KR101409818B1 - 디스플레이용 광학장치 및 그 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터치센서모듈을 포함하는 디스플레이용 광학 장치 및 그 구동방법에 관한 것으로서, 복수 개의 광주사장치 및 구동연산부를 포함하여, 스크린을 복수 개의 영역으로 나누고, 지시기에 의해 접촉되는 터치위치를 영역별로 구분하여 인식하고, 일정한 면적을 지니는 터치 접촉면의 중심 위치를 판별함으로써, 디스플레이 상에서의 터치에 의한 입력의 오류를 줄이고 보다 정확하고 터치해상도가 높은 터치스크린을 구현할 수 있다.

Description

디스플레이용 광학장치 및 그 구동방법 {Optical Device for Display and Driving Method thereof}

본 발명은 디스플레이에 사용되는, 터치센서모듈 및 이를 포함하는 터치스크린용 광학 장치와 그것의 구동방법에 관한 것이다.

터치스크린(Touch Screen)은 은행의 자동화기기 시스템 등에서 오랜 기간 사용되어 온 기술로, 최근 스마트폰의 보급확산에 따라 일반인에게 더욱 친숙한 기술로 다가오고 있다. 휴대폰, 개인용컴퓨터 또는 다양한 디스플레이에 사용되고 있는 터치스크린 기술은, 저항막, 정전 용량 및 광학 방식 기술 등이 있으며 각각의 장단점은 다음과 같다.

저항막 방식 터치스크린은 디스플레이 표면에 컨트롤러와 특별 코팅 유리판을 사용하여 터치 연결을 생성한다. 터치스크린 패널은 2개의 얇은 전기 전도 판으로 이루어져 있으며 두 판은 좁은 틈을 사이에 두고 분리되어 있으며, 손가락 등의 입력 수단으로 패널의 외부 표면에 특정 지점을 누르면 두 판이 연결된 후 전기 전류에 터치 이벤트로 인식되는 변화를 야기한다.

저항막 방식의 장점은 손가락(장갑 착용 무관), 펜, 스타일러스 또는 딱딱한 물체를 사용하여 액세스할 수있다는 것이나, 이미지 선명도가 저하되고 저항막판의 마모로 인해 주기적으로 재보정이 필요하며 잘 긁히는 점 때문에 공공장소에서는 적절하지 않을 수 있으며, 파손되기 쉽고 저항막판이 깨지거나 흠집이 생기면 터치가 인식되지 않는다는 단점이 있다.

정전 용량 터치스크린은 모두 유리로 되어 있으며 저항막 기술보다 선명도가 높고 내구성이 좋다. 센서전극과 손가락 사이에 정전용량변화에 따라 흐르는 미세한 전류를 감지하여 위치를 판별하는 방식으로 노이즈 신호에 취약한 단점이 있으나, 환경적 신뢰성에 강하고 상부 장벽 층(Barrier layer)을 변경함에 따라 기계적 신뢰성도 자유롭게 바꿀 수가 있는 장점이 있다. 정전 용량 터치스크린은 사람의 손가락으로 터치할 때만 활성화되므로, 스크린 코팅을 긁으면 화면에 데드 스팟이 생겨 장갑을 낀 손가락, 펜, 스타일러스 또는 딱딱한 물체를 인식하지 않는 문제와 대형 화면으로 쉽게 확장할 수 없다는 단점이 있다.

광학 방식 터치스크린은, 스크린 표면에 수평으로 방출되는 광원과 광학 센서가 광원의 간섭을 감지하여 화면에 인접한 모든 물체의 움직임을 추적한다. 손가락으로 누르지 않아도 매우 정확하게 대상을 인식하고, 특수한 코팅이나 필름이 필요하지 않으므로, 디스플레이 이미지에 흠집이 생기거나 마모 또는 흐려질 일이 없다. 화면의 양쪽 모서리 또는 특정 면에 광학 센서를 탑재한 광학 방식은 스크린을 터치하는 물체를 "보는" 것이기 때문이다.

광학 방식 터치 기술은 탁월한 정밀도로 인하여 손가락, 펜, 신용카드 등 무엇으로든 스크린을 터치할 수 있고, 살짝만 눌러도 인식이 된다. 또한, 광학 터치 기술은 어떤 디스플레이에도 터치 기능을 추가할 수 있는 경제적인 방법으로, 스크린의 크기에 상관없이 대형 및 소형 스크린에 동일 기술을 사용하므로 대형 스크린에서 특히 뛰어난 비용 대비 효율성을 기대할 수 있다.

광학 방식은 기존 디스플레이의 품질과 성능을 저해하지 않으면서, 경제적이고 손쉽게 일반 디스플레이를 터치스크린으로 바꿀 수 있기 때문에 데스크탑 PC 또는 전자 칠판에 부가하여 설치 가능한 기술이기도 하다.

그런데 광학 방식의 터치스크린에서, 손가락이나 펜과 같은 지시기(Indicator)를 스크린에 터치하여 형성되는 접촉점의 면적은 지시기의 크기 및 터치 강도에 따라 각각 다를 수 있다. 즉 터치스크린을 사용하는 사람, 혹은 어느 손가락을 어느 정도의 세기로 터치하였느냐에 따라 접촉면적은 달라지며, 이 경우 정확한 접촉지점을 어디로 인식하는가 하는 문제가 생긴다. 특히 보다 정밀한 터치해상도가 요구되는 터치스크린에서는, 일정한 크기를 지니는 접촉면적으로 인하여 애초에 터치하고자 하는 지점을 인식하지 못하고 그 인접 지점을 인식함으로써 이러한 문제가 더 커질 가능성이 크다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 스크린을 복수 개의 영역으로 나누고, 지시기에 의해 접촉되는 터치위치를 영역별로 구분하여 인식한 후, 일정한 면적을 지니는 터치 접촉면의 중심 위치를 판별하는 디스플레이용 터치센서모듈 및 그 방법, 그리고 이를 포함하는 디스플레이용 광학장치를 제공하고자 한다.

본 발명은 터치센서모듈 및 반사부를 포함하는 디스플레이용 광학장치로서, 상기 터치센서모듈은 복수 개의 광주사장치 및 구동연산부를 포함하고, 상기 구동연산부는 스크린을 복수 개의 영역으로 나누고, 지시기에 의해 접촉되는 터치위치를 영역별로 구분하여 인식하고, 일정한 면적을 지니는 터치 접촉면의 중심 위치를 판별하는, 디스플레이용 광학장치를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 구동연산부는 중앙처리장치, 기억장치, 하나 이상의 모터구동부, 광원구동부, 및 광신호검출부를 구비하는, 디스플레이용 광학장치를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 중앙처리장치는, 스크린 상에서 지시기에 의해 형성되는 접촉면 내에서, 광주사장치로부터 주사되는 광과 최초로 만나는 시단지점(始端地點)을 인식하는 수단; 상기 지시기에 의한 접촉면의 시단지점이 상기 스크린 상의 어느 영역에 속하는지 판별하는 수단; 및 상기 접촉면의 시단지점이 속한 영역정보와 시단지점의 위치정보에 기반하여 접촉면의 중심지점을 인식하는 수단을 구비하고, 상기 기억장치에는 복수 개로 나뉜 스크린 상의 영역 정보; 및 상기 지시기에 의한 접촉면의 중심지점과 시단지점의 차이 수치가 상기 스크린 상의 영역별로 다르게 입력되어 있는, 디스플레이용 광학장치를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 복수 개의 영역은 가상의 영역으로서, 바둑판 모양으로 형성되어 하나의 영역이 직사각형 혹은 정사각형을 이루는, 디스플레이용 광학장치를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 복수 개로 나뉜 스크린 상의 영역 정보 및 상기 접촉면의 중심지점과 시단지점의 차이 수치는 상기 기억장치에 수정하여 입력할 수 있는, 디스플레이용 광학장치를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 광 주사장치는 단색광을 발생시키는 광원; 상기 광원에서 출사된 광을 수렴광으로 진행하도록 하는 제1콜리메이터 렌즈; 상기 광원 및 제1콜리메이터 렌즈와 일직선상에 위치하며, 상기 제1콜리메이터 렌즈에서 출사된 수렴광의 방향을 일정 각도로 바꾸어주는 편향프리즘; 상기 편향프리즘으로부터 나오는 광의 일부를 경사거울로 보내주고, 상기 경사거울을 통해 반사되어 되돌아오는 광의 일부를 제2콜리메이터 렌즈로 보내는 광분할기; 상기 광 분할기에서 나온 광을 수렴광으로 진행하도록 하는 제2콜리메이터 렌즈; 상기 광분할기, 상기 제2콜리메이터 렌즈와 일직선상에 있으며, 상기 편향프리즘을 사이에 두고 상기 제1콜리메이터 렌즈의 맞은편에 위치하는 광 검출기; 상기 광분할기의 출사면에 경사지도록 형성되어, 입사된 수렴광을 스크린의 면과 평행한 방향으로 진행하도록 소정의 각도로 반사하는 경사거울; 및 상기 경사거울이 부착되고 그 회전에 의하여 상기 경사거울이 함께 회전하도록 하는 모터를 포함하고, 상기 구동연산부는 상기 광원, 검출기, 모터를 컨트롤하며 상기 광주사장치에 연결되어 있는, 디스플레이용 광학장치를 제공한다. 본 발명은 또한,상기 터치센서 모듈은 2개의 광주사장치를 포함하며, 상기 2개의 광주사장치는 상기 구동연산부를 사이에 두고 양 측면에 위치하는, 디스플레이용 광학장치를 제공한다.

본 발명은 또한, 디스플레이용 광학장치의 구동방법으로서, 스크린 상에 지시기에 의해 접촉되는 터치위치를 영역별로 구분하여 인식하기 위하여 스크린을 복수 개의 영역으로 나누는 단계; 상기 지시기에 의한 접촉면의 중심지점과 시단지점의 차이를 수치로 환산하여, 상기 스크린 상의 영역별로 각각 다르게 입력하는 단계; 상기 스크린 상에서 지시기에 의해 형성되는 접촉면 내에서, 광주사장치로부터 주사되는 광과 최초로 만나는 시단지점을 인식하는 단계; 상기 지시기에 의한 접촉면의 시단지점이 상기 스크린 상의 어느 영역에 속하는지 판별하는 단계; 상기 접촉면의 시단지점이 속한 영역정보와 시단지점의 위치정보에 기반하여, 상기 접촉면의 중심지점과 시단지점의 차이 수치를 보정하여 접촉면의 중심지점을 인식하는 단계를 포함하는, 디스플레이용 광학장치의 구동방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 복수 개의 영역 및 상기 접촉면의 중심지점과 시단지점의 차이에 대한 수치는 상기 기억장치에 수정하여 입력할 수 있는, 디스플레이용 광학장치의 구동방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 지시기에 의한 접촉면의 중심지점과 시단지점의 차이를 수치로 환산하여, 상기 스크린 상의 영역별로 각각 다르게 입력하는 단계에서 입력하는 값은, 상기 스크린 상의 영역 내에서 각각의 접촉면의 중심지점과 시단지점의 차이 수치들의 평균값인, 디스플레이용 광학장치의 구동방법을 제공한다.

본원의 디스플레이용 터치센서모듈을 포함하는 광학장치 및 구동방법은, 일정한 크기를 지니는 접촉면의 중심지점을 인식하여 터치정확도를 향상시킴으로써, 소기에 터치하고자 했던 지점을 터치하지 못하는 오류를 줄이고 터치해상도가 보다 높은 터치스크린을 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 터치센서모듈과 반사부가 구비된 디스플레이용 광학장치를 나타내는 예시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 터치센서모듈과 반사봉이 구비된 디스플레이용 광학장치를 나타내는 예시도이다.
도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치센서 모듈에 포함되는 광주사장치의 구성 및 광로를 도시한 사시도 이고, (b)는 (a)의 구성 및 광로를 도시한 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치센서모듈에 포함되는 구동연산부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치센서 모듈의 광주사장치에 의해 주사되는 광의 수신신호와 광주사 시간의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6, 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치센서모듈에 의한 주사광이 스크린 상에서 형성하는 접촉면의 시단지점과 중심지점의 차이를 나타내는 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치센서모듈에 의하여 영역별로 구분된 스크린 상에서 접촉면의 시단지점과 중심지점을 차이를 나타내는 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치센서모듈에 포함되는 구동연산부에서 중앙처리장치와 기억장치의 기능을 나타내는 블록도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이용 광학장치의 구동방법으로서, 접촉면의 중심지점을 알아내는 시행착오방법을 포함하는 흐름도이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자들은 스크린을 복수 개의 영역으로 나누고, 지시기에 의해 접촉되는 터치위치를 영역별로 구분하여 인식한 후, 일정한 면적을 지니는 터치 접촉면의 중심 위치를 판별하는 방법을 구체화하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 일 실시예에 따른 터치센서모듈용 반사부 및 터치센서모듈을 포함하는 디스플레이용 광학장치는, 복수 개의 광주사장치(21, 22)를 포함하고, 상기 터치스크린(A)의 일측면(1a) 주위의 타측면(1b, 1c, 1d)에 부착된 반사부(30)를 통하여 반사되는 광을 전달받는다. 본원에 사용될 수 있는 디스플레이는 예를 들면 스크린, TV화면, 컴퓨터 화면, 전자칠판, 빔 프로젝터 등을 포함한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 디스플레이용 광학장치는 상기 타측면을 커버하는 반사부 대신에, 광반사 기능을 갖는 반사막(31) 또는 반사테이프가 일부 또는 전부에 구비된 반사봉(32)이 사용될 수 있다. 즉 도 2에 도시된, 본 발명의 또 다른 일 구현 예에 따른 반사막(31)이 부착된 반사봉(32) 등을 이용한 디스플레이용 광학 장치는, 터치센서모듈이 장착된 면 이외의 3면에 반사부가 설치되어 있지 않고, 터치 스크린을 직접 접촉하는 반사봉(32) (예를 들면, 펜이나 봉)의 끝부분에 반사막(31) 등이 별도로 수용되어 있어서 터치 스크린(A) 터치 시 출사된 레이저 광이 상기 반사봉(32)에 설치된 반사막(31) 등에 도달한 후 회귀 반사되어 출사한 방향의 역순으로 되돌아가는 구조를 갖는다. 반사봉(32)을 사용하는 경우에는, 반사봉(32)의 반사막(31)에서만 광의 반사가 일어나고, 이 반사된 광을 광 검출기에서 검출해 광에너지를 전기에너지로 변환한다.

본 발명의 일 구현 예에 따른 터치센서 모듈(20)은 도1, 2와 같이, 구동연산부(10) 및 복수 개의 광주사장치(21, 22), 특히 2개의 광주사장치를 포함한다. 본 발명의 한 구현예에서, 2개의 광주사장치(21, 22)는 상기 구동연산부(10)의 양 측면에 위치한다. 상기 복수 개의 광주사장치(21, 22)의 사이에 배치된 구동연산부는(10)는 상기 터치센서모듈에 포함된 광주사장치를 구동한다.

상기 디스플레이(A)의 동작상의 포인트(x, y)의 위치는 두 개의 광주사장치(21, 22)에 의해 위치 결정이 가능하다. 본원의 터치센서모듈은, 상기 구동연산부(10)의 중앙처리장치(12)를 통하여 제1 광주사장치(21)와 제2 광주사장치(22)에서 검출되는 각도를 파악하여 2 선분이 교차하는 점을 (x, y)로 인식하는 원리에 의하여 동작된다. 즉, 사용자가 상기 터치스크린(A)의 특정부위를 손가락 등으로 터치하면, 상기 손가락 등에 의해 발생된 반사광의 차이가 광 검출기에서 검출되어 광에너지가 전기 에너지로 변환되어 구동연산부(10)로 전달되어 동작을 수행하게 되고, 상기 중앙처리장치(12)를 통하여 정확한 좌표계산을 수행할 수 있게 된다. 이러한 터치센서모듈은 다양한 크기의 TV화면, 컴퓨터 화면, 전자칠판, 빔 프로젝터 등의 여러 분야에 사용될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 구현 예에 따른 터치센서모듈에 포함된 각각의 광주사장치는, 광을 방사하는 광원(210)과 제1콜리메이터 렌즈(230), 편향 프리즘(241), 광분할기(221), 경사거울(250), 제2콜리메이터 렌즈(235), 광검출기(270), 스핀들 모터(227)를 포함한다. 상기 디스플레이용 광주사장치는 상기와 같은 구성을 포함하여 입사되는 광에 대한 송광부와 수광부 기능을 수행할 수 있게 된다. 본 발명의 구현 예에서는 상기 광으로 적외선 또는 가시광선 레이저를 사용하며, 상기 광원으로는 레이저 다이오드(LD) 또는 LED를 사용한다.

도시되어 있지는 않지만, 이러한 광원(210)의 후단에는 광원(210)으로부터 출사되는 광량을 조절하는 광량조절부가 설치될 수 있다. 이러한 광량조절부는 터치스크린(A)이 수용할 수 있는 광량에 따라, 광의 진폭 즉 세기를 소정 범위내로 조절할 수 있다. 또한, 상기 광량조절부로는 출사된 광의 양을 줄이는 광감쇠기(optical attenuator) 또는 광밀도를 원하는 양으로 필터링하는 광밀도필터(neutral density filter)가 사용된다.

본 발명의 구현 예에서, 상기 제1콜리메이터 렌즈(230)는 상기 광원(210)로부터 입사한 발산광이 사방으로 퍼지지 않고 평행광 또는 수렴광으로 진행할 수 있도록 한다. 상기 편향 프리즘(241)은 상기 광원(210)에서 출사된 광의 방향을 바꿔주기 위한 장치로서, 상기 광원, 상기 제1콜리메이터 렌즈(230)와 일직선상에 위치한다. 본 발명의 구현 예에서 상기 제1콜리메이터 렌즈(230)에서 출사된 광은 상기 편향프리즘(241)에 의해 일정 각도로 방향이 바뀌어 경사거울로 향한다.

본 발명의 구현 예에서, 상기 편향프리즘(241)은 광의 방향을 90바꾼다. 상기 편향프리즘(241)에서 진행 방향이 바뀐 광은 상기 광분할기(221)로 향한다. 본 발명의 구현 예에서, 상기 광분할기(221)는 상기 편향프리즘(241)과 상기 경사거울(250) 사이에 설치된다. 상기 광분할기(221)는 광원(210)으로부터 입사하여 편향프리즘(241)에 의해 광의 방향이 바뀐 광의 일부를 경사거울(250)쪽으로 보내주고, 상기 반사부(30)로부터 되돌아와서 상기 경사거울(250)에서 다시 반사된 광의 일부를 방향을 바꾸면서 제2콜리메이터 렌즈(235) 쪽으로 전달하게 된다.

상기 광분할기(221)를 투과한 입사광을 다시 반사시키기 위한 경사거울(250)이 모터(227)에 접하여 위치한다. 상기 모터(227)는 경사거울(250)을 회전시키며, 본 발명의 구현 예에서 상기 모터는 스핀들 모터이다. 상기 경사거울(250)은 상기 광분할기(221)의 출사면에 소정 각도로 경사지도록 형성되어 입사된 광을 다시 반사시키게 된다. 상기 경사거울(250)은 광의 방향을 90°바꾼다. 본 발명의 구현 예에서 상기 경사 거울(250)은 광축 방향의 단면이 삼각형의 형상을 가지고, 일측면이 상기 일측면의 끝지점과 연결된 타측면과 이루는 각이 45°로 경사지도록 형성된다.

상기 편향프리즘(241)에서 방향을 바꾸고 상기 광분할기(221)를 투과한 광은 경사거울(250)에 도달 후 다시 방향이 바뀌며 스크린과 평행하게 상기 스크린 위로 방출된다.

본 발명의 구현 예에서, 스크린을 지나간 광은 상기 터치센서모듈(20)이 위치한 일측면(1a)과 다른 측면(1b, 1c, 1d)에 부착된 반사부(30)에 도달하여 반사에 의해 상기 투과 보호막을 거쳐 상기 경사거울(250)로 향한다. 경사거울(250)에 의해 반사된 광은 방향이 바뀌면서 광분할기(221)로 향하고, 상기 광분할기(221)는 반사광의 일부를 다시 방향을 바꿔주면서 제2콜리메이터 렌즈(235) 및 광검출기(270) 쪽으로 보낸다. 상기 제2콜리메이터 렌즈(235) 및 광검출기(270)는 편향프리즘(241)과 광분할기(221)를 사이에 두고 광원(210) 및 제1콜리메이터 렌즈(230)의 맞은편에 위치하나, 상기 광원(210), 상기 제1콜리메이터 렌즈(230)와 동일 축 상에 위치할 필요는 없다. 상기 광분할기(221)에 의해 방향이 바뀐 반사광의 일부는 제2콜리메이터 렌즈(235)에 의해 더 이상 퍼지지 않고 평행광 혹은 수렴광으로 진행하여 광검출기(270)에 도달한다. 상기 광 검출기(270)는 레이저의 빛에너지를 전기에너지로 변환하여 검출하는 장치이다. 상기 광검출기(270)는 상기 광분할기(221), 상기 제2콜리메이터 렌즈(235)와 일직선상에 있다.

본 발명의 구현 예에서, 신호검출의 기준이 되는 스핀들 모터(227) 회전의 동기를 검출하게 하기 위하여 추가 수단을 구비할 수 있다. 예를 들어, 도면에 도시하지는 않았지만 스크린 상에서 광이 주사되는 영역을 기준으로 하여, 스크린 영역 밖의 일정 위치에 재귀반사지를 설치하여, 상기 재귀반사지에 의해 반사되어 검출되는 광의 신호를 기반으로 하여 스핀들 모터(227)의 회전 동기를 검출할 수도 있다.

본 발명의 구현 예에서, 상기와 같은 광주사장치(21, 22)의 일측에는 도 4와 같이 구동연산부(10)가 설치되어, 상기 광원(210), 상기 광 검출기(270) 및 상기 스핀들 모터(227) 등의 구동을 제어하게 된다. 구체적으로, 상기 구동연산부(10)는 중앙처리장치(11)와 기억장치(12)를 구비하며, 모터구동부(15a, 15b), 광원구동부(16a, 16b) 및 광신호검출부(17a, 17b)가 각각 모터(227), 광원(210), 광검출기(227)와 연결되어 광신호, 제어신호 등을 주고받으면서 이들을 정밀히 구동하고 제어한다.

두 개의 광주사장치(21, 22) 및 구동연산부(10)의 중앙처리장치(12)에 의해 접촉 포인트, 즉 접촉면의 위치를 정확한 좌표로 계산하는 원리는 상기에서 설명한 바와 같다. 그러나 일반적으로 손가락이나 펜 등의 지시기(Indicator)가 스크린에 접촉하여 만들어지는 접촉면은 하나의 정확한 포인트라기보다는, 일정한 면적을 형성되는 경우가 대부분이다. 따라서 상당한 크기를 지니는 접촉면 중에서 어느 위치를 터치 포인트로 인식할 것인가 하는 문제가 발생할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치센서 모듈의 광주사장치에 의해 주사되는 광의 수신신호와 광주사 시간의 관계를 나타내는 도면이다. 도 5에서 도시한 바와 같이, 광검출신호가 처음으로 나타나기 시작한 t1에서부터, 광검출신호가 더 이상 나타나지 않는 t2까지는 일정 시간 간격을 형성한다. 이 시간 간격이 곧 접촉면의 넓이를 의미하며, 접촉면이 넓을수록 t1과 t2 사이의 시간 간격은 커지며, 접촉면이 좁을수록 시간 간격은 작아진다. 도 5에서 광검출신호가 최초로 나타나는 시점, 즉 t1을 구동연산부(10)에 의해 스크린 상의 위치정보로 환산하면, 이는 곧 접촉면 내에서 광주사장치(21, 22)에 의해 주사되는 광과 최초로 만나는 지점인 시단지점(始端地點)이 된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 손가락 등의 지시기에 의해 스크린 상에서 형성되는 접촉면(300)을 편의상 원모양으로 표시하자면, 광주사장치(21, 22)로부터 출사되는 레이저 광(51, 52)과 만나는 접촉면의 한쪽 끝단이 곧 시단지점(400)이 된다. 도면상에 볼 때 광주사장치(21, 22)의 모터(227)의 회전방향이 반시계방향으로서, 레이저 광(51, 52) 역시 반시계방향으로 주사될 경우 시단지점(400)은 접촉면(300)의 왼쪽에 위치하게 된다. 따라서 시단지점(400)은 접촉면(300)의 중심지점(405)과는 약간의 편차를 지니게 된다.

일반적으로 손가락 등의 지시기에 의한 접촉면(300)이 어느 정도의 크기를 지닐 경우, 최초에 정확히 터치하고자 의도했던 터치포인트를 접촉면(300)의 중심지점(405)이라 간주하면 가장 오류가 적을 것이다. 따라서 가급적 보다 정확한 터치포인트를 인식하기 위해서는, 접촉면(300) 중에서 인식되는 시단지점(400)과 중심지점(405)의 차이값을 보정하여 환산함으로써 중심지점(405)의 좌표를 알아낼 필요가 있다. 도 6에서는 이 차이값이 X, Y 축상에서 각각 x₁, y₁이 된다.

그러나 도7에서 도시한 바와 같이, 시단지점과 중심지점의 차이값은 스크린 상의 터치 위치에 따라 달라지게 된다. 물론 접촉면의 크기에 따라서도 달라지겠지만, 일단 접촉면의 크기는 스크린 상에서 모두 동일하다고 가정한다. 도7에서 지시기의 터치에 의한 접촉면(301)이 스크린의 왼쪽 위편에 형성될 경우, 광주사장치(21, 22)에서 출사되는 레이저 광(51a, 52a)과 접촉면(301)이 형성하는 시단지점(401)은 접촉면의 위쪽에 위치하게 된다. 또한 지시기의 터치에 의한 접촉면(301)이 스크린의 오른쪽 아래편에 형성될 경우, 광주사장치(21, 22)에서 출사되는 레이저 광(51b, 52b)과 접촉면(302)이 형성하는 시단지점(402)은 접촉면의 좌측에 위치하게 된다. 이들 각각의 경우, 접촉면(301, 302)의 중심지점(415, 425)과 시단지점(401, 402)의 차이값을 다르게 설정하여 환산해야 함을 알 수 있다. 즉 왼쪽 위편의 접촉면(301)의 경우, 상대적으로 X값의 차이가 작고 Y값의 차이가 큰 반면, 오른쪽 아래편의 접촉면(302)의 경우 X값의 차이가 크고 Y값의 차이가 크게 설정되어야 한다.

따라서 도 8에 도시된 바와 같이, 스크린 전반에 걸쳐서 접촉면의 시단지점으로부터 중심지점의 위치정보를 보정하여 환산함으로써 보다 정확한 터치 포인트를 인식하기 위해서는, 스크린을 영역별로 구분하여 접촉면의 시단지점과 중심지점의 차이값들을 각각 다르게 설정할 필요가 있다. 스크린 상의 영역의 구분은, 가로축과 세로축을 따라서 각각 몇 개씩 나뉘어서, 바둑판 모양의 배열이 되도록 하는 것이 바람직하다. 따라서 구분된 하나의 영역은 직사각형 혹은 정사각형의 모양이 된다. 도 8에서는 가로축 7개, 세로축 5개로 구분하여 모두 35개의 영역으로 구분하였으나, 반드시 이것에만 한정되는 것은 아니다. 구분되는 영역의 개수는 필요에 따 더 늘릴 수도 있고 더 줄일 수도 있으며, 영역의 개수가 늘어날수록 보다 정확한 터치 포인트의 보정이 가능하다. 다만 영역의 개수가 너무 많으면 설정하여 입력해야 할 차이값의 개수도 함께 많아져서 번거로울 수 있음을 염두에 두어야 할 것이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 스크린 상 각각의 구분영역(511. 512, 513... 557)에 위치하는 접촉면(311... 357)에 있어서 시단지점(411 ... 457)과 중심지점의 차이값은, 동일한 영역에서는 모두 동일한 값으로 설정된다. 물론 하나의 구분영역 내에서도 접촉면의 위치에 따라 시단지점과 중심지점의 정밀한 좌표의 차이는 조금씩 달라질 수밖에 없다. 그러나 구분영역의 개수가 충분하여 하나의 구분영역의 면적이 그다지 넓지 않다면, 그 정도의 편차는 무시할 수 있을 것이다. 또한 하나의 구분영역(511, .... 557) 내에서 설정되는 차이값을 그 영역 내에서 형성되는 시단지점들과 중심지점들의 실제적 좌표 차이의 평균치로 설정한다면, 더욱 편차를 줄이고 보다 정밀하게 보정할 수 있다.

전술한 바와 같이, 스크린을 구분하는 영역의 개수는 필요에 따라 얼마든지 수정하여 설정, 입력할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 마찬가지로 각각의 영역에 대한 시단지점과 중심지점의 차이값들 역시 수정하여 설정, 입력할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위하여 도 9에서 도시하는 바와 같이, 구동연산부(10)의 기억장치(12) 등에 이러한 기능을 구비하도록 한다.

즉 먼저 구동연산부(10)의 기억장치(12)에 스크린을 구분하는 영역의 개수를 가로축, 세로축 각각의 값으로 입력하면, 중앙처리장치(11)에서 각각의 영역을 구분하여 인식하도록 한다. 이후 각각의 영역에 대하여 시단지점과 중심지점의 차이값 정보를 X, Y 값으로 각각 기억장치(12)에 입력한다. 손가락 등의 지시기에 의한 접촉면이 형성되고 광주사장치(21, 22)의 출사 레이저 광에 의해 해당 접촉면의 시단지점이 형성되면, 중앙처리장치(11)는 시단지점의 좌표를 인식하고, 그 지점이 스크린 상 어느 구분영역에 속해 있는지 판별한다. 또한 중앙처리장치(12)는 기억장치(11)에 저장된 구분영역별 차이값 정보에 기반하여 보정함으로써, 해당 구분영역에서 접촉면의 중심지점의 좌표를 인식한다.

스크린 상 구분영역별 차이값 정보는 터치하는 접촉면의 시단지점이 속한 구분영역뿐만 아니라, 접촉면의 면적 등에 따라서도 달라져야 보다 정밀한 보정이 가능할 것이다. 즉 손가락으로 접촉하는 경우와 터치펜으로 접촉하는 경우 접촉면의 면적이 달라질 것이므로, 각각에 적합한 차이값 정보를 사전에 기억장치(12)에 입력해 두어야 한다. 또한 손가락으로 접촉하는 경우라 하더라도, 터치의 강도나 광원의 의 세기, 광검출기의 신호검출 레벨 등에 따라서 접촉면의 시단지점과 중심지점의 정확한 차이값이 조금씩 달라질 수도 있을 것이다. 따라서 최적의 차이값 정보를 알아내기 위해서는, 시행착오 방법(Trial and error method)에 의해 접촉면의 보정된 중심지점과 정확한 터치포인트가 실제로 일치하는지 비교하면서, 이러한 과정을 반복할 필요가 생길 수도 있다.

도 10은 상기와 같은 시행착오 방법을 포함한, 디스플레이용 광학장치 구동방법의 흐름도를 도시한 것이다. 구분영역 개수정보를 입력하면(710), 스크린 상의 영역을 구분하게(720) 된다. 구분영역별 차이값 정보를 입력한(730) 후, 터치된 접촉면의 시단지점 위치를 판별하고(740), 그 시단지점이 스크린 상 어느 구분영역에 속해 있는지 인식한다(750). 영역별 시단지점과 중심지점의 차이값 정보에 기반하여 보정함으로써 중심지점을 인식하고(760), 이 중심지점이 실제의 정확한 터치포인트와 일치하는지 확인한다(770). 중심지점과 터치포인트가 만족할 정도로 일치하면 해당 구분영역에서의 차이값 정보를 수정할 필요 없이 그대로 사용을 하고, 만약 일치하지 않는다면 차이값 정보를 수정하여(775), 차이값 정보를 입력하는 단계(730)로 되돌아가서 이 과정을 반복한다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.

A: 터치 스크린 10: 구동연산부
11: 중앙처리장치 12: 기억장치
15a, 15b: 모터구동부 16a, 16b: 광원구동부
17a, 17b: 광신호검출부 21, 22: 광 주사장치
30: 반사부 31: 반사막
32: 반사봉 51, 52: 주사광
210: 광원 221: 광분할기
227: 모터 230: 제1콜리메이터 렌즈
235: 제2콜리메이터 렌즈 241: 편향 프리즘
250: 경사거울 270: 광 검출기
300, 301, 302: 접촉면 305, 315: 중심지점
400, 401 402: 시단지점 511, 512, 513... 557: 구분영역

Claims (10)

1. 터치센서모듈 및 반사부를 포함하는 디스플레이용 광학장치로서,
   상기 터치센서 모듈은 복수 개의 광주사장치 및 구동연산부를 포함하고,
   상기 구동연산부는 스크린을 복수 개의 영역으로 나누고, 지시기에 의해 접촉되는 터치위치를 영역별로 구분하여 인식하고, 일정한 면적을 지니는 터치 접촉면의 중심 위치를 판별하는,
   디스플레이용 광학장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 구동연산부는 중앙처리장치, 기억장치, 하나 이상의 모터구동부, 광원구동부, 및 광신호검출부를 구비하는,
   디스플레이용 광학장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 중앙처리장치는,
   스크린 상에서 지시기에 의해 형성되는 접촉면 내에서, 광주사장치로부터 주사되는 광과 최초로 만나는 시단지점(始端地點)을 인식하는 수단;
   상기 지시기에 의한 접촉면의 시단지점이 상기 스크린 상의 어느 영역에 속하는지 판별하는 수단; 및
   상기 접촉면의 시단지점이 속한 영역정보와 시단지점의 위치정보에 기반하여 접촉면의 중심지점을 인식하는 수단을 구비하고,
   상기 기억장치에는 복수 개로 나뉜 스크린 상의 영역 정보; 및
   상기 지시기에 의한 접촉면의 중심지점과 시단지점의 차이 수치가 상기 스크린 상의 영역별로 다르게 입력되어 있는,
   디스플레이용 광학장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 복수 개의 영역은 가상의 영역으로서, 바둑판 모양으로 형성되어 하나의 영역이 직사각형 혹은 정사각형을 이루는, 디스플레이용 광학장치.
   
5. 제 3항에 있어서,
   상기 복수 개로 나뉜 스크린 상의 영역 정보 및 상기 접촉면의 중심지점과 시단지점의 차이 수치는 상기 기억장치에 수정하여 입력할 수 있는, 디스플레이용 광학장치.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 광 주사장치는 단색광을 발생시키는 광원; 상기 광원에서 출사된 광을 수렴광으로 진행하도록 하는 제1콜리메이터 렌즈; 상기 광원 및 제1콜리메이터 렌즈와 일직선상에 위치하며, 상기 제1콜리메이터 렌즈에서 출사된 수렴광의 방향을 일정 각도로 바꾸어주는 편향프리즘; 상기 편향프리즘으로부터 나오는 광의 일부를 경사거울로 보내주고, 상기 경사거울을 통해 반사되어 되돌아오는 광의 일부를 제2콜리메이터 렌즈로 보내는 광분할기; 상기 광 분할기에서 나온 광을 수렴광으로 진행하도록 하는 제2콜리메이터 렌즈; 상기 광분할기, 상기 제2콜리메이터 렌즈와 일직선상에 있으며, 상기 편향프리즘을 사이에 두고 상기 제1콜리메이터 렌즈의 맞은편에 위치하는 광 검출기; 상기 광분할기의 출사면에 경사지도록 형성되어, 입사된 수렴광을 스크린의 면과 평행한 방향으로 진행하도록 소정의 각도로 반사하는 경사거울; 및 상기 경사거울이 부착되고 그 회전에 의하여 상기 경사거울이 함께 회전하도록 하는 모터를 포함하고,
   상기 구동연산부는 상기 광원, 검출기, 모터를 컨트롤하며 상기 광주사장치에 연결되어 있는,
   디스플레이용 광학장치.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 터치센서 모듈은 2개의 광주사장치를 포함하며, 상기 2개의 광주사장치는 상기 구동연산부를 사이에 두고 양 측면에 위치하는, 디스플레이용 광학장치.
   
8. 디스플레이용 광학장치의 구동방법으로서,
   스크린 상에 지시기에 의해 접촉되는 터치위치를 영역별로 구분하여 인식하기 위하여 스크린을 복수 개의 영역으로 나누는 단계;
   상기 지시기에 의한 접촉면의 중심지점과 시단지점의 차이를 수치로 환산하여, 상기 스크린 상의 영역별로 각각 다르게 입력하는 단계;
   상기 스크린 상에서 지시기에 의해 형성되는 접촉면 내에서, 광주사장치로부터 주사되는 광과 최초로 만나는 시단지점을 인식하는 단계;
   상기 지시기에 의한 접촉면의 시단지점이 상기 스크린 상의 어느 영역에 속하는지 판별하는 단계;
   상기 접촉면의 시단지점이 속한 영역정보와 시단지점의 위치정보에 기반하여, 상기 접촉면의 중심지점과 시단지점의 차이 수치를 보정하여 접촉면의 중심지점을 인식하는 단계를 포함하는, 디스플레이용 광학장치의 구동방법.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 복수 개의 영역 및 상기 접촉면의 중심지점과 시단지점의 차이에 대한 수치는 기억장치에 수정하여 입력할 수 있는, 디스플레이용 광학장치의 구동방법.
   
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 지시기에 의한 접촉면의 중심지점과 시단지점의 차이를 수치로 환산하여, 상기 스크린 상의 영역별로 각각 다르게 입력하는 단계에서 입력하는 값은, 상기 스크린 상의 영역 내에서 각각의 접촉면의 중심지점과 시단지점의 차이 수치들의 평균값인, 디스플레이용 광학장치의 구동방법.

Images