KR102067761B1

KR102067761B1 - 비전기식 터치 패널을 구비하는 광학 장치

Info

Publication number: KR102067761B1
Application number: KR1020130029244A
Authority: KR
Inventors: 서원택; 한승훈; 이홍석; 맹완주
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2020-01-17
Also published as: US9720547B2; KR20140114653A; US20140285727A1; US20170300175A1; US10254899B2

Abstract

다수의 위치에 동시에 빛을 투사하거나 임의의 형태의 빛을 투사할 수 있도록 구성된 비전기식 터치 패널을 구비하는 광학 장치를 개시한다. 개시된 광학 장치는, 터치용 기판, 상기 터치용 기판 상에 배치되며 다수의 평행한 광도파로들을 구비하는 광도파로층, 상기 다수의 광도파로들에 각각 광을 제공하도록 결합된 광입력 채널, 상기 광도파로층 상에 배치되며 상기 다수의 광도파로를 통해 진행하는 광을 상기 터치용 기판의 터치 위치에서 출력하도록 구성된 광출력 구조, 상기 광도파로층과 상기 광출력 구조 사이에 소정의 간격을 제공하도록 배치된 간극층, 및 상기 광출력 구조에서 출력된 광을 외부의 스크린 상에 투사하는 광학계를 포함할 수 있다.

Description

비전기식 터치 패널을 구비하는 광학 장치 {Optical apparatus including non-electric type touch panel}

개시된 실시예들은 비전기식 터치 패널을 구비하는 광학 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 위치에 동시에 빛을 투사하거나 임의의 형태의 빛을 투사할 수 있도록 구성된 비전기식 터치 패널을 구비하는 광학 장치에 관한 것이다.

현재, 영상을 스크린 상에 투사하는 빔 프로젝터가 발표용/교육용으로 다양하게 사용되고 있다. 한편, 빔 프로젝터에 의해 투사되는 영상의 특정 부분을 지시하기 위하여 통상적으로 레이저 포인터를 사용하고 있다. 그러나, 일반적인 레이저 포인터는 단지 한 점으로만 지시/매핑할 수 있기 때문에, 하나의 레이저 포인터로 여러 점을 동시에 비추거나, 또는 사용자가 원하는 임의의 형태의 빛을 화면에 비추는 것이 불가능하다.

다수의 위치에 동시에 빛을 투사하거나 임의의 형태의 빛을 투사할 수 있도록 구성된 비전기식 터치 패널을 구비하는 광학 장치를 제공한다.

일 유형에 따른 광학 장치는, 터치용 기판; 상기 터치용 기판 상에 배치되며, 다수의 평행한 광도파로들을 구비하는 광도파로층; 상기 광도파로층 상에 배치되며, 상기 다수의 광도파로를 통해 진행하는 광을 상기 터치용 기판의 터치 위치에서 출력하도록 구성된 투명한 광출력 구조; 상기 광도파로층과 상기 광출력 구조 사이에 소정의 간격을 제공하도록 배치된 간극층; 및 상기 광출력 구조에서 출력된 광을 외부에 투사하는 광학계;를 포함할 수 있다.

상기 광학 장치는, 상기 다수의 광도파로들에 각각 광을 제공하도록 결합된 광입력 채널을 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 터치용 기판과 상기 광도파로층은 외부의 압력에 의해 탄성 변형 가능한 재료로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 간극층은 외부의 압력에 의해 탄성 변형 가능한 투명한 유전체 필름, 기체 또는 액체로 채워질 수 있다.

상기 간극층의 굴절률은 상기 광도파로의 굴절률 및 상기 광출력 구조의 굴절률보다 낮을 수 있다.

일 실시예에서, 상기 광도파로층은 길이가 동일한 다수의 평행한 광도파로들을 구비할 수 있다.

이 경우, 상기 광도파로의 광입력 단부로부터 상기 광도파로의 반대측 단부 방향으로 상기 간극층의 두께가 점차 감소하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 광도파로의 광입력 단부로부터 상기 광도파로의 반대측 단부 방향으로 상기 간극층의 경도가 작아지도록 구성될 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 광도파로층은 길이가 서로 다른 다수의 평행한 제 1 광도파로들 및 상기 제 1 광도파로들의 단부에 각각 배치된 제 2 광도파로를 포함할 수 있으며, 상기 제 1 광도파로는 경성의 재료로 이루어지고 상기 제 2 광도파로는 탄성 변형이 가능한 재료로 이루어질 수 있다.

예를 들어, 상기 광도파로층은 길이가 서로 다른 다수의 평행한 상기 제 1 광도파로들로 각각 구성된 다수의 화소 라인을 포함하며, 다수의 화소 라인들이 반복적으로 배열될 수 있다.

상기 광출력 구조는 다수의 마이크로 프리즘들이 반복적으로 배열되어 있는 마이크로 프리즘 어레이일 수 있다.

여기서, 각각의 마이크로 프리즘의 광출사면이 평면일 수 있다.

또한, 각각의 마이크로 프리즘의 광출사면은 곡면일 수도 있다.

예를 들어, 상기 각각의 마이크로 프리즘의 광출사면은 빛이 입사하는 마이크로 프리즘의 바닥면의 중심을 원점으로 하는 원호 형상일 수 있다.

또한, 상기 광출력 구조는 다수의 역사다리꼴 마이크로 프리즘들이 반복적으로 배열되어 있는 역사다리꼴 마이크로 프리즘 어레이일 수 있다.

상기 광학계는 상기 광출력 구조와 대향하여 배치되며 양의 굴절력을 갖는 광학 렌즈를 포함할 수 있다.

상기 광학 장치는 상기 역사다리꼴 마이크로 프리즘 어레이를 고정시키도록 상기 간극층 상에 배치된 투명한 고정 부재를 더 포함하며, 상기 투명한 고정 부재의 광출사면은 상기 역사다리꼴 마이크로 프리즘 어레이의 광출사면과 평행할 수 있다.

또한, 상기 광출력 구조는 상기 간극층 상에 배치된 하나의 단일 프리즘을 포함할 수도 있다.

일 실시예에서, 상기 광학계는 상기 광출력 구조로부터 출력된 빛을 확대 반사하도록 구성된 오목 거울을 포함할 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 광학계는 상기 광출력 구조로부터 출력된 빛을 반사하는 평면 거울 및 상기 평면 거울에서 반사된 빛을 포커싱하는 양의 굴절력을 갖는 광학 렌즈를 포함할 수 있다.

또한, 상기 광학 장치는 상기 광출력 구조를 고정시키도록 상기 간극층 상에 배치된 투명한 고정 부재를 더 포함하며, 상기 광출력 구조로부터 출력된 빛이 상기 투명한 고정 부재의 광출사면에 수직하게 입사하도록 상기 고정 부재의 광출사면이 경사질 수 있다.

또한, 상기 광학 장치는, 임의의 패턴을 갖는 빛을 투사할 수 있도록 소정의 패턴의 형태로 상기 터치용 기판을 가압하도록 구성된 가압 소자 어레이를 더 포함할 수 있다.

상기 가압 소자 어레이는 2차원 배열된 다수의 압전형 가압 소자들을 포함할 수 있다.

개시된 실시예에 따른 광학 장치는 교육용 또는 발표용 대형 프리젠테이션 화면 상의 특정 부분을 터치 패널을 이용하여 지시할 수 있다. 따라서, 한 점에만 빛을 비출 수 있는 기존의 레이저 포인터로는 구현할 수 없는 다양한 동작이 가능하다. 예를 들어, 터치 패널 상의 여러 위치를 터치함으로써 여러 점을 동시에 비출 수 있으며, 선 및 면의 형태로 빛을 비추는 것도 가능하다. 또한, 개시된 실시예에 따른 광학 장치의 터치 패널은 비전기식으로 동작하기 때문에 전기를 사용하기 어려운 곳에서도 이용이 가능하다. 이러한 광학 장치는 프레젠테이션뿐만 아니라, 예를 들어, 광고판 등에도 응용이 가능하다.

도 1은 일 실시예에 따른 비전기식 터치 패널을 구비하는 광학 장치의 구성을 개략적으로 보인다.
도 2는 도 1에 도시된 광학 장치의 비전기식 터치 패널의 일 실시예에 따른 광도파로층의 예시적인 구성을 개략적으로 보이는 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 광학 장치의 비전기식 터치 패널의 동작 원리를 개략적으로 보인다.
도 4는 도 3에 도시된 광도파로층을 사용하는 비전기식 터치 패널의 예시적인 구성을 보이는 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 광학 장치의 비전기식 터치 패널의 다른 실시예에 따른 광도파로층의 예시적인 구성을 개략적으로 보이는 평면도이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 비전기식 터치 패널을 구비하는 광학 장치의 구성을 개략적으로 보인다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 비전기식 터치 패널을 구비하는 광학 장치의 구성을 개략적으로 보인다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 비전기식 터치 패널을 구비하는 광학 장치의 구성을 개략적으로 보인다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 비전기식 터치 패널을 구비하는 광학 장치의 구성을 개략적으로 보인다.
도 10a 및 도 10b는 상술한 광학 장치의 비전기식 터치 패널을 이용하여 임의의 형상으로 빛을 비추기 위한 응용예를 개략적으로 보인다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 비전기식 터치 패널을 구비하는 광학 장치에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한 이하에서 설명하는 층 구조에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 비전기식 터치 패널을 구비하는 광학 장치의 구성을 개략적으로 보인다.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 광학 장치(100)는, 터치용 기판(110), 상기 터치용 기판(110) 상에 배치되며 다수의 평행한 광도파로들을 구비하는 광도파로층(120); 상기 광도파로층(120) 상에 배치되며 상기 다수의 광도파로를 통해 진행하는 광을 터치용 기판(110)의 터치 위치에서 출력하도록 구성된 투명한 광출력 구조(140), 상기 광도파로층(120)과 광출력 구조(140) 사이에 소정의 간격을 제공하도록 배치된 간극층(130), 및 상기 광출력 구조(140)에서 출력된 광을 외부에 투사하기 위한 광학계로서 오목 거울(160)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 광학 장치(100)는 다수의 광도파로들에 각각 광을 제공하도록 결합된 광입력 채널(121)을 더 포함할 수 있다. 광학 장치(100)는 또한 상술한 부품들을 둘러싸는 하우징(170)을 더 포함할 수 있으며, 상기 하우징(170) 상의 오목 거울(160)에 대향하는 위치에는 빛이 하우징(170)을 통과할 수 있도록 투명 윈도우(171)가 배치될 수 있다.

여기서, 터치용 기판(110)은 외부로부터 압력을 가하는 물체(예를 들어, 손가락 또는 펜 등)와 접촉하는 부분으로서, 외부의 압력에 의해 탄성 변형 가능한 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 광도파로층(120)도 역시 외부의 압력에 의해 탄성 변형 가능한 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 상기 광도파로층(120)은 탄성 변형 가능한 폴리머 필름(125) 및 상기 필름(125) 상에 배열된 다수의 평행한 광도파로(122a~122n)들을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 광도파로(122a~122n)들은 동일한 길이를 가질 수 있으며, 각각의 광도파로(122a~122n)의 입력측에는 광입력 채널(121a~121n)이 각각 연결되어 상기 광도파로(122a~122n)들에 빛을 제공할 수 있다. 따라서, 다수의 광도파로(122a~122n)들을 통해 빛이 동시에 한 방향으로 진행할 수 있다. 이러한 광도파로로(122a~122n)들은 예를 들어 광섬유로 이루어질 수 있다.

간극층(130)도 역시 외부의 압력에 의해 탄성 변형 가능한 재료로 이루어진다. 예를 들어, 간극층(130)은 유연하고 신축성이 있는 필름, 또는 기체 또는 액체로 채워질 수 있다. 다만, 터치용 기판(110)과 광도파로층(120)은 외부의 압력에 의해 휠 수 있지만 두께가 크게 변하지 않을 정도의 적당한 경도를 가질 수 있으며, 간극층(130)은 외부의 압력에 의해 두께가 크게 변화할 수 있을 정도로 무른 재료를 사용할 수 있다.

도 1의 실시예에서, 광출력 구조(140)는 다수의 마이크로 프리즘들이 반복적으로 배열되어 있는 마이크로 프리즘 어레이일 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 직각 이등변 삼각형 형태의 단면을 갖는 동일한 크기의 다수의 마이크로 프리즘들이 간극층(130) 위에 일정한 간격으로 배열될 수 있다. 여기서, 피라미드 형태를 갖는 마이크로 프리즘들이 2차원 배열될 수도 있고, 또는 길게 연장된 막대 형태의 마이크로 프리즘들이 1차원 배열될 수도 있다. 이러한 광출력 구조(140)는 간극층(130) 상에 직접 접착되어 고정될 수도 있지만, 광출력 구조(140)위를 덮도록 형성되는 투명한 지지 부재(150)를 통해 간극층(130) 상에 고정될 수 있다. 지지 부재(150)를 사용하는 경우, 광출력 구조(140)의 마이크로 프리즘으로부터 출사된 광은 지지 부재(150)를 통과하여 오목 거울(160)에 입사할 수 있다. 이러한 광 진행 경로의 변화 및 복잡성을 줄이기 위하여, 지지 부재(150)의 광출사면(150a)은 광출력 구조(140)로부터 출력된 빛이 고정 부재(150)의 광출사면(150a)에 수직하게 입사하도록 소정의 각도로 경사질 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 구조를 갖는 광학 장치(100)의 비전기식 터치 패널의 동작 원리를 개략적으로 도시하고 있다. 도 3을 참조하면, 광도파로층(120) 내의 광도파로 내에서 빛은 전반사를 통해 한 방향으로 진행할 수 있다. 이를 위해, 간극층(130)의 굴절률과 터치용 기판(110)의 굴절률은 광도파로층(120)의 굴절률, 특히 광도파로층(120) 내에 배열된 다수의 광도파로의 굴절률보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 광도파로의 굴절률은 약 1.4 내지 2.0이고, 간극층(130)의 굴절률은 약 1.0 내지 2.0일 수 있다.

이때, 터치용 기판(110)의 어느 한 지점을 손가락 등으로 누르면, 터치용 기판(110)과 광도파로층(120)이 압력에 의해 휘어지면서 손가락에 의해 눌린 지점에서 간극층(130)의 두께가 작아진다. 그러면 광도파로층(120)과 광출력 구조(140) 사이의 간격이 가까워지게 된다. 만약 광도파로층(120)과 광출력 구조(140) 사이의 간격이 일정한 거리 이내로 가까워지면, 소멸파 결합(evanescent coupling)의 원리에 따라 광도파로 내에서 진행하는 빛의 일부가 광출력 구조(140)로 전달될 수 있으며, 이때 광출력 구조(140)에 전달되는 빛의 양은 광도파로층(120)과 광출력 구조(140) 사이의 간격이 좁아질수록 일반적으로 증가하게 된다. 이를 위해, 광출력 구조(140)의 굴절률은 간극층(130) 및 광도파로의 굴절률보다 높을 수 있다. 예를 들어, 광출력 구조(140)의 굴절률은 약 1.7 내지 2.8일 수 있다. 이러한 방식으로 광도파로층(120)으로부터 광출력 구조(140)의 바닥면으로 입사한 광은 광출력 구조(140)의 광출사면(140a)을 통해 오목 거울(160)로 방출될 수 있다. 따라서, 손가락 등에 의해 눌린 부분에서만 광출력 구조(140)를 통해 빛이 출력될 수 있다. 또한, 광도파로층(120) 내에 다수의 광도파로들이 나란하게 배열되어 있는 경우, 동시에 여러 지점을 눌러서 여러 개의 빛이 출력되도록 하는 것이 가능하다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 광출력 구조(140)를 통해 출력된 빛은 오목 거울(160)에 의해 반사되어 외부로 투사된다. 오목 거울(160)에 의해 반사되는 빛은 오목 거울(160)의 곡률 반경에 따라 확대될 수 있다. 또한, 오목 거울(160)을 사용할 경우, 터치용 기판(110)의 터치 형태가 좌우 또는 상하의 반전 없이 그대로 화면에 비추어질 수 있다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 광도파로층(120)이 길이가 동일한 다수의 평행한 광도파로(122a~122n)들을 포함하는 경우, 어느 하나의 광도파로(122a~122n)에 복수의 터치가 동시에 발생하면, 광입력측에 가까운 터치 지점에서는 상대적으로 많은 빛이 출력되고 광입력측과 먼 터치 지점에서는 상대적으로 적은 빛이 출력될 수 있다. 따라서, 하나의 광도파로(122a~122n) 내에서 복수의 터치가 발생하더라도 복수의 터치 지점에서 균일한 빛이 출력될 수 있도록 하기 위하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 광도파로(122a~122n)의 광입력 단부로부터 그의 반대측 단부 방향으로 간극층(130)의 두께가 점차 감소하도록 구성될 수 있다. 그러면, 하나의 광도파로(122a~122n)에서 복수의 터치가 동시에 발생하더라도, 광도파로(122a~122n)의 광입력측에 가까운 터치 지점에서는 광도파로층(120)과 광출력 구조(140) 사이의 간격이 상대적으로 넓고 광도파로(122a~122n)의 광입력측으로부터 먼 터치 지점에서는 광도파로층(120)과 광출력 구조(140) 사이의 간격이 상대적으로 좁기 때문에, 복수의 터치 지점에서 균일한 빛이 출력될 수 있다.

또한, 간극층(130)의 두께를 위치에 따라 변화시키는 대신, 간극층(130)의 경도를 위치에 따라 변화시킬 수도 있다. 예를 들어, 광도파로(122a~122n)의 광입력 단부로부터 그의 반대측 단부 방향으로 간극층(130)의 경도가 작아지도록 구성될 수 있다. 이 경우, 광도파로(122a~122n)의 광입력측에 가까운 터치 지점에서는 간극층(130)의 경도가 커서 간극층(130)의 두께가 상대적으로 적게 변화하는 반면, 광도파로(122a~122n)의 광입력측으로부터 먼 터치 지점에서는 간극층(130)의 경도가 작아서 간극층(130)의 두께가 상대적으로 크게 변화하기 때문에, 복수의 터치 지점에서 균일한 빛이 출력될 수 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 길이가 서로 다른 다수의 평행한 광도파로들을 사용하는 것도 가능하다. 도 5를 참조하면, 광도파로층(120)은 길이가 서로 다른 다수의 평행한 제 1 광도파로(123a~123f)들 및 제 1 광도파로(123a~123f)들의 단부에 각각 배치된 제 2 광도파로(124a~124f)들을 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 광도파로(123a~123f)들은 외부의 압력에 의해 거의 휘어지지 않는 경성을 갖는 재료로 이루어질 수 있으며, 제 2 광도파로(124a~124f)는 탄성 변형이 가능한 재료로 이루어질 수 있다. 그러면, 휘어지지 않은 제 1 광도파로(123a~123f)에서 터치가 발생할 경우에는 빛이 출력되지 않고 휘어지는 제 2 광도파로(124a~124f)에서 터치가 발생할 경우에만 빛이 출력될 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 길이가 서로 다른 다수의 제 1 광도파로(123a~123f)들이 하나의 화소 라인을 구성할 수 있으며, 다수의 화소 라인들이 광도파로층(120) 내에 반복적으로 배열될 수 있다. 따라서, 하나의 화소 라인 내에서 복수의 터치가 발생할 경우, 각각의 터치 지점에서 서로 다른 광도파로(123a~123f; 124a~124f)들을 통해 빛이 출력되기 때문에 복수의 터치 지점에서 균일한 빛이 출력될 수 있다.

도 6은 다른 실시예에 따른 비전기식 터치 패널을 구비하는 광학 장치(200)의 구성을 개략적으로 보인다. 도 6에 도시된 광학 장치(200)는 도 1에 도시된 광학 장치(100)의 구성과 대부분 동일하며, 단지 광출력 구조(140)에서 출력되는 광을 외부에 투사하기 위한 광학계로서 평면 거울(161)과 광학 렌즈(172)를 포함한다는 점에서만 차이가 있다. 예를 들어, 평면 거울(161)은 광출력 구조(140)에서 출력되는 광을 광학 렌즈(172)로 반사할 수 있다. 광학 렌즈(172)는 하우징(170)에 고정될 수 있으며, 평면 거울(161)에서 반사된 빛을 포커싱하도록 양의 굴절력을 가질 수 있다. 도 6에는 편의상 광학 렌즈(172)가 단지 하나의 볼록 렌즈로 구성되는 것으로 도시되어 있으나, 수차 등을 보상하고 줌 기능을 가질 수 있도록 다수의 렌즈들로 광학 렌즈(172)가 구성될 수도 있다.

도 7은 다른 실시예에 따른 비전기식 터치 패널을 구비하는 광학 장치(300)의 구성을 개략적으로 보인다. 도 6에 도시된 실시예에 따른 광학 장치(200)의 광출력 구조(140)는 광출사면이 평면인 마이크로 프리즘을 포함하는 반면, 도 7에 도시된 광학 장치(300)는 광출력 구조(141)는 광출사면(141a)이 곡면인 마이크로 프리즘을 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 광학 장치(300)의 나머지 구조는 도 6에 도시된 실시예에 따른 광학 장치(200)의 구조와 동일할 수 있다. 예를 들어, 광출력 구조(141)의 각각의 마이크로 프리즘의 광출사면(141a)은 광도파로층(120)으로부터 빛이 입사하는 마이크로 프리즘의 바닥면의 중심(c)을 원점으로 하는 원호 형상일 수 있다. 이 경우, 광도파로층(120)으로부터 마이크로 프리즘의 바닥면의 중심(c)으로 입사한 빛이 마이크로 프리즘의 광출사면(141a)을 통해 출사할 때 광출사면(141a)에서 거의 굴절되지 않을 수 있다. 따라서, 상기 마이크로 프리즘의 광출사면(141a)에서의 굴절로 인해 빛의 출력 방향에 발생하는 편차를 줄일 수 있다. 한편, 도 7에는 광학 장치(300)가 평면 거울(161)과 광학 렌즈(172)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 도 1의 실시예와 같이, 광학 장치(300)가 광학계로서 오목 거울(160)을 포함할 수도 있다.

도 8은 또 다른 실시예에 따른 비전기식 터치 패널을 구비하는 광학 장치(400)의 구성을 개략적으로 도시하고 있다. 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 광학 장치(400)의 광출력 구조(142)는 다수의 역사다리꼴 마이크로 프리즘들이 반복적으로 배열되어 있는 역사다리꼴 마이크로 프리즘 어레이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 각각의 역사다리꼴 마이크로 프리즘은 광입사면과 광출사면이 서로 평행한 평면이고, 광입사면보다 광출사면의 폭이 클 수 있다. 그리고, 광출사면과 광입사면 사이의 양측면 중에서 하나의 측면은 수직한 평면이고 다른 하나는 경사진 평면일 수 있다. 그러면, 광입사면으로 입사한 빛은 경사진 측면에 의해 반사되어 광출사면을 통해 출사될 수 있다.

앞서 설명한 실시예들의 경우, 광출력 구조(140, 141)를 통해 빛이 경사지게 출력되었다. 따라서, 빛의 진행 방향을 광축에 평행하게 바꾸기 위하여 거울(160, 161)을 사용하고 있다. 그러나, 도 8에 도시된 실시예에서 광출력 구조(142)를 통해 출력되는 빛은 광축에 평행하게 진행하기 때문에, 거울을 사용할 필요가 없다. 즉, 광학 장치(400)는 출력된 빛을 외부에 투사하는 광학계로서 거울 없이 양의 굴절력을 갖는 광학 렌즈(173)만을 포함할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 광학 렌즈(173)는 광출력 구조(142)와 대향하여 배치될 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 광학 장치(400)는 역사다리꼴 마이크로 프리즘 어레이로 이루어진 광출력 구조(142)를 고정시키도록 간극층(130) 상에 배치된 투명한 고정 부재(151)를 더 포함할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 고정 부재(151)는 마이크로 프리즘 어레이의 광출사면과 평행한 광출사면(151a)을 가질 수 있다. 예를 들어, 고정 부재(151)는 직육면체 형태의 평면-평행판일 수 있다.

도 9는 또 다른 실시예에 따른 비전기식 터치 패널을 구비하는 광학 장치(500)의 구성을 개략적으로 도시하고 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 광학 장치(500)의 광출력 구조(143)는 간극층(130) 상에 배치된 하나의 큰 프리즘(143)만을 포함할 수도 있다. 또한, 도 9에는 광학 장치(500)가 평면 거울(161)과 광학 렌즈(172)를 광학계로서 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 하나의 오목 거울(160)만을 포함할 수도 있다.

상술한 실시예에 따른 광학 장치(100, 200, 300, 400, 500)는 교육용 또는 발표용 대형 프리젠테이션 화면 상의 특정 부분들을 빛으로 지시할 수 있다. 따라서, 화면 상의 한 점에만 빛을 비출 수 있는 기존의 레이저 포인터로는 구현할 수 없는 다양한 동작이 가능하다. 예를 들어, 터치용 기판(110) 상의 여러 위치를 터치함으로써 여러 점을 동시에 비출 수 있으며, 선 및 면의 형태로 빛을 비추는 것도 가능하다. 또한, 개시된 실시예에 따른 광학 장치(100, 200, 300, 400, 500)는 비전기식으로 동작하기 때문에 전기를 사용하기 어려운 곳에서도 이용이 가능하다. 이러한 광학 장치(100, 200, 300, 400, 500)는 프레젠테이션뿐만 아니라 광고판 등에도 응용이 가능하다. 예를 들어, 터치용 기판(110)의 다수의 위치에 동시에 터치를 발생시킴으로써 여러 가지 문자, 영상, 숫자 등의 임의의 형상을 빛을 비추는 것도 가능하다.

도 10a 및 도 10b는 상술한 광학 장치(100, 200, 300, 400, 500)의 비전기식 터치 패널을 이용하여 임의의 형상으로 빛을 비추기 위한 응용예를 개략적으로 도시하는 것으로, 도 10a는 가압 소자 어레이(200)를 보이는 단면도이고, 도 10b는 도시된 가압 소자 어레이(200)의 평면도이다. 도 10a에는 가압 소자 어레이(200)와 함께 편의상 광학 장치(100, 200)의 터치 패널 부분(110, 120, 130, 140)만이 도시되어 있으나, 가압 소자 어레이(200)는 다른 광학 장치(300, 400, 500)에도 적용 가능하다.

도 10a 및 도 10b를 참조하면, 광학 장치(100, 200, 300, 400, 500)는 소정의 패턴의 형태로 터치용 기판(110)을 가압하도록 구성된 가압 소자 어레이(200)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가압 소자 어레이(200)는 2차원 배열된 다수의 가압 소자(210)들을 포함할 수 있다. 다수의 가압 소자(210)들은, 예를 들어, 전기적 제어에 의해 서로 개별적으로 구동하는 액추에이터일 수 있다. 예컨대, 이러한 가압 소자(210)들은 압전형 가압 소자들일 수 있다. 전기적 제어에 의해 가압 소자(210)들이 터치용 기판(110)을 가압함으로써, 광학 장치(100, 200, 300, 400, 500)가 임의의 패턴을 갖는 빛을 투사할 수 있다. 또한, 가압 소자 어레이(200)는 또한 터치용 기판(100)에 대해 이동 가능하게 구성됨으로써 투사되는 빛의 위치가 이동하도록 할 수도 있다.

지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 비전기식 터치 패널을 구비하는 광학 장치에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.

100, 200, 300, 400, 500.....광학 장치
110.....터치용 기판 120.....광도파로층
121.....광입력 채널 130.....간극층
140, 141, 142, 143.....광출력 구조
150, 151.....지지 부재 160.....오목 거울
161.....평면 거울 170.....하우징
171.....투명 윈도우 172, 173.....투사용 렌즈
200.....가압 소자 어레이 210.....가압 소자

Claims

터치용 기판;
상기 터치용 기판 상에 배치되며, 다수의 평행한 광도파로들을 구비하는 광도파로층;
상기 광도파로층 상에 배치되며, 상기 다수의 광도파로를 통해 진행하는 광을 상기 터치용 기판의 터치 위치에서 출력하도록 구성된 투명한 광출력 구조;
상기 광도파로층과 상기 광출력 구조 사이에 소정의 간격을 제공하도록 배치된 간극층; 및
상기 광출력 구조에서 출력된 광을 외부에 투사하는 광학계;를 포함하고,
상기 터치용 기판과 상기 광도파로층은 외부의 압력에 의해 탄성 변형 가능한 재료로 이루어지며,
상기 터치용 기판과 상기 광도파로층 사이에 간격이 없도록 상기 터치용 기판의 표면과 상기 광도파로층의 표면이 서로 밀착하여 접촉하는 광학 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 다수의 광도파로들에 각각 광을 제공하도록 결합된 광입력 채널을 더 포함하는 광학 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 간극층은 외부의 압력에 의해 탄성 변형 가능한 투명한 유전체 필름, 기체 또는 액체로 채워져 있는 광학 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 간극층의 굴절률은 상기 광도파로의 굴절률 및 상기 광출력 구조의 굴절률보다 낮은 광학 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광도파로층은 길이가 동일한 다수의 평행한 광도파로들을 구비하는 광학 장치.
터치용 기판;
상기 터치용 기판 상에 배치되며, 다수의 평행한 광도파로들을 구비하는 광도파로층;
상기 광도파로층 상에 배치되며, 상기 다수의 광도파로를 통해 진행하는 광을 상기 터치용 기판의 터치 위치에서 출력하도록 구성된 투명한 광출력 구조;
상기 광도파로층과 상기 광출력 구조 사이에 소정의 간격을 제공하도록 배치된 간극층; 및
상기 광출력 구조에서 출력된 광을 외부에 투사하는 광학계;를 포함하고,
상기 광도파로층은 길이가 동일한 다수의 평행한 광도파로들을 구비하며,
상기 광도파로의 광입력 단부로부터 상기 광도파로의 반대측 단부 방향으로 상기 간극층의 두께가 점차 감소하도록 구성된 광학 장치.
터치용 기판;
상기 터치용 기판 상에 배치되며, 다수의 평행한 광도파로들을 구비하는 광도파로층;
상기 광도파로층 상에 배치되며, 상기 다수의 광도파로를 통해 진행하는 광을 상기 터치용 기판의 터치 위치에서 출력하도록 구성된 투명한 광출력 구조;
상기 광도파로층과 상기 광출력 구조 사이에 소정의 간격을 제공하도록 배치된 간극층; 및
상기 광출력 구조에서 출력된 광을 외부에 투사하는 광학계;를 포함하고,
상기 광도파로층은 길이가 동일한 다수의 평행한 광도파로들을 구비하며,
상기 광도파로의 광입력 단부로부터 상기 광도파로의 반대측 단부 방향으로 상기 간극층의 경도가 작아지도록 구성된 광학 장치.
터치용 기판;
상기 터치용 기판 상에 배치되며, 다수의 평행한 광도파로들을 구비하는 광도파로층;
상기 광도파로층 상에 배치되며, 상기 다수의 광도파로를 통해 진행하는 광을 상기 터치용 기판의 터치 위치에서 출력하도록 구성된 투명한 광출력 구조;
상기 광도파로층과 상기 광출력 구조 사이에 소정의 간격을 제공하도록 배치된 간극층; 및
상기 광출력 구조에서 출력된 광을 외부에 투사하는 광학계;를 포함하고,
상기 광도파로층은 길이가 서로 다른 다수의 평행한 제 1 광도파로들 및 상기 제 1 광도파로들의 단부에 각각 배치된 제 2 광도파로를 포함하며, 상기 제 1 광도파로는 경성의 재료로 이루어지고 상기 제 2 광도파로는 탄성 변형이 가능한 재료로 이루어지는 광학 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 광도파로층은 길이가 서로 다른 다수의 평행한 상기 제 1 광도파로들로 각각 구성된 다수의 화소 라인을 포함하며, 다수의 화소 라인들이 반복적으로 배열되어 있는 광학 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광출력 구조는 다수의 마이크로 프리즘들이 반복적으로 배열되어 있는 마이크로 프리즘 어레이인 광학 장치.
제 11 항에 있어서,
각각의 마이크로 프리즘의 광출사면이 평면인 광학 장치.
제 11 항에 있어서,
각각의 마이크로 프리즘의 광출사면이 곡면인 광학 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 각각의 마이크로 프리즘의 광출사면은 빛이 입사하는 마이크로 프리즘의 바닥면의 중심을 원점으로 하는 원호 형상인 광학 장치.
터치용 기판;
상기 터치용 기판 상에 배치되며, 다수의 평행한 광도파로들을 구비하는 광도파로층;
상기 광도파로층 상에 배치되며, 상기 다수의 광도파로를 통해 진행하는 광을 상기 터치용 기판의 터치 위치에서 출력하도록 구성된 투명한 광출력 구조;
상기 광도파로층과 상기 광출력 구조 사이에 소정의 간격을 제공하도록 배치된 간극층; 및
상기 광출력 구조에서 출력된 광을 외부에 투사하는 광학계;를 포함하고,
상기 광출력 구조는 다수의 역사다리꼴 마이크로 프리즘들이 반복적으로 배열되어 있는 역사다리꼴 마이크로 프리즘 어레이인 광학 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 광학계는 상기 광출력 구조와 대향하여 배치되며 양의 굴절력을 갖는 광학 렌즈를 포함하는 광학 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 역사다리꼴 마이크로 프리즘 어레이를 고정시키도록 상기 간극층 상에 배치된 투명한 고정 부재를 더 포함하며, 상기 투명한 고정 부재의 광출사면은 상기 역사다리꼴 마이크로 프리즘 어레이의 광출사면과 평행한 광학 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광출력 구조는 상기 간극층 상에 배치된 하나의 단일 프리즘을 포함하는 광학 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광학계는 상기 광출력 구조로부터 출력된 빛을 확대 반사하도록 구성된 오목 거울을 포함하는 광학 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광학계는 상기 광출력 구조로부터 출력된 빛을 반사하는 평면 거울 및 상기 평면 거울에서 반사된 빛을 포커싱하는 양의 굴절력을 갖는 광학 렌즈를 포함하는 광학 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광출력 구조를 고정시키도록 상기 간극층 상에 배치된 투명한 고정 부재를 더 포함하며, 상기 광출력 구조로부터 출력된 빛이 상기 투명한 고정 부재의 광출사면에 수직하게 입사하도록 상기 고정 부재의 광출사면이 경사져 있는 광학 장치.
제 1 항에 있어서,
임의의 패턴을 갖는 빛을 투사할 수 있도록, 소정의 패턴의 형태로 상기 터치용 기판을 가압하도록 구성된 가압 소자 어레이를 더 포함하는 광학 장치.
제 22 항에 있어서,
상기 가압 소자 어레이는 2차원 배열된 다수의 압전형 가압 소자들을 포함하는 광학 장치.