KR20130136313A - 터치 펜을 이용한 터치 스크린 시스템 및 그 터치 인식 방법 - Google Patents

Abstract

터치 펜을 이용한 터치 스크린 시스템 및 그 터치 인식 방법이 개시된다. 상기 터치 펜을 이용한 터치 스크린 시스템은 터치 스크린 패널 및 광 터치 모듈을 구비하여 상기 터치스크린 패널에서 사용되는 더치펜과 상기 터치 스크린 패널의 상단 모서리의 양측에 구비되어, 방사한 적외선을 통해 적어도 하나 이상이 터치 스크린 패널상에 상기 터치펜에 의해 터치될 때의 터치 인식 이미지를 획득하는 제1, 제2 이미지 센서와 상기 터치 스크린 패널의 일측면에 구비되어, 터치 스크린 패널의 상단측으로 빛을 발광하는 발광 다이오드 어레이와 상기 발광 다이오드 어레이의 대향면에 위치하여 상기 발광 다이오드 어레이에 의해 발광되는 빛을 수광하는 포토다이오드 어레이와 상기 터치 스크린 패널상에 데드존에서의 터치를 인식하기 위해 상기 데드존에 대응하는 터치 스크린 패널의 상단과 하단에 가로방향으로 위치하여 발광 및 수광하는 다이오드부와 상기 다이오드부가 구비되는 해당 터치 스크린 패널의 측면에 길이방향으로 이미지 센서에 의해 방사되는 적외선을 반사시키는 재귀 반사시트 및 상기 터치 인식 이미지를 통해 삼각 측량법이 적용된 입사각 연산 알고리즘을 사용하여 터치점의 제1 좌표정보를 추출하고, 발광 다이오드 어레이와 포토다이오드 어레이, 수광 및 발광 다이오드부를 통해 터치점의 제2 좌표를 추출하여 제1 좌표정보와 제2 좌표정보를 비교하여 그 비교결과에 따라 터치점 또는 허상으로 인식하는 메인 컨트롤러를 포함한다.

Description

터치 펜을 이용한 터치 스크린 시스템 및 그 터치 인식 방법{TOUCH SCREEN SYSTEM USING TOUCH PEN AND TOUCH RECOGNITION METOD THEREOF}

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 터치 스크린 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유무선 통신이 가능하고 햅틱 기능이 내장되어 있는 다양한 펜 형태의 유저 인터페이스를 터치 스크린, 보드 등과 같은 장치와 연동시켜 상호 작동하도록 하고, 고스트(Ghost)와 쉐이딩(Shading)을 제거하여 데드 존의 터치 판별을 가능하게 하여 터치점의 정확한 좌표를 인식할 수 있는 터치 펜을 이용한 터치 스크린 시스템 및 그 터치 인식 방법에 관한 것이다.

일반적으로 터치스크린 혹은 터치 디스플레이라고 불리는 터치 패널은 각종 디스플레이를 이용하는 정보통신기기와 사용자 간의 인터페이스를 구성하며, 터치 모듈로 구성된 표시장치상에 부착되어 손가락이나 펜으로 터치한 터치 물체와 접촉되는 터치 화면부에서 하드웨어적으로 구성된 표시소자가 전기적인 특성이 변해 터치 위치를 감지하는 유저 인터페이스(UI)의 하나로서 기기와 인터페이스할 수 있는 입력장치이다. 터치스크린은 디스플레이에 표시되어 있는 버튼을 손가락으로 접촉하는 것만으로 컴퓨터를 대화적, 직감적으로 조작함으로써 남녀노소 누구나 쉽게 사용할 수 있는 입력장치이기 때문에 현재 모바일 휴대용 단말기, PDA, LCD, CRT, 은행, 관공서, 의료장비, 관광 및 주요기관의 안내 등 많은 분야에서 적용되고 있다. 터치스크린을 구성하는 방식에는 카메라 방식, 정전용량 방식 또는 적외선 매트릭스 방식 등이 있으며, 이러한 모든 터치스크린에는 상호 인터랙티브한 장치를 필요로 한다. 그 중 카메라 방식은 화면의 모서리에 장착되어 있는 카메라가 화면의 전면을 관찰하면서 화면에 접촉되는 물체를 확인하여 물체의 위치정보를 알아낸다. 일반적으로 2개 이상의 카메라를 쓰며, 2개의 위치각도정보를 조합하여 물체의 위치정보를 알아낸다. 이를 위해 단순히 터치 펜에 IR을 장착하여 사용하거나 카메라와 IR을 같이 장치하고 프레임에 반사시트를 붙여서 사용하거나 IR확산 바를 사용하게 되는데, 이러한 종래의 카메라 방식을 채용한 터치스크린 장치에서 터치 패널 위에서 글씨나 그림을 그릴 수 있는 터치펜은 사용자가 일정하게 선을 천천히 긋지 않는 한 판서 글씨에 흘림 현상이 발생하는 문제점이 있다. 또한 종래의 터치펜의 문제점은 USB 케이블을 사용하여 유선으로 연결하여 사용하기 때문에 스크린의 소형크기에서만 사용이 가능한 제약이 있었다. 한편, 정전용량 방식은 사람의 몸에서 발생하는 정전기를 감지해서 구동하는 방식으로 내구성이 강하고 투과율이 좋으며, 주로 산업용이나 카지노 게임기 등에 사용되나 최근 휴대폰에 채택되고 있다. 적외선 매트릭스 방식은 패널의 상하좌우로 감겨진 아주 촘촘한 바둑판 모양의 적외선이 흐를 수 있도록 적외선 방사장치와 감지장치의 어레이구조를 이룬다. 이때 패널의 특정부분에 물체가 접촉하게 되면, 그곳에 흐르는 적외선이 차단되기 때문에 이를 인지하여 접촉한 물체의 위치정보를 알아낸다. 그러나 이러한 터치 스크린은 2개 이상의 멀티 터치가 동시에 발생하게 되면, 오동작 되거나 미리 설정된 멀티 터치용 콘텐츠에 의해 하나를 선택하는 문제가 발생한다. 특히 터치 스크린 화면부에 터치점의 개수가 2개 이상이면 허상(ghost)이 발생하는 문제가 있으며, 터치 스크린 화면부의 상단과 하단에 터치 좌표를 판별하지 못하는 데드존 영역이 발생하는 문제가 있다. 결국 멀티 터치의 경우 데드존 영역으로 인해 터치점 좌표를 정확하게 인식하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 햅틱 기능을 갖는 터치펜을 이용하여 터치 스크린 장치를 이용하여 글씨 쓰기의 흘림 현상을 방지하며 터치펜의 눌림 정도에 따라 화면에 표시되는 글씨 굵기를 조절할 수 있도록 한 터치 펜을 이용한 터치 스크린 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 또 다른 과제는 터치 시스템에서의 고스트(Ghost)와 쉐이딩(Shading)을 제거하고, 데드존의 터치 판별이 가능하여 2개 이상의 포인트를 동시에 인식하는 멀티 터치시, 허상의 포인트와 터치된 포인트를 구분할 수 있는 터치 인식 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 터치 펜을 이용한 터치 스크린 시스템은 터치 스크린 패널 및 광 터치 모듈을 구비하여 상기 터치스크린 패널에서 사용되는 더치펜과 상기 터치 스크린 패널의 상단 모서리의 양측에 구비되어, 방사한 적외선을 통해 적어도 하나 이상이 터치 스크린 패널상에 상기 터치펜에 의해 터치될 때의 터치 인식 이미지를 획득하는 제1, 제2 이미지 센서와 상기 터치 스크린 패널의 일측면에 구비되어, 터치 스크린 패널의 상단측으로 빛을 발광하는 발광 다이오드 어레이와 상기 발광 다이오드 어레이의 대향면에 위치하여 상기 발광 다이오드 어레이에 의해 발광되는 빛을 수광하는 포토다이오드 어레이와 상기 터치 스크린 패널상에 데드존에서의 터치를 인식하기 위해 상기 데드존에 대응하는 터치 스크린 패널의 상단과 하단에 가로방향으로 위치하여 발광 및 수광하는 다이오드부와 상기 다이오드부가 구비되는 해당 터치 스크린 패널의 측면에 길이방향으로 이미지 센서에 의해 방사되는 적외선을 반사시키는 재귀 반사시트 및 상기 터치 인식 이미지를 통해 삼각 측량법이 적용된 입사각 연산 알고리즘을 사용하여 터치점의 제1 좌표정보를 추출하고, 발광 다이오드 어레이와 포토다이오드 어레이, 수광 및 발광 다이오드부를 통해 터치점의 제2 좌표를 추출하여 제1 좌표정보와 제2 좌표정보를 비교하여 그 비교결과에 따라 터치점 또는 허상으로 인식하는 메인 컨트롤러를 포함한다.

상기 터치펜은 엘이디(LED)로 이루어져 직진성 빛을 방사하는 터치인식부과 상기 터치인식부에 가해지는 압력을 감지하는 압력센서와 상기 터치펜의 움직임, 기울임 및 위치를 감지하는 모션센서와 터치스크린에 글씨를 쓰거나 그림을 그릴 때 진동을 발생하는 진동부와 상기 모션센서에 의해 감지된 움직임, 기울임 및 위치를 인식하여 움직임 정보, 기울임 정보 및 위치 정보를 처리하고, 상기 압력센서에 의해 감지된 압력에 대응하는 강도 정보를 처리하여 터치펜의 터치 기능을 처리하는 제어부 및 상기 제어부의 제어하에 강도 정보, 움직임 정보, 기울임 정보 및 위치 정보를 유선 또는 무선통신방식으로 상기 터치 스크린측으로 상호 통신하는 통신 모듈을 포함한다.

상기 제어부는 모션센서에 의해 감지되는 터치펜의 기울임이 터치 좌표를 정확하게 인식할 수 없는 특정 각도이면, 이를 터치스크린을 구비한 터치스크린 장치로 전송하여 터치펜의 터치 좌표(위치)를 보정한다.

실시 예에 따라, 상기 유선통신방식은 USB, I2C, 아날로그 통신 또는 Serial 통신 중 어느 하나이며, 무선통신 방식은 지그비(Zigbee), 블루투스, WLAN 또는 적외선통신(IrDA) 중 어느 하나일 수 있다.

상기 광터치 모듈은 카메라 센서 또는 IR(적외선) 센서 중 어느 하나가 되며, 터치스크린에 터치인식부가 맞닿는 경우에 상기 카메라 센서 또는 IR 센서내에 구비되어 적외선 빛을 방사하는 led의 동작을 오프한다.

상기 터치 스크린 시스템은, 터치펜으로부터 수신한 강도 정보와 기 설정된 기준 강도값과의 대소를 비교하고, 그 비교결과에 따라 기준 강도값 이상이면, 선의 두께를 기준 두께값 이상으로 표시하도록 하는 제1 두께 정보로 변환하고, 기준 강도값 미만이면, 선의 두께를 기준 두께값 미만으로 표시하도록 하는 제2 두께 정보로 변환하는 것을 특징으로 한다.

상기 발광 다이오드 어레이는 좌우 측면에 위치하는 다이오드는 빛을 넓게 퍼지게 하고, 상기 좌우 측면의 다이오드 사이에 위치하는 다이오드는 빛을 직광으로 방사하는 2개이상의 다이오드가 하나의 다이오드로 통합된 구조의 통합형 다이오드가 소정 개로 이루어진다.

상기 다이오드부는 수광을 위한 다이오드 1개와 발광을 위한 다이오드 1개를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 터치 펜을 이용한 터치 시스템의 터치 인식 방법에 있어서, 복수개의 이미지 센서를 통해 각각의 터치 인식 이미지를 획득하고, 그 획득된 이미지를 통해 삼각 측량법이 적용된 입사각 연산 알고리즘을 사용하여 터치점의 제1 좌표정보를 추출하는 단계와 발광 다이오드 어레이와 포토다이오드 어레이, 수광 및 발광 다이오드부를 통해 터치점의 제2 좌표를 추출하는 단계 및 상기 제1 좌표정보와 제2 좌표정보를 비교하여 그 비교결과에 따라 터치점 또는 허상으로 인식하는 단계를 포함하되, 데드존 영역에서 터치 발생시, 발광 다이오드 어레이와 포토다이오드 어레이를 통해 y축 좌표를 추출하고, 수광 및 발광 다이오드부를 통해 x축 좌표를 추출하여 데드존 영역에서의 터치 포인트를 인식하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 발광 다이오드 어레이는 좌우 측면에 위치하는 다이오드는 빛을 넓게 퍼지게 하고, 상기 좌우 측면의 다이오드 사이에 위치하는 다이오드는 빛을 직광으로 방사하는 3개이상의 다이오드가 하나의 다이오드로 통합된 구조의 통합형 다이오드가 소정 개로 이루어진다.

본 발명의 실시 예에 따른 터치펜을 이용한 터치 시스템과 터치 인식 방법은 펜, 마우스의 형태 또는 다른 다양한 형태의 User Interface 장치(기기)의 구성에 따른 동작으로 인해 글씨쓰기 혹은 그림 그리기 등을 유선 또는 무선통신모듈의 기능으로부터 자연스럽게 실행시킬 수 있는 흘림 방지 효과와 촉감 입력 버튼(마우스 버튼 기능)으로부터 햅틱 기능을 실행하는 제어 버튼의 효과가 있으며, 펜 촉이 눌려진 강. 약의 세기만큼 폰트 굵기 조절 가능한 효과를 볼 수 있다.

또한 글씨쓰기의 흘림 현상을 방지하며 터치 펜의 눌림 정도에 따라 화면에 표시되는 글씨 굵기(두께) 및 그려지는 그림의 선의 굵기를 조절할 수 있는 효과와 상호작용으로 인한 햅틱 기능을 본 발명에서 제공하는 User Interface 장치(기기) 앞쪽에 위치한 촉감 입력 버튼을 마우스 버튼의 기능으로 사용하는 유틸리티한 기능으로 사용자에게 전달할 수 있다.

또한 본 발명의 실시 예에 따른 터치펜을 이용한 터치 시스템과 터치 인식 방법은 고스트(Ghost)와 쉐이딩(Shading)을 제거하고, 데드존의 터치 판별이 가능할 수 있도록 함으로써, 터치 스크린의 어느 영역을 터치한다고 하더라도 정확하게 적어도 하나 이상의 포인트가 터치되더라도 정확하게 이를 인식할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 상세한 설명을 위하여 도면의 간단한 설명을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 펜을 이용한 터치 시스템의 구성도 이다.
도 2는 이미지 센서를 추가하여 허상점을 해결하기 위한 방법을 설명하기 위한 예시 도이다.
도 3은 2개의 이미지 센서와 DA(Dark Area)의 너비를 이용하여 허상점을 구별하는 방법을 설명하기 위한 예시 도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 펜을 이용한 터치 시스템의 구성도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 발광 다이오드 어레이를 설명하기 위한 예시 도이다.
도 6은 터치 판별이 되지 않는 데드존 영역을 보인 예시 도이다.
도 7은 본 발명에 따른 다이오드부를 설명하기 위한 예시 도이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 시스템의 터치 인식 방법을 보인 흐름도이다.
도 9는 도 1에 도시된 터치 펜에 대한 내부 구성도이다.
도 10은 도 1에 도시된 터치 펜에 대한 외부 구성도이다.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시(說示)된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 시스템을 보인 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 터치 시스템은 터치스크린과 외장형의 이미지 센서를 포함하는 터치인식수단을 구비하여 터치 스크린에 터치되는 터치점을 인식할 수 있도록 메인 컨트롤러(Main Controller)가 전반적인 동작을 제어한다.

본 발명의 실시 예에 따른 터치 시스템에 적용되는 터치 인식 방법의 기술을 설명하기 위해 도 1을 참조하면, 우선 양측 모서리에 각각 이미지 센서(11-1, 11-2)를 설치하고, 이미지 센서(11-1, 11-2) 사이에 적외선 발광 다이오드(IR)와 포토 다이오드를 번갈아 가면서 바(bar) 형식으로 만든 포토/발광 다이오드 어레이 모듈(12)을 터치 스크린 패널 상단에 구비한다. 여기서 이미지 센서(11-1, 11-2)는 노이즈와 신호처리, 포인트 검출을 수행한다.

또한 터치 스크린 패널 상단 면을 제외한 나머지 3면에는 재귀 반사시트(13)를 부착한다. 이러한 형태를 구비한 터치 시스템은 양측 모서리에 설치한 2대의 이미지 센서(11-1, 11-2)들로부터 삼각 측량법을 적용하여 터치점의 좌표점을 추출한다.

삼각 측량법은 이미지 센서에 촬상된 터치점의 각도를 구하고 이 각도를 기초로 하여 터치점의 좌표를 계산하여 추출한다.반사시트의 사용 목적은 저전력을 고려한 하드웨어 설계와 확산 판 대체를 위한 구성으로 기존의 확산 판 방식은 다수의 적외선 led Bar가 필요하고 고출력의 적외선을 필요로 하기 때문에 소모 전력이 크다. 확산판을 반사 시트로 하여 적은 수의 적외선 led Bar만으로도 터치가 가능하도록 하였다.

이미지 센서(11-1, 11-2)의 이미지 픽셀간의 입력 광량 차이를 줄이기 위해 사용되는 확산판을 이용한 방식은 led의 휘도가 높아야 한다. 때문에 다수의 led의 휘도를 증가시킬 경우 소모 전력이 크게 늘며 led의 수명도 감소하게 된다. 반사판을 이용한 방식은 스크린 외곽에 부착된 led 대신에 반사판을 부착하고, 적외선 센서와 같은 방향으로 설치된 led가 반사판에 적외선을 비추는 방식이다. 확산판을 이용한 방식보다 적은 소모전력으로 픽셀간의 광량차이를 줄일 수 있다. 이에 본 발명에서 사용한 재귀 반사시트(13)는 고휘도 반사지로서, 다이아몬드 구조로 측면각의 성능문제를 해결한다. 입사각과 관찰각에 따라 측정되는 휘도가 다를뿐만 아니라 반사지의 방향에 따라서 휘도가 달라진다. 재귀 반사시트(13)의 부착으로 인한 효과로는 반사판에 비추는 led를 12개로 줄여 소모전력을 1.8W로 줄였고 전체적인 광량이 줄어들었다. 한편, 터치 물체가 닿는 터치점의 좌표를 추출하기 위해서 삼각 측량법을 적용한 입사각 연산 알고리즘을 사용하되, 먼저 허상의 포인트를 가려낸 후에 실제 터치점의 좌표를 추출한다.

터치점이 하나 이상일 경우, 이미지 센서(11-1, 11-2)로부터 터치점의 각도만을 받아와 처리하므로 두 지점의 이전 트랙킹 정보가 없이 터치가 동시에 일어나면 각 터치의 각도 페어를 알 수 없어 실제 터치가 일어나지 않은 {θ1, θ3},{θ2, θ4} 허상점이 생긴다.

따라서 실제 터치가 일어난 좌표를 추출하기 위해서는 허상점을 가려내야 한다. 이를 해결책으로 시도한 방법은 아래의 두가지 방법이 있다. 먼저 첫번째 방법은 추가 비용을 부담하면서 안전하게 해결하는 방법으로, 도 3에 도시된 바와 같이 이미지 센서(sensor 3)를 추가로 장착하여 {θ3, θ6},{θ4, θ5} 연산하여 허상점을 판별한다. 두번째 방법은 도 4에 도시된 바와 같이, 이미지 센서 2개를 이용하는 방법으로 터치점의 DA(Dark Area)의 너비를 비교하여 허상점을 구별한다. 이는 터치점의 확률을 함께 호스트로 전송하여 응용 프로그램에서 상황에 맞게 판별하여 사용하는 방법을 택했다.

전술한 첫번째와 두번째 방법의 기술은 이미 기존에 시도하였으나, 터치 시스템에 손가락이나 펜의 굵기가 일정하지 않아 기울임 같은 증세로 해결하고자 했던 보완이나 문제점이 잘 해결되어지지 못하고 있다.

따라서, 본 발명에서는 앞서 기술한 기술을 토대로 하되, 앞서 기술한 기술적 구성상의 문제점을 해결할 수 있는 기술을 추가적으로 고려한 기술적 구성에 대해서 살펴보도록 한다.

우선 본 발명에서 제안하는 터치 시스템은 형태 변경의 첫번째로 기구적인 구성요소 또는 구성방식을 변경하는 방법으로 포토 다이오드를 바 형태로 터치 패널 상단에 장착하고, 터치 스크린 패널의 하단에는 발광 다이오드를 바 형태로 장착하며, 터치 스크린 패널의 양측 모서리 부분에 이미지 센서를 장착한다.

또한 터치 스크린 패널의 나머지 측면에는 재귀 반사시트를 장착하며, 데드존(Dead Zone) 영역에는 수광 및 발광 다이오드부를 장착한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 터치 시스템을 보인 구성도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 터치 시스템은 이미지 센서(21-1, 21-2)와, 발광다이오드 어레이(23)와, 포토 다이오드 어레이(25)와, 수광 및 발광 다이오드부(27-1, 27-2), 재귀 반사시트(29) 등을 포함하여 구성된다. 우선 이미지 센서(21-1, 21-2)는 터치 스크린 패널 상단의 양쪽 모서리에 위치하는 제1, 제2 이미지 센서(21-1, 21-2)로서 주기적으로 터치 스크린을 이미지 스캐닝한다.

발광다이오드 어레이(23)는 터치 스크린 패널 하단에 위치하여 적외선 빛을 터치 스크린 패널 상단측으로 발광한다. 여기서 발광 다이오드 어레이(23)는 도 6a에 도시된 바와 같이, 빛이 직광으로 비추는 형태로서 바 형태로 구비한다. 이에 손가락 혹은 펜으로 터치 했을 경우에 이미지 센서는 터치한 위치를 각도로 인해 좌표 추출계산하고 하단에 위치한 발광 다이오드 어레이(23)에서 이를 직광으로 인식하고 포토 다이오드가 동시에 이를 받아들여 터치 인식을 한다. 이러한 표시 소자로 구성된 터치 패널의 효과는 허상을 제거할 수 있다. 전술한 발광 다이오드 어레이(23)의 구성을 제1 실시예로서, 다이오드의 빛이 직광과 동시에 넓게 퍼질 수 있도록 하는 각각의 다이오드가 바 형식으로 이루어져 발광 다이오드 어레이(23)의 구조를 이룬다. 발광 다이오드 어레이(23)의 구성을 제2 실시예로서, 도 6b에 도시된 바와 같이, 좌우 측면에 위치하는 다이오드는 빛을 넓게 퍼지게 하고, 상기 좌우 측면의 다이오드 사이에 위치하는 가운데 다이오드는 빛을 직광으로 방사할 수 있도록 하여 세개의 다이오드가 하나의 다이오드처럼 묶여 발광 다이오드 어레이(23)의 구조를 이룬다. 포토다이오드 어레이(25)는 제1, 제2 이미지 센서(21-1, 21-2)의 사이의 터치 스크린 패널 상단에 위치하여 발광다이오드 어레이(23)에 의해 발광되는 적외선 빛을 수광한다. 수광 및 발광 다이오드부(27-1, 27-2)는 터치 스크린 패널 양측의 상단과 하단에 각각 구비되는 제1, 제2 수광 및 발광 다이오드부(27-1, 27-2)로 이루어져 터치 좌표를 인식할 수 없던 데드존(Dead Zone) 영역을 커버할 수 있다. 즉, 제1, 제2 수광 및 발광 다이오드부(27-1, 27-2)의 장착으로 인해, 도 7과 같이 터치 스크린 패널의 상단의 데드존(A)과 하단의 양 모서리에 나타나는 데드존(B-1, B-2) 에서도 터치되는 좌표를 정확하게 인식할 수 있게 된다.

이러한 제1, 제2 수광 및 발광 다이오드부(27-1, 27-2)는 도 8의 (a), (b)와 같이 터치 스크린 패널의 양 측면에 부착되어 발광하는 적외선 빛을 다른 측면에서 수광하거나, 수광과 발광을 각 측면의 수광 및 발광 다이오드부(27-1, 27-2)가 수행할 수도 있다. 이에 따라 본 발명에 따른 도 5의 터치 시스템의 메인 컨트롤러는 제1, 제2 이미지 센서(21-1, 21-2)를 통해 터치 스크린에 터치되어지는 적어도 하나 이상의 터치 포인트의 각도를 획득하고, 그 획득한 터치 포인트의 각도를 이용하는 삼각 측량법을 적용한 입사각 연산 알고리즘 통해 터치 지점의 위치로서 좌표값을 획득한다. 이후 메인 컨트롤로는 제1, 제2 이미지 센서(21-1, 21-2)를 통해 획득된 터치 지점의 좌표값과 수광 및 발광 다이오드부(27-1, 27-2) 혹은 발광 다이오드 어레이(23)와 포토 다이오드 어레이(25)에 의해 획득되는 터치 점의 좌표값를 비교하고, 그 비교결과 일치하면 터치점으로 인식하고, 일치하지 않은 불일치의 좌표값에 대해서는 허상(ghost)으로 인식한다. 도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 실시예에 따른 터치 시스템의 터치 인식 방법을 보인 흐름도이다. 본 발명에 따른 터치 시스템의 제1, 제2 이미지 센서(21-1, 21-2)는 개별적으로 셔터 타임(Shutter Time)을 위해 동기화 과정을 거치고(S901), 터치 이미지 프로세싱(Touch Image Processing)을 수행한다(S903). 여기서 동기화 과정은 후술되는 수광 및 발광 다이오드부(27-1, 27-2) 혹은 발광 다이오드 어레이(23)와 포토 다이오드 어레이(25)를 통해 획득되는 터치된 좌표정보와 제1, 제2 이미지 센서(21-1, 21-2)를 통해 인식된 터치된 좌표정보를 비교해야 하므로 필요한 과정이다. 터치가 발생하였는지를 판단하고(S905), 그 판단결과 터치가 발생하면 터치가 발생한 영역이 데드존 영역인지를 판단한다(S907). 판단결과, 데드존 영역이 아니면, 터치 이미지 프로세싱을 통해 터치 스크린에 터치되는 적어도 하나 이상의 터치 포인트의 각도를 획득하고(S909), 그 획득된 터치 포인트의 각도를 이용하는 삼각 측량법을 적용한 입사각 연산 알고리즘을 이용하여 터치되는 지점의 제1 좌표 정보를 획득한다(S911). 이와 함께, 수광 및 발광 다이오드부(27-1, 27-2) 혹은 발광 다이오드 어레이(23)와 포토 다이오드 어레이(25)는 동기화 과정을 거치고(S901-1), 터치 스크린에 터치되는 적어도 하나 이상의 터치 포인트의 위치로서 제2 좌표 정보를 획득한다(S903-1). 이후, 제1, 제2 이미지 센서(21-1, 21-2)를 통해 획득된 터치되는 지점의 제1 좌표 정보와 수광 및 발광 다이오드부(27-1, 27-2) 혹은 발광 다이오드 어레이(23)와 포토 다이오드 어레어(25)를 통해 획득되는 터치되는 지점의 제2 좌표 정보의 일치여부를 판단한다(S913). 일치하면, 메인 컨트롤러는 터치된 터치점으로 인식한다(S915). 일치하지 않으면, 메인 컨트롤러는 허상으로 인식한다(S917). 허상으로 판단하는 이유는 수광 및 발광 다이오드부(27-1, 27-2), 발광 다이오드 어레이(23)와 포토 다이오드 어레이(25)를 통해 좌표 정보로서 좌표값을 얻어올 때에 그림자 혹은 희미하게 인식하는 포인트가 포함되므로 삼각 측량법으로 계산해서 추출한 좌표 값과는 값이 불일치하게 나오기 때문에 이를 허상이라고 판단한다. 한편 상기 907단계(S907)의 판단결과, 터치가 발생된 영역이 데드존 영역으로 판단되면, 발광 다이오드 어레이와 포토다이오드 어레이를 통해 y축 좌표를 추출하고(S919), 수광 및 발광 다이오드부를 통해 x축 좌표를 추출하여 데드존 영역에서의 터치된 터치점을 인식한다(S921).

도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 터치펜 시스템을 보인 구성도이다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 터치펜 시스템(100)은 터치펜(10)과, 컴퓨터(20)와, 터치 스크린 장치(30) 등을 포함하여 구성된다. 여기서 터치 시크린 장치(30)는 도 2b에 도시된 바와 같은 구성을 갖되, 카메라 센서(혹은 이미지 센서)에는 적외선 빛을 방사하는 적외선 led가 구비되지 않거나, IR bar 및 카메라 센서에 구비된 led의 동작을 오프시켜야 한다. 터치펜(10)은 터치 스크린 장치(30)의 화면에 터치시, 터치에 따른 압력에 의해 강도를 측정하고, 그 측정된 강도에 대한 강도 정보와 함께 터치인식부(일명, 펜촉)의 움직임을 인식하여 그에 따른 움직임 정보를 유선 또는 무선통신방식에 의거하여 터치 스크린 장치(30)로 송신한다. 컴퓨터(20)는 전원 케이블(40)을 통해 터치 스크린 장치(30)의 카메라 센서(혹은 이미지 센서)(미도시)로 카메라 센서의 동작 전원을 공급한다. 터치 스크린 장치(30)는 터치 스크린 화면과 그 터치 스크린 화면 상단에 카메라 센서가 장착되어 터치 스크린 기능을 수행하는 것으로, 컴퓨터(20)로부터 동작 전원을 공급받아 카메라 센서가 동작하여 터치펜(10)을 이용하여 터치되는 위치를 인식한다. 이때 터치 스크린 장치(30)는 터치펜(10)의 터치인식부에 구비되는 적외선 led를 통해 터치펜(10)의 터칭되는 위치를 카메라 센서를 통해 획득한다. 카메라 센서를 이용하여 터치 스크린의 터치 점을 추출하는 기술은 일반적으로 공지된 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 터치 스크린 장치(30)는 터치펜(10)과의 유선 또는 무선통신방식을 통해 수신되는 움직임 정보 및 기울임 정보를 고려하여 터치펜의 터치 좌표(위치)를 보정 처리하여 터치 스크린 화면에 표시처리하고, 수신되는 강도 정보에 대응하여 글씨 혹은 그림의 선의 두께를 표시처리한다. 즉, 터치 스크린 장치(30)는 터치펜(10)으로부터 수신한 강도 정보와 기 설정된 기준 강도값과의 대소를 비교하여 기준 강도값 이상이면, 선의 두께를 기준 두께값 이상으로 표시하도록 하는 제1 두께 정보로 변환하고, 기준 강도값 미만이면, 선의 두께를 기준 두께값 미만으로 표시하도록 하는 제2 두께 정보로 변환한다.

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10 : 터치펜
11-1, 11-2 : 이미지 센서
13 : 재귀 반사시트
20 : 컴퓨터
27-1, 27-2 : 수광 및 발광 다이오드부
23 : 발광 다이오드 어레이
30: 터치 스크린 시스템

Claims (10)

1. 터치 스크린 패널 및 광 터치 모듈을 구비하여 상기 터치스크린 패널에서 사용되는 더치펜;
   상기 터치 스크린 패널의 상단 모서리의 양측에 구비되어, 방사한 적외선을 통해 적어도 하나 이상이 터치 스크린 패널상에 상기 터치펜에 의해 터치될 때의 터치 인식 이미지를 획득하는 제1, 제2 이미지 센서;
   상기 터치 스크린 패널의 일측면에 구비되어, 터치 스크린 패널의 상단측으로 빛을 발광하는 발광 다이오드 어레이;
   상기 발광 다이오드 어레이의 대향면에 위치하여 상기 발광 다이오드 어레이에 의해 발광되는 빛을 수광하는 포토다이오드 어레이;
   상기 터치 스크린 패널상에 데드존에서의 터치를 인식하기 위해 상기 데드존에 대응하는 터치 스크린 패널의 상단과 하단에 가로방향으로 위치하여 발광 및 수광하는 다이오드부;
   상기 다이오드부가 구비되는 해당 터치 스크린 패널의 측면에 길이방향으로 이미지 센서에 의해 방사되는 적외선을 반사시키는 재귀 반사시트; 및
   상기 터치 인식 이미지를 통해 삼각 측량법이 적용된 입사각 연산 알고리즘을 사용하여 터치점의 제1 좌표정보를 추출하고, 발광 다이오드 어레이와 포토다이오드 어레이, 수광 및 발광 다이오드부를 통해 터치점의 제2 좌표를 추출하여 제1 좌표정보와 제2 좌표정보를 비교하여 그 비교결과에 따라 터치점 또는 허상으로 인식하는 메인 컨트롤러를 포함하는 터치 펜을 이용한 터치 스크린 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 터치펜은,
   엘이디(LED)로 이루어져 직진성 빛을 방사하는 터치인식부;
   상기 터치인식부에 가해지는 압력을 감지하는 압력센서;
   상기 터치펜의 움직임, 기울임 및 위치를 감지하는 모션센서;
   터치스크린에 글씨를 쓰거나 그림을 그릴 때 진동을 발생하는 진동부;
   상기 모션센서에 의해 감지된 움직임, 기울임 및 위치를 인식하여 움직임 정보, 기울임 정보 및 위치 정보를 처리하고, 상기 압력센서에 의해 감지된 압력에 대응하는 강도 정보를 처리하여 터치펜의 터치 기능을 처리하는 제어부; 및
   상기 제어부의 제어하에 강도 정보, 움직임 정보, 기울임 정보 및 위치 정보를 유선 또는 무선통신방식으로 상기 터치 스크린측으로 상호 통신하는 통신 모듈을 포함하는 터치 펜을 이용한 터치 스크린 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
   모션센서에 의해 감지되는 터치펜의 기울임이 터치 좌표를 정확하게 인식할 수 없는 특정 각도이면, 이를 터치스크린을 구비한 터치스크린 장치로 전송하여 터치펜의 터치 좌표(위치)를 보정하는 터치 펜을 이용한 터치 스크린 시스템.
4. 제2항에 있어서, 상기 유선통신방식은 USB, I2C, 아날로그 통신 또는 Serial 통신 중 어느 하나이며, 무선통신 방식은 지그비(Zigbee), 블루투스, WLAN 또는 적외선통신(IrDA) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 터치 펜을 이용한 터치 스크린 시스템.
5. 제2항에 있어서, 상기 광터치 모듈은 카메라 센서 또는 IR(적외선) 센서 중 어느 하나가 되며, 터치스크린에 터치인식부가 맞닿는 경우에 상기 카메라 센서 또는 IR 센서내에 구비되어 적외선 빛을 방사하는 led의 동작을 오프하는 터치 펜을 이용한 터치 스크린 시스템.
6. 제2 항에 있어서, 상기 터치 스크린 시스템은,
   터치펜으로부터 수신한 강도 정보와 기 설정된 기준 강도값과의 대소를 비교하고, 그 비교결과에 따라 기준 강도값 이상이면, 선의 두께를 기준 두께값 이상으로 표시하도록 하는 제1 두께 정보로 변환하고, 기준 강도값 미만이면, 선의 두께를 기준 두께값 미만으로 표시하도록 하는 제2 두께 정보로 변환하는 것을 특징으로 하는 터치 펜을 이용한 터치 스크린 시스템.
7. 제1항에 있어서, 상기 발광 다이오드 어레이는,
   좌우 측면에 위치하는 다이오드는 빛을 넓게 퍼지게 하고, 상기 좌우 측면의 다이오드 사이에 위치하는 다이오드는 빛을 직광으로 방사하는 2개이상의 다이오드가 하나의 다이오드로 통합된 구조의 통합형 다이오드가 소정 개로 이루어진 터치 펜을 이용한 터치 스크린 시스템.
8. 제1항에 있어서, 상기 다이오드부는,
   수광을 위한 다이오드 1개와 발광을 위한 다이오드 1개를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 시스템.
9. 터치스크린 상에 적어도 하나 이상의 터치를 인식하기 위해 복수개의 이미지 센서를 구비하고, 터치 스크린의 데드존 영역에 대응하여 구비되는 수광 및 발광 다이오드부와, 상기 수광 및 발광 다이오드부가 구비되는 해당 터치 스크린의 측면에 위치하는 재귀반사시트와, 터치스크린의 일측면과 대향면에 각각 포토 다이오드 어레이이와 발광 다이오드 어레이를 포함하는 터치 시스템의 터치 인식 방법에 있어서, 복수개의 이미지 센서를 통해 각각의 터치 인식 이미지를 획득하고, 그 획득된 이미지를 통해 삼각 측량법이 적용된 입사각 연산 알고리즘을 사용하여 터치점의 제1 좌표정보를 추출하는 단계;
   발광 다이오드 어레이와 포토다이오드 어레이, 수광 및 발광 다이오드부를 통해 터치점의 제2 좌표를 추출하는 단계; 및
   상기 제1 좌표정보와 제2 좌표정보를 비교하여 그 비교결과에 따라 터치점 또는 허상으로 인식하는 단계를 포함하되, 데드존 영역에서 터치 발생시, 발광 다이오드 어레이와 포토다이오드 어레이를 통해 y축 좌표를 추출하고, 수광 및 발광 다이오드부를 통해 x축 좌표를 추출하여 데드존 영역에서의 터치 포인트를 인식하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 터치 펜을 이용한 터치 스크린 시스템의 터치 인식방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 발광 다이오드 어레이는,
    좌우 측면에 위치하는 다이오드는 빛을 넓게 퍼지게 하고, 상기 좌우 측면의 다이오드 사이에 위치하는 다이오드는 빛을 직광으로 방사하는 3개이상의 다이오드가 하나의 다이오드로 통합된 구조의 통합형 다이오드가 소정 개로 이루어진 터치 펜을 이용한 터치 스크린 시스템의 터치 인식방법.

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