KR100636412B1

KR100636412B1 - 초슬림 광 조이스틱 및 초슬림 광 조이스틱을 포함하는개인휴대단말기

Info

Publication number: KR100636412B1
Application number: KR1020040113266A
Authority: KR
Inventors: 안건준; 박철; 김재동; 배재훈
Original assignee: 크루셜텍(주); (주)지엔씨
Priority date: 2004-08-20
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2006-10-19
Also published as: CN101044446B; CN101044446A; KR20060017464A

Abstract

광 조이스틱은 피사체의 움직임을 감지하기 위한 리딩 영역의 하부에 위치한 제1 반사면 및 제1 반사면으로부터 반사된 빛을 집광하는 제1 평볼록렌즈부를 포함하는 제1 도파관, 상기 제1 평볼록렌즈부와 마주보는 제2 평볼록렌즈부 및 상기 제2 평볼록렌즈부로부터 입사된 빛을 반사시키기 위한 제2 반사면을 포함하는 제2 도파관, 그리고 제2 반사면의 하부에 위치한 이미지센서를 포함한다. 제1 도파관에서 제1 반사면 및 제1 평볼록렌즈부는 일체로 형성되고 제2 도파관에서도 제2 평볼록렌즈부 및 제2 반사면은 일체로 형성된다. 반사면과 렌즈부를 일체로 형성함으로써 광 조이스틱의 두께를 현저하게 줄일 수 있으며, 제1 및 제2 도파관을 서로 마주보게 배치함으로써 굴절 및 집광을 효율적으로 개선시킬 수가 있다.

휴대폰, 광 조이스틱, 이미지센서, 도파로, 슬림, 렌즈

Description

초슬림 광 조이스틱 및 초슬림 광 조이스틱을 포함하는 개인휴대단말기{ULTRA THIN OPTICAL JOYSTICK AND PERSONAL PORTABLE DEVICE HAVING AN ULTRA THIN OPTICAL JOYSTICK}

도 1 내지 도 3은 종래의 광 마우스의 포인팅 원리를 설명하기 위한 단면도들이다.

도 4 및 도 5는 이미지 입력장치의 높이와 초점 심도와의 관계를 설명하기 위한 개략도들이다.

도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 조이스틱의 단면도들이다.

도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 조이스틱을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 12는 도 6 및 도 9에 도시된 제1 도파관 및 제2 도파관의 구조를 설명하기 위한 평면도이다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 조이스틱을 설명하기 위한 단면도이다.

도 14는 도 13의 광 조이스틱의 도파관을 설명하기 위한 측면도이다.

도 15는 도 13의 광 조이스틱의 도파관을 설명하기 위한 사시도이다.

도 16은 도 13의 광 조이스틱을 설명하기 위한 부분 사시도이다.

도 17은 도 13의 광 조이스틱을 설명하기 위한 사시도이다.

도 18은 도 13의 광 조이스틱을 설명하기 위한 평면도이다.

도 19는 도 13의 광 조이스틱을 설명하기 위한 측면도이다.

도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 개인휴대단말기를 설명하기 위한 사시도이다.

본 발명은 입력장치에 관한 것으로서, 초슬림의 사이즈를 가지며 휴대폰과 같은 개인휴대단말기에 용이하게 장착될 수 있는 초슬림 광 조이스틱 및 초슬림 광 조이스틱을 포함하는 개인휴대단말기에 관한 것이다.

종래에 휴대폰 등 개인휴대단말기(Personal Portable Device)에서는 키패드를 이용한 입력 모듈이 주로 사용되고 있다. 구체적으로, 종래의 개인휴대단말기는 숫자 및 문자를 입력하기 위한 복수개의 버튼들을 포함하며, 각 버튼들에 정의된 버튼의 입력을 통해서 의도한(designed) 전화번호나 문장 등을 입력할 수가 있다.

또한, 종래의 개인휴대단말기는 메뉴키 및 기타 기능키를 이용하여 다양한 기능을 제공할 수 있다. 최근 들어 개인휴대단말기의 디스플레이부에 그래픽 등을 표현할 수 있게 됨으로써, 디스플레이부를 2차원으로 사용하는 것이 가능하게 되었으며, 이때 메뉴키 및 기타 기능키를 방향키로 이용하여 원하는 기능을 설정 및 작동할 수 있게 되었다.

이렇게 개인휴대단말기의 기능이 개인용 컴퓨터(Personal Computer; PC)와 유사하게 변화함에도, 휴대폰과 같은 개인휴대단말기는 여전히 방향키를 이용하고 있으며, 방향키를 누름에 따라 한 단계씩 이동하는 입력 방식을 택하고 있다. 방향키를 이용한 입력 방식이 불편함에도 불구하고, 키패드를 이용한 입력 방식이 주로 사용되는 이유는 현재까지는 키패드를 이용하여 입력하는 방식이 익숙하기 때문이며, 현재까지 개시된 다른 입력 방식으로는 입력 모듈을 얇게 만들 수 없기 때문이다. 일 예로, 휴대폰은 PCB(Printed Circuit Board) 및 RF(Radio Frequency) 모듈 등을 필수적으로 포함한다. 휴대폰에서 이들 필수 부품들의 위치 및 두께는 상당하기 때문에, 이들 중요 부품 이외의 부품에 대해서는 많은 공간을 할애할 수가 없다.

정리하면, 종래의 키패드를 이용한 입력 방식은 전화번호 입력이나 기타의 메뉴 이용에 있어서 한칸씩만 움직일 수 있는 단일(Mono) 이동만을 구현할 수 있다. 따라서 이러한 단일 이동 방식으로 인해 숫자나 문자의 입력이 느려지게 될 수 있으며, 대체로 여러 개의 키들을 거의 외우다시피 사용하기 때문에 번거로울 수도 있다. 또한, 단일 이동 방식으로는 현재 진행되고 있는 컴퓨터 윈도우(Windows)와 같은 GUI(Graphic User Interface) 환경에서는 사용이 불가능한 한계점을 갖고 있다.

현재 컴퓨터에서 GUI 환경을 지원하는 포인팅 장치로는 여러 가지가 개시되어 있으며, 이들 포인팅 장치는 그 작동 방식에 따라 볼 마우스(ball mouse), 광 마우스(optical mouse), 레이저 마우스(laser mouse), 터치 패드(touch pad), 타블렛(tablet) 등이 있다.

컴퓨터에서 사용되고 있는 상기 포인팅 장치는 이론적으로 개인휴대단말기의 포인팅 장치로서 사용될 수가 있다. 하지만, 개인휴대단말기는 휴대를 목적으로 한 것이기에 본체와 분리된 별도의 포인팅 장치는 현실적으로 개인휴대단말기의 포인팅 장치로 사용되기에 한계가 있다.

개인휴대단말기에 일체로 장착될 수 있는 포인팅 장치로 트랙볼 타입(trackball-type) 또는 조이스틱 타입(joystick-type)의 마우스가 제안될 수 있다. 하지만, 트랙볼 또는 조이스틱 구조는 물리적으로 일정 이상의 공간을 차지하게 되며, 상기 구조는 개인휴대단말기의 슬림화를 방해할 수 있다는 문제점이 있다.

상기 문제들을 감안하여, 상술한 포인팅 장치들 중 광 마우스에서 사용되는 포인팅 원리를 개인휴대단말기에 적용할 수 있다.

도 1 내지 도 3은 종래의 광 마우스의 포인팅 원리를 설명하기 위한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 종래 광 마우스에서 사용하는 이미지 입력 장치(21)는 커버 글라스(41), 렌즈(42), 차단막(44) 및 이미지센서(46)를 포함한다. 또한, 광원으로서는 고휘도의 발광 다이오드(Light-emitting diode; LED)(43)을 사용하며, 발광 다이오드(43)로부터 발광된 빛은 광원 가이드(45)를 통해서 커버 글라스(41)로 공급될 수 있다.

종래의 광 마우스에서는 광원으로부터 바닥면을 향해 빛이 조사되며, 이미지 센서가 렌즈의 상부에 위치하여 광 마우스의 움직임을 감지할 수 있다. 하지만, 종래의 광 마우스 구조를 개인휴대단말기에 적용하기 위해서는 커버 글라스(41) 상에서 손가락, 즉 피사체가 이동하고, 이미지센서(46)는 상대적으로 이동하는 피사체의 움직임을 감지하도록 변경할 수 있다.

이에 따르면, 종래의 광 마우스 구조에서 커버 글라스(41), 렌즈(42) 및 이미지센서(46)는 상하 직렬로 배치되어 있다. 즉, 가장 하부에는 이미지센서(46)가 있으며, 가장 상부에는 피사체 일면을 투사하는 커버 글라스(41)가 있고, 커버 글라스(41)의 하부에는 렌즈(42)가 위치하여 있다. 렌즈(42)와 이미지센서(46)의 사이에는 차단막(44)이 있어서 주변의 노이즈 광을 차단하여, 이미지센서(46)에 더욱 또렷한 상이 맺히도록 할 수 있다.

도 2를 참조하면, 종래의 광 마우스 구조에서 발광 다이오드(43)로부터 생성된 빛은 광원 가이드(45)를 거쳐 커버 글라스(41)의 외부로 투과될 수 있다(47).

이렇게 투과되는 광의 진행 경로는 커버 글라스(41) 위에 손가락와 같은 피사체를 올림으로써 아래로 반사될 수 있으며, 반사된 빛은 이미지센서(46)에서 결상될 수 있다.

도 3을 참조하면, 피사체에 의해서 반사된 빛은 렌즈(42), 차단막(44) 및 이미지센서(46)로 전달된다. 광원으로부터 발산된 빛은 커버 글라스(41) 위의 손가락(48)에서 반사가 되어 광 경로가 바뀌게 되고, 이렇게 변화되어진 광 경로는 하부의 렌즈(42)에 의해서 광 이미지센서(46)에 집광이 된다. 이미지센서(46)는 집광된 상의 변화를 감지하여 전기적 신호로 변환할 수 있으며, 개인휴대단말기 등의 본체 는 이미지센서(46)로부터 생성된 전기적 신호로부터 피사체의 움직임을 해석할 수 있다.

하지만, 이러한 구조를 갖는 이미지 입력장치(21)도 개인휴대단말기의 슬림화를 완벽하게 해결할 수는 없다. 왜냐하면, 현재 기술수준으로 보아 종래의 광 마우스 구조에서 이미지 입력장치(21)의 최단 높이는 약 4~5mm가 한계인 것에 반하여, 초슬림을 추구하는 최근의 개인휴대단말기는 약 2mm이하의 모듈 높이를 요구하고 있기 때문이다.

종래의 광 마우스 구조에서 이미지 입력장치(21)의 높이를 2mm이하로 줄이지 못하는 이유는, 초정밀의 구조를 제조하는 것이 어렵다는 점도 있지만, 초점 심도와도 일정한 관계가 있다고 할 수 있다.

도 4를 참조하면, 초점거리가 짧은 광학계가 도시되어 있다. 렌즈(61)에 광(62)이 조사되면 이미지센서면(63)에 초점이 맺히게 된다. 그러나 이렇게 초점거리가 짧은 경우 이미지센서면(63)에 입사되는 각이 크기 때문에 조립 시 초점거리가 상하로 약간만 틀어져도 광의 초점 스팟(Spot)의 크기가 커지게 된다. 초점 스팟(Spot)이 너무 커지게 되면 이미지센서의 픽셀 크기(Pixel Size)보다 스팟 크기(Spot Size)가 커지게 된다. 이것은 조립 공차 등의 발생으로 인한 불량 발생의 원인이 된다.

이와는 대조적으로, 도 5에서는 초점거리가 긴 광학계가 도시되어 있다. 집 광렌즈(64)에 광(65)이 조사되면 이것 역시 이미지센서면(66)에 초점이 맺히게 된다. 여기서 집광렌즈(64)와 이미지센서면(66)까지의 초점거리가 충분히 길기 때문에 이미지센서면(66)에 입사되는 광(65)의 각은 작아지게 된다. 이렇게 되면 상하로 이미지센서면(66)이 틀어지게 되더라도 작은 초점 스팟(Spot)을 갖게 됨으로 불량이 발생하지 않게 된다. 이것은 어느 정도까지 공차를 갖더라도 이미지센서의 픽셀 크기(Pixel Size)보다 초점 스팟 크기(Spot Size)가 커지지 않기 때문이다.

이를 정리하면, 종래의 광 마우스 구조에서는 커버 글라스, 렌즈 및 이미지센서가 광축 방향으로 정렬되어 있으며, 광학계 초점심도의 한계로 인하여 기본적인 장치의 높이가 제한된다고 할 수 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 일 목적은 마우스 등의 입력 장치 없이도 개인휴대단말기에서 숫자나 문자 입력을 할 수 있으며, 컴퓨터의 윈도우(Windows)와 같은 GUI(Graphic User Interface) 등의 환경을 구현할 수 있는 광 조이스틱 및 개인휴대단말기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 광 조이스틱 위에서 피사체인 손가락을 이동시켜 화면상의 포인터를 움직이게 할 수 있으며, 더 나아가 광 조이스틱의 높이를 더 축소화하고 충분한 초점심도를 확보할 수 있는 광 조이스틱 및 개인휴대단말기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 얇게 만들 수 있으며, 장착 및 조립이 용이한 광 조이스틱 및 개인휴대단말기를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 광 조이스틱은 피사체로부터 투영되는 빛을 굴절 및 집광하기 위한 제1 도파관(first waveguide), 제1 도파관을 통과한 빛을 집광 및 굴절시키기 위한 제2 도파관(second waveguide) 및 제2 도파관으로부터 굴절된 빛을 수광하는 이미지센서를 포함한다.

제1 도파관은 피사체의 움직임을 감지하기 위한 리딩 영역의 하부에 위치한 제1 반사면 및 제1 반사면으로부터 반사된 빛을 집광하는 제1 평볼록렌즈부(first planoconvex section)를 포함한다. 또한, 제1 도파관과 마주보는 제2 도파관은 제1 평볼록렌즈부와 마주보는 제2 평볼록렌즈부(second planoconvex section) 및 제2 평볼록렌즈부로부터 입사된 빛을 반사시키기 위한 제2 반사면을 포함한다. 광원으로부터 피사체로 조사되는 빛은 피사체로 인해 반사된다. 피사체로부터 반사된 빛은 제1 반사면에 의해서 굴절되고, 제1 반사면에 의해서 굴절된 빛은 제1 및 제2 평볼록렌즈부를 통과하면서 집광된다. 그리고, 제1 및 제2 평볼록렌즈부를 통과한 빛은 다시 제2 반사면에 의해서 굴절되어 이미지센서 상에 결상될 수 있다.

따라서 피사체에서 반사된 빛은 2번 굴절되면서 충분한 초점심도를 확보할 수 있으며, 제1 도파관 및 제2 도파관이 반사면 및 렌즈부를 포함하기 때문에 광 조이스틱의 높이를 약 2mm 이하 까지도 줄일 수가 있다. 또한, 반사면 및 렌즈부가 일체로 형성되어 있기 때문에 도파관을 용이하게 제조할 수 있으며, 조립 과정도 간단하여 대량생산에 매우 유리하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 광 조이스틱은 피사체로부터 투영되는 빛을 굴절 및 집광하기 위한 제1 도파관, 제1 도파관을 통과한 빛을 집광하기 위한 제2 도파관 및 제2 도파관을 통과한 빛을 수광하는 이미지센서를 포함한다.

이전 실시예와 마찬가지로, 제1 도파관은 피사체의 움직임을 감지하기 위한 리딩 영역의 하부에 위치한 제1 반사면 및 제1 반사면으로부터 반사된 빛을 집광하는 제1 평볼록렌즈부를 포함한다. 다만, 제2 도파관 역시 제1 도파관과 마주보되, 제1 평볼록렌즈부와 마주보는 제2 평볼록렌즈부만 포함하고, 제2 반사면 없이 바로 출구면을 포함할 수 있다. 제1 반사면에 의한 1번의 굴절으로도 충분한 초점심도를 확보할 수 있으며, 제2 도파관을 구조를 좀더 단순하게 유지할 수 있다는 장점이 있다. 물론, 제1 도파관 및 제2 도파관을 사용하기 때문에 광 조이스틱의 높이를 약 2mm 이하 까지도 줄일 수가 있으며, 반사면 또는 렌즈부가 일체로 형성되어 있기 때문에 도파관을 용이하게 제조할 수 있고, 조립 과정도 간단하여 대량생산에 매우 유리하다.

손가락 등의 피사체를 리딩 영역 상에서 움직이게 함으로써, 특정의 숫자나 문자를 지정할 수 있으며, 아이콘을 선택함으로써 원하는 설정 또는 기능을 작동시킬 수 있다. 광 조이스틱에서 선택을 함에 있어 여러 방법이 거론될 수 있으나, 리딩 영역에서 손가락을 때면서 바로 입력이 되게 할 수 있으며, 별도의 버튼을 이용하여 입력이 되게 할 수가 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 예시적으로 설명한다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 하기의 실시예들에 의해서 한정되거나 제한 되지 아니한다.

도 6을 참조하면, 광 조이스틱(100)은 제1 도파관(110), 제2 도파관(120), 이미지센서(150), 커버 글라스(130) 및 광원부(140)을 포함한다.

광원부(140)은 빛을 발하는 LED(142)와 반사 미러(144)를 포함한다. 광 조이스틱(100)에 들어가는 이미지센서(150)는 작게는 30㎛의 픽셀(Pixel)이며 크게는 50㎛ 이상의 픽셀 사이즈를 갖기 때문에 광원부(140)에서의 광원의 조사를 도파로 형태로 사용하지 않아도 이미지센서에 입사되는 광원의 세기가 충분할 수 있다. 또한 본 발명의 적용이 휴대폰 등 휴대기기에 적용되는 모듈이기 때문에 실질적으로 포인터가 이동하는 구간이 일반적인 컴퓨터에 비해 작고, 포인터의 이동 구간이 작기 때문에 광원부(140)는 더욱 간단하게 형성될 수가 있다.

도 7을 참조하면, 광원인 LED(142)에서 발광한 광이 반사 미러(144)에 반사되어 커버 글라스(130)의 저면으로 낮게 입사된다. 이렇게 커버 글라스(130)의 저면으로 낮은 각도의 광을 입사시키는 이유는 물체면에 놓여진 손가락의 표면 형상에 대한 정보를 쉽게 스캐닝 할 수 있게 하기 위함이다. 다르게는 LED(142)로부터 커버 글라스(130)까지 별도의 도파로나 반사 미러 없이도 빛을 직접 조사할 수도 있다.

커버 글라스(130)의 상면에 아무런 물체도 있지 않을 때에는, 광원에서 발광된 광은 커버 글라스(130)의 상면으로 그대로 투과하게 되며, 광 이미지센서(150)에 아무런 정보도 전달하지 않을 수가 있다.

도 8을 참조하면, 커버 글라스(130)의 위에 손가락(F)와 같은 피사체가 있을 경우 조사되던 광은 반사되어 하단부에 위치한 제1 도파관(110)으로 입사되며, 제1 도파관(110)으로 입사된 빛은 제1 반사면(112)에 의해서 좌우 평행 방향으로 반사된다.

평행방향으로 변한 광경로는 제1 도파관(110)를 따라 진행하게 되며, 제1 도파관(110)의 단부에 형성된 제1 평볼록렌즈부(114)을 통과하면서 집광된다. 이러한 광은 주변의 노이즈 광을 차단할 수 있는 차단부(160)를 거쳐 제2 도파관(120)으로 입사된다.

제2 도파관(120)은 제2 평볼록렌즈부(124) 및 제2 반사면(122)을 포함하며, 제2 평볼록렌즈부(124) 및 제2 반사면(122)은 광학용 플라스틱을 이용하여 일체로 형성된다. 제2 도파관(120)으로 입사된 광은 제2 평볼록렌즈부(124)를 통과하면서 집광되며, 제2 반사면(122)에 의해서 하방으로 반사된다. 제2 반사면(122)에서 반사되면서 광 경로는 상하부 방향으로 다시 변경된다.

이때 제1 또는 제2 평볼록렌즈부(114, 124)는 집광 렌즈로서 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 구면 렌즈 또는 비구면 렌즈 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 제1 도파관(110) 및 제2 도파관(120) 사이에는 다른 집광 렌즈 또는 또 하나의 도파관이 개재될 수 있으며, 이는 설계자의 의도에 따라 본 발명의 청구항 범위 내에서 다양하게 변경될 수 있는 것이다.

또한, 제1 및 제2 도파관(110, 120)은 상호 대칭을 이룰 수도 있으며, 상호 비대칭을 이룰 수도 있다. 비대칭을 이루는 경우, 제1 및 제2 도파관(110, 120)는 렌즈의 곡률, 구면과 비구면 등의 렌즈면 형상, 렌즈의 길이, 렌즈의 두께 등을 다양하게 변경할 수가 있다.

다시 도면을 참조하면, 이렇게 광경로가 변화된 광은 PCB(Printed Circuit Board) 위에 놓여 져 있는 광 이미지센서(150)로 입사하여 촬상된다. 이렇게 촬상되는 이미지의 변화를 계산하여 좌표를 계산하게 되며 LCD 등을 포함하는 디스플레이(Display) 상의 포인터를 움직이게 하는 광 조이스틱의 포인팅 장치를 구현할 수 있는 것이다.

이렇게 커버 글라스(130), 제1 및 제2 평볼록렌즈부(114, 124) 및 이미지센서(150)가 광축 방향으로 상하로 배치하지 않고, 좌우 평행 방향으로 배열을 변화시켜 놓은 이유는 본 발명의 적용이 휴대폰 등 휴대기기이기 때문이다. 휴대기기는 일반적으로 기기의 두께가 매우 얇기 때문에 각각의 구성부를 수직하게 구성하게 되면 초점거리의 한계로 인하여 두께를 줄이는데 한계를 갖게 된다. 참고로, 수직하게 구성한 모듈은 최대로 두께를 줄여도 4mm 이하로 두께를 줄이기 어렵다.

또한, 무리하게 두께를 줄이도록 집광부의 광학계를 설계하게 되면 초점 심도(Focal Depth)가 매우 얇게 되어 경통부 등의 기구부의 공차에 의해서 이미지센서에 집광되는 광의 품질이 떨어질 위험이 있다.

그렇기 때문에, 본 발명과 같이 수평방향으로 광경로를 변화하게 되면 휴대폰 등 휴대기기에 실장할 수 있는 두께인 약 2.0mm 이하로 모듈을 초슬림화 할 수 있으면서도 약 5 ~ 30mm의 충분한 초점거리를 갖게 할 수 있어 초점 심도(Focal Depth)를 깊게 할 수 있어 작업성 및 양산성이 매우 우수하게 된다.

도 9 내지 도 11을 참조하면, 도 6의 구조에서 LED(142)을 상단 방향으로 놓고 반사미러(144)를 기울여 커버 글라스(130)로 광을 진행할 수 있도록 만드는 구조이다. 이것은 커버 글라스(130)로 입사되는 광의 각도 및 방향을 손쉽게 변화할 수 있도록 만들어 초기에 모듈의 세팅에 적합한 각도로 설계하기 편한 구조이다.

도 10 및 도 11에서 광원부(140)을 제외한 다른 구성들은 이전 실시예의 대응되는 구성요소와 동일한 구성 및 기능을 갖는다. 따라서, 본 실시예에 대한 설명중 동일한 구성에 대해서는 이전 실시예의 설명 및 도면을 참조할 수 있으며, 반복된 내용은 생략될 수 있다.

도 12를 참조하면, 제1 및 제2 도파관(110, 120)의 두께는 휴대폰 등 휴대기기에 적용하기 위하여 약 2.0mm를 넘어서는 것이 불가능하지만, 그 폭은 실장되는 구조에 따라 공간을 갖을 수 있기 때문에 광원부(140)의 위치가 커버 글라스(130) 아래의 어느 부분에서 위치하여도 커버 글라스에 낮은 각을 갖으며 입사할 수 있으며, 이미지센서(150)에 충분한 정보를 전달할 수 있다.

이처럼 본 발명은 기존의 마우스 센서 모듈의 구조의 문제점인 커버 글라스(Cover Glass)와 렌즈, 광 이미지센서가 수직적으로 놓인 구조에서 나타나는 두께의 한계를 광도파로 형태의 반사면 및 집광 렌즈를 사용하여 경로를 수평으로 변화 시켜줌으로써 충분한 초점 거리 및 초점 심도를 구현하면서도 모듈의 두께를 슬림화할 수 있는 광 조이스틱 포인팅 입력 장치에 관한 것이다. 특히 초슬림 광 조이스틱 포인팅 입력 장치는 휴대폰 등의 휴대기기의 특징인 소형, 초박형의 기기들에 적용할 수 있는 장점을 갖게 된다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 조이스틱을 설명하기 위한 단면도이며, 도 14는 도 13의 광 조이스틱의 도파관을 설명하기 위한 측면도이다. 도 15는 도 13의 광 조이스틱의 도파관을 설명하기 위한 사시도이고, 도 16은 도 13의 광 조이스틱을 설명하기 위한 부분 사시도이다.

도 13 내지 도 16을 참조하면, 광 조이스틱(200)은 커버 글라스(230), 제1 도파관(210), 제2 도파관(220), 이미지 센서(250) 및 광원부(240)를 포함한다. 제1 도파관(210)은 광학용 플라스틱을 재질로 일체로 형성되어 있으며, 제1 반사면(212) 및 제1 평볼록렌즈부(214)를 포함한다. 제2 도파관(220) 역시 광학용 플라스틱을 재질로 일체로 형성되어 잇으며, 제2 반사면(222) 및 제2 평볼록렌즈부(224)를 포함한다. 광원부(140)로부터 빛이 피사체에 조사되면, 피사체로부터 빛이 반사된 후 커버 글라스(230), 제1 반사면(212), 제1 평볼록렌즈부(214), 차단부(260), 제2 평볼록렌즈부(224), 제2 반사면(222) 및 이미지센서(250)로 전달된다.

커버 글라스(230)에서 제1 및 제2 평볼록렌즈부(214, 224), 이미지센서(250)로 연결되는 종래의 수직구조에서 1회 또는 2회 반사시키는 수평구조로 광의 진행경로를 변형시킬 수 있다. 그 결과 충분한 초점거리 및 초점심도의 확보, 두께 2.0mm 이하의 모듈을 구성할 수 있다.

특히, 휴대폰 등 소형 휴대기기에 실장시킬 때 가장 중요한 요인은 광 조이스틱의 두께인데, 길이 방향(수평방향)으로 광경로를 변형시킴으로써 각 휴대폰 등 소형 휴대기기의 종류에 따라 모듈 길이를 5 ∼30mm로 변형시킴으로써 어느 모델에도 적용시킬 수 있다.

도 16에 도시된 바와 같이, 이미지센서(250)는 PCB(252) 위에 실장되어 있으며, 이미지센서(250)의 중심과 렌즈부의 중심이 정확하게 일치하도록 설계되어 있다.

도 17은 도 13의 광 조이스틱을 설명하기 위한 사시도이며, 도 18은 도 13의 광 조이스틱을 설명하기 위한 평면도이고, 도 19는 도 13의 광 조이스틱을 설명하기 위한 측면도이다.

도 17 내지 도 19를 참조하면, 광학계와 차단부(260), 경통부(272), PCB(252) 고정을 위한 하우징(274), 클릭버튼(232), 클릭을 전기적인 신호로 변형하기 위한 돔 스위치(234)가 구성되어 있다. 커버 글라스(230)의 상면 위에 손가락(피사체)을 올려놓고 하부에서 LED로 커버 글라스(230) 면으로 빛을 조사시키면, 손가락의 지문을 인식하여 광량의 명암을 인지할 수 있다. 이때 지문의 골과 마루를 인지하여 빛의 명암을 인지할 수 있다.

피사체로부터 반사되는 빛은 제1 및 제2 도파관(210, 220)을 거쳐 이미지 센서(150)로 입사하게 된다. 이렇게 입사된 광의 정보를 이미지센서(250)에서 분석하여 회로에서 전기적인 신호로 변환하고, 변환된 신호에 따라 LCD 등을 포함하는 화면(미도시) 상에서 포인터를 움직일 수가 있다.

본 발명은 이처럼 휴대폰 등 소형 휴대기기(PDA, 노트북, HPC등)에 모두 적용이 가능한 광 조이스틱에 관한 것이다.

본 특허에서는 문자와 숫자를 예를 들었지만 숫자도 광의의 문자로서 통괄하여 문자라고 지칭을 한다.

또 한 상기의 광 조이스틱은 스크롤 하는 데에 이용할 수도 있다.

스크롤은 포인터를 상하 또는 좌우로 움직이게 하는 것으로서 일일이 버튼을 누르지 않고 손가락의 움직임만으로 원하는 방향으로 스크롤이 가능하게 한 것이다. 특히 손가락의 움직이는 속도, 방향, 거리에 맞춰 스크롤 되는 방향과 속도 등을 조절할 수 있다.

도 20을 참조하면, 개인휴대단말기(300)은 본체(310) 및 광 조이스틱(200)을 포함한다. 여기서, 단말기 본체(310)는 일반적인 단말기 기능을 포함하는 내외 부품 및 회로 구성을 포함한다. 단말기 본체(310)는 단말기 케이스, 키 패드, 디스플레이 모듈, 무선 송수신 모듈, 배터리, 마이크 및 리시버 등을 포함할 수 있으며, 단말기 본체(310)의 형상 또한 플립형, 폴더형, 슬라이드형, 스윙형 등과 같이 다양한 종류의 스타일로 형성될 수가 있다.

본 명세서에서 개인휴대단말기(Personal Portable Device)라 함은 PDA(Personal Digital Assistant), 스마트 폰(Smart phone), 핸드헬드(handheld) PC, 핸드폰, MP3 플레이어 등과 같은 휴대용 전기전자장치로서, CDMA(Code Division Multiplexing Access) 모듈, 블루투스 모듈, 적외선 통신 모듈(IrDA), 유무선 랜카드와 같은 소정의 통신 모듈을 구비할 수 있으며, 멀티미디어 재생 기능을 수행하는 소정의 마이크로프로세서를 탑재함으로써 소정의 연산 능력을 갖춘 단말기를 통칭하는 개념으로 사용될 수 있다.

도 20에 도시된 바와 같이, 휴대폰 본체(310)는 메인 파트 및 폴더 파트를 포함하며, 메인 파트에는 키패드, 배터리, 통신 회로 등이 장착되어 있다. 또한, 폴더 파트에는 LCD를 포함하는 디스플레이 등이 장착되어 있다. 키패드의 상부에는 휴대폰의 기능을 설정할 수 있는 메뉴 키가 장착되어 있으며, 메뉴 키의 중앙에는 커버 글라스(230)가 노출되도록 광 조이스틱(200)이 휴대폰 본체(310)의 정면에 장착되어 있다.

광 조이스틱(200)에서 커버 글라스(230)의 주변으로 클릭 버튼(232)가 장착되어 있기 때문에, 사용자는 광 조이스틱(200)을 이용하여 디스플레이에 표시된 포인터를 이동시킬 수 있으며, 주변의 클릭 버튼(232)를 이용하여 다양한 기능을 구현할 수가 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 포인터 이동 광 조이스틱의 문자입력 방식에 따르면 키보드 입력이 없이 손가락의 움직임만으로 입력이 가능하며 손가락이 포인터 이동 광 조이스틱과 클릭 버튼을 통한 엔터 기능, 에뮬레이터의 구현 등을 통한 글자 직접 입력 등이 가능하도록 한 것이다.

이러한 방식을 이용하여 입력이 용이하며 휴대폰 등 소형 휴대기기의 경박 단소화를 가능하게 한다.

따라서 본 발명의 기술적 범위는 실시 예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims

피사체의 움직임을 감지하기 위한 리딩 영역의 하부에 위치한 제1 반사면 및 상기 제1 반사면으로부터 반사된 빛을 집광하는 제1 평볼록렌즈부를 포함하며, 상기 제1 반사면 및 상기 제1 평볼록렌즈부가 일체로 형성된 제1 도파관;

상기 제1 평볼록렌즈부와 마주보는 제2 평볼록렌즈부 및 상기 제2 평볼록렌즈부로부터 입사된 빛을 반사시키기 위한 제2 반사면을 포함하며, 상기 제2 평볼록렌즈부 및 상기 제2 반사면이 일체로 형성된 제2 도파관; 및

상기 제2 반사면의 하부에 위치한 이미지센서;를 구비하는 광 조이스틱.
피사체의 움직임을 감지하기 위한 리딩 영역의 하부에 위치한 제1 반사면 및 상기 제1 반사면으로부터 반사된 빛을 집광하는 제1 평볼록렌즈부를 포함하며, 상기 제1 반사면 및 상기 제1 평볼록렌즈부가 일체로 형성된 제1 도파관;

상기 제1 평볼록렌즈부와 마주보는 제2 평볼록렌즈부 및 상기 제2 평볼록렌즈부로부터 입사된 빛을 통과시키기 위한 출구면을 포함하며, 상기 제2 평볼록렌즈부 및 상기 출구면이 일체로 형성된 제2 도파관; 및

상기 출구면에 인접하게 위치한 이미지센서;를 구비하는 광 조이스틱.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1 또는 제2 평볼록렌즈부는 일반 구면렌즈 또는 비구면 렌즈 형상으 로 형성된 것을 특징으로 하는 광 조이스틱.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1 및 제2 도파관 사이에 렌즈 또는 렌즈부를 포함하는 다른 도파관이 개재되는 것을 특징으로 하는 광 조이스틱.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1 및 제2 도파관은 상호 대칭을 이루도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광 조이스틱.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1 및 제2 도파관은 상호 비대칭을 이루도록 배치되는 것을 특징으로 하는 광 조이스틱.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1 도파관의 상기 제1 반사면의 상부에는 커버 글라스가 일체로 또는 분리되어 형성된 것을 특징으로 하는 광 조이스틱.
제7항에 있어서,

상기 커버 글라스에 인접하게 광원부가 장착되며, 상기 광원부는 빛을 발광 하는 발광모듈을 포함하여 상기 커버 글라스로 직접 또는 간접적으로 빛을 조사시키는 것을 특징으로 하는 광 조이스틱.
제8항에 있어서,

상기 광원부는 상기 제 1 도파관의 상기 제 1 반사면 하단부에 위치하여 상기 발광모듈로부터 생성된 빛이 상기 제1 도파관의 제1 반사면을 통과하여 상기 커버 글라스의 상면을 향해 조사시키는 것을 특징으로 하는 광 조이스틱.
제8항에 있어서,

상기 광원부는 상기 발광모듈로부터 생성된 빛을 상기 커버 글라스의 상면을 향해 낮은 각도로 조사시키는 반사 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 조이스틱.
제7항에 있어서,

상기 커버 글라스에 인접하게 광원부가 장착되며, 상기 광원부는 빛을 발광하는 발광모듈 및 상기 발광모듈로부터 생성된 빛을 상기 커버 글라스로 안내하는 광원 가이드를 포함하며, 상기 광원 가이드는 광학용 플라스틱을 이용하여 형성되며, 전반사를 이용하여 상기 발광모듈로부터 상기 커버 글라스까지 빛을 낮은 각도로 안내하는 것을 특징으로 하는 광 조이스틱.
제7항에 있어서,

상기 제1 및 제2 도파관 사이에는 노이즈 광을 차단하기 위한 차단부가 제공되는 것을 특징으로 하는 광 조이스틱.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 커버 글라스 주변에 형성된 클릭 버튼, 상기 클릭 버튼의 하부에 위치한 돔 스위치, 및 상기 클릭 버튼의 입력값은 전달하는 버튼 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 조이스틱.
디스플레이부를 포함하는 단말기 본체;

상기 단말기 본체로부터 부분적으로 노출된 커버 글라스;

상기 커버 글라스의 하부에 위치한 제1 반사면 및 상기 반사면으로부터 반사된 빛을 집광하는 제1 평볼록렌즈부를 포함하며, 상기 제1 반사면 및 상기 제1 평볼록렌즈부가 일체로 형성된 제1 도파관;

상기 제1 평볼록렌즈부와 마주보는 제2 평볼록렌즈부 및 상기 제2 평볼록렌즈부로부터 입사된 빛을 반사시키기 위한 제2 반사면을 포함하며, 상기 제2 평볼록렌즈부 및 상기 제2 반사면이 일체로 형성된 제2 도파관;

상기 제2 반사면의 하부에 위치한 이미지센서; 및

상기 이미지센서로부터 감지된 신호로부터 피사체의 이동 방향에 따라 상기 디스플레이에 표시된 포인터를 움직이는 제어부;를 구비하는 개인휴대단말기.
제14항에 있어서,

상기 제1 및 제2 도파관은 상호 대칭 또는 비대칭을 이루도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 개인휴대단말기.
제14항에 있어서,

상기 커버 글라스는 상기 제1 도파관과 일체로 또는 분리되어 형성된 것을 특징으로 하는 개인휴대단말기.
제16항에 있어서,

상기 커버 글라스에 인접하게 광원부가 장착되며, 상기 광원부는 빛을 발광하는 발광모듈을 포함하여 상기 커버 글라스로 직접 또는 간접적으로 빛을 조사시키는 것을 특징으로 하는 개인휴대단말기.
제17항에 있어서,

상기 광원부는 상기 발광모듈로부터 생성된 빛을 상기 커버 글라스의 상면을 향해 낮은 각도로 조사시키는 반사 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 개인휴대단말기.
제17항에 있어서,

상기 커버 글라스에 인접하게 광원부가 장착되며, 상기 광원부는 빛을 발광하는 발광모듈 및 상기 발광모듈로부터 생성된 빛을 상기 커버 글라스로 안내하는 광원 가이드를 포함하며, 상기 광원 가이드는 광학용 플라스틱을 이용하여 형성되며, 전반사를 이용하여 상기 발광모듈로부터 상기 커버 글라스까지 빛을 낮은 각도로 안내하는 것을 특징으로 하는 개인휴대단말기.
제19항에 있어서,

상기 제1 및 제2 도파관 사이에는 노이즈 광을 차단하기 위한 차단부가 제공되는 것을 특징으로 하는 개인휴대단말기.
제14항에 있어서,

상기 커버 글라스 주변에 형성된 클릭 버튼, 상기 클릭 버튼의 하부에 위치한 돔 스위치, 및 상기 클릭 버튼의 입력값은 전달하는 버튼 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개인휴대단말기.