KR100964169B1 - 광 조이스틱 및 이를 가지는 휴대 전자기기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광 조이스틱 및 이를 갖는 휴대 전자기기에 관한 것으로서, 피사체의 감지를 위한 피사체 감지광을 출사하는 광원; 기판상에 실장되는 광센서; 가시광선 대역이 포함된 광을 외부로 출사하여 외측면의 적어도 일부가 발광하는 커버; 그리고 몰딩재의 내부에 일체로 패키지되며, 상기 커버 외부의 피사체에 반사되어 상기 커버 내부로 유입된 피사체 감지광을 상기 광센서로 입사시키기 위한 적어도 하나의 광 섬유를 갖는 결상 가이드를 포함하여 구성되는 광 조이스틱 및 이를 가지는 휴대 전자기기를 개시한다.

본 발명에 따르면, 상기 커버가 발광되어 외관의 심미성을 향상시킬 수 있는 동시에 어두운 곳에서 광 조이스틱의 위치 파악이 가능하며, 작은 사이즈의 결상 가이드가 단독 또는 광센서나 조명 가이드 등과 함께 몰딩재에 의해 일체로 패키지화되어 조립되므로 광 조이스틱의 조립이 용이하고 광 조이스틱의 조립시 부품에 가해지는 충격 및 손상을 최소화할 수 있다.

집광부, 커버, 조명 가이드, 결상 가이드, 광센서, 광원, 패키지

Description

광 조이스틱 및 이를 가지는 휴대 전자기기{Optical Joy Stick and Portable Electronic Device Having the Same}

본 발명은 광 조이스틱 및 이를 갖는 전자기기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 휴대 단말기와 같은 전자기기의 사용자 인터페이스로 적용되는 광 조이스틱 및 이를 갖는 휴대 전자기기에 관한 것이다.

일반적으로 휴대폰(Mobile Terminal)이나 PDA(Personal Digital Assistants) 등의 전자기기는 키패드(Key pad)에 의한 사용자 인터페이스를 채용하고 있다.

보다 상세하게 설명하면, 일반적인 휴대 전자기기는 숫자, 문자 또는 기호의 입력을 위한 복수개의 버튼들이 형성된 키패드를 포함하며, 사용자는 상기 키패드의 버튼을 눌러 숫자나 단어 등과 같은 원하는 데이터를 상기 휴대 전자기기에 입력하거나 버튼식 커서(Cursor)와 선택키를 눌러서 메뉴를 선택할 수 있다.

상기와 같은 휴대 전자기기에는 디스플레이부가 구비되어, 사용자가 상기 키패드를 통해 입력한 데이터 및/또는 그에 관련된 정보를 표시하게 된다.

근래에는 전자기기를 이용한 통신 서비스나 인터넷 서비스의 지원을 위하 여, WIBRO(Wireless Broadband)와 같은 무선 인터넷 서비스 및 무선 이동통신 서비스가 상용화 되었으며, 휴대폰이나 PDA 등과 같은 휴대 전자기기에는 GUI(Graphical User Interface)의 지원을 위하여 윈도우즈 CE 등과 같은 윈도우즈 운영체제가 채용되고 있다.

그리고 통신 기술의 발달과 더불어 상기 휴대 전자기기는 사용자에게 다양한 부가 서비스를 제공하고 있으며, 상기 GUI 기반의 윈도우 운영체제는 상기 휴대 전자기기에 의한 부가 서비스의 제공을 편리하게 한다.

일반적인 전자기기의 보다 편리한 사용을 위한 사용자 인터페이스로는 마우스나 터치패드나 조이스틱 등과 같은 포인팅 장치가 있으며, 근래에는 피사체인 손가락의 움직임에 따라 변화되는 광 신호를 감지함으로써 커서(cursor)와 같은 포인터를 움직이거나 사용자가 원하는 정보 및/또는 명령을 입력받는 광 조이스틱이 개발되어 전자기기에 적용되고 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 일반적인 광 조이스틱(10)은, 광원(11)과 커버(12), 상기 광원에서 출사된 광을 커버(12)로 안내하는 조명 가이드(미도시), 광 신호를 감지하는 이미지 센서(15), 상기 이미지 센서(15)로 광을 안내하는 결상계(14), 및 상기 조명 가이드와 결상계(14)와 상기 광원 등의 부품을 수용하는 홀더(13)를 포함하여 구성된다.

상기 광 조이스틱(10)은 전자기기(1)와 별도로 구비되어 유선 또는 무선으로 연결될 수도 있으나, 근래에는 노트북이나 휴대폰 등과 같은 전자기기의 본체(2)에 직접 탑재되기도 한다.

상기 커버의 외측면(상측면)에는 전자기기의 조작을 위하여 손가락 등의 피사체(P)가 접촉되는 조작면이 형성되며, 상기 이미지 센서(15)는 입력되는 광신호의 처리를 위하여 PCB(미도시)상에 구비된다.

이에 따라, 상기 조작면에 피사체(P)인 손가락을 접촉시켜 움직이면, 상기 손가락의 움직임에 따라 상기 이미지 센서(15)에 입력되는 광 신호가 변화되어 상기 손가락의 움직임에 따라 상기 전자기기가 조작될 수 있다.

보다 상세하게 설명하면, 상기 커버(12)의 상측면, 보다 상세하게는 조작면에 피사체(P)가 접촉되지 않은 상태에서는 상기 광원(11)에서 출사된 광이 상기 조명 가이드를 거쳐 상기 커버(12)를 투과하면서 상기 커버(12)의 외부로 방출된다.

반면, 상기 커버(12)의 상측면에 손가락 등의 피사체가 접촉되면, 상기 광원(11)에서 출사된 광이 상기 피사체(P)에 부딪혀 반사된 후 상기 결상계(14)를 거쳐 상기 이미지 센서(15)에서 입사되고, 이에 따라 피사체의 이미지가 광신호로 촬상된다.

여기서 상기 결상계(14)는 유리나 광학 플라스틱과 같은 재질로된 프리즘과 렌즈 등 복수개의 구성을 포함하며, 상기 피사체에 반사된 광을 소정방향 반사 및 또는 굴절 시킴과 동시에 집광하여 상기 이미지 센서로 전달하고, 상기 커버(12) 외부의 상기 피사체가 움직이게 되면, 상기 피사체(12)에 반사되어 상기 이미지 센서(15)에 감지되는 광 신호도 변화된다.

그리고 상기 이미지 센서(15)가 감지한 광 신호의 변화에 따라, 상기 전자기기(1)의 디스플레이부(3)에 상기 피사체의 움직임에 따른 커서의 이동 또는 입력 정보의 내용이 표시되거나, 상기 전자기기에 문자 및 또는 숫자가 입력되거나 사용자가 원하는 컨텐츠 메뉴가 선택될 수 있다.

상기 이미지 센서(15)에 의한 광 신호의 검출 및 이미지의 제어방식은 컴퓨터의 광 마우스에서와 유사하므로 그에 대한 상세한 설명을 생략한다.

상술한 일반적인 광 조이스틱은 피사체의 움직임에 따라 커서, 즉 포인터를 이동시켜 휴대 전자기기를 조작하기 때문에 키패드에 의한 커서의 이동으로 휴대 전자기기를 조작하는 방식에 비해 편리한 조작을 구현할 수는 있다.

한편, 상술한 종래의 광 조이스틱은, 상기 커버에 피사체를 접촉시켜 광 조이스틱을 조작하는 과정에 상기 광원에서 출사되는 빛이 방사되면서의 상당부분이 빛의 진행과정에서 확산 또는 분산에 의해 상기 커버의 외부로 그대로 방출(누설)되거나, 커버에 의해 차단되는 문제점이 있었고, 이로 인해 광 조이스틱의 작동 정밀도가 저하되는 문제점이 있었다.

그리고 종래의 광 조이스틱은 상기 홀더(13)의 내부에 상기 조명 가이드와 결상계(14)등의 부품을 작업자가 하나씩 수작업으로 장착해서 정확한 위치에 조립해야 하는데, 상기 조명 가이드와 결상계(14) 등과 같이 광 조이스틱에 적용되는 부품은 그 크기가 매우 작아서 조립성이 떨어지는 문제점이 있으며, 상기 이미지센서(15)가 장착된 상기 PCB와 상기 홀더를 조립하는 작업 또한 부품의 크기가 작아서 광 조이스틱을 모듈화하는 작업공정이 번거롭고 작업시간이 오래 소요되는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 피사체 감지를 위하여 광원에서 출사되는 피사체 감지광이 확산 및 분산에 따른 광손실을 최소화할 수 있는 구조의 광 조이스틱 및 이를 갖는 휴대 전자기기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 광 조이스틱의 결상계와 기판이나 광센서나 광원 등의 내부 부품의 조립이 용이한 구조의 광 조이스틱 및 이를 갖는 휴대 전자기기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 상술한 목적을 해결하기 위하여, 본 발명은: 피사체의 감지를 위한 피사체 감지광을 출사하는 광원; 기판상에 실장되는 광센서; 상기 광원에서 출사되는 피사체 감지광이 상기 피사체에 도달하도록, 상기 피사체 감지광을 투과시키는 광투과영역을 갖는 커버; 상기 광투과영역으로 상기 피사체 감지광을 집중시키기 위하여, 상기 광원에서 출사되는 피사체 감지광을 집광하는 집광부; 그리고 몰딩재의 내부에 일체로 패키지되며, 상기 커버 외부의 피사체에 반사되어 상기 커버 내부로 유입된 피사체 감지광을 상기 광센서로 입사시키기 위한 적어도 하나의 광 섬유를 갖는 결상 가이드를 포함하여 구성되는 광 조이스틱 및 이를 갖는 휴대 전자기기를 제공한다.

상기 집광부는 상기 커버에 일체로 구비될 수도 있다. 상기 커버는, 상기 광 투과영역을 가지며 상측면에 상기 피사체가 접촉되는 커버 플레이트를 포함하여 구성되며; 상기 집광부는 상기 커버 플레이트의 하측에 일체로 구비된다.

상기 집광부는 프레넬 렌즈를 포함하여 구성될 수도 있다. 본 발명은 상기 광원에서 출사된 피사체 감지광을 상기 집광부로 안내하며, 상기 몰딩재의 내부에 상기 결상 가이드의 함께 패키지되는 조명 가이드를 더 포함하여 구성될 수도 있다.

상기 광원은 상기 기판에 실장되며; 상기 조명 가이드와 결상 가이드는 상기 몰딩재의 내부에 함께 패키지되어 상부 패키지를 형성하고; 상기 상부 패키지는, 상기 광센서와 광원이 일체로 패키지된 상기 기판의 상측에 안착되어 조립될 수도 있다.

상기와 달리, 상기 광원은 상기 기판에 실장되며; 상기 조명 가이드와 결상 가이드와 상기 광원과 상기 광센서는 상기 몰딩재의 내부에 함께 패키지되어 일체형 패키지를 형성할 수도 있다.

상기 광섬유는 복수개의 코어와 상기 다수개의 코어를 둘러싸는 클래드를 포함하여 구성될 수도 있다.

상기 광섬유는 단일 코어와 상기 단일 코어를 둘러싸는 클래드로 구성되며; 상기 결상 가이드는 다발로 된 복수 가닥의 상기 광섬유를 포함하여 구성될 수도 있다.

그리고 상기 결상 가이드는, 상기 기판상에 실장된 광센서와 함께 상기 몰딩재의 내부에 패키지될 수도 있다.

한편, 상기 광원에서 출사된 피사체 감지광의 적어도 일부는 상기 집광부에 직접 도달할 수도 있다. 여기서 광원은 연성기판에 의해 상기 기판에 전기적으로 연결되어 상기 커버의 내부에 상기 기판에서 이격되게 배치될 수도 있다.

한편, 상기 몰딩재는 외부광의 차단이 가능한 재질을 갖는 것이 바람직하며, 상기 결상 가이드는 상기 광섬유의 입사측과 출사측 중 적어도 어느 일측에 배치되는 그린 렌즈(Grin Lens)를 더 포함하여 구성될 수도 있다.

그리고 상기 광원은 적외선대역에 속하는 피사체 감지광을 출사하는 적외선원을 포함하여 구성될 수도 있으며; 상기 커버의 광투과영역은 적외선대역에 속하는 광만이 투과되는 것이 좋다.

상기 커버와 상기 집광부 중 적어도 어느 하나는, 상기 광투과영역을 통해 적외선 대역에 속하는 광만이 투과되도록 상기 커버의 일측면과 상기 집광부의 일측면 중 적어도 어느 하나에 구비되는 적외선밴드패스필터를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 광 조이스틱 및 이를 갖는 휴대 전자기기에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명에 따르면, 광원에서 출사된 피사체 감지광이 피사체에 도달하는 과정에서 집광부가 상기 피사체 감지광을 광투과영역에 최대한 집중할 수 있으므로, 상기 피사체 감지광이 방사되면서 확산이나 분산으로 커버에 의해 차단되거나 상기 커버에 피사체를 접촉시켜 광 조이스틱을 조작하는 과정에 상기 광 조이스틱의 외부로 그대로 누설되어 광손실이 발생하는 것을 최소화 또는 방지하고 이로 인해 광센서로 입사되는 피사체 감지광의 광량이 최대화되어 광 조이스틱의 작동 정밀성이 현저히 향상될 수 있다.

둘째, 본 발명에 따르면, 상기 커버가 상기 집광부와 일체로 성형되므로 조립성이 향상되고 구조가 간소화될 수 있다.

셋째, 본 발명에 따르면, 상기 커버가 가시광선 대역의 광에 의해 발광하는 동시에 가시광선이 커버 내부로 유입되는 것을 차단하므로 가시광선에 의한 광 조이스틱의 오작동을 방지할 수 있다.

넷째, 본 발명에 따르면, 조명 가이드와 결상 가이드와 광센서와 광원 중 적어도 일부가 하나로 패키지 되어 조립되므로 조립공정이 단순화되고 작업성이 향상될 수 있다.

다섯째, 본 발명에 따르면, 조명 가이드와 결상 가이드와 광센서와 광원 전체를 몰딩재로 일체로 패키지화하여 커버의 내측에 조립하거나, 조명 가이드와 결상 가이드를 몰딩재로 패키지하고 광센서와 광원을 이미지센서의 상부에 패키지한 후 이들을 상호 조립하므로, 조립작업시 핸들링되는 부품의 크기가 증대되어 오조립에 의한 조립불량이 방지되고 조립작업시 부품의 손상을 방지할 수 있다.

이하, 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

먼저, 도 3 내지 도 6를 참조하여, 본 발명에 따른 광 조이스틱 및 이를 가지는 휴대 전자기기의 바람직한 일 실시예를 설명한다.

여기서, 도 3은 본 발명에 따른 광 조이스틱의 제1실시예를 나타낸 분해 사시도이고, 도 4a는 도 3에 도시된 광 조이스틱의 단면도이고 도 4b는 집광부의 일 실시예를 나타낸 단면도이며, 도 5는 도 3의 A-A선에 따른 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 광 조이스틱을 갖는 휴대 전자기기의 일 실시예를 나타낸 사시도이다.

본 발명의 광 조이스틱의 제1실시예는, 커버(100)와, 피사체 감지를 위한 피사체 감지광을 출사하는 광원(210)과, 상기 피사체에 반사된 후 입사되는 피사체 감지광을 감지하기 위한 광센서(220)와, 상기 커버 외부의 피사체에서 반사된 피사체 감지광을 상기 광센서(220)로 입사시키기 위한 결상 가이드(340)를 포함하여 구성되며, 상기 광센서(220)는 기판(230)에 전기적으로 연결된다. 그리고 본 발명은 상기 피사체 감지광의 손실을 최소화 또는 방지할 수 있는 집광부(130)를 더 포함하여 구성된다.

본 발명에 있어서, 상기 커버(100)는 상기 광원(210)에서 출사되는 상기 피사체 감지광을 상기 커버의 외부로 투과시키는 광투과영역(111)을 가지며, 상기 광투과영역을 상방으로 투과한 피사체 감지광은 상기 피사체에 도달하여 부딪힘으로써 반사되어 상기 광투과영역(111)을 통해 상기 커버(100)의 내부로 재입사된 후 상기 결상 가이드(340)를 거쳐 상기 광센서(220)에 도달하게 된다.

일반적으로 상기 광원(210)에서 출사되는 상기 피사체 감지광은 분산되거나 확산되면서 일부만이 상기 광투과영역(111)을 투과하게 되는데, 상기 집광부(130) 는 상기 피사체 감지광의 확산이나 분산을 최소화하여 상기 광투과영역을 투과하는 피사체 감지광의 양을 최대화한다. 바람직하게는 상기 집광부(130)는 상기 피사체 감지광을 집광하여 상기 광투과영역(111)에 집중시킬 수도 있다.

상기 커버(100)의 상측면에는 상기 피사체가 접촉되며, 상기 집광부(130)는 상기 커버(100)와 일체형으로 구성될 수도 있고, 상기 커버(100)와 상기 집광부(130)가 각각 별도로 제조되어 상호 조립되는 분리형으로 구성될 수도 있다.

상기 커버(100)가 사출성형될 때 상기 집광부(130)가 일체로 형성될 수도 있고, 상기 집광부(130)와 상기 커버(100)가 이중사출(Double Injection 또는 Dual Injection)이나 인서트사출(Insert Injection) 성형방식 등으로 일체화될 수도 있다.

상기 커버(100)는 플라스틱이나 유리 등으로 제조될 수 있다. 본 실시예에 있어서 상기 커버(100)는 외측면, 즉 상측면에 상기 피사체가 접촉되는 커버 플레이트(110)를 포함하여 구성된다. 상기 커버 플레이트(110)는 전술한 광투과영역(111)을 가지며, 상기 커버 플레이트(110)의 상측면 중 적어도 일부는 상기 피사체의 접촉을 위한 피사체 접촉면을 이룬다.

보다 상세하게는 상기 피사체 접촉면은 상기 광투과영역(111)의 상측면을 포함하는 구역으로서, 상기 광투과영역(111)의 상측에 피사체가 위치되면, 상기 광원(210)에서 출사된 피사체 감지광이 상기 광투과영역(111)을 상방으로 투과하여 상기 피사체에 반사된 후 상기 결상 가이드(340)로 입사된다.

본 발명에 따른 광 조이스틱은, 상기 광원에서 출사된 광을 상기 커버(100) 의 내측면으로 안내하는 조명 가이드(310)를 더 포함하여 구성될 수도 있는데, 이러한 경우 상기 조명 가이드(310)는 상기 광원(210)과 상기 커버, 특히 상기 광투과영역(111) 사이에 광 경로를 형성하며, 상기 조명 가이드(310)에서 출사된 피사체 감지광은 상기 집광부(130)를 거쳐 상기 광투과영역(111)을 투과하게 된다. 이 때 상기 조명 가이드의 출사측은 상기 집광부(130)에 최대한 가까이 위치되거나 접촉되는 것이 좋다.

상기 커버(100)는 원판 또는 다각형의 판 등과 같이 디자인 조건이나 설계조건에 맞는 형상으로 된 플레이트나, 캡(Cap) 형상의 케이스 등 다양한 형상으로 제조될 수 있다.

상기 커버(100)는 본 실시예에서와 같이 캡(Cap) 형상으로 제조되는 경우, 내부에 상기 결상 가이드(340)와 상기 광원(210) 등의 부품을 수용하는 광 조이스틱의 하우징 또는 케이스로 적용가능하다.

보다 상세하게는 상기 커버(100)는 상기 결상 가이드(340)의 둘레를 둘러싸는 테두리 프레임(120)을 더 포함하여 구성될 수 있으며, 본 실시예에 있어서 상기 커버(100)는 바닥면이 개구되고 내부에 중공이 형성된 캡 형상으로서, 상기 커버(100)의 내부에 상기 결상 가이드(340) 및 상기 광센서(220)와 광원(210)이 수용되어 상기 커버(100)가 광 조이스틱의 케이스 또는 하우징으로 적용된다. 본 발명에 따른 광 조이스틱이 상기 조명 가이드(310)를 더 포함하는 경우 상기 조명 가이드(310)도 상기 테두리 프레임(112)의 내부에 제공될 수 있다.

상기 커버 플레이트(110)와 상기 테두리 프레임(120)은 일체로 사출성형되거 나 2중사출될 수도 있으며, 각각 별도로 제조된 후 조립될 수도 있으며, 상기 커버 플레이트는 상기 커버(100)의 상측면을 형성하고 상기 테두리 프레임(120)은 상기 커버의 둘레를 형성한다.

그리고 상기 광원(210)의 종류는 크게 제한이 없으나 본 실시예에서와 같이 적외선대역에 속하는 피사체 감지광을 출사하는 적외선원을 포함하여 구성될 수도 있으며, 상기 커버 플레이트(110)의 적어도 일부, 특히 상기 광투과영역(111)은 상기 광원(210)에서 출사된 적외선이 투과된다. 상기 적외선원으로는 적외선 LED 등이 있다.

이 때, 상기 커버(100)는 적외선 대역에 속하는 광만을 투과시키기 위한 적외선 밴드 패스 필터의 기능을 하는 것이 바람직한데, 보다 상세하게는 상기 커버 플레이트(110)가 상기 광원(210)에서 출사되는 적외선을 투과시키고, 상기 가시광선대역이 상기 커버(100)의 내부로 유입되는 것을 차단하는 것이 좋다. 그 이유는 상기 커버(100)의 내부로 적외선 이외의 광선대역이 유입되어 상기 광센서(220)로 입사되면 광 조이스틱의 작동성능이 저하되기 때문이다.

이를 위하여, 상기 커버 플레이트(110)는 적외선 대역 이외의 광선이 상하방향으로 투과되는 것을 차단하기 위하여 적외선 밴드 패스 필터를 포함하여 구성될 수도 있는데, 도시되지는 않았으나 상기 적외선 밴드 패스 필터는 상기 커버 플레이트(110)의 저면에 적외선 밴드 패스 필터의 역할을 하는 물질이 코팅되거나 동일한 기능을 하는 필름이 부착되는 등의 방식으로 구성될 수도 있다.

물론, 상기 커버(100)는 적외선 밴드에 속하는 광선만을 투과시키는 적외선 광학 플라스틱 재질을 가질 수도 있다.

그리고 상기 커버(100)는 적외선 대역에 속하는 광이 투과 가능한 상기 광투과영역(111)과 적외선 대역 및 가시광선 대역이 상기 커버(100)의 내부로 유입되는 것을 차단하는 광차단영역(미도시)으로 구획될 수도 있다. 상기 광차단영역은 상기 커버(100) 보다 상세하게는 상기 커버 플레이트의 일측면에 광차단물질을 코팅하거나 광차단필름이나 테이프를 부착하는 등의 방식으로 형성될 수 있는데 본 실시예에서는 상기 커버 플레이트의 저면, 특히 상기 광투과영역을 제외한 나머지 부분에 가시광선 및 적외선 등의 광을 차단하는 차폐 테이프(140)를 부착하였다. 그리고, 상기 광투과영역(111)은 적외선 대역에 속하는 광만을 투과시키는 것이 바람직하다.

상기 광투과영역(111)과 상기 광차단영역은 서로 다른 재질을 사용하여 이중사출됨으로써, 상기 커버 플레이트(110)를 형성할 수도 있다.

상기 커버 플레이트(110)와 상기 테두리 프레임(120)은 투시가능한 재질의 부재, 예를 들면 투명부재 등으로 제조될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 커버 플레이트(110)만 투시가능한 재질로 제조되고 상기 테두리 프레임(120)은 광차단이 가능한 불투명부재로 제조될 수도 있다. 물론, 상기 커버 플레이트(110) 중에서 상기 적외선이 투과하는 부분, 즉 광투과영역(111)만 투명부재로 제조될 수도 있다.

상기 커버(100)가 전체적으로 투명부재로 제조되는 경우, 상기 커버(100)의 둘레, 보다 상세하게는 상기 테두리 프레임(120)의 외주면에는 전체적으로 가시광 선 및 적외선 등 외부광을 차단하기 위한 외부광차단부(미도시)가 구비되는 것이 좋다. 상기 외부광차단부(미도시)는 상기 테두리 프레임(120)의 둘레면에 광차단재를 코팅하거나 박막의 광차폐필름을 부착하는 등 다양한 방식으로 구성될 수 있다.

상기 광원(210)은 상기 광투과영역(111)의 위치와 피사체 감지광의 출사방향 및 상기 커버의 구조 등을 고려하여 상기 커버(100)의 내부의 소정위치에 설치된다.

한편, 상기 집광부(130)는 상기 광원에서 출사된 빛을 집광하는 기능을 하며, 본 실시예에서는 상기 커버 플레이트(110)의 하측, 특히 상기 광원(210)에서 출사되는 피사체 감지광의 진행 경로 상에 구비되어 상기 피사체 감지광이 분사되는 것을 방지한다.

본 실시예에서는 상기 집광부(130)가 상기 광투과영역(111)의 하측에 구비되나 그 위치는 상기 광원(210)으로부터 출사된 피사체 감지광, 즉 상기 적외선의 경로와 상기 광투과영역(111)의 위치에 따라 적절히 결정될 수도 있으며, 수평방향이나 경사진방향 등 소정의 각도로 설치될 수 있으나, 본 실시예에서는 상기 집광부(130)를 수평방향으로 설치하였다.

상기 집광부(130)는 상기 광투과영역의 넓이보다 더 넓게 구비되거나 적어도 동일면적으로 구비되는 것이 바람직하며, 본 실시예에서는 상기 집광부는 상기 피사체 감지광을 굴절시켜 일정방향으로 모으는 렌즈 및/또는 프리즘을 포함하여 구성되나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 렌즈의 예로는 도 4b에 도시된 프레넬(Fresnel) 렌즈(131, 132) 등이 있으며, 상기 프레넬 렌즈(131, 132)를 투과한 피사체 감지광은 촛점을 향해 굴절되면서 상기 광투과영역으로 집광된다.

보다 상세하게 설명하면, 상기 집광부(130)가 없는 경우, 상기 광원(210)에서 출사된 피사체 감지광이 일정한 방사각을 가지고 확산되면서 상기 커버 플레이트(110)의 저면으로 진행되다가 상기 피사체 감지광의 일부분만이 상기 광투과영역을 통해 외부로 투과되고 나머지는 상기 커버 플레이트에 의해 차단되며, 상기 광투과영역(111)을 통해 외부로 출사된 피사체 감지광도 확산에 의해 피사체와 커버(100)의 틈사이로 누설되게 되어 광손실에 의해 상기 광센서로 입사되는 광량이 현저히 감소된다.

그러나, 상기 집광부(130)가 상기 피사체 감지광의 진행경로상에 구비되면, 확산되면서 방사되는 피사체 감지광을 상기 광투과영역(111)방향으로 굴절시켜 모아주게 되므로, 상기 광투과영역(111)을 통해 외부로 출사되는 피사체 감지광의 광량이 크게 증가되고 피사체와 커버의 틈 사이로 누설되는 광도 최소화될 수 있다. 이에 따라 상기 광센서로 입사되는 광량도 증가되므로 광 조이스틱의 동작성이 향상될 수 있다.

상기 집광부(130)는 플레이트 형상의 패널 형상으로 제조되어, 상기 커버 플레이트(110)의 저면에 일체로 구비될 수도 있는데, 상기 차폐 테이프(140)를 양면 테이프 타입으로 하면 상기 커버 플레이트(110)의 저면에 부착되어 일체화될 수도 있다.

상기 집광부(130)는 적외선 밴드 패스 필터의 기능을 할 수도 있다. 즉 상기 집광부(130)가 적외선 대역에 속하는 광만을 투과시키는 광학 플라스틱으로 제조되거나, 상기 집광부(130)가 적외선 밴드 패스 필터층(123)을 포함하여 구성될 수도 있다.

상기 적외선 밴드 패스 필터층(123)은 상기 집광부의 일측면에 구비되는 박막의 필름이나 적외선 밴드 패스 물질이 도포되어 고형화된 코팅층 등의 방식으로 형성될 수 있다.

그리고 상기 커버(100)의 표면, 특히 상기 커버 플레이트(110)의 표면은 긁힘(Scratch) 등의 방지를 위해 코팅되는 것이 바람직한데, 그 예로서 UV 코팅층이 상기 커버(100)의 표면에 구비될 수도 있다.

한편, 상기 결상 가이드(340)는 몰딩재(330)의 내부에 일체로 패키지(Package)되는데, 본 실시예에서는 상기 조명 가이드(310)와 결상 가이드(340)가 상기 몰딩재(330)에 의해 상호 일체로 패키지되어 모듈화된 상태로 상기 광 조이스틱의 내부에 구비되며, 상기 광원(210)은 커버의 내부 다양한 위치에 제공될 수 있다.

본 실시예에서는 상기 광원(210)이 상기 광센서(220)와 일체로 패키지되며, 상기 광센서(220)는 상기 기판(230)과 분리형 또는 일체로 결합된 상태로 전기적으로 연결되는데, 본 실시예에서는 상기 광원(210)이 상기 광센서(220)와 함께 상기 기판(230)상에 실장되며 상기 광센서(220)와 일체로 상기 기판(230)상에 패키지되어 상기 광 조이스틱의 일부를 이룬다.

여기서 상기 조명 가이드(310)와 결상 가이드(340)가 상기 광원(210)과 상기 광센서(220)와 함께 상기 몰딩재의 내부에 전체가 일체로 패키지 되어 일체형 패키지로서 모듈화 될 수도 있고, 상기 조명 가이드(310)와 결상 가이드(340)가 상기 몰딩재에 의해 상호 일체로 패키지된 상부 패키지를 상기 광원(210)과 상기 광센서(220)가 기판상에 일체로 패키지된 하부 패키지상에 안착시켜 상기 상부 패키지와 상기 하부 패키지를 조립할 수도 있다.

본 실시예에서는 상기 조명 가이드(310)와 상기 몰딩재(330)에 의해 일체로 패키지된 결상 가이드(340)와 상기 조명 가이드(310)를 갖는 상부 패키지(300)와 상기 기판에 실장되는 광원(210)과 상기 광원(210)과 일체로 패키지된 상기 광센서(220)를 갖는 하부 패키지(200)를 각각 제조한 후 이들을 상호 조립한 예를 설명한다.

상기 광센서(220)와 상기 광원(210)은 SMT(Surface Mount Technology)와 같은 표면실장기술 등의 공정을 통해 회로기판 예를 들면 PCB 등과 같은 기판(230) 상에 실장된다.

그리고 상기 광센서(220)와 광원(210)이 상기 기판상에 실장됨으로써 일체로 패키지되었다고 볼 수도 있고, 본 실시예에서와 같이 상기 기판상에 실장된 상기 광센서(220)와 광원(210)가 몰딩재(240)에 의해 상기 몰딩재의 내부에 상호 일체로 패키지되는 방식이 있으며, 상기 몰딩재(240, 330)로는 EMC(Epoxy Molding Compound) 등이 있다.

보다 상세하게 설명하면, 상기 기판(230)에 상기 광원(210)과 상기 광센서(220)가 상호 이격된 위치에 실장된 후에 상기 몰딩재(240)로 상기 광원(210)과 상기 광센서(220)를 도포하여 고형화 함으로써 이들 두 구성이 일체로 패키지된다. 즉, 미리 가공된 소정형상의 몰드(틀)를 상기 기판(230) 상에 밀착시킨 후 몰드(미도시)에 액상의 EMC를 충진시킨후 상기 EMC가 굳으면 본 실시예에 따른 상기 하부 패키지(200)가 형성된다.

설명의 편의를 위하여, 상기 광원(210)과 광센서(220)를 일체로 패키지하는 몰딩재(240)를 제1몰딩재라 칭하고, 상기 조명 가이드(310)와 결상 가이드(340)를 일체로 패키지 하는 몰딩재(330)를 제2몰딩재라고 칭한다.

상기 제1몰딩재(230)로는 투명한 또는 투시가능한 몰딩재, 예를 들면 Clear EMC 등이 적용될 수도 있으며, 이러한 경우 상기 광원(210)과 상기 광센서(220) 사이에는 광차단을 위한 광차단막 또는 광차단벽(250)이 구비되는 것이 좋으나, 상기 제1몰딩재가 투명한 재질에 한정되는 것은 아니다. 이에 따라 상기 광원(210)에서 출사된 적외선이 상기 광센서(220)로 직접 입사되는 것이 방지된다.

상기 광차단막(250)은 빛이 투과되지 않는 블랙(Black) EMC 또는 빛이 투과되지 않는 차폐 테이프(Tape), 예를 들면 아미드 테이프(Amid Tape)이나 필름 또는 상기 광원(210)과 상기 광센서(220)가 끼워지는 홀이 형성된 마스크 등 다양한 방식으로 구성될 수 있다.

상기 광센서(220)는 입사되는 빛을 감지하여 연속적으로 피사체의 이미지를 촬상하고, 촬상된 영상화면의 변화는 변위값으로 연산된다. 상기 광센서(220)는 다수개의 픽셀(pixel)들이 구비된 촬상영역을 가지며, 상기 촬상영역에 상기 피사체에 반사된 빛이 입사됨에 따라 상기 피사체의 이미지가 촬상된다.

상기 하부 패키지(200)와는 별도로, 상기 조명 가이드(310)와 결상 가이드(340)는 상기 광원(210)과 상기 광센서(220)에 각각 대응되도록 상기 제2몰딩재(330)에 의해 상기 제2몰딩재의 내부에 패키지되어 상기 상부 패키지(300)를 형성한다.

상기 제2몰딩재(330)는 상기 제1몰딩재(240)와 동일한 재질을 가질 수도 있으며, 본 실시예에서 상기 제2몰딩재(330)는 외부광의 차단이 가능한 재질을 갖는다. 외부광 차단이 가능한 상기 제2몰딩재(330)의 일 예로는 블랙(Black) EMC 등이 있으며, 미리 가공된 몰드(틀)에 상기 조명 가이드(310)와 결상 가이드(340)를 배치하고 상기 제2몰딩재(330)를 충진시켜 고형화함으로써 상기 상부 패키지(300)가 형성된다.

보다 상세하게 설명하면, 상기 상부 패키지(300)가 상기 하부 패키지(200) 상에 안착될 때 상기 조명 가이드(310)의 입사측이 상기 광원(210)의 상측에 위치하고 상기 결상 가이드(340)의 출사측이 상기 광센서(220)의 상측에 위치되도록, 상기 조명 가이드(310)와 결상 가이드(340)를 정렬한 후 상기 제2몰딩재(330)를 사용하여 일체로 패키지한다.

상기와 같이 제2몰딩재(330)에 의해 상기 조명 가이드(310)와 결상 가이드(340)가 일체로 패키지되면, 상기 상부 패키지(300)의 표면, 특히 상측표면을 매끄럽게 처리하는 공정, 예를 들면 폴리싱공정을 수행할 수도 있다.

그리고 상기 하부 패키지(200)와 상부 패키지(300)가 완성되면, 상기 상부 패키지(300)가 하부 패키지(200)의 상측에 적층된다. 상기 하부 패키지(200)와 상 부 패키지(300)의 결합은, 상기 하부 패키지(200)나 상부 패키지(300)에 돌기와 홈(241, 331)을 형성한 후 결합할 수도 있으며, 양면테이프나 접착용 수지 등을 이용하여 이들을 상호 고정하는 등 다양한 방식으로 이들을 결합할 수 있다.

이와 같이 상기 하부 패키지(200)가 상부 패키지(300)와 상호 결합되어 일체로 모듈화되면, 상기 커버(100)와 결합되어 상기 기판이 상기 커버(100)의 바닥을 형성한다.

본 실시예에 있어서 상기 조명 가이드(310)는 전반사에 의해 빛을 안내하는 도파관을 포함하여 구성되나, 이에 한정되는 것은 아니고 상기 제2몰딩재(330)의 내부에 패키지된 상태에서 상기 광원(210)의 피사체 감지광을 상기 커버(100)측, 특히 상기 집광부(130)로 안내할 수 있는 광학부재라면 족하다. 상기 조명 가이드(310)는 상기 피사체 감지광이 전반사에 의해 상기 집광부(130)에 도달하도록 벽면(내벽면 및/또는 외벽면)에 반사율이 높은 코팅재가 도포되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 결상 가이드(340)는 상기 광원(210)에서 출사된 후 상기 피사체에 반사된 빛을 상기 광센서(220)에 결상시키기 위한 것으로, 본 발명에서는 광섬유(341)를 포함하여 구성된다.

상기 광섬유(341)는 광신호나 빛을 전달하는 매개체로서 상기 피사체 감지광을 상기 광센서로 전달하기 위한 통로역할을 한다. 상기 광섬유(341)는 코어의 지름의 크기에 따라 단일모드 광섬유와 다중모드 광섬유로 구분된다.

상기 광섬유(341)는 광전송의 통로를 형성하는 적어도 하나의 코어(core)와 상기 적어도 하나의 코어를 둘러싸는 클래드(Clad)로 구성된다. 본 발명에 있어서 상기 광섬유(341)는 복수개의 코어(341a)와 상기 코어를 둘러싸는 클래드(341b)로 구성되는 복심코어 광섬유 또는 다심코어 광섬유이거나, 상기 클래드의 내부에 단일 즉 하나의 코어가 구비된 단심코어 광섬유일 수도 있다.

일반적으로 상기 광센서(220)의 전체 픽셀영역이 상기 단일코어 광섬유의 단면적보다 넓으므로, 상기 광섬유(341)가 단일코어 광섬유인 경우 상기 결상 가이드(340)는 다발로 된 복수가닥의 상기 단일코어 광섬유를 포함하여 구성된다. 물론, 상기 다심코어 광섬유 또한 상기 전체 픽셀영역의 넓이에 대응하여 다발로 될 수도 있다.

다만, 상기 결상 가이드(340)가 다발로 된 상기 단심코어 광섬유를 포함하여 구성되는 경우, 상기 결상 가이드(340)에서 상기 단심코어 광섬유의 수만큼 존재하는 클래드가 차지하는 면적이 넓어지게 되고, 이러한 경우 상기 광센서(220)에 구비된 픽셀들 중 상기 피사체 감지광이 도달하지 못하는 음영영역이 증가하게 되어 광 조이스틱 조작의 정밀도나 민감도가 저하된다.

그러나 상기 결상 가이드(340)가 적어도 하나의 상기 다심코어 광섬유를 포함하여 구성되는 경우에 상기 클래드(341b)가 차지하는 면적이 동일 굵기의 상기 단심코어 광섬유 다발에 비해 현저히 감소되고 코어의 수가 증가될 수 있으므로, 상기 피사체 감지광이 도달하지 못하는 음영영역이 최소화될 수 있어서 광 조이스틱 조작의 정밀도나 민감도가 향상된다.

즉, 상기 결상 가이드(340)가 상기 다심코어 광섬유를 포함하여 구성되는 경우, 상기 광센서(220)의 픽셀영역 내에 보다 많은 코어(341a)들이 위치되므로, 단 위 픽셀당 매칭(Matching)되는 코어의 수가 증가하게 되고, 이에 따라 상기 피사체의 움직임이 보다 정확하게 촬상될 수 있다.

물론, 상기 결상 가이드(340)가 상기 단일코어 광섬유와 상기 다심코어 광섬유의 혼용으로 이루어질 수도 있다.

한편, 상기 피사체에 반사된 피사체 감지광을 상기 광센서로 입사시키는 결상 가이드(340)는 상기 광섬유(341)와 이웃하는 렌즈부를 더 포함하여 구성될 수도 있다. 상기 렌즈부는 그린렌즈(Gradient Index Lens)나 볼록렌즈나 고굴절 렌즈 등 빛을 결상시키는 다양한 렌즈가 적용될 수 있으며, 상기 그린렌즈는 피치에 따라 상기 피사체의 이미지가 결상되는 위치를 조절할 수 있다.

상기 렌즈부, 보다 상세하게는 상기 그린렌즈는 상기 광섬유(341)의 입사측과 출사측 중 적어도 어느 일측에 배치될 수 있으므로, 상기 광섬유(341)를 사이에 두고 상기 광섬유의 양측에 각각 상기 그린렌즈가 구비될 수도 있고, 상기 그린렌즈를 사이에 두고 상기 그린렌즈의 양측에 각각 상기 광섬유가 배치될 수도 있다.

그리고 상기 광섬유(341)에서 출사된 피사체 감지광이 상기 광센서로 직접 입사되는 경우, 상기 피사체 감지광의 누설이나 손실을 방지하기 위하여 상기 광섬유의 출사측 단부는 상기 광센서(220)의 픽셀영역에 연접되는 것이 바람직하다.

상기 조명 가이드(310)는 상기 결상 가이드(340)와 나란하게, 즉 평행하게 될 수도 있으나, 이러한 경우 상기 조명 가이드(310)에서 출사되어 상기 피사체에 의해 반사된 빛의 일부만이 상기 결상 가이드(340)로 유입되므로 상기 광센서(220)로 입사되는 광량이 감소하여 광 조이스틱의 성능이 저하된다.

상기 조명 가이드(310)의 배치방향은 상기 기판(230)에 대하여 수직방향 또는 일정각도 경사지게 배치될 수 있다. 그러나, 상기 조명 가이드(310)의 배치상태는 상기 기판에 대하여 수직방향보다 일정각도 경사지게 구성하는 것이 바람직하다.

다시 말해서 상기 조명 가이드(310)가 상하방향으로 수직하게 배치되고 상기 결상 가이드(340)도 상하 방향으로 수직하게 배치되는 경우처럼 양 부재가 서로 나란하게 된 경우, 상기 피사체에 반사된 빛의 극히 일부만이 상기 결상 가이드(340)로 유입되거나 상기 결상 가이드로 유입되는 광량이 제로(0)가 될 수도 있다.

이러한 문제점을 보완하기 위하여 상기 광원의 세기를 높이면 되나 전력소모가 증가하고 비용이 비싼 문제점이 있다. 따라서, 상기 조명 가이드(310)와 결상 가이드(340)는 상부, 즉 출사측으로 갈수록 상기 결상 가이드의 입사측에 점점 가까워지도록 배치되는 것이 좋다. 예를 들면 상기 조명 가이드(310)와 결상 가이드(340)의 연장선, 예를 들면 축선이 상호 교차하도록 배치되는 것이 좋다.

구체적 예로서, 상기 결상 가이드(340)이 상하방향으로 수직하게 배치된 경우 상기 조명 가이드(310)는 상기 결상 가이드쪽으로 기울어지게, 즉 경사지게 배치되면, 상기 조명 가이드(310)에서 출사된 빛의 대부분이 상기 피사체에 반사된 후 상기 결상 가이드(340)로 입사될 수 있다.

상기 조명 가이드(310)의 출사측과 상기 결상 가이드(340)의 입사측은 상호 이격되게 배치될 수도 있고 서로 접촉하여 맞닿도록 배치될 수도 있다. 그리고 상기 조명 가이드(310)와 결상 가이드(340)가 모두 경사지게 기울어지게 배치될 수도 있다.

이와 같이 상기 하부 패키지(200)가 상부 패키지(300)와 상호 결합되어 일체로 모듈화되면, 상기 집광부(130)가 일체로 구비된 상기 커버(100)와 결합되어 상기 기판이 상기 커버(100)의 바닥을 형성한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 광 조이스틱의 커버(100)에 피사체가 접촉되면, 상기 광원(210)에서 방사되는 빛이 상기 조명 가이드(310)를 통과하여 상기 집광부(130)에서 집광된 후 상기 광투과영역(111)을 투과하여 피사체에 도달된다.

그리고 상기 피사체에 부딪혀 반사된 피사체 감지광은 상기 커버(100)를 투과하여 상기 커버의 내부로 유입된 후 상기 결상 가이드(220)를 거쳐 상기 광센서(220)로 입사된다.

상기 광센서(220)는 입사된 빛을 촬상하고, 촬상된 영상화면이 실시간으로 비교되어 영상화면에 차이가 발생된 변위값이 연산되며, 연산된 변위값은 휴대 전자기기의 마이컴(미도시)으로 전송되고, 상기 마이컴에 의해 휴대 전자기기(50)의 디스플레이 화면(51)상에 커서의 이동이 표시된다.

한편, 도시되지는 않았으나, 상기 광원(210)이 전술한 바와 같이 적외선을 출사하는 경우, 상기 결상 가이드(340)에는 적외선 파장대역 이외의 광 유입을 차단하는 적외선밴드패스 필터가 더 구비될 수도 있다.

상기 적외선밴드패스 필터는 상기 결상 가이드(340)의 입사측 및/또는 출사측에 구비될 수 있으며, 필름이나 테입 또는 적외선밴드 패스 물질을 상기 코팅물 질 등 다양한 방식으로 구성될 수 있다.

도 8은 상기 상부 패키지(300)와 하부패키지(200)로 각각 제조된 본 발명의 광 조이스틱이 조립되는 과정을 보인 것이다.

먼저 상기 광원(210)과 광센서(220)가 상기 기판(230)상에 각각 일정거리 이격된 위치에 SMT 공정으로 설치되고, 상기 광원(210)과 광센서(220)가 실장된 기판(230)에 몰드를 설치하고 액상의 제1몰딩재(240)를 상기 몰드에 주입하여 상기 하부 패키지(200)를 제조한다. 이 때 상기 기판(230)상에는 상기 조명부재(400)가 실장되나, 상기 조명부재가 상기 기판상에 실장되지 않고 상기 커버(100)에 직접 설치되는 등 상기 조명부재(400)의 위치에는 제한이 없으나, 본 실시예에서 상기 조명부재(400)는 상기 기판(230)의 가장자리를 따라 복수개가 이격 배치된다.

그리고 상기 조명 가이드(310)와 결상 가이드(340)이 설계조건에 따른 소정위치에 배치된 후 상기 제2몰딩재(330)로 일체화하여 상기 상부 패키지(300)를 제조한다. 여기서, 상기 상부 패키지(300)와 하부 패키지(200)에는 정확한 결합이 이루어질 수 있도록 이들이 접합되는 면에 돌기(331)와 홈(241)이 형성된다.

상기 상부 패키지(300)와 하부 패키지(200)의 제조 순서는 상관이 없으며 상기 상부 패키지가 먼저 제조될 수 도 있고 동시에 제조될 수도 있다. 그리고 상기 상부 패키지(300)와 하부 패키지(200)가 상호 결합된 후에는 상기 집광부(130)가 일체로 구비된 커버(100)의 내부에 조립된다.

상기와 같은 구성의 광 조이스틱을 갖는 휴대 전자기기(50)의 일 예로서 휴대폰이 도 6에 도시되어 있으며, 상기 휴대 전자기기(50)는 휴대폰이나 PDA나 리모 콘이나 네이게이션 등 다양하며, 특히 본체(52)에 디스플레이화면(51)이 구비된 전자기기로서 포인터의 사용이 필요한 전자기기에는 일반적으로 적용가능하다.

그리고 본 발명에 따른 광 조이스틱의 제1실시예에서 설명된 내용은 이하에서 설명되는 다른 실시예들에서 각각 설명되는 내용과 상충되거나 다른 부분을 제외하고 다른 실시예들 각각에 동일하게 적용될 수 있으며, 동일 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용한다.

한편 도 9에 도시된 본 발명에 따른 광 조이스틱의 제2실시예서와 같이, 상기 광원(210)에서 출사된 피사체 감지광을 상기 커버의 내측면으로 안내하는 조명 가이드(310a)는 그 출사측이 상기 결상 가이드(340)의 입사측에 접촉되어 상기 결상 가이드(340)에 의해 지지되는 형태로 경사지게 배치될 수도 있다.

이러한 경우 상기 조명 가이드(310a)의 출사측과 상기 결상 가이드(340)의 입사측이 인접하게 되므로 상기 피사체에서 반사된 피사체 감지광의 상기 결상 가이드(340)로의 입사율이 향상될 수 있고, 상기 커버의 두께를 최소화 할 수 있다.

한편, 전술한 제1실시예에서 설명된 발명의 내용 중 상기 조명 가이드(310a)의 배치구조를 제외한 부분은 본 발명의 제2실시예에 전체적으로 동일하게 적용될 수 있으므로, 그에 대한 반복적인 설명을 생략하며 동일 구성에 대해서는 동일 도면 부호를 사용한다. 그리고 상기 제2실시예에서 설명된 내용은 이하에서 설명되는 다른 실시예들에도 동일하게 적용될 수 있으며 이에 대한 반복 설명은 생략한다.

다음으로, 도 10 내지 도 12을 참조하여, 본 발명에 따른 광 조이스틱의 제3실시예 내지 제5실시예를 설명한다. 본 실시예들은 각각 전술한 제1실시예서 설명 된 상기 커버(100)와 상기 광원(210)과 상기 조명 가이드(310)가 동일하게 적용될 수 있으며, 상기 피사체에 반사된 피사체 감지광을 상기 광센서(220)로 입사시키는 결상 가이드(340a, 340b)는 광섬유(341)와 상기 광섬유에 이웃하는 렌즈부(342)를 포함하여 구성된다.

상기 렌즈부(342)는 그린렌즈(Gradient Index Lens)나 볼록렌즈나 고굴절 렌즈 등 빛을 결상시키는 다양한 렌즈가 적용될 수 있으며, 본 실시예에서는 상기 렌즈부(342)에 상기 그린렌즈를 적용하여 피치에 따라 상기 피사체의 이미지가 결상되는 위치를 조절할 수 있다.

상기 렌즈부, 보다 상세하게는 상기 그린렌즈(342)는 상기 광섬유(341)의 입사측과 출사측 중 적어도 어느 일측에 배치될 수 있으므로, 도시되지는 않았으나 상기 광섬유(341)를 사이에 두고 상기 광섬유(341)의 양측에 각각 상기 그린렌즈(342)가 구비될 수도 있고, 상기 그린렌즈(342)를 사이에 두고 상기 그린렌즈(342)의 양측에 각각 상기 광섬유(341)가 배치될 수도 있다.

상기 렌즈부(342)와 상기 광섬유(341)가 연접하는 경우 상기 렌즈부와 상기 광섬유의 연접부를 감싸서 광누설을 방지하는 튜브(미도시)가 구비되는 것이 좋다.

그리고 도 12에 도시된 제5실시예서와 같이, 상기 제1몰딩재(240)에 의해 상기 광센서(220)와 광원(210)이 일체화 된 하부 패키지(200a)의 상측 표면, 보다 상세하게는 상기 광원(210)과 광센서(220)의 상측에 상기 조명 가이드(310)와 결상 가이드(340, 340a, 340b)의 설치를 위한 적어도 하나의 설치홈(241, 242)을 형성할 수도 있다.

이에 따라, 상기 설치홈(241, 242)에 상기 조명 가이드(310)의 입사측과 결상 가이드(340, 340a, 340b)의 출사측를 삽입하여 정렬시킨 후 상부 패키지(300a)의 형성을 위한 몰드를 설치하고 상기 제2몰딩재(330)를 상기 몰드에 충진하여 상기 상부 패키지(330a)를 형성할 수 있다.

상기 설치홈(241, 242)은 상기 제1몰딩재(240)에 의해 상기 하부 패키지(200a)가 형성된 상태에서 상기 광원(210)의 상측과 상기 광센서(220)의 상측을 제거하여 형성하거나, 상기 제1몰딩재(240)에 의한 패키징 공정에서 상기 광원(210)의 상측과 상기 광센서(220)의 상측에 상기 설치홈 형성을 위한 성형부재를 올리고 상기 하부 패키지가 완성된 후 상기 성형부재를 제거하면 상기 설치홈(241, 242)이 형성된다.

그리고, 전술한 제1실시예에서 설명된 발명의 내용 중 본 실시예들에서 설명되지 않은 내용은, 상기 제3실시예 내지 제5실시예에 전체적으로 동일하게 적용될 수 있으므로, 그에 대한 반복적인 설명을 생략하며 동일 구성에 대해서는 동일 도면 부호를 사용한다.

물론, 전술한 제2실시예에서와 같이 상기 제3실시예 내지 제5실시예 각각의 조명 가이드(310)는 그 출사측이 상기 결상 가이드(340)의 입사측에 접촉되어 상기 결상 가이드(340, 340a, 340b)에 의해 지지되는 형태로 경사지게 배치될 수도 있으며, 상기 광원은 시각적 피로감을 줄일 수 있도록 전술한 적외선 LED 등의 적외선원을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 제3실시예 내지 제5실시예에서 설명된 내용은 이하에서 설명되는 다른 실시예들에도 동일하게 적용될 수 있 다.

다음으로 도 13에 도시된 본 발명에 따른 제6실시예를 참조하면, 본 발명에 따른 광 조이스틱은, 상기 기판(230)으로부터 상부 패키지(300b)의 상단면까지의 높이(또는 두께) 조절을 위하여 상기 상부 패키지(300b)와 하부패키지(200b) 사이에 구비되는 적어도 하나의 스페이서(Spacer; 500)를 더 포함하여 구성될 수도 있다.

상기 상부 패키지(300)는 상기 조명 가이드(310)와 결상 가이드(340)가 일체로 패키지 된 것을 말하며, 상기 하부 패키지(200)는 상기 광센서(220)와 상기 광원(210)이 상기 기판(230)상에 일체로 패키지 된 것을 말한다.

상기 광 조이스틱은 휴대 전자기기의 슬림화 추세에 맞추어 얇게 제조되는 것이 좋으나, 설계조건 상 상기 기판(230)으로부터 상기 상부 패키지(300b)의 상단면까지 일정 높이 이상이 되어야 할 경우 상기 상부 패키지(300b)와 상기 하부 패키지(200b) 개스킷 등과 같은 스페이서(500)가 게재될 수도 있으며, 상기 스페이서(500)는 상기 조명 가이드(310)와 결상 가이드의 설치를 위해 상하방향으로 관통된 관통홀을 가지며, 가시광선이나 적외선 등의 광선을 차단하는 차광성 재질로 제조되는 것이 좋다.

물론, 전술한 제1실시예 내지 제5실시예에서 설명된 내용 중 본 실시예들에서 설명되지 않은 내용은, 본 발명에 따른 광 조이스틱의 제6실시예에 전체적으로 동일하게 적용될 수 있으므로, 그에 대한 반복적인 설명을 생략하며 동일 구성에 대해서는 동일 도면 부호를 사용한다.

상술한 제1내지 제6실시예에서와 같이 상기 상부 패키지(300, 300a, 300b)와 하부 패키지(200, 200a, 200b)는 각각 별도로 제조된 후 조립될 수도 있으나, 도 14 및 도 15에 도시된 제7실시예에서와 같이, 상기 조명 가이드(310)와 결상 가이드(340, 340a, 340b)와 상기 광센서(220)와 광원(210)이 몰딩재(610)에 의해 일체화된 일체형 패키지(600)가 형성될 수도 있다.

보다 상세하게 설명하면, 상기 기판(230)에 상기 광원(210)과 광센서(220)가 실장되고, 상기 광원(210) 및 광센서(220)에 대응되도록 상기 조명 가이드(310) 및 결상 가이드(340, 340a, 340b)를 배치시킨 다음, 상기 몰딩재(610)를 사용하여 이들 모두를 일체로 패키지한다.

다시 말해서, 상기 광원(210)과 광센서(220)가 상기 기판(230)에 각각 SMT 등의 공정을 통해 실장된 후에 상기 광원(210) 및 광센서(220)에 대응되도록 상기 조명 가이드(310) 및 결상 가이드(340, 340a, 340b)를 배치시키고, 미리 가공된 소정형상 예를 들면 사각틀 형상의 몰드를 상기 기판의 상부에 배치시킨 후 상기 몰드에 액상의 EMC를 충진하여 고형화하면 상기 일체형 패키지(600)가 형성된다. 상기 몰딩재(610)는 외부광의 차단이 가능한 재질로 구성될 수도 있으며, 그 예로는 전술한 블랙 EMC 등이 있다.

다음으로 도 16 및 도 17을 참조하면, 상기 광원(210)과 상기 광센서(220)가 실장되어 일체로 된 상기 기판(230)의 상부에 마스크(Mask)가 적층되고, 상기 마스크(260)는 상기 광원(210)과 광센서(220)가 삽입되도록 상하방향으로 관통된 삽입홀(261, 262)을 가지며, 상기 마스크(260)는 차광성 재질, 예를 들면 차광 플라스 틱이나 유리 또는 금속판 등으로 제조될 수 있으며 상기 광원(210)에서 출사되는 빛이 상기 광센서(220)로 유입되는 것을 방지한다.

그리고 상기 마스크(260)가 상기 광원(210)과 상기 광센서(220)가 실장되어 일체로 된 상기 기판(230)의 상부에 마스크(Mask)가 적층되면 하부 패키지(200c)가 형성되며, 상기 조명 가이드(310)와 결상 가이드(340, 340a, 340b)가 제2몰딩재(330)에 의해 일체로 패키지되어 형성된 상부 패키지(300c)를 상기 마스크(260)의 상측에 안착시킨 후 상기 커버(100)와 결합함으로써 광 조이스틱이 조립된다.

한편, 상기 적외선 밴드 패스 필터층(123)은 상기 커버(100)에 구비되지 않고 상기 일체형 패키지(600) 또는 상부 패키지(300, 300a, 300b, 300c)의 상측면에 구비될 수도 있다.

다음으로 도 18 내지 도 20을 참조하여 본 발명에 따른 광 조이스틱의 제9실시예 내지 제11실시예를 설명한다.

도 18을 참조하면, 제9실시예에 따른 광 조이스틱은, 상술한 제1실시예에서 설명된 커버(100)와 상기 기판(230)과 상기 광센서(220)와 몰딩재(610a)에 의해 상기 광센서(220)와 일체로 패키지된 상기 결상 가이드(340)를 포함하여 구성될 수도 있다. 즉 상기 결상 가이드(340)가 상기 상기 몰딩재(610a)의 내부에 상기 광센서(200)와 함께 패키지된다.

그리고 상기 기판(230)에 상기 피사체 감지광을 출사하는 광원(210a)과 상기 광센서(220)가 설치되고, 상기 광센서(220)의 상측에 상기 결상 가이드(340)를 위치시킨 다음 상기 몰딩재를 상기 광센서(220)와 상기 결상 가이드(340)의 외부에 도포하여 광센서-결상 가이드 일체형 패키지(600a)를 형성한다.

여기서, 상기 몰딩재(610a)는 외부광의 차단이 가능한 재질을 갖는 것이 좋은데, 전술한 블랙 EMC 등과 같이 광차단이 가능한 재질의 몰딩재를 사용하여 광센서-결상 가이드 일체형 패키지(600a)를 형성한다. 그리고 상기 광원은 적외선원을 포함하여 구성될 수도 있다.

도 19 및 도 20에는, 상술한 제1실시예에서 설명된 커버(100)와 상기 기판(230)과 광원(210b)과 상기 광센서(220)와 몰딩재(610a)에 의해 상기 광센서(220)와 일체로 패키지된 상기 결상 가이드(340)를 포함하여 구성된 광 조이스틱의 제10실시예와 제11실시예가 각각 도시되어 있다.

다시 말해서, 상기 결상 가이드(340)가 상기 상기 몰딩재(610a)의 내부에 상기 광센서(200)와 함께 패키지되어 광센서-결상 가이드 일체형 패키지(600a)가 형성되며, 상기 광원은 적외선원을 포함하여 구성될 수도 있다. 그리고 광 조이스틱의 제8실시예와 제9실시예는 상기 기판(230)과 피사체 감지광을 출사하는 광원(210b)이 연성기판(231)에 의해 전기적으로 연결된 구조를 갖는다.

상기와 같이 연성기판(231)으로 상기 광원(210b)과 상기 기판(230)을 연결하는 경우, 상기 광원(210b)의 설치자유도가 향상되므로, 광 조이스틱의 설계상 최적의 위치, 예를 들면 다른 부품(결상 가이드의 구조나 위치 및/또는 커버의 구조 등)과의 관계 등을 고려한 최적의 위치에 상기 광원(210b)이 구비될 수 있다.

그리고 상기 제10실시예와 제11실시예에 따른 광 조이스틱에 있어서, 상기 광원(210b)은 상기 기판에서 이격된 상태로 상기 커버(100)의 내부에 배치되는데, 보다 상세하게는 상기 커버(100)의 내부 일측에 제공되며, 상기 연성기판(231)에 연결되어 상기 집광부(130)를 향해 상기 피사체 감지광을 출사한다.

여기서, 상기 제10실시예에 따른 광 조이스틱의 광원(210b)은 상기 광센서-결상 가이드 일체형 패키지의 일측에 구비되며, 보다 상세하게는 상기 커버 플레이트(110)의 하부, 특히 상기 패널 형상의 집광부(130) 저면에 인접하여 배치된다. 여기서 상기 광원(210b)은 상기 몰딩재(610a)에 거치되어 지지될 수도 있다.

그리고 상기 제11실시예에 따른 광 조이스틱의 광원(210b)은, 상기 연성기판(231)에 연결되어 상기 커버(100)의 내측벽에 구비되며, 상기 결상 가이드(320)의 상측에 구비되는 상기 집광부(130) 방향으로 상기 피사체 감지광을 출사한다.

상기 광 조이스틱의 제9실시예 내지 제11실시예에는 전술한 실시예들에서 설명된 조명 가이드가 구비되지 않고, 상기 광원(210b)에서 출사된 피사체 조명광, 예를 들면 상기 적외선의 일부가 또느 대부분이, 거울이나 반사판 또는 도파관 등의 조명 가이드를 거치지 않고 상기 집광부(130) 직접 도달하여 집광된 후, 상기 커버, 특히 상기 광투과영역(111)를 상방으로 투과하여 상기 피사체에 부딪힌다.

물론 도시되지는 않았으나, 상기 광 조이스틱의 제9실시예 내지 제11실시예가 별도의 조명 가이드를 더 포함하여 구성될 수도 있으며 이는 광원의 설치위치나 광원의 세기 등을 고려하여 조명 가이드의 설치여부를 고려할 수 있다..

그러나, 상기 광원(210a, 210b)에서 출사되는 피사체 감지광이 상기 조명 가이드를 통하지 않고 그대로 직접 상기 커버의 내측면, 특히 상기 광투과영역으로 출사되면, 상기 조명 가이드의 제조/설치비용을 절감할 수 있다.

이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 제1실시예를 기준으로 광 조이스틱의 작동을 설명하면 다음과 같다.

상기 광원(210)에서 방사되는 피사체 감지광은 상기 조명 가이드(310)를 거쳐 상기 커버(100)의 광투과영역를 투과하여 상방으로 방사되는데, 보다 상세하게는 상기 조명 가이드(310)에서 출사된 피사체 감지광은 상기 집광부(130)를 거치면서 상기 광투과영역(111)으로 집중된다.

그리고 상기 커버(100)의 외부에 손가락 등의 피사체가 접촉된 경우에, 상기 광투과영역(111)을 통해 상기 커버(100)의 외부로 출사된 피사체 감지광은 상기 커버(100) 외부의 피사체에 부딪혀 반사된 후 상기 결상 가이드(340)로 입사되며, 상기 결상 가이드(340)는 상기 피사체에 반사된 피사체 감지광을 상기 광센서(220)로 전달한다.

상기와 같이 상기 광센서(220)에 피사체 감지광이 입사되면, 시간별로 변화되는 상기 광센서(220)의 입사광의 변위값에 따라 상기 휴대 전자기기(50)의 디스플레이 화면(51)상에서 커서 또는 포인터의 이동이 구현된다.

상기 광원(210)에서 출사되는 빛이 적외선인 경우 상기 조명 가이드(310)와 상기 집광부(130)와 결상 가이드(340, 340a, 340b)를 거쳐 상기 광센서(220)로 유입되는 빛이 적외선 대역에 한정되도록, 상기 커버(100)와 상기 집광부(130)와 상기 결상 가이드(340, 340a, 340b)와 상기 상부패키지(300, 300a, 300b, 300c)와 상기 일체형 패키지(600)와 상기 광센서-결상 가이드 일체형 패키지(600a)중 적어도 어느 하나에 전술한 적외선밴드 패스 필터층(123)과 같은 적외선밴드 패스 필터가 구비되는 것이 바람직하다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다.

그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

도 1은 종래의 광 조이스틱의 일 예를 나타낸 단면도이다.

도 2는 종래의 광 조이스틱이 탑재된 휴대 전화기의 일 예를 나타낸 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 광 조이스틱의 제1실시예를 나타낸 분해 사시도이다.

도 4a는 도 3에 도시된 광 조이스틱의 단면도이고, 도 4b는 집광부의 일 실시예를 나타낸 단면도이다.

도 5는 도 4a의 A-A선에 따른 단면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 광 조이스틱을 갖는 휴대 전자기기의 일 실시예를 나타낸 사시도이다.

도 7은 도 3에 도시된 광 조이스틱에 피사체인 손가락이 접촉된 상태를 나타낸 단면도 및 확대 단면도이다.

도 8은 본 발명에 따른 광 조이스틱의 제1실시예를 제조하는 공정을 개략적으로 나타낸 공정 모식도이다.

도 9는 본 발명에 따른 광 조이스틱의 제2실시예를 나타낸 단면도이다.

도 10은 본 발명에 따른 광 조이스틱의 제3실시예를 나타낸 단면도이다.

도 11은 본 발명에 따른 광 조이스틱의 제4실시예를 나타낸 단면도이다.

도 12는 본 발명에 따른 광 조이스틱의 제5실시예를 나타낸 단면도이다.

도 13은 본 발명에 따른 광 조이스틱의 제6실시예를 나타낸 단면도이다.

도 14는 본 발명에 따른 광 조이스틱의 제7실시예를 나타낸 단면도이다.

도 15는 도 14에 도시된 광 조이스틱을 제조하는 공정을 개략적으로 나타낸 공정 모식도이다.

도 16은 본 발명에 따른 광 조이스틱의 제8실시예를 나타낸 단면도이다.

도 17는 도 16에 도시된 광 조이스틱을 제조하는 공정을 개략적으로 나타낸 공정 모식도이다.

도 18은 본 발명에 따른 광 조이스틱의 제9실시예를 나타낸 단면도이다.

도 19는 본 발명에 따른 광 조이스틱의 제10실시예를 나타낸 단면도이다.

도 20은 본 발명에 따른 광 조이스틱의 제11실시예를 나타낸 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100: 커버 110: 커버 플레이트

120: 테두리 프레임 130: 집광부

131, 132: 프레넬 렌즈 200: 하부 패키지

210: 광원 220: 광센서

230: 기판 240: 제1몰딩재

250: 광차단막 300: 상부 패키지

310: 조명 가이드 330: 제2몰딩재

340, 340a, 340b: 결상가이드 341: 코어

342: 크래드 600, 600a: 일체형 패키지

Claims (16)

1. 피사체의 감지를 위한 피사체 감지광을 출사하는 광원;

   기판상에 실장되는 광센서;

   상기 광원에서 출사되는 피사체 감지광이 상기 피사체에 도달하도록, 상기 피사체 감지광을 투과시키는 광투과영역을 갖는 커버;

   상기 광투과영역으로 상기 피사체 감지광을 집중시키기 위하여, 상기 광원에서 출사되는 피사체 감지광을 집광하며, 프레넬 렌즈를 포함하는 집광부; 그리고

   몰딩재의 내부에 일체로 패키지되며, 상기 커버 외부의 피사체에 반사되어 상기 커버 내부로 유입된 피사체 감지광을 상기 광센서로 입사시키기 위한 적어도 하나의 광 섬유를 갖는 결상 가이드를 포함하여 구성되는 광 조이스틱.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 피사체의 감지를 위한 피사체 감지광을 출사하는 광원;

   기판상에 실장되는 광센서;

   상기 광원에서 출사되는 피사체 감지광이 상기 피사체에 도달하도록, 상기 피사체 감지광을 투과시키는 광투과영역을 갖는 커버;

   상기 광투과영역으로 상기 피사체 감지광을 집중시키기 위하여, 상기 광원에서 출사되는 피사체 감지광을 집광하는 집광부;

   몰딩재의 내부에 일체로 패키지되며, 상기 커버 외부의 피사체에 반사되어 상기 커버 내부로 유입된 피사체 감지광을 상기 광센서로 입사시키기 위한 적어도 하나의 광 섬유를 갖는 결상 가이드; 그리고

   상기 광원에서 출사된 피사체 감지광을 상기 집광부로 안내하며, 상기 몰딩재의 내부에 상기 결상 가이드의 함께 패키지되는 조명 가이드를 포함하여 구성되는 광 조이스틱.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 제1항 또는 제5항의 광 조이스틱을 갖는 휴대 전자기기.

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