JP5710715B2 - 光学式タッチスクリーン用のカメラモジュール - Google Patents

Description

本発明は、指やタッチペンなどを用いて画面をタッチすれば、タッチ座標を認識することができる光学式タッチスクリーンに採用されるカメラモジュールに関する。

液晶ディスプレイ装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ；ＬＣＤ）など各種のディスプレイ装置の発達につれて、タッチスクリーンは、ディスプレイ装置とユーザとの間のインターフェースを簡便かつ容易にするための最も効率的な入力装置の１つとなった。このようなタッチスクリーンは、指やタッチペンなどを用いて視覚的に簡単にコンピュータ、携帯電話、金融端末機、ゲーム機などの多様な機器を操作することができるので、その応用分野が非常に広い。

既存のタッチスクリーンを具現する常用化された方式としては、電気的方式と光学的方式とがある。電気的方式としては、抵抗膜方式と静電容量方式とがある。光学的方式としては、赤外線マトリックス方式、カメラ方式などがある。カメラ方式は、基本的に２つ以上のカメラに見えるタッチ物体の角度からタッチ座標を計算する方式である。

一般的に、カメラ方式のタッチスクリーンは、タッチ領域を支持する支持部材を備える。支持部材は、タッチ領域の縁部の周りを支持するフレームで構成されるか、タッチ領域の全体を覆うガラス板で構成することができる。カメラは、支持部材の両コーナーにそれぞれ設けられる。そして、照明器具は、支持部材の辺に設けられて、タッチ領域に赤外線を放出する。ところが、従来には、前述したタッチスクリーンの製造時に、カメラと照明器具を、通常、支持部材に個別的に設けたので、設置過程が煩雑であり、正確度が落ちる問題がある。

韓国特許第１０−２０１２−０００８６６５号明細書（２０１２年２月１日） 韓国特許第１０−２０１２−００６６８５８号明細書（２０１１年６月１７日） 韓国特許第１０−２０１０−００５０３６０号明細書（２０１０年１１月１０日）

本発明の課題は、光学式タッチスクリーンの製造時に、さらに簡便かつ正確に設けられるカメラモジュールを提供するところにある。

前記課題を果たすための本発明による光学式タッチスクリーン用のカメラモジュールは、タッチ領域の一コーナーに配され、前記タッチ領域の中央に向けた部位に受光ホールが形成され、前記受光ホールに対応して装着されたレンズと、前記レンズを通じて、収束された光を受けるように配されたイメージセンサーとを備えた本体部と、前記タッチ領域の各辺の端に向けた前記本体部の各側面部位のうち少なくとも一側面部位に形成され、発光素子と結合する発光素子用結合部と、を含む。

本発明によれば、カメラモジュールは、発光素子と結合されるように構成されるか、あるいは発光素子と共に、光分配器と結合されるように構成されるので、タッチスクリーンの製造時に、カメラモジュールと発光素子及び光分配器をフレームにさらに簡便かつ正確に設置することができる。

本発明の一実施形態によるカメラモジュールが採用されるタッチスクリーンに対する正面図である。 図１に示された発光素子と光分配器との作用例を説明する斜視図である。 図１に示されたカメラモジュールに対する斜視図である。 図３に対する一部分解斜視図である。 図３において、発光素子を本体部に組み立てる過程を説明する図である。 図３に対する断面図である。 図６において、調節器具によって焦点調節される過程を説明する断面図である。 調節器具の他の例を示す分解斜視図である。 図８の調節器具によって焦点調節される過程を説明する平面図である。 図８の調節器具によって焦点調節される過程を説明する平面図である。

以下、添付した図面を参照して、望ましい実施形態による本発明を詳しく説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるカメラモジュールが採用されるタッチスクリーンに対する正面図である。

図１を参照すると、光学式タッチスクリーンは、フレーム１０と、微細座標光源発生部２０、及びカメラモジュール１００と、を含む。

フレーム１０は、タッチ領域３０の縁部の周りを取り囲んで支持するように設けられる。ここで、タッチ領域３０は、液晶ディスプレイ装置などの各種のディスプレイ装置の画面領域に該当する。タッチ領域３０が四角形である場合、フレーム１０は、四角形からなって、タッチ領域３０の縁部の周りを支持することができる。もし、タッチ領域が三角形または五角形などである場合であれば、フレームは、三角形または五角形などからなって、タッチ領域の縁部の周りを支持することができる。他の例として、フレーム１０の代わりに、ガラス板がタッチ領域３０の全面を覆うように設けられて、タッチ領域３０を支持することも可能である。

フレーム１０には、微細座標光源発生部２０とカメラモジュール１００とが装着されて支持されうる。微細座標光源発生部２０は、照明装置であって、タッチ領域３０で横軸と縦軸との座標基準を提供するためのものである。微細座標光源発生部２０は、フレーム１０で上下２つの横辺と、左右２つの縦辺のうち少なくとも１辺以上に設けられる。微細座標光源発生部２０が、フレーム１０の４面に設けられる場合、微細座標光源発生部２０は、フレーム１０の内側４つの辺からタッチ領域３０に向けて所定の間隔で微細座標光源を発生させる。ここで、微細座標光源発生部２０は、赤外線形態の微細座標光源を発生させることができる。

微細座標光源発生部２０は、図２に示したように、少なくとも１つの発光素子２１と、光分配器２６と、を含んで構成することができる。発光素子２１としては、赤外線発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ；ＬＥＤ）が利用されうる。光分配器２６は、発光素子２１からの放出光を所定の間隔の微細座標光源に分配する。一例として、光分配器２６は、光透過性棒２７を含みうる。

光透過性棒２７は、高屈折率の光透過性プラスチックまたはガラス材で形成されうる。光透過性棒２７は、一側部２７ａに長手方向に沿って所定の間隔で微細溝２８が形成される。光透過性棒２７の少なくとも一端部には、発光素子２１が配される。

光透過性棒２７の一端部に発光素子２１の光を透過させれば、微細溝２８でそれぞれ乱反射が起こる。それぞれの微細溝２８から乱反射された光のうち一部は、光透過性棒２７の内部を経ながら集束されて、光透過性棒２７の反対側部２７ｂを通じて発散する。これにより、光透過性棒２７の反対側部２７ｂから微細座標光源が所定の間隔で発生しうる。光透過性棒２７は、微細溝２８が形成された側部２７ａと反対側部２７ｂとがそれぞれ外に凸状の形態で曲線状に形成されて集光効果を高めうる。

図示していないが、光透過性棒２７で微細溝２８が形成された側部２７ａに反射部材が配されて、光透過性棒２７から発生する微細座標光源の明るさをより高めうる。一方、光分配器は、微細溝が形成された側部を通じて微細座標光源を発生させるように構成されることも可能なので、前述した機能を行う範疇で多様に構成することができる。そして、光透過性棒２７は、フレーム１０に付着が容易になるようにカバーで取り囲まれている。カバーは、中空を有する直方体または楕円形または円形などからなり、光透過性棒２７の発光部位に該当する部分が光透過性を有するか、開放された形態のように多様な形態でなされうる。

カメラモジュール１００は、微細座標光源発生部２０によって発生した微細座標光源を感知するようにフレーム１０に設けられる。カメラモジュール１００は、微細座標光源のうち、タッチ物体によって遮断される微細座標光源の位置を感知して制御部に提供することによって、制御部によってタッチ領域でタッチされるタッチ物体の座標を算出させる。

微細座標光源発生部２０によって赤外線微細座標光源が発生する場合、カメラモジュール１００は、赤外線に対して十分な感度を有するように構成することができる。カメラモジュール１００は、４つに備えられてフレーム１０の４つのコーナーにそれぞれ設けられたと例示されているが、４つ以下やそれ以上に備えられることも可能である。

本発明の一実施形態によるカメラモジュール１００は、発光素子２１と結合されるように構成される。図３ないし図６を参照して説明すれば、次の通りである。ここで、図３は、図１に示されたカメラモジュールに対する斜視図である。図４は、図３に対する一部分解斜視図である。図５は、図３において、発光素子を本体部に組み立てる過程を説明する図である。そして、図６は、図３に対する断面図である。

カメラモジュール１００は、本体部１１０及び発光素子用結合部１２０を含む。本体部１１０は、タッチ領域３０の一コーナーに配される。本体部１１０は、タッチ領域３０の中央に向けた部位に受光ホール１１１を有する。例えば、本体部１１０は、内部空間を有するハウジング１１２を含む。受光ホール１１１は、タッチ領域３０の中央に向けたハウジング１１２部位にハウジング１１２の内部空間に光を伝達するように形成される。

そして、本体部１１０は、レンズ１１３とイメージセンサー１１４とを備える。レンズ１１３は、受光ホール１１１に対応してハウジング１１２内に装着される。レンズ１１３は、被写体、すなわち、タッチ物体を光学的に結像する。図６に示したように、レンズ１１３は、円形レンズで周辺部の両側が、タッチ領域３０の面に対して水平方向にそれぞれ切断された形態でなされうる。これにより、レンズ１１３は、タッチ領域３０の面に対して垂直方向の画角が、タッチ領域３０の面に対して水平方向の画角よりも小さく設定しうる。したがって、タッチ位置認識率が高くなり、タッチ領域３０の面に垂直な方向によるカメラモジュール１００の高さが最小化されうる。

イメージセンサー１１４は、レンズ１１３によって結像された被写体の光学的イメージを受けて電気的信号に変換する。イメージセンサー１１４は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサーまたはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサーなどであり得る。

イメージセンサー１１４は、レンズ１１３を通じて収束された光を受けるようにハウジング１１２の内部空間に配される。ここで、イメージセンサー１１４は、レンズ１１３の後方で光路変換部を経て反射された光を受けるように、タッチ領域３０の面に対して水平方向に配置される。

光路変換部は、反射ミラー１１５を含みうる。反射ミラー１１５は、レンズ１１３を経た光がイメージセンサー１１４に垂直進行するように、タッチ領域３０の面に対して４５°傾斜して配置される。他の例として、図示していないが、光路変換部は、全反射面を有するプリズムを含みうる。全反射面は、タッチ領域３０の面に対して４５°傾斜して配置される。それ以外にも、光路変換部は、前述した機能を行える範疇で多様に構成することができる。

発光素子用結合部１２０は、発光素子２１と結合するものであって、タッチ領域３０の第１辺と第２辺の端とに向けた本体部１１０の両側面部位にそれぞれ形成される。タッチ領域３０が四角形である場合、第１辺と第２辺とのうち何れか１辺は横辺に該当し、他の辺は縦辺に該当する。タッチ領域３０が、三角形または五角形などである場合、第１辺と第２辺は、タッチ領域３０の各頂点で三角形の鋭角または五角形の鈍角を成し、隣接した辺に該当する。発光素子用結合部１２０は、本体部１１０の両側面部位のうち何れか一部にのみ形成されることも可能である。

前述したように、カメラモジュール１００は、発光素子用結合部１２０によって発光素子２１と結合できるように構成される。したがって、タッチスクリーンの製造時に、カメラモジュール１００と発光素子２１とをフレーム１０にさらに簡便かつ正確に設置することができる。

カメラモジュール１００は、光分配器用結合部１３０を含みうる。光分配器用結合部１３０は、光分配器２６の一端部と結合するものであって、発光素子用結合部１２０からタッチ領域３０の第１辺と第２辺、例えば、横辺と縦辺とに沿ってそれぞれ延びた形態でなされる。したがって、タッチスクリーンの製造時に、カメラモジュール１００と発光素子２１と共に光分配器２６をフレーム１０にさらに簡便かつ正確に設置することができる。

例えば、カメラモジュール１００をフレーム１０に固定した後、カメラモジュール１００に発光素子２１と光分配器２６とを結合させれば、この過程で発光素子２１と光分配器２６は、カメラモジュール１００を基準に自然に整列されてカメラモジュール１００に固定されうる。したがって、発光素子２１と光分配器２６とをカメラモジュール１００に分離された状態で個別的にフレーム１０に設置することに比べて、設置過程がさらに簡便かつ正確に設けられることもある。他の例として、カメラモジュール１００に発光素子２１と光分配器２６とを結合させた後、フレーム１０に固定させる場合にも、同様である。

また、発光素子用結合部１２０と光分配器用結合部１３０は、一対を成してタッチ領域３０の横辺と縦辺とに向けた本体部１１０の両側面部位にそれぞれ設けられる場合、カメラモジュール１００が、フレーム１０の何れかのコーナーに位置しても、発光素子２１及び光分配器２６と容易に結合することができる。

一方、発光素子用結合部１２０は、発光素子用挿入溝１２１を含みうる。発光素子用挿入溝１２１は、発光素子２１を挿入して支持する。説明の便宜上、カメラモジュール１００でフレーム１０に向けた面を下面とし、その反対面を上面とすれば、発光素子用挿入溝１２１は、発光素子用結合部１２０の上面から下面側に陷沒された形態でなされうる。これにより、発光素子２１は、カメラモジュール１００の上側から下側に移動して発光素子用挿入溝１２１に挿入されうる。

そして、発光素子用挿入溝１２１は、外部、すなわち、光分配器用結合部１３０に向けた部位が開口された形態でなされうる。発光素子は、発光素子用挿入溝に挿入された状態で、発光部位が発光素子用挿入溝の開口された部位に位置される。したがって、発光素子２１からの放出光は、光分配器用結合部１３０に結合された光分配器２６に伝達されうる。

発光素子用挿入溝１２１の横部には、発光素子２１と電気的に連結される配線部１４２を通過させるための貫通ホール１２２が形成されうる。また、発光素子用挿入溝１２１は、ハウジング１１２の内部空間と遮断されるように形成されることによって、発光素子２１からの放出光が、ハウジング１１２の内部空間に漏れないこともある。

光分配器用結合部１３０は、光分配器用挿入溝１３１を含んで構成することができる。光分配器用挿入溝１３１は、光分配器２６の一端部を挿入して支持できるように形成される。光分配器用挿入溝１３１は、光分配器用結合部の上面から下面側に陷沒され、光分配器用結合部１３０の延びた端部が開口された形態でなされうる。光分配器用挿入溝１３１は、発光素子用挿入溝１２１と連通される。

そして、光分配器用挿入溝１３１は、光分配器２６の一端部を差し込んで固定することができる大きさでなされうる。これにより、光分配器２６の一端部は、カメラモジュール１００の上側から下側に移動して光分配器用挿入溝１３１に係止されて固定されうる。

カメラモジュール１００は、印刷回路基板１４０を含みうる。印刷回路基板１４０は、基板胴体部１４１と配線部１４２とを備える。基板胴体部１４１は、イメージセンサー１１４を搭載する。この場合、ハウジング１１２の下面が開口され、下面が開口された部位を通じてイメージセンサー１１４が挿入される。そして、ハウジング１１２の下面開口は、基板胴体部１４１によって覆われることができる。基板胴体部１４１には、外部装置との電気的な連結のためのコネクタが備えられる。

基板胴体部１４１の両部位には、配線部１４２がそれぞれ延びる。配線部１４２は、延びた端部に発光素子２１が電気的に連結される。これにより、発光素子２１は、イメージセンサー１１４を搭載した基板胴体部１４１から配線部１４２を通じて電源などの電気信号を入力させうる。また、配線部１４２は、フレキシブルな形態でなされうる。これにより、図５に示したように、配線部１４２は、巻取り処理されながら、発光素子２１を発光素子用挿入溝１２１に挿入させる。したがって、発光素子２１が、発光素子用挿入溝１２１に挿入された状態で、配線部１４２は、コンパクトに処理される。

一方、カメラモジュール１００は、イメージセンサー１１４に対する焦点を調節するように構成することができる。図３及び図４と共に図６及び図７を参照すると、本体部１１０は、移動部材１１６及び調節器具１１８を含む。

移動部材１１６は、光路変換部、例えば、反射ミラー１１５を４５°で傾いた状態で支持する。移動部材１１６は、ハウジング１１２によって案内されてレンズ１１３の光軸方向に移動することによって、反射ミラー１１５がレンズ１１３の光軸方向に移動可能にする。例えば、ハウジング１１２は、上面に反射ミラー１１５の移動を許容するための開口が形成される。移動部材１１６は、ハウジング１１２の上面開口を覆うように配置される。そして、移動部材１１６は、レンズ１１３の光軸方向に摺動できるようにハウジング１１２に支持される。移動部材１１６には、調節ホール１１７が形成される。調節ホール１１７は、調節器具１１８との相互作用によって移動部材１１６を移動させるためのものである。

調節器具１１８は、挿入部１１８ａ及び偏心ヘッド１１８ｂを含みうる。挿入部１１８ａは、ハウジング１１２に回転自在に嵌合される。挿入部１１８ａは、周り面に溝が形成されて、ハウジング１１２に容易に嵌合される。ここで、溝は、挿入部１１８ａの周りに沿ってそれぞれ形成され、挿入部１１８ａの長手方向に沿って配列されうる。挿入部１１８ａは、周り面に溝が省略された構造ももちろん可能である。偏心ヘッド１１８ｂは、挿入部１１８ａから偏心して一体型で連結される。そして、偏心ヘッド１１８ｂは、調節ホール１１７に係止される。

挿入部１１８ａが、ハウジング１１２に嵌合された状態で、偏心ヘッド１１８ｂが調節ホール１１７に係止されて回転すれば、移動部材１１６が光軸方向に沿って往復動する。図６に示したように、偏心ヘッド１１８ｂは、挿入部１１８ａと連結された中心から最も遠い部位がレンズ１１３から近い位置に回転すれば、移動部材１１６は、レンズ１１３から近い位置に移動する。そして、図７に示したように、偏心ヘッド１１８ｂは、挿入部１１８ａと連結された中心から最も遠い部位がレンズ１１３から遠い位置に回転すれば、移動部材１１６は、レンズ１１３から遠い位置に移動する。

反射ミラー１１５は、移動部材１１６が図６の位置と図７の位置とを往復動する過程で、移動部材１１６と共に往復動する。したがって、偏心ヘッド１１８ｂの回転位置を調整すれば、レンズ１１３と反射ミラー１１５との間に距離が調整されることによって、イメージセンサー１１４に対する焦点が調節される。イメージセンサー１１４に対する焦点が調節された後、移動部材１１６は、ハウジング１１２にポンディングなどの方法で固定されうる。このように、偏心ヘッド１１８ｂを有する調節器具１１８と調節ホール１１７との間の相互作用によって移動部材を移動させるので、移動部材１１６を移動させるための手段を比較的簡単に構成する利点がある。

他の例として、調節器具２１８は、図８ないし図１０に示したように構成することができる。図８ないし図１０を参照すると、移動部材１１６には、傾斜ホール２１７が形成される。傾斜ホール２１７は、レンズ１１３の光軸方向に対して傾いた形態でなされる。傾斜ホール２１７は、調節器具２１８との相互作用によって移動部材１１６を移動させるためのものである。

調節器具２１８は、調節本体部２１８ａ及び調節ピン２１８ｂを含みうる。調節本体部２１８ａは、レンズ１１３の光軸方向に対して垂直方向に摺動可能にハウジング１１２に支持される。例えば、調節本体部２１８ａは、ハウジング１１２のガイド溝２１２ａに挿入されてレンズ１１３の光軸方向に対して垂直方向にスライド案内されうる。調節ピン２１８ｂは、調節本体部２１８ａから突出して傾斜ホール２１７に係止される。調節ピン２１８ｂは、傾斜ホール２１７に沿って移動することによって、移動部材１１６を光軸方向に往復動させる。

すなわち、図９に示したように、調節ピン２１８ｂは、傾斜ホール２１７内で矢印Ａ方向に先端地点まで移動すれば、移動部材１１６は、レンズ１１３から最大に近い位置に移動する。そして、図１０に示したように、調節ピン２１８ｂは、傾斜ホール２１７内で矢印Ｂ方向に先端地点まで移動すれば、移動部材１１６は、レンズ１１３から最大に遠い位置に移動する。

このように、調節ピン２１８ｂの位置を調整することによって、移動部材１１６とレンズ１１３との間の距離が調整されうる。その結果、前述した例のように、移動部材１１６に支持された反射ミラー１１５とレンズ１１３との間に距離が調整されることによって、イメージセンサー１１４に対する焦点が調節される。

本発明は、添付した図面に示された一実施形態を参考にして説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の保護範囲は、特許請求の範囲によってのみ決定されるべきである。

本発明は、光学式タッチスクリーン用のカメラモジュール関連の技術分野に適用可能である。

Claims (4)

1. タッチ領域の一コーナーに配され、前記タッチ領域の中央に向けた部位に受光ホールが形成され、前記受光ホールに対応して装着されたレンズと、前記レンズを通じて、収束された光を受けるように配されたイメージセンサーとを備えた本体部と、
   前記タッチ領域の各辺の端に向けた前記本体部の各側面部位のうち少なくとも一部位に形成され、発光素子と結合する発光素子用結合部と、
   を含んでおり、
   前記発光素子用結合部は、前記発光素子を挿入して支持する発光素子用挿入溝を含み、
   前記イメージセンサーが搭載される基板胴体部、及び前記基板胴体部の一側から延び、該延びた端部に前記発光素子が電気的に連結され、巻取り処理されながら、前記発光素子が、前記発光素子用挿入溝に挿入させる配線部を備える印刷回路基板を含む光学式タッチスクリーン用のカメラモジュール。
2. 前記発光素子用結合部から前記タッチ領域の各辺の端に沿って延び、前記発光素子から光を提供される光分配器の一端部と結合する光分配器用結合部を含む請求項１に記載の光学式タッチスクリーン用のカメラモジュール。
3. タッチ領域の一コーナーに配され、前記タッチ領域の中央に向けた部位に受光ホールが形成され、前記受光ホールに対応して装着されたレンズと、前記レンズを通じて、収束された光を受けるように配されたイメージセンサーとを備えた本体部と、
   前記タッチ領域の各辺の端に向けた前記本体部の各側面部位のうち少なくとも一部位に形成され、発光素子と結合する発光素子用結合部と、
   を含み、
   前記本体部は、
   前記受光ホールが形成され、前記イメージセンサーを前記タッチ領域の面に対して水平方向に収容するハウジングと、
   前記レンズを通じて収束された光を、前記イメージセンサー側に垂直反射させる光路変換部と、
   前記光路変換部を支持し、前記ハウジングによって案内されて、前記レンズの光軸方向に移動可能であり、調節ホールが形成された移動部材と、
   前記ハウジングに回転自在に嵌合される挿入部、及び前記挿入部から偏心して一体型で連結され、前記調節ホールに係止されて回転することによって、前記移動部材を往復動させる偏心ヘッドを備えた調節器具と、
   を含むことを特徴とする光学式タッチスクリーン用のカメラモジュール。
4. タッチ領域の一コーナーに配され、前記タッチ領域の中央に向けた部位に受光ホールが形成され、前記受光ホールに対応して装着されたレンズと、前記レンズを通じて、収束された光を受けるように配されたイメージセンサーとを備えた本体部と、
   前記タッチ領域の各辺の端に向けた前記本体部の各側面部位のうち少なくとも一部位に形成され、発光素子と結合する発光素子用結合部と、
   を含み、
   前記本体部は、
   前記受光ホールが形成され、前記イメージセンサーを前記タッチ領域の面に対して水平方向に収容するハウジングと、
   前記レンズを通じて収束された光を、前記イメージセンサー側に垂直反射させる光路変換部と、
   前記光路変換部を支持し、前記ハウジングによって案内されて、前記レンズの光軸方向に移動可能であり、前記レンズの光軸方向に対して傾いた形態の傾斜ホールが形成された移動部材と、
   前記レンズの光軸方向に対して垂直方向に摺動可能に前記ハウジングに支持される調節本体部、及び前記調節本体部から突出して、前記傾斜ホールに係止され、前記傾斜ホールに沿って移動することによって、前記移動部材を往復動させる調節ピンを備えた調節器具と、
   を含むことを特徴とする光学式タッチスクリーン用のカメラモジュール。

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