WO2016013832A1 - 3차원 위치정보를 이용한 터치스크린 장치 및 디스플레이 장치 - Google Patents

3차원 위치정보를 이용한 터치스크린 장치 및 디스플레이 장치 Download PDF

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WO2016013832A1
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infrared
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김용철
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주식회사 알엔디플러스
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    • G06F2203/00—Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
    • G06F2203/041—Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04101—2.5D-digitiser, i.e. digitiser detecting the X/Y position of the input means, finger or stylus, also when it does not touch, but is proximate to the digitiser's interaction surface and also measures the distance of the input means within a short range in the Z direction, possibly with a separate measurement setup

Definitions

  • the present invention relates to a touch screen device and a display device, and more particularly, to a touch screen device and a display device using three-dimensional position information.
  • a touch screen device provides an interface between a user and a display device such as a plasma display panel (PDP), a liquid crystal display (LCD), or another type of flat panel display (FPD), which is an image information output device.
  • a display device such as a plasma display panel (PDP), a liquid crystal display (LCD), or another type of flat panel display (FPD), which is an image information output device.
  • PDP plasma display panel
  • LCD liquid crystal display
  • FPD flat panel display
  • the touch screen device is widely commercialized in a bank automatic teller machine, a portable multimedia player (PMP), and the like.
  • the touch screen device is divided into a piezoelectric film method and an infrared method, the piezoelectric film method is mainly used in the small display unit, the infrared method is mainly used in the large display unit.
  • the infrared touch screen device includes a rectangular frame arranged around a display unit of a display device.
  • the frame includes an infrared transmitter for transmitting infrared rays and an infrared receiver for receiving infrared rays.
  • a controller configured to control an operation of the receiver and detect a touch according to a signal detected by the infrared receiver.
  • Korean Patent Publication No. 10-1100369 discloses a technique for sensing a three-dimensional touch, but because it is a method using a touch light and ultrasonic, there is a problem that is difficult to manufacture and expensive.
  • An object of the present invention is to provide a touch screen device and a display device having a new structure.
  • an object of the present invention is to provide a touch screen device and a display device capable of sensing a three-dimensional touch.
  • an object of the present invention is to provide a touch screen device and a display device that can detect the touch position more accurately.
  • a touch screen device including: a first frame having a plurality of light transmitting units arranged in a line in a first direction and stacked in a third direction orthogonal to the first direction; A second frame facing the first frame and having a plurality of light receiving units arranged in a line along the first direction and stacked in the third direction; And a controller connected to the first frame and the second frame to control the plurality of light transmitters and the plurality of light receivers to operate, and to sense a touch position in a three-dimensional space from signals detected by the plurality of light receivers. do.
  • a display device includes a display unit for displaying an image; A first frame disposed adjacent to the display unit, the plurality of light transmitting units arranged in a line in a first direction and stacked in a third direction orthogonal to the first direction, and facing the first frame, A plurality of light receiving parts arranged in a line along the first direction and stacked in the third direction, and connected to the first frame and the second frame to operate the plurality of light transmitting parts and the plurality of light receiving parts And a touch screen device using three-dimensional location information including a control unit for controlling a touch position in a three-dimensional space from signals detected by the plurality of light receiving units.
  • the present invention can provide a touch screen device and a display device having a new structure.
  • the present invention can provide a touch screen device and a display device capable of sensing a three-dimensional touch.
  • the present invention can provide a touch screen device and a display device that can detect the touch position more accurately.
  • FIG. 1 to 13 illustrate a touch screen device and a display device according to a first embodiment.
  • FIG. 14 to 20 are views illustrating a touch screen device and a display device according to the second embodiment.
  • 21 is a diagram illustrating detecting a change in a user's motion in an embodiment of the present invention.
  • 22 is a diagram illustrating a touch screen device and a display device according to the second embodiment.
  • FIG. 1 to 13 illustrate a touch screen device and a display device according to a first embodiment.
  • FIG. 1 is a view illustrating a touch screen device and a display device according to an embodiment
  • FIG. 2 is a view illustrating a frame of the touch screen device and a display device according to an embodiment.
  • the display apparatus 1000 includes a display unit 100 and a touch screen device 700 disposed on one side of the display unit 100.
  • the touch screen device 700 includes a plurality of frames 200, 300, 400, and 500 including an infrared transmitter and an infrared receiver, and a controller 600 that controls the infrared transmitter and the infrared receiver and detects a touch from a signal from the infrared receiver. Include.
  • the controller 600 may detect the X-axis, Y-axis, and Z-axis coordinates of the position touched by the user.
  • a plane parallel to the surface of the display unit 100 is presented as an XY plane
  • a direction parallel to the long side of the display unit 100 is illustrated in the X-axis direction
  • a short side of the display unit 100 is illustrated in the Y-axis direction
  • the direction parallel to is illustrated in the Y-axis direction
  • the direction perpendicular to the XY plane is illustrated in the Z-axis direction.
  • the display apparatus 1000 may further include an image sensing unit 800.
  • the image detecting unit 800 will be described later.
  • the controller 600 may be connected to the image detector 800 to control the image detector 800 and detect a touch according to a signal from the image detector 800. have.
  • the plurality of frames 200, 300, 400, and 500 may include a first frame 200, a second frame 300, a third frame 400, and a fourth frame 500.
  • first frame 200 and the second frame 300 are disposed on the long side of the display unit 100, and the third frame 400 and the fourth frame 500 are the display unit 100.
  • first frame 200 and the second frame 300 are disposed on the short side of the display unit 100, and the third frame 400 and the fourth frame 500 are the display unit. It may be arranged on the long side of 100.
  • the first frame 200 and the second frame 300 are disposed on the long side of the display unit 100.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 2
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line B-B ′ of FIG. 2.
  • an infrared transmitter 211 as an example of a light emitting device and an infrared receiver 215 as an example of a light receiving element are alternately stacked in the Z-axis direction.
  • the transmitter 211 and the infrared receiver 215 extend in a line in the X-axis direction, respectively.
  • an infrared ray transmitter 211 for emitting infrared rays and an infrared ray receiver 215 for receiving infrared rays are illustrated, but the type of light may be changed, and the infrared ray transmitter 211 may be an embodiment of an optical transmitter.
  • the infrared receiver 215 may be an embodiment of the light receiver.
  • An infrared receiver 215 and an infrared transmitter 211 are alternately stacked in the Z-axis direction on the second frame 300 facing the first frame 200.
  • the infrared receiver 215 and the infrared transmitter 211 are alternately stacked. Are each extended in a line in the X-axis direction.
  • the infrared transmitter 211 disposed in the X-axis direction of the first frame 200 and the infrared receiver 215 disposed in the X-axis direction of the second frame 300 are moved from the display unit 100 to the Z-axis direction.
  • the first touch sensing layer 210 is spaced apart at first intervals and is a plane parallel to the surface of the display unit 100.
  • the infrared receiver 215 of the first frame 200 and the infrared transmitter 211 of the second frame 300 are spaced apart from the display unit 100 at a second interval in the Z-axis direction and are displayed on the display unit.
  • a second touch sensing layer 220 which is a plane parallel to the surface of 100 is formed.
  • the first frame 200 and the second frame 300 may include a third touch sensing layer 230 in which the infrared transmitter 211 and the infrared receiver 215 are alternately stacked in the Z-axis direction.
  • a fourth touch sensing layer 240 and an nth touch sensing layer may be provided.
  • the third frame 400 and the fourth frame 500 are alternately stacked in the Z-axis direction by the infrared receiver 215 and the infrared transmitter 211. And arranged in a row in the Y-axis direction, respectively.
  • the infrared transmitter 211 disposed in the Y-axis direction of the third frame 400 and the infrared receiver 215 disposed in the Y-axis direction of the fourth frame 500 are moved from the display unit 100 in the Z-axis direction.
  • the first touch sensing layer 210 is spaced apart at first intervals and is a plane parallel to the surface of the display unit 100.
  • the infrared receiver 215 of the third frame 400 and the infrared transmitter 211 of the fourth frame 500 are spaced apart from the display unit 100 at a second interval in the Z-axis direction and the display unit A second touch sensing layer 220 which is a plane parallel to the surface of 100 is formed.
  • the third frame 400 and the fourth frame 500 may include a third touch sensing layer 230 in which an infrared transmitter 211 and an infrared receiver 215 are alternately stacked in the Z-axis direction.
  • a fourth touch sensing layer 240 and an nth touch sensing layer may be provided.
  • first frame 200 and the third frame 400 are manufactured to include only the infrared transmitter 211 without the infrared receiver 215, respectively, and the second frame 300 and the fourth frame ( Each of the 500 may be manufactured to include only the infrared receiver 215 without the infrared transmitter 211.
  • the at least one infrared ray transmitter 211 and the infrared ray receiver 215 form a plurality of touch sensing layers, the X, Y, and Z coordinates of the position touched by the user may be detected.
  • the X-axis, Y-axis, Z of the position touched by the user using the first frame 200, the second frame 300, the third frame 400, the fourth frame 500 You can detect axis coordinates.
  • the first frame 200 and the second frame 300 may detect the X-axis, Y-axis, and Z-axis coordinates of the position touched by the user, and the third frame 400 and the fourth frame. With only 500 it is possible to detect the X-axis, Y-axis, Z-axis coordinates of the position touched by the user.
  • a scan for detecting the X-axis coordinates and the Y-axis coordinates is performed in the lowermost touch sensing layer, and in a direction away from the display unit 100 along the Z-axis direction. Proceed with the scan. This scan can be repeated several times.
  • a scan for detecting the X-axis coordinates and the Y-axis coordinates is performed at the uppermost touch sensing layer, and in a direction approaching the display unit 100 along the Z-axis direction. Proceed with the scan. This scan can be repeated several times.
  • the Z-axis coordinates of the touch object M may be detected first, and then the X-axis coordinates and the Y-axis coordinates may be detected in a touch sensing layer corresponding to the Z-axis coordinates by a rectangular scan or an oblique scan. .
  • a scan for X-axis and Y-axis two-dimensional coordinate detection is performed from the first touch sensing layer 210, which is the lowest touch sensing layer, through the first frame 200 and the second frame 300. Subsequently, the X and Y axis two-dimensional coordinate detection are scanned on the second touch sensing layer 220 in the Z axis direction, and the X and Y axis 2 on the third touch sensing layer 230 in the Z axis direction.
  • the height corresponding to the third touch sensing layer 230 in the Z-axis direction is the Z-axis coordinate of the touch object M.
  • the X and Y axis coordinates which are the X and Y axis two-dimensional coordinates of the touch object M in which the Z axis coordinates are detected in the third touch sensing layer 230, are scanned by right angle and oblique angles to detect the touch object ( The X, Y and Z axis coordinates of M) may be finally detected.
  • a scan for detecting two-dimensional coordinates through the first frame 200 and the second frame 300 is performed, and then for detecting two-dimensional coordinates through the third frame 400 and the fourth frame 500.
  • the X and Y axis coordinates of the touch object M can be detected with higher accuracy.
  • the upper edge of the touch screen device 700 is provided with a camera may further include an image detecting unit 800 for detecting a change in the image obtained through the camera, the display It is arranged to face inclined direction toward the upper portion of the portion (100).
  • the image sensing unit 800 may be provided in plural, and an intersection point on an extension line directed by the plurality of image sensing units 800 may be the center of the display unit 100.
  • the image sensing unit 800 includes the touch object M which is out of the space between the first frame 200, the second frame 300, the third frame 400, and the fourth frame 500. It is possible to detect the movement of c.
  • the image detecting unit 800 may supplement or assist in detecting the movement of the touch object M by detecting a motion image through a camera.
  • the coordinates of the finger are detected, but when the user's finger is out of the space between the first to fourth frames 100, 200, 300, and 400, the coordinate is detected. Since it is impossible to detect the movement of the user's finger in the Z-axis direction through the image detection unit 800.
  • various X-axis coordinates and Y-axis coordinates may be detected in one plane space through the first frame 200, the second frame 300, the third frame 400, and the fourth frame 500.
  • various X-axis coordinates and Y-axis coordinates may be detected in one plane space through the first frame 200, the second frame 300, the third frame 400, and the fourth frame 500.
  • FIG. 5 to 13 are diagrams illustrating a technique of detecting the coordinates of the touch object M.
  • Such technology is described in detail in Korea Patent Registration 10-1076871, Patent Registration 10-1372423, Registration Patent 10-1057620, Registration Patent 10-1260341, Registration Patent 10-1323196, Registration Patent 10-1076871, etc. And is incorporated herein by reference.
  • the coordinate detection technique will be briefly described.
  • 5 and 6 illustrate one embodiment of a method for detecting x-axis coordinates and y-axis coordinates in the present invention.
  • an infrared transmitter 211 is provided in the first frame 200 and an infrared receiver 215 is provided in the second frame 300.
  • an infrared transmitter 211 may be provided in the second frame 300 and an infrared receiver 215 may be provided in the first frame 200.
  • at least one of the third frame 400 and the fourth frame 500 may include an infrared transmitter 211, and the other may be provided with an infrared receiver 215.
  • An infrared transmitter 211 is disposed in the first frame 200 along the X-axis direction as k, k + 1, k + d, and k + 2d, and the second frame 300 has the X-axis direction. Accordingly, the infrared receiver 215 may be arranged in the order of X (k), X (k + d), ..., X (k + n).
  • d denotes a position of the infrared transmitter 211 facing the infrared receiver 215 located at an oblique angle at which the infrared rays transmitted from the k infrared transmitter 211 arrive, and the inclination of the infrared rays transmitted from the infrared transmitter 211 is determined.
  • This element determines the size of the bevel angle.
  • A, B, and C shown in FIG. 5 are examples of the touch area on the display unit 100.
  • the user may select and touch one of A, B, and C, and may simultaneously multi-touch.
  • the touch object disposed in the touch area blocks the touch measurement signal. That is, the touch object blocks the touch measurement signal that is output from the infrared transmitter 211 and input to the infrared receiver 215.
  • the infrared receiver 215 when a touch measurement signal is transmitted from a specific infrared transmitter 211, the infrared receiver 215 disposed at various positions such as acute angle, right angle, and obtuse angle with respect to the infrared transmitter 211 operates while sequentially scanning. In addition, the infrared receiver 215 receives the touch measurement signal while operating the infrared transmitter 211 at various positions, so that the controller 600 can detect the X-axis coordinate of the touch object.
  • the process of detecting Y-axis coordinates such as y (n) is the same as the process of detecting X-axis coordinates.
  • the Y-axis coordinate may be detected by detecting a position where the touch measurement signal is blocked and not received.
  • a virtual image may be generated during multi-touch, but the virtual image may not be generated in the present invention.
  • the virtual image may occur because the infrared transmitter 211 and the infrared receiver 215 disposed on the X and Y axes scan in a matrix form. For example, when scanning in the form of a matrix, when two points of the touch area are touched, when two lines are drawn in the X-axis direction and the Y-axis direction, the point intersects with the touch point even though the touch point is not the actual touch point. A recognized virtual image may be generated.
  • the present invention does not scan in a matrix form, but scans in various directions such as an acute angle, a right angle, and an obtuse angle so that virtual images are not generated.
  • FIG. 7 is a view for explaining another embodiment of the method for detecting x-axis coordinates and y-axis coordinates in the present invention.
  • an infrared transmitter 211 and an infrared receiver 215 are respectively provided in the first frame 200, the second frame 300, the third frame 400, and the fourth frame 500. They may be mixed and arranged, and the infrared transmitter 211 and the infrared receiver 215 may be alternately arranged.
  • an infrared transmitter 211 and an infrared receiver 215 are mixed and alternately disposed in the first frame 200, the second frame 300, the third frame 400, and the fourth frame 500, respectively.
  • the scanning speed for detecting the touch object can be improved by 2 times, and when it is difficult to detect the touch object in a specific direction by natural light such as sunlight, it is possible to detect the touch object in the opposite direction.
  • FIGS. 8 to 11 are diagrams illustrating another embodiment of a method for detecting x-axis coordinates and y-axis coordinates in the present invention.
  • the infrared receiver 215 scans the touch measurement signal emitted from the infrared transmitter 211 in a right angle direction and sequentially scans in an acute or obtuse direction.
  • the infrared receiver 215 may scan in an orthogonal direction and then scan in an acute angle direction, or scan in an orthogonal direction and then scan in an obtuse direction.
  • the infrared receiver 215 scans the touch measurement signal emitted from the infrared transmitter 211 in a right angle to obtain an X-axis coordinate, and although not shown, similarly scans the touch measurement signal in a right angle. Measure the Y-axis coordinates.
  • B becomes a virtual image. That is, two touch positions are detected on the X axis and two touch positions on the Y axis, and thus four touch positions including the virtual image are detected.
  • the scan in the orthogonal direction may include the virtual image
  • the touch position without the virtual image may be detected by scanning in the acute or obtuse direction as illustrated in FIGS. 10 and 11.
  • FIG. 12 is a view for explaining another embodiment of the method for detecting the X-axis coordinates and the Y-axis coordinates in the present invention.
  • one infrared receiver 215 detects touch measurement signals sequentially emitted from a plurality of infrared transmitters 211.
  • the touch measurement signal may be detected by one infrared receiver 215 in an acute angle, a right angle, and an obtuse direction.
  • the infrared receiver 215 emits a touch measurement signal from the infrared transmitter 211 located at k, k + d, and k + 2d. It does not detect a signal, and through this, a touch object in multi-touch can be detected.
  • FIG. 13 is a view for explaining another embodiment of the method for detecting the X-axis coordinates and Y-axis coordinates in the present invention.
  • infrared transmission groups 211a, 211b and 211c and infrared reception groups 215a, 215b and 215c may be provided.
  • the infrared transmission groups 211a, 211b, and 211c and the infrared reception groups 215a, 215b, and 215c may each include a plurality of infrared transmitters and infrared receivers, and in each of the infrared receiver groups 215a, 215b, and 215c.
  • the position of the touch object may be detected by detecting the detected touch measurement signal.
  • the plurality of infrared transmitters simultaneously operate and the plurality of infrared receivers simultaneously sense the touch measurement signal.
  • FIG. 14 to 20 are views illustrating a touch screen device and a display device according to the second embodiment.
  • FIG. 14 is a view of a second embodiment showing a cross section taken along the line AA ′ of FIG. 2
  • FIG. 15 is a view of a second embodiment showing a cross section taken along the line BB ′ of FIG. 2.
  • the first frame 1200 includes an infrared transmitting unit 1211 at a lower end 1210 and an upper end 1290 and is arranged in a line in the X-axis direction, and the lower end 1210 and an upper end ( 1290, a plurality of infrared receivers 1215 are provided in the Z-axis direction and arranged in a line in the X-axis direction.
  • the second frame 1300 corresponding to the first frame 1200 is also provided with an infrared transmitter 1211 at the bottom 1210 and the top 1290 and arranged in a line in the X-axis direction, and arranged at the bottom 1210 and the top.
  • a plurality of infrared receivers 1215 are provided in the Z-axis direction between the lines 1290 and are arranged in a line in the X-axis direction.
  • the third frame 1400 includes an infrared ray transmitting unit 1211 at the bottom 1410 and the top 1490 and is disposed in a line in the Y axis direction, and is disposed in the Z axis direction between the bottom 1410 and the top 1490.
  • a plurality of infrared receivers 1215 are provided and arranged in a line in the Y-axis direction.
  • the fourth frame 1500 corresponding to the third frame 1400 is also provided with an infrared transmitting unit 1211 at a lower end 1410 and an uppermost end 1490 and disposed in a line in the Y-axis direction, and arranged in a row in the Y-axis direction.
  • a plurality of infrared receivers 1215 are provided in the Z-axis direction between the lines 1490 and are arranged in a line in the Y-axis direction.
  • first frame 1200, the second frame 1300, the third frame 1400, and the fourth frame 1500 need to be provided, but the first frame 1200 and the second frame ( It is also possible that only 1300 is provided.
  • the first frame 1200, the second frame 1300, the third frame 1400, and the fourth frame 1500 are provided, the first frame 1200, the second frame 1300, and the fourth frame 1500 are disposed at the lowermost 1210 and 1410 and the uppermost 1290 and 1490, respectively.
  • the infrared transmitter 1211 emits a touch measurement signal and the corresponding infrared receiver 1215 detects the touch measurement signal to calculate X, Y, and Z axis coordinates of the touch object M.
  • the infrared transmitter 1211 disposed at the lowermost portion 1210 of the first frame 1200 emits a touch measurement signal
  • the infrared receiver of the second frame 1300 disposed to face each other In step 1215, the touch measurement signal is detected by scanning at an oblique angle in the Z-axis direction.
  • the touch measurement signal is detected by scanning at an oblique angle in the Z-axis direction.
  • an infrared ray receiver 1215 of the first frame 1200 is disposed to face the touch measurement signal when the infrared ray transmitter 1211 disposed at the bottom 1210 of the second frame 1300 is emitted.
  • the touch measurement signal is detected by scanning at an oblique angle in the Z-axis direction.
  • the infrared receiver 1215 of the first frame 1200 disposed to face the touch measurement signal is emitted from the infrared transmitter 1211 disposed at the top 1290 of the second frame 1300.
  • the touch measurement signal is detected by scanning at an oblique angle in the Z-axis direction.
  • the third frame 1400 and the fourth frame 1500 may also operate as described with reference to FIGS. 16 to 19.
  • the infrared receiver 1215 of the second frame 1300 scans from top to bottom or bottom to top in the Z-axis direction. This operation may be repeated while moving along the X-axis direction.
  • the infrared receiver 1215 of the first frame 1200 scans from top to bottom or from bottom to top in the Z-axis direction. This operation may be repeated while moving along the X-axis direction.
  • the operation between the third frame 1400 and the fourth frame 1500 is performed in the same manner, and the scan operation may be repeated while moving along the Y-axis direction.
  • the Z axis of the second frame 1300 is illustrated in FIG. 20.
  • the position of the touch object M is detected at a height corresponding to PZ in the direction. This is a height that is T larger than the actual height RZ.
  • the position correction may be corrected to RZ, which is the height of the touch object M, by using a triangulation method between the infrared ray transmitter 1211 and the opposite infrared ray receiver 1215.
  • the height RZ becomes the actual z coordinate of the touch object M, and the infrared transmitter 1211 of the first frame 1200 or the infrared receiver 1215 of the second frame 1300 in which the touch object M is sensed.
  • Position in the X-axis direction is the X-axis coordinate of the touch object M.
  • the touch object M is detected by scanning in the Y-axis direction from the third frame 1400 and the fourth frame 1500 to the infrared receiver 1211 facing the infrared transmitter 1211, the infrared rays are detected.
  • the position of the transmitter 1211 or the infrared receiver 1215 in the Y-axis direction is the Y-axis coordinate of the touch object M.
  • the scan is first performed in the third frame 1400 and the fourth frame 1500 to detect the Y-axis coordinates of the touch object M first, and then in the first frame 1200 and the second frame 1300.
  • the scan may be performed to detect the X-axis coordinates of the touch object M.
  • the touch screen device and the display device using the three-dimensional position information according to the present invention are not only one touch object M but also three of the plurality of touch objects M.
  • FIG. Dimensional coordinates can be detected.
  • 21 is a diagram illustrating detecting a change in a user's motion in an embodiment of the present invention.
  • each fingertip of a user may be recognized as a touch object. For example, an area of a region including a finger moves from Z (t) to B and moves to Z (t + 1). If the area is changed to A while it is determined that the user has taken a finger pinch operation.
  • the user can determine various operations such as rotating the finger or squeezing the fist.
  • 22 is a diagram illustrating a touch screen device and a display device according to the second embodiment.
  • the display apparatus 1000 described in the second embodiment includes a touch screen apparatus 700, and the touch screen apparatus 700 includes a plurality of frames described above. (1200,1300,1400,1500).
  • the image sensing unit 800 may be installed in the plurality of frames 1200, 1300, 1400, and 1500.
  • the image detecting unit 800 may be provided with a camera to detect a change in an image acquired through the camera, and may be disposed to face an inclined direction toward the upper portion of the display unit 100.
  • the user's motion may be auxiliaryly sensed through the image sensing unit 800.
  • the present invention can be applied to a touch screen device and a display device, and can sense touch information in a three-dimensional space.

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Abstract

본 발명에 따른 터치스크린 장치는 복수의 광 송신부가 제1 방향을 따라 일렬로 배치되고 상기 제1 방향에 직교하는 제3 방향으로 적층되는 제1 프레임; 상기 제1 프레임과 대면하고, 복수의 광 수신부가 상기 제1 방향을 따라 일렬로 배치되고 상기 제3 방향으로 적층되는 제2 프레임; 및 상기 제1 프레임 및 제2 프레임과 연결되어 상기 복수의 광 송신부 및 복수의 광 수신부가 동작되도록 제어하며, 상기 복수의 광 수신부에서 감지한 신호로부터 3차원 공간상의 터치 위치를 감지하는 제어부를 포함한다.

Description

3차원 위치정보를 이용한 터치스크린 장치 및 디스플레이 장치
본 발명은 터치스크린 장치 및 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 특히 3차원 위치정보를 이용한 터치스크린 장치 및 디스플레이 장치에 관한 것이다.
일반적으로 터치스크린(touch screen) 장치는 화상정보 출력 장치인 PDP(Plasma Display Panel), LCD(Liquid Crystal Display) 또는 다른 형태의 FPD(Flat Panel Display) 등의 디스플레이 기기와 사용자 사이의 인터페이스를 제공하는 장치이다.
상기 터치스크린 장치는 은행의 현금 자동 입출금 장치, 휴대용 멀티미디어 재생 장치(PMP, portable multimedia player) 등에 널리 상용화되고 있다.
상기 터치스크린 장치는 압전 필름 방식과 적외선 방식으로 나누어지며, 압전 필름 방식은 주로 소형 디스플레이부에 사용되며, 적외선 방식은 주로 대형 디스플레이부에 사용된다.
상기 적외선 방식의 터치스크린 장치는 디스플레이 기기의 디스플레이부 주위에 배치되는 직사각형 형태의 프레임을 포함하는데, 상기 프레임에는 적외선을 송신하는 적외선 송신부와 적외선을 수신하는 적외선 수신부를 포함하고, 상기 적외선 송신부와 적외선 수신부의 동작을 제어하고 상기 적외선 수신부에서 감지한 신호에 따라 터치를 감지하는 제어부를 포함한다.
그러나, 종래의 터치스크린 장치는 동일한 평면상에 2차원으로 적외선 송신부와 적외선 수신부가 배치되므로 2차원적인 터치만 감지할 수 있는 문제가 있다.
한편, 한국등록특허공보 10-1100369에서는 3차원 터치를 감지할 수 있는 기술이 개시되어 있으나, 터치광과 초음파를 이용한 방식이라 제작이 어렵고 비용이 비싼 문제가 있다.
본 발명은 새로운 구조를 갖는 터치스크린 장치 및 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 3차원 터치를 감지할 수 있는 터치스크린 장치 및 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 보다 정확하게 터치 위치를 감지할 수 있는 터치스크린 장치 및 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 터치스크린 장치는 복수의 광 송신부가 제1 방향을 따라 일렬로 배치되고 상기 제1 방향에 직교하는 제3 방향으로 적층되는 제1 프레임; 상기 제1 프레임과 대면하고, 복수의 광 수신부가 상기 제1 방향을 따라 일렬로 배치되고 상기 제3 방향으로 적층되는 제2 프레임; 및 상기 제1 프레임 및 제2 프레임과 연결되어 상기 복수의 광 송신부 및 복수의 광 수신부가 동작되도록 제어하며, 상기 복수의 광 수신부에서 감지한 신호로부터 3차원 공간상의 터치 위치를 감지하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는 영상이 디스플레이되는 디스플레이부; 및 상기 디스플레이부에 인접하게 배치되고, 복수의 광 송신부가 제1 방향을 따라 일렬로 배치되고 상기 제1 방향에 직교하는 제3 방향으로 적층되는 제1 프레임과, 상기 제1 프레임과 대면하고, 복수의 광 수신부가 상기 제1 방향을 따라 일렬로 배치되고 상기 제3 방향으로 적층되는 제2 프레임과, 상기 제1 프레임 및 제2 프레임과 연결되어 상기 복수의 광 송신부 및 복수의 광 수신부가 동작되도록 제어하며, 상기 복수의 광 수신부에서 감지한 신호로부터 3차원 공간상의 터치 위치를 감지하는 제어부를 포함하는 3차원 위치정보를 이용한 터치스크린 장치를 포함한다.
본 발명은 새로운 구조를 갖는 터치스크린 장치 및 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 3차원 터치를 감지할 수 있는 터치스크린 장치 및 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 보다 정확하게 터치 위치를 감지할 수 있는 터치스크린 장치 및 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
도 1 내지 도 13은 제1 실시예에 따른 터치스크린 장치 및 디스플레이 장치를 설명하는 도면이다.
도 14 내지 도 20은 제2 실시예에 따른 터치스크린 장치 및 디스플레이 장치를 설명하는 도면이다.
도 21은 본 발명의 실시예에서 사용자의 동작의 변화를 검출하는 것을 설명하는 도면이다.
도 22는 제2 실시예에 따른 터치스크린 장치 및 디스플레이 장치를 설명하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치 및 디스플레이 장치에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 13은 제1 실시예에 따른 터치스크린 장치 및 디스플레이 장치를 설명하는 도면이다.
도 1은 실시예에 따른 터치스크린 장치 및 디스플레이 장치를 설명하는 도면이고, 도 2는 실시예에 따른 터치스크린 장치 및 디스플레이 장치의 프레임을 설명하는 도면이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 디스플레이 장치(1000)는 디스플레이부(100)와, 상기 디스플레이부(100)의 일측에 배치된 터치스크린 장치(700)를 포함한다. 상기 터치스크린 장치(700)는 적외선 송신부 및 적외선 수신부를 포함하는 복수의 프레임들(200,300,400,500)과, 상기 적외선 송신부 및 적외선 수신부를 제어하고 상기 적외선 수신부로부터의 신호로부터 터치를 감지하는 제어부(600)를 포함한다.
상기 제어부(600)는 사용자가 터치한 위치의 X축, Y축, Z축 좌표를 감지할 수 있다. 실시예에서 상기 디스플레이부(100)의 표면에 평행한 평면은 X-Y 평면으로 제시되며, 상기 디스플레이부(100)의 장변에 평행한 방향은 X축 방향으로 예시되고, 상기 디스플레이부(100)의 단변에 평행한 방향은 Y축 방향으로 예시되며, 상기 X-Y 평면에 수직인 방향은 Z축 방향으로 예시된다.
또한, 상기 디스플레이 장치(1000)는 영상감지부(800)를 더 포함할 수 있다. 상기 영상감지부(800)에 대해서는 후술하도록 한다.
도 2에는 도시하지 않았으나, 상기 제어부(600)는 상기 영상감지부(800)와 연결되어 상기 영상감지부(800)를 제어하고 상기 영상감지부(800)로부터의 신호에 따라 터치를 감지할 수도 있다.
상기 복수의 프레임들(200,300,400,500)은 제1 프레임(200), 제2 프레임(300), 제3 프레임(400), 제4 프레임(500)을 포함한다.
예를 들어, 상기 제1 프레임(200) 및 제2 프레임(300)은 디스플레이부(100)의 장변측에 배치되고, 상기 제3 프레임(400) 및 제4 프레임(500)은 디스플레이부(100)의 단변측에 배치될 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 제1 프레임(200) 및 제2 프레임(300)은 디스플레이부(100)의 단변측에 배치되고, 상기 제3 프레임(400) 및 제4 프레임(500)은 디스플레이부(100)의 장변측에 배치될 수도 있다. 다만, 실시예에서는 제1 프레임(200) 및 제2 프레임(300)이 디스플레이부(100)의 장변측에 배치된 것이 예시된다.
도 3은 도 2의 A-A' 선을 따라 절단한 단면을 도시한 도면이고, 도 4는 도 2의 B-B' 선을 따라 절단한 단면을 도시한 도면이다.
도 3과 도 4를 참조하면, 상기 제1 프레임(200)은 발광소자의 예로서 적외선 송신부(211)와 수광소자의 예로서 적외선 수신부(215)가 교대로 Z축 방향으로 적층되고, 상기 적외선 송신부(211)와 적외선 수신부(215)는 각각 X축 방향으로 일렬로 연장되어 배치된다. 발광소자의 예로서 적외선을 방출하는 적외선 송신부(211)와 적외선을 수신하는 적외선 수신부(215)를 예시하고 있으나, 광의 종류는 변경될 수 있으며, 상기 적외선 송신부(211)는 광 송신부의 일 실시예가 되며, 상기 적외선 수신부(215)는 광 수신부의 일 실시예가 될 수 있다.
상기 제1 프레임(200)에 대향하는 제2 프레임(300)에는 적외선 수신부(215)와 적외선 송신부(211)가 교대로 Z축 방향으로 적층되고, 상기 적외선 수신부(215)와 적외선 송신부(211)는 각각 X축 방향으로 일렬로 연장되어 배치된다.
상기 제1 프레임(200)의 X축 방향으로 배치된 적외선 송신부(211)와 상기 제2 프레임(300)의 X축 방향으로 배치된 적외선 수신부(215)는 상기 디스플레이부(100)로부터 Z축 방향으로 제1 간격으로 이격되고 상기 디스플레이부(100)의 표면과 평행한 평면인 제1 터치감지층(210)을 형성한다.
또한, 상기 제1 프레임(200)의 적외선 수신부(215)와 상기 제2 프레임(300)의 적외선 송신부(211)는 상기 디스플레이부(100)로부터 Z축 방향으로 제2 간격으로 이격되고 상기 디스플레이부(100)의 표면과 평행한 평면인 제2 터치감지층(220)을 형성한다.
이와 같은 방식으로, 상기 제1 프레임(200)과 제2 프레임(300)은 적외선 송신부(211)와 적외선 수신부(215)가 교대로 Z축 방향으로 적층된 제3 터치감지층(230), 제4 터치감지층(240), 제n 터치감지층을 구비할 수 있다.
상기 제3 프레임(400)과 제4 프레임(500)도 상기 제1 프레임(200)과 제2 프레임(300)과 마찬가지로 적외선 수신부(215)와 적외선 송신부(211)가 교대로 Z축 방향으로 적층되고 각각 Y축 방향으로 일렬로 연장되어 배치된다.
상기 제3 프레임(400)의 Y축 방향으로 배치된 적외선 송신부(211)와 상기 제4 프레임(500)의 Y축 방향으로 배치된 적외선 수신부(215)는 상기 디스플레이부(100)로부터 Z축 방향으로 제1 간격으로 이격되고 상기 디스플레이부(100)의 표면과 평행한 평면인 제1 터치감지층(210)을 형성한다.
또한, 상기 제3 프레임(400)의 적외선 수신부(215)와 상기 제4 프레임(500)의 적외선 송신부(211)는 상기 디스플레이부(100)로부터 Z축 방향으로 제2 간격으로 이격되고 상기 디스플레이부(100)의 표면과 평행한 평면인 제2 터치감지층(220)을 형성한다.
이와 같은 방식으로, 상기 제3 프레임(400)과 제4 프레임(500)은 적외선 송신부(211)와 적외선 수신부(215)가 교대로 Z축 방향으로 적층된 제3 터치감지층(230), 제4 터치감지층(240), 제n 터치감지층을 구비할 수 있다.
다른 실시예로서, 상기 제1 프레임(200)과 제3 프레임(400)은 각각 적외선 수신부(215)없이 적외선 송신부(211)만을 포함하도록 제작하고, 상기 제2 프레임(300)과 제4 프레임(500)은 각각 적외선 송신부(211)없이 적외선 수신부(215)만을 포함하도록 제작하는 것도 가능하다.
이와 같이 하나의 터치감지층에 대향되도록 적외선 송신부(211)와 적외선 수신부(215)가 구비되면 얼마든지 다양한 변형된 실시예가 가능하다.
적어도 하나의 적외선 송신부(211)와 적외선 수신부(215)가 복수의 터치감지층을 형성하면 사용자가 터치한 위치의 X축, Y축, Z축 좌표를 감지할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 상기 제1 프레임(200), 제2 프레임(300), 제3 프레임(400), 제4 프레임(500)을 이용하여 사용자가 터치한 위치의 X축, Y축, Z축 좌표를 감지할 수 있다. 또한, 상기 제1 프레임(200) 및 제2 프레임(300)만으로도 사용자가 터치한 위치의 X축, Y축, Z축 좌표를 감지하는 것이 가능하고, 상기 제3 프레임(400) 및 제4 프레임(500)만으로도 사용자가 터치한 위치의 X축, Y축, Z축 좌표를 감지하는 것이 가능하다.
예를 들어, 터치 물체(M)를 감지하기 위하여 최하부의 터치감지층에서 X축 좌표 및 Y축 좌표를 검출하기 위한 스캔을 수행하고, Z축 방향을 따라 상기 디스플레이부(100)에서 멀어지는 방향으로 스캔을 진행한다. 이와 같은 스캔을 수차례 반복될 수 있다.
또한, 반대로 터치 물체(M)를 감지하기 위하여 최상부의 터치감지층에서 X축 좌표 및 Y축 좌표를 검출하기 위한 스캔을 수행하고, Z축 방향을 따라 상기 디스플레이부(100)에 근접하는 방향으로 스캔을 진행한다. 이와 같은 스캔을 수차례 반복될 수 있다.
이어서, Z축 방향으로 터치감지층을 변경하면서 스캔을 진행하는 도중에 상기 터치물체(M)가 감지되면 해당 터치감지층이 상기 터치물체(M)의 Z축 좌표가 된다.
또한, 상기 터치물체(M)의 Z축 좌표를 먼저 검출하고, Z축 좌표에 상응하는 터치감지층에서 직각 스캔 또는 빗각 스캔 등의 방식으로 통해 X축 좌표 및 Y축 좌표를 검출하는 것도 가능하다.
또한, 예를 들어, 제1 프레임(200)과 제2 프레임(300)을 통하여 최하 터치감지층인 제1 터치감지층(210)에서부터 X축 및 Y축 2차원 좌표 검출을 위한 스캔을 하고, 이어서 Z축 방향으로의 제2 터치감지층(220)에서 X축 및 Y축 2차원 좌표 검출을 스캔을 하고, 이어서 Z축 방향으로의 제3 터치감지층(230)에서 X축 및 Y축 2차원 좌표 검출을 위한 스캔 중 상기 터치물체(M)가 감지되면, Z축 방향으로의 제3터치감지층(230)에 해당하는 높이가 상기 터치물체(M)의 Z축 좌표가 된다. 이어서, 제3 터치감지층(230)에서 Z축 좌표가 검출된 터치물체(M)의 X축 및 Y축 2차원 좌표인 X축 및 Y축 좌표를 직각 및 빗각 스캔하여 검출함으로써, 터치물체(M)의 X축, Y축, Z축 좌표가 최종 검출될 수도 있다.
아울러, 제1 프레임(200)와 제2 프레임(300)을 통한 2차원 좌표 검출을 위한 스캔을 하고, 이어서, 제3 프레임(400)과 제4 프레임(500)을 통한 2차원 좌표 검출을 위한 스캔을 하면, 더욱 정확성이 높게 터치물체(M)의 X축 및 Y축 좌표를 검출할 수가 있다.
아울러, 본 발명의 제1 실시예에서는 상기 터치스크린 장치(700)의 상단 모서리에는 카메라가 구비되어 카메라를 통해 획득한 영상의 변화를 감지하는 영상감지부(800)가 더 포함될 수 있으며, 상기 디스플레이부(100)의 상부를 향하여 경사진 방향을 지향하도록 배치된다.
상기 영상감지부(800)는 복수개가 배치될 수 있으며, 상기 복수의 영상감지부(800)가 지향하는 연장선 상의 교차점은 상기 디스플레이부(100)의 중심이 될 수 있다.
본 발명에서는 상기 영상감지부(800)를 구비함으로써 상기 제1 프레임(200), 제2 프레임(300), 제3 프레임(400), 제4 프레임(500) 사이의 공간을 벗어난 터치물체(M)의 움직임을 감지하는 것이 가능하다.
즉, 상기 영상감지부(800)는 상기 터치물체(M)의 움직임을 감지하는 것을 카메라를 통한 움직임 영상을 감지하여 보완 또는 보조할 수 있다.
예를 들어, 사용자의 손가락이 상기 제1 내지 제4 프레임(100,200,300,400)의 사이 공간에 위치할 때에는 손가락의 좌표가 검출되지만, 상기 제1 내지 제4 프레임(100,200,300,400)의 사이 공간을 벗어나면 좌표 검출을 불가능하므로 상기 영상감지부(800)를 통해 사용자의 손가락이 Z축 방향으로 움직이는 것을 검출할 수 있다.
한편, 이하에서는 상기 제1 프레임(200), 제2 프레임(300), 제3 프레임(400) 및 제4 프레임(500)을 통해 하나의 평면 공간에서 X축 좌표 및 Y축 좌표를 검출하는 다양한 방법들에 대해 설명하도록 한다.
도 5 내지 도 13은 터치물체(M)의 좌표를 검출하는 기술을 설명하는 도면이다. 이와 같은 기술은 주식회사 알엔디플러스에서 특허출원한 대한민국 등록특허 10-1076871, 등록특허 10-1372423, 등록특허 10-1057620, 등록특허 10-1260341, 등록특허 10-1323196, 등록특허 10-1076871 등에 자세히 설명되어 있으며, 본 특허출원서에 참조로 포함된다. 이하에서는 좌표 검출 기술에 대해서 간략히 설명하도록 한다.
도 5와 6은 본 발명에서 x축 좌표 및 y축 좌표를 검출하는 방법 중 하나의 실시예를 설명하는 도면이다.
도 5와 도 6을 참조하면, 상기 제1 프레임(200) 및 제2 프레임(300)을 이용하거나 상기 제3 프레임(400) 및 제4 프레임(500)을 이용하여 X축 좌표 및 Y축 좌표를 검출할 수 있다.
도 5에서는 예시적으로 상기 제1 프레임(200)에 적외선 송신부(211)가 구비되고 상기 제2 프레임(300)에 적외선 수신부(215)가 구비된 것이 예시되어 있다.
변형된 실시예에 따르면, 상기 제2 프레임(300)에 적외선 송신부(211)가 구비되고 상기 제1 프레임(200)에 적외선 수신부(215)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 제3 프레임(400) 및 제4 프레임(500) 중 적어도 어느 하나에 적외선 송신부(211)가 구비되고 다른 하나에 적외선 수신부(215)가 구비될 수도 있다.
상기 제1 프레임(200)에는 X축 방향을 따라 적외선 송신부(211)가 k, k+1, k+d, k+2d와 같이 배치되고 있고, 상기 제2 프레임(300)에는 X축 방향을 따라 적외선 수신부(215)가 X(k), X(k+d), ..., X(k+n) 순으로 배치될 수 있다.
여기서 d는 k 적외선 송신부(211)에서 발신된 적외선이 도달하는 빗각에 위치한 적외선 수신부(215)와 대면하는 적외선 송신부(211)의 위치를 의미하며, 적외선 송신부(211)에서 송신되는 적외선의 기울기를 나타내는 빗각의 크기를 결정하는 요소이다.
도 5에 도시한 A, B, C는 상기 디스플레이부(100)상의 터치 영역의 예들로서 사용자는 A, B, C 중에서 하나를 선택하여 터치할 수도 있고, 동시에 멀티 터치할 수도 있다.
상기 터치 영역에 배치되는 터치물체는 터치측정신호를 차단한다. 즉, 상기 터치물체는 상기 적외선 송신부(211)에서 출력되어 상기 적외선 수신부(215)로 입력되는 터치측정신호를 차단한다.
예를 들어, 특정 적외선 송신부(211)에서 터치측정신호를 발신하면, 적외선 송신부(211)에 대하여 예각, 직각, 둔각의 위치와 같이 다양한 위치에 배치된 적외선 수신부(215)가 순차적으로 스캔하면서 동작되도록 하고, 또한, 다양한 위치의 적외선 송신부(211)를 동작시키면서 상기 적외선 수신부(215)가 터치측정신호를 수신하도록 함으로써, 상기 제어부(600)는 터치물체의 X축 좌표를 감지할 수 있다.
y(n)과 같은 Y축 좌표를 감지하는 과정도 X축 좌표를 감지하는 과정과 동일하다. 적외선 송신부(211) 및 적외선 수신부(215)가 순차적으로 동작되도록 하면서 터치측정신호가 차단되어 수신되지 않는 위치를 감지함으로써 Y축 좌표를 감지할 수 있다.
참고로, 멀티 터치시 허상이 발생될 수 있는데, 본 발명에서는 허상을 발생시키지 않을 수 있다.
허상은 X축과 Y축에 배치된 적외선 송신부(211)와 적외선 수신부(215)가 매트릭스 형태로 스캔하기 때문에 발생할 수 있다. 예를 들어, 매트릭스 형태로 스캔을 하는 경우, 터치영역의 두 지점을 터치하면 두 지점에서 X축 방향 및 Y축 방향으로 선을 그었을 때 교차하는 지점에서 실제 터치 지점이 아님에도 불구하고 터치 지점으로 인식되는 허상이 발생될 수 있다.
그러나, 본 발명에서는 매트릭스 형태로 스캔하는 것이 아니라 예각, 직각, 둔각 등 다양한 방향으로 스캔하므로 허상이 발생되지 않는다.
도 7은 본 발명에서 x축 좌표 및 y축 좌표를 검출하는 방법 중 다른 실시예를 설명하는 도면이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 상기 제1 프레임(200), 제2 프레임(300), 제3 프레임(400), 제4 프레임(500)에는 각각 적외선 송신부(211)와 적외선 수신부(215)가 혼합되어 배치될 수 있으며, 적외선 송신부(211)와 적외선 수신부(215)가 번갈아 배치될 수도 있다.
이와 같이, 상기 제1 프레임(200), 제2 프레임(300), 제3 프레임(400), 제4 프레임(500)에는 각각 적외선 송신부(211)와 적외선 수신부(215)가 혼합되어 번갈아 배치되는 경우 터치물체를 감지하기 위한 스캔 속도를 2배 향상시킬 수 있으며, 햇빛과 같이 자연광에 의해 특정 방향으로 터치물체를 감지하는 것이 곤란한 경우에 반대 방향으로 터치물체를 감지하는 것이 가능한 장점이 있다.
도 8 내지 도 11은 본 발명에서 x축 좌표 및 y축 좌표를 검출하는 방법 중 다른 실시예를 설명하는 도면이다.
도 8에서는 적외선 수신부(215)에서 적외선 송신부(211)에서 방출된 터치측정신호를 직각 방향으로 스캔한 후, 예각 또는 둔각 방향에서 순차적으로 스캔하는 것을 보여준다.
즉, 적외선 수신부(215)가 직각 방향에서 스캔한 후 예각 방향으로 스캔하거나 직각 방향에서 스캔한 후 둔각 방향에서 스캔할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 적외선 수신부(215)는 적외선 송신부(211)에서 방출된 터치측정신호를 직각 방향에서 스캔하여 X축 좌표를 구하고, 도시되지는 않았지만 마찬가지로 터치측정신호를 직각 방향에서 스캔하여 Y축 좌표를 측정한다.
만약, 터치물체가 A, C, D에 위치한다면 B 위치에도 터치물체가 배치된 것으로 측정된다. 즉, B는 허상이 된다. 즉, X축에 2개 및 Y축에 2개의 터치위치를 감지하여 결국 허상을 포함하여 4개의 터치위치를 감지한다.
이와 같이, 직각방향의 스캔은 허상을 포함할 수 있으므로, 도 10과 도 11에 도시된 바와 같이 예각 방향 또는 둔각 방향으로 스캔함으로써 허상이 없는 터치위치를 감지할 수 있다.
도 12는 본 발명에서 X축 좌표 및 Y축 좌표를 검출하는 방법 중 다른 실시예를 설명하는 도면이다.
도 12를 참조하면, 하나의 적외선 수신부(215)는 복수의 적외선 송신부(211)에서 순차적으로 방출된 터치측정신호를 감지한다. 이 경우 예각 방향, 직각 방향, 둔각 방향으로 터치측정신호를 하나의 적외선 수신부(215)에서 감지할 수 있다.
따라서, 터치물체가 A지점, B지점, C지점에 위치하는 경우 상기 적외선 수신부(215)는 k, k+d, k+2d에 위치한 적외선 송신부(211)에서 터치측정신호를 방출할 때 터치측정신호를 감지하지 못하며, 이를 통해 멀티 터치시의 터치물체를 감지할 수 있다.
도 13은 본 발명에서 X축 좌표 및 Y축 좌표를 검출하는 방법 중 다른 실시예를 설명하는 도면이다.
도 13을 참조하면, 적외선 송신 그룹(211a, 211b, 211c)과 적외선 수신 그룹(215a, 215b, 215c)이 구비될 수 있다. 상기 적외선 송신 그룹(211a, 211b, 211c)과 적외선 수신 그룹(215a, 215b, 215c)은 각각 복수개의 적외선 송신부와 적외선 수신부를 포함할 수 있으며, 각각의 적외선 수신 그룹(215a, 215b, 215c)에서 감지한 터치측정신호를 감지하여 터치물체의 위치를 감지할 수 있다.
즉, 도 13에서는 복수의 적외선 송신부가 동시에 동작하고 복수의 적외선 수신부에서 동시에 터치측정신호를 감지한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 다양한 방법을 이용하여 X축 및 Y축의 2차원 좌표를 측정하는 것이 가능하다.
도 14 내지 도 20은 제2 실시예에 따른 터치스크린 장치 및 디스플레이 장치를 설명하는 도면이다.
도 14는 도 2의 A-A' 선을 따라 절단한 단면을 도시한 제2 실시예의 도면이고, 도 15는 도 2의 B-B' 선을 따라 절단한 단면을 도시한 제2 실시예의 도면이다.
도 14와 도 15를 참조하면, 제1 프레임(1200)은 최하단(1210)과 최상단(1290)에 적외선 송신부(1211)가 구비되어 X축 방향으로 일렬로 배치되고, 최하단(1210)과 최상단(1290) 사이에 Z축 방향으로 적외선 수신부(1215)가 복수로 구비되어 X축 방향으로 일렬로 배치된다.
상기 제1 프레임(1200)에 대응하는 제2 프레임(1300)도 최하단(1210)과 최상단(1290)에 적외선 송신부(1211)가 구비되어 X축 방향으로 일렬로 배치되고, 최하단(1210)과 최상단(1290) 사이에 Z축 방향으로 적외선 수신부(1215)가 복수로 구비되어 X축 방향으로 일렬로 배치된다.
마찬가지로, 제3 프레임(1400)은 최하단(1410)과 최상단(1490)에 적외선 송신부(1211)가 구비되어 Y축 방향으로 일렬로 배치되고, 최하단(1410)과 최상단(1490) 사이에 Z축 방향으로 적외선 수신부(1215)가 복수로 구비되어 Y축 방향으로 일렬로 배치된다.
상기 제3 프레임(1400)에 대응하는 제4 프레임(1500)도 최하단(1410)과 최상단(1490)에 적외선 송신부(1211)가 구비되어 Y축 방향으로 일렬로 배치되고, 최하단(1410)과 최상단(1490) 사이에 Z축 방향으로 적외선 수신부(1215)가 복수로 구비되어 Y축 방향으로 일렬로 배치된다.
다만, 상기 제1 프레임(1200), 제2 프레임(1300), 제3 프레임(1400), 제4 프레임(1500)이 모두 구비되어야만 하는 것은 아니고, 상기 제1 프레임(1200) 및 제2 프레임(1300)만 구비되는 것도 가능하다.
이와 같이, 제1 프레임(1200), 제2 프레임(1300), 제3 프레임(1400), 제4 프레임(1500)이 구비되면, 각각 최하단(1210,1410)과 최상단(1290,1490)에 배치된 적외선 송신부(1211)에서 터치측정신호를 방출하고 대응하는 적외선 수신부(1215)에서 터치측정신호를 감지하여 터치물체(M)의 X축, Y축, Z축 좌표를 계산할 수 있다.
먼저, 도 16에 도시된 바와 같이, 제1 프레임(1200)의 최하단(1210)에 배치된 적외선 송신부(1211)에서 터치측정신호를 방출하면 대향하여 배치되는 제2 프레임(1300)의 적외선 수신부(1215)에서 터치측정신호를 Z축 방향으로 빗각으로 스캔하여 감지한다.
도 17에 도시된 바와 같이, 제1 프레임(1200)의 최상단(1290)에 배치된 적외선 송신부(1211)에서 터치측정신호를 방출하면 대향하여 배치되는 제2 프레임(1300)의 적외선 수신부(1215)에서 터치측정신호를 Z축 방향으로 빗각으로 스캔하여 감지한다.
도 18에 도시된 바와 같이, 제2 프레임(1300)의 최하단(1210)에 배치된 적외선 송신부(1211)에서 터치측정신호를 방출하면 대향하여 배치되는 제1 프레임(1200)의 적외선 수신부(1215)에서 터치측정신호를 Z축 방향으로 빗각으로 스캔하여 감지한다.
도 19에 도시된 바와 같이, 제2 프레임(1300)의 최상단(1290)에 배치된 적외선 송신부(1211)에서 터치측정신호를 방출하면 대향하여 배치되는 제1 프레임(1200)의 적외선 수신부(1215)에서 터치측정신호를 Z축 방향으로 빗각으로 스캔하여 감지한다.
비록 도시되지는 않았지만, 제3 프레임(1400) 및 제4 프레임(1500)도 도 16 내지 도 19에서 설명한 것과 같이 동작할 수 있다.
상기 제1 프레임(1200) 및 제2 프레임(1300)에 더하여 제3 프레임(1400) 및 제4 프레임(1500)이 구비된 경우 보다 정확한 터치위치를 감지할 수 있다.
상기 제1 프레임(1200)의 적외선 송신부(1211)에서 터치측정신호를 방출할 때 상기 제2 프레임(1300)의 적외선 수신부(1215)는 Z축 방향으로 상부에서 하부로 또는 하부에서 상부로 스캔하는데, 이와 같은 동작은 X축 방향을 따라 이동되면서 반복될 수 있다.
상기 제2 프레임(1300)의 적외선 송신부(1211)에서 터치측정신호를 방출할 때 상기 제1 프레임(1200)의 적외선 수신부(1215)는 Z축 방향으로 상부에서 하부로 또는 하부에서 상부로 스캔하는데, 이와 같은 동작은 X축 방향을 따라 이동되면서 반복될 수 있다.
상기 제3 프레임(1400)과 제4 프레임(1500) 사이의 동작도 동일하게 진행되며, 스캔 동작은 Y축 방향을 따라 이동되면서 반복될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 제1 프레임(1200)과 제2 프레임(1300) 사이에서 스캔이 이루어지는 중에 터치물체(M)가 감지되면, 도 20에 도시된 바와 같이 제2 프레임(1300)의 Z축 방향으로 PZ에 해당하는 높이에서 터치물체(M)의 위치가 검출된다. 이는 실제 높이 RZ보다 T 만큼 큰 높이가 된다.
상기와 같은 터치물체(M)의 위치는 빗각 스캔에 의한 것이므로, 터치물체(M)의 위치를 정확한 위치로 보정하는 과정이 요구된다.
이러한 위치 보정은 적외선 송신부(1211)와 대향하는 적외선 수신부(1215) 사이에서 삼각측정법을 이용하여 터치물체(M)의 높이인 RZ로 보정할 수 있다.
상기 높이 RZ가 터치물체(M)의 실제 z 좌표가 되는 것이고, 터치물체(M)가 감지된 제1 프레임(1200)의 적외선 송신부(1211) 또는 제2 프레임(1300)의 적외선 수신부(1215)의 X축 방향의 위치가 터치물체(M)의 X축 좌표가 된다.
마찬가지로, 제3 프레임(1400)과 제4 프레임(1500)에서 적외선 송신부(1211)와 대향하는 적외선 수신부(1215)로 각각 Y축 방향으로 스캔을 진행하여 터치물체(M)가 감지되었을 때 상기 적외선 송신부(1211) 또는 적외선 수신부(1215)의 Y축 방향으로의 위치가 터치물체(M)의 Y축 좌표가 된다.
따라서, 터치물체(M)의 X축, Y축, Z축 좌표가 최종 검출된다.
또한, 제3 프레임(1400)과 제4 프레임(1500)에서 먼저 스캔을 진행하여 터치물체(M)의 Y축 좌표를 먼저 검출하고, 이어서 제1 프레임(1200)과 제2 프레임(1300)에서 스캔을 진행하여 터치물체(M)의 X축 좌표를 검출할 수도 있다.
제1 실시예와 제2 실시예를 통해 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 위치정보를 이용한 터치스크린 장치 및 디스플레이 장치는 하나의 터치물체(M) 뿐만 아니라 복수의 터치물체(M)의 3차원 좌표를 검출할 수 있다.
따라서, 복수의 터치물체(M)가 Z축을 따라 이동하면서 X축 방향 및/또는 Y축 방향으로 이동하는 경우, 복수의 터치물체(M)를 포함하는 영역의 면적변화를 통해 사용자의 동작의 변화를 검출할 수도 있다.
도 21은 본 발명의 실시예에서 사용자의 동작의 변화를 검출하는 것을 설명하는 도면이다.
도 21을 참조하면, 사용자의 손가락 끝부분이 각각 터치물체로 인식될 수 있으며, 예를 들어, 손가락을 포함하는 영역의 면적이 Z(t)에서 B인 상태에서 Z(t+1)로 이동하면서 면적이 A로 변화되었다면, 사용자가 손가락을 오무린 동작을 취한 것이라고 판단할 수 있다.
이와 같은 방식으로, 사용자가 손가락을 회전시킨다거나 주먹을 쥐었다가 편다거나 하는 등 사용자의 다양한 동작 판단이 가능하다.
따라서, 본 발명에 따른 3차원 위치정보를 이용한 터치스크린 장치 및 디스플레이 장치를 적용, 응용 또는 사용하는 경우 다양한 3차원 영상장치를 통해 상호 작용적인 콘텐츠 개발이 가능하게 하며, 예를 들어, 본 발명은 3차원 첨단 광고 단말 장치, 실감형 홈기기, 3D 게임 엔터테인먼트, Koisk, 온라인 교육, 실감형 정보 검색 단말기 등에 적용될 수 있다.
도 22는 제2 실시예에 따른 터치스크린 장치 및 디스플레이 장치를 설명하는 도면이다.
도 22를 참조하면, 도 1에서 설명한 바와 유사하게, 제2 실시예에서 설명한 디스플레이 장치(1000)는 터치스크린 장치(700)를 포함하고, 상기 터치스크린 장치(700)는 앞서 설명한 복수의 프레임들(1200,1300,1400,1500)을 포함할 수 있다.
상기 복수의 프레임들(1200,1300,1400,1500)에는 영상감지부(800)가 설치될 수도 있다.
상기 영상감지부(800)는 카메라가 구비되어 카메라를 통해 획득한 영상의 변화를 감지할 수 있으며, 상기 디스플레이부(100)의 상부를 향하여 경사진 방향을 지향하도록 배치된다.
따라서, 상기 사용자의 손가락이 상기 복수의 프레임들(1200,1300,1400,1500) 사이의 공간을 벗어나는 경우에도 상기 영상감지부(800)를 통해 보조적으로 사용자의 동작을 감지할 수 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 제시하여 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명은 터치스크린 장치 및 디스플레이 장치에 적용될 수 있으며, 3차원 공간에서 터치 정보를 감지할 수 있다.

Claims (15)

  1. 복수의 광 송신부가 제1 방향을 따라 일렬로 배치되고 상기 제1 방향에 직교하는 제3 방향으로 적층되는 제1 프레임;
    상기 제1 프레임과 대면하고, 복수의 광 수신부가 상기 제1 방향을 따라 일렬로 배치되고 상기 제3 방향으로 적층되는 제2 프레임; 및
    상기 제1 프레임 및 제2 프레임과 연결되어 상기 복수의 광 송신부 및 복수의 광 수신부가 동작되도록 제어하며, 상기 복수의 광 수신부에서 감지한 신호로부터 3차원 공간상의 터치 위치를 감지하는 제어부를 포함하는 3차원 위치정보를 이용한 터치스크린 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 방향은 디스플레이부의 표면과 평행한 X-Y 평면에 평행한 X축 방향이고, 상기 제3 방향은 상기 X-Y 평면에 직교하는 Z축 방향인 3차원 위치정보를 이용한 터치스크린 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 프레임은 복수의 광 수신부를 포함하고, 상기 복수의 광 수신부는 상기 제1 방향을 따라 일렬로 배치되고 상기 제3 방향으로 적층되는 3차원 위치정보를 이용한 터치스크린 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 프레임은 복수의 광 송신부를 포함하고, 상기 복수의 광 송신부는 상기 제1 방향을 따라 배치되고 상기 제3 방향으로 적층되는 3차원 위치정보를 이용한 터치스크린 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 프레임에 포함된 복수의 광 송신부와 광 수신부는 적어도 어느 하나가 다른 하나 위에 적층되는 3차원 위치정보를 이용한 터치스크린 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 제2 프레임에 포함된 복수의 광 송신부와 광 수신부는 적어도 어느 하나가 다른 하나 위에 적층되는 3차원 위치정보를 이용한 터치스크린 장치.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 프레임에 포함된 복수의 광 송신부는 최하단부 및 최상단부에 배치되고 상기 제1 프레임에 포함된 복수의 광 수신부는 상기 최하단부와 최상단부 사이에 배치되는 3차원 위치정보를 이용한 터치스크린 장치.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 제2 프레임에 포함된 복수의 광 송신부는 최하단부 및 최상단부에 배치되고 상기 제2 프레임에 포함된 복수의 광 수신부는 상기 최하단부와 최상단부 사이에 배치되는 3차원 위치정보를 이용한 터치스크린 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    복수의 광 송신부가 상기 제1 방향 및 제3 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 일렬로 배치되고 상기 제3 방향으로 적층되는 제3 프레임; 및
    상기 제3 프레임과 대면하고, 복수의 광 수신부가 상기 제2 방향을 따라 일렬로 배치되고 상기 제3 방향으로 적층되는 제4 프레임을 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제3 프레임 및 제4 프레임과 연결되어 상기 복수의 광 송신부 및 복수의 광 수신부가 동작되도록 제어하며, 상기 복수의 광 수신부에서 감지한 신호로부터 3차원 공간상의 터치 위치를 감지하는 3차원 위치정보를 이용한 터치스크린 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제1 방향은 디스플레이부의 표면과 평행한 X-Y 평면에 평행한 X축 방향이고, 상기 제2 방향은 디스플레이부의 표면과 평행한 X-Y 평면에 평행한 Y축 방향이고, 상기 제3 방향은 상기 X-Y 평면에 직교하는 Z축 방향인 3차원 위치정보를 이용한 터치스크린 장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 제3 프레임은 복수의 광 수신부를 포함하고, 상기 복수의 광 수신부는 상기 제2 방향을 따라 일렬로 배치되고 상기 제3 방향으로 적층되는 3차원 위치정보를 이용한 터치스크린 장치.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 제4 프레임은 복수의 광 송신부를 포함하고, 상기 복수의 광 송신부는 상기 제2 방향을 따라 배치되고 상기 제3 방향으로 적층되는 3차원 위치정보를 이용한 터치스크린 장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 광 송신부는 적외선 송신부이고, 상기 광 수신부는 적외선 수신부인 3차원 위치정보를 이용한 터치스크린 장치.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 프레임 및 제2 프레임은 카메라로 영상을 촬영하여 감지하는 영상감지부를 더 포함하는 3차원 위치정보를 이용한 터치스크린 장치.
  15. 영상이 디스플레이되는 디스플레이부; 및
    상기 디스플레이부에 인접하게 배치되고, 복수의 광 송신부가 제1 방향을 따라 일렬로 배치되고 상기 제1 방향에 직교하는 제3 방향으로 적층되는 제1 프레임과, 상기 제1 프레임과 대면하고, 복수의 광 수신부가 상기 제1 방향을 따라 일렬로 배치되고 상기 제3 방향으로 적층되는 제2 프레임과, 상기 제1 프레임 및 제2 프레임과 연결되어 상기 복수의 광 송신부 및 복수의 광 수신부가 동작되도록 제어하며, 상기 복수의 광 수신부에서 감지한 신호로부터 3차원 공간상의 터치 위치를 감지하는 제어부를 포함하는 3차원 위치정보를 이용한 터치스크린 장치를 포함하는 디스플레이 장치.
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