WO2013081355A1 - 근거리 무선 통신 기술을 이용하여 손가락 터치 및 전자펜을 동시 이용가능한 입력 장치 - Google Patents

근거리 무선 통신 기술을 이용하여 손가락 터치 및 전자펜을 동시 이용가능한 입력 장치 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an input device capable of simultaneously using a finger touch and an electronic pen by using a touch screen pattern composed of a conventional transparent electrode and a near field communication technology.
  • a transparent electrode eg, ITO
  • the position of a finger is sensed by using a variation in capacitance sensed by the transparent electrode.
  • Such a conventional transparent electrode includes a set of electrodes in which a plurality of linear electrodes having a predetermined width and thickness and extending in the X-axis direction are arranged side by side in the Y-axis direction and on another transparent substrate. And another set of electrodes arranged to be orthogonal to the electrodes (or on the other side of the transparent substrate).
  • the conventional transparent electrode pattern has a high self resistance, the electromagnetic induction technology using the conventional electronic pen cannot be applied.
  • the present invention is to implement an input device capable of precisely detecting both a finger touch and an operation of the electronic pen by using a short range wireless communication technology while using the existing transparent electrode pattern as it is.
  • the present invention provides an input device for simultaneously using a finger touch and an electronic pen: a plurality of antenna patterns extending in a first direction and arranged in parallel in a second direction, each pattern having an electron emitting an electromagnetic field.
  • a first antenna pattern configured to sense an electromagnetic field generated by the pen and output the same to an output terminal;
  • a differential amplifier having two inputs and outputting a voltage difference between the first input and the second input;
  • selecting at least two of the plurality of first antenna patterns connecting output terminals of each of the selected antenna patterns to the first input and the second input, respectively, based on a voltage difference output from the differential amplifier.
  • An input device capable of simultaneously using a finger touch and an electronic pen using near field communication including a control unit that determines a relative positional relationship between the electronic pen and the selected antenna patterns.
  • an output terminal of any one of the first antenna patterns is connected to an input, and controlled under the control of the control unit, so that any one of the first input, the second input, and the common input of the differential amplifier is an output. It may further include a demultiplexer for selecting.
  • control unit selects at least two antenna patterns of the plurality of first antenna patterns, each of the selected antenna patterns being connected to the first input and the second input of the differential amplifier, respectively, and selecting The remaining antenna patterns may be connected to the common input.
  • the common input may be any DC voltage or ground.
  • the demultiplexer further includes, as an output, a capacitance receiving side connected to a capacitance detecting circuit, and the control unit connects at least one or all of the plurality of antenna patterns to the capacitance receiving side, and in the capacitance detecting circuit Among the connected antenna patterns, the position of the antenna pattern in which the capacitance is detected by touch of the finger may be determined as the position of the finger.
  • the apparatus further includes a plurality of second antenna patterns extending in a second direction and arranged in parallel in the first direction, wherein the demultiplexer further includes, as an output, a capacitance transmitting side and a capacitance receiving side connected to the capacitance detecting circuit.
  • the control unit connects all of the plurality of first antenna patterns to the capacitance transmitting side, connects the plurality of second antenna patterns to the capacitance receiving side, and performs a power failure by contact of a finger in the capacitance detecting circuit.
  • the position of the finger may be determined by detecting the first antenna pattern and the second antenna pattern that cross at a point where the capacitance changes.
  • the electronic pen may include a resonant circuit including at least an inductor to emit an electromagnetic field.
  • a power coil for supplying induced electromagnetic energy to the resonant circuit of the electronic pen; And a coil driver for applying an AC voltage or a digital clock to the power coil.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a portion of an input device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining the operating principle of the input device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing the shape of an antenna in an input device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a voltage waveform appearing at each part of an input device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view for explaining a detailed configuration for realizing the input device according to an embodiment of the present invention.
  • An input device that can use a finger touch and an electronic pen includes an electronic pen which winds a coil around a ferrite core and generates an electromagnetic induction phenomenon, a transparent antenna pattern having resistance, and a finger contact or an external factor. It includes a capacitor for filtering the noise, a resistor placed in front of the unit amplifier, a resistor for receiving a proper signal, a unit amplifier for separating the impedance with the antenna pattern, and a differential amplifier for amplifying the signal.
  • the electronic pen may generate an electromagnetic induction phenomenon by resonating by an AC voltage / current or a digital clock inputted from the outside by wires, but in the following, an electromagnetic wave is generated by generating an induced electromagnetic field by an electromagnetic force applied from the outside. It demonstrates that it is a structure which can be performed.
  • the input device further includes a power coil for emitting an electromagnetic field with respect to the electronic pen, and a coil driver for applying an alternating voltage / current or a digital clock to the power coil.
  • the power coil may be formed on the same substrate as the antenna or on a separate substrate.
  • the power coil may be wound along the periphery of the antenna so as to surround the antenna, and may be formed of a conductive wire or an electrode pattern wound a plurality of times inside the region where the antenna is configured. It is also possible to combine the wound conductor and the electrode pattern.
  • the electromagnetic field radiated from the power coil excited by the coil driver charges the resonant circuit in the electronic pen according to the resonance condition of the wireless electronic pen.
  • the electromagnetic field emitted from the power coil is stopped, the electronic pen will emit an electromagnetic field.
  • a change in the magnitude, phase or frequency of the electromagnetic field emitted from the electronic pen may be detected by the power coil, and thus the coil driver and the electronic pen may perform data communication.
  • the wireless electronic pen and the coil driver (the coil driver may be connected to the control means of the tablet) can communicate with each other using a short range wireless communication technology.
  • the position of the electronic pen can be measured by connecting a plurality of antennas to a multiplexer (or demultiplexer) and scanning each antenna with various digital technologies.
  • An input device that can use a finger touch and an electronic pen according to an embodiment of the present invention, an electronic pen having a coil wound around a ferrite core and generating an electromagnetic induction phenomenon, as shown in FIG. 1, an antenna having a resistance (transparent electrode) Pattern), a capacitor (C1) for filtering noise caused by human contact such as a hand or a noise naturally occurring from the outside, a resistor (R1) disposed in front of the unit amplifier to receive a signal from the antenna, and It consists of a unit amplifier for separating the impedance and a differential amplifier for amplifying the input signal.
  • the antenna simultaneously senses a radio signal generated by the electromagnetic field generated by the electronic pen and a surrounding radio signal.
  • the radio wave sensed by the antenna detects a radio signal from the surroundings larger than the influence on the proximity of the electronic pen.
  • FIG. 2 is a view for explaining the operating principle of the input device according to an embodiment of the present invention.
  • the outputs of the two antennas are connected to both inputs of the differential amplifier, as shown in FIG. 2, when the electronic pen is located in the middle (point B) between the two antennas, the surrounding radio waves received from the two antennas are They can be canceled out.
  • the voltages detected by the two antennas are also equal to the influence of the electronic pen, and the voltages of zeros canceled with each other are measured.
  • the output voltage is measured differently in magnitude and phase as shown in FIG. Will be. That is, each time the electronic pen moves up or down relative to the intermediate position (point B), the amplitude output from the differential amplifier will gradually increase to its maximum value directly above the antenna. In the case where the electronic pen is located at the point A and the position C, the phases of the amplitudes output from the differential amplifiers appear opposite to each other.
  • the relative positional relationship between the electronic pen and two arbitrarily selected antennas can be determined, and the coordinates of the electronic pen can be measured based on the determined positional relationship.
  • FIG. 3 is a view illustrating a configuration of an antenna in an input device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the electromagnetic waves emitted from the power coil excited by the coil driver charge the coil of the wireless electronic pen.
  • the antenna receives the electromagnetic waves emitted from the coil of the wireless electronic electronic pen by the short range wireless communication technique described above.
  • the voltage sensed and output from the two antennas to be measured is amplified by the unit amplifier after passing through the resistor (R1) and the capacitor (C1).
  • the other antennas except for the two antennas to be measured are connected to the common input.
  • the common input may be a DC voltage or a GND with a constant voltage.
  • the output from the two unit amplifiers connected to each of the two antennas is connected to each input of the differential amplification, and the differential amplifier outputs the voltage difference of each input.
  • the position of the electronic pen can be measured within a certain area where the antennas are distributed.
  • FIG. 4 shows voltage waveforms appearing at each part of an input device according to an embodiment of the present invention.
  • 1 denotes a pulse signal of a coil driver for exciting the power coil
  • 2 denotes a voltage waveform excited by the power coil.
  • the power coil is excited to emit electromagnetic waves.
  • A represents the voltage waveform charged in the coil of the electronic pen. Even if the emission of electromagnetic waves in the power coil is reduced, the emission of electromagnetic waves can be maintained for a predetermined time due to the time constant of the resonance circuit built in the electronic pen.
  • the waveform marked X- corresponds to the waveform that appears when the electronic pen is in the X- position in the lower figure.
  • the waveforms labeled 0 and X + correspond to the waveforms that appear when the electronic pen is in the 0 and X + positions.
  • the position of the electronic pen can be obtained from the signal detected by the differential amplifier.
  • FIG. 5 is a view for explaining a detailed configuration for realizing the input device according to an embodiment of the present invention.
  • each antenna is coupled to an input of a demultiplex.
  • the demultiplexer has a plurality of outputs connected with various circuit elements, and selectively connects the antenna with any one circuit element.
  • Outputs 1) and 2) are each connected to a unit amplifier.
  • the output of each unit amplifier is the input of the differential amplifier.
  • the differential amplifier can detect the position of the electronic pen with respect to the two selected channels.
  • the two channels may be selected based on the output of the differential amplifier, the channel closest to the position of the electronic pen.
  • Output 3 is connected to a constant DC voltage or ground (GND).
  • the antenna configuration as shown is arranged not only in the X-axis but also in the Y-axis direction so that two-dimensional coordinates can be detected, for example, to detect the position of the electronic pen in the X-axis direction
  • the reason for connecting the remaining unselected channels with DC voltage or ground is that if the channel that is not to be measured is left floating, the floating antennas will be coupled with the antenna to be measured. This affects the measurement.
  • all antennas arranged in the X-axis direction is set to 4) output, Set all antennas arranged in the Y-axis direction to output 5).
  • Outputs 4) and 5) may be connected to a capacitance sensing circuit capable of measuring output capacitances of inputs 4) and 5) as inputs. By detecting the change in capacitance in this setting state, the position of the finger can be detected.
  • At least one or all of the plurality of antennas arranged in the X-axis direction are set to output 4), and at least one or all of the plurality of antennas arranged in the Y-axis direction are set to the 5) output.
  • the X-axis antenna and the Y-axis antenna intersecting at the point where the finger touches can be detected, thereby detecting the coordinates of the point where the finger touches.
  • the electronic pen may be variously applied in a structure in which an AC voltage / current or a digital clock is supplied and excited by a wire, a structure in which a resonance circuit (at least, a coil, etc.) is built in, and a structure in which AC electromagnetic waves are emitted by a battery.
  • a resonance circuit at least, a coil, etc.

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Abstract

본 발명은, 페라이트 코어에 코일을 감고 전자기 유도 현상을 발생하는 전자펜과 저항을 갖는 투명 안테나 패턴, 손가락의 접촉 또는 외부 요인으로부터의 노이즈를 필터링하기 위한 콘덴서, 유닛 증폭기 앞에 배치되어 적절한 신호를 받기 위한 저항, 안테나 패턴과의 임피던스를 분리하기 위한 유닛 증폭기, 그리고 신호를 증폭하기 위한 차동 증폭기로 구성되는 손가락 터치 및 전자펜을 이용가능한 입력 장치에 관한 것이다.

Description

근거리 무선 통신 기술을 이용하여 손가락 터치 및 전자펜을 동시 이용가능한 입력 장치
본 발명에서는, 기존의 투명 전극으로 구성된 터치 스크린 패턴과 근거리 무선 통신 기술을 이용하여, 손가락 터치 및 전자펜을 동시에 이용할 수 있는 입력 장치에 관한 것이다.
기존의 터치 스크린 등에서는, 투명 전극(예를 들면 ITO)을 배치하고, 투명 전극에서 감지되는 커패시턴스의 변동을 이용하여 손가락의 위치를 감지하고 있다.
이러한 기존의 투명 전극은, 투명 기판상에 소정의 폭 및 두께를 가지며 X축 방향으로 연장된 직선형 전극을 Y축 방향으로 서로 나란하게 복수 개 배치한 1세트의 전극과, 또다른 투명 기판상에(또는 위 투명 기판의 다른쪽 면에) 위 전극들과는 직교하도록 배치된 또하나의 1세트의 전극을 포함한다.
그러나 이러한 종래의 투명 전극 패턴을 이용하여 손가락의 터치를 감지하는 경우, 손가락으로 정밀한 글쓰기 등을 할 수 없다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 투명 전극 패턴은 자체 저항이 크기 때문에 종래의 전자펜을 이용하는 전자기 유도 기술을 적용할 수는 없다.
따라서, 본 발명은, 기존의 투명 전극 패턴을 그대로 이용하면서도, 근거리 무선 통신 기술을 이용하여, 손가락 터치와 전자펜의 조작을 모두 정밀하게 감지할 수 있는 입력 장치를 구현하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은, 손가락 터치 및 전자펜을 동시 이용가능한 입력 장치로서: 제1 방향으로 연장되며 제2 방향으로 평행하게 배치되어 있는 복수의 안테나 패턴으로서, 각각의 패턴은 전자기장을 방출하는 전자펜에 의한 전자기장을 감지하여 출력단으로 출력하는 제1 안테나 패턴; 2개의 입력을 가지며, 제1 입력과 제2 입력의 전압차를 출력하는 차동 증폭기; 및 상기 복수의 제1 안테나 패턴 중 적어도 2개를 선택하고, 상기 선택된 안테나 패턴들의 각각의 출력단을 상기 제1 입력 및 상기 제2 입력에 각각 연결하고, 상기 차동 증폭기에서 출력되는 전압차에 기초하여 상기 전자펜과 상기 선택된 안테나 패턴들과의 상대적 위치 관계를 결정하는 제어 유닛을 포함하는 근거리 무선 통신을 이용하여 손가락 터치 및 전자펜을 동시 이용가능한 입력 장치를 제공한다.
또한, 상기 제1 안테나 패턴 중 어느 하나의 출력단이 입력에 연결되고, 상기 제어 유닛의 제어에 따라 제어되어, 상기 차동 증폭기의 상기 제1 입력 및 상기 제2 입력, 공통 입력 중 어느 하나를 출력으로 선택하는 디멀티플렉서를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어 유닛은, 상기 복수의 제1 안테나 패턴 중 적어도 2개 안테나 패턴을 선택하고, 상기 선택된 안테나 패턴의 각각은 상기 차동 증폭기의 상기 제1 입력 및 상기 제2 입력에 각각 연결하고, 선택되지 않은 나머지 안테나 패턴들은 상기 공통 입력에 연결할 수 있다.
또한, 상기 공통 입력은, 임의의 직류 전압 또는 접지일 수 있다.
또한, 상기 디멀티플렉서는, 커패시턴스 검출 회로에 연결되는 커패시턴스 수신측을 출력으로서 더 포함하고, 상기 제어 유닛은, 상기 복수의 안테나 패턴 중 적어도 하나 또는 전부를 상기 커패시턴스 수신측으로 연결하고, 상기 커패시턴스 검출 회로에서 상기 연결된 안테나 패턴 중에서 손가락의 접촉에 의해 정전용량이 변동이 감지된 안테나 패턴의 위치를 상기 손가락의 위치로서 결정할 수 있다.
또한, 제2 방향으로 연장되며 제1 방향으로 평행하게 배치되어 있는 복수의 제2 안테나 패턴을 더 포함하고, 상기 디멀티플렉서는, 커패시턴스 검출 회로에 연결되는 커패시턴스 발신측 및 커패시턴스 수신측을 출력으로서 더 포함하고, 상기 제어 유닛은, 상기 복수의 제1 안테나 패턴의 전부를 상기 커패시턴스 발신측으로 연결하고, 상기 복수의 제2 안테나 패턴을 상기 커패시턴스 수신측으로 연결하고, 상기 커패시턴스 검출 회로에서 손가락의 접촉에 의해 정전용량이 변동한 지점에서 교차하는 상기 제1 안테나 패턴과 상기 제2 안테나 패턴을 검출하여 상기 손가락의 위치를 결정할 수 있다.
또한, 상기 전자펜은 전자기장을 방출하기 위하여 적어도 인덕터를 포함하는 공진회로를 구비할 수 있다.
또한, 상기 전자펜의 상기 공진회로에 유도전자기 에너지를 공급하기 위한 파워 코일; 및 상기 파워 코일에 교류 전압 또는 디지털 클록을 인가하기 위한 코일 드라이버를 더 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 장치 중 일부분에 대한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 장치에 있어서, 안테나의 형태를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 장치의 각부에서 나타나는 전압 파형을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 장치를 실현하기 위한 상세 구성을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 손가락 터치 및 전자펜을 이용가능한 입력 장치는, 페라이트 코어에 코일을 감고 전자기 유도 현상을 발생하는 전자펜과, 저항을 갖는 투명 안테나 패턴, 손가락의 접촉 또는 외부 요인으로부터의 노이즈를 필터링하기 위한 콘덴서, 유닛 증폭기 앞에 배치되어 적절한 신호를 받기 위한 저항, 안테나 패턴과의 임피던스를 분리하기 위한 유닛 증폭기, 그리고 신호를 증폭하기 위한 차동 증폭기를 포함하여 이루어진다.
한편, 전자펜은 외부로부터 유선으로 입력되는 교류 전압/전류 또는 디지털 클록에 의해 공진하여 전자기 유도 현상을 발생할 수도 있지만, 이하에서는, 외부로부터 인가되는 전자기력에 의해 유도 전자기장을 발생시켜 자체로 전자기파를 방출할 수 있는 구조인 것으로 설명한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 장치는, 전자펜에 대하여 전자기장을 방출하기 위한 파워 코일을 더 포함하고, 이 파워 코일에 교류 전압/전류 또는 디지털 클록을 인가하기 위한 코일 드라이버를 더 포함할 수 있다. 파워 코일은 안테나와 동일 기판 또는 별도의 기판에 형성될 수 있다. 파워 코일은, 안테나를 둘러싸도록 안테나의 주변을 따라 감겨질 수도 있으며, 안테나가 구성된 영역의 내부에서 복수 회 감겨진 도선 또는 전극 패턴으로 이루어질 수 있다. 또한, 감겨진 도선과 전극 패턴을 조합할 수도 있다.
코일 드라이버에 의해 여기된 파워 코일에서 방사된 전자기장은, 무선 전자펜의 공진 조건에 따라 전자펜 내의 공진 회로에 에너지를 충전시킨다. 파워 코일로부터 방출되는 전자기장이 중지되면, 전자펜에서 전자기장을 방출하게 될 것이다.
이때, 전자펜에서 방출되는 전자기장의 크기, 위상 또는 주파수의 변동은 파워 코일에서 감지할 수 있으며, 이에 따라 코일 드라이버와 전자펜이 데이터 통신이 가능하게 된다.
무선 전자펜과 코일 드라이버(코일 드라이버는 타블렛의 제어 수단과 연결되어 있을 수 있다)와는 이렇게 근거리 무선 통신 기술에 의해서 통신 가능하다.
한편, 안테나로부터 수신되는 전자기장에 의한 전압의 크기를 이용하면, 안테나와 전자펜과의 상대적인 위치 관계를 검출할 수 있게 된다. 즉, 복수의 안테나를 멀티플렉서(또는 디멀티플렉서)에 연결하고, 각 안테나를 다양한 디지털 기술로 스캔함으로써 전자펜의 위치를 측정할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 손가락 터치 및 전자펜을 이용가능한 입력 장치는, 도 1과 같이, 페라이트 코어에 감겨진 코일을 구비하며 전자기 유도 현상을 발생하는 전자펜, 저항을 갖는 안테나(투명 전극 패턴), 손과 같은 인체 접촉에 의한 노이즈 또는 외부로부터 자연발생적으로 유입되는 노이즈를 필터링하기 위한 콘덴서(C1), 유닛 증폭기 앞에 배치되어 안테나로부터의 신호를 입력받기 위한 저항(R1), 안테나와의 임피던스를 분리하기 위한 유닛 증폭기, 입력되는 신호를 증폭하기 위한 차동 증폭기로 구성된다.
도 1과 같이 전자기장을 발생시키는 전자펜(포인터)을 저항 성분을 갖는 안테나에 접근시키면, 안테나에서는 전자펜에서 발생하는 전자기장에 의한 전파 신호와 주변의 전파 신호가 동시에 감지하게 된다. 실제로는, 안테나에서 감지하는 전파는, 전자펜의 근접에 대한 영향보다도 주변으로부터의 전파 신호가 더 크게 감지된다.
이러한 주변의 전파 신호는 서로 상쇄하여 없애고 전자펜으로부터의 전파만을 증폭하기 위해서 도 2와 같은 방식을 적용한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 2와 같이 2개의 안테나의 출력을 차동 증폭기의 양 입력에 연결시킨 경우에 있어서, 전자펜이 두 안테나 사이 중간(B지점)에 위치하는 경우에는 두 안테나에서 수신한 주변의 전파는 차동 증폭기에서 서로 상쇄되어 소거될 수 있다. 한편, 이 경우에는, 전자펜에 의한 영향도 두 안테나에서 감지되는 전압이 동일하게 되어 서로 상쇄된 0의 전압이 측정된다.
하지만 전자펜의 위치가 2개의 안테나 사이의 중간에서 조금이라도 균형을 잃는다면(A지점과 B지점 사이 또는 C지점과 B지점 사이) 출력 전압은 도 2에 도시된 바와 같이 크기 및 위상이 다르게 측정될 것이다. 즉, 전자펜이 중간 위치(B지점)를 기준으로 조금씩 상 혹은 하 방향으로 이동할 때마다, 차동 증폭기에서 출력되는 진폭은 점점 커지다가 어느 안테나의 바로 위에서 최대값을 나타낼 것이다. 전자펜이 A지점에 위치하는 경우와 C지점에 위치하는 경우에, 차동 증폭기에서 출력되는 진폭의 위상은 서로 반대로 나타나게 된다.
이러한 원리에 의하면, 전자펜과 임의로 선택된 2개의 안테나와의 상대적인 위치 관계를 결정할 수 있으며, 결정된 위치관계에 기초하여, 전자펜의 좌표를 측정할 수 있게 된다.
이러한 원리를 확장하여 2차원 평면상에서 전자펜의 위치를 측정하기 위해서 도 3과 같은 구성을 고려할 수 있다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 장치에 있어서, 안테나의 구성 형태를 보여주는 도면이다. 도 3과 같이 코일 드라이버에 의해 여기된 파워 코일에서 방출되는 전자기파는, 무선 전자펜의 코일을 충전시킨다.
파워 코일에서 전자기파의 방출을 중지하면, 안테나에서는, 무선 전자 전자펜의 코일에서 방출하는 전자기파를, 앞서 설명한 근거리 무선 통신 기술에 의해서 수신한다.
이 경우, 측정하고자 하는 두 안테나에서 전자기파를 감지하여 출력하는 전압은 저항(R1)과 콘덴서(C1)를 거친 후 유닛 증폭기에서 증폭된다. 이때, 측정하고자 하는 2개의 안테나를 제외한 다른 나머지의 안테나들은 공통 입력에 연결되는 것이 바람직하다. 공통 입력은, 일정 전압을 갖는 DC 전압이거나 GND일 수도 있다. 2개의 안테나의 각각에 연결된 2개의 유닛 증폭기에서의 출력은 차동 증폭의 각 입력에 연결되고, 차동 증폭기에서는 각 입력의 전압차를 출력하게 된다.
이렇게, 2개의 안테나들을, 멀티플렉서 및 다양한 디지탈 기술을 적용하여 스캔한다면, 안테나가 분포된 일정한 영역 내에서 전자펜의 위치를 측정할 수 있을 것이다.
도 4에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 장치의 각부에서 나타나는 전압 파형을 보여준다. 도 4에서 ①은 파워 코일을 여기하기 위한 코일 드라이버의 펄스 신호이고, ②는 파워 코일에 여기된 전압 파형을 나타낸다. 디지털 클록이 나타나는 구간에서는 파워 코일이 여기되어 전자기파를 방출하게 된다.
ⓐ는 전자펜의 코일에 충전되는 전압 파형을 나타낸다. 파워 코일에서 전자기파의 방출이 감소하게 되어도, 전자펜이 내장한 공진 회로의 시정수에 의하여, 일정 시간 동안 전자기파의 방출이 지속될 수 있다.
③은 전자기파를 방출하는 전자펜의 위치에 따른 임의의 안테나에서 검출되는 신호의 예를 보여준다. X-로 표시된 파형은, 전자펜이 하단 그림의 X- 위치에 있는 경우에 나타나는 파형에 해당한다. 마찬가지로, 0 및 X+로 표시된 파형은, 전자펜이 0 및 X+ 위치에 있는 경우에 나타나는 파형에 해당한다.
이러한 원리에 의해서, 차동 증폭기를 통해 검출된 신호를 통해서 전자펜의 위치를 구할 수 있다.
이러한 근거리 무선 통신 기술을 이용한 태블릿 기술과 기존의 정전용량 감지 방식의 터치 스크린 기술을 접목한 입력 장치의 예를 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 장치를 실현하기 위한 상세 구성을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입력 장치를 포함하여 구현되는 태블릿 기술에서는, 도 5에 도시된 회로와 같이, 각 안테나를 디멀티플렉스의 입력에 결합시킨다. 디멀티플렉서는 다양한 회로 소자와 연결되어 있는 복수의 출력들을 가지며, 안테나를 선택적으로 어느 하나의 회로 소자와 연결시킨다.
먼저, 예를 들어, 측정하고자 하는 2개의 채널(안테나)을 선택하고, 선택된 채널을 각각 1)번 출력 및 2)번 출력에 연결한다. 1)번 출력 및 2)번 출력은 각각 유닛 증폭기에 연결되어 있다. 각 유닛 증폭기의 출력은 차동 증폭기의 입력이 된다. 이러한 연결 상태에서는 차동 증폭기에서는 선택된 2개의 채널에 대한 전자펜의 위치를 검출할 수 있다. 이때, 2개의 채널은 차동 증폭기의 출력에 기초하여, 전자펜의 위치에 가장 가까운 채널이 선택될 수 있다.
또한, 선택된 2개의 채널을 제외한 나머지의 채널들은, 디멀티플렉서를 통해 3)번 출력에 연결된다. 3)번 출력은 일정 DC 전압 또는 접지(GND)에 연결되어 있다.
한편, 도시된 바와 같은 안테나 구성을 X축 뿐만 아니라 Y축 방향으로도 배치하여 2차원 좌표를 검출할 수 있도록 구성한 경우에 있어서, 예를 들어 X축 방향의 전자펜의 위치를 검출하기 위하여 2개의 채널을 선택한 경우에는, Y축 방향으로 배치된 모든 안테나를 3)번 출력으로 설정하는 것이 바람직하다.
이렇게 선택되지 않은 나머지 채널을 DC 전압 혹은 접지와 연결하는 이유는, 측정하고자 하지 않는 채널을 그대로 플로팅(floating) 상태로 두면 플로팅 상태의 안테나들이 측정하고자 하는 안테나와 커플링(coupling)되어, 전자기파의 측정에 영향을 미치기 때문이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 장치를 이용하여 정전용량 방식으로 손가락의 터치를 감지하고자 하는 경우에는, 예를 들면, X축 방향으로 배열된 모든 안테나를 4)번 출력으로 설정하고, Y축 방향으로 배열된 모든 안테나를 5)번 출력으로 설정한다. 4)번 출력과 5)번 출력은, 4)번 출력과 5)번 출력을 입력으로 하고 입력 양단의 커패시턴스를 측정할 수 있는 커패시턴스 감지 회로에 연결될 수 있다. 이러한 설정 상태에서 정전용량의 변동을 감지함으로써, 손가락의 위치를 검출할 수 있게 된다.
일례로서, X축 방향으로 배열된 복수의 안테나 중 적어도 하나 또는 전부를 4)번 출력으로 설정하고, Y축 방향으로 배열된 복수의 안테나 중 적어도 하나 또는 전부를 5)번 출력으로 설정한다. 이때, 어느 지점에 손가락의 접근 또는 접촉이 발생하면, 손가락이 접촉한 지점에서 교차하는 X축 안테나와 Y축 안테나를 검출할 수 있으며, 이로써, 손가락이 접촉한 지점의 좌표를 검출할 수 있게 된다.
이러한 기능은 투명 전극이나 나노 인쇄 기술을 갖는 고임피던스의 전극을 이용한 터치 및 태블릿 기술에 적용할 수 있을 뿐만 아니라, PCB 등의 제품에도 적용이 가능하다. 전자펜도 유선으로 교류 전압/전류 또는 디지털 클록을 공급받아 여기되는 구조, 공진 회로(적어도, 코일 등)를 내장하는 구조, 배터리에 의해 교류 전자기파를 방출하는 구조가 다양하게 적용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 손가락 터치 및 전자펜을 동시 이용가능한 입력 장치로서:
    제1 방향으로 연장되며 제2 방향으로 평행하게 배치되어 있는 복수의 안테나 패턴으로서, 각각의 패턴은 전자기장을 방출하는 전자펜에 의한 전자기장을 감지하여 출력단으로 출력하는 제1 안테나 패턴;
    2개의 입력을 가지며, 제1 입력과 제2 입력의 전압차를 출력하는 차동 증폭기; 및
    상기 복수의 제1 안테나 패턴 중 적어도 2개를 선택하고, 상기 선택된 안테나 패턴들의 각각의 출력단을 상기 제1 입력 및 상기 제2 입력에 각각 연결하고, 상기 차동 증폭기에서 출력되는 전압차에 기초하여 상기 전자펜과 상기 선택된 안테나 패턴들과의 상대적 위치 관계를 결정하는 제어 유닛을 포함하는 근거리 무선 통신을 이용하여 손가락 터치 및 전자펜을 동시 이용가능한 입력 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나 패턴 중 어느 하나의 출력단이 입력에 연결되고, 상기 제어 유닛의 제어에 따라 제어되어, 상기 차동 증폭기의 상기 제1 입력 및 상기 제2 입력, 공통 입력 중 어느 하나를 출력으로 선택하는 디멀티플렉서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 근거리 무선 통신을 이용하여 손가락 터치 및 전자펜을 동시 이용가능한 입력 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 복수의 제1 안테나 패턴 중 적어도 2개 안테나 패턴을 선택하고, 상기 선택된 안테나 패턴의 각각은 상기 차동 증폭기의 상기 제1 입력 및 상기 제2 입력에 각각 연결하고, 선택되지 않은 나머지 안테나 패턴들은 상기 공통 입력에 연결하는 것을 특징으로 하는 근거리 무선 통신을 이용하여 손가락 터치 및 전자펜을 동시 이용가능한 입력 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 공통 입력은, 임의의 직류 전압 또는 접지인 것을 특징으로 하는 근거리 무선 통신을 이용하여 손가락 터치 및 전자펜을 동시 이용가능한 입력 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 디멀티플렉서는, 커패시턴스 검출 회로에 연결되는 커패시턴스 수신측을 출력으로서 더 포함하고,
    상기 제어 유닛은, 상기 복수의 안테나 패턴 중 적어도 하나 또는 전부를 상기 커패시턴스 수신측으로 연결하고, 상기 커패시턴스 검출 회로에서 상기 연결된 안테나 패턴 중에서 손가락의 접촉에 의해 정전용량이 변동이 감지된 안테나 패턴의 위치를 상기 손가락의 위치로서 결정하는 것을 특징으로 하는 근거리 무선 통신을 이용하여 손가락 터치 및 전자펜을 동시 이용가능한 입력 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    제2 방향으로 연장되며 제1 방향으로 평행하게 배치되어 있는 복수의 제2 안테나 패턴을 더 포함하고,
    상기 디멀티플렉서는, 커패시턴스 검출 회로에 연결되는 커패시턴스 발신측 및 커패시턴스 수신측을 출력으로서 더 포함하고,
    상기 제어 유닛은, 상기 복수의 제1 안테나 패턴의 전부를 상기 커패시턴스 발신측으로 연결하고, 상기 복수의 제2 안테나 패턴을 상기 커패시턴스 수신측으로 연결하고, 상기 커패시턴스 검출 회로에서 손가락의 접촉에 의해 정전용량이 변동한 지점에서 교차하는 상기 제1 안테나 패턴과 상기 제2 안테나 패턴을 검출하여 상기 손가락의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 근거리 무선 통신을 이용하여 손가락 터치 및 전자펜을 동시 이용가능한 입력 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전자펜은 전자기장을 방출하기 위하여 적어도 인덕터를 포함하는 공진회로를 구비한 것을 특징으로 하는 근거리 무선 통신을 이용하여 손가락 터치 및 전자펜을 동시 이용가능한 입력 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전자펜의 상기 공진회로에 유도전자기 에너지를 공급하기 위한 파워 코일; 및
    상기 파워 코일에 교류 전압 또는 디지털 클록을 인가하기 위한 코일 드라이버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 근거리 무선 통신을 이용하여 손가락 터치 및 전자펜을 동시 이용가능한 입력 장치.
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