KR101504608B1 - 광학방식 터치검출장치의 안정화 장치 - Google Patents

광학방식 터치검출장치의 안정화 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광학 터치스크린에서 소정의 지점에 손가락이나 지시봉 등으로 지시하는 경우, 그 지시에 해당하는 위치를 인식하는 것에 있어서 광학 헤드 및 모터 축 변화에 따른 위치에러를 개선하기 위한 광학방식 터치검출장치의 안정화 장치에 관한 것이다.
본 발명의 광학방식 터치검출장치의 안정화 장치는 스크린의 상부에 위치하여, 반사수단을 향해 레이저빔을 조사하고, 상기 반사수단으로부터 회귀반사되는 상기 레이저빔의 시간에 따른 광량 변화를 분석하여 상기 스크린의 평면상에 지시물체의 위치좌표를 감지하도록 2개 이상으로 이루어진 물체감지수단 및 상기 스크린의 좌, 우 및 하부 테두리를 따라 설치되어 상기 물체감지수단으로부터 조사되는 상기 레이저빔을 회귀반사하도록 하는 반사수단을 포함하여 구성되며, 상기 물체감지수단에는 상기 반사수단에 도달하는 상기 레이저빔의 폭을 확장시키기 위한 실린더리컬렌즈를 포함함에 기술적 특징이 있다.

Description

광학방식 터치검출장치의 안정화 장치{Stabilization equipment of optical type touch sensing device}
본 발명은 광학 터치스크린에서 소정의 지점에 손가락이나 지시봉 등으로 지시하는 경우, 그 지시에 해당하는 위치를 인식하는 것에 있어서 광학 헤드 및 모터 축 변화에 따른 위치에러를 개선하기 위한 광학방식 터치검출장치의 안정화 장치에 관한 것이다.
터치스크린(Touch Screen)은 ATM시스템 이나, 박물관 등에서 안내를 위해 사용되어온 기술로, 최근 스마트폰의 보급확산에 따라 일반인에게 더욱 친숙한 기술로 다가오고 있다. 휴대폰, PC, 스마트TV 또는 다양한 디스플레이에 사용되고 있는 터치스크린 기술은 저항막, 정전용량 및 광학방식 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(장갑 착용에 관계없이), 펜, 스타일러스 또는 딱딱한 물체를 사용하여 액세스할 수 있다는 것이나, 이미지 선명도가 저하되고 저항막판의 마모로 인해 주기적으로 재보정이 필요하며 잘긁히는 점 때문에 공공장소에서는 적절하지 않을 수 있으며, 파손되기 쉽고 저항막판이 깨지거나 흠집이 생기면 터치가 인식되지 않는다는 단점이 있다.
정전용량 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. 정전용량 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.
광학방식 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 광학터치는 양쪽 각도에서 스크린을 터치하는 물체를 보는 것이기 때문이다.
광학방식 터치기술은 탁월한 정밀도로 인하여 손가락, 펜, 신용카드 등 무엇으로든 스크린을 터치할 수 있고, 살짝만 눌러도 인식이 된다. 또한, 광학터치 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.
광학방식은 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 장점이 있다.
그러나 한국공개특허 제2010-0129015호와 같이 일반적인 광학방식의 터치검출장치는 도 1과 같은 구조를 가지게 된다. 도 1은 종래 기술에 따른 물체감지수단에 관한 것으로, 반도체레이저(110)에 의해서 레이저빔이 만들어지고, 레이저빔은 굴절수단(120)을 지나 스캔수단(300)의 정다각형미러(310)를 거쳐 스크린(50)의 전체 영역에 레이저빔을 조사하게 된다. 이때, 레이저빔은 스크린(50)의 좌, 우 및 하부에 위치한 반사수단에 레이저빔 포인트(400)형태로 위치하게 되는데, 정다각형미러(310)를 회전시키는 모터(320)의 회전축이 충격이나 외부요인에 의해 변화게 되면 좌표인식 에러가 발생하게 되는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 물체감지수단에 실린더리컬렌즈를 추가함으로써 반사수단에 조사되는 레이저빔의 폭을 크게 형성할 수 있기 때문에, 외부충격에 의해 모터의 회전축이 변하더라도 터치좌표의 정확도를 높이기 위한 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 스크린의 상부에 위치하여, 반사수단을 향해 레이저빔을 조사하고, 상기 반사수단으로부터 회귀반사되는 상기 레이저빔의 시간에 따른 광량 변화를 분석하여 상기 스크린의 평면상에 지시물체의 위치좌표를 감지하도록 2개 이상으로 이루어진 물체감지수단 및 상기 스크린의 좌, 우 및 하부 테두리를 따라 설치되어 상기 물체감지수단으로부터 조사되는 상기 레이저빔을 회귀반사하도록 하는 반사수단을 포함하여 구성되며, 상기 물체감지수단에는 상기 반사수단에 도달하는 상기 레이저빔의 폭을 확장시키기 위한 실린더리컬렌즈에 의해 달성된다.
따라서, 본 발명의 광학방식 터치검출장치의 안정화 장치는 물체감지수단에 외부 충격이 발생하더라도 포인팅한 위치에 대한 정확도를 높이는 효과가 있다.
도 1는 종래 기술에 따른 물체감지수단,
도 2은 본 발명에 따른 물체감지수단이 장착된 광학 터치스크린,
도 3은 본 발명에 따른 물체감지수단,
도 4는 본 발명에 따른 정삼각형미러의 전방에 실린더리컬렌즈가 결합된 물체감지수단,
도 5는 본 발명에 따른 정삼각형미러의 후방에 실린더리컬렌즈가 결합된 물체감지수단,
도 6은 본 발명에 따른 정사각형미러의 전방에 실린더리컬렌즈가 결합된 물체감지수단,
도 7은 본 발명에 따른 정사각형미러의 후방에 실린더리컬렌즈가 결합된 물체감지수단,
도 8은 본 발명에 따른 펜타프리즘의 원리를 나타낸 그림,
도 9는 본 발명에 따른 펜타프리즘의 전방에 실린더리컬렌즈가 결합된 물체감지수단,
도 10은 본 발명에 따른 펜타프리즘의 후방에 실린더리컬렌즈가 결합된 물체감지수단,
도 11은 본 발명에 따른 45도 곡면미러를 이용한 물체감지수단,
도 12는 본 발명에 따른 반사수단의 상세도,
도 13은 본 발명에 따른 회귀반사필름의 상세도,
도 14는 본 발명에 따른 다른예의 회귀반사필름 상세도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 물체감지수단이 장착된 광학 터치스크린이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 위치인식장치는 스크린(50), 텔레비젼 모니터, 데스크탑 모니터 등 터치스크린이 적용되지 않은 디스플레이장치의 상부에 위치하고 광학 방식을 이용하여 터치하는 지점의 위치를 인식할 수 있다.
본 발명에 사용되는 광학 터치스크린의 위치인식장치는 스크린(50)의 상부에 위치하여 반사수단(200)을 향해 레이저빔을 조사하고, 반사수단(200)으로부터 회귀반사되는 레이저빔을 수광하고, 회귀반사되는 레이저빔의 시간에 따른 광량 변화를 분석하여 스크린(50)의 평면상에 지시물체의 위치좌표를 감지하도록 2개 이상으로로 이루어지는 물체감지수단(100)과 스크린의 좌, 우 및 하부 테두리를 따라 설치되어 물체감지수단(100)으로부터 조사되는 레이저빔을 회귀반사하도록 하는 반사수단(200)으로 이루어진다.
도 3은 본 발명에 따른 물체감지수단이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 물체감지수단(100)은 레이저빔을 조사하는 반도체레이저(110)와 반도체레이저(110)의 전면에 설치되어 반도체레이저(110)로부터 조사되는 레이저빔의 진행방향을 스크린(50)과 평행으로 만들기 위한 굴절수단(120)이 위치하게 되며, 굴절수단은 하프미러, 편광빔스플리터 또는 전반사거울 중 어느 하나가 사용된다.
그리고, 굴절수단(120)의 전면에 설치되어 레이저빔의 폭을 확대시키기 위한 실린더리컬렌즈(330)와 실린더리컬렌즈(330)를 지난 레이저빔을 스크린(50)에 위치한 반사수단(200)으로 조사하기 위한 스캔수단(300)이 있다. 실린더리컬렌즈(330)는 스캔수단(300)과 굴절수단(120) 사이에 위치하거나, 스캔수단(300)과 반사수단(200) 사이에 위치하게 된다. 스캔수단(300)은 반도체레이저(110)로부터 조사되는 레이저빔을 반사수단(200)으로 조사하기 위한 정다각형미러(310)와 정다각형미러(310)를 360°회전시키기 위한 모터를 포함하여 구성되는 구동모듈(320)로 이루어져 있으며, 정다각형미러(310)는 정삼각형미러(311), 정사각형미러(312), 펜타프리즘(313) 등이 사용될 수 있다.
반도체레이저(110)로부터 조사되는 레이저빔은 실린더리컬렌즈(330)를 지나면 반사수단(200)에 조사되는 레이저빔 포인트(400)의 크기가 커져 스캔수단(300)에 위치한 구동모듈(320)의 축이 외부충격에 의해 변화가 오더라도 정확한 위치좌표를 인식할 수 있게 된다.
그리고, 반사수단(200)으로부터 회귀반사되는 레이저빔을 수광하여 레이저빔의 세기를 전기신호로 변환하는 광검출기(130) 및 광검출기(130)로부터 받은 레이저빔의 전기신호를 분석하여 위치좌표를 계산하는 마이콤(140)으로 이루어져 있다.
도 4는 본 발명에 따른 정삼각형미러의 전방에 실린더리컬렌즈가 결합된 물체감지수단이고, 도 5는 본 발명에 따른 정삼각형미러의 후방에 실린더리컬렌즈가 결합된 물체감지수단이다. 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, 실린더리컬렌즈(330)는 정다각형미러(310)와 일체형으로 구성될 수 있으며, 도 4와 도 5에서는 정다각형미러(310) 중에서 정삼각형미러(311)와 일체형으로 구성되었다.
도 4는 실린더리컬렌즈(330)가 정삼각형미러(311)의 전방에 위치하여, 반도체레이저(140)에서 조사되는 레이저빔의 폭을 확대하게 되고, 도 5는 실린더리컬렌즈(330)가 정삼각형미러(311)의 후방에 위치하여 반도체레이저(140)에서 조사되는 레이저빔의 폭을 확대하여 광학방식의 터치검출장치의 정확도를 높이고 있다.
도 6은 본 발명에 따른 정사각형미러의 전방에 실린더리컬렌즈가 결합된 물체감지수단이고, 도 7은 본 발명에 따른 정사각형미러의 후방에 실린더리컬렌즈가 결합된 물체감지수단이다.도 6과 도 7에 도시된 바와 같이, 실린더리컬렌즈(330)는 정다각형미러(310)와 일체형으로 구성될 수 있으며, 도 6과 도 7에서는 정다각형미러(310) 중에서 정사각형미러(311)와 일체형으로 구성되었다.
도 6은 실린더리컬렌즈(330)가 정사각형미러(312)의 전방에 위치하여, 반도체레이저(140)에서 조사되는 레이저빔의 폭을 확대하게 되고, 도 7은 실린더리컬렌즈(330)가 정사각형미러(312)의 후방에 위치하여 반도체레이저(140)에서 조사되는 레이저빔의 폭을 확대하여 광학방식의 터치검출장치의 정확도를 높이고 있다.
도 8은 본 발명에 따른 펜타프리즘의 원리를 나타낸 그림이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 펜타프리즘(313)은 다섯 면을 갖는 반사 프리즘이며, 빛을 90°로 굴절시키는데 사용된다. 입사되는 빛은 프리즘 내부에서 두 번 반사되며, 입사각이 전반사를 일으킬 수 있는 최소각 보다 작기 때문에, 내부 전반사를 일으키지 않는다.
도 9는 본 발명에 따른 펜타프리즘의 전방에 실린더리컬렌즈가 결합된 물체감지수단이고, 도 10은 본 발명에 따른 펜타프리즘의 후방에 실린더리컬렌즈가 결합된 물체감지수단이다.도 9와 도 10에 도시된 바와 같이, 실린더리컬렌즈(330)는 정다각형미러(310)와 일체형으로 구성될 수 있으며, 도 9와 도 10에서는 정다각형미러(310) 중에서 펜타프리즘(313)과 일체형으로 구성되었다.
도 9은 실린더리컬렌즈(330)가 펜타프리즘(313)의 전방에 위치하여, 반도체레이저(140)에서 조사되는 레이저빔의 폭을 확대하게 되고, 도 10은 실린더리컬렌즈(330)가 펜타프리즘(313)의 후방에 위치하여 반도체레이저(140)에서 조사되는 레이저빔의 폭을 확대하여 광학방식의 터치검출장치의 정확도를 높이고 있다. 또한, 본 발명에서는 모터(320)에 결합한 펜타프리즘(313)을 고정시키기 위한 지지부(340)를 펜타프리즘(313)과 모터(320)사이에 위치하게 하였다.
도 11은 본 발명에 따른 45도 곡면미러를 이용한 물체감지수단이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 45도 곡면미러(314)를 모터(320)상부에 장착하여 반사수단(200)에 조사되는 레이저빔의 폭을 확대하게 된다.
또한, 45도 곡면미러(314)를 모터(320)상부에 장착하면서 부품을 일체화하여 조립이 용이하고, 제조비용을 절감하는 효과가 있다.
도 12는 본 발명에 따른 반사수단의 상세도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 반사수단(200)은 스크린의 좌, 우 및 하부 테두리를 따라 설치되며, 물체감지수단(100)으로부터 조사되는 라인빔을 다시 물체감지수단(100)으로 회귀반사하도록 형성된다. 반사수단(200)은 스크린(50)의 테두리에 설치되며 스크린(50)의 크기에 맞게 잘라 쓸수 있도록 양면테이프를 부착한 사각기둥형상의 스펀지(210)와 스펀지(210)의 상면에 형성되어 물체감지수단(100)으로부터 입사받은 레이저빔을 다시 물체감지수단(100)으로 회귀반사시키기 위한 희귀반사필름(230)과 희귀반사필름(230)이 형성되는 면과 교차되는 면에 그 희귀반사필름(230)보다 높게 설치되며 회부에서 유입되는 빛이 회귀반사필름(230)으로 진입하는 것을 방지하고, 라인빔의 산란광이 전면으로 향하여 사람의 눈으로 입사되는 것을 방지하도록 하는 보호필름(250)으로 구성된다.
도 13은 본 발명에 따른 회귀반사필름의 상세도이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 회귀반사필름(230)은 톱날형상의 베이스필름층(231)과 그 베이스필름층(231)의 상부에 형성되는 반사층(233)과 그 반사층(233)의 상부에 형성되는 보호층(250)으로 이루어진다.
도 14는 본 발명에 따른 다른예의 회귀반사필름 상세도이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 회귀반사필름(230)은 베이스필름층(231)과 그 베이스필름층(231)의 상부에 형성되는 반사층(233)과 그 반사층(233)의 상부에 형성되는 고굴절유리알층(237)으로 이루어질 수도 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
50 : 스크린 100 : 물체감지수단
110 : 반도체레이저 120 : 굴절수단
130 : 광검출기 140 : 마이콤
200 : 반사수단 210 : 스펀지
230 : 회귀반사필름 231 : 베이스필름층
233 : 반사층 235 : 보호층
237 : 고굴절유리알층 250 : 보호필름
300 : 스캔수단 310 : 정다각형미러
311 : 정삼각형미러 312 : 정사각형미러
313 : 펜타프리즘 314 : 45도 곡면미러
320 : 구동모듈 330 : 실린더리컬렌즈
340 : 지지부 400 : 레이저빔 포인트

Claims (11)

  1. 광학부에서 조사되는 레이저 빔의 폭을 확대하여 터치검출장치의 정확도를 높일 수 있는 안정화 장치에 있어서,
    스크린의 상부에 위치하여, 반사수단을 향해 레이저빔을 조사하고, 상기 반사수단으로부터 회귀반사되는 상기 레이저빔의 시간에 따른 광량 변화를 분석하여 상기 스크린의 평면상에 위치하는 지시물체의 위치좌표를 감지하도록 2개 이상으로 이루어진 물체감지수단; 및
    상기 스크린의 좌, 우 및 하부 테두리를 따라 설치되어 상기 물체감지수단으로부터 조사되는 상기 레이저빔을 회귀반사하도록 하는 반사수단을 포함하여 구성되며, 상기 물체감지수단에는 상기 반사수단에 도달하는 상기 레이저빔의 폭을 확장시키기 위한 실린더리컬렌즈를 더 포함하고,
    상기 물체감지수단은,
    상기 레이저빔을 조사하는 반도체레이저;
    상기 반도체레이저의 전면에 설치되어 상기 반도체레이저로부터 조사되는 상기 레이저빔의 진행방향을 상기 스크린과 평행으로 만들기 위한 굴절수단;
    상기 굴절수단을 지난 상기 레이저빔을 상기 스크린에 위치한 상기 반사수단으로 조사하기 위한 스캔수단;
    상기 반사수단으로부터 회귀반사되는 상기 레이저빔을 수광하여 상기 레이저빔의 세기를 전기신호로 변환하는 광검출기; 및
    상기 광검출기로부터 받은 상기 레이저빔의 전기신호를 분석하여 위치좌표를 계산하는 마이콤을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학방식 터치검출장치의 안정화 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 굴절수단은 하프미러, 편광빔스플리터 또는 전반사거울 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광학방식 터치검출장치의 안정화 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 스캔수단은 상기 실린더리컬렌즈를 지난 상기 레이저빔의 진행방향을 상기 반사수단으로 바꾸기 위한 정다각형미러와 상기 정다각형미러를 360°회전시키기 위한 모터를 포함하는 구동모듈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학방식 터치검출장치의 안정화 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 정다각형미러는 정삼각형미러, 정사각형미러, 45도 곡면미러 또는 펜타프리즘 중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 광학방식 터치검출장치의 안정화 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 실린더리컬렌즈는 상기 굴절수단의 앞쪽 또는 뒤쪽에 설치되는 것을 특징으로 하는 광학방식 터치검출장치의 안정화 장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 실린더리컬렌즈는 상기 정다각형미러와 일체형 또는 분리형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광학방식 터치검출장치의 안정화 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 일체형으로 구성된 상기 실린더리컬렌즈는 상기 정다각형미러의 전면 또는 후면에 위치하는 것을 특징으로 하는 광학방식 터치검출장치의 안정화 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 반사수단은 상기 스크린의 테두리에 설치되어 상기 스크린의 크기에 맞게 잘라쓸 수 있도록 한 사각기둥형상의 스펀지;
    상기 스펀지의 상면에 형성되며 상기 물체감지수단으로부터 입사받은 레이저빔을 다시 상기 물체감지수단으로 회귀반사하도록 하는 회귀반사필름; 및
    상기 회귀반사필름보다 높게 설치되어 외부에서 유입되는 빛이 상기 회귀반사필름으로 진입하는 것을 방지하고, 상기 레이저빔의 산란광이 전면으로 향하여 사람의 눈으로 입사되는 것을 방지하기위한 보호필름
    으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학방식 터치검출장치의 안정화 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 회귀반사필름은 톱날형상의 베이스필름층과 상기 베이스필름층의 상부에 형성되는 반사층과 상기 반사층의 상부에 형성되는 보호층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학방식 터치검출장치의 안정화 장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 회귀반사필름은 톱날형상의 베이스필름층과 상기 베이스필름층의 상부에 형성되는 반사층과 상기 반사층의 상부에 형성되는 고굴절유리알층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학방식 터치검출장치의 안정화 장치.
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