KR20070042858A

KR20070042858A - 펜 형태의 디지털 입력 장치

Info

Publication number: KR20070042858A
Application number: KR1020060086726A
Authority: KR
Inventors: 주성철
Original assignee: (주)모비솔
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2006-09-08
Publication date: 2007-04-24

Abstract

본 발명은 펜 형태의 디지털 입력 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 펜 형태를 취하고 움직임 센서와 가속도 센서를 이용함으로써, 공간의 제약을 받지 않고 편리하게 사용하며 복잡한 입력을 용이하게 할 수 있는 디지털 입력 장치에 관한 것이다.

본 발명의 펜 형태의 디지털 입력 장치는 상기 장치가 임의의 표면과 접촉될 때의 압력을 감지하여 압력감지신호를 발생시키기 위한 압력감지 센서; 상기 압력감지신호에 따라 구동되고, 상기 장치가 임의의 표면과 접촉하여 움직이는 입력 정보를 빛의 반사를 이용한 광학방식으로 검출하기 위한 움직임 센서; 상기 압력감지신호에 따라 구동되고, 상기 장치가 임의의 표면과 이격된 상태에서의 이동을 감지하여 다음 입력지점까지 이동 정보를 검출하기 위한 가속도 센서; 상기 가속도 센서 및 상기 움직임 센서로부터 정보를 수신하여 입력범위 및 이동방향, 거리를 판단하고 내장된 기억장치에 저장하는 위치연산수단; 및 상기 움직임 센서 및 상기 가속도센서로부터 얻은 정보를 외부의 정보기기와 송수신하기 위한 통신 모듈을 포함함에 기술적 특징이 있다.

따라서, 본 발명의 펜 형태의 디지털 입력 장치는 입력을 감지하는 센서를 내장한 펜 형태를 취함으로써, 휴대가능하며 공간의 제약을 받지않고 편리하게 사용할 수 있다. 또한, 움직임 센서와 가속도 센서를 이용하여 입력시 많은 이동이 필요한 문자와 그림 등의 입력을 용이하게 하도록 하는 현저하고도 유리한 효과가 있다.

펜마우스, 입력장치.

Description

펜 형태의 디지털 입력 장치{Digital input device with pen-type}

도 1은 종래 기술인 디지타이저 형태의 입력 장치,

도 2a 및 도 2b는 종래의 광마우스 동작 원리,

도 3은 종래의 광마우스 동작 원리를 이용한 펜 형태의 입력 장치에서 문자 입력을 나타내는 도면,

도 4는 본 발명에 따른 펜 형태의 디지털 입력 장치,

도 5는 본 발명에 따른 움직임 센서와 가속도 센서의 동작 원리,

도 6은 본 발명에 따른 움직임 센서와 가속도 센서를 복합한 칩의 구성도,

도 7은 본 발명에 따른 움직임 센서,

도 8은 본 발명에 따른 가속도 센서.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

400 : 압력감지 센서 410 : 움직임 센서

420 : 가속도 센서 430 : 굽힘 조절부

440 : 접촉 센서 450 : 클릭 스위치

460 : 휴대용 클립 470 : 레이저 포인터

480 : 통신 모듈

현재 정보기기의 입력 장치로 사용되는 포인팅 장치(Pointing device)는 트랙볼(Track ball), 마우스(Mouse), 터치스크린 패널(Touch Screen Panel ;TSP), 터치 패드(Touch pad) 등이 있다.

PC 환경에서 포인팅 장치로 널리 사용되고 있는 광마우스는 시모스 이미지 센서(CMOS Image Sensor, CIS)로 구성된 2차원 광센서 어레이를 가지고, 바닥 표면 위에서 움직이는 광마우스 장치의 움직임을 통해 바닥 표면의 영상을 취득하며, 취득되는 영상의 변화를 이용하여 위치 연산 수단을 통해 이동량을 계산한다.

광마우스는 그림 그리기, 필기체 입력 장치로서 사용되고 있으나, 사용 편의성이 부족하여 그 사용성과 효율을 개선하기 위하여 디지타이저(Digitizer)를 기반으로 하는 입력 장치와 광마우스 센서를 기반으로 하는 펜 형태의 마우스가 소개되고 있다.

광마우스 센서를 기반으로 하는 펜 마우스는 2차원 포인팅 기능은 물론 브라우징(Browsing), 클릭, 포인팅 및 스크롤 기능을 할 수 있다. 또한 펜 마우스는 소형화가 가능하고, 펜 형태로 사용자의 편의성을 향상시키며, 저가의 공급이 가능하다.

그러나 광마우스 센서를 기반으로 하는 펜 마우스의 경우 센서를 사용하여 필기체 입력기간 중에는 데이터의 획득이 용이하나 획간 이동시는 데이터 수집이 곤란하다.

또한 디지타이저를 기반으로 하는 입력 장치는 상기 펜 마우스의 사용상 제한을 극복하고 더불어 필기체 입력 성능도 뛰어나서 널리 사용되고 있지만, 가격이 높고 일정한 면적을 갖추어야 사용할 수 있기 때문에 휴대가 곤란하다.

특히, 휴대형 정보기기는 터치스크린 패널, 터치 패드, 디지타이저 등을 탑재하기 위하여 기기의 상부면 등에 비교적 넓은 면적을 할당하는데 제한이 있다. 기존의 입력 장치는 그 구조가 휴대형 정보기기나 착용할 수 있는 컴퓨팅(Wearable Computing) 환경에 사용하기에는 너무 크고, 방습, 방진을 위한 구조 설계나 초소형 설계를 위한 초소형 회로 구성 기술 등이 개발되지 못하여 휴대성이 제한되어 사용되지 못하고 있다.

도 1은 종래기술인 디지타이저 형태의 입력 장치의 구성도이다. 도시된 바와 같이, 디지타이저 형태의 입력 장치는 사용자가 손에 쥐고 필기 또는 선택동작을 할 수 있는 스타일러스 펜(100)과 디스플레이(110)를 가지며, 디스플레이(110)의 2차원 평면상에 펜(100)의 일부가 접촉된 상태로부터 메뉴 선택 명령, 필기 동작을 인식하여 메뉴 선택에 따른 대응동작 또는 필기 내용을 디스플레이(110)에 표시하는 PDA(120)를 나타내고 있다.

여기서, 펜(100)은 별도의 전기적인 수단 없이 단지 포인팅 도구 또는 필기도구로서의 역할을 수행하고, PDA(120)는 펜(100) 끝 부분의 접촉 부위에 대응하는 신호처리를 수행한다.

디지타이저 형태의 입력장치는 디스플레이(110)가 갖는 2차원 평면에 펜이 접촉되는 상태에 따라 입력정보를 판단하게 된다. 즉, PDA(120)는 디스플레이(110)에 표시된 현재 화면이 메뉴를 표시하는 화면인 경우, 펜(100)의 끝 부분이 접촉되는 영역에 대응하는 정보를 메뉴 선택 정보로 판단하고, 선택된 위치 정보를 토대로 해당 명령을 수행한다.

또한, PDA(120)는 필기 내용을 인식할 수 있는 화면을 표시한 상태에서는 펜(100)의 접촉위치가 연속적으로 변화하는 정보를 획득하고, 획득된 정보로부터 필기 내용을 디스플레이(110) 화면에 표시한다.

그러나 도 1과 같은 디지타이저 형태의 입력장치는 메뉴 선택 또는 필기 동작을 한정된 디스플레이(110) 화면 내에서 행해야 하므로 여전히 사용자의 입력 동작에는 불편이 따르는 문제점이 있다.

도 2a 및 도 2b는 종래의 광마우스 동작 원리를 나타낸 도면이다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 종래의 광마우스는 시모스 이미지 센서(200)로 구성된 2차원 광센서 어레이(Array)를 가지고 있어 렌즈(210)와 같은 광학장치를 부가하여 바닥 표면 위에서 움직이는 광마우스 장치의 움직임을 통해 바닥 표면의 영상을 취 득하여 취득된 영상의 변화를 이용하여 위치 연산 수단(220)을 통해 광마우스 장치의 이동량을 계산한다.

도 2a 및 도 2b와 같은 광마우스 장치는 정보기기를 사용하기 위한 단순 포인팅 작업을 하는데 그 사용성이 제한되는 단점이 있다. 특히 필기체, 그림 등 실제 출력을 요하는 작업을 하는데 한계가 있다.

도 3은 종래의 광마우스 동작 원리를 이용한 펜 형태의 입력 장치에서 문자 입력을 나타내는 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 만약, 사용자가 "고"라는 글자를 그리기 위해 "ㄱ", "l", "ㅡ"를 입력하면, 그 출력이 "고"로 나타나거나 "가", 또는 "긔", "ㅁ" 등으로 출력될 수 있다.

따라서, 도 3에 나타난 바와 같이 종래의 입력 장치에서는 문자 입력시 정확한 표현이 어렵고, 사용자가 의도한 대로 입력한 데이터와 실제 출력되는 데이터가 일치하지 않는 등의 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 입력을 감지하는 센서를 내장한 펜 형태를 취함으로써, 휴대가능하며 공간의 제약을 받지않고 편리하게 사용하도록 함과 동시에 움직임 센서와 가속도 센서를 이용하여 입력시 많은 이동이 필요한 문자와 그림 등의 입력을 용이하게 하도록 하는 목적이 있다.

본 발명의 목적은 펜 형태의 디지털 입력 장치에 있어서, 상기 장치가 임의의 표면과 접촉될 때의 압력을 감지하여 압력감지신호를 발생시키기 위한 압력감지 센서; 상기 압력감지신호에 따라 구동되고, 상기 장치가 임의의 표면과 접촉하여 움직이는 입력 정보를 빛의 반사를 이용한 광학방식으로 검출하기 위한 움직임 센서; 상기 압력감지신호에 따라 구동되고, 상기 장치가 임의의 표면과 이격된 상태에서의 이동을 감지하여 다음 입력지점까지 이동 정보를 검출하기 위한 가속도 센서; 상기 가속도 센서 및 상기 움직임 센서로부터 정보를 수신하여 입력범위 및 이동방향, 거리를 판단하고 내장된 기억장치에 저장하는 위치연산수단; 및 상기 움직임 센서 및 상기 가속도센서로부터 얻은 정보를 외부의 정보기기와 송수신하기 위한 통신 모듈을 포함하는 펜 형태의 디지털 입력 장치에 의해 달성된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들 이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 4는 본 발명에 따른 펜 형태의 디지털 입력 장치의 구성도로서, 접촉 센서(440), 압력감지 센서(400), 움직임 센서(410), 가속도 센서(420), 굽힘 조절부(430), 클릭 스위치(450), 휴대용 클립(460), 레이저 포인터(470) 및 통신 모듈(480)을 포함한다.

접촉 센서(440)는 사용자의 접촉 상태를 감지하여 감지 신호를 발생한다.

압력감지 센서(400)는 사용자가 입력 장치를 임의의 표면에 누를 때 압력을 감지하는 수단으로, 입력 데이터를 획득하는 움직임 센서(410)와 입력 장치의 이동 정보를 습득하는 가속도 센서(420)의 작동 제어에 필요한 수단이다. 압력이 인가되면 'H' 상태의 압력감지신호를 발생하고, 압력이 인가되지 않으면 'L' 상태의 압력감지신호를 발생시킨다.

움직임 센서(410)로 표면에서의 장치의 움직임을 검출하여 글자나 그림 등의 입력 데이터를 획득하고, 가속도 센서(420)는 입력장치가 입력 없이 이동할 경우 2개 축 이상의 움직임을 감지하여 다음 입력까지 이동 정보를 얻는다. 본 발명의 일실시예에 따르면 움직임 센서(410)와 가속도 센서(420)를 일체형으로 장착하고, 입력 장치의 지름 크기를 15mm 이하로 제작하여 사용성을 극대화할 수 있다.

굽힘 조절부(430)는 사용자가 입력 장치를 적절한 각도로 구부려 사용할 수 있는 수단으로, 광학방식의 움직임 센서(410)가 동작함에 있어 반사되는 광을 탐지하기 위해 입사각을 계산하여 조절할 필요가 없어 사용 편의성을 증가시킬 수 있다.

본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 종래 광마우스의 클릭 버튼에 해당하는 클릭 스위치(450)를 더 포함할 수 있다. 또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 휴대용 클립(460)을 더 포함하여 휴대 및 분실 위험을 예방할 수 있다. 또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 레이저 포인터(470)를 구비하여 프리젠테이션과 같은 용도로 사용할 수 있다.

내장된 통신 모듈(480)은 컴퓨터나 프로젝터와 같은 외부 정보기기에 펜 내부의 메모리 장치에 데이터를 저장한 후 데이터를 전송하거나, 또는 실시간으로 유선 또는 무선 통신을 이용하여 정보를 전송한다.

도 5는 본 발명에 따른 펜 형태의 디지털 입력 장치의 동작 순서도이다.

사용자가 정보를 입력하기 위하여 임의의 표면을 누를 경우 접촉 센서가 감지하고, 입력 여부를 판단한다(S510). 입력을 위해 장치를 표면에 밀착하면 압력감지 센서는 'H' 상태의 압력감지신호를 발생한다(S520). 'H' 상태의 압력감지신호에 의해 움직임 센서가 활성화되고(S530), 움직임 센서는 표면에서의 장치의 움직임을 검출하여 입력 데이터를 취득한다(S540). 입력이 멈추고 사용자가 다음 입력을 위해 입력 장치와 표면을 이격시키고 이동을 할 경우 압력감지신호는 'L' 상태로 천이한다. 'L' 상태의 압력감지신호에 의해 가속도 센서가 활성화되어(S550) 장치의 움직임 방향과 거리를 계산하고 연산장치에 데이터를 제공하여 다음 입력이 시작되는 위치를 계산하는 기능을 구현하게 된다(S560). 상기와 같은 압력감지 센서에 의한 움직임 센서와 가속도 센서의 복합운용으로 그림이나 문자의 입력이 완성된다(S570).

또한, 본 발명의 입력 장치는 움직임 계산 기능을 이용하여 2차원 포인팅 장치의 기능을 제공할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 움직임 센서와 가속도 센서를 복합한 칩의 구성도이다. 사용자가 입력한 위치 이동 정보를 움직임 센서(640)와 가속도 센서(650)를 통해 추적하여 제어부(660)의 연산장치를 통해 그 이동량을 파악하는 일련의 과정을 도시한 것이다. 접촉 센서(610)와 압력 센서(620)가 감지한 신호에 의해 제어부(660)에서는 움직임 센서(640)와 가속도 센서(650)를 제어하는 신호를 발생한다. 움직임 센서(640)는 입력 장치가 표면에 접촉된 상태에서의 움직임을, 가속도 센서(650)는 입력장치가 표면에서 이격된 후의 움직임을 검출하여 제어부(660)에 전송하고, 통신부(660)에서는 정보기기에 입력 신호를 송수신하는 과정이 도시되어 있다.

도 7은 본 발명에 따른 광학방식의 움직임 센서이다. 광원(700)으로부터 빛을 모아 평행광으로 만드는 평행광 프리즘렌즈(710)와 평행광을 입사 받아 대물면(720)으로 빛을 전반사하는 반사판(730), 잡광투입을 제거할 수 있는 마스크(740), 대물면(720)으로부터의 영상을 모으는 결상렌즈(750)가 하나의 부품으로 성형된 광가이드는 하우징(760)과 일체형으로 제작되어 결합됨으로써, 휴대환경에서 사용가능하도록 제작할 수 있다.

광가이드와 하우징(760)의 일체형 구조 상부에는 커버글라스(770)가 위치하여 외부의 긁힘이나 벗겨짐을 방지하는 코팅을 하거나 필름을 부착하여 방수, 방진이 가능한 센서이다.

도 8은 본 발명에 따른 가속도 센서의 일실시예를 나타내는 구성도이다. 가속도 센서는 X, Y, Z의 3개 축에서 발생하는 가(감)속도를 각 축 센서(810)를 통해 측정한다. 멀티플렉서(Multiplexer, 820)는 측정신호를 선택하고, 증폭기(830)는 선택된 측정신호를 증폭한다. 이때 EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory, 840)은 측정신호의 감도를 보상한다. 디멀티플렉서(Demultiplexer, 850)는 각 축 별로 증폭된 신호를 분별하고, 샘플 앤드 홀드(Sample and Hold)부(860)를 거쳐 아날로그 값으로 출력된다. 그리고 충격계수변조기(870)는 출력 신호의 디지털 값을 제공한다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명의 펜 형태의 디지털 입력 장치는 입력을 감지하는 센서를 내장한 펜 형태를 취함으로써, 휴대가능하며 공간의 제약을 받지않고 편리하게 사용할 수 있다.

또한, 움직임 센서와 가속도 센서를 이용하여 입력시 많은 이동이 필요한 문자와 그림 등의 입력을 용이하게 하도록 하는 현저하고도 유리한 효과가 있다.

Claims

펜 형태의 디지털 입력 장치에 있어서,

상기 장치가 임의의 표면과 접촉될 때의 압력을 감지하여 압력감지신호를 발생시키기 위한 압력감지 센서;

상기 압력감지신호에 따라 구동되고, 상기 장치가 임의의 표면과 접촉하여 움직이는 입력 정보를 빛의 반사를 이용한 광학방식으로 검출하기 위한 움직임 센서;

상기 압력감지신호에 따라 구동되고, 상기 장치가 임의의 표면과 이격된 상태에서의 이동을 감지하여 다음 입력지점까지 이동 정보를 검출하기 위한 가속도 센서;

상기 가속도 센서 및 상기 움직임 센서로부터 정보를 수신하여 입력범위 및 이동방향, 거리를 판단하고 내장된 기억장치에 저장하는 위치연산수단; 및

상기 움직임 센서 및 상기 가속도센서로부터 얻은 정보를 외부의 정보기기와 송수신하기 위한 통신 모듈

을 포함하는 펜 형태의 디지털 입력 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 장치의 사용 여부를 감지하여 장치를 입력 대기시키는 감지 신호를 발 생하기 위한 접촉 센서를 더 포함하는 펜 형태의 디지털 입력 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 움직임 센서는 상기 압력감지신호가 제 1 논리 상태인 경우에 동작하는 펜 형태의 디지털 입력 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 가속도 센서는 상기 압력감지신호가 제 1 논리 상태에서 제 2 논리 상태로 천이하는 경우에 동작하는 펜 형태의 디지털 입력장치.
제 4 항에 있어서,

상기 움직임 센서는 광가이드와 하우징의 일체형 구조로 상부에는 커버글라스가 위치하여 외부의 긁힘이나 벗겨짐을 방지하는 코팅을 하거나 필름을 부착하여 방수, 방진이 가능한 펜 형태의 디지털 입력 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 가속도 센서는 적어도 2개 축 이상의 움직임을 감지하고, 감지된 신호를 디지털 및 아날로그 값으로 출력하는 펜 형태의 디지털 입력 장치.
제 6 항에 있어서, 상기 가속도 센서는,

각 축에서 발생하는 이동량을 측정하는 센서;

입력되는 측정신호를 선택하기 위한 멀티플렉서;

상기 멀티플렉서로부터 출력되는 선택신호를 증폭하기 위한 증폭기;

상기 증폭기로부터 출력되는 증폭신호를 각 축 별로 구분하기 위한 디멀티플렉서;

상기 디멀티플렉서로부터 출력되는 신호를 표본화하고 저장하기 위한 샘플 앤드 홀드부; 및

상기 샘플 앤 홀드 회로로부터 출력되는 신호를 디지털 값으로 출력하기 위한 충격계수변조기

를 포함하는 펜 형태의 디지털 입력 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

정보를 입력하기 위한 클릭 스위치를 더 포함하는 펜 형태의 디지털 입력 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 장치의 상부 주위를 감싸는 휴대용 클립을 더 포함하는 펜 형태의 디지털 입력 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

발광을 위하여 상기 장치의 상부 중앙에 위치하는 레이저 포인터를 더 포함하는 펜 형태의 디지털 입력 장치.