KR101026001B1 - 터치 스크린 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 정보 입력을 위한 영상을 제공하는 디스플레이 화면과, 디스플레이 화면을 조명하는 조명부와, 디스플레이 화면상에 위치하는 입력수단을 감지하여 입력수단의 위치정보를 포함하는 영상신호로 변환하는 적어도 두 개의 이미지 센서를 포함하는 이미지 센서부와, 이미지 센서부에서 출력된 영상신호에 의해 디스플레이 화면상에서의 입력수단의 위치를 연산하는 연산부를 포함하며, 적어도 두 개의 이미지 센서는 디스플레이 화면의 동일 측면에 배치되는 제1 이미지 센서 및 제2 이미지 센서를 포함하고, 연산부는 디스플레이 화면상에 위치하는 입력수단에 대해서 제1 이미지 센서에 의해 감지된 제1 이미지의 중심선과, 제2 이미지 센서에 의해 감지된 제2 이미지의 중심선이 교차하는 지점을 입력수단의 위치로 인식하는 터치 스크린 장치를 제공할 수 있다.
터치 스크린(touch screen), 이미지 센서(image sensor)

Description

터치 스크린 장치{TOUCH SCREEN UNIT}
본 발명은 터치 스크린 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이미지 센서를 이용하여 디스플레이 화면 상에 입력되는 입력수단의 위치를 검출할 수 있는 터치 스크린 장치에 관한 것이다.
최근 소프트웨어와 반도체기술 및 정보처리 기술이 비약적으로 발달함에 따라 휴대폰, PDA, 컴퓨터 등 각종 정보기기가 점차 다기능화되는 추세에 있으며, 이와 더불어 정보기기에 있어서의 데이터 등의 입력을 통한 정보 저장 및 통신의 중요성 또한 날로 커지고 있다.
종래에는 상기 정보기기에 데이터를 입력함에 있어서, 입력키의 누름에 의한 방식을 사용하였으나, 최근에는 상기 정보기기에 터치 스크린을 이용한 데이터 입력방식이 증가하고 있다.
일반적으로 터치 스크린이란 입력키, 키보드 및 마우스를 대체하는 입력장치로서, 터치스크린을 스크린상에 장착한 후 본 스크린상에 손 또는 스타일러스 펜(stylus pen) 등을 통해 직접 터치하여 데이터를 입력할 수 있는 장치이다. 여기 서, 상기 터치 스크린은 GUI(Graphic User Interface) 환경에서 직관적인 업무 수행이 가능한 장치로 휴대용 입력장치에 적합하며, 컴퓨터 시뮬레이션 응용 분야, 사무 자동화 응용분야, 교육 응용분야 및 게임 응용분야 등에서 널리 사용될 수 있다.
이러한 터치 스크린 방식을 이용한 입력장치는 기본적으로 모니터에 부착되는 터치패널(Touch Panel), 컨트롤러, 디바이스 구동부 및 응용(Application) 프로그램을 기본 구성으로 하고 있다. 상기 터치패널은 사용자가 입력하는 신호를 감지할 수 있도록 특수 처리된 전극유리(ITO Glass)와 전극 필름(ITO Film)을 포함한 여러 층으로 구성되며, 상기 터치패널의 표면에 손 또는 스타일러스 펜 등을 이용하여 접촉하면, 디스플레이 위치 인식센서가 터치패널 상에서 접촉되는 위치를 감지할 수 있다.
이러한 터치 패널을 이용한 터치 스크린은 그 구성이 복잡하고 터치 패드 자체의 제조 공정에서 수율이 낮아 터치 스크린 구현시 상기 터치 패드 기능이 탑재된 기기의 가격을 상승시키고 구조를 복잡하게 하는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 간단한 구성으로 터치 스크린 기능을 수행할 수 있는 터치 스크린 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 정보 입력을 위한 영상을 제공하는 디스플레이 화면과, 상기 디스플레이 화면을 조명하는 조명부와, 상기 디스플레이 화면 상에 위치하는 입력수단을 감지하여 상기 입력수단의 위치정보를 포함하는 영상신호로 변환하는 이미지 센서부, 및 상기 이미지 센서부에서 출력된 영상신호에 의해 상기 디스플레이 화면 상에서의 상기 입력수단의 위치를 연산하는 연산부를 포함하는 터치 스크린 장치를 제공할 수 있다.
상기 이미지 센서부는, 이미지를 수광하는 수광면이 상기 디스플레이 화면 평면에 수직으로 배치될 수 있다.
상기 이미지 센서부는, 적어도 두 개의 이미지 센서를 포함할 수 있다.
상기 적어도 두 개의 이미지 센서는, 상기 디스플레이 화면의 동일 측면에 배치되는 제1 이미지 센서 및 제2 이미지 센서를 포함할 수 있다.
상기 연산부는, 상기 디스플레이 화면 상에 위치하는 입력수단에 대해서 상기 제1 이미지 센서에 의해 감지된 제1 이미지의 중심선과, 상기 제2 이미지 센서에 의해 감지된 제2 이미지의 중심선이 교차하는 지점을 상기 입력수단의 위치로 인식할 수 있다.
상기 터치 스크린 장치는, 상기 디스플레이 화면의 평면 및 상기 평면에서 기설정된 높이까지를 감지 영역으로 설정할 수 있다.
상기 조명부는, 상기 디스플레이 화면을 조명하는 백라이트 유닛일 수 있다.
본 발명에 따르면, 구성이 간단하여 제조시 수율을 높일 수 있고 저가에 구현할 수 있는 터치 스크린 장치를 얻을 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하겠다.
도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 따른 터치 스크린 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시형태에 따른 터치 스크린 장치(100)는, 디스플레이 화면(110), 조명부(120), 이미지 센서부(130), 및 연산부(140)를 포함할 수 있다.
상기 디스플레이 화면(110)은, 사용자의 정보 입력을 위한 영상을 표시할 수 있다. 상기 디스플레이 화면(110)에는 상기 사용자의 입력 위치들을 나타내는 복수개의 터치 영역들이 형성될 수 있다. 상기 디스플레이 화면(110)은 일반적인 LCD(Liquid Crystal Display) 화면일 수 있다. 상기 디스플레이 화면(110)은 핸드폰 또는 PDA 등에 형성된 액정화면일 수 있다.
상기 디스플레이 화면(110)에 정보 입력을 위한 영상을 표시하기 위한 소프트웨어가 실행될 수 있다. 상기 소프트웨어는 상기 디스플레이 화면(110) 상에 터치 가능 영역을 표시하고 사용자가 상기 터치 가능 영역을 터치하는 것을 감지하여 필요한 기능을 수행할 수 있다.
상기 조명부(120)는 디스플레이 화면(110)을 조명하는 장치일 수 있다. 상기 디스플레이 화면(110)이 일반적인 LCD(Liquid Crystal Display) 화면일 때, 상기 조명부(120)는 상기 LCD 화면을 조명하는 백라이트 유닛일 수 있다. 상기 백라이트 유닛은 직하형이나 측방형으로 형성될 수 있으며, 본 실시형태에서는 직하형 백라이트 유닛일 수 있다. 본 실시형태에서는, 이러한 디스플레이 화면(110) 및 조명부(120)가 구비된 영역에서 이미지 센서를 사용하여 사용자의 입력 위치를 검출하므로, 외부 밝기 등에 따라서 상기 이미지 센서의 오작동을 방지할 수 있어 안정적으로 작동할 수 있다.
상기 이미지 센서부(130)는 상기 디스플레이 화면(110) 상에 위치하는 입력 수단을 감지할 수 있다.
상기 이미지 센서부(130)는 상기 디스플레이 화면(110)의 측면에 배치되어 상기 디스플레이 화면(110) 상으로 입력되는 입력수단을 감지하여 영상신호로 변환할 수 있다. 상기 영상신호에는 상기 입력수단의 위치정보가 포함될 수 있다. 본 실시형태에서는 상기 이미지 센서부(130)는 수광면이 상기 디스플레이 화면(110)의 평면과 수직하게 배치될 수 있다. 상기 입력수단은 디스플레이 화면에 표시되는 표시영역을 터치할 수 있는 손가락이나, 터치펜 등일 수 있다.
상기 이미지 센서부(130)는 적어도 두 개의 이미지 센서를 포함할 수 있으며, 상기 각각의 이미지 센서는 상기 디스플레이 화면 상의 이미지를 수광할 수 있는 렌즈(130a) 및 상기 렌즈에서 수광된 이미지를 전기적 신호로 변환할 수 있는 포토 센서(130b)를 포함할 수 있다.
상기 렌즈(130a)는 복수개의 마이크로 렌즈로 이루어질 수 있으며 상기 복수개의 마이크로 렌즈는 기설정된 크기, 형태 및 화각을 가질 수 있다. 상기 마이크로 렌즈의 크기, 형태 및 화각을 설정함으로서, 상기 디스플레이 화면(110) 상에 위치하는 입력수단의 이미지를 수광할 수 있다. 상기 복수개의 마이크로 렌즈는 각각의 화각 내에 상기 입력 수단의 전체 또는 일부가 위치하는 경우 상기 입력 수단의 이미지를 포토 센서의 촬상면에 결상할 수 있다.
상기 포토 센서(130b)는 상기 렌즈(130a)에 의해 수광된 광신호를 전기적인 신호로 변환할 수 있다. 즉, 상기 포토 센서(130b)는, 상기 렌즈(130a)와 결합되어 상기 렌즈의 마이크로 렌즈를 통해 수광된 이미지를 촬상면에 결상하고 상기 이미 지의 정보를 나타내는 영상신호를 연산부(140)로 출력할 수 있다.
상기 포토 센서(130b)는 상기 렌즈를 통과한 이미지가 결상되는 촬상면을 가지며, 상기 촬상면에는 복수개의 화소가 배열될 수 있다. 상기 복수개의 화소는 상기 마이크로 렌즈 각각에 대응되도록 형성되어 상기 마이크로 렌즈를 통해 입력되는 입력수단의 이미지를 통해 상기 입력수단의 위치정보를 알 수 있다. 즉, 복수개의 배열된 화소 중 어느부분의 화소에 이미지가 결상되는지를 판단하면, 상기 입력수단의 위치를 결정할 수 있다. 이러한 판단은 상기 연산부에서 진행될 수 있다. 본 실시형태에서는 적어도 두 개의 이미지 센서를 사용함으로서 입력수단의 위치정보를 정확히 제공할 수 있다. 따라서, 상기 이미지 센서(130)에서 출력되는 영상신호에는 상기 입력수단의 위치정보가 포함될 수 있다.
상기 연산부(140)는, 상기 이미지 센서부에서 검출된 영상신호에 의해 상기 입력수단의 위치를 연산할 수 있다.
상기 연산부(140)는 상기 이미지 센서부(130)에서 검출된 입력수단에 대한 영상정보로부터 상기 입력수단이 상기 디스플레이 화면상의 어느 지점에 위치하는지를 연산할 수 있다. 상기 디스플레이 화면상에는 터치 입력을 위한 영상이 표시될 수 있으며 이를 위한 소프트웨어가 상기 연산부와 연동될 수 있다. 따라서, 상기 입력수단의 물리적인 위치를 인식하여 상기 디스플레이 화면상에 표시된 영상 중 어느 부분을 터치하는지를 인식할 수 있다.
상기 연산부(140)에는 상기 이미지 센서부에서 검출되는 영상신호에 따라 입 력수단이 상기 디스플레이 표면상에서 어느영역에 위치하는지에 대한 데이터가 저장될 수 있다. 상기 연산부에서는 상기 데이터를 이용하여 상기 이미지 센서부에서 검출되는 영상신호에 대해 입력수단의 디스플레이 표면상에서의 위치를 연산할 수 있다.
본 실시형태에 따른 터치 스크린 장치(100)는, 상기 디스플레이 화면(110)의 평면 및 상기 평면에서 기설정된 높이까지를 감지 영역(S)으로 설정할 수 있다. 상기 터치 스크린장치에서는 상기 디스플레이 화면의 평면에서 일정 높이까지만을 감지 영역으로 설정함으로서, 상기 이미지 센서부(130)에서 감지되는 입력수단의 이미지 중 실제로 디스플레이 화면(110)을 터치하고자 하는 입력수단의 이미지만을 인식하여 연산할 수 있다. 따라서, 불필요한 영역에 대한 감지를 수행하지 않아도 되므로 연산속도가 빨라질 수 있다.
이처럼, 상기 디스플레이 화면(110) 상의 소정의 3차원 영역을 감지 영역으로 설정하는 것은 상기 이미지 센서부(130) 또는 연산부(140)에 의해 설정될 수 있다. 즉, 상기 이미지 센서부(130)에 실장되는 수광렌즈의 화각이 상기 감지 영역에만 해당하도록 형성하거나, 상기 이미지 센서부(130)에서 수광된 이미지 중 상기 감지 영역 내에 있는 이미지만을 인식하도록 상기 연산부(140)를 설정할 수 있다.
이처럼, 본 실시형태에 따른 터치 스크린 장치는, 디스플레이 화면에 직접 입력수단이 접촉하지 않더라도 상기 디스플레이 화면의 일정 높이에 입력 수단이 위치하면, 상기 입력수단의 위치를 인식하여 디스플레이 화면에 대한 터치 여부를 인식하는 터치 스크린 장치를 구현할 수 있다. 따라서, 물리적인 접촉을 인식하는 터치 패널을 사용하는 종래의 터치 스크린에 비해 저렴한 비용으로 구현할 수 있으며, 또한 상기 터치 패널에서 발생되는 오류를 막을 수 있다.
도 2는, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 터치 스크린 장치의 작동을 나타내는 개념도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시형태에 따른 터치 스크린 장치는, 디스플레이 화면(210)의 일측면에 제1 이미지 센서(231) 및 제2 이미지 센서(232)가 형성될 수 있다. 상기 제1 이미지 센서(231) 및 제2 이미지 센서(232)는 상기 디스플레이 화면의 평면을 감지하도록 배치될 수 있다.
상기 디스플레이 화면(210)의 영역은 상기 제1 이미지 센서(231)에 의해 인식되는 영역 및 제2 이미지 센서(232)에 의해 인식되는 영역으로 구분될 수 있다. 본 실시형태에서는 상기 제1 이미지 센서(231)에 의해 인식되는 영역(1~25)은 5×5 행렬 구조로 나타낼 수 있고, 제2 이미지 센서(232)에 의해 인식되는 영역(1~25)도 5×5 행렬 구조로 나타낼 수 있다. 상기 제1 이미지 센서에 의해 인식되는 영역과 제2 이미지 센서에 의해 인식되는 영역의 일부는 중첩될 수 있다.
상기 디스플레이 화면(210)의 일영역에 입력수단을 접촉시킬 때, 상기 제1 이미지 센서(231) 및 제2 이미지 센서(232)는 각각 상기 입력수단을 이미지로 인식할 수 있다. 이 때, 제1 이미지 센서 및 제2 이미지 센서에서 인식되는 이미지 정 보는 서로 다를 수 있다. 상기 제1 및 제2 이미지 센서에 연결된 연산부에서는 상기 제1 및 2 이미지 센서에서 인식된 화상을 이용하여 상기 입력수단의 디스플레이 화면상에서의 위치를 연산할 수 있다. 상기 연산부에는 상기 제1 이미지 센서 및 제2 이미지 센서에서 인식된 화상에 따른 상기 디스플레이 화면(210) 상에서의 위치에 대한 데이터가 저장되어 있을 수 있다.
도 3은, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 터치스크린 장치에서 입력수단의 위치를 연산하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시형태에 따른 터치스크린 장치는 제1 이미지 센서(331) 및 제2 이미지 센서(332)로 하나의 입력수단(350)을 인식하여 상기 입력 수단의 위치를 판별할 수 있다.
본 실시형태에서 상기 터치스크린 장치의 연산부에서는, 상기 디스플레이 화면 상에 위치하는 입력수단(350)에 대해서 상기 제1 이미지 센서(331)에 의해 감지된 제1 이미지의 중심선과, 상기 제2 이미지 센서(332)에 의해 감지된 제2 이미지의 중심선이 교차하는 지점을 상기 물체의 위치로 인식할 수 있다. 즉, 상기 제1 이미지 센서(331)에서 상기 입력수단(350)의 우각(①) 및 좌각(②)을 인식하고 그 중간값(③)을 제1 이미지 신호로 저장하고, 상기 제2 이미지 센서(332)에서 상기 입력수단(350)의 우각(ⓐ) 및 좌각(ⓑ)을 인식하고 그 중간값(ⓒ)을 제2 이미지 신호로 저장하여, 상기 제1 이미지 신호 및 제2 이미지 신호가 교차하는 지점(P)을 상기 입력수단의 위치로 인식할 수 있다.
이처럼, 본 실시형태에 따른 터치 스크린 장치에서는 입력수단의 크기가 달라지더라도 일정 영역에 대한 정확한 터치여부를 인식할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 따른 터치 스크린 장치의 구성도이다.
도 2는, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 터치 스크린 장치의 작동을 나타내는 개념도이다.
도 3은, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 터치스크린 장치에서 입력수단의 위치를 연산하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
110 : 디스플레이 화면 120 : 조명부
130 : 이미지 센서부 140 : 연산부

Claims (7)

  1. 정보 입력을 위한 영상을 제공하는 디스플레이 화면;
    상기 디스플레이 화면을 조명하는 조명부;
    상기 디스플레이 화면 상에 위치하는 입력수단을 감지하여 상기 입력수단의 위치정보를 포함하는 영상신호로 변환하는 적어도 두 개의 이미지 센서를 포함하는 이미지 센서부; 및
    상기 이미지 센서부에서 출력된 영상신호에 의해 상기 디스플레이 화면 상에서의 상기 입력수단의 위치를 연산하는 연산부를 포함하며,
    상기 적어도 두 개의 이미지 센서는, 상기 디스플레이 화면의 동일 측면에 배치되는 제1 이미지 센서 및 제2 이미지 센서를 포함하고,
    상기 연산부는, 상기 디스플레이 화면 상에 위치하는 입력수단에 대해서 상기 제1 이미지 센서에 의해 감지된 제1 이미지의 중심선과, 상기 제2 이미지 센서에 의해 감지된 제2 이미지의 중심선이 교차하는 지점을 상기 입력수단의 위치로 인식하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 센서부는,
    이미지를 수광하는 수광면이 상기 디스플레이 화면 평면에 수직으로 배치되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 터치 스크린 장치는,
    상기 디스플레이 화면의 평면 및 상기 평면에서 기설정된 높이까지를 감지 영역으로 설정하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 조명부는,
    상기 디스플레이 화면을 조명하는 백라이트 유닛인 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
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KR20080045388A (ko) * 2006-11-20 2008-05-23 삼성전자주식회사 이미지 센서를 이용한 터치 스크린
KR20080088252A (ko) * 2007-03-29 2008-10-02 주식회사 토비스 광학센서유닛에 의한 응답구조를 갖는 터치패널

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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