KR100636829B1 - 일체형 광 도파로 구조를 사용한 초슬림 광 조이스틱 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일체형 광 도파로 구조를 사용한 초슬림 광 조이스틱에 관한 것으로서, 엘씨디 화면상에 자판을 구현하고 포인터 지정에 의해 문자를 입력할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

이를 위하여 본 발명은, 결상계의 구조가 광 도파로 형식으로서 결상계의 두께가 4.0 mm 이하, 모듈의 총길이가 30 mm 이하이며, 광 조이스틱은, 광 도파로 상부에서 비스듬한 각도로 광을 조사하는 광원; 상기 광원으로부터 조사된 광을 물체면에 작은 각도로 입사시키는 반사 미러; 상기 반사 미러에 의해 반사된 광에 의해 피사체인 손가락의 움직임을 인지하는 물체면; 물체면에서 반사되는 광을 집광하는 집광렌즈; 상기 집광렌즈를 통과한 광의 경로를 수평방향으로 변환시키고 이를 다시 수직으로 변환시키는 반사면; 상기 반사면에서 반사된 광을 집광하는 집광렌즈; 상기 집광렌즈의 하부에 구비되어 주변의 잡음광을 차단하기 위한 스탑; 상기 스탑의 하부에 구비된 광 이미지센서; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

광 도파로(Optical Waveguide), 일체형, 초슬림, 광 조이스틱, 결상계

Description

일체형 광 도파로 구조를 사용한 초슬림 광 조이스틱{Thin Optical Joystick Using Construction of Optical Waveguide}

도 1a, 1b, 1c는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 초슬림 광 조이스틱을 도시한 단면도.

도 2a, 2b, 2c는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 초슬림 광 조이스틱을 도시한 단면도.

도 3은, 일체형 광 도파로 구조를 사용한 초슬림 광 조이스틱의 평면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 엘이디(LED) 광원 2: 반사 미러(Mirror)
3: 물체면 4: 집광렌즈
5: 반사면 6: 광 도파로
7: 반사면 8: 집광렌즈
9: 스탑(Stop) 10: 광 이미지센서(Image Sensor)
11: 피씨비(PCB)

본 발명은 일체형 광 도파로 구조를 사용한 초슬림 광 조이스틱에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 휴대폰 등 휴대기기에 있어서 숫자나 문자의 입력 시 기존의 키패드(keypad) 누름 입력 방식에서 벗어나, 엘씨디(LCD) 화면에 숫자 또는 문자판 등의 자판을 구현하고, 포인터 지정에 의해 숫자 또는 문자를 입력하는 포인터 지정 문자 입력 방식 광 조이스틱(Joystick)에 관한 것이다.

일반적으로 휴대폰 등 소형 휴대기기의 입력 방식으로는, 키패드를 눌러 숫자 또는 문자를 입력하는 키패드 누름 입력 방식을 사용하고 있다.

이러한 종래의 키패드 입력 방식은, 전화번호 입력이나 기타의 메뉴 이용에 있어서 일일이 버튼을 입력해야 하는 번거로움이 있다. 따라서, 현재 진행중인 컴퓨터 윈도우(Windows)와 같은 GUI(Graphic User Interface) 환경에서는 사용상 한계점을 갖고 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 엘씨디 화면상에 숫자나 문자판 등의 인터페이스를 구현하고, 포인터를 움직여서 숫자나 문자를 직접 입력할 수 있는 초슬림 광 조이스틱을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 점차 확대되고 있는 GUI 환경에 최적화하여 적용할 수 있고, 광학계를 소형화, 슬림화하여 소형 휴대기기에 용이하게 장착할 수 있는 광 조이스틱을 제공하는 데 있다.

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상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 휴대폰 등의 휴대기기에서 물체면인 커버 글래스(Cover Glass)에서 피사체인 손가락의 움직임을 인지하고, 엘씨디 화면상의 포인터를 움직이게 하여 문자를 입력하는 방식의 광 조이스틱(Optical Joystick)에 있어서, 결상계의 구조가 광 도파로 형식의 일체형이어서 광축정렬 및 조립이 용이하고, 결상계의 두께가 4.0 mm 이하, 모듈의 총길이가 30 mm 이하이며,
상기 광 조이스틱은, 광 도파로 상부에서 비스듬한 각도로 하부를 향해 광을 조사하는 광원; 상기 광원의 하부에 구비되어 광원으로부터 조사된 광을 물체면에 작은 각도로 입사시키는 반사 미러(Mirror); 상기 반사 미러에 의해 반사된 광에 의해 피사체인 손가락의 움직임을 인지하는 물체면; 상기 물체면의 하부에 구비되어 상기 물체면에서 반사되는 광을 집광하는 집광렌즈; 상기 집광렌즈를 통과한 광의 경로를 수평방향으로 변환시키고 이를 다시 수직으로 변환시키는 반사면; 상기 반사면에서 반사된 광을 집광하는 집광렌즈; 상기 집광렌즈의 하부에 구비되어 주변의 잡음광을 차단하기 위한 스탑(Stop); 상기 스탑의 하부에 구비된 광 이미지센서(Image Sensor);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 휴대폰 등의 휴대기기에서 반사판인 물체면에서 피사체인 손가락의 움직임을 인지하고, 엘씨디 화면상의 포인터를 움직이게 하여 문자를 입력하는 방식의 광 조이스틱에 있어서, 결상계의 구조가 광 도파로 형식의 일체형이어서 광축정렬 및 조립이 용이하고, 결상계의 두께가 4.0 mm 이하, 모듈의 총길이가 30 mm 이하이며, 상기 광 조이스틱은, 광 도파로 상부의 소정위치에서 구비되어 상부를 향해 광을 조사하는 광원; 상기 광원의 상부에 경사지게 구비되어 광원에서 조사된 광을 물체면에 작은 각도로 입사시키는 반사 미러; 상기 반사 미러에 의해 반사된 광에 의해 피사체인 손가락의 움직임을 인지하는 물체면; 상기 물체면의 하부에 구비되어 상기 물체면에서 반사되는 광을 집광하는 집광렌즈; 상기 집광렌즈를 통과한 광의 경로를 수평방향으로 변환시키고 이를 다시 수직으로 변환시키는 반사면; 상기 반사면에서 반사된 광을 집광하는 집광렌즈; 상기 집광렌즈의 하부에 구비되어 주변의 잡음광을 차단하기 위한 스탑; 상기 스탑의 하부에 구비된 광 이미지센서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 기존의 키패드 누름 방식에서 벗어나, 엘씨디 화면상에 숫자 및 문자판의 인터페이스를 구현하고, 포인터의 지정에 의해 숫자 또는 문자를 입력하는 포인터 지정 문자 입력 방식을 채택하고 있다.
상기한 포인터 지정 문자 입력 방식은, 광 이미지 센서를 이용한 디바이스를 장착한 모듈 위에서, 피사체인 손가락을 이동시켜 화면상의 포인터를 움직이게 함으로써 특정의 숫자나 문자를 입력하는 방식이다.
즉, 피사체인 손가락을 광 이미지 입력 모듈 위에서 움직여 특정의 숫자나 문자를 지정하고, 광 이미지 입력 장치에서 손가락을 떼거나, 스위치를 누르면 입력되도록 하는 것이다. 이를 구현하기 위해서 본 발명에서는 광 이미지센서를 이용한 광 조이스틱을 활용하고 있다.
상기한 광 이미지 입력장치를 소형의 휴대기기에 적용하기 위해서는, 광 이미지센서를 포함한 광학계의 소형화, 슬림화가 필수적으로 요구된다.
종래의 수직 배열 구조의 광학계로는 소형화에 한계가 있으나, 광의 경로를 수직방향에서 수평방향으로 변환시키게 되면 초점거리의 한계를 극복할 수가 있다.
본 발명은, 이러한 수평 구조의 광학계 구조를 사용함으로써, 광 이미지 입력 장치를 소형화 및 슬림화하여, 소형 휴대기기에 용이하게 장착할 수 있도록 한 것이다.
본 발명의 초슬림 광 조이스틱에 의하면, 휴대폰 등의 휴대기기의 구조가 단순화하면서도 터치스크린(Touch Screen)의 이용시 발생하는 문제점인 스크린의 오염을 방지할 수 있고, 엘씨디 화면상의 포인터를 자유롭게 움직여가면 클릭이 가능하기 때문에, GUI 환경에서 스크롤(Scroll) 기능을 적용할 수 있는 등 사용자 편의성을 극대화 할 수가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1a, 1b, 1c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초슬림 광 조이스틱의 단면도를 도시한 것이다.
본 발명의 조명계는 도 1a에 도시된 바와 같이, 엘이디 광원(1)과 반사 미러(2)로 이루어진다. 광 마우스에 장착되는 이미지센서는, 작게는 30㎛, 크게는 50㎛ 이상의 픽셀(Pixel) 사이즈를 갖는다.
따라서, 조명계에서 광원의 조사를 도파로 형태로 사용하지 않아도, 이미지 센서에 입사되는 광원의 세기는 충분할 수 있다. 또한, 본 발명은 휴대폰 등 휴대기기에 적용되는 모듈로서, 실질적으로 포인터가 이동하는 구간이 일반적인 컴퓨터에 비해 짧기 때문에 조명계의 구조는 더욱 간단하게 된다.

도 1b를 살펴보면, 엘이디 광원(1)에서 발광한 광은 반사 미러(2)에 반사되어 물체면(3)인 커버 글래스(Cover Glass)로 낮은 각도로 입사된다. 이렇게 물체면(3)에 낮은 각도로 광을 입사시키는 이유는, 물체면에 놓여진 피사체(손가락)의 표면 형상에 대한 정보를 쉽게 스캐닝 할 수 있도록 하기 위한 것이다.

도 1b 에 도시된 바와 같이, 광원(1)에서 발광된 광이 물체면(3)에 아무런 물체가 없을 경우에는 그대로 투과하게 되며, 광 이미지센서(10)에 아무런 정보도 전달하지 않게 된다.
그러나, 도 1c에서 보는 바와 같이, 물체면(3)위에 손가락과 같은 피사체(14)가 있을 경우, 조사된 광은 피사체(14)에서 반사되어 하단부에 위치한 광 도파로의 반사면(5) 방향으로 광경로가 변하고, 하단부로 향하는 광은 집광렌즈(4)에 의해 집광되고 다시 반사면(5)에 반사되어 평행방향으로 다시 광경로가 변하게 된다.

상기한 바와 같이 평행방향으로 변한 광경로는 광 도파로(6)를 따라 진행하게 되며, 다시 반사면(7)에 의하여 수직 방향으로 광경로가 변하게 된다. 이렇게 수직방향으로 광경로가 변화된 광은, 다시 집광렌즈(8)를 통하여 집광된다.
집광된 광은 주변의 잡음광을 차단할 수 있는 스탑(Stop)(9)을 거쳐 피씨비(PCB: Printed Circuit Board)(11) 위에 놓여져 있는 광 이미지센서(10)로 입사하여 촬상된다. 이렇게 촬상되는 이미지의 변화를 계산하여 좌표를 계산하면, 엘씨디 화면상의 포인터를 움직이게 하는 광 조이스틱을 구현할 수가 있다.

상기한 바와 같이, 물체면(3)과 집광렌즈(4)(8), 이미지센서(10)를 수직으로 배치하지 않고 수평방향으로 배치한 것은, 본 발명이 휴대폰 등의 소형 휴대기기에 용이하게 장착될 수 있도록 하기 위한 것이다.
일반적으로 휴대기기는 기기의 두께가 매우 얇기 때문에 각각의 구성부를 수직을 배치하게 되면, 초점거리의 한계로 인하여 두께를 줄이는데 한계가 있다. 수직으로 구성한 모듈은 아무리 두께를 줄인다 하여도 4mm 이하로 두께를 줄이기가 어렵다. 또한, 무리하게 모듈의 두께를 줄이도록 집광부의 광학계를 설계하게 되면, 초점 심도(Focal Depth)가 매우 얇게 되어 경통부 등의 기구부의 공차에 의해이미지센서에 집광되는 광의 품질이 떨어질 위험이 있다.

그러나, 본 발명과 같이 수평방향으로 광경로를 변화시키게 되면, 휴대폰 등 휴대기기에 실장할 수 있는 두께인 2.0mm 이하로 모듈을 초슬림화 할 수 있으면서도, 15 ~ 30mm의 충분한 초점거리를 갖게 할 수 있어, 초점 심도가 깊어지고 작업성 및 양산성이 매우 우수하게 된다.

도 2는, 본 발명의 제2 실시예를 도시한 것으로서, 도 1의 구조에서 광원(21)을 상단 방향으로 놓고 반사미러(22)를 기울여 물체면(23)으로 광을 진행할 수 있도록 한 것이다. 이러한 구조로 하면, 물체면(23)으로 입사되는 광의 각도 및 방향을 손쉽게 변화시킬 수가 있어, 초기 모듈의 세팅에 적합한 각도로 설계하기가 편리하다. 도 2에 도시된 제2 실시예는, 도 1의 제1 실시예와 조명계의 구조만 다르고 다른 부분의 구성은 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 3은, 일체형 광 도파로 구조를 사용한 초슬림 광 조이스틱의 평면도를 도시한 것이다.
상기 초슬림 광 조이스틱을 휴대폰 등 휴대기기에 적용하기 위해서는 그 두께가 2.0mm를 넘어서는 것이 불가능하지만, 그 넓이는 실장 구조에 따라 공간을 갖을 수 있다. 따라서, 광원(41)의 위치가 물체면(42) 아래의 어느 부분에서 위치하여도, 물체면인 손가락에 낮은 각도로 입사할 수 있는 구조를 갖는다면 이미지센서에 정보를 충분히 전달할 수가 있다. 미설명 부호중 43은 광 도파로형 렌즈를 나타낸 것이고, 44는 경통부를 나타낸 것이다.

이처럼 본 발명은, 광 도파로 형태의 반사면 및 집광 렌즈를 사용하여 광 경로를 수평으로 변화시켜줌으로써, 물체면과 렌즈, 광 이미지센서가 수직적으로 배치된 기존의 마우스 센서 모듈이 갖고 있던 두께의 한계를 극복하고, 충분한 초점 거리 및 초점 심도를 구현하면서도 모듈의 두께를 슬림화 한 것이다. 특히, 본 발명에 따른 초슬림 광 조이스틱은, 휴대폰 등의 휴대기기의 특징인 소형, 초박형의 기기들에 광범위하게 적용할 수 있다는 장점이 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 광 조이스틱에 의하면, 일체형 광 도파로를 사용함으로써, 광 경로를 단순한 수직 경로에서 수평이나 상향 경로로 다시 바꿀 수 있으므로 장치의 슬림(Slim)화가 가능한 효과가 있다.

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또한, 본 발명에 따른 광 조이스틱은, 무선통신 단말기뿐 아니라 디지털 카메라나 캠코더, 노트북등 경박 단소화가 필요한 전자기기에 광범위하게 적용할 수 가 있다.
또한, 향후 기술의 발전 방향인 컴퓨터의 윈도우 환경과 같은 GUI(Graphic User Interface) 환경에 최적화하여 적용할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 휴대폰 등의 휴대기기에서 물체면인 커버 글래스(Cover Glass)에서 피사체인 손가락의 움직임을 인지하고, 엘씨디 화면상의 포인터를 움직이게 하여 문자를 입력하는 방식의 광 조이스틱(Optical Joystick)에 있어서,

   결상계의 구조가 광 도파로 형식의 일체형이어서 광축정렬 및 조립이 용이하고, 결상계의 두께가 4.0 mm 이하, 모듈의 총길이가 30 mm 이하이며,

   상기 광 조이스틱은,

   광 도파로 상부에서 비스듬한 각도로 하부를 향해 광을 조사하는 광원(1);

   상기 광원의 하부에 구비되어 광원으로부터 조사된 광을 물체면에 작은 각도로 입사시키는 반사 미러(Mirror)(2);

   상기 반사 미러에 의해 반사된 광에 의해 피사체인 손가락의 움직임을 인지하는 물체면(3);

   상기 물체면(3)의 하부에 구비되어 상기 물체면에서 반사되는 광을 집광하는 집광렌즈(4);

   상기 집광렌즈(4)를 통과한 광의 경로를 수평방향으로 변환시키고 이를 다시 수직으로 변환시키는 반사면(5)(7);

   상기 반사면(7)에서 반사된 광을 집광하는 집광렌즈(8);

   상기 집광렌즈의 하부에 구비되어 주변의 잡음광을 차단하기 위한 스탑(Stop)(9);

   상기 스탑의 하부에 구비된 광 이미지센서(Image Sensor)(10);

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 초슬림 광 조이스틱.
3. 휴대폰 등의 휴대기기에서 반사판인 물체면에서 피사체인 손가락의 움직임을 인지하고, 엘씨디 화면상의 포인터를 움직이게 하여 문자를 입력하는 방식의 광 조이스틱에 있어서,

   결상계의 구조가 광 도파로 형식의 일체형이어서 광축정렬 및 조립이 용이하고, 결상계의 두께가 4.0 mm 이하, 모듈의 총길이가 30 mm 이하이며,

   상기 광 조이스틱은,

   광 도파로 상부의 소정위치에서 구비되어 상부를 향해 광을 조사하는 광원(21);

   상기 광원의 상부에 경사지게 구비되어 광원에서 조사된 광을 물체면에 작은 각도로 입사시키는 반사 미러(22);

   상기 반사 미러에 의해 반사된 광에 의해 피사체인 손가락의 움직임을 인지하는 물체면(23);

   상기 물체면(3)의 하부에 구비되어 상기 물체면에서 반사되는 광을 집광하는 집광렌즈(24);

   상기 집광렌즈(24)를 통과한 광의 경로를 수평방향으로 변환시키고 이를 다시 수직으로 변환시키는 반사면(25)(27);

   상기 반사면(27)에서 반사된 광을 집광하는 집광렌즈(28);

   상기 집광렌즈의 하부에 구비되어 주변의 잡음광을 차단하기 위한 스탑(Stop)(29);

   상기 스탑의 하부에 구비된 광 이미지센서(30);

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 초슬림 광 조이스틱.

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