KR20160056609A - 3차원 호버링 디지타이저 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디지타이저에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기력 펜의 이동에 따른 3축 자기장 정보를 감지하여 이미지 형상 디스플레이를 제어하는 3D 호버링 디지타이저에 관한 것이다.
본 발명의 일면에 따른 3차원 호버링 디지타이저는 터치스크린 상부로부터 이격되어 이동하며 주변으로 자기장을 발생시키는 자기력 펜과, 터치스크린의 외면에 배치되어 자기력 펜의 이동에 따른 3축 자기장 정보를 감지하는 센서 및 센서가 감지한 3축 자기장 정보를 입력 받아 터치스크린에 표시되는 3D 이미지의 형상 디스플레이를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

3차원 호버링 디지타이저{3D HOVERING DIGITIZER}

본 발명은 디지타이저에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기력 펜의 이동에 따른 3축 자기장 정보를 감지하여 이미지 형상 디스플레이를 제어하는 3차원 호버링 디지타이저에 관한 것이다.

디지타이저(Digitizer)는 디스플레이 기기에 사용되는 입력 장치의 한 종류로서, 매트릭스 형태의 전극 구조를 포함하고, 사용자가 펜 또는 커서를 움직이면 매트릭스 상의 X, Y 좌표를 읽어 입력 장치의 위치 신호를 전달하고, 그에 해당되는 명령을 수행하는 장치이다.

디지타이저는 광의적으로 터치패널 또는 태블릿이라고도 불리며, 투명전극 층이 코팅되어 있는 두 장의 기판을 Dot Spacer를 사이에 두고 상호 마주보도록 합착시켜, 손가락이나 펜에 의해 상부 기판을 접촉할 시 위치 검출을 위한 신호가 인가되는 저항막 방식과, 표면파 발생의 트랜스듀서를 응용한 압전소자를 이용하는 초음파 반사 방식, 전자기파를 발생하는 패턴층 위에서 전자기파를 공명 흡수하는 코일을 이용하는 전자기공명 방식 및 사람의 몸에 있는 정전용량을 이용하여 전류의 양이 변경된 부분을 인식하여 위치를 검출하는 정전 용량 방식 등에 따라 구현된다.

종래 기술에 따른 정전 용량 방식은 터치스크린 표면으로부터 약 10mm의 에어 갭(Air gap) 이내에서만 인식되고, 종래 기술에 따른 EMR(Electro Magnetic Resonance) 방식은 펜에 내장된 코일이 단말기 센서로부터 나오는 특정 주파수를 주고 받으면서 펜의 필압, 속도, 좌표 정보를 감지하는 것으로, 약 10mm의 에어 갭(Air gap) 이내에서만 인식이 가능하게 되는, 거리적 측면에서 인식의 한계를 가지는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 터치스크린의 디스플레이 화면 상부에서 이격되어 이동하는 자기력 펜에 의하여 발생되는 자기장 정보를 감지하고, 이에 따라 화면 상에 현출되는 이미지를 이동 또는 회전시키는 것이 가능한 3차원 호버링 디지타이저를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 일면에 따른 3차원 호버링 디지타이저는 터치스크린 상부로부터 이격되어 이동하며 주변으로 자기장을 발생시키는 자기력 펜과, 터치스크린의 외면에 배치되어 자기력 펜의 이동에 따른 3축 자기장 정보를 감지하는 센서 및 센서가 감지한 3축 자기장 정보를 입력 받아 터치스크린에 표시되는 3D 이미지의 형상 디스플레이를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자기력 펜은 하우징 내에 배치되는 자성체를 포함하되, 자성체는 네오디뮴 합금, 철 합금, 사마륨 합금, 코발트 합금, 백금 합금, 망간 합금, 비스무스 합금, 바륨 합금 및 니켈 합금 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 센서는 터치스크린의 외면에 복수 개 배치되어, 자기력 펜의 이동에 따라 발생되는 자기장의 방향 및 크기인 3축 자기장 정보를 감지하는 것을 특징으로 한다.

이 때, 본 발명에 따른 제어부는 입력 받은 상기 3축 자기장 정보에 따라, 터치스크린에 표시되는 이미지에 대하여 이동 및 회전 중 적어도 어느 하나의 방식으로 이미지 형상 디스플레이를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 제어부는 복수 개의 센서가 감지한 3축 자기장 정보를 자기장 벡터의 크기 순으로 정렬하고, 정렬된 각 센서의 3축 자기장 정보 중 상위 기설정 개수의 정보를 추출하여, 추출된 3축 자기장 정보를 연산한 결과에 따라 이미지의 형상 디스플레이를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 3차원 호버링 디지타이저는 터치스크린 외면에 배치되는 자기력 센서를 포함하고, 이로부터 자성체를 포함하는 자기력 펜의 이동에 따른 자속 밀도의 변화를 감지하여, 일정 거리(예: 10센치미터) 호버링을 통한 제어가 가능한 효과가 있다.

또한, 인식기기 상에 설치된 자기력 센서를 이용하여 자기력 펜의 위치 정보를 검출하는 것이 가능한 디지타이저를 구현함으로써, 별도의 디지타이저용 패널을 구비할 필요가 없으므로, 디스플레이 기기의 경량화 및 슬림화가 가능한 효과가 있다.

또한, 자기력 펜의 이동에 따른 3축 자기장 정보를 이용하되, 기설정된 기준에 따라 신뢰성이 높은 3축 자기장 정보를 이용하여 디스플레이 상에 현출되는 객체에 대한 이동 및 회전을 시키는 것이 가능하므로, 동작 인식의 정확성을 높이는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 호버링 디지타이저를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 호버링 디지타이저의 자기장 정보 획득 과정을 나타내는 상면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 호버링 디지타이저의 자기장 정보 획득 과정을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 호버링 디지타이저의 3D 이미지의 형상 디스플레이 제어를 나타내는 예시도이다.

본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 목적, 구성 및 효과를 용이하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위는 청구항의 기재에 의해 정의된다.

한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가됨을 배제하지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 호버링 디지타이저(100)를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 호버링 디지타이저(100)의 자기장 정보 획득 과정을 나타내는 상면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 호버링 디지타이저(100)의 자기장 정보 획득 과정을 나타내는 사시도이다.

본 발명의 실시예에 따른 3차원 호버링 디지타이저(100)는 터치스크린(104) 상부로부터 이격되어 이동하며 주변으로 자기장을 발생시키는 자기력 펜(110)과, 터치스크린(104)의 외면에 배치되어 자기력 펜(110)의 이동에 따른 3축 자기장 정보를 감지하는 센서(106) 및 센서(106)가 감지한 3축 자기장 정보를 입력 받아 터치스크린(104)에 표시되는 3D 이미지의 형상 디스플레이를 제어하는 제어부(108)를 포함하여 구성되며, 영상신호를 현출하고, 자기력 펜의 이동에 따른 자기력 분포를 측정하여, 자기력 펜의 위치를 확인한다.

본 발명의 실시예에 따른 3차원 호버링 디자타이저(100)는 몸체를 형성하는 케이스(102)의 전면에 영상을 표시하는 터치스크린(104)을 포함한다.

이러한 터치스크린(104)에는 접촉 신호를 감지하는 터치패널, 신호의 입출력을 제어하는 회로 기판 및 터치 패널을 보호하는 커버 윈도우가 포함된다.

사용자는 터치스크린(104)을 손가락, 스타일러스 펜, 자기력 펜 등으로 터치하면서 글을 쓰거나, 명령을 입력할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 하우징 내부에 배치되는 자성체를 포함하는 자기력 펜(110)은 그 이동에 따라 3차원 자기력 분포를 발생시킨다.

즉, 자기력 펜(110)은 터치스크린(104)의 전면 상부로부터 이격되어 자유 운동을 하고, 이 때 발생하는 3차원 자기장 분포는 센서(106)에 의하여 검출된다.

두 자기력 센서 사이에서 자성체를 운동하는 경우, 자성체와 가까워지는 센서에 가해지는 자속 밀도는 증가하고, 반대로 자성체가 멀어지는 센서에 가해지는 자속 밀도는 감소하게 된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 센서(100)는 자성체를 포함하여 이동하는 자기력 펜(110)로부터 자속 밀도의 변화를 측정하며, 자속 밀도의 변화는 수직, 수평, 대각선 방향으로 상호 마주보고 있는 센서(예: 106a 및 106b)에 상호 반비례하게 나타난다.

본 발명의 실시예에 따른 제어부(108)는 각각의 센서(106a, 106b, 106c, 106d)가 수집한 자속 밀도의 변화를 상호 비교 연산하여, 자성체를 포함하는 자기력 펜(110)이 움직인 변위와 궤적을 분석하여 위치 좌표를 계산하여, 이동 전후 시점에 해당되는 자기력 펜(110)의 위치 정보에 따라 그에 대응하는 명령 신호를 전송함으로써, 터치스크린(104)에 현출되는 3D 이미지의 형상 디스플레이를 제어(이동 또는 회전)한다.

이러한 제어부(108)의 비교 연산 분석에 있어서, 그 정밀도는 각 센서(106a, 106b, 106c, 106d)의 분해능과 밀접한 관계가 있는데, 센서(106)의 분해능은 자기력 펜(110)에 포함되는 자성체가 가지는 자속 밀도와 관련된다. 따라서, 그러므로 자성체를 포함하는 자기력 펜(106)의 이동에 따른 자속 밀도의 변화는 센서의 분해능과 궤적보정 알고리즘을 고려하여 연산된다.

본 발명의 실시예에 따른 자기력 펜(110)은 하우징 내에 배치되는 자성체를 포함하되, 자성체는 네오디뮴 합금, 철 합금, 사마륨 합금, 코발트 합금, 백금 합금, 망간 합금, 비스무스 합금, 바륨 합금 및 니켈 합금 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다. 또한, 자기력 펜(110)은 원통형, 원뿔형, 원뿔대형, 튜브형, 구형, 반구형, 각형 등으로 성형되는 것이 가능하다.

본 발명의 실시예에 따른 센서(106)는 터치스크린(104)의 외면에 복수 개 배치되어, 자기력 펜(110)의 이동에 따라 발생되는 자기장의 방향 및 크기인 3축 자기장 정보를 감지한다.

본 발명의 실시예에 따른 3차원 호버링 디지타이저(100)의 케이스(102)에는 복수의 센서(106)가 설치되는데, 센서(106)는 커버 윈도우나 회로기판, 터치패널의 상면 또는 하면에 배치되는 것 역시 가능하다. 또한, 센서(106)는 터치스크린(104) 상에서 영상이 표시되지 않는 주변부(베젤 영역)에 배치되는 것이 가능하나, 자기력 펜(110)의 위치를 정확하게 감지하기 위하여 영상이 표시되는 중앙부(베젤의 안쪽 영역)에 설치되는 것 역시 가능하다.

본 발명의 실시예에 따른 센서(106)는 홀 효과, 서치 코일 유도효과, 플럭스 게이트 유도효과, 자기 저항 효과를 이용하여, 터치스크린(104) 상부로부터 이격되어 이동하는 자기력 펜(110)에 따른 공간 직교 좌표 3축 방향의 자기력을 측정한다.

즉, 자기력 펜(110)에서는 벡터인 자기장이 발생하며, 자기장 벡터의 방향 성분 별 크기를 알면, 전체 자기장의 방향과 크기를 계산하는 것이 가능하므로, 센서(106)는 자기력 펜에서 발생되는 자기장의 방향 성분 및 크기값을 측정한다.

이론적으로는 한 개의 자기력 센서 만으로도 자기력 펜에서 발생되는 자기장의 방향과 크기를 구할 수 있어, 터치스크린 상에서 자기력 펜이 어디에 위치하고 있는지를 확인할 수 있으나, 본 발명의 실시예에서는 위치 확인의 정확성을 높이기 위해서 복수의 자기력 센서(106a, 106b, 106c, 106d)를 사용한다. 또한, 본 발명의 실시예에서는 통상적인 모바일 단말의 직사각형 형상의 터치스크린(104)에 적용되는 디지타이저(110)를 예로 들어, 터치스크린(104)의 네 군데 모서리 주위에 각 배치되는 자기력 센서(106a, 106b, 106c, 106d)를 가정하여 설명한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 직사각형 형태의 터치스크린(104)의 왼쪽 상단의 제1 자기력 센서(106a), 제2 자기력 센서(106b), 제3 자기력 센서(106c), 제4 자기력 센서(106d)가 포함된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 호버링 디지타이저(100)의 자기장 정보 획득 과정을 나타내는 상면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 호버링 디지타이저(100)의 자기장 정보 획득 과정을 나타내는 사시도로서, 자기력 펜(110)에서 발생되는 지기장을 각각의 자기력 센서가 감지하는데, 제1 자기력 센서(106a), 제2 자기력 센서(106b), 제3 자기력 센서(106c) 및 제4 자기력 센서(106d)가 감지하는 벡터값을 각각

,

,

및

라고 한다.

각각의 벡터값은 X, Y, Z 축 방향 성분을 가지며, 이러한 3축 방향 성분의 크기를 벡터 연산하여 벡터의 크기값이 구해진다.

자성체가 들어 있는 자기력 펜(110)의 위치 및 기울기가 변화하면 일정한 위치에 고정된 센서(106)에서 측정되는 자기장이 변한다.

센서(106)에서 측정되는 값은 해당 지점의 자기장의 X, Y, Z 방향 벡터이며, 이 자기장은 자기력 펜의 x, y, z 좌표와 기울기의 함수가 된다.

네 개의 자기력 센서(106a, 106b, 106c, 106d)는 이론적으로 각각의 오차가 발생하게 되며, 네 개의 측정 값이 일치하지 않는 경우가 발생된다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 이러한 오류를 제거하기 위하여 자기력 센서(106)에서 측정된 값 중 일부가 자기력 펜(110)의 실제 위치 확인에 사용한다.

본 발명의 실시예에 따른 제어부(108)는 복수 개의 센서(106)가 감지한 3축 자기장 정보를 자기장 벡터의 크기 순으로 정렬하고, 정렬된 각 센서(106a, 106b, 106c, 106d)의 3축 자기장 정보 중 상위 기설정 개수(예: 2개)의 정보를 추출하여, 추출된 3축 자기장 정보를 연산한 결과에 따라 이미지의 형상 디스플레이를 제어한다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 제1 내지 제4 자기력 센서(106a, 106b, 106c, 106d)는 고정된 위치에서, 자기력 펜(110)의 이동에 따라 발생되는 3축 자기장 정보를 감지하고, 제어부(118)는 각 센서(106a, 106b, 106c, 106d)가 감지한 3축 자기장 정보를 취합하여 자기장 벡터의 크기 순으로 정렬한다. 또한, 제어부(108)는 정렬된 각 센서(106a, 106b, 106c, 106d)의 3축 자기장 정보 중 상위 기설정 개수(예: 2개)의 정보를 추출하여, 4개의 자기력 센서(106a, 106b, 106c, 106d) 중 자기력 펜(110)의 이동 정보를 높은 신뢰성으로 획득하는 것이 가능하다.

또한 상기 자기력 펜(110) 이동 정보의 정밀도 향상을 위해, 1 내지 제 4 자기력 센서(106a, 106b, 106c, 106d)에서 감지된 자기력 펜(110)의 3축 자기장 정보를 자기력 펜(110)과 1 내지 제 4 자기력 센서(106a, 106b, 106c, 106d) 사이의 거리에 대한 관계식으로 나타내어 각 자기력 센서에 지시하는 거리를 산술측량하여 자기력 펜(110)의 공간상 위치를 보다 낮은 오차범위 내로 획득하여, 이동 정보의 높은 신뢰성을 추가로 확보할 수 있다.

제어부(108)는 추출한 3축 자기장 정보를 연산한 결과에 따라, 각 결과별로 기설정된 명령 신호를 전송함으로써, 3차원 호버링 디지타이저(100)의 터치스크린(104)에 표시되는 이미지를 이동시키거나, 회전시켜 형상 디스플레이를 제어하게 된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 호버링 디지타이저(100)의 3D 이미지의 형상 디스플레이 제어를 나타내는 예시도이다.

터치스크린 상에는 3차원 이미지가 현출되고 있으며, 터치스크린의 상부로부터 일정 거리(예: 10센치미터 내의 범위) 이격된 자기력 펜(110)은 이동하여 자기장을 발생 시킨다.

본 발명의 실시예에 따른 제어부는 이러한 자기력 펜(110)의 이동에 따른 3축 자기장 정보를 센서로부터 입력 받아, 터치스크린에 표시되는 3D 이미지의 형상 디스플레이에 대하여 이동 또는 회전 명령 신호를 전송하여, 3D 이미지를 이동시키거나 회전시키게 된다.

즉, 본 발명의 실시예에 따르면 종래 기술에 따른 EMR 방식 또는 정전용량 방식은 10mm 내외의 에어 갭(Air gap)을 가지는 한계점을 극복하여, 3차원 자기장 정보를 이용하여 3차원 호버링을 구현하므로, 터치스크린 상에 현출되는 객체를 사용자의 의도에 부합하여 이동 또는 회전시킴으로써, 사용자 편의성을 증대하는 효과가 있다.

이제까지 본 발명의 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 3차원 호버링 디지타이저 110: 자기력 펜
102: 케이스 104: 터치스크린
106: 센서 108: 제어부

Claims (5)

1. 터치스크린 상부로부터 이격되어 이동하며 주변으로 자기장을 발생시키는 자기력 펜;
   상기 터치스크린의 외면에 배치되어 상기 자기력 펜의 이동에 따른 3축 자기장 정보를 감지하는 센서; 및
   상기 센서가 감지한 3축 자기장 정보를 입력 받아 상기 터치스크린에 표시되는 3D 이미지의 형상 디스플레이를 제어하는 제어부
   를 포함하는 3차원 호버링 디지타이저.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 자기력 펜은 하우징 내에 배치되는 자성체를 포함하되, 상기 자성체는 네오디뮴 합금, 철 합금, 사마륨 합금, 코발트 합금, 백금 합금, 망간 합금, 비스무스 합금, 바륨 합금 및 니켈 합금 중 적어도 어느 하나인 것
   인 3차원 호버링 디지타이저.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 센서는 상기 터치스크린의 외면에 복수 개 배치되어, 상기 자기력 펜의 이동에 따라 발생되는 자기장의 방향 및 크기인 상기 3축 자기장 정보를 감지하는 것
   인 3차원 호버링 디지타이저.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제어부는 입력 받은 상기 3축 자기장 정보에 따라, 상기 터치스크린에 표시되는 이미지에 대하여 이동 및 회전 중 적어도 어느 하나의 방식으로 이미지 형상 디스플레이를 제어하는 것
   인 3차원 호버링 디지타이저.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 복수 개의 센서가 감지한 3축 자기장 정보를 자기장 벡터의 크기 순으로 정렬하고, 상기 정렬된 각 센서의 3축 자기장 정보 중 상위 기설정 개수의 정보를 추출하여, 추출된 3축 자기장 정보를 연산한 결과에 따라 상기 이미지의 형상 디스플레이를 제어하는 것
   인 3차원 호버링 디지타이저.
   

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