KR102134806B1 - 기울기 측정 기능을 갖는 스타일러스 펜 및 스타일러스 펜의 각도측정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기울기 측정 기능을 갖는 스타일러스 펜 및 스타일러스 펜의 각도측정방법에 관한 것으로, 접지전극이 구비된 디스플레이 상에서 사용자의 조작에 따라 정보를 시각적으로 표시하는 스타일러스 펜에 있어서, 상기 접지전극과의 거리에 따라 정전용량이 각각 변하는 복수의 자기용량전극 및 상기 자기용량전극의 정전용량을 기반으로 기울기 정도를 산출하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 스타일러스 펜의 기울임에 따른 상기 복수의 자기용량전극 각각의 정전용량의 상대적 차이를 비교하고, 상기 비교된 정전용량의 차이를 기반으로 상기 스타일러스 펜의 기울기 정도를 산출한다. 복수의 자기용량전극을 통하여 단독으로 기울기 측정이 가능하며 복수의 자기용량전극의 정전용량의 차이값을 기반으로 기울기를 산출하여 노이즈 등의 간섭을 최소화하여 더욱 정밀한 기울기 측정이 가능하다.
Description
본 발명은 기울기 측정 기능을 갖는 스타일러스 펜 및 스타일러스 펜의 각도측정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디스플레이 상에서 스타일러스 펜의 기울기 정도를 보다 정밀하고 용이하게 측정 가능한 스타일러스 펜 및 스타일러스 펜의 각도측정방법에 관한 것이다.
일반적으로 모바일 기기 등의 디스플레이에는 화면상에 표시된 객체나 영역 등을 선택하기 위하여 키보드, 리모컨 등의 인터페이스 장치를 이용하는 방식뿐만 아니라, 손가락, 스타일러스 펜(Stylus pen) 등으로 직접 화면의 영역을 선택하여 입력하는 터치패널 방식이 적용되고 있다.
터치패널의 방식에는 디스플레이 상에 압력을 가하여 구동시키는 저항막방식과 디스플레이 상에 정전소자를 구성하여 정전소자의 정전용량 변화를 이용하여 정전용량방식을 주로 사용한다. 정전용량방식의 경우 직접적으로 압력을 가하는 방식이 아니므로 디스플레이에 무리를 가하지 않고 장시간 사용하더라도 선명한 화질을 기대할 수 있어 근래에는 저항막방식보다 정전용량방식을 주로 사용하는 추세이다. 정전용량방식은 다시 상호정전용량(Mutual capacitance)과 자기정전용량(Self capacitance)으로 나뉘고 있다.
이러한 정전용량방식의 터치패널은 전자기 상호 유도를 이용할 수 있는데, 이는 스타일러스 펜의 팁과 디스플레이 각각에 전자기 유도를 위한 코일을 배치하고, 스타일러스 펜과 디스플레이의 유도 코일이 근접할 때 전자기 유도 법칙에 의해 발생되는 전류의 변화를 감지하여 스타일러스 펜의 입력을 판단하는 방식이다.
한편, 스타일러스 펜은 디스플레이 상에서 정밀한 입력을 위하여 정확한 기울기의 측정이 요구된다. 스타일러스 펜의 기울기를 측정하기 위해서는 기울기를 측정하기 위한 센서나 검출회로 등이 추가적으로 배치되어야 하므로 디스플레이의 가격이 상승되는 문제가 있다.
대한민국 공개특허 제10-2018-0049629호에서는 다수의 전극이 배열되고 스타일러스 펜의 접촉에 따라 전극들 사이에 형성되는 정전용량이 가변하는 터치패널을 구비하여 터치패널의 전극들로부터 정전용량변화에 상응하는 전기 신호를 수신 및 신호 패턴을 추출하여 미리 설정된 기준 신호 패턴 사이의 이동 편차를 기반으로 스타일러스 펜의 기울기를 검출하는 방법이 제시되고 있다.
그러나 상기 공개특허는 터치패널 상에 RX와 TX(제1전극 및 제2전극)를 배치하고 스타일러스 펜에 LC회로부를 구성하여 상호정전용량의 변화에 따른 신호패턴을 분석하여 미리 설정한 신호와의 편차를 통해 스타일러스 펜의 기울기를 측정하는 방식으로, 스타일러스 펜에 구성된 LC회로부와 터치패널 내에 구성된 제1전극 및 제2전극의 거리에 따른 감도문제가 발생하고, 펜의 파지에 따라 사람의 손에 의해 전극의 정전용량에 간섭이 발생하며, 스타일러스 펜 단독으로 사용이 불가능하여 다양한 장치에 호환될 수 없는 문제점이 있다.
위와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명의 목적은 다양한 장치에 호환되도록 스타일러스 펜 단독으로 사용 가능하고 정밀한 기울기 측정이 가능한 스타일러스 펜 및 스타일러스 펜의 각도측정방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기울기 측정 기능을 갖는 스타일러스 펜은 접지전극이 구비된 디스플레이 상에서 사용자의 조작에 따라 정보를 시각적으로 표시하는 스타일러스 펜에 있어서, 접지전극과의 거리에 따라 정전용량이 각각 변하는 복수의 자기용량전극 및 자기용량전극의 정전용량을 기반으로 기울기 정도를 산출하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 스타일러스 펜의 기울임에 따른 복수의 자기용량전극 각각의 정전용량의 상대적 차이를 비교하고, 비교된 정전용량의 차이를 기반으로 스타일러스 펜의 기울기 정도를 산출한다.
또한, 자기용량전극은 접지전극과의 거리가 가까워질수록 정전용량이 감소되며, 복수의 자기용량전극 각각의 정전용량 감소정도는 서로 다를 수 있다.
또한, 자기용량전극은 서로 일정 거리 이격되면서 상하로 적층될 수 있다.
또한, 스타일러스 펜은 하단에 하향 경사진 펜촉이 구비되고, 자기용량전극은 스타일러스 펜의 펜촉에 구비될 수 있다.
또한, 제어부는, 스타일러스 펜을 디스플레이장치에 수직으로 배치하였을 때 복수의 자기용량전극의 정전용량을 서로 비교한 차이값을 초기값으로 설정하고, 스타일러스 펜이 기울어진 상태에서 자기용량전극의 정전용량을 서로 비교한 차이값을 초기값과 비교하여 스타일러스 펜의 기울기 정도를 산출할 수 있다.
또한, 자기용량전극은 3개 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스타일러스 펜의 각도측정방법은 디스플레이에 구비된 접지전극과의 거리에 따라 정전용량이 각각 변하는 복수의 자기용량전극 및 자기용량전극의 정전용량을 기반으로 기울기 정도를 산출하는 제어부를 포함하는 스타일러스 펜의 기울기 측정방법에 있어서, 복수의 자기용량전극의 정전용량을 서로 비교한 차이값을 초기값으로 설정하는 초기값설정단계, 스타일러스 펜의 기울임에 따른 복수의 자기용량전극의 정전용량을 서로 비교한 차이값이 초기값에 대하여 감소된 정도를 산출하는 비교값산출단계 및 비교값산출단계에서 산출된 차이 값의 감소된 정도를 단계적으로 구분하고 감소된 정도를 기반으로 스타일러스 펜의 기울기을 산출하는 기울기산출단계를 포함한다.
또한, 초기값설정단계는, 스타일러스 펜을 상기 디스플레이 상에 수직으로 세운 상태에서 복수의 자기용량전극의 정전용량을 각각 측정하는 초기용량측정공정, 초기용량측정공정에서 측정된 각각의 정전용량을 서로 비교하여 차이 값을 산출하는 초기용량비교공정 및 초기용량비교공정에서 산출된 차이 값을 초기 값으로 저장하는 초기값저장공정을 포함할 수 있다.
또한, 비교값산출단계는, 스타일러스 펜의 기울임에 따른 복수의 자기용량전극의 정전용량을 각각 측정하는 정전용량측정공정, 정전용량측정공정에서 측정된 각각의 정전용량을 서로 비교하여 차이값을 산출하는 정전용량비교공정 및 정전용량비교공정에서 산출된 차이값을 초기값설정단계에서 설정된 초기값과 비교하여 차이값이 초기값에서 감소된 정도를 산출하는 감소정도산출공정을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 자기용량전극을 이용하여 스타일러스 펜 자체적으로 기울기의 측정이 가능하므로 다양한 장치에 호환될 수 있다.
또한, 복수의 자기용량전극의 정전용량 차이를 기반으로 기울기를 산출하여 상대적 값을 이용하므로 노이즈나 기타 오차에 대한 영향이 작아 정밀한 기울기의 측정이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스타일러스 펜을 나타낸 개략도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스타일러스 펜의 기울임에 따른 정전용량을 나타낸 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스타일러스 펜의 각도측정방법을 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초기값설정단계를 나타낸 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 비교값산출단계를 나타낸 순서도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스타일러스 펜의 기울임에 따른 정전용량을 나타낸 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스타일러스 펜의 각도측정방법을 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초기값설정단계를 나타낸 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 비교값산출단계를 나타낸 순서도이다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스타일러스 펜을 나타낸 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스타일러스 펜은 접지전극(11)이 구비된 디스플레이(10) 상에서 사용자의 조작에 따라 정보를 시각적으로 표시하는 스타일러스 펜에 있어서, 상기 접지전극(11)과의 거리에 따라 정전용량이 각각 변하는 복수의 자기용량전극(100) 및 상기 자기용량전극(100)의 정전용량을 기반으로 기울기 정도를 산출하는 제어부(300)를 포함하고, 상기 제어부(300)는, 상기 스타일러스 펜의 기울임에 따른 상기 복수의 자기용량전극(100) 각각의 정전용량의 상대적 차이를 비교하고, 상기 비교된 정전용량의 차이를 기반으로 상기 스타일러스 펜의 기울기 정도를 산출한다.
먼저 본 발명인 스타일러스 펜의 전반적인 구성을 도 1을 참고하여 설명하면, 상기 스타일러스 펜은 길이방향으로 연장 형성된 외골격을 가지며 통신부(500), 배터리(400), 제어부(300), 정전용량측정부(200), 복수의 자기용량전극(100)을 포함할 수 있다.
본 발명에서 디스플레이(10)는 카메라, 휴대폰, 스마트폰, 노트북, PDF, PMP, 네이게이션 기타 단말기를 의미하며, 사용목적에 따라 다양할 수 있다. 상기 디스플레이(10)에는 접지전극(11)이 구비될 수 있다.
상기 통신부(500)는 상기 디스플레이(10)와 정보를 수신 및/또는 송신하는 수단으로, 유선 또는 무선으로 정보를 전달할 수 있으며, BLUETOOTH, WLAN, WIFI, NFC, BEACON 등 다양한 통신망이 적용될 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 디스플레이(10)와 연동되는 BLUETOOTH를 이용할 수 있다.
상기 배터리(400)는 상기 통신부(500), 제어부(400), 정전용량측정부(200), 자기용량전극(100) 등에 전력을 공급하는 모든 수단을 의미한다. 상기 배터리(400)는 유선 또는 무선으로 충전될 수 있다.
상기 정전용량측정부(200)는 상기 자기용량전극(100)과 연결되어 상기 자기용량전극(100)의 정전용량을 측정한다. 상기 정전용량측정부(200)는 커패시터(CAPACITOR), 인덕터(INDUCTOR) 및 저항(RESISTANCE)을 이용하여 형성될 수 있으며, 기타 다양한 소자가 추가되거나 다양한 회로가 이용될 수 있다.
본 발명의 자기용량전극(100)은 회로나 회로 소자 자체적으로 용량을 갖는 전극(SELF-CAPACITANCE)으로, 커패시터(C), 인덕터(L) 또는 이들의 복합회로로 구성될 수 있다. 상기 자기용량전극(100)은 상기 배터리(400)로부터 전력을 공급받아 정전용량을 방출한다. 본 발명에서 상기 자기용량전극(100)은 복수일 수 있다.
상기 자기용량전극(100)은 일 실시예에서 서로 이격되면서 상하로 적층될 수 있다. 예를 들어, 상기 자기용량전극(100)은 제1전극(110) 내지 제3전극(130)으로 구성될 수 있으며, 상기 제1전극(110)의 상부에 제2전극(120)이 위치되고 제2전극(120)의 상부에 제3전극(130)이 위치된다. 또한 상기 복수의 자기용량전극(100)은 서로 일정 거리 이격 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 스타일러스 펜은 하단에 하향 경사진 펜촉(600)이 구비되고, 상기 자기용량전극(100)은 상기 스타일러스 펜의 펜촉(600)에 상하로 적층되면서 일정 거리 이격 구비될 수 있다. 상기 펜촉(600)에 구비된 자기용량전극(100)은 사용자가 스타일러스 펜을 파지하였을 때 손에 의한 간섭을 최소화시킨다.
상기 자기용량전극(100)은 상기 디스플레이(10)에 구비된 접지전극(11)과의 거리가 가까워질수록 정전용량이 감소되며, 상기 복수의 자기용량전극(100) 각각의 정전용량 감소정도는 서로 다르다. 즉, 제1전극(110) 내지 제3전극(130)이 같은 용량의 정전용량을 방출한다고 가정하면 제1전극(110)이 상기 접지전극(11)과 가장 가까우므로 정전용량의 측정량은 가장 작게 나타나고, 순차적으로 제2전극(120)과 제3전극(130)의 순서로 정전용량의 측정량이 커진다. 이에 따라 제1전극(110)과 제2전극(120), 제1전극(110)과 제3전극(130), 제2전극(120)과 제3전극(130)은 각각 측정된 정전용량에서 차이가 발생된다.
본 발명에서는 상기한 차이를 기반으로 스타일러스 펜의 기울기 정도를 산출할 수 있다. 상기 자기용량전극(100)의 정전용량을 상기 정전용량측정부(200)에서 측정하고, 상기 측정된 값을 상기 제어부(400)에서 연산하여 상기 스타일러스 펜의 기울기 정도를 산출한 후 상기 통신부(500)를 통해 상기 디스플레이(10)에 상기 기울기 정보를 전달하는 구조를 갖는다.
본 발명의 제어부(400)는 상기 스타일러스 펜의 내부에 구비될 수 있으며, Micro Controller Unit(MCU)이 이용될 수 있다. 상기 MCU는 정해진 기능을 수행하는 컴퓨터의 일종으로 CPU코어, 메모리, 입/출력 등의 기능을 수행할 수 있다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스타일러스 펜의 기울임에 따른 정전용량을 나타낸 개념도이다. 도 2는 상기 스타일러스 펜이 디스플레이(10)에서 수직(0˚)인 경우, 도 3은 45˚인 경우를, 도 4는 60˚인 경우를, 도 5는 상기 스타일러스 펜이 상기 디스플레이(10)에 접촉되는 경우를 나타낸다.
본 발명의 제어부(400)의 연산 및 스타일러스 펜의 기울기 산출에 대하여 설명하면, 상기 스타일러스 펜은 상기 디스플레이(10) 상에서 수직(0˚)으로부터 수평(90˚)의 범위 내에서 기울기이 변화된다고 하면, 상기 복수의 자기용량전극(100)은 각각의 스타일러스 펜의 기울기 정도에 따라 다른 정전용량을 갖는다. 상기 정전용량의 변화 정도를 기반으로 상기 제어부(400)는 스타일러스 펜의 기울기 정도를 산출한다.
또한, 본 발명에서는 상기 복수의 자기용량전극(100) 각각의 정전용량을 서로 비교하여 그 차이값을 기반으로 스타일러스 펜의 기울기 정도를 산출할 수 있다.
도 2의 (a), 도 3의 (a), 도 4의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 스타일러스 펜을 나타낸 개념도이고, 도 2의 (b), 도 3의 (b), 도 4의 (b)는 각 기울기에서 정전용량의 도시한 그래프이다. 도 2의 (b)에서 제1전극(110), 제2전극(120), 제3전극(130)은 순차적으로 정전용량의 크기가 커지나 이해의 편의를 돕기 위하여 y축은 제1전극(110)의 정전용량, 제2전극(120)의 정전용량, 제3전극(130)의 순으로 정전용량을 표시하였다. 이에 따라 제1 전극 내지 제3 전극은 상기 접지전극(11)과의 거리가 가까워짐에 따라 포화된 경우 y축에서 증가하는 방향으로 이동된다. 이하, 도 3의 (b) 내지 도 5의 (b)경우도 동일하다. 상기 도면에서 x축은 시간을 의미한다.
도 2 내지 도 5를 참고하여 상기 메커니즘을 구체적으로 설명하면, 상기 복수의 자기용량전극(100)은 각각 상기 접지전극(11)과의 거리에 따라 서로 다른 정전용량을 갖는다. 설명의 편의 상 상기 복수의 자기용량전극(100)은 제1전극(110) 내지 제3전극(130)으로 구성된 것으로 가정하여 설명한다. 상기 제1전극(110)의 정전용량을 ⅰ라 하고, 제2전극(120)의 정전용량을 ⅱ라 하고, 제3전극(130)의 정전용량을 ⅲ이라 하면, 이 경우 제1전극(110)과 제2전극(120)의 차이는 ⅰ-ⅱ이고, 제1전극(110)과 제3전극(130)의 차이는 ⅰ-ⅲ이고, 제2전극(120)과 제3전극(130)의 차이는 ⅱ-ⅲ이다. 상기한 차이값은 상기 스타일러스 펜이 상기 디스플레이(10)상에서 수직(0˚)으로 세워진 경우 가장 크게 나타나며, 상기 스타일러스펜이 상기 디스플레이(10)상에서 수평(90˚)에 가까워질수록 감소된다.
위와 같은 방식을 이용한 본 발명의 제어부(400)는 상기 ⅰ-ⅱ, ⅰ-ⅲ, ⅱ-ⅲ값을 이용하여 스타일러스 펜의 기울기 정도를 산출한다. 위와 같은 방식에 따른 본 발명에서는 복수의 자기용량전극(100)을 통하여 정전용량 변화 정도를 측정하므로 하나의 자기용량전극(100)을 이용하여 정전용량 변화 정도를 측정하는 것보다 더욱 정밀한 스타일러스 펜의 기울기 산출이 가능하다. 하나의 자기용량전극(100)을 사용하는 경우 디스플레이(10)의 상태나 외부 환경 조건, 손의 접촉 상태 등에 따라 노이즈가 발생되며, 이에 대한 보정을 수행하기란 어렵고 수행하더라도 오차가 발생하는 문제가 있다. 본 발명에서는 다수의 자기용량전극(100)을 이용하여 외부 환경 조건이나 기타 노이즈가 발생하더라도 상기 복수의 자기용량전극(100)은 함께 영향을 받게 되고, 그 차이값(ⅰ-ⅱ, ⅰ-ⅲ, ⅱ-ⅲ)은 노이즈의 발생 전후에서 일정한 것을 이용한다.
상기한 차이값은 스타일러스 펜의 기울기 각도에 따라 달라질 수 있으며, 상기 제어부(400)는 상기 스타일러스 펜이 기울기가 0부터 90˚까지 변할 때 상기 차이값의 변화량을 이용하여 미리 설정된 기준이나 범위에서 상기 차이값의 크기로부터 상기 스타일러스 펜의 기울기 정도를 산출할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에서 상기 제어부(400)는 초기값을 저장하고, 스타일러스 펜의 기울임에 따른 상기 자기용량전극(100)의 정전용량에 대한 정보와 상기 초기값을 비교하여 상기 스타일러스 펜의 기울기 정도를 산출할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부(400)는 스타일러스 펜을 상기 디스플레이(10)에 수직(0˚)으로 배치하였을 때 복수의 자기용량전극(100)의 정전용량을 서로 비교한 차이값(ⅰ-ⅱ, ⅰ-ⅲ, ⅱ-ⅲ)을 초기값으로 설정할 수 있다. 이후, 스타일러스 펜이 기울어진 상태에서 자기용량전극(100)의 정전용량을 서로 비교한 차이값(ⅰ-ⅱ, ⅰ-ⅲ, ⅱ-ⅲ)을 상기 초기값과 비교하여 상기 스타일러스 펜의 기울기 정도를 산출하는 방식이다.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 스타일러스 펜이 디스플레에서 수직(0˚)인 경우 상기 차이값(ⅰ-ⅱ, ⅰ-ⅲ, ⅱ-ⅲ)은 가장 크며, 이를 초기값으로 설정한다. 도 3에 도시된 바와 같이 상기 스타일러스 펜이 디스플레이(10)에서 45˚인 경우 상기 제1전극(110) 내지 제3전극(130)이 상기 접지전극(11)에 수직(0˚)인 경우보다 가까워지므로 정전용량은 모두 감소한다. 이 경우 상기 제1전극(110)의 정전용량 감소량은 상기 제2전극(120)의 정전용량 감소량보다 작고, 상기 제2전극(120)의 정전용량 감소량은 상기 제3전극(130)의 정전용량 감소량보다 작다. 이에 따라 스타일러스 펜이 45˚에서의 차이값(ⅰ-ⅱ, ⅰ-ⅲ, ⅱ-ⅲ)은 스타일러스 펜이 수직(0˚)인 경우의 차이값(ⅰ-ⅱ, ⅰ-ⅲ, ⅱ-ⅲ)보다 작은 값을 갖는다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이 스타일러스 펜이 60˚인 경우 차이값(ⅰ-ⅱ, ⅰ-ⅲ, ⅱ-ⅲ)은 45˚인 경우보다 작고, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 스타일러스 펜이 상기 디스플레이(10)에 접촉된 경우 상기 차이값(ⅰ-ⅱ, ⅰ-ⅲ, ⅱ-ⅲ)은 가장 작다. 상기 제어부(400)는 스타일러스 펜의 기울기 정도에 따라 상기 차이값(ⅰ-ⅱ, ⅰ-ⅲ, ⅱ-ⅲ)이 점차 감소되는 것을 이용하여 스타일러스 펜이 수직(0˚)일 때의 차이값(초기값)과 스타일러스 펜이 일정 각도를 가질 때의 차이값을 서로 비교하여 상기 스타일러스 펜의 기울기 정도를 측정하는 방식이다.
상기 스타일러스 펜의 기울기 정도에 따른 차이값(ⅰ-ⅱ, ⅰ-ⅲ, ⅱ-ⅲ)의 감소비율은 상기 자기용량전극(100)의 위치, 정전용량, 스타일러스펜의 형상, 디스플레이(10)의 종류나 형상에 따라 다를 수 있으며, 상기 차이값은 초기값에 비례하여 감소할 수 있다.
위와 같은 방식을 적용한 본 발명은 상기 차이값(ⅰ-ⅱ, ⅰ-ⅲ, ⅱ-ⅲ)을 비교하여 상기 복수의 자기용량전극(100)의 상대적 차이를 이용하므로 보다 정밀한 기울기 산출이 가능한 동시에 스타일러스 펜 자체의 구성만으로 기울기를 산출할 수 있다. 또한, 디스플레이(10)에 별도의 RX나 TX소자 등을 요하지 않아 경제적인 장점이 있다.
본 발명의 스타일러스 펜은 상술한 예에서 3개의 자기용량전극(100)을 예시하였으나, 2개의 자기용량전극(100)을 이용하거나 보다 정밀한 기울기 측정을 위하여 3개 이상의 자기용량전극(100)을 이용하여도 무방하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스타일러스 펜의 각도측정방법을 나타낸 순서도이다.
도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스타일러스 펜의 각도측정방법은 디스플레이(10)에 구비된 접지전극(11)과의 거리에 따라 정전용량이 각각 변하는 복수의 자기용량전극(100) 및 상기 자기용량전극(100)의 정전용량을 기반으로 기울기 정도를 산출하는 제어부(400)를 포함하는 스타일러스 펜의 기울기 측정방법에 있어서, 상기 복수의 자기용량전극(100)의 정전용량을 서로 비교한 차이값을 초기값으로 설정하는 초기값설정단계(S100), 상기 스타일러스 펜의 기울임에 따른 상기 복수의 자기용량전극(100)의 정전용량을 서로 비교한 차이값이 상기 초기값에 대하여 감소된 정도를 산출하는 비교값산출단계(S200) 및 상기 비교값산출단계(S200)에서 산출된 차이 값의 감소된 정도를 단계적으로 구분하고 상기 감소된 정도를 기반으로 상기 스타일러스 펜의 기울기을 산출하는 기울기산출단계(S300)를 포함한다.
본 발명에 사용상태를 먼저 설명하면, 스타일러스 펜의 각도측정방법은 사용자가 스타일러스 펜을 디스플레이(10)에 수직으로 배치하고 이 상태의 정보를 상기 제어부(400)에서 초기값으로 저장한다. 초기값 저장이 완료된 경우 사용자의 조작에 의해 스타일러스 펜이 기울어질 때 상기 제어부(400)는 상기 스타일러스 펜의 기울기 정보를 산출하는 방식이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초기값설정단계(S100)를 나타낸 순서도이다.
도 7을 참고하면, 본 발명에서 상기 초기값설정단계(S100)는, 상기 스타일러스 펜을 상기 디스플레이(10) 상에 수직으로 세운 상태에서 상기 복수의 자기용량전극(100)의 정전용량을 각각 측정하는 초기용량측정공정(S110), 상기 초기용량측정공정(S110)에서 측정된 각각의 정전용량을 서로 비교하여 차이 값을 산출하는 초기용량비교공정(S120) 및 상기 초기용량비교공정(S120)에서 산출된 차이 값을 초기 값으로 저장하는 초기값저장공정(S130)을 포함할 수 있다.
도 2를 다시 참고하면, 상기 초기용량측정공정(S110)에서 스타일러스 펜을 디스플레이(10)에서 수직으로 세우고, 상기 용량전극에서 방출되는 정전용량을 상기 정전용량측정부(200)에서 측정하여 상기 제어부(400)로 전달한다. 상기 초기용량비교공정(S120)에서 상기 제어부(400)는 상기 초기용량측정공정(S110)에서 전달받은 복수의 자기용량전극(100) 각각의 정전용량을 서료 비교하여 그 차이값을 산출한다. 이후 상기 초기값저장공정(S130)에서 상기 제어부(400)는 상기 차이값을 초기값으로 저장한다. 이 경우 상기 초기값으로 저장되는 차이값은 복수일 수 있다. 예를 들어, 상기 자기용량전극(100)이 제1전극(110) 내지 제3전극(130)으로 구성된 경우 상기 저장되는 초기값은 스타일러스 펜이 수직(0˚)인 때의 차이값(ⅰ-ⅱ, ⅰ-ⅲ, ⅱ-ⅲ)이다. 이하, 초기값은 (ⅰ-ⅱ)_s, (ⅰ-ⅲ)_s, (ⅱ-ⅲ)_s로 표기한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 비교값산출단계(S200)를 나타낸 순서도이다.
도 8을 참고하면, 본 발명에서 상기 비교값산출단계(S200)는, 상기 스타일러스 펜의 기울임에 따른 상기 복수의 자기용량전극(100)의 정전용량을 각각 측정하는 정전용량측정공정(S210), 상기 정전용량측정공정(S210)에서 측정된 각각의 정전용량을 서로 비교하여 차이값을 산출하는 정전용량비교공정(S220) 및 상기 정전용량비교공정(S220)에서 산출된 차이값을 상기 초기값설정단계(S100)에서 설정된 초기값과 비교하여 상기 차이값이 상기 초기값에서 감소된 정도를 산출하는 감소정도산출공정(S230)을 포함할 수 잇다.
상기 비교값산출단계(S200)는 상기 초기값설정단계(S100) 이후 사용자의 조작에 따른 스타일러스 펜의 기울임에 따른 정전용량의 변화 정도를 상기 초기값과 비교한다. 구체적으로, 상기 정전용량측정공정(S210)은 스타일러스 펜이 기울어진 상태에서 상기 자기용량전극(100)의 정전용량을 상기 정전용량측정부(200)에서 측정하고 이를 제어부(400)에 전달한다. 상기 정전용량비교공정(S220)은 상기 제어부(400)에서 전달받은 정전용량을 서로 비교하여 그 차이값을 산출한다. 상기 감소정도산출공정(S230)은 상기 제어부(400)에서 산출된 차이값을 상기 초기값과 비교하여 감소된 정도를 산출한다.
예를 들어, 상기 자기용량전극(100)이 제1전극(110) 내지 제3전극(130)으로 구성된 경우 상기 감소정도산출공정(S230)은 정전용량비교공정(S220)에서 산출된 차이값(ⅰ-ⅱ, ⅰ-ⅲ, ⅱ-ⅲ)과 초기값설정단계(S100)에서 설정된 초기값((ⅰ-ⅱ)_s, (ⅰ-ⅲ)_s, (ⅱ-ⅲ)_s)을 비교하여 초기값으로부터 차이값이 감소된 정도를 산출한다. 이 경우 상기 감소된 정도는 (ⅰ-ⅱ)_s-(ⅰ-ⅱ), (ⅰ-ⅲ)_s-(ⅰ-ⅲ), (ⅱ-ⅲ)_s-(ⅱ-ⅲ)로 차이를 구하거나, (ⅰ-ⅱ)/(ⅰ-ⅱ)_s, (ⅰ-ⅲ)/(ⅰ-ⅲ)_s, (ⅱ-ⅲ)/(ⅱ-ⅲ)_s로 비율을 구할 수 있다. 이외에도 다양한 수식이 이용될 수 있다.
상기 기울기산출단계(S300)는 상기 산출된 차이값이 초기값으로부터 감소된 정도를 단계적으로 구분하여 상기 스타일러스 펜의 기울기을 산출하는데, 상기 차이값이 초기값으로부터 감소된 정도를 0부터 1의 범위로 가정하였을 때 상기 0부터 1의 범위를 다수의 범위로 나누고, 상기 다수의 범위에 따라 스타일러스 펜의 기울기를 도출한다. 상기 다수의 범위는 획일적으로 정해질 수 있으나 상기 정전용량이나 차이값의 변화 정도에 맞추어 각각 설정되는 것이 바람직하다.
상기 단계를 거쳐 산출된 스타일러스 펜의 기울기 정도는 스타일러스 펜의 통신부(500)를 거쳐 상기 디스플레이(10) 상에서 표현될 수 있다.
위와 같은 방식으로 단계적으로 수행되는 본 발명은 별도의 추가 구성이 요구되지 않고 계산이 단순하며 정밀한 스타일러스 펜의 기울기 산출이 가능하다.
10 : 디스플레이 11 : 접지전극
100 : 자기용량전극 110 : 제1전극
120 : 제2전극 130 : 제3전극
200 : 정전용량측정부
300 : 제어부
400 : 배터리
500 : 통신부
600 : 펜촉
S100 : 초기값설정단계 S110 : 초기용량측정공정
S120 : 초기용량비교공정 S130 : 초기값저장공정
S200 : 비교값산출단계 S210 : 정전용량측정공정
S220 : 정전용량비교공정 S230 : 감소정도산출공정
S300 : 기울기산출단계
100 : 자기용량전극 110 : 제1전극
120 : 제2전극 130 : 제3전극
200 : 정전용량측정부
300 : 제어부
400 : 배터리
500 : 통신부
600 : 펜촉
S100 : 초기값설정단계 S110 : 초기용량측정공정
S120 : 초기용량비교공정 S130 : 초기값저장공정
S200 : 비교값산출단계 S210 : 정전용량측정공정
S220 : 정전용량비교공정 S230 : 감소정도산출공정
S300 : 기울기산출단계
Claims (9)
- 접지전극이 구비된 디스플레이 상에서 사용자의 조작에 따라 정보를 시각적으로 표시하는 스타일러스 펜에 있어서,
상기 접지전극과의 거리에 따라 정전용량이 각각 변하는 복수의 자기용량전극; 및
상기 자기용량전극의 정전용량을 기반으로 기울기 정도를 산출하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 스타일러스 펜의 기울임에 따른 상기 복수의 자기용량전극 각각의 정전용량의 상대적 차이를 비교하고, 비교된 정전용량의 차이를 기반으로 상기 스타일러스 펜의 기울기 정도를 산출하되,
상기 스타일러스 펜을 상기 디스플레이에 수직으로 배치하였을 때 상기 복수의 자기용량전극의 정전용량을 서로 비교한 차이값을 초기값으로 설정하고,
상기 스타일러스 펜이 기울어진 상태에서 상기 자기용량전극의 정전용량을 서로 비교한 차이값을 상기 초기값과 비교하여 상기 스타일러스 펜의 기울기 정도를 산출하는 것을 특징으로 하는 기울기 측정 기능을 갖는 스타일러스 펜.
- 제 1항에 있어서,
상기 자기용량전극은 상기 접지전극과의 거리가 가까워질수록 정전용량이 감소되며, 상기 복수의 자기용량전극 각각의 정전용량 감소정도는 서로 다른 것을 특징으로 하는 기울기 측정 기능을 갖는 스타일러스 펜.
- 제 2항에 있어서,
상기 자기용량전극은 서로 일정 거리 이격되면서 상하로 적층되는 것을 특징으로 하는 기울기 측정 기능을 갖는 스타일러스 펜.
- 제 3항에 있어서,
상기 스타일러스 펜은 하단에 하향 경사진 펜촉이 구비되고,
상기 자기용량전극은 상기 스타일러스 펜의 펜촉에 구비되는 것을 특징으로 하는 기울기 측정 기능을 갖는 스타일러스 펜.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 자기용량전극은 3개 이상인 것을 특징으로 하는 기울기 측정 기능을 갖는 스타일러스 펜.
- 디스플레이에 구비된 접지전극과의 거리에 따라 정전용량이 각각 변하는 복수의 자기용량전극 및 상기 자기용량전극의 정전용량을 기반으로 기울기 정도를 산출하는 제어부를 포함하는 제 1항 내지 제 4항 및 제 6항 중 어느 한 항에 따른 스타일러스 펜의 기울기 측정방법에 있어서,
상기 복수의 자기용량전극의 정전용량을 서로 비교한 차이값을 초기값으로 설정하는 초기값설정단계;
상기 스타일러스 펜의 기울임에 따른 상기 복수의 자기용량전극의 정전용량을 서로 비교한 차이값이 상기 초기값에 대하여 감소된 정도를 산출하는 비교값산출단계; 및
상기 비교값산출단계에서 산출된 차이 값의 감소된 정도를 단계적으로 구분하고 상기 감소된 정도를 기반으로 상기 스타일러스 펜의 기울기을 산출하는 기울기산출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스타일러스 펜의 각도측정방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 초기값설정단계는,
상기 스타일러스 펜을 상기 디스플레이 상에 수직으로 세운 상태에서 상기 복수의 자기용량전극의 정전용량을 각각 측정하는 초기용량측정공정;
상기 초기용량측정공정에서 측정된 각각의 정전용량을 서로 비교하여 차이 값을 산출하는 초기용량비교공정; 및
상기 초기용량비교공정에서 산출된 차이 값을 초기 값으로 저장하는 초기값저장공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 스타일러스 펜의 각도측정방법.
- 제 8항에 있어서,
상기 비교값산출단계는,
상기 스타일러스 펜의 기울임에 따른 상기 복수의 자기용량전극의 정전용량을 각각 측정하는 정전용량측정공정;
상기 정전용량측정공정에서 측정된 각각의 정전용량을 서로 비교하여 차이값을 산출하는 정전용량비교공정; 및
상기 정전용량비교공정에서 산출된 차이값을 상기 초기값설정단계에서 설정된 초기값과 비교하여 상기 차이값이 상기 초기값에서 감소된 정도를 산출하는 감소정도산출공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 스타일러스 펜의 각도측정방법.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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