KR101034303B1 - 적외선을 이용한 터치인식장치 - Google Patents

적외선을 이용한 터치인식장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적외선을 이용한 터치인식장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 터치인식장치의 적외선 송수신부의 발광부가 FET 소자로 구성되고, 빛이 출력되는 각도 범위가 넓어지는 구조를 가지며, 수광부는 포토 다이오드로 구성되는 적외선을 이용한 터치인식장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선을 이용한 터치인식장치는, 다수의 픽셀을 갖는 터치 패널, 상기 터치 패널의 제1 측면과 상기 제1 측면에 대향하는 제2 측면에 배치되는 복수의 발광부과 수광부, 및 상기 발광부과 수광부의 동작을 제어하며, 상기 제1 측면 또는 제2 측면에 배치된 수광부의 광 신호 수신 여부를 스캔하여, 상기 터치 패널 상의 터치 포인트의 위치를 인식하는 제어부를 포함하며, 상기 발광부는 상기 제어부의 제어에 따라 빛을 출력시키는 FET 소자와, 상기 FET 소자를 감싸는 렌즈부를 포함하고, 상기 FET 소자는 빛을 굴절시키지 않는 지점인 렌즈부 내의 주점에 배치되며, 상기 수광부는 상기 FET 소자에서 출사된 빛을 수신하여, 전기 신호로 변환하는 포토 다이오드와 상기 포토 다이오드를 감싸는 렌즈부를 포함한다.
광센서, 광 인식, 터치 패널, 터치 스크린, 적외선 다이오드, FET, 포토 다이오드

Description

적외선을 이용한 터치인식장치 {TOUCH RECOGNITION DEVICE USING AN INFRARED LIGHT}
본 발명은 적외선을 이용한 터치인식장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 터치인식장치의 적외선 송수신부의 발광부가 FET 소자로 구성되고, 빛이 출력되는 각도 범위가 넓어지는 구조를 가지며, 수광부는 포토 다이오드로 구성되는 적외선을 이용한 터치인식장치에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 적외선 터치 스크린의 적외선 송수신부의 배열을 보이는 개략도이다. 패널(10) 주변에 위치하는 다수의 적외선 발광부(11, 13)와 수광부(12, 14)는 패널(10)을 사이에 두고 상하 또는 좌우로 마주보며 서로 대응한다. 적외선 발광부와 수광부가 순서대로 하나씩 온/오프되고 대응하는 발광부와 수광부는 동시에 온/오프 된다. 각 발광부로부터 방출되는 광을 대응하는 수광부가 감지하여 발광부와 수광부 사이에 터치 포인트(touch point)가 존재하는지 그 유무를 판별한다.
도 2는 도 1의 적외선 송수신부를 이용한 단일 터치 포인트 인식을 설명하기 위한 개략도이다. 도 2를 참조하면, x축으로 배열된 발광부(11a, 11b, 11c...)와 y 축으로 배열된 발광부(13a, 13b, 13c...)에서 차례로 적외선을 방출시키면서 각각 대응하는 수광부(12a, 12b, 12c..., 14a, 14b, 14c...)의 적외선 수신 여부를 판단한다. 마주보는 발광부와 수광부 사이에 터치 포인트가 있는 경우, 발광부에서 방출된 적외선은 대응하는 수광부에 도달하지 않는다. 예를 들어 x6, x7에 위치하는 발광부(11f, 11g)와 수광부(12f, 12g), y5와 y6에 위치하는 발광부(13e, 13f)와 수광부(14e, 14f) 간의 적외선 경로에 터치 포인트(TP)가 있는 경우, 발광부(11f, 11g, 13e, 13f)로부터 방출된 적외선은 수광부(12f, 12g, 14e, 14f)에 수신되지 않는다. 이에 따라, (x6~x7, y5~y6)에 터치 포인트(TP)가 존재하는 것으로 인식된다.
도 3은 종래의 적외선 터치 스크린의 발광부의 구성을 개략적으로 도시한 측면도이다. 도 3을 참조하면, 발광부(11)는 데이터 라인들(1, 2), 적외선 다이오드(3) 및 렌즈부(4)를 포함한다.
적외선 다이오드(3)는 데이터 라인(1)으로부터 입력되는 발광 인에이블 신호에 응답하여 인에이블되고, 데이터 라인(2)으로부터 입력되는 발광 신호에 응답하여, 광 신호를 외부로 출력한다.
적외선 다이오드(3)에서 출력된 광 신호는 렌즈부(4)의 내부를 진행하여, 렌즈부(4) 밖으로 굴절되면서 출력된다. 여기서, 종래의 적외선 다이오드(3)의 경우, 빛의 직진성과 출력의 효율을 극대화 하기 위해 적외선 다이오드(3)와 렌즈부(4) 간의 위치를 조정하여, 렌즈부(4)에서 출력되는 빛의 강도가 중앙 부분에서 최대가 되도록 한다.
상기한 구조로 발광부(11)를 구성하면, 하나의 적외선 다이오드(3)에서 발생한 빛을 그에 대응하는 하나의 수광부(12, 14)로 입력시키는 것은 유리하지만, 각도에 따라 빛의 강도가 다르게 되므로, 다른 수광부(12, 14)의 수신 감도는 각도에 따라 불안정해지는 단점이 발생한다.
한편, 적외선 다이오드(3)는 열이 많이 발생해서, 빛을 고출력으로 송신하면 사출물(예를 들어, 렌즈부(4))이 녹게 되는 문제가 발생한다. 따라서, 적외선 다이오드(3)를 이용하여 터치 스크린을 구성하면, 적외선 다이오드(3)가 빛을 고출력으로 발생시킬 수 없으므로, 터치 스크린의 크기가 제한될 수 밖에 없다.
상기한 구조를 갖는 발광부(11, 13)에 대응하여, 종래의 수광부(12, 14)는 일반적으로 포토 트랜지스터로 구성되었다. 상기 포토 트랜지스터는 발광부(11, 13)에서 출력된 광 신호를 수신하여, 빛에너지를 전기에너지로 변환시키며, 수신된 빛의 세기에 따라 흐르는 전류가 변화하는 광기전력 효과를 이용한다.
상기 수광부(12, 14)를 포토 트랜지스터로 구성하면, 발광부(11, 13)에서 출력되어 좁은 각도 범위로 퍼지는 빛에 민감하게 반응할 수 있는 장점을 가지나, 반응속도가 느리다는 단점을 갖는다.
본 발명의 목적은 적외선 송수신부의 발광부가 FET 소자로 구성되고, 빛이 출력되는 각도 범위가 넓어지는 구조를 갖는 적외선을 이용한 터치인식장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 적외선 송수신부의 수광부를 포토 다이오드로 구성하여, 응답 속도를 향상시킬 수 있는 적외선을 이용한 터치인식장치를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선을 이용한 터치인식장치는, 다수의 픽셀을 갖는 터치 패널; 상기 터치 패널의 제1 측면과 상기 제1 측면에 대향하는 제2 측면에 배치되는 복수의 발광부과 수광부; 및 상기 발광부과 수광부의 동작을 제어하며, 상기 제1 측면 또는 제2 측면에 배치된 수광부의 광 신호 수신 여부를 스캔하여, 상기 터치 패널 상의 터치 포인트의 위치를 인식하는 제어부를 포함하며, 상기 발광부는 상기 제어부의 제어에 따라 빛을 출력시키는 FET 소자와, 상기 FET 소자를 감싸는 렌즈부를 포함하고, 상기 FET 소자는 빛을 굴절시키지 않는 지점인 렌즈부 내의 주점에 배치되며, 상기 수광부는 상기 FET 소자에서 출사된 빛을 수신하여, 전기 신호로 변환하는 포토 다이오드와 상기 포토 다이오드를 감싸는 렌즈부를 포함한다.
상기 발광부와 수광부는 상하로 중첩되어 하나의 모듈을 구성하며, 복수의 상기 모듈이 상기 터치 패널의 제1 측면과 제2 측면에 배치될 수 있다.
상기 FET 소자에서 발광된 빛이 상기 렌즈부를 통과할 때, 50°내지 70°의 각도 범위로 양 방향으로 출력될 수 있다.
상기 FET 소자의 선단에 구비된 볼록면의 직경은 1.5 mm 내지 2 mm로 구성될 수 있다.
상기 수광부의 렌즈부의 표면에는 흑색 광학 필터가 부착될 수 있다.
상기 수광부의 포토 다이오드는 빛을 굴절시키지 않는 지점인 상기 수광부의 렌즈부 내의 주점에 배치될 수 있다.
본 발명의 적외선을 이용한 터치인식장치는, 적외선 송수신부의 발광부가 FET 소자로 구성되고, 빛이 출력되는 각도 범위가 넓어지는 구조를 가지므로, 발열없이 고출력의 적외선을 발생시킬 수 있으며, 터치스크린의 크기를 대형화하여, 발광부가 방사형으로 빛을 발생시켜도 수광부에서 이를 수신할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 적외선을 이용한 터치인식장치는 수광부가 기존의 TR 타입이 아닌 포토 다이오드로 구성되므로, 응답 속도가 빨라서 터치인식장치에 접촉하는 사용자의 움직임을 빠른 속도로 인식 동작할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 적외선을 이용한 터치인식장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선을 이용한 터치인식장치를 개략적 으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 터치인식장치는 다수의 픽셀을 갖는 터치 패널(62), 상기 터치 패널(62)의 제1 측면(XX1)과 상기 제1 측면(XX1)에 대향하는 제2 측면(XX2)에 배치되는 복수의 발광부(61)과 수광부(81), 및 상기 발광부(61)과 수광부(81)의 동작을 제어하며, 상기 제1 측면(XX1) 또는 제2 측면(XX2)에 배치된 수광부(81)의 광 신호 수신 여부를 스캔하여, 상기 터치 패널(62) 상의 터치 포인트의 위치를 인식하는 제어부(미도시)를 포함한다.
여기서, 발광부(61)는 상기 제어부의 제어에 따라 빛을 출력시키는 FET 소자와, 상기 FET 소자를 감싸는 렌즈부를 포함하며, 상기 FET 소자는 빛을 굴절시키지 않는 지점인 렌즈부 내의 주점에 배치되고, 수광부(81)는 상기 FET 소자에서 출사된 빛을 수신하여, 전기 신호로 변환하는 포토 다이오드와 상기 포토 다이오드를 감싸는 렌즈부를 포함한다. 발광부(61)와 수광부(81)의 상세한 구성에 대해서는 후술하기로 한다.
터치 패널(62)은 제한됨이 없이, 예를 들어, 디스플레이 소자 위를 덮는 투명한 막(film) 또는 판(plate)로 구현될 수 있다. 터치 패널(62)의 픽셀들은 디스플레이 소자의 픽셀들에 대응(예컨대, 일대응 대응)되는 격자로서, 사용자의 터치 포인트를 판단하기 위한 가상 또는 물리적인 픽셀을 의미한다.
적외선 송수신부의 발광부(61)는 순차적으로 또는 소정 패턴에 따라 발광하고, 점멸할 수 있다. 즉, 발광부(61)가 순차적으로 발광하는 실시예에서, S1, S2, S3, S4 ... 의 순서로 발광하고, 이에 반대편 S31 내지 S60의 수광부(81)가 적외선 신호를 수신할 수 있다.
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광부와 수광부의 구조를 도시한 사시도이다.
도 5를 참조하면, 각각 데이터 라인(73, 74)(75, 76)을 갖는 발광부(71a)와 수광부(71b)가 상하로 중첩되어 하나의 모듈(71)로 구성될 수 있으며, 도 4에 도시한 터치 패널(62)의 제1 측면(XX1)과 제2 측면(XX2)에 복수의 모듈(71)이 배치될 수 있다. 상기 모듈(71)로 구성된 적외선 송수신부를 터치 패널(62)에 배치하면, 양 방향으로 동시에 광신호의 송수신을 할 수 있어서, 보다 감도가 향상된 터치인식장치를 구성할 수 있다.
즉, 발광부(61)와 수광부(81)를 하나의 모듈로 구성하여 터치인식장치에 적용하면, 양쪽 방향으로 광신호 출력 및 수신이 가능하므로, 한측에서는 광신호를 출력만 하고, 한측에서는 광신호를 수신만 하는 경우에 발생하는 다중 터치 인식 오류를 현격하게 줄일 수 있다.
도 6은 도 4에 도시한 터치인식장치의 발광부의 구성을 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 발광부(61)는 빛이 출력되는 볼록면(65)을 구비하는 FET 소자(66) 및 렌즈부(67)를 포함한다.
FET 소자(66)는 데이터 라인(63)으로부터 입력되는 발광 인에이블 신호에 응답하여 인에이블되고, 데이터 라인(64)으로부터 입력되는 발광 신호에 응답하여, 광 신호를 외부로 출력한다.
FET 소자(66)의 선단에 배치된 볼록면(65)을 통해 출사된 빛은 렌즈부(67) 내부를 진행하여, 외부로 출사된다. 여기서, FET 소자(66)는 빛을 굴절시키지 않는 지점인 렌즈부(67) 내의 주점에 배치된다.
따라서, FET 소자(66)로부터 출사된 빛은 렌즈부(67)에 의해 굴절되지 않으므로, 빛의 모임 현상이 일어나지 않고 빛은 넓고 고르게 펼쳐지게 되며, 렌즈부(67)를 통해 양 방향으로 출사되는 빛의 각도(α)는, 예를 들어, 50° 내지 70°이다.
즉, 본 발명에서 발광부(61)는 종래의 적외선 다이오드가 아닌 FET 소자(66)로 구성되고, FET 소자(66)가 렌즈부(67)의 주점에 배치되므로, FET 소자(66)의 위치가 종래에 비해 렌즈부(67)의 전면으로 더 근접하여 배치된다. 또한, FET 소자(66)는 발열없이 매우 밝은 고출력으로 빛을 송신할 수 있으므로, 종래에 비해 터치인식장치를 대형화할 수 있다.
나아가, 종래보다 더 큰 각도 범위로 빛을 출력하고, 빛의 유효 세기를 감소시키지 않으면서 응답속도를 빠르게 하기 위해, FET 소자(66)의 볼록면(65)의 직경은 종래의 1mm 보다 큰 1.5mm 내지 2 mm로 구성될 수 있다.
FET의 경우, 크게 접합형 전계효과 트랜지스터(Junction Field Effect Transistor)와 절연 게이트형 전계효과 트랜지스터(Insulating Gate Field Effect Transistor)로 분류될 수 있는데, 본 발명에 사용되는 FET 소자(66)는 특정 방식에 한정되지 않는다.
한편, 본 발명의 수광부(81)는 도 6에 도시한 발광부(61)의 구성과 개략적으 로 동일한 구조를 가진다. 다만, 발광부(61)의 FET 소자(66)의 위치에 포토 다이오드(미도시)가 배치된다.
수광부(81)는 FET 소자(66)에서 출사된 빛을 수신하여, 전기 신호로 변환하는 포토 다이오드(미도시)와 상기 포토 다이오드를 감싸는 렌즈부(미도시)를 포함한다.
종래의 수광부에서 사용되던 포토 트랜지스터 등의 TR 타입이 아닌 포토 다이오드를 이용하면, 응답 속도가 빨라서 터치인식장치에 접촉하는 사용자의 움직임을 빠른 속도로 인식 동작할 수 있으며, 넓은 범위로 빛을 출사하는 본 발명의 FET 소자(66)로 구성된 발광부(61)와 조합하여 사용하는데 유리하다. 또한, 넓은 범위의 빛을 수광하기 위해, 발광부(61)의 FET 소자(66)의 배치와 유사하게 수광부(81)의 포토 다이오드는 렌즈부 내의 주점에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 수광부(81)는 발광부(61)에서 출사한 빛의 수광 과정에서 외란광의 영향을 최대한 억제하면서, 적외선을 통과시키도록 흑색 광학 필터(미도시)가 렌즈부의 표면에 부착된다.
도 7은 본 발명의 적외선을 이용한 터치인식장치의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 발광부(61)는 종래의 발광부보다 넓은 각도 범위(α)로 빛을 출력할 수 있다. "A" 위치의 발광부(61)로부터 출력된 광이 "B", "C", "D", "E", "F", "G", "H", "I", "J", "K", "L", "M" 위치의 수광부(81)로 수신되면, A와 B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M을 잇는 각각의 가상 직선 상의 픽셀들(Px)에는 터치 포인트가 없는 것으로 판단한다.
이와 같은 방법으로, 터치 패널(62)의 마주보는 양측에 배치된 발광부(61)와 수광부(81)를 이용하여, 스캔을 수행하면, 하나의 픽셀(Px)에 대해 장애물의 존재 여부가 여러 번 판단된다. 따라서, 수신강도가 약하더라도 이웃한 다른 수광부(81)에서 수신되는 수신광으로써 각 픽셀(Px)에서의 장애물 존재 여부를 정확하게 판단할 수 있다.
이를 보다 상세히 설명하면, 종래의 터치인식장치의 경우, 발광부에서 출사된 빛의 강도분포가 일정하지 않으므로, 수광부의 수신감도가 일정하지 않아서, 수신감도가 약한 지점에 위치한 수광부는 신호를 받지 못한 것으로 인식하여, 장애물이 있다고 판단하게 되는 오류가 발생할 수 있다.
그러나, 본 발명은 장애물이 없는 영역만을 감지하므로, 수광부(81)에서 수신을 하지 못하여도 장애물이 있다고 판단하지 않으며, 이후에 다른 발광부(61)와 수광부(81) 사이의 송수신을 감지하여, 앞서의 수광부(81)에서 신호를 수신하지 못한 영역의 장애물 존재여부가 확인할 수 있으므로 수신감도의 불안정으로 인한 작동 오류가 발생하지 않는다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 단지 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 적외선 터치 스크린의 적외선 송수신부의 배열을 보이는 개략도이다.
도 2는 도 1의 적외선 송수신부를 이용한 단일 터치 포인트 인식을 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 종래의 적외선 터치 스크린의 발광부의 구성을 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선을 이용한 터치인식장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광부와 수광부의 구조를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 4에 도시한 터치인식장치의 발광부의 구성을 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 7은 본 발명의 적외선을 이용한 터치인식장치의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.

Claims (6)

  1. 다수의 픽셀을 갖는 터치 패널;
    상기 터치 패널의 제1 측면과 상기 제1 측면에 대향하는 제2 측면에 배치되는 복수의 발광부과 수광부; 및
    상기 발광부과 수광부의 동작을 제어하며, 상기 제1 측면 또는 제2 측면에 배치된 수광부의 광 신호 수신 여부를 스캔하여, 상기 터치 패널 상의 터치 포인트의 위치를 인식하는 제어부를 포함하며,
    상기 발광부는 상기 제어부의 제어에 따라 빛을 출력시키는 FET 소자와, 상기 FET 소자를 감싸는 렌즈부를 포함하고, 상기 FET 소자는 빛을 굴절시키지 않는 지점인 렌즈부 내의 주점에 배치되며,
    상기 수광부는 상기 FET 소자에서 출사된 빛을 수신하여, 전기 신호로 변환하는 포토 다이오드와 상기 포토 다이오드를 감싸는 렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선을 이용한 터치인식장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 발광부와 수광부는 상하로 중첩되어 하나의 모듈을 구성하며, 복수의 상기 모듈이 상기 터치 패널의 제1 측면과 제2 측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 적외선을 이용한 터치인식장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 FET 소자에서 발광된 빛이 상기 렌즈부를 통과할 때, 50°내지 70°의 각도 범위로 양 방향으로 출력되는 것을 특징으로 하는 적외선을 이용한 터치인식장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 FET 소자의 선단에 구비된 볼록면의 직경은 1.5 mm 내지 2 mm인 것을 특징으로 하는 적외선을 이용한 터치인식장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 수광부의 렌즈부의 표면에는 흑색 광학 필터가 부착되는 것을 특징으로 하는 적외선을 이용한 터치인식장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 수광부의 포토 다이오드는 빛을 굴절시키지 않는 지점인 상기 수광부의 렌즈부 내의 주점에 배치되는 것을 특징으로 하는 적외선을 이용한 터치인식장치.
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JP2006092227A (ja) 2004-09-24 2006-04-06 Tietech Co Ltd タッチパネル装置

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