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KR101070864B1 - 광학식 터치스크린 - Google Patents

광학식 터치스크린 Download PDF

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KR101070864B1
KR101070864B1 KR1020100123939A KR20100123939A KR101070864B1 KR 101070864 B1 KR101070864 B1 KR 101070864B1 KR 1020100123939 A KR1020100123939 A KR 1020100123939A KR 20100123939 A KR20100123939 A KR 20100123939A KR 101070864 B1 KR101070864 B1 KR 101070864B1
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Abstract

손가락이나 터치 펜 등을 이용해서 화면을 터치하면 터치 좌표를 인식할 수 있는 광학식 터치스크린에 관한 것이다. 광학식 터치스크린은 본체와, 적외선 미세좌표광원 발생부들, 2개 이상의 적외선 카메라들, 및 제어부를 포함한다. 본체는 화면의 터치영역 테두리를 감싸도록 설치된다. 적외선 미세좌표광원 발생부들은 본체에서 상하 2개의 가로 변들과 좌우 2개의 세로 변들에 터치영역을 향해 일정 간격으로 적외선 미세좌표광원들을 발생시키도록 각각 설치되어, 가로 축과 세로 축의 좌표 기준을 제공한다. 적외선 카메라들은 적외선 미세좌표광원 발생부들에 의해 발생된 적외선 미세좌표광원들을 감지하도록 본체에 설치된다. 제어부는 적외선 카메라들로부터 감지된 데이터를 기초로, 터치영역에서 터치되는 터치 물체의 좌표를 산출한다.

Description

광학식 터치스크린{Optical touch screen}
본 발명은 손가락이나 터치 펜 등을 이용해서 화면을 터치하면 터치 좌표를 인식할 수 있는 광학식 터치스크린에 관한 것이다.
액정 디스플레이 장치(Liquid Crystal Display; LCD) 등의 각종 디스플레이 장치가 발달하면서, 터치스크린은 디스플레이 장치와 사용자 간의 인터페이스를 간편하고 손쉽게 하기 위한 가장 효율적인 입력장치 중 하나이다. 이러한 터치스크린은 손가락이나 터치 펜 등을 이용해서 시각적으로 간단하게 컴퓨터, 휴대폰, 금융단말기, 게임기 등 다양한 기기를 조작할 수 있으므로, 그 응용 분야가 매우 넓다.
기존의 터치스크린을 구현하는 상용화된 방식으로는 전기적 방식과 광학적 방식이 있다. 전기식 방식은 저항막 방식과 정전용량 방식 등이 있다. 그런데, 저항막 방식과 정전용량 방식은 터치스크린의 화면 크기가 커질 경우 가격이 비싸지며 기술적 한계가 크기 때문에, 소형 터치스크린에 사용되고 있다.
광학식 방식으로는 적외선 매트릭스 방식, 카메라 방식 등이 있다. 그 중, 적외선 매트릭스 방식은 중대형 터치스크린에 일부 사용되고 있다. 그런데, 터치스크린의 화면 크기가 커질수록 전력소비가 많고 가격이 비싸지며 햇빛, 조명 등의 외부 환경에 의한 오작동의 문제가 크다.
카메라 방식은 기본적으로 2개의 카메라에 보이는 터치 물체의 각도로부터 터치 좌표를 계산해내는 방식이다. 기존의 카메라 방식은 적외선 매트릭스 방식과 마찬가지로 햇빛, 조명 등의 외부 환경에 의해 오작동의 문제가 있다.
그리고, 각 카메라의 화상에 맺힌 터치 물체의 각도를 구하는데 있어서 카메라 렌즈의 왜곡에 의한 각도 측정의 오차로 인해 정밀도가 떨어진다. 또한, 두 개 이상의 멀티터치를 동시에 감지하는 과정에서 계산상 허상 좌표(ghost point)가 발생할 경우, 허상 좌표를 구별해내는데 어려움이 많다는 문제점이 있다.
본 발명의 과제는 그림자나 외부광에 의한 영향을 받지 않으며 카메라 렌즈 자체의 왜곡으로 인한 측정오차 없이 터치 물체의 좌표를 정확히 구할 수 있는 광학식 터치스크린을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 과제는 두 개 이상의 멀티터치를 감지하는 과정에서 계산상 발생하는 허상 좌표를 구별해내어 정확한 실제 좌표를 구할 수 있는 광학식 터치스크린을 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 광학식 터치스크린은, 화면의 터치영역 테두리를 감싸도록 설치된 본체; 상기 본체에서 상하 2개의 가로 변들과 좌우 2개의 세로 변들에 상기 터치영역을 향해 일정 간격으로 적외선 미세좌표광원(fine gauge light source)들을 발생시키도록 각각 설치되어, 가로 축과 세로 축의 좌표 기준을 제공하는 적외선 미세좌표광원 발생부들; 상기 적외선 미세좌표광원 발생부들에 의해 발생된 적외선 미세좌표광원들을 감지하도록 상기 본체에 설치되는 2개 이상의 적외선 카메라들; 및 상기 적외선 카메라들로부터 감지된 데이터를 기초로, 상기 터치영역에서 터치되는 터치 물체의 좌표를 산출하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 적외선 미세좌표광원들을 터치영역 쪽으로 발생시키고 적외선 미세좌표광원들 중 차단되는 위치를 감지하여 터치 물체의 좌표를 구하기 때문에, 햇빛, 그림자, 외부 광 등에 의한 영향을 받지 않고 카메라 렌즈 자체의 수차와 왜곡으로 인한 측정오차 없이, 안정적으로 터치 물체의 좌표를 구할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따르면, 적외선 미세좌표광원 발생부가 1개 또는 2개의 적외선 발광부의 광을 미세 홈들의 개수만큼 적외선 미세좌표광원들로 분배하여 발생시키므로, 전력소비를 절감할 수 있고, 대형 크기의 터치스크린의 제조를 용이하게 할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 2개 이상의 멀티터치가 있는 경우, 계산상 발생하는 허상 좌표를 구별해내어 정확한 실제 좌표를 구할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 터치스크린에 대한 구성도.
도 2는 적외선 미세좌표광원 발생부의 일 예를 도시한 정면도.
도 3은 도 2에 도시된 미세좌표광원 발생부의 일부를 발췌하여 도시한 부분 사시도.
도 4는 미세좌표광원 발생부의 다른 예를 도시한 사시도.
도 5는 미세좌표광원 발생부의 또 다른 예를 도시한 정면도.
도 6은 도 5에 도시된 미세좌표광원 발생부의 일부를 발췌하여 도시한 부분 사시도.
도 7은 룩업 테이블의 일 예를 도시한 도면.
도 8은 적외선 카메라에 의해 각 적외선 미세좌표광원이 위치하는 지점들의 각도들을 측정하는 과정의 일 예를 설명하기 위한 도면.
도 9는 이미지 센서에 적외선 미세좌표광원들이 직선의 열을 이루며 감지되는 예를 설명하기 위한 도면.
도 10은 터치 좌표를 구하는 과정을 설명하기 위한 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 터치스크린에 대한 구성도이다. 도 1을 참조하면, 광학식 터치스크린(100)은 본체(110)와, 적외선 미세좌표광원 발생부들(120A, 120B, 120C, 120D), 적외선 카메라들(130A, 130B, 130C), 및 제어부(140)를 포함한다.
본체(110)는 화면 터치영역(10) 테두리를 감싸도록 설치된다. 여기서, 화면 터치영역(10)은 액정 디스플레이 장치 등의 각종 디스플레이 장치의 화면 터치영역에 해당할 수 있다. 본체(110)는 적외선 미세좌표광원 발생부들(120A, 120B, 120C, 120D)과 적외선 카메라들(130A, 130B, 130C)을 장착하여 지지한다.
적외선 미세좌표광원 발생부들(120A, 120B, 120C, 120D)은 화면 터치영역(10)에서 가로 축과 세로 축의 좌표 기준을 제공하기 위한 것이다. 적외선 미세좌표광원 발생부들(120A, 120B, 120C, 120D)은 본체(110)에서 상하 2개의 가로 변들과 좌우 2개의 세로 변들에 각각 설치된다.
적외선 미세좌표광원 발생부들(120A, 120B, 120C, 120D)은 본체(110)의 안쪽 4개 변들로부터 터치영역(10)을 향해 일정 간격으로 적외선 미세좌표광원들을 발생시킨다. 여기서, 적외선 미세좌표광원들의 발광부위는 터치영역(10)보다 앞쪽에 위치하며, 터치영역(10)의 4개 변들에 일정 간격으로 각각 배열된다. 따라서, 적외선 미세좌표광원들은 터치영역(10)에서 가로 축과 세로 축의 좌표 기준으로 기능하게 된다.
적외선 카메라들(130A, 130B, 130C)은 적외선에 대해 충분한 감도를 갖는 카메라로서, 적외선 미세좌표광원 발생부들(120A, 120B, 120C, 120D)에 의해 발생된 적외선 미세좌표광원들을 감지하도록 본체(110)에 설치된다. 적외선 카메라는 3개로 구비된 것으로 도시되어 있으나, 2개 또는 4개로 구비되는 것도 가능하다.
적외선 카메라들(130A, 130B, 130C)은 렌즈와 이미지센서를 각각 포함할 수 있다. 렌즈는 90°또는 그 이상의 화각을 갖도록 구성될 수 있다. 이미지센서는 렌즈에 의해 맺힌 피사체에 대한 광학적 상을 받아서 전기적 신호로 변환한다. 이미지센서는 CCD(charge-coupled device) 이미지센서 또는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 이미지센서 등일 수 있다.
적외선 카메라들(130A, 130B, 130C)은 적외선 미세좌표광원들 중 터치 물체에 의해 차단되는 적외선 미세좌표광원들의 위치를 감지하여, 감지한 데이터를 제어부(140)로 제공한다. 그러면, 제어부(140)는 적외선 카메라들(130A, 130B, 130C)로부터 감지된 데이터를 기초로, 터치영역(10)에서 터치되는 터치 물체의 좌표를 산출한다.
전술한 바와 같이, 적외선 미세좌표광원들을 터치영역(10) 쪽으로 발생시키고 적외선 미세좌표광원들 중 차단되는 위치를 감지하여 터치 물체의 좌표를 구하기 때문에, 햇빛, 그림자, 외부 광 등에 의한 영향을 받지 않고 카메라 렌즈 자체의 수차와 왜곡으로 인한 측정오차 없이, 안정적으로 터치 물체의 좌표를 구할 수 있다.
한편, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 적외선 미세좌표광원 발생부들(120A, 120B, 120C, 120D)은 적어도 하나의 적외선 발광부(121)와, 미세좌표광원 분배기(122)를 각각 포함할 수 있다. 적외선 발광부(121)는 적외선 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)가 이용될 수 있다. 미세좌표광원 분배기(122)는 적외선 발광부(121)로부터 발산된 광을 일정 간격의 적외선 미세좌표광원들로 분배한다.
일 예로, 미세좌표광원 분배기(122)는 투명 막대(123)와, 확산부(124)를 포함할 수 있다. 투명 막대(123)는 고 굴절률의 투명 플라스틱 또는 유리 재질로 형성될 수 있다. 투명 막대(123)의 적어도 한쪽 단부에 적외선 발광부(121)가 배치된다. 투명 막대(123)는 사각형 단면을 갖는 형상일 수 있다.
투명 막대(123)는 한쪽 측부에 길이 방향을 따라 일정 간격으로 미세 홈(123a)들이 형성된 구조를 갖는다. 투명 막대(123)의 한쪽 단부에 적외선 발광부(121)의 광을 투과시키면 미세 홈(123a)들에서 난반사가 일어나면서 적외선 미세좌표광원이 각각 발생된다. 따라서, 투명 막대(123)로부터 일정 간격의 적외선 미세좌표광원들이 발생될 수 있다. 한편, 도시하고 있지는 않지만, 적외선 미세좌표광원의 밝기를 높이기 위해, 투명 막대(123)의 반대쪽 단부에 적외선 발광부가 추가로 배치되거나, 반사 거울이 배치될 수 있다.
확산부(124)는 미세 홈(123a)들로부터 적외선 미세좌표광원들이 발생될 때, 적외선 미세좌표광원들이 모든 각도에서 고르게 발광할 수 있도록 하기 위한 것이다. 확산부(124)로는 확산필름이 이용될 수 있다. 확산필름은 난반사 표면 처리된 형태로 이루어져, 투명 막대(123)에서 미세 홈(123a)들이 형성된 부위에 부착될 수 있다.
전술한 구조의 적외선 미세좌표광원 발생부(120)는 1개 또는 2개의 적외선 발광부(121)의 광을 미세 홈(123a)들의 개수만큼 적외선 미세좌표광원들로 분배하여 발생시키므로, 전력소비를 절감할 수 있고, 대형 크기의 터치스크린의 제조를 용이하게 할 수 있다.
다른 예로, 도 4에 도시된 바와 같이, 미세좌표광원 분배기(222)의 투명 막대(223)는 한쪽 측부(223a)에 길이 방향을 따라 일정 간격으로 미세 홈(224)들이 형성되며, 미세 홈(224)들이 형성된 측부(223a)면의 반대쪽 측부(223b)에 일정 간격의 적외선 미세좌표광원들을 각각 발생시킨다. 투명 막대(223)의 적어도 한쪽 단부에는 적외선 발광부(121)가 배치된다.
전술한 투명 막대(223)의 한쪽 단부에 적외선 발광부(121)의 광을 투과시키면 미세 홈(224)들에서 각각 난반사가 일어난다. 각각의 미세 홈(224)에서 난반사된 광 중 일부는 투명 막대(223)의 내부를 거치면서 집속되어 투명 막대(223)의 반대쪽 측부(223b)를 통해 발산하게 된다. 따라서, 투명 막대(223)의 반대쪽 측부(223b)에 적외선 미세좌표광원들이 일정 간격으로 발생될 수 있다. 투명 막대(223)는 적외선 미세좌표광원들이 화면 터치영역(10) 쪽을 향하도록 배치된다.
투명 막대(223)에서 적외선 미세좌표광원들이 위치하는 측부(223b)는 곡면지게 형성되어 렌즈 역할을 할 수 있다. 그에 따라, 각각의 미세 홈(224)에서 난반사된 광 중 일부가 투명 막대(223)의 내부를 거쳐 투명 막대(223)의 반대쪽 측부(223b)를 통해 발산되도록 진행할 때 집광 효과가 높아질 수 있다.
또한, 투명 막대(223)는 미세 홈(224)들이 형성된 측부(223a)도 곡면지게 형성될 수 있다. 그에 따라, 각각의 미세 홈(224)에서 난반사된 광의 일부가 투명 막대(223)의 내부 방향으로 집광되므로, 투명 막대(223)의 반대쪽 측부(223b)를 통해 발산하는 광량을 높일 수 있다.
투명 막대(223)에서 미세 홈(224)들이 형성된 측부(223a) 쪽에 반사 부재(225)가 더 구비될 수 있다. 반사 부재(225)는 미세 홈(224)들에서 난반사되어 외부로 발산되는 광을 투명 막대(223) 쪽으로 반사시켜 적외선 미세좌표광원들의 밝기를 보다 높일 수 있다.
또 다른 예로, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 미세좌표광원 분배기(322)는 베이스 필름(323)과, 광 통로(324)들과, 피막(325), 및 확산부(326)를 포함할 수 있다. 베이스 필름(323)은 저 굴절률을 갖는 필름으로 이루어진다. 광 통로(324)들은 베이스 필름(323) 위에 일정 간격을 갖도록 고 굴절률의 투명 레진(resin)으로 형성된다. 이때, 광 통로(324)들은 베이스 필름(323) 상에 인쇄 또는 에칭 등의 방법으로 형성될 수 있다.
피막(325)은 베이스 필름(323) 위에 광 통로(324)들을 덮도록 저 굴절률의 레진으로 형성된다. 피막(325)은 베이스 필름(323) 전체에 걸쳐 형성될 수 있다. 확산부(326)는 광 통로(324)들로부터 적외선 미세좌표광원들이 모든 각도로 고르게 발광하도록 한다. 확산부(326)로는 난반사 표면 처리된 확산필름이 이용될 수 있고, 미세좌표광원 분배기(322)에서 미세좌표광원들의 발광부위에 부착될 수 있다.
베이스 필름(323)의 적어도 한쪽 측면에 적외선 발광부(121)의 광을 입사시키면, 입사된 광은 광 통로(324)들의 각 내부에서 전반사가 이루어지면서 광 통로(324)들의 각 방출지점까지 도달한 후 각 방출지점에서 확산부(326)에 의해 확산되어 발산한다. 따라서, 적외선 발광부(121)의 광이 광 통로(324)들의 개수만큼 일정 간격의 적외선 미세좌표광원들로 분배되어 발광할 수 있다.
한편, 도 1을 다시 참조하면, 적외선 카메라들(130A, 130B, 130C)은 3개로 구비되는 경우, 3개의 적외선 카메라들(130A, 130B, 130C)은 본체(110)의 3개 코너들에 하나씩 배치된다. 예컨대, 3개의 적외선 카메라들(130A, 130B, 130C)은 본체(110)의 좌하 코너, 우하 코너, 우상 코너에 하나씩 배치될 수 있다. 이때, 적외선 카메라들(130A, 130B, 130C)의 각 중심은 본체(110)의 가로 변과 세로 변에 대해 45°방향으로 배치된다. 따라서, 적외선 카메라들(130A, 130B, 130C)은 맞은편 대각선 방향의 가로 변과 세로 변에 각각 설치된 적외선 미세좌표광원 발생부들(120A, 120B, 120C, 120D)에 의해 발생된 적외선 미세좌표광원들을 감지하고 있게 된다.
그리고, 제어부(140)는 카메라 인터페이스(141)와, 메모리(142), 및 연산부(143)를 포함할 수 있다. 메모리(142)는 도 7에 도시된 룩업 테이블을 미리 저장해 둔다. 룩업 테이블은 다음과 같이 만들어질 수 있다. 4개의 적외선 미세좌표광원 발생부들(120A, 120B, 120C, 120D)이 설치된 본체(110)의 4 변에서 안쪽 가로 변 길이와 안쪽 세로 변 길이는 본체(110)의 제조시 이미 정해져 있다. 그리고, 적외선 미세좌표광원 발생부들(120A, 120B, 120C, 120D)에 의해 발생된 적외선 미세좌표광원들의 각 위치도 본체(110)의 제조시 이미 정해져 있다.
따라서, 3개의 적외선 카메라들(130A, 130B, 130C)이 위치한 지점에서 각 적외선 미세좌표광원이 위치하는 지점들의 각도들을 측정해 둘 수 있다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 우상 코너의 적외선 카메라(130C)는 맞은편 대각선 방향에 있는 좌측 세로 변의 적외선 미세좌표광원 발생부(120D)에 의해 발생된 d1부터 dn까지 n개의 적외선 미세좌표광원들과, 하측 가로 변의 적외선 미세좌표광원 발생부(120C)에 의해 발생된 c1부터 cm까지 m개의 적외선 미세좌표광원들이 위치하는 지점들의 각도를 측정해 둘 수 있다.
이와 마찬가지로, 좌하 코너의 적외선 카메라(130A)와 우하 코너의 적외선 카메라(130B)도 각 적외선 미세좌표광원이 위치하는 지점들의 각도들을 측정해 둘 수 있다. 이로부터, 모든 적외선 미세좌표광원들에 부여된 위치번호들을 인덱스 값으로 하고 3개의 적외선 카메라들(130A, 130B, 130C)로부터 적외선 미세좌표광원들의 각 위치에서 측정된 각도들을 테이블 값으로 하는 룩업 테이블이 만들어질 수 있다. 이렇게 만들어진 룩업 테이블이 메모리(142)에 미리 저장된다.
그리고, 메모리(142)는 어드레스 맵을 미리 저장해 둔다. 어드레스 맵은 다음과 같이 만들어진다. 우상 코너의 적외선 카메라(130C)는 맞은편 대각선 방향에 있는 좌측 세로 변의 적외선 미세좌표광원 발생부(120D)에 의해 발생된 d1부터 dn까지 n개의 적외선 미세좌표광원들과, 하측 가로 변의 적외선 미세좌표광원 발생부(120C)에 의해 발생된 c1부터 cm까지 m개의 적외선 미세좌표광원들을 함께 감지하고 있게 된다. 따라서, 우상 코너의 적외선 카메라(130C)에 구비된 이미지센서(131)에는 도 9에 도시된 바와 같이, d1부터 cm까지 n+m 개의 적외선 미세좌표광원들이 직선의 열을 이루며 감지된다.
이상 설명된 바와 같은 방식으로, 좌하 코너의 적외선 카메라(130A)에 구비된 이미지센서에는 bn부터 b1까지 적외선 미세좌표광원들과, am부터 a1까지 적외선 미세좌표광원들이 포함된 n+m 개의 적외선 미세좌표광원들이 감지된다. 그리고, 우하 코너의 적외선 카메라(130B)에 구비된 이미지센서에는 dn부터 d1까지 적외선 미세좌표광원들과, a1부터 am까지 적외선 미세좌표광원들이 포함된 n+m 개의 적외선 미세좌표광원들이 감지된다.
이상과 같이, 적외선 카메라들(130A, 130B, 130C)의 이미지센서들에 각각 감지된 화상 데이터는 카메라 인터페이스(141)를 통해 제어부(140)로 전달된다. 제어부(140)는 적외선 카메라들(130A, 130B, 130C)의 각 화상 데이터를 기초로, 적외선 미세좌표광원들에 의해 감광된 이미지 센서의 화소들이 위치한 데이터 어드레스들을 찾아 식별번호를 부여하고, 식별번호들을 적외선 미세좌표광원들의 위치번호들과 매칭하여 어드레스 맵들을 각각 만든다. 이렇게 만들어진 어드레스 맵들이 메모리(142)에 미리 저장된다.
메모리(142)에 저장된 룩업 테이블과 어드레스 맵들에 의해 터치 위치의 각도는 다음과 같이 구해질 수 있다. 손가락 등의 터치 물체로 화면 터치영역(10)을 터치하게 되면, 화면 터치영역(10) 쪽으로 발생된 적외선 미세좌표광원들 중에서 터치 물체에 의해 차단된 적외선 미세좌표광원들은 적외선 카메라들(130A, 130B, 130C)에 수광되지 않는다. 따라서, 적외선 카메라들(130A, 130B, 130C)의 각 이미지센서 상에는 차단된 적외선 미세좌표광원들에 해당하는 화소들의 감광이 중단된다.
이때, 연산부(143)에서는 어드레스 맵들에 있는 화소들의 감광 데이터를 주기적으로 검사하고 있다가, 감광이 중단된 화소들이 있으면, 해당 화소들의 어드레스에 부여된 식별번호들로 어드레스 맵에서 해당 적외선 미세좌표광원들의 위치번호를 읽어낸다. 그 다음, 연산부(143)는 메모리(142)에 저장된 룩업 테이블을 통해 해당 적외선 미세좌표광원들에 대한 각도 값들을 구한다.
이후, 연산부(143)는 구해진 각도 값들을 기초로 터치 물체의 좌표를 연산한다. 터치 물체의 좌표를 연산하는 과정은 다음과 같이 이루어질 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 화면 터치영역(10) 상에 터치가 발생한 위치를 P1라 하면, 연산부(143)에서는 룩업테이블에서 P1을 가리키는 각도 αP1, βP1을 구한다. αP1은 좌하 코너의 적외선 카메라(130A)로부터 구해진 각도이며, βP1는 우하 코너의 적외선 카메라(130B)로부터 구해진 각도이다.
그 다음, 본체(110)에서, X축 방향으로 안쪽 가로 변의 길이가 W이고, Y축 방향으로 안쪽 세로 변의 길이가 H일 때, P1의 좌표(X1, Y1)는 아래의 수학식 1에 의해 구해질 수 있다.
Figure 112010080373152-pat00001
한편, 화면 터치영역(10) 상에 멀티터치가 된 경우, 연산부(143)는 3개의 적외선 카메라들(130A, 130B, 130C) 중 2개의 적외선 카메라들(130A, 130B)로부터 구해진 각도 값들을 기초로 터치 물체의 좌표들을 연산하며, 연산된 터치 물체의 좌표들과 나머지 1개의 적외선 카메라(130C)로부터 구해진 각도 값들을 기초로 실제 좌표와 허상 좌표를 구별한다.
예를 들면, 멀티터치의 위치를 P1, P2라 한다. P1의 좌표(X1, Y1)와, P2의 좌표(X2, Y2)의 좌표는 다음과 같이 구해진다. 상술하면, 좌하 코너의 적외선 카메라(130A)로부터 구해진 αP1, αP2 각도와, 우하 코너의 적외선 카메라(130B)로부터 구해진 βP1, βP2 각도가 교차하는 조합에 의해 총 4개의 교차점들이 발생한다. 4개의 교차점들은 αP1와 βP1의 교차점인 P1, αP2 와 βP2의 교차점인 P2, αP1과 βP2 의 교차점인 G1, αP2와 βP1의 교차점인 G2에 해당한다. P1, P2, G1, G2 중에서 P1, P2는 실제 좌표이고, G1, G2는 허상 좌표이다.
G1, G2는 우상 코너의 적외선 카메라(130C)로부터 구해진 θP1, θP2 각도 선상에 있지 않으므로 계산상으로만 존재하는 허상 좌표이다. 실제 좌표와 허상 좌표의 구별은 다음과 같이 이루어질 수 있다.
연산부(143)에서는 αP1, αP2, βP1, βP2의 조합에서 수학식 1을 이용하여, P1, P2, G1, G2의 좌표 값을 각각 구한다. 그리고, 연산부(143)는 아래의 수학식 2에서 X, Y에 P1, G1의 좌표 값을 대입하고, θ에 θP1의 각도 값을 대입한다. 연산부(143)는 좌변 값과 우변 값이 같으면 실제 좌표인 것으로 판단하고, 좌변 값과 우변 값이 다르면 허상 좌표인 것으로 판단한다. 동일한 방식으로, 연산부(143)는 아래의 수학식 2에서 X, Y에 P2, G2의 좌표 값과, θ에 θP2의 각도 값을 대입한다. 연산부(143)는 좌변 값과 우변 값이 같으면 실제 좌표인 것으로 판단하고, 좌변 값과 우변 값이 다르면 허상 좌표인 것으로 판단한다.
Figure 112010080373152-pat00002
만일, 화면 터치영역(10) 상에 3곳 이상의 멀티터치가 있는 경우, 전술한 바와 같은 동일한 원리로 허상 좌표를 제거하고 실상 좌표들을 구할 수 있다.
한편, 광학식 터치스크린(100)은 제조 비용을 절감할 수 있도록 2개의 적외선 카메라들만 포함할 수도 있다. 이 경우, 2개의 적외선 카메라들은 본체(110)의 4개 코너들 중 대각선 방향의 2개의 코너들에 하나씩 설치되되, 터치영역(10)을 향해 발생된 모든 적외선 미세좌표광원들을 감지하도록 설치될 수 있다. 예를 들면, 3개의 적외선 카메라들(130A, 130B, 130C) 중에서 우하 코너의 적외선 카메라(130B)가 생략될 수 있다.
물론, 2개의 적외선 카메라들은 본체(110)의 4개 코너들 중 인접한 2개의 코너들에 하나씩 설치되어, 각 코너의 맞은편 대각선 방향에 있는 가로 변과 세로 변에서 발생된 미세좌표광원들을 감지하는 것도 가능하다. 예를 들면, 3개의 적외선 카메라들(130A, 130B, 130C) 중에서 우상 코너의 적외선 카메라(130C)가 생략될 수 있다.
또 다른 예로, 광학식 터치스크린(100)은 멀티터치의 좌표를 보다 정확하게 감지할 수 있도록 4개의 적외선 카메라들을 포함할 수 있다. 이 경우, 4개의 적외선 카메라들은 본체(110)의 4개 코너들에 하나씩 설치되되, 터치영역(10)을 향해 발생된 모든 적외선 미세좌표광원들을 감지하도록 설치될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10..화면 터치영역 110..본체
120A, 120B, 120C, 120D..적외선 미세좌표광원 발생부
121..적외선 발광부 122,222,322..미세좌표광원 분배기
130A, 130B, 130C..적외선 카메라
140..제어부 141..카메라 인터페이스
142..메모리 143..연산부

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 화면의 터치영역 테두리를 감싸도록 설치된 본체;
    상기 본체에서 상하 2개의 가로 변들과 좌우 2개의 세로 변들에 상기 터치영역을 향해 일정 간격으로 적외선 미세좌표광원(fine gauge light source)들을 발생시키도록 각각 설치되어 가로 축과 세로 축의 좌표 기준을 제공하는 것으로, 적어도 하나의 적외선 발광부, 및 상기 적외선 발광부로부터 발산된 광을 일정 간격의 적외선 미세좌표광원들로 분배하는 미세좌표광원 분배기를 각각 포함하는 적외선 미세좌표광원 발생부들;
    상기 적외선 미세좌표광원 발생부들에 의해 발생된 적외선 미세좌표광원들을 감지하도록 상기 본체에 설치되는 2개 이상의 적외선 카메라들; 및
    상기 적외선 카메라들로부터 감지된 데이터를 기초로, 상기 터치영역에서 터치되는 터치 물체의 좌표를 산출하는 제어부를 포함하며,
    상기 미세좌표광원 분배기는,
    적어도 한쪽 단부에 상기 적외선 발광부가 배치되며 한쪽 측부에 길이 방향을 따라 일정 간격으로 미세 홈들이 형성된 투명 막대, 및
    상기 미세 홈들로부터 적외선 미세좌표광원들이 모든 각도에서 고르게 발광하도록 하는 확산부를 포함하는 광학식 터치스크린.
  4. 화면의 터치영역 테두리를 감싸도록 설치된 본체;
    상기 본체에서 상하 2개의 가로 변들과 좌우 2개의 세로 변들에 상기 터치영역을 향해 일정 간격으로 적외선 미세좌표광원(fine gauge light source)들을 발생시키도록 각각 설치되어 가로 축과 세로 축의 좌표 기준을 제공하는 것으로, 적어도 하나의 적외선 발광부, 및 상기 적외선 발광부로부터 발산된 광을 일정 간격의 적외선 미세좌표광원들로 분배하는 미세좌표광원 분배기를 각각 포함하는 적외선 미세좌표광원 발생부들;
    상기 적외선 미세좌표광원 발생부들에 의해 발생된 적외선 미세좌표광원들을 감지하도록 상기 본체에 설치되는 2개 이상의 적외선 카메라들; 및
    상기 적외선 카메라들로부터 감지된 데이터를 기초로, 상기 터치영역에서 터치되는 터치 물체의 좌표를 산출하는 제어부를 포함하며,
    상기 미세좌표광원 분배기는,
    한쪽 단부에 상기 적외선 발광부가 배치되며, 한쪽 측부에 길이 방향을 따라 일정 간격으로 미세 홈들이 형성되며, 상기 미세 홈들에서 각각 난반사된 광에 의해 반대쪽 측부에 일정 간격의 적외선 미세좌표광원들을 발생시키는 투명 막대를 포함하는 광학식 터치스크린.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 투명 막대는,
    적외선 미세좌표광원들이 위치하는 측부가 곡면지게 형성되어 렌즈 역할을 하는 것을 특징으로 하는 광학식 터치스크린.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 투명 막대는,
    상기 미세 홈들이 형성된 측부가 곡면지게 형성되어 상기 미세 홈들에서 각각 난반사된 광이 상기 투명 막대의 내부 방향으로 집광하도록 하는 것을 특징으로 하는 광학식 터치스크린.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 미세 홈들이 형성된 측부 쪽에 반사 부재가 더 구비된 것을 특징으로 하는 광학식 터치스크린.
  8. 화면의 터치영역 테두리를 감싸도록 설치된 본체;
    상기 본체에서 상하 2개의 가로 변들과 좌우 2개의 세로 변들에 상기 터치영역을 향해 일정 간격으로 적외선 미세좌표광원(fine gauge light source)들을 발생시키도록 각각 설치되어 가로 축과 세로 축의 좌표 기준을 제공하는 것으로, 적어도 하나의 적외선 발광부, 및 상기 적외선 발광부로부터 발산된 광을 일정 간격의 적외선 미세좌표광원들로 분배하는 미세좌표광원 분배기를 각각 포함하는 적외선 미세좌표광원 발생부들;
    상기 적외선 미세좌표광원 발생부들에 의해 발생된 적외선 미세좌표광원들을 감지하도록 상기 본체에 설치되는 2개 이상의 적외선 카메라들; 및
    상기 적외선 카메라들로부터 감지된 데이터를 기초로, 상기 터치영역에서 터치되는 터치 물체의 좌표를 산출하는 제어부를 포함하며,
    상기 미세좌표광원 분배기는,
    저 굴절률의 베이스 필름과,
    상기 베이스 필름 위에 일정 간격을 갖도록 고 굴절률의 투명 레진으로 형성된 광 통로들과,
    상기 베이스 필름 위에 상기 광 통로들을 덮도록 저 굴절률의 레진으로 형성된 피막, 및
    상기 광 통로들로부터 적외선 미세좌표광원들이 모든 각도로 고르게 발광하도록 하는 확산부를 포함하는 광학식 터치스크린.
  9. 제3항, 제4항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적외선 카메라들은 3개로 구비되어 상기 본체의 3개 코너들에 하나씩 배치되되, 각 중심이 상기 본체의 가로 변과 세로 변에 대해 45°방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 광학식 터치스크린.
  10. 제3항, 제4항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    모든 적외선 미세좌표광원들에 부여된 위치번호들을 인덱스 값으로 하고 3개의 적외선 카메라들로부터 적외선 미세좌표광원들의 각 위치에서 측정된 각도들을 테이블 값으로 하는 룩업 테이블을 저장하며, 상기 적외선 카메라들의 각 이미지센서 상에서 적외선 미세좌표광원들에 의해 감광되는 화소들의 어드레스에 부여된 식별번호들을 상기 위치번호들과 매칭한 어드레스 맵들을 저장하는 메모리; 및
    상기 식별번호들에 해당하는 어드레스 맵들에 있는 화소들의 감광 데이터를 주기적으로 검사하여, 감광이 중단된 화소들이 있으면, 해당 화소들의 어드레스에 부여된 식별번호들로 상기 어드레스 맵들에서 해당 적외선 미세좌표광원들의 위치번호를 읽어내고, 상기 룩업 테이블을 통해 해당 적외선 미세좌표광원들에 대한 각도 값들을 구하며, 구해진 각도 값들을 기초로 터치 물체의 좌표를 연산하는 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식 터치스크린.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 연산부는,
    멀티터치의 경우, 상기 3개의 적외선 카메라들 중 2개의 적외선 카메라들로부터 구해진 각도 값들을 기초로 터치 물체의 좌표들을 연산하며, 연산된 터치 물체의 좌표들과 나머지 1개의 적외선 카메라로부터 구해진 각도 값들을 기초로 실제 좌표와 허상 좌표(ghost point)를 구별하는 것을 특징으로 하는 광학식 터치스크린.
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