KR101112483B1 - 라인빔을 이용한 터치 좌표 검출 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 라인빔(Line Beam)을 이용한 터치 좌표 검출 장치에 관한 것으로, 사각 단면 형상이며 빈 내측 공간이 형성되도록 일정 둘레틀을 갖는 하우징프레임부와, 하우징프레임부의 좌우 상단 또는 하단 모서리 상에 각각 적어도 하나씩 배치되어 하우징프레임부의 내측 공간 소정의 단면영역 상에 라인빔을 조사하도록 형성되되, 레이저 광을 발광시키는 레이저발광수단, 레이저발광수단의 전방에 배치되어 레이저 광을 라인빔 형상으로 변환시키는 실린더리컬렌즈수단, 터치된 타겟에 반사된 레이저 광을 수광하는 레이저수광수단을 포함하는 복수개의 라인빔센싱부 및 각각의 라인빔센싱부에서 측정된 레이저 광의 발광 시점부터 수광시점까지의 계측 시간을 통해 터치된 타겟 지점으로부터의 각각의 거리를 연산하고, 연산된 2개 이상의 라인빔생성부로부터의 거리를 이용하여 터치된 타겟 지점의 좌표를 검출해내는 위치좌표연산계측부를 포함하는 라인빔을 이용한 터치 좌표 검출 장치에 관한 것이다.

라인빔(Line Beam), 레이저 광, 터치 스크린, 터치 좌표 검출

Description

라인빔을 이용한 터치 좌표 검출 장치{Apparatus for determining touch position in line-type beam}

본 발명은 사용자와 디스플레이장치 사이의 인터페이스를 위한 터치 좌표 검출 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 계측 공간인 소정의 사각 단면영역의 좌우 상단 각각의 모서리에서 레이저 광을 변환시켜 생성시킨 적어도 하나의 라인빔이 각각 조사되도록 구성함으로써, 임의 지점을 터치한 타겟에 대한 상대거리를 각각 계측하여, 타겟 지점의 2차원 위치좌표를 검출해 낼 수 있는 라인빔을 이용한 터치 좌표 검출 장치에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 PDP 혹은 LCD 등과 같은 대형의 평면디스플레이장치의 전면부에 장착되어, 터치 스크린 방식의 입력 수단으로 적용 가능하며, 나아가 대형 스크린이 이용되는 분야(특히, 스크린 골프)에서도 터치 스크린 방식의 입력 수단으로 적용 가능한 기술이다.

종래에는 컴퓨터의 모니터, 평면디스플레이장치 및 대형 스크린이 이용되는 대부분의 디스플레이장치에서 본체에 직접 구비된 버튼 입력 수단 또는 본체로부터 유, 무선으로 연결되어 정해진 지령만을 입력할 수 있는 리모컨 또는 마우스와 같은 입력 수단이 사용되었다.

근래에 이러한 전통적인 입력방식에서 탈피하여, 다양한 형태의 입력 수단이 등장하고 있는데, 대표적인 것이 터치 스크린(Touch Screen) 방식이다.

일반적인 터치 스크린 방식은 디스플레이장치의 전면부 스크린 상에 감압식(예: 저항막식) 또는 정전식(예: 정전용량식) 등의 센싱 수단을 탑재하여, 사용자가 손가락 또는 기타 입력 수단을 이용하여 스크린을 터치할 때 발생되는 저항 변화, 전하 변화 등을 감지함으로써 터치된 지점의 좌표를 검출해 내는 방식이다. 이렇게 검출된 좌표에 대한 지령은 디스플레이장치의 본체 구동부(예: 연산장치)로 전달되며, 해당 지령을 수행할 수 있게 된다.

이와 같이 터치 스크린 방식은 디스플레이장치상에서 다양한 영상 콘텐츠를 이용하는 사용자가 임의에 의해 필요한 정보를 빠르고 간편하게 입력할 수 있다는 장점이 있다.

그러나 최근 대형화가 되어 가는 디스플레이장치의 추세에 따라 채택될 터치 스크린의 크기 역시 대형화가 되어야 하는데, 통상적인 감압식 또는 정전식 터치 스크린 방식이 적용된 경우에는 주지된 바와 같이 복잡한 구조로 되어 있어, 일정 크기 이상으로 대형화시킬 경우, 내구성이 극히 저하되거나 부품 비용 상승으로 인해 가격 경쟁력이 떨어지는 문제점이 있었다.

최근 등장한 적외선(IR)식 터치 스크린 방식은 눈에는 보이지 않으나, 직진 성이 있어, 장애물 검출이 가능한 적외선을 이용한 방식이다. 이러한 적외선식 터치 스크린 방식은 터치 스크린의 테두리 두 측면(예: 상측면과 좌측면)에 적외선 발광다이오드(IR LED)를 촘촘히 배열하는 구성을 가지는데, 대형화 제작은 가능하나, 이에 따른 부품 비용 상승이 엄청나므로(일 예로, 현재 일반적으로 출시되고 있는 LCD TV의 크기인 42인치에서 100인치로 대형화 제작될 경우, 부품 비용은 약 4배 정도 상승하게 된다), 대형의 디스플레이장치에 실용화되어 탑재되기에는 많은 어려움이 따른다.

따라서, 대형의 디스플레이장치는 물론 대형의 스크린상에서 임의 지점을 터치한 타겟의 2차원 위치 좌표를 간단한 구성과 저렴한 비용으로 검출할 수 있는 터치 좌표 검출 장치가 요구되는 실정이다.

본 발명은 대형의 각종 디스플레이장치는 물론 대형의 스크린상에서 터치된 임의 지점의 2차원 위치 좌표를 간단한 구성인 레이저 광을 이용하여 생성시킨 라인빔을 이용하여 검출함으로써, 뛰어난 내구성을 가지는 것은 물론, 신뢰성이 좋으며, 신속하게 터치된 타겟의 좌표를 검출할 수 있는 터치 좌표 검출 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼는다.

또한, 본 발명은 최근 각종 디스플레이장치가 대형화 출시되는 추세에 따라, 이에 채택 가능한 터치 스크린의 대형 제작에 있어서, 종래와 달리 추가 비용이 거의 들지 않아, 터치 스크린의 대형화에 합리적으로 적용 가능한 라인빔을 이용한 터치 좌표 검출 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼는다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 사상에 따르면, 사각 단면 형상이며 빈 내측 공간이 형성되도록 일정 둘레틀을 갖는 하우징프레임부; 상기 하우징프레임부의 좌우 상단 또는 하단 모서리 상에 각각 적어도 하나씩 배치되어 상기 하우징프레임부의 내측 공간 소정의 단면영역 상에 라인빔을 조사하도록 형성되되, 레이저 광을 발광시키는 레이저발광수단, 상기 레이저발광수단의 전방에 배치되어 상기 레이저 광을 라인빔 형상으로 변환시키는 실린더리컬렌즈수단, 터치된 타겟에 반사된 상기 레이저 광을 수광하는 레이저수광수단을 포함하는 복수개의 라인빔센 싱부; 및 각각의 상기 라인빔센싱부에서 측정된 상기 레이저 광의 발광 시점부터 수광시점까지의 계측 시간을 통해 터치된 상기 타겟 지점으로부터의 각각의 거리를 연산하고, 연산된 2개 이상의 라인빔생성부로부터의 거리를 이용하여 터치된 상기 타겟 지점의 좌표를 검출해내는 위치좌표연산계측부;를 포함하는 라인빔을 이용한 터치 좌표 검출 장치를 제공한다.

이때, 상기 하우징프레임부의 하단 내측면 상에는 상기 레이저 광의 바닥 반사로 기인된 센싱불량 현상을 감소시키도록, 반사율이 낮은 흑색의 라인빔반사방지수단이 도포 또는 부착 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 라인빔반사방지수단은 흑색의 스펀지 또는 소정의 두께를 갖는 흑색의 테이프인 것이 바람직하다.

그리고 상기 레이저발광수단 및 상기 레이저수광수단은 상기 레이저발광수단에서 발광된 상기 레이저 광이 상기 타겟에 반사된 후 상기 레이저수광수단으로 측정 정밀도 높게 수광되도록, 병렬 배치되어 일체로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 라인빔을 이용한 터치 좌표 검출 장치가 전후방향으로 소정 간격 이격되어 복수로 정렬 배치되어, 각각의 상기 라인빔을 이용한 터치 좌표 검출 장치를 순차적으로 통과하는 이동체에 의해 검출된 복수의 좌표 및 상기 간격 값을 이용하여 보간법(Interpolation)을 통해, 상기 이동체의 궤적을 일회적으로 검출 가능한 라인빔을 이용한 이동체 궤적 검출 장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 대형의 각종 디스플레이장치는 물론 대형의 스크린을 이용하는 각종 장치(예: 스크린 골프)에서 터치된 임의 지점의 2차원 위치 좌표를 라인빔을 이용하여 검출함으로써, 뛰어난 내구성을 가지며, 도트 방식 광원을 이용하여 거리를 계측하는 것이 아니라 면 방식인 광원을 채택함으로써, 보다 정확하고 신속하게 터치된 타겟의 위치 좌표를 검출할 수 있는 기술적 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 각종 디스플레이장치의 대형화 제작 경향에 따라, 종래 고비용 및 내구성의 문제로 실용화되기 힘들었던 터치 스크린의 대형화를 합리적으로 실현시킬 수 있는 유리한 효과가 있다.

본 발명에 따른 라인빔을 이용한 터치 좌표 검출 장치에 대한 실시예는 다양하게 적용될 수 있으나, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 가장 바람직한 실시예에 대해 설명하기로 한다.

도면에서, 도 1은 본 발명에 따른 라인빔을 이용한 터치 좌표 검출 장치의 일 실시예를 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명에 따른 라인빔을 이용한 터치 좌표 검출 장치에서 라인빔생성부를 도시한 도면이다.

이하 도 1 및 도 2를 병행 참조하여, 본 발명에 다른 라인빔을 이용한 터치 좌표 검출 장치의 바람직한 실시예를 설명하고자 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 테두리 틀을 형성하는 하우징프레임 부(110), 상기 하우징프레임부(110)의 좌우 상단 모서리 상에 각각 설치되어 레이저 광을 발광하고, 발광된 레이저를 라인빔으로 변환시키며, 터치된 타겟에 반사된 레이저 광을 수광하는 라인빔센싱부(120a, 120b) 및 레이저의 발광 시점부터 수광시점까지의 계측 시간을 연산하여 터치된 타겟의 위치 좌표를 검출해내는 위치좌표연산계측부(130)을 포함하는 구성을 갖는다.

하우징프레임부(110)는 사각 단면 형상을 가지는데, TV와 같은 디스플레이장치에 적용되기 위해선 직사각 단면 형상을 갖는 것이 바람직하다(현재의 방송 영상 표준 화면 비율은 가로 대 세로 비율이 1.33:1이며, 최근 확대 이용되고 있는 와이드스크린 화면 비율은 가로 대 세로 비율이 1.78:1이다).

상기 하우징프레임부(110)의 내측 공간은 디스플레이장치의 스크린에 대응되는 영역으로서, 본 발명에 따라 원하는 터치 지점에 손가락 등을 갖다 댈 수 있는 터치 스크린 영역으로 구현된다.

더욱 견고한 내구성을 가지면서 디스플레이장치의 전면부에 부속 장착되어 안전하게 거치 될 수 있도록, 상기 하우징프레임부(110)는 적정 두께와 폭을 가지는 둘레틀 형상으로, 저중량 고강성 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.

하우징프레임부(110)의 좌우 상단 또는 하단 모서리 상에는 각각 적어도 하나씩의 라인빔센싱부(120a, 120b)가 장치 구성된다.

본 발명의 설명을 용이하게 하기 위해, 도 1에서 좌측 상단 모서리에 장치 구성된 것을 편의상 제1라인빔센싱부(120a)라 지칭하고, 우측 상단 모서리에 장치 구성된 것을 편의상 제2라인빔센싱부(120b)라 지칭하며, 상기 제1라인빔센싱 부(120a) 및 상기 제2라인빔센싱부(120b)는 동일한 내부 구성을 갖는 것이 바람직하다.

이러한 라인빔센싱부(120a, 120b)는 상기 하우징프레임부(110)의 내측 공간 소정의 단면영역 상에 라인빔을 조사하여 터치된 타겟(T) 지점을 센싱하는 장치로서, 상기 하우징프레임부(110)의 내측 공간 소정의 단면영역은 터치 스크린 영역으로 구현된다.

더욱 자세히 라인빔센싱부(120a, 120b)의 내부 구성 개념을 살펴보기 위해, 도 2를 참조하여 기능적 순서대로 설명하면, 라인빔센싱부(120a, 120b)는 레이저 광을 발광시키는 레이저발광수단(121)과, 발광된 레이저 광을 라인빔 형상으로 변환시키는 실린더리컬렌즈수단(123)과, 터치된 타겟(T)에 반사된 레이저 광을 수광하는 집광렌즈(129)와 레이저수광수단(125) 및 케이스하우징(127)을 포함한다.

레이저발광수단(121)은 레이저 광을 조사할 수 있는 통상의 레이저 다이오드 등을 이용할 수 있다. 실린더리컬렌즈수단(123)은 레이저발광수단(121)의 전방에 배치되어, 레이저발광수단(121)으로부터 발광되어 조사된 레이저 광을 라인빔 형상으로 변환시킨다. 레이저수광수단(125)은 터치 스크린 영역으로 조사된 라인빔이 터치된 타겟으로부터 반사되어 집광렌즈(129)를 통해 입사된 레이저 광을 수광한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 라인빔센싱부(120a, 120b)는 레이저발광수단(121) 및 레이저수광수단(125)이 병렬 배치되어 일체로 구성된 것을 이용하는 데, 이로써, 레이저 광의 발광 및 수광에 대한 측정 정밀도를 향상시킬 수 있 다.

다시 도 1을 참조하면, 라인빔센싱부(120a, 120b)에서 순차적으로 레이저 광을 발광하고, 라인빔으로 변환하고, 터치된 타겟(T)에 반사된 레이저 광을 수광할 때, 발광시점부터 수광시점까지 소요된 계측 시간을 각각의 제1라인빔센싱부(120a) 및 제2라인빔센싱부(120b)에서 계측할 수 있다.

그리고 이러한 계측 시간을 통해, 상기 제1라인빔센싱부(120a)로부터 터치된 타겟(T) 지점까지의 상대거리(r1)과, 상기 제2라인빔센싱부(120b)로부터 터치된 타겟(T) 지점까지의 상대거리(r2)를 연산하여, 터치된 타겟(T)의 2차원 좌표를 검출해 낼 수 있는데, 이러한 역할을 수행하는 것이 위치좌표연산계측부(130)이다.

도 1에서는 본 실시예에 포함되는 구성을 용이하게 설명하기 위하여 위치좌표연산계측부(130)가 하우징프레임(110) 및 라인빔센싱부(120a, 120b)와 격리되어 별도의 구성으로 도시되어 있으나, 위치좌표연산계측부(130)는 하우징프레인(110)의 일측 영역상에 부속되어 장치 구성되는 것이 바람직하다.

제1라인빔센싱부(120a)와 제2라인빔센싱부(120b) 간의 거리를 알고, 제1라인빔센싱부(120a) 및 제 2라인빔센싱부(120b)에서 타겟(T)까지의 각각의 거리(r1, r2)를 알면, 주지된 삼각법(Triangulation)을 통해 타겟(T)의 2차원 좌표(x, y)를 도출해 낼 수 있다. 이러한 방법을 통해 위치좌표연산계측부(130)에서는 터치된 타겟(T)의 좌표를 검출해 낸다.

위치좌표연산계측부(130)에서 검출한 터치된 타겟(T)의 좌표는 디스플레이장치(150)에 내장된 주연산장치(미도시)에 전달되고, 터치된 타겟(T)에 해당되는 지 령을 디스플레이장치에 전달해줌으로써, 사용자는 더욱 편리하게 터치 스크린 방식으로 디스플레이장치를 이용할 수 있게 된다.

한편, 하우징프레임부(110)의 하단 내측면 상에는 반사율이 낮은 흑색의 라인빔반사방지수단(140)이 도포 또는 부착 형성된다.

앞서 언급한 바처럼, 대부분의 디스플레이장치(특히, TV)는 영상 화면 비율에 따라 직사각형의 스크린을 가지므로, 이러한 디스플레이장치의 전면에 부속되어 이용되기 위해선 본 실시예의 하우징프레임부(110) 역시 직사각 단면 형상을 가져야 한다.

그런데 이러한 직사각 단면 형상을 채택할 경우, 라인빔센싱부(120a, 120b)에서 각각 하우징프레임부(110)의 내측 공간 단면영역으로 라인빔을 조사할 때, 상기 하우징프레임부(110)의 하단 내측면(특히, 하단 내측면 중앙) 쪽에서 감지해야 할 터치된 타겟(T)에서가 아닌 바닥면에서의 레이저 광 반사가 심하게 발생할 수 있는데, 이로 인하여 상기 하우징프레임부(110)의 하단 내측면에서의 타겟 좌표 검출에 문제가 발생할 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는 상기 하우징프레임부의 하단 내측면 상에, 레이저 광의 바닥 반사로 기인될 수 있는 센싱불량 현상을 감소시키기 위해 반사율이 낮은 흑색의 라인빔반사방지수단(140)을 도포 또는 부착 형성한다.

바람직한 실시예로서, 라인빔반사방지수단(140)으로 얇은 흑색의 스펀지를 부착하거나, 소정의 두께를 갖는 흑색의 테이프를 부착하는 것이 좋은데, 이 외에도 흑색의 반사 방지물질을 도포 처리하는 등 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범 위 내에서 다양한 실시예적 변경을 가해도 무방하다.

본 실시예에서는 TV 등과 같은 디스플레이 장치에 적용 가능한 라인빔을 이용한 터치 좌표 검출 장치에 대하여 설명하였으나, 이 외에 다양한 적용분야에서 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 구성을 변경하지 않고서, 다양한 형태로 변형 실시하다.

일 예로서, 상기 실시예를 이용하여 이동하는 물체(이후, "이동체"라 한다)의 궤적을 검출할 수 있는 장치를 제공할 수 있다.

2개 이상(바람직하게는 3 ~ 5개 이상)의 라인빔을 이용한 터치 좌표 검출 장치를 소정의 간격(예: 1 ~ 3m)을 두고 전후방향으로 정렬 배치시키면 라인빔을 이용한 이동체 궤적 검출 장치로 이용될 수 있다.

이동체가 복수로 정렬 배치된 라인빔을 이용한 터치 좌표 검출 장치를 순차적으로 통과할 때, 각각의 라인빔을 이용한 터치 좌표 검출 장치에서는 각각의 위치 좌표가 검출되는데, 상기 검출된 각각의 위치 좌표를 종합하여 상기 이동체의 궤적 검출이 가능해 진다.

구체적인 사용예로서는 가상의 골프 연습 공간인 스크린 골프장을 들 수 있는데, 이러한 라인빔을 이용한 이동체 궤적 검출 장치를 이용함으로써, 골프공의 최종 도달 지점은 물론 그 사이에 이동한 골프공의 자취 궤적까지 검출해 낼 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 라인빔을 이용한 터치 좌표 검출 장치의 바람직한 실시예에 대해 설명하였다.

전술된 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 라인빔을 이용한 터치 좌표 검출 장치의 일 실시예를 설명하기 위해 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 라인빔을 이용한 터치 좌표 검출 장치의 일 실시예 중 라인빔센싱부를 설명하기 위해 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110: 하우징프레임부 120a: 제1라인빔센싱부

120b: 제2라인빔센싱부 121: 레이저발광수단

123: 실린더리컬렌즈수단 125: 레이저수광수단

127: 케이스하우징 129: 집광렌즈

130: 위치좌표연산계측부 140: 라인빔반사방지수단

150: 디스플레이장치

Claims (5)

1. 사각 단면 형상이며 빈 내측 공간이 형성되도록 일정 둘레틀을 갖는 하우징프레임부;

   상기 하우징프레임부의 좌우 상단 또는 하단 모서리 상에 각각 적어도 하나씩 배치되어 상기 하우징프레임부의 내측 공간 소정의 단면영역 상에 라인빔을 조사하도록 형성되되, 레이저 광을 발광시키는 레이저발광수단, 상기 레이저발광수단의 전방에 배치되어 상기 레이저 광을 라인빔 형상으로 변환시키는 실린더리컬렌즈수단, 터치된 타겟에 반사된 상기 레이저 광을 수광하는 레이저수광수단을 포함하는 복수개의 라인빔센싱부; 및

   각각의 상기 라인빔센싱부에서 측정된 상기 레이저 광의 발광 시점부터 수광 시점까지의 계측 시간을 통해 터치된 상기 타겟 지점으로부터의 각각의 거리를 연산하고, 연산된 2개 이상의 라인빔생성부로부터의 거리를 이용하여 터치된 상기 타겟 지점의 좌표를 검출해내는 위치좌표연산계측부;를 포함하며,

   상기 하우징프레임부의 하단 내측면 상에는,

   상기 레이저 광의 바닥 반사로 기인된 센싱불량 현상을 감소시키도록, 반사율이 낮은 흑색의 라인빔반사방지수단이 도포 또는 부착 형성되고,

   상기 라인빔반사방지수단은,

   흑색의 스펀지 또는 소정의 두께를 갖는 흑색의 테이프인,

   라인빔을 이용한 터치 좌표 검출 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 레이저발광수단 및 상기 레이저수광수단은,

   상기 레이저발광수단에서 발광된 상기 레이저 광이 상기 타겟에 반사된 후 상기 레이저수광수단으로 측정 정밀도 높게 수광되도록, 병렬 배치되어 일체로 구성되는 것을 특징으로 하는,

   라인빔을 이용한 터치 좌표 검출 장치.
5. 제 1항 또는 제 4항의 라인빔을 이용한 터치 좌표 검출 장치가 전후방향으로 소정 간격 이격되어 복수로 정렬 배치되어, 각각의 상기 라인빔을 이용한 터치 좌표 검출 장치를 순차적으로 통과하는 이동체에 의해 검출된 복수의 좌표 및 상기 간격 값을 이용하여 보간법(Interpolation)을 통해, 상기 이동체의 궤적을 일회적으로 검출 가능한,

   라인빔을 이용한 이동체 궤적 검출 장치.

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