KR20110001871A - Ｍｅｍｓ 스캐닝의 좌표 감지 방법과 그 터치패널 - Google Patents

Ｍｅｍｓ 스캐닝의 좌표 감지 방법과 그 터치패널 Download PDF

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KR20110001871A
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짜오-흐신 왕
웅-산 린
산-웨이 슈
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이-핀 옵티칼 인더스트리 컴퍼니 리미티드
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Abstract

본 발명은 MEMS 스캐닝의 좌표 감지 방법과 그 터치패널에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 그 중 상기 MEMS 스캐닝 터치패널은 광원모듈, MEMS 반사경, 광센서, 광감지신호 프로세서 및 좌표계산기로 구성되어 있고, 상기 광원모듈에서 레이저 광선을 방사하게 되면 상기 MEMS 반사경에서 상기 레이저 광선을 스캐닝 광속(光束)으로 스캐닝하게 되고, 펜이나 손가락이 디스플레이 스크린을 가리킬 때, 스캐닝 광속(光束)을 차단하게 되어 상기 광센서 상에 2개의 비활성화 픽셀이 형성되고, 이어서 상기 광감지신호 프로세서를 통해 이에 대응되는 전자신호를 좌표계산기로 전송하여 터치지점의 위치를 결정하게 되는 방법을 말하며, 본 발명인 MEMS 스캐닝의 좌표 감지 방법과 그 터치패널은 그 해상도가 터치 패널의 사이즈에 따라 증가하거나 감소하지 않게 할 수 있을 뿐만 아니라, 펜이나 손가락이 디스플레이 스크린 상에 터치되는 투영 면적을 구해 각종 서로 다른 사이즈 혹은 고해상도가 요구하는 터치패널 상에 적용할 수 있다.

Description

ＭＥＭＳ 스캐닝의 좌표 감지 방법과 그 터치패널{MEMS SCANNING TOUCH PANEL AND COORDINATE DETECTION METHOD THEREOF}
본 발명은 MEMS 스캐닝의 좌표 감지 방법과 그 터치패널에 관한 것으로서, 특히 MEMS 반사경을 이용해 터치 픽셀 좌표 및 그 투영 면적을 감지하기 위한 스캐닝을 진행하는 장치와 그 방법에 관한 것을 말하며, 이를 터치패널, 전자칠판 등과 같은 상관된 설비에 적용할 수 있다.
최근 컴퓨터의 광범위한 사용으로 인해 개인용 컴퓨터, 공업용 컴퓨터, 핸드폰 및 대형 전자칠판 등과 같은 곳에 터치패널을 응용하는 경우를 매우 빈번하게 볼 수 있다. 즉 손가락이나 터치 펜 등을 통해 디스플레이 스크린 상에서 직접 컴퓨터로 명령을 전송하거나 혹은 디스플레이 스크린 상에 글자를 직접 필기함으로써 더욱 빠르게 글자를 입력할 수 있는 방식 등이 사용되고 있다. 그러므로 컴퓨터 시스템이 디스플레이 스크린 상에서 터치 방식으로 전달되는 명령을 식별할 수 있게 하기 위해, 터치 픽셀의 위치(좌표)를 얼마나 정확하게 정밀하게 감지할 수 있는가에 대한 기술이 매우 중요시 되고 있다.
광학방식으로 운용되는 터치패널 및 터치 픽셀 좌표 감지 방법 중, 미국 특허US4,811,004의 내용을 살펴보면, 상기 특허 상에서는 진동 반사경을 이용해 레이져 광선이 디스플레이 스크린 상에서 스캐닝을 진행하고, 상기 디스플레이 스크린 맞은 편에 설치한 반사경을 통해 스캐닝 광속(光束)을 반사시킨 후, 얻어진 반사 각도를 이용해 터치 픽셀의 위치를 계산한다. 또한, 터치 픽셀 위치를 감지하는 방식을 살펴보면, 타이완 특허TWM358363 상에서는 CCD(Charge-Coupled Device, CCD) 이미지 센서 혹은 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS) 이미지 센서를 사용해 터치 픽셀의 2개의 이미지를 캡쳐하고, 캡쳐된 2개의 이미지를 이용해 터치 픽셀의 위치를 계산한다. 그렇지만, 이미지 피사계 심도를 쉽게 판단할 수 없기 때문에 이러한 방법들로 식별한 좌표의 해상도가 향상되기 어려웠다. 또한, 미국 특허 US6,664,952, 일본 특허 공개번호JP2008-217273, JP2008-036297, JP2001-264011등을 살펴보면, 도1에서와 같이 해당 터치패널(901)은 2개의 광학유닛(optical unit)(902), 디스플레이 스크린 3측면에 위치하는 반사판(retro-reflection plate)(903)을 포함하고 있고, 그 중 상기 광학유닛(902a, 902b)은 각각 레이저광원(laser source), 조준렌즈(collimator lens), 회전다면경(polygon mirror), 광수신렌즈(light receiving lens), 광전센서(photo-electric detector) 등을 포함하고 있다. 레이저광원에서 광선을 방사한 후, 조준렌즈를 거쳐 단면이 비교적 작은 방사광선으로 초점이 모아지고, 이어서 상기 방사광선을 회전다면경 상으로 조사하게 되면, 상기 회전다면경의 고속 회전으로 인해 상기 방사광선이 디스플레이 스크린 상에 스캐닝이 되고, 또한 반사판에 의해 반사된 후, 광수신렌즈를 통해 초점이 모아지고, 다시 광전센서에 의해 감지된다. 즉, 상기 방식의 광행로는 레이저광원→회전다면경→디스플레이 스크린 표면→반사판 반사→디스플레이 스크린표면→광수신렌즈→광전센서로 다시 돌아가는 과정을 거친다. 터치 픽셀P1이 생성될 때, 상기 스캐닝 광속(光束)은 차단되고, 양측의 차단된 선의 2개의 각도를 이용해 삼각 측량법으로 터치 픽셀의 좌표를 계산해 낸다. 그렇지만, 이러한 방법은 광로가 지나치게 길고 반사판의 각도, 광수신렌즈의 집광 능력 등에 제한을 받기 때문에 이러한 방법들로 식별한 좌표의 해상도가 향상되기 어려웠다. 특히 대형 디스플레이 스크린에 사용될 경우 광로가 지나치게 길어 광강도가 약해지게 되고, 그 결과 좌표를 판단하는 해상도에도 영향을 미치게 된다.
광학방식을 운용한 터치패널 및 터치 픽셀 좌표 감지 방법에 관해 도2의 내용을 참조해보면, 타이완 특허 TWI30454, 일본 특허JP06-309100등에서 사용한 터치패널(901)은 2개의 레이저광원(905)(laser light source), 2개의 광속(光束)반사소자(906)(light reflector), 상기 광속(光束)반사소자(906) 맞은 편에 설치한 2개의 광속(光束)수신모듈(907)(light receiver module)을 포함하고 있으며, 상기 광속(光束)수신모듈(907)은 다수 개로 배열된 광수신소자(9071)(light receiver element)를 포함하고 있다. 레이저광원(905)에서 광선을 방사한 후, 상기 광속(光束)반사소자(906)를 거쳐 상기 레이저광선을 열(raw)과 행(column)으로 분리하여 가로와 세로의 매트릭스 그리드(matrix grid)로 형성한 후, 이를 광속(光束)수신모듈(907)에서 수신하게 된다. 즉 광행로는 레이저광원→다수 개의 레이저광선 광속(光束)으로 분리→디스플레이 스크린표면→광속(光束)수신모듈에서 수신하는 과정을 거친다. 터치 픽셀 P1이 생성될 때, 상기 스캐닝 광속(光束)은 차단되고, 양측 광속(光束)수신모듈이 작용하지 않는 광수신소자(9071)를 수신하여 해당 터치 픽셀의 좌표를 직접 읽어내게 된다. 이러한 방법은 비록 간단하고 광로가 비교적 짧은 효과를 얻을 수 있지만 해상도가 여전히 광속(光束)반사소자(906)가 생성할 수 있는 광선 그리드 밀도에 영향을 받아 좌표를 판단하는 해상도를 향상시키기 어려웠다. 또한, 대형 디스플레이 스크린에 사용될 경우 레이저 광선이 더욱 많은 광선 그리드로 분리되어 광강도가 약해지게 되고, 광수신소자(9071)의 감지 효과에도 영향을 미치게 된다.
터치패널을 그림 그리는 곳에 응용하는 경우, 터치 픽셀 좌표 외에도 터치 픽셀 면적도 식별해야 하며, 터치 픽셀 면적의 감지 작업은 더욱 정확하게 그림을 그릴 수 있게 해주며, 또한 대형 전자칠판 상에도 응용하여 사용할 수 있게 된다. 그러므로 터치 패널의 해상도를 향상시키고, 유닛과 단가를 감소시키면서 더욱 정확하게 터치 픽셀의 좌표와 면적을 감지하여 각종 다른 사이즈 및 해상도가 요구되는 터치패널에 응용하여 터치패널의 광범위한 실용성을 향상시킬 수 있는 기술이 절실하게 필요한 상황이라고 할 수 있다.
본 발명의 주요 목적은 MEMS 스캐닝의 터치패널을 제공하는 데 있고, 상기 터치패널은 디스플레이 스크린, 2개의 광원모듈, 2개의 MEMS 반사경, 광센서, 차광판, 광감지신호 프로세서 및 좌표계산기를 포함하고 있다. 그 중 상기 광원모듈은 상기 디스플레이 스크린의 동일한 측 단면에 설치되고, 레이저광원과 조준렌즈를 포함하고 있다. 상기 레이저광원은 레이저 광선을 방사하는 데 사용되고, 상기 조준렌즈는 방사된 레이저 광선의 초점을 모아 방사광선으로 형성한 후, 이를 MEMS 반사경 반사면 중심으로 방사시키는 데 사용된다. 상기 MEMS 반사경은 상기 디스플레이 스크린의 동일한 단면의 양측 상에 설치되고, 상기 MEMS 반사경은 반사면을 갖추고 있으며, 상기 반사면은 그 회전축을 따라 좌우로 공진 진동하며 방사되어 들어온 방사광선을 디스플레이 스크린 상에서 스캐닝 광속(光束)(scanning light beam)으로 스캐닝을 하게 된다. 상기 광센서는 상기 디스플레이 스크린의 3개의 단면에 설치되고, 또한 MEMS 반사경 측과 서로 마주보고 있으며 이를 이용해 스캐닝 광속(光束)을 수신한 후, 스캐닝 광속(光束)선형 이미지로 형성해 낸다. 상기 광감지신호 프로세서는 광센서에서 형성된 선형 이미지를 캡쳐하며，상기 선형 이미지 중 활성화 픽셀(active pixel)과 비활성화 픽셀(inactive pixel)을 전자신호로 전환하게 된다. 상기 차광판은 MEMS 반사경 위치에 맞춰 설치하고, 이를 이용해 무효 구역의 스캐닝 광속(光束)이 디스플레이 스크린으로 들어가는 것을 차단하여，상기 광센서가 무효 구역의 스캐닝 광속(光束)을 수신하여 고스트 이미지가 생성되는 것을 방지하게 된다. 상기 좌표계산기는 광감지신호 프로세서에서 생성한 전자신호를 수신할 수 있고, MEMS 반사경 반사면 중심의 좌표를 통해서 터치 픽셀 좌표를 계산해 낸 후 출력하게 된다.
본 발명의 또 다른 하나의 목적은 MEMS스캐닝 터치패널을 제공하는 데 있고, 상기 MEMS스캐닝 터치패널은 디스플레이 스크린, 1개의 광원모듈, 2개의 MEMS 반사경, 광센서, 차광판, 광감지신호 프로세서 및 좌표계산기를 포함하고 있다. 그 중 상기 광원모듈은 상기 디스플레이 스크린의 한 단면에 설치되고, 레이저광원, 조준렌즈 및 분광렌즈를 포함하고 있다. 상기 레이저광원은 레이저 광선을 방사하는 데 사용되고, 상기 조준렌즈는 방사된 레이저 광선의 초점을 모아 방사광선으로 형성하는 데 사용된다. 상기 분광 렌즈는 상기 방사광선을 2줄기의 광선으로 분리하여 각각MEMS 반사경 반사면 중심으로 방사시키는 데 사용된다. 이렇게 방사된 방사광선은 MEMS 반사경을 통해 스캐닝 광속(光束)으로 스캐닝되어진다.
본 발명의 또 다른 하나의 목적은 MEMS스캐닝 터치패널을 제공하는 데 있고, 그 중 광센서는 밀착형 이미지 센서(CIS, Contact Image Sensor) 혹은 직렬 선형 이미지 센서(serial-scan linear image sensing array)를 사용할 수 있다.
터치 픽셀의 좌표를 감지하기 위해, 본 발명은 터치패널 터치 픽셀의 좌표감지 방법을 제공하고, 이를 MEMS 스캐닝 터치패널에 적용하였다. 그 내용은 다음과 같은 순서를 포함한다.
S0：MEMS 반사경을 가동하여 MEMS 반사경이 예정된 주파수와 공진폭으로 공진 진동을 하게 하고, 또한 광원모듈을 가동하여 광원모듈이 레이저 광선을 방사하게 한다.
S1：샘플 추출 시간 Ts이 되면, 광센서가 선형 이미지를 캡쳐하고, 상기 선형 이미지는 터치 픽셀이 차단되지 않은 활성화 픽셀과 터치 픽셀이 차단된 비활성화 픽셀을 표시할 수 있는 이미지이다.
S2：터치 픽셀의 좌표를 계산한다.
S21：광감지신호 프로세서를 통해 광센서에서 캡쳐한 선형 이미지를 전자신호로 전환시키고, 이를 좌표계산기로 전송한다.
S22：좌표계산기를 통해 광감지신호 프로세서의 전자신호 중에 비활성화 픽셀 존재 여부를 판단한다.
S221：만약 비활성화 픽셀이 없다면 터치 픽셀이 없는 신호를 출력한다.
S222：만약 한 개의 비활성화 픽셀이나 혹은 한 개의 연속되는 비활성화 픽셀 구역이 있다면 터치 픽셀 에러 신호를 출력한다.
S2231：만약 2개의 연속되지 않은 비활성화 픽셀이 있을 경우, 해당 2개의 비활성화 픽셀의 좌표 위치를 (X1,Y1)와 (X2,Y2)로 계산해 내고, 계산해 낸 터치 픽셀의 좌표(Xp,Yp)를 해당 터치 픽셀좌표 신호로 전송한다.
S3：S1으로 돌아간다.
본 발명의 또 다른 하나의 목적은 MEMS스캐닝 터치패널을 이용해 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형 꼭지점 좌표와 상기 터치 픽셀의 기하 중심 좌표를 계산하는 방법을 제공하는 데 있으며, 그 내용은 다음과 같은 순서를 포함하고 있다.
S0： MEMS 반사경을 가동하여 MEMS 반사경이 예정된 주파수와 공진폭으로 공진 진동을 하게 하고, 또한 광원모듈을 가동하여 광원모듈이 레이저 광선을 방사하게 한다.
S1： 샘플 추출 시간 Ts이 되면, 광센서가 선형 이미지를 캡쳐하고, 상기 선형 이미지는 터치 픽셀이 차단되지 않은 활성화 픽셀과 터치 픽셀이 차단된 비활성화 픽셀을 표시할 수 있는 이미지이다.
S2：터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형 꼭지점 좌표와 상기 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 기하 중심 좌표를 계산한다.
S21： 광감지신호 프로세서를 통해 광센서에서 캡쳐한 선형 이미지를 전자신호로 전환시키고, 이를 좌표계산기로 전송한다.
S22： 좌표계산기를 통해 광감지신호 프로세서의 전자신호 중에 비활성화 픽셀 존재 여부를 판단한다.
S221： 만약 비활성화 픽셀이 없다면 터치 픽셀이 없는 신호를 출력한다.
S222： 만약 한 개의 비활성화 픽셀이나 혹은 한 개의 연속되는 비활성화 픽셀 구역이 있다면 터치 픽셀 에러 신호를 출력한다.
S223： 만약 2개의 연속되지 않은 비활성화 픽셀이 있을 경우, 그 중 제1 연속되는 비활성화 픽셀 구역에 대해 해당 비활성화 픽셀 연속 구역의 양끝 끝점 좌표 위치(X11,Y11) 및 (X1m,Y1m)를 계산해 내고, 또한 제2 연속되는 비활성화 픽셀 구역에 대해 해당 비활성화 픽셀 연속 구역의 양끝 끝점 좌표 위치 (X21,Y21) 및 (X2n,Y2n)를 계산해 내고, 또한 상기 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형의 꼭지점의 좌표(XP1,YP1), (XP2,YP2), (XP3,YP3) 및 (XP4,YP4)를 계산해 내고, 상기 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형의 꼭지점 좌표 신호를 출력한다.
S224： 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형 면적과 상기 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 기하 중심 좌표를 계산한다.
S2241：터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형의 기하 중심 좌표를 계산한다. 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형의 꼭지점의 좌표 (XP1,YP1), (XP2,YP2), (XP3,YP3) 및 (XP4,YP4)를 이용해 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형의 기하 중심의 좌표(XPc,YPc)를 계산해 내고, 해당 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형 기하 중심 좌표 (XPc,YPc) 신호를 출력한다.
S3：S1로 돌아간다.
본 발명의 또 하나의 목적은 터치패널 터치 픽셀의 좌표감지 방법을 제공하는데 있으며, 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형의 균질 중심 좌표를 계산하는 방법은 다음과 같은 순서를 포함한다.
S0： MEMS 반사경을 가동하여 MEMS 반사경이 예정된 주파수와 공진폭으로 공진 진동을 하게 하고, 또한 광원모듈을 가동하여 광원모듈이 레이저 광선을 방사하게 한다.
S1： 샘플 추출 시간 Ts이 되면, 광센서가 선형 이미지를 캡쳐하고, 상기 선형 이미지는 터치 픽셀이 차단되지 않은 활성화 픽셀과 터치 픽셀이 차단된 비활성화 픽셀을 표시할 수 있는 이미지이다.
S2： 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형 꼭지점 좌표와 상기 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 균질 중심 좌표를 계산한다.
S21： 광감지신호 프로세서를 통해 광센서에서 캡쳐한 선형 이미지를 전자신호로 전환시키고, 이를 좌표계산기로 전송한다.
S22： 좌표계산기를 통해 광감지신호 프로세서의 전자신호 중에 비활성화 픽셀 존재 여부를 판단한다.
S221： 만약 비활성화 픽셀이 없다면 터치 픽셀이 없는 신호를 출력한다.
S222： 만약 한 개의 비활성화 픽셀 터치 픽셀 에러 신호를 출력한다.
S223：만약 2개의 연속되는 비활성화 픽셀 구역이 있을 경우, 그 중 제1 연속되는 비활성화 픽셀 구역에 대해 해당 비활성화 픽셀 연속 구역의 양끝 끝점 좌표 위치 (X11,Y11) 및 (X1m,Y1m)를 계산해 내고, 또한 제2 연속되는 비활성화 픽셀 구역에 대해 해당 비활성화 픽셀 연속 구역의 양끝 끝점 좌표 위치(X21,Y21) 및 (X2n,Y2n)를 계산해 내고, 또한 상기 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형의 꼭지점의 좌표(XP1,YP1), (XP2,YP2), (XP3,YP3) 및 (XP4,YP4)를 계산해 내고, 상기 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형 꼭지점 좌표 신호를 출력한다.
S224：터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형 면적 및 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 균질 중심 좌표를 계산한다.
S2242：터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형의 꼭지점의 좌표(XP1,YP1), (XP2,YP2), (XP3,YP3) 및 (XP4,YP4)를 이용해 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형 면적AP을 계산한 후, 해당 면적 신호를 출력한다.
S2243：터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형의 꼭지점의 좌표와 상기 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형 면적AP을 이용해，상기 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 균질 중심 좌표(XPd,YPd)를 계산한 후, 상기 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 균질 중심 좌표(XPd,YPd) 신호를 출력한다.
S3： S1로 돌아간다.
상술한 내용을 종합해보면, 본 발명인 MEMS 스캐닝 터치패널 및 그 터치 픽셀 좌표 감지 방법은 MEMS의 고속 공진 진동을 이용해 스캐닝 광선을 반사하여 고속으로 스캐닝 작업을 진행할 수 있는 장점을 갖추고 있기 때문에 터치패널의 해상도를 대폭으로 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 면적을 계산하여 구할 수 있기 때문에 각종 각기 다른 사이즈와 해상도가 요구되는 터치패널에 응용하여 사용할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도1은 종래 기술의 터치패널1에 관한 사시도이다.
도2는 종래 기술의 터치패널2에 관한 사시도이다.
도3은 본 발명인 MEMS 스캐닝 터치패널의 제1실시예에 관한 사시도이다.
도4는 본 발명인 MEMS 스캐닝 마이크로 터치패널의 스캐닝 범위에 관한 사시도이다.
도5는 MEMS 반사경의 스캐닝 각도에 관한 사시도이다.
도6은 MEMS 반사경 공진 각도 및 스캐닝 각도에 관한 사시도이다.
도7은 본 발명인 MEMS 스캐닝 터치패널의 MEMS 반사경 반사 각도에 관한 사시도이다.
도8은 본 발명인 MEMS 스캐닝 터치 픽셀 좌표 감지 방법에 관한 사시도이다.
도9는 본 발명인 광감지신호 프로세서의 비활성화 픽셀 좌표 계산 방법에 관한 사시도이다.
도10은 본 발명인 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영되는 사변형 좌표감지 방법에 관한 사시도이다.
도11은 본 발명인 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영되는 면적 감지 방법에 관한 사시도이다.
도12는 본 발명인 터치 픽셀좌표감지 방법의 흐름도이며, (a)는 단일 터치 픽셀 좌표 감지 방법의 흐름도이고, (b)는 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영되는 면적 및 그 좌표감지 방법에 관한 흐름도이다.
도13은 본 발명인 MEMS 스캐닝 터치패널의 제어 순서에 관한 사시도이다.
도14는 본 발명인 MEMS 스캐닝 터치패널의 제2 실시예에 관한 사시도이다.
도15는 본 발명인 MEMS 스캐닝 터치패널의 제2실시예의 광원모듈에 관한 사시도이다.
본 발명에 관해 더욱 명확하게 설명하기 위해 비교적 우수한 실시예와 도면을 함께 사용하여 본 발명의 구조 및 그 기술 내용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
종래의 광학 스캐닝 장치(optical scanning device)는 대부분 회전다면경(Polygon Mirror)이 고속 회전하면서 레이저 광선을 조작하여 스캐닝을 진행하는 방법을 사용하고 있으나 이러한 회전다면경은 액체 압력에 의해 움직이기 때문에 회전 속도에 제한을 받고, 가격이 비싸며, 소리가 크고, 가동이 느린 등등의 여러 가지 요인으로 인해 고속 및 고정밀 작업이 요구되는 기기에 점점 사용이 부적합해지고 있다. 그로 인해 근래 들어 토션 발진기(torsion oscillators）를 갖춘 MEMS 반사경(micro-electronic-mechanic system oscillatory reflector，약칭 MEMS reflector)가 점점 발전되는 추세에 있으며, 이미 이미지 시스템(imaging system）, 스캐너(scanner) 혹은 레이저 프린터(laser printer) 등과 같은 다양한 레이저 스캐닝 유닛(laser scanning unit，약칭 LSU)에 응용되어 사용되고 있다. 본 기술의 스캐닝 효율(Scanning efficiency)은 기존의 회전다면경에 비해 높을 것으로 예상된다. 도5는 MEMS 반사경의 스캐닝 각도에 관한 사시도이다. 도5의 내용을 참조해보면, 상기 MEMS 반사경(5)은 알루미늄 도금된 금속, 은금속 혹은 기타 반사 물질로 구성된 반사면(51)을 갖추고 있으며, 상기 반사면(51)의 반사면 중심(53)은 회전축(52) 상에 위치하고, MEMS 컨트롤러(54a, 54b)(도3에서와 같이)의 제어를 받으며 구동되고, 상기 MEMS 컨트롤러(54a, 54b)는 브리지식 회로의 제어판과 토션 발진기를 갖추고 있고, 상기 반사면(51)은 공진 자기장을 통해 회전축(52)을 중심으로 좌우로 왕복하며 공진 진동(resonant oscillation)을 발생시키고, 이때 상기 브리지식 회로의 제어판은 고정 주파수의 펄스(pluse) 신호를 생성할 수 있기 때문에 상기 반사면(51)이 해당 주파수에 의해 진동을 하게 된다. 상기 토션 발진기는 상기 반사면(51)의 진동폭을 제어할 수 있기 때문에 상기 반사면(51)이 미리 설정된 진동폭 범위 내에서 진동을 할 수 있다. 한편, 레이저 광선을 MEMS 반사경(5)의 반사면(51)을 향해 방사했을 때, 상기 반사면(51)은 시간의 변화에 따라 그 회전 각도가 변하면서 상기 MEMS 반사경(5)의 반사면(51) 상으로 입사된 레이저 광선을 MEMS 반사경(5) 중심축의 각기 다른 각도 상으로 반사시켜 스캐닝 작업을 진행한다. 상기 반사면(51)의 진동 각도가
Figure pat00001
일 때, 상기 레이저 광선이 상기 반사면(51)을 거쳐 스캐닝 된 후, 스캐닝 각도는
Figure pat00002
이다. 예를 들어 26°의 MEMS 반사경(5)의 경우, 그 반사면(51)의 왕복 진동 각도가 ±26°이며, 레이저 광선 스캐닝 각도는 ±52°이고, 스캐닝 범위는 104°가 된다. MEMS 반사경(5)은 광파장의 영향을 무시할 수 있고, 큰 회전 각도를 갖추고 있기 때문에, US5,408,352, US5,867,297, US6,947,189, US7,190,499, TW M253133, JP 2006-201350등에서와 같이 각종 상품이나 과학 및 공업 방면에 이용될 수 있다.
일반적으로 MEMS 반사경(5)의 공진 주파수(resonant frequency)는 약 2K에서 4K헤르츠(Hertz)이며, 2.5K헤르츠의 공진 주파수를 가진 MEMS 반사경(5)을 예로 들어 설명하면, 즉 0.4msec에 한 주기의 스캐닝 작업을 완성하며, 도6의 내용와 같이, 한 주기 내의 진동
Figure pat00003
이 되고. 상기 반사면(51)은 104°의 스캐닝 작업을 완성하게 된다.
도3은 본 발명인 MEMS 스캐닝 터치패널의 제1실시예에 관한 사시도이다. 도3의 내용을 참조해보면, 상기 MEMS 스캐닝 터치패널(1)은 디스플레이 스크린(6) 내에 하나의 디스플레이 스크린(2), 2 개의 광원모듈3(3a, 3b), 2개의 MEMS 반사경5(5a, 5b), 광센서(4) 및 차광판(55a, 55b)을 포함하고 있고, 상기 광센서(4)는 상기 광감지신호 프로세서(7) 및 좌표계산기(8)와 전기적 연결을 하고 있다. 그 중 상기 2개의 광원모듈3(3a, 3b)은 디스플레이 스크린(2)의 동일한 측 단면에 설치되고, 도3에서는 하단면에 설치되었으며, 또한 상기 광원모듈3(3a, 3b) 내에는 레이저광원31(31a, 31b)과 조준렌즈32(32a, 32b)를 포함하고 있다. 상기 레이저광원31은 레이저 광선을 방사할 수 있고, 보통 적외선 레이저(IR light)를 방사하게 된다. 상기 조준렌즈32는 방사된 레이저 광선의 초점을 모아 방사광선311(311a, 311b)으로 형성하고, 이를 MEMS 반사경(5) 반사면(51) 중심으로 방사시키는 데 사용된다. 또한, 상기 MEMS 반사경(5)은 상기 디스플레이 스크린(2)의 동일한 단면의 양측 상에 설치되고, 도3에서는 상기 디스플레이 스크린(2)의 하단면에 설치되었으며, 상기 MEMS 반사경(5)은 반사면(51)을 갖추고 있으며, 상기 반사면(51)은 그 회전축을 따라 좌우로 공진 진동을 하며 방사되어 들어온 방사광선311(311a, 311b)을 디스플레이 스크린(2) 상에서 스캐닝하여 스캐닝 광속(光束) (511a, 511b)(scanning light beam)으로 형성한 후, 스크린 유효 범위(21) 내로 스캐닝하게 된다. 상기 광센서(4)는 상기 디스플레이 스크린(2)의 3개의 단면에 설치되고, 또한, 상기 MEMS 반사경(5) 측과 서로 마주보고 있으며 이를 이용해 스캐닝 광속(光束)(511a, 511b)을 수신한 후, 스캐닝 광속(光束) 선형 이미지로 형성해 낸다. 상기 광감지신호 프로세서(7)는 광센서(4)에서 형성된 선형 이미지를 캡쳐하며，상기 선형 이미지 중 활성화 픽셀(active pixel)과 비활성화 픽셀(421, 422)(inactive pixel)을 전자신호로 전환하게 된다. 상기 차광판(55a, 55b)은 MEMS 반사경(5)의 위치에 맞춰 설치하고, 이를 이용해 무효 구역의 스캐닝 광속(光束)(511a, 511b)이 디스플레이 스크린(2)으로 들어가는 것을 차단하여 상기 광센서(4)가 무효 구역의 스캐닝 광속(光束)(511a, 511b)을 수신하여 고스트 이미지가 생성되는 것을 방지하게 된다. 상기 좌표계산기(8)는 광감지신호 프로세서(7)에서 생성한 전자신호를 수신할 수 있고, MEMS 반사경 반사면(51a, 51b) 중심의 좌표를 통해서 터치 픽셀 좌표를 계산해 낸 후 출력하게 된다.
도4 및 도6을 참조해 유효한 스캐닝 구역을 설명해 보면, 도4에서 나타난 바와 같이, 상기 차광판(55a, 55b)은 상기 디스플레이 스크린(2)의 하단면 모서리에 설치되고, MEMS 반사경(5) 반사면(51)의 한 주기 내에 진동은
Figure pat00004
이고, 그 스캐닝 각도는 104°와 같다. 디스플레이 스크린(2) 스크린 유효 범위(21)를 초과하는 광선이 광센서(4)로 들어오는 것을 방지하기 위해，상기 차광판(55a, 55b)은 상기 스크린 유효 범위(21)를 초과하는 스캐닝 광속(光束)(511a, 511b)을 차단할 수 있고, 상기 스크린 유효 범위(21)의 각도는
Figure pat00005
이고, 도6에서 설명된 바와 같이 AB간의 유효범위는
Figure pat00006
가 된다.
만약 손가락이나 펜이 디스플레이 스크린(2) 상에 터치 픽셀(P)을 생성하고, 상기 터치 픽셀(P)을 이용해 상기 스캐닝 광속(光束)(511a, 511b)을 차단시켜 광센서(4)로 입사되지 않게 했을 경우, 도8에서 나타난 바와 같이, X-Y 평면 상에서 상기 터치 픽셀(P)의 데카르트 좌표(XP,YP)는 공식(1)에 의해 계산해 낼 수 있다.：
Figure pat00007
(1)
그 중 (X1,Y1)는 선형 이미지(41) 상의 제1 비활성화 픽셀(421)의 좌표이고, (X2,Y2)는 선형 이미지(41) 상의 제2 비활성화 픽셀(422) 좌표의 좌표이고, (X10,Y10)는 MEMS 반사경(5a)의 반사면 중심53a의 좌표，(X20,Y20)는 MEMS 반사경(5b)의 반사면 중심(53b)의 좌표이다.
만약 손가락이나 펜으로 디스플레이 스크린(2) 상에 생성한 터치 픽셀(P)이 상기 광센서(4)에서 감지한 이미지의 하나의 픽셀보다 클 경우, 도10과 도11에서 나타난 바와 같이, X-Y평면 상에, 터치 픽셀(P)이 디스플레이 스크린 상에 사변형으로 투영되어 형성되고, 상기 사변형의 꼭지점의 데카르트 좌표는 P1(XP1,YP1), P2(XP2,YP2), P3(XP3,YP3) 및 P4(XP4,YP4)이며 공식(2)에 의해 계산해 낼 수 있다. :
Figure pat00008
(2)
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011
그 중 (X11,Y11)는 선형 이미지(41) 상의 제1활성화 픽셀(421)의 좌표이고, (X1m,Y1m)는 선형 이미지(41) 상의 제1비활성화 픽셀(421)의 연속되는 비활성화 픽셀의 가장 마지막 활성화 픽셀의 좌표이고, (X21,Y21)는 선형 이미지(41) 상의 제2비활성화 픽셀(422)의 좌표이고, (X2n,Y2n)는 선형 이미지(41) 상의 제2비활성화 픽셀(422)의 연속되는 비활성화 픽셀의 가장 마지막 비활성화 픽셀의 좌표이고, (X10,Y10)는 MEMS 반사경(5a)의 반사면 중심(53a)의 좌표이고, (X20,Y20)는 MEMS 반사경(5b)의 반사면 중심(53b)의 좌표이다.
터치 픽셀(P)이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형의 기하 중심의 좌표(XPc,YPc)는 공식(3)에 의해 계산해 낼 수 있다. :
Figure pat00012
(3)
터치 픽셀(P)이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형의 면적(AP)은 공식(4)에 의해 계산해 낼 수 있다. :
Figure pat00013
(4)
터치 픽셀(P)이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형의 균질 중심 좌표(XPd,YPd)는 공식(5)에 의해 계산해 낼 수 있다. :
Figure pat00014
(5)
도9에 나타난 바와 같이, 상기 선형 이미지(41) 상에 제1비활성화 픽셀(421)의 좌표(X1,Y1)는 공식(6)에 의해 계산해 낼 수 있고, 동일한 원리로 제2비활성화 픽셀(422)의 좌표(X2,Y2) 혹은 (X1m,Y1m), (X2n,Y2n) 역시 구할 수 있다. :
Figure pat00015
(6)
그 중 H는 스크린 유효 범위(21)의 높이이고, L은 스크린 유효 범위(21)의 넓이이고,α와β는 스크린 유효 범위(21)에서 광센서(4) 감지면까지의 거리이고, (Xs, Ys)는 광센서(4)의 기점 좌표이고, d1은 광센서(4)의 기점에서 비활성화 픽셀(421)까지의 길이이다.
광센서(4)는 직렬 선형 이미지 센서(serial-scan linear image sensing array) 혹은 밀착형 이미지 센서(CIS, Contact Image Sensor)를 사용할 수 있고, 상기 광센서(4)를 디스플레이 스크린(2)의 3개 단면에 설치하여 스캐닝 광속(光束)(511a, 511b) 수신한 후, 이를 스캐닝 광속(光束) 선형 이미지(411)로 형성하는데 사용할 수 있다. 스캐닝 광속(光束)(511a、511b)이 조사된 센서 감지면에서는 활성화 픽셀(active pixel)을 형성하고, 터치 픽셀에 의해 차단된 스캐닝 광속(光束)이 조사된 센서 감지면에서 비활성화 픽셀(421, 422)(inactive pixel)을 형성하게 된다. 보통 직렬 선형 이미지센서의 해상도는 300DPI~600DPI(dot per inch)이며, 만약 20인치 넓이의 디스플레이 스크린(L=43cm, H=27cm)을 사용했을 경우, MEMS 반사경(5)에서 수신한 스캐닝 광속(光束)(511a, 511b)의 길이는 70cm이고, 8200~16500개의 광점에 상당한다. 그러므로 본 발명은 고해상도의 터치 픽셀 좌표를 얻을 수 있다. 한편, 밀착형 이미지센서의 해상도는 600DPI~1200DPI이며, 16500~33000개의 광점에 상당한다. 디스플레이 스크린을 52인치로 증가했을 경우(L=112cm、H=70cm)，MEMS 반사경(5)에서 수신한 스캐닝 광속(光束)(511a, 511b)의 길이는 182cm이고, 21500~43000개의 광점에 상당한다. 또한, 밀착형 이미지센서의 경우, 43000~86000개의 광점에 상당하고, 그 해상도는 터치 패널의 사이즈 증가에 따라 감소하지 않게 된다.
도13은 본 발명인 MEMS 스캐닝의 터치패널(1)의 MEMS 반사경 제어기(54a, 54b), 광센서(4), 광감지신호 프로세서(7) 및 좌표계산기(8)의 순서에 의거한 작업 처리 과정을 나타낸 흐름도이다. 컴퓨터 시스템(도면 상에는 미표시)에서 ST신호를 (저전위를 고전위로 전환하는 등의)발송했을 때, MEMS 반사경 제어기(54a, 54b)가 가동되고, MEMS 반사경 제어기(54a, 54b)에서 신호 SR을 MEMS 반사경(5)으로 전송하고, MEMS 반사경5의 반사면(51)이 주파수 f에 따라 왕복 진동을 하기 시작하고, 본 예에서는 0.4msec주기로 한 번씩 왕복 진동을 하게 된다. 외부 입력을 통하거나 혹은 상기 광센서(4)에서 시간 순서 신호 CLK가 생성되면, 상기 시간 순서CLK은 샘플 추출 시간 Ts에 의해 펄스(예: Ts=1/60sec)를 생성하고, 상기 광센서(4)가 CLK펄스 신호를 수신했을 때, 선형 이미지(41)를 상기 광감지신호 프로세서(7)로 출력하고, 상기 광감지신호 프로세서(7)는 수신받은 선형 이미지(41)를 디지털 신호로 전환하여 이를 좌표계산기(8)로 출력한다. 상기 좌표계산기(8)는 좌표 및 면적을 계산하기 시작하여 도13 중의 MCU와 같은 신호를 생성한다. 상기 좌표계산기(8)가 좌표 및 면적을 계산한 후, 상기 좌표 및 면적의 수치를 도식 중의 OPT와 같은 신호로 외부로 출력한다. 이러한 과정이 끝나면 한 주기가 완성이 된다.
광센서(4)는 직렬 선형 이미지 센서(serial-scan linear image sensing array) 혹은 밀착형 이미지 센서(CIS, Contact Image Sensor)를 사용할 수 있고, 본 실시예에서는 600DPI의 밀착형 이미지센서(CIS)를 사용하였으며, 상기 광감지신호 프로세서(7)의 메모리는 흔히 사용되는 규격인 10MByte（하지만 여기에 국한되지는 않는다.）를 사용하였고, 매 주기 Ts(=1/60sec)마다 상기 광센서(4)는 스캐닝 광속(光束)(511a, 511b)의 이미지를 광감지신호 프로세서(7)의 메모리로 전송하고, 상기 광감지신호 프로세서(7)의 메모리는 수치 처리 작업을 진행하며, 이때 전송 속도는 133Mbit（하지만 여기에 국한되지는 않는다.）이다. 상기 광센서(4)가 수치를 광감지신호 프로세서(7)로 전송한 후, 즉시 리셋(Reset) 신호를 가동하여 이미지를 삭제함으로써 포화 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 20인치 디스플레이 스크린에 대해서, 밀착형 이미지센서(CIS)는 매 주기Ts마다 16500개의 광점 신호(전송시간은 약1/1000sec이다.)를 전송하고, 52인치 디스플레이 스크린에 대해서, 밀착형 이미지센서(CIS)는 매 주기 Ts마다 43000개의 광점 신호(전송시간은 약2.5/1000sec이다)를 전송하게 된다.
도14에서와 같이, 본 발명의 제2 실시예에서의 MEMS 스캐닝 터치패널(1)은 디스플레이 스크린(6) 내에 1개의 디스플레이 스크린(2), 1개의 광원모듈(3), 2개의 MEMS 반사경5(5a, 5b), 광센서(4) 및 차광판(55a, 55b)을 포함하고 있다. 상기 광센서(4)는 상기 광감지신호 프로세서(7) 및 좌표계산기(8)와 전기적 연결을 하고 있다. 그 중 상기 광원모듈(3)은 상기 디스플레이 스크린(2)의 단면에 설치되고, 도3에서는 디스플레이 스크린의 하단면에 설치되었다. 상기 광원모듈(3)은 1개의 레이저광원(31), 1개의 조준렌즈(32) 및 1개의 분광기(33)를 포함하고 있다. 상기 레이저광원(31)은 레이저 광선(laser light)을 방사할 수 있으며, 보통 적외선 레이저(IR laser)를 사용하여 적외선 레이저 광선(IR light)을 방사한다. 또한, 상기 조준렌즈(32)는 레이저 광선의 초점을 모아 방사광선으로 형성하며, 상기 분광기(33)는 상기 방사광을 두 줄기의 방사광선311(311a, 311b)으로 분리하여 각각 MEMS 반사경(5) 반사면(51) 중심을 향해 조사한다. 도15에서와 같이, 상기 분광기(33)는 분광유닛(331) 및 반사경(332)을 포함하고 있다. 본 실시예에서의 분광유닛(331)은 다층막 증기 도금 방식으로 제작되었으며, 입사된 방사광선의 50%는 투과되고, 50%는 반사된다. 하지만, 본 발명 신청 범위는 이에 국한되지 않으며, 40% 투과 및 60% 반사 혹은 60%투과 및 40%반사 등과 같이 서로 다른 비율의 투과율과 반사율을 사용할 수 있다. 상기 레이저광원(31)에서 레이저 광선을 방사했을 때, 상기 조준렌즈(32)는 레이저 광선의 초점을 모아 방사광선으로 형성한 후, 상기 분광유닛(331)을 통해 상기 방사광선을 두 줄기의 방사광선으로 분리시킬 수 있고, 다시 반사경(332)을 통해 두 줄기의 방사광선을 서로 반대 방향 180° 각도의 방사광선311(311a, 311b)으로 각각 MEMS 반사경(5)의 반사면(51) 중심으로 조사한다. 본 실시예에서는 상기 방사광선을 서로 반대 방향 180°각도로 조사하였으나, 본 발명 신청 범위는 이에 국한되지 않으며, MEMS 반사경(5)의 반사면(51) 중심 위치 배치에 따라 달라질 수 있다. 본 실시예에서는 단지 하나의 광학 부품만을 사용하여 레이저 광선을 두 줄기로 분리하였기 때문에 중소형, 저단가형 터치패널에 사용하기 적합하다.
터치 픽셀의 좌표를 감지하기 위해, 도12a의 흐름도를 참조해보면, 본 발명은 MEMS스캐닝 터치패널을 이용한 좌표 감지 방법을 제공하며, 다음과 같은 순서를 포함하고 있다. :
순서S0：컴퓨터 시스템에서 ST신호를 발송하여, 저전위가 고전위로 전환될 때, 즉시 터치패널의 좌표 감지 작업이 시작되고，ST신호는 MEMS 반사경의 MEMS 컨트롤러(54a, 54b)를 가동시키고, MEMS 컨트롤러(54a, 54b)의 제어판 및 토션 발진기에서 주파수가f이고 진폭 고정 신호인 SR을 발송하여, MEMS 반사경5(5a、5b)이 미리 설정한 주파수와 진폭에 맞춰 공진 진동을 시작할 수 있게 한다. ST신호는 또한 광원모듈3(3a, 3b)을 가동시켜，광원모듈3(3a, 3b)이 방사광선을 방사할 수 있게 한다.
순서S1：컴퓨터 시스템에서 ST 신호를 발송하여, 광센서(4)를 가동시킴으로써 시간 순서 신호 CLK를 생성하고, 상기 시간 순서 신호 CLK는 샘플 추출 시간 Ts을 이용해 하나의 펄스를 생성한다. 본 실시예에서는Ts=1/60sec로 생성했으나, 본 발명의 신청 범위는 이에 국한되지 않는다. 각 샘플 추출 시간Ts (CLK펄스 신호)에 도달했을 때, 광센서(4)는 선형 이미지411(도13의 DIA신호)를 캡쳐하고, 이렇게 캡쳐된 선형 이미지(411)는 터치 픽셀이 차단되지 않은 활성화 픽셀과 터치 픽셀이 차단된 비활성화 픽셀을 표시할 수 있는 이미지이다.
순서S2：공식(1)에 의해 터치 픽셀P의 데카르트 좌표(XP,YP)를 계산한다.
순서S21：광감지신호 프로세서(7)는 광센서(4)에서 캡쳐한 선형 이미지(411)를 전자신호로 전환한 후, 이를 좌표계산기(8)로 전송한다.
순서S22：좌표계산기(8)는 광감지신호 프로세서(7)에서 전송된 전자신호 중 비활성화 픽셀(421) 존재 여부를 판단한다.
순서S221：만약 비활성화 픽셀(421)이 없다면 터치 픽셀이 없는 신호를 출력한다.
순서S222：만약 한 개의 비활성화 픽셀(421)이 있다면 터치 픽셀 에러 신호를 출력한다.
순서S223： 만약 2개의 연속되지 않은 비활성화 픽셀(421)이 있을 경우, 공식(6)에 의해 계산된 해당 2개의 비활성화 픽셀(421)의 좌표 위치는 (X1,Y1)와 (X2,Y2)이고, 터치 픽셀(P)의 좌표(Xp,Yp)(도13에서의 MCU 신호)를 계산하여, 이를 해당 터치 픽셀(P) 좌표 신호(도 13에서의 OPT신호)로 전송한다.
순서S3：순서S1으로 돌아간다.
터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형의 꼭지점 좌표와 상기 터치 픽셀의 기사 중심 좌표를 감지하기 위해, 도12b의 흐름도를 참조해보면, 본 발명은 MEMS 스캐닝 터치패널 터치 픽셀의 좌표감지 방법을 제공하며, 다음과 같은 순서를 포함하고 있다. ：
순서S0：MEMS 반사경5(5a, 5b)을 가동시켜, MEMS 반사경5(5a, 5b)이 미리 설정한 주파수와 진폭에 맞춰 공진 진동을 시작할 수 있게 하고, 광원모듈3(3a, 3b)을 가동시켜，광원모듈3(3a, 3b)이 방사광선311(311a、311b)을 방사할 수 있게 한다.
순서S1： 각 샘플 추출 시간Ts에 도달했을 때, 광센서(4)는 선형 이미지(411)를 캡쳐하고, 이렇게 캡쳐된 선형 이미지(411)는 터치 픽셀이 차단되지 않은 활성화 픽셀과 터치 픽셀이 차단된 비활성화 픽셀(421)을 표시할 수 있는 이미지이다.
순서S2：터치 픽셀(P)이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형 꼭지점 좌표P1(XP1,YP1), P2(XP2,YP2), P3(XP3,YP3), P4(XP4,YP4)와 터치 픽셀(P)이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 기하 중심 좌표(XPc,YPc)를 계산한다.
순서S21：광감지신호 프로세서(7)는 광센서(4)에서 캡쳐한 선형 이미지(411)를 전자신호로 전환한 후, 이를 좌표계산기(8)로 전송한다.
순서S22：좌표계산기(8)는 광감지신호 프로세서(7)에서 전송된 전자신호 중 비활성화 픽셀(421) 존재 여부를 판단한다.
순서S221：만약 비활성화 픽셀(421)이 없다면 터치 픽셀이 없는 신호를 출력한다.
순서S222：만약 한 개의 연속되는 비활성화 픽셀(421)이 있다면 터치 픽셀 에러 신호를 출력한다.
순서S223：만약 2개의 연속되지 않은 비활성화 픽셀(421)이 있을 경우, 그 중 제1 연속되는 비활성화 픽셀 구역에 대해 공식(6)에 의거하여 해당 비활성화 픽셀 연속 구역의 양끝 끝점 좌표 위치 (X11,Y11) 및 (X1m,Y1m)를 계산해 내고, 또한 제2 연속되는 비활성화 픽셀 구역에 대해 공식(6)에 의거하여 해당 비활성화 픽셀 연속 구역의 양끝 끝점 좌표 위치(X21,Y21) 및 (X2n,Y2n)를 계산해 내고, 또한 공식(2)에 의거하여 상기 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형의 꼭지점의 좌표(XP1,YP1), (XP2,YP2), (XP3,YP3) 및 (XP4,YP4)를 계산해 내고, 상기 터치 픽셀(P)이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형 꼭지점 좌표 신호를 출력한다.
순서S224：터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형 면적과 상기 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 기하 중심 좌표를 계산한다.
순서S2241： 터치 픽셀(P)이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형의 꼭지점의 좌표 (XP1,YP1), (XP2,YP2), (XP3,YP3) 및 (XP4,YP4)를 이용해, 공식(3)에 의거하여 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형의 기하 중심의 좌표(XPc,YPc)를 계산해 내고, 해당 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형 기하 중심 좌표 (XPc,YPc) 신호를 출력한다.
순서S3： 순서S1으로 돌아간다.
본 발명은 더 나아가 MEMS스캐닝 터치패널을 이용해 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형의 면적과 상기 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 균질 중심 좌표를 감지할 수 있는 방법을 제공하며, 다음과 같은 순서를 포함하고 있다. ：
순서S0：MEMS 반사경5(5a, 5b)을 가동시켜, MEMS 반사경5(5a, 5b)이 미리 설정한 주파수와 진폭에 맞춰 공진 진동을 시작할 수 있게 하고, 광원모듈3(3a, 3b)을 가동시켜，광원모듈3(3a, 3b)이 방사광선311(311a、311b)을 방사할 수 있게 한다.
순서S1：각 샘플 추출 시간Ts에 도달했을 때, 광센서(4)는 선형 이미지(411)를 캡쳐하고, 이렇게 캡쳐된 선형 이미지(411)는 터치 픽셀(P)이 차단되지 않은 활성화 픽셀과 터치 픽셀이 차단된 비활성화 픽셀(421)을 표시할 수 있는 이미지이다.
순서S2：터치 픽셀(P)이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형의 꼭지점 좌표 (XP1,YP1), (XP2,YP2), (XP3,YP3) 및 (XP4,YP4)를 계산한다.
순서S21：광감지신호 프로세서(7)는 광센서(4)에서 캡쳐한 선형 이미지(411)를 전자신호로 전환한 후, 이를 좌표계산기(8)로 전송한다.
순서S22：좌표계산기(8)는 광감지신호 프로세서(7)에서 전송된 전자신호 중 비활성화 픽셀(421) 존재 여부를 판단한다.
순서S221：만약 비활성화 픽셀(421)이 없다면 터치 픽셀이 없는 신호를 출력한다.
순서S222：순서S222：만약 한 개의 연속되는 비활성화 픽셀(421)이 있다면 터치 픽셀 에러 신호를 출력한다.
순서S223：만약 2개의 연속되지 않은 비활성화 픽셀(421)이 있을 경우, 그 중 제1 연속되는 비활성화 픽셀 구역에 대해 공식(6)에 의거하여 해당 비활성화 픽셀 연속 구역의 양끝 끝점 좌표 위치 (X11,Y11) 및 (X1m,Y1m)를 계산해 내고, 또한 제2 연속되는 비활성화 픽셀 구역에 대해 공식(6)에 의거하여 해당 비활성화 픽셀 연속 구역의 양끝 끝점 좌표 위치(X21,Y21) 및 (X2n,Y2n)를 계산해 내고, 또한 공식(2)에 의거하여 상기 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형의 꼭지점의 좌표(XP1,YP1), (XP2,YP2), (XP3,YP3) 및 (XP4,YP4)를 계산해 내고, 상기 터치 픽셀(P)이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형 꼭지점 좌표 신호를 출력한다.
순서S224：터치 픽셀(p)이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형 면적과 상기 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 균질 중심 좌표를 계산한다.
순서S2242：터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형의 꼭지점의 좌표(XP1,YP1), (XP2,YP2), (XP3,YP3) 및 (XP4,YP4)를 이용해 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형 면적AP을 계산한 후, 해당 면적 신호를 출력한다.
순서S2243：터치 픽셀(p)이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형의 꼭지점의 좌표와 상기 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형 면적AP을 이용해，공식(5)에 의거하여 상기 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 균질 중심 좌표(XPd,YPd)를 계산한 후, 상기 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 균질 중심 좌표(XPd,YPd) 신호를 출력한다.
S3： S1로 돌아간다.
이상 상술한 내용은 단지 본 발명의 특징과 장점 등을 상세히 설명하기 위해 비교적 우수한 실시예를 예로 들어 설명한 것으로 본 특허 신청의 범위는 이에 국한되지 않고, 예를 들어 본 발명인MEMS 스캐닝 터치패널의 MEMS 반사경 및 MEMS 컨트롤러를 회전다면경 및 회전다면경 제어기로 대체하여 사용하여도 방사광선 스캐닝 효과를 얻을 수 있게 되므로 본 특허 신청 정신과 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 변경 및 기타 변형 등의 과정을 통한 경우에도 본 특허 신청 범위에 모두 포함된다.
1：터치패널 2：디스플레이 스크린
21：스크린 유효 범위 3, 3a, 3b：광원모듈
31, 31a, 31b：레이저광원 32, 32a, 32b：조준렌즈
33：분광기 331, 332：분광유닛
311a, 311b：방사광선 4：광센서
41: 선형 이미지 421：제1비활성화 픽셀
422：제2비활성화 픽셀 5a, 5b：MEMS 반사경
51, 51a, 51b：반사면 511a, 511b：스캐닝 광속(光束)
52：회전축 53：반사면 중심
54a, 54b：MEMS 컨트롤러 55a, 55b：차광판
6：터치패널 프레임 7：광감지신호 프로세서
8：좌표계산기 901：디스플레이 스크린
902a, 902b：광학유닛 903：반사판
904：왕복광선 905：레이저광원
906：광속(光束)반사소자 907：광속(光束)수신모듈
9071：광속(光束)수신소자 S0~S3：순서 흐름

Claims (13)

  1. MEMS 스캐닝의 터치패널로서, 상기 터치패널은 디스플레이 스크린, 2개의 광원모듈, 2개의 MEMS 반사경, 광센서, 광감지신호 프로세서 및 좌표계산기를 포함하고;
    그 중 상기 광원모듈은 상기 디스플레이 스크린 단면에 설치되고, 레이저광선을 방사할 수 있는 레이저광원을 포함하고;
    상기 2개의 MEMS 반사경은 상기 디스플레이 스크린의 동일한 단면의 양측 상에 설치되고, 각각 반사면을 갖추고 있으며, 상기 2개의 MEMS 반사경은 또한 공진 진동을 발생시켜 상기 2개의 MEMS 반사경 반사면의 중심으로 입사된 레이저 광선을 디스플레이 스크린 상에서 스캐닝 광속(光束)으로 스캐닝을 하게 되고;
    상기 광센서는 상기 디스플레이 스크린의 3개의 단면에 설치되고, 상기 MEMS 반사경 측과 서로 마주보고 있으며, 이를 이용해 스캐닝 광속(光束)을 수신한 후, 스캐닝 광속(光束) 선형 이미지로 형성해 내고;
    상기 광감지신호 프로세서는 광센서에서 형성된 선형 이미지를 캡쳐하여 이를 전자신호로 전환하고;
    상기 좌표계산기는 광감지신호 프로세서에서 생성한 상기 전자신호를 수신할 수 있으며;
    그 중 상기 스캐닝 광속(光束)이 터치픽셀에 의해 차단되어 상이 광센서기로 입사되지 않았을 때, 상기 광센서는 이에 대응하는 선형 이미지를 형성하고, 상기 광감지신호 프로세서는 이를 전자신호로 전환하고, 상기 좌표계산기에서 해당 전자신호를 수신받은 후, 다시 MEMS 반사경 반사면 중심의 좌표에 의거하여 상기 터치픽셀의 좌표를 계산해 내는 것을 특징으로 하는 MEMS 스캐닝의 터치패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 2개의 광원모듈은 더 나아가 조준렌즈를 포함하고 있으며, 이를 통해 상기 레이저광원에서 방사한 레이저 광선의 초점을 모아 방사광선으로 형성하게 되는 것을 특징으로 하는 MEMS 스캐닝의 터치패널.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광센서는 밀착형 이미지 센서(CIS, Contact Image Sensor) 혹은 직렬 선형 이미지 센서(serial-scan linear image sensing array)를 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 MEMS 스캐닝의 터치패널.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 터치패널은 더 나아가 차광판을 포함하고 있고, 상기 차광판은 MEMS 반사경 위치에 맞춰 설치하고, 이를 이용해 무효 구역의 스캐닝 광속(光束)이 디스플레이 스크린으로 들어가는 것을 차단하여，상기 광센서가 무효 구역의 스캐닝 광속(光束)을 수신하여 고스트 이미지가 생성되는 것을 방지하게 되는 것을 특징으로 하는 MEMS 스캐닝의 터치패널.
  5. MEMS 스캐닝 터치패널로서, 상기 MEMS 스캐닝 터치패널은 디스플레이 스크린, 1개의 광원모듈, 2개의 MEMS 반사경, 광센서, 광감지신호 프로세서 및 좌표계산기를 포함하고;
    그 중 상기 광원모듈은 상기 디스플레이 스크린의 한 단면에 설치되고, 레이저광원, 조준렌즈 및 분광렌즈를 포함하고, 상기 레이저광원은 레이저 광선을 방사하는 데 사용되고, 상기 조준렌즈는 방사된 레이저 광선의 초점을 모아 방사광선으로 형성하는 데 사용되고, 상기 분광 렌즈는 상기 방사광선을 2줄기의 광선으로 분리하여 각각 MEMS 반사경 반사면 중심으로 방사시키는 데 사용되며, 이렇게 방사된 방사광선은 MEMS 반사경을 통해 스캐닝 광속(光束)으로 스캐닝되어지며;
    상기 광센서는 상기 디스플레이 스크린의 3개의 단면에 설치되고, 상기 MEMS 반사경 측과 서로 마주보고 있으며, 이를 이용해 스캐닝 광속(光束)을 수신한 후, 스캐닝 광속(光束) 선형 이미지로 형성해 내고;
    상기 광감지신호 프로세서는 광센서에서 형성된 선형 이미지를 캡쳐하여 이를 전자신호로 전환하고;
    상기 좌표계산기는 광감지신호 프로세서에서 생성한 상기 전자신호를 수신할 수 있으며;
    그 중 상기 스캐닝 광속(光束)이 터치픽셀에 의해 차단되어 상이 광센서기로 입사되지 않았을 때, 상기 광센서는 이에 대응하는 선형 이미지를 형성하고, 상기 광감지신호 프로세서는 이를 전자신호로 전환하고, 상기 좌표계산기에서 해당 전자신호를 수신받은 후, 다시 MENS 반사경 반사면 중심의 좌표에 의거하여 상기 터치픽셀의 좌표를 계산해 내는 것을 특징으로 하는 MEMS 스캐닝 터치패널.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광원모듈은 더 나아가 조준렌즈를 포함하고 있으며, 이를 통해 상기 레이저광원에서 방사한 레이저 광선의 초점을 모아 방사광선으로 형성하게 되는 것을 특징으로 하는 MEMS 스캐닝 터치패널.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 광센서는 밀착형 이미지 센서(CIS, Contact Image Sensor) 혹은 직렬 선형 이미지 센서(serial-scan linear image sensing array)를 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 MEMS 스캐닝 터치패널.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 터치패널은 더 나아가 차광판을 포함하고 있고, 상기 차광판은 MEMS 반사경 위치에 맞춰 설치하고, 이를 이용해 무효 구역의 스캐닝 광속(光束)이 디스플레이 스크린으로 들어가는 것을 차단하여，상기 광센서가 무효 구역의 스캐닝 광속(光束)을 수신하여 고스트 이미지가 생성되는 것을 방지하게 되는 것을 특징으로 하는 MEMS 스캐닝 터치패널.
  9. 제1항 내지 제8항 중 임의의 하나의 항에 기재된 MEMS 스캐닝 터치패널에 적용할 수 있는 터치패널 터치 픽셀의 좌표 감지 방법으로서, 다음과 같은 순서를 포함하는, 터치패널 터치 픽셀의 좌표 감지 방법.
    S0：MEMS 반사경을 가동하여 MEMS 반사경이 예정된 주파수와 공진폭으로 공진 진동을 하게 하고, 또한 광원모듈을 가동하여 광원모듈이 레이저 광선을 방사하게 한다.
    S1：샘플 추출 시간 Ts이 되면, 광센서가 선형 이미지를 캡쳐하고, 상기 선형 이미지는 터치 픽셀이 차단되지 않은 활성화 픽셀과 터치 픽셀이 차단된 비활성화 픽셀을 표시할 수 있는 이미지이다.
    S2：터치 픽셀의 좌표를 계산한다.
    S21：광감지신호 프로세서를 통해 광센서에서 캡쳐한 선형 이미지를 전자신호로 전환시키고, 이를 좌표계산기로 전송한다.
    S22：좌표계산기를 통해 광감지신호 프로세서의 전자신호 중에 비활성화 픽셀 존재 여부를 판단하고, 만약 2개의 비활성화 픽셀이 있을 경우, 해당 2개의 비활성화 픽셀의 좌표 위치를 계산해 내고, 터치 픽셀의 좌표를 계산해 낸 후, 상기 터치 픽셀 좌표의 신호를 출력한다.
    S3：S1으로 돌아간다.
  10. 제1항 내지 제8항 중 임의의 하나의 항에 기재된 MEMS 스캐닝 터치패널에 적용할 수 있는 MEMS 스캐닝의 좌표 감지 방법으로서, 다음과 같은 순서를 포함하는, MEMS 스캐닝의 좌표 감지 방법.
    S0： MEMS 반사경을 가동하여 MEMS 반사경이 예정된 주파수와 공진폭으로 공진 진동을 하게 하고, 또한 광원모듈을 가동하여 광원모듈이 레이저 광선을 방사하게 하고, 상기 레이저 광선은 각각 MEMS 반사경으로 방사되어 스캐닝 광속(光束)으로 형성된다.
    S1： 샘플 추출 시간 Ts이 되면, 광센서가 선형 이미지를 캡쳐하고, 상기 선형 이미지는 터치 픽셀이 차단되지 않은 활성화 픽셀과 터치 픽셀이 차단된 비활성화 픽셀을 표시할 수 있는 이미지이다.
    S2：터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형 꼭지점 좌표를 계산한다.
    S21： 광감지신호 프로세서를 통해 광센서에서 캡쳐한 선형 이미지를 전자신호로 전환시키고, 이를 좌표계산기로 전송한다.
    S223： 상기 좌표계산기를 통해 광감지신호 프로세서의 전자신호 중에 비활성화 픽셀 존재 여부를 판단한 후, 만약 2개의 연속되는 비활성화 픽셀이 있을 경우, 그 중 제1 연속되는 비활성화 픽셀 구역에 대해 해당 비활성화 픽셀 연속 구역의 양끝 끝점 좌표 위치를 계산해 내고, 또한 제2 연속되는 비활성화 픽셀 구역에 대해 해당 비활성화 픽셀 연속 구역의 양끝 끝점 좌표 위치를 계산해 내고, 또한 상기 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형의 꼭지점의 좌표를 계산해 낸 후, 상기 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형의 꼭지점 좌표 신호를 출력한다.
    S3：S1로 돌아간다.
  11. 제10항에 있어서,
    순서S2 내에 다음과 같은 순서를 더 포함하는, MEMS 스캐닝의 좌표 감지 방법.
    S2241： 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형의 꼭지점의 좌표를 이용해 상기 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형의 기하 중심의 좌표를 계산해 내고, 상기 터치 픽셀의 기하 중심 좌표 신호를 출력한다.
  12. 제10항에 있어서,
    순서S2 내에 다음과 같은 순서를 더 포함하는, MEMS 스캐닝의 좌표 감지 방법.
    S2242：상기 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형의 꼭지점의 좌표를 이용해 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형 면적을 계산한 후, 해당 면적 신호를 출력한다.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 터치 픽셀이 상기 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형의 균질 중심 좌표를 계산하는 것을 더 포함하며, 그 내용은 다음과 같은 순서를 더 포함하는, MEMS 스캐닝의 좌표 감지 방법.
    순서S2242：터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형의 꼭지점의 좌표를 이용해 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형 면적을 계산한 후, 해당 면적 신호를 출력한다.
    순서S2243：터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형의 꼭지점의 좌표와 상기 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 사변형 면적을 이용해，상기 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 균질 중심 좌표를 계산한 후, 상기 터치 픽셀이 디스플레이 스크린 상에 투영하는 균질 중심 좌표 신호를 출력한다.
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