JP2013516688A - 光学式タッチスクリーン用のカメラモジュール - Google Patents

Abstract

光学式タッチスクリーンのタッチ面にタッチされるタッチ物体の位置を感知するカメラモジュールに関するものである。カメラモジュールは、１枚以上のレンズと、光路変換部、及びイメージセンサーと、を含む。レンズは、タッチ面に対して垂直方向の画角が、タッチ面に対して水平方向の画角よりも小さくなるように形成される。光路変換部は、レンズを通じて収束された光をタッチ面に対して垂直方向に反射させる。イメージセンサーは、レンズの後方で光路変換部を経て反射された光を受けるように、タッチ面に対して水平方向に配される。

Description

本発明は、指やタッチペンなどを用いて画面をタッチすれば、タッチ座標を認識することができる光学式タッチスクリーンに採用されるカメラモジュールに関する。

液晶ディスプレイ装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ；ＬＣＤ）など各種のディスプレイ装置の発達につれて、タッチスクリーンは、ディスプレイ装置とユーザとの間のインターフェースを簡便かつ容易にするための最も効率的な入力装置の１つとなった。このようなタッチスクリーンは、指やタッチペンなどを用いて視覚的に簡単にコンピュータ、携帯電話、金融端末機、ゲーム機などの多様な機器を操作することができるので、その応用分野が非常に広い。

既存のタッチスクリーンを具現する常用化された方式としては、電気的方式と光学的方式とがある。電気的方式としては、抵抗膜方式と静電容量方式とがある。ところで、抵抗膜方式と静電容量方式は、タッチスクリーンの画面サイズが大きくなる場合、コスト高となり、技術的限界が大きいために、小型タッチスクリーンに使われている。

光学的方式としては、赤外線マトリックス方式、カメラ方式などがある。そのうち、赤外線マトリックス方式は、中大型タッチスクリーンに一部使われている。ところが、タッチスクリーンの画面サイズが大きくなるほど、電力消費が多く、コスト高となり、日光、照明などの外部環境による誤作動の問題が大きい。

カメラ方式は、大型タッチスクリーンに多く使われており、一般的に、何個のカメラに見えるタッチ物体の位置からタッチ座標を計算する方式である。カメラ方式は、赤外線マトリックス方式と同様に、日光、照明などの外部環境によって誤作動の問題があり、大きなタッチ物体がタッチ面に近い場合、タッチ位置の認識に誤差が多く発生する。

特に、既存のタッチ感知カメラは、円形レンズを使うので、円形レンズの口径が大きいほど、タッチ面に対して垂直方向のカメラの高さが高くなる。また、イメージセンサーは、レンズの光軸方向にレンズ後方に平行に立てられて装着されるので、タッチ面に対して垂直方向のカメラの高さを低めるのに限界がある。したがって、前述したカメラは、一般の卓上用ＬＣＤモニターまたはノート型パソコン用のＬＣＤモニターのような中小型ディスプレイ装置に内蔵されにくいという問題点がある。

本発明の課題は、タッチ位置を正確に感知し、かつタッチ面に対して垂直方向の高さを最小化して、中小型ディスプレイ装置などに内臓が容易な光学式タッチスクリーン用のカメラモジュールを提供するところにある。

前記課題を果たすための本発明による光学式タッチスクリーン用のカメラモジュールは、光学式タッチスクリーンのタッチ面にタッチされるタッチ物体の位置を感知するカメラモジュールにおいて、前記タッチ面に対して垂直方向の画角が、前記タッチ面に対して水平方向の画角よりも小さくなるように形成された１枚以上のレンズと、前記レンズを通じて収束された光を、前記タッチ面に対して垂直方向に反射させる光路変換部と、前記レンズの後方で、前記光路変換部を経て反射された光を受けるように、前記タッチ面に対して水平方向に配されたイメージセンサーと、を含む。

本発明によるカメラモジュールは、タッチ面に対して垂直方向にはタッチ面の隣接部位のみを感知することができる小さな画角を提供することによって、それ以上の画角で外乱光が入ることを基本的に遮断し、それにより、外乱光による誤作動を防止することができる。また、カメラモジュールは、タッチ面に近接した物体の上部によるタッチ位置の認識エラーを防止することができる。

また、カメラモジュールは、大径レンズを使っても、タッチ面に対して垂直方向に非常に薄いレンズを提供し、イメージセンサーをタッチ面に対して水平方向に配置させることができるために、タッチ面に対して垂直方向の高さが最小化されうる。それにより、本発明のカメラモジュールを採用した光学式タッチスクリーンは、厚さが薄くなって、一般の卓上用ＬＣＤモニターまたはノート型パソコン用のＬＣＤモニターのような中小型ディスプレイ装置に内蔵しやすくなる。

本発明の一実施形態による光学式タッチスクリーン用のカメラモジュールに対する構成図である。 図１に示されたカメラモジュールの特性を説明する図である。 図１に対する斜視図である。 図３のレンズ状を説明する図である。 図１の光路変換部の他の例を示す構成図である。 図１の光路変換部のさらに他の例を示す構成図である。 図６の光路変換部が移動しながら焦点調節されるように構成された例を示す断面図である。 図７において、カメラモジュールの内部が見えるように一部分解した斜視図である。 図８において、カメラモジュールの残りの部分を分解して示す分解斜視図である。

以下、添付した図面を参照して、望ましい実施形態による本発明を詳しく説明する。

図１は、本発明の一実施形態による光学式タッチスクリーン用のカメラモジュールに対する構成図である。図２は、図１に示されたカメラモジュールの特性を説明する図である。図３は、図１に対する斜視図である。図４は、図３のレンズ状を説明する図である。

図１ないし図４を参照すると、光学式タッチスクリーン用のカメラモジュール１００は、光学式タッチスクリーンに採用されて、光学式タッチスクリーンのタッチ面１０にタッチされる指またはタッチペンなどのタッチ物体２０の位置を感知するように構成される。カメラモジュール１００は、レンズ１１０と、光路変換部１２０、及びイメージセンサー１３０とを含む。

レンズ１１０は、被写体、すなわち、タッチ物体２０を光学的に結像する。レンズ１１０は、タッチ面１０に対して垂直方向の画角が、タッチ面１０に対して水平方向の画角よりも小さくなるように形成される。光路変換部１２０は、レンズ１１０を通じて収束された光をタッチ面１０に対して垂直方向に反射させる。すなわち、光路変換部１２０は、レンズ１１０を通過した光をタッチ面１０に対して水平方向に配されたイメージセンサー１３０に伝達する。

イメージセンサー１３０は、レンズ１１０によって結像されたタッチ物体２０の光学的イメージを受けて電気的信号に変換するためのものである。イメージセンサー１３０は、レンズ１１０の後方で光路変換部１２０を経て反射された光を受けるように、タッチ面１０に対して水平方向に配される。イメージセンサー１３０は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサーまたはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサーなどであり得る。

図２に示したように、カメラモジュール１００は、光学式タッチスクリーンのタッチ面１０に対して垂直方向にはタッチ面１０の隣接部位のみを感知するように、θ１のように小さな画角を有することが望ましい。もし、従来のカメラモジュールのように、画角がθ２のように必要以上に大きければ、日光や外部照明のような外乱光の影響を多く受ける。また、画角が、θ２のように必要以上に大きければ、手のようなタッチ物体２０が、タッチ面１０にタッチされる時、従来のカメラモジュールは、実際にタッチされるタッチ物体２０の下部に対応するＰ１位置を感知することではなく、タッチされていないタッチ物体２０の上部に対応するＰ２位置に誤って感知するエラーが発生しうる。

本実施形態によるカメラモジュール１００で、レンズ１１０は、タッチ面１０に対して垂直方向の画角が、タッチ面１０に対して水平方向の画角より小さいので、タッチ面１０に対して垂直方向に入射光を受け入れる受光範囲を狭めることができる。例えば、画角が、θ２からθ１に小さく設定されれば、レンズ１１０は、θ１以下の入射光のみを受ける。したがって、外乱光が光学的に遮断され、タッチ位置の感知エラーも防止しうる。

また、イメージセンサー１３０は、タッチ面１０に対して水平方向に配されるので、イメージセンサー１３０の面積が広くなっても、タッチ面１０に対して垂直方向にイメージセンサー１３０と光路変換部１２０とを含んだ光学系の高さＨ１が増加しなくなる。これにより、タッチ面１０に対して垂直方向にカメラモジュール１００の全体の高さＨ２を最小化することができるので、光学式タッチスクリーンの厚さが薄くなる。

一方、レンズ１１０は、図４に示したように、円形レンズで周辺部の両側が、タッチ面に対して水平方向にそれぞれ切断された形態でなされうる。したがって、レンズ１１０は、タッチ面１０に対して垂直方向の画角が、タッチ面１０に対して水平方向の画角より小さく設定されうる。また、レンズ１１０は、タッチ面１０に対して垂直方向の高さＬがタッチ面１０に対して水平方向の口径Ｄより小さくなるので、レンズ１１０の口径Ｄが大きくなっても、タッチ面１０に対して垂直方向の高さが最小化されうる。したがって、タッチ面１０に対して垂直方向にカメラモジュール１００の全体の高さＨ２を最小化することができるので、光学式タッチスクリーンの厚さが薄くなる。

レンズ１１０は、１枚で構成することもできるが、レンズ性能を高めるために、２枚以上に構成することができる。例えば、単一レンズが、複数個組み合わせられてレンズ系を構成するか、非球面レンズが含まれてレンズ系を構成することができる。この場合、２枚以上のレンズは、それぞれ円形レンズで周辺部の両側が、タッチ面に対して水平方向にそれぞれ切断された形態でなされうる。

光路変換部１２０は、レンズ部１２１とプリズム部１２２とを含みうる。レンズ部１２１は、レンズ１１０を通じて収束された光をイメージセンサー１３０に対して焦点が合う光に作る。レンズ部１２１は、レンズ１１０を通過した光をいずれも受けるように、入射面がレンズ１１０の出射面より広く形成されうる。

プリズム部１２２は、レンズ部１２１を通じて焦点が合わせられた光をイメージセンサー１３０に反射させる全反射面１２３を有する。ここで、プリズム部１２２は、タッチ面１０に対して４５°傾斜して切断された面に全反射面１２３を有する。レンズ部１２１を経た光は、プリズム部１２２の内部に入って全反射面１２３によって反射された後、イメージセンサー１３０に放出される。光路変換部１２０は、レンズ部１２１とプリズム部１２２とが一体に形成された構造からなりうる。

イメージセンサー１３０は、プリズム部１２２でプリズム部１２２を経て反射された光が放出される面に付着されうる。これにより、プリズム部１２２の下面からイメージセンサー１３０の上面まで高さＨ１が最小化されうる。イメージセンサー１３０は、示したように、プリズム部１２２の上側に付着されうるが、プリズム部１２２の下側に付着されることもある。この場合、プリズム部１２２は、上下が変わった形態で配される。

図５は、他の例による光路変換部２２０を図示したものである。図５に示したように、光路変換部２２０は、レンズ１１０を通じて収束された光をイメージセンサー１３０に反射させる全反射面２２２を有するプリズム２２１を含みうる。プリズム２２１は、レンズ１１０に向けた面に入射面を有し、イメージセンサー１３０に向けた面に出射面を有する。そして、プリズム２２１は、タッチ面１０に対して４５°傾斜して切断された面に全反射面２２２を有する。

レンズ１１０を経た光は、入射面を通じてプリズム２２１の内部に入って全反射面２２２によって反射された後、出射面を通じてイメージセンサー１３０に放出される。ここで、イメージセンサー１３０は、プリズム２２１でプリズム２２１を経て反射された光が放出される面、すなわち、出射面に付着されうる。これにより、プリズム２２１の下面からイメージセンサー１３０の上面まで高さＨ１が最小化されうる。

さらに他の例として、光路変換部３２０は、図６に示したように、レンズ１１０を通じて収束された光をイメージセンサー１３０に反射させる反射ミラー３２１を含みうる。反射ミラー３２１は、レンズ１１０を経た光がイメージセンサー１３０に進行するように、タッチ面１０に対して４５°傾斜して配される。

一方、イメージセンサー１３０に対する焦点は、正確に合わせられる必要がある。このために、光路変換部１２０、２２０、３２０は、レンズ１１０の光軸方向に移動可能になって、イメージセンサー１３０に対する焦点が調節される。この場合、カメラモジュール１００は、図７ないし図９に示したように、ハウジング１４０と、レンズホルダー１５０と、移動ブロック１６０、及び調節器具１７０とを含みうる。

ハウジング１４０は、内部空間を有し、一側に光が入る受光ホール１４６が形成される。ハウジング１４０は、内部にレンズホルダー１５０、移動ブロック１６０などの組み立てを容易にするために、ハウジング本体１４１に第１、２カバー１４２、１４３が分離または結合される構造からなりうる。第１カバー１４２の内側面にイメージセンサー１３０が装着されうる。第２カバー１４３の内側面に移動ブロック１６０の移動を案内する案内溝１４３ａが形成されうる。

レンズホルダー１５０は、レンズ１１０を収容して支持する。レンズホルダー１５０は、ハウジング１４０の内部に受光ホール１４６に対応して装着される。そして、レンズホルダー１５０は、受光ホール１４６を通じて入った光がレンズ１１０に伝達されるように、受光ホール１４６に向けた側が開口された構造からなる。また、レンズホルダー１５０は、レンズ１１０を通過した光が光路変換部３２０に伝達されるように、光路変換部３２０に向けた側が開口された構造からなる。

移動ブロック１６０は、光路変換部３２０を支持する。ここで、反射ミラー３２１からなる光路変換部３２０が例示されているが、図１の光路変換部１２０または図５の光路変換部２２０でもあり得る。移動ブロック１６０は、ハウジング１４０の内部でレンズ１１０の光軸方向に移動可能に案内される。移動ブロック１６０が、レンズ１１０の光軸方向に移動するにつれて、反射ミラー３２１がレンズ１１０の光軸方向に移動可能になる。

移動ブロック１６０は、支持部材１６１と固定部材１６６とを含みうる。支持部材１６１は、反射ミラー３２１が４５°で傾いた状態で支持されるように、傾斜支持面１６２を有する。

固定部材１６６は、支持部材１６１に結合されて反射ミラー３２１を固定する。固定部材１６６は、支持部材１６１と結合された状態で反射ミラー３２１の両側面と上端を固定する固定片１６７とを有する。そして、固定部材１６６は、後述する板スプリング１７２の中央部位をかけるように形成された係止突起１６８を有する。

調節器具１７０は、移動ブロック１６０を移動させることによって、イメージセンサー１３０に対する焦点を調節可能にする。反射ミラー３２１は、調節器具１７０によって移動ブロック１６０が前進または後進する時、共に移動する。この過程で、レンズ１１０と反射ミラー３２１との距離が調整されることによって、イメージセンサー１３０に対する焦点が調節される。

調節器具１７０は、調節ノブ１７１とスプリング部材、例えば、板スプリング１７２とを含みうる。調節ノブ１７１は、一端部が移動ブロック１６０と当接し、他端部がハウジング１４０の外部に位置するように、ハウジング１４０に螺合される。調節ノブ１７１は、ハウジング１４０に螺合された状態で回転方向に沿って移動ブロック１６０を前進または後進させる。

板スプリング１７２は、移動ブロック１６０を調節ノブ１７１に当接した状態で位置固定させるように、移動ブロック１６０に弾性力を加える。板スプリング１７２は、両端部がそれぞれ同じ方向に曲がった形態、例えば、“コ”字状になされうる。この場合、板スプリング１７２は、中央部位が移動ブロック１６０の移動方向と交差するように配された状態で移動ブロック１６０の係止突起１６８に引っ掛かるように配される。

そして、板スプリング１７２は、両端部がハウジング１４０の固定溝１４４にそれぞれ係止されて固定される。移動ブロック１６０が、レンズ１１０側に移動する時、板スプリング１７２は、移動ブロック１６０の係止突起１６８によって変形されながら、弾性復元力を発生させる。板スプリング１７２に発生した弾性復元力が、移動ブロック１６０に加えられることによって、移動ブロック１６０は、調節ノブ１７１に当接した状態で位置固定されうる。

本発明は、添付した図面に示された一実施形態を参考にして説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の保護範囲は、特許請求の範囲によってのみ決定されるべきである。

本発明は、光学式タッチスクリーン用のカメラモジュール関連の技術分野に適用可能である。

Claims (10)

1. 光学式タッチスクリーンのタッチ面にタッチされるタッチ物体の位置を感知するカメラモジュールにおいて、
   前記タッチ面に対して垂直方向の画角が、前記タッチ面に対して水平方向の画角よりも小さくなるように形成された１枚以上のレンズと、
   前記レンズを通じて収束された光を、前記タッチ面に対して垂直方向に反射させる光路変換部と、
   前記レンズの後方で、前記光路変換部を経て反射された光を受けるように、前記タッチ面に対して水平方向に配されたイメージセンサーと、
   を含む光学式タッチスクリーン用のカメラモジュール。
2. 前記レンズは、
   円形レンズで周辺部の両側が、前記タッチ面に対して水平方向にそれぞれ切断された形態でなされ、前記タッチ面に対して垂直方向の高さが、前記タッチ面に対して水平方向の口径よりも小さなことを特徴とする請求項１に記載の光学式タッチスクリーン用のカメラモジュール。
3. 前記光路変換部は、
   前記レンズを通じて収束された光を、前記イメージセンサーに対して焦点が合う光に作るレンズ部と、
   前記レンズ部を通じて焦点が合わせられた光を前記イメージセンサーに反射させる全反射面を有するプリズム部と、が一体に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の光学式タッチスクリーン用のカメラモジュール。
4. 前記イメージセンサーは、
   前記プリズム部で、前記プリズム部を経て反射された光が放出される面に付着されたことを特徴とする請求項３に記載の光学式タッチスクリーン用のカメラモジュール。
5. 前記光路変換部は、
   前記レンズを通じて収束された光を前記イメージセンサーに反射させる全反射面を有するプリズムを含むことを特徴とする請求項１に記載の光学式タッチスクリーン用のカメラモジュール。
6. 前記イメージセンサーは、
   前記プリズムで、前記プリズムを経て反射された光が放出される面に付着されたことを特徴とする請求項５に記載の光学式タッチスクリーン用のカメラモジュール。
7. 前記光路変換部は、
   前記レンズを通じて収束された光を前記イメージセンサーに反射させる反射ミラーを含むことを特徴とする請求項１に記載の光学式タッチスクリーン用のカメラモジュール。
8. 前記光路変換部は、
   前記レンズの光軸方向に移動可能になって、前記イメージセンサーに対する焦点が調節されることを特徴とする請求項１に記載の光学式タッチスクリーン用のカメラモジュール。
9. 一側に受光ホールが形成されたハウジングと、
   前記レンズを支持し、前記ハウジングの内部に、前記受光ホールに対応して装着されるレンズホルダーと、
   前記光路変換部を支持し、前記ハウジングの内部で、前記レンズの光軸方向に移動可能に案内される移動ブロックと、
   前記移動ブロックを移動させることによって、前記イメージセンサーに対する焦点を調節する調節器具と、
   を含むことを特徴とする請求項８に記載の光学式タッチスクリーン用のカメラモジュール。
10. 前記調節器具は、
    一端部が前記移動ブロックと当接するように、前記ハウジングに螺合され、回転方向に沿って前記移動ブロックを前進または後進させる調節ノブと、
    前記移動ブロックを前記調節ノブに当接した状態で位置固定させるように、前記移動ブロックに弾性力を加えるスプリング部材と、を含むことを特徴とする請求項９に記載の光学式タッチスクリーン用のカメラモジュール。

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