KR20150040886A - 교류 자기장을 이용한 사용자 입력 장치 및 이를 구비하는 전기 장치 - Google Patents

교류 자기장을 이용한 사용자 입력 장치 및 이를 구비하는 전기 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 교류 자기장을 이용하여 사용자가 원하는 위치와 방향 등을 정확하게 전송하여 처리되도록 하는 교류 자기장을 이용한 사용자 입력 장치 및 이를 구비하는 전기 장치에 관한 것이다.
본 발명인 교류 자기장을 이용한 사용자 입력 장치는 전원과, 교류 자기장을 발생시키는 자기장 발생부 및, 전원을 인가받아 자기장 발생부를 제어하여 교류 자기장의 발생 및 차단을 수행하는 제어부로 이루어진다.

Description

교류 자기장을 이용한 사용자 입력 장치 및 이를 구비하는 전기 장치{USER INPUT DEVICE USING ALTERNATING CURRENT MAGNETIC FIELD AND ELECTRIC DEVICE HAVING SAME}
본 발명은 사용자 입력 장치 및 이를 구비하는 전기 장치에 관한 것으로서, 특히 교류 자기장을 이용하여 사용자가 원하는 위치와 방향 등을 정확하게 전송하여 처리되도록 하는 교류 자기장을 이용한 사용자 입력 장치 및 이를 구비하는 전기 장치에 관한 것이다.
테블릿과 스마트 폰, 기타 대화형 스크린(interactive screen)에 사용되는 터치스크린은 디스플레이의 스크린 위에 정전, 정압, 광학 방식의 터치를 인식하는 센서를 구비하여 사용자가 스크린에 표시된 대상을 직접 누르거나 끌 수 있도록 하는 포인팅 장치이다. 특히, 정전식 터치스크린의 경우 전도성 물질(conductive material)인 스타일러스 펜 촉으로 터치하고, 정압식 터치 스크린의 경우는 펜 끝의 단순한 기구적 압력으로 터치스크린에 그리기 입력을 하거나 메뉴 선택, 끌기 등 일반적인 포인팅 장치 입력을 할 수 있으며, 사용자의 손가락으로 터치를 하여 같은 입력을 할 수 있다. 하지만, 대부분의 정전/정압식 터치 스크린은 터치 스크린의 입력만으로는 사람의 피부가 누른 것과 펜이 누른 것을 구분할 수 없어 사용자가 펜으로 필기하는 동안 손볼을 스크린 위에 놓으면(palm resting) 안되므로 손을 들고 써야 하기에 필기 동작이 힘들고 부자연스럽다. 또한, 스크린을 누르는 펜 촉의 이차원적인 좌표만을 입력 받기 때문에, 펜 대가 기울어진 방향이나 각도, 스크린을 누르는 압력을 측정하여 획의 굵기나 진하기를 직관적으로 바꾸거나 3차원적인 조작을 할 수 없다.
특정 종류의 스마트 폰에서는 스타일러스와 손가락의 구분된 입력과 누르는 압력의 입력이 가능한데, 이는 터치 스크린에 두 레이어의 고가 센서를 쓰거나 마이크로 프로세서, 데이터 통신 모듈, 고가의 센서와 전원 장치를 구비된 고가의 펜이 있어야 가능하다. 일본 와콤사가 특허(미국 5,134,388, 5,898,136, 8,228,312 등)로 공개한 정전 방식과 자기 공명을 겸하는 기술이 삼성전자의 스마트폰 및 테블릿 중 일부에 사용되어 펜에 의한 입력과 손에 의한 누름을 구분할 수 있으며, 펜이 누르는 힘의 정도, 즉 필압의 측정이 가능하다. 이러한 방식은 터치 스크린을 구현하는데도 비용이 상승하고, 펜에도 복잡한 회로와 전원이 들어가야 한다.
미국의 애플사의 미국 출원 2012/0127110과 미국 마이크로소프트사의 미국 출원 2012/0153026에서는 스타일러스에 카메라와 전원을 포함하는 회로, 프로세서, 무선 통신 모듈을 넣어 스타일러스의 촉이 스마트 폰의 스크린 상에 충분히 가까워지거나 터치를 하면, 스크린에 미세하게 형성된 시각 표지를 스타일러스의 카메라가 인식하여 펜 촉의 스크린 상 위치를 인지하며, 펜과 펜이 아닌 손에 의한 터치를 구분할 수 있다. 하지만, 펜에 카메라와 고가의 프로세서, 블루투스 통신 모듈, 전원이 들어가 비용이 크게 상승한다.
이러한 터치를 통한 스크린 입력 장치는 펜의 형태로 제한되지 않고, 미국 Spinmaster사의 Appmates 제품 등 장난감 차나 게임용 puck 등 다양하게 구성될 수 있다. 이러한 폰/테블릿 액세서리들은 그 바닥에 전도성 실리콘(conductive silicone) 등 전도성 접점(conductive contact)을 하나 이상 넣어 터치스크린 위에 올려지면 터치스크린의 센서를 통해 그 올려진 위치를 파악하게 되어 있다. 전도성 접점을 여러 개 두어 액세서리가 놓이면서 다중 접점의 멀티 터치를 통해 단순한 위치 좌표인 2차원적 정보뿐만 아니라 회전 정보도 얻을 수 있다. 그러나 정전방식 스크린의 특성상, 각 전도성 접점의 크기는 지름 6mm 정도 이상이 되어야 하고, 이들이 동시에 닿도록 바닥이 평면에 가깝고 충분히 넓어야 해서 액세서리의 기울임에 따른 직관적인 입력이 불가능하다.
터치스크린 외에도 트랙 패드가 포인팅 장치로 쓰여 디스플레이는 되지 않지만 손가락 끝으로 눌러 끌거나 선택하는 장치로 많이 쓰이고 있으며, 트랙 패드의 경우도 터치 스크린과 마찬가지로 펜과 손, 펜의 종류를 구분하기가 어렵고, 포인팅 장치의 기울어진 방향이나 기울어진 정도를 측정할 수 없는 공통적인 단점을 가지고 있다.
휴대형 컴퓨터의 센서를 이용하여 휴대폰의 각도와 위치를 측정하려는 연구도 계속되어 왔다. 특히 스마트폰의 가속도 센서를 써서 소프트웨어만으로 측정하려는 시도가 있었는데, 미국 듀크 대학교에서 Phone Point Pen이라는 이름으로 수행된 프로젝트에서는 허공에 스마트폰으로 글씨의 궤적을 그리면 스마트폰의 자이로스코프와 가속도계(accelerometer)가 이를 인식하여 소프트웨어 상의 획으로 바꾸어 준다. 비슷한 연구로 미국 InvenSense사의 "Motion Processing"이라는 리포트 등에는 스마트 폰에 장착된 가속도를 재는 자이로스코프, 가속도계, 3축 자기장센서(e-compass)의 입력을 모두 참고하여 노이즈 등을 제거하고 적절한 미적분 연산을 하는 sensor fusion을 통해 속도의 변화 뿐 아니라 움직이는 스마트 폰의 각도를 비교적 정확하게 재고 선형적 변위까지 잴 수 있다고 주장하고 있다. 그러나 회전가속도와 선형가속도를 정확하게 구분하기 어려운 문제, 급격한 속도 변화나 떨림 등의 미세한 움직임 등에 의해 많은 노이즈가 발생하는 환경에서 가속도를 두번 적분하여 구한 선형적 변위는 축적된 오차가 상당히 크기 때문에, 포인팅 장치의 입력으로 사용할 정도의 정확도를 성취하는 것은 실질적으로는 불가능하다. 반면 스마트폰이 정지해 있을 경우 지구가 발생시키는 일정한 방향의 중력과 자기장을 가속도계와 자기장센서를 사용하여 스마트폰의 방향각의 절대값을 정확하게 측정할 수 있다. 스마트폰이 움직일 경우에도 스마트폰의 자이로스코프로 측정한 값을 추가로 사용하여 오차와 누적 노이즈를 필터링하여 스마트폰이 가르키는 3차원 상의 방향각은 누적 오차가 크지 않아 비교적 정확하게 측정할 수 있다. 즉, 방향에 대한 정보는 스마트폰에 내장된 센서만으로 비교적 정확하게 잴 수 있는 반면, 선형적인 거리에 대한 정보는 정확하게 측정할 수 없다.
또한, 자기장을 측정하여 자석의 위치와 방향을 알아낼 때 해결해야 하는 것은 자기장 센서가 지구 자기장의 영향도 받으므로 컴퓨터의 지구상의 방향에 따라 결정되는 지구 자기장의 바이어스를 알아야 한다. 지자기장 뿐 아니라 주변의 자석이나 전자석, 컴퓨터 내부의 자석 등에 의해 심한 바이어스나 교류 전원선 등에 의해 노이즈가 생기므로, 종래의 자석의 위치를 측정하는 방법은 통상 9개 이상 많은 수의 자기장 센서를 쓰고, 캘리브레이션을 따로 해야 하는 문제점이 있다. 또한, 거리에 삼제곱에 비례하여 급속히 감쇠하는 자기장의 특성상 강한 자석을 써야 하는데 자석이 전자 나침반에 가까이 접근하여 형성되는 강한 자기장은 대부분의 전자나침반의 dynamic range를 벋어나 측정이 불가능하다. 또한, 강한 자석이 센서에 접근했을 때 센서 내 외부의 쇠 등 강자성체가 hysteresis에 의해 자화되어 센서를 교란시키는 현상이 생긴다. 또한, 큰 붓을 제외한 실제 펜들은 세게 눌러 쓴다고 해서 펜 대의 위치가 크게 변화하는 것이 아니므로 필압에 따라 펜 대에 설치된 자석의 위치가 충분히 변하지 않는다. 따라서, 자기장 센서를 통해 자석의 위치를 재는 것만으로는 필압을 측정하기 어렵다.
위와 같은 문제를 고려할 때 펜에 단순한 영구자석이나 직류로 구동되는 전자석을 써서 컴퓨터의 자기장 센서로 펜의 기울기나 위치를 충분히 정확하게 측정하는 것은 불가능하거나, 펜이 움직일 때마다 지구 자기장 등 주변 자기장에 의한 바이어스를 계산하기 위한 교정(calibration)을 자주 수행해야 하는 등 상당한 사용 상의 불편함이 야기된다.
본 발명은 와컴 기술 등과 같이 비용이 많이 드는 두 레이어의 터치 센서 스크린과 복잡한 회로 및 전원 전달 장치를 갖춘 펜을 쓰거나, 고가의 센서, 프로세서, 블루투스 등의 통신 장치, 전원이 스타일러스 펜에 구비될 필요없이, 교류 자기장을 생성하는 전자석을 갖춘 펜(사용자 입력 장치)과 적은 개수의 자기장 센서만을 사용하여 펜 촉이 평면상에 획을 긋는 위치와 펜이 공간 상에 기울어진 방향 및 각도, 필압 등을 측정할 수 있는 교류 자기장을 이용한 사용자 입력 장치 및 이를 구비하는 전기 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 사용자 입력 장치의 움직임에 제한을 둠으로써, 자유도를 감소시킨 이후에, 교류 자기장을 이용하여 사용자 입력 장치의 위치와 방향을 더욱 정확하게 결정할 수 있는 교류 자기장을 이용한 사용자 입력 장치 및 이를 구비하는 전기 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 사용자 입력 장치의 움직임에 제한을 둔 상태에서, 전기 기기에 구비된 위치 관련 센서들로부터의 측정값과, 사용자 입력 장치로부터의 교류 자기장으로부터의 측정값을 이용하여, 사용자 입력 장치의 위치와 방향을 더욱 정확하게 결정할 수 있는 교류 자기장을 이용한 사용자 입력 장치 및 이를 구비하는 전기 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 교류 자기장과 소리 정보를 함께 이용하여 사용자 입력 장치의 위치와 방향을 더욱 정확하게 결정할 수 있는 교류 자기장을 이용한 사용자 입력 장치 및 이를 구비하는 전기 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명인 교류 자기장을 이용한 사용자 입력 장치는 전원과, 교류 자기장을 발생시키는 자기장 발생부 및, 전원을 인가받아 자기장 발생부를 제어하여 교류 자기장의 발생 및 차단을 수행하는 제어부로 이루어진다.
또한, 자기장 발생부는 적어도 하나 이상의 주파수 또는 주파수 대역을 지닌 교류 자기장을 발생시키는 것이 바람직하다.
또한, 자기장 발생부는 코일부로 구성되거나, 영구 자석과, 영구 자석을 회전시키는 모터로 구성되거나, 회전가능한 영구 자석과, 회전 가능한 영구 자석과 일정 간격 이격되어 권선된 코일부로 구성된 것이 바람직하다.
또한, 사용자 입력 장치는 인가된 압력에 따라 전기적 특성이 변화되는 압력 센서를 추가적으로 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 제어부는 압력 센서의 변화된 전기적 특징에 대응하여 자기장 발생부에 의해 발생되는 교류 자기장의 주파수 및 진폭 중의 적어도 하나 이상을 변화시키는 것이 바람직하다.
또한, 자기장 발생부는 제1 자기장 발생부와, 제1 자기장 발생부에 의해 생성되는 교류 자기장과 주파수가 다르거나 교류 자기장을 발생시키는 시점이 상이한 제2 자기장 발생부로 구성된 것이 바람직하다.
또한, 사용자 입력 장치는 소리를 발생시키는 제1 및 제2 스피커 또는 소리를 검출하는 제1 및 제2 마이크를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 제1 및 제2 스피커는 자기장 발생부에 대하여 대칭으로 배치되거나, 자기장 발생부의 쌍극자 축의 연장선에 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명인 전기 기기는 사용자 입력 장치로부터의 교류 자기장을 검출하는 자기장 센서와, 검출된 교류 자기장으로부터 사용자 입력 장치의 위치 및 방향을 산정하는 제어부를 구비한다.
또한, 자기장 센서는 적어도 3개 이상의 1축 자기장 센서들 또는 3축 자기장 센서로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 전기 기기의 제어부는 선정된 위치 및 방향을 기준으로 하여, 현재 수행 중인 프로그램을 처리하거나, 전기 기기의 표시부를 통하여 획을 표시하는 것이 바람직하다.
또한, 전기 기기의 제어부는 변화된 주파수 또는 진폭을 기준으로 하여, 필압에 대한 정보를 확인하거나, 사용자 입력 장치에 의한 터치를 구별하는 것이 바람직하다.
또한, 전기 기기는 자이로스코프 및 가속도계를 추가적으로 구비하고, 전기 기기의 제어부는 자이로스로크 및 가속도계로부터의 측정값들을 함께 고려하는 것이 바람직하다.
또한, 전기 기기는 사용자 입력 장치로 소리를 표출하는 제1 및 제2 스피커 또는 사용자 입력 장치로부터의 소리를 검출하는 제1 또는 제2 마이크를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 전기 기기의 제어부는 사용자 입력 장치의 교류 자기장의 주파수에 대한 정보를 저장하고, 자기장 센서로부터의 자기장값을 기저장된 주파수에 대한 정보를 이용하여 필터링하는 것이 바람직하다.
또한, 전기 기기의 제어부는 자기장 센서로부터의 자기장값들 중에서 다른 주파수 또는 주파수 대역의 자기장 세기보다 큰 자기장 세기를 나타내는 주파수 또는 주파수 대역의 자기장 세기만을 처리하여 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 전기 기기의 제어부는 사용자 입력 장치가 전기 기기의 전면 또는 기준면 상에서 기울어진 각도와, 기울어진 방향을 산정하는 것이 바람직하다.
또한, 전기 기기의 제어부는 기울어진 각도와 기울어진 방향을 기준으로 하여, 획의 진하기나 굵기 또는 흘림 처리를 결정하여 처리하는 것이 바람직하다.
또한, 전기 기기는 사용자 입력 단치의 단부가 인접하거나 터치하는 것을 감지하는 터치 스크린 또는 트랙 패드를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명을 통해 사용자가 펜 촉이 터치 스크린을 누른 궤적뿐만 아니라 실제 종이에 펜을 쓰듯이 획의 굵기나 진하기 등을 터치 스크린에 가해지는 펜의 압력과 펜 기울기를 통해 자연스럽게 전기 기기에 입력할 수 있고, 종래 터치펜의 단점인 손과 펜의 터치를 구분을 못 하여 손을 스크린 위로 띄운 채 필기해야 하는 문제점을 해결한다.
또한, 큰 자유도로 움직이는 삼차원 공간 마우스 등 제한된 수의 자기장 센서만으로 잴 수 없는 사용자 입력 장치(포인팅 장치)의 움직임도 측정하기 위해 휴대형 컴퓨터에 이미 구비된 범용의 터치 스크린이나 마이크 등 추가의 입력 장치를 동시에 사용하여, 사용자 입력 장치의 위치와 방향에 대한 정확한 정보를 획득할 수 있다.
본 발명에서는 사용자 입력 장치에 구비된 자기장 발생부가 특정 주파수의 교류 자기장을 발생시키도록 하고, 전기 기기의 자기장 센서가 측정한 자기장 값으로부터 특정 주파수의 자기장 성분만 필터링하여 적은 수의 자기장 센서만으로 사용자 입력 장치의 자기장과는 주파수가 다른 지구 자기장이나 주변 자기장에 의한 바이어스와 노이즈를 제거하여 사용자는 불필요한 calibration을 수행할 필요가 없게 되며, 그 정확도도 향상시킨다. 또한, 사용자 입력 장치의 전자석이 비교적 작은 자력을 발생해도 신호가 검출되므로 사용자 입력 장치가 비교적 넓은 공간에서 움직여도 dynamic range가 크지 않은 센서로 정확한 측정을 하도록 할 수 있다. 주변의 강한 직류 또는 교류 성분의 자기장에 의해 센서 내부의 강자성체가 자화되어 인가되는 자기장 성분 역시 사용자 입력 장치가 발생시키는 자기장과는 주파수가 다르므로 필터링 과정에서 제외되며 정확하게 사용자 입력 장치의 위치와 방향을 잴 수 있다. 예를 들면, 사용자 입력 장치가 발생시키는 자기장 주파수를 17Hz로 설정하고, 전기 기기가 감지된 자기장 성분 중에서 17Hz의 성분만을 필터링함으로써, 주변의 고압 60Hz 교류에 의해 발생되는 자기장 노이즈를 제거할 수 있다. 또한, 직류에 해당하는 지구자기장이나 근접한 자석에 의한 환경적 자기장 영향을 필터링에 의해 모두 제거하여, 사용자가 환경적 자기장에 의한 바이어스를 개선하기 위한 calibration을 수행할 필요도 없어진다.
또한, 제한된 수의 자기장 센서만으로 잴 수 없는 사용자 입력 장치의 움직임도, 전기 기기에 구비된 터치 스크린이나 마이크 등 추가의 입력 장치를 동시에 사용하여 큰 자유도로 움직이는 삼차원 공간 마우스 등을 단순하게 저가로 구현한다.
도 1은 본 발명인 사용자 입력 장치의 제1실시예 및 이를 구비하는 전기 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 제1 사용예이다.
도 3a 내지 3d는 도 1의 자기장 발생부(10)의 실시예들이다.
도 4는 도 1의 제2 사용예이다.
도 5a 및 도 5b는 사용자 입력 장치의 제2실시예와, 제2 실시예에 따른 사용자 입력 장치와 전기 장치의 사용예이다.
도 6a 및 도 6b는 사용자 입력 장치의 제3실시예와, 제3 실시예에 따른 사용자 입력 장치와 전기 장치의 사용예이다.
도 7a 및 도 7b는 사용자 입력 장치의 제4실시예와, 제4 실시예에 따른 사용자 입력 장치와 전기 장치의 사용예이다.
도 8은 제5 실시예에 따른 사용자 입력 장치와 전기 장치의 사용예이다.
이하에서, 본 발명은 실시예들과 도면들을 통하여 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명인 사용자 입력 장치의 제1실시예 및 이를 구비하는 전기 장치의 구성도이다.
사용자 입력 장치(100)는 교류의 자기장을 발생시키는 자기장 발생부(10)와, 전원(30)과, 전원(30)이 제어부(50) 및 자기장 발생부(10)로의 인가 및 차단을 수행하는 스위치(40)와, 전원(10)을 이용하여 자기장 발생부(10)를 제어하여 기설정된 적어도 하나 이상의 주파수 또는 주파수 대역을 지닌 교류의 자기장의 발생 및 차단을 수행하는 제어부(50)를 구비한다. 스위치(40)는 선택적으로 구비될 수 있다.
자기장 발생부(10)가 발생시키는 교류 자기장(alternating magnetic field)은 시간에 따라 자기장의 극성이나 크기가 전기 기기(200)에게 알려진 패턴(주파수, 주기)에 따라 변하는 자기장이며, 예를 들면 일정한 주기로 N극과 S극이 sine 함수나 톱니함수에 따라 변하는 자기장일 수 있다. 또한, 자기장 발생부(10)는 일정한 주파수로 변하는 교류가 인가되는 전자석이거나 일정한 각속도로 회전하는 영구자석인 것이 바람직하다.
또한, 제어부(50)는 전원(30)을 인가받아 sine 파 형태 또는 톱니 형태의 교류 전압을 자기장 발생부(10)에 인가하며, 특히 교류 자기장이 기설정된 적어도 하나 이상의 주파수 또는 주파수 대역을 지니도록 제어한다.
전기 기기(200)는 자기장을 측정하는 자기장 센서(210)와, 자이로스코프(212), 가속도계(214), 다양한 통신 방식에 따른 통신을 수행하는 통신부(220)와, 다양한 정보를 표시하는 표시부(230)와, 사용자로부터의 입력을 획득하는 입력부(240)와, 외부의 음향/음성 신호를 획득하는 제1 및 제2 마이크(250, 251), 음향/음성을 외부로 발산하는 제1 및 제2 스피커(260, 261) 및 위 구성요소들을 제어하여 전기 기기(200)의 고유 기능(유무선 통신, 영상 플레이 등)을 수행하며, 사용자 입력 장치(100)로부터의 자기장을 측정하여 사용자 입력 장치(100)의 위치 및 방향을 산정하는 제어부(270)를 구비한다. 다만, 전원부가 기재되고 있지 않으나, 이러한 구성요소는 널리 알려진 기술에 해당하여 그 설명이 생략되었으며, 자이로스코프(212), 가속도계(214), 통신부(220), 표시부(230), 입력부(240), 제1 및 제2 마이크(250, 251), 제1 및 제2 스피커(260, 261) 등에 대한 설명도 생략된다.
자기장 센서(210)는 1차원적인 자기장 값을 측정하는 홀 센서들 일 수도 있고, 2차원 또는 3차원의 마그네토메터(magnetometer)일 수 있는데, 다차원 센서의 경우 그 차원 수만큼의 복수의 1차원 센서가 설치된 것과 같은 효과가 있다.
자기장 발생부(10)가 기설정된 주파수(예를 들면, 17Hz) 또는 주파수 대역의 교류 자기장을 발생시키면, 전기 기기(200)의 제어부(270)는 자기장 센서(210)로부터 얻은 복수의 시점의 자기장 값을 푸리에 변환을 하고, 전체 주파수 대역 중에서 기설정된 주파수 또는 주파수 대역의 신호 크기만을 참조한다. 즉, 전기 기기(200)의 제어부(270)는 이러한 주파수 필터링을 통해 다양한 주파수대에 걸쳐 들어오는 노이즈나, 주파수가 없는 지자기장 등 환경 자기장에 의한 영향을 모두 배제시킬 수 있다. 이러한 기설정된 주파수의 필터링(추출)은 제어부(270)가 lock-in amplifier나 푸리에 변환 등의 수치 해석적인 알고리즘을 구동하여 수행할 수 있다.
즉, 자기장 센서(210)에 측정되는 자기장 값에 영향을 미치는 것은 사용자 입력 장치(100)에서 발생된 교류 자기장 외에도 지구상의 어디에서든 미쳐지는 지자기장과 전기 기기(200) 내부/외부의 자석 등에 의해 지속적으로 미쳐지는 ambient(환경적) 자기장이 더 있으며, 이 환경적 자기장은 전기 기기(200)가 휴대형일 때 전기 기기(200)의 바라보는 지구상의 방향에 따라 바뀌는 3차원의 알려지지 않은 변수이다. 이외에도 자기장 센서(210)에 따라서는 감지되는 자기장의 방향을 바꾸기 위해 concentrator와 같은 강자성체를 내부에 포함하고 있을 수 있고, 이 외에도 자기장 센서(210) 가까이에 쇠 등 강자성체가 있을 경우, 자석이 자기장 센서(210)에 가까워졌다 멀어지면 센서 주변 강자성체가 자기 이력 현상(soft iron effect, hysteresis)으로 자성을 띄게 되어 자기장 센서(210)가 심하게 오동작을 한다. 이러한 ambient 자기장이나 자기 이력 현상에 의한 자기장은 대부분 교류 성분이 없는 자기장이므로, 자기장 발생부(10)가 기설정된 주파수 또는 주파수 대역으로 자기장을 발생시키고, 전기 기기(200)가 자기장 센서(210)에서 측정되는 값에서 이 기설정된 주파수 또는 주파수 대역의 자기장 신호만을 필터링하여 참조한다면 ambient 자기장과 자기 이력 현상에 의한 오류를 제거할 수 있다. 이외에도 전기 기기 주변의 교류 전원 등에서 발생하는 전자기장 노이즈 등도 교류 전원의 주파수 (50Hz 또는 60Hz)로부터 소정의 범위 이상 이격된 주파수로 자기장 발생부(10)가 교류 자기장을 발생시킨다면 대부분 제거될 수 있다. 특히, 자기장을 측정하는 시스템에서 자주 요구되는 8자로 전기 기기(200)를 휘두르게 하는 등의 캘리브레이션 없이도 외부적 요인에 의해 발생되는 알려지지 않은 자기장이나 노이즈를 빼고 사용자 입력 장치(100)에 의한 자기장 변화만을 측정을 할 수 있다.
본 발명에 의해 자기장 발생부(10)가 기설정된 주파수 A로 교류 자기장이 발생하면, 전기 기기(200)의 제어부(270)는 자기장 센서(210)로부터 얻은 여러 시점의 자기장 값에 대해 푸리에 변환을 수행하고, 주파수대의 신호 크기 중 주파수 A에 대응하는 신호크기만을 산정하여 참조한다. 이를 통해 다양한 주파수대에 걸쳐서 포함된 노이즈나, 주파수가 없는 지자기장 등 환경 자기장에 의한 영향을 모두 배제시킬 수 있다.
더 나아가, 제어부(270)가 주파수 A를 저장하고 있지 않거나, 주파수 A가 정하지 않더라도, 제어부(270)가 주파수 대 별로 상대적으로 현저하게 크게 신호가 잡히는 좁은 주파수대가 있는지 확인하여, 그 좁은 주파수가 자기장 발생부(10)에 의해 발생되는 교류 자기장의 주파수로 간주하고 그 간주된 주파수대의 신호의 크기를 자기장 발생부(10)에 의해 발생된 자기장의 크기로 처리할 수도 있다. 제어부(270)는 이렇게 결정된 자기장의 크기만을 이용하여 사용자 입력 장치(100)의 위치와 방향을 산정한다.
도 2는 도 1의 제1 사용예이다. 사용자 입력 장치(100)는 내부에 자기장 발생부(10), 전원(30) 및 제어부(50)가 내장하는 펜 형태의 케이스(110)와 케이스(110)의 일단에 단부(120)를 구비한다.
전기 기기(200)는 서로 이격되어서, 설치된 홀 센서(Hall sensor) 등 제한된 개수의 1차원의 자기장 센서(210a~210e)를 구비하고, 전면(201)에 표시부(230)를 구비하고, 제어부(270)가 내장된다. 도 1의 다른 구성요소는 본 실시예에서 불필요하기에 도시가 생략된다.
전기 기기(200)의 제어부(270)는 자기장 센서(210a~210e)의 입력을 받아 처리하며, 표시부(230)를 입력된 교류 자기장에 따른 사용자 입력을 획(S)으로 표시할 수 있다. 이러한 교류 자기장에 대한 처리를 위해, 전기 기기(200)의 제어부(270)는 자기장 발생부(10)로부터 상대적인 공간의 각 위치 및 방향에 어떤 크기의 자기장 신호가 검출되는지 계산하는 비선형 함수(교류 자기장 처리 알고리즘)를 소프트웨어 형태 등으로 저장한다.
자기장 발생부(10)로부터 충분히 가까운 거리에 자기장 발생부(10)의 움직임의 자유도와 같거나 큰 수의 자기장 센서(210a~210e)가 선형적으로 독립되게 설치되면, 전기 기기(200)는 각 자기장 센서(210a~210e)로부터의 교류 자기장의 크기를 참조하여, 교류 자기장 신호의 크기들을 비선형 함수(B)를 통하여, 가장 근사하게 설명할 수 있는 공간 상의 자기장 발생부(10)의 위치와 방향을 찾을 수 있다. 즉, 전면(201)의 좌표계 (X축, Y축, Z축) 상에서의 자기장 발생부(10)의 위치 (x, y, z) 및 방향 (roll, pitch)을 계산해 낼 수 있다. 즉, 자기장 발생부(10)가 각 자기장 센서(210a~210e)에 미치는 실제 자기장 신호 크기들과 비선형 함수(B)를 통해 계산되는 신호 크기의 차이가 소정의 기준에 의해 최소화되는 위치 및 방향 벡터 (x, y, z, roll, pitch)를 계산하는 것이다. 이는 상기 5개의 변수와 비선형 함수, 측정된 교류 자기장값으로 이루어지는 식에 대해 비선형 최적화나 방정식의 해를 구하는 수치 해석 알고리즘을 수행하여 구할 수 있다.
여기서, 비선형 함수(B)는 자기장 발생부(10)(자석)의 형태와 크기, 자력의 세기(모멘트)에 의해 다양하게 결정되는데, 예를 들어 자기장 발생부(10)(자석)와 자기장 센서(210) 간의 간격(거리)이 자기장 발생부(10)(자석)의 크기에 비해 크다면, 자기장 발생부(10)(자석)를 점자석으로 보고 단순한 함수의 형태로 표현될 수 있다. 자석의 쌍극자 벡터, 즉, 방향은 자석의 S극에서 N극으로 향하고 크기는 자력의 세기인 벡터를
Figure pct00001
라 하고, 점자석의 위치에서 출발하여 자기장을 측정하는 센서의 위치에 도달하는 벡터 즉, 센서 위치 벡터 - 점자석 위치 벡터를
Figure pct00002
이라 하고,
Figure pct00003
의 크기를 r이라 하면, 자석에 의해 센서 위치에 인가되는 자기장 벡터
Figure pct00004
는 수학식 1로 결정된다.
Figure pct00005
다만 수학식 1의 B함수는 한 시점에서 자석의 위치 및 방향에 대해 자기장값
Figure pct00006
가 어떻게 정해지는지에 대한 식인데, 본 발명에 의한 자기장 발생부(10)(자석)는 교류 자기장을 발생시키고, 전기 기기(200)가 여러 시점의 측정값으로부터 신호의 특정 주파수 성분의 크기를 계산하는 방식이므로, 식을 다르게 적용해야 한다. 즉, 자기장벡터
Figure pct00007
는 자기장 센서(2100의 위치에　자기장 발생부(10)(자석(자력원))에 의해 인가되는 교류 자기장의 특정 주파수 성분의 각 좌표축 방향으로의 세기를 의미하고,
Figure pct00008
의 크기는 자력원이 발생하는 교류 자기장의 특정 주파수 성분의 세기를 의미하는 것으로 하면 동일한 식이 적용될 수 있다.
이외에도, 자기장 발생부(10)의 가능한 위치와 방향 벡터에 의해 자기장 센서(210a~210e)에 검출될 수 있는 모든 자기장 신호의 크기 벡터 중 실제 자기장 센서(21a~210e)에서 검출된 값과 가장 가까운 값을 찾아 그 값에 해당하는 (x, y, z, roll, pitch)를 구하거나 이렇게 구해지는 후보 변수값 여러 개를 보간하는 등의 다양한 방법으로 위치와 방향을 기술하는 변수값을 찾는다.
제어부(270)는 이렇게 찾아낸 자기장 발생부(10)의 3차원 상의 위치 및 방향으로부터 케이스(110)의 단부(120)의 삼차원 상의 위치를 계산한다. 단부(120)와 원점(O) 간의 위치 관계에 대해서, 전기 기기(200)의 제어부(270)는 이미 저장하고 있기에, 자기장 발생부(10)의 위치 및 방향으로부터 기저장된 위치 관계를 이용하여 단부(120)의 삼차원 상의 위치가 결정된다. 단부(120)가 전면(201) 또는 표시부(230)에 대하여 기준 거리 이하로 가까이 있으면, 제어부(270)는 단부(120)가 전면(201) 또는 표시부(230)를 터치한 것으로 판정하고 현재 수행 중인 소프트웨어가 터치 이벤트를 처리하도록 하고, 터치 이벤트에 따라 소프트웨어 및 출력의 상태와 내용을 갱신하여 사용자에게 표시부(230) 등을 통하여 피드백을 준다. 도시된 바와 같이, 획(S)이 표시부(230)에 표시될 수 있다.
또한, 제어부(270)는 자기장 발생부(10)의 방향(Y')과 전면(201)의 법선 벡터(Y축)를 비교하여, 사용자 입력 장치(100)가 전면(201)(또는 기준면) 상에서 기울어진 각도 theta(기울임의 정도)와 어느 방향으로 기울어져 있는지 phi(방위각)(기울어진 방향)을 산정할 수 있다. 전기 기기(200)가 필기 소프트웨어를 수행하고 있을 경우, 이러한 터치의 여부와 터치된 단부(120)의 위치를 참조하여 표시부(230)에 표시될 획(S)의 위치를 정할 수 있고, 자기장 발생부(10)의 기울어진 각도로부터 그려지는 획(S)의 진하기나 굵기를 조절하여 표시(출력)할 수 있으며, 방위각을 더 참조하여 그에 따라 획(S)에 흘림을 주는 등 실제 잉크를 묻히는 듯한 효과를 낼 수 있다.
도 3a 내지 3d는 도 1의 자기장 발생부(10)의 실시예들이다.
도 3a의 자기장 발생부(10)는 제어부(50)로부터 교류 전원(Vcc)를 인가받는 코일(K)로 이루어진다. 코일(K)은 일정한 직경의 공간을 둘러 감싸는 방식으로 권선되어 케이스(110)에 고정 장착된다. 코일(K)은 전자석과 동일하게 작동하여, 교류 자기장을 생성한다. 제어부(50)는 sine파나 톱니 형태의 교류 전원(Vcc)를 코일(K)에 인가한다.
도 3b의 자기장 발생부(10)는 제어부(50)로부터 직류 전압(또는 교류 전압)을 공급받아 회전축(12)을 회전시키는 모터(11)와, 모터(11)와 영구자석(13)을 연결하는 회전축(12)과, 회전축(12)을 통하여 모터(11)로부터 회전력을 받아 회전하는 영구자석(13)으로 구성된다.
영구자석(13)은 실린더형의 수평 착자된(회전축에 수직인 방향으로 착자된) 쌍극자로, 도 2의 사용자 입력 장치(100)의 중심 축과 영구자석(13)의 쌍극자 축(Y')이 일치하도록 설치되는 것이 바람직하며, 영구자석(13)의 회전에 의해 축(Y')을 중심으로 회전 대칭의 자기장이 발생된다. 또한, (Y') 축을 중심으로 한 영구 자석(13)의 회전(yaw)은 자기장 센서(21)의 자기장값에 영향을 끼치지 않는다. 따라서, 영구 자석(13)의 움직임은 중심 위치 (x, y, z)와 (Y') 축에 독립적인 (X'), (Z')축에 대한 회전각 (roll, pitch) 등 5개의 자유도로 설명된다.
도 3c는 도 2의 사용자 입력 장치(100)의 부분 절개도로서, 자기장 발생부(10)는 케이스(110) 내부에 회전가능하게 배치되며 회전축 방향에 수직인 방향으로 착자된 실린더형의 영구 자석(13)과, 영구 자석(13)과 일정 간격 이격되어 케이스(110) 내부에 영구 자석(13)의 회전축 방향으로 감겨된 코일(K)로 구성된다. 영구 자석(13)은 수평 착자된 쌍극자로, 상면/하면에 각각 회전축(14a, 14b)이 고정 장착되고, 회전축(14a, 14b) 각각은 고정판(111)의 저면과 고정판(112)의 상면에 회전 가능하게 위치된다. 예를 들면, 고정판(111)의 저면과 고정판(112)의 상면에 홈이 각각 형성되고, 각 홈에 회전축(14a, 14b)의 일부분이 삽입되어 회전가능하게 위치된다. 도 3c에서, 코일(K)은 고정판(111, 112)를 회전축 방향으로 감싸는 것으로 배치되고 있으나, 영구 자석(13)과 일정 간격을 유지하면서 이격될 수 있는 다양한 권선 방법이 적용될 수 있다. 회전축(14a, 14b)은 도 3b와 같이, (Y')축에 일치하도록 설치된다. 코일(K)은 도 3a와 유사하게, 제어부(50)로부터 교류 전원(Vcc)을 인가받아, 영구자석(13)이 회전하도록 전기장을 형성한다.
도 3d의 자기장 발생부(10)는 도 3c와 유사하나, 실린더형 영구 자석(13) 대신에, 구형의 영구 자석(15)이 케이스(110) 내부에 회전 가능하게 배치된다. 영구 자석(15)의 상면과 하면에는 영구 자석(15)의 상하 방향으로의 움직임을 제한하는 고정판(113, 114)가 구비된다. 다만, 고정판(113, 114) 사이의 간격은 영구 자석(15)의 회전 가능한 정도로 유지되어야 한다. 코일(K)은 도 3a와 유사하게, 제어부(50)로부터 교류 전원(Vcc)을 인가받아, 영구자석(15)이 회전하도록 전기장을 형성한다.
도 4는 도 1의 제2 사용예이다. 사용자 입력 장치는 펜의 형태로 국한되지 않고, 3차원 마우스나 손잡이(knob) 등의 형태로 제작될 수 있다. 도 2에서는 공중에 떠서 움직이는 펜 형태의 사용자 입력 장치(100)의 위치와 방향을 5개의 센서로 측정하는 예를 보였으나, 도 4에 보인 바와 같이 사용자 입력 장치(100)가 평면 마우스 형태의 케이스(110a)로 구성된다. 또한, 전원(30), 스위치(40) 및 제어부(50)도 구비되나, 도면 상에서는 생략된다.
전기 기기(200)는 도 2의 전기 기기(200)와 다른 구성요소는 동일하나, 자기장 센서(210)가 3축 센서로 구비된 점이 상이하다.
도 4의 사용자 입력 장치(100)가 평면(300)에 밀착되어 움직이는 경우라면, 케이스(110a) 내의 자기장 발생부(10)의 움직임의 자유도는 평면(300) 상의 자기장 발생부(10)의 중심 위치 (x, y)와 평면(300) 상의 마우스의 각도 r 등 3개이므로, 제어부(270)는 3축의 자기장 센서(210f)를 이용하여 사용자 입력 장치(100)의 위치와 각도를 산정할 수 있다.
이 경우, 사용자 입력 장치(100)가 평면(300)에 끌리고 있는 상태인지 허공에 들어 올려져 이동하는 것인지의 여부를 알기 위해 케이스(110a)의 저면에 force sensor나 단순 개폐 스위치를 두어 케이스(110a)의 저면이 평면(300)에 닿아있는지 여부를 frequency modulation 또는 평면(300)에 끌릴 때만 신호를 보내는 방법 등으로 전기 기기(200)에 전달할 수 있다. 사용자 입력 장치(100)는 전기 기기(200)로의 신호 전송을 위한 별도의 통신부를 구비할 수도 있다.
사용자 입력 장치(100)의 회전각도 r을 알 필요가 없고 위치 좌표 (x, y)만 측정하면 되는 경우, 도 4에 보인 바와 같이 자기장 발생부(10) 내의 영구 자석의 쌍극자가 케이스(110a)의 저면과 수직이 되도록 설치하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 케이스(110a)가 평면(300)에 밀착된 상태에서는 자기장 발생부(10)의 평면상 좌표 (x, y)가 바뀌지 않는 이상, 회전 대칭인 자기장은 평면상 각도(r)가 변하는 것으로는 주변에 전달되는 자기장이 변하지 않게 되며 따라서 2개의 자기장 센서(210f)만으로 영구 자석 즉 자기장 발생부(10)의 평면상의 위치 (x, y)를 파악할 수 있다. 이러한 마우스 형태의 사용자 입력 장치(100)를 사용하고, 전기 기기(200a)가 3축 자기장 센서(210f) 등 3개의 자기장 센서로 사용자 입력 장치(100)가 발생시키는 자기장을 측정하면, 사용자 입력 장치(100)의 위치를 측정하기 위한 두 개의 자기장 센서(2개의 1축 자기장 센서) 외에 여분의 1축의 자기장 센서가 더 있기 때문에, 별도의 스위치나 압력 센서를 쓰지 않아도 사용자 입력 장치(100)가 들렸지는 평면(300)에 끌리고 있는지도 전기 기기(200a)가 파악할 수 있다. 도 4의 예를 일반화하면, 포인팅 장치의 바닥이 평평하고 넓어 전자석이 평면과 특정 각도를 이루며 움직이도록 하는 등 등 포인팅 장치의 움직임의 자유도를 줄이는 물리적 장치를 써서, 포인팅 장치의 자유도로 제한된 수의 자기장 센서만 사용하여 사용자 입력 장치(100)의 위치나 각도를 측정할 수 있다. 또한, 도 4와 같이, 평면(300)이 아니더라도, 곡면인 경우에도, 전기 기기(200a)가 곡면에 대한 정보를 기저장하고 있다면, 사용자 입력 장치(100)의 가능한 이동 경로를 파악할 수 있으므로, 제한된 수의 자기장 센서만을 사용하여도 사용자 입력 장치(100)의 위치나 각도를 산정할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 사용자 입력 장치의 제2실시예와, 제2 실시예에 따른 사용자 입력 장치와 전기 장치의 사용예이다.
도 5a의 사용자 입력 장치(100a)는 도 1의 사용자 입력 장치(100)와 비교하여, 동일한 식별 번호로 지시된 것의 기능을 동일하며, 추가적으로 단부(120)의 내측에 설치되거나 단부(120)와 같이 외부로 노출되어, 단부(120)에 인가된 압력에 따라 전위차나 저항값의 변화 등의 전기적 특성이 변화되는 압력 센서(60)를 구비하고, 제어부(50a)가 도 1의 제어부(50)의 기능을 수행하면서, 압력 센서(60)로부터의 전기적 특성의 변화에 대응하여 자기장 발생부(10)에서 발생되는 교류 자기장의 주파수 또는 주파수 대역 또는 교류 자기장의 세기를 변화시키는 제어를 추가적으로 수행한다.
도 5b의 사용예에서, 전기 기기(200a)는 입력부(240)의 일 종류로 표시부(230) 상에 터치 입력부를 구비하고, 지자기장의 3차원적 방향을 측정하는 3축의 자기장 센서(210f)를 구비하여, 다른 구성요소들은 도 1의 전기 기기(200)와 동일하다. 이 경우, 제어부(270)는 단부(120)가 터치하거나 인접한 위치(x, y)를 감지하는 터치 입력부(예를 들면, 터치 스크린, 트랙패드 등)로부터 추가적으로 입력받아 사용자 입력 장치(100a)의 위치와 방향을 구하는데 참조할 수 있다. 예를 들면, 터치 입력부로부터의 단부(120)의 위치 (x,y)를 참조하면, 단부(120)와 서로 고정된 거리(d)와 방향을 유지하는 자기장 발생부(10))의 위치 및 방향을 기술하는 변수는 2차원으로 줄어든다. 즉, 단부(120)의 위치 (x, y)를 알면, 자기장 발생부(10)를 포함한 사용자 입력 장치(100a)가 표시부(230) 또는 터치 입력부의 법선(L)과 이루는 각(theta)과 사용자 입력 장치(100a)의 표시부(230) 또는 터치 입력부 위로의 사영(L3)이 표시부(230) 또는 터치 입력부의 좌표축(L2)과 이루는 각(phi) 두 개의 변수만으로 사용자 입력 장치(100a)의 정확한 위치와 방향을 기술할 수 있다. 이를 통해 위의 5차원의 문제는 2차원의 문제로 단순화 되어, 적절히 배치된 2개 이상의 자기장 센서값으로부터 차원수가 작아진 비선형 방정식의 해를 구하는 것으로 단순화된다.
종래의 정전식, 정압식, 광학식 터치 스크린은 터치 스크린을 터치하는 것이 펜 촉인지 손 볼이나 손가락인지를 구분 못 하고 모두 같은 터치로 인식한다. 따라서 실제 종이에 쓰는 것과 달리 터치 스크린이나 트랙 패드로 필기를 할 때는 사용자가 손을 허공에 들고 손가락 끝이나 펜촉만 스크린에 닿게 해야 해서 사용이 불편하고 정확하게 쓰기 어려웠다. 도 5b에 보인 바와 같이, 전기 기기(200a)에 장착되어 있는 3축의 자기장 센서(210f)를 쓰면, 자석의 위치를 알아내는데 필요한 센서의 수인 2개 외에 여분 1개의 센서를 더 활용할 수 있으므로, 이 여분의 센서를 써서 터치스크린에 '손 올리고 쓰기'(palm resting 또는 palm rejection)를 구현할 수 있다.
즉, 제어부(270)는 여분의 자기장 센서 값을 포함한 3개의 센서 값이 이 터치 스크린을 통해 입력되어 알려진 터치 위치(x, y)(단부(120)의 위치)로부터 (theta, phi)의 각도로 기울어진 방향으로 기설정된 상수인 거리(d)만큼 떨어져 있는 곳에 자기장 발생부(10)(원점(O))가 위치되어 터치 위치(x, y)를 향하고 있을 때 검출될 수 있는 값인지를 판정한다. 여기서, 거리(d)는 단부(120)와 자기장 발생부(10)의 중심점인 원점(O) 간의 간격을 의미한다. 제어부(270)는 거리(d)를 이미 저장하고 있다. 제어부(270)는 터치 위치(x, y)와 자기장 센서(210f)에 읽힌 값으로부터 theta, phi를 찾는 비선형 최적화나 기타 해를 구하는 알고리즘을 수행하여 (theta, phi) 값을 계산한다. 만약 (theta, phi)가 기준 각도값의 기준 범위 이내의 해로 구해지면, 즉 3개의 센서값이 검출될 수 있는 값이면, (x, y) 위치는 사용자 입력 장치(100a)의 터치인 것(정상적인 입력)으로 제어부(270)에 의해 판단된다.
만약 제어부(270)가 (theta, phi) 값을 계산할 수 없는 것으로 판단하거나, 계산된 (theta, phi)가 사용자 입력 장치(100a)의 기구적 특성 등에 의해 가능한 기준 범위를 벗어나서 구해지는 경우, (x, y) 위치는 사용자 입력 장치(100a)에 의한 터치가 아닌 것(비정상적인 입력)으로 판정한다.
만약 사용자 입력 장치(100a)의 정상적인 입력이면, 제어부(270)는 입력에 따라 사용자 입력 장치(100a)에 의한 터치로 판단된 곳에는 획을 그리고, 그렇지 않고, 비정상적인 입력의 위치로 판단된 곳에 대해서는, 제어부(270)가 무시를 하여 사용자의 '손 올려놓고 쓰기'(palm rejection)를 구현할 수도 있다. 또한, 손에 의한 터치인지 사용자 입력 장치(100a)에 의한 터치인지에 따라 서로 다른 종류의 소프트웨어 작업(동작)이 수행되도록 할 수도 있다. 이러한 사용자 입력 장치(100a)-손 입력의 구분은 한 시점에 대해 적용될 수도 있고, 하나의 획(터치스크린에 터치되어 끊기지 않고 이어져간 궤적)에 대한 여러 시점의 측정값들에 대해 적용하여 더욱 정확도를 높일 수 있다. 제어부(270)가 여러 시점에 대해 구분하는 알고리즘을 수행시킬 경우 theta phi가 가능하지 않은 속도(비정상적인 속도)로 급격히 변하면 사용자 입력 장치(100a)에 의한 터치가 아닌 것으로 판단하는 등, 더욱 다양한 구분 방법을 쓸 수 있다.
위의 방법들에 추가하여 보다 정확성을 향상시키기 위해, 제어부(270)는 사용자 입력 장치(100a)를 동작시키는 사용자의 손이 오른손인지 왼손인지를 사용자가 지정하도록 한다. 제어부(270)는 자기장 값만으로 손의 터치인지 사용자 입력 장치의 단부(120)의 터치인지를 판단하기 어려운 경우를 대비하여 그 지정한 값에 따라 오른손인 경우, 복수의 터치 위치들 중에서 가장 왼쪽 위의 터치 위치를 사용자 입력 장치(100a)에 의한 터치 위치로 판단하고, 그 외의 터치 위치를 손에 의한 터치 위치로 판단한다. 또한, 제어부(270)는 그 저장한 값을 기준으로 하여, 사용자의 사용하는 손이 왼손인 경우, 복수의 터치 위치들 중에서 가장 오른쪽 위의 터치 위치를 사용자 입력 장치(100a)에 의한 터치 위치로 판단하고, 그 외의 터치를 손으로 판단할 수 있다.
또한 '시공간적 지역성'을 사용할 수 있다. 즉, 제어부(270)는 근접한 시점에 사용자 입력 장치(100a)의 터치로 판단된 터치 위치와 시간으로부터 사용자 손의 통상적인 속도(기준 속도)로 움직여 갈 수 있는 범위 안의 터치들만 사용자 입력 장치(100a)에 의한 터치로 판단하고, 그 범위를 벋어난 곳의 터치들은 손에 의한 터치 입력으로 판단하는 것이다.
또한, 사용자 입력 장치(100a)의 제어부(50a)는 압력 센서(60)로부터의 전기적 특성 변화값에 따라 자기장 발생부(10)가 발생시키는 교류 자기장의 주파수를 바꾸어 주는 주파수 변조 회로(Frequency Modulation)를 구비하여, 단부(120) 및 압력 센서(60)에 가해지는 필압의 변화에 따라 변화된 주파수의 자기장을 발생시킨다. 이에 대응하여, 전기 기기(200a)의 제어부(270)는 자기장 센서(210f)로부터 측정된 자기장 값 중 정해진 주파수 범위 내의 어느 주파수의 자기장이 인가되는지를 디모듈레이션하여 자기장치 포함된 주파수 대역 또는 주파수를 검출하고, 그 검출된 주파수 대역 또는 주파수에 대응하는 단부(120)의 압력을 판단한다. 이러한 필압에 따른 주파수 변조 회로는 마이크로 프로세서나 데이터 네트워크를 쓰지 않고 단순한 저가의 아날로그 회로로 구현될 수 있다. 제어부(270)는 주파수 대역 또는 주파수와 단부(120)의 압력 간의 관계 정보를 저장하고 있다.
또한, 주파수 모듈레이션 외에도 필압에 따라 자기장 발생부(10)가 발생시키는 자기장의 세기를 변화시키는 진폭 변조 회로(Amplitude Modulation)를 사용할 수도 있다. 다만, 자기장의 세가 변화의 경우, 제어부(270)는 전기 기기(200a)에서 측정된 자기장 세기가 강해지거나 약해진 이유가 자기장 발생부(10)와 자기장 센서(210f) 간의 거리 변화에 의한 것인지, 필압의 변화에 의한 것인지를 판단해야 한다.
상술된 주파수 변조 및 진폭 변조 이외의 다른 변조 방식들이 적용되어, 사용자 입력 장치가 필압에 관련된 정보를 전기 기기로 전달한다.
전기 기기(200a)가 사용자 입력 장치(100b)의 움직임의 자유도 개수(2)를 초과하는 여분의 센서가 하나 이상 있어 총 3개 이상의 센서가 있으면, 이 센서 값까지 참조하여 사용자 입력 장치(100b)의 위치와 함께, 자기장 세기의 변화도 측정할 수 있다.
또한, 압력 센서(60)의 전기적 특성 변화값을 이용하여 palm resting을 보다 효과적으로 수행할 수 있다. 제어부(270)는 측정된 교류 자기장을 판단하여, 압력 센서(60)에 압력이 전혀 걸리지 않다가 압력이 걸리기 시작하는 획(S)의 시작 시점과 압력이 걸리다 없어지는 획(S)의 끝 시점을, 터치스크린으로 들어온 각 터치의 시작 시점 및 끝 시점과 비교한다. 제어부(270)는 압력 센서(60)의 압력의 시작과 끝 시점과 가장 비슷한 시점(또는 기준 시간 범위 이내)에 시작되고 끝난 터치를 사용자 입력 장치(100a)에 의한 터치로, 나머지는 사용자 입력 장치(100a)에 의한 터치가 아닌 것으로 판단하여, '손 올려놓고 쓰기'를 더욱 안정적으로 구현할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 사용자 입력 장치의 제3실시예와, 제3 실시예에 따른 사용자 입력 장치와 전기 장치의 사용예이다.
도 6a의 사용자 입력 장치(100b)는 도 1의 사용자 입력 장치(100)와 비교하여, 동일한 식별 번호로 지시된 것의 기능을 동일하며, 상이한 점은 교류 자기장을 발생시키는 제1 및 제2 자기장 발생부(10a, 10b)를 구비하는 것이다. 제1 및 제2 자기장 발생부(10a, 10b)는 동일한 주파수를 지닌 교류 자기장을 각각 발생시킬 수도 있고, 서로 다른 주파수를 지닌 교류 자기장을 각각 발생시킬 수 있다.
도 6b의 사용예에서, 사용자 입력 장치(100b)는 제1 및 제2 자기장 발생부(10a, 10b)를 내장하는 케이스(110b)가 평면(310)에 고정되고, 전기 기기(200a)가 사용자에 의해서 3차원 공간 상에서 휘둘러 움직일 때, 전기 기기(200a)의 위치와 방향을 측정하는 예이다.
기존의 스마트폰 센서 퓨전에 대한 연구에서 밝혀져 있듯, 휴대형 컴퓨터의 대부분에 내장되는 자이로스코프, 가속도계(accelerometer), 3축 센서의 값을 모두 참조하면, 휴대폰(2)의 방향 roll, yaw, pitch는 비교적 정확하게 측정이 가능한 반면, 휴대폰의 선형적 위치 x, y, z는 충분히 정확하게 측정하기 어렵다. 이에 대응하여, 전기 기기(200a) 공간 상에서 6개의 자유도를 가지므로 roll, yaw, pitch외에 더 구하는 것이 바람직한 것은 사용자 입력 장치(100b)에 의해 정의되는 좌표계(X축, Y축, Z축)에서 전기 기기의 중심(O')의 선형적 좌표 (x, y, z)이다. 예를 들면, 제1 자기장 발생부(10a)가 쌍극자이므로 Y축은 제1 자기장 발생부(10a)의 쌍극자에 의해 결정되고, X와 Z축은 자기장 센서(210f)가 인지하는 지구상의 동서남북 방위를 참조하여 결정되거나 가속도계(214)가 측정한 지구의 중력방향을 참조해서 결정될 수 있다. 이러한 좌표계 상에서 전기 기기(200a)의 중심(O')의 좌표 (x, y, z)는 제1 자기장 발생부(10a)가 발생시키는 자기장을 3축 자기장 센서(210f)로 측정하여 3개의 측정값을 더 구하고 센서 퓨전을 통해 구한 roll, yaw, pitch값과 함께 참조하면 전기 기기(200a)가 공간 상에서 움직이는 6 자유도의 위치와 방향을 비선형 최적화 등의 방법을 써서 계산해 낼 수 있다.
특히 전기 기기(200a)가 X, Y, Z축의 좌표가 모두 양(+)인 팔분면 안에 있는 등 제한된 공간에서 움직인다면, 모든 (x, y, z) 좌표에서 제1 자기장 발생부(10a)가 발생시키는 자기장이 다른 좌표에서의 자기장과 구분 가능하게 고유한 방향과 크기를 가지므로 이러한 자기장의 측정을 통해 유일한 (x, y, z) 좌표를 구할 수 있다. 만일 전기 기기(200a)가 세 축이 모두 양수인 팔분면 안에 있어야 한다는 등의 공간적 제약이 없는 것이 바람직하다면, 제1 자기장 발생부(10a)에 대하여 독립적인 위치나 방향으로 제2 자기장 발생부(10b)가 도 6b와 같이 배치된다. 제1 및 제2 자기장 발생부(10a, 10b)가 서로 다른 주파수를 지닌 교류 자기장을 각각 발생시키거나 다른 시간대(시점)에 교류 자기장을 발생하는 등의 방법으로 자기장 센서(210f)가 제1 및 제2 자기장 발생부(10a, 10b)가 발생시키는 자기장을 구분할 수 있도록 하여, 제어부(270)가 두 자기장 신호를 참조하면, 공간의 제약 없이 더욱 넓은 공간에서 전기 기기(200a)가 움직일 때 유일한 좌표값 (x, y, z)를 측정할 수 있다.
전기 기기(200a)가 방향(roll, yaw, pitch)을 계산하기 위해서는 지구 자기장을 자기장 센서(210f)로 정확히 측정해야 하는데, 제1 및 제2 자기장 발생부(10a, 10b)에 의한 자기장의 변화가 있더라도, 제1 및 제2 자기장 발생부(10a, 10b)에 의한 자기장이 평균값 0인 교류 자기장이므로, 교류 자기장의 주파수가 전기 기기(200a)가 움직이는 속도에 비해 충분히 높다면 low pass filter 등을 써서 지구 자기장을 정확하게 측정할 수 있다. 도 6b의 사용예를 일반화하면, 사용자 입력 장치(100b)가 공간 상에 고정되어 있고 전기 기기(200a)가 움직이는 것을 측정할 경우, 전기 기기(200a)가 구비한 센서(자이로스코프(212), 가속도계(214))를 써서 전기 기기(200a)의 위치와 방향에 관한 제1측정값(충분하지는 않지만)을 얻고, 사용자 입력 장치(100b)의 제1 및/또는 제2 자기장 발생부(10a, 10b)가 발생시키는 교류 자기장을 자기장 센서(210f)로 읽어 제2측정값(충분하지는 않지만)을 추가적으로 얻어 제1 및 제2 측정값들을 같이 써서 전기 기기(200a)의 움직임의 자유도 개수와 같거나 큰 수의 측정값을 확보하여 움직이는 전기 기기(200a)의 위치와 방향을 구할 수 있다.
또한, 움직임은 상대적인 것이므로, 본 발명에서 측정 대상이 사용자 입력 장치로 논의되었다고 하더라도, 사용자 입력 장치가 고정되어 있고 전기 기기가 움직이는 것, 또는 사용자 입력 장치와 전기 기기가 모두 움직일 때 서로의 상대적인 위치와 방향을 측정 대상으로 할 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 사용자 입력 장치의 제4실시예와, 제4 실시예에 따른 사용자 입력 장치와 전기 장치의 사용예이다.
도 7a의 사용자 입력 장치(100c)는 도 1의 사용자 입력 장치(100)와 비교하여, 동일한 식별 번호로 지시된 것의 기능을 동일하며, 상이한 점은 소리를 표출하는 제1 및 제2 스피커(70a, 70b)를 구비하여, 제어부(50c)의 제어에 의해 소리를 v표출한다. 제1 및 제2 스피커(70a, 70b)는 자기장 발생부(10)에 대하여 대칭적으로 배치된다.
도 7a는 계란형의 사용자 입력 장치(100c)가 사람의 손에 쥐어져 공간 상에서 (x, y, z) 및 (roll, yaw, pitch) 6개의 자유도로 움직이는 것을 전기 기기(200a)가 측정하는 사용예이다. 본 사용예에서, 전기 기기(200a)는 자기장 센서(210f)와 함께 제1 및 제2 마이크(250, 251)를 더 사용하여 사용자 입력 장치(100c)의 6 자유도 움직임을 측정하기에 충분한 데이터 수를 확보한다.
즉, 사용자 입력 장치(100c)가 교류 자기장을 발생시키고 전기 기기(200a)가 3축 자기장 센서(210f)의 측정값을 읽어 사용자 입력 장치(100c)의 위치 및 방향에 대한 3개의 정보를 얻는 것 외에, 제1 및 제2 스피커(70a, 70b)가 초음파 등의 소리를 발생시키고 전기 기기(200a)는 제1 및 제2 마이크(250, 251)로 소리를 검출한다. 제어부(270)는 소리의 전파 시간으로부터 음원인 제1 및 제2 스피커(70a, 70b)와 제1 및 제2 마이크(250, 251) 간의 거리를 재는 방법을 사용하여 사용자 입력 장치(100c)의 위치 관련한 추가의 측정량을 확보한다.
특히 본 실시예에서는 사용자 입력 장치(100c) 또는 전기 기기(200a)가 구비하고 있는 제한된 수의 스피커(음원)와 제한된 수의 마이크(음향 센서)를 사용하여, 제어부(270)는 음원과 센서 쌍간의 음향 검출 시간을 모두 측정하여 음원의 수와 센서 수의 곱에 해당하는 개수의 소리(S1, S2, S3, S4)와 관련된 데이터를 획득할 수 있다. 사용자 입력 장치(100c)와 전기 기기(200a) 간에 소리 발생 시점에 대한 동기화가 이루어진 경우에는, 전기 기기(200a)는 TOA(time of arrival) 방식을 이용하여 위치 정보를 획득한다. 또는 소리 발생 시점에 대한 동기화가 이루어지지 않은 경우에는, 전기 기기(200a)는 (S1, S2, S3, S4)에 해당하는 4개의 소리가 도착하는 시점으로부터 TDOA(time difference of arrival) 등의 방법을 써서 3개 자유도에 해당하는 위치 정보를 획득한다. 3축 자기장 센서(10)로부터 얻어진 3개의 공간 관련 측정값과, TDOA에서 얻어지는 3개의 공간 관련 측정값으로부터 제어부(270)는 사용자 입력 장치(100c)의 6자유도의 움직임 정보를 계산할 수 있다. 초음파의 공기 전파는 상당한 방향성이 있으므로, 제 및 제2 스피커(70a, 70b는 전기 기기(200a)(또는 제1 및 제 2 마이크(250, 251) 측을 향하도록 배치되는 것이 전력 절감 등에 바람직하다.
도 7a 및 도 7b의 다른 실시예로, 사용자 입력 장치가 제1 및 제2 스피커 대신에 제1 및 제2 마이크와, 소리 정보를 전송한 통신부를 구비하고, 전기 기기가 제1 및 제2 스피커(260, 261)가 소리를 발생시키는 것이다. 즉, 사용자 입력 장치가 소리에 관련된 데이터를 획득하여 통신부를 통하여 전기 기기로 전송하고, 전기 기기가 수신된 소리에 관련된 데이터를 이용하여 위치를 산정한다.
도 8은 제5 실시예에 따른 사용자 입력 장치와 전기 장치의 사용예이다.
도 8의 사용예는 도 7b의 사용자 입력 장치(100c)와 비슷한 구성이나, 전기 기기(200b)에 제1 마이크(250)가 1개만 구비되어 있어서 제1 및 제2 스피커(70a, 70b)와 제1 마이크(250) 간에 소리를 주고 받아 거리 관련 정보를 얻을 수 있는 음원-센서 쌍의 수가 제한적인 경우이다. 제한된 수의 측정 데이터를 사용하여 사용자 입력 장치(100d)의 움직임을 인식하기 위해 사용자 입력 장치(100d)의 측정 자유도를 줄이는 것이 바람직하다. 도 8의 실시 예에서는 사용되는 제1 및 제2스피커(70a, 70b)가 자기장 발생부(10)의 쌍극자 축(Y')의 연장선에 오도록 배치된다. 이러한 배치 하에서는 사용자 입력 장치(100d)가 Y'축을 중심으로 회전하는 yaw 각도에 의해 제1 마이크(250)와 3축 자기장 센서(210f)값이 전혀 영향을 받지 않으므로, 사용자 입력 장치의 위치와 방향은 (x, y, z, pitch, roll)의 5개 자유도를 가진다. 사용자가 yaw방향으로 사용자 입력 장치(100d)를 회전시켜도 전기 기기(200b)가 yaw각의 변화를 센싱할 수 없으므로, 예를 들면 실행하고 있는 소프트웨어의 커서 등의 상태가 바뀌지 않는다. 이러한 제약은 사용자 입력 장치(100d)가 컴퓨터 게임의 총이나 창, 검, 야구배트, 골프클럽, CAD용 3차원 소프트웨어 펜 등 다양한 입력 장치 역할을 하는데 문제가 되지 않는다.
전기 기기(200b)의 3축 자기장 센서(210f)가 자기장 발생부(10)가 발생시킨 자기장을 읽어 사용자 입력 장치(100d)에 관련 3개의 공간적 측정값을 얻고, 제1 및 제2 스피커(70a, 70b)가 제1 마이크(250)로부터 받는 소리를 통해 S5, S6의 거리를 측정하여, 제어부(270)는 총 5개의 측정값으로부터 사용자 입력 장치(100d)의 5자유도의 위치와 방향을 모두 구할 수 있다. S1, S2의 거리를 알기 위해서는 전기 기기(200b)가 제 및 제2 스피커(70a, 70b)가 소리(초음파 펄스)를 발생시키는 정확한 시점을 알아야 하는데, 이러한 시계 동기화는 다음의 방법 중 어느 하나를 사용하여 이루어질 수 있다.
1) 제1 및 제 2 스피커(70a, 70b)가 유선으로 전기 기기(200b)의 헤드셋 잭으로 연결되어, 전기 기기(200b)의 L, R(left, right) 스피커 출력을 받아 소리를 발생시킨다. 즉, 제어부(270)가 제어가능한 제1 및 제2 스피커(70a, 70b)로 소리를 발생시키고 다시 제어 가능한 제1 마이크(250)로 발생한 소리를 획득하는 것이다. 따라서, 제어부(270)는 내장된 타이머를 사용하여 제1 및 제2 스피커(70a, 70b)에 소리 펄스가 발생한 시점과 제 1 마이크(250에 도달하는 시점까지의 소리의 전파 지연 시간을 구할 수 있으므로 S1, S2의 거리를 용이하게 계산할 수 있다.
2) 제어부(50c)가 제1 및 제2 스피커(70a, 70b)에서 소리가 표출되는 시점에 자기장 발생부(10)의 신호에 주파수/세기를 바꾸는 등의 변화를 발생시킨다. 이에 따라, 자기장 센서(210f)에 변화가 감지되면 제어부(270)가 자기장의 변화가 감지된 시점을 소리가 발생된 시점으로 간주하여, 동기화를 수행한다.
3) 제1 스피커(70a)가 주기적인 펄스를 표출하고, 제1마이크(250)에 접촉되어 소리 전파 지연 없이 제어부(270)가 소리를 전달받고 자신의 타이머를 펄스가 나오는 시점에 맞추는 캘리브레이션을 하여 동기화를 수행할 수 있다. 한 번의 캘리브레이션을 하면, 현재 수행 중인 소프트웨어가 중단될 때까지 추가의 캘리브레이션 없이 사용자는 사용자 입력 장치(100d)를 사용할 수 있다.
도 8의 다른 실시예로, 사용자 입력 장치가 제1 및 제2 스피커 대신에 마이크와, 소리 정보를 전송한 통신부를 구비하고, 전기 기기가 제1 및 제2 스피커(260, 261)가 소리를 발생시키는 것이다. 즉, 사용자 입력 장치가 소리에 관련된 데이터를 획득하여 통신부를 통하여 전기 기기로 전송하고, 전기 기기가 수신된 소리에 관련된 데이터(소리, 소리의 시점 정보 등)를 이용하여 위치를 산정한다.
도 7a, 도 7b 및 도 8에서의 실시예들에서, 사용자 입력 장치(100c)의 경우, 전기 기기(200a, 200b)로 소리에 관련된 데이터를 전송하는 구성을 수행하고 있기 때문에, 전기 기기(200a, 200b)는 소리에 관련된 데이터와, 자기장(자력)에 관련된 데이터를 모두 이용할 수 있다. 이러한 다양한 데이터가 제공되기 때문에, 교류 자기장을 발생시키는 자기장 발생부(10) 대신에, 일반적인 자석 또는 영구 자석이 사용자 입력 장치(100c)에 장착될 수도 있다. 이러한 자석 또는 영구 자석의 경우, 제어부(50c)에 의한 제어가 수행되지 않거나 불필요하다.
본 발명에서 논의된 터치 스크린을 통한 터치 입력의 사용자 입력 장치-손 구분, 각도 및 필압 측정 등은 터치 스크린을 구비한 환경으로 한정되는 것은 아니고, 트랙패드 등 터치 입력을 받는 장치에 모두 적용될 수 있다. 본 발명에서 논의된 전기 기기 역시 스마트 폰, 테블릿, PC, 노트북 뿐만 아니라 터치 입력 장치와 자기장 센서를 내장하거나 USB등의 연결을 통해 구비하고 센서들로부터의 입력을 처리할 수 있는 연산 장치가 있는 일반적인 전기 기기를 의미함은 자명하다.
또한, 본 발명에서 설명된 palm resting 방법, 수치 해석 알고리즘 등을 컴퓨터가 인식가능한 프로그램으로 작성될 수 있음도 자명하다.
또한, 본 발명인 사용자 입력 장치와 전기 기기이 모두 포함되는 교류 자기장을 이용한 사용자 입력 시스템을 구성하여 동작될 수도 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

Claims (19)

  1. 전원과;
    교류 자기장을 발생시키는 자기장 발생부 및;
    전원을 인가받아 자기장 발생부를 제어하여 교류 자기장의 발생 및 차단을 수행하는 제어부로 이루어진 것을 특징으로 하는 교류 자기장을 이용한 사용자 입력 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    자기장 발생부는 적어도 하나 이상의 주파수 또는 주파수 대역을 지닌 교류 자기장을 발생시키는 것을 특징으로 하는 교류 자기장을 이용한 사용자 입력 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    자기장 발생부는 코일부로 구성되거나, 영구 자석과, 영구 자석을 회전시키는 모터로 구성되거나, 회전가능한 영구 자석과, 회전 가능한 영구 자석과 일정 간격 이격되어 권선된 코일부로 구성된 것을 특징으로 하는 교류 자기장을 이용한 사용자 입력 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    사용자 입력 장치는 인가된 압력에 따라 전기적 특성이 변화되는 압력 센서를 추가적으로 구비하는 것을 특징으로 하는 교류 자기장을 이용한 사용자 입력 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    제어부는 압력 센서의 변화된 전기적 특징에 대응하여 자기장 발생부에 의해 발생되는 교류 자기장의 주파수 및 진폭 중의 적어도 하나 이상을 변화시키는 것을 특징으로 하는 교류 자기장을 이용한 사용자 입력 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    자기장 발생부는 제1 자기장 발생부와, 제1 자기장 발생부에 의해 생성되는 교류 자기장과 주파수가 다르거나 교류 자기장을 발생시키는 시점이 상이한 제2 자기장 발생부로 구성된 것을 특징으로 하는 교류 자기장을 이용한 사용자 입력 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    사용자 입력 장치는 소리를 발생시키는 제1 및 제2 스피커 또는 소리를 검출하는 제1 및 제2 마이크를 구비하는 것을 특징으로 하는 교류 자기장을 이용한 사용자 입력 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    제1 및 제2 스피커는 자기장 발생부에 대하여 대칭으로 배치되거나, 자기장 발생부의 쌍극자 축의 연장선에 배치되는 것을 특징으로 하는 교류 자기장을 이용한 사용자 입력 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 따른 사용자 입력 장치로부터의 교류 자기장을 검출하는 자기장 센서와, 검출된 교류 자기장으로부터 사용자 입력 장치의 위치 및 방향을 산정하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 기기.
  10. 제9항에 있어서,
    자기장 센서는 적어도 3개 이상의 1축 자기장 센서들 또는 3축 자기장 센서로 구성된 것을 특징으로 전기 기기.
  11. 제9항에 있어서,
    전기 기기의 제어부는 선정된 위치 및 방향을 기준으로 하여, 현재 수행 중인 프로그램을 처리하거나, 전기 기기의 표시부를 통하여 획을 표시하는 것을 특징으로 하는 전기 기기.
  12. 제9항에 있어서,
    전기 기기의 제어부는 변화된 주파수 또는 진폭을 기준으로 하여, 필압에 대한 정보를 확인하거나, 사용자 입력 장치에 의한 터치를 구별하는 것을 특징으로 하는 전기 기기.
  13. 제9항에 있어서,
    전기 기기는 자이로스코프 및 가속도계를 추가적으로 구비하고, 전기 기기의 제어부는 자이로스로크 및 가속도계로부터의 측정값들을 함께 고려하는 것을 특징으로 하는 전기 기기.
  14. 제9항에 있어서,
    전기 기기는 사용자 입력 장치로 소리를 표출하는 제1 및 제2 스피커 또는 사용자 입력 장치로부터의 소리를 검출하는 제1 또는 제2 마이크를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 기기.
  15. 제9항에 있어서,
    전기 기기의 제어부는 사용자 입력 장치의 교류 자기장의 주파수에 대한 정보를 저장하고, 자기장 센서로부터의 자기장값을 기저장된 주파수에 대한 정보를 이용하여 필터링하는 것을 특징으로 하는 전기 기기.
  16. 제9항에 있어서,
    전기 기기의 제어부는 자기장 센서로부터의 자기장값들 중에서 다른 주파수 또는 주파수 대역의 자기장 세기보다 큰 자기장 세기를 나타내는 주파수 또는 주파수 대역의 자기장 세기만을 처리하여 이용하는 것을 특징으로 하는 전기 기기.
  17. 제9항에 있어서,
    전기 기기의 제어부는 사용자 입력 장치가 전기 기기의 전면 또는 기준면 상에서 기울어진 각도와, 기울어진 방향을 산정하는 것을 특징으로 하는 전기 기기.
  18. 제17항에 있어서,
    전기 기기의 제어부는 기울어진 각도와 기울어진 방향을 기준으로 하여, 획의 진하기나 굵기 또는 흘림 처리를 결정하여 처리하는 것을 특징으로 하는 전기 기기.
  19. 제9항에 있어서,
    전기 기기는 사용자 입력 단치의 단부가 인접하거나 터치하는 것을 감지하는 터치 스크린 또는 트랙 패드를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 기기.
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