KR20130084559A

KR20130084559A - 지시물체의 삼차원적 위치인식장치

Info

Publication number: KR20130084559A
Application number: KR1020120005427A
Authority: KR
Inventors: 정승태; 안무선
Original assignee: 주식회사 스마트센스테크놀러지
Priority date: 2012-01-17
Filing date: 2012-01-17
Publication date: 2013-07-25
Also published as: KR101459032B1

Abstract

본 발명은 지시물체의 삼차원적 위치인식장치에 관한 것으로, 본 발명은 화면 둘레에 구비되며, 입사된 빛을 회귀 반사시키는 회귀반사부재; 상기 화면과 평행하게 위치한 가상의 평면에 빛을 분사하며 상기 분사된 빛이 상기 회귀반사부재에 의해 회귀 반사된 빛을 감지하는 복수 개의 스캔 어셈블리; 상기 복수 개의 스캔 어셈블리에서 각각 분사하는 빛과 감지되는 빛을 기초로 하여 상기 화면상의 물체 위치를 감지하는 제어유닛을 포함한다. 본 발명에 따르면, 지시물체가 디스플레이 장치의 화면상에 수평 및 수직 방향으로 움직이는 것을 감지하게 되며, 또한, 지시물체가 디스플레이 장치의 화면상 가리키는(지시하는) 임의의 위치 및 화면상에서의 움직임을 정확하게 감지하게 된다.

Description

지시물체의 삼차원적 위치인식장치{APPARATUS FOR SENSING THE THREE-DIMENSIONAL MOVEMENT OF AN OBJECT}

본 발명은 지시물체의 삼차원적 위치인식장치에 관한 것이다.

디스플레이 장치는, 컴퓨터 모니터, 텔레비전 모니터, 모바일폰 등, 화면을 표시하는 제품에 사용된다. 디스플레이 장치는 액정표시소자(LCD; Liquid crystal display), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP; Plasma display panel), 진공형광소자(VFD) 등이 있다.

디스플레이 장치에서 화면상 임의의 위치를 물체로 지시(또는 접촉)할 때 화면상 물체의 위치를 인식하는 방법들은, 저항값의 변화를 감지하여 물체의 위치를 인식하는 방법, 정전 용량의 변화를 감지하여 물체의 위치를 인식하는 방법, 광센서를 이용하여 물체의 위치를 인식하는 방법 등 다양한 방법이 개발되고 있다.

위 방법들 중 저항값의 변화를 감지하여 물체의 위치를 입력하는 방법과 정전 용량의 변화를 감지하여 물체의 위치를 인식하는 방법은 대형 디스플레이 장치에 적용하기 어려운 점이 있어 모바일폰의 디스플레이 장치와 같은 소형 디스플레이 장치에 주로 사용된다.

한국공개특허 10-2011-0049454, 미국특허 US 6,927,386, US 6,838,657, US 7,075,054에는 광센서를 이용하여 물체의 위치를 인식하는 방법이 개시되어 있다. 위 선행특허들은, 광발생기가 디스플레이 장치의 화면과 일정 간격을 두고 화면과 평행하게 위치하는 가상의 평면에 빛(레이저빔)을 방사 방향 또는 직선 방향으로 조사하고 그 조사된 빛이 회귀 반사되는 것을 광감지기가 감지하게 되며, 화면상에 물체가 위치하게 되면 그 물체로 조사된 빛이 산란되어 감지되지 않거나 아주 약하게 감지되는 것을 이용하여 물체의 위치를 감지하는 기술을 개시하고 있다.

하지만, 위 선행특허들은 광발생기에서 조사되는 빛(레이저빔)이, 화면과 일정 간격을 두고 평행하게 위치하는 한 개의 가상 평면에, 방사 또는 직선 방향으로 분사되므로 지시물체가 화면상 임의의 점을 지시하는 위치나 화면상 화면과 수평인 방향으로 움직이는 것은 감지할 수 있으나 화면과 수직인 방향으로 움직이는 것은 감지하지 못하게 된다. 또한, 지시물체가 그 가상 빛 평면을 가로질러 위치하지 않을 경우 지시물체의 위치를 인식하지 못하게 된다. 따라서, 지시물체가 화면상 임의의 점을 지시할 때 화면에 접촉된 상태로 지시하지 않게 되면 지시물체의 지시 위치를 감지하지 못하는 경우가 발생하게 된다.

본 발명의 목적은 지시물체가 디스플레이 장치의 화면상에 수평 및 수직 방향으로 움직이는 것을 인식하는 지시물체의 삼차원적 위치인식장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 지시물체가 디스플레이 장치의 화면상 가리키는(지시하는) 임의의 위치 및 화면상에서의 움직임을 정확하게 인식하는 지시물체의 삼차원적 위치인식장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 화면 둘레에 구비되며, 입사된 빛을 회귀 반사시키는 회귀반사부재; 상기 화면과 평행하게 위치한 가상의 평면에 빛을 분사하며 상기 분사된 빛이 상기 회귀반사부재에 의해 회귀 반사된 빛을 감지하는 복수 개의 스캔 어셈블리; 상기 복수 개의 스캔 어셈블리에서 각각 분사하는 빛과 감지되는 빛을 기초로 하여 상기 화면상의 물체 위치를 감지하는 제어유닛을 포함하는 지시물체의 삼차원적 위치감지장치가 제공된다.

상기 복수 개의 스캔 어셈블리에서 각각 빛이 분사되는 가상의 평면들이 서로 평행하도록 상기 복수 개의 스캔 어셈블리들이 적층되는 것이 바람직하다.

상기 스캔 어셈블리는 두 개인 것이 바람직하다.

상기 복수 개의 스캔 어셈블리들의 각 구성은 서로 같은 것이 바람직하다.

상기 복수 개의 스캔 어셈블리들은 상기 디스플레이 패널의 상단 중간 부분에 구비되는 것이 바람직하다.

상기 스캔 어셈블리는 전면에 복수 개의 구멍이 구비된 케이싱; 상기 케이싱의 구멍에 삽입되어 상기 케이싱 외부로 돌출되는 회전 반사체를 포함하는 빛 분사기; 상기 케이싱의 내부에 장착되며, 상기 회전 반사체로 빛을 조사하는 빛 조사유닛; 상기 케이싱의 내부에 장착되며, 상기 회귀반사부재를 통해 회귀 반사된 빛을 검출하는 빛 검출유닛을 포함하며, 상기 빛 분사기, 빛 조사유닛, 빛 검출유닛은 각각 두 개로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 빛 분사기는 빛 통과구멍이 형성되며, 복수 개의 권선 코일들이 구비된 베이스 기판; 상기 베이스 기판에 결합되는 베어링; 상기 베어링에 결합되며, 상기 베이스 기판의 빛 통과구멍과 연통되는 빛 통과구멍이 구비된 회전판; 상기 회전판에 결합되며, 상기 권선 코일들에 전류가 인가시 권선 코일들과 전자기적 상호작용에 의해 회전력을 발생시키는 복수 개의 자석들; 상기 회전판에 결합되어 빛 통과구멍을 복개하며, 상기 회전판과 함께 회전하면서 상기 빛 통과구멍을 통해 유입되는 빛을 방사상으로 분사되도록 반사시키는 회전 반사체를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 스캔 어셈블리는 하부가 개구된 케이싱과, 상기 케이싱의 내부에 서로 일정 간격을 두고 구비되는 제1,2 빛 조사 및 감지유닛을 포함하며, 상기 제1 빛 조사 및 감지유닛은 기판에 결합되는 광발생기와, 상기 광발생기에서 조사되는 빛의 일부분을 반사시키고 나머지는 투과시키는 하프 반사체와, 상기 기판에 결합되는 회전 모터와, 상기 회전 모터에 결합되며 상기 회전 모터에 의해 회전하면서 상기 하프 반사체를 통과한 빛을 방사상으로 반사시키는 경사 반사면이 구비된 회전 반사체와, 상기 하프 반사체와 일정 간격을 두고 위치하며 빛을 검출하는 광검출기를 포함할 수도 있다.

상기 회귀반사부재는 화면으로부터 수직 방향으로 복수 개의 반사영역들이 구비되는 것이 바람직하다.

본 발명은 화면상 지시물체의 위치를 검출하는 스캔 어셈블리가 디스플레이 패널의 상단부에 복수 개 구비되므로 화면상에서 지시물체가 수평 방향은 물론 수직 방향으로 움직이는 것을 감지하게 된다. 이와 같이, 화면상에서 지시물체가 수평 및 수직 방향으로 움직이는 것을 감지하게 되므로 화면에 더 많은 다양한 정보를 표시할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 복수 개의 스캔 어셈블리들에 의해 화면과 평행하게 복수 개의 가상 빛 평면들이 형성되므로 화면상에 지시물체가 임의의 위치를 지시할 때 그 지시 위치를 감지하지 못하는 경우가 발생되는 것을 방지하게 될 뿐만 아니라 그 지시물체의 위치를 더 정확하게 감지하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 지시물체의 삼차원적 위치인식장치의 일실시예를 구비한 디스플레이 장치를 도시한 정면도,
도 2는 본 발명에 따른 지시물체의 삼차원적 위치인식장치의 일실시예를 구비한 디스플레이 장치의 일부분을 도시한 측면도,
도 3은 본 발명에 따른 지시물체의 삼차원적 위치인식장치에 의해 형성되는 가상의 빛 평면을 도시한 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 지시물체의 삼차원적 위치인식장치의 일실시예를 구성하는 스캔 어셈블리의 제1 실시예를 도시한 평단면도,
도 5는 상기 스캔 어셈블리의 제1 실시예를 구성하는 빛 조사 및 감지유닛의 빛 조사 상태를 도시한 평면도,
도 6은 본 발명에 따른 지시물체의 삼차원적 위치인식장치의 일실시예를 구성하는 스캔 어셈블리의 제1 실시예에서 빛이 분사되는 상태를 도시한 정면도,
도 7은 상기 스캔 어셈블리의 제1 실시예를 구성하는 빛 조사 및 감지유닛의 빛 감지 상태를 도시한 평면도,
도 8은 본 발명에 따른 지시물체의 삼차원적 위치인식장치의 일실시예를 구성하는 스캔 어셈블리의 제2 실시예를 도시한 평단면도,
도 9는 상기 스캔 어셈블리의 제2 실시예를 구성하는 빛 조사 및 감지유닛의 빛 조사 상태를 도시한 평면도,
도 10은 상기 스캔 어셈블리의 제2 실시예를 구성하는 빛 조사 및 감지유닛의 빛 감지 상태를 도시한 평면도,
도 11은 본 발명에 따른 지시물체의 삼차원적 위치인식장치의 일실시예를 구성하는 스캔 어셈블리의 빛 조사 및 감지유닛에서 신호 발생을 나타낸 그래프,
도 12는 화면상 임의의 위치에 물체가 위치하는 것을 도시한 도표,
도 13은 화면과 평행하게 형성된 가상 평면들에 지시물체가 이동하는 것을 도시한 사시도.

이하, 본 발명에 따른 지시물체의 삼차원적 위치인식장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 지시물체의 삼차원적 위치인식장치의 제1 실시예를 구비한 디스플레이 장치를 도시한 정면도이다. 도 2는 본 발명에 따른 지시물체의 삼차원적 위치인식장치의 제1 실시예를 구성하는 디스플레이 장치를 도시한 측면도이다.

도 1, 2에 도시한 바와 같이, 상기 디스플레이 장치(100)는 정보를 표시하는 디스플레이 패널(110)과, 상기 디스플레이 패널(110)을 감싸는 하우징(120)을 포함한다. 상기 디스플레이 패널(110) 중 정보가 표시되는 부분을 화면(screen)(S)이라 한다. 상기 화면(S)은 사각형이다. 상기 화면(S)은 다양한 형태로 구현될 수 있다. 상기 하우징(120)은 전면 프레임(121)과 후면 커버(미도시)를 포함하며, 상기 전면 프레임(121)은 화면(S)이 노출되도록 디스플레이 패널(110)의 가장자리를 커버한다.

본 발명에 따른 지시물체의 삼차원적 위치인식장치의 제1 실시예는 회귀반사부재(200), 복수 개의 스캔 어셈블리(300), 제어유닛(미도시)을 포함한다. 도 1, 2는 스캔 어셈블리가 두 개인 경우에 대하여 도시하였다.

상기 회귀반사부재(200)는 화면의 양쪽에 각각 위치하는 측면 반사부(210)와 화면의 아래쪽에 위치하는 하면 반사부(220)로 이루어진다. 상기 측면 반사부(210)와 하면 반사부(220)는 각각 일정 두께를 갖는 막대 형상이며, 측면 반사부(210)의 내측면과 하면 반사부(220)의 상측면은 반사면이다. 상기 반사면은 빛이 입사되면 그 입사된 쪽으로 빛이 반사시키는 회귀 반사면이다. 상기 회귀 반사면은 회귀반사필름을 부착함에 의해 이루어진다. 상기 회귀반사부재(200)의 높이, 즉, 화면으로부터 회귀반사부재(200)의 전면까지의 수직 거리는 상기 스캔 어셈블리(300)의 개수에 따라 결정된다. 상기 스캔 어셈블리가 두 개이면 상기 회귀반사부재(200)의 반사면은 두 개의 반사 영역으로 이루어진다.

상기 스캔 어셈블리(300)는 상기 화면(S)과 평행하게 위치한 가상의 평면에 빛을 분사하며 상기 분사된 빛이 상기 회귀반사부재(200)에 의해 회귀 반사된 빛을 감지한다. 상기 가상의 평면에 분사되는 빛은 가상의 평면 임의의 점에서 방사상으로 분사된다.

상기 복수 개의 스캔 어셈블리(300)에서 각각 빛이 분사되는 가상의 평면들이 서로 평행하도록 상기 복수 개의 스캔 어셈블리(300)들이 일렬로 배열되도록 적층되는 것이 바람직하다. 상기 스캔 어셈블리(300)들이 장착되는 위치는 상기 디스플레이 패널(110)의 상단 중간부인 것이 바람직하다. 상기 스캔 어셈블리(300)의 장착 위치는 하우징(120)의 전면 프레임(121)이 될 수도 있다.

상기 복수 개의 스캔 어셈블리(300)들이 각각 작동하게 되면, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 화면(S)과 평행하게 복수 개 가상의 빛 평면(E)들이 형성된다. 상기 한 개의 스캔 어셈블리(300)는 한 개의 가상의 빛 평면(E)을 형성하게 된다.

상기 복수 개의 스캔 어셈블리(300)들의 각 구성은 서로 같은 것이 바람직하다.

상기 스캔 어셈블리(300)의 제1 실시예는, 도 4에 도시한 바와 같이, 전면에 복수 개의 구멍(311)이 구비된 케이싱(310); 상기 케이싱(310) 내부에 서로 일정 간격을 두고 구비되는 제1,2 빛 조사 및 감지유닛들(LU1)(LU2)을 포함하며, 상기 제1,2 빛 조사 및 감지유닛들(LU1)(LU2)은 서로 구성이 같다. 상기 빛 조사 및 감지유닛은 세 개 이상으로 구성될 수 있다.

상기 빛 조사 및 감지유닛(LU)은 상기 케이싱(310)의 구멍에 삽입되어 상기 케이싱(310) 외부로 돌출되는 회전 반사체(321)를 포함하는 빛 분사기(320); 상기 케이싱(310)의 내부에 장착되며, 상기 회전 반사체(321)로 빛을 조사하는 빛 조사유닛(330); 상기 케이싱(310)의 내부에 장착되며, 상기 회귀반사부재(200)를 통해 회귀 반사된 빛을 검출하는 빛 검출유닛(340)을 포함한다.

상기 케이싱(310)은 육면체 형태로 형성됨이 바람직하고, 상기 구멍(311)들은 상기 빛 분사기(320)의 수와 같다.

상기 빛 분사기(320)는 빛 통과구멍(H)이 형성되며, 복수 개의 권선 코일(323)들이 구비된 베이스 기판(322); 상기 베이스 기판(322)에 결합되는 베어링(324); 상기 베어링(324)에 결합되며, 상기 베이스 기판(322)의 빛 통과구멍(H)과 연통되는 빛 통과구멍(H)이 구비된 회전판(325); 상기 회전판(325)에 결합되는 복수 개의 자석(326)들; 상기 회전판(325)에 결합되며, 상기 회전판(325)과 함께 회전하면서 상기 빛 통과구멍(H)을 통해 유입되는 빛을 방사상으로 분사되도록 반사시키는 회전 반사체(321)를 포함한다. 상기 베어링(324)은 볼 베어링 또는 부시 베어링인 것이 바람직하다. 상기 자석들(자석 조각들)(326)은 상기 권선 코일(323)들을 마주보도록 상기 회전판(325)의 한쪽면에 구비된다. 상기 자석(326)들은 상기 권선 코일(323)들에 전류가 인가됨에 따라 전자기적 상호작용에 의해 회전력을 발생시킨다. 상기 자석(326)들의 회전력에 의해 상기 회전판(325)이 회전하게 된다.

상기 베이스 기판(322), 권선 코일(323)들, 회전판(325), 자석(326)들은 모터 축이 배제된 모터를 구성한다. 상기 베이스 기판(322)과 권선 코일(323)들은 모터의 고정자를 구성하고, 회전판(325)과 자석(326)들은 회전자를 구성한다.

상기 회전판(325)은 가운데에 구멍이 구비된 원판부(325a)와, 상기 원판부(325a)의 구멍에 결합되며, 상기 베어링(324)에 연결되는 중공축부(325b)와, 상기 원판부(325a)의 가장자리에 절곡 연장된 환형 링 형상의 테두리 커버부(325c)를 포함한다. 상기 중공축부(325b)의 내부 구멍이 빛 통과구멍(H)이 된다.

상기 회전 반사체(321)는 상기 원판부(325a)의 빛 통과구멍(H)을 복개하도록 원판부(325b)의 한쪽면에 결합된다. 상기 회전 반사체(321)는 육각형 형태로 형성되며 그 한쪽 끝에 경사진 경사 반사면(B)이 구비된다. 상기 회전 반사체(321)는 다양한 형태로 구현될 수 있다.

상기 빛 분사기(320)는 회전 반사체(321)가 케이싱(310)의 구멍(311)에 삽입되어 케이싱(310)의 외부로 돌출되도록 상기 케이싱(310)의 내부에 장착된다. 상기 빛 분사기(320)의 회전 반사체(321)는 반사면(B)을 포함한 일부분이 케이싱(310) 외부로 돌출된다.

상기 빛 조사유닛(330)은 상기 빛 분사기(320)의 베이스 기판(322)의 빛 통과구멍(H)과 회전판(325)의 빛 통과구멍(H)을 통해 상기 회전 반사체(321)로 빛을 조사한다. 상기 빛 조사유닛(330)은 케이싱(310)의 내부에 장착되는 광발생기(331)와, 상기 광발생기(331)에서 조사되는 빛의 일부분을 반사시키고 나머지는 투과시키는 하프 반사체(333)와, 상기 광발생기(331)와 하프 반사체(333) 사이에 빛을 평행하게 유도하는 제1 집광렌즈(334)를 포함한다. 상기 광발생기(331)는 레이저빔을 발생시키는 레이저 다이오드를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 빛 검출유닛(340)은 상기 케이싱(310)의 내부에 구비되며, 상기 회귀반사부재(200)를 통해 회귀 반사된 빛을 검출한다. 상기 빛 검출유닛(340)은 상기 하프 반사체(313)와 일정 간격을 두고 위치하며 빛을 검출하는 광검출기(341)와, 상기 하프 반사체(333)에서 반사되는 빛을 평행하게 유도하는 제2 집광렌즈(342)를 포함한다.

상기 케이싱(310)의 전면에, 외부로 돌출된 회전 반사체(321)를 복개하는, 투명 재질의 커버(312)가 장착되는 것이 바람직하다.

상기 스캔 어셈블리(300)의 제1 실시예의 작동은 다음과 같다. 도 5에 도시한 바와 같이, 빛 조사유닛(330)의 광발생기(331)에서 빛(레이저빔)이 조사되면 제1 집광렌즈(334)를 통과한 후 하프 반사체(333)에서 일부는 반사되고 나머지는 통과한다. 상기 하프 반사체(333)를 통과한 빛은 빛 분사기(320)의 베이스 기판(322)의 빛 통과구멍(H)과 회전판(325)의 빛 통과구멍(H)을 지나 회전 반사체(321)의 반사면(B)에 반사된다. 상기 회전 반사체(321)의 반사면(B)에 반사되어 진행 방향이 바뀐 빛은 회귀반사부재(200)에 부딪힌다. 상기 빛 분사기(320)는 권선 코일(323)들에 전류가 인가됨에 따라 권선 코일(323)들과 자석(326)들의 전자기적 상호 작용에 의해 회전력이 발생되며 그 회전력에 의해 회전판(325)이 회전하게 된다. 상기 회전판(325)이 회전함에 따라 회전판(325)에 결합된 회전 반사체(321)가 회전한다.

상기 회전 반사체(321)가 회전함에 따라, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 하프 반사체(313)를 통과한 빛이 회전하는 회전 반사체(321)의 경사 반사면(B)에 의해 지속적으로 반사되므로 회전 반사체(321)의 경사 반사면(B)의 빛 입사 점을 기준으로 하여 빛이 가상의 평면상에 방사상으로 분사된다. 상기 회전 반사체(321)가 빠른 속도로 회전하게 되면 가상의 평면은 빛 평면으로 보이게 되며, 그 빛 평면은 화면(S)과 일정 간격 두고 화면(S)과 평행하게 위치한다. 상기 제1,2 빛 조사 및 감지유닛(LU1)(LU2)에서 각각 형성하는 빛 평면은 동일한 평면인 것이 바람직하다.

상기 회귀반사부재(200)에 부딪힌 빛은, 도 7에 도시한 바와 같이, 회전 반사체(321)의 경사 반사면(B)으로 회귀 반사된다. 상기 회전 반사체(321)의 경사 반사면(B)으로 회귀 반사된 빛은 상기 회전 반사체(321)의 경사 반사면(B)에 반사된다. 상기 회전 반사체(321)의 경사 반사면(B)에 반사된 빛은 하프 반사체(333)에서 일부는 통과되고 나머지는 반사되어 제2 집광렌즈(342)를 통과한다. 제2 집광렌즈(342)를 통과한 빛은 광검출기(341)를 통해 검출된다.

위의 과정은 빛의 속도로 이루어진다.

도 8은 스캔 어셈블리의 제2 실시예를 도시한 평단면도이다.

도 8에 도시한 바와 같이, 상기 스캔 어셈블리(300)의 제2 실시예는 아래쪽이 개구된 케이싱(360)과, 상기 케이싱(360)의 내부에 서로 일정 간격을 두고 구비되는 제1,2 빛 조사 및 감지유닛들(LU3)(LU4)을 포함한다. 상기 빛 조사 및 감지유닛(LU)은 세 개 이상으로 구성될 수 있다. 상기 제1 빛 조사 및 감지유닛(LU3)의 구성은 상기 제2 빛 조사 및 감지유닛(LU4)의 구성과 동일하다.

상기 제1 빛 조사 및 감지유닛(LU3)은 빛을 발생시키는 광발생기(371)와, 상기 광발생기(371)에서 조사되는 빛의 일부분을 반사시키고 나머지는 투과시키는 하프 반사체(373)와, 회전력을 발생시키는 회전 모터(374)와, 상기 회전 모터(374)에 결합되어 회전 모터(374)에 의해 회전하면서 상기 하프 반사체(373)를 통과한 빛을 방사상으로 반사시키는 반쪽 육면체 형상의 회전 반사체(375)와, 상기 하프 반사체(373)와 일정 간격을 두고 위치하며 빛을 검출하는 광검출기(376)를 포함한다. 상기 광발생기(371)와 하프 반사체(373) 사이에 빛을 평행하게 유도하는 제1 집광렌즈(377)가 구비되고, 상기 하프 반사체(373)와 광검출기(376) 사이에 빛을 평행하게 유도하는 제2 집광렌즈(378)가 구비된다. 상기 광발생기(371)는 레이저빔을 발생시키는 레이저 다이오드를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 케이싱(360)은 일정 길이를 가지며 단면이 디귿자 형상인 것이 바람직하다. 상기 케이싱(360)은 다양한 형태로 구현될 수 있다.

상기 스캔 어셈블리(300)가 디스플레이 패널(110)에 장착된 상태에서, 상기 제1,2 빛 조사 및 감지유닛(LU3)(LU4)의 각 회전 모터(374)와 회전 반사체(375)는 화면(S)보다 앞으로 나오게 된다. 상기 회전 반사체(375)는 경사 반사면(B)이 구비된다.

상기 스캔 어셈블리(300)의 제2 실시예의 작동은 다음과 같다.

먼저, 광발생기(371)에서 조사된 빛은, 도 9에 도시한 바와 같이, 제1 집광렌즈(377)를 통과한다. 제1 집광렌즈(377)를 통과한 빛은 하프 반사체(373)에서 일부는 반사되고 나머지는 통과한다. 하프 반사체(373)를 통과한 빛은 회전 모터(374)에 의해 회전하는 회전 반사체(375)의 경사 반사면(B)에 반사된다. 회전 반사체(375)의 경사 반사면(B)에 반사된 빛은 화면(S)을 가로지르면서 회귀반사부재(200)에 부딪혀 회귀 반사된다.

상기 하프 반사체(373)를 통과한 빛이 회전하는 회전 반사체(375)의 경사 반사면(B)에 의해 지속적으로 반사되므로 회전 반사체(375)의 경사 반사면(B)의 빛 입사 점을 축으로 하여 빛이 방사상으로 분사된다. 상기 빛은 화면(S)과 평행하고 일정 간격을 둔 가상의 평면에서 방사상으로 분사된다.

상기 회귀반사부재(200)에 부딪혀 반사된 빛은, 도 10에 도시한 바와 같이, 회전 반사체(375)의 경사 반사면(B)으로 회귀 반사된다. 상기 회전 반사체(375)의 경사 반사면(B)으로 회귀 반사된 빛은 상기 회전 반사체(375)의 경사 반사면(B)에 반사되며 그 반사된 빛은 하프 반사체(373)에서 일부는 통과되고 나머지는 반사되어 제2 집광렌즈(378)를 통과한다. 제2 집광렌즈(378)를 통과한 빛은 광검출기(376)를 통해 검출된다. 상기 제1,2 빛 조사 및 감지유닛들(LU3)(LU4)은 각각 동일 평면에 빛을 분사한다.

위의 과정은 빛의 속도로 이루어진다.

상기 스캔 어셈블리(300)는 제1 실시예 또는 제2 실시예를 복수 개 적층할 수 있고, 또한 제1 실시예와 제2 실시예를 함께 복수 개 적층할 수도 있다.

상기 제어유닛(미도시)은 상기 복수 개의 스캔 어셈블리들의 각 빛 조사 및 감지유닛에서 조사되는 빛과 감지되는 빛을 기초로 하여 상기 화면(S)상의 물체 위치를 감지한다. 상기 제어유닛은 마이콤을 포함한다.

이하, 본 발명에 따른 지시물체의 삼차원적 위치인식장치의 작용과 효과를 설명하면 다음과 같다. 상기 스캔 어셈블리(300)가 두 개인 경우에 대하여 설명한다. 아래쪽에 위치하는 것을 제1 스캔 어셈블리라 하고, 그 위에 위치하는 것을 제2 스캔 어셈블리라 한다. 그리고 상기 스캔 어셈블리는 스캔 어셈블리의 제1 실시예를 기준으로 설명한다.

먼저, 제1,2 스캔 어셈블리(300)들에서 각각 조사된 빛이 화면(S)과 평행한 두 개의 가상 평면(E)에 각각 분사되고, 그 가상 평면(E)에 분사된 빛은 회귀반사부재(200)에 의해 회귀 반사되어 각각 가상 평면(E)을 통해 제1,2 스캔 어셈블리(300)에 검출(감지)된다. 제1 스캔 어셈블리(300)에서 조사된 빛이 분사되는 가상 평면을 제1 가상 평면이라 하고, 제2 스캔 어셈블리(300)에서 조사된 빛이 분사되는 가상 평면을 제2 가상 평면이라 한다. 제1 가상 평면이 화면(S)으로부터 가까운 곳에 위치한다.

이와 같은 상태에서, 손가락이나 막대 등의 지시물체가 화면(S)상의 임의의 위치를 지시하게 되면 그 지시물체에 조사된 빛이 산란되어 광검출기에서 빛이 검출되지 않게 되며(또는 아주 약하게 검출되며) 광검출기에 빛이 검출되지 않는 것을 기초로 제어유닛에서 화면(S)상 물체의 위치를 산출하고 감지하게 된다.

예를 들어, 제1 스캔 어셈블리(300)에서 신호를 발생시키는 과정을 설명하면 다음과 같다.

제1 스캔 어셈블리(300)의 제1 빛 조사 및 감지유닛(LU1)의 회전 반사체(321)가 회전하면서 그 회전 반사체(321)의 경사 반사면(B)으로 조사되는 빛을 반사시키게 되므로 빛은 그 경사 반사면(B)의 빛 입사점을 기준으로 하여 빛을 360도 연속으로 방사상으로 분사시키게 된다. 도 11에 도시한 바와 같이, 회귀반사부재(200)가 존재하지 않는 임의의 위치에 동기신호검출기를 위치시키게 되면 그 동기신호검출기를 지날 때 신호가 발생(검출)되고 동기신호검출기에서부터 회귀반사부재(200)가 시작되는 점(회전방향기준)까지 회전 영역에서 빛이 회귀 반사하지 않게 되므로 빛이 검출되지 않아 신호가 발생되지 않는다. 그리고 회귀반사부재(200)가 존재하는 회전 영역에서는 빛이 회귀 반사되므로 신호가 연속적으로 발생된다. 그리고 회귀반사부재(200)가 끝나는 점부터 동기심호검출기까지 회전 영역에서 빛이 회귀 반사되지 않게 되므로 신호가 발생되지 않는다.

이와 같은 상태에서 화면(S)상에 지시물체가 위치하게 되면 지시물체에서 빛이 산란되어 광검출기에 빛이 검출되지 않거나 매우 약하게 검출되므로 신호가 발생되지 않거나 매우 약하게 된다.

상기 제2 빛 조사 및 감지유닛(LU2)의 광검출기(341)에서 신호를 발생시키는 것은 제1 빛 조사 및 감지유닛(LU2)의 광검출기(341)에서 신호를 발생시키는 것과 같다. 또한, 스캔 어셈블리의 제1,2 실시예에서 신호를 발생시키는 원리는 서로 같다.

따라서, 도 12에 도시한 바와 같이, 화면(S)상의 임의의 위치 P(X,Y)에 지시물체가 위치하게 되면 P의 좌표 X = (tL + tR/tR - tL)a, Y = 2(tLtR/tR-tL)a + h가 된다. 여기서 tL = tanθL, tR = tanθR이다. 위의 좌표를 산출하는 식은 일반적인 식이므로 구체적인 설명은 생략하였다.

위와 같은 방법으로 화면(S)상 임의의 위치에 지시물체가 위치할 경우 그 지시물체의 위치를 감지하게 된다.

한편, 본 발명은 상기 스캔 어셈블리(300)가 두 개 구비되므로 화면(S)상에서 지시물체가 수평 방향은 물론 수직 방향으로 움직이는 것을 감지하게 된다. 예를 들면, 화면(S)상에서 지시물체가 화면(S)의 수직방향에 대하여 경사지게 화면(S)쪽으로 움직이게 되면, 도 13에 도시한 바와 같이, 그 지시물체는 제2 가상 평면의 임의의 점 P2(X2,Y2)을 지나 제1 가상 평면의 임의의 점 P1(X1,Y1)에 이르게 되므로 제2 가상 평면의 P2(X2,Y2) 좌표와 제1 가상 평면의 P1(X1,Y2) 좌표가 감지되어 지시물체의 입체적 움직임을 알 수 있게 된다. 상기 스캔 어셈블리(300)의 수가 많을수록 지시물체의 움직임 경로를 더 정확하게 알 수 있게 된다. 물론, 지시물체가 수평으로 움직일 경우에도 지시물체가 움직이는 각 점에서의 좌표가 인식되므로 지시물체가 수평으로 움직이는 위치(경로)를 감지하게 된다. 이와 같이, 화면(S)상에서 지시물체가 수평 및 수직 방향으로 움직이는 것을 감지하게 되므로 화면(S)상에 더 많은 다양한 정보를 표시할 수 있게 된다. 한편, 상기 화면상 뿐만 아니라 다른 공간에 다수 개의 빛 평면들을 평행하게 형성하게 될 경우 그 빛 평면들이 형성된 공간에서 물체가 움직일 때 그 물체의 움직임을 인식할 수 있게 된다.

또한, 화면(S)과 평행하게 두 개의 가상 빛 평면들이 형성되므로 화면(S)상에 지시물체가 임의의 위치를 지시할 때 그 지시 위치를 감지하지 못하는 것을 방지하게 될 뿐만 아니라 그 지시물체의 위치를 더 정확하게 감지하게 된다. 스캔 어셈블리(300)를 세 개 이상 적층하게 되면 화면(S)상에 지시물체가 임의의 위치를 지시할 때 그 지시물체를 더 정확하게 감지하게 된다.

200; 회귀반사부재 300; 스캔 어셈블리
310; 케이싱 320; 빛 분사기
330; 빛 조사유닛 340; 빛 검출기
S; 화면

Claims

화면 둘레에 구비되며, 입사된 빛을 회귀 반사시키는 회귀반사부재;
상기 화면과 평행하게 위치한 가상의 평면에 빛을 분사하며 상기 분사된 빛이 상기 회귀반사부재에 의해 회귀 반사된 빛을 감지하는 복수 개의 스캔 어셈블리;
상기 복수 개의 스캔 어셈블리에서 각각 분사하는 빛과 감지되는 빛을 기초로 하여 상기 화면상의 물체 위치를 감지하는 제어유닛을 포함하는 지시물체의 삼차원적 위치감지장치.
제 1 항에 있어서, 상기 복수 개의 스캔 어셈블리에서 각각 빛이 분사되는 가상의 평면들이 서로 평행하도록 상기 복수 개의 스캔 어셈블리들이 적층되는 것을 특징으로 하는 지시물체의 삼차원적 위치감지장치.
제 1 항에 있어서, 상기 스캔 어셈블리는 두 개인 것을 특징으로 하는 지시물체의 삼차원적 위치감지장치.
제 1 항에 있어서, 상기 복수 개의 스캔 어셈블리들의 각 구성은 서로 같은 것을 특징으로 하는 지시물체의 삼차원적 위치감지장치.
제 1 항에 있어서, 상기 복수 개의 스캔 어셈블리들은 상기 디스플레이 패널의 상단 중간 부분에 구비되는 것을 특징으로 하는 지시물체의 삼차원적 위치감지장치.
제 1 항에 있어서, 상기 스캔 어셈블리는
전면에 복수 개의 구멍이 구비된 케이싱;
상기 케이싱의 구멍에 삽입되어 상기 케이싱 외부로 돌출되는 회전 반사체를 포함하는 빛 분사기;
상기 케이싱의 내부에 장착되며, 상기 회전 반사체로 빛을 조사하는 빛 조사유닛;
상기 케이싱의 내부에 장착되며, 상기 회귀반사부재를 통해 회귀 반사된 빛을 검출하는 빛 검출유닛을 포함하며,
상기 빛 분사기, 빛 조사유닛, 빛 검출유닛은 각각 두 개로 구성된 것을 특징으로 하는 지시물체의 삼차원적 위치인식장치.
제 6 항에 있어서, 상기 빛 분사기는
빛 통과구멍이 형성되며, 복수 개의 권선 코일들이 구비된 베이스 기판;
상기 베이스 기판에 결합되는 베어링;
상기 베어링에 결합되며, 상기 베이스 기판의 빛 통과구멍과 연통되는 빛 통과구멍이 구비된 회전판;
상기 회전판에 결합되며, 상기 권선 코일들에 전류가 인가시 권선 코일들과 전자기적 상호작용에 의해 회전력을 발생시키는 복수 개의 자석들;
상기 회전판에 결합되어 빛 통과구멍을 복개하며, 상기 회전판과 함께 회전하면서 상기 빛 통과구멍을 통해 유입되는 빛을 방사상으로 분사되도록 반사시키는 회전 반사체를 포함하는 지시물체의 삼차원적 위치인식장치.
제 1 항에 있어서, 상기 스캔 어셈블리는 하부가 개구된 케이싱과, 상기 케이싱의 내부에 서로 일정 간격을 두고 구비되는 제1,2 빛 조사 및 감지유닛을 포함하며, 상기 제1 빛 조사 및 감지유닛은 기판에 결합되는 광발생기와, 상기 광발생기에서 조사되는 빛의 일부분을 반사시키고 나머지는 투과시키는 하프 반사체와, 상기 기판에 결합되는 회전 모터와, 상기 회전 모터에 결합되며 상기 회전 모터에 의해 회전하면서 상기 하프 반사체를 통과한 빛을 방사상으로 반사시키는 경사 반사면이 구비된 회전 반사체와, 상기 하프 반사체와 일정 간격을 두고 위치하며 빛을 검출하는 광검출기를 포함하는 지시물체의 삼차원적 위치인식장치.
제 1 항에 있어서, 상기 회귀반사부재는 화면으로부터 수직 방향으로 복수 개의 반사영역들이 구비되는 것을 특징으로 하는 지시물체의 삼차원적 위치감지장치.