또는 부품들이 대상 소자 블록에 연결된다 라고 언급된 경우에 그것은 직접적인 연결뿐만 아니라 어떤 다른 소자를 통해 대상 소자 블록에 간접적으로 연결된 의미까지도 포함한다.
또한, 각 도면에서 제시된 동일 또는 유사한 참조 부호는 동일 또는 유사한 구성 요소를 가급적 나타내고 있다. 일부 도면들에 있어서, 소자 및 라인들의 연결관계는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 나타나 있을 뿐, 타의 소자나 전자적 하드위에 블록들이 더 구비될 수 있다.
여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함될 수 있으며, 전자펜의 기본적 형태, 제조 및 사용에 대한 기본적 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않도록 하기 위해 상세히 설명되지 않음을 유의(note)하라.
도 1은 종래기술에 따른 전자펜의 구조도이다.
도면을 참조하면, 전자펜(100)의 필압 측정장치(2)는 두 전극들(4,8)사이에 탄성체(6)를 삽입한 구조이다. 여기서, 태블릿(1)에 대하여 팁(9)으로부터 생성되는 필압은 상기 두 전극들(4,8)간의 간격(d) 변화에 따른 정전용량 변화를 측정함에 의해 감지된다. 도면에서 전자펜(100)의 하우징 내의 코일(104) 및 도전체(102)는 정전용량이 발생되도록 하는 소자들이다.
이와 같은 도 1의 구조에서는 두 전극들 사이에 탄성체를 삽입하여야 하는 부담이 있고, 작은 간격내에서 클리프 특성을 갖지 않게 하는 것이 매우 어렵다.
따라서, 본 발명의 실시 예의 경우에는 도 2와 같은 원리를 갖는 고상한 구조를 마련하였다.
전자펜의 기능은 펜의 터치 위치 측정과 버튼 입력 그리고 일반 연필과 같은 필압을 측정하는 것이다. 저가이면서 양산성과 고정밀의 필압을 측정하기 위해서는 기존의 힘센서나 도 1과 같은 구조를 이용하기 곤란하다. 결국, 본 발명에서는 간단한 구조이면서 고정밀의 전자펜 필압 측정장치를 도 2와 같은 동작 원리에 따라 도 3과 같이 강구하였다.
먼저, 도 2는 본 발명의 기술적 동작 원리에 따른 정전용량의 변화측정을 보인 예시도이다.
도면을 참조하면, 제1,2 고정판(10a,10b)사이에서 이동판(20)이 제1,2 방향으로 이동하는 예가 보여진다. 제1 방향으로의 이동이 발생된 경우에 원래 위치로 의 복원은 탄성부에 의해 수행될 수 있다. 즉, 탄성부는 제1방향의 반대방향인 제2방향으로 상기 이동판(20)을 이동시키는 기능을 한다. 상기 제1방향으로 이동된 만큼의 변위는 정전용량의 변화로써 나타나고 이를 측정하는 것에 의해 필압이 측정된다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전자펜의 필압 측정장치의 구조 및 전자 펜을 보여준다.
도 2에서 보여진 바와 같은 동작 원리를 이용하여 도 3과 같은 필압 측정장치 및 전자펜의 구현이 가능하다.
도면을 참조하면, 전자펜의 필압 측정장치는, 제1,2 고정판(10a,10b), 상기 제1,2 고정판(10a,10b)과 함께 정전용량 센서를 구성하며, 상기 제1,2 고정판(10a,10b) 사이에서 필압의 변화에 따라 이동되는 이동판(20), 상기 이동판(20)에 연장적으로 부착되어 필압을 생성하는 팁(40), 상기 이동판(20)이 상기 제1,2 고정판 사이에서 제1방향으로 이동되었을 때 상기 이동판(20)을 원래의 위치로 복귀시키기 위한 탄성부(50)를 포함한다.
여기서, 상기 제1,2 고정판 사이에 위치되어 상기 이동판(20)을 보다 원활히 이동시키기 위한 스페이서(30a,30b)가 더 구비될 수 있다.
상기 탄성부(50)는 상기 제1,2 고정판(10a,10b) 사이에는 위치됨이 없이 상기 이동판의 일측부에 형성되므로, 동작 운영이나 제작 마진을 갖는다. 상기 탄성부(50)는 고유 탄성계수를 갖는 강철 또는 스테인레스 스틸 재질의 스프링으로 제작될 수 있다.
도 3과 같은 전자펜(110)은 태블릿 퍼스널 컴퓨터의 입력 펜으로서 이용될 수 있다.
도 3에서 두 개의 고정판(10a,10b)사이에 전자펜의 팁(40)이 부착된 이동판(20)을 위치시키고, 이동판(20)의 이동을 원활히 하기 위한 스페이서(30a,30b)를 삽입한 구조는 하나의 정전용량 센서를 구성한다. 상기 탄성부(50)는 상기 이동판(20)의 변위시에 이동판이 원래의 위치로 복원되도록 하기 위한 것이다. 여기서, 상기 탄성부(50)의 일단은 상기 고정판(10a,10b)사이에 배치되지 않는 것을 알 수 있다. 따라서, 이동판(20)의 복원을 행하는 스프링 구조가 다양한 형태나 구조로서 제조될 수 있다.
도 3에서와 같은 정전용량센서를 구성하는 필압 측정장치를 전자펜(110)의 압력 측정부위 예컨대 펜의 선두부에 구성하면, 실시간으로 필압을 측정하는 것이 가능하게 된다. 즉, 필압에 따라 전자펜의 팁(40)이 이동하게 되면 팁(40)이 부착된 이동판(20)이 이동하게 된다. 이에 따라 두 고정판(10a,10b) 사이의 정전용량 값이 변하게 되는데, 이러한 정전용량 변화를 측정함으로써 고정판에 대한 이동판의 상대적 위치변화 및 필압을 측정하는 것이 가능하게 된다.
이러한 정전용량 변화는 정전용량을 측정하는 모듈이 내장되어 있는 마이크로프로세서를 이용함에 의해 도 4에서 보여지는 바와 같이 측정이 가능하다.
도 4는 도 3에 따른 전자펜의 정전용량 측정을 설명하기 위해 제시된 도면이다.
도면을 참조하면, 정전용량 측정 모듈(210)을 내장한 마이크로프로세서(200)가 연결라인을 통해 전자펜(110)과 연결된 것이 보여진다.
정전용량을 측정하는 방법에는 다양한 방법이 있는데, 기본적으로 RC 공진을 이용한 방법, LC 공진을 이용한 방법 등이 있다. 본 발명의 실시 예의 경우에도, 상기 정전용량 센서의 정전용량은 RC 공진을 이용함에 의해 측정되도록 구성되거나, LC 공진을 이용함에 의해 측정되도록 선택적으로 구성될 수 있다.
이러한 측정 원리에 근거하여 상기 정전용량 측정모듈(210)에 의해 측정된 정전용량 값은 디지털 값으로 변환되어 상기 마이크로프로세서(200)로 제공된다. 따라서, 마이크로프로세서(200)는 디지털 값에 따라 필압을 인식할 수 있게 된다.
이상에서와 같이 도면과 명세서를 통해 최적 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예를 들어, 사안이 다른 경우에 본 발명의 기술적 사상을 벗어남이 없이, 도 3에서 보여지는 필압 측정장치의 외형이나 재질, 또는 구조를 다양하게 변경 또는 변형할 수 있을 것이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10a,10b: 제1,2 고정판
20 : 이동판
30a,30b: 스페이서
40 : 팁
50 : 스프링

Claims (13)

  1. 제1,2 고정판;
    상기 제1,2 고정판과 함께 정전용량 센서를 구성하며, 상기 제1,2 고정판 사이에서 필압의 변화에 따라 이동되는 이동판;
    상기 이동판에 연장적으로 부착되어 필압을 생성하는 팁; 및
    상기 이동판이 상기 제1,2 고정판 사이에서 제1방향으로 이동되었을 때 상기 이동판을 원래의 위치로 복귀시키기 위한 탄성부를 구비함을 특징으로 하는 전자펜의 필압 측정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1,2 고정판 사이에 위치되어 상기 이동판을 보다 원활히 이동시키기 위한 스페이서를 더 구비함을 특징으로 하는 전자펜의 필압 측정장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 탄성부는 상기 제1,2 고정판 사이에는 위치됨이 없이 상기 이동판의 일측부에 형성됨을 특징으로 하는 전자펜의 필압 측정장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 탄성부는 고유 탄성계수를 갖는 스프링임을 특징으로 하는 전자펜의 필압 측정장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 정전용량 센서의 정전용량은 RC 공진을 이용함에 의해 측정되도록 구성됨을 특징으로 하는 전자펜의 필압 측정장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 정전용량 센서의 정전용량은 LC 공진을 이용함에 의해 측정되도록 구성됨을 특징으로 하는 전자펜의 필압 측정장치.
  7. 대체로 사각형의 제1,2 고정판;
    상기 제1,2 고정판과 함께 정전용량 센서를 구성하며, 상기 제1,2 고정판 사이에서 필압의 변화에 따라 슬라이딩되는 이동판;
    상기 이동판에 연장적으로 부착되어 필압을 생성하는 도전성 팁; 및
    상기 도전성 팁의 이동에 따라 상기 이동판이 상기 제1,2 고정판 사이에서 제1방향으로 이동되었을 때 상기 이동판을 원래의 위치로 복귀시키기 위한 탄성력을 갖도록 하는 탄성부를 구비함을 특징으로 하는 전자펜의 필압 측정장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1,2 고정판 사이에 위치되어 상기 이동판을 보다 원활히 이동시키기 위한 절연성 스페이서를 더 구비함을 특징으로 하는 전자펜의 필압 측정장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 탄성부는 상기 제1,2 고정판 사이에는 위치됨이 없이 상기 이동판의 일측부에 형성됨을 특징으로 하는 전자펜의 필압 측정장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 탄성부는 고유 탄성계수를 갖는 스테인레스 스틸 스프링임을 특징으로 하는 전자펜의 필압 측정장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 정전용량 센서의 정전용량은 RC 공진을 이용함에 의해 측정되도록 구성됨을 특징으로 하는 전자펜의 필압 측정장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 정전용량 센서의 정전용량은 LC 공진을 이용함에 의해 측정되도록 구성됨을 특징으로 하는 전자펜의 필압 측정장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 전자펜은 태블릿 퍼스널 컴퓨터의 입력 펜으로서 이용됨을 특징으로 하는 전자펜의 필압 측정장치.
KR1020110128294A 2011-12-02 2011-12-02 전자펜의 필압 측정장치 KR20130061958A (ko)

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