KR102429414B1 - 반사바를 이용한 비접촉 적외선 터치센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 디스플레이에 적용되는 비접촉 터치 센서에 관한 것으로, 상기 디스플레이의 일측에 배치되고, 제 1 방향으로 길게 연장되고, 상기 제 1 방향으로 배열된 다수개의 발광부를 갖는 제 1 센서 프레임과, 상기 디스플레이의 타측에 배치되고, 상기 제 1 방향으로 길게 연장되고, 상기 제 1 방향으로 배열된 다수개의 수광부를 제 2 센서 프레임과, 상기 제 1 방향으로 길게 연장되고, 상기 디스플레이의 화면으로부터 상측으로 이격된 위치에 배치되어, 상기 다수개의 발광부로부터 조사된 광을 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 반사시키는 제 1 반사바와, 상기 제 1 방향으로 길게 연장되고, 상기 디스플레이의 화면으로부터 상측으로 이격되고, 상기 제 1 반사바로부터 상기 제 2 방향으로 이격된 위치에 배치되어, 상기 제 1 반사바에 의해 반사되어 입사된 광을 상기 다수개의 수광부로 반사하는 제 2 반사바를 포함한다.

Description

반사바를 이용한 비접촉 적외선 터치센서{A contactless infrared touch sensor using reflection bar}
본 발명은, 디스플레이에 적용되는 비접촉 적외선 터치센서에 관한 것으로, 보다 상세하게, 디스플레이의 상측에 배치된 반사바를 이용하여 터치감지를 위한 광경로를 개선한 비접촉 터치 센서에 관한 것이다.
터치스크린을 사용하는 키오스크, 퍼블릭 디스플레이, ATM 기기 등에서 불특정 다수가 터치스크린의 표면을 반복적으로 접촉함에 따른 손가락을 통한 오염물질의 전파를 차단하기 위한 적외선 터치센서의 구조를 제시한다. 특히 병원의 경우 터치식 안내스크린을 통한 바이러스의 전파 위험이 매우 높고, 최근 언택트 및 인건비 절감의 일환으로 보급이 확대되고 있는 패스트푸드점이나 식당의 키오스크와 은행의 ATM 기기 등에서 손가락을 통한 오염의 전파에 대한 소비자의 불안감이 높아지고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 호버터치, 3D 터치, 비접촉 터치로 통칭되는 기존의 방법들을 살펴보면, 주로 정전식 터치기술이나 광학식 터치기술을 사용하고 있다.
정전식 터치기술을 사용하여 비접촉 터치센서를 구현하기 위해서 패턴 전극의 배치 개선, 패턴의 전도성 향상 및 컨트롤러의 감도향상 측면에서 많은 연구가 이루어졌으나, 현실적으로 구현 가능한 호버링 높이가 10mm 내외이고; 호버링 높이가 터치물체의 크기나 종류에 따라 변화하는 문제; 센싱 감도를 극단적으로 높임에 따른 전기적 노이즈에 매우 민감하다는 문제; 장갑을 낄 경우 인식이 어렵다는 문제 등이 있으며 따라서 상기의 문제들로부터 비교적 자유로울 수 있는 15인치 내외의 소형 디스플레이를 위한 비접촉 터치에 정전식 터치기술이 주로 사용되고 있다. 근래에 전도성이 높은 메탈와이어를 사용하여 정전신호의 크기를 매우 높임으로써 55인치 이하의 중형 디스플레이에 호버링 높이를 20mm 내외로 지원할 수 있는 정전식 호버터치의 상용화 사례가 있으나, 디스플레이의 시인성을 떨어뜨리고 호버링 높이가 불균일하며 전기적 노이즈에 민감하다는 문제가 남아있는 상태이다.
광학식 비접촉 터치기술로는 적외선카메라를 이용하는 방식과 적외선 LED 나 레이저 광원을 이용하는 방식이 있다. 적외선 카메라 빙식은 적외선 카메라가 스크린 상면공간의 일정부분을 촬영하여 이미지프로세싱을 통해 터치물체의 공간좌표를 구하는 원리인데, 학술적인 연구는 활발하지만 실제 상황에서는 외부 조도변화; 터치물체의 크기 및 종류에 따른 반사율 변화; 빈번한 배경의 변경에 대한 처리 문제 등 안정된 상용화를 위해서는 많은 기술적 개선이 필요하며 비용측면에서도 정전식 기술에 비해 매우 불리하다.
적외선 LED 나 레이저 광원을 이용하는 방식은 상기 광원에서 출사한 광이 터치물체에 반사되어 센서로 입사하는 입사광의 크기나 각도를 측정하여 터치물체의 좌표를 구하는 방식과 (적외선 반사광 방식), 상기 광원에서 출사한 광이 센서로 입사하는 광경로가 터치물체에 의해 차단되는지 여부에 따라 경로가 차단된 광원과 센서의 위치로부터 터치물체의 좌표를 구하는 방식(적외선 차단광방식)이 있다. 적외선 반사광 방식은 상기 적외선 카메라 방식처럼 터치물체의 크기 및 종류, 외부 조명변화에 민감하며 반사광의 세기가 매우 미약하여 20인치 이상의 대형 디스플레이에는 구현이 어렵다는 문제가 있으며, 복잡한 광학 구조를 필요로 한다.
적외선 차단광 방식은 광원과 센서간의 광경로 차단 유무에 의해 터치물체를 식별하는 원리이므로 터치물체의 종류나 크기에 영향 받지 않고, 외부환경변화나 전기적 노이즈에 매우 강하며 비용측면에서 모든 방식중에 가장 유리하다. 따라서 현재까지의 비접촉 터치의 상용화는 적외선 차단광 방식이 주류를 이루고 있다.
이러한 적외선 차단광 방식의 가장 큰 문제점으로 디스플레이 상단 30~50mm 정도의 높이에서 비접촉 터치를 지원하기 위해서는 광원과 센서간의 광경로를 상기 높이에 형성시킬 필요가 있는데, 이러한 광경로 형성을 위해 적외선 광원과 센서를 내장한 터치프레임이 상기의 높이만큼 디스플레이 외곽 상단으로 돌출되어야 한다. 이로 인해 제품의 외관을 볼 때 디스플레이가 터치프레임에 돌러 싸여서 파묻힌 형상이 되어 제품의 디자인을 크게 훼손시키며, 사용자가 폐쇄감을 느낄 수 있고, 돌출된 터치프레임에 사용자가 접촉하여 오염의 전파가 이루어질 우려가 있다. 이러한 문제를 완화하기 위한 수단으로 사각 터치프레임 대신 디스플레이의 상하단 또는 좌우측에만 터치프레임을 두는 방법이 많이 사용되고 있으나, 상기의 문제점은 여전히 존재한다. 또한 디스플레이 상단으로 2단계 또는 3단계의 비접촉 터치높이를 구현하고자 할 경우에 돌출된 터치프레임 내부에 광원과 센서를 2열 또는 3열 배치해야 하며, 이로 인해 터치프레임이 돌출되는 높이가 증가하므로 제품의 형상이 매우 투박하게 되는 문제가 있다.
한국등록특허 제10-2229791호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 첫째, 종래 차단광 방식의 비접촉 터치 센서에서 발광부와 수광부가 각각 디스플레이의 양측에 기립된 형태로 이루어진 프레임에 설치됨으로 인해서 발생하였던 제품 디자인 훼손의 문제를 개선한 비접촉 터치 센서를 제공하는 것이다.
둘째, 사용자에게 개방감을 제공하며 사용자가 센서 프레임에 접촉할 가능성을 낮출 수 있는 비접촉 터치 센서를 제공하는 것이다.
본 발명은 디스플레이에 적용되는 비접촉 터치 센서에 관한 것으로, 상기 디스플레이의 일측에 배치되고, 제 1 방향으로 길게 연장되고, 상기 제 1 방향으로 배열된 다수개의 발광부를 갖는 제 1 센서 프레임과, 상기 디스플레이의 타측에 배치되고, 상기 제 1 방향으로 길게 연장되고, 상기 제 1 방향으로 배열된 다수개의 수광부를 갖는 제 2 센서 프레임과, 상기 제 1 방향으로 길게 연장되고, 상기 디스플레이의 화면으로부터 상측으로 이격된 위치에 배치되어, 상기 다수개의 발광부로부터 조사된 광을 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 반사시키는 제 1 반사바와, 상기 제 1 방향으로 길게 연장되고, 상기 디스플레이의 화면으로부터 상측으로 이격되고, 상기 제 1 반사바로부터 상기 제 2 방향으로 이격된 위치에 배치되어, 상기 제 1 반사바에 의해 반사되어 입사된 광을 상기 다수개의 수광부로 반사하는 제 2 반사바를 포함한다.
본 발명의 비접촉 터치 센서는, 발광부 또는 수광부를 수용하는 센서 프레임을 보호커버의 하부에 배치하고, 상기 보호커버의 상측에 반사바를 설치하여 디스플레이 외관에 장식품처럼 구비함으로써 외관 디자인을 크게 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 발광부와 수광부를 보호커버의 하측에 배치시키기 때문에 보호커버의 상측에는 종래 상기 발광부 또는 수광부 설치를 위해 필요하였던 구조물을 삭제할 수 있어 디스플레이 화면의 측면 시야 확보가 용이할 뿐만 아니라, 제품에 개방감을 부여할 수 있는 효과가 있다.
또한, 서로 다른 높이의 광경로들을 형성함으로써 다단 터치를 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 반사바를 디스플레이의 외곽방향으로 설치함으로써 사용자의 손가락이 센서 프레임과 접촉될 우려를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 광경로를 개선함으로써 데드존을 감축할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 비접촉 터치 센서의 사시도(a)와 그 변형례(b)를 보인 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제 1 센서 프레임의 실시예들을 도시한 것이다.
도 3은 도 1에 도시된 반사바의 실시예들을 도시한 것이다.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 비접촉 터치 센서를 도시한 단면도로 광경로를 보인 것이다.
도 6은 본 발명의 반사바에 의한 데드존 감축 효과를 설명하기 위해 종래의 경우(a)와 본 발명의 경우(b)를 비교하여 보인 것이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 비접촉 터치 센서의 사시도(a)와 그 변형례(b)를 보인 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 비접촉 터치 센서들에 적용 가능한 광경로들의 실시예들을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 비접촉 터치 센서를 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 비접촉 터치 센서의 발광부의 배치를 보인 것이다.
도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 비접촉 터치 센서에 적용 가능한 반사바 형성체의 형상들을 도시한 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도 록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 비접촉 터치 센서의 사시도(a)와 그 변형례(b)를 보인 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 제 1 센서 프레임의 실시예들을 도시한 것이다. 도 3은 도 1에 도시된 반사바의 실시예들을 도시한 것이다. 도 4 내지 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 비접촉 터치 센서를 도시한 단면도로 광경로를 보인 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 비접촉 터치센서(1)는 화면을 통해 영상을 표시하는 디스플레이(2)에 적용되는 것이다. 디스플레이(2)는 LCD(Liquid Crystal Display, OLED(Organic LED) 디스플레이 등일 수 있다.
비접촉 터치센서(1)는 제 1 센서 프레임(10), 제 2 센서 프레임(20), 제 1 반사바(41) 및 제 2 반사바(51)를 포함한다. 실시예에 따라, 디스플레이(2)는 비접촉 터치센서(1)에 포함되는 구성일 수 있다.
실시예에서, 발광부(13)와 수광부(23)는 일직선 상에 위치하지 않는다. 따라서, 발광부(13)로부터 출사된 광이 수광부(23)에 수신되기 위해, 발광부(13)로부터 수광부(23)로 광 경로가 형성되어야 하며, 이러한 광경로가 제 1 반사바(41)와 제 2 반사바(51)에 의해 구성된다.
반사바(41, 51)는, 쉽게 변형되지 않도록 충분한 강성을 가져야 하며, 광(특히, 적외선)을 잘 반사시킬 수 있어야 한다. 반사바(41, 51)는 바람직하게는, 직경이 10 내지 20mm 정도로 이루어져, 제품의 외관을 훼손시키지 않고 장식물처럼 느껴지도록 디자인되는 것이 좋다.
제 1 센서 프레임(10)은 디스플레이(2)의 일측(실시예에서는 좌측)에 배치되고, 제 1 방향(또는, 전후방향)으로 배열된 다수개의 발광부(13)를 갖는다. 발광부(13)는 적외선 영역의 광을 발하는 광원일 수 있다.
구체적으로, 제 1 센서 프레임(10)은 상기 제 1 방향으로 길게 연장되는 수용공간을 형성하는 제 1 센서 하우징(11, 11', 11")과, 상기 수용 공간 내에 상기 제 1 방향으로 배열되는 다수개의 발광부(13)를 포함할 수 있다. 제 1 센서 하우징(11, 11', 11") 내에는 제 1 PCB(12)가 배치될 수 있고, 다수개의 발광부(13)는 제 1 PCB(12)에 구비될 수 있다.
제 1 센서 프레임(10)은 적어도 일부분이 디스플레이(2)의 일측면에 배치될 수 있다. 제 1 센서 프레임(10)은 다수개의 발광부(13)로부터 조사된 광이 통과하도록 상면에 개구부를 가질 수 있다.
제 2 센서 프레임(20)은 디스플레이(2)의 타측(실시예에서는 우측)에 배치되고, 상기 제 1 방향으로으로 배열된 다수개의 수광부(23)를 갖는다. 제 2 센서 프레임(20)은, 디스플레이(2)를 기준으로 제 1 센서 프레임(10)에 대해 반대쪽에 배치될 수 있다.
제 2 센서 프레임(20)은 상기 제 1 방향으로 길게 연장되는 수용공간을 형성하는 제 2 센서 하우징(21)과, 상기 수용 공간 내에 상기 제 1 방향으로 배열되는 다수개의 수광부(23)를 포함할 수 있다. 제 2 센서 하우징(21) 내에는 제 2 PCB(22)가 배치될 수 있고, 다수개의 수광부(23)는 제 2 PCB(22)에 구비될 수 있다.
제 2 센서 프레임(20)은 적어도 일부분이 디스플레이(2)의 타측면(즉, 제 1 센서 프레임(10)이 배치된 일측면의 반대쪽)에 배치될 수 있다. 제 2 센서 프레임(20)은 다수개의 수광부(23)로 입사되는 광이 통과하도록 상면에 개구부를 가질 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 센서 하우징(11, 11', 11")과 제 2 센서 하우징(21)은 서로 대칭일 수 있다. 마찬가지로, 제 1 PCB(12)와 제 2 PCB(22)도 서로 대칭일 수 있다. 그리고, 다수개의 발광부(13)와 다수개의 수광부(23) 역시 서로 대칭으로 배치될 수 있다.
도 3을 참조하면, 반사바(41, 51)의 단면은 원형 또는 타원형의 일부분을 절단한 형태(41a, 51a), 삼각형(41b, 51b), 사각형(41c, 51c) 또는 다각형일 수 있는데 단면 형상에 관계없이 일측단에 반사면(411, 511)을 구비할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 센서 프레임(10, 10', 10")은 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 도면에는 제 1 센서 프레임(10, 10', 10")만 도시되어 있으나, 제 2 센서 프레임 역시 실질적으로 제 1 센서 프레임(10, 10', 10")과 동일하게 형성될 수 있다.
도 2의 (a)를 참조하면, 센서 하우징(11)은 상측에 개구부를 갖는 'ㄷ'자 형태로 이루어질 수 있다. PCB(12)는 수평하게 배치되고, PCB(12)에 실장된 발광부(13)가 상기 개구부의 하측에 위치할 수 있다.
도 2의 (b)를 참조하면, PCB(12)는 센서 하우징(11') 내에 세워진 상태로 배치될 수 있다. 발광부(13)는 상측으로 광을 조사하도록 PCB(12)에 배치될 수 있다.
도 2의 (c)를 참조하면, 센서 하우징(11')은 PCB(12)를 수용하는 제 1 부분이 부분적으로 디스플레이(2)의 하측에 배치되고, 발광부(13)로부터 출사된 광을 안내하는 제 2 부분이 상기 제 1 부분으로부터 상측으로 연장되어 디스플레이(2)의 측면에 배치될 수 있다.
한편, 다수개의 발광부(13)로부터 출사된 광은 다수개의 수광부(23)로 수신되는데, 광이 진행하는 경로 상에서의 사용자의 손가락의 위치에 따라 광을 수신하는 수광부(23)가 달라지기 때문에, 제어부(미도시)는 이들 수광부(23)로부터 출력되는 신호들을 바탕으로 손가락의 위치를 결정할 수 있으며, 이렇게 결정된 위치는 디스플레이(2) 화면의 소정의 지점과 대응하는 것이므로, 결과적으로 상기 제어부는, 손가락의 위치를 감지한 결과를 바탕으로 사용자가 상기 화면의 어느 부분을 터치하고자 한 것인지 결정할 수 있다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 비접촉 터치 센서(1)는 디스플레이(2)의 화면 상측에 배치되는 보호커버(31)를 포함할 수 있다. 보호커버(31)는 광이 투과할 수 있는 투명한 패널일 수 있으며, 재질은 합성수지 또는 유리일 수 있다.
보호커버(31)는 대략 평평한 판체형으로서, 제 1 센서 프레임(10)의 적어도 일부분과, 제 2 센서 프레임(20)의 적어도 일부분과 디스플레이(2)의 화면을 덮을 수 있다. 보호커버(31)는, 제 1 센서 하우징(11)의 개구부 및 2 센서 하우징(21)의 개구부 중 적어도 하나를 덮을 수 있다.
제 1 반사바(41)는 디스플레이(2)의 화면으로부터 상측으로 이격된 위치에 배치되어, 다수개의 발광부(13)로부터 조사된 광을 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향(예를 들어, 좌우 방향)으로 반사시킨다. 제 1 반사바(41)는 보호커버(31)의 상측으로 대략 30 내지 50mm 정도 이격될 수 있다. 상기 제 1 방향으로 배열된 발광부(13)들로부터 출사된 광들이 함께 입사될 수 있도록, 제 1 반사바(41)는 상기 제 1 방향으로 길게 연장되는 형태일 수 있다.
제 1 반사바(41)를 디스플레이(2)의 상측에 고정하기 위해, 제 1 반사바(41)를 지지하는 적어도 하나의 제 1 지지대(42, 43)가 구비될 수 있다. 지지대(42, 43)의 하단부는 제 1 센서 프레임(10) 또는 보호커버(31)와 연결될 수 있으며, 상단은 제 1 반사바(41)와 연결될 수 있다.
실시예에 따라, 제 1 반사바(41)와 제 1 지지대(42, 43)는 하나의 부재로 형성되거나(도 1의 (a) 참조.), 별도의 부재로 형성되어 서로 결합되는 방식(도 1의 (b) 참조.)으로 구성될 수 있다. 도면들에 도시된 제 1 반사바 형성체(40, 40a, 40b, 40c, 40d)는 제 1 반사바(41)와 제 1 지지대(42, 43)를 포함하여 구성되는 구조물로 정의될 수 있다.
제 1 지지대(42, 43)의 높이를 조절하기 위한 높이조절 수단이 구비될 수 있다. 상기 높이조절 수단은 수동조절 수단이거나 모터 등을 이용하여 제 1 지지대(42, 43)를 승강시키는 것일 수 있다.
제 1 반사바(41)는 발광부(13)로부터 출사된 광이 입사되는 부분에 제 1 반사면(411)을 구비할 수 있다. 제 1 반사면(411)은 제 1 반사바(41)에 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 반사면(411)은, 금속재질로 이루어진 제 1 반사바(41)의 일면을 매끄럽게 가공하여 형성된 것일 수 있다.
다르게는, 제 1 반사면(411)은 제 1 반사바(41)의 표면을 증착이나 도금 등의 방법으로 소정의 반사율을 갖는 재질을 코팅하여 형성한 것이거나, 제 1 반사바(41)와 별도의 부재로 이루어져 서로 결합되는 필름이나 반사 테이프 등의 반사체로 구성되는 것도 가능하다.
제 2 반사바(51)는, 디스플레이(2)의 화면으로부터 상측에서, 제 1 반사바(41)에 의해 반사된 광이 진행하는 경로 상에 위치된다. 제 1 반사바(41)에 의해 반사된 광이 제 2 반사바(51)로 입사된 후, 수광부(23)를 향해 반사될 수 있다.
제 2 반사바(51)는, 제 1 반사바(41)로부터 상기 제 2 방향(또는, 좌우 방향)으로 이격된 위치에 배치될 수 있으며, 바람직하게는, 제 1 반사바(41)와 수평면 상에 배치되나, 반드시 이에 한정되어야 하는 것은 아니다.
제 2 반사바(51)는, 보호커버(31)의 상측으로 대략 30 내지 50mm 정도 이격될 수 있다. 다수개의 수광부(23)가 상기 제 1 방향으로 배열되는 것에 대응하여 제 2 반사바(51) 또는 제 2 반사면(511) 역시 상기 제 1 방향으로 길게 연장되는 형태일 수 있다.
제 2 반사바(51)를 디스플레이(2)의 상측에 고정하기 위해, 제 2 반사바(51)를 지지하는 적어도 하나의 제 2 지지대(52, 53)가 구비될 수 있다. 제 2 지지대(52, 53)의 하단부는 제 2 센서 프레임(20) 또는 보호커버(31)와 연결될 수 있으며, 상단은 제 2 반사바(51)와 연결될 수 있다.
실시예에 따라, 제 2 반사바(51)와 제 2 지지대(52, 53)는 하나의 부재로 형성되거나(도 1의 (a) 참조.), 별도의 부재로 형성되어 서로 결합되는 방식(도 1의 (b)참조.)으로 구성될 수 있다. 도면들에 도시된 제 2 반사바 형성체(50, 50a, 50b, 50c, 50d)는 제 2 반사바(51)와 제 2 지지대(52, 53)를 포함하여 구성되는 구조물로 정의될 수 있다.
제 2 지지대(52, 53)의 높이를 조절하기 위한 높이조절 수단이 구비될 수 있다. 상기 높이조절 수단은 수동조절 수단이거나 모터 등을 이용하여 제 2 지지대(52, 53)를 승강시키는 것일 수 있다.
제 2 반사바(51)는 발광부(13)로부터 출사된 광이 입사되는 부분이 제 2 반사면(511)으로 구성될 수 있다. 제 2 반사면(511)은 제 2 반사바(51)에 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 2 반사면(511)은, 금속재질로 이루어진 제 2 반사바(51)의 일면을 매끄럽게 가공하여 형성된 것일 수 있다.
다르게는, 제 2 반사면(511)은 제 2 반사바(51)의 표면을 증착이나 도금 등의 방법으로 소정의 반사율을 갖는 재질을 코팅하여 형성한 것이거나, 제 2 반사바(51)와 별도의 부재로 이루어져 서로 결합되는 필름이나 반사 등의 반사체로 구성되는 것도 가능하다.
제 1 반사바(41) 및 제 2 반사바(51) 중 적어도 하나는, 도 3에 도시된 바와 같이, 여러 형태로 실시가 가능하다.
한편, 보호커버(31)의 표면(즉, 상면 또는 저면 중 적어도 하나)에는 흑영역 형성층(32)이 형성될 수 있다. 흑영역 형성층(32)은 적외선은 투과하나, 가시광선은 차단하는 특성을 갖는 도료로 보호커버(31)의 표면에 형성한 얇은 층일 수 있다.
바람직하게는, 보호커버(31)는, 대략 중앙부의 디스플레이(2)의 화면과 대응하는 부분에는 흑영역이 미형성되며, 상기 중앙부의 둘레 부분에 흑영역 형성층(32)이 형성될 수 있다.
흑영역 형성층(32)은 발광부(13)로부터 출사되어 제 1 반사바(41)로 광이 진행하는 경로 상에 형성되는 제 1 흑영역(321)과, 제 2 반사바(51)에 의해 반사되어 수광부(23)로 광이 진행하는 경로 상에 형성되는 제 2 흑영역(322)을 포함할 수 있다. 흑영역 형성층(32)는 보호커버(31)의 둘레를 따라 4각 띠 형태로 연장될 수 있다.
흑영역 형성층(32)은 광 경로를 따라 진행하는 적외선 광은 통과시키나, 보호커버(31) 하측에 위치하는 센서 프레임(11, 21) 등의 구조물의 보이지 않도록 은폐하고, 가시광선 영역의 외란광이 수광부(23)에 미치는 영향을 줄여주는 역할을 한다.
도 6은 본 발명의 반사바에 의한 데드존 감축 효과를 설명하기 위해 종래의 경우(a)와 본 발명의 경우(b)를 비교하여 보인 것이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 터치센서(1)는 종래의 적외선 터치센서의 문제점인 데드존(Dead Zone)을 줄이거나 없앨 수 있다.
도 6의 (a)는 종래의 적외선 터치센서에서의 데드존을 보여준다. 발광부(13)를 구성하는 적외선 광원으로 주로 사용되는 적외선 LED와, 수광부(23)를 구성하는 적외선 센서로 주로 사용되는 포토다이오드나 포토 트랜지스터는 제한된 각도의 출사각과 입사각을 갖는다.
터치 센서용으로 사용되는 광원과 센서는 보통 60 내지 70도의 출사각과 입사각을 가진다. 이러한 광원과 센서가 PCB 상에 소정의 간격으로 배치될 때 도 6의 (a)에서와 같이 광원과 센서로부터 근접한 곳에 광이 도달하지 않는 구역(즉, 데드 존)이 존재하게 된다.
본 실시예에서는 도 6의 (b)와 같이 발광부(13) 또는 수광부(23)는 반사면(411, 511)과 거리 L만큼 수직방향으로 이격되어 있고, 광이 반사면(411, 511)에 의해 반사된 후 수평방향으로 진행한다. 이를 광의 이동거리만을 고려하여 등가화 하면 도 6의 (b)와 같이 표현될 수 있다. 즉, 발광부(13) 또는 수광부(23)가 거리 L 만큼 반사면(411, 511)의 후방에 위치한 것으로 간주할 수 있으며 따라서 거리 L에 대응하는 만큼의 데드존을 줄이는 효과가 있다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 비접촉 터치 센서(100)의 사시도(a)와 그 변형례(100')(b)를 보인 사시도이다. 도 8은 도 7에 도시된 비접촉 터치 센서들에 적용 가능한 광경로들의 실시예들을 도시한 것이다.
도 7 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 비접촉 터치 센서(100)는, 흑영역 형성층(32)의 상부 외측에 제 1 반사바(41)와 제 2 반사바(51)가 배치되는 것을 특징으로 한다.
사용자가 조작 중에 반사바(41, 51)를 접촉하게 됨으로써 오염의 전파가 이루어질 수 있는데, 이를 방지하기 위해서 반사바(41, 51)는 사용자의 터치영역의 외측에, 또는, 흑영역 형성층(32)의 외측에 배치될 수 있다.
실시예에 따라, 반사바(41, 51)는 발광부(13) 또는 수광부(23)의 연직 상방에서 벗어난 위치에 배치될 수 있다. 더 나아가, 반사바(41, 51)는 보호커버(31)의 외측에 배치될 수 있다. 이와 같은 경우, 발광부(13)로부터 출사된 광이 보호커버(31)에 수직으로 입사된다면, 제 1 반사바(41)에 이르지 못하게 되며, 마찬가지로, 제 2 반사바(51)에 의해 반사된 광도 수광부(23)에 이르지 못하는 문제가 발생하게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해 도 8에 도시된 바와 같은 두 가지 방안을 제안한다.
첫번째는 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 발광부(13)와 보호커버(31) 사이에 필터 윈도우(70)를 배치하여, 필터 윈도우(70)를 통과한 광이 소정의 입사각을 가지고 보호커버(31)로 입사되도록 하는 것이다. 특히, 발광부(13)로부터 보호커버(31)의 표면에 수직한 방향으로 광이 출사되도록 구성된 경우, 광이 필터 윈도우(70)를 통과하며 굴절됨으로써, 필터 윈도우(70)를 통과한 광이 보호커버(31)의 표면에 대해 소정의 입사각을 갖게 된다. 이후, 보호커버(31)의 표면에 입사된 광은 입사면과 출사면에서 굴절이 이루어지면서 결과적으로 출사광이 제 1 반사면(411)을 향하게 된다.
한편, 실시예에 따라, 필터 윈도우(70)가 보호커버(31)와 수광부(23) 사이에도 추가로 개재될 수 있다. 구분을 위해 전술한 필터 윈도우(70)를 제 1 필터 윈도우(70)라고 하고, 추가된 것을 제 2 필터 윈도우(80)라고 한다. 참고로 제 1 필터 윈도우(70)와 제 2 필터 윈도우(80)는 실질적으로 동일한 구조이기 때문에, 제 2 필터 윈도우(80)에 대한 설명은 생략하기로 한다.
두번째 방안으로는, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 발광부(13)의 출사광 또는 수광부(23)의 입사광이 보호커버(31)의 표면에 대해 소정의 입사각 또는 출사각을 갖도록 발광부(13) 및/또는 수광부(23)를 배치하는 것이다. 발광부(13)가 배치된 제 1 PCB(12) 및/또는 수광부(23)가 배치된 제 2 PCB(22)가 보호커버(31)에 대해 소정의 각도로 기울어지게 배치될 수 있다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 비접촉 터치 센서를 도시한 것이다. 도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 비접촉 터치 센서의 발광부의 배치를 보인 것이다. 도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 비접촉 터치 센서에 적용 가능한 반사바 형성체의 형상들을 도시한 것이다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 비접촉 터치 센서(200)는 사용자의 손가락이 위치하는 깊이에 따라 2단의 감지가 가능하도록, 보호커버(31) 또는 디스플레이(2)로부터 제 1 높이(H1)에 배치되는 제 1 반사바(41) 및 제 2 반사바(51)와, 보호커버(31) 또는 디스플레이(2)로부터 제 2 높이(H2)에 배치되는 제 3 반사바(45) 및 제 4 반사바(55)를 포함할 수 있다. (여기서, H2>H1)
제 3 반사바(45)와 제 4 반사바(55)는 각각 전술한 제 1 반사바(41) 및 제 2 반사바(51)와 실질적으로 동일하게 구성될 수 있다. 다만, 상측에서 내려다볼 시, 제 3 반사바(45)는, 디스플레이(2)를 기준으로 제 1 반사바(41) 보다 더 높은 위치에서 외측(즉, 디스플레이(2)로부터 수평 방향으로 멀어지는 방향으로 도면에서는 좌측)에 배치되고, 제 4 반사바(55)는 제 2 반사바(51) 보다 높은 위치에서 외측(즉, 디스플레이(2)로부터 멀어지는 방향으로 도면에서는 우측)에 배치될 수 있다.
제 3 반사바(45)가 더 구비되는 것에 대응하여 상기 제 1 방향으로 배열되는 다수개의 발광부(15)들이 더 구비되고, 제 4 반사바(55)가 더 구비되는 것에 대응하여 상기 제 1 방향으로 배열되는 다수개의 수광부(25)들이 더 구비될 수 있다.
여기서, 광경로들(P1, P2)이 서로 간섭되지 않도록, 발광부(15)들은 발광부(13)들에 비해 더 외측에 배치될 수 있다. 마찬가지로, 수광부(25)들은 수광부(23)들에 비해 더 외측에 배치될 수 있다.
본 실시예에 따른 비접촉 터치 센서(200)는 2단계의 터치감지 높이를 제공하여 제품의 효용성을 높여줄 수 있다. 실시예에 따라 3열 이상으로 발광부 또는 수광부를 배치하여 3단계 이상의 감지가 가능한 센서로의 확장도 가능할 것이다.

Claims (5)

  1. 디스플레이에 적용되는 비접촉 터치 센서에 있어서,
    상기 디스플레이의 일측에 배치되고, 제 1 방향으로 길게 연장되고, 상기 제 1 방향으로 배열된 다수개의 발광부를 갖는 제 1 센서 프레임;
    상기 디스플레이의 타측에 배치되고, 상기 제 1 방향으로 길게 연장되고, 상기 제 1 방향으로 배열된 다수개의 수광부를 갖는 제 2 센서 프레임;
    상기 제 1 방향으로 길게 연장되고, 상기 디스플레이의 화면으로부터 상측으로 이격된 위치에 배치되어, 상기 다수개의 발광부로부터 조사된 광을 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 반사시키는 제 1 반사바와, 상기 제 1 방향으로 서로 소정 거리 이격 배치되고 상기 화면보다 더 높이까지 연장된 부분이 상기 제 1 반사바와 연결되는 한 쌍의 제 1 지지대를 구비한 제 1 반사바 형성체; 및
    상기 제 1 방향으로 길게 연장되고, 상기 디스플레이의 화면으로부터 상측으로 이격되고, 상기 제 1 반사바로부터 상기 제 2 방향으로 이격된 위치에 배치되어, 상기 제 1 반사바에 의해 반사되어 입사된 광을 상기 다수개의 수광부로 반사하는 제 2 반사바와, 상기 한 쌍의 제 1 지지대로부터 상기 제 2 방향으로 이격되고 상기 제 1 방향으로 서로 소정 거리 이격 배치되어 상기 화면보다 더 높이까지 연장된 부분이 상기 제 2 반사바와 연결되는 한 쌍의 제 2 지지대를 구비한 제 2 반사바 형성체를 포함하고,
    상기 한 쌍의 제 1 지지대가 상기 제 1 방향으로 이격된 간격과 상기 제 1 반사바가 상기 화면으로부터 상측으로 이격된 간격에 의해, 상기 화면의 적어도 일부분이 외부로 노출되는 제 1 개구부가 정의되고,
    상기 한 쌍의 제 2 지지대가 상기 제 1 방향으로 이격된 간격과 상기 제 2 반사바가 상기 화면으로부터 상측으로 이격된 간격에 의해, 상기 화면의 적어도 일부분이 외부로 노출되는 제 2 개구부가 정의되는 비접촉 터치 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광부는, 적외선 광을 출사하고,
    상기 제 1 센서 프레임 및 상기 제 2 센서 프레임의 상측에 배치되어 상기 디스플레이의 화면을 덮고, 상기 발광부로부터 출사되어 상기 제 1 반사바로 진행하는 광을 통과시키고, 상기 제 2 반사바에 의해 반사되어 상기 수광부로 진행하는 광을 통과시키는 보호커버; 및
    상기 보호커버의 표면에서 상기 발광부로부터 출사한 광이 통과하는 영역에 형성되어 적외선은 통과시키나 가시광선은 차단하는 제 1 흑영역 형성층 및 상기 보호커버의 표면에서 상기 제 2 반사바에 의해 반사된 광이 통과하는 영역에 형성되어 적외선은 통과시키나 가시광선은 차단하는 제 2 흑영역 형성층 중 적어도 하나를 더 포함하는 비접촉 터치 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 센서 프레임 및 상기 제 2 센서 프레임의 상측에 배치되어 상기 디스플레이의 화면을 덮고, 상기 발광부로부터 출사되어 상기 제 1 반사바로 진행하는 광을 통과시키고, 상기 제 2 반사바에 의해 반사되어 상기 수광부로 진행하는 광을 통과시키는 보호커버;
    상기 보호커버와 상기 발광부 사이에 배치되어 상기 발광부로부터 출사된 광이 상기 보호커버의 표면에 소정의 입사각으로 입사되도록 굴절시키는 제 1 필터 윈도우; 및
    상기 보호커버와 상기 수광부 사이에 배치되어 상기 보호커버를 통과한 광을 상기 수광부에 이르도록 굴절시키는 제 2 필터 윈도우를 더 포함하는 비접촉 터치 센서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 반사바와 상기 제 2 반사바는,
    상기 흑영역 형성층의 외측으로 각각 배치되는 비접촉 터치 센서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 반사바와 상기 제 2 반사바는 상기 디스플레이로부터 제 1 높이에 배치되고,
    상기 디스플레이로부터 상기 제 1 높이보다 더 큰 제 2 높이에 배치되는 제 3 반사바 및 제 4 반사바;
    상기 제 3 반사바로 입사되는 광을 출사하는 다수개의 제 2 발광부; 및
    상기 제 4 반사바에 의해 반사된 광을 수신하는 다수개의 제 2 수광부를 더 포함하고,
    상기 제 3 반사바는,
    상기 제 1 반사바보다 상기 디스플레이의 외측 방향으로 더 먼 곳에 배치되고,
    상기 제 4 반사바는,
    상기 제 1 반사바보다 상기 디스플레이로부터 외측 방향으로 더 먼 곳에 배치되는 비접촉 터치 센서.
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