KR20170001554A - 입력 장치 및 그 입력 장치로부터 신호를 수신하는 전자기기 - Google Patents

입력 장치 및 그 입력 장치로부터 신호를 수신하는 전자기기 Download PDF

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Abstract

입력 장치 및 그 입력 장치로부터 신호를 수신하는 전자기기가 개시된다. 개시된 입력 장치는 전자기기의 적어도 하나의 전극에서 발생된 전기장 송신 신호를 수신하는 전도성 팁; 상기 전기장 송신 신호에 대응한 전기장 응답 신호를 발생시키는 회로부; 상기 전도성 팁과 상기 회로부 사이에 배치되며, 상기 전도성 팁에 가해지는 필압에 따라 상기 전기장 응답 신호를 가변하는 가변 커패시터; 및 상기 회로부 및 가변 커패시터가 내장되는 케이스;를 포함하며, 상기 가변 커패시터는 상기 회로부에 접속되는 제1 전극 및 제2 전극과, 상기 제1 전극에 대향 배치되는 전도성 가변 전극과, 상기 제1 전극 및 상기 전도성 가변 전극 사이에 배치되는 유전체를 포함하며, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 케이스에 고정되는 것을 특징으로 한다.

Description

입력 장치 및 그 입력 장치로부터 신호를 수신하는 전자기기{INPUT DEVICE, ELECTRONIC APPARATUS FOR RECEIVING SIGNAL FROM THE INPUT DEVICE}
본 발명은 입력 장치 및 그 입력 장치로부터 신호를 수신하는 전자기기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가변 커패시터의 제1 전극 및 제2 전극의 내구성을 향상시킬 수 있는 입력 장치 및 그 입력 장치로부터 신호를 수신하는 전자기기에 관한 것이다.
최근에 스마트폰 또는 태블릿 PC의 보급이 활발하게 진행되고 있으며, 접촉위치측정장치를 내장하는 전자기기에 대한 기술의 개발도 활발하게 진행되고 있다. 스마트폰 또는 태블릿 PC는 주로 터치 스크린을 구비하고 있으며, 사용자는 스타일러스 펜을 이용하여 터치 스크린의 특정 위치를 지정할 수 있다. 사용자는 터치 스크린의 특정 위치를 지정함으로써 스마트폰에 특정한 신호를 입력할 수 있다.
최근의 터치 스크린은 스타일러스 펜의 위치뿐만 아니라, 해당 위치에서의 필압도 감지하여, 위치 및 필압에 따른 다양한 기능을 수행할 수 있다. 이러한 스타일러스 펜의 필압을 감지하기 위하여, 펜의 필압에 따라 커패시턴스가 가변되는 가변 커패시터가 스타일러스 펜에 구비된다.
이러한 가변 커패시터는 두 전극 간의 거리 또는 두 전극 간의 면적에 의하여 커패시턴스가 가변 될 수 있는데, 통상적으로 스타일러스 펜에는 두 전극 간의 면적 변화에 의하여 커패시턴스가 변화하는 가변 커패시터를 이용하였다.
이러한 가변 커패시터가 채용된 스타일러스 펜에서, 커패시터의 두 전극은 펜의 수직 방향으로 배치될 수밖에 없으며, 공진 회로는 펜의 후단 측에 배치된다는 점에서, 펜의 앞 단에 가깝게 배치되는 전극을 공진 회로에 연결하기 어려운 점이 있었다.
특히, 최근의 스타일러스 펜은 직경을 최소화하여 구현되어야 한다는 점에서, 스타일러스 펜의 직경 변화 없이 가변 커패시터의 두 전극 모두를 공진 회로에 연결하기 위한 기술 개발이 요청되었다.
본 발명의 목적은 가변 커패시터의 제1 전극 및 제2 전극에 대한 내구성을 향상시킬 수 있는 입력 장치 및 그 입력 장치로부터 신호를 수신하는 전자기기에 관한 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 터치 신호를 수신하는 전자기기에 위치를 입력하기 위한 입력 장치에 있어서, 상기 전자기기의 적어도 하나의 전극에서 발생된 송신 신호를 수신하는 전도성 팁; 상기 송신 신호에 대응한 응답 신호를 발생시키는 회로부; 상기 전도성 팁과 상기 회로부 사이에 배치되며, 상기 전도성 팁에 가해지는 필압에 따라 상기 응답 신호를 가변하는 가변 커패시터; 및 상기 회로부 및 가변 커패시터가 내장되는 케이스;를 포함하며, 상기 가변 커패시터는 상기 회로부에 접속되는 제1 전극 및 제2 전극과, 상기 제1 전극에 대향 배치되는 전도성 가변 전극과, 상기 제1 전극 및 상기 전도성 가변 전극 사이에 배치되는 유전체를 포함하며, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 케이스에 고정되는 입력 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 터치 신호를 수신하는 전자기기에 위치를 입력하기 위한 입력 장치에 있어서, 전도성 팁; 상기 전도성 팁의 가압에 따라 형상이 변형되는 전도성 가변 전극; 상기 전도성 가변 전극의 변형에 따라 상기 전도성 가변 전극과의 접촉 면적 또는 거리가 가변되는 위치에 배치되는 제1 전극; 상기 제1 전극 및 상기 전도성 가변 전극 사이에 배치되는 유전체; 및 상기 전도성 가변 전극과 전기적으로 연결되는 제2 전극;을 포함하는 입력 장치를 제공할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 위치가 고정될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 입력 장치의 입력 위치를 측정하는 터치 패널을 구비한 전자기기에 있어서, 상기 터치 패널은, 적어도 하나의 전극; 및 상기 적어도 하나의 전극에서 발생한 전기장 송신 신호를 상기 입력 장치로 전송하도록 제어하고, 상기 전기장 송신 신호에 대한 상기 입력 장치의 응답 신호를 수신하도록 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 입력 장치 및 그 입력 장치로부터 신호를 수신하는 전자기기를 나타내는 개략 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 입력 장치의 간략한 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 입력 장치의 회로도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 입력 장치를 나타내는 결합 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 입력 장치를 나타내는 분해 사시도이다.
도 6은 도 1에 도시된 입력 장치의 인쇄회로기판과 이에 접속된 필압 모듈을 나타내는 개략 사시도이다.
도 7은 도 4에 표시된 'A' 구간에 대한 단면도이다.
도 8a는 가변 전극이 소정 압력으로 유전체에 밀착됨에 따라 형상이 가변되는 상태를 보여주는 개략 단면도이다.
도 8b는 전도성 팁에 가해진 압력이 해제될 때 가변 전극이 유전체와 이격되는 상태를 보여주는 개략 단면도이다.
도 9 내지 도 11은 도 4에 도시된 입력 장치의 접지 구조를 보여주는 도면들이다.
도 12는 도 4에 표시된 'B' 구간에 대한 단면도이다.
도 13은 도 1에 도시된 입력 장치의 회로도의 다른 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 입력 장치를 나타내는 단면도이다.
도 15는 도 14에 도시된 가변 커패시터를 나타내는 분해 사시도이다.
도 16은 도 14에 도시된 가변 커패시터의 동작 상태를 나타내는 단면도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 입력 장치를 나타내는 단면도이다.
도 18은 도 17에 도시된 가변 커패시터의 동작 상태를 나타내는 단면도이다.
도 19는 도 1에 도시된 전자기기의 구체적인 구성을 도시한 블록도이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서의 실시 예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
또한, 본 문서에서 사용된 "제 1," "제 2," 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제 1 사용자 기기와 제 2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 문서에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
이하에서, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 입력 장치 및 그 입력 장치로부터 신호를 수신하는 전자기기를 나타내는 개략 사시도이다.
도 1을 참조하면, 전자기기(200) 및 입력 장치(100)을 포함한다.
전자기기(200)는 입력 장치(100)의 터치 또는 근접 위치를 판단한다. 구체적으로, 전자기기(200)는 복수의 전극을 포함하며, 적어도 하나의 전극에 송신 신호(즉, 구동 신호)를 인가함으로써, 송신 신호를 정전 용량 결합을 통하여 전자기기(200)로 접근한 물체(즉, 입력 장치(100))의 공진 회로로 전달할 수 있다.
그리고 전자기기(200)는 입력 장치(100)의 공진 회로에서 야기되는 응답 신호를 적어도 하나의 전극으로부터 수신하여 입력 장치(100)의 위치를 판단할 수 있다. 이러한 전자기기(200)의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 도 19를 참조하여 후술한다. 여기서 전자기기(200)는 태블릿, 디지타이저, 터치 패드, 터치 스크린이거나, 태블릿, 디지타이저, 터치 패드 또는 터치 스크린을 구비하는 노트북, 휴대폰, 스마트폰, PMP, MP3 player, 전자 칠판 등일 수 있다.
입력 장치(100)는 전자기기(200) 내의 복수의 전극 중 적어도 하나의 전극과 커패시턴스를 형성하며, 형성된 커패시턴스를 통하여 공진을 위한 에너지(즉, 전기장 송신 신호)를 수신할 수 있다.
그리고 입력 장치(100)는 공진 회로에서 야기되는 응답 신호를 전자기기(200) 내의 적어도 하나의 전극에 전송할 수 있다. 이러한 입력 장치(100)는 스타일러스 펜(stylus pen)과 같은 형태로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 입력 장치(100)의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 도 2 내지 도 12를 참조하여 후술한다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자기기(200)가 정전 용량 결합을 통하여 입력 장치(100)에 전기장 송신 신호를 제공하므로, 입력 장치(100)는 자체적인 전원이 존재하지 않더라도 동작이 가능하다.
한편, 도 1을 설명함에 있어서, 입력 장치(100)가 패시브(passive) 방식으로만 동작하는 것으로 설명하였지만, 입력 장치(100)는 자체 전원을 구비하여 액티브(active) 방식으로도 동작할 수도 있다.
또한, 도 1을 설명함에 있어서, 전자기기(200)가 공진 회로를 포함하는 입력 장치(100)의 위치만을 판단하는 것으로 설명하였지만, 사용자의 손가락(10) 위치에 따른 전극의 커패시턴스 변화 또는 커패시턴스의 변화에 기인한 신호 크기 변화 등을 감지하여 손가락(10)의 위치를 판단할 수도 있다. 다만, 복수의 전극을 구비하는 전자기기(200)에서 손가락의 위치를 판단하는 동작은 널리 알려진 기술인바, 본 문서에서는 입력 장치(100)의 위치를 감지하는 기술에 대해서만 자세히 설명한다.
또한, 도 1을 설명함에 있어서, 전자기기(200)에 하나의 입력 장치(100)가 연결되는 것을 도시하였지만, 구현시에는 1대의 전자기기(200)에 복수의 입력 장치가 연결될 수 있으며, 이 경우, 전자기기(200)는 복수의 입력 장치 각각의 위치를 감지할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 입력 장치의 간략한 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 입력 장치(100)는 전도성 팁(110), 공진 회로부(120), 접지부(130)로 구성될 수 있다. 이러한 입력 장치(100)는 예를 들어, 펜의 형상으로 구현될 수 있다.
전도성 팁(110)은 전자기기(200) 내의 복수의 전극 중 적어도 하나의 전극과 정전용량 결합을 형성할 수 있다. 이러한 전도성 팁(110)은 예를 들어 금속성 팁으로 형성될 수 있다. 그리고 전도성 팁(110)은 비전도성 물질 내부에 존재하거나 또는 전도성 팁(110)의 일부가 외부로 노출될 수도 있다. 또한, 입력 장치(100) 사용 시 필기 감을 부드럽게 하기 위하여 전도성 팁(110)이 전자기기(200)와 직접 접촉하는 것을 방지하는 절연부재(111, 도 5 참조)를 더 포함할 수 있다.
공진 회로부(120)(또는 회로부)는 전도성 팁(110)에 연결된 인덕터(120b, 도 3 참조) 및 커패시터(126c, 도 3 참조)로 이루어진 병렬 공진회로와 가변 커패시터(120a, 도 3 참조)를 포함할 수 있다.
공진 회로부(120)는 전자기기(200) 내의 적어도 하나의 전극과 전도성 팁 간의 커패시티브 커플링을 통하여 공진을 위한 에너지(즉, 전기장 송신 신호)를 수신할 수 있다. 구체적으로, 공진 회로부(120)는 전자기기(200)로부터 입력되는 전기장 송신 신호에 공진할 수 있다. 그리고 공진 회로부(120)는 전기장 송신 신호의 입력이 중단된 이후에도 공진에 의한 전기장 응답 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 공진 회로부(120)는 공진 회로부의 공진 주파수를 가지는 사인파형 신호를 출력할 수 있다.
공진 회로부(120)는 전도성 팁의 접촉 압력에 따라 가변 커패시터의 커패시턴스가 가변되어 공진 주파수가 가변될 수 있다. 이와 같은 동작에 대해서는 도 3과 관련하여 후술한다.
도 3은 도 1에 도시된 입력 장치의 회로도를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 공진 회로부(120)는 가변 커패시터(120a), 인덕터(120b), 제1 커패시터(120c), 제2 커패시터(120d)로 구성될 수 있다. 그리고 공진 회로부(120)의 일 단이 전도성 팁(110)과 연결되고, 타 단이 접지될 수 있다.
인덕터(120b) 및 제1 커패시터(120c)는 병렬 연결되어, 공진 회로로 동작한다. 이러한 공진 회로는 특정 공진 주파수에서 고-임피던스(high-impedance) 특성을 가질 수 있다.
가변 커패시터(120a)는 공진 회로와 병렬 연결되며, 전도성 팁(110, 도 5 참조)의 접촉 압력의 변화에 따라 커패시턴스가 가변될 수 있다. 이에 따라, 가변 커패시터(120a)의 커패시턴스가 변화하게 되면, 공진 회로부의 커패시턴스도 가변하게 되어 공진 회로의 공진 주파수를 가변시킬 수 있다. 즉, 가변 커패시터(120a)는 전도성 팁(110)에 가해지는 필압에 따라 전기장 응답 신호를 가변할 수 있다. 이러한 가변 커패시터(120a)의 구체적인 형태 및 동작에 대해서는 도 5 내지 도 12를 참조하여 후술한다.
이와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자기기(200)에 제공되는 응답 신호가 전자기기(200)와의 접촉 압력에 따라 가변 되는바, 전자기기(200)는 입력 장치(100)의 응답 신호를 기초로 입력 장치(100)의 위치뿐만 아니라, 입력 장치(100)의 필압도 감지할 수 있다.
한편, 이상에서는 가변 커패시터(120a)를 이용하여 공진 주파수를 가변하는 것으로 설명하였지만, 구현 시에는 전도성 팁(110)의 접촉 압력에 따라 인덕턴스가 가변될 수 있는 가변 인덕터를 이용하여, 동일한 기능을 수행하는 공진 회로부(120)를 구현할 수도 있다.
이하, 도 4 내지 도 12을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 입력 장치(100)의 구성을 상세히 설명한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 입력 장치를 나타내는 결합 사시도 및 분해 사시도이고, 도 6은 인쇄회로기판과 이에 접속된 필압 모듈을 나타내는 개략 사시도이고, 도 7은 도 4에 표시된 'A' 구간에 대한 단면도이고, 도 8은 가변 전극이 소정 압력으로 유전체에 밀착됨에 따라 형상이 가변되는 상태를 보여주는 개략 단면도이고, 도 9는 도 4에 표시된 'B' 구간에 대한 단면도이고, 도 10 내지 도 12는 도 4에 도시된 입력 장치의 접지 구조를 보여주는 도면들이다.
도 4및 도 5를 참조하면, 입력 장치(100)는 내측에 필압 모듈(P) 및 접지부(130)가 배치되는 내부 케이스(150)와, 내부 케이스(150)가 삽입되는 외부 케이스(140)가 형성되고, 외부 케이스(140)의 선단부(140a)에는 헤드부(128)가 배치되고, 외부 케이스(140)의 후단부(140b)에는 캡(190)이 각각 배치될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 필압 모듈(P)은 사용자가 입력 장치(100)로 필기 시 전자기기(200)를 가압하는 정도에 따라 공진회로부의 커패시턴스를 가변시킬 수 있다. 이와 같은 필압 모듈(P)은 하우징(121), 가변 커패시터(VC), 제1 탄성 부재(122a), 제2 탄성 부재(122b), 가동 부재(124), 헤드부(128) 및 전도성 팁(110)을 포함할 수 있다. 필압 모듈(P)은 조립된 상태에서 소정 길이를 가지며, 필압 모듈(P)의 제1 전극(126) 및 제2 전극(127)을 통해 인쇄회로기판(160)에 전기적으로 접속될 수 있다. 여기서, 가변 커패시터(VC)는 전도성 가변 전극(123)(이하, 가변 전극이라 함), 유전체(125), 제1 전극(126) 및 제2 전극(127)을 포함하는 것으로 설명한다.
이하, 필압 모듈(P)을 이루는 각 구성에 대하여 설명한다.
하우징(121)은 내부 케이스(150)의 선단부(F)에 형성된 수용 공간(153)에 고정 가능하게 삽입된다. 하우징(121)은 내측에 가변 커패시터(VC)와 가동 부재(124)가 결합된다. 이때, 가변 커패시터(VC)를 이루는 구성 중 하나인 제2 전극(127)은 하우징(121)의 외부에 배치된다. 가변 커패시터(VC)는 하우징(121)에 고정되며, 가동 부재(124)는 미리 설정된 거리만큼 하우징(121)의 길이 방향을 따라 슬라이딩 가능하게 결합된다. 하우징(121)의 일단 개구에는 가동 부재(124)의 일부가 돌출되고, 하우징(121)의 타단 개구에는 제1 전극(126)의 일부가 돌출된다.
하우징(121)은 가동 부재(124)의 양 측면에 형성된 한 쌍의 결합돌기(124a)가 유동 가능하게 결합되는 한 쌍의 장공(121a)이 형성된다. 한 쌍의 장공(121a)은 하우징(121)의 길이 방향을 따라 소정 길이로 형성되고, 한 쌍의 결합돌기(124a)는 한 쌍의 장공(121a)의 길이보다 작게 형성된다. 또한, 하우징(121)은 제1 전극(126) 양 측면에 형성된 한 쌍의 고정돌기(126a)가 유동하지 못하도록 고정 결합되는 한 쌍의 고정구멍(121b)이 형성된다. 이에 따라, 가동 부재(124)는 하우징(121)에 결합된 상태로 하우징(121)의 길이 방향을 따라 앞뒤로 이동될 수 있다.
도 7을 참조하면, 가동 부재(124)는 전도성을 가지는 합성수지나 금속으로 이루어질 수 있다. 가동 부재(124)는 가변 커패시터(VC, 도 5 참조) 일측에 배치되어 전도성 팁(110)과 병렬 공진 회로부를 전기적으로 연결할 수 있다. 가동 부재(124)는 선단부(127b)에 형성된 결합구멍(124d)에 전도성 팁(110)의 후단부(110a)가 결합되고, 제1 탄성 부재(122a)를 통해 제2 전극(127)의 제1 접속부(127a)와 전기적으로 접속될 수 있다. 가동 부재(124)의 후단부(123a)는 타단부(127c)에 형성된 결합구멍(124e)에 결합된다.
가동 부재(124)는 하우징(121) 내측에서 하우징(121)의 길이 방향을 따라 소정 거리만큼 슬라이딩 가능하게 배치될 수 있다. 전술한 바와 같이 가동 부재(124)는 일면에 형성된 한 쌍의 결합돌기(124a)가 하우징(121)의 일측에 형성된 한 쌍의 장공(121a)에 유동 가능하게 결합된다. 이에 따라, 가동 부재(124)는 하우징(121)에 연결된 상태로 하우징(121)의 길이 방향을 따라 미리 설정된 거리만큼 앞뒤로 직선 이동할 수 있다. 이때, 가동 부재(124)의 전진 및 후진하는 거리는 전도성 팁(110)이 전자기기(200)의 표면에 가압되는 정도에 대응하며, 커패시턴스의 가변량에도 대응된다. 즉, 가동 부재(124)가 인쇄회로기판(160) 측으로 후진하는 거리에 비례하여 가변 전극(123)이 유전체(125)에 접촉하는 면적이 증가하게 된다. 이 경우 가변 전극(123)과 제1 전극(126)의 대향 면적이 증가하게 되어 커패시턴스가 증가하게 된다. 반대로 가동 부재(124)가 헤드부(128) 측으로 전진하는 거리에 비례하여 가변 전극(123)이 유전체(125)에 접촉하는 면적이 감소하게 된다. 이 경우 가변 전극(123)과 제1 전극(126)의 대향 면적이 감소하게 되어 커패시턴스가 감소하게 된다.
제1 탄성 부재(122a)는 전도성 금속으로 이루어지며, 가동 부재(124)를 탄력적으로 지지하도록 가동 부재(124)의 선단부(124b)를 감싸도록 배치된다. 제1 탄성 부재(122a)는 일단이 가동 부재(124)의 제1 걸림턱(124f)에 지지되고, 타단이 제2 전극(127)의 제1 접속부(127a)에 지지된다. 이에 따라, 제1 탄성 부재(122a)는 가동 부재(124)와 제2 전극(127)의 제1 접속부(127a)를 전기적으로 연결한다.
제2 탄성 부재(122b)는 가동 부재(124)의 후단부(124c)를 감싸도록 배치된다. 제2 탄성 부재(122b)는 제1 탄성 부재(122a) 보다 큰 탄성력을 가지며, 제1 탄성 부재(122a)와 함께 가동 부재(124)를 탄력적으로 지지한다.
제2 탄성 부재(122b)는 제1 탄성 부재(122a)와 달리 가동 부재(124)를 제1 전극(126)과 전기적으로 접속하는 역할을 하지 않으며 가동 부재(124)를 탄력적으로 지지하는 역할만을 수행할 수 있다.
제2 탄성 부재(122b)는 제1 탄성 부재(122a)의 탄성력보다 큰 탄성력을 가질 수 있다. 이는 전도성 팁(110)이 가압되지 않을 때, 가변 전극(123)이 유전체(125)와 접촉하지 않도록 가동 부재(124)를 헤드부(128) 측으로 가압하기 위함이다.
가변 커패시터(VC)는 가동 부재(124) 및 하우징(121)을 통하여 전도성 팁(110)과 물리적으로 연결된다. 이 경우, 전도성 팁(110)의 길이 방향 움직임에 따라 가변 커패시터(VC)에 압력이 가해진다. 전술한 바와 같이 가변 커패시터(VC)는 가변 전극(123), 유전체(125), 제1 전극(126) 및 제2 전극(127)을 포함할 수 있다.
가변 전극(123)은 대략 원통의 형상으로 형성될 수 있으며 전도성을 가지는 탄성체로 이루어질 수 있다. 가변 전극(123)의 일단부(123a)는 가동 부재(124)의 후단부(124c)에 형성된 결합구멍(124e)에 삽입되고, 가변 전극(123)의 타단부(123b)는 유전체(125)와 마주하도록 배치된다.
가변 전극(123)의 타단부(123b)는 가장자리 부분보다 중앙부분이 외측으로 볼록하게 형성될 수 있다. 이 경우, 가변 전극(123)의 타단부(123b)는 유전체(125)의 제1 면(125a)으로부터 소정 간격을 두고 배치될 수 있다.
가변 전극(123)은 전도성 팁(110)을 통하여 인가되는 압력을 가동 부재(124)를 통해 전달받으면, 가변 전극(123)의 타단면(123b)이 유전체(125)의 제1 면(125a)과 접촉할 수 있다.
도 8a를 참조하면, 전도성 팁(110)을 통하여 압력이 지속적으로 인가되는 경우, 가변 전극(123)은 타단부(123b)가 유전체(125)의 제1 면(125a)을 가압하는 방향으로 압력을 인가할 수 있다. 이에 따라, 가변 전극(123)의 타단부(123b)와 유전체(125)의 제2 면(125a)과의 접촉 면적이 증가할 수 있다.
도 8b를 참조하면, 전도성 팁(110)을 통하여 인가되는 압력이 줄어들게 되면 가변 전극(123)의 타단부(123b)가 유전체(125)의 제1 면(125a)을 가압하는 힘의 크기 역시 줄어들게 되며 이에 따라, 가변 전극(123)의 타단부(123b)와 유전체(125)의 제1 면(125a)과의 접촉 면적은 감소할 수 있다. 또한, 전도성 팁(110)을 통하여 인가되는 압력이 완전히 해제되면 가변 전극(123)의 타단부(123b)는 더 이상 유전체(125)의 제1 면(125a)을 가압하지 않게 되며 이에 따라, 가변 전극(123)의 타단부(123b)와 유전체(125)의 제1 면(125a)은 제2 탄성 부재(122b)의 탄성력에 의해 상호 이격될 수 있다.
이와 같이 가변 전극(123)과 제1 전극(126)의 상호 접촉 면적(S)이 가변되면, 하기 수학식 1에 의해 커패시턴스(C)가 가변될 수 있다.
(수학식 1)
Figure pat00001
여기서, d는 가변 전극(123)과 제1 전극(126) 간의 거리이며, ε는 유전체의 유전율을 나타낸다.
이 경우, 커패시턴스(C)의 변화 폭은 유전체(125)의 유전율(ε)이나 크기 또는 두께 등에 따라 달라질 수도 있다.
유전체(125)는 소정의 두께를 가지는 원형의 디스크 형상으로 형성될 수 있다. 유전체(125)는 제1 면(125a)과, 제1 면(125a)의 반대편에 위치하는 제2 면(125b)을 포함한다. 이러한 유전체(125)는 미리 설정된 유전율을 가질 수 있다. 유전체(125)는 제1 및 제2 면(125a, 125b)이 하우징(121)의 길이 방향에 직각을 이루도록 하우징(121) 내에 수용될 수 있다. 유전체(125)의 제1 면(125a)은 가변 전극(123)과 이격된 채 마주하고, 유전체(125)의 제2 면(125b)은 제1 전극(126)과 접촉할 수 있다.
유전체(125)는 유전 필름이나 소정의 유전율을 가진 부도체(예를 들면, 폴리카보네이트(PC), 폴리아세탈(POM) 등의 합성수지)로 이루어질 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
다시 도 6 및 도 7을 참조하면, 제1 전극(126)은 하우징(121) 내측에 고정 결합되며, 일측에는 제1 접속부(126b)가 돌기 형상으로 연장 형성되고, 타측에는 제2 접속부(126c)가 면(surface) 형상으로 형성된다. 제1 전극(126)의 제1 접속부(126b)는 인쇄회로기판(160)의 제2 접속 패드(161)에 솔더링을 통해 접속된다. 제1 전극(126)의 제2 접속부(126c)는 디스크 형상으로 이루어지는 유전체(125)의 후면(125b)과 접촉된다. 또한, 제2 접속부(126c)는 유전체(125)와 소정 간격을 두고 배치되는 것도 물론 가능하며, 이 경우 가변 전극(123)과 제1 전극(126)의 제2 접속부(122) 간의 간격이 더 커지기 때문에 가변 커패시터(VC)에서 발생하는 커패시턴스에 영향을 미칠 수 있다.
다시 도 5 및 도 7을 참조하면, 제2 전극(127)은 이와 같이 가동 부재(124)는 제1 탄성 부재(122a)를 통해 제2 전극(127)의 제1 접속부(127a)와 전기적으로 접속된다. 제2 전극(127)은 내부 케이스(150)의 선단부(F)에 형성된 수용 공간(153)에 고정된 상태로 배치된다. 이경우 제2 전극(127)의 제1 접속부(127a)가 제1 탄성 부재(122a)를 통해 가동하는 가동 부재(124)와 전기적으로 접속되므로, 제2 전극(127)이 가동 부재(124)의 가동에 연동하지 않고 내부 케이스(150)에 고정될 수 있다. 제2 전극(127)의 제1 접속부(127a)에는 가동 부재(124)의 선단부(124b)가 관통하는 관통구멍(127b)이 형성된다.
제2 전극(127)은 수용 공간(153)에 견고하게 고정되도록 제1 내지 제3 거치부(127c,127d,127f)와 연결부(127e)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 거치부(127c,127d)는 제1 접속부(127a)에 인접한 부분에 형성되고, 나머지 1개의 거치부(127f)는 연결부(127e)를 통해 인쇄회로기판(160)의 제2 접속 패드(163)에 인접한 위치에 형성된다. 연결부(127e)는 제2 연결부(127d)와 제3 연결부(127e)를 연결한다.
제1 내지 제3 거치부(127c,127d,127f)는 내부 케이스(150)의 선단부(F)의 양 측벽(153a,153b)에 각각 형성된 거치홈(155a,155b,155c)에 결합된다. 연결부(127e)는 양 측벽(153a,153b) 중 어느 하나의 측벽(153a)의 외측면에 배치될 수 있다. 제3 거치부(127f)는 단부에 접속부(127g)가 연장 형성된다. 이 경우, 접속부(127g)는 인쇄회로기판(160)의 제2 접속 패드(163)에 솔더링된다.
헤드부(128)는 내부 케이스(150)의 선단에 결합된다. 이를 위해, 헤드부(128)는 후단에 내부 케이스(150)의 선단에 형성된 한 쌍의 결합홈(154a)에 결합되는 한 쌍의 결합돌기(128a)가 형성된다. 헤드부(128)는 내측에 전도성 팁(110)의 전진 및 후진을 가이드하기 위한 가이드 부재(129)가 삽입된다.
다시 도 6을 참조하면, 접지부(130)는 직접적인 접촉 및 커패시티브 커플링 중 적어도 하나를 통하여 사용자와의 전기적 연결을 형성할 수 있다. 이와 같은 접지부(130)는 접지선(131)과 연장 부재(133)를 포함할 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 접지선(131)은 대략 인쇄회로기판(160)으로부터 내부 케이스(150)의 후단까지 이어지는 길이를 가지며, 일단(131a)이 내부 케이스(150)의 후단에서 절곡 형성되고, 타단(131b)이 인쇄회로기판(160)의 접지 패드(165)에 솔더링된다.
접지선(131)의 일단(131a)은 코일 스프링 형상으로 이루어지는 연장 부재(133)를 통해 캡(190)에 접속된다. 이 경우, 캡(190)은 접속 돌기(195)를 통해 외부 케이스(140)에 접속되므로, 결국 접지부(130)는 인쇄회로기판(160)의 접지 패드(165)와 외부 케이스(140)를 전기적으로 연결할 수 있다. 외부 케이스(140)는 전체가 금속재로 이루어지는 것을 설명하지만, 이에 제한되지 않고 일부분 즉, 캡(190)에 인접한 부분은 전도성 금속으로 이루어지고 나머지 부분은 비 전도성 재질로 이루어지는 것도 물론 가능하다.
접지선(131)은 내부 케이스(150)에 형성된 가이드홈(159a)에 삽입되며, 접지선(131)의 일단(131a)은 연장 부재(133)가 안착되는 안착홈(159d)의 일부에 삽입된다. 이에 따라, 접지선(131)의 일단(131a)은 연장 부재(133)가 안착홈(159d)에 안착 시 연장 부재(133)의 일단(133a)과 접촉될 수 있다.
도 11을 참조하면, 연장 부재(133)는 내부 케이스(150)의 후단에 돌출 형성된 고정돌기(159c)에 일측이 결합된다. 이 경우, 연장 부재(133)의 일단(133a)은 접지선(131)의 일단(131a)과 접촉되고, 타단(133b)은 캡(190)의 내측홈(190a)에 접촉된다. 이와 같이 연장 부재(133)는 내부 케이스(150)의 후단과 캡(190)의 내측홈(190a) 사이에 탄력적으로 배치되어 접지선(131)과 캡(190)을 전기적으로 연결한다. 이 경우, 전도성 금속으로 이루어진 캡(190)은 전도성 금속으로 이루어진 외부 케이스(140)에 전기적으로 접속된다. 이에 따라, 인쇄회로기판(160)의 접지 패드(165)는 접지부(130) 및 캡(190)을 통해 외부 케이스(140)에 접지될 수 있다.
본 실시 예에서는 접지부(130)의 연장 부재(133)가 코일 스프링 형상으로 이루어져 있으나, 이에 제한되지 않고 직선 또는 곡선 형태로 이루어지는 것도 물론 가능하다. 또한, 접지부(130)에 포함된 연장 부재(133)를 생략하고, 접지선(131)의 일단(131a)을 캡(190)까지 연장하여 캡(190)에 직접 접촉시킬 수도 있다. 또한, 접지부(130)는 접지선(131)의 일단(131a)이 외부 케이스(140)에 직접 접촉 시키도록 길이를 연장하거나 다단으로 절곡하는 것도 물론 가능하다.
다시 도 5를 참조하면, 외부 케이스(140)의 일면에는 작동 버튼부(180)에 포함된 누름부(181)가 노출되는 관통구멍(141)이 형성될 수 있다. 이 경우, 누름부(181)의 위치는 사용자가 입력 장치(100)를 파지하였을 때 검지 또는 엄지로 누름부(181)를 쉽게 누를 수 있는 곳에 배치되는 것이 바람직하다. 외부 케이스(140) 내측에는, 도 5와 같이, 인쇄회로기판(160)과 필압 모듈(P)이 함께 설치되는 내부 케이스(150)가 배치될 수 있다.
내부 케이스(150)는 중앙부(M)에 인쇄회로기판(160)이 안착되는 장착 공간(151)이 마련되고, 선단부(F)에 필압 모듈(P)의 일부가 배치되는 수용 공간(153)이 마련되며, 후단부(R)에는 캡(190)의 일부가 결합될 수 있는 결합홈(158a)이 형성된다.
내부 케이스(150)는 인쇄회로기판(160)이 내부 케이스(150)의 중앙부(M)로부터 분리되지 않도록 복수의 스냅결합돌기(152)를 구비할 수 있다. 복수의 스냅결합돌기(152)는 내부 케이스(150)의 중앙부(M)의 양 측벽(151a,151b)의 내면에 간격을 두고 형성될 수 있다. 이 경우, 복수의 스냅결합돌기(152)는 인쇄회로기판(160)을 내부 케이스(150)의 중앙부(M)에 안착하기 위해 인쇄회로기판(160)을 중앙부(M) 측으로 누르는 과정에서 인쇄회로기판(160)의 양 측에 자연스럽게 스냅 결합될 수 있다.
내부 케이스(150)는 선단부(F)의 양 측벽(153a,153b)에 제2 전극(127)을 고정하기 위한 다수의 거치홈(155a,155b,155c)이 형성될 수 있다. 이 경우, 양 측벽(153a,153b)은 필압 모듈(P)이 배치되는 수용 공간(153)을 형성한다. 내부 케이스(150)의 선단부(F)에는 수용 공간(153)과 연통되며, 필압 모듈(P)의 가동 부재(154)의 일부가 관통 삽입되는 가이드 구멍(127b)이 형성된다. 가이드 구멍(127b)의 형상은 가동 부재(124)의 외곽 형상과 대응하도록 이루어질 수 있다. 이 경우 가동 부재(124)는 가이드 구멍(127b)을 따라 전진 및 후진 시 회전하지 않도록 가이드 구멍(127b)과 가동 부재(124) 외곽의 형상이 비 원형으로 이루어질 수 있다.
다시 도 10을 참조하면, 내부 케이스(150)는 후단 양측에 캡(190)이 결합되는 결합홈(158b)이 형성되고, 후단에는 접지부(130)의 연장 부재(133)이 결합되는 고정돌기(159c)가 돌출 형성된다.
다시 도 7 및 도 9를 참조하면, 인쇄회로기판(160)은 일면에 제1 전극(126) 및 제2 전극(127)이 각각 접속되는 제1 접속패드(161) 및 제2 접속패드(163)가 형성되며, 반대 면에 접지를 위한 접지 패드(165)가 각각 형성된다. 제1 및 제2 접속패드(161,163)는 필압 모듈(P)에 인접하게 위치하고, 접지 패드(165)는 캡(190)에 인접하게 위치한다.
다시 도 5를 참조하면, 커버(170)는 대략 인쇄회로기판(160)의 길이와 유사한 길이로 형성되며, 내부 케이스(150)의 중앙부(M)에 안착된 인쇄회로기판(160)을 커버한다. 커버(170)는 작동 버튼부(180)를 이루는 지지부(183)가 형성된다.
도 12를 참조하면, 작동 버튼부(180)는 외부 케이스(140)의 관통구멍(141)을 통해 상면이 노출되는 누름부(181)와, 커버(170)에 배치된 지지부(183)와, 인쇄회로기판(160)에 실장된 스위치(185)(예를 들면, 택타일 스위치(tactile switch))를 포함할 수 있다.
작동 버튼부(180)는 누름부(181)의 상면에 미끄럼 방지돌기(181a)가 형성되며, 이 미끄럼 방지돌기(181a)의 위치는 대략 스위치(185)의 버튼(185a)의 위치에 대응하는 곳에 배치될 수 있다. 이에 따라 사용자는 미끄럼 방지돌기(181a)를 누름으로써 지지부(183)를 통해 스위치(185)의 버튼(185a)이 눌릴 수 있다. 지지부(183)는 누름부(181) 하면에 형성된 한 쌍의 고정돌기(181b,181c)가 각각 압박 결합되는 한 쌍의 삽입되는 삽입구멍(183a,183b)이 형성된다. 지지부(183)는 저면에 스위치(185)의 버튼(185a)을 누르기 위한 누름 돌기(183c)가 형성된다.
작동 버튼부(180)의 스위치(185)는 통해 사용자의 온/오프 명령에 따라 선택적으로 제2 커패시터(120d)를 병렬 공진 회로(120b,120c)에 병렬 연결시킬 수 있다. 이에 따라, 사용자가 스위치(185)를 온하면, 제2 커패시터(120d)가 병렬 공진 회로(120b,120c)에 병렬 연결되어, 공진 시스템 내의 공진 주파수는 가변된다. 이때 가변되는 공진 주파수는 가변 커패시터의 변화 범위와 다른 것이 바람직하다. 예를 들어, 가변 커패시터의 변화에 따른 공진 주파수의 변화 범위가 5kHz 이내인 경우, 스위치(185)의 동작에 따른 공진 주파수의 변화 범위는 5kHz를 초과할 수 있다. 따라서, 전자기기(200)에서는 변화된 공진 주파수의 범위를 통하여 가변 커패시터의 변화에 따른 공진 주파수의 변화인지, 스위치(185)의 온/오프에 의한 변화인지를 감지할 수 있다. 또한, 구현 시에는 가변 커패시터의 공진 주파수의 변화 및 스위치(185)에 의한 공진 주파수의 변호가 동시에 수행될 수도 있다.
한편, 본 실시 예의 입력 장치(100)는 작동 버튼부(180)를 구비하는 것을 예로 들어 설명하지만, 작동 버튼부(180)를 생략할 수도 있다. 이 경우, 도 13에 도시된 바와 같이, 공진 회로부(120')는 가변 커패시터(120a), 인덕터(120b), 제1 커패시터(120c) 만으로 구성될 수 있다. 이러한 공진 회로부(120')는 스위치(185)의 온/오프에 따른 기능을 제외하고 전술한 공진 회로부(120)와 동일한 동작을 수행할 수 있다.
다시 도 10 및 도 11을 참조하면, 캡(190)은 연결핀(J)에 의해 내부 케이스(150)의 후단에 연결된다. 연결핀(J)은 결합부(191,193)의 결합구멍(191a,193a) 및 내부 케이스(150) 후단의 결합구멍(158e)에 동시에 결합된다. 캡(190)은 접속돌기(195)가 내부 케이스(150) 후단에 형성된 삽입홈(158f)에 삽입된다. 이 경우 접속돌기(195)는 외부 케이스(140)의 내측면과 접촉되며, 이에 따라 캡(190)과 외부 케이스(140)는 전기적으로 접속될 수 있다.
도 14 내지 도 16을 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 입력 장치의 구성을 상세히 설명한다.
도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 입력 장치를 나타내는 단면도이고, 도 15는 도 14에 도시된 가변 커패시터를 나타내는 분해 사시도이고, 도 16은 도 14에 도시된 가변 커패시터의 동작 상태를 나타내는 단면도이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 입력 장치(300)는 전술한 입력 장치(100)보다 더 간단한 구조를 가지도록 이루어질 수 있다. 여기서 가변 커패시터는 제1 전극(321), 제2 전극(322), 유전체(323) 및 가변 전극(325)을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 입력 장치(300)는 제1 전극(321) 및 제2 전극(322)을 전술한 입력 장치(100)의 제1 및 제2 전극(126,127)의 위치와 반대로 설정하고, 접지를 위한 접지부(130)를 생략할 수 있다. 즉, 입력 장치(300)는 제1 전극(321)이 헤드부(328) 측으로 배치되고, 제2 전극(322)은 인쇄회로기판(360) 측으로 배치될 수 있다. 이 경우, 제2 전극(322)은 가변 전극(325)과 일체로 형성되며 유전체(323)에 고정된 가변 전극(325)의 일부분일 수 있다.
제1 전극(321)은 연결선(352)를 통해 직접 외부 케이스(340)의 내측에 접속될 수 있다. 제2 전극(326)은 연결선(353)을 통해 인쇄회로기판(360)의 접속 패드(361)에 접속될 수 있다. 이와 같이 제2 전극(322)이 유전체(323)에 고정된 가변 전극(325)의 일부분을 이용하므로, 전도성 팁(310)에 가해지는 압력에 의해 가변 전극(325)이 변형되더라도 제2 전극(322)은 고정된 상태를 유지하므로 내구성 저하 문제를 방지할 수 있다.
제1 전극(321)은 대략 디스크 형상으로 이루어질 수 있으며, 중앙에 전도성 팁(310)이 관통하는 관통구멍(321a)이 형성된다. 이 경우, 관통구멍(321a)은 전도성 팁(310)과 접속되지 않도록 전도성 팁(310)의 외경보다 큰 내경을 가지는 것이 바람직하다. 제1 전극(321)은 헤드부(328)의 제1 지지부(328a)에 접착제 등으로 고정될 수 있다.
유전체(323)는 제1 전극(321)과 가변 전극(325) 사이에 배치되며, 소정 두께(t1) 및 소정 폭(w1)을 가지는 대략 링 형상으로 이루어질 수 있다. 이 경우 유전체(323)는 부도체로 이루어지는 것도 물론 가능하다. 유전체(323)는 제1 전극(321)의 상면에 접착제 등으로 고정될 수 있다.
도 16을 참조하면, 가변 전극(325)은 대략 디스크 형상으로 이루어지며 제1 전극(321)과 유사한 외경을 갖도록 형성될 수 있다. 가변 전극(325)은 전도성을 가지는 가요성 재질로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 가변 전극(325)은 입력 장치(300) 사용 시 전도성 팁(310)이 가압되어 가변 전극(325) 측으로 이동하면, 가변 전극(325)의 중앙부분(325a)이 전도성 팁(310)의 상단(313)에 의해 가압되면서 전도성 팁(310)이 가압되는 방향으로 불룩하게 돌출된다. 이에 따라, 제1 전극(321)과 가변 전극(325) 간의 거리가 멀어져 커패시턴스가 감소하게 된다. 이와 같이 커패시턴스가 감소하면 공진 주파수는 상승하게 되고, 전자기기(200)는 공진 주파수의 상승 변화 값을 검출하여 필압의 정도를 계산할 수 있다.
이와 같이 다른 실시 예에 따른 입력 장치(300)에 적용된 가변 커패시터는 상기 수학식 1과 같이 제1 전극(321)과 가변 전극(325) 간의 거리(d) 변화에 따라 커패시턴스(C)가 변화되며, 전술한 일 실시 예에 따른 입력 장치(100)의 가변 커패시터는 제1 전극(126)과 가변 전극(123) 간의 접촉 면적(S)의 변화에 따라 커패시턴스(C)가 변화된다.
다시 도 14를 참조하면, 전도성 팁(310)은 헤드부(328)제1 지지부(328a)에 형성된 제1 관통구멍(328b)과 제2 지지부(328c)에 형성된 관통구멍(328d)에 슬라이딩 가능하게 삽입된다. 이 경우, 전도성 팁(310)은 내측에 형성된 제2 지지부(328c)에 걸리는 걸림턱(315)이 외주에 돌출 형성됨에 따라, 전도성 팁(310)이 헤드부(328)로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 전도성 팁(310)은 선단부(311)에 별도의 절연부재(111, 도 5 참조)가 결합되어 있지 않으나, 이에 제한되지 않고 절연부재를 선단부(311)에 결합하는 것도 물론 가능하다.
도 17 및 도 18을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 입력 장치의 구성을 설명한다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 입력 장치를 나타내는 단면도이고, 도 18은 도 17에 도시된 가변 커패시터의 동작 상태를 나타내는 단면도이다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 입력 장치는 전술한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 입력 장치(300)와 대부분의 구성이 동일하며, 다만, 유전체(323')의 형상에 차이가 있다. 따라서, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 입력 장치는 전술한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 입력 장치(300)와 차이가 있는 유전체(323')의 구성에 대해서만 설명한다.
도 17을 참조하면, 유전체(323')는 대략 링 형상으로 이루어지며 그 두께(t2)와 폭(w2)이 전술한 유전체(323)의 두께(t1)와 폭(w1) 보다 각각 크게 형성될 수 있다. 이에 따라 유전체(323')는 유전율이 전술한 유전체(125)의 유전율과 상이할 수 있으며, 커패시턴스(C)의 변화 폭 역시 전술한 유전체(125)와 상이할 수 있다.
도 18을 참조하면, 가변 전극(325')은 전도성을 가지는 가요성 재질로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 가변 전극(325')은 입력 장치 사용 시 전도성 팁(310')이 가압되어 가변 전극(325') 측으로 이동하면, 가변 전극(325')의 중앙부분(325a')이 전도성 팁(310')의 상단(313')에 의해 가압되면서 전도성 팁(310')이 가압되는 방향으로 불룩하게 돌출된다. 이에 따라, 제1 전극(321')과 가변 전극(325') 간의 거리가 멀어져 커패시턴스가 감소하게 된다. 이와 같이 커패시턴스가 감소하면 공진 주파수는 상승하게 되고, 전자기기(200)는 공진 주파수의 상승 변화 값을 검출하여 필압의 정도를 계산할 수 있다.
도 19는 도 1에 도시된 전자기기의 구체적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 19는 전자기기의 전극부 구성의 일 예를 나타내는 도면이다. 도19에 따르면, 전자기기(200)는 전극부(210) 및 패널 제어부(220)를 포함한다.
전극부(210)는 복수의 전극 그룹(211, 212)을 포함한다. 구체적으로, 전극부(210)는 상호 다른 방향으로 배치되는 제1 전극 그룹(211) 및 제2 전극 그룹(212)을 포함할 수 있다.
제1 전극 그룹(211)은 제1 방향(가로 방향)으로 나란하게 배치되는 복수의 제1 전극(211-1, 211-2, 211-3, 211-4, 211-5 ~ 211-n)을 포함할 수 있다. 복수의 제1 전극은 각각 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전극으로 구현될 수도 있다. 복수의 제1 전극(211-1, 211-2, 211-3, 211-4, 211-5 ~ 211-n)은 입력 장치(100)의 위치를 감지하기 위한 전기장 송신 신호(이하, 송신 신호라 함)를 출력하는 송신용 전극으로 사용될 수 있다.
제2 전극 그룹(212)은 제2 방향(세로 방향)으로 나란하게 배치되는 복수의 제2 전극(212-1, 212-2, 212-3, 212-4, 212-5 ~ 212-m)으로 배치될 수 있다. 제2 전극들 역시 제1 전극들과 마찬가지로 투명 전극으로 구현될 수 있다. 복수의 제2 전극(212-1, 212-2, 212-3, 212-4, 212-5 ~ 212-m)은 입력 장치(100)에서 출력하는 전기장 응답 신호(이하, 응답 신호라 함)를 수신하는 수신용 전극으로 사용될 수 있다.
도시된 예에서는 제1 및 제2 전극 그룹(211, 212)의 각 전극의 형상이 단순한 직사각형 형태로 도시하였지만, 구현시에는 각 전극의 형상은 보다 복잡한 형태로도 구현될 수 있다. 또한, 각 제1 전극 및 각 제2 전극의 면적이나 형태, 개수는 동일하게 설정될 수도 있고, 전자기기(200)의 형태에 따라 다르게 설정될 수도 있다.
패널 제어부(220)는 제1 전극 그룹(211) 및 제2 전극 그룹(212)을 이용하여 송신 신호 출력 및 응답 신호 수신을 수행할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해, 송신 신호를 출력하는 구간을 송신 구간이라 하고, 응답 신호를 수신하는 구간을 수신 구간이라 한다. 송신 구간 및 수신 구간은 교번적으로 반복 수행된다. 전자기기(200)와 상술한 전극부가 일체화되어 있는 경우에는, 송신 및 수신 구간 사이나 전후에, 디스플레이 구간이 추가될 수도 있다.
패널 제어부(220)는 구동부(230), 감지부(240), 스위치부(241) 및 프로세서(250)를 포함할 수 있다.
구동부(230)는 송신 구간 동안 전극부에 구동 신호를 인가한다. 이러한 구동 신호는 기결정된 공진 주파수를 가지는 사인파형 신호일 수 있다. 구체적으로는, 구동부(230)는 송신 구간 동안 복수의 제1 전극(211-1, 211-2, 910-3, 211-4, 211-5 ~ 211-n)에 동시에 또는 순차적으로 전기 신호를 인가할 수 있다. 또는, 구동부(230)는 정해진 개수(예를 들어, 2 ~ 5개)의 전극들 단위로 순차적으로 전기 신호를 인가할 수도 있다. 이 경우, 정해진 개수의 전극들은 연속적으로 배열된 전극들일 수도 있고, 일정 패턴에 따라 분산 배열된 전극들일 수도 있다.
감지부(240)는 수신 구간 동안 전극부 내의 각 전극에서의 응답 신호를 수신한다. 응답 신호 수신 방법 역시 다양한 패턴으로 이루어질 수 있다.
구현 예에 따라서는, 감지부(240)는 제1 전극 그룹(211) 및 제2 전극 그룹(212) 모두를 이용하여 응답 신호를 수신할 수도 있고, 이와 달리, 송신에 사용되지 않은 제2 전극 그룹(212)만을 이용하여 응답 신호를 수신할 수도 있다. 또한, 감지부(240)는 각 전극 단위로 응답 신호를 순차적으로 수신할 수도 있고, 기 설정된 개수의 복수의 전극 단위로 응답 신호를 수신할 수도 있다. 또는, 전체 전극들을 통해 동시에 응답 신호를 수신할 수도 있다.
감지부(240)는 수신된 응답 신호에 대해서 다양한 신호 처리를 수행할 수 있다. 예를 들어, 감지부(240)는 각 응답 신호를 증폭기를 이용하여 증폭할 수 있다. 또는, 감지부(240)는 두 응답 신호 단위로 차동 증폭하는 신호 처리를 수행할 수 있다. 그리고, 감지부(240)는 수신된 응답 신호 중 기설정된 주파수 영역 내의 정보만을 추출하는 신호 처리를 수행할 수 있다.
실시 예에 따라서는, 구동부(230), 감지부(240) 및 스위치부(241)의 동작은 프로세서(250)에 의해 제어될 수도 있고, 패널 제어부(220) 내에 별도로 마련된 마이크로컨트로러(미도시)에 의해 제어될 수도 있다. 본 실시 예에서는, 프로세서(250)에 의해 제공되는 경우를 기준으로 설명한다.
프로세서(250)는 구동 신호의 인가 및 각각의 전극에 대한 응답 신호의 수신이 교번적으로 수행되도록 구동부(230), 감지부(240) 및 스위치부(241)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(250)는 제1 시간 구간에서 복수의 제1 전극(211-1, 211-2, 211-3, 211-4, 211-5 ~ 211-n)에 동일한 구동 신호를 동시에 인가하도록 구동부(230)를 제어할 수 있다. 그 후, 프로세서는, 제2 시간 구간에서 적어도 하나의 전극(예를 들어, 211-1)을 통해 응답 신호를 감지하도록 감지부(240)를 제어할 수 있다. 이후에 프로세서(250)는 제3 시간 구간에서 다시 복수의 제1 전극(211-1, 211-2, 211-3, 211-4, 211-5 ~ 211-n)에 동일한 구동 신호를 인가하도록 구동부(230)를 제어하고, 그 이후의 제4 시간 구간에서 다른 전극(예를 들어, 211-2)을 통해 응답 신호를 수신하도록 감지부(240)를 제어할 수 있다. 프로세서(250)는 전체 전극 개수 별로 상술한 과정을 반복할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극이 각각 6개씩이라면, 프로세서(250)는 총 12번의 인가/수신 동작을 반복적으로 수행한다.
복수의 전극에서 응답 신호가 수신되면, 프로세서(250)는 제1 전극(211-1, 211-2, 211-3, 211-4, 211-5, 211-6)에서 수신된 응답 신호 간의 비율 및 제2 전극(212-1, 212-2, 212-3, 212-4, 212-5, 212-6)에서 수신된 응답 신호 간의 비율을 기초로 입력 장치(100)의 입력 지점을 판단할 수 있다.
예를 들어, 하나의 제1 전극(211-3)의 응답 신호의 크기가 다른 제1 전극(211-1, 211-2, 211-4, 211-5, 211-6)의 응답 신호의 크기보다 크고, 하나의 제2 전극(212-2)의 응답 신호의 크기가 다른 제2 전극(212-1, 212-3, 212-4, 212-5, 212-6)의 응답 신호의 크기보다 크다면, 프로세서(250)는 제1 전극(211-3)과 제2 전극(212-2)이 교차하는 위치를 입력 장치(100)의 입력 지점이라고 판단할 수 있다.
이상의 예에서는 송신 구간 동안 전체 제1 전극들에 동시에 구동 신호를 인가하는 것으로 설명하였으나, 상술한 바와 같이 구동 신호는 각 전극 단위로 순차적으로 인가하거나, 복수의 제1 전극 단위로 인가될 수도 있다.
한편, 입력 장치(100)가 정확히 하나의 전극 상에 위치하지 않고, 두 개의 전극들 사이에 위치하였다면, 프로세서(250)는 가장 큰 응답 신호를 수신한 전극과 해당 전극과 인접한 전극에서 수신된 응답 신호 간의 비율에 기초한 보간(interpolation) 방법을 이용하여 입력 장치(100)의 위치를 판단할 수도 있다. 보간 방법을 사용하게 되면, 입력 장치(100)의 입력 지점을 식별할 수 있는 해상도(resolution)이 향상될 수 있다.
스위치부(241)는 복수의 전극을 선택적으로 구동부(230)와 연결하거나, 복수의 전극을 선택적으로 감지부(240)와 연결할 수 있다. 구체적으로, 스위치부(241)는 프로세서(250)의 제어에 따라 구동 신호를 인가할 전극과 구동부(230)를 연결할 수 있다. 이때, 스위치부(241)는 구동 신호가 인가되지 않는 전극은 접지 또는 플로팅(floating)시킬 수도 있다. 또한, 스위치부(241)는 수신 구간 내에서, 복수의 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나의 전극이 접지되도록 할 수 있다.
이상에서는 스위치부(241)를 프로세서(250)가 제어하는 것으로 설명하였지만, 구현시에는 구동 신호를 인가할 때는 구동부(230)가 스위치부(241)를 제어하고, 응답 신호를 수신할 때는 감지부(240)가 스위치부(241)를 제어할 수도 있다. 또한, 상술한 바와 같이 패널 제어부(220) 내부에 별도의 컨트롤러가 구비되는 경우, 그 컨트롤러에 의해 스위치부(241)가 제어될 수도 있다.
또한, 도 19에서는, 복수의 전극들이 매트릭스 형태로 배치되는 것으로 설명하였지만, 구현시에는 매트릭스 형태 이외의 형태로 배치될 수도 있다. 또한, 도 19를 설명함에 있어서, 하나의 구동부 및 하나의 감지부만이 구비되는 것으로 도시하고 설명하였지만, 구현시에는 복수의 구동부 및 복수의 감지부로 구성될 수도 있다. 이상과 같이, 전자기기(200)는 전극부(210)를 이용하여 입력 장치(100)의 입력 지점을 판단할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 다양한 실시 예를 각각 개별적으로 설명하였으나, 각 실시 예들은 반드시 단독으로 구현되어야만 하는 것은 아니며, 각 실시 예들의 구성 및 동작은 적어도 하나의 다른 실시 예들과 조합되어 구현될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100: 입력 장치 110: 전도성 팁
120: 공진 회로부 120a: 가변 커패시터
120b: 인덕터 120c: 제1 커패시터
120d: 제2 커패시터 121: 하우징
122a: 제1 탄성부재 122b: 제2 탄성부재
124: 가동 부재 125: 유전체
126: 제1 전극 127: 제2 전극
128: 헤드부 130: 접지부
131: 접지선 133: 연장 부재
140: 외부 케이스 150: 내부 케이스
180: 작동 버튼부 190: 캡
200: 전자기기

Claims (22)

  1. 터치 신호를 수신하는 전자기기에 위치를 입력하기 위한 입력 장치에 있어서,
    상기 전자기기의 적어도 하나의 전극에서 발생된 전기장 송신 신호를 수신하는 전도성 팁;
    상기 전기장 송신 신호에 대응한 전기장 응답 신호를 발생시키는 회로부;
    상기 전도성 팁과 상기 회로부 사이에 배치되며, 상기 전도성 팁에 가해지는 필압에 따라 상기 전기장 응답 신호를 가변하는 가변 커패시터; 및
    상기 회로부 및 가변 커패시터가 내장되는 케이스;를 포함하며,
    상기 가변 커패시터는 상기 회로부에 접속되는 제1 전극 및 제2 전극과, 상기 제1 전극에 대향 배치되는 전도성 가변 전극과, 상기 제1 전극 및 상기 전도성 가변 전극 사이에 배치되는 유전체를 포함하며, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 케이스에 고정되는 입력 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 가변 전극은 상기 유전체에 접촉되는 접촉 면적이 가변되는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전도성 가변 전극은 상기 전도성 팁의 가압에 따라 상기 유전체에 접촉되는 부분이 라운딩 형상으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 케이스에 슬라이딩 가능하게 배치되는 전도성 가동 부재를 더 포함하며,
    상기 전도성 가동 부재는 일단에 상기 전도성 팁이 결합되고, 타단에 상기 가변 전극이 결합되는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전도성 가동 부재는 탄성 부재를 통해 상기 제2 전극과 접속되는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 전도성 가동 부재는 상기 전도성 팁을 통해 전가되는 가압력에 반발하는 다른 탄성 부재를 통해 상기 케이스에 탄력적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는 내부 케이스와 상기 내부 케이스가 삽입되고 전도성 금속으로 이루어지는 외부 케이스를 포함하고,
    상기 회로부의 접지를 위해 상기 케이스에 접속되는 접지부를 더 포함하며,
    상기 접지부는 상기 내부 케이스를 따라 배치되는 접지선과, 상기 접지선에 접속되는 연장 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 외부 케이스에 결합되는 전도성 금속으로 이루어지는 캡을 더 포함하며,
    상기 연장 부재는 상기 캡에 접속되는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 연장 부재는 코일 스프링 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 가변 전극은 상기 제1 전극 과의 거리가 가변되는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전도성 가변 전극은 가요성을 가지는 전도성 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전도성 가변 전극은 디스크 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 전도성 가변 전극은 상기 전도성 팁이 가압될 때 상기 전도성 팁에 의해 형상이 변형되면서 상기 제1 전극과의 거리가 멀어지는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전도성 팁은 상기 제1 전극과 상기 유전체를 관통하도록 배치되며, 상기 전도성 가변 전극의 중앙부를 가압하는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 유전체는 상기 제1 전극과 상기 전도성 가변 전극 사이에 고정 배치되는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 전극은 연결선을 통해 상기 케이스에 접속되는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 전도성 가변 전극 중 상기 유전체에 고정된 부분인 것을 특징으로 하는 입력 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2 전극은 연결선을 통해 상기 회로부에 접속되는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 유전체는 링 형상인 것을 특징으로 하는 입력 장치.
  20. 터치 신호를 수신하는 전자기기에 위치를 입력하기 위한 입력 장치에 있어서,
    전도성 팁;
    상기 전도성 팁의 가압에 따라 형상이 변형되는 전도성 가변 전극;
    상기 전도성 가변 전극의 변형에 따라 상기 전도성 가변 전극과의 접촉 면적 또는 거리가 가변되는 위치에 배치되는 제1 전극;
    상기 제1 전극 및 상기 전도성 가변 전극 사이에 배치되는 유전체; 및
    상기 전도성 가변 전극과 전기적으로 연결되는 제2 전극;을 포함하는 입력 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 제2 전극은 위치가 고정되는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
  22. 입력 장치의 입력 위치를 측정하는 터치 패널을 구비한 전자기기에 있어서,
    상기 터치 패널은,
    적어도 하나의 전극; 및
    상기 적어도 하나의 전극에서 발생한 전기장 송신 신호를 상기 입력 장치로 전송하도록 제어하고, 상기 전기장 송신 신호에 대한 상기 입력 장치의 전기장 응답 신호를 수신하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 전자기기.
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