KR101358781B1 - Optical touch screen apparatus using frustrated total internal reflection - Google Patents

Optical touch screen apparatus using frustrated total internal reflection Download PDF

Info

Publication number
KR101358781B1
KR101358781B1 KR1020120078597A KR20120078597A KR101358781B1 KR 101358781 B1 KR101358781 B1 KR 101358781B1 KR 1020120078597 A KR1020120078597 A KR 1020120078597A KR 20120078597 A KR20120078597 A KR 20120078597A KR 101358781 B1 KR101358781 B1 KR 101358781B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
total reflection
scan
light emitting
light receiving
Prior art date
Application number
KR1020120078597A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20140011743A (en
Inventor
김기수
Original Assignee
주식회사 에이에프오
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 에이에프오 filed Critical 주식회사 에이에프오
Priority to KR1020120078597A priority Critical patent/KR101358781B1/en
Publication of KR20140011743A publication Critical patent/KR20140011743A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101358781B1 publication Critical patent/KR101358781B1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/042—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means
    • G06F3/0421—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means by interrupting or reflecting a light beam, e.g. optical touch-screen
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2203/00—Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
    • G06F2203/041—Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04109—FTIR in optical digitiser, i.e. touch detection by frustrating the total internal reflection within an optical waveguide due to changes of optical properties or deformation at the touch location

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Position Input By Displaying (AREA)

Abstract

본 발명의 전반사 산란을 이용한 광학 터치스크린 장치는 전면으로 터치 표면을 갖는 전반사 플레이트, 상기 전반사 플레이트의 내부로 스캔광을 송출하는 발광부, 상기 전반사 플레이트의 후면에 밀착되며 복수의 산란 패턴을 갖는 도광 플레이트, 및 상기 스캔광이 상기 터치 표면에 접촉되는 오브젝트에 의해 산란되어 상기 도광 플레이트로 입사된 후 산란된 스캔광이 다시 상기 산란 패턴에 의해 반사되어 상기 도광 플레이트 내부에서 전반사되는 스캔광을 수광하는 수광부를 포함한다. 본 발명의 전반사 산란을 이용한 광학 터치스크린 장치는 FTIR을 이용한 터치 감지 방식에서 종래와 달리 산란광을 인식하기 위해 얇은 도광 플레이트와 복수개의 수광 모듈을 사용함으로 평판형 디스플레이 장치에도 적용할 수 있다.The optical touch screen device using the total reflection scattering of the present invention is a total reflection plate having a touch surface to the front, a light emitting unit for transmitting the scan light to the inside of the total reflection plate, a light guide having a plurality of scattering patterns in close contact with the back of the total reflection plate A plate, and the scan light is scattered by the object in contact with the touch surface to enter the light guide plate, and then the scattered scan light is reflected by the scattering pattern to receive the totally reflected scan light inside the light guide plate. It includes a light receiving unit. The optical touch screen device using the total reflection scattering of the present invention can be applied to a flat panel display device by using a thin light guide plate and a plurality of light receiving modules in order to recognize scattered light in the touch sensing method using FTIR.

Description

전반사 산란을 이용한 광학 터치스크린 장치{OPTICAL TOUCH SCREEN APPARATUS USING FRUSTRATED TOTAL INTERNAL REFLECTION}Optical touch screen device using total reflection scattering {OPTICAL TOUCH SCREEN APPARATUS USING FRUSTRATED TOTAL INTERNAL REFLECTION}

본 발명은 터치스크린 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 오브젝트가 전반사 플레이트를 터치할 때 발생되는 산란광을 얇은 도광 플레이트를 통하여 감지할 수 있도록 하여 평판형 디스플레이 장치에 적용이 가능한 전반사 산란(frustrated total internal refraction, FTIR)을 이용한 광학 터치스크린 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a touch screen device. Specifically, a scattered light generated when an object touches a total reflection plate may be sensed through a thin light guide plate, and thus total reflection may be applied to a flat panel display device. FTIR).

터치스크린을 구현하는 방식으로는 저항막 방식, 정전용량 방식, 초음파 방식 및 적외선 방식 등이 대표적이다. 이외에도 카메라를 통한 영상처리 방식, 피에조 방식, 장력 측정 방식 등 여러 방식들이 제안되고 상용화되어 있다. 이들 중에서 적외선을 이용한 방식으로는 적외선 매트릭스 방식과 옵티컬 이미징 방식 그리고 전반사 산란(FTIR ;Frustrated Total Internal Reflection; 이하 ' FTIR ' 이라 함)을 이용하는 방식으로 대별할 수 있다.Representative methods of the touch screen include resistive, capacitive, ultrasonic and infrared methods. In addition, various methods such as an image processing method, a piezo method, and a tension measuring method through a camera have been proposed and commercialized. Among these methods, infrared rays may be classified into an infrared matrix method, an optical imaging method, and a total reflection method (FTIR).

적외선 매트릭스 방식은 스크린의 외곽선을 따라 상하 좌우로 적외선 송신용 LED와 적외선 수신용 포토트랜지스터를 조밀하게 배치하여 스크린 상에 적외선 광으로 이루어진 매트릭스를 구성하고, 스크린상의 특정 부위에 접촉이 이루어지면 그곳의 적외선이 차단되기 때문에 이를 감지하여 접촉한 물체의 X/Y 위치를 알 수 있도록 하는 방식이다. 이 방식은 스크린 외곽의 프레임을 따라 적외선 송신용 LED와 적외선 수신용 포토트랜지스터를 어레이 형태로 배치한다. 그럼으로 스크린의 전면을 터치 패널로 가릴 필요가 없어서 선명한 화면을 제공할 수 있고, 스크린의 대형화에 따른 대응이 상대적으로 용이하며, 터치하는 물체의 종류에 관계없이 작동할 수 있는 등의 장점이 있다.Infrared matrix method densely arranges the infrared transmitting LED and the infrared receiving phototransistor along the outline of the screen to form a matrix composed of infrared light on the screen. Because infrared rays are blocked, it detects them and lets you know the X / Y position of the contacted object. In this method, an infrared transmitting LED and an infrared receiving phototransistor are arranged in an array along a frame outside the screen. Therefore, it is not necessary to cover the front of the screen with a touch panel, so that it is possible to provide a clear screen, to respond to the enlargement of the screen relatively easily, and to operate regardless of the type of object to be touched. .

그러나 적외선 매트릭스 방식은 스크린의 대형화에 따라 비용이 비례해서 증가하며 멀티 터치가 어렵고 스크린 외곽 프레임의 폭과 높이가 상대적으로 크며 태양광 등의 외란광에 영향 받기 쉽고 먼지에 취약하다. 또한 프레임의 뒤틀림에 매우 민감하며 스크린 상에 실제 접촉이 이루어지지 않아도 터치로 감지(일명 가상 터치) 될 수 있는 등의 단점이 존재한다.However, the infrared matrix method increases in proportion to the size of the screen, the multi-touch is difficult, the width and height of the outer frame of the screen is relatively large, is susceptible to disturbance light such as sunlight and vulnerable to dust. In addition, there are disadvantages such as being very sensitive to the distortion of the frame and can be detected as a touch (aka virtual touch) even if no actual contact is made on the screen.

최근 전자칠판 등의 대화면용으로 많이 사용되는 옵티컬 이미징 방식은 스크린의 둘 이상의 모퉁이에 적외선 카메라를 설치하고, 스크린의 외곽에 LED 어레이를 설치하여 직접 조명하거나 반사테이프를 부착하여 간접 조명한 후에, 터치가 이루어질 때에 조명이 가려지는 것을 적외선 카메라로 검출하여 삼각 측량법에 의해 터치 물체의 위치나 크기를 검출하는 방식이다. 이 방식은 적외선 매트릭스 방식과 비교하면 비용면에서 어느 정도의 장점이 있고 멀티터치 구현의 용이성 면에서는 장점이 있다. 그러나 적외선 광을 이용함에 따른 적외선 매트릭스 방식의 많은 단점들을 공유하고 있다.Recently, the optical imaging method, which is widely used for large screens such as copyboards, installs an infrared camera at two or more corners of the screen, and directly installs an LED array at the outside of the screen, or indirectly illuminates by applying a reflective tape. Is detected by the infrared camera to detect the position and size of the touch object by triangulation. This method has some advantages in terms of cost compared to the infrared matrix method, and has an advantage in terms of ease of multi-touch implementation. However, it shares many disadvantages of the infrared matrix method due to the use of infrared light.

한편, 상술한 두 가지 대표적인 적외선 방식과는 상이한 접근 방법으로 FTIR을 이용하는 방식이 있다. 이 방식은 적외선 LED 어레이를 이용하여 전반사 플레이트로 기능하는 스크린 보호커버(스크린 보호커버의 재질은 통상 굴절율이 높고 투명한 아크릴이나 유리가 사용)의 내부로 적외선 광을 송출하는데, 송출된 적외선 광중에서 공기와 스크린 보호커버의 굴절율 차이에 의해 결정되는 임계각 이상의 적외선 광은, 스크린 보호커버의 내부에서 전반사를 통해 진행하게 된다. 이때 스크린 보호커버의 특정위치에 굴절율이 공기 보다 높은 물체가 터치되면 이 부분의 임계각이 달라져서 전반사 조건을 벗어나는 적외선 광이 산란광의 형태로 발생하게 된다. 이 산란광을 스크린의 후면에 위치한 적외선 카메라로 검출하는 방식이다.On the other hand, there is a method using the FTIR in a different approach than the two representative infrared methods described above. This method uses infrared LED array to send infrared light to the inside of the screen protection cover (the screen protection cover is usually made of transparent acrylic or glass with high refractive index, which functions as a total reflection plate). Infrared light above the critical angle determined by the difference in refractive index between the screen and the protective cover proceeds through total reflection inside the screen protective cover. In this case, when an object having a higher refractive index than the air is touched at a specific position of the screen protective cover, the critical angle of the portion is changed to generate infrared light out of the total reflection condition in the form of scattered light. This scattered light is detected by an infrared camera located on the back of the screen.

이러한 FTIR 방식은 멀티터치 구현의 용이성과 가상 터치를 방지할 수 있으며 저비용측면에서 다른 적외선 방식에 비해 뚜렷한 장점을 갖고 있다. 그러나 구조적으로 산란광을 인식하기 위한 카메라가 스크린과 상당한 거리를 두고 이격되어 있어야 함으로 프로젝션형 디스플레이 장치에는 적용이 가능하지만 스크린 후면에 바로 디스플레이 장치가 위치하는 평판형 디스플레이 장치에는 적용할 수 없었다.This FTIR method can prevent the multi-touch implementation and virtual touch, and has a distinct advantage over other infrared methods in terms of low cost. However, since the camera for structurally detecting scattered light should be spaced apart from the screen at a considerable distance, the present invention can be applied to a projection display device, but not to a flat panel display device in which a display device is located directly behind the screen.

본 발명의 목적은 전반사 플레이트의 후면에 얇은 도광 플레이트를 설치하여 오브젝트가 스크린을 터치할 때 FTIR에 의해서 발생되는 산란광을 후면의 도광 플레이트를 통하여 감지할 수 있도록 함으로서 평판형 디스플레이 장치에도 적용 가능한 FTIR을 이용한 광학 터치스크린 장치를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to install a thin light guide plate on the back of the total reflection plate to detect the scattered light generated by the FTIR when the object touches the screen through the light guide plate on the back to provide a FTIR applicable to flat panel display devices The present invention provides an optical touch screen device.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 FTIR을 이용한 광학 터치스크린 장치에 관한 것이다. 본 발명의 FTIR을 이용한 광학 터치스크린 장치는 전면으로 터치 표면을 갖는 전반사 플레이트; 상기 전반사 플레이트의 내부로 스캔광을 송출하는 발광부; 상기 전반사 플레이트의 후면에 밀착되며 복수의 산란 패턴을 갖는 도광 플레이트; 및 상기 스캔광이 상기 터치 표면에 접촉되는 오브젝트에 의해 산란되어 상기 도광 플레이트로 입사된 후 산란된 스캔광이 다시 상기 산란 패턴에 의해 반사되어 상기 도광 플레이트 내부에서 전반사되는 스캔광을 수광하는 수광부를 포함한다.One aspect of the present invention for achieving the above technical problem relates to an optical touch screen device using the FTIR. Optical touch screen device using the FTIR of the present invention is a total reflection plate having a touch surface in the front; A light emitting unit for transmitting scan light into the total reflection plate; A light guide plate in close contact with a rear surface of the total reflection plate and having a plurality of scattering patterns; And a light receiving part that receives the scan light scattered by the object in contact with the touch surface and is incident on the light guide plate, and then the scattered scan light is reflected by the scattering pattern and totally reflected inside the light guide plate. Include.

일 실시예에 있어서, 상기 발광부는 확산광을 발생하는 발광 소자; 및 상기 발광 소자에서 발생한 확산광을 평행광으로 전환시켜 상기 전반사 플레이트의 내부로 스캔광으로 송출시키는 광학계를 포함한다.The light emitting device may include: a light emitting device generating diffused light; And an optical system for converting the diffused light generated by the light emitting device into parallel light and transmitting the diffused light as scan light into the total reflection plate.

일 실시예에 있어서, 상기 발광 소자는 적외선 발광 다이오드로 구성된다.In one embodiment, the light emitting element is composed of an infrared light emitting diode.

일 실시예에 있어서, 상기 발광부는 적외선 레이저 발생기로 구성된다.In one embodiment, the light emitting unit is composed of an infrared laser generator.

일 실시예에 있어서, 상기 수광부는 상기 도광 플레이트 내부에서 전반사되는 스캔광을 수광하기 위한 수광 소자; 및 상기 도광 플레이트 내부에서 전반사되는 스캔광 중 특정된 방향으로 입사되는 스캔광만을 상기 수광 소자가 수광하도록 하는 광학계를 포함한다.The light receiving unit may include: a light receiving element configured to receive scan light totally reflected inside the light guide plate; And an optical system for allowing the light receiving element to receive only the scan light incident in a specific direction among the scan light totally reflected inside the light guide plate.

일 실시예에 있어서, 상기 수광 소자는 적외선 포토트랜지스터로 구성된다.In one embodiment, the light receiving element is composed of an infrared phototransistor.

일 실시예에 있어서, 상기 수광 소자는 적외선 포토다이오드로 구성된다.In one embodiment, the light receiving element is composed of an infrared photodiode.

일 실시예에 있어서, 상기 발광부는 확산광을 발생하는 발광 소자와 상기 발광 소자에서 발생되는 확산광을 제1 방향의 평행광으로 전환하는 제1 광학계로 구성된다.In one embodiment, the light emitting unit is composed of a light emitting device for generating diffused light and a first optical system for converting the diffused light generated by the light emitting device into parallel light in a first direction.

일 실시예에 있어서, 상기 수광부는 상기 도광 플레이트 내부에서 전반사되는 스캔광을 수광하기 위한 수광 소자와 상기 도광 플레이트 내부에서 전반사되는 스캔광 중 제2 방향으로 입사되는 스캔광만을 상기 수광 소자가 수광하도록 하는 제2 광학계로 구성되는 복수개의 수광 모듈을 포함한다.The light receiving unit may receive only the scan light incident in a second direction among the light receiving element for receiving the totally reflected scan light inside the light guide plate and the scan light totally reflected inside the light guide plate. It includes a plurality of light receiving modules composed of a second optical system.

일 실시예에 있어서, 상기 복수개의 발광 모듈을 구동하기 위한 발광부 구동 회로; 상기 복수개의 수광 모듈을 구동하기 위한 수광부 구동 회로; 및 상기 발광부 구동 회로와 상기 수광부 구동 회로를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 복수개의 수광 모듈 중에서 어느 하나가 스캔광을 수신하는 경우 해당 스캔광을 송출한 발광 모듈과 상기 스캔광을 수광한 수광 모듈의 두 위치 정보에 기초하여 상기 전반사 플레이트의 터치 표면을 터치한 오브젝트의 위치 정보를 산출한다.In one embodiment, a light emitting unit driving circuit for driving the plurality of light emitting modules; A light receiving unit driving circuit for driving the plurality of light receiving modules; And a control unit controlling the light emitting unit driving circuit and the light receiving unit driving circuit, wherein the control unit is configured to generate the light emitting module and the scan light that have transmitted the corresponding scan light when any one of the plurality of light receiving modules receives the scan light. The position information of the object touching the touch surface of the total reflection plate is calculated based on the two position information of the received light receiving module.

본 발명의 FTIR을 이용한 광학 터치스크린은 종래의 FTIR을 이용한 방식과 달리 산란광을 인식하기 위해 얇은 도광 플레이트와 복수개의 수광 모듈을 사용함으로써 평판형 디스플레이 장치에도 적용할 수 있다.The optical touch screen using the FTIR of the present invention can be applied to a flat panel display device by using a thin light guide plate and a plurality of light receiving modules to recognize scattered light, unlike the conventional FTIR method.

도 1은 본 발명의 광학 터치스크린 장치의 전반적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 발광부의 스캔광 송출 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4은 수광부의 스캔광 수광 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 광학 터치스크린 장치의 터치 감지 원리를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view showing the overall configuration of an optical touch screen device of the present invention.
2 is a view for explaining a scan light emitting structure of the light emitting unit.
3 and 4 are diagrams for describing the scan light receiving structure of the light receiving unit.
5 to 7 are views for explaining the touch sensing principle of the optical touch screen device of the present invention.

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.For a better understanding of the present invention, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention may be modified into various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described in detail below. The present embodiments are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention. Therefore, the shapes and the like of the elements in the drawings can be exaggeratedly expressed to emphasize a clearer description. It should be noted that the same components are denoted by the same reference numerals in the drawings. Detailed descriptions of well-known functions and constructions which may be unnecessarily obscured by the gist of the present invention are omitted.

도 1은 본 발명의 광학 터치스크린 장치의 전반적인 구성을 보여주는 도면이고, 도 2는 발광부의 스캔광 송출 구조를 설명하기 위한 도면이다. 그리고 도 3 및 도 4은 수광부의 스캔광 수광 구조를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view showing the overall configuration of the optical touch screen device of the present invention, Figure 2 is a view for explaining a scan light transmission structure of the light emitting unit. 3 and 4 are diagrams for describing the scan light receiving structure of the light receiving unit.

도 1을 참조하여, 본 발명의 광학 터치스크린 장치는 전면으로 터치 표면을 갖는 전반사 플레이트(10)와 그 후면에 밀착되는 도광 플레이트(12)을 구비한다. 전반사 플레이트(10)와 도광 플레이트(12)는 강화유리나 아크릴 등의 소재를 사용할 수 있는데 이러한 소재는 공기와의 굴절율 차이가 상당히 크며 따라서 소재의 매질 내부에서 전파하는 빛의 각도가 임계각보다 큰 경우에는 내부전반사(Total Internal Reflection) 현상이 발생한다. 도광 플레이트(12)는 후면에 복수의 산란 패턴(14)이 형성되어 있다. 산란 패턴(14)의 크기와 개수는 적절한 범위에서 선택적으로 형성할 수 있다. 이 실시예에서 전반사 플레이트(10)와 도광 플레이트(12)의 형상은 사각 평판 구조를 예시하고 있으나 다양한 형상으로 변형도 가능하다.Referring to FIG. 1, the optical touch screen device of the present invention includes a total reflection plate 10 having a touch surface in front and a light guide plate 12 in close contact with a rear surface thereof. The total reflection plate 10 and the light guide plate 12 may be made of a material such as tempered glass or acrylic, which has a large difference in refractive index from air. Therefore, when the angle of light propagating inside the medium of the material is larger than the critical angle, Total internal reflection occurs. The light guide plate 12 has a plurality of scattering patterns 14 formed on a rear surface thereof. The size and number of scattering patterns 14 may be selectively formed in an appropriate range. In this embodiment, the shapes of the total reflection plate 10 and the light guide plate 12 illustrate a rectangular flat structure, but may be modified in various shapes.

광학 터치스크린 장치는 복수개의 발광 모듈(26)로 구성된 발광부(20)와 복수개의 수광 모듈(36)로 구성된 수광부(30) 그리고 이들을 구동하기 위한 발광부 구동 회로(28)와 수광부 구동 회로(38) 및 제어부(40)를 구비한다. 발광부(20)는 전반사 플레이트(10)의 일측에 설치되어 전반사 플레이트(10)의 내부로 스캔광을 송출한다. 수광부(30)는 발광부(20)가 설치된 위치와 다른 위치로 도광 플레이트(12)의 일측에 설치된다. 발광부 구동 회로(28)와 수광부 구동 회로(38)는 제어부(40)의 제어를 받아 발광부(20)와 수광부(30)를 각각 구동하며 스캐닝 동작을 수행한다. 구체적인 스캐닝 동작에 대해서는 후술한다.The optical touch screen device includes a light emitting unit 20 including a plurality of light emitting modules 26, a light receiving unit 30 including a plurality of light receiving modules 36, a light emitting unit driving circuit 28 and a light receiving unit driving circuit for driving them. 38) and a control unit 40. The light emitting unit 20 is installed at one side of the total reflection plate 10 and transmits the scan light to the inside of the total reflection plate 10. The light receiving unit 30 is installed at one side of the light guide plate 12 in a position different from the position where the light emitting unit 20 is installed. The light emitting unit driving circuit 28 and the light receiving unit driving circuit 38 drive the light emitting unit 20 and the light receiving unit 30 under the control of the controller 40 to perform a scanning operation. A detailed scanning operation will be described later.

도 2를 참조하여, 발광부(20)의 발광 모듈(26)은 발광 소자(22)와 제1 광학계(24)로 구성된다. 발광 소자(22)는 예를 들어, 적외선 광원으로서 적외선 발광 다이오드나 적외선 레이저 발생기로 구성될 수 있다. 제1 광학계(24)는 발광 소자(22)에서 발생된 확산광(23)을 평행광(25)으로 전환시키는 콜리메이터 렌즈(collimator lens)로 구성될 수 있다. 발광 소자(22)가 적외선 레이저 발생기로 구성되는 경우에는 제1 광학계(24)를 생략할 수도 있다. 복수개의 발광 모듈(26)은 도 1에 도시된 바와 같이 전반사 플레이트(10)의 일변에 균등 간격으로 조밀하게 설치된다. 발광부 구동 회로(28)는 제어부(40)의 제어를 받아서 스캐닝 주기에 따라서 복수개의 발광 모듈(26)을 순차적으로 점등시킨다.Referring to FIG. 2, the light emitting module 26 of the light emitting unit 20 includes a light emitting element 22 and a first optical system 24. The light emitting element 22 may be composed of, for example, an infrared light emitting diode or an infrared laser generator as an infrared light source. The first optical system 24 may be configured as a collimator lens for converting the diffused light 23 generated by the light emitting element 22 into the parallel light 25. When the light emitting element 22 is composed of an infrared laser generator, the first optical system 24 may be omitted. As shown in FIG. 1, the plurality of light emitting modules 26 are densely installed at equal intervals on one side of the total reflection plate 10. The light emitting unit driving circuit 28 sequentially lights the plurality of light emitting modules 26 according to a scanning period under the control of the controller 40.

도 3을 참조하여, 수광부(30)의 수광 모듈(36)은 수광 소자(32)와 제2 광학계(34)로 구성된다. 수광 소자(32)는 적외선 포토트랜지스터나 적외선 포토다이오드로 구성될 수 있다. 제2 광학계(34)는 방향성 집광 렌즈로 구성되어 도광 플레이트(12)에서 전반사되는 스캔광(33, 37) 중 특정된 방향으로 입사되는 스캔광(33)만을 수광 소자(32)가 수신할 수 있도록 한다. 예를 들어, 제2 광학계(34)는 수직으로 입사되는 스캔광(33)은 수광 소자(32)에 초점(35)이 맺히도록 하지만 다른 방향으로 입사되는 스캔광(37)은 수광 소자(32)를 비켜서 초점(39)이 맺히도록 한다. 도 4에 도시된 바와 같이 제2 광학계(34)는 수직 방향의 스캔광(33)만이 투과되도록 홀이 형성된 적외선 흡수 소재의 적외선 차단 필터로 구성할 수도 있다.Referring to FIG. 3, the light receiving module 36 of the light receiving unit 30 includes a light receiving element 32 and a second optical system 34. The light receiving element 32 may be composed of an infrared phototransistor or an infrared photodiode. The second optical system 34 may be configured as a directional focusing lens so that the light receiving element 32 may receive only the scan light 33 incident in a specific direction among the scan lights 33 and 37 totally reflected from the light guide plate 12. Make sure For example, the second optical system 34 allows the vertically incident scan light 33 to form the focal point 35 on the light receiving element 32, but the scan light 37 incident in the other direction is the light receiving element 32. ) To focus (39). As shown in FIG. 4, the second optical system 34 may be configured as an infrared cut filter of an infrared absorbing material having holes formed so that only the scan light 33 in the vertical direction is transmitted.

도 5 내지 도 7은 본 발명의 광학 터치스크린 장치의 터치 감지 원리를 설명하기 위한 도면이다.5 to 7 are views for explaining the touch sensing principle of the optical touch screen device of the present invention.

도 5 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 광학 터치스크린 장치는 터치 감지를 위한 스캐닝 과정에서 복수개의 발광 모듈(26)은 순차적으로 점등되면서 평행한 스캔광을 전반사 플레이트(10)의 내부로 송출한다. 하나의 발광 모듈(26)이 하나의 평행한 스캔광을 전반사 플레이트(10)의 내부로 송출하는 동안 복수개의 수광 모듈(36)이 각자 수직으로 입사되는 스캔광을 수광하기 위해 구동된다. 그러나 전반사 플레이트(10)의 터치 표면에 오브젝트(50)의 터치가 없는 경우에는 복수개의 수광 모듈(36)은 전반사 플레이트(10)의 내부에서 전반사되는 스캔광을 수광할 수 없다. 반면, 터치 표면에 오브젝트(50)의 터치가 있는 경우 전반사 플레이트(10)의 내부에서는 터치된 위치를 진행하던 스캔광의 전반사 구조가 무너지면서 해당 위치에서 산란광이 발생한다.5 to 7, the optical touch screen device of the present invention transmits parallel scan light to the inside of the total reflection plate 10 while the plurality of light emitting modules 26 are sequentially turned on in the scanning process for touch sensing. do. The plurality of light receiving modules 36 are driven to receive the scan light incident vertically, while one light emitting module 26 sends one parallel scan light into the total reflection plate 10. However, when there is no touch of the object 50 on the touch surface of the total reflection plate 10, the plurality of light receiving modules 36 may not receive the scan light totally reflected inside the total reflection plate 10. On the other hand, when there is a touch of the object 50 on the touch surface, scattered light is generated at the corresponding position while the total reflection structure of the scan light that has progressed the touched position collapses inside the total reflection plate 10.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 전반사 플레이트(10)의 표면에 하나의 오브젝트(50)에 의한 단일 터치가 이루어지는 경우 해당되는 터치 지점을 진행하던 스캔광은 해당 터치 지점에서 산란하게 되고, 산란광 중의 일부는 전반사 플레이트(10)의 후면에 위치한 도광 플레이트(11)로 입사된다. 도광 플레이트(11)로 입사된 산랑광 중에서 다시 일부는 터치 지점의 아래에 위치한 산란 패턴(14)에 의해 반사되어 도광 플레이트(11)의 내부에서 다시 전반사가 이루어진다. 도광 플레이트(11)의 내부에서 전반사되는 스캔광은 터치 지점을 향하고 있는 하나의 수광 모듈(36)에 의해서 수신된다.5 and 6, when a single touch is made by the one object 50 on the surface of the total reflection plate 10, the scan light that travels through the corresponding touch point is scattered at the touch point. Some of the scattered light is incident on the light guide plate 11 located at the rear of the total reflection plate 10. Some of the scattered light incident on the light guide plate 11 is again reflected by the scattering pattern 14 positioned below the touch point, whereby total reflection is again performed inside the light guide plate 11. The scan light totally reflected inside the light guide plate 11 is received by one light receiving module 36 facing the touch point.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광학 터치스크린 장치는 둘 이상의 오브젝트(50a, 50b)에 의한 멀티 터치 또한 감지가 가능하다. 전반사 플레이트(10)의 표면에 두 개의 오브젝트(50a, 50b)에 의해 두 지점에서 동시에 터치가 이루어지는 경우 해당되는 터치 지점을 진행하던 스캔광은 해당되는 두 지점에서 각각 산란이 발생된다. 두 지점에서 발생된 산란광 중의 일부는 전반사 플레이트(10)의 후면에 위치한 도광 플레이트(11)로 입사된다. 도광 플레이트(11)로 입사된 산란광 중에서 다시 일부는 두 터치 지점의 아래에 위치한 산란 패턴(14)에 의해 반사되어 도광 플레이트(11)의 내부에서 다시 전반사가 이루어진다. 도광 플레이트(11)의 내부에서 전반사되는 스캔광은 두 터치 지점을 향하고 있는 서로 다른 두 개의 수광 모듈(36)에 의해서 각기 수신된다.As shown in FIG. 7, the optical touch screen device of the present invention can also detect multi-touch by two or more objects 50a and 50b. When touch is simultaneously made at two points by two objects 50a and 50b on the surface of the total reflection plate 10, the scattered light is generated at the corresponding two spots. Some of the scattered light generated at the two points is incident on the light guide plate 11 located at the rear side of the total reflection plate 10. Some of the scattered light incident on the light guide plate 11 is reflected by the scattering pattern 14 positioned below the two touch points, and total reflection is again performed inside the light guide plate 11. Scanning light totally reflected inside the light guide plate 11 is received by two different light receiving modules 36 facing two touch points, respectively.

제어부(40)는 발광부 구동 회로(28)와 수광부 구동 회로(38)를 제어하며 상술한 바와 같은 터치 감지를 위한 스캐닝 동작을 수행한다. 제어부(40)는 복수개의 수광 모듈(36) 중에서 하나 또는 둘 이상에서 스캔광을 수신하게 되는 경우 해당 스캔광을 송출한 발광 모듈(26)과 스캔광을 수광한 수광 모듈(36)의 위치 정보에 기초하여 전반사 플레이트(10)를 터치한 오브젝트(50)의 위치 정보 TP(X,Y)를 산출한다.The controller 40 controls the light emitting unit driving circuit 28 and the light receiving unit driving circuit 38 and performs a scanning operation for touch sensing as described above. When the control unit 40 receives the scan light from one or more of the plurality of light receiving modules 36, the controller 40 may provide location information of the light emitting module 26 that transmits the scan light and the light receiving module 36 that receives the scan light. The positional information TP (X, Y) of the object 50 which touched the total reflection plate 10 is computed based on.

이상과 같은 본 발명의 광학 터치스크린 장치는 FTIR을 이용한 터치 감지 방식에서 종래와 달리 산란광을 인식하기 위해 얇은 도광 플레이트(12)와 복수개의 수광 모듈(26)을 사용함으로 평판형 디스플레이 장치에도 새롭게 적용할 수 있다.As described above, the optical touch screen device of the present invention uses a thin light guide plate 12 and a plurality of light receiving modules 26 to recognize scattered light, unlike the conventional touch sensing method using FTIR. can do.

이상에서 설명된 본 발명의 전반사 산란을 이용한 광학 터치스크린의 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. 그럼으로 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.Embodiments of the optical touch screen using the total reflection scattering of the present invention described above are merely exemplary, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and equivalent other embodiments. You can see the point well. Accordingly, it is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiments. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims. It is also to be understood that the invention includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

10: 전반사 플레이트 12: 도광 플레이트
14: 산란 패턴 20: 발광부
22: 발광 소자 24: 제1 광학계
26: 발광 모듈 28: 발광부 구동 회로
30: 수광부 32: 수광 소자
34: 제2 광학계 36: 수광 모듈
38: 수광부 구동 모듈 40: 제어부
50, 50a, 50b: 오브젝트10: total reflection plate 12: light guide plate
14 Scattering Pattern 20 Light Emitting Part
22: light emitting element 24: first optical system
26 light emitting module 28 light emitting unit driving circuit
30: light receiving unit 32: light receiving element
34: second optical system 36: light receiving module
38: light receiving unit driving module 40: control unit
50, 50a, 50b: object

Claims (10)

전면으로 터치 표면을 갖는 전반사 플레이트;
상기 전반사 플레이트의 내부로 스캔광을 송출하는 복수의 발광부;
상기 전반사 플레이트의 후면에 밀착되며 복수의 산란 패턴을 갖는 도광 플레이트; 및
상기 복수의 발광부에서 송출된 스캔광 중에서 상기 터치 표면에 접촉되는 오브젝트에 의해 산란되어 상기 도광 플레이트로 입사된 후 상기 복수의 산란 패턴 중 상기 오브젝트가 접촉되는 터치 지점 아래에 위치한 산란 패턴에 의해 반사되어 상기 도광 플레이트 내부에서 전반사되는 스캔광을 수광하는 복수의 수광부;를 포함하고,
상기 전반사 플레이트의 터치 표면에 오브젝트의 터치가 없는 경우에는 상기 복수의 수광부는 스캔광을 수광하지 않으며, 상기 전반사 플레이트의 터치 표면에 오브젝트의 터치가 있는 경우에는 상기 복수의 수광부 중 상기 스캔광을 수광한 수광부의 위치 정보에 기초하여 상기 전반사 플레이트의 터치 표면을 터치한 오브젝트의 위치 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 전반사 산란을 이용한 광학 터치스크린 장치.A total reflection plate having a touch surface in the front;
A plurality of light emitting parts for transmitting scan light into the total reflection plate;
A light guide plate in close contact with a rear surface of the total reflection plate and having a plurality of scattering patterns; And
Among the plurality of scattering patterns, the scattered pattern is scattered by an object in contact with the touch surface among the scan light emitted from the plurality of light emitters and is incident on the light guide plate, and then is reflected by a scattering pattern positioned below the touch point where the object is in contact with the scattering pattern. And a plurality of light receiving parts configured to receive the scan light totally reflected inside the light guide plate.
When there is no touch of an object on the touch surface of the total reflection plate, the plurality of light receiving units do not receive the scan light. When there is a touch of an object on the touch surface of the total reflection plate, the plurality of light receiving parts receive the scan light. An optical touch screen device using total reflection scattering, the position information of an object touching the touch surface of the total reflection plate is calculated based on the position information of a light receiving unit. 제1항에 있어서,
상기 발광부는
확산광을 발생하는 발광 소자; 및
상기 발광 소자에서 발생한 확산광을 평행광으로 전환시켜 상기 전반사 플레이트의 내부로 스캔광으로 송출시키는 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전반사 산란을 이용한 광학 터치스크린 장치.The method of claim 1,
The light-
A light emitting device for generating diffused light; And
And an optical system for converting the diffused light generated by the light emitting device into parallel light and transmitting the diffused light as scan light to the inside of the total reflection plate. 제2항에 있어서,
상기 발광 소자는 적외선 발광 다이오드로 구성되는 것을 특징으로 하는 전반사 산란을 이용한 광학 터치스크린 장치.3. The method of claim 2,
The light emitting device is an optical touch screen device using total reflection scattering, characterized in that consisting of an infrared light emitting diode. 제1항에 있어서,
상기 발광부는 적외선 레이저 발생기로 구성되는 것을 특징으로 하는 전반사 산란을 이용한 광학 터치스크린 장치.The method of claim 1,
The light emitting unit is an optical touch screen device using total reflection scattering, characterized in that consisting of an infrared laser generator. 제1항에 있어서,
상기 수광부는
상기 도광 플레이트 내부에서 전반사되는 스캔광을 수광하기 위한 수광 소자; 및
상기 도광 플레이트 내부에서 전반사되는 스캔광 중 특정된 방향으로 입사되는 스캔광만을 상기 수광 소자가 수광하도록 하는 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전반사 산란을 이용한 광학 터치스크린 장치.The method of claim 1,
The light receiving unit
A light receiving element for receiving the totally reflected scan light in the light guide plate; And
And an optical system for allowing the light receiving element to receive only the scan light incident in a specific direction among the scan light totally reflected inside the light guide plate. 제5항에 있어서,
상기 수광 소자는 적외선 포토트랜지스터로 구성되는 것을 특징으로 하는 전반사 산란을 이용한 광학 터치스크린 장치.6. The method of claim 5,
The light receiving device is an optical touch screen device using total reflection scattering, characterized in that consisting of an infrared phototransistor. 제5항에 있어서,
상기 수광 소자는 적외선 포토다이오드로 구성되는 것을 특징으로 하는 전반사 산란을 이용한 광학 터치스크린 장치.6. The method of claim 5,
The light receiving device is an optical touch screen device using total reflection scattering, characterized in that consisting of an infrared photodiode. 제1항에 있어서,
상기 발광부는 확산광을 발생하는 발광 소자와 상기 발광 소자에서 발생되는 확산광을 제1 방향의 평행광으로 전환하는 제1 광학계로 구성되는 복수개의 발광 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전반사 산란을 이용한 광학 터치스크린 장치.The method of claim 1,
The light emitting unit includes a plurality of light emitting modules comprising a light emitting device for generating diffused light and a first optical system for converting the diffused light generated by the light emitting device into parallel light in a first direction. Optical touch screen device. 제8항에 있어서,
상기 수광부는 상기 도광 플레이트 내부에서 전반사되는 스캔광을 수광하기 위한 수광 소자와 상기 도광 플레이트 내부에서 전반사되는 스캔광 중 제2 방향으로 입사되는 스캔광만을 상기 수광 소자가 수광하도록 하는 제2 광학계로 구성되는 복수개의 수광 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전반사 산란을 이용한 광학 터치스크린 장치.9. The method of claim 8,
The light receiving unit includes a light receiving element for receiving totally reflected scan light in the light guide plate and a second optical system for receiving only the scan light incident in a second direction among the scan light totally reflected inside the light guide plate. Optical touch screen device using the total reflection scattering, characterized in that it comprises a plurality of light receiving modules. 제9항에 있어서,
상기 복수개의 발광 모듈을 구동하기 위한 발광부 구동 회로;
상기 복수개의 수광 모듈을 구동하기 위한 수광부 구동 회로; 및
상기 발광부 구동 회로와 상기 수광부 구동 회로를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 복수개의 수광 모듈 중에서 일부가 스캔광을 수신하는 경우 해당 스캔광을 송출한 발광 모듈과 상기 스캔광을 수광한 수광 모듈의 두 위치 정보에 기초하여 상기 전반사 플레이트의 터치 표면을 터치한 오브젝트의 위치 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 전반사 산란을 이용한 광학 터치스크린 장치.10. The method of claim 9,
A light emitting unit driving circuit for driving the plurality of light emitting modules;
A light receiving unit driving circuit for driving the plurality of light receiving modules; And
A control unit controlling the light emitting unit driving circuit and the light receiving unit driving circuit;
When a part of the plurality of light receiving modules receives the scan light, the controller touches the touch surface of the total reflection plate based on two position information of the light emitting module which transmits the corresponding scan light and the light receiving module which receives the scan light. Optical touch screen device using the total reflection scattering, characterized in that for calculating the position information of the object.
KR1020120078597A 2012-07-19 2012-07-19 Optical touch screen apparatus using frustrated total internal reflection KR101358781B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120078597A KR101358781B1 (en) 2012-07-19 2012-07-19 Optical touch screen apparatus using frustrated total internal reflection

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120078597A KR101358781B1 (en) 2012-07-19 2012-07-19 Optical touch screen apparatus using frustrated total internal reflection

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140011743A KR20140011743A (en) 2014-01-29
KR101358781B1 true KR101358781B1 (en) 2014-02-11

Family

ID=50143835

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120078597A KR101358781B1 (en) 2012-07-19 2012-07-19 Optical touch screen apparatus using frustrated total internal reflection

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101358781B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106249965A (en) * 2015-06-10 2016-12-21 音飞光电科技股份有限公司 Light guide plate optical touch control apparatus

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070010431A (en) * 2005-07-18 2007-01-24 주식회사 에스엘 엘씨디 Light guide panel maked pattern dispersed reflection
KR20110007788A (en) * 2009-07-17 2011-01-25 엘지전자 주식회사 A touch sensor using total internal reflection
KR20110017239A (en) * 2009-08-13 2011-02-21 엘지이노텍 주식회사 Touch type key input bar
US20120032919A1 (en) * 2010-08-03 2012-02-09 Microsoft Corporation Resolution enhancement

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070010431A (en) * 2005-07-18 2007-01-24 주식회사 에스엘 엘씨디 Light guide panel maked pattern dispersed reflection
KR20110007788A (en) * 2009-07-17 2011-01-25 엘지전자 주식회사 A touch sensor using total internal reflection
KR20110017239A (en) * 2009-08-13 2011-02-21 엘지이노텍 주식회사 Touch type key input bar
US20120032919A1 (en) * 2010-08-03 2012-02-09 Microsoft Corporation Resolution enhancement

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106249965A (en) * 2015-06-10 2016-12-21 音飞光电科技股份有限公司 Light guide plate optical touch control apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140011743A (en) 2014-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100910024B1 (en) Camera type touch-screen utilizing linear infrared emitter
US9857917B2 (en) Optical coupling of light into touch-sensing systems
KR20110056892A (en) Multi touch detecting apparatus for lcd display unit and multi touch detecting method using the same
CN101663637B (en) Touch screen system with hover and click input methods
KR20200088313A (en) Thin-film coupler and reflector of sensing waveguide
WO2010122762A1 (en) Optical position detection apparatus
KR20160034358A (en) Light guide panel including diffraction gratings
JP2010277122A (en) Optical position detection apparatus
KR20180037749A (en) Display apparatus
JP2006155616A (en) Touch input system using light guide
TWI460638B (en) Light guide plate touch device
US20150205442A1 (en) Optical touch screen
TWI438669B (en) Optical touch module and method thereof
WO2013191638A1 (en) Optical coupling in touch-sensing systems using diffusively reflecting element
KR20080100008A (en) Multi-touch device
KR20100066671A (en) Touch display apparatus
KR101358781B1 (en) Optical touch screen apparatus using frustrated total internal reflection
KR101296722B1 (en) Touch screen device using optical fiber
KR101866322B1 (en) Touch sensing device using total internal reflection and touch sensing method using the same
KR101236200B1 (en) Touch screen using multi reflection
KR101125824B1 (en) Infrared touch screen devices
KR101268535B1 (en) Hybrid optical touch screen apparatus
KR101236204B1 (en) Touch screen using retro reflective
JP6599631B2 (en) Touch panel device
KR101243614B1 (en) Optical touch screen apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170123

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180118

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190124

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200115

Year of fee payment: 7