圧電方式スキャン装置及びそれを用いたタッチスクリーン装置
【課題】多数の赤外線ＬＥＤに代り、価格が安価で製作が容易である圧電方式を用いたスキャン装置とそれを用いたタッチスクリーン装置を提供する。
【解決手段】本発明は圧電方式スキャン装置及びそれを用いたタッチスクリーン装置に関するもので、光を生成して出射する光源；前記光源に一端部が接続されて、光源から出射される光を伝送する伝送ラインを提供する光ファイバー；前記光ファイバーの側面を支持して、前記光ファイバーが回動されるように回動軸を提供する支持体；及び前記支持体と前記光源の間に位置して、前記光ファイバーを回動させる駆動力を圧電力を用いて提供する駆動体を含む。
【解決手段】本発明は圧電方式スキャン装置及びそれを用いたタッチスクリーン装置に関するもので、光を生成して出射する光源；前記光源に一端部が接続されて、光源から出射される光を伝送する伝送ラインを提供する光ファイバー；前記光ファイバーの側面を支持して、前記光ファイバーが回動されるように回動軸を提供する支持体；及び前記支持体と前記光源の間に位置して、前記光ファイバーを回動させる駆動力を圧電力を用いて提供する駆動体を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電方式スキャン装置及びそれを用いたタッチスクリーン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチスクリーンは、画面にディスプレーされる映像を指やタッチペンなどで接触する場合、その接触に反応して接触地点を把握することができるようにする装置である。
タッチスクリーンは一般的にＬＣＤパネル、またはＰＤＰパネルのような平面ディスプレー上に被せられる構造で製作され、このタッチスクリーンは、画面上のディスプレーされる映像イメージとは別途に指の接触位置を感知して映像画面上の座標に換算する装置であり、座標情報は映像を制御するコンピューターに伝送されるようになる。
【０００３】
コンピューターはタッチスクリーンから受けた位置情報と映像画面を合成し、必要な対応をするように画像を制御するようになる。
タッチスクリーンを具現する方法としては、画面の大きさ及び用途によって技術的に相異なるいくつかの方法があり、代表的に抵抗膜方式、静電気方式、表面超音波方式、赤外線方式、カメラ（あるいは光学）方式などがある。
【０００４】
図１は従来の一般的なカメラ方式のタッチスクリーンの構成図である。
図１に図示されたように、従来のカメラ方式のタッチスクリーンは、ディスプレーパネル１を支持する長方形フレーム２の一辺の両端に９０度の角度の視野で画面を監視するマイクロカメラ３が夫々設けられ、長方形フレーム２の他の三辺に赤外線を放射する光源として多数の赤外線ＬＥＤ４がぎっしりと配列され、フレーム２の一側またはタッチスクリーンが設けられたディスプレー装置の内側に、前記カメラ３及び赤外線ＬＥＤ４の駆動を制御し、カメラ３を通じて感知される映像を分析して接触地点を検出する制御ボード５が設けられる。
【０００５】
上記の構成からなるタッチスクリーンは、長方形フレーム２の三辺に配列された多数のＬＥＤ４から赤外線が放射されて、二つの角に設けられたカメラ３は赤外線ＬＥＤ４から放射される赤外線を受信するようになり、この際に使用者の指（またはタッチペン）がディスプレーパネル１をタッチすると、フレーム２の３辺から放射された赤外線がカメラ３に到逹する経路が部分的に遮断されるようになる。
【０００６】
二台のカメラ３が夫々異なる位置でこの指によって発生する影をカメラ角度線で感知し、制御ボード５はこの二台のカメラ３から受けたカメラ角度情報を処理して、タッチ位置を座標に換算するようになる。
制御ボード５によって計算される座標情報はディスプレー装置を制御するコンピューターに伝送され、コンピューターはこのタッチ地点の座標を画面の映像に対応させて画面に表示されるようにする。
【０００７】
上述の構成及び動作からなる従来のカメラ方式のタッチスクリーンは、多数の赤外線ＬＥＤが画面を構成する長方形フレームの三辺に稠密に配列されて、設置過程が複雑で難しいという問題点があり、これによって設置コストも高くかかるという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上述のような問題点を解決するために導き出されたものであり、多数の赤外線ＬＥＤに代り、価格が安価で製作が容易である圧電方式を用いたスキャン装置とそれを用いたタッチスクリーン装置を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述のような目的を果たすための本発明のスキャン装置は、光を生成して出射する光源；前記光源に一端部が接続されて、光源から出射される光を伝送する伝送ラインを提供する光ファイバー；前記光ファイバーの側面を支持して、前記光ファイバーが回動されるように回動軸を提供する支持体；及び前記支持体と前記光源の間に位置して、前記光ファイバーを回動させる駆動力を圧電力を用いて提供する駆動体を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のスキャン装置は、光源に隣接するように設けられ、前記光ファイバーを通じて距離測定対象物体から反射される光を受信して、距離を測定して出力する検出器をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明のスキャン装置の前記支持体は、板形で形成されていて、前記光ファイバーが貫通するホールを備え、前記ホールの周りに形成された支持板は周りが前記光ファイバーの側面を支持して、前記光ファイバーが回動されるようにする支持板からなることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のスキャン装置の前記支持体は、前記光ファイバーが貫通するように形成されたギャップを置いて離隔されていて、前記光ファイバーが貫通する面の反対面に凹状に形成されている多数の支持ブロックからなることを特徴とする。
また、本発明のスキャン装置の前記駆動体は、基板；及び前記基板に積層されていて、圧電力によって駆動力を提供する圧電駆動体を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の前記圧電駆動体は、前記基板に積層される伝導性物質で形成された第１電極層；前記第１電極層に積層されていて、圧電材料で形成された圧電層；及び前記圧電層に積層されていて、伝導性物質で形成された第２電極層を含むことを特徴とする。
また、本発明のタッチスクリーンは、光を放出して映像を具現するディスプレーパネル；前記ディスプレーパネルの表面全体にかけて周期的にスキャンされる光を前記ディスプレーパネルに平行で近接するように放射する第１スキャン装置；及び前記ディスプレーパネルに接触または近接するタッチ入力部材から反射または散乱された光を受信して、距離を算出して出力する第１検出器を含んで、前記第１スキャン装置は、光を生成して出射する第１光源；前記第１光源に一端部が接続されて、光源から出射される光を伝送する伝送ラインを提供する第１光ファイバー；前記第１光ファイバーの側面部位を支持して、前記第１光ファイバーが回動されるように回動軸を提供する第１支持体；及び前記第１支持体と前記第１光源の間に位置して、前記第１光ファイバーを回動させる駆動力を圧電力を用いて提供する第１駆動体を含むことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のタッチスクリーンは前記ディスプレーパネルに接触または近接するタッチ入力部材から反射または散乱された光を受信して、距離を算出して出力する第２検出器をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明のタッチスクリーンの前記第１検出器は、前記第１スキャン装置の内部に第１光源に隣接するように設けられていて、前記第１光ファイバーを通じてタッチ入力部材から反射される反射光を受信して、タッチ入力部材の距離を測定して出力することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のタッチスクリーンの前記第１駆動体は、基板；前記基板に積層される伝導性物質で形成された第１電極層；前記第１電極層に積層されていて、圧電材料で形成された圧電層；及び前記圧電層に積層されていて、伝導性物質で形成された第２電極層からなることを特徴とする。
また、本発明のタッチスクリーンは前記第１検出器から出力されるタッチ入力部材の距離と前記第１スキャン装置の放射角度を確認して、前記タッチ入力部材の位置を把握する信号処理部をさらに含むことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明のタッチスクリーンは前記第１スキャン装置から離隔されて設けられていて、前記ディスプレーパネルの全体にかけて周期的にスキャンされる光を前記ディスプレーパネルに平行で近接するように放射する第２スキャン装置をさらに含んで、前記第２スキャン装置は、光を生成して出射する第２光源；前記第２光源に一端部が接続されて、光源から出射される光を伝送する伝送ラインを提供する第２光ファイバー；前記第２光ファイバーの側面部位を支持して、前記第２光ファイバーが回動されるように回動軸を提供する第２支持体；及び前記第２支持体と前記第２光源の間に位置して、前記第２光ファイバーを回動させる駆動力を圧電力を用いて提供する第２駆動体を含むことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のタッチスクリーンは前記第１検出器から離隔されていて、前記ディスプレーパネルに接触または近接するタッチ入力部材から反射または散乱された光を受信して、タッチ入力部材の距離を測定して出力する第３検出器をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明のタッチスクリーンの前記第３検出器は前記第２スキャン装置の内部に前記第２光源に隣接するように設けられていて、前記第２光ファイバーを通じて入射される入射光を受信して、タッチ入力部材の距離を測定して出力することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明のタッチスクリーンは前記第１検出器と第３検出器から出力されるタッチ入力部材の距離と前記第１スキャン装置と第２スキャン装置の放射角度を確認して、前記タッチ入力部材の位置を把握する信号処理部をさらに含むことを特徴とする。
本発明の詳細な説明に先立ち、本明細書及び請求範囲に用いられた用語や単語は通常的かつ辞書的な意味に解釈されてはいけなく、発明者が自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則にしたがって本発明の技術的思想にかなう意味と概念に解釈されなければならない。
【発明の効果】
【００１８】
上述のような本発明によると、多数の赤外線ＬＥＤに代りスキャン装置を用いて光を放射するようにして、構成が簡単で、設置が簡便であり、設置コストが安くかかるタッチスクリーンを製作することができる。
また、本発明によると、スキャン装置が装着される領域がフレームの角に限定されて、タッチスクリーンの構造において光源が占める面積を最小化することができるようにする効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は添付図面と以下の詳細な説明および好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、本発明の説明において、係わる公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要にぼかす可能性があると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。。
【００２０】
以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
図２は本発明の第１実施例による圧電方式スキャン装置の斜視図であり、図３は本発明の第１実施例による圧電方式スキャン装置の断面図である。
図２と図３を参照すると、本発明の第１実施例による圧電方式スキャン装置は、光源及び検出部１００、光ファイバー１１０、支持体１２０、駆動体１３０で構成されている。
【００２１】
ここで、光源及び検出部１００は、光源１０１、レンズ１０２及び検出器１０３からなっている。
【００２２】
このような光源及び検出部１００で光源１０１は光を生成して出射するものであり、外部共振器型垂直面発光レーザ（ＶＥＣＳＥＬ；Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ；Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）、レーザーダイオード（Ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ、ＬＤ）、高発光ダイオード（ＳＬＥＤ；Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）などのような半導体を用いて製作した光源を用いることができる。
【００２３】
そして、レンズ１０２は光源１０１から出射された光の線型性と直進性を向上させるためのものであり、コリメートレンズなどで具現することができる。
次に、検出器１０３は、光源１０１から出射された光が距離測定対象物体であるディスプレーパネルのフレームや指などのようなタッチ入力部材から散乱されて反射される光を受信して、フレームまたはタッチ入力部材までの距離を算出して出力する。
【００２４】
ここで、光源１０１としてレーザーダイオードが用いられる場合、レーザーダイオードは検出器１０３として用いることができる。
これをより詳細に説明すると、光源１０１から出射された光がタッチ入力部材から散乱されてレーザーダイオードに入射される場合、レーザーダイオードの光出力は入射される光によって変調（アンジュレーション）される。
【００２５】
このような変調は検出器１０３を構成する他の構成要素である光ダイオードを通じてレーザーダイオードの出力電圧を監視することによって検出されて、検出器１０３は検出された変調を用いてレーザーダイオードと光の反射場所の間の距離を算出する。
この場合に検出器１０３を構成する構成要素はレーザーダイオードと、光ダイオードなどになり、結果的に検出器１０３は距離測定対象物体から反射される光を受信し、距離を測定して出力するようになる。
【００２６】
このようなレーザー自家混合（ｓｅｌｆｍｉｘｉｎｇ）に基づいた距離測定は公知されていて、これに対する詳細な説明は省略する。
一方、光ファイバー１１０は光源及び検出部１００の光源１０１から出射される光を伝送する伝送ラインであり、シリカ系光繊維、フッ素系光繊維、希土類系光繊維、プラスチッククラディング光繊維、プラスチック光繊維などが用いられることができる。
【００２７】
このような光ファイバー１１０は、駆動体１３０の駆動によって左右に動きながら光源１０１から出射される光をタッチスクリーンの表面にスキャニングをするため、正確度を高めるためにはある程度の硬直性を有し、曲がりすぎることを防止することが出来なければならない。
次に、支持体１２０は板形で形成されていて、内部にホールを備え、備えられたホールを光ファイバー１１０が貫通する。
【００２８】
このような支持体１２０は、光ファイバー１１０が駆動体１３０から提供される左右駆動力によって左右に移動する時（回動される時）、移動効果を極大化するためのシーソー効果を発生させるためのものである。
前記支持体１２０は、形成されたホールの周りが貫通する光ファイバー１１０の貫通部位を支持し、ホールを通過する前の光ファイバー１１０の部位１１０ａとホールを通過した後の光ファイバー１１０の部位１１０ｂが互いに反対に回動することができるようにする。
【００２９】
その結果、光ファイバー１１０において、ホールを通過する前の部位１１０ａの長さとホールを通過した後の部位１１０ｂの長さの割合により、回動距離が倍加されるようになる。
即ち、このような関係を表す図４を参照して説明すると、光ファイバー１１０において、ホールを通過する前の部位１１０ａの長さをａとし、ホールを通過した後の部位１１０ｂの長さをｂとして、駆動体１３０に接触された光ファイバー１１０の該当部位の回動距離をａ'とし、光ファイバー１１０の端部の回動距離をｂ'とすると、次の数学式１が成立されて、長さの割合によって回動距離が倍加されるようになる。
【００３０】
【数１】
【００３１】
一方、ここで支持体１２０は板形の支持板を用いたが、図５に図示されたように、間に光ファイバー１１０が貫通するように形成されたギャップを置いて離隔されていて、光ファイバー１１０が貫通する面の反対面に凹状に形成されている二つの支持ブロック１２０ａ、１２０ｂを用いて具現することもできる。
【００３２】
次に、駆動体１３０は左右駆動力を発生し、接触されている光ファイバー１１０に左右駆動力を伝達して、光ファイバー１１０が左右に移動されるようにする。このような駆動体１３０は基板２００と圧電駆動体２１０〜２３０からなっている。
ここで、基板２００は一般的に用いられる半導体基板であり、基板２００を構成する物質としては、シリコーン（Ｓｉ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、水晶（Ｑｕａｒｔｚ）、シリカ（ＳｉＯ２）などの物質が用いられることができる。
【００３３】
そして、圧電駆動体２１０〜２３０は圧電方式によって光ファイバー１１０の接触部位を左右に移動させるための駆動力を発生させて、下部電極層２１０と、下部電極層２１０に積層された圧電層２２０と、圧電層２２０に積層された上部電極層２３０で形成されている。
【００３４】
この際、下部または上部電極層２１０、２３０の電極材料としては、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２などが用いられることができて、上述の電極材料の組合のうち何れか一つが用いられることもできる。
下部または上部電極層２１０、２３０はスパッタ（ｓｐｕｔｔｅｒ）または真空蒸着（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）などの方法で形成することができる。
【００３５】
圧電層２２０は下部電極層２１０上に湿式及び乾式方法で形成することができる。ここで、圧電層２２０としてはＰＺＴ、ＰＮＮＰＴ、ＰＬＺＴ、ＡｌＮ、ＺｎＯなどの圧電材料を用いることができて、鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）またはチタン（Ｔｉ）などの元素を一つ以上含んで構成される圧電材料を用いることもできる。
このように構成された圧電駆動体２１０〜２３０は、下部電極層２１０と上部電極層２３０に電圧が印加されると、圧電層２２０が収縮または膨脹して駆動力を発生させて、生成された駆動力によって光ファイバー１１０の接触部位を左右に移動させる。
【００３６】
一方、光源及び検出部１００で検出器１０３は光源１０１と一体に形成したが、これと異なって、別途の装置で具現することができ、設置位置も光源１０１から離れた位置に設けることができる。
【００３７】
図７は本発明の第１実施例によるスキャン装置を用いたタッチスクリーンの構成図である。
図７を参照すると、本発明の第１実施例によるスキャン装置を用いたタッチスクリーンは、光を生成してディスプレーパネル３２０の表面上に周期的にスキャニングされる光を放射するスキャン装置３１０と、光を放出して映像を具現し、スキャン装置３１０から放射された光３５０または光３８０を反射または散乱させるためのフレーム３４０を有するディスプレーパネル３２０と、反射された光を受信し、距離測定対象物体（フレームやタッチ入力部材）までの距離を算出して出力する検出器３３０からなっている。
【００３８】
ここで、前記スキャン装置３１０はフレーム３４０の一つの角に配置されることが好ましく、全体ディスプレーパネル３２０の表面の真上に周期的にスキャニングされる光を放射し、これによってディスプレーパネル３２０の表面は光３５０または光３８０によって周期的にスキャニングされる。
光３５０または光３８０はディスプレーパネル３２０の表面の真上の平面に放射されて、ディスプレーパネル３２０の表面と接触または近接しているタッチ入力部材によって中断される。
【００３９】
光３５０または光３８０はディスプレーパネル３２０のフレーム３４０上で終わる時３５０で表示され、タッチ入力部材から散乱される瞬間には３８０で表示される。二つの参照番号３５０及び３８０は相異なる瞬間に同一の光で言及される。
例えば、使用者の指３６０のようなタッチ入力部材がディスプレーパネル３２０をタッチしないと、光３５０はディスプレーパネル３２０のフレーム３４０から反射または散乱される。
【００４０】
一方、検出器３３０はディスプレーパネル３２０に接触または近接するタッチ入力部材から反射または散乱された光を受信して、距離を算出して出力する。
このような検出器３３０はスキャン装置３１０の内部に設けられたり、隣接するように設けられることができて、前記スキャン装置３１０から離隔されて設けることもできる。
【００４１】
この際、前記スキャン装置３１０に含まれる光源としてレーザーダイオードは、上述のように検出器３３０の一部としてさらに散乱された光を検出することに用いられることができる。この場合、レーザーダイオードの光出力は散乱された光によって変調（アンジュレーション（ｕｎｄｕｌａｔｉｏｎ））されて、このような変調は光ダイオードのような検出器３３０を構成する他の構成要素によってレーザーダイオードの出力電力を監視して検出される。
【００４２】
レーザーダイオード自体が電流―変調されるため、このような結果はレーザーダイオードと光３５０の反射場所の間の距離を測定することに用いられることができる。
即ち、検出器３３０はレーザーダイオードの出力電力を検出し、これを用いてレーザーダイオードと光３５０の反射場所の間の距離を算出して出力する。
【００４３】
一方、いかなるタッチ入力部材３６０もディスプレーパネル３２０と接触しないと、スキャン装置３１０と光が指示するフレーム３４０の地点の間の距離は再び散乱された光を受信した検出器３３０によって測定されて出力される。
タッチ入力部材３６０がディスプレーパネル３２０と接触すると、例えばディスプレーパネル３２０の下部３７０のような特定地点をタッチすると、角度αで放出された光３８０は中断されて、フレーム３４０に代り指３６０から反射または散乱される。
【００４４】
従って、スキャン装置３１０と光３８０の反射場所の間の距離は、スキャン装置３１０と光が指示するフレーム３４０の地点の間の距離よりもっと短い距離になる。
このような距離変化は、ディスプレーパネル３２０がタッチされる場合に発生して、検出器３３０によって測定されて出力され、これを用いてタッチ位置を計算することができる。
【００４５】
検出器３３０によって測定されて出力されるこのような距離変化の一例が図８に図示されている。図８で、スキャン装置３１０と反射場所の間の距離ｄは時間ｔによって測定される。
距離Ｓの第１部分Ａはディスプレーパネル３２０がタッチされる前に測定された距離ｄを示す。
【００４６】
前記測定された距離の部分Ａ１は、光３５０による一つのスキャン周期の間に測定された距離を示し、前記スキャン周期は図７に図示された実施例で左側上部角から始まって右側下部角に、そして右側下部角から左側上部角に向けるものである。距離Ｓの部分Ａ１１はディスプレーパネル３２０の長側部（水平側）によるスキャンによって記録される一方、信号Ｓの部分Ａ１２はディスプレーパネル３２０の短側部（垂直側）によるスキャンによって記録される。いかなる信号も検出されない時の隙間Ａ１３は、スキャン方向を変化させる位置を示すのに用いられることができる吸収表面に光が衝突する時を示す。ディスプレーパネル３２０がタッチされる前に記録された距離は、ディスプレーパネル３２０がタッチされる瞬間に判読される距離を校正するのに用いられることができる。
【００４７】
距離Ｓの次の部分Ｂはディスプレーパネル３２０がタッチされる間に測定された距離ｄを示す。信号の部分Ｂ２はディスプレーパネル３２０にかけて完全なスキャニングの間に記録される。これで分かるように、距離Ｓは、タッチ入力部材の光の反射によって測定されたもっと短い距離による低いピークＢ１を表す点で、期間Ａと比べて期間Ｂで変化される。このようなもっと短い距離は、タッチ入力部材と検出器３３０の間の距離を示す。ピークＢ１の時間の長さは検出器３３０の距離によって考案されたディスプレーパネル３２０をタッチするタッチ入力部材の半径を示す一方、その位置は、スキャン装置３１０が位置するディスプレーパネル３２０の角に対するタッチ入力部材の角度の測定値である。このような方式で、この角に対するタッチ入力部材の角度は校正されることができる。
【００４８】
絶対接触位置、即ち（ｘ、ｙ）―座標は光の角度及び距離から計算されることができる。フレーム３４０に対する距離を測定する間に生成された距離情報は、光の角度を校正するのに用いられることができる。タッチ入力部材が検出される時、タッチ入力部材を押す前及び押した後の光角度の間の平均はタッチ入力部材を押す間光の角度に対する良好な測定値である。
【００４９】
スキャン装置３１０に電子機器を含んだ好ましい実施例は図９に図示されている。
図９は図７の電子機器を含んだスキャン装置の詳細図である。
図９に図示されたように、電子機器を含んだスキャン装置は、光源及び検出部４００、光ファイバー４１０、支持体４２０、駆動体４３０、駆動体駆動部４４０、光源駆動ユニット４５０及び信号処理部４６０で構成されている。ここで、光源及び検出部４００は光源４０１、レンズ４０２及び検出器４０３からなっている。
【００５０】
このような構成で、光源４０１は光源駆動ユニット４５０によって駆動されて電流変調された光を生成して出射する。
前記検出器４０３は光源４０１から放射されて、フレームやタッチ入力部材から散乱されて反射される反射光を受信し、フレームやタッチ入力部材の距離を測定して信号処理部４６０に出力する。
【００５１】
そして、光ファイバー４１０は光源４０１で生成された光を放射し、駆動体４３０の駆動によって矢印で表示されたように周期的に放射角が変化する光を放射する。
前記支持体４２０は光ファイバー４１０に回動軸を提供し、光ファイバー４１０が駆動体４３０の駆動によって回動するようにする。
【００５２】
次に、前記駆動体４３０は駆動体駆動部４４０によって駆動される圧電駆動体を含んで、駆動体駆動部４４０によって駆動されて、接触された光ファイバー４１０を矢印で表示されたように周期的に変化させることができる回動力を発生させる。
そして、駆動体駆動部４４０は、駆動体４３０を構成する圧電駆動体の上部電極層と下部電極層に周期的に変化される電圧を印加して、前記駆動体４３０が光ファイバー４１０を周期的に変化させることができる回動力を発生させるようにする。
【００５３】
一方、光源駆動ユニット４５０は光源４０１を制御して、電流変調される光を生成して出射するようにする。
そして、信号処理部４６０は光ファイバー４１０の放射角と検出器４０３によって測定された距離を用いてタッチ入力部材のタッチ位置を算出する。
【００５４】
このような構成で、光源４０１は光源駆動ユニット４５０によって駆動されてレンズ４０２を通過した後、電気的に駆動された駆動体４３０に装着された光ファイバー４１０によって経路が変更される光３５０または光３８０を生成して放射する。この際、光源４０１は光源駆動ユニット４５０の制御によって電流変調されて、時間によって相異なる周波数を有する光を生成して出射する。
【００５５】
そうすると、前記検出器４０３は、光源４０１から放射されてフレームやタッチ入力部材から散乱されて反射される反射光を受信して、フレームやタッチ入力部材の距離を測定して信号処理部４６０に出力する。
この際、光源４０１がレーザーダイオードであり、レーザーダイオードを前記検出器４０３としても用いる場合、タッチ入力部材によって散乱されて反射された光がレーザーダイオードに受信される場合に生成された光を変調させる。前記検出器４０３は、このような変調（アンジュレーション（ｕｎｄｕｌａｔｉｏｎ））を用いてレーザーダイオードとタッチ入力部材の距離を測定して出力する。
そして、信号処理部４６０は、光ファイバー４１０の放射角と検出器４０３によって測定された距離を用いてタッチ入力部材のタッチ位置を算出する。
【００５６】
図１０は本発明の第２実施例によるスキャン装置を用いたタッチスクリーンの構成図である。
図１０に図示された第２実施例によるスキャン装置を用いたタッチスクリーンと、図７に図示された第１実施例によるスキャン装置との差異点は、スキャン装置３１０、３１０’が角の両側に備えられているという点である。これによって、スキャン装置３１０、３１０’と隣接するように設けられた検出器３３０、３３０’も角の両側に備えられている。
【００５７】
このように複数個のスキャン装置３１０、３１０’と検出器３３０、３３０’をタッチスクリーンに用いると、正確度が高いタッチ入力部材の位置を検出することができる。これに係って、その他の構成と動作は図７に図示された第１実施例によるタッチスクリーンと同一であるため、詳細な説明は省略する。
図１１は本発明の第３実施例によるスキャン装置を用いたタッチスクリーンの構成図である。
【００５８】
図１１に図示された本発明の第３実施例によるスキャン装置を用いたタッチスクリーンと、図７と図１０に開示された実施例との差異点は、検出器３３０がスキャン装置３１０から分離されて、フレーム３４０の他の角に設けられているという点である。このようにスキャン装置３１０と検出器３３０を分離すると、信号処理において単純な処理を遂行することができる。
【００５９】
本発明の第３実施例に係って、その他の構成と動作は図７に図示された第１実施例によるタッチスクリーンと同一であるため、詳細な説明は省略する。
図１２は本発明の第４実施例によるスキャン装置を用いたタッチスクリーンの構成図である。
【００６０】
図１２に図示された本発明の第４実施例によるスキャン装置を用いたタッチスクリーンと、図１１に開示された実施例との差異点は、一つではなく２個の検出器３３０、３３０'’がスキャン装置３１０から分離されて、フレーム３４０の両方の角に設けられているという点である。このように検出器３３０、３３０'’を複数個で設けると、もっと正確な位置測定が可能である。
本発明の第４実施例に係って、その他の構成と動作は図７に図示された第１実施例によるタッチスクリーンと同一であるため、詳細な説明は省略する。
【００６１】
以上、本発明の好ましい実施例に対して図示及び詳細に説明したが、本発明は上述した特定の実施例に限定されず、請求範囲にて請求する本発明の旨を外れることなく、該当発明が属する技術分野にて通常の知識を有する者によって多様な変形実施が可能であることはもちろん、このような変形実地は本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されてはならないであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】従来の一般的なカメラ方式のタッチスクリーン構成図である。
【図２】本発明の第１実施例による圧電方式スキャン装置の斜視図である。
【図３】本発明の第１実施例による圧電方式スキャン装置の断面図である。
【図４】図２の光ファイバーの回動を示す例示図である。
【図５】図２の支持体の他の実施例を示す図面である。
【図６】図２の駆動体の詳細構成図である。
【図７】本発明の第１実施例によるスキャン装置を用いたタッチスクリーンの構成図である。
【図８】本発明の第１実施例による距離信号を図示した図面である。
【図９】図７の電子機器を含んだスキャン装置の詳細構成図である。
【図１０】本発明の第２実施例によるスキャン装置を用いたタッチスクリーンの構成図である。
【図１１】本発明の第３実施例によるスキャン装置を用いたタッチスクリーンの構成図である。
【図１２】本発明の第４実施例によるスキャン装置を用いたタッチスクリーンの構成図である。
【符号の説明】
【００６３】
１００ 光源及び検出部
１０１ 光源
１０２ レンズ
１０３ 検出器
１１０ 光ファイバー
１２０ 支持体
１２０ａ、１２０ｂ 支持ブロック
１３０ 駆動体
２００ 基板
２１０ 下部電極層
２２０ 圧電層
２３０ 上部電極層
３１０、３１０' スキャン装置
３２０ ディスプレーパネル
３３０、３３０'、３３０'' 検出器
３４０ フレーム
３５０、３８０ 光
３６０ タッチ入力部材
４００ 光源及び検出部
４１０ 光ファイバー
４２０ 支持体
４３０ 駆動体
４４０ 駆動体駆動部
４５０ 光源駆動ユニット
４６０ 信号処理部
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電方式スキャン装置及びそれを用いたタッチスクリーン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチスクリーンは、画面にディスプレーされる映像を指やタッチペンなどで接触する場合、その接触に反応して接触地点を把握することができるようにする装置である。
タッチスクリーンは一般的にＬＣＤパネル、またはＰＤＰパネルのような平面ディスプレー上に被せられる構造で製作され、このタッチスクリーンは、画面上のディスプレーされる映像イメージとは別途に指の接触位置を感知して映像画面上の座標に換算する装置であり、座標情報は映像を制御するコンピューターに伝送されるようになる。
【０００３】
コンピューターはタッチスクリーンから受けた位置情報と映像画面を合成し、必要な対応をするように画像を制御するようになる。
タッチスクリーンを具現する方法としては、画面の大きさ及び用途によって技術的に相異なるいくつかの方法があり、代表的に抵抗膜方式、静電気方式、表面超音波方式、赤外線方式、カメラ（あるいは光学）方式などがある。
【０００４】
図１は従来の一般的なカメラ方式のタッチスクリーンの構成図である。
図１に図示されたように、従来のカメラ方式のタッチスクリーンは、ディスプレーパネル１を支持する長方形フレーム２の一辺の両端に９０度の角度の視野で画面を監視するマイクロカメラ３が夫々設けられ、長方形フレーム２の他の三辺に赤外線を放射する光源として多数の赤外線ＬＥＤ４がぎっしりと配列され、フレーム２の一側またはタッチスクリーンが設けられたディスプレー装置の内側に、前記カメラ３及び赤外線ＬＥＤ４の駆動を制御し、カメラ３を通じて感知される映像を分析して接触地点を検出する制御ボード５が設けられる。
【０００５】
上記の構成からなるタッチスクリーンは、長方形フレーム２の三辺に配列された多数のＬＥＤ４から赤外線が放射されて、二つの角に設けられたカメラ３は赤外線ＬＥＤ４から放射される赤外線を受信するようになり、この際に使用者の指（またはタッチペン）がディスプレーパネル１をタッチすると、フレーム２の３辺から放射された赤外線がカメラ３に到逹する経路が部分的に遮断されるようになる。
【０００６】
二台のカメラ３が夫々異なる位置でこの指によって発生する影をカメラ角度線で感知し、制御ボード５はこの二台のカメラ３から受けたカメラ角度情報を処理して、タッチ位置を座標に換算するようになる。
制御ボード５によって計算される座標情報はディスプレー装置を制御するコンピューターに伝送され、コンピューターはこのタッチ地点の座標を画面の映像に対応させて画面に表示されるようにする。
【０００７】
上述の構成及び動作からなる従来のカメラ方式のタッチスクリーンは、多数の赤外線ＬＥＤが画面を構成する長方形フレームの三辺に稠密に配列されて、設置過程が複雑で難しいという問題点があり、これによって設置コストも高くかかるという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上述のような問題点を解決するために導き出されたものであり、多数の赤外線ＬＥＤに代り、価格が安価で製作が容易である圧電方式を用いたスキャン装置とそれを用いたタッチスクリーン装置を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述のような目的を果たすための本発明のスキャン装置は、光を生成して出射する光源；前記光源に一端部が接続されて、光源から出射される光を伝送する伝送ラインを提供する光ファイバー；前記光ファイバーの側面を支持して、前記光ファイバーが回動されるように回動軸を提供する支持体；及び前記支持体と前記光源の間に位置して、前記光ファイバーを回動させる駆動力を圧電力を用いて提供する駆動体を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のスキャン装置は、光源に隣接するように設けられ、前記光ファイバーを通じて距離測定対象物体から反射される光を受信して、距離を測定して出力する検出器をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明のスキャン装置の前記支持体は、板形で形成されていて、前記光ファイバーが貫通するホールを備え、前記ホールの周りに形成された支持板は周りが前記光ファイバーの側面を支持して、前記光ファイバーが回動されるようにする支持板からなることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のスキャン装置の前記支持体は、前記光ファイバーが貫通するように形成されたギャップを置いて離隔されていて、前記光ファイバーが貫通する面の反対面に凹状に形成されている多数の支持ブロックからなることを特徴とする。
また、本発明のスキャン装置の前記駆動体は、基板；及び前記基板に積層されていて、圧電力によって駆動力を提供する圧電駆動体を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の前記圧電駆動体は、前記基板に積層される伝導性物質で形成された第１電極層；前記第１電極層に積層されていて、圧電材料で形成された圧電層；及び前記圧電層に積層されていて、伝導性物質で形成された第２電極層を含むことを特徴とする。
また、本発明のタッチスクリーンは、光を放出して映像を具現するディスプレーパネル；前記ディスプレーパネルの表面全体にかけて周期的にスキャンされる光を前記ディスプレーパネルに平行で近接するように放射する第１スキャン装置；及び前記ディスプレーパネルに接触または近接するタッチ入力部材から反射または散乱された光を受信して、距離を算出して出力する第１検出器を含んで、前記第１スキャン装置は、光を生成して出射する第１光源；前記第１光源に一端部が接続されて、光源から出射される光を伝送する伝送ラインを提供する第１光ファイバー；前記第１光ファイバーの側面部位を支持して、前記第１光ファイバーが回動されるように回動軸を提供する第１支持体；及び前記第１支持体と前記第１光源の間に位置して、前記第１光ファイバーを回動させる駆動力を圧電力を用いて提供する第１駆動体を含むことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のタッチスクリーンは前記ディスプレーパネルに接触または近接するタッチ入力部材から反射または散乱された光を受信して、距離を算出して出力する第２検出器をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明のタッチスクリーンの前記第１検出器は、前記第１スキャン装置の内部に第１光源に隣接するように設けられていて、前記第１光ファイバーを通じてタッチ入力部材から反射される反射光を受信して、タッチ入力部材の距離を測定して出力することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のタッチスクリーンの前記第１駆動体は、基板；前記基板に積層される伝導性物質で形成された第１電極層；前記第１電極層に積層されていて、圧電材料で形成された圧電層；及び前記圧電層に積層されていて、伝導性物質で形成された第２電極層からなることを特徴とする。
また、本発明のタッチスクリーンは前記第１検出器から出力されるタッチ入力部材の距離と前記第１スキャン装置の放射角度を確認して、前記タッチ入力部材の位置を把握する信号処理部をさらに含むことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明のタッチスクリーンは前記第１スキャン装置から離隔されて設けられていて、前記ディスプレーパネルの全体にかけて周期的にスキャンされる光を前記ディスプレーパネルに平行で近接するように放射する第２スキャン装置をさらに含んで、前記第２スキャン装置は、光を生成して出射する第２光源；前記第２光源に一端部が接続されて、光源から出射される光を伝送する伝送ラインを提供する第２光ファイバー；前記第２光ファイバーの側面部位を支持して、前記第２光ファイバーが回動されるように回動軸を提供する第２支持体；及び前記第２支持体と前記第２光源の間に位置して、前記第２光ファイバーを回動させる駆動力を圧電力を用いて提供する第２駆動体を含むことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のタッチスクリーンは前記第１検出器から離隔されていて、前記ディスプレーパネルに接触または近接するタッチ入力部材から反射または散乱された光を受信して、タッチ入力部材の距離を測定して出力する第３検出器をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明のタッチスクリーンの前記第３検出器は前記第２スキャン装置の内部に前記第２光源に隣接するように設けられていて、前記第２光ファイバーを通じて入射される入射光を受信して、タッチ入力部材の距離を測定して出力することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明のタッチスクリーンは前記第１検出器と第３検出器から出力されるタッチ入力部材の距離と前記第１スキャン装置と第２スキャン装置の放射角度を確認して、前記タッチ入力部材の位置を把握する信号処理部をさらに含むことを特徴とする。
本発明の詳細な説明に先立ち、本明細書及び請求範囲に用いられた用語や単語は通常的かつ辞書的な意味に解釈されてはいけなく、発明者が自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則にしたがって本発明の技術的思想にかなう意味と概念に解釈されなければならない。
【発明の効果】
【００１８】
上述のような本発明によると、多数の赤外線ＬＥＤに代りスキャン装置を用いて光を放射するようにして、構成が簡単で、設置が簡便であり、設置コストが安くかかるタッチスクリーンを製作することができる。
また、本発明によると、スキャン装置が装着される領域がフレームの角に限定されて、タッチスクリーンの構造において光源が占める面積を最小化することができるようにする効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は添付図面と以下の詳細な説明および好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、本発明の説明において、係わる公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要にぼかす可能性があると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。。
【００２０】
以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
図２は本発明の第１実施例による圧電方式スキャン装置の斜視図であり、図３は本発明の第１実施例による圧電方式スキャン装置の断面図である。
図２と図３を参照すると、本発明の第１実施例による圧電方式スキャン装置は、光源及び検出部１００、光ファイバー１１０、支持体１２０、駆動体１３０で構成されている。
【００２１】
ここで、光源及び検出部１００は、光源１０１、レンズ１０２及び検出器１０３からなっている。
【００２２】
このような光源及び検出部１００で光源１０１は光を生成して出射するものであり、外部共振器型垂直面発光レーザ（ＶＥＣＳＥＬ；Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ；Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）、レーザーダイオード（Ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ、ＬＤ）、高発光ダイオード（ＳＬＥＤ；Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）などのような半導体を用いて製作した光源を用いることができる。
【００２３】
そして、レンズ１０２は光源１０１から出射された光の線型性と直進性を向上させるためのものであり、コリメートレンズなどで具現することができる。
次に、検出器１０３は、光源１０１から出射された光が距離測定対象物体であるディスプレーパネルのフレームや指などのようなタッチ入力部材から散乱されて反射される光を受信して、フレームまたはタッチ入力部材までの距離を算出して出力する。
【００２４】
ここで、光源１０１としてレーザーダイオードが用いられる場合、レーザーダイオードは検出器１０３として用いることができる。
これをより詳細に説明すると、光源１０１から出射された光がタッチ入力部材から散乱されてレーザーダイオードに入射される場合、レーザーダイオードの光出力は入射される光によって変調（アンジュレーション）される。
【００２５】
このような変調は検出器１０３を構成する他の構成要素である光ダイオードを通じてレーザーダイオードの出力電圧を監視することによって検出されて、検出器１０３は検出された変調を用いてレーザーダイオードと光の反射場所の間の距離を算出する。
この場合に検出器１０３を構成する構成要素はレーザーダイオードと、光ダイオードなどになり、結果的に検出器１０３は距離測定対象物体から反射される光を受信し、距離を測定して出力するようになる。
【００２６】
このようなレーザー自家混合（ｓｅｌｆｍｉｘｉｎｇ）に基づいた距離測定は公知されていて、これに対する詳細な説明は省略する。
一方、光ファイバー１１０は光源及び検出部１００の光源１０１から出射される光を伝送する伝送ラインであり、シリカ系光繊維、フッ素系光繊維、希土類系光繊維、プラスチッククラディング光繊維、プラスチック光繊維などが用いられることができる。
【００２７】
このような光ファイバー１１０は、駆動体１３０の駆動によって左右に動きながら光源１０１から出射される光をタッチスクリーンの表面にスキャニングをするため、正確度を高めるためにはある程度の硬直性を有し、曲がりすぎることを防止することが出来なければならない。
次に、支持体１２０は板形で形成されていて、内部にホールを備え、備えられたホールを光ファイバー１１０が貫通する。
【００２８】
このような支持体１２０は、光ファイバー１１０が駆動体１３０から提供される左右駆動力によって左右に移動する時（回動される時）、移動効果を極大化するためのシーソー効果を発生させるためのものである。
前記支持体１２０は、形成されたホールの周りが貫通する光ファイバー１１０の貫通部位を支持し、ホールを通過する前の光ファイバー１１０の部位１１０ａとホールを通過した後の光ファイバー１１０の部位１１０ｂが互いに反対に回動することができるようにする。
【００２９】
その結果、光ファイバー１１０において、ホールを通過する前の部位１１０ａの長さとホールを通過した後の部位１１０ｂの長さの割合により、回動距離が倍加されるようになる。
即ち、このような関係を表す図４を参照して説明すると、光ファイバー１１０において、ホールを通過する前の部位１１０ａの長さをａとし、ホールを通過した後の部位１１０ｂの長さをｂとして、駆動体１３０に接触された光ファイバー１１０の該当部位の回動距離をａ'とし、光ファイバー１１０の端部の回動距離をｂ'とすると、次の数学式１が成立されて、長さの割合によって回動距離が倍加されるようになる。
【００３０】
【数１】
【００３１】
一方、ここで支持体１２０は板形の支持板を用いたが、図５に図示されたように、間に光ファイバー１１０が貫通するように形成されたギャップを置いて離隔されていて、光ファイバー１１０が貫通する面の反対面に凹状に形成されている二つの支持ブロック１２０ａ、１２０ｂを用いて具現することもできる。
【００３２】
次に、駆動体１３０は左右駆動力を発生し、接触されている光ファイバー１１０に左右駆動力を伝達して、光ファイバー１１０が左右に移動されるようにする。このような駆動体１３０は基板２００と圧電駆動体２１０〜２３０からなっている。
ここで、基板２００は一般的に用いられる半導体基板であり、基板２００を構成する物質としては、シリコーン（Ｓｉ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、水晶（Ｑｕａｒｔｚ）、シリカ（ＳｉＯ２）などの物質が用いられることができる。
【００３３】
そして、圧電駆動体２１０〜２３０は圧電方式によって光ファイバー１１０の接触部位を左右に移動させるための駆動力を発生させて、下部電極層２１０と、下部電極層２１０に積層された圧電層２２０と、圧電層２２０に積層された上部電極層２３０で形成されている。
【００３４】
この際、下部または上部電極層２１０、２３０の電極材料としては、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２などが用いられることができて、上述の電極材料の組合のうち何れか一つが用いられることもできる。
下部または上部電極層２１０、２３０はスパッタ（ｓｐｕｔｔｅｒ）または真空蒸着（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）などの方法で形成することができる。
【００３５】
圧電層２２０は下部電極層２１０上に湿式及び乾式方法で形成することができる。ここで、圧電層２２０としてはＰＺＴ、ＰＮＮＰＴ、ＰＬＺＴ、ＡｌＮ、ＺｎＯなどの圧電材料を用いることができて、鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）またはチタン（Ｔｉ）などの元素を一つ以上含んで構成される圧電材料を用いることもできる。
このように構成された圧電駆動体２１０〜２３０は、下部電極層２１０と上部電極層２３０に電圧が印加されると、圧電層２２０が収縮または膨脹して駆動力を発生させて、生成された駆動力によって光ファイバー１１０の接触部位を左右に移動させる。
【００３６】
一方、光源及び検出部１００で検出器１０３は光源１０１と一体に形成したが、これと異なって、別途の装置で具現することができ、設置位置も光源１０１から離れた位置に設けることができる。
【００３７】
図７は本発明の第１実施例によるスキャン装置を用いたタッチスクリーンの構成図である。
図７を参照すると、本発明の第１実施例によるスキャン装置を用いたタッチスクリーンは、光を生成してディスプレーパネル３２０の表面上に周期的にスキャニングされる光を放射するスキャン装置３１０と、光を放出して映像を具現し、スキャン装置３１０から放射された光３５０または光３８０を反射または散乱させるためのフレーム３４０を有するディスプレーパネル３２０と、反射された光を受信し、距離測定対象物体（フレームやタッチ入力部材）までの距離を算出して出力する検出器３３０からなっている。
【００３８】
ここで、前記スキャン装置３１０はフレーム３４０の一つの角に配置されることが好ましく、全体ディスプレーパネル３２０の表面の真上に周期的にスキャニングされる光を放射し、これによってディスプレーパネル３２０の表面は光３５０または光３８０によって周期的にスキャニングされる。
光３５０または光３８０はディスプレーパネル３２０の表面の真上の平面に放射されて、ディスプレーパネル３２０の表面と接触または近接しているタッチ入力部材によって中断される。
【００３９】
光３５０または光３８０はディスプレーパネル３２０のフレーム３４０上で終わる時３５０で表示され、タッチ入力部材から散乱される瞬間には３８０で表示される。二つの参照番号３５０及び３８０は相異なる瞬間に同一の光で言及される。
例えば、使用者の指３６０のようなタッチ入力部材がディスプレーパネル３２０をタッチしないと、光３５０はディスプレーパネル３２０のフレーム３４０から反射または散乱される。
【００４０】
一方、検出器３３０はディスプレーパネル３２０に接触または近接するタッチ入力部材から反射または散乱された光を受信して、距離を算出して出力する。
このような検出器３３０はスキャン装置３１０の内部に設けられたり、隣接するように設けられることができて、前記スキャン装置３１０から離隔されて設けることもできる。
【００４１】
この際、前記スキャン装置３１０に含まれる光源としてレーザーダイオードは、上述のように検出器３３０の一部としてさらに散乱された光を検出することに用いられることができる。この場合、レーザーダイオードの光出力は散乱された光によって変調（アンジュレーション（ｕｎｄｕｌａｔｉｏｎ））されて、このような変調は光ダイオードのような検出器３３０を構成する他の構成要素によってレーザーダイオードの出力電力を監視して検出される。
【００４２】
レーザーダイオード自体が電流―変調されるため、このような結果はレーザーダイオードと光３５０の反射場所の間の距離を測定することに用いられることができる。
即ち、検出器３３０はレーザーダイオードの出力電力を検出し、これを用いてレーザーダイオードと光３５０の反射場所の間の距離を算出して出力する。
【００４３】
一方、いかなるタッチ入力部材３６０もディスプレーパネル３２０と接触しないと、スキャン装置３１０と光が指示するフレーム３４０の地点の間の距離は再び散乱された光を受信した検出器３３０によって測定されて出力される。
タッチ入力部材３６０がディスプレーパネル３２０と接触すると、例えばディスプレーパネル３２０の下部３７０のような特定地点をタッチすると、角度αで放出された光３８０は中断されて、フレーム３４０に代り指３６０から反射または散乱される。
【００４４】
従って、スキャン装置３１０と光３８０の反射場所の間の距離は、スキャン装置３１０と光が指示するフレーム３４０の地点の間の距離よりもっと短い距離になる。
このような距離変化は、ディスプレーパネル３２０がタッチされる場合に発生して、検出器３３０によって測定されて出力され、これを用いてタッチ位置を計算することができる。
【００４５】
検出器３３０によって測定されて出力されるこのような距離変化の一例が図８に図示されている。図８で、スキャン装置３１０と反射場所の間の距離ｄは時間ｔによって測定される。
距離Ｓの第１部分Ａはディスプレーパネル３２０がタッチされる前に測定された距離ｄを示す。
【００４６】
前記測定された距離の部分Ａ１は、光３５０による一つのスキャン周期の間に測定された距離を示し、前記スキャン周期は図７に図示された実施例で左側上部角から始まって右側下部角に、そして右側下部角から左側上部角に向けるものである。距離Ｓの部分Ａ１１はディスプレーパネル３２０の長側部（水平側）によるスキャンによって記録される一方、信号Ｓの部分Ａ１２はディスプレーパネル３２０の短側部（垂直側）によるスキャンによって記録される。いかなる信号も検出されない時の隙間Ａ１３は、スキャン方向を変化させる位置を示すのに用いられることができる吸収表面に光が衝突する時を示す。ディスプレーパネル３２０がタッチされる前に記録された距離は、ディスプレーパネル３２０がタッチされる瞬間に判読される距離を校正するのに用いられることができる。
【００４７】
距離Ｓの次の部分Ｂはディスプレーパネル３２０がタッチされる間に測定された距離ｄを示す。信号の部分Ｂ２はディスプレーパネル３２０にかけて完全なスキャニングの間に記録される。これで分かるように、距離Ｓは、タッチ入力部材の光の反射によって測定されたもっと短い距離による低いピークＢ１を表す点で、期間Ａと比べて期間Ｂで変化される。このようなもっと短い距離は、タッチ入力部材と検出器３３０の間の距離を示す。ピークＢ１の時間の長さは検出器３３０の距離によって考案されたディスプレーパネル３２０をタッチするタッチ入力部材の半径を示す一方、その位置は、スキャン装置３１０が位置するディスプレーパネル３２０の角に対するタッチ入力部材の角度の測定値である。このような方式で、この角に対するタッチ入力部材の角度は校正されることができる。
【００４８】
絶対接触位置、即ち（ｘ、ｙ）―座標は光の角度及び距離から計算されることができる。フレーム３４０に対する距離を測定する間に生成された距離情報は、光の角度を校正するのに用いられることができる。タッチ入力部材が検出される時、タッチ入力部材を押す前及び押した後の光角度の間の平均はタッチ入力部材を押す間光の角度に対する良好な測定値である。
【００４９】
スキャン装置３１０に電子機器を含んだ好ましい実施例は図９に図示されている。
図９は図７の電子機器を含んだスキャン装置の詳細図である。
図９に図示されたように、電子機器を含んだスキャン装置は、光源及び検出部４００、光ファイバー４１０、支持体４２０、駆動体４３０、駆動体駆動部４４０、光源駆動ユニット４５０及び信号処理部４６０で構成されている。ここで、光源及び検出部４００は光源４０１、レンズ４０２及び検出器４０３からなっている。
【００５０】
このような構成で、光源４０１は光源駆動ユニット４５０によって駆動されて電流変調された光を生成して出射する。
前記検出器４０３は光源４０１から放射されて、フレームやタッチ入力部材から散乱されて反射される反射光を受信し、フレームやタッチ入力部材の距離を測定して信号処理部４６０に出力する。
【００５１】
そして、光ファイバー４１０は光源４０１で生成された光を放射し、駆動体４３０の駆動によって矢印で表示されたように周期的に放射角が変化する光を放射する。
前記支持体４２０は光ファイバー４１０に回動軸を提供し、光ファイバー４１０が駆動体４３０の駆動によって回動するようにする。
【００５２】
次に、前記駆動体４３０は駆動体駆動部４４０によって駆動される圧電駆動体を含んで、駆動体駆動部４４０によって駆動されて、接触された光ファイバー４１０を矢印で表示されたように周期的に変化させることができる回動力を発生させる。
そして、駆動体駆動部４４０は、駆動体４３０を構成する圧電駆動体の上部電極層と下部電極層に周期的に変化される電圧を印加して、前記駆動体４３０が光ファイバー４１０を周期的に変化させることができる回動力を発生させるようにする。
【００５３】
一方、光源駆動ユニット４５０は光源４０１を制御して、電流変調される光を生成して出射するようにする。
そして、信号処理部４６０は光ファイバー４１０の放射角と検出器４０３によって測定された距離を用いてタッチ入力部材のタッチ位置を算出する。
【００５４】
このような構成で、光源４０１は光源駆動ユニット４５０によって駆動されてレンズ４０２を通過した後、電気的に駆動された駆動体４３０に装着された光ファイバー４１０によって経路が変更される光３５０または光３８０を生成して放射する。この際、光源４０１は光源駆動ユニット４５０の制御によって電流変調されて、時間によって相異なる周波数を有する光を生成して出射する。
【００５５】
そうすると、前記検出器４０３は、光源４０１から放射されてフレームやタッチ入力部材から散乱されて反射される反射光を受信して、フレームやタッチ入力部材の距離を測定して信号処理部４６０に出力する。
この際、光源４０１がレーザーダイオードであり、レーザーダイオードを前記検出器４０３としても用いる場合、タッチ入力部材によって散乱されて反射された光がレーザーダイオードに受信される場合に生成された光を変調させる。前記検出器４０３は、このような変調（アンジュレーション（ｕｎｄｕｌａｔｉｏｎ））を用いてレーザーダイオードとタッチ入力部材の距離を測定して出力する。
そして、信号処理部４６０は、光ファイバー４１０の放射角と検出器４０３によって測定された距離を用いてタッチ入力部材のタッチ位置を算出する。
【００５６】
図１０は本発明の第２実施例によるスキャン装置を用いたタッチスクリーンの構成図である。
図１０に図示された第２実施例によるスキャン装置を用いたタッチスクリーンと、図７に図示された第１実施例によるスキャン装置との差異点は、スキャン装置３１０、３１０’が角の両側に備えられているという点である。これによって、スキャン装置３１０、３１０’と隣接するように設けられた検出器３３０、３３０’も角の両側に備えられている。
【００５７】
このように複数個のスキャン装置３１０、３１０’と検出器３３０、３３０’をタッチスクリーンに用いると、正確度が高いタッチ入力部材の位置を検出することができる。これに係って、その他の構成と動作は図７に図示された第１実施例によるタッチスクリーンと同一であるため、詳細な説明は省略する。
図１１は本発明の第３実施例によるスキャン装置を用いたタッチスクリーンの構成図である。
【００５８】
図１１に図示された本発明の第３実施例によるスキャン装置を用いたタッチスクリーンと、図７と図１０に開示された実施例との差異点は、検出器３３０がスキャン装置３１０から分離されて、フレーム３４０の他の角に設けられているという点である。このようにスキャン装置３１０と検出器３３０を分離すると、信号処理において単純な処理を遂行することができる。
【００５９】
本発明の第３実施例に係って、その他の構成と動作は図７に図示された第１実施例によるタッチスクリーンと同一であるため、詳細な説明は省略する。
図１２は本発明の第４実施例によるスキャン装置を用いたタッチスクリーンの構成図である。
【００６０】
図１２に図示された本発明の第４実施例によるスキャン装置を用いたタッチスクリーンと、図１１に開示された実施例との差異点は、一つではなく２個の検出器３３０、３３０'’がスキャン装置３１０から分離されて、フレーム３４０の両方の角に設けられているという点である。このように検出器３３０、３３０'’を複数個で設けると、もっと正確な位置測定が可能である。
本発明の第４実施例に係って、その他の構成と動作は図７に図示された第１実施例によるタッチスクリーンと同一であるため、詳細な説明は省略する。
【００６１】
以上、本発明の好ましい実施例に対して図示及び詳細に説明したが、本発明は上述した特定の実施例に限定されず、請求範囲にて請求する本発明の旨を外れることなく、該当発明が属する技術分野にて通常の知識を有する者によって多様な変形実施が可能であることはもちろん、このような変形実地は本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されてはならないであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】従来の一般的なカメラ方式のタッチスクリーン構成図である。
【図２】本発明の第１実施例による圧電方式スキャン装置の斜視図である。
【図３】本発明の第１実施例による圧電方式スキャン装置の断面図である。
【図４】図２の光ファイバーの回動を示す例示図である。
【図５】図２の支持体の他の実施例を示す図面である。
【図６】図２の駆動体の詳細構成図である。
【図７】本発明の第１実施例によるスキャン装置を用いたタッチスクリーンの構成図である。
【図８】本発明の第１実施例による距離信号を図示した図面である。
【図９】図７の電子機器を含んだスキャン装置の詳細構成図である。
【図１０】本発明の第２実施例によるスキャン装置を用いたタッチスクリーンの構成図である。
【図１１】本発明の第３実施例によるスキャン装置を用いたタッチスクリーンの構成図である。
【図１２】本発明の第４実施例によるスキャン装置を用いたタッチスクリーンの構成図である。
【符号の説明】
【００６３】
１００ 光源及び検出部
１０１ 光源
１０２ レンズ
１０３ 検出器
１１０ 光ファイバー
１２０ 支持体
１２０ａ、１２０ｂ 支持ブロック
１３０ 駆動体
２００ 基板
２１０ 下部電極層
２２０ 圧電層
２３０ 上部電極層
３１０、３１０' スキャン装置
３２０ ディスプレーパネル
３３０、３３０'、３３０'' 検出器
３４０ フレーム
３５０、３８０ 光
３６０ タッチ入力部材
４００ 光源及び検出部
４１０ 光ファイバー
４２０ 支持体
４３０ 駆動体
４４０ 駆動体駆動部
４５０ 光源駆動ユニット
４６０ 信号処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を生成して出射する光源；
前記光源に一端部が接続されて、光源から出射される光を伝送する伝送ラインを提供する光ファイバー；
前記光ファイバーの側面を支持して、前記光ファイバーが回動されるように回動軸を提供する支持体；及び
前記支持体と前記光源の間に位置して、前記光ファイバーを回動させる駆動力を圧電力を用いて提供する駆動体を含むスキャン装置。
【請求項２】
前記光源に隣接するように設けられ、前記光ファイバーを通じて距離測定対象物体から反射される光を受信して、距離を測定して出力する検出器をさらに含む請求項１に記載のスキャン装置。
【請求項３】
前記支持体は板形で形成されていて、前記光ファイバーが貫通するホールを備え、前記ホールの周りに形成された支持板は周りが前記光ファイバーの側面を支持して、前記光ファイバーが回動されるようにする支持板からなることを特徴とする請求項１に記載のスキャン装置。
【請求項４】
前記支持体は前記光ファイバーが貫通するように形成されたギャップを置いて離隔されていて、前記光ファイバーが貫通する面の反対面に凹状に形成されている多数の支持ブロックからなることを特徴とする請求項１に記載のスキャン装置。
【請求項５】
前記駆動体は、
基板；及び
前記基板に積層されていて、圧電力によって駆動力を提供する圧電駆動体を含む請求項１に記載のスキャン装置。
【請求項６】
前記圧電駆動体は、
前記基板に積層される伝導性物質で形成された第１電極層；
前記第１電極層に積層されていて、圧電材料で形成された圧電層；及び
前記圧電層に積層されていて、伝導性物質で形成された第２電極層を含む請求項５に記載のスキャン装置。
【請求項７】
光を放出して映像を具現するディスプレーパネル；
前記ディスプレーパネルの表面全体にかけて周期的にスキャンされる光を前記ディスプレーパネルに平行で近接するように放射する第１スキャン装置；及び
前記ディスプレーパネルに接触または近接するタッチ入力部材から反射または散乱された光を受信して、距離を算出して出力する第１検出器を含んで、
前記第１スキャン装置は、光を生成して出射する第１光源；
前記第１光源に一端部が接続されて、光源から出射される光を伝送する伝送ラインを提供する第１光ファイバー；
前記第１光ファイバーの側面部位を支持して、前記第１光ファイバーが回動されるように回動軸を提供する第１支持体；及び
前記第１支持体と前記第１光源の間に位置して、前記第１光ファイバーを回動させる駆動力を圧電力を用いて提供する第１駆動体を含むことを特徴とするタッチスクリーン。
【請求項８】
前記ディスプレーパネルに接触または近接するタッチ入力部材から反射または散乱された光を受信して、距離を算出して出力する第２検出器をさらに含む請求項７に記載のタッチスクリーン。
【請求項９】
前記第１検出器は、前記第１スキャン装置の内部に第１光源に隣接するように設けられていて、前記第１光ファイバーを通じて入射される入射光を受信して、タッチ入力部材の距離を測定して出力することを特徴とする請求項７に記載のタッチスクリーン。
【請求項１０】
前記第１駆動体は、
基板；
前記基板に積層される伝導性物質で形成された第１電極層；
前記第１電極層に積層されていて、圧電材料で形成された圧電層；及び
前記圧電層に積層されていて、伝導性物質で形成された第２電極層からなる請求項７に記載のタッチスクリーン。
【請求項１１】
前記第１検出器から出力されるタッチ入力部材の距離と前記第１スキャン装置の放射角度を確認して、前記タッチ入力部材の位置を把握する信号処理部をさらに含む請求項７に記載のタッチスクリーン。
【請求項１２】
前記第１スキャン装置から離隔されて設けられていて、前記ディスプレーパネルの全体にかけて周期的にスキャニングされる光を前記ディスプレーパネルに平行で近接するように放射する第２スキャン装置をさらに含んで、
前記第２スキャン装置は、
光を生成して出射する第２光源；
前記第２光源に一端部が接続されて、光源から出射される光を伝送する伝送ラインを提供する第２光ファイバー；
前記第２光ファイバーの側面部位を支持して、前記第２光ファイバーが回動されるように回動軸を提供する第２支持体；及び
前記第２支持体と前記第２光源の間に位置して、前記第２光ファイバーを回動させる駆動力を圧電力を用いて提供する第２駆動体を含むことを特徴とする請求項７に記載のタッチスクリーン。
【請求項１３】
前記第１検出器から離隔されていて、前記ディスプレーパネルに接触または近接するタッチ入力部材から反射または散乱された光を受信して、タッチ入力部材の距離を測定して出力する第３検出器をさらに含む請求項１２に記載のタッチスクリーン。
【請求項１４】
前記第３検出器は前記第２スキャン装置の内部に前記第２光源に隣接するように設けられていて、前記第２光ファイバーを通じて入射される入射光を受信して、タッチ入力部材の距離を測定して出力することを特徴とする請求項１３に記載のタッチスクリーン。
【請求項１５】
前記第１検出器と第３検出器から出力されるタッチ入力部材の距離と前記第１スキャン装置と第２スキャン装置の放射角度を確認して、前記タッチ入力部材の位置を把握する信号処理部をさらに含む請求項１４に記載のタッチスクリーン。
【請求項１】
光を生成して出射する光源；
前記光源に一端部が接続されて、光源から出射される光を伝送する伝送ラインを提供する光ファイバー；
前記光ファイバーの側面を支持して、前記光ファイバーが回動されるように回動軸を提供する支持体；及び
前記支持体と前記光源の間に位置して、前記光ファイバーを回動させる駆動力を圧電力を用いて提供する駆動体を含むスキャン装置。
【請求項２】
前記光源に隣接するように設けられ、前記光ファイバーを通じて距離測定対象物体から反射される光を受信して、距離を測定して出力する検出器をさらに含む請求項１に記載のスキャン装置。
【請求項３】
前記支持体は板形で形成されていて、前記光ファイバーが貫通するホールを備え、前記ホールの周りに形成された支持板は周りが前記光ファイバーの側面を支持して、前記光ファイバーが回動されるようにする支持板からなることを特徴とする請求項１に記載のスキャン装置。
【請求項４】
前記支持体は前記光ファイバーが貫通するように形成されたギャップを置いて離隔されていて、前記光ファイバーが貫通する面の反対面に凹状に形成されている多数の支持ブロックからなることを特徴とする請求項１に記載のスキャン装置。
【請求項５】
前記駆動体は、
基板；及び
前記基板に積層されていて、圧電力によって駆動力を提供する圧電駆動体を含む請求項１に記載のスキャン装置。
【請求項６】
前記圧電駆動体は、
前記基板に積層される伝導性物質で形成された第１電極層；
前記第１電極層に積層されていて、圧電材料で形成された圧電層；及び
前記圧電層に積層されていて、伝導性物質で形成された第２電極層を含む請求項５に記載のスキャン装置。
【請求項７】
光を放出して映像を具現するディスプレーパネル；
前記ディスプレーパネルの表面全体にかけて周期的にスキャンされる光を前記ディスプレーパネルに平行で近接するように放射する第１スキャン装置；及び
前記ディスプレーパネルに接触または近接するタッチ入力部材から反射または散乱された光を受信して、距離を算出して出力する第１検出器を含んで、
前記第１スキャン装置は、光を生成して出射する第１光源；
前記第１光源に一端部が接続されて、光源から出射される光を伝送する伝送ラインを提供する第１光ファイバー；
前記第１光ファイバーの側面部位を支持して、前記第１光ファイバーが回動されるように回動軸を提供する第１支持体；及び
前記第１支持体と前記第１光源の間に位置して、前記第１光ファイバーを回動させる駆動力を圧電力を用いて提供する第１駆動体を含むことを特徴とするタッチスクリーン。
【請求項８】
前記ディスプレーパネルに接触または近接するタッチ入力部材から反射または散乱された光を受信して、距離を算出して出力する第２検出器をさらに含む請求項７に記載のタッチスクリーン。
【請求項９】
前記第１検出器は、前記第１スキャン装置の内部に第１光源に隣接するように設けられていて、前記第１光ファイバーを通じて入射される入射光を受信して、タッチ入力部材の距離を測定して出力することを特徴とする請求項７に記載のタッチスクリーン。
【請求項１０】
前記第１駆動体は、
基板；
前記基板に積層される伝導性物質で形成された第１電極層；
前記第１電極層に積層されていて、圧電材料で形成された圧電層；及び
前記圧電層に積層されていて、伝導性物質で形成された第２電極層からなる請求項７に記載のタッチスクリーン。
【請求項１１】
前記第１検出器から出力されるタッチ入力部材の距離と前記第１スキャン装置の放射角度を確認して、前記タッチ入力部材の位置を把握する信号処理部をさらに含む請求項７に記載のタッチスクリーン。
【請求項１２】
前記第１スキャン装置から離隔されて設けられていて、前記ディスプレーパネルの全体にかけて周期的にスキャニングされる光を前記ディスプレーパネルに平行で近接するように放射する第２スキャン装置をさらに含んで、
前記第２スキャン装置は、
光を生成して出射する第２光源；
前記第２光源に一端部が接続されて、光源から出射される光を伝送する伝送ラインを提供する第２光ファイバー；
前記第２光ファイバーの側面部位を支持して、前記第２光ファイバーが回動されるように回動軸を提供する第２支持体；及び
前記第２支持体と前記第２光源の間に位置して、前記第２光ファイバーを回動させる駆動力を圧電力を用いて提供する第２駆動体を含むことを特徴とする請求項７に記載のタッチスクリーン。
【請求項１３】
前記第１検出器から離隔されていて、前記ディスプレーパネルに接触または近接するタッチ入力部材から反射または散乱された光を受信して、タッチ入力部材の距離を測定して出力する第３検出器をさらに含む請求項１２に記載のタッチスクリーン。
【請求項１４】
前記第３検出器は前記第２スキャン装置の内部に前記第２光源に隣接するように設けられていて、前記第２光ファイバーを通じて入射される入射光を受信して、タッチ入力部材の距離を測定して出力することを特徴とする請求項１３に記載のタッチスクリーン。
【請求項１５】
前記第１検出器と第３検出器から出力されるタッチ入力部材の距離と前記第１スキャン装置と第２スキャン装置の放射角度を確認して、前記タッチ入力部材の位置を把握する信号処理部をさらに含む請求項１４に記載のタッチスクリーン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２２６６３（Ｐ２０１２−２２６６３Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２５３２２（Ｐ２０１０−２２５３２２）
【出願日】平成２２年１０月５日（２０１０．１０．５）
【出願人】（５９４０２３７２２）サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． (1,585)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月５日（２０１０．１０．５）
【出願人】（５９４０２３７２２）サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． (1,585)
【Ｆターム（参考）】
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