KR101808523B1 - 광학식 터치 입력 장치 및 이의 구동 방법 - Google Patents

광학식 터치 입력 장치 및 이의 구동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 순차 구동에 의해 인접한 렌즈부에 대응되는 센서부의 광간섭을 방지한 광학식 터치 입력 장치 및 이의 구동 방법에 관한 것으로, 광학식 터치 입력 장치의 구동 방법은 표시 패널의 인접한 제 1 변, 제 2 변에 배치된 복수개의 적외선 발광 소자들을 순차적으로 점등하는 단계; 및 상기 표시 패널의 제 3 변, 제 4 변에 배치된 렌즈부를 통해 반사된 광을 상기 제 1, 제 2 변에 대응하여 복수개의 픽셀들을 포함하는 센서부를 통해 수광하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광학식 터치 입력 장치 및 이의 구동 방법 {Optical Touch Input Device and Driving Method for the Same}
본 발명은 광학식 터치 입력 장치에 관한 것으로 특히, 순차 구동에 의해 인접한 렌즈부에 대응되는 센서부의 광간섭을 방지한 광학식 터치 입력 장치 및 이의 구동 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 터치 스크린(Touch Screen)은 각종 디스플레이를 이용하는 정보통신기기와 사용자 간의 인터페이스를 구성하는 여러 방식 중의 하나로서, 사용자가 손이나 펜으로 화면을 직접 접촉함으로써 기기와 인터페이스할 수 있는 입력장치이다.
터치 스크린은 디스플레이에 표시되어 있는 버튼을 손가락으로 접촉하는 것만으로 대화적, 직감적으로 조작함으로써 남녀노소 누구나 쉽게 사용할 수 있는 입력장치이기 때문에, 현재 은행이나 관공서의 발급 장치, 각종 의료장비, 관광 및 주요 기관의 안내, 교통 안내 등 많은 분야에서 적용되고 있다.
이러한, 터치 스크린은 인식하는 방법에 따라 저항막 방식(Resistive Type), 정전 용량 방식(Capacitive Type), 초음파 방식(Ultrasonic Wave Type), 적외선 방식(Infrared Type) 등이 있다.
상술한 각 방식의 이점은 각기 상이하지만, 근래에는 터치면이 받는 압력을 최소화하고 배치의 편리성으로 적외선 방식의 터치 스크린이 주목되고 있다.
적외선 방식의 터치 스크린은 또한, 발광원과 수광원의 배치 구조와 그 수에 따라 적외선 매트릭스 방식과 적외선 카메라 센싱 방식 등으로 구분할 수 있다.
표시 패널의 크기 및 조립시의 유동 여부에 따라 특정 방식이 선호될 수 있으며, 이 중 적외선 매트릭스 방식은 복수개의 적외선 발광원과 센서부 및 상기 적외선 발광원과 대향된 위치에 배치되는 렌즈부를 포함하여 이루어진다.
이하, 도면을 참조하여 종래의 적외선 매트릭스 방식의 터치 스크린을 살펴본다.
도 1a은 발광원과 실제 렌즈를 대향한 경우 반사되는 광의 분포와 반사 경로를 도시한 도면이며, 도 1b는 도 1a의 발광원을 적용하여 센싱하는 경우, 인접한 렌즈부에 대응된 픽셀들에 발생되는 광 간섭 현상을 나타낸 평면도이다.
도 1b와 같이, 종래의 적외선 매트릭스 방식의 터치 스크린은 표시 패널(5)과, 상기 표시 패널(5)의 두변에 대응되어 형성된 발광부(10a, 10b)와 센서부(20a, 20b) 및 상기 표시 패널(5)의 나머지 두변에 대응되어 형성된 렌즈부(30a)를 포함하여 이루어진다. 각각 발광부(10a, 10b)와 센서부(20a, 20b)는 X축과 Y축 방향으로 구비되어 해당 방향의 발광과 수광을 담당한다.
여기서, 상기 발광부(10a, 10b)와 대향된 렌즈부(30a)에서는 발광부로부터 입사된 광이 반사되어 다시 센서부(20a, 20b)로 수집된다.
여기서, 상기 발광부(10a, 10b)는 상기 렌즈부(30a)에 구비된 렌즈에 대해 일대일로 형성된다.
그런데, 도 1a와 같이, 상기 렌즈부(30a)가 갖는 곡률과 상기 발광부(10a)의 광각이 180° 미만으로 제한적이기 때문에, 상기 센서부(20a, 20b)로 수집되는 광의 경로가 직선광으로 이루어지지 못한다. 즉, 렌즈부(30a) 에지에서 방사하여 광이 반사하여 출사하기 때문에 실질적으로 복수개의 픽셀을 구비한 센서부(20a, 20b)에서 인접한 렌즈부(30a)에 대응되는 영역들(40a)에서 광의 간섭이 발생한다. 이로 인해 상기 인접한 렌즈부(30a)에 대응된 픽셀들(25)에서는 자신의 영역으로 직진되어 들어오는 광 이외에 인접한 렌즈부에서 대응되어 반사되어 들어오는 광의 간섭에 의해 정확한 위치의 센싱이 어려운 실정이다. 즉, 자신의 영역에 렌즈뿐만 아니라 상대 영역의 렌즈로부터 광까지 수집될 수 있는 것이다.
예를 들어, 렌즈부(30a)에 구비된 렌즈별로 영역을 a, b, c, d로 구분할 때, a, b의 인접부에 대응하여 40a와 같이 광간섭이 있고, 마찬가지로, b,c의 인접부에 대응하여 40b와 같이 광간섭이 있고, c, d 의 인접부에 대응하여 40c와 같이 광간섭이 발생할 수 있는 것이다.
따라서, 서로 다른 렌즈가 인접한 영역에 대응되는 픽셀들(25)에서는 정확한 터치 센싱이 어렵다.
도 2는 X축에 위치한 발광 소자들 중 제 1 발광 소자만 온 구동하고, 나머지 발광 소자들을 오프 구동시 실제 센싱된 수광 정보를 센서부의 픽셀별로 나타낸 그래프이다.
도 2는 도 1b에 구비된 발광부에 있어서 X축 발광 소자들 중 제 1 발광 소자 하나만 온 구동하고, 나머지는 오프 구동시, 실제 이미지 센서(센서부)에 센싱된 수광 정보가 제 1 발광 소자(LED_X1)에 대응 픽셀뿐만 아니라 나머지 제 2 내지 제 4 발광 소자들(LED_X2, LED_X2, LED_X3)에 대응 픽셀들에서도 광량이 일부 센싱됨을 알 수 있다.
이 경우, 제 2 내지 제 4 발광 소자들에 대응 픽셀들에서 발생된 수광량은 의도하지 않은 값으로, 만일 이 부위에 터치가 있을 경우, 광간섭에 의해 정확한 터치 센싱이 불가함을 알 수 있다.
상기와 같은 종래의 적외선 방식의 터치 스크린은 다음과 같은 문제점이 있다.
표시 패널의 인접한 두변은 발광부와 센서부를 배치하고 나머지 두변에 렌즈부를 배치하여 발광부에서 나오는 광을 다시 센서부로 반사시켜 되돌려 광을 수광하여 터치 여부를 센싱하는 경우, 렌즈가 갖는 구조적인 한계로 센서부로 수집되는 광이 직선 방향을 향하지 않고 방사되어 센서부로 들어간다.
이에, 실질적으로 센서부의 픽셀들에는 각각 대향된 렌즈부에서 들어오는 직선광 외에도 방사방향으로 들어오는 광까지 수집되어 들어온다. 이는 실질적 터치가 되는 경우에도 완전히 광이 차단되지 않고, 방사되어 들어오는 광이 있게 됨을 의미하며, 터치가 있을 때 완전히 블락킹이 되어야 할 부분도 방사되어 들어오는 광이 검출될 수 있음을 의미한다. 이 경우에는, 터치가 있는데도 방사광으로 인해 터치가 검출되지 않아 터치 검출에 정확도가 떨어진다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 순차 구동에 의해 인접한 렌즈부에 대응되는 센서부의 광간섭을 방지한 광학식 터치 입력 장치 및 이의 구동 방법을 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광학식 터치 입력 장치는 표시 패널의 인접한 제 1 변, 제 2 변에 배치된 복수개의 적외선 발광 소자;와, 상기 표시 패널의 제 3 변, 제 4 변에 배치된 렌즈부;와, 복수개의 픽셀을 포함하며, 상기 픽셀들이 상기 표시 패널의 제 1 변, 제 2 변에 대응되어, 상기 렌즈부로부터 반사되는 광을 픽셀별로 수광하는 센서부; 및 상기 복수개의 적외선 발광 소자를 순차 점등하는 점등 제어 신호를 인가하는 터치 컨트롤러를 포함하여 이루어진다.
그리고, 상기 점등 제어 신호는, 홀수번째 발광 소자와 짝수번째 발광 소자로 교번하여 순차 구동하도록 인가한다.
혹은 상기 점등 제어 신호는 구비된 복수개의 적외선 발광 소자들이 차례로 구동하도록 인가한다.
또는 상기 점등 제어 신호는 제 1 변에 구비된 복수개의 적외선 발광 소자 중 하나와 제2 변에 구비된 복수개의 적외선 발광 소자 중 하나를 한쌍으로 하여 동시에 순차 점등하도록 인가한다.
한편, 상기 터치 컨트롤러는 상기 센서부의 픽셀들을 상기 적외선 발광 소자들의 배치 구간별로 복수개의 블럭으로 나누어 블럭별로 순차로 수광하도록 수광 제어 신호를 상기 센서부에 인가한다. 이 때, 상기 수광 제어 신호의 인가는 점등된 적외선 발광 소자의 대응되는 블럭들만 수광되도록 할 수 있다.
또한, 상기 터치 컨트롤러는, 상기 센서부의 픽셀들을 상기 렌즈부에 구비된 렌즈의 배치 구간별로 복수개의 블럭으로 나누어 블럭별로 순차로 수광하도록 수광 제어 신호를 인가할 수도 있다.
그리고, 상기 센서부는 상기 제 1 변에 대응되어 n(n은 1 이상)개의 이미지 센서와, 상기 제 2 변에 대응되는 m(m은 1 이상)개의 이미지 센서를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 n개의 이미지 센서와 m개의 이미지 센서는 각각 복수개의 픽셀들을 포함하며, 상기 복수개의 픽셀들에 수광 제어신호가 인가된 블럭에서만 수광하며, 나머지 블럭에 대해서는 수광이 차단된다.
또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광학식 터치 입력 장치의 구동 방법은, 표시 패널의 인접한 제 1 변, 제 2 변에 배치된 복수개의 적외선 발광 소자들을 순차적으로 점등하는 단계;와, 상기 표시 패널의 제 3 변, 제 4 변에 배치된 렌즈부를 통해 반사된 광을 상기 제 1, 제 2 변에 대응하여 복수개의 픽셀들을 포함하는 센서부를 통해 수광하는 단계를 포함하는 것에 또 다른 특징이 있다.
상기 복수개의 적외선 발광 소자의 순차 구동은, 구비된 복수개의 적외선 발광 소자가 차례로 점등되도록 점등 제어 신호를 인가하여 이루어진다.
혹은 상기 복수개의 적외선 발광 소자의 순차 구동은, 구비된 복수개의 적외선 발광 소자들 중 홀수번째 발광 소자와 짝수번째 발광 소자로 교번하여 순차 구동하도록 점등 제어 신호를 인가하여 이루어진다.
또는 상기 복수개의 적외선 발광 소자의 순차 구동은, 상기 제 1 변에 구비된 복수개의 적외선 발광 소자 중 하나와 상기 제2 변에 구비된 복수개의 적외선 발광 소자 중 하나를 한쌍으로 하여 동시에 순차 점등하도록 점등 제어 신호를 인가하여 이루어진다.
상기 센서부의 수광하는 단계는, 상기 센서부의 픽셀들을 상기 적외선 발광 소자들의 배치 구간별로 복수개의 블럭으로 나누어 블럭별로 순차로 수광하도록 수광 제어 신호를 인가하여 이루어진다. 이 때, 점등된 적외선 발광 소자의 대응되는 블럭들만 수광되도록 수광 제어 신호를 인가한다.
혹은 상기 센서부의 수광하는 단계는, 상기 센서부의 픽셀들을 상기 렌즈부에 구비된 렌즈의 배치 구간별로 복수개의 블럭으로 나누어 블럭별로 순차로 수광하도록 수광 제어 신호를 인가하여 이루어진다.
또는 상기 센서부의 수광하는 단계는, 상기 센서부는 상기 제 1 변에 대응되어 n(n은 1 이상)개의 이미지 센서와, 상기 제 2 변에 대응되는 m(m은 1 이상)개의 이미지 센서를 포함하고, 상기 n개의 이미지 센서와 m개의 이미지 센서는 각각 복수개의 픽셀들을 포함할 때, 상기 복수개의 픽셀들을 블럭별로 나누어, 순차적으로 블럭들에 대해 수광한다. 상기 순차적으로 블럭들에 수광시, 나머지 블럭은 수광을 차단한다.
상기와 같은 본 발명의 광학식 터치 입력 장치 및 이의 구동 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
발광원과 센서부를 순차 구동하여, 인접한 발광부들에서 나오는 광이 렌즈가 갖는 한계에 의해 발광원으로부터 렌즈에 입사된 후 반사되어 센서부에 수집될 때 일어나는 광간섭을 방지할 수 있다. 즉, 발광 소자들의 순차 구동과, 센서부의 블럭별 제어 신호 구동을 통해 렌즈를 통해 반사되어 돌아오는 광이 겹치는 현상을 제거하고, 하나의 렌즈에서 광이 퍼져나가 원하는 않는 센서부의 픽셀에까지 도달하게 되더라도 그 부분의 센서를 차단하여 원하는 수광 데이터만 수집 가능하게 한다.
그 결과, 원 포인트 터치를 투 포인트 터치로 인식하거나 투 포인트 터치를 원 포인트로 인식하는 등의 문제를 해결할 수 있다.
또한, 주변 렌즈의 영향을 받지 않게 되어 크기가 작은 물체도 터치로 인식할 수 있는 장점이 있다.
도 1a은 발광원과 실제 렌즈를 대향한 경우 반사되는 광의 분포와 반사 경로를 도시한 도면
도 1b는 도 1a의 발광원을 적용하여 센싱하는 경우, 인접한 렌즈부에 대응된 픽셀들에 발생되는 광 간섭 현상을 나타낸 평면도
도 2는 X축에 위치한 발광 소자들 중 제 1 발광 소자만 온 구동하고, 나머지 발광 소자들을 오프 구동시 실제 센싱된 수광 정보를 센서부의 픽셀별로 나타낸 그래프
도 3은 본 발명의 광학식 터치 입력 장치의 일예를 나타낸 평면도
도 4는 도 3의 제 1 발광 소자와 이에 대향된 렌즈부를 세로 선상을 자른 단면도
도 5는 도 3의 이미지 센서의 픽셀들을 도시한 도면
도 6a 내지 도 6d는 도 3의 광학식 터치 입력 장치의 구동 방법을 나타낸 도면
도 7은 본 발명의 광학식 터치 입력 장치의 구동 방법 적용시 이용되는 터치 컨트롤러를 나타낸 블럭도
도 8은 본 발명의 광학식 터치 입력 장치를 다른 실시예로 나타낸 평면도
도 9는 도 8의 이미지 센서를 나타낸 도면
도 10은 도 8 및 9의 광학식 터치 입력 장치의 구동 방법 적용시 이용되는 타이밍도
도 11a 및 도 11b는 동일한 센서부 및 발광 소자들의 배치시 동시 구동과 순차 구동시 센싱 정도를 나타낸 도면
도 12a 및 도 12b는 터치펜의 원 포인트 크기가 각각 4.25mm, 3.34mm의 직경일 때, 전체 구동 방법으로 드로잉하였을 때를 나타낸 도면
도 13a 및 도 13b는 터치펜의 원 포인트 크기가 각각 4.25mm, 3.34mm의 직경일 때 본 발명의 순차 구동 방법으로 드로잉하였을 때를 나타낸 도면
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 광학식 터치 입력 장치 및 이의 구동 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 광학식 터치 입력 장치의 일예를 나타낸 평면도이며, 도 4는 도 3의 제 1 발광 소자와 이에 대향된 렌즈부를 세로 선상을 자른 단면도이다.
도 3 및 도 4와 같이, 본 발명의 광학식 터치 입력 장치는 크게 복수개의 발광 소자(110a~110h)를 포함하는 발광부(도 7의 110 참조), 상기 발광부가 형성된 위치에 대응되어 픽셀들에 수광되는 광량을 센싱하는 센서부(2000) 및 상기 발광부로부터 나오는 광을 센서부(2000)로 반사시키는 렌즈부(155)를 포함한다.
여기서, 상기 발광부(110)와 센서부(2000)는 표시 패널(70)의 동일하게 인접한 제 1, 제 2 변에 대응되어 형성되며, 상기 렌즈부(155)는 나머지 제 3, 제 4 변에 대응되어 형성된다. 그리고, 상기 발광부(110), 센서부(2000) 및 렌즈부(155)는 적외선 광이 발광, 수광 및 반사되는 것으로 이를 위해 적외선 필터를 각각 구비할 수 있다.
상기 센서부(2000)는 복수개의 이미지 센서(120a, 120b, 120c, 120d)를 포함하며, 각각의 이미지 센서들(120a, 120b, 120c, 120d)은 내부에 각각 복수개의 픽셀을 포함하며, 상기 픽셀들은 광섬유(222)를 통해 각각 인플레인렌즈(223)와 연결된다. 그리고, 상기 이미지 센서들(120a, 120b, 120c, 120d), 광섬유(222) 및 인플레인렌즈(223)는 광도파로(waveguide)(121) 내에 포함된다.
여기서, 상기 발광부(110)와 센서부(2000)는 각각 X축과, Y축 방향의 발광 및 수광이 가능하도록 두변에 배치되어 있다. 상기 발광 소자와 센서부의 개수는 다를 수 있다. 발광 소자와 센서부에 구비된 이미지 센서의 개수가 다를 경우에는 상기 이미지 센서 내의 블럭을 복수개 구비하여, 상기 발광 소자 하나와 상기 블럭을 하나씩 대응시켜 구동할 수 있다. 즉, 발광 소자가 하나 점등될 때, 상기 센서부 내의 선택된 블럭의 픽셀들에서 수광 정보를 취득한다. 이 경우, 나머지 블럭의 픽셀들은 수광을 차단한다.
센서부 내의 이미지 센서와 발광부가 복수개 구성될 경우, 각각 X축과 Y축에 대해 독립적으로 순차 구동(발광/수광) 신호가 인가되거나 혹은 X축 또는 Y축의 발광/수광을 완료 후, 나머지 축의 발광/수광을 진행하는 방식으로 신호가 인가될 수 있다.
만일 X축과 Y축에 대해 독립적으로 순차 구동 신호가 인가될 경우는 각각 X축과 Y축의 구비된 이미지 센서 하나와 Y축에 구비된 이미지 센서 하나를 한쌍으로 하여 순차 수광할 수도 있다. 이는 발광 소자들에 대해서도 마찬가지이다. 즉, 각각 X축과 Y축의 구비된 발광 소자 하나와 Y축에 구비된 발광 소자 하나를 한쌍으로 하여 순차적으로 점등 신호를 인가할 수도 있다.
한편, 도시된 도면 상에서는 표시 패널(70)의 제 1, 제 2 변에 대응하여 각각 2개씩의 이미지 센서(120a, 120b)(120c, 120d)가 배치되고, 4개씩의 발광 소자들(110a, 110b, 110c, 110d)(110e, 110f, 110g, 110h)이 배치된 예를 도시하였다. 여기서, 상기 이미지 센서(120a, 120b)(120c, 120d)는 각각 2개의 블럭으로 구분되어 수광 제어 신호가 인가되는 것이다.
이에 한정되는 것은 아니고, 상기 센서부는 상기 제 1 변(X축에 상당한 변)에 대응되어 n(n은 1 이상)개의 이미지 센서와, 상기 제 2 변(Y축에 상당한 변)에 대응되는 m(m은 1 이상)개의 이미지 센서를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 n개의 이미지 센서와 m개의 이미지 센서는 각각 복수개의 픽셀들을 포함하며, 상기 복수개의 픽셀들에 수광 제어신호가 인가된 블럭에서만 수광하며, 나머지 블럭에 대해서는 수광이 차단된다.
이를 통해 센싱이 수행되는 블럭의 픽셀들에 대해, 다른 발광 소자들로부터 출사된 광에 의해 반사된 광이 영향을 미침을 방지할 수 있다. 즉, 점등이 이루어진 발광 소자에 대응된 이미지 센서의 블럭 내 픽셀들에 대해서만 센싱을 수행하므로, 나머지 발광 소자는 꺼진 상태를 유지하여, 나머지 발광 소자로부터 출사된 광에 의한 광간섭을 상기 센싱이 수행된 픽셀들에서 방지할 수 있는 것이다.
한편, 상기 센서부(2000), 발광부(110) 및 렌즈부(155)는, 광학식 터치 입력을 위해 구비되는 것으로, 상기 표시 패널(70)의 액티브 영역(A/A) 외곽에 위치한다. 이들은 도 4에 도시된 바와 같이, 표시 패널(70) 액티브 영역(A/A) 외곽에 직접 표시 패널(70) 표면과 접촉하며 놓여질 수도 있고, 경우에 따라, 별도의 글래스 기판을 더 개재한 후, 그 상부에 놓여질 수도 있다.
여기서, 상기 인플레인렌즈(223)는 상기 이미지 센서(221)가 구비하는 복수개의 픽셀들에 일대일로 대응하여 각각이 대향하는 렌즈부(155)로부터 반사되어 오는 광을 수집하여 광섬유(222)를 통해 이미지 센서(110a, 110b, 110c, 110d)의 픽셀들에 전달한다. 적어도 한 축에 형성된 이미지 센서들의 픽셀들에 대해서 순차적으로 블럭별로 수광이 이루어진다. 즉, 한 축에 있는 이미지 센서들의 복수개의 구분된 블럭들에 대해 순차 구동된다. 이 때, 순차 구동은 블럭별로 하나씩 차례로 수광하거나 짝수번째 또는 홀수번째 발광 소자/또는 블럭들을 구동시킬 수도 있다.
한편, 상기 표시 패널(70)은 도 4와 같이, 상부 기판(60) 및 하부 기판(65)을 포함하여 이루어지며, 이 중 상부 기판(60)이 상기 적외선 발광 소자(110)로부터 발산하는 광이 수평 이동하는 경로로 이용된다.
예를 들어, 상기 표시 패널(70)은 액정 패널, 유기 발광 표시 패널, 전기 영동 패널, 양자점 표시 패널 등의 여러 가지 평판 표시 패널 중 하나가 될 수 있다. 그리고, 상기 적외선 광이 수평 이동하는 경로로 이용되는 상부 기판의 매질은 글래스(glass)인 것이 바람직하다.
상기 표시 패널(70)이 액정 패널과 같이 발광 패널이 아닐 경우, 백라이트 유닛(50) 등을 포함할 수 있다. 백라이트 유닛(50)은 광원과 광학 쉬트 및 서포트메인과 그 하부를 수납하는 커버 바텀 등을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 센서부(120)는 상기 적외선 발광 소자(110) 상에 위치하며, 렌즈부(155)는 하부에서 상기 표시 패널(70)의 상부 기판(60)을 통해 입사된 광이 꺽여져 상부에서 센서부(120)의 각 인플레인렌즈(223)로 수신될 수 있도록, 렌즈의 곡률을 갖는다. 이 경우, 상기 렌즈부(155)를 투과한 적외선 광의 이동은 표시 패널(70)의 표면에 평탄하게 이동한다.
그리고, 상기 센서부(120) 및 렌즈부(155)를 가리며 백라이트 유닛(50) 등의 몰드 구조물을 가리도록 케이스 탑을 포함한 케이스(55)가 더 구비된다.
이러한 광학식 터치 입력 장치에 있어서, 상기 표시 패널(70)은 터치면이자 표시면으로 기능한다.
도 5는 도 3의 이미지 센서의 픽셀들을 도시한 도면이다.
도 5와 같이, 도 3의 하나의 이미지 센서(120a)는 복수개의 픽셀을 포함하며, 구분된 블럭별(A, B)로 수광이 이루어진다. 이 경우, A 블럭이 수광된다면 B 블럭에서는 수광 정보 수집이 차단되며, B 블럭이 수광된다면 A 블럭의 수광 정보 수집이 차단된다. 예를 들어, 구분된 블럭은 동일한 개수의 픽셀들(n)이 포함되며, 상기 각 픽셀들은 센서부(2000) 내에 구비된 인플레인렌즈(223) 및 광섬유(222)를 통해 수광 정보를 수집한다.
X축의 나머지 이미지 센서(120b)의 블럭 C, D 또한, 상술한 도 5와 같은 구성을 가지며, Y축에 대응되는 이미지 센서(120c, 120d) 또한, 도 5와 같거나 유사한 블럭 및 픽셀 구성을 갖는다.
도 6a 내지 도 6d는 도 3의 광학식 터치 입력 장치의 구동 방법을 나타낸 도면이다.
예를 들어, X축의 수광 정보 취득에 대해 설명한다.
도시된 도 6a 내지 도 6d에 있어서는, 발광 소자들과 이미지 센서들이 동일한 변에 대응되어 배치된 것을 약식으로 도시한 것으로, 실제 배치상에서 발광 소자와 이미지 센서는 표시 패널의 동일 변에 대응하여 수직 구조를 이루어 배치된다 (도 4 참조). 이 경우, 상기 발광 소자 및 이미지 센서는 동일한 보드(190a, 190b) 상에 집적될 수 있으며, 상기 보드(190a, 190b)의 내부 배선을 통해 터치 컨트롤러와 연결된다.
도 6a와 같이, 제 1 발광 소자(110a)가 켜졌을 때는 이에 대응되는 상기 제 1 이미지 센서(120a)의 A 블럭(A)에서 수광 정보를 취득한다. 이 때, 제 1 이미지 센서(120a)의 나머지 블럭(B)과 제 2 이미지 센서(120b)에서는 정보 수집을 차단한다.
이어, 제 2 발광 소자(110b)가 켜졌을 때, 이에 대응되는 상기 제 1 이미지 센서(120a)의 B 블럭(B)에서 수광 정보를 취득한다. 마찬가지로, 제 1 이미지 센서(120a)의 나머지 블럭(A)과 제 2 이미지 센서(120b)에서는 정보 수집을 차단한다.
여기서, A, B 블럭에서 수광 정보 취득은 동일한 제 1 이미지 센서(120a)를 통해 이루어진 것으로, 이들 블럭의 선택적인 수광 정보 취득은 수광 제어 신호 인가에 의해 이루어진다.
이어, 도 6c와 같이, 제 3 발광 소자(110c)가 켜졌을 때는 이에 대응되는 상기 제 2 이미지 센서(120b)의 C 블럭(C)에서 수광 정보를 취득한다. 이 때, 제 1 이미지 센서(120a)와, 상기 제 2 이미지 센서(120b)의 나머지 블럭(D)에서는 정보 수집을 차단한다.
이어, 제 4 발광 소자(110d)가 켜졌을 때, 이에 대응되는 상기 제 2 이미지 센서(120b)의 B 블럭(D)에서 수광 정보를 취득한다. 마찬가지로, 제 2 이미지 센서(120b)의 나머지 블럭(C)과 제 1 이미지 센서(120a)에서는 정보 수집을 차단한다.
여기서, C, D 블럭에서 수광 정보 취득은 동일한 제 2 이미지 센서(120b)를 통해 이루어진 것으로, 이들 블럭의 선택적인 수광 정보 취득은 수광 제어 신호 인가에 의해 이루어진다.
이러한 광학식 터치 입력 장치에 있어서, 터치를 감지할 수 있는 터치 컨트롤러는 다음의 구성을 갖는다.
도 7은 본 발명의 광학식 터치 입력 장치의 구동 방법 적용시 이용되는 터치 컨트롤러를 나타낸 블럭도이다.
도 7과 같이, 본 발명의 터치 컨트롤러(300)는 각각 점등 제어 신호와, 수광 제어 신호를 발광부(110)와 센서부(2000)에 인가하는 순차 신호 발생부(330)와, 상기 센서부(2000)로부터 수집된 수광 정보를 수광 정보를 취합하는 수광 정보 취합부(320)와, 상기 수광 정보 취합부에서 취합된 정보를 근거로 터치 좌표를 연산하는 좌표 연산부(310)을 포함한다.
여기서, 상기 좌표 연산부(310)에서 연산된 터치 좌표는 외부의 시스템(미도시)과 연결되어 터치 이벤트를 발생시킨다.
여기서, 상기 점등 제어 신호의 발생은 순차적으로 발광부에 구비된 발광 소자들에 인가되는 것으로, 홀수번째 발광 소자와 짝수번째 발광 소자로 교번하여 순차 구동하도록 인가하거나, 혹은 상기 점등 제어 신호는 구비된 복수개의 적외선 발광 소자들이 차례로 구동하도록 인가하거나, 또는 상기 점등 제어 신호는 제 1 변에 구비된 복수개의 적외선 발광 소자 중 하나와 제 2 변에 구비된 복수개의 적외선 발광 소자 중 하나를 한쌍으로 하여 동시에 순차 점등하도록 인가한다.
그리고, 상기 점등 제어 신호의 발생은 구비된 발광 소자들 전체에 대해 순차 인가되는 것이 일 프레임 내에서 이루어지게 한다.
또한, 상기 센서부(2000)는 한 개 이상의 블럭(233)을 구비하는 것으로, 각 블럭 내에서 도 5에서와 같이 n 개의 픽셀들이 포함되어 n 개의 픽셀들에 대해 한번에 수광이 이루어지게 된다. 상기 센서부(2000)가 한개의 블럭만을 구비하는 경우에는, 센서부(2000)가 이미지 센서 하나만을 구비하고, 상기 이미지 센서를 일 블럭으로 하여 이미지 센서 내의 픽셀들에서 동시에 수광하는 것이다.
만일, 상기 센서부(2000)가 복수개의 블럭을 구비하는 경우에는, 상기 터치 컨트롤러(300)는 상기 센서부(2000)의 픽셀들을 상기 적외선 발광 소자들의 배치 구간별로 복수개의 블럭(233)으로 나누어 블럭(233)별로 순차로 수광하도록 수광 제어 신호를 상기 센서부(2000)에 인가한다. 이 때, 상기 수광 제어 신호의 인가는 점등된 적외선 발광 소자의 대응되는 블럭들만 수광되도록 한다.
이를 통해 센싱이 수행되는 블럭의 픽셀들에 대해, 다른 발광 소자들로부터 출사된 광에 의해 반사된 광이 영향을 미침을 방지할 수 있다. 즉, 점등이 이루어진 발광 소자에 대해서만 센싱을 수행하므로, 나머지 발광 소자는 꺼진 상태를 유지하여, 나머지 발광 소자로부터 출사된 광에 의한 광간섭을 방지할 수 있는 것이다.
경우에 따라, 상기 터치 컨트롤러(300)는, 상기 센서부(2000)의 픽셀들을 상기 렌즈부(도 3의 155 참조)에 구비된 렌즈의 배치 구간별로 복수개의 블럭으로 나누어 블럭별로 순차로 수광하도록 수광 제어 신호를 인가할 수도 있다.
마찬가지로, 상기 수광 제어 신호의 발생은 구비된 이미지 센서들(혹은 그 내부의 블럭들) 전체에 대해 순차 인가되는 것이 일 프레임 내에서 이루어지게 한다.
도 8은 본 발명의 광학식 터치 입력 장치를 다른 실시예로 나타낸 평면도이며, 도 9는 도 8의 이미지 센서를 나타낸 도면이다.
도 8과 같이, 본 발명의 광학식 터치 입력 장치의 다른 실시예는 센서부(120) 내에 하나의 이미지 센서만을 구비하고, 상기 이미지 센서를 복수개의 블럭으로 나누어 순차 수광하는 것이다.
이 경우, 발광부(110)는 표시 패널(70)의 제 1 변과 제 2 변에 대응되어 각각 복수개 구비되어, 렌즈부(155)은 상술한 바와 같이, 표시 패널(70)의 제 3, 제 4 변에 대응되어 구비된다.
이 경우, 상기 센서부(120) 내의 구성은 이미지 센서(221)의 구비된 순서를 제외하고는 상술한 도 3의 구조와 동일한 구조가 이용되며, 동일한 구조에 대해서는 설명을 생략한다.
도 9와 같이, 상기 센서부(120) 내의 이미지 센서(221)는 복수개의 픽셀을 구비하며, 픽셀들은 E~I블럭에 대응되어 각각 n 개씩 구비되며, X축(제 1 변)에 대응되는 픽셀들은 E, F, G블럭에 배치되고, Y축(제 2변)에 대응되는 픽셀들은 H, I 블럭에 배치된다.
도시된 바와 같이, 상기 블럭은 2열에 나뉘어 배치될 수도 있고, 일렬로 일종의 라인 센서 어레이 형태로 배치될 수도 있다. 전자의 경우에 도시된 바와 달리 각 블럭에 구비된 픽셀을 다르게 하여 배치될 수도 있으며, 같은 블럭이 서로 다른 열에 배치될 수도 있다.
여기서, 각 블럭은 동시에 제어 신호에 따라 구비된 픽셀들에 동시에 수광을 진행하며, 한 블럭이 수광을 할 때 다른 블럭에서는 수광이 차단된다.
도 10은 도 8 및 9의 광학식 터치 입력 장치의 구동 방법 적용시 이용되는 타이밍도이다.
도 10과 같이, 도 8 및 도 9의 광학식 터치 입력 장치에서는, 구비된 발광 소자들(IR LED 1st, IR LED 2nd, ... IR LED nth)이 차례로 순차 점등된다. 그리고, 이미지 센서에서는 복수개의 구비된 블럭들에 대해 각각 상기 발광 소자들의 점등에 동기하여 이미지 센서의 셔터 신호(Image Sensor Shutter)에 동기하여 블럭별로 순차 수광 구동되도록 제어 신호(Control 1, 2, ..., Control n)가 인가된다. 여기서, 이미지 센서 내의 블럭들은 수광 구동시 상기 발광 소자의 점등 시간(s2) 또는 이보다 약간 큰 시간동안 점등이 이루어진다. 이는 종래의 이미지 센서 전체 픽셀에 대해 전체 발광 소자의 점등시간동안 수광 정보와 수집(s1)되는 점과 비교하여 수광 정보 수집을 나누어 한다는 것에 차이가 있는 것이다.
이를 통해 센싱이 수행되는 블럭의 픽셀들에 대해, 다른 발광 소자들로부터 출사된 광에 의해 반사된 광이 영향을 미침을 방지할 수 있다. 즉, 점등이 이루어진 발광 소자에 대해서만 센싱을 수행하므로, 나머지 발광 소자는 꺼진 상태를 유지하여, 나머지 발광 소자로부터 출사된 광에 의한 광간섭을 방지할 수 있는 것이다.
이하, 본 발명의 순차 구동 방식을 적용한 광학식 터치 입력 장치와 전체 구동 방식을 적용한 광학식 터치 입력 장치의 터치 센싱 정확도의 차이를 살펴본다.
도 11a 및 도 11b는 동일한 센서부 및 발광 소자들의 배치시 동시 구동과 순차 구동시 센싱 정도를 나타낸 도면이다.
도 11a는 발광 소자(11a, 11b, 11c, 11d)의 점등을 동시에 하였을 때, 세번째 발광 소자에 대응된 부분에 펜의 터치가 있어 펜의 위치에서 직접적으로 가려지더라도, 인접한 주위의 렌즈부(30a)로부터 방사되어 들어오는 광에 의해 상기 센서부(20a)에서 광이 들어오는 것을 센싱하여 터치가 감지되지 못함을 나타낸다.
도 11b는 발광 소자가 순차 점등하는 본 발명의 광학식 터치 입력 장치의 구동 방법에서, 제 3 발광 소자(110c)에 대응하여 터치가 있는 경우를 나타낸 것으로, 이 경우, 상기 제 3 발광 소자(110c)의 점등시에 펜의 터치 여부가 센싱된다. 상기 제 3 발광 소자(110c) 점등시에 다른 발광 소자들은 오프 상태를 유지하고 따라서, 렌즈부(155)에서는 대향되는 제 2 이미지 센서(120b)로만 반사시키는 것으로, 상기 제 2 이미지 센서(120b)는 유한한 픽셀들 내에서 수광 정보가 수집되어 다른 발광 소자에 의한 광간섭이 없게 된다. 또한, 상기 제 2 이미지 센서(120b) 내부도 2개 이상의 블럭으로 나누어 수광이 가능하여, 이 경우에는 상기 제 3 발광 소자에 정확히 대응된 부분에서의 블럭만을 선택하여 수광이 가능하게 할 수도 있을 것이다.
도 12a 및 도 12b는 터치펜의 원 포인트 크기가 각각 4.25mm, 3.34mm의 직경일 때, 전체 구동 방식을 적용하여, 터치 펜 드로잉하였을 때를 나타낸 도면이다.
도 12a와 도 12b와 같이, 전체 구동 방식에 있어서는, 실제 터치펜이 드로잉을 사인파와 유사하게 끊김없이 드로잉(drawing)을 하여도 실제 표시 패널 상에 센싱되어 나타난 드로잉 선이 중간 중간 끊겨있음을 알 수 있다. 또한, 그 직경이 작아질 수록 이러한 끊김 현상은 더 심해진다.
도 13a 및 도 13b는 터치펜의 원 포인트 크기가 각각 4.25mm, 3.34mm의 직경일 때 본 발명의 순차 구동 방법으로 드로잉하였을 때를 나타낸 도면이다.
도 13a 및 도 13b와 같이, 앞서(도 12a, 12b)와 같이, 동일한 사인파를 드로잉할 경우, 순차 구동 적용시에도 끊김 없이 터치 센싱이 있음을 알 수 있다.
이를 통해 작은 물체 인식에서의 성능이 순차 구동 방식에서 개선됨을 확인할 수 있다.
또한, 광간섭이 방지됨을 도 11a, 11b의 예에서 확인할 수 있었다. 즉, 센싱을 수행하는 주변 렌즈부의 렌즈에 의해 영향을 받지 않아 크기가 작은 물체의 센싱이 가능하게 된 것이다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
110: 발광부
110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f, 110g, 110h: 발광 소자
120a, 120b, 120c, 120c: 이미지 센서
121: 광도파로 222: 광섬유
223: 인플레인렌즈 300: 터치 컨트롤러
310: 좌표 연산부 320: 수광 정보 취합부
330: 순차 신호 발생부

Claims (18)

  1. 표시 패널의 인접한 제 1 변, 제 2 변에 배치된 복수개의 적외선 발광 소자;
    상기 표시 패널의 제 3 변, 제 4 변에 배치된 렌즈부;
    상기 복수개의 적외선 발광 소자를 순차 점등하는 점등 제어 신호를 인가하는 터치 컨트롤러; 및
    광섬유를 통해 각각 인플레인렌즈에 연결되는 복수개의 픽셀을 내부에 포함하는 복수개의 이미지 센서들, 상기 복수개의 이미지 센서들, 광섬유 및 인플레인렌즈를 구비하는 광도파로를 포함하여, 상기 표시 패널의 제 1 변, 제 2 변에 대응되어, 상기 렌즈부로부터 반사되는 광을 픽셀별로 수광하는 센서부를 포함하여 이루어지는 광학식 터치 입력 장치에 있어서,
    상기 복수의 이미지 센서들은 각각 두 개의 블록으로 구획되어 두 개의 블록 중 발광 동작하는 적외선 발광소자에 대응하는 부분의 이미지 센서의 대응 블록만 턴온 상태로 되고 나머지 블록은 턴오프 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 점등 제어 신호는, 홀수번째 발광 소자와 짝수번째 발광 소자로 교번하여 순차 구동하도록 인가하는 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 점등 제어 신호는 구비된 복수개의 적외선 발광 소자들이 차례로 구동하도록 인가하는 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 점등 제어 신호는 제 1 변에 구비된 복수개의 적외선 발광 소자 중 하나와 제2 변에 구비된 복수개의 적외선 발광 소자 중 하나를 한쌍으로 하여 동시에 순차 점등하도록 인가하는 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 터치 컨트롤러는 상기 센서부의 픽셀들을 상기 적외선 발광 소자들의 배치 구간별로 복수개의 블럭으로 나누어 블럭별로 순차로 수광하도록 수광 제어 신호를 상기 센서부에 인가하는 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 터치 컨트롤러는, 상기 센서부의 픽셀들을 상기 렌즈부에 구비된 렌즈의 배치 구간별로 복수개의 블럭으로 나누어 블럭별로 순차로 수광하도록 수광 제어 신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 표시 패널의 인접한 제 1 변, 제 2 변에 배치된 복수개의 적외선 발광 소자들을 순차적으로 점등하는 점등단계; 및
    광섬유를 통해 각각 인플레인렌즈에 연결되는 복수개의 픽셀을 내부에 포함하는 복수개의 이미지 센서들, 상기 복수개의 이미지 센서들, 광섬유 및 인플레인렌즈를 구비하는 광도파로를 포함하여 이루어지는 센서부를 통해, 상기 표시 패널의 제 3 변, 제 4 변에 배치된 렌즈부를 통해 반사된 광을 수광하는 수광단계를 포함하여 이루어지되,
    상기 수광단계는 상기 복수의 이미지 센서들은 각각 두 개의 블록으로 구획되어 두 개의 블록 중 발광 동작하는 적외선 발광소자에 대응하는 부분의 이미지 센서의 대응 블록만 턴온 상태로 되고 나머지 블록은 턴오프 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치의 구동 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 복수개의 적외선 발광 소자의 순차 구동은, 구비된 복수개의 적외선 발광 소자가 차례로 점등되도록 점등 제어 신호를 인가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치의 구동 방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 복수개의 적외선 발광 소자의 순차 구동은, 구비된 복수개의 적외선 발광 소자들 중 홀수번째 발광 소자와 짝수번째 발광 소자로 교번하여 순차 구동하도록 점등 제어 신호를 인가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치의 구동 방법.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 복수개의 적외선 발광 소자의 순차 구동은, 상기 제 1 변에 구비된 복수개의 적외선 발광 소자 중 하나와 상기 제2 변에 구비된 복수개의 적외선 발광 소자 중 하나를 한쌍으로 하여 동시에 순차 점등하도록 점등 제어 신호를 인가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치의 구동 방법.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 센서부의 수광하는 단계는, 상기 센서부의 픽셀들을 상기 적외선 발광 소자들의 배치 구간별로 복수개의 블럭으로 나누어 블럭별로 순차로 수광하도록 수광 제어 신호를 인가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치의 구동 방법.
  15. 삭제
  16. 제 10항에 있어서,
    상기 센서부의 수광하는 단계는, 상기 센서부의 픽셀들을 상기 렌즈부에 구비된 렌즈의 배치 구간별로 복수개의 블럭으로 나누어 블럭별로 순차로 수광하도록 수광 제어 신호를 인가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치의 구동 방법.
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