KR101268535B1 - 하이브리드 광학적 터치스크린 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 하이브리드 광학적 터치스크린 장치는 테두리 내에 터치 감지 영역을 갖는 스크린 평판, 상기 테두리에 설치되며 상기 터치 감지 영역을 횡단하는 스캔 광을 출력하는 복수개의 발광 소자, 상기 스크린 평판의 외부에서 상기 터치 감지 영역으로 가시광선을 출력하는 가시광원, 상기 테두리에 설치되며 상기 터치 감지 영역을 횡단한 스캔 광과 상기 터치 감지 영역 내에서 반사되는 가시광선을 수신하는 복수개의 수광 소자, 상기 복수개의 발광 소자와 상기 복수개의 수광 소자를 구동 시키는 구동 회로, 및 상기 구동 회로를 통하여 상기 복수개의 발광 소자와 상기 복수개의 수광 소자의 동작을 제어하여 상기 터치 감지 영역 내의 사용자 터치 입력 위치를 판단하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 복수개의 수광 소자에 의해서 수광되는 수광량의 감소량 변화에 기초해서 상기 터치 감지 영역 내에서 사용자의 물리적 터치 위치를 판별하고, 상기 복수개의 수광 소자에 의해서 수광되는 수광량의 증분량 변화에 기초해서 상기 터치 감지 영역 내에서 가시광선에 의한 터치 위치를 판별한다. 본 발명의 하이브리드 광학적 터치스크린 장치는 카메라와 장치의 추가 없이도 복수개의 발광 소자와 복수개의 수광 소자를 이용하여 스크린 평판에 대한 물리적 터치 입력에 대한 감지와 가시광선을 이용한 광학적 터치도 감지할 수 있다.

Description

하이브리드 광학적 터치스크린 장치{HYBRID OPTICAL TOUCH SCREEN APPARATUS}

본 발명은 터치스크린장치에 관한 것으로, 구체적으로 복수개의 발광 소자와 수광 소자를 이용하여 광학적으로 터치 위치를 감지하되 스크린 평판의 터치와 가시광선에 의한 터치를 복합적으로 감지할 수 있는 하이브리드 광학적 터치스크린 장치에 관한 것이다.

터치스크린장치는 각종 디스플레이 장치를 갖는 다양한 종류의 전자 기기에 사용자 입력 장치로서 사용되고 있다. 터치스크린장치는 터치를 감지하는 방식에 따라 여러 종류로 구분되는데 예를 들어, 저항막 방식, 정전 용량 방식, 초음파 방식, 적외선을 이용한 광학 방식 등이 있다.

적외선을 이용한 광학적 터치스크린 장치는 복수개의 발광 소자를 스크린 평판의 테두리 일변에 배열하고 대향된 타변에 그와 동수의 복수개의 수광 소자를 배열한다. 스크린 평판의 사변에 발광 소자와 수광 소자를 대응되게 배열하고 발광 소자들을 순차적으로 점등 시켜 나가면서 광학적 스캔 동작을 수행하고, 이때 대응된 하나의 수광 소자를 동작시켜 수신되는 스캔 광의 수신 여부를 판단하여 스크린 평판의 터치된 위치를 검출한다.

그러나 이러한 종래 방식의 광학적 터치스크린 장치는 다중 터치를 감지하기 어렵다. 예를 들어, 스크린 표면에 두 지점에서 터치가 이루어지는 경우 종래 방식에서는 네 개의 터치 위치가 감지되는데 이중 두 지점은 실상이지만 나머지 두 지점은 허상이 된다. 그러므로 종래 방식으로는 다중 터치를 감지할 수 없었다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여 실상만을 감지할 수 있는 광학적 터치스크린 장치가 제안되고 있다. 실상만을 감지하기 위한 광학적 터치스크린 장치는 하나의 발광 소자가 스캔 광을 출력할 때 스캔 광의 출력 범위에 있는 복수개의 수광 소자가 동시에 스캔 광을 수광한다. 이와 같이 복수개의 발광 소자가 순차적으로 점등되는 과정에서 각각의 발광 소자의 스캔 출력 범위에 있는 복수개의 수광 소자들이 동시에 스캔 광을 수광한다. 이러한 스캔 과정을 통하여 허상이 배제될 수 있도록 하고 있다.

한편, 프리젠테이션을 위한 프로젝트 빔 장치의 경우 카메라를 이용하여 스크린 위에 주사된 레이저 빔의 주사 위치를 인식 방식이 있다. 최근 대화면의 디스플레이 장치가 제공됨에 따라 프로젝트 빔과 스크린을 이용한 플리젠테이션 방식이 대형의 평판 디스플레이를 이용하여 직접 필요한 영상을 출력하면서 진행할 수 있게 되었다. 이에 디스플레이 장치의 스크린 평판 위에 물리적인 터치에 의한 터치 입력과 더불어 레이저 빔과 같은 가시광선을 이용한 터치 입력도 가능하게 될 필요가 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 복수개의 발광 소자와 복수개의 수광 소자를 이용하여 스크린 평판에 대한 물리적 터치 입력에 대한 감지와 가시광선을 이용한 광학적 터치도 감지할 수 있는 하이브리드 광학적 터치스크린 장치를 제공하는데 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 하이브리드 광학적 터치스크린 장치에 관한 것이다. 본 발명의 하이브리드 광학적 터치스크린 장치는 테두리 내에 터치 감지 영역을 갖는 스크린 평판; 상기 테두리에 설치되며 상기 터치 감지 영역을 횡단하는 스캔 광을 출력하는 복수개의 발광 소자; 상기 스크린 평판의 외부에서 상기 터치 감지 영역으로 가시광선을 출력하는 가시광원; 상기 테두리에 설치되며 상기 터치 감지 영역을 횡단한 스캔 광과 상기 터치 감지 영역 내에서 반사되는 가시광선을 수신하는 복수개의 수광 소자; 상기 복수개의 발광 소자와 상기 복수개의 수광 소자를 구동 시키는 구동 회로; 및 상기 구동 회로를 통하여 상기 복수개의 발광 소자와 상기 복수개의 수광 소자의 동작을 제어하여 상기 터치 감지 영역 내의 사용자 터치 입력 위치를 판단하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 복수개의 수광 소자에 의해서 수광되는 수광량의 감소량 변화에 기초해서 상기 터치 감지 영역 내에서 사용자의 물리적 터치 위치를 판별하고, 상기 복수개의 수광 소자에 의해서 수광되는 수광량의 증분량 변화에 기초해서 상기 터치 감지 영역 내에서 가시광선에 의한 터치 위치를 판별한다.

일 실시예에 있어서, 상기 스크린 평판은 사변을 갖는 사각 평판 구조를 갖고, 상기 복수개의 수광 소자는 이웃한 두 변의 테두리 구성되며, 상기 복수개의 수광 소자는 다른 두 변의 테두리에 구성된다.

일 실시예에 있어서, 상기 스크린 평판은 사변을 갖는 사각 평판 구조를 갖고, 상기 복수개의 발광 소자와 상기 복수개의 수광 소자는 상기 스크린 평판의 사변의 테두리에 모두 설치된다.

일 실시예에 있어서, 광 스캔 효율을 높이기 위해 상기 발광 소자의 전단에 설치되는 광학계를 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 광 스캔 효율을 높이기 위해 상기 수광 소자의 전단에 설치되는 광학계를 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 발광 소자는 적외선 발광 소자이다.

일 실시예에 있어서, 상기 수광 소자는 적외선 및 가시광선을 모두 수광 할 수 있는 광 다이오드이다.

본 발명의 하이브리드 광학적 터치스크린 장치는 카메라 장치의 추가 없이도 복수개의 발광 소자와 복수개의 수광 소자를 이용하여 스크린 평판에 대한 물리적 터치 입력에 대한 감지와 가시광선을 이용한 광학적 터치도 감지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학적 터치스크린 장치의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2는 터치 감지 영역에 출력되는 스캔 광의 자취를 보여주는 도면이다.
도 3은 터치 감지 영역에 두 지점의 터치가 있는 경우 스캔 광의 자취를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 스크린 평판 위에 가시광선이 조사된 경우 복수개의 수광 소자에 의해서 감지되는 광량의 증분 구간을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 5 내지 도 8은 발광 소자와 수광 소자에 광학계를 구성한 예를 보여주는 도면이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학적 터치스크린 장치의 구성을 보여주는 블록도이다.

도 1을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학적 터치스크린 장치는 터치 감지 영역(21)을 갖는 스크린 평판(20)을 구비한다. 스크린 평판(20)은 예를 들어 평판 디스플레이 장치 또는 전자 칠판 등일 수 있다. 스크린 평판(20)은 사변의 테두리를 갖고 각 변의 테두리에는 복수개의 발광 소자(31)와 복수개의 수광 소자(30)가 교대적으로 설치되어 있다. 복수개의 발광 소자(31)는 발광 구동 회로(16)에 연결되어 스캔 주기에 따라 구동된다. 복수개의 수광 소자(30)는 수광 구동 회로(14)에 연결되어 스캔 주기에 따라 구동된다. 제어부(10)는 발광 구동 회로(16)와 수광 구동 회로(14)를 제어하여 터치 감지 영역(21)에 대한 광학적 스캔닝 동작을 수행하여 사용자의 터치 입력 위치를 검출한다.

복수개의 발광 소자(31)는 적외선 발광 다이오드로 구성될 수 있으며 터치 감지 영역(21)의 테두리에 일정 간격을 두고 설치된다. 예를 들어, 도면에 도시한 바와 같이, 일변에 5개씩 총 20개의 발광 소자(31)가 네 변의 테두리에 일정 간격을 두고 설치된다. 복수개의 수광 소자(30)는 적외선 및 가시광선을 모두 수광하는 광 다이오드로 터치 감지 영역(21)의 테두리에 일정 간격을 두고 설치된다. 예를 들어, 도면에 도시한 바와 같이, 일변에 17개씩 총 68개의 수광 소자(30)가 네 변의 테두리에 일정 간격을 두고 설치된다.

도 2는 터치 감지 영역에 출력되는 스캔 광의 자취를 보여주는 도면이고, 도 3은 터치 감지 영역에 두 지점의 터치가 있는 경우 스캔 광의 자취를 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 2를 참조하여, 복수개의 발광 소자(31)는 스캐닝 주기에 따라 순차적으로 점멸 동작을 반복한다. 하나의 발광 소자(31)가 점등되어 있는 동안에 해당 발광 소자(31)의 스캔 광(32)을 수신할 수 있는 유효 범위 내에 있는 복수개의 수광 소자(30)가 구동되어 스캔 광(32)을 수광한다. 예를 들어, 한 주기의 스캐닝 동작에서 복수개의 발광 소자(31)와 복수개의 수광 소자(30) 사이에 이루어지는 스캔 광의 자취는 첨부 도면 도 2에 도시된 바와 같다.

터치 감지 영역(21) 위에 사용자가 임의의 두 지점을 터치한 경우를 첨부도면 도 3에 예시하고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 사용자가 임의의 두 지점을 터치한 경우 터치된 해당 영역을 경유하는 스캔 광을 수신했던 수광 소자(31)는 스캔 광을 수신할 수 없다. 제어부(10)는 터치 감지 영역(21)에 아무 터치가 없는 경우 복수개의 수광 소자(30)가 수광하는 스캔 광의 광량을 측정하여 기준 값으로 저장하고, 스캐닝 과정에서 복수개의 수광 소자(30)가 수광하는 스캔 광의 광량 정보를 해당되는 기준 값과 비교하여 터치 입력 유무와 터치된 위치를 판별한다. 이러한 방식의 터치 위치 판별에 관련된 알고리즘은 공지의 사항임으로 상세한 설명은 생략한다.

도 4는 스크린 평판 위에 가시광선이 조사된 경우 복수개의 수광 소자에 의해서 감지되는 광량의 증분 구간을 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 4를 참조하여, 가시광원(40)으로부터 스크린평판(20)의 터치 감지 영역(21) 위로 가시광(41)이 조사되면, 복수개의 수광 소자(30)에 의해서 수광되는 광량은 각 변을 기준으로 조사된 영역에서 가까운 영역에 배치된 수광 소자(30)의 수광량이 증가된다. 즉, 스크린평판(20) 위에 조사된 가시광(41)은 표면에서 난반사를 일으키고 난반사된 가시광선은 각 변을 기준으로 직선 거리로 가장 가까운 수광 소자(30)에서 가장 많이 검출될 것이다. 그러므로 제어부(10)는 각 변에 설치된 복수개의 수광 소자(30)에서 수광량이 기준치보다 가장 많이 증가되는 지점 검출하고 이를 기초로 하여 스크린평판(20) 위에서 가시광선의 터치 위치(42)를 감지한다.

제어부(10)은 터치 감지를 위한 스캐닝 과정에서 각 변을 기준으로 복수개의 수광 소자(30)가 감지하는 수광량이 감소하는 경우에는 해당 수광량 감소량 변화에 기초해서 터치 감지 영역(21) 내에서 사용자의 물적 터치 위치를 판별하며, 수광량이 증가하는 경우에는 증분량의 변화에 기초해서 터치 감지 영역(21) 내에서 가시광선에 의한 터치 위치를 판별한다.

도 5 내지 도 8은 발광 소자와 수광 소자에 광학계를 구성한 예를 보여주는 도면이다.

도 5 내지 도 8은 발광 소자와 수광 소자에 광학계를 구성한 예를 보여주는 도면이다.

도 5를 참조하여, 발광 소자(31)의 전단에는 광학계(33)가 구성될 수 있다. 광학계(33)는 발광 소자(31)의 스캔 광(32)의 발산각에 맞추어 여러 줄기로 분산된 스캔 광(32)을 출력할 수 있도록 양각 또는 음각된 렌즈 구조를 포함한다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 하나의 발광 소자(31)가 점등되었을 때 7개의 수광 소자(미도시)가 스캔 광(32)을 수신한다면, 7개의 양각된 렌즈 구조가 광학계(33)의 전단에 구성될 수 있다. 광학계(33)는 발광 소자(31)에 개별적으로 장착되는 구조를 가질 수도 있고, 또는 스크린평판(20)의 테두리 각 변에 전체적으로 설치되는 프레임 구조를 가질 수도 있다.

도 6을 참조하여, 수광 소자(30)의 전단에는 광학계(34)가 구성될 수 있다. 광학계(34)는 수광 소자(30)가 둘 이상의 스캔 광(32a, 32b)을 수광할 수 있도록 양각 또는 음각된 렌즈 구조를 포함한다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 두 개의 스캔 광(32a, 32b)을 수신하는 구조인 경우에는 각 스캔 광(32a, 32b)의 입력 방향으로 정렬된 양각된 렌즈 구조가 광학계(34)의 전단에 구성될 수 있다. 광학계(34)는 수광 소자(30)에 개별적으로 장착되는 구조를 가질 수도 있고, 또는 스크린평판(20)의 테두리 각 변에 전체적으로 설치되는 프레임 구조를 가질 수도 있다.

첨부 도면 도 7 및 도 8은 변형예에 따른 광학계(35, 37)을 보여주는 도면이다. 도 7을 참조하여, 발광 소자(31)의 전단에 구성되는 변형예의 광학계(35)는 스캔 광(32)이 분산되어야 하는 분산각에 따라서 복수개의 광도파 홀(36)이 구성된다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 하나의 발광 소자(31)가 점등되었을 때 7개의 수광 소자(미도시)가 스캔 광(32)을 수신한다면, 7개의 광도파 홀(36)이 광학계(35)에 구성될 수 있다.

도 8을 참조하여, 수광 소자(30)의 전단에 구성되는 변형예의 광학계(37)는 수광 소자(30)가 둘 이상의 스캔 광(32a, 32b)을 수광할 수 있도록 광도파 홀(38)이 구성된다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 두 개의 스캔 광(32a, 32b)을 수신하는 구조인 경우에는 각 스캔 광(32a, 32b)의 입력 방향으로 정렬된 두 개의 광도파 홀(38)이 광학계(37)에 구성된다. 광학계(37)는 수광 소자(30)에 개별적으로 장착되는 구조를 가질 수도 있고, 또는 스크린평판(20)의 테두리 각 변에 전체적으로 설치되는 프레임 구조를 가질 수도 있다.

이와 같이 발광 소자(31)와 수광 소자(30)를 위한 각각의 광학계(33, 34)(35, 37)를 부가적으로 구성하면 스캔 광(32, 32a, 32b)의 보다 정확한 송수신이 가능하게 되어 전체적으로 터치 감지 효율을 높일 수 있다. 스크린 평판(20)의 테두리 영역에 프레임 구조로 광학계를 구성하는 경우 두 개의 광학계(33, 34)(35, 37)를 각각의 발광 소자(31)와 수광 소자(30)의 설치 위에 맞추어 정렬하여 하나의 프레임에 같이 구성할 수도 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 하이브리드 광학적 터치스크린 장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10: 제어부 12: 구동 회로
14: 수광 구동 회로 16: 발광 구동 회로
20: 스크린 평판 21: 터치 감지 영역
30: 수광 소자 31, 31a, 31b: 발광 소자
32, 32a, 32b: 스캔 광 33, 34, 35, 37: 광학계
36, 38: 광 가이드 홀 40: 가시광원
41: 가시광선 42: 가시광선 터치 위치
43: 반사된 가시광

Claims (7)

1. 테두리 내에 터치 감지 영역을 갖는 스크린 평판;
   상기 테두리에 설치되며 상기 터치 감지 영역을 횡단하는 스캔 광을 출력하는 복수개의 발광 소자;
   상기 스크린 평판의 외부에서 상기 터치 감지 영역으로 가시광선을 출력하는 가시광원;
   상기 테두리에 설치되며 상기 터치 감지 영역을 횡단한 스캔 광과 상기 터치 감지 영역 내에서 반사되는 가시광선을 수신하는 복수개의 수광 소자;
   상기 복수개의 발광 소자와 상기 복수개의 수광 소자를 구동 시키는 구동 회로; 및
   상기 구동 회로를 통하여 상기 복수개의 발광 소자와 상기 복수개의 수광 소자의 동작을 제어하여 상기 터치 감지 영역 내의 사용자 터치 입력 위치를 판단하는 제어부를 포함하고,
   상기 제어부는 상기 복수개의 수광 소자에 의해서 수광되는 수광량의 감소량 변화에 기초해서 상기 터치 감지 영역 내에서 사용자의 물리적 터치 위치를 판별하고,
   상기 복수개의 수광 소자에 의해서 수광되는 수광량의 증분량 변화에 기초해서 상기 터치 감지 영역 내에서 가시광선에 의한 터치 위치를 판별하며,
   상기 발광 소자의 전단에 설치되고 각각의 발광 소자에서 분산되는 복수의 스캔광의 분산각에 따라 정렬된 복수의 광도파홀로 구성된 발광부 광학계를 포함하고,
   상기 수광 소자의 전단에 설치되고 각각의 수광 소자가 수신하는 복수의 스캔광의 입력 방향으로 정렬된 복수의 광도파홀로 구성된 수광부 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광학적 터치스크린 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 스크린 평판은 사변을 갖는 사각 평판 구조를 갖고,
   상기 복수개의 수광 소자는 이웃한 두 변의 테두리 구성되며,
   상기 복수개의 수광 소자는 다른 두 변의 테두리에 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광학적 터치스크린 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 스크린 평판은 사변을 갖는 사각 평판 구조를 갖고,
   상기 복수개의 발광 소자와 상기 복수개의 수광 소자는 상기 스크린 평판의 사변의 테두리에 모두 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광학적 터치스크린 장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 발광 소자는 적외선 발광 소자인 것을 특징으로 하는 하이브리드 광학적 터치스크린 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 수광 소자는 적외선 및 가시광선을 모두 수광 할 수 있는 광 다이오드인 것을 특징으로 하는 하이브리드 광학적 터치스크린 장치.

Images