KR101397938B1 - 터치 패널 및 그 패널을 포함하는 포인팅 인식장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터치 패널에 관한 것으로, 특히 광의 전반사를 이용한 터치패널과 그 패널을 포함하는 포인팅 인식장치에 관한 것으로, 상기 터치 패널은 광원과; 상기 광원으로부터 입사된 각각의 광 빔이 전반사되어 사전에 정의된 수광 영역 외부로 진행하도록 가이드하는 광 도파로 패널과; 상기 광 도파로 패널면에 접촉되는 포인팅 수단의 접촉여부에 따라 광 도파로내에서 진행하는 각 광 빔의 광량 변화량을 상기 수광 영역 외부에서 감지하기 위한 이미지 센서;를 포함함으로서, 본 발명의 터치 패널은 포인팅 위치를 인식하기 위한 별도의 패널면 코팅, 처리와 같은 공정이 필요 없으며, 터치 패널의 투명도를 높일 수 있는 효과를 가진다.

터치 패널, 전반사, 포인팅 인식장치.

Description

터치 패널 및 그 패널을 포함하는 포인팅 인식장치{TOUCH PANNEL AND POINTING DETECTION APPARATUS HAVING THE PANNEL}

본 발명은 터치 패널에 관한 것으로, 특히 광의 전반사를 이용한 터치패널과 그 패널을 포함하는 포인팅 인식장치에 관한 것이다.

터치 패널은 디스플레이에 표시되어 있는 버튼을 접촉함으로써, 대화적·직감적 조작을 가능하게 하여 손쉽게 컴퓨터를 조작할 수 있게 하는 컴퓨팅 입력 장치를 말한다. 이러한 터치 패널은 은행의 현금 인출기나 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 내비게이션, 노트북의 터치 패드 등에 많이 사용되고 있다. 터치 패널 중에서 패널이 곧 모니터 화면이면 터치 스크린이라 하고, 마우스를 대신하여 커서를 이동시키는 것이면 터치 패드라고도 한다.

터치 패널의 종류는 저항막 방식, 초음파 반사 방식, 광 센서 방식, 정전 용량 방식 등이 있다. 저항막 방식의 터치 패널은 저가격이라는 장점을 가지지만 투명도가 75% 정도에 불과하며 코팅된 계층이 날카로운 물체 등으로 인해 상처가 생길 수 있다는 단점을 가지는 것으로 알려져 있다.

한편 초음파 반사 방식은 패널 위로 지나가는 초음파를 이용하여 접촉 위치 를 인식하는 방식으로, 예시한 방식들중 진보된 형태이기는 하나 외부 요소들에 의해 손상을 입을 수 있다는 단점이 있는 것으로 알려져 있다. 그리고 정전 용량 방식을 이용하는 터치 패널은 상대적으로 투명도가 높지만 포인팅 수단이 반드시 손가락이어야 한다는 제약사항이 있다.

이에 본 발명의 목적은 앞서 예시한 여러 가지 방식의 터치 패널이 가지는 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로서, 저렴하게 제조할 수 있고 투과율이 매우 높으면서도 포인팅 수단에 제약을 받지 않는 터치 패널을 제공하되, 광의 전반사를 이용할 수 있는 터치 패널을 제공함에 있으며,

더 나아가 본 발명의 또 다른 목적은 광의 전반사를 이용한 터치 패널을 채용한 포인팅 인식장치를 제공함에 있다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 터치 패널은,

광원과;

상기 광원으로부터 입사된 각각의 광 빔이 전반사되어 사전에 정의된 수광 영역 외부로 진행하도록 가이드하는 광 도파로 패널과;

상기 광 도파로 패널면에 접촉되는 포인팅 수단의 접촉여부에 따라 광 도파로내에서 진행하는 각 광 빔의 광량 변화량을 상기 수광 영역 외부에서 감지하기 한 이미지 센서;를 포함함을 특징으로 한다.

더 나아가 본 발명의 실시예에 따른 터치 패널의 광 도파로 패널의 광 빔 반사면은,

각각의 입사 광 빔이 상기 수광 영역의 서로 다른 스폿(spot)을 통해 외부로 진행하도록 곡면처리되거나,

각각의 입사 광 빔이 상기 수광 영역의 서로 다른 스폿을 통해 외부로 진행하도록 각각의 광 빔 반사면이 기준축에 대하여 서로 다른 각도로 기울어져 있음을 특징으로 한다.

한편 본 발명의 실시예에 따른 포인팅 인식장치는,

광원과;

상기 광원으로부터 입사된 각각의 광 빔이 전반사되어 사전에 정의된 수광 영역 외부로 진행하도록 가이드하는 광 도파로 패널과;

상기 광 도파로 패널면에 접촉되는 포인팅 수단의 접촉여부에 따라 광 도파로내에서 진행하는 각 광 빔의 광량 변화량을 상기 수광 영역 외부에서 감지하기 위한 이미지 센서와;

상기 이미지 센서에서 획득된 신호로부터 상기 광 도파로 패널면에 접촉한 포인팅 수단의 접촉위치를 검출하기 위한 신호처리부;를 포함함을 특징으로 한다.

상술한 과제 해결 수단에 따르면, 본 발명의 터치 패널은 입사된 광 빔이 광 도파로 패널을 통해 전반사되어 사전에 정의된 수광 영역 외부로 진행하되, 만약 광 도파로 패널 일부면에 손과 같은 포인팅 수단이 접촉되면 그 지점에서 굴절률 변화로 인해 광 빔의 일부가 굴절되어 광량 변화가 발생한다. 이러한 광량 변화가 발생한 빔이 착상되는 위치를 이미지 센서를 통해 감지하면 그로부터 패널상의 접촉위치를 유추할 수 있게 되므로, 본 발명의 터치 패널은 포인팅 위치를 인식하기 위한 별도의 패널면 코팅, 처리와 같은 공정이 필요 없다. 이는 곧 터치 패널의 투명도를 높일 수 있는 효과를 가짐은 물론, 광을 이용하므로 주변장치에 의한 영향, 예를 들면 전자기파와 같은 영향을 최소화할 수 있게 되는 것이다.

더 나아가 본 발명은 광 도파로 관에 입사된 광의 전반사를 이용하기 때문에 포인팅 수단에 영향받지 않고 사용 가능한 부대 효과가 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

우선 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 패널(100)의 블럭 구성도를 도시한 것이며, 추가적으로 이러한 터치 패널(100)을 포함하는 포인팅 인식장치의 블럭구성을 함께 도시한 것이다.

도 1에 도시한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 터치 패널(100)은 광을 후술하는 광 도파로 패널(120)에 조사하기 위한 광원(110)과, 상기 광원(110)으로부터 입사된 각각의 광 빔이 광 도파로내에서 전반사되어 사전에 정의된 수광 영역 외부로 진행하도록 가이드(guide)하는 광 도파로 패널(120)과, 상기 광 도파로 패 널(120)면에 접촉되는 포인팅 수단(예를 들면 손, 펜과 같은)의 접촉 여부에 따라 광 도파로내에서 진행하는 각 광 빔의 광량 변화량을 수광 영역 외부에서 감지하기 위한 이미지 센서(130)를 포함한다. 이러한 터치 패널(100) 각 부의 기구적 특성 및 광 특성을 도 2와 도 3을 참조하여 부연 설명하면,

도 2는 도 1에 도시한 터치 패널(100)에 입사된 광 빔의 이동 경로를 설명하기 위한 도면을 도시한 것이고, 도 3은 도 2에 도시한 터치 패널(100)에 포인팅 수단이 접촉하는 경우 광 빔의 이동 경로를 설명하기 위한 도면을 도시한 것이다.

도 2의 (a)를 참조하면, 우선 광 도파로 패널(120)의 일측 모서리에는 광을 조사하기 위한 광원(110)이 존재한다. 광원(110)에서 조사된 빛은 광 도파로 패널(120)로 입사된다. 이때 광 도파로 패널(120)로 입사된 빛이 광 도파로내에서 전반사되도록 광원의 입사각을 조정한다.

참고적으로 자연법칙상 밀한 매질(굴절률이 상대적으로 큰)에서 소한 매질(굴절률이 상대적으로 작은)로 빛이 진행할 때 임계각 보다 큰 각으로 빛이 입사하면 서로 다른 매질의 경계면에서 빛은 전부 반사되어 버리고 굴절 광선은 존재하지 않게 된다. 이러한 자연법칙을 이용할 수 있도록 본 발명의 광 도파로 패널(110)은 입사되는 빛이 광 도파로를 따라 전반사하면서 목적하는 수광 영역까지 진행할 수 있도록 광원(110)의 위치를 조정하는 것이 중요하다.

한편 광 도파로 패널(110)의 광 빔 입사면(D)은 광원(110)으로부터 입사된 광을 수평방향으로 확산시킬 수 있도록 가공 처리되어 있다. 이와 같이 하는 이유는 패널(100)상의 임의의 지점에 접촉하는 포인팅 수단의 접촉 위치를 정상적으로 감지하기 위함이다. 물론 광 빔 입사면(D)을 도시한 바와 같이 가공 처리하지 않고 오목 렌즈 등을 이용하여 광의 진행방향을 수평방향으로 전환하여 광 도파로 패널(100)에 조사할 수도 있을 것이다.

광 빔 입사면(D)을 통해 입사된 각각의 빛(이하 광 빔이라 함)은 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이 광 도파로내에서 전반사되어 사전에 정의된 수광 영역 외부로 진행한다. 이때 중요한 것은 입사된 광 빔이 상기 수광 영역 외부에 위치한 이미지 센서(130)로 진행할 수 있도록 광 도파로 패널(120)의 광 빔 반사면을 가공하여야 한다는 것이다.

즉, 광 빔 입사면(D)을 통해 입사된 광 빔이 지정된 수광 영역 외부로 진행하도록 광 도파로 패널(120)의 광 빔 반사면을 가공 처리하되, 그 광 빔 반사면은 각각의 입사 광 빔이 수광 영역의 서로 다른 스폿(spot)을 통해 외부로 진행하도록 도 2의 (a)와 같이 곡면처리함을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 광 도파로 패널(120)에 입사된 광 빔이 전반사되도록 광원(110)의 입사각을 조정하고, 입사된 광이 수평방향으로 확산되도록 광 빔 입사면(D)을 가공처리하고, 확산된 각각의 광 빔이 목적하는 수광 영역의 서로 다른 스폿을 통해 외부로 진행하도록 광 빔 반사면을 가공하면, 수광 영역에 위치하는 이미지 센서(130)의 각 화소에 도달하는 광량은 포인팅 수단의 접촉이 없는 한 동일한 광량을 가지게 된다.

그러나 만약 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이 광 도파로 패널(120)면의 E지점에 손과 같은 포인팅 수단이 접촉되면 공기보다 높은 굴절률을 가지는 포인팅 수단 에 의해 접촉지점 E에서는 광 빔의 전반사가 일어나지 않고 도 3의 (b)에서와 같이 광 일부가 굴절되는 현상이 나타난다. 이와 같이 포인팅 수단의 접촉에 의해 광 빔의 일부가 굴절되면 접촉지점에서 일부 광의 굴절에 의해 에너지 손실이 발생하기 때문에 광 도파로를 따라 진행하는 해당 광 빔의 광량은 전반사 진행하는 타 광량 보다 적은 에너지값을 가지게 된다. 그리고 광 도파로를 따라 진행하는 각각의 광 빔은 수광 영역의 서로 다른 스폿을 통해 이미지 센서에 도달(도 2의 (b)에서 A와 B는 일부 굴절이 일어난 광 빔의 착상위치를 나타내고, C는 굴절 없이 전반사 진행한 광 빔의 착상위치를 나타냄)하므로, 이미지 센서의 후단에 위치하는 신호 처리부(200)에서는 이미지 센서에서 획득되는 각 화소의 광량값 비교를 통해 포인팅 수단의 접촉위치를 검출할 수 있게 되는 것이다.

참고적으로 포인팅 수단의 접촉위치를 검출할 수 있는 신호 처리부(200)는 포인팅 인식장치에 포함되는 구성으로 인식장치의 메인 프로세서와는 별개의 영상신호 처리블럭으로 존재할 수도 있으며, 메인 프로세서와 통합 구현될 수도 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 터치 패널(100)은 입사광이 광 도파로내에서 전반사되도록 한후, 수광 영역의 서로 다른 스폿을 통해 착상되는 광량의 변화를 통해 포인팅 수단의 접촉 지점을 감지하는 것을 지원해 주기 때문에, 결과적으로 본 발명의 터치 패널(100)은 포인팅 위치를 인식하기 위한 별도의 패널면 코팅, 처리와 같은 공정이 필요 없다. 이는 곧 터치 패널(100)의 투명도를 높일 수 있는 효과를 가짐은 물론, 광을 이용하므로 전자기파와 같은 주변장 치 혹은 주변 소자의 영향을 최소화할 수 있게 되는 것이다.

한편 도 4는 도 2에 도시한 터치 패널과는 다른 구조를 가지는 터치 패널(100)에 입사된 광 빔의 이동 경로를 설명하기 위한 도면을 도시한 것이다.

도 4의 (a)에 도시한 터치 패널(100) 역시 광 빔 반사면을 제외하고는 도 2에 도시한 터치 패널(100)과 동일한 구조를 갖는다. 즉, 광 도파로 패널(120)의 일측 모서리에는 광을 조사하기 위한 광원(110)이 존재하며, 광원(110)에서 조사된 빛은 광 도파로 패널(120)로 입사된다. 광 도파로 패널(120)의 광 빔 반사면은 입사된 광 각각의 빔을 수광 영역 외부로 진행하도록 유도하되, 각각의 입사 광 빔이 상기 수광 영역의 서로 다른 스폿을 통해 외부로 진행하도록 기준축에 대하여 서로 다른 각도로 기울어져 있음을 특징으로 한다.

이러한 구조를 가지는 터치 패널(100)에서도 광 도파로 패널(120)면의 F지점에 손과 같은 포인팅 수단이 접촉되면 공기보다 높은 굴절률을 가지는 포인팅 수단에 의해 접촉지점 F에서는 광 빔의 전반사가 일어나지 않고 도 3의 (b)에서와 같이 광 일부가 굴절되는 현상이 나타난다. 이와 같이 포인팅 수단의 접촉에 의해 광 빔의 일부가 굴절되면 해당 광 빔의 광량은 전반사 진행하는 타 광량 보다 적은 에너지값을 가지게 된다. 그리고 광 도파로를 따라 진행하는 각각의 광 빔은 수광 영역의 서로 다른 스폿을 통해 이미지 센서에 도달(도 4의 (b)에서 A와 B는 일부 굴절이 일어난 광 빔의 착상위치를 나타내고, C는 굴절 없이 전반사 진행한 광 빔의 착상위치를 나타냄)하므로, 이미지 센서의 후단에 위치하는 신호 처리부(200)에서는 이미지 센서에서 획득되는 각 화소의 광량값 비교를 통해 포인팅 수단의 접촉위치 를 검출할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 패널 역시 광의 전반사 및 굴절을 이용하여 포인팅 수단의 접촉위치를 검출할 수 있는 정보를 신호 처리부(200)에 제공하기 때문에, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 패널 역시 포인팅 위치를 인식하기 위한 별도의 패널면 코팅, 처리와 같은 공정이 필요 없다. 따라서 본 발명은 터치 패널(100)의 투명도를 높일 수 있는 효과를 가짐은 물론, 광을 이용하므로 전자기파와 같은 주변장치 혹은 주변 소자의 영향을 최소화할 수 있게 되는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 패널 구성도.

도 2는 도 1에 도시한 터치 패널에 입사된 광 빔의 이동 경로를 설명하기 위한 도면.

도 3은 도 2에 도시한 터치 패널에 포인팅 수단이 접촉하는 경우 광 빔의 이동 경로를 설명하기 위한 도면.

도 4는 도 2에 도시한 터치 패널과는 다른 구조를 가지는 터치 패널에 입사된 광 빔의 이동 경로를 설명하기 위한 도면.

Claims (8)

1. 삭제
2. 광원과;

   상기 광원으로부터 입사된 각각의 광 빔이 전반사되어 사전에 정의된 수광 영역 외부로 진행하도록 가이드하는 광 도파로 패널과;

   상기 광 도파로 패널면에 접촉되는 포인팅 수단의 접촉여부에 따라 광 도파로내에서 진행하는 각 광 빔의 광량 변화량을 상기 수광 영역 외부에서 감지하기 위한 이미지 센서를;

   포함하는 터치 패널에 있어서,

   입사된 광 빔이 상기 수광 영역 외부로 진행하도록 하는 상기 광 도파로 패널의 광 빔 반사면이 각각의 입사 광 빔이 상기 수광 영역의 서로 다른 스폿(spot)을 통해 외부로 진행하도록 곡면처리됨을 특징으로 하는 터치 패널.
3. 광원과;

   상기 광원으로부터 입사된 각각의 광 빔이 전반사되어 사전에 정의된 수광 영역 외부로 진행하도록 가이드하는 광 도파로 패널과;

   상기 광 도파로 패널면에 접촉되는 포인팅 수단의 접촉여부에 따라 광 도파로내에서 진행하는 각 광 빔의 광량 변화량을 상기 수광 영역 외부에서 감지하기 위한 이미지 센서를;

   포함하는 터치 패널에 있어서,

   입사된 광 빔이 상기 수광 영역 외부로 진행하도록 하는 상기 광 도파로 패널의 광 빔 반사면이 각각의 입사 광 빔이 상기 수광 영역의 서로 다른 스폿을 통해 외부로 진행하도록 각각의 광 빔 반사면이 기준축에 대하여 서로 다른 각도로 기울어져 있음을 특징으로 하는 터치 패널.
4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,

   광이 입사되는 상기 광 도파로 패널 면은 입사 광을 수평방향으로 확산시키도록 가공 처리됨을 특징으로 하는 터치 패널.
5. 삭제
6. 광원과;

   상기 광원으로부터 입사된 각각의 광 빔이 전반사되어 사전에 정의된 수광 영역 외부로 진행하도록 가이드하는 광 도파로 패널과;

   상기 광 도파로 패널면에 접촉되는 포인팅 수단의 접촉여부에 따라 광 도파로내에서 진행하는 각 광 빔의 광량 변화량을 상기 수광 영역 외부에서 감지하기 위한 이미지 센서와;

   상기 이미지 센서에서 획득된 신호로부터 상기 광 도파로 패널면에 접촉한 포인팅 수단의 접촉위치를 검출하기 위한 신호처리부를;

   포함하는 포인팅 인식장치에 있어서,

   입사된 광 빔이 상기 수광 영역 외부로 진행하도록 하는 상기 광 도파로 패널의 광 빔 반사면이 각각의 입사 광 빔이 상기 수광 영역의 서로 다른 스폿(spot)을 통해 외부로 진행하도록 곡면처리됨을 특징으로 하는 포인팅 인식장치.
7. 광원과;

   상기 광원으로부터 입사된 각각의 광 빔이 전반사되어 사전에 정의된 수광 영역 외부로 진행하도록 가이드하는 광 도파로 패널과;

   상기 광 도파로 패널면에 접촉되는 포인팅 수단의 접촉여부에 따라 광 도파로내에서 진행하는 각 광 빔의 광량 변화량을 상기 수광 영역 외부에서 감지하기 위한 이미지 센서와;

   상기 이미지 센서에서 획득된 신호로부터 상기 광 도파로 패널면에 접촉한 포인팅 수단의 접촉위치를 검출하기 위한 신호처리부를;

   포함하는 포인팅 인식장치에 있어서,

   입사된 광 빔이 상기 수광 영역 외부로 진행하도록 하는 상기 광 도파로 패널의 광 빔 반사면이 각각의 입사 광 빔이 상기 수광 영역의 서로 다른 스폿을 통해 외부로 진행하도록 각각의 광 빔 반사면이 기준축에 대하여 서로 다른 각도로 기울어져 있음을 특징으로 하는 포인팅 인식장치.
8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,

   광이 입사되는 상기 광 도파로 패널 면은 입사 광을 수평방향으로 확산시키도록 가공 처리됨을 특징으로 하는 포인팅 인식장치.

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