KR101540603B1 - 오프셋 제거 회로를 포함하는 적외선 터치스크린 장치 - Google Patents

오프셋 제거 회로를 포함하는 적외선 터치스크린 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 오프셋 제거회로를 포함하는 적외선 터치스크린 장치는 터치 감지영역을 갖는 기판, 기판의 일측에 배치되어 광을 발산하는 발광부, 발광부의 발산광 및 외부에서 발산되는 외란광을 수광하는 수광부, 수광부에서 수광된 광량을 전기적 신호로 변환하는 수광부 구동회로, 및 수광부 구동회로를 통해 변환된 광량에 대한 전기적 신호에서 외란광에 대한 전기적 신호를 제거하는 오프셋 제거 회로를 포함한다. 본 발명의 오프셋 제거 회로를 포함하는 적외선 터치스크린 장치는 외란광에 의해 발생하는 오프셋 전압을 하드웨어적인 오프셋 제거 회로를 통해 원천적으로 제거하여 터치오류를 저감시켜 소프트웨어적인 신호처리의 한계점을 극복할 수 있다. 아울러 외란광이 다소 존재하는 장소에서도 사용이 가능하여 보다 향상된 터치 감지 기능을 갖는 터치스크린 장치를 제공할 수 있다.

Description

오프셋 제거 회로를 포함하는 적외선 터치스크린 장치{Infrared Touch Screen Devices Including Circuit for Canceling Offset}
본 발명은 터치스크린 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적외선방식의 터치스크린 장치이다.
일반적으로, 터치스크린을 구현하는 기존의 방식으로는 저항막 방식, 정전용량 방식, 적외선 방식, 초음파 방식, 카메라를 통한 영상처리 방식 등이 제안되고 있다. 그런데, 저항막 방식과 정전용량 방식은 터치스크린의 화면 크기가 커질 경우 가격이 비싸지며 기술적 한계가 크기 때문에 소형 터치스크린 장치에 주로 사용되며, 전자칠판과 같은 중대형 터치스크린 장치에는 비교적 저렴하며 기술적 한계가 적은 적외선 방식 터치스크린 장치가 사용되고 있다.
도 1은 종래의 적외선 터치스크린 장치를 예시하는 도면이다.
도 1을 참조하여, 종래 적외선 터치스크린 장치(1)는 테두리에 수광소자 및 발광소자가 구비된 설치부(2)를 포함한다.
설치부(2)는 발광소자에서 발산되는 적외선을 수광소자가 수광하여 매트릭스 구조의 터치감지영역을 터치 감지 기판(3)에 형성한다.
그러나, 이때 태양광과 같은 자연광원(6) 또는 주변 조명과 같은 인공광원(8)에 의해 외란광(4)이 발생된다.
이러한 외란광(4)은 발광부에 의해 발산된 적외선을 수광하여서 터치를 감지하여 그 위치를 판별하는 적외선 터치스크린 장치에 있어서, 그 세기가 강할 경우, 소프트웨어적으로 처리하는데 있어서 제어부에 인가되는 전원 전압에 의해 결정되는 ADC(Analog Digital Convert)의 최대로 검출할 수 있는 전압레벨을 초과하여, 터치오류를 발생시키는 요인으로 작용될 수 있다. 예를 들어, 3.3V의 전원 전압이 제어부에 인가된 경우, ADC(Analog Digital Convert)의 최대 검출 전압레벨은 3.3V이므로, 이 경우 최대 검출 전압레벨을 초과하여 4V 또는 5V의 신호가 입력되어도 최대 검출 전압레벨인 3.3V로 인식하는 오류가 발생하게 된다. 따라서 2V의 진폭으로 연산될 전압레벨이 1V로 연산처리가 되어 터치 감지의 오류 또는 터치 민감도가 감소될 수 있다.
따라서 발광소자로부터 발산되는 적외선 이외의 외부로부터 들어오는 외란광의 세기가 강함에 따라 터치 감지 오류가 발생하여 터치 감지의 여부 또는 정확한 터치 감지 위치파악이 어려울 우려가 있다.
본 발명의 목적은 발광부에 의해 발산된 광 이외의 외부로부터 들어오는 자연광 또는 주변 조명과 같은 외란광에 의해 발생하는 오프셋 전압을 하드웨어적인 오프셋 제거 회로를 통해 제거하여 터치오류를 저감시켜 보다 향상된 터치 민감도를 갖는 터치스크린 장치를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 오프셋 제거 회로를 포함하는 적외선 터치스크린 장치에 관한 것이다. 본 발명의 오프셋 제거 회로를 포함하는 적외선 터치스크린 장치는 터치 감지영역을 갖는 기판; 기판의 일측에 배치되어 광을 발산하는 발광부; 발광부의 발산광 및 외부에서 발산되는 외란광을 수광하는 수광부; 수광부에서 수광된 광량을 전기적 신호로 변환하는 수광부 구동회로; 및 수광부 구동회로를 통해 변환된 광량에 대한 전기적 신호에서 외란광에 대한 전기적 신호를 제거하는 오프셋 제거 회로를 포함한다.
그리고 오프셋 제거 회로는 수광부에 수광된 외란광의 전기적 신호를 유지하는 샘플 앤 홀드회로; 수광부에 수광된 발산광 및 외란광의 전기적 신호에서 샘플 앤 홀드회로의 외란광 전기적신호를 감산하는 감산기로 구성된다.
또한 발광부는 기판의 이웃한 두변에 배치되는 복수개의 발광소자로 구성되고, 수광부는 발산광 및 외란광을 수광하는 복수개의 수광소자로 구성된다.
그리고 발광부는 복수개의 발광소자로 구성되고, 수광부는 복수개의 수광소자로 구성되며, 발광소자와 수광소자는 교호로 배치된다.
또한 샘플 앤 홀드 회로를 통해 수광부에 수광된 외란광의 전기적 신호를 유지하는 단계; 감산기를 통해 수광부에 수광된 발산광 및 외란광의 전기적 신호에서 샘플 앤 홀드회로의 외란광 전기적신호를 감산하여 출력신호를 도출하는 단계; 및 출력신호를 통해 검출된 터치 위치 좌표를 판별하는 단계를 포함한다.
본 발명의 오프셋 제거회로를 포함하는 적외선 터치스크린 장치는 외란광에 의해 발생하는 오프셋 전압을 하드웨어적인 오프셋 제거 회로를 사용함으로써, 터치오류를 저감시켜 소프트웨어적인 신호처리의 한계점을 극복할 수 있다. 아울러 외란광이 다소 존재하는 장소에서도 사용이 가능하여 보다 향상된 터치 감지 기능을 갖는 터치스크린 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 적외선 터치스크린 장치를 예시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적외선 터치스크린 장치의 전반적인 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 2의 수광부 구동회로와 오프셋 제거회로의 상세 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3의 오프셋 제거 회로의 상세 구성을 보여주는 도면이다.
도 5는 도 4의 오프셋 제거 회로의 주요 부분에서의 전압 파형을 예시적으로 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 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적외선 터치스크린 장치의 전반적인 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적외선 터치스크린 장치(10)는 기판(20), 발광부(30), 수광부(40), 발광부 구동회로(50), 수광부 구동회로(60), 오프셋 제거 회로(70), 및 제어부(80)를 구비한다.
기판(20)은 터치 감지영역이 형성되며, 액정 디스플레이장치, 전자칠판 등의 각종 디스플레이 장치의 화면 터치영역에 해당할 수 있다. 기판(20)의 이웃한 두변에는 발광부(30)가 배치되어 있다. 발광부(30)는 복수개의 발광소자(31)를 포함하며, 발광소자(31)는 예를 들어 LED로 구성될 수 있다.
발광부(30)는 광을 발산하여 매트릭스구조를 형성하여 터치 감지영역을 제공한다. 발광부(30)와 마주보며 기판(20)의 이웃한 두변에는 수광부(40)가 배치된다. 수광부(40)는 복수개의 수광소자(41)를 포함하고, 수광소자(41)는 예를 들어 포토트랜지스터(Photo transistor)로 구성될 수 있으며, 발광부(30)로부터 발산된 광을 수광한다.
발광부 구동회로(50)는 발광부(30)와 전기적으로 연결되어 발광부(30)에 구동신호를 인가하여 복수개의 발광소자(31)를 구동시킨다. 수광부 구동회로(60)는 수광부(40)와 전기적으로 연결되어 수광부(40)에 구동신호를 인가하여 복수개의 수광소자(41)를 구동시킨다. 수광부 구동회로(60)는 오프셋 제거 회로와 전기적으로 연결되어 있으며, 수광부(40)로부터 입력받은 광량에 대한 전기적 신호가 오프셋 제거 회로(70)에 전달된다.
오프셋 제거 회로(70)는 샘플 앤 홀드회로(71)와 감산기(78)를 포함한다. 샘플 앤 홀드회로(71)는 발광소자(31)가 꺼져 있을 경우, 외란광만을 수광부(40)를 통해 수광하여 이에 대한 전기적 신호인 오프셋 전압을 유지한다. 감산기(78)는 수광부(40)를 통하여 수광된 발광부(30)의 발산광과 외부에서 발산된 외란광 모두에 대한 전기적 신호에서 샘플 앤 홀드회로(71)에 의해 출력된 신호를 감산한다. 따라서 감산기(78)를 통해 출력된 신호는 발광부(30)의 발산광에 대한 전기적 신호만을 포함하게 된다. 그러므로 외란광에 의해 발생된 오프셋 전압을 오프셋 제거 회로(70)를 통해 하드웨어적으로 제거하게 된다. 오프셋 전압이 제거된 이 출력신호는 제어부(80)에 전달된다.
제어부(80)는 오프셋 제거 회로(70), 발광부 구동회로(50) 및 수광부 구동회로(60)에 제어신호를 인가하여 동작을 제어하고, 수광부(40)를 통해 수광된 광량에 대한 전기적 신호에 기초하여 터치된 위치의 좌표를 인식하여 판별한다.
이러한 본 발명의 적외선 터치스크린 장치(10)는 발광부(30)의 발광소자(31)가 꺼져있을 경우, 샘플 앤 홀드회로(71)를 통해 수광부(40)에 의해 수광된 외란광에 대한 전기적 신호인 오프셋 전압을 유지한다. 수광부(40)에 의해 수광된 발광부(30)의 발산광 및 외부에서 발산된 외란광에 대한 전기적 신호가 모두 포함된 전기적 신호에서 샘플 앤 홀드회로(71)를 통해 출력된 전기적신호를 감산기(78)를 통한 감산과정을 통해 최종적으로 발광부(30)의 발산광에 대한 전기적 신호만을 출력한다. 최종적으로 출력된 신호는 제어부(80)에 전달되어 통상적인 터치 검출 방법에 의해 터치 위치 좌표를 판별한다.
한편, 적외선 터치스크린 장치(10)는 기판(20)의 이웃한 두변에 일괄적으로 발광소자(30)가 배치되고, 마주보는 이웃한 두변에 일괄적으로 수광소자(41)가 배치되어 구성될 수도 있지만, 또 다른 예로써는 발광소자(31)와 수광소자(41)가 교호로 배치될 수도 있다.
또한, 직접적으로 광을 수광소자(41)를 통해 수광할 수도 있지만, 터치스크린의 일면에 도광바를 구비하여 이 도광바를 통해 광신호가 전달되어지고, 이 광신호가 수광센서를 통해 수광되어지는 구조를 갖는 적외선 터치스크린 장치도 있다.
이러한 상술한 바와 같은 동일한 방식으로 자연광, 주변 조명등과 같은 외란광에 의해 발생되는 오프셋 전압을 하드웨어적인 회로로 제거하고 이러한 오프셋 전압이 제거된 신호를 처리하는 방법으로 실시될 수 있다.
도 3은 도 2의 수광부 구동회로와 오프셋 제거회로의 상세 구성을 보여주는 도면이다.
수광부 구동회로(60)는 멀티플렉서(62)와 트랜지스터(64), 광 감지소자(66) 및 저항(68)을 포함한다. 멀티플렉서(62)는 제어부(80)에서 들어오는 구동신호에 의해 동작하여 트랜지스터(64)에 전기적 신호를 전달하고, 그 전기적 신호에 의해 트랜지스터(64)가 스위칭 동작을 한다. 트랜지스터(64)가 동작하면 각각의 광 감지소자(66)는 광감지에 반응한 전기적 신호를 출력한다. 수광부 구동회로(60)는 복수개의 수광부 구동회로(60-1, 60-2, 60-3)를 포함하며, 오프셋 제거회로(70)에 수광된 광량에 대한 전기적 신호를 전달한다.
오프셋 제거 회로(70)는 샘플 앤 홀드회로(71)와 감산기(78)를 포함한다. 샘플 앤 홀드회로(71)는 발광부(30)의 발광소자(31)가 꺼져있을 때, 수광부(40)를 통해 수광된 외란광의 전기적 신호인 오프셋 전압을 유지한다. 수광부(40)에 의해 수광된 발광부(30)의 발산광 및 외부에서 발산된 외란광 모두에 대한 전기적 신호와 샘플 앤 홀드회로(71)를 통해 출력된 전기적신호는 감산기(78)를 통한 감산과정을 통해 최종적으로 발광부(30)의 발산광에 대한 전기적 신호만을 출력해 제어부(80)에 전달한다.
오프셋 제거 회로(70)는 복수개의 오프셋 제거 회로(70-1, 70-2, 70-3)를 포함하며, 제어부(80)에 전기적으로 연결되어 오프셋 제거 회로(70)를 통해 출력된 전기적 신호를 통해 터치 위치 좌표를 검출해낸다. 또한 제어부(80)는 수광부 구동회로(60)와 오프셋 제거 회로(70)에 구동신호를 인가하여 그 동작을 제어한다.
도 4는 도 3의 오프셋 제거 회로의 상세 구성을 보여주는 도면이다.
도 3의 복수개의 오프셋 제거 회로중 하나만을 예시로 도면에 표현하였다.
오프셋 제거 회로(70-1)는 샘플 앤 홀드회로(71)와 감산기(78)를 포함한다. 샘플 앤 홀드회로(71)는 스위칭 소자(74), 제 1 저항(72), 커패시터(73) 및 연산 증폭기(76)를 포함한다. 스위칭 소자(74)는 예를 들어 아날로그 스위치를 사용한다. 스위칭 소자(74)는 발광소자(31)가 켜질 때 닫히며, 이때 수광부(40)에 의해 수광된 광량에 대한 전기적 신호를 입력받는다. 스위칭 소자(74)는 커패시터(73)에 전기적으로 연결되고, 커패시터(73)는 연산 증폭기(76)의 음의 입력단자에 연결된다. 또한 연산 증폭기(76)를 통해 출력된 신호는 피드백되어 음의 입력단자에 입력된다. 이때 연산증폭기(76)와 감산기(78)에 인가되는 전원은 제어부(80)에 인가되는 전원전압보다 높아, 신호를 처리할 수 있는 전압레벨이 높으므로 종래의 소프트웨어적인 신호처리 방법에서의 한계점을 극복할 수 있다.
발광소자(31)가 꺼져있을 때, 외란광만이 수광부(40)를 통해 수광되고, 스위칭 소자(74)가 닫히며 이에 대한 전기적 신호가 샘플 앤 홀드회로(71)를 통해 출력된다. 발광소자(31)가 켜져있을 때, 스위칭 소자(74)가 열리고, 커패시터(73)에 충전되어 있던 전기적 신호가 샘플 앤 홀드회로(71)를 통해 출력된다. 따라서 샘플 앤 홀드회로(71)는 발광소자(31)가 켜지고 꺼지는 시점에서 외란광에 대한 전기적 신호를 유지한다. 샘플 앤 홀드회로(71)를 통해 출력된 전기적 신호는 감산기(78)에 입력된다. 감산기(78)는 샘플 앤 홀드회로(71)를 거치지 않아 발광부(30)의 발산광과 외부에서 발산된 외란광에 대한 전기적 신호 모두를 포함하고 있는 신호와 샘플 앤 홀드회로(71)를 통해 출력된 전기적 신호를 감산하여 최종적인 출력신호를 도출한다. 이렇게 최종적으로 도출된 출력신호는 제어부(80)에 전달되어 터치 위치 좌표를 검출하는 단계를 진행한다.
도 5는 도 4의 오프셋 제거 회로의 주요 부분에서의 전압 파형을 예시적으로 보여주는 도면이다.
A지점에서 나타나는 신호파형은 발광소자(31)가 켜지고 꺼짐에 따라 샘플 앤 홀드회로(71)를 통해 출력된 신호파형으로, 발광소자(31)가 꺼져있을 때와 꺼져있을 때 모두 수광된 외란광에 대한 전기적 신호만을 포함하고 있다.
B지점에서 나타나는 신호파형은 샘플 앤 홀드회로(71)를 거치지 않아 발광부(30)의 발산광과 외부에서 발산된 외란광에 대한 전기적 신호 모두를 포함하고 있다. 발광소자(31)가 꺼져있는 상태에서는 외란광에 대한 전기적 신호파형만이 나타나고, 발광소자(31)가 켜지면 외란광과 발광부(30)로부터 발산된 광 모두에 대한 전기적 신호파형이 나타난다.
C지점에서는 A, B 지점에서 검출되는 두 신호를 감산기(78)를 통해 감산하여 최종적으로 외란광에 대한 전기적 신호를 제거하고 발광부(30)의 발산광에 대해 출력된 전기적 신호파형만이 나타난다. 발광소자(31)가 꺼져있는 상태에서는 A지점에서는 외란광에 대한 전기적 신호가 나타나고, B지점에서 또한 발광소자(31)가 꺼져있는 상태에서 수광된 광에 대한 전기적 신호가 출력되므로 외란광에 대한 전기적 신호만이 나타난다. 이때 출력되는 C지점의 신호는 거의 0에 가까운 값을 나타낸다. 발광소자(31)가 켜져있는 상태에서는 A지점에서는 외란광에 대한 전기적 신호가 나타나고, B 지점에서는 발광부(30)의 발산광과 외부에서 발산되는 외란광 모두에 대한 전기적 신호가 나타난다. 따라서 C지점에서는 A, B 두 지점에서 검출되는 두 신호를 감산하여 외란광에 대한 전기적 신호가 제거된 발광부(30)의 발산광에 대해 출력된 전기적 신호파형만이 최종적으로 나타나며, 이때의 출력신호는 제어부(80)에 인가되어 터치 감지 좌표를 검출한다.
이상에서 설명된 본 발명의 오프셋 제거회로를 포함하는 적외선 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. 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.
1: 종래 적외선 터치스크린 장치 2: 설치부
3: 터치 감지 기판 4: 외란광
6: 자연광원 8: 인공광원
10: 적외선 터치스크린 장치 20: 기판
30: 발광부 31: 발광소자
40: 수광부 41: 수광소자
50: 발광부 구동회로 60: 수광부 구동회로
62: 멀티플렉서 64: 트랜지스터
66: 광 감지소자 68: 저항
70: 오프셋 제거 회로 71: 샘플 앤 홀드회로
72: 제 1 저항 73: 커패시터
74: 스위칭 소자 76: 연산 증폭기
78: 감산기 80: 제어부

Claims (6)

  1. 터치 감지영역을 갖는 기판, 기판의 일측에 배치되어 광을 발산하는 발광부, 발광부의 발산광 및 외부에서 발산되는 외란광을 수광하는 수광부, 수광부에서 수광된 광량을 전기적 신호로 변환하는 수광부 구동회로, 및 수광부 구동회로를 통해 변환된 광량에 대한 전기적 신호에서 외란광에 대한 전기적 신호를 제거하는 오프셋 제거 회로를 포함하는 적외선 터치스크린 장치를 이용한 터치 감지 방법에 있어서,
    상기 오프셋 제거 회로는 샘플 앤 홀드회로와 감산기를 포함하고, 상기 샘플 앤 홀드 회로는 스위칭 소자, 제 1 저항, 커패시터 및 연산 증폭기를 포함하며, 상기 스위칭 소자는 상기 발광부가 켜질 때 닫히며, 상기 수광부에 의해 수광된 광량에 대한 전기적신호를 입력받는 단계;
    상기 스위칭 소자가 상기 커패시터에 전기적으로 연결되고, 상기 커패시터는 상기 연산 증폭기의 음의 입력단자에 연결되고, 상기 연산 증폭기를 통해 출력된 신호는 피드백되어 음의 입력단자에 입력되며, 상기 발광부가 꺼져있을 때, 외란광만이 상기 수광부를 통해 수광되고, 상기 스위칭 소자가 닫히며 이에 대한 전기적 신호가 상기 샘플 앤 홀드회로를 통해 출력되는 단계;
    상기 스위칭 소자가 상기 커패시터에 전기적으로 연결되고, 상기 커패시터는 상기 연산 증폭기의 음의 입력단자에 연결되고, 상기 연산 증폭기를 통해 출력된 신호는 피드백되어 음의 입력단자에 입력되며, 상기 발광부가 켜져있을 때, 상기 스위칭 소자가 열리고, 상기 커패시터에 충전되어 있던 전기적 신호가 상기 샘플 앤 홀드회로를 통해 출력되어 상기 발광부가 켜지고 꺼지는 시점에서 상기 샘플 앤 홀드회로가 외란광에 대한 전기적 신호를 유지하는 단계;
    상기 샘플 앤 홀드회로를 거치지 않아 상기 발광부의 발산광 및 외부에서 발산된 외란광에 대한 전기적 신호를 모두 포함하고 있는 신호와 상기 샘플 앤 홀드회로를 통해 출력된 전기적 신호를 상기 감산기를 통해 감산하여 출력신호를 도출하는 단계; 및
    출력신호를 통해 검출된 터치 위치 좌표를 판별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 터치스크린 장치를 이용한 터치 감지 방법.
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