KR20150129643A - 정전식 스타일러스 - Google Patents

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KR20150129643A
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벤자민 티. 쿡
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Abstract

센서 노드들의 배열을 구비한 터치 스크린(예를 들면, 정전용량 터치 스크린)과 인터페이스하는 스타일러스 유형의 휴대용 입력 장치는 제1 단부를 구비한 휴대용 몸체, 제1 단부에 있는 팁, 몸체 내부에 적어도 부분적으로 배열된 전극, 및 스타일러스 팁에 근접한 전기장을 생성하기 위해 전극에 전위를 생성하도록 구성된 회로를 포함한다. 스타일러스 팁이 터치 스크린과 접촉하여 위치할 때, 전기장은 팁과 터치 스크린 사이의 물리적인 접촉 영역의 외부에 있는 하나 이상의 센서 노드들을 활성화시키고, 스타일러스보다 터치 스크린과 더 큰 접촉 영역을 갖는 손가락이나 다른 물체의 영향과 유사한 영향을 센서 노드들에 미쳐서, 접촉 지점과 인접한 스크린의 양호한 시야를 제공하면서 터치 스크린을 활성화시킨다.

Description

정전식 스타일러스{ELECTROSTATIC STYLUS}
본 발명의 개시는 전자 장치와 인터페이스하는 스타일러스, 예를 들면 스마트폰, 태블릿, e-리더(e-reader) 등과 같은 전자 장치의 투영식 정전용량 터치 스크린(projected capacitive touch screen)에 의해 감지될 수 있는 전기장(e-field)을 생성하는 스타일러스에 관한 것이다.
많은 전자 장치들은 스마트폰, 태블릿, e-리더 등과 같이, 보통 PCT 또는 PCAP 스크린이라 불리는 투영식 정전용량 터치 스크린을 포함한다. 전형적인 PCAP 스크린은 유리 시트들 상에 층으로 쌓여있는 전도성 소재의 매트릭스 행렬들로 구성되어 있다. 이것은 전극의 그리드 패턴(grid pattern)을 형성하기 위해 하나의 전도성 층을 에칭(etching)하거나, 그리드를 형성하기 위해 평행한 선형 전극들 또는 "트랙들(tracks)"을 사용하여 2개의 별도의 전도성 소재의 수직 층들을 에칭함으로써 이루어질 수 있다. 후자의 접근에서 각각의 층의 선형 전극들이 중첩되는 경우에, 전자의 접근 또는 위치에서 하나의 전도성 층의 전극들은 터치 스크린의 센서 노드를 형성한다. 이 그리드에 가해진 전압은 측정 가능한 정전기장을 생성한다. 손가락 끝과 같이 충분한 추가적인 전하 유지 능력을 갖는 물체가 PCAP 패널과 접촉할 때, 그것은 그 지점의 국소 정전기장을 변화시키고, 따라서 접촉 지점에서 또는 접촉 지점 근처에서 전극들의 전하의 측정 가능한 변화가 만들어진다. 정전용량은 그리드의 모든 지점(교차점)에서 변화하고 측정이 가능하다. 따라서, 터치의 중심 위치는 영향을 받는 인접한 전극들 사이의 보간(interpolation)에 의해 전극들 사이의 간격보다 더 미세한 분해능(resolution)으로 결정될 수 있다. 따라서, 이 시스템은 손가락 끝이나 다른 물체에 의해 터치를 트랙(track)할 수 있고, 이로써 이 전극들의 간격보다 훨씬 더 양호한 분해능으로 복수의 인접한 전극들에서 측정 가능한 변화를 만든다. 예를 들면, 5mm 간격으로 이격된 전극들을 구비한 터치 스크린은 0.5mm보다 더 양호한 정밀도로 복수의 전극들에 영향을 미치는 터치의 중심 위치를 보간할 수 있다. 그러나, 물체가 단지 하나의 전극에서 측정 가능한 변화를 만든다면, 보간은 가능하지 않고, 터치의 위치는 단지 전극 간격의 분해능으로 측정될 수 있다.
PCAP 스크린이 전형적으로 능동형 스타일러스의 일부 형태들을 감지할 수 있지만, 현재 시장에 나와있는 대부분의 PCAP 스크린들은 손가락과 상호작용하도록 설계되어 있다. 따라서, PCAP 스크린은 터치를 감지하기 위해 스크린과의 접촉 영역이 대략 1/4 인치 직경의 최소 중심 영역을 가질 것을 필요로 할 것이다. 그러나, 펜이나 연필과 같은 필기 도구의 작용을 에뮬레이트(emulate)하려고 할 때, 감지에 요구되는 접촉 지점의 물리적인 크기로 인해 손가락은 매우 양호한 사용자 경험을 생성하지는 않는다.
도 1은 직교 센서 트랙들(T)의 교차점에 정의된 전극 노드들(N)의 배열을 보여주는 통상적인 PCAP 터치 스크린의 일부를 도시한다. 터치 스크린과 접촉하는 손가락에 의해 형성된 접촉 영역은 파선 A로 표시된다. 접촉 영역 A 안에 있는 각각의 센서 노드는 활성화된다. 즉, 센서 노드는 각각의 활성화된 노드(Na)에 확대된 점으로 표시된 것처럼, 자체의 저장된 전하 또는 자체의 정전용량의 측정 가능한 변화를 갖는다. 센서들의 배열로부터 온 신호들은 활성화된 노드들(Na)에 기초하여 영역(A)의 중심 및/또는 중심 영역을 계산하는 콘트롤러와 통신한다. 콘트롤러는 사용자 입력으로서 감지된 접촉 영역 A를 확인하기 위해 최소 접촉 영역, 직경 또는 다른 치수를 필요로 할 수 있다.
도 2a 내지 2c는 사용자 입력을 감지하기 위해 Amin으로 표시된 최소 접촉 영역, 직경 또는 다른 치수를 필요로 하는 콘트롤러를 구비한 통상적인 PCAP 터치 스크린과 접촉하는 예시적인 물체의 측면도를 도시한다. 일부 디자인들에서, 최소 접촉 영역은 활성화된 노드들(Na)의 최소 개수에 의해 정의될 수 있다. 도 2a는 스크린과 접촉한 손가락을 도시하고, 여기서 접촉 영역은 최소 접촉 치수(Amin)보다 더 크고, 따라서 콘트롤러는 사용자 입력을 감지한다. 유사하게, 도 2b는 스크린과 접촉한 큰 팁(LT)을 갖는 스타일러스(SLT)를 도시하고, 여기서 접촉 영역은 최소 접촉 치수(Amin)보다 더 크며, 따라서 콘트롤러는 사용자 입력을 감지한다. 그러나, 도 2c는 스크린과 접촉하는 미세 포인트 팁(fine-point tip)(FT)을 갖는 스타일러스(SFP)를 도시하고, 여기서 접촉 영역은 최소 접촉 치수(Amin)보다 더 작고, 따라서 콘트롤러는 복수의 전극들에서(또는 미세한 포인트 팁이 가장 가까운 전극으로부터 충분히 멀리 있는 경우, 심지어 하나의 전극에서) 사용자 입력을 감지하지 않으며, 이에 따라 콘트롤러는 터치 위치를 정확하게 결정할 수 없다.
따라서, 현재 상기 스크린들에 사용되는 수동 스타일러스들은, 예를 들면 비교적 큰 고무 또는 폼 팁(foam tip)의 형태로 비교적 큰 팁을 사용하여 최소 중심 영역을 얻는다. 그러나, 이 큰 팁은 스크린과의 접촉 지점에 대한 사용자의 시야를 가린다. 대안적으로, 일부 PCAP 스크린들은 미세 포인트 스타일러스(fine-point stylus)를 감지하기 위해 증가된 센서 밀도(예를 들면, 증가된 선 또는 트랙 밀도)를 제공한다. 그러나, 센서 밀도를 증가시키는 것은 전형적으로 센서 배열 및 이와 관련된 콘트롤러 둘 다에 대해 비용을 증가시킨다. 이러한 단점들은 큰 터치 스크린을 구비한 장치들, 예를 들면 태블릿들 및 e-리더들에서 더욱 뚜렷하다.
본 개시는 전자 장치와 인터페이스하는 스타일러스, 예를 들면 스마트 폰, 태블릿, e-리더 등과 같은, 전자 장치의 투영식 정전용량 터치 스크린에 의해 감지 가능한 전기장(e-field)를 생성하는 스타일러스에 관한 것이다.
하나의 실시예는 제1 단부를 구비한 휴대용 몸체, 몸체의 제1 단부에 있는 팁, 몸체 내부에 적어도 부분적으로 배열된 전극, 및 전극과 결합하고 전극에 전위를 생성하도록 구성된 회로를 포함하는 스타일러스 유형의 휴대용 입력 장치를 제공하고, 전위는 팁이 터치 스크린과 접촉하여 위치할 때, 터치 스크린의 복수의 센서 노드들을 활성화시키는 전기장을 생성한다.
추가의 실시예에서, 팁이 터치 스크린과 접촉하여 위치할 때, 팁과 터치 스크린 사이의 접촉 영역은 사용자 입력을 감지하기 위해 터치 스크린에 의해 정의된 최소 접촉 영역보다 더 작다.
추가의 실시예에서, 입력 장치는 팁이 터치 스크린과 접촉하여 위치할 때, 전기장이 팁과 터치 스크린 사이의 접촉 영역의 외부에 있는 하나 이상의 센서 노드들을 활성화시키도록 구성된다.
추가의 실시예에서, 입력 장치는 전극에 의해 생성된 전기장을 형성하도록 구성된 적어도 하나의 전도성 요소를 더 포함한다.
추가의 실시예에서, 적어도 하나의 전도성 요소는 전도성 외부 하우징을 포함하고, 전극은 전도성 외부 하우징의 내부에 적어도 부분적으로 배열된다.
추가의 실시예에서, 전도성 외부 하우징은 가늘고 긴 튜브를 포함하고, 전극은 가늘고 긴 튜브 내부에 그리고 가늘고 긴 튜브의 제1 단부 근처에 적어도 부분적으로 배열된다.
추가의 실시예에서, 적어도 하나의 전도성 요소는 입력 장치의 가늘고 긴 휴대용 몸체의 일부를 형성한다.
추가의 실시예에서, 입력 장치는 회로와 결합된 배터리를 더 포함한다.
추가의 실시예에서, 전극은 입력 장치의 내부에 전기적으로 격리된다.
추가의 실시예에서, 입력 장치는 전극과 결합된 부스트 컨버터를 더 포함한다.
추가의 실시예에서, 입력 장치는 전극과 결합된 전압 증배기(voltage multiplier)를 더 포함한다.
추가의 실시예에서, 회로는 출력단에서 교류 전압을 출력하도록 구성된 마이크로콘트롤러 및 출력단에 결합되고 교류 전압을 증가시키도록 구성된 변압기를 포함한다.
추가의 실시예에서, 마이크로콘트롤러는 피드백 전압을 수신하고 피드백 전압에 기초하여 전극의 전위를 자동으로 제어하도록 구성된다.
추가의 실시예에서, 전극에 공급된 전위는 500V ~ 50kV이다.
추가의 실시예에서, 적어도 하나의 배터리와 전극 사이의 회로는 전극에 1kV ~ 10kV의 전압을 공급한다.
추가의 실시예에서, 전극은 팁의 접촉 지점으로부터 미리 정의된 간격으로 배열되어, 팁의 접촉 지점이 터치 스크린과 접촉하여 위치할 때, 전극은 대략 미리 정의된 간격만큼 터치 스크린으로부터 이격되어 있다.
추가의 실시예에서, 팁은 전극과 터치 스크린 사이의 방전을 방지하기 위해 전기적으로 절연된다.
또 다른 실시예는, 제1 단부를 구비한 휴대용 몸체; 몸체의 제1 단부에 있는 팁; 몸체 내부에 적어도 부분적으로 배열되고 길이방향 축의 방향을 따라 연장된 가늘고 긴 전극; 및 전극과 결합되고, 전기장을 생성하는 전위를 전극에 생성하도록 구성된 회로를 포함하는, 스타일러스 유형의 휴대용 입력 장치를 제공하고, 여기서 길이방향 축에 수직으로 연장되고 팁의 전방 끝 지점 또는 표면을 통과하는 면에서, 그리고 길이방향 축과 상기 면 사이의 교차 지점으로부터 3mm 간격으로, 전극에 의해 생성된 전기장은 적어도 1,000V/m의 전기장 강도를 갖는다.
추가의 실시예에서, 전극에 의해 생성된 전기장은 상기 면에서 그리고 3mm의 간격으로, 3,000V/m ~ 50,000V/m의 전기장 강도를 갖는다.
또 다른 실시예는 센서 노드들의 배열을 구비한 터치 스크린 및 스타일러스 유형의 휴대용 입력 장치를 포함하는 장치를 제공하고, 이 휴대용 입력 장치는 제1 단부를 구비한 휴대용 몸체, 몸체의 제1 단부에 있는 팁, 몸체 내부에 적어도 부분적으로 배열된 전극, 및 전극과 결합되고 전극에 전위를 생성하도록 구성된 회로를 포함하고, 이 전위는 팁이 터치 스크린과 접촉하여 위치할 때 터치 스크린의 복수의 센서 노드들을 활성화시키는 전기장을 생성한다.
또 다른 실시예는 센서 노드들의 배열을 구비한 정전용량 터치 스크린 및 정전용량 터치 스크린과의 상호작용을 통해 전자 장치에 입력을 제공하도록 구성된 입력 장치를 포함하는 장치를 제공하고, 이 입력 장치는 가늘고 긴 휴대용 몸체, 가늘고 긴 휴대용 몸체에 있는 제1 단부, 전도성 요소, 및 팁 근처에 전도성 몸체에 대응하여 배열되고 전극과 전도성 요소 사이에 정전기장을 생성하는 전위를 수용하도록 구성된 전기적으로 충전 가능한 전극을 포함하고, 이 입력 장치는 팁이 정전용량 터치 스크린과 접촉하여 위치될 때, 정전기장이 팁과 정전용량 터치 스크린 사이의 물리적인 접촉 영역의 외부에 있는 하나 이상의 센서 노드들을 활성화시키도록 구성된다.
개시의 일부 실시예들은 이하의 설명 및 첨부된 도면들을 부분적으로 참조하여 이해될 것이다.
도 1은 센서 노드들의 배열을 포함하는 종래의 PCAP 터치 스크린의 일부를 도시한다.
도 2a 내지 2c는 종래의 PCAP 터치 스크린을 접촉하는 예시적인 물체들의 측면도를 도시한다. 특히, 도 2a는 스크린과 접촉하는 손가락을 도시하고, 도 2b는 스크린과 접촉하는 큰 팁(large-tip) 스타일러스를 도시하고, 도 2c는 스크린과 접촉하는 미세 팁(fine-tip) 스타일러스를 도시한다.
도 3은 하나의 예시적인 실시예에 따른, 정전용량 터치 스크린(예를 들면, PCAP 센서 터치 스크린)과 인터페이스하는 예시적인 휴대용 정전식 스타일러스를 도시한다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 휴대용 정전식 스타일러스용의 예시적인 회로를 도시한다.
도 5는 예시적인 정전식 스타일러스, 그리고 특정의 예시적인 실시예들의 스타일러스에 의해 제공된 전기장 강도를 설명하기 위한 기준면 및 기준 치수들을 도시한다.
개시의 일부 실시예들은 이하의 설명 및 첨부된 도면들을 부분적으로 참조하여 이해될 것이고, 도면들에서 같은 참조번호들은 동일하거나 유사한 부분들을 나타낸다.
일부 실시예들은 적합한 강도와 형상의 전기장을 생성하는 정전식 스타일러스를 제공하여, PCAP 정전용량 터치 스크린의 복수의 센서 노드들을 활성화, 예를 들면 스크린을 터치하는 손가락을 에뮬레이트하게 만든다. 이로 인해서, 미세 포인트 팁이, 스크린의 접촉 지점에 대한 사용자의 시야를 크게 가리지 않는, 예를 들면 펜이나 연필과 유사한 스타일러스 장치의 단부에 사용될 수 있게 한다. 여기에 개시된 정전식 스타일러스를 사용함으로써, 미세 팁 스타일러스 입력은 더 작은 중심 영역을 감지하기 위해 센서 요소들의 더 높은 밀도를 필요로 하지 않고 높은 분해능으로 감지될 수 있다. 스타일러스 입력을 위한 센서 요소들의 필요한 밀도를 감소시킴으로써, 시스템의 PCAP 센서 및 콘트롤러의 비용 및/또는 복잡성은, 미세 팁 스타일러스의 접촉 위치를 정확하게 측정하는 유사한 능력을 가진 종래의 고밀도 PCAP 센서 시스템들에 비해 줄어들 수 있다.
도 3은 하나의 예시적인 실시예에 따른, 센서 노드들(N)의 배열을 갖는 정전용량 터치 스크린(S)(예를 들면, PCAP 센서 터치 스크린)과 인터페이스하는 예시적인 휴대용 정전식 입력 장치(10)를 도시한다. 예시적인 휴대용 입력 장치(10)는 스타일러스(10)라 지칭될 수 있고, 펜, 연필 또는 포인터와 대체로 유사한 형상을 가질 수 있다. 스타일러스(10)는 사용자가 휴대할 수 있도록 구성된 가늘고 긴 휴대용 몸체(12) 및 가늘고 긴 휴대용 몸체(12)의 제1 단부에 있는 팁(14)을 포함할 수 있고, 팁(14)은 정전용량 터치 스크린(S)과 접촉하도록 구성된다.
가늘고 긴 휴대용 몸체(12)는 배터리(18)에 의해 충전되고 적당한 회로(20)에 의해 제어되거나 조정되는 전기적으로 충전된 전극(16)을 수용할 수 있다. 충전된 전극(16)은 전도성 요소(22)에 대응하여 배열되어, 충전된 전극(16)과 전도성 요소(22) 사이에 정전기장(24)이 생성되고, 팁(14)의 접촉부(15)(예를 들면, 지점 또는 작은 평탄부)가 스크린(S)과 접촉하거나 매우 근접한 경우에, 이 정전기장(24)은 스타일러스 팁(14)과 정전용량 터치 스크린(S) 사이의 물리적인 접촉 영역의 외부에 있는 하나 이상의 센서 노드들(N)을 활성화하기 위한 적합한 형상 및 강도를 갖는다. 정전기장(24)에 의해 활성화된 센서 노드들은 도 3에 노드들(Na)로 표시되고, 정전기장(24)에 의해 활성화된 노드들(Na)의 영역은 영역(AEA)으로 표시된다. 일부 실시예들에서, 생성된 정전기장(24)은 스타일러스의 가늘고 긴 축에 수직인 평면에서 대체로 원형이고 스크린과 접촉하는 팁(14)의 단부를 통과하여, 스크린(S)의 평면에서, 활성화된 영역(AEA)은 스타일러스(12)가 스크린(S)과 수직으로 향할 때 대체로 원형이고, 스타일러스(12)가 수직으로부터 앵글 오프셋(angle offset)으로 향할 때 대체로 타원형이다. 다른 실시예들은, 예를 들면 대체로 정사각형, 직사각형, 삼각형 등의 임의의 다른 적합한 형상의 활성화된 영역들(AEA)을 제공하는 정전기장(24)을 생성할 수 있다.
콘트롤러(20)는 터치 스크린(S)의 센서 노드들(N)로부터 입력을 수신한다. (예를 들면, 활성화된 센서 노드들(Na)의 수에 의해 측정되는 것처럼) 활성화된 영역(AEA)의 형상, 크기 또는 관련 치수는 사용자 입력을 감지하기 위해 콘트롤러(20)에 충분할 수 있다. 따라서, 정전기장(24)을 생성함으로써, 그렇지 않았다면 터치 스크린(S)을 활성화시키기에 너무 작을 수 있는 (접촉부(15)를 통한) 스크린과의 물리적인 접촉 영역을 가졌음에도 불구하고, 스타일러스(12)는 터치 스크린(S)을 활성화시킬 수 있다. 따라서, 미세 포인트 스타일러스는 종래의 미세 포인트 스타일러스에 의해 터치를 감지하는데 필요한 센서 밀도와 비해 비교적 작은 센서 밀도를 갖는 정전용량 터치 스크린(S)과 함께 사용될 수 있다.
일부 실시예들은 하나보다 많은 배터리(18), 충전된 전극(16), 전도성 요소(22) 및/또는 정전기장(24)을 제공한다. 그러나, 단순화하기 위해, 이하의 논의는 하나의 배터리(18), 전극(16), 전도성 요소(22) 및 정전기장(14)에 대하여 한다.
적절하게 형성된 정전기장(24)을 생성하기 위해, 충전된 전극(16)은, 예를 들면 전도성 요소(22)를 통해 방전되는 것을 방지하거나 견디기 위해 전도성 요소(22)로부터 물리적으로 이격되거나 그렇지 않으면 전기적으로 절연되거나 격리될 수 있다. 전도성 요소(22)는 충전된 전극(16)에 대해서 접지 전극(ground)으로서 역할을 할 수 있다. 전극(16)과 전도성 요소(22)는 (예를 들면, 전술한 것처럼, 콘트롤러(20)가 사용자 입력을 감지하기에 충분한) 바람직한 활성화된 영역(AEA)을 제공하기에 적합한 정전기장(24)을 생성하기 위해 임의의 적합한 형상, 크기, 소재 및 상대적인 배열을 갖는 임의의 요소들을 포함할 수 있다. 전극(16)과 전도성 요소(22)는 임의의 적합한 소재 또는 소재들, 예를 들면 임의의 적합한 금속, 금속들 또는 비금속 전도성 소재들의 단독 또는 조합으로부터 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 전도성 요소(22)는 하나의 외부 하우징을 포함하고, 충전된 전극(16)은 외부 하우징 내에 적어도 부분적으로 배열되어 있다. 예를 들면, 도시된 실시예에서, 전도성 요소(22)는 가늘고 긴 금속 튜브를 포함하고, 충전된 전극(16)은 가늘고 긴 금속 튜브 안에서 그리고 가늘고 긴 튜브의 제1 축 단부 가까이에 적어도 부분적으로 배열되어 있다. 도 4를 참조하면, 전극(16)의 선단부(36)는 가늘고 긴 튜브(22)의 선단부(38)를 지나 연장되거나 (도 4에 도시된 것처럼) 그 반대로 연장될 수 있고, 또는 전극(16)과 가늘고 긴 튜브(22)의 선단부들(36, 38)은 동일 평면상에 또는 실질적으로 동일 평면상에 있을 수 있다. 일부 실시예들에서, 예를 들면 도 3에 도시된 예시적인 실시예에서, 전도성 요소(22)는 일체의 부품으로 된 가늘고 긴 휴대용 몸체(12), 예를 들면 사용자가 휴대할 수 있도록 구성된 외부 하우징을 형성한다.
스타일러스(12)에 의해 생성된 정전기장(24)의 크기 및/또는 형상, 따라서 터치 스크린(S)의 활성화된 영역(AEA)의 크기 및/또는 형상은, 도 3에서 간격 "d"로 표시된 전극(16)과 전도성 요소(22) 사이의 간격을 변경하여 조절될 수 있다. 스타일러스 팁(14)은 충전된 전극(16)과 정전용량 터치 스크린(S) 사이의 전기적 방전을 방지하거나 견디기 위해 비전도성 소재로 형성되거나 그렇지 않으면 전극(16)과 전기적으로 절연될 수 있다. 예를 들면, 팁(14)은 플라스틱으로 형성될 수 있다.
스타일러스 팁(14)은 충전 전극(16)이 팁(14)의 접촉부(15)로부터 미리 정의된 간격으로 배열되도록 하는 형상 및 크기를 가질 수 있어, 접촉부(15)가 정전용량 터치 스크린(S)과 접촉하여 위치할 때, 충전된 전극(16)은 터치 스크린(S) 상에 바람직한 활성화된 영역(AEA)을 제공하는 미리 정의된 간격에 의해 터치 스크린(S)으로부터 이격되어 있다.
전술한 바와 같이, 전극(16)은 배터리(18)에 의해 충전되고, 임의의 적합한 회로(20)에 의해 제어되거나 조정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스타일러스(12)는 배터리(18)와 전극(16) 사이에 전기 스위치(30)를 포함할 수 있고, 이 스위치(30)는 수동 on/off 버튼(32)에 의해 또는 다른 적합한 액츄에이터에 의해 제어될 수 있다. 다른 실시예들에서, on/off 스위치(30)는 스타일러스(12)의 on/off 상태를, 즉 배터리(18)와 전극(16) 사이의 연결을 자동으로 제어할 수 있다. 예를 들면, on/off 스위치(30)는 사람이 스타일러스(12)를 휴대하고 있는지를 자동으로 감지하도록 구성된 센서 및 이에 따라 on/off 상태를 자동으로 제어하도록 구성된 회로를 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, on/off 스위치(30)는 스타일러스(12)가 정전용량 터치 스크린(S)과 접촉(또는 근접)하고 있는지를 자동으로 감지하도록 구성된 센서 및 이에 따라 on/off 상태를 자동으로 제어하도록 구성된 회로를 포함할 수 있다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 휴대용 정전식 스타일러스(12)용 회로의 예를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 스타일러스(12)는 회로(20)를 통해 배터리(18)에 의해 충전된 전극(16)을 포함할 수 있다. 배터리(18)는 임의의 수 및/또는 임의의 유형의 배터리를 포함할 수 있다. 예를 들면, 배터리(18)는 하나 이상의 AAA 또는 AAAA 배터리일 수 있다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 배터리(19)는 스타일러스가 홀더 또는 도크(dock)에 위치할 때 재충전되는 재충전 가능한 배터리일 수 있다. 배터리(19)가 재충전 가능한 경우, 배터리는 직접적인 전기 접촉을 통해 또는 유도 결합이나 용량 결합에 의해 재충전될 수 있다.
도시된 예시적인 실시예에서, 회로(20)는 부스트 컨버터(boost converter)(40), 마이크로콘트롤러(42), 변압기(44), 전압 증배기(voltage multiplier)(46) 및 격리/전압 분할 요소(isolation/voltage divider element)(48)를 포함한다.
부스트 컨버터(40)는 배터리(18)에 의해 공급된 전압(V1)을 상승된 전압(boosted voltage; V2)으로 상승시킨다. 예를 들면, 부스트 컨버터(40)는 마이크로칩 테크놀로지 사에서 제조한 MCP1640 칩 또는 이 분야에 공지된 임의의 다른 유사한 칩일 수 있다.
마이크로콘트롤러(42)는 펄스 폭 변조를 이용하여 전압(V2)을 교류 전압(V3)으로 변환한다. 마이크로콘트롤러(42)는 또한 격리/전압 분할 요소(48)로부터 피드백 전압(V6)을 수신하고, 아날로그-디지털 컨버터를 이용하여 피드백 전압(V6)을 디지털 신호로 변환하고, 수신된 피드백 전압(V6)에 기초하여 출력 전압(V3)을 자동으로 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 마이크로콘트롤러(42)는 마이크로칩 테크놀로지 사에서 제조된 PIC16F1822 칩 또는 이 분야에 공지된 임의의 다른 유사한 칩일 수 있다.
변압기(44)는 전압(V3)을 임의의 적합한 양만큼 더 높은 교류 전압(V4)으로 증가시킨다. 예를 들면, 변압기는 1:100 변압기일 수 있다.
전압 증배기(46)는 교류 전압(V4)을 절연된 전극(16)에 공급되는 더 높은 직류 출력 전압(V5)으로 증가시키고 변환한다. 부가적으로, 직류 출력 전압(V5)은 격리/전압 분할 요소(48)에 공급될 수 있고, 격리/전압 분할 요소는 전압을 마이크로콘트롤러(42)에 전달된 피드백 전압(V6)으로 감소시키고, 전압 증배기(46)의 출력 전압으로부터 마이크로콘트롤러(42)를 격리시켜, 마이크로콘트롤러(42)의 손상을 방지한다. 일부 실시예들에서, 전압 증배기(46)는 다단 전압 증배기이다.
전술한 바와 같이, 마이크로콘트롤러(42)는 피드백 전압(V6)을 디지털 신호로 변환하고 출력 전압(V3)을 제어하여 전극(16)에 공급된 전압을 조정한다.
단지 예로서 도 4에 도시된 실시예에서, 배터리(18)는 1 ~ 1.5V의 전압을 공급하고, 부스트 컨버터는 전압을 5V로 상승시키고, 마이크로콘트롤러(42)는 전압을 50kHz에서 5V로 변환하고, 변압기(44)는 전압을 500V의 교류로 증가시키고, 다단 전압 증배기(46)는 전압을 5k 직류로 변환하여 증가시키고, 이 전압은 전극(16)에 공급된다. 다른 실시예들에서, 회로(20)는 전극(16)에 바람직한 전압을 공급하기 위해 임의의 적합한 전압의 증가, 변환 또는 다른 조작을 제공하는 임의의 유사한 또는 추가적인 구성요소들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 회로(20)는 전극(16)에 100V ~ 50kV의 전압을 공급하도록 구성된다. 예를 들면, 회로(20)는 전극(16)에 1kV ~ 10kV의 전압을 공급하도록 구성될 수 있다. 특정 실시예들에서, 5kV의 예시와 같이, 회로(20)는 전극(16)에 4kV ~ 6kV의 전압을 공급한다. 일부 실시예들에서, 전극(16)에 공급된 전압은 스타일러스의 스위치 또는 유선이나 무선 통신 링크를 통해 마이크로콘트롤러에 전송된 명령들과 같이, 이 분야의 당업자들에게 공지된 임의의 수의 수단들을 통해, 스타일러스 사용자에 의해 선택될 수 있다.
도 5는 예시적인 정전식 스타일러스(10) 및 특정한 예시적인 실시예들의 스타일러스에 의해 제공된 전기장 강도를 설명하기 위한 기준면(P)과 기준 치수들을 도시한다. 기준면(P)은 스타일러스(10)의 전극(16)의 길이방향 축(A)에 수직으로 연장되고 길이방향 축(A)을 따르는 스타일러스(14)의 전방 끝 지점 또는 표면을 통과한다. 길이방향 축(A)과 기준면(P)의 교차 지점은 점(EP)로 표시되고, 이 점은 일부 실시예들에서(예를 들면, 스타일러스(10)가 축(A)에 대해 대칭인 경우), 스타일러스(10)의 전방 끝 지점(또는 스타일러스 팁(14)이 축(A)에 수직인 대체로 평탄한 표면에서 끝나는 실시예들에서, 전방 끝 표면의 중심)과 대응될 수 있다. 따라서, (전극(16)에 의해 제공된) 기준면(P)의 전기장 강도는, 스타일러스 팁(14)이 터치 스크린의 표면에 접촉하여 위치할 때, 대체로 터치 스크린이 경험한 전기장 강도를 나타낸다. 간격(D)은, 예를 들면 이하에 논의되는 바와 같이 스타일러스 팁(14)과 터치 스크린 사이의 접촉 점/영역으로부터 반경방향 외측의 특정 간격들에서의 전기장 강도를 논의하기 위해, 기준면(P)의 점(EP)으로부터의 간격을 나타낸다.
전극(16)에 의해 생성된 전기장 강도는 전극(16)에 공급된 전압, 도 3에서 간격 "d"로 표시된 전극(16)과 전도성 요소(22) 사이의 간격, 축 방향으로 전극(16)과 (도 5에서 기준면(P)으로 표시된) 터치 스크린 표면 사이의 간격 등을 포함하는, 선택 가능하거나 조절 가능한 파라미터들의 수에 달려있다. 따라서, 임의의 이 파라미터들은 다른 실시예들에서 원하는 대로 선택 및/또는 조절되어, 예를 들면 스타일러스 팁(14)과 터치 스크린 사이의 접촉 점/영역으로부터 특정 간격(예를 들면, 도 5에 도시된 간격 D)에서의 바람직한 전기장 강도를 제공할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 예시적인 간격 D = 1mm에서, 스타일러스(10)의 파라미터들은 전극(16)이 (a) 적어도 1,000V/m, 또는 (b) 적어도 3,000V/m, 또는 (c) 적어도 10,000V/m, 또는 (d) 적어도 20,000V/m, 또는 (e) 1,000 ~ 50,000V/m, 또는 (f) 3,000 ~ 50,000V/m, 또는 (g) 10,000 ~ 50,000V/m, 또는 (h) 1,000 ~ 25,000V/m, 또는 (i) 3,000 ~ 25,000V/m, 또는 (j) 10,000 ~ 25,000V/m의 전기장 강도를 제공하도록 선택 및/또는 조절될 수 있다.
또한, 다양한 실시예들에서, 예시적인 간격 D = 3mm에서, 스타일러스(10)의 파라미터들은 전극(16)이 (a) 적어도 1,000V/m, 또는 (b) 적어도 3,000V/m, 또는 (c) 적어도 10,000V/m, 또는 (d) 적어도 20,000V/m, 또는 (e) 1,000 ~ 50,000V/m, 또는 (f) 3,000 ~ 50,000V/m, 또는 (g) 10,000 ~ 50,000V/m, 또는 (h) 1,000 ~ 25,000V/m, 또는 (i) 3,000 ~ 25,000V/m, 또는 (j) 10,000 ~ 25,000V/m의 전기장 강도를 제공하도록 선택 및/또는 조절될 수 있다.
또한, 다양한 실시예들에서, 예시적인 간격 D = 5mm에서, 스타일러스(10)의 파라미터들은 전극(16)이 (a) 적어도 1,000V/m, 또는 (b) 적어도 3,000V/m, 또는 (c) 적어도 10,000V/m, 또는 (d) 적어도 20,000V/m, 또는 (e) 1,000 ~ 50,000V/m, 또는 (f) 3,000 ~ 50,000V/m, 또는 (g) 10,000 ~ 50,000V/m, 또는 (h) 1,000 ~ 25,000V/m, 또는 (i) 3,000 ~ 25,000V/m, 또는 (j) 10,000 ~ 25,000V/m의 전기장 강도를 제공하도록 선택 및/또는 조절될 수 있다.
다른 실시예들에서, 스타일러스(10)의 파라미터들은 임의의 원하는 간격 D에서 전극(16)이 임의의 다른 원하는 전기장 강도를 제공하도록 선택 및/또는 조절될 수 있다.

Claims (20)

  1. 스타일러스 유형의 휴대용 입력 장치로서,
    제1 단부를 구비한 휴대용 몸체;
    상기 몸체의 제1 단부에 있는 팁;
    상기 몸체 내부에 적어도 부분적으로 배열된 전극; 및
    상기 전극과 결합되고, 상기 전극에 전위를 생성하도록 구성된 회로를 포함하고, 상기 전위는 상기 팁이 터치 스크린과 접촉하여 위치할 때 상기 터치 스크린의 복수의 센서 노드들을 활성화시키는 전기장을 생성하는 입력 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 팁이 상기 터치 스크린과 접촉하여 위치할 때, 상기 팁과 상기 터치 스크린 사이의 접촉 영역은 사용자 입력을 감지하기 위해 상기 터치 스크린에 의해 정의된 최소 접촉 영역보다 더 작은 입력 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    입력 장치는 상기 팁이 상기 터치 스크린과 접촉하여 위치할 때, 상기 전기장이 상기 팁과 상기 터치 스크린 사이의 접촉 영역의 외부에 있는 하나 이상의 센서 노드들을 활성화시키도록 구성된 입력 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전극에 의해 생성된 전기장을 형성하도록 구성된 적어도 하나의 전도성 요소를 더 포함하는 입력 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 전도성 요소는 전도성 외부 하우징을 포함하고, 상기 전극은 상기 전도성 외부 하우징 내부에 적어도 부분적으로 배열되는 입력 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전도성 외부 하우징은 가늘고 긴 튜브를 포함하고, 상기 전극은 상기 가늘고 긴 튜브 내부에 그리고 상기 가늘고 긴 튜브의 제1 단부 근처에 적어도 부분적으로 배열되는 입력 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 전도성 요소는 입력 장치의 가늘고 긴 휴대용 몸체의 일부를 형성하는 입력 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 회로에 결합된 배터리를 더 포함하는 입력 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전극은 입력 장치 내부에 전기적으로 격리되는 입력 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전극과 결합된 부스트 컨버터를 더 포함하는 입력 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전극과 결합된 전압 증배기를 더 포함하는 입력 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 회로는, 출력단에서 교류 전압을 출력하도록 구성된 마이크로콘트롤러 및 상기 출력단에 결합되고 교류 전압을 증가시키도록 구성된 변압기를 포함하는 입력 장치,
  13. 제12항에 있어서,
    상기 마이크로콘트롤러는 피드백 전압을 수신하고 상기 피드백 전압에 기초하여 상기 전극의 전위를 자동으로 제어하도록 구성된 입력 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 전극에 공급된 전위는 500V ~ 50kV인 입력 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    전극에 1kV ~ 10kV의 전압을 공급하기 위해 적어도 하나의 배터리와 상기 전극 사이에 회로를 포함하는 입력 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 전극은 상기 팁의 접촉 지점으로부터 미리 정해진 간격으로 배열되어, 상기 팁의 접촉 지점이 상기 터치 스크린과 접촉하여 위치할 때, 상기 전극은 대략 미리 정의된 간격만큼 상기 터치 스크린으로부터 이격되어 있는 입력 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 팁은 상기 전극과 상기 터치 스크린 사이의 방전을 방지하기 위해 전기적으로 절연된 입력 장치.
  18. 스타일러스 유형의 휴대용 입력 장치로서,
    제1 단부를 구비한 휴대용 몸체;
    상기 몸체의 제1 단부에 있는 팁;
    상기 몸체 내부에 적어도 부분적으로 배열되고 길이방향 축의 방향을 따라 연장된 가늘고 긴 전극; 및
    상기 전극과 결합되고, 전기장을 생성하는 전위를 상기 전극에 생성하도록 구성된 회로를 포함하고,
    상기 길이방향 축에 수직으로 연장되고 상기 팁의 전방 끝 지점 또는 표면을 통과하는 면에서, 그리고 상기 길이방향 축과 상기 면 사이의 교차 지점으로부터 3mm 간격에서, 상기 전극에 의해 생성된 상기 전기장은 적어도 1,000V/m의 전기장 강도를 갖는 입력 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 면에서 그리고 3mm의 간격에서, 상기 전극에 의해 생성된 전기장은 3,000V/m ~ 50,000V/m의 전기장 강도를 갖는 입력 장치.
  20. 센서 노드들의 배열을 구비한 터치 스크린; 및
    스타일러스 유형의 휴대용 입력 장치를 포함하고,
    상기 입력 장치는:
    제1 단부를 구비한 휴대용 몸체;
    상기 몸체의 제1 단부에 있는 팁;
    상기 몸체 내부에 적어도 부분적으로 배열된 전극; 및
    상기 전극과 결합되고, 상기 전극에 전위를 생성하도록 구성된 회로를 포함하고, 상기 전위는 상기 팁이 상기 터치 스크린과 접촉하여 위치할 때 상기 터치 스크린의 복수의 센서 노드들을 활성화시키는 전기장을 생성하는 장치.
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