KR20110104850A

KR20110104850A - 슬릿렌즈가 구비된 광학터치센서

Info

Publication number: KR20110104850A
Application number: KR1020100023989A
Authority: KR
Inventors: 이현오; 권세미; 서영철; 정연기; 정용진
Original assignee: (주)더게이트테크놀러지스
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2011-09-23
Also published as: KR101205113B1

Abstract

본 발명에서는 기존에 존재했던 광학 멀티터치 시스템에서 센서가 오브젝트를 감지하는 것을 적외선 이미지 센서의 멀티 라인으로 오브젝트를 감지하는 광학멀티 터치 시스템이다. 슬릿 렌즈를 구성하여 이미지 센서의 시야각을 바닥 부분만을 볼 수 있도록 하고 이미지센서의 멀티 라인으로 오브젝트가 스크린에 가까워 질수록 이미지센서의 멀티 라인을 하나씩 가리게 되는데, 이때 라인 하나씩 가려지는 것을 이용하여 오브젝트가 스크린 바닥에 닿았는지 아닌 지를 감지하는 방법이다. 본 발명에서는 이와 같이 센서가 멀티 라인으로 오브젝트를 감지하는 방법에 대해 제시한다.

Description

슬릿 렌즈를 적용하고 멀티라인을 적용한 광학멀티터치 시스템{Slight lens it will apply and the optical science which applies the mote line distant mote system}

본 발명에서 제시하는 것은 광학 터치 센서에 있어서 오브젝트의 디텍트를 멀티라인 이미지 센서를 통해 터치 모션의 높은 정확도를 나타내기 위한 방법에 관한 것이다. 스크린에 터치를 하더라도 근접으로 나타나는 현상을 마치 진접으로 판단하는 것을 막기 위해서 이미지 센서에 멀티 라인을 추가하였다. 이 멀티 라인은 오브젝트(사용자)가 스크린에 디텍트할 때 가려지는 빛의 양이 라인을 하나씩 가림으로 인해 근접인지 혹은 진접인지 판단하는 것이다.

이미지 센서

광으로서 인가의 눈에 느껴지는 가시광선(파장 400~760nm)을 중심으로 한 자외선(100~760nm) 및 근적외선(760~2000nm)은 산업, 과학 등 많은 분야에서 밀착하고 있다. 이러한 빛을 검출하여 전기신호로 변환시키는 센서는 그 필요성 때문에 재료, 형태, 동작원리 등이 서로 다른 것이 목적에 응해 개발사용에 따라 요구를 만족시키기 위해 수 많은 연구 개량이 행해지고 있고, 실생활에서도 밀착되고 있다.

광학 렌즈 구성

적외선 센서는 바코드를 읽기 위한 센서로 설계되었기 때문에 시야각이 좁은 단점이 있다. 때문에 이를 위한 대책으로 Slight Lens를 사용하였다. 다음 기술에서도 설명하겠지만 본 특허에서 제시하는 Slight Lens는 6개의 렌즈를 위, 아래 수평이 되도록 자르고, 구면 혹은 비구면 렌즈를 빛의 굴절을 통해 적외선 센서를 통해 터치판별 하기 가능하도록 필터(Filter)를 끝 단으로 일직선으로 나열하였다.

IR 터치

적외선 LED와 Phototransistor(PTr)로 부터 광 센서를 사용한 적외선 검출방식Touch Panel이다. 적외선 빔을 발광하는 LED와 그 적외선 빔을 받기 위한 PTr이 각각, 횡방향, 종방향으로 수 십개 배치되어있다.

전 PTr이 동작상태에 있어서는 1개의 LED소자로부터 발광되는 적외선 빔은 복수의 PTr에 입력되어 버리지만, 대향 하는 한 쌍의 소자끼리 순차 동작(Scan)시키는 것에 의해 개별적으로 동작을 검출 가능하도록 된다. 이 적외선 빔이 손가락 등으로 차단된 상태를 X좌표, Y좌표에서 검출하고, 컴퓨터에 송신하는 것에 의해 Touch위치를 알아낼 수 있다.

Slight lens 가공

최근 제작하는 가공법은 다이아몬드 지석의 보급에 따라 연삭 가공에 의한 방법이 도입되는 연삭 가공법이 있다. 이 연삭 가공법은 거친 가공에 한정되고 능률이 좋다. 일반적으로 연삭 가공 정밀도가 충분히 높지 않은 점, 연삭 가공 마무리 면은 깊은 크랙을 동반한 취성 파괴에 의해 형성되는 점 등을 해결하기 위해 현 상태에서는 연삭 가공 후의 공정에서 유리 지립을 이용한 랩핑, 연마에 의한 방법을 도입해야 한다. 광학용 비 구면 제작법은 변형가공, 부가가공, 제거가공이 있다.

변형가공은 광학 유리소재를 비 구면형으로 성형하는 방법으로 구면에 연마한 유리소재를 원통형의 홀더 위에 가열하여, 가공시간이나 온도를 제어하는 한편, 자중 또는 감압에 의해 변형시켜 제작한다. 부가가공은 유리면에 알루미늄, ZnS를 증착하여 증착막의 두께를 증착 마스크에 의해 변화시키는 방법이다. 제거가공은 오래전부터 가장 일반적으로 이용된 방법이다. 천체망원경 비 구면 렌즈 및 미러의 제작 등에 도입된 유리 지립에 의한 광학용 비 구면의 제작방법이다. 이 방법에는 래핑에 의한 가공에 이어 연마 마무리가 행해진다. 간단한 렌즈 연마용 기계가 보조적으로 이용되는 이외엔 거의 수작업에 의존하고, 가공 중에 측정을 하여 부분적으로 수정을 가하면서 시행착오에 의해 마무리된다.

본 발명에서는 기존에 존재했던 광학 멀티 터치 시스템에서 정확도가 높은 터치구현과 오브젝트 인식을 위해 센서가 오브젝트를 감지하는 것을 적외선 이미지 센서의 멀티 라인으로 오브젝트를 감지하는 광학 멀티 터치 시스템이다.

상기의 목적을 달성하기 위해 스크린 양측에 장착한 적외선 이미지 센서 카메라의 렌즈를 슬릿 렌즈(Slight lens)로 가공하고, 이미지 센서를 멀티 라인 이미지 센서로 제작하여 조합하는 형식으로 장착하는 것이다. 오목하고 볼록한 비 구면렌즈를 얇게 가공하여 반사시트에 의해 난 반사되는 빛을 받아들여 한 라인씩 가려질 때마다 근접인지 혹은 진접인지 판단하는 것이다.

본 발명에서 제시하는 멀티 라인 이미지 센서는 일반 싱글 이미지 센서와의 차이가 크다. 그리기나 글쓰기 같이 간단한 터치 모션으로도 알 수 있다. 싱글 이미지 센서는 멀티 라인 이미지 센서보다 터치 인식이 부정확하고, 터치 모션 기능 수행이 낮다. 반면에 멀티 라인 이미지 센서는 보다 더 터치 인식이 정확하고, 간단한 터치 모션 기능도 정확도가 높게 나타났다. 이는 멀티 라인 이미지 센서의 역할이 오브젝트의 디텍트를 판단하는데 있어서 핵심적으로 결정된다.

도 1. 광학 멀티 터치 시스템에서의 Slight lens 구성
도 2. Slight lens 구성도
도 3. 일반렌즈와 Slight lens의 차이
도 4. 적외선 이미지 센서(IR Image Sensor)
도 5. 적외선 이미지 센서와 슬릿 렌즈의 조합
도 6. 적외선 이미지 센서의 멀티 라인

Slight lens

본 특허에서 제시하는 슬릿 렌즈(Slight lens)의 구성은 도1에서 보는 바와 같다. 각 종류가 다른 렌즈를 위 아래 수평으로 얇게 자른 후 수평으로 일직선이 되도록 각 렌즈를 정렬한다. 각 렌즈의 세로 두께는 4m정도 된다. 자세히 설명하자면 아래 도2에서 보는 바와 같이 오목렌즈와 볼록렌즈가 서로 겹쳐 6개가 정렬되어 있고, 적외선 이미지 센서(IR image sensor)가 있는 오른쪽에는 필터(Filter)가 위치한다. 아래 도2는 옆에서 봤을 때 슬릿 렌즈의 두께를 표현한 것이다.

다음 도3은 본 발명에서 제시하는 슬릿 렌즈와 일반렌즈의 차이를 옆에서 본 모양을 본 떠서 그린 것이다. 본 발명에서 사용한 슬릿 렌즈와 일반렌즈는 외관상 크기가 다르고 용도 또한 다르다. 일반렌즈는 안경이나 사진기에서 많이 쓰이고 슬릿 렌즈는 구면 또는 비 구면 렌즈의 조합으로 이루어지거나 혼합의 형태로 센서에서 빛을 받아들여 오브젝트의 터치 판별하는 용도로 사용한다.

필터(Filter)가 있음으로 인해 빛이 반사되어 들어오면 슬릿 렌즈의 크기와 적외선 이미지 센서의 크기에 맞게 빛이 다른 곳으로 꺾여 도출되지 않도록 필터링 하여 센서에 빛을 비춰주는 역할을 한다.

필터(Filter) 옆에 있는 것은 필터(Filter)와 적외선 이미지 센서(IR Image sensor)와의 간격을 나타낸 것이고, 그 옆에 있는 것은 IR image sensor를 표시한 것인데 이는 센서를 장착하기 전 렌즈의 구성을 위해서 간단히 표시한 것이다. 가운데 붉은 선으로 표시한 것은 가장 오른쪽에 있는 렌즈에서부터 빛이 들어오는데 빛이 들어오면 오목렌즈와 볼록렌즈를 통해 들어오는 빛의 굴절과 필터(Filter)와 적외선 이미지 센서(IR Image sensor)를 통해 이를 인식하기까지 순서를 나타낸 것이다. 이 붉은 선은 빛이 가운데로 비추어 졌을 때의 상황이다. 가장 끝에 있는 렌즈가 둥근 형태가 완만하기 때문에 빛이 옆으로도 들어올 수 있다. 옆으로 들어왔을 때의 빛의 굴절은 다음과 같다.

멀티라인

도5는 적외선 이미지 센서(IR image sensor)이고 도6은 적외선 이미지 센서와 Slight lens를 조립한 조합모양이다. 아래 도7과 같이 스크린 상단 양 측에는 위와 같이 조립된 센서가 하나씩 장착되어 있고, 스크린 가장자리에는 반사시트가 부착되어 있다. 이러한 형태로 대형(60 inch) 또는 중형(40 inch)스크린이 구성되어 있다.

본 발명에서 제시하는 멀티 라인은 적외선 이미지 센서의 멀티 라인이다. 간단히 설명하자면 적외선 이미지 센서에는 4라인(4ROW)로 되어 있는데 오브젝트 끝이 스크린에 가까워질수록 4라인(4ROW)은 위에서부터 한 라인씩 가려진다. 이때 슬릿 렌즈에서는 반사시트에 의해 난 반사되는 빛을 받아들이고 이 빛이 필터에 의해 필터링을 거치면 센서에 도달하게 된다.

도7과 같이 적외선 이미지 센서의 멀티라인은 4라인(4ROW)으로 위에서부터 아래로 row0(32picel), row1(4picel), row2(4picel), row3(4picel)이렇게 구성되어 있다. 이렇게 구성된 멀티라인 센서로 스크린에 오브젝트가 디텍트 했는지의 여부를 근·진접으로 판단하는데 근접은 4라인(4ROW)중에서 row0, row1 혹은 row2만 가려져 있을 경우 이를 근접으로 판단한다. 이는 오브젝트가 4개의 라인 모두가 가려진 것이 아니더라도 row0에서 row2까지 가려진 것이므로 오브젝트가 디텍트 된 것으로 보고 근접이라 판단한 것이다. 반대로 진접의 경우는 근접의 경우와 반대로 4라인(4ROW)모두가 빛이 가려진 상태다. 이는 오브젝트가 4라인(4ROW) 모두 가렸기 때문에 오브젝트가 스크린에 완전히 디텍트 한 상태고 진접으로 판단한 것이다.

101 : 슬릿 렌즈(Slight lens)
102 : 렌즈 조립판
103 : 필터(Filter)
201 : 필터(Filter)
202 : 필터와 적외선 이미지 센서와의 간격
601 : 적외선 이미지 센서 (IR Image Sensor)
602 : 렌즈 조립판
603 : 슬릿 렌즈 (Slight lens)
701 : Row0(32picel)
702 : Row1(4picel)
703 : Row2(4picel)
704 : Row3(4picel)

Claims

Slight lens
원형의 둥근 렌즈를 위, 아래 수평으로 얇게 컷팅.
각각 다른 유형의 렌즈(구면 혹은 비 구면)로 구성.
필터(Filter)를 이입하여 사용하고자 하는 대역 대만 이미지 센서로 통과시킴
멀티 라인을 이용한 근·진접 판단
구면 / 비 구면으로 Slight camera 구성
디지털 카메라에서 CCD못지 않게 화질에 영향을 미치는 요소 중 하나.
구면 수차를 줄일 수 있어 정확한 초점이 맺혀짐.
경통과 기구물의 일체화
렌즈 조립 판에 구면렌즈를 가공한 6개의 슬릿 렌즈와 필터를 일렬로 정렬하고 적외선 이미지 센서와 일체형으로 합친 기구.
이러한 구성요소로 구성된 광학식 터치 스크린
스크린의 가장자리 양 옆과 맨 아래 바닥 이렇게 3면으로 반사시트를 부착하고, 상단 양쪽에는 도6과 같이 적외선 이미지 센서와 슬릿 렌즈의 일체형으로 만든 센서를 하나씩 장착한다. 이와 같은 상태에서 스크린 겉 표면에 강화유리를 씌운다.
스크린의 크기는 60(inch), 40(inch), 20(inch)로 존재한다.