KR101148440B1 - 압전 방식 스캔 장치 및 이를 이용한 터치 스크린 장치 - Google Patents

압전 방식 스캔 장치 및 이를 이용한 터치 스크린 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압전 방식 스캔 장치 및 이를 이용한 터치 스크린 장치에 관한 것으로, 광원; 상기 광원에 일단부가 접속되어 광원에서 출사되는 광을 전송하는 전송라인을 제공하는 광파이버; 상기 광파이버의 측면을 지지하여 상기 광파이버가 회동되도록 회동축을 제공하는 지지체; 및 상기 지지체와 상기 광원 사이에 위치하여 상기 광파이버를 회동시키는 구동력을 압전력을 사용하여 제공하는 구동체를 포함하는 스캔 장치와 이를 이용한 터치 스크린을 제공하여 구성이 간단하고 설치가 간편하며 설치 비용이 적게 소요되는 터치 스크린을 제작할 수 있도록 한다.

Description

압전 방식 스캔 장치 및 이를 이용한 터치 스크린 장치{Piezo-type scanning apparatus and touch screen using its}
본 발명은 압전 방식 스캔 장치 및 이를 이용한 터치 스크린 장치에 관한 것이다.
터치 스크린은 화면에 디스플레이되는 영상을 손가락이나 터치 펜 등으로 접촉하는 경우 이 접촉에 반응하여 접촉 지점을 파악할 수 있도록 하는 장치이다.
터치 스크린은 일반적으로 평면 디스플레이 LCD 패널, 또는 PDP 패널 위에 덧씌워지는 구조로 제작되는데, 이 터치 스크린은 화면상의 디스플레이되는 영상 이미지와는 별도로 손가락의 접촉 위치를 감지하여 영상 화면상의 좌표로 환산하는 장치로서, 좌표 정보는 영상을 제어하는 컴퓨터에 전송되게 된다.
컴퓨터는 터치 스크린으로부터 받은 위치 정보와 영상 화면을 합성하여 필요한 대응을 하도록 화상을 제어하게 된다.
터치 스크린을 구현하는 방법으로는 화면의 크기와 용도에 따라 기술적으로 서로 다른 몇 가지 방법들이 있는데, 대표적으로 저항막 방식, 정전기 방식, 표면 초음파 방식, 적외선 방식, 카메라(혹은 광학) 방식 등이 있다.
도 1은 종래 일반적인 카메라 방식의 터치 스크린 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 카메라 방식의 터치 스크린은 디스플레이 패널(1)을 지지하는 직사각형 프레임(2)의 한 변 양단에 90도 각도의 시야로 화면을 감시하는 초소형 카메라(3)가 각각 설치되고, 직사각형 프레임(2)의 나머지 세변에 적외선을 방사하는 광원으로 다수의 적외선 LED(4)가 촘촘히 나열되며, 프레임(2) 일측 또는 터치 스크린이 설치된 디스플레이 장치의 내측에 상기 카메라(3) 및 적외선 LED(4)의 구동을 제어하고 카메라(3)를 통하여 감지되는 영상을 분석하여 접촉 지점을 검출하는 제어 보드(5)가 설치된다.
상기의 구성으로 이루어진 터치 스크린은 직사각형 프레임(2)의 세 변에 배열된 다수의 LED(4)에서 적외선이 방사되고, 두 모서리에 설치된 카메라(3)들은 적외선 LED(4)로부터 방사되는 적외선을 수신하게 되는데, 이때에 사용자의 손가락(또는 터치 펜)이 디스플레이 패널(1)을 터치하게 되면 프레임(2)의 3 변에서 방사된 적외선이 카메라(3)로 도달하는 경로가 부분적으로 차단되게 된다.
두 대의 카메라(3)가 각기 다른 위치에서 이 손가락에 의해 발생하는 그림자를 카메라 각도 선으로 감지하게 되고, 제어 보드(5)는 이 두 대의 카메라(3)로부터 입수된 카메라 각도 정보를 처리하여 터치 위치를 좌표로 환산하게 된다.
제어 보드(5)에 의해 계산되는 좌표 정보는 디스플레이 장치를 제어하는 컴퓨터로 전송되고, 컴퓨터는 이 터치 지점의 좌표를 화면의 영상에 대응시켜 화면에 표시되도록 한다.
상기의 구성 및 동작으로 이루어지는 종래 카메라 방식의 터치 스크린은 다수의 적외선 LED가 화면을 구성하는 직사각형 프레임의 세 변에 조밀하게 배열되어 설치 과정이 복잡하고 어려운 문제점이 있었으며 이에 따라 설치비용 또한 많이 소요되는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 다수의 적외선 LED를 대신하여 가격이 저렴하고 제작이 용이한 압전 방식을 이용한 스캔 장치와 이를 이용한 터치 스크린 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스캔 장치는, 광을 생성하여 출사하는 광원; 상기 광원에 일단부가 접속되어 광원에서 출사되는 광을 전송하는 전송라인을 제공하는 광파이버; 상기 광파이버의 측면을 지지하여 상기 광파이버가 회동되도록 회동축을 제공하는 지지체; 및 상기 지지체와 상기 광원 사이에 위치하여 상기 광파이버를 회동시키는 구동력을 압전력을 사용하여 제공하는 구동체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 스캔 장치는, 광원에 인접하게 설치되며, 상기 광파이버를 통하여 거리 측정 대상 물제로부터 반사되는 광을 수신하여 거리를 측정하여 출력하는 검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 스캔 장치의 상기 지지체는 판형으로 형성되어 있고, 상기 광파이버가 관통하는 홀을 구비하며, 상기 홀 주위가 상기 광파이버의 측면을 지지하여 상기 광파이버가 회동되도록 하는 지지판으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 스캔 장치의 상기 지지체는 상기 광파이버가 관통하도록 형성된 갭을 두고 이격되어 있으며, 상기 광파이버가 관통하는 면의 반대면으로 오목하게 형성되어 있는 다수의 지지 블럭으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 스캔 장치의 상기 구동체는, 기판; 및 상기 기판에 적층되어 있으면 압전력에 의해 구동력을 제공하는 압전 구동체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 압전 구동체는, 상기 기판에 적층되는 전도성 물질로 형성된 제1 전극층; 상기 제1 전극층에 적층되어 있으면 압전 재료로 형성된 압전층; 및 상기 압전층에 적층되어 있으며 전도성 물질로 형성된 제2 전극층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 터치 스크린은 광을 방출하여 영상을 구현하는 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널의 표면 전체에 걸쳐 주기적으로 스캔되는 광을 상기 디스플레이 패널에 평행하고 근접하게 방사하는 제1 스캔 장치; 및 상기 디스플레이 패널에 접촉하거나 근접하는 터치 입력 부재로부터 반사되거나 산란된 광을 수신하여 거리를 산출하여 출력하는 제1 검출기를 포함하며, 상기 제1 스캔 장치는 광을 생성하여 출사하는 제1 광원; 상기 제1 광원에 일단부가 접속되어 광원에서 출사되는 광을 전송하는 전송라인을 제공하는 제1 광파이버; 상기 제1 광파이버의 측면 부위를 지지하여 상기 제1 광파이버가 회동되도록 회동축을 제공하는 제1 지지체; 및 상기 제1 지지체와 상기 제1 광원 사이에 위치하여 상기 제1 광파이버를 회동시키는 구동력을 압전력을 사용하여 제공하는 제1 구동체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 터치 스크린은 상기 디스플레이 패널에 접촉하거나 근접하는 터치 입력 부재로부터 반사되거나 산란된 광을 수신하여 거리를 산출하여 출력하는 제2 검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 터치 스크린의 상기 제1 검출기는 상기 제1 스캔 장치의 내부에 제1 광원에 인접하게 설치되어 있으며, 상기 제1 광파이버를 통하여 터치 입력 부재로부터 반사되는 반사광을 수신하여 터치 입력 부재의 거리를 측정하여 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 터치 스크린의 상기 제1 구동체는, 기판; 상기 기판에 적층되는 전도성 물질로 형성된 제1 전극층; 상기 제1 전극층에 적층되어 있으며 압전 재료로 형성된 압전층; 및 상기 압전층에 적층되어 있으며 전도성 물질로 형성된 제2 전극층으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 터치 스크린은 상기 제1 검출기로부터 출력되는 터치 입력 부재의 거리와 상기 제1 스캔 장치의 방사 각도를 확인하여 상기 터치 입력 부재의 위치를 파악하는 신호 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 터치 스크린은 상기 제1 스캔 장치와 이격되어 설치되어 있으며, 상기 디스플레이 패널의 전체에 걸쳐 주기적으로 편향되는 광을 상기 디스플레이 패널에 평행하고 근접하게 방사하는 제2 스캔 장치를 더 포함하며, 상기 제2 스캔 장치는, 광을 생성하여 출사하는 제2 광원; 상기 제2 광원에 일단부가 접속되어 광원에서 출사되는 광을 전송하는 전송라인을 제공하는 제2 광파이버; 상기 제2 광파이버의 측면 부위를 지지하여 상기 제2 광파이버가 회동되도록 회동축을 제공하는 제2 지지체; 및 상기 제2 지지체와 상기 제2 광원 사이에 위치하여 상기 제2 광파이버를 회동시키는 구동력을 압전력을 사용하여 제공하는 제2 구동체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 터치 스크린은 상기 제1 검출기에 이격되어 있으며, 상기 디스플레이 패널에 접촉하거나 근접하는 터치 입력 부재로부터 반사되거나 산란된 광을 수신하여 터치 입력 부재의 거리를 측정하여 출력하는 제3 검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 터치 스크린의 상기 제3 검출기는 상기 제2 스캔 장치의 내부에 상기 제2 광원에 인접하게 설치되어 있으며, 상기 제2 광파이버를 통하여 입사되는 입사광을 수신하여 터치 입력 부재의 거리를 측정하여 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 터치 스크린은 상기 제1 검출기와 제3 검출기로부터 출력되는 터치 입력 부재의 거리와 상기 제1 스캔 장치와 제2 스캔 장치의 방사 각도를 확인하여 상기 터치 입력 부재의 위치를 파악하는 신호 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 다수의 적외선 LED 대신 스캔 장치를 사용하여 광을 방사하도록 하여 구성이 간단하고 설치가 간편하며 설치 비용이 적게 소요되는 터치 스크린을 제작할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 스캔 장치가 장착되는 영역이 프레임의 모서리에 한정되어 터치 스크린의 구조에 있어서 광원이 차지하는 면적을 최소화할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 종래 일반적인 카메라 방식의 터치 스크린 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전 방식 스캔 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전 방식 스캔 장치의 단면도이다.
도 4는 도 2의 광파이버의 회동을 나타내는 예시도이다.
도 5는 도 2의 지지체의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 2의 구동체의 상세 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스캔 장치를 이용한 터치 스크린의 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 거리 신호를 도시한 도면이다.
도 9는 도 7의 전자기기를 포함한 스캔 장치의 상세 구성도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스캔 장치를 이용한 터치 스크린의 구성도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 스캔 장치를 이용한 터치 스크린의 구성도이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 스캔 장치를 이용한 터치 스크린의 구성도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전 방식 스캔 장치의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전 방식 스캔 장치의 단면도이다.
도 2와 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전 방식 스캔 장치는, 광원 및 검출부(100), 광파이버(110), 지지체(120), 구동체(130)로 구성되어 있다.
여기에서, 광원 및 검출부(100)는 광원(101), 렌즈(102) 및 검출기(103)로 이루어져 있다.
이와 같은 광원 및 검출부(100)에서 광원(101)은 광을 생성하여 출사하는 것으로, 외부공동표면방출 레이저(VECSEL;Vertical External Cavity Surface Emitting Laser), 수직공진표면발광 레이저(VCSEL;Vertical Cavity Surface Emitting Laser), 발광 다이오드(Light emitting diode, LED), 레이저 다이오드(Laser diode, LD), 고발광 다이오드(SLED; Super Luminescent Diode) 등과 같은 반도체를 사용하여 제작한 광원이 사용가능하다.
그리고, 렌즈(102)는 광원(101)에서 출사된 광의 선형성과 직진성을 향상시키기 위한 것으로 콜리메이트 렌즈 등으로 구현할 수 있다.
다음으로, 검출기(103)는 광원(101)에서 출사된 광이 거리 측정 대상 물체인 디스플레이 패널의 프레임이나 손가락 등과 같은 터치 입력 부재로부터 산란되어 반사되는 광을 수신하여 프레임 또는 터치 입력 부재까지의 거리를 산출하여 출력한다.
여기에서, 광원(101)으로 레이저 다이오드가 사용되는 경우에 레이저 다이오드는 검출기(103)로 사용할 수 있다.
이를 좀더 상세히 설명하면, 광원(101)에서 출사된 광이 터치 입력 부재로부터 산란되어 레이저 다이오드로 입사되는 경우에 레이저 다이오드의 광 출력은 입사되는 광으로 인하여 변조(언듈레이션)를 겪는다.
이러한 변조는 검출기(103)를 구성하는 다른 구성요소인 광 다이오드를 통해 레이저 다이오드의 출력 전압을 감시함으로써 검출되며, 검출기(103)는 검출된 변조를 이용하여 레이저 다이오드와 광의 반사 장소 사이의 거리를 산출한다.
이 경우에 검출기(103)를 구성하는 구성요소는 레이저 다이오드와, 광다이오드 등이 되며, 결과적으로 검출기(103)는 거리 측정 대상 물제로부터 반사되는 광을 수신하여 거리를 측정하여 출력하게 된다.
이와 같은 레이저 자가 혼합(selfmixing)에 근거한 거리 측정은 잘 알려져 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 광파이버(110)는 광원 및 검출부(100)의 광원(101)에서 출사되는 광을 전송하는 전송 라인으로 실리카계 광섬유와, 불소계 광섬유와, 희도류계 광섬유, 플라스틱 클래딩 광섬유, 플라스틱 광섬유 등이 사용될 수 있다.
이와 같은 광파이버(110)는 구동체(130)의 구동에 의해 좌우로 움직이면서 광원(101)에서 출사되는 광을 터치 스크린의 표면에 스캐닝을 하기 때문에 정확도를 높이기 위해서는 어느 정도 경직성이 있어 지나친 구부러짐을 막아줄 수 있어야 한다.
다음으로, 지지체(120)는 판형으로 형성되어 있으며, 내부에 홀을 구비하고 있고, 구비된 홀을 광파이버(110)가 관통한다.
이러한 지지체(120)는 광파이버(110)가 구동체(130)에서 제공되는 좌우 구동력에 의해 좌우로 이동할 때(회동 될 때) 이동되는 이동 효과를 극대화하기 위한 시소 효과를 발생시키기 위한 것이다.
상기 지지체(120)는 형성된 홀의 주위가 관통하는 광파이버(110)의 관통 부위를 지지하여 홀을 통과하기 이전의 광파이버(110)의 부위(110a)와 홀을 통과한 이후의 광파이버(110)의 부위(110b)가 서로 반대로 회동할 수 있도록 해준다.
그 결과, 광파이버(110)에 있어서 홀을 통과하기 이전의 부위(110a)의 길이와 홀을 통과한 이후의 부위(110b)의 길이의 비율에 따라 회동 거리가 배가되게 된다.
즉, 이러한 관계를 나타내는 도 4를 참조하여 설명하면 광파이버(110)에 있어서 홀을 통과하기 이전의 부위(110a)의 길이가 a라고 하고, 홀을 통과한 이후의 부위(110b)의 길이를 b라고 하면, 구동체(130)에 접촉된 광섬유(110)의 해당 부위의 회동거리가 a'이라 하고 , 광파이버(110)의 끝단의 회동거리가 b' 라고 하면 다음 수학식 1이 성립되어 길이의 비율에 따라 회동거리가 배가되게 된다.
[수학식 1]
Figure 112010045511528-pat00001

한편, 여기에서 지지체(120)는 판형의 지지판을 사용하였으나, 도 5에 도시된 바와 같이 사이에 광파이버(110)가 관통하도록 형성된 갭을 두고 이격되어 있으며, 광파이버(110)가 관통하는 면의 반대면으로 오목하게 형성되어 있는 두개의 지지 블럭(120a, 120b)을 사용하여 구현할 수도 있다.
다음으로, 구동체(130)는 좌우 구동력을 발생하며 접촉되어 있는 광파이버(110)에 좌우 구동력을 전달하여 광파이버(110)가 좌우로 이동되도록 한다. 이와 같은 구동체(130)는 기판(200)과 압전 구동체(210~230)로 이루어져 있다.
여기에서, 기판(200)은 일반적으로 사용되는 반도체 기판이며, 기판(200)을 구성하는 물질로는 실리콘(Si), 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 수정(Quartz), 실리카(SiO2) 등의 물질이 사용될 수 있다.
그리고, 압전 구동체(210~230)는 압전 방식에 따라 광파이버(110)의 접촉 부위를 좌우로 이동시키기 위한 구동력을 발생시키며, 하부 전극층(210)과, 하부 전극층(210)에 적층된 압전층(220)과, 압전층(220)에 적층된 상부 전극층(230)으로 형성되어 있다.
이때, 하부 또는 상부 전극층(210, 230)의 전극재료로는 백금(Pt), 니켈(Ni), 금(Au), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), IrO2, RuO2등이 사용될 수 있으며, 상술한 전극재료의 조합 중 어느 하나가 사용될 수도 있다.
하부 또는 상부 전극층(210, 230)은 스퍼터(sputter) 또는 진공 증착(evaporation) 등의 방법으로 형성할 수 있다.
압전층(220)은 하부 전극층(210) 상에 습식 및 건식 방법으로 형성할 수 있다. 여기에서 압전층(220)으로서는 PZT, PNNPT,PLZT, AlN, ZnO 등의 압전 재료가 사용할 수 있으며, 납(Pb), 지르코늄(Zr), 아연(Zn) 또는 티타늄(Ti) 등의 원소를 한 개 이상 포함하여 구성되는 압전 재료도 사용 가능하다.
이와 같이 구성된 압전 구동체(210~230)는 하부 전극층(210)과 상부 전극층(230)에 전압이 인가되면 압전층(220)이 수축하거나 팽창하여 구동력을 발생시키며, 생성된 구동력을 광파이버(110)의 접촉 부위를 좌우로 이동시킨다.
한편, 광원 및 검출부(100)에서 검출기(103)는 광원(101)과 일체로 형성하였으나, 이와 달리 별도의 장치로 구현할 수 있으며, 설치 위치 또한 광원(101)으로부터 떨어진 위치에 설치할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스캔 장치를 이용한 터치 스크린의 구성도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 스캔 장치를 이용한 터치 스크린은, 광을 생성하여 디스플레이 패널(320)의 표면 위에 주기적으로 스캐닝되는 광을 방사하는 스캔 장치(310)와, 광을 방출하여 영상을 구현하며 스캔 장치(310)로부터 방사된 광(350 또는 380)을 반사하거나 산란시키기 위한 프레임(340)을 갖는 디스플레이 패널(320)과, 반사된 광을 수신하여 거리 측정 대상 물체(프레임이나 터치 입력 부재)까지의 거리를 산출하여 출력하는 검출기(330)로 이루어져 있다.
여기에서, 상기 스캔 장치(310)는 프레임(340)의 하나의 모서리에 배치되는 것이 바람직하고, 전체 디스플레이 패널(320)의 표면 바로 위에 주기적으로 스캐닝되는 광을 방사하며, 이에 따라 디스플레이 패널(320)의 표면은 광(350 또는 380)에 의해 주기적으로 스캐닝된다.
광(350 또는 380)은 디스플레이 패널(320)의 표면 바로 위의 평면으로 방사되어, 디스플레이 패널(320)의 표면과 접촉하거나 근접해 있는 터치 입력 부재에 의해 중단된다.
광(350 또는 380)은 디스플레이 패널(320)의 프레임(340) 상에서 끝날 때 350로 표시된다. 터치 입력 부재로부터 산란되는 순간에는 380로 표시된다. 2개의 참조번호(350 및 380)는 상이한 순간에 동일한 광으로 언급된다.
예를 들어 사용자의 손가락(360)과 같은 터치 입력 부재가 디스플레이 패널(320)을 터치하지 않으면, 광(350)은 디스플레이 패널(320)의 프레임(340)으로부터 반사되거나 산란된다.
한편, 검출기(330)는 디스플레이 패널(320)에 접촉하거나 근접하는 터치 입력 부재로부터 반사되거나 산란된 광을 수신하여 거리를 산출하여 출력한다.
이러한 검출기(330)는 스캔 장치(310)의 내부에 설치되거나 인접하게 설치될 수 있으며, 상기 스캔 장치(310)로부터 이격되게 설치할 수도 있다.
이때, 상기 스캔 장치(310)에 포함되는 광원으로서 레이저 다이오드는 위에서 설명한 바와 같이 검출기(330)의 일부로서 다시 산란된 광을 검출하는데 사용될 수 있다. 이 경우에, 레이저 다이오드의 광 출력은 산란된 광에 의해 변조(언듈레이션(undulation))를 겪으며, 이러한 변조는 광 다이오드와 같은 검출기(330)를 구성하는 다른 구성요소에 의해 레이저 다이오드의 출력 전력을 감시하여 검출된다.
레이저 다이오드 자체가 전류-변조되기 때문에, 이러한 결과는 레이저 다이오드와 광(350)의 반사 장소 사이의 거리를 측정하는데 사용될 수 있다.
즉, 검출기(330)는 레이저 다이오드의 출력 전력을 검출하여 이를 이용하여 레이저 다이오드와 광(350)의 반사 장소 사이의 거리를 산출하여 출력한다.
한편, 어떠한 터치 입력 부재(360)도 디스플레이 패널(320)과 접촉하지 않으면, 스캔 장치(310)와 광이 지시하는 프레임(340)의 지점 사이의 거리는 다시 산란된 광을 수신한 검출기(330)에 의해 측정되어 출력된다.
터치 입력 부재(360)가 디스플레이 패널(320)과 접촉하면, 예를 들어 사용자가 특정 지점, 예를 들어 디스플레이된 터치 하부(370)상에 디스플레이 패널(320)을 터치하면, 각도(α)로 방출된 광(380)은 중단되고, 프레임(340) 대신에 손가락(360)으로부터 반사되거나 산란된다.
따라서, 스캔 장치(310)와 광(380)의 반사 장소 사이의 거리는 스캔 장치(310)와 광이 지시하는 프레임(340)의 지점 사이의 거리보다 더 짧은 거리가 된다.
이러한 거리 변화는, 디스플레이 패널(320)이 터치되는 경우에 발생하며, 검출기(330)에 의해 측정되어 출력되며, 이를 이용하여 터치 위치를 계산할 수 있다.
검출기(330)에 의해 측정되고 출력되는 이와 같은 거리 변화의 일례가 도 8에 도시되어 있다. 도 8에서, 스캔 장치(310)와 반사 장소 사이의 거리(d)는 시간(t)에 따라 측정된다.
거리(S)의 제 1 부분(A)은 디스플레이 패널(320)이 터치되기 전에 측정된 거리(d)를 보여준다.
상기 측정된 거리의 부분(A1)은 광(350)에 의한 하나의 스캔 주기 동안 측정된 거리를 보여주며, 상기 스캔 주기는 도 7에 도시된 실시예에서 좌측 상부 모서리로부터 시작하여 우측 하부 모서리로, 그리고 우측 하부 모서리로부터 좌측 상부 모서리로 향하는 것이다. 거리(S)의 부분(A11)은 디스플레이 패널(320)의 장측부(수평측)에 따른 스캔으로 인해 기록되는 반면, 신호(S)의 부분(A12)은 디스플레이 패널(320)의 단측부(수직측)에 따른 스캔으로 인해 기록된다. 어떠한 신호도 검출되지 않을 때의 틈(A13)은, 스캔 방향을 변화시키는 위치를 나타내는데 사용될 수 있는 흡수 표면에 광이 충돌할 때를 나타낸다. 디스플레이 패널(320)이 터치되기 전에 기록된 거리는 디스플레이 패널(320)이 터치되는 순간에 판독되는 거리를 교정하는데 사용될 수 있다.
거리(S)의 다음 부분(B)은 디스플레이 패널(320)이 터치되는 동안 측정된 거리(d)를 보여준다. 신호의 부분(B2)은 디스플레이 패널(320)에 걸쳐 완전한 스캐닝동안 기록된다. 알 수 있듯이, 거리(S)는, 터치 입력 부재의 광의 반사로 인해 측정된 더 짧은 거리로 인한 낮은 피크(B1)를 보여준다는 점에서 기간(A)과 비교하여 기간(B)에서 변화된다. 이러한 더 짧은 거리는 터치 입력 부재와 검출기(330) 사이의 거리를 나타낸다. 피크(B1)의 시간 길이는 검출기(330)의 거리에 의해 고안된 디스플레이 패널(320)을 터치하는 터치 입력 부재의 반경을 나타내는 한편, 그 위치는, 스캔 장치(310)가 위치하는 디스플레이 패널(320)의 모서리에 대한 터치 입력 부재의 각도의 측정치이다. 이러한 방식으로, 이 모서리에 대한 터치 입력 부재의 각도는 교정될 수 있다.
절대 접촉 위치, 즉 (x,y)-좌표는 광의 각도 및 거리로부터 계산될 수 있다.프레임(340)에 대한 거리를 측정하는 동안 생성된 거리 정보는 광의 각도를 교정하는데 사용될 수 있다. 터치 입력 부재가 검출될 때, 터치 입력 부재를 누르기 전 및 누른 후의 광 각도 사이의 평균은 터치 입력 부재를 누르는 동안 광의 각도에 대한 양호한 측정치이다.
스캔 장치(310)에 전자 기기를 포함한 바람직한 실시예는 도 9에 도시되어 있다.
도 9는 도 7의 전자기기를 포함한 스캔 장치의 상세도이다.
도 9에 도시된 바와 같이 전자기기를 포함한 스캔 장치는, 광원 및 검출부(400), 광파이버(410), 지지체(420), 구동체(430), 구동체 구동부(440), 광원 구동 유닛(450) 및 신호 처리부(460)로 구성되어 있다. 여기에서, 광원 및 검출부(400)는 광원(401), 렌즈(402) 및 검출기(403)로 이루어져 있다.
이와 같은 구성에서 광원(401)은 광원 구동 유닛(450)에 의해 구동되어 전류 변조된 광을 생성하여 출사한다.
상기 검출기(403)는 광원(401)에서 방사되고 프레임이나 터치 입력 부재에서 산란되어 반사되는 반사광을 수신하여 프레임이나 터치 입력 부재의 거리를 측정하여 신호 처리부(460)로 출력한다.
그리고, 광파이버(410)는 광원(401)에서 생성된 광을 방사하며, 구동체(430)의 구동에 의해 화살표로 표시된 바와 같이 주기적으로 방사각이 변화하는 광을 방사한다.
상기 지지체(420)는 광파이버(410)에 회동축을 제공하여 광파이버(410)가 구동체(430)의 구동에 의해 회동하도록 한다.
다음으로, 상기 구동체(430)는 구동체 구동기(440)에 의해 구동되는 압전 구동체을 포함하며, 구동체 구동기(440)에 의해 구동되어 접촉된 광파이버(410)를 화살표로 표시된 바와 같이 주기적으로 변화시킬 수 있는 회동력을 발생시킨다.
그리고, 구동체 구동기(440)는 구동체(430)를 구성하는 압전 구동체의 상부 전극층과 하부 전극층에 주기적으로 변화되는 전압을 인가하여 상기 구동체(430)가 광파이버(410)를 주기적으로 변화시킬 수 있는 회동력을 발생시키도록 한다.
한편, 광원 구동 유닛(450)은 광원(401)을 제어하여 전류 변조되는 광을 생성하여 출사하도록 한다.
그리고, 신호 처리부(460)는 광파이버(410)의 방사각과 검출기(403)에 의해 측정된 거리를 이용하여 터치 입력 부재의 터치 위치를 산출한다.
이와 같은 구성에서 광원(401)은 광원 구동 유닛(450)에 의해 구동되어 렌즈(402)를 통과한 후에 전기적으로 구동된 구동체(430)에 장착된 광파이버(410)에 의해 경로가 변경되는 광(350 또는 380)을 생성하여 방사한다. 이때, 광원(401)에 의해 출사되는 광은 광원 구동 유닛(450)의 제어에 의해 전류 변조되어 시간에 따라 서로 다른 주파수를 갖는 광을 생성하여 출사한다.
그러면, 상기 검출기(403)는 광원(401)에서 방사되고 프레임이나 터치 입력 부재에서 산란되어 반사되는 반사광을 수신하여 프레임이나 터치 입력 부재의 거리를 측정하여 신호 처리부(460)로 출력한다.
이때, 광원(401)이 레이저 다이오드이고 레이저 다이오드를 상기 검출기(403)로도 사용하는 경우에 터치 입력 부재에 의해 산란되어 반사된 광이 레이저 다이오드에 수신되는 경우에 생성된 광을 변조시킨다. 상기 검출기(403)는 이러한 변조(언듈레이션(undulation))을 이용하여 레이저 다이오드와 터치 입력 부재의 거리를 측정하여 출력한다.
그리고, 신호 처리부(460)는 광파이버(410)의 방사각과 검출기(403)에 의해 측정된 거리를 이용하여 터치 입력 부재의 터치 위치를 산출한다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스캔 장치를 이용한 터치 스크린의 구성도이다.
도 10에 도시된 제2 실시예에 따른 스캔 장치를 이용한 터치 스크린이 도 7에 도시된 제1 실시예에 따른 스캔 장치와 차이점은 스캔 장치(310, 310')가 모서리의 양측에 구비되어 있다는 점이다. 이에 따라, 스캔 장치(310, 310')와 인접하게 설치된 검출기(330, 330') 또한 모서리 양측에 구비되어 있다.
이처럼 복수개의 스캔 장치(310, 310')와 검출기(330, 330')를 터치 스크린에 사용하면 정확도가 높은 터치 입력 부재의 위치를 검출할 수 있다. 이와 관련하여 그 외 구성과 동작은 도 7에 도시된 제1 실시예에 따른 터치 스크린과 동일하여 상세한 설명은 생략한다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 스캔 장치를 이용한 터치 스크린의 구성도이다.
도 11에 도시된 본 발명의 제3 실시예에 따른 스캔 장치를 이용한 터치 스크린이 도 7과 도 10에 개시된 실시예와 다른 점은 검출기(330)가 스캔 장치(310)로부터 분리되어 프레임(340)의 다른 모서리에 설치되어 있다는 점이다. 이와 같이 스캔 장치(310)와 검출기(330)를 분리하면 신호 처리에 있어서 단순한 처리를 수행할 수 있다.
본 발명의 제3 실시예와 관련하여 그 외 구성과 동작은 도 7에 도시된 제1 실시예에 따른 터치 스크린과 동일하여 상세한 설명은 생략한다.
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 스캔 장치를 이용한 터치 스크린의 구성도이다.
도 12에 도시된 본 발명의 제4 실시예에 따른 스캔 장치를 이용한 터치 스크린이 도 11에 개시된 실시예와 다른 점은 하나가 아닌 2개의 검출기(330, 330")가스캔 장치(310)로부터 분리되어 프레임(340)의 양쪽 모서리에 설치되어 있다는 점이다. 이와 같이 검출기(330, 330")를 복수개로 하면 좀더 정확한 위치 측정이 가능하다.
본 발명의 제4 실시예와 관련하여 그 외 구성과 동작은 도 7에 도시된 제1 실시예에 따른 터치 스크린과 동일하여 상세한 설명은 생략한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
100 : 광원 및 검출부 101 : 광원
102 : 렌즈 103 : 검출기
110 : 광파이버 120 : 지지체 120a, 120b : 지지블럭 130 : 구동체
200 : 기판 210 : 하부 전극층
220 : 압전층 230 : 상부 전극층
310,310' : 스캔 장치 320 : 디스플레이 패널
330, 330', 330" : 검출기 340 : 프레임
350, 380 : 광 360 : 터치 입력 부재
400 :광원 및 검출부 410 : 광파이버
420 : 지지체 430 : 구동체
440 : 구동체 구동부 450 : 광원 구동 유닛
460 : 신호 처리부

Claims (15)

  1. 광을 생성하여 출사하는 광원;
    상기 광원에 일단부가 접속되어 광원에서 출사되는 광을 전송하는 전송라인을 제공하는 광파이버;
    상기 광파이버의 측면을 지지하여 상기 광파이버가 회동되도록 회동축을 제공하는 지지체; 및
    상기 지지체와 상기 광원 사이에 위치하여 상기 광파이버를 회동시키는 구동력을 압전력을 사용하여 제공하는 구동체를 포함하며,
    상기 구동체는 상기 광파이버가 상기 지지체에 지지된 상태에서 압전력을 사용한 구동력에 의해 회동되도록 하여 상기 광파이버에서 출사되는 광이 디스플레이 패널의 표면 전체에 걸쳐 주기적으로 스캔되도록 하는 것을 특징으로 하는 스캔 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광원에 인접하게 설치되며, 상기 광파이버를 통하여 거리 측정 대상 물제로부터 반사되는 광을 수신하여 거리를 측정하여 출력하는 검출기를 더 포함하는 스캔 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지체는 판형으로 형성되어 있고, 상기 광파이버가 관통하는 홀을 구비하며, 상기 홀 주위가 상기 광파이버의 측면을 지지하여 상기 광파이버가 회동되도록 하는 지지판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스캔 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지체는 상기 광파이버가 관통하도록 형성된 갭을 두고 이격되어 있으며, 상기 광파이버가 관통하는 면의 반대면으로 오목하게 형성되어 있는 다수의 지지 블럭으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스캔 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동체는,
    기판; 및
    상기 기판에 적층되어 있으면 압전력에 의해 구동력을 제공하는 압전 구동체를 포함하는 스캔 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 압전 구동체는,
    상기 기판에 적층되는 전도성 물질로 형성된 제1 전극층;
    상기 제1 전극층에 적층되어 있으면 압전 재료로 형성된 압전층; 및
    상기 압전층에 적층되어 있으며 전도성 물질로 형성된 제2 전극층을 포함하는 스캔 장치.
  7. 광을 방출하여 영상을 구현하는 디스플레이 패널;
    광을 생성하여 출사하는 제1 광원과, 상기 제1 광원에 일단부가 접속되어 광원에서 출사되는 광을 전송하는 전송라인을 제공하는 제1 광파이버와, 상기 제1 광파이버의 측면 부위를 지지하여 상기 제1 광파이버가 회동되도록 회동축을 제공하는 제1 지지체와, 상기 제1 지지체와 상기 제1 광원 사이에 위치하여 상기 제1 광파이버를 회동시키는 구동력을 압전력을 사용하여 제공하는 제1 구동체를 포함하여, 상기 디스플레이 패널의 표면 전체에 걸쳐 주기적으로 스캔되는 광을 상기 디스플레이 패널에 평행하고 근접하게 방사하는 제1 스캔 장치; 및
    상기 디스플레이 패널에 접촉하거나 근접하는 터치 입력 부재로부터 반사되거나 산란된 광을 수신하여 거리를 산출하여 출력하는 제1 검출기를 포함하며,
    상기 구동체는 상기 제1 광파이버가 상기 제1 지지체에 지지된 상태에서 압전력을 사용한 구동력에 의해 회동되도록 하여 상기 제1 광파이버에서 출사되는 광이 상기 디스플레이 패널의 표면 전체에 걸쳐 주기적으로 스캔되도록 하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 디스플레이 패널에 접촉하거나 근접하는 터치 입력 부재로부터 반사되거나 산란된 광을 수신하여 거리를 산출하여 출력하는 제2 검출기를 더 포함하는 터치 스크린.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 검출기는 상기 제1 스캔 장치의 내부에 제1 광원에 인접하게 설치되어 있으며, 상기 제1 광파이버를 통하여 입사되는 입사광을 수신하여 터치 입력 부재의 거리를 측정하여 출력하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 구동체는,
    기판;
    상기 기판에 적층되는 전도성 물질로 형성된 제1 전극층;
    상기 제1 전극층에 적층되어 있으면 압전 재료로 형성된 압전층; 및
    상기 압전층에 적층되어 있으며 전도성 물질로 형성된 제2 전극층으로 이루어진 터치 스크린.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 검출기로부터 출력되는 터치 입력 부재의 거리와 상기 제1 스캔 장치의 방사 각도를 확인하여 상기 터치 입력 부재의 위치를 파악하는 신호 처리부를 더 포함하는 터치 스크린.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 스캔 장치와 이격되어 설치되어 있으며, 상기 디스플레이 패널의 전체에 걸쳐 주기적으로 스캐닝되는 광을 상기 디스플레이 패널에 평행하고 근접하게 방사하는 제2 스캔 장치를 더 포함하며,
    상기 제2 스캔 장치는,
    광을 생성하여 출사하는 제2 광원;
    상기 제2 광원에 일단부가 접속되어 제2 광원에서 출사되는 광을 전송하는 전송라인을 제공하는 제2 광파이버;
    상기 제2 광파이버의 측면 부위를 지지하여 상기 제2 광파이버가 회동되도록 회동축을 제공하는 제2 지지체; 및
    상기 제2 지지체와 상기 제2 광원 사이에 위치하여 상기 제2 광파이버를 회동시키는 구동력을 압전력을 사용하여 제공하는 제2 구동체를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 검출기에 이격되어 있으며, 상기 디스플레이 패널에 접촉하거나 근접하는 터치 입력 부재로부터 반사되거나 산란된 광을 수신하여 터치 입력 부재의 거리를 측정하여 출력하는 제3 검출기를 더 포함하는 터치 스크린.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제3 검출기는 상기 제2 스캔 장치의 내부에 상기 제2 광원에 인접하게 설치되어 있으며, 상기 제2 광파이버를 통하여 입사되는 입사광을 수신하여 터치 입력 부재의 거리를 측정하여 출력하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 검출기와 제3 검출기로부터 출력되는 터치 입력 부재의 거리와 상기 제1 스캔 장치와 제2 스캔 장치의 방사 각도를 확인하여 상기 터치 입력 부재의 위치를 파악하는 신호 처리부를 더 포함하는 터치 스크린.
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