KR101835448B1 - 터치 스크린용 위치 검출 시스템 및 이에 사용하는 프리즘 필름 - Google Patents

터치 스크린용 위치 검출 시스템 및 이에 사용하는 프리즘 필름 Download PDF

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Abstract

터치 스크린 안에 사용하기 위한 이중 광원 위치 검출 시스템이 제공되며 그것은 개재 물체의 위치를 결정하기 위한 시차, 및 위치의 시차 결정의 정확도를 증대시키기 위해 넓은 입사각에 걸쳐 밝게 역반사되는 프리즘 필름을 사용한다. 위치 검출 시스템은 이미지를 나타내는 신호를 발생시키는 검출 영역을 횡단하는 광 방사선을 수신하도록 위치된 적어도 하나의 카메라, 카메라에 인접해서 위치되어 검출 영역의 적어도 일부에 걸쳐 중첩되는 광 방사선을 출력하기 위한 LED 또는 IR 이미터일 수 있는 2개의 이격된 방사선 광원, 및 광 방사선을 2개의 광원으로부터 카매라로 역반사시키는 검출 영역의 적어도 일부의 주변을 따라 위치된 프리즘 필름을 포함한다. 프리즘 필름은 2개의 이격된 LED 또는 IR 이미터로부터 검출 영역의 측면을 따라 광 방사선의 역반사의 효율을 증대시키기 위해 ex ~ e2 ≠ 0 및 e3 ~ 0가 되도록 이면각 에러(el7, e2, 및 e3)를 갖는 삼각형 큐브 코너 역반사 요소를 포함한다. 2개의 카메라가 터치 스크린의 동일 측면의 대향 코너에 설치되고, 2개의 이중 방사선원은 이 카메라와 조합해서 사용된다면, 2개의 동시 개재 물체의 장소가 명백히 결정될 수 있다.

Description

터치 스크린용 위치 검출 시스템 및 이에 사용하는 프리즘 필름{POSITION SENSING SYSTEMS FOR USE IN TOUCH SCREENS AND PRISMATIC FILM USED THEREIN}
본 출원은 2009년 12월 11일에 제출된 미국 가출원 번호 제61/285,684호 및 2010년 10월26일에 제출된 제61/406,644호의 이득을 주장하며, 그 둘 다는 전체가 참조로 포함되어 있다.
본 발명은 일반적으로 터치 스크린 내에서 물체의 위치를 검출하는 시스템과 방법 또는 위치 검출 시스템 및 그것에 사용되는 역반사 또는 프리즘 필름에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 터치 스크린에 사용하기 위한 저프로파일 위치 검출 시스템 또는 스크린의 평면에서 소스와 검출기 사이의 큰 스페이싱을 이용하는 위치 검출 시스템과, 큰 반사각 및 넓은 범위의 입사각에 걸쳐 밝게 역반사되는 프리즘 필름에 관한 것이다.
터치 스크린과 관련된 일부 위치 검출 시스템은 개재 불투명 물체에 의해 방사선(예를 들면, 손가락, 스타일러스 등)의 방해를 검출한다. 그러한 시스템은 일반적으로 터치 스크린의 동일 측면의 대향 코너에 설치된 LED 또는 IR 이미터와 같은 방사선 송신기를 이용한다. 각각의 LED 또는 IR 이미터 광원은 뷰잉 필드 표면과 평행한 터치 스크린의 필드에 걸쳐 90°팬형상 광 패턴을 송신한다.
역반사 시팅 재료는 출원된 미국 특허 제4,507,557호에 개시된 바와 같이 터치 스크린의 활성 필드의 둘레 주위에 위치될 수 있다. 역반사 시팅 재료는 일반적으로 LED 광원으로부터 수신된 광을 근원 소스로 반사시키도록 배치된다. 시팅의 정면에 입사되는 광은 역반사 요소에 충돌하고, 입사 방향에 대하여 보통 180도 방향으로 정면을 통해 역반사된다. 디지털 카메라는 터치 스크린의 필드를 통과하는 역반사된 광을 검출하기 위해 그리고 불투명 물체에 의하여 방사선의 임의 방해의 존재를 감지하기 위해 LED 광원이 설치된 동일 대향 코너에 위치된다.
터치 스크린 응용과 위치 검출 시스템에서 어떤 종래의 역반사 시팅 재료 사용이 갖는 하나의 문제점은 먼지와 습도가 구조를 관통하고 역반사 시팅 재료의 역반사에 악영향을 미치게 한다는 것이다. 터치 스크린 응용과 위치 검출 시스템이 사용된 종래의 역반사 시팅 재료가 갖는 다른 문제점은 불투명 물체가 대비될 수 있는 중요한 영역(예를 들면, 검출 영역) 도처에 균일한 배경을 얻는 것이 어렵다. 다수의 종래의 역반사 시팅 재료 설계는 불균일한 배경을 제공하고, 특히 검출된 신호가 매우 적은 코너 영역에 또는 영역 근방에 일부를 갖는다. 이것은 그러한 영역에서 불투명 물체의 이동의 검출을 곤란하게 한다.
동작시에, 개재 물체 위치는 일반적으로 삼각측량에 의해서 결정된다. 손가락 끝과 같은 개재 물체가 LED 광원 또는 IR 이미터로부터 방사된 광빔 패턴을 방해할 때, 개별 섀도우는 디지털 카메라에 의해 수신되는 역반사된 광 패턴에서 수평축을 따라 생성된다. 디지털 카메라는 개별 섀도우가 카메라 뷰 필드의 수평축의 포인트에 따른 광 강도의 딥으로서 기록되는 신호를 각각 발생시킨다. 디지털 제어 회로는 이 디지털 카메라 신호를 수신하고 섀도우 수평 위치를 정점이 디지털 카메라에서 시작되는 각(θ1, θ2)으로 변환한다. 디지털 카메라가 터치 스크린의 동일 측면의 대향 단부에서 알려진 거리(D)로 분리되기 때문에, 개재 물체의 y좌표는 식 y = D/(l/tan θ1 + 1/tan θ2)을 사용하여 디지털 제어 회로에 의해 계산될 수 있고, x좌표는 x = y(l/tan θ2)로 계산될 수 있다.
아래에 설명되어 있는 본 발명의 실시형태는 철저하거나 이하의 상세한 설명에 개시된 정확한 형태의 본 발명을 제한하도록 의도되지 않는다. 오히려, 실시형태는 당업자가 본 발명의 원리 및 실시를 인식 및 이해할 수 있도록 선택 및 설명된다.
그러한 이전 터치 스크린 구성이 일반적으로 그 의도된 목적에 적당할지라도, 본 출원인은 터치 스크린 구성이 한번에 1회 터치만을 확실히 검출할 수 있는 것을 관찰했다. 두 번 터치는 물체마다 하나씩 각 카메라 신호에 2개의 딥을 생성할 것이다. 제 2 카메라 신호의 딥이 제 1 카메라 신호 딥의 소정의 딥에 대응하는 것이 분명하지 않을 수 있으므로 최종 신호 데이터가 분명하지 않아서 2개의 개재 물체의 좌표 위치를 결정하는 것이 불가능해질 수 있다.
본 발명의 제 1 양상은 터치 스크린의 평면에서 소스와 감지기의 배치이다. 이것은 스크린의 평면에 수직인 차원을 최소화되게 한다. 또한, 소스의 장소는 카메라의 수평선 축을 따라 시차 효과를 최대화한다.
본 발명의 제 2 양상은 개재 물체의 위치를 분명하게 검출하기 위해 시차를 이용하는 카메라를 가진 위치 검출 시스템에 관한 것이다. 이 때문에, 위치 검출 시스템은 이미지를 나타내는 신호를 발생시키는 검출 영역을 횡단하는 전자기 방사선을 수신하도록 위치된 카메라, 상기 카메라에 인접해서 위치되어 검출 영역의 적어도 일부에 걸쳐 중첩되는 전자기 방사선을 출력하기 위한 2개의 이격된 전자기 방사선원, 및 상기 전자기 방사선을 상기 2개의 방사선원으로부터 상기 카메라로 역반사시키는 검출 영역의 적어도 일부의 주변을 따라 위치된 프리즘 필름을 포함한다. 그러한 구성에서, 카메라는 디지털 프로세서가 카메라 렌즈로부터 물체의 각 및 거리에 의거하여 검출 영역에서 물체의 장소의 시차 기반 계산을 차례로 이루게 하는 검출 영역에서 임의 불투명 개재 물체의 이중 이미지를 발생시킨다. 2개의 카메라가 터치 스크린의 동일 측면의 대향 코너에 설치되고, 2개의 이중 방사선원이 이 카메라와 조합해서 사용된다면, 2개의 동시 개재 물체의 장소가 분명히 결정될 수 있다. 대안적으로, 단일 터치 능력만이 소망된다면, 이때 이중 방사선원과 조합된 단일 카메라만이 필요하다.
본 출원인은 종래의 프리즘 필름의 역반사 성질이 시차 기반 위치 계산의 정확도를 제한하는 것을 더 관찰했다. 그러한 계산의 정확도는 2개의 전자기 방사선원 사이의 분리 거리에 따라 증가한다. 그러나, 종래의 프리즘 필름은 효과적인 역반사를 위해 관찰각의 제한된 범위를 갖는다. 따라서, 2개의 방사선원이 더 멀리 이격되고, 시차 이미지의 하나 또는 다른 것 또는 둘 다가 더 흐리거나 어두워지고, 신호대 잡음비가 더 작아진다.
따라서, 본 발명의 제 3 양상은 필름의 수평축을 따라 관찰각의 매우 넓은 범위에 걸쳐 밝게 역반사되는 프리즘 필름의 제공이다. 이 때문에, 본 발명의 프리즘 필름은 e1 ≒ e2≠ 0 및 e3 ≒ 0가 되도록 이면각 에러(e1 , e2 및 e3)를 갖는 복수의 삼각형 큐브 코너 역반사 요소를 포함한다. 바람직하게는, | e1 | 및 | e2 |는 약 0.02°와 0.20°사이이다. 복수의 삼각형 큐브 코너 역반사 요소의 대략 반은 약 0.02°와 0.20°사이의 이면각 에러(e1 및 e2)을 갖고, 복수의 삼각형 큐브 코너 나머지 반은 약 -0.02°와 -0.20 사이의 이면각 에러(e1 및 e2)를 가질 수 있다. 게다가, 삼각형 큐브 코너 요소는 약 8°와 20°사이에서 에지에 더 평행하게 경사질 수 있다. 마침내, 입사각의 넓은 범위에 걸쳐 역반사를 더 증대시키기 위해 프리즘 필름은 역반사 기판의 적어도 일부에 걸쳐 배치된 금속화 층을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에서 프리즘 필름이 설명되고 복수의 삼각형 큐브 코너 역반사 요소를 포함하는 역반사 기판을 갖는 언피닝(unpin)된 프리즘 필름을 포함하고, 역반사된 광 패턴은 입사각 0°및 60°에서 수직 확산보다 큰 수평 확산을 갖는다. 게다가, 수평 방향의 확산은 수직 방향보다 1.5 배 더 크다.
이전 실시형태의 하나 이상의 프리즘 필름에서 삼각형 큐브 코너 요소는 -10°와 -6°사이에서 경사져 있고 다른 실시형태에서는 -15°와 -6°사이에서 경사져 있다.
현재 설명된 본 발명의 또 다른 예시적 실시형태에 있어서, 프리즘 필름은 복수의 삼각형 큐브 코너 역반사 요소를 포함하는 역반사 기판을 갖는 언피닝된 프리즘 필름을 포함한다. 큐브 코너 역반사 요소는 e1 ≒ e2≠0 및 e3 ≒ 0가 되도록 이면각 에러(e1, e2 및 e3)를 가지며, 복수의 삼각형 큐브 코너 요소는 -10° 와 -6°사이에서 경사져 있다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 이하의 상세한 설명으로부터 당업자에게 분명해질 것이다. 그러나, 각종 실시형태 및 특정 예의 상세한 설명은 본 발명의 바람직한 그리고 다른 실시형태를 지시할 지라도 예로서 그리고 제한이 아닌 것으로 제공되는 것이 이해되어야 한다. 본 발명의 범위 내의 다수의 변경 및 수정은 그 정신으로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있으며, 본 발명은 모든 그러한 수정을 포함한다.
본 발명의 이러한 것뿐만 아니라 다른 목적과 장점은 첨부 도면과 관련하여 본 발명의 현재 바람직한 예시적 실시형태의 이하의 더 상세한 설명을 참조함으로써 더 완전히 이해 및 인식될 것이다.
도 1은 본 발명의 양상에 의한 터치 스크린 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 의한 도 1의 터치 스크린 시스템의 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 프리즘 필름 실시형태의 단면도이다.
도 3a는 본 발명에 의한 프리즘 필름 실시형태의 단면도이다.
도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 경사진 큐브 코너 역반사 요소의 어레이와 프리즘 필름의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 양상에 의한 예시적으로 경사진 큐브 코너 역반사 구조의 평면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 경사진 큐브 코너 역반사 요소의 언피닝된 프리즘 필름의 평면도이다.
도 8은 라인 9-9를 따라 취해진 도 5의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 큐브 코너 면에 존재하는 이면각 에러(e1, e2, e3)를 나타낸다.
도 10a 내지 도 10h는 0°및 60°의 입사각(베타)에 대해서 0°, 16°및 -8°에서 더 평행한 경사진 에지의 종래의 큐브 코너의 스폿 다이어그램이다.
도 11a 내지 도 11d 은 0°및 60°의 입사각(베타)에 대해서 0°및 16°에서 더 평행한 본 발명의 경사진 에지 큐브 코너의 스폿 다이어그램이다.
도 12a, 도 12c, 도 12e, 도 13a, 도 13c, 도 13e 는 0°, 60° 및 -8°의 입사각(베타)에 대해서 더 평행한 경사진 에지의 비수차 종래의 큐브 코너에 의해생성되는 시뮬레이션 된 광리턴 패턴이다.
도 12b, 도 12d, 도 12f, 도 13b, 도 13d, 도 13f는 0°, 60° 및 -8°의 입사각(베타)에 대하여 0°와 16°에서 더 평행한 본 발명의 경사진 에지의 순간에 따라 큐브 코너 수차에 의해 생성되는 광리턴 패턴이다.
도 14는 16/9 종횡비를 갖는 다른 스크린 사이즈에 대한 카메라 신호의 예시적 도면이다.
본 발명은 이제 발명을 수행하는 최상으로 현재 알려진 방식을 나타내는 이하의 상세한 설명에 의해 보다 상세히 예시된다. 그러나, 본 설명은 본 발명을 제한하기 위해 이용될 수 있는 것이 아니라 오히려 본 발명의 일반적인 특징을 예시하기 위해 제공되는 것이 이해되어야 한다.
터치 스크린에서 양의 경사를 갖는 프리즘의 에레이를 사용하는 하나의 단점은 스파클(sparkle)의 현상이다. 어떤 입사각(베타)에서, LED로부터의 광은 프리즘 필름에 진입하고, 큐브 코너 면 중 2개에 대해서만 반사되며 카메라 조리개로 리턴될 수 있다. 이것은 특정한 각도에서의 카메라 신호에서 날카로운 스파이크를 생성한다.
카메라 신호에서 스파이크의 존재는 바람직하지 않다. 다수의 응용에 대해서는, 스파클이 터치 스크린 형상에서 보여 지지 않는 입사각에서만 발생하는 경사를선택하는 것이 바람직하다. 일반적인 터치 스크린은 약 60°범위에 있는 입사각을 인식한다. 이하의 그래프는 스크린의 평면과 수직인 역반사 스트립(strip)과 함께 터치 스크린에 대한 스파클의 장소를 나타낸다. +7°및 +15.5°의 경사에 대해서는, 하나는 스파클의 장소를 판독할 수 있다. 각각 45°및 30°경사가 약 -19°에서 -0.5°의 범위에 있으면, 어떤 스파클도 중요 입사각(0°~ 60°)에 대해 발생하지 않는 것을 보여질 수 있다. 유사한 방법으로, 경사= +15.5°를 갖는 프리즘은 약 30°의 입사각에서 스파클을 제공한다.
역반사 필름이 약간 기울어진다면, 더 이상 터치 스크린의 표면과 수직이 되지 않도록, 스파클의 장소가 다소 변경될 수 있다. 이것을 예시하기 위해 이하의 그래프는 베타(β) 및 방위각(ωs)의 함수로서 다양한 경사와 삼각형 큐브 코너의 역반사 효과를 나타낸다. 스파클이 일어날 각도가 화이트에 오버레이된다. 터치 스크린 형상에서 마주치는 각도가 블랙에 오버레이된다. 4개의 블랙은 역반사 필름의 다른 경사(-30°, -10°, 10°, 30°)에 대응한다. 본 그래프는 기울어진 역반사기의 경우에 스파클을 회피하는 것이 더 좁은 범위의 경사를 필요로 하는 것을 나타낸다. 예를 들면, 역반사 필름이 10°경사진 터치 스크린은 경사가 약 -15°에서 약 0°의 범위에 있으면 스파클을 회피할 것이다.
Hoopman의 미국 특허 제4,588,258호는 서로를 향해 경사진 각 쌍에서 큐브의 큐브축과 매칭된 쌍의 세트를 사용할 때 넓은 각정도를 만드는 일반적으로 음의 경사를 갖는 역반사 논문을 개시하고 있다.
이 응용을 위해 어떤 용어는 여기서 정의된 바와 같이 특정 의미를 사용되고다른 용어는 예를 들면 현재의 ASTM 정의와 같은 산업에 받아들이는 실시에 따라 사용된다.
2009년 1월 12일자로 제출된 발명의 명칭이 "Retroreflector for use in touch screen applications and position sensing systems" 인 미국 특허 출원 일련번호 제12/351.913호 (공동 발명자를 갖고 본 출원과 같은 양수인에게 양도된)는 본 발명의 완전한 이해를 위해 필요한 바와 같이 여기에 참조로 포함되어 있다.
여기에 사용되는 용어 "큐브" 또는 "큐브 코너 요소"(또한 "큐브 코너 프리즘" 또는 "큐브 코너" 또는 "큐브 코너 역반사 요소")는 3개의 상호 교차면으로 구성하는 요소를 포함하며, 그 이면각은 일반적으로 90도 비슷하지만, 정확히 90도일 필요는 없다.
여기에 사용되는 용어 "큐브 형상"은 주된 굴절 광선의 방향으로 큐브 주변의 투사로부터 정의된 이차원 구조를 정의한다. 예를 들면, 삼각형 튜브는 삼각형인 큐브 형상을 갖는다.
여기에 사용되는 용어 "이면각 에러"는 실제 이면각과 90도 사이의 차이를 지칭한다. 각 큐브 코너 요소는 3개의 이면각 에러(e1, e2 및 e3)를 갖는다. 이등변 삼각형인 큐브 형상과 함께 경사진 큐브 코너에 대해서는, 규정을 채택하여 그것에 의해 라벨(e3)은 동일한(거울 같은) 형상을 갖는 두 면 사이의 이면각에 할당된다.
여기에 사용되는 용어 "역반사 기판"은 제 2 표면에 형성된 수 또는 암 큐브 코너 요소의 어레이를 갖는 재료의 두께를 의미한다. 제 1 표면은 평평할 수 있거나. 이면 상의 큐브 코너 요소의 어레이에 일반적으로 대응하는 패턴으로 약간 불균일할 수 있다. 수 큐브 코너 요소에 대해서는, 표현 "기판 두께"는 큐브 코너 요소가 존재하는 재료의 두께를 의미한다. 암 큐브 코너 요소에 대해서는, 표현 "역반사 기판 두께"는 수 큐브 코너 요소가 캐비티를 형성하는 재료의 전체 두께를 의미한다.
여기에 사용되는 용어 "큐브 축" 은 큐브 코너 요소의 3개의 교차면에 의해 정의된 내부의 공간의 삼등분인 중심축을 의미한다. 여기에 사용되는 용어 "경사진 큐브 코너"는 시팅 표면에 수직이 아닌 축을 갖는 큐브 코너를 의미한다. 경사는 큐브축과 시팅 표면 수직선사이의 각으로서 측정된다. 경사가 있을 때 시팅 표면에 수직인 평면도는 모두 120도가 아닌 꼭짓점에서 면각을 나타내는 것이 주목된다.
여기에 사용되는 용어 "입사 각정도"은 조명각과 광학각(역반사기 축) 사이의 각을 의미한다. 입사각은 입사 광선과 역반사기 각 사이에서 측정된다. 입사각은 입사 광선이 역반사기 축에 기울어지고 수직선과 관련되지 않는 양만의 측정이다.
여기에 사용되는 용어 "면에 더 평행한 경사" (또는 "방향 면에 더 평행하게 경사지거나" 또는 "면에 더 평행한 방향으로 경사진") 및 "에지에 더 평행한 경사"는 중요한 굴절 광선과 관련된 큐브의 위치 결정을 지칭한다. 큐브 면과 주된 굴절 광선 사이의 각이 모두 35.26°와 같지 않을 때, 큐브는 35.26°와 가장 다른 주된 굴절 광선에 대한 면각이 각각 35.26°보다 크거나 작은지에 따라 "면에 더 평행하거나" 또는 "에지에 더 평행하다". 주된 굴절 광선이 역반사기의 정면과 공칭 수직인 시팅 또는 다른 역반사기의 경우에 이때 면에 더 평행한 큐브에 대해서는 선택된 큐브 면은 또한 경사지지 않은 큐브의 어떤 면보다 반사기 정면과 더 평행해질 것이다.
본 발명의 양상에 의한 예시적 위치 검출 시스템(100)은 도 1이다. 도 1은 상승된 프레임 또는 테두리(106)에 의해 둘러싸여지는 스크린 영역 또는 뷰잉 필드(104)를 갖는 디스플레이(102)(예, 컴퓨터 디스플레이, 터치 스크린 디스플레이 등)의 평면도를 나타낸다. 컴퓨터 디스플레이의 상황에 도시될 때, 위치 검출 시스템(100)은 임의 타입의 광학 위치 검출 시스템에 사용될 수 있다. 일반적으로 디스플레이 스크린(102)의 뷰잉 필드(104)와 실질적으로 수직인 테두리(106)의 내부 표면에는 프리즘 필름(또한 여기에 역반사 필름(108)으로 지칭되는)이 제공되어 있다. 아래에 상세하게 논의되는 프리즘 필름(108)은 역반사 표면을 뷰잉 필드(104)(또한 여기에 검출 필드로 지칭되는)의 적어도 일부 주위에 제공한다. 즉, 프리즘 필름(108)은 방사선을 초기 방사선원부터 본래 초기 소스를 향해 반사시키는 표면을 제공한다.
프리즘 필름(108)의 구성은 그 후에 접착제 또는 다른 부착 수단의 사용을 통해 프레임(106)에 직접 도포될 수 있거나, 접착 테이프의 형태로 우선 제조될 수 있으며, 보더(106)의 내부 표면에 도포된다. 중요한 영역에서 물체의 가능한 검출을 최적화하기 위해 프리즘 필름(108)과 관련된 있는 최대 입사 각정도의 평면이 뷰잉 필드, 검출 필드 및 또는 디스플레이에 실질적으로 평행한 방식으로 프리즘 필름을 정렬하는 것이 바람직하다. 아래에 더 충분히 논의되는 바와 같이, 이 프리즘 필름(108)은 다중 층을 갖는 역반사 필름을 포함하며, 층 중 하나는 유입 방사선을 반사시키는 복수의 삼각형 큐브 코너 역반사 요소를 포함한다. 다른 실시형태에 있어서, 필름은 복수 삼각형 큐브 코너 역반사 요소를 포함하는 단일 층만을 포함할 수 있다. 이 삼각형 큐브 코너는 -10°와 -6°사이의 범위에 있는 음의 경사를 가질 수 있다.
아래에 기재된 본 발명의 실시형태는 철저하게 또는 본 발명을 이하의 상세한 설명에 기재된 정확한 형태로 제한하도록 의도되지 않는다. 오히려, 실시형태는 당업자가 본 발명의 원리와 실시를 인식 및 이해할 수 있도록 선택 및 기재된다.
도 1에 도시된 방향 검출 시스템(100)은 2개의 이중 방사선원(110, 112)를 더 포함하며, 그 각각은 2개의 이격된 포인트원(또는 실질적으로 포인트원)(111a, 111b 및 113a, 113b)를 포함한다. 제 1 이중 방사선원(110)은 뷰잉 필드(104)의 한쪽 코너에 배치될 수 있고 제 2 방사선원(112)은 뷰잉 필드(104)의 다른 쪽 코너에 배치될 수 있다. 바람직한 실시형태에 있어서, 제 1 및 제 2 이중 방사선 원(110, 112)은 같은 측면(114)을 따라 설치된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 측 면(114)에는 프리즘 필름(108)이 제공될 수 없으며, 그것은 디스플레이(102)의 다른 3개의 측면 상에 제공된다. 당업자는 이중 방사선원(110, 112)의 정확한 장소가 환경, 응용 등을 포함하는 다양한 설계 고려에 따라 변화될 수 있는 것을 쉽게 인식할 것이다. 마찬가지로, 당업자는 뷰잉 필드의 전체 주위가 프리즘 필름(108)에 의해 둘러싸여질 수 있는 것을 인식할 것이다.
이중 방사선원(110, 112)은 전체 뷰잉 필드(104)를 방사선으로 함께 조명하여, 그것은 뷰잉 필드(104)의 평면과 평행한 방향으로 연장된다. 이중 방사선원은 전자기 방사선의 어떤 바람직한 스펙드럼을 제공할 수 있다. 즉, 방사선원은 어떤 원하는 주파수 범위 또는 어떤 원하는 파장에서 동작하도록 선택될 수 있다. 예를 들면, 이 방사선원은 적외선, 무선 주파수 방사선, 가시광선, 발광다이오드(LED), 레이저, 적외선 이미터등의 소스일 수 있다. 바람직한 실시형태에 있어서, 이중 방사선원(110, 112)의 포인트원(111a, 111b 및 113a, 113b)은 적외 발광 다이오드이다.
뷰잉 필드의 주위에 제공된 프리즘 필름(108)은 뷰잉 필드 내의 화살표에 의해 지시된 바와 같이 적외선을 본래 각각의 초기 소스를 향해 반사시킨다. 따라서, 예를 들면, 방사선원(110)의 포인트원(111a, 111b)으로부터 비롯되는 적외선의 이중 광선은 도 1에 도시된 바와 같이 디스플레이 스크린 측의 외부로 연장되고 180°반사되어 소스(110)로 리턴된다. 전자기 방사선은 프리즘 필름(108)에 의해 본래의 소스를 향해 반사된다. 이 프리즘 필름(108)의 삼각형 큐브 코너 역반사 요소를 오버레이하는 층 중의 하나 이상은 예를 들면, 약 74%에서 약 100%의 이중 통과 투과를 통해 적외선의 대부분을 허용하는 기능을 하고 가시광선을 실질적으로 차단하며, 그것은 어둠의 출현을 필름에 제공한다. 본 발명의 이 양상은 아래에 더 논의 될 것이다.
이중 방사선원(110, 112)의 포인트원(111a, 111b 및 113a, 113b)은 각각 수평축(H1)을 따라 렌즈(115, 116)의 어느 한 측에 대칭적으로 배치되며(도 2에 도시된 바와 같이), 그 이유에 대해서는 이하의 분명해질 것이다. 축(H1)은 프리즘 필름(108)의 종축(H2)과 공면이다. 렌즈(115 및 116)은 각각 카메라(117, 118)의 전방에 더 배치되어 있다. 이 렌즈(115 및 116)는 카메라(117 및 118)의 촬상 소자에 역반사 방사선을 집중시킨다. 이 포인트원(111a,111b 및 113a, 113b)은 도 2에서 나타낸 바와 같이 렌즈(115 및 116)로부터 떨어져 있는 거리(x)에 위치되어 있다. 바람직한 실시형태에 있어서 거리(x)는 이하에 상세히 논의되는 이유 때문에 가장 긴 측이 약 17~30인치 범위에 있는 터치 스크린에 대하여 약 1에서 6 밀리미터 사이인 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 거리(x)는 그러한 사이즈의 터치 스크린에 대하여 약 2에서 4 밀리미터 사이이다. 카메라(117, 118)는 라인 스캔 카메라 및/또는 영역 스캔 카메라일 수 있다. 이 카메라(117, 118)의 촬상 소자는 감광성 소자(예를 들면, 픽셀)의 어레이에 의해 형성된 전하 결합 소자(CCD) 센서를 포함할 수있다. 라인 스캔 카메라는 일반적으로 픽셀의 단일 라인의 이미지를 획득한다. 종래의 카메라와 같은 영역 스캔 카메라는 획득된 이미지의 길이와 폭에 대응하는 2차원 프레임을 발생시키는 픽셀의 CCD 센서(통상 형태가 직사각형인)를 포함한다. 반사된 방사선은 대응하는 렌즈(예를 들면, 렌즈(115) 또는 렌즈(116), 방사선원의 장소에 의존하는)를 통과하고 CCD 센서에 의해 검출되는 물체의 이미지를 형성한다. CCD 센서는 포토 다이오드 어레이 상의 검출된 방사선을 전기적 신호를 변환하고 측정된 양을 출력한다. 라인 스캔 카메라의 하나의 단일 스캔 라인은 일반적으로 관찰된 라인의 모든 단일 포인트와 관련된 밝기의 일차원 맵핑으로 고려될 수 있다. 선형 스캐닝은 라인으로 발생하고 포인트에 레벨(grey level)(예를 들면, 8비트 CCD 센서에 대해서는 0에서 255까지의 레벨 또는 10비트 CCD 센서에 대해서는 0에서 1023까지의 레벨)의 밝기를 Y축에 나타내는 라인을 발생시킨다. 카메라(117, 118)로부터의 출력은 제어 유닛(119)에 의해 처리될 수 있다. 제어 유닛(119)은 카메라로부터 수신된 출력 신호를 시차 알고리즘을 통해 물체(109)의 X와 Y좌표 위치를 나타내는 신호로 처리하는 디지털 프로세서를 포함한다. 당업자는 영역 카메라로부터 취해진 스캔이 관찰된 영역의 모든 포인트와 관련된 밝기의 이차원 맵핑을 발생시키는 것을 쉽게 인식할 것이다.
위치 검출 시스템(100)의 동작은 도 1 및 도 2를 참조하여 가장 좋게 이해되며, 그것은 이중 방사선원(110)을 참조하여 먼저 설명될 것이다. 이중 방사선 원(110)은 포인트원(111a, 111b) 쌍으로부터 적외선의 2개의 빔을 방출한다. 뷰잉 필드(104)은 포인트원(111a, 111b)가 지향되어 있는 프레임(106)의 3개의 측을 따라 프리즘 필름(108)을 가지고 있다. 포인트원(111a, 111b)에 의해 발생된 적외선의 2개의 다른 빔은 서로로부터 그 2배 변위 때문에 다른 각도에서 뷰잉 필드(104) 내에 개재된 물체(109)를 쳐서 물체(109)의 어느 한 측에 위치된 물체(109)의 2개의 섀도우를 생성한다. 프리즘 필름(108)을 치는 적외선의 2개의 빔은 라인 스캔 카메라(117)로 다시 반사된다. 적외선은 라인 스캔 카메라(117)의 렌즈(115)를 통과하며, 그것은 개재 물체(109)의 이미지 및 그것을 플랭킹하는 섀도우를 포함하는 카메라의 CCD에 이미지를 포커싱한다.
수평축(H1)을 따라 물체(109)와 플랭킹 섀도우 사이의 양 분리는 물체(109)와 포인트 광원(111a, 111b) 사이의 거리에 선형 비례하고, 물체(109)가 포인트 광원(111a, 111b)에 가장 가까울 때 가장 크고 물체(109)가 가장 멀리 있을 때 가장 작다. 플랭킹 섀도우의 거리 분리의 양은 또한 포인트 광원들(111a, 111b) 사이의 거리 2배에 비례한다. 물체(109)와 렌즈 전방 사이의 거리는 거리 2배가 시차 알고리즘을 통해 물체(109)와 그 플랭킹 섀도우 사이의 관찰된 분리의 양으로부터 알려져 있다면 정확히 계산될 수 있다. 비례 라인 스캔 카메라는 프리즘 필름(108)의 종축(H2)을 따라 이미지에 상응한 대응하는 라인 이미지를 발생시키고, 스캐너의 라인을 따라 다양한 포인트에 대한 라인 스캔 카메라의 분해능에 의존하는 디지털화된 밝기 값을 갖는다. 방사선을 받지 않는 라인 이미지 내의 어떤 위치에 대해서는 논리 값(0)이 발생된다. 예를 들면, 스타일러스 또는 인간의 손가락과 같은 불투명 물체(109)가 뷰잉 필드에 진입하면 섀도우는 렌즈와 대응하는 스캔 카메라에 캐스트되며, 그것은 특정 픽셀 또는 픽셀 영역에 대한 라인 스캔 카메라에 의해 검출되는 차지가 매우 적거나 없게된다. 방사선이 감지된 장소에서, 방사선은 라인 스캔 카메라와 관련된 대응하는 CCD 센서를 방전시키며, 그것은 라인 스캔 카메라의 분해능에 따라 실질적으로 높은 신호 값을 발생시킨다. 물체(109)의 이미지 및 그 플랭킹 섀도우의 조합은 축(H2)에 따른 폭이 시차 알고리즘(또는 그러한 알고리즘에 의해 발생되는 룩업테이블)을 통하여 제어 회로(119)의 디지털 프로세서에 의해 물체(109)와 포인트 방사선원(111a, 111b) 사이의 거리로 변환될 수 있는 카메라(117)에 의해 발생된 이미지 신호에서 딥 또는 드로우(trough)(또는 심지어 3개의 다른 딥 또는 드로우)을 발생시킨다. 게다가, 각(θ1)은 딥(또는 딥 그룹)의 중간 포인트의 장소로부터 카메라(117)의 CCD의 수평축을 따라 제어 회로(119)의 디지털 프로세서에 의해 결정될 수 있다. 그러므로, 단일 개재 물체(109)의 장소는 이중 방사선원(110) 및 제어 회로(119)의 디지털 프로세서와 조합하여 단일 카메라(117)에 의해 완전히 결정될 수 있다. 결정이 극좌표에 초기에 있을지라도, 데카르트 X, Y 좌표 변환이 쉽게 구현된다. 더구나, 2개의 이중 방사선원(110, 112) 및 라인 스캔 카메라(117,118)의 조합은 도 1에 도시된 바와 같이 제공되어 동시에 동작된다면, 이때 2개의 동시 개재 물체의 X 및 Y 위치는 카메라 및 이중 광원의 하나의 조합만이 단일 개재 물체의 X, Y 좌표를 결정하기 위해 필요하므로 명백히 결정될 수 있다.
프리즘 필름(108)(또한 여기서 역반사 필름으로 지칭되는)이 이제 논의될 것이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 양상에 의한 예시적 프리즘 필름(108)은 단면도로 도시되어 있다. 프리즘 필름(108)은 제 1 표면(122) 및 제 2 표면(124)을 가진 제 1 기판(120)을 포함한다. 프리즘 필름(108)의 제 1 표면(122)(또한 정면으로 지칭되는)은 일반적으로 평평하다(일반적으로 부드럽다). 제 2 표면(124)은 또한 일반적으로 평평하고 제 2 기판(126)에 고정되어 있다.
제 2 기판(126)은 제 1 표면(128) 및 제 2 표면(130)을 갖는다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제 2 기판(126)의 제 1 표면(128)은 일반적으로 평평하고(일반적으로 부드럽고) 일반적으로 제 1 기판(120)의 제 2 표면(124)에 면한다. 제 2 기판(126)의 제 2 표면(130)은 또한 일반적으로 평평하고 역반사 기판(132)에 고정되어 있다.
제 1 및 제 2 기판(120, 126)은 높은 탄성 계수를 가진 폴리머와 같은 재료로 구성될 수 있다. 폴리머는 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리아릴레이트, 스티렌 아크질로니트릴 코폴리머, 우레탄, 아크릴산 에스테르, 셀룰로오 에스테르, 에틸렌성 불포화 아질산염, 하드 에폭시 아크릴레이트, 아크릴 등을 포함하지만, 이들에 한정되지 않는 광범위한 폴리머로부터 선택될 수 있으며, 아크릴 및 폴리카보네이트 폴리머가 바람직하다. 바람직하게는, 제 1 및 제 2 기판은 착색되며 그리고/또는 제 1 및 제 2 기판을 통해 균일하게 분포된 염료를 갖는다. 일실시형태에 있어서, 제 1 기판(120)은 도체에 분포된 적색 염료를 갖고, 제 2 기판(126)은 파란 도체에 분포된 청색 염료를 갖는다. 다른 실시형태에 있어서, 제 1 기판(120)은 도체에 분포된 청색 염료를 갖고, 제 2 기판(126)은 도체에 분포된 적색 염료를 갖는다. 제 1 및 제 2 기판(120, 126) 둘 다는 도체에 균일하게 분포된 염료를 갖는다. 당업자는 본 발명의 양상이 여기서 논의된 원하는 가능성, 미적 외관 등을 획득하기 위해 어떤 바람직한 색 또는 색 조합의 사용을 포함하는 것을 쉽게 인식할 것이다. 예를 들면, 기판(120,126)은 도처에 분포된 다른 색의 염료를 갖는다. 예를 들면, 본 발명의 완전한 이해를 위해 필요한 바와 같이 여기에 참조로 포함되어 있는 미국 공개 출원 제20030203211호 및 제20030203212호(본 출원과 동일한 양수인에게 양도된)를 참조한다.
기판은 적외선 파장에서 매우 투명하고 가시광선 파장에서 불투명하도록 선택되는 것이 바람직하며, 그것은 실질적으로 검은 외관을 제공한다. 필드에 의해 제공되는 밝은 배경은 프리즘 필름(108)의 필드(예를 들면, 뷰잉 필드(104)) 내에서 물체(109)의 검출을 허용하기 위해 합리적으로 가능한 한 밝고 균일하게 이루어지는 것이 바람직하다.
역반사 기판(132)은 제 1 표면(134) 및 제 2 표면(136)을 갖는다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 표면(134)은 일반적으로 평평하고(일반적으로 부드럽고) 일반적으로 제 2 기판(126)의 제 2 표면(130)에 면한다. 제 2 표면(136)은 큐브 코너 역반사 요소(140)를 포함하거나 다르게 정의하고 그리고 응용에 사용하기 위한 접착제(143)와 면할 수 있다. 큐브 코너 요소(140)가 형성된 역반사 기판(132)은 높은 탄성 계수를 갖는 폴리머와 같은 투명 플라스틱 재료로 구성될 수 있다. 폴리머는 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리아릴레이, 스티렌 아크릴로니트릴 코폴리머, 우레탄, 아크릴산 에스테르, 셀룰로오 에스테르, 에틸렌성 불포화 이질산염, 하드 에폭시 아크릴레이트, 아크릴 등을 포함하지만, 이들에 한정되지 않는 광범위한 폴리머로부터 선택될수 있으며, 아크릴 및 폴리카보네이트 폴리머가 바람직하다.
도 3a의 프리즘 필름은 도 3 및 도 4에 제공된 다중 층 필름과 대조적으로 단일 층 필름을 제공한다. 편의상, 같은 참조 숫자는 도 3a 실시형태의 설명에 사용된다. 본 발명의 양상에 의한 예시적 프리즘 필름(108)은 단면도로 도시되어 있다. 역반사 기판(132)은 제 1 표면(134) 및 제 2 표면(136)을 갖는다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 제 1 표면(134)은 일반적으로 평평하다(일반적으로 부드럽다). 제 2 표면(136)은 복수의 큐브 코너 역반사 요소(140)를 포함하거나 다르게 정의하고 응용에 사용하기 위한 접착제(143)에 면할 수 있다. 큐브 코너 요소(140)가 형성된 역반사 기판(132)은 높은 탄성 계수를 갖는 폴리머와 같은 투명 플라스틱 재료로 구성될 수 있다.
도 4에 도시된 다른 실시형태에 있어서, 제 1 및 제 2 기판(120, 126)은 단일 기판(15)에 의해 교체될 수 있다. 기판(150)은 정면(152) 및 대향 배면(154)에서 가시광을 흡수하기 위해 단일 염료 층 필름을 갖는다. 배면(154)은 제 2 기판에 관하여 앞서 논의된 바와 같이 역반사 기판(132)에 면한다. 정면(152)은 일반적으로 부드럽다. 일실시형태에 있어서, 기판(150)은 검게 착색되어 있다. 단일 염료 층과 관련된 이득은 전체 필름 구조를 얇게 하고, 단일 염료 층(150)을 통해 투과의 균일성을 증가시키는 것이다.
바람직한 일실시형태에 있어서, 큐브 코너 요소가 형성된 역반사 기판(132)은 약 1.49의 굴절률을 갖는 아크릴, 예를 들면 아크릴 재료로 제조된다. 물론, 높거나 낮은 굴절률을 갖는 다른 적당한 재료는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이용될 수 있다. 큐브 코너 요소는 본 발명의 완전한 이해를 위해 필요한 바와 같이 예를 들면 여기에 참조로 포함되어 있는 미국 특허 제6,015,214호(RE 40,700) 및 제 6,767,102호(RE 40,455)(본 출원과 동일한 양수인에게 양도된)에 기재된 임의 방법을 사용해서 기판 내에 형성되거나 기판의 일체부로서 형성될 수 있다.
이하에 더 완전히 기재된 바와 같이, 기판의 굴절률, 큐브 코너 요소의 사이즈 및 경사는 원하는 역반사 및 균일성을 제공하기 위해 선택될 수 있다. 본 발명이 기판의 일부로서 일체로 형성된 큐브 코너 요소에 대해여 기재될지라도, 본 발명은 기판으로부터 개별적으로 형성되며(예를 들면, 주조 또는 주형에 의해) 기판에 접합되는 큐브 코너 요소에 적용가능한 것이 인식되어야 한다.
복수의 큐브 코너 요소(140)는 알루미늄, 은, 니켈, 금 등과 같은 적당한 재료로 금속화된다(142). 그러한 금속화는 큐브 코너 요소의 표면에 걸쳐 금속 필름을 증착(예를 들면, 스퍼터링 또는 진공증착) 함으로써 제공될 수 있다. 기판의 금속화된 큐브 코너 측면은 접착제(143)(예를 들면 시인성 테이프와 비슷한 제품을 형성하는)로 코팅되거나 접착제에 다르게 매립될 수 있다. 큐브 코너 요소의 금속화는 디스플레이가 청결하게 되고 다른 점에서 역반사 필름(108)의 역반사에 유해한 영향을 미칠수 있는 오염물질 및/또는 습기에 민감하지 않게된다. 미국 특허 제7,445,347호(본 출원과 동일한 양수인에게 양도된)는 본 발명의 완전한 이해를 위해 필요한 바와 같이 여기에 참조로 포함되어 있다.
이제 도 5 ~ 도 8을 참조하고 도 3을 참조하면, 역반사 필름(108)은 어레이(200)(도 5)에 배치되거나 어레이에 다르게 형성되는 복수의 개별적인 큐브 코너 요소(140)(도 3)를 포함한다. 각 큐브 코너 요소(140)는 실질적으로 3개로 형성되지만, 꼭짓점(204)에서 만나는 완전한 수직 면(202)은 아니다. 면은 이면각 에지(206)에서 서로 교차한다. 상호 교차하는 면들(202) 사이의 이면각 에지(206)에서 각은 통상 이면각으로 지칭된다. 기하학적으로 완벽한 큐브 코너 요소에서, 3개의 이면각의 각각은 정확히 90°이다. 그러나, 본 발명에서 특정 에러 패턴은 이하 상세히 기재되는 바와 같이 프리즘 필름(108)의 종축을 따라 역반사된 검출 방사선의 밝기를 증대시키기 위해 3개의 이면각 중 2개로 의도적으로 통합된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 각 큐브 코너 요소(140)는 3개의 베이스 에지(210)를 갖는 삼각형 큐브 형상을 갖는다. 본 실시형태에 있어서, 각 큐브 코너 요소(140)는 이등변 삼각형 큐브 형상을 가지며, 베이스 에지 중 2개의 에지 요소(예를 들면, 길이 a 및 b를 갖는 베이스 에지)는 대략 같은 길이이다. 대안으로, 큐브 코너 요소(140)의 하나 이상은 비이등변 삼각형 큐브 형상을 가질 수 있다. 큐브 코너 요소(140)의 베이스 에지(210)가 선형이고 및 공동면에 있기 때문에, 그러한 어레이는 홈 세트를 교차시킴으로써 정의된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 각 큐브 코너 요소(140)는 3개의 V형상 홈(212, 214, 126)에 의해 정의되고, 그것은 큐브 코너 요소의 매칭된 쌍을 형성하기 위해 교차하는 패턴으로 어레이(200)를 교차시키는 3개의 홈 세트의 각각 하나의 부재이다. 통상, 모든 3개의 홈 세트는 같은 깊이로 절단되지만, 하나 이상의 홈 세트는 수직으로 오프셋될 수 있다(즉, 다른 것에 대해 얕게 또는 깊게 절단된다). 홈 세트 중 하나는 수평으로 오프셋될 수 있어 큐브 형상이 삼각형과 다르게 된다. 그러한 큐브는 여전히 삼각형 큐브 코너로 간주되고 본 발명의 범위 내에 있다. 도 6에 도시된 실시형태에 있어서, 면 인접 측(a 및 b)은 약 38.5도(예를 들면, 38.5211도)의 반 홈 각을 갖는 한편 면에 인접 측(c)은 약 28.3도(예를 들면, 28.2639도)의 반 홈 각을 갖는다.
어레이(200)는 예를 들면 원하는 사이즈의 대략 정사각형 타일의 위에 수회 복제될 수 있다. 바람직한 실시형태에 있어서, 그러한 타일은 종축이 도 1에 도시된 위치 검출 시스템(100)의 테두리(106) 주위에 배치된 필름(108)의 스트립의 종축과 대응하는 도 7에 도시된 바와 같이 선형 배치로 제공된다. 같은 큐브 코너 방위를 모두 갖는 하나의 타일 또는 다중 타일을 갖는 시팅은 언피닝된 시팅으로 지칭된다.
프리즘 필름에서, 큐브 코너 요소는 일반적으로 매칭된 쌍의 일부로서 적어도 하나의 다른 큐브 코너 요소와 함께 사용되고 통상 그러한 요소의 어레이와 함께 사용된다. 그러한 어레이는 도 5 ~ 도 7에 도시되고, 그러한 매칭된 쌍은 도 8안 단면으로 도시된다. 도 6 및 도 8에 도시되고 도 5 및 도 7의 어레이에 반복되는 큐브 코너 요소는 약 8°와 24°사이에서 에지에 더 평행한 방향으로 경사지는 것이 바람직하고, 약 12°와 20°사이에서 에지에 더 평행한 방향으로 경사지는 것이 더 바람직하다. 더 예시적인 실시형태에 있어서, 삼각형 큐브 코너 요소는 -10° 와 -6°사이에서 경사지고, 다른 실시형태에 있어서는 -15°와 -6°사이에서 경사진다. 이전의 예시적인 실시형태에 있어서 각 큐브 코너 요소는 15.5°에서 에지에 더 평행한 방향으로 경사진다. 게다가, 각 큐브 코너 요소는 바람직하게는 약 0.006과 0.0055 사이의 큐브 깊이를 갖고 더 바람직하게는 0.002 와 0.0045 인치사이의 큐브 깊이를 갖는다. 이 예시적인 실시형태에 있어서, 각 큐브 코너 요소는 0.00325 인치의 큐브 깊이를 가지고 있다.
위에 논의된 바와 같이, 본 발명의 일양상은 높은 밝기 값을 갖는 역반사 필름을 제공하는 것에 관한 것이다. 따라서, 높은 반사성 프리즘 시팅은 이 목표를 달성하기 위해 이용된다. 그러나, 프리즘 시팅의 선택은 기본적으로 균일성에 대한 요구를 잠재적으로 해결한다. 전형적인 터치 스크린 디스플레이의 형상은 입사각이 0에서 60도까지의 범위에 있도록 되어 있다. 당업자는 이것이 프리즘 시팅과 균일한 밝기를 유지하는 매우 큰 범위인 것을 쉽게 인식할 것이다. 관찰각이 또한 변화하기 때문에, 특별한 주의는 높은 밝기 및 좋은 균일성의 조합을 달성하기 위해 큐브 형상 및 사이즈의 선택시에 특별히 주의해야 한다.
프리즘 시팅 응용에 대해서는, 삼각형 큐브 코너 프리즘은 종래의 룰링(ruling) 또는 다이아몬드 터닝 기술을 사용하여 기판으로 직접 규격화될 수 있기 때문에 대부분 일반적으로 사용된다. 알고리즘은 같은 홈 깊이로 절단된 이등변 삼각형 큐브 코너에 대한 형상 및 크기의 함수로서 신호 밝기 및 균일성을 시뮬레이션하기 위해 개발되어 왔다. 이 큐브 코너에 대해서는, 형상 및 사이즈는 2개의 파라미터(큐브 경사 및 큐브 깊이)에 의해 완전히 결정된다. 당업자는 예를 들면 홈 세트의 부등변 삼각형 및 홈 세트의 바이레벨(bi-level) 또는 트라이레벨(tri-level) 절단을 포함하는 다른 타입의 삼각형 큐브 코너가 가능하다는 것을 쉽게 인식할 것이다. 이 경우에는, 본질적으로 신호 밝기 및 균일성을 결정하는 큐브 경사/큐브 깊이 조합이 아니라, 오히려 입사광의 각 방향에 대한 액티브 조리개 사이즈이다.
본 출원인은 특정 패턴의 에러(e1 , e2 및 e3)가 큐브 코너의 면들 사이에서 통상 90°이면각으로 의도적으로 통합되면 개재 부재(109)의 이미지의 밝기 및 이중 방사선원(110,112)에 의해 발생된 플랭킹 섀도우가 증대될 수 있는 것을 발견했다.
본 발명의 일부를 형성하는 에러(e1, e2 및 e3)의 패턴은 도 9에 대해서 가장 좋게 이해되며, 그것은 3개의 삼각형 면(202a, 202b 및 202c)을 가진 단일 큐브 코너를 도시한다. 도 6에 대해서 설명된 바와 같이, 이 면(202a, 202b 및 202c)은 실질적으로 3개의 이면 에지(206) 및 면들(202b, 202c, 202a, 202c 및 202a, 202b) 사이의 각을 나타내는 실질적으로 3개의 이면각(e1, e2 및 e3)을 형성하기 위해 교차한다. 본 발명의 큐브 코너에서, 이면각 각각은 각 에러의 패턴 또는 e1 ≒ e2. 및 e3 ≒ 0 이도록 이상적인 90°값으로부터 에러의 패턴 또는 이탈(e1, e2 및 e3)을 포함한다. 바람직하게는, | e1 | 및 | e2 |는 >0.033°(또는 2분) 및 | e3 | <0.033°(또는 2 분)이다. 더 바람직하게는, | e1 | 및 | e2 |는 0.035°와 0.10°정도 사이이고, 약 0.03°와 0.20°사이이며, | e3 | 는 약 0°이다. 바람직한 실시형태에 있어서, | e1 | 및 | e2 |는 둘 다 0.063°(또는 3.8 분)인 한편, | e3 |는 약 0°일 때 이다. 훨씬 더 바람직한 실시형태에 있어서 e1 및 e2≠ 0이고; (e1 + e2)/2 >0.03°이며 훨씬 더 바람직하게는 (e1 + e2 )/2 >0.05°이다. 추가 실시형태에 있어서, e3 <0.03°이고 더 바람직하게는 e3 <0.015°이다. 추가 실시형태에 있어서, |e1 - e2| <0.06°이고 더 바람직하게는 | e1 - e2| <0.03°이다.
그러한 에러 설정이 달성될 수 있는 하나의 방법은 0.063°까지 증가 또는 감소시키는 효과를 갖는 각에서 인접한 큐브 코너 요소의 대향 면(202c)을 형성하는 브이 홈을 절단하는 것이다. 이 브이 홈은 도 5 및 도 7에 도시된 큐브 코너 어레이의 수평 브이 홈에 대응한다. 그러나, 그러한 기술은 같은 기호를 갖는 에러 패턴을 큐브 코너 모두에 제공하고, 즉 e1 및 e2는 모두 양 또는 음이며, 본 출원인은 양 및 음의 에셋(esset) 둘 다의 포함이 생산 공정 동안 발생할 수 있는 이면각 변화에 대한 필름 성능의 감도를 유리하게 감소시키는 것을 관찰했다. 양 및 음의이면각 에러 세트 둘 다를 얻는 하나의 방법은 다음과 같다. 도 5 및 도 7에 도시된 삼각형의 단측을 따라 수평 홈을 절단하기 위해 사용되는 커터는 일 방향으로 기울어져 있다. 이것은 커터의 일측 상의 큐브 코너 요소에서 e1 및 e2의 증가를 야기시키고, 커터의 타측 상의 큐브 코너 요소에서 대응하는 e1 및 e2의 감소를 야기시킨다. 이 기울어진 커터는 모든 다른 홈을 절단하기 위해 사용된다. 이어서, 기판은 180° 회전되고, 미싱(missing) 홈은 절단된다. 이것은 e1 및 e2가 각각 +0.063° 및 -0.063°인 큐브 코너의 교대 행음 큐브 코너 어레이에 제공한다.
도 10a~도 10h에 예시된 스폿 다이어그램과 도 11a~도 11d 스폿 다이어그램의 비교는 0°, 16°및 -8°에지에 더 평행하게 경사지고 본 발명의 에러 패턴(e1, e2 및 e3)을 갖는 큐브 코너의 어레이가 터치 스크린의 평면 내에 가능한 한 많이 광의 확산을 유리하게 포함하는 것을 예시한다. 큐브 코너가 포인트 광원에 노출될 때, 큐브 코너의 3개의 면 각각은 각 면에서 반사된 광의 일부가 다른 2개의 큐브 면 각각에서 차례로 반사된다는 사실의 결과로서 2개의 역반사 스폿을 발생시킨다. 도 10a~도 10h는 0°및 60°의 입사각(베타)에 대한 0°및 60°에서 경사진 이전의 큐브 코너의 스폿 다이어그램이며, 이면각 모두는 90°(즉, e1 = e2 = e3= 0°)이다. 도 10a~도 10h는 경사 및 입사각(베타)의 모든 조합에 대해서 큐브 코너 표면의 역반사 스폿의 6개 모두가 같은 x,y 축 상에 모두 수렴되도록 본래의 포인트 광원으로 정확히 180°역반사되는 것을 도시한다. 대조적으로, 도 11a~도 11h에 도시된 바와 같이, 이면각 에러(e1= 6 min. e2= 6 min. 및 e3 = 0)의 패턴이 큐브 코너로 도입될 때, 큐브 코너의 3개의 면은 포인트원에 대하여 6개 스폿을 정확히 180°역반사시키지 않지만, 그 대신에 x 축을 따라 발산점(대략 0.4°)에서 6개의 스폿 중 네 개를 역반사시킨다. 나머지 2개의 스폿은 큐브 경사가 16°일 때 x축으로 더 압축된다. x축이 터치 스크린의 평면에 대응하므로, 도 11a~도 11d는 본 발명의 경사 및 이면각 에러 패턴을 큐브 코너가 터치 스크린의 평면 내에서 가능한 한 많이 광의 확산을 유리하게 포함하는 것을 도시한다.
도 12a~도 12f 및 도 13a~도 13f는 회절이 고려될 때 예상된 역반사 광패턴을 나타낸다. 도 12a, 도 12c, 도 12e, 도 13a, 도 13c, 도 13e는 0°및 60°에서 입사각(베타)에 대한 0°및 60°에서 경사진 이전의 큐브 코너의 광 패턴이며, 이면각의 모두는 90°(즉, e1 = e2 = e3= 0°)이다. 도 12b, 도 12d, 도 12f, 도 13b, 도 13d, 도 13f는 이면각 에러(e1= 6 min. e2= 6 min. 및 e3 = 0)의 패턴이 그것으로 도입될 때 그러한 큐브 코너의 광 패턴 다이어그램에서 차이를 도시한다. 일반적으로, 역반사 광은 도 13b, 도 13d, 도 13f에 대해서 가장 잘 보여지는 바와 같이 x축을 따라 더 집중된다. 이 다이어그램의 비교는 예상하는 도 10a~도 11d 및 도 11a~ 도 11d에 대해 도달된 결론을 확인하고, 즉 본 발명의 경사 및 이면각 에러 패턴을 포함하는 큐브 코너가 터치 스크린 내에서 가능한 한 많이 광의 확산을 유리하게 포함하는 것을 확인한다.
도 13b, 도 13d, 도 13f 안에 제공된 바와 같이 언피닝된 프리즘 필름은 광원이 반사될 때 수직 확산보다 큰 수평 확산을 갖는 광 패턴을 형성하는 복수의 삼각형 큐브 코너 역반사 요소를 포함한다. 수평 확산은 0°및 60°의 입사각(베타)에서 적어도 1.5 배 더 크고 60°에서의 전체 광 리턴은 0°에서 적어도 광 리턴의 적어도 10%이고 어떤 경우에 30%보다 크다.
마지막으로, 도 14는 16/9 종횡비를 갖는 다른 스크린 사이즈에 대한 카메라 신호의 예시적 도면이다. 그래프에 명백한 바와 같이, 17인치, 19인치, 22인치, 26인치 및 30인치의 스크린 사이즈에 대해서는 최고 신호 길이는 90 최소 신호 강도가 결코 약 2.0 아래로 떨어지지 않는 한편, 최대 신호 강도가 90°의 관찰각에 걸쳐 30.0만큼 높아질 수 있다. 그러므로, 본 발명의 역반사 재료는 바람직한 실시형태에서 사용된 카메라에서 쉽게 검출가능한 신호를 발생시키기 위해 90°각에 걸쳐 충분한 역반사를 제공한다.
따라서, 본 발명에 따르면 터치 스크린 및 위치 검출 시스템과 함께 사용하기 위한 매우 유리한 프리즘 필름이 제공된 것이 보여질 것이다. 본 발명이 가장 실제적이고 바람직한 실시형태가 되도록 현재 고려된 것과 관련하여 기재되었을지라도, 본 발명이 개시된 실시형태에 한정되지 않고, 다수의 수정 및 등가 배치가 본 발명의 범위 내에서 이루어질 수 있는 것이 당업자에게 분명해질 것이며, 그 범위는 등가 구조 및 제품을 포함하기 위해 첨부된 청구범위의 가장 넓은 해석에 일치되어야 한다.
공보, 특허 및 특허 출원은 이 개시 도체에 참조된다. 여기에 인용된 모든 참조문헌은 참조로 포함된다.

Claims (28)

  1. 이미지를 나타내는 신호를 발생시키는 검출 영역을 횡단하는 전자기 방사선을 수신하도록 위치된 카메라;
    상기 카메라에 인접해서 위치되어 검출 영역의 적어도 일부에 걸쳐 중첩되는 전자기 방사선을 출력하기 위한 전자기 방사선원; 및
    상기 전자기 방사선을 상기 전자기 방사선원으로부터 상기 카메라로 역반사시키는 상기 검출 영역의 적어도 일부의 주변을 따라 위치된 프리즘 필름으로서 e1 ≒ e2 ≠ 0 및 e3 ≒ 0가 되도록 이면각 에러(e1, e2 및 e3)를 갖는 복수의 삼각형 큐브 코너 역반사 요소를 구비한 프리즘 필름을 포함하며,
    상기 이면각 에러 e1 및 e2는 각각 양과 음의 부호(sign)를 갖는 것을 특징으로 하는 위치 검출 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자기 방사선원은 IR 이미터인 것을 특징으로 하는 위치 검출 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    |e1| 및 |e2|는 0.03°와 0.20°사이인 것을 특징으로 하는 위치 검출 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 삼각형 큐브 코너 요소는 8°와 24°사이에서 경사져 있는 것을 특징으로 하는 위치 검출 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 삼각형 큐브 코너 역반사 요소는 0.002 인치와 0.0055 인치 사이의 큐브 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 위치 검출 시스템.
  6. 어레이에 배열되는 복수의 삼각형 큐브 코너 역반사 요소를 구비한 역반사 기판을 갖는 언피닝된 프리즘 필름을 포함하는 프리즘 필름으로서:
    상기 큐브 코너 역반사 요소는 e1≒ e2≠0 및 e3≒ 0가 되도록 이면각 에러(e1, e2, 및 e3)를 가지며,
    상기 어레이는 상기 이면각 에러들 e1 및 e2가 각각 양과 음의 부호를 갖는 삼각 큐브 코너 역반사 요소들의 교차하는 행(row)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 프리즘 필름.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 큐브 코너 역반사 요소의 적어도 일부에 걸쳐 배치된 금속화 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프리즘 필름.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 삼각형 큐브 코너 요소는 12°와 20°사이에서 경사져 있는 것을 특징으로 하는 프리즘 필름.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 삼각형 큐브 코너 요소는 에지에 더 평행하게 경사져 있는 것을 특징으로 하는 프리즘 필름.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 삼각형 큐브 코너 역반사 요소의 반은 0.03°와 0.20°사이에서 이면각 에러(e1 및 e2)을 갖고, 상기 복수의 삼각형 큐브 코너 역반사 요소의 나머지 반은 -0.03°와 -0.20°사이에서 이면각 에러(e1 및 e2)를 갖는 것을 특징으로 하는 프리즘 필름.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 삼각형 큐브 코너 역반사 요소는 0.002 인치와 0.0055 인치 사이의 큐브 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 프리즘 필름.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 필름은 적외선에 대해 투명하지만, 가시광선에 대해 불투명한 것을 특징으로 하는 프리즘 필름.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 역반사 기판 상에 배치되는 착색 기판을 더 포함하며,
    상기 착색 기판은 적외선 염료로 착색되고 가시광선에서 검게 보이는 것을 특징으로 하는 프리즘 필름.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 금속화 층은 알루미늄 및 금 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 프리즘 필름.
  15. 제 6 항에 있어서,
    |e1 - e2|/2 >0.03°인 것을 특징으로 하는 프리즘 필름.
  16. 제 6 항에 있어서,
    |e1 - e2| 2 >0.05°인 것을 특징으로 하는 프리즘 필름.
  17. 제 6 항에 있어서,
    e3<0.05°인 것을 특징으로 하는 프리즘 필름.
  18. 제 6 항에 있어서,
    e3<0.025°인 것을 특징으로 하는 프리즘 필름.
  19. 제 6 항에 있어서,
    e1 - e2<0.06°인 것을 특징으로 하는 프리즘 필름.
  20. 제 6 항에 있어서,
    e1 - e2<0.03°인 것을 특징으로 하는 프리즘 필름.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 어레이에 배열되는 복수의 삼각형 큐브 코너 역반사 요소를 포함하는 역반사 기판을 갖는 언피닝된 프리즘 필름을 포함하는 프리즘 필름으로서:
    상기 큐브 코너 역반사 요소는 e1 ≒ e2≠ 0 및 e3 ≒0가 되도록 이면각 에러(e1, e2, 및 e3)를 갖고 -10°와 -6°사이에서 경사져 있고,
    상기 어레이는 상기 이면각 에러들 e1 및 e2가 각각 양과 음의 부호를 갖는 삼각 큐브 코너 역반사 요소들의 교차하는 행(row)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 프리즘 필름.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 복수의 삼각형 큐브 코너 역반사 요소는 -15°와 -6°사이에서 경사져 있는 것을 특징으로 하는 프리즘 필름.
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