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KR101604030B1 - 어레이 방식의 후방 카메라를 이용한 멀티터치 센싱 장치 - Google Patents

어레이 방식의 후방 카메라를 이용한 멀티터치 센싱 장치 Download PDF

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KR101604030B1
KR101604030B1 KR1020090053202A KR20090053202A KR101604030B1 KR 101604030 B1 KR101604030 B1 KR 101604030B1 KR 1020090053202 A KR1020090053202 A KR 1020090053202A KR 20090053202 A KR20090053202 A KR 20090053202A KR 101604030 B1 KR101604030 B1 KR 101604030B1
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South Korea
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touch
display panel
sensing
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light source
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이권주
최창규
한재준
박두식
김운배
권종오
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삼성전자주식회사
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Abstract

어레이 방식의 후방 카메라를 이용한 멀티터치 센싱 장치가 개시된다. 멀티터치 센싱 장치는 영상을 표시하는 디스플레이 패널, 오브젝트에 의해 디스플레이 패널의 후면에 표시된 터치 영상을 센싱하기 위한 광을 방사하는 센싱 광원 및 터치 영상의 영역을 분할하여 터치 영상을 센싱하는 카메라를 포함할 수 있다. 멀티터치 센싱 장치는 하단 가장자리에 카메라를 배치하거나 터치 영상을 반사시키는 거울을 구비함으로써 멀티터치 센싱 장치의 두께를 감소시킬 수 있으며, 옵티컬 셔터를 구비함으로써 영상 품질 및 센싱 감도를 향상시킬 수 있다.
멀티터치 센싱 장치, 후방 카메라, 센싱 광원, 디스플레이 패널

Description

어레이 방식의 후방 카메라를 이용한 멀티터치 센싱 장치 {APPARATUS FOR MULTI TOUCH SENSING USING REAR CAMERA OF ARRAY TYPE}
본 발명의 일실시예들은 어레이 방식의 후방 카메라를 이용한 멀티터치 센싱 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 고해상도로 오브젝트에 의한 터치 영상을 센싱할 수 있는 다양한 형태의 멀티터치 센싱 장치에 관한 것이다.
최근 디스플레이 기술이 발전하면서 디스플레이를 터치하는 오브젝트의 위치를 식별하는 기술의 관심이 증가하고 있다. 특히, 오브젝트를 통해 하나의 터치 영상이 아닌 복수의 터치 영상을 센싱하는 기술이 중요해지고 있다. 또한, 사용자가 터치할 수 있는 디스플레이 패널이 휴대용 기기에 사용됨으로써 두께를 감소시키는 것이 요구되고 있다. 그러나, 종래의 경우 터치 영상을 센싱하는 장치가 두꺼워 한정된 용도로만 사용되는 문제점이 있었다. 그리고, 종래의 경우 LCD 형태의 디스플레이 패널 바로 아래에 어레이 형태의 기판을 구비함으로써 영상의 출력 품질을 저하시키고 터치 해상도가 낮아지는 문제점이 있었다.
따라서, 터치 영상을 센싱하는 장치의 두께가 얇고 고해상도로 터치 영상을 센싱하여 평판 디스플레이에 적용 가능한 장치의 개발이 필요하다.
본 발명의 일실시예에 따른 멀티터치 센싱 장치는 상기 멀티터치 센싱 장치의 상단에 배치되어 영상을 표시하는 디스플레이 패널, 상기 디스플레이 패널 상부에 위치한 오브젝트에 의해 상기 디스플레이 패널의 후면에 표시된 터치 영상을 센싱하기 위한 광을 방사하는 센싱 광원 및 상기 터치 영상의 영역을 분할하여 상기 터치 영상을 센싱하는 카메라를 포함하고, 상기 카메라는 상기 멀티터치 센싱 장치의 하단 가장자리에 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따른 멀티터치 센싱 장치에서 상기 센싱 광원은, 상기 카메라와 인접한 위치에 배치되어 상기 카메라의 센싱 영역에 광을 방사하고 상기 카메라는, 상기 오브젝트에 반사되는 터치 영상을 센싱할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 멀티터치 센싱 장치에서 상기 센싱 광원은, 상기 디스플레이 패널의 윗면에 위치한 투명 층 내부로 광을 방사하기 위한 위치에 배치되고, 상기 투명 층은, 상기 센싱 광원으로부터 방사된 광을 전반사시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 멀티터치 센싱 장치는, 상기 멀티터치 센싱 장치의 상단에 배치되어 영상을 표시하는 디스플레이 패널, 상기 디스플레이 패널 하단에 배치되어 전기적인 스위칭에 따라 광투과 특성을 변경하는 옵티컬 셔터, 상기 디스플레이 패널 상부에 위치한 오브젝트에 의해 상기 디스플레이 패널의 후면에 표시된 터치 영상을 센싱하기 위한 광을 방사하는 센싱 광원 및 상기 멀티터치 센 싱 장치의 하단에 배치되어 상기 터치 영상의 영역을 분할하여 상기 터치 영상을 센싱하는 카메라를 포함하고, 상기 옵티컬 셔터는 상기 광투과 특성을 전환함으로써 상기 센싱 광원이 상기 디스플레이 패널 방향으로 방사하는 광을 차단 또는 통과시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 멀티터치 센싱 장치는 상기 멀티터치 센싱 장치의 상단에 배치되어 영상을 표시하는 디스플레이 패널, 상기 디스플레이 패널 상부에 위치한 오브젝트에 의해 상기 디스플레이 패널의 후면에 표시된 터치 영상을 센싱하기 위한 광을 방사하는 센싱 광원, 상기 멀티터치 센싱 장치의 하단 가장자리에 배치되어 상기 터치 영상을 반사시키는 거울, 상기 거울에 의해 반사된 터치 영상의 영역을 분할하여 상기 터치 영상을 센싱하는 카메라를 포함하고, 상기 카메라는 상기 디스플레이 패널의 바로 아래에 배치될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 멀티터치 센싱 장치의 하단 가장자리에 터치 영상을 센싱하기 위한 카메라를 배치하고 일정 각도로 기울임으로써 멀티터치 센싱 장치의 두께를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 멀티터치 센싱 장치의 두께가 감소하고 카메라의 기울임 각에 따라 발생하는 터치 영상의 왜곡을 보정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 확산판 대신 전기적인 스위칭에 따라 광투과 특성이 변경되는 옵티컬 셔터를 구비함으로써 영상 품질이 향상되고, 센싱 감도가 향상될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 평면 거울을 이용하여 터치 영상을 반사시킴으로써 멀티터치 센싱 장치 및 디스플레이 패널의 베젤의 두께를 감소시키고, 디스플레이 패널의 가장자리 부분에 대한 백라이트를 보충할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 볼록 거울 또는 오목 거울을 이용하여 터치 영상을 반사시킴으로써 넓은 영역의 터치 영상을 센싱할 수 있기 때문에, 표준 시야각의 카메라를 사용하더라도 광각의 카메라를 사용하는 효과를 나타낼 수 있다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티터치 센싱 장치의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 멀티터치 센싱 장치의 기본적인 구성이 도시되어 있다. 도 1에서 카메라(101, 102)는 디스플레이 패널(103)의 후면에 표시되는 터치 영상을 센싱할 수 있다. 구체적으로, 카메라(101, 102)는 디스플레이 패널(103)의 상부에 위치한 오브젝트에 의한 터치 영상을 센싱할 수 있다. 다시 말해서, 사용자가 손이나 스틱(stick) 등의 오브젝트를 통해 디스플레이 패널(103)의 후면에 표시된 영상을 터치하는 경우, 카메라(101, 102)는 오브젝트로 인해 발생되는 터치 영상을 센싱할 수 있다.
카메라는(101, 102)는 디스플레이 패널(103)의 후면에 표시되는 영상을 2개 이상의 영역으로 분할하여 분할된 영상을 각각 센싱할 수 있다. 카메라(101, 102) 각각은 렌즈를 통해 입력된 2차원 영상을 디지털 신호로 바꿀 수 있는 CCD, CMOS 센서로 구성될 수 있다.
그러면, 멀티터치 센싱 장치는 터치 영상의 위치를 디스플레이 패널(103)의 좌표로 인식하여 사용자가 오브젝트를 통해 터치한 지점을 결정할 수 있다. 일례로, 디스플레이 패널은 LCD 패널일 수 있다. LCD 패널은 자발광 특성이 없기 때문에 멀티터치 센싱 장치는 영상을 표시하기 위한 광을 제공하는 백라이트(104)를 포함할 수 있다.
백라이트(104)는 자체적으로 발광하지 못하는 LCD 패널에 광을 제공하기 위해 선광원(CCFL)이나, 점광원(LED)을 확산판과 반사판, 프리즘 시트와 같은 광학 필름과 결합하여 면광원 형태로 나타낼 수 있다. 도 1에서 볼 수 있듯이, 카메라(101, 102)는 백라이트(104)에서 방출된 광에 영향을 주지 않도록 멀티터치 센싱 장치의 하단 가장 자리에 배치될 수 있다.
또한, 멀티터치 센싱 장치는 디스플레이 패널(103)의 후면에 표시된 터치 영상을 센싱하는 2개 이상의 카메라(101, 102)를 통해 터치 영상을 분석하는 분석 장치(105)를 포함할 수 있다. 분석 장치(105)는 사용자가 디스플레이 패널(103)에 터치한 좌표를 계산할 수 있다.
일례로, 터치 영상을 적외선으로 센싱하는 경우 분석 장치(105)는 영상을 양자화, 부호화를 거쳐 단순화한 후, 사용자가 터치한 지점을 결정할 수 있다. 그리고, 터치 영상을 가시광으로 센싱하는 경우 분석 장치(105)는 출력 영상의 영향 을 센싱되는 영상에서 제거한 후 적외선 센싱하는 과정을 거칠 수 있다. 만약, 멀티터치 센싱 장치가 일정 각도로 기울어진 카메라(101, 102)를 포함하는 경우, 멀티터치 센싱 장치는 카메라(101, 102)의 기울어짐으로 인해 발생되는 터치 영상의 왜곡을 보정하는 왜곡 보정 장치를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 카메라의 배치 구조로 인한 영상 왜곡을 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 멀티터치 센싱 장치는 하단 가장자리에 카메라를 배치함으로써 박형으로 구현할 수 있다. 그러나, 멀티터치 센싱 장치가 박형으로 구현되는 경우 카메라가 터치 영상을 센싱하는 거리가 짧고, 카메라가 기울어져 터치 영상을 센싱하는 점으로 인해, 도 2에서 볼 수 있듯이, 센싱된 터치 영상은 왜곡될 수 있다.
도 2(a)는 멀티터치 센싱 장치의 가로, 세로 및 두께의 비율이 16:9:1.6인 경우 터치 영상의 왜곡 현상을 나타낸다. 즉, 도 2(a)는 16:9 형태의 멀티터치 센싱 장치에서 카메라의 위치를 고려한 두께를 가로 길이의 1/10으로 설정하였을 때, 센싱되는 터치 영상의 왜곡을 나타낸다. 그리고, 도 2(b)는 멀티터치 센싱 장치의 가로, 세로 및 두께의 비율이 16:9:3.2인 경우, 터치 영상의 왜곡 현상을 나타낸다. 즉, 도 2(b)는 16:9 멀티터치 센싱 장치에서 카메라의 위치를 고려한 두께를 가로 길이의 1/5로 설정하였을 때, 센싱되는 터치 영상의 왜곡을 나타낸다.
도 2(a)를 참고하면, 디스플레이 패널에 표시된 터치 영상(201)의 표면을 대각으로 나누어 4개의 삼각형의 면을 만들었을 때, 각 면과 카메라의 거리 및 기 울임 각에 의하여 센싱되는 표면은 각각 달라질 수 있다. 즉, 카메라와 가까운 면은 카메라와 멀리있는 면보다 센싱되는 표면의 면적이 클 수 있다. 이와 같은 이유로 좌표변환맵을 생성할 때, 카메라와 멀리있는 면은 가까운 면보다 점 간의 매핑 간격이 세밀해 질 수 있다. 도 2(b)를 도 2(a)와 비교했을 때, 멀티터치 센싱 장치의 두께가 증가할수록 카메라와 멀리있는 면의 영상 왜곡은 완화될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 카메라의 캘리브레이션을 도시한 도면이다.
도 3을 참고하면, 포인트(304-1~304-4)는 4개의 카메라 각각이 담당하는 디스플레이 패널에서 인식하는 터치 지점을 나타낸다. 포인트(302-1~302-4)는 2개의 카메라가 공유하는 터치 지점을 나타내며, 포인트(303)는 4개의 카메라가 공유하는 터치 지점을 나타낸다. 멀티터치 센싱 장치는 각각의 카메라가 인식하는 4개의 지점을 스크린 표면의 2차원적인 위치에 매핑하여 카메라 각각의 좌표 변환맵을 생성할 수 있다.
즉, 도 3에 표시된 포인트 각각은 카메라가 디스플레이 패널에 표시된 터치 영상을 센싱할 수 있도록 카메라를 캘리브레이션 하기 위한 위치를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 디스플레이 패널에 부착된 마커의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 적외선(IR)에 반응하는 마커(401)는 디스플레이 패널의 후면에 붙여서 멀티터치 센싱 영상의 초기 전원 인가 시에 카메라로 마커(401)의 위치를 인식하는 구조를 나타낸다. 마커(401)는 적외선을 감광, 반사하는 물질인 감광 시트 또는 IR 형광 물질로 구성될 수 있다. 디스플레이 패널의 가장자리에 위치한 마커(401) 8개는 IR LED나 IR 감광물질(가시광에 투명)로 구성될 수 있다. 디스플레이 패널의 가운데 위치한 마커(401)는 가시광에 투명하며, 적외선에 감광, 반사하는 물질로 구성될 수 있다. 일례로, 디스플레이 패널의 가운데 위치한 마커(401)는 사용자에게 터치를 유도하기 위한 영상을 디스플레이 패널에 표시하여 사용자가 터치한 위치에 대한 좌표로 활용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 터치 영상을 센싱하기 위한 그리드를 도시한 도면이다.
도 5는 카메라가 적외선 카메라인 경우 카메라가 구별하는 배경과 그리드를 멀티터치 센싱 장치의 초기 전원 인가 시에 디스플레이 패널에 표현하는 구조를 나타낸다. 이 때, 배경은 검정색으로 표현될 수 있고, 그리드는 흰색이나 노란색으로 표현될 수 있다.
일례로, 멀티터치 센싱 장치의 하단 가장자리에 4개의 카메라가 위치하는 경우, 각각의 카메라는 9개의 지점을 선으로 연결시 교차하는 영역 내부의 그리드를 스캔하여 디스플레이 패널의 실제 위치와 카메라가 센싱하는 그리드의 위치를 매핑하여 좌표 변환맵을 생성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 카메라 부근에 센싱 광원이 배치된 멀티터치 센싱 장치를 도시한 도면이다.
디스플레이 패널(601)은 멀티터치 센싱 장치의 상단에 배치되어 영상을 표시할 수 있다. 그리고, 센싱 광원(602)은 디스플레이 패널(601) 상부에 위치한 오 브젝트에 의해 디스플레이 패널(601)의 후면에 표시된 터치 영상을 센싱하기 위한 광을 방사할 수 있다. 이 때, 오브젝트는 디스플레이 패널(601)을 터치하는 사용자의 손이나 또는 스틱을 의미할 수 있다. 그리고, 센싱 광원은 적외선 광을 방사할 수 있다. 일례로, 센싱 광원은 카메라(603)와 인접한 위치에 배치되어 카메라(603)의 센싱 영역에 광을 방사할 수 있다. 그리고, 멀티터치 센싱 장치는 확산판(604, 605) 및 확산판(605) 아래에 백라이트를 포함할 수 있다.
카메라(603)는 터치 영상의 영역을 분할하여 터치 영상을 센싱할 수 있다. 구체적으로, 카메라(603)는 오브젝트에 반사되는 터치 영상을 센싱할 수 있다. 도 6에서 볼 수 있듯이, 카메라(603)는 멀티터치 센싱 장치의 하단 가장자리에 배치될 수 있다. 카메라의 개수는 제한이 없다. 카메라(603)는 멀티터치 센싱 장치의 하단 가장자리에 배치됨으로써, 멀티터치 센싱 장치의 두께가 얇아질 수 있다.
그러나, 카메라(603)는 터치 영상을 센싱하기 위해 일정 각도로 기울어질 수 있다. 앞에서 언급했듯이, 멀티터치 센싱 장치의 두께가 얇아져 카메라(603)가 터치 영상을 센싱하는 거리가 작아지고, 카메라(603)의 기울어짐 각도로 인해 터치 영상의 왜곡이 발생할 수 있다. 이러한 왜곡은 멀티터치 센싱 장치에 포함된 왜곡 보정 장치를 통해 보정될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전반사 방해를 이용한 멀티터치 센싱 장치를 도시한 도면이다.
디스플레이 패널(702)은 멀티터치 센싱 장치의 상단에 배치되어 영상을 표 시할 수 있다. 디스플레이 패널(702)이 LCD인 경우, 디스플레이 패널(702)은 스스로 발광하지 못하므로 확산판(705)과 백라이트(706)에 의해 방사된 광에 의해 영상이 표시될 수 있다. 그리고, 멀티터치 센싱 장치는 백라이트(706)에 의해 방사된 광을 반사, 확산시키는 반사판(704)을 포함할 수 있다.
센싱 광원(701)은 디스플레이 패널(701) 상부에 위치한 오브젝트에 의해 디스플레이 패널(702)의 후면에 표시된 터치 영상을 센싱하기 위한 광을 방사할 수 있다. 일례로, 센싱 광원(701)은 디스플레이 패널(702)의 윗면에 위치한 투명 층(703) 내부로 광을 방사하기 위한 위치에 배치될 수 있다. 센싱 광원(701)으로부터 방사된 광은 적외선일 수 있다. 이 때, 투명 층(703)은 센싱 광원으로부터 방사된 광을 전반사(TIR: Total internal reflection)시킬 수 있다. 그리고, 투명 층(703)은 유리, 아크릴, 폴리카보네이트 플레이트와 같은 투명한 재질로 구성될 수 있다.
만약, 사용자의 손이나 스틱과 같은 오브젝트가 디스플레이 패널(702)의 상부에 위치하는 경우, 투명 층(703) 내부에서 발생하는 전반사는 방해 (FTIR: Frustrated Total internal reflection)될 수 있다. 그러면, 카메라(707)는 오브젝트로 인해 센싱 광원(701)으로부터 방사된 광의 전반사가 방해된 위치를 식별하여 식별된 위치에 대응하는 터치 영상을 센싱할 수 있다. 그리고, 카메라(707)는 터치 영상의 영역을 분할하여 터치 영상을 센싱할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 확산판 아래 센싱 광원이 배치된 제1 멀티터치 센싱 장치를 도시한 도면이다.
디스플레이 패널(801)은 멀티터치 센싱 장치의 상단에 배치되어 영상을 표시할 수 있다. 디스플레이 패널(801)이 LCD인 경우, 디스플레이 패널(801)은 스스로 발광하지 못하므로 확산판(803)와 백라이트(804)에 의해 방사된 광에 의해 영상이 표시될 수 있다. 그리고, 멀티터치 센싱 장치는 백라이트(803)에 의해 방사된 광을 반사, 확산시키는 반사판(802)을 포함할 수 있다.
센싱 광원(805)은 디스플레이 패널(801) 상부에 위치한 오브젝트에 의해 디스플레이 패널(702)의 후면에 표시된 터치 영상을 센싱하기 위한 광을 방사할 수 있다. 일례로, 센싱 광원(805)은 확산판(803)의 아래에 배치되어 오브젝트로 광을 방사할 수 있다. 도 8을 참고하면, 센싱 광원(805)이 광을 반사하면, 일정 각도로 기울어진 판에 의해 광의 진로가 디스플레이 패널(801)과 수직 방향으로 변경됨으로써 오브젝트로 광을 방사할 수 있다.
카메라(806)는 멀티터치 센싱 장치의 하단 가장자리에 배치될 수 있다. 이 때, 터치 영상의 영역을 분할하여 터치 영상을 센싱할 수 있다. 센싱 광원(805)이 방사하는 광이 오브젝트에 의해 반사되면, 카메라(806)는 오브젝트에 의해 반사되는 광을 센싱할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 확산판 아래 센싱 광원이 배치된 제2 멀티터치 센싱 장치를 도시한 도면이다.
도 9는 도 8과 달리 센싱 광원(905)이 확산판(903)의 바로 하단에 배치되어 디스플레이 패널(901) 방향으로 확산판(903)의 면과 수직되게 광을 방사할 수 있다. 그리고, 백라이트(906)는 센싱 광원(905)과 인접한 위치에 배치될 수 있다.
그러면, 카메라(904)는 오브젝트에 의해 센싱 광원(905)이 방사한 광이 반사되는 터치 영상을 센싱할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 옵티컬 셔터가 포함된 멀티터치 센싱 장치를 도시한 도면이다.
디스플레이 패널(1001)은 멀티터치 센싱 장치의 상단에 배치되어 영상을 표시할 수 있다. 디스플레이 패널(1001)이 LCD인 경우, 디스플레이 패널(1001)은 스스로 발광하지 못하므로 백라이트(1006)에 의해 방사된 광에 의해 영상이 표시될 수 있다.
일례로, 멀티터치 센싱 장치는 전기적인 스위칭에 따라 광투과 특성을 변경하는 옵티컬 셔터(1002)를 포함할 수 있다. 이 때, 옵티컬 셔터(1002)는 백라이트(1006)에 대한 확산판 역할을 수행할 수 있다. 도 10에서 볼 수 있듯이, 옵티컬 셔터(1002)는 디스플레이 패널(1001)의 바로 아래에 배치될 수 있다. 옵티컬 셔터는 PSCT(Polymer Stabilised Cholestreic Textured: switch between diffusing and clearing at 60Hz, 150V), PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)과 같은 고전압의 인가에 따라 광투과 특성이 변화되는 장치를 포함할 수 있다. 옵티컬 셔터(1002)는 백라이트(1006)에 의해 방사된 광을 확산하는 확산판 역할을 수행할 수 있다. 옵티컬 셔터(1002)는 디스플레이 패널(1001) 바로 아래에 배치됨으로써 표시되는 영상의 품질을 향상시킬 수 있고, 멀티처티 센싱 장치의 센싱 감도도 향상시킬 수 있다.
그리고, 센싱 광원(1003)은 멀티터치 센싱 장치의 하단 가장자리에 카메 라(1004)와 인접하는 위치에 배치될 수 있다. 또는 센싱 광원(1005)은 멀티터치 센싱 장치의 하단면에 배치되어 디스플레이 패널(1001)과 수직 방향으로 광을 방사할 수 있다. 옵티컬 셔터(1002)는 전기적인 스위칭에 따라 광투과 특성을 전환함으로써 센싱 광원(1003, 1005)이 디스플레이 패널(1001) 방향으로 방사하는 광을 차단 또는 통과시킬 수 있다.
카메라(1004)는 멀티터치 센싱 장치의 하단 가장자리에 배치될 수 있다. 그리고, 본 발명의 일실시예에 따른 멀티터치 센싱 장치에서 센싱 광원(1003)에서 방사된 광을 감지할 수 있는 Optical 센서 어레이는 카메라(1004)를 대체하여 디스플레이 패널(1001)의 바로 아래에 배치될 수 있다.
도 10 (a)는 옵티컬 셔터(1002)가 ON인 상태를 나타내고, 도 10(b)는 옵티컬 셔터가 OFF인 상태를 나타낸다. 즉, 옵티컬 셔터(1002)가 ON인 경우, 옵티컬 셔터(1002)는 반투명 상태를 나타내고, 옵티컬 셔터(1002)가 OFF인 경우, 옵티컬 셔터(1002)는 투명 상태를 나타낸다.
옵티컬 셔터(1002)는 반투명 상태에서 확산판 역할을 수행하여 백라이트(1006) 로부터 방사되는 광을 확산함으로써 디스플레이 패널(1001)에 영상을 표시할 수 있다. 이 경우, 센싱 광원(1005)은 광을 방사하지 않을 수 있다. 반대로, 옵티컬 셔터(1002)는 투명 상태에서 확산판 역할을 수행할 수 없기 때문에 백라이트(1006)로부터 방사되는 광을 확산하지 못한다. 이 경우, 센싱 광원(1005)은 광을 방사할 수 있다.
그러면, 카메라(1004)는 센싱 광원(1003, 1005)에서 방사된 광이 오브젝트 에 의해 반사되는 터치 영상을 센싱할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 2개의 카메라를 이용하여 터치 영상을 센싱하는 멀티터치 센싱 장치를 도시한 도면이다.
도 11을 참고하면, 카메라는 멀티터치 센싱 장치의 하단 가장자리에 위치할 수 있다. 특히, 카메라는 멀티터치 센싱 장치의 하단 가장자리 중 중간 부분에 위치할 수 있다. 이 경우, 카메라가 센싱할 수 있는 각도가 한정되므로, 멀티터치 센싱 장치는 서로 마주보는 위치에 최소한 2개의 카메라를 배치하여 디스플레이 패널의 후면에 표시되는 터치 영상을 센싱할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 일정 각도로 기울어진 디스플레이 패널을 포함하는 멀티터치 센싱 장치를 도시한 도면이다.
특히, 도 12는 1개의 카메라로 터치 영상을 센싱하는 멀티터치 센싱 장치를 나타낸다. 일례로, 디스플레이 패널(1201)은 멀티터치 센싱 장치의 하단면과 일정 각도 이상 기울어진 형태로 배치될 수 있다. 기울어진 각도는 제한이 없다.
이 때, 센싱 광원(1203)은 디스플레이 패널(1201)의 상부에 위치한 오브젝트에 의해 표시된 터치 영상을 센싱하기 위한 광을 방사할 수 있다. 그러면, 1개의 카메라(1202)는 멀티터치 센싱 장치의 하단 가장자리에 배치될 수 있다. 카메라(1202)는 디스플레이 패널(1201)의 후면에 표시되는 터치 영상을 센싱할 수 있다. 이 때, 디스플레이 패널(1201)이 기울어진 형태로 배치되어 있기 때문에 카메라(1202)는 1대의 카메라(1202)로 터치 영상을 센싱할 수 있다.
그리고, 멀티터치 센싱 장치는 디스플레이 패널(1201)에 영상을 표시하기 위한 광을 방사하는 백라이트(1208)를 포함할 수 있다. 백라이트(1208)는 확산판(1205), 광 향상 필름(1204), 광 가이드 패널(1206) 및 반사판(1207)을 포함할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 평면 거울을 이용하여 터치 영상을 센싱하는 멀티터치 센싱 장치를 도시한 도면이다.
멀티터치 센싱 장치는 상단에 배치되어 영상을 표시하는 디스플레이 패널(1304)을 포함할 수 있다. 디스플레이 패널(1304)이 LCD인 경우, 디스플레이 패널(1304)은 스스로 발광하지 못하므로 확산판(1305)과 백라이트(1306)에 의해 방사된 광에 의해 영상이 표시될 수 있다
그리고, 멀티터치 센싱 장치는 디스플레이 패널(1304) 상부에 위치한 오브젝트에 의해 디스플레이 패널(1304) 후면에 표시된 터치 영상을 센싱하기 위한 광을 방사하는 센싱 광원(1302)을 포함할 수 있다. 또한, 멀티터치 센싱 장치는 하단 가장자리에 배치되어 터치 영상을 반사시키는 거울(1303)을 포함할 수 있다. 그리고, 멀티터치 센싱 장치는 거울(1303)에 의해 반사된 터치 영상의 영역을 분할하여 터치 영상을 센싱하는 카메라(1301)를 포함할 수 있다. 이 때, 카메라는 디스플레이 패널(1304)의 바로 아래에 배치될 수 있다. 일례로, 도 13에 도시된 거울은 평면 거울을 포함할 수 있다.
도 13에서 센싱 광원(1302)은 디스플레이 패널(1304)의 윗면에 위치한 투명 층 내부로 광을 방사하기 위한 위치에 배치될 수 있다. 그러면, 투명 층은 센싱 광원(1302)으로부터 방사된 광을 전반사시킬 수 있다.
도 13에서 볼 수 있듯이, 거울(1303)은 멀티터치 센싱 장치의 하단 가장자리에 일정 각도로 기울어질 수 있다. 만약, 사용자가 손이나 스틱을 통해 디스플레이 패널(1304)을 터치하는 경우, 카메라(1301)는 디스플레이 패널(1304)의 후면에 표시된 터치 영상이 거울(1303)에 의해 반사된 터치 영상을 센싱할 수 있다. 이 때, 터치 영상은 오브젝트로 인해 센싱 광원(1302)으로부터 방사된 광의 전반사가 방해된 위치를 식별하여 식별된 위치에 대응하는 터치 영상을 센싱할 수 있다.
거울(1303)을 사용하는 경우 카메라(1303)와 터치 영상이 표시되는 디스플레이 패널(1304)의 후면과의 거리가 짧아짐으로써 멀티터치 센싱 장치의 두께가 감소할 수 있다. 그리고, 카메라(1301)의 위치가 멀티터치 센싱 장치의 하단 가장자리가 아닌 안쪽에 배치됨으로써 멀티터치 센싱 장치를 둘러싸는 베젤의 폭을 감소시킬 수 있다. 또한, 멀티터치 센싱 장치의 두께가 감소하면 백라이트(1306)와 디스플레이 패널(1304) 간의 거리가 가까워짐으로써 디스플레이 패널(1304)의 가장자리 부분에 광이 도달하지 못해 어두워지는 문제가 있다. 그러나, 거울을 사용하는 경우 멀티터치 센싱 장치는 백라이트(1306)으로부터 방사된 광을 반사시켜 백라이트(1306)의 광을 보완할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 오목 거울 또는 볼록 거울을 이용하여 터치 영상을 센싱하는 멀티터치 센싱 장치를 도시한 도면이다.
멀티터치 센싱 장치는 상단에 배치되어 영상을 표시하는 디스플레이 패널(1404)을 포함할 수 있다. 디스플레이 패널(1404)이 LCD인 경우, 디스플레이 패널(1404)은 스스로 발광하지 못하므로 확산판(1405)과 백라이트(1406)에 의해 방사 된 광에 의해 영상이 표시될 수 있다
그리고, 멀티터치 센싱 장치는 디스플레이 패널(1404) 상부에 위치한 오브젝트에 의해 디스플레이 패널(1404) 후면에 표시된 터치 영상을 센싱하기 위한 광을 방사하는 센싱 광원(1402)을 포함할 수 있다. 또한, 멀티터치 센싱 장치는 하단 가장자리에 배치되어 터치 영상을 반사시키는 거울(1403, 1407)을 포함할 수 있다. 그리고, 멀티터치 센싱 장치는 거울(1403, 1407)에 의해 반사된 터치 영상의 영역을 분할하여 터치 영상을 센싱하는 카메라(1401)를 포함할 수 있다. 이 때, 카메라는 디스플레이 패널(1404)의 바로 아래에 배치될 수 있다. 일례로, 도 14에 도시된 거울은 볼록 거울(1403) 또는 오목 거울(1407)을 포함할 수 있다.
도 14에서 센싱 광원(1402)은 디스플레이 패널(1404)의 윗면에 위치한 투명 층 내부로 광을 방사하기 위한 위치에 배치될 수 있다. 그러면, 투명 층은 센싱 광원(1402)으로부터 방사된 광을 전반사 시킬 수 있다.
도 14에서 볼 수 있듯이, 거울(1403, 1407)은 멀티터치 센싱 장치의 하단 가장자리에 일정 각도로 기울어질 수 있다. 만약, 사용자가 손이나 스틱을 통해 디스플레이 패널(1404)을 터치하는 경우, 카메라(1401)는 디스플레이 패널(1404)의 후면에 표시된 터치 영상이 거울(1403, 1407)에 의해 반사된 터치 영상을 센싱할 수 있다. 이 때, 터치 영상은 오브젝트로 인해 센싱 광원(1402)으로부터 방사된 광의 전반사가 방해된 위치를 식별하여 식별된 위치에 대응하는 터치 영상을 센싱할 수 있다.
볼록 거울(1403), 오목 거울(1407)을 사용하는 경우 평면 거울을 사용하는 경우보다 멀티터치 센싱 장치의 두께가 더 감소할 수 있다. 그리고, 볼록 거울(1403), 오목 거울(1407)을 사용하는 경우 카메라(1401)는 넓은 영역의 터치 영상을 센싱할 수 있으므로 멀티터치 센싱 장치는 시야각이 60도 정도인 표준 렌즈로 구성된 카메라(1401)을 구비하더라도 광각 렌즈로 구성된 카메라(1401)와 동일한 효과를 나타낼 수 있다. 그리고, 카메라(1401)의 위치, 거울(1403, 1407)의 위치 및 각도에 다라 거울 구면을 정밀하게 설계하는 경우, 멀티터치 센싱 장치는 터치 영상의 왜곡을 보정하는 장치가 없어도 터치 영상의 왜곡을 감소시키거나 제거할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일실시예는 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 일실시예는 상기 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 일실시예는 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티터치 센싱 장치의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 카메라의 배치 구조로 인한 영상 왜곡을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 카메라의 캘리브레이션을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 디스플레이 패널에 부착된 마커의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 터치 영상을 센싱하기 위한 그리드를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 카메라 부근에 센싱 광원이 배치된 멀티터치 센싱 장치를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전반사 방해를 이용한 멀티터치 센싱 장치를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 확산판 아래 센싱 광원이 배치된 제1 멀티터치 센싱 장치를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 확산판 아래 센싱 광원이 배치된 제2 멀티터치 센싱 장치를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 옵티컬 셔터가 포함된 멀티터치 센싱 장치를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 2개의 카메라를 이용하여 터치 영상을 센싱하는 멀티터치 센싱 장치를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 일정 각도로 기울어진 디스플레이 패널을 포함하는 멀티터치 센싱 장치를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 평면 거울을 이용하여 터치 영상을 센싱하는 멀티터치 센싱 장치를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 오목 거울 또는 볼록 거울을 이용하여 터치 영상을 센싱하는 멀티터치 센싱 장치를 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101: 카메라
102: 카메라
103: 디스플레이 패널
104: 백라이트
105: 터치 영상 처리 장치

Claims (20)

  1. 멀티터치 센싱 장치에 있어서,
    영상을 표시하는 디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널의 상부에 위치한 오브젝트에 의해 상기 디스플레이 패널의 후면에 표시된 터치 영상을 센싱하기 위한 광을 방사하는 센싱 광원; 및
    상기 터치 영상을 센싱하고, 상기 멀티터치 센싱 장치의 하단 가장자리에 배치되는 카메라
    를 포함하고,
    상기 디스플레이 패널에는 상기 센싱 광원으로부터 방사된 광에 반응하는 마커가 부착되고,
    상기 카메라에 의해 인식된 상기 마커의 위치는 사용자가 상기 디스플레이 패널을 터치한 좌표를 계산하는데 이용되는, 멀티터치 센싱 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센싱 광원은, 상기 카메라와 인접한 위치에 배치되어 상기 카메라의 센싱 영역에 광을 방사하고,
    상기 카메라는, 상기 오브젝트에 반사되는 터치 영상을 센싱하는 것을 특징으로 하는 멀티터치 센싱 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 센싱 광원은, 상기 디스플레이 패널의 윗면에 위치한 투명 층 내부로 광을 방사하기 위한 위치에 배치되고,
    상기 투명 층은, 상기 센싱 광원으로부터 방사된 광을 전반사시키는 것을 특징으로 하는 멀티터치 센싱 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 카메라는,
    상기 오브젝트로 인해 상기 센싱 광원으로부터 방사된 광의 전반사가 방해된 위치를 식별하여 상기 식별된 위치에 대응하는 터치 영상을 센싱하는 것을 특징으로 하는 멀티터치 센싱 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 센싱 광원은, 상기 멀티터치 센싱 장치의 하단에 위치한 확산판의 아래에 배치되어 상기 오브젝트로 광을 방사하고,
    상기 카메라는, 상기 오브젝트에 의해 반사되는 광을 센싱하는 것을 특징으로 하는 멀티터치 센싱 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 센싱 광원은,
    상기 확산판의 가장자리에 배치하여 상기 디스플레이 패널 방향으로 반사시켜 광을 방사하는 것을 특징으로 하는 멀티터치 센싱 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 센싱 광원은,
    상기 확산판의 바로 하단에 배치되어 상기 디스플레이 패널 방향으로 상기 확산판의 면과 수직되게 광을 방사하는 것을 특징으로 하는 멀티터치 센싱 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은,
    상기 멀티터치 센싱 장치의 하단면과 일정 각도 이상 기울어진 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 멀티터치 센싱 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 센싱 광원은, 상기 기울어진 형태로 배치된 디스플레이 패널로 광을 방사하고,
    상기 카메라는 상기 오브젝트에 의해 반사된 광을 센싱하는 것을 특징으로 하는 멀티터치 센싱 장치.
  10. 멀티터치 센싱 장치에 있어서,
    영상을 표시하는 디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널의 하단에 배치되고, 전기적인 스위칭에 따라 광투과 특성을 변경하는 옵티컬 셔터;
    상기 디스플레이 패널의 상부에 위치한 오브젝트에 의해 상기 디스플레이 패널의 후면에 표시된 터치 영상을 센싱하기 위한 광을 방사하는 센싱 광원; 및
    상기 멀티터치 센싱 장치의 하단에 배치되고, 상기 터치 영상을 센싱하는 카메라
    를 포함하고,
    상기 옵티컬 셔터는,
    상기 광투과 특성을 전환함으로써 상기 센싱 광원이 상기 디스플레이 패널 방향으로 방사하는 광을 차단 또는 통과시키는 것을 특징으로 하는 멀티터치 센싱 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 카메라는,
    상기 디스플레이 패널의 바로 아래에 배치되는 것을 특징으로 하는 멀티터치 센싱 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 카메라는 옵티컬 센서 어레이로 대체되는 것을 특징으로 하는 멀티터치 센싱 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 센싱 광원은,
    상기 옵티컬 셔터의 광투과 특성이 반투명인 경우 광을 방사하지 않고, 상기 옵티컬 셔터의 광투과 특성이 투명인 경우 광을 방사하는 것을 특징으로 하는 멀티터치 센싱 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 센싱 광원은,
    상기 카메라와 인접하여 상기 멀티터치 센싱 장치의 하단 가장자리에 배치되거나 또는 상기 멀티터치 센싱 장치의 하단면에 배치되는 것을 특징으로 하는 멀티터치 센싱 장치.
  15. 멀티터치 센싱 장치에 있어서,
    영상을 표시하는 디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널의 상부에 위치한 오브젝트에 의해 상기 디스플레이 패널의 후면에 표시된 터치 영상을 센싱하기 위한 광을 방사하는 센싱 광원;
    상기 멀티터치 센싱 장치의 하단에 배치되어 상기 터치 영상을 반사시키는 거울; 및
    상기 거울에 의해 반사된 터치 영상을 센싱하고, 상기 디스플레이 패널의 아래에 배치되는 카메라
    를 포함하고,
    상기 디스플레이 패널에는 상기 센싱 광원으로부터 방사된 광에 반응하는 마커가 부착되고,
    상기 카메라에 의해 인식된 상기 마커의 위치는 사용자가 상기 디스플레이 패널을 터치한 좌표를 계산하는데 이용되는, 멀티터치 센싱 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 거울은 상기 멀티터치 센싱 장치의 하단 가장자리에 일정 각도로 기울어진 것을 특징으로 하는 멀티터치 센싱 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 거울은, 평면 거울, 오목 거울 및 볼록 거울 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 멀티터치 센싱 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 센싱 광원은, 상기 디스플레이 패널의 윗면에 위치한 투명 층 내부로 광을 방사하기 위한 위치에 배치되고,
    상기 투명 층은, 상기 센싱 광원으로부터 방사된 광을 전반사시키는 것을 특징으로 하는 멀티터치 센싱 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 카메라는,
    상기 오브젝트로 인해 상기 센싱 광원으로부터 방사된 광의 전반사가 방해된 위치를 식별하여 상기 식별된 위치에 대응하는 터치 영상을 센싱하는 것을 특징으로 하는 멀티터치 센싱 장치.
  20. 제1항, 제10항 및 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 멀티터치 센싱 장치는,
    상기 멀티터치 센싱 장치의 두께 또는 상기 카메라의 기울임 각도에 따라 발생하는 터치 영상의 왜곡을 보정하는 왜곡 보정 장치
    를 더 포함하는 멀티터치 센싱 장치.
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