KR101536759B1 - 광 흡수부가 구비된 터치펜 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카메라가 발광체에서 투사되는 터치 센싱용 광을 감지하여 영상이 구현되는 스크린 상에 위치하는 물체의 터치 지점을 감지하고, 감지된 터치 지점에 해당하는 명령을 수행하는 터치 센싱용 광 감지 카메라 방식의 터치 스크린에 사용되는 터치펜에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, 터치 센싱용 광 감지 카메라 방식의 전자 칠판의 사용 중, 태양광과 같이 강한 외부 광이 입사되는 경우에, 입사되는 외부 광의 터치펜 팁 근방에서의 반사 현상에 따른 터치 위치 정보 측정오류를 미연에 방지할 수 있도록 하며, 상기 외부 입사광을 흡수하여 정확한 터치펜의 터치 위치 정보를 전달할 수 있도록 하는 광 흡수부가 구비된 터치펜에 관한 것으로,
본 발명에 따른 광 흡수부가 구비된 터치펜은, 카메라(30)가 발광체에서 투사되는 터치 센싱용 광을 감지하여 영상이 구현되는 스크린(10) 상에 위치하는 물체의 터치 지점을 감지하고, 감지된 터치 지점에 해당하는명령을 수행하는 터치 센싱용 광 감지 카메라(30) 방식의 터치 스크린(10)에 사용되는 터치펜에 있어서, 상기 터치 스크린(10) 표면과 접촉하는 펜 팁(70);을 포함하여 구성되며, 상기 펜 팁(70)의 상부에 소정길이로 광 흡수부(60)가 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

광 흡수부가 구비된 터치펜{Touch Pen With Light Absorption Unit}

본 발명은 카메라가 발광체에서 투사되는 투사광을 감지하여 영상이 구현되는 스크린 상에 위치하는 물체의 터치 지점을 감지하고, 감지된 터치 지점에 해당하는 명령을 수행하는 카메라 방식의 터치 스크린에 사용되는 터치펜에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, 카메라 방식의 전자 칠판의 사용 중, 태양광과 같이 강한 외부 광이 입사되는 경우에, 입사되는 외부 광의 터치펜 팁 근방에서의 반사 현상에 따른 터치 위치 정보 측정오류를 미연에 방지할 수 있도록 하며, 상기 외부 입사광을 흡수하여 정확한 터치펜의 터치 위치 정보를 전달할 수 있도록 하는 광 흡수부가 구비된 터치펜에 관한 것이다.

터치 스크린은 스크린에 구현되는 화면을 손가락이나 터치 펜 등으로 터치하는 경우, 이 접촉에 반응하여 터치 지점을 파악할 수 있도록 하는 장치로서, 종래 평면 디스플레이 LCD 패널, 또는 PDP 패널 위에 덧씌워지는 구조로 제작되는데, 이 터치 스크린은 화면상의 디스플레이 되는 영상 이미지와는 별도로 손가락의 터치 위치를 감지하여 영상 화면상의 좌표로 환산하고, 좌표정보는 영상을 제어하는 컴퓨터에 전송하게 된다. 컴퓨터는 터치 스크린으로부터 받은 위치 정보와 영상 화면을 합성하여 필요한 대응을 하도록 화상을 제어하게 된다.

터치 스크린의 실제 적용 사례로는 은행의 자동현금인출기, 기차역에서의 기차표 자동 판매기 등이 있으며, 이동식 정보기기, 휴대용 전화기 등에 널리 보급되고 있으며, 요즘에는 대형 화면을 구현하는 대형 스크린에 사용되어 시청각 교육 시스템 등에 활용되고 있다.

이러한 터치 스크린은 적외선 Matrix 방식, 박막 저항식, 정전 용량식, 터치 센싱용 광(光) 감지 카메라 방식 등 여러 가지 방식이 있다.

이중에서 카메라 방식은, 터치 스크린의 양 모서리 부분에 각각 카메라를 설치하고, 이 카메라들에 마주보는 터치 스크린 틀의 테두리에 터치 센싱용 광(光) 배경을 설치하여 터치 스크린 틀의 안쪽 영역을 물체가 터치하게 되면 터치 물체가 터치 센싱용 광(光) 배경을 차단하는 것을 카메라가 포착하여 터치의 유무 및 위치를 판단하게 되며, 터치 스크린의 기능부인 터치 센싱용 광(光) 감지 카메라, 터치 센싱용 광(光) 배경부 등은 터치 스크린의 테두리에 위치하므로 터치 물체와의 직접 기계적인 연관성은 없다.

상기 터치 센싱용 광(光) 감지 카메라 방식 터치 스크린은 인식 가능한 물체의 숫자에 따라 한 개의 터치 물체 인식이 가능한 싱글 터치 스크린(Single touch screen)과 두 개 이상의 터치 물체 인식이 가능한 멀티 터치 스크린(Multi touch screen)이 있다. 한 개의 터치 물체를 인식하기 위해서는 기본적으로 2개의 카메라가 필요하며 2개 이상의 터치 물체를 어느 위치든 정확히 인식하기 위해서는 3개 이상의 카메라가 필요하다. 이것은 카메라에서 본 한 개의 터치 물체의 수평 각도(이하 "터치각"이라 함) 내에 다른 터치 물체가 있으면 그 터치각을 정확히 인식할 수 없기 때문이다.

한편, 터치 센싱용 광(光) 감지 카메라 방식 터치 스크린은 터치 센싱용 광(光)을 조명하고 배경을 구성하는 방법에 따라 LED 배경형 카메라 방식과 반사형 카메라 방식으로 나눌 수 있으며, LED 배경형 카메라 방식은 터치 센싱용 광(光) 배경부 안에 발광체인 LED들을 설치하여 구성하는 방식으로서, 발광체 LED는 카메라가 보았을 때 터치 센싱용 광(光) 배경이 끊어짐이 없도록 촘촘히 설치하여야 한다. 따라서 터치 스크린이 커지면 커질수록 소요되는 LED 발광체의 숫자가 많아지게 되고, LED를 설치하기 위한 전자 회로 기판과 관련 전자 부품이 소요되어 생산 비용이 높고, 유지보수가 어려운 문제점이 있다.

반사형 카메라 방식은, 도 1에 도시된 바와 같이, 발광체(110)를, 반사 광을 받을 카메라(120)와 함께 설치하고, 이에 마주 보는 터치 센싱용 광 배경부(130)에 반사면(131)을 설치하여 조명받은 광을 해당 조명 장치 방향으로 되 반사하도록 배경부(130)를 구성하는 방식으로, LED 배경형 카메라 방식에 비해, 터치 스크린 배경부(130)에 어떠한 전자부품도 필요하지 않고 단지 반사기능을 하는 기계, 광학적 부품들로만 구성되기 때문에 구조가 간단하여 자재비용이 낮고, 생산이 용이하다는 장점이 있다.

상기 터치 센싱용 광 감지 카메라 방식 터치 스크린은 터치 센싱용 광을 배경으로 하는 터치 스크린 상에서 터치 물체가 터치 센싱용 광 배경을 차단하는 것을 카메라가 포착하여 터치의 유무 및 위치를 판단하게 되는데, 종래 터치 센싱용 광 감지 카메라 방식 터치 스크린에 사용되는 터치펜은, 터치 스크린에 설치되는 장소의 환경적 요인 등으로 태양광과 같은 강한 외부 광이 터치 스크린 및 터치 스크린 상에서 움직이는 상기 터치펜에 입사된 경우에, 터치 스크린 표면에 접촉하는 터치펜 팁과 근접하는 부분에서 상기 외부 입사광에 의한 반사 현상이 발생되어 터치 센싱용 광 감지 카메라가 터치펜의 터치 위치를 정확하게 감지하지 못하고 오류가 발생되는 문제점이 있었으며, 이를 해결하기 위해서 커튼이나 차단막 등을 사용해 터치 스크린 상으로 입사되는 태양광이나 외부 광을 차단시켜야 하는 불편함이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 터치 센싱용 광 감지 카메라 방식의 전자 칠판의 사용 중 태양광과 같이 강한 외부 광이 입사되는 경우에, 터치펜의 팁 근방에서 상기 외부 입사광에 의한 반사 현상이 발생되지 않도록 하여 외부 입사광의 반사 현상에 따른 터치 위치 측정오류 발생을 미연에 방지할 수 있도록 하고, 태양광과 같은 강한 외부 광이 입사되는 터치 스크린의 설치 환경에서도 터치펜의 터치 위치를 정확하게 검출해 낼 수 있도록 한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 일 형태에서는, 카메라(30)가 발광체에서 투사되는 터치 센싱용 광을 감지하여 영상이 구현되는 스크린(10) 상에 위치하는 물체의 터치 지점을 감지하고, 감지된 터치 지점에 해당하는 명령을 수행하는 터치 센싱용 광 감지 카메라(30) 방식의 터치 스크린(10)에 사용되는 터치펜에 있어서, 상기 터치 스크린(10) 표면과 접촉하는 펜 팁(70);을 포함하여 구성되며, 상기 펜 팁(70)의 상부에 소정길이로 광 흡수부(60)가 구비되는 것을 특징으로 하는 광 흡수부(60)가 구비된 터치펜(1)을 제공한다.

본 발명의 일 형태에 따른 광 흡수부(60)가 구비된 터치펜(1)에 있어서, 상기 광 흡수부(60)는, 상기 펜 팁(70) 상부의 표면에 소정 형상 및 깊이로 형성되는 다수의 미세홈(61)들이 소정간격으로 배열 구성될 수 있으며,

또한, 상기 광 흡수부(60)는, 상기 펜 팁(70) 상부의 표면에 흑색 잉크(62)가 소정두께로 도포되어 흑색 잉크층(63)이 형성되고, 상기 흑색 잉크층(63)의 상부면에 소정두께의 투명 보호막층(64)이 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 광 흡수부가 구비된 터치펜은, 터치 센싱용 광 감지 카메라 방식의 전자 칠판의 사용 중 태양광과 같이 강한 외부 광이 입사되는 경우에, 터치펜의 팁(71) 근방에서 상기 외부 입사광에 의한 반사 현상이 발생되지 않도록 하여 외부 입사광의 반사 현상에 따른 터치 위치 측정오류 발생을 미연에 방지할 수 있고,

또한, 태양광과 같은 강한 외부 광이 입사되는 터치 스크린의 설치 환경에서 커튼이나 차단막 등을 사용해 외부 입사광을 차단하지 않은 상태에서도, 터치펜의 터치 위치를 정확하게 검출해 낼 수 있게 된다.

도 1은 종래 반사형 터치 센싱용 광 감지 카메라 방식의 터치 스크린을 나타내는 개략도;
도 2는 터치 센싱용 광 감지 카메라 방식의 터치 스크린에서 터치 물체의 위치를 검출하는 방법을 나타내는 개념도;
도 3은 본 발명에 따른 광 흡수부가 구비된 터치펜을 나타내는 분해 사시도;
도 4a 및 도 4b는 각각, 본 발명에 따른 광 흡수부가 구비된 터치펜에 있어서, 광 흡수부가 펜 팁 상부의 표면에 형성되는 다수의 미세홈들로 구성되는 것을 나타내는 정면도 및 단면도;
도 5a, 도 5b 및, 도 5c는 본 발명에 따른 광 흡수부가 구비된 터치펜에 있어서, 광 흡수부를 구성하는 다수의 미세홈들의 다른 실시예들을 나타내는 정면도;
도 6a는 본 발명에 따른 광 흡수부가 구비된 터치펜에 있어서, 광 흡수부가 펜 팁 상부의 표면에 각각 도포 형성되는 흑색 잉크층 및 투명 보호막층으로 구성되는 것을 나타내는 정면도 및 단면도; 및,
도 6b는 본 발명에 따른 광 흡수부가 구비된 터치펜에 있어서, 광 흡수부를 구성하는 다른 실시예를 나타내는 정면도 및 단면도;이다.

이하 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.

도 2는 터치 센싱용 광 감지 카메라(30) 방식의 터치 스크린(10)에서 터치 물체의 위치슬 검출하는 방법을 나타내는 개념도이고, 도 3은 본 발명에 따른 광 흡수부(60)가 구비된 터치펜(1)을 나타내는 분해 사시도이며, 도 4a 및 도 4b는 각각, 본 발명에 따른 광 흡수부(60)가 구비된 터치펜(1)에 있어서, 광 흡수부(60)가 펜 팁(70) 상부의 표면에 형성되는 다수의 미세홈(61)들로 구성되는 것을 나타내는 정면도 및 단면도이다.

또한, 도 5a, 도 5b 및, 도 5c는 본 발명에 따른 광 흡수부(60)가 구비된 터치펜(1)에 있어서, 광 흡수부(60)를 구성하는 다수의 미세홈(61)들의 다른 실시예들을 나타내는 정면도이고, 도 6a는 본 발명에 따른 광 흡수부(60)가 구비된 터치펜(1)에 있어서, 광 흡수부(60)가 펜 팁(70) 상부의 표면에 각각 도포 형성되는 흑색 잉크층(63) 및 투명 보호막층(64)으로 구성되는 것을 나타내는 정면도 및 단면도이고, 도 6b는 본 발명에 따른 광 흡수부(60)가 구비된 터치펜(1)에 있어서, 광 흡수부(60)를 구성하는 다른 실시예를 나타내는 정면도 및 단면도이다.

일반적으로 터치 센싱용 광 감지 카메라(30) 방식의 터치 스크린(10)에서 터치 물체의 위치를 측정하는 방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 직사각형의 형상으로 형성되는 스크린(10)의 네 변 중 상측 변의 양 모서리에 터치 센싱용 광 감지 카메라(30)가 각각 설치되고, 설치 위치에서 스크린(10) 전 영역을 감시할 수 있도록 90도의 시야각을 가지게 된다. 성가 카메라(30) 시야각에 들어오는 모든 영상은 상기 카메라(30) 내에 구비되는 센서에 하나의 직선 선분으로 투영되는 데, 직선 선분으로 투영된 영상은 상기 센서에 인식된 위치에 따라 90도 시야각 내에서 어느 각도에 해당되는지가 정해짐으로써, 영상 이미지의 위치가 카메라(30) 각도로 계산되게 된다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 화면이 구현되는 스크린(10)의 상측 변 양 모서리에 설치된 터치 센싱용 광 감지 카메라(30) 중 우측 모서리에 설치된 메라(A)의 위치를 기준 좌표(0, 0)로 설정하고, 스크린(10)의 가로방향 길이를 L로, 스크린(10)의 세로방향 길이를 H로 설정하면, 사용자의 손가락이나 터치 펜 등에 의해 터치된 지점의 화면상(x, y)은 두 대의 카메라(A, B)에 의해 다음의 수학식 1, 2와 같이 인식된다.

<수학식 1>

tan a = y / (L-x)

<수학식 2>

tan b = x / y

<수학식 3>

x = (L × tan a × tan b) / (tan a × tan b + 1)

y = (L × tan a) / (tan a × tan b + 1)

상기 수학식 1, 2, 3을 통해 제어보드는 카메라(30)로부터 감지되는 사용자의 터치 좌표를 계산하여 컴퓨터에 전송하게 되고, 컴퓨터는 상기 제어보드를 통해 전송되는 터치 좌표를 스크린(10)에 구현되는 영상에 대응시켜 스크린(10)에 표시하게 되는데, 종래 터치 스크린(10) 상에서 터치펜을 사용 중, 터치 스크린(10)이 설치된 환경에 따라 창문 등을 통해 태양광이 터치펜의 팁(71) 부근으로 입사되는 경우에는, 펜 팁(70) 부근에서 발생되는 강한 태양광에 의한 반사 현상 및 광 번짐 현상으로 상기 카메라(30)가 터치 물체를 인식하지 못하게 되며, 터치펜 위치 측정 중 오류가 발생하게 된다.

이에 따라, 본 발명에 따른 광 흡수부(60)가 구비된 터치펜(1)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 터치 스크린(10) 표면과 접촉하는 펜 팁(70)을 포함하여 형성되는 터치펜에 있어서, 상기 펜 팁(70)의 상부에 소정길이로 광 흡수부(60)가 형성되어, 태양광 등과 같은 과도한 외부 광이 터치펜(1)의 팁(71) 부근으로 입사되는 경우에, 상기 광 흡수부(60)에서 펜 팁(70) 부근으로 입사된 외부 광을 흡수하여 외부 입사광의 반사 현상에 따른 터치 위치 측정오류 발생을 사전에 예방할 수 있게 하고, 상기 터치 센싱용 광 감지 카메라(30)가 터치펜(1)의 터치 위치를 정확하게 측정할 수 있게 한다.

바람직하게는, 도 3, 도 4a 및, 도 4b에 도시된 바와 같이, 터치펜(1)의 몸체를 이루는 몸체부(40)의 내부에 중공의 하우징 결합홀(41)을 형성시키고, 상기 결합홀에 끼워져 결합되는 팁 하우징(50)의 내부에도 중공의 팁 결합홀(51)을 형성시키며, 상기 팁 하우징(50)의 하부의 외주면에 길이방향으로 다수의 미세홈(61)들을 소정간격으로 배열하여 상기 광 흡수부(60)를 형성하게 되며, 상기 팁 결합홀(51)에 팁 결합돌기(72)를 억지 끼움으로 끼워 넣어 결합시킴으로써, 터치펜(1)의 팁(71) 상부에 소정길이로 광 흡수부(60)를 용이하게 형성시킬 수 있게 된다.

상기 다수의 미세홈(61)들 사이로 입사된 외부 광은 상기 미세홈(61) 내부에서 난반사를 일으켜 상기 미세홈(61) 내부에 머물거나, 상기 터치 센싱용 광 감지 카메라(30)가 센싱하지 못할 정도의 소량의 외부 광 만이 상기 미세홈(61) 내부에서 난반사 후 외부로 반사 유출됨으로써, 과도한 외부 광의 반사 현상에 따른 상기 터치 센싱용 광 감지 카메라(30)의 터치 물체 인식 오류현상 발생을 방지할 수 있게 된다.

상기 미세홈(61)의 형상은 도 4a와 도 4b에 도시된 세로 줄무늬 형태 뿐만 아니라, 도 5a, 도 5b 및, 도 5c에 도시된 바와 같이, 미세홈(61)으로 입사되는 외부 광을 홈의 내부에서 난반사 시킬 수 있는 형상이라면, 가로 줄무늬 형태, 격자 무늬 형태나, 마름모 형태 등 여러 다른 형상의 미세홈(61)들도 형성 가능하다.

본 발명에 따른 광 흡수부(60)가 구비된 터치펜(1)에 있어서, 상기 광 흡수부(60)의 다른 실시예로는, 도 6a에 도시된 바와 같이, 상기 팁 하우징(50)의 하부의 외주면에 흑색 잉크(62)를 소정두께로 도포하고 상기 소정두께로 도포된 흑색 잉크(62)로 형성된 흑색 잉크층(63)의 상부면에 다시 투명 보호막층(64)을 도포 형성시킴으로써, 상기 펜 팁(70) 부근으로 입사된 외부 광이 상기 투명 보호막층(64)을 통과해 상기 흑색 잉크층(63)에서 흡수되어 외부로 반사되는 것을 방지할 수 있도록 한다. 단순히 흑색 잉크(62)을 도포하여 흑색 잉크층(63)만으로 상기 광 흡수부(60)를 구성할 수도 있으나, 터치펜(1)을 장기간 반복사용하는 과정에서 상기 흑색 잉크층(63)이 퇴색되거나 마모 소멸되는 것을 방지하기 위해 상기 흑색 잉크층(63)의 상부면에 투명 보호막층(64)을 형성시키게 된다. 상기 흑색 잉크층(63) 및 투명 보호막층(64)은 흑색 잉크(62)나 투명 에나멜 도료 등을 도포하여 형성할 수도 있으나, 상기 팁 하우징(50)의 하부 외주면에 흑색 필름 및 투명 필름을 적층 부착하여 형성할 수도 있다.

또한, 도 6b에 도시된 바와 같이, 투명 아크릴계열 자외선 경화수지(65)에 흑색 마이크로 비드(66)와 용제를 혼합한 후, 상기 팁 하우징(50)의 하부 외주면에 소정두께로 도포하여 상기 광 흡수부(60)를 형성할 수도 있으며, 이렇게 투명 아크릴 계열의 자외선 경화 수지(65)에 흑색 마이크로 비드(66)를 용제와 혼합시켜 상기 광 흡수부(60)를 형성시킴으로써, 별도의 투명 보호막층(64)을 형성하지 않고도, 터치펜(1)의 장기간 반복사용에 따른 상기 광 흡수부(60)의 마모 소멸을 방지할 수 있게 된다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 광 흡수부(60)가 구비된 터치펜(1)은, 터치 센싱용 광 감지 카메라(30) 방식의 전자 칠판의 사용 중 태양광과 같이 강한 외부 광이 입사되는 경우에, 터치펜(1)의 팁(71) 근방에서 상기 외부 입사광에 의한 반사 현상을 방지하거나 최소화시켜 외부 입사광의 반사 현상에 따른 터치 센싱용 광 감지 카메라(30)의 터치물체 인식오류 발생을 사전에 예방할 수 있고,

또한, 태양광과 같은 강한 외부 광이 입사되는 터치 스크린(10)의 설치 환경에서 커튼이나 차단막 등을 사용해 외부 입사광을 차단하지 않은 상태에서도, 터치펜(1)의 터치 위치를 정확하게 검출해 낼 수 있게 된다.

위에서 몇몇의 실시예가 예시적으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남 없이 다른 여러 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다.

따라서, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시예는 본 발명의 범주 내에 포함된다.

1 : 광 흡수부가 구비된 터치펜
10 : 터치 스크린 30 : 터치 센싱용 광 감지 카메라
40 : 몸체부 41 : 하우징 결합홀
50 : 팁 하우징 51 : 팁 결합홀
52 : 하우징 결합돌기 60 : 광 흡수부
61 : 미세홈 62 : 흑색 잉크
63 : 흑색 잉크층 64 : 투명 보호막층
65 : 투명 아크릴계 자외선 경화수지 66 : 흑색 마이크로 비드
70 : 펜 팁 71 : 팁
72 : 팁 결합돌기

Claims (3)

1. 카메라(30)가 발광체에서 투사되는 터치 센싱용 광(光)을 감지하여 영상이 구현되는 스크린(10) 상에 위치하는 물체의 터치 지점을 감지하고, 감지된 터치 지점에 해당하는명령을 수행하는 터치 센싱용 광 감지 카메라(30) 방식의 터치 스크린(10)에 사용되는 터치펜에 있어서,
   상기 터치 스크린(10) 표면과 접촉하는 펜 팁(70);을 포함하여 구성되며,
   상기 펜 팁(70)의 상부에 소정길이로 광 흡수부(60)가 구비되고,
   상기 광 흡수부(60)는,
   상기 펜 팁(70) 상부의 표면에 소정 형상 및 깊이로 형성되는 다수의 미세홈(61)들이 소정간격으로 배열 구성되는 것을 특징으로 하는 광 흡수부(60)가 구비된 터치펜(1).
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