KR101230586B1

KR101230586B1 - 디스플레이용 터치센서모듈 및 이를 포함하는 광학장치

Info

Publication number: KR101230586B1
Application number: KR1020110055727A
Authority: KR
Inventors: 이주형; 성평용; 문성진; 한성보; 김현; 정승태
Original assignee: 정승태; (주)옵티스
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2013-02-06
Also published as: KR20120136665A

Abstract

본 발명은 디스플레이용 터치센서모듈 및 이를 포함하는 디스플레이용 광학 장치에 관한 것으로서, 상기 센서모듈에 포함된 모터는 홀을 구비하여 상기 모터의 양측에 광학계와 경사거울을 위치할 수 있게 한다. 이에 따라 디스플레이용 광학장치의 두께가 얇아져서 광이 스크린에 보다 근접하게 되어, 광학장치의 박형화가 가능하고 스크린상에서의 터치를 통한 입력 또는 조작의 오류를 감소시킨다.

Description

디스플레이용 터치센서모듈 및 이를 포함하는 광학장치{Touch Sensor Module for Display and Optical Device containing the same}

본 발명은 디스플레이에 사용되는 터치센서모듈 및 이를 포함하는 광학장치에 관한 것으로, 광을 이용하는 터치스크린용 광학장치에 관한 것이다.

터치스크린(Touch Screen)은 은행의 ATM 시스템 등에서 20여년 이상 사용되어 왔으며, 박물관 등에서도 안내를 위해 오래 전부터 사용되어 온 기술로, 최근 스마트폰의 보급확산에 따라 일반인에게 더욱 친숙한 기술로 다가오고 있다. 휴대폰, PC 또는 다양한 디스플레이에 사용되고 있는 터치스크린 기술은, 저항막, 정전 용량 및 광학 방식 기술 등이 있으며 각각의 장단점은 다음과 같다.

저항막방식 터치스크린은 디스플레이 표면에 컨트롤러와 특별 코팅 유리판을 사용하여 터치 연결을 생성한다. 터치스크린 패널은 2개의 얇은 전기 전도 판으로 이루어져 있으며 두 판은 좁은 틈을 사이에 두고 분리되어 있으며, 손가락 등의 입력 수단으로 패널의 외부 표면에 특정 지점을 누르면 두 판이 연결된 후 전기 전류에 터치 이벤트로 인식되는 변화를 야기한다.

저항막방식의 장점은 손가락(장갑을 끼든 관계없이), 펜, 스타일러스 또는 딱딱한 물체를 사용하여 액세스할 수 있다는 것이나, 이미지 선명도가 저하되고 저항막판의 마모로 인해 주기적으로 재보정이 필요하며 잘 긁히는 점 때문에 공공장소에서는 적절하지 않을 수 있으며, 파손되기 쉽고 저항막판이 깨지거나 흠집이 생기면 터치가 인식되지 않는다는 단점이 있다.

정전 용량 터치스크린은 모두 유리로 되어 있으며 저항막 기술보다 선명도가 높고 내구성이 좋다. 센서전극과 손가락 사이에 정전용량변화에 따라 흐르는 미세한 전류를 감지하여 위치를 판별하는 방식으로 노이즈 신호에 취약한 단점이 있으나, 환경적 신뢰성에 강하고 상부 Barrier Layer를 변경함에 따라 기계적 신뢰성도 자유롭게 바꿀 수가 있는 장점이 있다. 정전 용량 터치스크린은 사람의 손가락으로 터치할 때만 활성화되므로, 스크린 코팅을 긁으면 화면에 데드 스팟이 생겨 장갑을 낀 손가락, 펜, 스타일러스 또는 딱딱한 물체를 인식하지 않는 문제와 대형 화면으로 쉽게 확장할 수 없다는 단점이 있다.

광학 방식 터치스크린은, 스크린 표면에 수평으로 방출되는 광원과 두 개의 광학 센서가 광원의 간섭을 감지하여 화면에 인접한 모든 물체의 움직임을 추적한다. 손가락으로 누르지 않아도 매우 정확하게 대상을 인식하고, 특수한 코팅이나 필름이 필요하지 않으므로, 디스플레이 이미지에 흠집이 생기거나 마모 또는 흐려질 일이 없다. 화면의 양쪽 모서리 또는 특정 면에 광학 센서를 탑재한 광학 터치는 양쪽 각도에서 스크린을 터치하는 물체를 "보는" 것이기 때문이다.

광학 방식 터치 기술은 탁월한 정밀도로 인하여 손가락, 펜, 신용카드 등 무엇으로든 스크린을 터치할 수 있고, 살짝만 눌러도 인식이 된다. 또한, 광학 터치 기술은 어떤 디스플레이에도 터치 기능을 추가할 수 있는 경제적인 방법으로, 스크린의 크기에 상관없이 대형 및 소형 스크린에 동일 기술을 사용하므로 대형 스크린에서 특히 뛰어난 비용 효율성을 기대할 수 있다.

광학 방식은 기존 디스플레이의 품질과 성능을 저해하지 않으면서, 경제적이고 손쉽게 일반 디스플레이를 터치스크린으로 바꿀 수 있기 때문에 데스크탑 PC 또는 전자 칠판에 부가하여 설치 가능한 기술이기도 하다. 악조건의 환경이나 실외에서도 터치 정확도 및 안정성을 제공한다는 장점도 있다.

그러나 기존 디스플레이에 부가하여 설치하는 터치스크린용 광학 장치의 경우, 스크린 면을 지나는 광과 스크린면 사이의 간격이 커서 정확도 및 안정성이 떨어지는 문제가 있다. 따라서, 터치스크린용 광학장치를 얇은 두께로(박형화)하여 출사되는 광이 보다 스크린에 근접한 위치에 존재할 수 있도록 하는 기술의 개발이 요구된다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 유효 스크린의 외부에 부착하는 광학 장치에 포함되는 광주사장치로부터 상기 스크린과 평행한 방향으로 출사되는 광이 상기 스크린면에 보다 근접하여 위치할 수 있게 하는 디스플레이용 터치센서모듈 및 이를 포함하는 광학 장치를 제공하고자 한다.

본 발명은 디스플레이용 터치센서모듈로, 상기 터치센서모듈은 복수 개의 광주사장치 및 구동회로부를 포함하고, 상기 광주사장치는 단색광을 발생시키는 광원; 상기 광원으로부터 출사되는 광의 일부를 콜리메이터 렌즈로 보내주고, 상기 콜리메이터 렌즈를 통해 되돌아오는 광의 일부를 검출기로 보내는 광분할기; 상기 광분할기에서 출사된 광을 평행광으로 진행하도록 하는 콜리메이터 렌즈; 상기 광분할기 및 콜리메이터 렌즈와 일직선상에 위치하며, 콜리메이터 렌즈에서 출사된 광의 방향을 일정 각도로 바꾸어주는 편향프리즘; 상기 편향프리즘, 상기 콜리메이터 렌즈, 및 상기 광분할기와 일직선상에 있으며, 상기 광분할기를 사이에 두고 상기 콜리메이터 렌즈와 마주보는 자리에 위치하는 광 검출기; 상기 편향프리즘에서 방향이 바뀌어 출사된 상기 광이 통과될 수 있도록 중심을 관통하는 홀이 구비된 모터; 상기 모터의 홀을 통과한 상기 광이 진행하는 방향의 모터 상에 위치하고, 상기 홀을 통과한 광을 스크린과 평행한 방향으로 진행하도록 소정의 각도로 반사하는 경사거울; 및 상기 모터의 회전 동기를 검출하는 동기 검출기를 포함하고, 상기 구동회로부는 상기 광원, 검출기, 모터 및 동기 검출기를 컨트롤하며 상기 광주사장치에 연결되어 있는, 디스플레이용 터치센서모듈을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 터치센처 모듈은 2개의 광주사장치를 포함하며, 상기 2개의 광주사장치는 상기 구동회로부를 사이에 두고 양 측면에 위치하는, 디스플레이용 터치센서모듈을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 모터는 스핀들 모터인, 디스플레이용 터치센서모듈을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 광원은 가시광 또는 적외선을 발생하는, 레이저 다이오드 또는 LED인, 디스플레이용 터치센서모듈을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 콜리메이터 렌즈를 통과한 평행광의 직경은 2mm 이상인, 디스플레이용 터치센서모듈을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 경사거울은, 한 변의 길이가 2~6mm인 육면체 형태이고 빗변이 반사면인, 디스플레이용 터치센서모듈을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 경사거울은, 한 변의 길이가 2~6mm이고 하부가 스크린과 평행한 면으로 형성되어 있고, 광축 방향으로 단면이 삼각형이며 한 면의 기울기가 45°로 경사진 형태인, 디스플레이용 터치센서모듈을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 경사거울은, 한 변의 길이가 2~6mm이고 상부가 스크린과 평행한 면으로 형성되어 있고, 광축 방향으로 단면이 삼각형이며 한 면의 기울기가 45°로 경사져서 경사거울 지지대에 의해 지지되는 형태인, 디스플레이용 터치센서모듈을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 터치센서모듈은 이를 수납하는 하우징을 더 포함하는 디스플레이용 터치센서모듈을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 하우징은 상기 경사거울이 하우징에 더 근접하여 위치할 수 있도록, 회전하는 상기 경사거울의 일부를 수용할 수 있는 홈을 포함하는, 디스플레이용 터치센서모듈을 제공한다.

본 발명은 또한, 터치 상기 센서모듈을 포함하는 디스플레이용 광학 장치로, 상기 터치센서모듈은 상기 터치 스크린의 일측면에 위치하는, 디스플레이용 광학 장치를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 장치는 한 개 이상의 반사부를 추가로 포함하며, 상기 반사부는 상기 터치센서모듈이 위치한 측면과 다른 측면에 위치하는, 디스플레이용 광학장치를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 장치는 반사봉을 추가로 포함하며, 상기 반사봉의 전부 또는 일부에 반사부가 수용되어 있는, 디스플레이용 광학장치를 제공한다.

본원의 디스플레이용 터치센서모듈 및 이를 포함하는 광학장치는 그 구조적 특징으로 인해 두께가 얇아져, 광이 스크린에 보다 근접하게 함으로써, 광학장치의 박형화가 가능하고, 디스플레이 상에서의 터치를 통한 입력 또는 조작의 오류를 감소시키고, 감응도를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치센서모듈과 반사막이 구비된 디스플레이용 광학장치를 나타내는 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치센서모듈과 반사봉이 구비된 디스플레이용 광학장치를 나타내는 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 모듈에 포함되는 광주사장치의 구성 및 광로를 도시한 사시도 (a)이고, (b)는 (a)의 하측의 구성 및 광로를 도시한 하면도이다.
도 4는 도 3의 (a)의 'a-a'부 단면도(a)이고, (b) 및 (c)는 다른 형태에 따른 경사거울을 포함하는 경우의 'a-a'부 단면도를 나타낸다.
도 5는 하우징을 추가로 구비한 도 3의 (a)의 'a-a'부 단면도 (b)이고, 상기 하우징에 홈이 형성된 경우의 단면도(c)이고, (a)는 홀이 구비되지 않은 모터를 이용한 경우의 광주사장치의 일부를 나타내는 단면도이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자들은 광주사장치에, 중심을 관통하는 홀이 구비된 모터를 사용하고 광학계와 경사거울(MR)을 각각 모터 홀을 중심으로 양쪽에 분리 배치하여, 광학계에서 출사된 광이 모터에 위치한 홀을 관통하여 경사거울로부터 반사되는 구성을 취함으로써, 광과 스크린면 사이의 간격이 광학계와는 무관하게 경사거울의 크기로만 조절할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

상기 광학계는 광원, 광원으로부터 출사된 레이저의 방향을 바꿔주는 광분할기(BS), 퍼지면서 출사하는 레이저를 평행광으로 진행하게 하는 콜리메이터 렌즈(CL), 굴절과 반사의 과정을 거쳐 레이저가 모터의 홀을 관통하도록 방향을 바꿔주는 편향프리즘(BSP), 편향프리즘과 광분할기를 거쳐 회귀 반사된 광을 검출하여 빛에너지를 전기에너지로 변환하는 검출기(PD)를 포함한다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

한 양태에서 본 발명은 디스플레이용 터치센서모듈에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 터치센서모듈은, 복수 개의 광주사장치 및 구동회로부를 포함하고, 상기 광주사장치는 단색광을 발생시키는 광원; 상기 광원으로부터 출사되는 광의 일부를 콜리메이터 렌즈로 보내주고, 상기 콜리메이터 렌즈를 통해 되돌아오는 광의 일부를 검출기로 보내는 광분할기; 상기 광분할기에서 출사된 광을 평행광으로 진행하도록 하는 콜리메이터 렌즈; 상기 광분할기 및 상기 콜리메이터 렌즈와 일직선상에 위치하며, 상기 콜리메이터 렌즈에서 출사된 평행광의 방향을 일정 각도로 바꾸어주는 편향프리즘; 상기 편향프리즘, 상기 콜리메이터 렌즈, 및 상기 광분할기와 일직선상에 있으며, 상기 광분할기를 사이에 두고 상기 콜리메이터 렌즈와 마주보는 자리에 위치하는 광 검출기; 상기 편향프리즘에서 방향이 바뀌어 출사된 상기 광이 통과될 수 있도록 중심을 관통하는 홀이 구비된 모터; 상기 모터의 홀을 통과한 상기 광이 진행하는 방향의 모터 상에 위치하고, 상기 홀을 통과한 광을 스크린과 평행한 방향으로 진행하도록 소정의 각도로 반사하는 경사거울; 및 상기 모터의 회전 동기를 검출하는 동기 검출기를 포함하고, 상기 구동회로부는 상기 광원, 검출기, 모터 및 동기 검출기를 컨트롤하며 상기 광주사장치에 연결되어 있다.

도 1(a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이용 터치센서모듈은 디스플레이에 설치되어 사용될 수 있으며, 상기 디스플레이는 통상 다측면을 포함한다. 이 경우, 본원의 디스플레이용 터치센서모듈은 디스플레이, 예를 들면 스크린(A)의 일측면, 특히 상단에 위치할 수 있다.

본 발명에 따른 디스플레이용 터치센서모듈은 복수 개의 광주사장치(21, 22)를 포함하고, 상기 터치 스크린(A)의 일측면(1a) 주위의 타측면(1b, 1c, 1d)에 부착된 한 개 이상의 반사부(30)를 통하여 반사되는 광을 전달받는다.

본원에 사용될 수 있는 디스플레이는 예를 들면 스크린, TV화면, 컴퓨터 화면, 전자칠판, 빔 프로젝터 등을 포함한다.

본 발명의 터치 센서 모듈(20)은 도 1의 (b)와 같이, 구동회로부 및 복수 개의 광주사장치(21, 22), 특히 2개의 광주사장치를 포함한다. 본 발명의 한 구현예에서, 2개의 광주사장치(21,22)는 상기 구동회로부(10)의 양 측면에 위치한다. 상기 복수 개의 광주사장치(21, 22)의 사이에 배치된 구동회로부는(10)는 상기 터치센서모듈에 포함된 모터(225) 및 광학계를 구동한다.

상기 디스플레이(A)의 동작 상의 포인트(x, y)의 위치는 두 개의 광주사장치(21,22)에 의해 위치 결정이 가능하다. 본원의 터치센서모듈은, 상기 구동회로부(10)의 중앙처리부(12)를 통하여 제1 광주사장치(21)와 제2 광주사장치(22)에서 검출되는 각도를 파악하여 2 선분이 교차하는 점을 (x, y)로 인식하는 원리에 의하여 동작된다. 즉, 사용자가 상기 터치 스크린(A)의 특정부위를 손가락 등으로 터치하면, 상기 손가락 등에 의해 발생된 반사광의 차이가 상기 광검출기에서 검출되어 광에너지가 전기 에너지로 변환되어 구동회로부(10)로 전달되어 동작을 수행하게 되고, 상기 중앙처리부(12)를 통하여 정확한 좌표계산을 수행할 수 있게 된다. 이러한 터치센서모듈은 다양한 크기의 TV화면, 컴퓨터 화면, 전자칠판, 빔 프로젝터 등의 여러 분야에 사용될 수 있다.

본 발명의 일 구현예에서는 상기 광으로 적외선 또는 가시광선 레이저를 사용하며, 상기 광원으로는 레이저 다이오드(LD) 또는 LED를 사용한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본원에 따른 터치센서모듈(20)에 포함된 각각의 광주사장치(21, 22)는, 광을 방사하는 광원(210)과 상기 광원(210)의 주사방향에 따라 배치된 광분할기(220), 콜리메이터 렌즈(230), 편향 프리즘(240), 경사거울(250), 광검출기(270), 스핀들 모터(225), 회전동기검출기(260)를 포함한다. 상기 디스플레이용 광학장치는 상기와 같은 구성을 포함하여 입사되는 광에 대한 송광부와 수광부 기능을 수행할 수 있게 된다. 본 발명의 일 구현예에서는 상기 광으로 적외선 또는 가시광선 레이저를 사용하며, 상기 광원으로는 레이저 다이오드(LD) 또는 LED를 사용한다. 본 발명의 일 구현예에서, 광원으로 레이저가 사용되며, 상기 콜리메이트 렌즈를 통과한 광의 직경은 약 2mm이상이다.

도시되어 있지는 않지만, 이러한 광원(210)의 후단에는 광원(210)으로부터 출사되는 광량을 조절하는 광량조절부가 설치될 수 있다. 이러한 광량조절부는 터치 스크린(A)이 수용할 수 있는 광량에 따라, 광의 진폭 즉 세기를 소정 범위내로 조절할 수 있다. 또한, 상기 광량조절부로는 출사된 광의 양을 줄이는 광감쇠기(optical attenuator) 또는 광 밀도를 원하는 양으로 필터링하는 광밀도필터(neutral density filter)가 사용된다.

본 발명의 일 구현예에서는, 상기 광분할기(220)는 상기 광원(210)의 일측에 설치되어, 상기 광원으로부터 입사한 광의 일부를 입사한 방향과 다른 방향인, 콜리메이터 렌즈(230)쪽으로 보내주고, 상기 반사막(30) 또는 반사봉(31)으로부터 되돌아오는 광의 일부를 검출기(270)로 전달하게 된다.

상기 콜리메이터 렌즈(230)는 상기 광분할기(220)로부터 입사한 발산광이 사방으로 퍼지지 않고 평행광으로 진행할 수 있도록 한다.

상기 편향 프리즘(240)은 상기 광원(210)에서 출사된 광의 방향을 바꿔주기 위한 장치로서, 상기 광분할기(220) 및 콜리메이터 렌즈(230)와 일직선상에 위치한다.

본 발명의 한 구현예에서, 상기 콜리메이터 렌즈(230)에서 출사된 평행광은 편향프리즘(240)에 의해 일정 각도로 방향이 바뀌면서, 상기 광이 통과될 수 있도록 중심을 관통하는 홀이 구비된, 상기 모터(225)의 홀(225a)을 관통하게 된다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 편향프리즘은 광의 방향을 90°바꾼다. 상기 모터(225)의 홀(225a)을 관통한 광을 다시 반사시키기 위한 경사거울(250)이 스핀들 모터(225)에 접하여 위치한다. 상기 모터는 경사거울을 회전시키며, 본 발명의 한 구현예에서 상기 모터는 스핀들 모터이다. 상기 경사거을(250)은 상기 편향 프리즘(240)의 출사면에 소정 각도로 경사지도록 형성되어 입사된 광을 다시 반사시키게 된다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 경사거울은 광의 방향을 90°바꾼다. 본 발명의 한 구현예에서 상기 경사 거울(250)은 광축 방향의 단면이 삼각형의 형상을 가지고, 일측면이 상기 일측면의 끝지점과 연결된 타측면과 이루는 각이 45°로 경사지도록 형성된다.

상기 스핀들 모터(225)의 홀(225a)을 관통한 레이저는 경사거울(250)에 도달 후 다시 방향이 바뀌며 스크린과 평행하게 상기 스크린 위를 지나간다. 이때, 스핀들 모터(225)에 의해 경사거울(250)은 360°로 회전하기 때문에 경사거울(250)에 의해 방향이 꺾여서 출사되는 레이저는 스크린의 모든 면을 지나간다. 본 발명의 한 구현예에서, 스크린을 지나간 레이저는 상기 터치센서모듈(20)이 위치한 일측면(1a)과 다른 측면(11b, 11c, 11d)에 부착된 반사막(30) 또는 스크린 상에 접촉하게 되는 반사봉(31)에 도달하여 반사에 의해 상기 경사거울(250)을 거쳐 스핀들 모터(225)의 홀(225a)을 관통한 뒤 편향프리즘(240)과 콜리메이터 렌즈(230)를 지나 그 일부가 상기 광분할기(220)를 통과해, 상기 편향프리즘(240), 상기 콜리메이터 렌즈(230), 및 상기 광분할기(220)와 일직선상에 있으며, 상기 광분할기를 사이에 두고 상기 콜리메이터 렌즈와 마주보는 자리에 위치하는 광 검출기(270)에 도달한다. 상기 광 검출기(270)는 레이저의 빛에너지를 전기에너지로 변환하여 검출하는 장치이다. 또한, 상기 광주사장치(21,22)는 상기 스핀들 모터(225)의 일측에 회전동기검출기(260)를 구비하여, 각각 스핀들 모터(225) 회전의 동기를 검출하게 한다. 이러한 스핀들 모터(225)의 회전동기는 신호검출의 기준이 된다.

본 발명의 일 구현예에서, 상기와 같은 광주사장치(21,22)의 일측에는 도 1의 (b)와 같이 구동회로부(10)가 설치되어, 상기 광원(210), 상기 검출기(270), 상기 스핀들 모터(225) 및 동기검출기(260)의 구동을 제어하게 된다. 구체적으로, 상기 구동회로부는(10), 상기 검출기(270) 및 동기검출기(260)의 구동을 제어하는 각각의 제어부들, 모터 구동제어부(13a, 13b) 및 광원 제어부(14a, 14b)가 설치될 수 있다. 또한, 상기 구동회로부(10)는 모터 구동제어부(13a, 13b)를 통하여 상기 스핀들 모터(225)를 정밀하게 제어할 수 있다. 또한, 상기 구동회로부(10)는 터치 스크린(A)에 표시되는 영상을 분해하여 소정의 분해능의 범위에서 최대 선명도를 판단할 수 있는 중앙처리부(12)를 더 포함하여, 영상의 선명도를 미세한 오차범위에서 판단하게 할 수 있다.

도 4는 상기 디스플레이용 광학장치의 경사거울로 사용가능한 형상을 나타낸 도면이다. 본 발명의 한 구현예에서, 상기 광학장치 경사거울(250)의 형태는 도 4의 (a)와 같이 육면체 형태이고 빗변이 반사면인 형태이거나 또는 도 4의 (b)와 같이 하부가 사각형 면으로 형성되어 있고 광축 방향으로 단면이 삼각형이며 한 면의 기울기가 45°로 경사진 형태이거나 또는 도 4의 (c)와 같이 상부가 사각형 면으로 형성되어 있고 광축 방향으로 단면이 삼각형이며 한 면의 기울기가 45°로 경사진 형태로 경사거울 홀더에 의해 지지되는 형태이다. 본 발명의 한 구현예에서 상기 경사 거울의 육면체 또는 사각형 면의 한 변의 길이는 약 2~6mm이다. 상기 경사 거울의 한 변의 길이는 상기 콜리메이터 렌즈를 통과한 평행광의 직경에 따라 결정되는 것이 바람직하며, 예를 들면 평행광의 직경과 적어도 동일하다. 한 구현예에서, 레이저를 광원으로 사용하는 경우, 평행광의 직경은 약 2mm일 때, 상기 한변의 길이는 적어도 2mm이다. 한편 터치센서모듈의 박형화를 위해서는 상기 한 변의 길이를 6mm이하로 하는 것이 바람직하다.

도 5는 하우징을 추가로 포함하는 광주사장치로, 홀이 구비되지 않은 모터를 이용한 디스플레이용 광학장치(a), 본 발명의 일 실시예에 따른 홀이 구비된 모터를 이용한 디스플레이용 광학장치(b), 및 하우징에 본 발명의 일 실시예에 따른요형 홈을 형성한 경우의 홀이 구비된 모터를 이용한 디스플레이용 광학장치(c)에 대한 비교를 나타내는 도면이다.

도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 홀이 구비되지 않은 모터를 이용한 광학장치에서 육면체의 한 변이 약 2~6mm이고 광축 방향의 단면이 삼각형이며 45°로 기울어진 면을 가진 경사거울(250)을 모터(225)의 상부에 배치하고 경사거울(250)의 상부에 편향프리즘(240)이 배치된다. 이 경우, 하우징(100)의 두께가 1mm일때, 경사거울 및 편향 프리즘의 크기와 편향 프리즘의 각도를 고려하면, 레이저의 중심에서 하우징의 외벽까지의 거리(d)는 약 5.5~7.5mm이다. 상기 거리의 범위는 경사거울과 편향프리즘 간의 간격과, 편향프리즘과 하우징 내벽 간의 간격을 배제한 높이이다. 따라서 상기 간격을 모두 고려하면 0.5~1mm가 더 높아지게 되어, 최소 크기로 구성을 하더라도 약 6.0 ~ 8.5mm 사이의 간격을 갖는다.

이와 비교하여 본 발명의 터치센서모듈은 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 육면체의 한 변이 2~6mm이고 광축 방향의 단면이 삼각형이며 45°로 기울어진 면을 가진 경사거울(250)은 스핀들 모터(225) 회전면의 상부에 상기 모터와 접하여 위치하고, 편향프리즘(240)은 상기 스핀들 모터(225)의 회전면의 하부에 배치된다. 이러한 구조로 인해 하우징(100)의 두께가 1mm일 때, 하우징(1)의 내벽과 경사거울(250) 간의 간격을 0.5mm로 할 경우, 경사거울(250)의 중심에서 하우징(1)의 외벽까지 높이(d')는 약 2.5~4.5mm이다. 이 높이는 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 경사거울과 편향프리즘이 모터의 같은 측면에 위치한 경우와 비교하여, 간격이 약 41% 내지 70% 감소하였다. 이는 본원의 터치센서모듈을 사용하는 경우 두께가 얇아져, 광이 스크린에 보다 근접하게 함으로써, 광학장치의 박형화가 가능하고, 디스플레이 상에서의 터치를 통한 입력 또는 조작의 오류를 감소시키고, 감응도를 높일 수 있음을 나타내는 것이다.

나아가 본 발명의 또다른 실시예에 따른 디스플레이용 광학장치는, 도 5의 (c)에 도시한 바와 같이, 하우징(1)에서 경사거울(250)의 회전반경 부분에 깊이 약 0.3~0.5mm인 홈(1a)을 파서 경사거울(250)과 하우징(1) 간의 간격을 더욱 좁혀, 경사거울이 하우징에 더 근접하여 위치하도록 하여, 레이저의 중심과 하우징(1)의 외벽 간의 높이(d")는 2~4mm로 도 5의 (b) 보다 간격을 더 줄일 수 있다.

더 나아가 본 발명의 일 실시예에 따른 터치센서모듈을 수용하는, 하우징(100)의 두께를 더 줄이는 것이 가능하며, 예를 들면 두께가 0.5~1mm일 때 하우징(100)과 경사거울(250) 사이의 간격은 더 줄어들게 되어, 약 0.3~0.5mm로 된다.

본 발명의 일 실시예에서는 레이저의 중심으로부터 하우징(100)의 외벽까지의 높이를 약 5mm 이내를 구현해, 경사거울(250)을 통해 스크린 위를 평행하게 지나는 레이저와 스크린 사이의 간격을 약 5mm 이내로 하는 것이 가능하였다.

다른 양태에서 본 원은 상기 디스플레이용 터치센서모듈을 포함하는 디스플레이용 광학장치에 관한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이 상기 광학 장치는 한 개 이상의 반사부(30)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 광학장치가 디스플레이(A), 예를 들면 스크린에 사용되는 경우, 상기 터치센서모듈은 일측면에 위치하고, 상기 반사부는 상기 스크린(A)의 일측면(1a) 주위의 타측면(1b, 1c, 1d)에 위치하고, 터치센서모듈에 포함된 광주사 장치(21, 22)에서 출사하여 반사부, 예를 들면 반사막(30)에 입사된 광을 반사하여 터치센서모듈(20)로 보내준다.

상기 반사부는 광을 반사할 수 있는 공지의 것이 사용될 수 있으나, 특히 반사율이 높은 물질이 바람직하며, 본 발명의 일 구현예에서는 반사막, 반사테이프를 포함하나, 이로 제한하는 것은 아니다. 본원에서 반사부, 예컨대 반사막, 반사테이프는 한 개 이상 사용될 수 있다. 예를 들면 반사테이프가 한 장으로 상기 타측면 모두(1b, 1c, 1d)를 커버하는 경우에는 하나가 포함되지만, 각 측면별로 별도의 반사테이프를 사용하는 경우에는 반사테이프가 구비되는 측면의 갯수에 따라 여러 개의 반사테이프가 사용될 수 있으며, 이 모두 본원의 범위에 포함된다.

다른 양태에서 상기 반사부 대신에 반사막 또는 반사테이프가 일부 또는 전부에 구비된 반사봉이 본원의 광학장치에 사용될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 일 구현예에 따른 반사막이 부착된 반사봉 등을 이용한 디스플레이용 광학 장치는, 터치센서모듈이 장착된 면 이외의 3면에 반사부가 설치되어 있지 않고, 터치 스크린을 직접 접촉하는 반사봉(31) (예를 들면, 펜이나 봉)의 끝부분에 반사막(30)이 별도로 수용되어 있어서 터치 스크린(A) 터치 시 출사된 레이저 광이 상기 반사봉(31)에 설치된 반사막(30)에 도달한 후 회귀 반사되어 출사한 방향의 역순으로 되돌아가 검출기(270)에 도달하는 구조를 갖는다. 반사봉을 사용하는 경우에는, 반사봉에서만 광의 반사가 일어나고, 이 반사된 광을 광 검출기에서 검출해 광에너지를 전기에너지로 변환한다.

A: 터치 스크린 10: 구동회로부
20: 터치 센서 모듈 21, 22: 광주사장치
30: 반사막 31: 반사봉
100: 하우징 210: 광원
220: 광분할기 225: 모터
225a: 모터의 홀 230: 콜리메이터 렌즈
240: 편향 프리즘 250: 경사미러
260: 동기검출기 270: 검출기

Claims

디스플레이용 터치센서모듈로,
상기 터치센처 모듈은 복수 개의 광주사장치 및 구동회로부를 포함하고,
상기 광주사장치는 단색광을 발생시키는 광원; 상기 광원으로부터 출사되는 광의 일부를 콜리메이터 렌즈로 보내주고, 상기 콜리메이터 렌즈를 통해 되돌아오는 광의 일부를 검출기로 보내는 광분할기; 상기 광분할기에서 출사된 광을 평행광으로 진행하도록 하는 콜리메이터 렌즈; 상기 광분할기 및 콜리메이터 렌즈와 일직선상에 위치하며, 상기 콜리메이터 렌즈에서 출사된 광의 방향을 일정 각도로 바꾸어주는 편향프리즘; 상기 편향프리즘, 상기 콜리메이터 렌즈, 및 상기 광분할기와 일직선상에 있으며, 상기 광분할기를 사이에 두고 상기 콜리메이터 렌즈와 마주보는 자리에 위치하는 광 검출기; 상기 편향프리즘에서 방향이 바뀌어 출사된 상기 광이 통과될 수 있도록 중심을 관통하는 홀이 구비된 모터; 상기 모터의 홀을 통과한 상기 광이 진행하는 방향의 모터 상에 위치하고, 상기 홀을 통과한 광을 스크린과 평행한 방향으로 진행하도록 소정의 각도로 반사하는 경사거울; 및 상기 모터의 회전 동기를 검출하는 동기 검출기를 포함하고,
상기 구동회로부는 상기 광원, 검출기, 모터 및 동기 검출기를 컨트롤하며 상기 광주사장치에 연결되어 있는, 디스플레이용 터치센서모듈.
제1항에 있어서,
상기 터치센처 모듈은 2개의 광주사장치를 포함하며, 상기 2개의 광주사장치는 상기 구동회로부를 사이에 두고 양 측면에 위치하는, 디스플레이용 터치센서모듈.
제1항에 있어서,
상기 모터는 스핀들 모터인, 디스플레이용 터치센서모듈.
제1항에 있어서,
상기 광원은 가시광 또는 적외선을 발생하는, 레이저 다이오드 또는 LED인, 디스플레이용 터치센서모듈.
제1항에 있어서,
상기 콜리메이터 렌즈를 통과한 평행광의 직경은 2mm 이상인, 디스플레이용 터치센서모듈.
제1항에 있어서,
상기 경사거울은, 한 변의 길이가 2~6mm인 육면체 형태이고 빗변이 반사면인, 디스플레이용 터치센서모듈.
제1항에 있어서,
상기 경사거울은, 한 변의 길이가 2~6mm이고 하부가 스크린과 평행한 면으로 형성되어 있고, 광축 방향으로 단면이 삼각형이며 한 면의 기울기가 45°로 경사진 형태인, 디스플레이용 터치센서모듈.
제1항에 있어서,
상기 경사거울은, 한 변의 길이가 2~6mm이고 상부가 스크린과 평행한 면으로 형성되어 있고, 광축 방향으로 단면이 삼각형이며 한 면의 기울기가 45°로 경사져서 경사거울 지지대에 의해 지지되는 형태인, 디스플레이용 터치센서모듈.
제1항에 있어서,
상기 터치센서모듈은 이를 수납하는 하우징을 더 포함하는 디스플레이용 터치센서모듈.
제9항에 있어서, 상기 하우징은 상기 경사거울이 하우징에 더 근접하여 위치할 수 있도록, 회전하는 상기 경사거울의 일부를 수용할 수 있는 홈을 포함하는, 디스플레이용 터치센서모듈.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 터치센서모듈을 포함하는 디스플레이용 광학 장치로, 상기 터치센서모듈은 상기 터치 스크린의 일측면에 위치하는, 디스플레이용 광학 장치.
제11항에 있어서, 상기 장치는 한 개 이상의 반사부를 추가로 포함하며, 상기 반사부는 상기 터치센서모듈이 위치한 측면과 다른 측면에 위치하는, 디스플레이용 광학장치.
제11항에 있어서, 상기 장치는 반사봉을 추가로 포함하며, 상기 반사봉의 전부 또는 일부에 반사부가 수용되어 있는, 디스플레이용 광학장치.