KR20120098650A - 터치 입력 장치용 프로젝션 시스템 - Google Patents

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KR20120098650A
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워릭 할로웨이
로버트 브루스 차터스
던칸 이안 로스
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알피오 피티와이 리미티드
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Abstract

X, Y 축을 따라서 전파되는 광 경로를 차단하여 터치 물체를 감지하고 위치시키는 적외선 터치 입력 장치에 있어서, 터치 물체가 2개일 경우 모호성의 문제가 발생한다. 이 모호성은 상기 X, Y축에 대하여 소정의 각도를 이루는 추가적인 광 경로를 제공하여 해결할 수 있다. 본 발명은 시준된 광 시트를 2 이상의 빔 경로 세트로 분리하기 위한 광 분리소자를 포함하는 프로젝션 시스템을 제공하고, 이로써 상기 이중 터치 모호성을 해결하기 위한 추가적인 광 경로를 제공한다. 바람직한 실시예에서, 상기 광 분리 소자는 프리즘 필름의 형태이다.

Description

터치 입력 장치용 프로젝션 시스템{PROJECTION SYSTEMS FOR TOUCH INPUT DEVICES}
본 발명은 프로젝션 시스템(projection system), 특히 프로젝션 시스템의 터치 입력 장치(touch input device)에서의 용도에 관한 것이다. 본 발명은 주로 광(light) 기반 터치 입력 장치의 멀티-터치 능력을 개선하기 위하여 개발되었고, 이하에서도 이러한 적용분야와 관련하여 설명될 것이다. 그러나, 본 발명이 이러한 특정 분야에만 한정되는 것은 아니다.
이하에서 언급되는 종래기술에 관한 내용이 본 기술분야에서 널리 알려졌다거나 공지된 기술의 일부라고 간주되어서는 아니 된다.
터치 센싱(터치 스크린) 기반의 입력 장치는 컴퓨터, 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 판매용(point of sale) 키오스크(kiosk)와 같은 전자 기기에 오랫동안 사용되어 왔고, 이제는 휴대폰과 같은 휴대용 전자 기기에서도 나타나고 있다. 일반적으로, 터치 가능 장치는 사용자로 하여금 아이콘 또는 가상 키보드의 키와 같은 하나 이상의 디스플레이 상의 그래픽 요소를 터치하게 하여 이러한 장치와 상호작용하는 것을 가능케 한다.
저항막(resistive) 방식, 표면형 정전용량 방식(surface capacitive), 투영형 정전용량 방식(projected capacitive), 표면 탄성파(surface acoustic wave), 광학 및 적외선 방식을 포함하는 일부 터치-센싱 기술들은 공지되어 있는데, 이들은 모두 비용, 신뢰성, 밝은 곳에서 잘 보이는 정도, 다양한 종류의 터치 물체(예를 들어, 손가락, 장갑 낀 손가락, 스타일러스(stylus))를 감지하는 능력, 단일 또는 멀티-터치 능력과 같은 점에 있어서 장단점을 가진다.
다양한 터치-센싱 기술들은 멀티-터치 능력, 즉 2이상의 터치 이벤트(touch event)가 동시에 존재할 때의 성능에 있어서 크게 차이가 난다. 저항막 방식 및 표면 정전용량 방식과 같은 초기의 터치-센싱 기술은 2개의 터치 이벤트가 동시에 존재할 때, 이를 실제 두 지점의 중간 지점에서의 '환상(phantom) 터치'로 인식하여 멀티 터치 이벤트를 감지하는 것에는 적합하지 않았다. 좋은 멀티-터치 능력을 지닌 다른 터치-센싱 기술들도 있으나, 이들은 다른 측면에서는 단점을 지니고 있다. 예를 들어, 미국 특허 공개번호 2006-0097991A1에서 논의된 투영 정전용량 방식 터치 스크린은 특정 터치 물체(touch object)(예를 들어, 장갑 낀 손가락 및 비전도성 스타일러스는 부적합)만을 감지하고, 특히 밝은 햇빛 아래에서 디스플레이의 가시성(viewability)을 떨어뜨리는 것으로 알려진 높은 굴절률의 투명전도성 필름을 사용한다. 미국 특허 공개번호 2006-0284874A1과 2008-0029691A1에 소개된 비디오 카메라 기반 시스템은 그 부피가 매우 크고 휴대용 기기에는 부적합하다. 좋은 멀티-터치 능력을 지닌 다른 터치 기술은 센서 어레이(array)가 디스플레이(LCD 또는 OLED)의 픽셀과 통합된 '인셀(in-cell)' 터치이다. 상기 센서들은 통상 광 검출기(예를 들어, 미국 특허 7166966 및 미국 특허 공개번호 2006-0033016A1에 공개된)이나, 마이크로-스위치(US 2006-0001651 A1), 가변 축전기(US 2008-0055267 A1)와 관련된 변형예도 잘 알려져 있다. 인셀(in-cell) 방식은 새롭게 장착(retro-fitted)될 수 없고, 일반적으로 제작과 센서가 통합된 디스플레이의 콘트롤의 복잡성을 증가시킨다. 또한, 주위의 광 섀도잉(light shadowing)에 의존하는 그러한 기술들은 빛이 적은 환경에서는 기능하지 못한다.
또 다른 구성을 통해 터치 센싱에 접근하는 방식에서, 터치 이벤트는 디스플레이 전면에 위치하는 광(보통 적외선 영역) 시트의 두 경로의 섀도잉에 의해 감지된다. 미국 특허 4507557, 6943779, 7015894에 설명되고 도 1에 도시된 그러한 구성에 있어서, 터치 입력 장치(1)는 직사각형의 입력 영역(input area)(4)의 코너 부근에 한 쌍의 광학 유닛(2)을 포함하고, 입력 영역의 세 변을 따라 재귀반사층(retro-reflective layer)(6)을 포함한다. 각 광학 유닛은 상기 입력 영역에 걸쳐 광막(fan of light)(8)을 발하는 광원과, 광 검출기 어레이(예들 들어, 라인(line) 카메라)을 포함한다. 상기 광 검출기 어레이의 각 검출기 픽셀(pixel)은 상기 재귀반사층(6)의 특정 부분으로부터 재귀반사된 광을 수용한다. 입력 영역의 터치 물체(10)는 재귀반사된 광이 각 광 검출기 어레이의 하나 이상의 검출기 픽셀에 도달하는 것을 차단하고, 그것의 위치는 삼각법(triangulation)에 의해 결정된다. 이하에서, 상기와 같은 방식으로 작동하는 터치 입력 장치는 '광학' 터치 입력 장치라고 하기로 한다.
도 2에 도시되고 미국 특허 3478220, 3764813에 설명된 다른 구성에 있어서, 터치 입력 장치(11)는 직사각형의 입력 영역(4)의 2개의 인접한 측면을 따라서 위치하고, 입력 영역의 다른 2개 측면을 따라서 위치한 반대편의 광 검출기 어레이(14)을 향해 평행한 두 세트의 광 빔(16)을 발하는 이산(discrete) 광원(12)(예를 들어, LEDs)을 포함한다. 입력 영역의 터치 물체(10)가 적어도 하나의 빔의 상당한 부분을 두 축의 각각에 대하여 차단하면 그것의 위치는 쉽게 결정된다.
도 3에 도시되고 미국 특허 5914709에 설명된 광전자 콤포넌트(component) 수를 매우 감소시키는 다른 터치 입력 장치(17)에 있어서, 광원 어레이는, L형상의 기판(20)에 통합되고 광 빔 그리드(grid)(16)를 생산하기 위해 단일 광원(12)을 1xN 분리기(splitter)(21)를 통해 분산시키는 '전송(transmit)' 광도파로(optical waveguide)(18) 어레이로 대체된다. 광 검출기 어레이는, 또 다른 L형상의 기판(23)에 통합되고 광 빔을 집속하여 검출기 어레이(24)(예를 들어, 라인 카메라 또는 디지털 카메라 칩)로 유도하는 '수용(receive)' 광도파로(22) 어레이로 대체된다. 각 광도파로는 입력 영역(4)의 평면 내에서 신호광(signal light)을 시준(collimate)하는 인플레인(in-plane) 렌즈(26)를 포함하고, 입력 장치는 신호광을 평면 밖의 방향으로 시준하기 위해 원통형으로 굴곡된 수직 시준 렌즈(vertical collimating lens, VCL)(28)를 포함할 수 있다. 도 2의 입력 장치(11)와 같이, 터치 물체는 각 축에 대하여 차단된 빔으로부터 위치한다. 간략화를 위해, 도 3에는 입력 영역(4)의 각 측면의 4개의 도파로만 도시되었으나, 실제 터치 입력 장치에서 인플레인 렌즈는 충분히 가깝게 이격되어 가장 작을 법한 터치 물체는 적어도 하나의 빔의 상당 부분을 각 축에 대하여 차단한다.
도 4에 도시되고 '전송 몸체(transmissive body)'라는 명칭의 미국 특허 공개문헌 2008-0278460A1에 공개된 또 다른 터치 입력 장치(30)에 있어서, 도 3에 도시된 장치(17)의 '전송(transmit)'도파로(18)와 인플레인 렌즈(26)는 면상(planar) 전송 소자(34)와, 접시형 반사기(parabolic reflectors)(38)를 포함하는 2개의 시준/재배향(redirection) 소자(36)를 포함하는 전송 몸체(32)로 대체된다. 한 쌍의 광학 소스(optical source)(12)로부터의 적외선(40)은 전송 소자 앞에서 수용 도파로(22)를 향해 전파되는 2개의 광 시트(42)를 생성하기 위해 전송 소자로 방출되고, 시준/재배향 소자에 의해 시준되고 방향이 재설정된다. 그리하여 터치 물체가 감지될 수 있고 터치 물체에 의해 차단된 광 시트(42)의 일부로부터 그것의 크기가 결정된다. 전송 소자(34)는 광학 소스(12)에 의해 방출되는 적외선(40)을 투과시킬 필요가 있고, 만약 언더라잉(underlying) 디스플레이(미도시)가 있다면 가시광선도 투과시킬 필요가 있다. 선택적으로, 전송 소자가 가시광선을 투과할 필요가 없는 경우 디스플레이는 전송 소자와 광 시트(42) 사이에 위치할 수 있다.
도 2, 3 및 4에 도시된 터치 입력 장치의 공통적인 특징은 센싱광이 평행 광선과 이산 빔(도 2 및 3) 또는 더 균일하거나 덜 균일한 광 시트(도 4)를 포함하는 두 필드(field)에 제공되는 것이다. 두 개의 광 필드의 축들은 필수적인 것은 아니지만 통상 서로에 대하여 수직이고 입력 영역의 각 측면에 대하여도 수직이다(예로는 미국 특허 5414413 참고). 이하에서, 상기와 같은 방법을 통해 작동하는 터치 입력 장치는 '적외선(infrared)' 터치 입력 장치라고 하기로 한다. 그러나 센싱광의 파장은 적외선 영역에 있을 필요는 없는 것이며, 예를 들어 가시광선 영역에 있을 수 있다.
도 1-4에 도시된 모든 '광학' 및 '적외선' 터치 입력 장치에서, 터치 이벤트는 2개의 광 경로(light path)의 섀도잉(shadowing)에 의해 감지된다. 이제 멀티-터치 능력에 대한 문제를 살피면, 그러한 터치 입력 장치들이 멀티 터치 이벤트의 존재를 감지할 수 있다고 하더라도 상기 장치들은 멀티 터치 이벤트의 위치를 명확하게 결정하지 못한다. 일반적으로, n 개의 동시 터치 이벤트는 n2 개의 '예상 포인트(candidate points)'로 감지되고, 따라서 n(n-1)개는 '환상 포인트(phantom points)'가 될 것이다. 가장 간단한 멀티 터치 상황인 n = 2(이중 터치)의 경우, '광학' 터치 입력 장치(1)와 '적외선' 입력 장치(11)의 반응은 도 5와 6에 각각 도시되었고, '예상 포인트'는 2개의 실제 터치 포인트(10)와 사각형 코너의 2개의 '환상 포인트'를 포함하고, 추가적인 정보 없이 올바른 한 쌍을 밝혀내는 것은 불가능까지는 아니라 해도 어려울 수 있다. 도 3 및 4의 '적외선' 터치 입력 장치 또한 도 6에 도시된 바와 같이 반응할 것이다. 어떠한 조건 하에서 올바른 한 쌍은 추가 정보를 통해 밝혀질 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 6856259에서 설명된 바와 같이, 터치 다운(touch-down)과 리프트 오프(lift-off)의 타이밍, 터치 물체의 상대적 크기 및 예상 터치 위치는 모두 모호성(ambiguity)을 해결하는데 사용될 수 있다.
그러나 올바른 한 쌍이 밝혀질 수 있다고 해도, 하나의 터치 다운이 다른 하나보다 먼저 발생되기 때문에 감지 시스템이 움직이는 터치 물체를 추적해야 한다면 더 복잡한 문제가 일어날 수 있다. 예를 들어, '적외선' 터치 입력 장치(11) 상의 움직이는 두 터치 물체(도 7a)가 '소실(eclipse)' 상태(도 7b)에 접어들면 물체가 소실 상태를 벗어날 때 실제 포인트(10)와 환상 포인트(44) 간의 모호성이 다시 발생한다. 도 7c 및 7d는 도 7b에 도시된 소실 상태를 벗어나는 일반적으로 가능한 두 가지 움직임을 나타내고, 이들은 터치 입력 장치의 콘트롤러와 구분이 되지 않는다. '광학' 터치 입력 장치에 있어서도 2개의 움직이는 터치 물체가 소실 상태로 접어들면 비슷한 문제가 발생할 것이다.
'광학' 터치 입력 장치에 있어서, 멀티-터치 능력을 개선하는 다양한 변경들이 알려져 있다. 도 5를 참조하면, 미국 특허 공개번호 2006-0232830A1에서 공개된 일변형예에서, 2개의 광학 유닛(2)은 발광소자(emitter)와 광 검출기 어레이의 2개의 약간의 오프셋 조합을 포함하는 양안(binocular) 유닛으로 대체된다. 각 코너의 발광소자/검출기 조합을 이용하여 이중 터치 모호성이 감지되면, 다른 조합들이 활성화된다. 각기 다른 조합들로부터 얻어진 예상 포인트를 비교하면, '환상 포인트(44)'가 움직이고, 따라서 제거될 수 있는 반면 실제 터치 포인트(10)는 고정된 채로 남아 있는다. 미국 특허 2006-0232830A1 역시 다른 변형예를 논의하는데, 180도의 필드뷰(view of field)를 가진 발광소자와 광 검출기를 포함하는 제3광학 유닛이 2개의 광학 유닛(2) 사이에서 입력 영역의 가장자리 중간에 위치한다. 상기 제3광학 유닛은 재귀반사층(6)을 이용하기도 한다. '적외선' 터치 입력 장치들은 발광소자와 검출기가 입력 영역에 걸쳐 이격되어 있는 매우 다른 구성을 갖기 때문에 '광학' 터치 입력 장치의 멀티-터치 능력을 개선하기 위한 이러한 해결책은 '적외선' 터치 입력 장치에 반드시 적용 가능한 것은 아니다.
본 발명의 목적은 종래기술의 문제점 중 적어도 하나를 극복 또는 개선하거나 유용한 대안을 제시하는데 있다. 본 발명의 목적은 멀티-터치 능력이 개선된 적외선 터치 입력 장치용 프로젝션 시스템(projection system)을 제공하는데 있다.
터치 입력 장치용 프로젝션 시스템을 제공하는 본 발명의 첫 번째 측면에 따르면, 상기 프로젝션 시스템은, 제1방향으로 전파되는 실질적으로 면상(planar)이고 실질적으로 시준된 광을 발하기 위한 제1발광소자(light emitter) 및 상기 실질적으로 면상이고 실질적으로 시준된 광의 적어도 일부를 상기 제1방향과 다른 방향인 제2방향으로 분리하기 위한 광학 분리소자(optical splitting element )를 포함한다.
본 발명의 프로젝션 시스템은 터치 입력 장치에 인가되는 입력 신호를 생성하기 위한 장치를 포함하고, 상기 입력 신호는 제1 및 제2방향으로 전파되는 실질적으로 면상이고 실질적으로 시준된 광을 포함한다. 또한, 터치 입력 장치는 입력 영역을 포함하고, 광학 분리소자는 제1발광소자와 상기 입력 영역 사이에 위치한다. '분리'된 광은 입사광(incident light)으로부터 분리되고 다른 방향으로 재배향(redirect) 또는 방향 전환(divert)된 광을 의미한다.
제1 및 제2 방향으로 전파되는 실질적으로 면상이고 실질적으로 시준된 광은 터치 입력 장치의 입력 영역의 평면과 평행하게 전파되는 것이 바람직하다.
광학 분리소자는 제1방향 및 상기 제1방향과 다른 제2방향으로 전파되는 실질적으로 면상이고 실질적으로 시준된 광의 적어도 일부를 분리하도록 구성된다. 제1방향으로 전파되는 실질적으로 면상이고 실질적으로 시준된 광이 비교적 '두꺼운(예를 들어, 10-100 미크론)' 광 시트(sheet of light)인 일실시예에서, 제2방향으로 분리되는 부분은 제1발광소자에 의해 생성된 실질적으로 면상이고 실질적으로 시준된 광의 상부(또는 하부)이고, 실질적으로 면상이고 실질적으로 시준된 광의 하부(또는 상부)는 제1방향 및 입력 장치의 입력 영역을 횡단(traverse)하는 방향으로 계속 전파되거나 계속 전파되도록 허용된다. 전파되는 광 시트는 한 쌍의 적층 구조인 것이 효과적이다. 다른 실시예에서, 상부가 제2방향으로 분리되고 중간부가 제1방향으로 전파되며 하부는 또 다른 방향이나 제1 및 2방향의 조합 방향으로 분리되는 '샌드위치' 구조가 제공될 수 있다.
제1방향으로 전파되는 실질적으로 면상이고 실질적으로 시준된 광이 비교적 '얇은(1-5 미크론)' 광 시트인 다른 실시예에 있어서, 실질적으로 면상이고 실질적으로 시준된 광의 제2방향으로 분리되는 부분은 제1방향으로 전파되는 광과 평행이다. 본 실시예에서, 제1방향으로 전파되는 광의 다수의 이격된 부분은 광학 분리소자에 의해 분리되고 제2방향으로 재배향되어 제2방향으로 전파되는 평행한 광빔(light beam) 어레이를 생성하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 제2방향으로 재배향되지 않은 틈새의(interstitial) 광은 제1방향으로 계속 전파되고 입력 장치의 입력 영역을 횡단(traverse)한다. 다시 말해, 광학 분리소자는 상기 제2방향으로 전파되는 실질적으로 평행한 다수의 광빔을 생성하기 위해 실질적으로 면상이고 실질적으로 시준된 광의 다수 부분을 분리한다.
광학 분리소자는 프리즘 필름(prism film)이나 위상 마스크(phase mask)를 포함하여 상기 제1 및 2방향으로 전파되는 실질적으로 면상이고 실질적으로 시준된 광 각각이 실질적으로 평행하게 시준된 다수의 광빔을 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
광학 분리소자는 제1발광소자를 포함하는 광학소자의 출력면(output face)과 일체로 형성되거나 그 위에 형성되어, 상기 제1 및 2방향으로 전파되는 실질적으로 면상이고 실질적으로 시준된 각 광이 실질적으로 평행하게 시준된 다수의 광빔을 포함하도록 하는 것이 바람직하다. 상기 시준된 광빔의 폭은 0.05-5mm 인 것이 바람직하다. 그러나, 제1방향으로의 개별 광빔의 폭은 제2방향으로의 개별 광빔의 폭과 같지 않을 수 있다.
일실시예에서, 제1방향은 광학 분리소자의 출력면에 대하여 실질적으로 수직인 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 제1 및 2방향은 서로에 대하여 30에서 60도의 각도(예를 들면, 45도)로 배향된다.
상술한 실시예에서, 광학 분리소자는 제1방향으로 전파되는 광의 일부를 계속 제1방향으로 전파하고 입력 장치의 입력 영역을 횡단하도록 구성되고, 상기 광의 일부는 제2방향으로, 예를 들면 제1방향에 대하여 약 45도의 각도로 분리된다. 그러나, 다른 실시예에 있어서, 광학 분리소자는 제1방향으로 전파되는 실질적으로 면상이고 실질적으로 시준된 광의 추가적인 부분을 상기 제1 및 2방향과는 다른 제3방향으로 분리하도록 구성될 수도 있다. 본 'Y' 실시예에서는, 'Y'의 다리 부분을 제1방향으로 생각할 수 있고, 팔 부분을 제2 및 3방향으로 생각할 수 있으며, 제2 및 3방향은 서로에 대하여 90도 각도인 것이 바람직하다. 또 다른 실시예에서, 'Y' 실시예는 제1방향으로 전파되는 광의 일부도 포함할 수 있다. 다시 말해, 광학 분리소자는 광을 제2 및 3방향으로 분리하는 동시에 제1방향으로도 전파하도록 구성되고, 세 광 '시트'는 모두 입력 장치의 입력 영역을 횡단한다.
입력 장치의 입력 영역은 제1 및 4측면이 상호 대향되고, 제2 및 3측면이 상호 대향되는 직사각형인 것이 바람직하다. 제1발광소자는 상기 직사각형 입력 영역의 제1측면을 따라 위치하고, 상호 대향된 제1 및 2 반사기는 제2 및 3측면을 따라 각각 위치한다. 광 검출기는 제4측면을 따라 위치하는 것이 적합하다. 제1방향으로 전파되는 광은 입력 장치의 직사각형 입력 영역을 가로질러 전파되고, 제4측면에 위치한 제1검출기 세트에 수용된다. 제2방향으로 전파되는 광은 관련 반사기에 의해 반사되고 제4측면에 위치한 제2검출기 세트에 수용된다. 상술한 'Y' 실시예의 경우, 제3방향으로 전파되는 광은 다른 반사기에 의해 반사되고 제4측면에 위치한 제3검출기 세트에 수용된다.
이와 관련된 실시예에서, 제4방향으로 전파되는 실질적으로 면상이고 실질적으로 시준된 광을 발하도록 구성되는 제2발광소자가 제공된다. 제2발광소자는 직사각형의 입력 영역의 외연 (periphery) 부근에 위치하여 제4방향은 제1방향에 대하여 실질적으로 90도이다. 제2발광소자에 인접하고 제4방향으로 전파되는 실질적으로 면상이고 실질적으로 시준된 광의 일부를 제4방향과는 다른 제5방향으로 분리하도록 구성되는 추가적인 광학 분리소자가 제공되는 것이 바람직하다.
바람직하게는 상기 제4 및 5방향은 서로에 대해 약 45도의 각도를 가진다.
제4 및 5방향으로 전파되는 실질적으로 면상이고 실질적으로 시준된 광은 입력 장치의 입력 영역의 평면과 동일 면(co-planar) 또는 평행하게 전파되는 것이 바람직하다.
추가적인 광학 분리소자는 제2발광소자와 입력장치의 입력영역 사이에 위치한다.
바람직한 실시예에서, 제1 및 2발광소자는 전송 소자(transmissive element)와 시준 및 재배향 소자(collimation and redirection element)를 포함하는 전송 몸체(transmissive body)를 포함한다. 전송 소자는 광학 신호를 실질적으로 면상인 광의 형태로 수용, 구속(confine) 및 전송(transmit)하도록 구성되고, 시준 및 재배향 소자는 광학 신호를 실질적으로 시준하고 재배향하도록 구성되는데, 상기 소자들은 제1 및 4방향으로 각각 전파되는 실질적으로 면상인 형태의 실질적으로 시준된 신호를 생성하기 위해 광학 소스로부터 광학 신호를 수용하여 전송, 시준 및 재배향하도록 배치된다. 상기 실시예와 관련이 있는 다른 실시예에서는, 시준 및 재배향 소자는 a) 광학 신호를 실질적으로 시준하는 시준 소자, b) 광학 신호를 재배향하는 재배향 소자를 포함하고, 상기 a), b) 소자들은 실질적으로 면상의 형태인 실질적으로 시준된 신호를 생성하기 위하여 광학 소스로부터 광학 신호를 수용하고 전송, 시준 및 재배향하도록 배치된다.
바람직하게는 제1 및 2발광소자는 전송 소자와 시준 및 재배향 소자를 포함하는 전송 몸체를 포함한다. 전송 소자는 광학 신호를 실질적으로 면상인 광의 형태로 수용, 구속 및 전송하도록 구성되고, 시준 및 재배향 소자는 광학 신호를 실질적으로 시준하고 재배향하도록 구성되는데, 상기 소자들은 제1 및 4방향으로 각각 전파되는 실질적으로 면상인 형태의 실질적으로 시준된 신호를 생성하기 위해 1 이상의 광학 소스로부터 제1및 2 광학 신호를 수용하여 전송, 시준 및 재배향하도록 배치된다
바람직한 실시예에서, 제1발광소자는 입력 장치의 입력 영역의 측면을 따라 위치하는 다수의 광학 소스를 포함한다. 선택적으로, 제1발광소자는 다수의 광학 도파로를 포함하고, 상기 광학 도파로의 말단(distal end)은 광학 소스와 광학적으로 커플링되며, 근단(proximal end)은 입력 장치의 입력 영역의 측면을 따라 위치한다.
제1, 2, 3, 4 방향 등으로 전파되는 실질적으로 면상이고 실질적으로 시준된 광은 그에 상응하는 광 검출 소자에 수용되어 입력 장치의 입력영역 상의 터치를 감지하도록 하는 것이 바람직하다.
터치 입력 장치용 프로젝션 시스템을 제공하는 본 발명의 두 번째 측면에 따르면, 상기 프로젝션 시스템은 광학 신호를 실질적으로 시준하는 시준 소자와 광학 신호를 실질적으로 재배향하는 재배향 소자를 포함하는 전송 몸체를 포함하고, 상기 시준 및 재배향 소자는 실질적으로 면상인 광학 신호를 수용하고 시준 및 재배향하여 제1방향으로 전파되는 실질적으로 시준되고 실질적으로 면상인 신호를 생성하도록 배치된다. 또한, 상기 프로젝션 시스템은 상기 실질적으로 시준되고 실질적으로 면상인 신호의 일부를 상기 제1방향과는 다른 제2방향으로 분리하는 광학 분리소자를 포함한다.
바람직하게는 상기 광학 신호는 광이고, 상기 장치는 상기 광을 제공하기 위하여 광학 소스를 포함한다. 바람직하게는 상기 광은 2 이상의 광 경로 세트로 분리되어 서로에 대하여 일정 각도를 가지면서 전파된다.
전송 몸체는 실질적으로 면상의 형태인 광학 신호를 수용, 구속(confine) 및 전송하도록 구성되는 전송 소자를 더 포함하는 것이 바람직하다.
터치 입력 장치용 프로젝션 시스템을 제공하는 본 발명의 세 번째 측면에 의하면, 상기 프로젝션 시스템은 제1방향으로 전파되는 실질적으로 시준되고 실질적으로 면상인 신호를 생성하기 위해 실질적으로 면상인 광학 신호를 수용, 시준 및 재배향하는 시준 및 재배향 소자와, 상기 실질적으로 시준되고 실질적으로 면상인 신호의 일부를 상기 제1방향과는 다른 제2방향으로 분리하는 광학 분리소자를 포함한다.
광학 신호는 광인 것이 바람직하다.
제1 및 2 방향으로 전파되는 실질적으로 시준되고 면상인 신호는 입력을 감지하기 위해 그에 상응하는 광 검출소자로 향하는 것이 바람직하다.
터치 입력 장치를 제공하는 본 발명의 네 번째 측면에 따르면, 상기 터치 입력 장치는 첫 번째, 두 번째 또는 세 번째 측면에 따른 장치를 포함한다.
입력 장치에 인가되는 입력 신호를 생성하기 위한 방법을 제공하는 본 발명의 다섯 번째 측면에 따르면, 상기 방법은 제1방향으로 전파되는 실질적으로 면상이고 실질적으로 시준된 광학 신호를 제공하는 단계, 상기 실질적으로 면상이고 실질적으로 시준된 광학 신호의 일부를 상기 제1방향과는 다른 제2방향으로 분리하는 단계 및 입력을 감지하기 위하여 상기 제1 및 2방향으로 전파되는 광학 신호를 그에 상응하는 광 검출소자에 수용하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 멀티-터치 능력이 개선된 적외선 터치 입력 장치용 프로젝션 시스템을 제공할 수 있고, 이로써 상술한 종래기술의 문제점 중 적어도 하나를 극복 또는 개선할 수 있다.
도 1은 터치 물체를 감지하는 '광학' 터치 입력 장치의 평면도이다.
도 2는 터치 물체를 감지하는 종래의 '적외선' 터치 입력 장치의 평면도이다.
도 3은 다른 종류의 '적외선' 터치 입력 장치의 평면도이다.
도 4는 또 다른 종류의 '적외선' 터치 입력 장치의 평면도이다.
도 5는 이중 터치 모호성을 나타내는 도 1의 '광학' 터치 입력 장치의 평면도이다.
도 6은 이중 터치 모호성을 나타내는 도 2의 적외선 터치 입력 장치의 평면도이다.
도 7a-7d는 터치 포인트가 움직일 때 이중 터치 모호성이 재발생됨을 나타내는 도 2의 적외선 터치 입력 장치의 평면도이다.
도 8a 및 8b는 적외선 터치 입력 장치에 적합한 종래의 프로젝션 시스템의 평면도 및 측단면도이다.
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 프로젝션 시스템의 평면도이다.
도 10은 분리된 기판 상의 도파로 스태킹(stacking)의 측면도이다.
도 11은 제3방향의 센싱빔을 제공하여 이중 터치 모호성을 해결하는 모습을 도시한 것이다.
도 12는 제1실시예에 따른 프로젝션 시스템의 광학 분리소자로 사용되기 적합한 프리즘 필름 부분을 도시한 것이다.
도 13a 및 13b는 제1실시예에 따른 프로젝션 시스템의 광학 분리소자로 사용되기 적합한 2개의 프리즘 필름 부분을 도시한 것이다.
도 14는 도 13a에 도시된 프리즘 필름의 디자인이 생성된 빔의 폭을 결정하는 것을 도시한 것이다.
도 15는 도 13a, 13b 및 14에 도시된 프리즘 필름 타입이 제1실시예에 따른 프로젝션 시스템에 통합되는 것을 도시한 것이다.
도 16은 제1실시예에 따른 프로젝션 시스템의 광학 분리소자로 사용되기 적합한 다른 프리즘 필름 부분을 도시한 것이다.
도 17는 도 16에 도시된 프리즘 필름의 디자인이 생성된 빔의 폭을 결정하는 것을 도시한 것이다.
도 18는 도 17에 도시된 프리즘 필름 타입이 제1실시예에 따른 프로젝션 시스템에 통합되는 것을 도시한 것이다.
도 19는 본 발명의 제2실시예에 따른 프로젝션 시스템의 평면도이다.
도 20은 본 발명의 제3실시예에 따른 프로젝션 시스템의 평면도이다.
도 21은 도 20에 도시된 프로젝션 시스템이 터치 입력 장치에 통합되는 것을 나타내는 평면도이다.
도 22는 제3실시예에 따른 프로젝션 시스템의 광학 분리소자로 사용되기 적합한 프리즘 필름 부분을 도시한 것이다.
도 23은 본 발명의 제4실시예에 따른 프로젝션 시스템의 평면도이다.
도 24는 도 23에 도시된 프로젝션 시스템이 터치 입력 장치에 통합되는 것을 나타낸 평면도이다.
도 25는 제4실시예에 따른 프로젝션 시스템의 광학 분리소자로 사용되기 적합한 프리즘 필름 부분을 도시한 것이다.
도 26은 제4실시예에 따른 프로젝션 시스템의 광학 분리소자로 사용되기 적합한 다른 프리즘 필름 부분을 도시한 것이다.
도 27은 제3실시예에 따른 프로젝션 시스템의 광학 분리소자로 사용되기 적합한 위상 마스크 부분을 도시한 것이다.
도 28은 제1실시예에 따른 프로젝션 시스템의 광학 분리소자로 사용되기 적합한 위상 마스크 부분을 도시한 것이다.
도 29는 광학 분리소자로 사용되기 적합한 다른 프리즘 필름 부분을 도시한 것이다.
도 30a는 광학 분리소자에 입사되어 제1및2방향으로 분리되는 실질적으로 면상이고 실질적으로 시준된 광 시트를 도시한 것이다.
도 30b는 광학 분리소자에 입사되어 제1방향으로 분리되어 전파되는 하부와 제2방향으로 분리되어 전파되는 상부를 갖는 실질적으로 면상이고 실질적으로 시준된 광 시트의 다른 실시예를 도시한 것이다.
도 31a 및 31b는 도 30b에 도시된 실시예에 적합한 간단한 프리즘 형태의 광학 분리소자의 포지셔닝(positioning)의 평면도 및 측면도이다.
도 32는 도 30b에 도시된 실시예에 적합한 프리즘 필름 형태의 광학 분리소자의 평면도이다.
도면을 참조하면, 도 8a는 도 4에 도시된 '적외선' 터치 입력 장치의 프로젝션 시스템(46)의 평면도이고, 도 8b는 A-A'선에 따른 측단면도이다. 상기 프로젝션 시스템은 전송 소자 또는 도광판(light guide plate)(34)과 접시형 반사기(parabolic reflectors)(38)를 포함하는 2개의 시준/재배향 소자(36)를 포함하는 전송 몸체(32)의 형태인 발광소자(48)를 포함한다. 상기 프로젝션 시스템이 터치 입력 장치에 통합되면 입력 영역은 상기 도광판을 덮는다(overlie). 2개의 LED(12)로부터의 적외선(40)은 도광판 내에서 유도되고, 시준/재배향 요소에 의해 배출 패시트(exit facet)(50)로부터 발생되고 도광판의 평면에서 시준되는 2개의 광 시트(42, 42')로 변환된다. 이 평면은 상기 프로젝션 시스템이 터치 입력 장치에 통합되면 입력 영역의 평면에 상응되고, 이하에서, '입력 영역의 평면'이라는 용어는 프로젝션 시스템이 입력 장치에 통합되었는지 여부와 무관하게 사용될 것이다. 도 8a는 각 광 시트(42, 42')에 포함된 몇몇의 평행한 광 경로(52, 52')를 도시한 것이다. 적외선의 특정 파장 또는 파장 범위는 중요하지 않고, 주로 충분한 파워를 가진 저렴한 소스의 가용성을 고려하여 선택될 것이다. 850 nm 부근의 적외선이 적합한 것으로 확인되었다.
도 8b에 도시된 특정 실시예에서, 광 시트(42, 42')는 '수직' 방향, 즉 입력 영역의 평면에 대하여 수직인 방향으로도 시준되고, 이는 예를 들어, 도 3에 도시된 것과 같이 외부의 수직 시준 렌즈(vertical collimating lens)(28)나 원통형상의 배출 패시트(50)에 의해 달성될 수 있다. '수직' 시준은 프로젝션 시스템과 통합된 터치 입력 장치의 작동에 결정적인 것은 아니고, 디자인의 선택에 관한 것이다. 도 4를 참조하면, 더 적은 양의 평면 밖으로의 발산(divergence)은 수용 도파로(22)에 들어갈 수 있는 광의 양을 증가시킬 수 있고, 검출기 어레이(24)의 신호 대 잡음 비(signal to noise ratio)를 개선할 수 있으나, 수용 도파로의 수직 배치를 더욱 크리티컬(critical)하게 만든다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 프로젝션 시스템(54)의 평면도가 도시되어 있다. 본 실시예는 도 8a에 도시된 프로젝션 시스템(46)과 발광소자의 각 배출 패시트(50) 앞의 광학 분리소자의 포함 여부에 있어서 다르다. 광학 분리소자는 주요 광 시트에 대하여 45도의 각도로 전파되는 추가적인 '스큐(skew)' 광 시트(58)를 생성하기 위해 2개의 '주요(primary)' 광 시트(42, 42') 각각의 일부를 '탭오프(tap off)'하는 역할을 한다. 중요한 것으로, 주요 광 시트는 배출 패시트로부터 방출되면 입력 영역의 평면에서 시준되기 때문에 스큐 광 시트는 광학 분리소자가 적절한 규칙성(regularity)을 갖도록 설계되는 것을 조건으로 하여 시준될 것이다. 스큐 광 시트의 일부 평행한 광 경로(60)는 도 9에 도시되었다.
비교를 위해 도 4를 다시 참조하면, 프로젝션 시스템(54)이 터치 입력 장치(30)에 통합되면, 스큐 광 시트의 광 경로(60)를 수용하도록 지향(oriented)된 수용 도파로의 추가적인 '스큐' 세트가 필요할 것이다. 일실시예에서, 이러한 추가적인 도파로는 '주요' 수용 도파로와 동일한 기판 상에 제작되고, 다른 실시예에서는 양자는 다른 기판 상에 제작된다. 어느 방법에 의하든지 두 도파로 어레이는 단일 검출기의 분리된 영역이나 분리된 검출기 어레이에 광학적으로 커플링될 수 있다. '단일 기판'은 장치 어셈블리의 관점에서는 더 간단하나, 도파로 레이아웃(layout)은 더 복잡하다. '분리된 기판'은 적층되는 두 도파로 어레이를 필요로 하고, 기계적 강인성을 위해 각 기판의 최외곽에서 '도파로에서 도파로(waveguide to waveguide)'인 것이 바람직하다. 도 10에 그러한 배치가 측면도로 도시되어 있는데, 분리된 기판(23, 66) 상에 '주요' 수용 도파로(22)와 '스큐' 수용 도파로(64)가 제작되고, 하부 클래딩(cladding) 층(68)과 상부 클래딩 층(70)에 의해 제공된 광학적 분리(optical isolation)가 일어난다. 두 도파로 세트가 수십 마이크로미터 이하로 이격되기 때문에 외형(outline)(72)에 함께 도시된 주요, 스큐 광 시트가 각 수용 도파로 세트에 의해 수용될 만큼의 충분한 수직 발산(divergence)을 담보하기가 어렵다. 적합한 도파로의 재질 및 패터닝 기술에 대한 상세한 내용은 미국 특허 2007-019033A1, 2007-0285406A1, 2007-0258691A1, 7738746에서 확인할 수 있다.
도 11을 참조하여 도 6과 비교하면, 입력 영역에서 두 개의 터치 물체(10)가 동시에 감지되면, '환상' 포인트(44)를 통과하는 스큐 광 경로(73)가 그러한 포인트가 카운트되지 않도록 하여 이중 터치 모호성을 해결한다. 세 세트의 광 경로는 언제나 두 터치 물체의 위치를 명확하게 결정할 수 있고, 더욱 일반적으로는, n+1 세트의 광 경로는 n 개의 터치 물체의 위치를 명확하게 결정할 수 있다. 도 11에 도시된 광 경로의 구성이 3 이상의 터치 물체의 위치를 언제나 명확하게 결정할 수 없다고 하여도 그렇게 할 수 있다거나 적어도 n(n-1)개의 환상 포인트를 제거하는 많은 예들이 있다. 요약하면, 터치 입력 장치의 멀티-터치 능력은 창의적인 프로젝션 시스템에 의해 발생되는 스큐 광 경로의 제공에 의해 강화될 것이다.
바람직한 실시예에서, 광학 분리소자는 프리즘 필름, 즉 규칙적인 소형 프리즘 어레이를 구비하는 투과성(transparent) 재질의 스트립 형태이다. 프리즘 필름은 3M과 같은 회사에 의해 큰 부피로 제작되고, 통상 롤투롤(roll-to-roll) 엠보싱(embossing) 공정으로 제작되며, 주로 디스플레이의 휘도 강화 필름(brightness enhancement films, BEF)으로 사용된다. 비록 본 적용분야에 요구되는 프리즘 필름의 디자인이 통상적으로 사용되는 BEF의 디자인과 다르다고 해도, 요구되는 마스터(master)가 제작되면, 적합한 프리즘 필름을 대량 생산하기 위해 동일한 제작 기술이 사용될 수 있다.
도 12는 제1실시예에 따른 프리즘 필름(74) 부분을 도시한 것으로, 필름 베이스(78)와 각도 α인 제1패시트(76)와 필름 베이스와 평행인 제2패시트(80)를 구비하는 절단형(truncated) 프리즘에 기반을 두고, 필름 베이스에 대하여 수직으로 전파되는 빔 경로(52)를 구비하는 시준된 광 시트를 맞는다. 제2패시트(80) 또는 절단형 프리즘과 떨어진 필름 베이스와 마주치는 광 경로는 주요 광 경로(63)를 형성하기 위해 곧장 통과하는데 비해 제1패시트(76)와 마주치는 광 경로는 스큐 광 경로(60)를 형성하기 위해 제1패시트(76)에서 먼저 굴절되고 프리즘 필름의 후면(82)에서 다시 굴절된다. 절단형 프리즘의 주어진 깊이(84)에 있어서, 제2패시트(80)는 적어도 '주변(perimeter)' 빔 경로(86)가 코너(88)에 닿지 않도록 충분히 넓어야 한다. 절단형 프리즘 형상의 장점은 쉽게 손상될 수 있는 돌출성 코너가 없다는 것이다. 스넬(Snell)의 법칙과 기본적인 삼각법을 응용하면 프리즘 각도 α와 전송각(angle of transmission) β는 다음과 같은 관계를 갖는다.
Figure pct00001
여기서, n1, n2 및 n3은 각각 입사 측 매질, 프리즘 필름 재질 및 전송 측 매질의 굴절률이다. 예를 들어, 센싱광이 약 850 nm의 파장을 가지고 프리즘 필름은 850nm에서 1.545의 굴절률을 갖는 폴리카보네이트 (polycarbonate)로 구성되며 입사 및 전송 측 매질은 공기(n1 = n3 ~ 1)라고 가정할 때, β = 45°의 전송각을 얻으려면 프리즘 각도는 α = 62.1°이다.
도 13a를 참조하면, 프리즘 필름(74) 부분은 피치(pitch)(90) 상의 몇몇의 절단형 프리즘(75)을 구비한다. 이러한 특정 경우, 프리즘은 넓게 이격되어 각진 패시트(76)는 오직 입사 광 시트의 적은 부분만을 탭오프(tap off)한다. 터치 입력 장치에 있어서, 이런 종류의 구성은 신호 파워의 대부분을 '주요' 빔 경로로 유도하고 주로 터치 물체를 감지하고 위치시키는 시스템의 동적 범위(dynamic range)를 유지한다. 이러한 구성은 예를 들어, 일상적으로 이중 터치 능력이 요구되지 않는 경우에는 바람직할 수 있다. 이중 터치 능력이 일상적으로 요구되어도 스큐 빔은 주요 광 시트와 검출기의 임무인 터치 물체를 정확하게 위치시키는 것 보다는 오직 터치 물체를 감지하는 것만이 요구된다. 도 13b는 절단형 프리즘(75)이 패킹(close-packed)된 프리즘 필름의 또 다른 구성을 도시한 것으로, 이러한 경우 패시트(80)를 스트라이킹(striking)하는 광 경로만이 편향되지 않고 곧장 통과되어 입사광의 더욱 동일한 분리를 가능케 한다.
도 14를 참조하면, 프리즘 필름(74)이 발광소자의 배출 패시트(50)로부터 방출된 시준된 광 시트(42)에 위치하면, 광 시트는 두 세트의 이산 빔(92, 94)으로 분리된다. 프로젝션 시스템이 적외선 터치 입력 장치에 통합되면, 이러한 빔은 입력 영역을 걸쳐 인플레인 렌즈를 구비한 각 수용 도파로 어레이를 향할 것이다. 터치 입력 장치에 있어서, 공간 해상도(spatial resolution )의 목적으로는 이산 빔의 각 세트는 연속된 광 시트와 최대한 유사한 것이 바람직하다. 실제로, 이는 각 인플레인 렌즈는 몇몇의 이산 빔을 수용해야 한다는 것을 의미한다. 예를 들어, 인플레인 렌즈 폭이 1 mm 단위라면, 프리즘 필름은 빔의 폭 및/또는 간격이 0.2 mm가 되도록 설계되는 것이 바람직하다. 이 적용분야에 적합하도록, 프리즘 필름(74)은 넓은 범위의 폭을 가지는 주요 및 스큐 광 경로를 생성하도록 설계될 수 있다. 곧은 광 경로 및 스큐 광 경로의 폭은 같거나 다를 수 있고, 예를 들어, 0.05 - 5 mm의 범위일 수 있다.
도 15는 도 13a, 13b 및 14와 같이 프리즘 필름(74)이 터치 입력 장치에 통합되는 구성을 나타낸 측면도이다. 프리즘 필름은 모든 이벤트가 존재하는 베젤(bezel) 보호기(96)의 내면에 부착(예를 들어, 자외선 경화성(UV-cured) 광학 접착제에 의해)되고, 전송 몸체(32)를 포함하는 발광소자로부터 방출된 시준된 광 시트(42)의 경로 내에 위치한다. 도 12와 비교하면, 베젤 보호기의 외면(98)이 프리즘 필름의 후면(82)을 대신하여 굴절된 빔을 재차 굴절시키는 인터페이스가 된다. 프리즘 필름과 베젤 보호기는 굴절 손실을 최소화하기 위해 비슷하거나 동일한 굴절률을 가질 것이나, 양자의 굴절률 차이는 나가는 빔의 방향에는 영향을 미치지 않는다. 도 15 역시 전송 소자/도광판(34)과 시준/재배향 소자(36)이 결합 전 따로 제작되는 전송 몸체(32)의 또 다른 실시예를 나타낸다. 상술한 미국 특허 2008-0278460A1에 설명되었듯이, 전송 몸체는 분리된 전송, 시준 및 재배향 소자로 구성될 수 있고, 또는 전송 소자, 시준 소자 및 재배향 소자를 포함하는 각 축의 분리된 전송 몸체들이 적층(stack)될 수 있다.
도 16은 제2실시예에 따른 프리즘 필름(100) 부분을 도시한 것으로, 필름 베이스(106)에 대하여 각도 γ(gamma)을 가지는 패시트(104)를 구비한 프리즘(102)을 기반으로 하고, 필름 베이스에 대하여 수직으로 전파되는 빔 경로(52)를 구비하는 시준된 광 시트를 맞는다. 프리즘과 떨어진 필름 베이스 부분과 마주치는 빔 경로는 주요 광 경로(63)을 형성하기 위해 곧장 통과하는데 비해, 각진 패시트(104)와 마주치는 빔 경로는 스큐 광 경로(60)를 형성하기 위해 상기 빔 경로가 굴절되는 패시트(108)를 향해 굴절된다. 스넬(Snell)의 법칙과 기본적인 삼각법을 응용하면 프리즘 각도 γ와 굴절각 (angle of deflection) δ 는 다음과 같은 관계를 갖는다.
Figure pct00002
여기서 n2 와 n3 는 각각 플리즘 필름 재질과 전송측 매질의 굴절률이고, γ과 δ는 각도(degree)이다. 예를 들어, 전송측 매질이 공기(n3 ~ 1) 이고, 프리즘 필름이 850nm에서 n2 = 1.545 인 폴리카보네이트로 구성되어 있다고 가정하면, 굴절각 δ = 45°를 얻기 위해서는 프리즘 각도는 γ = 58.6°이다. 각진 패시트(104)에서의 굴절 임계각 θ(critical)은 θ(critical)= arcsin(n2/n3)로 주어지고, 따라서 n2 = 1.545, n3 = 1이라면 θ(critical) = 40.3°이다. 필름 베이스(106)에 대하여 수직으로 전파되는 입사 광 경로(52)에 있어서, 패시트(104)에서의 입사각은 프리즘 각도 γ과 동일하고, 본 예에서는 임계각 θ(critical)보다 크기 때문에 전반사(total internal reflection)가 일어난다.
도 17을 참조하면, 피치(pitch)(90) 상의 몇몇 프리즘(102)을 구비하는 프리즘 필름(100) 부분이 도시되어 있다. 이러한 경우, 입사 광 시트(42)를 스큐 빔(92) 및 주요 빔(94)으로 분리하는 것은 프리즘의 상대적 폭(110, 112)과 프리즘 간의 간극(gap)에 의존한다. 제1실시예의 프리즘 필름(74)에 있어서, 프리즘 필름(102)은 각 인플레인 렌즈가 일부 이산 빔을 수용하도록 설계되는 것이 바람직하다.
도 18은 터치 입력 장치에 프리즘 필름(100)이 통합되는 구성을 도시한 측면도이다. 본 구성에서, 프리즘 필름은 시준/재배향 소자(36)의 배출 패시트에 접착(예를 들어, 자외선 경화성 광학 접착제에 의해)되고, 베젤 보호기(96)에 의해 외부 환경으로부터 보호된다.
프리즘의 세부 디자인과 관계 없이, 프리즘 필름은 롤투롤 엠보싱 공정과 같은 공지된 기술에 의해 시트 형태로 생산될 수 있고, 도 15 또는 18에 도시된 바와 같이 터치 입력 장치용 프로젝션 시스템에 통합되기 위해 선형 스트립으로 절단될 수 있다.
비록 상기 실시예에서는 스큐 빔이 주요 빔에 대하여 45도의 각도로 전파되는 것으로 설명되었으나, 도 11을 참조하면 스큐 빔이 양 주요 빔 모두에 대해 충분히 경사져 있다면 이중 터치 모호성의 문제는 다른 각도로 전파되는 스큐 빔에 의해서도 해결될 수 있다. 도 19는 본 발명의 제2실시예에 따른 프로젝션 시스템(114)의 평면도인데, 스큐 빔(60)은 어떠한 주요 광 경로(52) 세트에 대하여는 60도의 각도로 전파되고, 다른 주요 광 경로 세트(52')에 대하여는 30도의 각도로 전파된다. 본 실시예에서는 재료청구서(Bill of Materials)에 추가되는 서로 다른 2개의 광학 분리소자(116, 116')가 필요하나, 이들은 여전히 적외선 터치 입력 장치의 멀티-터치 능력을 개선하는 역할을 한다.
도 29는 도 16 및 17에 도시된 프리즘 필름(100)의 변형예인 프리즘 필름(160) 부분을 도시한 평면도이다. 프리즘 각도 γ는 스큐 광 경로(60)를 형성하기 위해 빔 경로(52)가 패시트(104)에 임계각보다 작은 각으로 입사되어 굴절되도록 정해진다. 프리즘 각도 γ와 굴절각 δ는 다음과 같은 관계를 갖는다.
Figure pct00003
여기서 n2 와 n3는 각각 프리즘 필름 재질과 전송측 매질의 굴절률이다. 당업자로서는 입사광의 일부는 패시트(104)에서 내부적으로 반사되어 손실된다는 것을 알 수 있고, 입사각이 임계각에 접근할수록 이 부분은 커지게 된다. 결과적으로, 이러한 프리즘 디자인은 도 29에 도시된 바와 같이 비교적 작은 굴절각을 가지는 스큐 빔을 발생시키는 것에 더 적합하다. 예를 들어, 전송측 매질이 공기(n3 ~ 1)이고 프리즘 필름은 850 nm에서 굴절률이 n2 = 1.545인 폴리카보네이트로 구성되어 있다고 가정하면, 굴절각이 δ = 15°로 주어질 때 프리즘 각도는 γ = 24.1°이다.
도 20을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 프로젝션 시스템(118)의 평면도가 도시되어 있다. 본 실시예에서, IR 광(40)은 LED(12)로부터 면상의 전송 소자/도광판(34)으로 방출되고, 여기서 시준/재배향 소자(36)를 향해 인플레인(in-plane) 발산(diverge)한다. 시준/재배향 소자는 상기 광을 출력 패시트(50)로부터 방출되는 인플레인(in-plane) 시준된 광 시트로 변환한다. 광학 분리소자(120)는 이 광 시트를 상기 면상의 전송 소자/도광판 위에서 제1 및 2방향으로 전파되는 두 세트의 평행한 광 빔(122, 122')으로 분리한다. 도시된 특정 실시예에서, 제1및 2방향은 상호 수직이고, 양자는 모두 광학 분리소자의 종축(longitudinal axis)에 대하여 45도의 각도를 이룬다.
도 21에 도시된 평면도와 같이, 프로젝션 시스템(118)은 전송 소자/도광판(34) 앞에 데카르트(Cartesian) 빔을 형성하기 위해 광 빔(122, 122')을 접는(fold) 한 쌍의 플레인 미러(plane mirrors)(124)로 이루어진 보조장치(aid)와 함께 적외선 터치 입력 장치에 통합될 수 있다. 빔은 상술한 단일 기판 상의 적절하게 각진 수용 도파로나 분리된 2개의 적층 기판을 포함하는 수용 시스템(126)으로 전파된다. 상기 터치 입력 장치의 구성을 도 9에 도시된 프로젝션 시스템(54)과 비교하였을 때의 장점은 플레인 미러에 의해 점유되는 베젤 폭을 획기적으로 줄일 수 있다는 것이다. 그러나, 프로젝션 시스템(118)은 오직 두 세트의 평행 광 경로만을 생성하므로 터치 입력 장치에 통합되었을 때 이중 터치 모호성을 해결하지는 못한다.
일실시예에서, 광학 분리소자(120)는 도 22에 도시된 바와 같이 각진 패시트(76)를 구비하는 규칙적인 삼각형 프리즘(130) 어레이를 가지는 프리즘 필름(128)의 형태이다. 도 12에 도시된 것과 비슷하게 프리즘 각도 α와 전송각 β는 수학식 1의 관계를 가지나, 본 실시예에서는 내부 빔 경로(132)가 프리즘 내부에 남아있어야 하는 추가적인 제약이 따른다. 즉, 내부 빔 경로(132)는 반대편의 각진 패시트와 마주치면 아니 된다. 기하학적으로, 이는 각도 φ이 프리즘 각도 α 이상이어야 한다는 것을 의미한다. 입사측 및 전송측 매질을 공기(n1 = n3 ~ 1)라고 가정하고 빔 경로(122, 122')에 있어서 β = 45°의 전송각을 얻기 위해서는 상기 추가적 제약은 폴리카보네이트 프리즘 필름(n2 = 1.545)에 부닥칠 수 있다. 본 실시예에서, 프리즘 각도는 상술한 프리즘 필름(74)과 같이 α = 62.1°, φ = 62.8일 것이 요구된다. 즉 φ > α이다. 도 22에 도시된 삼각형 프리즘(130) 평면도상 이등변삼각형이기 때문에 나가는 빔(122, 122')은 동일한 각도로 굴절된다. 단면도상 삼각형이 프리즘이 이등변이 아니라면 나가는 빔이 서로 다른 각도로 굴절될 것은 자명하다.
도 23은 본 발명의 제4실시예에 따른 프로젝션 시스템(134)의 평면도이다. 본 실시예는 인플레인 시준된 광 시트(42)를 3 세트의 평행 광 빔으로 분리하는 광학 분리소자(136)를 포함한다는 점에서 도 20에 도시된 제3실시예와 다르다. 상기 3세트의 광 빔은 제3실시예에도 있었던 두 세트의 각진 빔(122, 122')과 굴절되지 않은 한 세트의 빔(52)을 포함한다. 상기 프로젝션 시스템(134)이 플레인 미러(124)와 함께 도 24에 도시된 적외선 터치 입력 장치에 통합되면, 그에 따라 야기되는 삼각 방향의 빔 그리드(grid)는 두 개의 터치 물체가 모호하지 않게 위치되고 추적될 수 있게 한다. 본 실시예에서, 수용 시스템(126)은 세 방향을 지향하고 1, 2 또는 3개의 기판 상에 제작되는 수용 도파로를 포함한다.
일실시예에서, 광학 분리소자(136)는 도 25에 도시된 바와 같이 2개의 각진 패시트(76)와 '평평한(flat)' 패시트(80)를 구비하는 규칙적인 삼각절단형 프리즘(140) 어레이를 가지는 프리즘 필름(138)의 형태이다. 광 시트(42)의 각진 패시트에서의 굴절과 후면(82)에서의 재차 굴절은 각진 빔 경로(122, 122')를 발생시키고, 평평한 패시트(80)는 굴절되지 않은 빔 경로(52)를 제공한다. 선택적으로 또는 추가적으로, 굴절되지 않은 빔은 프리즘을 보다 더 큰 피치 상에 위치시킴으로써 제공될 수 있다. 도 12의 경우와 비슷하게, 프리즘 각도 α와 전송각 β 은 수학식 1의 관계를 가지고, 본질적으로 같은 디자인 솔루션(if α = 62.1°, n1 = n3 ~ 1 and n2 = 1.545, then β = 45°)이 적용된다. 도 22에 도시된 프리즘 필름(128)과 비교하면, 평평한 패시트는 내부 빔 경로가 반대편의 각진 패시트와 마주칠 가능성을 감소시켜 설계 제약을 완화한다. 도 12에 도시된 프리즘 필름(74)과 같이, 절단형 프리즘의 추가적인 장점은 손상되기 쉬운 날카로운 돌출형 코너가 없다는 것이다.
다른 실시예에서, 광학 분리소자(120)는 도 26에 도시된 바와 같이 평탄부(flat portion)(144)에 의해 분리되고, 피치(90) 상의 규칙적 삼각형 프리즘(130) 어레이를 구비하는 프리즘 필름(142)의 형태이다. 본 실시예에서, 각진 빔 경로(122, 122')는 각진 패시트(104)에서 굴절되고 두 번째 각진 패시트에서 다시 굴절되어 발생되고, 평탄부는 굴절되지 않은 빔 경로(52)를 제공한다. 프리즘 각도 γ와 굴절각 δ는 다음과 같은 관계를 갖는다.
Figure pct00004
여기서, n2 와 n3는 프리즘 필름 재질, 전송측 매질의 굴절률이고, γ과 δ는 각도(degree)이다. 전송측 매질이 공기(n3 ~ 1) 이고 프리즘 필름은 n2 = 1.545인 폴리카보네이트로 이루어져 있다고 가정했을 때, 굴절각 δ = 45°를 얻으려면 프리즘 각도는 γ = 64.1°이다. 첫 번째 각진 패시트에서의 입사광의 각도가 n2 = 1.545, n3 = 1일 때의 임계각 θ(critical) = 40.3°보다 더 큰 프리즘 각도와 같기 때문에 전반사가 일어난다. 본 실시예에서, 평탄부(144)는 충분히 넓어서 각진 빔 경로(122, 122')가 인접한 프리즘과 마주치지 않아야 한다.
광학 분리소자가 프리즘 필름의 형태인 상술한 모든 실시예에서, 프리즘 필름 재질의 굴절률(n2)은 굴절된 빔이 생성될 수 있도록 적절한 설계 방정식에 의해 선택된다. 일반적으로, 재질의 굴절률은 파장(재료 분산을 통해)과 온도(열-광학 효과를 통해)에 의해 변하고, 따라서 도 12, 16, 22, 25, 26 및 29와 같이 스큐 빔의 방향이 잘 정의된 상황은 사실 이상적인 것이다. 분산(dispersion)은 굴절된 빔에 광학 소스의 대역폭에 따라 어느 정도의 발산(divergence)을 부과할 것이고, 열-광학 효과는 온도 변화에 따라 어느 정도의 빔 워크오프(walk-off)를 야기할 것이다. 비록 양 효과가 터치 스크린에서 스큐 빔의 감지를 간섭할 가능성을 지니고는 있으나, 우리는 도 12에 도시된 바와 같이 프리즘 필름(74) 상의 양 효과를 모두 고려할 것이다. 이 프리즘 필름 디자인은 '최악의 경우'를 나타낸다. 왜냐하면 도 16 및 26의 프리즘 필름 디자인에서는 스큐 빔이 오직 한 번 굴절되는데 비해, 이 프리즘 필름 디자인에서는 스큐 빔이 두 번 굴절되기 때문이다. 도 26에 도시된 프리즘 필름 디자인에 있어서, 표면(104)에서의 굴절은 수직(normal) 부근의 입사각에서 일어나기 때문에 n2 의 변화는 무시 가능하다.
대역폭이 30nm이고 중심이 850nm인 LED 광원을 가정하고, 도 12에 도시된 폴리카보네이트 프리즘 필름(74)에 대하여 재료 분산 효과의 정도를 평가해 보았다. S.E. Caudill and W.J. Grubbs 'interferometric Measurements of Refractive Index Dispersion in Polymers over the Visible and Near-Infrared Spectral Range', Journal of Applied Polymer Science vol 100(1) pp 65-72 (2006)에 소개된 절차를 따라 폴리카보네이트의 굴절률은 835nm에서 1.5456, 865nm에서 1.5434로 잡을 수 있다. 이러한 변화는 미미한데, 이는 재료 분산은 투명 스펙트럼 영역(spectral regions of transparency)에서는 작기 때문이다. 프리즘 각도 α= 62.1°, n2 = 1.545일 때 굴절각 β는 오직 44.81°(n2 = 1.5434, 865 nm) 에서 45.00°(n2 = 1.5456, 835 nm)로만 변화한다. 이는 터치 입력 장치의 수용 측면 (receive side) 상의 전형적인 인플레인 렌즈의 수용 각(acceptance angle)범위 내인 것이다.
굴절각에 대한 온도 변화에 따른 영향으로 넘어가면, 우리는 폴리카보네이트의 열-광학 계수로 -0.9x10-4/℃를 사용할 것이다(Z. Zhang et al 'Thermo-optic Coefficients of Polymers for Optical Waveguide Applications', Polymer vol 47 pp 4893-4896 (2006)). 다시 프리즘 필름(74)의 프리즘 각도를 α = 62.1°라고 하면, 850nm의 광에 대하여 굴절각 β는 -20 에서 100℃의 온도 범위에서 오직 45.26°에서 44.48°로만 변하고, 이는 역시 전형적인 인플레인 렌즈의 수용각 범위 내인 것이다.
다른 실시예에서는, 광학 분리소자는 프리즘 필름과 같은 굴절 소자 대신 회절 소자일 수 있다. 회절 소자의 한 가지 종류는 위상 마스크이다. 도 27은 도 20에 도시된 제3실시예의 프로젝션 시스템(118)의 광학 분리소자로 사용되기 적합한 위상 마스크(146)의 평면도이다. 위상 마스크는 예를 들어, 투명 폴리머로 구성될 수 있고, 피치 L 상에 깊이 2A의 일련의 사각 티스(teeth)를 구비하는 표면 부조 격자(surface relief grating)를 포함할 수 있다. 시준된 광 시트(42)가 이 위상 마스크에 입사되면, 표준 회절 이론에 따라 멀티플 오더(order) 0, ±1, ±2로 회절된다. 각 오더로 커플링된 광의 양은 표면 부조 격자의 섬세한 설계에 의해 어느 정도는 조절될 수 있다. 예를 들어, 둘러싸는 매질이 공기라고 가정하고, 격자 깊이 2A와 위상 마스크의 굴절률 n2 를 선택하여 0차 오더(zero order)(150)가 주어진 파장 l에 대하여 서프레스(suppress) 되면 다음의 관계를 만족한다.
Figure pct00005
이 경우, 대부분의 입사광은 ±1 오더로 커플링되고, 파장과 격자 피치 Λ에 의해 결정되는 회절 각도 θ는 다음과 같다.
Figure pct00006
상기 두 오더는 도 20에 도시된 바와 같이 분리된 빔(122, 122')을 형성한다. 예를 들어, 요구되는 회절 각도와 입사 파장이 각각 45°, 850nm 라면, 격자 피치는 601 nm이어야 한다. 또한, 위상 마스크가 폴리카보네이트(n2 = 1.545 at 850 nm)로 구성된다면, 0차 오더(zero order)(150)는 수학식 5에 따라 2A = 780 nm 이라면 서프레스될 것이다.
격자 티스(grating teeth)는 도 27에 도시된 것과 같이 사각형이나, 사인파 곡선 패턴과 같은 다른 주기적 형상들도 가능하다. 도 27에는 위상 마스크의 면상 표면(152)에 입사하는 시준된 광 시트(42)가 도시되어 있으나, 면상 표면(152)에서의 회절된 빔의 굴절을 위해 요구되는 약간의 격자 피치 조정과 함께 위상 마스크의 격자 쪽에 시준된 광 시트가 입사된다면 회절이 잘 일어날 것이다. 터치 입력 장치 구성을 위해 위상 마스크(146)는 아날로그 방식으로 도 15와 18에 각각 도시된 프리즘 필름(74, 100)에 통합될 수 있다.
위상 마스크의 다른 디자인 역시 당업자 입장에서는 가능할 것이다. 예를 들어, 입사광의 상당한 양이 ±1 오더 뿐만 아니라, 0 오더로 커플링 되도록 격자 깊이를 선택한다면, 위상 마스크는 도 23에 도시된 제4실시예의 프로젝션 시스템의 '3 빔' 광학 분리소자(136) 역할을 할 수 있다. 도 28에 개략적으로 도시되고 시준된 입사 광 시트(42)를 0, +1 오더로 회절시키도록 설계되는 각진 티스(156)를 구비한 블레이즈(blazed) 위상 마스크(154)는 도 9에 도시된 제1실시예의 프로젝션 시스템의 광학 분리소자(56)로 사용될 수 있다.
상술한 각 실시예와 도 30a에 개략적으로 도시한 바와 같이, 프리즘 필름이나 위상 마스크와 같은 광학 분리소자(56)는 입사 광 시트(42)를 광 '시트'(60, 63)로 표현되는 2개의 평행 빔으로 분리하고 상기 빔은 회절 방향으로 전파된다. 사실상 광 시트는 수평으로 '슬라이스(sliced)'된 것이다. 도 30b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 광학 분리소자(56)는 2개의 광 '시트'(60, 63)를 형성하기 위해 광 시트(42)를 수직으로 '슬라이스'하는 것도 가능하다. 상기 2개의 광 시트(60, 63)는 연속적이거나 다수의 평행 빔으로 구성될 수 있다. 도 31a 및 31b에 평면도와 측면도가 각각 제공된 바람직한 실시예에서, 간단한 프리즘(162) 형태의 광학 분리소자는 입사 광 시트(42)의 상부(164)를 수용하도록 배치되고, '스큐' 광 시트(60)를 생성하기 위해 이를 굴절시킨다. 하부(166)는 '곧은(straight) 광 시트(63)를 형성하기 위해 계속 통과한다. 본 실시예에서, '스큐' 및 '곧은' 광 시트(60)는 연속적일 것이다.
그러나, 이러한 형태의 광학 분리소자는 광학 분리소자의 깊이(168)가 길이(170)보다 훨씬 작아야 하는 경우(예를 들어, 도 9에 도시된 터치 입력 장치의 측면을 따라)에는 비현실적이다. 프리즘 필름이나 위상 마스크 형태의 광학 분리소자가 그러한 상황에서는 더 적합하다. 도 32에 도시된 일실시예의 평면도에서, 광학 분리소자는 프리즘 필름(172)의 형태이고, 도 29에 도시된 프리즘 필름(160)과는 각진 패시트(104)가 가깝게 이격되었다는 것을 제외하면 비슷하다. 본 실시예에서, 수직 패시트(108)가 브레이크(174)를 야기하기 때문에 '스큐' 광 시트(60)는 연속적이지 않을 것이다.
다중(multiple) 세트의 빔 또는 광 시트를 발생시키기 위해 2이상의 프리즘 필름이 적층되고 입사 광 시트의 다른 부분을 수용하도록 배치되는 경우도 있다. 일예에서, 도 13b에 도시된 대칭되는2개의 프리즘 필름(74) 적층 구조는 도 25에 도시된 프리즘 필름(138)을 대체할 수 있다.
도시된 실시예들은 멀티-터치 능력 또는 감소된 베젤 폭의 면에서 개선된 적외선 터치 입력 장치용 프로젝션 시스템을 제공한다.
본 발명이 비록 특정 예에 의하여 설명되었으나, 당업자로서는 본 발명이 다양한 형태로 실시될 수 있음을 인식할 수 있다.

Claims (19)

  1. 제1방향으로 전파되는 실질적으로 면상이며 실질적으로 시준된 광을 발하도록 구성되는 제1발광소자; 및
    상기 실질적으로 면상이며 실질적으로 시준된 광의 적어도 일부를 상기 제1방향과는 다른 제2방향으로 분리하도록 구성되는 광학 분리소자;
    를 포함하는 터치 입력 장치용 프로젝션 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 2방향은 상기 터치 입력 장치의 입력 영역의 평면에 대하여 평행인 터치 입력 장치용 프로젝션 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광학 분리소자는 상기 실질적으로 면상이며 실질적으로 시준된 광의 상부 또는 하부를 상기 제2방향으로 분리하는 터치 입력 장치용 프로젝션 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2방향으로 전파되는 실질적으로 평행한 다수의 광 빔을 생성하기 위하여 상기 광학 분리소자는 상기 실질적으로 면상이며 실질적으로 시준된 광의 다수의 부분을 분리하는 터치 입력 장치용 프로젝션 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 광학 분리소자는 프리즘 필름 또는 위상 마스크를 포함하는 터치 입력 장치용 프로젝션 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 2방향은 서로에 대하여 약 45도의 각도를 이루는 터치 입력 장치용 프로젝션 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 분리소자는 상기 실질적으로 면상이며 실질적으로 시준된 광의 적어도 일부를 상기 제1 및 2방향과는 다른 제3방향으로 추가적으로 분리하는 터치 입력 장치용 프로젝션 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 및 3방향은 서로에 대하여 약 90도의 각도를 이루는 터치 입력 장치용 프로젝션 시스템.
  9. 제 7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 입력 장치의 입력 영역은 제1 및 4측면이 서로 대향되고 제2 및 3측면이 서로 대향되는 직사각형이고, 상기 제1발광소자는 상기 제1측면을 따라 위치하며, 서로 대향된 제1 및 2반사기는 상기 제2 및 3측면을 따라 각각 위치하고, 이러한 배치에 의해 상기 제2방향으로 전파되는 광은 그에 대응하는 반사기에 의해 반사되고 상기 제4측면을 따라 위치하는 제1검출기 세트에 수용되며, 상기 제3방향으로 전파되는 광은 그에 대응하는 반사기에 의해 반사되고 상기 제4측면을 따라 위치하는 제2검출기 세트에 수용되는 터치 입력 장치용 프로젝션 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    제4방향으로 실질적으로 면상이며 실질적으로 시준된 광을 발하도록 구성되는 제2발광소자가 제공되는 터치 입력 장치용 프로젝션 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제4방향은 상기 제1방향에 대하여 실질적으로 90도인 터치 입력 장치용 프로젝션 시스템.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 제2발광소자에 인접하고, 상기 제4방향으로 전파되는 상기 실질적으로 면상이며 실질적으로 시준된 광의 적어도 일부를 상기 제4방향과는 다른 제5방향으로 분리하도록 구성되는 광학 분리소자가 제공되는 터치 입력 장치용 프로젝션 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제4 및 5방향은 서로에 대하여 약 45의 각도를 이루는 터치 입력 장치용 프로젝션 시스템.
  14. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1발광소자는
    면상의 광학 신호를 수용, 구속 및 전송하도록 구성되는 전송 소자;
    광학 신호를 실질적으로 시준하도록 구성되는 시준 소자;
    광학 신호를 재배향하도록 구성되는 재배향 소자;
    를 포함하고,
    상기 소자들은 실질적으로 면상이며 실질적으로 시준된 신호를 생성하기 위해 광학 소스로부터 광학 신호를 수용하고 상기 광학 신호를 전송, 시준 및 재배향하도록 배치되는 터치 입력 장치용 프로젝션 시스템.
  15. 제 10항 내지 제13중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 2 발광소자는, 면상의 광학 신호를 수용, 구속 및 전송하는 전송 소자와 광학 신호를 시준 및 재배향하는 시준 및 재배향 소자를 포함하는 전송 몸체를 포함하고, 상기 소자들은 상기 제1 및 4방향으로 각각 전파되는 실질적으로 면상이며 실질적으로 시준된 신호를 생성하기 위해 하나 이상의 광학 소스로부터 제1 및 2 광학 신호를 수용하고, 상기 제1 및 2 광학 신호를 전송, 시준 및 재배향하도록 배치되는 터치 입력 장치용 프로젝션 시스템.
  16. 제1방향으로 전파되는 실질적으로 시준되며 실질적으로 면상인 신호를 생성하기 위하여 실질적으로 면상인 광학 신호를 수용하고 상기 광학 신호를 시준 및 재배향하도록 배치되는, 광학 신호를 실질적으로 시준하도록 구성되는 시준 소자 및 광학 신호를 실질적으로 재배향하도록 구성되는 재배향 소자를 포함하는 전송 몸체; 및
    상기 실질적으로 시준되며 실질적으로 면상인 신호의 적어도 일부를 상기 제1방향과는 다른 제2방향으로 분리하도록 구성되는 광학 분리소자;
    를 포함하는 터치 입력 장치용 프로젝션 시스템.
  17. 제1방향으로 전파되는 실질적으로 시준되며 실질적으로 면상인 신호를 생성하기 위하여 실질적으로 면상인 광학 신호를 수용하고 상기 광학 신호를 시준 및 재배향하도록 구성되는 시준 및 재배향 소자를 포함하는 전송 몸체; 및
    상기 실질적으로 시준되며 실질적으로 면상인 신호의 적어도 일부를 상기 제1방향과는 다른 제2방향으로 분리하도록 구성되는 광학 분리소자;
    를 포함하는 터치 입력 장치용 프로젝션 시스템.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 프로젝션 시스템을 포함하는 터치 입력 장치.
  19. 제1방향으로 전파되는 실질적으로 면상이고 실질적으로 시준된 광학 신호를 제공하는 단계;
    상기 실질적으로 면상이고 실질적으로 시준된 광학 신호의 적어도 일부를 상기 제1방향과는 다른 제2방향으로 분리하는 단계; 및
    입력을 감지하기 위하여 상기 제1 및 2방향으로 전파되는 상기 광학 신호를 그에 대응하는 광 검출소자에 수용하는 단계;
    를 포함하는 입력 장치에 인가되는 입력 신호를 생성하는 방법.
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